JPH1132451A - 電力伝送システム及び電力伝送・通信システム並びにリーダまたは／およびライタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電力伝送波について電波防護規格を十分余裕を
もって満足させてリーダまたは／およびライタ装置等か
ら例えば５ｍＷ程度のＣＰＵ等消費電力の大きな近接無
線カード（ＩＣカード）に電力を伝送できるようにした
電力伝送システム及び電力伝送・通信システム並びにリ
ーダまたは／およびライタ装置およびＩＣカードを提供
することにある。 【解決手段】本発明は、リーダまたは／およびライタ装
置１からＩＣカード２に電磁波を用いて電力を伝送し、
リーダまたは／およびライタ装置とＩＣカードとの間で
通信用信号の送信又は送受信を電磁波を用いて行う電力
伝送・通信システムであって、前記装置１から出力され
る電磁波による磁界強度、即ち電力の大きさおよび電力
伝送の時間を制御することを特徴とする電力伝送・通信
システムである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばキャッシュ
ディスペンサ、電子マネー、自動改札システム、入退室
管理システム等におけるキャッシュカード、クレジツト
カード、乗車券、定期券、回数券、管理カード、ＩＤカ
ード、免許証等の近接無線カードとの間において近接無
線動作用電力伝送及び通信を行う電力伝送システム及び
電力伝送・通信システム並びにリーダまたは／およびラ
イタ装置およびＩＣカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光または磁界を用いて電力供給側
から近接無線カード（ＩＣカード）に対して非接触で電
力を供給することは、特開平７−８５２３３号公報、特
開平９−６２８１６号公報で知られている。また、特開
平７−２２０１２３号公報には、人間／媒体が特定出力
領域に侵入して改札位置センサがＯＮになったとき電力
を送信し、一定時間経過しても通信対応しない場合は、
非接触カードを携帯しない改札客と判定して電力送信を
停止し、これに対して電力送信して一定時間経過するま
でに非接触カードと通信対応した場合は適正な改札客と
判定して電力送信を維持し、その後、所定時間が経過す
ると通信完了したと判定して電力送信を停止させて消費
電力を低減させる非接触改札機について記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】駅の改札口やバスや入
退口等において使用するキャッシュカード、クレジツト
カード、乗車券や定期券等をＩＣカード化し、このＩＣ
カードを使用者が駅の改札口やバスや入退口等に備えら
れたリーダ／ライタに対して非接触で通過させたとき、
リーダ／ライタのコイル若しくはアンテナから電力伝送
波若しくは通信波を放射し、カード側のコイル若しくは
アンテナによりこの電磁波を受信、誘起し、カード側回
路を動作し、信号を検出する非接触カードシステム（近
接無線カードシステム）において、リーダ／ライタのコ
イル若しくはアンテナから放射する電力伝送波について
は、電波防護規格を満足させる必要がある。ところで、
電力伝送波については、人体や手に曝露する関係で、電
波防護規格により人体への熱的効果のみを考慮して任意
の６分間の平均値として規定されている。

【０００４】しかしながら、上記特開平７−２２０１２
３号公報に記載された従来技術の場合、人間／媒体が特
定出力領域に侵入して改札位置センサがＯＮになったと
き電力を送信し、一定時間経過するまでに非接触カード
と通信対応した場合は適正な改札客と判定して電力送信
を維持し、その後、所定時間が経過すると通信完了した
と判定して電力送信を停止させるものであるため、上記
所定時間が経過したとき確実に通信が完了するように、
上記所定時間を長くすると共に確実に電力が非接触カー
ドに送信できるように電力の送信量を大きくする必要が
あった。そのため、リーダ／ライタのコイル若しくはア
ンテナから放射する電力伝送波について、電力を送信し
ている間においても最低限の電力の送信量にし、しかも
電力を送信する時間を必要最小限にして電波防護規格を
余裕をもって満足させる点については、考慮されていな
かった。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
電力伝送波について電波防護規格を十分余裕をもって満
足させてリーダまたは／およびライタ装置等から例えば
５ｍＷ程度のＣＰＵ等消費電力の大きな近接無線カード
（ＩＣカード）に電力を伝送できるようにした電力伝送
システム及び電力伝送・通信システム並びにリーダまた
は／およびライタ装置およびＩＣカードを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、リーダまたは／およびライタ装置からＩ
Ｃカードに電磁波を用いて電力を伝送し、リーダまたは
／およびライタ装置とＩＣカードとの間で通信用信号の
送信又は送受信を電磁波を用いて行う電力伝送・通信シ
ステムであって、前記装置から出力される磁界強度を制
御することを特徴とする電力伝送・通信システムであ
る。また本発明は、リーダまたは／およびライタ装置か
らＩＣカードに電磁波を用いて電力を伝送し、リーダま
たは／およびライタ装置とＩＣカードとの間で通信用信
号の送信又は送受信を電磁波を用いて行う電力伝送・通
信システムであって、前記装置から出力される電磁波に
よる電力の大きさおよび電力伝送の時間を制御すること
を特徴とする電力伝送・通信システムである。また本発
明は、ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電力供給
と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波を発生
して行うリーダまたは／およびライタ装置であって、前
記電磁波による磁界強度を制御する制御手段を備えたこ
とを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置であ
る。

