(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれループ・アンテナとしてのコイルを備えたトランスポンダとリーダライタで構成され、リーダライタ側のコイルから所定の周波数の搬送波を送信した際の各々のコイル間の磁気的な結合によって、磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替え変調によるデータの送受信を行なう通信システムであって、
前記リーダライタは、前記トランスポンダ側のコイルとの間でデータ通信を行なう主コイルと、前記主コイルと磁気的に結合する副コイルと、前記副コイルの通過電流を変化させることによって前記主コイルの共振周波数を調整する共振周波数調整手段を備え、
前記共振周波数調整手段は、前記リーダライタが前記トランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときに、前記副コイルに電流を流して前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させることによって、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を移動する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記副コイル両端には抵抗が並列に装荷されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記共振周波数調整手段は、前記リーダライタが前記トランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときに、前記副コイルの両端の抵抗値を変化させることによって、前記副コイルに流れる電流の変化に伴い前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を変化させ、前記主コイルのインダクタンスの変化により共振周波数を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
前記副コイル両端には抵抗が装荷されており、
前記共振周波数調整手段は、
ヌル状態でないときには前記副コイルの両端をオープン状態にして、前記副コイルに流れる電流を抑制し、
ヌル状態のときには前記抵抗を介して前記副コイルへ電流を流すことによって前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を高い方向へ移動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項５】
前記副コイル両端には抵抗が装荷されており、
前記共振周波数調整手段は、
ヌル状態でないときには前記抵抗を介して前記副コイルへ電流を流すことによって前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を高い方向へ移動し、
ヌル状態のときには前記副コイルの両端をオープン状態にして、前記副コイルに流れる電流を抑制する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項６】
前記主コイルと前記副コイルは０．１〜０．５の結合係数により磁気的に結合される、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項７】
ループ・アンテナとしてのコイルを備えたトランスポンダに対して、電磁誘導作用を利用して磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替えによってデータの送受信を行なう通信装置であって、
前記トランスポンダに対するデータの送受信に使用する主コイルと、
前記主コイルを介して送受信されるデータを処理するデータ処理手段と、
前記主コイルと磁気的に結合する副コイルと、
前記副コイルへの通過電流を制御して、前記主コイルの共振周波数を調整する共振周波数調整手段と、
前記共振周波数調整手段の動作を制御する制御手段と、
を具備し、
前記共振周波数調整手段は、前記データ処理手段が前記トランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときの前記制御手段からの指示に応答して、前記副コイルに電流を流して前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させることによって、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を移動する、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項８】
前記副コイル両端には抵抗が並列に装荷されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
前記共振周波数調整手段は、前記副コイルの両端の抵抗値を変化させる手段を備え、前記制御手段からの指示に応答して、前記副コイルの両端の抵抗値を変化させることによって、前記副コイルに流れる電流の変化に伴い前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を変化させ、前記主コイルのインダクタンスの変化により共振周波数を調整する、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記副コイル両端には抵抗が装荷されており、
前記共振周波数調整手段は、
前記制御手段からの指示がないときには前記副コイルの両端をオープン状態にして、前記副コイルに流れる電流を抑制し、
前記制御手段からの指示に応答して、前記抵抗を介して前記副コイルへ電流を流すことによって前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を高い方向へ移動する、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項１１】
前記主コイルと前記副コイルは０．１〜０．５の結合係数により磁気的に結合される、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記主コイルと前記副コイルは、同一の平面に配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項１３】
前記副コイルは、前記主コイルの内側又は外側に配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記データ処理手段において前記トランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときに、前記共振周波数調整手段に対して調整の指示を行なう、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記トランスポンダに対して命令を送信しても応答が無いとき、前記共振周波数調整手段に対して命令の送信回数や時間に応じた調整の指示を行なう、
