JP6449033B2 - 送受信センサシステム及び多機能カード、ウエアラブル機器 - Google Patents

送受信センサシステム及び多機能カード、ウエアラブル機器 Download PDF

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Description

磁気カードと同様な動作をする疑似磁気カードやＩＣカードとして多目的に用いることができ、金属面上でも動作し、かつ金属フレームで保護されることで強い折り曲げ強度を有し、磁気カードのエミュレーションと非接触通信（ＮＦＣ）、及びブルートゥース（登録商標）等の機能を有する多機能カード等に用いられる送受信センサシステム及び多機能カード、ウエアラブル機器に関する。
電子マネーが普及しつつあるが、未だＮＦＣリーダの普及はせいぜい２０％程度であり、磁気カードの利用者が多く、磁気カードが多数使われている。また、磁気カードの安全性を高めるため、多数のカードを持ち歩くのではなく一枚に集約するための磁気信号をＩＣにより発生させる方法がある。そして、磁気カードのエミュレーションを行う方式も発明されている。これは、磁気カードをスキャニングする時に発生する信号と同様な信号を発生させ、この信号を磁気結合アンテナに送り、受信用磁気ヘッドのコイルに結合させる方式である。
また、非接触式ＩＣカードの信号との送受信を行う方法も考えられている。更に、ブルートゥース（登録商標）によりモバイル端末との通信を行う方法も考えられている。そして、表示装置を有するカード、指紋照合等の生体認証を行うカード等も考案されている。
これらのカードは、多機能化されているため半導体や表示装置等が０．７６ｍｍ±１０％のカード厚の中に封じ込められ、強度的に弱くなり損傷を受けやすい。また、ｉｐｈｏｎｅ（登録商標）のように金属面を有するモバイル端末と一緒に用いると金属面の影響を受けて使用できなくなる場合もある。更に、種々の機能をカードの中に収納するため、アンテナを小型化しなければならないのが現状である。そして、最近ではカードのみならず、小形のウエアラブルな機器、例えばブレスレット形や腕時計形のウエアラブル機器が市場に供給され始めている。
米国特許出願公開第２０１１／０２７２４６６号明細書 米国特許第８３１３０３７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２４３７３２号明細書
しかし、上記したカードが曲げられると破損する場合もあり、金属面を当てることはＮＦＣコイルを共用できなくなる。また、補強用の金属フレームを有することにより、電流が打ち消され磁界が弱くなるという課題や、金属に密着した場合も磁気が発生しないという課題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、非接触ＩＣカードの機能及び磁気ストライプカードの機能を有し、かつ磁気カード信号やＮＦＣ信号を発生させる機能も備えてアンテナの小型化を図り、金属フレームを有する曲げや破損に強いカードであって、スマホ等の機器に信号を送ることができるブルートゥース（登録商標）も備えた多機能カード等に用いられる送受信センサシステム及び多機能カード、ウエアラブル機器を提供することを目的とする。
本発明は下記の構成を備えることにより、上記課題を解決できるものである。
（１）コアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと、
平面状に形成されたＮＦＣコイルと、
前記ＮＦＣコイルに沿って設置された１箇所または複数箇所が切断されたループ形状の金属フレームと、
を有することを特徴とする送受信センサシステム。
（２）前記磁気センサが、前記コアに巻かれたコイルと直交して巻かれたコイルを更に有することを特徴とする前記（１）記載の送受信センサシステム。
（３）前記金属フレームが中抜きの矩形状であり、前記切断の箇所が金属フレームの短辺部に形成されることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の送受信センサシステム。
（４）前記金属フレームと前記ＮＦＣコイルの間に磁性体シートを有することを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の送受信センサシステム。
（５）前記金属フレームが１／４波長の長さのスロット有し、前記スロットをブルートゥース（登録商標）のアンテナとして用いることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の送受信センサシステム。
（６）前記金属フレームに１／４波長または１／２波長のストリップラインを設置し、前記ストリップラインをマイクロストリップアンテナとして用いることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の送受信センサシステム。
