JP2000090220A - 非接触型icカードおよび非接触型icカードシステム - Google Patents

非接触型icカードおよび非接触型icカードシステム

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JP2000090220A
JP2000090220A JP10255590A JP25559098A JP2000090220A JP 2000090220 A JP2000090220 A JP 2000090220A JP 10255590 A JP10255590 A JP 10255590A JP 25559098 A JP25559098 A JP 25559098A JP 2000090220 A JP2000090220 A JP 2000090220A
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Koji Daikyo
康次 大饗
Susumu Imai
奨 今井
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Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電波を介した非接触ICカードに搭載された充
電電池を安全かつ短時間で充電することができ、電磁誘
導による電力供給において安定な動作をさせることがで
きる非接触型ICカードおよび非接触型ICカードシス
テムを提供することにある。 【解決手段】二次電池あるいはコンデンサの電圧がIC
カードとして可動可能な電圧値以上の充電すべき所定の
電圧値より高いか否かを検出する検出手段と、この検出
手段の検出結果に応じて所定の電圧値以下のときにIC
カードのリーダに電力送信要求信号を発信する発信手段
と、アンテナコイルを介して供給される電力を受けて二
次電池あるいはコンデンサに充電する充電回路とを備え
るものである。また、この発明の非接触型ICカードシ
ステムの構成は、リーダから前記の非接触型ICカード
ヘ送出される電力搬送波が非接触型ICカードから送信
された電力送信要求信号を受けてリーダが発信するもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、非接触型ICカ
ードおよび非接触型ICカードシステムに関し、詳しく
は、非接触ICカードに搭載された充電電池を安全かつ
短時間で充電することができ、電波を介した電磁誘導に
よる電力供給において非接触型ICカードに安定な動作
をさせることができる非接触型ICカードおよび非接触
型ICカードシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】ICモジュールを搭載したICカード
は、磁気カードに比較して格段に高いセキュリティーを
実現できることから、近年、急速に普及しつつある。特
に、最近では、ICカードを用いた電子マネーシステム
が注目されており、ATM端末装置(以下ATM端末)
をキャッシュレス化することが可能であるため、従来の
ATM端末のセキュリティー上の問題点であった現金の
出し入れを不要とする点で、ICカードの普及が期待さ
れている。ICカードで現在普及しているものは、IC
モジュールが接点として露出した形態の接触型ICカー
ドであるが、電波を介した電磁誘導等によるデータ伝送
を用いた非接触型ICカードも徐々に広まりつつある。
非接触型ICカードは、ICモジュールが露出していな
いため、塵埃の多い環境下でも、高信頼性を保ちなが
ら、動作する利点がある。
【0003】近年、この非接触型(コンタクトレス)I
Cカードの標準化が進められていて、これには、密着型
(〜2mm)、近接型(2mmから10mm程度まで)、近傍
型(10mm〜70cm程度)のものが提案されている。こ
れは、ICカードリーダとICカードとを、例えば、中
心周波数13.56MHzの電波で結合して電力を供給
し、データの授受を行うものであるが、その具体的な構
想はこれからの問題である。こうしたICカードへの電
源供給として、充電可能な二次電池を搭載した形態のI
Cカードがすでに提案されている。例えぱ、特開平5−
166019号公報においては、ICカード本体部の少
なくとも一方のカード面に、シート状のポリマー二次電
池が配置されているICカードが示されている。さら
に、特開平9−326021号公報には、カード表面に
