JP4514559B2 - 携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話端末などの携帯端末に関し、特に、非接触型のＩＣカードと称される近距離無線通信機能が内蔵又は装着された携帯端末に関する。

近年、交通機関の乗車券、会員証や社員証、店舗での代金決済手段用のカード等として、非接触型のＩＣカードの利用が急速に広まっている。非接触型のＩＣカードは、近接したリーダ／ライタとの間で無線通信を行って、認証処理を行うので、財布などの中に入れたままで使用でき、磁気カードなどに比べて使い勝手がよい。

非接触型のＩＣカードは、電池無し（パッシブ型）と電池付き（アクティブ型）の２種類に大別される。このうち電池なしの非接触型ＩＣカードについては、現時点で電磁誘導方式が最も広く採用されている。電磁誘導方式による非接触型ＩＣカードの電力生成の概念を、図５に示す。非接触型ＩＣカード１にはコイル形状のアンテナ２が内蔵されている。リーダ／ライタ４のアンテナ・コイル５に電流が流れると、電磁波６が空中に放射される。非接触型ＩＣカード１のアンテナ２に、放射された電磁波６が誘導されると、アンテナ２に誘導磁束による電力が誘起される。非接触型ＩＣカード１は、リーダ／ライタ４のアンテナ５から放射された誘導磁束をキャッチできる交信可能領域に入ることで、その誘起電力でアンテナ２と接続したＩＣチップ３が活性化され、リーダ／ライタと交信できるようになる。

このように、非接触型のＩＣカードは、リーダ／ライタからの電磁波を受信するとそのアンテナで電力を生成し、この電力で信号処理や通信を行うために電池などの外部電源が必要ない。

一方、このような非接触型のＩＣカード（或いはＩＣカードと同等の機能の回路部品）を、携帯電話端末などの携帯用の電子機器に内蔵させて、これらの機器を使用して、同様の認証や決済を行えるようにすることが提案されている。携帯電話端末などの携帯端末にＩＣカードを内蔵させる構成とする場合には、携帯端末からの取り出しができない状態でＩＣカードとしての機能部を組み込む場合と、携帯端末に用意されたカードスロットに、ＩＣカードを装着させる場合とが想定されるが、携帯端末に取り付けられた状態では、いずれの場合も同じように使用できる。なお、携帯端末にＩＣカード機能部を組み込む場合などには、ＩＣカード機能部が必ずしもカード型の形状をしているとは限らないが、以下の説明ではＩＣカードと称した場合、特に説明がない限りはＩＣカード機能を有する部分を含むものである。

携帯端末に組み込まれたＩＣカード機能部を使用して、近接したリーダ／ライタとの間で無線通信を行う場合には、そのＩＣカードに付与された識別番号のデータなどをリーダ／ライタ側に送って、リーダ／ライタを設置したシステム側で認証処理を行うことができる。

このような非接触型のＩＣカードは、上述した外部電源不要のタイプであれば、リーダ／ライタ側から送信される電波を受信して得た電力で、作動するようにしてある。これに対して、携帯電話端末に内蔵されたＩＣカード機能部の場合には、端末に二次電池などの電源部が内蔵されているために、ＩＣカード機能部に電源部から供給される電源で作動させるようにして、受信感度を改善させるなどの処理が可能になっている。また、ＩＣカード機能部がリーダ／ライタとの通信を行っていないときにも、ＩＣカード機能部を動作させることがあるため、一般に、携帯電話の電池をＩＣカード機能部の電源に利用しているものが多い。

ここで、特許文献１には、タグに搭載した電池を、他のリーダ／ライタ又はタグから送信される電波による充電できる技術が開示されている。
特開平８−１３８０１８号公報

ところで、ＩＣカード機能部は、いつリーダ／ライタと通信を行うか判らないため、いつでも通信できるようにスタンバイしておく必要がある。ここで、携帯電話端末に内蔵されたＩＣカード機能部が、常時、端末内の電源部からの電源で作動するようにすると、ＩＣカード機能部が常時電源を消費することになり、携帯電話端末の低消費電力化を阻害し、バッテリの持続時間を短くしてしまう問題がある。また、特許文献１に記載のものは、自機以外のタグやリーダ・ライタからの無線電波により電池を充電できるが、自機の近くにそれらのタグ及びリーダ・ライタがない場合、充電することができない。

