JP2003030611A - 無線通信モジュール及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は通信可能な距離を大きくすると共に
従来のシステムのリーダライタとの間で通信が可能な無
線通信モジュール及び無線通信方法を提供することを目
的とする。 【解決手段】 交流磁界を発生する読み取り書き込み装
置との間で交流磁界を通信媒体として電磁誘導により非
接触で通信を行う無線通信モジュールであって、電池３
２と、アンテナコイル３１と、電池３２から供給される
電力を利用し、アンテナコイル３１を貫く交流磁界によ
り誘導される交流電流に基づいて前記交流電流に同期し
た搬送波信号を生成する搬送波信号生成手段１４と、電
池３２から供給される電力を利用し搬送波信号生成手段
１４の生成した搬送波信号を送信データで変調し、変調
された信号を前記アンテナコイルに供給する変調手段２
２とを設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】交流磁界を発生する読み取り
書き込み装置との間で、交流磁界を通信媒体として電磁
誘導により非接触で通信を行う無線通信モジュール及び
無線通信方法に関し、非接触ＩＣカードなどに用いられ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非接触ＩＣ力ードは、内蔵電
源を持たず無線通信力ード読み取り書き込み装置（以
下、リーダライタと称する）から電磁誘導により電力供
給を受けている。交流磁界を利用する従来の非接触ＩＣ
力ードは内蔵電源を持たないので、メンテナンスを不要
にすることができる。しかし、リーダライタと非接触Ｉ
Ｃ力ードとの間の通信可能な距離は、電力供給の制約を
受ける。すなわち、電磁誘導により非接触ＩＣ力ードの
アンテナコイルに誘起する電力の大きさがカード内の集
積回路の作動に必要とされる所定電力以上でなければな
らないので、非接触ＩＣ力ードをリーダライタから大き
く離すことはできない。

【０００３】また、リーダライタと非接触ＩＣ力ードと
の間では、データ通信についても電磁誘導を利用して行
っている。そのため、リーダライタと非接触ＩＣ力ード
とが大きく離れると、それらのアンテナコイル間の磁気
結合が弱くなり、受信される信号のレベルが小さくなり
通信が不可能になる。従って、非接触ＩＣ力ードをリー
ダライタから大きく離した状態では通信ができない。

【０００４】従来の装置においては、各部の信号波形は
図１０のようになる。図１０において、Ｒ／Ｗはリーダ
ライタを表し、カードは非接触ＩＣ力ードを表してい
る。このように、電磁誘導を利用する非接触ＩＣ力ード
を用いるシステムでは、リーダライタはカードとの間で
通信している間、常にキャリア（搬送波）である交流磁
界を送信し続ける。

【０００５】非接触ＩＣ力ードには、アンテナコイルが
内蔵されている。非接触ＩＣ力ードは、交流磁界（キャ
リア）によってアンテナコイルに誘起する電流から、カ
ード内の電気回路の動作に必要な電力を得る。非接触Ｉ
Ｃ力ードは、交流磁界により動作に必要な電力の供給を
受けながら、その交流磁界を利用してリーダライタとの
間で情報の伝送を行う。

【０００６】リーダライタが情報を送信する場合には、
送出するキャリアの振幅に直接変調をかける。従って、
変調されたキャリアが非接触ＩＣ力ードのアンテナコイ
ルで受信される。一方、非接触ＩＣ力ードがリーダライ
タに対して情報を送信する場合には、次のように動作す
る。

【０００７】リーダライタは、無変調のキャリアを送出
し続ける。送信された無変調のキャリアは、非接触ＩＣ
力ードのアンテナコイルで交流磁界として受信される。
そして、非接触ＩＣ力ードのアンテナコイルには、それ
を貫く磁界を打ち消す方向に誘導電流が流れる。この誘
導電流によって磁界が発生し、リーダライタの送出する
交流磁界を打ち消すので、誘導電流に相当する分だけ、
交流磁界の強度は低下する。

【０００８】このような交流磁界の強度変化は、リーダ
ライタ側でも検出することができる。また、交流磁界の
強度変化は非接触ＩＣ力ードのアンテナコイルに流れる
誘導電流の大きさに対応するので、誘導電流の大きさを
変えれば交流磁界の強度を変化させることができる。そ
こで、非接触ＩＣ力ードの送信するデータに対応付けて
誘導電流の大きさを切り替える。これにより、リーダラ
イタは交流磁界の強度変化から非接触ＩＣ力ードの送信
データを読み取ることができる。

【０００９】実際には、抵抗器，コンデンサ，スイッチ
などを非接触ＩＣ力ードに搭載し、誘導電流を流す経路
と流さない経路とをスイッチで切り替えて誘導電流の大
きさを切り替えている。これにより、リーダライタの送
出するキャリアに非接触ＩＣ力ード側で信号を乗せてデ
ータを送信することができる。

【００１０】また、現実には図９に示すような信号波形
が、リーダライタと非接触ＩＣ力ードとの間の通信のた
めに国際標準として規定されている。すなわち、ＡＳＫ
（Amplitude Shift Keying）の変調度が１００％のタイ
プＡと、ＡＳＫの変調度が１０％のタイプＢとの２種類
の方式が規定されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、リーダ
ライタと非接触ＩＣ力ードとの間で通信する場合の伝送
手段としてはアンテナコイルを用いた磁気結合が採用さ
れている。従って、リーダライタと非接触ＩＣ力ードと
の間の距離が長くなると、アンテナコイル間の磁気結合
が小さくなり、非接触ＩＣ力ードの受け取る電力が低下
すると共に、非接触ＩＣ力ードから送信される信号のＳ
／Ｎ比が低下する。そのため、リーダライタと非接触Ｉ
Ｃ力ードとの間の通信距離が制限されている。

