JP3488166B2 - 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 - Google Patents
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Info
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- JP3488166B2 JP3488166B2 JP2000047115A JP2000047115A JP3488166B2 JP 3488166 B2 JP3488166 B2 JP 3488166B2 JP 2000047115 A JP2000047115 A JP 2000047115A JP 2000047115 A JP2000047115 A JP 2000047115A JP 3488166 B2 JP3488166 B2 JP 3488166B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非接触型ＩＣカード
においてリーダライタ側とＩＣカード側との間でデータ
の授受のみならず、ＩＣカードを動作させる電力供給も
同時に行う方式のＩＣカードシステムに関し、特に、広
い動作範囲にわたって電力供給を効率的に行うためのイ
ンピーダンス整合手段に係る。
においてリーダライタ側とＩＣカード側との間でデータ
の授受のみならず、ＩＣカードを動作させる電力供給も
同時に行う方式のＩＣカードシステムに関し、特に、広
い動作範囲にわたって電力供給を効率的に行うためのイ
ンピーダンス整合手段に係る。
【０００２】
【従来の技術】非接触型ＩＣカードはＩＳＯ／ＩＥＣに
おいて標準化作業が進行しており、使用する非接触イン
ターフェースによって、密着型、近接型、近傍型、マイ
クロ波型に分類される。これらの中でも特に１３．５６
ＭＨｚのキャリア周波数を用いた電磁誘導方式の近接型
ＩＣカードが電子チケット、電子マネー、アクセス管
理、アミューズメント、行政・公共カード等の用途で注
目を集めている。また同じ周波数を用いた電磁誘導方式
である近傍型も入退室管理やアミューズメント等で着目
されている。
おいて標準化作業が進行しており、使用する非接触イン
ターフェースによって、密着型、近接型、近傍型、マイ
クロ波型に分類される。これらの中でも特に１３．５６
ＭＨｚのキャリア周波数を用いた電磁誘導方式の近接型
ＩＣカードが電子チケット、電子マネー、アクセス管
理、アミューズメント、行政・公共カード等の用途で注
目を集めている。また同じ周波数を用いた電磁誘導方式
である近傍型も入退室管理やアミューズメント等で着目
されている。
【０００３】これら近接型や近傍型の非接触ＩＣカード
は電池を内蔵せず、リーダライターから電磁誘導によっ
て供給される電力を用いて、カード内部のＩＣを動作さ
せ、応答を行うためＩＣカードが電力をいかに効率よく
受信するかが、ＩＣカードの処理性能の向上やリーダー
ライターとＩＣカード間の通信距離における動作範囲の
拡大において重要となる。リーダーライターから非接触
ＩＣカードヘの電力伝送において、両者のインピーダン
ス整合をとることが電力伝送の効率の点で有効であるこ
とは周知の事実であるが、インピーダンス整合は両者間
の距離にも依存するにも関わらず、従来のＩＣカードは
図１０に示すように、受信側のＩＣカード６１上におい
て、アンテナコイル６２と内部回路６３の間に、同調用
コンデンサ６５を挿入すると共に、送信側のリーダライ
タ６６上において、送信回路６７とアンテナコイル６８
との間にインピーダンス整合回路６９を挿入し、特定の
距離に対してインピーダンス整合を取っていたため、狭
い動作範囲の中でしか、ＩＣカードが有効に動作しなか
った。すなわち、例えばＡＳＫ１０％の変調方式を用い
る近接型ＩＣカードの場合、リーダーライターとＩＣカ
ード間の通信距離の上限は１０ｃｍ程度とされている
が、１０ｃｍでＩＣカードが動作できるように回路定数
を固定化すると、その距離の前後２、３ｃｍ程度の幅し
か実際は動作ができない。その範囲外ではインピーダン
ス整合が外れて、受信できる電力が不足し、ＩＣカード
は動作しない。近傍型では通信距離の上限は７０ｃｍ程
度と近接型よりもかなり遠距離まで到達でき、それに準
じて動作範囲の幅も拡大するが、状況は同じであって、
やはり固定したインピーダンス整合では、通信が可能な
幅はあまり大きくない。
は電池を内蔵せず、リーダライターから電磁誘導によっ
て供給される電力を用いて、カード内部のＩＣを動作さ
せ、応答を行うためＩＣカードが電力をいかに効率よく
受信するかが、ＩＣカードの処理性能の向上やリーダー
ライターとＩＣカード間の通信距離における動作範囲の
拡大において重要となる。リーダーライターから非接触
ＩＣカードヘの電力伝送において、両者のインピーダン
ス整合をとることが電力伝送の効率の点で有効であるこ
とは周知の事実であるが、インピーダンス整合は両者間
の距離にも依存するにも関わらず、従来のＩＣカードは
図１０に示すように、受信側のＩＣカード６１上におい
て、アンテナコイル６２と内部回路６３の間に、同調用
コンデンサ６５を挿入すると共に、送信側のリーダライ
タ６６上において、送信回路６７とアンテナコイル６８
との間にインピーダンス整合回路６９を挿入し、特定の
距離に対してインピーダンス整合を取っていたため、狭
い動作範囲の中でしか、ＩＣカードが有効に動作しなか
った。すなわち、例えばＡＳＫ１０％の変調方式を用い
る近接型ＩＣカードの場合、リーダーライターとＩＣカ
ード間の通信距離の上限は１０ｃｍ程度とされている
が、１０ｃｍでＩＣカードが動作できるように回路定数
を固定化すると、その距離の前後２、３ｃｍ程度の幅し
か実際は動作ができない。その範囲外ではインピーダン
ス整合が外れて、受信できる電力が不足し、ＩＣカード
は動作しない。近傍型では通信距離の上限は７０ｃｍ程
度と近接型よりもかなり遠距離まで到達でき、それに準
じて動作範囲の幅も拡大するが、状況は同じであって、
やはり固定したインピーダンス整合では、通信が可能な
幅はあまり大きくない。
【０００４】なお、特開平１０−１４５９８７号公報に
は、ＩＣカード内にインピーダンス制御回路を有し、受
信電力を制御することが記載されている。この従来技術
は、図１１に示すように、ＩＣカード側のアンテナコイ
ル５２に並列に挿入された可変抵抗または可変容量で構
成されたインピーダンス可変回路５３の特性値を変更す
る、もしくは、アンテナコイル５２のインダクタンスを
等価的に制御し、インピーダンス整合を外すことによっ
て、至近距離における過大な入力を低減する技術であ
る。しかし、制御するインピーダンス可変回路５３がア
ンテナコイル５２と並列に１つしかないために、インピ
ーダンス整合を外すことはできても、インピーダンス整
合をあわせることはできず、リーダライターからの距離
が大きく、インピーダンス整合が大きく外れる場所での
給電効率を向上し、通信可能距離の範囲を拡大する効果
はなかった。非接触ＩＣカードの特徴のひとつは、リー
ダライターから離れた状態で操作できることにあるた
め、このように、ＩＣカードが動作できる幅が狭いと、
カード利用者にとっては不便であり、また誤動作の原因
であった。
は、ＩＣカード内にインピーダンス制御回路を有し、受
信電力を制御することが記載されている。この従来技術
は、図１１に示すように、ＩＣカード側のアンテナコイ
ル５２に並列に挿入された可変抵抗または可変容量で構
成されたインピーダンス可変回路５３の特性値を変更す
る、もしくは、アンテナコイル５２のインダクタンスを
等価的に制御し、インピーダンス整合を外すことによっ
て、至近距離における過大な入力を低減する技術であ
る。しかし、制御するインピーダンス可変回路５３がア
ンテナコイル５２と並列に１つしかないために、インピ
ーダンス整合を外すことはできても、インピーダンス整
合をあわせることはできず、リーダライターからの距離
が大きく、インピーダンス整合が大きく外れる場所での
給電効率を向上し、通信可能距離の範囲を拡大する効果
はなかった。非接触ＩＣカードの特徴のひとつは、リー
ダライターから離れた状態で操作できることにあるた
め、このように、ＩＣカードが動作できる幅が狭いと、
カード利用者にとっては不便であり、また誤動作の原因
であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記問題点にかんが
み、本発明においては、電磁誘導を用いて電力伝送と信
号送受信を行う非接触ＩＣカードシステムにおいて、通
信可能距離の幅広い範囲において電力伝送の効率を高め
ることにより、非接触ＩＣカードの動作範囲を拡大し優
れた実用性のシステムの実現を目的としている。
み、本発明においては、電磁誘導を用いて電力伝送と信
号送受信を行う非接触ＩＣカードシステムにおいて、通
信可能距離の幅広い範囲において電力伝送の効率を高め
ることにより、非接触ＩＣカードの動作範囲を拡大し優
れた実用性のシステムの実現を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上述べた課題を解決す
るために、本発明においては、先ず非接触ＩＣカードシ
ステムについて、次いで、このシステムに適用する非接
触ＩＣカードおよびリーダライタについて解決手段を開
示するものである。まず非接触ＩＣカードシステムにつ
いて、請求項１においては、電磁誘導を用いて電力伝送
と信号の送受信を行なう一組のリーダライタと非接触Ｉ
Ｃカードを有し、該リーダライタは少なくとも電磁場に
よる信号を発生させるためのアンテナコイルを含む電磁
場発生手段を有し、該非接触ＩＣカードは少なくとも電
磁場を受信するためのアンテナコイルを含む電磁場受信
手段を有する非接触ＩＣカードシステムにおいて、該リ
ーダライタの電磁場発生手段もしくは該非接触ＩＣカー
ドの電磁場受信手段の少なくともいずれか一方は、前記
アンテナコイルに並列および直列に接続された特性値を
制御可能な２つの可変回路から構成され、該アンテナコ
イルの入出力インピーダンスを可変制御するインピーダ
ンス可変整合手段と、該インピーダンス可変整合手段を
制御するために、該リーダライタと該非接触ＩＣカード
との電力伝送効率もしくはその導関数のうち、一方もし
くは両方を検出する電力伝送効率検出手段と、電力伝送
状態を判定する電力伝送状態判定手段とによって構成さ
れた制御手段を有し、該制御手段によって、前記２つの
可変回路の特性値を同時に制御することにより、該イン
ピーダンス可変整合手段の入出力インピーダンスを制御
し、該リーダライタと該非接触ＩＣカードの間のインピ
ーダンスを整合することで、該非接触ＩＣカードにおけ
る受信電力を向上し、前記可変回路が、可変キャパシタ
回路、可変インダクタ回路、または可変抵抗回路の少な
くとも何れかであることを特徴とする非接触ＩＣカード
システムについて規定している。請求項２においては、
請求項１において、前記可変回路は、キャパシタ素子、
インダクタ素子、または抵抗素子の少なくとも何れか
と、それらそれぞれに直列に接続された切断スイッチと
を含み、前記制御手段からの出力によって、該切断スイ
ッチを制御する非接触ＩＣカードシステムについて規定
している。請求項３においては、請求項１において、前
記アンテナコイルが複数のアンテナコイルの直列接続に
よって構成され、前記可変インダクタ回路は、前記複数
のアンテナコイルの少なくとも１つと、前記アンテナコ
イルとの２つの接続点のうち少なくとも１つを該アンテ
ナコイルの一端および直列接続点の中から選択して切り
換える手段とを含み、前記制御手段からの出力によっ
て、該切り替える手段を制御する非接触ＩＣカードシス
テムについて規定している。請求項４においては、請求
項１において、キャリア周波数が１３．５６ＭＨｚであ
る非接触ＩＣカードシステムについて規定している。
るために、本発明においては、先ず非接触ＩＣカードシ
ステムについて、次いで、このシステムに適用する非接
触ＩＣカードおよびリーダライタについて解決手段を開
示するものである。まず非接触ＩＣカードシステムにつ
いて、請求項１においては、電磁誘導を用いて電力伝送
と信号の送受信を行なう一組のリーダライタと非接触Ｉ
Ｃカードを有し、該リーダライタは少なくとも電磁場に
よる信号を発生させるためのアンテナコイルを含む電磁
場発生手段を有し、該非接触ＩＣカードは少なくとも電
磁場を受信するためのアンテナコイルを含む電磁場受信
手段を有する非接触ＩＣカードシステムにおいて、該リ
ーダライタの電磁場発生手段もしくは該非接触ＩＣカー
ドの電磁場受信手段の少なくともいずれか一方は、前記
アンテナコイルに並列および直列に接続された特性値を
制御可能な２つの可変回路から構成され、該アンテナコ
イルの入出力インピーダンスを可変制御するインピーダ
ンス可変整合手段と、該インピーダンス可変整合手段を
制御するために、該リーダライタと該非接触ＩＣカード
との電力伝送効率もしくはその導関数のうち、一方もし
くは両方を検出する電力伝送効率検出手段と、電力伝送
状態を判定する電力伝送状態判定手段とによって構成さ
れた制御手段を有し、該制御手段によって、前記２つの
可変回路の特性値を同時に制御することにより、該イン
ピーダンス可変整合手段の入出力インピーダンスを制御
し、該リーダライタと該非接触ＩＣカードの間のインピ
ーダンスを整合することで、該非接触ＩＣカードにおけ
る受信電力を向上し、前記可変回路が、可変キャパシタ
回路、可変インダクタ回路、または可変抵抗回路の少な
くとも何れかであることを特徴とする非接触ＩＣカード
システムについて規定している。請求項２においては、
請求項１において、前記可変回路は、キャパシタ素子、
インダクタ素子、または抵抗素子の少なくとも何れか
と、それらそれぞれに直列に接続された切断スイッチと
を含み、前記制御手段からの出力によって、該切断スイ
ッチを制御する非接触ＩＣカードシステムについて規定
している。請求項３においては、請求項１において、前
記アンテナコイルが複数のアンテナコイルの直列接続に
よって構成され、前記可変インダクタ回路は、前記複数
のアンテナコイルの少なくとも１つと、前記アンテナコ
イルとの２つの接続点のうち少なくとも１つを該アンテ
ナコイルの一端および直列接続点の中から選択して切り
換える手段とを含み、前記制御手段からの出力によっ
て、該切り替える手段を制御する非接触ＩＣカードシス
テムについて規定している。請求項４においては、請求
項１において、キャリア周波数が１３．５６ＭＨｚであ
る非接触ＩＣカードシステムについて規定している。
【０００７】また、非接触ＩＣカードに関しては以下の
手段を開示するものである。すなわち、請求項５におい
ては、電磁誘導を用いて電力伝送と信号の送受信を行な
う一組のリーダライタと非接触ＩＣカードを有する非接
触ＩＣカードシステムに適用され、少なくとも電磁場を
受信するためのアンテナコイルを含む電磁場受信手段を
有する非接触ＩＣカードにおいて、該電磁場受信手段
は、前記アンテナコイルに並列および直列に接続された
特性値を制御可能な２つの可変回路から構成され、該ア
ンテナコイルの入出力インピーダンスを可変制御するイ
ンピーダンス可変整合手段と、該インピーダンス可変整
合手段を制御するために、該リーダライタと該非接触Ｉ
Ｃカードとの電力伝送効率もしくはその導関数のうち、
一方もしくは両方を検出する電力伝送効率検出手段と、
電力伝送状態を判定する電力伝送状態判定手段とによっ
て構成された制御手段を有し、該制御手段によって、前
記２つの可変回路の特性値を同時に制御することによ
り、該インピーダンス可変整合手段の入出力インピーダ
ンスを制御し、該リーダライタと該非接触ＩＣカードの
間のインピーダンスを整合することで、該非接触ＩＣカ
ードにおける受信電力を向上し、前記可変回路が、可変
キャパシタ回路、可変インダクタ回路、または可変抵抗
回路の少なくとも何れかである非接触ＩＣカードについ
て規定している。請求項６においては、請求項５におい
て、前記可変回路は、キャパシタ素子、インダクタ素
子、または抵抗素子の少なくとも何れかと、それらそれ
ぞれに直列に接続された切断スイッチを含み、前記制御
手段からの出力によって、該切断スイッチを制御する非
接触ＩＣカードを規定している。請求項７においては、
請求項５において、前記アンテナコイルが複数のアンテ
ナコイルの直列接続によって構成され、前記可変インダ
クタ回路は、前記複数のアンテナコイルの少なくとも１
つと、前記アンテナコイルとの２つの接続点のうち少な
くとも１つを該アンテナコイルの一端および直列接続点
の中から選択して切り替える手段とを含み、前記制御手
段からの出力によって、該切り替える手段を制御する非
接触ＩＣカードを規定している。
