JP4482403B2

JP4482403B2 - 非接触情報媒体

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Publication number: JP4482403B2
Application number: JP2004250545A
Authority: JP
Inventors: 雅之三浦; 実小宮
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2006067479A

Description

この発明は、コイルと、該コイルと共振回路を形成するコンデンサとを備えた非接触情報媒体に関する。

情報媒体は媒体に内蔵されているＩＣチップとリーダライタとの通信方法によって、接触型と非接触型に分類される。このうち、非接触型は、リーダライタとの接触がないため接触不良を生じず、リーダライタから離れた移動使用が可能である。また、非接触型は、汚れ、雨、静電気に強いなどの特徴があり、セキュリティ性も高いことから需要が増加している。

たとえば、非接触情報媒体は、リーダライタから受信した電波を利用して電磁誘導によって動作電力を得るとともに、所定周波数の電波を利用してリーダライタとの間で情報を交換する。このため、非接触情報媒体とリーダライタは、所定周波数の電波を送受信するアンテナをそれぞれ内蔵している。

従来の非接触情報媒体は、外部からの電力の受け取りと情報の送受信とを行うアンテナ部を形成するコイルと、このコイルと共振回路を形成するコンデンサと、非接触情報媒体の処理動作を制御するＩＣチップとを有する。この非接触情報媒体が動作するためには、送受信用電波を発するリーダライタに非接触情報媒体を近接する。この結果、非接触情報媒体のコイルとコンデンサとが共振し、コイルに誘導電流が生じる。この誘導電流がＩＣチップの電源用電力となってＩＣチップが動作し、非接触情報媒体はコイルを介してリーダライタに情報を送信する。このように、非接触情報媒体とリーダライタとは、無線通信を行なうことによって、情報を送受信する（特許文献１参照）。

特開２００１−３４７２５号公報

しかしながら、従来の非接触情報媒体は、複数の非接触情報媒体が重なりあった場合には、非接触情報媒体とリーダライタとの間の無線通信を正確に行うことができないという問題があった。これは、非接触情報媒体が重なりあった場合、非接触情報媒体の各コイル間で強い相互干渉が生じ、この結果、共振周波数が乱れ、通信状態の不安定化や通信不能が発生するためである。

さらに、通信可能エリア内にある複数の非接触情報媒体全てと通信を行うために、リーダライタは各非接触情報媒体に対して給電を行う必要がある。しかしながら、リーダライタは、非接触情報媒体が重なり合って非接触情報媒体の共振周波数が乱れた場合、全ての非接触情報媒体がリーダライタからの給電を受けることができず、ＩＣチップが起動しなかった非接触情報媒体は、リーダライタとの間で無線通信を行なうことができなかった。

この発明は、上記した従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、単数の非接触情報媒体であっても、複数の非接触情報媒体が重なり合った状態であっても、正確な通信が可能である非接触情報媒体を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる非接触情報媒体は、コイルと、該コイルと共振回路を形成するコンデンサとを備えた非接触情報媒体において、前記コイルの一部にリーダライタと通信可能である共振周波数での共振を前記共振回路に生じさせる集中定数型インダクタを設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる非接触情報媒体は、前記集中定数型インダクタは、前記共振回路のインダクタンスを主として形成することを特徴とする。

また、この発明にかかる非接触情報媒体は、前記集中定数型インダクタは、ディスクリート回路部品および／または小型コイルであることを特徴とする。

また、この発明にかかる非接触情報媒体は、前記コイルを形成する導線は、前記リーダライタと通信可能である共振周波数での共振を生じる共振回路を形成する単体の多数巻コイルと比較し、巻き数が少ないことを特徴とする。

また、この発明にかかる非接触情報媒体は、前記コイルを形成する導線は、前記多数巻コイルと比較し、巻回形状が小さいことを特徴とする。

本発明にかかる非接触情報媒体によれば、コイルの一部に、リーダライタと通信可能である共振周波数での共振を共振回路に生じさせる集中定数型インダクタを設け、コイル間の相互干渉を低減するとともに、コイルおよびコンデンサが形成する共振回路の共振周波数をリーダライタから発せられる電波の周波数と一致させているため、当該非接触情報媒体が単数配置された場合であっても、複数重なり合った状態で配置された場合であっても、リーダライタとの間で正確な通信を行うことができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である非接触情報媒体について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

