JP3928853B2 - 非接触ｉｃカード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁波を介して電力供給を受け、データを伝送する非接触ＩＣカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触ＩＣカードはＩＣチップとアンテナコイルとで構成され、外部通信装置から送られる電磁波をアンテナコイルで受けることで発生する起電力によりＩＣチップに電力が供給され、ＩＣチップはこの電力により処理を実行している。
【０００３】
しかし、外部通信装置から発せられる電磁波が一定の強さのとき、この起電力はＩＣカードと外部通信装置との距離に応じて変化する。コプロセッサによる演算に代表される通常の処理に比べて多い電力を必要とする処理においては、当該処理を実行する直前に供給されている電力を評価し、実行可能な電力が供給されているかどうかを確認し、その瞬間の供給電力によって処理の可否を判定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の供給電力の評価は、瞬時値だけで判断しているため、現在ＩＣカードが外部通信装置に近づいているのか、それとも外部通信装置から離れようとしているのかを区別することがＩＣカード側ではできなかった。そのために、外部通信装置へ近づいていて、これから十分な供給電力が得られて処理可能となる場合に処理できないと判定したり、逆に外部通信装置から離れつつあって十分な供給電力が得られなくなる場合にも、現時点の電力が十分なために処理可能と判定してしまっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決しようとするもので、起電力の時間的な変化をＩＣチップ内部で記録することでＩＣカードの移動速度を算出し、次の瞬間の外部通信装置とＩＣカードの距離と供給電力量を予測することでＩＣカード内部での処理を最適化することを目的とする。
そのために本発明は、外部通信装置からの電磁波をアンテナコイルで受信し、発生する起電力により処理を実行するための電力が供給される非接触ＩＣカードにおいて、アンテナコイルに生ずる起電力を所定間隔でサンプリングし、電力を取得する取得手段と、取得した電力データの履歴を記憶する記憶手段と、電力データの履歴から外部通信装置に対するＩＣカードの移動速度と移動方向を算出する算出手段と、電力データ、ＩＣカードの移動速度および移動方向から供給される電力量を予測し、予測結果と、処理のそれぞれに定義された必要な電力量とを比較して処理の実行可否を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記取得手段が、供給される電力の大きさを多段階で数値化し、外部通信装置から送られるクロックに同期した一定の間隔で、数値化した電力をサンプリングすることを特徴とする。
また、本発明は、前記記憶手段が、ファーストイン・ファーストアウト方式で電力データの履歴を記憶することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の非接触ＩＣカードの構成を説明する図である。
非接触ＩＣカード１は、ＩＣチップ２と、これに接続されて外部通信装置から電力、クロックが供給されるとともに、データの送受信に利用されるアンテナコイル３とから構成されている。
【０００７】
外部通信装置（図示せず）からの電磁波をアンテナコイル３で受けると、コイル中に誘起した起電力が整流回路４で直流に変換され、さらに定電圧回路５を通してＩＣチップが必要とする一定の電圧に調整され、揮発性メモリ（ＲＡＭ）６、ＲＯＭ７、不揮発性メモリ８、ＣＰＵ９に供給される。ＲＡＭ６は電源供給が断たれると記憶している内容が消失する記憶媒体、ＲＯＭ７はＣＰＵが実行するプログラムを格納している不揮発性メモリの一種の読み出し専用メモリ、不揮発性メモリ８はＥＥＰＲＯＭ、ＦＲＡＭ等からなり、電源供給を断っても記憶している内容が消失しない記憶媒体、ＣＰＵ９はＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリにある実行可能プログラムを実行する中央演算装置である。
【０００８】
復／変調回路１０はアンテナコイル３に接続されるとともに、バス１１を通してＣＰＵに接続されており、アンテナコイルを通して受信したデータを復調してバスへ出力し、ＣＰＵからバスを通して転送された送信データを変調してアンテナコイルへ出力している。供給電力サンプリング回路１２は、定電圧化される前の起電力をアンテナコイルで検出したクロックに同期して、一定の間隔でサンプリングし、後述するように多段階の起電力の強さとしてバス１１へ出力し、ＣＰＵによるＩＣカードと外部通信装置との接近／離反の判断、移動速度の算出等のためのデータを供給する。
【０００９】
図２は外部通信装置による電波供給範囲を説明する図である。
