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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6014732
(24)【登録日】2016年9月30日
(45)【発行日】2016年10月25日
(54)【発明の名称】磁界放射装置
(51)【国際特許分類】
H04B 5/02 20060101AFI20161011BHJP
H01Q 21/24 20060101ALI20161011BHJP
H01Q 7/00 20060101ALI20161011BHJP
【ＦＩ】
H04B5/02
H01Q21/24
H01Q7/00
【請求項の数】6
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2015-166424(P2015-166424)
(22)【出願日】2015年8月26日
【審査請求日】2016年3月25日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100129230
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 理恵
(72)【発明者】
【氏名】森澤 文晴
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 愛一郎
(72)【発明者】
【氏名】森村 浩季
【審査官】
前田 典之
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−２５９３６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１２７３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−１６００４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２００６００（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１２５９９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｂ ５／０２
Ｈ０１Ｑ ７／００
Ｈ０１Ｑ ２１／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置で検知することを契機にして電界、磁界または電波を媒体とする通信を開始する通信システムの磁界放射装置であって、
（１）互いに軸が異なる複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（２）互いに平行な複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（３）同一の平面に複数のアンテナを有する、または、（１）と（２）と（３）の２以上のアンテナを有し、当該各アンテナから磁界を放射し、
前記各アンテナには時分割でタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射する、または、
前記各アンテナには時分割で周期性を有するタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射し、
全ての前記アンテナに前記タイムスロットが割り当てられてない時間が同時に存在する
ことを特徴とする磁界放射装置。
（１）互いに軸が異なる複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（２）互いに平行な複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（３）同一の平面に複数のアンテナを有する、または、（１）と（２）と（３）の２以上のアンテナを有し、当該各アンテナから磁界を放射し、
前記各アンテナには時分割でタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射する、または、
前記各アンテナには時分割で周期性を有するタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射し、
全ての前記アンテナに前記タイムスロットが割り当てられてない時間が同時に存在する
ことを特徴とする磁界放射装置。
【請求項2】
磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置で検知することを契機にして電界、磁界または電波を媒体とする通信を開始する通信システムの磁界放射装置であって、
（１）互いに軸が異なる複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（２）互いに平行な複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（３）同一の平面に複数のアンテナを有する、または、（１）と（２）と（３）の２以上のアンテナを有し、当該各アンテナから磁界を放射し、
前記各アンテナには時分割でタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射する、または、
前記各アンテナには時分割で周期性を有するタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射し、
前記タイムスロットは、
前のタイムスロットに重なり合う期間と、
前後のタイムスロットに重なり合わない期間と、
後のタイムスロットに重なり合う期間と
から構成される、または、
前記タイムスロットは同時に複数のアンテナに割り当てられる、または、