手段を開示するものである。すなわち、請求項５におい
ては、電磁誘導を用いて電力伝送と信号の送受信を行な
う一組のリーダライタと非接触ＩＣカードを有する非接
触ＩＣカードシステムに適用され、少なくとも電磁場を
受信するためのアンテナコイルを含む電磁場受信手段を
有する非接触ＩＣカードにおいて、該電磁場受信手段
は、前記アンテナコイルに並列および直列に接続された
特性値を制御可能な２つの可変回路から構成され、該ア
ンテナコイルの入出力インピーダンスを可変制御するイ
ンピーダンス可変整合手段と、該インピーダンス可変整
合手段を制御するために、該リーダライタと該非接触Ｉ
Ｃカードとの電力伝送効率もしくはその導関数のうち、
一方もしくは両方を検出する電力伝送効率検出手段と、
電力伝送状態を判定する電力伝送状態判定手段とによっ
て構成された制御手段を有し、該制御手段によって、前
記２つの可変回路の特性値を同時に制御することによ
り、該インピーダンス可変整合手段の入出力インピーダ
ンスを制御し、該リーダライタと該非接触ＩＣカードの
間のインピーダンスを整合することで、該非接触ＩＣカ
ードにおける受信電力を向上し、前記可変回路が、可変
キャパシタ回路、可変インダクタ回路、または可変抵抗
回路の少なくとも何れかである非接触ＩＣカードについ
て規定している。請求項６においては、請求項５におい
て、前記可変回路は、キャパシタ素子、インダクタ素
子、または抵抗素子の少なくとも何れかと、それらそれ
ぞれに直列に接続された切断スイッチを含み、前記制御
手段からの出力によって、該切断スイッチを制御する非
接触ＩＣカードを規定している。請求項７においては、
請求項５において、前記アンテナコイルが複数のアンテ
ナコイルの直列接続によって構成され、前記可変インダ
クタ回路は、前記複数のアンテナコイルの少なくとも１
つと、前記アンテナコイルとの２つの接続点のうち少な
くとも１つを該アンテナコイルの一端および直列接続点
の中から選択して切り替える手段とを含み、前記制御手
段からの出力によって、該切り替える手段を制御する非
接触ＩＣカードを規定している。
【０００８】さらに本発明による非接触ＩＣカードシス
テムのためのリーダライタとして、請求項８において
は、電磁誘導を用いて電力伝送と信号の送受信を行なう
一組のリーダライタと非接触ＩＣカードを有する非接触
ＩＣカードシステムに適用され、少なくとも電磁場によ
る信号を発生させるためのアンテナコイルを含む電磁場
発生手段を有するリーダライタにおいて、該電磁場発生
手段は、前記アンテナコイルに並列および直列に接続さ
れた特性値を制御可能な２つの可変回路から構成され、
該アンテナコイルの入出力インピーダンスを可変制御す
るインピーダンス可変整合手段手段と、該インピーダン
ス可変整合手段を制御するために、該リーダライタと該
非接触ＩＣカードとの電力伝送効率もしくはその導関数
のうち、一方もしくは両方を検出する電力伝送効率検出
手段と、電力伝送状態を判定する電力伝送状態判定手段
とによって構成された制御手段を有し、該制御手段によ
って、前記２つの可変回路の特性値を同時に制御するこ
とにより、該インピーダンス可変整合手段の入出力イン
ピーダンスを制御し、該リーダライタと該非接触ＩＣカ
ードの間のインピーダンスを整合することで、該非接触
ＩＣカードにおける受信電力を向上し、前記可変回路
が、可変キャパシタ回路、可変インダクタ回路、または
可変抵抗回路の少なくとも何れかであるリーダライタに
ついて規定している。請求項９においては、請求項８に
おいて、前記可変回路は、可変キャパシタ素子、インダ
クタ素子、または抵抗素子の少なくとも何れかと、それ
らそれぞれに直列に接続された切断スイッチを含み、前
記制御手段からの出力によって、該切断スイッチを制御
するリーダライタについて規定している。請求項１０に
おいては、請求項８において、前記アンテナコイルが複
数のアンテナコイルの直列接続によって構成され、前記
可変インダクタ回路は、前記複数のアンテナコイルの少
なくとも１つと、前記アンテナコイルとの２つの接続点
のうち少なくとも１つを該アンテナコイルの一端および
直列接続点の中から選択して切り替える手段とを含み、
前記制御手段からの出力によって、該切り替える手段を
制御するリーダライタについて規定している。
テムのためのリーダライタとして、請求項８において
は、電磁誘導を用いて電力伝送と信号の送受信を行なう
一組のリーダライタと非接触ＩＣカードを有する非接触
ＩＣカードシステムに適用され、少なくとも電磁場によ
る信号を発生させるためのアンテナコイルを含む電磁場
発生手段を有するリーダライタにおいて、該電磁場発生
手段は、前記アンテナコイルに並列および直列に接続さ
れた特性値を制御可能な２つの可変回路から構成され、
該アンテナコイルの入出力インピーダンスを可変制御す
るインピーダンス可変整合手段手段と、該インピーダン
ス可変整合手段を制御するために、該リーダライタと該
非接触ＩＣカードとの電力伝送効率もしくはその導関数
のうち、一方もしくは両方を検出する電力伝送効率検出
手段と、電力伝送状態を判定する電力伝送状態判定手段
とによって構成された制御手段を有し、該制御手段によ
って、前記２つの可変回路の特性値を同時に制御するこ
とにより、該インピーダンス可変整合手段の入出力イン
ピーダンスを制御し、該リーダライタと該非接触ＩＣカ
ードの間のインピーダンスを整合することで、該非接触
ＩＣカードにおける受信電力を向上し、前記可変回路
が、可変キャパシタ回路、可変インダクタ回路、または
可変抵抗回路の少なくとも何れかであるリーダライタに
ついて規定している。請求項９においては、請求項８に
おいて、前記可変回路は、可変キャパシタ素子、インダ
クタ素子、または抵抗素子の少なくとも何れかと、それ
らそれぞれに直列に接続された切断スイッチを含み、前
記制御手段からの出力によって、該切断スイッチを制御
するリーダライタについて規定している。請求項１０に
おいては、請求項８において、前記アンテナコイルが複
数のアンテナコイルの直列接続によって構成され、前記
可変インダクタ回路は、前記複数のアンテナコイルの少
なくとも１つと、前記アンテナコイルとの２つの接続点
のうち少なくとも１つを該アンテナコイルの一端および
直列接続点の中から選択して切り替える手段とを含み、
前記制御手段からの出力によって、該切り替える手段を
制御するリーダライタについて規定している。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図により説
明する。本発明の実施の形態における非接触型ＩＣカー
ドシステムの基本構成を図１に示す。すなわち、図１に
示すように非接触型ＩＣカードシステムは、電磁誘導を
利用して電力伝送と信号の送受信を行う一組のリーダー
ライター３０と、それを御御するＰＣ等制御端末３１お
よび非接触ＩＣカード３２とから構成されている。
明する。本発明の実施の形態における非接触型ＩＣカー
ドシステムの基本構成を図１に示す。すなわち、図１に
示すように非接触型ＩＣカードシステムは、電磁誘導を
利用して電力伝送と信号の送受信を行う一組のリーダー
ライター３０と、それを御御するＰＣ等制御端末３１お
よび非接触ＩＣカード３２とから構成されている。
【００１０】本発明による電力伝送・信号送受信システ
ムの基本構成を図２に例示する。すなわち、電磁誘導を
利用して電力伝送と信号の送受信を行う一組の電磁場発
生装置１と電磁場受信装置２において、電磁場発生装置
１は非接触型ＩＣカードのリーダライターを形成するも
ので、少なくとも通信および電力供給を行うために必要
な電磁波を発生するための発振回路６と、電磁波のキャ
リアを変調させる信号変調手段７と、非接触型ＩＣカー
ドとなる電磁場受信装置２により負荷変調される信号を
復調するための信号復調手段８とを含む内部回路３と、
内部回路３の出力信号に基づいた電磁場を発生するため
のアンテナコイル４と、インピーダンス整合を取るため
の整合回路５を有している。また、電磁場受信装置２
は、電磁場発生装置１から発生された電磁場を受信する
ためのアンテナコイル９と、このアンテナコイル９と、
上記電磁場受信装置２の入出力インピーダンスを可変に
制御可能なインピーダンス可変整合手段１０と、上記電
磁場発生装置１と電磁場受信装置２との間の電力伝送状
態を検出する電力伝送状態検出手段１８および上記電力
伝送状態検出手段１８で検出した結果を基に、電力伝送
