JPWO2005027034A1 - 非接触ｉｃシステム及び携帯端末 - Google Patents

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Abstract

非接触ＩＣシステム１は、携帯電話１００の筐体内に搭載され、アンテナコイル１１、アンテナコイル１１で受けた電波により電力と通信情報を受けるＩＣモジュール１２、システム全体の制御を行うとともにＩＣモジュール１２の駆動電源を制御する中央演算処理器１３、駆動電源をＩＣモジュール１２に供給するレギュレータ１４、アンテナコイル１１を介して供給される電力を検出する電圧検出回路１５、バッテリ１６、バス１７、及びスイッチ１８を備え、中央演算処理器１３は、アンテナコイル１１を介して供給される電力の検出結果及びＩＣモジュール１２の通信状態に応じてＩＣモジュール１２の駆動電源を制御する。これにより、電波を介した電磁誘導による電力供給が微弱あるいは不安定であっても安定した通信を行える非接触ＩＣシステム及び携帯端末を提供する。

Description

本発明は、電磁波を媒体としてデータの送受信を行う非接触ＩＣシステム及び携帯端末に関し、特に、携帯電話などの端末に非接触ＩＣモジュールを搭載した非接触ＩＣシステムに関する。
ＩＣモジュールを搭載したＩＣカードは、磁気カードに比較して格段に高いセキュリティを実現できることから、近年、急速に普及しつつある。特に、電波を介した電磁誘導等によるデータ伝送を用いた非接触型ＩＣカードは、ＩＣモジュールが露出していないため、塵埃の多い環境下でも、高信頼性を保ちながら、動作する利点がある。
非接触ＩＣカードはＩＣカードリーダ・ライタにより発せられる電波をアンテナコイルによる電磁誘導で電力供給に利用し動作するものである。非接触ＩＣカードは、電波という媒体を介して電力供給を受ける関係で常時安定な電力を受けられるとは限らない。安定した電力供給を図るために二次電池あるいはコンデンサやバッテリなどの外部電源を装備する非接触ＩＣカード又は非接触ＩＣシステムがすでに提案されている。
非接触ＩＣカードへの電源の供給に関しては、例えば特開２０００−９０２２０号公報には二次電池あるいはコンデンサとアンテナコイルを介して供給される電力を受けて二次電池あるいはコンデンサに充電する充電回路とを備えた非接触ＩＣカードが開示されている。また、特開２００３−３６４２７号公報にはアンテナコイルを介して供給される電力とバッテリなどの外部電源をシームレスに切替えできる半導体集積回路が開示されている。
しかしながらこのような従来の非接触ＩＣカードにあっては、以下のような問題点があった。
二次電池あるいはコンデンサを充電するシステムを備えた非接触ＩＣシステムを微弱あるいは不安定な電波のもとで安定動作させるためには、二次電池又はコンデンサが充電されている必要がある。バッテリなどの外部電源から常時電力供給することで常時安定動作させることは可能であるがバッテリの電力消費が増大する。また、アンテナコイルを介して供給される電力とバッテリなどの外部電源からの電力をシームレスに切替える半導体集積回路が提案されているが携帯電話などの携帯端末で非接触ＩＣシステムの電源制御を行う具体的な実現手段は明らかにされていない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、電波を介した電磁誘導による電力供給が微弱あるいは不安定であっても安定した通信を行える非接触ＩＣシステム及び携帯端末を提供することを目的とする。
本発明のＩＣカードシステムは、アンテナコイルと、ＩＣモジュールと、バッテリとを有し、前記アンテナコイルで受けた電波により電力と通信情報を受ける非接触ＩＣシステムであって、前記アンテナコイルを介して供給される電力を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段の検出結果に基づいて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
本発明のＩＣカードシステムは、アンテナコイルと、ＩＣモジュールと、バッテリとを有し、前記アンテナコイルで受けた電波により電力と通信情報を受ける非接触ＩＣシステムであって、前記ＩＣモジュールに通電するためのスイッチと、前記スイッチの状態変化に応じて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
