JP4280313B2 - 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、リーダライタからICカード等といった移動体に対して電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを用いて非接触方式で電力の送電及び情報の通信を行うICカードシステムに関し、特に、例えばリーダライタにおいて、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとの間で発生する電磁結合を抑制することや、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナが受ける影響を低減させること等により、リーダライタとICカード等との間の電力伝送の効率や情報通信の品質を向上させる技術に関する。
また、本発明は、例えば厚さや大きさを許容するタグ等といった移動体を用いた移動体システムにおいて、リーダライタとの間で電力伝送や情報通信を行う移動体に適用することも検討されている。
【0002】
【従来の技術】
例えばクレジットカード等と同様な大きさのカード基板にマイクロコンピュータチップとメモリチップとを埋設して構成したICカードは、金融、流通、交通、医療等の種々な分野において実用化が図られている。
このようなICカードを用いたICカードシステムでは、リーダライタからICカードに対して電力を伝送供給し、リーダライタとICカードとの間で制御コードやデータ等といった情報を通信させている。
【0003】
リーダライタとICカードとの間の電力伝送や情報通信では、端子同士を接触させて行う接触方式の他に、電磁結合を用いて行う非接触方式も採用されている。
非接触方式においても種々な態様が検討されているが、電力伝送用の周波数と情報通信用の周波数とを異ならせた2周波方式が検討されている。例えば電力伝送用の周波数と情報通信用の周波数とが同一である1周波方式では、リーダライタとICカードとの間で同時に双方向で通信することができないが、2周波方式では、リーダライタとICカードとの間で同時に双方向で通信を行うこともできるため、1周波方式に比べてより情報通信の効率を向上させることができる。
【0004】
このような2周波方式では、電力を伝送するための電力伝送用アンテナと情報を通信するための情報通信用アンテナとを別々に備えることが好ましく、例えばこれら両アンテナに異なった周波数の電流を流すことにより、電力の伝送及び情報の通信が行われる。
具体的には、例えばリーダライタとICカードとを備えたICカードシステムでは、リーダライタとICカードとの間の電力伝送は電力伝送用アンテナ間の電磁結合で行われ、リーダライタとICカードとの間の情報通信は情報通信用アンテナ間の電磁結合で行われる。
【0005】
これら両アンテナの配置の仕方としては、例えば図17に示すように、電力伝送用アンテナ41を構成するコイルの軸線の方向と情報通信用アンテナ42を構成するコイルの軸線の方向とが同一となるように、これら両アンテナ41、42を重ねて配置することが一般的に検討されている。なお、同図では、これら両アンテナ41、42を構成するコイルの軸線方向がZ軸方向となるように配置されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなアンテナ配置では、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとの間で電磁結合による相互干渉が生じてしまい、このため、リーダライタからICカードへ十分な電力を伝送することができないといった不具合や、リーダライタとICカードとの間で行われる情報通信の品質が低下してしまう等といった不具合があった。
【0007】
すなわち、図18は、上記図17に示した両アンテナ41、42の側面図(XZ平面上での図)であり、同図に示すように、例えばリーダライタにおいて、電力伝送用アンテナ41に高周波電流i4を流すことによって生ずる磁束φ5が自己の情報通信用アンテナ42に干渉し、電力伝送用アンテナ41から放出する磁束が情報通信用アンテナ42に結合し、電力伝送用アンテナ41より送電する電力が情報通信用アンテナ42によって消費されてしまうばかりか、この情報通信用アンテナ42での通信に誘導障害を生じさせてしまう。
なお、上記図18では、説明の便宜上から電力伝送用アンテナ41と情報通信用アンテナ42とをZ軸方向でずらして示したが、一般に、これら両アンテナ41、42は同一平面内に配置される。
【0008】
また、例えば或る程度の厚さや大きさを許容するタグ等といった移動体とリーダライタとの間で電力伝送や情報通信を行う移動体システムについても同様に、例えば移動体において、リーダライタへ情報を送信するために情報通信用アンテナから放出する磁界が自己の電力伝送用アンテナに干渉し、情報通信に用いるアンテナとしての効率が低下して通信品質が低下してしまうといったことが生じる。
このように、上記のようなアンテナ配置では、電力伝送の効率低下や情報通信の品質低下が生じてしまうといった不具合があり、このため、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとの間で生じる干渉を低減させたいといった要求があった。
【0009】
また、上記のような情報通信用アンテナの構成では、外部ノイズの磁束が当該アンテナを構成するコイルを貫くことにより電圧が誘起され、これにより、情報通信の品質が低下してしまうといった不具合が生じていた。このため、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナが受ける影響を低減させたいといった要求があった。
【0010】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを、両アンテナ間での干渉を抑制して効率的な電力伝送及び高品質な情報通信を実現するように配置したリーダライタを提供することを目的とする。
また、本発明は、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを、両アンテナ間での干渉を抑制して効率的な電力伝送及び高品質な情報通信を実現するように配置した移動体を提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、情報通信用アンテナを、外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置したリーダライタを提供することを目的とする。
