JP5373601B2 - アクセス制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロッキング素子を有するロック、ロッキング素子のための作動素子、電子キー、キー識別データを受信する受信ユニットを含む電子回路、および受信される識別データに基づいてアクセス許可を決定する評価回路を含むアクセス制御装置に関し、前記評価回路は作動素子および／またはロッキング素子と協力してロックを施錠または開錠する。

以下において、電子キーは種々な構成を含み、詳しくはカード、キー・リングまたはチェーンおよび機械的および電子的なキーの組合せを含むことを意味する。

最初に定義した種類のアクセス制御装置は、種々な構成において知られてきた。こうして、たとえば無線遠隔制御ロックは、特に自動車のドアの施錠と開錠において知られ、そこで携帯電子キーが供給されて、ロックの受信機に無線リンクを介して識別データを、随意、符号化した形式で送信する。このロックは、受信された情報を評価しまた随意復号する電子回路を含み、それにより、受信される識別データに基づいてアクセス許可が決定され次第、ロックが作動される。そうした無線遠隔制御ロックの他に、トランスポンダ・キーを使用するアクセス制御システムも存在する。ロックを作動するためには、ロックの送受信機ユニットに数センチメートルまで近接した所へトランスポンダ・キーを持ってくるだけでよく、そこでトランスポンダ・キー内に記憶された識別データが誘導的に読み出される。

さらにいわゆる「人体通信ネットワーク（ｈｕｍａｎ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）（ＨＡＮ）」が知られていて、そこでは電子装置を携帯する人物の皮膚が、少なくとも２つの装置間のデータ交換の伝送媒体として使用される。この場合データ伝送は、電磁波または光を介しては実行されないが、皮膚の表面に発生する弱い電界を介して実行される。これは、容量性近傍電界（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ）とも呼ばれ、そこでは原則として容量性近傍電界を発生する送信機およびこの近傍電界（以下、近傍界と略称）を個々の人物の皮膚へ結合する手段が設定される。この電界へ変調されるデータは受信機により逐次受信されて、それに従い評価される。

本発明の目的はアクセス制御の処理を単純化することであり、また従来のアクセス制御システムを改良することにより、安全性を増し、権限のない人物による操作の機会を減少させ、不正作動を防止すると共に、信頼性、使いやすさと耐久性を増強することである。

この目標に解決を与えるために、最初に定義した種類のアクセス制御装置が本質的に更に開発されることにより、前記電子キーは、それを介して識別データが放出される容量性近傍界を発生する手段、およびキーを携帯する人物へ容量性近傍界を結合する装置を含み、また前記ロックの受信機ユニットは少なくとも１つの容量性結合面を含むことにより、前記人物によるロックの接触またはロックの接近において、交流回路が閉じて電束がロックを横切って形成されると、それは受信機ユニットにより検出可能であるようにされる。識別データの転送は電子キーからロックへと、容量性近傍界の助けにより実行されるという事実により、電子ロック自体をロックの受信機のすぐ隣の近傍へ持ってくる必要がなく、またたとえばボタンを押すなど、キーを特別に駆動する必要が全く無い。むしろこの電子キーは、個々のユーザの身体の近くにあること、たとえばズボンのポケット、カバンの中などにあることで用が足り、それによって識別データの放出と送信が、電子キーにより個々のユーザの身体表面へ結合された容量性近傍界を介して実行される。キーを携帯する人物がロックの容量性結合面に近づくか、または容量性結合面に触れるか、あるいはある部分が結合面に導電的に接続すると、前記容量性近傍界を介してキーの送信機からロックの受信機へデータ伝送自体が起こり、こうして交流回路を閉じさせてロックを横切って電束を誘導するが、これは受信機ユニットで検出可能である。識別データは、たとえば電子キーにより発生される搬送周波数により変調される。

