(57)【要約】【課題】安定して非接触通信を行う事ができる携帯可能電子装置、及び携帯可能電子装置の制御方法を提供する。【解決手段】携帯可能電子装置（２）は、外部機器（１）から送信される電波を受信するアンテナ（２１）と、アンテナと接続される共振周波数可変手段（２４４）と、共振周波数可変手段とアンテナとの接続状態を制御するスイッチ手段（２４５）とを備える。携帯可能電子装置は、アンテナにより受信する電波に基づいて直流電圧を生成し、生成される直流電圧の電圧値を検出し、検出する電圧値に基づいてスイッチ手段を制御する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器から送信される電波を受信するアンテナと、
前記アンテナと接続される共振周波数可変手段と、
前記共振周波数可変手段と前記アンテナとの接続状態を制御するスイッチ手段と、
前記アンテナにより受信する電波に基づいて直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、
前記直流電圧生成手段により生成される直流電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出する電圧値に基づいて前記スイッチ手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする携帯可能電子装置。
【請求項２】
前記共振周波数可変手段は、前記アンテナとそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサを具備し、
前記スイッチ手段は、前記各コンデンサとそれぞれ直列に接続される複数のスイッチを具備し、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出する電圧値に基づいて前記複数のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御することを特徴とする請求項１に記載の携帯可能電子装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出する電圧値が予め設定される閾値より高い場合、前記スイッチ手段のスイッチを１つＯＦＦすることを特徴とする請求項２に記載の携帯可能電子装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出する電圧値が予め設定される閾値より高い場合、前記スイッチ手段のスイッチを予め設定されている数だけＯＦＦすることを特徴とする請求項２に記載の携帯可能電子装置。
【請求項５】
さらに、前記各部を備えるＩＣモジュールと、
前記ＩＣモジュールが設置される本体と、
を具備することを特徴する請求項１乃至４に記載の携帯可能電子装置。
【請求項６】
外部機器から送信される電波を受信するアンテナを具備する携帯可能電子装置の制御方法であって、
前記アンテナにより受信する電波に基づいて直流電圧を生成し、
生成される直流電圧の電圧値を検出し、
検出する電圧値に基づいて前記アンテナの共振周波数を制御する、
ことを特徴とする携帯可能電子装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、アンテナにより電波を受信することにより種々の処理を行う携帯可能電子装置、及び携帯可能電子装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣカードを処理する端末装置と電磁誘導および電磁結合により非接触通信を行うＩＣカード（携帯可能電子装置）が一般的に実用化されている。
【０００３】
ＩＣカードは、プラスチックなどで形成されたカード状の本体と本体に埋め込まれたＩＣモジュールを備えている。ＩＣモジュールは、ＩＣチップとアンテナとを有している。ＩＣチップは、電源が無い状態でもデータを保持することができるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュＲＯＭなどの不揮発性メモリ、ＲＡＭなどの揮発性メモリ、及び種々の演算を実行するＣＰＵを有する。アンテナは、ＩＣカードの処理装置との電波の送受信、及び電力の生成を行う。
【０００４】
非接触インターフェースとしてのアンテナを備えるＩＣカード（非接触ＩＣカード）は、端末装置（リーダライタ）と非接触通信を行うことにより、データの送受信を行うことができる。非接触ＩＣカードは、リーダライタから発せられる磁界を受けとり、電磁誘導により起電力を生成し、動作する。
