(57)【要約】【課題】同調周波数がリーダライタの同調周波数と異なるICカードを用いてもヌルポイントが発生しないようにする。【解決手段】  抵抗Ｒcの抵抗値がＲ0（４５Ω）であるときの負荷変調信号（無変調時の負荷変調信号）の絶対値と、抵抗Ｒcの抵抗値がαＲ0（30kΩ）であるときの負荷変調信号（変調時の負荷変調信号）の絶対値の差分を示している。このように両者間には、いずれの距離（k）においても差異が生じており、ヌルポイントは存在しない。【選択図】図１１
2007048117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷変調方式により他の通信装置とデータ通信を行う通信装置において、
前記他の通信装置の同調周波数と異なる同調周波数を有する同調回路を備え、
前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置と前記通信装置との距離が無限大のときに、前記他の通信装置における無変調時と変調時の負荷変調信号の絶対値が略同一となる周波数である
通信装置。
【請求項２】
前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置の同調周波数の√2倍である
請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置における無変調時と変調時の負荷変調信号の絶対値が略同一となるときの前記他の通信装置と前記通信装置の結合係数がゼロとなるＬＣ共振回路の共振周波数である
請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記通信装置は、ICカードであり、
前記他の通信装置としてのリーダライタとともに、ICカードシステムを構成する
請求項１に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置に関し、特に、例えば、ICシステムを構成するICカードの同調周波数が、ICシステムを構成するリーダライタの同調周波数と異なる場合においても、ヌルポイントが発生しないようにする通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、駅の改札機、セキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野において、非接触IC(Integrated Circuit)カードを用いたICカードシステムが普及し始めている。
【０００３】
このICカードシステムは、例えば、ICカードとリーダライタ(Reader/Writer)とから構成され、リーダライタは電磁波を発生することにより、いわゆるRF(Radio Frequency)フィールド（磁界）を形成する。ICカードは、リーダライタに近づけられることにより、電磁誘導によって、電源の供給を受けるとともにリーダライタとの間でデータ伝送を行う。
【０００４】
リーダライタおよびICカードには、電磁波の送受信等を行うためのアンテナが設けられ、その電気特性として共振周波数（同調周波数）が存在する。
【０００５】
ICカードの共振周波数（同調周波数）が、リーダライタの共振周波数（同調周波数）（例えば、13.56MHz）とほぼ同じ周波数のとき、ICカードとリーダライタの通信効率と電力供給効率が最も高くなるので、ICカードの同調周波数は、リーダライタの同調周波数とほぼ同じになされている場合が多い。
【０００６】
しかしながら、複数枚重ねられて利用され得るアンチコリジョン対応のICカードの場合、その同調周波数を、リーダライタの同調周波数と同じ周波数にすると、ICカードが複数枚重ねられることにより形成される各ICカード内のループアンテナにおける相互インダクタンスにより、各ICカードの同調周波数が低くなり、通信効率等が低下する。そこでこれを回避するために、ICカードの同調周波数をリーダライタの同調周波数と比較して高くしておくことが提案されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開2001-307039号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、同調周波数がリーダライタの同調周波数より高いICカード（同調周波数がリーダライタの同調周波数と異なるICカード）を１枚で利用した場合、図１に示すように、リーダライタとICカードの距離が、ICカードを駆動するのに十分な距離（＜距離ｄ2）においてもICカードからの伝送データがリーダライタに適切に伝送されない距離（以下、ヌルポイントと称する）（距離ｄ1）が存在する。
【０００９】
すなわち同調周波数がリーダライタの同調周波数と異なるICカードを用いたICカードシステムにおいては、ICカードを駆動するのに十分な距離においてもICカードからの伝送データがリーダライタに適切に伝送されず、データ通信が途絶えてしまうときがあった。
