(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の制御を行う制御部と、コイルの相互誘導作用を利用した電磁誘導結合方式に基づいて非接触ＩＣカードに前記制御部からの命令信号を送信する送信部と、前記非接触ＩＣカードからの応答信号を受け前記制御部に応答データを供給する受信部と、前記非接触ＩＣカードに電力供給を行う電源部とを備え、
前記電源部による前記非接触ＩＣカードへの電力供給を間欠的に行うことを特徴とするリーダライター。
【請求項２】
コイルの相互誘導作用を利用した電磁誘導結合方式に基づいてリーダライタからの命令信号を受ける受信部と、前記受信部からの命令データを受け所定の制御を行う制御回路と、前記制御回路からの応答データを受け前記リーダライタに応答信号を送信する送信部と、前記リーダライタからの電力信号を受け電力を生成する電源部と、前記制御回路からの出力を受け前記電源部を動作させるスイッチ手段とを備え、
前記制御回路からの信号により間欠的に前記スイッチ手段がＯＮとなることを特徴とする非接触ＩＣカード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導結合方式により電気的接点不要で行われるデータアクセス方式およびデータアクセスを行うデータ読み取り装置（以下、リーダライタとする）およびデータ記憶体（以下、非接触ＩＣカードとする）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄型化のため必要な回路をＩＣチップに集積して内蔵し、電磁誘導結合等を利用して電源の授受や電気的な接点なしでデータの送受信を行う非接触ＩＣカードなどのデータキャリアが開発されている。この非接触ＩＣカードは使用する度に本体装置と接触させる必要がなく、接点を持たないために汚れや腐食の心配が無くさらに自由にデザインできるという利便性を持ち、この利便性とセキュリティの高さから、個人のＩＤカード等として、金融分野を始めとする様々な分野において非常に大きな市場が期待できる商品である。
【０００３】
従来の非接触ＩＣカードは例えば特開平４ー９９６９８号公報、特開平４ー２４１０８２号公報などに記載されているものが知られている。
【０００４】
図４に従来のリーダライタ及び非接触ＩＣカードの構成を示している。データアクセスの方法は据えつけて用いられることの多いリーダライタ１０と、携帯便利なようにコイン形やカード形に形成された非接触ＩＣカード５０とからなり、非接触ＩＣカード５０をリーダライタ１０に近づけると非接触状態であっても電磁誘導結合に基づく交信を行ってリーダライタ１０が非接触ＩＣカード５０から所要のデータを読みとったりするものである。なお、非接触ＩＣカード５０は電池などの内蔵電力供給手段を具備する他、リーダライタ１０に対して近接した際に電磁誘導結合により電力の供給を受けるようになっている。
【０００５】
具体的には、リーダライタ１０は全体的な制御や外部接続機器との通信を行う制御部としての役割を果たすマイクロプロセッサ２０と、命令信号をｆ１周波数の搬送波で送信する送信部２１と、同じく周波数ｆ１で搬送されてきた応答信号を受け取る受信部２２と、非接触ＩＣカード５０に電力を伝送する周波数ｆ２の送信回路２３と、データ送受信用のコイルアンテナ３５と、電力送信用のコイルアンテナ３８とからなる。
【０００６】
マイクロプロセッサ２０は、非接触ＩＣカード５０に対してデータの読み出しや書き込みを指示する命令を生成しコイルアンテナ３５から送信する。また非接触ＩＣカード５０から返送されてきた応答信号はコイルアンテナ３５で受信してデータ受信部２２を介してマイクロプロセッサ２０で受け取り処理を行う。
【０００７】
送信部２１は、コイルの相互誘導作用を利用して命令の送信を行うために、符号化回路３１により命令をＮＲＺ符号等に基づく符号化を行い、変調回路３２により周波数ｆ１の搬送波に前記符号化データによるＰＳＫ方式等のデジタル変調を施し、アンプ３３とブリッジドライブ回路３４を介してコイルアンテナ３５から命令信号を送信する。
【０００８】
受信部２２は、コイルの相互誘導作用を利用して返送されてきた応答信号を差動入力バッファ４１で受信し、電磁変換した信号からバンドパスフィルタ４２で周波数ｆ１を中心とする有効帯域成分を抽出し、これをアンプ４３で増幅して受信信号を生成する。さらに、受信部２２はＰＳＫ方式等の復調処理を行う復調回路４４により受信信号から復調データを得るとともに、ＮＲＺ符号等に基づく復調処理を行う復号回路４５により復調データから応答データを生成するものである。
【０００９】
電力供給回路２３は、水晶発振子３６をマイクロプロセッサ２０のクロック信号として使用すると同時に増幅器３７を介してコイル３８より非接触ＩＣカードにエネルギー供給を行っている。
【００１０】
