JP4831501B2 - 無線通信機及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明はセキュリティ分野等で用いられる無線通信機及び無線通信システムに関する。

従来、クレジットカードやキャッシュカード等のカードにＩＣ（集積回路）を組み込み、ＩＣに特定の情報を記憶させて、非接触方式で読み取り／書き込み装置との間で情報を送受信又は更新する非接触型ＩＣカードシステムが運用されている。例えば、特許文献１には、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽電池と、この太陽電池によって充電される二次電池と、この二次電池とＩＣとの間に設けられたスイッチと、磁界を受けて誘電起電力を生じさせる薄型コイルを備え、薄型コイルに生じる誘導起電力を受けてスイッチをオンさせることにより、二次電池からＩＣに電源電圧を供給するＩＣカードが開示されている。

また、クレジットカードやキャッシュカードとは別に、データ処理装置等の操作者のネームプレートに情報を送信する機能を持たせた非接触型のカードシステムも一般に知られている。例えば、特許文献２には、薄型電池と電子回路と発信素子とを含む通信装置を内蔵したネームプレート装置から発信された識別信号を受信し、その識別信号に応じた識別コードが予め記憶された識別コードと一致する場合に、データ処理装置の操作を許可するように構成した入力許可システムが記載されている。

特開平１１−１３４４５６号公報 特許第２５７５７１２号公報 特開２００７−７２８４８号公報

ところで、かかる従来の非接触型ＩＣカードシステムにおいて、ＩＣカード等を無線送信機（送信モジュール）として用い、いわゆるフラッパーゲートのようなセキュリティゲート装置（例えば、特許文献３には、非接触券媒体を用いて改札処理する改札機の例が記載されている。）といった端末機器に無線受信機（受信モジュール）が搭載（内蔵）された場合、無線送信機の使用状態によっては、送信される電波の指向性が変化してしまい、操作を行いたい端末装置を操作できないことがあり得る。また、そのような電波の指向性の変化により、例えば、複数のセキュリティゲートが併設されている場合には、操作を行いたいセキュリティゲートとは異なるセキュリティゲートが開閉されてしまうことも考えられる。

さらに、無線送信機から送信される電波の指向性及びその電波の検知範囲（領域）が制御できなかったり、電波の指向性そのものが、周囲の環境（電波環境や機器の設置環境）に左右され易かったりするため、この場合にも、目的とするセキュリティゲート等の端末装置の操作を確実に行うことができない、或いは、目的以外の端末装置が操作されてしまうといった不都合が起こり得る。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、無線送信機や無線受信機といった機器の設置状態（設置環境）やそれらの周囲の電波環境に影響を受けることなく、電波の指向性を所望に制御することができ、これにより、目的とする機器の操作を確実に行うことが可能な無線通信機、及び無線通信システムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明による無線通信機は、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機を備えるものであって、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又はそのアンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、そのアンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、その無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものである。なお、無線受信機のアンテナ全体の感度を高める観点から、赤外線センサは、アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内に搭載されている方が好ましい。

かかる無線通信機では、無線受信機に備わる信号処理回路が、無線送信機から送信された信号を受信して処理するだけではなく、無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサが検出した検知信号を受信して処理するように構成されており、赤外線センサからの検知信号を受信した無線受信機の信号処理回路は、その検知信号に基づいて動作状態が制御され得る。例えば、無線受信機の信号処理回路は、赤外線センサからの検知信号を受信したときに、無線送信機から送信され得るＩＤ情報等の情報信号をアンテナ素子で受信してその情報信号を処理するように構成される。このとき、無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するので、その感知領域方向の所望の目的エリア内において、赤外線センサで検知したい対象物の動作（人の動き等）を確実に検知することができる。換言すれば、本発明の無線受信機では、所望の目的エリア外における対象物の動作を誤検知してしまうことを確実に防止し得る。

より具体的には、無線受信機の信号処理回路は、赤外線センサに接続された赤外線検知回路と、その赤外線検知回路、及び無線受信機のアンテナ素子に接続された無線信号受信回路とを有しており、無線信号受信回路は、赤外線検知回路からの検知信号に基づいて動作するように構成され得る。

