(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナコイルを有する非接触型ＩＣカードと、アンテナコイルを有するＩＣカード用装置を有し、前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルとの電磁結合により信号の授受を行うＩＣカードシステムであって、
前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルとが、それぞれ２つのコイルから形成されており、
前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルを構成する２つのアンテナコイルの中心間の距離と、前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルを構成する２つのアンテナコイルの中心間の距離とが異なっている
非接触型ＩＣカードシステム。
【請求項２】
前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルのうち、一方が真円形状であり、他方が楕円形状である
請求項１記載の非接触型ＩＣカードシステム。
【請求項３】
前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルのうち、一方が真円形状であり、他方が長方形形状である
請求項１記載の非接触型ＩＣカードシステム。
【請求項４】
前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルのうち、一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である
請求項１記載の非接触型ＩＣカードシステム。
【請求項５】
前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルの形状が楕円形状あるいは長方形形状であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている
請求項１記載の非接触型ＩＣカードシステム。
【請求項６】
前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルの一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向がほぼ直交する
請求項５記載の非接触型ＩＣカードシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子（ＩＣチップ）を搭載したＩＣカードと、当該ＩＣカードとアンテナコイルの電磁結合により非接触方式で信号の授受などを行うＩＣカードリーダライタなどのＩＣカード用装置を有する非接触型ＩＣカードシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理の効率化やセキュリティーの観点から、データの記録、処理を行う半導体素子（ＩＣチップ）を搭載したＩＣカードが普及しつつある。このようなＩＣカードには、カードの外部端子と外部処理装置の端子とを接続してデータの送受信を行う接触型と、電磁結合により電磁波でデータの送受信を行うアンテナコイルとデータ処理のための半導体素子を内蔵し、外部処理装置との間の読み書きをいわゆる無線方式で実現できる非接触型がある。非接触型としては、ＩＣ回路の駆動電力がデータの送受信のように電磁結合により供給され、バッテリを内蔵しないタイプが開発されている。
【０００３】
従来の非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置（例えばＩＣカードリーダライタ）を有するＩＣカードシステムにおいては、非接触型ＩＣカードとＩＣカードリーダライタがそれぞれ非接触方式でデータの授受などを行うためのアンテナコイルを有している。図７（ａ）〜（ｃ）は１コイル方式、図７（ｄ）および図７（ｅ）は２コイル方式の、非接触型ＩＣカード側のコイルＣ１と、ＩＣカードリーダライタ側のコイルＣ２の形状および位置関係について示す投影図である。従来の非接触型ＩＣカードシステムにおいては、非接触型ＩＣカードのコイルＣ１とＩＣカードリーダライタのコイルＣ２は、ほぼ同じ大きさ、同じ形状を有しており、例えば、図７（ａ）ではコイルＣ１およびコイルＣ２はほぼ同じ大きさの真円形状であり、また、図７（ｃ）においてはコイルＣ１およびコイルＣ２はほぼ同じ大きさの長方形形状である。データの送受信などを行う際には、それらのコイル同士が重なり合うように、例えばコイルＣ１およびコイルＣ２がほぼ同じ大きさの真円形状である場合にはその中心が重なるように、非接触型ＩＣカードとＩＣカードリーダライタの位置決めがなされている。
【０００４】
上記のように、非接触型ＩＣカードのコイルＣ１とＩＣカードリーダライタのコイルＣ２をほぼ同じ大きさ、同じ形状とすることにより、信号の受信側のコイルによる信号の送信側のコイルの発生させる電磁場の取り込みのロスを少なくすることができ、伝送効率を高くすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置（ＩＣカードリーダライタ）を有する非接触型ＩＣカードシステムによれば、非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置（ＩＣカードリーダライタ）の位置が適正位置からずれるに従い、急速に通信状態が悪化し、データの送受信や電源の供需給が困難になるという問題があった。
【０００６】
