JPH08194785A

JPH08194785A - Ｉｃカードのリーダ／ライタ

Info

Publication number: JPH08194785A
Application number: JP7003750A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Tanaka; 勝之田中; Shigeru Arisawa; 繁有沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1996-07-30
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JP3579899B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＩＣカードとそのリーダ／ライタとの通信距
離を長くすることができるようにする。【構成】リーダ／ライタにおいて、同一平面上に配置
された複数のループコイル３ａ乃至３ｄに、キャリア発
生器１から出力されたキャリアを駆動回路２ａ乃至２ｄ
で振幅変調した振幅変調波に対応する電圧がそれぞれ印
加され、これにより複数のループコイル３ａ乃至３ｄそ
れぞれから、磁界が発生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動改札システ
ムなどにおいて、定期券などとして用いられるＩＣカー
ドと非接触で通信を行うＩＣカードのリーダ／ライタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、例えば自動改札システムなどで用
いられている定期券には、磁気的に情報が記録されてお
り、自動改札機では、定期券が挿入されると、その磁気
記録がなされている部分に磁気ヘッドを接触させて、情
報を読み取るようになされている。

【０００３】このため、利用者は、定期券をケースに収
納している場合には、そこから取り出して、自動改札機
に挿入する必要があり、面倒であった。

【０００４】そこで、本件出願人は、非接触カードシス
テムを先に提案している。この非接触カードシステムに
よれば、非接触で情報のやりとり（データ通信）などを
行うことができるので、これを、上述したような自動改
札システムに適用した場合には、利用者は、定期券をケ
ースに収納したままでも、自動改札機を出入りすること
が可能となる。

【０００５】図１３は、本件出願人が、先に提案した非
接触カードシステムの構成例を示している。この非接触
カードシステムは、例えば、上述した定期券に相当する
ＩＣカードと、そのＩＣカードに対して、電磁波を媒体
として、非接触で電源となる電力を供給するとともに、
データの読み書きやその他必要な処理を行うリーダ／ラ
イタとで構成されている。

【０００６】リーダ／ライタにおいては、断面形状が、
例えば長方形とされているループコイル５１から、コマ
ンドおよび必要ならば書き込みデータが、電磁波として
放射され、さらに一定期間、無変調波が放射される。即
ち、まずＣＰＵ５３において、所定のプログラムにした
がい、所定の変調波に対応した電圧をループコイル５１
に印加するように、変調／復調回路５２が制御される。

【０００７】変調／復調回路５２のうちの変調処理を行
う変調回路は、例えば図１４に示すように、所定の周波
数（例えば、超短波帯、あるいはそれ以下の周波数）の
キャリアを発生するキャリア発生器１、およびＣＰＵ５
３の制御にしたがって増幅率が変化する駆動回路（アン
プ）２から構成されている。そして、駆動回路２には、
キャリア発生器１からキャリアが入力されるようになさ
れている。

【０００８】駆動回路２の増幅率は、ＩＣカードに対し
て送信すべきコマンドや書き込みデータなどに対応し
て、ＣＰＵ５３に制御され、従って駆動回路２では、キ
ャリアが、ＩＣカードに対して送信すべきコマンドや書
き込みデータなどにしたがって振幅変調されて出力され
る。

【０００９】駆動回路２の出力端子は、アンテナ（ルー
プアンテナ）であるコイル（ループコイル）５１に接続
されており、従って駆動回路２より出力された振幅変調
波は、ループコイル５１に供給される。即ち、ループコ
イル５１には、振幅変調波に対応する電圧が印加され
る。これにより、ループコイル５１では、その電圧に対
応した電流が流れ、その電流の変化に対応した磁束（磁
界）が発生する。

【００１０】即ち、ループコイル５１からは、駆動回路
２より出力された振幅変調波が、電磁波として放射され
る。

【００１１】その後、リーダ／ライタでは、ＣＰＵ５３
によって、駆動回路２の増幅率が一定値になるように制
御され、これにより無変調波が、上述した振幅変調波と
同様にして、電磁波として放射される。

【００１２】そして、ＩＣカードから応答があったか否
かが判定される。ここで、ＩＣカードから応答があった
か否かは、次のようにして判定される。即ち、ＩＣカー
ドにおいては、図１３には図示していないが、例えば図
１５に示すように、ループアンテナ４１とコンデンサ
（共振容量）４４とが並列に接続されて共振回路が構成
されている。さらに、コンデンサ４４には、コンデンサ
４５とスイッチ（例えば、ＦＥＴなど）４６とが直列接
続された直列回路が並列接続されており、従って、スイ
ッチ４６がオン／オフすることで、共振回路は、ループ
コイル４１およびコンデンサ４４、またはループコイル
４１、コンデンサ４４、および４５で構成されるように
なり、その共振周波数（インピーダンス）が変化するよ
うになされている。

【００１３】ＩＣカードでは、リーダ／ライタに応答す
る場合、スイッチ４６をオン／オフするようになされて
おり、これにより、その共振回路の共振周波数（インピ
ーダンス）を変化させる。この場合、ＩＣカードとリー
ダ／ライタとが、ループコイル４１と５１との間で相互
誘導を生じる距離にあれば、上述したように無変調波に
対応する電磁波を放射しているリーダ／ライタの駆動回
路２とループコイル５１との接続点（ループコイル５１
の端子）ＡおよびＢ（図１４）からループアンテナ５１
側を見たインピーダンスは、スイッチ４６のオン／オフ
に対応して変化することになり、従って点Ａ（Ｂ）の電
圧も変化することになる。ＡＢ間の電圧は、変調／復調
回路５２（図１３）で検波、復調され、ＣＰＵ５３に供
給されるようになされており、ＩＣカードから応答があ
ったか否かは、ＣＰＵ５３において、変調／復調回路５
２からの信号（復調信号）に基づいて判定される。

【００１４】ＣＰＵ５３において、ＩＣカードから応答
がなかったと判定された場合、即ちＩＣカードとリーダ
／ライタとが、ループコイル４１と５１との間で相互誘
導を生じる距離にない場合、ＩＣカードから応答がある
まで、上述したようにして振幅変調波と無変調波とを放
射する処理が繰り返される。

【００１５】一方、ＣＰＵ５３において、ＩＣカードか
ら応答があったと判定された場合、上述したように得ら
れる応答としての変調／復調回路５２からの復調信号に
基づいて、必要な処理が行われる。即ち、図１３の非接
触カードシステムが、例えば自動改札システムである場
合には、ＣＰＵ５３によって、ディスプレイやアクセス
コントローラ、その他の装置が制御され、ディスプレイ
に必要な表示がなされるとともに、アクセスコントロー
ラによって、扉（図示せず）の開閉が行われる。さら
に、その他の装置において、所定の処理が行われる。

【００１６】次に、図１３に示したＩＣカードについて
説明する。ＩＣカードでは、まず最初に、リーダ／ライ
タから放射された電磁波が受信される。即ち、ＩＣカー
ドが、リーダ／ライタに近づけられ、ループコイル４１
と５１との間で相互誘導を生じる距離となると、ループ
コイル４１は、ループコイル５１より放射された電磁界
（磁束）のうち、そこに鎖交する磁束の変化（磁界の変
化）に応じて逆起電力を生じる。

【００１７】ここで、図１３には図示していないが、Ｉ
Ｃカードにおいては、上述した図１５に示したように、
ループコイル４１は、コンデンサ４４と並列に接続さ
れ、これにより共振回路が構成されている。従って、ル
ープコイル４１で発生した電圧のうち、ループコイル４
１およびコンデンサ４４で構成される共振回路の共振周
波数を中心とする所定の周波数帯域のものは、効率良
く、後段のＩＣ４２に供給される。

【００１８】なお、ループコイル４１およびコンデンサ
４４で構成される共振回路の共振周波数は、例えばリー
ダ／ライタが有するキャリア発生器１（図１４）が発生
するキャリアの周波数と同一にされている。

【００１９】そして、ＩＣ４２に対し、電源の供給が開
始され、その後、ループコイル４１およびコンデンサ４
４（図１５）で構成される共振回路を通過した信号が検
波される。

【００２０】即ち、ループコイル４１およびコンデンサ
４４で構成される共振回路を通過した信号は、図示せぬ
整流／検波用のダイオードおよび平滑用のコンデンサを
介することにより、整流、平滑化され（リップルが除去
され）、レギュレータ４３に供給されるようになされて
いる。そして、レギュレータ４３では、そこに入力され
た信号が安定化されることにより所定の一定電圧とさ
れ、これが、電源として、ＩＣ４２に供給される。

【００２１】以上のようにして、ＩＣ４２に電源が供給
され、その動作が可能な状態となった後、ループコイル
４１およびコンデンサ４４で構成される共振回路を通過
した信号は、上述した整流／検波用のダイオードを介す
ることにより検波され、さらに図示せぬ交流結合用のコ
ンデンサを介することにより、直流分が除去されて、Ｉ
Ｃ４２に供給される。

