説明

近距離無線通信端末

【課題】RFIDとして機能する近距離無線通信端末を用意した場合に、いずれの方向でカード・リーダに近接させた場合であっても、通信性能を改善できる構造とする。
【解決手段】コイルアンテナ12を平面状に保持する保持部材11の両面に、第1及び第2の磁性材シート21,22を配置する。第1の磁性体シート21は、保持部材11の一方の面の、コイルアンテナ12が保持された領域の一部を覆うように配置される。第2の磁性体シート22は、保持部材11の他方の面の、コイルアンテナ12が保持された領域の一部を覆うように配置され、その覆う範囲が、第1の磁性体シート21で覆われる範囲とは重ならない範囲とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触型のICカードやICタグ等と称される、近距離無線通信機能を備えた近距離無線通信端末に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、交通機関の乗車券、会員証や社員証、店舗などでの代金決済手段用のカード等として、非接触型のICカードの利用が急速に広まっている。非接触型のICカードは、近接したリーダ・ライタとの間で無線通信を行って、認証処理を行うので、財布やパスケースなどの中に入れたままで使用でき、磁気カードなどに比べて使い勝手がよい。
【0003】
また、このような非接触型のICカード(或いはICカードと同等の機能の回路部品)を、携帯電話端末などの携帯用の電子機器に内蔵させて、これらの機器を使用して、同様の認証や決済を行えるようにしたものも実用化されている。なお、携帯端末にICカード機能部を組み込む場合などには、ICカード機能部が必ずしもカード型の形状をしているとは限らないが、以下の説明ではICカードと称した場合、特に説明がない限りはICカード機能を有する部分を含むものである。また、この種の非接触型のICカードは、RFID(Radio Frequency Identification)や無線ICタグなどとも称され、単体で使用される場合でもカード型以外にラベル型、コイン型、スティック型など、カード型以外の種々の形状のものが想定されるが、本明細書では便宜上ICカードと称する。また、非接触ICカードを構成するチップ回路やアンテナなどの機能部を、RFID機能部と称する。
【0004】
RFID機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合には、リーダ・ライタからの電磁誘導で、RFID機能部が作動するようにしてある。即ち、ICカード側では、リーダ・ライタが出力する所定の周波数の搬送波に同調させる処理を行って、その検出された搬送波をASK(Amplitude shift keying)変調などで変調して、リーダ・ライタ側にデータを送るようしてある。ASK変調は、デジタル信号を搬送波の振幅の違いで表わす振幅変調である。
【0005】
図6は、リーダ・ライタとICカードとの通信状態の概要を示した図である。この図に示すように、リーダ・ライタ1は、ループアンテナ2を備えて、所定の周波数の搬送波F1(x)を送信する。ICカード3についてもループアンテナ4を備え、そのループアンテナ4でASK変調された応答波形F2(x)を送信し、リーダ・ライタ1のループアンテナ2は、搬送波F1(x)と応答波形F2(x)の合成波を受信する。
【0006】
このようなICカードの使い方の1つとして、スマートポスタと称されるものがある。図7は、このスマートポスタの使用例を示した図である。屋外の駅などに掲示されるポスタ5の縁や脇などに、ICカード3を設置する。そして、ポスタ5を見た利用者が所持するリーダ・ライタ1を、ICカード3に近接させて無線通信を行い、ICカード3に用意された情報を、リーダ・ライタ1に無線で転送する。利用者が所持するリーダ・ライタ1は、例えば携帯電話端末などの電子端末に内蔵されたリーダ・ライタが想定される。
【0007】
このようなスマートポスタを用意することで、掲示されたポスタと関係した情報を利用者が所持したリーダ・ライタに送ることができる。例えば、お店の案内をポスタに記載すると共に、その店の詳細な地図や営業時間などの情報をリーダ・ライタに配信するなどして、ポスタを見て興味を持った人に、詳細な情報を簡単に配信できるようになるリーダ・ライタが携帯電話端末に内蔵させてある場合には、その携帯電話端末の表示パネルでその配信を受けた情報を表示させることができる。表示パネルを備えない単体のリーダ・ライタの場合には、利用者が所持したパーソナルコンピュータ装置などに接続させて、配信を受けた情報を読み出すことができる。
