JP2007334507A - 集積回路、非接触型ｉｃカード、リーダライタ、無線通信方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 通信不良を改善する、集積回路、非接触型ＩＣカード、リーダライタ、無線通信方法およびコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】 磁界を用いて無線通信を行う集積回路であって、複数段階の共振周波数を有する共振回路と、所定の条件を満たしているかどうか確認する確認部１２３と、確認部１２３で所定の条件を満たしていた場合に共振周波数を変更させる切換部１１２と、を含むことを特徴とする、集積回路１２４が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集積回路、非接触型ＩＣカード、リーダライタ、無線通信方法およびコンピュータプログラムに関する。

カードにＩＣチップを埋め込み、非接触でリーダライタ（Ｒ／Ｗ）端末と無線通信を行う非接触型ＩＣカードが広く使われている。特に、交通機関の改札口における改札処理や、小売店のレジにおける支払処理、社員の出勤や退勤の管理などを行うために、非接触型ＩＣカードは広く普及している。

非接触型ＩＣカードは、内部に電源を有しておらず、非接触型ＩＣカードをリーダライタ端末にかざした際に、リーダライタ端末から発生した磁界を受信したアンテナコイルで誘起電圧として発生する電圧を電源として、内部に含まれる各部の起電力としている。非接触型ＩＣカードと、リーダライタ端末とは所定の周波数の電磁波を用いて通信を行っており、非接触型ＩＣカードやリーダライタ端末は、その所定の周波数で共振するような周波数共振回路を含んでいる。例えば、非接触ＩＣカードの通信規格であるＩＳＯ１４４４３においては、共振周波数は１３．５６ＭＨｚに定められている。

非接触型ＩＣカードや携帯型情報処理端末に埋め込まれたＩＣチップからリーダライタ端末への応答には、「負荷変調」を用いている。負荷変調は、ＩＣチップの内部の負荷をオン・オフすることによって、リーダライタ端末に対するＩＣチップのインピーダンスを変化させるものである。リーダライタ端末側は、ＩＣチップの電力消費の変化量をキャリア（カードや携帯型端末）の電圧変化量として検波しており、電圧の変化が発生したことでリーダライタ端末はＩＣチップからの応答があったものと認識することができる。

近年においては、このＩＣチップを非接触型ＩＣカードだけではなく携帯電話のような携帯型の情報処理端末に埋め込んで、その端末をリーダライタ端末にかざすことでリーダライタ端末との無線通信を行う方法がある。携帯型端末を交通機関の改札口や小売店のレジ等に接続されたリーダライタ端末にかざすことで、携帯型の情報処理端末を用いても改札処理や支払処理を行うことが可能になる。特に交通機関の改札口や小売店のレジにおいては、その性質上使用者を待たせることが無いように迅速に通信を行う必要がある。そのため、ＩＣチップからの返答を安定化させる技術が開示されている。

ＩＣチップからの返答を安定化させるための方法として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、非接触型ＩＣカードの共振回路におけるキャパシタ全体の容量を変化させることで、共振回路の共振周波数をシフトさせて、ＩＣカードからの応答を改善する方法が開示されている。

特開２００１−２２２６９６号公報

しかし、交通機関の改札口や小売店のレジ等の機器に接続されたリーダライタと、カードや携帯型の情報処理端末に埋め込まれたＩＣチップとの通信が正常に行われない場合がある。特に、携帯型の情報処理端末にＩＣチップを埋め込んだ場合に、リーダライタとの通信が正常に行われない場合が生じる。これは、リーダライタ端末とＩＣチップとの間の通信方式であるＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調によるものが原因である。つまり、非接触型ＩＣカードや携帯型情報処理端末に埋め込まれたＩＣチップからのリーダライタ端末への返答に、上述の負荷変調を用いており、リーダライタ端末側は、ＩＣチップの電力消費の変化量をキャリア（カードや携帯型端末）の電圧変化量として検波していることに起因する。

負荷変調は、ＩＣチップ側で抵抗のオン・オフを行って、電磁波の発信元であるリーダライタに向けて反磁界を発生させることで、リーダライタ端末に対して応答を行うものである。リーダライタ端末に対するＩＣチップのインピーダンスが変化することで、リーダライタ端末はＩＣチップからの応答を認識することができる。しかし、リーダライタ端末とＩＣチップの間の距離によっては、抵抗のオン・オフによって発生する反磁界によっても、リーダライタ端末のアンテナから見たＩＣカードや情報処理端末を含むインピーダンスの絶対値がＩＣチップの負荷を変えることによっても変化しない場合がある。そのために、そのような距離においては、ＩＣチップから応答を行っても、リーダライタ端末側で応答と認識できない場合が生じる問題がある。

図９は、従来のリーダライタ端末およびＩＣカードについて説明する説明図である。リーダライタ１０は、電源１１と、抵抗１２および１３と、コンデンサ１４と、アンテナコイル１５とを含んで構成され、ＩＣカード２０は、スイッチ２１と、抵抗２３と、コンデンサ２４と、アンテナコイル２５とを含んで構成される。リーダライタ１０のアンテナコイル１５と、ＩＣカード２０のアンテナコイル２５とは、磁界Ｍを利用してお互いに非接触での無線通信を行う。ＩＣカード２０からの通信は、スイッチ２１のオン・オフの切り換えでＩＣカード２０からの磁界を変化させることによって行う。

