(57)【要約】【課題】型式指定を必要としない微弱電波で、さまざまな仕様を持った非接触ＩＣカードにデータの送受信と電力を供給し、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダーライター間の通信を可能にする非接触ＩＣカードリーダーライター装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、ループアンテナ部１を介して非接触ＩＣカードとの通信を行う非接触ＩＣカードリーダーライター装置において、ループアンテナ部１のループアンテナの形状を円形かつ小さくし、共振周波数をループアンテナから出力される搬送波の周波数と異なるようにし、ループアンテナ部１に磁性材料を装着させ、装置内部にシールド用の金属材料で形成されたシールド部２を備えることにより、遠方での電界強度を抑制しつつ、近傍での磁界強度を増大させることを特徴とする非接触ＩＣカードリーダーライター装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触ＩＣカードへデータの送受信と電力の供給を行うループアンテナを有した非接触ＩＣカードリーダーライター装置において、前記ループアンテナのループ面の一側面を磁性材料で覆い、前記ループアンテナの一側面に対向して金属材料からなるシールド部を備え、前記ループ面の他側面をデータの送受信面および電力供給面とすることを特徴とする非接触ＩＣカードリーダーライター装置。
【請求項２】
前記ループアンテナは、円形状かつ開口面積を前記非接触ＩＣカードのループアンテナの開口面積より１／３より小さく形成され、共振周波数を前記ループアンテナから出力される電波の電界強度が前記ループアンテナからの距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ以下となるように、搬送波の周波数を異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダーライター装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムなどに用いられる非接触ＩＣカードを制御する非接触ＩＣカードリーダーライター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波利用設備における誘導式読み書き通信設備における型式指定を必要としない微弱電波（距離３ｍにおける電界強度が５００μＶ／ｍ以下）で、データの送受信と電力の供給を行うためには、非接触ＩＣカードリーダーライターのループアンテナの形状を小さくしたり、またループアンテナから出力される電波の強さを小さくしたりするなどのことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１９１９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
非接触ＩＣカードリーダーライターにおいて、型式指定を必要としない微弱電波での通信を可能にするためには、非接触ＩＣカードリーダーライターのループアンテナから出力される電界強度を規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ以下）以内とする必要がある。
【０００５】
しかし、上記電界強度の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ以下）を満足しつつ、さまざまな仕様をもった非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダーライター間の所望の通信距離において、データの送受信と電力供給を可能とすることが困難であるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、型式指定を必要としない微弱電波で、さまざまな仕様を持った非接触ＩＣカードにデータの送受信と電力を供給し、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダーライター間の通信を可能にする非接触ＩＣカードリーダーライター装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の非接触ＩＣカードリーダーライター装置は、非接触ＩＣカードへデータの送受信と電力の供給を行うループアンテナを有した非接触ＩＣカードリーダーライター装置において、前記ループアンテナのループ面の一側面を磁性材料で覆い、前記ループアンテナの一側面に対向して金属材料からなるシールド部を備え、前記ループ面の他側面をデータの送受信面および電力供給面とすることを特徴としたものである。
【０００８】
