JP2000148932A - リーダまたは/およびライタ装置およびそれを用いたicカードシステム - Google Patents

リーダまたは/およびライタ装置およびそれを用いたicカードシステム

Info

Publication number
JP2000148932A
JP2000148932A JP10323150A JP32315098A JP2000148932A JP 2000148932 A JP2000148932 A JP 2000148932A JP 10323150 A JP10323150 A JP 10323150A JP 32315098 A JP32315098 A JP 32315098A JP 2000148932 A JP2000148932 A JP 2000148932A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
card
reader
antenna
writer device
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10323150A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichi Kamisaka
晃一 上坂
Taku Suga
卓 須賀
Masami Makuuchi
雅巳 幕内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10323150A priority Critical patent/JP2000148932A/ja
Publication of JP2000148932A publication Critical patent/JP2000148932A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、リー
ダまたは/およびライタ装置からの所望の通信距離以下
においてICカードが動作するほどの十分な電力を伝送
し、かつこの所望の通信距離よりも遠方となる電界強度
を抑制することにある。 【解決手段】本発明は、上記目的を達成するために、I
Cカードへ少なくとも電力の供給を行うリーダまたは/
およびライタ装置であって、電磁波を放射するアンテナ
と該アンテナに電流を供給する供給回路と該アンテナと
該供給回路との間に接続されたコンデンサとを有する回
路の共振周波数が、該ICカードが存在しない場合に、
該リーダまたは/およびライタ装置から該ICカードへ
信号を送信する搬送波周波数よりも高くなるように構成
されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,例えばキャッシュ
ディスペンサー,電子マネー,自動改札システム,入退
室管理システム,公衆電話機等におけるキャッシュカー
ド,クレジットカード,乗車券,定期券,回数券,管理
カード,IDカード,免許証,テレホンカード等の近接
無線カードとの間において近接無線動作用電力伝送およ
び通信を行うリーダまたは/およびライタ装置やICカ
ードシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来,光または磁界を用いて電力供給側
から近接無線カード(以下、ICカードと略す)に対し
て非接触で電力を供給することは知られている。例えば
駅の改札口やバスや入退口等において使用するキャッシ
ュカード、クレジツトカード、乗車券や定期券等をIC
カード化し、このICカードを使用者が駅の改札口やバ
スや入退口等に備えられたリーダ/ライタに対して非接
触で通過させるシステムが知られている。
【0003】図2は、改札口やバスや入退口や所定の場
所に備えられたリーダ/ライタユニット11(以下、R/
Wユニットと略す。)からICカード12に対して無線
によって電力を伝送すると共に所望のデータ通信を行う
システムの概略構成図である。なお、図示していない
が、R/Wユニット11とICカード12には、それぞれ
コイルアンテナが形成されている。
【0004】このようなシステムにおいて、R/Wユニッ
ト11では、R/Wユニット11のコイルアンテナから電
力搬送波やデータ通信波となる電磁波を放射し、ICカ
ード12では、ICカード12のコイルアンテナにより
この電磁波を受信し、電圧を誘起してカード側回路を動
作させている。
【0005】この技術に関連する公知例としては、特開
平5−217032号公報等が挙げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の近接無
線カードシステムでは、 R/Wユニット11のコイル
アンテナから放射される放射電界を電波法に規定する規
制値(距離3mにおいて500μV/m)内に収めなけ
ればならない。
【0007】放射電界を抑制するには、R/Wユニット
11のコイルアンテナを駆動する電流値を制限すれば良
いのであるが、単にR/Wユニット11の電流値を制限
するだけでは、その放射電界を受けるICカードに対し
て十分な電力を供給することが難しくなる。すなわち、
従来の近接無線カードシステムでは、R/Wユニット1
1からの所望の通信距離における十分な電力伝送と、こ
の所望の通信距離よりも遠方となる電界強度の抑制(電
波法の遵守)と言った相反する課題を同時に解決する必
要があった。
【0008】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
リーダまたは/およびライタ装置からの所望の通信距離
以下においてICカードが動作するほどの十分な電力を
伝送し、かつこの所望の通信距離よりも遠方となる電界
強度を抑制することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ICカードへの電力搬送波を出力するア
ンテナと、該アンテナに電流を供給する供給回路と、該
アンテナと該供給回路との間に接続されたコンデンサと
を備えたリーダまたは/およびライタ装置であって、I
Cカードが存在しない場合の該アンテナと該供給回路と
該コンデンサとを有する回路の共振周波数が該アンテナ
から出力される電力搬送波の周波数よりも高くなるよう
に構成されたものである。
【0010】また、前記アンテナが前記電力搬送波とと
もに該電力搬送波を変調したデータ通信変調波を出力す
るリーダまたは/およびライタ装置であって、前記共振
周波数が前記データ通信変調波のほぼ中心となる周波数
よりも高くなるように構成されたものである。
