JP4058300B2 - 携帯情報装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触形ＩＣカードをはじめとした非接触情報媒体を取付可能な情報処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触ＩＣカードの従来技術として、例えば特開平11-149536号公報がある。この公報には「複合ＩＣカードは、接触型と非接触型との両通信機能を内蔵したＩＣを実装したＩＣモジュールと、非接触伝達用アンテナとを備え、ＩＣモジュールと非接触伝達用アンテナとの各信号伝達用コイルを互いに密結合するよう配設し、ＩＣモジュールと非接触伝達用アンテナとがトランス結合によって非接触に結合させる。外部読み書き装置と非接触結合するアンテナコイルを、接触型の電極である外部端子領域であるＩＣモジュールの嵌合部と、エンボス領域、そして磁気ストライプ領域にかからぬよう配置する」旨の記載がある。
【０００３】
また、他の従来技術として特開2001-5920号公報がある。この公報には「携帯電話に非接触ＩＣカードとのデータ通信を可能とするインターフェースを持たせ、リーダ／ライタに携帯電話を呼び出す機能および携帯電話との間で双方向通信を行う機能を持たせ、非接触ＩＣカードと携帯電話とを近接配置する。リーダ／ライタから携帯電話を呼び出す送信信号を常時出力し、携帯電話が送信信号の受信に応答して、リーダ／ライタとの間で双方向通信状態を確立し、かつ携帯電話が送信信号の受信に応答して、非接触ＩＣカードに対して通信を要求する要求信号を送信し、これによって携帯電話と非接触ＩＣカードとの間の双方向通信状態を確立する」旨の記載がある。
【０００４】
なお、非接触形ＩＣカードにはいくつかの規格があるが、これと通信する外部装置であるリーダライタ（以下ＲＷと略す）に対して、数ｃｍから１０ｃｍ程度離れた位置でも使用することのできる、ＩＳＯ１４４４３規格によるものが広く使われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通信機能を有するパーソナルコンピュータ（以下ＰＣと略す）から発展した携帯情報端末（ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）やＨＰＣ（Handheld PC）など）、ＰＨＳ（Personal Handy Phone）を含む携帯電話端末や電子財布のような携帯情報装置、などの情報処理装置の分野では、多機能化のためにＩＣカードなどの情報媒体を取り付けるものが現れている。端末を用いてクレジットなどの金融決済、チケットの予約など、従来は店頭に出向いて行っていたことを、時間と場所を問わずに行うことができる。
【０００６】
従来、このために用いるＩＣカードは、電源、クロック、データなどを供給するための電気的な接点を持つ、接触形ＩＣカードが多かった。
【０００７】
またカードに電気的な接点を持たない非接触形ＩＣカードの実用化は、最近急速に始まっており、特にテレフォンカード、鉄道の定期券では使い勝手の良さから普及が進んでいる。
【０００８】
通常の非接触形ＩＣカードのサイズは、当然ながら標準のＩＣカード、磁気カードなどのサイズと同じであり、８５×５５ｍｍ程度である。しかし、特に携帯電話端末に取り付けるとなれば、このサイズではとても入らない。最近の例では、１５×２５ｍｍ程度のＵＩＭ（Universal Identification Module）と称される接触型カードを取り付けるものがあるが、小形軽量が特に要求される携帯電話端末では、今後はこの程度のサイズとなるように思われる。
【０００９】
非接触形ＩＣカードは周知のとおり、電磁誘導を用いてカードに内蔵した情報処理用の回路部分に電力を供給し、また外部のＲＷとの間の通信を行うために、アンテナコイルを有している。ＩＣカードが上記したように小形になると、アンテナコイルは面積、巻線数とも取りにくくなり、カードとＲＷ間の通信距離が短くなる。実際に、上記ＵＩＭタイプのサイズにアンテナコイルを形成しても、３ｃｍ程度の通信距離しかとれず、実用上著しく支障があるものと予想される。さらに、このように小形なものでは実装する位置により、電池パック、シールド板など、もともと携帯電話端末の持つ部品によって、通信する電磁波が遮蔽されてしまう。したがい、実際に可能な通信距離はさらに短いものと予想できる。
【００１０】
これに対して、従来並みのサイズのアンテナコイルを形成して、非接触形ＩＣカードに外付けすることが考えられる。しかし、ＩＣカードとは別個体として形成されたアンテナコイルを使用することは、接続部の信頼性の問題があるほか、カードに内蔵する回路のアンテナ接続端子が引出されるために、アンテナコイルを取付ける前の製造過程などで、回路デバイスの静電破壊をおこす問題がある。
【００１１】
この問題は、小形の非接触形ＩＣカードを用いる場合の新しい問題であり、従来の文献では言及されていない。
