(57)【要約】【課題】電磁誘導結合を用いた近接通信装置で、複数のコイルで電磁誘導結合してデータを並列に送受信することに情報伝送の高速化ができるが、１つのコイル対で生じた磁束により他のコイル対との不要な結合が生じ必要な情報に干渉を及ぼして正確な情報伝送が困難になる。【解決手段】本発明の電磁誘導結合を用いた近接通信装置は、前記近接通信装置の電磁誘導素子群と通信相手の近接通信装置の電磁誘導素子群との間に生じる複数種類の電磁誘導素子の組み合わせに対する相互結合量を観測し、伝送された複数の信号に対して前記相互結合量に基づいて前記複数の信号から所望の信号以外の信号成分を分離・除去する信号分離手段を有し、情報伝送を行う前に１つのコイル対毎に生じた磁束による他コイルに誘起される電圧を測定し結合量を算出することで、受信信号から所望の信号以外の信号を分離・排除することによって正確な信号を復調する。【選択図】図１
2006279669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電磁誘導素子から成る電磁誘導素子群を有する近接通信装置であって、
前記近接通信装置の電磁誘導素子群と通信相手の近接通信装置の電磁誘導素子群との間に生じる複数種類の電磁誘導素子の組み合わせに対する相互結合量を観測し、伝送された複数の信号に対して前記相互結合量に基づいて前記複数の信号から所望の信号以外の信号成分を分離・除去する信号分離手段を有する近接通信装置。
【請求項２】
電磁誘導素子群の電磁誘導素子のうち少なくとも２個の電磁誘導素子は、各電磁誘導素子を通過する磁束が互いに概直交方向になるように配置した請求項１に記載の近接通信装置。
【請求項３】
複数の電磁誘導素子から成る電磁誘導素子群を有する近接通信装置であって、
前記電磁誘導素子群の電磁誘導素子のうち駆動する電磁誘導素子を切り替える切換手段と、
前記電磁誘導素子群と通信相手の近接通信装置の電磁誘導素子群との間に生じる複数種類の電磁誘導素子の組み合わせに対する相互結合量を観測し、前記相互結合量に基づいて前記電磁誘導素子群から駆動する電磁誘導素子を選択する電磁誘導素子選択手段とを有する近接通信装置。
【請求項４】
電磁誘導素子群の電磁誘導素子の大きさを通信相手の近接通信装置の電磁誘導素子群の電磁誘導素子の大きさよりも小さくして密接に配置した請求項３に記載の近接通信装置。
【請求項５】
複数の電磁誘導素子から成る第１の電磁誘導素子群を有する第１の近接通信装置と、
複数の電磁誘導素子から成る第２の電磁誘導素子群を有する第２の近接通信装置を備え、
前記第１の近接通信装置と前記第２の近接通信装置のうち一方または両方に、前記第１の電磁誘導素子群と前記第２の電磁誘導素子群との間に生じる複数種類の電磁誘導素子の組み合わせに対する相互結合量を観測し、伝送された複数の信号に対して前記相互結合量に基づいて前記複数の信号から所望の信号以外の信号成分を分離・除去する信号分離手段を有する近接通信システム。
【請求項６】
第１の電磁誘導素子群の電磁誘導素子のうち少なくとも２個の電磁誘導素子は、各電磁誘導素子を通過する磁束が互いに概直交方向になるように配置し、
第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子のうち少なくとも２個の電磁誘導素子は、各電磁誘導素子を通過する磁束が互いに概直交方向になるように配置した請求項５に記載の近接通信システム。
【請求項７】
複数の電磁誘導素子から成る第１の電磁誘導素子群を有する第１の近接通信装置と、
複数の電磁誘導素子から成る第２の電磁誘導素子群を有する第２の近接通信装置を備え、
前記第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子数を、前記第１の電磁誘導素子群の電磁誘導素子数よりも多く配置し、
前記第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子のうち駆動する電磁誘導素子を切り替える切換手段と、
前記第１の電磁誘導素子群と前記第２の電磁誘導素子群との間に生じる複数種類の電磁誘導素子の組み合わせに対する相互結合量を観測し、前記相互結合量に基づいて前記第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子から駆動する電磁誘導素子を選択する電磁誘導素子選択手段とを有する近接通信システム。
【請求項８】
第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子の大きさを第１の電磁誘導素子群の電磁誘導素子の大きさよりも小さくして密接に配置した請求項７に記載の近接通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導結合を用いて情報伝送を行う非接触ＩＣカードシステム等の近接通信装置および近接通信システムにおいて、情報伝送の高速化手法における信頼性の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導結合を用いた近接通信装置および近接通信システムには一例として非接触ＩＣカードシステムが挙げられる。
【０００３】
現在、一定の情報が記録されたカードを携帯し、カードリーダ／ライタを用いてカードに記録された情報を読み取ることで、個人情報が記録された身分証明書に使用したり交通機関の料金決済を行ったりと、様々な方面でカードが利用されている。これらのカードの種類としては、クレジットカードやテレフォンカードなどに用いられている磁気カードや、メモリやマイクロプロセッサを内蔵したＩＣチップをカードに搭載してセキュアで多くの情報を扱うことができるＩＣカードが実用化されている。また、ＩＣカードには接点型と非接触型が存在する。
【０００４】
