(57)【要約】【課題】パソコンや電池などから供給される電源電圧にかかわらず、アンテナコイルが発生する磁束を増加させ、ＩＣカードとの通信距離を拡大することができる非接触ＩＣカードリーダライタを提供することを目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明の非接触ＩＣカードリーダライタ２０１は、アンテナコイル２０４と、個々のアンテナコイル２０４に対し、流す高周波電流の制御を行なうドライブ回路２０２とを備えた送信出力部２０５を複数個備え、非接触ＩＣカードリーダライタ２０１から発生する磁束数を増加させることにより、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４に鎖交する磁束数を増加させ、通信距離を拡大できるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣカードと磁気的に結合することにより、前記ＩＣカードと非接触で読み書きの通信動作を行う非接触ＩＣカードリーダライタにおいて、
アンテナコイル及び前記アンテナコイルに電流を供給するドライブ回路とを備えた送信出力部を複数個備えたことを特徴とする非接触ＩＣカードリーダライタ。
【請求項２】
複数の前記アンテナコイルは、同軸上に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカードリーダライタ。
【請求項３】
積層された複数の前記アンテナコイルの厚みが、アンテナコイルが発生する高周波磁界の波長より短くなるように配置されたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の非接触ＩＣカードリーダライタ。
【請求項４】
複数の前記アンテナコイルは、同じパターンであって、同じ向きに配置され、それぞれの前記アンテナコイルに接続された前記ドライブ回路から同位相の電流が供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触ＩＣカードリーダライタ。
【請求項５】
前記ドライブ回路は、前記アンテナコイルに供給する電流の位相及び大きさを制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の非接触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、ＩＣカードと非接触で通信処理を行なう非接触ＩＣカードリーダライタに係り、特に、非接触ＩＣカードリーダライタの高出力化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダライタからなるシステム構成図を示し、図５は、従来の非接触ＩＣカードリーダライタのアンテナコイルが発生する磁束とＩＣカードのアンテナコイルとの関係を示す模式図である。
【０００３】
図４及び図５を基に、非接触ＩＣカードリーダライタからＩＣカードへの電力供給について説明する。
【０００４】
図４において、非接触ＩＣカードリーダライタ１０１では、高周波電流をアンテナコイル１０３に供給することにより、アンテナコイル１０３に高周波磁界が発生し、発生した磁束１０９の一部がＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４と鎖交し、この高周波磁界によってアンテナコイル１０４に電流が誘起され、更に制御回路１０６で誘起された電流を整流することで、ＩＣカード１０２の動作電力となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、通常、非接触ＩＣカードリーダライタ１０１のアンテナコイル１０３からＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４へ効率的に電力を伝搬するために、アンテナコイル１０３の共振周波数を高周波電流の周波数に近い周波数に調整してあるので、アンテナコイル１０３のインピーダンスはごく小さい値になるが、アンテナコイル１０３を外付けにする場合においては、伝送効率を最適化するために、アンテナコイル１０３のインピーダンスを５０Ωにしている。
【０００６】
また、図５に示されるように非接触ＩＣカードリーダライタ１０１のアンテナコイル１０３が発生する磁束１０９はアンテナコイル１０３に垂直に発生し、距離が離れるにしたがい弧を描き、磁束１０９の密度が低くなっていき、アンテナコイル１０３を形成する導線の近傍ではアンテナコイル１０３を形成する導線の周囲に閉じた円を描くようになっている。
【０００７】
したがって、非接触ＩＣカードリーダライタ１０１のアンテナコイル１０３とＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４が同軸上に平行に配置され、その間の距離１１０が近いほど、アンテナコイル１０４に最も多くの磁束１０９が鎖交するようになるため、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４に生じる高周波電流も大きくなることになる。
【０００８】
また、逆に、ＩＣカード１０２が動作できる距離をできるだけ伸ばす、あるいはＩＣカード１０２が動作できる角度を９０゜にできるだけ近づけるためには、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４を鎖交する磁束１０９の数を増やせば良く、そのためには、上記のようにインピーダンスはほぼ固定と考えて良いので、アンテナコイル１０３に印加する電圧を上げ、アンテナコイル１０３に供給する電流を大きくすることにより、磁束１０９の数を増加させることができる。
