JP2003187195A

JP2003187195A - 非接触通信システムおよび方法、並びに非接触通信カード

Info

Publication number: JP2003187195A
Application number: JP2001379797A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Kaneko; 雅保金子
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】１枚の非接触通信カードで複数のサービスを
ユーザに提供することができるようにする。【解決手段】非接触通信システム１は、通信搬送周波
数に共振するカードアンテナ２３と、通信周波数に共振
するMセルアンテナ３２を有するMセル３２とを備えるIC
カード１２、および通信搬送周波数に共振するR/Wアン
テナ２２を備えるR/W装置１１とからなり、R/Wアンテナ
２２とカードアンテナ２３とが電磁結合するとともに、
カードアンテナ２３またはMセルアンテナ３２の導線に
流れる線電流が導線の周辺に生成した循環磁界により、
カードアンテナ２３またはMセルアンテナ３２とが電磁
結合し、R/W装置１１とICカード１２に搭載されたMセル
２４は、電磁結合されたR/Wアンテナ２２、カードアン
テナ２３、およびMセルアンテナ３２を介して相互に非
接触通信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触通信システ
ムおよび方法、並びに非接触通信カードに関し、特に、
１枚の非接触通信カードで複数のサービスをユーザに提
供することができるようにした非接触通信システムおよ
び方法、並びに非接触通信カードに関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触通信技術が応用されたIC（Integr
ated Circuit）カードシステムは、携帯可能なICカー
ド、および、そのICカードに記憶されている情報を非接
触で読み出すとともに、所定の情報をそのICカードに非
接触で記憶させることが可能ないわゆるリーダライタ装
置（以下、Ｒ／Ｗ装置と記述する）から構成されてい
る。

【０００３】即ち、ICカードシステムは、非接触で情報
の読み書きが可能な利便性の高いシステムであり、例え
ば、近年、定期券や認証カードに代表される従来の磁気
式カードシステムの代替システムとして使用されてい
る。

【０００４】従って、ICカードは、磁気式カードと同様
な形態を取り、その形状及びサイズ等が規格化されてい
る。例えば、その運用周波数（通信搬送周波数）は、主
に国際的なISM（Information System Management）バン
ドが割り当てられ、特に、一般的なICカードには、13.5
6Mhzが割り当てられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな非接触通信用のICカードが複数枚重ねられた場合、
それぞれのアンテナコイルは相互に強く電磁結合し、こ
れらのICカードはその機能（非接触通信機能）を実現す
ることができなくなる。

【０００６】従って、ユーザは、複数枚のICカードをカ
ードフォルダ等に所持する場合、カードフォルダごとR/
W装置にかざすことができず、対象となる１枚のICカー
ドのみをいちいちカードフォルダより取り出して、R/W
装置にかざすという煩雑な作業を行う必要があるという
第１の問題点があった。

【０００７】また、複数枚のICカードでは量的にかさば
るという第２の問題点があった。

【０００８】その結果、ユーザの中には、複数のICカー
ドを所有せず、１つの団体または企業等が発行している
１枚のカードを限定所持するほうが都合良いと考えるユ
ーザもおり、これら第１および第２の問題点は、非接触
通信用のICカードの普及を妨げる要因にもなっていた。

【０００９】そこで、複数の団体または企業等が提供す
るサービスが、１枚のICカードで共用可能となることが
望まれている。

【００１０】しかしながら、これらの団体または企業等
の多くは、自身独自の通信プロトコル、またはセキュリ
ティ等が適用されたICカードが使用されることを望んで
おり、複数の団体または企業が提供するサービスを１枚
のICカードのみで使用できるような非接触通信システム
の実現化は困難であるという第３の問題点があった。

【００１１】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、１枚の非接触通信カードで複数のサービ
スをユーザに提供することができるようにするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の非接触通信シス
テムは、通信搬送周波数に共振する第１のアンテナを有
する第１の非接触通信装置、および通信搬送周波数に共
振する第２のアンテナを備える非接触通信カードと、通
信搬送周波数に共振する第３のアンテナを備える第２の
非接触通信装置とからなり、第２および第３のアンテナ
が電磁結合するとともに、第１または第２のアンテナの
導線に流れる線電流が導線の周辺に生成した循環磁界に
より、第１および第２のアンテナが電磁結合し、第１お
よび第２の非接触通信装置は、電磁結合した第２および
第３のアンテナ、並びに前記第１および前記第２のアン
テナを介して相互に非接触通信することを特徴とする。

【００１３】第２および第３のアンテナが電磁結合する
場合における幾何学的結合係数の第１の値が、第１およ
び第３のアンテナが電磁結合する場合における幾何学的
結合係数の第２の値より大きい値であり、かつ、第１お
よび第２のアンテナが電磁結合する場合における幾何学
的結合係数の第３の値が１よりも小さな値であるように
することができる。

【００１４】非接触通信カードは、複数の第１の非接触
通信装置をさらに設けるようにすることができる。

【００１５】第２のアンテナは、ループアンテナであ
り、複数の第１の非接触通信装置のそれぞれは、第２の
アンテナのループ内に包含される大きさで形成されてい
るようにすることができる。

【００１６】第２のアンテナは、通信搬送周波数に共振
する共振回路を構成するキャパシタ、およびインダクタ
ンスとして作用するアンテナコイルを有するようにする
ことができる。

【００１７】アンテナコイルおよびキャパシタは、非接
触通信カードの面上にパターンで形成されるようにする
ことができる。

【００１８】複数の第１の非接触通信装置は、第２のア
ンテナのループ内、または第２のアンテナ近傍の所定の
配置位置にそれぞれ配置されるようにすることができ
る。

【００１９】所定の配置位置は、第１および第２のアン
テナが電磁結合する場合における幾何学的結合係数の第
３の値が最大値をとる位置であるようにすることができ
る。

【００２０】所定の配置位置に配置された複数の第１の
非接触通信装置は、それぞれ独立して取り外し可能であ
り、取り外された第１の非接触通信装置は、単体で第２
の非接触通信装置と非接触通信することが可能であるよ
うにすることができる。

【００２１】複数の第１の非接触通信装置のそれぞれ
は、第２の非接触通信装置と非接触通信する機能を有す
るICをさらに設けるようにすることができる。

【００２２】複数の第１の非接触通信装置のそれぞれ
は、平方ミリ単位のセル面積を有するカードで形成され
るようにすることができる。

【００２３】複数の第１の非接触通信装置のそれぞれ
は、自身独自のセキュリティまたはプロトコルをさらに
設けるようにすることができる。

【００２４】非接触通信カードは、第２のアンテナのル
ープ内の所定の領域においては、第２のアンテナにより
発生される磁束を打ち消す磁束阻止装置をさらに設け、
複数の第１の非接触通信装置を所定の領域内にそれぞれ
配置することで、それぞれの第１のアンテナと、第２の
アンテナとが電磁結合する場合におけるそれぞれの幾何
学的結合係数の第３の値を可変するようにすることがで
きる。

【００２５】磁束阻止装置は、ループ導体または導体面
域で形成され、ループ導体のループ内、または導体面域
の全面が、所定の領域となるようにすることができる。

【００２６】磁束阻止装置は、取り外し可能であるとと
もに、所定の領域を移動させることが可能であるように
することができる。

【００２７】第２の非接触通信装置は、通信搬送周波数
の搬送信号を生成する生成手段と、生成手段により生成
された搬送信号に第１の情報を重畳して送信する搬送信
号送信手段とをさらに設けるようにすることができる。