【0008】
特許文献1には、非接触型のICカードの一例についての開示がある。
【特許文献1】特開2008−131116号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ICカードのRFID機能部がリーダ・ライタと無線通信を行う場合には、上述したように、リーダ・ライタからの電磁誘導で作動するので、基本的には、ICカードに組み込まれたアンテナと無線通信回路部とが、出来るだけ近接した状態とすることで、正しく無線通信ができる。ところが、無線通信であるため、ICカードに近接して金属板が存在した場合などには、RFID機能部とリーダ・ライタとが近接した場合であっても、正しく通信ができない場合がある。
【0010】
このような場合における、RFID機能部とリーダ・ライタとの無線通信状態を改善する技術として、磁性材シートをICカードに近接して配置する技術が知られている(特許文献1参照)。
ここで、図8を参照して、リーダ・ライタとICカードとの無線通信状態が、磁性材シートにより改善されることについて説明する。図8は、ICカード側のアンテナとリーダ・ライタ側のアンテナとをそれぞれ断面で示した図である。
図8(a)は、リーダ・ライタ1とICカード3とを近接した場合の磁束ループを示した図である。この図8(a)の例は通常の通信状態の例であり、金属板や磁性体シートはない状態である。
【0011】
この図8(a)に示すように、リーダ・ライタ1のコイルアンテナ2により磁束ループが生じている。この磁束ループが、ICカード3のコイルアンテナ4まで達して、ICカード3を貫通することで、コイルアンテナ4でリーダ・ライタ1からの信号を受けることが可能となる。
【0012】
図8(b)は、ICカード3の近くに金属板6がある場合の例である。
この場合には、ICカード3側では渦電流による磁界が発生して、リーダ・ライタ1のコイルアンテナ2により生じる磁束ループが、ICカード3のコイルアンテナ4には到達しない状態となっている。即ち、図中の貫通しない磁束ループとして示すように、ICカード3を貫通していない磁束ループとなり、無線通信が阻害されている。従って、図8(b)に示す状態では、金属板6の影響で、無線通信が正常にできない状態になっている。
【0013】
図8(c)は、ICカード3に磁性材シート7を貼り合わせた上で、金属板6に近接させた状態を示している。この状態では、金属板6が近接している点は図8(b)の例と同じであるが、磁性材シート7がICカード3に貼り合わせてある。このため、磁性材シート7を磁束が通過するようになり、磁束ループがICカード3のコイルアンテナ4の周囲を貫通する状態となる。従って、図8(c)に示すようにICカード3の裏面(ここでの裏面とはリーダ・ライタ1と近接した面は反対側の面)に磁性材シート7があることで、金属板6が近接していても、良好な無線通信が可能となる。
【0014】
このようにICカードの片面に磁性材シートを貼付けたり、或いはカードケースの片面に磁性材シートを配置することで、リーダ・ライタとICカードとの無線通信状態を改善できることが知られている。
ところが、磁性材シートによる効果があるのは、磁性材シートが裏面側、即ち、リーダ・ライタ1と近接した面は反対側の面にある場合に限られる。
即ち、図9に示すように、ICカード3の片面に配置した磁性材シート7を、リーダ・ライタ1に向いた面とした場合には、リーダ・ライタ1のコイルアンテナ2からの磁束ループは、磁性材シート7を通過してコイルアンテナ2側に戻るようになり、磁性材シート7とは反対側の面のコイルアンテナ4には、磁束ループが到達しなくなってしまう。従って、ICカード3を図8(c)に示すようにある方向に向けた場合には、無線通信状態が改善されるが、図9に示すように、それとは逆方向に向けた場合には、無線通信ができない状態となってしまう。
【0015】
このように近距離無線通信ができるカードの向きに方向性があるということは、日常的にICカードを使用する上で、常に向きに注意して、ICカードに近づける必要があり、必ずしも使い勝手がよいとは言えない問題があった。例えば、図7に示したようなスマートポスタとして使われるICカードを設置した際に、そのICカードに近接して金属板がある場合(例えばポスタが金属板に貼られた場合)には、磁性材シートで通信性能を改善させようとしても、ICカードに磁性材シートが貼られた向きを注意しないと、通信性能の改善が出来ないだけでなく、無線通信性能の悪化を招いてしまう問題がある。