充電のための複数の接触端子を有し、さらに端末装置と
非接触でデータ交換するために非接触インタフェース装
置および送受信用コイルと、入力されたデータを処理す
るデータ処理装置と、充電可能なバッテリと、接触によ
り端末装置からの供給電力でバッテリを充電するための
充電装置とを備えている複合ICカードが開示されてい
る。
【0004】ICカードへの電源の供給に関しては、特
開昭61−168082号公報において、メモリICバ
ックアップ用として二次電池の電圧レベル低下を検出し
て、定格以上で急速充電することで、ICカード使用時
点でその都度電池電圧を完全に回復し、カード寿命を延
ばすICカードデバイスが開示されている。また、特開
平7−274406号公報においては、一次コイルに交
流電流を流す電力部からなる充電親器と、二次コイルの
両端に交流電力を直流電力に交換する整流部とを設け、
その整流部に電気エネルギーを蓄積する蓄電池を接続す
ることにより、充電装置と蓄電池とを接続する接続コー
ドが不要となる充電装置及びその使用方法が開示されて
いる。さらに、特開平2−56619号公報において
は、一次電池の電圧が基準電圧より低下したことを検出
して外部電源入力を二次電池に供給して充電し、充電電
圧が基準電圧を超えたことを検出して報知手段に出力す
ることにより、記憶データを保持したまま一次電池の交
換を可能にするメモリカードが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】さて、ICカードへの
電力供給に関する前記した従来の技術では、外部から電
力を受ける非接触型ICカードを考慮した電源供給とい
う観点からみていまだ十分なものとはなってはいない。
その理由は、非接触型ICカードが電波という媒体を介
して電力供給を受ける関係で常時安定な電力を受けられ
るとは限らないからである。例えば、前記の特開平5−
166019号公報には、非接触型ICカードを考慮し
た記述はなく、一般的なICカードへの電源供給という
点では優れた技術ではあるが、非接触型ICカードの特
性である、電波を介した電磁誘導等による電力供給の問
題が取り上げられていない。また、前記の特開平9−3
26021号公報は、接触式および非接触方式の2方式
にてデータ交換を可能とした複合ICカードについての
技術であるが、電力供給を電磁誘導で行わない場合はペ
ーパーバッテリからの供給電力を用いる構成となってい
る。そのために、接触端子がカード表面に露出する形態
を採る必要がある。その結果、非接触型ICカードの利
点が犠牲になってしまう。それは、非接触型ICカード
が塵埃の多い環境下でも高信頼性を保つことができ、挿
抜に対する耐久性が強い等といった点である。
【0006】また、特開昭61−168082号公報で
は、メモリICバックアッブ用の二次電池の電圧レベル
低下を検出して、定格以上で急速充電することは開示さ
れているが、非接触型ICカードに特定した技術ではな
いため、非接触型ICカードの特性である電波を介して
の電磁誘導等による電力の伝送という点を考慮したもの
とはいえない。さらに、特開平7−274406号公報
においては、非接触型ICカードにおいて、過充電を回
避しつつ、確実に充電する技術は記述されていない。ま
た、特開平2−56619号公報は、一次電池を搭載す
ることを前提にしており、非接触型ICカードで一次電
池を搭載しないカードに対しては適用できない。この発
明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するこ
とであり、非接触ICカードに搭載された充電電池を安
全かつ短時間で充電することができ、電波を介した電磁
誘導による電力供給において非接触型ICカードに安定
な動作をさせることができる非接触型ICカードおよび
非接触型ICカードシステムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、この発明の非接触型ICカードの構成は、二次電
池あるいはコンデンサと、アンテナコイルと、ICとを
有し、アンテナコイルから受けた電波により得られる電
力を受ける非接触型ICカードにおいて、二次電池ある
いはコンデンサの電圧がICカードとして可動可能な電
圧値以上の充電すべき所定の電圧値より高いか否かを検
出する検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて所
定の電圧値以下のときにICカードのリーダに電力送信
