(57)【要約】【課題】通信距離を延ばすことが可能な非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する。【解決手段】サブキャリアの断続で表されたＩＣカードの送信信号を受信する受信手段と、受信信号のレベルを制限するリミッタ手段１４と、前記受信信号に対してサブキャリア周波数を中心周波数とする狭帯域でのフィルタ処理と増幅とを行う狭帯域同調増幅手段２２、２３と、前記狭帯域同調増幅手段２２、２３の出力信号からサブキャリアを除去するローパスフィルタ２５と、ローパスフィルタ２５で処理された信号を閾値と比較して、サブキャリアの有無を表す信号を生成す波形整形手段２６とを設けている。サブキャリアの忠実な再生は行わずに、サブキャリアの有無だけを検出し、それによりＩＣカードからの信号を再現している。【選択図】　　　図１
2004030183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブキャリアの断続で表されたＩＣカードの送信信号を受信する受信手段と、
受信信号のレベルを制限するリミッタ手段と、
前記受信信号に対してサブキャリア周波数を中心周波数とする狭帯域でのフィルタ処理と増幅とを行う狭帯域同調増幅手段と、
前記狭帯域同調増幅手段の出力信号から前記サブキャリアを除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタで処理された信号を閾値と比較して、前記サブキャリアの有無を表す信号を生成す波形整形手段と
を備えることを特徴とする非接触ＩＣカード読取／書込装置。
【請求項２】
前記狭帯域同調増幅手段を前記リミッタ手段の後に配置し、前記リミッタ手段の前に前記狭帯域同調増幅手段の帯域幅より広い帯域幅を有する広帯域同調増幅手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード読取／書込装置。
【請求項３】
前記波形整形手段が、前記ローパスフィルタで処理された信号の内、断続する前記サブキャリアの後半部分に相当する時間帯の信号を前記閾値と比較し、比較結果に基づいて前記サブキャリアの有無を表す信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード読取／書込装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触ＩＣカード読取／書込装置に関し、特に、離れた位置からでも非接触ＩＣカード（以下、「ＩＣカード」と云う）の読み取りができるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非接触ＩＣカードは、ゲートを通過する入場者や、機密室への入室者の管理などに広く利用されている。ＩＣカードを使用する入室者管理システムでは、入室者がＩＣカードを非接触ＩＣカード読取／書込装置に翳して、ＩＣカードに記憶されているコードを非接触ＩＣカード読取／書込装置に読み取らせる。読み取ったコードが予め登録されているコードと一致する場合には、出入口のロックが解除され、入室が可能になる。
【０００３】
非接触ＩＣカード読取／書込装置は、壁面や平面上に設置され、アンテナから電波を送出する。一方、ＩＣカードは、共振回路、メモリ及びＣＰＵなどを具備しており、非接触ＩＣカード読取／書込装置から受信した電波のエネルギーを整流し、それを電源として、受信データのメモリへの書込みや、メモリから読み出したデータの送信を実行する。
【０００４】
非接触ＩＣカード読取／書込装置とＩＣカードとの通信距離が長くなれば、入室者は、ＩＣカードを非接触ＩＣカード読取／書込装置に近づける必要がなくなり、また、非接触ＩＣカード読取／書込装置は、ＩＣカードの読み取りに失敗するケースが減ることになる。
【０００５】
非接触ＩＣカードの国際規格では、通信距離が７０ｃｍまでの規格としてＩＳＯ１５６９３が規定されている。このＩＳＯ１５６９３では、カードからの送信信号のデジタル波形を、図３（ａ）に示すように、４２３．７５ＫＨｚのサブキャリアの断続（８パルスの断続）で表し、これを１３．５６ＭＨｚの搬送波に多重して送信することが規定されている。非接触ＩＣカード読取／書込装置の受信波形は、図３（ｂ）のように、１３．５６ＭＨｚの搬送波に多重された４２３．７５ＫＨｚのサブキャリア７．５サイクルとなる。
【０００６】
本発明の発明者等は、この受信波形から、サブキャリアを抽出し、データ・ビットを再生するための非接触ＩＣカード読取／書込装置の回路として、図２に示す回路を考えた。
この回路の受信系には、アース分離後の信号から低域ノイズ（デジタル部から入り込む）を減らすためのハイパスフィルタ１０と、検波回路１１と、キャリア成分（１３．５６ＭＨｚ）を取り除くローパスフィルタ１２と、サブキャリアの成分を増幅するための広帯域同調アンプ１３と、ＡＭ成分や非接触ＩＣカードからの信号の大小（近距離、遠距離で信号レベルが変わる）を一定にするためのリミッタ１４と、リミッタ１４で下がったサブキャリアの成分を増幅する広帯域同調アンプ１５と、サブキャリアを再生する波形整形回路１６と、サブキャリアからデータを抽出するデジタル処理回路１７とを備えている。