【００２２】ＩＣ４２では、そこに入力された信号に含
まれるコマンドが解釈され、そのコマンドに対応した処
理が行われる。即ち、そのコマンドが、例えば書き込み
を要求するものである場合には、入力された信号に含ま
れるデータ（書き込みデータ）が、図示せぬメモリ（例
えば、不揮発性メモリなど）に書き込まれる。また、コ
マンドが、例えば読み出しを要求するものである場合に
は、メモリからデータが読み出され、そのデータに対応
して、図１５に示したスイッチ４６のオン／オフ制御が
なされる。

【００２３】ここで、スイッチ４６は、ＩＣ４２の制御
にしたがってオン／オフし（なお、通常は、オフ状態に
なっている）、スイッチ４６がオンになった場合には、
ループコイル４１およびコンデンサ４４でなる並列共振
回路に、コンデンサ４５が並列に接続されることになる
ので、上述したようにして、リーダ／ライタにおける点
ＡとＢとの間の電圧（図１４）は、読み出されたデータ
に対応して変化することになる。

【００２４】なお、図１３では、ＩＣカードに電源を設
けず、リーダ／ライタから電源の供給を受けるようにし
たが、ＩＣカード自体に電源を設けるようにすることも
可能である。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な非接触カードシステムにおいては、ＩＣカードとリー
ダ／ライタとの間の通信距離を延ばすことが望まれてい
る。通信距離を長くするには、例えばリーダ／ライタの
ループコイル５１から発生させる磁界の強度を上げるこ
とが考えられる。

【００２６】しかしながら、図１４に示したように、ル
ープコイル５１に、駆動回路２が直接接続されている場
合に、そのループコイル５１から発生させる磁界の強度
を上げるためには、駆動回路２の出力電圧を高く（駆動
回路２が出力する電圧の振幅を大きく）し、ループコイ
ル５１に変化の大きな電流を流す必要があるが、駆動回
路２の出力電圧の振幅の最大値（最小値）は、そこに印
加されている電源電圧ＶＣＣ以上にすることはできず、
従って、駆動回路２の出力電圧は、電源電圧ＶＣＣによ
り制限される。

【００２７】そこで、電源電圧ＶＣＣを大きくする方法
があるが、この場合、駆動回路２は、大きな出力電流を
流すことができるように構成する必要があり、従って、
その構成や、回路素子が制限され、装置が大型化、高コ
スト化する課題があった。

【００２８】そこで、図１６に示すように、ループコイ
ル５１の両端に、コンデンサ６１を並列に接続し、これ
によりループコイル５１とコンデンサ６１とで並列共振
回路を構成する方法がある。

【００２９】この場合、上述した場合と同様に、駆動回
路２の電源電圧ＶＣＣによる制限を受けるが、ループコ
イル５１とコンデンサ６１とで構成される並列共振回路
の共振周波数（ループコイル５１の同調周波数）が、キ
ャリアの周波数と一致するようにすれば、図１７に示す
ように、駆動回路２の出力側から見た並列共振回路のイ
ンピーダンスは高くなるから、即ち駆動回路２に対する
負荷は軽くなるから、駆動回路２は、それほど大きな出
力電流を流すことができるように構成する必要はない。

【００３０】しかしながら、ＩＣカードとリーダ／ライ
タとが、ループコイル４１と５１との間で相互誘導を生
じる距離に近づくと、その相互誘導により、ループコイ
ル５１とコンデンサ６１とで構成される並列共振回路の
共振周波数が、キャリアの周波数からずれ、これにより
駆動回路２の出力側から見た並列共振回路のインピーダ
ンスは下がる、即ち駆動回路２に対する負荷が重くなる
ことになる。

【００３１】従って、駆動回路２からの出力電流は増加
することになるが（駆動回路２の出力インピーダンス
が、並列共振回路のインピーダンスに比較して充分小さ
くない場合には、駆動回路２からの出力電流は大きく増
加する）、駆動回路２が、そのような大きな電流を出力
することができるようになされていない場合には、ルー
プコイル５１から発生される磁界の強度が低下し、図１
３に示したようなリーダ／ライタから電源の供給を受け
るようになされているＩＣカードに対し、動作可能な電
源を供給することが困難になる課題があった。

【００３２】一方、駆動回路２の電源電圧ＶＣＣによる
制限を受けないようにするには、図１８に示すように、
ループコイル５１の一端と、駆動回路２の一端との間に
コンデンサ７１を直列に接続し、これによりループコイ
ル５１とコンデンサ７１とで直列共振回路を構成する方
法がある。

【００３３】この場合、ループコイル５１とコンデンサ
７１とで構成される直列共振回路の共振周波数（ループ
コイル５１の同調周波数）が、キャリアの周波数と一致
するようにすれば、ループコイル５１の端子間の電圧
は、駆動回路２の出力電圧のほぼ、いわゆるＱ倍となる
から、上述したような駆動回路２の電源電圧ＶＣＣによ
る制限を受けない。

【００３４】しかしながら、この場合には、駆動回路２
の出力側から見た直列共振回路のインピーダンスは低く
なるから、即ち駆動回路２に対する負荷は重くなるか
ら、駆動回路２は、大きな出力電流を流すことができる
ように構成する必要があり、上述したように、装置が大
型化、高コスト化する課題があった。さらに、この場
合、ＩＣカードとリーダ／ライタとが、ループコイル４
１と５１との間で相互誘導を生じる距離に近づくと、そ
の相互誘導により、ループコイル５１とコンデンサ７１
とで構成される直列共振回路の共振周波数が、キャリア
の周波数からずれ、これによりループコイル５１の端子
間の電圧が低下し、上述した並列共振回路を構成した場
合と同様に、やはりループコイル５１から発生される磁
界の強度が低下する課題があった。

【００３５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、所定の電源電圧の下で、リーダ／ライタ
が発生する磁界の強度を向上させることにより、ＩＣカ
ードとリーダ／ライタとの通信距離を延ばし、さらに、
ＩＣカードとリーダ／ライタとが接近したときの、リー
ダ／ライタが発生する磁界の強度の低下を軽減（防止）
することができるようにするものである。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のＩＣカー
ドのリーダ／ライタは、磁界を発生することによって、
ＩＣカードとの通信を、非接触で行うＩＣカードのリー
ダ／ライタであって、磁界を発生する、同一平面上に配
置された複数のループアンテナ（例えば、図１に示すル
ープコイル３ａ乃至３ｄや、図３に示すループコイル３
ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄ、図４に示す
ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ５ａ乃至５
ｄ、図１０に示す１次側ループコイルＬ1，２次側ルー
プコイルＬ2、およびコンデンサＣなど）と、複数のル
ープアンテナに電圧を印加する印加手段（例えば、図１
に示すキャリア発生器１および駆動回路２ａ乃至２ｄ
や、図５に示すキャリア発生器１、駆動回路６ａ、およ
び６ｂなど）とを備えることを特徴とする。

【００３７】複数のループアンテナは、同一形状のコイ
ルとすることができる。さらに、複数のループアンテナ
は、所定の長方形を、その縦または横方向に等分するよ
うに配置することができる。また、複数のループアンテ
ナは、所定の長方形を、その重心を通る線分で等分する
ように配置することができる。さらに、複数のループア
ンテナは、所定の円を、その中心を通る線分で等分する
ように配置することができる。

【００３８】このＩＣカードのリーダ／ライタは、複数
のループアンテナそれぞれの端子電圧を検波したものを
加算する加算手段（例えば、図６に示すオペアンプ１
３、抵抗Ｒ、およびＲa乃至Ｒdなど）と、加算手段の出
力を復調する復調手段（例えば、図６に示すコンパレー
タ１５など）とをさらに備えることができる。加算手段
には、複数のループアンテナそれぞれの特性が異なる場
合、その特性に対応して、複数のループアンテナの端子
電圧を検波したものそれぞれに重み付けをして加算させ
ることができる。

【００３９】複数のループアンテナそれぞれが、コイル
およびコンデンサを含み、共振回路を構成している場合
には、共振回路の共振周波数が、印加手段が印加する電
圧の周波数に一致するように調整する調整手段（例え
ば、図７に示す電圧源２７および可変抵抗２８や、図８
に示すループコイル３１および可変ダイオード３２な
ど）をさらに備えることができる。

【００４０】複数のループアンテナそれぞれが、１次コ
イル（例えば、図１０に示す１次側ループコイルＬ1な
ど）と、その１次コイルと相互誘導を生じる２次コイル
（例えば、図１０に示すループコイルＬ2など）と、そ
の２次コイルに接続されたコンデンサ（例えば、図１０
に示すコンデンサＣなど）とで構成される場合には、２
次コイルの巻数を、１次コイルの巻数より多くすること
ができる。

【００４１】印加手段が、１次コイルに電圧を印加する
場合、複数のループアンテナそれぞれを構成する２次コ
イルとコンデンサとの接続点の電圧を検波したものを加
算する加算手段（例えば、図６に示すオペアンプ１３、
抵抗Ｒ、およびＲa乃至Ｒdなど）と、加算手段の出力を
復調する復調手段（例えば、図６に示すコンパレータ１
５など）とを備えることができる。

