JP5955901B2 - Method, electronic device, and computer program for facilitating touch operation for wireless communication - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信に電子機器が搭載するタッチパネルを利用する技術に関し、さらには携帯式デバイスのタッチ操作を容易にする技術に関する。 The present invention relates to a technology that uses a touch panel mounted on an electronic device for wireless communication, and further relates to a technology that facilitates a touch operation of a portable device.
非接触ICカードまたは非接触ICタグなどを使った無線通信技術としてRFID(Radio Frequency Identification:無線固体識別)と近距離無線通信(NFC:Near Field Communication)が知られている。NFCは、非接触ICカードを利用する点でRFIDと概念的に類似するが、RFIDには数メートル程度の通信が可能なものもある一方で、NFCはアンテナ同士を2センチメートルから4センチメートル程度以下まで接近させて通信を行いかつ用途が異なることもあって、RFIDとは別にNFCフォーラムという標準化団体が技術仕様を策定しISO/IEC14443、ISO/IEC18092として規定した。 RFID (Radio Frequency Identification) and near field communication (NFC) are known as wireless communication technologies using a non-contact IC card or a non-contact IC tag. NFC is conceptually similar to RFID in that it uses a contactless IC card, but some RFIDs can communicate on the order of several meters, while NFC connects antennas between 2 centimeters and 4 centimeters. The communication was carried out by approaching to a certain extent and the usages were different, so a standardization organization called NFC Forum developed technical specifications separately from RFID and defined them as ISO / IEC14443 and ISO / IEC18092.
近年のスマートフォンやタブレット端末などの携帯式電子機器には、NFCモジュールを搭載するものが登場するようになってきた。NFCには、リーダ・ライタが電源をもたない非接触ICカードや非接触ICタグと通信を行うパッシブ型の通信と、電源を備えた2つの機器が交互にイニシエータとターゲットになって通信するアクティブ型の通信が定義されている。NFC規格は、非接触ICカードの役割を代替するカード・エミュレーション機能、NFCタグを読み取るためのリーダ・ライタ機能、およびNFCデバイス同士で通信する機器間通信(P2P)機能の3つの機能を規定する。 In recent years, portable electronic devices such as smartphones and tablet terminals have come to include NFC modules. In NFC, a reader / writer communicates with a contactless IC card or contactless IC tag that does not have a power supply, and two devices equipped with a power supply alternately communicate with an initiator and a target. Active communication is defined. The NFC standard defines three functions: a card emulation function that replaces the role of a contactless IC card, a reader / writer function for reading an NFC tag, and an inter-device communication (P2P) function for communicating between NFC devices. .
リーダ・ライタ機能は、Felica(登録商標)、Mifare(登録商標)などのタイプ1からタイプ4までの4種類の非接触ICカードを読み取ることができる。NFCでは一方の機器のNFCアンテナを他方の機器のNFCアンテナに通信可能な距離まで接近させて電磁結合をさせる必要があるが、電源のない非接触ICカードに対してデータの読み書きをすることができ、両者を接近させるだけで通信を開始できるため携帯式電子機器での用途の拡大が期待されている。特許文献1は、静電容量式のタッチパネルの上に置かれたカードの位置、方向およびコード情報を認識してカードの上からタッチした指の位置と組み合わせて入力する入力システムを開示する。コード情報には、複数の媒体を識別するためのIDやカードの形状、大きさなどを定義する。 The reader / writer function can read four types of contactless IC cards such as Felica (registered trademark) and Mifare (registered trademark) from type 1 to type 4. In NFC, the NFC antenna of one device must be brought close to the NFC antenna of the other device to a communicable distance to perform electromagnetic coupling, but data can be read from and written to a contactless IC card without a power source. Since communication can be started simply by bringing the two close together, expansion of applications in portable electronic devices is expected. Patent Document 1 discloses an input system that recognizes the position, direction, and code information of a card placed on a capacitive touch panel and inputs the information in combination with the position of a finger touched from above the card. The code information defines an ID for identifying a plurality of media, a card shape, a size, and the like.
タブレット端末が搭載するNFCモジュールがリーダ・ライタとなって非接触ICカードとNFCをする場合は、非接触ICカードを近くにNFCアンテナが配置されたタッチ面の近くに接近させる。以下においては、NFCのために非接触ICカードをタッチ面に接近させてアンテナ同士に電磁結合をさせる操作をタッチ操作ということにする。したがって非接触ICカードのタッチ操作には、非接触ICカードがタッチ面に接触する場合とわずかな距離だけ離れた状態が存在する。 When the NFC module mounted on the tablet terminal serves as a reader / writer to perform NFC with the non-contact IC card, the non-contact IC card is brought close to the touch surface on which the NFC antenna is arranged. In the following, an operation for bringing the non-contact IC card close to the touch surface for NFC and electromagnetically coupling the antennas will be referred to as a touch operation. Therefore, in the touch operation of the non-contact IC card, there is a state where the non-contact IC card is separated from the touch surface by a slight distance.
タブレット端末は、筐体の内部に高密度で多くの電子デバイスを実装しており、筐体も金属で形成することが多いため、タブレット端末に対するNFCアンテナの実装方法を工夫する必要がある。このときタブレット端末としては、NFCアンテナの収納スペースの確保、電子デバイスに対するノイズ障害対策、電磁結合のための磁路の確保および筐体構造への影響の軽減などが主要な検討要素となる。 Since a tablet terminal has many electronic devices mounted at high density inside a casing and the casing is often formed of metal, it is necessary to devise an NFC antenna mounting method for the tablet terminal. At this time, as a tablet terminal, securing of an NFC antenna storage space, measures against noise interference for an electronic device, securing of a magnetic path for electromagnetic coupling and reduction of influence on a housing structure are the main examination factors.
