(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々固有の製造条件に関するデータが記憶される記憶手段を備え、外部からのデータ読出し要求があると前記製造条件に関するデータを読み出して電波信号により送信する非接触型のＩＣカードと、
このＩＣカードによって送信された前記製造条件に関するデータを受信すると、当該データに基づいて当該ＩＣカードとの間で行う通信条件に関するパラメータを調整するＩＣカードリーダとで構成され、
前記ＩＣカードリーダは、自身の通信エリア内に前記ＩＣカードが複数存在することを認識すると、それぞれのＩＣカードの前記製造条件に関するデータを読み出し、それぞれの前記データに応じて前記通信条件に関するパラメータを変更しながら、前記複数のＩＣカードと順次通信を行うことを特徴とする非接触型ＩＣカードの通信システム。
【請求項２】
前記通信条件に関するパラメータは、送信信号の変調度であることを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカードの通信システム。
【請求項３】
前記通信条件に関するパラメータは、受信信号の受信感度であることを特徴とする請求項１または２記載の非接触型ＩＣカードの通信システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の非接触型ＩＣカードの通信システムに使用されることを特徴とするＩＣカード。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかに記載の非接触型ＩＣカードの通信システムに使用されることを特徴とするＩＣカードリーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣカードリーダと非接触型ＩＣカードとが電波信号を用いて通信を行う非接触型ＩＣカードの通信システム、及びそのシステムに使用されるＩＣカード並びにＩＣカードリーダに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、ＩＣカードリーダと非接触型ＩＣカードとが通信を行う場合の一例を示すものである。ＩＣカード１は、例えばユーザが手に持った状態で、例えば建造物の壁面などに設置されているリーダライタ２に接近するが、例えば、ＩＣカード１は、リーダライタ２の通信エリア３の外部である位置Ａから、通信エリア３内部の位置Ｂ，位置Ｂから更にリーダライタ２に近接した位置Ｃへと順次移動する。
【０００３】
リーダライタ２がＩＣカード１に送信する電波信号は、例えばＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)変調信号である。ユーザの利便性を考慮すると、リーダライタ２の通信エリア３はできるだけ大きくなるように設定することが好ましい。従って、リーダライタ２においても、通信エリア３の限界位置付近を調整の基準としてＡＳＫ変調度や受信感度の設定を行うようにしている。
【０００４】
しかしながら、ＩＣカード１が位置Ｃのようにリーダライタ２の極めて近くに位置すると、ＩＣカード１自身がリーダライタ２の高周波的な特性に影響を及ぼす場合がある。すると、リーダライタ２が通信エリア３の限界位置付近に合わせて例えばＡＳＫ変調度が１０％となるように調整を行っていても、ＩＣカード１が位置Ｃに達すると、ＩＣカード１の共振周波数などによりリーダライタ２のアンテナマッチングが変化してＡＳＫ変調信号のレベルが変動する。その結果、リーダライタ２が送信したデータをＩＣカード１が受信しきれなくなり、ＩＣカード１の処理を正常に行うことができない場合があった。
【０００５】
また、ＩＣカード１側の回路が動作すると、その動作によってノイズ（不要輻射）が発生する（図７参照）。即ち、ＩＣカード１内のＣＰＵが動作して、メモリに対する読み書きを行ったり、通信回路を駆動したりすることで電流の消費状態が変化すると、疑似的に負荷変調が行われた状態に等しくなり、リーダライタ２との通信においてはノイズとなる。
【０００６】
そのノイズの発生レベルが比較的大きい場合には、通信エリア３の限界位置付近ではノイズの影響は相対的に小さいが、位置Ｃ付近ではノイズの影響が相対的に大きくなる。従って、リーダライタ２側がノイズを受信すると、ＩＣカード１の応答データであると見なしてしまう場合があり、その場合は本来の応答データが受信できなくなるという問題が発生する。
