JP5718127B2

JP5718127B2 - 通信装置、通信方法、及びプログラム

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Publication number: JP5718127B2
Application number: JP2011078163A
Authority: JP
Inventors: 和人大和田
Original assignee: Felica Networks Inc
Current assignee: Felica Networks Inc
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2012213080A

Description

本開示は、通信装置、通信方法、及びプログラムに関する。

近年、リーダ／ライタ（または、リーダ／ライタを搭載した通信装置。以下単に「リーダ／ライタ」という。）と非接触式に通信を行うことができる、非接触式ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ、非接触式ＩＣチップを搭載した携帯電話など（以下、「ＩＣカード」という。）の通信端末が普及している。

リーダ／ライタと、ＩＣカードなどの通信端末は、例えば１３．５６ＭＨｚなどの特定の周波数の搬送波を通信に使用している。具体的には、リーダ／ライタが搬送波信号をのせた搬送波を送信し、搬送波をアンテナで受信したＩＣカードが負荷変調によって受信した搬送波信号に対する応答信号を返信することにより、リーダ／ライタとＩＣカードは通信を行っている。

特開２００９−２７２６９７号公報

ところで、上述した非接触式の通信において、リーダ／ライタとＩＣカードの距離が近すぎると、リーダ／ライタのアンテナとＩＣカードのアンテナとが密結合状態となり、波形が歪み、通信障害が発生する。このような通信障害の発生を回避するためには、リーダ／ライタのアンテナとＩＣカードのアンテナとの密結合状態を適切に検知することが望ましい。

そこで、非接触通信を行う外部装置及び通信装置のアンテナ同士の密結合状態を適切に検知できる通信装置、通信方法、及びプログラムの実現が求められている。

本開示によれば、搬送波を用いて外部装置と非接触通信を行う通信アンテナと、前記通信アンテナの前記搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生する周波数発生部と、前記周波数発生部が順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定し、測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定する制御部と、を備える、通信装置が提供される。

また、本開示によれば、外部装置と非接触通信を行う通信アンテナの搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生することと、順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定することと、測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定することと、を有する、通信方法が提供される。

また、本開示によれば、外部装置と非接触通信を行う通信アンテナの搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生することと、順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定することと、測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定することと、をコンピュータに実行させるための、プログラムが提供される。

以上説明したように本開示によれば、非接触通信を行う外部装置及び通信装置のアンテナ同士の密結合状態を適切に検知できる。

通信システム１０の構成を示す図である。通信装置１００と携帯端末２００の概略構成を示す回路図である。通信装置１００と携帯端末２００が近づいたときに起こる結合変化を説明するための図である。通信装置１００の詳細構成を示す図である。通信装置１００と携帯端末２００の位置関係を説明するための図である。周波数を変えた際の通信アンテナ１０４における電圧値を示すグラフである。アンテナ特性を変更する通信装置１００の構成例を示す図である。通信アンテナの結合状態の検知処理の際の通信装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。通信アンテナの結合状態の判定処理を説明するためのフローチャートである。他の実施形態に係る通信装置を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．通信システムの概要
２．通信アンテナの結合状態について
３．通信装置の構成
４．通信アンテナの結合状態の検知処理
５．まとめ

＜１．通信システムの概要＞
図１を参照して、本実施形態に係る通信システム１０の概要について説明する。図１は、通信システム１０の構成を示す図である。

通信システム１０は、非接触式の無線通信で通信データの送受信を行う。通信システム１０は、リーダ／ライタ機能を有する通信装置１００と、ＩＣチップが搭載された携帯電話機等の携帯端末２００とを有する。通信装置１００は、本実施形態では携帯電話機等の携帯端末である。なお、通信システム１０は、リーダ／ライタ機能を有する通信装置として、携帯端末の代わりに自動改札機を有しても良い。また、本実施形態では、携帯端末２００が外部装置に該当するが、ＩＣチップを搭載したＩＣカードが外部装置であっても良い。