図１０は抵抗のオン・オフによって発生する反磁界によっても、リーダライタ側で応答と認識できない場合が生じる問題について示す説明図である。横軸がリーダライタとＩＣチップを搭載したＩＣカードとの距離を示し、縦軸がリーダライタのアンテナ両端の電圧Ｖ_Ｒ／Ｗを示す。ＩＣカード２０のスイッチ２１がオフの状態での距離と電圧の関係を実線で示し、ＩＣカード２０のスイッチ２１がオンの状態での距離と電圧の関係を点線で示している。ＩＣカード２０のスイッチ２１をオフからオンにすると、スイッチ２１のオンによって抵抗２３が有効になり、ＩＣカード２０に電流が流れる。ＩＣカード２０に電流が流れると、その電流によってアンテナコイル２５から磁界（反磁界）が発生する。この磁界をリーダライタ１０のアンテナコイル１５が受信することでアンテナコイル１５にこの磁界による電流が生じ、生じた電流によってリーダライタ１０のアンテナ両端の電圧Ｖ_Ｒ／Ｗが変化する。リーダライタ１０は、この電圧Ｖ_Ｒ／Ｗの変化によってＩＣカード２０から応答があったかどうかを認識することができる。

しかし、リーダライタ１０とＩＣカード２０との距離によっては、ＩＣチップ側でスイッチ２１をオンして抵抗２３を有効にしても、リーダライタ１０のアンテナ両端の電圧Ｖ_Ｒ／Ｗが変化しない箇所が存在する。図１０においては、実線と点線が交差している箇所では、スイッチ２１のオン・オフによってもリーダライタ１０のアンテナ両端の電圧Ｖ_Ｒ／Ｗが変化しないことを表している。このため、リーダライタ１０とＩＣカード２０との距離によっては、ＩＣカード２０が応答のためにスイッチ２１をオンして抵抗２３を有効にしても、リーダライタ１０ではＩＣカード２０からの応答を認識できない問題がある。

このように、抵抗のオン・オフによる返答では、上述したようにリーダライタからの距離によっては通信ができないポイントがあり、ＩＣチップからの返答がリーダライタで認識できない問題があった。特に交通機関の改札口や小売店のレジにおいては、その性質上使用者を待たせることが無いように迅速に通信を行う必要があり、通信が迅速に行われないと、改札口の通過や代金の支払い等に時間がかかってしまい、使用者に多大な迷惑をかけてしまう問題があった。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、新規かつ改良された、集積回路、非接触型ＩＣカード、リーダライタ、無線通信方法およびコンピュータプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、磁界を用いて無線通信を行う集積回路であって、複数段階の共振周波数を有する共振回路と、所定の条件を満たしているかどうか確認する確認部と、確認部での確認の結果、所定の条件を満たしていた場合に共振周波数を変更させる切換部と、含むことを特徴とする、集積回路が提供される。

かかる構成によれば、共振回路は複数段階の共振周波数を有し、確認部は所定の条件を満たしているかどうかを確認し、切換部は確認部での確認の結果、所定の条件を満たしていることを条件に、共振回路の共振周波数を変更する。その結果、本発明のある観点にかかる集積回路によれば、共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記所定の条件は、確認部での所定の回数の計数であってもよく、所定の時間の計時であってもよい。かかる構成によれば、確認部は所定の回数および／または所定の時間の計時を行う。その結果、所定の回数および／または所定の時間が経過していた場合に、共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記集積回路は、複数段階のキャパシタンスを有するコンデンサをさらに含み、切換部でキャパシタンスを切り換えることで共振周波数を変更してもよい。かかる構成によれば、コンデンサは複数段階のキャパシタンスを有し、キャパシタンスの切り換えによって共振回路の共振周波数を変更する。その結果、コンデンサのキャパシタンスを切り換えることで共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記集積回路は、複数段階のインダクタンスを有するインダクタをさらに含み、切換部でインダクタンスを切り換えることで共振周波数を変更してもよい。かかる構成によれば、インダクタは複数段階のインダクタンスを有し、インダクタンスの切り換えによって共振回路の共振周波数を変更する。その結果、インダクタのインダクタンスを切り換えることで共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記集積回路を含むことを特徴とする、非接触型ＩＣカードが提供される。

かかる構成によれば、共振回路は複数段階の共振周波数を有し、確認部は所定の条件を満たしているかどうかを確認し、切換部は確認部での確認の結果、所定の条件を満たしていることを条件に、共振回路の共振周波数を変更する。その結果、本発明の別の観点にかかる非接触型ＩＣカードによれば、共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記集積回路を含むことを特徴とする、情報処理端末が提供される。

