(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触信号転送手段としてのＩＣカード側コイルを備えた非接触ＩＣカードと、前記ＩＣカード側コイルと電磁誘導結合されるリーダライタ側コイル及び外部機器との間の信号の入出力を制御するインタフェース回路を備えたリーダライタ装置とからなる非接触ＩＣカードシステムにおいて、
前記リーダライタ装置には、搬送波発振回路と、周波数が当該搬送波発振回路より発信される搬送波の１／ｎ（ｎは正の整数）の同期クロックを生成する同期クロック発振回路と、前記同期クロックの位相と前記非接触ＩＣカードからの送信信号の位相とを比較する位相比較回路と、リーダライタ側変調回路と、当該リーダライタ側変調回路への入力を前記同期クロック又は前記インタフェース回路を介して取り込まれた外部機器からの送信信号に切り替えるリーダライタ側スイッチ回路と、前記位相比較回路の出力信号に応じて前記外部機器からの送信信号の位相を１８０度反転する位相反転回路を備え、
前記非接触ＩＣカードには、半導体メモリと、当該半導体メモリに対する情報のリードライトを制御するメモリ制御回路と、ＩＣカード側変調回路と、ＩＣカード側復調回路と、前記ＩＣカード側変調回路への入力を前記ＩＣカード側復調回路の出力又は前記メモリ制御回路の出力に切り替えるスイッチ回路とを備え、
前記リーダライタ装置と前記非接触ＩＣカードとの間で情報信号の送受信を開始する前の段階では、前記リーダライタ側スイッチ回路が前記同期クロック発振回路の出力に切り替えられていると共に、前記ＩＣカード側スイッチ回路が前記ＩＣカード側復調回路の出力に切り替えられており、前記リーダライタ装置から前記非接触ＩＣカードへの信号の送信と、前記ＩＣカード側復調回路による受信信号の復調と、前記非接触ＩＣカードから前記リーダライタ装置への信号の送信と、前記リーダライタ側復調回路による受信信号の復調と、前記位相比較回路による位相の比較とを行い、
前記同期クロックの位相と前記リーダライタ側復調回路にて復調された信号の位相とが１８０度ずれている場合には、前記位相反転回路にて前記外部機器から取り込まれる信号の位相を１８０度反転し、前記同期クロックの位相と前記リーダライタ側復調回路にて復調された信号の位相とが同位相である場合には、前記位相反転回路をそのまま保持し、
しかる後に、前記リーダライタ側スイッチ回路を前記インタフェースの出力に切り替えると共に、前記ＩＣカード側スイッチ回路を前記メモリ制御回路の出力に切り替えて情報信号の送受信を行うことを特徴とする非接触ＩＣカードシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触信号転送手段としてのコイルを備えた非接触ＩＣカードと、前記ＩＣカード側コイルと電磁誘導結合されるコイルを備えたリーダライタ装置とから構築される非接触ＩＣカードシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩＣカードとリーダライタ装置との間の情報通信を、ＩＣカードに備えられた平面コイルとリーダライタ装置に備えられた平面コイルとの電磁誘導結合を利用して行う非接触ＩＣカードシステムが提案されている。
【０００３】
図３は、従来より知られているこの種の非接触ＩＣカードシステムの一例を示す図であって、１はリーダライタ装置、２は非接触ＩＣカードを示している。
【０００４】
リーダライタ装置１は、パソコン等の外部機器との情報の入出力を制御するインタフェース回路１１と、所定周波数の搬送波を生成する搬送波発振回路１２と、搬送波を与えられた信号にしたがって変調するリーダライタ側位相変調回路１３と、ＩＣカード側コイル２３と電磁誘導結合されるリーダライタ側コイル１４と、当該コイル１４の駆動回路１５と、前記リーダライタ側コイル１４に流れる電流を検出し、振幅変調された信号を取り出す復調回路１６とから構成されており、復調された信号はインタフェース回路１１に与えられる。
