(57)【要約】【課題】通信対象との間で、従来に比してより確実に非接触データ通信を行うことができる通信装置を実現する。【解決手段】交流信号を生成する信号源ＳＧと、当該信号源ＳＧから供給される交流信号を放射して通信対象２に対して非接触で電力を送信するアンテナ６と、信号源ＳＧが出力する交流信号の位相とアンテナ６を流れる交流信号の位相との位相差を検出する位相差検出手段１３と、当該位相差検出手段１３で検出された位相差に基づいて通信対象２で受信される電力を低減させる電力制御手段１５とを通信装置３に設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信対象に対して非接触で電力を送信するとともに、当該通信対象との間で非接触でデータ通信を行う通信装置であって、
交流信号を生成する信号源と、
上記信号源から供給される上記交流信号を放射して上記通信対象に対して非接触で電力を送信するアンテナと、
上記信号源が出力する上記交流信号の位相と、上記アンテナを流れる上記交流信号の位相との位相差を検出する位相差検出手段と、
上記位相差検出手段で検出された上記位相差に基づき、上記通信対象で受信される電力を低減させる電力制御手段と
を具えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
上記電力制御手段は、上記位相差検出手段で検出された上記位相差の増大に基づいて上記通信装置と通信対象との距離が接近したことを検出して上記信号源が出力する上記交流信号の電圧を低下させることにより、上記通信対象で受信される電力を低減させる
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
上記電力制御手段は、上記位相差検出手段で検出された上記位相差の増大に基づいて上記通信装置と通信対象との距離が接近したことを検出して上記アンテナの共振周波数を変化させることにより、上記通信対象で受信される電力を低減させる
ことを特徴とする請求項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、例えば、非接触ＩＣ（Integrated Circuit）カードとデータ通信するリーダライタに適用して好適なものである。
【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様々な分野において、非接触ＩＣカードを用いた非接触ＩＣカードシステムが普及している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる非接触ＩＣカードシステムは、非接触で電力の伝送や信号の通信を行うリーダライタと、ＩＣチップやアンテナ等を内蔵した非接触型のＩＣカード３３とで構成される。リーダライタ及びＩＣカードそれぞれには、方形等に巻かれたコイルでなるアンテナが設けられており、リーダライタのアンテナとＩＣカードのアンテナとの間での電磁結合により電力の伝送や情報等を包含した信号の通信が行われる。
【０００４】
すなわちリーダライタは、自己のアンテナに交流信号を流すことにより当該アンテナから交番磁界を発生させ、当該交番磁界によって、近傍に位置するＩＣカードのアンテナに電流を誘起させることで、当該ＩＣカードに対して電力や信号を送信する。
【０００５】
ＩＣカードはその内部に電源を備えておらず、リーダライタから受信した電力を用いて起動及び動作し、リーダライタに対する応答信号の送信等といった各種の処理を行う。ＩＣカードからリーダライタへの信号の送信は、例えばリーダライタからの送信電力を搬送するキャリア波を用いて行われる。
【０００６】
また、ＩＣカードからリーダライタに送信された信号は、上記したリーダライタからＩＣカードへの電力送信及び信号送信の場合と同様に、リーダライタのアンテナを介して受信される。一般にリーダライタにはＩＣカードとの間で電力伝送や信号通信を行うことが可能な通信可能領域が設定されており、上述したリーダライタとＩＣカードとの間での電力伝送や信号通信は、リーダライタの通信可能領域内にＩＣカードが存在している状態で行われる。また、リーダライタのアンテナとＩＣカードのアンテナの双方の同調周波数を同一（例えば１３．５６[MHz]）に設定することが一般的である。