かかる構成によれば、共振回路は複数段階の共振周波数を有し、確認部は所定の条件を満たしているかどうかを確認し、切換部は確認部での確認の結果、所定の条件を満たしていることを条件に、共振回路の共振周波数を変更する。その結果、本発明の別の観点にかかる情報処理端末によれば、共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記集積回路を含むことを特徴とする、カードリーダライタが提供される。

かかる構成によれば、共振回路は複数段階の共振周波数を有し、確認部は所定の条件を満たしているかどうかを確認し、切換部は確認部での確認の結果、所定の条件を満たしていることを条件に、共振回路の共振周波数を変更する。その結果、本発明の別の観点にかかるカードリーダライタによれば、共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数段階の共振周波数を有する共振回路を含む集積回路による無線通信方法であって、所定の条件を満たしているかどうか確認する確認ステップと、確認ステップにおいて所定の条件を満たしていることを条件に、共振周波数を切り換えて共振周波数を変更する共振周波数変更ステップと、を含むことを特徴とする、無線通信方法が提供される。

かかる方法によれば、確認ステップは所定の条件を満たしているかどうかの確認を行い、共振周波数変更ステップは確認ステップでの確認の結果、所定の条件を満たしていた場合に共振回路の共振周波数を変更する。その結果、本発明の別の観点にかかる無線通信方法によれば、共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数段階の共振周波数を有する集積回路を制御するコンピュータプログラムであって、所定の条件を満たしているかどうか確認する確認処理と、確認処理において所定の条件を満たしていることを条件に、共振周波数を切り換えて共振周波数を変更する共振周波数変更処理と、を実行せしめることを特徴とする、コンピュータプログラムが提供される。

かかる構成によれば、確認処理は所定の条件を満たしているかどうかの確認を行い、共振周波数変更処理は確認処理での確認の結果、所定の条件を満たしていた場合に共振回路の共振周波数を変更する。その結果、本発明の別の観点にかかるコンピュータプログラムによれば、共振回路の共振周波数を変更して、外部からの電波に対して応答を行うことができる。

以上説明したように本発明によれば、集積回路、非接触型ＩＣカード、リーダライタ、無線通信方法およびコンピュータプログラムを提供できるものである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る集積回路について説明する説明図である。以下、図１および図２を用いて本発明の第１の実施形態に係る集積回路の構成について説明する。

図１に示したように、本発明の第１の実施形態に係る集積回路１２４は、アンテナコイル１０２と、第１のコンデンサ１０４と、第２のコンデンサ１０６と、抵抗１０７と、切換部１１２と、を含んで構成される。

アンテナコイル１０２は、リーダライタ端末のような電波を発する装置から所定の周波数成分を含む電波を受信すると、電磁誘導によってその両端に交流電圧を発生させる。本実施形態においては、アンテナコイル１０２の巻き数を３巻きとするが、本発明の実施においては、コイルの巻き数はこれに限られない。

アンテナコイル１０２と、第１のコンデンサ１０４を図１のように並列に接続することで共振回路を構成することができる。アンテナコイル１０２を通過する磁界に変化が生じるとアンテナコイル１０２に交流電圧が発生し、抵抗１０７によって集積回路１２４に電流が流れ、抵抗１０７によって電力が消費される。

切換部１１２は、オン・オフによって、第２のコンデンサ１０６を集積回路１２４に接続したり、集積回路１２４から切り離したりするためのものである。第２のコンデンサ１０６を集積回路１２４に接続したり、集積回路１２４から切り離したりすることで、アンテナコイル１０２と第１のコンデンサ１０４とからなる共振回路の共振周波数を変化させることができる。

切換部１１２には、スイッチング素子を用いてもよい。スイッチング素子としてＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；金属酸化膜型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。

図２は、図１に示した集積回路１２４の切換部１１２をオンにした後の状態を示す説明図である。切換部１１２を操作して切換部１１２がオンに切り換わると、第２のコンデンサ１０６が集積回路１２４に接続されて有効になる。そのため、共振回路を構成するコンデンサが第１のコンデンサ１０４および第２のコンデンサ１０６の２つとなり、共振回路の共振周波数が変化する。そして、共振回路は変化後の共振周波数の信号のみを通過させることができる。通過した信号は、集積回路１２４の後段に設けられた検波回路（図示せず）へ渡され、整流および平滑化される。

集積回路１２４のキャパシタンスを変化させて、共振周波数を変化させることで、集積回路１２４の全体としてのインピーダンスにも変化が生じる。このインピーダンスの変化を利用することで、リーダライタ端末のような電波を発する装置は、集積回路１２４が電波の受信に対して応答を行ったかどうかを判断することができる。従って、このような集積回路を、リーダライタ端末と非接触で無線通信を行う非接触型ＩＣカードや携帯電話のような情報処理端末に組み込むことで、電波を発信したリーダライタ端末に対する応答を改善することが可能となる。

なお、本実施形態においては第２のコンデンサ１０６の有効／無効を切り換え、第１のコンデンサ１０４と第２のコンデンサ１０６とを並列に接続することによって、コンデンサ全体としてのキャパシタンスを変化させていたが、本発明はこれに限られず、例えば、第２のコンデンサ１０６の有効／無効を切り換え、第１のコンデンサ１０４と第２のコンデンサ１０６とを直列に接続することによって、コンデンサ全体としてのキャパシタンスを変化させてもよい。

