JP4776963B2 - 無線通信装置および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、非接触型の無線通信部を有する無線通信装置に関する。

近年、ＩＣカードなどにより構成された定期券による自動改札処理や、ＩＤカードによる入退出処理を行う際に、カードとゲートとの間を非接触型の近距離無線方式により通信を行う無線システムが提案されている。

当該無線システムにおいては、通信を起動する側の機器（イニシエータ）が呼ばれる側の機器（ターゲット）に対して、電力搬送波の電磁誘導により電力供給を行う。即ち上記の例では、電源を持たないカードに対し、ゲート側から電磁誘導により電力を供給する。ゲート上にカードをかざすとカード内に電力が励起され、カードが動作状態となる。

通常はＩＣカードごとにアプリケーションや動作モードが決まっており、例えば自動改札処理の場合は、鉄道会社が発行する専用のＩＣカードがあり、当該ＩＣカードは定期券としてのみ動作する。また、一般に自動改札機がイニシエータとなり、ＩＣカード定期券はターゲットとしてのみ動作する。

同様に、入退出処理の場合は、個人ＩＤとして発行される専用のＩＣカードがあり、当該ＩＣカードは入退出用のエントランスカードとしてのみ動作する。この場合も当該ＩＣカードはターゲットとしてのみ動作する。

さらに近年は、パーソナルコンピュータなどに接続したリーダライタを用いて、ＩＣカードに電子マネーをチャージできる環境が整備されている。この場合も当該ＩＣカードはターゲットとしてのみ動作する。
特許第３４５７２２５号公報

しかしながら、上記の例では、ある機能を実現するためのＩＣカードとゲート（リーダー）の組み合わせは一意に決まっているため、上述の例では、ＩＣカード定期券をそのまま入退出用のエントランスカードとして使用することはできない。

また、ＩＣカード間の通信のように、通常はターゲットとして動作する者同士における通信時は、ＩＣカードにおいて、起動時のモードを切り替える必要がある。

しかるに、このためには、使用に先立ちリーダライタなどによりカードのＥＥＰＲＯＭを設定し直す必要があった。

本発明は、非接触型の無線通信部を有する無線通信装置において、動作の切り替えを簡単に行うことを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、
非接触型の無線通信部を有する無線通信装置において、
他の無線通信装置の近接を検出するための検出手段と、
前記検出手段による検出の有無により異なる動作を実現する制御手段と、を設けたものである。

本発明によれば、
複数の機器を重ねて同時にかざすと、機器により異なるモードを起動できる。例えば、２つの機器を重ねた場合は上側カードをイニシエータ、下側カードをターゲットとして起動可能である。また、機器間でのポイント、入金金額の移動を行う場合に移動元と移動先の区別が可能である。

また、３つの機器を重ねた場合は、一番上の機器のみ異なるモードを起動できる。例えば複数のカード状の機器がケース内にあるときに一番上の機器のみを有効にできるという効果を有する。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

（第１の実施形態）
本実施例では、図４の形態でＩＣカード１からＩＣカード３へ電子マネーを移動する例を適用する。

本発明の技術は、例えば図１に示すようなＩＣカード１に適用される。

このＩＣカード１は図１に示すように、アンテナ回路１０１、整流回路１０２、電源回路１０３、変復調回路１０４、ＣＰＵ１０５、不揮発メモリ１０６、ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０７、磁気スイッチ１０８、磁気部材１０９、制御バス１１０、磁気シールド１１１を備えている。ＩＣカード１はこれらの構成により、非接触型無線通信方式であるＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）通信を実現する。

次にＩＣカード１が備える各手段について詳細に説明する。

アンテナ回路１０１は、図６に示すようにコイルＬとコンデンサＣが並列接続された共振回路により構成されており、リーダライタ２から送信される電波を受信するとともに電磁結合によりリーダライタ２側へデータを送信する。コイルＬは一般に渦巻状のプリントパターンにより構成される。