要求信号を発信する発信手段と、アンテナコイルを介し
て供給される電力を受けて二次電池あるいはコンデンサ
に充電する充電回路とを備えるものである。また、この
発明の非接触型ICカードシステムの構成は、リーダか
ら前記の非接触型ICカードヘ送出される電力搬送波が
非接触型ICカードから送信された電力送信要求信号を
受けてリーダが発信するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】このように、非接触型ICカード
において内部の電池の電圧値を監視して、電圧がICカ
ードとして可動可能な電圧値以上であってかつ充電すべ
き所定の電圧値より高いか否かを検出する検出手段を設
けて、可動可能な電圧値以上で充電すべき所定の電圧値
以下のときに充電するようにしているので、電波による
安定しない電力供給において電池あるいはコンデンサに
よる安定な動作が可能になり、しかも、充電不足により
非接触型ICカードが動作しないという不測の事態が発
生しないで済み、電池あるいはコンデンサによる安定な
電圧で安定な動作をさせることができる。特に、リーダ
からの充電時間を一定時間にすれば1回の充電時間が決
められているので、その期間が過充電になるような長い
時間を採る必要がないので(要求に応じて繰り返し充電
すればよいので)、二次電池やコンデンサの過充電が防
止される。その結果得非接触型ICカードに搭載された
充電電池に対して適正でかつ効率のよい充電をすること
ができる。また、非接触型ICカードシステムにおいて
は、特に、リーダから非接触型ICカードヘ送出される
電力搬送波は、非接触型ICカードから送信された電力
送信要求信号(充電要求信号)をリーダが受信すること
により、その都度、送出開始されるので、常時供給する
ことはなくなり、一時的な電力搬送波による電力供給を
行うことで済み、伝送ロスを減らし、効率のよい電力供
給とデータの送受信が可能になる。
【0009】先に述べたように、リーダ・ライタから非
接触型ICカードへ送出される電力搬送波は、送出開始
されてから、あらかじめ設定された時間を経た後に、送
出停止されることによって、過充電を回避することが可
能となるばかりでなく、二次充電電池としての安全性も
確保できる。例えぱ、CPU暴走などカードに異常が発
生した場合には、非接触型ICカードは、充電要求信号
(電力送信要求信号)を正常に送信できないため、リー
ダは正しい充電要求信号を受信できず、電力搬送波によ
る電力供給は行わず、充電を中止できる。また、この
際、非接触型ICカードから送信された充電要求信号の
バリエーションとして、補助信号を送信することによっ
て、電力搬送波に関する、送出間隔の変更、周波数の変
更、および電力の変更のいずれかを行うようにすること
もできる。このように、補助信号を設ければ、さらに、
電池の状態に応じた電力供給が可能となり、安全性を確
保できる。ところで、非接触型ICカードに搭載された
充電電池としては、ポリマーリチウム二次電池が好まし
い。
【0010】
【実施例】図1に、この発明の非接触型ICカードシス
テムの非接触lCカードを中心としたブロック図を示
す。図1において、1は、非接触型ICカード1であ
り、ICカードリーダ・ライタ2(以下リーダ・ライタ
2)からの電波によりアンテナコイルを介してICカー
ドリーダ・ライタ2と電磁誘導結合される。非接触型I
Cカードは、アンテナコイル11、ICモジュール1
2、ポリマーリチウム二次電池13(以下二次電池1
3)から構成される。ICモジュール12は、ICカー
ドコントローラ20と、電源回路部24、二次電池制御
部25、端子電圧電流検出回路26、スイッチ回路27
とからなる。電源回路部24には、同調回路21、整流
回路22、レギュレータ23a、レギュレータ23bと
が設けられている。ICカードコントローラ20は、C
PU210、RAM211、ROM212、EEPRO
M213、入出力制御回路214を有し、これら回路が
相互にバス215を介して接続されている。さらに、二
次電池制御部25もバス215に接続されていて、CP
U210の制御下にある。入出力制御回路214は、電
源回路部24の同調回路21から信号を受けてあるいは
これらに信号を送出してアンテナコイル11を介してデ
ータの送受信をし、そのデータ伝送の制御する。なお、
電源回路部24は、CPU210が実行するプログラム
により制御される。そのための電圧監視プログラム21
3aと充電要求処理プログラム213bとがEEPRO
