特許 7517418 生体認証機能付き電子カード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】生体認証機能付き電子カード

(51)【国際特許分類】

   G06K 19/07 20060101AFI20240709BHJP

   G06K 19/077 20060101ALI20240709BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20240709BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240709BHJP

   B42D 25/485 20140101ALI20240709BHJP

   H04B 5/48 20240101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

G06K19/07 090

G06K19/07 180

G06K19/07 040

G06K19/077 260

H02J50/12

H02J7/00 301D

B42D25/485

H04B5/48

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022528423

(86)(22)【出願日】2021-02-04

(86)【国際出願番号】 JP2021004029

(87)【国際公開番号】W WO2021245981

(87)【国際公開日】2021-12-09

【審査請求日】2022-09-30

(31)【優先権主張番号】P 2020098102

(32)【優先日】2020-06-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】細谷 達也

【審査官】土谷 慎吾

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１４５８７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２３８１２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｋ １９／０７

Ｇ０６Ｋ １９／０７３

Ｇ０６Ｋ １９／０７７

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｂ４２Ｄ ２５／４８５

Ｈ０４Ｂ ５／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

近距離無線通信用の通信アンテナと、当該通信アンテナに電気的に接続された無線通信ＩＣと、前記通信アンテナと前記無線通信ＩＣとの間に設けられた通信フィルタ回路と、前記通信アンテナに磁気結合する受電コイルと、当該受電コイルと共に受電共振回路を構成する共振キャパシタと、前記受電共振回路に接続された整流平滑回路と、前記受電コイルによる電力で動作する、生体センサ及び生体認証回路と、を備え、
前記通信フィルタ回路は、前記通信アンテナからみた入力インピーダンスをハイインピーダンスに設定し、かつ、前記受電共振回路は、前記受電コイルからみた入力インピーダンスをローインピーダンスに設定し、
前記ハイインピーダンスは、前記通信アンテナが得る電磁界エネルギーが大きく減衰し、前記通信アンテナが得る電磁界エネルギーを電力として利用することは困難であるように設定されたインピーダンスであり、
前記ローインピーダンスは、前記受電コイルが得る電磁界エネルギーの減衰が少なく、前記受電コイルが得る電磁界エネルギーを電力として利用することが可能となるように設定されたインピーダンスであり、
前記通信アンテナ及び前記受電コイルは前記近距離無線通信用の同一周波数帯の磁界に応答し、
前記無線通信ＩＣは近距離無線通信を実行し、
前記受電コイルは前記近距離無線通信用の同一周波数帯の磁界より電力を受電し、
前記生体認証回路は、前記受電共振回路からの受電電力で前記生体センサを動作させ、
前記通信アンテナ及び前記受電コイルは、当該通信アンテナと前記受電コイルとの磁気結合により、前記近距離無線通信用の同一周波数帯で共鳴する電磁界エネルギーを共有し、
前記通信フィルタ回路は、通信における電磁雑音を低減し、かつ、前記入力インピーダンスの設定によって前記受電コイルが得る電磁界エネルギーの減衰を少なくする、
生体認証機能付き電子カード。

【請求項2】

生体センサは指紋センサである、
請求項１に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項3】

前記近距離無線通信用の同一周波数帯はＩＳＭバンドの周波数である、
請求項１又は２に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項4】

前記近距離無線通信用の同一周波数帯は6.78MHz帯又は13.56MHz帯の周波数である、
請求項１又は２に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項5】

前記通信アンテナと前記受電コイルとは同一平面上に配置される、
請求項１から４のいずれかに記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項6】

前記通信アンテナと前記受電コイルとの磁気結合の結合係数が、前記通信アンテナと前記受電コイルとの配置及び構造により定められた、
請求項１から５のいずれかに記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項7】

前記通信アンテナと前記受電コイルとは、辺の一部が平行に配置された、
請求項６に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項8】