【００２８】第１の非接触通信装置は、第２の非接触通
信装置の搬送信号送信手段により送信された搬送信号
を、第１乃至第３のアンテナを介して受信する受信手段
と、受信手段により受信された搬送信号から電力を取得
する電力取得手段と、受信手段により受信された搬送信
号に重畳されている第１の情報を取得する第１の情報取
得手段と、第１の情報取得手段により取得された第１の
情報を記憶する記憶手段と、第２の情報を出力する情報
出力手段と、情報出力手段により出力された第２の情報
に基づいて、第１のアンテナの受端インピーダンスを変
化させる変調手段とをさらに設けるようにすることがで
きる。

【００２９】第２の非接触通信装置は、変調手段により
変化された第１のアンテナの受端インピーダンスの変化
量を、第１乃至第３のアンテナを介して検出し、検出し
た第１のアンテナの受端インピーダンスの変化量に基づ
いて、第１の非接触通信装置の情報出力手段により出力
された第２の情報を取得する第２の情報取得手段とをさ
らに設けるようにすることができる。

【００３０】第２の非接触通信装置は、リーダライタ装
置であるようにすることができる。

【００３１】本発明の非接触通信方法は、非接触通信カ
ードが備えている通信搬送周波数に共振する第２のアン
テナと第２の非接触通信装置が備えている通信搬送周波
数に共振する第３のアンテナとを電磁結合させるととも
に、非接触通信カードが備えている第１の非接触通信装
置の通信周波数に共振する第１のアンテナ、または第２
のアンテナの導線に流れる線電流が導線の周辺に生成し
た循環磁界により、第１および第２のアンテナを電磁結
合させ、第１および第２の非接触通信装置に、電磁結合
した第２および第３のアンテナ、並びに第１および第２
のアンテナを介して相互に非接触通信させることを特徴
とする。

【００３２】本発明の非接触通信システムおよび方法に
おいては、非接触通信カードが備えている通信搬送周波
数に共振する第２のアンテナと第２の非接触通信装置が
備えている通信搬送周波数に共振する第３のアンテナと
が電磁結合されるとともに、非接触通信カードが備えて
いる第１の非接触通信装置の通信周波数に共振する第１
のアンテナ、または第２のアンテナの導線に流れる線電
流が導線の周辺に生成した循環磁界により、第１および
第２のアンテナが電磁結合され、電磁結合された第２お
よび第３のアンテナ、並びに第１および第２のアンテナ
を介して、第１および第２の非接触通信装置間で相互に
非接触通信される。

【００３３】本発明の非接触通信カードは、通信搬送周
波数に共振する第１のアンテナを有する第１の非接触通
信装置と、通信搬送周波数に共振する第２のアンテナと
を備え、通信搬送周波数に共振する第３のアンテナを有
する外部のリーダライタ装置と非接触通信する場合、第
２および第３のアンテナが電磁結合するとともに、第１
または第２のアンテナの導線に流れる線電流が導線の周
辺に生成した循環磁界により、第１および第２のアンテ
ナが電磁結合し、第１の非接触通信装置は、電磁結合し
た第１および第２のアンテナ、並びに第２および第３の
アンテナを介して、リーダライタ装置と非接触通信する
ことを特徴とする。

【００３４】本発明の非接触通信カードにおいては、通
信搬送周波数に共振する第２のアンテナと、外部のリー
ダライタ装置の通信搬送周波数に共振する第３のアンテ
ナとが電磁結合されるとともに、第１の非接触通信装置
の通信搬送周波数に共振する第１のアンテナ、または第
２のアンテナの導線に流れる線電流が導線の周辺に生成
した循環磁界により、第１および第２のアンテナが電磁
結合され、電磁結合された第１および第２のアンテナ、
並びに第２および第３のアンテナを介して、第１の非接
触通信装置およびリーダライタ装置の間で相互に非接触
通信される。

【００３５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される非接
触通信システム１の構成例を表している。

【００３６】図１に示されるように、非接触通信システ
ム１は、主装置２１とR/W（リーダライタ）アンテナ２
２とから構成されるR/W装置１１と、カードアンテナ２
３とMセル２４とから構成されるICカード１２とが、相
互に非接触通信するシステムである。

【００３７】図２は、R/W装置１１の詳細な構成例を表
している。

【００３８】R/Wアンテナ２２は、コイルLaおよびキャ
パシタＣａから構成される閉回路を有している。即ち、
R/Wアンテナ２２は、そのコイルLaの部分がループアン
テナとして動作するとともに、かつ所定の通信搬送周波
数に共振するLC共振回路としても動作する。

【００３９】主装置２１において、マイコン４１は、ロ
ジック制御部４２を介して、非接触通信の動作を制御す
る。

【００４０】ロジック制御部４２は、マイコン４１より
供給さてくる送信データ（以下、第１の情報と称する）
を符号化し、例えば、マンチェスター符号とし、変調部
４４に供給するとともに、復調部４３より供給されてく
る受信データ（以下、第２の情報と称する）を復号し、
マイコン４１に供給する。また、ロジック制御部４２
は、その他CRC（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検
査）符号化処理、およびCRC等のロジック信号処理を主
に行う。

【００４１】搬送信号発生部４５は、所定の通信搬送周
波数の搬送信号を生成し、搬送生成部４６に供給すると
ともに、これをクロック信号としてロジック制御部４２
に供給する。

【００４２】搬送波生成部４６は、供給された搬送信号
を差動信号に変換させて、電力増幅部４７に供給する。

【００４３】変調部４４は、ロジック制御部４２より供
給された符号化された第１の情報によって、電力増幅部
４７に供給された差動信号を、例えばASK（Amplitude S
hiftKeying）変調信号に変調する処理を行う。

【００４４】電力増幅部４７は、このASK変調信号のレ
ベルを増幅して、R/Wアンテナ２２に供給する。

【００４５】即ち、第１の情報は、ロジック制御部４２
により符号化され、変調部４４を経て電力増幅部４７よ
りASK変調信号としてR/Wアンテナ２２に供給される。さ
らに、このASK変調信号は、後述するように、R/Wアンテ
ナ２２と電磁結合したカードアンテナ２３、およびカー
ドアンテナ２３と電磁結合したMセルアンテナ２４を介
して、Mセル２４のIC３１に供給され、IC３１により復
調および復号されて、元の第１の情報となる。

【００４６】なお、第１の情報がメモリに記憶されるデ
ータであった場合、第１の情報はIC３１内のメモリ６７
に記憶され、一方、第１の情報が情報読み出し指示デー
タであった場合、第１の情報に基づいて、メモリ６７よ
り所定の情報が読み出される。

【００４７】換言すると、第１の情報は、搬送信号に重
畳されて、R/W装置１１からICカード１２に非接触通信
される。

【００４８】この第１の情報に対するレスポンスデー
タ、またはIC３１内のメモリ６７から読み出されたデー
タ（第２の情報）は、後述するように、R/Wアンテナ２
２の負荷変動として現れる。従って、復調部４３は、こ
の負荷変動を、通信搬送信号の振幅変動成分、即ちASK
変調信号として検出し（ASK変調信号として入力し）、
これを復調して、ロジック制御部４２に供給する。この
復調された第２の情報（符号データ）は、上述したよう
に、ロジック制御部４２により元の第２の情報に復号さ
れ、マイコン４１に供給される。

【００４９】なお、R/W装置１１として、従来のR/W装置
が使用されることができる。従って、R/W装置１１の動
作は当業者に容易に理解できるため、R/W装置１１単体
の動作の説明は省略する。

【００５０】一方、ICカード１２は、図３に示されるよ
うに構成される。

【００５１】即ち、本発明が適用されるICカード１２
は、コイルLdおよびキャパシタCdを有するアンテナ、並
びに非接触通信の処理を行うIC５２を備える従来のICカ
ード５１が、カードアンテナ２３およびMセル２４の２
つの装置にそれぞれ分離されたことを特徴としている。

【００５２】はじめにカードアンテナ２３の構成を説明
する。

【００５３】カードアンテナ２３は、コイルLbおよびキ
ャパシタCbからなるLC共振回路で形成されたループアン
テナであり、そのループは、Mセル２４に対しては比較
的大きな占有面積を有している。