【０００７】
そして、以上のようにＩＣカード１がリーダライタ２に接近した場合に与える影響の大きさは、各ＩＣカード１の個別の電気的特性に応じて異なる。即ち、そのような電気的特性の差異がＩＣカードを生産したメーカ間で存在したり、或いは、同一メーカで生産されたＩＣカードであっても各ＩＣカード毎に存在する場合もある。何れのＩＣカード１についても整合するようにリーダライタ２側で調整を行うことは困難であった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各ＩＣカード夫々の製造条件に応じて通信を最適に行うことができるように、ＩＣカードリーダが調整を行うことができる非接触型ＩＣカードの通信システム、及びそのシステムに使用されるＩＣカード並びにＩＣカードリーダを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の非接触型ＩＣカードの通信システムによれば、ＩＣカードの記憶手段には、当該ＩＣカード固有の製造条件に関するデータが記憶されている。そして、ＩＣカードは、外部（ＩＣカードリーダ）からのデータ読出し要求があると記憶手段から前記データを読み出して電波信号により送信する。そして、ＩＣカードリーダは、ＩＣカード側より送信されたデータを受信すると、そのデータに基づいて当該ＩＣカードとの間で行う通信条件に関するパラメータを調整する。
【００１０】
ここで、ＩＣカードの製造条件に関するデータとは、例えば、ＩＣカードの製造者や型名，或いは、製造時点における検査工程などで作業者が測定した電気的特性（例えば、ＩＣチップ内部回路の消費電流値，内部抵抗値、アンテナ部分の共振周波数，Ｑ値など）である。斯様なデータを、ＩＣカードの記憶手段に記憶させておく。
【００１１】
即ち、ＩＣカードがＩＣカードリーダに極めて接近した状態になると、ＩＣカードの電気的特性がＩＣカードリーダ側に影響を及ぼして通信条件を変動させる。従って、ＩＣカードリーダ側で受信したＩＣカードのデータに基づき通信条件に関するパラメータを調整することで、様々なＩＣカードの電気的特性が夫々微妙に異なる場合であっても、その特性が通信に及ぼす影響を軽減して各ＩＣカードとの通信を良好に行うことが可能となる。
そして、ＩＣカードリーダは、自身の通信エリア内にＩＣカードが複数存在することを認識すると、それぞれのＩＣカードの製造条件に関するデータを読み出し、それぞれの前記データに応じて通信条件に関するパラメータを変更しながら、複数のＩＣカードと順次通信を行う。
【００１２】
請求項２記載の非接触型ＩＣカードの通信システムによれば、通信条件に関するパラメータを送信信号の変調度とする。即ち、ＩＣカードの製造条件に関するデータより、当該ＩＣカードがＩＣカードリーダ側に接近すると、そのＩＣカードが有しているインピーダンスの影響を受けて送信信号波形の変調度が変化することが予想される場合に、それらの影響を軽減するように送信信号の変調度を調整すればＩＣカードとの通信を良好に行うことが可能となる。
【００１３】
請求項３記載の非接触型ＩＣカードの通信システムによれば、通信条件に関するパラメータを受信信号の受信感度とする。即ち、ＩＣカードの製造条件に関するデータより、当該ＩＣカードがＩＣカードリーダ側に接近すると、そのＩＣカードが発生するノイズの影響を受けてデータを誤って受信することが予想される場合に、それらの影響を軽減するように受信信号の受信感度を調整すれば、ＩＣカードとの通信を良好に行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図１乃至図５を参照して説明する。図１に示すリーダライタ（ＩＣカードリーダ）１１は、例えばパーソナルコンピュータなどの上位装置（ホスト，図示せず）とシリアルインターフェイス等を介して接続されており、上位装置側のアプリケーションプログラムの指示に基づいて図２に示すＩＣカード１２と電波信号により通信を行うようになっている。
【００１５】
即ち、リーダライタ１１は、自身の通信エリアにＩＣカード１２が接近したことを検知するため、ＩＣカード１２に対する呼出しコードを間欠的に送信するポーリングを行う（リクエスト）。そして、ＩＣカード１２を携帯したユーザが通信エリア内に位置すると、ＩＣカード１２は、リーダライタ１１が送信する信号から動作用の電源及びクロックを生成して応答するようになっている。