【００４２】加算手段には、複数のループアンテナそれ
ぞれの特性が異なる場合、その特性に対応して、２次コ
イルとコンデンサとの接続点の電圧を検波したものそれ
ぞれに重み付けをして加算させることができる。２次コ
イルと、その２次コイルに接続されたコンデンサとが、
共振回路を構成している場合、共振回路の共振周波数
が、印加手段が印加する電圧の周波数に一致するように
調整する調整手段（例えば、図７に示す電圧源２７およ
び可変抵抗２８や、図８に示すループコイル３１および
可変ダイオード３２など）をさらに備えることができ
る。

【００４３】調整手段は、複数のループアンテナ全体を
囲むコイルである大コイル（例えば、図８に示すループ
コイル３１など）と、その大コイルと接続された可変コ
ンデンサ（例えば、図８に示す可変コンデンサ３２な
ど）とで構成することができる。また、大コイルおよび
可変コンデンサの接続点の電圧に対応して、復調を行う
復調手段（例えば、図８に示すコンパレータ１５など）
をさらに備えることができる。

【００４４】本発明の第２のＩＣカードのリーダ／ライ
タは、磁界を発生することによって、ＩＣカードとの通
信を、非接触で行うＩＣカードのリーダ／ライタであっ
て、磁界を発生するループアンテナ（例えば、図１０に
示す１次側ループコイルＬ1，２次側ループコイルＬ2、
およびコンデンサＣなど）と、ループアンテナに電圧を
印加する印加手段（例えば、図１０に示すキャリア発生
器１および駆動回路２など）とを備え、ループアンテナ
は、１次コイル（例えば、図１０に示す１次側ループコ
イルＬ1など）と、１次コイルと相互誘導を生じる２次
コイル（例えば、図１０に示す２次側ループコイルＬ2
など）と、２次コイルに接続されたコンデンサ（例え
ば、図１０に示すコンデンサＣなど）とを有し、２次コ
イルの巻数は、１次コイルの巻数より多いことを特徴と
する。

【００４５】このＩＣカードのリーダ／ライタにおいて
は、印加手段には、１次コイルに電圧を印加させ、２次
コイルとコンデンサとの接続点の電圧に対応して、復調
を行う復調手段（例えば、図１２に示すコンパレータ１
５など）をさらに備えることができる。

【００４６】

【作用】本発明の第１のＩＣカードのリーダ／ライタに
おいては、同一平面上に配置された複数のループコイル
３ａ乃至３ｄに、キャリア発生器１および駆動回路２ａ
乃至２ｄによって電圧が印加され、複数のループコイル
３ａ乃至３ｄそれぞれから、磁界が発生される。従っ
て、複数のループコイル３ａ乃至３ｄ全体を１つのコイ
ルと考えた場合、複数のループコイル３ａ乃至３ｄが占
める面積と同一の断面積を有するコイルと比較して、コ
イルの巻数が多い、またはコイルの外周に流れる電流が
大きいので、磁界の強度を向上させることができる。

【００４７】さらに、この場合、複数のループコイル３
ａ乃至３ｄによって共振回路が構成されているときに
は、複数のループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの断面積
は、その全体の面積と同一の断面積を有するコイルと比
較して小さく、従って、ＩＣカードが接近しても、その
ＩＣカードが内蔵するループコイルと、複数のループコ
イル３ａ乃至３ｄによって構成される共振回路それぞれ
との結合は弱いので、共振回路の共振周波数の変化量が
抑制され、その結果、磁界の強度の低下を軽減すること
ができる。

【００４８】本発明の第２のＩＣカードのリーダ／ライ
タにおいては、１次側ループコイルＬ1に、キャリア発
生器１および駆動回路２によって電圧が印加される。そ
して、コンデンサＣと接続され、１次側ループコイルＬ
1より巻数の多い２次側ループコイルＬ2から、相互誘導
により磁界が発生される。従って、２次側ループコイル
Ｌ2には、大きな電流が流れるので、２次側ループコイ
ルＬ2から発生される磁界の強度を向上させることがで
きる。

【００４９】

【実施例】図１は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライ
タの第１実施例の構成を示している。なお、図中、図１
４における場合と対応する部分については、同一の符号
を付してある。また、同図においては（後述する図３乃
至図５、図７、図１０、および図１１においても同
様）、前述した図１３に示したリーダ／ライタにおける
変調／復調回路５２のうちの復調を行う復調回路に相当
する部分、およびＣＰＵ５３の図示を省略してある。

【００５０】このリーダ／ライタにおいては、キャリア
発生器１の出力端子が、駆動回路２ａ乃至２ｄの入力端
子それぞれと並列に接続されている。駆動回路２ａ乃至
２ｄは、すべて、例えば図１４に示した駆動回路２と同
様に構成されるもので、即ち特性が同一のもので、その
出力端子は、ループコイル３ａ乃至３ｄとそれぞれ接続
されている。駆動回路２ａ乃至２ｄは、図１では図示し
ていないＣＰＵ５３（図１３）によって、その増幅率が
制御され（駆動回路２ａ乃至２ｄの増幅率は、すべて同
一の値となるように制御される）、キャリア発生器１か
ら供給されるキャリアを振幅変調して、その振幅変調波
に対応する電圧を、ループコイル３ａ乃至３ｄに、それ
ぞれ印加するようになされている。

【００５１】なお、図１においては（後述する図３乃至
図８においても同様）、電源ＶＣＣおよびグランドの図
示を省略してある。

【００５２】ループコイル３ａ乃至３ｄは、同一形状の
コイルで（ここでは、巻数も同一とする）、所定の長方
形を、その縦および横方向に２等分するように、同一平
面上に配置されており、リーダ／ライタのアンテナ（ル
ープアンテナ）を形成している。即ち、ループコイル３
ａ乃至３ｄは、例えば図２に示すように、従来のループ
コイル５１（図１３、図１４）の断面である長方形（図
中、点線で示す部分）の縦および横を２等分して得られ
る４つの長方形を断面とするコイルで、例えばプリント
基板上に、パターンとして形成されている。

【００５３】なお、ループコイル３ａ乃至３ｄと駆動回
路２ａ乃至２ｄとの接続、およびループコイル３ａ乃至
３ｄそれぞれの巻線の方向は、駆動回路２ａ乃至２ｄか
ら、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに対して同一電
圧が印加された場合に、ループコイル３ａ乃至３ｄそれ
ぞれから同一の方向に磁界が発生するようになされてい
る。

【００５４】以上のように構成されるリーダ／ライタで
は、駆動回路２ａ乃至２ｄにおいて、キャリア発生器１
から供給されるキャリアが振幅変調され、その振幅変調
波に対応する電圧が、ループコイル３ａ乃至３ｄに、そ
れぞれ印加される。駆動回路２ａ乃至２ｄでは、同一の
信号源であるキャリア発生器１１からのキャリアが増幅
され、ループコイル３ａ乃至３ｄに供給される。上述し
たように、駆動回路２ａ乃至２ｄの特性はすべて同一で
あるから、駆動回路２ａ乃至２ｄから出力される電圧
が、ループコイル３ａ乃至３ｄに印加されることによ
り、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれには、同位相の
電流が流れ、これにより磁界が発生される。

【００５５】ループコイル３ａ乃至３ｄと駆動回路２ａ
乃至２ｄとの接続、およびループコイル３ａ乃至３ｄそ
れぞれの巻線の方向は、上述したように駆動回路２ａ乃
至２ｄから、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに対し
て同一電圧が印加された場合に、ループコイル３ａ乃至
３ｄそれぞれから同一の方向に磁界が発生するようにな
されているから、いまの場合、ループコイル３ａ乃至３
ｄそれぞれから発生する磁界を合成した磁界（以下、適
宜、合成磁界という）の強度は最大となる。

【００５６】ここで、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞ
れのインダクタンスが、従来のループコイル５１のイン
ダクタンスと同一になるように、ループコイル３ａ乃至
３ｄそれぞれの巻数を設定したとすると、駆動回路２ａ
乃至２ｄそれぞれに対する負荷は、従来の場合と同一で
あり、従ってループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれには、
従来の場合と同一の電流が流れることになる。

【００５７】そして、図２に示したように、ループコイ
ル３ａ乃至３ｄそれぞれの断面積は、ループコイル５１
の断面積より小さいから、ループコイル３ａ乃至３ｄそ
れぞれのインダクタンスが、従来のループコイル５１の
インダクタンスと同一になるように、ループコイル３ａ
乃至３ｄそれぞれの巻数を設定した場合には、その巻数
は、ループコイル５１の巻数より多くなる。