【０００７】また本発明は、ＩＣカードとの間で、ＩＣ
カードの動作電力供給と通信用信号の送信又は送受信と
の両方を電磁波を発生して行うリーダまたは／およびラ
イタ装置であって、前記電磁波による電力の大きさおよ
び電力伝送の時間を制御する制御手段を備えたことを特
徴とするリーダまたは／およびライタ装置である。また
本発明は、ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電力
供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波を
発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であっ
て、人体またはＩＣカードを検知する検知手段と、該検
知手段によって検知された信号に基いて前記電磁波によ
る磁界強度または電力の大きさ（電流または電圧の振
幅）および電力伝送の時間を制御する制御手段とを備え
たことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置で
ある。また、本発明は、ＩＣカードとの間で、ＩＣカー
ドの動作電力供給と通信用信号の送信又は送受信との両
方を電磁波を発生して行うリーダまたは／およびライタ
装置であって、人体またはＩＣカードを検知する検知手
段と、ＩＣカードとの間の通信終了を判定する通信制御
回路と、前記検知手段によって検知された信号に基いて
電力伝送の開始時間を制御し、前記通信制御回路におい
て通信終了と判定されたとき電力伝送の終了時間を制御
する制御手段とを備えたことを特徴とするリーダまたは
／およびライタ装置である。

【０００８】また本発明は、ＩＣカードとの間で、ＩＣ
カードの動作電力供給と通信用信号の送信又は送受信と
の両方を電磁波を発生して行うリーダまたは／およびラ
イタ装置であって、前記ＩＣカードから電磁波によって
受信されるＩＣカードへの電力受信レベルの情報に基い
て前記電磁波による磁界強度または電力の大きさ（電流
または電圧の振幅）および電力伝送の時間を制御する制
御手段を備えたことを特徴とするリーダまたは／および
ライタ装置である。また本発明は、前記リーダまたは／
およびライタ装置において、電力伝送用の信号を発生す
る電源部と、入力された送信用データを符号化する符号
化回路と、前記電源部から得られる信号に対して符号化
回路から得られる信号を振幅変調して重畳させる変調器
と、該変調器から得られる信号に基いて給電する給電回
路と、該給電回路によって給電された電流に応じた前記
電磁波を発生するコイル又はスパイラルアンテナとを有
することを特徴とする。また本発明は、電磁波によって
電力を受ける受信部と、該受信部で受けた電力を整流し
て直流電圧に変換して供給する整流電源回路と、該整流
電源回路から得られる受信電力レベルを検出する受信電
力レベル検出回路と、該受信電力レベル検出回路で検出
された受信電力レベルに応じた情報を作成するマイコン
と、該マイコンから出力される受信電力レベルに応じた
情報を復号化する復号化回路と、該復号化回路から得ら
れる受信電力レベルに応じた復号化信号に基いて変調さ
せて電磁波によって送信する送信部とを備えたことを特
徴とするＩＣカードである。

【０００９】以上説明した構成により、電力伝送波につ
いて電波防護規格を十分余裕をもって満足させてリーダ
または／およびライタ装置から例えば５ｍＷ程度のＣＰ
Ｕ等消費電力の大きな近接無線カード（ＩＣカード）に
電力を伝送できると共に、リーダまたは／およびライタ
装置と近接無線カードとの間において無線による通信を
行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態について
図を用いて説明する。まず、キャッシュディスペンサ、
電子マネー、自動改札システム、入退室管理システム等
におけるキャッシュカード、クレジットカード、乗車
券、定期券、回数券、管理カード、ＩＤカード、免許証
等の非接触カードとリーダライタにおける非接触カード
動作用電力伝送・通信方式について説明する。図１は、
本発明に係る例えば改札口やバスや入退口や所定の場所
に備えられたリーダまたは／およびライタ１から非接触
で通過または近接される非接触カード（近接無線カー
ド：ＩＣカード）２に対して無線によって電力を伝送す
ると共に通信を行う電力伝送および通信方式の概略構成
を示す図である。非接触カード（近接無線カード：ＩＣ
カード）２は、使用者が保持して改札口やバスや入退口
に備えられたリーダ／ライタ１に対して非接触で例えば
２０ｃｍ位までの距離を離して通過させることによって
無線を使ってキャッシュカード、クレジットカード、乗
車券、定期券等の情報を送受信してキャッシュカード、
クレジットカード、乗車券、定期券等の役目をするもの
である。

【００１１】図２および図３は、本発明に係るリーダま
たは／およびライタ１と非接触カード（近接無線カー
ド：ＩＣカード）２との間において、無線によって電力
を伝送し、更に無線によって情報の送受信（通信）を行
う装置（システム）の一実施の形態を示す構成図であ
る。図２および図３に示す実施の形態では、Ｒ／Ｗユニ
ット１に設けられたＲ／Ｗコイル１０１と近接無線カー
ド２に形成されたカードコイル２０１との間で、図５に
示す電力伝送波およびデータ通信変調波からなる電磁波
（無線）を使って電力の伝送および通信の送受信の両方
を行う場合を示したものである。このようにＡＳＫ変調
方式における電力伝送波と信号波は、周波数領域で見る
と異なる周波数成分であるが、時間領域で見ると電力伝
送波の振幅が信号速度に応じて変化するだけである。つ
まり、電力伝送波に信号波を掛け合わせた変調波は時間
領域では、電力伝送波の波形振幅が上下変動しているよ
うにしか見えない。これを無線により伝送する場合、電
力伝送波と信号波を各々別のアンテナにより送信するこ
とも考えられるが、本実施の形態では、非接触カード
（近接無線カード：ＩＣカード）２を簡素化するため
に、電界強度を電波法（距離３ｍにおいて５００μＶ／
ｍ）内に制限し、かつ単一のアンテナ（Ｒ／Ｗコイル）
１０１によりこの変調波を送信するように構成した。

