(57)【要約】【課題】非接触ＩＣカードとの間の通信動作が不安定になる事態を防止しながら交信可能範囲を拡大すること。【解決手段】基板１の上面には、比較的狭い交信可能範囲に設定された第１のループアンテナ２及びこれより径大に形成されて比較的広い交信可能範囲に設定された第２のループアンテナ３が同心状に設けられる。これにより、交信可能範囲が広く設定された第２のループアンテナ３の中心部分に生ずる交信不能領域を第１のループアンテナ２の交信可能範囲で補われる。第１のループアンテナ２を通じたデータ送受信動作、第２のループアンテナ３を通じたデータ送受信動作は、ＣＰＵによる制御に応じて交互に実行される。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状のアンテナを備え、その交信可能範囲内に非接触ＩＣカードが位置された状態で当該ＩＣカードとの間でデータ送受信動作を行うリーダライタにおいて、
前記アンテナを、比較的狭い交信可能範囲に設定された第１のループアンテナと、比較的広い交信可能範囲に設定され前記第１のループアンテナと同心状に配置された第２のループアンテナとにより構成し、
前記第１のループアンテナを通じたデータ送受信動作と前記第２のループアンテナを通じたデータ送受信動作とを交互に実行する通信制御手段を設けたことを特徴とする非接触ＩＣカード用リーダライタ。
【請求項２】
前記第１のループアンテナが形成された第１の基板及び前記第２のループアンテナが形成された第２の基板を設け、
前記第１の基板及び第２の基板を互いの間隔を調整可能な状態で重ね合わせ状に配置したことを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカード用リーダライタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイル状のアンテナを用いた非接触ＩＣカード用リーダライタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、事業場用の入門管理システムや自動改札機などで使用される非接触ＩＣカード用リーダライタにおいては、所定位置に設けられたアンテナから所定の交信可能範囲に向けて電磁誘導信号を一定周期で送信（ポーリング）するように構成されており、非接触ＩＣカード（以下、単にＩＣカードと呼ぶ）がアンテナの交信可能範囲にかざされた状態を当該ＩＣカードからの応答信号に基づいて検出したときに、ＩＣカードからのデータの読み取り処理を開始すると共に、必要に応じてＩＣカードに対するデータ書き込み処理を行う構成となっている。尚、この場合において、ＩＣカードは、その内蔵アンテナがリーダライタ側のアンテナと電磁結合された状態となるものであり、その電磁結合に応じてリーダライタから電源の供給を受ける構成とされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
非接触ＩＣカード用リーダライタには、ループアンテナが使用されることが多いものであり、図６（ａ）、（ｂ）には、この種のループアンテナの平面形状及び縦断面形状が概略的に示されている。即ち、図６（ａ）、（ｂ）において、ループアンテナ２１は、基板２２上に形成された複数ターンのコイル状導体により構成されている。一方、非接触ＩＣカード用リーダライタの通信周波数帯は、電波法の規制を受ける１３．５６ＭＨｚ　とされるのが一般的であり、従って免許を必要としない無線局とするために送信電力が比較的微弱な状態に抑制されるという事情がある。このため、ループアンテナ２１による交信可能範囲は、図６（ｂ）に斜線帯を施して示すように比較的狭い範囲に限定されることになる。これに対して、交信可能範囲を拡大するために、図６（ｃ）に概略的に示すように、径を拡大したループアンテナ２３を用いた場合には、斜線帯で示す交信可能範囲の中心部分に交信不能領域が出てくるという所謂中抜けが発生し、その部分での通信が不安定になるという問題点が出てくる。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、通信動作が不安定になる事態を防止しながら交信可能範囲を拡大できるようになる非接触ＩＣカード用リーダライタを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の手段によれば、非接触ＩＣカードとの交信可能範囲を決定するアンテナは、比較的狭い交信可能範囲に設定された第１のループアンテナと比較的広い交信可能範囲に設定された第２のループアンテナとを同心状に配置した形態となっているから、交信可能範囲が広く設定された第２のループアンテナの中心部分に生ずる交信不能領域を第１のループアンテナの交信可能範囲で補うことができる。この結果、非接触ＩＣカードとの通信可能範囲を拡大できるようになる。また、通信制御手段は、第１のループアンテナを通じたデータ送受信動作と第２のループアンテナを通じたデータ送受信動作とを交互に実行するから、各ループアンテナによるデータ通信内容が互いに干渉する恐れがなく、その通信動作が不安定になる事態を未然に防止できる。
