(57)【要約】【課題】非接触ＩＣカードの同調周波数を調整する。【解決手段】ＩＣカード１１の内部にループコイル４と同調コンデンサ１５とからなる周波数調整回路１３を設ける。周波数調整回路１３のループコイル４は十分面積が小さいため、周波数調整回路１３による相互インダクタンスは低いが、ＩＣカードに磁性シートを貼り付けると、周波数調整回路１３の磁束が大きくなり、周波数調整回路１３による相互インダクタンスも大きくなる。これにより、同調周波数を低くさせる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループアンテナと、
上記ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、
上記同調コンデンサに接続され上記共振回路を介して電波を送受信するＩＣチップと、
同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路と
を有する非接触ＩＣカードであって、
上記周波数調整回路に磁性体を近接させることにより、上記ループアンテナと上記同調コンデンサとからなる共振回路と上記周波数調整回路との間の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整すること
を特徴とする非接触ＩＣカード。
【請求項２】
上記磁性体は、上記周波数調整回路を覆う寸法形状であることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカード。
【請求項３】
上記周波数調整回路を上記ループアンテナの内側に配置することを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカード。
【請求項４】
複数の周波数調整回路を備えることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカード。
【請求項５】
ループアンテナと、
上記ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、
上記同調コンデンサに接続され上記共振回路を介して電波を受信するＩＣチップと
を有する非接触ＩＣカードの同調周波数の調整方法であって、
当該非接触ＩＣカード内に同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路を設け、上記周波数調整回路に磁性体を近接させることを特徴とする同調周波数の調整方法。
【請求項６】
ループアンテナと、上記ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサとを有する非接触ＩＣカードの同調周波数を調整する周波数調整器であって、
シート状の磁性体に周波数調整のための共振回路である周波数調整回路を設けたことを特徴とする周波数調整器。
【請求項７】
ループアンテナと、
上記ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、
上記同調コンデンサに接続され上記共振回路を介して電波を受信するＩＣチップと、
同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路と
を有する非接触ＩＣカードと、
磁性体と
を備え、
上記磁性体を上記周波数調整回路に近接させることにより、上記ループアンテナと上記同調コンデンサとからなる共振回路と上記周波数調整回路との間の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整すること
を特徴とする同調周波数の調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を用いた非接触通信を行う非接触ＩＣカード、非接触ＩＣカードの同調周波数の調整方法、非接触ＩＣカードの周波数調整器、及び、非接触通信の同調周波数の調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地下鉄等の交通機関の共通乗車券、または、電子マネーシステム等に非接触ＩＣカードが導入されている。このＩＣカードに対するデータの書き込み、あるいは読み出しは、電磁誘導の原理に基づいて、非接触で行われる。
【０００３】
非接触ＩＣカードシステムは、ＩＣカードとリーダライタとから構成される。リーダライタは、ＩＣカードに電磁波を放射する。ＩＣカードには、ループアンテナと同調コンデンサとからなる共振回路が設けられており、この共振回路がリーダライタから放射された電磁波を受信する。ＩＣカードは、受信した電磁波に整流平滑や安定化などの処理を施し、電磁波から直流電流を生成する。
【０００４】
