JP2000138621A

JP2000138621A - 非接触情報媒体を利用する通信システム及びかかる通信システムに使用される通信補助装置

Info

Publication number: JP2000138621A
Application number: JP10324424A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takasugi; 和夫高杉; Shiro Sugimura; 詩朗杉村
Original assignee: SMART CARD TECHNOLOGIES KK; Smart Card Technologies Co Ltd; Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: SMART CARD TECHNOLOGIES KK; Maxell Holdings Ltd; Smart Card Technologies Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触情報媒体と外部装置との間のアンテナ
の指向性に基づく傾斜角度の制約、通信領域の制約、通
信距離の制約を簡単かつ安価に緩和する通信システム及
びかかる通信システムに使用される通信補助装置を提供
することを目的とする。【解決手段】非接触情報媒体と外部装置との無線通信
に使用されるキャリア周波数に共振する共振回路を有す
るブースターを外部装置に電磁結合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、通信シ
ステムに係り、特に、非接触情報媒体を利用するデータ
通信システムに関する。「非接触情報媒体」とは、ＩＣ
チップなどの情報記録モジュールを備え、リーダライタ
などの外部装置と非接触に交信する媒体である。従っ
て、非接触であれば、電波の波長を問わず、また、通信
距離の長さも問わない。

【０００２】非接触情報媒体の典型的なものは、例え
ば、マイクロ波を利用してリーダライタと交信する非接
触ＩＣカードである。なお、本出願においては、「ＩＣ
カード」は、スマートカード、インテリジェントカー
ド、チップインカード、マイクロサーキット（マイコ
ン）カード、メモリーカード、スーパーカード、多機能
カード、コンビネーションカードなどを総括している。

【０００３】また、非接触情報媒体はその形状がカード
に限定されるものではない。従って、それはいわゆるＩ
Ｃタグも含む。ここでは、「ＩＣタグ」は、ＩＣカード
と同様の機能を有するが、切手サイズやそれ以下の超小
型やコイン等の形状を有する全ての情報記録媒体を含む
ものである。

【０００４】

【従来の技術】周知のように、ＩＣカードは、カードに
内蔵されているＩＣチップとリーダライタとの通信方法
に従って、接触型と非接触型に分類することができる。
このうち、非接触型は、リーダラータとの接点がないの
で接触不良がなく、リーダライタから数ｃｍ乃至数十ｃ
ｍ離れた移動使用が可能で、汚れ、雨、静電気に強いな
どの特徴があり、今後ますますその需要は高まるものと
予想されている。

【０００５】非接触ＩＣカードは、リーダライタから受
信した電波から電磁誘導によって動作電力を得ると共
に、電波を利用してリーダライタとの間でデータを交換
する。そして、非接触ＩＣカードとリーダライタは、通
常、かかる電波を送受信するためのアンテナをそれぞれ
内蔵している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の非接触
ＩＣカードはリーダライタと無線通信を行うためには、
非接触ＩＣカードのアンテナ（例えば、アンテナコイ
ル）はリーダライタのアンテナ（例えば、アンテナコイ
ル）と平行にかつその真上に配置することが必要であっ
た。例えば、非接触ＩＣカードがリーダライタの真上に
あっても、非接触ＩＣカードのアンテナコイルがリーダ
ライタのアンテナコイルの法線方向に対して傾斜すれば
通信距離は傾斜角度に応じてアンテナの指向性に起因し
て短くなり、両アンテナコイルの法線方向が直交すれば
通信不能になってしまう。

【０００７】また、非接触ＩＣカードをリーダライタの
アンテナ真上から離間すると両者はアンテナの指向性に
より交信できず、結局、通信可能領域はリーダーライタ
のアンテナの真上の一定の領域に限定されていた。

【０００８】また、非接触ＩＣカードは、通常、クレジ
ットカードと同じ寸法を有するいわゆるＩＳＯ（国際標
準化機構：ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＯｒｇａｎｉ
ｚａｔｉｏｎｆｏｒＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏ
ｎ）サイズ（縦５４ｍｍ、横８５．６ｍｍ、厚さ０．７
６ｍｍ）であるが、その通信距離はせいぜい最大１０ｃ
ｍ程度であり適用分野によっては通信距離の延長が要請
されていた。

【０００９】このように、従来の非接触ＩＣカードとリ
ーダライタとの通信には、アンテナの指向性に基づく傾
斜角度の制約、通信可能領域の制約、通信距離の制約が
存在しており、また、通信可能領域は目に見えないの
で、非接触ＩＣカードのユーザーにとって操作性が悪
く、迅速な読み取りも達成できなかった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の課題を解決する新規かつ有用な非接触情報媒体を利
用する通信方法及びシステムを提供することを概括的な
目的とする。

【００１１】より特定的には、本発明は、非接触情報媒
体と外部装置との間のアンテナの指向性に基づく傾斜角
度の制約、通信領域の制約、通信距離の制約を簡単かつ
安価に緩和する通信システム及びかかる通信システムに
使用される通信補助装置を提供することを目的とする。

【００１２】かかる目的を達成するために、本発明の通
信システムは、非接触情報媒体と、当該非接触情報媒体
と所定のキャリア周波数で無線通信をすることができる
外部装置と、前記非接触情報媒体及び前記外部装置と前
記所定のキャリア周波数で無線通信をすることができ、
前記外部装置に電磁結合されたブースターとを有し、前
記ブースターは前記非接触情報媒体と前記外部装置との
前記無線通信を中継することができる。

