JP3619676B2

JP3619676B2 - Reader / writer apparatus, power transmission system, and communication system

Info

Publication number: JP3619676B2
Application number: JP17247798A
Authority: JP
Inventors: 晃一上坂; 林　　良彦; 卓須賀; 亮三吉野; 啓介五十嵐
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Kokusai Electric Corp
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: JPH1188036A

Description

【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、電子マネー、自動改札システム、入退室管理システム、公衆電話器等におけるキャッシュカード、クレジツトカード、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及び通信を行うリーダまたは／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（ＩＣカード）に対して非接触で電力を供給することは知られている。
【０００３】
例えば、特開平８―２６３６０９号公報では、非接触カードリーダの背面からのカードデータの読み込みと言った誤動作を防止するために、コイル状アンテナの背面に金属板を配置する場合の技術が開示される。特に、金属板を配置した場合に共振周波数がシフトすることを考慮して、金属板とコイル状アンテナとの距離を調整する技術が開示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、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たとき、リーダ／ライタのコイル若しくはアンテナから電力伝送波若しくは通信波を放射し、カード側のコイル若しくはアンテナによりこの電磁波を受信、誘起し、カード側回路を動作し、信号を検出する非接触カードシステム（近接無線カードシステム）において、リーダ／ライタのコイル若しくはアンテナから放射する電界を、電波法による規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足させる必要がある。
【０００５】
しかし、上記放射電界の電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）により、リーダライタ用コイル若しくはアンテナの電流値の上限が決定され、これに伴い電力伝送の上限が決定されるため、ＩＣカードに対して十分な電力を供給することが難しいという課題を有していた。すなわち、リーダライタからの所望の通信距離における十分な電力電送と、電波法に規定される遠方界を抑制することが難しいという課題を有していた。
【０００６】
本発明の第一の目的は、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近接無線カード（ＩＣカード）に対して、規制値（例えば、距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足させて、しかも十分な電力を供給できるようにした近接無線カードシステムにおけるリーダまたは／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を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第二の目的は、リーダまたは／およびライタ装置に備えられたアンテナに対して近接されるＩＣカードの位置決め誤差を許容できるようにして、高効率に電力伝送を行うことができるようにした近接無線カードシステムにおけるリーダまたは／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を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第一の目的を達成するために、本発明は、ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成する導体部材とを備えたことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置である。
【０００９】
また本発明は、ＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成する導体部材とを備えたことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置である。
【００１０】
また本発明は、前記リーダまたは／およびライタ装置において、電力伝送用の信号を発生する電源部と、入力された送信用データを符号化する符号化回路と、前記電源部から得られる信号に対して符号化回路から得られる信号を振幅変調させて重畳させる変調器と、該変調器から得られる信号に基いてアンテナに給電する給電回路とを有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像となるスパイラル状またはコイル状のイメージアンテナとを備えたことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置である。
【００１２】
また本発明は、ＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像となるスパイラル状またはコイル状のイメージアンテナとを備えたことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置である。
【００１３】
また本発明は、前記リーダまたは／およびライタ装置において、電力伝送用の信号を発生する電源部と、入力された送信用データを符号化する符号化回路と、前記電源部から得られる信号に対して符号化回路から得られる信号を振幅変調させて重畳させる変調器と、該変調器から得られる信号に基いてアンテナおよびイメージアンテナに給電する給電回路とを有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、ＩＣカードにおいてこの伝送された電力を直流電圧に変換して内部回路に供給する電力伝送システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、前記ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成する導体部材とを備えたことを特徴とする電力伝送システムである。
【００１５】
また本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、通信用信号について送受信を行う通信システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、前記ＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送受信との両方を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成する導体部材とを備えたことを特徴とする通信システムである。
【００１６】
また本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、ＩＣカードにおいてこの伝送された電力を直流電圧に変換して内部回路に供給する電力伝送システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、前記ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像となるスパイラル状またはコイル状のイメージアンテナとを備えたことを特徴とする電力伝送システムである。
【００１７】
また本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、通信用信号について送受信を行う通信システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、前記ＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送受信との両方を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像となるスパイラル状またはコイル状のイメージアンテナとを備えたことを特徴とする電力伝送および通信送受信システムである。
【００１８】
また本発明は、前記通信システムにおけるリーダまたは／およびライタ装置において、電力伝送用の信号を発生する電源部と、入力された送信用データを符号化する符号化回路と、前記電源部から得られる信号に対して符号化回路から得られる信号を振幅変調させて重畳させる変調器と、該変調器から得られる信号に基いてアンテナおよびイメージアンテナに給電する給電回路とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するアンテナと、導体部材とを備え、該アンテナを構成する最外周の配線と該導体部材の縁との距離が最短となる位置における該アンテナの大きさａと、該アンテナを構成する最外周の配線と該導体部材の縁とを結ぶ線と該導体部材とがなす角度θとの関係であるａ・ｔａｎθが０．２〔ａと同じ単位〕以下となるように該アンテナと該導体部材とを配置したことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記リーダまたは／およびライタ装置において、前記アンテナがＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を行うことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、ＩＣカードにおいてこの伝送された電力を直流電圧に変換して内部回路に供給する電力伝送システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するアンテナと、導体部材とを備え、該アンテナを構成する最外周の配線と該導体部材の縁との距離が最短となる位置における該アンテナの大きさａと、該アンテナを構成する最外周の配線と該導体部材の縁とを結ぶ線と該導体部材とがなす角度θとの関係であるａ・ｔａｎθが０．２〔ａと同じ単位〕以下となるように該アンテナと該導体部材とを配置したことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、通信用信号の送受信を行う通信システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するアンテナと、導体部材とを備え、該アンテナを構成する最外周の配線と該導体部材の縁との距離が最短となる位置における該アンテナの大きさａと、該アンテナを構成する最外周の配線と該導体部材の縁とを結ぶ線と該導体部材とがなす角度θとの関係であるａ・ｔａｎθが０．２〔ａと同じ単位〕以下となるように該アンテナと該導体部材とを配置したことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成して該アンテナからの少なくとも３ｍ遠方での電界強度を抑制する導体部材とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、ＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成して該アンテナからの少なくとも３ｍ遠方での電界強度を抑制する導体部材とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、ＩＣカードにおいてこの伝送された電力を直流電圧に変換して内部回路に供給する電力伝送システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、前記ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成して該アンテナからの少なくとも３ｍ遠方での電界強度を抑制する導体部材とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、通信用信号の送受信を行う通信システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に、前記ＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送受信との両方を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナと、該アンテナの鏡像を形成して該アンテナからの少なくとも３ｍ遠方での電界強度を抑制する導体部材とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
また上記第二の目的を達成するために、本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、ＩＣカードにおいてこの伝送された電力を直流電圧に変換して内部回路に供給する電力伝送システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に備えられた前記ＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナの最外形寸法を、ＩＣカードに形成されたスパイラル状またはコイル状のアンテナの最外形寸法よりも小さくしたことを特徴とする電力伝送システムである。
【００２８】
また本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、通信用信号について送受信を行う通信システムであって、前記リーダまたは／およびライタ装置に備えられた前記ＩＣカードへの電力の供給と通信用信号の送受信との両方を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナの最外形寸法を、ＩＣカードに形成されたスパイラル状またはコイル状のアンテナの最外形寸法よりも小さくしたことを特徴とする通信システムである。
【００２９】
以上説明したように、前記構成によれば、近接されるＩＣカードに対して電磁波（無線）を使って電力伝送するリーダまたは／およびライタにおいて、アンテナから全方位について電波法などの規制値を満足させて、しかも近接されるＩＣカードを安定して動作可能な電力を供給することができる。
【００３０】
また、前記構成によれば、リーダまたは／およびライタから近接されるＩＣカードに対して電磁波（無線）を使って電力伝送する電力伝送システムにおいて、アンテナから全方位について電波法の規制値を満足させて、しかも近接されるＩＣカードを安定して動作可能な電力を供給することができる。
【００３１】
また、前記構成によれば、近接されるＩＣカードに対して電磁波（無線）を使って電力伝送および通信を単一のアンテナを用いて行うリーダまたは／およびライタにおいて、アンテナから全方位について電波法の規制値を満足させて、しかも近接されるＩＣカードを安定して動作可能な電力を供給すると共に通信も行うことができる。
【００３２】
また、前記構成のように、アンテナの下に導体板を設けることで、さらにその下に高周波電子回路を構成しても、電磁波による影響（ノイズ）を受けずに、安定した動作が可能となる、シールドの効果を奏する。
【００３３】
また、前記構成のように、リーダまたは／およびライタ装置に備えられたＩＣカードへの電力の供給を行うための電磁界を発生するスパイラル状またはコイル状のアンテナの最外形寸法を、ＩＣカードに形成されたスパイラル状またはコイル状のアンテナの最外形寸法よりも小さくすることで、リーダまたは／およびライタ装置に備えられたアンテナに対して近接されるＩＣカードの位置決め誤差を許容することができる。特に、リーダまたは／およびライタ装置の有するアンテナの中心とＩＣカードの有するアンテナの中心とがほぼ重なった状態において、リーダまたは／およびライタ装置とＩＣカードとの通信距離をｈとすると、リーダまたは／およびライタ装置の有するアンテナの最外周がＩＣカードの有するアンテナの最外周がリーダまたは／およびライタ装置の有するアンテナの最外周よりもｈ以上大きいことがＩＣカードに形成されたアンテナを鎖交する磁束数の観点から望ましい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態について図を用いて説明する。
【００３５】
まず、キャッシュディスペンサ、電子マネー、自動改札システム、入退室管理システム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、ハイウェイカード等の非接触カードとリーダライタにおける非接触カード動作用電力伝送方式およびこれに用いられるアンテナについて説明する。
【００３６】
図１は、本発明に係る例えば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または／およびライタユニット（装置）１から非接触で通過または近接される非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２に対して無線によって電力を伝送すると共に通信を行う電力伝送および通信方式の概略構成を示す図である。非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２は、使用者が保持して改札口やバスや入退口に備えられたリーダまたは／およびライタユニット１に対して非接触で例えば２０ｃｍ位までの距離を離して通過させることによって無線を使ってキャッシュカード、クレジットカード、乗車券、定期券等の情報を送受信してキャッシュカード、クレジットカード、乗車券、定期券等の役目をするものである。また、非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２は、リーダまたは／およびライタユニット１に対して非接触で、しかも距離ｈが数ｃｍ程度以下で比較的にほぼ一定で、しかも大体位置きめされて使用される場合が有る。この場合、Ｒ／Ｗユニット１に設けられたＲ／Ｗアンテナ１０１の寸法に対して、近接無線カード２に形成されたカードアンテナ２０１の寸法を大きくすることによって、カードアンテナ２０１がＲ／Ｗアンテナ１０１に対して多少位置ずれが生じても、Ｒ／Ｗアンテナ１０１とカードアンテナ２０１との間において電力伝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安定に行うことができる。
【００３７】
図２は、本発明に係るリーダまたは／およびライタユニット（装置）１と非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２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）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２に示す実施の形態では、Ｒ／Ｗユニット１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３に示す電力伝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を示したものである。このようにＡＳＫ変調方式における電力伝送波と信号波は、周波数領域で見ると異なる周波数成分であるが、時間領域で見ると電力伝送波の振幅が信号速度に応じて変化するだけである。つまり、電力伝送波に信号波を掛け合わせた変調波は時間領域では、電力伝送波の波形振幅が上下変動しているようにしか見えない。これを無線により伝送する場合、電力伝送波と信号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、本発明では、非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２を簡素化するために、電界強度を電波法（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）内に制限し、かつ単一のアンテナ（Ｒ／Ｗアンテナ）１０１によりこの変調波を送信するように構成した。
【００３８】
即ち、Ｒ／Ｗ（リーダまたは／およびライタ）ユニット１には、１３．５６ＭＨｚの高周波数の電圧を発生する電源１０５と、近接無線カード２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（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ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、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２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１１５に接続されている。