広帯域同調アンプ１３及び広帯域同調アンプ１５は、中心周波数をサブキャリアの４２４ＫＨｚに設定し、サブキャリアの波形を忠実に再現できるように帯域幅を１．３ＭＨｚに設定している。
【０００７】
図２（ａ）はアース分離後の受信波形を示し、図２（ｂ）は検波回路１１で検波した波形を示し、図２（ｃ）はローパスフィルタ回路１２でキャリア成分（１３．５６ＭＨｚ）を取り除いて、サブキャリアを抽出した波形を示し、図２（ｄ）は広帯域同調アンプ回路１３で、サブキャリアの成分を増幅した波形を示し、図２（ｅ）はリミッタ回路１４でサブキャリアの振幅変動を除去し、一定にした波形を示し、図２（ｆ）は波形整形回路１６で、サブキャリアを再生した波形を示し、また、図２（ｇ）はデータ抽出回路１７で、サブキャリアからデータを抽出して得られる波形を示している。
但し、図２（ｄ）〜図２（ｆ）までの波形は従来得られる筈の波形を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には、波形整形によって図２（ｆ）のサブキャリアの波形を再生することはできなかった。この原因は、その後の解析で、サブキャリアを忠実に再生しようとすると、同調アンプ１３や同調アンプ１５の帯域を狭くすることができず、その結果、Ｓ／Ｎを十分取れない点にあることが分かった。そのため、この装置では、ＩＣカードとの通信距離を延ばすことができなかった。
本発明は、こうした問題点を解決するものであり、通信距離を延ばすことが可能な非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の非接触ＩＣカード読取／書込装置では、サブキャリアの断続で表されたＩＣカードの送信信号を受信する受信手段と、受信信号のレベルを制限するリミッタ手段と、前記受信信号に対してサブキャリア周波数を中心周波数とする狭帯域でのフィルタ処理と増幅とを行う狭帯域同調増幅手段と、前記狭帯域同調増幅手段の出力信号から前記サブキャリアを除去するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタで処理された信号を閾値と比較して、前記サブキャリアの有無を表す信号を生成す波形整形手段とを設けている。
この装置では、サブキャリアの忠実な再生は行わずに、サブキャリアの有無だけを検出し、それによりＩＣカードからの信号を再現している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の非接触ＩＣカード読取／書込装置では、先の解析を踏まえて、サブキャリアの忠実な再生を止め、サブキャリアの有無だけを検出するようにしている。ＩＣカードからの信号は、サブキャリアの有無だけが意味を持っており、サブキャリアの有無の検出が信号検出の必要十分条件であって、サブキャリアの忠実な再生は必要なことではない。
図１は、この非接触ＩＣカード読取／書込装置の回路構成を示している。この回路では、データ・ビットの抽出をアナログ回路で行い、デジタル部へはサブキャリアの有無の情報のみを渡すように構成している。
【００１１】
この装置の送信系には、デジタル部の信号を送信信号に変換する送信機３１を備えており、また、受信系には、アース分離後の信号から低域ノイズを減らすためのハイパスフィルタ１０と、検波回路１１と、次のローパスフィルタ１２を通すために必要なゲインを稼ぐアンプ２１と、キャリア成分（１３．５６ＭＨｚ）を取り除くローパスフィルタ１２と、サブキャリアの周波数成分を増幅する中心周波数４２４ＫＨｚ、帯域幅１３００ＫＨｚの広帯域同調アンプ２２と、ＡＭ成分や非接触ＩＣカードからの信号の大小を一定にするためのリミッタ１４と、リミッタ１４で下がったサブキャリアの成分を増幅する中心周波数４２４ＫＨｚ、帯域幅６０ＫＨｚの狭帯域同調アンプ２３と、検波回路２４と、サブキャリアの断続を捉えてサブキャリア成分を取り除くローパスフィルタ２５と、デジタル部へ渡すための矩形波に変換する波形整形回路２６とを備えており、また、送信系と受信系とを共通のアンテナに繋ぐ方向性結合器３２を備えている。
【００１２】
この装置におけるアース分離後の受信波形を図１（ａ）で示し、検波回路１１で検波した波形を図１（ｂ）で示し、ローパスフィルタ１２の出力波形を図１（ｃ）で示し、広帯域同調アンプ２２の出力波形を図１（ｄ）で示し、リミッタ１４の出力波形を図１（ｅ）で示し、狭帯域同調アンプ２３の出力波形を図１（ｆ）で示し、検波回路２４の出力波形を図１（ｇ）で示し、ローパスフィルタ２５の出力波形を図１（ｈ）で示し、また、波形整形回路２６の出力波形を図１（ｉ）で示している。
【００１３】