さらに、より好ましくは、前記ＩＣモジュールの通信状態を検出する通信状態検出手段を備え、前記制御手段は、前記通信状態検出手段の検出結果に基づいて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御する。
さらに、前記ＩＣモジュールに通電するためのスイッチを備え、前記制御手段は、前記スイッチの状態変化に応じて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御するものであってもよい。
また、前記アンテナコイル及び前記ＩＣモジュールからなるインタフェースと、前記インタフェースからの情報により各種制御を行う中央演算処理器とを備え、前記中央演算処理器は、前記制御手段の駆動電源制御を実行するものであってもよい。
前記バッテリは、前記ＩＣモジュールに所定の駆動電源を供給するレギュレータを備えることが好ましい。
また、より好ましい具体的な態様として、前記ＩＣモジュールは、ＩＣカードリーダ・ライタとの間で電磁波を媒体として電力と通信情報を受けるものである。
また、本発明の携帯端末は、非接触ＩＣモジュールを搭載した携帯端末において、前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の非接触ＩＣシステムを備えることを特徴としている。
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る非接触ＩＣシステムが適用される携帯端末の構成を示す正面図であり、図１Ｂは、本非接触ＩＣシステムが適用される携帯端末の構成を示す背面図である。 図２は、本非接触ＩＣシステムの構成を示すブロック図である。 図３は、本非接触ＩＣシステムの電源制御動作を示す制御シーケンス図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態に係る非接触ＩＣシステムの電源制御動作を示す制御シーケンス図である。
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
第１の実施の形態
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る非接触ＩＣシステムが適用される携帯端末の構成を示す正面図、図１Ｂはその背面図である。非接触ＩＣモジュールを搭載した携帯電話などの通信端末に適用した例である。
図１Ａ，図１Ｂにおいて、１００は携帯電話（携帯端末）であり、１は携帯電話１００に内蔵された非接触ＩＣシステムを示す。
通常の非接触ＩＣカードは、二次電池やバッテリなどの外部電源を持たず、アンテナコイルを介した電磁誘導による電力をＩＣモジュールの駆動電源として使用する。これに対して、本非接触ＩＣシステム１は、携帯電話１００のバッテリによる電力を駆動電源として使用し、電磁誘導による電力は主にＩＣモジュールの電源制御の判定材料として使用する。
図２は、上記非接触ＩＣシステム１の構成を示すブロック図である。
図２において、１は非接触ＩＣシステム、２はＩＣカードリーダ・ライタである。
非接触ＩＣシステム１は、アンテナコイル１１、アンテナコイル１１で受けた電波により電力と通信情報を受けるＩＣモジュール１２、システム全体の制御を行うとともにＩＣモジュール１２の駆動電源を制御する中央演算処理器１３（制御手段，通信状態検出手段）、バッテリ１６に接続されＩＣモジュール１２に所定の駆動電源を供給するレギュレータ１４、アンテナコイル１１を介して供給される電力を検出する電圧検出回路１５（電力検出手段）、二次電池等からなるバッテリ１６、バス１７、及びスイッチ１８を備えて構成される。また、ＩＣモジュール１２は、制御回路２１、電源回路２２、及び通信回路２３を備えて構成される。
中央演算処理器１３は、ＣＰＵと該ＣＰＵにより実行されるプログラムやデータを記憶するＲＯＭ・ＲＡＭ・ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等からなるマイクロコンピュータにより構成され、アンテナコイル１１を介して供給される電力の検出結果及びＩＣモジュール１２の通信状態に応じてＩＣモジュール１２の駆動電源を制御する。中央演算処理器１３は、非接触ＩＣシステム１における各種制御を実行するシステム専用の中央演算処理器として構成されていてもよいが、携帯電話のＣＰＵ等からなる制御部が、駆動電源制御プログラムとして兼用・実行する態様でもよい。また、プロセッサ等を用いずにタイマによるシーケンシャル制御を行う電子回路でもよい。