【００３９】
近接無線カード（非接触カード：ＩＣカード）２には、Ｒ／Ｗユニット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２０３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２０７から得られる受信信号を波形成形する波形成形回路２０８と送信信号をロードスイッチング変調させて上記整合・整流回路２０３に与えて整合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２０９とを有する無線チップ２０２と、該無線チップ２０２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。
【００４０】
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２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。
【００４１】
以上説明したように、近接無線カードシステムにおいては、リーダまたは／およびライタ１に対して非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２を数ｃｍ程度以下の比較的に一定な距離ｈで近接させることによって、リーダ／ライタ１と非接触カード２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。即ち、近接無線カードシステムにおいては、リーダライタ用アンテナ１０１により、電力伝送波若しくは通信波を放射し、カード側のスパイラル状またはコイル状のアンテナ２０１によりこの電磁波を受信、誘起し、カード側回路を動作し、信号を検出するものである。
【００４２】
ここで、図４に示すように、近接無線カードシステムにおいて、リーダまたは／およびライタ１に対して非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２との距離ｈを数ｃｍ程度以下の比較的にほぼ一定な距離で近接させて使用する場合、リーダ／ライタ１に用いるスパイラル状のアンテナ１０１として、絶縁基板１０１ａ上に最外形が２５ｍｍ〜７５ｍｍの四角状で、その内部にスパイラル状またはコイル状のアンテナ１０１ｂを薄膜導体で形成して構成される。この場合、使用周波数１３．５６ＭＨｚにより決まる波長２２ｍに対して充分小さく、アンテナ上の電流分布はほぼー様分布と考えられる。この為、アンテナの側面方向には電界が、垂直方向には磁界が強く発生する。
【００４３】
この場合、垂直方向にスパイラル状またはコイル状のアンテナ２０１を実装した非接触カード２を、距離ｈとして数ｃｍ程度以下にして持ち込むと電力伝送波若しくは信号波を送受信できる。なお、この通信距離は、システムの能力により２０ｃｍ程度にすることもできる。しかし、放射電界を電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）内に制限すると、リーダライタ用スパイラル状のアンテナ若しくはコイル１０１ｂに流す電流値の上限が決定され、これに伴い電力伝送に必要な磁界の強度の上限が決定され、電力伝送の上限が制限されることになる。
【００４４】
そこで、リーダ／ライタ１に用いるアンテナ１０１として、放射電界が電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足し、しかも非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）２に対して十分なパワーで電力伝送を可能にすることが望まれる。
【００４５】
次に本発明に係る放射電界が電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足し、しかもＩＣカード２に対して十分なパワーで電力伝送を可能にするリーダ／ライタ１に備えられたアンテナ１０１の実施の形態について説明する。
【００４６】
まず、本発明に係るリーダ／ライタ１に備えられたアンテナ１０１の第１の実施の形態を説明する。図５は、本発明に係るリーダ／ライタ１に備えられたアンテナ１０１の第１の実施の形態を示す図である。リーダ／ライタ１に用いるアンテナ１０１の第１の実施の形態として、絶縁基板１０１ａ上に最外形が２５ｍｍ〜７５ｍｍの四角状で、その内部にスパイラル状またはコイル状のアンテナ１０１ｂを薄膜導体で形成し、この基板１０１ａの裏側にアンテナ１０１ｂにｄ＝２０ｍｍ程度以下に近接して上記アンテナ１０１ｂの鏡像９１を形成するＣｕ等の導体板（金属板）１０１ｃを備えて構成する。なお、導体板（金属板）１０１ｃは、電位を安定にするためにアースに接地される。また、導体板（金属板）１０１ｃとしては、鏡像９１を形成しやすい抵抗値の低い金属、例えばＣｕやＡｌが良い。
【００４７】
このように、スパイラル状またはコイル状のアンテナ１０１ｂにｄ＝２０ｍｍ程度以下に近接して上記アンテナ１０１ｂの鏡像９１を形成する導体板（金属板）１０１ｃを備えたことにより、図６に示すように、垂直方向において１３．５６ＭＨｚで励振されて電流Ｉが流されたアンテナ（ループアンテナ）１０１ｂの各辺からｒ１、ｒ３の距離にある点の磁界と、アンテナ（ループアンテナ）１０１ｂから２ｄの距離離れた位置に形成された鏡像９１の各辺からｒ１’、ｒ３’の距離にある点の磁界とが合成される。
【００４８】
この場合のリーダ／ライタ上方距離Ｄ［ｍ］における磁界を測定用ループアンテナ（１辺が６１．６ｃｍの正方形ループアンテナ）で測定し、電界強度に換算した値（ωμＳＨｚ×ＡＦ）［ｄＢｕＶ／ｍ］を図７に示す。なお、図７は、スパイラル状またはコイル状のアンテナ（ループアンテナ）１０１ｂの最大外形が３０ｍｍ×３０ｍｍで、ターン数［Ｔ］が５で、電流Ｉｓ＝１．０［Ａｒｍｓ］において、導体板（金属板）１０１ｃなしの場合と、導体板（金属板）１０１ｃありで、ｄ＝５［ｍｍ］、ｄ＝２０［ｍｍ］、ｄ＝５０［ｍｍ］の場合とにおけるリーダ／ライタ上方距離Ｄ［ｍ］とその距離における電界強度［ｄＢｕＶ／ｍ］との関係をシュミレーションした結果を示す。この図７に示すように、導体板（金属板）１０１ｃありの場合には、導体板（金属板）１０１ｃなしの場合と比較して、上方距離Ｄが長くなるに従って電界強度は低減されることになる。またループアンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの間の間隔ｄが５０［ｍｍ］、２０［ｍｍ］、５［ｍｍ］と近ずくに従って、上方距離Ｄが長い場合において電界強度は低減されることになる。
【００４９】
一方、電波法の規制値としては、Ｄ＝３［ｍ］において、電界強度としては、５４［ｄＢｕＶ／ｍ］となる。
【００５０】
従って、Ｄ＝３［ｍ］において、ループアンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの間の間隔ｄを５［ｍｍ］以下にすれば、電界強度を金属板なしに比べて、４１［ｄＢｕＶ／ｍ］以上低減することができる。
【００５１】
そこで、例えばループアンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの間の間隔ｄを５［ｍｍ］以下にすれば、ＩＣカード２との間の距離を数ｃｍ以下において、ループアンテナ１０１ｂからカードアンテナ２０１に対して電界強度として約１９０［ｄＢｕＶ／ｍ］以上まで電力伝送を行うことができる。また例えばループアンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの間の間隔ｄを２０［ｍｍ］にすれば、ＩＣカード２との間の距離を数ｃｍ以下において、ループアンテナ１０１ｂからカードアンテナ２０１に対して電界強度として約１８０［ｄＢｕＶ／ｍ］まで電力伝送を行うことができる。
【００５２】
もし、金属板がない場合には、電波法の規制値（Ｄ＝３［ｍ］において、電界強度としては、５４［ｄＢｕＶ／ｍ］）を満足させるには、ループアンテナ１０１ｂからカードアンテナ２０１に対する電界強度として約１２０［ｄＢｕＶ／ｍ］以下にする必要が生じる。しかしながら、上記のようにループアンテナ１０１ｂの裏側に、金属板１０１ｃを設置することによって、放射電界が電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足し、しかもＩＣカード２に対して十分なパワーで電力伝送をすることができる。
【００５３】
また、図６に示すように、スパイラル状またはコイル状のアンテナ１０１ｂにｄ＝２０ｍｍ程度以下に近接して上記アンテナ１０１ｂの鏡像９１を形成する導体板（金属板）１０１ｃを備えたことにより、側面方向において１３．５６ＭＨｚで励振されて電流Ｉが流されたアンテナ（ループアンテナ）１０１ｂの各辺からｒ１、ｒ３の距離にある点の電磁界（主として電界）と、スパイラル状またはコイル状のアンテナ（ループアンテナ）１０１ｂから２ｄの距離離れた位置に形成された鏡像９１の各辺からｒ１’、ｒ３’の距離にある点の電磁界（主として電界）とが合成されるので、ループアンテナ１０１ｂから側面方向に３［ｍ］離れた位置における電界強度［ｄＢｕＶ／ｍ］は図８の通りとなる。図８は、スパイラル状またはコイル状のアンテナ（ループアンテナ）１０１ｂの最大外形が３０ｍｍ×３０ｍｍで、ターン数［Ｔ］が５で、電流Ｉｓ＝１．０［Ａｒｍｓ］において、導体板（金属板）１０１ｃなしの場合と、導体板（金属板）１０１ｃありで、ｄ＝５［ｍｍ］、ｄ＝１０［ｍｍ］、ｄ＝２０［ｍｍ］、ｄ＝３０［ｍｍ］、ｄ＝４０［ｍｍ］、ｄ＝５０［ｍｍ］の場合とにおいてループアンテナ１０１ｂから側面方向に３［ｍ］離れた位置におけるループアンテナ１０１ｂ回りの角度φに対する電界強度［ｄＢｕＶ／ｍ］の関係をシュミレーションした結果を示す。この図８に示すように、導体板（金属板）１０１ｃありの場合には、導体板（金属板）１０１ｃなしの場合と比較して、ｄ＝５０［ｍｍ］の場合でも電界強度を最小４５［ｄＢｕＶ／ｍ］低減することができる。このように、ループアンテナ１０１ｂの裏側に、金属板１０１ｃを設置することによって、ループアンテナ１０１ｂから垂直方向に比べて側面方向について、電波法の規制値（Ｄ＝３［ｍ］において、電界強度としては、５４［ｄＢｕＶ／ｍ］）を容易に満足されることが可能となる。
【００５４】
なお、図７および図８に示す金属板あり、金属板なしの電界強度についてのシュミレーションの結果は、実験において同様な値を示すことが確認された。
【００５５】
以上説明したように、ループアンテナ１０１ｂの裏側に、金属板１０１ｃを設置することによって、ループアンテナ１０１ｂの全方位に対して、放射電界が電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足し、しかもＩＣカード２のカードアンテナ２０１に対して十分なパワーで電力伝送をすることが可能となる。
【００５６】
当然、ループアンテナ１０１ｂから放射されるデータ通信変調波についての電界強度は、電力伝送波に比べて低いことにより電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を容易に満足させることができる。
【００５７】
次に、本発明に係るリーダ／ライタ１に備えられたアンテナ１０１の第２の実施の形態を説明する。図９は、本発明に係るリーダ／ライタ１に備えられたアンテナ１０１の第２の実施の形態の基本概念を示す斜視図である。リーダ／ライタ１に用いるアンテナ１０１の第２の実施の形態としては、スパイラル状またはコイル状のアンテナ（ループアンテナ）１０１ｂの鏡像位置にスパイラル状またはコイル状のイメージアンテナ（イメージループアンテナ）１０１ｄをスパイラル状またはコイル状のアンテナ１０１ｂに接続して構成する。図９に示すように、アンテナ１０１ｂに流す電流の向きとイメージアンテナ１０１ｄに流す電流の向きを逆にする。このように構成することによって、イメージアンテナ１０１ｄで、第１の実施の形態に示す金属板１０１ｃによってできる鏡像９１と同じ機能を出すことが可能となり、アンテナ１０１ｂの全方位に対して、放射電界が電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足し、しかもＩＣカード２のカードアンテナ２０１に対して十分なパワーで電力伝送をすることが可能となる。しかし、アンテナ１０１ｂに流す１３．５６ＭＨｚの高周波数の電流と、イメージアンテナ１０１ｄに流す１３．５６ＭＨｚの高周波数の電流を、電流の向きが同方向で、位相が逆相、若しくは電流の向きが逆方向で、位相が同相に合わせる必要が有る。そこで、アンテナ１０１ｂに流す１３．５６ＭＨｚの高周波数の電流の位相と、イメージアンテナ１０１ｄに流す１３．５６ＭＨｚの高周波数の電流の位相とが合うようにコイル長を定める必要が有る。
【００５８】
図１０は、アンテナ１０１ｂとイメージアンテナ１０１ｄとを別々の駆動アンプ１０９ａ、１０９ｂで駆動する実施例を示した斜視図である。このように構成することによって、駆動アンプ１０９ａと駆動アンプ１０９ｂに同じ１３．５６ＭＨｚの高周波数信号を入力すれば、アンテナ１０１ｂに流す電流の位相と、イメージアンテナ１０１ｄに流す電流の位相とを合わせることが容易に可能となる。
【００５９】
以上説明したように、第１の実施の形態では金属板１０１ｃの裏側に磁界が発生することを防止することができるが、第２の実施の形態ではイメージアンテナ１０１ｄの裏側に表面側と同様な磁界が発生することになり、この磁界が支障有る場合には、更にイメージアンテナ１０１ｄの裏側に金属板等の導体板を設置してイメージアンテナ１０１ｄの裏側に遠方まで磁界の発生を抑える必要が生じる。
【００６０】
また、上記第１の実施の形態および第２の実施の形態ともに、Ｒ／Ｗユニット１に設けられたＲ／Ｗアンテナ１０１とＩＣカード２に形成されたカードアンテナ２０１との間で、図３に示す電力伝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について説明したが、電力伝送波のみからなる電磁波を使って電力伝送のみを行う場合にも有効である。即ち、この場合、通信については、Ｒ／Ｗユニット１とＩＣカード２の各々に別に設けたアンテナを用いて送受信を行う。
【００６１】
次に、電波法で規定する３ｍ遠方界での規制値を満足するアンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの距離と寸法関係について説明する。
【００６２】
図１１は、半径ａの円形状のアンテナ１０１ｂと、その裏側に導板１０１ｃとを備えたリーダライタの３ｍ遠方での電界強度Ｅの実験結果であり、アンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの距離と寸法との関係を規定したａ・ｔａｎθを変化させた場合の実験結果である。なお、ｔａｎθは、アンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの距離と、アンテナ１０１ｂから金属板１０１ｃがはみ出した寸法との比を表わすこととなる。また、図１１は、アンテナに流れる電流とアンテナの巻数の積毎の実験結果を示している。
【００６３】
図からわかるように、ａ・ｔａｎθが増加するにつれて、また、アンテナ電流と巻数の積が増加するにつれて、その電界強度Ｅは増加するので、５０［ｍＡ・Ｔ］以上のリーダライタにおいて、その３ｍ遠方での電界強度Ｅを電波法で規定する５４ｄＢｕＶ／ｍ以下にするには、ａ・ｔａｎθを０．２〔ａと同じ単位〕以下にすればよいこととなる。
【００６４】
なお、図においてアンテナのサイズとしては、ａ＝３０、５０、７０、１００、１５０、２００により実験（シミュレーション）したが、その他のサイズであってもアンテナを構成する線路の線路長が３ｃｍ〜３ｍであれば、図１１に示す特性との差はほとんどない。これは、アンテナの線路長が、リーダライタに適用する電力電送波の波長２２ｍ（１３．５６ＭＨＺ）に対して無視できる程度の大きさになるからである。なお、このことは、以下の実験結果についても同様である。
【００６５】
次に、図１２は、１辺がａの矩形状のアンテナ１０１ｂと、その裏側に導板１０１ｃとを備えたリーダライタの３ｍ遠方での電界強度Ｅの実験結果であり、アンテナ１０１ｂと金属板１０１ｃとの距離と寸法との関係を規定したａ・ｔａｎθを変化させた場合の実験結果である。また、これについてもアンテナに流れる電流とアンテナの巻数の積毎の実験結果を示している。
【００６６】
図からわかるように、ａ・ｔａｎθが増加するにつれて、また、アンテナ電流と巻数の積が増加するにつれて、その電界強度Ｅは増加するので、５０［ｍＡ・Ｔ］以上のリーダライタにおいて、その３ｍ遠方での電界強度Ｅを電波法で規定する５４ｄＢｕＶ／ｍ以下にするには、ａ・ｔａｎθを０．２〔ａと同じ単位〕以下にすればよいこととなる.
【００６７】
ところで、図１１、図１２とを比較してもわかるように、アンテナの形状に応じて電界強度Ｅが極端に変化することはなく、アンテナを構成する最外周の配線が形成する面積（磁束が通過する面積）に関係するので、他のアンテナ形状については、アンテナ１０１ｂを構成する最外周の配線と、導板の縁１０１ｃとの距離が最も短い場所での断面においてａ・ｔａｎθが０．２〔ｍ〕以下となれば良い。
【００６８】
なお、図１１、図１２に示すようなアンテナであれば、そのアンテナ電流と巻数からして、リーダライタからの距離が約２０ｃｍ以内において十分な磁界強度が得られることが確認されている。
【００６９】
また、図１１、１２では、３ｍ遠方での電界強度Ｅを電波法で規定する５４ｄＢｕＶ／ｍ以下とする場合について説明してきたが、今後の法律の改正などにより５４ｄＢｕＶ／ｍが代わってしまうのであれば、新たな数値を用いて図１１、１２からａ・ｔａｎθを求めることができることは言うまでもない。同様に磁界強度により規制されるのならば、図１１、１２を用いて電界強度から磁界強度に変換した特性を算出すれば同様に必要なａ・ｔａｎθを求めることができることは言うまでもない。また規制対象となる距離（３ｍ）が代わってしまうのであれば、図７を用いて新たな距離における電界強度や磁界強度を算出すれば同様に必要なａ・ｔａｎθを求めることができることは言うまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、近接されるＩＣカードに対して電磁波（無線）を使って電力伝送するリーダまたは／およびライタにおいて、アンテナから全方位について規制値を満足させて、しかも近接されるＩＣカードを安定して動作可能な電力を供給することができる効果を奏する。
【００７１】
また、本発明によれば、リーダまたは／およびライタから近接されるＩＣカードに対して電磁波（無線）を使って電力伝送する電力伝送システムにおいて、アンテナから全方位について電波法の規制値を満足させて、しかも近接されるＩＣカードを安定して動作可能な電力を供給することができる効果を奏する。
【００７２】
また、本発明によれば、近接されるＩＣカードに対して電磁波（無線）を使って電力伝送および通信を単一のアンテナを用いて行うリーダまたは／およびライタにおいて、アンテナから全方位について電波法の規制値を満足させて、しかも近接されるＩＣカードを安定して動作可能な電力を供給すると共に通信も行うことができる効果を奏する。
【００７３】
また、本発明によれば、アンテナの下に導体板を設けることで、さらにその下に高周波電子回路を構成しても、電磁波による影響（ノイズ）を受けずに、安定した動作が可能となる、シールドの効果を奏する。
【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電力伝送・通信方式を示した概略構成斜視図である。
【図２】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３】本発明に係る電力伝送波とデータ通信変調波との関係を示す図である。
【図４】本発明に係るリーダまたは／およびライタ装置に設置されたリーダライタアンテナとＩＣカードとの関係を示す斜視図である。
【図５】本発明に係るリーダまたは／およびライタ装置に設置されたリーダライタアンテナの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】リーダライタアンテナの第１の実施の形態において、垂直方向と側面方向とで電磁界が合成される原理を説明するための図である。
【図７】リーダライタアンテナの第１の実施の形態において、シュミレーションされたリーダライタアンテナからの垂直方向距離に対する電界強度を示す図である。
【図８】リーダライタアンテナの第１の実施の形態において、シュミレーションされたリーダライタアンテナからの側面方向に３［ｍ］離れた位置における電界強度を示す図である。
【図９】本発明に係るリーダまたは／およびライタ装置に設置されたリーダライタアンテナの第２の実施の形態における一実施例を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係るリーダまたは／およびライタ装置に設置されたリーダライタアンテナの第２の実施の形態における他の実施例を示す斜視図である。
【図１１】導板を配置したリーダライタアンテナにおいて、シュミレーションされたリーダライタアンテナからの３ｍ遠方での電界強度を示す図である。