通信システム１０では、特定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波が通信に使用されている。具体的には、通信装置１００が搬送波信号をのせた搬送波を送信し、搬送波を後述する通信アンテナ２０４で受信した携帯端末２００が、受信した搬送波信号に対する応答信号を返信することにより、通信装置１００と携帯端末２００が通信を行っている。

次に、図２を参照して、通信装置１００と携帯端末２００の概略構成について説明する。図２は、通信装置１００と携帯端末２００の概略構成を示す回路図である。

図２に示すように、通信装置１００は、変調部１０２と、通信部の一例である通信アンテナ１０４とを有する。

変調部１０２は、不図示の制御部からの搬送波信号の生成命令を受けて、命令に応じた搬送波信号を生成する。なお、搬送波信号には、例えば携帯端末２００に対する各種処理命令や処理するデータを含めることができる。

通信アンテナ１０４は、例えば所定のインダクタンスを有するコイルを備え、変調部１０２が生成した搬送波信号をのせた搬送波を送信する。また、通信アンテナ１０４は、携帯端末２００からの応答信号を受信する。なお、図２では、通信アンテナ１０４が、コイルとキャパシタを含む共振回路で構成された例が示されている。

携帯端末２００は、図２に示すように、通信アンテナ２０４と、負荷Ｚとを有する。負荷Ｚは、携帯端末２００に搭載されるＩＣチップを等価的に示したものである。

通信アンテナ２０４は、例えば所定のインダクタンスを有するコイルを備え、通信アンテナ１０４から送信された搬送波信号がのった搬送波を受信する。また、通信アンテナ２０４は、負荷変調により、受信した搬送波に対する応答を行うことができる。

なお、通信装置１００は、通信アンテナ１０４におけるアンテナ端Ｐの電圧を検出することにより、携帯端末２００からの応答信号を復調することができる。

＜２．通信アンテナの結合状態について＞
ところで、通信装置１００と携帯端末２００は、携帯性を有するため、通信装置１００と携帯端末２００の距離は変動する。そして、通信装置１００と携帯端末２００の距離が近すぎると、通信装置１００の通信アンテナ１０４と携帯端末２００の通信アンテナ２０４とが密結合状態となり、非接触通信の際に通信障害が発生する。

図３を用いて、詳細に説明する。図３は、通信装置１００と携帯端末２００が近づいたときに起こる結合変化を説明するための図である。図３の周波数ｆ_０は、１３．５６ＭＨｚである。通信装置１００が携帯端末２００から離れていると、通信装置１００の通信アンテナ１０４と、携帯端末２００の通信アンテナ２０４とは、疎結合状態である。この疎結合状態は、周波数特性は極を一つ持つ単峰特性を有し、通信装置１００と携帯端末２００の間で信号の送受信が行われる。なお、疎結合状態のときは、結合係数Ｋ、アンテナ特性Ｑを用いると、以下の関係が成り立つ。

ここで、結合係数Ｋとアンテナ特性Ｑは、以下のように定義される。

なお、Ｌ_１は通信アンテナ１０４の自己インダクタンスであり、Ｌ_２は通信アンテナ２０４の自己インダクタンスである。Ｑ_１は通信アンテナ１０４のＱ値であり、Ｑ_２は通信アンテナ２０４のＱ値である。Ｍは、通信アンテナ１０４と通信アンテナ２０４の相互インダクタンスである。

疎結合状態から、通信装置１００と携帯端末２００が近づくと、極が大きくなる。そして、極が最大になるときが臨界結合状態である。臨界結合状態でも、周波数特性は単峰特性となる。なお、臨界結合状態のときは、以下の関係が成り立つ。

なお、臨界結合状態のときは、通信効率が最も良い。

一方で、臨界結合状態から、通信装置１００と携帯端末２００が更に近づくと、極が二つに分かれる。極を二つ有するときが密結合状態である。密結合状態では、周波数特性は双峰特性となる。なお、密結合状態のときは、以下の関係が成り立つ。

極が二つに分かれる密結合状態のときは、通信波形が歪むため、通信効率が低下して、非接触通信の際に通信障害が発生しやすい。このため、通信障害の発生を防止するためには、密結合状態を適切に検知することが望ましい。