状態を判定し、上記インピーダンス可変整合手段１０を
制御する電力伝送状態判定手段１９を含む制御回路１１
と、受信した交流波を整流する整流回路１２と、上記整
流回路で整流された信号によって動作する内部回路１３
を有している。ここで上記電力伝送状態検出手段１８
は、例えばアンテナコイル９に誘起された誘導起電圧を
検出するものであり、電力伝送状態判定手段１９はこの
誘導起電圧をＩＣカードが動作可能な受信電力に対応し
た基準電圧と比較し、この結果によりインピーダンス可
変整合手段１０の整合条件切り換えを制御するものであ
る。また、内部回路１３は、ＣＰＵ等の電源に使用する
直流電圧を生成する定電圧生成手段１４と、変調された
キャリア波を復調する信号復調手段１５と、内部回路の
負荷インピーダンスを変化させることによりキャリア波
に対して負荷変調を行う信号変調手段１６と、実際に動
作を行うＣＰＵ等ディジタル回路１７等とを有するもの
である。また、ＣＰＵ等ディジタル回路１７は、通常、
ホストコンピュータとの通信手段、クロックを生成する
基準周波数発生手段、バッファメモリ、初期応答や衝突
防止等の通信プロトコルの制御手段、クロック再生回
路、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、電気的に書き換え／消去
可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモ
リ、強誘電体メモリ等）を含む。
ムの基本構成を図２に例示する。すなわち、電磁誘導を
利用して電力伝送と信号の送受信を行う一組の電磁場発
生装置１と電磁場受信装置２において、電磁場発生装置
１は非接触型ＩＣカードのリーダライターを形成するも
ので、少なくとも通信および電力供給を行うために必要
な電磁波を発生するための発振回路６と、電磁波のキャ
リアを変調させる信号変調手段７と、非接触型ＩＣカー
ドとなる電磁場受信装置２により負荷変調される信号を
復調するための信号復調手段８とを含む内部回路３と、
内部回路３の出力信号に基づいた電磁場を発生するため
のアンテナコイル４と、インピーダンス整合を取るため
の整合回路５を有している。また、電磁場受信装置２
は、電磁場発生装置１から発生された電磁場を受信する
ためのアンテナコイル９と、このアンテナコイル９と、
上記電磁場受信装置２の入出力インピーダンスを可変に
制御可能なインピーダンス可変整合手段１０と、上記電
磁場発生装置１と電磁場受信装置２との間の電力伝送状
態を検出する電力伝送状態検出手段１８および上記電力
伝送状態検出手段１８で検出した結果を基に、電力伝送
状態を判定し、上記インピーダンス可変整合手段１０を
制御する電力伝送状態判定手段１９を含む制御回路１１
と、受信した交流波を整流する整流回路１２と、上記整
流回路で整流された信号によって動作する内部回路１３
を有している。ここで上記電力伝送状態検出手段１８
は、例えばアンテナコイル９に誘起された誘導起電圧を
検出するものであり、電力伝送状態判定手段１９はこの
誘導起電圧をＩＣカードが動作可能な受信電力に対応し
た基準電圧と比較し、この結果によりインピーダンス可
変整合手段１０の整合条件切り換えを制御するものであ
る。また、内部回路１３は、ＣＰＵ等の電源に使用する
直流電圧を生成する定電圧生成手段１４と、変調された
キャリア波を復調する信号復調手段１５と、内部回路の
負荷インピーダンスを変化させることによりキャリア波
に対して負荷変調を行う信号変調手段１６と、実際に動
作を行うＣＰＵ等ディジタル回路１７等とを有するもの
である。また、ＣＰＵ等ディジタル回路１７は、通常、
ホストコンピュータとの通信手段、クロックを生成する
基準周波数発生手段、バッファメモリ、初期応答や衝突
防止等の通信プロトコルの制御手段、クロック再生回
路、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、電気的に書き換え／消去
可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモ
リ、強誘電体メモリ等）を含む。
【００１１】このインピーダンス可変整合手段１０は、
アンテナコイル９の後段、もしくは、整流回路１２の後
段に挿入しても差し支えないが、整流前の信号について
動作する方が、インピーダンス可変整合の効果が大きい
ため、アンテナコイル９と整流回路１２の間に挿入する
のが良い。また、上記インピーダンス可変整合手段１０
は、入出力インピーダンスを任意に制御するために、等
価的に直列および並列に接続した２素子の特性値を制御
する構成としたことを特徴としている。直列および並列
に接続した２素子を用いることで、インピーダンス不整
合による反射が最も少なくなり、電力供給効率が高くな
るように制御することができる。ここで、直列および並
列に挿入する素子は、キャパシタ、インダクタ、抵抗を
使用することができるが、抵抗は簡単な構成で連続的に
特性値を制御できるという特徴があるが、電力損失は避
けられない。また、インダクタは抵抗と比較して電力損
失は少ないが、形状が大きくなり集積回路に搭載するこ
とが難しく、また制御も容易でない。したがって、電力
損失、特性値制御の容易さ等の観点から図３に示す可変
キャパシタ２０および２１のみで構成すれば、インピー
ダンス整合を連続的に行うことが可能となり、構成上
も、あるいは調整の手間からも好適である。なお、図３
に示した可変キャパシタ２０および２１の容量の範囲は
概略１ｐＦから２００ｐＦ程度の範囲で可変すればよ
く、集積回路上での実装が可能である。
アンテナコイル９の後段、もしくは、整流回路１２の後
段に挿入しても差し支えないが、整流前の信号について
動作する方が、インピーダンス可変整合の効果が大きい
ため、アンテナコイル９と整流回路１２の間に挿入する
のが良い。また、上記インピーダンス可変整合手段１０
は、入出力インピーダンスを任意に制御するために、等
価的に直列および並列に接続した２素子の特性値を制御
する構成としたことを特徴としている。直列および並列
に接続した２素子を用いることで、インピーダンス不整
合による反射が最も少なくなり、電力供給効率が高くな
るように制御することができる。ここで、直列および並
列に挿入する素子は、キャパシタ、インダクタ、抵抗を
使用することができるが、抵抗は簡単な構成で連続的に
特性値を制御できるという特徴があるが、電力損失は避
けられない。また、インダクタは抵抗と比較して電力損
失は少ないが、形状が大きくなり集積回路に搭載するこ
とが難しく、また制御も容易でない。したがって、電力
損失、特性値制御の容易さ等の観点から図３に示す可変
キャパシタ２０および２１のみで構成すれば、インピー
ダンス整合を連続的に行うことが可能となり、構成上
も、あるいは調整の手間からも好適である。なお、図３
に示した可変キャパシタ２０および２１の容量の範囲は
概略１ｐＦから２００ｐＦ程度の範囲で可変すればよ
く、集積回路上での実装が可能である。
【００１２】また、上記のインピーダンス可変整合手段
１０に使用する素子は、１素子で構成する必要はない。
直列および並列に接続されたそれぞれ１つの素子の特性
値がが等価的に制御可能であればよいので、図４に例示
するように、図３中の１つの可変キャパシタの代わり
に、特性値が固定のキャパシタとこのキャパシタに直列
に挿入したスイッチ群による組を複数組並列に挿入し、
制御回路１１によってこれらスイッチを制御することに
より、アンテナコイル９に並列および直列にあらかじめ
挿入した複数のキャパシタからそれぞれ１つずつもしく
は複数を選択して接続し、等価的に素子の特性値を制御
しても構わない。ここで、上記スイッチは高速に動作
し、また、制御回路１１による制御が容易であることか
ら、ＣＭＯＳ等のトランジスタで構成した電子スイッチ
が望ましい。このような構成にすることにより、非連続
・離散的に素子の特性値を変化させることになるが、通
常の使用では、距離が変動した際にも給電効率は約５０
％以上保持すればよく、これらキャパシタとスイッチの
組をさらに多く用いることで、連続的に近く特性値を制
御することが可能である。なお図３では、上記インピー
ダンス可変整合手段１０に使用する素子をすべてキャパ
シタによるものとしたが、これらの一部もしくはすべて
をインダクタまたは抵抗またはこれら複数種類の組み合
わせにしても差し支えないことは勿論である。