【図１２】導板を配置したリーダライタアンテナにおいて、シュミレーションされたリーダライタアンテナからの３ｍ遠方での電界強度を示す図である。
【符号の説明】
１…リーダ／ライタユニット、２…近接無線カード（ＩＣカード：非接触カード）、９１…アンテナの鏡像、１０１…リーダライタアンテナ、１０１ａ…基板、１０１ｂ…アンテナ、１０１ｃ…導体板（金属板）、１０１ｄ…イメージアンテナ、１０２…整合回路（給電回路）、１０５…電源、１０７…符号化回路、１０８…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、１１５…ホストコンピュータ、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、２０６…クロック抽出回路、２０７…ＬＰＦ回路、２０９…ロードスイッチング回路、２１０…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、２１４…マイコン（ＣＰＵ）、２１６…符号化回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes, for example, cash dispensers, electronic money, automatic ticket gate systems, entrance / exit management systems, public telephones, etc., cash cards, credit cards, boarding tickets, commuter passes, coupon tickets, management cards, ID cards, licenses, telephones The present invention relates to a reader / writer device, a power transmission system, and a communication system that perform power transmission and communication for proximity wireless operation with a proximity wireless card such as a card.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, it is known that power is supplied in a non-contact manner to a proximity wireless card (IC card) from the power supply side using light or a magnetic field.
[0003]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-263609 discloses a technique in which a metal plate is disposed on the back surface of a coiled antenna in order to prevent malfunction such as reading of card data from the back surface of a non-contact card reader. The In particular, a technique for adjusting the distance between the metal plate and the coiled antenna in consideration of the shift of the resonance frequency when the metal plate is arranged is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, cash cards, credit cards, tickets, commuter passes, etc. used at station ticket gates, buses, entrances and exits are converted into IC cards, and users use these IC cards at station ticket gates, buses, entrances and exits. When passing through a reader / writer provided in a non-contact manner, a power transmission wave or a communication wave is radiated from the reader / writer coil or antenna, and the electromagnetic wave is received and induced by the card coil or antenna. In a non-contact card system (proximity wireless card system) that operates a card side circuit and detects a signal, an electric field radiated from a reader / writer coil or an antenna is regulated by a radio wave law (500 μV / m at a distance of 3 m). ) Must be satisfied.
[0005]
However, the upper limit of the current value of the coil for the reader / writer or the antenna is determined by the restriction value (500 μV / m at a distance of 3 m) of the radio wave law for the radiated electric field, and accordingly, the upper limit of the power transmission is determined. There was a problem that it was difficult to supply sufficient power to the card. That is, there is a problem that it is difficult to suppress sufficient electric power transmission at a desired communication distance from the reader / writer and the far field defined by the Radio Law.
[0006]
The first object of the present invention is to satisfy a regulation value (for example, 500 μV / m at a distance of 3 m) from a reader or / and writer device to a proximity wireless card (IC card) in order to solve the above-mentioned problems. Another object of the present invention is to provide a reader / writer device, a power transmission system, and a communication system in a close proximity wireless card system that can supply sufficient power.
[0007]
In addition, a second object of the present invention is to allow power transmission with high efficiency by allowing a positioning error of an IC card that is close to an antenna provided in a reader or / and writer device. Another object of the present invention is to provide a reader / writer device, a power transmission system, and a communication system in the proximity wireless card system.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the present invention provides a spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to an IC card, and a conductor member that forms a mirror image of the antenna. A reader and / or writer device.
[0009]
The present invention also provides a spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to an IC card and transmission or transmission / reception of a communication signal, and a conductor member that forms a mirror image of the antenna. A reader or / and a writer device.
[0010]
According to the present invention, in the reader or / and writer device, a power supply unit that generates a signal for power transmission, an encoding circuit that encodes input transmission data, and a signal obtained from the power supply unit And a modulator that superimposes the signal obtained from the encoding circuit by amplitude modulation, and a power feeding circuit that feeds power to the antenna based on the signal obtained from the modulator.
[0011]
The present invention further includes a spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card, and a spiral or coil image antenna that is a mirror image of the antenna. A feature of the reader / writer device.
[0012]
The present invention also provides a spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to an IC card and transmission or transmission / reception of a communication signal, and a spiral or mirror image of the antenna. A reader or writer device comprising a coiled image antenna.
[0013]
According to the present invention, in the reader or / and writer device, a power supply unit that generates a signal for power transmission, an encoding circuit that encodes input transmission data, and a signal obtained from the power supply unit And a modulator that superimposes the signal obtained from the encoding circuit by amplitude modulation, and a power feeding circuit that feeds the antenna and the image antenna based on the signal obtained from the modulator.
[0014]
The present invention also relates to a power transmission system for transmitting electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converting the transmitted electric power into a DC voltage in the IC card and supplying it to an internal circuit. The reader or / and writer device includes a spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card, and a conductor member that forms a mirror image of the antenna. It is the electric power transmission system characterized by these.
[0015]
The present invention also relates to a communication system for transmitting electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves and transmitting / receiving a communication signal to / from the reader / writer device to the IC card. A spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply and transmission / reception of communication signals, and a conductor member that forms a mirror image of the antenna System.
[0016]
The present invention also relates to a power transmission system for transmitting electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converting the transmitted electric power into a DC voltage in the IC card and supplying it to an internal circuit. A spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card to the reader or / and writer device, and a spiral or coil image antenna that is a mirror image of the antenna And a power transmission system.
[0017]
The present invention also relates to a communication system for transmitting electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves and transmitting / receiving a communication signal to / from the reader / writer device to the IC card. A spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for both power supply and transmission / reception of communication signals, and a spiral or coil image antenna that is a mirror image of the antenna A power transmission and communication transmission / reception system characterized by the above.
[0018]
Further, the present invention is obtained from the power supply unit that generates a signal for power transmission, the encoding circuit that encodes the input transmission data, and the power supply unit in the reader / writer device in the communication system. It has a modulator that superimposes a signal obtained from an encoding circuit on a signal by amplitude modulation, and a power feeding circuit that feeds an antenna and an image antenna based on the signal obtained from the modulator.
[0019]
The present invention also includes an antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card, and a conductor member, and the distance between the outermost wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member is A · tan θ, which is a relationship between the size a of the antenna at the shortest position, the angle θ formed by the conductor member and the line connecting the outermost wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member, 0.2 [Same unit as a] The antenna and the conductor member are arranged as follows.
[0020]
Further, the present invention is characterized in that, in the reader or / and writer device, the antenna performs both supply of power to the IC card and transmission or transmission / reception of a communication signal.
[0021]