【０００６】
請求項２記載の手段によれば、前記第１のループアンテナが形成された第１の基板及び第２のループアンテナが形成された第２の基板が互いの間隔を調整可能な状態で重ね合わせ状に配置されているから、当該第１の基板及び第２の基板間の距離を変化させるだけで、非接触ＩＣカードとの通信可能範囲を簡便に調整できるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１実施例について図１ないし図３を参照しながら説明する。図２（ａ）、（ｂ）には、本実施例による非接触ＩＣカードリーダに備えられるコイル状アンテナの平面形状及び縦断面形状が概略的に示されている。即ち、図２（ａ）、（ｂ）において、基板１の上面には、比較的狭い交信可能範囲に設定された第１のループアンテナ２及びこれより径大に形成されて比較的広い交信可能範囲に設定された第２のループアンテナ３が同心状に設けられており、各ループコイル２及び３は、それぞれ複数ターンずつのコイル状導体により形成されている。
【０００８】
基板１の端縁部には、第１のループアンテナ２のための一対の端子２ａ及び２ｂと、第２のループアンテナ３のための一対の端子３ａ及び３ｂとが設けられる。この場合、端子２ａ、３ａは基板１の上面側に形成され、端子２ｂ、３ｂは基板１の裏面側に形成される。そして、第１のループアンテナ２は、その一端部（外周側の端部）がジャンパ線４を介して端子２ａに接続され、他端部（内周側の端部）がスルーホール（符号なし）を介して基板１の裏面側に引き出された後に当該裏面側に形成された導体パターン５を介して端子２ｂに接続される。また、第２のループアンテナ３は、その一端部（外周側の端部）が端子３ａに直接的に接続され、他端部（内周側の端部）がスルーホール（符号なし）を介して基板１の裏面側に引き出された後に当該裏面側に形成された導体パターン６を介して端子３ｂに接続される。尚、基板１を４層基板として、その内層も利用してアンテナのための導体パターンや端子を形成する構成とすれば、ジャンパ線４は不要となる。
【０００９】
このような構成とした結果、図３に模式的に示すように、第２のループアンテナ３による交信可能範囲Ａ２は、その中心部分に中抜け状の交信不能領域を有した比較的広い範囲になり、第１のループアンテナ２による交信可能範囲Ａ１は、上記交信不能領域を埋めた状態の比較的狭い範囲となるものである。尚、各ループアンテナ２及び３の交信可能範囲Ａ１及びＡ２は部分的に重なった状態となる。
【００１０】
図１には、本実施例による非接触ＩＣカードリーダの電気的構成が機能ブロックの組み合わせにより　概略的に示されている。この図１において、送信回路７及び８は、変調回路などを含んで構成されたもので、ＣＰＵ９（通信制御手段に相当）からの指令に基づいて動作する。即ち、送信回路７及び８は、それぞれに対応された第１のループアンテナ２及び第２のループアンテナ３に対し、常時において周期的なコマンドデータを送信すると共に、所定タイミングでデータ送信動作を行う構成となっている。また、受信回路１０及び１１は、復調回路などを含んで構成されたもので、それぞれに対応された第１のループアンテナ２及び第２のループアンテナ３を通じて受信した信号をＣＰＵ９に与える構成となっている。尚、図示しないが、第１のループアンテナ２及び第２ループアンテナ３には、データ通信対象の非接触ＩＣカード（以下、単にＩＣカードと呼ぶ）との間で最適な電磁結合が行われるようにするためのインピーダンス整合回路が接続されるものである。また、ＩＣカードとの間の通信動作は、例えば１３．５６ＭＨｚ　の周波数帯を使用して行われる。
【００１１】
この場合、ＩＣカード側では、コマンドデータを受信すると、そのコマンドデータの搬送波により電力供給されるようになり、この電力供給状態では、コマンドデータを復調すると共に、そのコマンドデータに対応したレスポンスデータをアンサバックする構成となっている。非接触ＩＣカードリーダ側では、このようにアンサバックされるレスポンスデータが受信回路１０及び１１によって復調された後にＣＰＵ９に与えられる。ＣＰＵ９は、レスポンスデータを受信すると、第１のループアンテナ２及び第２ループアンテナ３による通信可能範囲にＩＣカードが存在するものと認識し、この認識状態では、当該ＩＣカードとのデータ送受信動作を行って、そのＩＣカード内のメモリに格納されているデータの読み出し処理やデータの書き込み処理を行う。
【００１２】
ここで、ＣＰＵ９は、第１のループアンテナ２及び第２のループアンテナ３からのコマンドデータの送信動作を常時において実行させる構成となっているが、第１のループアンテナ２を通じたデータ送受信動作と、第２のループアンテナ３を通じたデータ送受信動作とを交互に実行する構成となっている。
【００１３】
