JP3883269B2 - 非接触型icカードシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子(ICチップ)を搭載したICカードと、当該ICカードとアンテナコイルの電磁結合により非接触方式で信号の授受などを行うICカードリーダライタなどのICカード用装置を有する非接触型ICカードシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報処理の効率化やセキュリティーの観点から、データの記録、処理を行う半導体素子(ICチップ)を搭載したICカードが普及しつつある。このようなICカードには、カードの外部端子と外部処理装置の端子とを接続してデータの送受信を行う接触型と、電磁結合により電磁波でデータの送受信を行うアンテナコイルとデータ処理のための半導体素子を内蔵し、外部処理装置との間の読み書きをいわゆる無線方式で実現できる非接触型がある。非接触型としては、IC回路の駆動電力がデータの送受信のように電磁結合により供給され、バッテリを内蔵しないタイプが開発されている。
【0003】
従来の非接触型ICカードとICカード用装置(例えばICカードリーダライタ)を有するICカードシステムにおいては、非接触型ICカードとICカードリーダライタがそれぞれ非接触方式でデータの授受などを行うためのアンテナコイルを有している。図7(a)〜(c)は1コイル方式、図7(d)および図7(e)は2コイル方式の、非接触型ICカード側のコイルC1と、ICカードリーダライタ側のコイルC2の形状および位置関係について示す投影図である。従来の非接触型ICカードシステムにおいては、非接触型ICカードのコイルC1とICカードリーダライタのコイルC2は、ほぼ同じ大きさ、同じ形状を有しており、例えば、図7(a)ではコイルC1およびコイルC2はほぼ同じ大きさの真円形状であり、また、図7(c)においてはコイルC1およびコイルC2はほぼ同じ大きさの長方形形状である。データの送受信などを行う際には、それらのコイル同士が重なり合うように、例えばコイルC1およびコイルC2がほぼ同じ大きさの真円形状である場合にはその中心が重なるように、非接触型ICカードとICカードリーダライタの位置決めがなされている。
【0004】
上記のように、非接触型ICカードのコイルC1とICカードリーダライタのコイルC2をほぼ同じ大きさ、同じ形状とすることにより、信号の受信側のコイルによる信号の送信側のコイルの発生させる電磁場の取り込みのロスを少なくすることができ、伝送効率を高くすることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の非接触型ICカードとICカード用装置(ICカードリーダライタ)を有する非接触型ICカードシステムによれば、非接触型ICカードとICカード用装置(ICカードリーダライタ)の位置が適正位置からずれるに従い、急速に通信状態が悪化し、データの送受信や電源の供需給が困難になるという問題があった。
【0006】
上記のような非接触型ICカードとICカード用装置(ICカードリーダライタ)の位置が適正位置からずれた場合の通信状況の悪化は、データの送信(電源の供給)側コイルの出力を上昇させることで改善することができるが、高出力状態のままで非接触型ICカードとICカード用装置の位置が適正位置となった場合、信号の受信側コイルに過電流が発生し、電子部品を破損させるおそれがあった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、従って、本発明の目的は、非接触型ICカードとICカード用装置(ICカードリーダライタ)に位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することのない、位置ずれの影響を受けづらくすることができる非接触型ICカードとICカード用装置を有する非接触型ICカードシステムを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の非接触型ICカードシステムは、アンテナコイルを有する非接触型ICカードと、アンテナコイルを有するICカード用装置を有し、前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルとの電磁結合により信号の授受を行うICカードシステムであって、前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルとが、それぞれ2つのコイルから形成されており、前記非接触型ICカードのアンテナコイルを構成する2つのアンテナコイルの中心間の距離と、前記ICカード用装置のアンテナコイルを構成する2つのアンテナコイルの中心間の距離とが異なっている。
【0012】
上記の本発明の非接触型ICカードシステムによれば、非接触型ICカードのアンテナコイルとICカード用装置(ICカードリーダライタ)のアンテナコイルとが、それぞれ2つのコイルから形成されており、非接触型ICカードのアンテナコイルを構成する2つのアンテナコイルの中心間の距離と、ICカード用装置のアンテナコイルを構成する2つのアンテナコイルの中心間の距離とが異なっていることから、非接触型ICカードのアンテナコイルとICカード用装置のアンテナコイルとが、中心が不一致となるコイルの組を形成することとなり、非接触型ICカードとICカード用装置に位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することがなく、位置ずれの影響を受けづらくすることができる。
【0013】
上記の本発明の非接触型ICカードシステムにおいては、好適には、非接触型ICカードのアンテナコイルとICカード用装置のアンテナコイルの形状のうち、一方が真円形状であり、他方が楕円形状である、あるいは、一方が真円形状であり、他方が長方形形状である、あるいは、一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である、あるいは、非接触型ICカードのアンテナコイルとICカード用装置のアンテナコイルの形状が楕円形状あるいは長方形形状であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている、あるいはさらに好適には、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向がほぼ直交する。上記の構造を有するコイルとすることで、非接触型ICカードのアンテナコイルとICカード用装置(ICカードリーダライタ)のアンテナコイルの形状もしくは相対位置を互いに異ならせることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0015】
