JP2009075966A - 非接触型ｉｃカード通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、アンテナ基板と同一平面に導体の部品が存在する場合でもループアンテナの性能劣化を抑制することができる非接触型ＩＣカード通信装置を提供する。
【解決手段】本発明の非接触型ＩＣカード通信装置は、非接触型ＩＣカードに対して給電および通信を行うためのループアンテナ１１と、ループアンテナ１１の外周にループに沿ったループ状のループ状導体１２Ａと、ループアンテナ１１が作動している状態で、ループアンテナ１１の共振周波数が非接触型ＩＣカードの使用周波数に一致するように、ループアンテナ１１の共振周波数を調整する整合部とを備え、ループアンテナ１１の最も近くに配置されている導体は、ループ状導体１２Ａである。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触型ＩＣカードと非接触でデータの通信を行う非接触型ＩＣカード通信装置に関する。

近年、例えば、入退室管理システムや電子マネーシステム等に利用されるＩＤカード、定期券およびキャッシュカード等のＩＣカード化が進展している。このようなＩＣカードの一つに非接触型ＩＣカードがある。この非接触型ＩＣカードは、例えば、樹脂製カードに組み込まれたＩＣチップおよびループアンテナを備えて構成されており、非接触で非接触型ＩＣカード通信装置（非接触型ＩＣカードリーダ、非接触型ＩＣカードライタおよび非接触型ＩＣカードリーダライタを含む）によって給電が行われると共に、データの読み取りが行われ、あるいはデータの書き込みが行われ、あるいはデータの読み取りおよび書き込みが行われる。この非接触型ＩＣカード通信装置には、非接触型ＩＣカードと非接触で給電および通信を行うために、ループアンテナが備えられている。

この非接触型ＩＣカード通信装置のループアンテナは、使用周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ帯の周波数等）に合わせてその共振周波数が設計されているが、このループアンテナの近傍、例えばループアンテナの後方（下面、背面）等に金属部材が存在すると、このループアンテナからの磁束によって金属部材でこの磁束を打ち消す方向にいわゆる渦電流が発生し、ループアンテナの共振周波数がずれてしまい、この結果、このループアンテナの出力が低下してしまう。

このため、例えば、特許文献１では、非接触型ＩＣカードリーダライタにおいて、ループアンテナと金属部材の間に磁性体が設けられ、金属部材に生じる渦電流の低減が図られている。また例えば、特許文献２では、アンテナが装備されたアンテナ面を有して、ＩＣカードに記録されている情報を読み取り可能なリーダユニットと、前記アンテナ面を外部に覗かせるための開口部を有して、前記リーダユニットを収容するユニット収容体と、前記リーダユニットを前記ユニット収容体に収容させて組み付けるべく、前記開口部の縁を覆う状態に形成されて前記ユニット収容体に取り付けられる金属製の取付枠とから成るＩＣカード読取装置であって、前記取付枠が不連続箇所を有した非ループ状の枠本体から構成され、金属製の取付枠に生じる渦電流の低減が図られている。
特開２００２−２９８０９５号公報 特開２００５−０７８３８２号公報

ところで、非接触型ＩＣカード通信装置において、ループアンテナが配置されるアンテナ基板と同一平面に導体の部品（部材）が存在する場合では、この導体の部品におけるループアンテナへの影響が大きく、ループアンテナの性能が劣化してしまう。

前記特許文献１に開示の非接触型ＩＣカードリーダライタや特許文献２に開示のＩＣカード読取装置は、ループアンテナの後方（背面）における磁束を考慮したものであるため、ループアンテナが配置されるアンテナ基板と同一平面に導体の部品が存在する場合では、このループアンテナの性能の劣化を低減することが難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、アンテナ基板と同一平面に導体の部品が存在する場合でもループアンテナの性能劣化を抑制することができる非接触型ＩＣカード通信装置を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる非接触型ＩＣカード通信装置は、非接触型ＩＣカードに対して給電および通信を行うためのループアンテナと、前記ループアンテナの外周にループに沿ったループ状のループ状導体と、前記ループアンテナが作動している状態で、前記ループアンテナの共振周波数が前記非接触型ＩＣカードの使用周波数に一致するように、前記ループアンテナの共振周波数を調整する整合部とを備え、前記ループアンテナの最も近くに配置されている導体は、前記ループ状導体であることを特徴とする。