これにより、ループアンテナのループ面の一側面を覆う磁性材料がループアンテナと磁気回路を構成し、ループアンテナの一側面方向の漏れ出す磁束を他側面方向へ回す作用があり、また、シールド部が他からの電磁波の影響を遮蔽する作用があるので、遠方での電界強度を抑制しつつ、近傍での磁界強度を増大させることで、最も効率的に非接触ＩＣカードにデータの送受信と電力の供給を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、非接触ＩＣカードへデータの送受信と電力の供給を行うループアンテナを有した非接触ＩＣカードリーダーライター装置において、ループアンテナのループ面の一側面を磁性材料で覆い、ループアンテナの一側面に対向して金属材料からなるシールド部を備え、ループ面の他側面をデータの送受信面および電力供給面とすることを特徴とする非接触ＩＣカードリーダーライター装置であり、この構成により、ループアンテナのループ面の一側面を覆う磁性材料がループアンテナと磁気回路を構成し、ループアンテナの一側面方向の漏れ出す磁束を他側面方向へ回す作用があり、また、シールド部が他からの電磁波の影響を遮蔽する作用があるので、非接触ＩＣカードリーダーライターと非接触ＩＣカードとの距離が近接し、かつ前面方向の通信が可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、ループアンテナは、円形状かつ開口面積を非接触ＩＣカードのループアンテナの開口面積より１／３より小さく形成され、共振周波数をループアンテナから出力される電波の電界強度がループアンテナからの距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ以下となるように、搬送波の周波数を異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダーライター装置であり、電波法の規制値（距離３ｍにおいて５００μＶ／ｍ以下）を満足させる作用を有する。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図２を用いて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態による非接触ＩＣカードリーダーライター装置の構成を示す斜視図である。
【００１３】
なお、説明にあたっては、非接触ＩＣカードをループアンテナ部に近接させるデータ送受信面および電力供給面を上側、反対側と下側とする。
【００１４】
図１において、非接触ＩＣカードリーダーライター装置は、ループアンテナ部１、シールド部２、制御基板３で構成され、筐体や、制御基板３からその他の基板へ接続するケーブル等は省略してある。
【００１５】
ループアンテナ部１は、矩形状をしたコンポジットとガラスエポキシ樹脂で代表される基板に、例えば銅箔などでループアンテナを形成している。
【００１６】
また、ループアンテナ部１は、コンデンサ（図示せず）を備え、コンデンサを所定の容量とすることで、ループアンテナの共振周波数を搬送波である１３．５６ＭＨｚから異ならせ、ループアンテナから出力される電波の強度の効率が落ちる作用を利用して、所定の電界強度にすることができる。
【００１７】
ループアンテナ部１の下面であるシールド部２側の面は、磁性材料である１ｍｍ厚のフェライト樹脂に覆われている。磁性材料は、例えば焼結タイプのフェライト板が使用できるが、破損しやすく、取り付けも困難であるので、フェライト樹脂を使用するのが望ましい。
【００１８】
ループアンテナ部１のループ面の一側面を覆う磁性材料がループアンテナと磁気回路を構成し、ループアンテナの一側面方向の漏れ出す磁束を他側面方向へ回す作用がある。
【００１９】
図２は円形ループによる磁界発生を示す図である。ここで、ａはループアンテナの半径、Ｉはループアンテナを流れる電流、ｘはループアンテナ中心からの距離、ｒはループアンテナ上からの距離、Ｈはループアンテナ中心から距離ｘだけ離れた位置での磁界強度である。
【００２０】
ループアンテナのターン数ｎにおけるループアンテナの作る磁界強度は式（１）で算出される。
【００２１】
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上記式（１）より、磁界強度Ｈはループアンテナのターン数ｎが大きく、またループアンテナの半径ａが小さいほど（開口面積（πａ２）が小さいほど）強くなることがわかる。
【００２２】
従って、電界強度を所定の値とし、磁界強度を大きい値とするために、ループアンテナ部１のループアンテナは、ターン数ｎを大きく、ループアンテナの半径ａを小さく形成される。
【００２３】
なお、非接触ＩＣカードリーダーライター装置のループアンテナの開口面積として、非接触ＩＣカードのループアンテナの開口面積よりも小さいことが好ましい。
【００２４】
シールド部２は、ループアンテナ部１のフェライト樹脂が覆われている面に対向した面を開口させた有底の直方体状をしており、アルミニウム板により形成されている。シールド部２は、外部からの電磁波の影響を遮蔽するので、外部からの様々な電磁波による影響をループアンテナ部１におよぶことをシール部２により抑止することができる。従って、ループアンテナ部１のコンデンサによりループアンテナの調整を行い、非接触ＩＣカードリーダーライター装置を使用する場所に設置しても、ループアンテナ部１の再調整が不要である。