前記タイムスロットは重要性の高いアンテナに多く割り当てられる
ことを特徴とする磁界放射装置。
（１）互いに軸が異なる複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（２）互いに平行な複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（３）同一の平面に複数のアンテナを有する、または、（１）と（２）と（３）の２以上のアンテナを有し、当該各アンテナから磁界を放射し、
前記各アンテナには時分割でタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射する、または、
前記各アンテナには時分割で周期性を有するタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射し、
前記タイムスロットは、
前のタイムスロットに重なり合う期間と、
前後のタイムスロットに重なり合わない期間と、
後のタイムスロットに重なり合う期間と
から構成される、または、
前記タイムスロットは同時に複数のアンテナに割り当てられる、または、
前記タイムスロットは重要性の高いアンテナに多く割り当てられる
ことを特徴とする磁界放射装置。
【請求項3】
前記放射する磁界は無変調波である、または、
前記アンテナは、磁界の通信にも兼用する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の磁界放射装置。
前記アンテナは、磁界の通信にも兼用する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の磁界放射装置。
【請求項4】
前記各アンテナは磁界を同時に放射する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁界放射装置。
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁界放射装置。
【請求項5】
前記（１）互いに軸が異なる複数の平面は互いに直交し、当該平面の数は２または３であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁界放射装置。
【請求項6】
少なくとも１つの前記アンテナは（ａ）ループコイルアンテナ、または、（ｂ）共鳴型ループコイルアンテナ、または、（ｃ）逆相型ループコイルアンテナである、または、（ａ）のループコイルアンテナと（ｂ）の共鳴型ループコイルアンテナと（ｃ）の逆相型ループコイルアンテナの少なくとも２種類以上を備える
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁界放射装置。
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁界放射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁界放射装置、磁界入射装置および通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の磁界検知の方式では、例えば、磁界放射装置が１軸のアンテナ、磁界入射装置が３軸のアンテナを用いる。
【0003】
図３５は、従来の磁界入射装置のアンテナ構造についての例を示す図である。図３５に示すように、磁界入射装置のループアンテナは、例えば、３つのループアンテナ2x、2y、2zを含む。図３５に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定した場合、ループアンテナ2x、2y、2zはそれぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に平行な磁界成分を検出する。つまり、磁界入射装置は、互いに直交する3方向の各磁界成分を検出するアンテナ（2x、2y、2z）を有する。
【0004】
図３６は、従来の磁界入射装置のアンテナ構造についての別の例を示す図である。図３６に示すように、磁界入射装置は、各ループアンテナ2x、2y、2zで検出した磁界成分を増幅するアンプ21x、21y、21zと、各アンプ21x、21y、21zの出力信号の大きさを2乗する2乗器22x、22y、22zと、各2乗器22x、22、22zの出力信号の大きさを加算する加算器23と、加算器23の出力信号の大きさの1／2乗する1／2乗器24とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１３−１２５９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
例えば、平面のループアンテナを使う通常のICカードを磁界入射装置とし、磁界放射装置側の平面のループアンテナの近傍に近づけた時、両アンテナの角度によっては受信電力が足りず磁界を検出できない。従って、ICカードの角度に依存せずに、磁界を検知することを契機にして電波もしくは磁界による通信が開始される通信サービスを実現できなかった。
【0007】
図３７は、磁界放射装置のループアンテナの磁束線と磁界入射装置のループアンテナが並行の場合の磁界放射の例を示す図であり、図３８は、磁界放射装置のループアンテナの磁束線と磁界入射装置のループアンテナが垂直の場合の磁界放射の例を示す図である。図３７及び図３８は、ループアンテナを備える磁界入射装置（例えばICカード）を磁界放射装置のループアンテナの近傍に近づけた時の例である。
【0008】
図３７および図３８の磁界放射装置のループアンテナ：磁界放射装置がループアンテナにより電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する時、磁束線は磁界放射装置のループアンテナの平面に対して垂直に放射される。