上記のような非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置（ＩＣカードリーダライタ）の位置が適正位置からずれた場合の通信状況の悪化は、データの送信（電源の供給）側コイルの出力を上昇させることで改善することができるが、高出力状態のままで非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置の位置が適正位置となった場合、信号の受信側コイルに過電流が発生し、電子部品を破損させるおそれがあった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、従って、本発明の目的は、非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置（ＩＣカードリーダライタ）に位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することのない、位置ずれの影響を受けづらくすることができる非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置を有する非接触型ＩＣカードシステムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の非接触型ＩＣカードシステムは、アンテナコイルを有する非接触型ＩＣカードと、アンテナコイルを有するＩＣカード用装置を有し、前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルとの電磁結合により信号の授受を行うＩＣカードシステムであって、前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルと前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルとが、それぞれ２つのコイルから形成されており、前記非接触型ＩＣカードのアンテナコイルを構成する２つのアンテナコイルの中心間の距離と、前記ＩＣカード用装置のアンテナコイルを構成する２つのアンテナコイルの中心間の距離とが異なっている。
【００１２】
上記の本発明の非接触型ＩＣカードシステムによれば、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルとＩＣカード用装置（ＩＣカードリーダライタ）のアンテナコイルとが、それぞれ２つのコイルから形成されており、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルを構成する２つのアンテナコイルの中心間の距離と、ＩＣカード用装置のアンテナコイルを構成する２つのアンテナコイルの中心間の距離とが異なっていることから、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルとＩＣカード用装置のアンテナコイルとが、中心が不一致となるコイルの組を形成することとなり、非接触型ＩＣカードとＩＣカード用装置に位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することがなく、位置ずれの影響を受けづらくすることができる。
【００１３】
上記の本発明の非接触型ＩＣカードシステムにおいては、好適には、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルとＩＣカード用装置のアンテナコイルの形状のうち、一方が真円形状であり、他方が楕円形状である、あるいは、一方が真円形状であり、他方が長方形形状である、あるいは、一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である、あるいは、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルとＩＣカード用装置のアンテナコイルの形状が楕円形状あるいは長方形形状であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている、あるいはさらに好適には、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向がほぼ直交する。上記の構造を有するコイルとすることで、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルとＩＣカード用装置（ＩＣカードリーダライタ）のアンテナコイルの形状もしくは相対位置を互いに異ならせることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態にかかる非接触型ＩＣカード１およびＩＣカード用装置（例えばＩＣカードリーダライタ）２を有するＩＣカードシステムの構成図である。ＩＣカードリーダライタ２は上位機器３に接続されている。上位機器３から送られた命令やデータなどは、入出力回路、制御回路、あるいはＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式やＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式等の所定の変調方式により変調する変調回路などの電子回路２１を介して、所定周波数の搬送信号に変換して、リーダライタコイルＣ２に流される電流が誘起する電磁場φによる電磁結合により、非接触型ＩＣカード１に命令やデータなどを伝達する。
【００１６】
上記の電磁場φにより、非接触型ＩＣカード１のＩＣカードコイルＣ１に電流が誘起される。ＩＣカードコイルＣ１は、非接触型ＩＣカード１に内蔵されるＩＣチップに形成された送受信回路、変調（復調）回路、制御回路、記憶装置などの電子回路１１に接続している。