（７）第１のコアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと、
第２のコアと、該第２のコアに巻き廻されたコイルと、前記第２のコアの一面に平面状に形成されたＮＦＣコイルにより構成されたＮＦＣアンテナと、
を有することを特徴とする送受信センサシステム。
（８）第１のコアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと、
第２のコアと、該第２のコアに巻き廻されたコイルと、前記第２のコアの一面に平面状に形成されたＮＦＣコイルにより構成されたＮＦＣアンテナと、
前記磁気センサと前記ＮＦＣアンテナが設置される金属板と、
を有することを特徴とする送受信センサシステム。
（９）前記磁気センサの第１のコアと前記ＮＦＣアンテナの第２のコアを共用のコアとし、前記磁気センサのコイルと前記ＮＦＣセンサの巻き廻されたコイルを前記共通のコアに巻くことを特徴とする前記（７）または（８）に記載の送受信センサシステム。
（１０）前記磁気センサの第１のコアと前記ＮＦＣアンテナの第２のコアを共用のコアとし、前記磁気センサのコイルと前記ＮＦＣセンサの巻き廻されたコイルを共通のコイルとし前記共通のコアに巻き、前記磁気センサの信号と前記ＮＦＣセンサの信号をフィルタで分離することを特徴とする前記（７）または（８）に記載の送受信センサシステム。
（１１）前記共用のコアを、透磁率の異なる２個の磁性体により構成することを特徴とする前記（９）または（１０）に記載の送受信センサシステム。
（１２）電池を更に有し、
前記平面状に形成されたＮＦＣコイルに誘起された電力を、前記電池に充電することを特徴とする前記（１）乃至（１１）のいずれか１項に記載の送受信センサシステム。
（１３）磁気カードのエミュレーション信号を発生する機能を有するカードにおいて、
プラスチック製のカードケースと、
前記（１）乃至（１２）のいずれか１項に記載の送受信センサシステムと、
を有することを特徴とする多機能カード。
（１４）前記（１）乃至（１２）のいずれか１項に記載の送受信センサシステムを有することを特徴とするウエアラブル機器。
本発明によれば、金属フレームの一部を切断することでコイルの磁界に影響を与えず、またカードの強度を上げながらＮＦＣ通信を阻害せず、アンテナも小型化し、かつ、磁気センサも共用でき、電池やＩＣ、基板、表示装置を曲げから保護する多機能カードに用いられる送受信センサシステムを提供することができる。更に、多機能カードの金属フレームの一部をブルートゥース（登録商標）のアンテナに利用することができる。また、今後使用が拡大するウエラブル機器に用いられる送受信センサシステムも提供することができる。
実施例１の磁気センサと磁気ヘッドとの結合を示す図 実施例１の磁気センサ等が収容されたカード、及び磁気センサの磁界とＮＦＣカードコイルの磁界を示す図、及び共用アンテナ例を示す図 実施例１の金属板または金属フレームを有するカードを説明する図 実施例１のカードの断面構造を示す図 実施例１のカード及び金属フレームの曲げ強度を説明するための図 実施例１のカードの内部の部品配置と金属フレーム等を示す図 実施例１のカードの充電方式を示す図 実施例２のブレスレット形のウエアラブル機器に小形磁気センサを取り付けた状態を説明するための図 実施例２の腕時計形のウエアラブル機器に小形磁気センサを取り付けた状態を説明するための図 実施例２のＰＯＳ端末、カードリーダ端末、及びＰＩＮ端末を説明するための図
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
本実施例では、本発明の送受信センサシステムを多機能カードに応用した例を示す。図１（ａ）には送受信センサシステムを構成する磁気センサ１０と磁気ヘッド４ａとの結合の状態を示し、磁気カードのエミュレートされた信号を図１（ｃ）に示す。信号電圧発生ＩＣ ３はこの信号を発生するための信号発生源である。信号はカードの種類により何種類もあり、これらのカードの信号をあらかじめセンサを介して読み込んでメモリに記憶しておく。信号電圧発生ＩＣ ３より発生した信号は磁気センサ１０の磁気センサコイル２を介して厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度の平らな磁気センサコア１を励振し、磁気カード用信号の磁界Ｈｓを発生させる。磁界Ｈｓは近接するリーダ側の磁気ヘッド４ａに読み込まれ、磁気回路４ｂの磁路に巻かれたリーダ側のコイル５に同一の信号を誘起させる。
信号は磁気カードをすべらせる場合に磁気ヘッド４ａに読み取られる信号と同一の信号であるから、磁気センサ１０を動かしても、動かさなくても同一のエミュレートされた信号がコイル電流として流れるので、リーダ側の磁気ヘッド４ａから容易に読み取ることができる。記録されたオリジナルカードの種類の信号はカードに設置された表示装置によって識別される。カードの表示装置については、後に説明する。