【００１２】リーダライタと非接触ＩＣ力ードとの間の
通信距離を長くするためには、アンテナコイル間の磁気
結合を大きくする必要があり、リーダライタ側のアンテ
ナ径を大きくする方法や、リーダライタ側のアンテナコ
イルに流れる電流を増やす方法などが考えられる。しか
しながら、アンテナ径を大きくする場合には次のような
問題がある。

【００１３】（１）装置やカードの大型化が避けられな
い。 （２）ノイズを拾いやすくなる。 （３）磁束密度が低下し、既存の非接触ＩＣ力ードが使
えない可能性がある。 また、アンテナコイルに流れる電流を増やす場合には、
電波法の規定によって出力可能な電界強度が制限されて
いるので、大きな電流を流すことができない。

【００１４】本発明は、通信可能な距離を大きくすると
共に、従来のシステムのリーダライタとの間で通信が可
能な無線通信モジュール及び無線通信方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１は、交流磁界を
発生する読み取り書き込み装置との間で、交流磁界を通
信媒体として、電磁誘導により非接触で通信を行う無線
通信モジュールであって、電池と、アンテナコイルと、
前記電池から供給される電力を利用し、前記アンテナコ
イルを貫く交流磁界により誘導される交流電流に基づい
て、前記交流電流に同期した搬送波信号を生成する搬送
波信号生成手段と、前記電池から供給される電力を利用
し、前記搬送波信号生成手段の生成した搬送波信号を送
信データで変調し、変調された信号を前記アンテナコイ
ルに供給する変調手段とを設けたことを特徴とする。

【００１６】請求項１の無線通信モジュールは、カード
上に搭載し非接触ＩＣ力ードとして利用することができ
る。また、この無線通信モジュールは電池を搭載し、そ
の電力を用いて変調された信号をアンテナコイルから送
信する。無線通信モジュールの信号送信に用いられる搬
送波信号は、読み取り書き込み装置から送信され無線通
信モジュールのアンテナコイルで受信された搬送波信号
と同期するように制御される。従って、無線通信モジュ
ールのアンテナコイルで受信された信号と、無線通信モ
ジュールの変調手段から出力される信号とはアンテナコ
イル上で重なり増幅される。

【００１７】増幅された信号が読み取り書き込み装置の
検出する磁界の大きさに影響を及ぼすので、増幅された
分だけ、読み取り書き込み装置は従来の非接触ＩＣ力ー
ドを用いる場合に比べて大きな信号を検出できる。従っ
て、読み取り書き込み装置と非接触ＩＣ力ードとの間の
通信可能な距離を大きくすることができる。また、距離
が大きくなって非接触ＩＣ力ードのアンテナコイルが受
信する電力が非常に小さくなった場合でも、電池から電
力が供給されるので、非接触ＩＣ力ード上の電気回路は
正常な動作状態を維持することができる。

【００１８】また、無線通信モジュールのアンテナコイ
ルが受信した電力よりも大きな電力を電池から得ること
ができるので、大きな電力を変調手段からアンテナコイ
ルに供給することができる。このため、受信した信号に
対して逆相の信号を変調手段からアンテナコイルに供給
する場合には、アンテナコイルが検出した交流磁界によ
りアンテナコイルに流れる誘導電流とは反対の方向に電
流を流し、読み取り書き込み装置から送出された磁界を
非接触ＩＣ力ード側で増幅することもできる。

【００１９】請求項２は、交流磁界を発生する読み取り
書き込み装置との間で、交流磁界を通信媒体として、電
磁誘導により非接触で通信を行う無線通信モジュールで
あって、外部電源と接続可能な電力供給手段と、アンテ
ナコイルと、前記電力供給手段から供給される電力を利
用し、前記アンテナコイルを貫く交流磁界により誘導さ
れる交流電流に基づいて、前記交流電流に同期した搬送
波信号を生成する搬送波信号生成手段と、前記電力供給
手段から供給される電力を利用し、前記搬送波信号生成
手段の生成した搬送波信号を送信データで変調し、変調
された信号を前記アンテナコイルに供給する変調手段と
を設けたことを特徴とする。

【００２０】請求項２の無線通信モジュールは、請求項
１と同様にカード上に搭載し非接触ＩＣ力ードとして利
用することができる。また、この無線通信モジュールは
電力供給手段を介して外部電源から電力を取り入れ、そ
の電力を用いて変調された信号をアンテナコイルから送
信する。無線通信モジュールの信号送信に用いられる搬
送波信号は、読み取り書き込み装置から送信され無線通
信モジュールのアンテナコイルで受信された搬送波信号
と同期するように制御される。従って、無線通信モジュ
ールのアンテナコイルで受信された信号と、無線通信モ
ジュールの変調手段から出力される信号とはアンテナコ
イル上で重なり増幅される。

【００２１】増幅された信号が読み取り書き込み装置の
検出する磁界の大きさに影響を及ぼすので、増幅された
分だけ、読み取り書き込み装置は従来の非接触ＩＣ力ー
ドを用いる場合に比べて大きな信号を検出できる。従っ
て、読み取り書き込み装置と非接触ＩＣ力ードとの間の
通信可能な距離を大きくすることができる。

【００２２】また、距離が大きくなって非接触ＩＣ力ー
ドのアンテナコイルが受信する電力が非常に小さくなっ
た場合でも、外部電源から電力が供給されるので、非接
触ＩＣ力ード上の電気回路は正常な動作状態を維持する
ことができる。また、無線通信モジュールのアンテナコ
イルが受信した電力よりも大きな電力を電池から得るこ
とができるので、大きな電力を変調手段からアンテナコ
イルに供給することができる。このため、受信した信号
に対して逆相の信号を変調手段からアンテナコイルに供
給する場合には、アンテナコイルが検出した交流磁界に
よりアンテナコイルに流れる誘導電流とは反対の方向に
電流を流し、読み取り書き込み装置から送出された磁界
を非接触ＩＣ力ード側で増幅することもできる。