【００１２】
本発明の目的は、上記したような小形の非接触形ＩＣカードを携帯情報装置に取り付ける場合においても、ＲＷとの間で従来並みの通信距離をとることができ、また信頼性や静電破壊の問題のない方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明における情報処理装置は、非接触情報媒体を取り付ける取付手段と、該取付手段に取り付けられた該非接触情報媒体から受信した信号を外部装置に送信し、該外部装置から受信した信号を該取付部に取り付けられた該非接触情報媒体に送信する送受信手段と、を有したことを特徴としている。特に、非接触情報媒体は非接触ＩＣカードであり送受信手段はブースターコイルであって、非接触ＩＣカードが作る面とブースターコイルが作る面とは対向しており、その間に電磁的遮蔽物がないように配置されることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、必要に応じて図面を用いながら説明する。なお、本発明は上述したような様々な情報処理装置、特に携帯情報装置に適用可能であり、以下の説明では代表として携帯電話を例にする。しかし本発明はこの例に限られるものではない。
【００１５】
本発明は、たとえば携帯電話端末のような小形の携帯情報装置が、小形の非接触形ＩＣカードを有した場合に、このＩＣカードとこの装置の外部にあるＲＷとの間の通信を、各々が持つアンテナコイル同士で直接行うのではなく、ブースターコイルと呼ぶ共振コイルを介在させて行うことを１つの特徴としている。
【００１６】
まず図１を用いて、携帯電話端末において、本発明に直接関係する構成要素の配置例を説明する。図１（ａ）は本発明による携帯電話端末１を背面から見た概略図である。１１は携帯電話で用いる電波を送受信するためのアンテナバー、１２は液晶などによる表示部の裏側にある携帯電話の本体ケースである。２は電池パック、３はブースターコイル、４はＩＣカードモジュールであり、これらは実際の使用時は、さきの本体ケース１２とは別個体の電池蓋ケースで覆われて、いずれも見えないが、ここではこの電池蓋ケースを外した状態で図示している。なお、この状態でも直接見えない部分は点線で示してある。携帯電話端末１を正面から見た場合は、電池パック２の位置にキーパッドが、本体ケース１２の位置には前記したとおり表示部が置かれるものが多い。また収納する際に、図１の形のままであるストレートタイプのほか、二つに折り畳むフリッパータイプもある。
【００１７】
なお、ＩＣカードモジュールは携帯電話に設けられた適切な取付手段により取り付けられる。例えば、携帯電話にＩＣカードモジュールを挿入する挿入口を設ける等の手段である。
【００１８】
また、この表示部は電話に関する情報だけでなく、ＩＣカードモジュール４に記憶されている情報、たとえば後述する鉄道の定期券の有効期間や区間の情報を表示したり、ＩＣカードモジュール４が正常に動作したことを示すマークを表示したりすると、使い勝手を向上できる効果がある。
【００１９】
図１（ｂ）は、電池パック２、ブースターコイル３、ＩＣカードモジュール４の高さ方向の相対位置を示す概略図である。これは図１（ａ）の下側から眺めたものに相当する。図中の破線はプラスチック材などによる内部の仕切りである。ここではＩＣカードモジュール４が、内部の仕切りに設けられた凹部に挿入される形で取付けられる。ＩＣカードモジュール４の取付けと取出しは、電池パック２を取外した状態で行うが、頻繁に行うものではないため不便はない。ブースターコイル３は一般的には、ＩＣカードモジュール４よりも面積の大きいことが望ましい。ここではＩＣカードモジュール４はもちろん、電池パック２の大部分にかかるように配置されているが、もちろんこれに限るものではない。電池パック２の全体を覆ってもよく、また反対に本体ケース１２の内部側に拡がっても良い。
【００２０】
電池パック２が図示しないケースと一体となることがある。この場合はブースターコイル３を、電池パック２とケースの間に挟んで一体とするか、ケースの外側にブースターコイル３を形成するなどの方法が考えられる。
【００２１】
図１の例では、ブースターコイル３とＩＣカードモジュール４は、電池パック２を隔てることなく配置されるので、送受信する情報が電池パック２で遮蔽されることはない。
【００２２】
図２は、図１とは別な本発明における配置例を示す概略図である。ここではＩＣカードモジュール４が電池パック２の奥側に位置している。この場合も、ブースターコイル３はさきに図１（ｂ）で示したようなストレートな形状でも機能するが、むしろ図２（ｂ）に示したようにフレキシブル基板などを用いて形成し、電池パック２の奥側まで回り込んでＩＣカードモジュール４とよく結合を取ることが望ましい。
【００２３】
なお、図２（ｂ）の配置では、外部からの送受信のための電磁界と、ＩＣカードモジュール４と交信する電磁界は、互いに打ち消しあう方向となるが、電池パック２が電磁界の遮蔽物として作用するため、問題は少ない。