図１（ｂ１）は、磁気センサ１０の磁気センサコア１の周囲に巻き回した磁気センサコイル２に信号電圧発生ＩＣ ３の信号電流が流れ、磁気センサコイル２の軸方向に磁界Ｈｓが発生する状態を示す。磁気センサコア１は可撓性の金属磁性体でもよいし、パーマロイ，センダスト，フェライトを砕いた粉末をゴムやプラスチックで固めた可撓性のあるものでもよい。低周波数で透磁率が高いものが薄くて小形にすることができるのでよい。
磁気センサコイル２による局部的漏洩磁界によっても、リーダ側の磁気ヘッド４ａを誘導させるに充分な磁界を発生させることができ、従ってコアに巻かれたコイル５に信号を発生させることができる。要するに、カードの中に納められた磁気センサコア１のどの位置においてもリーダ側の磁気ヘッド４ａに磁界を結合させ、ピックアップ用のコイル５に信号電圧を発生させ信号を伝えることができる。
図１（ｂ２）には偏平な磁気センサコア１に直交して巻き廻したコイル２ａとコイル２ｂを有し、どの方向にでも磁界が出力される場合を示す。カードが横向きに置かれた場合やウエアラブル機器に使用された場合に有効である。励振としては切換方式、９０°位相方式、直列、並列方式等の方法がある。
本発明の送受信センサシステムを構成する磁気センサ、カードコイル及びＮＦＣ用金属対応アンテナについて図２を用いて説明する。図２（ａ）は、カード１１の従来磁気ストライプが貼り付けられていた位置に磁気センサ１０を設置した場合を示す。磁気センサ１０はカード１１の上側に取り付けられているが下側や側面でもよい。磁気テープのトラックは、別々でも共通でもよい。また、表面や裏面等も同様である。下側はエンボス部があるので、磁気センサ１０が損傷する可能性があり、上側の磁気ストライプのある箇所に取り付ければ習慣上も違和感がない。磁気テープのトラックはカード電源が失われた場合でも用いられる。エンボスを省いたフラットなカードでは、下方や側方にもセンサ部を設置することができる。
磁気センサ１０の磁気センサコア１に巻き回した磁気センサコイル２の送信（受信）用の信号電圧発生ＩＣ ３はメモリ７を有し、各種のカードのデータを保存する。磁気信号を発生させたり記録したりする機能やＮＦＣのコントロール、ディスプレイ、バイオメトリックス（生体認証）等の制御はコントローラまたはＣＰＵ２１によって行われる。また、カードコイル１２にはＮＦＣ用ＩＣチップ２２が接続されている。
電池１５の充放電制御は電池制御素子８により行われる。充電方法としては充電アダプタにより外部から５Ｖ前後の電圧で充電する場合と、外部のリーダ側から供給される高周波電力１３．５６ＭＨｚまたはこの１／２または２倍の周波数等によりカードコイル１２に誘起された電力を電圧制御、整流検波することにより電池１５を充電することもできる。この場合、短時間で充電するスーパーキャパシタを用いる方法もある。このような充電方式は非接触充電方式であり、多数の方式があるが説明を省略する。
記録したカードの番号や種類等は表示装置１６に表示される。表示装置１６は電力を一時的にしか消費しない電子ペーパーでもよいし、ＬＣＤの低消費電力の表示でもよい。電池による回路への供給電力のオン／オフはスイッチ１７によって行われる。最低限の電力供給が必要な場合には、スタンバイの電力は電池１５により供給される。電源がオンされている場合は、ＬＥＤ１８によって表示される。指紋照合等による本人確認は生体認証装置１９により行われ、カードが不正に使用されることを防止する。磁気カードの情報は磁気センサ１０によって磁気カードリーダに伝えられてもよいし、磁気カードリーダが設置されていない場合はＮＦＣリーダにカードコイル１２を介して伝送してもよい。また、ブルートゥース（登録商標）を介して機器に伝送してもよい。
図２（ｂ１）は、磁気センサコイル２の磁界ＨｓとＮＦＣのカードコイル１２の磁界Ｈｃを示す。同図のように磁界の方向は直交しているが、磁界は連続しているので同一方向の磁界も現れる。また、漏洩磁界はコイル周辺や磁性体周辺に現れる。図２（ｂ２）は、２つのコア１０ａ，１０ｂを逆方向の磁界で励振し、中央部から垂直な磁界を出すようにした例である。ＮＦＣのカードコイル１２と共用した場合も同様である。
図２（ｃ）は、ＮＦＣ用金属対応アンテナ３０で構成した場合を示す。巻き廻しＮＦＣコイル２３を高周波磁性体２５に巻き廻し、巻き廻しＮＦＣコイル２３に密着して巻かれた共振用ＮＦＣコイル２４により磁性体面に垂直な磁界を発生させている。
図２（ｄ）には、磁気センサ１０を上方に、ＮＦＣ用金属対応アンテナを下方に取り出して示す。金属面に置かれた場合でも巻き廻しＮＦＣコイル２３により金属面と平行な磁界が発生するとともに、共振用ＮＦＣコイル２４を励振して垂直な磁界Ｈｃを発生させることができる。
