(57)【要約】【課題】装置の小型化を図った場合であっても、コストを低減しながら非接触データキャリアの読取性能を向上することができる非接触通信装置を提供する。【解決手段】非接触ＩＣカード１２が接近したときは、ＲＦ部３０のインピーダンスが変化することから、ＲＦ部３０からの送信信号の信号レベルが変化するようになる。制御部２９は、送信信号の信号レベルを検出するＡ／Ｄ変換回路３１からのデータが変化したときは、メインＣＰＵ２１へ割込信号を出力する。メインＣＰＵ２１は、電源切替回路１８にハイレベルの電源切替信号を出力するので、電源切替回路１８は、スイッチング電源１９と接続していた外部電源２３をドロッパ電源２０に接続する。従って、ＲＦ部３０は、スイッチング電源１９からの電磁ノイズの影響を受けることないので、非接触ＩＣカード１２と確実に通信することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源との接続状態で給電動作するスイッチング電源を備え、送信信号をアンテナから非接触データキャリアに送信すると共に、前記アンテナを通じて前記非接触データキャリアからの受信信号を受信する送受信回路を備えた非接触通信装置において、
前記外部電源との接続状態で給電動作するドロッパ電源と、
前記非接触データキャリアを検出する検出手段と、
前記スイッチング電源による給電から前記ドロッパ電源による給電へ切替える切替手段と、
前記検出手段が前記非接触データキャリアを検出した場合は、前記切替手段を作動させると共に、前記送受信回路による前記非接触データキャリアとの通信が終了したところで前記切替手段の作動を終了する制御手段とを備えたことを特徴とする非接触通信装置。
【請求項２】
前記送受信回路の送信出力のインピーダンスの変化を検出するインピーダンス変化検出手段を備え、
前記検出手段は、前記インピーダンス変化検出手段がインピーダンスの変化を検出した場合に前記非接触データキャリアを検出したと判断することを特徴とする請求項１記載の非接触通信装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記切替手段を作動する場合は電源切替信号を前記切替手段へ出力し、
前記切替手段は、
前記電源切替信号の非入力状態でオンして前記外部電源と前記スイッチング電源とを接続する第１トランジスタと、
前記電源切替信号の入力状態でオンして前記外部電源と前記ドロッパ電源とを接続する第２トランジスタとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の非接触通信装置。
【請求項４】
前記外部電源との接続状態で蓄電するように設けられ、前記外部電源と前記スイッチング電源または前記ドロッパ電源との接続が解除された状態で前記スイッチング電源または前記ドロッパ電源への給電状態を維持する蓄電手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の非接触通信装置。
【請求項５】
前記送受信回路、前記スイッチング電源及び前記ドロッパ電源は同一のプリント配線基板に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の非接触通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源からの給電状態で非接触データキャリアと通信する非接触通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば入室管理するための非接触ＩＣカードリーダライタを有したセキュリティ端末装置では、画面表示やＬＥＤ点灯、或いは音声ガイダンスを実行するための負荷電流が比較的大きいことから、装置の消費電力の低減化のために効率の高いスイッチング電源を採用している。