このような構成の非接触型ＩＣカード通信装置では、ループアンテナの外周に該ループアンテナのループに沿ったループ状のループ状導体が配置され、ループアンテナが作動している状態で、ループアンテナの共振周波数が非接触型ＩＣカードの使用周波数に一致するように、ループアンテナの共振周波数を調整する整合部が設けられている。したがって、ループアンテナが動作すると、ループ状導体にいわゆる渦電流が流れ、ループアンテナに作用し、ループアンテナの共振周波数をずらそうとするが、整合部によってループアンテナの共振周波数が非接触型ＩＣカードの使用周波数に一致するようにループアンテナの共振周波数が調整される。このため、ループアンテナは、非接触型ＩＣカードの使用周波数で共振することになる。そして、ループアンテナの最も近くに配置される導体がこのループ状導体とされている。すなわち、ループ状導体は、非接触型ＩＣカード通信装置を構成する複数の導体の部品（部材）の中でループアンテナの最も近くに配置される。このため、ループアンテナの周囲に例えば金属部材等の他の導体の部品が配置されている場合でも、ループアンテナの動作によって導体に生じる渦電流の中でループアンテナに最も近くに配置されているこのループ状導体で生じる渦電流が支配的であり、整合部でループアンテナの共振周波数のずれが調整されているので、ループアンテナの共振周波数がさらにずれることが抑制される。したがって、このような構成の非接触型ＩＣカード通信装置では、アンテナ基板と同一平面に導体の部品（部材）が存在する場合でもループアンテナの性能劣化が抑制される。

また、上述の非接触型ＩＣカード通信装置において、前記ループアンテナと前記ループ状導体とは、同一基板上に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、ループアンテナとループ状導体とが同一基板上に配置されるので、ループアンテナとループ状導体との位置関係が固定され、位置関係の変化によるループアンテナの共振周波数の変動をより低減することができる。また、ループアンテナとループ状導体とが一工程、例えば、一つのエッチング工程で形成可能であるから、これらの製作が容易であり、また工数を低減することができる。

また、上述の非接触型ＩＣカード通信装置において、前記ループ状導体は、４個の側面を形成する導体と１個の底面を形成する導体とから成る、一面が開口する直方体形状であることを特徴とする。

この構成によれば、ループ状導体が４個の側面を形成する導体と１個の底面を形成する導体とから成る一面開口の直方体形状であるので、アンテナ基板の後方（背面、裏面、下面）を直方体形状の導体で覆うことが可能となる。このため、アンテナ基板の後方への不要な電磁界の放射を抑制することが可能となる。その一方で、ループアンテナへ後方から侵入するノイズも防止することが可能となる。また、アンテナ部の後方に金属部材が配置された場合に、その影響をより小さくすることができる。

本発明の非接触型ＩＣカード通信装置は、アンテナ基板と同一平面に導体の部品が存在する場合でもループアンテナの性能劣化を抑制することができる。

以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は、実施形態における非接触型ＩＣカード通信装置の電気的な構成を示すブロック図である。図２は、第１の実施形態におけるアンテナ部分の構成を示す斜視図である。図２（Ｂ）には、磁束５１も示されている。

図１において、非接触型ＩＣカード通信装置Ｄは、アンテナ部１Ａと、整合部２と、無線通信部３と、制御部４とを備えて構成される。

アンテナ部１Ａは、非接触型ＩＣカードに対して給電および通信を行う回路である。アンテナ部１Ａは、非接触型ＩＣカードに対して給電および通信を行うためのループアンテナ１１と、ループアンテナ１１の外周にループに沿ったループ状のループ状導体１２Ａとを備え、ループアンテナ１１の最も近くに配置されている導体は、ループ状導体１２Ａとされている。ループアンテナ１１とループ状導体１２Ａとは、絶縁されており、それぞれ独立している。