【００１２】即ち、Ｒ／Ｗ（リーダ／ライタ）ユニット
１には、１３．５６ＭＨｚの高周波数の電圧を発生する
電源１０５と、近接無線カード２へ送信する入力された
データ（ＤＡＴＡ）１０６を符号化する符号化回路１０
７と、上記電源１０５から発生した１３．５６ＭＨｚの
高周波数の電圧上に上記符号化回路１０７で符号化され
た信号で振幅変調（Amplitude Shift Keying 変調)を重
畳させる変調器１０８と、該変調器１０８で１３．５６
ＭＨｚの高周波数の電圧上にＡＳＫ変調された信号を増
幅する送信アンプ１０９と、該送信アンプ１０９で増幅
された信号をインダクタンス結合１０３により結合さ
せ、コンデンサ１０４を有してインピーダンスをマッチ
ングさせて反射防止をするための整合回路（給電回路）
１０２と、該整合回路１０２の出力に応じて電力の伝送
およびデータの送信を行うべく電磁波を発生し、近接無
線カード２のカードコイル２０１から電磁波によって送
信されてきたデータを受信するＲ／Ｗコイル１０１と、
該Ｒ／Ｗコイル１０１で受信した信号を整合回路１０２
で整合させてインダクタンス結合１０３により生じた信
号からノイズ成分を取り除くフィルタ回路１１０と、該
フィルタ回路１１０を通して得られる信号を増幅する受
信アンプ１１１と、該受信アンプ１１１で増幅された信
号を電源１０５から得られる１３．５６ＭＨｚの高周波
数の電圧信号を用いて復調する復調器１１２と、該復調
器１１２で復調された信号を復号化して受信データ（Ｄ
ＡＴＡ）１１４として出力する復号化回路１１３と、人
体検知又はカード検知手段２３１から人体２３０が入口
に入ったことまたは近接無線カード２がＲ／Ｗユニット
１の上面に差出されたことを検知した信号２４２を受け
て送信データ１０６としてカード２に対するリクエスト
信号を生成し、受信データ１１４としてカード２からの
レスポンス信号およびカード２において受信電力レベル
検出回路２３６で検出された受信電力レベルデータを受
け、更にカード２との間における通信の制御を行う通信
制御回路２４０とを備えている。

【００１３】近接無線カード（非接触カード：ＩＣカー
ド）２には、Ｒ／Ｗユニット１のＲ／Ｗコイル１０１か
ら電力の伝送およびデータの送信を行うべく発生した電
磁波を受信し、ロードスイッチング変調された送信デー
タに応じた電磁波を発生するカードコイル２０１と、該
カードコイル２０１で受信した１３．５６ＭＨｚの電力
については整流し、送受信信号についてはインピーダン
スをマッチングさせて整合する整合・整流回路２０３と
該整合・整流回路２０３から整流された誘起電圧から５
ｍＷ程度で２〜５Ｖ程度の一定の直流電圧電源２０５と
して供給する電源回路２０４と上記整合・整流回路２０
３から得られる受信信号からクロックを抽出するクロッ
ク抽出回路２０６と上記整合・整流回路２０３から得ら
れる受信信号からノイズ成分を取り除くＬＰＦ回路２０
７と該ＬＰＦ回路２０７から得られる受信信号を波形成
形する波形成形回路２０８と送信信号をロードスイッチ
ング変調させて上記整合・整流回路２０３に与えて整合
させてカードコイル２０１に供給するロードスイッチン
グ変調回路２０９とを有する無線チップ２０２と、該無
線チップ２０２のクロック抽出回路２０６で抽出された
クロック信号に基いて分周してマイコン２１４を働かせ
る信号を生成する分周回路２１１と無線チップ２０２の
波形成形回路２０８から得られる信号を復号化する復号
化回路２１２と該復号化回路２１２から得られる復号化
データ（受信データ）を制御してマイコン２１４へ入力
する受信データ制御回路２１３とマイコン２１４から送
信データを制御して得る送信データ制御回路２１５と該
送信データ制御回路２１５から制御して得られる送信デ
ータを符号化して無線チップ２０２のロードスイッチン
グ変調回路２０９へ入力する符号化回路２１６とカード
としての情報を記憶するメモリを内蔵して送受信データ
の処理およびメモリとの間のデータの転送等を行うＨ８
等のマイコン２１４とを有し、上記無線チップ２０２の
電源回路２０４から安定した電源２０５の供給を受ける
ＣＰＵ＋インターフェースチップ２１０とを備えてい
る。

【００１４】なお、電力を電磁波（無線）で伝送するた
めにＲ／Ｗコイル１０１とカードコイル２０１を用いた
のは、近傍における電力伝送の効率を向上させるためで
ある。また近接無線カード２にコイル２０１を形成した
場合、近接無線カード２の変形に強い利点がある。また
Ｒ／Ｗコイル１０１とカードコイル２０１ともにスパイ
ラルアンテナで形成しても良い。以上説明したように、
近接無線カードシステムにおいては、リーダ／ライタ１
に対して非接触カード（近接無線カード：ＩＣカード）
２を近接させることによって、リーダ／ライタ１と非接
触カード２との間において、無線によって電力を伝送
し、更に無線によって情報の送受信（通信）が行われる
ことになる。即ち、近接無線カードシステムにおいて
は、リーダライタ用コイル若しくはスパイラルアンテナ
１０１により、電力伝送波若しくは通信波を放射し、カ
ード側のコイル若しくはスパイラルアンテナ２０１によ
りこの電磁波を受信、誘起し、カード側回路を動作し、
信号を検出するものである。