１０に使用する素子は、１素子で構成する必要はない。
直列および並列に接続されたそれぞれ１つの素子の特性
値がが等価的に制御可能であればよいので、図４に例示
するように、図３中の１つの可変キャパシタの代わり
に、特性値が固定のキャパシタとこのキャパシタに直列
に挿入したスイッチ群による組を複数組並列に挿入し、
制御回路１１によってこれらスイッチを制御することに
より、アンテナコイル９に並列および直列にあらかじめ
挿入した複数のキャパシタからそれぞれ１つずつもしく
は複数を選択して接続し、等価的に素子の特性値を制御
しても構わない。ここで、上記スイッチは高速に動作
し、また、制御回路１１による制御が容易であることか
ら、ＣＭＯＳ等のトランジスタで構成した電子スイッチ
が望ましい。このような構成にすることにより、非連続
・離散的に素子の特性値を変化させることになるが、通
常の使用では、距離が変動した際にも給電効率は約５０
％以上保持すればよく、これらキャパシタとスイッチの
組をさらに多く用いることで、連続的に近く特性値を制
御することが可能である。なお図３では、上記インピー
ダンス可変整合手段１０に使用する素子をすべてキャパ
シタによるものとしたが、これらの一部もしくはすべて
をインダクタまたは抵抗またはこれら複数種類の組み合
わせにしても差し支えないことは勿論である。
【００１３】また、図３では、インピーダンス可変整合
手段１０をアンテナ９の後段に挿入した構成を例示した
が、図５に示したように、アンテナコイル９から中点タ
ップを取り出し、アンテナコイル端もしくは中点タップ
のいずれかを選択して切り替える切り替えスイッチと、
アンテナコイル９と並列に挿入した可変容量によって構
成し、それらを制御回路１１によって制御しても差し支
えない。この場合、アンテナ９の中点タップを使用する
ために、連続的に特性値を制御することはできず、非連
続・離散的に特性値を変化させることになるが、複数の
中点タップを取り出して、それらを切り替えることによ
ってほぼ連続的にアンテナ９のインダクタンスをを制御
することが可能である。この際にインダクタンスの可変
範囲は概略０．５μＨから３μＨ程度の範囲で可変すれ
ばよく、例えば、カード形状のような限られた範囲内で
もアンテナコイル９の巻き数を１０ターン程度にして中
点タップを取り出すことで上記範囲のインダクタンス値
の可変を実現することができる。
手段１０をアンテナ９の後段に挿入した構成を例示した
が、図５に示したように、アンテナコイル９から中点タ
ップを取り出し、アンテナコイル端もしくは中点タップ
のいずれかを選択して切り替える切り替えスイッチと、
アンテナコイル９と並列に挿入した可変容量によって構
成し、それらを制御回路１１によって制御しても差し支
えない。この場合、アンテナ９の中点タップを使用する
ために、連続的に特性値を制御することはできず、非連
続・離散的に特性値を変化させることになるが、複数の
中点タップを取り出して、それらを切り替えることによ
ってほぼ連続的にアンテナ９のインダクタンスをを制御
することが可能である。この際にインダクタンスの可変
範囲は概略０．５μＨから３μＨ程度の範囲で可変すれ
ばよく、例えば、カード形状のような限られた範囲内で
もアンテナコイル９の巻き数を１０ターン程度にして中
点タップを取り出すことで上記範囲のインダクタンス値
の可変を実現することができる。
【００１４】制御回路１１は、電磁場送信装置１と電磁
場受信装置２との間の電力伝送効率もしくはその導関数
のうち、一方もしくは両者を検出する電力伝送状態検出
手段１８と、電力伝送状態を判定する電力伝送状態判定
手段１９とを含み、インピーダンス可変整合手段１０を
制御することで、電磁場送信装置１と電磁場受信装置２
との間の電力伝送効率を最大化させるものである。
場受信装置２との間の電力伝送効率もしくはその導関数
のうち、一方もしくは両者を検出する電力伝送状態検出
手段１８と、電力伝送状態を判定する電力伝送状態判定
手段１９とを含み、インピーダンス可変整合手段１０を
制御することで、電磁場送信装置１と電磁場受信装置２
との間の電力伝送効率を最大化させるものである。
【００１５】上記制御回路１１の入力は、図２中の破線
で示すようにアンテナ９の両端の電圧を検出しても差し
支えないが、交流電圧よりも直流電圧の方が検知が容易
であるため、好ましくは図２中の実線で示すように整流
回路１２の後段の電圧をこの制御回路１１の入力とする
ほうがよい。この制御回路１１における制御は、内部に
ＣＰＵもしくは専用制御回路を有して制御することが望
ましいが、入力電圧の大きさによってあらかじめ設けた
制御動作をするような単純な構成の判定回路であっても
差し支えない。また、制御回路１１内に含まれる電力伝
送状態判定手段は１９は、ＣＰＵ等ディジタル回路１７
内のＣＰＵによって判定しても差し支えない。この場合
には、電力伝送状態検出手段１８によって検出した電力
伝送効率をＣＰＵ等ディジタル回路１７に入力し、内部
のＣＰＵにより電力伝送状態を判定し、判定結果に基づ
く制御信号を制御回路１１に出力して制御を行う。
で示すようにアンテナ９の両端の電圧を検出しても差し
支えないが、交流電圧よりも直流電圧の方が検知が容易
であるため、好ましくは図２中の実線で示すように整流
回路１２の後段の電圧をこの制御回路１１の入力とする
ほうがよい。この制御回路１１における制御は、内部に
ＣＰＵもしくは専用制御回路を有して制御することが望
ましいが、入力電圧の大きさによってあらかじめ設けた
制御動作をするような単純な構成の判定回路であっても
差し支えない。また、制御回路１１内に含まれる電力伝
送状態判定手段は１９は、ＣＰＵ等ディジタル回路１７
内のＣＰＵによって判定しても差し支えない。この場合
には、電力伝送状態検出手段１８によって検出した電力
伝送効率をＣＰＵ等ディジタル回路１７に入力し、内部
のＣＰＵにより電力伝送状態を判定し、判定結果に基づ
く制御信号を制御回路１１に出力して制御を行う。
【００１６】また、図２ではインピーダンス可変整合手
段１０は電磁場受信装置２内に構成したが、図６に示す
ように電磁場送信装置１内に構成しても差し支えない。
インピーダンス可変整合手段１０は、電磁場送信装置１
内の、内部回路３とアンテナコイル４の間に挿入する。
また、電磁場受信装置２内のアンテナコイル９と整流回
路１２の間に、整合回路５を挿入する。また、インピー
ダンス可変整合手段１０を制御する制御回路１１も、同
様に、電磁場発生装置１内に構成し、その入力はアンテ
ナコイル４の両端で検出した電圧を使用する。このよう
な構成であっても、前述の電磁場受信装置２内にインピ
ーダンス可変整合手段を構成した場合と効果は変わらな
い。
段１０は電磁場受信装置２内に構成したが、図６に示す
ように電磁場送信装置１内に構成しても差し支えない。
インピーダンス可変整合手段１０は、電磁場送信装置１
内の、内部回路３とアンテナコイル４の間に挿入する。
また、電磁場受信装置２内のアンテナコイル９と整流回
路１２の間に、整合回路５を挿入する。また、インピー
ダンス可変整合手段１０を制御する制御回路１１も、同
様に、電磁場発生装置１内に構成し、その入力はアンテ
ナコイル４の両端で検出した電圧を使用する。このよう
な構成であっても、前述の電磁場受信装置２内にインピ
ーダンス可変整合手段を構成した場合と効果は変わらな
い。
【００１７】通常、電磁場発生装置１と電磁場受信装置
２を用いた電力伝送・通信システムにおいては、電磁場
発生装置１は位置が固定された端末の形態であり、対し
て電磁場受信装置２は小型・可搬な形態で、利用者が携
帯して使用する。よって、上記電力伝送・通信システム
においては、電磁場発生装置１の台数は電磁場受信装置
２の台数よりもはるかに少なく、インピーダンス可変整
合手段１０を電磁場発生装置１内に構成した場合には、
その構成にかかる費用が安価で済むという産業上の利点
がある。また、インピーダンス可変整合手段１０を電磁
場受信装置２内に構成した場合には、汎用の電磁場発生
装置１に対しても、通信距離が拡大するという効果が得
られ、既存の電磁場発生装置によって構成されたインフ
ラに対するコンパチビリティが確保されるという利点が
ある。
２を用いた電力伝送・通信システムにおいては、電磁場
発生装置１は位置が固定された端末の形態であり、対し
て電磁場受信装置２は小型・可搬な形態で、利用者が携
帯して使用する。よって、上記電力伝送・通信システム