この場合、無線信号受信回路は、通常は非動作状態（スリープ状態）にあり、赤外線センサの感知領域方向の目的エリア内において対象物を検知すると、その検知信号が無線信号受信回路に送出されて、無線信号受信回路が動作状態となる（起動される）。これにより、例えば、無線送信機から送信されるＩＤナンバー等を含む送信信号（情報信号）を、無線受信機で受信・処理できる状態が生起される一方、赤外線センサからの検知信号が途絶えると、再び非動作状態（スリープ状態）となる。

また、無線受信機のアンテナ全体の指向性に関して言えば、無線受信機のアンテナ全体は、その無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面に交差する方向に指向性を有するものである。すなわち、無線受信機のアンテナ全体は、その無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の延在方向には、指向性を有しないように構成することができる。

さらに、無線受信機のアンテナ全体は、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の一側における感度が、そのアンテナ領域の平面の他側における感度よりも高いものであるとより有用である。つまり、無線受信機のアンテナ全体は、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面を挟んで、その表裏方向に均等な指向性を有しているのではなく、一側（例えば、赤外線センサの赤外線検知方向（感度方向、赤外線センサの前方側）に偏って高い指向性を有すると好適である。

さらに具体的には、無線受信機のアンテナ全体は、無線受信機の部品搭載面側における感度が、無線受信機の部品搭載面の反対面側における感度よりも高いものであるように構成しても好適である。

またさらに、下記式（１）；
ｈ／Ａ≧０．５ …（１）、
で表わされる関係を満たすように設けられると一層好ましく、下記式（２）；
ｈ／Ａ≧０．６５ …（２）、
で表わされる関係を満たすように設けられるとより一層好ましい。式中、「ｈ」は赤外線センサの高さを示し、「Ａ」は無線受信機におけるアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さを示す（「Ａ」と「ｈ」は、同じスケール）。

なお、「赤外線センサの高さ」とは、無線受信機において、そのアンテナ素子が設置（搭載）される基板（基体）の設置面から、赤外線センサの上端までの高さを示し、「アンテナ領域の平面の短辺」とは、無線受信機においてアンテナ領域が画成されている領域（例えば、部品搭載基板全体又は略全体）の外周を矩形（方形）とみなしたときの短辺を示す。なお、赤外線センサとアンテナ素子は、それぞれ別の基板上に設置されていてもよい。このように、無線受信機のアンテナ素子によって画成される「アンテナ領域平面」は、矩形に制限されず、例えば、方形の角部が面取りされているような形状でもよく、楕円状でもよく、辺（周囲）において、例えば切り欠きのような凹部が形成されていてもよく、逆に、出っ張りのような凸部が形成されていてもよい。

本発明の知見によれば、アンテナ領域の平面における赤外線センサの感度方向（以下、便宜的に「前方」という。通常、基板における部品搭載面側。）における無線受信機のアンテナ全体の検知感度（＝通信距離）をＳ１とし、アンテナ領域の平面における赤外線センサの感度方向の逆方向（以下、便宜的に「後方」という。通常、基板における部品搭載面の反対面側）における無線受信機のアンテナ全体の検知感度（＝通信距離）をＳ２としたときに、赤外線センサの一の方向における指向性の高さを示す指標となるＳ１／Ｓ２が、上記式（１）で表わされる条件の場合、２以上、すなわち、赤外線センサによる前方の検知感度が後方の検知感度の２倍以上となり、上記式（２）で表わされる条件の場合、３以上、すなわち、赤外線センサによる前方の検知感度が後方の検知感度の３倍以上となることが確認された。無線受信機がかかる程度の検知感度を有することにより、所望の目的エリア外における対象物の動作を赤外線センサが誤検知してしまうことをより一層確実に防止しでき、赤外線センサで検知したい対象物の動作を一層確実に検知することができる。

さらにまた、赤外線センサは、赤外線検知用窓が設けられた金属筐体を有するものであるとより好ましい。このように赤外線センサにおいて赤外線検知用窓が設けられていると、その感度方向を規制し易くなり、また、金属筐体を有することにより、アンテナ全体の無線感度を高く維持しつつ、上述した赤外線センサの前方感度Ｓ１と後方感度Ｓ２との比を好適な値に調節し易くなるといった利点がある。