【００１３】また、本発明のブースターは、基材と、当
該基材に結合して、前記非接触情報媒体及び前記外部装
置と所定のキャリア周波数で無線通信をすることがで
き、前記外部装置に電磁結合された通信部とを有する。

【００１４】本発明の通信システム及びブースターによ
れば、非接触情報媒体は外部装置と直接に又はブースタ
ーを介して無線通信を行う。ブースターは非接触情報媒
体と外部装置の間又は非接触情報媒体の上に配置され
る。通信補助装置として機能するブースターは、非接触
情報媒体と外部装置との間の無線通信を中継する場合で
も、その無線通信に使用されるキャリア周波数を変更し
ない。ブースターのアンテナと外部装置のアンテナの法
線方向を一致させれば外部装置の通信可能距離は延長さ
れる。ブースターのアンテナを外部装置のアンテナの法
線方向に対して傾斜させれば非接触情報媒体の外部装置
に対する傾斜可能な角度は増加する。ブースターと外部
装置とを、両者のアンテナの法線方向が平行になるよう
に配置すれば外部装置の通信可能領域が拡大する。複数
のブースターを設けて、一のブースターを他のブースタ
ーを介して間接的に外部装置に電磁結合すれば、これら
複数のブースターを協同的に使用して無線通信を中継す
ることができる。ブースターは一以上の共振回路を有
し、各共振回路はキャリア周波数に共振することができ
る。選択的に、ブースターに増幅器を設けて無線通信に
使用される電波を増幅してもよい。

【００１５】本発明の他の目的及び更なる特徴は、以
下、添付図面を参照して説明される実施例により明らか
にされる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の通信システム１を説明する。なお、各図において、
同一の参照番号を付した部材は同一部材を表すものと
し、また、同一の参照番号にアルファベットを付した部
材は対応する変形部材を表すものとし、重複説明は省略
する。また、特にことわらない限り、参照番号はアルフ
ァベットの付いた同一の参照番号の全てを総括している
ものとする。

【００１７】図１に本発明の第１実施例の通信システム
１の構成を示す。同図に示すように、本発明の通信シス
テム１は、非接触情報媒体１０と、外部装置２０と、ブ
ースター３０とを有する。本実施例では、非接触情報媒
体１０の典型例として非接触ＩＣカードを用い、外部装
置２０の典型例としてリーダライタを用いている。従っ
て、参照番号１０及び２０はこれらを総括している。な
お、より詳細には、図１に示す外部装置２０は後述する
外部装置２０のアンテナ部２４である。

【００１８】非接触ＩＣカード１０は、リーダライタ
（Ｒ／Ｗ）２０と電（磁）波を使用して交信する。ま
た、非接触ＩＣカード１０は、バッテリを内蔵していて
もよいが、内蔵バッテリの劣化に伴うトラブルを回避す
ると共にチップを小型化するためにバッテリレスとする
ことが好ましい。従って、以下、非接触ＩＣカード１０
は、電波を利用してリーダライタ２０とデータを交換す
ることができると共に、リーダライタ２０から受信した
電波から電磁誘導によって動作電力を得るものとする。
非接触ＩＣカード１０はＩＳＯサイズを有する。但し、
非接触情報媒体１０として非接触ＩＣタグを用いれば、
それは用途に合わせた任意の形状（例えば、ペンダント
形状、コイン形状、キー形状、カード形状、タグ形状な
ど）を有することができる。

【００１９】本発明の非接触情報媒体１０は外部装置２
０と非接触に無線交信することができるが、これは本発
明が外部装置２０と接触して交信する機能を排除してい
るものではない。例えば、非接触情報媒体１０は、接触
ＩＣチップを内蔵することにより、接触ＩＣカード及び
非接触ＩＣカードの両機能を有するコンビネーションカ
ードとして構成することができる。

【００２０】また、本発明は、非接触情報媒体１０が磁
気ストライプを有するカード媒体に適用されることを妨
げるものではない。この場合は、本発明の非接触情報媒
体１０は、クレジットカード、キャッシュカードなどの
磁気カードとしての機能を有することになる。さらに、
選択的に、非接触情報媒体１０には、エンボス、サイン
パネル、ホログラム、刻印、ホットスタンプ、画像プリ
ント、写真などが形成されてもよい。

【００２１】非接触ＩＣカード１０は、図２及び図３に
示すように、基材１２に、アンテナコイル１４とＩＣチ
ップ１６とを有する。ここで、図２は非接触ＩＣカード
１０の構成を示すブロック図である。図２は、アンテナ
コイル１４を概念的に示しており、実際の非接触ＩＣカ
ード１０においてはアンテナコイル１４は、例えば、図
３に示すように、ＩＣチップ１６を取り囲むように形成
されている。ここで、図３は非接触ＩＣカード１０の模
式的透視平面図である。基材１２は、例えば、プラスチ
ックから構成される。選択的に、非接触ＩＣカード１０
は、基材１２上に、図示しないディスプレイやキーボー
ドなどを更に有して更なる多機能化を達成してもよい。
アンテナコイル１４はＩＣチップ１６に一対の接続端子
１８を介して電気的に接続されている。

【００２２】ＩＣチップ１６は、電源回路１０２と、送
受信回路１０４と、メモリ１０８と、好ましくはロジッ
ク制御回路１０６と、図示しないクロックとを基板１０
０に内蔵している。