なお、ここまでの説明では、携帯電話端末にＩＣカード機能を内蔵させた場合について説明したが、ＰＤＡ(Personal Digital Assistance)などのデータ端末などの携帯端末にＩＣカード機能を内蔵させた場合にも、同様の問題がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、携帯端末に搭載した電源部の、端末に内蔵された非接触のＩＣカード機能部による消費電力を抑制することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、近距離無線通信に用いられる近距離無線通信用アンテナと、この近距離無線通信用アンテナを使用してリーダ／ライタとの間で近距離無線通信を行う近距離無線通信手段と、無線通信に用いられる第１のアンテナと、この第１のアンテナを使用してリーダ／ライタを除く外部機器との間で無線通信を行う第１の通信手段と、第１の通信手段又は近距離無線通信手段に電源を供給する電源部と、第１の通信手段が第１のアンテナを使用して外部機器との間で行う無線通信の際に出力される電波を近距離無線通信用アンテナによって受信し、近距離無線通信手段に供給する電源を生成する電力生成手段とを備える。そしてさらに、近距離無線通信手段がリーダ／ライタとの間で近距離無線通信を行っていないときであって、第１の通信手段と外部機器との間で無線通信が行われているときには、電源部から近距離無線通信手段への電源の供給を停止し、電力生成手段において生成された電源を近距離無線通信手段へ供給すべく切り替え動作を行う切替手段を備える。

このように構成したことにより、リーダ／ライタとの間で近距離無線通信が行われておらず、かつ、第１の通信手段と外部機器との間で無線通信が行われているときに、電源部から近距離無線通信手段への電源の供給が停止され、電力生成手段において第１の通信手段が外部機器との間で行う無線通信の際に出力される電波を利用して生成された電源が近距離無線通信手段へ供給される。

本発明によれば、携帯電話システムなどの第１の通信手段が送信する無線信号を受信し電力を生成する電力生成手段を設けることようにしたので、第１の通信手段の送信電力を利用して、非接触ＩＣカードと称されるような電源を持たない近距離無線通信手段の電源とすることができるという効果がある。
また、リーダ／ライタとの間で近距離無線通信が行われておらず、かつ、第１の通信手段と外部機器との間で無線通信が行われているときに、電源部から近距離無線通信手段への電源の供給が停止され、電力生成手段において第１の通信手段が外部機器との間で行う無線通信の際に出力される電波を利用して生成された電源が近距離無線通信手段へ供給されるようにすることにより、電源部の消費電力を低減することができるという効果がある。

以下、本発明の一実施の形態の例について、添付図面を参照し説明する。
本例においては、非接触で無線通信を行うＩＣカード機能が内蔵された携帯電話端末に適用したものである。

図１は、本例の携帯電話端末の構成例を示した図である。まず、携帯電話端末としての送信構成について説明すると、マイクロフォン１１に入力した音声信号を音声入力部１２に供給してデジタル信号とし、デジタル信号処理部１３に供給して、送信用のパケットとするデータ処理を行い、得られた送信パケットをＲＦ（高周波）入出力部１４に供給して、送信用に変調するとともに所定の送信周波数に周波数変換し、接続されたアンテナ１５から無線送信させる。

無線電話端末としての受信構成としては、アンテナ１５で受信した所定の周波数帯域の信号を、ＲＦ（高周波）入出力部１４で受信処理するとともに受信用の復調処理を行い、受信パケットを得る。得られた受信パケットは、デジタル信号処理部１３に供給して、音声信号などのパケット内の各データを抽出する。抽出された音声信号については、音声出力部１６に供給して、アナログ変換、増幅などの出力処理を行い、接続されたスピーカ１７から出力させる。

