(57)【要約】 【課題】  ＩＣカードに必要以上の電力を供給することなく、発熱を抑制しながら、通信距離の拡大が可能で、かつ簡単な回路構成による非接触型ＩＣカードリーダライタを提供すること。【解決手段】  リーダライタ１０におけるコイルアンテナ１１の負荷インピーダンスを検出するための負荷インピーダンス検出器１２を備え、その負荷インピーダンスの変動に基づき、リーダライタ１０側からの送信出力を増加または減少させて出力制御する駆動回路１３を備える非接触型ＩＣカードリーダライタである。【選択図】  図１
2005107781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ状のコイルアンテナを有し、非接触型ＩＣカードとの間でデータ交換および電源供給を行う非接触型ＩＣカードリーダライタにおいて、前記コイルアンテナの負荷インピーダンスを検出する手段と、前記負荷インピーダンスの変動に基づき、前記非接触型ＩＣカードへの送信出力を増加または減少させる出力制御手段とを備えることを特徴とする非接触型ＩＣカードリーダライタ。
【請求項２】
前記負荷インピーダンスを検出する手段は、送信回路の電源電圧値および電流値を検出する回路を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触型ＩＣカードリーダライタ。
【請求項３】
前記出力制御手段は、オペアンプによるフィードバック回路を有することを特徴とする請求項１または２に記載の非接触型ＩＣカードリーダライタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型ＩＣカードリーダライタに関し、特に非接触型ＩＣカードのＩＣモジュールに対して、高出力の電磁波の影響による発熱や破損などの損傷を軽減することが可能で、かつ通信距離の拡大が可能な非接触型ＩＣカードリーダライタに関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触型ＩＣカードリーダライタ（以下、リーダライタと略記することがある）は、そのアンテナ部に非接触型ＩＣカード（以下、ＩＣカードと略記することがある）をかざして、電波で情報の送受信を行うことにより、非接触でリード（データ読込み）、およびライト（データ書込み）動作を行う。この種のリーダライタは、キャリア周波数ｆ＝１３.５６ＭＨｚで動作し、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に準拠した近接型、またはＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３に準拠した近傍型の通信に対応し、近接型で最大約１０ｃｍ前後、近傍型で最大約７０ｃｍ前後の通信距離をカバーできるものである。
【０００３】
このような通信に使用されるリーダライタは、リーダライタからの距離（通信範囲内での距離）に関係なく、ＩＣカードの存在を常に把握する必要があるために、動作中であるか待機中であるかにかかわらず、常時、電波を発生させ、一定の送信出力で固定されている。
【０００４】
また、通信距離が一定距離以下、あるいは一定距離以上であることが既知である使用環境においては、それぞれの送信出力をローパワー／ハイパワーに切換えて通信を行うようにしたリーダライタもある。しかしこの場合も、常に一定の電波がリーダライタから放射され送信出力は固定されている。さらに、近年の通信距離拡大の要求にともない送信電波は高出力化する傾向にある。
【０００５】
このような状況のなかで、送信電波によるＩＣカードに対する影響を無視することができなくなってきている。すなわち、リーダライタにＩＣカードをかざす位置あるいは時間は、利用者によってまちまちであり、一定出力で電磁波が放射される環境下において、リーダライタのコイルアンテナ面に過度に近づけたり、長時間かざしたままの状態にしておいた場合には、余分な電力をＩＣカードに与えることになり、それがＩＣカード内のＩＣモジュールの発熱を誘発し、ＩＣモジュールが破損し、ＩＣカードの機能に障害をもたらすといったことが懸念されている。
【０００６】
また、これらの懸念を解消するために送信出力を低下させると、所定の通信距離が確保されず通信に支障をきたすという問題が生じてしまう。
【０００７】
これら問題点を解決するための技術として、特許文献１に開示された例がある。これはリーダライタ側からの搬送波出力レベルを検出してＩＣカード位置を割り出し、マイコンによる電力制御により最適な電力をＩＣカードに送信することによりＩＣカードの発熱や障害を回避しようとするものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２４２７３９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、特許文献１の方法を用いる場合には、回路構成が複雑でマイコン部への負担が過大となるという別の問題があった。