【００１５】ここでリーダ／ライタ１に用いるコイル若
しくはスパイラルアンテナ１０１として、使用周波数１
３．５６ＭＨｚにより決まる波長２２ｍに対して充分小
さく、アンテナ上の電流分布はほぼー様分布と考えられ
る。この為、アンテナの側面方向には電界が、垂直方向
には磁界が強く発生する。この場合、垂直方向にコイル
若しくはスパイラルアンテナ２０１を実装した非接触カ
ード２を持ち込むと電力伝送波若しくは信号波を送受信
できる。ところで、１３．５６ＭＨｚの電力伝送波につ
いては、人体や手に曝露する関係で、電波防護規格によ
り人体への影響を考慮して任意の６分間の平均値として
規定されている。従って、この電波防護規格を満足させ
るには、近接無線カード２に対して可能なかぎり短時間
の間、電力伝送を行い、それ以外の期間については、電
力伝送出力を可能なかぎり０レベルも含めて低レベルに
する必要がある。

【００１６】このように、１３．５６ＭＨｚの電力伝送
波についての電波防護規格を満足させるための実施の形
態について、図２および図３を用いて説明する。図２に
示す実施の形態においては、人体検知又はカード検知手
段２３１において、人体２３０が入口に入ったことまた
は近接無線カード２がＲ／Ｗユニット１の上面に差出さ
れたことを検知して、図４に４１で示す信号を得る。そ
して、使用者２３０が近接無線カード２を所持して入口
を進み、近接無線カード２がＲ／Ｗユニット１のＲ／Ｗ
コイル（アンテナ）１０１から発生された電磁界に晒さ
れる時間は、変動して図４に４２で示す如く実線から鎖
線の間となる。出力制御回路２３２は、人体検知又はカ
ード検知手段２３１から得られる検知信号２４２に基い
て、図４に示す如く所望の時間の間ＯＮとなる制御信号
（例えば実線から鎖線の範囲とする。）４３を形成す
る。この制御信号４３におけるＯＮ時間は、近接無線カ
ード２がＲ／Ｗユニット１のＲ／Ｗコイル（アンテナ）
１０１に晒される時間が変動したとしても、Ｒ／Ｗユニ
ット１のＲ／Ｗコイル（アンテナ）１０１から近接無線
カード２に対して無線（電磁波）による電力伝送によっ
て電力を供給して、Ｒ／Ｗユニット１と近接無線カード
２との間において通信を実行できる必要最小限にするこ
とが望まれる。即ち、制御信号４３におけるＯＮ時間
は、近接無線カード２がＲ／Ｗユニット１のＲ／Ｗコイ
ル（アンテナ）１０１に晒される時間が変動したとして
も、近接無線カード２が動作可能な秒単位またはそれ以
下の時間であればよい。ただし、人体検知又はカード検
知から、近接無線カード２がＲ／Ｗユニット１のＲ／Ｗ
コイル（アンテナ）１０１に晒されるまでの時間は多く
ても数〜１０秒程度までとする。出力制御回路２３２か
ら得られる制御信号４３を例えば送信アンプ１０９に印
加してＯＮ、ＯＦＦ制御すればよい。この際、必ずしも
ＯＦＦにする必要はなく、ＯＦＦに近い状態にしても良
い。また、送信アンプ１０９でＯＮ、ＯＦＦ制御する必
要はなく、最終段であるＲ／Ｗコイル（アンテナ）１０
１から発生する電磁波がＯＮ、ＯＦＦ制御されればよ
い。この結果、Ｒ／Ｗユニット１のＲ／Ｗコイル（アン
テナ）１０１からは、制御信号４３において、ＯＮなる
時間（秒単位またはそれ以下）の間、電磁波を発生して
電力をカードコイル２０１に伝送して５ｍＷ程度で２〜
５Ｖ程度の一定の直流電圧電源２０５を発生して供給さ
れることになり、近接無線カード２は、十分動作可能と
なる。

【００１７】なお、上記出力制御回路２３２から得られ
る制御信号４３をＲ／Ｗユニット１上に設けられた発光
素子等の表示手段２３７に表示して使用者に知らせても
よい。また、上記人体検知又はカード検知手段２３１と
して、人体を検知する場合には、入口の通路に対向する
ように赤外線等の光を発光する発光素子と受光素子とを
設置して使用者が上記通路に入ったとき人体でさえぎら
れるのを検知すればよい。またこの際光以外の影響のな
い電磁波を用いてもよい。上記人体検知又はカード検知
手段２３１として、カードを検知する場合には、近接無
線カード２が差し出される空間に対向するように赤外線
等の光を発光する発光素子と受光素子とを設置して近接
無線カード２が上記空間に差し出されたときカードでさ
えぎられるのを検知すればよい。またこの際光以外の影
響のない電磁波を用いてもよい。この他、出力制御回路
２３２内にタイマーを設置してＲ／Ｗユニット１に対し
て近接無線カード２が差し出される最小の周期よりも短
い周期で周期的に短時間のＯＮ信号を出力制御回路２３
２で生成して、送信アンプ１０９に印加して、Ｒ／Ｗユ
ニット１のＲ／Ｗコイル（アンテナ）１０１から周期的
に短時間の間電磁波を発生する。この状態で、近接無線
カード２が差し出された瞬間に電磁波をカードコイル２
０１で受信して電源２０５を発生し、近接無線カード２
からリーダ／ライタ１へなんらかの信号を無線によって
送信することによってＲ／Ｗユニット１の復号化回路１
１３からカード検知信号を得ることができる。このカー
ド検知信号２３３を人体検知又はカード検知手段２３１
に入力すればよい。要するに、近接無線カード２が差し
出された瞬間に、Ｒ／Ｗユニット１の復号化回路１１３
からカード検知信号を得ることができればよい。

