JP6261356B2 - 準静電界を利用した通信装置および改札機 - Google Patents

Description

本発明は、準静電界を利用した通信装置に関する。

従来、駅の改札機における通信装置として、例えば、改札機に設けられたデータ読出書込器内のコイルと、ＩＣカード内のコイルとの間における電磁誘導により情報を送受信するものが知られている。

また、近年、送受信用の電極間に介在する人体を媒質としたコンデンサの作用により、受信用の電極に生じる静電誘導現象を用いて情報を送受信するようになされた通信装置が開示されている（特許文献１及び２参照）。
特に、特許文献１及び２における実施の形態では、所定の駅に設けられた改札機と、改札機の利用者が保有するカード形状でなる可搬型の装置との間で、準静電界を利用した通信を行う改札システムが開示されている。

このような改札システムでは、従来のように、ＩＣカードを改札機の送受信部に翳すことなく、改札機を通過できるので、例えば、大量の荷物を抱えた利用者や、車椅子を使用した利用者等、ＩＣカードを改札機の送受信部に翳すことが難しい利用者が改札機を通過する場合に対して非常に有効である。

但し、上述の改札システムでは、そもそも準静電界を利用した通信を想定しているため、準静電界を利用した通信が可能な「改札機」の設置と、準静電界を利用した通信が可能な「カード形状でなる可搬型の装置」の携帯が必須であり、現在普及している、従来の電磁誘導型の改札機やＩＣカードをそのまま使用することができない。

このため、現在普及している従来の電磁誘導型の「改札機」に、準静電界を利用した通信が可能な送受信装置を設けるとともに、「カード形状でなる可搬型の装置」が電磁誘導を利用した通信で読み出した従来の電磁誘導型のＩＣカードの情報を、準静電界を利用した通信で当該送受信装置に提供するようなインターフェースを利用することにより、従来の電磁誘導型の改札機やＩＣカードであっても、準静電界を利用した通信が可能となり、上述の改札システムとして使用することができる。

特開２００４−２８２７３３号公報 特開２０１２−１９１５３５号公報

しかしながら、従来の電磁誘導型のＩＣカードから読み出される情報のうち、各コマンドに対する応答時間の保証値を算出するためのパラメータは、改札機側での通信のコマンドタイムアウトの判断に用いられており、当該パラメータは、従来の電磁誘導を利用した通信を行う場合を想定したパラメータである。
一方、準静電界を利用した通信の場合、従来の電磁誘導を利用した通信と比べて、通信時間が長くなる可能性がある。
このため、従来の電磁誘導型のＩＣカードから読み出された当該パラメータをそのまま用いて算出した保証値で準静電界を利用した通信を行った場合、上述のインターフェースを介してＩＣカードから送信されてくる前に、改札機側でタイムアウトとなり、改札機からのコマンドの再送処理が発生すること等により、準静電界を利用したＩＣカードとの間のスムーズな情報交換ができず、改札システムとして正常に動作しなくなるおそれがあるといった問題点があった。

本発明の課題は、電磁誘導型のＩＣカードを用いて準静電界を利用した通信を行うことが可能な通信装置を提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明は、
電磁誘導型のＩＣカードを保持する保持部と、
電磁誘導を利用した通信を行う電磁誘導通信部と、
準静電界を利用した通信を行う準静電界通信部と、
通信装置全体を制御する演算制御部と、を備え、
前記演算制御部は、
前記電磁誘導通信部を制御して前記電磁誘導型のＩＣカードから情報を読み出す情報読出制御部と、
読み出した情報から電磁誘導通信における送信コマンドに対する応答時間の保証値を算出するためのパラメータを抽出し、抽出したパラメータの値を準静電界通信に適した、電磁誘導を利用した通信を行う場合と比較して長い応答時間の保証値を算出するための値に変更するパラメータ変更部と、
前記準静電界通信部を制御して前記変更されたパラメータを改札機に設けられた準静電界送受信装置に送信する準静電界通信制御部と、
を有するようにしたものである。

