(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導を利用してＩＣカードとの通信を行うリーダ／ライタのアンテナであって、
所定方向の磁界を発生する第１のループアンテナと、
前記ＩＣカードが近接した際、前記ＩＣカードのアンテナに過電圧が発生するのを防止するように、前記第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第２のループアンテナと、
前記ＩＣカードとの通信位置から離れた位置の電界を低下させるように、前記第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第３のループアンテナと
を備え、
前記第１、第２および第３のループアンテナは、それらの中心部が一致するように同一平面上に配置され、前記第１のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ1，Ｓ1，Ｉ1、前記第２のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ2，Ｓ2，Ｉ2、前記第３のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ3，Ｓ3，Ｉ3としたとき、第１の式
Ｎ1×Ｓ1×Ｉ1＋Ｎ2×Ｓ2×Ｉ2＋Ｎ3×Ｓ3×Ｉ3＝０
を満たすように構成される
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記第１、第２および第３のループアンテナは、その中心部が一致するように、同一平面上に配置されたＭ個のループアンテナのうちの３つのループアンテナであり、
前記Ｍ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナの巻数、面積、各ループアンテナに流れる電流をそれぞれＮm，Ｓm，Ｉmとするとき、前記Ｍ個のループアンテナは、前記第１の式に替えて、第２の式
ΣＮmＩmＳm＝０
を満たすように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第１、第２および第３のループアンテナは直列接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
ＩＣカードとの通信を電磁誘導を利用して行う情報伝達装置であって、
所定方向の磁界を発生する第１のループアンテナと、
前記ＩＣカードが近接した際、前記ＩＣカードのアンテナに過電圧が発生するのを防止するように、前記第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第２のループアンテナと、
前記ＩＣカードとの通信位置から離れた位置の電界を低下させるように、前記第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第３のループアンテナと
を備え、
前記第１、第２および第３のループアンテナは、それらの中心部が一致するように同一平面上に配置され、前記第１のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ1，Ｓ1，Ｉ1、前記第２のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ2，Ｓ2，Ｉ2、前記第３のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ3，Ｓ3，Ｉ3としたとき、第１の式
Ｎ1×Ｓ1×Ｉ1＋Ｎ2×Ｓ2×Ｉ2＋Ｎ3×Ｓ3×Ｉ3＝０
を満たすように構成される
ことを特徴とする情報伝達装置。
【請求項５】
前記第１、第２および第３のループアンテナは互いに相似形である
ことを特徴とする請求項４に記載の情報伝達装置。
【請求項６】
前記第１、第２および第３のループアンテナは直列接続されている
ことを特徴とする請求項４に記載の情報伝達装置。
【請求項７】
前記第１、第２および第３のループアンテナは、その中心部が一致するように、同一平面上に配置されたＭ個のループアンテナのうちの３つのループアンテナであり、
前記Ｍ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナの巻数、面積、各ループアンテナに流れる電流をそれぞれＮm，Ｓm，Ｉmとするとき、前記Ｍ個のループアンテナは、前記第１の式に替えて、第２の式
ΣＮmＩmＳm＝０
を満たすように構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の情報伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アンテナおよび情報伝達装置に関する。特に、複数のループアンテナを、その中心部が一致するように、同一平面上に配置することにより、通信距離を延長することができるようにしたアンテナおよび情報伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、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１９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、上述した定期券に相当するＩＣカードと、電磁波を媒体としてＩＣカードに対して、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／ライタで構成されている。
【０００６】
リーダ／ライタは、次のように構成されている。即ち、ホストコンピュータ９１は、例えば図示せぬ他の装置や、あるいはシステムの管理者の指示に対応して、所定のアプリケーションプログラムをディジタル信号処理部９２に送信してロードさせたり、リーダ／ライタの動作モードを決めたり、あるいはディジタル信号処理部９２から、後述するようにして受信されたデータを読み出すようになされている。
【０００７】
ディジタル信号処理部９２は、ホストコンピュータ９２から送信されてきたアプリケーションプログラムをロードし、そのプログラムにしたがった処理を行うようになされている。また、ディジタル信号処理部９２は、ホストコンピュータ９２の指示にしたがって、アンプ９４の増幅率を制御したり、あるいはアンプ１００より送信されてきたデータを受信し、そのデータに対して所定の処理を施し、ホストコンピュータ９１に送信するようになされている。
【０００８】
キャリア発生器９３は、その一方の出力端子がループアンテナ９７の一端と接続され、また他方の出力端子がアンプ９４の入力端子に接続されており、所定の周波数のキャリアを出力するようになされている。アンプ９４は、電圧制御型のアンプで、その出力端子は、抵抗（ドライブインピーダンス）９５を介して、ループアンテナ９７の他端と接続されている。上述したように、アンプ９４における増幅率は、ディジタル信号処理部９２によって制御されるようになされており、従ってキャリア発生器９３が出力するキャリアは、ディジタル信号処理部９２によってアンプ９４の増幅率が変化されることにより振幅変調されるようになされている。
【０００９】
コンデンサ９６は、その一端が、キャリア発生器９３とループアンテナ９７との接続点と接続され、他端が、抵抗９５とループアンテナ９７との接続点に接続されている。ループアンテナ９７は、コイルと等価であるから、コンデンサ９６とループアンテナ９７とで共振回路（並列共振回路）が構成されている。なお、ループアンテナ９７は、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。
【００１０】
抵抗９５とループアンテナ９７との接続点には、検波用のダイオード９８のアノードが接続されており、そのカソードは、カップリングコンデンサ（結合コンデンサ）９９を介して、アンプ１００の入力端子と接続されている。そして、アンプ１００の出力端子は、ディジタル信号処理部９２と接続されている。
【００１１】
次に、図２０のフローチャートを参照して、その動作について説明する。リーダ／ライタでは、まず最初に、ステップＳ１において、電磁波として、コマンドおよび必要ならば書き込みデータが送出され、さらに一定期間、無変調波が送出される。即ち、まずホストコンピュータ９１において、他の装置や、あるいはシステムの管理者の指示に対応して、所定のアプリケーションプログラムおよび必要ならな書き込みデータがディジタル信号処理部９２に送信される。その後、ホストコンピュータ９１では、ディジタル信号処理部９２に対し、起動がかけられる。
【００１２】