【特許文献１】特開２００５−３１８３８５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した非接触ＩＣカードシステムでは、リーダライタのアンテナとＩＣカードのアンテナとの間の距離に応じて、ＩＣカードで受信される電力が変動する。このため、リーダライタとＩＣカードとが離れた状態では当該ＩＣカードで受信される電力が減少し、これによりＩＣカードが正常に動作できなくなる。一方、リーダライタとＩＣカードとが接近した状態では当該ＩＣカードに過大な電力が供給され、ＩＣカードに内蔵されたＩＣチップの温度が上昇したり、最悪の場合にはＩＣチップが破損してしまい、リーダライタとＩＣカードとの間のデータ通信が正常に行い得なくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比してより確実に非接触データ通信を行うことができる通信装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため本発明の通信装置においては、通信対象に対して非接触で電力を送信するとともに、当該通信対象との間で非接触でデータ通信を行う通信装置において、交流信号を生成する信号源と、当該信号源から供給される交流信号を放射して通信対象に対して非接触で電力を送信するアンテナと、信号源が出力する交流信号の位相とアンテナを流れる交流信号の位相との位相差を検出する位相差検出手段と、当該位相差検出手段で検出された位相差に基づいて通信対象で受信される電力を低減させる電力制御手段とを通信装置に
設けた。
【００１０】
そして電力制御手段は、位相差検出手段で検出された位相差の増大に基づいて通信装置と通信対象との距離が接近したことを検出して、信号源が出力する交流信号の電圧を低下させることにより通信対象で受信される電力を低減させるようにした。
【００１１】
また電力制御手段は、位相差検出手段で検出された位相差の増大に基づいて通信装置と通信対象との距離が接近したことを検出して、アンテナの共振周波数を変化させることにより通信対象で受信される電力を低減させるようにした。
【００１２】
このように通信装置は、信号源から供給される交流信号とアンテナを流れる交流信号の位相差の増大に基づいて通信装置と通信対象とが接近したことを検出して、交流信号の電圧を低下させたりアンテナの共振周波数を変化させることにより、接近した通信対象で受信される電力を低減させて、通信装置と通信対象の距離に係らず、常に確実な非接触データ通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通信装置と通信対象とが接近したことを信号源から供給される交流信号とアンテナを流れる交流信号の位相差の増大に基づいて検出して、交流信号の電圧を低下させたりアンテナの共振周波数を変化させることにより、接近した通信対象で受信される電力を低減させて、通信装置と通信対象の距離に係らず、常に確実な非接触データ通信を行い得る通信装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１５】
（１）非接触ＩＣカードシステムの構成
図１において、１は全体として非接触ＩＣカードシステムを示し、非接触型のＩＣカード２と、当該ＩＣカード２に対するデータの読み書きを行うリーダライタ３とで構成されている。通信装置としてのリーダライタ３は、ＩＣカード２に書き込むべきデータを外部の装置（図示せず）から取得したり、ＩＣカード２から読み出したデータを外部の装置に送信するようになされている。
【００１６】
実際上このリーダライタ３は、全体を統括的に制御する制御部５に対して、ＩＣカード２に対しアンテナ６を介してデータを送信するための送信部７と、ＩＣカード２からアンテナ６を介してデータを受信するための受信部８とが接続されて構成されている。一方ＩＣカード２は、制御部１０に対して、リーダライタ３との間でアンテナ１１を介してデータを送受信するための送受信部１２が接続されて構成されている。
【００１７】
そしてリーダライタ３は、全体を統括的に制御する制御部５に対して、ＩＣカード２に対しアンテナ６を介してデータを送信するための送信部７と、ＩＣカード２からアンテナ６を介してデータを受信するための受信部８とが接続されて構成されている。一方ＩＣカード２は、制御部１０に対して、リーダライタ３との間でアンテナ１１を介してデータを送受信するための送受信部１２が接続されて構成されている。
【００１８】