【0016】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、RFIDとして機能する近距離無線通信端末を用意した場合に、いずれの方向でカード・リーダに近接させた場合であっても、通信性能を改善できる構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明は、所定の周波数の搬送波を出力させるリーダ・ライタと近接させて、近距離無線通信を行う近距離無線通信端末に適用される。
構成としては、近接したリーダ・ライタと無線通信を行うコイルアンテナと、コイルアンテナに接続された通信回路部と、コイルアンテナを平面状に保持する保持部材と、第1及び第2の磁性材シートとを備える。
第1の磁性体シートは、保持部材の一方の面の、コイルアンテナが保持された領域の一部を覆うように配置される。
第2の磁性体シートは、保持部材の他方の面の、コイルアンテナが保持された領域の一部を覆うように配置され、その覆う範囲が、第1の磁性体シートで覆われる範囲とは重ならない範囲とした。
【0018】
本発明によると、コイルアンテナを平面状に保持する保持部材の一方の面の一部を、第1の磁性材シートで覆い、保持部材の他方の面の一部を、第2の磁性材シートで覆う構成としたことで、この近距離無線通信端末をリーダ・ライタに近接させた際には、保持部材のいずれの面をリーダ・ライタと近接させた場合でも、そのリーダ・タイタと近接してない方の面の一部に磁性材シートが配置されることになる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によると、いずれの面をリーダ・ライタに近接させた場合でも、そのリーダ・タイタと近接してない方の面の一部に磁性材シートが配置されることになり、その磁性材シートの作用で、リーダ・ライタからの磁束ループが、近距離無線通信端末側のコイルアンテナを貫通するようになり、無線通信が良好に行えるようになる。
従って、本発明の近距離無線通信端末は、リーダ・ライタに近接させて無線通信を行う際に、無線通信感度に方向性を持たなくなり、どの面をリーダ・ライタに近接させても良好に無線通信できるため、利用者はリーダ・ライタに近接させる面を意識する必要がなくなり、この種の近距離無線通信端末の使い勝手が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明の第1の実施の形態の例を、図1〜図3を参照して説明する。
【0021】
本実施の形態の例(以下本例と称する)においては、RFID機能部を備えた非接触型のICカードとして近距離無線通信端末を構成させた例としてある。非接触型のICカードは、背景技術の欄で説明したように、リーダ・ライタに近接させて無線通信を行うものである。リーダ・ライタとICカードとが通信可能な距離としては、例えば数cmから数十cm程度の非常に近接した距離である。リーダ・ライタとICカードとの間で無線通信を行う周波数としては、例えば13.56MHzなどの搬送波が使用される。なお、本実施の形態で適用されるICカードは、リーダ・ライタからの電波で作動するいわゆるパッシブ型のものであり、本実施の形態においては、このようなものを近距離無線通信端末と称している。パッシブ型のICカード(通信端末)は、通常は電池などを内蔵せず、リーダ・ライタから受信した信号を整流してコンデンサに蓄積させて、端末内を作動させる電源を得る構成であるが、電池などの電源供給部を内蔵した構成でもよい。
【0022】
図1は本例の近距離無線通信端末としてのICカードの例を示した図であり、図2は図1の各部材を分解して示した図である。
図1に示すように、本例のICカード10は、薄板状で厚さが1mm程度の合成樹脂で構成されたベース素材11に、各部を配置してICカードとして構成させてある。即ち、図2に分解して示すように、ベース素材11の一方の面には、コイルアンテナ12とそのコイルアンテナ12に接続されたICチップ13とを配置してある。このICチップ13は、リーダ・ライタとの近距離無線通信に必要な回路が構成させてあり、コイルアンテナ12とICチップ13とで、RFID機能部が構成させてある。コイルアンテナ12は、ベース素材11の表面の縁に沿って、所定回だけ巻回させる構成としてあり、薄膜パターンや線材などで構成される。