前記磁気結合の前記結合係数は０．００１から０．３の範囲内に設定された、
請求項６又は７に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項9】

前記通信アンテナ及び前記受電コイルの磁路の一部を構成する共用の磁性シートを備える、
請求項１から８のいずれかに記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項10】

前記受電コイルによる前記受電電力を蓄電する蓄電デバイス、当該蓄電デバイスに対する充放電を制御する充放電制御回路、及び当該充放電制御回路を制御する電力管理回路を備える、
請求項１から９のいずれかに記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項11】

前記電力管理回路は、前記生体認証回路の動作の終了を検知して、前記充放電制御回路への充電制御を行う、
請求項１０に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項12】

前記電力管理回路は、前記生体認証回路の動作が終了した後に、充放電制御回路を制御して前記受電コイルによる前記受電電力を前記蓄電デバイスに蓄電する、
請求項１１に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項13】

前記生体認証回路は、前記無線通信ＩＣが起動した後に、前記蓄電デバイスからの電力で前記生体センサを動作させる、
請求項１１又は１２に記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項14】

前記生体認証回路は、前記無線通信ＩＣが起動した後に、前記受電コイルによる受電電力で前記生体センサを動作させる、
請求項１から１０のいずれかに記載の生体認証機能付き電子カード。

【請求項15】

前記電力管理回路は、前記整流平滑回路からの受電通知信号を受けて前記整流平滑回路の整流制御を行う、
請求項１１に記載の生体認証機能付き電子カード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体センサ及び生体認証回路を備える生体認証機能付き電子カードに関する。

【背景技術】

【0002】

生体センサ及び生体認証回路を備える生体認証機能付き電子カードは、リーダライタ装置にかざしてワイヤレスで電力を受け、ワイヤレスで認証データを通信することが要求される。

【0003】

ワイヤレスで通信及び電力の受電を行う装置の例として、非接触充電コイルとＮＦＣアンテナと磁性シートとを備え、通信及び受電が可能な非接触充電モジュールが特許文献１に開示されている。この特許文献１には、充電コイルと、この充電コイルを囲むように配置されたＮＦＣコイルと、充電コイルを支持する第１の磁性シートと、第１の磁性シートに載置され、ＮＦＣコイルを支持する第２の磁性シートと、を備える非接触充電モジュールが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５０１３０１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の非接触充電モジュールでは、充電コイルとＮＦＣコイルとは独立したコイルとして作用するように構成されていて、通信と受電とを同時に行うことはできない。また、通信効率と電力の受電効率の双方を高めることはできない。

【0006】

そこで、本発明の目的は、通信と受電とを同時に行うことができ、また、通信効率及び受電効率の双方が高い生体認証機能付き電子カードを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一例としての生体認証機能付き電子カードは、
近距離無線通信用の通信アンテナと、当該通信アンテナに電気的に接続された無線通信ＩＣと、前記通信アンテナに磁気結合する受電コイルと、当該受電コイルと共に受電共振回路を構成する共振キャパシタと、前記受電共振回路に接続された整流平滑回路と、前記受電コイルによる電力で動作する、生体センサ及び生体認証回路と、を備え、
前記通信アンテナ及び前記受電コイルは前記近距離無線通信用の同一周波数帯の磁界に応答し、
前記無線通信ＩＣは近距離無線通信を実行し、
前記受電コイルは前記近距離無線通信用の同一周波数帯の磁界より電力を受電し、
前記生体認証回路は、前記受電共振回路からの受電電力で前記生体センサを動作させ、
前記通信アンテナ及び前記受電コイルは、当該通信アンテナと前記受電コイルとの磁気結合により、前記近距離無線通信用の同一周波数帯で共鳴する電磁界エネルギーを共有することを特徴とする。