ディジタル信号処理部９２は、ホストコンピュータ９１からプログラムを受信すると、それを内蔵するメモリにロードする（書き込みデータも受信した場合には、それも記憶される）。そして、ホストコンピュータ９１から起動がかけられると、ロードしたプログラムにしたがって処理を行う。即ち、例えばＩＣカードに対して処理を指示するコマンドや、ＩＣカードに実行させるべきプログラム、その他の書き込みデータなどに対応して、アンプ９４の増幅率を制御する。
【００１３】
アンプ９４には、キャリア発生器９３からキャリアが入力されており、従ってアンプ９４では、キャリアが、ディジタル信号処理部９２からのコマンドや、プログラム、データにしたがって振幅変調されて出力される。よって、キャリア発生器９３とアンプ９４とは振幅変調器を構成しているということができる。
【００１４】
アンプ９４より出力された振幅変調波は、抵抗９５を介して、共振回路を構成するコンデンサ（共振容量）９６およびループアンテナ９７に出力される。このコンデンサ９６およびループアンテナ９７で構成される共振回路の共振周波数は、キャリア発生器９３が出力するキャリアの周波数に設定されており、従ってアンプ９４より出力された振幅変調波は、ループアンテナ９７より電磁界として、効率良く放射される。
【００１５】
その後、リーダ／ライタでは、ディジタル信号処理部９２によって、アンプ９４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、電磁界として、効率良く放射される。
【００１６】
そして、ステップＳ２に進み、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、後述するように、ループアンテナ３１とコンデンサ（共振容量）３２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３２には、コンデンサ３８とＦＥＴ（ＮチャネルＦＥＴ）３９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、ＦＥＴ３９がオン／オフすることで、共振回路は、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２、またはループアンテナ３１、コンデンサ３２、および３９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。
【００１７】
ＩＣカードでは、リーダ／ライタに応答する場合、ＦＥＴ３９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、ループアンテナ３１と９７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界を放射しているリーダ／ライタのコンデンサ９６とループアンテナ９７との接続点である点ＡおよびＢからループアンテナ９７側を見たインピーダンスは、ＦＥＴ３９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。点Ａにおける電圧は、ダイオード９８で検波され、コンデンサ９９で直流分をカットされ、さらにアンプ１００で増幅されて、ディジタル信号処理部９２に入力されるので、ＩＣカードから応答があったか否かは、ディジタル信号処理部９２において、アンプ１００からの信号に基づいて判定される。
【００１８】
ステップＳ２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、ループアンテナ３１と９７との間で相互誘導を生じる距離にない場合、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１からの処理を繰り返す。また、ステップＳ２において、ＩＣカードから応答があったと判定された場合、ステップＳ３に進み、ディジタル信号処理部９２において、上述したように得られる応答としてのアンプ１００の出力信号が復調され、その復調データに基づいて、必要な処理が行われて、処理を終了する。
【００１９】
次に、ＩＣカードについて説明する。ＩＣカードは、次のように構成される。即ち、ループアンテナ３１とコンデンサ３２とは並列に接続されている。ループアンテナ３１は、上述したループアンテナ９７と同様にコイルと等価であるから、ループアンテナ３１とコンデンサ３２とは並列共振回路を構成している。ループアンテナ３１とコンデンサ３２との接続点の一方は、コンデンサ３８の一端に接続されており、他方は、ＦＥＴ３９のソースと接続されている。そして、ＦＥＴ３９のドレインは、コンデンサ３８の他端と接続されている。
【００２０】
ループアンテナ３１とコンデンサ３２との接続点と、コンデンサ３８との接続点には、抵抗３３の一端、およびダイオード８３のアノードが接続されている。ダイオード８３は、整流、検波用のもので、そのカソードは、定電圧レギュレータ３７の入力端子と接続されている。
【００２１】
抵抗３３の他端には、複数のダイオードが直列に多段接続されたダイオード群８１のアノード、およびダイオード群８２のカソードが接続されている。ダイオード群８１のカソード、およびダイオード群８２のアノードは、ともにＦＥＴ３９のソースと接続されている。なお、ＦＥＴ３９のソースは接地されている。
【００２２】
ダイオード８３と、定電圧レギュレータ３７の入力端子との接続点には、平滑用のコンデンサ３５の一端が接続されており、その他端は接地されている。定電圧レギュレータ３７は、その入力端子に印加される電圧を、所定の一定の電圧ＶＤＤに安定化して、その出力端子から出力するようになされている。定電圧レギュレータ３７の出力端子には、バイパスコンデンサ３６の一端が接続されており、その他端は接地されている。なお、定電圧レギュレータ３７はアース端子を有し、そのアース端子は接地されている。
【００２３】
カップリングコンデンサ４０の一端は、ダイオード８３と定電圧レギュレータ３７との接続点に接続されており、その他端は、アンプ４１の入力端子と接続されている。アンプ４１は、その入力端子に入力される信号を増幅して出力端子から出力するようになされており、その出力端子は、ディジタル信号処理部４２の入力端子に接続されている。ディジタル信号処理部４２は、アンプ４１から入力される信号に対応して、所定の処理を行うようになされている。また、ディジタル信号処理部４２は出力端子を有し、その出力端子は、ＦＥＴ３９のゲートに接続されている。従って、ＦＥＴ３９は、ディジタル信号処理部４２より、そのゲートに印加される電圧に対応してオン／オフするようになされている。
【００２４】
なお、アンプ４１およびディジタル信号処理部４２は、定電圧レギュレータ３７が出力する電圧ＶＤＤが電源として供給されるようになされている。また、アンプ４１およびディジタル信号処理部４２はアース端子を有し、そのアース端子は接地されている。さらに、ディジタル信号処理部４２は、不揮発性メモリ４３を内蔵し、アンプ４１からのデータなどを記憶し、また記憶したデータなどに応じて、ＦＥＴ３９をオン／オフさせるようになされている。
【００２５】
次に、図２１のフローチャートを参照して、その動作について説明する。ＩＣカードでは、まず最初に、ステップＳ１１において、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、ループアンテナ３１と９７との間で相互誘導を生じる距離となると、ループアンテナ３１は、ループアンテナ９７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。このようにして発生した電圧のうち、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２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、後段のブロックに通過される。
【００２６】
なお、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２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９３が発生するキャリアの周波数とされている。
【００２７】
そして、ステップＳ１２に進み、動作するのに電源を必要とするブロックであるアンプ４１およびディジタル信号処理部４２に、電圧ＶＤＤが電源として供給され、さらにループアンテナ３１およびコンデンサ３２で構成される共振回路を通過した信号が検波される。
【００２８】
即ち、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２で構成される共振回路を通過した信号は、ダイオード８３を介することにより整流され、さらに平滑用のコンデンサ３５を介することによりリップルが除去される。このリップルの除去された信号は、定電圧レギュレータ３７に供給され、そこで安定化されることにより所定の一定電圧ＶＤＤとされる。そして、この電圧ＶＤＤが、電源として、アンプ４１およびディジタル信号処理部４２に供給される。