【００２３】請求項３は、請求項１又は請求項２の無線
通信モジュールにおいて、前記アンテナコイルが受信す
る磁界強度を検出する磁界強度検出手段と、前記磁界強
度検出手段の検出した磁界強度に応じて、前記搬送波信
号生成手段の生成した搬送波信号の大きさもしくは増幅
度を自動的に変更する搬送波制御手段とを更に設けたこ
とを特徴とする。

【００２４】請求項３においては、磁界強度検出手段が
アンテナコイルの受信する磁界強度を検出する。また、
搬送波制御手段は前記磁界強度検出手段の検出した磁界
強度に応じて、前記搬送波信号生成手段の生成した搬送
波信号の大きさもしくは増幅度を自動的に変更する。こ
のため、例えば読み取り書き込み装置と非接触ＩＣ力ー
ドとの間の距離が長い場合のように、アンテナコイルの
受信した磁界強度が非常に小さい場合にはより大きな搬
送波信号及び変調信号を生成することにより、読み取り
書き込み装置が受信する信号強度を増大し、受信品質を
改善することができる。

【００２５】また、例えば読み取り書き込み装置と非接
触ＩＣ力ードとの間の距離が近い場合のように、アンテ
ナコイルの受信した磁界強度が非常に大きい場合には搬
送波信号及び変調信号のレベルを抑制することにより、
読み取り書き込み装置が受信する信号強度が過大になる
のを防止し、受信品質を改善することができる。

【００２６】請求項４は、請求項１又は請求項２の無線
通信モジュールにおいて、前記搬送波信号生成手段は前
記アンテナコイルに誘導する交流電流と同相の搬送波信
号を生成することを特徴とする。請求項４においては、
アンテナコイルに誘導する交流電流と搬送波信号生成手
段の生成する搬送波信号とが同相になるため、両者の信
号がアンテナコイル上で重なり加算される。これによ
り、無線通信モジュールの送信する信号が増幅される。

【００２７】請求項５は、請求項１又は請求項２の無線
通信モジュールにおいて、前記搬送波信号生成手段は前
記アンテナコイルに誘導する交流電流と逆相で前記交流
電流よりも電力の大きい搬送波信号を生成することを特
徴とする。請求項５においては、アンテナコイルに誘導
する交流電流と搬送波信号生成手段の生成する搬送波信
号とが逆相になるため、両者の信号がアンテナコイル上
で重なり減算される。搬送波信号及び送信する変調信号
が受信信号よりも大きい場合には、アンテナコイルを貫
く磁界を打ち消す方向の電流は流れず、逆にアンテナコ
イルを貫く磁界を増幅する方向に電流が流れる。

【００２８】請求項６は、請求項１又は請求項２の無線
通信モジュールにおいて、前記アンテナコイルに誘導さ
れる交流電流から直流電力を生成する電力受信回路と、
前記アンテナコイルに誘導される交流電流の負荷経路を
送信データに従って切り替える負荷スイッチ手段とを更
に設けたことを特徴とする。請求項６においては、電力
受信回路はアンテナコイルに誘導される交流電流から直
流電力を生成する。また、負荷スイッチ手段はアンテナ
コイルに誘導される交流電流の負荷経路を送信データに
従って切り替える。従って、従来の非接触ＩＣ力ードと
同様の動作も行うことができる。そのため、電池が消耗
した場合や外部電源の接続が不可能な場合であっても、
無線通信モジュールと読み取り書き込み装置との間で通
信することができる。

【００２９】請求項７は、請求項１，請求項２，請求項
３，請求項４，請求項５及び請求項６のいずれかの無線
通信モジュールにおいて、カード形状のケースに搭載し
たことを特徴とする。請求項７においては、無線通信モ
ジュールを非接触ＩＣ力ードとして利用できる。

【００３０】請求項８の無線通信方法は、交流磁界を発
生する読み取り書き込み装置との間で、交流磁界を通信
媒体として、電磁誘導により非接触で通信を行う無線通
信モジュールの制御に用いる無線通信方法であって、無
線通信モジュールに搭載されたアンテナコイルを貫く交
流磁界により誘導される交流電流に基づいて、前記交流
電流に同期した搬送波信号を生成し、前記搬送波信号を
送信データで変調し、変調された信号を前記アンテナコ
イルに供給して信号を送信することを特徴とする。

【００３１】請求項８の無線通信方法を用いることによ
り、請求項１及び請求項２と同様の無線通信モジュール
の動作を実現できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の無
線通信モジュール及び無線通信方法の１つの実施の形態
について、図１〜図４及び図８を参照して説明する。こ
の形態は、請求項１，請求項４，請求項７及び請求項８
に対応する。

【００３３】図１はこの形態の無線通信モジュールの構
成を示すブロック図である。図２はシステムの構成例を
示す斜視図である。図３はこの形態の無線通信モジュー
ルの動作を示すフローチャートである。図４はこの形態
の信号波形を示すタイムチャートである。図８は各アン
テナコイルの電流を示す模式図である。

【００３４】この形態では、請求項１の電池，アンテナ
コイル，搬送波信号生成手段及び変調手段は、それぞれ
内部電源３２，アンテナコイル３１，クロック生成回路
１４及び変調回路２２に対応する。この形態では、図２
に示すようなシステムを用いることを想定している。す
なわち、非接触ＩＣカード５１はリーダライタ５２との
間で非接触で通信を行う。リーダライタ５２には、それ
を制御するために上位装置５３（例えばパソコン）が接
続されている。