また、望ましくは、前記パラメータは所定ビット数のビット列情報であり、当該ビット列の示す値が大きいほど算出される応答時間の保証値が長くなるように生成されるものであり、
前記変更されたパラメータは、上記ビット列において、応答時間の保証値に対応する下位数ビットよりも上位の１または２以上のビットを書き換えて元のビット列の示す値よりも大きくされた値であるようにする。

また、望ましくは、操作部を備え、前記操作部の操作、あるいは、前記操作部の操作に基づく前記演算制御部の制御により電源電圧の供給を制御するようにしたものである。

また、望ましくは、表示部を備え、前記演算制御部は、前記電磁誘導通信部、あるいは、前記準静電界通信部が通信可能になった場合、前記表示部に通信可能状態であることを表示させるようにしたものである。

また、望ましくは、音声出力部を備え、前記演算制御部は、前記電磁誘導通信部、あるいは、前記準静電界通信部が通信可能になった場合、前記音声出力部から音声案内若しくは確認音を出力させるようにしたものである。

また、望ましくは、前記ＩＣカードを検知する検知部を備え、前記演算制御部は、前記検知部が前記ＩＣカードを検知した場合に電源電圧を供給するようにしたものである。

本発明によれば、演算制御部が、電磁誘導通信部を制御して電磁誘導型のＩＣカードから情報を読み出し、読み出した情報から所定のパラメータを抽出し、抽出したパラメータの値を準静電界通信に適した所定の値に変更し、準静電界通信部を制御して変更されたパラメータを改札機に設けられた準静電界送受信装置に送信することにより、従来の電磁誘導型のＩＣカードを用いて準静電界を利用した通信を行うことができ、準静電界を利用した通信を行う改札システムに用いることができる。
また、通信装置から取り出したＩＣカードは、勿論、従来の電磁誘導型の改札システムに利用可能であり、通信装置内部の電源の電源電圧が、喪失した場合であっても、取り出したＩＣカードを改札機に翳すことにより、改札機を通過することができる。

本実施の形態に係る準静電界を利用した通信装置の構成の一例を示す概略構成図である。 本実施の形態に係る準静電界を利用した通信装置の構成の一例を示す平面図及び断面図である。 準静電界を利用した改札システムの一例を示す説明図である。 準静電界を利用した通信装置の動作の一例を示すフローチャートである。 各装置間の通信データの流れの一例を示すシーケンス図である。 パラメータの変更の動作の一例を示す説明図である。

［１．構成の説明］
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態である準静電界を利用した通信装置を詳細に説明する。但し、発明の範囲は、図示例に限定されない。

（実施形態）
本発明の実施形態の準静電界を利用した通信装置の構成について図１、図２及び図３を参照して説明する。図１は、準静電界を利用した通信装置１００の機能をブロック図として表した概略構成図であり、図２は、準静電界を利用した通信装置１００の平面図及び断面図であり、図３は、準静電界を利用した改札システムの一例を示す説明図である。
図１に示すように、準静電界を利用した通信装置１００（以下、単に装置１００と呼ぶ。）は、操作部１、記憶部２、電磁誘導通信部３、準静電界通信部４、表示部５、情報読出制御部６、パラメータ変更部７及び準静電界通信制御部８を有する。

また、情報読出制御部６、パラメータ変更部７及び準静電界通信制御部８は、演算制御部５０によってその機能が実現される。具体的には、演算制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有しており、ＲＡＭの作業領域に展開されたＲＯＭ等に記憶された各種プログラムデータとＣＰＵとの協働により、操作部１、記憶部２、電磁誘導通信部３、準静電界通信部４及び表示部５を統括制御するとともに、情報読出制御部６、パラメータ変更部７及び準静電界通信制御部８における処理を実行して各部の機能を実現する。

また、図２（ａ）のＸ−Ｘに沿った断面を示す図２（ｂ）のように、装置１００には、従来の電磁誘導型のＩＣカード６０を挿入して保持するための保持部ＨＤ２１を有しており、保持部ＨＤ２１側には電磁誘導通信部３が設けられ、図３に示すような人体の表面に存在する準静電界ＥＦ３１を利用して通信を行う準静電界通信部４が装置１００の表面部分に設けられている。

