(57)【要約】【課題】電磁誘導によって非接触式ＩＣカードと非接触で情報の通信を行い、複数の伝送速度に対して通信が可能となるカードリーダを提供する。【解決手段】  電磁誘導によって非接触式ＩＣカード９０と非接触で情報の通信を行うカードリーダの通信モジュール１００において、非接触制御ＩＣ１は、第１の切替回路ＳＷ１と第２の切替回路ＳＷ２を制御し、通常伝送速度時には通常伝送速度に最適化された第１整合回路１１を選択し、高速伝送速度時には高速伝送速度に最適化された第２整合回路１２を選択する。【選択図】図２
2019102022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導によって非接触式ＩＣカードと非接触で情報の通信を行うカードリーダであって、
前記非接触式ＩＣカードと通信を行うアンテナと、
前記非接触式ＩＣカードとの通信用信号を処理する通信信号処理部と、を備え、
前記通信信号処理部は、
第１の伝送速度時のアンテナ特性を整合する第１整合回路と、
第２の伝送速度時のアンテナ特性を整合する第２整合回路と、
前記第１整合回路の入力側と前記第２整合回路の入力側とを切り替える第１の切替回路と、
前記第１整合回路の出力側と前記第２整合回路の出力側とを切り替える第２の切替回路と、
前記第１整合回路および前記第２整合回路のいずれかを前記アンテナへ接続するように、前記第１の切替回路および前記第２の切替回路を切り替える制御回路と、を含むことを特徴とするカードリーダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御回路は、前記第１整合回路が前記アンテナに接続された状態で前記非接触式ＩＣカードに対して通信を開始するための信号を送信し、前記非接触式ＩＣカードからの応答に基づいて前記非接触式ＩＣカードとの通信が困難であると判断すると、前記第１の切替回路および前記第２の切替回路に対して前記第２整合回路が前記アンテナに接続するように切り替る制御信号を出力することを特徴とするカードリーダ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１整合回路および前記第２整合回路は、前記アンテナ側に接続された抵抗と、前記抵抗の前記制御回路側に接続されたコンデンサと、を含むことを特徴とするカードリーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カードリーダに係り、例えば、電磁誘導によって非接触式ＩＣカードと非接触で情報の通信を行うカードリーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
カードリーダに関して、非接触ＩＣカードの利用が拡がる中、従来から主流で使用されている媒体（非接触ＩＣカード、コイン型チップ等）の伝送速度は１０６ｋｂｐｓであったが、高速通信化に伴い２１２ｋｂｐｓ、４２４ｋｂｐｓ、８４８ｋｂｐｓの伝送速度も必要になってきている。媒体の応答側（すなわち、カードリーダ側）は、機能として対応可能とはなっていることが多い。しかし、実際の通信はアンテナ特性に依存するため、従来の非接触ＩＣカードリーダ機で通信ができない場合も珍しくなく、高速の伝送速度の対応が必要な場合は設計的に考慮が必要である。
【０００３】
そこで、例えば、装置の組み立て後であっても、アンテナ特性を容易に選択して調整可能な技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８７８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示の技術は、予め２つのアンテナを設けておき、半田ブリッジ接続でいずれかのアンテナを選択する構成となっている。したがって、運用時にアンテナ特性を必要に応じて柔軟に切り替えるといった処理には向いていないと言う課題があった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、電磁誘導によって非接触式ＩＣカードと非接触で情報の通信を行うカードリーダにおいて、複数の伝送速度に対して通信が可能となるカードリーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、電磁誘導によって非接触式ＩＣカードと非接触で情報の通信を行うカードリーダである。