以上、図１および図２を用いて本発明の第１の実施形態に係る集積回路について説明した。次に、図３を用いて、本発明の第１の実施形態に係る上記集積回路を用いた非接触型ＩＣカードの構成について説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態にかかる上記集積回路を用いた非接触型ＩＣカードの構成について説明する説明図である。

図３に示したように、本発明の一実施形態に係る非接触型ＩＣカード１００は、アンテナコイル１０２と、第１のコンデンサ１０４と、第２のコンデンサ１０６と、切換部１１２と、整流回路１１４と、電圧検知回路１１６と、復調回路１１８と、ディジタル回路１２０と、メモリ１２２と、確認部１２３と、を含んで構成される。また、リーダライタ１５０にはアンテナコイル１５２が接続されている。

非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０とは、アンテナコイル１０２およびアンテナコイル１５２を通して所定の周波数成分を含む電波の送受信を行う。アンテナコイル１０２は、リーダライタ１５０のアンテナコイル１５２から電波を受信すると、両端に交流電圧を発生する。本実施形態においては、アンテナコイル１０２の巻き数を３巻きとするが、本発明の実施においては、コイルの巻き数は３巻きに限られない。

アンテナコイル１０２、第１のコンデンサ１０４および第２のコンデンサ１０６で、周波数共振回路を構成する。周波数共振回路は、特定の周波数帯域（共振周波数）の成分を通過させるためのものである。

切換部１１２は、複数のスイッチング素子を含んで構成されていてもよい。スイッチング素子としてＦＥＴ、例えばＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。本実施形態においては、切換部１１２は切換器１１２ａ、１１２ｂを含んで構成されている。

切換部１１２を操作して、第２のコンデンサを有効にすることによって、第１のコンデンサ１０４および第２のコンデンサ１０６からなるキャパシタンスを切り換えることができる。共振周波数は、アンテナコイル１０２のインダクタンスと、第１のコンデンサ１０４および第２のコンデンサ１０６のキャパシタンスとによって定められる。

リーダライタ１５０から送信される電波の周波数は、通信規格によって定められている。例えば、非接触ＩＣカードの通信規格の一つであるＩＳＯ１４４４３においては、リーダライタ１５０から送信される電波の周波数は１３．５６ＭＨｚに定められており、周波数共振回路における共振周波数も１３．５６ＭＨｚとなるように、アンテナコイル１０２のインダクタンスと第１のコンデンサ１０４のキャパシタンスとが調節されている。なお、本発明に係る周波数共振回路の共振周波数は、ＩＳＯ１４４４３で定められている１３．５６ＭＨｚに限られず、他の共振周波数であってもよい。

抵抗１０７は、１０２で発生した電流による電力を消費するためのものである。非接触型ＩＣカード１００は、抵抗１０７において電力を消費し、つまりアンテナコイル１０２に電流を流すことで、アンテナコイル１０２から磁界を発生させ、その発生した磁界によってリーダライタ１５０に対して返信を行う。

整流回路１１４は、アンテナコイル１０２で発生した交流電圧を直流電圧に変換するためのものである。整流回路１１４から出力される直流電圧は、非接触型ＩＣカード１００の内部に設けられた各部の動作のための電源電圧として使用してもよい。電圧検知回路１１６は、整流回路１１４で変換した直流電圧の電圧値を検知するためのものであり、所定の電圧値を超える電圧値が発生した場合に、非接触型ＩＣカード１００の動作を停止させる役割を有する。

復調回路１１８は、リーダライタ１５０から送信された電波に含まれている情報を分離するためのものである。分離された情報は、ディジタル回路１２０を介してメモリ１２２に蓄えられる。

確認部１２３は、リーダライタ１５０に対して応答を行う際に、所定の条件を満たしているかどうかの確認を行うためのものである。確認部１２３で所定の条件を満たしていることを確認すると、第２のコンデンサ１０６を回路に接続させるための信号をディジタル回路１２０から送出させる。

以上、図３を用いて本発明の第１の実施形態にかかる非接触型ＩＣカードの構成について説明した。次に、本発明の第１の実施形態にかかる無線通信方法について説明する。

図４Ａは、本発明の第１の実施形態にかかる無線通信方法について説明する流れ図である。図４Ａに示したように、本発明の第１の実施形態にかかる無線方法は、最初にリーダライタ１５０からアンテナコイル１５２を介してポーリング信号を送信する（ステップＳ１１０）。リーダライタ１５０の近傍に非接触型ＩＣカード１００があると、非接触型ＩＣカード１００がアンテナコイル１０２を用いてポーリング信号を受信する（ステップＳ１２０）。