また、本発明は、情報通信用アンテナを、外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置するとともに、利用者の利便性を向上させて、移動体との間の情報通信の品質を向上させることができるリーダライタを提供することを目的とする。
また、本発明は、磁束によりコイルに誘起される電圧が当該コイルの巻き方向に依存することに基づいて、情報通信用アンテナを、外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置したリーダライタを提供することを目的とする。
【0012】
また、本発明は、情報通信用アンテナを、外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置した移動体を提供することを目的とする。
また、本発明は、リーダライタにおいて、情報通信用アンテナを、外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置するとともに、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを、両アンテナ間での干渉を抑制して効率的な電力伝送及び高品質な情報通信を実現するように配置したICカードシステムを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るリーダライタでは、ICカード等といった移動体へ電力を送電する電力伝送用アンテナと、移動体との間で情報の通信を行う情報通信用アンテナとを同一平面内に配置するとともに、これら両アンテナを構成するコイルの軸線を互いに直交させた。
従って、例えば電力伝送用アンテナに高周波電流を流すことによって生ずる磁束が、自己の情報通信用アンテナに干渉してしまうといった両アンテナ間での干渉を防止することができ、これにより、効率的な電力伝送及び高品質な情報通信を実現することができる。
【0014】
すなわち、一般に、コイルに高周波電流を流した場合には、このコイルの軸線と同一方向の磁束が当該コイルのループ内で発生し、また、コイルには、このコイルのループ内に当該コイルの軸線と同一方向の磁束の時間的な変化があったことに応じて電圧が誘起されるため、上記のように電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとで互いにコイルの軸線を直交させた配置では、これら両アンテナ間で電磁結合による干渉が生じてしまうのを防止することができる。
【0015】
また、例えばリーダライタに備えられた電源や、外部の機器や、アンテナを配置するために備えられたプリント基板等に起因して、電力伝送用アンテナや情報通信用アンテナで発生等する磁束が歪んでしまう場合もあり、このような場合には、必ずしも両アンテナを構成するコイルの軸線が互いに完全に直交している必要はなく、例えば両アンテナを構成するコイルの軸線をこのような直交状態から少しずらして、これら両アンテナ間で生じる干渉を完全に相殺、或いは、より低減させるように両アンテナの傾きを微調整するのが好ましい。
【0016】
このように、本発明では、両アンテナが完全に直交する状態ばかりでなく、このような直交状態から両アンテナの傾きをずらして微調整した状態も包含され、要は、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとの間の干渉をより低減させることができる配置が好ましい。
また、本発明では、両アンテナを構成するコイルの軸線がねじれの位置にある場合も包含され、電力伝送用アンテナを構成するコイルの軸線と情報通信用アンテナを構成するコイルの軸線とは必ずしも交差している必要はなく、これら両アンテナを構成するコイルの軸線の方向が互いに直角の角度をなしていればよい。
【0017】
また、本発明では、一方のアンテナを構成するコイルで発生される磁束の当該コイル面における方向と、他方のアンテナを構成するコイルで発生される磁束の当該コイル面における方向とを実質的に直交させるように両アンテナを配置するということを包含している。すなわち、このように両アンテナのコイル面における磁束方向を実質的に直交させることにより、両アンテナ間での電磁結合による相互干渉をその配置に応じた程度で防止することができ、実用上で必要な範囲の効果を実現することができる。
【0018】
更に、同様に、両アンテナを同一平面内に配置するということについても、外部機器等の影響に起因して、これら両アンテナが完全に同一平面内に配置された状態よりも、この状態からずらして微調整した方が両アンテナ間での干渉をより低減させることができるといった場合もあり、このように、本発明では、両アンテナが完全に同一平面内にある状態ばかりでなく、この状態から両アンテナの配置をずらして微調整した状態も包含される。
【0019】
また、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとの配置関係としては、上記した直交状態や同一平面内に配置された状態が完全に実現されていなくとも、これら両アンテナがほぼ直交させられている状態や、両アンテナがほぼ同一平面内に配置されている状態が実現されていれば、その配置に応じた程度で両アンテナ間での相互干渉を低減させることができ、本発明において言う両アンテナを直交させることや、両アンテナを同一平面内に配置することには、このように両アンテナの配置関係が完全な直交状態や完全な同一平面内に配置された状態から多少ずれて配置された態様も包含される。
【0020】
すなわち、本発明に言う両アンテナコイルの軸線を互いに直交させる、及び、両アンテナコイルを同一平面内に配置するとは、上記のように傾き等の幅を許容する概念であり、要は、一方のアンテナコイルから発生した磁束が他方のアンテナコイル面を垂直に貫く総量が完全に相殺或いは低減されて、実用上支障のない程度に両アンテナコイル間の干渉が防止される位置関係であればよい。
【0021】
また、本発明に係る移動体では、上記したリーダライタにおけるアンテナ配置を例えば或る程度の厚さを許容するタグ等といった移動体に適用して、リーダライタから電力を受電する電力伝送用アンテナと、リーダライタとの間で情報の通信を行う情報通信用アンテナとを同一平面内に配置するとともに、これら両アンテナを構成するコイルの軸線を互いに直交させた。
従って、上記したリーダライタの場合と同様に、例えばリーダライタへ情報を送信するために情報通信用アンテナから放出する磁束が自己の電力伝送用アンテナに干渉してしまうといった両アンテナ間での干渉を防止することができ、これにより、効率的な電力伝送及び高品質な情報通信を実現することができる。
なお、このようなアンテナ配置は、上記のように配置された電力伝送用アンテナや情報通信用アンテナを格納するための厚さや大きさを許容する移動体に適用可能なものである。