【０００５】
例えば、特許文献１には、共振周波数を自動的に調整して、効率よく電源供給を受けることのできるＩＣカードにおける応答器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１８７９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載される応答器を備えるＩＣカードは、共振回路から最も大きい出力が得られるように共振回路の共振周波数を切り換える。この為、ＩＣカードは、効率よく電源供給を受けることができる。
【０００８】
しかし、上記した方法によると、アンテナがリーダライタから受ける磁界の強度が強い場合、アンテナ端の電圧が過大となる。この為、ＩＣチップ内部に過大な電圧が印加される。この結果、ＩＣチップ内部の整流用ダイオード、又は、その他の電気部品が破損する可能性があるという問題がある。また、過大な消費電流がＩＣチップに継続して流れる為、ＩＣチップ内の温度上昇を招き、故障または損傷の原因になるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、安定して非接触通信を行う事ができる携帯可能電子装置、及び携帯可能電子装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態としての携帯可能電子装置は、外部機器から送信される電波を受信するアンテナと、前記アンテナと接続される共振周波数可変手段と、前記共振周波数可変手段と前記アンテナとの接続状態を制御するスイッチ手段と、前記アンテナにより受信する電波に基づいて直流電圧を生成する直流電圧生成手段と、前記直流電圧生成手段により生成される直流電圧の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出する電圧値に基づいて前記スイッチ手段を制御する制御手段と、を具備する。
【００１１】
また、本発明の一実施形態としての携帯可能電子装置の制御方法は、外部機器から送信される電波を受信するアンテナを具備する携帯可能電子装置の制御方法であって、前記アンテナにより受信する電波に基づいて直流電圧を生成し、生成される直流電圧の電圧値を検出し、検出する電圧値に基づいて前記アンテナの共振周波数を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、安定して非接触通信を行う事ができる携帯可能電子装置、及び携帯可能電子装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る携帯可能電子装置の処理システムの構成の例について説明するためのブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すＩＣカードの構成例について説明するためのブロック図である。
【図３】図３は、図２に示すＩＣカードの電源部及びアンテナの構成例について説明するための説明図である。
【図４】図４は、共振周波数と出力電圧との関係について説明する為の説明図である。
【図５】図５は、図３に示すＩＣカードの動作について説明する為のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る携帯可能電子装置について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る携帯可能電子装置の処理システム（ＩＣカード処理システム）１０の構成の例について説明するためのブロック図である。  
図１に示すようにＩＣカード処理システム１０は、携帯可能電子装置の処理装置（端末装置）１と携帯可能電子装置（ＩＣカード）２とを備えている。端末装置１は、制御部１１、ディスプレイ１２、キーボード１３、及びカードリーダライタ１４を備える。端末装置１とＩＣカード２とは、無線通信により互いに種々のデータの送受信を行う。
【００１６】
制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどを備える。制御部１１は、端末装置１全体の動作を制御する。
【００１７】
ディスプレイ１２は、制御部１１の制御により種々の情報を表示する。ディスプレイ１２は、例えば、ＩＣカード２との通信結果等を表示する。
【００１８】