一方、非接触ＩＣカード５０は、リーダライタ１０の送受信コイル３５および３８に対して相互誘導作用を利用してそれぞれと電磁誘導結合するためのコイル７０と６６とを有し、周波数ｆ１で搬送されてきた信号を受け取る受信部６０と、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリ８１が付設された制御回路８０と、応答信号を周波数ｆ１の搬送波で返送する送信部６９と、電磁誘導結合によって受信コイル６６に誘起された誘導起電力から制御回路８０等の動作電力を得る電源部８２とを具備したものである。
【００１１】
受信部６０は送受信コイル７０で受信したリーダライタ１０からの命令信号を復元するために、差動入力バッファ６１を介して電磁変換した信号からバンドパスフィルタ６２で周波数ｆ１を中心とする有効帯域成分を抽出し、これをアンプ６３で増幅して受信信号を生成する。さらに、受信部はＰＳＫ方式等の復調処理を行う復調回路６４により受信信号から復調データを得るとともに、ＮＲＺ符号等に基づく復調処理を行う復号回路６５により復調データから命令データを生成するものである。
【００１２】
制御回路８０はリーダライタ１０から送られてきた命令データを解析処理し命令内容がメモリ読み出しであれば指定されたメモリ８１の該当アドレスからデータを読み出し、このデータを応答データとして送信部６９に出力する。また、命令内容がメモリ書き込みであれば、そのデータを指定されたメモリ８１の該当アドレスに書き込み、書き込み完了の応答を応答データとして送信部６９に出力する。
【００１３】
送信部６９は、コイルの相互誘導作用を利用して命令の送信を行うために、符号化回路７４により応答データをＮＲＺ符号等に基づく符号化を行い、変調回路７３により周波数ｆ１の搬送波に前記符号化データによるＰＳＫ方式等のデジタル変調を施して、アンプ７２とブリッジドライブ回路７１を介してコイル７０から応答信号を送信する。
【００１４】
非接触ＩＣカード５０の電源部８２は受信コイル６６に誘起された交番電流を受け入れて整流する整流器６７と、整流された電流の電圧Ｖｃｃを安定化させるレギュレータ６８と受信コイル６６で受信した信号を電磁変換し増幅器９０で増幅した信号をコンパレータ９１の基準信号と比較して一定のレベル以上になると次段のスイッチ回路９２が閉じて回路に電流を供給する電池９３とからなるものである。ここで、電池９３は必ずしも非接触ＩＣカードに内蔵する必要はないが、リーダライタ１０と非接触ＩＣカード５０との通信距離を広くするため通信に必要な電力を供給するには不可欠となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電池を搭載した非接触ＩＣカードでは、電磁誘導結合のみにより生成された電圧Ｖｃｃだけでは動作不能で、かつ内蔵の電池を用いれば制御回路等が動作可能な通信距離にある場合、制御回路等は常に動作状態で駆動しているために、電池は常に電源として動作し続ける。これにより、電池寿命が短くなってしまい、ひいては非接触ＩＣカード自体の寿命が短くなるという課題があった。
【００１６】
すなわち、非接触ＩＣカードはリーダライタからの電磁誘導結合により供給される電力で動作することが多いが、入退出管理システムや物流管理システムなど比較的長い通信距離が要求される場合には電池を搭載して信頼性や利便性を向上させていることが多い。この場合非接触ＩＣカードを常に動作状態に保持しておいては電池寿命が短くなってしまい、非接触ＩＣカードは電池交換が容易な形状として電池が無くなり次第交換をするか、あるいは新しい非接触ＩＣカードと交換するなどの作業を頻繁に行わなければならなくなる。
【００１７】
また、リーダライタもその電源は必ずしも商用電源を使用することができずにバッテリー電源を用いている場合もあり、常にカードに電源を供給しなければならない場合には、頻繁に電源の交換をしなくてはならないという課題があった。
【００１８】
すなわち、リーダライタは壁面あるいは端末機器等に据えつけて用いられることが多いが、据えつけた端末が携帯可能であったりあるいは移動体であったりする場合も多く、その場合、リーダライタを駆動する電源は必ずしも商用電源を用いることができずにバッテリーを搭載することがある。しかし、常に非接触ＩＣカードに電源を供給していると頻繁にバッテリー交換をしなくてはならないので、通常は非接触ＩＣカードとの通信が必要な時だけ管理者の操作により電源供給しているが、無人で非接触ＩＣカードとの通信を行う場合にはやはり非接触ＩＣカードに電源を供給し続けなければならなくなってしまうのである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のリーダライタは、所定の制御を行う制御部と、コイルの相互誘導作用を利用した電磁誘導結合方式に基づいて非接触ＩＣカードに前記制御部からの命令信号を送信する送信部と、前記非接触ＩＣカードからの応答信号を受け前記制御部に応答データを供給する受信部と、前記非接触ＩＣカードに電力供給を行う電源部とを備え、前記電源部による前記非接触ＩＣカードへの電力供給を間欠的に行うものである。