【００１０】
したがって、本発明は、ＩＣカードに必要以上の電力を供給することなく、発熱を抑制しながら、通信距離の拡大が可能で、かつ簡単な回路構成による非接触型ＩＣカードリーダライタ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】
このような課題を解決するために、本発明の非接触型ＩＣカードリーダライタは、ループ状のコイルアンテナを有し、非接触型ＩＣカードとの間でデータ交換および電源供給を行う非接触型ＩＣカードリーダライタにおいて、前記コイルアンテナの負荷インピーダンスを検出する手段と、前記負荷インピーダンスの変動に基づき、前記非接触型ＩＣカードへの送信出力を増加または減少させる出力制御手段とを備えることを特徴とする
【００１２】
また、前記負荷インピーダンスを検出する手段は、送信回路の電源電圧値および電流値を検出する回路を有するとよい。
【００１３】
そして、前記出力制御手段は、オペアンプによるフィードバック回路を有するとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、非接触型ＩＣカードリーダライタの送信回路の電源電圧値および電流値を検出し、これからコイルアンテナの負荷インピーダンスを演算し、その負荷インピーダンスの変動に対応してリーダライタ側からの送信出力を増加または減少させる出力制御手段を設けたので、ＩＣカードがリーダライタ検出面に近づき過ぎた場合は、送信出力を減少させることで余分な電力を供給しなくなるため、ＩＣモジュールの発熱が抑制される。また、ＩＣカードが離れ過ぎている場合は、送信出力を増加させることにより通信距離を拡大することができる。また、この出力制御は、簡単なアナログ回路構成により実現できる。したがって、ＩＣカードの取扱い上の容易性と通信の信頼性を簡便な方法で両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施の形態による非接触型ＩＣカードリーダライタと非接触型ＩＣカードの構成を示す斜視図である。リーダライタ１０表面にはＩＣカード２０検出のためのループ状のコイルアンテナ１１が内蔵されており、このコイルアンテナ１１は、ＩＣカード２０をリーダライタ１０表面に近接させた際、ＩＣカード２０とリーダライタ１０間のデータ授受、およびＩＣカード２０への電力供給のための電波を発する。なお、ＩＣカード２０にはコイルアンテナ２１およびＩＣモジュール２２が備えられている。
【００１６】
リーダライタ１０検出面からＩＣカード２０までの距離ｄと、リーダライタ１０のコイルアンテナ１１から発せられる送信出力、すなわちＩＣカード２０に放射される磁界強度の関係は、図３において、破線で相関曲線４０として示すように、距離の３乗に反比例し、リーダライタ１０検出面で最も大きく、そこから離れるに従って減衰する。そのため、リーダライタ１０検出面にＩＣカード２０を近づけ過ぎると、ＩＣカード２０は、過大な電磁界環境にさらされることになる。逆に、離れ過ぎると通信に必要な電力が不足し送受信が困難になる。なお、図３において、４１は最適電力時の磁界強度、４２は余分な電力領域、４３は不足する電力領域、４４は最適距離ｄ１を示している。
【００１７】
ＩＣカード２０とリーダライタ１０検出面間距離に依存しないで常にＩＣカード２０に最適な電力を送信するには、図３において、ＩＣカード２０が近づき過ぎた場合、すなわち最適距離ｄ１（４４）より短い場合は、送信出力を減少させ最適出力となるように制御する。また、ＩＣカードが離れ過ぎている場合、すなわち最適距離ｄ1（４４）より長い場合は、送信出力を増加させ最適出力となるように制御すればよい。
【００１８】
これを実現するために、以下のような回路構成とする。図１は、本発明の一実施の形態による非接触型ＩＣカードリーダライタと非接触型ＩＣカードの構成を示すブロック図である。図１においてリーダライタ１０は、ＩＣカード２０との通信のためのループ状のコイルからなる送受信用のコイルアンテナ１１と、発振器１５と、変調回路１４と、駆動回路１３と、復調回路１６と、送信回路部における電源電圧値および電流値を検出および演算してコイルアンテナの負荷インピーダンスを検出する負荷インピーダンス検出器１２と、データ処理のためのＣＰＵ１８を含む制御回路部１７、および上位機３０と接続するためのインターフェース部１９とから構成される。
【００１９】