ＩＣカードには、電池が設けられておらず、受信した電磁波から必要な電力を取得してデータの送信を行う。ＩＣカードは、十分な電力を得るために、電磁波をできるだけ効率良く受信する必要がある。
【０００５】
ＩＣカードは、基本的には１枚だけで使用されるが、複数枚、例えば、２枚重ねられた状態で使用される場合もある。交通機関の共通乗車券や電子マネーなどでは、ループアンテナの同調周波数として１３．５６ＭＨｚを採用している。複数枚のＩＣカードを重ねた場合、ＩＣカードの間に相互インダクタンスが発生し、定格の同調周波数である１３．５６ＭＨｚよりも同調周波数が低くなる。
【０００６】
そこで、既存の非接触ＩＣカードシステムでは、複数枚重ねたときの同調周波数の低下を考慮し、ＩＣカードの同調周波数を１３．５６ＭＨｚよりも高めに設定している。これは、カードを２枚重ねた場合においてアンテナ間の結合により同調周波数が１３．５６ＭＨｚとなり効率よく通信ができることが意図したものである。
【０００７】
しかし、実際には、例えば、鉄道の改札などにおいてカードを１枚のみでかざすことが多い。１枚で使用した場合、リーダライタから受信する電力のエネルギー効率が悪くなる。通信距離が同調周波数１３．５６ＭＨｚのものに比べて短くなる。また、同調周波数がずれると、不感帯が存在し、距離が近くとも通信できない場合がある。このように、同調周波数のずれは、通信に大きな支障をきたすことが考えられる。
【０００８】
従来の技術には、ＩＣカードにアダプタを装着し、ＩＣカードが１枚であっても、複数のＩＣカードが重ねられた状態と同等の状態とさせ、リーダライタと最適な同調周波数の信号で通信させる技術が存在する（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−５８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１記載のアダプタは、ＩＣカードと同じ形状寸法を持つアンテナを意図しており、また、アダプタの素材や構成が明記されていない。また、特許文献１記載のアダプタは、貼り付け位置にも自由度がない。
【００１１】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、同調周波数を調整することができる非接触ＩＣカード、非接触ＩＣカードの同調周波数の調整方法、周波数調整器、及び、同調周波数の調整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】
【００１２】
上述した目的を達成するために、本発明は、ループアンテナと、ループアンテナとともに共振回路を生成する同調コンデンサと、同調コンデンサに接続され共振回路を介して電波を送受信するＩＣチップと、同調周波数の調整に用いる共振回路である周波数調整回路とを有する非接触ＩＣカードの周波数調整回路に磁性体を近接させることにより、ループアンテナと同調コンデンサとからなる共振回路と周波数調整回路との間の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を適用した非接触ＩＣカードは、ループアンテナと同調コンデンサとからなる送受信用の共振回路のほかに、周波数調整用の共振回路である周波数調整回路とを備える。非接触ＩＣカードの周波数調整回路に磁性体を近接させることにより２つの共振回路の相互インダクタンスを変化させ共振点を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を適用した同調周波数の調整システムについて説明する。なお、本実施の形態では、調整システムの説明に先立って、既存の非接触ＩＣカードの仕組みについて説明する。
【００１５】
図１は、既存のＩＣカードシステム１の構成を示す概念図である。図１に示すように、非接触ＩＣカードシステム１は、リーダライタ２と、ＩＣカード３とから構成され、リーダライタ２とＩＣカード３との間で、電磁誘導を用いた非接触な通信を行う。
【００１６】
ＩＣカード３は、図１及び図２に示すように、ループアンテナ４、ＩＣチップ５、同調コンデンサ６を備える。ループアンテナ４は、同調コンデンサ５とともに共振回路を構成する。共振回路は、リーダライタ２から放射された電磁波を受信し、受信した電磁波を電気信号に変換する。ＩＣカード３がバッテリを有しないバッテリレス型である場合、ＩＣチップ５は、受信した電磁波に整流平滑や安定化などの処理を施し、電磁波から直流電流が生成する。直流電流は、ＩＣカード３の各部に供給される。
【００１７】
リーダライタ２から放射された電磁波には、コマンドやデータなどの信号が含まれる。ＩＣチップ５は、電磁波を復調して信号に変換し、信号に含まれるデータをＩＣチップ５に記録したり、ＩＣチップ５に記録されたデータを変調してリーダライタ２に送信する送信処理を行う。