The present invention is also a power transmission system that transmits power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converts the transmitted power into a DC voltage in the IC card, and supplies it to an internal circuit. The reader or writer device includes an antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card, and a conductor member, and the outermost wiring constituting the antenna and the conductor member The relationship between the size a of the antenna at the position where the distance from the edge is the shortest, the angle θ formed by the conductor member and the line connecting the outermost peripheral wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member A ・ tanθ is 0.2 [Same unit as a] The antenna and the conductor member are arranged as follows.
[0022]
The present invention also relates to a communication system for transmitting power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves and transmitting / receiving a communication signal, the reader / writer device to the IC card. The size of the antenna at a position where the distance between the outermost wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member is the shortest. A · tan θ, which is a relationship between a and a line connecting the outermost peripheral wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member and the conductor member, is 0.2. [Same unit as a] The antenna and the conductor member are arranged as follows.
[0023]
The present invention also provides a spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to an IC card, and a field intensity at least 3 m away from the antenna by forming a mirror image of the antenna. And a conductor member for suppressing the above.
[0024]
Also, the present invention forms a spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to the IC card and transmission or transmission / reception of communication signals, and a mirror image of the antenna. And a conductor member that suppresses the electric field strength at least 3 m away from the antenna.
[0025]
The present invention is also a power transmission system that transmits power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converts the transmitted power into a DC voltage in the IC card, and supplies it to an internal circuit. A spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card, and a mirror image of the antenna to form at least the antenna from the antenna. And a conductor member that suppresses the electric field strength at a distance of 3 m.
[0026]
The present invention also provides a communication system for transmitting power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves and transmitting / receiving a communication signal, wherein the IC card is connected to the reader / writer device. A spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to and transmission / reception of communication signals, and an electric field at least 3 m away from the antenna by forming a mirror image of the antenna And a conductor member for suppressing strength.
[0027]
In order to achieve the second object, the present invention transmits power from a reader / writer device to an IC card using electromagnetic waves, and converts the transmitted power into a DC voltage in the IC card. A power transmission system for supplying power to an internal circuit, the outermost shape of a spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card provided in the reader or / and writer device The power transmission system is characterized in that the size is smaller than the outermost dimension of a spiral or coil antenna formed on the IC card.
[0028]
The present invention is also a communication system for transmitting power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves and transmitting / receiving a communication signal, wherein the IC provided in the reader / writer device The spiral or coiled antenna formed on the IC card is the outermost dimension of the spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to the card and transmission and reception of communication signals. The communication system is characterized in that it is smaller than the outermost dimension.
[0029]
As described above, according to the above configuration, a reader or / and a writer that transmits power to a nearby IC card using electromagnetic waves (wireless) satisfies a regulation value such as the Radio Law for all directions from the antenna. In addition, it is possible to supply power capable of stably operating the adjacent IC card.
[0030]
Further, according to the above configuration, in the power transmission system for transmitting power using an electromagnetic wave (wireless) to an IC card close to the reader or / and writer, the restriction value of the Radio Law is satisfied for all directions from the antenna. In addition, it is possible to supply power capable of stably operating the IC cards that are close to each other.
[0031]
In addition, according to the above configuration, in a reader or / and writer that performs power transmission and communication using a single antenna using electromagnetic waves (wireless) with respect to an IC card that is adjacent to the IC card, the radio wave law is applied to all directions from the antenna. In addition, it is possible to supply power that can stably operate an IC card that is in close proximity, and to perform communication.
[0032]
Further, as described above, by providing a conductor plate under the antenna, even if a high-frequency electronic circuit is further formed thereunder, stable operation is possible without being affected by electromagnetic waves (noise). , The effect of the shield.
[0033]
Further, as described above, the outermost dimensions of the spiral or coil-shaped antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card provided in the reader or / and writer device are set in the IC card. By making it smaller than the outermost dimension of the formed spiral or coil-shaped antenna, it is possible to allow a positioning error of the IC card that is close to the antenna provided in the reader or writer device. In particular, in a state where the center of the antenna of the reader / writer device and the center of the antenna of the IC card substantially overlap, if the communication distance between the reader / writer device and the IC card is h, the reader // A magnetic flux interlinking the antenna formed on the IC card such that the outermost periphery of the antenna of the IC card has an outermost periphery of the antenna of the IC card larger than the outermost periphery of the antenna of the reader or writer device by at least h. Desirable in terms of number.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
First, non-cash cards, credit cards, boarding tickets, commuter passes, management tickets, ID cards, licenses, telephone cards, highway cards, etc. in cash dispensers, electronic money, automatic ticket gate systems, entrance / exit management systems, etc. A non-contact card operation power transmission method in a contact card and reader / writer and an antenna used therefor will be described.
[0036]
FIG. 1 shows a contactless card (proximity wireless) that is passed or approached in a contactless manner from a reader or / and a writer unit (apparatus) 1 provided at a predetermined place, for example, according to the present invention. It is a figure which shows schematic structure of the electric power transmission and communication system which transmit electric power to a card | curd: IC card) 2 by radio | wireless, and communicate. A contactless card (proximity wireless card: IC card) 2 is held by a user and is contactless with respect to a reader / writer unit 1 provided at a ticket gate, bus, or entrance / exit, for example, up to about 20 cm. By allowing them to pass at a distance, information such as a cash card, credit card, boarding ticket, commuter pass, etc. is transmitted and received wirelessly, and functions as a cash card, credit card, boarding ticket, commuter pass, etc. Further, the non-contact card (proximity wireless card: IC card) 2 is non-contact with the reader or / and writer unit 1 and is relatively constant with a distance h of about several centimeters or less, and is roughly positioned. May be used. In this case, by increasing the size of the card antenna 201 formed on the close proximity wireless card 2 with respect to the size of the R / W antenna 101 provided in the R / W unit 1, the card antenna 201 becomes the R / W antenna. Even if there is a slight misalignment with respect to 101, power transmission and transmission / reception of communication are performed between the R / W antenna 101 and the card antenna 201 using an electromagnetic wave (wireless) composed of a power transmission wave and a data communication modulation wave. Both can be performed stably.
[0037]