また、本発明による無線通信システムは、上述した本発明による無線受信機とを備えて有効に構成されるものであって、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機と、無線通信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機とを備えており、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又はそのアンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、そのアンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、その無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものである。

或いは、本発明による無線通信システムは、上述した本発明による無線受信機とを備えて有効に構成されるものであって、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機を備えており、無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又はそのアンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、そのアンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、その無線受信機のアンテナ全体は、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、無線受信機が設けられた側壁を有するゲート装置を更に備える。

この構成において、無線受信機が、ゲート装置の側壁の高さ中心よりも下方に設けられていると、人等の肢体の動き（足の動き）を検知し易くなるので有用である。

またこの場合、無線受信機を複数備えており、複数の無線受信機は、それぞれの赤外線センサの感知領域が重複するように設置されたものであると、目的とする対象物を更に一層確実に検知することが可能となるので好適である。

本発明の無線通信機及び無線通信システムによれば、無線受信機のアンテナ全体が、赤外線センサの感知領域方向に指向性を有し、これにより、その感知領域方向の所望の目的エリア内において、赤外線センサで検知したい対象物の動作を確実に検知し、かつ、所望の目的エリア外における対象物の動作を誤検知してしまうことを確実に防止し得るので、無線送信機や無線受信機といった機器の設置状態（設置環境）やそれらの周囲の電波環境に影響を受けることなく、電波の指向性を所望に制御することが可能となる。また、これにより、目的とする機器の操作を確実に行うことができる。

本発明による無線通信機及び無線通信システムの好適な一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 本発明による無線通信機及び無線通信システムの好適な一実施形態に係わる間欠通信のタイミングチャートである。 無線受信機２が搭載されたセキュリティゲート装置３を含む無線通信システム１００の構成の一例を概略的に示す上面図である。 無線受信機２が搭載されたセキュリティゲート装置３を含む無線通信システム１００の構成の一例を概略的に示す正面図である。 無線受信機２が搭載されたセキュリティゲート装置３を含む無線通信システム１００の構成の他の例を概略的に示す上面図である。 無線受信機２が搭載されたセキュリティゲート装置３を含む無線通信システム１００の構成の他の例を概略的に示す正面図である。 無線受信機２が搭載されたセキュリティゲート装置３を含む無線通信システム１００の構成のさらに他の例を概略的に示す上面図である。 無線受信機２が搭載されたセキュリティゲート装置３を含む無線通信システム１００の構成のさらに他の例を概略的に示す正面図である。 部品搭載基板Ｓ上に搭載された部品のうち、赤外線検知回路７３ａ及び無線信号受信回路７３ｂと赤外線センサ７４の配置の一例を模式的に示す平面図及び側面図である。 赤外線センサの高さｈ／部品搭載基板Ｓの短辺の長さＡの比の値に対する前方感度Ｓ１／後方感度Ｓ２の比の値の変化を示すグラフである。 部品搭載基板Ｓ上に搭載された部品のうち、赤外線検知回路７３ａ及び無線信号受信回路７３ｂと赤外線センサ７４の配置の他の例を模式的に示す平面図及び側面図である。

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。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

図１は、本発明による無線通信機及び無線通信システムの好適な一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。無線通信システム１００は、無線送信機１と無線受信機２とを備えるものである。なお、本発明の無線通信機は、無線受信機２のみから構成されるものと捉えてもよい。

無線送信機１は、例えばカードやプレート状をなす収容ケース１０の内部に、電源部４０及び無線モジュール５０が収容されたものである。電源部４０は、太陽電池４１（発電素子）、二次電池４２（蓄電装置）、及び充電回路４３を備えている。また、無線モジュール５０は、アンテナ素子２０、及び送信モジュール３０を備えている。この送信モジュール３０は、信号処理回路３１と高周波回路３２を有するものである。