【０００５】
一方、非接触ＩＣカード２は、半導体メモリ２１と、当該半導体メモリ２１に対する情報のリードライトを制御するメモリ制御回路２２と、非接触信号転送手段としてのＩＣカード側コイル２３と、当該コイル２３に流れる電流を検出して位相変調された信号を取り出すＩＣカード側復調回路２４と、前記メモリ制御回路２２より与えられる信号にしたがって前記コイル２３の並列負荷抵抗２５を変化させ、非接触ＩＣカード２で消費する電流を変化させるＩＣカード側変調回路２６とから構成されており、前記ＩＣカード側復調回路２４にて復調された信号は、前記メモリ制御回路２２に与えられる。
【０００６】
かかる構成の非接触ＩＣカードシステムにおいて、リーダライタ装置１から非接触ＩＣカード２に情報を送信する場合、リーダライタ装置１は非接触ＩＣカード２に送信する情報をパソコン等の外部機器から受け取る。インタフェース回路１１は外部機器からの情報を例えばＲＳ２３２Ｃプロトコルのようなシリアルデータ信号に変換し、当該シリアルデータ信号にて搬送波発振回路１２により生成された搬送波を位相変調する。位相変調の方式は、一般的に用いられている方式で、送信するシリアルデータ信号の変化点で搬送波の位相を１８０度変化させるというものである。したがって、前記シリアルデータ信号が図４（ａ）で示される信号であり、位相変調される搬送波が図４（ｂ）で示される信号である場合、位相変調された搬送波は図４（ｃ）で示される信号になる。
【０００７】
コイル駆動回路１５は、位相変調された信号にしたがってリーダライタ側コイル１４を駆動する電流を変化させる。リーダライタ側コイル１４とＩＣカード側コイル２３とは電磁誘導により結合しており、リーダライタ側コイル１４を駆動する電流の変化にしたがって、ＩＣカード側コイル２３に生じる誘導電流が変化する。ＩＣカード側復調回路２４はＩＣカード側コイル２３に流れる電流を検出し、位相変調された信号を復調する。復調された信号はメモリ制御回路２２を介して半導体メモリ２１に記憶される。
【０００８】
一方、非接触ＩＣカード２からリーダライタ装置１へは、半導体メモリ２１に記憶されている情報が送信される。メモリ制御装置２２は、リーダライタ装置１を介して外部機器より送信された指令に基づいて半導体メモリ２１に記憶された情報の中から所要の情報を読み出してシリアルデータ信号に変換し、ＩＣカード側変調回路２６に与える。
【０００９】
当該ＩＣカード側変調回路２６は、与えられた信号にしたがって並列負荷抵抗２５の値を変化させる。並列負荷抵抗２５の値が変化するのに伴い、非接触ＩＣカード２で消費される電流が変化する。リーダライタ側コイル１４とＩＣカード側コイル２３とは電磁誘導結合しているので、非接触ＩＣカード２で消費される電流が変化すると、リーダライタ側コイル１４に流れる電流も変化する。リーダライタ側復調回路１６は、この電流変化分を復調してメモリ制御回路２２が送信した信号を復元する。インタフェース回路１１は、復調した信号から情報を取り出して外部機器に転送する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記構成の非接触ＩＣカードシステムにおいては、平面コイル間の電磁誘導結合を利用して情報の通信を行うので、リーダライタ装置１に対して非接触ＩＣカード２の表面を対向させても、また裏面を対向させても、リーダライタ側コイル１４とＩＣカード側コイル２３とが電磁誘導結合され得る。
【００１１】