スイッチ１８は、プッシュボタンのような物理的なスイッチ、及び／又は携帯電話１００のメニューあるいはオプション設定のようなソフトウェア的なスイッチで構成する。
非接触ＩＣシステム１は、ＩＣモジュール１２、中央演算処理器１３、レギュレータ１４、電圧検出回路１５及びスイッチ１８が、相互にバス１７を介して接続されている。
また、アンテナコイル１１とＩＣモジュール１２は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）を形成し、中央演算処理器１３は、このインタフェースからの情報により各種制御を行うとともに、後述する駆動電源制御を実行する。
以下、上述のように構成された非接触ＩＣシステムの動作を説明する。まず、非接触ＩＣシステム１とＩＣカードリーダ・ライタ２との間の電力検出動作について簡単に説明する。
ＩＣカードリーダ・ライタ２によって発せられた電波は、アンテナコイル１１を介してＩＣモジュール１２に到達する。この時、アンテナコイル１１の電磁誘導によってＩＣモジュール１２の電磁誘導起電圧が上昇し、電圧検出回路１５は、この電磁誘導起電圧上昇による電圧変動を検出する。電圧検出回路１５により検出された電圧変動は、バス１７を介して中央演算処理器１３に通知される。電圧検出回路１５は、電磁誘導による電力を検出する検出手段を構成する。
また、ＩＣカードリーダ・ライタ２によって発せられた電波は、アンテナコイル１１を介してＩＣモジュール１２に到達する。この電波に通信波が含まれているとき、ＩＣモジュール１２は、アンテナコイル１１を介してＩＣカードリーダ・ライタ２と通信を行う。ＩＣモジュール１２が検出した通信開始又は通信終了信号は、バス１７を介して中央演算処理器１３に通知される。このようにして、ＩＣモジュール１２の通信状態が検出される。
中央演算処理器１３は、上記検出結果に応じてバス１７を介してレギュレータ１４を制御し、ＩＣモジュール１２への駆動電源ＯＮ／ＯＦＦを行う。中央演算処理器１３は、ＩＣモジュール１２の駆動電源を制御する手段を構成する。
図３は、非接触ＩＣシステム１の電源制御動作を示す制御シーケンス図である。
まず、アンテナコイル１１に微弱な電力搬送波が検出される。ほどなくアンテナコイル１１で電磁誘導が発生する。電磁誘導による交流は、ＩＣモジュール１２内の電源回路２２で整流され、電磁誘導起電圧として電圧検出回路１５へ出力される。電圧検出回路１５は、電圧変動を検出して中央演算処理器１３に通知する。中央演算処理器１３は、ＩＣモジュール１２への電源供給の準備としてタイマを始動させる（ステップ２０１）。その後、レギュレータ１４を制御してＩＣモジュール１２への電源供給を開始する（ステップ２０２）。
ＩＣモジュール１２は、電源供給を受けた後、ＩＣカードリーダ・ライタ２と通信を開始する。ＩＣモジュール１２では、通信開始を中央演算処理器１３に通知する。中央演算処理器１３は、通信開始を受けてタイマの設定時間をリセットする（ステップ２０３）。ＩＣモジュール１２は、ＩＣカードリーダ・ライタ２との通信が終了した時点で通信終了を中央演算処理器１３に通知する。中央演算処理器１３は、通信終了を受けてタイマの設定時間をリセットする（ステップ２０４）。
タイマがタイムアウトした時点で中央演算処理器１３はタイマを停止させる（ステップ２０５）。中央演算処理器１３は、タイマのタイムアウトを受けてレギュレータ１４を制御してＩＣモジュール１２への電源供給を終了する（ステップ２０６）。タイマは電源供給終了と電力搬送波の誤検出と通信異常と通信終了直後の通信再開を処理するために使用するものである。あるいは、電力が検出されなくなると、ある時間経過後又は直後に自動的に電力供給が停止されるようにしてもよい。
上記ステップ２０１の後、一定時間経ってもＩＣモジュール１２から通信開始の通知が無い場合には、電力搬送波の誤検出としてステップ２０５が実行され、ＩＣモジュール１２へ電源供給を終了する。また、上記ステップ２０３の後、一定時間経ってもＩＣモジュール１２から通信終了の通知が無い場合は通信異常としてステップ２０５が実行され、ＩＣモジュール１２へ電源供給を終了する。
ステップ２０４の後は通信が再開される可能性を考慮して一定時間通信状態を監視する。また、ステップ２０６でＩＣモジュール１２への電源供給を終了した直後に電圧検出回路１５が電圧変動を検出しないように一定時間電圧変動検出を無視する。ステップ２０１、ステップ２０３、ステップ２０４で設定するタイマの設定時間はそれぞれ適当に設定する。