FIG. 2 shows wireless transmission of power between a reader / writer unit (apparatus) 1 and a contactless card (proximity wireless card: IC card) 2 according to the present invention, and transmission / reception of information wirelessly ( 1 is a configuration diagram illustrating an embodiment of an apparatus (system) that performs communication). In the embodiment shown in FIG. 2, the power transmission wave and data communication shown in FIG. 3 between the R / W antenna 101 provided in the R / W unit 1 and the card antenna 201 formed in the close proximity wireless card 2. The case where both transmission of electric power and transmission / reception of communication are performed using an electromagnetic wave (wireless) composed of a modulated wave is shown. As described above, the power transmission wave and the signal wave in the ASK modulation method have different frequency components when viewed in the frequency domain, but when viewed in the time domain, the amplitude of the power transmission wave only changes according to the signal speed. In other words, the modulated wave obtained by multiplying the power transmission wave by the signal wave appears only as if the waveform amplitude of the power transmission wave fluctuates up and down in the time domain. In the case of transmitting this wirelessly, it is conceivable to transmit the power transmission wave and the signal wave through separate antennas. However, in the present invention, in order to simplify the contactless card (proximity wireless card: IC card) 2 The electric field intensity is limited to the radio wave method (500 μV / m at a distance of 3 m), and this modulated wave is transmitted by a single antenna (R / W antenna) 101.
[0038]
That is, the R / W (reader or / and writer) unit 1 includes a power source 105 that generates a high-frequency voltage of 13.56 MHz and input transmission data (DATA) 106 that is transmitted to the proximity wireless card 2. Amplitude modulation (Amplitude Shift Keying modulation) is superimposed on the high-frequency voltage of 13.56 MHz generated from the power supply 105 with the signal encoded by the encoding circuit 107 (Amplitude Shift Keying modulation). A modulator 108, a transmission amplifier 109 that amplifies the signal ASK-modulated on a high frequency voltage of 13.56 MHz by the modulator 108, and the signal amplified by the transmission amplifier 109 is coupled by an inductance coupling 103 In order to prevent reflection by matching the impedance with the capacitor 104 The matching circuit (feeding circuit) 102 generates electromagnetic waves to transmit power and transmit data according to the output of the matching circuit 102, and the data transmitted from the card antenna 201 of the proximity wireless card 2 by the electromagnetic waves. The R / W antenna 101 that receives the signal, the filter circuit 110 that removes the noise component from the signal generated by the inductance coupling 103 by matching the signal received by the R / W antenna 101 by the matching circuit 102, and the filter circuit 110. A receiver amplifier 111 that amplifies the received signal, a demodulator 112 that demodulates the signal amplified by the receiver amplifier 111 using a high-frequency voltage signal of 13.56 MHz obtained from the power supply 105, and a demodulator 112 Decoding circuit that decodes the received signal and outputs it as received data (DATA) 114 And a 13. The transmission data 106 and the reception data 114 are connected to the host computer 115 via the network.
[0039]
The proximity wireless card (non-contact card: IC card) 2 receives electromagnetic waves generated to transmit power and transmit data from the R / W antenna 101 of the R / W unit 1 and performs load switching modulation transmission. A card antenna 201 that generates an electromagnetic wave according to data, a matching / rectifying circuit 203 that rectifies the power of 13.56 MHz received by the card antenna 201 and matches an impedance of a transmission / reception signal by matching, and the matching / rectifying circuit 203 A power supply circuit 204 that supplies a constant DC voltage power supply 205 of about 2 to 5 V at about 5 mW from the induced voltage rectified from the rectification circuit 203 and a clock extraction circuit that extracts a clock from the received signal obtained from the matching / rectification circuit 203 206 and the received signal obtained from the matching / rectifying circuit 203 The LPF circuit 207 for removing the component, the waveform shaping circuit 208 for shaping the received signal obtained from the LPF circuit 207, and the transmission signal are subjected to load switching modulation, supplied to the matching / rectifying circuit 203, and matched to be supplied to the card coil 201. A wireless chip 202 having a load switching modulation circuit 209, a frequency dividing circuit 211 for generating a signal for operating the microcomputer 214 by dividing the clock based on the clock signal extracted by the clock extraction circuit 206 of the wireless chip 202, and the wireless The wireless chip 202 decodes the signal obtained from the waveform shaping circuit 208 of the chip 202 and inputs the decoded data (received data) to the microcomputer (CPU) 214 and the transmission data obtained from the microcomputer 214 as the decoded data (received data). To the load switching modulation circuit 209 The wireless chip 202 includes a coding circuit 216 and a microcomputer (CPU) 214 such as an H8 that has a built-in memory for storing information as a card and processes transmission / reception data and transfers data to and from the memory. And a chip 210 such as a CPU (CPU + interface) that receives a stable power supply 205 from the power supply circuit 204.
[0040]
The reason why the R / W antenna 101 and the card antenna 201 are used to transmit power by electromagnetic waves (wireless) is to improve the efficiency of power transmission by electromagnetic induction using magnetic coupling. Further, when the spiral antenna 201 is formed on the close proximity wireless card 2, there is an advantage strong against deformation of the close proximity wireless card 2. Further, both the R / W antenna 101 and the card antenna 201 may be formed of a coil.
[0041]
As described above, in the proximity wireless card system, the contactless card (proximity wireless card: IC card) 2 is brought close to the reader / writer 1 at a relatively constant distance h of about several centimeters or less. As a result, power is transmitted between the reader / writer 1 and the non-contact card 2 wirelessly, and information is transmitted and received (communication) wirelessly. That is, in the close proximity wireless card system, a power transmission wave or a communication wave is radiated by the reader / writer antenna 101, and this electromagnetic wave is received and induced by the spiral antenna or coiled antenna 201 on the card side. Operates and detects signals.
[0042]
Here, as shown in FIG. 4, in the proximity wireless card system, the distance h between the reader or writer 1 and the non-contact card (proximity wireless card: IC card) 2 is relatively several cm or less. When used close to each other at a substantially constant distance, the spiral antenna 101 used in the reader / writer 1 is a rectangular shape having an outermost shape of 25 mm to 75 mm on the insulating substrate 101a, and has a spiral or coil shape inside. The antenna 101b is formed of a thin film conductor. In this case, the current distribution on the antenna is considered to be almost a uniform distribution with respect to the wavelength 22 m determined by the operating frequency 13.56 MHz. For this reason, an electric field is generated in the side surface direction of the antenna and a magnetic field is generated in the vertical direction.
[0043]
In this case, when the contactless card 2 on which the spiral or coil antenna 201 is mounted in the vertical direction is brought to a distance h of about several cm or less, a power transmission wave or a signal wave can be transmitted and received. This communication distance can be set to about 20 cm depending on the system capability. However, if the radiated electric field is limited within the regulation value of the Radio Law (500 μV / m at a distance of 3 m), the upper limit of the current value flowing through the spiral antenna for the reader / writer or the coil 101b is determined, which is necessary for power transmission. Thus, the upper limit of the strength of the magnetic field is determined, and the upper limit of power transmission is limited.
[0044]
Therefore, as the antenna 101 used for the reader / writer 1, the radiated electric field satisfies the radio wave regulation value (500 μV / m at a distance of 3 m) and is sufficient for the non-contact card (proximity wireless card: IC card) 2. It is desirable to enable power transmission with power.
[0045]
Next, the radiated electric field according to the present invention satisfies the radio wave regulation value (500 μV / m at a distance of 3 m), and is provided in the reader / writer 1 that enables power transmission to the IC card 2 with sufficient power. An embodiment of the antenna 101 will be described.
[0046]
First, a first embodiment of the antenna 101 provided in the reader / writer 1 according to the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the antenna 101 provided in the reader / writer 1 according to the present invention. As a first embodiment of the antenna 101 used in the reader / writer 1, a rectangular or outermost shape of 25 mm to 75 mm is formed on an insulating substrate 101a, and a spiral or coil antenna 101b is formed of a thin film conductor therein. In addition, a conductor plate (metal plate) 101c made of Cu or the like that forms a mirror image 91 of the antenna 101b in the vicinity of d = 20 mm or less close to the antenna 101b is provided on the back side of the substrate 101a. The conductor plate (metal plate) 101c is grounded to the ground in order to stabilize the potential. Moreover, as the conductor plate (metal plate) 101c, a metal having a low resistance value that easily forms the mirror image 91, such as Cu or Al, is preferable.