次に、本発明の送受信センサシステムの構成品である磁気センサアンテナとＮＦＣ用アンテナの共用について図２（ｅ）以下に説明する。
磁性体のコアは、磁気センサアンテナとＮＦＣ用アンテナで共通に用いるもととする。同一のコアに別々に磁気センサコイル２と巻き廻しＮＦＣコイル２３を巻いてもよいし、重ね巻きしてもよい。また、共通のコイルでもよい。このように一つのコアや一つのアンテナで構成することによりアンテナを小型化でき、バッテリー，半導体，表示装置等の設置スペースを容易に確保することができる。図２（ｅ）は、共通のコアに磁気センサコイル２と巻き廻しＮＦＣコイル２３を共通のコイルで構成した場合を示す。
図２（ｅ）の磁気センサコア１に巻き廻した磁気センサコイル２により発生する磁界は、磁気センサコイル２の周辺のみでなく、磁性体の途中や端部からも発生するので、ここにリーダ側の磁気ヘッド４ａを当てると充分に結合することができる。リーダのスリットに挿入しなくとも、信号が強ければ磁気ヘッド４ａのコイルと直接結合させることもできる。従って、磁気センサコイル２は磁気センサコア１に全体に巻いてもよいし、一部に巻いてもよい。磁気センサコイル２は巻き廻しＮＦＣコイル２３と共用しているので、１個のコイルまたは低周波用と高周波用のコアを組み合わせた１個の磁性体で済ませることができる。
磁気センサコア１は、低周波特性も高周波特性も優れたコアを用いることが望ましい。例えば、高周波特性のよい一種類の磁性体を用いると、低い周波数では高い透磁率を得ることができない。透磁率の実部のみでなく虚部も同様に特性に影響を与え損失の問題が発生するので、両周波数帯で機能する磁性体を選択する必要がある。
磁性体コアの磁性体は、例えば、低い周波数帯で透磁率μ１が高く特性のよい金属磁性体（ファインメッツ）、パーマロイ、センダスト金属磁性体、比較的粒子の大きいフェライト等があるが、高い周波帯では損失が少なく透磁率μ２が高いフェライトを用いることが好ましい。このような磁性体は、混合して一つの磁性体を構成してもよいし、図２（ｆ）のように透磁率μ１，μ２で示す別々の磁性体を２枚合わせて構成してもよい。図２（ｇ）は、更に共振用ＮＦＣコイル２４を設置したアンテナを示す。なお、図２（ｈ）は同一のコアに別々に磁気センサコイル２と巻き廻しＮＦＣコイル２３を巻いた場合を示す。
図２（ｉ），（ｊ）にはＬｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒとＨｉｇｈ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒあるいはＢａｎｄ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒにより磁気カード用信号とＮＦＣ用高周波信号を混合したり分離したりして共通のアンテナで用いられることを示している。
本実施例の送受信センサシステムを多機能カードに適用した場合を、図３を参照しつつ説明する。なお、図３の金属フレーム１３ａまたは金属板１３ｂは送受信センサシステムの構成品である。
図３（ａ），（ｂ１），（ｂ２）は、磁気センサ１０、カードコイル１２及び金属フレーム１３ａを有するカード１１を示している。また、図３（ｃ）は、カードコイル１２の側面あるいはカードに沿って取り付けてカードの曲げ強度を強くするための金属板１３ｂ、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属板１３ｂを沿わせる場合を示している。薄い金属フレーム１３ａあるいは金属板１３ｂは１００μｍ（０．０２〜２００μｍ）程度の厚さでカード厚０．７６ｍｍ±１０％の中に充分入り、コイルや基板厚等とともに充分にカードに収容できるもので、カード１１の曲げを補強する機能を有する。しかもカードコイル１２の誘起電圧を妨害してはならないため、図３（ｂ１）のように２箇所、図３（ｂ２）のように１箇所の切断箇所を設けなければならない。この切断箇所に電圧が誘起されるので逆相電流がコイルの磁界を打ち消すことはない。シールドループと同様の原理である。
図３（ｂ１）は薄形の金属フレーム１３ａ（材料は、例えばＳＵＳ）がカードコイル１２に沿って角形構造で構成されている場合を示す。金属フレーム１３ａは、短辺部でそれぞれが切断されていて、この切断部に電圧Ｖが夫々Ｖ／２ずつ発生している。この電圧は、コイル１巻に発生する電圧とほぼ同じである。従って、両側をもっと分割することもできるが、曲げ強度が弱くなるため少ない方がよい。同図に示すように切断位置が左右で異なるため、金属フレーム１３ａの辺の一部に弱い箇所が発生することはない。
図３（ｂ２）に、短辺の一方のみに切断部を入れた金属フレーム１３ａを示す。この場合には、コイル１巻の電圧とほぼ同じ電圧が発生する。一般にはコイルは２〜４巻しているので、実際のコイルには自己誘導と相互誘導によるインダクタンスが加わり、ターン数ｎの約自乗ｎ２の電圧が発生する。金属フレーム１３ａとコイルが接近することにより標遊容量が増えて、カードコイル１２と標遊容量に電流が流れてカードコイル１２のインダクタンスは多少減少する。