接点型ＩＣカードはカード表面に接触端子として電極が露出しており、電極とカードリーダ／ライタ側の電極との磨耗や汚れによって接触不良が起こり情報伝送の劣化が生じる。非接触ＩＣカードでは、カードにコイルやアンテナが搭載され、電磁誘導結合や電磁波を使って情報の伝送を行うため、特定の接触端子に合わせてカードを配置する必要が無く、接点を持たないため磨耗などによる性能低下などが無いというメリットがある。ＩＣチップへの電力供給回路や磁界発生・変復調などの回路が必要となるというデメリットもあるが、ＩＣチップ内にそれらの回路を内蔵し安価に量産できるため、利用機会が増えてきている。
【０００５】
さらに、近年では近接通信装置および近接通信システムはカード形式だけにとどまらず、棒状など立体のものや携帯電話等の小型機器に搭載されたものなど、非接触ＩＣカードシステムと同様に個人認証、料金決済、ソフトウェアやコンテンツのダウンロードなどに利用されるようになってきた。
【０００６】
図１０は、電磁誘導結合を用いて情報伝送を行う非接触ＩＣカードシステムを示す。非接触ＩＣカードシステムは、非接触ＩＣカード１０００とその非接触ＩＣカード１０００に対してデータの読み取りおよび記録を行う非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０とで構成される。非接触ＩＣカード１０００はＩＣチップ１０２０と電磁誘導結合に用いる電磁誘導素子であるコイルＣ１０３０とで構成され、ＩＣチップ１０２０にはＲＦインターフェース、変復調回路、電源回路、マイクロプロセッサ、メモリ等が含まれている。非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０は非接触ＩＣカード１０００のコイルＣ１０３０と電磁誘導結合するための電磁誘導素子であるコイルＲ１０４０、ＲＦインターフェース１０５０、変復調回路１０６０、マイクロプロセッサ１０７０、メモリ１０８０で構成される。
【０００７】
一般に非接触ＩＣカード１０００は電源を持たず、非接触ＩＣカード１０００に対して情報の記録や読み取りを行う場合、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０から非接触ＩＣカード１０００に電源を供給しＩＣチップ１０２０を動作させる方法が取られている。非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０で発生した交流磁界中に非接触ＩＣカード１０００を置くと、非接触ＩＣカード１０００上のコイルＣ１０３０に電圧が誘起されて生じる電流をスイッチングダイオードを用いて整流しＩＣチップ１０２０を動作させる電源を得る。また、電源を持っている非接触ＩＣカード１０００も存在する。
【０００８】
図１１は、図１０に示す非接触ＩＣカードその非接触ＩＣカードリーダ／ライタにおけるＲＦインターフェースとコイルの等価回路の図である。非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１１０のコイルＲ１１３０で交流磁界を発生させると、コイルＲ１１３０と非接触ＩＣカード１１００のコイルＣ１１２０との間に相互誘導作用により片方のコイルに印加した電圧の時間変化でコイル間の磁束が変化し、もう一方のコイルに起電力が誘起され電流が流れる。このとき、双方の電圧には比例関係があり、それは相互インダクタンスＭで定義される。
【０００９】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０から非接触ＩＣカード１０００に情報を送信する場合、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０は送信する情報や読み出しコマンド等のベースバンド信号を、変復調回路１０６０で振幅変調（ＡＳＫ）または位相変調（ＰＳＫ）し、変調信号に対応した電圧をコイルＲ１０４０に印加する。
【００１０】
非接触ＩＣカード１０００は、コイルＣ１０３０に発生した磁束の変化によって誘起電圧の振幅または位相が変化し変調信号が伝送される。ＩＣチップはその変調信号を復調し、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０から送られた情報に対応した処理をマイクロプロセッサ１０７０で実施する。逆に非接触ＩＣカード１０００から非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０に情報を送信する場合、変調方法は非接触ＩＣカード１０００のコイルＣ１０３０のインピーダンスを変化させる負荷変動を利用する。また使用する周波数帯域により２つの方法に分けられ、変調信号の搬送波周波数を用いる方法と、搬送波周波数を避けて副搬送波を用いる方法が取られる。
【００１１】
前者の場合は、非接触ＩＣカード１０００のコイルＣ１０３０の共振回路に並列に接続した負荷を持ち、送信する情報のベースバンド信号に応じて負荷をオン／オフすることによりコイルのインピーダンスを変化させる。それにより、非接触ＩＣカード１０００のコイルＣ１０３０の電圧が変化し、それに対応して非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０のコイルＲ１０４０の電圧も変化する。この電流の変化分を増幅し復調する。また、後者の場合は分周器を用いて搬送波から副搬送波を発生させ、ベースバンド信号を変調する。さらに搬送波周波数で変調することで、搬送波周波数から副搬送波周波数分だけ上下の周波数に推移したところにスペクトルを発生させる。非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１０１０では、この２個の副搬送波のうちどちらか一方だけをフィルタリングして、副搬送波の周波数で同期検波を行い復調する。
【００１２】
このような非接触ＩＣカードシステムに代表される近接通信装置および近接通信システムにおいて、所定の変調方式及び周波数帯域での情報伝送の高速化を図ろうとするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