においては、電磁場発生装置１の台数は電磁場受信装置
２の台数よりもはるかに少なく、インピーダンス可変整
合手段１０を電磁場発生装置１内に構成した場合には、
その構成にかかる費用が安価で済むという産業上の利点
がある。また、インピーダンス可変整合手段１０を電磁
場受信装置２内に構成した場合には、汎用の電磁場発生
装置１に対しても、通信距離が拡大するという効果が得
られ、既存の電磁場発生装置によって構成されたインフ
ラに対するコンパチビリティが確保されるという利点が
ある。
【００１８】また、発信回路６の周波数は任意に使用で
きるが、電磁場発生装置１と電磁場受信装置２の間の電
力伝送を誘導電磁界で行うため、高周波であると、電力
が伝送可能な距離が短くなってしまうことにより、概略
１００ＭＨｚ以下が望ましい。また、概略１００ｋＨｚ
以下であると、電磁界を発生・受信するアンテナコイル
の巻き数を概略１００ターン以上にする必要があり、電
磁場受信装置２がカード形状の様に限定される際には、
実装が難しくなるという問題がある。なかでも、１３．
５６ＭＨｚの周波数は、電磁場発生装置１と電磁場受信
装置２を用いた電力伝送・通信システムの代表的な応用
例である非接触ＩＣカードで使用されるＩＳＯ／ＩＥＣ
で標準化された周波数であり、この周波数の周辺帯域は
電波法上でも大きな出力が使用できるという産業上の利
点がある。また、上記非接触ＩＣカードを用いたシステ
ムとして、汎用乗車券のように、通信距離の拡大によっ
て利便性が向上するものがあるため、本発明による動作
可能な範囲の拡大の効果は大きい。以上を鑑みると、発
信回路６の周波数は１３．５６ＭＨｚであることが望ま
しい。
きるが、電磁場発生装置１と電磁場受信装置２の間の電
力伝送を誘導電磁界で行うため、高周波であると、電力
が伝送可能な距離が短くなってしまうことにより、概略
１００ＭＨｚ以下が望ましい。また、概略１００ｋＨｚ
以下であると、電磁界を発生・受信するアンテナコイル
の巻き数を概略１００ターン以上にする必要があり、電
磁場受信装置２がカード形状の様に限定される際には、
実装が難しくなるという問題がある。なかでも、１３．
５６ＭＨｚの周波数は、電磁場発生装置１と電磁場受信
装置２を用いた電力伝送・通信システムの代表的な応用
例である非接触ＩＣカードで使用されるＩＳＯ／ＩＥＣ
で標準化された周波数であり、この周波数の周辺帯域は
電波法上でも大きな出力が使用できるという産業上の利
点がある。また、上記非接触ＩＣカードを用いたシステ
ムとして、汎用乗車券のように、通信距離の拡大によっ
て利便性が向上するものがあるため、本発明による動作
可能な範囲の拡大の効果は大きい。以上を鑑みると、発
信回路６の周波数は１３．５６ＭＨｚであることが望ま
しい。
【００１９】以上説明したように、上記構成によれば、
電磁場発生装置１と電磁場受信装置２間の距離が変動
し、両アンテナコイル間の電磁誘導結合度が変動した際
にも、電磁場発生装置１または電磁場受信装置２内のイ
ンピーダンス可変整合手段によって、常にインピーダン
ス整合が取られ、常に高い電力供給効率が得られる。こ
れによって、電磁場受信装置２の動作可能な範囲が拡大
するとともに、安定した通信動作を実現することができ
る。
電磁場発生装置１と電磁場受信装置２間の距離が変動
し、両アンテナコイル間の電磁誘導結合度が変動した際
にも、電磁場発生装置１または電磁場受信装置２内のイ
ンピーダンス可変整合手段によって、常にインピーダン
ス整合が取られ、常に高い電力供給効率が得られる。こ
れによって、電磁場受信装置２の動作可能な範囲が拡大
するとともに、安定した通信動作を実現することができ
る。
【００２０】以上説明した本発明におけるアンテナ整合
手段近辺の回路をより具体的に示した回路図が図７であ
る。ここで、リーダーライター３０は１３．５６ＭＨｚ
で発振する発振回路４０と、この発振回路４０の信号を
約１０６ｋｂｐｓで約１０％振幅変調させる信号変調回
路４１と、アンテナコイル４２の前段で直列および並列
に挿入した２つのキャパシタによって構成した整合回路
４３と、スパイラル状に形成したアンテナコイル４２と
を有し、通常アンテナコイル４２から非接触ＩＣカード
３２ヘは最大約１Ｗ程度の電力が供給可能な出力であ
る。また、非接触ＩＣ力―ド３２は銅エッチングで平面
状にスパイラル形状で印刷形成したアンテナコイル４４
と、内部回路を図示しないがＣＭＯＳで１チップに形成
したＩＣチップをＰＥＴによるカード母材内部に封止形
成されている。
手段近辺の回路をより具体的に示した回路図が図７であ
る。ここで、リーダーライター３０は１３．５６ＭＨｚ
で発振する発振回路４０と、この発振回路４０の信号を
約１０６ｋｂｐｓで約１０％振幅変調させる信号変調回
路４１と、アンテナコイル４２の前段で直列および並列
に挿入した２つのキャパシタによって構成した整合回路
４３と、スパイラル状に形成したアンテナコイル４２と
を有し、通常アンテナコイル４２から非接触ＩＣカード
３２ヘは最大約１Ｗ程度の電力が供給可能な出力であ
る。また、非接触ＩＣ力―ド３２は銅エッチングで平面
状にスパイラル形状で印刷形成したアンテナコイル４４
と、内部回路を図示しないがＣＭＯＳで１チップに形成
したＩＣチップをＰＥＴによるカード母材内部に封止形
成されている。
【００２１】リーダーライター３０が出力する電磁界に
よって、非接触ＩＣカード３２のアンテナコイル４４で
誘起された信号が、上記のＩＣチップに入力される。こ
のＩＣチップの内部回路は、初段でインピーダンス可変
整合手段４５に入力される。このインピーダンス可変整
合手段４５は、異なる容量値をもったキャパシタ（ａ〜
ｈ）を複数個並列に並べ、電子スイッチＳＷ１およびＳ
Ｗ２によって、これらキャパシタの中から接続するべき
キャパシタを１つ、もしくは複数個選択し接続する。こ
れを、アンテナ４４の後段にアンテナ４４と並列に１
組、さらにその後段に直列に１組挿入して構成する。電
子スイッチＳＷ１およびＳＷ２は制御回路４６からの信
号によって制御する。インピーダンス可変整合手段４５
の後段には、４つのダイオードで構成した全波整流回路
４７を挿入する。この全波整流回路４７の後段には、整
流後の波形を平滑するためのキャパシタ４８を並列に挿
入し、その後段に、ＣＰＵ等ディジタル回路の作動電圧
を生成するための定電圧回路４９をツェナーダイオード
等を用いたシャントレギュレータによって構成する。ま
た、非接触ＩＣカード３２のアンテナコイル４４で誘起
した電圧信号から、信号を抽出する信号復調回路５０
と、アンテナコイル４４に並列に挿入した負荷インピー
ダンスを変動させて、負荷変調による通信を行う信号変
調回路５１を挿入する。ＣＰＵ等ディジタル回路５２の
入力には、上記のシャントレギュレータにより構成され
た定電圧回路４９の出力と、信号復調回路５０の出力が
入力され、ＣＰＵ等ディジタル回路５２の出力は信号変
調回路５１に入力される。
よって、非接触ＩＣカード３２のアンテナコイル４４で
誘起された信号が、上記のＩＣチップに入力される。こ
のＩＣチップの内部回路は、初段でインピーダンス可変
整合手段４５に入力される。このインピーダンス可変整
合手段４５は、異なる容量値をもったキャパシタ（ａ〜
ｈ）を複数個並列に並べ、電子スイッチＳＷ１およびＳ
Ｗ２によって、これらキャパシタの中から接続するべき
キャパシタを１つ、もしくは複数個選択し接続する。こ
れを、アンテナ４４の後段にアンテナ４４と並列に１
組、さらにその後段に直列に１組挿入して構成する。電
子スイッチＳＷ１およびＳＷ２は制御回路４６からの信
号によって制御する。インピーダンス可変整合手段４５
の後段には、４つのダイオードで構成した全波整流回路
４７を挿入する。この全波整流回路４７の後段には、整
流後の波形を平滑するためのキャパシタ４８を並列に挿
入し、その後段に、ＣＰＵ等ディジタル回路の作動電圧
を生成するための定電圧回路４９をツェナーダイオード
等を用いたシャントレギュレータによって構成する。ま
た、非接触ＩＣカード３２のアンテナコイル４４で誘起
した電圧信号から、信号を抽出する信号復調回路５０
と、アンテナコイル４４に並列に挿入した負荷インピー
ダンスを変動させて、負荷変調による通信を行う信号変
調回路５１を挿入する。ＣＰＵ等ディジタル回路５２の
入力には、上記のシャントレギュレータにより構成され
た定電圧回路４９の出力と、信号復調回路５０の出力が