【００５４】即ち、カードアンテナ２３は、コイルLbの
部分がループアンテナとして動作するとともに、コイル
LbおよびキャパシタCbから構成される閉回路、即ち、所
定の通信搬送周波数に共振するLC共振回路としても動作
する。

【００５５】さらに、カードアンテナ２３には、そのル
ープ内部に1個から複数個のMセル２４が、含有、装着、
または近接配置されることができる。

【００５６】具体的には、図４に示されるように、カー
ドアンテナ２３は、例えば、名刺大の形態を取るカード
状の基板として構成され、その基板の面上には、コイル
LbとキャパシタCbとがパターンとして形成されている。
さらに、このスパイラル状に形成されたアンテナパター
ン（コイルLb）のループ内の所定の配置位置には、Mセ
ル２４が配置されている。

【００５７】なお、キャパシタCbは、薄型のものであれ
ばよく、例えば、チップ部品などで構成されてもよい。

【００５８】また、カードアンテナ２３の形状として
は、上述した名刺大の形態を取るカード型の形状以外
に、例えば、ラベル型、またはシート型等の形態を有す
るプレート状のもの等でもよい。即ち、カードアンテナ
２３は、上述した２つの動作（ループアンテナとしての
動作、およびLC共振回路としての動作）が可能であり、
かつMセル２４がアンテナループ内に配置可能であれ
ば、その形状は限定されない。

【００５９】次に、Mセル２４の構成を説明する。

【００６０】図３に示されるように、Mセル２４は、コ
イルLcとキャパシタCcとを有するMセルアンテナ３２
と、IC５２と同様の機能、即ち、非接触通信機能を有す
るIC３１とから構成される超小型のセルである。

【００６１】Mセルアンテナ３２は、従来のICカード５
１のアンテナ（コイルLｄおよびCdからなる共振回路
部）と同様に、コイルLcの部分がループアンテナとして
動作するとともに、コイルLcおよびキャパシタCcから構
成される閉回路、即ち、所定の通信搬送周波数に共振す
るLC共振回路としても動作する。

【００６２】IC３１は、図５に示されるように構成され
る。

【００６３】即ち、IC３１において、RF・DET（Radio F
requency・DETECTOR）回路６１は、R/W装置１１よりMセ
ルアンテナ３２を介して供給されてくるASK変調信号
（第１の情報が重畳された搬送信号）を入力し、エンベ
ロープ検波し、データ振幅変動成分の信号を復調部６３
に供給するとともに、直流成分の信号を電源生成部６２
に供給する。

【００６４】電源生成部６２は、この直流成分の信号に
基づいて、IC電源を生成する。

【００６５】復調部６３は、RF・DET部６１より供給さ
れたデータ振幅変動成分の信号（第１の情報に対応する
信号）を復調し、ロジック制御部６６に供給する。

【００６６】ロジック制御部６６は、復調部６３より供
給された復調された第１の情報（符号信号）を、復号等
の処理を施して、元の第１の情報にする。第１の情報
が、記録用のデータであった場合、ロジック制御部６６
は、メモリ６７にその第１の情報（記録用のデータ）を
記憶させ、それに対応するレスポンスデータ（第２の情
報）を生成し、変調部６４に供給する。一方、第１の情
報が、読み出し指示のデータであった場合、ロジック制
御部６６は、読み出し指示のデータに従って、所定のデ
ータ（第２の情報）をメモリ６７より読み出し、変調部
６４に供給する。

【００６７】変調部６４は、第２の情報（これらのレス
ポンスデータ、またはメモリ６７より読み出されたデー
タ）に基づいて、Mセルアンテナ３２の等価的な負荷を
変動させる。

【００６８】この負荷変動は、上述したように、相互誘
導Mで電磁結合しているアンテナ（Mセル２４がICカード
１２に装着されている場合は、Mセルアンテナ３２、カ
ードアンテナ２３、およびR/Wアンテナ２２）を介し
て、R/Wアンテナ２２端の負荷変動として現れ、搬送信
号の振幅変動成分、即ちASK変調信号（第２の情報が重
畳された搬送信号）として主装置２１（復調部４３）に
供給される。

【００６９】CLK（クロック）抽出部６５は、Mセルアン
テナ３２のRF・DET部６１側端とは反対側の端より供給
された搬送信号に基づいて、クロック信号を生成し、ロ
ジック制御部６６に供給する。

【００７０】このように、Mセル２４において、Mセルア
ンテナ３２は、従来のICカード５１のアンテナと同様に
通信搬送周波数に共振する共振アンテナであり、また、
IC３１は、従来のICカード５１のIC５２と同等の非接触
通信機能を有したICである。

【００７１】換言すると、Mセル２４は、従来のICカー
ド５１を小型にしたものに相当し、Mセル２４単独で外
部のR/W装置１１と非接触通信することが可能である。

【００７２】ただし、Mセル２４は超小型のセルである
がゆえに、そのアンテナ、即ちMセルアンテナ３２は微
小アンテナであり、その結果、従来のICカード５１の通
常の通信距離では、Mセルアンテナ３２と他のアンテナ
とは十分に電磁結合せず、Mセル２４は非接触通信を行
うことができない。即ち、Mセル２４は、その通信距離
が数ミリから１０ミリ程度に限定される非接触通信装置
である。

【００７３】一方、Mセル２４は、小型であるがゆえ、
携帯電話機、小型ビデオカセット若しくはプレーヤ、コ
ンパクトディスク若しくはプレーヤ、またはモバイル端
末等他の機器に容易に着脱実装されることが可能である
とともに、ICカード１２（カードアンテナ２３）に装着
されて使用されれば、従来のICカード５１と同等の通信
距離で、R/W装置１１との非接触通信が可能となる。

【００７４】具体的には、図４に示されるように、Mセ
ル２４は、少なくともカードアンテナ２３のアンテナル
ープ（コイルLbのループ）内に包含される大きさで形成
された小型カードである。

【００７５】例えば、カードアンテナ２３が名刺大の大
きさである場合、Mセル２４は、数ミリ角形状の（平方
ミリ単位のセル面積の）超小型カードであり、この超小
型カード上にスパイラル状にコイルLcが展開され、その
中央部にキャパシタCcおよびIC３１が配置されて形成さ
れる。

【００７６】なお、Mセル２４は、この例においては、
超小型カードとして構成されるが、通信搬送周波数に共
振する共振アンテナおよび非接触通信機能を実現する手
段を有し、かつ、カードアンテナ２３のアンテナループ
内に包含される大きさ（小型の大きさ）を有するもので
あれば、その構成は限定されない。従って、Mセルアン
テナ３２およびIC３１のそれぞれも、その機能を有する
ものであれば、その構成は限定されない。

【００７７】ところで、Mセル２４は、上述したように
（図５に示されるように）、従来のICカード５１と同様
に構成されることができる。従って、Mセル２４の動作
は当業者に容易に理解できるため、Mセル２４単体の動
作の説明は省略する。

【００７８】次に、図６を参照して、非接触通信システ
ム１の動作を説明する。

【００７９】いま、１つのMセル２４がICカード１２
（カードアンテナ２３）に装着されているものとする。

【００８０】ICカード１２（カードアンテナ２３）が、
R/W装置１１のR/Wアンテナ２２に所定の距離（通信距
離）で対向されて配置されると、カードアンテナ２３
（コイルLb）とR/Wアンテナ２２（コイルLa）とは、R/W
アンテナ２２の法線方向に発生された磁界により、相互
インダクタンスMで電磁結合するとともに、主装置２１
より出力された通信搬送信号の通信搬送周波数にそれぞ
れ共振する。同時に、カードアンテナ２３（コイルLb）
とMセルアンテナ３２（コイルLc）とは、カードアンテ
ナ２３の導線（コイルLbの導線）を流れる線電流（コイ
ルLbの法線方向を貫く磁界により発生された誘導電流）
が生成したループ磁界により、相互インダクタンスMで
電磁結合するとともに、主装置２１より出力された通信
搬送信号の通信搬送周波数にそれぞれ共振する。