図１の操作部１は、演算制御部５０の制御により、装置１００内部の図示しない電池やバッテリー等の電源の電源電圧を装置１００に供給する制御を行うスイッチ回路である。例えば、操作部１は、押しボタンスイッチ、キーボード、タッチパネル等であり、当該操作部１の操作により、電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する。あるいは、操作部１の操作に基づく演算制御部５０の制御により、電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
記憶部２は、演算制御部５０（情報読出制御部６、パラメータ変更部７、準静電界通信制御部８）から読み書き可能に情報を記憶する。例えば、記憶部２は、ＨＤＤ、半導体メモリ等であって、情報読出制御部６で読み出された情報等が記憶されている。
電磁誘導通信部３は、演算制御部５０の制御により、装置１００の保持部ＨＤ２１に挿入されたＩＣカード６０との間で、電磁誘導を利用した通信を行うものであり、例えば、ＩＣカード６０に電力供給ための微弱電波を放射するとともに、ＩＣカード６０により変調された微弱電波を受信するアンテナと、このような電磁誘導を利用した通信を制御する制御回路とから構成される。
準静電界通信部４は、演算制御部５０の制御により、準静電界受信電極７０との間で準静電界を利用した通信ＣＭ３１を行うものであり、例えば、人体の表面に存在する準静電界ＥＦ３１を利用して準静電界受信電極７０との間で通信ＣＭ３１を行うアンテナと、このような準静電界を利用した通信を制御する制御回路とから構成される。
表示部５は、演算制御部５０（情報読出制御部６、パラメータ変更部７、準静電界通信制御部８）から出力された表示制御信号に基づいた情報や画像を表示画面上に表示する。例えば、表示部５は、使用者に通信状態等を示すためのＬＥＤやＬＣＤ、有機ＥＬ素子を用いたフラットパネルディスプレイである。

情報読出制御部６は、電磁誘導通信部３を制御して電磁誘導を利用した通信を行い、装置１００の保持部ＨＤ２１に挿入されたＩＣカード６０から情報を読み出し、読み出した情報を記憶部２や演算制御部５０を構成するＲＡＭ等に記憶させる。
パラメータ変更部７は、読み出した情報から所定のパラメータを抽出し、抽出したパラメータの値を準静電界通信に適した所定の値に変更する。例えば、所定のパラメータとは、各コマンドに対する応答時間の保証値を算出するためのパラメータであり、準静電界を利用した通信に適合するように、従来の電磁誘導を利用した通信を行う場合と比較して長い応答時間の保証値となるように変更する。
準静電界通信制御部８は、準静電界通信部４を制御して準静電界を利用した通信を行い、準静電界受信電極７０を介して改札機９０に設けられた準静電界送受信装置８０に対して、パラメータ変更部７で変更されたパラメータを送信するとともに、準静電界送受信装置８０との間でその他のコマンド受信、応答の送信等を準静電界受信電極７０を介して準静電界を利用した通信で行う。

このような装置１００にＩＣカード６０を挿入し保持して電磁誘導通信部３がＩＣカード６０から情報を読み出し可能にするとともに、準静電界通信部４が、図３における人体の表面に存在する準静電界ＥＦ３１の内部に位置するように人体に装着、例えば、準静電界通信部４を内側にして衣服のポケットに入れる等により、装置１００が、電磁誘導を利用した通信でＩＣカード６０から情報を読み出し、図３に示すように、準静電界を利用した通信ＣＭ３１で、準静電界受信電極７０を介して準静電界送受信装置８０に情報を送信することができる。
なお、図３に示す改札システムにおいて、改札機９０は従来の電磁誘導型の改札機であり、準静電界送受信装置８０は、改札機９０との間で電磁誘導を利用した通信を行い、装置１００から受信した情報の送受信を行うものである。

［２．準静電界を利用した通信装置の動作の説明］
ここで、本発明の実施形態における準静電界を利用した通信装置１００の具体的な動作の説明を図４〜図６を用いて詳細に行う。