この特許文献では、図１２に示すように非接触ＩＣカード１２００と非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１２１０とが、それぞれｍ個（２以上の整数）のコイルＣ１２２０〜１２２ｍ、コイルＲ１２３０〜１２３ｍを搭載する。それぞれのコイルは対応するコイルＲとコイルＣの組み合わせ（コイルＣ１２２０−コイルＲ１２３０、コイルＣ１２２１−Ｒ１２３１・・・コイルＣ１２２ｍ−コイルＲ１２３ｍ）で電磁誘導結合して、全体でｍ本の通信路を形成する。これによって、非接触ＩＣカード１２００と非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１２１０との間でｍ本の通信路を用いて情報を並列に伝送することで、従来の方法に比べてｍ倍の情報を伝送することができ、高速な情報伝送を行うことを特徴としている。
【特許文献１】特開平７−１２９７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前記従来の構成では、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタは波長に比べ十分短い間隔で複数のコイルが配置されているため、一対のコイル間で情報伝送を行い交流磁界が発生すると通信目的でない他のコイルにも電圧が誘起する。よって、複数のコイルでそれぞれ電磁誘導結合を用いて情報伝送する場合、不要なコイル間の結合により必要な情報に干渉を及ぼして正確な情報伝送が困難になるといった課題を有していた。
【００１５】
さらに、前記従来の構成では、非接触ＩＣカードに搭載するコイルと非接触ＩＣカードリーダ／ライタに搭載するコイルの数が同数であるため、通信を行う際に対応するコイル同士の位置関係が固定しなければ情報伝送を行うことができず、自由な配置による通信ができないといった課題を有していた。
【００１６】
図１３は、２対のコイルで情報伝送を行う非接触ＩＣカードシステムにおける非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタのコイルの位置関係を示す上面図である。
【００１７】
図１３の（ａ）は、非接触ＩＣカード１３００を非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１３１０上のあらかじめ決められた位置に設置した場合である。このときコイルＣ１３２０はコイルＲ１３４０と、コイルＣ１３３０はコイルＲ１３５０とそれぞれ電磁誘導結合し、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１３１０のコイルＲ１３４０・１３５０で発生する交流磁界の磁束が非接触ＩＣカード１３００のコイルＣ１３２０・１３３０に十分鎖交し、ＩＣチップに供給する十分な電力が得られる。
【００１８】
しかし、図１３の（ｂ）のように非接触ＩＣカード１３０１を非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１３１１上の位置に設置した場合は、コイルＣ１３２１はコイルＲ１３４１と、コイルＣ１３３１はコイルＲ１３５１と電磁誘導結合するが、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１３１１のコイルＲ１３４１・１３５１で発生する交流磁界の磁束が非接触ＩＣカード１３０１のコイルＣ１３２１・１３３１と十分に鎖交せず、ＩＣチップに供給する十分な電力が得られないため通信することができない。
【００１９】
さらに、図１３の（ｃ）のように非接触ＩＣカード１３０２を非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１３１２上の位置に設置した場合は、コイルＣ１３３２はコイルＲ１３５２と電磁誘導結合するが、コイルＣ１３２２はコイルＲ１３４２・１３５２の両方と電磁誘導結合してしまい、所望の信号（コイルＲ１３４２からの信号）に別の信号（コイルＲ１３５２からの信号）が乗積した信号を受信して正確な情報の伝送が困難になる。
【００２０】
さらに、図１３の（ｄ）のように非接触ＩＣカード１３０３を非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１３１３上の位置に置いた場合は、コイルＣ１３３３はコイルＲ１３５３と電磁誘導結合するが、コイルＣ１３２３はコイルＲ１３４３は磁束が鎖交しないため電磁誘導結合できず、１本の情報路での情報伝送しかできなくなり、複数のコイルを有効に利用できない。
【００２１】
このため、通信を行うために非接触ＩＣカードは非接触ＩＣカードリーダ／ライタ上の所定の位置関係・方向に設置する必要があった。
【００２２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタ間で複数コイルを用いて高速に情報伝送を行う際に、コイル間の相互干渉の影響を除去し、さらに利用時の非接触ＩＣカードの設置位置関係にとらわれずに、正確な情報伝送を可能とした非接触ＩＣカードシステムを始めとした電磁誘導結合を用いた通信を行う近接通信装置および近接通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の近接通信システムは、複数の電磁誘導素子から成る第１の電磁誘導素子群を有する第１の近接通信装置と、複数の電磁誘導素子から成る第２の電磁誘導素子群を有する第２の近接通信装置から成り、前記第１の近接通信装置と前記第２の近接通信装置のうち一方または両方において前記第１の電磁誘導素子群と前記第２の電磁誘導素子群との間に生じる複数種類の電磁誘導素子の組み合わせに対する相互結合量を観測し、伝送された複数の信号に対して前記相互結合量に基づいて前記複数の信号から所望の信号以外の信号成分を分離・除去することで、複数の電磁誘導素子間に干渉が生じていても複数の信号を並列に伝送することを可能とする。