これらの送信や受信の処理は、無線電話端末の電話機能などを制御する制御手段としての、制御部２１の制御に基づいて実行される構成としてある。無線電話端末に配置された操作キーなどの各種操作手段で構成された操作部２４が操作されると、その操作に基づいた指令が制御部２１に供給されて、制御部２１が指示された状態に制御する。

また、本例の無線電話端末は、電話番号、メール文、ウェブ画面、通信状況などの情報を表示する表示手段として、表示部２２が用意してあり、さらに表示部２２よりも小型の表示手段で構成されたサブ表示部２３を備える場合もある。表示部２２及びサブ表示部２３での表示は、制御部２１の制御で実行される。また、携帯電話端末が備える外部インターフェイス部２５を介した外部とのデータ転送についても、制御部２１の制御で実行される。

本例の無線電話端末の各部を作動させる電源については、電源部２６から供給される構成としてある。電源部２６としては、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池と、その二次電池の出力を変圧する変圧手段などで構成される。電源部２６からの電源の供給については、制御部２１のように端末の動作モードにかかわらず常時電源が供給される部分と、端末の動作モードによって電源が供給される部分とがある。

そして本例の携帯電話端末は、近距離無線通信手段であるＩＣカード機能部３１を内蔵させてある。ＩＣカード機能部３１には、メモリが内蔵され、ユーザを識別・認証するコード、チャージされた金額、乗車券や各種チケットとして登録されたデータなどが、そのメモリに記憶される。ＩＣカード機能部３１には、ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２が接続してあり、ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２で、外部のリーダ／ライタから所定の周波数で送信される電波を受信して、リーダ／ライタと近接した状態であることを判断した場合に、そのリーダ／ライタと双方向の無線通信を行う。ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２とリーダ／ライタとの無線通信は、例えば数センチ程度の距離のような非常に近接した距離間での無線通信である。ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２とリーダ／ライタとの間で無線伝送される周波数としては、例えば１３ＭＨｚ帯を使用するようにしてある。

ＩＣカード機能部３１とリーダ／ライタとの間で通信を行う際には、例えばＩＣカード機能部３１に記憶された識別用のコードや、金額、登録された条件などのデータをリーダ／ライタ側へ送って、リーダ／ライタ側に認識させる。また、必要により、リーダ／ライタ側からメモリに書き込ませるデータをＩＣカード機能部３１に送り、ＩＣカード機能部３１に記憶されたデータを更新させる。

ＩＣカード機能部３１でリーダ／ライタと無線通信を行って、認証などの処理を行う際には、基本的な認証処理については、ＩＣカード機能部３１内で処理が完結するようにしてあるが、制御部２１で一部の機能を分担して実行するようにしてもよい。

ＩＣカード機能部３１での動作については、ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２で受信する電波の他、端末内の電源部２６から供給される電源のいずれかで作動させるようにしてある。さらに、携帯電話ＲＦ信号用のアンテナ３３を設け、自機のアンテナ１５から出力される携帯電話システムの電波を受信して電力を生成できる構成としてある。この場合、本例においては、図１に示すように電源供給スイッチ３４により電源の供給を切り替えている。電源供給スイッチ３４の開閉の制御は、ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２又は携帯電話ＲＦ信号用のアンテナ３３から電波を受信したときは、ＩＣカード機能部３１内で電力を生成し、電源部２６からの電源供給を停止するようにしている。

次に、ＩＣカード機能部３１とその周辺構成を、図２を参照して説明する。この図２では、ＩＣカード機能部３１への電源供給とその制御に関する構成を中心として示してある。

ＩＣカード機能部３１は、電力生成手段として機能する電力生成回路３５と、各種信号処理や制御等を行う内部回路３６から構成している。電力生成回路３５は、ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２及び携帯電話ＲＦ信号用のアンテナ３３と接続してあり、アンテナ３２でリーダ／ライタ４のアンテナ５より放射された電波を受信した場合、充電部３５ａを充電し、アンテナ３３で携帯電話端端末１０すなわち自機の携帯電話システム２８の電波を受信した場合、充電部３５ｂを充電する。携帯電話端末自体が、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ帯で無線通信を行うため、この送信電力を利用してＩＣカード機能部３１へ電源を供給することで、携帯電話端末内の電源部２６の電力消費を抑えることができる。