入力され、ＣＰＵ等ディジタル回路５２の出力は信号変
調回路５１に入力される。
【００２２】以上説明したような上記構成において、イ
ンピーダンス可変整合手段４５の電子スイッチＳＷ１、
ＳＷ２により容量の異なるキャパシタａ〜ｈを組み合わ
せ、互いに異なる４状態Ｓ１〜Ｓ４を設定する。図８に
この容量の組合せにより得られる４種類の状態を示す。
これにより得られる非接触ＩＣカード３２とリーダーラ
イター３０間の距離に対する受信電力の変化の様子を図
９に例示する。図９において横軸は非接触ＩＣカード３
２とリーダライタ３０間の距離（ｃｍ）であり、縦軸は
電力伝送効率１００％を１として表示している。図９に
おいてＳ１〜Ｓ４それぞれの状態はインピーダンス可変
整合手段を持たない従来の非接触ＩＣカードの受信電力
特性と等しく、従来の非接触ＩＣカードにおいては、図
９のＳ１〜Ｓ４のいずれか一つの状態で示すように、異
なるインピーダンス整合条件によって、受信電力がピー
クとなる位置が異なるため、カード動作に必要な一定電
力以上が得られる距離は狭い範囲に限定されている。本
実施の形態によれば、距離に応じてインピーダンス可変
整合手段４５の電子スイッチＳＷ１、ＳＷ２を順次オン
／オフすることにより、ある一定電力以上（例えば図９
において受信電力Ｐ）が得られる範囲を拡大することが
できる。すなわち、図９において、本実施の形態の非接
触ＩＣカード３２とリータライタ３０間の距離が変動し
たことにより、例えば受信電力がＰまで低下したときに
上記の電子スイッチＳＷ１〜ＳＷ２を切り換えることに
より動作可能範囲を図９における距離ｄ１〜ｄ２の範囲
にまで拡大することが出来る。
ンピーダンス可変整合手段４５の電子スイッチＳＷ１、
ＳＷ２により容量の異なるキャパシタａ〜ｈを組み合わ
せ、互いに異なる４状態Ｓ１〜Ｓ４を設定する。図８に
この容量の組合せにより得られる４種類の状態を示す。
これにより得られる非接触ＩＣカード３２とリーダーラ
イター３０間の距離に対する受信電力の変化の様子を図
９に例示する。図９において横軸は非接触ＩＣカード３
２とリーダライタ３０間の距離（ｃｍ）であり、縦軸は
電力伝送効率１００％を１として表示している。図９に
おいてＳ１〜Ｓ４それぞれの状態はインピーダンス可変
整合手段を持たない従来の非接触ＩＣカードの受信電力
特性と等しく、従来の非接触ＩＣカードにおいては、図
９のＳ１〜Ｓ４のいずれか一つの状態で示すように、異
なるインピーダンス整合条件によって、受信電力がピー
クとなる位置が異なるため、カード動作に必要な一定電
力以上が得られる距離は狭い範囲に限定されている。本
実施の形態によれば、距離に応じてインピーダンス可変
整合手段４５の電子スイッチＳＷ１、ＳＷ２を順次オン
／オフすることにより、ある一定電力以上（例えば図９
において受信電力Ｐ）が得られる範囲を拡大することが
できる。すなわち、図９において、本実施の形態の非接
触ＩＣカード３２とリータライタ３０間の距離が変動し
たことにより、例えば受信電力がＰまで低下したときに
上記の電子スイッチＳＷ１〜ＳＷ２を切り換えることに
より動作可能範囲を図９における距離ｄ１〜ｄ２の範囲
にまで拡大することが出来る。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、電磁誘導を利用して電
力伝送と信号の送受信を行う一組の電磁場発生装置と電
磁場受信装置において、これら電磁場発生装置と電磁場
受信装置の少なくともどちらか一方に、入出力インピー
ダンスを可変制御するインピーダンス可変整合手段を設
けることで、電磁場発生装置と電磁場受信装置間の距離
が変動しても、電磁場受信装置が動作するに足る受信電
力を確保し、安定した電力供給と通信を行うことが可能
となり、電磁場受信装置の動作範囲が拡大することで、
利用者がより非接触ＩＣカードを快適に利用できる、電
力伝送・信号送受信システムを構築することができる。
力伝送と信号の送受信を行う一組の電磁場発生装置と電
磁場受信装置において、これら電磁場発生装置と電磁場
受信装置の少なくともどちらか一方に、入出力インピー
ダンスを可変制御するインピーダンス可変整合手段を設
けることで、電磁場発生装置と電磁場受信装置間の距離
が変動しても、電磁場受信装置が動作するに足る受信電
力を確保し、安定した電力供給と通信を行うことが可能
となり、電磁場受信装置の動作範囲が拡大することで、
利用者がより非接触ＩＣカードを快適に利用できる、電
力伝送・信号送受信システムを構築することができる。
【図１】本発明を適用する非接触ＩＣカードシステムの
構成図。
構成図。
【図２】本発明における非接触ＩＣカードシステムの基
本構成を示すブロック図。
本構成を示すブロック図。
【図３】可変容量キャパシタを使用したインピーダンス
可変整合手段の回路図。
可変整合手段の回路図。
【図４】キャパシタと切り換えスイッチを用いたインピ
ーダンス可変整合手段の構成例を示す回路図。
ーダンス可変整合手段の構成例を示す回路図。
【図５】中点タップを有するインダクタンスを用いたイ
ンピーダンス可変整合手段の構成例を示す回路図。
ンピーダンス可変整合手段の構成例を示す回路図。
【図６】インピーダンス可変整合手段を電磁場送信装置
内に構成した際のシステム構成を示すブロック図。
内に構成した際のシステム構成を示すブロック図。
【図７】本発明を適用したシステムの主要部回路図。
【図８】スイッチの切り換えによるインピーダンス整合
を模式的に示す組み合わせ図。
を模式的に示す組み合わせ図。
【図９】図８における各インピーダンスに対するＩＣカ
ードとリーダライタ間の距離による受信電力の変化を示
す電磁場強度変化図。
ードとリーダライタ間の距離による受信電力の変化を示
す電磁場強度変化図。
【図１０】従来の非接触ＩＣカードシステムの構成を示
すブロック図。
すブロック図。
【図１１】従来の非接触ＩＣカードシステムにおいてＩ
Ｃカード内にインピーダンス可変回路を有する場合の回
路構成図。
Ｃカード内にインピーダンス可変回路を有する場合の回
路構成図。
１ ： 電磁場発生装置 ２ ： 電磁
場受信装置 ３ ： 内部回路 ４ ： アン
テナコイル ５ ： 整合回路 ９ ： アン
テナコイル １０： インピーダンス可変整合手段 １１： 制御
回路 １２： 整流回路 １３： 内部
回路 １４： 定電圧生成手段 １５： 信号
復調手段 １６： 信号変調手段 １７： ＣＰ
Ｕ等ディジタル回路 １８： 電力伝送状態検出手段 １９： 電力
伝送状態判定手段 ２０： 可変キャパシタ ２１： 可変
キャパシタ ３０： リーダライター ３１： ＰＣ
等ホスト端末 ３２： 非接触型ＩＣカード ４０： 発振
回路 ４１： 信号変調回路 ４２： アン
テナコイル ４４： アンテナコイル ４５： イン
ピーダンス可変整合手段 ４６： 制御回路 ４７： 整流
回路 ４８： キャパシタ ４９： 定電
圧回路 ５０： 信号復調回路 ５１： 信号
変調回路 ５２： ＣＰＵ等ディジタル回路
場受信装置 ３ ： 内部回路 ４ ： アン
テナコイル ５ ： 整合回路 ９ ： アン
テナコイル １０： インピーダンス可変整合手段 １１： 制御
回路 １２： 整流回路 １３： 内部
回路 １４： 定電圧生成手段 １５： 信号
復調手段 １６： 信号変調手段 １７： ＣＰ
Ｕ等ディジタル回路 １８： 電力伝送状態検出手段 １９： 電力
伝送状態判定手段 ２０： 可変キャパシタ ２１： 可変
キャパシタ ３０： リーダライター ３１： ＰＣ
等ホスト端末 ３２： 非接触型ＩＣカード ４０： 発振
回路 ４１： 信号変調回路 ４２： アン
テナコイル ４４： アンテナコイル ４５： イン
ピーダンス可変整合手段 ４６： 制御回路 ４７： 整流
回路 ４８： キャパシタ ４９： 定電
圧回路 ５０： 信号復調回路 ５１： 信号
変調回路 ５２： ＣＰＵ等ディジタル回路