[0047]
As shown in FIG. 6, the spiral or coiled antenna 101b is provided with a conductor plate (metal plate) 101c that forms a mirror image 91 of the antenna 101b in the vicinity of d = 20 mm or less. The magnetic field at a point at a distance of r1 and r3 from each side of the antenna (loop antenna) 101b excited at 13.56 MHz in the vertical direction and carrying the current I is separated from the antenna (loop antenna) 101b by a distance of 2d. The magnetic fields of the points at the distances r1 ′ and r3 ′ from the sides of the mirror image 91 formed at the predetermined positions are combined.
[0048]
In this case, the magnetic field at the reader / writer upper distance D [m] is measured with a measurement loop antenna (square loop antenna having a side of 61.6 cm), and converted into electric field strength (ωμSHz × AF) [dBuV / m ] Is shown in FIG. Note that FIG. 7 shows a conductor plate (loop antenna) 101b having a maximum outer shape of 30 mm × 30 mm, a number of turns [T] of 5, and a current Is = 1.0 [Arms]. Reader / writer upper distance D [in the case of no metal plate) 101c and in the case of conductor plate (metal plate) 101c and d = 5 [mm], d = 20 [mm], d = 50 [mm]. m] and the electric field strength [dBuV / m] at the distance are simulated. As shown in FIG. 7, when the conductor plate (metal plate) 101c is present, the electric field strength is reduced as the upper distance D becomes longer as compared with the case without the conductor plate (metal plate) 101c. become. Further, as the distance d between the loop antenna 101b and the metal plate 101c approaches 50 [mm], 20 [mm], and 5 [mm], the electric field strength is reduced when the upper distance D is long. .
[0049]
On the other hand, as the regulation value of the Radio Law, when D = 3 [m], the electric field strength is 54 [dBuV / m].
[0050]
Therefore, when the distance d between the loop antenna 101b and the metal plate 101c is 5 [mm] or less at D = 3 [m], the electric field strength is 41 [dBuV / m] or more compared to the case without the metal plate. Can be reduced.
[0051]
Therefore, for example, if the distance d between the loop antenna 101b and the metal plate 101c is set to 5 [mm] or less, the distance from the IC card 2 to the card antenna 201 from the loop antenna 101b is set to several cm or less. Electric power can be transmitted up to about 190 [dBuV / m] or more as the electric field strength. For example, if the distance d between the loop antenna 101b and the metal plate 101c is set to 20 [mm], the electric field strength from the loop antenna 101b to the card antenna 201 is less than a few cm from the IC card 2. As a result, power transmission can be performed up to about 180 [dBuV / m].
[0052]
If there is no metal plate, in order to satisfy the regulation value of the Radio Law (D = 3 [m], the electric field strength is 54 [dBuV / m]), the loop antenna 101b to the card antenna 201 is satisfied. The electric field strength needs to be about 120 [dBuV / m] or less. However, by installing the metal plate 101c on the back side of the loop antenna 101b as described above, the radiated electric field satisfies the regulation value of the Radio Law (500 μV / m at a distance of 3 m) and is sufficient for the IC card 2. Electric power can be transmitted with a sufficient power.
[0053]
Further, as shown in FIG. 6, a side surface is provided by providing a conductor plate (metal plate) 101c that forms a mirror image 91 of the antenna 101b in proximity to the spiral or coiled antenna 101b at d = 20 mm or less. An electromagnetic field (mainly an electric field) at a point at a distance of r1 and r3 from each side of the antenna (loop antenna) 101b excited at 13.56 MHz in the direction and carrying the current I, and a spiral or coiled antenna ( Loop antennas 101b are combined with electromagnetic fields (mainly electric fields) at the points r1 ′ and r3 ′ from the sides of the mirror image 91 formed at a distance of 2d from the antenna 101b. The electric field strength [dBuV / m] at a position 3 [m] away in the direction is as shown in FIG. FIG. 8 shows a conductor plate (metal plate) when the spiral or coil antenna (loop antenna) 101b has a maximum outer shape of 30 mm × 30 mm, the number of turns [T] is 5, and the current Is = 1.0 [Arms]. ) Without 101c and with conductor plate (metal plate) 101c, d = 5 [mm], d = 10 [mm], d = 20 [mm], d = 30 [mm], d = 40 [mm] ] Shows the result of simulating the relationship of the electric field strength [dBuV / m] with respect to the angle φ around the loop antenna 101b at a position 3 [m] away from the loop antenna 101b in the lateral direction when d = 50 [mm]. . As shown in FIG. 8, when the conductor plate (metal plate) 101c is provided, the electric field strength is 45 minimum even when d = 50 [mm], compared to the case without the conductor plate (metal plate) 101c. [DBuV / m] can be reduced. In this way, by installing the metal plate 101c on the back side of the loop antenna 101b, the electric field strength is defined as the electric field strength at the regulation value (D = 3 [m]) in the side surface direction compared to the vertical direction from the loop antenna 101b. 54 [dBuV / m]) can be easily satisfied.
[0054]
In addition, it was confirmed that the result of the simulation about the electric field strength with and without the metal plate shown in FIGS. 7 and 8 shows a similar value in the experiment.
[0055]
As described above, by installing the metal plate 101c on the back side of the loop antenna 101b, the radiated electric field satisfies the radio wave regulation value (500 μV / m at a distance of 3 m) for all directions of the loop antenna 101b. In addition, power can be transmitted to the card antenna 201 of the IC card 2 with sufficient power.
[0056]
Naturally, the electric field intensity of the data communication modulated wave radiated from the loop antenna 101b is lower than that of the power transmission wave, so that the regulation value of the Radio Law (500 μV / m at a distance of 3 m) can be easily satisfied.
[0057]
Next, a second embodiment of the antenna 101 provided in the reader / writer 1 according to the present invention will be described. FIG. 9 is a perspective view showing the basic concept of the second embodiment of the antenna 101 provided in the reader / writer 1 according to the present invention. As a second embodiment of the antenna 101 used in the reader / writer 1, a spiral or coiled image antenna (image loop antenna) 101d is spirally placed at a mirror image position of a spiral or coiled antenna (loop antenna) 101b. Connected to a rectangular or coiled antenna 101b. As shown in FIG. 9, the direction of the current flowing through the antenna 101b and the direction of the current flowing through the image antenna 101d are reversed. With this configuration, the image antenna 101d can perform the same function as the mirror image 91 formed by the metal plate 101c shown in the first embodiment, and the radiated electric field can be generated in all directions of the antenna 101b. The regulation value of the radio wave law (500 μV / m at a distance of 3 m) is satisfied, and power can be transmitted to the card antenna 201 of the IC card 2 with sufficient power. However, the high-frequency current of 13.56 MHz that flows through the antenna 101b and the high-frequency current of 13.56 MHz that flows through the image antenna 101d have the same current direction and the opposite phase, or the reverse current direction. In the direction, the phase needs to be matched to the same phase. Therefore, it is necessary to determine the coil length so that the phase of the high frequency current of 13.56 MHz flowing through the antenna 101b matches the phase of the high frequency current of 13.56 MHz flowing through the image antenna 101d.
[0058]
FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment in which the antenna 101b and the image antenna 101d are driven by separate drive amplifiers 109a and 109b. With this configuration, if the same high frequency signal of 13.56 MHz is input to the drive amplifier 109a and the drive amplifier 109b, the phase of the current flowing through the antenna 101b and the phase of the current flowing through the image antenna 101d are matched. Is easily possible.
[0059]
As described above, in the first embodiment, it is possible to prevent a magnetic field from being generated on the back side of the metal plate 101c, but in the second embodiment, the back side of the image antenna 101d is the same as that on the front side. When a magnetic field is generated, and this magnetic field has a problem, it is necessary to further suppress the generation of the magnetic field far away on the back side of the image antenna 101d by installing a conductive plate such as a metal plate on the back side of the image antenna 101d. .
[0060]
Further, in both the first embodiment and the second embodiment described above, between the R / W antenna 101 provided in the R / W unit 1 and the card antenna 201 formed in the IC card 2, FIG. The case where both the transmission of power and the transmission / reception of communication are performed using the electromagnetic wave (wireless) composed of the power transmission wave and the data communication modulated wave shown in FIG. It is also effective when performing. That is, in this case, for communication, transmission / reception is performed using an antenna provided separately for each of the R / W unit 1 and the IC card 2.