リーダライタ装置１に対して非接触ＩＣカード２の表面を対向させた場合と、裏面を対向させた場合とでは、リーダライタ装置１を介して外部機器から送信された信号をＩＣカード側コイル２３にて受信したとき、ＩＣカード側コイル２３に生じる誘導電流を検出した信号は、図４（ｄ）及び（ｅ）に示すように位相が１８０度ずれたものになる。ＩＣカード側復調回路２４は、ＩＣカード側コイル１３に流れる電流を検出し、位相変調された信号を復調するので、検出した信号が図４（ｄ）の位相をもつ場合には復調された信号は図４（ｆ）に示すものとなり、図４（ｅ）の位相をもつ場合には図４（ｇ）に示すものとなる。なお、非接触ＩＣカード２からリーダライタ装置１に情報を送信する場合にも、非接触ＩＣカード２の向きによってリーダライタ側復調回路１６で復調される信号の位相が１８０度ずれたものになる。したがって、このままの状態では信頼性の高い情報通信を実現することができないので、非接触ＩＣカードシステムを実用化するためには何らかの方策を必要とする。
【００１２】
この場合、リーダライタ装置１と非接触ＩＣカード２との間に非接触ＩＣカード２の表裏を判定するための手段を設け、当該表裏判定手段によって非接触ＩＣカード２の向きが不適切であると判定された場合にはエラー信号を出力し、ユーザに非接触ＩＣカード２の表裏反転を求めることもできる。しかしながら、このような手段によると、ユーザの負担が大きく非接触ＩＣカード２を利用する利点が減殺されるばかりでなく、エラーの発生頻度が高くなるためにシステム効率が悪くなる。
【００１３】
本発明の課題は、かかる従来技術の不備を解消し、通信の信頼性が高く、使用の利便性に優れ、かつシステム効率が良好な非接触ＩＣカードシステムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、非接触信号転送手段としてのＩＣカード側コイルを備えた非接触ＩＣカードと、前記ＩＣカード側コイルと電磁誘導結合されるリーダライタ側コイル及び外部機器との間の信号の入出力を制御するインタフェース回路を備えたリーダライタ装置とからなる非接触ＩＣカードシステムにおいて、前記リーダライタ装置には、搬送波発振回路と、周波数が当該搬送波発振回路より発信される搬送波の１／ｎ（ｎは正の整数）の同期クロックを生成する同期クロック発振回路と、前記同期クロックの位相と前記非接触ＩＣカードからの送信信号の位相とを比較する位相比較回路と、リーダライタ側変調回路と、当該リーダライタ側変調回路への入力を前記同期クロック又は前記インタフェース回路を介して取り込まれた外部機器からの送信信号に切り替えるリーダライタ側スイッチ回路と、前記位相比較回路の出力信号に応じて前記外部機器からの送信信号の位相を１８０度反転する位相反転回路を備え、前記非接触ＩＣカードには、半導体メモリと、当該半導体メモリに対する情報のリードライトを制御するメモリ制御回路と、ＩＣカード側変調回路と、ＩＣカード側復調回路と、前記ＩＣカード側変調回路への入力を前記ＩＣカード側復調回路の出力又は前記メモリ制御回路の出力に切り替えるスイッチ回路とを備え、前記リーダライタ装置と前記非接触ＩＣカードとの間で情報信号の送受信を開始する前の段階では、前記リーダライタ側スイッチ回路が前記同期クロック発振回路の出力に切り替えられていると共に、前記ＩＣカード側スイッチ回路が前記ＩＣカード側復調回路の出力に切り替えられており、前記リーダライタ装置から前記非接触ＩＣカードへの信号の送信と、前記ＩＣカード側復調回路による受信信号の復調と、前記非接触ＩＣカードから前記リーダライタ装置への信号の送信と、前記リーダライタ側復調回路による受信信号の復調と、前記位相比較回路による位相の比較とを行い、前記同期クロックの位相と前記リーダライタ側復調回路にて復調された信号の位相とが１８０度ずれている場合には、前記位相反転回路にて前記外部機器から取り込まれる信号の位相を１８０度反転し、前記同期クロックの位相と前記リーダライタ側復調回路にて復調された信号の位相とが同位相である場合には、前記位相反転回路をそのまま保持し、しかる後に、前記リーダライタ側スイッチ回路を前記インタフェースの出力に切り替えると共に、前記ＩＣカード側スイッチ回路を前記メモリ制御回路の出力に切り替えて情報信号の送受信を行うという構成にした。
【００１５】