【００１７】
また、非接触型ＩＣカード１からＩＣカードリーダライタ２への命令やデータなどの伝達も行われる。この場合は上記とは逆の手順で、ＩＣカードコイルＣ１中を流れる電流により誘起される電磁場によりリーダライタコイルＣ２に電流が発生する。
【００１８】
また、非接触型ＩＣカード１内にＩＣカードコイルＣ１と接続して整流回路や充電回路などを備え、ＩＣカードコイルＣ１とリーダライタコイルＣ２との電磁結合によりＩＣ回路の駆動電力が供給されるようにすることもできる。
【００１９】
上記のＩＣカードコイルＣ１は図中のＳ１面上に配置され、一方リーダライタコイルＣ２はＳ２面上に配置される。Ｓ１面とＳ２面は、データなどの伝送効率を高くするために、ほぼ平行になるように配置される。ここで、Ｓ１面とＳ２面にほぼ平行な平面であるＳｐ面上に、ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２を投影させた図を用いて、両コイルの形状および位置関係を以下に示す。
【００２０】
図２〜４は、本実施形態のＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２の形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。実際のＩＣカードシステムにおいては、ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２はそれぞれ別な平面上に存在することになる。
【００２１】
図２（ａ）、（ｂ）は１コイル方式の真円−楕円型である。ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２の一方が真円形状であり、他方が楕円形状である。図２（ｃ）、（ｄ）は１コイル方式の楕円−楕円型である。ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２がともに楕円であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図２（ｃ）では両コイルの長手方向は直交している。
【００２２】
図２（ｅ）、（ｆ）は２コイル方式の真円−楕円型であり、ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２がそれぞれ２つのコイルから形成されていて、中心が一致するコイルの組を形成している。図２（ｇ）、（ｈ）は２コイル方式の真円−楕円型であり、ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２がそれぞれ２つのコイルから形成されていて、中心が不一致となるコイルの組を形成しており、真円形状のコイルの中心が、楕円形状のコイルの中心よりも内側となっている場合である。
【００２３】
図３（ｉ）〜（ｌ）は２コイル方式の楕円−楕円型であり、ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２がそれぞれ２つのコイルから形成されていて、中心が一致するコイルの組を形成しており、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図３（ｉ）、（ｊ）では両コイルの長手方向は直交している。
【００２４】
図３（ｍ）〜（ｎ）は２コイル方式の楕円−楕円型であり、ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２がそれぞれ２つのコイルから形成されていて、中心が不一致となるコイルの組を形成しており、リーダライタコイルＣ２の２つのコイルの中心が、ＩＣカードコイルＣ１の２つのコイルの中心よりも内側となっている場合である。特に、図３（ｎ）では両コイルの長手方向は直交している。
【００２５】
図４（ｏ）、（ｐ）は１コイル方式の真円−長方形型である。ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２の一方が真円形状であり、他方が長方形形状である。図４（ｑ）、（ｒ）は１コイル方式の長方形−長方形型である。ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２がともに長方形であり、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図４（ｑ）では両コイルの長手方向は直交している。
【００２６】
図４（ｓ）〜（ｖ）は１コイル方式の楕円−長方形型である。ＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２の一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である。一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向が異なっている。特に、図４（ｓ）、（ｕ）では両コイルの長手方向は直交している。
【００２７】