ことを特徴とする請求項７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、非接触により近距離の無線通信を行なう通信システム、通信装置、通信端末、並びにアンテナに係り、特に、自ら電波の発生源を持たない通信端末（トランスポンダ）が無線で通信相手となる装置（リーダライタ）へデータを送信する非接触の通信システム、通信装置、通信装置の通信相手となる通信端末、並びに通信端末又は通信装置に利用されるアンテナに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、それぞれアンテナとしてのコイルを備えた通信端末と通信装置からなり、各コイル間の磁気的な結合によって磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替えによってデータの送受信を行なう電磁誘導方式の通信システム、通信装置、通信端末、並びにアンテナに係り、特に、トランスポンダとリーダライタと非接触で無線通信を行なう際に互いに接近した状態で通信ができないヌル状態の発生を防止する通信システム、通信装置、通信端末、並びにアンテナに関する。
【背景技術】
【０００３】
自ら電波の発生源を持たない通信端末が無線で通信相手となる装置へデータを送信する通信システムとしてＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と呼ばれる非接触通信システムが知られている。ＲＦＩＤの他の呼び方として、ＩＤシステム、データ・キャリア・システムなどがあるが、世界的に共通なのがＲＦＩＤシステム、略してＲＦＩＤである。日本語に訳すると「高周波（無線）を使用した認識システム」となる。
【０００４】
ＲＦＩＤシステムは多くの非接触ＩＣカードに適用されている。ＩＣカード・システムは、トランスポンダとしてのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）カードと、ＩＣカードからの情報の読み出しや、又はＩＣカードへの情報の書込みを行なう装置（以下、「リーダライタ」と呼ぶ）から成る。かかるＩＣカード・システムは、ＩＣカードとリーダライタ間で非接触により情報の読み書きを行なうことから、利便性が高く、定期券、認証カードなど、従来の磁気式カードでの用途、あるいは物流システムなどにおいて、その利用範囲を拡大している。
【０００５】
ＲＦＩＤシステムで利用される非接触通信方法には、静電結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。このうち電磁誘導方式のＲＦＩＤシステムは、リーダライタ側の１次コイルとトランスポンダ側の２次コイルで構成され、これら２つのコイルの磁気的な結合によってコイル経由でデータ通信が行なわれる。具体的には、リーダライタは、１次コイルで発生する磁界を振幅変調することによってデータを送信し、トランスポンダ側ではこれを検波する。また、トランスポンダは２次コイルの負荷切り替え（Ｌｏａｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：ＬＳ）により振幅変調などの変調処理を行なうことで、リーダライタへデータを送信することができる。
【０００６】
トランスポンダ及びリーダライタの各コイルはＬＣ共振回路として動作しており、一般には、これらコイルの共振周波数を、通信に用いる搬送波の搬送波周波数に調整して共振させることにより、トランスポンダとリーダライタ間の適当な通信距離を設定することができる。なお、以下では、トランスポンダ及びリーダライタの各コイルを「アンテナ」とも呼ぶ。
【０００７】
図９には、トランスポンダ及びリーダライタからなる電磁誘導方式の非接触通信システムの構成例を示している。トランスポンダ及びリーダライタがそれぞれ備えるアンテナ共振回路部が電磁結合して、情報信号の授受が行なわれる。
【０００８】
リーダライタのアンテナ共振回路部は、抵抗Ｒ1と、コンデンサＣ1と、コイルＬ1から成り、処理部により生成された情報信号を、トランスポンダ側に送信する。また、アンテナ共振回路部は、トランスポンダから情報信号を受信し、処理部に供給する。なお、アンテナ共振回路部の固有の共振周波数は、コンデンサＣ1のキャパシタンスとコイルＬ1のインダクタンスにより、あらかじめ所定の値に設定される。
【０００９】
トランスポンダのアンテナ共振回路部は、抵抗Ｒ2と、コンデンサＣ2と、コイルＬ2から成り、処理部により生成され、負荷切り替え変調回路部により変調された情報信号を、リーダライタのアンテナ側に送信する。また、アンテナ共振回路部は、リーダライタ側から情報信号を受信し、処理部に供給する。なお、アンテナ共振回路部の共振周波数は、コンデンサＣ2のキャパシタンスとコイルＬ2のインダクタンスにより、あらかじめ所定の値に設定される。
【００１０】
続いて、トランスポンダからリーダライタへ負荷切り替えによる変調信号を送信する基本的な動作原理について説明する。
【００１１】
図１０には、搬送波の周波数を変化させたときの、リーダライタ側の受信信号の電圧振幅値の変化を模式的に表わしたグラフを示している。但し、アンテナ間距離が一定の値に設定されているものとする。同図において、横軸は搬送波の周波数を表わし、縦軸はリーダライタのアンテナ共振回路部で検出される搬送波の電圧を表わしている。なお、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）などのＩＣカード・システムでは、リーダライタ及びＩＣカードそれぞれのアンテナ共振回路の固有共振周波数は、１３．５６ＭＨｚに設定されるのが普通である。
【００１２】
図１０中、曲線ｃ１及びｃ２は、トランスポンダ側でアンテナの負荷切り替えスイッチをオンした状態及びオフした状態にリーダライタ側で観測される搬送波の電圧振幅値を示している。アンテナの負荷切り替えによる変調は、ＩＣカード側における負荷切り替えスイッチのオンとオフに伴うリーダライタ側のアンテナ共振回路に流れる搬送波の電圧の変化を利用するものであり、トランスポンダは送信データに応じて負荷切り替えスイッチの切り替え制御によって情報を送信することができる。但し、曲線ｃ１及びｃ２と負荷切り替えスイッチのオン状態及びオフ状態の関係は一意ではなく、アンテナ・コイル間の距離に応じて位相反転することが知られている。
【００１３】
図１０中で、「負荷切り替えによる変調によって生じる変化成分」と記されているように、ある一定の搬送波周波数において、負荷切り替えスイッチのオン／オフ操作に応じて、搬送波の電圧は、Ｅ及びＦの値のどちらかになる。例えば、負荷切り替えスイッチがオンのときに電圧はＥの値になり、負荷切り替えスイッチがオフのときに電圧はＦの値になる。リーダライタ側では、この電圧ＥとＦを０並びに１のデジタル信号に置き換えることにより、トランスポンダからの送信信号が読み出される。搬送波周波数がＣのときに電圧ＥとＦの差が最も大きくなる。この搬送波周波数Ｃを、負荷切り替え変調帯域中心周波数と呼ぶことにする。負荷切り替え変調帯域中心周波数で共振した場合、負荷切り替えスイッチのオン／オフ操作による電圧差が最も大きくなり、通信エラーが起こる可能性が最も低い。また、Ｄは搬送波周波数であり、ＦｅｌｉＣａ（登録商標）などでは１３．５６ＭＨｚである。
【００１４】
図１０に示したグラフでは、搬送波周波数がＧ及びＨにおいて曲線ｃ１とｃ２が交わってしまう。以下では、これらの交点（特異点）のことを、「変調ヌル（Ｎｕｌｌ）点」若しくは単に「ヌル点」と呼ぶ。また、より低い周波数Ｇにおいて発生するヌル点をヌル点Ａとし、より高い周波数Ｈにおいて発生するヌル点をヌル点Ｂとする。ヌル点が搬送波周波数の近傍に発生したときには、曲線ｃ１とｃ２との間には電圧差がほとんど生じない。このため、信号の識別が難しくなってしまう。
【００１５】
これに対して、搬送波の周波数が負荷切り替え変調帯域中心周波数Ｃ付近に設定されている場合には、図１０からも分るように、曲線ｃ１及びｃ２間での電圧差が最大になる。すなわち、搬送波の周波数を負荷切り替え変調帯域中心周波数Ｃに設定した場合、最もエラーが発生する確率が低くなる。
【００１６】