図３７における磁界入射装置のループアンテナ：
磁界入射装置のループアンテナの平面と磁束線がほぼ平行なので、磁界入射装置のループアンテナにより磁気エネルギーから得られる電気エネルギーはほぼ０になる。
図３８における磁界入射装置のループアンテナ：
磁界入射装置のループアンテナの平面に磁束線が垂直に入射するので、磁界入射装置のループアンテナにより磁気エネルギーから得られる電気エネルギーは最大となる。
図３７および図３８では、磁界入射装置のループアンテナの中心位置は同一であるが、角度が異なり、これにより、上記差異が生じる。
【0009】
磁界Ｈは大きさと方向を持つベクトル場である。磁束密度Ｂは、Ｂ=μＨ（μは透磁率）となる。面積をＳとすると、磁束ΦはΦ＝ＢＳとなり、磁束Φは曲面を貫く磁束線の本数に比例する。
また、磁束Φは磁界Ｈにも比例する。つまり、等磁界線は曲面を貫く磁束線のノルム（大きさ）が一定であることを示す線である。
等磁界線上では磁束線のノルムが一定、つまり磁気エネルギーが一定になるにもかかわらず、図３７および図３８における磁界入射装置のループアンテナの現象は、ループアンテナの角度によって、磁界入射装置で得られる電気エネルギーが異なることを意味する。
磁界入射装置（ICカード）のループアンテナによって得られる電気エネルギーは、図３７が０、図３８が最大となる。このように、従来においては、磁界入射装置（ICカード）の角度に依存せずに、磁界を検知することを契機にして電波もしくは磁界による通信が開始される通信サービスを実現できなかった。
【0010】
図３９は、３軸のアンテナから同時に磁界を出力した時に得られる磁界を示す図である。３個のアンテナをそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に磁界を放射するように配置する。この時の磁界をそれぞれＨｘ、Ｈｙ、Ｈｚとする。
３個のアンテナから磁界を同時に出力した場合、各磁界が合成して合成磁界Ｈが得られる。この状態は、前記の例と同様の結果となり、磁界入射装置のループアンテナの角度によって磁界入射装置で得られる電気エネルギーが異なることを意味する。
【0011】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置が検知する際の検知感度を高める技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の課題を解決するために、第１の本発明は、磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置で検知することを契機にして電界、磁界または電波を媒体とする通信を開始する通信システムの磁界放射装置であって、（１）互いに軸が異なる複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（２）互いに平行な複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（３）同一の平面に複数のアンテナを有する、または、（１）と（２）と（３）の２以上のアンテナを有し、当該各アンテナから磁界を放射することを特徴とする。
【0013】
第２の本発明は、磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置で検知することを契機にして電界、磁界または電波を媒体とする通信を開始する通信システムの磁界入射装置であって、前記磁界放射装置が放射する磁界のエネルギーを電気のエネルギーに変換し、電気のエネルギーの無変調波を生成するアンテナと、前記無変調波の強度が予め定めた閾値より高いか否かを判定する磁界用検波部とを備え、前記無変調波の強度が前記閾値より高い場合に通信を開始することを特徴とする。
【0014】
第３の本発明は、通信システムであって、第１の本発明に係る磁界放射装置と第２の本発明に係る磁界入射装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置が検知する際の検知感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】磁界放射装置において互いに軸が異なる複数の平面にアンテナを配置する例を示す図である。
【図2】磁界放射装置において同一平面に複数のアンテナを配置する例を示す図である。
【図3】磁界放射装置において互いに平行な複数の平面にそれぞれアンテナを配置する例を示す図である。
【図4】磁界放射装置において複数の平面の組み合わせによりアンテナを配置する例を示す図である。
【図5】無変調波の例を示す図である。
【図6】磁界放射装置のブロック図（３軸アンテナ）を示す図である。
【図7】通信システムのシーケンスの例を示す図である。
【図8】通信システムのシーケンスの別の例を示す図である。
【図9】磁界入射装置の構造の例を示す図である。
【図10】磁界放射装置において互いに異なる平面にそれぞれアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。
【図11】磁界放射装置において互いに平行な平面にそれぞれ１個づつアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。
【図12】磁界放射装置において同一平面に２個のアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。
【図13】磁界放射装置において同一平面に２個のアンテナを、さらに異なる平面に１個のアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。
