(57)【要約】【課題】この発明は、リーダライタとの間で安定した通信が可能な非接触式ＩＣカード、および非接触式ＩＣカード用アダプタを提供することを課題とする。【解決手段】非接触式ＩＣカード１は、ＩＣモジュールに接続されたアンテナコイル１４を有し、アダプタ３０に重ねて使用される。アダプタ３０は、共振用アンテナコイル３２を内蔵している。特定の磁界中にＩＣカード１とアダプタ３０の組立体４０を配置すると、アンテナコイル３２が磁束３８を生成し、アンテナコイル１４にアンテナ９からの磁束２１に加えて磁束３８が作用し、アンテナコイル１４で生成される電力が増幅される。【選択図】図６
2005085150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣモジュールと、
このＩＣモジュールに両端が接続された第１のコイルと、
共振用コンデンサと、
この共振用コンデンサに両端が接続された第２のコイルと、
を備えていることを特徴とする非接触式ＩＣカード。
【請求項２】
上記第２のコイルは、上記第１のコイルの内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式ＩＣカード。
【請求項３】
上記第１および第２のコイルの形状は、相似形であることを特徴とする請求項２に記載の非接触式ＩＣカード。
【請求項４】
上記共振用コンデンサの容量は、非接触式ＩＣカードを特定の磁界中に置いたとき、上記第２のコイルが発生する磁束により、上記第１のコイルが生成する電力を最も効率良く増幅させる条件に基づいて値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式ＩＣカード。
【請求項５】
ＩＣモジュールと、このＩＣモジュールに両端が接続された第１のコイルと、を備えた非接触式ＩＣカードを特定の磁界中に置いたとき、上記第１のコイルが生成する電力を増幅させるため、上記非接触式ＩＣカードに組み合わされる非接触式ＩＣカード用アダプタであって、
共振用コンデンサと、
この共振用コンデンサに両端が接続された第２のコイルと、
を備えていることを特徴とする非接触式ＩＣカード用アダプタ。
【請求項６】
上記第２のコイルは、非接触式ＩＣカードにアダプタを組み合わせた状態で、上記第１のコイルの内側に配置されることを特徴とする請求項５に記載の非接触式ＩＣカード用アダプタ。
【請求項７】
上記第１および第２のコイルの形状は、相似形であることを特徴とする請求項６に記載の非接触式ＩＣカード用アダプタ。
【請求項８】
上記共振用コンデンサの容量は、非接触式ＩＣカードにアダプタを組み合わせた組立体を特定の磁界中に置いたとき、上記第２のコイルが発生する磁束により、上記第１のコイルが生成する電力を最も効率良く増幅させる条件に基づいて値が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の非接触式ＩＣカード用アダプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リーダライタ装置のアンテナを介して発生される磁界中に置かれることにより、リーダライタとの間で無線通信を行なう非接触式ＩＣカード、および非接触式ＩＣカード用アダプタに係り、例えば、鉄道の駅改札口に設置された自動改札機のアンテナに翳して使う非接触式ＩＣカード、および非接触式ＩＣカード用アダプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触式ＩＣカードとして、例えば、鉄道の駅改札口に設置された自動改札機で用いる非接触式ＩＣカード（以下、単に、ＩＣカードと称する）が知られている。
【０００３】
この種のＩＣカードは、電源を持たず、例えば、自動改札機のリーダライタ装置のアンテナより発生する磁界中に置かれることにより電力を生成し、この電力を利用して自動改札機との間で無線通信を行なう。つまり、自動改札機のアンテナから発生される磁束をＩＣカードのアンテナコイルで受け、それを整流回路等により非接触式通信に必要な電力に変換し、その電力を利用して通信を行なう。
【０００４】
この場合、自動改札機のアンテナとＩＣカードとの間で無線通信可能な範囲（距離）は、ＩＣカードのアンテナコイルにより生成される電力の大きさによって決まる。
【０００５】
アンテナコイルによって得られる電力が無線通信に必要な電力より小さいと、リーダライタ装置から送信されるコマンドに応答することができず、通信不能となってしまう。つまり、通信に必要な電力を得ることができる通信可能範囲が狭いとエラーによる通信未了等が発生してしまい、安定した非接触式通信を行うことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、リーダライタとの間で安定した通信が可能な非接触式ＩＣカード、および非接触式ＩＣカード用アダプタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の非接触式ＩＣカードは、ＩＣモジュールと、このＩＣモジュールに両端が接続された第１のコイルと、共振用コンデンサと、この共振用コンデンサに両端が接続された第２のコイルと、を備えている。