信号処理回路３１は、ＣＰＵとメモリＩＣといった半導体装置から構成されており、消費電力を抑えるための制御やＩＤナンバー（識別番号）の出力処理等を行う。メモリＩＣには、ＩＤナンバーと、通信フォーマットとが予め記憶されている。ＩＤナンバーは、無線送信機を一意に識別するために割り当てられたユニークな識別情報である。通信フォーマットは、所定の通信プロトコル（例えば、４００ＭＨｚ帯特定省電力無線用の通信プロトコル）に準拠している。メモリＩＣとしては、不揮発性メモリや揮発性メモリ等の各種のメモリを適用できる。

また、ＣＰＵは、ＩＤナンバーと共に通信フォーマットをメモリＩＣから読み出し、所定の転送レート（例えば、９６００ｂｐｓ）で変調された所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）の変調信号を高周波回路３２へ断続的且つ定期的に出力する。ＣＰＵとしては、例えば、８ビットマイコン等を用いることができる。

さらに、信号処理回路３１は、消費電力を抑えるための制御として、図２にタイミングチャートを示すような間欠通信を実施する。かかる間欠通信では、所定の送信サイクル（例えば、１５秒周期）のうち通信モードとして動作する送信期間（例えば、１５ｍｓｅｃ）だけＩＤナンバーが所定の通信フォーマットで出力され、それ以外の待機モード（スリープモード）として動作するスリープ期間（例えば、１４８５ｍｓｅｃ）では、信号処理回路３１及び高周波回路３２の動作は待機状態に移行する。信号処理回路３１及び高周波回路３２は、通信モードと待機モードとを交互に繰り返すことにより、二次電池４２の消費電力を抑えている。

また、高周波回路３２は、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動部品、及び、トランジスタ等の半導体装置といった能動部品から構成される。この高周波回路３２は、信号処理回路３１からの変調信号を受信し、通信フォーマットに従って、無線送信機１のＩＤナンバーを含む送信信号（例えば、３００ＭＨｚ帯の２値ＦＳＫ変調信号）に変調する。アンテナ素子２０は、高周波回路３２によって生成された送信信号を電磁波に変換して放射する。アンテナ素子２０から放射される電磁波は、例えば、基本周波数３１５ＭＨｚの微弱無線規格を遵守する仕様に設計されている。

太陽電池４１は、光エネルギー（太陽光又は照明光等の光エネルギー）を直流電力に変換する発電素子である。無線送信機１の各部（アンテナ素子２０、送信モジュール３０、及び電源部４０）を収容する収容ケース１０は、例えば白色ポリカーボネート等の樹脂材料からなっており、適宜の不透明度を有しており、無線送信機１の各部を外部から視認することはできないながらも、光エネルギーが太陽電池４１に吸収されるように構成されている。なお、発電素子は、太陽電池４１に限られるものではなく、例えば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光発電素子であればよく、補助的に、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電素子、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁誘導発電素子等がともに搭載されてもよい。また、太陽電池ではない場合には、収容ケース１０は、光エネルギーを透過しない程度に不透明であっても構わない。

二次電池４２は、信号処理回路３１及び高周波回路３２へ供給される電力を蓄電する蓄電装置である。二次電池４２は、例えば、リチウムイオン電池であり、定格で例えばＤＣ３Ｖの電圧を出力する。この定格電圧の二次電池４２では、信号処理回路３１及び高周波回路３２での最低動作電圧レベルにもよるが、約１．８Ｖ〜３．３Ｖ程度の範囲で電力が消費される。なお、蓄電装置は、二次電池４２に限定されるものではなく、例えば、キャパシタ等でもよい。

充電回路４３は、太陽電池４１から二次電池４２への電力供給、及び二次電池４２から送信モジュール３０への電力供給を制御する。充電回路４３は、二次電池４２から太陽電池４１への電流の逆流を防止する機能や、二次電池４２の端子電圧を監視し、過充電時には二次電池４２への充電を停止し、過放電時には二次電池４２の過放電を停止する機能を有する。具体的には、充電回路４３は、二次電池４２が十分に充電されるまで、送信サイクルを長くしたり、或いは無線通信を一時停止したりする。また、充電回路４３に、送信モジュール３０への過電流の流入を防止する保護機能を付加してもよい。