以上説明したように、本実施の形態に係る非接触ＩＣシステム１は、携帯電話１００の筐体内に搭載され、アンテナコイル１１、アンテナコイル１１で受けた電波により電力と通信情報を受けるＩＣモジュール１２、システム全体の制御を行うとともにＩＣモジュール１２の駆動電源を制御する中央演算処理器１３、駆動電源をＩＣモジュール１２に供給するレギュレータ１４、アンテナコイル１１を介して供給される電力を検出する電圧検出回路１５、バッテリ１６、バス１７、及びスイッチ１８を備え、中央演算処理器１３は、アンテナコイル１１を介して供給される電力の検出結果及びＩＣモジュール１２の通信状態に応じてＩＣモジュール１２の駆動電源を制御するので、電波を介した電磁誘導による電力供給が微弱あるいは不安定であっても安定した通信を行うことができる。
すなわち、ＩＣモジュールへ常時電力供給する従来の非接触ＩＣカードでは、通信を行っていない期間もバッテリの電力を消費してしまうが、本実施の形態の非接触ＩＣシステム１は、アンテナコイル１１の電磁誘導による電力とＩＣモジュール１２の通信とを中央演算処理器１３が監視し、ＩＣモジュール１２への電力供給を制御しているため、電力供給を通信期間に限定することができる。そのため、バッテリの電力消費を最小限に抑えることができる。
また、ＩＣカードリーダ・ライタ２との距離が離れているなどで電波による電力供給が微弱あるいは不安定な場合でも、バッテリ１６から安定した電力供給が可能なため、安定して通信を行うことができる。また、従来の非接触ＩＣカードと比べてＩＣカードリーダ・ライタ２との通信距離を伸ばすことができる。
第２の実施の形態
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る非接触ＩＣシステムの電源制御動作を示す制御シーケンス図である。図３と同一制御シーケンスを行うステップには同一番号を付して重複部分の説明を省略する。また、本実施の形態の非接触ＩＣシステムのハード的構成は、図２と同様である。
第１の実施の形態では、ステップ２０１を実行する要因として電圧検出回路１５の電圧変動検出を挙げていたが、本実施の形態は図４に示すようにスイッチ１８の状態変化検出としている。
すなわち、中央演算処理器１３は、スイッチ１８の変化を監視しており、スイッチ１８の変化を検出すると、ステップＳ２０１で中央演算処理器１３は、ＩＣモジュール１２への電源供給の準備としてタイマを始動させる。その後、レギュレータ１４を制御してＩＣモジュール１２への電源供給を開始する（ステップ２０２）。以降の電源制御動作は、第１の実施の形態と同様である。
第２の実施の形態よれば、本非接触ＩＣシステムを利用するユーザは、ＩＣカードリーダ・ライタ２との通信を事前に察知することができるため、ユーザは通信を行う前にスイッチ１８の状態を変化させることができる。これにより、電波を受ける前にＩＣモジュールへ電源が供給されるため、電波受信後すぐに通信を行うことができ、通信時間を短縮することができる。
なお、上記各実施の形態に係る非接触ＩＣシステムでは、携帯電話１００の筐体内に内蔵した例であるが、非接触ＩＣシステムであればどのような携帯端末に用いてもよい。上記非接触ＩＣシステム１０の端末である電子装置としては、例えば、携帯電話機／ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の携帯通信端末のほか、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等の携帯情報端末に適用可能である。
また、上記各実施の形態では、端末の筐体内に搭載される例について説明したが、端末装置等の一部に非接触ＩＣシステム機能として組み込まれたものであってもよい。あるいは、非接触ＩＣカードとして構成され、端末装置に装着後は、バッテリやＩＣモジュールの駆動電源制御機能を該端末装置に依存する態様であってもよい。この場合は、バッテリは端末装置のバッテリと共用され、ＩＣモジュールの駆動電源制御機能は端末装置の制御部が実行することになる。いずれにしても非接触ＩＣシステムが携帯端末に搭載されているためバッテリや中央演算処理器等が携帯端末装置と共用できるので部品点数の増大がなく低コストで、容易に実施することができる。