このカードリーダは、前記非接触式ＩＣカードと通信を行うアンテナと、前記非接触式ＩＣカードとの通信用信号を処理する通信信号処理部と、を備えている。前記通信信号処理部は、第１の伝送速度時のアンテナ特性を整合する第１の整合回路と、第２の伝送速度時のアンテナ特性を整合する第２の整合回路と、前記第１整合回路の入力側と前記第２整合回路の入力側とを切り替える第１の切替回路と、前記第１整合回路の出力側と前記第２整合回路の出力側とを切り替える第２の切替回路と、前記第１整合回路および前記第２整合回路のいずれかを前記アンテナへ接続するように、前記第１の切替回路および前記第２の切替回路を切り替える制御回路と、を含む。
【０００８】
このカードリーダにおいては、非接触式ＩＣカードと通信を行う第１の伝送速度および第２の伝送速度に対して、それぞれ最適な整合回路を選択できるため、伝送速度が異なる複数種類の非接触式ＩＣカードに対して、このカードリーダで通信することができる。すなわち、通信エラー等によって再読込処理が必要になったり、カードとの通信が全くできないといった事態を低減しやすい。また、選択されていない整合回路は、第１の切替回路および第２の切替回路により、入力側および出力側の両方で通信経路から切り離されるため、選択されている整合回路側への影響を抑制できる。
【０００９】
前記制御回路は、前記第１の整合回路が前記アンテナに接続された状態で前記非接触式ＩＣカードに対して通信を開始するための信号を送信し、前記非接触式ＩＣカードからの応答に基づいて前記非接触式ＩＣカードとの通信が困難であると判断すると、前記第１の切替回路および前記第２の切替回路に対して前記第２整合回路が前記アンテナに接続するように切り替る制御信号を出力してもよい。例えば、第１の伝送速度を、従来主流で使用されている通常伝送速度とすると、通常伝送速度に対応し、初期状態でアンテナに接続されている第１整合回路で通信を行うことにより、通信信号処理部の回路構成（アナログ特性）を初期状態のままで通信を行える可能性が高い。第１整合回路で通信ができない場合は、より伝送速度の高い第２の伝送速度に対応する第２整合回路に切り替えることにより、より高い伝送速度に対応した非接触式ＩＣカードと通信することができる。
【００１０】
前記第１整合回路および前記第２整合回路は、前記アンテナ側に接続された抵抗と、前記抵抗の前記制御回路側に接続されたコンデンサと、を含んでもよい。回路全体のインピーダンス（アンテナ特性）を調整しやすいとともに、整合回路を簡易に構成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電磁誘導によって非接触式ＩＣカードと非接触で情報の通信を行うカードリーダにおいて、複数の伝送速度に対して通信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る、カードリーダの模式図である。
【図２】実施形態に係る、カードリーダの通信モジュールのブロック図である。
【図３】実施形態に係る、第１スイッチ回路からアンテナまでの経路に着目したブロック図である。
【図４】実施形態に係る、周波数特性を示したグラフである。
【図５】実施形態に係る、第１整合回路と第２整合回路を切り替える処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るカードリーダ１０１の概略構成を模式的に示した図である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図を模式的に表している。カードリーダ１０１は、所定の上位装置に搭載され、内部にＩＣチップ９２を埋め込んだ非接触式ＩＣカード（以下、単に「ＩＣカード９０」と称する。）から情報（カードデータ）の読み取りやＩＣカード９０に情報の記録を行う装置である。
【００１４】
カードリーダ１０１は、ＩＣカード９０の挿入および抜き取りが行われる挿入口１０２と、本体部１０３とを備えている。本体部１０３には、挿入口１０２に挿入されたＩＣカード９０が搬送される搬送路１０４が形成されており、ＩＣカード９０が挿入口１０２に挿入されると、ＩＣカード９０は搬送路１０４に配置された複数のカード搬送ローラ１８２で所定位置（図示の２点鎖線で示すＩＣカード９０の位置、通信位置）Ｐまで搬送される。