充電回路４３は、信号処理回路３１から出力される制御信号ＣＴＬの論理値に基づいて上述の電力供給を制御する。送信モジュール３０は、上述の如く、通信モードと待機モードとを交互に繰り返す間欠通信を常時実施する。そして、通信モードとして動作する送信期間中には、送信モジュール３０は、二次電池４２から送信モジュール３０へ動作電力（無線伝送に必要な電力）が供給され且つ太陽電池４１から二次電池４２へ充電電力が供給されないように制御信号ＣＴＬの論理値を制御し、待機モードとして動作するスリープ期間中には、送信モジュール３０は、二次電池４２から送信モジュール３０へ待機電力（待機中に消費される電力）が供給され且つ太陽電池４１から二次電池４２へ充電電力が供給されるように制御信号ＣＴＬの論理値を制御する。

このような制御により、通信モードの期間中に送信モジュール３０によって消費された二次電池４２の電力を、待機モードの期間中に太陽電池４１から二次電池４２へ補充することができる。また、待機モード期間中の二次電池４２のインピーダンスは、通信モード期間中の二次電池４２のインピーダンスよりも低いので、二次電池４２を常時充電し続けるよりも容易に充電できるという利点を有する。

なお、通信モードで１５ｍＡの電流が消費され、待機モードで１．０μＡの電流が消費される場合を想定すると、デューティ０．１％の間欠通信によって消費される平均消費電流は１６μＡとなる。ここで、太陽電池４１の受光照度と発電電流との関係を示す実験データを取得したところ、オフィス内での通常使用時（例えば、胸ポケットに無線通信機１０を収納したとき）では、１００Ｌｕｘ程度の照度が得られ、この程度の照度によって得られる太陽電池４１の発電電流は約１６μＡである。適度な照度が得られる環境下に無線通信機１０を配置しておくことより、無線通信機１０の消費電力（通信モード中に消費される動作電力と待機モード中に消費される待機電力との合計電力）は、太陽電池４１によって十分に補うことが可能である。これにより、電池交換を不要とし、通信時間に制限がない無線通信機１０を提供できる。

一方、無線受信機２は、例えば、後述するフラッパーゲート装置等のセキュリティゲート装置を含む電子機器、或いは、携帯電話等の携帯端末、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ機器、パーソナルコンピュータやその他各種ＯＡ機器に接続されるカードやＵＳＢ端末機器等の無線通信機能を搭載した電子機器であり、筐体６０の内部に収容された無線モジュール７０、及びＣＰＵ８０を備える。無線モジュール７０は、アンテナ素子７１、高周波回路７２、信号処理回路７３、及び赤外線センサ７４を備える。

赤外線センサ７４は、そのセンサ本体が、例えば、赤外線検知窓（ウィンドウ）付きの筒状をなすステンレス等の金属筐体に収容されたものであり、外形としては、例えば、高さ１０ｍｍ程度×直径８ｍｍφ程度のものが挙げられる。また、赤外線センサ７４は、アンテナ素子７１が設けられており、かつ、そのアンテナ素子７１によって画成されるアンテナ領域内、又は、そのアンテナ領域の周囲（近傍）に設置されている。この赤外線センサ７４は、アンテナ７１素子と相まって、無線モジュール７０のアンテナ全体、すなわち「アンテナ７」として機能し、赤外線検知窓の前方に向かって、赤外線による検知の際に高い指向性を有するものである。

信号処理回路７３は、赤外線センサ７４に接続された赤外線検知回路７３ａと、その赤外線検知回路７３ａに接続された無線信号受信回路７４ｂを有している。赤外線検知回路７３ａ及び無線信号受信回路７４ｂは、それぞれ、半導体ＩＣを含んでおり、所定の論理演算が可能となっている。

この無線モジュール７０では、無線信号受信回路７３ｂは、通常（赤外線センサ７４が検知の対象物である動体を感知していない状態、赤外線センサ７４の感知領域に動体が侵入していない状態）、非動作状態（スリープ状態）にあり、赤外線センサ７４の感知領域方向の目的エリア内において対象物である動体を検知すると、その検知信号が赤外線検知回路７３ａから無線信号受信回路７３ｂに送出されて、無線信号受信回路７３ｂが動作状態となる（起動される）。これにより、無線送信機１から送信されるＩＤナンバー等を含む送信信号（情報信号）を、無線受信機２で受信・処理できる状態が生起される。