【００２９】
以上のようにして、アンプ４１およびディジタル信号処理部４２に電源が供給され、その動作が可能な状態となった後、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２で構成される共振回路を通過した信号は、ダイオード８３を介することにより検波され、コンデンサ４０に供給される。
【００３０】
そして、ステップＳ１３に進み、リーダ／ライタから電磁波として放射されたコマンドやデータなどが、ディジタル信号処理部４２に出力される。即ち、コンデンサ４０では、ダイオード８３で検波された信号から直流分が除去され、アンプ４１に供給される。アンプ４１では、コンデンサ４０からの信号が、必要なレベルに増幅され、ディジタル信号処理部４２に供給される。
【００３１】
ディジタル信号処理部４２では、ステップＳ１４において、アンプ４１から供給された信号に含まれるコマンドが解釈され、ステップＳ１５に進み、そのコマンドが、書き込みを要求するものであるか否かが判定される。ステップＳ１５において、コマンドが書き込みを要求するものであると判定された場合、ステップＳ１６に進み、アンプ４１から供給された信号に含まれるデータが、不揮発性メモリ４３に書き込まれ、ステップＳ１７に進む。
【００３２】
また、ステップＳ１５において、コマンドが書き込みを要求するものでないと判定された場合、ステップＳ１６をスキップして、ステップＳ１７に進み、そのコマンドが、読み出しを要求するものであるか否かが判定される。ステップＳ１７において、コマンドが読み出しを要求するものであると判定された場合、ステップＳ１８に進み、データの読み出し処理が行われ、ステップＳ１９に進む。即ち、ステップＳ１８では、不揮発性メモリ４３に記憶されているデータが読み出され、そのデータに対応して、ＦＥＴ３９のゲートに電圧が印加され、ステップＳ１９に進む。
【００３３】
ここで、ＦＥＴ３９は、そのゲートに印加される電圧に応じてオン／オフし（なお、通常は、オフ状態になっている）、ＦＥＴ３９がオンになった場合には、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２でなる並列共振回路に、コンデンサ３８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の電圧は、読み出されたデータに対応して変化することになる。
【００３４】
また、ステップＳ１７において、コマンドが読み出しを要求するものでないと判定された場合、ステップＳ１９に進み、そのコマンドに対応した処理、即ち、例えばアンプ４１から供給された信号に含まれるプログラムを実行するなどの処理が行われ、処理を終了する。
【００３５】
なお、ＩＣカードが、リーダ／ライタに極端に近づけられた場合、ループアンテナ３１において、高い電圧（過剰電圧）（過電圧）が発生し、これによりＩＣカードに、大きな電流（過剰電流）（過電流）が流れ、ＩＣカードが損傷することが考えられる。そこで、ＩＣカードでは、そのような大きな電流が、ループアンテナ３１およびコイル３２でなる共振回路から出力された場合に、そのうちの一部をバイパスさせることにより、共振回路の出力電圧をピーク値が所定値以下に制限するようになされている。
【００３６】
即ち、例えば、いまダイオード８３に順方向電圧または逆方向電圧が印加されるときに、ループアンテナ３１およびコイル３２でなる共振回路から出力される電流の極性を、それぞれ正極性または負極性というとすると、共振回路から正極性の電流が出力されている場合に、抵抗３３とダイオード群８２との間の電位差が、所定値以上になると、抵抗３３およびダイオード群８２を介してバイパス電流が流れ、また負極性の電流が流れている場合に、ダイオード群８１と抵抗３３との間の電位差が、所定値以上になると、ダイオード群８１および抵抗３３を介してバイパス電流が流れるようになされている。
【００３７】
従って、ダイオード群８１または８２それぞれが、例えば５個のダイオードで構成されており、順方向に電流が流れるときの、各ダイオードにおける電圧降下が、例えば０．７Ｖだとすると、ループアンテナ３１およびコンデンサ３２の接続点間の電位差が３．５（＝０．７×５）Ｖ以上になろうとすると、抵抗３３およびダイオード群８２、またはダイオード群８１および抵抗３３を介してバイパス電流が流れ、これによりループアンテナ３１およびコンデンサ３２の接続点間の電位差は、３．５Ｖ以下に制限される。
【００３８】
よって、抵抗３３、ダイオード群８１、および８２は保護回路を構成しているということができる。
【００３９】
【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では、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る。ＩＣカードとリーダ／ライタとが離れていても、ＩＣカードに対し、充分な電力を供給するとともに、正確に受信可能なデータを伝送するには、例えばリーダ／ライタのループアンテナ９７から発生させる磁界の強度を強くする方法がある。そして、ループアンテナ９７から発生させる磁界を強くするには、そこに印加する電圧を高くしたり、ループアンテナ９７の巻数を減らし、そのインダクタンスを小さくする方法などがある。
【００４０】
しかしながら、以上の方法によりループアンテナ９７が発生する磁界を強くする場合、ＩＣカードとリーダ／ライタとが接近したときに、ＩＣカードのループアンテナ３１の端子間に大きな過電圧が生じ、保護回路があっても、ＩＣカードが損傷するおそれがある課題があった。さらに、電波法には、電界の放射位置から３ｍの距離の位置において、電界強度が５００μＶ／ｍ以下としなければならない旨が規定されているが、磁界を強くする場合には、それに伴い、電界の強度も強くなり、電波法に抵触することになる。
【００４１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＩＣカードの損傷や電波法への抵触その他の副作用を生じさせることなく、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延長することができるようにするものである。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナは、所定方向の磁界を発生する第１のループアンテナと、ＩＣカードが近接した際、ＩＣカードのアンテナに過電圧が発生するのを防止するように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第２のループアンテナと、ＩＣカードとの通信位置から離れた位置の電界を低下させるように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第３のループアンテナとを備え、第１、第２および第３のループアンテナは、それらの中心部が一致するように同一平面上に配置され、第１のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ1，Ｓ1，Ｉ1、第２のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ2，Ｓ2，Ｉ2、第３のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ3，Ｓ3，Ｉ3としたとき、第１の式Ｎ1×Ｓ1×Ｉ1＋Ｎ2×Ｓ2×Ｉ2＋Ｎ3×Ｓ3×Ｉ3＝０を満たすように構成されることを特徴とする。
【００４３】
第１、第２および第３のループアンテナは、その中心部が一致するように、同一平面上に配置されたＭ個のループアンテナのうちの３つのループアンテナであり、Ｍ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナの巻数、面積、各ループアンテナに流れる電流をそれぞれＮm，Ｓm，Ｉmとするとき、Ｍ個のループアンテナは、第１の式に替えて、第２の式ΣＮmＩmＳm＝０を満たすように構成されるようにすることができる。
第１、第２および第３のループアンテナは直列接続されるようにすることができる。
【００４４】