図４のフローチャートに示すように、情報読出制御部６は、電磁誘導通信部３を制御して電磁誘導を利用した通信を行い、装置１００の保持部ＨＤ２１に挿入されたＩＣカード６０から所定のパラメータを含む情報を読み出して記憶部２や演算制御部５０を構成するＲＡＭに記憶させる（ステップＳ１）。
すなわち、図５に示すシーケンス図において、装置１００は、電磁誘導を利用した通信により、ＩＣカード６０に対してカード捕捉コマンドＣＭ５１を送信し、ＩＣカード６０から送信される所定のパラメータを含む情報である応答ＲＳ５１を受信する。カード捕捉コマンドＣＭ５１は、電磁誘導を利用した通信をトリガーとして送信されることに限定されず、装置１００の保持部ＨＤ２１の内部に、挿入検知センサやメカニカルスイッチ等の検知部を設け、当該検知部の起動をトリガーとして送信することも可能である。

そして、パラメータ変更部７は、読み出した情報から所定のパラメータを抽出するとともに（ステップＳ２）、抽出したパラメータの値を準静電界通信に適した所定の値に変更する（ステップＳ３）。
例えば、読み出した情報から抽出されたパラメータとしては、１６ビット列の情報であり、１６ビット列の示す値が大きいほど算出される応答時間の保証値が長くなるものとした場合、図６（ａ）に示すような抽出された所定のパラメータ（１６ビット列）において、９〜１２ビットの値を書き換えて、図６（ｂ）に示すように、１６ビット列の示す値が大きくすることにより、改札機側では、従来の電磁誘導を利用した通信を行う場合と比較して長い応答時間の保証値が算出される。
また、図５に示すシーケンス図においては、装置１００は、パラメータの変更処理ＰＲ５１を行う。

図４のフローチャートに示すように、上記ステップＳ３によるパラメータの変更後、準静電界通信制御部８は、準静電界通信部４を制御して準静電界受信電極７０に準静電界を利用した通信を行い、準静電界受信電極７０を介して改札機９０に設けられた準静電界送受信装置８０に対して、パラメータ変更部７で変更されたパラメータを送信する（ステップＳ４）。

そして、準静電界通信制御部８は、準静電界通信部４を制御して、準静電界送受信装置８０との間でその他のコマンド受信、応答の送信等をする際に準静電界受信電極７０を介して準静電界を利用した通信を行い（ステップＳ５）、通信を完了したか否かを判断し（ステップＳ６）、完了したと判断した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

すなわち、図５に示すシーケンス図において、改札機９０は、電磁誘導を利用した通信により、準静電界送受信装置８０に対してカード捕捉コマンドＣＭ５２を送信し、準静電界送受信装置８０は、準静電界受信電極７０を介した準静電界を利用した通信により、装置１００に対して、改札機９０から受信したカード捕捉コマンドＣＭ５２をカード捕捉コマンドＣＭ５３として転送する。
このようなカード捕捉コマンドＣＭ５３を受信した装置１００は、準静電界を利用した通信により、準静電界受信電極７０を介して準静電界送受信装置８０に対して、パラメータ変更部７で変更されたパラメータを応答ＲＳ５２として送信し、準静電界送受信装置８０は、改札機９０に対して、装置１００から受信した応答ＲＳ５２を応答ＲＳ５３として転送する。
そして、改札機９０は受信したパラメータに基づき各コマンドに対する応答時間の保証値を算出して、例えば、図５に示すように、コマンドＣＭ５４を送信してから次のコマンドＣＭ５５を送信するまで待機するためのタイマー値とする。
すなわち、コマンドＣＭ５４を送信してから、算出された保証値以上の時間待機した後、次のコマンドであるコマンドＣＭ５５を送信することにより、改札機９０側でのタイムアウトの発生を防止し、ＩＣカード６０と改札機９０との間のスムーズな情報交換を実現する。