【００２３】非接触ＩＣカード１０は上述したようにバ
ッテリを内蔵しておらず、電源回路１０２はアンテナ１
４が受信した電波から電磁誘導によってその動作電力を
得る。送受信回路１０４は復調回路と変調回路を有し
ている。復調回路は、受信した電波を検波してそれから
データを得るために基底帯域信号を復元する。また、変
調回路は、データを送信するために搬送波を送信データ
に応じて変化させてコイル３４に送信する。変調方式
は、例えば、キャリア（搬送）周波数の振幅を変えるＡ
ＳＫ、位相を変えるＰＳＫなどを使用することができ
る。

【００２４】変調回路や復調回路はロジック制御回路１
０６によって制御されて、クロックに同期して動作す
る。ロジック制御回路１０６はＣＰＵにより実現するこ
とができる。メモリ１０８はデータを保存するＲＯＭ、
ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ及び／又はＦＲＡＭ等から構成さ
れる。非接触ＩＣカード１０はリーダライタ２０とかか
るデータに基づいて交信したり、ロジック制御回路１０
６は所定の処理を行うことができる。例えば、メモリ１
０８は、ＩＤ情報や所定額の電子マネーなどの価値や取
引記録その他を格納することができ、ロジック制御回路
１０６は所定の取引（例えば、切符の購入や電子マネー
の入金など）によりかかる価値を増減等することができ
る。なお、これらの構成要素の構成や動作は当業者には
容易に理解できるため詳しい説明は省略する。

【００２５】アンテナコイル１４はＩＣチップ１６に電
気的に接続されると共に後述するブースター３０の送受
信コイル３２と非接触的に電磁結合されている。なお、
アンテナコイル１４と送受信コイル３４との位置関係に
ついては後述する。アンテナコイル１４の通信距離はア
ンテナコイル１４の法線方向に関して１０ｃｍ程度であ
る。アンテナコイル１４は、ブースター３０との位置関
係、実装面積、その他の条件に応じて所望の寸法、形
状、自己インダクタンス、相互インダクタンスを有す
る。例えば、上から見た場合にアンテナコイル１４の形
状は円形、四角形、楕円形など所望の形状を有すること
ができる。アンテナコイル１４は、ワイヤボンディング
方式やＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎ
ｄｉｎｇ）方式などによってＩＣチップ１６に接続され
ている。

【００２６】リーダライタ２０は、図４に示すように、
制御インタフェース部２２とアンテナ部２４とを有して
おり、両者はケーブル２６により接続されている。ここ
で、図４はリーダライタ２０の構成を示すブロック図で
ある。リーダライタ２０は、所定のキャリア周波数ｆｃ
を有する電波Ｗを非接触ＩＣカード１０へ送信及びから
受信し、無線通信を利用して非接触ＩＣカード１０と交
信する。なお、電波Ｗは任意の周波数帯のキャリア周波
数ｆｃ（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を使用することが
できる。リーダライタ２０は、制御インタフェース部２
２を介して更なる図示しない外部ホスト装置（処理装
置、制御装置、パーソナルコンピュータ、ディスプレイ
など）に接続されている。

【００２７】制御インタフェース部２２は、送信回路
（変調回路）２０２と、受信回路（復調回路）２０４
と、コントローラ２０６とを内蔵している。送信回路２
０２は、更なる外部ホスト装置からのデータを、例え
ば、キャリア周波数の振幅を変えることにより（ＡＳＫ
変調方式）、伝送信号に変換してアンテナ部２４に送信
する。また、受信回路２０４はアンテナ部２４を通じて
非接触ＩＣカード１０から受信した信号を基底帯域信号
に変換してデータを得て、図示しない更なる外部ホスト
装置に送信する。送信回路２０２と受信回路２０４は、
実際の回路では、図５に示すように、複数の駆動回路２
０８及び２１０に接続されており、これらの駆動回路に
よって駆動される。ここで、図５はリーダライタ２０の
模式的透視平面図である。なお、当業者は、送信回路２
０２、受信回路２０４及び駆動回路２０８及び２１０の
動作や構成はを容易に理解して実現することができるの
で、ここでは詳細な説明は省略する。

【００２８】アンテナ部２４は、例えば、図５に示すよ
うなアンテナコイル２１２と整合回路２１６とを有す
る。図５は、整合回路２１６が抵抗とコンデンサからな
る具体的構成を示している。また、図６に、リーダライ
タ２０の概観の一例とアンテナ部２４が通信することが
できる通信可能領域２２０の一例を示す。かかるリーダ
ライタ２０は、例えば、ＩＣカードを乗車券として利用
した自動改札口などに使用することができる。図６に示
すように、アンテナコイル２１２の指向性からリーダラ
イタ２０の通信可能領域２２０は楕円体のような形状を
しており、アンテナ部２４の真上であってもこの通信可
能領域２２０を非接触ＩＣカード１０が通過しなければ
リーダライタ２０は非接触ＩＣカード１０と交信するこ
とができないことが理解できる。しかも、この通信可能
領域２２０は目で見ることはできず、実際のリーダライ
タ２０においてはそのアンテナコイル２１２の形状と指
向性によって通信可能領域２２０は変化し、より複雑な
形状を有している。従って、非接触ＩＣカード１０を操
作するユーザーにとっては操作性が悪いことが理解され
る。なお、操作性は非接触ＩＣカード１０とリーダライ
タ２０との相対位置関係によっても影響されるがこれに
ついては後述する。