【００２５】
制御基板３は、非接触ＩＣカードとのデータの送受信や、電力の供給制御などを行い、シールド部２内に収容されている。
【００２６】
ループアンテナ部１の上面である、シールド部２側に対向する面の反対側のループ面を、データの送受信面および電力供給面としている。非接触ＩＣカード（図示せず）は、送受信面および電力供給面に近接することで、非接触ＩＣカードリーダーライター装置から非接触ＩＣカードへ電力が供給され、データの送受信が行われる。
【００２７】
次に、このように構成された非接触ＩＣカードリーダーライター装置の動作について、図１を用いて説明する。
【００２８】
図１において、ループアンテナ部１を介して、非接触ＩＣカードと通信するために必要なデータと電力を供給するための電波を出力する。
【００２９】
ループアンテナ部１のループ面の一側面全面に磁性材料であるフェライト樹脂が覆うように装着されており、さらにその一側面の下方の周囲に金属材料で形成されたシールド部２が配置されている構成であるため、出力される電波はループアンテナ部１の他側面である上方方向のみとなり、その方向に非接触ＩＣカードを近づけることにより、近接での通信が可能となる作用を有する。
【００３０】
【実施例】
本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカードリーダーライター装置を作製して電界強度および磁界強度を測定した。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態による非接触ＩＣカードリーダーライター装置のループアンテナの電界強度および磁界強度の測定結果を示す図である。そして、本実施の形態による非接触ＩＣカードリーダーライター装置のループアンテナの形状・ターン数・開口面積・シールド部の装備・フェライト厚等を変化させた時の距離３ｍにおける電界強度が５２（ｄＢμＶ／ｍ）（≒３９８μＶ／ｍ：２ｄＢのマージン）における磁界強度の結果を示している。なお、磁界強度はループアンテナから距離１０ｍｍにおけるレベルを測定した。
【００３２】
また、非接触ＩＣカードのループアンテナの開口面積は１８００ｍｍ２とした。従って、非接触ＩＣカードリーダーライター装置のループアンテナの開口面積は１８００ｍｍ２より小さい面積とした。
【００３３】
電界強度は、ループアンテナに実装したコンデンサの容量の値を変更してループアンテナの共振周波数を搬送波である１３．５６ＭＨｚから異ならせることにより、ループアンテナから出力される電波の強度の効率が落ちる作用を利用して、電界強度を調整した。
【００３４】
図３において、Ｎｏ．６におけるループアンテナ部１のループアンテナの形状を円形状、ターン数を７ターン、開口面積を４００ｃｍ２、フェライト樹脂を１．０ｍｍ厚とし、共振周波数を搬送波である１３．５６ＭＨｚから１４．３３ＭＨｚにして、アルミニウム板で形成したシールド部２を備えることにより、距離３ｍにおける電界強度が５００μＶ／ｍ（５４ｄＢμＶ／ｍ）以下でループアンテナからの距離１０ｍｍの磁界強度２．８４（Ａ／ｍ）となる結果が得られた。
【００３５】
他のＮｏ．１からＮｏ．５までは、いずれもＮｏ．６よりも磁界強度が低い結果となっている。
【００３６】
ゆえに、図３のＮｏ．６の構成が非接触ＩＣカードリーダーライター装置近傍において最も効率よく非接触ＩＣカードにデータと電力を供給することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の非接触ＩＣカードリーダーライター装置は、非接触ＩＣカードにデータの送受信と電力の供給を行うためのループアンテナの形状を円形かつ開口面積を小さくし、ループアンテナの共振周波数をループアンテナから出力される搬送波の周波数と異なるようにし、ループアンテナに磁性材料を装着させ、ループアンテナのループ面を囲うようにシールド用の金属材料により形成したシールド部を備えることにより、遠方での電界強度を抑制しつつ、近傍での磁界強度を増大させ、非接触ＩＣカードにデータの送受信と電力の供給を行えるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による非接触ＩＣカードリーダーライター装置の構成を示す斜視図
【図２】円形ループによる磁界発生を示す図
【図３】本発明の実施の形態による非接触ＩＣカードリーダーライター装置のループアンテナの電界強度および磁界強度の測定結果を示す図
【符号の説明】
１  ループアンテナ部
２  シールド部
３  制御基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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