そして、装置１００は、例えば、ＩＣカード６０から改札の通過に必要な区間情報、有効期限情報、プリチャージ情報等を読み出して準静電界を利用した通信により、準静電界受信電極７０を介して準静電界送受信装置８０に対して順次送信し、準静電界送受信装置８０は、改札機９０に順次転送させることにより、改札機９０が改札通過の可否を判断して、通過を許可する表示、あるいは、ゲートを閉めて通過を拒否する等の適宜必要な措置を取る。

以上のように、演算制御部５０が、電磁誘導通信部３を制御して電磁誘導型のＩＣカード６０から情報を読み出し、読み出した情報から所定のパラメータを抽出し、抽出したパラメータの値を準静電界通信に適した所定の値に変更し、準静電界通信部４を制御して変更されたパラメータを改札機に設けられた準静電界送受信装置８０に送信することにより、従来の電磁誘導型のＩＣカードを用いて準静電界を利用した通信を行うことができ、準静電界を利用した通信を行う改札システムに用いることができる。

また、装置１００から取り出したＩＣカード６０は、勿論、従来の電磁誘導型の改札システムに利用可能であり、装置１００内部の電源（図示せず）の電源電圧が、喪失した場合であっても、取り出したＩＣカード６０を改札機９０に翳すことにより、改札機を通過することが可能である。

なお、本発明の実施形態等の説明に際しては、情報読出制御部６が、ステップＳ１で、電磁誘導通信部３を制御して電磁誘導を利用した通信を行い、装置１００の保持部ＨＤ２１に挿入されたＩＣカード６０から所定のパラメータを含む情報を読み出して記憶部２や演算制御部５０を構成するＲＡＭに記憶させ、パラメータ変更部７が、ステップＳ２〜Ｓ３で、読み出した情報から所定のパラメータを抽出するとともに、抽出したパラメータの値を準静電界通信に適した所定の値に変更しているが、図５に示すシーケンス図における転送されてきた改札機９０からのカード捕捉コマンドＣＭ５２（カード捕捉コマンドＣＭ５３に相当）を受信してから、情報読出制御部６が、ＩＣカード６０から所定のパラメータを含む情報の読み出しを開始するものであっても良い。

また、本発明の実施形態等の説明に際しては、表示部５については、特に説明していないが、装置１００の保持部ＨＤ２１にＩＣカード６０を挿入し、電磁誘導通信部３とＩＣカード６０との間の通信可能になった場合、あるいは、準静電界通信部４と準静電界送受信装置８０との間の通信可能になった場合、演算制御部５０は、表示部５に当該通信可能状態である旨を表示させる。例えば、演算制御部５０が、表示部５であるＬＥＤを点灯させる、点灯しているＬＥＤの色を変える（例えば、赤から緑に点灯色を変える）ことにより、使用者に通信可能になったことを認識させても良い。

また、スピーカやブザー等の音声出力部を設けて、装置１００の保持部ＨＤ２１にＩＣカード６０を挿入し、電磁誘導通信部３とＩＣカード６０とが通信可能になった場合、あるいは、準静電界通信部４と準静電界送受信装置８０との間の通信可能になった場合、演算制御部５０は、音声出力部を制御して、音声案内や確認音を出力させても良い。

さらに、電磁誘導通信部３、あるいは、準静電界通信部４による通信中に、演算制御部５０は、表示部５に通信中である旨の表示をさせる。例えば、演算制御部５０が、表示部５であるＬＥＤを点滅させることにより、使用者に正常にデータ通信を行っていることを認識させても良い。
また、電磁誘導通信部３、あるいは、準静電界通信部４による通信中に、演算制御部５０は、音声出力部を制御して、通信中である旨の音声案内や確認音を出力させても良い。

また、本発明の実施形態等の説明に際しては、操作部１により、あるいは、操作部１の操作に基づく演算制御部５０の制御により、装置１００内部の図示しない電池やバッテリー等の電源の装置１００の供給を制御しているが、前述のとおり、装置１００の保持部ＨＤ２１の内部に、挿入検知センサやメカニカルスイッチ等の検知部を設け、ＩＣカード６０が、装置１００の保持部ＨＤ２１に挿入して保持されたことを検知部により検知した場合、演算制御部５０が、電源電圧の装置１００への供給を制御しても良い。
この場合、装置１００にＩＣカード６０が挿入されていない場合には、電源電圧が装置１００へ供給されないので、装置１００内部の電源の消耗を抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。