また、上記各実施の形態では、非接触ＩＣシステムの名称を用いているが、これは説明の便宜上であり、例えば電力供給装置、電源制御装置等でもよく、また、非接触ＩＣシステムがＪＲのＥＯカードのような非接触ＩＣカードであってもよい。
さらに、上記非接触ＩＣシステムを構成するＩＣモジュール、電圧検出回路、レギュレータ等の種類、数など、タイマセット／リセット例などは上述した各実施の形態に限られない。
以上、詳述したように、本発明によれば、電力供給を通信期間に限定でき、バッテリの電力消費を最小限に抑えることができる。また、電波を介した電磁誘導による電力供給が微弱あるいは不安定であっても安定した通信を行うことができる。

Claims (10)

  1. アンテナコイルと、ＩＣモジュールと、バッテリとを有し、前記アンテナコイルで受けた電波により電力と通信情報を受ける非接触ＩＣシステムであって、
    前記アンテナコイルを介して供給される電力を検出する電力検出手段と、
    前記電力検出手段の検出結果に基づいて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とする非接触ＩＣシステム。
  2. アンテナコイルと、ＩＣモジュールと、バッテリとを有し、前記アンテナコイルで受けた電波により電力と通信情報を受ける非接触ＩＣシステムであって、
    前記ＩＣモジュールに通電するためのスイッチと、
    前記スイッチの状態変化に応じて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御する制御手段と
    を備えることを特徴とする非接触ＩＣシステム。
  3. さらに、前記ＩＣモジュールの通信状態を検出する通信状態検出手段を備え、
    前記制御手段は、前記通信状態検出手段の検出結果に基づいて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の非接触ＩＣシステム。
  4. さらに、前記ＩＣモジュールに通電するためのスイッチを備え、
    前記制御手段は、前記スイッチの状態変化に応じて前記ＩＣモジュールの駆動電源を制御することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の非接触ＩＣシステム。
  5. 前記アンテナコイル及び前記ＩＣモジュールからなるインタフェースと、
    前記インタフェースからの情報により各種制御を行う中央演算処理器とを備え、
    前記中央演算処理器は、前記制御手段の駆動電源制御を実行することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の非接触ＩＣシステム。
  6. 前記バッテリは、前記ＩＣモジュールに所定の駆動電源を供給するレギュレータを備えることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の非接触ＩＣシステム。
  7. 前記ＩＣモジュールは、ＩＣカードリーダ・ライタとの間で電磁波を媒体として電力と通信情報を受けることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか一項に記載の非接触ＩＣシステム。
  8. アンテナコイルと、前記アンテナコイルを介して通信を行うＩＣモジュールと、前記ＩＣモジュールに電源を供給するバッテリとを有し、前記アンテナコイルで受けた電波により電力と通信情報を受ける非接触ＩＣシステムであって、
    前記アンテナコイルを介して供給される電力を検出する電力検出手段と、
    前記電力検出手段による前記電力の検出に応じて前記バッテリから前記ＩＣモジュールへの電力供給を開始する制御を行う制御手段と
    を備えることを特徴とする非接触ＩＣシステム。
  9. 前記制御手段は、前記電力の検出後に該電力が検出されなくなると、前記バッテリから前記ＩＣモジュールへの電力供給を終了する制御を行うことを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の非接触ＩＣシステム。
  10. 非接触ＩＣモジュールを搭載した携帯端末において、
    前記請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか一項に記載の非接触ＩＣシステムを備えることを特徴とする携帯端末。
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