WO2011043245A1

WO2011043245A1 - データ通信システム

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Publication number: WO2011043245A1
Application number: PCT/JP2010/067144
Authority: WO
Inventors: 篤司江尻; 信一畠山; 直之高橋
Original assignee: アドソル日進株式会社
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-04-14
Also published as: JP2013009019A

Abstract

　データ通信システムにおいて、意図しない通信が行われることを防止するとともに、安定した通信が行われるようにする。特に、個体を認証するデータ通信システムでは、認証を受ける必要があるときにのみ認証が行われるようにし、携帯通信装置の大きさと安定した通信性能とを両立させるようにする。携帯通信装置２に、電界通信用受信回路１２と無線制御回路８とを備え、施解錠装置および機器側通信装置４に、機器側通信装置の入出力部５と電界通信用送信回路１４と無線制御回路９とを備え、携帯通信装置２を保持する個体１が、機器側通信装置の入出力部５に触れると、電界通信用送信回路１４から送られるリクエスト信号が携帯通信装置２に受信され、それをトリガーにして、マイコン１３に記録されたＩＤコード信号が無線制御回路８から送信される。

Description

データ通信システム

　本発明は、特に個人認証に有効ないわゆる電界通信と無線通信とを組み合わせたデータ通信システムに関する。

　従来、例えば個人やペットなどの生体、又は移動機能を持った装置や物体など（以下、これらを「個体」と総称する。）を認証して建物用ドアや車両用ドアの如きドア錠を施解錠する技術として、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１には、以下の技術が開示されている。最初に、ドア周辺に配設される施解錠装置の機器側通信装置が、ドアの周辺に無線通信でリクエスト信号を送信する。続いて、ドアを通過する個体が保持する携帯通信装置がリクエスト信号を受信すると、この携帯通信装置が、自動的に無線通信でＩＤコード信号を送信する。続いて、ＩＤコード信号を受信した施解錠装置の機器側通信装置が、ドア錠を解錠する。一方、ＩＤコード信号を受信できなかった場合には、ドア錠を施錠のままにする。

　また、特許文献２には、携帯通信装置側から無線通信でＩＤコード信号を送信し、施解錠装置と連動する機器側通信装置がＩＤコード信号を検知すると、ドア錠が施解錠される電波式キーシステムが開示されている。この電波式キーシステムでは、携帯通信装置の電池寿命を延ばすために、携帯通信装置に振動を検出する振動検出回路を設け、携帯通信装置を保持する個体が振動を与えたときに、ＩＤコード信号を発信させている。これにより、携帯通信装置の電池寿命を延ばすと同時に、ドア錠を開ける必要が無いにもかかわらずドア錠が開いてしまうことを防止している。

　ここで、携帯通信装置と機器側通信装置とにそれぞれ電極を設け、それぞれの電極間に介在する物質を媒体として通信を行う、いわゆる電界通信と称される技術が知られている。この電界通信において通信媒体として人体を使用した場合に、この通信技術を電界方式人体通信技術(以下、「人体通信」という。)と呼ぶこともある。

　特許文献３には、人体通信を用いた通信システムが開示されている。この通信システムの携帯通信装置では、人体通信の際に、人体に装着する携帯通信装置の電極の位置に応じて通信方向等が制約されてしまうことを緩和し、通信の自由度を高めるために、送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生させて識別対象（一般的に帯電性を持つ個体）を帯電させている。通信システムの機器側通信装置では、識別対象の帯電状態の変化を検出し、検出した変化に基づいて携帯通信装置からの情報を復調している。

　さらに、特許文献４には、送信器を、一対の電極と、低周波信号を発生する信号発生器から構成し、受信器を、一対の電極と、低周波信号を再生する信号検出器から構成することで、送信器から情報やデータを含む低周波信号をユーザに送り、受信器で低周波信号に関連する電流をユーザから受け取り、この信号を再生してデータを回復する技術が開示されている。