【００２９】次に、本発明の通信システム１において通
信補助装置として機能するブースター３０について説明
する。まず、ブースター３０の構成を図７乃至図１３を
参照して説明する。ここで、図７は、本発明の第１実施
例のブースター３０の概観回路図である。図８は、図７
の回路を実現するためのより具体的なブースター３０の
透視斜視図である。

【００３０】図７に示すように、本発明のブースター３
０は、送受信コイル３２と共振コンデンサ３４からなる
共振回路を基材３６に内蔵している。送受信コイル３２
は、図８に示すように、共振コンデンサ３４を取り囲む
アンテナコイルとして実現することができる。アンテナ
コイル３２の形成は、非接触ＩＣカード１０におけるア
ンテナコイル１４の形成と同様にして実現することがで
き、例えば、銅やアルミニウムなどを使用したエッチン
グ、プリント配線方式による印刷、ワイヤによる形成な
ど当業界で周知ないずれの方法によっても形成すること
ができる。選択的に、コイル３２にはノイズ除去用のシ
ールドが設けらる。また、送受信コイル３２は、空心コ
イルであるスパイラル平面コイルや複スパイラルコイ
ル、若しくは、フェライトコアの付いた平面コイル又は
フェライトバーアンテナとして構成することができる。
更に、送受信コイル３２は、アンテナコイル以外のダイ
ポールアンテナ、モノポールアンテナ、ループアンテ
ナ、スロットアンテナ、マイクロストリップアンテナな
ど当業界で周知のアンテナを適用することができる。

【００３１】コンデンサ３４は、例えば、銅板から構成
される。コンデンサ３４には、選択的に、例えばポリエ
チレン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から構
成される図示しない誘電体フィルムを挟んでもよい。ま
た、一のコンデンサ３４の代わりに複数のコンデンサを
マッチング回路として設けてもよい。代替的に、コンデ
ンサ３４はコイル３２と共に図示しないセラミック基板
に集積化されてもよい。

【００３２】ブースター３０は、まず、非接触情報媒体
１０とリーダライタ２０との通信距離の制約を簡単かつ
安価に緩和するという機能を有する。図１を参照する
に、ブースター３０を設けない非接触情報媒体１０とリ
ーダライタ２０とからなる従来の通信システムにおいて
は、非接触ＩＣカード１０（のアンテナコイル１４）を
リーダライタ２０（のアンテナ部２４）の真上にかざし
た場合の最大通信距離ｄ＝ｄ*は、上述したように、例
えば、１０ｃｍ程度である。かかる通信距離はアンテナ
コイル１４の形状、寸法などによる制限を受けると共に
微弱電波を規制する電波法による制限も受ける。非接触
情報媒体１０とリーダライタ２０との通信では、上述し
たように、キャリア周波数ｆｃが中心周波数として使用
される。また、変調回路により中心周波数に側帯波が追
加される。電波法は、これらの中心周波数及び側帯波の
部分の電波の強さを規制しているため、単純に電波を強
めて通信距離を延長すれば電波法に抵触する可能性があ
る。従って、電波は強めずに通信距離を延長することが
要請される。

【００３３】この点、非接触ＩＣカード１０を収納可能
な通信装置に差し込んでかかる通信装置がキャリア周波
数を別の周波数に変換して独自のプロトコルと通信フォ
ーマットでリーダライタ２０と交信しようとする提案も
ある。しかし、これではユーザーはわざわざ非接触ＩＣ
カード１０をかかる通信装置に差し込まなくてはなら
ず、また、周波数変換機能などを有する通信装置は高価
であるという欠点がある。

【００３４】かかる点に鑑みて、本発明者等は、非接触
ＩＣカード１０とリーダライタ２０からなる従来の通信
システムの通信プロトコル、キャリア周波数、電波の強
さ、通信フォーマットなどは一切変更せず、簡単かつ安
価に通信距離だけを延長する方法を考え出した。このよ
うに、本発明は従来から使用されている非接触ＩＣカー
ド１０のアンテナ１４を大きくするなどの変更を何ら要
しないので、現在の通信システムにそのまま適用するこ
とができる。

【００３５】かかる通信方法は、リーダライタ２０のア
ンテナ部２４のアンテナコイル２１２の法線方向にブー
スター３０のアンテナコイル３２の法線方向を一致させ
るようにブースター３０を配置することである。ここ
で、リーダライタとブースター３０との通信距離はほぼ
１５ｃｍ程度である。例えば、直径１５ｃｍの大きさを
有するアンテナコイル２１２の法線上約１０ｃｍに直径
４５ｍｍの大きさを有するアンテナコイル３２を備えた
縦５０ｍｍ、横８０ｍｍのブースター３０を図１に示す
ように配置すると、最大通信距離ｄは約１５ｃｍに延長
された。ここで、非接触ＩＣカード１０とブースター３
０との距離δは、約５ｍｍ乃至３０ｍｍである。また、
ユーザーも非接触ＩＣカード１０を従来通りリーダライ
タ２０に対してかざせばよく、通信装置に差し込むなど
の不便性はない。

【００３６】ブースター３０は、リーダライタ２０から
転送される電波Ｗを中継して非接触ＩＣカード１０へそ
れを転送し、非接触ＩＣカード１０から転送される電波
Ｗを中継してリーダライタ２０へそれを転送する。