【0011】また、前記共振周波数を14メガヘルツ以
上24メガヘルツ以下に設定したものである。
【0012】また、前記リーダまたは/およびライタ装
置の有するQ値を5以上20以下に設定したものであ
る。
【0013】また、ICカードへの電力搬送波を出力す
るリーダまたは/およびライタ装置であって、該ICカ
ードが存在しない場合の該リーダまたは/およびライタ
装置を構成する回路の共振周波数が該電力搬送波の有す
る周波数よりも高くなるように構成されたものである。
【0014】また、ICカードへ電力を供給する電力搬
送波とともに該電力搬送波を変調したデータ通信変調波
を送信するリーダまたは/およびライタ装置であって、
該ICカードが存在しない場合の該リーダまたは/およ
びライタ装置を構成する回路の共振周波数が該電力搬送
波を変調した変調速度から決定されるサブキャリアの周
波数よりも高くなるように構成されたものである。
【0015】また、ICカードへの電力搬送波を出力す
るアンテナと、該アンテナに電流を供給する供給回路
と、該アンテナと該供給回路との間に接続されたコンデ
ンサとを備えたリーダまたは/およびライタ装置におい
て、ICカードが存在しない場合の該アンテナと該供給
回路と該コンデンサとを有する回路の共振周波数を該ア
ンテナから出力される搬送波の周波数よりも高く設定で
きるように該コンデンサを容量可変に構成したものであ
る。
【0016】また、前記コンデンサの有する最大容量値
を設定した場合に、前記共振周波数が前記搬送波の周波
数とほぼ等しくなるように構成されたものである。
【0017】また、前記アンテナがスパイラル状もしく
はコイル状に形成されたものである。
【0018】また、前記ICカードが通信可能な距離範
囲に存在した場合に、前記共振周波数と前記電力搬送波
の周波数とをほぼ等しくしたものである。
【0019】また、ICチップを有するICカードと、
該ICカードへ電力搬送波を出力するリーダまたは/お
よびライタ装置とを備えたICカードシステムにおい
て、該ICカードが該リーダまたは/およびライタ装置
との通信可能な距離範囲に存在した場合に、該リーダま
たは/およびライタ装置の有する回路の共振周波数と該
リーダまたは/およびライタ装置の出力する電力搬送波
の周波数とをほぼ等しくしたものである。
【0020】また、前記リーダまたは/およびライタ装
置が前記ICカードへの電力搬送波を出力するアンテナ
と、該アンテナに電流を供給する供給回路と、該アンテ
ナと該供給回路との間に接続されたコンデンサとを備
え、前記ICカードが存在しない場合の該アンテナと該
供給回路と該コンデンサとを有する回路の共振周波数が
該アンテナから出力される電力搬送波の周波数よりも高
くなるように構成したものである。
【0021】また、前記アンテナが前記電力搬送波とと
もに該電力搬送波を変調したデータ通信変調波を出力す
るリーダまたは/およびライタ装置であって、前記共振
周波数が前記データ通信変調波のほぼ中心となる周波数
よりも高くなるように構成されたものである。
【0022】また、前記共振周波数を14メガヘルツ以
上24メガヘルツ以下に設定したものである。
【0023】また、前記リーダまたは/およびライタ装
置の有するQ値を5以上20以下に設定したものであ
る。
【0024】また、前記リーダまたは/およびライタ装
置が前記ICカードへの電力搬送波を出力するアンテナ
と、該アンテナに電流を供給する供給回路と、該アンテ
ナと該供給回路との間に接続されたコンデンサとを備
え、前記ICカードが前記リーダまたは/およびライタ
装置との通信可能な距離範囲に存在した場合に、前記リ
ーダまたは/およびライタ装置の有する回路の共振周波
数と前記リーダまたは/およびライタ装置の出力する電
力搬送波の周波数とをほぼ等しく設定できるように該コ
ンデンサを容量可変に構成したものである、また、前記
容量可変に構成したコンデンサを用いて、前記ICカー
ドが存在しない場合の該アンテナと該供給回路と該コン
デンサとを有する回路の共振周波数を該アンテナから出
力される搬送波の周波数よりも高く設定したものであ
る。
【0025】
【発明の実施の形態】我々は、 R/Wユニットの有す
る共振周波数と、R/WユニットからICカードへ伝送
する電力搬送波の周波数との関係に着目して前述の目的
を達成することとした。以下、図面を用いて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0026】図1は、R/Wユニット11とICカード
12との間の電力伝送系についてモデル化したものであ
る。図においては、401は電源、402は電源系のイ
ンピーダンス、403は電源供給の効率向上のために共
振のためのコンデンサ、404はR/Wアンテナ101
における線路の損失としての抵抗、405はR/Wアン
テナ101におけるスパイラルまたはコイル形状による
インダクタンス、406はカードアンテナ201におけ
るスパイラルまたはコイル形状によるインダクタンス、
407はカードアンテナ201における線路の損失とし
ての抵抗、408は受信効率向上の為に共振のためのコ
ンデンサ、409はIC、412はアンテナ間のインダ
クタンス結合である。
【0027】まず、従来の通信システムの問題点を図1
に示すモデルを用いたシミュレーション結果により説明
する。従来の通信システムにおいてはICカードが無い
状態において共振周波数と電力搬送波の周波数とがほぼ
等しく設定されている。そのシミュレーション結果を図
3、図4に示す。
【0028】図3は、R/Wユニット11とICカード
12との距離dzに対するICカード12の有するIC
409端における受信電圧VRL411を示したものであ
る。またR/Wユニット11の共振用コンデンサ403
を調節して,共振周波数は電力搬送波と同じ周波数(1
3.56MHz)に設定したものである。
【0029】図から分かるように、共振周波数を電力搬
送波と同じ周波数(13.56MHz)とすると、R/
Wユニット11とICカード12との距離dzが8〜3
0mmであればICは動作するのに十分な電圧(3.3V以
上)を誘起させることができるので通信可能であるが、
8mm以内に近接するとICを動作するのに十分な電圧
(3.3V)が得られなくなってしまう。
【0030】この場合にICを動作させるには,距離0
mmにおける電圧VRLをIC409の動作電圧である
3.3V以上になるように電源401の出力を上げなけ
ればならない。しかし、電源401の出力を上げると,
受信電圧の最大値が距離18mmの点で6.7Vとなり
