(57)【要約】  近接検出器は、第１の無線周波数（ＲＦ）信号に従って電磁場を生成する送信アンテナを含む。受信アンテナは、電磁場の非散乱部分から第２のＲＦ信号の第１の成分を生成し、電磁波にさらされたユーザ身体によって散乱した電磁場の散乱部分から第２のＲＦ信号の第２の成分を生成する。受信アンテナは、第２の成分の大きさと第１の成分の大きさとの比率が増加するように、送信アンテナの軸に対して垂直に方向付けられた軸を有する。信号プロセッサは、第２の成分の変化が電磁場を散乱する身体の位置の変化を示した際に近接検出指示信号を生成する。近接検出指示信号は、例えばタブレットの「ウェイクアップ」プロセスを自動的に開始する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の無線周波数（ＲＦ）信号源と、
送信アンテナと、
前記第１のＲＦ信号に応答し、前記第１のＲＦ信号に従って電磁場を生成するために前記送信アンテナに結合された送信機出力段と、
電磁場を散乱する身体の位置の変化が受信ＲＦ信号の変化を生み出すように、前記送信アンテナによって生成された前記電磁場の乱反射から生成された前記受信ＲＦ信号を捕捉するために、前記送信アンテナに対して実質的に直交するように方向付けられた受信アンテナと、
前記受信ＲＦ信号の前記変化が検出された際に近接検出指示信号を生成するために前記受信ＲＦ信号に応答する信号プロセッサと
を含む、近接検出器。
【請求項２】
スタンバイモードから起動モード動作に電子デバイスの電源の動作モードを変更するために、前記近接検出指示信号が、前記電源に印加される、請求項１に記載の近接検出器。
【請求項３】
ＷｉＦｉ通信能力を有するモバイルデバイスに含まれる近接検出器であって、それに加えて、前記第１のＲＦ信号が前記ＷｉＦｉ通信能力を提供する、請求項１または２に記載の近接検出器。
【請求項４】
前記信号プロセッサが、前記受信ＲＦ信号および前記第１のＲＦ信号に応答して復調信号を生成する復調器を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の近接検出器。
【請求項５】
前記復調信号が、前記復調信号の大きさを示す出力信号を生成する段に結合され、前記段の前記出力信号が、前記段の前記出力信号の変化の割合が閾値を超えた際に前記近接検出指示信号を生成する比較器に結合される、請求項４に記載の近接検出器。
【請求項６】
電磁場を散乱する身体の位置の変化を検出する方法であって、
第１の無線周波数（ＲＦ）信号を生成することと、
電磁場を生成するために前記第１のＲＦ信号を送信アンテナに印加することと、
電磁場を散乱する身体の位置の変化が受信ＲＦ信号の対応する変化を生み出すように、前記送信アンテナによって生成された前記電磁場の乱反射から生成された前記受信ＲＦ信号を受信アンテナで受信することであって、前記受信アンテナは、前記送信アンテナに対して実質的に直交するように方向付けられている、ことと、
前記電磁場を散乱する身体の位置の前記変化によって生み出された前記受信ＲＦ信号の前記変化を検出することと、
前記変化の検出に応答して近接検出指示信号を生成することと
を含む、方法。
【請求項７】
電子デバイスの電源に前記近接検出指示信号を印加することと、
前記近接検出指示信号に応答してスタンバイモードから起動モード動作に前記電源の動作モードを変更することと
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記検出するステップが、
前記受信ＲＦ信号および前記第１のＲＦ信号に応答して復調信号を生成すること
を含む、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記復調信号の大きさを示す出力信号を生成すること
をさらに含み、前記近接検出指示信号を生成する前記ステップが、前記出力信号を前記出力信号の変化の割合を表す値と比較することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のＲＦ信号を使用してモバイルデバイスのＷｉＦｉ通信能力を提供することをさらに含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条の下、２０１５年８月１７日に出願された「A PROXIMITY DETECTOR」と称する米国仮特許出願第６２／２０５９３３号への優先権を主張する。本仮特許出願は、その全内容がすべての目的のために参照により本明細書に明確に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、無線周波数（ＲＦ）信号を使用した近接検出器を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
