(57)【要約】【課題】外部装置が負荷変調のレベル不足により受信データを再生することができない状態を回避することが可能となり、外部装置との通信特性を大幅に改善することが可能となる非接触式携帯可能電子装置および非接触式ＩＣカードを提供する。【解決手段】外部装置と非接触でデータ通信を行なう非接触式ＩＣカードにおいて、受信した搬送波を整流した後の電圧を検出し、検出した電圧値が所定値以下の場合には、負荷変調回路の第１の負荷素子に対し並列に接続される第２の負荷素子を接続することにより、負荷インピーダンス値を下げて負荷変調のレベルを大きくする。【選択図】図１
2012138007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置と非接触でデータ通信を行なう非接触式携帯可能電子装置において、
外部装置との間で無線による通信を行なうためのアンテナコイルと同調コンデンサとからなる共振回路と、
この共振回路と接続され、当該共振回路により受信された前記外部装置から送信される電磁波を整流する整流回路と、
この整流回路の出力から当該携帯可能電子装置の動作電圧を生成する電源生成手段と、
前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記整流回路の出力に基づき受信データの再生を行なう受信回路と、
この受信回路から得られる受信データに基づく所定の情報処理や送信データの生成等を行なう情報処理手段と、
前記整流回路の出力端の一方と接地電位との間に接続される第１の負荷素子と、
この第１の負荷素子に対し直列接続される第１のスイッチ素子と、
この第１のスイッチ素子を前記情報処理手段からの送信データに応じて開閉制御する送信回路と、
前記第１の負荷素子に対し並列接続される第２の負荷素子と、
この第２の負荷素子に対し直列接続される第２のスイッチ素子と、
この第２のスイッチ素子を前記電圧検出手段により検出された電圧値に応じて開閉制御するスイッチ制御手段と、
を具備したことを特徴とする非接触式携帯可能電子装置。
【請求項２】
前記第２の負荷素子および前記第２のスイッチ素子はそれぞれ複数あり、前記スイッチ制御手段は前記複数の第２のスイッチ素子を前記電圧検出手段により検出された電圧値に応じて選択的に開閉制御することを特徴とする請求項１記載の非接触式携帯可能電子装置。
【請求項３】
外部装置と非接触でデータ通信を行なう非接触式ＩＣカードにおいて、
外部装置との間で無線による通信を行なうためのアンテナコイルと同調コンデンサとからなる共振回路と、
この共振回路と接続され、当該共振回路により受信された前記外部装置から送信される電磁波を整流する整流回路と、この整流回路の出力から当該携帯可能電子装置の動作電圧を生成する電源生成手段と、前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記整流回路の出力に基づき受信データの再生を行なう受信回路と、この受信回路から得られる受信データに基づく所定の情報処理や送信データの生成等を行なう情報処理手段と、前記整流回路の出力端の一方と接地電位との間に接続される第１の負荷素子と、この第１の負荷素子に対し直列接続される第１のスイッチ素子と、この第１のスイッチ素子を前記情報処理手段からの送信データに応じて開閉制御する送信回路と、前記第１の負荷素子に対し並列接続される第２の負荷素子と、この第２の負荷素子に対し直列接続される第２のスイッチ素子と、この第２のスイッチ素子を前記電圧検出手段により検出された電圧値に応じて開閉制御するスイッチ制御手段とを有して構成されるＩＣチップと、
このＩＣチップを収納したＩＣカード本体と、
を具備したことを特徴とする非接触式ＩＣカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、外部装置（非接触式カードリーダ・ライタ）と非接触でデータ通信を行なう非接触式ＩＣカードなどの非接触式携帯可能電子装置および非接触式ＩＣカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の非接触式ＩＣカードは、非接触式カードリーダ・ライタから送信される電磁波を受信し、この受信した電磁波により動作電圧を生成して動作し、非接触式カードリーダ・ライタとの間で無線による通信を行なうことにより、書換え可能な不揮発性メモリに対するデータの書込みあるいは読出しなどの情報処理を行なうようになっている。
【０００３】
このような非接触式ＩＣカードと非接触式カードリーダ・ライタとの間の通信は、非接触式カードリーダ・ライタから非接触式ＩＣカードにデータを送信する場合、非接触式カードリーダ・ライタは発生させた電磁波にＡＳＫ変調を掛けることによってデータを非接触式ＩＣカードに送信する。また、非接触式ＩＣカードが非接触式カードリーダ・ライタにデータを送信する場合、非接触式ＩＣカードは受信した電磁界に負荷変調を掛けることによってデータを非接触式カードリーダ・ライタに送信する。
【０００４】