そこで、非接触通信を行う通信装置１００及び携帯端末２００の通信アンテナ同士の密結合状態を適切に検知するために、本実施形態に係る通信装置１００は、通信アンテナの結合状態の検知処理を行う。通信アンテナの結合状態の検知処理として、通信装置１００は、携帯端末２００と非接触通信を行う通信アンテナ１０４の搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生させ、順次発生した周波数毎の通信アンテナ１０４の電圧値を測定する。そして、通信装置１００は、測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、通信アンテナ１０４と携帯端末２００の通信アンテナ１０４との結合状態が密結合状態であると判定する。

＜３．本実施形態に係る通信装置の詳細構成＞
図４を参照して、本実施形態に係る通信装置１００の詳細構成について説明する。図４は、通信装置１００の詳細構成を示す図である。

図４に示すように、通信端末１００は、アンテナコイル４０２と、共振用コンデンサ４０４と、周波数発生部４０６と、整流部４０８と、マイクロコンピュータ４２０を備える。

アンテナコイル４０２と共振用コンデンサ４０４は、図２の通信アンテナ１０４を構成する。また、アンテナコイル４０２と共振用コンデンサ４０４は、共振回路を形成している。

周波数発生部４０６は、通信アンテナ１０４の搬送波に供される正弦波を発生する。携帯端末２００と信号の送受信を行う際には、周波数発生部４０６は、通信アンテナ１０４の搬送波の周波数が１３．５６ＭＨｚとなるように、正弦波を発生する。

また、本実施形態に係る周波数発生部４０６は、搬送波（正弦波）の周波数の大きさを可変とすることが可能である。そして、周波数発生部４０６は、通信アンテナ１０４と通信アンテナ２０４の結合状態を検知するために、通信アンテナ１０４の搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生する。

ここで、周波数発生部４０６は、所定範囲の周波数帯において大きさが一定間隔で異なる複数の周波数を順次発生する。例えば、周波数発生部４０６は、５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚの範囲で、１０ＫＨｚの間隔で周波数を順次発生する。このように周波数を細分化して発生することで、後述する結合状態の検知精度を高めることができる。なお、５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚの範囲は一例に過ぎず、周波数発生部４０６は１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲で周波数を順次発生しても良い。かかる場合には、処理時間を短くすることが可能となる。

周波数発生部４０６が周波数を変えて正弦波を発生することにより、通信アンテナ１０４における電圧値も変化する。通信アンテナ１０４における電圧値は、整流部４０８を経てマイクロコンピュータ４２０に送られる。

マイクロコンピュータ４２０は、周波数発生部４０６が周波数を変えて正弦波を発生する際の、通信アンテナ１０４における電圧を順次測定する。マイクロコンピュータ４２０は、Ａ／Ｄ変換器４２２と、制御部の一例であるＣＰＵ４２４と、記憶部の一例であるＲＯＭ４２６と、ＲＡＭ４２８を有する。

Ａ／Ｄ変換器４２２は、整流部４０８を介して入力された電圧値をデジタル変換する。Ａ／Ｄ変換器４２２は、デジタル変換された電圧値をＣＰＵ４２４に出力する。

ＲＯＭ４２６は、予め測定した通信アンテナ１０４の基準電圧値を記憶する。ここで、基準電圧値は、図５の状態Ａに示すように通信装置１００の周囲に携帯端末２００が存在しない場合に、周波数発生部４０６が周波数を順次発生した際に測定された通信アンテナ１０４の電圧値である。

ＲＡＭ４２８は、Ａ／Ｄ変換器４２４によりデジタルに変換された各電圧値を順次記憶する。

ＣＰＵ４２４は、通信装置１００の全体の動作を制御する。本実施形態のＣＰＵ４２４は、周波数発生部４０６が順次発生した周波数毎の通信アンテナ１０４の電圧値を測定する。通信アンテナ１０４の電圧値は、通信アンテナ１０４のアンテナ端Ｐ（図２）の電圧値である。ＣＰＵ４２４は、測定した電圧値をＲＡＭ４２８に記憶させる。