【００２４】
好ましくは、前記第１の電磁誘導素子群および前記第２の電磁誘導素子群を、概直交方向の異なる２方向または３方向の電磁誘導素子で構成することで、第１の電磁誘導素子群と第２の電磁誘導素子群の間で生じる複数の信号の干渉を分離しやすくする。それとともに、前記第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子数を、前記第１の電磁誘導素子群の電磁誘導素子数よりも多く配置し、前記第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子のうち、前記第１の電磁誘導素子群の各電磁誘導素子との通信に適した特定の電磁誘導素子の組を動的に検出して前記特定の電磁誘導素子の組のみを通信に使用することにより、複数電磁誘導素子を用いた高速情報伝送の信頼度を向上する。
【００２５】
また、前記第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子の大きさを前記第１の電磁誘導素子群の電磁誘導素子の大きさよりも小さくして密に配置することで、第１の電磁誘導素子群の特定の電磁誘導素子の直近にあたる第２の電磁誘導素子群の電磁誘導素子に第１の電磁誘導素子群の他の電磁誘導素子からの干渉を生じにくくする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の近接通信システムによれば、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタなどの近接通信装置間で複数の電磁誘導素子を用いて高速情報伝送を行う際に、電磁誘導素子間の相互干渉の影響を除去した正確な情報伝送を可能とし、さらに近接通信装置間の位置関係・方向にとらわれない近接通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における非接触ＩＣカードシステムの図である。
【００２９】
図１の非接触ＩＣカードシステムは、非接触ＩＣカード１００とその非接触ＩＣカード１００に対してデータの読み取りおよび記録を行う非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０とで構成される。
【００３０】
非接触ＩＣカード１００は、ＩＣチップ１２０とコイルＣ１３０・１３１で構成され、ＩＣチップ１２０は非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０で発生する交流磁界によってコイルＣ１３０・１３１に誘起した電圧によって生じる電流を整流してＩＣチップ１２０を駆動させる電力を得る。さらに、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０から送信された信号を復調し、その復調信号中のコマンドに対して所定の処理を行い、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０に情報を送信する。コイルＣ１３０・１３１は所定の搬送波周波数で共振するように設計され、それぞれ対応する非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０のコイルＲ１４０・１４１と電磁誘導結合して、電力の供給を受けるとともに信号伝送を行う。
【００３１】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０は、コイルＲ１４０・１４１と、ＲＦインターフェース１５０、変復調回路１６０、マイクロプロセッサ１７０、メモリ１８０で構成される。コイルＲ１４０・１４１は所定の搬送波周波数で共振するように設計され、それぞれ対応する非接触ＩＣカード１００のコイルＣ１３０・１３１と電磁誘導結合して電力の供給をするとともに信号の送受信を行う。ＲＦインターフェース１５０は、変復調回路１６０から変調信号を入力して信号を増幅しコイルに電圧を印加するとともに、コイルＲ１４０・１４１に誘起した電圧から受信信号を検出して変復調回路１６０に入力する。変復調回路１６０は、マイクロプロセッサ１７０から入力された送信信号を変調してＲＦインターフェース１５０に変調信号を入力するとともに、ＲＦインターフェース１５０から入力された受信信号を復調してマイクロプロセッサ１７０に復調信号を入力する。マイクロプロセッサ１７０は、あらかじめ決められた情報の送受信手順に基づいて、変復調回路１５０に非接触ＩＣカード１００に送信するコマンドを含んだ送信信号を入力するとともに、変復調回路１５０から復調信号が入力され情報の送受信手順に基づいて所定の処理を行い、場合によってはメモリ１８０や外部とデータの入出力を行う。メモリ１８０は、マイクロプロセッサ１７０から入力されたデータを記憶し、必要に応じてマイクロプロセッサ１７０にデータを出力する。
【００３２】
図２は、図１の非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタにおけるＲＦインターフェースとコイルの等価回路の図である。
【００３３】
この構成で、２対のコイルで電磁導結合し２本の通信路を用いてデータを並列伝送する場合を考える。非接触ＩＣカードリーダ／ライタ２１０のコイルＲ２３０は発生する交流磁界により、非接触ＩＣカード２００のコイルＣ２２０とは相互インダクタンスＭ１１で電磁誘導結合し、それとともに非接触ＩＣカード２００のコイルＣ２２１とは相互インダクタンスＭ１２で電磁誘導結合する。同様に、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ２１０のコイルＲ２３１では発生した交流磁界により、非接触ＩＣカード２００のコイルＣ２２０とは相互インダクタンスＭ２１で電磁誘導結合し、非接触ＩＣカード２００のコイルＣ２２１とは相互インダクタンスＭ２２で電磁誘導結合する。
【００３４】