広帯域同調アンプ２２は広帯域フィルタ特性（帯域幅１３００ＫＨｚ）及び高利得アンプ特性（帯域内５４ｄＢ）を備えており、狭帯域同調アンプ２３は狭帯域フィルタ特性（帯域幅６０ＫＨｚ）及び利得アンプ特性（帯域内３５ｄＢ）を備えている。広帯域同調アンプ２２にサブフィルタとしての役割を持たせ、また、狭帯域同調アンプ２３にメインフィルタとしての役割を持たせている。サブフィルタ（広帯域同調アンプ２２）の帯域幅は、メインフィルタ（狭帯域同調アンプ２３）の帯域幅より広く設定し、メインフィルタ（狭帯域同調アンプ２３）の帯域幅は、サブフィルタと組み合わせて、７．５サイクルで断続するサブキャリアをＳ／Ｎ良く捉えられる幅に設定している。
【００１４】
メインフィルタ２３とサブフィルタ２２との間に入れたリミッタ１４は、メインフィルタ２３の前で、ＡＭ成分や、ＩＣカードからの信号の振幅変動（近距離、遠距離で信号レベルが変わる）を一定にする働きをする。しかし、大きな外来雑音が加わるとリミッタ１４が動作し、そのときにＩＣカードからの信号を受信していると、信号が外来雑音により抑圧される。このリミッタ１４の前にサブフィルタ２２を追加して、サブフィルタ２２の通過帯域から離れた外来雑音を減衰させることにより、信号が抑圧される確率を下げて受信率を向上させることができる。
【００１５】
また、こうした機能を持つサブフィルタ２２の帯域幅は、メインフィルタ２３の帯域幅より広くしている。
このように、広帯域同調アンプ２２と、狭帯域同調アンプ２３とを使用することによって、Ｓ／Ｎの改善が可能になる。
【００１６】
また、波形整形回路２６では、メインフィルタ２３の出力を検波し、ローパスフィルタ２５でサブキャリアを除去した信号（図１（ｈ））を４２３．７５ＫＨｚのサブキャリア７．５サイクルの有無判定値と比較して矩形波を取り出す（図１（ｉ））。
感度を上げるには、信号（サブキャリア）のレベルを大きくし、雑音レベルを小さくする。雑音電圧は雑音帯域幅の１／２乗に比例するので、帯域幅を狭めることにより雑音電圧を下げることができる。この装置では、メインフィルタ２３の帯域幅を６０ＫＨｚとしているため、図２の装置に比べて、帯域幅を６０ＫＨｚ／１３００ＫＨｚに狭めており、約１３ｄＢ雑音電圧を下げることができ、それに比例して受信感度を上げることができる。
【００１７】
なお、雑音は、帯域幅を狭くすればするほど少なくなるが、それにつれてサブキャリアの立ち上がり及び立下りの遅れが大きくなる。遅れた立ち上がりは、結果的にサブキャリアのレベルを下げ、また、遅れた立下りはサブキャリアの無い時に残るため、雑音が増えたのと同じように働き、有無判定値を用いてサブキャリアの有無を判定する判定器でのＳ／Ｎを劣化させることになる。即ち、サブキャリア有無の最短時間が短くなるほど帯域幅を広くする必要があり、サブキャリア有無の最短時間が決まると最適な帯域幅が決まる。
【００１８】
もし、非接触ＩＣカード読取／書込装置の側で、ＩＣカードがサブキャリアを断続する位置（時間軸上で）が既知の場合には、サブキャリアの有無判定を連続して行わずに、サブキャリア断続の後半の部分（例えば、最後の２サイクル）のみで行うことにより、前述の立ち上がり、立下りの影響を受けにくくすることができ（最後の２サイクルでは充分立ち上がり、立下っているため）、受信感度を上げることが出来る。また、この検出部分ではサブキャリアが充分立ち上がり、立ち下がっていることから、帯域幅をさらに狭められ、その分受信感度をさらに上げることができる。
【００１９】
このように、この装置では、受信信号から、サブキャリアを再生するのでは無く、サブキャリアの有無を検出しているため、狭帯域での増幅により受信感度を上げてＩＣカードのデジタル信号を再現することができる。その結果、通信距離が、従来の装置の１．５倍以上に延びた。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の非接触ＩＣカード読取／書込装置は、ＩＣカードとの通信距離を延ばすことができる。
その結果、ＩＣカードの読み取り可能範囲が広がり、ＩＣカードの読み取りミスが減少し、また、ＩＣカードを保持する利用者は、ＩＣカードを読み取り装置に近づける動作が強制されなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における非接触ＩＣカード読取／書込装置の回路構成を示すブロック図
【図２】従来の非接触ＩＣカード読取／書込装置の回路構成を示すブロック図
【図３】ＩＳＯ１５６９３で規定されたデジタル波形及び受信波形を示す図
【符号の説明】
１０　ハイパスフィルタ
１１　検波回路
１２　ローパスフィルタ
１３　広帯域同調アンプ
１４　リミッタ
１５　広帯域同調アンプ
１６　波形整形
１７　データ抽出
２１　アンプ
２２　狭帯域同調アンプ
２３　狭帯域同調アンプ
２４　検波回路
２５　ローパスフィルタ
２６　波形整形回路
３１　送信機
３２　方向性結合器
【図１】
2004030183.tif 000003
【図２】
2004030183.tif 000004
【図３】
2004030183.tif 000005