【０００９】
また、ＩＣカード１０２と非接触ＩＣカードリーダライタ１０１との通信は、まず、非接触ＩＣカードリーダライタ１０１の制御回路１０７がコマンドデータを出力し、送信回路１０５がコマンドデータで高周波電流を振幅変調することにより、磁界を介して非接触ＩＣカード１０２にコマンドデータが送信される。
【００１０】
一方、ＩＣカード１０２の制御回路１０６は非接触ＩＣカードリーダライタ１０１からのコマンドデータを復調し、コマンドに従って内部処理を行い、負荷変調を用いてレスポンスデータを非接触ＩＣカードリーダライタ１０１に対し送信する。
【００１１】
非接触ＩＣカードリーダライタ１０１は非接触ＩＣカード１０２からのレスポンスデータをアンテナコイル１０３で受信し、受信回路１０８が復調を行い、制御回路１０７がレスポンスデータを認識し、通信処理が完了する。
【特許文献１】特開２００３−３０６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来の構成では、電源に電池を用いる携帯型の非接触ＩＣカードリーダライタ、あるいはパソコンのＵＳＢインターフェース等から電源の供給を受ける非接触ＩＣカードリーダライタにおいては、電源電圧が低く、容易に電源電圧を上げることができないので、非接触ＩＣカードとの通信距離を拡大するためにアンテナコイルに供給する電流を大きくすることが困難であるという課題がある。
【００１３】
本発明は、前記課題に鑑み、供給される電源電圧が低くても、電源電圧を上げることなく、非接触ＩＣカードとの通信距離を拡大することができる非接触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】
【００１４】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、ＩＣカードと磁気的に結合することにより、前記ＩＣカードと非接触で読み書きの通信動作を行う非接触ＩＣカードリーダライタであって、アンテナコイル及び前記アンテナコイルに電流を供給するドライブ回路とを備えた送信出力部を複数個備えている。
【００１５】
係る構成によれば、ＩＣカードのアンテナコイルに鎖交する磁束数は、非接触ＩＣカードリーダライタの個々のアンテナコイルが発生する磁束数を合成したものになるので、電源電圧を上げることなく、非接触ＩＣカードのアンテナコイルと鎖交する磁束数を増加することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、複数の前記アンテナコイルは、同軸上に積層されている。
【００１７】
係る構成によれば、非接触ＩＣカードリーダライタの個々のアンテナコイルが発生する磁束が位置のずれによって打ち消し合うことがないので、磁束数を最大にすることができる。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のいずれかの発明において、積層された複数の前記アンテナコイルの厚みが、アンテナコイルが発生する高周波磁界の波長より短くなるように配置されている。
【００１９】
係る構成によれば、非接触ＩＣカードリーダライタの個々のアンテナコイルが発生する磁界の位相が大きくずれる事がないので、位相差によって磁束を打ち消し合ってしまうことがなく、合成された磁束数を最大にすることができる。
【００２０】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、複数の前記アンテナコイルは、同じパターンであって、同じ向きに配置され、それぞれの前記アンテナコイルに接続された前記ドライブ回路から同位相の電流が供給される。
【００２１】
係る構成によれば、非接触ＩＣカードリーダライタの個々のアンテナコイルが発生する磁束が位置のずれによって打ち消し合うことがない。
【００２２】
また、非接触ＩＣカードリーダライタの個々のアンテナコイルが発生する磁界の位相が大きくずれる事がないので、位相差によって磁束を打ち消し合ってしまうことがなく、合成された磁束数を最大にすることができる。
【００２３】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記ドライブ回路は、前記アンテナコイルに供給する電流の位相及び大きさを制御する。
【００２４】
係る構成によれば、非接触ＩＣカードリーダライタの個々のアンテナコイルが発生する磁界をそれぞれ所望の大きさ、パターンに制御し、それらを組合わせることにより、磁気的に結合された非接触ＩＣカードのアンテナコイルに鎖交する磁束数を最大にすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明の非接触ＩＣカードリーダライタによれば、ＩＣカードに電力を供給するとともにデータ通信処理をする複数のアンテナコイルが同軸上に積層され
ているため、電源電圧にかかわらず、アンテナコイルから発生する磁束数を増加させることができ、通信距離を伸ばすことができる。
【００２６】
また、ドライブ回路によりアンテナコイルに供給する電流の位相、大きさを制御することにより、非接触ＩＣカードのアンテナコイルに鎖交する磁束数を最大にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
なお図面を説明するにあたり、従来と同一構成には、同一符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