より具体的には、図２に示す例では、平面視にて四角形状であって平板状であるアンテナ基板１３上に、平面視にて四角形状であってループ状（環状）である導体、例えば銅やアルミニウム等の金属から成るループアンテナ１１が形成されている。ループアンテナ１１の巻き数（ターン数）は、所要の出力等に応じて適宜に設定される。そして、ループアンテナ１１と略同一平面となるように、そして、所定の一定間隔でアンテナ基板１３の外周に沿ってループ状の例えば銅やアルミニウム等の金属から成るループ状導体１２Ａが配置されている。前記所定の一定間隔は、非接触型ＩＣカード通信装置Ｄを構成する他の導体の部品（例えば、筐体、支持板、ネジ、ボルトおよびワッシャ等）（不図示）よりもループ状導体１２Ａがループアンテナ１１に最も近く配置されるような長さ（距離）に設定されている。ループアンテナ１１の形状とループ状導体１２Ａの形状とアンテナ基板１３の形状とは、本実施形態では、互いに略相似形とされている。

整合部２は、ループアンテナ１１を予め設定されている所定の非接触型ＩＣカードの使用周波数、例えば、１３．５６Ｍｚの周波数帯における周波数で共振させるためであって、ループアンテナ１１と無線通信部３との間でインピーダンスを整合させるための整合回路であり、例えば、可変容量コンデンサ等を備えた共振回路等で構成される。そして、整合部２は、ループアンテナ１１が動作している状態で、ループアンテナ１１の共振周波数が非接触型ＩＣカードの使用周波数に一致するように、例えば製造段階や出荷段階等で可変容量コンデンサの容量を調整することによって、ループアンテナ１１の共振周波数を調整する。

無線通信部３は、ループアンテナ１１に対して整合部２を介して電力を供給すると共に、ループアンテナ１１に対して整合部２を介して送受信データを入出力する回路である。無線通信部３は、例えば、ループアンテナ１１へ整合部２を介して電力および送信データを供給する無線送信回路３１と、ループアンテナ１１から整合部２を介して受信データを取得する無線受信回路３２とを備えて構成される。

制御部４は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路を備えて構成され、非接触型ＩＣカード通信装置Ｄの各部を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって非接触型ＩＣカード通信装置Ｄの全体制御を司る回路である。

このような構成の非接触型ＩＣカード通信装置Ｄでは、動作を開始すると、まず、ループアンテナ１１からデータによって変調されていない電波が放射される。そして、非接触型ＩＣカード（不図示）が非接触型ＩＣカード通信装置Ｄに近づくと、ループアンテナ１１から放射されているこの電波によって給電され、非接触型ＩＣカードが駆動する。非接触型ＩＣカードが駆動すると、非接触型ＩＣカード通信装置Ｄは、非接触型ＩＣカードと通信を開始し、ループアンテナ１１を介してデータによって変調された電波が非接触型ＩＣカードとの間で送受信される。

ここで、ループアンテナ１１が動作すると、ループ状導体１２Ａにいわゆる渦電流５２が流れ、ループアンテナ１１に作用し、ループアンテナ１１の共振周波数をずらそうとするが、整合部２によってループアンテナ１１の共振周波数が非接触型ＩＣカードの使用周波数に一致するようにループアンテナ１１の共振周波数が調整される。このため、ループアンテナ１１は、非接触型ＩＣカードの使用周波数で共振することになる。そして、ループ状導体１２Ａは、非接触型ＩＣカード通信装置Ｄを構成する複数の導体の部品（部材）の中でループアンテナ１１の最も近くに配置されている。このため、ループアンテナ１１の周囲に例えば金属部材等の他の導体の部品が配置されている場合でも、ループアンテナ１１の動作によって導体に生じる渦電流の中でループアンテナ１１に最も近くに配置されているこのループ状導体１２Ａで生じる渦電流５２が支配的であり、整合部２でループアンテナ１１の共振周波数のずれが調整されているので、ループアンテナ１１の共振周波数がさらにずれることが抑制される。したがって、このような構成の非接触型ＩＣカード通信装置Ｄでは、ループ状導体１２Ａを除く他の導体の部品（部材）がアンテナ基板１３と同一平面に存在する場合でもループアンテナ１１の性能劣化が抑制される。よって、ループアンテナ１１は、最も効率よく空間に電波を放射し、非接触型ＩＣカード通信装置Ｄは、非接触型ＩＣカードと良好に通信可能となる。