そしてリーダライタ３は、アンテナ６に交流信号を流すことにより交番磁界を発生させ、ＩＣカード２のアンテナ１１に電流を誘起させることで、当該ＩＣカード２に対して電力や信号を送信する。
【００１９】
（２）本発明による送信電力の制御
図２はＩＣカード２及びリーダライタ３における送受信系の等価回路を示し、リーダライタ３は送信部７（図１）に設けられた信号源ＳＧによって所定周波数の交流信号を生成し、これを抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１及びコイルとしてのアンテナ６からなる共振回路で共振させることにより、アンテナ６に流れる交流電流に応じた交番磁界を、当該アンテナ６から空間に輻射する。
【００２０】
一方ＩＣカード２は、リーダライタ３から輻射された交番磁界によってアンテナ１１に誘起される電圧を抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２及びコイルとしてのアンテナ１１からなる共振回路で共振させ、当該アンテナ１１に流れる交流電流によって制御部１０（図１）を動作させる。
【００２１】
ここで、ＩＣカード２及びリーダライタ３の同調周波数が共に１３．５６[MHz]の場合、リーダライタ３のアンテナ６に流れる電流Ｉは、次式で与えられる。ただし、Ｑｒ＝ｗ・Ｃ１・Ｒ１、Ｑｃ＝ｗ・Ｃ２・Ｒ２、ｗ＝２π×１３．５６[MHz]である。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
式（１）から、リーダライタ３のアンテナ６に流れる電流の位相は、結合係数ｋ（すなわちリーダライタ３とＩＣカード２との距離）に依存することが分かる。従って、当該電流の位相に基づいてリーダライタ３とＩＣカード２との距離を判定することができる。そこで、図２に示す構成において、リーダライタ３のアンテナ６に流れる電流（もしくは電圧）と信号源ＳＧとの位相差を検出し、当該位相差を積分した値に基づいて信号源ＳＧの電源電圧を制御するようにすれば、リーダライタ３とＩＣカード２とが接近したことを検出してリーダライタ３から出力される電力を低減し、ＩＣカード２で受信される電力が過大になることを防ぐことができる。
【００２４】
すなわち図３に示すように、リーダライタ３の送信部７は、信号源ＳＧが出力する交流信号及びアンテナ６を流れる信号の電圧の位相差を例えばＥｘ−ＯＲ（（Exclusive-OR：排他的論理和）回路でなる位相差検出部１３で検出し、さらに当該位相差をローパスフィルタ１４によって積分し位相差検出信号として電圧制御部１５に供給する。
【００２５】
電力制御手段としての電圧制御部１５は位相差検出信号の値に基づき、信号源ＳＧが出力する交流信号及びアンテナ６を流れる信号の電圧の位相差が所定の閾値を超えた場合、リーダライタ３とＩＣカード２とが接近して当該ＩＣカード２で受信される電力が過大になることを防止するため、信号源ＳＧが出力する交流信号の電圧を低下させる。
【００２６】
これによりリーダライタ３は、ＩＣカード２が過度に接近した場合はアンテナ６から送信する電力を低下して、近接したＩＣカード２で受信される電力を制限する。
【００２７】
（３）動作及び効果
以上の構成において、リーダライタ３の送信部７は、信号源ＳＧが出力する交流信号とアンテナ６を流れる信号の電圧の位相差を位相差検出部１３で検出し、リーダライタ３とＩＣカード２との距離に応じて変化する当該位相差に基づいて、ＩＣカード２が接近した場合には信号源ＳＧが出力する交流信号の電圧を低下させる。
【００２８】
これによりリーダライタ３は、ＩＣカード２が過度に接近した場合にはアンテナ６から送信する電力を低下して、当該接近したＩＣカード２で過大な電力が受信されることを防止し、ＩＣカード２の破損を防止することができる。
【００２９】
これに加えてリーダライタ３は、上述したようにＩＣカード２が過度に接近した場合に送信電力を低下させることから、想定される標準的なリーダライタ３とＩＣカード２との間隔において適切な電力がＩＣカード２で受信できるように、アンテナ６から送信する電力を設定することができ、かくして、ＩＣカード２との間隔が様々に変化しても当該ＩＣカード２を適切に動作させてデータ通信を行うことができる。
【００３０】
以上の構成によれば、ＩＣカード２との間隔に応じて送信電力を調整することで、常にＩＣカード２を適切に動作させてデータ通信を行うことができる。
【００３１】