【図14】磁界放射装置において、複数個のアンテナのうち、任意の１個のアンテナから放射するタイムスロットを時分割で割り当てる例を示す図である。
【図15】磁界放射装置において、複数個のアンテナのうち、任意の複数個のアンテナから放射するタイムスロットを時分割で割り当てる例を示す図である。
【図16】磁界放射装置においてタイムスロットを３個のアンテナに時分割で周期的に割り当てる例を示す図である。
【図17】磁界放射装置においてタイムスロットを６個のアンテナに時分割で周期的に割り当てる例を示す図である。
【図19】磁界放射装置において一時的に磁界の放射を停止する時間を設けてタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
【図20】前後のタイムスロットと重複する時間を設けてタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
【図21】３個のアンテナのうち２個のアンテナに重複でタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
【図22】６個のアンテナのうち２個づつに重複でタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
【図23】重要性が高いアンテナに対して多くタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
【図24】それぞれ１個のアンテナを配置した２平面を直交させて設置した例を示す図である。
【図25】それぞれ１個のアンテナを配置した３平面を直交させて設置した例を示す図である。
【図26】磁界放射装置にループコイルアンテナを用いる例を示す図である。
【図27】ループコイルアンテナとして共鳴型ループコイルアンテナを用いる例を示す図である。
【図28】ループコイルアンテナとして逆相型ループコイルアンテナを用いる例を示す図である。
【図29】磁界入射装置のブロック図（１軸アンテナ）を示す図である。
【図30】磁界入射装置のフローチャートの例を示す図である。
【図31】受信電力の閾値の例を示す図である。
【図32】磁界入射装置のブロック図（３軸アンテナ）を示す図である。
【図33】磁界入射装置のブロック図（３軸アンテナ：磁界通信）を示す図である。
【図34】通信システムの例を示す図である。
【図35】従来の磁界入射装置のアンテナ構造についての例を示す図である。
【図36】従来の磁界入射装置のアンテナ構造についての別の例を示す図である。
【図37】磁界放射装置のループアンテナの磁束線と磁界入射装置のループアンテナが並行の場合の磁界放射の例を示す図である。
【図38】磁界放射装置のループアンテナの磁束線と磁界入射装置のループアンテナが垂直の場合の磁界放射の例を示す図である。
【図39】３軸のアンテナから同時に磁界を出力した時に得られる磁界を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0018】
［実施例１］実施例１では、本発明の第１の特徴について説明する。
第１の特徴を有するのは、磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置で検知することを契機にして電界、磁界または電波を媒体とする通信を開始する通信システムにおける前述の磁界放射装置であって、以下の特徴を有する。
【0019】
すなわち、磁界放射装置は、（１）互いに軸が異なる複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（２）互いに平行な複数の平面のそれぞれにアンテナを有する、または、（３）同一の平面に複数のアンテナを有する、または、（１）と（２）と（３）の２以上のアンテナを有し、各アンテナから磁界を放射する。
【0020】
図１は、磁界放射装置において互いに軸が異なる複数の平面にアンテナを配置する例を示す図である。具体的には、ＸＺ平面とＹＺ平面にそれぞれアンテナを配置した例である。
各平面は直交していなくてよい。平面数は３個以上でもよい。アンテナは交差していなくてもよい。アンテナは磁界を放射できればよく、ループアンテナ、パッチアンテナ等の平面アンテナを適用できる。アンテナは形状、大きさ、太さに依存せず、平面ごとに異なっていてもよい。
効果：例えば、図のような複数の平面のアンテナから磁界を放射すると、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
例えば、磁界は別々に放射するとよい。また、磁界は任意のタイミングで放射してもよい。
【0021】
図２は、磁界放射装置において同一平面に複数のアンテナを配置する例を示す図である。具体的には、ＸＺ平面に複数のアンテナを配置した例である。
同一平面のアンテナ数は３個以上でもよい。異なるアンテナ数の複数の平面を組み合わせてもよい。
効果：図１と同様に、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
例えば、磁界は別々に放射するとよい。また、磁界は任意のタイミングで放射してもよい。
【0022】
図３は、磁界放射装置において互いに平行な複数の平面にそれぞれアンテナを配置する例を示す図である。具体的には、ＸＺ平面上のＹ軸の位置が異なる互いに平行な複数の平面にアンテナを配置する例である。
平面数は３個以上でもよい。同一平面のアンテナ数は３個以上でもよい。
効果：図１、図２と同様に、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
例えば、磁界は別々に放射するとよい。また、磁界は任意のタイミングで放射してもよい。
【0023】