ＣＰＵ４２４は、ＲＯＭ４２６に記憶された基準電圧値と、測定した各電圧値との差分を求める。すなわち、ＣＰＵ４２４は、ＲＯＭ４２６に記憶された基準電圧値と、ＲＡＭ４２８に記憶された測定電圧値との差分を求める。そして、ＣＰＵ４２４は、求めた差分の各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、通信アンテナ１０４と携帯端末２００の通信アンテナ２０４との結合状態が密結合状態であると判定する。

また、ＣＰＵ４２４は、周波数発生部４０６の周波数の発生タイミングを制御する。例えば、ＣＰＵ４２４は、通信装置１００と携帯端末２００の間で信号の送受信が行われない際に、周波数発生部４０６に複数の周波数を順次発生させる。これにより、信号の送受信に影響を与えずに、通信アンテナの結合状態を検知できる。

ここで、図５と図６を参照して、通信装置１００と携帯端末２００の位置関係と、通信アンテナ１０４における測定電圧値との関係について説明する。

図５は、通信装置１００と携帯端末２００の位置関係を説明するための図である。図５の状態Ａは、通信装置１００の周囲に携帯端末２００が存在しない状態である。図５の状態Ｂは、通信装置１００から離れた位置（通信可能な位置）に携帯端末２００が存在する状態である。図５の状態Ｃは、通信装置１００の近くの位置に携帯端末２００が存在する状態である。

図６は、上述した状態Ａ〜Ｃにおいて、周波数を変えた際の通信アンテナ１０４における電圧値を示すグラフである。すなわち、図６のグラフＡは図５の状態Ａに対応し、グラフＢは状態Ｂに対応し、グラフＣは状態Ｃに対応する。図６のグラフは、周波数発生部４０６が５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚの範囲で周波数を変えた際の、通信アンテナ１０４の基準電圧値と測定電圧値の差分を繋げた曲線（仮想曲線）を示している。

図６に示すように、状態Ａの場合には、周囲に携帯端末２００が存在しないため、周波数の大きさが変わっても通信アンテナ１０４の電圧値の大きさは一定である。状態Ｂの場合には、携帯端末２００が通信装置１００から離れており、仮想曲線の極が１つである疎結合状態である。状態Ｃの場合には、携帯端末２００が通信装置１００に接近しており、仮想曲線の極が２つである密結合状態である。

ＣＰＵ４２４は、求めた差分の電圧値を繋げた仮想曲線に対して微分計算を行うことで、仮想曲線の極を検出する。すなわち、ＣＰＵ４２４は、微分計算により仮想曲線の傾きを求め、例えば傾きが「０」を跨ぐところ、＋（プラス）から−（マイナス）へ電圧値が変化する部分を極として検出する。

ＣＰＵ４２４は、仮想曲線において２つの極を検出した場合には、通信アンテナ１０４と通信アンテナ２０４との結合状態が密結合状態であると判定する。一方で、ＣＰＵ４２４は、仮想曲線において１つの極を検出した場合には、通信アンテナ１０４と通信アンテナ２０４との結合状態が疎結合状態であると判定する。

また、ＣＰＵ４２４は、周波数発生部４０６が複数の周波数を順次発生する際の周波数発生部４０６の出力を、周波数発生部４０６が所定大きさの周波数を発生する際の周波数発生部４０６の出力よりも小さくする。すなわち、通信アンテナの結合状態の検知処理をする際の周波数発生部４０６の出力を小さくすることで、消費電力を低くすることができる。

ＣＰＵ４２４は、密結合状態であると判定した場合には、測定した電圧値に基いて通信アンテナ１０４のアンテナ特性を変更する。すなわち、ＣＰＵ４２４は、通信アンテナの結合状態を密結合状態から疎結合状態へ移行するように、アンテナ特性を変更する。これにより、密結合状態を解消して通信状態を改善することができる。