【0023】
図2の例では、これらのRFID機能部は、ベース素材11の上に配置してあるが、ベース素材11の内部に埋め込む構成でもよい。また、RFID機能部が必要とする薄膜コンデンサなどの他の部材についても、ベース素材11に配置するようにしてもよい。
【0024】
そして本例においては、図2に示すように、コイルアンテナ12を配置した側のベース素材11の表面の一端寄りに、第1の磁性材シート21を張り付けてある。
また、コイルアンテナ12を配置した側とは反対側のベース素材11の面である裏面の他端寄りに、第2の磁性材シート22を張り付けてある。
この第1,第2の磁性材シート21,22は、例えば高透磁率・低磁気損失の軟磁性金属粉末を充填させて成形させた、非常に厚さの薄い樹脂シートで構成させてある。
【0025】
ICカード10を平面的に見た場合、この第1の磁性材シート21を張り付けた位置(配置した位置)と、第2の磁性材シート22を張り付けた位置(配置した位置)とは重ならないようにしてある。さらに、ICカード10を平面的に見た場合に、第1の磁性材シート21と第2の磁性材シート22の双方ともに配置されない箇所が生じる配置状態としてある。
【0026】
具体的には、ベース素材11の表面側の一端(図1での右側)から例えば1〜2cm程度の範囲まで、第1の磁性材シート21で覆うようにし、また、ベース素材11の裏面側の他端(図1での左側)から例えば〜2cm程度の範囲まで、第2の磁性材シート22で覆うようにする。この両磁性材シート21,22が配置された箇所は、ベース素材11の端部でコイルアンテナ12が配置された箇所と重なる位置としてある。そして、コイルアンテナ12の中央部が配置された箇所については、いずれの磁性材シート21,22とは重ならない領域となっている。なお、それぞれの磁性材シート21,22は、コイルアンテナ12を構成する薄膜または線材と絶縁した状態で配置してある。
【0027】
さらに、図2に示すように、第1の磁性材シート21が張られた上から、保護フィルム31を張って、ICカード10の表面が平滑になるようにしてある。裏面側についても、第2の磁性材シート22が張られた上から、保護フィルム32を張って、ICカード10の裏面が平滑になるようにしてある。
なお、磁性材シート21,22を配置した箇所と、これらの磁性材シート21,22を配置していない箇所とのカードの厚さが変化しないように、何らかの部材(シート)を配置するようにしてもよい。
【0028】
図3は、本例のICカード10とリーダ・ライタ1とを近接させて無線通信が行われる状態を、ICカード10を断面で示したものである。図3では、ICカード10は、図1に示した表面を下側としてリーダ・ライタ1と近接させてあり、裏面が上側となっている。また、ICカード10に近接して金属板6が配置されている状態を想定している。
本例のICカード10の場合には、リーダ・ライタ1と向き合った面に磁性材シート21が配置された箇所(図3での左側)では、その磁性材シート21と重なった位置のコイルアンテナ12には、リーダ・ライタ1のコイルアンテナ2からの磁束ループ(図3での左側の磁束ループ)は、磁性材シート21があるために、その磁性材シート21を流れて、コイルアンテナ12までは到達しない。
【0029】
一方、リーダ・ライタ1と向き合った面とは反対側の面に磁性材22が配置された箇所(図3の右側)では、コイルアンテナ12の背面(図3での上側)に磁性材シート22が配置されているために、磁束ループが磁性材シート22を通過することで、コイルアンテナ12の周りに磁束ループが生じて、コイルアンテナ12でリーダ・ライタ1からの信号を受信できることになる。
従って、金属板6がICカード10またはリーダ・ライタ1に近接していても、良好に無線通信が可能となる。
【0030】
そして、ICカード10の裏面をリーダ・ライタ1と近接させた場合を想定すると、この場合には、図3に示した第1の磁性材シート21と第2の磁性材シート22との位置関係が逆になるだけである。従って、第1の磁性材シート21が配置された箇所で、リーダ・ライタ1からの磁束ループが、コイルアンテナ12の周囲を通過するようになる。逆に、第2の磁性材シート22が配置された箇所では、その磁性材シート22で磁束ループの通過が阻止されるようになる。