【００１０】
なおICカードの同調周波数が、リーダライタの同調周波数と同じである場合、ヌルポイントは発生しない。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、同調周波数がリーダライタの同調周波数と異なるICカードを用いてもヌルポイントが発生しないようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一面は、前記他の通信装置の同調周波数と異なる同調周波数を有する同調回路を備え、前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置と前記通信装置との距離が無限大のときに、前記他の通信装置における無変調時と変調時の負荷変調信号の絶対値が略同一となる周波数である通信装置である。
【００１３】
前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置の同調周波数の√2倍であるようにすることができる。
【００１４】
前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置における無変調時と変調時の負荷変調信号の絶対値が略同一となるときの前記他の通信装置と前記通信装置の結合係数がゼロとなるＬＣ共振回路の共振周波数であるようにすることができる。
【００１５】
前記通信装置は、ICカードであり、前記他の通信装置としてのリーダライタとともに、ICカードシステムを構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一側面によれば、例えば、同調周波数がリーダライタの同調周波数と異なるICカードを用いてもヌルポイントが発生しないようにするようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、発明の詳細な説明に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、発明の詳細な説明に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の詳細な説明中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００１８】
本発明の一面の通信装置は、第１に、前記他の通信装置の同調周波数と異なる同調周波数を有する同調回路（例えば、図１０のICカード回路１２）を備え、前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置と前記通信装置との距離が無限大のときに、前記他の通信装置における無変調時と変調時の負荷変調信号の絶対値が略同一となる周波数である。
【００１９】
本発明の一面の通信装置は、第２に、前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置の同調周波数の√2倍である（式（２２））。
【００２０】
本発明の一面の通信装置は、第３に、前記同調回路の同調周波数は、前記他の通信装置における無変調時と変調時の負荷変調信号の絶対値が略同一となるときの前記他の通信装置と前記通信装置の結合係数がゼロとなるＬＣ共振回路の共振周波数である（式（２３））。
【００２１】
前記通信装置は、ICカード（例えば、図１０のICカード２）であり、前記他の通信装置としてのリーダライタ（例えば、図１０のリーダライタ１）とともに、ICカードシステムを構成する。
【００２２】
本発明を適用したICカードについて説明する前に、
・ICカードの同調周波数が、リーダライタの同調周波数（例えば13.56MHz）と同じである場合にヌルポイントが存在しない理由
・ICカードの同調周波数が、リーダライタの同調周波数と異なる周波数である場合にヌルポイントが存在する理由（図１）
について説明する。
【００２３】
はじめにICカードの同調周波数が、リーダライタの同調周波数と同じである場合にヌルポイントが存在しない理由について説明する。
【００２４】
図２は、ICカードシステムを構成するリーダライタ１およびICカード２の内部回路の構成例（モデル）を示している。
【００２５】
リーダライタ１の内部に設けられた回路（以下、リーダライタ回路と称する）１１と、ICカード２の内部に設けられた回路（以下、ICカード回路と称する）１２は、それぞれ設けられたコイルＬrとコイルＬcの位置関係（距離）等に基づいて決定される結合係数kにより、電気回路的に結合している。
【００２６】
ICカード２からリーダライタ１へのデータ通信は、キャリア周波数（例えば、13.56MHz）を用いた負荷変調方式により行われる。
【００２７】