外部通信装置２０は非接触ＩＣカードとデータを送受信する機器で、ＩＣカードと同様に、アンテナコイルを利用して電波を発生させており、図の円弧は外部通信装置２０が発生させている電波の強さを表している。ここでは０〜５の６段階で電波の強さを区別し、「５」は外部通信装置に近く、最も強い電力が供給される領域、「０」は外部通信装置から遠くて電波の供給が不十分であり、ＩＣカードを活性化できない電力量しか得られない領域である。なお、電波の強さを０〜５の６段階に数値化する機能はＩＣチップに搭載させておく。
【００１０】
図３はＩＣカード内に記憶される供給電力履歴を説明する図で、ここではファーストイン・ファーストアウト方式のメモリとしてシフトレジスタを使用して供給電力履歴を保持する例を示している。
シフトレジスタの最右端ビットからサンプリング間隔Δｔで順次データが取り込まれ、図の右端側ほど新しいデータである。この例では、初期状態（００００００００）、Δｔ経過（０００００００１）、２Δｔ経過（００００００１２）、ｎΔｔ経過（１２３４５５５４）、（ｎ＋１）Δｔ経過（２３４５５５４３）となっている。
【００１１】
このようなシフトレジスタ内の履歴データ（………ｐi ｐi+1 ……）を電力供給量系列（ｐi ）と呼んだとき、これに基づいてＩＣカード内では、外部通信装置に対するＩＣカード自身の移動速度と方向を次のように認識する。すなわち、電波の強さは、外部通信装置に近いほど大きく、外部通信装置から遠いほど小さいので、電波の強さを示す履歴データは外部通信装置との距離に依存する。したがって、サンプリングの時間間隔が一定のとき、隣り合う履歴値の差は速度情報を与えることになる。すなわち、速度ｖi は、
ｖi ＝（ｐi+1 −ｐi ）
として求めることができる。したがって、図３に示したように、
ｎΔｔ経過後のデータ：（１２３４５５５４）
のとき、
ｎΔｔ経過後の速度 ：（１１１１００-1）
で表される。これを速度系列（ｖi ）と呼んだとき、速度系列が正の値を示しているときは、ＩＣカードは外部通信装置に近づいていることを意味し、逆に負の値を示しているときは、遠ざかろうとしていることを表している。
【００１２】
図４は外部通信装置に対するＩＣカードの移動速度の違いを説明するための図である。
図２と同様に円弧と数字により外部通信装置２０が発生させている電波の強さを６段階で区別し、サンプリング時間間隔を一定としたとき、△、□によりＩＣカードの移動軌跡における各サンプリング点を示している。△は通常の速さで移動、□は△より速い速度で△と同じ軌跡をたどった場合で、各履歴は、
△： ……１２３４５５５５３２１……
□： ……１３５５３１……
となる。
【００１３】
図５は同じ速さで移動したときの軌跡の違いを説明する図である。
△は通常の速さで移動したＩＣカードのサンプリング点、□は△と同等の速さで異なる軌跡をたどったサンプリング点を示し、それぞれの履歴は、
△： ……１２３４５５５５３２１……
□： ……１１２２３３３２２１１……
となる。
【００１４】
サンプリングして得た電力供給量系列（ｐi ）と、これから算出した速度系列（ｖi ）とから次の瞬間の供給電力量を予測することが可能であり、この予測結果からＩＣカードでの処理の実行可否を決定する例について図６を参照して説明する。
【００１５】
図６は次の瞬間の電力供給量を予測して処理の実行可否を決定する処理フローを示す図である。
【００１６】
電力供給量系列（ｐi ）を計測し（ステップＳ１）、隣り合う履歴値の差から速度系列（ｖi ）を算出する（ステップＳ２）。次いで、現在の供給量と速度から次の供給量を予測する（ステップＳ３）。即ち、速度が正であれば電力供給量は増加し、速度が負であれば電力供給量は減少し、さらに速度の大きさから電力供給量の変化の速い、遅いを考慮して次の電力供給量を予測する。次いで、予測結果が必要な電力量を上回るか否か判断し（ステップＳ４）、上回れば処理を実行し（ステップＳ５）、下回われば現在の速度が正か否かを判断し（ステップＳ６）、正でなければ処理を行わず、正であれば次の電力供給量が増える可能性があるのでステップＳ１に戻って処理を繰り返す。
【００１７】
次に、ＩＣカード内の処理を
処理Ａ：４以上の電力を必要とする処理
処理Ｂ：３以上の電力を必要とする処理
と定義する。なお、ＩＣチップ内部での処理については、それぞれに必要な電力量が定義される。
【００１８】
処理Ａであれば図４の△の軌跡で移動した場合、電力供給量が４または５に達している期間が長いため、処理を実行できる。しかし、図４の□の軌跡では△と比べてＩＣカード自身の移動速度が速く、電力供給量が４または５に満たされている期間が短いため、実行には適していないと判断できる。また、図５の□の軌跡では、移動速度は速くないため、近づいているうちは電力供給量が４になることを期待して電力供給量の評価を繰り返しながら処理の開始を待つ。しかし、電力供給量が３をピークしとて外部通信装置から遠ざかり始めているため、やはり、実行には適さないと判断できる。