従って、ICカード10の向きを反対側とした場合にも、図3に示した状態と同様の状態で、コイルアンテナ12でリーダ・ライタ1からの信号を受信できることになる。
【0031】
また、ICカードに金属板が近接していない通常の無線通信状態については、磁性体シート21,22が配置されていない箇所のコイルアンテナ12で確保される。
即ち、上述したように、磁性材シート21が配置された範囲a(図1参照)は、金属板が近接した状態で、ICカード10の裏面(図1の下側の面)にリーダ・ライタ1を近接させた場合に、磁性材シート21の影響で磁束が良好に通過する範囲となる。
磁性材シート22が配置された範囲b(図1参照)は、金属板が近接した状態で、ICカード10の表面(図1の上側の面)にリーダ・ライタ1を近接させた場合に、磁性材シート22の影響で磁束が良好に通過する範囲となる。
さらに、磁性材シート21と磁性材シート22の双方が配置されていない中央部の範囲c(図1参照)があることで、その範囲cのコイルアンテナ12で、金属板が近接していない状況でのリーダ・ライタ3との無線通信が良好に行える。即ち、一般的な使用環境においても感度劣化を生じさせないで、良好な近距離無線通信が可能となる。
【0032】
このように本例のICカード10によると、磁性材シート21,22を配置したことで、リーダ・ライタ1と近接させて無線通信を行う際に、金属板が近接して場合であっても、磁性材シート21又は22の作用で、無線通信を良好に行うことができる。そして、2つの磁性材シート21,22の配置する面を別の面として、さらにそれぞれの配置位置が重ならないようにしてあることで、表面と裏面のいずれの面をリーダ・ライタ1に近接させても良好に無線通信が行えるようになる。従って本例のICカード10を所持する利用者は、リーダ・ライタ1に近接させる際に、カードの向きを考慮する必要がなくなり、RFIDとしてのICカードの使い勝手が向上する。
【0033】
次に、本発明の第2の実施の形態を、図4及び図5を参照して説明する。図4及び図5において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3に対応した部分については同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【0034】
本実施の形態においても、リーダ・ライタと近距離無線通信を行うICカードに適用した例としてある。
【0035】
図4は、本実施の形態におけるICカード10′の構成を示した斜視図であり、図5は図4のV−V線に沿う断面図である。図4(a)は表面側を示した図であり、図4(b)は裏面側を示した図である。
本例においては、ICカード10′として、ベース素材11の表面にコイルアンテナ12などのRFID機能部を配置する。そして、そのコイルアンテナ12の配置箇所の全周の内側の所定範囲を覆うように、表面側に1周の帯状の第1の磁性材シート41を配置する。さらに、コイルアンテナ12の配置箇所の外側の所定範囲を覆うように、ベース素材11の裏面側に1周の帯状の第2の磁性シート42を配置する。
【0036】
図5に断面で示すように、第1の磁性材シート41の配置位置と、第2の磁性材シート42の配置位置は、上下に重ならない位置としてあり、さらにコイルアンテナ12の配置位置の残りの部分(中央部分)の範囲xについては、上下にいずれの磁性材シート41,42も配置されていない状態である。この範囲xは、コイルアンテナ12の全周に亘って設けてある。また、本例のICカード10′についても、図1例と同様に、表面と裏面には、それぞれ保護フィルムを配置するようにしてもよい。
【0037】
この図4及び図5に示すように構成したことでも、図3に示した通信状態と同様に、ICカード10′の表面側をリーダ・ライタと近接させた場合と、裏面側をリーダ・ライタと近接させた場合のいずれでも、良好に近距離無線通信が行える効果を有する。さらに、第1,第2の磁性材シート41,42のいずれも配置されていないコイルアンテナ12の範囲xがあることで、金属板が近接していない一般的な使用環境においても、感度劣化を生じさせない良好な近距離無線通信が可能となる。なお、コイルアンテナ12の磁性材シートで覆われない範囲xについては、金属板が近接していない一般的な使用環境でアンテナの感度を確保できる程度の範囲とする必要がある。
【0038】