【0008】

上記構成により、通信アンテナ及び受電コイルは近距離無線通信用の同一の周波数帯の磁界に応答し、受電コイルはその同一周波数帯の磁界の電力を受電し、通信アンテナ及び受電コイルは、当該通信アンテナと受電コイルとの磁気結合により、近距離無線通信用の周波数帯で共鳴する電磁界エネルギーを共有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、通信と受電とを同時に行うことができ、また、通信効率及び受電効率の双方が高い生体認証機能付き電子カードが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係る生体認証機能付き電子カードにおける通信アンテナ、受電コイル及び生体認証回路の配置例を示す図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係る生体認証機能付き電子カードにおける通信アンテナ、受電コイル及び生体認証回路の別の配置例を示す図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係る生体認証機能付き電子カードにおける通信アンテナ、受電コイル及び生体認証回路の更に別の配置例を示す図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る生体認証機能付き電子カード１１１Ａの回路構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る別の生体認証機能付き電子カード１１１Ｂの回路構成を示すブロック図である。

【図6】図６は生体認証機能付き電子カード１１１Ａ，１１１Ｂの動作シーケンスを示す図である。

【図7】図７は第２の実施形態に係る生体認証機能付き電子カード１０２及び送電装置の構成を示す図である。

【図8】図８は第２の実施形態に係る生体認証機能付き電子カード１０２の回路構成を示すブロック図である。

【図9】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂと通信アンテナ１１との位置関係と、その両者の結合係数ｋ１２との関係をシミュレーションするための、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂ及び通信アンテナ１１の構成を示す図である。

【図10】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂと通信アンテナ１１との位置関係の変化を示す図である。

【図11】図１１は、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示した通信アンテナ１１を移動させたときの、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂの位置と結合係数ｋ１２の変化との関係を示す図である。

【図12】図１２は受電コイル２１Ｌのコイル開口内に通信アンテナ１１が配置された生体認証機能付き電子カードにおける、通信アンテナ１１の位置について示す図である。

【図13】図１３は、図１２に示したように、通信アンテナ１１を受電コイル２１Ｌの中央から受電コイル２１Ｌの角部まで対角線に沿って移動させたときの、結合係数ｋ１２の変化を示す図である。

【図14】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）は磁性シートを用いた電磁干渉の抑制について示す図である。

【図15】図１５は、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）に示した構成における、通信アンテナ１１のインダクタンス、受電コイル２１Ｌのインダクタンス、及び通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２との関係を示す図である。

【図16】図１６は第４の実施形態に係る、直流共鳴送電装置と生体認証機能付き電子カード内の受電部との回路構成を示す図である。

【図17】図１７は、図１６中の電力変換回路７２、共鳴調整回路７１Ｒ，２１Ｒ、及び整流平滑回路２２の回路構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

【0012】

《第１の実施形態》
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２及び図３は、第１の実施形態に係る生体認証機能付き電子カードにおける通信アンテナ、受電コイル及び生体認証回路の配置例を示す図である。

【0013】

図１（Ａ）に示す生体認証機能付き電子カード１０１Ａ、図１（Ｂ）に示す生体認証機能付き電子カード１０１Ｂ、図２に示す生体認証機能付き電子カード１０１Ｃ、及び図３に示す生体認証機能付き電子カード１０１Ｄは、通信アンテナ１１、受電コイル２１Ｌ及び生体センサ３１を備える。通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとは同一平面上に配置されている。また、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとは、辺の一部が平行となる関係に配置されている。

【0014】

通信アンテナ１１は例えばＮＦＣ（Near field communication）リーダライタの通信アンテナと磁界結合する。受電コイル２１Ｌは送電装置の送電コイルやＮＦＣ装置のコイルと磁界結合する。生体センサ３１は例えば指紋センサであり、この生体認証機能付き電子カード１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄを持つユーザーの指紋を検出する。