キーボード１３は、端末装置１の操作者による操作を操作信号として受け取る。キーボード１３は、受け取った操作信号を制御部１１に対して入力する。
【００１９】
カードリーダライタ１４は、ＩＣカード２と通信を行うための機器である。カードリーダライタ１４は、電波を放出する。ＩＣカード２は、カードリーダライタ１４から電波を受信する場合、電磁誘導により電力を生成する。即ち、カードリーダライタ１４は、ＩＣカード２に対して電力を供給する。また、カードリーダライタ１４は、ＩＣカード２に対して、データの送受信を行う。
【００２０】
制御部１１は、カードリーダライタ１４によりＩＣカード２に対して種々のコマンドを入力する。ＩＣカード２は、カードリーダライタ１４から受信するコマンドに応じて処理を行う。例えば、制御部１１は、ＩＣカード２に書き込みコマンド、または読み取りコマンドなどを送信することにより、ＩＣカード２に書き込み処理、または読み出し処理を行わせることが出来る。
【００２１】
図２は、図１に示すＩＣカード２の構成例について説明するためのブロック図である。  
図２に示すように、ＩＣカード２は、カード状の本体と、本体内に内蔵されるＩＣモジュール２２とを備えている。ＩＣモジュール２２は、１つ又は複数のＩＣチップ２０と、送受信アンテナ部（アンテナ）２１とを備える。ＩＣチップ２０とアンテナ２１とは、互いに接続された状態でＩＣモジュール２２に形成される。
【００２２】
ＩＣチップ２０は、通信部２３、電源部２４、制御部２５、コプロセッサ（ｃｏ−ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２６、及び記憶部２７などを備えている。
【００２３】
通信部２３は、アンテナ２１に接続されている。通信部２３及びアンテナ２１は、端末装置１のカードリーダライタ１４と非接触通信を行うためのインターフェースである。通信部２３は、送受信データの変調および復調を行う送受信回路を備える。
【００２４】
電源部２４は、カードリーダライタ１４から電波を受信し、受信した電磁波を整流回路にて整流、及び平滑する。これにより、電源部２４は、安定化された直流電圧を生成する。電源部２４は、生成した電圧をＩＣカード２の各部に供給する。ＩＣカード２の各部は、電圧の供給を受けた場合、動作可能な状態（活性化状態）になる。
【００２５】
制御部２５は、ＩＣカード２全体の制御を司る制御部として機能する。制御部２５は、記憶部２７に記憶されている制御プログラム及び制御データに基づいて種々の処理を行う。例えば、カードリーダライタ１４から受信するコマンドに応じて種々の処理を行う。制御部２５は、処理結果に基づいてレスポンスなどのデータを生成する。
【００２６】
コプロセッサ２６は、送受信するデータに対して演算処理を施す。  
記憶部２７は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性メモリなどのモジュールである。
【００２７】
ＲＯＭは、予め制御用のプログラム及び制御データなどを記憶する不揮発性のメモリである。ＲＯＭは、製造段階で制御プログラム及び制御データなどを記憶した状態でＩＣカード２内に組み込まれる。即ち、ＲＯＭに記憶される制御プログラム及び制御データは、予めＩＣカード２の仕様に応じて組み込まれる。
【００２８】
ＲＡＭは、ワーキングメモリとして機能する揮発性のメモリである。ＲＡＭは、ＣＰＵの処理中のデータなどを一時的に格納する。例えば、ＲＡＭは、アンテナ２１を介して端末装置１から受信したデータを一時的に格納する。また、ＲＡＭは、制御部２５が実行するプログラムを一時的に格納する。
【００２９】
不揮発性メモリは、例えば、ＥＥＰＲＯＭあるいはフラッシュＲＯＭなどのデータの書き込み及び書換えが可能な不揮発性のメモリにより構成される。不揮発性メモリは、ＩＣカード２の運用用途に応じて制御プログラム及び種々のデータを格納する。
【００３０】
たとえば、不揮発性メモリでは、プログラムファイル及びデータファイルなどが創成される。創成された各ファイルには、制御プログラム及び種々のデータなどが書き込まれる。制御部２５は、不揮発性メモリ、または、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の処理を実現することができる。
【００３１】
図３は、図２に示すＩＣカードの電源部及びアンテナの構成例について説明するための説明図である。
【００３２】
図３に示すように、電源部２４は、整流平滑回路２４１、レギュレータ２４２、電圧検出回路２４３、コンデンサ部２４４、及びスイッチ部２４５を備える。