本発明の情報伝達装置は、所定方向の磁界を発生する第１のループアンテナと、ＩＣカードが近接した際、ＩＣカードのアンテナに過電圧が発生するのを防止するように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第２のループアンテナと、ＩＣカードとの通信位置から離れた位置の電界を低下させるように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第３のループアンテナとを備え、第１、第２および第３のループアンテナは、それらの中心部が一致するように同一平面上に配置され、第１のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ1，Ｓ1，Ｉ1、第２のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ2，Ｓ2，Ｉ2、第３のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ3，Ｓ3，Ｉ3としたとき、第１の式Ｎ1×Ｓ1×Ｉ1＋Ｎ2×Ｓ2×Ｉ2＋Ｎ3×Ｓ3×Ｉ3＝０を満たすように構成されることを特徴とする。
【００４５】
第１、第２および第３のループアンテナは互いに相似形であるようにすることができる。
第１、第２および第３のループアンテナは直列接続されるようにすることができる。
第１、第２および第３のループアンテナは、その中心部が一致するように、同一平面上に配置されたＭ個のループアンテナのうちの３つのループアンテナであり、Ｍ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナの巻数、面積、各ループアンテナに流れる電流をそれぞれＮm，Ｓm，Ｉmとするとき、Ｍ個のループアンテナは、第１の式に替えて、第２の式ΣＮmＩmＳm＝０を満たすように構成されるようにすることができる。
【００４６】
【作用】
本発明のアンテナにおいては、所定方向の磁界を発生する第１のループアンテナと、ＩＣカードが近接した際、ＩＣカードのアンテナに過電圧が発生するのを防止するように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第２のループアンテナと、ＩＣカードとの通信位置から離れた位置の電界を低下させるように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第３のループアンテナとが備えられる。また、第１、第２および第３のループアンテナは、それらの中心部が一致するように同一平面上に配置され、第１のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ1，Ｓ1，Ｉ1、第２のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ2，Ｓ2，Ｉ2、第３のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ3，Ｓ3，Ｉ3としたとき、第１の式Ｎ1×Ｓ1×Ｉ1＋Ｎ2×Ｓ2×Ｉ2＋Ｎ3×Ｓ3×Ｉ3＝０を満たすように構成される。
【００４７】
本発明の情報伝達装置においては、所定方向の磁界を発生する第１のループアンテナと、ＩＣカードが近接した際、ＩＣカードのアンテナに過電圧が発生するのを防止するように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第２のループアンテナと、ＩＣカードとの通信位置から離れた位置の電界を低下させるように、第１のループアンテナが発生する磁界と反対方向の磁界を発生するように構成された第３のループアンテナとが備えられる。また、第１、第２および第３のループアンテナは、それらの中心部が一致するように同一平面上に配置され、第１のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ1，Ｓ1，Ｉ1、第２のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ2，Ｓ2，Ｉ2、第３のループアンテナの巻数、面積、それに流れる電流をそれぞれＮ3，Ｓ3，Ｉ3としたとき、第１の式Ｎ1×Ｓ1×Ｉ1＋Ｎ2×Ｓ2×Ｉ2＋Ｎ3×Ｓ3×Ｉ3＝０を満たすように構成される。
【００４８】
【実施例】
図１は、本発明を適用したリーダ／ライタの一実施例の構成を示している。なお、図中、図１９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り、その説明は省略する。即ち、このリーダ／ライタは、ループアンテナ９７に代えて、３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’がアンテナとして設けられている他は、図１９のリーダ／ライタと同様に構成されている。
【００４９】
３つのループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’の形状（断面形状）は、例えばいずれも長方形状にされており、さらにそれらは相似にされている。なお、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’のうちのＬ１またはＬ１’’が、それぞれ最も大きなものまたは小さなものとされており、ループアンテナＬ１’の形状は、ＩＣカード（図１９）のループアンテナ３１と同一にされている（従って、図１９のループアンテナ３１の断面形状は、長方形になっている）。また、本実施例では、ループアンテナＬ１’’は、ループアンテナ３１より充分小さいものとされている。
【００５０】
そして、それらは、その中心部（例えば、重心など）が、プリント基板上の所定の点Ｏに一致するように、かつ同一平面上（本実施例では、プリント基板上）に配置されている（なお、図１では、３つのループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’を、すべてプリント基板の所定の面上に配置してあるが、そのうちのいずれかをプリント基板上の所定の面上に配置し、残りを、その裏面に配置することも可能である（このような場合も、実質的に、３つのループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が同一面上に配置されているということができる））。
【００５１】
さらに、図１の実施例では、３つのループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’は、直列に接続されており、また、その接続方法は、電流が流れることにより発生する磁界の方向が、ループアンテナＬ１と、Ｌ１’またはＬ１’’それぞれとでは反対方向になるようになされている。従って、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’では、それぞれに電流が流れることにより、同一方向（ループアンテナＬ１が発生する磁界の方向とは逆方向）に磁界が発生されるようになされている。
【００５２】
また、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’は、その巻数および面積（断面積）が所定の条件を満足するようになされている。これにより、最も大きいループアンテナＬ１は、従来のループアンテナ９７より強い磁界を発生し、主として、ＩＣカードとの通信距離を延長するようになされている。また、２番目のループアンテナＬ１’は、ループアンテナＬ１が発生する磁界とは反対方向の磁界を発生し、主として、ＩＣカードとリーダ／ライタとが近接した場合に、ＩＣカードのループアンテナ３１に鎖交する磁束を低減して、ＩＣカードの損傷を防止するようになされている。さらに、最も小さいループアンテナＬ１’’は、ループアンテナＬ１’と同様に、ループアンテナＬ１が発生する磁界とは反対方向の磁界を発生し、主として、電波法で問題となる、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’から３ｍの位置における電界を（５００μＶ／ｍ以下に）低下させるようになされている。
【００５３】
次に、以上のようなループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナによって、ＩＣカードの損傷、電波法への抵触などを生じさせることなく、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離が延長される原理について説明する。
【００５４】
図２は、前述した図１９の非接触カードシステムをモデル化した電気回路を示している。電圧源１は、コイルＬ１に、所定の交流電圧を印加するようになされており、図１９のキャリア発生器９３、アンプ９４、抵抗９５、コンデンサ９６に相当する。コイル（ループアンテナ）Ｌ１は、図１９のループアンテナ９７（あるいは、図１のループアンテナＬ１）に相当する。以上の電圧源１およびコイルＬ１が、図１９のリーダ／ライタに相当する。