リーダライタ回路１１では、キャリア信号源２１によって、例えば13.56MHzの交流信号が生成され、これが抵抗Ｒr、コンデンサＣr、およびコイルＬrからなる共振回路（共振周波数が13.56MHzの共振回路）を介して昇圧される。これにより、この共振回路のコイルＬrに流れる交流信号に応じた交代磁界ＨがコイルＬrから空中へ輻射される。
【００２８】
リーダライタ１は、コイルＬrに流れるICカード２での負荷変調に応じた電流ｉ3（負荷変調信号）の振幅の変化を検知し、その検出結果に基づいて、ICカード２からの伝送データを復調する。
【００２９】
ICカード２のICカード回路１２では、リーダライタ１により発生された交代磁界Ｈに応じてコイルＬcに誘起された電圧が、内部の整流回路（図示せず）によって整流され、これがICカード２の駆動電力となる。これによりICカード２は、バッテリーレスで動作することができる。
【００３０】
ICカード回路１２ではまた、抵抗Ｒcの抵抗値をＲ0またはαＲ0（0＜α，α≠1）に変化させることにより、電気回路的に結合しているリーダライタ回路１１の電流ｉ3を変化させる（負荷変調を行う）。
【００３１】
図２に示したリーダライタ回路１１とICカード回路１２からは、キルヒホッフの法則から式（１）が成立する。
【００３２】
【数１】
2007048117.tif 000003
【００３３】
式（１）中、Ｍは、コイルＬｒとコイルＬcの相互リアクタンスであり、式（２）で表される。式（２）中のkは、リーダライタ回路１１とICカード回路１２との結合係数であるが、両者の距離に対応するパラメータであるので、両者の距離として取り扱うことができる。−1≦k≦1であり、k＝±1で距離が０であることを意味し、k＝０で距離が無限大であることを意味する。
【００３４】
【数２】
2007048117.tif 000004
【００３５】
また式（１）中、ｗは、２π×同調周波数（共振周波数）（例えば、13.56MHz）であり、いまの場合、ICカード２の同調周波数は、リーダライタ１の同調周波数（通信周波数）と同じあるので、ｗを式（３）とすると、式（４）に示す電流ｉ3が得られる。
【００３６】
【数３】
2007048117.tif 000005
【００３７】
【数４】
2007048117.tif 000006
【００３８】
式（４）中のＱrは、式（５）で表され、式（５）中のＲpは、式（６）で表される。また式（４）中のＱcは、式（７）で表される。
【００３９】
【数５】
2007048117.tif 000007
【００４０】
【数６】
2007048117.tif 000008
【００４１】
【数７】
2007048117.tif 000009
【００４２】
ここで式（４）に、Ｒc＝Ｒ0とＲc＝αＲ0をそれぞれ代入して、無変調時（Ｒc＝Ｒ0）の電流ｉ3と変調時（Ｒc＝αＲ0）の電流ｉ3とを求めるとともに、式（８）に示すように、両者の絶対値の差分を求めると、式（８）のＲcの変化に対応する項は、式（９）で表すことができる。
【００４３】
【数８】
2007048117.tif 000010
【００４４】
【数９】
2007048117.tif 000011
【００４５】
リーダライタ１は、ICカード２での負荷変調による電流ｉ3（負荷変調信号）の振幅の変化を検知してICカード２からの伝送データを復調することから、無変調時と変調時の電流ｉ3の振幅（絶対値）に差異が生じなければ、伝送データを復調することができない。すなわち無変調時と変調時の電流ｉ3の振幅に差異が生じない距離（k）がヌルポイントとなるので、式（８）＝０が成立する実数のkが存在すれば、ヌルポイントが存在することになる。
【００４６】
そこで式（８）＝０、すなわち式（９）＝０とすると、式（１０）に示すkが得られるが、この場合、０＜k2となり（kが虚数となり）、実数のkは存在しない。すなわちヌルポイントが存在しない。
【００４７】
【数１０】
2007048117.tif 000012
【００４８】
以上のように、ICカード２の同調周波数が、リーダライタ１の同調周波数と同じである場合、ヌルポイントは存在しない。
【００４９】
図３は、図４に示すようにリーダライタ回路１１とICカード回路１２の各パラメータが設定され、リーダライタ１の同調周波数とICカード２の同調周波数がともに13.56MHzである場合（式（１１））の、0≦k≦1の電流ｉ3の距離特性を示している。
【００５０】
【数１１】
2007048117.tif 000013
【００５１】
図３中、実線の曲線Ａは、抵抗Ｒcの抵抗値がＲ0（＝30kΩ）であるときの電流ｉ3（無変調時の電流ｉ3）の絶対値を示し、点線の曲線Ｂは、抵抗Ｒcの抵抗値がαＲ0（＝45Ω=0.0015×30kΩ）であるときの電流ｉ3（変調時の電流ｉ3）の絶対値を示している。
【００５２】