ハンドヘルドデバイス、ハンドヘルドコンピュータまたは単にハンドヘルドとしても知られているモバイルデバイスは、タッチ入力および／または小型キーボードを備える表示画面を通常は有するポケットサイズのコンピューティングデバイスであり得る。そのようなモバイルデバイスのタイプの１つは、スマートフォンである。スマートフォンは、電話をかけるデバイスとして定義することができるが、携帯情報端末またはコンピュータ上で見られる機能も追加される。また、スマートフォンは、例えば、Ｅメールを送受信する能力や、Office文書を編集する能力も提供する。別のモバイルデバイスは、タブレットコンピュータまたは単にタブレットと呼ぶことができる。タブレットは、携帯電話より大きく、フラットタッチスクリーンに組み込まれた、画面に触れることによって主に操作される、完全なパーソナルモバイルコンピュータである。タブレットは、物理的なキーボードよりむしろ、画面上の仮想キーボードまたはデジタルペンを使用する場合が多い。
【０００４】
モバイルデバイスまたはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のディスプレイは、アイドリングデバイスの最も高い電力消費要素を有する。同ディスプレイは、システム全体のアイドル電力の３０〜５０パーセントの間で動作することがある。ディスプレイ電源を積極的に切ることにより、デバイスのバッテリ寿命を大幅に増大することができる。１つの手法は、デバイスがいかなる入力（キーボードまたはマウス）も受信していない際にディスプレイの電源を切っていわゆる「スリープモード」で動作するためのユーザのカスタマイズ可能タイマー閾値である。タイマーは、通常、１〜１０分である。タイマーの設定が低いと、文書を閲覧する際には迷惑なものであり、設定が高いと、節電機会を減らす。ユーザがデバイスの近くに現れたかどうか、ひいては、デバイスを使用する可能性が高いかどうかを判断することは、有利であろう。ユーザがデバイスの近くにいることを検出すると、デバイスは、電源を入れるようにトリガされ、これは、いわゆる「ウェイクアップ」モードと呼ばれる。
【０００５】
Lin等の米国特許第８，７７４，１４５号は、低電力のユーザ存在検出メカニズムおよびそれを用いてディスプレイの電源を入れる／切る方法を提供する近接検出を使用することを推奨している。同特許は、近接によるホストＰＣのウェイクアップを推奨している。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第１の態様による近接検出器は、第１の無線周波数（ＲＦ）信号源と、送信アンテナとを含む。送信機出力段（transmitter output stage）は、第１のＲＦ信号に応答し、第１のＲＦ信号に従って電磁場を生成するために送信アンテナに結合される。送信アンテナに対して実質的に直交するように方向付けられた受信アンテナは、電磁場を散乱する身体（electro-magnetic field scattering body）の位置の変化が受信ＲＦ信号の変化を生み出すように、送信アンテナによって生成された電磁場の乱反射から生成された受信ＲＦ信号を捕捉する。信号プロセッサは、受信ＲＦ信号の変化が検出された際に近接検出指示信号を生成するために受信ＲＦ信号に応答する。
【０００７】
本開示の第２の態様によれば、電磁場を散乱する身体の位置の変化を検出する方法が推奨される。方法は、第１の無線周波数（ＲＦ）信号を生成することと、電磁場を生成するために第１のＲＦ信号を送信アンテナに印加することと、電磁場を散乱する身体の位置の変化が受信ＲＦ信号の対応する変化を生み出すように、送信アンテナによって生成された電磁場の乱反射から生成された受信ＲＦ信号を受信アンテナで受信することであって、受信アンテナは、送信アンテナに対して実質的に直交するように方向付けられている、ことと、電磁場を散乱する身体の位置の変化によって生み出された受信ＲＦ信号の変化が検出された際に近接検出指示信号を生成することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】有利な近接検出器を示す。
【図１Ｂ】有利な近接検出器を示す。
【図２】図１Ａおよび１Ｂの近接検出器と関連付けられた有利なフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａおよび１Ｂは、例えばタブレット（図示せず）の電力消費量を制御するための近接検出情報を提供する有利な近接検出器１００の対応する部分を示す。図２は、図１Ａおよび１Ｂの近接検出器と関連付けられたフロー図を示す。図１Ａ、１Ｂおよび２の同様の記号および番号は、同様のアイテムまたは機能を示す。
【００１０】