上記負荷変調は、一般に、非接触式ＩＣカード内の負荷変調回路に設けられた抵抗性の負荷のインピーダンスを、スイッチ素子の開閉動作で変化させることによって行なわれていて、非接触式ＩＣカードが負荷変調を掛けると、反射波の影響で電磁界に変化が現れるので、非接触式カードリーダ・ライタは、電磁界の当該変化を電圧や位相の変化として検出することによって、非接触式ＩＣカードが送信した信号を受取ることができる。このような通信に関する規格は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３のような国際規格で規定されている。
【０００５】
ところで、このような非接触式ＩＣカードでは、最近、様々なアンテナインピーダンスを持った非接触式カードリーダ・ライタに対しても、コミュニケーションホールができないように通信条件を設定可能な負荷変調回路を備えたものが開発されている。この非接触式ＩＣカードは、負荷変調回路において、１対のアンテナ端子の一方と接地電位ノードとの間に、実数インピーダンスによる第１の負荷変調手段と、虚数インピーダンスによる第２の負荷変調手段を並列に接続する構成としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３０２６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、非接触式カードリーダ・ライタとデータ通信を行なう前に、非接触式ＩＣカードの負荷変調方式及び負荷変調強度を設定可能としていたが、これは、通信を行なう非接触式カードリーダ・ライタに応じて事前に設定を行なう必要があり、複数の非接触式カードリーダ・ライタと通信を行なう際にはその都度設定を最適化する必要がある。また、非接触式カードリーダ・ライタとデータ通信を行なっている間には、設定を変更できないため通信時の障害が起きてしまう可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、外部装置とデータ通信を行なっている際に負荷変調強度を変えることができ、これにより外部装置が負荷変調のレベル不足により受信データを再生することができない状態を回避することが可能となり、外部装置との通信特性を大幅に改善することが可能となる非接触式携帯可能電子装置および非接触式ＩＣカード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】
【０００９】
実施形態に係る非接触式携帯可能電子装置は、外部装置と非接触でデータ通信を行なう非接触式携帯可能電子装置において、外部装置との間で無線による通信を行なうためのアンテナコイルと同調コンデンサとからなる共振回路と、この共振回路と接続され、当該共振回路により受信された前記外部装置から送信される電磁波を整流する整流回路と、この整流回路の出力から当該携帯可能電子装置の動作電圧を生成する電源生成手段と、前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記整流回路の出力に基づき受信データの再生を行なう受信回路と、この受信回路から得られる受信データに基づく所定の情報処理や送信データの生成等を行なう情報処理手段と、前記整流回路の出力端の一方と接地電位との間に接続される第１の負荷素子と、この第１の負荷素子に対し直列接続される第１のスイッチ素子と、この第１のスイッチ素子を前記情報処理手段からの送信データに応じて開閉制御する送信回路と、前記第１の負荷素子に対し並列接続される第２の負荷素子と、この第２の負荷素子に対し直列接続される第２のスイッチ素子と、この第２のスイッチ素子を前記電圧検出手段により検出された電圧値に応じて開閉制御するスイッチ制御手段とを具備している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る非接触式携帯可能電子装置としての非接触式ＩＣカードの構成を概略的に示すブロック図。
【図２】ＩＣカードの外観構成を模式的に示す平面図。
【図３】非接触式ＩＣカードと非接触式ＩＣカードリーダ・ライタとの距離に対する電圧検出回路の検出電圧値の関係を示すグラフ。
【図４】第２の抵抗素子３５および第２のスイッチ素子３６をそれぞれ複数にした場合の負荷変調回路２７の構成図。
【図５】図４の場合の動作について説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。  
図１は、本実施形態に係る非接触式携帯可能電子装置としての非接触式ＩＣカードの構成を概略的に示すものである。非接触式ＩＣカード１１は、外部装置としての非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２との間で無線による送受信を行なうための共振回路１３、および、この共振回路１３と接続されたＩＣチップ１４により構成されていて、これらは一体化されてＩＣモジュール１５とされ、このＩＣモジュール１５が図２に示すようにＩＣカード本体１６内に収納（埋設）されている。
【００１２】
共振回路１３は、アンテナコイル１７およびこれとＬＣ並列共振回路を形成する同調コンデンサ１８から構成されていて、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２からの電磁波を受信する。
【００１３】