また、図２に示した本発明の実施形態では、装置１００の保持部ＨＬ２１にＩＣカード６０を挿入することにより、ＩＣカード６０を保持する構造を例示しているが、勿論、保持部ＨＤ２１の構造に関しては、ＩＣカード６０を電磁誘導通信部３に近接して保持できる構造であれば良く。例えば、利用者の携帯に便利な、定期券等のパスケース型、カードケース型、財布型等であっても良い。

また、図３に示した改札機９０は、従来の電磁誘導型の機構を備えた改札機を例示したが、これにかかわらず、従来の電磁誘導型の機構を設けない、準静電界を利用した通信に専用化された改札機（準静電界通信専用の改札機）であってもよい。この場合、利用者は、準静電界通信専用の改札機を通過した後、装置１００内部の電源の電源電圧が喪失した場合であっても、装置１００から取り出したＩＣカード６０を従来の電磁誘導型の改札機に翳すことにより、改札機を通過することが可能である。

１ 操作部
２ 記憶部
３ 電磁誘導通信部
４ 準静電界通信部
５ 表示部
６ 情報読出制御部
７ パラメータ変更部
８ 準静電界通信制御部
５０ 演算制御部
６０ ＩＣカード
７０ 準静電界受信電極
８０ 準静電界送受信装置
９０ 改札機
１００ 装置

Claims (6)

1. 電磁誘導型のＩＣカードを保持する保持部と、
   電磁誘導を利用した通信を行う電磁誘導通信部と、
   準静電界を利用した通信を行う準静電界通信部と、
   通信装置全体を制御する演算制御部と、を備え、
   前記演算制御部は、
   前記電磁誘導通信部を制御して前記電磁誘導型のＩＣカードから情報を読み出す情報読出制御部と、
   読み出した情報から電磁誘導通信における送信コマンドに対する応答時間の保証値を算出するためのパラメータを抽出し、抽出したパラメータの値を準静電界通信に適した、電磁誘導を利用した通信を行う場合と比較して長い応答時間の保証値を算出するための値に変更するパラメータ変更部と、
   前記準静電界通信部を制御して前記変更されたパラメータを改札機に設けられた準静電界送受信装置に送信する準静電界通信制御部と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 前記パラメータは所定ビット数のビット列情報であり、当該ビット列の示す値が大きいほど算出される応答時間の保証値が長くなるように生成されるものであり、
   前記変更されたパラメータは、上記ビット列において、応答時間の保証値に対応する下位数ビットよりも上位の１または２以上のビットを書き換えて元のビット列の示す値よりも大きくされた値であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 操作部を備え、
   前記操作部の操作、あるいは、前記操作部の操作に基づく前記演算制御部の制御により電源電圧の供給を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 表示部を備え、
   前記演算制御部は、前記電磁誘導通信部、あるいは、前記準静電界通信部が通信可能になった場合、前記表示部に通信可能状態である旨を表示させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の通信装置。
5. 音声出力部を備え、
   前記演算制御部は、前記電磁誘導通信部、あるいは、前記準静電界通信部が通信可能になった場合、前記音声出力部から音声案内若しくは確認音を出力させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の通信装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の通信装置との間で準静電界を利用した通信を行う準静電界送受信部と、情報読み取り部に翳された媒体との間で電磁誘導を利用した通信を行う電磁誘導通信部と、を備えた改札機であって、
   前記準静電界送受信部は、前記電磁誘導通信部からの電磁誘導通信によるコマンドを受信して準静電界通信によるコマンドを送信し、
   前記通信装置からの応答に含まれる前記変更されたパラメータを前記電磁誘導通信部により受信し、受信したパラメータに基づいてコマンドに対する応答時間の保証値を設定することを特徴とする改札機。

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