【００３５】非接触ＩＣカード５１とリーダライタ５２
との間では電磁誘導を用いて通信を行う。そのため、リ
ーダライタ５２にはアンテナコイル６１が設けてある。
また、非接触ＩＣカード５１にはアンテナコイル３１を
含む無線通信モジュールが組み込まれている。この無線
通信モジュールの構成が図１に示されている。図１に示
すように、この無線通信モジュールには受信部１０，送
信部２０，アンテナコイル３１，内部電源３２及び制御
回路３３が備わっている。

【００３６】また、受信部１０には受信増幅回路１１，
復調回路１２，復号化回路１３及びクロック生成回路１
４が設けてあり、送信部２０には符号化回路２１，変調
回路２２及び送信増幅回路２３が設けてある。一般的な
非接触ＩＣカードの場合には、電磁誘導により受信され
る電力をカード上の電気回路の電源電力として利用す
る。しかし、図１の無線通信モジュールは内部電源３２
を備えているので、内部電源３２から供給される電力を
電源として利用できる。内部電源３２としてはこの例で
は電池を用いている。

【００３７】内部電源３２からの電源電力は、受信部１
０，送信部２０及び制御回路３３の各回路に供給され
る。受信増幅回路１１は、アンテナコイル３１で受信さ
れた信号を増幅する。復調回路１２は、受信増幅回路１
１で増幅された受信信号を復調する。復号化回路１３は
復調回路１２の復調出力に現われる受信信号を復号し、
リーダライタ５２から送信されたディジタル信号を再生
する。

【００３８】また、クロック生成回路１４は、受信増幅
回路１１から出力される受信信号に基づいて、クロック
信号を生成する。このクロック信号は、一定の周期で周
期的に変化する２値信号であり、外部から印加される磁
界によってアンテナコイル３１に誘導する交流電流（受
信信号）と周波数が等しく位相が同期している。また、
この例では受信信号とクロック信号とは同相である。

【００３９】制御回路３３は、例えばマイクロプロセッ
サのような論理回路で構成され、予め定めたディジタル
処理を実施する。すなわち、受信部１０から入力される
受信信号の内容を解析し、その内容に応じた応答信号の
送信データを生成する。この送信データが、送信部２０
の符号化回路２１に入力される。符号化回路２１は、制
御回路３３から入力される送信データを符号化した信号
を生成する。符号化された送信データの信号は、変調回
路２２で変調される。変調回路２２には、クロック生成
回路１４が生成したクロック信号が搬送波（キャリア）
として印加される。

【００４０】すなわち、変調回路２２はクロック信号を
符号化回路２１から出力される送信データの信号で振幅
変調する。変調回路２２が出力する変調信号は、送信増
幅回路２３で増幅され、アンテナコイル３１に供給され
る。クロック生成回路１４が生成するクロック信号は外
部磁界によってアンテナコイル３１に誘導する交流の受
信信号と周波数が等しく位相が同期しているので、送信
部２０からアンテナコイル３１に供給される変調された
送信信号は、前記受信信号と周波数が等しく位相も同期
している。

【００４１】このため、図８に示すように、アンテナコ
イル３１に流れる受信信号の電流成分と送信信号の電流
成分とは常に同じ向きに流れる。すなわち、受信信号の
電流成分と送信信号の電流成分とが加算されてアンテナ
コイル３１に流れる。

【００４２】受信信号の電流成分は、外部磁界（リーダ
ライタ５２の送信信号）によってアンテナコイル３１に
誘起した誘導電流であり、外部磁界を打ち消す方向の電
流である。従って、送信部２０から出力される送信信号
の電流成分も、外部磁界を打ち消す方向に働く。いずれ
にしても、アンテナコイル３１に流れる電流の大きさ
は、受信信号の電流成分と送信信号の電流成分とを加算
した結果であるので、受信信号の電流成分だけを利用す
る場合と比べてレベルが大きくなる。従って、非接触Ｉ
Ｃカード５１からリーダライタ５２に向かってより大き
な信号を送信することができ、非接触ＩＣカード５１と
リーダライタ５２との距離を従来より大きくしても通信
が可能になる。

【００４３】実際には、非接触ＩＣカード５１の変調時
と無変調時とでリーダライタ５２の受信レベルにより大
きな変化が現れるように、送信部２０がアンテナコイル
３１に流す電流を制御している。制御の方法には次の
（１），（２）の２種類がある。 （１）非接触ＩＣカード５１が送信のために変調すると
き（ロードスイッチのオン状態に相当）には送信部２０
からアンテナコイル３１に電流を流し、無変調時には送
信部２０が出力する電流を止める。これにより、リーダ
ライタ５２の受信レベルは非接触ＩＣカード５１が変調
信号を送信するときには非常に小さくなり、無変調時に
は比較的大きくなるので、変調波と無変調波との振幅の
差が大きく、長距離の通信が可能になる。

【００４４】（２）非接触ＩＣカード５１が無変調の信
号を送信するときには、送信部２０からアンテナコイル
３１に電流を流し、変調するとき（ロードスイッチのオ
ン状態に相当）には送信部２０が出力する電流を止め
る。これにより、リーダライタ５２の受信レベルは非接
触ＩＣカード５１が無変調信号を送信するときには非常
に小さくなり、変調時には比較的大きくなるので、変調
波と無変調波との振幅の差が大きく、長距離の通信が可
能になる。