【0015】

生体認証機能付き電子カード１０１Ａ，１０１Ｂでは、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとが、それぞれ独立したコイル開口を有するように配置されている。生体認証機能付き電子カード１０１Ａは磁性シートを備えないが、生体認証機能付き電子カード１０１Ｂは、受電コイル２１Ｌに重なる位置に磁性シート６２を備える。受電コイル２１Ｌに結合する相手側のコイルは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す向きで、生体認証機能付き電子カード１０１Ａ，１０１Ｂの手前にあり、磁性シート６２は受電コイル２１Ｌのコイル開口を鎖交する磁束の磁路として作用する。

【0016】

生体認証機能付き電子カード１０１Ｃでは、通信アンテナ１１及び生体センサ３１が受電コイル２１Ｌのコイル開口の内側に配置されている。また、受電コイル２１Ｌの全体に重なる磁性シート６０が配置されている。つまり、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌの磁路の一部を構成する共用の磁性シート６０を備える。この構成により、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数を適正に定めやすい。

【0017】

生体認証機能付き電子カード１０１Ｄでは、通信アンテナ１１及び生体センサ３１が受電コイル２１Ｌのコイル開口の内側に配置されている。また、通信アンテナ１１に重なる磁性シート６１と、受電コイル２１Ｌに沿った位置に配置された磁性シート６２とが配置されている。

【0018】

以上に示した生体認証機能付き電子カード１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄのいずれにおいて、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとは磁気的に結合し、いずれもＮＦＣの周波数帯で動作する。

【0019】

図４は、第１の実施形態に係る生体認証機能付き電子カード１１１Ａの回路構成を示すブロック図である。

【0020】

生体認証機能付き電子カード１１１Ａは、ＮＦＣ用の通信アンテナ１１と、この通信アンテナ１１に電気的に接続されたＮＦＣ－ＩＣ１３と、通信アンテナ１１に磁気結合する受電コイル２１Ｌと、この受電コイル２１Ｌと共に受電共振回路２１を構成する共振キャパシタ２１Ｃと、受電共振回路２１に接続された整流平滑回路２２と、受電コイル２１Ｌによる電力で動作する、生体センサ３１及び生体認証回路３０と、を備える。生体認証機能付き電子カード１１１Ａは、さらに、電力管理回路２０を備える。上記ＮＦＣは本発明に係る「近距離無線通信」に対応する。また、上記ＮＦＣ－ＩＣは本発明に係る「無線通信ＩＣ」に対応する。

【0021】

生体認証機能付き電子カード１１１Ａは、ＮＦＣリーダライタや直流共鳴送電装置にかざすことにより使用される。ＮＦＣ用の周波数帯は、6.78MHz帯、13.56MHz帯などのＩＳＭバンド（産業科学医療用バンド）の周波数帯、または2.4GHz帯、5.7GHz帯、920MHz帯の周波数帯である。

【0022】

通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌは上記ＮＦＣ用の同一の周波数帯に応答する。ＮＦＣ－ＩＣ１３はＮＦＣ通信を実行する。受電コイル２１ＬはＮＦＣ通信の信号の電力を受電する。生体認証回路３０は、ＮＦＣ－ＩＣ１３が起動した後に、受電コイル２１Ｌによる受電電力で生体センサ３１を動作させる。通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌは、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの磁気結合により、ＮＦＣ通信の周波数帯で共鳴する電磁界エネルギーを共有する。

【0023】

電力管理回路２０は整流平滑回路２２から受電の有無を示す受電通知信号を受け、整流平滑回路２２の整流制御を行う。生体認証回路３０とＮＦＣ－ＩＣとは認証に関する通知を行う。