まず、実施の形態にかかる非接触情報媒体について説明する。本実施の形態における非接触情報媒体は、コイルの一部に、リーダライタと通信可能である共振周波数での共振を共振回路に生じさせる集中定数型インダクタを設け、リーダライタから発せられる電波の周波数と非接触情報媒体の共振回路の共振周波数とを一致させている。

図１は、本実施の形態である非接触情報媒体１０の概要構成を示す図である。ここで、図１は、非接触情報媒体１０を模式的に示している。図１に示すように、非接触情報媒体１０は、コイル２０と、チップコイル３０と、コンデンサ４０と、ＩＣチップ５０とを備える。コイル２０とコンデンサ４０とは、接続部６１，６２において接続される。

図１に示すように、コイル２０は、ＩＣチップ５０の外側でその周囲に設けられている。コイル２０の一部には、集中定数型インダクタとして機能するディスクリート回路部品であるチップコイル３０が設けられている。また、コンデンサ４０は、所定の容量を有しエネルギーを蓄積する機能を備えるとともに、コイル２０およびチップコイル３０と協働して共振回路を形成する。また、チップコイル３０は、非接触情報媒体１０における共振回路のインダクタンスを主として形成している。なお、チップコイル３０は、巻線型インダクタであるディスクリート回路部品のほか、非巻線型インダクタであるディスクリート回路部品であってもよい。

コイル２０、チップコイル３０およびコンデンサ４０によって形成される共振回路の共振周波数は、リーダライタが送信する電波の周波数と一致するよう設定されている。このため、コイル２０とチップコイル３０とは、コイル２０、チップコイル３０およびコンデンサ４０によって形成される共振回路の共振周波数をリーダライタから発せられる電波の周波数に等しくするインダクタンスを有する。言い換えると、チップコイル３０は、リーダライタと通信可能である共振周波数での共振を非接触情報媒体１０における共振回路に生じさせる機能を有する。したがって、所定周波数の電波を発するリーダライタに非接触情報媒体１０が近接した場合、コイル２０、チップコイル３０およびコンデンサ４０によって形成される共振回路は共振し、この共振回路には誘導電流が発生する。共振回路は、この誘導電流をＩＣチップ５０に供給する。

また、コイル２０は、リーダライタからの送信電波を受信しＩＣチップ５０に出力するとともに、ＩＣチップ５０から出力された信号をリーダライタに送信するアンテナ部を形成する。

ＩＣチップ５０は、制御部５１と送受信部５２と記憶部５３とを備え、非接触情報媒体１０が送受信する情報を制御する。制御部５１は、送受信部５２および記憶部５３の処理動作を制御する。送受信部５２は、コイル２０が受信したリーダライタからの送信電波を処理し、リーダライタから要求された情報を記憶部５３から抽出し、抽出した情報に応じた信号をコイル２０に送信する。記憶部５３は、非接触情報媒体１０をそれぞれ識別する識別情報を含む各種情報を記憶する。また、ＩＣチップ５０は、コイル２０、チップコイル３０およびコンデンサ４０から形成される共振回路から誘導電流を供給され、この誘導電流に対応する電圧値がＩＣチップ５０の動作可能電圧値となった場合に動作を開始する。

つぎに、非接触情報媒体１０のコイル２０の形状について説明する。図２は、コイル２０の形状を説明するための図である。図２に示すように、コイル２０は、導線が一巻回されることによって形成される。このため、コイル２０のインダクタンスＬａの値は、導線が複数回にわたって巻回されて形成された多数巻コイルのインダクタンスと比較し低い。また、コイル２０を形成する導線の一部には、インダクタンスがＬｂであるチップコイル３０が設けられている。