この状態で、無線送信機１から無線電波として放射された送信信号に含まれるＩＤナンバーは、アンテナ素子７１にて受信され、高周波回路７２にて復調され、信号処理回路７３の無線信号受信回路７３ｂにて復号されて、所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）でＣＰＵ８０に出力される。一方、無線信号受信回路７３ｂは、赤外線センサ７４からの検知信号が途絶えると、再び非動作状態（スリープ状態）とされる。

ＣＰＵ８０は、無線モジュール７０が受信したＩＤナンバーに基づいて無線送信機１を認証する。例えば、無線受信機２が携帯電話の場合、無線送信機１を携帯するユーザが移動することにより、無線送信機１と無線受信機２とがある一定の距離以上離れ、赤外線センサ７４はユーザを検知せずに、無線受信機２はロックし、無線送信機１と無線受信機２とがある一定の距離以内に近づき、赤外線センサ７４の感知領域にユーザが入ると、無線受信機２はアンロックする。

ここで、図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、無線受信機２が搭載されたいわゆるフラッパーゲート装置等のセキュリティゲート装置３（ゲート装置）を含む無線通信システム１００の構成を概略的に示す上面図及び正面図である。なお、本発明の無線通信システムは、無線受信機２とセキュリティゲート装置３から構成されるものと捉えてもよい。

この無線通信システム１００のセキュリティゲート装置３では、人が図３Ａに矢印Ｙで示す方向に通過できるように複数のゲート筐体１１（上述した筐体６０を兼ねていてもよい）が並んで立設されており、図示の如く、所定のゲート筐体１１の高さ中心よりも下方の部位（人の足元が通過する空間に近い部位）であり、かつ、平板状の開閉フラッパー１２よりも正面側の部位に無線受信機２が内設されている。各無線受信機２は、先に述べた赤外線センサ７４の感知領域Ｄが、無線受信機２に対向するゲート筐体１１に向かって制限された範囲となるような指向性を有している。このように、赤外線センサ７４の感知領域Ｄは、赤外線センサ７４の前方に向かって有意な指向性を有しており、逆に、赤外線センサ７４の後方には有意な指向性を有しない。

このように構成されたセキュリティゲート装置としての無線通信システム１００においては、検知対象である移動体たる人が、図示矢印Ｙで示す方向に向かってゲート筐体１１間を進み、その人の足が無線受信機２の赤外線センサ７４の感知領域Ｄに侵入すると、赤外線センサ７４がそれを検知し、その検知信号が、無線モジュール７０の信号処理回路７３の赤外線検知回路７３ａから無線信号受信回路７３ｂへ送出される。これにより、非動作状態（スリープ状態）にあった無線信号受信回路７３ｂが起動されて無線受信機２がアンロックされ、その人が携帯している無線送信機１から無線電波として放射された送信信号に含まれるＩＤナンバーが、アンテナ素子７１にて受信され、かつ、高周波回路７２にて復調され、信号処理回路７３の無線信号受信回路７３ｂにて復号されてＣＰＵ８０に出力される。そして、ＣＰＵ８０は、そのＩＤナンバーを認証し、閉じていた開閉フラッパー１２を開放する制御処理を行う。

次いで、図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、無線受信機２のゲート筐体１１における設置高さと設置角度が異なる（鉛直下方に傾斜した向き）こと以外は、図３Ａ及び図３Ｂに示す無線通信システム１００と同様に構成された無線通信システム（便宜上、同じ符号１００で示す。）の構成を概略的に示す上面図及び正面図である。なお、図３Ａと図４Ａとは、実質的に同一の図である。これらの図４Ａ及び図４Ｂに示す無線通信システム１００も、図３Ａ及び図３Ｂに示す無線通信システム１００と同様の動作を奏する。また、無線受信機２が、下方に傾いて設けられているので、赤外線センサ７４の感度が前方の遠い位置まで及ぶ場合（前方の通信距離が長い場合）でも、隣接されたゲート筐体１１を超えて感度を有することが抑止され、これにより、隣接されたゲート筐体１１側の開閉フラッパー１２が誤動作して開閉してしまうことを防止し易くなる。