非接触ＩＣカード２００のコイルＣ２２０に誘起する電圧は、所望のコイルＲ２３０の磁束から誘起する電圧とコイルＲ２３１の磁束から誘起する電圧からなり、よって所望のコイルＲ２３０からの信号とコイルＲ２３１からの信号が乗積する。同様に非接触ＩＣカード２００のコイルＣ２２１でも所望のコイルＲ２３１からの信号とコイルＲ２３０からの信号が乗積する。
【００３５】
図３は、図１の実施の形態１で用いる各コイル間の信号分離に関する制御フローを表す。
【００３６】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０は交流磁界を発生し、適正通信距離内の非接触ＩＣカード１００では誘導電流の整流を行いＩＣチップ１２０に電力を供給する（ステップ３１）。次に、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０のコイルＲ１４０に電圧を印加する（ステップ３２）。その時、非接触ＩＣカード１００のコイルＣ１３０・１３１に誘起する電圧を観測し、相互インダクタンスＭ１１・１２を算出し記憶する（ステップ３３）。ステップ３２とステップ３３は非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０のコイルの数だけ繰り返す。同様に、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ１１０のコイルＲ１４１に電圧を印加し、非接触ＩＣカード１００のコイルＣ１３０・１３１に誘起される電圧を観測し、相互インダクタンスＭ２１・Ｍ２２を算出して記憶する（ステップ３２、ステップ３３）。２対のコイルによって２本の情報路でデータを並列に情報伝送を行う（ステップ３４）。ステップ３３で記録した相互インダクタンスＭ１１〜Ｍ２２の値に基づいて、各コイル間の信号の分離を行う（ステップ３５）。
【００３７】
これによって、各コイル間の相互インダクタンスＭ１１〜Ｍ２２を観測し、それに基づいて各コイルの信号から不要な信号成分を除去することで、各コイル間の信号を分離でき正確な信号の復調が可能となる。
【００３８】
不要な信号成分の除去は、少なくとも一方のコイルに接続される回路に、位相調整器と振幅調整器を挿入し、干渉成分の振幅が等しく、位相が逆になるよう調整して、各信号を合成することで実現できる。
【００３９】
図４は、変復調回路内に設けられる信号分離回路のブロック図である。
【００４０】
図４において、位相調整器４１０はコイル４００に接続されており、コイル４００からの信号の位相を調整する。振幅調整器４２０は、位相調整器４１０で位相調整された信号の振幅レベルを調整する。位相調整器４１１はコイル４０１に接続されており、コイル４０１からの信号の位相を調整する。振幅調整器４２１は、位相調整器４１１で位相調整された信号の振幅レベルを調整する。
【００４１】
なお、図４では双方のコイルの回路に位相調整器と振幅調整器が設けられているが、調整能力が十分であれば、一方に設けておくだけでも分離することが可能である。位相調整器には、回路に直列または並列に挿入された可変リアクタンス素子や、信号を時間的に遅延させ微小な遅延量を制御できる可変遅延素子が用いられる。振幅調整器には、可変減衰器や、可変利得増幅器が用いられる。
【００４２】
また、図４では、コイル側から復調回路側に向けて、位相調整器、振幅調整器の順に接続して構成されているが、接続順序が逆になっていてもよいし、位相調整器と振幅調整器の両機能を兼ね備えるデバイスで構成してもよい。
【００４３】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における非接触ＩＣカードシステムの図である。
【００４４】
図５の非接触ＩＣカードシステムは、非接触ＩＣカード５００とその非接触ＩＣカード５００に対してデータの読み取りおよび記録を行う非接触ＩＣカードリーダ／ライタ５１０とで構成される。
【００４５】
非接触カード５００は、ＩＣチップ５２０と磁束が概ね直交するように配置された３個のコイルＣ５３０〜５３２とで構成される。ＩＣチップ５２０の動作は実施の形態１に記述のＩＣチップ１２０の動作の通りであるので省略する。コイルＣ５３０〜５３２は所定の搬送波周波数で共振するように設計され、それぞれ磁束の向きが対応する非接触ＩＣカードリーダ／ライタ５１０のコイルＲ５４０〜５４２と電磁誘導結合して電力の供給を受けるとともに信号伝送を行う。
【００４６】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ５１０は、概ね磁束が直交するように配置された３個のコイルＲ５４０〜５４２、ＲＦインターフェース５５０、変復調回路５６０、マイクロプロセッサ５７０、メモリ５８０で構成される。コイルＲ５４０〜５４２は所定の搬送波周波数で共振するように設計され、それぞれ磁束の向きが対応する非接触ＩＣカード５００のコイルＣ５３０〜５３２と電磁誘導結合して電力を供給するとともに信号伝送を行う。ＲＦインターフェース５５０、変復調回路５６０、マイクロプロセッサ５７０、メモリ５８０の動作については、それぞれ実施の形態１のＲＦインターフェース１５０、変復調回路１６０、マイクロプロセッサ１７０、メモリ１８０と同じなので省略する。
【００４７】
コイルＣ５３０とコイルＲ５４０は図５のＸ軸方向の磁束、コイルＣ５３１とコイルＲ５４１は図５のＹ軸方向の磁束、コイルＣ５３２とコイルＲ５４２は図５のＺ軸方向の磁束により電磁誘導結合するように配置されている。
【００４８】
この構成で、磁束が直交する３対のコイルで電磁導結合して３本の通信路を用いてデータを並列伝送する場合を考える。
【００４９】
実施の形態１で用いたコイル間の信号分離制御に従い、非接触ＩＣカード５００に電力を供給した後、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ５１０はコイルＲ５４０〜５４２に順に電圧を印加し、発生した交流磁界により非接触ＩＣカードのコイルＣ５３０〜５３２に誘起する電圧を観測し、相互インダクタンスＭ１１〜Ｍ３３を算出し記録する。