尚、本発明の従来例に相当する特許文献が見当らないため、その開示を省略する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図５は、非接触ＩＣカードリーダライタを有したセキュリティ端末装置の構成を示す模式図である。この図５において、セキュリティ端末装置１は、メイン回路部２と非接触ＩＣカードリーダライタ部３とから構成されている。メイン回路部２は、外部電源４からの給電に応じて装置全体に給電するためのスイッチング電源５を有している。非接触ＩＣカードリーダライタ部３は、メイン回路部２からの指令に応じてアンテナ６を通じて非接触ＩＣカードとの通信を行なう。非接触ＩＣカードリーダライタ部３は、非接触ＩＣカードとの通信時にメイン回路部２のスイッチング電源５からの電磁ノイズの影響を回避するため、板金シールドケース７に収納することにより電磁シールドを行っている。また、メイン回路部２と非接触ＩＣカードリーダライタ部３との間に、ノイズを吸収して熱に変換するノイズ吸収シート８を介在することにより、メイン回路部２からの電磁ノイズを低減させるなどの設計により、装置としての性能を確保するようにしている。また、メイン回路部２と非接触ＩＣカードリーダライタ部３とを遠ざけるようにも設計している。
【０００４】
しかしながら、セキュリティ端末装置１を小型化、つまり高密度化する場合、メイン回路部２と非接触ＩＣカードリーダライタ部３との間の距離が短くなることから、非接触ＩＣカードリーダライタ部３がスイッチング電源５からの電磁ノイズをさらに受けやすくなる。このため、カード読取距離の阻害要因が大きくなり、カード読取性能を向上させることが困難となる。また、板金シールドケース７或いはノイズ吸収シート８のコストが高いという問題もある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の小型化を図った場合であっても、コストを低減しながら非接触データキャリアの読取性能を向上することができる非接触通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明によれば、制御手段は、検出手段が非接触データキャリアを検出したときは、電源切替手段を作動する。これにより、スイッチング電源に代えてドロッパ電源からの給電を受けるようになるので、非接触データキャリアとの通信中はスイッチング電源からの電磁ノイズの影響を受けることを回避することができる。従って、装置を小型化した場合であっても、非接触データキャリアとの通信距離の向上を図ることができる。また、ドロッパ電源は低コストであるので、従来の板金シールドケース或いはノイズ吸収シートに比較して、コストを低減することができる。
【０００７】
請求項２の発明によれば、非接触データキャリアが接近すると、送受信回路のインピーダンスが変化するので、そのことを検出することにより特別な手段を用いることなく非接触データキャリアを検出することができる。
【０００８】
請求項３の発明によれば、切替手段をトランジスタの組合わせにより構成することができるので、安価に製造できると共に、電源の切替えを高速で行うことができる。
請求項４の発明によれば、各回路を同一のプリント配線基板に搭載するようにしたので、コストを一層低減することができると共に小形化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を非接触ＩＣカードリーダライタを有したセキュリティ端末装置に適用した一実施例について図１ないし図４を参照して説明する。
図２は、非接触ＩＣカードリーダライタを有したセキュリティ端末装置の構成を示す模式図である。この図２において、セキュリティ端末装置（非接触通信装置に相当）１１は、一般従業員の入室が規制された部屋の出入口横の壁に設置されるもので、入室が許可された特定の従業員が携帯する非接触ＩＣカード（非接触データキャリアに相当）１２（図１参照）からカードデータを読取り、カードデータを認証したときはドアのロックを解除する。また、操作ガイダンスを音声メッセージで出力したり、或いは、文字メッセージをディスプレイに表示させたり警報灯を点灯させるなどして警報を発するようになっている。このセキュリティ端末装置１１は、樹脂ケース１３内に、プリント配線基板１４及びアンテナ１５を収納して構成されている。プリント配線基板１４にはメイン回路部１６及び非接触ＩＣカードリーダライタ部１７が搭載されている。