【0022】
また、本発明に係るリーダライタでは、移動体との間で情報の通信を行う情報通信用アンテナを構成するコイルを複数のセグメントに分割し、外部ノイズの磁束により一部のセグメントで誘起される電圧と他のセグメントで誘起される電圧とが相殺されるように配置した。
このような配置では、各セグメントに対して同一方向からほぼ一様な影響を及ぼす外部ノイズの磁束が入力した際に、当該外部ノイズの磁束により前記一部のセグメントで誘起される電圧と前記他のセグメントで誘起される電圧とが相殺されるように、これら複数のセグメントで誘起される電圧の総和、すなわち外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナ全体が受ける起電圧の総和がとられる。
【0023】
従って、外部ノイズの磁束が情報通信用アンテナを貫いた場合であっても、前記一部のセグメントで誘起される電圧と前記他のセグメントで誘起される電圧との総和が相殺され、すなわち、これら複数のセグメントで誘起される電圧が互いに打ち消し合うように作用するため、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナが総じて受ける影響を低減させることができ、これにより、高品質な情報通信を実現することができる。
【0024】
なお、前記一部のセグメントと前記他のセグメントとで起電圧の総和が相殺されるとは、それぞれのセグメントでの起電圧が、情報通信用アンテナに誘起される全電圧への寄与といった点で相殺されるということである。
すなわち、本発明では、すべてのセグメントで生じる起電圧の総和が情報通信用アンテナ全体として生じる全起電圧となり、例えば情報通信用アンテナを分割せずに当該アンテナとして1つのコイルのみを設けた場合に比べて、外部ノイズの磁束により前記一部のセグメントと前記他のセグメントとで生じる起電圧の総和が相殺されて少なくなるような配置を用いることにより、外部ノイズの磁束による影響を総じて低減させることを実現している。
【0025】
ここで、本発明では、前記一部のセグメントで誘起される電圧と前記他のセグメントで誘起される電圧とが完全に相殺される(すなわち、これらの起電圧の総和が相殺によってゼロとなる)配置が用いられるのが好ましいが、必ずしもこのような配置に限られず、前記一部のセグメントで誘起される電圧と前記他のセグメントで誘起される電圧とが部分的に相殺される(すなわち、これらの起電圧の総和が相殺によってゼロとはならないまでも低減される)配置が用いられてもよい。
【0026】
また、このような起電圧の相殺を実現する配置としては、例えば外部ノイズの磁束により前記一部のセグメントで誘起される電圧と前記他のセグメントで誘起される電圧とが、これらの起電圧の総和がとられるに際して互いに相殺されるようにセグメント間を結線させることにより構成することができる。すなわち、外部ノイズの磁束により各セグメントで生じる起電圧の方向や大きさ等に基づいて、これら複数のセグメントでの起電圧の総和が相殺されるようにセグメント間を結線させることにより、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナ全体が受ける影響を低減させることができる配置を実現することができる。
【0027】
例えば情報通信用アンテナを2つのセグメントに等分割した場合には、これら両セグメントのなす角度が180度となるように配置するのが好ましく、外部ノイズの磁束により両セグメントで生じる起電圧が互いに打ち消し合うように両セグメント間を結線させることにより、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナ全体が受ける起電圧の総和をゼロにすることができる。
また、例えば情報通信用アンテナを3つのセグメントに分割した場合には、これら3つのセグメントのそれぞれがなす角度が120度となるように対称に配置するのが好ましく、外部ノイズの磁束により各セグメントで誘起される電圧が相殺されるようにセグメント間を結線させることにより、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナ全体が受ける起電圧の総和を相殺させることができる。
【0028】
また、分割された複数のセグメントを配置させる態様としては、上記のように外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナ全体が受ける影響を完全に相殺或いは低減させることができる配置であればどのような配置の仕方が用いられてもよく、例えばすべてのセグメントが同一平面内に配置されている態様や、また、これら複数のセグメントが立体的に配置されている態様等といった任意の態様が用いられてよい。
【0029】
また、本発明に係るリーダライタでは、前記セグメント間に前記移動体をかざして当該移動体との間の情報通信を行わせる通信推奨領域を設けた。
従って、ICカード等といった移動体をかざすのに適した通信推奨領域がリーダライタの外面等に示されているため、利用者は、移動体をこの通信推奨領域にかざして、リーダライタとICカードとの間で高品質な情報通信を行わせることができ、利用者の利便性を向上させることができる。
【0030】
すなわち、移動体が前記セグメント間にかざされた場合には、前記一部のセグメントと前記他のセグメントとで起電圧の方向が一致して、これらの起電圧が加えられて強め合うため、情報通信の品質を向上させることができる。
ここで、本発明で言うかざすには、移動体をリーダライタの上方に位置させる場合のみならず、例えば移動体をリーダライタの下方に位置させて当該下方に設けられた通信推奨領域にかざす場合も包含される。
【0031】
また、本発明に係るリーダライタでは、前記一部のセグメントと前記他のセグメントとのコイルの巻き方向が逆方向となるように配置することにより、これら両セグメントで外部ノイズの磁束により誘起される電圧の総和が相殺されるようにした。
従って、このような構成においても上記と同様に、例えば情報通信用アンテナを分割せずに当該アンテナとして1つのコイルのみを設けた場合に比べて、外部ノイズの磁束により前記一部のセグメントと前記他のセグメントとで生じる起電圧の総和が相殺されて少なくなるようにすることができる。
【0032】
具体的には、例えば情報通信用アンテナを構成するコイルを2つのセグメントに等分割した場合には、これら両セグメントのなす角度を180度として、両セグメントを構成するコイルの巻き方向を互いに右巻きと左巻きとで配置を変えて結線させることにより、これら両セグメントで誘起される電圧の総和を完全に相殺させることができる。