【００５５】
コイル（ループアンテナ）Ｌ２は、図１９のループアンテナ３１に相当する。抵抗Ｒ２は、コイルＬ２の直流抵抗分であり、その一端がコイルＬ２の一端に接続され、他端が、コンデンサＣの一端に接続されている。コンデンサＣは、図１９のコンデンサ３２に相当し、その他端は、コイルＬ２の他端と接続されている。抵抗Ｒは、負荷抵抗で、図１９のＩＣカードのコンデンサ３２より後段の部分に相当する。抵抗Ｒの一端は、コンデンサＣと抵抗Ｒ２との接続点に接続されており、またその他端は、コンデンサＣとコイルＬ２との接続点に接続されている。以上のコイルＬ２、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ、および抵抗Ｒが、図１９のＩＣカードに相当する。
【００５６】
図２に示す回路図において、いま、電圧源１によりコイルＬ１に印加される電圧をＶ１と、その電圧Ｖ１によって、コイルＬ１に流れる電流をＩ１と、その電流Ｉ１がコイルＬ１に流れることにより発生する磁界による電磁誘導によって、コイルＬ２に流れる電流をＩ２と、その電流Ｉ２がコイルＬ２に流れることにより、抵抗Ｒに印加される電圧をＶ２と、コイルＬ１とＬ２との相互インダクタンスをＭと、それぞれすると、式（１）および（２）が、回路理論的に成立する。
【００５７】
【数１】
0003617047.tif 000002
但し、ｊは、（−１）１／２＋９０度のロテータを意味し、ωは、電圧源１が出力する交流電圧（キャリア）の角周波数である。
【００５８】
式（１）および（２）から、Ｉ１およびＩ２を消去して、電圧Ｖ２を、電圧Ｖ１で表すと、式（３）に示すようになる。
【００５９】
【数２】
0003617047.tif 000003
【００６０】
従って、電圧Ｖ２の絶対値｜Ｖ２｜は、式（４）に示すようになる。
【００６１】
【数３】
0003617047.tif 000004
【００６２】
ここで、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延長するには、ＩＣカードにおける電圧Ｖ２の絶対値｜Ｖ２｜を大きくする必要がある。そこで、｜Ｖ２｜を最大にするコンデンサＣの静電容量を求めてみると、次のようになる。
【００６３】
即ち、いま、Ａ＝Ｌ１×Ｌ２−Ｍ２とするとともに、式（４）の分母をｆ（Ｃ）とすると、ｆ（Ｃ）は、次式に示すようになる。
【００６４】
【数４】
0003617047.tif 000005
【００６５】
式（５）をＣについて微分し、ｆ（Ｃ）の導関数ｆ’（Ｃ）を求めると、それは式（６）に示すようになる。
【００６６】
【数５】
0003617047.tif 000006
【００６７】
そして、ｆ’（Ｃ）＝０とし、ｆ（Ｃ）の極値（最小値）を与えるＣを求めると、それは次式で示すようになる。
【００６８】
【数６】
0003617047.tif 000007
【００６９】
式（７）で表されるＣは、共振の条件であり、Ｃが、式（７）で与えられる値とされている場合、｜Ｖ２｜は最大となり、リーダ／ライタから、ＩＣカードに対し、最も効率良く電力の供給およびデータの伝送が行われる。
【００７０】
次に、コイルＬ１，Ｌ２のそれぞれインダクタンス、および両者の相互インダクタンスＭを、電磁気学的に計算すると、次のようになる。なお、ここでは、コイルＬ１，Ｌ２は、横×縦が、それぞれＡ１×Ｂ１，Ａ２×Ｂ２の長方形であるとする。
【００７１】
インダクタンスＬ１またはＬ２は、例えば「詳細電磁気学演習」、共立出版株式会社、近藤憲一・山崎修一郎  共偏などに記載されているように、式（８）または（９）によりそれぞれ計算することができる。
【００７２】
【数７】
0003617047.tif 000008
【数８】
0003617047.tif 000009
但し、μ０は、比透磁率を表し、またｒ１またはｒ２は、それぞれコイルＬ１またはＬ２を構成する導体の線径を表す。
【００７３】
次に、相互インダクタンスＭは、次のようにして求めることができる。即ち、図３に示すように、ある導体に電流Ｉが流れているときに、その導体の一部分（ベクトル）ｄｓによって、そこから距離（ベクトル）ｒだけ離れた点Ｐに生じる磁界（ベクトル）ｄＨは、ビオ・サーバル（Ｂｉｏｔ−Ｓａｖａｒｌ）の法則により、次式で表すことができる。
【００７４】
ｄＨ＝Ｉ×ｄｓ×ｒ／（４×π×｜ｒ｜３）              （１０）
但し、式（１０）において、ｄｓとｒとの間の×は、ベクトルｄｓとｒとの外積（｜ｄｓ｜｜ｒ｜ｓｉｎθ，θはベクトルｄｓとｒがつくる角度）を意味する。
【００７５】
いま、コイルＬ１が、互いに直行するｘ，ｙ，ｚ軸で表現されるｘｙｚ座標系において、図４に示すように、その重心が、原点（０，０，０）に一致し、その横または縦が、それぞれｘまたはｙ軸と平行になるように配置されている（従って、コイルＬ１は、ｘｙ平面上に位置するように配置されている）ものとすると、コイルＬ１に電流Ｉ１が流れることにより、点（ｘ，ｙ，ｚ）における磁界（ベクトル）Ｈは、式（１０）に示したビオ・サバールの法則から、式（１１）のように表される。
【００７６】
【数９】
0003617047.tif 000010
【００７７】
但し、式（１１）において、ａまたはｂは、それぞれ式（１２）または（１３）で示されるものである。
ａ＝１／２×Ａ１                                      （１２）
ｂ＝１／２×Ｂ１                                      （１３）
また、Ｎ１は、コイルＬ１の巻数を表し、ベクトルｉｘ，ｉｙ，ｉｚは、それぞれｘ，ｙ，ｚ軸方向の単位ベクトルである（従って、ｉｘ＝（１，０，０），ｉｙ＝（０，１，０），ｉｚ＝（０，０，１））。
【００７８】
ここで、式（１１）から、コイルＬ１に電流Ｉ１が流れることにより、そこから距離ＤＩＳだけ離れた点に生じる磁界Ｈ（以下、適宜、距離−磁界特性という）は、図５に示すようになる。なお、図５（後述する図８および図９についても同様）は、Ａ１＝Ｂ１の場合、即ちコイルＬ１の形状が正方形である場合の距離−磁界特性を表している。また、図５は、コイルＬ１の面積を変化させた場合の距離−磁界特性も示しており、同図から、面積が小さくなるほど、近距離での磁界が強くなり、また面積が大きくなるほど、遠距離での磁界が、近距離での磁界と変わらないことがわかる。また、面積にかかわらず、さらに遠距離では、磁界が同じように減衰していくことがわかる。なお、コイルＬ１に電流Ｉ１が流れることにより、そこから距離ＤＩＳだけ離れた点に生じる電界Ｅ（以下、適宜、距離−電界特性という）も、図５の距離−磁界特性と同様になる。
【００７９】
次に、説明を簡単にするために、図６に示すように、コイルＬ２が、コイルＬ１と平行な平面内に配置されており、かつその重心がコイルＬ１と同様にｚ軸上にあるとすると、コイルＬ１が発生する磁界Ｈにより、コイルＬ２に鎖交する鎖交磁束φは、コイルＬ１が発生する磁界Ｈのうちのｚ成分Ｈｚを、コイルＬ２の断面（図中、斜線を付してある部分）について面積分したものであるから、次式で求めることができる。
【数１０】
0003617047.tif 000011
但し、μは、透磁率を表す。
【００８０】
また、コイルＬ２の巻数をＮ２とすると、相互インダクタンスＭの定義から次式が成立する。
【数１１】
0003617047.tif 000012
【００８１】
従って、式（１４）および（１５）から、相互インダクタンスＭは、式（１６）で表すことができる。
【００８２】
【数１２】
0003617047.tif 000013
【００８３】
ところで、コイルＬ１の縦および横の長さを数１０ｃｍ以下（コイルＬ１が、例えば円形である場合には、その直径が数１０ｃｍ以下）とした場合、前述したように、電波法で電界の強さが問題となる３ｍの位置から、コイルＬ１を見たときには、コイルＬ１は、微少コイル（微少ループアンテナ）と考えることができる。
【００８４】
いま、図７に示すように、ｘｙ平面上に配置された微少ループアンテナに電流Ｉが流れることにより、原点から距離ｒだけ離れた点であって、原点とを結ぶ直線と、ｚ軸との角度がθで、ｘｙ平面に対する垂線がｘｙ平面に交わる点と原点とを結ぶ直線と、ｙ軸との角度がφである点Ｐ（ｒ，θ，φ）に生じる磁界Ｈ（ベクトル）のｒ成分Ｈｒもしくはθ成分Ｈθ、または電界Ｅ（ベクトル）のφ成分Ｅφは、例えば「アンテナ電波伝搬」、コロナ社、虫明康人  著などに記載されているように、それぞれ式（１７）乃至（１９）に示すようになる。
【００８５】
【数１３】
0003617047.tif 000014
【数１４】
0003617047.tif 000015
【数１５】
0003617047.tif 000016