【００１６】
図１は、リーダライタ１１内部の電気的構成を示す機能ブロック図である。ＣＰＵ（制御回路）１３は、上位インターフェイス（Ｉ／Ｆ）部１４を介して上位装置とシリアル通信を行うようになっている。リセットＩＣ１５は、ＣＰＵ１３のリセットＯＮ，ＯＦＦを行うためのリセット信号を出力する。符号化部１６は、ＣＰＵ１３よりシリアルに与えられる送信データを例えばＮＲＺ(Non Return to Zero)方式で符号化して変調部１７に出力する。
【００１７】
キャリア発振器１８は、１３．５６ＭＨｚの発振信号を符号化部１６及び変調部１７に搬送波信号として、また、ＣＰＵ１３にクロック用の信号として供給する。ＣＰＵ１３は、その発振信号を適宜分周したものを動作用クロックとして使用する。変調部１７は、搬送波を符号化された送信データによってＡＳＫ変調するようになっており、その場合の変調度を調整できるように構成されている。変調部１７で変調された被変調信号は、増幅部５０を介してアンテナ（ＬＣ共振回路のコイル）１９に出力され、電波信号として外部に送信される。
【００１８】
一方、ＩＣカード１２側より送信された信号をアンテナ１９が受信すると、その受信信号は受信部２０に出力されるようになっている。受信部２０で復調された復調信号は、増幅部２１を介して復号化部２２に与えられ復号化されると、ＣＰＵ１３に出力される。
【００１９】
そして、ＣＰＵ１３は、後述するようにＩＣカード１２によって送信されたカード固有データに応じて、変調部１７における変調度を調整すると共に、増幅部１８の出力インピーダンス及び増幅部２１の増幅率（受信感度）を調整するようになっている。
【００２０】
また、図２は、ＩＣカード１２内部の電気的構成を示す機能ブロック図である。ＩＣカード１２は、アンテナ（ＬＣ共振回路のコイル）２３，整流部２４，クロック抽出部２５，ＣＰＵ２６，メモリ（記憶手段）２７，変調部２８などで構成されている。
【００２１】
整流部２４は、リーダライタ１１より送信された電波信号をアンテナ２３が受信すると、その受信信号を整流平滑してＣＰＵ２６などに動作用の電源を供給すると共に、受信信号を復調した復調データをＣＰＵ２６に出力する。クロック抽出部２５は、アンテナ２３が受信した信号から抽出したクロック信号をＣＰＵ２６に供給する。ＣＰＵ２６は、例えばＦＲＡＭ(Ferroelectric RAM) などからなる不揮発性のメモリ２７に対してデータの読み書きを行うようになっている。
【００２２】
また、ＣＰＵ２６は、変調部２８に対して送信データをシリアルに出力する。変調部２８は、スイッチ２９及び変調負荷３０の直列回路で構成されており、その直列回路がアンテナ２３に並列に接続されている。そして、スイッチ２９は、ＣＰＵ２６によって出力された送信データに応じてオンオフされ、搬送波を負荷変調するようになっている。
【００２３】
ＩＣカード１２のメモリ２７には、ＩＣカード１２のＩＤデータや通信時の認証処理に使用するコード，リーダライタ１１が本来読み出すことを目的としているＩＣカード１２のユーザに関するデータなどが記憶されている。
【００２４】
また、それらに加えて、図３に示すように、ＩＣカード１２固有の製造条件に関するデータ（以下、カード固有データと称す）が記憶されている。これらのカード固有データは、ＩＣカード１２の製造管理に関するデータと、製造時に検査工程において測定された電気的特性に関するデータに大別される。
【００２５】
例えば、前者はＩＣチップ（ＣＰＵ２６）及びＩＣカード１２夫々の製造者，種別若しくは型名，製造ライン及び製造時期などである。後者は、ＩＣチップの消費電流値や内部抵抗値，また、ＩＣカード１２のアンテナ２３部分の共振周波数やＱ値などであり、例えば、ＩＣカード１２の製造時点における検査工程などで作業者が測定を行い、その結果をメモリ２７に書き込むようにする。尚、後者のデータに関しては、絶対値，相対値の何れであっても良い。
そして、これらのカード固有データは、リーダライタ１１が送信したデータ読み出しコマンドをＩＣカード１２側が受信した場合に、ＣＰＵ２６がメモリ２７から読み出してリーダライタ１１側に送信するようになっている。
【００２６】