通常のＩＣカード・システムでは、負荷切り替え変調を行なう有効な実用帯域である、周波数ＧとＨに挟まれた周波数範囲内に搬送波周波数が入るように設定することによって、エラーのない情報伝達を実現している。
【００１７】
しかしながら、図１０は、リーダライタのアンテナとトランスポンダのアンテナとをある一定の位置に固定したときの一例に過ぎない。両者の位置が変化すると、アンテナ同士の結合関係も変化し、ヌル点Ａ、Ｂは別の周波数へ移動してしまう。このため、常に搬送波周波数をＧとＨの間の周波数に保つことは容易ではない。
【００１８】
ＩＣカードなどのトランスポンダをリーダライタにかざした際にヌル状態が発生すると、リーダライタは信号の識別がし難くなってしまう。ヌルの発生状態は、ＩＣカードとリーダライタのアンテナ間の相対位置によって変化する。また、ヌルの発生状態は、さらに、両装置の電気的な特性や周辺に存在する金属物質の影響も受ける。
【００１９】
ＩＣカードをかざす動作がオペレータのマニュアル操作によって行なわれる場合、リーダライタの読み取り面に対向するＩＣカードの位置を振ることによって両者間の通信距離が変わり、これに伴って結合係数が変化しヌル点から外れることによって、リーダライタはＩＣカードからの返信信号が読み取り可能となる。
【００２０】
他方、ＩＣカード（若しくはＲＦタグを担持した媒体）を装置内に引き込んで読み取りを行なう形式のリーダライタの場合、通常はＩＣカードを機械的に固定してから読み取り動作を開始するが、この固定状態では通信距離が変わることはなく、もしヌル状態が発生してもヌル点から逃れる術がない。ヌル点に当たらない場所に１次コイルが配置されるようにリーダライタを設計することも考えられるが、ＩＣカード（若しくはＲＦタグを担持した媒体）内における２次コイルの配置場所は製品毎に区々であるから、すべての製品においてヌルの発生を回避するような設計は困難である。
【００２１】
ヌルの発生を防ぐため、あらかじめアンテナの共振周波数をずらして設定する方法や（例えば、特許文献１を参照のこと）、アンテナのＱを抵抗などで下げておく方法もあるが、これらでは搬送波周波数でのアンテナのインピーダンスが下がり、最大通信距離の低下を招いてしまう。
【００２２】
また、リーダライタのアンテナ・コイルに流れる電流又は電圧変化を検出し、一定電流を供給することでヌル状態を解消する非接触型ＩＤ識別装置について提案がなされているが（例えば、特許文献２を参照のこと）、部品点数が多く、回路構成が複雑になり、コスト増を招来するとともに装置の小型化には不向きと考えられる。
【００２３】
また、リーダライタとの距離を推定する推定手段と、その推定手段で推定された距離に応じて、無線通信装置内の共振手段で共振させる周波数をシフトさせる周波数シフト手段とを備え、ヌル状態が発生するリーダライタとの位置関係となったことが推定手段で推定されたときに、周波数シフト手段で共振周波数をシフトしてヌル状態を回避する無線通信装置や（例えば、特許文献３を参照のこと）、推定された距離に応じて、無線通信装置内の共振手段で共振させる周波数をシフトさせることでヌル状態を回避する無線通信装置について提案がなされている（例えば、特許文献４を参照のこと）。しかしながら、共振周波数を変化させるために、アンテナの共振回路に直接接続されたコンデンサのバラツキ、スイッチの浮遊容量などが与える影響も考慮しなければならず、設計が容易でないと思料される。加えて、推定手段などが必要になるため、回路構成が複雑になってしまう。
【００２４】
【特許文献１】特開２００３−６７６８９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７０６９９号公報
【特許文献３】特開２００６−２３８３９８号公報
【特許文献４】特開２００６−２７９８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的は、自ら電波の発生源を持たない通信端末（トランスポンダ）が無線で通信相手となる装置（リーダライタ）へデータを好適に送信することができる、非接触の優れた通信システム、通信装置、通信装置の通信相手となる通信端末、並びに通信端末又は通信装置に利用されるアンテナを提供することにある。
【００２６】
本発明のさらなる目的は、それぞれアンテナとしてのコイルを備えた通信端末と通信装置からなり、各コイル間の磁気的な結合によって磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替えによってデータの送受信を好適に行なうことができる、電磁誘導方式の優れた通信システム、通信装置、通信端末、並びにアンテナを提供することにある。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、トランスポンダとリーダライタと非接触で無線通信を行なう際に互いに接近した状態で通信ができないヌル状態の発生を好適に防止することができる、優れた通信システム、通信装置、通信端末、並びにアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、それぞれループ・アンテナとしてのコイルを備えたトランスポンダとリーダライタで構成され、リーダライタ側のコイルから所定の周波数の搬送波を送信した際の各々のコイル間の磁気的な結合によって磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替え変調によるデータの送受信を行なう通信システムであって、前記リーダライタは、前記トランスポンダ側のコイルとの間でデータ通信を行なう主コイルと、前記主コイルと磁気的に結合する副コイルと、前記副コイルの通過電流を変化させることによって前記主コイルの共振周波数を調整する共振周波数調整手段を備えることを特徴とする通信システムである。
【００２９】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない（以下、同様）。
【００３０】
本発明は、それぞれループ・アンテナとしてのコイルを備えたトランスポンダとリーダライタ間で非接触により無線通信を行なう通信システムに関するものであり、１つの適用例はトランスポンダがＩＣカードとして構成されるＩＣカード・システムである。トランスポンダとリーダライタ間では、各々のコイル間の磁気的な結合によって、磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替えによってデータの送受信を行なうことができる。そして、リーダライタとトランスポンダそれぞれのコイルは、伝送特性が最適になるように、搬送波周波数の付近に共振周波数が調整されている。
【００３１】
トランスポンダが内部にバッテリを持たず、リーダライタから受信した信号を整流して得られる電力を電源として動作する場合、各コイルができるだけ接近した状態の方がトランスポンダには十分な駆動電力が与えられ、正しく通信を行なうことができる。また、トランスポンダが内部にバッテリを備えている場合においても、リーダライタにより接近している方が、受信信号の振幅が大きくなるので通信に有利となる。
【００３２】
ところが、トランスポンダとリーダライタ間の相対距離を少しずつ近付けて行くと、リーダライタ側のコイルとトランスポンダ側のコイルが結合し、相互インダクタンスの影響で両者の共振周波数がずれてしまう。このため、トランスポンダが正しく負荷切り替え変調を行なっているにも拘らず、リーダライタでの受信信号振幅が急激に落ち込むヌル状態が発生し、通信ができなくなってしまうことがある。また、ヌル状態は、リーダライタとトランスポンダ間の相対位置だけでなく、両者の電気的な特性や周囲の金属の有無などに起因して発生する。
【００３３】