【００３７】ブースター３０は、非接触情報媒体１０と
リーダライタ２０との間に配置されることを要さず、例
えば、図９に示すように、非接触情報媒体１０の真上に
配置されてもよい。ここで、図９は、図１に示す通信シ
ステム１の変形例である通信システム１Ｂの構成を示す
斜視図である。この場合には、例えば、上述したのと同
じ大きさのブースター３０をアンテナコイル２１２の法
線上約１５ｃｍの距離に配置すれば、非接触ＩＣカード
１０はリーダライタ２０の真上約１２ｃｍ以上（従っ
て、ブースター３０との距離δは３０ｍｍ程度以下）で
あっても非接触ＩＣカード１０はリーダライタ２０と交
信することができる。通信距離ｄが１２ｃｍとなり、ｄ
*＝１０ｃｍを超え、通信距離が延長されていることが
理解される。

【００３８】図９に示す通信システム１Ｂはブースター
３０の再放射を利用して、観念的には、図１に示す通信
システム１と同様に、ブースター３０がリーダライタ２
０からのデータを中継して非接触ＩＣカード１０へそれ
を転送していると解釈することができる。

【００３９】本発明のブースター３０は共振回路を使用
している、キャリア周波数ｆｃを変更せず、また、従来
の通信システムにおいて既に設定されているリーダライ
タ２０の電波の強さを変更することもない。また、ブー
スター３０は構成が単純で安価であり通信システムが高
価になることを防止しつつ最大通信距離ｄを延長してい
る。

【００４０】ブースター３０は、図７に示すように、自
己インダクタンスＬのアンテナコイル３２と静電容量Ｃ
の共振コンデンサ３４を有している。図７に示す回路の
共振周波数ｆｒは、（１／２π）（ＬＣ）−１／２とな
る。かかる共振周波数ｆｒの値をキャリア周波数ｆｃに
一致させれば、図７に示す回路はｆｃに共振及び同調し
て送受信コイル３２や共振コンデンサ３４に大きな共振
電流を流すことができ、また、かかる共振電流を非接触
的に非接触ＩＣカード１０又はリーダライタ２０に供給
することができる。しかし、実際の回路においては素子
の誤差から（１／２π）（ＬＣ）−１／２をキャリア周
波数ｆｒに一致させることができない場合もある。そこ
で、このような場合でも同調の効果を得るために、複数
の共振回路から構成される複同調回路を使用してもよ
い。

【００４１】以下、図１０及び図１１を参照して、かか
る実施例を説明する。ここで、図１０は、本発明の第２
実施例のブースター３０Ａの概観回路構成図である。図
１１は、図１０の回路を実現するためのより具体的なブ
ースター３０Ａの透視斜視図である。

【００４２】ブースター３０Ａは、複数の共振回路から
構成される複同調回路を使用している。周知のように、
複同調回路は利得周波数特性が双峰性となり、広い周波
数帯域を得ることができる。なお、双峰性を有するその
他の回路もブースターに適用することができる。

【００４３】ブースター３０Ａは、図１０に示すよう
に、一対のコイル３２Ａ及び３２Ｂと一対のコンデンサ
３４Ａ及び３４Ｂからなる２つの共振回路を含んでい
る。コイル３２Ａ及び３２Ｂは巻数が異なり、それぞ
れ、自己インダクタンスＬ１及びＬ２を有している。両
コイル３２Ａ及び３２Ｂが密結合となるように結合係数
（相互インダクタンス）Ｍが高く設定されている。コン
デンサ３４Ａ及び３４Ｂは、それぞれ、静電容量Ｃ１及
びＣ２を有している。自己インダクタンスと静電容量の
関係は、原則として、（１／２π）（Ｌ１Ｃ１）−１／
２＝（１／２π）（Ｌ２Ｃ２）−１／２＝キャリア周波
数ｆｒになるように設定されるが、各素子間の誤差など
によりたとえ両者又はいずれか一方がキャリア周波数ｆ
ｒに一致しなくてもキャリア周波数ｆｒ付近で十分大き
な誘導電流を生成することができる。ブースター３０
は、図８に示す構造を２枚貼り合わせてもよいが、図１
１では一の基板３６Ａに上記の構成要素が収納されてい
る。図１１に示す構造を有するブースター３０Ａを製造
する方法は、当業者には容易であり、ここでは詳しい説
明は省略する。

【００４４】ブースター３０は、図１２に示すブースタ
ー３０Ｂや図１３に示すブースター３０Ｃに置換されて
もよい。ここで、図１２は、本発明の第３実施例のブー
スター３０Ｂの概観回路構成図である。また、図１３
は、本発明の第４実施例のブースター３０Ｃの概観回路
構成図である。

【００４５】ブースター３０の中継器的機能に鑑みれ
ば、ブースター３０に独自の増幅器を追加してもよいは
ずである。図１２においては、受信コイル３２Ｃが受信
した電波Ｗは、電源３１から駆動電力を与えられた増幅
器３３が増幅して、これを送信コイル３２Ｄより送信す
る。このため、送信コイル３２Ｄから出る信号は、中心
周波数だけでなく側帯波も十分に増幅される。増幅器３
３には、トランジスタを含む当業界で周知のいかなる増
幅器をも使用することができる。