図３は、非接触情報媒体１０の回路図を示す図である。図３に示すように、コイル２０とチップコイル３０とは、直列に電気接続されている。また、コンデンサ４０と、コイル２０およびチップコイル３０とは、並列に電気接続されている。ここで、チップコイル３０は、回路素子の物理的大きさが十分に小さく、インダクタンスが場所的に集中しているものとみなせるため、集中定数化が可能である集中定数型インダクタといえる。このため、この非接触情報媒体１０における共振回路のインダクタのインダクタンスは、コイル２０のインダクタンスＬａとチップコイル３０のインダクタンスＬｂとの和である。なお、チップコイル３０は、非接触情報媒体１０の共振回路のインダクタンスを主として形成しており、コイル２０のインダクタンスＬａは、チップコイル３０のインダクタンスＬｂと比較し小さい。

したがって、コイル２０とチップコイル３０とコンデンサ４０とが形成する共振回路の周波数ｆｒと、コイル２０のインダクタンスＬａ、チップコイル３０のインダクタンスＬｂ、コンデンサ４０の容量Ｃは、以下の（１）式に示す関係を有する。

この共振回路の共振周波数ｆｒがリーダライタにおける送受信用電波の周波数ｆｃに一致するように、コイル２０のインダクタンスＬａとチップコイル３０のインダクタンスＬｂとは設定されている。ここで、非接触情報媒体における共振回路の共振周波数と、リーダライタが送信する電波の周波数とが一致した場合、非接触情報媒体の共振回路に大きな誘導電流が流れる。本実施の形態では、非接触情報媒体１０における共振回路の共振周波数ｆｒと、リーダライタが送信する電波の周波数ｆｃとは一致するように設定されているため、非接触情報媒体１０は、リーダライタから高効率で給電を受けることができる。

本実施の形態では、コイル２０は、導線の巻き数を少なくしているため、従来技術にかかる非接触情報媒体のコイルと比較し、インダクタンスの値が小さい。そこで、非接触情報媒体１０では、コイル２０のインダクタンスが小さくなった分、チップコイル３０のインダクタンスＬｂで補充することによって、共振回路を形成するインダクタのインダクタンスの値をある程度大きくし、非接触情報媒体１０の共振周波数ｆｒと、リーダライタの送信電波の周波数ｆｃとを一致させている。

このため、非接触情報媒体１０では、コイル２０のインダクタンス値の減少にともなうコンデンサの容量増加を行う必要がない。非接触情報媒体１０では、たとえば、コンデンサ４０の容量を、従来技術にかかる非接触情報媒体のコンデンサの容量とほぼ同等の値に設定することができる。したがって、非接触情報媒体１０は、コンデンサ４０の部品サイズを従来と比較し大きくする必要もないため、非接触情報媒体１０の小型化を図ることが可能になる。また、非接触情報媒体１０では、コイル２０のインダクタンス値の減少に対応させてコンデンサ４０の容量増加を行う必要がないため、コンデンサ４０に対する電力負荷が小さく、ＩＣチップ５０に電力を十分に供給できる。この結果、非接触情報媒体１０は、電力不足によるＩＣチップ５０の誤動作などが防止でき、リーダライタ７０との間で安定した無線通信を行なうことができる。

つぎに、図４を参照して、この非接触情報媒体１０を用いた通信システムについて説明する。図４に示すように、非接触情報媒体１０に対して情報の送受信を行うリーダライタ７０は、リーダライタ７０の処理動作を指示する指示情報を入力する入力部７１と、送受信する情報を処理する処理部７２と、送受信した情報を出力する出力部７３と、所定の周波数の電波を介して電力の供給と情報の送受信を行うアンテナ７４とを有する。このリーダライタ７０は、アンチコリジョン機能を備えているため、複数の非接触情報媒体から一括して情報を受信することが可能である。

非接触情報媒体１０は、コイル２０、チップコイル３０およびコンデンサ４０によって形成される共振回路の共振周波数ｆｒが、リーダライタから発せられる電波の周波数ｆｃと一致するように設定されている。このため、図４に示すように、単体の非接触情報媒体１０は、アンテナ７４から送信された電波を受けることによって、共振回路に誘導電流が生じる。この結果、非接触情報媒体１０は、ＩＣチップ５０が起動し、リーダライタ２０から送信された応答要求情報Ｄａに応じて、応答情報Ｄｂを送信する。したがって、非接触情報媒体１０が単体で配置された場合、非接触情報媒体１０とリーダライタ７０との間における無線通信は正確に行われる。