より望ましくは、ＣＰＵ４２４は、密結合状態であると判定した場合には、測定した電圧値に基いて、通信アンテナ１０４と通信アンテナ２０４との結合状態が臨界結合状態となるように通信アンテナ１０４のアンテナ特性を変更すると良い。ここで、臨界結合状態は、通信アンテナ１０４と通信アンテナ２０４の通信効率が最も高い結合状態である。このため、臨界結合状態となるようにアンテナ特性を変更することで、通信状態を最適に改善できる。

図７は、アンテナ特性を変更する通信装置１００の構成例を示す図である。図７の通信装置１００は、通信アンテナ１０４のキャパシタンス（Ｃ）４１２と抵抗（Ｒ）４１４を変更できる。図７の通信装置１００は、通信アンテナ１０４のキャパシタンス４１２と抵抗４１４を変更できる構成以外は、図４の通信装置１００の構成と同様である。

図７の通信装置１００のＣＰＵ４２４は、例えば、通信アンテナ１０４のキャパシタンス４１２又は抵抗４１４を変化させて、密結合状態から臨界結合状態へ移行するように調整する。例えば抵抗４１４を小さくすると通信アンテナのＱ値も小さくなり、密結合状態が次第に解消されて臨界結合状態となる。密結合状態から臨界結合状態へ移行することで、通信状態をより最適に改善できる。

＜４．通信アンテナの結合状態の検知処理＞
図８を参照して、通信アンテナの結合状態の検知処理について説明する。図８は、通信アンテナの結合状態の検知処理の際の通信装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。本処理は、通信装置１００のＣＰＵ４２４がＲＯＭ４２６に記憶されたプログラムを実行することで、実現される。

図８のフローチャートの検知処理は、通信装置１００と携帯端末２００との間で信号の送受信が行われない時に開始される。例えば、通信装置１００が携帯端末２００に送信信号を送る前又は送信信号を送った後に、本検知処理が開始される。なお、通信装置１００のＲＯＭ４２６には、予め、前述した通信アンテナ１０４の基準電圧値が、周波数と対応づけて記憶されている。

本処理において、ＣＰＵ４２４は、まず、周波数発生部４０６の周波数を最低周波数に設定する（ステップＳ１０２）。例えば、周波数の可変範囲が５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚである場合には、ＣＰＵ４２４は、最低周波数として５ＭＨｚを設定する。

次に、ＣＰＵ４２４は、最低周波数が設定された周波数発生部４０６に、最低周波数を有する正弦波を発生させる（ステップＳ１０４）。周波数発生部４０６が正弦波を発生することで、通信アンテナ１０４のアンテナ端Ｐの電圧が変動する。

次に、ＣＰＵ４２４は、周波数発生部４０６が発生した正弦波の周波数が、所定の最高周波数であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、最高周波数は、周波数の可変範囲が５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚである場合には、２５ＭＨｚである。

ステップＳ１０６で、周波数発生部４０６が発生した正弦波の周波数が最高周波数で無いと判定された場合には（Ｎｏ）、ＣＰＵ４２４は、通信アンテナ１０４のアンテナ端Ｐの電圧値を測定し、測定電圧値をＲＡＭ４２８に記憶する（ステップＳ１０８）。この際、ＣＰＵ４２４は、周波数発生部４０６が発生した周波数と、通信アンテナ１０４の電圧値とを対応付けて、ＲＡＭ４２８に記憶する。

次に、ＣＰＵ４２４は、周波数発生部４０６の周波数を１０ＫＨｚだけ大きく設定し、設定された周波数の正弦波を周波数発生部４０６に発生させる（ステップＳ１０８）。ここで、周波数の大きさの変更は、例えば１０ｍｓ毎に行われる。そして、ＣＰＵ４２４は、再度ステップＳ１０６の処理を行う。

このように、本処理においては、周波数発生部４０６が発生した正弦波の周波数が最高周波数になるまで、ステップＳ１０８とステップＳ１１０の処理を繰り返す。これにより、５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚの１０ＫＨｚ間隔の周波数毎の通信アンテナ１０４の電圧値が、ＲＡＭ４２８に記憶される。

