(57)【要約】【課題】複雑な構成を必要とせず、非接触通信の通信可能距離を延長することのできる通信補助装置を得る。【解決手段】非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置間の非接触通信で使用している周波数と同一周波数の無変調のキャリアを発生するキャリア周波数発生部２を設け、電磁波発生用アンテナコイル３より、キャリア周波数発生部２で発生したキャリアを送信する。【選択図】図１
2008278204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置間の非接触通信で使用している周波数と同一周波数の無変調のキャリアを発生するキャリア周波数発生部と、
前記キャリア周波数発生部で発生したキャリアを送信する送信アンテナとを備えたことを特徴とする通信補助装置。
【請求項２】
イベント発生を通知するイベント発生部を備え、当該イベント発生部からイベント発生が通知された場合に、キャリア周波数発生部はキャリアを発生させることを特徴とする請求項１記載の通信補助装置。
【請求項３】
イベント発生部は、ボタンを有して当該ボタンが押下された場合にイベント発生を通知し、キャリア周波数発生部は、前記ボタンが押下されている期間または押下から所定時間、キャリアを発生させることを特徴とする請求項２記載の通信補助装置。
【請求項４】
イベント発生部は、非接触リーダライタ装置の電磁波を検出する受信アンテナを有し、当該受信アンテナで非接触リーダライタ装置からの電磁波を検出した場合にイベント発生を通知し、キャリア周波数発生部は前記イベント発生通知から所定時間キャリアを発生させることを特徴とする請求項２または請求項３記載の通信補助装置。
【請求項５】
イベント発生部は、非接触リーダライタ装置から受信する電磁波の強度をイベント発生通知として出力し、キャリア周波数発生部は、前記電磁波の強度に応じてキャリアの発生出力を制御することを特徴とする請求項４記載の通信補助装置。
【請求項６】
受信アンテナは、充電用電磁波発生装置で発生した電磁波を受信すると共に、
前記受信アンテナで受信した電磁波から充電用電力を発生する充電部と、
前記充電部の充電用電力で充電され、通信補助装置の動作用電源として用いる電源部とを備えたことを特徴とする請求項４記載の通信補助装置。
【請求項７】
キャリア周波数の電磁波を出力する非接触リーダライタ装置と、
前記非接触リーダライタ装置から出力される電磁波から動作に必要な電力を得ると共に、当該非接触リーダライタ装置とのデータ通信を行う非接触カードと、
前記非接触ＩＣカードと前記非接触リーダライタ装置間の非接触通信で使用している周波数と同一周波数の無変調のキャリアを出力する通信補助装置とを備えた情報通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁誘導を利用した非接触通信において、通信距離を延長するための通信補助装置およびこれを用いた情報通信システムに関するものである
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触通信を利用した情報通信システムが普及している。非接触通信は、非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置により構成される。非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置にはそれぞれアンテナコイルが設けられている。非接触リーダライタ装置のアンテナコイルが電磁波を発生し、その電磁波を非接触ＩＣカードが電磁誘導により受信して、動作電力を得るとともにデータの送受信を行う。
このような非接触通信による通信距離は、非接触リーダライタ装置と非接触ＩＣカードのコイル径、電磁波の強度に左右されるが、世間一般に使用されているものでは数ｃｍから１０ｃｍ程度であり、近接あるいは近距離の非接触通信である。
【０００３】
ところで、非接触通信においては、更に通信距離を延長したいという要望が多いが、非接触リーダライタ装置では、電波法により出力が規制されているため、非接触リーダライタ装置の出力を上げて通信距離を延長することはできない。また、配布される非接触ＩＣカード自身に細工をすることは一般に不可能である。このような点から、延長手段として補助機器を非接触ＩＣカードに近接、あるいは取り付けて通信距離を延長するものがある。例えばアンテナコイルにより通信距離を延長するもの（例えば特許文献１参照）、増幅アンプ付きのアンテナコイルにより通信距離を延長するもの（例えば特許文献２参照）、中継器を入れて通信距離を延長するもの（例えば特許文献３参照）などがあった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４５４８号公報（段落番号［００６５］〜［００６９］、図９）
【特許文献２】特開２０００−２１６７１５号公報（段落番号［００５３］、図１３）
【特許文献３】特開２００４−３１０５８３号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の延長手段として、補助機器としてアンテナコイルにより通信距離を延長するものは、受動素子により増幅を狙うものであるが、通信距離を延長するためにはコイルを大きくする必要があり、例えば、非接触ＩＣカードと同程度の大きさのコイルでは大きな効果は期待できなかった。