なお、携帯電話システム２８は、携帯電話端末内の外部基地局との無線通信を可能とする機能に係る装置構成を指し、電源部２６、制御部２１、デジタル信号処理部１３、ＲＦ入出力部１４（図１参照）等から構成されるものであるが、広義には携帯電話端末においてＩＣカード機能部３１を除いた全構成を指す。

また、内部回路３６は、アンテナ３２と接続されて近距離無線通信としての送信処理及び受信処理を実行する通信部３６ａと、その通信部３６ａでの近距離無線通信を制御する制御部３６ｂと、電力生成回路３５で生成された電力の電圧値を監視しその情報を制御部３６ｂへ送る電圧監視部３６ｃを備える。

制御部３６ｂには、認証用のデータなどを記憶するメモリが内蔵してある。制御部３６ｂは、携帯電話端末側の携帯電話システム２８を制御する制御部２１とバスライン４１を介してデータ転送可能に接続してあり、携帯電話端末側の制御部２１からの制御（指令）に基づいて、制御部３６ｂがＩＣカード機能部３１での近距離無線通信を制御する。但し、バスライン４１については、図示を省略しているが、携帯電話端末内の他の回路と接続されたバスラインと、バスライン切替スイッチを介した切替えで、選択的に使用するようにしてある。

電源部２６からＩＣカード機能部３１への電源の供給については、既に説明した電源供給スイッチ３４を介して供給するようにしてあり、制御部２１が、ＩＣカード機能部３１の無線通信状況や電力生成回路３５における充電部の残容量等の情報から、電源供給スイッチのオン／オフを判断、制御する。

なお、本例では、ＩＣカードＲＦ信号用のアンテナ３２と携帯電話ＲＦ信号用のアンテナ３３を設けているが、これらを一つのアンテナで共用する構成としてもよい。

次に、図３のフローチャートは、図２に示した構成において、携帯電話の送信電力を利用したＩＣカード機能部への電源供給処理例を示した図である。以下、図３に従って説明すると、本例の初期状態では、電源供給スイッチ３４がオン状態（ステップＳ１）の場合としてあり、携帯電話システム２８の電源部２６からＩＣカード機能部３１へ電源が供給される。この状態で、制御部２１は携帯電話システム２８が無線通信を開始したかどうかを判断する（ステップＳ２）。携帯電話端末１０が無線通信を開始していないときはステップＳ１に移行し、電源供給スイッチ３４のオン状態を維持し、電源部２６からの電源供給を継続する。

なお、携帯電話端末１０がアンテナ１５を介して行う無線通信として、通話、ウェブ画面閲覧やコンテンツダウンロード等、複数の形態が考えられるが、例えば通話のように無線通信が行われている状態が一定時間継続することが期待できるものが望ましい。

一方、携帯通信システム２８が通信を開始した場合には、制御部２１は電源供給スイッチ３４をオフ状態とし（ステップＳ３）、電源部２６からＩＣカード機能部３１への電源供給を停止する。そして、この状態で、制御部２１は携帯電話システム２８の無線通信が終了したかどうかを判断する（ステップＳ４）。無線通信が終了していない場合、ステップＳ３に移行し、電源供給スイッチ３４のオフ状態を維持し、携帯電話の送信電力を利用した電力生成を継続して行う。また、無線通信が終了した場合には、ステップＳ２に移行し、電源供給スイッチ３４をオン状態に切り替え、電源部２６からの電源供給に切り替える。