【００１８】
ＩＣカード３の同調周波数は、ループアンテナ４のインダクタンスと同調コンデンサ６容量とＩＣチップ５の容量との総和によって決まることが一般に知られている。ここで、図２に示すＩＣカード３のループアンテナ４のインダクタンスをＬ１、同調コンデンサ６とＩＣチップ５との総容量をＣ１とおくと、その共振点ω０は、式（１）から求められる。  
ω０＝１／（Ｌ１×Ｃ１）１／２          ・・・（１）
図３では、既存のＩＣカード３−１，３−２を重ねた様子を示す。ＩＣカード３−１のループアンテナ４−１のインダクタンスをＬ１、同調コンデンサ６−１とＩＣチップ５−１内の総容量をＣ１とし、ＩＣカード３−２のループアンテナ４−２のインダクタンスをＬ２、同調コンデンサ６−２とＩＣチップ５−２の総容量をＣ２とする。
【００１９】
２枚のＩＣカード３−１，３−２の規格が同じであれば、ループアンテナ４−１，４−２のインダクタンスＬ１，Ｌ２と同調コンデンサ６−１，６−２とＩＣチップ５−１，５−２内の総容量Ｃ１，Ｃ２が等しい。これを数式で表現すると、式（２）のようになる。  
Ｌ２＝Ｌ１，Ｃ２＝Ｃ１                ・・・（２）
ＩＣカード３を２枚重ねると、２枚のＩＣカードの間に相互インダクタンスが発生する。式（２）を満たすようなＩＣカード３−１，３−２がかざされたときの相互インダクタンスをＭとすると、２枚のＩＣカード３−１，３−２の共振点ω０’は、式（３）で表される。  
ω０’＝１／（（Ｌ＋Ｍ）×Ｃ）１／２    ・・・（３）
相互インダクタンスＭが大きいと、式（３）の分母が大きくなり、共振点ω０’は低くなる。この傾向は式（４）のように２つの共振回路のインダクタンスＬ１，Ｌ２と同調コンデンサの容量Ｃ１，Ｃ２とが異なる場合にも成り立つ。  
Ｌ１≠Ｌ２，Ｃ１≠Ｃ２                  ・・・（４）
既存のＩＣカードは、共振点の低下を考慮して、ＩＣカードの同調周波数を高くし、複数枚のＩＣカードを重ねたときに（本実施の形態では２枚）、最も効率のよい１３．５６ＭＨｚで共振するように設計されている。
【００２０】
既存のＩＣカードシステム１では、１枚のＩＣカード３で使用するときには、最適な同調周波数よりも少し高めになってしまう。同調周波数が最適値からずれると、リーダライタ２との通信可能距離が短くなったり、不感帯が発生したりする。
【００２１】
本発明を適用した同調周波数の調整システムでは、ＩＣカードを１枚で使用する場合であっても効率的な通信を可能とするため、磁性シート（後述）の付け外しによる同調周波数の調整を行う。
【００２２】
図４は、本発明を適用した同調周波数の調整システム１０の構成を示す。本発明を適用した同調周波数の調整システム１０は、同調周波数を調整するための回路（以下、周波数調整回路と記す）１３を内蔵したＩＣカード１１と、磁性シート１２とから構成される。
【００２３】
ＩＣカード１１は、図５に示すように、周波数調整回路１３、ループアンテナ４、ＩＣチップ５、同調コンデンサ５を備える。ループアンテナ４、ＩＣチップ５、同調コンデンサ６は、既存のＩＣカード３と同じであるため、同符号を付して説明を省略する。
【００２４】
周波数調整回路１３は、ＩＣカード１１の略中央に設けられている。周波数調整回路１３は、ループアンテナ１４と、同調コンデンサ１５とから構成される。周波数調整回路１３は、たとえて言えば、小型の共振回路である。本発明を適用したＩＣカード１１は、ループアンテナ４と同調コイル５とからなる共振回路と小型の共振回路である周波数調整回路１３とを有する。
【００２５】
ＩＣカード５のループアンテナ４のインダクタンスをＬ１、同調コンデンサ６の容量とＩＣチップ５の容量との総和をＣ１、周波数調整回路１３のループアンテナ１４のインダクタンスをＬ２、同調コンデンサ１５の容量をＣ２とする。
【００２６】
ＩＣカード５と周波数調整回路１３との間の相互インダクタンスが発生したとしても、周波数調整回路１３のループアンテナ１４の面積が十分小さいため、相互インダクタンスも低いが、この周波数調整回路１３に磁性シート１２を貼り付けると、貼り付けた部分の相互インダクタンスが大きくなり、より低い同調周波数へと共振点を変更することができる。
【００２７】
磁性シート１２は、例えば、樹脂と磁性材料とからなり、片面に粘着性のある素材が貼り付けられている。ＩＣカード１１には、例えば、磁性カード１２の貼り付け位置を示すプリントが施されている。磁性シート１２は、周波数調整回路１３を覆う寸法形状をしており、所定の貼り付け位置に磁性シート１２を貼り付けると、周波数調整回路１３が磁性シート１２で覆われる。
【００２８】