(図示せず)、Q値の大きな(受信効率の良い)カード
アンテナ201を用いたICカードの場合,そのICの
耐圧を越える可能性がある。なお、Q値とは図9に示す
ようにピーク値となる周波数fcとした場合、そのピー
ク値の2分の1となる値の周波数間の幅wとの関係から
Q=fc/wにより算出するものである。
【0031】図4は、図3に示した条件においてICカ
ード12が無い場合、R/Wユニット11とICカード
12との距離が2,10,20,30mmの高さにある
場合のR/Wユニット11のアンテナコイル405を流
れる電流の周波数特性410である。
【0032】R/Wユニット11のアンテナコイル40
5を流れる電流は、図4に示す周波数特性のうちの電力
搬送波周波数である13.56MHzの成分なので、I
Cカード12が無い場合とdz=30mmにおいて電波
法の規制値(54dBμV/m:R/Wユニット11か
ら3mの距離における電界強度)を越えてしまう。この
ため,電波法を満足するためにはR/Wユニット11の
アンテナコイル405を流れる電流の値を約半分にする
必要があるが、図3からも分かるように電流値を半分に
下げるとIC409端における受信電圧411も半分の
値となり,ICを動作させることが出来なくなってしま
う。なお、R/Wユニット11の有する共振周波数はI
Cカードが無い状態において電力搬送波の周波数とほぼ
等しいが、この共振周波数はICカードの距離に応じて
変化する。
【0033】このように、ICカードが無い状態におい
て共振周波数を電力搬送波と同じ周波数(13.56M
Hz)とした従来の通信システムにおいては、dz=0
mmからの所望の通信距離内においてICカードの有す
るICを正常に動作させようとすると、R/Wユニット
11から3mの距離における電界強度が電波法の規制値
(54dBμV/m)を越えてしまう可能性があった。
言い換えるならば、ICカードが無い状態において共振
周波数を電力搬送波と同じ周波数(13.56MHz)
とした従来の通信システムでは、リーダまたは/および
ライタ装置からの所望の通信距離以下においてICカー
ドが動作するほどの十分な電力を伝送し、かつこの所望
の通信距離よりも遠方となる電界強度を抑制することが
難しかった。
【0034】そこで我々は、ICカードが無い状態にお
いてR/Wユニットの有する共振周波数を電力搬送波の
周波数を上回る値に設定することで、上記問題点を解決
することとした。
【0035】図5は、R/Wユニット11とICカード
12との距離dzに対するICカード12の有するIC
409端における受信電圧411を示したものであり、
R/Wユニット11の共振用コンデンサ403を調節し
て,ICカードが無い状態において共振周波数が電力搬
送波の周波数(13.56MHz)を上回る周波数(1
5.50MHz)で共振するように設定している。
【0036】図から分かるように,ICカードが無い状
態において共振周波数が電力搬送波(13.56MH
z)を上回る周波数(15.50MHz)に設定した場
合,最大通信距離は約15mmと短いものの,ICカー
ド12と密着する0〜15mmにおいては、IC409
の動作電圧(3.3V)を上回る電圧が得られるようにな
る。
【0037】図6は、図5に示した条件においてICカ
ード12が無い場合、R/Wユニット11とICカード
12との距離が2,10,20,30mmの高さにある
場合のR/Wユニット11のアンテナコイル405を流
れる電流の周波数特性410を示す。
【0038】電力搬送波周波数(13.56MHz)に
おける電流値は、ICカードが無い状態において共振周
波数が電力搬送波の周波数(13.56MHz)を上回
る周波数で共振するように設定されているので、いずれ
の場合も電波法遵守電流値上限を満足することとなる。
【0039】また、ICカードとの距離が近づくにつれ
てR/Wユニット11の有する共振周波数が減少してい
くが、本実施例においてはdz=10mmにおいてR/
Wユニット11の有する共振周波数が電力搬送波周波数
とほぼ等しくなるように設定した。これによって所望の
通信距離において最も電力伝送効率を良くすることがで
きた。従って、所望の通信距離においてR/Wユニット
11の有する共振周波数が電力搬送波周波数とほぼ等し
くなるように、ICカードが無い状態における共振周波
数を電力搬送波周波数よりも大きく設定することが電力
伝送効率を向上させる上で好ましいこととなる。
【0040】図11は、図3と図5とを比較して本実施
例をさらに詳細に説明したものである。 R/Wユニッ
ト11とICカード12との距離dzに対するICカー
ドの有するIC409端における受信電圧411の周波
数特性は、 大まかにはR/Wユニット11とICカー
ド12との間の結合による第一の成分と、R/Wユニッ
ト11とICカード12との距離に応じて共振周波数が
シフトすることにより生ずる第二の成分とで決定され
る。
【0041】R/Wユニット11とICカード12との
間の結合による第一の成分は、 R/Wユニット11と
ICカード12との距離が近いほど、ICカードの受信
効率が向上することに起因するものであり、従来システ
ムにおいても本発明においても共通の傾向を示すもので
ある。一方、R/Wユニット11とICカード12との
距離に応じて共振周波数がシフトすることにより生ずる
第二の成分は、どの距離において最大伝送効率となるピ
ークを設定するかでその特性が大きく異なる。
【0042】従来のシステムでは、ICカードが無い状
態、すなわち通信距離∞において最大伝送効率となるよ
うに設定しているため、R/Wユニット11とICカー
ド12との距離が近づくにつれて伝送効率は徐々に低下
していき、特に数mm程度になると急激に伝送効率は低
下するような特性となっていた。そのため、結果として
第一の成分による効率向上分を第二の成分により相殺
し、IC409端における受信電圧411の周波数特性
は、0mm近傍ではICカードを動作させるための所定
値を満足できなくなっていた。これに対して本実施例
は、R/Wユニット11とICカード12との距離が1
0mmにおいて最大伝送効率となるように設定している
ので、従来例に比べて0mm近傍での第二の成分による
伝送効率の低下は抑制でき、結果として図のような周波
数特性となったものである。
【0043】以上のように、ICカードが無い状態にお
いて共振周波数を電力搬送波(13.56MHz)とほ
ぼ等しくした場合、0〜8mmの通信範囲においてIC
を動作させるのに十分な電圧を得ることができなかった