ここで、複数のコイルが近接した場合に発生するコイル間の相互干渉は、各コイルを形成する導線の巻き数によって関係づけられている。言い換えると、各コイルの導線の巻き数が多いほど、コイルのインダクタンスが増加し、非接触情報媒体は、相互干渉の影響を顕著に受ける。この結果、コイルとコンデンサとによって形成された共振回路の共振周波数が乱れ、非接触情報媒体における通信状態の不安定化や通信不能が発生する。

従来の非接触情報媒体１００は、図５に示すように、導線を複数回巻回することによってコイル１２０のインダクタンスを所定値まで増加させて、コンデンサ１４０の容量を調整していた。すなわち、従来の非接触情報媒体では、リーダライタと通信可能である共振周波数での共振を生じる共振回路を単体のコイルを用いて形成するには、共振回路を形成するコイルとして多数巻コイルを設ける必要があった。図６に示すように、単体で配置された従来の非接触情報媒体１００ａは、リーダライタ２０から送信された応答要求情報Ｄｅに応じた応答情報Ｄｆを送信し、リーダライタ７０との間で無線通信を行なうことができる。しかし、一部分がそれぞれ重なった従来の非接触情報媒体１００ｂ，１００ｃは、コイル１２０の導線の巻き数が多いため、非接触情報媒体１００ｂのコイル１２０と非接触情報媒体１００ｃのコイル１２０との間に生じた相互干渉の影響を顕著に受け、共振周波数の乱れが発生する。この結果、非接触情報媒体１００ｂ，１００ｃは、応答要求情報Ｄｅに応じた応答情報Ｄｆを正確に送信することができず、リーダライタ７０との間で正確な無線通信を行なうことができなかった。

これに対し、本実施の形態にかかる非接触情報媒体１０では、コイル２０を形成する導線は一巻回されているのみであり、従来の非接触情報媒体における多数巻コイルと比較し、コイルの形成する導線は、巻き数が少ない。このため、非接触情報媒体１０が複数重なり合った場合であっても、非接触情報媒体１０の各コイル２０間の相互干渉は、従来の非接触情報媒体と比較し、発生しにくい。

さらに、複数のコイルが近接した場合に発生するコイル間の相互干渉は、各コイルを形成する導線の形状によって関係づけられている。言い換えると、各コイルの形状が大きいほどコイルの重なり領域が多くなるため、非接触情報媒体は、相互干渉の影響を顕著に受ける。この結果、コイルとコンデンサとによって形成された共振回路の共振周波数が乱れ、非接触情報媒体における通信状態の不安定化や通信不能が発生する。

非接触情報媒体１０では、インダクタンスＬｂを有するチップコイル３０は、回路素子の物理的大きさが十分に小さく、チップコイル３０の形状は小さい。このため、非接触情報媒体１０が複数重なり合った場合であっても、各チップコイル３０が互いに重なり合う領域は小さく、チップコイル３０間の相互干渉はほとんど発生しない。

この結果、非接触情報媒体１０が複数重なり合った場合であっても、従来と比較し、各コイル２０間の相互干渉が発生せず、各非接触情報媒体１０おける共振回路では共振周波数が乱れることがないため、各非接触情報媒体１０は、リーダライタとの間で正確な無線通信を行なうことができる。たとえば、図７に示す非接触情報媒体群１０Ａのように、複数の非接触情報媒体１０が隙間なく重なりあって配置された場合であっても、各非接触情報媒体１０は、リーダライタ２０からの応答要求情報Ｄａに応じて応答情報Ｄｃをそれぞれ送信し、リーダライタ７０との間で正確な無線通信を行うことができる。