【００３３】
また、アンテナ２１は、アンテナコイルＬｉと同調コンデンサＣｉとを備える。アンテナ２１は、アンテナコイルＬｉと同調コンデンサＣｉとにより構成されるＬＣ並列共振回路を備える。
【００３４】
整流平滑回路２４１は、複数のダイオードにより構成される整流ブリッジを備える。整流平滑回路２４１は、アンテナ２１から受信する信号に対して整流、及び平滑化を行う。これにより、整流平滑回路２４１は、直流電圧を生成する。整流平滑回路２４１は、直流電圧をレギュレータ２４２に入力する。
【００３５】
レギュレータ２４２は、整流平滑回路２４１から供給される直流電圧をＩＣカード２の各部に供給し、各部を動作させる。
【００３６】
電圧検出回路２４３は、整流平滑回路２４１から出力される直流電圧を検出する。電圧検出回路２４３は、検出する直流電圧のレベルを示す情報を制御部２５に出力する。
【００３７】
コンデンサ部２４４は、複数のコンデンサを備える。即ち、コンデンサ部２４４は、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、・・・コンデンサＣｎを備える。各コンデンサは、アンテナ２１の同調コンデンサＣｉと並列に接続されている。
【００３８】
スイッチ部２４５は、複数のスイッチを備える。即ち、スイッチ部２４５は、スイッチＳ１、スイッチＳ２、・・・スイッチＳｎを備える。各スイッチは、コンデンサ部２４４の各コンデンサとそれぞれ直列に接続されている。なお、各スイッチは、制御部２５の制御に基づいてＯＮ／ＯＦＦに切り替えが行われる。
【００３９】
制御部２５は、接続するコンデンサ部２４４のコンデンサの数を制御することにより、アンテナ２１の共振周波数を制御することが出来る。例えば、電圧検出回路２４３により検出する電圧が、予め設定される閾値以上である場合、制御部２５は、コンデンサ部２４４のコンデンサに接続されているスイッチをオフする。これにより、アンテナ２１の共振周波数を上げることが出来る。この結果、整流平滑回路２４１から出力される直流電圧の値を制御することができる。
【００４０】
なお、ここでは、端末装置１がＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に準拠する通信方式により非接触通信を行うと仮定する。この場合、端末装置１のカードリーダライタ１４は、周波数が１３．５６ＭＨｚである搬送波を出力する。この為、ＩＣカード２のアンテナ２１は、共振周波数が１３．５６ＭＨｚに近い程、整流平滑回路２４１から出力される直流電圧が大きくなる。
【００４１】
例えば、ＩＣカード２のアンテナコイルＬｉの巻き数を５Ｔとし、このときのアンテナコイルＬｉのインダクタンスをＬ＝２．３４μＨとする。また、アンテナ２１の同調コンデンサの容量Ｃは、アンテナ２１の同調コンデンサＣｉの容量Ｃｉと、アンテナコイルの内部容量Ｃcoilと、ＩＣチップ２０の内部の浮遊容量ＣLSIと、ＩＣチップ２０のコンデンサ部２４４のコンデンサ容量ＣINの総和となる。
【００４２】
ｆｃを共振周波数とし、アンテナ２１の同調コンデンサの容量Ｃとする場合、共振周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／（２π（ＬＣ）1/2）により求めることができる。
【００４３】
例えば、アンテナ２１の同調コンデンサの容量Ｃ＝４８．１ｐＦとする場合、共振周波数ｆｃ＝１５ＭＨｚとなる。また、例えば、アンテナ２１の同調コンデンサの容量Ｃ＝２７．１ｐＦとする場合、共振周波数ｆｃ＝２０ＭＨｚとなる。
【００４４】
ここでは、コンデンサ部２４４の各コンデンサに接続される各スイッチを制御することにより、１５ＭＨｚから２０ＭＨｚの間で共振周波数を制御することが出来ると仮定して説明する。即ち、スイッチ部２４５の全てのスイッチをＯＮする場合、アンテナ２１の共振周波数が１５ＭＨｚになり、スイッチ部２４５の全てのスイッチをＯＦＦする場合、アンテナ２１の共振周波数が２０ＭＨｚになると仮定して説明する。
【００４５】
図４は、共振周波数と出力電圧との関係について説明する為の説明図である。
【００４６】
図４に示すグラフは、磁界強度Ｈ（Ａ／ｍ）に対する整流平滑回路の出力電圧Ｖ（Ｖ）の関係を示すグラフである。ここでは、アンテナ２１の共振周波数が１５ＭＨｚである場合と、２０ＭＨｚである場合とのそれぞれについてグラフを示している。
【００４７】