電磁誘導によりアンテナ回路１０１に発生した交流電圧は整流回路１０２により直流電圧に変換され、蓄電される。蓄電手段としてはスーパーキャパシタが一般に用いられる。さらに電源回路１０３により安定化がなされる。変復調部１０４は、アンテナ回路１０１に励起したキャリア（電波）を包絡線検波し、キャリアの包絡線に重畳されているデータをＣＰＵ１０５へ出力する。また、ＣＰＵ１０５から出力される送信データに対して、
データ‘１’⇒インピーダンス大、データ‘０’⇒インピーダンス小
となる負荷変調を施す。データの送信は、リーダライタ２から受信したキャリアを折り返し、このときにデータの値に応じて負荷を切り替えることで実現される。

ＣＰＵ１０５は、ＩＣカード各部の制御を司る。ＩＣカードアプリケーションプログラム及びＮＦＣの動作を規定するプログラムはファームウエアとして不揮発メモリ１０６に格納されている。ＲＡＭ１０７はＣＰＵ１０５の作業領域を提供する。磁気スイッチ１０８は磁力線に感応してその有無により接点を開閉する。磁気部材１０９は磁気を帯びており磁力線を発する。例えば永久磁石である。磁気スイッチ１０８は図４に示すようにＩＣカード１の表面近傍に配置され、磁気部材１０９はこれとほぼ同位置の裏面近傍に配置されている。磁気シールド１１１は磁気部材１０９の磁力線に磁気スイッチ１０８が感応しないように両者を分離するためのシールドであり、一般に金属薄膜により実現される。不揮発メモリ１０６、ＲＡＭ１０７、磁気スイッチ１０８は、制御バス１１０によりＣＰＵ１０５に接続されている。

ＩＣカード３は、上述のＩＣカード１が備える各手段１０１〜１１１と同様の各手段３０１〜３１１を備える。図示及び詳細説明は省略する。

また、本発明の技術は、例えば図３に示すようなリーダライタ２に適用される。このリーダライタ２は図３に示すように、アンテナ回路２０１、キャリア発生回路２０２、電源回路２０３、変復調回路２０４、ＣＰＵ２０５、不揮発メモリ２０６、ＲＡＭ２０７、制御バス２１０を備えている。リーダライタ２はこれらの構成により、非接触型無線通信方式であるＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）通信を実現する。

次にリ−ダライタ２が備える各手段について詳細に説明する。

アンテナ回路２０１は、図６に示すようにコイルＬとコンデンサＣが並列接続された共振回路により構成されており、ＩＣカード１へ電波を送信するとともに電磁結合によりＩＣカード１からデータを受信する。コイルＬは一般に渦巻状のプリントパターンにより構成される。

電源回路２０３はリーダライタ２の各部へ電源を供給する。キャリア発生回路２０２はＩＣカード１への電力供給用、およびＩＣカード１とのデータ送受信用のキャリアを生成する。変復調部２０４は、ＣＰＵ２０５から出力される送信データに対して、
データ‘１’⇒最大振幅、データ‘０’⇒最小振幅、最大振幅：最小振幅＝１０：９
となる振幅変調を生成キャリアに施す。また、自己が生成し送信したキャリアの反射波を受信してインピーダンスの変化を検出することでデータを復調してＣＰＵ２０５へ出力する。

ＣＰＵ２０５は、リーダライタ各部の制御を司る。リーダライタとしてのアプリケーションプログラム及びＮＦＣの動作を規定するプログラムはファームウエアとして不揮発メモリ２０６に格納されている。ＲＡＭ２０７はＣＰＵ２０５の作業領域を提供する。不揮発メモリ２０６、ＲＡＭ２０７は、制御バス２１０によりＣＰＵ２０５に接続されている。本リーダライタ２は通常のＮＦＣの動作の他に、ＩＣカードとのデータ通信を行わずにキャリアのみを送出するモードを備える。