【００４５】非接触ＩＣカード５１及びリーダライタ５
２の各部の信号波形について、図４を参照しながら説明
する。なお、図４に示すカード及びＲ／Ｗは、それぞれ
非接触ＩＣカード５１及びリーダライタ５２に対応す
る。リーダライタ５２は、非接触ＩＣカード５１との間
で通信する間、常にキャリア（搬送波）である交流磁界
を送信し続ける。リーダライタ５２が受信状態のときに
は、無変調のキャリア（Ｗ１２）がリーダライタ５２か
ら送信され、リーダライタ５２が送信するときには、リ
ーダライタ５２の送信データに応じてキャリアが振幅変
調される（Ｗ１１）。

【００４６】このキャリア及び変調信号が距離などに応
じて減衰し、非接触ＩＣカード５１のアンテナコイル３
１で受信される（Ｗ２１，Ｗ２２）。非接触ＩＣカード
５１が送信するときには、アンテナコイル３１で受信さ
れた信号（Ｗ２２）に基づいて送信動作を行う。すなわ
ち、受信信号（Ｗ２２）に同期したクロック信号がクロ
ック生成回路１４で生成され、このクロック信号を送信
用のキャリアとして変調回路２２が利用する。

【００４７】制御回路３３が出力する送信データは、符
号化回路２１で符号化され、変調回路２２に入力され
る。従って、前記クロック信号をキャリアとして送信デ
ータで変調した変調信号が変調回路２２の出力に得られ
る。この変調信号は送信増幅回路２３で増幅され、送信
出力としてアンテナコイル３１に供給される（Ｗ３）。
非接触ＩＣカード５１上の電気回路は内部電源３２の電
力を利用するので、アンテナコイル３１に供給される送
信出力（Ｗ３）の振幅は、受信信号（Ｗ２２）よりも大
きくすることができる。また、送信出力（Ｗ３）と受信
信号（Ｗ２２）とは同相で同期しているので、両者を加
算した結果がリーダライタ５２の受信に影響を及ぼす。

【００４８】また、アンテナコイル３１の受信信号（Ｗ
２２）はアンテナコイル３１を貫く磁界を打ち消す方向
の電流であるので、非接触ＩＣカード５１の送信出力
（Ｗ３）の位相はリーダライタ５２の送出したキャリア
（Ｗ１２）とは逆相になる。

【００４９】非接触ＩＣカード５１の送信出力（Ｗ３）
は距離などに応じて減衰し、リーダライタ５２のアンテ
ナコイルで受信される（Ｗ４）。また、実際にリーダラ
イタ５２が検出する受信波形（Ｗ５）は、リーダライタ
５２自身が送出したキャリア（Ｗ１２）から非接触ＩＣ
カード５１側の送信成分（Ｗ４）を減算した結果にな
る。

【００５０】いずれにしても、非接触ＩＣカード５１の
送信出力（Ｗ３）は、非接触ＩＣカード５１の受信信号
（Ｗ２２）よりも大きくなるので、リーダライタ５２は
より振幅（強度変化）の大きな信号として非接触ＩＣカ
ード５１からの信号（Ｗ４，Ｗ５）を受信できる。従っ
て、非接触ＩＣカード５１とリーダライタ５２との間の
距離が長くなった場合でも通信が可能である。

【００５１】しかも、非接触ＩＣカード５１は内部電源
３２の電力を利用しているので、非接触ＩＣカード５１
とリーダライタ５２との間の距離が長くなって非接触Ｉ
Ｃカード５１の受信電力が小さくなった場合でも、非接
触ＩＣカード５１内部の電気回路を動作させ通信を行う
ことができる。図１に示す無線通信モジュールの動作は
図３のようになる。図１の各ステップについて、以下に
説明する。

【００５２】ステップＳ１１では、リーダライタ５２か
ら送出された磁界をアンテナコイル３１で受信する。ス
テップＳ１２では、外部磁界によりアンテナコイル３１
に誘起した誘導電流の信号を受信増幅回路１１で増幅す
る。ステップＳ１３では、受信増幅回路１１が出力する
信号に基づいて、受信信号に同期したクロック信号をク
ロック生成回路１４で生成する。

【００５３】ステップＳ１４では、受信増幅回路１１の
出力に現れる受信信号を復調回路１２で復調する。ステ
ップＳ１５では、復調回路１２で復調された受信信号を
復号し、受信したディジタル信号を再生する。

【００５４】ステップＳ１６では、復号化回路１３から
出力される受信信号の情報を制御回路３３で解析し、予
め定めたコマンドを受信したか否かを調べる。ステップ
Ｓ１７では、受信したコマンドに応じたレスポンスの送
信データを制御回路３３で作成する。ステップＳ１８で
は、制御回路３３が出力する送信データを符号化回路２
１で符号化する。

【００５５】ステップＳ１９では、変調回路２２におい
てクロック生成回路１４から出力されるクロック信号を
符号化回路２１から出力される送信データの信号を用い
て変調する。ステップＳ２０では、変調回路２２から出
力される変調信号を送信増幅回路２３で増幅する。

【００５６】ステップＳ２１では、送信増幅回路２３か
ら出力される変調信号をアンテナコイル３１に供給し、
アンテナコイル３１から送信する。 （第２の実施の形態）本発明の無線通信モジュール及び
無線通信方法のもう１つの実施の形態について、図５を
参照して説明する。この形態は請求項３に対応する。

【００５７】図５はこの形態の無線通信モジュールの構
成を示すブロック図である。この形態は、第１の実施の
形態の変形例である。図５において、図１と対応する要
素は同一の符号を付けて示してある。第１の実施の形態
と同一の構成及び動作については、以下の説明を省略す
る。この形態では、請求項３の磁界強度検出手段及び搬
送波制御手段は、それぞれ電磁波強度検出回路１５及び
送信増幅回路２３Ａに対応する。