が、電力搬送波を上回るように共振周波数を設定すれ
ば、近接した領域においてICカードを駆動するのに十
分な電圧を供給することが可能となった。また、その電
界強度は、共振周波数を電力搬送波(13.56MH
z)にした場合の電界強度の約半分となり、電波法を満
足する値とすることができた。特に所望の通信距離にお
いてR/Wユニット11の共振周波数が電力搬送波の周
波数とほぼ等しくなるように設定することが電力伝送効
率を向上させる上で好ましい。
【0044】すなわち、R/Wユニット11の共振周波
数を電力搬送波の周波数よりも大きくするだけで、R/
Wユニット11近傍(前述の例においては0〜15m
m)に位置するICカードに対して十分な電圧を供給す
ることが可能となり、またその場合に放射される電界の
電界強度を抑制することも可能となった。言い換えるな
らば、 R/Wユニット11の共振周波数を電力搬送波
の周波数よりも大きくするだけで、R/Wユニット11
からの所望の通信距離(近傍)における十分な電力伝送
と、電波法に規定される遠方界を抑制することが可能と
なった。
【0045】次に、さらに好ましい他の実施例について
説明する。
【0046】従来の通信システムでは、図7に示す変調
波を用いて電力伝送やデータ通信を行っている。図7
は、13.56[MHz]の電力搬送波を通信速度α[kb
ps]、変調度β[%]により振幅変調、例えばASK変
調したものである。そのデータ通信変調波は、サブキャ
リアα/2(13.56± α/2=fc+fs)、サブキ
ャリアにおける振幅b=α×a/100となる。このよ
うな電力搬送波とデータ通信変調波により所望のデータ
通信を行う。なお、fcは電力搬送波の周波数であり、
fsはデータ通信変調波成分の基本周波数である。
【0047】図8は、電力搬送波に対してR/Wユニッ
ト11の有する共振周波数を変化させた図である。
【0048】変調度が最大となる100%ASKの場
合、b/a=0.5となる。この場合、電力搬送波とデータ
通信変調波の放射成分が同じレベルになるのは、R/W
ユニット11の有する共振周波数をfc+fsに設定し
(図8Bの場合)、アンテナのQがQ=fc/2fsの
場合である。
【0049】ここで、R/Wユニット11の有する共振
周波数をfc+fs以下fc以上に設定すると(図8A
の場合)、データ通信変調波成分が規制値を越え、電波
法を満足することができない。一方、R/Wユニット1
1の有する共振周波数をfc+fs以上に設定すると
(図8Cの場合)、電力搬送波とデータ通信変調波の両
成分共に規制値を下回り、電波法を満足することが可能
となる。
【0050】すなわち、R/Wユニット11の有する共
振周波数の周波数特性はピーク値を有する山状の特性な
ので、R/Wユニット11の有する共振周波数を電力搬
送波周波数fcよりも大きくするにつれて、電力搬送波
周波数fcにおけるR/Wユニットの電力伝送に関する
出力電流Iは徐々に小さくなっていく。一方、データ通
信変調波のピーク値となる周波数fc+fsに対して
は、この共振周波数が近づくこととなり、電力搬送波周
波数fcにおけるR/Wユニットの電力伝送に関する出
力電流Iは徐々に大きくなっていく。そして、 R/W
ユニット11の有する共振周波数がデータ通信変調波の
ピーク値となる周波数fc+fsを超えると、電力伝
送、信号伝送ともに出力電流Iは小さくなっていき、電
波法をより遵守する方向へと進む。
【0051】これによって、 R/Wユニット11の有
する共振周波数をfc+fs以上とすることで、電力搬
送波とデータ通信変調波が混在するような場合であって
も、十分な電力伝送と電波法の遵守と言った相反する課
題を同時に満足させることが可能となる。
【0052】なお、これまでの説明は、図8に示すアン
テナのQ(=fc/2fs )よりもブロードな場合であ
っても適用することができる。これは、図8に示す条件
が電力伝送とデータ通信の両方を満足させる最低限の条
件であるためである。すなわち、図8に示すQ値よりも
ブロードにアンテナを設計したとしても、 R/Wユニ
ット11の有する共振周波数をfc+fs以上とする場
合に電波法を満足させることが容易となり、同様に変調
度を100%以下にしたとしても、 R/Wユニット1
1の有する共振周波数をfc+fs以上とする場合に電
波法を満足させることが容易となる。例えば、Q=5〜
20のような比較的ブロードなQ値を有する変調波であ
ったとしても、 R/Wユニット11の有する共振周波
数を14メガヘルツ〜24メガヘルツぐらいに設定する
ことで、十分な電力伝送と電波法の遵守と言った相反す
る課題を同時に満足させることが可能となることが確認
されている。
【0053】このように積極的にR/Wユニット11の
有する共振周波数をfc+fs以上とすることで、十分
な電力伝送と電波法の遵守と言った相反する課題を同時
に満足させることが容易となる。
【0054】なお、この場合も所望の通信距離において
R/Wユニット11の共振周波数が電力搬送波の周波数
とほぼ等しくなるように設定することが好ましい。
【0055】次に、図10は、図1に示した回路モデル
を具体化したものである。なお、この構成は、R/Wユ
ニット11に設けられたR/Wアンテナ101と近接無
線カード2に形成されたカードアンテナ201との間
で、図7に示す電力搬送波およびデータ通信変調波から
なる電磁波(無線)を使って電力の伝送および通信の送
受信の両方を行う場合のものである。また、この電力搬
送波とデータ通信変調波を各々別のアンテナにより送信
することも考えられるが、図10においては、非接触カ
ード12を簡素化するために単一のアンテナ(R/Wア
ンテナ)101により送信するように構成した。また、
実際にシステムを構成する場合、R/Wユニット11と
ICカード12とのそれぞれ特性に応じて共振周波数を
自由に設定しなければならないので、本実施例ではR/
Wユニット11の有するコンデンサを容量可変コンデン
サとした。
【0056】図10に示すシステムは、以下のように構
成される。
【0057】即ち、R/Wユニット11は、13.56
MHzの高周波数の電圧を発生する電源105と、近接
無線カード12へ送信するための入力された送信データ
(DATA)106を符号化する符号化回路107と、
上記電源105から発生した13.56MHzの高周波
数の電圧上に上記符号化回路107で符号化された信号
で振幅変調(Amplitude Shift Keying 変調)を重畳させ
る(掛ける)変調器108と、該変調器108で13.