これを防止するために、カードコイル１２と金属フレーム１３ａとの間に磁性体シート１４を挟む場合もある。先に述べた他の金属面にカードを当てたまま使用する場合、金属面の影響を受ないようにするのと同様な効果がある。図３（ｅ）はカード断面を示し、図３（ｅ）αは金属フレーム１３ａとカードコイル１２は密着して取り付けられる場合を、図３（ｅ）βは金属フレーム１３ａあるいは金属板１３ｂとカードコイル１２との間に磁性体シート１４を挟んだ場合を示す。磁性体シート１４は金属フレーム１３ａとほぼ同じ幅で構成したものでよい。図３（ｅ）γにはカードコイル１２の両側面に金属フレーム１３ａを配置した場合を示す。シールドループと同様な動作を行う。
金属フレーム１３ａは、カードの長辺側は切断部を設けず、短辺側に切断部を設けることが望ましい。長辺側は曲げられ易く、従って磁性体コア、コイル、ディスプレイ、ＩＣ等の回路、及び電池等にストレスを与えたり破壊したりするので、薄い金属板による補強は必要である。図３（ｃ）のように全面を金属板１３ｂとし金属面の影像を利用する金属面アンテナを用いる例を示す。ＮＦＣのアンテナも巻き廻し形のアンテナと共振器を備えた金属対応のアンテナを備えている。従って、図３（ｃ）の金属板１３ｂに磁気センサ１０とＮＦＣ用金属対応アンテナ３０が取り付けられているが、金属面対応であるので金属面上で使用できる。また、カードの片方の面がｉｐｈｏｎｅ（登録商標）のような金属面に触れて使用される場合、図３（ｅ）に示すようにコイルと金属板の間に磁性体を沿わせて、磁界を金属面に沿って逃がす場合や影像効果により金属面に沿う磁界を励振する場合にも役立つ。
図３（ｄ）α，βは、金属フレーム１３ａの一部に約１／４波長（電気長）で切ったスロットあるいはスリットＳによりスロット部に電界を発生させ、放射を行わせる方式を示す。カード１１にブルートゥース（登録商標）を装備する場合、アンテナの取付場所がないので、金属フレーム１３ａの金属面を利用し、効率のよい放射を行わせることができる。同様に、この金属フレーム１３ａはその他のＵＨＦ帯の送受アンテナとしても用いることもできる。図３（ｄ）αは金属フレーム１３ａの場合、図３（ｄ）βは金属板１３ｂを用いた場合を示す。また、図３（ｄ）γのように１／４波長または１／２波長のストリップ線路Ｓｔによる放射により、これからの放射を利用してもよい。ただ、カード厚を増さないためにはスリット（スロット）を適当な場所に設け、これからの放射を行わせた方が有利である。
図４（ａ）は、磁気ストライプ６１と磁気センサ１０とを分離するために、金属フレーム１３ａを用いたカードの断面図を示している。従って、金属フレーム１３ａは磁気センサ１０の脇まで延びている。本来多数の磁気カード信号を発生させることができる機能を持つ磁気センサ１０であるので、特に磁気ストライプ６１を備える必要がないのであるが、磁気ストライプ６１の位置は従来通りとし電源が切れた場合等にカードを使用可能とするためである。リーダのヘッド側に磁気センサ１０を向けるか磁気ストライプ６１を向けるかによって両用できる。
図４（ｂ）は、金属フレーム１３ａをカードコイル１２とほぼ同程度の大きさとし、磁気センサ１０の脇まで延ばさないようにした場合の断面図である。磁気センサ１０の磁気センサコイル２とカードコイル１２とを共通にし、共通のコアを使用する場合には下方のカードコイル１２は不要である。金属フレーム１３ａが磁気センサ１０の片側を遮蔽しないので、カード１１の表面，裏面どちらにも磁界が発生し、カードを磁気リーダで読ませる場合カードの表裏を気にせず使用することができる。カードコイル１２の場合もコアを共通に用いる場合、金属面があっても両側に磁界が得られるので両面を用いることができる。図４（ｃ）には金属面あるいは金属フレーム１３ａのそれぞれ反対側の面に磁気センサコイル２とカードコイル１２も設け、互いのコイル信号の干渉を防ぐことができる。
次に、カードの強度について述べる。図５（ａ）に一般的なカードの長辺の曲げを、図５（ｂ）にカードの短辺の曲げを示す。図５（ａ）の場合は大きく曲げることができ、少しの圧力Ｐ１が加わってもδ１だけ変位が発生する。図５（ｂ）は短辺の曲げの場合で同じ圧力が加えられても少しの変位δ２のみしか発生しない。すなわち、短辺は曲げに対して強いことを示す（δ１＞δ２）。しかるに本発明の金属フレーム１３ａや金属板１３ｂ入りのカードはステンレスや鉄等の固い金属で骨組が構成されているので、図５（ｃ）のように同じ圧力Ｐ１が加えられても変位が殆ど発生しない。即ち、変位δはδ≒０である。同様に図５（ｄ）の短辺についてはもっと曲げに強くなり、金属フレーム１３ａの切断部がある部分は曲げに弱くなるが、図３（ｂ２）のような夫々１箇所の切断にするか、ずらせれば問題はない。金属板１３ｂで構成する場合には更に曲げ難くなり、従って薄くすることができる。