【００１０】
図１は、セキュリティ端末装置１１の電気的構成を示す機能ブロック図である。この図１において、メイン回路部１６は、電源切替回路（切替手段に相当）１８、スイッチング電源１９、ドロッパ電源２０、メインＣＰＵ（制御手段に相当）２１、ドロッパ電源監視回路２２などにより構成されている。電源切替回路１８は、直流電圧を給電する外部電源２３とスイッチング電源１９またはドロッパ電源２０との接続をメインＣＰＵ２１からの指令に応じて選択的に切替える。
【００１１】
スイッチング電源１９は、直流電圧をスイッチングレギュレータで高周波スイッチングすることによりパルス信号を生成すると共に、そのパルス信号を出力の平滑回路（インダクタ、コンデンサ等）で整流することによりメイン回路の給電電圧（例えば５Ｖ）を生成するようになっている。このスイッチング電源１９の特徴は、発熱が少ないため効率が高いものの、スイッチングによる電磁ノイズが大きいことである。
【００１２】
ドロッパ電源２０は、直流電圧をシリーズレギュレータ（３端子レギュレータ）で降圧することによりメイン回路の給電電圧を生成する。このドロッパ電源２０の特徴は、電磁ノイズは小さいものの、電圧降下を利用して電圧を調整するため効率が悪いことである。しかしながら、ドロッパ電源２０は、一般的にはコストが低い。
【００１３】
スイッチング電源１９及びドロッパ電源２０の入力端子は、コンデンサ（蓄電手段に相当）２４，２５を通じてグランドラインとそれぞれ接続されている。スイッチング電源１９及びドロッパ電源２０の出力端子は、ダイオード２６，２７を通じて電源ラインである電源ライン２８と接続されている。この電源ライン２８は、プリント配線基板１４に搭載された各電子回路に給電するためのラインである。
【００１４】
ドロッパ電源監視回路２２は、ドロッパ電源２０の出力電圧を監視しており、その出力電圧が一定のレベルとなったときは、そのことをメインＣＰＵ２１へ通知する。
非接触ＩＣカードリーダライタ部１７は、マイクロコンピュータで構成される制御部（検出手段に相当）２９、ＲＦ部（送受信回路に相当）３０、Ａ／Ｄ変換回路（インピーダンス変化検出手段に相当）３１から構成されている。制御部２９は、搬送波（１３．５６ＭＨｚ）と符号化デジタルデータとを乗算することで変調した高周波の送信信号を増幅してＲＦ部３０へ出力する。ＲＦ部３０は、アンテナ１５と共に共振回路を構成しており、制御部２９からの送信信号をアンテナ１５へ出力する。アンテナ１５は、ＲＦ部３０からの送信信号を電波により出力すると共に、非接触ＩＣカード１２へ電力を供給し、カードデータを電波で受信する。ＲＦ部３０は、アンテナ１５が受信した非接触ＩＣカード１２からのカードデータ信号を制御部２９へ出力する。Ａ／Ｄ変換回路３１は、ＲＦ部３０からの送信信号の信号レベルを検出して制御部２９へ通知する。制御部２９は、Ａ／Ｄ変換回路３１が検出する信号レベルに基づいて非接触ＩＣカード１２を検出したと判断したときは、メインＣＰＵ２１へ割込信号を出力する。
【００１５】
メインＣＰＵ２１は、制御部２９からの割込信号を入力したときは、電源切替回路１８へ電源切替信号を出力すると共に、ドロッパ電源監視回路２２からドロッパ電源２０が立ち上がったことを通知されたときは、制御部２９へ非接触ＩＣカード１２との通信許可を与える。
【００１６】
次に、上記電源切替回路１８について説明する。図３は、電源切替回路１８を示す電気回路図であり、説明の簡単化のために主要な構成のみ説明する。この図３において、外部電源２３はトランジスタ（第１トランジスタに相当）３２を介してスイッチング電源１９に接続されている。トランジスタ３２のコレクタは、コンデンサ２４を介してグランドラインと接続されていると共に２４Ｖライン３３と接続されている。この２４Ｖライン３３は、スイッチング電源１９及びドロッパ電源２０に給電し、画面表示やＬＥＤ点灯、或いは音声ガイダンスを実行するための電子回路に給電するためのラインである。トランジスタ３２のベースは、トランジスタ３４を介してグランドラインに接続されている。トランジスタ３４のベースは、トランジスタ３５を介してグランドラインと接続されている。トランジスタ３５のコレクタは、２４Ｖライン３３と接続されている。トランジスタ３５のベースは、メインＣＰＵ２１の出力端子と接続されている。