【0024】

図４に示した例では、通信アンテナ１１とＮＦＣ－ＩＣ１３との間にフィルタ回路１２が設けられている。このフィルタ回路１２は、通信における電磁雑音を低減するために、通信アンテナ１１からみた入力インピーダンスを高くするための回路である。通信アンテナ１１からみた入力インピーダンスがハイインピーダンスであると、通信アンテナ１１が得る電磁界エネルギーは大きく減衰し、通信アンテナ１１が得る電磁界エネルギーを電力として利用することは困難である。一方、受電コイル２１Ｌは、共振キャパシタ２１Ｃと電気的に接続され、受電共振回路２１を構成し、受電コイル２１Ｌからみた入力インピーダンスは小さく設計され、入力インピーダンスはローインピーダンスとなる。このため、受電コイル２１Ｌが得る電磁界エネルギーは減衰が少なく、受電コイル２１Ｌが得る電磁界エネルギーを電力として利用することが可能となる。また、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとは、磁気結合を形成しているために電磁界エネルギーを共有でき、通信アンテナ１１を用いた通信効率と受電コイル２１Ｌを用いた受電効率の双方を同時に高めることが可能になる。

【0025】

図５は、第１の実施形態に係る別の生体認証機能付き電子カード１１１Ｂの回路構成を示すブロック図である。

【0026】

生体認証機能付き電子カード１１１Ｂにおいては、整流平滑回路２２及び電圧変換回路２３は、受電があれば常に動作可能状態に構成されている。その他の構成は生体認証機能付き電子カード１１１Ａと同じである。

【0027】

図６は上記生体認証機能付き電子カード１１１Ａ，１１１Ｂの動作シーケンスを示す図である。先ず、リーダライタから読み取りコマンドが発せられる。生体認証機能付き電子カードのＮＦＣ－ＩＣ１３は、その読み取りコマンドを受けて、生体認証回路３０へ生体認証のためのコマンドを発する。これにより、生体認証回路３０は生体センサ３１へＲＥＡＤコマンドを発し、生体センサ３１から生体情報としての画像情報を受ける。生体認証回路３０は、その生体情報が本人のものであるか照合し、ＯＫであるかＮＧであるかの結果をＮＦＣ－ＩＣ１３へ返す。そして、ＮＦＣ－ＩＣ１３はリーダライタへ認証結果を返す。

【0028】

もし、生体センサ３１の動作に要する電力を受電できていなければ、生体認証回路３０はＮＦＣ－ＩＣ１３へＮＧ（Time Out）を返す。これにより、ＮＦＣ－ＩＣ１３はリーダライタへＮＧ（Time Out）を返す。

【0029】

以上に示したように、通信アンテナ１１及び受電コイル２１ＬはＮＦＣ用の同一の周波数帯に応答し、受電コイル２１ＬはＮＦＣの信号の電力を受電し、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌは、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの磁気結合により、ＮＦＣの周波数帯で共鳴する電磁界エネルギーを共有する。このように、本発明によれば、通信と受電とを同時に行うことができ、また、通信効率及び受電効率の双方が高い生体認証機能付き電子カードが得られる。

【0030】

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、蓄電デバイスを備える生体認証機能付き電子カードについて例示する。

【0031】

図７は第２の実施形態に係る生体認証機能付き電子カード１０２及び送電装置の構成を示す図である。生体認証機能付き電子カード１０２は通信アンテナ１１、受電コイル２１Ｌ、生体認証回路３０、生体センサ３１、ＷＰＴ（Wireless Power Transfer）／充電回路を備える。図中の「コンタクト」は金属端子コネクタである。生体認証機能付き電子カード１０２は非接触カード（リーダライタや送電装置等にかざすカード）であるが、このコンタクトを通した接触通信も可能としている。

【0032】

送電装置としては、ＮＦＣリーダライタ、ＮＦＣ機能を有するスマートフォン、直流共鳴送電装置等がある。受電コイル２１Ｌは、これら通信装置のアンテナや送電装置のコイルと磁気的に結合して受電する。

【0033】

図８は第２の実施形態に係る生体認証機能付き電子カード１０２の回路構成を示すブロック図である。この生体認証機能付き電子カード１０２は蓄電デバイス４０と充放電制御回路４１を備える。充放電制御回路４１は電圧変換回路２３の出力電圧を入力して蓄電デバイス４０の充放電の制御を行う。電力管理回路２０は充放電制御回路４１に対して充放電のための制御信号を与える。その他の構成は図４に示した生体認証機能付き電子カード１１１Ａと同じである。