図６により、カード１１の構成部品の説明とその構成部品と金属フレームの位置や大きさについて説明する。図６（ａ）は主要部品のカード１１での位置を示すもので、上部に磁気センサ１０を構成する磁気センサコア−１と磁気センサコイル２があり、右上端にＬＥＤ１８があり、その隣に表示装置１６がある。磁気センサ１０の下にほぼカード面全面を利用するようにＮＦＣ用のカードコイル１２が備えられ、電源の薄型の電池１５が中央部にスイッチ１７が右下にあり、その横に生体認証装置１９があり、信号電圧発生ＩＣ ３とメモリ７、ＮＦＣ用ＩＣチップ２２と電池制御素子８、これらを制御するコントローラやＣＰＵ２１が設置されている。
図６（ｂ），（ｃ）は、磁気センサ１０とこれと平行な部分を有する金属フレーム１３ａとＮＦＣのカードコイル１２をカード一杯の大きさまで広げて設置した場合を示す。図６（ｃ）は図６（ｂ）のカード１１の断面図である。このように磁気センサ１０とＮＦＣのカードコイル１２との干渉を防ぐための機能を金属フレーム１３ａに持たせることもできる。図６（ｄ）には、磁気センサ１０とカードコイル１２とが上下に設置され、カードコイル１２の側にのみ金属フレーム１３ａを設置した場合を示す。
図７（ａ）は、カード１１の電池１５に直接外部アダプタ２９から約５Ｖの電圧を加えて充電する方法を示す。外部アダプタ２９の出力約５Ｖは、コネクタ端子２８を介してカード１１の端子２７に直接直流として印加される。そして、この端子２７を介して電池制御素子８を経て電池１５が充電される。図７（ｂ）は非接触により充電する場合を示す。カード１１の中にＮＦＣ用のカードコイル１２が装備されているので、このカードコイル１２を介してＮＦＣと同一の充電周波数１３．５６ＭＨｚでもよいし、１／２の６．７８ＭＨｚあるいは２倍の２７．１２ＭＨｚの充電用周波数でもよい。電力をリーダ側の電力伝送用コイル３２から送電し、カードコイル１２で誘起された電力を整流回路Ｒｅｅｔ、電源電圧制御回路Ｒｅｇを経て電池１５に充電する。なお、充電用の高電圧、高電力からＮＦＣのＩＣを守るためには周波数を変更したり、ＮＦＣ信号入力に対するスイッチ回路や保護回路を設ける必要がある。
実施例１では、本発明の送受信センサシステムの適用例として、磁気カードエミュレーション回路を備えた多機能カードの説明を行った。つぎに、本発明の送受信センサシステムの他の適用例として、磁気カードエミュレーション方式を備えた次世代のウエアラブル機器を図８、図９を参照しつつ説明する。磁気カード信号を発生する仕組みは、カードの場合と同様であるので説明を省略する。ウエアラブル機器では、カードの場合と異なり磁気センサを取り付ける場所を確保できないので、ブレスレットや時計の枠や本体に小形磁気センサを取り付ける方法を示す。この場合の磁気センサは必ずしもリーダの溝に挿入しなくとも磁気センサコイル２の磁界がリーダ内部の磁気ヘッド４ａやコイル５に直接結合するようにしてもよい。また、カードの中の磁気センサコイル２によりカードをリーダに被せるようにして結合することもできる。
図８（ａ）は、ブレスレット１０１に、表示装置１６の傍らに小形の磁気センサ４１やＮＦＣコイル３７を取り付けた場合を示す。ＮＦＣコイル３７は、磁気センサ４１の内部に設置場所がない場合に図のように設置される。なお、磁気センサ４１は、実施例１で述べた磁気センサ１０，金属フレーム１３ａ等で構成される送受信センサシステムとＣＰＵ，電池等を有しているものとする。ブレスレット１０１は腕輪形であるので、磁気センサ４１は横型のものと縦型のような突出形のものが取り付けられると、縦型の場合に引っかけたり破損したり怪我をしたりするので、常時は収納ケース４２に収納しておく必要がある。このまま下方のリーダのコイル５と結合させてもよいし、必要なときだけブレスレット１０１の収納ケース４２から磁気センサ４１が現れる構造としてもよい。従って、磁気センサ４１が折り畳み収納ケース４２に収容される構造となっている図８（ｃ），（ｇ），（ｆ），（ｈ）の場合、畳まれてフラットな状態となっている磁気センサ４１を図８（ｇ），（ｈ）に示すロック４３をはずすことによって、バネで飛び出すように磁気センサ４１を起こすこともできる。
この突起となった磁気センサ４１を先に述べたリーダのピックアップ用の磁気ヘッド４ａに当てることにより、カードで説明したと同様の信号を磁気センサ４１を介して磁気ヘッド４ａに伝送することができる。磁気センサ４１は図８（ａ）では表示装置１６の右側に配置されているが、図８（ｂ）のように表示装置１６の左側に配置し、横に寝かした状態でリーダコイルと結合する方法でもよい。図では表示装置やアンテナ類が内側に取り付けられているように見えるが、外側や側面に取り付けられているのが普通である。