次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態）
第２の実施形態における非接触型ＩＣカード通信装置Ｄは、アンテナ部１Ａの構成を他の構成に代えたものである。このため、第２の実施形態における非接触型ＩＣカード通信装置Ｄの電気的な構成は、図１に示す構成と同様であり、その説明を省略する。

図３は、第２の実施形態におけるアンテナ部分の構成を示す斜視図である。図３（Ｂ）には、磁束５１も示されている。図３において、第２の実施形態におけるアンテナ部１Ｂは、ループアンテナ１１とループ状導体１２Ｂとが同一基板、すなわち、アンテナ基板１３上に配置されており、ループアンテナ１１の最も近くに配置されている導体は、ループ状導体１２Ｂとされている。

より具体的には、図３に示す例では、アンテナ基板１３上に、非接触型ＩＣカードに対して給電および通信を行うためのループ状のループアンテナ１１と、ループアンテナ１１の外周に予め設定された所定の一定間隔を空けてループアンテナ１１のループに沿ったループ状の例えば銅やアルミニウム等の金属から成るループ状導体１２Ｂとが、例えばエッチング等によって形成される。ループアンテナ１１およびアンテナ基板１３は、第１の実施形態のものと同様である。ループアンテナ１１の形状とループ状導体１２Ｂの形状とアンテナ基板１３の形状とは、本実施形態では、互いに略相似形とされており、平面視にて四角形状とされている。

このような構成のアンテナ部１Ｂを備える非接触型ＩＣカード通信装置Ｄでは、第１の実施形態におけるアンテナ部１Ａを備える非接触型ＩＣカード通信装置Ｄと同様に、ループ状導体１２Ｂを除く他の導体の部品（部材）がアンテナ基板１３と同一平面に存在する場合でもループアンテナ１１の性能劣化が抑制される。そして、このアンテナ部１Ｂを備える非接触型ＩＣカード通信装置Ｄでは、ループアンテナ１１とループ状導体１２Ｂとが同一のアンテナ基板１３上に配置されるので、ループアンテナ１１とループ状導体１２Ｂとの位置関係が固定され、位置関係の変化によるループアンテナ１１の共振周波数の変動をより低減することができる。特に、外部からの衝撃によるこれらの位置関係の変化が略無くなるので、耐衝撃性の向上が可能となる。また、ループアンテナ１１とループ状導体１２とが同一基板１３上に配置されるので、ループアンテナ１１とループ状導体１２Ｂとが一工程、例えば、一つのエッチング工程で形成可能であるから、これらの製作が容易であり、また工数を低減することができる。

次に、別の実施形態について説明する。
（第３の実施形態）
第３の実施形態における非接触型ＩＣカード通信装置Ｄは、アンテナ部１Ａの構成を他の構成に代えたものである。このため、第３の実施形態における非接触型ＩＣカード通信装置Ｄの電気的な構成は、図１に示す構成と同様であり、その説明を省略する。

図４は、第３の実施形態におけるアンテナ部分の構成を示す斜視図である。図３（Ａ）は、その分解斜視図であり、図３（Ｂ）は、その斜視図であって、磁束５１も示されている。図４において、第３の実施形態におけるアンテナ部１Ｃは、非接触型ＩＣカードに対して給電および通信を行うためのループアンテナ１１と、ループアンテナ１１の外周にループに沿ったループ状のループ状導体１２Ｃを備え、ループアンテナ１１の最も近くに配置されている導体は、ループ状導体１２Ｃとされており、そして、このループ状導体１２Ｃは、４個の側面を形成する導体（側面導体）１２１−１〜１２１−４と１個の底面を形成する導体（底面導体）１２２とから成る、一面が開口する直方体形状である。側面導体１２１−１〜１２１−４および底面導体１２２は、例えば銅やアルミニウム等の金属から成る。ループアンテナ１１およびアンテナ基板１３は、第１の実施形態のものと同様である。ループアンテナ１１の形状とループ状導体１２Ｃの開口部の形状とアンテナ基板１３の形状とは、本実施形態では、互いに略相似形とされており、平面視にて四角形状とされている。そして、図３（Ｂ）に示すように、このループ状導体１２Ｃにおける四角形の開口部に、ループアンテナ１１が形成されている四角形のアンテナ基板１３が嵌め込まれている。アンテナ基板１３の寸法は、ループ状導体１２Ｃの開口部の寸法よりもやや小さくされている。