56MHzの高周波数の電圧上にASK変調された信号
を増幅する送信アンプ109と、該送信アンプ109で
増幅された信号をインダクタンス結合103により結合
させ、容量可変の共振コンデンサ104を有してインピ
ーダンスをマッチングさせて反射防止をするための整合
回路(給電回路)102と、該整合回路102の出力に
応じて電力の伝送およびデータの送信を行うべく電磁波
を発生し、近接無線カード12のカードアンテナ201
から電磁波によって送信されてきたデータを受信するR
/Wアンテナ101と、該R/Wアンテナ101で受信
した信号を整合回路102で整合させてインダクタンス
結合103により生じた信号からノイズ成分を取り除く
フィルタ回路110と、該フィルタ回路110を通して
得られる信号を増幅する受信アンプ111と、該受信ア
ンプ111で増幅された信号を電源105から得られる
13.56MHzの高周波数の電圧信号を用いて復調す
る復調器112と、該復調器112で復調された信号を
復号化して受信データ(DATA)114として出力す
る復号化回路113とを備えている。そして、送信デー
タ106および受信データ114はネットワークを介し
てホストコンピュータに接続されている。
【0058】ここで、R/Wアンテナ101に電流供給
する供給回路は、整合回路(給電回路)102と、イン
ダクタンス結合103と、電源105と、符号化回路1
07と、変調器108と、送信アンプ109と、フィル
タ回路110と、受信アンプ111と、復調器112
と、復号化回路113とを含む回路が該当する。言い換
えるならば、 共振コンデンサ104と、R/Wコイル
101を除く回路と言うこともできる。従って、共振コ
ンデンサ104は、 R/Wコイル101と供給回路と
の間に接続される。
【0059】近接無線カード12は、R/Wユニット1
1のR/Wアンテナ101から電力の伝送およびデータ
の送信を行うべく発生した電磁波を受信し、ロードスイ
ッチング変調された送信データに応じた電磁波を発生す
るカードアンテナ201と、該カードアンテナ201で
受信した13.56MHzの電力については整流し、送
受信信号についてはインピーダンスをマッチングさせて
整合する整合・整流回路203と該整合・整流回路20
3から整流された誘起電圧から5mW程度で2〜5V程
度の一定の直流電圧電源205として供給する電源回路
204と上記整合・整流回路203から得られる受信信
号からクロックを抽出するクロック抽出回路206と上
記整合・整流回路203から得られる受信信号からノイ
ズ成分を取り除くLPF回路207と該LPF回路20
7から得られる受信信号を波形成形する波形成形回路2
08と送信信号をロードスイッチング変調させてカード
コイル201に供給するロードスイッチング変調回路2
09とを有する無線チップ202と、該無線チップ20
2のクロック抽出回路206で抽出されたクロック信号
に基いて分周してマイコン214を働かせる信号を生成
する分周回路211と無線チップ202の波形成形回路
208から得られる信号を復号化して復号化データ(受
信データ)としてマイコン(CPU)214へ入力する
復号化回路212とマイコン214から得られる送信デ
ータを符号化して無線チップ202のロードスイッチン
グ変調回路209へ入力する符号化回路216とカード
としての情報を記憶するメモリを内蔵して送受信データ
の処理およびメモリとの間のデータの転送等を行うH8
等のマイコン(CPU)214とを有し、上記無線チッ
プ202の電源回路204から安定した電源205の供
給を受けるCPU等(CPU+インターフェース)のチ
ップ210とを備えている。
【0060】なお、電力を電磁波(無線)で伝送するた
めにR/Wアンテナ101とカードアンテナ201を用
いたのは、磁気結合を利用した電磁誘導により電力伝送
の効率を向上させるためである。また近接無線カード1
2にスパイラル状のアンテナ201を形成した場合、近
接無線カード12の変形に強い利点がある。またR/W
アンテナ101とカードアンテナ201ともにコイルで
形成しても良い。
【0061】以上の構成により、 R/Wユニット11
に対してICカード12を数cm程度以下で近接させる
ことによって、 R/Wユニット11とICカード12
との間において、無線によって電力を伝送し、更に無線
によって情報の送受信(通信)が行われることになる。
【0062】そして、この通信システムにおいては、R
/Wユニット11に対してICカード12を数cm程度
以下の範囲においてICカードに十分な電力を供給でき
るように、R/Wユニット11の電源105を13.5
6MHzに設定してR/Wコイル101から放射される
電力搬送波の周波数を13.56MHzとし、かつIC
カードが無い状態においてR/Wユニット11の有する
共振周波数を電力搬送波の周波数(13.56MHz)
よりも大きくなるように共振コンデンサ104等を設定
している。すなわち、図4や図5の特性となるようにR
/Wユニット11の有する共振周波数を設定している。
この場合、共振コンデンサ104を容量可変に構成して
いるので、システム構成に応じて所望の周波数特性とな
るようにすることが可能となる。
【0063】なお、共振コンデンサ104の容量を可変
としても必ず電力搬送波の周波数よりも高くなるよう
に、共振コンデンサ104の有する最大容量値を設定し
た場合に前記共振周波数が前記搬送波の周波数とほぼ等
しくなるように共振コンデンサ104の有する最大容量
値を決定することが好ましい。
【0064】このような電力搬送波と共振周波数の関係
を保つことにより、近接されるICカード12に対して
電磁波(無線)を使って電力伝送するR/Wユニット1
1において、そのアンテナコイル101から放射される
電磁波が全方位について電波法の規制値を満足でき、し
かも近接されるICカード12が安定して動作する程度
の電力を供給することができる。
【0065】これまでの説明では、図1においてR/W
ユニットに設けられた共振コンデンサ403を電源40
1に対して直列接続した回路モデルであるが、並列接続
した回路モデルであっても同様の結果が得られる。同様
にICカードに設けられた共振コンデンサ408をIC
に対して並列接続した回路モデルであるが、直列接続し
た回路モデルであっても同様の結果が得られる。
【0066】
【発明の効果】本発明によれば、 R/Wユニットに対し
て所望の通信距離以下においてICカードが動作するほ
どの十分な電力が伝送でき、かつこの所望の通信距離よ
りも遠方となる電界強度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリーダまたは/およびライタ装置
と近接無線カード(ICカード)との間において無線に
よって電力伝送し、無線によって通信を行う装置(シス
テム)の電力伝送にのみ着目したモデルである。
【図2】従来のリーダまたは/およびライタ装置と近接
無線カード(ICカード)との間において無線によって
電力伝送し、無線によって通信を行う装置(システム)
のシステム図である。
【図3】従来のリーダまたは/およびライタ装置と近接
無線カード(ICカード)との間の距離に対するカード
上IC端子の誘起電圧を示したものである。
【図4】従来のリーダまたは/およびライタ装置上のア
ンテナを流れる電流において,近接無線カード(ICカ
ード)の有無,およびその間の距離を変えた場合の周波
数特性を示したものである。
【図5】本発明に係るリーダまたは/およびライタ装置
と近接無線カード(ICカード)との間の距離に対する
カード上IC端子の誘起電圧を示したものである。
【図6】本発明に係るリーダまたは/およびライタ装置
上のアンテナを流れる電流において,近接無線カード
(ICカード)の有無,およびその間の距離を変えた場
合の周波数特性を示したものである。
【図7】本発明に係る電力搬送波とデータ通信変調波と
の関係を示す図である。
【図8】本発明に係る電力搬送波とデータ通信変調波と
の関係を示す図である。
【図9】Q値を説明する図である。
【図10】本発明に係るリーダまたは/およびライタ装
置と近接無線カード(ICカード)との間において無線
によって電力伝送し、無線によって通信を行う装置(シ