リーダライタ１５０からのポーリング信号を受信した非接触型ＩＣカード１００は、ポーリング信号を受信してから所定の時間が経過したかどうかを確認部１２３で確認する（ステップＳ１３０）。ここで、ポーリング信号を受信してからまだ所定の時間が経過していないと確認部１２３で確認した場合には、アンテナコイル１０２を介してリーダライタ１５０からのポーリング信号に対する応答信号を送信する（ステップＳ１５０）。

ここで、リーダライタ１５０が非接触型ＩＣカード１００からの応答信号の受信に成功したかどうか判断を行う（ステップＳ１６０）。リーダライタ１５０が非接触型ＩＣカード１００からの応答信号の受信に成功した場合、つまり、非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が有効にしたことでアンテナコイル１５２の両端の電圧に変化が生じた場合には、そのまま通信を続行する（ステップＳ１７０）。しかし、非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が有効にしてもアンテナコイル１５２の両端の電圧に変化が生じない場合には、リーダライタ１５０は非接触型ＩＣカード１００からの応答信号の受信に失敗したと判断し、ステップＳ１１０に戻って再度ポーリング信号の送信を行う。

一方、上記ステップＳ１３０で、ポーリング信号を受信してから所定の時間が経過したと確認部１２３で確認した場合には、非接触型ＩＣカード１００の共振周波数を変更する（ステップＳ１４０）。具体的には、ディジタル回路１２０から切換器１１２ａ、１１２ｂをオンにするための信号を送出し、切換器１１２ａ、１１２ｂをオンにすることで第２のコンデンサ１０６を回路に接続する。第２のコンデンサ１０６を回路に接続することで、アンテナコイル１０２および第１のコンデンサ１０４からなっていた共振回路に第２のコンデンサ１０６が加わることになる。アンテナコイル１０２のインダクタンスをＬ、第１のコンデンサ１０４のキャパシタンスをＣ１、第２のコンデンサ１０６のキャパシタンスをＣ２とすると、共振周波数は、１／２π（Ｌ×Ｃ１）^1/2から１／２π｛Ｌ×（Ｃ１＋Ｃ２）｝^1/2に変化する。

図５は、非接触型ＩＣカードのキャパシタンスとリーダライタ（Ｒ／Ｗ）の電圧値との関係について説明する説明図である。図５の（ａ）は、非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０との距離が１０ｍｍの場合における非接触型ＩＣカードのキャパシタンスとリーダライタ（Ｒ／Ｗ）の電圧値との関係を示しており、点線が非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が無効の場合の関係を示し、実線が非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が有効の場合の関係を示している。

本実施形態においては、第１のコンデンサ１０４のキャパシタンスＣ１は１２５ｐＦである。そのため、非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０との距離が１０ｍｍの場合においては、抵抗１０７が無効から有効になったときにリーダライタ１５０のアンテナコイル１５２の両端に生じる電圧の値が明確に変化している。従って、図５の（ａ）の場合においては抵抗１０７が無効から有効になったときにリーダライタ１５０で非接触型ＩＣカード１００からの応答信号を受信することができる。

図５の（ｂ）は、非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０との距離が６ｍｍの場合における非接触型ＩＣカードのキャパシタンスとリーダライタ（Ｒ／Ｗ）の電圧値との関係を示しており、図５の（ａ）と同様に、点線が非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が無効の場合の関係を示し、実線が非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が有効の場合の関係を示している。

非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０との距離が１０ｍｍの場合においては、抵抗１０７が無効から有効になったときにリーダライタ１５０のアンテナコイル１５２の両端に生じる電圧の値がほとんど変化していない。従って、図５の（ｂ）の場合においては抵抗１０７が無効から有効になったときにリーダライタ１５０で非接触型ＩＣカード１００からの応答信号を受信することができないため、リーダライタ１５０は非接触型ＩＣカードとの通信を行うためにポーリング信号を繰り返し発信する。

非接触型ＩＣカード１００は、リーダライタ１５０からのポーリング信号を何度も受信することになる。ここで、非接触型ＩＣカード１００で所定の条件を満たしていた場合に、非接触型ＩＣカード１００のキャパシタンスを変化させて共振周波数を変更することで、リーダライタ１５０に非接触型ＩＣカード１００からの応答を認識してもらうようにする。図５の（ｂ）の場合では、非接触型ＩＣカード１００のキャパシタンスを１２５ｐＦより大きく、もしくは小さく変更することで、抵抗１０７が無効から有効になったときにリーダライタ１５０のアンテナコイル１５２の両端に生じる電圧の値が明確に変化するようになる。アンテナコイル１５２の両端に生じる電圧の値が明確に変化するようになることで、抵抗１０７が無効から有効になったときにリーダライタ１５０で非接触型ＩＣカード１００からの応答信号を受信することができる。

本実施形態においては、切換器１１２ａ、１１２ｂをオンにすることで第２のコンデンサ１０６を回路に並列に接続しているので、非接触型ＩＣカード１００のキャパシタンスを１２５ｐＦより大きい値に変化させているが、本発明はこれに限られず、例えば切換部に信号を入力してコンデンサを共振回路から切り離し、共振回路全体のキャパシタンスを低く変更することで共振周波数を変更するようにしてもよい。