またNFCアンテナとしては、小型化、取り付けやすさ、および通信性能などが主要な検討要素となる。図10(A)は、非接触ICカード10の構造を説明するための平面図で、図10(B)は、タブレット端末50におけるNFCアンテナの取り付け位置を説明するための平面図である。図11は、非接触ICカード10が配置されたときの図10(B)のX−X矢視で切断した概略的な断面図である。非接触ICカード10は、全体がプラスチックで形成された本体にNFCアンテナ13および半導体チップ15が埋め込まれている。パッシブ型である非接触ICカード10は電力源を保有せず、タブレット端末50が放射する磁束を半導体チップ15のエネルギーとして利用する。
As NFC antennas, downsizing, ease of attachment, communication performance, and the like are the main considerations. FIG. 10A is a plan view for explaining the structure of the
NFCアンテナ13は、カードの周辺に配置された1〜4ターン程度の矩形状のループ・コイルとして構成され、半導体チップ15に接続されている。以後、ループ・コイルが配置される平面をコイル面といい、コイル面に垂直でループ・コイルのコイル開口の中心を通る軸をコイル軸17ということにする。このようにNFCアンテナ13をカードの物理的な外延で許容される範囲でできるだけ大きなコイル開口を有するように形成すると、駅の改札口や、劇場の入り口に配置されるリーダ・ライタのNFCアンテナとの間で通信するときに、タッチ面の広い範囲でNFCができるため都合がよい。
The
タブレット端末50と非接触ICカード10がNFCを行うためには、タッチスクリーン61の表面に設けたタッチ面63にタッチ操作をしたときに、一時的に一方のNFCアンテナが放射する磁束が他方のNFCアンテナと鎖交して電磁結合をする必要がある。タブレット端末50にコイル面がタッチ面63に平行になるようにループ・コイル状のNFCアンテナ55を配置して、そのコイル軸の位置にユーザが視認できるタッチ・マーク57を描いておけば、非接触ICカード10のコイル軸17をタッチ・マーク57に近づけるようにタッチ操作をすることでNFCができる。
In order for the
このときの様子を図11(A)に示す。図11(A)は、NFアンテナ13、55のコイル軸が一致する位置に対してタッチ操作が行われたときに、NFCアンテナ55が放射する磁束とNFCアンテナ13が鎖交する様子を示している。図11(A)に示すようにNFCアンテナ13、55は、電磁結合できる範囲が広いためコイル軸がずれても所定値以上の電磁結合度を得ることができるため、NFCが成功するまで非接触ICカード10をタッチ・マーク57の廻りで移動させる必要はない。NFCアンテナ13、55間の電磁結合回路には対称性があるため非接触ICカード13が放射する磁束についても同様に高い電磁結合度を得ることができる。
A state at this time is shown in FIG. FIG. 11A shows a state in which the magnetic flux radiated from the
しかし、タブレット端末50にNFCアンテナ55を設けることは、金属筐体の一部に非磁性体材料を埋め込んでタッチ面の近辺に電磁結合のための磁路を確保したり、ノイズ対策をしたり、スペースを確保したりすることがタブレット端末の設計の自由度を制約する。また、タッチスクリーン61には、タッチ・マーク57を表示すると他のアプリケーションによる表示に支障がでるためタブレット端末50でタッチ・マークが必要な場合は、筐体の裏面をタッチ面にする必要がある。なお、NFCアンテナ55のように、タッチスクリーンの正面方向またはタッチ面63に垂直な方向に磁束を放射するアンテナを正面放射型のアンテナということにする。
However, the provision of the
これに対して、タッチスクリーン61の周囲に設けた縁枠59の領域にNFCアンテナ51を配置すれば、上述のような問題を解消することができる。ところが、実際に筐体の端部から磁束を放射するNFCアンテナ51を縁枠59の領域に配置して、NFCアンテナ51の中心に対応する縁枠59の位置にタッチ・マーク53を描き、これを目標にしたタッチ操作をすると、試験者によっては短時間でNFCができない場合があることがわかった。
On the other hand, if the
このときの様子を図11(B)、(C)に示す。図11(B)のようにコイル軸17がタッチ・マーク53に近いようにNFCアンテナ13が配置されるときは、図11(C)のようにNFCアンテナ13に対する磁束がコイル面に平行な成分および見かけ上一旦鎖交した磁束が戻ることで実質的に鎖交しない成分が多くなり、電磁結合度が低下することに原因があることがわかった。非接触ICカード10をさまざまな位置に配置して検証してみると、図11(D)のように、非接触ICカード10を図11(C)の位置から図10(B)に示す矢印A方向に移動させたときにNFCができる確率が高いことがわかった。
The situation at this time is shown in FIGS. When the
このときの磁束の鎖交の様子を図11(E)に示す。図11(E)のように非接触ICカード10が矢印A方向に移動した位置では、NFCアンテナ13と鎖交する磁束のコイル面に垂直な成分が多くなっている。図11(F)、(G)に示すように非接触ICカード10を矢印B方向に移動させても同様に鎖交磁束が増加してNFCができる確率が高くなることがわかった。
FIG. 11E shows how the magnetic flux links at this time. As shown in FIG. 11E, at the position where the
ここに、矢印A、B方向は、NFCアンテナ51が放射する磁束が流れる方向に一致している。一般にユーザはタッチ・マーク53に非接触ICカード10の中心部(コイル軸17)を近づけるようなタッチ操作をすることでNFCができると思っているため、NFCアンテナ51では図10(D)、(F)のタッチ操作の位置を知るまでは不便である。なお、NFCアンテナ51のように、筐体の側面方向またはタッチ面63に水平な方向に磁束を放射するアンテナを側面放射型アンテナということにする。
Here, the directions of the arrows A and B coincide with the direction in which the magnetic flux radiated from the
そこで本発明の目的は、タッチ面を提供する電子機器に対する携帯式デバイスのタッチ操作を容易にする方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、電子機器の筐体の周辺部にNFCアンテナを配置する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、電子機器に実装するNFCモジュールの消費電力を低減する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実現する電子機器およびコンピュータ・プログラムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for facilitating a touch operation of a portable device on an electronic device that provides a touch surface. A further object of the present invention is to provide a method for arranging an NFC antenna in the peripheral part of the casing of an electronic device. A further object of the present invention is to provide a method for reducing power consumption of an NFC module mounted on an electronic device. Furthermore, the objective of this invention is providing the electronic device and computer program which implement | achieve such a method.