【００８１】これにより、R/W装置１１（主装置２１）
とICカード１２（Mセル２４のIC３１）とは、R/Wアンテ
ナ２２、カードアンテナ２３、およびMセルアンテナ３
２を介して、相互に非接触通信することができるように
なる。

【００８２】ICカード１２（IC３１内のメモリ６７）に
書き込まれるデータ等（第１の情報）は、例えば、主装
置２１において、上述したように、符号化されるととも
にASK変調され、通信搬送信号に重畳されて（ASK変調信
号として）、電磁結合しているR/Wアンテナ２２および
カードアンテナ２３（LaおよびLb）、並びにカードアン
テナ２３およびMセルアンテナ３２（LbおよびLc）を介
して、IC３１に供給される。

【００８３】IC３１において、上述したように、供給さ
れたASK変調信号（第１の情報が重畳された搬送信号）
は、復調されるとともに復号されて元の第１の情報とな
り、この第１の情報がメモリに記憶されるデータであっ
た場合、第１の情報はIC３１内のメモリ６７に記憶さ
れ、一方、この第１の情報が情報読み出し指示データで
あった場合、第１の情報に基づいて、IC３１内のメモリ
６７より所定の情報が読み出される。

【００８４】なお、ASK変調信号が復調された際に除去
された直流成分の信号はIC３１の電源となる。

【００８５】そして、これらのレスポンスデータまたは
IC３１内のメモリ６７より読み出されたデータ（第２の
情報）は、以下のようにIC３１から主装置２１に供給さ
れる。

【００８６】即ち、IC３１において、第２の情報（０ま
たは１のデータ）に応じて、Mセルアンテナ３２の等価
的な負荷が変動される。

【００８７】この負荷変動は、R/W装置１１において
は、Mセルアンテナ３２およびカードアンテナ２３間の
電磁結合、並びに、カードアンテナ２３およびR/Wアン
テナ２２間の電磁結合により、R/Wアンテナ２２の負荷
変動として現れる。従って、主装置２１は、この負荷変
動を、通信搬送信号の振幅変動成分、即ちASK変調信号
（第２の情報が重畳された通信搬送信号）として検出
し、これを復調するとともに復号することで、第２の情
報を取得する。

【００８８】次に、非接触通信システム１の動作原理を
説明する。

【００８９】上述したように、非接触通信システム１
は、所定の通信搬送周波数に共振するMセルアンテナ３
２、カードアンテナ２３、およびR/Wアンテナ２２の電
磁結合を利用したシステムである。従って、ここでは、
電磁結合の強さを表す結合係数を使用して、非接触通信
システム１の原理を説明する。

【００９０】はじめに、アンテナの電磁結合がいかなる
ときに最大伝達ゲインとなるのかを、簡単に説明する。

【００９１】図７Ａに示されるように、抵抗r1、コイル
L1、およびキャパシタC1からなるLCR共振回路として形
成される共振アンテナ７１と、抵抗r2、コイルL2、およ
びキャパシタC2からなるLCR共振回路として形成される
共振アンテナ７２とが、相互インダクタンスMで電磁結
合している場合、この等価回路は、図７Ｂに示されるよ
うな回路になる。

【００９２】図７Ｂの等価回路において、伝達ゲインG
の逆数Dは、入力がEin、増幅器のサセプタンスがS、お
よび出力がＥ２とされると、式(1)のように示される。

【００９３】

【数１】

【００９４】式（１）に、Z1＝1/jωC1、Z2＝r1＋jω
（L1-M）、Z3＝jωM、Z4＝r2＋jω（L2-M）、およびZ5
＝1/jωC2、並びに次式（２）乃至式（７）が代入され
ると、Dは、式（８）に示されるようになる。

【数２】

【００９５】ただし、ω0は、共振アンテナ７１（1次回
路）、および共振アンテナ７２（２次回路）がともに共
振している場合の共振角周波数を、kは、結合係数を、Q
1は、共振アンテナ７１が共振している場合の損失Q（Qu
ality Factor）を、Q2は、共振アンテナ７２が共振して
いる場合のQを、d1は、共振アンテナ７１の損失率を、d
2は、共振アンテナ７２の損失率を、Ｘは、離調率を、
また、式（７）は、共振点近傍が取り扱われるものとさ
れた場合、角周波数はほぼ共振各周波数に一致すること
を、それぞれ表している。

【００９６】

【数３】

【００９７】式（８）の逆増幅利得の周波数特性は、次
式（９）により判断される。

【００９８】

【数４】

【００９９】周波数特性の変曲点における最大最小点
は、dy/dx＝０より、次式（１０）および式（１１）に
より示される。

【０１００】

【数５】

【０１０１】

【数６】

【０１０２】また、共振周波数において、最大利得が得
られる最適結合係数k0（以下、臨界結合係数k0と称す
る）は、式（１０）をｋについて微分すれば得られる。
即ち、次式（１２）に示されるようになる。

【０１０３】

【数７】

【０１０４】そのときの利得G0は、

【数８】式（１３）に示されるようなる。

【０１０５】このように、アンテナ間の電磁結合には、
それぞれのアンテナ回路の損失Qにより物理的に決定さ
れる臨界時の結合係数、即ち、臨界結合係数k0が存在
し、その値は、式（１２）により求められる。

【０１０６】換言すると、臨界結合係数k0は、電磁結合
された２つのアンテナの電気的特性を表す係数である。

【０１０７】また、その最大利得G0は、式（１３）によ
り求められ、式（１３）に示されるように、２つのアン
テナ（共振アンテナ７１および共振アンテナ７２）のそ
れぞれのインダクタンス値（L1およびL2）とその損失Q
（Q1およびQ2）に比例する。

【０１０８】従って、ロータリートランスのように伝送
帯域が広帯域化される場合においては、損失Qの値は１
に近くなり臨界結合係数k0の値も１近くが要求される。

【０１０９】一方、数百KHz帯域の非接触通信において
は、それぞれのアンテナの損失Qの値は比較的高い値に
なるようにその共振回路が構成されることが多いため、
式（１２）に示されるように、アンテナ間の最適結合係
数値、即ち、臨界結合係数k0は、１よりもかなり小さい
値が得られる。

【０１１０】上述したように、臨界結合係数k0は両アン
テナの物理量、即ち損失Qのみで決定される固有定数で
ある。一方、アンテナ間の結合係数kは形状、相対配
置、および距離等に応じて決定され、アンテナが相互に
近づけば増加し、遠ざかれば減少する空間的な幾何学的
結合係数であり、その値は変動する。そこで、以下、こ
のアンテナ間の結合係数kを、幾何学的結合係数ｋと称
する。

【０１１１】図８は、式（９）が図示されたものであ
る。

【０１１２】即ち、曲線（ｋ＜k0）８１は、共振アンテ
ナ７１と共振アンテナ７２との幾何学的結合係数ｋが、
臨界結合係数k0より小さい場合の共振アンテナ７１から
共振アンテナ７２への伝送特性の様相を、曲線（ｋ＝k
0）８２は、幾何学的結合係数ｋが臨界結合係数k0と一
致する場合の伝送特性の様相を、曲線（ｋ＞k0）８３
は、幾何学的結合係数ｋが臨界結合係数k0より大きい場
合の伝送特性の様相を、それぞれ表している。