【００４６】一方、図１３に示すブースター３０Ｃのよ
うに、共振回路３５に電源３１及び増幅器３３を組み合
わせてもよい。共振回路３５はブースター３０又は３０
Ａと同様の構成を採用することができる。この場合は、
単一の同調によって得られるものよりも広い帯域を得る
ことができる。また、このようなブースター３０Ｃを複
数段設けることもできる。例えば、共振回路３５にブー
スター３０を用いれば中心周波数だけを強調するのでは
なく側帯波も十分に強調することができる。共振回路３
５に図１０に示すブースター３０Ａ（複同調回路）を適
用して１段又は多段構成となればブースター３０Ｃは複
同調増幅器として機能する。

【００４７】次に、本発明の第２実施例の通信システム
１Ｂを図１４を参照して説明する。図１は本発明の第２
実施例の通信システム１Ｂの構成を示す斜視図である。
本発明の通信システム１Ｂは、特徴的に、ブースター３
０をリーダライタ２０に対して傾斜して配置している。

【００４８】通信システム１Ｂにおけるブースター３０
は、リーダライタ２０がそのアンテナ２１２の指向性か
ら要求する非接触ＩＣカード１０の相対的な姿勢（即
ち、リーダライタ２０に対する傾斜角度）を緩和してい
る。即ち、図１に示す通信システム１においてブースタ
ー３０を除いた従来の通信システムにおいて、非接触Ｉ
Ｃカード１０が最大通信距離ｄ*（＝約１０ｃｍ）を得
るためには、非接触ＩＣカード１０のアンテナコイル１
４とリーダライタ２０のアンテナ２１２との法線は一致
する必要があった。もし、図１４に示すように、非接触
ＩＣカード１０のアンテナコイル１４がアンテナ２１２
の法線方向に対して４５度傾斜すれば、最大通信距離は
約１/３ｄ*（＝約３．３ｃｍ）になってしまう。

【００４９】しかし、非接触ＩＣ１０をリーダライタ２
０に対して常に平行に配置するのは困難である。例え
ば、スキー場のリフト乗り場では、スキーヤーは不安定
な足場でスキーウェアの上腕部に乗車券である非接触Ｉ
Ｃカード１０を収納してリフト乗り場のリーダライタ２
０にかざさなければならない。また、駅の自動改札口で
は、改札口を通過する人は歩きながら乗車券である非接
触ＩＣカード１０をリーダライタ２０にかざさなければ
ならない。このため、非接触ＩＣカード１０を完全にリ
ーダライタ２０のアンテナ部２４に平行に配置しなくて
も読み取りが可能になることが要求されていた。

【００５０】そこで、本発明の通信システム１Ｂはブー
スター３０のアンテナコイル３２をリーダライタ２０の
アンテナ２１２の法線に対して傾斜して配置して、たと
え非接触ＩＣカード１０がリーダライタ２０に対して傾
斜しても、非接触ＩＣカード１０がブースター３０と交
信できる限りリーダライタ２０との通信距離をｄ*に保
てるようにしている。ブースター３０は、例えば、ヒン
ジ等を利用して物理的にリーダライタ２０に結合される
ことができ、リーダライタ２０に対する傾斜角度αや非
接触ＩＣカード１０に対する傾斜角度βは手動又は自動
的に調節することができる。なお、当業者にとってこの
ような物理的構造を実現することは容易であるため、こ
こでは詳しい説明は省略する。

【００５１】通信システム１Ｂにおいては、非接触ＩＣ
カード１０のアンテナ１４はブースター３０のアンテナ
３２の法線方向にあるときにブースター３０との最大通
信距離を確保することができる。従って、リーダライタ
２０に対して異なる傾斜角度を有する複数のブースター
３０が配置されれば非接触ＩＣカード１０が備えるべき
傾斜角度の制約はそれだけ緩和されることになる。図１
５は、２つのブースター３０を設けた通信システム１Ｂ
の変形例である通信システム１Ｃを示している。この場
合、データは、例えば、リーダライタ２０からどちらか
のブースター３０を介して非接触ＩＣカード１０に転送
される。なお、ブースター３０の数を２以上に増やすこ
とはもちろん可能である。

【００５２】従って、図１５に示す通信システム１Ｃに
おいては、全てのブースター３０はリーダライタ２０の
アンテナ部２４と電磁結合していなければならないが、
非接触ＩＣカード１０には中継に使用されるブースター
３０のみが電磁結合されていればよい。

【００５３】留意すべきことだが、本発明の通信システ
ム１Ｂや１Ｃは、ブースター３０をリーダライタ２０の
真上に配置してはならないということはない。従って、
図１に示す通信システム１においてブースター３０を傾
斜させてもよい。もっとも、この場合には通信距離を延
長するという効果よりは非接触ＩＣカード１０の傾斜角
度を緩和するという効果が強調されることになる。ま
た、ブースター３０は、図９に示すように、非接触ＩＣ
カード１０の上部で傾斜してもよい。この場合にブース
ター３０がリーダライタ２０の真上になくてもよいこと
は言うまでもない。

【００５４】以下、図１６を参照して、本発明の通信シ
ステム１Ｄについて説明する。ここで、図１６は、本発
明の第３実施例の通信システム１Ｄの構成を示す斜視図
である。