本発明は、タッチスクリーンと第1のアンテナを実装する電子機器と、第2のアンテナを搭載する携帯式デバイスが無線通信をする方法を提供する。第2のアンテナをタッチスクリーンが検出する。第2のアンテナの検出に応じて電子機器が無線通信に関連する所定の動作をする。したがって、タッチスクリーンに携帯式デバイスを近づけるだけで無線通信に関連する動作をすることができるため便利である。 The present invention provides a method for wireless communication between an electronic device mounted with a touch screen and a first antenna, and a portable device mounted with a second antenna. The touch screen detects the second antenna. In response to the detection of the second antenna, the electronic device performs a predetermined operation related to wireless communication. Therefore, it is convenient because operations related to wireless communication can be performed simply by bringing the portable device close to the touch screen.
第1のアンテナは側面放射型または正面放射型のいずれでもよい。無線通信は誘導方式の近距離無線通信とすることができる。第2のアンテナは矩形状のコイル・パターンで形成することができる。携帯式デバイスはスマートフォンのような自らが保有する電源で磁界を放射するアクティブ型でも、非接触ICカードのような内部に電源を保有しないパッシブ型でもよい。所定の動作は、第1のアンテナと第2のアンテナの電磁結合度を高めるための携帯式デバイスの移動方向を示す情報をタッチスクリーンに表示する動作とすることができる。 The first antenna may be either a side emission type or a front emission type. Wireless communication can be guided short-range wireless communication. The second antenna can be formed of a rectangular coil pattern. The portable device may be an active type that emits a magnetic field with its own power source such as a smartphone, or a passive type that does not have a power source inside such as a non-contact IC card. The predetermined operation may be an operation of displaying information indicating a moving direction of the portable device for increasing the degree of electromagnetic coupling between the first antenna and the second antenna on the touch screen.
移動方向の表示により、タッチ操作をしても無線通信を開始できないときに、ユーザはタッチスクリーンをみてタッチ操作の位置を修正することができる。タッチスクリーンがタッチ面を提供する場合は、ユーザが視線を携帯式デバイスに向けた状態で移動方向を判断することができる。移動方向は、第2のアンテナのコイル辺の位置から決定することができる。電子機器にターゲット・ポイントを設定し、コイル辺をターゲット・ポイントに近づける方向を示すような移動方向を示す情報を生成することができる。ターゲット・ポイントは、システムだけが認識できるものでよいが、ユーザにタッチ操作の目標を提供するためのタッチ・マークの位置に一致する位置にしてもよい。 The display of the moving direction allows the user to correct the position of the touch operation by looking at the touch screen when the wireless communication cannot be started even if the touch operation is performed. When the touch screen provides a touch surface, the user can determine the moving direction with the line of sight toward the portable device. The moving direction can be determined from the position of the coil side of the second antenna. It is possible to set a target point in the electronic device and generate information indicating a moving direction that indicates a direction in which the coil side approaches the target point. The target point may be recognized only by the system, but may be a position that coincides with the position of the touch mark for providing the user with a target of the touch operation.
その結果、ユーザは何回かタッチ操作をしてNFCの成功率を学習することで、タッチ・マークの位置にコイル辺を近づけるようなタッチ操作を最初からできるようになる。移動方向を示す情報は、磁束の方向に存在するターゲット・ポイントに最も近いコイル辺をターゲット・ポイントに近づける方向を示すものでよい。移動方向を示す情報は、矢印マークとすることができる。移動方向を示す情報が、携帯式デバイスの移動に伴ってターゲット・ポイントと、最も近いコイル辺の距離の変化を示す情報を含むようにすることができる。 As a result, the user can perform a touch operation that brings the coil side closer to the position of the touch mark from the beginning by learning the NFC success rate by performing the touch operation several times. The information indicating the moving direction may indicate the direction in which the coil side closest to the target point existing in the direction of the magnetic flux approaches the target point. The information indicating the moving direction can be an arrow mark. The information indicating the moving direction may include information indicating a change in the distance between the target point and the nearest coil side as the portable device moves.