但し、ｋ＝ω×（ε×μ）＝ω／ｃで、εは誘電率を、ｃは光速を、それぞれ表す。また、Ｓは、微少ループアンテナの面積を表す。
【００８６】
式（１７）および（１８）、または（１９）より、微少ループアンテナについての距離−磁界特性または距離−電界特性は、それぞれ図８または図９に示すようになる。図８および図９からわかるように、微少ループアンテナについての磁界ＨまたはＥの距離ＤＩＳに対する減衰度は、その面積にかかわらず、一意的に、図８または図９に示すようになる。また、図５および図８に示した距離−磁界特性は、両者を比較することにより、コイルＬ１が微少ループアンテナとみなすことのできる距離では、一致することがわかる。このことは、距離−電界特性についても同様である。
【００８７】
次に、式（４），（８）、および（９）から、コイルＬ１とＬ２とが離れ、相互インダクタンスＭが減少した場合に、ＩＣカード（図２）において、充分なレベルの電圧Ｖ２を得るためには、即ち、ＩＣカードとリーダ／ライタとが離れた場合に通信可能状態とするためには、コイルＬ２の巻数Ｎ２を大きくするなどのＩＣカードの回路構成を改善する必要がある。また、さらにＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延ばすには、ＩＣカードの回路構成を改善するだけでは困難で、電圧源１の出力電圧Ｖ１を高くしたり、コイルＬ１の巻数Ｎ１を小さくするなどして、コイルＬ１が発生する磁界を強くする必要がある。
【００８８】
いま、コイルＬ１の距離−磁界特性が、例えば図１０に実線で示すようなものであった場合に、例えば電圧源１の出力電圧Ｖ１を高くしたり、コイルＬ１の巻数Ｎ１を小さくしたりすると、同図において点線で示すように、コイルＬ１の距離−磁界特性は、全体的に上昇する。従って、ＩＣカードが動作可能な最低限の磁界の強さ（以下、適宜、受信可能レベルという）をＬＶ１とすると、図１０において点線で示す距離−磁界特性が受信可能レベルＬＶ１となる距離は、同図において実線で示す距離−磁界特性が受信レベルＬＶ１となる距離よりも、ｄ１だけ長くなる。よって、この場合、ＩＣカードと、リーダ／ライタとの通信距離は、距離ｄ１だけ延長されることになる。
【００８９】
しかしながら、この場合、図１０において点線で示す距離−磁界特性は、距離の短い部分で、ＩＣカードが損傷するおそれのある磁界の強さ（以下、適宜、過電圧レベルという）ＬＶ２以上となることがある。
【００９０】
さらに、この場合、図１０において実線で示す距離−磁界特性を、点線で示すように変更することにより、それに対応して、距離−電界特性も、図１１において実線で示すものから、点線で示すものに変化する（図１０における実線または点線の距離−磁界特性と、図１１における実線または点線の距離−電界特性は、それぞれ対応している）。従って、図１１に実線で示す距離−電界特性が、距離が３ｍの位置において、電界強度が５００μＶ／ｍとなるものであった場合には、図１１に点線で示す距離−電界特性は、距離が３ｍの位置において、電界強度が５００μＶ／ｍを超えるものとなり、電波法に抵触することになる。
【００９１】
以上から、ＩＣカードの損傷、電波法への抵触を生じることなく、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延長するには、コイルＬ１が発生する磁界を強くするだけでなく、コイルＬ１に近い位置での磁界を減衰させるとともに、コイルＬ１から遠方（コイルＬ１から３ｍの位置）における電界を５００μＶ／ｍ以下にする必要がある。
【００９２】
そこで、図１に示したように、アンテナを、３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成した場合、そのアンテナが発生する磁界（ベクトル）Ｈまたは電界（ベクトル）Ｅは、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれが発生する磁界（ベクトル）Ｈ１，Ｈ１’Ｈ１’’または電界Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１’’を、次式で示すように線形加算したものとなる。
Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ１’＋Ｈ１’’                      （２０）
Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ１’＋Ｅ１’’                      （２１）
【００９３】
従って、例えば図１２に示すように、ループアンテナＬ１’またはＬ１’’には、それぞれ右回りに電流Ｉ１’またはＩ１’’が流れ、ループアンテナＬ１には、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’とは逆に、左回りに電流Ｉ１が流れる場合、アンテナ全体についての式（１７）乃至（１９）それぞれは、式（２０），（２１）から、式（２２）乃至（２４）に示すようになる。
【００９４】
【数１６】
0003617047.tif 000017
【数１７】
0003617047.tif 000018
【数１８】
0003617047.tif 000019
【００９５】
但し、Ｎ１，Ｎ１’，Ｎ１’’は、それぞれループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’の巻数を表し、また、Ｓ１，Ｓ１’Ｓ１’’は、それぞれループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’の面積（断面積）を表す。さらに、図７における微少ループアンテナは、巻数が１のものとしているので、同図に示した微少ループアンテナに流れる電流Ｉ、即ち式（１７）乃至（１９）における電流Ｉは、式（２２）乃至（２４）における巻数Ｎ１，Ｎ１’，Ｎ１’’それぞれと、電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’それぞれとの積Ｎ１×Ｉ１，Ｎ１’×Ｉ１’，Ｎ１’’×Ｉ１’’に相当する。
【００９６】
式（２４）から、式
Ｎ１×Ｉ１×Ｓ１＋Ｎ１’×Ｉ１’×Ｓ１’＋Ｎ１’’×Ｉ１’’×Ｓ１’’＝０      （２５）
を満足するように、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれに流れる電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’、それぞれの巻数Ｎ１，Ｎ１’，Ｎ１’’、およびそれぞれの面積Ｓ１，Ｓ１’Ｓ１’’を決めることで、例えばループアンテナＬ１が発生する磁界を強くしても、電波法で電界強度が問題となるような遠方（ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が微少ループアンテナとみなすことのできる位置）（アンテナから３ｍ離れた位置）における電界強度は、ループアンテナＬ１が発生する電界が、それとは逆方向の電流が流れるループアンテナＬ１’およびＬ１’’（特に、Ｌ１’’）が発生する電界により打ち消されることにより、５００μＶ／ｍ以下とすることができる。即ち、式（２５）の条件を満足する場合においては、ループアンテナＬ１が発生する磁界を強くして、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延長しても、電波法への抵触を防止することができる。
【００９７】
なお、式（２５）で示す条件は、アンテナがＭ（Ｍは２以上の整数）個のループアンテナで構成されるとした場合に、そのＭ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナの巻数または面積を、それぞれＮｍまたはＳｍとするとともに、そのループアンテナに流れる電流を、Ｉｍとし、ｍを１乃至Ｍに変えてのサメーションをΣで表すとき、式
ΣＮｍＩｍＳｍ＝０
となる（但し、ループアンテナを所定の方向に流れる電流の符号は正とし、それとは反対方向に流れる電流の符号は負とする）。
【００９８】
ループアンテナＬ１から近い位置の磁界は、図５に示したようにほぼ一定で、かつ離れた位置の磁界より強いから、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延長するためには、ループアンテナＬ１から離れた位置での磁界を強くことを考えれば良い。ループアンテナＬ１から離れた位置での磁界を強くするには、微少ループアンテナについての磁界ＨｒまたはＨθをそれぞれ示した式（１７）または（１８）から、｜Ｎ１×Ｉ１×Ｓ１｜を大きくすれば良い（式（１７）および（１８）におけるＩは、上述したようにＮ１×Ｉ１に相当する）。
【００９９】