図５は、図３に示した無変調時の電流ｉ3（曲線Ａ）と変調時の電流ｉ3（曲線Ｂ）の差分を表している。すなわち両者の差分は、ｋ＝０（距離＝無限大）のとき以外にゼロとなるときはなく、ヌルポイントは存在しない。
【００５３】
次に、ICカード２の同調周波数がリーダライタ１の同調周波数と異なる場合にヌルポイントが存在する理由について説明する。
【００５４】
いまの場合、式（１２）に示すように、リーダライタ１の同調周波数と同じ共振周波数が得られるＣ0を決定し、ICカード２のＣc（図２）を、式（１３）に示すように、Ｃ0とＣaの和として表すと、式（１）から式（１４）に示す電流ｉ3を得ることができる。
【００５５】
【数１２】
2007048117.tif 000014
【００５６】
【数１３】
2007048117.tif 000015
【００５７】
【数１４】
2007048117.tif 000016
【００５８】
式（１４）中のＱrは、式（５）で表され、式（５）中のＲpは、式（６）で表される。また式（１４）中のＱcは、式（７）で表される。
【００５９】
ここで式（１４）に、Ｒc＝Ｒ0とＲc＝αＲ0をそれぞれ代入して、無変調時の電流ｉ3と変調時の電流ｉ3を求めるとともに、式（８）に示すように、両者の絶対値の差分を求めると、この場合の式（８）のＲcの変化に対応する項は、式（１５）で表すことができる。
【００６０】
【数１５】
2007048117.tif 000017
【００６１】
無変調時と変調時の電流ｉ3の絶対値に差異が生じない距離（k）がヌルポイントとなるので、式（８）＝０が成立する実数のkが存在すれば、ヌルポイントが存在することになる。
【００６２】
そこで式（８）＝０、すなわち式（１５）＝０とすると、式（１６）に示すように、０＜k＜１となる可能性があり、実数のkが存在し得る。すなわちヌルポイントが存在する。
【００６３】
【数１６】
2007048117.tif 000018
【００６４】
以上のように、ICカード２の同調周波数がリーダライタ１の同調周波数と異なる場合、ヌルポイントが存在する（図１）。
【００６５】
図６は、図７に示すようにリーダライタ回路１１とICカード回路１２の各パラメータが設定され、リーダライタ１の同調周波数が13.56MHzで、ICカード２の同調周波数17.1MHzである場合（式（１７））の、0≦k≦1の電流ｉ3の距離特性を示している。
【００６６】
【数１７】
2007048117.tif 000019
【００６７】
図６中、実線の曲線Ａは、抵抗Ｒcの抵抗値がＲ0（＝30kΩ）であるときの電流ｉ3（無変調時の電流ｉ3）の絶対値を示し、点線の曲線Ｂは、抵抗Ｒcの抵抗値がαＲ0（＝45Ω=0.0015×30kΩ）であるときの電流ｉ3（変調時の電流ｉ3）の絶対値を示している。
【００６８】
図８は、図６に示した無変調時の電流ｉ3（曲線Ａ）と変調時の電流ｉ3（曲線Ｂ）の差分を表している。すなわちｋpのとき、すなわちリーらライタ１とICカード２との距離が、ｋpに対応する距離であるとき、無変調時の電流ｉ3の絶対値（曲線Ａ）＝変調時の電流ｉ3の絶対値（曲線Ｂ）となり、ヌルポイントとなる（図１）
【００６９】
次に、上述したヌルポイントについての解析結果を基に本発明を適用したICカード２について説明する。
【００７０】
ICカード２の同調周波数がリーダライタ１の同調周波数と異なる場合、上述したように、式（１６）から、リーダライタ１とICカード２との距離が、ｋp（０＜k＜１）（図８）に対応する距離であるとき、無変調時の電流ｉ3の絶対値＝変調時の電流ｉ3の絶対値となるので、ヌルポイントが存在するが、このことは、式（１６）においてk＝０（式（１６）の分子≠０，式（１６）の分母＝０）となれば、リーダライタ１とICカード２との距離が無限大のとき、無変調時の電流ｉ3の絶対値＝変調時の電流ｉ3の絶対値となり、論理上ヌルポイントが存在しないことになる。
【００７１】
すなわち本発明は、式（１６）においてｋ＝０（式（１６）の分子≠０，式（１６）の分母＝０）となるようなパラメータをICカード回路１２に設定することで、リーダライタ１とICカード２との距離が無限大のときに、無変調時の電流ｉ3の絶対値＝変調時の電流ｉ3の絶対値となるようにし、ICカード２の同調周波数が、リーダライタ１の同調周波数と異なる場合であっても、ヌルポイントが発生しない（論理上発生しない）ようにするものである。
【００７２】
ここで式（１６）の分母＝０となるようなパラメータについて検討する。
【００７３】
式（１６）の分母の式（１８）で表される項に注目する。
【００７４】
【数１８】
2007048117.tif 000020
【００７５】
式（７）で表されるＱcを式（１８）に代入するとともに、式（１３）で表されるＣcをさらに代入すると、式（１９）に示すように展開することができる。従ってＣaを、式（２０）に示すように、Ｃ0の−１／２とすれば、式（１９）（（式（１８））＝０となり、式（１６）の分母＝０となる。