【００１５】
カードリーダ１０１の内部には、搬送路１０４に沿って、フォトセンサなどのカード位置センサ１８３が複数配置されており、ＩＣカード９０の位置の把握が可能である。カード搬送ローラ１８２は、図示しないモータによって回転駆動され、モータの正転または逆転に応じて、ＩＣカード９０を図の右方向（挿入方向）または左方向（排出方向）へ搬送する。
【００１６】
本体部１０３のＩＣカード９０の搬送先に対応する領域である通信位置Ｐには、ＩＣカード９０と非接触で通信を行う通信モジュール１００が配置されている。通信モジュール１００は、基板１８０を備えている。基板１８０には、ＩＣカード９０と情報の通信などを行うアンテナ１０が、通信位置Ｐに搬送されたＩＣカード９０のアンテナ（不図示）と対向するように形成されている。アンテナ１０は、ループ形状のプリントパターンとして形成されている。カードリーダ１０１は、この様なアンテナ１０を備えた通信モジュール１００を介してＩＣカード９０と通信を行う。
【００１７】
図２はカードリーダの通信モジュール１００のブロック図である。通信モジュール１００は、電磁誘導によりＩＣカード９０と非接触で通信を行い、ＩＣカード９０に対して情報の読み書きを行う。
【００１８】
通信モジュール１００は、基板１８０に形成された、ＩＣカード９０と情報の通信を行ったりＩＣカード９０に電力を供給するためのアンテナ１０と、ＩＣカード９０との通信用信号を処理する通信信号処理部１１０と、を有する。通信信号処理部１１０は、第１の伝送速度のアンテナ特性を整合する第１整合回路１１と、第２の伝送速度のアンテナ特性を整合する第２整合回路１２と、第１整合回路１１の入力側と第２整合回路１２の入力側とを切り替える第１の切替回路ＳＷ１と、第１整合回路１１の出力側と第２整合回路１２の出力側とを切り替える第２の切替回路ＳＷ２と、第１整合回路１１および第２整合回路１２のいずれかをアンテナ１０へ接続するように、第１の切替回路ＳＷ１および第２の切替回路ＳＷ２を切り替える制御回路（非接触制御ＩＣ）１と、を含む。
【００１９】
本実施例においては、第１の伝送速度は、例えば、従来から主流で使用されている通常伝送速度（１０６ｋｂｐｓ）であり、第２の伝送速度は、例えば、それ以上の伝送速度（高速伝送速度、例えば２１２、４２４、８４８ｋｂｐｓ）としているが、第１の伝送速度および第２の伝送速度は、それぞれ上記とは異なる伝送速度であってもよい。
【００２０】
非接触制御ＩＣ１は、送信系統としＬＰＦ２および第１または第２整合回路１１、１２を介してアンテナ１０に接続されているとともに、受信系統として受信回路２０を介して、アンテナ１０に接続されている。ＬＰＦ２と第１および第２整合回路１１、１２との間（第１整合回路１１および第２整合回路１２の入力側）に第１の切替回路（第１スイッチ）ＳＷ１が接続され、第１および第２整合回路１１、１２とアンテナ１０との間（第１整合回路１１および第２整合回路１２の出力側）に第２の切替回路（第２スイッチ）ＳＷ２が接続されている。第１の切替回路ＳＷ１および第２の切替回路ＳＷ２の一例は、高電力のシグナルリレー素子である。第１の切替回路ＳＷ１および第２の切替回路ＳＷ２は、半導体スイッチ回路や、他の回路や素子などであってもよい。
【００２１】
非接触制御ＩＣ１は、ＩＣカード９０と通信を行う送信信号（電力ＯＵＴ）および第１の切替回路と第２の切替回路との動作を制御するＳＷ切替制御信号を出力する。送信信号（電力ＯＵＴ）は、ＬＰＦ２を介して第１スイッチＳＷ１に出力される。ＳＷ切替制御信号は、第１整合回路１１がアンテナ１０に接続された状態でＩＣカード９０に対して通信を開始するための信号を送信し、ＩＣカード９０からの応答に基づいてＩＣカード９０との通信が困難であると判断すると、第１の切替回路ＳＷ１および第２の切替回路ＳＷ２に対して第２整合回路１２がアンテナ１０に接続するように切り替る第１の制御信号を含む。さらに、ＳＷ切替制御信号は、第２整合回路１２を使用してＩＣカード９０との通信が終了した後、および第２整合回路を使用してもＩＣカード９０との通信が不可能であった場合に、第１の切替回路ＳＷ１および第２の切替回路ＳＷ２に対して第１整合回路１１がアンテナ１０に接続するように切り替る第２の制御信号を含む。
【００２２】