磁性シート１２が貼り付けられると、周波数調整回路１３とループアンテナ１４とを通る磁束が大きくなり、相互インダクタンスＭが大きくなる。これにより、ＩＣカード１１の共振点が変化する。本発明を適用した同調周波数の調整システムでは、このようにして、ＩＣカードの同調周波数を規定の１３．５６ＭＨｚに調整している。
【００２９】
図５に示すＩＣカード１１では、周波数調整回路１３がＩＣカード１１の略中央に設けられていたため、磁性シート１２を貼り付ける位置もＩＣカード１１の略中央に限定されている。
【００３０】
次に、磁性シート１２の貼り付け位置の自由度を上げたＩＣカードについて説明する。図６に、ＩＣカード２０の一例を示す。図６において、図２のＩＣカード３と同じ構成には、同一符号を付している。
【００３１】
ＩＣカード２０の内部には、ループコイル４の内側に、４つの周波数調整回路１３−１，１３−２，１３−３，１３−４が設けられている。各周波数回路１３−１，１３−２，１３−３，１３−４は、図５に示した周波数回路１３と同様に、ループアンテナ１４−１，１４−２，１４−３，１４−４と同調コンデンサ１５−１，１５−２，１５−３，１５−４とから構成される。
【００３２】
ＩＣカード２０では、４つの周波数調整回路１３−１，１３−２，１３−３，１３−４を設けたため、磁性シート１２の貼り付け位置が４箇所ある。ユーザは、４つの貼り付け位置から所望の位置を選択することができる。このように、複数の周波数調整回路１３−１，１３−２，１３−３，１３−４をＩＣカード２０に設けると、周波数調整回路１３−１，１３−２，１３−３，１３−４の数だけ貼り付け位置を増やすことができる。
【００３３】
しかし、複数の周波数調整回路１３−１，１３−２，１３−３，１３−４をＩＣカード２０の内部に設けたとしても、磁性シート１２の貼り付け位置は、周波数調整回路１３−１，１３−２，１３−３，１３−４が配置された位置に限定されてしまう。
【００３４】
次に、貼り付け位置の自由度をさらに高くした磁性シートについて説明する。図７は、磁性シートの一例を示す。図７の例では、磁性シート３１そのものに周波数調整回路３２がプリントされている。この場合、磁性シート３１の貼り付け位置は、ループコイル４の内側であればよい。図７の斜線部は、磁性シート３１を貼り付ける領域Ａを示している。ループコイル４をなるべく外側に配置すれば、領域Ａが広くなり、貼り付け位置の自由度をさらに高めることができる。また、この場合、ＩＣカード３０内部に周波数調整回路１３を設けなくてもよいため、既存のＩＣカード３の同調周波数も調整することができる。
【００３５】
以上説明したように、本発明を適用した同調周波数の調整システム１０は、ループコイル４と共振コンデンサ６からなるＩＣカード１１の共振回路に小型の共振回路である周波数調整回路１３を重ねて配置し、この周波数調整回路１３を磁性シート１２で覆う。これにより、ＩＣカード１１の共振回路と周波数調整回路１３との間に相互インダクタンスが発生し、同調周波数を調整することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、ＩＣカードを１枚で使用するときに同調周波数が最適となるように調整を行ったが、２枚以上のＩＣカードを重ねて使用するときに最適となるような調整を行ってもよい。
【００３７】
また、本実施の形態では、１３．５６ＭＨｚで共振するＩＣカードについて説明したが、現在、電磁波を用いた非接触な通信には９００ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚなども利用されている。本発明は、周波数帯の異なるシステムにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】既存のＩＣカードシステムの構成を示す概念図である。
【図２】既存のＩＣカードの内部構造を示す模式図である。
【図３】２枚のＩＣカードを重ねた様子を示す模式図である。
【図４】本発明を適用した同調周波数の調整システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用したＩＣカードの内部構造を示す模式図である。
【図６】貼り付け位置の自由度を高めたＩＣカードの内部構造を示す模式図である。
【図７】周波数調整回路と一体化させた磁性シート、及び、ＩＣカードの内部構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
４  ループコイル、５  同調コンデンサ、６  ＩＣチップ、１１  ＩＣカード、１２  磁性シート、１３  周波数調整回路、１４  ループコンデンサ、１５  同調コンデンサ
【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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