ステム)の一実施の形態を示す構成図である。
【図11】リーダまたは/およびライタ装置と近接無線
カード(ICカード)との間の距離に対するカード上I
C端子の誘起電圧の成分を比較した図である。
【符号の説明】
11…リーダ/ライタユニット、12…近接無線カード
(ICカード:非接触カード)、101…リーダライタ
アンテナ、102…整合回路(給電回路)、104…共
振コンデンサ、105…電源、107…符号化回路、1
08…変調器、109…送信アンプ、110…フィルタ
回路、111…受信アンプ、112…復調器、113…
復号化回路、201…カードアンテナ、202…無線チ
ップ、203…整合・整流回路、204…電源回路、2
06…クロック抽出回路、207…LPF回路、208
…波形整形回路、209…ロードスイッチング回路、2
10…CPU等のチップ(CPU+インターフェースチ
ップ)、211…分周回路、212…復号化回路、21
4…マイコン(CPU)、216…符号化回路,401
…電源,402…電源インピーダンス,403…共振用
コンデンサ,404…リーダ/ライタ用アンテナ抵抗,
405…リーダ/ライタ用アンテナインダクタンス,4
06…カード用アンテナインダクタンス,407…カー
ド用アンテナ抵抗,408…共振用コンデンサ、409
…ICチップ、412…リーダ/ライタ用アンテナ−カ
ード用アンテナ間相互インダクタンス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幕内 雅巳 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 Fターム(参考) 5B058 CA15 CA17 CA22 5K011 DA02 DA12 EA06 GA05 GA06 JA00 JA01 KA03 KA04 5K012 AB05 AC06 BA02 5K025 AA01 BB10 EE25

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ICカードへの電力搬送波を出力するアン
    テナと、該アンテナに電流を供給する供給回路と、該ア
    ンテナと該供給回路との間に接続されたコンデンサとを
    備えたリーダまたは/およびライタ装置であって、 ICカードが存在しない場合の該アンテナと該供給回路
    と該コンデンサとを有する回路の共振周波数が該アンテ
    ナから出力される電力搬送波の周波数よりも高くなるよ
    うに構成されたことを特徴とするリーダまたは/および
    ライタ装置。
  2. 【請求項2】前記アンテナが前記電力搬送波とともに該
    電力搬送波を変調したデータ通信変調波を出力するリー
    ダまたは/およびライタ装置であって、前記共振周波数
    が前記データ通信変調波のほぼ中心となる周波数よりも
    高くなるように構成されたことを特徴とする請求項1記
    載のリーダまたは/およびライタ装置。
  3. 【請求項3】前記共振周波数を14メガヘルツ以上24
    メガヘルツ以下に設定したことを特徴とする請求項1又
    は2記載のリーダまたは/およびライタ装置。
  4. 【請求項4】前記リーダまたは/およびライタ装置の有
    するQ値を5以上20以下に設定したことを特徴とする
    請求項3記載のリーダまたは/およびライタ装置。
  5. 【請求項5】ICカードへの電力搬送波を出力するリー
    ダまたは/およびライタ装置であって、 該ICカードが存在しない場合の該リーダまたは/およ
    びライタ装置を構成する回路の共振周波数が該電力搬送
    波の有する周波数よりも高くなるように構成されたこと
    を特徴とするリーダまたは/およびライタ装置。
  6. 【請求項6】ICカードへ電力を供給する電力搬送波と
    ともに該電力搬送波を変調したデータ通信変調波を送信
    するリーダまたは/およびライタ装置であって、 該ICカードが存在しない場合の該リーダまたは/およ
    びライタ装置を構成する回路の共振周波数が該電力搬送
    波を変調した変調速度から決定されるサブキャリアの周
    波数よりも高くなるように構成されたことを特徴とする
    リーダまたは/およびライタ装置。
  7. 【請求項7】ICカードへの電力搬送波を出力するアン
    テナと、該アンテナに電流を供給する供給回路と、該ア
    ンテナと該供給回路との間に接続されたコンデンサとを
    備えたリーダまたは/およびライタ装置において、 ICカードが存在しない場合の該アンテナと該供給回路
    と該コンデンサとを有する回路の共振周波数を該アンテ
    ナから出力される搬送波の周波数よりも高く設定できる
    ように該コンデンサを容量可変に構成したことを特徴と
    するリーダまたは/およびライタ装置。
  8. 【請求項8】前記コンデンサの有する最大容量値を設定
    した場合に、前記共振周波数が前記搬送波の周波数とほ
    ぼ等しくなるように構成されたことを特徴とする請求項
    7記載のリーダまたは/およびライタ装置。
  9. 【請求項9】前記アンテナがスパイラル状もしくはコイ
    ル状に形成されたことを特徴とする請求項1から8のい
    ずれかに記載のリーダまたは/およびライタ装置。
  10. 【請求項10】前記ICカードが通信可能な距離範囲に
    存在した場合に、前記共振周波数と前記電力搬送波の周
    波数とをほぼ等しくしたことを特徴とする請求項1から
    9のいずれかに記載のリーダまたは/およびライタ装
    置。
  11. 【請求項11】ICチップを有するICカードと、 該ICカードへ電力搬送波を出力するリーダまたは/お
    よびライタ装置とを備えたICカードシステムにおい
    て、 該ICカードが該リーダまたは/およびライタ装置との
    通信可能な距離範囲に存在した場合に、該リーダまたは
    /およびライタ装置の有する回路の共振周波数と該リー
    ダまたは/およびライタ装置の出力する電力搬送波の周
    波数とをほぼ等しくしたことを特徴とICカードシステ
    ム。
  12. 【請求項12】前記リーダまたは/およびライタ装置が
    前記ICカードへの電力搬送波を出力するアンテナと、
    該アンテナに電流を供給する供給回路と、該アンテナと
    該供給回路との間に接続されたコンデンサとを備え、前
    記ICカードが存在しない場合の該アンテナと該供給回
    路と該コンデンサとを有する回路の共振周波数が該アン
    テナから出力される電力搬送波の周波数よりも高くなる
    ように構成したことを特徴とする請求項11記載のIC
    カードシステム。
  13. 【請求項13】前記アンテナが前記電力搬送波とともに
    該電力搬送波を変調したデータ通信変調波を出力するリ
    ーダまたは/およびライタ装置であって、前記共振周波
    数が前記データ通信変調波のほぼ中心となる周波数より
    も高くなるように構成されたことを特徴とする請求項1
    2記載のICカードシステム。
  14. 【請求項14】前記共振周波数を14メガヘルツ以上2
    4メガヘルツ以下に設定したことを特徴とする請求項1
    2又は13記載のICカードシステム。
  15. 【請求項15】前記リーダまたは/およびライタ装置の
    有するQ値を5以上20以下に設定したことを特徴とす
    る請求項14記載のリーダまたは/およびライタ装置。
  16. 【請求項16】前記リーダまたは/およびライタ装置が
    前記ICカードへの電力搬送波を出力するアンテナと、
    該アンテナに電流を供給する供給回路と、該アンテナと
    該供給回路との間に接続されたコンデンサとを備え、前
    記ICカードが前記リーダまたは/およびライタ装置と
    の通信可能な距離範囲に存在した場合に、前記リーダま
    たは/およびライタ装置の有する回路の共振周波数と前
    記リーダまたは/およびライタ装置の出力する電力搬送
    波の周波数とをほぼ等しく設定できるように該コンデン