【０００８】
また、本発明の非接触式ＩＣカード用アダプタは、ＩＣモジュールと、このＩＣモジュールに両端が接続された第１のコイルと、を備えた非接触式ＩＣカードを特定の磁界中に置いたとき、上記第１のコイルが生成する電力を増幅させるため、上記非接触式ＩＣカードに組み合わされるものであって、共振用コンデンサと、この共振用コンデンサに両端が接続された第２のコイルと、を備えている。
【０００９】
上記発明によると、特定の磁界中に配置したとき、第２のコイルが磁束を生成し、第１のコイルが生成する電力を増幅させる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、この発明の非接触式ＩＣカード、および非接触式ＩＣカード用アダプタは、上記のような構成および作用を有しているので、リーダライタとの間で安定した通信ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣカード１（以下、単に、ＩＣカード１と称する）との間で無線通信を行なうことにより、ＩＣカード１との間で各種データを送受信する無線通信システム１０（以下、単に、システム１０と称する）の概略構造を示してある。
【００１３】
このシステム１０は、例えば鉄道の駅改札口に設置された自動改札機等の上位装置２に非接触式ＩＣカードリーダライタ装置４（以下、単に、リーダライタ４と称する）を接続して構成されている。リーダライタ４は、ＣＰＵ、メモリ、ロジック回路を有する制御部６、変調回路、復調回路を有する変換部８、および無線通信のための搬送波を発射するアンテナ９を有する。
【００１４】
図２に示すように、ＩＣカード１は、電池を内蔵しておらず、ロジック回路等により構成されたＩＣモジュール１２、および両端をこのＩＣモジュール１２に接続したアンテナコイル１４（第１のコイル）を内蔵している。本実施の形態では、アンテナコイル１４の形状は、長方形であり、ｎ回巻きに巻かれている。
【００１５】
上記構造のシステム１０を用いてＩＣカード１との間で無線通信を行なう場合、上位装置２がリーダライタ４に対し命令を送信し、上位装置２からの命令を受けたリーダライタ４が、変換部８において、その命令をＩＣカード１用に変換し、アンテナ９を介して、ＩＣカード１に送信する。
【００１６】
ＩＣカード１は、リーダライタ４から受けた命令に対し、リーダライタ４に応答を送信する。ＩＣカード１からの応答を受けたリーダライタ４は、変換部８にて、ＩＣカード１からの応答を上位装置２用に変換し、上位装置２に送信する。
【００１７】
ところで、図２に示す構造のＩＣカード１をリーダライタ４のアンテナ９より発せられる磁界内に配置した場合、図３に示すように、リーダライタ４のアンテナ９より発せられた磁束２１は、ＩＣカード１に内蔵されているアンテナコイル１４内を通過する。このとき、ＩＣカード１は、アンテナコイル１４内を通過した磁束を受け、通信に必要な電力を生成する。
【００１８】
ＩＣカード１が生成する電力の大きさは、アンテナコイル１４が受けた磁束の強度によって異なるが、磁束強度が強いほど生成する電力は大きくなる。つまり、リーダライタ４のアンテナ９にＩＣカード１が近付くほど、ＩＣカード１が生成できる電力は大きくなり、両者が離れるほど小さくなる。
【００１９】
また、リーダライタ４のアンテナ９より発せられる磁束２１の強度が一定であれば、ＩＣカード１内部（ＩＣモジュール等）で消費する電力が大きいほど通信可能距離は短くなり、消費電力が小さいほど長くなる。つまり、通信可能距離は、ＩＣモジュールの種類によって異なる。
【００２０】
すなわち、同じ種類のＩＣカード１を一定強度の磁界中に置いて使用する場合、ＩＣカード１の消費電力をできるだけ小さくしてリーダライタ４のアンテナ９にできるだけ近付けることにより、安定した通信が可能となる。
【００２１】
また、安定した通信を可能にする別の方法として、ＩＣカード１で生成する電力を大きくする方法が考えられる。つまり、ＩＣカード１で、より大きい電力を生成することができれば、通信可能距離を増大でき、より安定した通信が可能となる。
【００２２】
そこで、本発明者等は、図４または図５に示すようなアンテナコイル３２、３４（第２のコイル）を内蔵したアダプタ（後述する）をＩＣカード１に組み合わせて使用することにより、ＩＣカード１で生成する電力を増大させるようにした。
【００２３】