そこで、本発明に係る通信システムでは、リーダライタは、トランスポンダ側のコイルとの間でデータ通信を行なう主コイルの他に、主コイルの磁界が通過する場所に、主コイルとは磁気的に結合する副コイルを配設することで、主コイルの共振周波数を可変にしている。
【００３４】
したがって、ヌル状態の発生によりリーダライタがトランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときには、副コイルに電流を流して主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、主コイルのインダクタンスを下げて、共振周波数を高い方向へ移動する、すなわちヌル点を移動することによって、データの読み取りが可能な状態を回復することができる。
【００３５】
そして、ヌル状態でないときには副コイルをオープン状態にする。副コイル自体では共振回路を持っておらず、主コイルとの結合係数が０．２程度でも上記のヌル状態回避の効果があることから、ヌル状態が発生しないとき（すなわちオープン状態のとき）には主コイルの共振回路へ与える影響が少ない。
【００３６】
前記共振周波数調整手段は、例えば、前記副コイルの両端の抵抗値を変化させることによって、前記主コイルの共振周波数を調整するように構成される。具体的には、前記共振周波数調整手段は、前記リーダライタが前記トランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときに、前記副コイルの両端の抵抗値を変化させることによって、前記副コイルに流れる電流の変化に伴い前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を変化させ、前記主コイルのインダクタンスの変化により共振周波数を調整する。
【００３７】
例えば、前記副コイル両端には、低抵抗値の抵抗が装荷されている。このような場合には、ヌル状態でないときには前記副コイルの両端をオープン状態にして、前記副コイルに流れる電流を抑制しておく。一方、ヌル状態が発生したときには、前記低抵抗値の抵抗を介して前記副コイルへ電流を流すことによって前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を高い方向へ移動するようにすればよい。
【００３８】
あるいは逆に、ヌル状態でないときには前記低抵抗値の抵抗を介して前記副コイルへ電流を流すことによって前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、前記主コイルのインダクタンスを下げておく。一方、ヌル状態が発生したときには前記副コイルの両端をオープン状態にして、前記副コイルに流れる電流を抑制して、前記主コイルのインダクタンスを下げるのをやめ、共振周波数を低い方へ移動するようにしてもよい。
【００３９】
本発明に係る通信システムでリーダライタとして機能する通信装置は、前記トランスポンダに対するデータの送受信に使用する主コイルと、前記主コイルを介して送受信されるデータを処理するデータ処理手段と、前記主コイルと磁気的に結合する副コイルと、前記副コイルへの通過電流を制御して、前記主コイルの共振周波数を調整する共振周波数調整手段と、前記共振周波数調整手段の動作を制御する制御手段で構成することができる。
【００４０】
前記制御手段は、前記データ処理手段において、前記トランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときに、前記共振周波数調整手段に対して調整の指示を行なう。そして、前記共振周波数調整手段は、前記制御手段からの指示に応答して、前記副コイルに電流を流して前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させて、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を移動することによって、ヌル状態を解消することができる。
【００４１】
前記副コイルの両端の抵抗値を変化させる手段を備えている場合には、前記共振周波数調整手段は、前記制御手段からの指示に応答して、前記副コイルの両端の抵抗値を変化させることによって、前記副コイルに流れる電流の変化に伴い前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を変化させ、前記主コイルのインダクタンスの変化により共振周波数を調整することができる。
【００４２】
具体的には、前記副コイル両端には、低抵抗値の抵抗が装荷されている。前記共振周波数調整手段は、前記制御手段からの指示がないときには、前記副コイルの両端をオープン状態にして、前記副コイルに流れる電流を抑制して、主コイルの共振周波数の調整を行なわない。そして、前記制御手段からの指示があると、前記低抵抗値の抵抗を介して前記副コイルへ電流を流すことによって前記主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、前記主コイルのインダクタンスを下げて共振周波数を高い方向へ移動して、ヌル状態を解消するようにする。
【００４３】
前記主コイルと前記副コイルは、同一の平面に配置される。ここで言う同一の平面とは、同一の基板（多層基板の別の層、フレキシブル基板も含む）に実装可能であることを意味する。
【００４４】
また、副コイルは、主コイルと磁気的に結合し、副コイルへ電流を流した際に主コイルを通過する磁束に作用する（例えば、打ち消す方向に作用する）磁束を生成することが必須の要件であり、主コイルの内側又は外側のいずれにも配置することができる。
【００４５】
前記制御手段は、トランスポンダに対して命令を送信しても応答が無い場合、あるいは応答はあるが正しく受信できない場合など、前記データ処理手段において前記トランスポンダからデータの読み取りを行なえなくなったときに、前記共振周波数調整手段に対して調整の指示を行なうようにすればよい。
【００４６】
また、前記制御手段は、トランスポンダに対して命令を送信しても応答が無い場合、命令の送信回数や時間を基に、前記共振周波数調整手段に対して調整の指示を行なうようにすればよい。
【００４７】
また、本発明に係る通信システムにおいて、ヌル状態の発生などにより、通信が正しく行なわれないときに共振周波数を調整するための手段を、リーダライタ側ではなく、トランスポンダに装備するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、それぞれアンテナとしてのコイルを備えた通信端末と通信装置からなり、各コイル間の磁気的な結合によって、磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替えによってデータの送受信を好適に行なうことができる、電磁誘導方式の優れた通信システム、通信装置、通信端末、並びにアンテナを提供することができる。
【００４９】
また、本発明によれば、トランスポンダとリーダライタと非接触で無線通信を行なう際に、互いに接近した状態で通信ができないヌル状態の発生を好適に防止することができる、優れた通信システム、通信装置、通信端末、並びにアンテナを提供することができる。
【００５０】
本発明によれば、トランスポンダとリーダライタの接近に伴ってヌルが発生して無線通信が困難な状態であっても、本アンテナの共振周波数調整機能を働かせてヌル点の位置を移動させることにより、通信が可能な状態にすることができる。
【００５１】