ロックを開錠する時のアクセス制御の使いやすさはこうして著しく増強され、同時にキーを携帯する人物がロックに近づくかまたはロックに触れた場合にのみデータ伝送が実行されることが確実になり、それにより第三者による操作がほとんど排除される。本発明によれば低エネルギーの容量性近傍界が適用されるという事実により、アクセス制御システムのエネルギー消費および特に電子キーの電力消費は更に極度に少ないものになる。だいたいにおいて、容量性近傍界により生成される電流は極度に小さいので、ユーザの皮膚を介して伝送される場合においてさえ人間の生体に対してまったく安全である。

既存のロックの改造を容易にするために、ロックに加えて付属品、操作ハンドルまたはノブなどが、識別データの受信、受信したデータの評価およびロッキング部材の作動に必要な全ての構成部品を含んでいる。こうして極度にコンパクトな構成のモードが確実になり、たとえば受信アンテナなどの外部装置が全く不要であり、それにより本発明によるロックは、大きな出費を伴なわずに既存のアクセス制御システムに置き換えることが出来る。

好ましい方法において、このロックの受信機ユニットは共同で受信キャパシタを形成する少なくとも２つの電極を含むことができる。こうして受信キャパシタの電極はそれぞれの要求によるロック内の２つの電極を正確に配置して、ロック・ユニット内に同様に統合することができる。しかしながら原則として、受信ユニットの電極がロック内の１つの位置に配置される場合が最も有利であり、そこを通じて電束の大部分が通過する。ロックを通る電束のコースは、たとえば付属品操作ハンドルまたはノブおよびロッキング・シリンダなどとともに、個々のドアにおけるロックの個々の設置状態などロックの個別部品の厳密な構造物の構成によって異なる。設置状態と同様にロックの具体的な性質に依存して、多少とも強力な漂遊電界が形成され、それにより受信キャパシタの電極をロック内の場所に配置するように配慮しなければならず、そこを電束が通り、たとえばドアおよび接地を介して電子キー所持人物へ戻る交流電流回路を閉じることができ、データ交換が起こり得るようにする。

単にキーを開錠または施錠するためには、電子キーからロックへの一方向のデータ交換で間に合う。好ましい更なる発展によれば、しかしながら双方向データ交換が供給され、そこではロックから電子キーへデータを送信するための送信装置が供給される。そうしたロックからキーへのバック・チャネルは、たとえばコード付けの目的および追加データの送信に役立ち、それは引続きキーに記憶されて、続く次の開始手順においてロックへ返送される。この目的のために送信装置は、好ましくは容量性近傍界を発生する手段、およびキーを携帯する人物へ前記界を結合する手段を含む。この場合も送信装置は、合同で送信キャパシタを形成する少なくとも２つの電極を含む。この点において、受信キャパシタの電極と送信キャパシタの電極は、互いに他と独立し且つ離れているように設計されるように、構成が考案される。しかしながら有利な方法において、受信キャパシタの電極の少なくとも１つは同時に送信キャパシタの電極の１つを形成するように、構成が考案される。この場合単一の電極が受信キャパシタの電極を構成すると同時に送信キャパシタの電極を構成し、各コンデンサは追加的に更なる電極を有し、または２つだけの電極のトータルが交互に受信キャパシタと送信キャパシタを形成するように設置することが可能である。

ロック内の電極の特に有利な配置を達成するために、種々のオプションがある。こうして、たとえば１つの電極をロックの取付部品内に配置したり、ロック取付部品またはロック取付部品の一部として設計することができる。そうした配置により、ユーザにできるだけ近接して電極を配置して、ドアを開けさせるためにユーザは単に取付部品に触れるか、または取付部品に近づくだけでよいようにされる。ロックにハンドルまたは作動ユニットを備える場合は、ロックのノブの中に少なくとも１つの電極を配置したり、またはノブまたはノブの一部分として設計するなど、装置を更に発展させることが望ましい。少なくとも１つの電極がロックのロッキング・シリンダ内に配置されるか、またはロッキング・シリンダまたはその一部として設計される場合は、特にコンパクトな構成が実現する。そうした構成により、ハンドルまたは通信目的の作動ユニットを、少なくともドアの片側に完全に配分することが可能になり、ロックまたはロッキング・シリンダ内の受信機および／または送信機ユニットの完全な統合を可能にする。