【０００６】
また、補助機器として増幅アンプ付きのアンテナコイルにより通信距離を延長するものは、受信した信号を増幅して送信するものであるが、このような構成では、送信した信号を受信しないようにしっかりとアイソレーションしなければ発振するため、設計が困難であった。
【０００７】
更に、補助機器として中継器を入れて通信距離を延長するものは、通信の中身を理解する送受信機能を持つハードウェアが必要になること、非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置が通信できる範囲では混信しないための制御が必要になるなど、複雑で高価となるといった問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複雑な構成を必要とせず、非接触通信の通信可能距離を延長することのできる通信補助装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る通信補助装置は、非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置間の非接触通信で使用している周波数と同一周波数の無変調のキャリアを発生するキャリア周波数発生部と、キャリア周波数発生部で発生したキャリアを送信する送信アンテナとを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の通信補助装置は、非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置間の非接触通信で使用している周波数と同一周波数の無変調のキャリアを送信するようにしたので、複雑な構成を必要とせずに、非接触通信の通信可能距離を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による通信補助装置を示す構成図である。
図において、通信補助装置１は、通信距離延長補助装置としての機能を有するもので、キャリア周波数発生部２と電磁波発生用アンテナコイル（送信アンテナ）３を備えている。
キャリア周波数発生部２は、非接触通信で使用される周波数を無変調で発生する。周波数は例えば電磁誘導により通信を行う１３．５６ＭＨｚなどである。この周波数の発生源としては、例えば水晶発振子を使用した発振回路、またはパッケージングされた水晶発振器である。これらの信号発信源はそのままでは電磁波発生用アンテナコイル３を十分に駆動できないため、増幅アンプが必要となる。また、信号源が方形波の場合には不要な高調波を除去するためのフィルタも場合により必要となる。また、電磁波発生用アンテナコイル３には直流成分を流すことを通常しないため、直流成分をカットするコンデンサを電磁波発生用アンテナコイル３に直列に挿入する。このコンデンサは電磁波発生用アンテナコイル３と直列共振するためのコンデンサとしても利用できる。キャリア周波数発生部２は、これら周波数の発振源や増幅アンプ、フィルタ、コンデンサといった構成、また、電磁波発生用アンテナコイル３に電磁波を発生させるために必要な構成を全て含んでいるものとする。
【００１２】
電磁波発生用アンテナコイル３は、通信補助装置１の基板上にパターンとして形成される。コイルの形状は非接触通信を行うための非接触ＩＣカード（これについては後述する）に形成されているアンテナコイルと同じ大きさ程度とすると電磁波発生用アンテナコイル３で発生した電磁波を有効に利用できる。巻数は１巻から１０巻程度である。尚、コイルの大きさや巻数は使用する非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置により最適な巻数とする。
また、通信補助装置１は、電磁波を発生させるための電源として図示しないバッテリを備えている。バッテリとしては一次電池、二次電池、あるいは電気二重層コンデンサ等を使用する。
【００１３】
図２は、通信補助装置１を用いた情報通信システムを示す構成図である。
情報通信システムは、非接触リーダライタ装置１１と非接触ＩＣカード１２と通信補助装置１を備えている。非接触リーダライタ装置１１は、キャリア周波数の電磁波を送信すると共に、キャリア周波数をデータ信号で変調した信号を送信する装置である。非接触ＩＣカード１２は、非接触リーダライタ装置１１との非接触通信を行うための図示しないＩＣチップやアンテナを有し、非接触リーダライタ装置１１から送信されたキャリア周波数の電磁波や通信補助装置１からの電磁波を利用して電磁誘導によって動作電力を得ると共に、変調された信号を復号してデータを得、かつ、キャリア周波数を変調することによってデータ通信を行う装置である。
【００１４】
このような情報通信システムにおいて、非接触通信は非接触リーダライタ装置１１と非接触ＩＣカード１２間で行われる。通信補助装置１は非接触ＩＣカード１２と近接させて使用する。図２では非接触ＩＣカード１２が通信補助装置１より非接触リーダライタ装置１１に近くなっているが、位置関係については特に制限するものではない。非接触ＩＣカード１２と通信補助装置１を近接して使用することが重要である。近接させる方法としては、例えば通信補助装置１をカードホルダとして非接触ＩＣカード１２を挿入して使用するなどがある。