【００１８】また、人体検知又はカード検知手段２３１
は、近接無線カード２への電力伝送を行わない状態で、
インダクタンス２３８によって、Ｒ／Ｗアンテナコイル
１０１のインピーダンスを監視することによって、カー
ド検知信号２３９を得ることができる。即ち、近接無線
カード２の接近によってＲ／Ｗアンテナコイル１０１の
インピーダンスが変化するので、これをインダクタンス
２３８によって検知することによって近接無線カード２
の存在を検知することが可能となる。なお、本発明にお
いては、人体検知又はカード検知手段２３１および出力
制御回路２３２も含めてリーダ／ライタ装置とする。以
上説明した実施の形態によれば、電力伝送波について電
波防護規格を十分余裕をもって満足させてＲ／Ｗユニッ
ト１から近接無線カード２に電力を伝送できると共に、
Ｒ／Ｗユニット１と近接無線カード２との間において無
線による通信を行うことができる。

【００１９】図３に示す実施の形態においては、近接無
線カード２内に、無線チップ２０２の電源回路２０４か
ら出力される電源２０５のレベルを検出する受信電力レ
ベル検出回路２３６を備える。そして、近接無線カード
２が差し出されてＲ／Ｗユニット１のＲ／Ｗコイル（ア
ンテナ）１０１から発生する電磁波に晒されると、Ｒ／
Ｗユニット１から近接無線カード２に電力が伝送されて
電源回路２０４から受信電力が得られる。この受信電力
のレベルを受信電力レベル検出回路２３６で検出し、こ
の検出された電力受信レベル信号をマイコン２１４に入
力し、マイコン２１４からは入力された電力受信レベル
信号に応じた情報を送信データとして発生させて符号化
回路２１６で符号化してロードスイッチング変調回路２
０９に入力してロードスイッチング変調を行ってカード
コイル２０１から無線により電力受信レベル情報をＲ／
Ｗユニット１のＲ／Ｗコイル１０１に送信する。Ｒ／Ｗ
ユニット１のＲ／Ｗコイル１０１は、電力受信レベル情
報を受信して復号化回路１１３から電力受信レベル情報
２３５を得て受信電力監視・制御回路２３４（図２に示
す実施例の場合通信制御回路２４０が対応する。）に入
力し、受信電力監視・制御回路２３４においてカード受
信電力が十分であるか否かの判定（監視）をしてカード
受信電力が大きく十分な場合には、送信電力を必要最小
のレベルまでしぼる信号を出力して出力制御回路２３２
に入力する。出力制御回路２３２は、受信電力監視・制
御回路２３４から得られる送信電力レベルの制御信号を
例えば送信アンプ１０９に入力して送信アンプの振幅を
制御する。その結果、Ｒ／Ｗコイル１０１から近接無線
カード２のカードコイル２０１へは、常に必要最小限の
レベルの電力が電磁波によって伝送されることになる。
この実施の形態によっても、電力伝送波について電波防
護規格を十分余裕をもって満足させてＲ／Ｗユニット１
から近接無線カード２に電力を伝送できると共に、Ｒ／
Ｗユニット１と近接無線カード２との間において無線に
よる通信を行うことができる。

【００２０】なお、この実施の形態において、出力制御
回路２３２内にタイマーを設置してＲ／Ｗユニット１に
対して近接無線カード２が差し出される最小の周期より
も短い周期で周期的に短時間のＯＮ信号を出力制御回路
２３２で生成してこの信号を送信電力レベルの制御信号
に重畳させて、例えば送信アンプ１０９に印加して、Ｒ
／Ｗユニット１のＲ／Ｗコイル（アンテナ）１０１から
周期的に短時間の間電磁波を発生すると共に必要最小限
のレベルの電力を電磁波によって伝送してもよい。この
場合、必要最小限の期間のみ、必要最小限のレベルの電
力がＲ／Ｗコイル１０１から近接無線カード２のカード
コイル２０１へ伝送されることになる。これによって更
に電力伝送波について電波防護規格を十分余裕をもって
満足させることが可能となる。また、図３に示すカード
２に設けられた受信電力レベル検出回路２３６を図２に
示すカード２に設けても良いことは、明らかである。