【００５５】図６に示すリーダライタ２０の通信可能領
域２２０はリーダライタ２０のアンテナ部２４の真上に
広がっている。しかし、非接触ＩＣカード１０をアンテ
ナ部２４の真上に常に配置することは容易ではない場合
がある。そこで、本発明の通信システム１Ｄは、リーダ
ライタ２０のアンテナ２１２の指向性に基づく通信領域
の制約を緩和して、従来は通信が不可能であったアンテ
ナ部２４外の領域で非接触ＩＣカード１０がリーダライ
タと交信することができるように通信領域を拡大してい
る。

【００５６】図１６を参照するに、リーダライタ２４の
左隣に一つのブースター３０が配置され、右隣に二つの
ブースター３０が配置されている。各ブースター３０の
大きさ及び形状は同一であってもよいし異なっていても
よい。交信においては、非接触ＩＣカード１０が左隣の
ブースター３０の真上の距離ｄ１離れた位置Ｄ１にある
ときはこのブースター３０を介して交信することができ
る。また、リーダライタ１０が右隣のブースター３０の
真上の距離ｄ２離れた位置Ｄ２にあるときはこのブース
ター３０を介して交信することができる。一方、非接触
ＩＣカード１０がリーダライタ２０の最も右の位置Ｄ３
にある時はブースター３０を介してリーダライタ２０と
交信することができる。

【００５７】このように、従来は、非接触ＩＣカード１
０は、リーダライタ２０の真上（例えば、位置Ｄ）にな
ければこれと交信することができなかったが、本発明の
通信システム１Ｄはかかる制約を緩和して、非接触ＩＣ
カード１０が位置Ｄ１乃至Ｄ３のいずれの位置にきても
リーダライタ２０と交信することを可能にしている。

【００５８】また、本発明の通信システム１Ｄは、特徴
的に、複数のブースター３０の協調的に利用してリーダ
ライタ２０の通信可能領域を拡大している。即ち、非接
触ＩＣカード１０が位置Ｄ３にある時はリーダライタ２
０の右隣の２つのブースター３０は協調して非接触ＩＣ
カード１０とリーダライタ２０との交信を補助してい
る。これは、リーダライタ２０のコイル２１２から生じ
る磁束が右隣のブースター３０のコイル３２に鎖交し、
これがまた、更に右隣のブースター３０のコイル３２に
鎖交するといったように、伝搬していくからである。こ
の場合、各アンテナコイル３２の法線方向はアンテナコ
イル２１２の法線方向とほぼ平行であり、直接又は間接
的にこれに電磁結合されている。例えば、アンテナ部２
４の右隣のブースター３０のコイル３２はアンテナ２１
２と直接に電磁結合され、更に右隣のブースター３０の
コイル３２は右隣のブースター３０のコイル３２と直接
に電磁結合され、アンテナ２１２とはかかるコイル３２
を介して間接的に電磁結合されている。

【００５９】理解されるように、図１６に示す通信シス
テム１Ｃにおいては、全てのブースター３０はアンテナ
部２４と直接又は間接的に電磁結合していなければなら
ないが、非接触ＩＣカード１０には中継に使用されるブ
ースター３０のみが電磁結合されていればよい。

【００６０】リーダライタ２０の周りの任意の位置にブ
ースター３０を配置することにより、また、上述した実
施例で開示したブースター３０と適当に組み合わせるこ
とにより、リーダライタ２０の通信距離を所望の範囲に
拡大することができる。なお、一般に、リーダライタ２
０から離れるに従って非接触ＩＣカード１０の通信距離
ｄは小さくなるが、図１又は図９に示すように、別のブ
ースター３０を非接触ＩＣカード１０の上又は下に配置
することにより通信距離を延長することができる。

【００６１】以上、本発明の好ましい実施例について説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないこと
はいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び
変更が可能である。

【００６２】例えば、リーダライタが複数のアンテナ部
を有するようにブースター３０とリーダライタ２０を一
体的に構成した場合の当該リーダライタも本発明の要旨
の範囲内である点に留意しなければならない。図１４を
参照して説明したように、実際の通信システムにおいて
は、ブースター３０とリーダライタ２０とが物理的に結
合している態様でブースター３０が使用される場合が少
なくない。かかるリーダライタを有する通信システムは
本発明のブースターを含んでいないと解釈されるべきで
はなく、本発明のブースター３０とリーダライタ２０の
両方の機能を含んでいるものとして理解されるべきであ
る。そして、かかるリーダライタにおいて、制御インタ
ーフェース２２がそれら複数のアンテナ部のコイルに共
通に接続されてもよい。

【００６３】同様にして、図１６に示す通信システム１
Ｄにおいて、リーダライタが制御インターフェース２２
のみで、アンテナ部２２と全てのブースター３０とを一
体的にブースターと解釈した場合の当該通信システムも
本発明の要旨の範囲内である点に留意しなければならな
い。制御インターフェース２２の代わりに前述の更なる
外部装置が直接にアンテナ部に接続されてもよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明の通信システム及びブースターに
よれば、ブースターは非接触情報媒体と外部装置との無
線通信を中継することができるので、非接触情報媒体は
外部装置と直接に交信できなくてもブースターを介して
外部装置と間接的に交信できればよく、非接触情報媒体
及びそのユーザーにとって通信の自由度が増加する。

【００６５】ブースターの中継的機能は、外部装置と非
接触情報媒体との間の通信距離の増大、及び／又は、非
接触情報媒体に求められる外部装置に対する姿勢及び／
又は位置の制約の緩和などの効果をもたらす。これによ
り、本発明のブースターは従来の通信システムの欠点を
簡易かつ安価に除去することができる。