【００５８】図５に示すように、この例では受信部１０
に電磁波強度検出回路１５が設けてある。電磁波強度検
出回路１５は、アンテナコイル３１に到来する電磁波の
強度を、アンテナコイル３１に流れる誘導電流の振幅の
大きさとして検出する。送信増幅回路２３Ａは、増幅度
が可変になっている。また、送信増幅回路２３Ａは減衰
度を切替可能な減衰回路を内蔵している。送信増幅回路
２３Ａにおける増幅度及び減衰度は、電磁波強度検出回
路１５の検出した電磁波強度の信号に応じて自動的に切
り替わる。

【００５９】第１の実施の形態のように無線通信モジュ
ールの送出する信号強度が一定である場合には、非接触
ＩＣカード５１とリーダライタ５２との間の距離が大き
くなるに従ってリーダライタ５２の受信する信号の変調
成分の振幅が小さくなる。また、非接触ＩＣカード５１
とリーダライタ５２との間の距離が近すぎる場合には、
無線通信モジュールの送出する信号強度が過大になり、
リーダライタ５２が信号を受信できなくなる。

【００６０】そこで、この形態では、電磁波強度検出回
路１５が検出した電磁波強度に応じて送信増幅回路２３
Ａの増幅度又は減衰度を自動的に調整する。これによ
り、非接触ＩＣカード５１とリーダライタ５２との間の
距離が大きくなり、アンテナコイル３１に到来する電磁
波の強度が小さくなった場合には、送信増幅回路２３Ａ
がより大きな変調信号を出力することになり、リーダラ
イタ５２は非接触ＩＣカード５１から比較的振幅変化の
大きな変調信号を受信することができる。

【００６１】また、非接触ＩＣカード５１とリーダライ
タ５２との間の距離が小さくなり、アンテナコイル３１
に到来する電磁波の強度が過大になった場合には、送信
増幅回路２３Ａにおける増幅度の減少もしくは減衰回路
の作動によって、送信増幅回路２３Ａから出力される変
調信号の振幅が抑制されるので、リーダライタ５２が受
信する変調信号の振幅変化が過大になるのが防止され
る。

【００６２】従って、非接触ＩＣカード５１とリーダラ
イタ５２との距離が長い場合でも、距離が非常に小さく
なった場合でも、非接触ＩＣカード５１の送信出力を自
動的に調整し、通信を行うことができる。 （第３の実施の形態）本発明の無線通信モジュール及び
無線通信方法のもう１つの実施の形態について、図６を
参照して説明する。この形態は請求項６に対応する。

【００６３】図６はこの形態の無線通信モジュールの構
成を示すブロック図である。この形態は、第１の実施の
形態の変形例である。図６において、図１と対応する要
素は同一の符号を付けて示してある。第１の実施の形態
と同一の構成及び動作については、以下の説明を省略す
る。この形態では、請求項６の電力受信回路及び負荷ス
イッチ手段は、それぞれ電力生成回路３５及びロードス
イッチ３４に対応する。

【００６４】図６に示すように、この形態の無線通信モ
ジュールにはロードスイッチ３４，電力生成回路３５及
びモードスイッチ３６が追加されている。この形態で
は、内部電源３２の電池が消耗した場合であっても非接
触ＩＣカード５１とリーダライタ５２との間で通信がで
きるように構成してある。内部電源３２が十分な電力を
供給できる場合の動作は第１の実施の形態と同一であ
る。

【００６５】ロードスイッチ３４は、抵抗器，コンデン
サ，切替スイッチなどを内蔵している。すなわち、従来
の非接触ＩＣカードと同様に、ロードスイッチ３４はア
ンテナコイル３１に流れる誘導電流の負荷経路を、電流
の流れる経路と流れない経路とに切り替えて電流の大き
さに変化を与える。リーダライタ５２の送信によって形
成される交流磁界は、非接触ＩＣカード５１のアンテナ
コイル３１に流れる電流（負荷）の大きさに応じて変化
する。この交流磁界の変化はリーダライタ５２で検出す
ることができる。

【００６６】従って、アンテナコイル３１の電流の経路
を非接触ＩＣカード５１の送信データに応じてスイッチ
ングすることにより、リーダライタ５２の送出するキャ
リアに非接触ＩＣカード５１の送信データの情報を乗せ
てリーダライタ５２に送信することができる。

【００６７】ロードスイッチ３４を利用する場合には、
送信部２０が作動する必要はないので、無線通信モジュ
ールの消費電力を抑制できる。電力生成回路３５は、リ
ーダライタ５２の送信により形成される交流磁界によっ
てアンテナコイル３１に誘導される電流に基づいて、制
御回路３３やロードスイッチ３４の電気回路の動作に必
要な電源電力を生成する。

【００６８】この例では、制御回路３３が内部電源３２
の電池の電圧を監視し、モードスイッチ３６を自動的に
切り替える。すなわち、電池に十分な電力が残っている
ときにはアンテナコイル３１を送信部２０の出力端子と
接続し、電池が消耗した場合にはアンテナコイル３１を
ロードスイッチ３４に接続するようにモードスイッチ３
６を切り替える。

【００６９】（第４の実施の形態）本発明の無線通信モ
ジュール及び無線通信方法のもう１つの実施の形態につ
いて、図７を参照して説明する。この形態は請求項２に
対応する。図７はこの形態の無線通信モジュールの構成
を示すブロック図である。この形態は、第１の実施の形
態の変形例である。図７において、図１と対応する要素
は同一の符号を付けて示してある。第１の実施の形態と
同一の構成及び動作については、以下の説明を省略す
る。