【００１７】
また、外部電源２３は、トランジスタ(第２トランジスタに相当)３６を介してドロッパ電源２０に接続されている。トランジスタ３６のコレクタは、コンデンサ２５を介してグランドラインと接続されていると共に２４Ｖライン３３と接続されている。トランジスタ３６のベースは、トランジスタ３７を介してグランドラインに接続されている。トランジスタ３７のベースは、メインＣＰＵ２１の出力端子と接続されている。
【００１８】
メインＣＰＵ２１は、出力端子から電源切替回路１８に対して電源切替信号を出力する。メインＣＰＵ２１は、通常は電源切替信号を出力しておらず、後述するように電源切替実行時にハイレベルの電源切替信号を出力するようになっている。メインＣＰＵ２１から電源切替信号が出力されていない状態では、トランジスタ３５がオフ、トランジスタ３４がオンしていることにより、トランジスタ３２がオンしている。このとき、トランジスタ３７がオフしていることにより、トランジスタ３６がオフしている。従って、外部電源２３は、トランジスタ３２を通じてスイッチング電源１９と接続されており、スイッチング電源１９から電源ラインへの給電状態となっている。
【００１９】
一方、非接触ＩＣカード１２は、ＲＦ部３０から受信した受信信号を復調することで受信データを復号化し、デジタルデータとして処理するようになっている。
図４は、非接触ＩＣカード１２の電気的構成を示すものである。非接触ＩＣカード１２は、セキュリティ端末装置１１より送信された送信信号をアンテナ３８で受信すると、動作電源回路３９において送信信号を整流して動作電源を生成し、マイクロコンピュータで構成される処理回路４０及びその他の構成要素に供給する。通信速度抽出回路４１は、送信信号に重畳されているデータの通信速度を抽出する。クロック生成回路４２は、抽出された通信速度に応じた周波数のクロック信号を生成して処理回路４０及び符号化・復号化回路４３に出力する。
【００２０】
復調回路４４は、送信信号に重畳されている送信データを復調する。符号化・復号化回路４３は、復調回路４４により復調された送信データを復号化してから、処理回路４０に出力する。処理回路４０は、動作電源回路３９から動作電源が供給されて起動すると、送信データに応答して内部メモリ４５に記憶されているカードデータを読み出したり、ライトコマンドに応答して受信データを書き込んだりする。このカードデータとしては、携帯する従業員を識別するためのＩＤデータ及びカードの有効期限である。
符号化・復号化回路４３は、処理回路４０からの送信データを符号化して、変調回路４６に出力する。変調回路４６は、符号化したデータによってキャリアを負荷変調した被変調信号をアンテナ３８に出力する。
【００２１】
次に上記構成の作用について説明する。
外部電源２３から電源が給電された状態では、メインＣＰＵ２１から電源切替信号は出力されていないことから、トランジスタ３２はオン、トランジスタ３６はオフしている。これにより、外部電源２３からの直流電圧がトランジスタ３２を通じてスイッチング電源１９に給電されるので、スイッチング電源１９により安定化された電源が電源電圧としてプリント配線基板１４に給電され、プリント配線基板１４に搭載された各電子回路が動作するようになる。同時に、セキュリティ端末装置１１全体の電源として２４Ｖも給電される。この場合、スイッチング電源１９は、トランジスタのスイッチング制御により出力電圧（電源電圧）を制御するようになっているので、電磁ノイズを発生しているものの、非接触ＩＣカード１２との非通信時においては、プリント配線基板１４に搭載された各電子回路は電磁ノイズの影響を受けることなく動作する。
【００２２】
以上のようにしてスイッチング電源１９から給電された状態では、ＲＦ部３０は、所定周波数の送信信号を出力している。非接触ＩＣカード１２が通信エリアに位置していない状態では、送信信号の出力レベルは一定である。この場合、ＲＦ部３０からの送信信号がスイッチング電源１９からの電磁ノイズの影響を受けるにしても、このような電磁ノイズはスパイクノイズであるので、送信信号の出力レベルはほぼ一定と見なすことができ、送信信号の出力レベルの検出に支障を生じることはない。