このように、セグメントのコイルの巻き方向を右巻きと左巻きとで変えて配置することによっても、各セグメントが起電圧の総和に対して寄与する方向を互いに逆方向となるいずれかの方向に変えることができる。
【0033】
また、本発明に係る移動体では、上記したリーダライタにおける情報通信用アンテナの配置を適用して、リーダライタとの間で情報の通信を行う情報通信用アンテナを構成するコイルを複数のセグメントに分割し、外部ノイズの磁束により一部のセグメントで誘起される電圧と他のセグメントで誘起される電圧とが相殺されるように配置した。
従って、上記したリーダライタの場合と同様に、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナが受ける影響を低減させることができ、これにより、高品質な情報通信を実現することができる。
なお、このようなアンテナ配置は、上記のように構成された情報通信用アンテナを格納するための大きさ等を許容する移動体に適用可能なものである。
【0034】
ここで、本発明で言う移動体には、上記したICカードや、商品や物品に付されたタグばかりでなく、ネームプレートや、家畜に付された識別用プレートや、宅配便の荷物に付された配送先プレートや、コンテナに付された配送先プレート等といったものも包含される。
すなわち、例えばリーダライタにより商品に付されたタグとの間で情報を通信して値段を読み取るシステムや、リーダライタによりベルトコンベア上を流れる物品に付されたタグとの間で情報を通信して仕分け等を行うシステムに本発明を適用することにより、リーダライタとタグとの間で効率的な電力伝送や高品質な情報通信を実現することができる。
【0035】
なお、本発明を適用することが可能な移動体としては、以上に示したものに限られず、本発明は、リーダライタとの間で情報の通信等を行って、認証処理や識別処理等を行う種々のものについて広く適用することができるものである。
【0036】
また、本発明に係るICカードシステムでは、リーダライタにおいて、電力の伝送を行う電力伝送用アンテナと情報の通信を行う情報通信用アンテナとを別体で備え、同一平面内に前記情報通信用アンテナを構成するコイルを複数のセグメントに分割して、外部ノイズの磁束により一部のセグメントで誘起される電圧と他のセグメントで誘起される電圧とが相殺されるように配設し、且つ、前記電力伝送用アンテナと前記情報通信用アンテナとを前記同一平面内に配置するとともに、これら両アンテナを構成するコイルの軸線を互いに直交させた。このような配置により、電力伝送用アンテナを用いてリーダライタからICカードへ電力を送電するとともに、情報通信用アンテナを用いてリーダライタとICカードとの間で情報の通信を行う。
【0037】
従って、上記したように、両アンテナ間での干渉を防止して、効率的な電力伝送及び高品質な情報通信を実現することができるとともに、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナが受ける影響を低減させることができる。
このように、両アンテナ間の干渉を防止するためのアンテナ配置と、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナが受ける影響を低減させるためのアンテナ配置とを併せて用いることが好ましく、この場合には、いずれかのアンテナ配置のみを用いた場合に比べて、情報通信の品質等をより確実に担保することができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
本発明に係る一実施例を図面を参照して説明する。
なお、本例では、移動体としてICカードを用いた場合を例として説明する。図1に示すように、本実施例のICカードシステムは、金融、流通、交通、医療等のデータ処理を行う情報端末装置1に接続されたリーダライタ2と、リーダライタ2との間で非接触方式によって情報の通信及び電力の伝送を行うICカード3と、を備えている。
【0039】
このシステムでは、例えばリーダライタ2のアンテナが配設されている部位の上方等にICカード3をかざすことにより、リーダライタ2とICカード3との間でアンテナを用いた電力伝送及び情報通信を行う。すなわち、ICカード3はリーダライタ2から無線によって供給された電力をエネルギーとして動作し、ICカード3への制御コマンドや書き込みデータ等といった情報がリーダライタ2からICカード3へ無線によって通信されるとともに、ICカードからの読み出しデータ等といった情報がICカード3からリーダライタ2へ無線によって通信される。
【0040】
図2に示すように、リーダライタ2は、情報端末装置1との間で情報の通信を行うインタフェース11と、図外の外部電源から電力を受電する電源回路12と、ICカード3へ電力を送電する電力伝送用アンテナ13と、ICカード3との間で情報の通信を行う情報通信用アンテナ14と、これら各手段11〜14を機能させて制御する制御送受信部15と、を備えている。
【0041】
制御送受信部15は、一例として、制御プログラムを格納したメモリと当該プログラムを実行するCPUとを有したマイクロコンピュータ及び送受信回路により構成されており、電源回路12から受電した電力を高周波電流に変換して電力伝送用アンテナ13から送電させ、また、情報端末装置1からインタフェース11を介して受信した情報を無線通信に適した形に変換して情報通信用アンテナ14から送信させ、また、情報通信用アンテナ14で受信した情報を復調してインタフェース11を介して情報端末装置1へ送信させる等といった機能を有している。
【0042】
また、電力伝送用アンテナ13と情報通信用アンテナ14とのアンテナ配置の一例を図3に示す。
この配置では、四角形のループ状に巻かれたコイルにより構成される電力伝送用アンテナ13と、2つのセグメント14a、14bに分割されたコイルから成る情報通信用アンテナ14とが備えられている。ここで、情報通信用アンテナ14を構成する2つのセグメント14a、14bは、巻き数及び巻き方向が共に等しいコイルとなるように分割されている。
【0043】
なお、本例では、これら2つのセグメント14a、14bの巻き方向が共に右巻きであるとし、また、これらのセグメント14a、14bがそれぞれ磁芯に巻かれたコイルにより構成されているとする。このように、本例では、磁芯に巻かれたコイルを情報通信用アンテナ14として用いることにより、磁束に対するアンテナ感度を高めているが、例えば空芯のコイルが用いられた場合であっても、磁束に対するアンテナ感度等といった点以外では、磁芯を用いた場合と同様である。
【0044】