    サを容量可変に構成したことを特徴とする請求項12記
    載のICカードシステム。
  17. 【請求項17】前記容量可変に構成したコンデンサを用
    いて、前記ICカードが存在しない場合の該アンテナと
    該供給回路と該コンデンサとを有する回路の共振周波数
    を該アンテナから出力される搬送波の周波数よりも高く
    設定したことを特徴とする請求項16記載のICカード
    システム。
JP10323150A 1998-11-13 1998-11-13 リーダまたは/およびライタ装置およびそれを用いたicカードシステム Pending JP2000148932A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10323150A JP2000148932A (ja) 1998-11-13 1998-11-13 リーダまたは/およびライタ装置およびそれを用いたicカードシステム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10323150A JP2000148932A (ja) 1998-11-13 1998-11-13 リーダまたは/およびライタ装置およびそれを用いたicカードシステム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000148932A true JP2000148932A (ja) 2000-05-30

Family

ID=18151653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10323150A Pending JP2000148932A (ja) 1998-11-13 1998-11-13 リーダまたは/およびライタ装置およびそれを用いたicカードシステム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000148932A (ja)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006230032A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Noboru Daiho 電力伝送装置、電力伝送方法
JP2008312357A (ja) * 2007-06-15 2008-12-25 Hideo Kikuchi 誘導電力給電システム
JP2009021970A (ja) * 2007-06-11 2009-01-29 Tamura Seisakusho Co Ltd ブースターアンテナコイル
JP2009055745A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Panasonic Electric Works Co Ltd 非接触給電装置
JP2009065426A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Tamura Seisakusho Co Ltd ブースターアンテナコイル
EP2128788A2 (en) 2008-05-27 2009-12-02 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha RFID tag communication apparatus
EP2238666A1 (en) * 2007-12-21 2010-10-13 Access Business Group International LLC Circuitry for inductive power transfer
JP2010239690A (ja) * 2009-03-30 2010-10-21 Fujitsu Ltd 無線電力供給システム、無線電力供給方法
JP2010239847A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Fujitsu Ltd 送電装置、送受電装置および送電方法
WO2011033660A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 株式会社 東芝 無線電力伝送装置
JP2011523844A (ja) * 2008-05-14 2011-08-18 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 干渉増大を含む無線エネルギー伝達装置及び方法
JP2014103754A (ja) * 2012-11-19 2014-06-05 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 電力伝送システムの電力効率制御方法及び電力効率制御プログラム
EP2827472A1 (en) * 2012-03-13 2015-01-21 Nissan Motor Co., Ltd. Non-contact power feeding apparatus and non-contact power feeding method
US9343225B2 (en) 2012-01-13 2016-05-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Power receiving device, power transmitting device and control device
US9444265B2 (en) 2005-07-12 2016-09-13 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
WO2021014932A1 (ja) * 2019-07-25 2021-01-28 株式会社デンソー 非接触給電装置

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006230032A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Noboru Daiho 電力伝送装置、電力伝送方法
US9444265B2 (en) 2005-07-12 2016-09-13 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
US9450422B2 (en) 2005-07-12 2016-09-20 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
US9509147B2 (en) 2005-07-12 2016-11-29 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
US10097044B2 (en) 2005-07-12 2018-10-09 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
US11685270B2 (en) 2005-07-12 2023-06-27 Mit Wireless energy transfer
JP2009021970A (ja) * 2007-06-11 2009-01-29 Tamura Seisakusho Co Ltd ブースターアンテナコイル
JP2008312357A (ja) * 2007-06-15 2008-12-25 Hideo Kikuchi 誘導電力給電システム
JP2009055745A (ja) * 2007-08-28 2009-03-12 Panasonic Electric Works Co Ltd 非接触給電装置
JP2009065426A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Tamura Seisakusho Co Ltd ブースターアンテナコイル
JP2011507482A (ja) * 2007-12-21 2011-03-03 アクセス ビジネス グループ インターナショナル リミテッド ライアビリティ カンパニー 誘導電力転送回路