さらに、図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、無線受信機２の所定のゲート筐体１１における設置数量が異なること以外は、図３Ａ及び図３Ｂに示す無線通信システム１００と同様に構成された無線通信システム（便宜上、同じ符号１００で示す。）の構成を概略的に示す上面図及び正面図である。この無線通信システム１００では、図示の如く、一対（一組）のゲート筐体１１，１１及び開閉フラッパー１２，１２に対して、一対（一組）の無線受信機２，２が設けられている。

これらの図５Ａ及び図５Ｂに示す無線通信システム１００も、図３Ａ及び図３Ｂに示す無線通信システム１００と同様の動作を奏する。また、赤外線センサ７４の感度が前方の短い位置までしか及ばない場合（前方の通信距離が短い場合）でも、ゲート筐体１１，１１間を人が通るときに、その人がいずれかのゲート筐体１１に偏った位置を通過したとしても、その人を確実に検知することができる。

ここで、無線受信機２においてアンテナ素子７１が搭載された部品搭載基板の形状パラメータ、及び赤外線センサ７４の形状パラメータが変化したときの赤外線センサ７４の感度（前方感度、及び後方感度；いずれも通信距離）を種々評価した。図６は、矩形の部品搭載基板Ｓ上に搭載された部品のうち、赤外線検知回路７３ａ及び無線信号受信回路７３ｂと赤外線センサ７４の配置の一例を模式的に示す平面図及び側面図（一図に両図を併せて示す。）である。なお、この配置例では、部品搭載基板Ｓの領域全体の平面が、無線受信機２のアンテナ７１によって画成されるアンテナ領域の平面に相当し、それらのアンテナ７及び赤外線センサ７４からアンテナ７が構成される。また、図示において、Ａは部品搭載基板Ｓの短辺の長さ（ｍｍ）を示し、Ｂは部品搭載基板Ｓの長辺の長さ（ｍｍ）を示し、ｈは赤外線センサの高さ（ｍｍ）を示す。

これらの形状パラメータの値と得られた赤外線センサ７４の感度の評価結果を表１にまとめて示す（Ａ＝２０ｍｍ、Ｂ＝４０ｍｍ、及びｈ＝１０ｍｍのデータは、便宜上、重複して複数示す。）。また、表１に示す結果から得られた、赤外線センサの高さｈ／部品搭載基板Ｓの短辺の長さＡの比の値に対する前方感度Ｓ１／後方感度Ｓ２の比の値の変化を、図７のグラフに示す。このＳ１／Ｓ２の比の値は、前述したのと同様に、部品搭載基板Ｓの一側（部品搭載面側、前方側）における無線受信機２の赤外線センサ７４の指向性の高さを示す指標の一つである。これらの結果より、ｈ／Ａが０．５以上であれば、Ｓ１／Ｓ２が２以上（前方感度が後方感度の２倍以上）となり、ｈ／Ａが０．６５以上であれば、Ｓ１／Ｓ２が３以上（前方感度が後方感度の３倍以上）と、極めて高い指向性を有することが確認された。

なお、上述したとおり、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、図８は、部品搭載基板Ｓ上に搭載された部品のうち、赤外線検知回路７３ａ及び無線信号受信回路７３ｂと赤外線センサ７４の配置の他の例を模式的に示す平面図及び側面図である。このように、アンテナ素子７１及び赤外線センサ７４が、それぞれ別々の基板Ｓａ及びＳｂに搭載されていてもよく、この場合、アンテナ素子７１が搭載された基板Ｓａの領域の平面が、無線受信機２のアンテナ素子７１によって画成されるアンテナ領域に相当し、そのアンテナ領域の周囲近傍に赤外線センサ７４が設置される。

以上説明したとおり、本発明の無線通信機及び無線通信システムは、無線送信機や無線受信機といった機器の設置状態（設置環境）やそれらの周囲の電波環境に影響を受けることなく、電波の指向性を所望にしかも高く制御することができ、これにより、目的とする機器の操作を確実に行うことが可能となるので、セキュリティゲート装置、パーソナルコンピュータ、レジスター装置、携帯端末機器等において、使用者（ユーザー、管理者）がそれらの機器やシステムから離間した場合に使用制限を行い、他人による不正利用を防止することが可能なセキュリティ分野等に広く応用及び利用することができる。