本発明に係るリーダライタ（若しくはトランスポンダ）は、通信相手側のアンテナ・コイルとの間でデータ通信を行なう主コイルの他に、主コイルとは磁気的に結合する副コイルを備えている。リーダライタにトランスポンダが接近し、主コイルとトランスポンダ側の２次コイルとの相互インダクタンスにより共振周波数が低下してヌル状態が発生したときには、副コイルに電流を流して主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、主コイルのインダクタンスを下げて、共振周波数を高い方向へ移動することによって、ヌル状態が発生する条件を回避する。一方、ヌル状態でないときには副コイルをオープン状態にする。
【００５２】
副コイル自体では共振回路を持っておらず、主コイルとの結合係数が０．２程度でも上記のヌル状態回避の効果があることから、ヌル状態が発生しないとき（すなわちオープン状態のとき）には主コイルの共振回路へ与える影響が少ない。
【００５３】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明は、それぞれループ・アンテナとしてのコイルを備えたトランスポンダとリーダライタ間で非接触により無線通信を行なう通信システムに関するものであり、１つの適用例はトランスポンダがＩＣカードとして構成されるＩＣカード・システムである。トランスポンダとリーダライタ間では、各々のコイル間の磁気的な結合によって、磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替えによってデータの送受信を行なうことができる。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００５５】
図１には、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示している。図示の通信システムは、リーダライタ１１とトランスポンダ３１からなる。リーダライタ１１は、制御部１３と、アンテナ共振回路部１２で構成される。また、トランスポンダ３１は、制御部３４と、アンテナ共振回路部３２と、負荷切り替え変調回路部３３で構成される。
【００５６】
制御部１３は、マイクロコンピュータ１４と、符号化／復号化回路１５と、搬送波生成回路１６と、ＡＳＫ変調回路１７と、復調回路１８と、共振周波数調整部１９を備えている。
【００５７】
マイクロコンピュータ１４は、リーダライタ１１内の各部を制御し、データを送受信する処理を行なわせる。符号化／復号化回路１５は、情報処理装置２１から供給されたデータを、マンチェスタ符号などに符号化するとともに、トランスポンダ３１から受信され、復調回路１８で復調された情報信号を復号し、得られたデータを情報処理装置２１に供給する。搬送波生成回路１６は、トランスポンダ３１に送信する搬送波を生成し、ＡＳＫ変調回路１７に供給する。ＡＳＫ変調回路１７は、符号化／復号化回路１５により符号化された信号に基づいて、搬送波生成回路１６から供給された搬送波を振幅変調し、アンテナ共振回路部１２に供給する。復調回路１８は、アンテナ共振回路部１２により受信された信号を復調し、符号化／復号化回路１５に供給する。
【００５８】
例えば、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などで構成される情報処理装置２１は、リーダライタ１１からトランスポンダ３１に送信する所定のデータを作成し、リーダライタ１１の制御部１３に供給するとともに、トランスポンダ３１からリーダライタ１１に送信されたデータの入力を受け、あらかじめ設定された所定の処理を実行する。
【００５９】
なお、図１ではリーダライタ１１側のアンテナ共振回路部１２の構成を抽象化しているが、その内部構成の詳細については後述に譲る。
【００６０】
アンテナ共振回路部１２と電磁結合するトランスポンダ３１側のアンテナ共振回路部３２は、コイルＬ30とコンデンサＣ30を備え、制御部３４により生成され、負荷切り替え変調回路部３３により変調された情報信号を、リーダライタ１１のアンテナ共振回路部１２に送信する。また、アンテナ共振回路部３２は、リーダライタ１１のアンテナ共振回路部１２から情報信号を受信し、制御部３４に供給する。
【００６１】
なお、アンテナ共振回路部３２の固有共振周波数は、コンデンサＣ30のキャパシタンス及びコイルＬ30のインダクタンスにより、あらかじめ所定の値に設定されている。通常、共振周波数は、搬送波生成回路１６が生成する搬送波周波数付近に設定される。
【００６２】
負荷切り替え変調回路部３３は、抵抗Ｒ31とＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタからなるスイッチＱ31を備え、制御部３４から供給された１並びに０のデータ系列に応じてＭＯＳスイッチＱ31のオン／オフをスイッチングすることによりデータを変調し、アンテナ共振回路部３２に供給する。
【００６３】
制御部３４は、マイクロコンピュータ３５と、ＩＣ用電源生成回路３６と、クロック抽出回路３７と、ＡＳＫ復調回路３８と、符号化／復号化回路３９と、ロジック回路４０と、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４１を備えている。
【００６４】
マイクロコンピュータ３５は、トランスポンダ３１内の各部を制御し、送受信するデータの処理、及びデータの送受信処理を行なわせる。ＩＣ用電源生成回路３６は、アンテナ共振回路部３２により受信された信号を整流並びに安定化して、トランスポンダ３１が各種の処理を行なうのに必要とされる電力を生成し、各部に供給する。クロック抽出回路３７は、アンテナ共振回路部３２により受信された信号からクロック信号を抽出し、マイクロコンピュータ３５に供給する。
【００６５】
アンテナ共振回路部３２により受信された信号は、リーダライタ１１側においてＡＳＫ変調回路１７により変調された信号である。ＡＳＫ復調回路３８は、受信された信号を復調し、符号化／復号化回路３９に供給する。符号化／復号化回路３９は、ＡＳＫ復調回路３８より供給された信号を復号し、ロジック回路４０に供給する。また、符号化／復号化回路３９は、ロジック回路４０から供給されたデータを符号化し、負荷切り替え変調回路部３３に供給する。ロジック回路４０は、符号化／復号化回路３９から供給されたデータに基づいて所定の処理を行ない、ＥＥＰＲＯＭ４１に新たなデータを書き込んだり、削除したりする。また、ロジック回路４０は、ＥＥＰＲＯＭ４１に記憶されているデータ内容を読み出し、符号化／復号化回路３９に供給する。
【００６６】
続いて、図１に示した通信システムにおけるデータ送受信処理について、図２及び図３に示したフローチャートを参照しながら説明する。但し、図２のフローチャートはリーダライタ１１が実行する処理手順を示し、図３のフローチャートはトランスポンダ３１の処理手順を示している。
【００６７】
リーダライタ１１の制御部１３にある搬送波生成回路１６は、１３．５６ＭＨｚの搬送波周波数を生成する（ステップＳ１）。
【００６８】
制御部１３は、情報処理装置２１よりデータを取得し（ステップＳ２）、符号化／復号化回路１５は、ステップＳ２で取得したデータを、マンチェスタ符号へ符号化し、ＡＳＫ変調回路１７に供給する（ステップＳ３）。
【００６９】
ＡＳＫ変調回路１７は、符号化／復号化回路１５より入力された、符号化されたデータに基づいて、ステップＳ１で生成された搬送波をＡＳＫ変調する（ステップＳ４）。
【００７０】
ステップＳ４でＡＳＫ変調回路１７によりＡＳＫ変調された変調信号は、アンテナ共振回路部１２に供給される（ステップＳ５）。そして、アンテナ共振回路部１２は、供給された変調信号に応じた電磁界を発生させる。
【００７１】
ステップＳ５で発生された電磁界による電磁誘導の結果、トランスポンダ３１側のアンテナ共振回路部３２に起電力が誘起される（ステップＳ２１）。
【００７２】