受信キャパシタがノブ内に完全に収められる場合は、好ましくは構成が更に発展されて、受信キャパシタの両方の電極がロックのノブの上または中に配置され、その場合好ましい方法においては１つの電極はノブの外面に配置されるか、またはノブの外面を形成し、他の電極はノブの内面に配置され、このノブの内面は絶縁層により外面から分離されている。

もう１つの好ましい更なる発展において、作動部材特にロックのハンドル・ピース（ｈａｎｄｌｅ ｐｉｅｃｅ）は受信キャパシタの電極と導電的に接続され、この電極はロックの内部に配置されて供給される。

本発明によるアクセス制御装置の電気回路は、ロック内に直接に集積することも可能であり、この場合は複数の電極の少なくとも１つが、電気回路と導電的に接続されて供給されることが好ましい。

電極の具体的な構成は種々の方法で実現でき、複数の電極の少なくとも１つはロックの構成部品上に導電箔として設計されるのが好ましい。導電箔の代わりに複数の電極の少なくとも１つがロックの構成部品の導電性コーティング、特にワニスとして設計されて供給されることも可能である。

図１は、ドアを開けている人物を示し、同時に個別の漂遊容量、損失容量および結合容量を示す。ドアは１で示されてロック２を含み、ロック２は作動部材３を含み、作動部材３はノブとして設計されている。人物４は電子キー５を携帯し、電子キー５はたとえばズボンのポケット内に置かれている。電子キーは識別データがその上に変調される搬送周波数を伴う容量性近傍界を生成する。容量性近傍界は人物４の身体表面へ結合され、引続いてロック２の受信機へ送信される。電子キー５は接地６に対して漂遊容量Ｃｓｔを有する。電子キー５と人物４の間の遷移において、結合容量Ｃｋが観察される。更に人物４と接地６の間に、消失容量（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ）Ｃｖが生じる。最後にロック２またはそのシリンダは、接地に対してシリンダ容量Ｃｚを有する。

個別の単純化された等価回路の図解が図２に図示され、説明した諸容量が再び示されている。Ｃｖは全ての容量をシミュレートし、その結果は送信機から受信機の受信キャパシタを介して閉じずにむしろこれを通過する電束であって、従って受信機と送信機の間の結合に対して全く寄与しない。Ｃｓｔはつまり、接地に対する送信機ボトム電極の容量結合に利用できる容量をまねている。Ｃｋはつまり、人物４の第２電極への容量結合に利用できる容量をまねている。Ｃｚはつまり、ロックまたはシリンダから接地への容量結合に利用できる容量をまねている。図２においてもロックは２で示され、受信キャパシタ７を含む。受信キャパシタ７は、充分な電束が一方において受信キャパシタを介して閉じ、また他方においてキャパシタにおける電圧が小さすぎることがないように工夫されている。受信キャパシタの容量が小さすぎる場合は、小さすぎる電束がそれを介して閉じる。しかし受信キャパシタの容量が大きすぎるのも混乱を招き、その場合キャパシタにおける電圧 ｕ＝ｑ／ｃ が好ましくないほど小さくなる。