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 昭55−92504（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−150079（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−131376（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−30749（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−145987（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−187916（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−285836（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−320519（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G06K 19/07
H02J 17/00
Claims (10)
- 【請求項１】電磁誘導を用いて電力伝送と信号の送受信
を行なう一組のリーダライタと非接触ＩＣカードを有
し、 該リーダライタは少なくとも電磁場による信号を発生さ
せるためのアンテナコイルを含む電磁場発生手段を有
し、 該非接触ＩＣカードは少なくとも電磁場を受信するため
のアンテナコイルを含む電磁場受信手段を有する非接触
ＩＣカードシステムにおいて、 該リーダライタの電磁場発生手段もしくは該非接触ＩＣ
カードの電磁場受信手段の少なくともいずれか一方は、 前記アンテナコイルに並列および直列に接続された特性
値を制御可能な２つの可変回路から構成され、該アンテ
ナコイルの 入出力インピーダンスを可変制御するインピ
ーダンス可変整合手段と、 該インピーダンス可変整合手段を制御するために、該リ
ーダライタと該非接触ＩＣカードとの電力伝送効率もし
くはその導関数のうち、一方もしくは両方を検出する電
力伝送効率検出手段と、電力伝送状態を判定する電力伝
送状態判定手段とによって構成された制御手段を有し、 該制御手段によって、前記２つの可変回路の特性値を同
時に制御することにより、該インピーダンス可変整合手
段の入出力インピーダンスを制御し、該リーダライタと
該非接触ＩＣカードの間のインピーダンスを整合するこ
とで、該非接触ＩＣカードにおける受信電力を向上し、 前記可変回路が、可変キャパシタ回路、可変インダクタ
回路、または可変抵抗回路の少なくとも何れかである こ
とを特徴とする非接触ＩＣカードシステム。 - 【請求項２】請求項１において、前記 可変回路は、キ ャパシタ素子、インダクタ素子、または抵抗素子の少
なくとも何れかと、それらそれぞれに直列に接続された
切断スイッチを含み、前記 制御手段からの出力によって、該切断スイッチを制
御することを特徴とする非接触ＩＣカードシステム。 - 【請求項３】請求項１において、前記 アンテナコイルが複数のアンテナコイルの直列接続
によって構成され、前記可変インダクタ回路は、 前記複数のアンテナコイルの少なくとも１つと、 前記 アンテナコイルとの２つの接続点のうち少なくとも
１つを該アンテナコイルの一端および直列接続点の中か
ら選択して切り換える手段とを含み、 前記 制御手段からの出力によって、該切り替える手段を
制御することを特徴とする非接触ＩＣカードシステム。 - 【請求項４】請求項１において、 キャリア周波数が１３．５６ＭＨｚであることを特徴と
する非接触ＩＣカードシステム。 - 【請求項５】電磁誘導を用いて電力伝送と信号の送受信
を行なう一組のリーダライタと非接触ＩＣカードを有す
る非接触ＩＣカードシステムに適用され、 少なくとも電磁場を受信するためのアンテナコイルを含
む電磁場受信手段を有する非接触ＩＣカードにおいて、 該電磁場受信手段は、 前記アンテナコイルに並列および直列に接続された特性
値を制御可能な２つの可変回路から構成され、該アンテ
ナコイルの入出力インピーダンスを可変制御するインピ
ーダンス可変整合手段と、 該インピーダンス可変整合手段を制御するために、該リ
ーダライタと該非接触ＩＣカードとの電力伝送効率もし
くはその導関数のうち、一方もしくは両方を検出する電
力伝送効率検出手段と、電力伝送状態を判定する電力伝
送状態判定手段とによって構成された制御手段を有し、 該制御手段によって、前記２つの可変回路の特性値を同
時に制御することにより、該インピーダンス可変整合手
段の入出力インピーダンスを制御し、該リーダライタと
該非接触ＩＣカードの間のインピーダンスを整合するこ
とで、該非接触ＩＣカードにおける受信電力を向上し、 該可変回路が、可変キャパシタ回路、可変インダクタ回
路、または可変抵抗回路の少なくとも何れかであること
を特徴とする非接触ＩＣカード 。 - 【請求項６】請求項５において、 前記可変回路は、 キャパシタ素子、インダクタ素子、または抵抗素子の少
なくとも何れかと、それらそれぞれに直列に接続された
切断スイッチを含み、 前記制御手段からの出力によって、該切断スイッチを制
御することを特徴とする非接触ＩＣカード 。 - 【請求項７】請求項５において、 前記アンテナコイルが複数のアンテナコイルの直列接続
によって構成され、 前記可変インダクタ回路は、 該複数のアンテナコイルの少なくとも１つと、 前記アンテナコイルとの２つの接続点のうち少なくとも
１つを該アンテナコイルの一端および直列接続点の中か
ら選択して切り替える手段とを含み、 前記制御手段からの出力によって、該切り替える手段を
制御することを特徴とする非接触ＩＣカード 。 - 【請求項８】電磁誘導を用いて電力伝送と信号の送受信
を行なう一組のリーダライタと非接触ＩＣカードを有す
る非接触ＩＣカードシステムに適用され、 少なくとも電磁場による信号を発生させるためのアンテ
ナコイルを含む電磁場発生手段を有するリーダライタに
おいて、 該電磁場発生手段は、 前記アンテナコイルに並列および直列に接続された特性
値を制御可能な２つの可変回路から構成され、該アンテ
ナコイルの入出力インピーダンスを可変制御するインピ
ーダンス可変整合手段と、 該インピーダンス可変整合手段を制御するために、該リ
ーダライタと該非接触ＩＣカードとの電力伝送効率もし
くはその導関数のうち、一方もしくは両方を検出する電
力伝送効率検出手段と、電力伝送状態を判定する電力伝
送状態判定手段とによって構成された制御手段を有し、 該制御手段によって、前記２つの可変回路の特性値を同
時に制御することにより、該インピーダンス可変整合手
段の入出力インピーダンスを制御し、該リーダライタと
該非接触ＩＣカードの間のインピーダンスを整合するこ
とで、該非接触ＩＣカードにおける受信電力を向上し、 前記可変回路が、可変キャパシタ回路、可変インダクタ
回路、または可変抵抗回路の少なくとも何れかであるこ
とを特徴とするリーダライタ 。 - 【請求項９】請求項８において、 前記可変回路は、 可変キャパシタ素子、インダクタ素子、または抵抗素子
の少なくとも何れかと、それらそれぞれに直列に接続さ
れた切断スイッチを含み、 前記制御手段からの出力によって、該切断スイッチを制
御することを特徴とするリーダライタ 。 - 【請求項１０】請求項８において、 前記アンテナコイルが複数のアンテナコイルの直列接続
によって構成され、 前記可変インダクタ回路は、 前記複数のアンテナコイルの少なくとも１つと、 前記アンテナコイルとの２つの接続点のうち少なくとも
１つを該アンテナコイルの一端および直列接続点の中か
ら選択して切り替える手段とを含み、 前記制御手段からの出力によって、該切り替える手段を
制御することを特徴とするリーダライタ。
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|---|---|---|---|
| JP2000047115A JP3488166B2 (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 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 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000047115A JP3488166B2 (ja) | 2000-02-24 | 2000-02-24 | 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 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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