【００５０】
さらに、３対のコイルによって３本の情報路でデータを並列に情報伝送し、非接触ＩＣカード５００の変復調回路５６０において相互インダクタンスＭ１１〜３３を用いて信号を分離する。３対のコイルはそれぞれの磁束のベクトルがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向と異なるため信号を分離しやすくなるという効果がある。
【００５１】
これによって、磁束が直交するように配置された各コイル間の相互インダクタンスＭ１１〜Ｍ３３を観測し、それに基づいて各コイルの信号から不要な信号成分を除去することで、各コイル間の信号を分離でき正確な信号の復調が可能となる。また、不要な信号成分の除去には実施の形態１の信号分離回路を用いる。
【００５２】
なお、実施の形態２では非接触ＩＣカード５００は磁束の直交する３個のコイルを搭載するが、３個のコイルのうち直交する磁束を発生する２個のコイルのみを搭載するだけでもよく、同様に非接触ＩＣカードリーダ／ライタ５１０においても同じ方向の磁束を発生する２個のコイルを搭載してもよい。また、カード形状に電磁誘導結合用コイルを形成する場合に図５のＺ軸方向以外ではコイルの面積を大きし鎖交する磁束を多くすることができないため、コイルの巻き数を増やすことで鎖交する磁束を多くする方法が用いられる。さらに、コイルの中心にフェライト等の高透磁率を持つ物質を挿入する方法を用いてもよい。
【００５３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードシステムの図である。
【００５４】
図６の非接触ＩＣカードシステムは、非接触ＩＣカード６００とその非接触ＩＣカード６００に対してデータの読み取りおよび記録を行う非接触ＩＣカードリーダ／ライタ６１０とで構成される。
【００５５】
非接触カード６００は、ＩＣチップ６２０とコイルＣ６３０・６３１で構成され、ＩＣチップ６２０およびコイルＣ６３０・６３１の動作は実施の形態１に記述のＩＣチップ１２０およびコイルＣ１３０・１３１の動作の通りであるので省略する。
【００５６】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ６１０は、コイルＲ６４０〜６４Ｂ、ＲＦインターフェース６５０、変復調回路６６０、マイクロプロセッサ６７０、メモリ６８０で構成される。コイルＲ６４０〜６４Ｂは所定の搬送波周波数で共振するように設計され、非接触ＩＣカード６００のコイルＣ６３０・６３１と電磁誘導結合し、電力を供給するとともに信号伝送を行う。ＲＦインターフェース６５０は、変復調回路６６０から変調信号を入力して信号を増幅しコイルＲ６４０〜４Ｂに電圧を印加するとともに、コイルＲ６４０〜６４Ｂに誘起した電圧から受信信号を検出して変復調回路６６０に入力する。また、マイクロプロセッサ６７０から入力する駆動コイル制御信号によって、送受信に使用するコイル６４０〜６４Ｂを自由に切り替えることができる。マイクロプロセッサ６７０は、あらかじめ決められた情報の送受信手順に基づいて、変復調回路６６０に非接触ＩＣカード６００に送信するコマンドを含んだ送信信号を入力するとともに、変復調回路６６０から復調信号が入力され情報の送受信手順に基づいて所定の処理を行い、場合によってはメモリ６８０や外部とデータの入出力を行う。さらに、非接触ＩＣカード６００のコイルＣ６３０・６３１と電磁誘導結合させるコイルを、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ６１０のコイルＲ６４０〜６４Ｂに誘起する電圧の大きさで判断し、ＲＦインターフェース６５０に駆動コイル制御信号を出力する。変復調回路６６０およびメモリ６８０の動作は実施の形態１に記述の変復調回路１５０およびメモリ１８０の動作の通りであるので省略する。
【００５７】
図７は、図６の実施の形態３で用いる非接触ＩＣカードリーダ／ライタ６１０のコイル検出制御フローを表す。
【００５８】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ６１０のコイルＲ６４０〜６４Ｂで交流磁界を発生させて、適正通信距離内の非接触ＩＣカード６００において誘導電流の整流を行いＩＣチップ６２０に電力を供給する。（ステップ７１）電力が供給された非接触ＩＣカード６２０は、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ６１０へ電力が供給されてＩＣチップ６２０が動作稼動状態に入ったことを示す信号を送信する。（ステップ７２）マイクロプロセッサ６７０は非接触ＩＣカードリーダ／ライタ６１０のコイルＲ６４０〜６４Ｂそれぞれに誘起する電圧の変化を観測し、電圧変化が大きいコイルが非接触ＩＣカード６００のコイルＣ６３０・６３１の直近にあると判断し、そのコイルを駆動コイルに決定する。（ステップ７３）なお、ステップ７３はマイクロプロセッサ６７０ではなく、ＲＦインターフェース６５０または変復調回路６６０で行ってもよい。マイクロプロセッサ６７０は駆動コイル制御信号をＲＦインターフェース６５０に出力し、ステップ７３で決定した２個のコイルを用いて非接触ＩＣカード６００と情報伝送を行う。（ステップ７４）なお、ステップ７３において最適な駆動コイルが２個以上ある場合は、それらコイルをすべて用いて通信伝送を行ってもよい。さらに、通信伝送を行わないコイルは情報伝送が終了するまで電力を供給しないようにしてもよい。
【００５９】
図８は、実施の形態３における非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタのコイルの配置を示した上面図である。
【００６０】
図８を用いて、実施の形態３の具体的な動作を説明する。
【００６１】
