(57)【要約】  【課題】  設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができる非接触ＩＣカード通信装置を提供する。  【解決手段】  制御回路３は、周波数補正モードにおいて、周波数調整回路９を制御してアンテナ１の同調周波数を予め設定された値だけ変えながら、送信電力検出回路８で送信電力の電力値を検出し、同調周波数を変えた前と後で、送信電力の電力値が予め設定された規定値以上上昇しなくなるまで、アンテナ１の同調周波数を変えて同調周波数を調整する。【選択図】  図１
2005208753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信電波の電力を検出する送信電力検出手段と、アンテナの同調周波数を調整する周波数調整手段と、前記送信電力検出手段が検出した送信電波の電力が強い状態に収束するように、前記周波数調整手段により前記同調周波数を制御する制御手段とを備えることを特徴とする非接触ＩＣカード通信装置。
【請求項２】
前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す方向性結合器と、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード通信装置。
【請求項３】
前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す結合コンデンサと、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード通信装置。
【請求項４】
前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続されたスイッチング回路とを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の非接触ＩＣカード通信装置。
【請求項５】
前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続された可変容量ダイオードとを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の非接触ＩＣカード通信装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記同調周波数の制御を一定時間間隔で行うことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の非接触ＩＣカード通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用してＩＣカードとの通信を行う非接触ＩＣカードシステムに関するもので、特に、ＩＣカードと通信を行う非接触ＩＣカード通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メモリを含む所定の集積回路とアンテナを搭載した非接触ＩＣカードと、この非接触ＩＣカードのアンテナと電磁結合してデータの送受信を行う非接触ＩＣカード通信装置としての非接触ＩＣカードリーダライタ装置とを備えた非接触ＩＣカードシステムが知られており、非接触ＩＣカードの動作電源となる直流電源電圧は、アンテナを介して受信したキャリア（搬送波）をもとに生成されるようになっている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図８に従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置の構成図を示す。
【０００４】
図８に示すように、従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、通常ループアンテナで構成され、非接触ＩＣカードリーダライタ装置のキャリアを放射してＩＣカードに電力を供給するとともにデータの送信及び非接触ＩＣカードからの負荷変調されたデータを受信するアンテナ８１と、アンテナ８１の周波数同調を取るためのアンテナ同調回路８２と、非接触ＩＣカードから受信したデータを内蔵のメモリに格納し適宜読み出して処理し、必要であれば非接触ＩＣカードへデータを送信するなどして装置全体を制御する制御回路８３と、制御回路８３から出力される送信データをキャリアに変調する変調回路８４と、変調回路８４の出力を規定の送信電力まで増幅する増幅回路８５と、ダイオードブリッジ等で構成され、キャリアからデータ信号を検波する検波回路８６と、検波回路８６で検波されたデータ信号を増幅し、波形整形し、制御回路８３に伝える受信回路８７とを備えている。
【０００５】
このような構成の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、キャリア周波数の電波を常時アンテナ８１から出力しており、非接触ＩＣカードは、リーダライタ装置に近づくと、リーダライタ装置から送出されているキャリアを受信し、この受信波を整流することで動作電源を得ている。
【０００６】
また、非接触ＩＣカードリーダライタ装置の制御回路８３は、一定周期で変調回路８４によりキャリアにＡＭ（Amplitude Modulation）変調をかけてコマンドを送信しており、非接触ＩＣカードは、キャリアから動作電源を得ると共に、リーダライタ装置から一定周期で送出されるコマンドを受信し、そのコマンドに対するレスポンスを、動作負荷を変える負荷変調方式でリーダライタ装置に伝える。
【０００７】
非接触ＩＣカードリーダライタ装置では、負荷変調で返送されたＡＭ変調波をアンテナ８１で受信すると、検波回路８６、受信回路８７を通してデータ信号を復調し、制御回路８３でデータを認識してデータの授受が完了する。
【０００８】
このように、従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置においては、非接触ＩＣカードが所定の領域内にあれば、非接触でデータの送受信を行うことができる。
【特許文献１】特開平９−６２８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の非接触ＩＣカード通信装置においては、非接触ＩＣカード通信装置を設置する場所の環境（構造や材質）によって、アンテナの同調周波数が変化し、設置環境下で測定機器によりアンテナの調整を行うか、予め設置環境の変化を想定して調整を行う必要があり、どちらの場合も調整の精度が悪く、機器の性能を十分に発揮できないという問題があった。
【００１０】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができる非接触ＩＣカード通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の非接触ＩＣカード通信装置は、送信電波の電力を検出する送信電力検出手段と、アンテナの同調周波数を調整する周波数調整手段と、前記送信電力検出手段が検出した送信電波の電力が強い状態に収束するように、前記周波数調整手段により前記同調周波数を制御する制御手段とを備える構成を有している。