リーダライタ装置に対向する非接触ＩＣカードの面が適正である場合、リーダライタ装置から非接触ＩＣカードに送信される信号の位相と非接触ＩＣカードにて受信される信号の位相、即ち、同期クロックの位相と非接触ＩＣカードから戻されリーダライタ側復調回路にて復調された信号の位相とは同位相になり、リーダライタ装置に対向する非接触ＩＣカードの面が表裏逆転している場合には、同期クロックの位相と非接触ＩＣカードから戻されリーダライタ側復調回路にて復調された信号の位相とは逆位相になる。したがって、位相比較回路にて同期クロックの位相と非接触ＩＣカードから戻されリーダライタ側復調回路にて復調された信号の位相を比較することによって、非接触ＩＣカードの表裏を検出することができる。
【００１６】
また、位相比較回路にて前記各信号の位相が逆位相であると判定された場合に、リーダライタ装置から非接触ＩＣカードに送信される信号の位相を１８０度ずらすと、それ以後は、非接触ＩＣカードにて受信される信号の位相が、リーダライタ装置に対して非接触ＩＣカードを適正な向きに向けて対向させた場合と同位相になるので、リーダライタ装置に対する非接触ＩＣカードの対向面を変更しなくても、正確な情報通信を行うことができる。非接触ＩＣカードからリーダライタ装置に情報を送信する場合も同様である。
【００１７】
したがって、リーダライタ装置と非接触ＩＣカードとの間の情報通信が円滑になり、通信の信頼性を改善できると共に使用の利便性及びシステム効率の向上を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非接触ＩＣカードシステムの一実施形態例を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は本例に係る非接触ＩＣカードシステムのブロツク図であり、図２は装置各部の信号の波形図である。図１に示すように、本例の非接触ＩＣカードシステムは、リーダライタ装置１Ａと非接触ＩＣカード２Ａとからなる。
【００１９】
リーダライタ装置１Ａは、図３に示した従来のリーダライタ装置１に、発振回路１２で生成される搬送波の１／ｎの周波数のクロックを生成する同期クロック発振回路１７と、同期クロックと復調回路１６にて復調された信号の位相を比較し位相が同じであるか１８０度ずれているかを判定する位相比較回路１８と、位相変調回路１３に与える信号をインタフェース回路１１が外部機器から受け取った信号又は同期クロックに切り替るスイッチ１９と、当該スイッチ１９の切り替えを制御するタイマー１９ａと、前記インタフェース回路１１内に組み込まれ、前記位相比較回路１８からの指令によって当該インタフェース回路１１が外部機器から受け取った信号の位相を１８０度反転させる位相反転回路１９ｂを付加した構成になっている。その他については、図３に示した従来のリーダライタ装置２と同じであるので、相当する部分に同一の符号を表示して、説明を省略する。
【００２０】
一方、非接触ＩＣカード２Ａは、図３に示した従来の非接触ＩＣカード２に、変調回路２６に与える信号をメモリ制御回路２２により半導体メモリ２１から読み出した信号又は復調回路２４により復調された信号に切り替るスイッチ２７と、当該スイッチ２７の切り替えを制御するタイマー２８を付加した構成になっている。その他については、図３に示した従来の非接触ＩＣカード２と同じであるので、相当する部分に同一の符号を表示して、説明を省略する。
【００２１】
次に、本例に係る非接触ＩＣカードシステムの動作を、図１及び図２を用いて説明する。本システムでは、リーダライタ装置１Ａにて非接触ＩＣカード２Ａの表裏判定を行い、その判定結果に基づいてリーダライタ装置１Ａから非接触ＩＣカード２Ａに送信される信号の位相を調整し、しかる後に、リーダライタ装置１Ａと非接触ＩＣカード２Ａとの間の情報通信を実行する。リーダライタ装置１Ａと非接触ＩＣカード２Ａの表裏判定は、実際の通信を開始する前の初期化処理の中で実行される。
【００２２】