上述した構成によると、ＩＣカード機能部３１とリーダ／ライタ４が無線通信を行っていないときにＩＣカード機能部３１を動作させる必要がある場合、携帯電話端末１０のＲＦ信号を受信してその送信電力をＩＣカード機能部３１の電源に利用するようにしたので、リーダ／ライタ４からのＲＦ信号は勿論のこと携帯電話端末１０自体のＲＦ信号を含めて、外部ＲＦ信号からの電力でＩＣカード機能部３１の電源をまかなえる場合、電源部２６からＩＣカード機能部３１への電源供給を停止することができる。したがって、電源部２６の消費電力を低減することができる。

次に、図４のフローチャートは、図２に示した構成において、電力生成回路３５で生成される電力の電圧値を監視するようにした場合の、ＩＣカード機能部への電源供給処理例を示した図である。以下、図４に従って説明すると、本例の初期状態では、電源供給スイッチ３４がオフ状態（ステップＳ１）の場合としてあり、携帯電話システム２８の電源部２６からＩＣカード機能部３１への電源供給は停止してある。通常、ＩＣカード機能部３１とリーダ／ライタ４が十分に近接し無線通信を行うとき、あるいは携帯電話の送信電力を利用して電力を生成するときには、電力生成回路３５に十分な電力を確保することができる。

ＩＣカード機能部３１に設けられた電圧監視部３６ｃは監視手段として機能し、電力生成回路３５の充電部３５ａ，３５ｂに蓄積した電力の電圧値を常時監視してその情報を制御部３６ｂに送信する。制御部３６ｂは、その情報をバスライン４１経由で携帯通信システム２８側の制御部２１に伝え、制御部２１がこの情報に基づき電源供給スイッチ３４の切り替えを行う。

電源供給スイッチ３４がオフの状態で、制御部２１は、電力生成回路３５の電圧値が、ＩＣカード機能部３１の動作電圧以下であるかどうかを判断する（ステップＳ１２）。電圧値がＩＣカード機能部３１の動作電圧以下でない場合、ステップＳ１１に移行し、電源供給スイッチ３４のオフ状態を維持し、電力生成回路３５で生成された電力を電源として使用する。

一方、電圧値がＩＣカード機能部３１の動作電圧以下であった場合、制御部２１は電源供給スイッチ３４をオン状態に切り替え（ステップＳ１３）、電源部２６からＩＣカード機能部３１へ電源を供給する。このような場合として、例えば、電力生成回路３５の充電部３５ａ又は３５ｂは、リーダ／ライタ４又は携帯電話システム２８からのＲＦ信号を利用して充電を行うが、ＩＣカード機能部３１とリーダ／ライタ４又は携帯電話通信システム２８との無線通信が終了してから一定時間以上経過すると、充電部３５ａ，３５ｂに蓄積した電力が放電され、電圧値が動作電圧以下になってしまうなどの状況が考えられる。

この状態で、制御部２１は、電力生成回路３５から供給される電源電圧がＩＣカード機能部３１の動作電圧以上かどうかを判断する（ステップＳ１４）。ＩＣカード機能部３１の動作電圧以上でない場合、ステップＳ１３に移行し、電源供給スイッチ３４のオン状態を維持する。このような場合として、ＩＣカード機能部３１とリーダ／ライタ４の距離が遠い、あるいは携帯電話端末１０の通話が行われず携帯電話ＲＦ信号用のアンテナ３３でＲＦ信号が受信できないといった状況が考えられる。

一方、電圧監視部３６ｃで検出される電圧値がＩＣカード機能部３１の動作電圧以上であった場合、制御部２１は電源供給スイッチ３４をオフ状態に切り替え、電源部２６からＩＣカード機能部３１への電源供給を停止する。これは、例えば、ＩＣカード機能部３１とリーダ／ライタ４、又は携帯電話システム２８が無線通信を行い、その送信電力を利用できる状況になったような状況が考えられる。

上述した構成によると、例えばリーダ／ライタ４からのＲＦ信号又は携帯通信端末１０自体から送信されるＲＦ信号を利用して充電部３５ａ，３５ｂを充電する構成としてあり、電圧監視部３６ｃを設け、ＩＣカード機能部３１の電力生成回路３５から供給される電圧値を監視し、充電部３５ａ，３５ｂの残容量に応じて電源部２６からＩＣカード機能部３１への電源供給を制御するようにしてある。したがって、必要なときにのみ電源部２６の電源を使用することができ、消費電力を低減することができる。