EP2238666A1 (en) * 2007-12-21 2010-10-13 Access Business Group International LLC Circuitry for inductive power transfer
US8884469B2 (en) 2007-12-21 2014-11-11 Access Business Group International Llc Circuitry for inductive power transfer
US8884468B2 (en) 2007-12-21 2014-11-11 Access Business Group International Llc Circuitry for inductive power transfer
US9906047B2 (en) 2007-12-21 2018-02-27 Access Business Group International Llc Circuitry for inductive power transfer
JP2011523844A (ja) * 2008-05-14 2011-08-18 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 干渉増大を含む無線エネルギー伝達装置及び方法
US8242913B2 (en) 2008-05-27 2012-08-14 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha RFID tag communication apparatus
JP2009290251A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Brother Ind Ltd 無線タグ通信装置
EP2128788A2 (en) 2008-05-27 2009-12-02 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha RFID tag communication apparatus
JP2010239690A (ja) * 2009-03-30 2010-10-21 Fujitsu Ltd 無線電力供給システム、無線電力供給方法
JP2010239847A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Fujitsu Ltd 送電装置、送受電装置および送電方法
JP5238884B2 (ja) * 2009-09-18 2013-07-17 株式会社東芝 無線電力伝送装置
US9190850B2 (en) 2009-09-18 2015-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Wireless power transmitter
WO2011033660A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 株式会社 東芝 無線電力伝送装置
US9343225B2 (en) 2012-01-13 2016-05-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Power receiving device, power transmitting device and control device
EP2827472A4 (en) * 2012-03-13 2015-03-25 Nissan Motor DEVICE FOR CONTACTLESS POWER SUPPLY AND METHOD FOR CONTACTLESS POWER SUPPLY
EP2827472A1 (en) * 2012-03-13 2015-01-21 Nissan Motor Co., Ltd. Non-contact power feeding apparatus and non-contact power feeding method
JP2014103754A (ja) * 2012-11-19 2014-06-05 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 電力伝送システムの電力効率制御方法及び電力効率制御プログラム
WO2021014932A1 (ja) * 2019-07-25 2021-01-28 株式会社デンソー 非接触給電装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6608550B2 (en) Reader and/or writer apparatus, power feeding system, and communication system
RU2213370C2 (ru) Устройство для бесконтактной передачи данных
JP3392016B2 (ja) 電力伝送システム並びに電力伝送および情報通信システム
JPH1175329A (ja) 非接触icカードシステム
JP2000148932A (ja) リーダまたは/およびライタ装置およびそれを用いたicカードシステム
JP3488166B2 (ja) 非接触icカードシステムとそのリーダライタおよび非接触icカード
US6176433B1 (en) Reader/writer having coil arrangements to restrain electromagnetic field intensity at a distance
EP1420357B1 (en) Electromagnetic coupling characteristic adjustment method in non-contact power supply system, power supply device, and non-contact power supply system
US10389183B2 (en) Multi-mode wireless power receiving device and method
EP2388930B1 (en) Overvoltage protection in a near field communications (NFC) capable device
JPH1132452A (ja) リーダまたは/およびライタ装置
US6164532A (en) Power transmission system, power transmission/communication system and reader and/or writer
JP2011022923A (ja) 非接触icカード及び無線システム
JPH1188036A (ja) リーダまたは/およびライタ装置、電力伝送システム並びに通信システム
CN103177228A (zh) 一种智能卡工作方法及智能卡
JPH10145267A (ja) 高効率アンテナコイル並びに無線カードおよび無線カードを用いた情報通信システム
KR200398970Y1 (ko) 상이한 주파수대역을 갖는 이종의 태그가 탑재된 알에프카드
JP2002063558A (ja) 無接点受動カード
US11012119B2 (en) NFC arrangement
JP2000216715A (ja) 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
JP2007306240A (ja) 集積回路,非接触型icカード,情報処理端末,無線通信方法およびコンピュータプログラム
JP4532970B2 (ja) 非接触式icカードリーダライタおよび非接触式icカードとの通信方法
JPH1132451A (ja) 電力伝送システム及び電力伝送・通信システム並びにリーダまたは/およびライタ装置
JP2006119693A (ja) 情報処理装置及び情報処理方法、並びにコンピュータ・プログラム
JPH11345294A (ja) リーダまたは/およびライタシステムおよびこれを用いた通信システム