上記図3に示すように、電力伝送用アンテナ13と情報通信用アンテナ14とは同一平面内に配置されており、本例では、情報通信用アンテナ14を構成するコイルのセグメント14a及びセグメント14bに共通な軸線tが電力伝送用アンテナ13を構成するコイルと同一平面内に位置するように配置されている。すなわち、本例では、情報通信用アンテナ14のそれぞれのセグメント14a、14bが、電力伝送用アンテナ13を構成するコイルの面によって2等分されるように配置されている。なお、必ずしも上記図3に示したような配置が用いられなくともよく、要は、電力伝送用アンテナ13と情報通信用アンテナ14とが同一平面内に位置するような配置が用いられればよい。
【0045】
また、上記図3では、電力伝送用アンテナ13を構成するコイルの軸線sがZ軸方向となるとともに、情報通信用アンテナ14を構成するコイルのセグメント14a及びセグメント14bの共通する軸線tがY軸方向となるように配置されている。すなわち、これら両アンテナ13、14を構成するコイルの軸線s、tが互いに直交させられている。なお、本例では、情報通信用アンテナ14の重心の位置、すなわちセグメント14aとセグメント14bとの中点の位置が電力伝送用アンテナ13の軸線s上に位置するように配置されている。
【0046】
このアンテナ配置では、例えば当該配置のYZ座標での側面図である図4に示すように、電力伝送用アンテナ13に高周波電流i1を流すことによって発生する磁束φ1は、情報通信用アンテナ14を構成するセグメント14a、14bに影響を与えず、また相反定理により、情報通信用アンテナ14a、14bに高周波電流を流すことによって発生する磁束も電力伝送用アンテナ13に影響を与えない。すなわち、この配置では、電力伝送用アンテナ13から発生する磁束φ1が各セグメント14a、14bに与える影響は全体として相殺され、また、情報通信用アンテナ14から発生する磁束は電力伝送用アンテナ13に全く影響を与えない。なお、図5は、上記したアンテナ配置のXZ座標での側面図である。
【0047】
従って、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとで電磁結合が生じてしまうのを抑制し、これら両アンテナ間で干渉が生じてしまうのを防止することができ、これにより、リーダライタとICカードとの間で効率的な電力伝送や高品質な情報通信を行うことを実現することができる。すなわち、上記のようなアンテナ配置では、一方のアンテナコイルから発生した磁束が他方のアンテナコイル面を垂直に貫くと同時に総量が相殺されて、両アンテナコイル間での干渉を防止することができる。
また、本例のように、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを近接して配置した場合であっても、これら両アンテナ間で電磁結合が生じてしまうのを防止することができるため、アンテナが専有する面積を少なくすることができ、実用上の効果を高めることができる。
【0048】
なお、リーダライタに備えられた電源回路等に起因して、電力伝送用アンテナや情報通信用アンテナで発生する磁束が影響を受ける場合、例えば両アンテナを構成するコイルの傾きを、これら両アンテナが完全に直交状態となる位置から少しずらして微調整することや、また、両アンテナの位置を、これら両アンテナが完全に同一平面内にある状態から少しずらして微調整することが行われてもよい。このように、種々な状況によりアンテナが影響を受けてしまう場合には、アンテナの配置を微調整することにより、両アンテナ間の干渉をより低減させる配置とするのが好ましい。すなわち、一方のアンテナコイルから発生した磁束が他方のアンテナコイル面を垂直に貫く総量が完全に相殺或いは低減されて、実用上支障のない程度に両アンテナコイル間の干渉が防止される位置関係で両アンテナが配置されればよい。
【0049】
また、上記したように、両アンテナの配置関係が完全な直交状態や完全に同一平面内に配置された状態になくとも、これら両アンテナがほぼ直交させられている状態や、両アンテナがほぼ同一平面内に配置されている状態が実現されている場合には、その配置に応じた程度で両アンテナ間での相互干渉を低減させることができるため、本発明では、このように両アンテナが完全な直交状態や完全な同一平面内に配置された状態から多少ずれて配置された態様が用いられてもよい。
【0050】
また、上記図3に示したアンテナ配置では、情報通信用アンテナ14を構成するコイルについて、外部ノイズの磁束により一方のセグメント14aで誘起される電圧と他方のセグメント14bで誘起される電圧とが互いに逆方向となるように配置されている。すなわち、外部ノイズの磁束により両セグメント14a、14bで誘起される電圧が互いに逆位相となって、情報通信用アンテナ14で誘起される電圧が総じて低減されるような配置となっている。
【0051】
ここで、一般に、外部ノイズの磁束は同一方向の均一な磁束であるとみなすことができる。本例では、図6にXY座標でのアンテナ配置を示すように、例えば外部ノイズの磁束φ2がY軸方向に沿って両セグメント14a、14bを貫いた場合、両セグメント14a、14bでは同じ大きさの電圧が誘起される。このため、同図に示すように、外部ノイズの磁束φ2により両セグメント14a、14bで誘起される電圧が互いに打ち消し合うように両セグメント14a、14b間を結線して接続することにより、この磁束φ2により情報通信用アンテナ14で総じて誘起される電圧を相殺させることができる。また、本例の配置では、外部ノイズの磁束がX軸方向やZ軸方向であった場合には、当該磁束は両セグメント14a、14bのコイルの軸線と直交するため、これら両セグメント14a、14bでは電圧が誘起されない。
【0052】
従って、外部ノイズの磁束φ2により情報通信用アンテナ14の端子Aと端子Bとの間に誘起される電圧を相殺することができ、これにより、高品質な情報通信を実現することができる。
ここで、本例では、本発明の最も好ましい態様として、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナを構成する複数のセグメントで誘起される電圧の総和が完全に相殺される場合を示したが、本発明はこのような起電圧の完全な相殺を生ずるアンテナ配置に限定されるものではなく、例えば外部ノイズの磁束により一部のセグメントで誘起される電圧と他のセグメントで誘起される電圧とが部分的に相殺される配置が用いられてもよい。すなわち、外部ノイズの磁束により一部のセグメントで誘起される電圧と他のセグメントで誘起される電圧とが互いに打ち消し合うような配置を用いることにより、外部ノイズの磁束により情報通信用アンテナが総じて受ける影響を完全に相殺或いは部分的に相殺して低減させる効果をその設定に応じた程度で得ることができ、実用上で必要な範囲の効果を実現することができる。
【0053】