次に、図９のフローチャートに従い、動作の流れを説明する。

ここでは、ＮＦＣの動作について、通信を開始する側をイニシエータ、着信側をターゲットと規定する。

まず、図４に示すようにＩＣカード１とＩＣカード３を重ねる（Ｓ８０１）。するとＩＣカード３の磁気スイッチ３０８とＩＣカード１の磁気部材１０９が対向する状態となり、ＩＣカード３の磁気スイッチ３０８がＩＣカード１の磁気部材１０９に感応して接点を閉結（ＯＮ）する。ＩＣカード１の磁気スイッチ１０８は、磁気が存在しないため接点を開放（ＯＦＦ）する（Ｓ８０２）。

次に、リーダライタ２をキャリア送出モードに設定する（Ｓ８０３）。リーダライタ２のキャリア発生回路２０２から１３．５６ＭＨｚのキャリアが生成され、アンテナ回路２０１から送出される。ここで、２枚のカードを重ねた状態でリーダライタ２にかざすと（Ｓ８０４）各カードにキャリアが入力され、電磁誘導により各々のアンテナ回路１０１、３０１に交流電圧が発生する。発生した交流電圧は整流回路１０２、３０２により直流電圧に変換され、さらに蓄電されるとともに、電源回路１０３、３０３により安定化されてＩＣカード各部に供給される（Ｓ８０５）。

カードに電源が供給されると、ＩＣカード３では、接点ＯＮの磁気スイッチ３０８が“Ｌ”を出力する。当該出力は制御バス３１０を介してＣＰＵ３０５に入力される。

ＩＣカード１では、接点ＯＦＦの磁気スイッチ１０８が“Ｈ”を出力する。当該出力は制御バス１１０を介してＣＰＵ１０５に入力される（Ｓ８０６）。

ここで、各ＣＰＵに入力される値により、図７のテーブルに示される機能が起動する（Ｓ８０７）。本テーブルは不揮発メモリ１０６、３０６に格納されており、リーダライタなどにより予め設定しておくことが可能である。

すなわち、ＩＣカード１はイニシエータでデータ移動元となる。ＩＣカード３はターゲットでデータ移動先となる。

“Ｈ”が入力されたＣＰＵ１０５はＩＣカード１をイニシエータとして動作させるべく各部の制御を行い、また、ＩＣカードの電子マネー情報を移動するアプリケーションプログラムを起動する（Ｓ８０８）。

まず、リーダライタ２に対してキャリア停止のコマンドを送信する（Ｓ８０９）。本コマンドは変復調回路１０４において、リーダライタ２からのキャリアに対するインピーダンスを変化させる負荷変調により送信される。本コマンドを受信したリーダライタ２はキャリア送出を停止する。キャリア停止後は、ＩＣカード１はＳ８０５で蓄電された電力により動作を継続する（Ｓ８１０）。

続いてＣＰＵ１０５は不揮発メモリ１０６に格納されている電子マネー情報を読み出し、変復調回路１０４へ入力する（Ｓ８１１）。本情報は図示しないキャリア発生回路からのキャリアを用いて変復調回路１０４で振幅変調された後、アンテナ回路１０１よりＩＣカード３へ送信される（Ｓ８１２）。

“Ｌ”が入力されたＣＰＵ３０５はＩＣカード３をターゲットとして動作させるべく各部の制御を行う。また、ＩＣカードの電子マネー情報を移動するアプリケーションプログラムを起動する（Ｓ８１３）。

ＩＣカード１からキャリアが送信されると、電磁誘導によりアンテナ回路３０１に交流電圧が発生し、本交流電圧は整流回路３０２により直流電圧に変換され、さらに蓄電されるとともに、電源回路３０３により安定化されてＩＣカード各部に供給される。本交流電圧はさらに変復調回路３０４に入力されてデータ復調が施され、復調された電子マネー情報がＣＰＵ３０５に入力される（Ｓ８１４）。ＣＰＵ３０５は本情報を不揮発メモリ３０６に格納する（Ｓ８１５）。