所定の動作は、無線通信をするためのデバイスの電源を起動する動作とすることができる。その結果、通常の状態では無線通信をするためのデバイスの電源を停止することができる。タッチスクリーンは常時タッチ入力を検出できるように動作するため、タッチスクリーンが消費する電力は本発明の適用により増加することはない。所定の動作は、無線通信をするためのプログラムを起動する動作とすることができる。 The predetermined operation can be an operation of starting a power source of a device for wireless communication. As a result, the power supply of the device for wireless communication can be stopped in a normal state. Since the touch screen operates so that the touch input can be detected at all times, the power consumed by the touch screen is not increased by the application of the present invention. The predetermined operation can be an operation of starting a program for wireless communication.
本発明により、タッチ面を提供する電子機器に対する携帯式デバイスのタッチ操作を容易にする方法を提供することができた。さらに本発明により、電子機器の筐体の周辺部にNFCアンテナを配置する方法を提供することができた。さらに本発明により、電子機器に実装するNFCモジュールの消費電力を低減する方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実現する電子機器およびコンピュータ・プログラムを提供することができた。 According to the present invention, a method for facilitating a touch operation of a portable device with respect to an electronic device that provides a touch surface can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for arranging an NFC antenna in the periphery of the casing of an electronic device. Furthermore, according to the present invention, a method for reducing the power consumption of an NFC module mounted on an electronic device can be provided. Furthermore, according to the present invention, an electronic apparatus and a computer program that realize such a method can be provided.
図1は、NFCアンテナ200を搭載するタブレット端末100の概略的な構造を説明するための図である。図1(A)は平面図で、図1(B)は図1(A)のY−Y矢視で切断した概略的な断面図である。タブレット端末100は、マグネシウムまたはアルミニウムなどの金属材料で箱状に形成した筐体107に嵌め込んだガラス板109の表面が、非接触ICカード10のタッチ面109aを構成している。
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic structure of a
筐体107は、タッチスクリーン101、化粧パネル111、側面放射型のNFCアンテナ200、アルミニウム・シート251、回路基板131および電池ユニット133を収納している。化粧パネル111が配置される領域はタッチスクリーン101の周囲を囲む縁枠103を構成する。回路基板131には、図3に示すさまざまなデバイスが実装される。NFCアンテナ200は、ガラス板109の下に配置した化粧パネル111の下面に両面テープまたは接着剤などで貼り付けて装着することができる。アルミニウム・シート251はNFCアンテナ200が放射する高周波の交番磁界による回路基板131へのノイズの侵入を防ぐために配置している。
The
筐体107の側壁には、NFCアンテナ200が放射する磁束106をタッチ面109aの近辺の空中に効率よく導く磁路を形成するようにプラスチック部材108を埋め込んでいる。NFCアンテナ200は、タッチスクリーン101を四方で囲む縁枠103の上辺の下部に収納されている。縁枠103には、ユーザが非接触ICカード10をタッチ面109a上に位置付けるための概略的な位置を示すタッチ・マーク105が描かれている。タッチ・マーク105は一例において、平面的に、NFCアンテナ200のコイル開口253(図2)の中心に対応する位置に設けている。
A
図2は、側面放射型のNFCアンテナ200の構造の一例を説明するための図である。図2(A)は平面図で、図2(B)は図2(A)のZ1−Z1矢視で切断した断面図である。ここに側面放射型のNFCアンテナは、タッチ面から磁束を放射する正面放射型のアンテナに対して対照的な構造で、タブレット端末100に収納したときに、筐体の側面のプラスチック部材108を磁路の一部とするように、アンテナの側部またはタッチ面109aに垂直な方向から多くの磁束を放射する構造のアンテナに相当する。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the structure of the side-emitting
NFCアンテ200は、絶縁基板201の表面201aにアンテナ・コイル207を備えている。絶縁基板201はガラスエポキシ基板やコンポジット基板などのリジッド基板、またはポリイミド・フィルムやポリエステル・フィルムなどのフレキシブル基板のいずれでもよい。パターンの形成方法は特に限定する必要はなく、絶縁基板201の全面に貼り付けた銅箔をエッチングしたり、レジストを形成した絶縁基板201に銅メッキしたりするなどのさまざまな方法を採用することができる。
The
アンテナ・コイル207は、全体が1本の連続した導線となってループ・コイルを形成するように表面201a上に形成されている。アンテナ・コイル207は、コイル開口253を挟んで対向する内側パターン207aと外側パターン207bを含む。NFCアンテナ200をタブレット端末100に実装するときに内側パターン207aは筐体107の内部の方向に配置し、外側パターン207bは筐体107の側面の方向に配置する。NFCアンテナ200は、アンテナ・コイル207のコイル開口253をフェライト粉末や金属粉末などの強磁性材料で形成した磁性体シート205が貫通している。
The