【００６６】また、本発明の通信システムは複数のブー
スターを有してもよく、各ブースターは外部装置と直接
に電磁結合されるか他のブースターを介して間接的に電
磁結合される。ブースターが他のブースターを介して間
接的に電磁結合される場合には、複数のブースターの強
調動作を通じて非接触情報媒体と外部装置との無線通信
が補助される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の通信システムの構成を
示す斜視図である。

【図２】図１に示す通信システムの非接触ＩＣカード
の構成を示すブロック図である。

【図３】図２に示す非接触ＩＣカードの模式的透視平
面図である。

【図４】図１に示す通信システムのリーダライタの構
成を示すブロック図である。

【図５】図４に示すリーダライタの模式的透視平面図
である。

【図６】図４に示すリーダライタの概観の一例とアン
テナ部が通信することができる通信可能領域の一例を示
す斜視図である。

【図７】本発明の通信システムに適用可能な本発明の
第１実施例のブースターの概観回路構成図である。

【図８】図７の回路を実現するためのより具体的なブ
ースターの透視斜視図である。

【図９】図１に示す通信システムの変形例を示す斜視
図である。

【図１０】本発明の通信システムに適用可能な本発明
の第２実施例のブースターの概観回路構成図である。

【図１１】図１０の回路を実現するためのより具体的
なブースターの透視斜視図である。

【図１２】本発明の第３実施例のブースターの概観回
路構成図である。

【図１３】図１２のブースターの等価回路図である。

【図１４】本発明の第２実施例の通信システムの構成
を示す斜視図である。

【図１５】図１４に示す通信システムの変形例を示す
斜視図である。

【図１６】本発明の第３実施例の通信システムの構成
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１通信システム１０非接触情報媒体１４アンテナ１６ＩＣチップ２０外部装置２２制御インターフェース２４アンテナ部３０ブースター３２送受信コイル３４共振コンデンサ３６基材２１２アンテナ

フロントページの続き (72)発明者杉村詩朗東京都台東区駒形１丁目２番６号株式会社スマートカードテクノロジーズ内Ｆターム(参考） 5B035 AA04 AA11 BA03 BB09 BC00 BC03 CA01 CA12 CA22 CA23 5K012 AB05 AC06 AC08 AC10 AC12 BA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非接触情報媒体と、当該非接触情報媒体と所定のキャリア周波数で無線通信
をすることができる外部装置と、前記非接触情報媒体及び前記外部装置と前記所定のキャ
リア周波数で無線通信をすることができ、前記外部装置
に電磁結合されたブースターとを有し、前記ブースター
は前記非接触情報媒体と前記外部装置との前記無線通信
を中継することができる通信システム。
【請求項２】前記非接触情報媒体は前記無線通信に使
用される第１のアンテナを有し、前記外部装置は前記無線通信に使用される第２のアンテ
ナを有し、前記ブースターは前記無線通信に使用され、前記第２の
アンテナの法線方向に一致している第３のアンテナを有
する請求項１記載の通信システム。
【請求項３】前記非接触情報媒体は前記無線通信に使
用される第１のアンテナを有し、前記外部装置は前記無線通信に使用される第２のアンテ
ナを有し、前記ブースターは前記無線通信に使用され、前記第２の
アンテナの法線方向に対して傾斜している第３のアンテ
ナを有する請求項１記載の通信システム。
【請求項４】前記非接触情報媒体は前記無線通信に使
用される第１のアンテナを有し、前記外部装置は前記無線通信に使用される第２のアンテ
ナを有し、前記ブースターは前記無線通信に使用される第３のアン
テナを有し、前記第１のアンテナは前記第２のアンテナ
の法線から離間した位置において前記第２のアンテナと
前記第３のアンテナを介して前記無線通信を行うことが
できる請求項１記載の通信システム。
【請求項５】前記通信システムは複数の前記ブースタ
ーを有し、少なくとも当該ブースターの１つは他のブー
スターのいずれか一つを介して前記外部装置に間接的に
電磁結合している請求項１記載の通信システム。
【請求項６】前記第３のアンテナの法線方向は、前記
第２のアンテナの法線方向とほぼ平行である請求項４記
載の通信システム。
【請求項７】基材と、当該基材に結合して、前記非接触情報媒体及び前記外部
装置と所定のキャリア周波数で無線通信をすることがで
き、前記外部装置に電磁結合された通信部とを有するブ
ースター。
【請求項８】前記通信部は、前記キャリア周波数に共
振することができる共振回路を有する請求項７のブース
ター。
【請求項９】前記通信部は、前記キャリア周波数に共
振することができる複同調回路を有する請求項７のブー
スター。
【請求項１０】前記通信部は、電源と、当該電源に接
続された増幅器とを有する請求項７記載のブースター。
【請求項１１】前記非接触情報媒体は、メモリと通信
部とを有する請求項１記載の通信システム。
【請求項１２】前記非接触情報媒体は、ロジック制御
部と通信部とを有する請求項１記載の通信システム。
【請求項１３】前記非接触情報媒体は、メモリと、ロ
ジック制御部と、通信部とを有する請求項１記載の通信
システム。
【請求項１４】前記非接触情報媒体は、ＣＰＵを更に
有する請求項１１乃至１４のうちいずれか１項記載の通
信システム。