[0061]
Next, the distance and dimensional relationship between the antenna 101b and the metal plate 101c that satisfy the restriction value in the 3m far field defined by the Radio Law will be described.
[0062]
FIG. 11 shows the experimental results of the electric field strength E at a distance of 3 m from a reader / writer equipped with a circular antenna 101b having a radius a and a conductive plate 101c on the back side, and the distance between the antenna 101b and the metal plate 101c. It is an experimental result at the time of changing a * tan (theta) which prescribed | regulated the relationship with a dimension. In addition, tanθ Represents the ratio between the distance between the antenna 101b and the metal plate 101c and the dimension of the metal plate 101c protruding from the antenna 101b. FIG. 11 shows experimental results for each product of the current flowing through the antenna and the number of turns of the antenna.
[0063]
As can be seen from the figure, as a · tan θ increases and as the product of the antenna current and the number of turns increases, the electric field strength E increases. Therefore, in a reader / writer of 50 [mA · T] or more, 3 m In order to make the electric field strength E in the distance far below 54 dBuV / m specified by the Radio Law, a · tan θ is set to 0.2 [Same unit as a] The following should be done.
[0064]
In the figure, as the size of the antenna, an experiment (simulation) was performed with a = 30, 50, 70, 100, 150, and 200. However, the length of the line constituting the antenna is 3 cm to 3 m even in other sizes. If so, there is almost no difference from the characteristics shown in FIG. This is because the line length of the antenna is negligible with respect to the wavelength 22 m (13.56 MHz) of the power transmission wave applied to the reader / writer. This also applies to the following experimental results.
[0065]
Next, FIG. 12 shows the experimental results of the electric field strength E at a distance of 3 m from a reader / writer equipped with a rectangular antenna 101b having one side a and a conductive plate 101c on the back side. It is an experimental result at the time of changing a * tan (theta) which prescribed | regulated the relationship between the distance with 101c, and a dimension. This also shows experimental results for each product of the current flowing through the antenna and the number of turns of the antenna.
[0066]
As can be seen from the figure, as a · tan θ increases and as the product of the antenna current and the number of turns increases, the electric field strength E increases. Therefore, in a reader / writer of 50 [mA · T] or more, 3 m In order to make the electric field strength E in the distance far below 54 dBuV / m specified by the Radio Law, a · tan θ is set to 0.2 [Same unit as a] The following should be done.
[0067]
By the way, as can be seen by comparing FIG. 11 and FIG. 12, the electric field intensity E does not change drastically according to the shape of the antenna, and the area (magnetic flux) formed by the outermost peripheral wiring that constitutes the antenna. As for other antenna shapes, a · tan θ is 0.2 in the cross section at the shortest distance between the outermost peripheral wiring constituting the antenna 101b and the edge 101c of the conductive plate. [M] The following should be sufficient.
[0068]
In the case of the antenna as shown in FIGS. 11 and 12, it has been confirmed that sufficient magnetic field strength can be obtained within a distance of about 20 cm from the reader / writer based on the antenna current and the number of turns.
[0069]
11 and 12, the case where the electric field intensity E at a distance of 3 m is set to 54 dBuV / m or less stipulated by the Radio Law has been described. However, 54 dBuV / m may be replaced by a future revision of the law. Needless to say, a · tan θ can be obtained from FIGS. 11 and 12 using new numerical values. Similarly, if it is regulated by the magnetic field strength, it is needless to say that the necessary a · tan θ can be similarly obtained by calculating the characteristics converted from the electric field strength to the magnetic field strength using FIGS. In addition, if the restricted distance (3 m) is changed, it is needless to say that the required a · tan θ can be similarly obtained by calculating the electric field strength and magnetic field strength at the new distance using FIG. .
[0070]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a reader or / and writer that transmits electric power to an adjacent IC card using electromagnetic waves (wireless), an IC card that satisfies the regulation values in all directions from the antenna and that is in close proximity is provided. There is an effect that it is possible to supply power that can be stably operated.
[0071]
Further, according to the present invention, in an electric power transmission system that transmits electric power using an electromagnetic wave (wireless) to an IC card that is close to a reader or / and a writer, the regulation value of the Radio Law is satisfied for all directions from the antenna. In addition, there is an effect that it is possible to supply power capable of stably operating an IC card that is close thereto.
[0072]
In addition, according to the present invention, in a reader or / and writer that uses a single antenna to transmit power and communicate using an electromagnetic wave (wireless) to an adjacent IC card, the radio wave method is applied to the antenna from all directions. It is possible to satisfy the above regulation value and to supply power that can stably operate IC cards that are close to each other and perform communication.
[0073]
Further, according to the present invention, by providing a conductor plate under the antenna, even if a high frequency electronic circuit is further formed thereunder, stable operation is possible without being affected by electromagnetic waves (noise). , The effect of the shield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration perspective view showing a power transmission / communication method in which power is transmitted wirelessly between a reader / writer device and a proximity wireless card (IC card) according to the present invention and communication is performed wirelessly. is there.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of a device (system) that wirelessly transmits power and communicates wirelessly between a reader / writer device and a proximity wireless card (IC card) according to the present invention. It is.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a power transmission wave and a data communication modulated wave according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a relationship between a reader / writer antenna installed in a reader and / or writer device according to the present invention and an IC card.
FIG. 5 is a perspective view showing a first embodiment of a reader / writer antenna installed in a reader and / or writer device according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of electromagnetic field synthesis in the vertical direction and the side surface direction in the first embodiment of the reader / writer antenna.
FIG. 7 is a diagram showing the electric field strength with respect to the vertical distance from the simulated reader / writer antenna in the first embodiment of the reader / writer antenna.
FIG. 8 is a diagram showing the electric field strength at a position 3 [m] away from the simulated reader / writer antenna in the side surface direction in the first embodiment of the reader / writer antenna.
FIG. 9 is a perspective view showing an example of the reader / writer antenna installed in the reader / writer apparatus according to the present invention in the second embodiment.
FIG. 10 is a perspective view showing another example in the second embodiment of the reader / writer antenna installed in the reader / writer apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing the electric field strength at a distance of 3 m from a simulated reader / writer antenna in a reader / writer antenna having a conducting plate disposed thereon.
FIG. 12 is a diagram illustrating electric field strength at a distance of 3 m from a simulated reader / writer antenna in a reader / writer antenna having a conductive plate disposed thereon.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reader / writer unit, 2 ... Proximity wireless card (IC card: non-contact card), 91 ... Mirror image of antenna, 101 ... Reader / writer antenna, 101a ... Substrate, 101b ... Antenna, 101c ... Conductor plate (metal plate), DESCRIPTION OF SYMBOLS 101d ... Image antenna, 102 ... Matching circuit (feeding circuit), 105 ... Power supply, 107 ... Coding circuit, 108 ... Modulator, 109 ... Transmission amplifier, 110 ... Filter circuit, 111 ... Reception amplifier, 112 ... Demodulator, 113 Decoding circuit 115 Host computer 201 Card antenna 202 Wireless chip 203 Matching / rectifying circuit 204 Power supply circuit 206 Clock extraction circuit 207 LPF circuit 209 Load switching circuit 210 ... Chips such as CPU (CPU + interface chip), 211 ... frequency divider 212 ... decoding circuit, 214 ... microcomputer (CPU), 216 ... encoding circuit.