リーダライタ装置１Ａと非接触ＩＣカード２Ａとの間の通信を開始する前の段階において、リーダライタ側スイッチ１９は同期クロック発振回路１７側に接続され、ＩＣカード側スイッチ２７はＩＣカード側復調回路２４側に接続されている。図２（ａ）は、同期クロック発振回路１７より発振される同期クロックであって、その周波数は発振回路１２より発振される搬送波の周波数の１／８に設定されている。この同期クロックは、リーダライタ側スイッチ１９を通して位相変調回路１３に与えられる。
【００２３】
図２（ｂ）は、搬送波発振回路１２により生成された搬送波であり、同様に位相変調回路１３に与えられる。位相変調回路１３は、同期クロックで搬送波を位相変調してコイル駆動回路１５に与える。この位相変調された信号を図２（ｃ）に示す。ここで用いている位相変調の方式は、一般的に用いられている方式であり、外部機器から受け取った信号の変化点で搬送波の位相を１８０度変化させるというものである。
【００２４】
コイル駆動回路１５は、位相変調された信号にしたがってリーダライタ側コイル１４を駆動する電流を変化させる。リーダライタ側コイル１４とＩＣカード側コイル２３は電磁誘導により結合しており、リーダライタ側コイル１４を駆動する電流の変化にしたがって、ＩＣカード側コイル２３に生じる誘導電流が変化する。
【００２５】
ここで、ＩＣカード側コイル２３に生じる誘導電流の方向は、リーダライタ側コイル１４とＩＣカード側コイル２３の結合方向、つまり非接触ＩＣカード２の表裏によって位相が１８０度変化する。したがって、ＩＣカード側コイル２３に生じる誘導電流を検出した信号は、図２（ｄ）のようになる場合と図２（ｅ）のようになる場合との２通りがある。ＩＣカード側復調回路２４は、ＩＣカード側コイル２３に流れる電流を検出し、位相変調された信号を復調するので、検出した信号が図２（ｄ）である場合には復調された信号は図２（ｆ）となり、図２（ｅ）である場合には図２（ｇ）となる。つまり、非接触ＩＣカード２の表裏によって復調された信号が、リーダライタ装置１側で送信した同期クロックと同位相の場合と、１８０度位相が違う場合の２通りとなる。
【００２６】
復調された信号は、ＩＣカード側スイッチ２７を介してＩＣカード側変調回路２６に直接与えられる。ＩＣカード側変調回路２６は、図２（ｆ）の信号又は図２（ｇ）の信号にしたがってＩＣカード側並列負荷抵抗２５の値を変化させる。非接触ＩＣカード２の消費電力は、当該並列負荷抵抗２５の値の変化にしたがってが変化するため、ＩＣカード側コイル２３と電磁誘導結合しているリーダライタ側コイル１４を流れる電流も変化する。図２（ｈ）は図２（ｆ）に示した信号にしたがって並列負荷抵抗２５を変化させた場合を示しており、図２（ｉ）は図２（ｇ）に示した信号にしたがって並列負荷抵抗２５を変化させた場合を示している。図２（ｈ）及び図２（ｉ）から明らかなように、リーダライタ側コイル１４に流れる信号が振幅変調されている。
【００２７】
リーダライタ側復調回路１６は、リーダライタ側コイル１４に流れる電流の変化を検出し、振幅の変化を復調して図２（ｊ）又は図２（ｋ）のような信号を得る。図２（ｊ）は図２（ｈ）に示した信号を復調した結果であり、図２（ｋ）は図２（ｉ）に示した信号を復調した結果である。
【００２８】
位相比較回路１８は、この復調された信号と同期クロック発振回路１７による同期クロックとの位相を比較し、同位相であるか１８０度位相が違うかを判定する。すなわち復調された信号が図２（ｊ）である場合には、比較結果は同位相であり、復調された信号が図２（ｋ）である場合には、比較結果が１８０度位相が違うということになる。以上で非接触ＩＣカード２の表裏判定ができたことになる。この比較結果をインタフェース回路１１に与え、同期クロックとリーダライタ側復調回路１６にて復調された信号の位相が１８０度ずれている場合には位相反転回路１９ｂを反転側に切り替え、両信号の位相が同位相である場合には位相反転回路１９ｂをそのままとする。
【００２９】