磁性体シート205は、その投影が外側パターン207aと内側パターン207bに重なり、かつ、外側パターン207aの上から絶縁基板201の裏面201bに延びている。アンテナ・コイル207の両端は、絶縁基板201の裏面201bに実装した共振回路211に接続している。共振回路211は、抵抗、コンデンサ、およびリアクトルで構成され、アンテナ・コイル207を一例として13.56MHzの高周波電流に共振させる。共振回路211は、タブレット端末100の回路基板131に実装するNFCモジュール161(図4)に接続する。
The projection of the
アンテナ・コイル207に鎖交する磁束の一方の出入り口は矢印Aで示す磁性シート205の平坦部および側部203となり、他方の出入り口は矢印Bで示す磁性シート205の平坦部および端部204となる。なお、図2(B)では、タッチ面109aの近辺に磁束を分布させない下側方向の磁束を省略している。NFCアンテナ200の近辺に存在する交番磁界は、磁性体シート205の中に強い交番磁束を生じさせる。コイル開口253を貫通する磁性体シート205を通過した交番磁束は、アンテナ・コイル207と鎖交して誘導電圧を誘起する。図2(B)は、ある瞬間の交番磁束が矢印B方向から磁性体シート205に入射し矢印Aの方向に出射する様子を示している。
One entrance / exit of the magnetic flux interlinking with the
また、NFCアンテナ200に高周波電流を流したときにアンテナ・コイル207が生成した交番磁界は、磁性体シート205の中に強い交番磁束を生じさせて、ある瞬間に矢印Aの方向に放射する。NFCアンテナ200が放射する磁束は磁性体シート205が空中に開放する端部203、204で強くなる。NFCアンテナ200は、側部203が側壁のプラスチック部材108を向き、かつ、外側パターン207aがガラス板109に近付くように筐体107の内部に配置される。
Further, the alternating magnetic field generated by the
図3は、タブレット端末100のハードウェア構成を説明するための機能ブロック図である。本発明において、タブレット端末100の多くのハードウェアの構成は周知であるため、本発明の理解に必要な要素を中心に説明する。CPUパッケージ151は、CPUコア、メモリ・コントローラ、GPU、およびI/Oインターフェースなどが1つのパッケージとして構成されている。CPUパッケージ151には本発明に関連する要素として、CPUコアが実行するプログラムを一時的に記憶するシステム・メモリ157、CPUコアが実行するプログラムを格納するソリッド・ステート・ドライブ(SSD)のような不揮発性メモリ159、NFCモジュール161、およびタッチスクリーン101などが接続されている。
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the hardware configuration of the
タッチスクリーン101は、フラットパネル型のディスプレイ153とディスプレイ153に積層されたタッチパネル155で構成されている。タッチパネル155はマトリクス状に複数の電極が配置された静電容量式の多点検出が可能な位置検出デバイスで、接近した指と電極の間の静電結合による静電容量の変化から、指の座標を検出する。金属は電極との間にも静電結合を発生させるため、タッチパネル155は金属が接近したときにその座標を検出する。このときタッチパネル155は、金属がタッチ面109aに対して平面的に広がるパターンを構成していれば、そのパターンを座標として検出する。
The
不揮発性メモリ159は、図4に示すソフトウェアを格納する。NFCモジュール161は、半導体チップおよび不揮発性メモリを含んでおり、NFCアンテナ200が接続されている。NFCモジュール161は、ISO/IEC14443で規定する13.56MHzの周波数帯を使用した通信距離が100ミリメートル以下の近接型(Proximity)に属し電磁誘導方式で通信する。
The
NFCモジュール161は、送信時にシステムから受け取ったデータを符号化し、符号化したデータで搬送波を変調し、変調した信号を増幅してからNFCアンテナ200に高周波電流を流す。NFCモジュール161は受信時に非接触ICカード10のタッチ操作により発生したNFCアンテナ200の誘起電圧による高周波電流を増幅してから復調し、復調したデータを復号してシステムに送る。
The
NFCモジュール161は、CPUパッケージ151および不揮発性メモリ159が格納するプログラムと協働して、非接触ICカード機能を実現するカード・エミュレーション・モード、非接触ICカードまたは非接触ICタグへのアクセス機能を実現するリーダ・ライタ・モードおよび他のNFC機能を搭載するデバイスとの間で双方向の通信を実現するデバイス間通信(P2P)モードのいずれかの動作モードで動作する。タブレット端末100は、NFCモジュール161がリーダ・ライタ・モードで動作するときに後に説明するガイダンス画面を表示する。
The
図4は、不揮発性メモリ159が格納するソフトウェアの実行時の構成を説明するための図である。タッチドライバ189は、タッチパネル155が検出した座標をOS187に送る。タッチパネル155が検出する座標は、非接触ICカード10のコイル辺の座標および指のタッチ操作の座標を含む。NFCドライバ191は、NFCモジュール161の動作の制御およびデータ通信の制御などを行う。ディスプレイ・ドライバ193は、ディスプレイ153の動作の制御およびデータ転送の制御などを行う。
FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration at the time of execution of software stored in the
ガイダンス・アプリケーション181は、OS187から受け取った座標から、非接触ICカード10のアンテナ・パターンを認識し、所定のコイル辺をターゲット・ポイントに近づける方向を示すガイダンス画面をディスプレイ153に表示するプログラムである。NFCアプリケーション183は、NFCにより非接触ICカード10にデータを書き込んだり非接触ICカード10からデータを読み取ったりするプログラムである。一般アプリケーション185は、メールやブラウザなどのNFCに直接関係しないプログラムである。
The
ここで、NFCアプリケーション183と非接触ICカード10によるNFCについて説明する。非接触ICカード10の半導体チップ15は、プロセッサおよびファームウェアおよび不揮発性メモリなどの素子を含んでいる。非接触ICカード10は電力源を保有しないパッシブ型といわれるもので、リーダ・ライタとして動作するNFCモジュール161がNFCアンテナ200から放射する磁束によりNFCアンテナ13に誘起された電圧を電力源にして動作する。非接触ICカード10の不揮発性メモリは用途に応じた読み取り情報または書き込み情報を記録する。
Here, NFC by the
非接触ICカード10の半導体チップ15は、タブレット端末100による不揮発性メモリへのアクセスを制御する。半導体チップ15は、タッチ・マーク105への接近によりNFCアンテナ13に誘起された電圧が所定値以上に上昇したときに動作する。半導体チップ15は、NFCアンテナ13の共振回路を制御して両者が電磁結合をしたときのNFCモジュール161の負荷を制御することでタブレット端末100と通信する。