１…無線送信機、２…無線受信機（無線通信機）、３…セキュリティゲート装置（ゲート装置）、１０…収容ケース、１１…ゲート筐体、１２…開閉フラッパー、２０…アンテナ、３０…送信モジュール、３１…信号処理回路、３２…高周波回路、４０…電源部、４１…太陽電池（発電素子）、４２…二次電池（蓄電装置）、４３…充電回路、５０…無線モジュール（第１の無線モジュール）、６０…筐体、７０…無線モジュール（第２の無線モジュール）、７１…アンテナ、７２…高周波回路、７３…信号処理回路、７３ａ…赤外線検知回路、７３ｂ…無線線信号受信回路、７４…赤外線センサ、１００…無線通信システム、Ｄ…感知領域、Ｓ…部品搭載基板、Ｓａ，Ｓｂ…基板。

Claims (10)

1. 信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機を備える無線通信機であって、
   前記無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又は該アンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、該アンテナ素子とともに該無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、
   前記無線受信機のアンテナ全体は、前記赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、
   下記式（１）；
   ｈ／Ａ≧０．５ …（１）、
   ｈ：前記赤外線センサの高さ、
   Ａ：前記無線受信機における前記アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さ、
   で表わされる関係を満たす、
   無線通信機。
2. 前記無線受信機の信号処理回路は、前記赤外線センサに接続された赤外線検知回路と、該赤外線検知回路、及び前記無線受信機のアンテナ素子に接続された無線信号受信回路と、を有しており、
   前記無線信号受信回路は、前記赤外線検知回路からの検知信号に基づいて動作する、
   請求項１記載の無線通信機。
3. 前記無線受信機のアンテナ全体は、該無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面に交差する方向に指向性を有するものである、
   請求項１又は２記載の無線通信機。
4. 前記無線受信機のアンテナ全体は、該無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の一側における感度が、該アンテナ領域の平面の他側における感度よりも高いものである、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信機。
5. 前記無線受信機のアンテナ全体は、該無線受信機の部品搭載面側における感度が、該無線受信機の部品搭載面の反対面側における感度よりも高いものである、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信機。
6. 前記赤外線センサは、赤外線検知用窓が設けられた金属筐体を有するものである、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信機。
7. 信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機と、
   前記無線通信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機とを備えており、
   前記無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又は該アンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、該アンテナ素子とともに該無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、
   前記無線受信機のアンテナ全体は、前記赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、
   下記式（１）；
   ｈ／Ａ≧０．５ …（１）、
   ｈ：前記赤外線センサの高さ、
   Ａ：前記無線受信機における前記アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さ、
   で表わされる関係を満たす、
   無線通信システム。
8. 信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線送信機から送信された信号を受信する信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ素子を有する無線受信機を備えており、
   前記無線受信機のアンテナ素子によって画成されるアンテナ領域内又は該アンテナ領域の周囲に設けられており、かつ、該アンテナ素子とともに無線受信機のアンテナ全体の一部を構成する赤外線センサを更に備えており、
   前記無線受信機のアンテナ全体は、前記赤外線センサの感知領域方向に指向性を有するものであり、
   下記式（１）；
   ｈ／Ａ≧０．５ …（１）、
   ｈ：前記赤外線センサの高さ、
   Ａ：前記無線受信機における前記アンテナ素子によって画成されるアンテナ領域の平面の短辺の長さ、
   で表わされる関係を満たし、
   前記無線受信機が設けられた側壁を有するゲート装置を更に備える、
   無線通信システム。
9. 前記無線受信機は、前記ゲート装置の側壁の高さ中心よりも下方に設けられている、
   請求項８記載の無線通信システム。
10. 前記無線受信機を複数備えており、
    前記複数の無線受信機は、それぞれの前記赤外線センサの感知領域が重複するように設置されたものである、
    請求項８又は９に記載の無線通信システム。

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