（４）他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、ＩＣカード２と非接触データ通信を行う通信装置として、リーダライタ３に本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＩＣカード２とで非接触データ通信を行うようになされた携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等、この他種々の通信装置に本発明を適用することができる。
【００３２】
また、上述した実施の形態において、図２に示した等価回路でＣ１の値を可変とした場合、Ｒ１とＲ２のインピーダンス整合が取れている状態におけるＣ１は、ｗ2＝１/（Ｃ２・Ｌ２）＝２π・１３．５６[MHz]とすると、次式で与えられる。ただし、−1＜k＜1である。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
リーダライタ３とＩＣカード２との距離が遠い場合、ｋ＝０とすると、式（２）からＣ１＝１／（Ｌ１・ｗ2）となり、Ｃ１およびＬ１の共振周波数が１３．５６[MHz]の場合において効率よく電力を送信することが出来る。ところが、リーダライタ３とＩＣカード２との距離が近い場合では、共振周波数が１３．５６[MHz]となるようＣ１の値を設定するとインピーダンス整合がとれず、これによりＩＣカード２で受信される電力が低下してしまうという問題がある。
【００３５】
これに対処するには、ＩＣカード２への過大な電力送信が問題とならない状態において、検出した位相差に基づいて、リーダライタ３とＩＣカード２との距離が離れるにつれて信号源ＳＧが出力する交流信号の電圧を上げる制御を行えばよい。
【００３６】
また上述した実施の形態においては、信号源ＳＧが出力する交流信号とアンテナ６を流れる信号の電圧の位相差に基づいて、ＩＣカード２が接近した場合には信号源ＳＧが出力する交流信号の電圧を低下させることにより、接近したＩＣカード２で受信される電力を低下させるようにしたが、本発明はこれに限らず、ＩＣカード２が接近した場合にはリーダライタ３の共振周波数を変化させることにより、接近したＩＣカード２で受信される電力を低下させるようにしてもよい。
【００３７】
すなわち図３との対応部分に同一符号を付した図４に示すように、リーダライタ３の送信部７は、信号源ＳＧが出力する交流信号及びアンテナ６を流れる信号の電圧の位相差を例えばＥｘ−ＯＲ（（Exclusive-OR：排他的論理和）回路でなる位相差検出部１３で検出し、さらに当該位相差をローパスフィルタ１４によって積分し位相差検出信号として容量制御部１７に供給する。
【００３８】
電力制御手段としての容量制御部１７は位相差検出信号の値に基づき、信号源ＳＧが出力する交流信号及びアンテナ６を流れる信号の電圧の位相差が所定の閾値を超えた場合、リーダライタ３とＩＣカード２とが接近して当該ＩＣカード２で受信される電力が過大になることを防止するため、可変容量コンデンサＣ１の容量を変化させることによりＣ１およびＬ１の共振周波数を変化させ、これによりＩＣカード２で受信される電力を低下させる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、非接触ＩＣカードとの間でデータ通信を行うリーダライタ等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】非接触ＩＣカードシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】ＩＣカード及びリーダライタの等価回路を示す略線図である。
【図３】本発明による送信部の構成を示すブロック図である。
【図４】他の実施の形態による送信部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１……非接触ＩＣカードシステム、２……ＩＣカード、３……リーダライタ、４……信号処理部、５……制御部、６……アンテナ、７……送信部、８……受信部、１０……制御部、１１……アンテナ、１２……送受信部、１３……位相差検出部、１４……ローパスフィルタ、１５……電圧制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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