また、本例では、情報通信用アンテナ14を巻き方向が等しい複数のセグメントに分割した場合を示したが、例えば図7に示すように、情報通信用アンテナ14を構成するコイルを互いに巻き方向が逆向きとなるセグメント14cとセグメント14dとに分割した場合であっても、これら両セグメント14c、14dを同様な効果を得るように接続することができる。例えば、外部ノイズの磁束φ2がY軸方向に沿って情報通信用アンテナ14を貫いた場合には、左巻きのコイルであるセグメント14cと右巻きのコイルであるセグメント14dには、同じ大きさで、且つ、Y軸方向に対して互いに逆向きな電圧が誘起される。
【0054】
このため、同図に示すように、外部ノイズの磁束φ2により両セグメント14c、14dで誘起される電圧が互いに打ち消し合うように両セグメント14c、14d間を結線して接続することにより、この磁束φ2により情報通信用アンテナ14で総じて誘起される電圧を相殺させることができる。
【0055】
なお、情報通信用アンテナを構成するコイルは、必ずしも巻き数の等しい複数のセグメントに分割される必要はなく、各セグメントのコイルの巻き数は任意であってよい。また、情報通信用アンテナ全体としてのコイルの巻き数についても任意であってよい。また、電力伝送用アンテナを構成するコイルの巻き数としても同様に任意であってよい。
【0056】
また、本例では、情報通信用アンテナを構成するコイルを2つのセグメントに分割した場合を示したが、分割されるセグメントの数としては複数であれば任意の数であってよい。ここで、例えば情報通信用アンテナを3つのセグメントに分割した場合のアンテナ配置の一例を図8に示す。
同図のアンテナ配置では、情報通信用アンテナ14が同一平面内で3つの右巻きのセグメント14e、14f、14gに分割されており、セグメント14fとセグメント14gとのコイルの巻き数が等しくなっている。また、これら両セグメント14f、14gを構成するコイルの軸線がそれぞれX軸となす角度が等しく、且つ、これら両セグメント14f、14gの軸線が交差するように配置されている。また、セグメント14eについては、そのコイルの軸線がY軸方向となるように配置されている。
【0057】
なお、更に好ましくは、上記した3つのセグメント14e、14f、14gのコイルの巻き数が等しく、且つ、それぞれのセグメント14e、14f、14gが配置された位置を結んだ場合に正三角形が構成されるようなアンテナ配置とするのがよい。この場合には、例えばこれら3つのセグメント14e、14f、14gを構成するコイルの軸線は一点で交わり、また、これら3つのセグメント14e、14f、14gの軸線が互いになす角度はそれぞれ等しくなる。
【0058】
上記のような配置では、外部ノイズのY軸方向の磁束に対してこれら両セグメント14f、14gで誘起される電圧の大きさの和が、例えば当該磁束によりセグメント14eで誘起される電圧の大きさと等しくなっており、これらが互いに打ち消し合うように3つのセグメント14e、14f、14gが結線されて接続されている。また、外部ノイズのX軸方向やZ軸方向の磁束に対しても、これらのセグメント14e、14f、14gで誘起される電圧が打ち消し合うように構成されている。
このように、情報通信用アンテナを構成するコイルを3つのセグメントに分割した場合にも、外部ノイズの磁束による影響を低減させることができ、同様に、4つ以上のセグメントに分割した場合にも、外部ノイズの磁束により一部のセグメントと他のセグメントとで誘起される電圧の総和が相殺されるように配置することにより、当該磁束による影響を低減させることができる。
【0059】
また、図9に示すように、ICカード3は、リーダライタ2から送電された電力を受信する電力伝送用アンテナ21と、リーダライタ2との間で情報の通信を行う情報通信用アンテナ22と、金融、流通、交通、医療等のデータを読み書き自在に格納するメモリ23と、これら各手段21〜23を機能させて制御する制御送受信部24と、を備えている。
【0060】
制御送受信部24は、一例として、制御プログラムを格納したメモリと当該プログラムを実行するCPUとを有したマイクロコンピュータ及び送受信回路により構成されており、電力伝送用アンテナ21で受信した磁束の変化を電力に変換させ、また、メモリ23から読み出した情報を無線通信に適した形に変換して情報通信用アンテナ22から送信させ、また、情報通信用アンテナ22で受信した情報を復調してメモリ23に書き込ませる等といった機能を有している。
【0061】
また、本例では、ICカード3の電力伝送用アンテナ21と情報通信用アンテナ22とは、それぞれ方形等の形状に巻かれたコイルから構成されている。
なお、ICカード3のようにリーダライタ2との間で電力伝送や情報通信を行う移動体として、例えば或る程度の厚みや大きさを許容するネームプレートやタグ等といった移動体には、上記したリーダライタ2と同様なアンテナ配置を適用することもできる。すなわち、こうした移動体に備えられる電力伝送用アンテナや情報通信用アンテナの配置についても、上記図3〜図8を用いて説明したリーダライタ2の電力伝送用アンテナ13や情報通信用アンテナ14と同様な構成とすることができ、これにより、効率的な電力伝送や高品質な情報通信を実現することができる。
また、本発明に係るアンテナ配置は、リーダライタと移動体との両方に適用することもでき、これにより、上記した効果をより確実に実現することもできる。
【0062】
次に、上記したリーダライタ2とICカード3との間で行われる電力伝送及び情報通信について図面を参照して説明する。なお、本例では、本発明をリーダライタ2のみに適用した場合を例として説明する。すなわち、リーダライタ2では、上記図3に示したアンテナ配置で電力伝送用アンテナ13及び情報通信用アンテナ14が備えられており、また、ICカード3には上記したように、四角形のループ状に巻かれた電力伝送用アンテナ21と情報通信用アンテナ22とが備えられているとする。
【0063】
リーダライタ2からICカード3への電力の送電や情報の通信は、例えば図10に示すように、リーダライタ2の電力伝送用アンテナ13を構成するコイルの軸線とICカード3の電力伝送用アンテナ21を構成するコイルの軸線とが同一の方向となるように、ICカード3がリーダライタ2にかざされて行われる。すなわち、リーダライタ2の電力伝送用アンテナ13の端子Cと端子Dとの間に高周波電流i2を流すことにより、当該アンテナ13を構成するコイル内に例えば当該コイルを上から下へ貫く磁束φ3が発生し、この磁束φ3に起因してICカード3の電力伝送用アンテナ21に生じる電磁結合によって、ICカード3の電力伝送用アンテナ21により電力が受電される。
【0064】