このような構成のアンテナ部１Ｃを備える非接触型ＩＣカード通信装置Ｄでは、第１の実施形態におけるアンテナ部１Ａを備える非接触型ＩＣカード通信装置Ｄと同様に、ループ状導体１２Ｃを除く他の導体の部品（部材）がアンテナ基板１３と同一平面に存在する場合でもループアンテナ１１の性能劣化が抑制される。そして、このアンテナ部１Ｃを備える非接触型ＩＣカード通信装置Ｄでは、ループ状導体１２Ｃが４個の側面導体１２１−１〜１２１−４と１個の底面導体１２２とから成る一面開口の直方体形状であるので、アンテナ基板１３の後方（背面、裏面）を直方体形状の導体で覆うことが可能となる。このため、アンテナ基板１３の後方への不要な電磁界の放射を抑制することが可能となる。その一方で、ループアンテナ１１へ後方から侵入するノイズも防止することが可能となる。したがって、他の機器へ干渉を与えることが低減され、また他の機器から干渉されることも低減される。また、アンテナ部１Ｃの後方に金属部材が配置された場合に、その影響をより小さくすることができる。

なお、上述の第１ないし第３の実施形態では、ループアンテナ１１は、平面視にて四角形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば平面視にて多角形状や楕円形状や円形状等の他の形状であってもよい。

また、上述の第１ないし第３の実施形態では、ループ状導体１２（１２Ａ〜１２Ｃ）は、ループアンテナ１１の形状と相似形であるが、必ずしも相似形でなくてもよい。例えば、ループアンテナ１１が平面視にて六角形であって、ループ状導体１２が平面視にて円形状であってもよい。要は、ループアンテナ１１の外周にループアンテナ１１のループに沿ったループ状であって、ループアンテナ１１の最も近くに配置されている導体が当該ループ状導体であればよい。

また、上述の第１ないし第３の実施形態では、非接触型ＩＣカード通信装置Ｄは、非接触ＩＣカードに対してデータの読み取りおよび書き込みを行ういわゆる非接触型ＩＣカードリーダライタであるが、非接触ＩＣカードに対してデータの読み取りを行ういわゆる非接触型ＩＣカードリーダであってもよく、あるいは、非接触ＩＣカードに対してデータの書き込みを行ういわゆる非接触型ＩＣカードライタであってもよい。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

実施形態における非接触型ＩＣカード通信装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第１の実施形態におけるアンテナ部分の構成を示す斜視図である。 第２の実施形態におけるアンテナ部分の構成を示す斜視図である。 第３の実施形態におけるアンテナ部分の構成を示す斜視図である。

符号の説明

Ｄ 非接触型ＩＣカード通信装置
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ アンテナ部
２ 整合部
３ 無線通信部
４ 制御部
１１ ループアンテナ
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ ループ状導体
１３ アンテナ基板
５１ 磁束
５２ 渦電流

Claims (3)

1. 非接触型ＩＣカードに対して給電および通信を行うためのループアンテナと、
   前記ループアンテナの外周にループに沿ったループ状のループ状導体と、
   前記ループアンテナが作動している状態で、前記ループアンテナの共振周波数が前記非接触型ＩＣカードの使用周波数に一致するように、前記ループアンテナの共振周波数を調整する整合部とを備え、
   前記ループアンテナの最も近くに配置されている導体は、前記ループ状導体であること
   を特徴とする非接触型ＩＣカード通信装置。
2. 前記ループアンテナと前記ループ状導体とは、同一基板上に配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の非接触型ＩＣカード通信装置。
3. 前記ループ状導体は、４個の側面を形成する導体と１個の底面を形成する導体とから成る、一面が開口する直方体形状であること
   を特徴とする請求項１に記載の非接触型ＩＣカード通信装置。

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