【００１５】
次に、通信補助装置１を用いた情報通信システムの動作を説明する。
非接触ＩＣカード１２は動作するための電力を通常非接触リーダライタ装置１１から出力される電磁波から得る。しかし、両者の距離が遠くなると動作するための十分な電力を得ることができないため通信することができなくなる。このとき、非接触ＩＣカード１２は近接している通信補助装置１から出力されている電磁波により動作するための電力を得る。尚、非接触リーダライタ装置１１と非接触ＩＣカード１２間の距離は、非接触リーダライタ装置１１から出力される電磁波が非接触ＩＣカード１２を動作させるための電力を供給するのは困難な距離であっても、通信を行うための電磁波の強度は持っている距離にあるものとする。このような構成で、非接触ＩＣカード１２は非接触リーダライタ装置１１と通信補助装置１からの合成された電磁波を得る。非接触通信ではサブキャリアを利用した通信、またはベースバンド信号でマンチェスタ符号化による直流成分を含まない通信を利用している。ここで、通信補助装置１の電磁波の周波数は非接触リーダライタ装置１１が使用しているキャリア周波数であり、無変調であるため、非接触ＩＣカード１２が非接触リーダライタ装置１１から受け取る受信信号に与える影響は小さく、データの受信には支障はない。
【００１６】
図３は、上記のキャリア周波数とサブキャリア周波数の関係を示す説明図である。
図３において、周波数１００は非接触通信で使用するキャリア周波数、周波数１０１，１０２はサブキャリア周波数もしくはマンチェスタ符号による主成分である。通信で復調する際に必要なのはサブキャリアもしくはマンチェスタ符号による主成分の周波数１０１，１０２であるため、キャリア周波数１００が増加しても通信に与える影響は少ない。
【００１７】
次に、非接触ＩＣカード１２から非接触リーダライタ装置１１への送信動作について説明する。この通信は、例えば非接触リーダライタ装置１１の電磁波を非接触ＩＣカード１２が負荷変調することにより行う。このとき非接触ＩＣカード１２は、非接触リーダライタ装置１１と通信補助装置１の合成電磁波に対して変調するが、変調する合成電磁波はどちらとも無変調であるため、変調の元になるキャリア周波数として使用できる。このとき非接触リーダライタ装置１１は自身が出力した電磁波に対する変調と、通信補助装置１の電磁波に対する変調との合成電磁波の変化を検出してデータを受信する。そのため、通信補助装置１から出力される電磁波は、通信のためのキャリア周波数の補助としても機能する場合がある。
【００１８】
以上のように、実施の形態１の通信補助装置によれば、非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置間の非接触通信で使用している周波数と同一周波数の無変調のキャリアを発生するキャリア周波数発生部と、キャリア周波数発生部で発生したキャリアを送信する送信アンテナとを備えたので、通信補助装置を非接触ＩＣカードに近接させて使用することにより、複雑な構成を必要とせずに非接触通信の通信可能距離を延長することができる。
【００１９】
また、実施の形態１の情報通信システムによれば、キャリア周波数の電磁波を出力する非接触リーダライタ装置と、非接触リーダライタ装置から出力される電磁波から動作に必要な電力を得ると共に、非接触リーダライタ装置とのデータ通信を行う非接触カードと、非接触ＩＣカードと非接触リーダライタ装置間の非接触通信で使用している周波数と同一周波数の無変調のキャリアを出力する通信補助装置とを備えたので、非接触リーダライタ装置と非接触ＩＣカード間の非接触通信の通信可能距離を延長させた情報通信システムを実現することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による通信補助装置の構成図である。
実施の形態２の通信補助装置１ａは、実施の形態１の構成に加えてイベント発生部４とそのイベント信号を受けてキャリア周波数発生部２の出力を制御するキャリア周波数出力制御部５で構成される。
イベント発生部４としては、例えば押しボタンを備えている。そして、押しボタンの押下を確認するとイベントが発生したとしてキャリア周波数出力制御部５に通知されるよう構成されている。キャリア周波数出力制御部５は、イベント発生部４からの通知をトリガとして、通信に必要な一定時間だけキャリア周波数発生部２が出力するように制御する。
このように、押しボタンが押下された場合にのみ電磁波発生用アンテナコイル３から電磁波が出力されるため、未使用時の電力を削減することができる。
【００２１】
もしくは、押しボタンが押下されている間、キャリア周波数が出力されるように制御してもよい。即ち、イベント発生部４は、押しボタンが押下されている間はイベント発生通知を継続して出力する。そして、キャリア周波数出力制御部５は、イベント発生部４からイベント発生通知が出力されている間は、キャリア周波数発生部２がキャリア周波数を出力するよう制御する。あるいは、押しボタンの押下と開放のタイミングでイベント発生部４から押下の開始と終了を示す信号を送出し、キャリア周波数出力制御部５は、これらの信号に応じて制御するようにしてもよい。