ＩＣ用電源生成回路３６は、ステップＳ２１で誘起された起電力を基に電源回路を形成し、各部に必要な電力を供給する（ステップＳ２２）。
【００７３】
クロック抽出回路３７は、ステップＳ２１で誘起された起電力からクロック成分を抽出して、マイクロコンピュータ３５に供給する（ステップＳ２３）。
【００７４】
ＡＳＫ復調回路３８は、ステップＳ２１で誘起された起電力の電圧振幅変化を基に、ＡＳＫ変調されている変調信号をＡＳＫ復調し、符号化／復号化回路３９に供給する（ステップＳ２４）。
【００７５】
ステップＳ２４で復調された信号はマンチェスタ符号へ符号化されている。符号化／復号化回路３９は、ステップＳ２４で復調された信号を復号し、ロジック回路４０に供給する（ステップＳ２５）。
【００７６】
ロジック回路４０は、あらかじめ設定された所定のプログラムに従って、供給されたデータをＥＥＰＲＯＭ４１に記憶させたり、ＥＥＰＲＯＭ４１に記憶されているデータを読み出したり、あるいは削除する。また、ロジック回路４０は、リーダライタ１１に送信する情報を作成する（ステップＳ２６）。
【００７７】
符号化／復号化回路３９は、ステップＳ２６で作成された送信用情報をマンチェスタ符号に符号化し、負荷切り替え変調回路部３３に供給する（ステップＳ２７）。
【００７８】
負荷切り替え変調回路部３３は、符号化／復号化回路３９より供給された信号を基に、アンテナ共振回路部３２のインピーダンスを変化させることで負荷切り替え変調する（ステップＳ２８）。そして、アンテナ共振回路部３２は、変調された信号を送信する（ステップＳ２９）。
【００７９】
リーダライタ１１のアンテナ共振回路部１２には無変調の搬送波が流れており、搬送波に、ステップＳ２９で発生したインピーダンス変化に応じた電圧振幅変化が誘起される。アンテナ共振回路部１２は、ステップＳ６において、この変化を検出することでトランスポンダ３１からの信号を受信する。トランスポンダ３１からリーダライタ１１へ負荷切り替え変調された信号を送信する動作原理は既に説明した通りである。
【００８０】
復調回路１８は、ステップＳ６で誘起された電圧振幅変化を基に、信号を復調し、符号化／復号化回路１５に供給する（ステップＳ７）。
【００８１】
このようにして、リーダライタ１１とトランスポンダ３１間で、情報の送受信が行なわれる。トランスポンダ３１からリーダライタ１１へ負荷切り替えにより変調が施された信号を送信する動作原理については、図１０を参照しながら説明した通りである。
【００８２】
なお、上述した説明においては、マンチェスタ符号に符号化したが、符号化は、マンチェスタ符号への符号化に限定されるものではない。また、上述の例においては、ステップＳ１において搬送波生成回路１６が生成する搬送波の周波数を１３．５６ＭＨｚとしたが、搬送波の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されるものではない。
【００８３】
これまで説明してきたように、本実施形態に係る通信システムは、電磁誘導、すなわちトランスポンダ３１とリーダライタ１１間において各々のコイル間の磁気的な結合を利用することによって、磁界の振幅変調並びにコイルの負荷切り替えによってデータの送受信を行なう。
【００８４】
一般に、ＩＣカードなどとして構成されるトランスポンダ３１は、内部にバッテリを持たず、リーダライタ１１から受信した信号を整流して得られる電力を電源として動作し、自ら搬送波を出力する必要のない負荷切り替え変調を用いてデータの返信を行なう。このような通信動作においては、トランスポンダ３１とリーダライタ１１の距離が離れていると、動作に十分な電力がトランスポンダ３１に供給されない。基本的には、各コイルができるだけ接近した状態の方が、トランスポンダ３１には十分な駆動電力が与えられ、正しく通信を行なうことができる。また、「おサイフケータイ」のように、内部にバッテリを備えた情報端末にトランスポンダが搭載される場合においても、トランスポンダがリーダライタにより接近している方が、受信信号の振幅が大きくなるので通信に有利となる。
【００８５】
ところが、トランスポンダ３１とリーダライタ１１間の相対距離を少しずつ近付けて行くと、リーダライタ１１のアンテナとトランスポンダ３１のアンテナとが結合するため、相互インダクタンスの影響で両者のアンテナの共振周波数がずれてしまう。このため、トランスポンダ３１が正しく負荷切り替え変調を行なっているにも拘らず、リーダライタ１１での受信信号振幅が急激に落ち込む状態（＝ヌル、又はそのような位置関係をヌル点）が発生し、通信ができなくなってしまうことがある。ヌルの発生状態は、リーダライタ１１とトランスポンダ３１との相対位置に加えて、両者の電気的な特性や周囲の金属の有無などによっても変化する（前述）。
【００８６】
そこで、本実施形態に係る通信システムでは、リーダライタ１１は、トランスポンダ３１側のコイルとの間でデータ通信を行なう主コイルの他に、主コイルの磁界が通過する場所に、主コイルとは磁気的に結合する副コイルを配設することで、主コイルの共振周波数を可変にしている。
【００８７】
したがって、ヌル状態の発生によりリーダライタ１１がトランスポンダ３１からデータの読み取りを行なえなくなったときには、副コイルに電流を流して主コイルを通過する磁束を打ち消す方向に作用する磁束を生成させ、主コイルのインダクタンスを下げて、共振周波数を高い方向へ移動する、すなわちヌル点を移動することによって、データの読み取りが可能な状態を回復することができる。
【００８８】
図４には、図１に示した通信システムにおいて、リーダライタ１１側のアンテナ共振回路部１２の構成をより詳細に示している。同図に示すアンテナ共振回路部１２は、共振周波数調整用の回路構成を備えており、以下に詳解する。
【００８９】
コイルＬ10は、コンデンサＣ10とともに並列共振回路を構成し、ループ・アンテナすなわち主コイルとして作用する。その共振周波数は、一般に、搬送波生成回路１６が生成する搬送波周波数付近に設定される。
【００９０】
主コイルＬ10の近傍には、共振周波数調整用となる副コイルＬ20が配設されている。この副コイルＬ20は、主コイルＬ10の磁界が通過する場所に位置し、主コイルＬ10とは結合係数Ｋ12で磁気的に結合している。
【００９１】
副コイルＬ20には、共振周波数調整用の抵抗Ｒ21が直列接続され、また、その両端はトランジスタ・スイッチＱ21でショートできるように構成されている。トランジスタ・スイッチＱ21は、トランジスタＱ22で構成されるドライブ回路によってオン／オフ操作される。また、Ｑ21のコレクタ〜エミッタ間には、高電圧が印加しないように保護するために、抵抗Ｒ22が装荷されている。抵抗Ｒ22の抵抗値には、アンテナの動作にほとんど影響の無い大きな値が選ばれる。
【００９２】
既に述べたように、トランスポンダ３１側では、ループ・アンテナとしてのコイルＬ30はコンデンサＣ30とともに並列共振回路を構成している。また、コイルＬ30は、リーダライタ１１側のアンテナすなわち主コイルＬ10と結合係数Ｋ13で磁気的に結合しており、その値は両者の位置が近づくほど大きくなって行く。
【００９３】
アンテナ共振回路部３２には、負荷切り替え変調回路部３３が並列的に接続されている。負荷切り替え変調回路部３３は、直列接続される抵抗Ｒ31及びトランジスタ・スイッチＱ31で構成され、制御部内の符号化／復号化回路３９より供給された信号を基に、トランジスタ・スイッチＱ31をオン／オフ操作して磁界を振幅変調することにより、リーダライタ１１へ情報を送信することができる。
【００９４】
続いて、リーダライタ１１側のアンテナ共振回路部１２において共振周波数を調整する仕組みについて説明する。
【００９５】