【００７６】
【数１９】
2007048117.tif 000021
【００７７】
【数２０】
2007048117.tif 000022
【００７８】
次に式（１６）の分子≠0となるパラメータについて検討する。
【００７９】
式（１６）の分子＝０とすると、式（２１）に示すαが得られる。すなわちαを、式（２１）が成立しないような値にとれば、式（１６）の分子≠0となる。
【００８０】
【数２１】
2007048117.tif 000023
【００８１】
以上のことから、Ｃa＝−Ｃo／２（式（２０））とし、すなわち式（１３）および式（１２）から、式（２２）に示すように、ICカード１の同調周波数をリーダライタ１の同調周波数の√２倍にし、式（２１）が成立しないαによって負荷変調を行えば、式（１６）においてｋ＝０となり、無変調時の電流ｉ3の絶対値＝変調時の電流ｉ3の絶対値となるときの距離を、無限大にシフトすることができ、論理的にヌルポイントが存在しないようにすることができる。
【００８２】
【数２２】
2007048117.tif 000024
【００８３】
図９は、図１０に示すようにリーダライタ回路１１とICカード回路１２の各パラメータが設定され（Ｃc=15.57（=31.34pF（Ｃ0）-11.64pF（Ｃa）））、リーダライタ回路１１の同調周波数が13.56MHzで、ICカード回路１２の同調周波数19.1767MHzであり（式（２３））、ICカード２の同調周波数が、リーダライタ１の同調周波数と異なるが、その√２倍になっているときの、１＜k＜０の電流ｉ3の距離特性を示している。
【００８４】
【数２３】
2007048117.tif 000025
【００８５】
図９中、実線の曲線Ａは、抵抗Ｒcの抵抗値がＲ0（=30kΩ）であるときの電流ｉ3（無変調時の電流ｉ3）の絶対値を示し、点線の曲線Ｂは、抵抗Ｒcの抵抗値がαＲ0（=40Ω）であるときの電流ｉ3（変調時の電流ｉ3）の絶対値を示している。
【００８６】
図１１は、図９に示す無変調時の電流ｉ3（曲線Ａ）と変調時の電流ｉ3（曲線Ｂ）の差分を表している。すなわち両者間には、いずれの距離（k）においても差異が生じており、ヌルポイントは存在しない。
【００８７】
なお、本実施の形態では、本発明をICカードシステムに適用した場合について説明したが、本発明は、その他、例えば、ICカードの機能を有するICチップや、そのICチップを内蔵する携帯電話機その他の近接通信を行う装置に適用可能である。
【００８８】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】ヌルポイントを説明する図である。
【図２】リーダライタ回路１１とICカード回路１２の構成例を示すブロック図である。
【図３】ICカードの同調周波数がリーダライタの同調周波数と同じである場合の無変調時および変調時の負荷変調信号を示す図である。
【図４】図２のリーダライタ回路１１とICカード回路１２のパラメータの設定値の例を示す図である。
【図５】ICカードの同調周波数がリーダライタの同調周波数と同じ場合の無変調時および変調時の負荷変調信号の差分を示す図である。
【図６】ICカードの同調周波数がリーダライタの同調周波数と異なる場合の無変調時および変調時の負荷変調信号を示す図である。
【図７】図２のリーダライタ回路１１とICカード回路１２のパラメータの他の設定値の例を示す図である。
【図８】ICカードの同調周波数がリーダライタの通信周波数と異なる場合の無変調時および変調時の負荷変調信号の差分を示す図である。
【図９】本発明を適用したICカードを利用したICカードシステムのリーダライタにおける無変調時および変調時の負荷変調信号を示す図である。
【図１０】本発明を提供したICカードのICカード回路１２のパラメータの設定値の例を示す図である。
【図１１】本発明を適用したICカードを利用したICカードシステムのリーダライタにおける無変調時および変調時の負荷変調信号の差分を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  リーダライタ，  ２  ICカード，  １１  リーダライタ回路，  １２  ICカード
【図１】
2007048117.tif 000026
【図２】
2007048117.tif 000027
【図３】
2007048117.tif 000028
【図４】
2007048117.tif 000029
【図５】
2007048117.tif 000030
【図６】
2007048117.tif 000031
【図７】
2007048117.tif 000032
【図８】
2007048117.tif 000033
【図９】
2007048117.tif 000034
【図１０】
2007048117.tif 000035
【図１１】
2007048117.tif 000036