図１Ａの従来の無線周波数（ＲＦ）信号源６０は、図２のブロック１５０に示されるように、ＲＦ信号６１を生成する。図１ＡのＲＦ信号源６０は、集積回路を形成する、出力段（図示せず）を有する発振器および増幅器（発振器／増幅器）６０ａを含む。従来のＲＦ信号源６０に含まれるいくつかのコンポーネントは、示されてはいるが参照番号によって識別されておらず、図を簡略化するために、一部が完全に省略されている。
【００１１】
ＲＦ信号６１は、無免許の産業・科学・医療用（ＩＳＭ）無線帯域から選択された周波数のもの（例えば、２．４ＧＨｚおよび１ｍＷ電力）であり得る。近接検出器１００はＩＳＭバンドを使用するため、他のＩＳＭ機器からのいかなる干渉をも許容する必要があり得る。そのような許容を実現する提案される方法の１つは、現在使用されている周波数を動的にモニタし、次いで、他のＩＳＭデバイスとのコンフリクトを避けるように送信するために、近接検出器１００によって使用される送信周波数および／または時間スロットを動的に選択することによって達成される。
【００１２】
ＲＦ信号源６０の有利な代替形態として、ＲＦ信号６１を生成するために、通常はそのようなタブレットにおいて既に生成されているＷｉ−Ｆｉ信号を使用することができる。この代替形態は、破線９１接続および切断９２によって示されている。
【００１３】
ＲＦ信号６１は、図２のブロック１５１に示されるように、従来のＲＦスプリッタ６２のインダクタ６４を介して、アンテナ６５から放射される電磁場を生成するために送信機または送信アンテナ６５の入力コネクタ６９に結合される。図１Ａのスプリッタ６２は、第１のコンデンサ６６と、第２のコンデンサ６８とを有し、各々が、共通の導体またはグランドＧに結合される端子を有する。コンデンサ６６および６８の第１の終端端子および第２の終端端子は、逆Ｕ字形のネットワークを形成するために、インダクタ６４の終端端子にそれぞれ結合される。
【００１４】
また、一定の振幅および位相を有するＲＦ信号６１は、スプリッタ６２のインダクタ７４を介しておよびインダクタ７４と直列に結合された結合コンデンサ７５を介して、図１Ｂの従来の復調器／混合器８０の入力８１に結合される。それに加えて、図１Ａのスプリッタ６２は、各々がグランドＧに結合された第１のコンデンサ７６および第２のコンデンサ７８を含む。コンデンサ７６および７８の第１の終端端子および第２の終端端子は、逆Ｕ字形のネットワークを形成するために、インダクタ７４の終端端子にそれぞれ結合される。
【００１５】
アンテナ６５に直交する受信アンテナ８５の出力コネクタ８９は、図２のブロック１５２に示されるように、図２の結合コンデンサ８６を介して、図１Ａの復調器／混合器８０の入力８３に結合される。図１Ａのインダクタ８４は、グランドＧと受信アンテナ８５の出力コネクタ８９との間で結合される。例えば、ＩＳＭバンドの高周波ＲＦ電磁場は、送信アンテナ６５によって生成される。このＲＦ電磁場は、受信機または受信アンテナ８５において捕らえられ、結果として生じるＲＦ信号は、図２のブロック１５３に示されるように、図１Ｂの復調器／混合器８０の入力８３で発生する。
【００１６】
図１Ｂの復調器／混合器８０の入力８３で発生したＲＦ信号は、図１Ａのアンテナ８５において受信されたＲＦ信号の大きさを表す。図１Ｂの入力８１で発生した一定の振幅を有する参照ＲＦ信号および復調器／混合器８０の入力８３に印加されたＲＦ信号は、復調器／混合器８０において処理または「混合」される。復調器／混合器８０の出力信号MOD-OUTは、図２のブロック１５４に示されるように、マイクロプロセッサ５５の入力端子５５ａで発生する入力信号５５ｂを生成するために、ローパスフィルタ９０を介して結合される。図１Ｂのローパスフィルタ９０は、ＲＦ信号６１の高周波数およびその高調波を含む高周波数の信号成分を入力信号５５ｂから取り除く。他方では、入力信号５５ｂに含まれる低周波数の信号成分は取り除かれない。後に説明されるように、入力信号５５ｂに含まれるゆっくり変化するかまたは低周波数の信号成分は、図１Ｂの復調器／混合器８０の入力８３に印加された図１Ａのアンテナ８５における受信ＲＦ信号の振幅および位相の変化を示す。入力信号５５ｂに含まれる低周波数の信号成分は、例えば、図１Ａのアンテナ８５付近のユーザの身体または身体の一部の位置または動きの変化を示す。
【００１７】
図１Ｂのローパスフィルタ処理された入力信号５５ｂは、マイクロプロセッサ５５において実行されるプログラムを使用してさらに処理される。最初に、入力信号５５ｂは、信号５５ｂの大きさを測定する出力信号５６ａを生成するために、マイクロプロセッサ５５のブロックの内側に描かれたボックス５６によって図式的に表される入力信号５５ｂの大きさの絶対値を得ることによって処理される。ボックス５６において生成された出力信号５６ａは、マイクロプロセッサ５５のブロックの内側に描かれたボックス５７によって図式的に表されるプロセスである、信号５６ａを微分する微分プロセスによって処理される。ボックス５７によって図式的に表される微分プロセスの結果として生じる出力信号５７ａは、ローパスフィルタ処理された信号５５ａの大きさが経時的に変化する範囲を示す。後に説明されるように、微分ボックス５７の出力信号５７ａは、例えば、図１Ａのアンテナ８５付近のユーザの身体または身体の一部の位置または動きの変化を示す。