処理Ｂにおいては、必要とする電力の供給量が３以上であるため、図４、図５の△、□の軌跡のうち、いずれの軌跡でも実行が可能と判断できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下のような効果が達成される。
▲１▼ＩＣカードの移動速度、近づく／離れるという移動方向をＩＣカードに認識させることができる。
▲２▼次の瞬間の供給電力を予測できるため、その瞬間は実行条件を満たすほどの電力が供給されていなくても、実際に処理が実行される頃には十分な電力が供給されるかもしれない可能性を考慮して、実行を予定している処理の可否判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の非接触ＩＣカードの構成を説明する図である。
【図２】 外部通信装置による電波供給範囲を説明する図である。
【図３】 ＩＣカード内に記憶される供給電力履歴を説明する図である。
【図４】 ＩＣカードの移動速度の違いを説明する図である。
【図５】 同じ速さで移動したときの軌跡の違いを説明する図である。
【図６】 次の瞬間の電力供給量を予測して処理の実行可否を決定する処理フローを説明する図である。
【符号の説明】
１…非接触ＩＣカード、２…ＩＣチップ、３…アンテナコイル、４…整流回路、５…定電圧回路、６…揮発性メモリ、７…ＲＯＭ、８…不揮発性メモリ、９…ＣＰＵ、１０…復／変調回路、１１…バス。
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁波を介して電力供給を受け、データを伝送する非接触ＩＣカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触ＩＣカードはＩＣチップとアンテナコイルとで構成され、外部通信装置から送られる電磁波をアンテナコイルで受けることで発生する起電力によりＩＣチップに電力が供給され、ＩＣチップはこの電力により処理を実行している。
【０００３】
しかし、外部通信装置から発せられる電磁波が一定の強さのとき、この起電力はＩＣカードと外部通信装置との距離に応じて変化する。コプロセッサによる演算に代表される通常の処理に比べて多い電力を必要とする処理においては、当該処理を実行する直前に供給されている電力を評価し、実行可能な電力が供給されているかどうかを確認し、その瞬間の供給電力によって処理の可否を判定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の供給電力の評価は、瞬時値だけで判断しているため、現在ＩＣカードが外部通信装置に近づいているのか、それとも外部通信装置から離れようとしているのかを区別することがＩＣカード側ではできなかった。そのために、外部通信装置へ近づいていて、これから十分な供給電力が得られて処理可能となる場合に処理できないと判定したり、逆に外部通信装置から離れつつあって十分な供給電力が得られなくなる場合にも、現時点の電力が十分なために処理可能と判定してしまっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決しようとするもので、起電力の時間的な変化をＩＣチップ内部で記録することでＩＣカードの移動速度を算出し、次の瞬間の外部通信装置とＩＣカードの距離と供給電力量を予測することでＩＣカード内部での処理を最適化することを目的とする。
そのために本発明は、外部通信装置からの電磁波をアンテナコイルで受信し、発生する起電力により処理を実行するための電力が供給される非接触ＩＣカードにおいて、アンテナコイルに生ずる起電力を所定間隔でサンプリングし、電力を取得する取得手段と、取得した電力データの履歴を記憶する記憶手段と、電力データの履歴から外部通信装置に対するＩＣカードの移動速度と移動方向を算出する算出手段と、電力データ、ＩＣカードの移動速度および移動方向から供給される電力量を予測し、予測結果と、処理のそれぞれに定義された必要な電力量とを比較して処理の実行可否を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記取得手段が、供給される電力の大きさを多段階で数値化し、外部通信装置から送られるクロックに同期した一定の間隔で、数値化した電力をサンプリングすることを特徴とする。
また、本発明は、前記記憶手段が、ファーストイン・ファーストアウト方式で電力データの履歴を記憶することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の非接触ＩＣカードの構成を説明する図である。
非接触ＩＣカード１は、ＩＣチップ２と、これに接続されて外部通信装置から電力、クロックが供給されるとともに、データの送受信に利用されるアンテナコイル３とから構成されている。
【０００７】