図４は、磁界放射装置において複数の平面の組み合わせによりアンテナを配置する例を示す図である。具体的には、ＸＺ平面に複数のアンテナ及びＹＺ平面に１個のアンテナを組み合わせた例である。
アンテナは交差してもよい。
図１〜図３の平面を組み合わせることができる。組み合わせは、図４の例に限定されない。
平面ごとにアンテナ数が異なっていてもよい。
複数の平面を組み合わせると、磁界入射装置のアンテナに対して、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射する確率が高まるので、磁界を検知できる範囲がさらに広がる。
例えば、磁界は別々に放射するとよい。また、磁界は任意のタイミングで放射してもよい。
【0025】
図６は、磁界放射装置のブロック図（３軸アンテナ）を示す図である。具体的には、互いに異なる３平面上に配置される３個のアンテナで磁界を放射し、電波による通信を開始するためのブロック図の例である。
磁界放射装置は、３個のアンテナと、磁界用無変調波生成部１と、マイコン２と、通信部３を備える。
アンテナはＸＹ平面、ＸＺ平面、ＹＺ平面にそれぞれ配置する。アンテナは横から見て記載したものである。
磁界用無変調波生成部１が無変調波を生成し、無変調波によりアンテナから磁界を放射する。これを入射側で検知すると 検知を契機に、通信部３が、例えば電波によって通信をする。
また、通信部３は電波によらず、電界、磁界、電波のいずれかによる通信を開始することができる。
【0026】
図７は、通信システムのシーケンスの例を示す図である。具体的には、図６の磁界放射装置による通信を開始する例である。
例えば、磁界放射装置は、移動開始し、磁界による無変調波を用いてポーリングを行う。磁界入射装置が磁界を検知すると、磁界による通信を開始し、ポーリングを停止する。通信で送るデータは何でもよく装置ID、認証鍵、データ等を送ることができる。
【0027】
図８は、通信システムのシーケンスの別の例を示す図である。具体的には、図６の磁界放射装置による通信を開始する例である。
例えば、磁界放射装置は、移動開始し、磁界による無変調波を用いてポーリングを行う。磁界入射装置が磁界を検知すると、電波による通信を開始し、ポーリングを停止する。
【0028】
図９は、磁界入射装置の構造の例を示す図である。磁界入射装置として、例えば図９に示すＲＦＩＤ（radio frequency identifier）と称されるものを使用できる。
磁界入射装置は、塩化ビニールの基板上にＩＣチップとコイルアンテナを有する。
このような磁界入射装置の場合、シーケンスはは図７のようになる。
【0029】
［実施例２］実施例２では、本発明の第２の特徴について説明する。
第２の特徴は、第１の特徴を有する磁界放射装置において、各アンテナは磁界を同時に放射するというものである。
【0030】
図１０は、磁界放射装置において互いに異なる平面にそれぞれアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。別々に放射するアンテナと同時に放射するアンテナを組み合わせてもよい。
アンテナをＸＺ平面とＹＺ平面に配置する。図の紙面はＸＹ平面である。
図１と同様に、図のような複数の平面のアンテナから磁界を放射すると、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
効果：図１０に示すように複数のアンテナから同時に磁界を放射すると別々に磁界を放射する時に比べて短い時間で磁界を検出できる。
【0031】
図１１は、磁界放射装置において互いに平行な平面にそれぞれ１個づつのアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。別々に放射するアンテナと同時に放射するアンテナを組み合わせてもよい。
アンテナをＸＺ平面と並行、且つＹ軸上の位置が異なる場所にそれぞれ配置する。図の紙面はＸＹ平面である。
図２と同様に、図のような複数の平面のアンテナから磁界を放射すると、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
効果：図１１に示すように複数のアンテナから同時に磁界を放射すると別々に磁界を放射する時に比べて短い時間で磁界を検出できる。
【0032】
図１２は、磁界放射装置において同一平面に２個のアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。別々に放射するアンテナと同時に放射するアンテナを組み合わせてもよい。
アンテナをＸＺ平面上のＸ軸の位置が異なる場所に配置する。図の紙面はＸＹ平面である。
図３と同様に、図のような複数の平面のアンテナから磁界を放射すると、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
効果：図１２に示すように複数のアンテナから同時に磁界を放射すると別々に磁界を放射する時に比べて短い時間で磁界を検出できる。
【0033】
図１３は、磁界放射装置において同一平面に２個のアンテナを、さらに異なる平面に１個のアンテナを設置し、同時に磁界を放射する例を示す図である。別々に放射するアンテナと同時に放射するアンテナを組み合わせてもよい。
アンテナをＸＺ平面上のＸ軸の位置が異なる場所と、ＹＺ平面上に配置する。図の紙面はＸＹ平面である。
図４と同様に、図のような複数の平面のアンテナから磁界を放射すると、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
効果：図１３に示すように複数のアンテナから同時に磁界を放射すると別々に磁界を放射する時に比べて短い時間で磁界を検出できる。
【0034】
［実施例３］実施例３では、本発明の第３の特徴について説明する。