なお、上述した各実施の形態では、薄板状のICカードとして構成させた近距離無線通信端末の例について説明したが、同様の処理部を備えた通信端末であれば、カード型以外のその他の形状のものにも適用可能である。例えば、携帯電話端末装置に内蔵されたRFID部のコイルアンテナの配置箇所の一方の面と他方の面に、磁性材シートを互い違いに配置するようにしてもよい。また、携帯電話端末装置以外の機器に内蔵されたRFID部にも適用可能である。
単体のRFIDとして構成されたものの場合でも、コイルアンテナの表面側の一部と裏面側の一部とを、それぞれ個別に磁性材シートで覆うようにすれば、その他の形状の構成のものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の第1の実施の形態の例によるICカードを示す斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の例によるICカードを分解して示す分解斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態による無線通信状態の例を示す説明図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の例によるICカードを示す斜視図であり、(a)は表面側の例を示し、(b)は裏面側の例を示した図である。
【図5】図4のV−V線に沿う断面図である。
【図6】リーダ・ライタとICカードとの無線通信状態の例を示す説明図である。
【図7】スマートポスタの例を示す説明図である。
【図8】リーダ・ライタとICカードとの通信状態の例を断面で示した説明図で、(a)は通常の通信状態、(b)は金属板が近くにある場合の通信状態、(c)は磁性材シートが貼られている場合の通信状態を示した図である。
【図9】磁性材シートが邪魔して無線通信ができない状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【0040】
1…リーダ・ライタ、2…コイルアンテナ、3…ICカード、4…コイルアンテナ、6…金属板、10,10′…ICカード、11…ベース素材、12…コイルアンテナ、13…ICチップ、21,22…磁性材シート、31,32…保護フィルム、41,42…磁性材シート

【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の周波数の搬送波を出力させるリーダ・ライタと近接させて、近距離無線通信を行う近距離無線通信端末において、
近接したリーダ・ライタと無線通信を行うコイルアンテナと、
前記コイルアンテナに接続された通信回路部と、
前記コイルアンテナを平面状に保持する保持部材と、
前記保持部材の一方の面の、前記コイルアンテナが保持された領域の一部を覆うように配置された第1の磁性体シートと、
前記保持部材の他方の面の、前記コイルアンテナが保持された領域の一部を覆うように配置され、その覆う範囲が、前記第1の磁性体シートで覆われる範囲とは重ならない範囲とした第2の磁性体シートとを備えたことを特徴とする
近距離無線通信端末。
【請求項2】
請求項1記載の近距離無線通信端末において、
前記第1の磁性体シートは、前記保持部材で保持されたコイルアンテナが360°巻回された内の、第1の角度範囲のコイルアンテナを覆うように配置し、
前記第2の磁性体シートは、前記第1の角度範囲とは重ならない第2の角度範囲のコイルアンテナを覆うように配置したことを特徴とする
近距離無線通信端末。
【請求項3】
請求項1記載の近距離無線通信端末において、
前記第1の磁性体シートは、前記保持部材に平面状に保持されたコイルアンテナの内の、全周の第1の範囲のコイルアンテナを覆うように配置し、
前記第2の磁性体シートは、前記第1の範囲とは重ならない全周の第2の範囲のコイルアンテナを覆うように配置したことを特徴とする
近距離無線通信端末。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2010−147913(P2010−147913A)
【公開日】平成22年7月1日(2010.7.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−324239(P2008−324239)
【出願日】平成20年12月19日(2008.12.19)
【出願人】(506150146)ビフレステック株式会社 (16)
【Fターム(参考)】