【００５８】従って、ループコイル３ａ乃至３ｄ全体を
１つのコイルとして見ると、その外周に流れる電流は、
従来の場合と同一であるが、その巻数は多くなったこと
になる。コイルから発生する磁界の強度は、その巻数に
比例するから、ループコイル３ａ乃至３ｄによる合成磁
界の強度は、ループコイル５１による磁界の強度より大
きくなることになる。

【００５９】一方、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれ
の巻数を、従来のループコイル５１の巻数と同一とした
場合には、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの断面積
は、ループコイル５１の断面積より小さいから、ループ
コイル３ａ乃至３ｄそれぞれのインダクタンスは、ルー
プコイル５１のインダクタンスより小さくなる。

【００６０】従って、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞ
れに流れる電流は、ループコイル５１に流れる電流より
大きくなり、ループコイル３ａ乃至３ｄ全体を１つのコ
イルとして見ると、その外周に流れる電流は、従来の場
合よりも大きくなる（但し、ループコイル３ａ乃至３ｄ
それぞれに流れる電流は、駆動回路２ａ乃至２ｄの能力
の範囲内とする）。コイルから発生する磁界の強度は、
そこに流れる電流に比例するから、ループコイル３ａ乃
至３ｄによる合成磁界の強度は、ループコイル５１によ
る磁界の強度より大きくなることになる。

【００６１】以上のように、駆動回路２ａ乃至２ｄの電
源電圧ＶＣＣが、従来の場合と同一であっても、磁界の
強度を向上させることができ、これによりＩＣカードと
の通信距離を延ばすことができる。

【００６２】次に、図３は、本発明のＩＣカードのリー
ダ／ライタの第２実施例の構成を示している。なお、図
中、図１における場合と対応する部分については、同一
の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、ル
ープコイル３ａ乃至３ｄと駆動回路２ａ乃至２ｄとの接
続点に、ループコイル３ａ乃至３ｄに対して並列に、コ
ンデンサ４ａ乃至４ｄが、それぞれ新たに設けられてい
る他は、図１のリーダ／ライタと同様に構成されてい
る。従って、このリーダ／ライタにおいては、ループコ
イル３ａ乃至３ｄとコンデンサ４ａ乃至４ｄとでそれぞ
れ構成される並列共振回路が、リーダ／ライタのアンテ
ナを形成している。

【００６３】なお、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデ
ンサ４ａ乃至４ｄとで構成されている並列共振回路それ
ぞれの共振周波数は、キャリア発生器１が発生するキャ
リアの周波数と同一とされている。

【００６４】よって、この場合、前述した図１６におけ
る場合と同様に、駆動回路２ａ乃至２ｄに対する負荷が
軽くなり、駆動回路２ａ乃至２ｄとしては、それほど大
きな電流を流すことができるものを用いずに済むので、
装置を大型化、高コスト化することなく（装置の大型
化、高コスト化を最小限に押さえて）、磁界の強度を向
上させることができ、これによりＩＣカードとの通信距
離を延ばすことができる。

【００６５】さらに、この場合、ループコイル３ａ乃至
３ｄそれぞれの断面積は、従来のループコイル５１の断
面積より小さく、また、対向するコイルどうしの相互誘
導による結合の強さは、その対向する面積に比例するか
ら、図１５に示したＩＣカードが接近しても、ループコ
イル３ａ乃至３ｄそれぞれと、ＩＣカードにおけるルー
プコイル４１との結合の強さは、従来の場合（図１３）
に比較して弱くなるので、ループコイル３ａ乃至３ｄと
コンデンサ４ａ乃至４ｄとで構成されている並列共振回
路それぞれの共振周波数は、それほどずれることはな
く、従って、ＩＣカードが接近することによる磁界の強
度の低下を防止することができる（低減することができ
る）。

【００６６】なお、ＩＣカードのループコイル５１と、
リーダ／ライタのループコイル３ａ乃至３ｄのうちのい
ずれかとが、結合が強くなるような形で対向しても、ル
ープコイル３ａ乃至３ｄのうちの他のものからの寄与に
より、磁界の強度の低下を防止することができる。

【００６７】次に、図４は、本発明のＩＣカードのリー
ダ／ライタの第３実施例の構成を示している。なお、図
中、図１における場合と対応する部分については、同一
の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、ル
ープコイル３ａ乃至３ｄと駆動回路２ａ乃至２ｄとの２
つの接続点のうちの一方に、ループコイル３ａ乃至３ｄ
に対して直列に、コンデンサ５ａ乃至５ｄが、それぞれ
新たに設けられている他は、図１のリーダ／ライタと同
様に構成されている。従って、このリーダ／ライタにお
いては、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ５ａ乃
至５ｄとでそれぞれ構成される直列共振回路が、リーダ
／ライタのアンテナを形成している。

【００６８】なお、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデ
ンサ５ａ乃至５ｄとで構成されている直列共振回路それ
ぞれの共振周波数は、キャリア発生器１が発生するキャ
リアの周波数と同一とされている。

【００６９】よって、この場合、前述した図１８におけ
る場合と同様に、駆動回路２ａ乃至２ｄの電源電圧ＶＣ
Ｃによる制限を受けず、さらに、従来の場合よりも磁界
の強度を向上させることができる。また、この場合も、
図３における場合と同様に、ＩＣカードが接近すること
による磁界の強度の低下を防止することができる。

【００７０】但し、この場合、前述した図１８における
場合と同様に、駆動回路２ａ乃至２ｄに対する負荷が重
くなるので、駆動回路２ａ乃至２ｄの能力の範囲内の電
流が流れるように、回路設計を行う必要がある。

【００７１】ここで、以上においては、ループコイル３
ａ乃至３ｄそれぞれに対し、１つの駆動回路、即ち駆動
回路２ａ乃至２ｄそれぞれを設けるようにしたが、駆動
回路が、複数のループコイルを駆動する能力を有する場
合には、ループコイルを駆動する駆動回路として、４つ
の駆動回路２ａ乃至２ｄを設けるのではなく、１または
２の駆動回路を設けて、リーダ／ライタを構成すること
が可能である。

【００７２】図５は、２つの駆動回路を設けてリーダ／
ライタを構成した場合（本発明のＩＣカードのリーダ／
ライタの第４実施例の構成）を示している。なお、図
中、図１における場合と対応する部分については、同一
の符号を付してある。

【００７３】駆動回路６ａ，６ｂは、駆動回路２ａ乃至
２ｄと同様に構成され、駆動回路６ａの出力端子は、ル
ープコイル３ａおよび３ｂの端子と並列に接続されてお
り、駆動回路６ｂの出力端子は、ループコイル３ｃおよ
び３ｄの端子と並列に接続されている。即ち、駆動回路
６ａまたは６ｂは、２つのループコイル３ａおよび３
ｂ、または３ｃおよび３ｄを、それぞれ駆動するように
なされている。

【００７４】従って、この場合、４つの駆動回路２ａ乃
至２ｄを設ける場合に比較して、装置の大型化、高コス
ト化を防止（低減）することができる。

【００７５】なお、同様にして、１つの駆動回路で、リ
ーダ／ライタを構成することも可能である。また、図５
は、図１のリーダ／ライタを、４つの駆動回路２ａ乃至
２ｄに代えて２つの駆動回路６ａおよび６ｂを設けて構
成した場合を示しているが、図３および図４、その他後
述するリーダ／ライタについても、同様に構成すること
が可能である。

【００７６】次に、図６は、本発明のＩＣカードのリー
ダ／ライタの第５実施例の構成を示している。なお、図
中、図１における場合と対応する部分については、同一
の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、検
波回路１１ａ乃至１１ｄ，ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄ、抵
抗Ｒa乃至Ｒd，Ｒ、オペアンプ１３、増幅器１４、およ
びコンパレータ１５が、新たに設けられている他は、図
１のリーダ／ライタと同様に構成されている。

【００７７】検波回路（例えば、ダイオードなどで構成
される）１１ａ乃至１１ｄは、駆動回路２ａ乃至２ｄと
ループコイル３ａ乃至３ｄとの接続点、即ちループコイ
ル３ａ乃至３ｄの端子にそれぞれ接続されており、ルー
プコイル３ａ乃至３ｄの端子に現れる信号を検波して、
ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄにそれぞれ出力するようになさ
れている。ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄは、検波回路１１ａ
乃至１１ｄから供給される検波信号のうちの、高域成分
をカットし、低域成分だけを、それぞれ抵抗Ｒa乃至Ｒd
を介して、オペアンプ１３の反転入力端子に供給するよ
うになされている。

【００７８】抵抗Ｒa乃至Ｒdの一端は、ＬＰＦ１２ａ乃
至１２ｄの出力端子にそれぞれ接続されており、また、
その他端は、オペアンプ１３の反転入力端子に接続され
ている。オペアンプ１３の非反転入力端子は接地されて
おり、また、その出力端子は、抵抗Ｒの一端と接続され
ている。抵抗Ｒの他端は、オペアンプ１３の反転入力端
子と接続されている。