ステップＳ１０６で、周波数発生部４０６が発生した正弦波の周波数が最高周波数であると判定された場合には（Ｙｅｓ）、ＣＰＵ４２４は、電圧値の測定を完了し、通信アンテナの結合状態の判定処理を行う（ステップＳ１１２）。すなわち、ＣＰＵ４２４は、通信装置１００の通信アンテナ１０４と携帯端末２００の通信アンテナ２０４の結合状態が、疎結合状態又は密結合状態であるかを判定する。

図９は、通信アンテナの結合状態の判定処理を説明するためのフローチャートである。ＣＰＵ４２４は、５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚにおける１０ＫＨｚ間隔の周波数毎に、ＲＯＭ４２６に記憶された基準電圧値と、ＲＡＭ４２８に記憶された測定電圧値との差分を求める（ステップＳ２０２）。これにより、例えば、図６等で説明した仮想曲線を取得することができる。

次に、ＣＰＵ４２４は、取得した仮想曲線から極を検出する（ステップＳ２０４）。例えば、ＣＰＵ４２４は、仮想曲線に対して微分計算を行うことで、極の数を検出する。そして、ＣＰＵ４２４は、検出した極の数が１つである場合には、通信アンテナの結合状態が疎結合であると判定する。一方で、検出した極の数が２つである場合には、ＣＰＵ４２４は、通信アンテナの結合状態が密結合状態であると判定する。

上述した通信アンテナの結合状態の検知処理によれば、疎結合状態と密結合状態とを検出できるので、非接触通信を行う通信装置１００及び携帯端末２００の通信アンテナ同士の密結合状態を適切に検知できる。そして、密結合状態を検知した後に、通信装置１００は、例えば通信アンテナ１０４のアンテナ特性を変更することで、密結合状態を解消して通信状態を改善することができる。

また、通信装置１００は、上述した検知処理を、通信装置１００と携帯端末２００との間で信号の送受信が行われない時に、複数回実行しても良い。これにより、仮に密結合状態が解消された後に再度密結合状態になっても、密結合状態を解消して良好な通信状態を維持することができる。

なお、上記では、５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚにおける１０ＫＨｚ間隔の周波数に対応した各電圧値を測定した後に、通信アンテナの結合状態の判定処理を行っていたが、これに限定されない。例えば、通信アンテナ１０４の電圧値の測定と、通信アンテナの結合状態の判定処理とを並行して、実行しても良い。これにより、判定処理の開始タイミングが早まるので、処理時間を短縮できる。

また、上記では、１０ＫＨｚ間隔の周波数に対応した電圧値を測定することとしたが、これに限定されない。例えば、判定処理において１つ目の極が検出された場合には、周波数の間隔を１０ＫＨｚよりも大きくしても良い。これにより、測定数が減るので、処理時間を短縮できる。

また、上記では、通信装置１００が携帯端末２００に送信信号を送る前又は送信信号を送った後に、本検知処理が開始されることとしたが、これに限定されない。例えば、通信装置１００がポーリング処理を連続して行う際には、２つのポーリング処理の合間の無変調時に通信アンテナの結合状態の検知処理を行うこととしても良い。また、各コマンドのリトライ発生時には、リトライ発生後に通信アンテナの結合状態の検知処理を行うこととしても良い。

＜５．まとめ＞
上述したように、本実施形態に係る通信装置１００は、携帯端末２００と非接触通信を行う通信アンテナ１０４の搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生させ、順次発生した周波数毎の通信アンテナ１０４の電圧値を測定する。そして、通信装置１００は、測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、通信アンテナ１０４と携帯端末２００の通信アンテナ１０４との結合状態が密結合状態であると判定する。

これにより、非接触通信を行う通信装置１００及び携帯端末２００の通信アンテナ同士の密結合状態を適切に検知できる。そして、密結合状態を適切に検知した後に、通信装置１００は、例えば通信アンテナ１０４のアンテナ特性を変更する（例えば、前述したように、キャパシタンス又は抵抗を変更する）ことで、密結合状態を解消して通信状態を改善することができる。