ここで、図１３は、図１２をＤＤ’から見た断面図である。なお、同図（後述する図１３についても同様）における矢印は、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれによって発生される磁界を示している。また、ここでは、説明を簡単にするために、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が正方形であり、従って、ループアンテナＬ１’と同一形状のループアンテナ３１（ＩＣカードのループアンテナ３１（図１９））も正方形であるとする。即ち、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれの横×縦の長さをａ１×ｂ１，ａ１’×ｂ１’，ａ１’’×ｂ１’’とするとともに、ループアンテナ３１の縦×横の長さをａ２×ｂ２とするとき、次式が成立するものとする。
ａ１＞ａ１’＞ａ１’’（ｂ１＞ｂ１’＞ｂ１’’），
ａ１’＝（あるいは≒）ａ２（ｂ１’＝（あるいは≒）ｂ２），
ａ１＝ｂ１，ａ１’＝ｂ１’，ａ１’’＝ｂ１’’，ａ２＝ｂ２
【０１００】
この場合、図１２のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が配置された平面において、ＤＤ’を、点Ｏを中心に９０度回転させた部分の断面を見ても、図１３に示した場合と同様になる。
【０１０１】
式（２５）を満足しながら、｜Ｎ１×Ｉ１×Ｓ１｜を大きくした場合、同式より、｜Ｎ１’×Ｉ１’×Ｓ１’｜および｜Ｎ１’’×Ｉ１’’×Ｓ１’’｜は、例えばいずれも｜Ｎ１×Ｉ１×Ｓ１｜の１／２となる。即ち、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’が発生する磁界（電界についても同様）は、ループアンテナＬ１が発生する磁界よりも十分弱くなる。
【０１０２】
従って、ループアンテナＬ１によれば、そこから発生する磁界が強いので、ループアンテナ３１（ＩＣカード）がある程度遠い位置にあっても、ＩＣカードとの通信が可能となる。また、この場合、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’が発生する磁界は弱いので、この磁界が、ＩＣカードとの通信に与える影響は、ほとんど無視することができる。さらに、この場合、ループアンテナＬ１から、かなり遠方の位置（ループアンテナＬ１から３ｍ弱程度離れた位置）の電界は、式（２５）を満足するときには、ループアンテナＬ１が発生する電界が、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’（特に、Ｌ１’’）が発生する電界により打ち消されるので、電波法に抵触にしない５００μＶ／ｍ以下となる。
【０１０３】
一方、ＩＣカードがリーダ／ライタに近接し、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれと３１との位置関係が、図１４に示すようになった場合、ループアンテナＬ１が発生する磁界のみを考えれば、電圧Ｖ２は、ＩＣカードを損傷するような電圧となる。しかしながら、ループアンテナＬ１’と３１とは同一形状であるため、それらが近接することで、その相互結合が急激に高まる。ループアンテナＬ１’は、ループアンテナＬ１とは逆方向の磁界を発生しているから、その磁界により、ループアンテナＬ１が発生する磁界の一部が打ち消され、これにより、電圧Ｖ２は、それほど高い電圧にはならず、従って、ＩＣカードの損傷を防止することができる。なお、この場合、ループアンテナＬ１’’が発生する磁界は弱く、また、その面積も、上述したようにループアンテナ３１に比較して充分小さいので、ループアンテナ３１が、ループアンテナＬ１’’に近接しても、その結合は弱く、ループアンテナＬ１’’が発生する磁界が、ＩＣカードとの通信に与える影響は、ほとんど無視することができる。
【０１０４】
図１５または図１６は、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナについての距離−磁界特性または距離−電界特性を表している。図１５に示すように、本願のアンテナによれば、近い位置の磁界は、ループアンテナＬ１による磁界が、ループアンテナＬ１’による磁界により低減されるので、過電圧レベルＬＶ２を超えることがなく、また遠い位置の磁界が受信可能レベルＬＶ１以下となる距離は、ループアンテナＬ１による磁界が強いので、従来の場合（図中、点線で示す部分）よりも、距離ｄだけ長くなっている。さらに、図１６に示すように、遠い位置（アンテナから３ｍ弱の位置）の電界は、ループアンテナＬ１による電界が、ループアンテナＬ１’’による電界により打ち消されるので、その位置付近で、急激に、５００μＶ／ｍ以下となる。
【０１０５】
従って、この場合、ＩＣカードの損傷や電波法への抵触を生じることなく、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延長することができる。さらに、この場合、いわゆるピークやディップの発生などの、アンテナの指向性パターンの悪化などの副作用が生じることもない。また、ループアンテナＬ１を、従来のリーダ／ライタのループアンテナ９７と同程度とすることで、アンテナの大型化も防止することができる。
【０１０６】
次に、図１に示したリーダ／ライタにおいて、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’は、上述したように直列に接続されているので、それぞれに流れる電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’の大きさはすべて同一である。従って、いま、図１７に示すように、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’のいずれにも、電流Ｉ（＝Ｉ１＝Ｉ１’＝Ｉ１’’）が流れるとすると、式（２５）は、その左辺からＩ１，Ｉ１’，Ｉ１’’を削除し、次式のように変形することができる。
【０１０７】
Ｎ１×Ｓ１＋Ｎ１’×Ｓ１’＋Ｎ１’’×Ｓ１’’＝０    （２６）
但し、ループアンテナ（の断面）からの磁界の方向が所定の方向（例えば、図１７のおいて上方向）と一致するとき、そのループアンテナの面積の符号は正とし、その磁界の方向が所定の方向と反対方向（例えば、図１７において、下方向）に一致するとき、そのループアンテナの面積の符号は負とする。
【０１０８】
従って、図１に示したリーダ／ライタにおいては、式（２６）を満足するようにすることで、上述したような効果を得ることができる。ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’それぞれに電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’を流し、式（２５）を満足するようにする場合には、電流Ｉ１，Ｉ１’，Ｉ１’’それぞれを制御する必要があるが、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’を直列に接続し、それらに同一の大きさの電流Ｉを流すようにして、式（２６）を満足するようにする場合には、電流Ｉの制御は行わずに済むので、回路の設計を容易に行うことが可能となる。
【０１０９】
なお、式（２６）で示す条件は、アンテナがＭ（Ｍは２以上の整数）個のループアンテナで構成されるとした場合に、そのＭ個のループアンテナのうちのｍ（ｍは、１以上Ｍ以下の整数）番目のループアンテナの巻数または面積を、それぞれＮｍまたはＳｍとするとともに、ｍを１乃至Ｍに変えてのサメーションをΣで表すとき、式
ΣＮｍＳｍ＝０
となる。
【０１１０】
次に、以上のようなループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナを有する図１のリーダ／ライタを備える非接触カードシステムを、モデル化（シンボル化）した電気回路を図１８に示す。なお、図中、図２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り、以下では、その説明は、適宜省略する。
【０１１１】
電圧源１、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されている回路は、リーダ／ライタに相当する。ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’は、電圧源１に対し、直列に接続されており、また、その接続方法は、電圧源１から供給される電流Ｉ１によって、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’が、同一方向の磁界を発生し、ループアンテナＬ１が、ループアンテナＬ１’およびＬ１’’とは反対方向の磁界を発生するようになされている。