特開２００１－２４１２２７号公報特開２００２－２１３８６号公報特開２００４－２８２７３３号公報特表平１１－５０９３８０号公報

　ところで、上記特許文献１に開示された技術では、携帯通信装置を保持する個体が施解錠装置の近くに存在するだけで、解錠の必要の如何にかかわらず無線通信が行われ、解錠されてしまうとともに、無線通信の回数が多くなって、携帯通信装置の電池寿命が短くなるという問題がある。

　また、特許文献２に開示された技術では、解錠時に携帯通信装置を振動させなければならず、例えば歩行以外の振動を伴わない動作を行っているときには、解錠時に特別な動作が必要になるという煩わしさがある。

　一方、特許文献３や特許文献４に開示された技術では、施解錠装置の機器側通信装置の入出力部（電界通信用電極）に触れることを通信トリガーとして採用できるため、特別な動作をすることなく、意図しない解錠の頻度を減らすことが可能となる。しかしながら、電界通信のアンテナは無線通信のアンテナよりも効率が悪いため、同じ電池電圧を用いた場合には、電界通信式の携帯通信装置の方が、出力が弱くなる。このため、電界通信式の携帯通信装置の信号が施解錠装置の機器側通信装置に届かなくなる場合がある。

　また、電界通信は、携帯通信装置と個体との接触度合や、施解錠装置の機器側通信装置の入出力部と個体との接触度合の変化により影響を受けやすいため、携帯通信装置をカバンの中に所持している場合や、施解錠装置の機器側通信装置の入出力部に触れる時間が短い場合には、通信が行い難くなることがある。

　これらの問題に起因する通信性能の不安定性を解決するためには、携帯通信装置の出力を強くすることが挙げられる。しかしながら、携帯通信装置の出力を強くすると、電池容量を増やす必要が生ずるため、電池サイズが大きくなってしまう。これは、結果的に携帯通信装置のサイズを大きくすることになるため、人が携帯通信装置を所持する場合や、小型の装置に装着する場合には、利便性が低下してしまう。

　また、電界通信は、携帯通信装置近傍の電界の変化を通信に利用するため、施解錠装置の近傍に携帯通信装置が存在する場合に、意図しない解錠が行われてしまうことがある。

　そこで、本発明は、上述したように、個体の移動に伴うドアの施解錠に関わるデータ通信システムにおいて、意図しない通信が行われることを防止するとともに、安定した通信が行われるようにし、特に、個体を認証するデータ通信システムにおいては、認証を受ける必要があるときにのみ認証が行われるようにし、携帯通信装置の大きさと安定した通信性能とを両立させることを目的とする。

　上記目的を達成するため本発明に係るデータ通信システムは、電界通信の送受信機能のうち少なくとも受信機能、および無線通信の近距離通信機能を有する携帯通信装置と、電界通信の送受信機能のうち少なくとも送信機能、および無線通信の近距離通信機能を有する機器側通信装置と、を備え、電界通信を用いて機器側通信装置から携帯通信装置に向けて送信された信号を携帯通信装置が受信することを通信トリガーとし、携帯通信装置と機器側通信装置との間で、近距離通信で無線通信する。

　このように、電界通信を通信トリガーとすることにより、無線通信のみを用いて通信を行う場合に較べて、意図しない通信が行われる頻度を減らすことができる。また、電界通信を契機として携帯通信装置と機器側通信装置との間の通信を無線通信で行うようにすることで、電界通信のみで通信を行う場合よりもアンテナの効率を向上させることができるため、通信装置の消費電力を増加させずに送信出力を増強させることができる。また、人や移動機能を持った装置などの個体の姿勢変化の影響が少ないため、電界通信のみで通信を行う場合よりも安定した通信を行うことができる。

　なお、携帯通信装置および機器側通信装置の電界通信機能として、一般に量産されているモジュールを使用することでコストを削減することができるため、双方とも送受信機能を有するものを用いることとしてもよい。