【００７０】この形態では、請求項２の電力供給手段，
アンテナコイル，搬送波信号生成手段及び変調手段は、
それぞれ外部電源端子３８，アンテナコイル３１，クロ
ック生成回路１４及び変調回路２２に対応する。図７に
示すように、この形態では内部電源３２の代わりに外部
電源端子（例えばコネクタ）３８が設けてある。従っ
て、外部電源端子３８を介して外部の電源（例えば電
池）と接続し、無線通信モジュール内の各電気回路に電
力を供給することができる。

【００７１】（第５の実施の形態）本発明の無線通信モ
ジュール及び無線通信方法のもう１つの実施の形態につ
いて説明する。この形態は請求項５に対応する。この形
態の無線通信モジュールの基本的な構成は図１と同一で
ある。但し、一部分の回路の機能が変更されている。す
なわち、この形態のクロック生成回路１４には位相反転
機能が搭載され、クロック生成回路１４は、アンテナコ
イル３１に誘起した誘導電流の位相と逆相のクロック信
号を生成する。

【００７２】また、外部磁界によってアンテナコイル３
１に発生する誘導電流（受信信号）と送信部２０がアン
テナコイル３１に供給する電流とが互いに逆方向である
ため、電流の打ち消しによりあるタイミングによって
は、受信信号からそれに同期したクロックを生成できな
い可能性がある。そこで、この形態ではクロック生成回
路１４にそれ自身で発振する自発振回路を内蔵してい
る。すなわち、クロック生成回路１４は受信信号からそ
れに同期したクロックを生成できないとき（送信部２０
がアンテナコイル３１に電流を流すとき）に自発振回路
の生成したクロック信号を出力する。勿論、自発振回路
の生成するクロック信号についても、クロック生成回路
１４が生成したクロック信号に同期するので、受信信号
の位相に同期するように制御される。

【００７３】変調回路２２はクロック生成回路１４が生
成したクロック信号を搬送波として利用し変調を行うの
で、送信部２０から出力される変調信号の位相は、外部
磁界（リーダライタ５２の送出したキャリア）によって
アンテナコイル３１に発生した誘導電流と逆相になる。
外部磁界によってアンテナコイル３１に発生する誘導電
流（受信信号）は、外部磁界を打ち消す方向に流れる
が、それと逆方向の位相の信号が送信部２０からアンテ
ナコイル３１に供給される。また、内部電源３２から供
給される電源電力を利用するので、送信部２０の出力す
る送信信号は、受信信号の振幅よりも大きくすることが
できる。

【００７４】送信部２０の出力する送信信号が受信信号
の振幅よりも大きい場合、非接触ＩＣカード５１のアン
テナコイル３１から送信される信号の磁界がリーダライ
タ５２から発生した磁界に加算されるので、非接触ＩＣ
カード５１が送信しない場合と比べて磁界強度は増大す
る。また、非接触ＩＣカード５１が送信する信号は送信
データによって変調されているので、リーダライタ５２
は磁界強度の変化から非接触ＩＣカード５１の送信デー
タを検出することができる。また、従来の非接触ＩＣカ
ードを利用する場合と比べて磁界強度が大きくなるの
で、非接触ＩＣカード５１とリーダライタ５２との間の
距離が長い場合でも通信が可能になる。

【００７５】実際には、非接触ＩＣカード５１の変調時
と無変調時とでリーダライタ５２の受信レベルにより大
きな変化が現れるように、送信部２０がアンテナコイル
３１に流す電流を制御している。制御の方法には次の
（３），（４）の２種類がある。 （３）非接触ＩＣカード５１が送信のために変調すると
き（ロードスイッチのオン状態に相当）には送信部２０
からアンテナコイル３１に電流を流し、無変調時には送
信部２０が出力する電流を止める。これにより、リーダ
ライタ５２の受信レベルは非接触ＩＣカード５１が変調
信号を送信するときには非常に大きくなり、無変調時に
は小さくなるので、変調波と無変調波との振幅の差が大
きく長距離の通信が可能になる。

【００７６】（４）非接触ＩＣカード５１が無変調の信
号を送信するときには、送信部２０からアンテナコイル
３１に電流を流し、変調するとき（ロードスイッチのオ
ン状態に相当）には送信部２０が出力する電流を止め
る。これにより、リーダライタ５２の受信レベルは非接
触ＩＣカード５１が無変調信号を送信するときには非常
に大きくなり、変調時には比較的小さくなるので、変調
波と無変調波との振幅の差が大きく長距離の通信が可能
になる。

【００７７】なお、第１の実施の形態と第５の実施の形
態とを組み合わせることもできる。例えば、非接触ＩＣ
カード５１が無変調の信号を送信するときには、第１の
実施の形態と同様に非接触ＩＣカード５１のアンテナコ
イル３１に流れる誘導電流と同相の電流を送信部２０か
らアンテナコイル３１に流し、非接触ＩＣカード５１が
送信のために変調するとき（ロードスイッチのオン状態
に相当）には、第５の実施の形態と同様に、非接触ＩＣ
カード５１のアンテナコイル３１に流れる誘導電流と逆
相の電流を送信部２０からアンテナコイル３１に流す。

【００７８】反対に、非接触ＩＣカード５１が無変調の
信号を送信するときには、第５の実施の形態と同様に非
接触ＩＣカード５１のアンテナコイル３１に流れる誘導
電流と逆相の電流を送信部２０からアンテナコイル３１
に流し、非接触ＩＣカード５１が送信のために変調する
とき（ロードスイッチのオン状態に相当）には、第１の
実施の形態と同様に、非接触ＩＣカード５１のアンテナ
コイル３１に流れる誘導電流と同相の電流を送信部２０
からアンテナコイル３１に流してもよい。