【００２１】次に、常に必要最小限の時間で、且つ必要
最小限のレベルで、電力を、Ｒ／Ｗコイル１０１から電
磁波によって近接無線カード２のカードコイル２０１へ
伝送するためのリーダ／ライタ装置における電力伝送の
制御フローについて、図７を用いて説明する。まず、ス
テップ７１において、人体検知又はカード検知手段２３
１が人体検知又はカード検知を行うと、ステップ７２に
おいて、検知信号２４２に基いて出力制御回路２３２か
らＯＮ信号を出力して送信アンプ１０９をＯＮさせて電
力を電磁波によってカード２へ伝送する。次に、ステッ
プ７３において、通信制御回路２４０は、人体検知又は
カード検知手段２３１からの検知信号２４２に基いて送
信データ１０６としてリクエスト信号を生成してカード
２へ送信する。次に、ステップ７４において、通信制御
回路２４０は、ガード２が正常にＲ／Ｗコイル１０１上
に差し出されずに受信データ１１４としてカード２から
レスポンス信号の応答がない場合には、ステップ７８に
おいて、所定の時間経過後出力制御回路２３２に電力を
ＯＦＦさせる信号を出力する。その結果、出力制御回路
２３２からＯＦＦ信号が送信アンプ１０９に印加されて
電力の伝送が停止される。また、通信制御回路２４０
は、受信データ１１４としてカード２からレスポンス信
号の応答が有った場合には、ステップ７５において、レ
スポンス信号の中に含まれるカードの種別を示すデータ
に基づいて異種カードであるか否かの判定を行い、異種
カードと判定したとき、出力制御回路２３２に電力をＯ
ＦＦさせる信号を出力して電力の伝送を停止する。ま
た、通信制御回路２４０は、異種カードでないと判定し
たとき、ステップ７６において、レスポンス信号の中に
含まれる受信電力レベル検出回路２３６で検出された受
信電力レベルのデータを受信し、この受信電力レベルが
通信を行える必要最小限のレベルを越えている場合に
は、伝送電力を下げるような信号を出力制御回路２３２
に出力する。出力制御回路２３２は、伝送電力を下げる
ような制御信号を送信アンプ１０９に送信して送信アン
プ１０９の増幅率を低下させるように制御する。また、
通信制御回路２４０は、異種カードでないと判定したと
き、ステップ７６において、送信データ１０６と受信デ
ータ１１４とによりカード２との間において通信を実行
し、ステップ７７において、該通信が終了すると、出力
制御回路２３２に電力をＯＦＦさせる信号を出力して電
力の伝送を停止する。

【００２２】以上説明したように、常に必要最小限の時
間で、且つ必要最小限のレベルで、電力が、Ｒ／Ｗ１か
ら放出されることになり、電波防護規格を十分余裕をも
って満足させることが可能となる。また、変調器１０８
とインダクタンス結合１０３との間に設けられた送信ア
ンプ１０９を出力制御回路２３２によって制御すること
によって、増幅率およびＯＮ、ＯＦＦの両方を制御する
ことが可能となり、回路構成を簡素化することもでき
る。

【００２３】次に、リーダ／ライタ１に用いるコイル若
しくはスパイラルアンテナ１０１として、放射電界が電
波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満
足し、しかも通信可能な範囲を拡大する実施の形態につ
いて説明する。図６は、リーダ／ライタ１に備えられた
コイル若しくはスパイラルアンテナ１０１の基本構成を
示す図である。５は、電力の伝送およびデータの送信を
行うべく電磁波を発生するためのコイル若しくはスパイ
ラルアンテナ１０１における主コイル若しくはスパイラ
ルアンテナを示す。６および７は、上記主コイル若しく
はスパイラルアンテナ５によって生じた磁界８の多くが
遠方まで拡がらないように引き込ませて遠方で電磁界強
度を抑制すべく、主コイル若しくはスパイラルアンテナ
５の外側（周囲）に設置された対なる補助コイル若しく
はスパイラルアンテナを示す。補助コイル若しくはスパ
イラルアンテナ６に流す電流の向きは、主コイル若しく
はスパイラルアンテナ５に流す電流の向きと同じ方向で
ある。そして補助コイル若しくはスパイラルアンテナ７
に流す電流の向きは、補助コイル若しくはスパイラルア
ンテナ６に流す電流の向きと逆方向とする。その結果、
主コイル若しくはスパイラルアンテナ５によって生じた
磁界８の多くが、対なる補助コイル若しくはスパイラル
アンテナ６、７によって引き込まれることになり、遠方
での電界強度は打ち消されて弱くなり、放射電界が電波
法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足
させて、主コイル若しくはスパイラルアンテナ５に流す
電流値の上限値を大きくして通信可能な範囲を拡大する
ことができる。即ち、主コイル若しくはスパイラルアン
テナ５によって生じた磁界８の多くが、対なる補助コイ
ル若しくはスパイラルアンテナ６、７によって引き込ま
れることになり、遠方で電磁界強度が打ち消されて抑制
され、近傍においては主コイル若しくはスパイラルアン
テナ５による電磁界が包まれるように発生することにな
り、主コイル若しくはスパイラルアンテナ５に流す電流
値を大きくしてこの電磁界を強めても上記電波法の規制
値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ）を満足させるこ
とができ、その結果、通信可能な範囲、近接無線カード
２をリーダ／ライタ１から離す距離を拡大することがで
きる。即ち、ＩＣカード２への動作電力供給と通信用信
号の送信又は送受信との両方を行うリーダまたは／およ
びライタ１であって、複数のコイル若しくはスパイラル
アンテナ５、６、７に対して同方向逆位相若しくは逆方
向同位相の電流を分布させることにより、互いに逆位相
成分となる磁界を発生させてその指向性合成により、互
いに干渉しない非常に近傍な領域では電力伝送及び良好
な通信を可能とし、遠方では互いに干渉し、打ち消し合
うことから放射電界を抑制するアンテナ１０１を備え
た。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、電力伝送波について電
波防護規格を十分余裕をもって満足させてリーダまたは
／およびライタ装置から例えば５ｍＷ程度のＣＰＵ等消
費電力の大きな近接無線カード（ＩＣカード）に電力を
伝送できると共に、リーダまたは／およびライタ装置と
近接無線カードとの間において無線による通信を行うこ
とができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリーダ／ライタ装置と近接無線カ
ード（ＩＣカード）との間において無線によって電力伝
送し、無線によって通信を行う電力伝送・通信方式を示
した概略構成斜視図である。