【００７９】従って、オペアンプ１３、抵抗Ｒ、および
Ｒa乃至Ｒdは、加算器を構成しており、いま、ＬＰＦ１
２ａ乃至１２ｄの出力信号を、ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ
とそれぞれすると、オペアンプ１３からは、次式で表さ
れる出力Ｙが得られることになる。Ｙ＝−Ｒ×（ＳＡ／Ｒa＋ＳＢ／Ｒb＋ＳＣ／Ｒc＋ＳＤ
／Ｒd）

【００８０】オペアンプ１３の出力は、増幅器１４に供
給されるようになされている。増幅器１４は、オペアン
プ１３の出力を増幅して、コンパレータ１５に供給する
ようになされている。なお、オペアンプ１３では、ＬＰ
Ｆ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出力信号ＳＡ，ＳＢ，Ｓ
Ｃ，ＳＤが、その符号を反転して加算されるので、増幅
器１４においては、オペアンプ１３の出力信号を、その
符号を反転して増幅するようになされている。

【００８１】コンパレータ１５は、増幅器１４から供給
される信号を、所定の電圧と比較し、その大小によっ
て、増幅器１４の出力信号を２値化して、図６では図示
していないＣＰＵ５３（図１３）に供給するようになさ
れている。

【００８２】なお、以上の検波回路１１ａ乃至１１ｄ，
ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄ、抵抗Ｒa乃至Ｒd，Ｒ、オペア
ンプ１３、増幅器１４、およびコンパレータ１５で構成
される部分は、図１３の復調／変調回路のうちの復調を
行う復調回路に対応する部分である。

【００８３】図１４で説明した場合と同様に、ＩＣカー
ドから応答があった場合には、ループコイル３ａ乃至３
ｄそれぞれの端子間の電圧が変化するので、即ち駆動回
路２ａ乃至２ｄより出力されるキャリアの振幅、位相が
変化するので、これを、検波、復調することにより、Ｉ
Ｃカードからのデータを得ることができる。

【００８４】この場合、ループコイル３ａ乃至３ｄのう
ちのいずれかの端子間の電圧だけを検波、復調するよう
にしても良いが、上述したように、ループコイル３ａ乃
至３ｄそれぞれと、ＩＣカードにおけるループコイル５
１との結合は弱いため、ループコイル３ａ乃至３ｄのう
ちのいずれかの端子間の電圧だけによるときには、その
変化を、正確に検出することができないおそれがある。

【００８５】そこで、図６のリーダ／ライタでは、ルー
プコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの端子間の電圧を加算
し、その加算値にしたがって、データの復調を行うよう
になされている。

【００８６】即ち、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれ
の端子間に現れた信号は、検波回路１１ａ乃至１１ｄに
供給され、そこで検波される。そして、その結果得られ
た検波信号は、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄおよび抵抗Ｒa
乃至Ｒdをそれぞれ介して、オペアンプ１３に供給され
る。オペアンプ１３では、上述した式にしたがって、Ｌ
ＰＦ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出力信号ＳＡ，ＳＢ，
ＳＣ，ＳＤが加算され、その加算値が、増幅器１４を介
して、コンパレータ１５に出力される。コンパレータ１
５では、増幅器１４からの信号が復号、即ち２値化さ
れ、ＣＰＵ５３（図１３）に供給されて、その後、必要
なディジタル信号処理が施される。

【００８７】なお、ループコイル３ａ乃至３ｄの特性が
完全に同一である場合には、抵抗値Ｒa乃至Ｒdは同一、
即ちＲa＝Ｒb＝Ｒc＝Ｒd＝ＲXとされる。この場合、オ
ペアンプ１３の出力信号Ｙは、Ｙ＝−Ｒ／ＲX×（ＳＡ＋ＳＢ＋ＳＣ＋ＳＤ）となり、従って、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出
力信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、同一の重み付けで加
算される。

【００８８】また、ループコイル３ａ乃至３ｄの特性が
異なる場合には、抵抗値Ｒa乃至Ｒdは、その特性に対応
して決定される。この場合、オペアンプ１３では、ＬＰ
Ｆ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出力信号ＳＡ，ＳＢ，Ｓ
Ｃ，ＳＤは、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの特性
を同一に補正するような重みＲ／Ｒa，Ｒ／Ｒb，Ｒ／Ｒ
c，Ｒ／Ｒdがそれぞれかけられて加算される。なお、こ
のような重み付け加算は、駆動回路２ａ乃至２ｄの特性
が完全に同一でない場合にも適用することができる。

【００８９】この場合、データの誤り率を低減すること
ができる。

【００９０】なお、図６には、図１のリーダ／ライタ
に、検波回路１１ａ乃至１１ｄ，ＬＰＦ１２ａ乃至１２
ｄ、抵抗Ｒa乃至Ｒd，Ｒ、オペアンプ１３、増幅器１
４、およびコンパレータ１５で構成される復調回路を設
けた場合を示したが、この他、この復調回路は、図３、
図４、あるいは後述する図７のリーダ／ライタに設ける
ことも可能である。

【００９１】ところで、複数のループコイル３ａ乃至３
ｄに、図３や図４に示したようにコイル４ａ乃至４ｄや
５ａ乃至５ｄを設けて共振回路を構成した場合には、各
共振回路について、共振周波数の調整（共振周波数をキ
ャリアの周波数に一致させる調整）を行う（同調をと
る）必要が生じることとなり、装置の製造工程が煩雑化
する。

【００９２】そこで、図７は、本発明のＩＣカードのリ
ーダ／ライタの第６実施例の構成を示している。なお、
図中、図３における場合と対応する部分については、同
一の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、
コンデンサ４ａ乃至４ｄが削除され、コンデンサ２１ａ
乃至２１ｄ，２２ａ乃至２２ｄ、可変容量ダイオード
（バリキャップ）２３ａ乃至２３ｄ、抵抗２４ａ乃至２
４ｄ，２５ａ乃至２５ｄ、コンデンサ２６ａ乃至２６
ｄ、電圧源２７、可変抵抗２８が新たに設けられている
他は、図３のリーダ／ライタと同様に構成されている。

【００９３】ここで、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄ
は、逆バイアス電圧が印加されると、その容量が変化す
るもので、すべて同一特性を有し、図３におけるコンデ
ンサ４ａ乃至４ｄにそれぞれ代えて設けられているもの
である。従って、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄと、ル
ープコイル３ａ乃至３ｄとで並列共振回路がそれぞれ構
成されている。

【００９４】コンデンサ２１ａ乃至２１ｄは、電圧源２
７による直流電圧が可変抵抗２８で分圧されることによ
り流れる直流電流が、駆動回路２ａ乃至２ｄに流れ込ま
ないようにするためのもので、その一端は、駆動回路２
ａ乃至２ｄの出力端子の一方にそれぞれ接続されてお
り、その他端は、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄのカソ
ードにそれぞれ接続されている。コンデンサ２２ａ乃至
２２ｄも、コンデンサ２１ａ乃至２１ｄと同様に、直流
電流が、駆動回路２ａ乃至２ｄに流れ込まないようにす
るためのもので、その一端は、駆動回路２ａ乃至２ｄの
出力端子の他方にそれぞれ接続されており、その他端
は、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄのアノードにそれぞ
れ接続されている。

【００９５】バリキャップ２３ａ乃至２３ｄとコンデン
サ２１ａ乃至２１ｄとの接続点には、コンデンサ２６ａ
乃至２６ｄの一端がそれぞれ接続されている。なお、コ
ンデンサ２６ａ乃至２６ｄは、電圧源２７による直流電
圧を可変抵抗２８で分圧した電圧により電流がコイル３
ａ乃至３ｄに流れ込むのを防止するためのものである。

【００９６】コンデンサ２６ａ乃至２６ｄの他端には、
ループコイル３ａ乃至３ｄの一端がそれぞれ接続されて
おり、その他端は、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄとコ
ンデンサ２２ａ乃至２２ｄとの接続点とそれぞれ接続さ
れている。

【００９７】さらに、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄの
カソードは、抵抗２４ａ乃至２４ｄをそれぞれ介して、
可変抵抗２８の端子ｂと接続されており、また、そのア
ノードは、抵抗２５ａ乃至２５ｄをそれぞれ介して可変
抵抗２８の端子ｃと接続されている。なお、抵抗２４ａ
乃至２４ｄおよび２５ａ乃至２５ｄは、バリキャップ２
３ａ乃至２３ｄの保護のためのものである。

【００９８】可変抵抗２８は、端子ｂの位置を調整する
ことにより、端子ａｂ間および端子ｂｃ間の抵抗値が変
化するようになされており、その端子ａまたはｂは、電
圧源２７の＋または−端子にそれぞれ接続されている。

【００９９】従って、端子ａｃ間または端子ｂｃの抵抗
値を、それぞれＲacまたはＲbcとし、電圧源２７の電圧
をＥとした場合には、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄに
は、同一の逆バイアス電圧Ｅ×Ｒbc／Ｒacが印加され、
その容量は同一となる。