この場合、一般に、リーダライタ2の電力伝送用アンテナ13を構成するコイル面とICカード3の電力伝送用アンテナ21を構成するコイルとの重なり部分の面積が大きい程、より効率的に電力伝送を行うことができる。
なお、リーダライタ2の電力伝送用アンテナ13から発生される電力中にリーダライタ2からICカード3へ送信する情報を重畳することもできる。すなわち、本例では、リーダライタ2の電力伝送用アンテナ13をICカード2への情報の下り通信用のアンテナとして兼用している。
【0065】
また、ICカード3からリーダライタ2への情報の上り通信は、例えば図11に示すように、リーダライタ2の電力伝送用アンテナ13を構成するコイルの軸線とICカード3の情報通信用アンテナ22を構成するコイルの軸線とが同一の方向となるように、ICカード3をリーダライタ2にかざして行われる。この際、上記図11に示したように、ICカード3の情報通信用アンテナ22に流された高周波電流i3によって発生した磁束φ4が、リーダライタ2の情報通信用アンテナ14を当該アンテナ14を構成するコイルの軸線と同一方向に貫くように、ICカード3がリーダライタ2に対して位置させられる。
【0066】
図12は、上記図11に示したリーダライタ2のアンテナ13、14とICカード3のアンテナ22との側面図である。
同図に示すように、リーダライタ2の情報通信用アンテナ14を構成する2つのセグメント14a及びセグメント14bには、ICカード3の情報通信用アンテナ22から発生した磁束φ4がY軸方向に対して互いに逆向きの方向で貫く。
【0067】
この場合、両コイル14a、14bで誘起される電圧は互いに同一の方向となって強め合い、これにより、ICカード3から発生した磁束φ4によりリーダライタ2の情報通信用アンテナ14が総じて受ける起電圧の大きさが強められる。すなわち、リーダライタ2の情報通信用アンテナ14の端子Aと端子Bとの間に誘起される電圧Vの大きさが強められる。
また、この場合、一般に、ICカード3の情報通信用アンテナ22をリーダライタ2の情報通信用アンテナ14を構成するセグメント14aとセグメント14bとの間の上方等に位置させた方が、これらセグメント14a、14bの間から外れて位置させた場合に比べて、より高品質な情報通信を行うことができる。
【0068】
このように、本例に係るリーダライタの情報通信用アンテナの構成では、リーダライタとICカードとの間で行われる情報通信の品質を向上させることができ、また、上記したように、外部ノイズの磁束による影響を低減させることができる。
なお、ICカード3の電力伝送用アンテナ21と情報通信用アンテナ22とは1つのアンテナで共用されてもよい。
【0069】
上記したように、一般に、リーダライタの情報通信用アンテナを構成するセグメント間にICカードをかざした場合の方が、セグメント間を外れてかざした場合に比べて、より高品質な情報通信を行うことができる。このため、リーダライタの外面等にICカードをかざすべき通信推奨領域を設けて、この領域を利用者に示すのが好ましく、このようにして利用者の利便性を向上させることができる。例えば図13にリーダライタ2の外観例を示すように、内部に備えられた情報通信用アンテナ14を構成するセグメント14a、14b間に該当する外面の位置に通信推奨領域R1を設けることにより、利用者は当該領域R1にICカード3をかざして、リーダライタ2とICカード3との間で高品質な情報通信を行わせることができる。
【0070】
また、例えば上記図8に示したリーダライタ2の情報通信用アンテナ14について、3つのセグメント14e、14f、14g間に該当する外面の位置に通信推奨領域R2を設けた場合の、上部からのリーダライタ2の外観例を図14に示す。
このように、ICカードをリーダライタにかざす形態としては、ICカードをリーダライタの情報通信用アンテナを構成するセグメント間にかざすのが最も好ましい。
【0071】
なお、リーダライタの情報通信用アンテナを構成するセグメントの外部にICカードをかざし、当該ICカードから発生した磁束がすべてのセグメントを同一方向に貫くように位置させた場合には、上述したように、ICカードから発生した磁束によりリーダライタの情報通信用アンテナが受ける影響は低減される。このため、利用者が必要としている場合にのみ、すなわち、ICカードが通信推奨領域にかざされた場合にのみ情報通信が行われることが実現されている。
【0072】
以上のように、例えばリーダライタでは、その外面等に通信推奨領域を示すことにより、利用者にICカードを一定の位置(通信推奨領域)にかざさせることができ、これにより、ICカードとの間で高品質な情報通信を行うことを実現している。また、利用者としても、ICカードを通信推奨領域にかざすことにより、ICカードとリーダライタとの間で情報通信が確実に行われるようにすることができ、こうした点から、利便性の向上が実現されている。
【0073】
また、例えばリーダライタとタグ等といった移動体との両方に本発明のアンテナ配置を適用し、これらの両方で上記図3に示したようなアンテナ配置とした場合にも、リーダライタと移動体との間で、それぞれの電力伝送用アンテナを用いて電力伝送を行うとともに、それぞれの情報通信用アンテナを用いて情報通信を行うことができる。すなわち、電力伝送についてはそれぞれの電力伝送用アンテナの間で電磁結合を生じさせればよく、また、情報通信についてはそれぞれの情報通信用アンテナの間で電磁結合を生じさせればよい。
【0074】
ここで、上記実施例では、リーダライタにおいて、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを同一平面内で直交させた配置により、両アンテナ間での干渉を防止するとともに、情報通信用アンテナを構成するコイルを複数のセグメントに分割等した配置により、外部ノイズの磁束による影響を低減させたが、例えばこれら両方のアンテナ配置の内のいずれかのみをリーダライタや移動体に適用することもできる。なお、本例のように、これら両方のアンテナ配置を適用した場合には、より確実に情報通信の品質等を確保することができる。
【0075】
また、リーダライタや移動体において、電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとを同一平面内で直交させるという配置が用いられない場合には、例えばこれら両アンテナを1つのアンテナで共用させることもできる。
また、例えば電力伝送用アンテナを構成するコイルを複数のセグメントに分割等して、外部ノイズの磁束による影響を低減させることもでき、この場合には、リーダライタからICカード等といった移動体へ安定した電力を供給すること等を実現することができる。
【0076】