ＩＣチップ１４は、共振回路１３で受信した電磁波（搬送波）を整流して直流電圧に変換する全波整流回路２１、全波整流回路２１の出力端に接続され、整流電圧を平滑する平滑回路（たとえば、コンデンサ）２２、平滑回路２２で平滑された直流電圧から安定化された直流電圧を生成して各部に動作電圧として供給する電源生成手段としてのレギュレータ２３、平滑回路２２で平滑された電圧を検出する電圧検出手段としての電圧検出回路２４、整流回路２１の出力端に接続され、受信データの再生（復調）を行なう受信回路２５、送信データに応じて後述する負荷変調回路２７のスイッチ素子を開閉制御する送信回路２６、整流回路２１の出力端に接続された負荷変調回路２７、電圧検出回路２４により検出された電圧値に応じて負荷変調回路２７のスイッチ素子を開閉制御するスイッチ制御手段としてのスイッチ切換制御回路２８、各種情報処理や全体的な制御を行なう情報処理手段としての制御部（たとえば、ＣＰＵ）２９、制御部２９の制御プログラム等があらかじめ格納されているＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）３０、一時的なデータの書込みや読出しが行なわれるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）３１、および、各種データが格納されるＥＥＰＲＯＭ（エレクトリカリ・イレーザブル・アンド・プログラマブル・リード・オンリ・メモリ）などの不揮発性メモリ３２から構成されている。
【００１４】
受信回路２５は、たとえば、整流回路２１の出力に基づき、搬送波にＡＳＫ変調された信号を包絡線検波した後にコンパレータで２値化することにより受信データの再生を行なう。
【００１５】
送信回路２６は、制御部２９から送られる送信データの「１」と「０」に対応させて、負荷変調回路２７の第１のスイッチ素子３４をオン，オフすることにより負荷抵抗の値を変化させる負荷変調方式により、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２へのデータ伝送行なう。
【００１６】
負荷変調回路２７は、整流回路２１の一方の出力端（正極側）と他方の出力端（接地電位）との間に直列接続された第１の負荷素子としての第１の抵抗素子３３および第１のスイッチ素子（たとえば、ＦＥＴトランジスタ）３４、第１の抵抗素子３３の両端間に直列接続された第２の負荷素子としての第２の抵抗素子３５および第２のスイッチ素子（たとえば、ＦＥＴトランジスタ）３６から構成されている。
【００１７】
スイッチ切換制御回路２８は、電圧検出回路２４により検出された電圧値に応じて負荷変調回路２７の第２のスイッチ素子３６をオン，オフすることにより、負荷変調レベル（負荷変調強度）を切換える。
【００１８】
制御部２９は、受信回路２５から得られる受信データに基づく所定の情報処理、たとえば、ＲＡＭ３１や不揮発性メモリ３２に対するデータの書込み、読出しを行なうとともに、送信回路２６への送信データの生成等を行なう。また、本ＩＣチップ１４の全体的な制御をも行なう。
【００１９】
図３は、非接触式ＩＣカード１１と非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２との距離ｄ（ｍｍ）に対する電圧検出回路２４の検出電圧値Ｖ（ボルト）の関係を示すグラフであり、以下、この図３を参照して要部の動作について説明する。
【００２０】
図１の例は抵抗素子の数が２個の場合であり、たとえば、電圧検出回路２４の検出電圧値ＶがＶ１以下になると、スイッチ切換制御回路２８により第２のスイッチ素子３６をオンにし、第２の抵抗素子３５を第１の抵抗素子３３に対し並列に接続する。このとき、第１の抵抗素子３３と第２の抵抗素子３５が同じ抵抗値であれば、抵抗値は半分となるため、負荷変調強度は２倍にすることができる。
【００２１】
すなわち、たとえば、第１の抵抗素子３３と第２の抵抗素子３５の値を同じにすれば、第２のスイッチ素子３６がオンのとき、並列接続された第１の抵抗素子３３と第２の抵抗素子３５の合成の抵抗値はほぼ半分になるので、第２のスイッチ素子３６がオフのときに比べて、負荷変調のレベルは約２倍になる。
【００２２】
これは、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２へ返信する信号のレベルが約２倍になるため、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２と非接触式ＩＣカード１１のアンテナ１７との間の距離が遠い場合や、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２と非接触式ＩＣカード１１のアンテナ１７の共振周波数が離れていて結合が弱い場合などは、非接触式ＩＣカード１１から非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２への返信レベルが小さくなる場合が起きた際の非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２が信号を再生できない状態を回避することができる。
【００２３】