第３の特徴は、第１の特徴を有する磁界放射装置において、各アンテナには時分割でタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射するというものである。
【0035】
図１４は、磁界放射装置において、複数個のアンテナのうち、任意の１個のアンテナから放射するタイムスロットを時分割で割り当てる例を示す図である。磁界を放射可能な時間にアンテナから磁界を１回放射する。
タイムスロットを割り当てる回数は何回でもよい。
効果：任意のタイミングで磁界を検知できる。
【0036】
図１５は、磁界放射装置において、複数個のアンテナのうち、任意の複数個のアンテナから放射するタイムスロットを時分割で割り当てる例を示す図である。磁界を放射可能な時間に各アンテナから磁界を１回放射する。
タイムスロットを割り当てる回数は何回でもよい。
効果：図１４よりもアンテナの数が増えるので、任意のタイミングにおける磁界を検知できる範囲を増やすことができる。
【0037】
［実施例４］実施例４では、本発明の第４の特徴について説明する。
第４の特徴は、第１の特徴を有する磁界放射装置において、各アンテナには時分割で周期性を有するタイムスロットが割り当てられ、割り当てられたタイムスロットのタイミングで磁界を放射するというものである。つまり、第３の特徴に加え、さらにタイムスロットは周期性を有するというものである。
【0038】
図１６は、磁界放射装置においてタイムスロットを３個のアンテナに時分割で周期的に割り当てる例を示す図である。磁界を放射可能な時間に各アンテナから磁界を周期的に放射する。
タイムスロットは途中で中断してもよい。
アンテナの個数には依存しないので、１個のアンテナのみ周期があってもよい。
効果：実施例３よりも磁界を放射する回数が増えるので、磁界を検知できる確率を高めることができる。
【0039】
図１７は、磁界放射装置においてタイムスロットを６個のアンテナに時分割で周期的に割り当てる例を示す図である。効果：図１６よりもアンテナの数が増えるので、磁界を検知できる範囲を広げることができる。
【0040】
図１８は、磁界放射装置において図１６とは異なる周期的でタイムスロットを割り当てる例を示す図である。このように周期のパターンには依存せず、どのようなパターンでもよい。
効果：図１６に比べ、特定のアンテナに対して単位時間当たりのタイムスロットが増えるので、例えば重要度が高いアンテナによって磁界を検知できる確率を高めることができる。
【0041】
［実施例５］実施例５では、本発明の第５の特徴について説明する。
第５の特徴は、少なくとも１つのアンテナにタイムスロットが割り当てられてない時間が存在するというものである。
図１９は、磁界放射装置において一時的に磁界の放射を停止する時間を設けてタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
一時的に停止する時間長には依存しないので、長くても短くてもよい。また、異なる時間長、停止する時間がない状態を組み合わせてもよい。
効果：磁界を検知し、磁界によって送達確認等の通信を行う場合は、検知と通信の混信を防止するために有効である。
【0042】
［実施例６］実施例６では、本発明の第６の特徴について説明する。
第６の特徴は、タイムスロットは、前のタイムスロットに重なり合う期間と、前後のタイムスロットに重なり合わない期間と、後のタイムスロットに重なり合う期間とから構成されるというものである。
図２０は、前後のタイムスロットと重複する時間を設けてタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
例えば、アンテナ（＃２）のタイムスロットは、アンテナ（＃１）に割り当てられた前のタイムスロットに重なり合う期間と、前のスロットにもアンテナ（＃３）に割り当てられた後のタイムスロットにも重なり合わない期間と、後のタイムスロットに重なり合う期間とで構成される。
図６に示す磁界用無変調波生成部１の時間的な揺らぎにより、磁界が一時的に放射されない状態を防止するために、前後のタイムスロットを重複させる。
重複する時間長には依存しないので、長くても短くてもよい。また、異なる時間長、停止する時間がない状態を組み合わせてもよい。
効果：磁界入射装置の検波部には常に磁界が入射されるので、検波部の動作を安定させることができる。
【0043】
［実施例７］実施例７では、本発明の第７の特徴について説明する。
第７の特徴は、タイムスロットは同時に複数のアンテナに割り当てられるというものである。
図２１は、３個のアンテナのうち２個のアンテナに重複でタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
重複するアンテナの個数には依存しないので、同時に何個割り当ててもよい。
効果：同時に複数のアンテナに対してタイムスロットを割り当てると、並列動作が可能になるので、磁界入射装置が検波できる可能性がより高くなる。
【0044】
図２２は、６個のアンテナのうちアンテナ２個づつに重複でタイムスロットを割り当てる例を示す図である。選択対象のアンテナの個数には依存しないので、選択対象のアンテナは何個でもよい。 効果：アンテナが複数あれば磁界入射装置に入射する磁界の角度が異なるので、磁界入射装置が磁界を検波できる可能性がより高くなる。
【0045】
［実施例８］実施例８では、本発明の第８の特徴について説明する。
第８の特徴は、タイムスロットは重要性の高いアンテナに多く割り当てられるというものである。
図２３は、重要性が高いアンテナに対して多く多くタイムスロットを割り当てる例を示す図である。
アンテナ（＃１）は２回に１回、アンテナ（＃２）、アンテナ（＃３）は４回に１回の割合でタイムスロットを割り当てる。