例えば、リーダ／ライタ４又は携帯通信システム２８との無線通信により充電部３５ａ，３５ｂを充電した後、無線通信を終了した場合であっても、充電部３５ａ，３５ｂからＩＣカード機能部３１が作動できるだけの電圧が得られれば、電源部２６から電源を供給する必要がなく、電力消費を抑えることができる。

また、例えばリーダ／ライタ４と無線通信を行ったものの、例えば規定された距離から離れていたために十分な強度のＩＣカード用ＲＦ信号を得られず、電圧監視部３６ｃにて動作電圧に達していないと判定された場合、電源供給スイッチ３４を切り替えて、携帯電話システム２８の電源部２６からＩＣカード機能部３１へ電源を供給することで、ＩＣカード用ＲＦ信号から生成される電力をバックアップしてＩＣカード機能部３１を動作させることができる。

なお、上述した実施の形態では、携帯電話端末にＩＣカード機能を内蔵させた例としたが、その他の各種携帯型の端末装置に、ＩＣカード機能を内蔵させた場合にも同様の処理が適用可能である。また、端末に内蔵されたＩＣカード機能としては、ＩＣカードと同様の機能を実現させる回路ブロックが端末に予め組み込まれている場合（上述した実施の形態の場合）の他に、端末に用意されたカードスロットなどにＩＣカードを装着させる構成として、その装着されたＩＣカードが通信できる位置を表示させるようにしてもよい。

また、携帯電話端末１０のアンテナ３３にて、自機のアンテナ１５から出力される携帯電話システムの電波を受信して電力が生成される構成としたが、アンテナ３３が他の機器からの電波も受信して電力を生成できる構成としてもよい。

本発明の一実施の形態による携帯電話端末の構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態の要部の構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態による携帯電話の送信電力を利用した電力供給処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態による電圧監視に基づいた電力供給処理例を示すフローチャートである。 非接触ＩＣカードの電力生成の概念を示した図である。

符号の説明

１３…デジタル信号処理部、１４…ＲＦ入出力部、１５…アンテナ、２１…制御部、２６…電源部、２８…携帯電話システム、３１…ＩＣカード機能部、３２…アンテナ（ＩＣカードＲＦ信号用）、３３…アンテナ（携帯電話ＲＦ信号用）、３４…電源供給スイッチ、３５…電力生成回路、３５ａ，３５ｂ…充電部、３６…内部回路、３６ａ…通信部、３６ｂ…制御部、３６ｃ…電圧監視部、４１…バスライン

Claims (2)

1. 近距離無線通信に用いられる近距離無線通信用アンテナと、
   前記近距離無線通信用アンテナを使用してリーダ／ライタとの間で近距離無線通信を行う近距離無線通信手段と、
   無線通信に用いられる第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナを使用して前記リーダ／ライタを除く外部機器との間で無線通信を行う第１の通信手段と、
   前記第１の通信手段又は前記近距離無線通信手段に電源を供給する電源部と、
   前記第１の通信手段が前記第１のアンテナを使用して前記外部機器との間で行う無線通信の際に出力される電波を前記近距離無線通信用アンテナによって受信し、前記近距離無線通信手段に供給する電源を生成する電力生成手段と、
   前記近距離無線通信手段が前記リーダ／ライタとの間で近距離無線通信を行っていないときであって、前記第１の通信手段と前記外部機器との間で無線通信が行われているときには、前記電源部から前記近距離無線通信手段への電源の供給を停止し、前記電力生成手段において生成された電源を前記近距離無線通信手段へ供給すべく切り替え動作を行う切替手段と
   を有することを特徴とする携帯端末。
2. 前記電力生成手段は、自端末以外の携帯端末から出力された電波を前記近距離無線通信用アンテナによって受信し、前記近距離無線通信手段に供給する電源を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の携帯端末。

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