図1は、本実施形態にかかる非接触型ICカード1およびICカード用装置(例えばICカードリーダライタ)2を有するICカードシステムの構成図である。ICカードリーダライタ2は上位機器3に接続されている。上位機器3から送られた命令やデータなどは、入出力回路、制御回路、あるいはASK(Amplitude Shift Keying)方式やPSK(Phase Shift Keying)方式等の所定の変調方式により変調する変調回路などの電子回路21を介して、所定周波数の搬送信号に変換して、リーダライタコイルC2に流される電流が誘起する電磁場φによる電磁結合により、非接触型ICカード1に命令やデータなどを伝達する。
【0016】
上記の電磁場φにより、非接触型ICカード1のICカードコイルC1に電流が誘起される。ICカードコイルC1は、非接触型ICカード1に内蔵されるICチップに形成された送受信回路、変調(復調)回路、制御回路、記憶装置などの電子回路11に接続している。
【0017】
また、非接触型ICカード1からICカードリーダライタ2への命令やデータなどの伝達も行われる。この場合は上記とは逆の手順で、ICカードコイルC1中を流れる電流により誘起される電磁場によりリーダライタコイルC2に電流が発生する。
【0018】
また、非接触型ICカード1内にICカードコイルC1と接続して整流回路や充電回路などを備え、ICカードコイルC1とリーダライタコイルC2との電磁結合によりIC回路の駆動電力が供給されるようにすることもできる。
【0019】
上記のICカードコイルC1は図中のS1面上に配置され、一方リーダライタコイルC2はS2面上に配置される。S1面とS2面は、データなどの伝送効率を高くするために、ほぼ平行になるように配置される。ここで、S1面とS2面にほぼ平行な平面であるSp面上に、ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2を投影させた図を用いて、両コイルの形状および位置関係を以下に示す。
【0020】
図2〜4は、本実施形態のICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2の形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。実際のICカードシステムにおいては、ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2はそれぞれ別な平面上に存在することになる。
【0021】
図2(a)、(b)は1コイル方式の真円−楕円型である。ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2の一方が真円形状であり、他方が楕円形状である。図2(c)、(d)は1コイル方式の楕円−楕円型である。ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2がともに楕円であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図2(c)では両コイルの長手方向は直交している。
【0022】
図2(e)、(f)は2コイル方式の真円−楕円型であり、ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2がそれぞれ2つのコイルから形成されていて、中心が一致するコイルの組を形成している。図2(g)、(h)は2コイル方式の真円−楕円型であり、ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2がそれぞれ2つのコイルから形成されていて、中心が不一致となるコイルの組を形成しており、真円形状のコイルの中心が、楕円形状のコイルの中心よりも内側となっている場合である。
【0023】
図3(i)〜(l)は2コイル方式の楕円−楕円型であり、ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2がそれぞれ2つのコイルから形成されていて、中心が一致するコイルの組を形成しており、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図3(i)、(j)では両コイルの長手方向は直交している。
【0024】
図3(m)〜(n)は2コイル方式の楕円−楕円型であり、ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2がそれぞれ2つのコイルから形成されていて、中心が不一致となるコイルの組を形成しており、リーダライタコイルC2の2つのコイルの中心が、ICカードコイルC1の2つのコイルの中心よりも内側となっている場合である。特に、図3(n)では両コイルの長手方向は直交している。
【0025】
図4(o)、(p)は1コイル方式の真円−長方形型である。ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2の一方が真円形状であり、他方が長方形形状である。図4(q)、(r)は1コイル方式の長方形−長方形型である。ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2がともに長方形であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図4(q)では両コイルの長手方向は直交している。
【0026】
図4(s)〜(v)は1コイル方式の楕円−長方形型である。ICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2の一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である。一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図4(s)、(u)では両コイルの長手方向は直交している。
【0027】
上記の本実施形態において例示した形状および位置関係を有するICカードコイルC1およびリーダライタコイルC2によれば、非接触型ICカードとICカードリーダライタに位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することがなく、位置ずれの影響を受けづらくすることができる。この時、非接触型ICカードのアンテナコイルとICカードリーダライタのアンテナコイルの形状のうち、一方を真円形状、他方を楕円形状とする、あるいは、一方を真円形状、他方を長方形形状とする、あるいは、一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である、あるいは、ともに楕円形状あるいは長方形形状として一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向を異ならせる、さらには、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向をほぼ直交させることで、非接触型ICカードのアンテナコイルとICカードリーダライタのアンテナコイルの形状もしくは相対位置を互いに異ならせることができ、上記の効果を得ることができる。
【0028】
実施例