通常、トランジスタ・スイッチＱ21はオフの状態であり、また、保護用の抵抗Ｒ22には大きな抵抗値が使われるため、副コイルＬ20に流れる電流は０に近い。このときの主コイルＬ10の共振周波数が搬送波周波数付近となるように、コンデンサＣ10のキャパシタンスが設定される。
【００９６】
リーダライタ１１の近くにトランスポンダ３１のコイルＬ30が置かれると、リーダライタ１１側の主コイルＬ10と磁気的に結合し、その相互インダクタンスが加わることによって、主コイルＬ10の共振周波数が低くなってしまう。
【００９７】
ここで、ある位置にコイルＬ30が置かれたときに、主コイルＬ10の共振周波数が低くなる結果として、ヌル状態が発生したとする。このとき、リーダライタ１１側で共振周波数調整部１９がトランジスタ・スイッチＱ21をオンにすると、副コイルＬ20の両端の抵抗値は、トランジスタ・スイッチＱ21がオフのときから変化して、小さな値となり、副コイルＬ20に大きな電流が流れることになる。副コイルＬ20と主コイルＬ10とは磁気的に結合しているので、副コイルＬ20に発生した磁束は主コイルＬ10に影響を与え、且つ、主コイルＬ10を通る磁束を打ち消す方向に働く。この結果、主コイルＬ10のインダクタンスは下がって共振周波数は高い方向へ移動することになり、ヌルが発生する条件を回避することができる。
【００９８】
図５Ａ〜図５Ｄには、リーダライタ１１内のアンテナ共振回路部１２における主コイルＬ10とその近傍に副コイルＬ20を配置する４通りの構成例を示している。各図において、外側のループ状のアンテナが主コイルＬ10であり、その内側に配置されたコイルが共振周波数調整用となる副コイルＬ20である。
【００９９】
いずれの図においても、リーダライタ１１のループ・アンテナとしての主コイルＬ10と同一の平面上に副コイルＬ20が配設されている。ここで言う同一の平面とは、同一の基板（多層基板の別の層、フレキシブル基板も含む）に実装可能であることを意味する。
【０１００】
また、ここでは主コイルＬ10の内側に副コイルＬ20が収容されている構成例のみを挙げているが、これは本発明の必須の要件ではなく、副コイルＬ20が主コイルＬ10と磁気的に結合することと、副コイルＬ20へ電流を流した際に主コイルＬ10を通過する磁束に作用する（例えば、打ち消す方向に作用する）磁束を生成するのであれば、主コイルＬ10の外側に副コイルＬ20を配設することができる。
【０１０１】
主コイルＬ10と副コイルＬ20との結合の度合いによる違いを確認するため、副コイルＬ20の形を変えた４種類のアンテナを示してあり、主コイルＬ10については４種類とも全く同じであるとする。下表には、図５Ａ〜図５Ｄに示した４種類のアンテナの結合係数Ｋ12の値と、Ｒ21＝０Ω、Ｒ22＝無限大においてトランジスタ・スイッチＱ21をオン／オフ操作したときのＬ10の共振周波数の実測値を示している。また、図６には、下表に示した実測値をグラフで表している。主コイルＬ10と副コイルＬ20の結合係数Ｋ12が大きい方が、共振周波数の変化も大きいことが分かる。
【０１０２】
【表１】
0005034850.tif 000002
【０１０３】
本発明では、副コイルＬ20が主コイルＬ10と磁気的に結合することが１つの必須要件であるが、その結合係数Ｋ12は０．１〜０．５程度であればよいと思料される。
【０１０４】
また、図７には、副コイルＬ20に直列接続された共振周波数調整用の抵抗Ｒ21の抵抗値の違いによる主コイルＬ10の共振周波数の変化を示している。抵抗Ｒ21の抵抗値が小さいほど、共振周波数が高くなることが分かる。
【０１０５】
さらに、図８には、副コイルＬ20を用いた共振周波数調整手段（但し、Ｒ21＝０Ω、Ｒ22＝無限大）を用いたリーダライタ１１とトランスポンダ３１との通信状態の一例を示している。ここでは、トランスポンダ３１としてＭｉｆａｒｅ４ｋ（後述）仕様のＩＣカードを想定している。
【０１０６】
図８中で、斜線で示す領域が通信可能な範囲を表し、二重斜線で示す領域がヌルの発生により通信できない範囲を表している（ヌル領域を境に分断される２つの通信可能領域では、位相が反転している）。トランジスタ・スイッチＱ21がオフ（すなわち、副コイルＬ20がオープン状態）におけるヌル点が、同スイッチのオン（すなわち、副コイルＬ20がショート状態）では別の位置に移動する。副コイルＬ20の両端の抵抗値の変化に伴ってヌル点が移動する度合いは、副コイルＬ20の種類、すなわち結合係数Ｋ12の違いによって異なっていることが分かる。
【０１０７】
主コイルＬ10の共振周波数をより細かく調整したいのであれば、例えば１つの副コイルＬ20に対し、直列接続する抵抗Ｒ21の抵抗値を変えた共振周波数調整回路を複数個配設し、それらのオン／オフ操作を制御することで実現できる。さらに、トランジスタ・スイッチＱ21のオン／オフ操作により副コイルＬ20を２状態で制御するのではなく、トランジスタ・スイッチＱ21の両端のオン抵抗の抵抗値をアナログ的に微妙に制御することで、共振周波数を連続的に変えることも考えられる。この場合の主コイルＬ10の共振周波数は、トランジスタ・スイッチＱ21をオン／オフの２値で制御した場合の周波数の間を連続的に変化することになる。勿論、主コイルＬ10の近く（主コイルＬ10の磁界が通過する場所）に、それぞれ主コイルＬ10と磁気的に結合する複数個の副コイルを設置して、これらを同様に制御するようにしてもよい。
【０１０８】
副コイルＬ20を含むアンテナ共振周波数調整回路とその制御部は、リーダライタ１１又はトランスポンダ３１のいずれにも設けることができる。
【０１０９】
例えば、リーダライタ１１側にアンテナ共振周波数調整回路とその制御部を設けてトランジスタ・スイッチＱ21の切り替え制御を行なう場合には、トランスポンダ３１に対して命令を送信しても応答が無い場合、あるいは応答はあるが正しく受信できない場合など、トランスポンダ３１からデータの読み取りを行なえなくなったときに、例えば符号化／復号化回路１５（若しくはその上位層の情報処理装置２１）が共振周波数調整部１９に対してトランジスタ・スイッチＱ21のオン／オフの切り替えを指示してから、再送信すればよい。本実施形態では、特許文献３並びに４に開示されているようにリーダライタ１１及びトランスポンダ３１間の距離を推定することを必要としない。
【０１１０】
他方、トランスポンダ３１側にアンテナ共振周波数調整回路とその制御部を設けてトランジスタ・スイッチＱ21の切り替え制御を行なう場合には、負荷変調により信号を返信しているにも拘らず、リーダライタ１１から送られて来る情報内容が先に返信した情報内容にそぐわないと判断した場合に、トランジスタ・スイッチＱ21のオン／オフを切り替えるようにすればよい。例えば、同じ質問が連続して何度も送られてくるときがこれに相当する。
【０１１１】
どちらの形態についても、通信が正しく行なわれない場合は、トランジスタ・スイッチＱ21のオン／オフ切り替えを試してみるのが望ましい。この切り替えのタイミングとしては、例えば送信２回毎に切り替えるなど送信回数によって決める方法や、適当な時間を決めて切り替える方法、あるいはこれらを組み合わせた方法などが考えられる。
【０１１２】
本発明に係る通信システムでは、リーダライタは、トランスポンダ側のアンテナと電磁結合して情報信号の授受を行なう主コイルＬ10の他に、主コイルＬ10と磁気的に結合する副コイルＬ20を配設し、副コイルＬ20の両端の抵抗値すなわち通過電流の変化に伴う磁束の変化を利用して、主コイルＬ10の共振周波数を移動させ、ヌル点を回避するようになっている。本発明によれば、トランスポンダとリーダライタの接近に伴ってヌルが発生して無線通信が困難な状態であっても、本アンテナの共振周波数調整機能を働かせてヌル点の位置を移動させることにより、通信が可能な状態にすることができる。