【０１１３】図８に示されるように、共振アンテナ７１
から共振アンテナ７２への伝送特性は、両者のアンテナ
間の幾何学的結合係数kの上昇とともに、単峰特性（曲
線（ｋ＜k0）８１、および曲線（k=k0）８２）から双峰
特性（曲線（k>k0）８３）へと共振特性が変化されるこ
とになる。この変化点の結合状態が表された結合係数が
臨界結合係数k0であり、幾何学的結合係数ｋの値が、臨
界結合係数k0の値となれば共振周波数特性への影響が最
小となる。

【０１１４】従って、所定の通信搬送周波数における伝
達ゲインは、幾何学的結合係数ｋの値が臨界結合係数k0
の値と一致した点で最高となる。

【０１１５】換言すると、２つのアンテナ間の幾何学的
結合係数ｋの値が臨界結合係数k0の値と一致する距離
（最適通信距離）で、２つのアンテナが配置されれば、
伝達ゲインは最高になり、一方、２つのアンテナ間の距
離がその最適通信距離より近づけられても（過結合状態
にされても）、離されても（疎結合状態にされても）、
伝達ゲインは低下することになる。

【０１１６】ところで、幾何学的結合係数ｋ≒１は、同
一形状のアンテナが重ねあわせられたときに実現され
る。従って、上述した同一形状の従来のICカード５１が
数枚束ねられると、これらの従来のICカード５１はいず
れも、非接触通信できなくなる原因は、従来のICカード
５１が重ねあわせられると、容易にこれらの従来のICカ
ード５１は、相互に過結合状態となり、それぞれのアン
テナ本来の共振特性が、図８の曲線(k>k0)８３に示され
るように、大きくずれるためである。

【０１１７】一方、２つのアンテナの形状比が大きく異
なる場合、例えば、共振アンテナ７１のアンテナループ
の径（コイルL1の径）が、共振アンテナ７２のアンテナ
ループの径（コイルL2の径）より甚だ大きい場合、共振
アンテナ７１と共振アンテナ７２とが重ね合わせられた
ときの幾何学的結合係数ｋの値は、１よりもかなり小さ
い値となる。

【０１１８】これは、具体的には、図９に示されるよう
なる。即ち、図９Ａは、6*7mm角の共振アンテナ（ルー
プ面積の小さな共振アンテナ）７２と、コイルのインダ
クタンス値（L値）と損失Q値が、共振アンテナ７２のそ
れらの値とそれほど変わらない70*40mm角の共振アンテ
ナ（ループ面積が大きな共振アンテナ）７１とが、幾何
学的センター（x,y,およびz軸が交差されている原点）
で組み合わされた様子を表している。

【０１１９】なお、6*7mm角の共振アンテナ７２は、Mセ
ルアンテナ３２を、70*40mm角の共振アンテナ７１は、
カードアンテナ２３、従来のICカード５１のアンテナ、
およびR/Wアンテナ２２を、それぞれ想定している。

【０１２０】図９Ｂにおいて、曲線（6*7mm角と70*40mm
角の組合せ）８５は、図９Ａの状態で、共振アンテナ７
２がｚ方向にシフトされた場合、即ち、対向面距離が変
化された場合の共振アンテナ７１と共振アンテナ７２の
幾何学的結合係数ｋの様子を表している。

【０１２１】曲線（6*7mm角）８６および曲線（70*40m
m）８７は、曲線（6*7mm角と70*40mm角の組合せ）８５
との比較のために示された曲線であり、曲線（6*7mm
角）８６は、２つの共振アンテナ７２が幾何学的センタ
ーでそれぞれ対向されて配置されている場合、対向面距
離が変化されたときの２つの共振アンテナ７２間の幾何
学的結合係数ｋの様子を表しており、また、曲線（70*4
0mm角）８７は、２つの共振アンテナ７１が幾何学的セ
ンターでそれぞれ対向されて配置されている場合、対向
面距離が変化されたときの２つの共振アンテナ７１間の
幾何学的結合係数ｋの様子を表している。

【０１２２】いま、２つの共振アンテナ７２が使用され
て5mm間の対向面距離で非接触通信が実現できたとされ
ると、点８６−１に示されるように、この系は幾何学的
結合係数ｋの値が0.05ほどで動作していることになる。

【０１２３】従って、２つの共振アンテナ７１が使用さ
れて非接触通信が実現できるための幾何学的結合係数k
の値は0.05となる。

【０１２４】即ち、８７−１点に示されるように、２つ
の共振アンテナ７１が使用されると、30mm間の対向面距
離で非接触通信が実現できることになる。

【０１２５】これは、２つの共振アンテナ７１が使用さ
れると、それよりループ面積の小さい２つの共振アンテ
ナ７２が使用される場合に比較して、通信距離が約６倍
延長されることを意味している。

【０１２６】換言すると、図９Ｂにおいては、２つのM
セル２４が相互に非接触通信できる通信距離は5mm程度
であるのに対して、ICカード（従来のICカード５１、ま
たはICカード１２）とR/W装置１１とが相互に非接触通
信できる通信距離はそれより約６倍長い30mm程度とな
る。このように、一般的には、共振アンテナが大きくさ
れると、それに伴い通信距離も延長される。

【０１２７】しかしながら、図９Ａに示されるような状
態、即ち、両者のアンテナの大きさが甚だ異なる場合
（70*40mm角の共振アンテナ７１と6*7mm角の共振アンテ
ナ７２が組み合わされた場合等）、曲線（6*7mm角と70*
40mm角の組合せ）８５に示されるように、例え、２つの
アンテナが重ね合わせられても（対向面距離が0mmとさ
れても）、十分な幾何学的結合係数kの値（k=0.05の
値）は得られず、これらの２つのアンテナのみでは非接
触通信することが困難であることがわかる。

【０１２８】即ち、アンテナループが非常に小さいMセ
ルアンテナ３２を有するMセル２４単体が、アンテナル
ープが大きいR/Wアンテナ２２を有するR/W装置１１に直
接かざされても、Mセル２４は、従来のICカード５１の
ようにはうまく動作しない（うまく非接触通信できな
い）。

【０１２９】そこで、上述したように、Mセル２４は、
従来のICカード５１と同等にR/W装置１１と非接触通信
するために、カードアンテナ２３と組み合わされて、即
ちICカード１２として使用される。

【０１３０】このICカード１２は、上述したように、M
セルアンテナ３２とカードアンテナ２３との電磁結合を
利用したものである。従って、Mセルアンテナ３２とカ
ードアンテナ２３との幾何学的結合係数kの値が、ICカ
ード１２とR/W装置１１との非接触通信が実現される上
で重要な要素となる。

【０１３１】そこで、本出願人は、Mセルアンテナ３２
とカードアンテナ２３との幾何学的結合係数ｋと、Mセ
ルアンテナ３２およびカードアンテナ２３のそれぞれの
配置位置との関係について解析し、Mセルアンテナ３２
の適切な配置位置を解明した。以下、この解析結果、即
ち、Mセルアンテナ３２の適切な配置位置について説明
する。

【０１３２】図１０Aは、70*40mm角のカードアンテナ２
３と、７*6mm角のMセル２４とのそれぞれの幾何学的セ
ンターが合わせられて配置された位置（Mセル２４の中
心が、座標（０，０，０）に配置された位置）が基準と
された場合、Mセル２４が、x軸方向にx1だけ、y軸方向
にy1だけ、またはz軸方向にz1だけシフトされて配置さ
れたとき（Mセル２４の中心が、座標（x1，０，０）、
（０，y1，０）、または（０，０，z1）に配置されたと
き）におけるカードアンテナ２３とMセルアンテナ３２
との幾何学的結合係数kの様相を表している。

【０１３３】図１０Aにおいて、曲線（ｘシフト）９１
は、Mセル２４がx軸方向にx1だけシフトされて配置され
た場合における幾何学的結合係数k(x1)（x1は、０乃至
４０mm）を、曲線（yシフト）９２は、Mセル２４がy軸
方向にy1だけシフトされて配置された場合における幾何
学的結合係数k(y1)（y1は、０乃至４０mm）を、曲線
（ｚシフト）９３は、Mセル２４がz軸方向にz1だけシフ
トされて配置された場合における幾何学的結合係数k(z
1)（z1は、０乃至４０mm）を、それぞれ表している。