ここで、Ａ／Ｄ変換回路３１は、ＲＦ部３０の送信信号の信号レベルをデジタル変換して制御部２９へ出力しており、制御部２９は、Ａ／Ｄ変換回路３１から与えられる信号レベルが一定である場合は、非接触ＩＣカード１２は通信エリアに存在しないと判断する。
【００２３】
さて、特定の従業員が部屋に入室するために、携帯している非接触ＩＣカード１２を入口に設置されているセキュリティ端末装置１１に接近すると、ＲＦ部３０のインピーダンスが変化、つまりＲＦ部３０の共振周波数が変化（共振周波数が移動）するので、ＲＦ部３０の送信出力の信号レベルが変化するようになる。これにより、Ａ／Ｄ変換回路３１が制御部２９へ送信するデータが大きく変化するので、制御部２９は、非接触ＩＣカード１２が通信エリアに位置したと判断し、メインＣＰＵ２１へ割込信号を出力する。
【００２４】
メインＣＰＵ２１は、割込信号を受けたときは、電源切替回路１８へハイレベルの電源切替信号を出力する。これにより、それまでオンしていたトランジスタ３２がオフし、外部電源２３とスイッチング電源１９との接続が断たれると共に、それまでオンしていたトランジスタ３６がオンし、外部電源２３とドロッパ電源２０とがトランジスタ３６を通じて接続されるようになるので、外部電源２３からドロッパ電源２０に給電されるようになる。
ドロッパ電源２０は、外部電源２３から給電されると、出力電圧が一定となるように電圧降下制御により制御する。この場合、ドロッパ電源２０による電圧制御はアナログ的な連続制御であることから、電磁ノイズは小さい。
【００２５】
ここで、上述のように外部電源２３とスイッチング電源１９との接続が断たれると、スイッチング電源１９からの給電が断たれるようになるものの、ドロッパ電源２０からの給電電圧が一定レベル立ち上がるのに時間を要する。この場合、それまで充電状態にあったコンデンサ２４からスイッチング電源１９に給電されるようになるので、スイッチング電源１９からは外部電源２３との接続が断たれた後においても電源電圧の出力状態が短時間だけで継続するようになり、その間にドロッパ電源２０からの給電電圧が一定レベルに立ち上がるようになる。
【００２６】
ドロッパ電源監視回路２２は、ドロッパ電源２０からの給電電圧を監視しており、その電圧が一定レベルとなったときは、そのことをメインＣＰＵ２１へ通知する。
メインＣＰＵ２１は、ドロッパ電源監視回路２２からの通知によりドロッパ電源２０に切替わったことを検出したときは、制御部２９に対してカード読取許可信号を送信する。制御部２９は、メインＣＰＵ２１からカード読取許可信号を受信したときは、非接触ＩＣカード１２に対してリクエストコマンドを送信する。非接触ＩＣカード１２は、自身に割り当てられているＩＤデータをリーダライタ側に返信する（ＩＤ応答）。セキュリティ端末装置１１が非接触ＩＣカード１２に対してＲｅａｄコマンドを送信すると、非接触ＩＣカード１２は、所定のカードデータをセキュリティ端末装置１１側に返信する（データ応答）。
【００２７】
ここで、ドロッパ電源２０の動作状態では、スイッチング電源１９に比較して、ドロッパ電源２０からの電磁ノイズは大幅に低減していることから、ＲＦ部３０からの送信信号が電磁ノイズの影響を受けることはない。従って、制御部２９からの送信信号に重畳されたデータを非接触ＩＣカード１２へ正確に送信することができる。
【００２８】
メインＣＰＵ２１は、上述のようにして非接触ＩＣカード１２からカードデータを受信したときは、非接触ＩＣカード１２との通信が終了したと判断し、電源切替信号をローレベルへ切換える。これにより、外部電源２３がドロッパ電源２０からスイッチング電源１９に接続されるようになるので、スイッチング電源１９から給電されるようになる。この場合も、コンデンサ２５からの給電によりドロッパ電源２０からの給電状態が継続するので、外部電源２３とドロッパ電源２０との接続が断たれた場合であっても、電源の給電状態が断たれてしまうことはない。