このような動作を行うことでも、未使用時の電力を削減することができる。また、例えば使用者は非接触リーダライタ装置１１が認識することを確認するまでボタンを押下するといった操作を行うことで、必要なキャリア周波数出力時間を指定することができる。
【００２２】
以上のように、実施の形態２の通信補助装置によれば、イベント発生を通知するイベント発生部を備え、イベント発生部からイベント発生が通知された場合に、キャリア周波数発生部はキャリアを発生させるようにしたので、不要な電磁波出力をしないことにより通信補助装置としての電力消費を抑えることができる。
【００２３】
また、実施の形態２の通信補助装置によれば、イベント発生部は、押下されるボタンを有し、ボタンが押下された場合にイベント発生として通知し、キャリア周波数発生部は、ボタンが押下されている期間または押下から所定時間、キャリアを発生させるようにしたので、キャリアの送信を明示的に行うことができ、更に電力消費を抑えることができる。
【００２４】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による通信補助装置の構成図である。
実施の形態３の通信補助装置１ｂは、イベント発生部４ａにおいて、非接触リーダライタの電磁波検出用アンテナコイル（受信アンテナ）４１と電磁波検出部４２を持つ。即ち、実施の形態３のイベント発生部４ａは、電磁波検出用アンテナコイル４１で非接触リーダライタ装置からの電磁波を検出した場合にイベント発生を通知するよう構成されている。
電磁波検出用アンテナコイル４１は、例えば多層基板上に基板パターンとして、片面に電磁波発生用アンテナコイル２を形成し、その反対面に構築される。微弱な電磁波を検出するためにはできるだけ大きな面積で巻数を多くする方が望ましい。通信補助装置１ｂの大きさを小さくするためには電磁波発生用アンテナコイル３と電磁波検出用アンテナコイル４１は別面にそれぞれ正対するように基板パターンとして構築する。また、通信補助装置１の大きさに限定がなければ、電磁波検出用アンテナコイル４１が電磁波発生用アンテナコイル３の電磁波の影響を受けないよう、そのアンテナ同士の結合が小さくなるようにアンテナ部が重ならないよう構築してもよい。
【００２５】
電磁波検出用アンテナコイル４１は、並列に接続されたコンデンサ（電磁波検出部４２内に備えられており、その図示は省略している）と並列共振回路をなし、非接触通信のキャリア周波数に対して共振するため、非接触リーダライタ装置１１から出力される電磁波を効率よく電圧出力する。この電圧出力を、電磁波検出部４２は、例えば半波整流あるいは全波整流などの整流回路により直流出力に変換する。この出力を必要であればアンプで増幅し、コンパレータやＡ／Ｄ変換器などである一定値以上になると非接触リーダライタ装置１１からの電磁波が検出されたと判断してキャリア周波数出力制御部５にイベント発生を通知する。
【００２６】
キャリア周波数出力制御部５は、イベント通知を受け取ると一定時間キャリア周波数を出力するようにキャリア周波数発生部２を制御する。電磁波発生用アンテナコイル３よりキャリア周波数を出力すると、電磁波検出用アンテナコイル４１にも影響を与えるため、イベント発生部４ａにおいて、キャリア周波数出力後のイベントは無視する。しかし、電磁波検出用アンテナコイル４１が電磁波発生用アンテナコイル３と結合が小さくなるように構築した場合には、電磁波検出のイベント発生中、キャリア周波数を出力するようにすることもできる。
【００２７】
以上のように、実施の形態３の通信補助装置によれば、イベント発生部は、非接触リーダライタ装置の電磁波を検出する受信アンテナを有し、受信アンテナで非接触リーダライタ装置からの電磁波を検出した場合にイベント発生を通知し、キャリア周波数発生部はイベント発生通知から所定時間キャリアを発生するようにしたので、非接触リーダライタ装置に近づくと自動的にキャリアを出力するといった構成が実現でき、効率の良い動作を行うことができる。
【００２８】
実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態３において、電磁波検出用アンテナコイル４１および電磁波検出部４２による電磁波検出レベルの大きさにより、電磁波発生用アンテナコイル３の出力レベルを変更するようにしたものである。実施の形態４の図面上の構成は、実施の形態３と同様であるため、図５を援用して説明する。即ち、実施の形態４のイベント発生部４ａは、電磁波検出レベルの値を出力し、キャリア周波数出力制御部５は、イベント発生部４ａから通知される電磁波検出レベルの大きさに応じてキャリア周波数発生部２におけるキャリア周波数出力レベルを制御する。具体的には、検出レベルが大きければ通信補助装置１ｂによる補助の必要が無いため、電磁波の出力レベルを小さくし、検出レベルが小さければ補助の必要があるので電磁波のレベルを大きくする。
【００２９】
また、最初に検知したときから時間経過に応じて非接触ＩＣカード１２と非接触リーダライタ装置１１との距離が動く可能性があるが、電磁波発生用アンテナコイル３と電磁波検出用アンテナコイル４１が結合しないように構築しておけば、変動する電磁波のレベルに追従して出力レベルを切り替えることができる。