【０１００】よって、ループコイル３ａ乃至３ｄの特性
が同一であり、その配置関係が対称（ループコイル３ａ
乃至３ｄそれぞれに対する他のループコイルとの結合の
度合いが同一）であれば、端子ｂｃ間の抵抗値を調整す
るだけで、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄと、ループコ
イル３ａ乃至３ｄとでそれぞれ構成される並列共振回路
の共振周波数を、すべて同一の値とすることができる。
即ち、共振周波数の調整は、１度行えば済むことにな
る。

【０１０１】なお、図７においては、ループコイル３ａ
乃至３ｄにより並列共振回路が構成される場合について
説明したが、ループコイル３ａ乃至３ｄにより直列共振
回路が構成される場合についても同様にして、共振周波
数の調整を、１度で済ませるようにすることが可能であ
る。

【０１０２】また、図７において、復調回路への出力
は、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ２６ａ乃至
２６ｄとの接続点、およびループコイル３ａ乃至３ｄと
バリキャップ２３ａ乃至２３ｄのアノードとの接続点か
ら得るようにすれば良い。

【０１０３】次に、共振周波数の調整を、１度で済ませ
るようにするには、次のようにリーダ／ライタを構成す
るようにしても良い。即ち、図８は、本発明のＩＣカー
ドのリーダ／ライタの第７実施例の構成を示している。
なお、図中、図３または図６における場合と対応する部
分については、同一の符号を付してある。

【０１０４】このリーダ／ライタにおいては、ループコ
イル３ａ乃至３ｄ全体を囲むように、ループコイル３１
が配置され、その端子には、可変コンデンサ（半固定コ
ンデンサ）３２が並列に接続されている。ループコイル
３１および可変コンデンサ３２の接続点には、検波回路
１１ａ乃至１１ｄと同様に構成されている検波回路１１
が接続されており、その後段には、ＬＰＦ１２ａ乃至１
２ｄと同様に構成されているＬＰＦ１２、増幅器１４、
コンパレータ１５が順次接続されている。

【０１０５】なお、ループコイル３１は、ループコイル
３ａ乃至３ｄが形成されたプリント基板上、あるいはそ
のループコイル３ａ乃至３ｄが形成された面とは反対側
の面に、パターンとして形成することができる。

【０１０６】この場合、まず、ループコイル３ａ乃至３
ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄでそれぞれ構成される
４つの共振回路の共振周波数が、キャリアの周波数より
高い周波数となるようなキャパシタンスのコンデンサ４
ａ乃至４ｄを配置する。ここで、このループコイル３ａ
乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄのみで決まる共
振周波数を、設定共振周波数という。

【０１０７】図８においては、ループコイル３ａ乃至３
ｄ全体を囲むように、ループコイル３１が配置されてい
るから、ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４
ａ乃至４ｄでそれぞれ構成される４つの共振回路の共振
周波数は、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれと、ルー
プコイル３１との間で生じる相互誘導作用により、設定
共振周波数より下がることになる。

【０１０８】しかしながら、ループコイル３ａ乃至３ｄ
およびコンデンサ４ａ乃至４ｄでそれぞれ構成される４
つの共振回路、並びにループコイル３１および可変コン
デンサ３２で構成される並列共振回路の全体としての共
振周波数は、可変コンデンサ３２の容量を変えることに
より、キャリアの周波数に一致するように調整すること
ができる（例えば、設定共振周波数を２０ＭＨｚ程度と
し、キャリアの周波数を１３ＭＨｚ程度とした場合に
は、数１０ｐＦ程度の可変コンデンサ３２を用いること
で調整を行うことができる）。従って、この場合も、共
振周波数の調整を、１度で済ませることができる。

【０１０９】さらに、このリーダ／ライタにおいては、
ＩＣカードから応答があった場合には、ループコイル３
ａ乃至３ｄそれぞれの端子間の電圧が変化するが、その
変化は、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれと、ループ
コイル３１との間の相互誘導により、ループコイル３１
と可変コンデンサ３２との接続点間の電圧にも現れる。

【０１１０】従って、この電圧に対応して復調を行うこ
とで、ＩＣカードからのデータを得ることができる。即
ち、ループコイル３１と可変コンデンサ３２との接続点
間に現れる信号は、検波回路１１で検波され、ＬＰＦ１
２でフィルタリングされて、増幅器１４に供給される。
増幅器１４では、ＬＰＦ１２の出力が増幅され（但し、
図６で説明したような信号の符号の反転は行われな
い）、コンパレータ１５に供給される。コンパレータ１
５では、増幅器１４からの信号が２値化されて出力され
る。

【０１１１】よって、この場合、ループコイル３ａ乃至
３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄは、リーダ／ライタ
の送信アンテナを形成し、ループコイル３１および可変
コンデンサ３２は、リーダ／ライタの受信アンテナを形
成しているということができる。

【０１１２】この場合、図６に示したオペアンプ１３、
抵抗Ｒ、およびＲa乃至Ｒdでなる加算回路を設ける必要
がないので、装置を小型かつ低コストで構成することが
可能となる。

【０１１３】さらに、ＩＣカードにおける共振回路の共
振周波数の変化は、ループコイル３ａ乃至３ｄのような
小さなループコイルに比較して、ループコイル３１のよ
うな大きなループコイルの方が、感度良く検出すること
ができるので、データの誤り率を低減することができ
る。

【０１１４】また、ループコイル３１の断面積は大き
く、従ってＩＣカードが接近した場合に、このループコ
イル３１および可変コンデンサ３２でなる共振回路のみ
に注目したときには、その共振周波数は比較的大きくず
れることになるが、図８における場合には、ループコイ
ル３ａ乃至３ｄによる寄与により、ループコイル３ａ乃
至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄでそれぞれ構成さ
れる４つの共振回路、並びにループコイル３１および可
変コンデンサ３２で構成される並列共振回路の全体とし
ての共振周波数の、ＩＣカードが接近することによる変
化量（変動）が抑えられ、よって、ＩＣカードが接近す
ることによる磁界の強度の低下も軽減することができ
る。

【０１１５】なお、図８においては、ループコイル３ａ
乃至３ｄにより並列共振回路が構成される場合について
説明したが、ループコイル３ａ乃至３ｄにより直列共振
回路が構成される場合についても同様にしてリーダ／ラ
イタを構成することが可能である。

【０１１６】また、以上においては、リーダ／ライタを
構成する同一形状の複数のループコイルを、従来のルー
プコイル５１の断面形状である長方形（正方形を含む）
の縦および横を２等分するように配置するようにした
が、この他、複数のループコイルは、所定の長方形（例
えば、ループコイル５１の断面形状である長方形など）
を、その重心を通る線分で等分するように配置すること
が可能である。即ち、複数のループコイルは、例えば図
９（ａ）に示すように、所定の長方形を、その２つの対
角線で分割した４つの三角形状のコイルとして配置する
ことなどが可能である。

【０１１７】さらに、複数のループコイルは、長方形の
縦または横を３等分以上するように配置することも可能
である。即ち、複数のループコイルは、例えば図９
（ｂ）に示すように、長方形の縦を２等分するととも
に、横を３等分するように配置したり、あるいは、例え
ば図９（ｃ）に示すように、長方形の縦を３等分すると
ともに、横を２等分するように配置することなどが可能
である。また、複数のループコイルは、例えば図９
（ｄ）に示すように、長方形の縦および横をともに３等
分するように配置することなども可能である。さらに、
複数のループコイルは、例えば図９（ｅ）や図９（ｆ）
に示すように、長方形の縦または横のうちのいずれか一
方を２等分（以上）するように配置することなども可能
である。

【０１１８】また、複数のループコイルは、例えば図９
（ｇ）に示すように、所定の長方形を、その２つの対角
線並びに縦および横を２等分する線で分割した８つの三
角形状のコイルとして配置することなどが可能である。

【０１１９】さらに、複数のループコイルは、所定の円
を、中心を通る線分で等分するように配置することが可
能である。即ち、複数のループコイルは、例えば図９
（ｈ）に示すように、円を、その中心を通る線分で４等
分した４つの扇形形状のコイルとして配置することなど
が可能である。

【０１２０】また、複数のループコイルは、その他、正
多角形、あるいは任意の多角形を、例えばその重心を通
る線分で等分するようなコイルとして配置することも可
能である。

【０１２１】さらに、上述の場合には、複数のループコ
イルの形状を同一形状とするようにしたが、複数のルー
プコイルの形状は同一でなくても良い。但し、複数のル
ープコイルの形状が同一でない場合（例えば、図９
（ｂ）乃至図９（ｄ）に示すように、各ループコイルか
ら見た、そのループコイルに隣接するループコイルが同
一でない場合も同様）には、各ループコイルが他のルー
プコイルから受ける影響が異なるので、設計が困難にな
るため、複数のループコイルの形状は同一である方が好
ましい（各ループコイルから見た、そのループコイルに
隣接するループコイルが同一である方が好ましい）。