【００２０】
これによりリーダライタは、定常時、非接触ＩＣカードを動作あるいは起動するための電力供給回路を間欠的に動作させ、電力供給回路の動作中に非接触ＩＣカードからの応答信号を受信して非接触ＩＣカードの存在を認識し、非接触ＩＣカードとの所望の通信が必要な場合には、その通信に必要な期間だけ電力供給回路を動作し続け非接触ＩＣカードを動作状態に保持し通信を行うことができ、従来に比べて省電力となり、電源としてバッテリー電源を用いている場合には電源の交換回数を減らすことができる。
【００２２】
そして本発明の非接触ＩＣカードは、コイルの相互誘導作用を利用した電磁誘導結合方式に基づいてリーダライタからの命令信号を受ける受信部と、前記受信部からの命令データを受け所定の制御を行う制御回路と、前記制御回路からの応答データを受け前記リーダライタに応答信号を送信する送信部と、前記リーダライタからの電力信号を受け電力を生成する電源部と、前記制御回路からの出力を受け前記電源部を動作させるスイッチ手段とを備え、前記制御回路からの信号により間欠的に前記スイッチ手段がＯＮとなるものである。
【００２３】
上述のように、非接触ＩＣカードはリーダライタとの電磁誘導結合により受信した電力を電磁変換し増幅するための増幅器をスイッチ手段により間欠的に動作させ、増幅器の動作期間中にリーダライタからの電源供給を受けたときだけその他の回路に電源を供給することにより内蔵電力供給手段である電池の消耗を低減させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明のリーダライタ、非接触ＩＣカードおよびカードシステムについて、好ましい実施の形態の一例を説明する。
【００２７】
まず本発明のリーダライタについて図１を用いて詳細に説明する。図１のリーダライタ１００は全体的な制御や外部接続機器との通信を行う制御部であるマイクロプロセッサ２０と、命令をｆ１周波数の搬送波で送信する送信部２１と同じく周波数ｆ１で搬送されてきた信号を受け取る受信部２２、電力を伝送する周波数ｆ２の電源部２３とからなる。
【００２８】
マイクロプロセッサ２０は非接触ＩＣカードに対してデータの読み出しや書き込みを指示する命令信号を生成しコイルアンテナ３５から送信する。非接触ＩＣカードから返送されてきた応答信号はコイルアンテナ３５で受信して受信部２２を介してマイクロプロセッサ２０で受け取り所定の処理を行う。
【００２９】
送信部２１は、コイルの相互誘導作用を利用して命令信号の送信を行うために、符号化回路３１により命令をＮＲＺ符号等に基づく符号化を行い、変調回路３２により周波数ｆ１の搬送波に前記符号化データによるＰＳＫ方式等のデジタル変調を施して、アンプ３３とブリッジドライブ回路３４を介してコイル３５から命令信号を送信する。
【００３０】
受信部２２はコイルの相互誘導作用を利用して返送されてきた応答信号を差動入力バッファ４１で受信し、電磁変換した信号からバンドパスフィルタ４２で周波数ｆ１を中心とする有効帯域成分を抽出し、これをアンプ４３で増幅して受信信号を生成する。さらに、受信部はＰＳＫ方式等の復調処理を行う復調回路４４により受信信号から復調データを得るとともに、ＮＲＺ符号等に基づく復号処理を行う復号回路４５により復調データから応答データを生成するものである。
【００３１】
電力供給回路２３は、水晶発振子３６をマイクロプロセッサ２０のクロック信号として使用すると同時に、増幅器３７を介してコイル３８より非接触ＩＣカードにエネルギー供給を行っている。マイクロプロセッサ２０はＯＮ／ＯＦＦするトランジスタ３９でスイッチング回路４０を動作させて、増幅器３７に電源供給あるいは遮断を行う。マイクロプロセッサ２０は非接触ＩＣカードに対して命令信号を送信するより以前にスイッチ４０をＯＮ状態として増幅器３７を動作させる。これにより、コイル３８より非接触ＩＣカードに電磁誘導結合による電源供給を事前に行い非接触ＩＣカードを動作させデータの授受を行う。
【００３２】
本発明の非接触ＩＣカードについて、図２を用いて詳細に説明する。非接触ＩＣカード１０１は、リーダライタの送受信コイル３５および３７に対して相互誘導作用を利用してそれぞれと電磁誘導結合するためのコイル７０と６６とを有し、周波数ｆ１で搬送されてきた命令信号を受け取る受信部６０と、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリ８１が付設された制御回路８０と、応答信号を周波数ｆ１の搬送波で返送する送信部６９と、電磁誘導結合によって受信コイル６６に誘起された誘導起電力から制御回路８０等の動作電力を得る電源部８２とスイッチ手段８８とからなる。
【００３３】