The semiconductor chip 15 of the
図5は、タブレット端末100が非接触ICカード10とNFCをする手順を示すフローチャートである。図6、図7は非接触ICカード10の移動方向を示すガイダンス画面の一例を説明する図である。図5のブロック301でタブレット端末100は待機状態である。タッチスクリーン101には、待機画面またはロック画面が表示されNFCモジュール161は停止している。非接触ICカード10のタッチ操作の前にガイダンス・アプリケーション181はバックグラウンドで動作している必要があるが、NFCアプリケーション183は実行していても停止していてもよい。また、一般アプリケーション185は待機状態において、タッチパネル155からの入力を受け取ることがないものとする。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure in which the
タッチパネル155は動作しており、ユーザは待機画面に指でタッチ操作をすることで画面のロックを解除し、一般アプリケーション185を実行してタブレット端末100を使用することができる。NFCは非接触ICカード10のタッチ操作をするだけで開始できることが望ましいが、それを実現するためには、従来の方法ではNFCモジュール161を動作させて、NFCアンテナ200から非接触ICカード10の接近を検出するためのポーリング用の磁束を放射する必要がある。したがって従来の方法では、ほとんどの時間において使用することがないNFCモジュール161による消費電力が発生することになるが、本実施の形態ではこの時点でNFCモジュール161が停止しているため無駄な電力を消費しない。
The
ブロック303でタッチ・マーク105を目標にしてタッチ面109aに対してユーザが非接触ICカード10のタッチ操作をする。NFCモジュール161は停止しているため、NFCアンテナ13には電磁誘導が発生せず、この時点ではNFCを開始しない。タッチ・マーク105は縁枠103に配置されているが、タッチ操作により非接触ICカード10の一部は、タッチスクリーン101の上まで延びる。このときの様子を図6に示している。
In
図6において、NFCアンテナ13には、矩形状の4つのコイル辺13a〜13dを定義する。ユーザは、タッチ・マーク105を目標にして非接触ICカード10のタッチ操作をするため、図には説明のためにタッチ・マーク105を描いているが、実際の操作ではタッチ・マーク105が非接触ICカード10の陰に隠れる。ここで図6(A)に示すように、タッチスクリーン101の左上のコーナーを原点にしてタッチパネル155にX−Y座標を定義する。
In FIG. 6, four rectangular coil sides 13 a to 13 d are defined for the
ブロック305でタッチドライバ189は、タッチパネル155が検出した静電結合をする物体の座標を計算する。タッチドライバ189は、NFCアンテナ13および半導体チップ15のような金属が接近したときに静電容量の変化として検出した座標をガイダンス・アプリケーション181に定期的に渡す。タッチドライバ189はロック画面を解除するためのタッチ操作をした指の座標も計算してOS187に定期的に渡す。タッチドライバ189は、ロック画面の解除のための所定の座標以外の座標をすべてガイダンス・アプリケーション181に定期的に送る。
In
ブロック307でガイダンス・アプリケーション181は、受け取った座標のパターン認識を行って、非接触ICカード10の接近を検出したか否かを判断する。ガイダンス・アプリケーション181は、あらかじめタッチ・マーク105の座標、非接触ICカード10のサイズおよびNFCアンテナ13の形状を認識している。非接触ICカード10を認識するために、あらかじめタブレット端末100とNFCを行う可能性がある非接触ICカードの金属パターンをタッチパネル155が認識してガイダンス・アプリケーション181に登録しておくこともできるが、NFCアンテナ13のパターンが矩形状であることを前提にすれば必ずしも登録しておく必要はない。
In
ガイダンス・アプリケーション181は、図6(A)〜(D)に示すように、少なくともNFCアンテナ13の3つのコイル辺の座標を受け取って周知の方法でパターン認識をして非接触ICカード10を判断する。タッチ操作が、タッチ・マーク105の近辺に対して行われることを前提にすれば、ガイダンス・アプリケーション181は、タッチ・マーク105から所定値以上離れた範囲の座標を、パターン認識の対象から除外することもできる。半導体チップ15は、タッチ操作のやり方によってはタッチパネルが座標を検出しない場合もあるため、図6(A)〜(D)からは半導体チップ15のパターンを省略しているが、半導体チップのパターンも含めてパターン認識をすることでもよい。
As shown in FIGS. 6A to 6D, the
図6(A)〜(D)ではいずれも、3つのコイル辺13a〜13cの座標を受け取る例を示している。タッチ操作のやり方によっては4つのコイル辺13a〜13dの座標を受け取る場合もある。ガイダンス・アプリケーション181は、NFCアンテナ13のサイズ、検出した座標がタッチ・マーク105の近辺であること、および認識した座標のパターンがコイル辺13a〜13dの全部または一部であることなどから非接触ICカード10を認識することができる。
6A to 6D show examples in which the coordinates of the three
ブロック309で非接触ICカード10を認識したときはブロック311に移行し、認識しないときはブロック303に戻る。ブロック311でガイダンス・アプリケーション181は、OS187およびNFCドライバ191を通じてNFCモジュール161を動作させる。ブロック313でガイダンス・アプリケーション181がOS187を通じてNFCアプリケーション183を実行させると、タッチスクリーン101にその画面が表示される。
If the
ブロック315で、ガイダンス・アプリケーション181はこの時点でNFCアプリケーション183がNFCを開始していないときに、NFCを開始できる確率が高い非接触ICカード10の位置を計算する。NFCを開始するためには、NFCアンテナ13、200がより強い電磁結合度で結合するような位置に非接触ICカード10が移動する必要がある。ガイダンス・アプリケーション181は、非接触ICカード10を現在の位置から移動させるときの目標の座標に相当するターゲット・ポイント105a(図7)をあらかじめ設定している。
In
ターゲット・ポイント105aの最適な座標は、NFCアンテナ200の磁束分布の差により異なるため実験で求めてもよいが、ここでは一例としてタッチ・マーク105の座標に一致させている。図7は、タッチドライバ189が検出した座標の一例を示している。X−Y軸は、タッチパネル155の左上のコーナーを原点にしているため、X軸およびY軸のマイナス側はガイダンス・アプリケーション181だけが認識する仮想的な座標である。図7(A)は最初のタッチ操作でコイル辺13bがY軸に平行に置かれた図6(A)に対応する様子を示し、図7(B)はコイル辺13bがY軸に対して傾斜して置かれた図6(B)に対応する様子を示している。
The optimum coordinates of the