また、非接触情報媒体１０は、インダクタンスＬｂを有するチップコイル３０を備えることによって、共振回路におけるコンデンサ４０の容量とインダクタのインダクタンスとの比率を、従来の非接触情報媒体とほぼ同等とすることができる。したがって、非接触情報媒体１０は、複数重なり合った場合であっても、共振強度Ｑを所定値以上に保持することができ、リーダライタ７０からの給電を効率よく受けることができる。この結果、各非接触情報媒体１０のＩＣチップ５０は、それぞれ円滑に起動を開始することができ、非接触情報媒体１０は、ＩＣチップ５０の起動不良による通信不良を防止することができる。

このように、本実施の形態にかかる非接触情報媒体１０では、コイル２０の巻き数を一回のみとし、コイル２０間の相互干渉を防止している。また、非接触情報媒体１０では、チップコイル３０をさらに設けることによって、非接触情報媒体１０の共振回路の共振周波数ｆｒをリーダライタ７０から発せられる電波の周波数ｆｃと一致させている。この結果、本実施にかかる非接触情報媒体１０は、非接触情報媒体１０単体であっても、複数の非接触情報媒体１０が重なり合った状態であっても、リーダライタ７０との間で正確に無線通信を行うことができる。

また、非接触情報媒体１０は、共振強度Ｑを所定値以上に保持することができるため、非接触情報媒体１０単体であっても、複数の非接触情報媒体１０が重なり合った状態であっても、リーダライタ７０からの給電を効率よく受けることができる。さらに、チップコイル３０は、導線を巻回して形成された巻線型インダクタと比較し、精度の高いインダクタンス値を設定することができる。このため、非接触情報媒体１０は、非接触情報媒体１０における共振回路の共振周波数とリーダライタからの送信電波の周波数との一致度を高めることができ、リーダライタ７０からの給電を高効率で受けることができる。

なお、本実施の形態として、接続部６１の近傍にチップコイル３０を設けた非接触情報媒体１０について説明したが、これに限らず、図８に示すように、接続部６１の近傍ではなく、コイル２０の導線の中央部に近い箇所にチップコイル３０を設けた非接触情報媒体１１でもよい。チップコイル３０は、非接触情報媒体１０の共振回路のインダクタのインダクタンスの値を高めるため、電気回路的にコイル２０と直列に接続するように設けられていれば足りる。すなわち、チップコイル３０は、コイル２０の導線上に設けられていれば足りる。

また、本実施の形態として、単体のチップコイル３０を設けた非接触情報媒体１０について説明したが、これに限らず、図９に示すように、複数のチップコイル３０を設けた非接触情報媒体１２でもよい。複数のチップコイル３０のインダクタンスとコイル２０のインダクタンスとの和が、コンデンサ４０と形成される共振回路の共振周波数ｆｒをリーダライタ７０から発せられる電波ｆｃと一致させるように設定されていれば足りる。

また、本実施の形態として、図１０に示すように、巻回される導線の巻回形状を小さくしたコイル２１を有する非接触情報媒体１３としてもよい。コイル２１を形成する導線は、図５に示す従来の非接触情報媒体１００のコイル１２０と比較し、巻回形状が小さい。コイルを形成する導線の巻回形状が小さいほど、このコイルのインダクタンスは、小さくなる。このため、コイル２１は、従来の非接触情報媒体と比較し、コイル２１間の相互干渉の影響をさらに低減することができる。なお、チップコイル３０のインダクタンスとコイル２１のインダクタンスとは、コンデンサ４０と形成される共振回路の共振周波数ｆｒをリーダライタ７０から発せられる電波ｆｃと一致させるように設定されていれば足りる。

さらに、図１１に示すように、たとえば、導線を二巻回したコイル２２を有する非接触情報媒体１４としてもよい。本実施の形態にかかる非接触情報媒体は、少なくとも従来の非接触情報媒体と比較し、コイルを形成する導線の巻き数が少なければよい。本実施の形態にかかる非接触情報媒体は、コイルを形成する導線の巻き数を少なくすることによって、従来よりもコイル間の相互干渉の影響を低減することが可能となるためである。この場合、チップコイル３０のインダクタンスとコイル２２のインダクタンスとは、コンデンサ４０と形成される共振回路の共振周波数ｆｒをリーダライタ７０から発せられる電波ｆｃと一致させるように設定されていれば足りる。