尚、スイッチング電源１９の立ち上がり時間はドロッパ電源２０に比較して高速であることから、スイッチング電源１９からの出力電圧を監視していないが、監視するようにしてもよい。
【００２９】
次に、メインＣＰＵ２１は、受信したカードデータに基づいて認証動作を実行し、認証結果が「真」の場合は、ドアロック装置に対してアンロック信号を出力する。これにより、ドアのロックが解除されるので、従業員は、ドアを開放して入室することができる。
【００３０】
このような実施例によれば、セキュリティ端末装置１１は、通常はスイッチング電源１９からの給電により動作し、非接触ＩＣカード１２を検出したときは、スイッチング電源１９からドロッパ電源２０に切替えた状態で非接触ＩＣカード１２と通信するようにしたので、スイッチング電源１９の特性として電磁ノイズが大きくとも、スイッチング電源１９からの電磁ノイズの影響を受けることなく非接触ＩＣカード１２と確実に通信することができる。従って、セキュリティ端末装置の小型化を図った場合は、スイッチング電源からの電磁ノイズの影響を一層受けてしまう従来例のものに比較して、スイッチング電源１９からの影響を受けることなくセキュリティ端末装置１１の小形化を図ることができる。
しかも、ドロッパ電源２０は低コストであるので、スイッチング電源１９からの電磁ノイズの対策として板金シールドケース或いはノイズ吸収シートを使用する構成に比較して、低コストで実施できる。
【００３１】
また、ＲＦ部３０からの送信信号の信号レベルが変化することを検出することにより、非接触ＩＣカード１２の存在を検出するようにしたので、特別な手段を用いることなく非接触ＩＣカード１２を検出することができ、コストの低減を図ることができる。
また、電源切替回路１８をトランジスタを組合わせて構成するようにしたので、安価に製造できると共に、電源の切替えを高速で行うことができる。
さらに、上述したようにメイン回路部１６のスイッチング電源１９からの影響を非接触ＩＣカードリーダライタ部１７が影響を受けないことから、１枚のプリント配線基板１４にメイン回路部１６及び非接触ＩＣカードリーダライタ部１７を搭載することができ、コストを一層低減することができると共に小形化を図ることができる。
【００３２】
本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
非接触ＩＣカードとの通信に代えて、ＩＤタグと通信を行なう非接触通信装置に適用するようにしてもよい。
スイッチング電源１９とドロッパ電源２０との切替えをリレーで行うようにしてもよい。
送信出力のインピーダンス変化に代えて、例えばプリアンブル信号を送信してその応答信号を受信することにより非接触ＩＣカードを検出するようにしてもよい。
コンデンサ２４，２５に代えて、２４Ｖライン３３或いはメイン回路の電源ライン２８の給電を受けて充電状態となる２次電池を設けるようにしてもよい。
本発明を、セキュリティ端末装置以外の装置に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例におけるセキュリティ端末装置の構成を示す機能ブロック図
【図２】セキュリティ端末装置の構成を示す模式図
【図３】電源切替回路を示す電気回路図
【図４】非接触ＩＣカードの構成を示す機能ブロック図
【図５】従来例を示す図２相当図
【符号の説明】
【００３４】
図面中、１１はセキュリティ端末装置（非接触通信装置）、１２は非接触ＩＣカード（非接触データキャリア）、１４はプリント配線基板、１５はアンテナ、１８は電源切替回路（切替手段）、１９はスイッチング電源、２０はドロッパ電源、２１はメインＣＰＵ（制御手段）、２３は外部電源、２４，２５はコンデンサ（蓄電手段）、２９は制御部（検出手段）、３０はＲＦ部（送受信回路）、３１はＡ／Ｄ変換回路（インピーダンス変化検出手段）、３２はトランジスタ（第１トランジスタ）、３６はトランジスタ（第２トランジスタ）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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