図5は本実施例にかかる非接触型ICカード1およびICカードリーダライタ2からなるICカードシステムの構成図である。ICカードリーダライタ2として、リーダライタコイルC2に交流電源V(4.9152MHz)を接続した。一方、非接触型ICカード1として、ICカードコイルC1に抵抗負荷R(330Ω)を有する整流ブリッジRCBを接続した。従来例として、図7(c)に示すような長手方向が一致する(0度)長方形のコイル(11mm×7mm、20T)をICカードコイルC1とリーダライタコイルC2としてそれぞれ銅箔エッチングにより形成した。一方、本発明の実施例として、図4(q)に示すような長手方向がほぼ直交する(90度)長方形のコイル(11mm×7mm、20T)をICカードコイルC1とリーダライタコイルC2としてそれぞれ銅箔エッチングにより形成した。リーダライタコイルC2に交流波を印加し、ICカードコイルC1とリーダライタコイルC2の中心が一致する位置を適正位置として、この位置からのずれに対するICカードコイルC1の整流ブリッジ出力の変化を調べた。
【0029】
図6(a)は、整流後のICカードコイル受信出力を非接触ICカードとICカードリーダライタの位置ずれに対してプロットした図である。実線は本発明の実施例である、長手方向がほぼ直交する(90度)長方形のコイルの場合であり、点線は従来例の長手方向が一致する(0度)長方形のコイルの場合である。従来例では適正位置でのコイル受信出力は高い値を示しているが、コイルの中心がずれるに従い、コイル受信出力は急激に減少する。一方、本発明の実施例では、適正位置でのコイル受信出力は従来例よりも低い値を示しているが、コイル中心がずれてもコイル受信出力の変化量は極めて小さい。
【0030】
図6(b)は、コイル受信出力が最も高い場合の通信効率を100%として、通信効率のコイルの位置ずれに対する変化量を換算して示した図である。本発明の実施例の通信効率は、従来例に比べて通信効率の位置ずれに対する変化が極めて少ないことが明らかであり、本発明により、非接触型ICカードの位置ずれによる通信不良は軽減される。
【0031】
本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、図2〜4は、本実施形態のICカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図であり、その関係は相互に入れ替えることが可能である。また、形状が互いに異なっている例示したコイル以外のコイルも用いることができる。実施形態においては非接触方式のICカードについて説明しているが、接触方式のICモジュールをさらに有するハイブリッド方式のICカードとすることもできる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明のICカードシステムによれば、非接触型ICカードとICカードリーダライタに位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することがなく、位置ずれの影響を受けづらくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明にかかる非接触型ICカードおよびICカード用装置(ICカードリーダライタ)を有するICカードシステムの構成図である。
【図2】図2(a)〜(h)はそれぞれ本発明にかかるICカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【図3】図3(i)〜(n)はそれぞれ本発明にかかるICカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【図4】図4(o)〜(v)はそれぞれ本発明にかかるICカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【図5】図5は本実施例にかかる非接触型ICカードおよびICカードリーダライタからなるICカードシステムの構成図である。
【図6】図6は本実施例における(a)整流後のICカードコイル受信出力を非接触ICカードとICカードリーダライタの位置ずれに対してプロットした図、(b)コイル受信出力が最も高い場合の通信効率を100%として、通信効率のコイルの位置ずれに対する変化量を換算して示した図である。
【図7】図7はそれぞれ従来例のICカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【符号の説明】
1…非接触型ICカード、C1…ICカードコイル、11…非接触型ICカード内蔵電子回路、2…ICカードリーダライタ、C2…リーダライタコイル、21…リーダライタ電子回路、3…上位機器。
Claims (6)
- アンテナコイルを有する非接触型ICカードと、アンテナコイルを有するICカード用装置を有し、前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルとの電磁結合により信号の授受を行うICカードシステムであって、
前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルとが、それぞれ2つのコイルから形成されており、
前記非接触型ICカードのアンテナコイルを構成する2つのアンテナコイルの中心間の距離と、前記ICカード用装置のアンテナコイルを構成する2つのアンテナコイルの中心間の距離とが異なっている
非接触型ICカードシステム。 - 前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルのうち、一方が真円形状であり、他方が楕円形状である
請求項1記載の非接触型ICカードシステム。 - 前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルのうち、一方が真円形状であり、他方が長方形形状である
請求項1記載の非接触型ICカードシステム。 - 前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルのうち、一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である
請求項1記載の非接触型ICカードシステム。 - 前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルの形状が楕円形状あるいは長方形形状であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている
請求項1記載の非接触型ICカードシステム。 - 前記非接触型ICカードのアンテナコイルと前記ICカード用装置のアンテナコイルの一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向がほぼ直交する
請求項5記載の非接触型ICカードシステム。
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