【００７９】このように、同相の信号と逆相の信号とを
組み合わせて送信部２０からアンテナコイル３１に供給
することにより、非接触ＩＣカード５１が無変調信号を
送信するときと変調信号を送信するときとでリーダライ
タ５２の受信レベル変化がより大きくなり、長距離の通
信が可能になる。なお、上記の各実施の形態では無線通
信モジュールを非接触ＩＣカードに搭載する場合を想定
して説明したが、その他のシステムに本発明の無線通信
モジュールを適用することも可能である。また、振幅変
調により通信するシステムであれば、図９に示すような
国際標準の通信方式を用いるシステムでなくても本発明
の無線通信モジュールを適用できる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、非接触Ｉ
Ｃカードなどの通信可能な距離を従来よりも長くするこ
とができる。また、従来の非接触ＩＣカードの場合と基
本的に同じ通信方式を利用するので、既存のリーダライ
タをそのまま用いることができ、システムに大きな変更
を加える必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の無線通信モジュールの構成
を示すブロック図である。

【図２】システムの構成例を示す斜視図である。

【図３】第１の実施の形態の無線通信モジュールの動作
を示すフローチャートである。

【図４】第１の実施の形態の信号波形を示すタイムチャ
ートである。

【図５】第２の実施の形態の無線通信モジュールの構成
を示すブロック図である。

【図６】第３の実施の形態の無線通信モジュールの構成
を示すブロック図である。

【図７】第４の実施の形態の無線通信モジュールの構成
を示すブロック図である。

【図８】各アンテナコイルの電流を示す模式図である。

【図９】国際標準の信号波形を示す波形図である。

【図１０】従来例の信号波形を示すタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ 受信部 １１ 受信増幅回路 １２ 復調回路 １３ 復号化回路 １４ クロック生成回路 １５ 電磁波強度検出回路 ２０ 送信部 ２１ 符号化回路 ２２ 変調回路 ２３，２３Ａ 送信増幅回路 ３１ アンテナコイル ３２ 内部電源 ３３ 制御回路 ３４ ロードスイッチ ３５ 電力生成回路 ３６ モードスイッチ ３８ 外部電源端子 ５１ 非接触ＩＣカード ５２ リーダライタ ５３ 上位装置 ６１ アンテナコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 尚文 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 永井 靖浩 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2C005 MA22 NA08 NA09 5B035 AA07 BB09 CA12 CA23 5K012 AB02 AC06 AC08 AC10 AE13

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流磁界を発生する読み取り書き込み装
   置との間で、交流磁界を通信媒体として、電磁誘導によ
   り非接触で通信を行う無線通信モジュールであって、 電池と、 アンテナコイルと、 前記電池から供給される電力を利用し、前記アンテナコ
   イルを貫く交流磁界により誘導される交流電流に基づい
   て、前記交流電流に同期した搬送波信号を生成する搬送
   波信号生成手段と、 前記電池から供給される電力を利用し、前記搬送波信号
   生成手段の生成した搬送波信号を送信データで変調し、
   変調された信号を前記アンテナコイルに供給する変調手
   段とを設けたことを特徴とする無線通信モジュール。
2. 【請求項２】 交流磁界を発生する読み取り書き込み装
   置との間で、交流磁界を通信媒体として、電磁誘導によ
   り非接触で通信を行う無線通信モジュールであって、 外部電源と接続可能な電力供給手段と、 アンテナコイルと、 前記電力供給手段から供給される電力を利用し、前記ア
   ンテナコイルを貫く交流磁界により誘導される交流電流
   に基づいて、前記交流電流に同期した搬送波信号を生成
   する搬送波信号生成手段と、 前記電力供給手段から供給される電力を利用し、前記搬
   送波信号生成手段の生成した搬送波信号を送信データで
   変調し、変調された信号を前記アンテナコイルに供給す
   る変調手段とを設けたことを特徴とする無線通信モジュ
   ール。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２の無線通信モジュ
   ールにおいて、 前記アンテナコイルが受信する磁界強度を検出する磁界
   強度検出手段と、 前記磁界強度検出手段の検出した磁界強度に応じて、前
   記搬送波信号生成手段の生成した搬送波信号の大きさも
   しくは増幅度を自動的に変更する搬送波制御手段とを更
   に設けたことを特徴とする無線通信モジュール。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２の無線通信モジュ
   ールにおいて、前記搬送波信号生成手段は前記アンテナ
   コイルに誘導する交流電流と同相の搬送波信号を生成す
   ることを特徴とする無線通信モジュール。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２の無線通信モジュ
   ールにおいて、前記搬送波信号生成手段は前記アンテナ
   コイルに誘導する交流電流と逆相で前記交流電流よりも
   電力の大きい搬送波信号を生成することを特徴とする無
   線通信モジュール。
6. 【請求項６】 請求項１又は請求項２の無線通信モジュ
   ールにおいて、 前記アンテナコイルに誘導される交流電流から直流電力
   を生成する電力受信回路と、 前記アンテナコイルに誘導される交流電流の負荷経路を
   送信データに従って切り替える負荷スイッチ手段とを更
   に設けたことを特徴とする無線通信モジュール。
7. 【請求項７】 請求項１，請求項２，請求項３，請求項
   ４，請求項５及び請求項６のいずれかの無線通信モジュ
   ールにおいて、カード形状のケースに搭載したことを特
   徴とする無線通信モジュール。
8. 【請求項８】 交流磁界を発生する読み取り書き込み装
   置との間で、交流磁界を通信媒体として、電磁誘導によ
   り非接触で通信を行う無線通信モジュールの制御に用い
   る無線通信方法であって、 無線通信モジュールに搭載されたアンテナコイルを貫く
   交流磁界により誘導される交流電流に基づいて、前記交
   流電流に同期した搬送波信号を生成し、 前記搬送波信号を送信データで変調し、変調された信号
   を前記アンテナコイルに供給して信号を送信することを
   特徴とする無線通信方法。