また、本実施の形態として、チップコイル３０を備えた非接触情報媒体１０について説明したが、これに限らず、図１２に示すように、コイル２０と同じ配線パターンで形成された小型コイル２３０を備えた非接触情報媒体２１０としてもよい。この小型コイル２３０のインダクタンスＬｃとコイル２０のインダクタンスＬａとは、コンデンサ４０と形成される共振回路の共振周波数ｆｒをリーダライタ７０から発せられる電波ｆｃと一致させるように設定されている。このため、非接触情報媒体２１０は、単体であっても、リーダライタ７０との間で正確に無線通信を行なうことができる。また、非接触情報媒体２１０は、非接触情報媒体１０と同様に、コイル２０の巻き数を少なくすることができるため、コイル２０間の相互干渉を低減することができ、非接触情報媒体２１０が重なり合った場合であっても、正確に無線通信を行うことが可能となる。なお、小型コイル２３０は、コイル２０を形成する導線上に設けられていれば足りる。また、小型コイル２３０は、単数のみではなく、複数設けられていてもよい。この場合、各小型コイル２３０のインダクタンスＬｃをそれぞれ加算した値は、コイル２０のインダクタンスＬａの値に対応させて、コンデンサ４０と形成される共振回路の共振周波数ｆｒをリーダライタ７０から発せられる電波ｆｃと一致させるように設定すれば足りる。また、小型コイル２３０は、所定の配線パターンで導体をエッチングして形成するほか、導線を平面的に渦巻き状に巻回することによって形成してもよい。

また、本実施の形態では、バッテリー機能を内部に備えていない非接触情報媒体について説明したが、これに限らず、バッテリー機能を内部に備えた非接触情報媒体としてもよい。このような場合でも、コイルの一部にコンデンサとの共振用の集中定数型インダクタを設けることによって、コイル間の相互干渉による通信不能を防止することができる。

実施の形態にかかる非接触情報媒体の概略構成を示すブロック図である。図１に示すコイルの形状を説明する図である。図１に示す非接触情報媒体の回路図を示す図である。図１に示す非接触情報媒体とリーダライタとの間の無線通信を説明する図である。従来技術にかかる非接触情報媒体の概略を示す図である。図５に示す非接触情報媒体とリーダライタとの間の無線通信を説明する図である。図１に示す非接触情報媒体とリーダライタとの間の無線通信を説明する図である。実施の形態にかかる非接触情報媒体の概略構成の他の例を示すブロック図である。実施の形態にかかる非接触情報媒体の概略構成の他の例を示すブロック図である。図１に示すコイルの形状の他の例を説明する図である。図１に示すコイルの形状の他の例を説明する図である。実施の形態にかかる非接触情報媒体の概略構成の他の例を示すブロック図である。

符号の説明

１０，１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１１，１２，１３，１４，２１０非接触情報媒体
１０Ａ非接触情報媒体
２０，１２０コイル
３０チップコイル
４０，１４０コンデンサ
５０，１５０ＩＣチップ
５１制御部
５２送受信部
５３記憶部
６１，６２接続部
７０リーダライタ
７１入力部
７２処理部
７３出力部
７４アンテナ
２３０小型コイル

Claims

導線を巻回して形成されるコイルと、該コイルと共振回路を形成するコンデンサとを備えた非接触情報媒体において、
前記コイルに直列に接続され、場所的に集中したインダクタンスを有し、リーダライタと通信可能である共振周波数での共振を前記共振回路に生じさせるディスクリート回路部品である集中定数型インダクタを備え、
前記集中定数型インダクタは、前記共振回路のインダクタンスを主として形成することを特徴とする非接触情報媒体。
前記コイルは、前記導線を１巻回または２巻回することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の非接触情報媒体。
前記コイルを形成する導線は、前記リーダライタと通信可能である共振周波数での共振を生じる共振回路を形成する単体の多数巻コイルと比較し、巻回形状が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触情報媒体。
前記集中定数型インダクタは、前記導線上に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の非接触情報媒体。