図８の非接触ＩＣカード８００のように非接触ＩＣカードリーダ／ライタ８１０上に設置した場合、非接触ＩＣカード８００のコイルＣ８２０・８３０は非接触ＩＣカードリーダ／ライタ８１０の複数のコイルＲ８４０〜８４３、８５０〜８５３、８６０〜８６３、８７０〜８７３上にあり、コイル検出制御によってコイルＣ８２０に対してはコイルＲ８４０を、コイルＣ８３０に対してはコイルＲ８５０を駆動コイルとして２本の情報路を形成してデータの送受信を行う。
【００６２】
また、図８の非接触ＩＣカード８０１のように非接触ＩＣカードリーダ／ライタ８１０上に設置した場合、コイル検出制御によってコイルＣ８２１に対してはコイルＲ８６１・８６２を、コイルＣ８３１に対してはコイルＲ８７１・８７２を駆動コイルとして非接触ＩＣカード８０１のコイルＣ８２１・８３１に対してそれぞれ２個ずつの非接触ＩＣカードリーダ／ライタ８１０のコイルＲを通信に割り当てることによって、２本の情報路を形成してデータの送受信を行う。
【００６３】
さらに、図８の非接触ＩＣカード８０２のように非接触ＩＣカードリーダ／ライタ８１０上に設置した場合、非接触ＩＣカード８０２が非接触ＩＣカードリーダ／ライタ８１０上に９０°回転した方向に設置されているが、コイル検出制御により、コイルＣ８２２に対してはコイルＲ８４２を、コイルＣ８３２に対してはコイルＲ８４３を駆動コイルとして２本の情報路を形成してデータの送受信を行う。
【００６４】
これによって、非接触ＩＣカードが非接触ＩＣカードリーダ／ライタ上の任意の場所・方向においても、コイル検出制御によって非接触ＩＣカードリーダ／ライタに搭載されるコイルの中でどのコイルを用いて情報の伝送を行うのが最適であるかを判断し、非接触ＩＣカードを非接触ＩＣカードリーダ／ライタ上の特定の位置関係・方向に設置しなくても、ある一定のエリア中において複数コイルを用いて並列の情報伝送を行うことができる。また、実施の形態１のコイル間信号分離制御を併用することでより高い効果を得られる。
【００６５】
なお、図８において、非接触ＩＣカードのコイルおよび非接触ＩＣカードリーダ／ライタのコイルは平面上に同方向で配置されているものとして図示したが、実施の形態２で説明した図５の配置と同様に、２方向または３方向の概直交方向に磁束を有する形状のコイルを隣接配置してもよい。これにより、コイル間で干渉の差異が大きくなるため、コイル間信号分離が有効に動作する確率を大きくすることができる。
【００６６】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４における非接触ＩＣカードシステムのコイルの配置を示した上面図である。
【００６７】
図９の非接触ＩＣカードシステムは、非接触ＩＣカード９００・９０１とその非接触ＩＣカード９００・９０１に対してデータの読み取りおよび記録を行う非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０とで構成される。
【００６８】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０に搭載するコイルは、非接触カード９００・９０１に搭載されたコイルＣ９２０・９２１・９３０・９３１よりも面積を小さくして密に配置する。単にコイルを小さくすると磁束が減少してしまうため、好ましくは、磁束をコイルの巻き数を増やすか、コイルの芯材としてフェライト等の高透磁率を持つ物質を挿入して構成する。なお、実施の形態３における非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０のコイルＲは、コイルＲ９４０〜９４７、９５０〜９５７、９６０〜９６７、９７０〜９７７、９８０〜９８７、９９０〜９９７、９Ａ０〜９Ａ７、９Ｂ０〜９Ｂ７の総称とする。
【００６９】
非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０のコイルＲは、それぞれのコイルが非接触カード９００・９０１のコイルＣ９２０・９２１・９３０・９３１の面積よりも小さいため、非接触カード９００・９０１が非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０上である場合、非接触ＩＣカード９００・９０１の１個のコイルＣ９２０・９２１・９３０・９３１は複数の非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０のコイルＲと電磁誘導結合して情報路を形成する。
【００７０】
実施の形態３で用いたコイル検出制御によって、非接触ＩＣカード９００・９０１のコイルＣ９２０・９２１・９３０・９３１のうち１個に対して、非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０の複数のコイルＲを使用コイルに設定することで、より自由な非接触ＩＣカードの設置でも対応することが可能となる。
【００７１】
例えば、図９の非接触ＩＣカード９００のように非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０上に設置した場合、コイル検出制御によって、コイルＣ９２０に対してはコイルＲ９４１・９４２・９５１・９５２を、コイル９３０に対してはコイルＲ９６１・９６２・９７１・９７２を駆動コイルとして２本の情報路を形成して情報伝送を行う。
【００７２】
また、図９の非接触ＩＣカード９０１のように非接触ＩＣカードリーダ／ライタ９１０に対して回転して設置した場合でも、コイルＣ９２１に対してはコイルＲ９７４・９７５・９８４・９９４を、コイルＣ９３１に対してはコイルＲ９８６・９９５・９９６・９Ａ５を駆動コイルとして２本の情報路を形成して情報伝送行うことで、非接触ＩＣカードの位置関係・方向によらず柔軟に通信路を構築することが可能になる。
【００７３】