【００１２】
この構成により、送信電波の電力が強い状態に収束するようにアンテナの同調周波数が調整され、設置環境などによる同調周波数のズレを補正することができる。
【００１３】
ここで、前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す方向性結合器と、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有する構成とした。
【００１４】
この構成により、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出することができる。
【００１５】
また、前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す結合コンデンサと、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有する構成とした。
【００１６】
この構成により、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出することができる。
【００１７】
また、前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続されたスイッチング回路とを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とする構成とした。
【００１８】
この構成により、簡易な構成で同調周波数を変えることができる。
【００１９】
また、前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続された可変容量ダイオードとを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とする構成とした。
【００２０】
この構成により、簡易な構成で同調周波数を変えることができる。
【００２１】
また、前記制御手段は、前記同調周波数の制御を一定時間間隔で行う構成とした。
【００２２】
この構成により、経時変化や温度変化などによる同調周波数のズレを補正することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、送信電波の電力が強い状態に収束するようにアンテナの同調周波数を制御することにより、設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置を示す図である。
【００２６】
図１において、非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、通常ループアンテナで構成され、非接触ＩＣカードリーダライタ装置のキャリアを放射してＩＣカードに電力を供給するとともにデータの送信及び非接触ＩＣカードからの負荷変調されたデータを受信するアンテナ１と、アンテナ１の周波数同調を取るためのアンテナ同調回路２と、非接触ＩＣカードから受信したデータを内蔵のメモリに格納し適宜読み出して処理し、必要であれば非接触ＩＣカードへデータを送信するなどして装置全体を制御する制御回路３と、制御回路３から出力される送信データをキャリアに変調する変調回路４と、変調回路４の出力を規定の送信電力まで増幅する増幅回路５と、ダイオードブリッジ等で構成され、キャリアからデータ信号を検波する検波回路６と、検波回路６で検波されたデータ信号を増幅し、波形整形し、制御回路３に伝える受信回路７と、増幅回路５から出力された電力の大きさを検出する送信電力検出回路８と、制御回路３からの制御信号に応じてアンテナ同調回路２を制御してアンテナ同調周波数を上下させる周波数調整回路９と、送信電力検出回路８で検出された電圧レベルを記憶しておく記憶回路１０とを備えている。
【００２７】
このような構成の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、キャリア周波数の電波を常時アンテナ１から出力しており、非接触ＩＣカードは、リーダライタ装置に近づくと、リーダライタ装置から送出されているキャリアを受信し、この受信波を整流することで動作電源を得ている。
【００２８】
また、非接触ＩＣカードリーダライタ装置の制御回路３は、一定周期で変調回路４によりキャリアにＡＭ変調をかけてコマンドを送信しており、非接触ＩＣカードは、キャリアから動作電源を得ると共に、リーダライタ装置から一定周期で送出されるコマンドを受信し、そのコマンドに対するレスポンスを、動作負荷を変える負荷変調方式でリーダライタ装置に伝える。
【００２９】
非接触ＩＣカードリーダライタ装置では、負荷変調で返送されたＡＭ変調波をアンテナ１で受信すると、検波回路６、受信回路７を通してデータ信号を復調し、制御回路３でデータを認識してデータの授受が完了する。
【００３０】
この非接触ＩＣカードリーダライタ装置が、例えば、入退室のチェックの用途に適用される場合、鉄板で作られた壁に設置されたり、或いは、コンクリート製の壁に設置されたりと、様々な場所に設置されることが想定される。
【００３１】
その際、リーダライタ装置のアンテナ１の同調周波数は変化し、出荷時に設定された周波数からズレが生じる。
【００３２】
アンテナ１の同調周波数が変化すると、送信周波数におけるアンテナ１のインピーダンスが低くなり、アンテナ１にかかる送信電圧が下がる。本実施の形態においては、送信電力検出回路８で検出した電力値で制御回路３がこの変化を検知し、周波数調整回路９を制御してアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を変化させる補正を行い、アンテナ同調周波数が最適になるように補正している。
【００３３】
具体的には、図２のフローチャートに示すように、制御回路３は、ユーザからの設定により周波数補正モードが選択されると、装置各部を周波数補正モードに設定し（Ｓ１１）、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ１領域に格納する（Ｓ１２）。
【００３４】
そして、制御回路３は、周波数調整回路９を制御してアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を予め設定された値だけ上げる（Ｓ１３）。
【００３５】
その後、制御回路３は、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ２領域に格納し（Ｓ１４）、ＤＡＴ２に格納されている電力値とＤＡＴ１に格納されている電力値とを比較し、ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高いか判定する（Ｓ１５）。