ガイダンス・アプリケーション181は、筐体107に収納された状態でNFCアンテナ200が放射する主たる交番磁束がY軸方向に流れていることを認識している。ガイダンス・アプリケーション181は、点線で示したコイル辺13aのパターン、およびコイル辺13b、13dの一部のパターンを認識することができる。ガイダンス・アプリケーション181は、各コイル辺13a〜13dの中点の座標を計算する。
The
ガイダンス・アプリケーション181はブロック317で、Y軸方向にある二つのコイル辺13d、13bのそれぞれの中点22、21とターゲット・ポイント105aとの距離を計算する。ガイダンス・アプリケーション181は、ターゲット・ポイント105aとの距離が短い方のコイル辺13bがターゲット・ポイント105aに近づくようなガイダンス情報を計算する。ガイダンス情報は、中点21とターゲット・ポイント105aの距離および中点21とターゲット・ポイント105aを結ぶ線のX軸に対する傾斜角の情報を含むことができる。ガイダンス・アプリケーション181は、ユーザに非接触ICカード10の位置を変更する方向と場合によってはターゲット・ポイント105aまでの距離を示すガイダンス画面の内容を決定する。
In
ガイダンス画面の情報は、文字でもよいがここでは短時間で判断が容易な矢印マークを利用するものとする。矢印マークが示す方向を中点21がタッチ・マーク105に向かう方向とし、矢印の長さをタッチ・マーク105までの距離に対応させることができる。図6(A)、(B)には、コイル辺13bの中点21をタッチ・マーク105に近づけるための矢印の方向を示し、図6(C)、(D)には、コイル辺13dの中点22をタッチ・マーク105に近づけるための矢印の方向を示している。ブロック319でガイダンス・アプリケーション181は、ガイダンス画面を表示する。
Information on the guidance screen may be text, but here, an arrow mark that can be easily determined in a short time is used. The direction indicated by the arrow mark can be the direction in which the
その結果システムは、NFC通信が終了するまでユーザがガイダンス画面に従って非接触ICカード10の位置を移動させることを期待することができる。ブロック321でNFCアプリケーション183によるNFCが終了した場合はブロック351に移行し、終了していない場合はブロック323に移行する。ブロック323でガイダンス・アプリケーション181は、タッチドライバ189から座標を受け取らない場合、または、非接触ICカード10を認識しなくなった場合はブロック303に戻る。
As a result, the system can expect the user to move the position of the
ガイダンス・アプリケーション181は、タッチドライバ189から定期的に受け取る座標から非接触ICカード10を認識している場合はブロック315に戻って、NFC通信が終了するまで非接触ICカード10の座標計算とガイダンス情報の計算を続けてガイダンス画面を表示する。ガイダンス・アプリケーション181は再計算の結果矢印マークの方向および長さを修正して表示することができる。ブロック351でNFCアプリケーション183からNFCの終了を示すイベントを受け取ったガイダンス・アプリケーション181は、ガイダンス画面を停止する。さらにガイダンス・アプリケーション181はNFCモジュール161を停止し、ブロック353でNFCアプリケーション183を停止してブロック303に戻る。したがって、NFCモジュール161は、NFCを行う間だけ動作すればよいため、従来に比べて消費電力を低減することができる。
When the
これまでの手順では、待機状態のタブレット端末に対して非接触ICカード10のタッチ操作をしてNFCを行う方法を説明したが、ブロック301で一般アプリケーション185を実行しているときにNFCができるようにすることもできる。この場合の動作の一例として、タッチドライバ189は、タッチパネル155が検出した座標をガイダンス・アプリケーション181と実行中の一般アプリケーション185の両方に送る。ガイダンス・アプリケーション181は、受け取った座標から非接触ICカード10を認識したときは、NFCアプリケーション183を起動し、認識しないときは座標を破棄する。
In the procedure so far, the method of performing the NFC by performing the touch operation of the
一般アプリケーション185は、画面の入力位置に対する座標を検出したときはそれに応じた動作をする。タッチパネル155が検出した座標からガイダンス・アプリケーション181が非接触ICカード10を認識し、同時に一般アプリケーション185も画面に対する入力を認識したときは、ガイダンス・アプリケーション181によるNFCアプリケーション183の起動を優先させることができる。
When the
図8は側面放射型のNFCアンテナの他の例を説明するための図である。図8(A)は平面図で、図8(B)は図8(A)のZ2−Z2矢視で切断した断面図である。NFCアンテナ400は、表側の絶縁基板401と裏側の絶縁基板402の表面に形成したアンテナ・コイル407を含んでいる。絶縁基板401、402の材質やアンテナ・パターンの形成方法は、NFCアンテナ200と同様とすることができる。
FIG. 8 is a diagram for explaining another example of the side-emitting NFC antenna. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the Z2-Z2 arrow of FIG. 8A. The
絶縁基板401と絶縁基板402の間には磁性体シート405を挟み込んでいる。アンテナ・コイル407は、絶縁基板401に形成された表面パターン407aと絶縁基板402に形成された裏面パターン407bを含む。表面パターン407aと裏面パターン407bは、全体が1本の連続した導線となってループ・コイルを形成するように端部において内部をメッキしたスルーホール(ビア・ホール)で電気的に接続している。
A
アンテナ・コイル407の両端は、絶縁基板402に実装した共振回路411に接続している。アンテナ・コイル407は、磁性体シート405の側部403、404にアンテナ・コイル407のコイル開口に相当する鎖交磁束の出入り口を備える。NFCアンテナ400は、側部403が側壁のプラスチック部材108を向くようにタブレット端末100に組み込む。
Both ends of the
タブレット端末100とNFCを行うデバイスは、非接触ICカード10に代えて、筐体がプラスチックで形成されたスマートフォンのようなタッチパネル155がアンテナの認識が可能な携帯式デバイスでもよい。またこれまで、タブレット端末100に側面放射型のアンテナ200、400を組み込んだときのガイダンス画面の表示ついて説明したが、本発明は、図9に示すように正面放射型のNFCアンテナ500に対するタッチ操作に対しても適用することができる。この場合は、タッチスクリーン101にタッチ・マークを表示することができないため、たとえば、NFCアンテナ500のコイル開口の中心にシステムが認識するターゲット・ポイント501aを設定する。