図５の（ｃ）は、非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０との距離が４ｍｍの場合の、図５の（ｄ）は、非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０との距離が０ｍｍの場合の、非接触型ＩＣカードのキャパシタンスとリーダライタ（Ｒ／Ｗ）の電圧値との関係を示している。図５の（ａ）と同様に、点線が非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が無効の場合の関係を示し、実線が非接触型ＩＣカード１００の抵抗１０７が有効の場合の関係を示している。

非接触型ＩＣカード１００とリーダライタ１５０との距離が４ｍｍの場合は、非接触型ＩＣカード１００のコンデンサのキャパシタンスが１２５ｐＦの場合に、抵抗１０７が無効から有効になったときにリーダライタ１５０のアンテナコイル１５２の両端に生じる電圧の値が明確に変化する。しかし、距離が０ｍｍの場合はアンテナコイル１５２の両端に生じる電圧の値がほとんど変化しない。

図５の（ｄ）に示したように、距離が０ｍｍの場合では、非接触型ＩＣカード１００のコンデンサ全体のキャパシタンスを大きくしても、アンテナコイル１５２の両端に生じる電圧の値がほとんど変化しない。しかし、非接触型ＩＣカード１００のコンデンサのキャパシタンスを小さくすることで、リーダライタ１５０で非接触型ＩＣカード１００からの応答信号を認識することができる。

このように、所定の条件として所定の時間に達したかどうかで共振回路の共振周波数を変化させることによって、非接触型ＩＣカードからの応答をリーダライタ端末で認識させることができる。

なお、図４Ａに示した無線通信方法では、所定の条件として所定の時間に達したかどうかで共振回路の共振周波数を変化させていたが、所定の条件として所定の回数応答信号を送信したかどうかで共振回路の共振周波数を変化させてもよい。

図４Ｂは、本発明の第１の実施形態にかかる無線通信方法について説明する流れ図である。リーダライタ１５０からポーリング信号を送信すると（ステップＳ１１０）、非接触型ＩＣカード１００でポーリング信号を受信する（ステップＳ１２０）。非接触型ＩＣカード１００でポーリング信号を受信すると、応答回数を１回加算し（ステップＳ１２２）、応答回数を加算した結果、所定の応答回数に達したかどうかを確認部１２３で確認する（ステップＳ１３２）。

確認部１２３での確認の結果、所定の応答回数、例えば応答回数が３回にまだ達していないならばそのままリーダライタ１５０へ応答信号を送信し（ステップＳ１５０）、所定の応答回数に達していた場合には、共振周波数を変更し（ステップＳ１４０）、変更した共振周波数でリーダライタ１５０へ応答信号を送信する（ステップＳ１５０）。リーダライタ１５０は、非接触型ＩＣカード１００からの応答信号の受信に成功したかどうかを判断し（ステップＳ１６０）、受信に成功していればそのまま通信を続行し（ステップＳ１７０）、受信に失敗していればステップＳ１１０に戻って再度ポーリング信号の送信を行う。

このように、所定の条件として応答信号を所定の回数送信したかどうかで共振回路の共振周波数を変化させることによっても、非接触型ＩＣカードからの応答をリーダライタ端末で認識させることができる。もちろん、本発明においては所定の応答回数は３回に限られず、２回以下であっても、４回以上であってもよい。

以上、本発明の第１の実施形態にかかる無線通信方法について説明した。

なお、上述した無線通信方法は、非接触型ＩＣカード１００の内部に記憶されていて、所定の周波数の電波を受信する処理と、切換部１１２を操作してコンデンサ全体のキャパシタンスを切り換える処理と含むコンピュータプログラムによって実行されてもよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、使用するコンデンサの数を変化させて共振周波数を変えることで、リーダライタ端末と非接触型ＩＣカードや情報処理端末との間の通信を改善することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、コンデンサの数を増やすことで共振回路の共振周波数が変化する集積回路について説明したが、第２の実施形態では、コイルの巻き数を増やすことで共振回路の共振周波数を変化させる集積回路について説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態にかかる集積回路について説明する説明図である。図６に示したように、本発明の第２の実施形態に係る集積回路２２４は、アンテナコイル２０２と、コンデンサ２０４と、抵抗２０７と、切換部２１２と、を含んで構成される。

アンテナコイル２０２は、第１の実施形態のアンテナコイル１０２と同様に、リーダライタ端末のような電波を発する装置から所定の周波数成分を含む電波を受信すると、電磁誘導によってその両端に交流電圧を発生させる。そして本実施形態においては、インダクタンスを複数段階変更することができるように、両端の端子の中間に中間端子を備え、両端の端子の一端と中間端子とを切り換えて使用することで巻き数を変更することができる。本実施形態においては、アンテナコイル２０２の巻き数を５巻きとし、中間端子による巻き数は３巻きとするが、本発明においてはアンテナコイルの巻き数および中間端子による巻き数はこれに限られない。