リーダライタ側スイッチ１９及びＩＣカード側スイッチ２７の切替は、タイマー１９ａ，２８によって制御されており、タイマー１９ａ，２８の設定時間が終了すると、リーダライタ側スイッチ１９はインタフェース回路１１側に接続され、ＩＣカード側スイッチ２７はメモリ制御回路２２側に接続される。これによって、初期化処理が終了する。
【００３０】
初期化処理が終了した後は、通常の手順にてリーダライタ装置１と非接触ＩＣカード２との間の情報通信を行う。位相比較回路１８による位相比較結果が同位相であった場合には、外部機器から受け取った信号の位相はそのままでリーダライタ側変調回路１３に与えられ、位相比較結果が１８０度違っていた場合にはリーダライタ側変調回路１３に与えられる信号の位相が位相反転回路１９ｂによって１８０度変化される。位相変調された信号はリーダライタ側のコイル駆動回路１５及びコイル１４を通して非接触ＩＣカード２Ａ側に送信される。非接触ＩＣカード２Ａでは、コイル２３に生じる誘導電流を検出してリーダライタ装置１Ａが送信した信号を復調する。復調された信号は、前述した同期クロックを復調した場合と同様に、コイル１４とコイル２３の結合方向つまり非接触ＩＣカードの表裏にしたがって、送信した信号と同位相である場合と１８０度位相が違う場合とがある。ここで、位相が１８０度違う方向に復調される場合には、前述した位相比較回路１８によって、同期クロックとの位相が１８０度違うという判定がなされている場合であるので、リーダライタ装置１側が送信する信号自体の位相を１８０度違えている場合である。結局この場合に復調される信号は、１８０度＋１８０度でインタフェース回路１１が外部機器から受け取った信号と比較すると同位相になっている。すなわち、非接触ＩＣカード２の表裏に関わらず、復調されメモリ制御回路２２が受け取る信号は、常にリーダライタ装置１が外部機器から受け取った信号と同じになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、リーダライタ装置にて非接触ＩＣカードの表裏を判定し、その判定結果に従ってリーダライタ装置に備えられたインタフェース回路を介して転送される信号の位相を調整するようにしたので、非接触ＩＣカードの表裏に関係なく、常時、外部機器から送信される信号の位相と非接触ＩＣカードで受信される信号の位相、及び非接触ＩＣカードから送信される信号の位相と外部機器側で受信される信号の位相とを合致させることができる。よって、信頼性の高い情報通信を実現できると共に、非接触ＩＣカードの表裏を反転させる必要がないので、使用が便利で、システム効率も高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例に係る非接触ＩＣカードシステムのブロツク図である。
【図２】図１の装置の各部より出力される信号の波形図である。
【図３】従来例に係る非接触ＩＣカードシステムのブロツク図である。
【図４】図３の装置の各部より出力される信号の波形図である。
【符号の説明】
１Ａ  リーダライタ装置
２Ａ  非接触ＩＣカード
１１  インタフェース回路
１２  搬送波発振回路
１３  リーダライタ側位相変調回路
１４  リーダライタ側コイル
１５  コイル駆動回路
１６  リーダライタ側復調回路
１７  同期クロック発振回路
１８  位相比較回路
１９  リーダライタ側スイッチ
１９ａ  リーダライタ側タイマー
１９ｂ  位相反転回路
２１  半導体メモリ
２２  メモリ制御回路
２３  ＩＣカード側コイル
２４  ＩＣカード側復調回路
２５  ＩＣカード側並列負荷抵抗
２６  ＩＣカード側変調回路
２７  ＩＣカード側スイッチ
２８  ＩＣカード側タイマー
【図１】
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【図２】
0003767969.tif 000003
【図３】
0003767969.tif 000004
【図４】
0003767969.tif 000005