【０１１３】
ヌルの発生を防ぐため、例えば特許文献１に開示されているように、あらかじめアンテナの共振周波数をずらして設定する方法や、アンテナのＱ（共振の強さ）を抵抗などで下げておく方法もあるが、これらでは搬送波周波数でのアンテナインピーダンスが下がり、最大通信距離の低下を招いてしまう。
【０１１４】
これに対し、本発明では、副コイルＬ20にはコンデンサは接続されず、それ自体では共振回路を持っていない。また、主コイルＬ10との結合係数Ｋ12は０．２程度でも効果があるため（表１を参照のこと）、トランジスタ・スイッチＱ21がオフ状態において副コイルＬ20が主コイルＬ10の共振回路へ与える影響が非常に少ない。このため、主コイルＬ10のループ・アンテナとしての本来の性能を発揮できるとともに、設計も他からの影響を気にすることなく通常と同じように行なうことができる。
【０１１５】
本発明によれば、リーダライタのループ・アンテナとしての主コイルＬ10の共振周波数をヌル点において調整する手段は、主コイルＬ10と磁気的に結合する副コイルＬ20と、ヌル点以外で副コイルＬ20の電流通過を抑制するための抵抗Ｒ22、並びにヌル点において副コイルＬ20の電流通過用の抵抗Ｒ21で構成される。かかる共振周波数調整手段は、例えば特許文献２に開示されている構成に比べると、圧倒的に部品点数が少なく、非常に簡単な構成で効果を得ることができるので、費用も掛からず小型化にも適している。アンテナ共振回路の構成をさらに簡単にするには、トランジスタ・スイッチＱ21の耐圧に注意しながらＲ22を削除（開放）し、Ｒ21を基板パターンで接続（短絡）してしまうことも可能である。
【０１１６】
また、主コイルＬ10の共振周波数を調整する手段として、上記以外にも、主コイルＬ10とともに並列共振回路を構成するコンデンサＣ10と並列にコンデンサを接続し、そのコンデンサをスイッチでオン／オフする方法も考えられる。しかしながら、かかる代替案では、主コイルＬ10の共振回路へ与える影響が少なくなく、コンデンサのバラツキ、スイッチの浮遊容量などが与える影響も考慮しなければならず、設計が容易でないと思料される。
【０１１７】
また、ヌル状態の発生時にリーダライタのループ・アンテナの共振周波数を調整する手段として、可変容量ダイオードを使う提案もあるが（例えば、特許文献３〜４）、鉄道の改札などでは３０Ｖ以上の電圧がアンテナやコンデンサに加わるため、一般に数Ｖしか耐圧の無い可変容量ダイオードは現実的でない。また、抵抗Ｒ21の替わりにコンデンサを接続し、副コイルＬ20と共振回路を構成する方法もあるが、主コイルＬ10の共振回路と２つの共振回路が存在することになり、設計はさらに複雑化するであろう。
【０１１８】
なお、Ｍｉｆａｒｅ（前述）は、蘭Ｐｈｉｌｉｐｓ社が開発した非接触ＩＣカード技術である。ＩＳＯ１４４４３では１３．５６ＭＨｚの無線を利用した近接型通信（１０センチメートル以下）の非接触ＩＣカードの方式を規定しており、Ｍｉｆａｒｅはその中の分類の１つＴｙｐｅＡに準拠する。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１２０】
本明細書では、リーダライタ１１側に共振周波数調整手段を搭載した場合の通信システムに関する実施形態を中心に説明してきたが、共振周波数調整手段をトランスポンダ３１側に搭載した実施形態においても、同様に本発明の効果を奏することができる。
【０１２１】
さらに、本明細書では、ヌルが発生したと判断される場合に副コイルＬ20により多くの電流を流す実施形態を中心に説明してきたが、逆に、ヌルが発生したと判断される場合に副コイルＬ20の電流を抑制するように制御する実施形態も考えられる。
【０１２２】
また、本発明の要旨は、トランスポンダ３１の特定の形態に限定されるものではない。トランスポンダ３１はＩＣカードとして形成される他、ラベル型、コイン型、スティック型のように単体で使用される場合や、携帯電話機やその他の機器に内蔵して用いられる場合も想定される。
【０１２３】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示した図である。
【図２】図２は、通信システムにおいてデータ送受信処理を実施する際の、リーダライタ１１が実行する処理手順を示したフローチャートである。
【図３】図３は、通信システムにおいてデータ送受信処理を実施する際の、トランスポンダ３１が実行する処理手順を示したフローチャートである。
【図４】図４は、図１に示した通信システムにおいて、リーダライタ１１側のアンテナ共振回路部１２の構成をより詳細に示した図である。
【図５Ａ】図５Ａは、リーダライタ１１内のアンテナ共振回路部１２における主コイルＬ10と副コイルＬ20の構成例を示した図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、リーダライタ１１内のアンテナ共振回路部１２における主コイルＬ10と副コイルＬ20の構成例を示した図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、リーダライタ１１内のアンテナ共振回路部１２における主コイルＬ10と副コイルＬ20の構成例を示した図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、リーダライタ１１内のアンテナ共振回路部１２における主コイルＬ10と副コイルＬ20の構成例を示した図である。
【図６】図６は、図５に示した４種類のアンテナの結合係数Ｋ12の値と、Ｒ21＝０Ω、Ｒ22＝無限大においてトランジスタ・スイッチＱ21をオン／オフ操作したときのＬ10の共振周波数が変化する割合を示したグラフである。
【図７】図７は、副コイルＬ20の両端の周波数調整用の抵抗Ｒ21の抵抗値の違いによる主コイルＬ10の共振周波数の変化を示したグラフである。
【図８】図８は、副コイルＬ20を用いた共振周波数調整手段（但し、Ｒ21＝０Ω、Ｒ22＝無限大）を持つリーダライタ１１とトランスポンダ３１との通信状態の一例を示したグラフである。
【図９】図９は、トランスポンダ及びリーダライタからなる電磁誘導方式の非接触通信システムの構成例を示した図である。
【図１０】図１０は、搬送波の周波数を変化させたときの、リーダライタ側の受信信号の電圧振幅値の変化を模式的に表わしたグラフである。
【符号の説明】
【０１２５】
１１…リーダライタ
１２…アンテナ共振回路部
１３…制御部
１４…マイクロコンピュータ
１５…符号化／復号化回路
１６…搬送波生成回路
１７…ＡＳＫ変調回路
１８…復調回路
１９…共振周波数調整部
２１…情報処理装置
３１…トランスポンダ
３２…アンテナ共振回路部
３３…負荷切り替え変調回路部
３４…制御部
３５…マイクロコンピュータ
３６…ＩＣ用電源生成回路
３７…クロック抽出回路
３８…ＡＳＫ復調回路
３９…符号化／復号化回路
４０…ロジック回路
４１…ＥＥＰＲＯＭ
【図１】
0005034850.tif 000003
【図２】
0005034850.tif 000004
【図３】
0005034850.tif 000005
【図４】
0005034850.tif 000006
【図５Ａ】
0005034850.tif 000007
【図５Ｂ】
0005034850.tif 000008
【図５Ｃ】
0005034850.tif 000009
【図５Ｄ】
0005034850.tif 000010
【図６】
0005034850.tif 000011
【図７】
0005034850.tif 000012
【図８】
0005034850.tif 000013
【図９】
0005034850.tif 000014
【図１０】
0005034850.tif 000015