Claims

A reader and / or writer device comprising a spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to an IC card, and a conductor member that forms a mirror image of the antenna.

A spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to the IC card and transmission or transmission / reception of communication signals, and a conductor member that forms a mirror image of the antenna A reader or / and writer device.

3. The reader / writer device according to claim 2, wherein a power supply unit that generates a signal for power transmission, an encoding circuit that encodes input transmission data, and a signal obtained from the power supply unit. A reader and / or writer device comprising: a modulator for amplitude-modulating and superimposing a signal obtained from an encoding circuit; and a power feeding circuit for feeding an antenna based on the signal obtained from the modulator.

A reader comprising: a spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to an IC card; and a spiral or coil image antenna equal to a mirror image of the antenna, or / And writer device.

A spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to the IC card and transmission or transmission / reception of communication signals, and a spiral or coiled image antenna equal to the mirror image of the antenna A reader and / or writer device.

The reader or / and writer device according to claim 5,
A power supply for generating a signal for power transmission;
An encoding circuit for encoding the input transmission data;
A modulator for amplitude-modulating and superimposing a signal obtained from an encoding circuit on a signal obtained from the power supply unit;
A reader and / or writer device comprising a power feeding circuit for feeding power to an antenna and an image antenna based on a signal obtained from the modulator.

A power transmission system that transmits power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converts the transmitted power into a DC voltage in the IC card, and supplies it to an internal circuit,
The reader or writer device includes a spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card, and a conductor member that forms a mirror image of the antenna. A characteristic power transmission system.

A communication system that transmits electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves and transmits / receives communication signals,
Formed in the reader or / writer device is a spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for both supplying power to the IC card and transmitting / receiving communication signals, and a mirror image of the antenna. A communication system comprising a conductive member that performs the above-described operation.

The communication system according to claim 8, wherein
A power supply unit that generates a signal for power transmission, an encoding circuit that encodes input transmission data, and a signal obtained from the encoding circuit is amplitude-modulated and superimposed on a signal obtained from the power supply unit And a power feeding circuit that feeds power to the antenna based on a signal obtained from the modulator.

A power transmission system that transmits power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converts the transmitted power into a DC voltage in the IC card, and supplies it to an internal circuit,
A spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card to the reader or / and writer device; and a spiral or coiled image antenna that is a mirror image of the antenna; A power transmission system comprising:

A communication system that transmits electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, and transmits and receives communication signals,
A spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for both supplying power to the IC card and transmitting / receiving a communication signal to the reader or / writer device, and a mirror image of the antenna A communication system comprising a spiral or coiled image antenna.

The communication system according to claim 11, wherein
A power supply unit that generates a signal for power transmission, an encoding circuit that encodes input transmission data, and a signal obtained from the encoding circuit is amplitude-modulated and superimposed on a signal obtained from the power supply unit And a power supply circuit that supplies power to the antenna and the image antenna based on a signal obtained from the modulator.

A power transmission system that transmits power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converts the transmitted power into a DC voltage in the IC card, and supplies it to an internal circuit,
The outermost dimension of a spiral or coiled antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card provided in the reader or / and writer device is the spiral shape formed on the IC card or A power transmission system characterized by being smaller than the outermost dimension of the coiled antenna.

A communication system that transmits electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, and transmits and receives communication signals,
The outermost dimensions of a spiral or coil antenna that generates an electromagnetic field for both power supply to the IC card provided in the reader or / and writer device and transmission / reception of communication signals, A communication system characterized by being smaller than the outermost dimension of a spiral or coil antenna formed on an IC card.

An antenna that generates an electromagnetic field for supplying power to the IC card, and a conductor member;
The size a of the antenna at a position where the distance between the outermost peripheral wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member is the shortest, and the outermost peripheral wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member are connected. A reader, wherein the antenna and the conductor member are arranged such that a · tan θ, which is a relationship between an angle θ formed by the wire and the conductor member, is 0.2 (the same unit as a) or less / And writer device.

The reader or / and writer device according to claim 15,
A reader and / or writer device, wherein the antenna performs both supply of power to an IC card and transmission or transmission / reception of a communication signal.

A power transmission system that transmits power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves, converts the transmitted power into a DC voltage in the IC card, and supplies it to an internal circuit,
The reader or / writer device includes an antenna that generates an electromagnetic field for supplying electric power to the IC card, and a conductor member, and an outermost peripheral wiring constituting the antenna and an edge of the conductor member Is the relationship between the size a of the antenna at the position where the distance of the antenna is the shortest, and the angle θ formed by the conductor member and the line connecting the outermost wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member a The power transmission system, wherein the antenna and the conductor member are arranged so that tan θ is 0.2 [the same unit as a] or less.

A communication system that transmits electric power from a reader or / and a writer device to an IC card using electromagnetic waves and transmits / receives communication signals,
The reader or / writer device includes an antenna that generates an electromagnetic field for supplying electric power to the IC card, and a conductor member, and an outermost peripheral wiring constituting the antenna and an edge of the conductor member Is the relationship between the size a of the antenna at the position where the distance of the antenna is the shortest, and the angle θ formed by the conductor member and the line connecting the outermost wiring constituting the antenna and the edge of the conductor member a A communication system characterized in that the antenna and the conductor member are arranged so that tan θ is 0.2 [the same unit as a] or less.