外部通信装置（図示せず）からの電磁波をアンテナコイル３で受けると、コイル中に誘起した起電力が整流回路４で直流に変換され、さらに定電圧回路５を通してＩＣチップが必要とする一定の電圧に調整され、揮発性メモリ（ＲＡＭ）６、ＲＯＭ７、不揮発性メモリ８、ＣＰＵ９に供給される。ＲＡＭ６は電源供給が断たれると記憶している内容が消失する記憶媒体、ＲＯＭ７はＣＰＵが実行するプログラムを格納している不揮発性メモリの一種の読み出し専用メモリ、不揮発性メモリ８はＥＥＰＲＯＭ、ＦＲＡＭ等からなり、電源供給を断っても記憶している内容が消失しない記憶媒体、ＣＰＵ９はＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリにある実行可能プログラムを実行する中央演算装置である。
【０００８】
復／変調回路１０はアンテナコイル３に接続されるとともに、バス１１を通してＣＰＵに接続されており、アンテナコイルを通して受信したデータを復調してバスへ出力し、ＣＰＵからバスを通して転送された送信データを変調してアンテナコイルへ出力している。供給電力サンプリング回路１２は、定電圧化される前の起電力をアンテナコイルで検出したクロックに同期して、一定の間隔でサンプリングし、後述するように多段階の起電力の強さとしてバス１１へ出力し、ＣＰＵによるＩＣカードと外部通信装置との接近／離反の判断、移動速度の算出等のためのデータを供給する。
【０００９】
図２は外部通信装置による電波供給範囲を説明する図である。
外部通信装置２０は非接触ＩＣカードとデータを送受信する機器で、ＩＣカードと同様に、アンテナコイルを利用して電波を発生させており、図の円弧は外部通信装置２０が発生させている電波の強さを表している。ここでは０〜５の６段階で電波の強さを区別し、「５」は外部通信装置に近く、最も強い電力が供給される領域、「０」は外部通信装置から遠くて電波の供給が不十分であり、ＩＣカードを活性化できない電力量しか得られない領域である。なお、電波の強さを０〜５の６段階に数値化する機能はＩＣチップに搭載させておく。
【００１０】
図３はＩＣカード内に記憶される供給電力履歴を説明する図で、ここではファーストイン・ファーストアウト方式のメモリとしてシフトレジスタを使用して供給電力履歴を保持する例を示している。
シフトレジスタの最右端ビットからサンプリング間隔Δｔで順次データが取り込まれ、図の右端側ほど新しいデータである。この例では、初期状態（００００００００）、Δｔ経過（０００００００１）、２Δｔ経過（００００００１２）、ｎΔｔ経過（１２３４５５５４）、（ｎ＋１）Δｔ経過（２３４５５５４３）となっている。
【００１１】
このようなシフトレジスタ内の履歴データ（………ｐi ｐi+1 ……）を電力供給量系列（ｐi ）と呼んだとき、これに基づいてＩＣカード内では、外部通信装置に対するＩＣカード自身の移動速度と方向を次のように認識する。すなわち、電波の強さは、外部通信装置に近いほど大きく、外部通信装置から遠いほど小さいので、電波の強さを示す履歴データは外部通信装置との距離に依存する。したがって、サンプリングの時間間隔が一定のとき、隣り合う履歴値の差は速度情報を与えることになる。すなわち、速度ｖi は、
ｖi ＝（ｐi+1 −ｐi ）
として求めることができる。したがって、図３に示したように、
ｎΔｔ経過後のデータ：（１２３４５５５４）
のとき、
ｎΔｔ経過後の速度 ：（１１１１００-1）
で表される。これを速度系列（ｖi ）と呼んだとき、速度系列が正の値を示しているときは、ＩＣカードは外部通信装置に近づいていることを意味し、逆に負の値を示しているときは、遠ざかろうとしていることを表している。
【００１２】
図４は外部通信装置に対するＩＣカードの移動速度の違いを説明するための図である。
図２と同様に円弧と数字により外部通信装置２０が発生させている電波の強さを６段階で区別し、サンプリング時間間隔を一定としたとき、△、□によりＩＣカードの移動軌跡における各サンプリング点を示している。△は通常の速さで移動、□は△より速い速度で△と同じ軌跡をたどった場合で、各履歴は、
△： ……１２３４５５５５３２１……
□： ……１３５５３１……
となる。
【００１３】
図５は同じ速さで移動したときの軌跡の違いを説明する図である。
△は通常の速さで移動したＩＣカードのサンプリング点、□は△と同等の速さで異なる軌跡をたどったサンプリング点を示し、それぞれの履歴は、
△： ……１２３４５５５５３２１……
□： ……１１２２３３３２２１１……
となる。
【００１４】
サンプリングして得た電力供給量系列（ｐi ）と、これから算出した速度系列（ｖi ）とから次の瞬間の供給電力量を予測することが可能であり、この予測結果からＩＣカードでの処理の実行可否を決定する例について図６を参照して説明する。
【００１５】
図６は次の瞬間の電力供給量を予測して処理の実行可否を決定する処理フローを示す図である。