　また、上記データ通信システムにおいて、携帯通信装置は、特定のＩＤコードが記録され且つ個人又は装置が保持する携帯通信装置であり、機器側通信装置は、施設側に設置され且つＩＤコードを認証する固定の機器側通信装置であることとしてもよい。

　このように構成することで、電界通信を用いて機器側通信装置から携帯通信装置に向けて送信された信号を携帯通信装置が受信することを通信トリガーとすることが可能となるため、個体が保持する携帯通信装置が意図しない認証を行ってしまう不具合の発生頻度を、無線通信のみで通信を行う場合よりも減らすことができる。また、ＩＤコード信号の送信や受信等の通信を無線通信で行うことにより、電界通信のみで通信を行う場合よりも、携帯通信装置の保持方法や、被認証対象が機器側通信装置の入出力部に触れている時間等の制限が少なくなり、スムーズにデータ通信が行われるようになる。

　また、携帯通信装置と機器側通信装置との通信回数を減らすことができるため、携帯通信装置の電池寿命が延長される上、電池容量の削減が可能となり、携帯通信装置の性能を落とすことなく、小型化を実現することができる。

　また、上記データ通信システムにおいて、傾斜センサをさらに備え、携帯通信装置は、特定の姿勢にあるときには通信を行わせないこととしてもよい。傾斜センサとして、加速度センサを用いることができる。

　この際、通信を行わせない特定の姿勢として、例えば、携帯通信装置の形状を携帯に便利なカード型とした場合には、このカード型の携帯通信装置の面積の大きな面（以下、主面と表記）が地面に対して水平にあるときの姿勢を設定することができる。これにより、携帯通信装置を、例えば人が所持している状態と、棚等に置いて保管している状態等と、を明確に区別することができるようになり、保管中の携帯通信装置が意図しない通信を行うことを防止することができる。

　このように、携帯通信装置が特定の姿勢にあるときは、通信を行わせないようにすることで、更に携帯通信装置の電池寿命を延ばすことができ、携帯通信装置を小型化することができる。また、例えば、通信時に携帯通信装置に振動を与えないと通信ができないような方法に較べて、通信時に余分な動作が伴わないため、使用者への負担を軽減させることができる。

　本発明によれば、無線通信のみで通信する場合よりも意図しない通信が行われる回数を減らすことができ、通信の復路に無線通信を用いることで、電界通信のみで通信する場合よりも安定して通信を行うことが可能となる。

本発明に係るデータ通信システムをドア施解錠システムに適用した一例を示す説明図である。加速度センサを傾斜センサとして用いる場合の説明図である。

　本発明に係るデータ通信システムは、例えば、認証を受けた人だけがドアを開いて入ることができるドア施解錠システムとして構成されている。このドア施解錠システムは、携帯通信装置を保持する個体が機器側通信装置の入出力部に触れる等の行為を契機として認証処理が行われ、施解錠装置を用いて施解錠が行われる。

　このようにして、携帯通信装置を保持する個体が施解錠を必要とするときにのみ所望の動作が行われるため、携帯通信装置の電池が無駄に消費されることを防止できる。また、このドア施解錠システムは、携帯通信装置の保持場所がどこであっても安定した通信が行われて施解錠することができるように構成されている。

　このドア施解錠システムは、電界通信と無線通信とを組み合わせ、電界通信を用いたリクエスト信号の受信をトリガーにして、携帯通信装置と施解錠装置の機器側通信装置との間でデータ通信を無線で行うことを特徴としている。

　図１に示すように、ドア施解錠システムは、個体１が保持する携帯通信装置２と、ドア３やドア３周辺に配設される施解錠装置および機器側通信装置４とを備えている。携帯通信装置２は、ポケットやカバンなどに容易に収納できるように構成されており、例えば、持ち運びが便利なようにカード式の形状に構成することができる。