図３は、電子キーの識別データを受信中のドアにおける電束を図示する。この場合、受信キャパシタはロックの外面すなわちノブ８の上または中に配置されているので、電子キー５の送信機とロック２の受信機の間のより良い電気的結合を結果する。ロックを作動させるためには、人物４が電気キーを身に着けて外部ノブ８へタッチするだけで間に合う。そうすることにおいて、識別データが遅くとも外部ノブ８の接点へ運ばれる。たとえば人物の手と外部ノブ８の間に充分な容量結合があれば、これもまたノブ８にタッチする以前にさえ、そうした結合によりデータの伝送が可能になる。図３から明らかなように、ドアの外側すなわち外部ノブ８上の受信キャパシタの電極の配列により、電束の形成が識別データの受信のために特に有利な方法で利用される。そこでΨ１は、外部ノブ８からロック２およびドア１を通って接地６へ走る電束を示す。Ψ２は、ロック２を通って、外部ノブ８から内部ノブ９へおよび接地６へ走る電束を示す。その上電束Ψ３が生じ、これは図示されていないが、受信キャパシタの下流に漂遊するもの全ての合計を表し、それは受信キャパシタを通って流れるが、Ψ１またはΨ２の経路を介して送信機へ向かって閉じず、しかし他の可能な多数の回路を介している。

図４は、図３による外部ノブ８の拡大図である。外部ノブ８の外側に、受信キャパシタ７の電極１０が、また外部ノブ８の内部に受信キャパシタの電極１１が図示されている。これら２つの電極の各々は大量の金属、金属箔、コーティング、ワニスまたはいずれか他の方法で形成される。こうして、電極１０はたとえばコーティングを含み、一方電極１１は金属の缶により形成されたり、またはノブ８の内側に適用されるコーティングにより同様に形成される。内部電極１１と外部電極１０は異なった寸法である。ノブ８の全体またはノブ周囲の一部分のみが電極として作用する。識別データを受信する受信機ユニットを含む電気回路、およびアクセス許可を決定する評価回路は、ロック２内のいずれかの位置に配置される。必要ならば電気回路は、ロックを通って導く１つまたはいくつかの導線を使って、電極へ接続されなければならない。

図５は、ロック２から電子キー５へデータを返送するのに、特に適した電極アレイを図示する。電極１２は図４による構成の電極に比較でき、これもまた外部ノブ８に配置されている。第２電極は２つの送信機電極の間で、適宜に大きな漂遊（ｓｔｒａｙｉｎｇ）が生じるような方法で配置できる。ロック２またはそのシリンダおよび電極は、漂遊電界のできるだけ多くの部分が送信機と受信機（電子キー５）の間で結合されるように、形成される。第２電極は、いずれかの希望する形式で設計され配置され得る。あり得る２つの構成を図５に示す。第２電極は、たとえば内部ノブ９上に電極１３として形成され得る。代わりの構成によれば、第２電極は電極１４として設計され、これはロック２のシリンダ・ハウジングにより形成される。そうした伝送アレイは、送信機としてのロックまたはシリンダと、電子キー５の間の結合を改良する。

図６は、更なる電極アレイを示し、そこでは全ての電極がロック２のシリンダ１５内に収納され、それにより特にコンパクトな構成のモードを確実にしている。ここではシリンダ１５の正面部分は電極１６として設計され、絶縁層１７により更なる電極１８から分離されている。シリンダ１５の内端部により形成される更なる電極は１９により指示され、これもまた絶縁層２０により電極１８から分離されている。この場合受信キャパシタ７は、電子キー５または電子キー５を携帯する人物によりシリンダ１５のどちら側がアプローチされるかにより、電極ペア１６および１８または電極ペア１８および１９により形成される。それにより、接近している電子キー５に面するそれぞれの電極１６または１９が、第１電極として第２電極１８に接続されて、受信キャパシタ７を形成する。シリンダ１５はまたたとえば電池、読取り電子機器、評価電子機器、同様に信号電子機器などのような、電気的アセンブリおよび構成要素を収納する。電極１６および１９の各々は、たとえば金属のような充分に導電性の物質、エンベロープの役をする例えば金属箔のような充分に導電性の箔、充分に導電性のコーティング、充分に導電性のワニスまたはいずれかの他の方式を含む。代わりにロッキング・シリンダ１５の片側または両側にノブを取り付けることができ、これは電極１６または１９に、それぞれ導電的に接続され得る。