アダプタ３０のアンテナコイル３２、３４は、例えば、図４、５に示すように、四角形、楕円型等あらゆる形状とすることができる。ただし、ＩＣカード１をアダプタ３０に組み合わせたとき、ＩＣカード１の特性に悪影響を及ぼす形状にすることは望ましくない。好適には、アダプタ３０のアンテナコイルの形状は、ＩＣカード１のアンテナコイル１４と相似形にされる。また、アンテナコイル３２、３４の両端は、共振用コンデンサ３６に接続されている。
【００２４】
アンテナコイル３２、３４の巻数や共振用コンデンサ３６の容量は、システム１０で使用するＩＣカード１の共振周波数に応じて、ＩＣカード１で生成する電力が最大となる値に設定されている。言い換えると、共振用コンデンサ３６の容量は、ＩＣカード１にアダプタ３０を組み合わせた組立体４０（図６）を特定の磁界中に置いたとき、アダプタ３０のアンテナコイル３２が発生する磁束３８により、ＩＣカード１のアンテナコイル１４が生成する電力を最も効率良く増幅させる値に設定されている。
【００２５】
図６には、ＩＣカード１とアンテナコイル３２（代表して説明する）を内蔵したアダプタ３０を組み合わせた組立体４０をリーダライタ４のアンテナ９の磁界中に配置した状態を図示してある。
【００２６】
このように、組立体４０をリーダライタ４のアンテナ９から発せられる磁界中に配置すると、リーダライタ４のアンテナ９より発せられる磁束２１がＩＣカード１のアンテナコイル１４内とアダプタ３０のアンテナコイル３２内の両方を通過する。
【００２７】
アダプタ３０のアンテナコイル３２内に磁束が入り込むと、アンテナコイル３２が誘起され、アンテナコイル３２が磁束３８を発生させる。つまり、この場合、ＩＣカード１のアンテナコイル１４は、リーダライタ４のアンテナ９より発せられた磁束２１に加え、アダプタ３０のアンテナコイル３２が発生させた磁束３８を得ることになる。
【００２８】
これにより、ＩＣカード１だけをアンテナ９の磁界中に配置する場合（図３）と比較して、ＩＣカード１のアンテナコイル１４がより多くの磁束を得ることになり、より多くの電力を生成する事ができるようになる。この結果、通信に必要な電力をより多く確保する事ができ通信可能距離を増すことができる。
【００２９】
図７乃至図９には、ＩＣカード１に図４、５に示すようなアンテナコイル３２、３４を組み合わせる構造をいくつか例示してある。
【００３０】
図７には、図６で説明したカード型のアダプタ３０をＩＣカード１に重ねて組み合わせた組立体４０を示してある。この場合、ＩＣカード１と同じサイズのアダプタ３０を用意し、両者の端辺が略一致するように重ねて使用する。この状態で、ＩＣカード１に内蔵されたアンテナコイル１４の内側にアダプタ３０のアンテナコイル３２が配置されるようになっている。尚、両者を重ねた状態でラッチする構造を備えても良い。
【００３１】
図８には、ケース型のアダプタ３０’のスロット３０ａにＩＣカード１を挿入する構造を有する組立体４０’を示してある。ここでは、ＩＣカード１をスロット３０ａから抜き出した状態を示してある。ケース型のアダプタ３０’は、上述したアダプタ３０と同様に、アンテナコイル３２を内蔵している。そして、ＩＣカード１をスロット３０ａに挿入した状態で、ＩＣカード１のアンテナコイル１４の内側にアダプタ３０’のアンテナコイル３２が配置されるようになっている。
【００３２】
図９には、はめ込み式のアダプタ３０”の凹所３０ｂにＩＣカード１を装着する構造を有する組立体”を示してある。ここでは、ＩＣカード１を凹所３０ｂから取り外した状態を図示してある。このアダプタ３０”も、上述したアダプタ３０と同様に、アンテナコイル３２を内蔵している。そして、ＩＣカード１を凹所３０ｂにはめ込む形で配置することにより、ＩＣカード１のアンテナコイル１４の内側にアダプタ３０”のアンテナコイル３２が配置されるようになっている。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によると、アンテナコイル３２を内蔵したアダプタ３０をＩＣカード１に組み合わせて使用することにより、ＩＣカード１のアンテナコイル１４で生成可能な電力をより大きくできるようになった。これにより、ＩＣカード１とリーダライタ４間の無線通信距離を増大させ、かつ無線通信が可能な範囲を拡大させることができ、より安定した無線通信が可能となった。
【００３４】
また、安定した無線通信が可能となることで、自動改札機等で本発明を運用する際、通信エラーによる通信未了等の不具合が削減され、よりスムーズな運用が可能となる。
【００３５】
次に、本発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣカード５０（以下、単に、ＩＣカード５０と称する）について、図１０および図１１を参照して説明する。ここでは、上述した実施の形態と同様に機能する構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図１０には、このＩＣカード５０の内部構造を説明するための回路構成を示してあり、図１１には、このＩＣカード５０をリーダライタ４のアンテナ９の磁界中に配置した状態を示してある。