磁気センサ４１の向きはブレスレット１０１の円周方向に対し直角に立てる場合を図８（ｃ）に示し、円周方向に沿って磁気センサ４１を立てる場合を図８（ｄ）に示す。リーダのスリットの方向によっても磁気センサ４１の合わせ方が変わるので、どちらでも対応できる。
図８（ｅ）のように磁気センサ４１からの信号をリーダに当て信号を伝送する場合、ヘッドや磁気回路に信号を結合させてもよいし、横倒しにして直接ピックアップのコイル５と結合したり、リーダ側磁気ヘッド４ａに結合させることもできる。このような結合の仕方は、磁気センサ４１から発せられる信号の強さによっても定められる。リーダのコイル５に誘起された信号は受送信を行うＲＸ，ＴＸ回路に入り、信号の解読や処理が行われるＤｅｃ回路に送られ、磁気信号ＩＤや所属するカードの種類等も読み取られる。
図８（ｆ）には磁気センサ４１と収容ケース４２を示す。収容ケース４２はブレスレット１０１と一体となって取り付けられている。図では埋め込み形として示していないが、図８（ｂ），（ｅ）の場合のようにスリットに挿入せずに直接磁気リーダコイルと磁気結合するようにブレスレット１０１とほぼ面一となるように収容する構成としてもよい。磁気センサ４１を収容ケース４２に収容した場合に、磁気センサ４１がロックされるようにスライドのロック４３が取り付けられている。常時は図８（ｇ）に示すように、磁気センサ４１は折り畳まれており、突起となるものはない。図８（ｈ）には図８（ｇ）の斜視図の横から見た断面図を示す。
図８（ｊ）には上記したブレスレット１０１のブロック図を示す。左上には表示装置Ｄｉｓｐｌａｙを、その下方にはＮＦＣコイルを、その下方には脈拍や体温等の健康状態と運動量等を示すセンサ回路を、そして本目的の磁気ストライプカードの情報を伝送するためのセンサ回路を、そしてそれらを制御するＣＰＵとメモリを有している。更に、磁気コイル，磁気信号Ｔｘ／Ｒｘ回路を有している。また、スマホやその他の機器に信号を伝えるブルートゥース（登録商標）も備えている。
つぎに、図９には腕時計形のウエアラブル機器１００１を示す。時計形の表示装置１６の後方、周囲または脇に小形の磁気センサ５１を備え、磁気センサ５１は固定型または折り畳み方式として、常時は収納ケース５２に収容しておく。信号を磁気リーダに与えたい場合のみ磁気センサ５１をバネ立ち方式とする。この構造は図８と同様であるので説明を省略する。なお、磁気センサ５１は、実施例１で述べた磁気センサ１０，金属フレーム１３ａ等で構成される送受信センサシステムとＣＰＵ，電池等を有しているものとする。
磁気センサ５１は直接リーダの回路と結合するようにしてもよい。応用例について図９（ｂ）にブロック図で示す。
同図、まず左上から電話機能，表示機能，動作を示す点灯，健康センサ機能，運動量，位置センサ，本人照合センサ，上に戻って、時間，電池，スイッチ，磁気センサ，ＮＦＣ機能と結合コイル，ブルートゥース（登録商標）通信機能等が備えられており、夫々の特徴を出すために種々の工夫がなされている。ＮＦＣ結合コイルにより電池の充電を行えるようにすることは既に述べたとおりである。
図１０（ａ）は、従来から用いられているカードリーダ端末７０がＰＯＳ端末８０と共に使用されている状態を示す図である。カードリーダ端末７０の磁気ヘッド４ａは、図１０（ｂ）に示すようにカード１１の通り道となるスリット４０１の壁面に取り付けられ、磁気ストライプの動きに合わせて発生する信号を読み取っている。
磁気センサからの信号はカード１１を動かさなくても半導体から発生する信号が磁気センサを励振し、リーダに取り付けられている磁気ヘッド４ａあるいは磁気回路４ｂあるいはコイル５で読まれるので、磁気センサを磁気回路が設置されているリーダの読み取り回路に近づけるだけで信号の送受が行われる。
上記した小形の磁気センサ４１，５１の場合、図１０（ｂ）に示すように信号を発生させ乍ら、磁気回路のある部分に近づけるか、磁気回路の上部に直接センサ回路から結合するように密着させることにより信号の結合を行うことができる。磁気センサ４１，５１も図１（ｂ２）のような巻き方のコイルを用いれば、方向を気にしなくてもリーダとの結合をとることができる。
一般に、ＰＯＳ端末８０のそばにカードリーダ端末７０が置かれ、ケーブル７１（２３２Ｃ、ＵＳＢ，ＬＡＮ）で結ばれている。ＰＩＮ端末９０やＮＦＣ端末が別に備えられ、カードリーダ端末７０に接続されていることが多い。
以上のように従来の磁気カードリーダをそのまま利用し、多数のカードを一枚のカードに収容したり、同様な機能をウエアラブル装置で構成し、小形センサを介し、磁気リーダにアクセスすることにより、ＮＦＣリーダのない一般の小売店でも安全にかつ、汎用として用いることができるので、実用的効果が大きい。
１ 磁気センサコア
２ 磁気センサコイル
３ 信号電圧発生ＩＣ
４ａ 磁気ヘッド
４ｂ 磁気回路
５ コイル
７ メモリ
１０ 磁気センサ
１１ カード
１２ カードコイル
１３ａ 金属フレーム
１３ｂ 金属板
１４ 磁性体シート
１５ 電池
１６ 表示装置