なお、通信装置１００は、例えば携帯端末２００を非接触式で充電する機能を有しても良い。通信装置１００が非接触充電機能を有する場合には、通信アンテナの結合状態が臨界結合状態となるようにアンテナ特性を変更した後に充電を行うことで、充電の効率を高めることができる。臨界結合状態の場合に充電効率が最大になるからである。

また、上述したように、通信アンテナの結合状態の判定処理の際には、小さい出力で周波数発生部４０６が周波数を発生することとした。なお、判定処理で密結合状態と判定されアンテナ特性を変更した後に、出力を大きくして周波数発生部４０６が１３．５６ＭＨｚの周波数を発生しても良い。すなわち、携帯端末２００が通信装置１００に接近したことを検知したら（通信装置１００は、近接センサの機能を有する）、周波数発生部４０６の出力を上げても良い。これにより、消費電力を抑えつつ、携帯端末２００との通信状態を良好なものにできる。

ところで、上記では、通信装置１００のマイクロコンピュータ４２０（図４）が、通信アンテナの結合状態の判定処理を行うこととしたが、これに限定されない。例えば、図１０に示すように、アナログ回路で、通信アンテナの結合状態の判定処理を行うこととしても良い。

図１０は、他の実施形態に係る通信装置を説明するための図である。図１０に示す通信装置１００は、マイクロコンピュータ４２０に代わりに、オペアンプを使ったピーク検出回路４５０が通信アンテナの結合状態の判定処理を行う。図１０に示す通信装置１００は、ピーク検出回路４５０以外の構成は、図４に示す通信装置１００の構成と同様であるので、以下においては、ピーク検出回路４５０について説明する。

図１０に示すように、ピーク検出回路４５０は、オペアンプ４５２と、コンパレータ４５４と、スイッチ４５６等を有する。オペアンプ４５２には、整流部４０８を介して周波数毎の通信アンテナ１０４の電圧値が入力される。ピーク検出回路４５０は、コンパレータ４５４により、オペアンプ４５２の入力とオペアンプ４５２の出力を比較する。そして、ピーク検出回路４５０は、オペアンプ４５２の入力が下がり始めたところを変化点として捉え、ピーク（極）があることを検出する。

ピーク検出回路４５０は、１つ目のピークを検出したら、オペアンプ４５２の入力同士をスイッチ４５６で短絡させ、０Ｖにリセットする。その後、ピーク検出回路４５０は、同様に、２つの目のピークの検出を試みる。２つ目のピークが検出されたら、ピーク検出回路４５０は、通信アンテナの結合状態が密結合状態であると判定する。このように、図１０に示すピーク検出回路４５０によっても、非接触通信を行う通信装置１００及び携帯端末２００の通信アンテナ同士の密結合状態を適切に検知できる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本技術はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、上記実施形態では、通信装置として携帯電話機や自動改札機を例に挙げて説明したが、これに限定されない。通信装置は、リーダ／ライタ機能及び報知部を有する、デジタルカメラ、ＰＤＡ、ゲーム機、電子辞書、タブレット等であっても良い。