【００２４】
図２（ｂ）において、ブースターコイル３が、電池パック２とＩＣカードモジュール４の間に入るように配置しても良い。この場合、電池パック２のケース上にブースターコイル３を形成する方法もある。またブースターコイル３が電池パック２の、図中他の辺で回り込むようにしても良い。
【００２５】
図２ではブースターコイル３が電池パック２の両面にわたるため、携帯電話端末１の表裏いずれの面からでも、外部のＲＷ（リーダライタ）と情報を授受できる点で便利である。このためには、図２（ｂ）でブースターコイル３の、図中で電池パック２の下側にある部分を、図中でさらに左側に延長し、いずれの面からも同程度の感度をとれるようにすると良い。
【００２６】
次に図３はさきのブースターコイル３の一例を示すものである。３１は基板であって、上述したとおり、必要に応じてフレキシブルなものも用いられる。３２は基板上にプリントされたアンテナコイルである。ここでは２ターンのみ描いてあるが、もちろんこれに限定するものではない。一般には結合を高めるため、５ターン以上巻かれることが多い。３３は基板上に取付けられ、ないし形成される容量素子である。後記するが、実際に結合した状態で、送受信する信号の搬送周波数付近で、コイルと容量素子が共振するように設計すると良い。
【００２７】
ブースターコイル３は、一般に装置が許す限りで面積の大きいことが望ましい。大形の液晶ディスプレイないしキーパッドを有する携帯情報端末などでは、ケース裏面を活用すれば、充分な面積を確保することができる。
【００２８】
図４はさきのＩＣカードモジュール４の一例を示すものである。４１は基板、４２は基板上にプリントされたアンテナコイル、４３は非接触ＩＣカードの情報処理を行う情報処理部である非接触用ＩＣである。ここでもアンテナコイルの巻数は図示に限定されるものではない。非接触用ＩＣ４３は、アンテナコイル４２から得た信号から電力と情報を得、またこれの負荷を変調することで外部の装置へ情報を送出する。演算処理機能と情報記憶機能を持つよう、必要な規模のマイクロコンピュータとメモリを、非接触用ＩＣ４３に有する。なお、基板４１上にも、図３の例と同様に共振用の容量を設けても良い。
【００２９】
図４のＩＣカードモジュール４は、前記したように１５×２５ｍｍ程度の大きさであり、アンテナコイル４２の面積をあまり取れず、したがいこのままでは情報の送受信のための通信距離が取れない。ブースターコイル３は端末器にもよるが、３５×５０ｍｍ程度はとることができる。ブースターコイル３を介在させ、その共振作用を用いれば等価的にアンテナコイル４２の面積が拡がったことになり、通信距離を実用上問題ない程度まで伸ばすことができる。
【００３０】
また、ブースターアンテナ３を使用せずに必要な通信距離を取ろうとすると、アンテナコイル４２は面積の小さいＩＣカードモジュール４に内蔵できず、接続端子を設けて大きなアンテナコイルを外付けすることになる。この場合は、接続端子の信頼性の問題があり、また製造工程上で外付けのアンテナコイルを取付けるまでの間に、非接触用ＩＣ４３が静電破壊を起こす恐れがある。しかし、本発明のようにブースターコイル３を用いる方法では、このような問題がなくなる効果がある。
【００３１】
さらに、ブースターコイル３を介在させることを前提にすれば、ＩＣカードモジュール４のアンテナコイル４２の面積をさらに小さくしても、送受信する通信距離に殆んど影響を与えない。そこで、アンテナコイル４２を非接触用ＩＣ４３の内部に取り込み、ＩＣプロセスで形成する、又はＩＣ上に追加工して形成することが考えられる。このようにして、アンテナコイル４２と非接触用ＩＣ４３を一体化すれば、非接触用ＩＣ４３の不良品除去のための検査は、ＩＣ単体で非接触の状態で行うことができ、検査時にＩＣが破壊される恐れが低減する効果がある。
【００３２】
ここまでの説明では、使用するＩＣカードモジュール４を非接触形のものとしてきたが、接触形、非接触形の双方で機能できるハイブリッド形であっても良い。接触形の機能を利用し、携帯電話を介して金融決済を行う一方、乗車券や定期券を購入し、非接触形の機能を利用して、鉄道の改札を通過するなど、携帯電話機の機能を大幅に拡張することができる。
【００３３】
図５では、外部のＲＷ（リーダライタ）を含めて全体のシステムを図示する。ここで５はＲＷ、５１はそのアンテナコイル、５２はＲＷ本体であって情報処理回路などを持つ。ブースターコイル３内部のアンテナコイル３２は、図示の都合上３２Ａと３２Ｂの二つの部分に分けて示した。ＲＷ５からＩＣカードモジュール４へ送られる情報は、搬送波を変調してアンテナコイル５１から送出される。これはブースターコイル３のアンテナコイル３２Ａで受信される。ブースターコイル３は前記したとおりその面積が大きく、さらに容量素子３３との共振周波数が上記した搬送波の周波数にほぼ等しく設定されているために、受信できるパワーが大きい。このため、アンテナコイル３２Ｂからはこの大きなパワーをもって、ＩＣカードモジュール４のアンテナコイル４２、さらには非接触用ＩＣ４３へ情報が与えられる。このようにより多くのパワーを受信できるので、ブースターコイル３を介さずに直接アンテナコイル５１と４２の間で通信した場合に比べ、通信距離を大きくできる効果がある。