これによって、非接触ＩＣカードが一定範囲内の任意の位置関係・方向においても、コイル検出制御によって非接触ＩＣカードリーダ／ライタに搭載されるコイルＲの中で情報伝送の行うのに最適な駆動コイルを判断し、非接触ＩＣカードを特定の位置関係に設置することなく、ある一定のエリア中において複数コイルを用いた並列の情報伝送を行うことができる。また、実施の形態１のコイル間信号分離制御を併用することでより高い効果を得られる。
【００７４】
なお、図９において、非接触ＩＣカードのコイルおよび非接触ＩＣカードリーダ／ライタのコイルは平面上に同方向で配置されているものとして図示したが、実施の形態２で説明した図５の配置と同様に、２方向または３方向の概直交方向に磁束を有する形状のコイルを隣接配置してもよい。これにより、コイル間で干渉の差異が大きくなるため、コイル間信号分離が有効に動作する確率を大きくすることができる。
【００７５】
なお、上記各実施の形態においては非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタから成る非接触ＩＣカードシステムを例に説明したが、これに限るものではなく、非接触ＩＣカードと小型情報機器との間や小型情報機器同士の間などで電磁誘導結合を用いた通信を行う近接通信装置および近接通信システム全般に本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明にかかる非接触ＩＣカードシステムは、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ／ライタの双方に複数のコイルを有し、そのコイル間の相互インダクタンスを観測し受信信号の分離に用いることで、非接触ＩＣカードシステムの高速情報伝送における信頼度を向上させる。
【００７７】
さらに、非接触カードに搭載するコイル数以上のコイルを非接触ＩＣカードリーダ／ライタに搭載することで、非接触カードの位置関係・方向検出によって駆動コイルを動的に切り替えることで、一定エリア内で複数コイルによる高速情報伝送を可能とする。
【００７８】
また、非接触ＩＣカードリーダ／ライタのコイルの大きさを非接触カードのコイルの大きさよりも小さくし密接に配置することで、より柔軟に通信路を構築することができる。
【００７９】
また、この利用用途は非接触ＩＣカードシステムに限るものではなく、非接触ＩＣカードと小型情報機器との間や小型情報機器同士の間などで電磁誘導結合を用いた通信を行う近接通信装置および近接通信システム全般に同様の効果を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１における非接触ＩＣカードシステムに係る図
【図２】本発明の実施の形態１における非接触ＩＣカードシステムのＲＦインターフェースとコイルの等価回路に係る図
【図３】本発明の実施の形態１におけるコイル間信号分離に係る制御フロー図
【図４】本発明の実施の形態１における信号分離回路に係るブロック図
【図５】本発明の実施の形態２における非接触ＩＣカードシステムに係る図
【図６】本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードシステムに係る図
【図７】本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードシステムのコイル検出に係る制御フロー図
【図８】本発明の実施の形態３における非接触ＩＣカードシステムのコイルの配置に係る上面図
【図９】本発明の実施の形態４における非接触ＩＣカードシステムのコイルの配置に係る上面図
【図１０】従来の非接触ＩＣカードシステムに係る図
【図１１】従来の非接触ＩＣカードシステムのＲＦインターフェースとコイルの等価回路に係るの図
【図１２】従来の非接触ＩＣカードシステムに係る図
【図１３】従来の非接触ＩＣカードシステムのコイルの配置に係る上面図
【符号の説明】
【００８１】
１００，２００，５００，６００，８００〜８０２，９００，９０１，１０００，１１００，１２００，１３００〜１３０３    非接触ＩＣカード
１１０，２１０，５１０，６１０，８１０，９１０，１０１０，１１１０，１２１０，１３１０〜１３１３    非接触ＩＣカードカード／リーダライタ
１２０，５２０，６２０，１０２０    ＩＣチップ
１３０，１３１，２２０，２２１，５３０〜５３２，６３０，６３１，８２０〜８２２，８３０〜８３２，９２０，９２１，９３０，９３１，１０３０，１１２０，１２２０〜１２２ｍ，１３２０〜１３２３，１３３０〜１３３３    コイルＣ
１４０，１４１，２３０，２３１，５４０〜５４２，６４０〜６４Ｂ，８４０〜８４３，８５０〜８５３，８６０〜８６３，８７０〜８７３，９４０〜９４７，９５０〜９５７，９６０〜９６７，９７０〜９７７，９８０〜９８７，９９０〜９９７，９Ａ０〜９Ａ７，９Ｂ０〜９Ｂ７，１０４０，１１３０，１２３０〜１２３ｍ，１３４０〜１３４３，１３５０〜１３５３    コイルＲ
１５０，５５０，６５０，１０５０    ＲＦインターフェース
１６０，５６０，６６０，１０６０    変復調回路
１７０，５７０，６７０，１０７０    マイクロプロセッサ
１８０，５８０，６８０，１０８０    メモリ
４００，４０１    コイル
４１０，４１１    位相調節器
４２０，４２１    振幅調節器
【図１】
2006279669.tif 000003
【図２】
2006279669.tif 000004
【図３】
2006279669.tif 000005
【図４】
2006279669.tif 000006
【図５】
2006279669.tif 000007
【図６】
2006279669.tif 000008
【図７】
2006279669.tif 000009
【図８】
2006279669.tif 000010
【図９】
2006279669.tif 000011
【図１０】
2006279669.tif 000012
【図１１】
2006279669.tif 000013
【図１２】
2006279669.tif 000014
【図１３】
2006279669.tif 000015