【００３６】
ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高い場合、制御回路３は、アンテナ１の同調周波数が高めにズレていると判断し、Ｓ１３に戻り、同調周波数を上げても送信電力の電力値の上昇が予め設定された規定値内に収まるまで処理を繰り返す。  
【００３７】
ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値以下であれば、制御回路３は、アンテナ同調周波数を下げる方向に調整するため、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ１領域に格納し（Ｓ１６）、周波数調整回路９を制御してアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を予め設定された値だけ下げる（Ｓ１７）。
【００３８】
その後、制御回路３は、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ２領域に格納し（Ｓ１８）、ＤＡＴ２に格納されている電力値とＤＡＴ１に格納されている電力値とを比較し、ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高いか判定する（Ｓ１９）。
【００３９】
ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高い場合、制御回路３は、アンテナ１の同調周波数が低めにズレていると判断し、Ｓ１７に戻り、同調周波数を下げても送信電力の電力値の上昇が予め設定された規定値内に収まるまで処理を繰り返す。  
【００４０】
ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値以下であれば、制御回路３は、同調周波数の調整は完了したと判断し、周波数補正モードを終了する（Ｓ２０）。このようにして、アンテナ同調周波数は規定の範囲内に収まることになる。
【００４１】
このように本実施の形態においては、送信電力検出回路８で検出した送信電力の電力値が高い値で収束するようにアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を調整しているので、設置環境によるアンテナ同調周波数のズレを補正し、アンテナ同調周波数を最適な状態に保持することができ、良好な通信性能を得て、使い勝手の向上と機器の調整の簡略化を図ることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、非接触ＩＣカードリーダライタ装置のアンテナ１が送受信一体型の場合で説明したが、送信アンテナと受信アンテナとに分かれている場合も、送信アンテナに関して同様にしてアンテナ同調周波数のズレを補正することができる。
【００４３】
本発明の第２の実施の形態としては、図３に示すように、送信電力検出回路８に替えて、アンテナ１側への電力供給に影響を与えずに送信電力を検出するための検出信号（減衰された送信波）を取り出す方向性結合器１１と、方向性結合器１１から取り出した検出信号を直流に変換する整流回路１２とを備えるようにする。
【００４４】
このような構成において、増幅回路５の出力する送信電力は、方向性結合器１１を通してアンテナ１に供給されるとともに、１０ｄＢ程度減衰された検出信号が整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。
【００４５】
制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、上述と同様にアンテナ同調周波数を調整する。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施の形態としては、図４に示すように、送信電力検出回路８に替えて、アンテナ１側への電力供給に影響を与えずに送信電力を検出するための検出信号（減衰された送信波）を取り出す結合コンデンサ１３と、結合コンデンサ１３から取り出した検出信号を直流に変換する整流回路１２とを備えるようにする。
【００４７】
このような構成において、増幅回路５の出力する送信電力は、結合コンデンサ１３を通して１０ｄＢ程度減衰され、検出信号として整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。
【００４８】
制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、上述と同様にアンテナ同調周波数を調整する。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施の形態としては、図５に示すように、送信電力検出回路８に替えて、アンテナ１側への電力供給に影響を与えずに送信電力を検出するための検出信号（減衰された送信波）を取り出す結合コンデンサ１３と、結合コンデンサ１３から取り出した検出信号を直流に変換する整流回路１２とを備え、また、タイマ回路１４を備えて周期的に周波数補正モードになり、アンテナ同調周波数のズレを補正するようにする。
【００５０】
このような構成において、増幅回路５の出力する送信電力は、結合コンデンサ１３を通して１０ｄＢ程度減衰され、検出信号として整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。
【００５１】
制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、上述と同様にアンテナ同調周波数を調整する。
【００５２】
また、制御回路３は、タイマ回路１４により、一定の周期で周波数補正モードに設定され、上述と同様にアンテナ同調周波数を調整する。
【００５３】
このように構成することにより、定期的にアンテナ同調周波数が補正されるため、設置環境によるアンテナ同調周波数のズレに加え、経時変化によるアンテナ同調周波数のズレや、温度変化によるアンテナ同調周波数のズレ等も補正することができる。
【００５４】
図６は本発明の第５の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置を示す図である。なお、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。
【００５５】
図６において、本実施形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、アンテナ１の周波数同調を取るための同調コンデンサ１５と、コンデンサ１６ａとスイッチング素子１６ｂからなるアンテナ１の周波数同調を取るためのコンデンサの容量を調整する同調容量調整回路１６とを備えている。
【００５６】