選択対象のアンテナの割り当て回数、アンテナの個数には依存しないので、割り当て回数、選択対象は何個でもよい。
また、割り当てが無いタイムスロット、同時に複数のアンテナを割り当てるタイムスロットを組み合わせてもよい。
効果：重要度が高いアンテナに対して多くタイムスロットを与えることで、磁界入射装置が磁界を検波できる可能性がより高くなる。
【0046】
［実施例９］実施例９では、本発明の第９の特徴について説明する。
第９の特徴は、（１）互いに軸が異なる複数の平面は互いに直交し、当該平面の数は２または３であるというものである。
図２４は、それぞれ１個のアンテナを配置した２平面を直交させて設置した例を示す図である。
アンテナを、例えばＸＺ平面とＹＺ平面に配置する。
効果：アンテナを配置する平面が直交していない場合と比べて、直交している場合の方がアンテナの角度の差が大きく、少なくても一方のアンテナに入射する磁界が大きくなる。この結果、磁界を検出しやすくなる。
【0047】
図２５は、それぞれ１個のアンテナを配置した３平面を直交させて設置した例を示す図である。アンテナをＸＺ平面とＹＺ平面とＸＹ平面に配置する。
効果：アンテナを配置する平面が直交していない場合と比べて、角度が異なるアンテナの個数が多くなり、より磁界を検出しやすくなる。
【0048】
［実施例１０］実施例１０では、本発明の第１０の特徴について説明する。
第１０の特徴は、少なくとも１つのアンテナはループコイルアンテナであるというものである。
図２６は、磁界放射装置にループコイルアンテナを用いる例を示す図である。
ループコイルアンテナは、１巻のものをループアンテナ、多巻のものをコイルアンテナとも呼ばれる。
ループコイルアンテナの形状には依存しない。同心円状、楕円状、矩形上、雲形を含め、任意の形状が可能である。例えばキャパシタを挿入してもよい。磁界入射装置にも同様のアンテナを使用できる。
【0049】
［実施例１１］実施例１１では、本発明の第１１の特徴について説明する。
第１１の特徴は、少なくとも１つのアンテナは共鳴型ループコイルアンテナ、または、または、逆相型ループコイルアンテナであるというものである。
図２７は、ループコイルアンテナとして共鳴型ループコイルアンテナを用いる例を示す図である。
１つのループアンテナは、磁界用無変調波生成部１に接続され、別のループアンテナは、磁界用無変調波生成部１に接続されず、ループアンテナの近傍に配置される。
効果：磁界共鳴が発生し、磁界放射装置からアンテナに給電するエネルギーが同じレベルであっても、共鳴型は通常型よりも通信距離を伸ばすことができる。
【0050】
図２８は、ループコイルアンテナとして逆相型ループコイルアンテナを用いる例を示す図である。２つのループアンテナの一方は正相用であり、他方は逆相用であり、共に磁界用無変調波生成部１に接続される。
効果：通常型と比べて磁界強度の距離減衰特性を急峻にすることができる。具体的には通常型の磁界強度の距離減衰が60dB/decに対して、逆相型は100dB/decとなる。
実施例１０と同様に、ループコイルアンテナの形状には依存しない。同心円状、楕円状、矩形上、雲形を含め、任意の形状が可能である。例えばキャパシタを挿入してもよい。また、磁界入射装置にも同様のアンテナを適用できる。
なお、磁界放射装置は、ループコイルアンテナと共鳴型ループコイルアンテナと逆相型ループコイルアンテナの少なくとも２種類以上を備えていてもよい。
【0051】
［実施例１２］実施例１２では、本発明の第１２の特徴について説明する。
第１２の特徴を有するのは、磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置で検知することを契機にして電界、磁界または電波を媒体とする通信を開始する通信システムの磁界入射装置であって、以下の特徴を有する。
すなわち、磁界入射装置は、磁界放射装置が放射する磁界のエネルギーを電気のエネルギーに変換し、電気のエネルギーの無変調波を生成するアンテナと、無変調波の強度が予め定めた閾値より高いか否かを判定する磁界用検波部とを備え、無変調波の強度が閾値より高い場合に通信を開始する。
【0052】
図２９は、磁界入射装置のブロック図（１軸アンテナ）を示す図である。具体的には、互いに異なる３平面上に配置される３個の平面アンテナで放射された磁界を磁界入射装置の１個のアンテナに入射し、電波による通信を開始するためのブロック図の例である。
アンテナはＸＹ平面に配置する。アンテナは平面アンテナであり、横から見て記載する。
アンテナに磁界が入射すると、アンテナが磁界エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーの無変調波を生成する。磁界用検波部１１は、無変調波の強度が予め定めた閾値より高いか否かを判定し、結果をマイコン１２に通知する。マイコン１２は、無変調波の強度が閾値より高い場合、例えば、電波用変復調部１３に指示し、電波用変復調部１３が電波によって通信を行う。電波用変復調部１３は変調波を電波用のアンテナを駆動する。
なお、通信手段は電波によらず、電界、磁界、電波のいずれかによる通信を開始することができる。
【0053】
図３０は、磁界入射装置のフローチャートの例を示す図である。磁界をアンテナで受信信号に変換し（Ｓ１）、受信信号のレベルを予め設定された閾値と比較する（Ｓ３）。受信信号のレベルが閾値以下なら、ステップＳ１に戻る。受信信号のレベルが閾値より高いなら、通信を開始し（Ｓ５）、これにて判定を終える。
【0054】
図３１は、受信電力の閾値の例を示す図である。図３１において、受信信号のレベルとは、実際の受信信号のレベルをデシベル表示したものである。z／a1は、Ｚ軸上での原点からの距離zをループアンテナの半径a1で除した値である。