また、上記の実施形態のフローチャートに示されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的に又は個別的に実行される処理をも含む。また時系列的に処理されるステップでも、場合によっては適宜順序を変更することが可能であることは言うまでもない。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）搬送波を用いて外部装置と非接触通信を行う通信アンテナと、
前記通信アンテナの前記搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生する周波数発生部と、
前記周波数発生部が順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定し、測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定する制御部と、
を備える、通信装置。
（２）前記周波数発生部は、所定範囲の周波数帯において大きさが一定間隔で異なる複数の周波数を順次発生する、前記（１）に記載の通信装置。
（３）前記通信アンテナは、前記周波数発生部が発生した所定大きさの周波数の搬送波を用いて、前記外部装置との間で信号の送受信を行い、
前記信号の送受信が行われない際に、前記制御部は、前記周波数発生部に前記複数の周波数を順次発生させる、前記（１）又は（２）に記載の通信装置。
（４）前記制御部は、前記周波数発生部が前記複数の周波数を順次発生する際の前記周波数発生部の出力を、前記周波数発生部が前記所定大きさの周波数を発生する際の前記周波数発生部の出力よりも小さくする、前記（３）に記載の通信装置。
（５）前記制御部は、前記密結合状態であると判定した場合には、測定した前記電圧値に基いて前記通信アンテナのアンテナ特性を変更する、前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の通信装置。
（６）前記制御部は、前記密結合状態であると判定した場合には、測定した前記電圧値に基いて、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が臨界結合状態となるように前記アンテナ特性を変更する、前記（５）に記載の通信装置。
（７）前記周波数毎の前記通信アンテナの電圧値として、予め測定した結果に基づく基準電圧値を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、
前記記憶部に記憶された前記基準電圧値と、測定した各電圧値との差分を求め、
求めた差分の各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定する、前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の通信装置。
（８）前記制御部は、前記仮想曲線に対して微分計算を行うことで、前記仮想曲線の極を検出する、前記（７）に記載の通信装置。
（９）外部装置と非接触通信を行う通信アンテナの搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生することと、
順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定することと、
測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定することと、
を有する、通信方法。
（１０）外部装置と非接触通信を行う通信アンテナの搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生することと、
順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定することと、
測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定することと、
をコンピュータに実行させるための、プログラム。

１０通信システム
１００通信装置
１０２変調部
１０４通信アンテナ
２００携帯端末
２０４通信アンテナ
４０２アンテナコイル
４０４共振用コンデンサ
４０６周波数発生部
４０８整流部
４２０マイクロコンピュータ
４２２Ａ／Ｄ変換器
４２４ＣＰＵ
４２６ＲＯＭ
４２８ＲＡＭ

Claims

搬送波を用いて外部装置と非接触通信を行う通信アンテナと、
前記通信アンテナの前記搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生する周波数発生部と、
前記周波数発生部が順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定し、測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定する制御部と、
を備える、通信装置。
前記周波数発生部は、所定範囲の周波数帯において大きさが一定間隔で異なる複数の周波数を順次発生する、請求項１に記載の通信装置。
前記通信アンテナは、前記周波数発生部が発生した所定大きさの周波数の搬送波を用いて、前記外部装置との間で信号の送受信を行い、
前記信号の送受信が行われない際に、前記制御部は、前記周波数発生部に前記複数の周波数を順次発生させる、請求項１に記載の通信装置。
前記制御部は、前記周波数発生部が前記複数の周波数を順次発生する際の前記周波数発生部の出力を、前記周波数発生部が前記所定大きさの周波数を発生する際の前記周波数発生部の出力よりも小さくする、請求項３に記載の通信装置。
前記制御部は、前記密結合状態であると判定した場合には、測定した前記電圧値に基いて前記通信アンテナのアンテナ特性を変更する、請求項１に記載の通信装置。
前記制御部は、前記密結合状態であると判定した場合には、測定した前記電圧値に基いて、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が臨界結合状態となるように前記アンテナ特性を変更する、請求項５に記載の通信装置。
前記周波数毎の前記通信アンテナの電圧値として、予め測定した結果に基づく基準電圧値を記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、
前記記憶部に記憶された前記基準電圧値と、測定した各電圧値との差分を求め、
求めた差分の各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定する、請求項１に記載の通信装置。
前記制御部は、前記仮想曲線に対して微分計算を行うことで、前記仮想曲線の極を検出する、請求項７に記載の通信装置。
外部装置と非接触通信を行う通信アンテナの搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生することと、
順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定することと、
測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定することと、
を有する、通信方法。
外部装置と非接触通信を行う通信アンテナの搬送波の周波数として、大きさが異なる複数の周波数を順次発生することと、
順次発生した周波数毎の前記通信アンテナの電圧値を測定することと、
測定した各電圧値を繋げた仮想曲線において２つの極を検出した場合には、前記通信アンテナと前記外部装置のアンテナとの結合状態が密結合状態であると判定することと、
をコンピュータに実行させるための、プログラム。