M213に記憶されている。電圧監視プログラム213
aは、定期割込み処理によりCPU210により定期的
に実行され、二次電池制御部25を介して端子電圧電流
検出回路26により検出される二次電池13の現在の電
圧値をデジタル値の形で得て二次電池制御部25にして
CPU210が所定の制御信号を送出して充放電の制御
を行う。なお、二次電池制御部25は、内部にA/D変
換回路を有している。また、CPU210は、二次電池
13の電圧が所定値以下に低下し、充電が必要になった
ときに充電要求処理プログラム213bを実行して外部
に充電要求信号を送出する。
【0011】アンテナコイル11に接続された電源回路
部204の端子は、電力受給の端子にもなっていて、例
えば、受信した電波が変調された電波であるときには、
入出力制御回路214により信号としてそれが取出さ
れ、復調されてCPU210等のデータ処理回路に送ら
れる。搬送波の電波(キャリア)だけの送信となる無変
調状態のときあるいは一定振幅状態のときで特に電力用
の強い電波の搬送波ときには、それが電力として電源供
給回路204に受け入れられ、電源回路部24により電
力として取り出される。なお、このときのデータによる
変調は、通常、ASK、PSKあるいはFSK変調であ
る。前記の同調回路21には、二次電池13から微量の
電力が供給された起動回路14が接続されている。起動
回路14は、微弱な所定の周波数の電波による電流信号
をアンテナコイル11を介して受けたときにICモジュ
ール12を動作させるものであって、同調回路21から
の信号を高周波増幅する高周波増幅回路、整流回路、整
流回路の出力を受けて動作するパワーオンリセット回
路、電源スイッチ回路等で構成され、アンテナコイル1
1が所定値以上の微弱な電波を受信したときに、電源ス
イッチ回路を作動させるとともにパワーオンリセット回
路を動作させて、ICモジュール12を起動させてこれ
を動作状態にする。
【0012】さて、アンテナコイル11は、リーダ・ラ
イタ2との通信を行い、同調回路21は、アンテナコイ
ル11のインダクタンスに対応して容量が設定されたコ
ンデンサを具備しており、アンテナコイル11との整合
をとる。整流回路22は、同調回路21を経た交流信号
を直流信号に変換し、レギュレータ23a及びレギュレ
ータ23bは、電力供給用の定電圧に変換する。ここで
は、レギュレータ23aでは、入力電力に対して4.2
Vの定電圧の電力に変換し、レギュレータ23bでは、
3.6Vの定電圧の電力に変換する。前者の4.2Vは
端子電圧電流検出回路26を通して電池充電用電源とし
て用いられ、後者の3.6VはICモジュール12の駆
動用電源として利用される。二次電池制御部25は、充
放電制御回路31、保護回路32等で構成される。充放
電制御回路31は、二次電池13に供給する電源のオ
ン、オフを制御する。保護回路32は、二次電池13の
端子間電圧及び電流を、端子電圧電流検出回路26を通
して検出し、異常が発生した場合に、二次電池13への
電源供給を停止する。
【0013】次に、図2を用いて、この発明を用いた充
電処理動作について説明する。まず、アンテナコイル1
1に微弱な所定の周波数の電波、例えば、13.56M
Hzの周波数の電波を受けると、同調回路21により同
調が採られてそれが一定レベルに達した時点で起動回路
14が動作して二次電池13からの電力を受けてICモ
ジュール12が起動され、動作状態になる。ICモジュ
ール12が動作状態に入ると、通常の状態では、非接触
型ICカード1内のICモジュール12が二次電池13
の端子間電圧を監視する。すなわち、CPU210(I
Cモジュール12)は、電圧監視プログラム213aを
定期的に実行して端子電圧電流検出回路26により検出
される二次電池13の端子間電圧と、あらかじめ設定し
たしきい値電圧を比較して電池の残量検出を行う(ステ
ップ201)。二次電池13の残量が減って規定の端子
間電圧以下、例えば、3.3V以下になると、CPU2
10は、充電要求処理プログラム213bを実行して非
接触lCカード1側からアンテナコイル11を介してリ
ーダ・ライタ2に向けて充電要求信号41を送信する
(ステップ202)。
【0014】リーダ・ライタ2側は、充電要求信号41
を検出し(ステップ203)、電力搬送波42を非接触
型ICカード1に向けて一定期間だけ送出する(ステッ
プ204)。これにより非接触lCカード1側は、二次
電池104の充電処理を行う(ステップ205)。そし