また、図15に示すように、例えば電力伝送用アンテナ31を構成するコイルがほぼ平面ではなく、立体的な形状をしている場合、情報通信用アンテナ32を構成するコイルを同一平面内に分割する配置としては、同図に示すように電力伝送用アンテナ31を構成するコイルの軸線と直交する同一の平面P上に、情報通信用アンテナ32を構成するすべてのセグメント32a、32b、32c、32dを位置させた配置ばかりでなく、例えば図16に示すように、一部のセグメント32a、32cと他のセグメント32b、32dとをそれぞれ異なる平面上に位置させることもできる。
【0077】
すなわち、例えば前記一部のセグメント32a、32cと前記他のセグメント32b、32dとをそれぞれ平面Pから同じ距離の間隔を有する平面Q及び平面W上に配設することにより、実質的にこれらすべてのセグメント32a、32b、32c、32dが同一平面P内にあるのと同じ効果を得ることができる。このように、同一平面という概念には、実質的に同一平面となる場合も包含される。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るリーダライタによると、移動体へ電力を送電する電力伝送用アンテナと、移動体との間で情報の通信を行う情報通信用アンテナとを、これら両アンテナの間で電磁結合により相互干渉が生じてしまわないように配置したため、効率的な電力伝送や高品質な情報通信等を実現することができる。
また、本発明に係る移動体によると、リーダライタから電力を受電する電力伝送用アンテナと、リーダライタとの間で情報の通信を行う情報通信用アンテナとを、これら両アンテナの間で電磁結合により相互干渉が生じてしまわないように配置したため、効率的な電力伝送や高品質な情報通信等を実現することができる。
【0079】
また、本発明に係るリーダライタによると、移動体との間で情報の通信を行う情報通信用アンテナを、当該アンテナが外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置したため、高品質な情報通信等を実現することができる。
また、本発明に係るリーダライタによると、移動体をかざすのに適当な通信推奨領域を設けたため、例えば利用者は、リーダライタと移動体との間で高品質な情報通信を行わせることができ、利用者の利便性等を向上させることができる。また、本発明に係るリーダライタによると、磁束によりコイルに誘起される電圧が当該コイルの巻き方向に依存することに基づいて、外部ノイズの磁束が情報通信用アンテナに与える影響を低減させることもでき、このようにして高品質な情報通信を実現することができる。
【0080】
また、本発明に係る移動体によると、リーダライタとの間で情報の通信を行う情報通信用アンテナを、当該アンテナが外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置したため、高品質な情報通信を実現することができる。
また、本発明に係るICカードシステムによると、リーダライタにおいて、情報を通信する情報通信用アンテナを、当該アンテナが外部ノイズの磁束により受ける影響を低減させるように配置するとともに、当該情報通信用アンテナと、電力を伝送する電力伝送用アンテナとを、これら両アンテナの間で電磁結合により相互干渉が生じてしまわないように配置したため、効率的な電力伝送や高品質な情報通信等を更に確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るICカードシステムの構成例である。
【図2】リーダライタの概略構成を示す図である。
【図3】リーダライタのアンテナ配置の一例を示す図である。
【図4】本発明のアンテナ配置を説明する図である。
【図5】本発明のアンテナ配置を説明する図である。
【図6】本発明の情報通信用アンテナの配置を説明する図である。
【図7】情報通信用アンテナの他の配置例である。
【図8】情報通信用アンテナの他の配置例である。
【図9】ICカードの概略構成を示す図である。
【図10】リーダライタとICカードとの間での電力伝送を説明するための図である。
【図11】リーダライタとICカードとの間での情報通信を説明するための図である。
【図12】リーダライタとICカードとの間での情報通信を説明するための図である。
【図13】リーダライタに設けられた通信推奨領域の一例である。
【図14】リーダライタに備えられた通信推奨領域の一例である。
【図15】アンテナ配置の一例である。
【図16】アンテナ配置の一例である。
【図17】従来例に係る電力伝送用アンテナと情報通信用アンテナとの配置である。
【図18】従来例に係るアンテナ配置の側面図である。
【符号の説明】
2・・リーダライタ、 3・・ICカード、
13、21・・電力伝送用アンテナ、 14、22・・・情報通信用アンテナ、
14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g・・セグメント、
R1、R2・・通信推奨領域、 φ1、φ2、φ3、φ4・・磁束、
A、B、C、D・・端子、 31・・電力伝送用アンテナ、
32・・情報通信用アンテナ、
32a、32b、32c、32d・・セグメント、 i1、i2、i3・・電流、
Claims (2)
- 情報通信用アンテナを用いて移動体との間で情報の通信を行うリーダライタにおいて、
前記情報通信用アンテナを構成するコイルを複数のセグメントに分割し、同一方向の外部ノイズの磁束により一部のセグメントで誘起される電圧と他のセグメントで誘起される電圧とが相殺されるように配置し、
前記セグメント間に、前記移動体を当該移動体の情報通信用アンテナから発生した磁束が前記一部のセグメントと前記他のセグメントとを互いに逆向きに貫くことにより前記一部のセグメントで誘起される電圧と前記他のセグメントで誘起される電圧とが強め合うようにかざして当該移動体との間の情報通信を行わせる通信推奨領域を設けたことを特徴とするリーダライタ。 - リーダライタと移動体との間で情報の通信を行う情報通信システムにおける情報通信方法であって、
前記リーダライタの情報通信用アンテナを構成するコイルを複数のセグメントに分割するとともに、同一方向の外部磁束により一部のセグメントで誘起される電圧と他のセグメントで誘起される電圧とが逆位相となるように配置し、
前記移動体の情報通信用アンテナを、前記リーダライタの分割されたコイルの複数のセグメントの間の上方に、前記移動体の情報通信用アンテナから発生した磁束が前記一部のセグメントと前記他のセグメントとを互いに逆向きに貫くことにより前記一部のセグメントで誘起される電圧と前記他のセグメントで誘起される電圧とが強め合うように位置させて情報通信を行うようにしたことを特徴とする情報通信方法。
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