【００１８】
微分ボックス５７の結果として生じる出力信号５７ａは、マイクロプロセッサ５５のブロックの内側に示されるボックス５８によって図式的に表される比較プロセスにおいて比較される。比較プロセスでは、微分ボックス５７において生成された出力信号５７ａが既定の閾値を超えるかどうか判断される。微分ボックス５７において生成された出力信号５７ａが既定の閾値を超える場合は、マイクロプロセッサ５５は、図２のブロック１５５に示されるように、スタンバイモードから起動モード動作に動作モードを変更するために、例えばモバイルデバイス（詳細には図示せず）の図１Ｂの電源５０を選択的に入れるための第１の論理状態で制御信号WAKE-UP/SLEEPを生成する。
【００１９】
アンテナ８５における受信ＲＦ信号の変化は、タブレットなどのモバイルデバイス付近の身体の位置の対応する変化を示す。これらの変化は、有利には、「ウェイクアップ」と呼ばれる図１Ｂのマイクロプロセッサ５５におけるプログラム割込みを開始するために、近接検出器１００によって使用される。結果的に、例えばタブレット（図示せず）のマイクロプロセッサ５５は、スタンバイモード動作から起動モード動作へのその動作モードの変更を電源５０に行わせる信号WAKE-UP/SLEEPを生成する。このモード動作の変更は、実際のユーザ入力の前におよび実際のユーザ入力無しで起こる。信号WAKE-UP/SLEEPの生成は、ユーザが実際にタブレットに触れる前にタブレットがそのユーザインタフェースを準備できるようにするために、ユーザが近くにいるという事前通知をタブレットに提供する。
【００２０】
マイクロプロセッサ５５は、既定の時間長を超える間隔の間、モバイルデバイスのユーザ起動がない場合または近接検出器１００による動き検出がない場合にスタンバイモード動作で動作するために、電源５０を選択的に切るための第２の論理状態で制御信号WAKE-UP/SLEEPを生成する。また、スタンバイモード動作は、ユーザがモバイルデバイスの電源を能動的に切った際にも起こり得る。
【００２１】
例えば、モバイルデバイスの潜在的なユーザの身体がモバイルデバイスの図１Ａの受信アンテナ８５付近を移動すると、それにより、受信アンテナ８５において受信され、図１Ｂの復調器／混合器８０の入力８３で発生するＲＦ信号の大きさに変化が起こる。そのような潜在的なユーザの動き（図示せず）により、ＲＦ電磁場のピークおよびゼロの場所が変化し、場合により、図１Ａの受信アンテナ８５において発生するＲＦ信号を増強し、場合により、受信アンテナ８５における受信ＲＦ信号を減衰する。
【００２２】
図１Ｂの復調器／混合器８０の入力８３で発生するＲＦ信号の第１の成分（図示せず）は、図１Ａのアンテナ６５から放射された電磁場の非散乱部分（図示せず）から生成される。他方では、入力８３で発生するＲＦ信号の第２の成分（図示せず）は、電磁波にさらされた身体（図示せず）がもたらす電磁場の散乱部分から生成される。入力８３で発生するＲＦ信号の第２の成分（図示せず）の大きさと入力８３で発生するＲＦ信号の第１の成分（図示せず）の大きさとの比率を増加することが望ましい場合がある。第１の成分を生成する送信アンテナ６５から受信アンテナ８５までの直接または非散乱経路は動き関連の情報を含まないためこの特徴は有利であるが、不利には、すぐ近くの散乱体（すなわち、タブレットに近づく人物）の反射および吸収がもたらす小さな変化を排除する（swamp out）傾向がある。図１Ａのアンテナ６５は、任意または基準方向である「Ｚ」方向に方向付けられ、その方向は、例えば、ユーザがモバイルデバイスを傾けること（図示せず）によって変化する。
【００２３】
有利な配置では、アンテナ８５は、アンテナ６５およびアンテナ８５が好ましくは９０度または互いに直交する角度１０１で方向付けられることを示すために、「Ｘ」または「Ｙ」方向に方向付けられる。受信アンテナ８５の「Ｘ」または「Ｙ」軸に対して９０度などの角度方向に送信アンテナ６５の「Ｚ」軸を配置することにより、有利には、散乱電磁場によって生成されるアンテナ８５におけるＲＦ信号の第２の成分の大きさと非散乱電磁場によって生成されるアンテナ８５におけるＲＦ信号の第１の成分の大きさとの比率が増加する。この特徴は、アンテナ８５で発生する受信散乱信号と受信直接信号との比率を少なくとも１０ｄＢ増加することが分かった。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2018530192.tif 000007