　携帯通信装置２を保持する個体１が、ドア３またはドア３近辺に配設される機器側通信装置の入出力部５に触れると、電界通信によって、施解錠装置および機器側通信装置４からリクエスト信号が送信される。携帯通信装置２は、このリクエスト信号を、電界通信用電極６を経由して受信する。携帯通信装置２は、無線制御回路８から無線アンテナ７を経由してＩＤコードを送信する。施解錠装置および機器側通信装置４は、ＩＤコードを無線制御回路９で受信する。マイコン１０で認証が行われた後、施解錠制御回路１１がドア３のキーを制御する。このように構成することで、従来技術の抱える問題を克服することができた。

　携帯通信装置２は、電界通信の際にアンテナの機能を果たす電界通信用電極６と、電界通信用受信回路１２と、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭから構成されるマイコン１３と、無線制御回路８と、無線アンテナ７とを備えている。マイコン１３には、予め設定された特定のＩＤコードが記録されている。また、マイコン１３には、リクエスト信号が入力されると無線制御回路８を通じて無線アンテナ７からＩＤコードを出力するプログラムが組み込まれている。

　電界通信用電極６は、所定間隔で対向配置される一対の導電板により構成される。一対の導電板は、コンデンサの作用によりお互いに静電容量結合する。具体的に、一対の導電板は、個体に近い一方の導電板が個体と静電容量結合し、個体から遠い他方の導電板が大地アース等と静電容量結合するように保持される。この結果、個体と大地とが電気的に結合する。

　施解錠装置および機器側通信装置４は、機器側通信装置の入出力部５と、この機器側通信装置の入出力部５に接続される電界通信用送信回路１４と、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭから構成されるマイコン１０と、無線アンテナ１５と、無線制御回路９と、ドアキーの施解錠を制御する施解錠制御回路１１とを備えている。

　機器側通信装置の入出力部５は、携帯通信装置２の電界通信用電極６とほぼ同じ構成とし、一対の導電板を所定間隔で対向配置する。機器側通信装置の入出力部５は、機器側通信装置の入出力部５に個体が触れたときに、電界通信用送信回路１４を通して送信される高周波信号のリクエスト信号を、個体を媒質とするコンデンサの作用によって携帯通信装置２に向けて送信することができるように構成する。この際、リクエスト信号は、電界通信用送信回路１４を通して常時送信することとしてもよく、一定時間ごとに間欠的に送信することとしてもよい。

　マイコン１０は、予め登録されたＩＤコードと無線制御回路９で受信したＩＤコードとを照合し、照合結果を施解錠制御回路１１に送信してドアキーの施解錠を制御する。

　ところで、携帯通信装置２は、電界通信を通信トリガーとすることで、意図しない通信の回数を減らしているが、これに限定されない。携帯通信装置２は、個体１が携帯通信装置２を保持しているか否かを判別し、保持していない場合に通信を行わせないようにしてもよい。これにより、無駄な通信の回数を更に減らすことができる。

　本発明では、図２に示すように、加速度センサ（図示せず）を用い、携帯通信装置２が地面に対して水平に近い姿勢にあることが判明した場合には、電界通信および無線通信が行われないように制御する。これは本発明の特長の一つである。

　加速度センサは、例えば半導体部材を用いて構成することができる。加速度センサは、携帯通信装置２に装備されるチップ（図示せず）のＸＹ平面の向き（携帯通信装置２のＺ軸方向）にかかる重力加速度を検出することで、携帯通信装置２の姿勢を判別する。ここで、携帯通信装置２のＺ軸は、携帯通信装置２の主面を地面に対して水平に置いた場合に、地面の垂直方向(即ち、重力加速度方向と平行で値が負となる方向)と一致する軸である。なお、３軸(Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸)は、携帯通信装置２の中心から互いに垂直に設けられる。

　図２（Ａ）に示すように、携帯通信装置２の主面が地面に対して水平姿勢であるときには、Ｚ軸方向の重力加速度は９．８ｍ／ｓ^２になるが、図２（Ｂ）に示すように、携帯通信装置２の主面が地面に対して縦向き姿勢であるときには、Ｚ軸方向の重力加速度は０ｍ／ｓ^２になる。