次に、本実施例の作用について図４及び図５をも参照して説明する。図４は、リーダライタ１１のＣＰＵ１３が行う通信制御処理の内、本発明の要旨にかかる部分を示すフローチャートである。ＣＰＵ１３は、上位装置からのコマンド送信要求を受信すると、先ず通信条件の初期化を行う（ステップＳ１）。即ち、送信信号の変調度，送信電力レベル，受信感度などを初期設定する。それから、ＩＣカード１２に対してリクエストコマンドを送信する（ステップＳ２）。
【００２７】
ＩＣカード１２がリクエストコマンドに応答してカードのＩＤを送信し、リーダライタ１１がそのＩＤを受信すると（ステップＳ３，「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ１３は、そのカードＩＤを指定してデータ読み出しコマンドを送信する（ステップＳ４）。
【００２８】
上述したように、ＩＣカード１２は、データ読み出しコマンドを受信すると、メモリ２７からカード固有データを読み出してリーダライタ１１に送信する。ＣＰＵ１３は、そのカード固有データを受信すると（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、受信したカード固有データに基づいて設定すべき通信条件を決定し（ステップＳ６）、決定した条件に変更する（ステップＳ７）。
【００２９】
ステップＳ６における通信条件の決定は、例えば、ＩＣカード１２の電気的特性に関するデータに基づいて行う。即ち、ＩＣカード１２がリーダライタ１１に接近すると、ＩＣカード１２側のアンテナ２３とリーダライタ１１側のアンテナ１９との間で相互インダクタンス成分が発生するなどして送信回路部のインピーダンスが変動するため、送信信号の変調度が変化する。従って、アンテナ２３部分の共振周波数やＱ値は、そのような変調度の変化度合いに影響を及ぼすパラメータとして捉えることができるため、これらの値に応じて送信信号の変調度や出力インピーダンスを調整する。
【００３０】
また、ＣＰＵ２６の消費電流値や内部抵抗値は、ＣＰＵ２６が動作した場合に発生するノイズレベルの大きさに影響を与える。即ち、消費電流の変動が大きくなるとノイズレベルは上昇する。また、消費電流の変動は、内部抵抗値が高いか低いかによって大きく異なる。そして、ノイズレベルが比較的高いＩＣカード１２がリーダライタ１１に接近すると、リーダライタ１１側が受信したノイズ成分を応答データとして捉えるおそれがあるので、受信感度を標準よりも低めに設定する。
【００３１】
また、上述のように電気的特性に関するデータに限らず、ＩＣカード１２の製造管理に関するデータに基づいて通信条件を設定しても良い。即ち、ＩＣカード１２の製造者や種別・型名などに応じて、電気的特性のバイアスが一定の傾向を示す場合がある。従って、製造管理に関するデータに基づき設定を行っても、調整することは可能である。
【００３２】
以上のようにして、ＩＣカード１２の特性に応じてリーダライタ１１側の通信条件を変更すると、以降は通常の通信処理となる。即ち、リーダライタ１１のＣＰＵ１３はＩＣカード１２との間で認証処理を行い（ステップＳ８）、それから、重要データの送受信処理を行う（ステップＳ９）。そして、他のカードを処理する場合は（ステップＳ１０，「ＹＥＳ」）ステップＳ１に戻り、他のカードを処理しない場合は（「ＮＯ」）処理を終了する。
【００３３】
また、以上の処理については、リーダライタ１１が一度に通信を行うＩＣカード１２が１枚の場合を想定して説明したが、一度に通信を行うＩＣカード１２が複数、例えば２枚の場合には、図４のフローチャートを図５に示す流れで処理すれば良い。ここでは、２枚のＩＣカードの間で度数を受け渡す（カードａ→カードｂ）例を示す。即ち、▲１▼ステップＳ１で通信条件を初期化し、▲２▼ステップＳ２，Ｓ３で２枚のＩＣカード１２（ａ，ｂ）のＩＤを受信したとする。その場合、ステップＳ４，Ｓ５においてＩＣカード１２ａ，１２ｂの夫々についてカード固有データａ，ｂを読み出しておく。
【００３４】
次に、▲３▼先ずカード固有データａに基づいて通信条件を変更し（Ｓ６，Ｓ７）、ＩＣカード１２ａとの間で通信を行って▲４▼認証処理（Ｓ８），▲５▼重要データの送受信処理（Ｓ９）を行う。それから、ステップＳ６に戻り、▲６▼カード固有データｂに基づいて通信条件を変更し（Ｓ６，Ｓ７）、ＩＣカード１２ｂとの間で通信を行って▲７▼認証処理（Ｓ８），▲８▼重要データの送受信処理（Ｓ９）を行うようにする。そして、▲９▼ＩＣカード１２ａ用に通信条件を変更し（Ｓ７）、“10”度数を減算後（Ｓ９）、“11”ＩＣカード１２ｂ用に通信条件を変更し（Ｓ７）  “12”カード１２ｂへの度数追加処理を行う。これら一連の処理の後、ステップＳ１に戻る。