図４は、第２の抵抗素子３５および第２のスイッチ素子３６をそれぞれ複数にした場合の負荷変調回路２７の構成図である。３５１〜３５ｎは第２の抵抗素子３５を示し、３６１〜３６ｎは第２のスイッチ素子を示している。
【００２４】
以下、図５に示すフローチャートおよび図３を参照して、図４の場合の動作について説明する。
【００２５】
まず、電圧検出回路２４の検出電圧値ＶがＶ１以上か否かをチェックし（ステップＳ１）、検出電圧値ＶがＶ１以上の場合、第２のスイッチ素子３６１〜３６ｎはオフで、第１の抵抗素子３３のみとする（ステップＳ２）。この状態で、第１のスイッチ素子３４をオン，オフすることにより変調を行なう。
【００２６】
ステップＳ１のチェックの結果、検出電圧値ＶがＶ１以下の場合、検出電圧値Ｖが［Ｖ２≦Ｖ＜Ｖ１］か否かをチェックし（ステップＳ３）、検出電圧値Ｖが［Ｖ２≦Ｖ＜Ｖ１］の場合、スイッチ切換制御回路２８により第２のスイッチ素子３６１をオンにして、第１の抵抗素子３３に対し第２の抵抗素子３５１を並列接続し、第１の抵抗素子３３と第２の抵抗素子３５１の並列接続された抵抗値の負荷変調強度にする（ステップＳ４）。この状態で、第１のスイッチ素子３４をオン，オフすることにより変調を行なう。
【００２７】
ステップＳ３のチェックの結果、検出電圧値Ｖが［Ｖ２≦Ｖ＜Ｖ１］でない場合、検出電圧値Ｖが［Ｖ３≦Ｖ＜Ｖ２］か否かをチェックし（ステップＳ５）、検出電圧値Ｖが［Ｖ３≦Ｖ＜Ｖ２］の場合、スイッチ切換制御回路２８により第２のスイッチ素子３６１，３６２をオンにして、第１の抵抗素子３３に対し第２の抵抗素子３５１，３５２を並列接続し、第１の抵抗素子３３と第２の抵抗素子３５１，３５２の並列接続された抵抗値の負荷変調強度にする（ステップＳ６）。この状態で、第１のスイッチ素子３４をオン，オフすることにより変調を行なう。
【００２８】
同様にして、検出電圧値Ｖが［Ｖｎ＋１≦Ｖ＜Ｖｎ］か否かをチェックし（ステップＳ７）、検出電圧値Ｖが［Ｖｎ＋１≦Ｖ＜Ｖｎ］の場合、スイッチ切換制御回路２８により第２のスイッチ素子３６１〜３６ｎをオンにして、第１の抵抗素子３３に対し第２の抵抗素子３５１〜３５ｎを並列接続し、第１の抵抗素子３３と第２の抵抗素子３５１〜３５ｎの並列接続された抵抗値の負荷変調強度にする（ステップＳ８）。この状態で、第１のスイッチ素子３４をオン，オフすることにより変調を行なう。
【００２９】
ステップＳ７のチェックの結果、検出電圧値Ｖが［Ｖｎ＋１≦Ｖ＜Ｖｎ］でない場合、通信不可能としてエラー処理（たとえば、通信不可能な旨の報知、あるいは、通信不可能であるので非接触式ＩＣカード１１と非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２との距離を短くするよう案内表示する）を行なう（ステップＳ９）。
【００３０】
以上の動作において、第１の抵抗素子３３および第２の抵抗素子３５１〜３５ｎの全ての抵抗値が同じであれば、最終的には、ｎ倍の負荷変調強度にすることができることを表している。非接触式ＩＣカード１１が動作可能な電圧の範囲内で負荷変調強度を大きくするようにすれば、最も本実施形態の効果が得られることは言うまでもない。
【００３１】
以上説明したように上記実施形態によれば、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２とデータ通信を行なっている際に、搬送波を整流・平滑した後の電圧値を検出し、その検出電圧値に応じて負荷変調強度を変える手段を設けることにより、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２が非接触式ＩＣカード１１の返信、すなわち、負荷変調のレベル不足によりデータを再生することができない状態を回避することが可能となり、非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ１２と非接触式ＩＣカード１１の通信特性を大幅に改善することができるようになる。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１１…非接触式ＩＣカード、１２…非接触式ＩＣカードリーダ・ライタ（外部装置）、１３…共振回路、１４…ＩＣチップ、１５…ＩＣモジュール、１６…ＩＣカード本体、１７…アンテナコイル、１８…同調コンデンサ、２１…全波整流回路、２２…平滑回路（たとえば、コンデンサ）、２３…レギュレータ（電源生成手段）、２４…電圧検出回路（電圧検出手段）、２５…受信回路、２６…送信回路、２７…負荷変調回路、２８…スイッチ切換制御回路（スイッチ制御手段）、２９…制御部（情報処理手段）、３０…ＲＯＭ、３１…ＲＡＭ、３２…不揮発性メモリ、３３…第１の抵抗素子（第１の負荷素子）、３４…第１のスイッチ素子、３５…第２の抵抗素子（第２の負荷素子）、３６…第２のスイッチ素子、３５１〜３５ｎ…第２の抵抗素子（第２の負荷素子）、３６１〜３６ｎ…第２のスイッチ素子。
【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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