【0034】

生体認証回路３０及び生体センサ３１は、電圧変換回路２３の出力電圧又は充放電制御回路４１の放電出力電圧で動作する。

【0035】

生体認証回路３０は、ＮＦＣ－ＩＣ１３が起動した後に、受電コイル２１Ｌによる受電電力で生体センサ３１を動作させる。または、ＮＦＣ－ＩＣ１３が起動した後に、蓄電デバイス４０からの電力で生体センサ３１を動作させる。

【0036】

電力管理回路２０は整流平滑回路２２から受電通知を受けると、充放電制御回路４１を有効化する。充放電制御回路４１は、電圧変換回路２３の出力電圧が、蓄電デバイス４０の充電に要する電圧に達しなければ、蓄電デバイス４０の電力を生体認証回路３０へ供給する。

【0037】

電力管理回路２０は、生体認証回路３０の動作が終了したことを検知すれば、充放電制御回路４１へ充電のための制御信号を出力する。これにより、充放電制御回路４１は、電圧変換回路２３の出力電圧が、蓄電デバイス４０の充電に要する電圧を超えていれば、蓄電デバイス４０を充電する。上記生体認証回路３０の動作終了は、例えばＮＦＣ－ＩＣ１３からの通信通知信号に基づいて検知する。また、その他に、各部の信号の検知、各部の状態の検知、各部の処理時間の検知などによって、生体認証回路３０の動作終了を検知してもよい。

【0038】

このように、電力管理回路２０は、生体認証回路３０の動作が終了した後に、充放電制御回路４１を制御して受電コイル２１Ｌによる受電電力を蓄電デバイス４０に蓄電する。

【0039】

本実施形態によれば、図７に示したＮＦＣリーダライタやスマートフォンからの受電電力で蓄電デバイス４０の充電が可能でありＮＦＣリーダライタやスマートフォンからの受電電力が小さくても、生体認証が可能となる。

【0040】

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、受電コイルと通信アンテナとの磁気的結合について示す。

【0041】

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂと通信アンテナ１１との位置関係と、その両者の結合係数ｋ１２との関係をシミュレーションするための、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂ及び通信アンテナ１１の構成を示す図である。ここで、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂの仕様は次のとおりである。

【0042】

［通信アンテナ１１］
外形：８．４ｍｍ×８．４ｍｍ
配線幅：０．１５ｍｍ
配線ピッチ：０．２ｍｍ
ターン数：１３
［受電コイル２１Ｌａ］
外形：２０ｍｍ×２０ｍｍ
配線幅：０．８ｍｍ
配線ピッチ：１．２ｍｍ
ターン数：４
［受電コイル２１Ｌｂ］
外形：１８ｍｍ×３３ｍｍ
配線幅：０．８ｍｍ
配線ピッチ：１．２ｍｍ
ターン数：４
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂと通信アンテナ１１との位置関係の変化を示す図である。これらの図に示すように、通信アンテナ１１を基材の角部に配置し、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂを基材の角部からもう一方の角部へ移動させたときの、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂとの結合係数ｋ１２について次に示す。

【0043】

図１１は、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示した通信アンテナ１１を移動させたときの、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂの位置と結合係数ｋ１２の変化との関係を示す図である。図１１において曲線Ａは受電コイル２１Ｌａを備える場合の特性であり、曲線Ｂは受電コイル２１Ｌｂを備える場合の特性である。

【0044】

通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂとの結合係数ｋ１２は、受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂが通信アンテナ１１から離間するほど小さくなる。また、結合係数ｋ１２は、通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂが配置されている基材の、異なる角部に通信アンテナ１１及び受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂがそれぞれ配置されていると小さい。通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌａ，２１Ｌｂとの電磁干渉を抑制するためには、結合係数ｋ１２が小さくなる位置関係であることが好ましい。例えば、ｋ１２は０．００１から０．３の範囲内であることが好ましい。