【０１３４】いま、カードアンテナ２３の共振時におけ
る損失Qの値が25、および、Mセルアンテナ３２の共振時
における損失Qの値が15とされた場合、式（１２）よ
り、物理的な臨界結合係数ｋ0の値は＝0.05となる。

【０１３５】一方、幾何学的結合係数kの値は、９１−
１点に示されるように、ｘ軸方向に17mmずれた位置にM
セル２４の中心が配置された場合には、最大値0.08を、
９１−２点に示されるように、Mセル２４の中心がアン
テナパターンと一致する位置である20mmずれた位置に配
置された場合には、０を、Mセル２４の中心が23mずれた
位置に配置された場合には、最大値とほぼ同じ絶対値で
ある-0.07を、それぞれ示す。

【０１３６】なお、この−（マイナス）は便宜上のもの
であり、ICカード１２内外においてMセルアンテナ３２
を貫く磁束が反転するためである。

【０１３７】同様に、幾何学的結合係数kの値は、９２
−１点に示されるように、y軸方向に31.5mmずれた位置
にMセル２４の中心が配置された場合には、曲線（ｙシ
フト）９２における最大値0.07を、９２−２点に示され
るように、Mセル２４の中心がアンテナパターンと一致
する位置である35mmずれた位置に配置された場合には、
０を、Mセル２４の中心が38.5mmずれた位置に配置され
た場合には、曲線（ｙシフト）９２における最大値とほ
ぼ同じ絶対値である-0.06を、それぞれ示す。

【０１３８】ところが、曲線（ｚシフト）９３に示され
るように、Mセル２４がz軸方向にシフトされて配置され
た場合、または、曲線（ｘシフト）９１および曲線（ｙ
シフト）９２に示されるように、Mセル２４がx軸方向ま
たはｙ軸方向にさほどシフトされずに配置された場合
（Mセル２４がアンテナシートの幾何学的センター付近
に配置された場合）、十分な幾何学的結合係数kの値は
得られない。

【０１３９】この様に形状比が大きく異なるアンテナ間
の幾何学的結合係数kの値は、幾何学的に両アンテナ間
の中心が一致された場合（２つのアンテナの幾何学的セ
ンターが一致された場合）よりも、図１０Ｂに示される
ように、むしろ幾何学的にオフセットされた位置、即
ち、大きなアンテナ（カードアンテナ２３）のアンテナ
パターン（コイルLbのループ）周辺で得られる。

【０１４０】具体的には、幾何学的結合係数kの値は、M
セル２４（Mセルアンテナ３２）の一辺が、カードアン
テナ２３のコイルLbのアンテナパターン（アンテナの導
線）に接しながら、それを回転中心として取り囲む、立
体的、または空間的なループ磁界Ha近傍内で最大値を示
す。

【０１４１】即ち、カードアンテナ２３は、R/Wアンテ
ナ２２からの磁界を受け、電圧が誘起され、誘導電流ic
を発生する。この誘導電流icが、カードアンテナ２３の
コイルLbの導線の周囲にループ磁界Haを生成する。そこ
で、このループ磁界Haをより多く横切るように、Mセル
アンテナ３２（Mセル２４）が配置されれば電磁結合が
より強くなり、その結果、幾何学的結合係数ｋの値が大
きくなる。

【０１４２】このように、Mセル２４とカードアンテナ
２３とが最大効率で電磁結合する臨界値はカード面上で
容易に得られ、カードアンテナ２３と一体化したMセル
２４はあたかも一枚の大型アンテナを擁したカードとし
て、即ちICカード１２として振る舞うこととなり通信距
離も飛躍的に延びることになる。

【０１４３】ところで、上述したように（図６に示され
るように）、非接触通信システム１においては、R/Wア
ンテナ２２とカードアンテナ２３とが相互インダクタン
スMで電磁結合されるとともに、カードアンテナ２３とM
セルアンテナ３２とが相互インダクタンスMで電磁結合
される。

【０１４４】このように、相互インダクタンスMでそれ
ぞれのアンテナを電磁結合させるためには、これらのア
ンテナ全てが、同一の損失Q値、即ち、臨界結合係数k0
を持つものとされると、それぞれの幾何学的結合係数k
（R/Wアンテナ２２とカードアンテナ２３との幾何学的
結合係数k、およびカードアンテナ２３とMセルアンテナ
３２との幾何学的結合係数k）を、形状、または距離等
を調整して先の物理的に決定される臨界結合係数k0にマ
ッチング（一致）させればよい。

【０１４５】この例においては、R/Wアンテナ２２およ
びカードアンテナ２３間の電磁結合は通信距離で、カー
ドアンテナ２３とMセルアンテナ３２間の電磁結合はそ
れぞれ異なるアンテナ形状の比、およびその配置で実現
されていることになる。

【０１４６】このように、それぞれのアンテナが共振さ
れると、最大伝達ゲインとなる臨界結合係数k0の値はか
なり低い値となるため、カードアンテナ２３（ICカード
１２）の面上に装着されるMセル２４のMセルアンテナ３
２の占めるアンテナループ面積は少なくて済み、Mセル
２４は、超小型装置で構成されることができる。

【０１４７】なお、仮にMセル２４が共振型のアンテナ
でない場合、同等の電圧を得るためには臨界結合係数k0
として0.7以上の値が要求され、これに幾何学的結合係
数ｋが一致されるためには、カードアンテナ２３と同一
大のアンテナ面積が必要とされ、しかも互いに密着させ
なければならないという使用上の不具合を、Mセル２４
は有することになる。

【０１４８】ところで、上述した例（図４に示される
例）においては、カードアンテナ２３（ICカード１２）
に搭載されるMセル２４は１つのみとされたが、上述し
たように、Mセル２４は、超小型カードとして構成され
るため、カードアンテナ２３（ICカード１２）は、例え
ば、図１１Aに示されるように、複数のMセル２４を搭載
することができる。

【０１４９】図１１Ａにおいては、カードアンテナ２３
（ICカード１２）には、カードアンテナ２３のアンテナ
ループ（コイルLbのループ）内にショートリングコイル
１０１がさらに設けられている。

【０１５０】ショートリングコイル１０１は、そのルー
プ内の領域に、複数のMセル２４（図１１Aでは、４個の
Mセル２４−１乃至２４−４）が配置されることができ
るように形成されている。

【０１５１】このショートリングコイル１０１の原理を
説明する。

【０１５２】図１１Aにおいては、Mセル２４−１乃至２
４−４は、それぞれ自在に取り外し可能であり、かつ、
カードアンテナ２３のアンテナループ（コイルLbのルー
プ）内の任意の位置に配置されることが可能であるもの
とする。

【０１５３】上述したように、ICカード１２（カードア
ンテナ２３）が、R/W装置１１のR/Wアンテナ２２に所定
の距離（通信距離）で対向されて配置されると、カード
アンテナ２２およびR/Wアンテナ２２、並びにカードア
ンテナ２２およびMセルアンテナ３２（Mセル２４−１）
はそれぞれ、電磁結合するとともに通信搬送周波数に共
振する。

【０１５４】一方、ショートリングコイル１０１におい
ては、カードアンテナ２３が発生する鎖交磁束をそのル
ープ内において打ち消すように、ループ電流が誘導発生
する。従って、このループ内の領域（以下、磁束阻止領
域と称する）に配置されているMセル２４−２乃至２４
−４のそれぞれと、カードアンテナ２３との電磁結合は
疎になる。