【０１１２】
図１８に示す回路において、ループアンテナＬ１とＬ１’との相互インダクタンス、ループアンテナＬ１とＬ１’’との相互インダクタンス、ループアンテナＬ１とＬ２との相互インダクタンス、ループアンテナＬ１’とＬ１’’との相互インダクタンス、ループアンテナＬ１’とＬ２との相互インダクタンス、またはループアンテナＬ１’’とＬ２との相互インダクタンスを、それぞれＭ１１’，Ｍ１１’’，Ｍ１２，Ｍ１’１’’，Ｍ１’２、またはＭ１’’２とすると、式（２７）および（２８）が、回路理論的に成立する。
【０１１３】
【数１９】
0003617047.tif 000020
【０１１４】
ここで、式（２９）および（３０）のようにおき、式（２７）および（２８）から、Ｉ１およびＩ２を消去して、電圧Ｖ２を、電圧Ｖ１で表すと、式（３１）に示すようになる。
【０１１５】
【数２０】
0003617047.tif 000021
【数２１】
0003617047.tif 000022
【０１１６】
従って、電圧Ｖ２の絶対値｜Ｖ２｜は、式（３２）に示すようになる。
【０１１７】
【数２２】
0003617047.tif 000023
【０１１８】
式（３２）から、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を最も長くする、即ち電圧Ｖ２の絶対値｜Ｖ２｜を最も大きくする静電容量Ｃは、式（３３）で与えられることになる。
【０１１９】
【数２３】
0003617047.tif 000024
【０１２０】
以上、本発明を、ＩＣカードのリーダ／ライタに適用した場合について説明したが、本発明は、リーダ／ライタの他、ループアンテナから磁界を発生し、電磁誘導を利用して、情報の伝達を行うあらゆる装置に適用可能である。
【０１２１】
なお、本実施例においては、アンテナを３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成するようにしたが、アンテナを構成するループアンテナの数は、３に限定されるものではない。即ち、アンテナを構成するループアンテナの数は、２以上のいずれかの数とすることが可能である。具体的には、例えばＩＣカードが、かなり大きな電圧に耐え得るものであれば、ループアンテナＬ１’は設ける必要がなく、この場合、アンテナは、２個のループアンテナＬ１およびＬ１’’で構成することが可能である。さらに、アンテナの距離−磁界特性および距離−電界特性をより微細にコントロールする場合には、３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’に１以上のループアンテナを加えて、アンテナを構成するようにすれば良い。
【０１２２】
また、本実施例では、３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’が、互いに相似になるようにしたが、これらは相似でなくても良い。但し、相似であった方が、回路設計が容易になる。
【０１２３】
さらに、本実施例では、ループアンテナの形状を、長方形（正方形）とするようにしたが、これに限られるものではない。即ち、ループアンテナの形状は、例えば円形や、正方形以外の正多角形、台形や、楕円形、正多角形以外の多角形などとすることが可能である。
【０１２４】
また、本実施例では、大きさの異なる３個のループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’のうちのループアンテナＬ１’を、ＩＣカードのループアンテナ３１と同一形状とするようにしたが、その他、ループアンテナＬ１またはＬ１’’を、ＩＣカードのループアンテナ３１と同一形状とすることもできる。また、ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’の形状は、ＩＣカードのループアンテナ３１の形状とは無関係に決めることも可能である。但し、ループアンテナＬ１’を、ＩＣカードのループアンテナ３１と同一形状とした場合には、回路の設計が容易になる。
【０１２５】
また、本実施例では、リーダ／ライタから、ＩＣカードに対し、電源を供給するようにしたが、ＩＣカードには電源を内蔵させ、リーダ／ライタからは、ＩＣカードに電源を供給せずに済むようにすることも可能である。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明のアンテナによれば、第１、第２および第３のループアンテナが全体として放射する電磁界を、所望の特性とすることができるようになる。
【０１２７】
本発明の情報伝達装置によれば、副作用を生じることなく、その通信距離を延長することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＩＣカードのリーダ／ライタの一実施例の構成を示す図である。
【図２】図１９の非接触カードシステムをモデル化した回路図である。
【図３】ビオ・サバールの法則を説明するための図である。
【図４】図２のループアンテナＬ１の配置状態を説明するための図である。
【図５】図２のループアンテナＬ１の近距離における距離−磁界特性を示す図である。
【図６】図２のループアンテナＬ１が発生する磁界Ｈにより、ループアンテナＬ２に鎖交する鎖交磁束を説明するための図である。
【図７】ループアンテナＬ１が微少ループアンテナとみなすことのできる場合に、そこから放射される電磁界を説明するための図である。
【図８】ループアンテナＬ１が微少ループアンテナとみなすことのできる場合の、その距離−磁界特性を示す図である。
【図９】ループアンテナＬ１が微少ループアンテナとみなすことのできる場合の、その距離−電界特性を示す図である。
【図１０】ループアンテナＬ１から距離の短い部分で、そこから発生される磁界が、過電圧レベルＬＶ２を超える状態を示す図である。
【図１１】ループアンテナＬ１から発生される電界が、電波法に抵触する状態を示す図である。
【図１２】本発明の原理を説明するための図である。
【図１３】図１２をＤＤ’から見た断面図である。
【図１４】図１２をＤＤ’から見た断面図である。
【図１５】ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナ全体についての距離−磁界特性を示す図である。
【図１６】ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’で構成されるアンテナ全体についての距離−電界特性を示す図である。
【図１７】ループアンテナＬ１，Ｌ１’，Ｌ１’’に、同一の大きさの電流Ｉが流れている状態を示す図である。
【図１８】図１のリーダ／ライタを含んで構成される非接触カードシステムをモデル化した回路図である。
【図１９】従来の非接触カードシステムの一例の構成を示す図である。
【図２０】図１９のリーダ／ライタの動作を説明するフローチャートである。
【図２１】図１９のＩＣカードの動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１  電圧源
９１  ホストコンピュータ
９２  ディジタル信号処理部
９３  キャリア発生器
９４  アンプ
９５  抵抗
９６  コンデンサ
９８  ダイオード
９９  コンデンサ
１００  アンプ
Ｌ１，Ｌ１’，Ｌ１’’  ループアンテナ
【図１】
0003617047.tif 000025
【図２】
0003617047.tif 000026
【図３】
0003617047.tif 000027
【図４】
0003617047.tif 000028
【図５】
0003617047.tif 000029
【図６】
0003617047.tif 000030
【図７】
0003617047.tif 000031
【図８】
0003617047.tif 000032
【図９】
0003617047.tif 000033
【図１０】
0003617047.tif 000034
【図１１】
0003617047.tif 000035
【図１２】
0003617047.tif 000036
【図１３】
0003617047.tif 000037
【図１４】
0003617047.tif 000038
【図１５】
0003617047.tif 000039
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0003617047.tif 000044
【図２１】
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