【0045】

図１２は受電コイル２１Ｌのコイル開口内に通信アンテナ１１が配置された生体認証機能付き電子カードにおける、通信アンテナ１１の位置について示す図である。ここで、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌの仕様は次のとおりである。

【0046】

［通信アンテナ１１］
外形：８．４ｍｍ×８．４ｍｍ
配線幅：０．１５ｍｍ
配線ピッチ：０．２ｍｍ
ターン数：１３
［受電コイル２１Ｌ］
外形：４６ｍｍ×７７ｍｍ
配線幅：０．８ｍｍ
配線ピッチ：１．２ｍｍ
ターン数：２
図１３は、図１２に示したように、通信アンテナ１１を受電コイル２１Ｌの中央から受電コイル２１Ｌの角部まで対角線に沿って移動させたときの、結合係数ｋ１２の変化を示す図である。

【0047】

通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２は、通信アンテナ１１が受電コイル２１Ｌの中央にあるよりも、辺に沿った位置にある方が、増大する。特に、通信アンテナ１１が受電コイル２１Ｌの角部に沿った位置にあると、通信アンテナ１１は受電コイル２１Ｌの２辺に沿って近接することになるので、図１３に現れているように、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２は、角部（辺）に近接するほど急激に向上する。通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの電磁干渉を抑制するためには、結合係数ｋ１２が小さくなる位置関係であることが好ましい。例えば、ｋ１２は上述のとおり、０．００１から０．３の範囲内であることが好ましい。

【0048】

図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）は磁性シートを用いた電磁干渉の抑制について示す図である。図１４（Ａ）では、通信アンテナ１１は受電コイル２１Ｌのコイル開口内にあり、平面視で、受電コイル２１Ｌ及び通信アンテナ１１に重なるように磁性シート６０が配置されている。図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）では、受電コイル２１Ｌと通信アンテナ１１とは並置されていて、受電コイル２１Ｌに重なる磁性シート６２が設けられている。

【0049】

図１５は、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）に示した構成における、通信アンテナ１１のインダクタンス、受電コイル２１Ｌのインダクタンス、及び通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２との関係を示す図である。ここで各磁性シートの特性は次のとおりである。

【0050】

X-ER-88：μ’＝40，μ”＝0.9（tanδ＝0.0225）
ED-70：μ’＝26，μ”＝0.6（tanδ＝0.023）
EH-66：μ’＝52，μ”＝9.2（tanδ＝0.176）
このように、磁性シート６０，６２の仕様及びその配置によって、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの結合係数ｋ１２を調整できる。また、通信アンテナ１１と受電コイル２１Ｌとの電磁干渉を抑制できる。

【0051】

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、直流共鳴送電装置と生体認証機能付き電子カード内の受電部の回路構成の例について示す。

【0052】

図１６は第４の実施形態に係る、直流共鳴送電装置と生体認証機能付き電子カード内の受電部との回路構成を示す図である。図１７は、特に図１６中の電力変換回路７２、共鳴調整回路７１Ｒ，２１Ｒ、及び整流平滑回路２２の回路構成を示す図である。

【0053】

図１６において、送電装置は直流電源Ｖｉと、この直流電源Ｖｉの電圧を変換する電圧変換回路７３と、送電コイル７１Ｌ及び共鳴調整回路７１Ｒに対して交番電力を供給する電力変換回路７２及びその電力管理回路７０とを備える。

【0054】

図１６において、生体認証機能付き電子カードは、図４等で既に示したとおり、受電コイル２１Ｌ、共鳴調整回路２１Ｒ、整流平滑回路２２、電圧変換回路２３及び電力管理回路２０を備える。抵抗Ｒｏは生体認証回路等の負荷回路である。