A device that performs NFC with the
ユーザはタッチスクリーン101に対して非接触ICカード10のタッチ操作をするが、タッチ・マークがないため適切な位置が探せない場合がある。このときガイダンス・アプリケーション181は、NFCが終了するまで非接触ICカード10のコイル軸17がターゲット・ポイント501aに近づく方向を示す矢印マークを表示すれば短時間でNFCができるようになる。
Although the user performs a touch operation of the
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。 Although the present invention has been described with the specific embodiments shown in the drawings, the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and is known so far as long as the effects of the present invention are achieved. It goes without saying that any configuration can be adopted.
10 非接触ICカード
13 NFCアンテナ
13a〜13d コイル辺
100 タブレット端末
101 タッチスクリーン
103 縁枠
105 タッチ・マーク
105a、501a ターゲット・ポイント
106 磁束
109a タッチ面
200 側面放射型のNFCアンテナ
500 正面放射型のNFCアンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記第2のアンテナを前記タッチスクリーンが検出するステップと、
前記第2のアンテナの検出に応じて前記電子機器が前記第1のアンテナと前記第2のアンテナの電磁結合度を高めるための前記携帯式デバイスの移動方向を示す情報を前記タッチスクリーンに表示するステップと
を有する方法。 A method in which an electronic device mounting a touch screen and a first antenna and a portable device mounting a second antenna perform wireless communication,
The touch screen detecting the second antenna;
In response to detection of the second antenna, the electronic device displays information indicating a moving direction of the portable device for increasing the degree of electromagnetic coupling between the first antenna and the second antenna on the touch screen. And a method comprising:
前記移動方向を示す情報が、前記コイル辺を前記ターゲット・ポイントに近づける方向を示している請求項4に記載の方法。 Setting a target point on the electronic device,
The method according to claim 4 , wherein the information indicating the moving direction indicates a direction in which the coil side is brought closer to the target point.
前記携帯式デバイスに対するタッチ面を提供するタッチスクリーンと、
前記タッチ面の近辺に配置されたアンテナと、
前記携帯式デバイスが前記アンテナに接近したことを前記タッチスクリーンの信号から検出して前記携帯式デバイスを前記タッチ面において移動させる方向を示す情報を前記タッチスクリーンに表示する制御部と
を有する電子機器。 An electronic device capable of wireless communication with a portable device using electromagnetic coupling,
A touch screen providing a touch surface for the portable device;
An antenna disposed in the vicinity of the touch surface;
An electronic apparatus having a control unit that detects from the touch screen signal that the portable device has approached the antenna and displays information indicating a direction in which the portable device is moved on the touch surface on the touch screen; .
前記タッチスクリーンに前記携帯式デバイスが接近したときに前記第2のアンテナの座標を検出するステップと、
前記座標のパターンから前記第2のアンテナを認識するステップと、
前記第2のアンテナの認識に応じて前記携帯式デバイスを前記タッチスクリーン上において移動させる方向を示す情報を表示するステップと
を有する処理をさせるためのコンピュータ・プログラム。 In order for a portable device equipped with a touch screen and an electronic device mounted with a first antenna and a portable device equipped with a second antenna linked with a magnetic flux radiated from the first antenna to perform wireless communication,
Detecting coordinates of the second antenna when the portable device approaches the touch screen ;
Recognizing the second antenna from the coordinate pattern;
And displaying information indicating a direction in which the portable device is moved on the touch screen in response to recognition of the second antenna.
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