【図２】本発明に係るリーダ／ライタ装置と近接無線カ
ード（ＩＣカード）との間において無線によって電力伝
送し、無線によって通信を行う装置（システム）の一実
施の形態を示す構成図である。

【図３】本発明に係るリーダ／ライタ装置と近接無線カ
ード（ＩＣカード）との間において無線によって電力伝
送し、無線によって通信を行う装置（システム）の他の
一実施の形態を示す構成図である。

【図４】図２に示す人体またはカード検知と制御信号と
の関係を示した図である。

【図５】本発明に係る電力伝送波とデータ通信変調波と
の関係を示す図である。

【図６】本発明に係るリーダ／ライタ装置に設置された
Ｒ／Ｗコイル（アンテナ）の基本構成を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明に係るリーダ／ライタ装置における電力
伝送の制御フローを示す図である。

【符号の説明】

１…リーダ／ライタユニット、２…近接無線カード（Ｉ
Ｃカード：非接触カード）、５…主コイル若しくはスパ
イラルアンテナ、６、７…補助コイル若しくはスパイラ
ルアンテナ、１０１…Ｒ／Ｗコイル（アンテナ）、１０
２…整合回路（通電回路）、１０５…電源、１０７…符
号化回路、１０８…変調器、１０９…送信アンプ、１１
０…フィルタ回路、１１１…受信アンプ、１１２…復調
器、１１３…復号化回路、２０１…カードコイル、２０
２…無線チップ、２０３…整合・整流回路、２０４…電
源回路、２０６…クロック抽出回路、２０７…ＬＰＦ回
路、２０９…ロードスイッチング回路、２１０…ＣＰＵ
＋インターフェースチップ、２１４…マイコン、２３１
…人体検知又はカード検知手段、２３２…出力制御回
路、２３４…受信電力監視・制御回路、２３６…受信電
力レベル検出回路、２３７…表示手段、２３８…インダ
クタンス、２４０…通信制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幕内 雅己 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 吉野 亮三 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リーダまたは／およびライタ装置からＩＣ
   カードに電磁波を用いて電力を伝送し、リーダまたは／
   およびライタ装置とＩＣカードとの間で通信用信号の送
   信又は送受信を電磁波を用いて行う電力伝送・通信シス
   テムであって、前記装置から出力される電磁波による磁
   界強度を制御することを特徴とする電力伝送・通信シス
   テム。
2. 【請求項２】リーダまたは／およびライタ装置からＩＣ
   カードに電磁波を用いて電力を伝送し、リーダまたは／
   およびライタ装置とＩＣカードとの間で通信用信号の送
   信又は送受信を電磁波を用いて行う電力伝送・通信シス
   テムであって、前記装置から出力される電磁波による電
   力の大きさを制御することを特徴とする電力伝送・通信
   システム。
3. 【請求項３】リーダまたは／およびライタ装置からＩＣ
   カードに電磁波を用いて電力を伝送し、リーダまたは／
   およびライタ装置とＩＣカードとの間で通信用信号の送
   信又は送受信を電磁波を用いて行う電力伝送・通信シス
   テムであって、前記装置から出力される電磁波による電
   力の大きさおよび電力伝送の時間を制御することを特徴
   とする電力伝送・通信システム。
4. 【請求項４】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電
   力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波
   を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であっ
   て、前記電磁波による磁界強度を制御する制御手段を備
   えたことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装
   置。
5. 【請求項５】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電
   力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波
   を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であっ
   て、前記電磁波による電力の大きさを制御する制御手段
   を備えたことを特徴とするリーダまたは／およびライタ
   装置。
6. 【請求項６】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電
   力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波
   を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であっ
   て、前記電磁波による電力の大きさおよび電力伝送の時
   間を制御する制御手段を備えたことを特徴とするリーダ
   または／およびライタ装置。
7. 【請求項７】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電
   力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波
   を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であっ
   て、人体またはＩＣカードを検知する検知手段と、該検
   知手段によって検知された信号に基いて前記電磁波によ
   る磁界強度を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
   するリーダまたは／およびライタ装置。
8. 【請求項８】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電
   力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波
   を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であっ
   て、人体またはＩＣカードを検知する検知手段と、ＩＣ
   カードとの間の通信終了を判定する通信制御回路と、前
   記検知手段によって検知された信号に基いて電力伝送の
   開始時間を制御し、前記通信制御回路において通信終了
   と判定されたとき電力伝送の終了時間を制御する制御手
   段とを備えたことを特徴とするリーダまたは／およびラ
   イタ装置。
9. 【請求項９】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作電
   力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁波
   を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であっ
   て、人体またはＩＣカードを検知する検知手段と、ＩＣ
   カードとの間の通信終了を判定し、ＩＣカードから異種
   カードであるか否かの応答を受ける通信制御回路と、前
   記検知手段によって検知された信号に基いて電力伝送の
   開始時間を制御し、前記通信制御回路が異種カードとの
   応答を受けたとき電力伝送の終了時間を制御し、前記通