【００１６】
電力供給量系列（ｐi ）を計測し（ステップＳ１）、隣り合う履歴値の差から速度系列（ｖi ）を算出する（ステップＳ２）。次いで、現在の供給量と速度から次の供給量を予測する（ステップＳ３）。即ち、速度が正であれば電力供給量は増加し、速度が負であれば電力供給量は減少し、さらに速度の大きさから電力供給量の変化の速い、遅いを考慮して次の電力供給量を予測する。次いで、予測結果が必要な電力量を上回るか否か判断し（ステップＳ４）、上回れば処理を実行し（ステップＳ５）、下回われば現在の速度が正か否かを判断し（ステップＳ６）、正でなければ処理を行わず、正であれば次の電力供給量が増える可能性があるのでステップＳ１に戻って処理を繰り返す。
【００１７】
次に、ＩＣカード内の処理を
処理Ａ：４以上の電力を必要とする処理
処理Ｂ：３以上の電力を必要とする処理
と定義する。なお、ＩＣチップ内部での処理については、それぞれに必要な電力量が定義される。
【００１８】
処理Ａであれば図４の△の軌跡で移動した場合、電力供給量が４または５に達している期間が長いため、処理を実行できる。しかし、図４の□の軌跡では△と比べてＩＣカード自身の移動速度が速く、電力供給量が４または５に満たされている期間が短いため、実行には適していないと判断できる。また、図５の□の軌跡では、移動速度は速くないため、近づいているうちは電力供給量が４になることを期待して電力供給量の評価を繰り返しながら処理の開始を待つ。しかし、電力供給量が３をピークしとて外部通信装置から遠ざかり始めているため、やはり、実行には適さないと判断できる。
処理Ｂにおいては、必要とする電力の供給量が３以上であるため、図４、図５の△、□の軌跡のうち、いずれの軌跡でも実行が可能と判断できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下のような効果が達成される。
▲１▼ＩＣカードの移動速度、近づく／離れるという移動方向をＩＣカードに認識させることができる。
▲２▼次の瞬間の供給電力を予測できるため、その瞬間は実行条件を満たすほどの電力が供給されていなくても、実際に処理が実行される頃には十分な電力が供給されるかもしれない可能性を考慮して、実行を予定している処理の可否判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の非接触ＩＣカードの構成を説明する図である。
【図２】 外部通信装置による電波供給範囲を説明する図である。
【図３】 ＩＣカード内に記憶される供給電力履歴を説明する図である。
【図４】 ＩＣカードの移動速度の違いを説明する図である。
【図５】 同じ速さで移動したときの軌跡の違いを説明する図である。
【図６】 次の瞬間の電力供給量を予測して処理の実行可否を決定する処理フローを説明する図である。
【符号の説明】
１…非接触ＩＣカード、２…ＩＣチップ、３…アンテナコイル、４…整流回路、５…定電圧回路、６…揮発性メモリ、７…ＲＯＭ、８…不揮発性メモリ、９…ＣＰＵ、１０…復／変調回路、１１…バス。
Claims (3)
- 外部通信装置からの電磁波をアンテナコイルで受信し、発生する起電力により処理を実行するための電力が供給される非接触ＩＣカードにおいて、
アンテナコイルに生ずる起電力を所定間隔でサンプリングし、電力を取得する取得手段と、
取得した電力データの履歴を記憶する記憶手段と、
電力データの履歴から外部通信装置に対するＩＣカードの移動速度と移動方向を算出する算出手段と、
電力データ、ＩＣカードの移動速度および移動方向から供給される電力量を予測し、予測結果と、処理のそれぞれに定義された必要な電力量とを比較して処理の実行可否を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする非接触ＩＣカード。 - 前記取得手段は、供給される電力の大きさを多段階で数値化し、外部通信装置から送られるクロックに同期した一定の間隔で、数値化した電力をサンプリングすることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカード。
- 前記記憶手段は、ファーストイン・ファーストアウト方式で電力データの履歴を記憶することを特徴とする請求項１または２記載の非接触ＩＣカード。
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Family Applications (1)
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2002
- 2002-04-18 JP JP2002115651A patent/JP3928853B2/ja not_active Expired - Fee Related
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