【００３５】
以上のように本実施例によれば、ＩＣカード１２のメモリ２７に当該ＩＣカード１２の製造条件に関するカード固有データを記憶させておき、ＩＣカード１２は、リーダライタ１１からのデータ読出し要求があるとメモリ２７から前記データを読み出して送信する。そして、リーダライタ１１は、ＩＣカード１２側より送信されたカード固有データを受信するとそのデータに基づいて当該ＩＣカード１２との間で行う通信条件に関するパラメータを調整するようにした。
【００３６】
従って、ＩＣカード１２がリーダライタ１１に極めて接近した状態になり、ＩＣカード１２が有している電気的特性がリーダライタ１１側に影響を及ぼすような場合でも、リーダライタ１１側で受信したカード固有データに基づき通信条件に関するパラメータを調整することで、その特性が通信に及ぼす影響を軽減して各ＩＣカード１２との通信を良好に行うことができる。そして、様々なＩＣカード１２の電気的特性が夫々微妙に異なる場合であっても、夫々の特性に対応した通信条件を記憶しておくことで夫々のＩＣカード１２と良好な通信を行うことが可能となる。
【００３７】
そして、リーダライタ１１は、ＩＣカード１２から受信したカード固有データに基づいて送信信号の変調度と受信信号の受信感度を調整するので、受信したカード固有データに基づいて、接近したＩＣカード１２が有しているインピーダンスの影響を受けて送信信号波形の変調度が変化することが予想されたり、ＩＣカード１２が発生するノイズの影響を受けてデータを誤って受信することが予想される場合でも、それらの影響を軽減するように送信信号の変調度と受信信号の受信感度を調整し、ＩＣカード１２との通信を良好に行うことができる。
【００３８】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
ＩＣカード１２がステップＳ３におけるリクエストコマンドの送信に対する応答の段階でカード固有データをリーダライタ１１に送信するようになっている場合は、ステップＳ４，Ｓ５を削除しても良い。
上位装置は、パソコンに限ることなく通信専用の装置であっても良い。また、上位装置の機能がリーダライタ１１に組み込まれているものでも良い。
図５に示す処理を、３枚以上のＩＣカード１２について行っても良い。
通信条件の調整は、送信信号の変調度，受信感度の何れか一方のみについて行っても良い。
【００３９】
ＩＣカード１２側の共振周波数値のずれが比較的大きい場合には、リーダライタ１１が増幅部５０の出力インピーダンスを通信条件に関するパラメータとして調整するようにしても良い。
記憶手段に記憶させるデータは、図３に示すものに限らず、ＩＣカードの製造条件を示すものであれば何でもよい。
記憶手段は、ＦＲＡＭに限ることなく、ワンタイムＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭなどでも良い。
リーダライタ１１に限ることなく、ＩＣカード１２が記憶しているデータを読み出す機能だけを有するＩＣカードリーダに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であり、リーダライタ内部の電気的構成を示す機能ブロック図
【図２】ＩＣカード内部の電気的構成を示す機能ブロック図
【図３】ＩＣカードのメモリに記憶されるカード固有データの一例を示す図
【図４】リーダライタのＣＰＵが行う通信制御処理の内、本発明の要旨にかかる部分を示すフローチャート
【図５】カードリーダが一度に通信を行うＩＣカードが２枚の場合に、図４のフローチャートの処理の流れを示す図
【図６】従来技術を示す、ＩＣカードとリーダライタとの通信状態を示す図
【図７】ＩＣカードの内部回路が動作することでノイズが発生する状態を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、１２はＩＣカード、１３はＣＰＵ（制御回路）、２６はＣＰＵ（制御回路）、２７はメモリ（記憶手段）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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【図７】
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