【００３０】
以上のように、実施の形態４の通信補助装置によれば、イベント発生部は、非接触リーダライタ装置から受信する電磁波の強度をイベント発生通知として出力し、キャリア周波数発生部は、電磁波の強度に応じてキャリアの発生出力を制御するようにしたので、非接触リーダライタ装置に近い場合はキャリアの発生出力を低く抑える、といったことが可能となり、更に動作の効率を向上させることができる。
【００３１】
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５による通信補助装置の構成図である。
実施の形態６の通信補助装置１ｃでは、実施の形態３または実施の形態４の構成に加えて、電磁波検出用アンテナコイル４１の出力を入力する充電部６と、この充電部６の出力により充電される電源部７を設けたものである。充電部６は、整流回路を有し、電磁波検出用アンテナコイル４１の出力から電源部７を充電するための直流出力を生成するよう構成されている。また、電源部７は、通信補助装置１ｃの動作用電力を供給する二次電池等のバッテリである。更に、充電のために必要な充電用電磁波発生装置１３を用意する。この充電用電磁波発生装置１３は、非接触リーダライタ装置から送信されるキャリア周波数と同じ周波数の電磁波を出力する装置であり、例えば、使用者が用いる机の上といったように、通常は、非接触リーダライタ装置１１と非接触ＩＣカード１２間で情報通信を行わないような場所に設置されている。その他の構成は図５中の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付して、ここでの説明は省略する。
【００３２】
次に、実施の形態５の動作について説明する。
充電用電磁波発生装置１３は、電磁波発生用アンテナコイル（図示省略）を備え、非接触リーダライタ装置から出力される電磁波と同様の周波数で電磁波を発生する。通信補助装置１ｃを充電用電磁波発生装置１３に近接させると電磁波検出用アンテナコイル４１は、電磁波検出用アンテナコイル４１と電磁波検出部４２にある並列コンデンサで使用する周波数で並列共振して電圧を発生する。これにより、イベント発生部４ａからはイベント発生と同等の通知が出力されることになるため、キャリア周波数出力制御部５は、この通知を受けて一定時間以上経過した場合に、キャリア周波数発生部２からのキャリア周波数の出力を停止するよう制御すると共に、充電部６による充電を開始させる。
充電部６は発生した電圧出力を整流して直流出力とし、電源部７を充電する。その後、充電部６は、電磁波検出用アンテナコイル４１から得られる電圧が所定の値以下になった場合は充電を停止する。このような動作により、充電中に通信補助装置１ｃからキャリア周波数が出力されたままになることを防止することができる。尚、電源部７は、電気二重層コンデンサでも構わない。
【００３３】
以上のように、実施の形態５の通信補助装置によれば、受信アンテナは、充電用電磁波発生装置で発生した電磁波を受信すると共に、受信アンテナで受信した電磁波から充電用電力を発生する充電部と、充電部の充電用電力で充電され、通信補助装置の動作用電源として用いる電源部とを備えたので、通信補助装置が必要とする電力を非接触で充電することが可能となる。
【００３４】
尚、図２に示すような通信補助装置を用いた情報通信システムとして、実施の形態１の通信補助装置１を用いた例を説明したが、実施の形態２〜実施の形態５の通信補助装置１ａ〜１ｃのいずれかを用いて情報通信システムを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１による通信補助装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による通信補助装置を用いた情報通信システムを示す構成図である。
【図３】非接触通信におけるキャリア周波数とサブキャリア周波数の関係を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２による通信補助装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３による通信補助装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５による通信補助装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  通信補助装置、２  キャリア周波数発生部、３  電磁波発生用アンテナコイル（送信アンテナ）、４，４ａ  イベント発生部、５  キャリア周波数出力制御部、６  充電部、７  電源部、１１  非接触リーダライタ装置、１２  非接触ＩＣカード、１３  充電用電磁波発生装置、４１  電磁波検出用アンテナコイル（受信アンテナ）、４２  電磁波検出部。
【図１】
2008278204.tif 000003
【図２】
2008278204.tif 000004
【図３】
2008278204.tif 000005
【図４】
2008278204.tif 000006
【図５】
2008278204.tif 000007
【図６】
2008278204.tif 000008