てリーダ・ライタ2側は、電力搬送波の出力動作を停止
する(ステップ206)。このとき、電力搬送波42
は、送受信を行うデータ内容には依存しない、充電時の
みの波形となっている。電力搬送波42としては、特定
の周波数に設定された正弦波を用いることが、伝送ロス
を減らし、非接触型ICカード1側で効率的に電力を取
込むことが可能となり、好ましい。この電力搬送波42
は、非接触型ICカード1へと送出開始されてから、あ
らかじめ設定された時間を経た後に、リーダ・ライタ2
からの送出が停止されるが、この場合のあらかじめ設定
された一定期間としては、例えば10秒を設定できる。
電力搬送波42の送出が停止された後は、通常の、非接
触型ICカード1内のICモジュール12が二次電池1
3の端子間電圧を監視する状態に戻り、再びステップ2
01〜206として示す同様な処理動作をし、この動作
が電池が充電されるまで定期的に行われる。そして、ス
テップ207において満充電と判定されたときに、前記
の充電要求信号41の送出処理が終了する。なお、電力
搬送波42の受信中を含めてレギュレータ23bからの
電力が利用できるときには、レギュレータ23bからの
電力が利用されてICモジュール12等へ供給される。
これの利用は、例えば、二次電池13の出力電圧とレギ
ュレータ23bの出力電圧とのうち大きい電圧の方へと
切り換えるダイオード等の切換回路を設けることで簡単
に実現できる。
【0015】このような構成を採ることにより、電池の
状態に応じた電力供給が可能となり、二次電池13の安
全性を確保できる。万一、電力搬送波42が送出されて
いる10秒の間で非接触型ICカード1に異常が発生し
たとしても、深刻な過充電の状態は回避できる。すなわ
ち、非接触型ICカード1に異常が発生した場合でも、
あらかじめ設定された時間である10秒が経過すると、
リーダ・ライタ2は電力搬送波42の送出を停止する。
10秒程度では、深刻な過充電の状態とはならない。さ
らに、非接触型ICカード1に異常が発生すると、非接
触型ICカード1は充電要求信号41を正常に送信でき
ないため、リーダ・ライタ2は正しい充電要求信号41
を受信できない。このため、電力搬送波42による電力
供給は行わず、充電を中止できる。
【0016】また、非接触型ICカードから送信された
充電要求信号41のバリエーションとして、補助信号を
送信することによって、電力搬送波42に関する、送出
間隔の変更、周波数の変更、および電力の変更のいずれ
かをおこなうようにしてもよい。このように、補助信号
を設けることによって、さらに、二次電池の状態に応じ
た電力供給が可能となり、これの安全性を確保できる。
【0017】このように、リーダ・ライタから、電力搬
送波を非接触型ICカードヘ送信し電力供給を行うこと
により、伝送ロスを減らし、非接触型ICカードに搭載
された充電電池に充電を効率よく行うことが可能とな
る。また、非接触型ICカードから送信された充電要求
信号をリーダ・ライタが受信した後で、リーダ・ライタ
から非接触型ICカードヘ送信される電力搬送波が、送
出開始される構成を採っているので、例えば、CPUの
暴走などカードに異常が発生した場合には、非接触型I
Cカードは充電要求信号を正常に送信できないため、リ
ーダ・ライタは正しい充電要求信号を受信できず、電力
搬送波による電力供給は行わないことになり、過充電を
回避できる。さらに、電力搬送波が、非接触型ICカー
ドヘと送出が開始されてから、あらかじめ設定された時
間を経た後に、リーダ・ライタからの送出を停止される
構成を採るようにすれば、電力搬送波の送出中に非接触
型ICカードに異常が発生した場合であっても、あらか
じめ設定された時間の後に、充電が停止され、深刻な過
充電の状態に至らずに済む。ところで、実施例では、ポ
リマーリチウム二次電池を例としているが、他の二次電
池や電力蓄電用のコンデンサを二次電池に換えて用いて
もよいことはもちろんである。
【0018】
【発明の効果】以上、説明したきたように、この発明に
あっては、非接触型ICカードにおいて内部の電池の電
圧値を監視して、電圧がICカードとして可動可能な電
圧値以上であってかつ充電すべき所定の電圧値より高い
か否かを検出する検出手段を設けて、可動可能な電圧値
以上で充電すべき所定の電圧値以下のときに充電するよ
うにしているので、電波による安定しない電力供給にお
いて電池あるいはコンデンサによる安定な動作が可能に
なり、しかも、充電不足により非接触型ICカードが動