本情報を格納すると、ＩＣカード１へ格納完了の通知信号を送信する（Ｓ８１６）。本通知信号の送信は以下のようになされる。すなわち、ＩＣカード１から受信したキャリアが変復調回路３０４により送信データに応じて負荷変調されて、ＩＣカード１に折り返される。ＩＣカード１では変復調回路１０４により本信号が復調されてＣＰＵ１０５に入力される（Ｓ８１７）。ＣＰＵ１０５が本信号を受信して、ＩＣカード３における電子マネー情報の格納が完了すると、ＣＰＵ１０５は不揮発メモリ１０６から当該電子マネー情報を消去する（Ｓ８１８）。

以上のようにして、ＩＣカード１からＩＣカード３への電子マネー情報の移動が完了する。

上述の実施例では、ＩＣカードへ適用したが、これに限定されることはなく、例えばＮＦＣ機能内蔵の携帯電話やデジタルカメラに適用しても同様の効果を有する。

また、上述の実施例では、キャリア送出手段としてリーダライタを用いたが、キャリアを発生可能な機器であればこれに限定されない。例えばバッテリーを搭載した、ＮＦＣ機能内蔵の携帯電話やデジタルカメラでもよい。

また、上述の実施例では、ＩＣカード２枚を重ねたが、３枚以上重ねても同様の効果を有する。この場合、一番上のＩＣカードの磁気スイッチは“Ｈ”を出力し、その他のＩＣカードの磁気スイッチは“Ｌ”を出力する。よって一番上のカードのみ他カードと異なる機能とすることができる。例えばショッピングカードに適用した場合に、一番上のカードがポイントの配信元となり、当該カードのポイントを提携先の他のカードへコピーすることが可能である。

なお、近年のナノテクノロジーの進展により磁気スイッチ、永久磁石は、マイクロマシンとしてＩＣカードに内蔵可能となっている。また、スイッチなどの電気接点や磁気シールドは金属の薄膜により構成できる。これらの金属薄膜は、ＩＣカード製造に用いられる印刷技術にて製造可能である。

（第２の実施形態）
本実施例では、ＩＣカード１とＩＣカード３を重ねた場合に、ＩＣカード１のみを有効にする例を適用する。

本発明の技術は、例えば図２に示すようなＩＣカード１に適用される。

図中１０１〜１０７、１１０は上述の第１実施例と同様である。

１１２は近接スイッチである。近接スイッチの例として、発光部と受光部とで構成されるフォトセンサがある。図８はフォトセンサの詳細図である。対象物が近接すると発光部からの光が反射されて反射波が受光部に入光する。この反射波の検出により対象物の近接を検出する。発光部としてはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が一般に用いられ、受光部としてはフォトトランジスタやＰＩＮダイオードが一般に用いられる。

ＩＣカード３は、上述のＩＣカード１が備える各手段１０１〜１０７、１１０、１１２と同様の各手段３０１〜３０７、３１０、３１２を備える。図示及び詳細説明は省略する。

次に、図１０のフローチャートに従い、動作の流れを説明する。本実施例ではリーダライタ２は通常通りＩＣカードとデータ通信を行う。

まず、図５に示すようにＩＣカード１とＩＣカード３を重ねる（Ｓ９０１）。リーダライタ２は通常のＮＦＣ動作に従いキャリアを定常的に送出している。

この状態で２枚のカードをリーダライタ２へかざすと（Ｓ９０２）各カードにキャリアが入力され、電磁誘導により各々のアンテナ回路１０１、３０１に交流電圧が発生する。発生した交流電圧は整流回路１０２、３０２により直流電圧に変換され、さらに蓄電されるとともに、電源回路１０３、３０３により安定化されてＩＣカード各部に供給される（Ｓ９０３）。

カードに電源が供給されると、ＩＣカード３では、近接センサ３１２の発光部から光が送出され、ＩＣカード１に反射した反射波が受光部に入光する。すると受光部の素子が“ＯＮ”となり、レベル“Ｌ”が出力される。当該出力は制御バス３１０を介してＣＰＵ３０５に入力される（Ｓ９０４）。ＩＣカード１では、近接センサ１１２の発光部から光が送出されるが、光を反射する対象物が存在しないため反射波が受光部に入光されず、受光部の素子が“ＯＦＦ”となり、レベル“Ｈ”が出力される。当該出力は制御バス１１０を介してＣＰＵ１０５に入力される。