【００３６】
図１０に示すように、本実施の形態のＩＣカード５０は、上述したアダプタ３０のアンテナコイル３２および共振用コンデンサ３６をカード本体に内蔵したことを特徴としている。言い換えると、本実施の形態のＩＣカード５０は、図２に示した従来のＩＣカード１に、両端が共振用コンデンサ３６に接続されている共振アンテナコイル３２を内蔵した構造を有する。
【００３７】
通信のための電力を生成する通信用アンテナコイル１４と電力を増幅させるための共振用アンテナコイル３２は、同一平面内に配置されても良く、同一平面内に配置されなくともよい。本実施の形態では、２つのアンテナコイル１４、３２を相似形とし、面方向に僅かにずれた位置関係で配置した。
【００３８】
通信用アンテナコイル１４の巻き数、共振用アンテナコイル３２の巻き数、共振用コンデンサ３６の容量は、ＩＣカード５０の共振周波数が最適となるように調整されている。特に、共振用コンデンサ３６の容量は、ＩＣカード５０を図１１に示すように特定の磁界中に置いたとき、共振用アンテナコイル３２が発生する磁束３８により、ＩＣカード５０の通信用アンテナコイル１４が生成する電力を最も効率良く増幅させる値に設定されている。
【００３９】
図１１に示すように、上記構造のＩＣカード５０をリーダライタ４のアンテナ９から発生する磁界内に配置すると、ＩＣカード５０内部の共振用アンテナコイル３２に磁束２１が入り込み、共振用アンテナコイル３２が磁束３８を発生させる。
【００４０】
このため、通信用アンテナコイル１４には、リーダライタ４のアンテナ９から発生した磁束２１に加え、共振用アンテナコイル３２が発生させた磁束３８が作用する。よって、通信用アンテナコイル１４のみの場合に比べ、より多くの磁束を得ることができ、より多くの電力を生成する事ができる。その結果、通信に必要な電力をより多く確保する事ができ無線通信が可能な距離を増すことができる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態においても、上述した実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態のように、共振用のアンテナコイル３２をＩＣカード５０に内蔵することにより、アダプタ３０を持ち歩く必要がなく、利便性を向上させることができる。
【００４２】
なお、この発明は、上述した実施の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体化できる。また、上述した実施の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、上述した実施の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良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態に係る非接触式ＩＣカードを使用する無線通信システムの概略構造を示すブロック図。
【図２】図１のシステムで使用するＩＣカードの内部構造を示す概略図。
【図３】図２のＩＣカードをリーダライタのアンテナの磁界中に配置した状態を示す図。
【図４】図２のＩＣカードに組み合わせるアダプタに内蔵されるアンテナコイルの例を示す図。
【図５】図２のＩＣカードに組み合わせるアダプタに内蔵されるアンテナコイルの他の例を示す図。
【図６】図４のアンテナコイルを内蔵したアダプタをＩＣカードに組み合わせた組立体を磁界中に配置した状態を示す図。
【図７】図６の組立体の斜視図。
【図８】アダプタの変形例を説明するための図。
【図９】アダプタの他の変形例を説明するための図。
【図１０】共振用アンテナコイルを内蔵したＩＣカードの内部構造を示す概略図。
【図１１】図１０のＩＣカードを磁界中に配置した状態を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１…非接触式ＩＣカード、２…上位装置、４…リーダライタ、９…アンテナ、１０…無線通信システム、１２…ＩＣモジュール、１４…アンテナコイル、２１…磁束、３０…アダプタ、３２、３４…アンテナコイル、３６…共振用コンデンサ、３８…磁束、４０…組立体、５０…ＩＣカード。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005085150.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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