　また、図２（Ｃ）に示すように、携帯通信装置２の主面が地面に対して角度θで傾斜している場合には、一般的に、Ｚ軸方向の重力加速度は９．８×ｃｏｓθｍ／ｓ^２になる。したがって、θが所定角度以下である場合に、通信が行われないように制御することができる。本実施形態では、角度θを±２０度程度に設定している。

　上述したドア施解錠システムの作用等について説明する。

　最初に、携帯通信装置２を保持する個体１が、機器側通信装置の入出力部５に触れると、リクエスト信号が個体を媒質にして携帯通信装置２に送信される。リクエスト信号は、携帯通信装置２の電界通信用電極６を通して電界通信用受信回路１２に送信され、さらに、マイコン１３に送信される。

　続いて、マイコン１３に記録されたＩＤコードが無線制御回路８を通して無線アンテナ７からＩＤコード信号として出力される。このとき、携帯通信装置２に実装可能な傾斜センサを用いて、携帯通信装置２が特定の姿勢である場合にのみＩＤコード信号を出力するように設定すると、より効果的である。

　続いて、ＩＤコード信号が施解錠装置および機器側通信装置４の無線アンテナ１５で受信されると、ＩＤコード信号は、無線制御回路９を通してマイコン１０に送信される。マイコン１０は、受信したＩＤコードを、予め登録されているＩＤコードと照合することで認証処理を行う。この認証処理で認証がＯＫであった場合に、施解錠制御回路１１を通じて施解錠のための信号が出力され、ドア３の施解錠が自動的に行われる。

　以上のように、携帯通信装置２を保持する個体１が、ドア３を開ける必要が無いにもかかわらず、ドア３に近付いただけでドア３が解錠されてしまう不具合を防止することができる。また、携帯通信装置２の通信回数も減るため、携帯通信装置２の電池寿命を延ばすことができる。

　また、ドア３を開くためには、携帯通信装置２の保持姿勢をその主面が地面に対して水平とならないようにしておくだけでよく、解錠時に携帯通信装置２を振動させる等の格別な操作が不要のため便利である。

　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。

　例えば、上述した実施形態では、データ通信システムをドア施解錠システムに適用した場合について例示しているが、その他の任意のデータ通信システムに適用することができる。特に認証システムに適用することが好ましい。

　本発明に係るデータ通信システムは、認証の必要が無いにもかかわらず認証されてしまう不具合を防止し、電池の寿命を延ばし、安定したデータ通信を行うことに適している。

１…個体、２…携帯通信装置、３…ドア、４…施解錠装置および機器側通信装置、５…機器側通信装置の入出力部、６…電界通信用電極、７…無線アンテナ、８…無線制御回路、９…無線制御回路、１０…マイコン、１１…施解錠制御回路、１２…電界通信用受信回路、１３…マイコン、１４…電界通信用送信回路、１５…無線アンテナ。

Claims

　電界通信の送受信機能のうち少なくとも受信機能、および無線通信の近距離通信機能を有する携帯通信装置と、電界通信の送受信機能のうち少なくとも送信機能、および無線通信の近距離通信機能を有する機器側通信装置と、を備え、電界通信を用いて前記機器側通信装置から前記携帯通信装置に向けて送信された信号を前記携帯通信装置が受信することを通信トリガーとし、前記携帯通信装置と前記機器側通信装置との間で、近距離通信で無線通信することを特徴とするデータ通信システム。
　前記携帯通信装置は、特定のＩＤコードが記録され且つ個人又は移動機能を持った装置が保持する携帯通信装置であり、前記機器側通信装置は、施設側に設置され且つ前記ＩＤコードを認証する固定の機器側通信装置であることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
　傾斜センサをさらに備え、
　前記携帯通信装置は、特定の姿勢にあるときには通信を行わせないことを特徴とする請求項２に記載のデータ通信システム。