同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂは、制御回路３からの制御によりオンまたはオフすることができるようになっている。
【００５７】
このような構成の非接触ＩＣカードリーダライタ装置において、増幅回路５の出力する送信電力は、方向性結合器１１を通してアンテナ１に供給されるとともに、１０ｄＢ程度減衰された検出信号が整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。
【００５８】
制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、この検出電力値に基づいて同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂを制御してアンテナの同調周波数を調整する。
【００５９】
例えば、同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂは、オンの状態でアンテナ１の同調周波数が調整され、出荷される。
【００６０】
その後、非接触ＩＣカードリーダライタ装置が鉄板の壁等に設置され、アンテナ１の同調周波数が下がった状態になったとする。
【００６１】
このとき、ユーザからの設定により周波数補正モードが選択されると、制御回路３は整流回路１２が出力する信号を送信電力の電力値とする。この電力値は、アンテナ１の同調周波数が下がった状態なので低下している。
【００６２】
制御回路３は、検出された電力値を記憶回路１０に格納されている規定値と比較し、算出した電力値が規定値より低い場合、制御回路３は、同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂをオフし、アンテナ１の同調周波数を高めに変化させ、アンテナ１の同調周波数を調整する。
【００６３】
このように本実施の形態においては、整流回路１２から出力される信号による電力値が規定値より低いとき同調容量調整回路１６によりアンテナ１の同調周波数を調整しているので、設置環境によるアンテナ同調周波数のズレを補正し、アンテナ同調周波数を最適な状態に保持することができ、良好な通信性能を得て、使い勝手の向上と機器の調整の簡略化を図ることができる。
【００６４】
本実施の形態では、コンデンサ及びスイッチング素子はそれぞれ一つであるが、複数であれば、より細かい調整ができる。
【００６５】
本発明の第６の実施の形態としては、図７に示すように、コンデンサ１７ａとアンテナ１に並列に接続された可変容量ダイオード１７ｂとを有する同調容量調整回路１７を備えるようにする。そして、可変容量ダイオード１７ｂの容量は制御回路３から調整できるようになっている。
【００６６】
このような構成の非接触ＩＣカードリーダライタ装置において、増幅回路５の出力する送信電力は、方向性結合器１１を通してアンテナ１に供給されるとともに、１０ｄＢ程度減衰された検出信号が整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。
【００６７】
制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、この検出電力値に基づいて同調容量調整回路１７の可変容量ダイオード１７ｂを制御してアンテナの同調周波数を調整する。
【００６８】
例えば、同調容量調整回路１７の可変容量ダイオード１７ｂは、バイアス０Ｖでアンテナ１の同調周波数が調整され、出荷される。
【００６９】
その後、非接触ＩＣカードリーダライタ装置が鉄板の壁等に設置され、アンテナ１の同調周波数が下がった状態になったとする。
【００７０】
このとき、ユーザからの設定により周波数補正モードが選択されると、制御回路３は整流回路１２が出力する信号を送信電力の電力値とする。この電力値は、アンテナ１の同調周波数が下がった状態なので低下している。
【００７１】
制御回路３は、算出した電力値を記憶回路１０に格納されている規定値と比較し、算出した電力値が規定値より低い場合、制御回路３は、同調容量調整回路１７の可変容量ダイオード１７ｂのバイアスが高くなるように制御する。可変容量ダイオード１７ｂはバイアスが高くなると容量は小さくなり、アンテナ１の同調周波数は高めに変化し、アンテナ１の同調周波数が調整される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかる非接触ＩＣカード通信装置は、設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができるという効果を有し、電磁誘導を利用してＩＣカードとの通信を行う非接触ＩＣカードシステムの非接触ＩＣカード通信装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置の動作説明のためのフロー図
【図３】本発明の第２の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図
【図４】本発明の第３の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図
【図５】本発明の第４の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図
【図６】本発明の第５の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図
【図７】本発明の第６の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図
【図８】従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図
【符号の説明】
【００７４】
１  アンテナ
２  アンテナ同調回路
３  制御回路
４  変調回路
５  増幅回路
６  検波回路
７  受信回路
８  送信電力検出回路
９  周波数調整回路
１０  記憶回路
１１  方向性結合器
１２  整流回路
１３  結合コンデンサ
１４  タイマ回路
１５  同調コンデンサ
１６  同調容量調整回路
１６ａ  コンデンサ
１６ｂ  スイッチング素子
１７  同調容量調整回路
１７ａ  コンデンサ
１７ｂ  可変容量ダイオード
８１  アンテナ
８２  アンテナ同調回路
８３  制御回路
８４  変調回路
８５  増幅回路
８６  検波回路
８７  受信回路
【図１】
2005208753.tif 000003
【図２】
2005208753.tif 000004
【図３】
2005208753.tif 000005
【図４】
2005208753.tif 000006
【図５】
2005208753.tif 000007
【図６】
2005208753.tif 000008
【図７】
2005208753.tif 000009
【図８】
2005208753.tif 000010