【００３４】
ＩＣカードモジュール４からＲＷ５へ情報を送り返す場合も、全く同様の作用と効果がある。
【００３５】
なお、図５でブースターコイル３のコイルアンテナを３２Ａ，３２Ｂの二つに分けて描いた。このとおりに実際に別個のコイルを形成しても同様の効果はあるが、図３に示したように１個のコイルで行っても良いことはもちろんである。なお、実際に３２Ａ，３２Ｂの二つのコイルを用いる場合は、容量素子３３を図５に示したように二つのコイルと並列共振させる位置に置いても良く、また直列共振させる位置に置いても良い。
【００３６】
さらに実際の共振周波数は、ブースターコイル３の単体での共振周波数とはいくぶん異なる場合が多い。これはブースターコイル３からみたＩＣカードモジュール４、ＲＷ５のインピーダンスの影響であり、また図１、図２で示した電池パック２など近接する構成要素の影響もある。共振周波数を調整して合わせ込む場合には、これらの影響を予め見込むか、実際に装置へ組み込んで調整することが望ましい。
【００３７】
なお、ＩＣカードモジュール４、ブースターコイル３、電池パック２の配置の仕方は以上の説明の配置に限られるものではない。さらに、以上の説明では携帯電話を例にして説明したが、他の携帯情報装置や情報処理装置にも同様に本発明を適用することができる。その際、非接触ＩＣカードが作る面とブースターコイルが作る面とは対向しており、その間に電磁的遮蔽物がないように配置されることが望ましい。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明においては、情報処理装置で小形の非接触カードモジュールを使用する場合に、小形であるがゆえに外部の装置との通信距離を取れなくなる問題が解消され、望ましい通信距離を確保でき、使い勝手を向上できる効果がある。また非接触カードモジュールに信頼性の問題、あるいは静電破壊の問題を生じる恐れがないという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による携帯電話端末における、構成要素の配置例を示す図
【図２】本発明による携帯電話端末における、別な構成要素の配置例を示す図
【図３】本発明におけるブースターコイルの一例を示す図
【図４】本発明におけるＩＣカードモジュールの一例を示す図
【図５】ＲＷ（リーダライタ）を含めた全体のシステム図
【符号の説明】
１・・・・・・携帯電話端末
２・・・・・・電池パック
３・・・・・・ブースターコイル
３１・・・・・基板
３２・・・・・アンテナコイル
３３・・・・・容量素子
４・・・・・・ＩＣカードモジュール
４１・・・・・基板
４２・・・・・アンテナコイル
４３・・・・・非接触用ＩＣ
５・・・・・・ＲＷ（リーダライタ）

Claims (6)

1. 情報の送受信を行う外部装置との間で、電磁誘導を用いて情報の送受信を行うブースターコイルと、
   上記ブースターコイルとの間で、電磁誘導を用いて情報の送受信を行うアンテナコイルを有する非接触情報媒体を取り付ける取付部と
   を有した携帯情報装置において、
   上記ブースターコイルの一部が作る面と上記アンテナコイルが作る面との間に電磁的遮蔽物がないように、上記ブースターコイルの一部を変形させたことを特徴とする携帯情報装置。
2. 請求項１において、
   上記ブースターコイルは、変形させることのできるフレキシブル基板上に形成されることを特徴とする携帯情報装置。
3. 請求項１乃至２のいずれか１つにおいて、
   上記電磁的遮蔽物は、該携帯情報装置に電源を与える電池パックであることを特徴とする携帯情報装置。
4. 請求項１において、
   上記電磁的遮蔽物は、該携帯情報装置に電源を与える電池パックであり、
   上記ブースターコイルは、該電池パックを挟み込むよう配置したことを特徴とする携帯情報装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
   上記携帯情報装置は、本体ケースと電池蓋ケースとを備え、
   上記電池蓋ケースに上記ブースターコイルを設けることを特徴とする携帯情報装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つにおいて、
   上記非接触情報媒体の有するアンテナコイルが、非接触情報媒体を構成する半導体チップ上に、これと一体となって形成されたことを特徴とする携帯情報装置。

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