本発明の非接触ＩＣカードリーダライタの実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の非接触ＩＣカードリーダライタに係るシステム構成図であり、図２は、本発明の非接触ＩＣカードリーダライタのアンテナコイルの構成を示す図、図３は、本発明の非接触ＩＣカードリーダライタのアンテナコイルが発生する磁束とＩＣカードのアンテナコイルとの関係を示す模式図である。
【００３１】
図１に示されるように、本発明の非接触ＩＣカードリーダライタ２０１は、アンテナコイル２０４と、個々のアンテナコイル２０４に対し、流す高周波電流の制御を行なうドライブ回路２０２とを備えた送信出力部２０５を４個備え、ドライブ回路２０２は送信回路２０３から出力される搬送波を高周波電流としてアンテナコイル２０４に供給し、磁界を発生する。
【００３２】
ここで、アンテナコイル２０４から発生する磁束は、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４と鎖交し、アンテナコイル１０４に非接触ＩＣカードリーダライタ２０１のアンテナコイル２０４と同じ高周波電流が発生することになり、非接触ＩＣカードリーダライタ２０１からＩＣカード１０２へと電力が伝達されることになる。
【００３３】
また、個々の送信出力部２０５のドライブ回路２０２は、独立して動作するが、同じ送信回路２０３により個々のアンテナコイルに高周波電流が供給されるため、位相は同位相となり、図２に示すように、同じ向きのアンテナコイル２０４を同軸上に積層することにより、同位相の磁界が発生し、その磁束数は、個々のアンテナコイルから発生される磁束数が合成されたものとなるため、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４と鎖交する磁束数を増加させることができる。
【００３４】
更に、好ましくは、積層後の厚みが、高周波磁界の波長に比較して、十分短くなるように配置することにより、個々のアンテナコイル２０４から発生する磁束同士が打ち消し合うことが無く、磁界に大きな位相差が発生しないため、発生する磁束数を最大にすることができる。
【００３５】
以上説明したように、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４と鎖交する磁束数は、非接触ＩＣカードリーダライタ２０１の個々のアンテナコイル２０４が発生する磁束数を合成したものになるので、電源電圧を上げることなく、図３に示すように、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４と鎖交する磁束数を増加させることができ、非接触ＩＣカードリーダライタ２０１とＩＣカードとの通信距離を拡大することができる。
【００３６】
また、上記の非接触ＩＣカードリーダライタ２０１の個々のアンテナコイル２０４の全てまたは一部を異なったパターンに形成し、図３に示すように、ＩＣカード１０２に近いアンテナコイル２０４の間隔を詰めて配置することにより、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４に鎖交する磁束数を最大にするような最適な磁界パターンを構成することができるので、供給される電源電圧にかかわらず、ＩＣカード１０２との通信距離を拡大することができる。
【００３７】
また、更に各ドライブ回路２０２により、高周波電流の位相、大きさを制御することにより、合成されたＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４に鎖交する磁束数を最大にするような磁界パターンを構成することができる。
【００３８】
なお、上記説明では、４個の送信出力部２０５で説明したが、これに限られるものではなく、複数個あれば良い。
【００３９】
また、上述したアンテナコイル２０４の大きさ、パターン、配置、さらにアンテナコイル２０４に接続されたドライブ回路２０２の電流の位相、大きさを適宜調整することにより、ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０４に鎖交する磁束数を最大にするような最適な磁界パターンを形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の非接触ＩＣカードリーダライタは、非接触ＩＣカードとの通信距離を拡大する上で有用な技術であり、特に、電源に電池を用いる携帯型の非接触ＩＣカードリーダライタ、あるいはパソコンのＵＳＢインターフェース等から電源の供給を受ける非接触ＩＣカードリーダライタに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の非接触ＩＣカードリーダライタに係るシステム構成図
【図２】本発明の非接触ＩＣカードリーダライタのアンテナコイルの構成を示す図
【図３】本発明の非接触ＩＣカードリーダライタのアンテナコイルが発生する磁束とＩＣカードのアンテナコイルとの関係を示す模式図
【図４】従来のＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダライタのシステム構成図
【図５】従来の非接触ＩＣカードリーダライタのアンテナコイルが発生する磁束とＩＣカードのアンテナコイルとの関係を示す模式図
【符号の説明】
【００４２】
１０１、２０１  非接触ＩＣカードリーダライタ
１０２  ＩＣカード
【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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