図３は、通信モジュール１００のうち、第１の切替回路ＳＷ１からアンテナ１０までの経路を拡大して示すブロック図である。図示では、第１整合回路１１が選択された状態を示しており、この状態がこのカードリーダ１０１における初期状態（定常状態）である。初期状態でＩＣカード９０との通信ができない場合は、第１整合回路１１から高速伝送速度に対応した第２整合回路１２に切り替える。図４は、通信モジュール１００の周波数特性を示したグラフである。図４においては、横軸は周波数Ｆ、縦軸はＳパラメータ（Ｓ１１）を示している。ここで、Ｓパラメータとは、高周波電子回路などの特性を表すために用いられる回路網パラメータの１つであり、回路網の通過および反射電力特性を表したものである。
【００２３】
図３に示すアンテナ１０は、基板１８０上に形成されたループアンテナパターンであって、図示のように、アンテナ抵抗Ｒ１０、アンテナコイルＬ１０およびアンテナコンデンサＣ１０から構成される等価回路として表現できる。
【００２４】
第１整合回路１１は、第１抵抗Ｒ１１と、第１コンデンサＣ１１１およびＣ１１２とを有する。図３に示すように、第１抵抗Ｒ１１は、第１整合回路１１のアンテナ１０側に接続されており、第１のコンデンサＣ１１１およびＣ１１２は、第１抵抗Ｒ１１の非接触制御ＩＣ１側に接続されている。第１抵抗Ｒ１１、第１コンデンサＣ１１１および１１２は、通常伝送速度に対して、ＩＣカード９０と通信する通信用周波数において、回路の周波数特性のＱ値とアンテナ１０の特性も含めた通信モジュール１００全体のインピーダンスとのバランスが取れるようにアナログ特性が調整されている。図４（ａ）に、第１整合回路１１をアンテナ１０に接続した状態で、通常伝送速度における周波数特性の一例を示している。通常伝送速度に対応したＱ値の高い周波数特性が得られている。
【００２５】
第２整合回路１２は、第２抵抗Ｒ１２と、第２コンデンサＣ１２１およびＣ１２２とを有する。図３に示すように、第２抵抗Ｒ１２は、第２整合回路１２のアンテナ１０側に接続されており、第２コンデンサＣ１２１およびＣ１２２は、第２抵抗Ｒ１２の非接触制御ＩＣ１側に接続されている。第２抵抗Ｒ１２と、第２コンデンサＣ１２１およびＣ１２２は、高速伝送速度に対して、ＩＣカード９０と通信する通信用周波数において、回路の周波数特性のＱ値とアンテナ１０の特性も含めた通信モジュール１００全体のインピーダンスとのバランスが取れるようにアナログ特性が調整されている。図４（ｂ）に、第２整合回路１２をアンテナ１０に接続した状態で、高速伝送速度における周波数特性の一例を示している。高速伝送速度に対応したＱ値の低い周波数特性が得られている。
【００２６】
このカードリーダ１０１においては、初期状態として通常伝送速度に対応した第１整合回路１１がアンテナ１０に接続されている。したがって、第１の切替回路ＳＷ１は第１整合回路１１の入力側に接続され、第２の切替回路ＳＷ２は第１整合回路１１の出力側に接続されている。このとき第２整合回路１２は、第１整合回路１１とは完全に切り離された状態に置かれている。したがって、第２整合回路１２が第１整合回路１１（すなわち、通常伝送速度の通信時のアンテナ特性）に影響を及ぼすことを抑制できる。したがって、高速伝送用の第２整合回路１２が第１整合回路１１と切り替え可能に通信モジュール１００内に配置されていても、通常伝送速度での通信を行いやすい。さらに、初期状態において第１整合回路１１をアンテナ１０に接続しておくことで、整合回路の切り替えを行うことなく、主流で使用されている伝送速度に対応したＩＣカード９０と通信できる。したがって、無用な整合回路の切り替えを抑制できる。
【００２７】
高速伝送速度のときに送信系統として第２整合回路１２が選択される場合には、第１の切替回路ＳＷ１は第２整合回路１２の入力側に接続され、第２切替回路ＳＷ２は第２整合回路１２の出力側に接続される。このとき第１整合回路１１は、第２整合回路１２とは完全に切り離した状態に置かれる。したがって、第１整合回路１１が第２整合回路１２（すなわち、高速伝送速度の通信時のアンテナ特性）に影響を及ぼすことを抑制できる。したがって、通常伝送用の第１整合回路１１が第２整合回路１２と切り替え可能に通信モジュール１００内に配置されていても、高速伝送速度での通信を行いやすい。
【００２８】