【０１２２】次に、図１０は、本発明のＩＣカードのリ
ーダ／ライタの第８実施例の構成を示している。なお、
図中、図１４における場合と対応する部分については、
同一の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタ
は、ループコイル５１に代えて、１次側ループコイルＬ
1（Ｌ1は、１次側ループコイルＬ1のインダクタンスも
表す）、２次側ループコイルＬ2（Ｌ2は、２次側ループ
コイルＬ2のインダクタンスも表す）、およびコンデン
サＣ（Ｃは、コンデンサＣのキャパシタンスも表す）が
設けられている他は、図１４のリーダ／ライタと同様に
構成されている。このリーダ／ライタでは、１次側ルー
プコイルＬ1および２次側ループコイルＬ2、並びにコン
デンサＣによってリーダ／ライタのアンテナが形成され
ている。

【０１２３】１次側ループコイルＬ1の端子は、駆動回
路２の出力端子と接続され、従って１次側ループコイル
Ｌ2には、駆動回路２からキャリア（振幅変調波、ある
いは無変調波）に対応した電圧が印加されるようになさ
れている。２次側ループコイルＬ2は、１次側ループコ
イルＬ1と相互誘導を生じる位置に配置されており、そ
の端子には、コンデンサＣが接続されている。そして、
２次側ループコイルＬ2の巻数ｎ2は、１次側ループコイ
ルＬ1の巻数ｎ1より多くされている。図１０では、例え
ばｎ1＝２，ｎ2＝４とされている。

【０１２４】なお、図１０においては、１次側ループコ
イルＬ1および２次側ループコイルＬ2は、長方形状に構
成されているが、その形状は、長方形状に限定されるも
のではなく、例えば円形状、三角形状、その他であって
も良い。

【０１２５】１次側ループコイルＬ1と２次側ループコ
イルＬ2とは、その断面が対向するように、あるいは一
致するように配置されている。即ち、例えば図１０にお
いては、１次側ループコイルＬ1は、プリント基板上に
パターン（プリントパターン）として形成されており、
２次側ループコイルＬ2は、１次側ループコイルＬ1が形
成されている面と同一の面、あるいはその面とは反対側
の面にパターンとして形成される。

【０１２６】従って、１次側ループコイルＬ1と２次側
ループコイルＬ2とは、磁気的に密に結合しており、ト
ランスを形成している。

【０１２７】図１１は、図１０のリーダ／ライタの等価
回路を示している。１次側ループコイルＬ1および２次
側ループコイルＬ2の巻線の方向は、同図に示すよう
に、電流Ｉ1が１次側ループコイルＬ1に流れたときに、
相互誘導により、２次側ループコイルＬ2に電流Ｉ2が流
れるようになされている。

【０１２８】いま、１次側ループコイルＬ1および２次
側ループコイルＬ2の相互インダクタンスをＭとすると
ともに、１次側コイルＬ1の端子間の電圧、即ち駆動回
路２の出力電圧をＶとし、さらに駆動回路２の出力電圧
がＶのときに、１次側コイルＬ1に流れる電流をＩ1とす
るとともに、そのときに相互誘導により２次側コイルＬ
2に流れる電流をＩ2とし、１次側ループコイルＬ1でな
る回路と、２次側ループコイルＬ2およびコンデンサＣ
でなる回路にキルヒホッフの法則を適用すると、次式が
成立する。

【０１２９】ｊωＬ1Ｉ1＋ｊωＭＩ2＝ＶｊωＭＩ1＋（ｊωＬ2＋１／（ｊωＣ））Ｉ2＝０・・・（１）但し、ｊは虚数単位（√（−１））である。また、ωは
キャリアの角周波数であり、２次側ループコイルＬ2と
コンデンサＣとでなる共振回路の共振角周波数は、この
ωに等しい値とされている。

【０１３０】ここで、２次側ループコイルＬ2とコンデ
ンサＣとでなる共振回路の共振条件を考えると、この共
振回路が共振するのは、誘導リアクタンスと容量リアク
タンスとが相殺しあうときであるから、式 ωＬ2＝１／（ωＣ）即ち、式 ω²Ｌ2Ｃ＝１・・・（２）が成立するときとなる。

【０１３１】式（１）および（２）から、共振時に１次
側ループコイルＬ1または２次側ループコイルＬ2それぞ
れに流れる電流Ｉ1またはＩ2は、次のようになる。Ｉ1＝０Ｉ2＝−Ｖ／（ｊωＭ）・・・（３）

【０１３２】式（３）より、共振時には、１次側ループ
コイルＬ1に電流は流れず、２次側ループコイルＬ2のみ
に電流が流れることになる。

【０１３３】ところで、上述したように、１次側ループ
コイルＬ1および２次側ループコイルＬ2が密に結合して
いる場合、それらの相互インダクタンスＭは、次式で表
される。Ｍ＝Ｌ2×ｎ1／ｎ2 ・・・（４）

【０１３４】従って、式（４）を、式（３）に代入し
て、共振時に２次側ループコイルＬ2に流れる電流Ｉ2を
求めると、それは次式で示すようになる。Ｉ2＝−Ｖ／（ｊωＬ2）×ｎ2／ｎ1 ・・・（５）

【０１３５】一方、２次側ループコイルＬ2を駆動回路
２に直接接続した場合に流れる電流Ｉを考えてみると、
それは次式で示すようになる。Ｉ＝Ｖ／（ｊωＬ2）・・・（６）

【０１３６】式（５）および（６）から、図１０（図１
１）に示す場合においては、２次側ループコイルＬ2に
は、それを駆動回路２に直接接続した場合に比較して、
２次側ループコイルＬ2と１次側ループコイルＬ1との巻
数比倍、即ちｎ2／ｎ1倍の電流が流れることになる。

【０１３７】ループコイルから発生する磁界の強度は、
そこに流れる電流に比例するから、図１０（図１１）に
示す場合においては、２次側ループコイルＬ2からは、
それを駆動回路２に直接接続した場合に比較して、ｎ2
／ｎ1倍の強度の磁界が発生することになる。即ち、図
１０に示した場合においては、上述したように、ｎ1＝
２，ｎ2＝４としたので、２（＝４／２）倍の強度の磁
界が発生することになる。

【０１３８】以上のように、１次側ループコイルＬ1お
よび２次側ループコイルＬ2でトランスを構成し、さら
に２次側ループコイルＬ2にコンデンサＣを接続して共
振回路を構成することで、２次側ループコイルＬ2と１
次側ループコイルＬ1との巻数比ｎ2／ｎ1倍の強度の磁
界を発生させることができる。その結果、ＩＣカードと
の通信距離を延ばすことができる。

【０１３９】さらに、この場合、１次側ループコイルＬ
1には電流が流れないので、駆動回路２に対する負荷は
軽くなるから、駆動回路２は、それほど大きな出力電流
を流すことができるように構成する必要はない。

【０１４０】なお、以上においては、１次側ループコイ
ルＬ1の巻数ｎ1を２とするとともに、２次側ループコイ
ルＬ2の巻数ｎ2を４としたが、１次側ループコイルＬ1
の巻数ｎ1および２次側ループコイルＬ2の巻数ｎ2は、
これに限定されるものではない。但し、発生する磁界の
強度を向上させるには、２次側ループコイルＬ2の巻数
ｎ2は、１次側ループコイルＬ1の巻数ｎ1より多くする
必要がある。

【０１４１】また、図１１に示した等価回路において
は、例えば１次側ループコイルＬ1および２次側ループ
コイルＬ2、並びにコンデンサＣの損失分などを考慮し
ていないため、式（１）乃至（６）は、実際の場合と完
全には一致しないが、その相違は微小なものであり、従
って、実際の場合とほぼ一致すると考えることができ
る。

【０１４２】次に、図１２は、図１０（図１１）のリー
ダ／ライタに、ＩＣカードからのデータを復調する部分
を付加した場合を示している。なお、図中、図８または
図１０（図１１）における場合と対応する部分について
は、同一の符号を付してある。

【０１４３】このリーダ／ライタにおいては、２次側ル
ープコイルＬ2とコンデンサＣとの接続点に、検波回路
１１が接続され、従って２次側ループコイルＬ2とコン
デンサＣとの接続点の電圧に対応して、ＩＣカードから
のデータの復調が行われるようになされている。

【０１４４】即ち、図１４で説明した場合と同様に、Ｉ
Ｃカードから応答があった場合には、１次側ループコイ
ルＬ1および２次側ループコイルＬ2のいずれの端子間の
電圧（キャリアの振幅、位相）も変化するので、これ
を、検波、復調することにより、ＩＣカードからのデー
タを得ることができる。

【０１４５】この場合、１次側ループコイルＬ1または
２次側ループコイルＬ2のうちのいずれの端子間の電圧
を検波、復調するようにしても良いが、式（３）および
（５）に示したように、１次側ループコイルＬ1には電
流が流れず（但し、実際には、多少は流れる）、２次側
ループコイルＬ2には、それを駆動回路２に直接接続し
た場合のｎ2／ｎ1倍の電流が流れる。即ち、２次側ルー
プコイルＬ2には、１次側ループコイルＬ1に比較して、
大きな電流が流れる。