図７は、さらなる構成を示し、ここでロッキング・シリンダ１５は、室の内側にノブ９を備えているだけである。この場合受信および／または送信キャパシタの第１電極は２１で示され、第２電極は２２で示されている。内部ノブ９は随意に電極２２へ接続される。

最後に図８は更なる電極アレイを示し、そこで複数の電極は主に取付部品内にまたは取付部品として形成される。この場合外部および内部の取付部品２３と２４はそれぞれ各々ハンドル２５と２６を有し、そこで室の内側の取付部品２４と室の外側の取付部品２３は接続ピン２７により接続されている。取付部品２３および２４、ハンドル２５および２６および／または接続ピン２７が、電極として形成されるかまたは電極を備えていて、そこで受信キャパシタまたは送信キャパシタの２つの電極が絶縁により相互に分離されていることだけを注意すれば良い。絶縁はたとえば接続ピン２７を含み、電極の１つは外部取付部品２３内に配置され、また電極の他の１つは内部取付部品２４内に配置されている。別々の絶縁層は図８に図示されていないが、たとえばドア・ハンドルと関連する取付部品の間に供給されてもよい。

以上において、図面に図式的に例示された例示的な実施例として、本発明を詳細に説明してきた。
本発明によるアクセス制御装置の略図である。 図１による構成の単純化した等価回路図である。 本発明によるアクセス制御装置の構成における電束のコースを示す。 アクセス制御装置の修正された構成を図示する。 アクセス制御装置の修正された構成を図示する。 アクセス制御装置の修正された構成を図示する。 アクセス制御装置の修正された構成を図示する。 アクセス制御装置の修正された構成を図示する。

Claims (25)