つぎに、図５を参照して、第１の切替回路ＳＷ１および第２の切替回路ＳＷ２により第１整合回路１１と第２整合回路１２とを切り替えて、ＩＣカード９０と通信を行う処理を説明する。なお、上述したように、初期状態として第１整合回路１１の送信系統がアンテナ１０に接続されている。
【００２９】
ＩＣカード９０がカードリーダ１０１に挿入され、搬送路１０４に沿って通信位置Ｐに搬送されたことがカード位置センサ１８３により検知されると、通信モジュール１００の非接触制御ＩＣ１は、ＩＣカード９０に対し、活性化のための信号をアンテナ１０を介して送信する（Ｓ１０）。非接触制御ＩＣ１は、ＩＣカード９０からの応答結果から、通常伝送速度でＩＣカードとの通信が可能であるか、高速伝送速度の通信用に整合回路を切り替える必要があるか判断する（Ｓ１２）。
【００３０】
通常伝送速度の通信（パターンＡ）が可能であると判断した場合（Ｓ１２のＹ）、非接触制御ＩＣ１は、送信系統をそのまま、すなわち第１整合回路１１の送信系統を維持したまま、ＩＣカード９０と通常伝送速度の通信を行い（Ｓ１４）、通信終了後、非活性化の状態にする（Ｓ１６）。
【００３１】
Ｓ１２において、ＩＣカード９０からの応答がない場合や、応答があった場合でも通常伝送速度で所望の通信状態を確立、維持することが困難であると非接触制御ＩＣ１が判断すると（Ｓ１２のＮ）、非接触制御ＩＣ１は、非接触制御ＩＣ１のデジタル的な設定変更に加え、第１の切替回路ＳＷ１及び第２の切替回路ＳＷ２に対して、第１の制御信号を出力し、送信系統を第１整合回路１１から第２整合回路１２に切り替える（Ｓ１８）。さらに、非接触制御ＩＣ１は、ＩＣカード９０に対して活性化のための信号を送信して、高速伝送速度の通信（パターンＢ）が可能であるか判断する（Ｓ２０）。
【００３２】
高速伝送速度の通信が可能であれば（Ｓ２０のＹ）、非接触制御ＩＣ１は、高速伝送速度の通信を行い（Ｓ２２）、通信終了後、非活性化する（Ｓ２４）。
【００３３】
Ｓ２０において、高速伝送速度の通信が不可であれば（Ｓ２０のＮ）、非接触制御ＩＣ１は、ＩＣカード９０との通信を行わず処理を終了する。
【００３４】
以上、本実施形態によると、電磁誘導によってＩＣカード９０と非接触で情報の通信を行う通信モジュール１００を有するカードリーダ１０１において、複数の伝送速度に対して通信が可能となる。
【００３５】
従来であれば、高速伝送時にアンテナ特性影響で通信不具合が生じた場合はアンテナの特性を定数変更で確認することになる。しかし、本実施形態では、第１の伝送速度に適した第１整合回路１１および第２の伝送速度に対応した第２整合回路１２を切り替えて通信を行うことにより、伝送速度の異なる複数種類のＩＣカード９０と通信を行うことができる。さらに、選択されていない整合回路は完全に切り離されるため、選択されていない整合回路に起因したアンテナ特性による影響で通信不具合が生じることを抑制できる。
【００３６】
上記においては、２つの整合回路を切り替えて使用するカードリーダ１０１を例に説明を行っているが、３つ以上の整合回路を配置して、切り替えて使用する構成にしてもよい。また、整合回路を構成する上記の抵抗およびコンデンサは回路素子の一例であり、素子の種類、個数、配置等は上記に限定されない。
【００３７】
本発明を、実施の形態をもとに説明したが、この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００３８】
１  非接触制御ＩＣ
２  ＬＰＦ
１０  アンテナ
１１  第１整合回路
１２  第２整合回路
２０  受信回路
９０  ＩＣカード
９２  ＩＣチップ
１００  通信モジュール
１０１  カードリーダ
１０２  挿入口
１０３  本体部
１０４  搬送路
１１０  通信信号処理部
１８０  基板
１８２  カード搬送ローラ
１８３  カード位置センサ
Ｃ１０  アンテナコンデンサ
Ｃ１１１、Ｃ１１２  第１コンデンサ
Ｃ１２１、Ｃ１２２  第２コンデンサ
Ｌ１０  アンテナコイル
Ｒ１０  アンテナ抵抗
Ｒ１１  第１抵抗
Ｒ１２  第２抵抗
ＳＷ１  第１の切替回路
ＳＷ２  第２の切替回路
Ｐ  通信位置
【図１】
2019102022.tif 000003
【図２】
2019102022.tif 000004
【図３】
2019102022.tif 000005
【図４】
2019102022.tif 000006
【図５】
2019102022.tif 000007