リーダライタ１０の発振器１５は、ｆ＝１３.５６ＭＨｚで一定の周波数の信号を発生している。変調回路１４は、発振器１５からの信号を用いてＣＰＵ１８を中心として構成された制御回路部１７からの送信データを変調する。変調された信号は、駆動回路１３に入力され、電力増幅されてループ状のコイルからなる送受信用のコイルアンテナ１１に入力される。コイルアンテナ１１は、入力された信号により電波を発生する。
【００２０】
ＩＣカード２０のコイルアンテナ２１は、リーダライタ１０のコイルアンテナ１１によって発生された電波を受けて、電流信号を発生する。電源回路２３は、入力された電流信号を整流、安定化し、各部に電源として供給する（この線路は図示していない）。
【００２１】
また、復調回路２５は、入力された電流信号を復調し、制御回路２６へ出力する。ＣＰＵを中心として構成される制御回路２６は、入力された復調信号を解釈し、メモリ２７からのデータの読み出しや、書き込みを行う。メモリ２７から読み出されたデータは、制御回路２６を介して変調回路２４にて変調されコイルアンテナ２１よりリーダライタ１０のコイルアンテナ１１に向けて送信される。受信した信号はリーダライタ１０の復調回路１６にて復調され、制御回路部１７へ送られる。
【００２２】
ＩＣカード２０とリーダライタ１０検出面との相対位置により、リーダライタ１０内部のコイルアンテナ１１の負荷インピーダンスが変動する。図４は非接触型ＩＣカードリーダライタのコイルアンテナの負荷インピーダンスと、非接触型ＩＣカードリーダライタ・非接触型ＩＣカード間の距離ｄとの関係を示す。同図において、５０がその関係を示す相関曲線である。すなわち図４に示すようにＩＣカード２０がリーダライタ１０検出面に近い位置にある場合は、リーダライタ１０内部のコイルアンテナ１１の負荷インピーダンスＺＬは増大し、逆に遠く離れた位置にある場合は負荷インピーダンスが減少する特性を示す。
【００２３】
この負荷インピーダンス値とＩＣカード２０の相対位置とを対応付け、間接的にリーダライタ１０検出面とＩＣカード２０間の距離ｄを知ることができる。コイルアンテナ１１の負荷インピーダンスを検出するために、負荷インピーダンス検出器１２内の電圧・電流検出回路（図示せず）により送信回路部の電源電圧値および電流値を検出する。検出した電圧値および電流値をもとに演算回路（割算回路）（図示せず）により負荷インピーダンスを算出する。負荷インピーダンスの算出は、送信回路部の電源電圧／電源電流の計算式から導かれる。また、このときの演算はアナログ方式またはデジタル方式で実施される。
【００２４】
負荷インピーダンス検出器１２により算出された値をもとに、駆動回路１３によりコイルアンテナ１１から送信される出力の増減を制御するようにオペアンプによるフィードバック回路を構成する。この方法は、インピーダンスの上昇を検知して出力を低下させるだけなので比較的簡単なアナログ回路構成で実現可能である。これによりＩＣカード・リーダライタ検出面間距離と対応付けられたコイルアンテナ１１の負荷インピーダンス値をもとに、コイルアンテナ１１から送信される出力の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態による非接触型ＩＣカードリーダライタと非接触型ＩＣカードの構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態による非接触型ＩＣカードリーダライタと非接触型ＩＣカードの構成を示す斜視図。
【図３】本発明の一実施の形態による、非接触型ＩＣカードリーダライタおよび非接触型ＩＣカード間の距離と、ＩＣカードが受ける磁界強度との関係を示す図。
【図４】本発明の一実施の形態による非接触型ＩＣカードリーダライタのコイルアンテナの負荷インピーダンスと、非接触型ＩＣカードリーダライタ・非接触型ＩＣカード間の距離との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１０    リーダライタ
１１，２１    コイルアンテナ
１２    負荷インピーダンス検出器
１３    駆動回路
１４    変調回路
１５    発振器
１６    復調回路
１７    制御回路部
１８    ＣＰＵ
１９    インターフェース部
２０    ＩＣカード
２２    ＩＣモジュール
２３    電源回路
２４    変調回路
２５    復調回路
２６    制御回路
２７    メモリ
３０    上位機
４０，５０    相関曲線  
４１    最適電力時の磁界強度    
４２    余分な電力領域  
４３    不足する電力領域  
４４    最適距離ｄ１
【図１】
2005107781.tif 000003
【図２】
2005107781.tif 000004
【図３】
2005107781.tif 000005
【図４】
2005107781.tif 000006