   信制御回路において通信終了と判定されたとき電力伝送
   の終了時間を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
   するリーダまたは／およびライタ装置。
10. 【請求項１０】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作
    電力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁
    波を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であ
    って、前記ＩＣカードから電磁波によって受信されるＩ
    Ｃカードへの電力受信レベルの情報に基いて前記電磁波
    による磁界強度を制御する制御手段を備えたことを特徴
    とするリーダまたは／およびライタ装置。
11. 【請求項１１】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作
    電力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁
    波を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であ
    って、前記ＩＣカードから電磁波によって受信されるＩ
    Ｃカードへの電力受信レベルの情報に基いて前記電磁波
    による磁界強度をＯＮ、ＯＦＦを制御する制御手段を備
    えたことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装
    置。
12. 【請求項１２】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作
    電力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁
    波を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であ
    って、前記ＩＣカードから電磁波によって受信されるＩ
    Ｃカードへの電力受信レベルの情報に基いて前記電磁波
    による電力の大きさまたは電力伝送の時間を制御する制
    御手段を備えたことを特徴とするリーダまたは／および
    ライタ装置。
13. 【請求項１３】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作
    電力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁
    波を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であ
    って、前記ＩＣカードから電磁波によって受信されるＩ
    Ｃカードへの電力受信レベルの情報に基いて前記電磁波
    による電流または電圧の振幅を制御する制御手段を備え
    たことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置。
14. 【請求項１４】ＩＣカードとの間で、ＩＣカードの動作
    電力供給と通信用信号の送信又は送受信との両方を電磁
    波を発生して行うリーダまたは／およびライタ装置であ
    って、人体またはＩＣカードを検知する検知手段と、Ｉ
    Ｃカードとの間の通信終了を判定し、ＩＣカードからＩ
    Ｃカードへの電力受信レベルの情報を受ける通信制御回
    路と、前記検知手段によって検知された信号に基いて電
    力伝送の開始時間を制御し、前記通信制御回路において
    受けた電力受信レベルの情報に基いて電力伝送の強度を
    制御し、前記通信制御回路において通信終了と判定され
    たとき電力伝送の終了時間を制御する制御手段とを備え
    たことを特徴とするリーダまたは／およびライタ装置。
15. 【請求項１５】請求項４または５または６または７また
    は８または９または１０または１１または１２または１
    ３または１４記載のリーダまたは／およびライタ装置に
    おいて、電力伝送用の信号を発生する電源部と、該電源
    部から得られる信号を変調させる変調器と、該変調器か
    ら得られる信号に基いて給電する給電回路と、該給電回
    路によって給電された電流に応じた前記電磁波を発生す
    るコイル又はスパイラルアンテナとを有することを特徴
    とするリーダまたは／およびライタ装置。
16. 【請求項１６】請求項４または５または６または７また
    は８または９または１０または１１または１２または１
    ３または１４記載のリーダまたは／およびライタ装置に
    おいて、電力伝送用の信号を発生する電源部と、入力さ
    れた送信用データを符号化する符号化回路と、前記電源
    部から得られる信号を振幅変調して重畳させる変調器
    と、該変調器から得られる信号に基いて給電する給電回
    路と、該給電回路によって給電された電流に応じた前記
    電磁波を発生するコイル又はスパイラルアンテナとを有
    することを特徴とするリーダまたは／およびライタ装
    置。
17. 【請求項１７】電磁波によって電力を受ける受信部と、
    該受信部で受けた電力を整流して直流電圧に変換して供
    給する整流電源回路と、該整流電源回路から得られる受
    信電力レベルを検出する受信電力レベル検出回路と、該
    受信電力レベル検出回路で検出された受信電力レベルに
    応じた情報を作成するマイコンと、該マイコンから出力
    される受信電力レベルに応じた情報を復号化する復号化
    回路と、該復号化回路から得られる受信電力レベルに応
    じた復号化信号に基いて変調させて電磁波によって送信
    する送信部とを備えたことを特徴とするＩＣカード。
18. 【請求項１８】請求項１０または１１または１２または
    １３記載のリーダまたは／およびライタ装置において、
    前記ＩＣカードは、電磁波によって電力を受ける受信部
    と、該受信部で受けた電力を整流して直流電圧に変換し
    て供給する整流電源回路と、該整流電源回路から得られ
    る受信電力レベルを検出する受信電力レベル検出回路
    と、該受信電力レベル検出回路で検出された受信電力レ
    ベルに応じた情報を作成するマイコンと、該マイコンか
    ら出力される受信電力レベルに応じた情報を復号化する
    復号化回路と、該復号化回路から得られる受信電力レベ
    ルに応じた復号化信号に基いて変調させて電磁波によっ
    て送信する送信部とを備え、前記電力受信レベルの情報
    を電磁波によって提供することを特徴とするリーダまた
    は／およびライタ装置。
19. 【請求項１９】請求項４または５または６または７また
    は８または９または１０または１１または１２または１
    ３または１４記載のリーダまたは／およびライタ装置に
    おいて、電力伝送用の信号を発生する電源部と、該電源
    部から得られる信号を変調させる変調器と、該変調器か
    ら得られる信号を増幅し、且つ前記制御手段を構成する
    増幅器と、該増幅器から得られる信号に基いて給電する
    給電回路と、該給電回路によって給電された電流に応じ
    た前記電磁波を発生するコイル又はスパイラルアンテナ
    と、を有することを特徴とするリーダまたは／およびラ
    イタ装置。