上記の本実施形態において例示した形状および位置関係を有するＩＣカードコイルＣ１およびリーダライタコイルＣ２によれば、非接触型ＩＣカードとＩＣカードリーダライタに位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することがなく、位置ずれの影響を受けづらくすることができる。この時、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルとＩＣカードリーダライタのアンテナコイルの形状のうち、一方を真円形状、他方を楕円形状とする、あるいは、一方を真円形状、他方を長方形形状とする、あるいは、一方が楕円形状であり、他方が長方形形状である、あるいは、ともに楕円形状あるいは長方形形状として一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向を異ならせる、さらには、一方のコイルの長手方向と他方のコイルの長手方向をほぼ直交させることで、非接触型ＩＣカードのアンテナコイルとＩＣカードリーダライタのアンテナコイルの形状もしくは相対位置を互いに異ならせることができ、上記の効果を得ることができる。
【００２８】
実施例
図５は本実施例にかかる非接触型ＩＣカード１およびＩＣカードリーダライタ２からなるＩＣカードシステムの構成図である。ＩＣカードリーダライタ２として、リーダライタコイルＣ２に交流電源Ｖ（４．９１５２ＭＨｚ）を接続した。一方、非接触型ＩＣカード１として、ＩＣカードコイルＣ１に抵抗負荷Ｒ（３３０Ω）を有する整流ブリッジＲＣＢを接続した。従来例として、図７（ｃ）に示すような長手方向が一致する（０度）長方形のコイル（１１ｍｍ×７ｍｍ、２０Ｔ）をＩＣカードコイルＣ１とリーダライタコイルＣ２としてそれぞれ銅箔エッチングにより形成した。一方、本発明の実施例として、図４（ｑ）に示すような長手方向がほぼ直交する（９０度）長方形のコイル（１１ｍｍ×７ｍｍ、２０Ｔ）をＩＣカードコイルＣ１とリーダライタコイルＣ２としてそれぞれ銅箔エッチングにより形成した。リーダライタコイルＣ２に交流波を印加し、ＩＣカードコイルＣ１とリーダライタコイルＣ２の中心が一致する位置を適正位置として、この位置からのずれに対するＩＣカードコイルＣ１の整流ブリッジ出力の変化を調べた。
【００２９】
図６（ａ）は、整流後のＩＣカードコイル受信出力を非接触ＩＣカードとＩＣカードリーダライタの位置ずれに対してプロットした図である。実線は本発明の実施例である、長手方向がほぼ直交する（９０度）長方形のコイルの場合であり、点線は従来例の長手方向が一致する（０度）長方形のコイルの場合である。従来例では適正位置でのコイル受信出力は高い値を示しているが、コイルの中心がずれるに従い、コイル受信出力は急激に減少する。一方、本発明の実施例では、適正位置でのコイル受信出力は従来例よりも低い値を示しているが、コイル中心がずれてもコイル受信出力の変化量は極めて小さい。
【００３０】
図６（ｂ）は、コイル受信出力が最も高い場合の通信効率を１００％として、通信効率のコイルの位置ずれに対する変化量を換算して示した図である。本発明の実施例の通信効率は、従来例に比べて通信効率の位置ずれに対する変化が極めて少ないことが明らかであり、本発明により、非接触型ＩＣカードの位置ずれによる通信不良は軽減される。
【００３１】
本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、図２〜４は、本実施形態のＩＣカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図であり、その関係は相互に入れ替えることが可能である。また、形状が互いに異なっている例示したコイル以外のコイルも用いることができる。実施形態においては非接触方式のＩＣカードについて説明しているが、接触方式のＩＣモジュールをさらに有するハイブリッド方式のＩＣカードとすることもできる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のＩＣカードシステムによれば、非接触型ＩＣカードとＩＣカードリーダライタに位置ずれが発生しても、急速に通信状態が悪化することがなく、位置ずれの影響を受けづらくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかる非接触型ＩＣカードおよびＩＣカード用装置（ＩＣカードリーダライタ）を有するＩＣカードシステムの構成図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ本発明にかかるＩＣカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【図３】図３（ｉ）〜（ｎ）はそれぞれ本発明にかかるＩＣカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【図４】図４（ｏ）〜（ｖ）はそれぞれ本発明にかかるＩＣカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【図５】図５は本実施例にかかる非接触型ＩＣカードおよびＩＣカードリーダライタからなるＩＣカードシステムの構成図である。
【図６】図６は本実施例における（ａ）整流後のＩＣカードコイル受信出力を非接触ＩＣカードとＩＣカードリーダライタの位置ずれに対してプロットした図、（ｂ）コイル受信出力が最も高い場合の通信効率を１００％として、通信効率のコイルの位置ずれに対する変化量を換算して示した図である。
【図７】図７はそれぞれ従来例のＩＣカードコイルおよびリーダライタコイルの形状および位置関係を示す投影図について例示した図である。
【符号の説明】
１…非接触型ＩＣカード、Ｃ１…ＩＣカードコイル、１１…非接触型ＩＣカード内蔵電子回路、２…ＩＣカードリーダライタ、Ｃ２…リーダライタコイル、２１…リーダライタ電子回路、３…上位機器。
【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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