【０１４６】従って、ＩＣカードから応答があった場合
における、１次側ループコイルＬ1と２次側ループコイ
ルＬ2の端子間の電圧の変化は、２次側ループコイルＬ2
の方が大きいので、２次側ループコイルＬ2の端子間の
電圧に対応して復調を行う方が、１次側ループコイルＬ
1の端子間の電圧を用いる場合に比較して、より誤りの
ない復調を行うことができる。

【０１４７】そこで、図１２に示した場合においては、
上述したように、２次側ループコイルＬ2とコンデンサ
Ｃとの接続点の電圧に対応して、ＩＣカードからのデー
タの復調が行われる。

【０１４８】なお、図１、図３乃至図８、および図９に
示したリーダ／ライタの複数のアンテナ（送信アンテナ
と受信アンテナとが別々の場合（例えば、図８に示した
場合）には、送信アンテナ）それぞれは、図１０に示し
たように１次側ループコイルＬ1および２次側ループコ
イルＬ2、並びにコンデンサＣでなるアンテナ（以下、
トランス型アンテナという）で構成することが可能であ
る。実験では、図８に示したリーダ／ライタを、ループ
コイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄで構
成される４つのアンテナそれぞれに代えて、図１０に示
した４つのトランス型アンテナを用いた場合が、特に良
好な結果が得られた。

【０１４９】以上、本発明のリーダ／ライタについて説
明したが、本発明は、例えば自動改札システムや、部屋
への入出力を管理するシステム（セキュリティシステ
ム）、スキー場におけるリフト乗り場における入場者を
管理するシステムその他に適用可能である。

【０１５０】

【発明の効果】以上の如く、本発明の第１のＩＣカード
のリーダ／ライタによれば、所定の電源電圧の下で、磁
界の強度を向上させることができるので、ＩＣカードと
の通信距離を延ばすことができる。さらに、ＩＣカード
が接近しても、磁界の強度が大きく低下することを防止
することができる。

【０１５１】また、本発明の第２のＩＣカードのリーダ
／ライタによれば、やはり、所定の電源電圧の下で、磁
界の強度を向上させることができるので、ＩＣカードと
の通信距離を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第１実
施例の構成を示す図である。

【図２】図１の実施例におけるアンテナ（ループアンテ
ナ）の構成を示す平面図である。

【図３】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第２実
施例の構成を示す図である。

【図４】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第３実
施例の構成を示す図である。

【図５】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第４実
施例の構成を示す図である。

【図６】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第５実
施例の構成を示す図である。

【図７】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第６実
施例の構成を示す図である。

【図８】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第７実
施例の構成を示す図である。

【図９】アンテナ（ループアンテナ）の構成例を示す平
面図である。

【図１０】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第８
実施例の構成を示す図である。

【図１１】図１０の実施例の等価回路を示す図である。

【図１２】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第９
実施例の構成を示す図である。

【図１３】従来の非接触カードシステムの構成例を示す
図である。

【図１４】図１３におけるリーダ／ライタの詳細構成例
を示す図である。

【図１５】図１３におけるＩＣカードの詳細構成例を示
す図である。

【図１６】従来のリーダ／ライタの一例の構成を示す図
である。

【図１７】並列共振回路のインピーダンスと周波数との
関係を示す図である。

【図１８】従来のリーダ／ライタの他の構成例を示す図
である。

【符号の説明】

１キャリア発生器２，２ａ乃至２ｄ駆動回路３ａ乃至３ｄループコイル４ａ乃至４ｄ，５ａ乃至５ｄコンデンサ６ａ，６ｂ駆動回路１１，１１ａ乃至１１ｄ検波回路１２，１２ａ乃至１２ｄＬＰＦ（ローパスフィルタ）１３オペアンプ１４増幅器１５コンパレータ２１ａ乃至２１ｄ，２２ａ乃至２２ｄコンデンサ２３ａ乃至２３ｄ可変容量ダイオード（バリキャッ
プ）２４ａ乃至２４ｄ，２５ａ乃至２５ｄ抵抗２６ａ乃至２６ｄコンデンサ２７電圧源２８可変抵抗３１ループコイル３２可変コンデンサ４１ループコイル４２ＩＣ４３レギュレータ４４，４５コンデンサ４６スイッチ５１ループコイル５２変調／復調回路５３ＣＰＵ６１，７１コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界を発生することによって、ＩＣカー
ドとの通信を、非接触で行うＩＣカードのリーダ／ライ
タであって、前記磁界を発生する、同一平面上に配置された複数のル
ープアンテナと、前記複数のループアンテナに電圧を印加する印加手段と
を備えることを特徴とするＩＣカードのリーダ／ライ
タ。
【請求項２】前記複数のループアンテナは、同一形状
のコイルでなることを特徴とする請求項１に記載のＩＣ
カードのリーダ／ライタ。
【請求項３】前記複数のループアンテナは、所定の長
方形を、その縦または横方向に等分するように配置され
ていることを特徴とする請求項２に記載のＩＣカードの
リーダ／ライタ。
【請求項４】前記複数のループアンテナは、所定の長
方形を、その重心を通る線分で等分するように配置され
ていることを特徴とする請求項２に記載のＩＣカードの
リーダ／ライタ。
【請求項５】前記複数のループアンテナは、所定の円
を、その中心を通る線分で等分するように配置されてい
ることを特徴とする請求項２に記載のＩＣカードのリー
ダ／ライタ。
【請求項６】前記複数のループアンテナそれぞれの端
子電圧を検波したものを加算する加算手段と、前記加算手段の出力を復調する復調手段とをさらに備え
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかにＩＣカ
ードのリーダ／ライタ。
【請求項７】前記加算手段は、前記複数のループアン
テナそれぞれの特性が異なる場合、その特性に対応し
て、前記複数のループアンテナの端子電圧を検波したも
のそれぞれに重み付けをして加算することを特徴とする
請求項６に記載のＩＣカードのリーダ／ライタ。
【請求項８】前記複数のループアンテナそれぞれは、
コイルおよびコンデンサを含み、共振回路を構成してお
り、前記共振回路の共振周波数が、前記印加手段が印加する
電圧の周波数に一致するように調整する調整手段をさら
に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
記載のＩＣカードのリーダ／ライタ。
【請求項９】前記複数のループアンテナそれぞれは、
１次コイルと、その１次コイルと相互誘導を生じる２次
コイルと、その２次コイルに接続されたコンデンサとで
構成され、前記２次コイルの巻数は、前記１次コイルの巻数より多
いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
ＩＣカードのリーダ／ライタ。
【請求項１０】前記印加手段は、前記１次コイルに電
圧を印加し、前記複数のループアンテナそれぞれを構成する前記２次
コイルとコンデンサとの接続点の電圧を検波したものを
加算する加算手段と、前記加算手段の出力を復調する復調手段とを備えること
を特徴とする請求項９にＩＣカードのリーダ／ライタ。
【請求項１１】前記加算手段は、前記複数のループア
ンテナそれぞれの特性が異なる場合、その特性に対応し
て、前記２次コイルとコンデンサとの接続点の電圧を検
波したものそれぞれに重み付けをして加算することを特
徴とする請求項１０に記載のＩＣカードのリーダ／ライ
タ。
【請求項１２】前記２次コイルと、その２次コイルに
接続された前記コンデンサとは、共振回路を構成してお
り、前記共振回路の共振周波数が、前記印加手段が印加する
電圧の周波数に一致するように調整する調整手段をさら
に備えることを特徴とする請求項９に記載のＩＣカード
のリーダ／ライタ。
【請求項１３】前記調整手段は、前記複数のループア
ンテナ全体を囲むコイルである大コイルと、その大コイ
ルと接続された可変コンデンサとでなることを特徴とす
る請求項８または１２に記載のＩＣカードのリーダ／ラ
イタ。
【請求項１４】前記大コイルおよび可変コンデンサの
接続点の電圧に対応して、復調を行う復調手段をさらに
備えることを特徴とする請求項１３に記載のＩＣカード
のリーダ／ライタ。
【請求項１５】磁界を発生することによって、ＩＣカ
ードとの通信を、非接触で行うＩＣカードのリーダ／ラ
イタであって、前記磁界を発生するループアンテナと、前記ループアンテナに電圧を印加する印加手段とを備
え、前記ループアンテナは、１次コイルと、前記１次コイルと相互誘導を生じる２次コイルと、前記２次コイルに接続されたコンデンサとを有し、前記２次コイルの巻数は、前記１次コイルの巻数より多
いことを特徴とするＩＣカードのリーダ／ライタ。
【請求項１６】前記印加手段は、前記１次コイルに電
圧を印加し、前記２次コイルとコンデンサとの接続点の電圧に対応し
て、復調を行う復調手段をさらに備えることを特徴とす
る請求項１５に記載のＩＣカードのリーダ／ライタ。