アンテナコイル２０２と、コンデンサ２０４を図６のように並列に接続することで共振回路を構成することができる。アンテナコイル２０２を通過する磁界に変化が生じるとアンテナコイル２０２に交流電圧が発生し、抵抗２０７によって集積回路２２４に電流が流れ、抵抗２０７によって電力が消費される。

切換部２１２は、オン・オフすることによって、アンテナコイル２０２の巻き数を変更することができるものである。アンテナコイル２０２の巻き数を変更することで、アンテナコイル２０２とコンデンサ２０４とからなる共振回路の共振周波数を変化させることができる。

切換部２１２は、複数のスイッチング素子を含んで構成されていてもよい。本実施形態においても、スイッチング素子としてＦＥＴ、例えばＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。本実施形態においては、切換部２１２は切換器２１２ａ、２１２ｂを含んで構成されている。

第１の実施形態では、切換部の操作によって共振回路のキャパシタンスを変化させることで共振回路の共振周波数を変化させていた。本実施形態においては、切換部の操作によって共振回路のインダクタンスを変化させることで共振回路の共振周波数を変化させることを特徴とする。

つまり、切換部２１２を操作して、アンテナコイルの巻き数を３巻きから５巻きに変化させてアンテナコイル２０２のインダクタンスを変化させることで、共振回路の共振周波数を変化させることを特徴とする。

本実施形態にかかる集積回路２２４を、第１の実施形態にかかる非接触型ＩＣカードに組み込むことによって、リーダライタ側で非接触型ＩＣカードからの応答を認識できない場合でも、共振周波数を変化させることでリーダライタに非接触型ＩＣカードからの応答を認識させることができる。

なお、上述の処理は、所定の周波数の電波を受信する処理と、切換部２１２を操作してアンテナコイル２０２の巻き数を切り換える処理と含むコンピュータプログラムによって実行されてもよい。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、アンテナコイルの巻き数を変化させてインダクタンスを変化させることによって共振周波数を変えることで、リーダライタ端末と非接触型ＩＣカードや情報処理端末との間の通信を改善することができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態および第２の実施形態では、非接触型ＩＣカードや情報処理端末に含まれる共振回路の共振周波数を変化させることで、リーダライタ端末と非接触型ＩＣカードや情報処理端末との間の通信を改善する方法について説明した。第３の実施形態では、リーダライタ端末に含まれる共振回路の共振周波数を変化させることで、通信を改善する方法について説明する。

図７は、本発明の第３の実施形態にかかるリーダライタ端末の構成について説明する説明図である。図７に示したように、本発明の第３の実施形態にかかるリーダライタ３５０は、アンテナコイル３５２と、第１のコンデンサ３５４と、第２のコンデンサ３５６と、切換部３５８と、送信部３６０と、受信部３６２と、制御部３６４と、を含んで構成される。

アンテナコイル３５２は外部に向けて電波を送信したり、非接触型ＩＣカード３００からの応答信号を受信したりするものである。アンテナコイル３５２、第１のコンデンサ３５４および第２のコンデンサ３５６で、周波数共振回路を構成する。周波数共振回路は、特定の周波数帯域（共振周波数）の成分を通過させるためのものである。通常は、アンテナコイル３５２と第１のコンデンサ３５４で周波数共振回路を構成しており、第２のコンデンサ３５６は回路から切り離されている。

切換部３５８は、オン・オフすることによって、第２のコンデンサ３５６を回路に接続したり、回路から切り離したりするためのものである。第２のコンデンサ３５６を接続したり、切り離したりすることで、アンテナコイル３５２と第１のコンデンサ３５４とからなっている共振回路の共振周波数を変化させることができる。

送信部３６０は、搬送波を発生する搬送波発生回路や、送信する情報に応じて搬送波の変調を行う変調回路などを含んで構成される。受信部３６２は、アンテナコイル３５２で受信した信号の包絡線を検波するための検波回路や、検波した信号の復調を行う復調回路などを含んで構成される。制御部３６４は、リーダライタ３５０全体の制御を行う。

以上、図７を用いて本発明の第３の実施形態にかかるリーダライタ端末の構成について説明した。次に、図８を用いて本発明の第３の実施形態にかかる無線通信方法について説明する。

図８は、本発明の第３の実施形態にかかる無線通信方法について説明する流れ図である。最初に、リーダライタ３５０はアンテナコイル３５２を介してポーリング信号を発信する（ステップＳ２１０）。リーダライタ３５０の近傍に非接触型ＩＣカード３００があると、その非接触型ＩＣカード３００はリーダライタ３５０からのポーリング信号を受信する（ステップＳ２２０）。非接触型ＩＣカード３００は、ポーリング信号を受信すると、リーダライタ３５０に対して応答信号を返信する（ステップＳ２３０）。

リーダライタ３５０は、非接触型ＩＣカード３００からの応答信号の受信に成功したかどうか判断する（ステップＳ２４０）。応答信号の受信に失敗した場合、つまり、リーダライタ３５０のアンテナコイル３５２両端の電圧が変化しなかった場合には、リーダライタ３５０の制御部３６４が所定の条件に達したかどうかを確認する（ステップＳ２５０）。