図４に示すように、アンテナ２１の共振周波数が１５ＭＨｚである場合、アンテナ２１は、カードリーダライタ１４からＨ１（Ａ／ｍ）の磁界強度の電波を受け取る。またこの場合、電圧検出回路２４３は、電圧Ｖ１（Ｖ）を検出する。
【００４８】
制御部２５は、記憶されている閾値と電圧検出回路２４３により検出するＶ１とを比較し、電圧Ｖ１が閾値より高い場合、スイッチ部２４５のスイッチをＯＦＦするように制御する。これにより、アンテナ２１の共振周波数が２０ＭＨｚになったとする。
【００４９】
この場合、電圧検出回路２４３は、電圧Ｖ２（Ｖ）を検出する。即ち、アンテナ２１は、共振周波数が１５ＭＨｚであるの磁界強度Ｈ２（Ａ／ｍ）に相当する電波を受け取る。
【００５０】
上記したように、ＩＣカード２は、受信する磁界の強度に応じて同調コンデンサに接続されているスイッチをＯＦＦすることにより、ＩＣチップ２０内に印加される電圧を抑えることができる。
【００５１】
図５は、図４に示す電源部２４及び制御部２５の動作について説明する為のフローチャートである。
【００５２】
まず、ＩＣカード２の制御部２５は、スイッチ部２４５のスイッチを全てＯＮした状態で端末装置１から送信される搬送波を受信するのを待つ（ステップＳ１１）。即ち、端末装置１から送信される搬送波の周波数が１３．５６ＭＨｚであると仮定する場合、ＩＣカード２は、最も感度の高い状態で搬送波の受信を待つ。
【００５３】
ＩＣカード２は、端末装置１のカードリーダライタ１４から出力される搬送波が届く範囲に入る場合、アンテナ２１により搬送波を受信する（ステップＳ１２）。
【００５４】
ＩＣカード２の電源部２４は、整流平滑回路２４１により受信した搬送波に対して整流、及び平滑化を行い、直流電圧を生成する。電圧検出回路２４３は、生成した直流電圧の電圧値を検出する（ステップＳ１３）。
【００５５】
制御部２５は、電圧検出回路２４３により検出する電圧値と、予め記憶部２７などに記憶される閾値とを比較する（ステップＳ１４）。
【００５６】
電圧検出回路２４３により検出する電圧値が閾値より高い場合（ステップＳ１４、ＹＥＳ）、制御部２５は、スイッチ部２４５のスイッチをＯＦＦする（ステップＳ１５）。制御部２５は、ステップＳ１３乃至ステップＳ１５の動作を、電圧検出回路２４３により検出する電圧値が閾値より低くなるまで継続して行う。
【００５７】
なお、この場合、制御部２５は、１つのスイッチをＯＦＦする構成であってもよいし、複数のスイッチをＯＦＦする構成であってもよい。
【００５８】
１つのスイッチをＯＦＦする構成である場合、制御部２５は、細かな電圧制御を行うことができる。これにより、過大電圧ではない範囲で大きな電圧をＩＣチップ２０内で生成することが出来る。
【００５９】
また、複数のスイッチをＯＦＦする構成である場合、制御部２５は、電圧制御を短い時間で行うことができる。これにより、過大電圧がＩＣチップ２０内に印加される時間を短くすることが出来る。なお、この場合、１度にＯＦＦするスイッチの数は予め記憶部２７などに設定されて記憶されているとする。
【００６０】
上記したように、アンテナ２１に接続される同調コンデンサの数を制御することにより、過大電圧がＩＣチップ２０内に発生することを防ぐことが出来る。これにより、整流用ダイオード、またはＩＣチップ２０内の電気部品等が破損するリスクを軽減することができる。この結果、安定して非接触通信を行う事ができる携帯可能電子装置、及び携帯可能電子装置の制御方法を提供することができる。
【００６１】
さらに、共振周波数の制御を細かく行うことにより、過大電圧未満であり、且つ高い効率で電圧を生成することが出来る。これにより、リーダライタとカードとの間における通信特性が劣化することを防ぐことが出来る。
【００６２】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…端末装置、２…ＩＣカード、１１…制御部、１２…ディスプレイ、１３…キーボード、１４…カードリーダライタ、２０…ＩＣチップ、２１…アンテナ、２２…ＩＣモジュール、２３…通信部、２４…電源部、２５…制御部、２６…コプロセッサ、２７…記憶部、２４１…整流平滑回路、２４２…レギュレータ、２４３…電圧検出回路、２４４…コンデンサ部、２４５…スイッチ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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