【0055】

送電コイル７１Ｌ及び共鳴調整回路７１Ｒによる送電側の共振回路と、受電コイル２１Ｌ及び共鳴調整回路２１Ｒによる受電側の共振回路と、によって共鳴フィールドが構成される。

【0056】

図１７に示す例では、等価的に第１スイッチング素子Q1、ダイオードDds1及びキャパシタCds1の並列接続回路で構成される第１スイッチ回路S1と、等価的に第２スイッチング素子Q2、ダイオードDds2及びキャパシタCds2の並列接続回路で構成される第２スイッチ回路S2と、スイッチング素子Q1，Q2の制御を行う図外のスイッチング制御回路と、共振キャパシタCrと、を備える。共振キャパシタCrは図１６に示した共鳴調整回路７１Ｒの例であり、送電コイル７１Ｌと共振キャパシタCrとで送電共振回路が構成されている。

【0057】

第１スイッチ回路S1の第１スイッチング素子Q1及び第２スイッチ回路S2の第２スイッチング素子Q2は交互にオン／オフされる。

【0058】

スイッチング制御回路は第１スイッチング素子Q1及び第２スイッチング素子Q2を所定の動作周波数で、相補的に交互にスイッチングすることで、直流電圧を送電共振回路に断続的に与えて、送電コイル７１Ｌに共振電流を発生させる。これにより、第１スイッチ回路S1及び第２スイッチ回路S2の両端電圧を方形波または台形波状の電圧波形とする。具体的には、ＮＦＣ通信で用いられる13.56MHzでスイッチング動作させる。

【0059】

生体認証機能付き電子カード内の受電回路は、受電コイル２１Ｌと共振キャパシタCrsによる受電共振回路と整流平滑回路２２とを備える。整流平滑回路２２は、ダイオードDds3及びキャパシタCds3の並列接続回路と、ダイオードDds4及びキャパシタCds4の並列接続回路とを備える。

【0060】

ダイオードDds3，Dds4は、受電コイル２１Ｌと共振キャパシタCrsによる受電共振回路に発生する電圧を整流し、キャパシタCoはその電圧を平滑する。この例では、受電コイル２１Ｌと共振キャパシタCrsとは受電共振回路を構成している。そして、上記送電共振回路と受電共振回路とが共鳴する。

【0061】

以上に示したように直流共鳴によるワイヤレス給電によって、送電装置は高出力でワイヤレス送電でき、生体認証機能付き電子カードは大きな電力を受電することができる。また、蓄電デバイスを短時間で充電することが可能となる。

【0062】

最後に、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。

【符号の説明】

【0063】

Cds1，Cds2，Cds3，Cds4…キャパシタ
Co…キャパシタ
Cr，Crs…共振キャパシタ
Dds1，Dds2，Dds3，Dds4…ダイオード
Q1…第１スイッチング素子
Q2…第２スイッチング素子
Ｒｏ…抵抗
S1…第１スイッチ回路
S2…第２スイッチ回路
Ｖｉ…直流電源
１１…通信アンテナ
１２…フィルタ回路
１３…ＮＦＣ－ＩＣ
２０…電力管理回路
２１…受電共振回路
２１Ｃ…共振キャパシタ
２１Ｌ，２１Ｌａ，２１Ｌａ，２１Ｌｂ…受電コイル
２１Ｒ…共鳴調整回路
２２…整流平滑回路
２３…電圧変換回路
３０…生体認証回路
３１…生体センサ
４０…蓄電デバイス
４１…充放電制御回路
６０，６２，６１，６２…磁性シート
７０…電力管理回路
７１Ｌ…送電コイル
７１Ｒ…共鳴調整回路
７２…電力変換回路
７３…電圧変換回路
１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ…生体認証機能付き電子カード
１０２…生体認証機能付き電子カード
１１１Ａ，１１１Ｂ…生体認証機能付き電子カード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】