【０１５５】即ち、ユーザは、Mセル２４を、ショート
リングコイル１０１のループ内外（磁束阻止領域内外）
に移動させることで、Mセル２４とカードアンテナ２３
の電磁結合の強さ、即ち、幾何学的結合係数ｋの値を可
変することができる。

【０１５６】従って、ユーザは、通常の場合（ICカード
１２を使用しない場合）、Mセル２４−１乃至２４−４
を磁束阻止領域に配置しておくことで、これらのMセル
２４−１乃至２４−４の動作を禁止させることができ
る。

【０１５７】一方、ユーザは、ICカード１２を使用する
場合、磁束領域に配置されているMセル２４−１乃至２
４−４のうち、所望のMセル（図１１ＡではMセル２４−
１）を磁束阻止領域外に移動させれば、磁束阻止領域内
に配置されている他のMセル（図１１Aでは、Mセル２４
−２乃至２４−４）の動作を禁止させたまま、移動させ
たMセル（Mセル２４−１）のみを動作させることができ
る。

【０１５８】なお、図１１Aにおいては、この磁束阻止
領域は、ショートリングコイル１０１により形成された
が、反磁界のループ電流を形成する程の面積を有するも
のから形成されればよく、例えば、導体箔パターン、ま
たは図４に示されるようなキャパシタCbのパターン等に
より形成されることができる。

【０１５９】また、図１１Aでは、Mセル２４の動作−動
作禁止の切換は、磁束阻止領域（ショートリングコイル
１０１）が固定され、Mセル２４−１乃至２４−４がそ
の磁束阻止領域内外にそれぞれ移動されることで行われ
たが、図１１Bに示されるように、Mセル２４が所定の配
置位置に固定され（図１１Bでは、4個のMセル２４−１
乃至２４−４が、カードアンテナ２３のアンテナループ
近傍にそれぞれ固定され）、磁束阻止領域（図１１Bで
は、ショートリングコイル１０１−１乃至１０１−４）
が移動されてもよい。

【０１６０】従って、ユーザは、通常の場合（ICカード
１２を使用しない場合）、固定されているMセル２４−
１乃至２４−４のそれぞれに、対応するショートリング
コイル１０１−１乃至１０１−４を被せる（Mセル２４
−１乃至２４−４を磁束阻止領域に含有させる）こと
で、これらのMセル２４−１乃至２４−４の動作を禁止
させることができる。

【０１６１】一方、ユーザは、ICカード１２を使用する
場合、Mセル２４−１乃至２４−４のうち、所望のMセル
（図１１BではMセル２４−１）を動作させるときは、そ
のMセル２４−１に被せられているショートコイル１０
１−１を取り外せば、磁束阻止領域内に配置されたまま
の他のMセル（図１１Bでは、ショートリングコイル１０
１−２乃至１０１−４のいずれかがが被せられているM
セル２４−２乃至２４−４）の動作を禁止させたまま、
Mセル２４−１のみを動作させることができる。

【０１６２】このように、図１１に示されるようなICカ
ード１２は、１枚のカード形態然を取ることができるの
で、量的にかさばることはなく、また、ICカード１２の
カード面上（カードアンテナ２３の面上）に展開する複
数のMセル２４（図１１では、4個のMセル２４−１乃至
２４−４）のうち、ユーザが所望するMセル２４が選択
されれば、容易にユーザが所望するサービスに対応する
ICカードに変身できるという特徴を有している。

【０１６３】従って、ICカード１２は、上述した第１お
よび第２の問題点を解決することができる。

【０１６４】なお、共振中継アンテナを有したカードフ
ォルダ等が知られているが、カードフォルダでは、複数
枚の従来のICカード５１が必要であることには変わりな
く、その結果、これら複数枚の従来のICカード５１が保
持されたカードフォルダは、形状的にかさばり、上述し
た第２の問題点を解決することができない。

【０１６５】さらに、このようなカードフォルダが適用
される非接触通信システムは、従来のICカード５１の法
線方向に発生される磁界を利用するシステムであり、ア
ンテナの導線（ICカード１２におけるカードアンテナ２
３のコイルLbの導線、またはMセル２４のMセルアンテナ
３２のコイルLcの導線）の周囲のループ磁界を利用する
本発明が適用される非接触通信システム１とは明らかに
異なるシステムである。

【０１６６】また、ICカード１２は、従来のICカード５
１に適用されていたR/W装置とそのまま非接触通信でき
るので、製造者等は、新たなR/W装置を設計および製作
する必要がなく、Mセル２４のみ製作すればよい。

【０１６７】さらに、Mセル２４は、従来のICカード５
１を超小型にした構造であり、共通の通信プロトコル、
またはセキュリティが必要とされないため、製造者等
は、自身独自の通信プロトコル、およびセキュリティを
有したMセル２４を容易に製作することができる。

【０１６８】ただし、Mセル２４は、そのアンテナ（Mセ
ルアンテナ３２）が通信搬送周波数に共振するととも
に、ICカード１２の面上（カードアンテナ２３の面上）
に配置可能な形状を有する必要がある。

【０１６９】このように、ICカード１２は、従来のR/W
装置と非接触通信することが可能であるとともに、１枚
のみで複数の団体または企業のサービスを提供すること
ができる。即ち、ICカード１２は、上述した第３の問題
点を解決することができる。

【０１７０】また、上述したように、Mセル２４自体
は、超小型非接触ICモジュールであるため、単独で携帯
電話など他機器に容易に実装あるいは着脱可能であり、
R/W装置以外を利用して、例えば、通信インフラ等を利
用してリーダライタ処理を行わせることができる。この
様なデータ処理されたMセル２４は、ICカード１２に装
着されることで１枚のICカードとして振る舞うことがで
きる。

【０１７１】さらに、ユーザは、定期等利用頻度の高い
Mセル２４に対してあらかじめ優先使用する旨の設定を
することで、ICカード１２を、設定されたMセル２４に
対応するサービスを優先的に提供するICカードとして使
用することができる。

【０１７２】また、本明細書において、システムとは、
処理手段、および複数の装置により構成される装置全体
を表すものである。

【０１７３】

【発明の効果】以上のごとく、本発明の非接触通信シス
テムおよび方法、並びに非接触通信カードによれば、１
枚の非接触通信カードで複数のサービスをユーザに提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される非接触通信システムの構成
例を示す図である。