受信信号のレベルは、z／a1が大きくなるにしたがって低下する。よって、例えば、z／a1＝10の位置を通信可能なエリアの限界とする場合は、閾値を60dBとすればよい。すなわち、磁界入射装置は、受信信号のレベルが60dB以上なら、磁界放射装置と通信を開始する。従って、z／a1＝10の位置またはそれより磁界放射装置に近い通信エリアに限り通信を行うことができる。
【0055】
なお、受信信号のレベルは、同じ位置でも、周囲の影響で多少変動するので、閾値は、受信信号のレベルの傾きが大きい箇所に設定するのが望ましい。つまり、図３１において、受信信号のレベルの傾きが大きい箇所に閾値が設定されるように、半径a1や電流値を定めるのが望ましい。こうすることで、受信信号のレベルが多少変動しても、受信信号のレベルが閾値に等しくなる位置つまり通信エリアの外縁の位置はさほど変わらない。つまり、通信エリアの大きさの変動（通信エリアの外縁の位置の変動）の抑制を図ることができる。
【0056】
［実施例１３］実施例１３では、本発明の第１３の特徴について説明する。
第１３の特徴は、第１２の特徴を有する磁界入射装置において、磁界放射装置が放射する磁界のエネルギーを電気のエネルギーに変換し、電気のエネルギーの無変調波を生成する複数のアンテナと、各無変調波を合成する合成部とを備え、磁界用検波部は、合成後の無変調波の強度が前記閾値より高いか否かを判定し、合成後の無変調波の強度が閾値より高い場合に通信を開始するというものである。
【0057】
図３２は、互いに異なる３平面上に配置される３個の平面アンテナで放射された磁界を磁界入射装置の３個のアンテナに入射し、電波による通信を開始するためのブロック図の例を示す図である。アンテナはＸＹ平面、ＸＺ平面、ＹＺ平面にそれぞれ配置する。アンテナは平面アンテナであり、横から見て記載する。
アンテナに磁界が入射すると、アンテナが磁界エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーの無変調波を生成する。合成部１４はこの無変調波を合成する。合成方法は一般的な合成方法を利用でき、選択合成、等利得合成、最大比合成等を適用するとよい。
【0058】
磁界用検波部１１は、合成後の無変調波の強度が予め定めた閾値より高いか否かを判定し、結果をマイコン１２に通知する。マイコン１２は、無変調波の強度が閾値より高い場合、例えば、電波用変復調部１３に指示し、電波用変復調部１３が電波によって通信を行う。電波用変復調部１３は変調波を電波用のアンテナに駆動する。効果：図２９と異なり、異なる方向のアンテナを複数使うと、大きな電気エネルギーを生成できるアンテナが増えるので、磁界入射装置が検波できる可能性がより高くなる。
【0059】
［実施例１４］実施例１４では、本発明の第１４の特徴について説明する。
第１４の特徴は、アンテナは、磁界の通信にも兼用するというものである。
図３３は、その場合の磁界入射装置のブロック図（３軸アンテナ）を示す図である。
検知を磁界、通信を磁界とするために、アンテナを磁界の放射（通信）と入射（検波）とで共用する。
アンテナはＸＹ平面、ＸＺ平面、ＹＺ平面にそれぞれ配置する。アンテナは平面アンテナであり、横から見て記載する。
【0060】
アンテナに磁界が入射すると、アンテナが磁界エネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エネルギーの無変調波を生成する。合成部１４はこの無変調波を合成する。合成方法は一般的な合成方法を利用でき、選択合成、等利得合成、最大比合成等を適用するとよい。磁界用検波部１１は、合成後の無変調波の強度が予め定めた閾値より高いか否かを判定し、結果をマイコン１２に通知する。マイコン１２は、無変調波の強度が閾値より高い場合、例えば、磁界用変復調部１５に指示し、磁界用変復調部１５が磁界によって通信を行う。磁界用変復調部１５は、磁界を受信した３つのアンテナを駆動する。
【0061】
効果：図６と図３２は検知の伝搬手段が磁界、通信の伝搬手段を電波だったが、図３３のようにすると検知の伝搬手段と通信の伝搬手段を磁界とすることができる。なお、通信の伝搬手段を磁界とする場合、磁界放射装置でも通信部が、磁界を放射したアンテナを用いて通信を行う。また、磁界入射装置では、アンテナは３個に限らず、図２９のように１個のアンテナを用い、検知の伝搬手段と通信の伝搬手段を磁界とすることができる。
【0062】
［実施例１５］実施例１５では、本発明の第１５の特徴について説明する。
第１５の特徴を有するのは、通信システムであり、上記説明したいずれかの磁界放射装置と上記説明したいずれかの磁界入射装置とを備えることが第１５の特徴である。
図３４は、車いすに磁界放射装置、壁と障害物に磁界入射装置を取り付けて、車いすの衝突防止システムに適用した例を示す図である。
磁界放射装置は定期的に磁界を放射し、磁界入射装置に磁界が入射すると、磁界入射装置は危険であることを伝える信号を磁界放射装置に対して電波で送信する。
【符号の説明】
【0063】
１…磁界用無変調波生成部２、１２…マイコン
３…通信部
１１…磁界用検波部
１３…電波用変復調部
１４…合成部
１５…磁界用変復調部
【要約】
【課題】磁界放射装置が放射する磁界を磁界入射装置が検知する際の検知感度を高める。【解決手段】ＸＺ平面とＹＺ平面にそれぞれアンテナを配置した例である。効果：例えば、図のような複数の平面のアンテナから磁界を放射すると、磁界入射装置のアンテナには、磁界放射装置のいずれかのアンテナからの磁束線が入射するので、磁界放射装置のあるアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０になっても、磁界放射装置の他のアンテナが放射する磁界から得られる電気エネルギーは０でなく、よって、磁界を検知できる範囲が広がる。
【選択図】図１