制御部３６４での確認の結果、所定の条件に達していた場合には、切換部３５８をオンにする信号を制御部３６４から送信し、第２のコンデンサ３５６を有効にすることで、リーダライタ３５０の共振周波数を変更する（ステップＳ２６０）。リーダライタ３５０の共振周波数を変更すると、ステップＳ２１０に戻り、再度ポーリング信号を送信する。そして、リーダライタ３５０は変更した共振周波数で非接触型ＩＣカード３００との通信に成功した場合には、その後はその共振周波数に固定して非接触型ＩＣカード３００との通信を続行する。

ここで、上記ステップＳ２５０で所定の条件に達していないと判断した場合には、そのまま上記ステップＳ２１０に戻り、再度ポーリング信号を送信する。

一方、上記ステップＳ２４０で非接触型ＩＣカード３００からの応答信号の受信に成功したと判断すると、共振周波数の変更は行わずに、そのまま通信を続行する。

このように、リーダライタ側で所定の条件に達したかどうかで共振回路の共振周波数を変化させることによっても、非接触型ＩＣカードからの応答をリーダライタ端末で認識させることができる。

なお、上述した無線通信方法は、リーダライタ３５０の内部に記憶されていて、所定の条件に達したかどうかを判断する処理と、切換部３５８を操作して第２のコンデンサ３５６を有効にして、コンデンサ全体のキャパシタンスを切り換えて共振周波数を変化させる処理と含むコンピュータプログラムによって実行されてもよい。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態によれば、リーダライタ端末で使用するコンデンサの数を変化させて共振周波数を変えることで、リーダライタ端末と非接触型ＩＣカードや情報処理端末との間の通信を改善することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、集積回路、非接触型ＩＣカード、リーダライタ、無線通信方法およびコンピュータプログラムに適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る集積回路について説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る集積回路について説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる上記集積回路を用いた非接触型ＩＣカードの構成について説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる無線通信方法について説明する流れ図である。 本発明の第１の実施形態にかかる無線通信方法について説明する流れ図である。 非接触型ＩＣカードのキャパシタンスとリーダライタ（Ｒ／Ｗ）の電圧値との関係について説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態にかかる集積回路について説明する説明図である。 本発明の第３の実施形態にかかるリーダライタ端末の構成について説明する説明図である。 本発明の第３の実施形態にかかる無線通信方法について説明する流れ図である。 従来のリーダライタ端末およびＩＣカードについて説明する説明図である。 従来のリーダライタ端末とＩＣカードとの間の距離と、リーダライタ端末に生じる電圧との関係について説明する説明図である。

符号の説明

１００、３００ 非接触型ＩＣカード
１０２、２０２ アンテナコイル
１０４ 第１のコンデンサ
１０６ 第２のコンデンサ
１０７、２０７ 抵抗
１１２、２１２、３５８ 切換部
１１２ａ、１１２ｂ、２１２ａ、２１２ｂ 切換器
１２２ メモリ
１２３ 確認部
１２４、２２４ 集積回路
１５０、３５０ リーダライタ
１５２、３５２ アンテナコイル
２０４ コンデンサ
３５４ 第１のコンデンサ
３５６ 第２のコンデンサ
３６４ 制御部

Claims (10)

1. 磁界を用いて無線通信を行う集積回路であって：
   複数段階の共振周波数を有する共振回路と；
   所定の条件を満たしているかどうか確認する確認部と；
   前記確認部での確認の結果、前記所定の条件を満たしていた場合に前記共振周波数を変更させる切換部と；
   を含むことを特徴とする、集積回路。
2. 前記所定の条件は、前記確認部での所定の回数の計数であることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
3. 前記所定の条件は、前記確認部での所定の時間の計時であることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
4. 複数段階のキャパシタンスを有するコンデンサをさらに含み、
   前記切換部で前記キャパシタンスを切り換えることで前記共振周波数を変更することを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
5. 複数段階のインダクタンスを有するインダクタをさらに含み、
   前記切換部で前記インダクタンスを切り換えることで前記共振周波数を変更することを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
6. 請求項１に記載の集積回路を含むことを特徴とする、非接触型ＩＣカード。
7. 請求項１に記載の集積回路を含むことを特徴とする、情報処理端末。
8. 請求項１に記載の集積回路を含むことを特徴とする、カードリーダライタ。
9. 複数段階の共振周波数を有する共振回路を含む集積回路による無線通信方法であって：
   所定の条件を満たしているかどうか確認する確認ステップと；
   前記確認ステップにおいて前記所定の条件を満たしていることを条件に、前記共振周波数を切り換えて共振周波数を変更する共振周波数変更ステップと；
   を含むことを特徴とする、無線通信方法。
10. 複数段階の共振周波数を有する集積回路を制御するコンピュータプログラムであって：
    所定の条件を満たしているかどうか確認する確認処理と；
    前記確認処理において前記所定の条件を満たしていることを条件に、前記共振周波数を切り換えて共振周波数を変更する共振周波数変更処理と；
    を実行せしめることを特徴とする、コンピュータプログラム。
    

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