【図２】図１の非接触通信システムのリーダライタ（R/
W）装置の構成例を示す図である。

【図３】図１の非接触通信システムのICカードの構成例
を示す図である。

【図４】図３のICカードの外観の構成例を示す図であ
る。

【図５】図３のICカードのMセル２４の構成例を示す図
である。

【図６】図１の非接触通信システムの回路構成例を説明
した図である。

【図７】２つの共振アンテナ間で非接触通信する場合の
等化回路図である。

【図８】２つの共振アンテナ間で非接触通信する場合の
伝送特性の様相の例を表した図である。

【図９】非接触通信システムにおける２つのアンテナ間
の距離、径、および幾何学的結合係数の関係例を示す図
である。

【図１０】図３のICカードのカードアンテナとMセルと
の配置位置、および幾何学的結合係数の関係例を示す図
である。

【図１１】図３のICカードに、複数のMセルを実装した
場合の外観の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１非接触通信システム，１１Ｒ／Ｗ装置，１２
ICカード，２１主装置，２２Ｒ／Ｗアンテナ，
２３カードアンテナ，２４, ２４−１乃至２４
−４ Mセル，３１ IC ３２ Mセルアンテナ，４
１マイコン，４２ロジック制御部，４３復調
部，４４変調部，４５搬送信号発生部，４６
搬送波生成部，４７電力増幅部，６１ RF・DE
T部，６２電源生成部，６３復調部，６４変
調部，６５ CLK 抽出部，６６ロジック制御
部，６７メモリＴＡＧアンテナ，１０１ショー
トリングコイル，Ra，Rb 抵抗， La，Lb，Lc コイ
ル， Ca,Cb,Cc キャパシタ， Ha ループ磁界， ia
誘導電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信搬送周波数に共振する第１のアンテ
ナを有する第１の非接触通信装置、および前記通信搬送
周波数に共振する第２のアンテナを備える非接触通信カ
ードと、前記通信搬送周波数に共振する第３のアンテナを備える
第２の非接触通信装置とからなり、前記第２および前記第３のアンテナが電磁結合するとと
もに、前記第１または前記第２のアンテナの導線に流れ
る線電流が前記導線の周辺に生成した循環磁界により、
前記第１および前記第２のアンテナが電磁結合し、前記第１および前記第２の非接触通信装置は、電磁結合
した前記第２および前記第３のアンテナ、並びに前記第
１および前記第２のアンテナを介して相互に非接触通信
することを特徴とする非接触通信システム。
【請求項２】前記第２および前記第３のアンテナが電
磁結合する場合における幾何学的結合係数の第１の値
が、前記第１および前記第３のアンテナが電磁結合する
場合における幾何学的結合係数の第２の値より大きい値
であり、かつ、前記第１および前記第２のアンテナが電
磁結合する場合における幾何学的結合係数の第３の値が
１よりも小さな値であることを特徴とする請求項１に記
載の非接触通信システム。
【請求項３】前記非接触通信カードは、複数の前記第
１の非接触通信装置をさらに備えていることを特徴とす
る請求項２に記載の非接触通信システム。
【請求項４】前記第２のアンテナは、ループアンテナ
であり、前記複数の第１の非接触通信装置のそれぞれは、前記第
２のアンテナのループ内に包含される大きさで形成され
ることを特徴とする請求項３に記載の非接触通信システ
ム。
【請求項５】前記第２のアンテナは、前記通信搬送周
波数に共振する共振回路を構成するキャパシタ、および
インダクタンスとして作用するアンテナコイルを有する
ことを特徴とする請求項４に記載の非接触通信システ
ム。
【請求項６】前記アンテナコイルおよび前記キャパシ
タは、前記非接触通信カードの面上にパターンで形成さ
れることを特徴とする請求項５に記載の非接触通信カー
ド。
【請求項７】前記複数の第１の非接触通信装置は、前
記第２のアンテナの前記ループ内、または前記第２のア
ンテナ近傍の所定の配置位置にそれぞれ配置されること
を特徴とする請求項４に記載の非接触通信システム。
【請求項８】前記所定の配置位置は、前記第１および
前記第２のアンテナが電磁結合する場合における前記幾
何学的結合係数の前記第３の値が最大値をとる位置であ
ることを特徴とする請求項７に記載の非接触通信装置。
【請求項９】前記所定の配置位置に配置された前記複
数の第１の非接触通信装置は、それぞれ独立して取り外
し可能であり、取り外された前記第１の非接触通信装置は、単体で前記
第２の非接触通信装置と非接触通信することが可能であ
ることを特徴とする請求項７に記載の非接触通信システ
ム。
【請求項１０】前記複数の第１の非接触通信装置のそ
れぞれは、前記第２の非接触通信装置と非接触通信する
機能を有するICをさらに備えることを特徴とする請求項
９に記載の非接触通信システム。
【請求項１１】前記複数の第１の非接触通信装置のそ
れぞれは、平方ミリ単位のセル面積を有するカードで形
成されることを特徴とする請求項９に記載の非接触通信
システム。
【請求項１２】前記複数の第１の非接触通信装置のそ
れぞれは、自身独自のセキュリティまたはプロトコルをさらに備え
ることを特徴とする請求項９に記載の非接触通信システ
ム。
【請求項１３】前記非接触通信カードは、前記第２のアンテナの前記ループ内の所定の領域におい
ては、前記第２のアンテナにより発生される磁束を打ち
消す磁束阻止装置をさらに備え、前記複数の第１の非接触通信装置を前記所定の領域内に
それぞれ配置することで、それぞれの前記第１のアンテ
ナと、前記第２のアンテナとが電磁結合する場合におけ
るそれぞれの幾何学的結合係数の前記第３の値を可変す
ることを特徴とする請求項７に記載の非接触通信システ
ム。
【請求項１４】前記磁束阻止装置は、ループ導体また
は導体面域で形成され、前記ループ導体のループ内、または前記導体面域の全面
が、前記所定の領域となることを特徴とする請求項１３
に記載の非接触通信システム。
【請求項１５】前記磁束阻止装置は、取り外し可能で
あるとともに、前記所定の領域を移動させることが可能
であることを特徴とする請求項１３に記載の非接触通信
システム。
【請求項１６】前記第２の非接触通信装置は、前記通信搬送周波数の搬送信号を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された前記搬送信号に第１の情
報を重畳して送信する搬送信号送信手段とをさらに備え
ることを特徴とする請求項１に記載の非接触通信システ
ム。
【請求項１７】前記第１の非接触通信装置は、前記第２の非接触通信装置の前記搬送信号送信手段によ
り送信された前記搬送信号を、前記第１乃至前記第３の
アンテナを介して受信する受信手段と、前記受信手段に
より受信された前記搬送信号から電力を取得する電力取
得手段と、前記受信手段により受信された前記搬送信号に重畳され
ている前記第１の情報を取得する第１の情報取得手段
と、前記第１の情報取得手段により取得された前記第１の情
報を記憶する記憶手段と、第２の情報を出力する情報出力手段と、前記情報出力手段により出力された前記第２の情報に基
づいて、前記第１のアンテナの受端インピーダンスを変
化させる変調手段とをさらに備えることを特徴とする請
求項１６に記載の非接触通信システム。
【請求項１８】前記第２の非接触通信装置は、前記変調手段により変化された前記第１のアンテナの前
記受端インピーダンスの変化量を、前記第１乃至前記第
３のアンテナを介して検出し、検出した前記第１のアン
テナの前記受端インピーダンスの変化量に基づいて、前
記第１の非接触通信装置の前記情報出力手段により出力
された前記第２の情報を取得する第２の情報取得手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の非
接触通信システム。
【請求項１９】前記第２の非接触通信装置は、リーダ
ライタ装置であることを特徴とする請求項１に記載の非
接触通信システム。
【請求項２０】通信搬送周波数に共振する第１のアン
テナを有する第１の非接触通信装置、および前記通信搬
送周波数に共振する第２のアンテナを備える非接触通信
カードと、前記通信搬送周波数に共振する第３のアンテナを備える
第２の非接触通信装置とからなる非接触通信システムの非接触通信方法であっ
て、前記第２および前記第３のアンテナを電磁結合させると
ともに、前記第１または前記第２のアンテナの導線に流
れる線電流が前記導線の周辺に生成した循環磁界によ
り、前記第１および前記第２のアンテナを電磁結合さ
せ、前記第１および前記第２の非接触通信装置に、電磁結合
した前記第２および前記第３のアンテナ、並びに前記第
１および前記第２のアンテナを介して相互に非接触通信
させることを特徴とする非接触通信方法。
【請求項２１】通信搬送周波数に共振する第１のアン
テナを有する第１の非接触通信装置と、前記通信搬送周波数に共振する第２のアンテナとを備
え、前記通信搬送周波数に共振する第３のアンテナを有する
外部のリーダライタ装置と非接触通信する場合、前記第２および前記第３のアンテナが電磁結合するとと
もに、前記第１または前記第２のアンテナの導線に流れ
る線電流が前記導線の周辺に生成した循環磁界により、
前記第１および前記第２のアンテナが電磁結合し、前記第１の非接触通信装置は、電磁結合した前記第１お
よび前記第２のアンテナ、並びに前記第２および前記第
３のアンテナを介して、前記リーダライタ装置と非接触
通信することを特徴とする非接触通信カード。