電源部８２は、コイル６６に誘起された信号を電磁変換する増幅器９０と増幅した信号を予め設定された基準レベルと比較するコンパレータ９１とコンパレータ９１の出力により電池９３をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路９２と整流器６７及びレギュレータ６８とを具備したものである。ここで、制御回路８０の電源は電池９３から供給されている。制御回路８０は通常数１００Ｈｚ程度の低周波のクロックで動作しながら待機し、一定の時間間隔でトランジスタ９４をＯＮさせる。トランジスタ９４により次段のスイッチ回路９５が導通状態となり電池９３より増幅器９０とコンパレータ９１に電源が供給される。この時電磁誘導結合により得られた信号が一定の値（ｒｅｆ．）を越えていると次段のスイッチ回路９２が導通して電池９３の電源出力を他の回路全体に供給開始する。
【００３４】
このリーダライタ１００と非接触ＩＣカード１０１は、それぞれ非同期に間欠動作を行い省電力化を行っている。しかしながらその間欠した動作の期間がリーダライタ１００と非接触ＩＣカード１０１で一致しないとデータの授受が出来ずに所望の処理を行うことが出来ないか、もしくは処理が可能となるまでに時間を要してしまう。
【００３５】
そこで、以下に示すリーダライタ１００と非接触ＩＣカード１０１とのカードシステムでは、リーダライタ１００が出力する供給電源が動作する期間中に非接触ＩＣカード１０１は、スイッチ手段８８を制御することによってリーダライタ１００と電磁誘導結合により得られる電力供給を電磁変換し非接触ＩＣカード１０１を起動するための信号として増幅する増幅器が少なくとも１度は動作してリーダライタ１００が要求する処理を終了して応答信号を返送し確実に処理を行う。
【００３６】
以下、図３を用いて動作タイミングの一例について説明する。非接触ＩＣカード１０１は、通常、波形（ａ）で示すように０．２ｍｓのＯＮと１０ｍｓのＯＦＦの待機状態を繰り返している。これにより非接触ＩＣカード１０１の電池寿命は間欠動作を行わないときのおよそ５０倍となる。一方、リーダライタ１００は波形（ｂ）で非接触ＩＣカード１０１に対して電力を供給する。３の供給期間と４の休止期間との比により消費電力が異なるが、通常人間の動作に違和感無い状態で通信を完了するために３５ｍｓの供給期間と５００ｍｓの休止期間としている。これにより消費電力はおよそ１／１５となる。波形（ｃ）はリーダライタ１００が非接触ＩＣカード１０１に対して送信する信号のタイミングを示す。データ送信は電力供給開始後およそ１５ｍｓ後に行われる。従って、このタイミング設定をしておくと、リーダライタ１００が電力供給を開始してデータを送信するまでの間に非接触ＩＣカード１０１は最低１回ＯＮ状態となる。これにより、使用者に不便を与えることなく、省電力で、通信を確実に行うことができる。
【００３７】
なお、リーダライタ１００が送受信するデータ信号の搬送波の周波数は必ずしも等しくなくても構わない。また、電力搬送周波数はデータ信号の搬送波周波数と等しくても構わず、また制御回路８０は専用のワイヤードロジック回路で構成しても構わない。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明では、リーダライタは定常時、非接触ＩＣカードを動作あるいは起動するための電磁誘導結合による電源供給回路を間欠的に動作させ通信に必要な期間だけ電源供給回路を動作することにより消費電力を低減することができる。
【００３９】
また非接触ＩＣカードは、スイッチ手段を制御することにより、リーダライタとの電磁誘導結合により受信した電力を電磁変換し増幅するための増幅回路を間欠的に動作させ電池の消耗を低減させることができる。
【００４０】
さらに、非接触ＩＣカードはリーダライタが間欠動作をして電源供給をしている期間内に少なくとも１回は非接触ＩＣカードとの通信を行ない得る期間の間欠動作を行うことにより、使用者に不便を与えず、不要な電池の消耗を防ぐという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるリーダライタの構成図
【図２】本発明の実施の形態における非接触ＩＣカードの構成図
【図３】本発明の実施の形態における間欠動作のタイミングチャート
【図４】従来例における非接触ＩＣカードシステムを表すブロック図
【符号の説明】
２０  制御部
２１、６９  送信部
２２、６０  受信部
２３、８２  電源部
３５、３８、６６、７０  コイル
８８  スイッチ手段
９３  内蔵電力供給手段
１００  リーダライタ
１０１  非接触ＩＣカード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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