作しないという不測の事態が発生しないで済み、電池あ
るいはコンデンサによる安定な電圧で安定な動作をさせ
ることができる。特に、リーダからの充電時間を一定時
間にすれば1回の充電時間が決められているので、その
期間が過充電になるような長い時間を採る必要がないの
で(要求に応じて繰り返し充電すればよいので)、二次
電池やコンデンサの過充電が防止される。その結果、非
接触型ICカードに搭載された充電電池に対して適正で
かつ効率のよい充電をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、、この発明の非接触型ICカードシス
テムの非接触lCカードを中心としたブロック図であ
る。
【図2】図2は、この発明を用いた充電処理動作のフロ
ーチャートである。
【符号の説明】 1…非接触型ICカード、2…ICカードリーダ・ライ
タ(リーダ・ライタ)、11…アンテナコイル、12…
ICモジュール、13…二次電池、14…起動回路、2
1…同調回路、22…整流回路、23a、23b…レギ
ュレータ、24…電源回路部、25…二次電池制御部、
26…端子電圧電流検出回路、31…充放電制御回路、
32…保護回路、41…充電要求信号、42…電力供給
搬送波信号。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二次電池あるいはコンデンサと、アンテナ
    コイルと、ICとを有し、前記アンテナコイルから受け
    た電波により得られる電力を受ける非接触型ICカード
    において、 前記二次電池あるいは前記コンデンサの電圧がICカー
    ドとして可動可能な電圧値以上の充電すべき所定の電圧
    値より高いか否かを検出する検出手段と、この検出手段
    の検出結果に応じて前記所定の電圧値以下のときにIC
    カードのリーダに電力送信要求信号を発信する発信手段
    と、前記アンテナコイルを介して供給される電力を受け
    て前記二次電池あるいは前記コンデンサに充電する充電
    回路とを備える非接触型ICカード。
  2. 【請求項2】さらに微弱な所定の周波数の電波による電
    流信号を前記アンテナコイルから受けて前記ICを動作
    させる起動回路を有する請求項1記載の非接触型ICカ
    ード。
  3. 【請求項3】二次電池あるいはコンデンサと、アンテナ
    コイルと、ICとを有し、前記アンテナコイルから受け
    た電波により得られる電力を受ける非接触型ICカード
    と、この非接触型ICカードに電波により電力を供給
    し、前記非接触型ICカードからデータを受信するリー
    ダとからなる非接触型ICカードシステムにおいて、 前記非接触型ICカードは、前記二次電池あるいは前記
    コンデンサの電圧がICカードとして可動可能な電圧値
    以上の充電すべき所定の電圧値より高いか否かを検出す
    る検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて前記所
    定の電圧値以下のときに前記リーダに電力送信要求信号
    を発信する発信手段と、前記アンテナコイルを介して供
    給される電力を受けて前記二次電池あるいは前記コンデ
    ンサに充電する充電回路とを有し、前記リーダから前記
    非接触型ICカードヘ送出される電力搬送波は、前記非
    接触型ICカードから送信された前記電力送信要求信号
    を受けて前記リーダが発信する非接触型ICカードシス
    テム。
  4. 【請求項4】前記非接触型ICカードは、さらに微弱な
    所定の周波数の電波による電流信号を前記アンテナコイ
    ルから受けて前記ICを動作させる起動回路を有し、前
    記リーダは、ICカードICカードリーダ・ライタであ
    り、前記電力搬送波の発信は一定期間だけ行われる請求
    項3に記載の非接触型ICカードシステム。
  5. 【請求項5】前記二次電池は、ポリマーリチウム電池で
    ある請求項3あるいは4のいずれか1項記載の非接触型
    ICカードシステム。
JP10255590A 1998-09-09 1998-09-09 非接触型icカードおよび非接触型icカードシステム Withdrawn JP2000090220A (ja)

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