1. ロッキング素子を有するロック（２）と、前記ロッキング素子のための作動部材（３）と、電子キー（５）と、キー識別データを受信する受信ユニットを含む電気回路と、受信されたキー識別データに基づいてアクセス許可を決定する評価回路とを含み、前記評価回路が前記作動部材（３）および／または前記ロッキング素子と共同して前記ロック（２）を選択的に施錠または開錠するアクセス制御装置であって、
   前記電子キー（５）は、
   容量性近傍電界を発生する手段であって、該容量性近傍電界を介して前記キー識別データが放射される前記容量性近傍電界を発生する手段と、
   前記容量性近傍界と前記電子キー（５）を携帯する人物（４）とを結合する装置とを含み、
   前記ロック（２）の前記受信ユニットは、受信キャパシタ（７）を共同して形成する少なくとも二つの電極（１０，１１；１６，１８；１８，１９；２１，２２）を有し、前記二つの電極の少なくとも一方は容量性結合面を形成していて、前記人物（４）による前記ロック（２）への接触または前記ロック（２）への接近により、閉じた交流回路が形成されることにより、前記キー識別データが放射される前記容量性近傍電界による電束が前記ロック（２）を横切って生成され、前記電束が前記受信ユニットで検出され、さらに前記受信キャパシタを形成している電極は前記ロックと一体に構成されていることを特徴とする前記アクセス制御回路。
2. 前記受信キャパシタ（７）の前記電極（１０，１１；１６，１８；１８，１９；２１，２２）が前記ロック（２）内の位置に配置され、そこを通って電束の主要部分が通過することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. データを前記ロック（２）から前記電子キー（５）へ伝送するための伝送装置を更に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記伝送装置は、容量性近傍電界を発生して前記容量性近傍電界を前記キーを携帯する前記人物（４）へ結合するための手段を含むことを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記伝送装置は、共同して送信キャパシタ（７）を形成する少なくとも２つの電極（１０，１１；１６，１８；１８，１９；２１，２２）を含むことを特徴とする請求項３または請求項４記載の装置。
6. 前記受信キャパシタの前記電極（１６，１８；１８，１９）の少なくとも１つが、同時に前記送信キャパシタの前記電極（１６，１８；１８，１９）の１つを形成することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 少なくとも１つの電極が前記ロック（２）の取付部品（２３，２４）内に配置されるか、または取付部品（２３，２４）としてまたはその一部として設計されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の装置。
8. 少なくとも１つの電極（１６，１８，１９，２１，２２）が前記ロック（２）のロッキング・シリンダ内に配置されるか、またはロッキング・シリンダとしてまたはその一部として構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の装置。
9. 少なくとも１つの電極（１０，１１）が前記ロック（２）のノブ（８，９）内に配置されるか、または該ノブ（８，９）としてまたは該ノブの一部として構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 前記受信キャパシタ（７）の前記電極（１０，１１）の両方が前記ロック（２）の前記ノブ（８，９）上または前記ノブの中に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記電極の一方（１０）が前記ノブ（８，９）の外面上に配置されるかまたは前記ノブの前記外面を形成し、また前記電極の他方（１１）が前記ノブ（８，９）の内面に配置され、該内面は絶縁層により前記外面から分離されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の装置。
12. 前記作動部材（３）の特に前記ロック（２）のハンドル・ピースが、前記ロックの前記内部に配置された電極に導電的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記電極（１０，１１，１６，１８，１９，２０，２１，２２）の少なくとも１つが、前記電気回路と導電的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記電極（１０，１１，１６，１８，１９，２１，２２）の少なくとも１つが、前記ロック（２）の構成要素上に備えられた導電箔として構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記電極（１０，１１，１６，１８，１９，２１，２２）の少なくとも１つが、前記ロックの部品への導電性コーティング、特にワニスで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記電極（１０，１１，１６，１８，１９，２１，２２）の少なくとも１つが、前記ロックの前記ノブの中に配置されるか、ノブとして構成されているか、あるいはノブの一部として構成されており、そして前記電極（１０，１１，１６，１８，１９，２１，２２）の少なくとも１つが、前記ロックのロッキング・シリンダの中に配置されているか、ロッキング・シリンダとして構成されているか、あるいは該ロッキング・シリンダの一部として構成されていることを特徴とする請求項９あるいは１０のいずれかに記載の装置。
17. 第１の電極が前記ロックの外部ノブ（８）に配置されるか、あるいは前記ロックの一部としての外部ノブとして構成されており、第２の電極が内部ノブ（９）に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
18. 前記受信キャパシタあるいは前記送信キャパシタの二つの電極が、ロッキング・シリンダの二つの軸領域によって構成され、前記二つの軸領域は互いに電気的に絶縁層で分離されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
19. １つの前記ノブが前記二つの電極に接続されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 第１の電極がロッキング・シリンダの一方の端部領域において形成され、第２の電極が前記ロッキング・シリンダの他方の端部領域において形成され、第３の電極が前記ロッキング・シリンダの前記一方と他方の端部領域の間の中間領域において形成され、これらの領域は互いに絶縁層で分離されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
21. 前記ロッキング・シリンダに配置されたノブは、前記ロッキング・シリンダの端部領域を形成する電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 前記ロッキング・シリンダの両側にノブが配置され、該ノブはそれぞれロッキング・シリンダの端部領域において形成された隣り合う電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
23. 前記ロックは、取付部品を含み、前記取付部品は、外部取付部品と内部取付部品を含み、前記外部取付部品と前記内部取付部品は各々ハンドル（２５，２６）を有し、前記ハンドルは、電極として構成されるか、あるいは電極が備えられていることを特徴とする請求項７あるいは９に記載の装置。
24. ハンドルと、該ハンドルと関連する取付部品との間に絶縁層が配置されていることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
25. 前記ロックは、取付部品を含み、前記取付部品は、外部取付部品と内部取付部品を含み、前記外部取付部品と前記内部取付部品は各々ハンドル（２５，２６）を有し、１つの電極が外部取付部品に配置され、もう１つの電極が内部取付部品に配置されていることを特徴とする請求項７あるいは９に記載の装置。

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