１９ 生体認証装置
２１ ＣＰＵ
２３ 巻き廻しＮＦＣコイル
２４ 共振用ＮＦＣコイル
４１ 磁気センサ
４３ ロック
５１ 磁気センサ
６１ 磁気ストライプ
７０ カードリーダ端末
８０ ＰＯＳ端末
９０ ＰＩＮ端末

Claims (12)

  1. コアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと平面状に形成されたＮＦＣコイルとがカード内に納められ、前記ＮＦＣコイルはＮＦＣリーダに対応し、前記磁気センサは磁気リーダに対応するように構成されたカードを有することを特徴とする送受信センサシステム。
  2. 前記ＮＦＣコイルに沿って設置された金属フレームを有し、
    前記金属フレームが中抜きの矩形状であり、切断の箇所が金属フレームの短辺部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の送受信センサシステム。
  3. 前記金属フレームが１／４波長の長さのスロット有し、前記スロットをブルートゥース（登録商標）のアンテナとして用いることを特徴とする請求項２に記載の送受信センサシステム。
  4. 前記金属フレームに１／４波長または１／２波長のストリップラインを設置し、前記ストリップラインをマイクロストリップアンテナとして用いることを特徴とする請求項２に記載の送受信センサシステム。
  5. 第１のコアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと平面状に形成されたＮＦＣコイルにより構成されたＮＦＣアンテナとが、同一のカード内に納められ、
    前記磁気センサの第１のコアが磁気リーダに対応し、前記ＮＦＣアンテナがＮＦＣリーダに対応するように構成されたカードを有することを特徴とする送受信センサシステム。
  6. 第１のコアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと、
    第２のコアと、該第２のコアに巻き廻されたコイルと、前記第２のコアの一面に平面状に形成されたＮＦＣコイルにより構成されたＮＦＣアンテナと、
    を有し、
    前記磁気センサの第１のコアと前記ＮＦＣアンテナの第２のコアを共用のコアとし、前記磁気センサのコイルと前記ＮＦＣセンサの巻き廻されたコイルを共通のコイルとし前記共通のコアに巻き、前記磁気センサの信号と前記ＮＦＣセンサの信号をフィルタで分離することを特徴とする送受信センサシステム。
  7. 第１のコアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと、
    第２のコアと、該第２のコアに巻き廻されたコイルと、前記第２のコアの一面に平面状に形成されたＮＦＣコイルにより構成されたＮＦＣアンテナと、
    を有し、
    前記磁気センサの第１のコアと前記ＮＦＣアンテナの第２のコアを共用のコアとし、前記磁気センサのコイルと前記ＮＦＣセンサの巻き廻されたコイルを前記共通のコアに巻くことを特徴とする送受信センサシステム。
  8. 第１のコアに巻かれたコイルによって構成される磁気センサと、
    第２のコアと、該第２のコアに巻き廻されたコイルと、前記第２のコアの一面に平面状に形成されたＮＦＣコイルにより構成されたＮＦＣアンテナと、
    を有し、
    前記磁気センサの第１のコアと前記ＮＦＣアンテナの第２のコアを共用のコアとし、前記磁気センサのコイルと前記ＮＦＣセンサの巻き廻されたコイルを共通のコイルとし前記共通のコアに巻き、前記磁気センサの信号と前記ＮＦＣセンサの信号をフィルタで分離することを特徴とする送受信センサシステム。
  9. 前記共用のコアを、透磁率の異なる２個の磁性体により構成することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の送受信センサシステム。
  10. 電池を更に有し、
    前記平面状に形成されたＮＦＣコイルまたは磁気センサコイルに誘起された電力を、前記電池に充電することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の送受信センサシステム。
  11. 磁気カードのエミュレーション信号を発生する機能を有するカードにおいて、
    プラスチック製のカードケースと、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の送受信センサシステムと、
    を有することを特徴とする多機能カード。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の送受信センサシステムを有することを特徴とするウエアラブル機器。
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