そして、実施例１と同様に、各ＣＰＵに入力される値により、図７のテーブルに示される機能が起動する（Ｓ９０５）。すなわち、ＩＣカード１は有効となり（Ｓ９０６）、ＩＣカード３は無効となる（Ｓ９０７）。

以上のようにして、上側にあるＩＣカードのみを有効にすることができる。

本実施例においても、ＩＣカードを３枚以上重ねても同様の効果を有する。この場合、一番上のＩＣカードのみを有効とすることが可能である。

例えばＩＣカード定期券に適用した場合、カードホルダー中に定期券が複数あるときに、正規区間のカードを一番上にしておけば、そのまま改札ゲートにかざすだけでゲートを通過できる。

なお、フォトセンサは近年の半導体プロセスの進展により、ＩＣカードに内蔵可能な小型のものが製造可能である。

本発明を適用したＩＣカードの構成図 本発明を適用したＩＣカードの構成図 本発明を適用したリーダライタの構成図 実施例１におけるＩＣカードの説明のための図 実施例２におけるＩＣカードの説明のための図 アンテナ回路の詳細図 実施例の説明のための図 実施例の説明のための図 実施例の動作のフローチャート 実施例の動作のフローチャート

符号の説明

２ リーダライタ
３ ＩＣカード
１０１，２０１，３０１ アンテナ回路
１０２，３０２ 整流回路
１０３，２０３，３０３ 電源回路
１０４，２０４，３０４ 変復調回路
１０５，２０５，３０５ ＣＰＵ
１０６，２０６，３０６ 不揮発メモリ
１０７，２０７，３０７ ＲＡＭ
１０８，３０８ 磁気スイッチ
１０９，３０９ 磁気部材
１１０，２１０，３１０ 制御バス
１１１，３１１ 磁気シールド
１１２，３１２ 近接センサ
２０２ キャリア発生回路

Claims (6)

1. 非接触型の無線通信部を有するカード状の形態の無線通信装置であって、
   カードの一方面に配置され、他の無線通信装置に磁気を検出させるための磁気部材と、
   カードの他方面に配置され、他の無線通信装置が具備する磁気部材によって磁気を検出した場合に他の無線通信装置の近接を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出の有無により異なる動作を実現する制御手段と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 非接触型の無線通信部を有する無線通信装置であって、
   他の無線通信装置の近接を検出するための検出手段と
   前記検出手段による検出の有無により、通信を起動するイニシエータになるか、イニシエータから着信を受けるターゲットになるかを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
3. 非接触型の無線通信部を有する無線通信装置であって、
   他の無線通信装置の近接を検出するための検出手段と、
   前記検出手段による検出の有無により、データの移動元になるか、データの移動先になるか、を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
4. 非接触型の無線通信部を有する無線通信装置であって、
   他の無線通信装置の近接を検出するための検出手段と、
   前記検出手段による検出の有無により、前記無線通信装置のＩＣカードとしての機能を有効にするか、無効にするかを制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
5. 非接触型の無線通信部を有するカード状の形態の無線通信装置であって、
   カード状の形態の他の無線通信装置の近接を検出するための検出手段と、
   前記検出手段による検出の有無により異なる動作を実現する制御手段と、を備え、
   前記検出手段は、前記無線通信装置に重ねて配置された他の無線通信装置を検出する手段であり、
   前記制御手段は、重ねて配置された他の無線通信装置と異なる動作を行うよう制御することを特徴とする無線通信装置。
6. 非接触型の無線通信部を有する無線通信装置であって、
   他の無線通信装置の近接を検出するための検出手段と、
   前記検出手段による検出の有無により異なる動作を実現する制御手段と、を備え、
   前記検出手段は、前記無線通信装置に重ねて配置された他の無線通信装置を検出する手段であり、
   複数の無線通信装置が重ねて配置された場合に、特定の無線通信装置のみ異なる動作が行われることを特徴とする無線通信装置。

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