上記のように、本実施例による非接触リーダライタは、比較的狭い交信可能範囲に設定された第１のループアンテナ２と、これより径大に形成されて比較的広い交信可能範囲に設定された第２のループアンテナ３とを同心状に配置することにより、交信可能範囲が広く設定された第２のループアンテナ３の中心部分に生ずる交信不能領域を第１のループアンテナ２の交信可能範囲で補う構成としたから、ＩＣカードとの通信可能範囲を拡大できるようになる。また、送受信動作を制御するために設けられたＣＰＵ９は、第１のループアンテナ２を通じたデータ送受信動作と第２のループアンテナ３を通じたデータ送受信動作とを交互に実行するから、各ループアンテナ２及び３によるデータ通信内容が互いに干渉する恐れがなくなり、その通信動作が不安定になる事態を未然に防止できる。
【００１４】
（第２の実施の形態）
図４には、上記第１実施例と同様の効果を奏する本発明の第２実施例が示されており、以下これについて当該第１実施例と異なる部分のみ説明する。
即ち、この第２実施例は、第１のループアンテナ２の端子２ａ及び２ｂ、並びに第２のループアンテナ３の端子３ａ及び３ｂの位置に変更を加えたことに特徴を有する。図４（ａ）、（ｂ）は、非接触ＩＣカードリーダに備えられるコイル状アンテナの平面形状及び縦断面形状を概略的に示すもので、各端子２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂは、第１のループアンテナ２及び第２のループアンテナ３間に一列状に配置される。この場合、第１のループアンテナ２は、その一端部（外周側の端部）が端子２ａに直接的に接続され、他端部（内周側の端部）がスルーホール（符号なし）を介して基板１の裏面側に一旦引き出された後に当該裏面側に形成された導体パターン１２及びスルーホール（符号なし）を介して端子２ｂに接続される。また、第２のループアンテナ３は、その一端部（外周側の端部）がスルーホール（符号なし）を介して基板１の裏面側に一旦引き出された後に当該裏面側に形成された導体パターン１３及びスルーホール（符号なし）を介して端子３ａに接続され、他端部（内周側の端部）が端子３ｂに直接的に接続される。
【００１５】
（第３の実施の形態）
図５には本発明の第３実施例が示されており、以下これについて第１実施例と異なる部分のみ説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、非接触ＩＣカードリーダに備えられるコイル状アンテナの平面形状及び縦断面形状を概略的に示すものである。この図５（ａ）、（ｂ）において、第１のループアンテナ２及び第２のループアンテナ３は、互いの間隔を調整可能な状態で重ね合わせ状に配置された第１の基板１４及び第２の基板１５上にそれぞれ形成される。第１の基板１４の端縁部には、第１のループアンテナ２のための一対の端子２ａ及び２ｂが、当該基板１４の上面及び裏面に分けた状態で形成される。この場合、第１のループアンテナ２は、その一端部（外周側の端部）が端子２ａに直接的に接続され、他端部（内周側の端部）がスルーホール（符号なし）を介して基板１４の裏面側に引き出された後に当該裏面側に形成された導体パターン１６を介して端子２ｂに接続される。また、第２の基板１５の端縁部には、第２のループアンテナ３のための一対の端子３ａ及び３ｂが、当該基板１５の上面及び裏面に分けた状態で形成される。この場合、第２のループアンテナ３は、その一端部（外周側の端部）が端子３ａに直接的に接続され、他端部（内周側の端部）がスルーホール（符号なし）を介して基板１５の裏面側に引き出された後に当該裏面側に形成された導体パターン１７を介して端子３ｂに接続される。
【００１６】
このように構成した第３実施例においても前記第１実施例と同様の効果を奏するものであり、特に本実施例によれば、第１のループアンテナ２が形成された第１の基板１４及び第２のループアンテナ３が形成された第２の基板１５が、互いの間隔を調整可能な状態で重ね合わせ状に配置されているから、当該第１の基板１４及び第２の基板１５間の距離を変化させるだけで、ＩＣカードとの通信可能範囲を簡便に調整できるようになり、実用上において有益となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す電気的構成図
【図２】（ａ）アンテナ部分の正面図、（ｂ）アンテナ部分の縦断面図
【図３】作用説明用のアンテナ部分の縦断面図
【図４】本発明の第２実施例を示す図２相当図
【図５】本発明の第３実施例を示す図２相当図
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）従来例を説明するための要部の縦断面図
【符号の説明】
１は基板、２は第１のループアンテナ、３は第２のループアンテナ、７、８は送信回路、９はＣＰＵ（通信制御手段）、１０、１１は受信回路１４は第１の基板、１５は第２の基板を示す。
【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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【図６】
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