JP2004355212A - Non-contact type ic card reader/writer and adjusting method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を使用した非接触ICカードリード/ライト装置及びその調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ICカードを用いた読取/書込(リード/ライト、以下、R/Wと省略することもある)システムは、一般に非接触ICカードシステムと呼ばれ、例えば13.56MHzの周波数帯を利用した入退出管理システム、物流システム、等々に実用化されている。
【0003】
このシステムは、図12に示すように、1枚の樹脂製カード上にICチップ22とアンテナコイル23を備えた非接触ICカード21と、この非接触ICカード21との通信を行うR/W装置26とを備えている。R/W装置26は、本体部25にアンテナ部24が接続され、更に、パソコン27に接続されて構成されている。そして、アンテナ部24により電力と送信データを常時または間欠に送信し、この電力と送信データを受信できる範囲内にある非接触ICカード21からの受信データを得るものである。なお、図12は、非接触ICカードシステムの説明図である。
【0004】
非接触ICカードを用いた個人認識システムは、磁気ストライプカードのようにカードデータの書き込み及び読み取りの際にカードリーダにカードを挿入する必要がなく、利便性に優れており、ビルなどの出入管理システムに用いる個人識別媒体として、使われることが多くなってきている。特に、非接触カードを名札ないしは身分証明書と兼ねて胸などにつけておくシステムでは、ドアの前に設置されたR/W装置に近づくだけでドアの電気錠が解錠され、ドアを開けることが出来る点が評価されている。
【0005】
例えば、(特許文献1)に示される出入管理システムがあるが、このような出入管理システムに用いられるR/W装置のアンテナ部は、一般的には、オフィスの出入口ドア近辺の壁面に露出あるいは壁に埋め込んで取り付けられる。しかし、この様な取付場所の周囲には他の機器に使用する電線や、コンクリートの補強のための鉄筋などがある場合が多い。
【0006】
このように、R/W装置のアンテナ部を実際に設置する場合の周囲の条件は千差万別なのが実状であるにも拘らず、従来のR/W装置のアンテナ部は、自由空間においたときに最良の性能を発揮するように作られており、設置環境が変化すると、それに伴って非接触ICカードデータの読み取り性能が大幅に低下してしまうものが殆どであった。
【0007】
そこで、一般的には、R/W装置を実際に設置する際に、夫々の設置場所に応じて、夫々個々別にR/W装置のアンテナ部の共振周波数調整及びインピーダンス調整を行い、適正な通信距離の確保を行っているが、非常に手間のかかる作業であり、R/W装置設置における大きな問題点である。
【0008】
そこで、(特許文献2)や(特許文献3)に示される遮蔽版を追加することでR/W装置のアンテナ部背面の設置環境の影響を和らげると共に、アンテナ設置場所でのアンテナ共振周波数の調整や通信距離の調整をする方法が考案されている。
【0009】
更に、R/W装置のアンテナ部の設置環境の影響を少なくする別の方法として、(特許文献4)に示されるフェライト等の磁性体をアンテナの背面に付加する方法も考案されている。
【0010】
また、R/W装置のアンテナ部の共振周波数及びインピーダンスが変化しても、送信パワーを調整して、適正な通信距離を確保する方法が、(特許文献5)に示される方法で考案されている。
【0011】
【特許文献1】
特開平8−109764号公報
【特許文献2】
特開平8−263609号公報
【特許文献3】
特開2001−44747号公報
【特許文献4】
特開2002−298095号公報
【特許文献5】
特開2000−353222号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法は、非接触ICカードとR/Wの通信距離が数mm程度の密着型(送信出力10mW)や通信距離が10cm程度の近接形(送信出力1W)では有効ではあるが、平成14年度改訂の近傍型(送信出力4W)では、送信電力が大きいために従来の方法では対処できない課題が生じてしまうと言う問題がある。
【0013】
近傍型では送信出力が大きい為、R/W部の送信部の発熱が重要な課題となる。発熱を少なくする為の手段としては、R/W部のアンテナと送信部のインピーダンス整合を確実に行い、アンテナのクオリティファクタを大きくしてアンテナ効率を高め、送信部のパワーアンプの電力効率を高める等の方法があるが、これらはひとつでも特性が悪くなると、全体的な電力効率が悪くなり、発熱の問題が生じる。特にアンテナの設置環境により、アンテナの共振周波数やアンテナのインピーダンスが変化し、R/W部の送信部とのインピーダンス整合が取れなくなると、通信距離の低下だけの問題ではなく、R/W送信部に過大な電流が流れ、R/W送信部の過熱及び破壊という大きな問題が生じてしまうと言う課題があった。
【0014】
従来方法の手段としてR/Wアンテナ部に遮蔽板の付加があるが、近傍型では通信距離がR/W装置のアンテナの前面及び背面に夫々50cm程度もあるので、R/Wアンテナ部と遮蔽板の距離を相当とらないと、磁束が遮蔽板により切られてしまい、通信距離が低下する。通信距離が低下しない様に遮蔽板を取りつけると、R/W装置のアンテナ部が構造的に厚くなり、遮蔽板は遠隔型には適切な手段とは言えない。
【0015】
また、従来方法の他の手段としてフェライトの付加があるが、近傍型では通信距離がR/W装置のアンテナの前面及び背面に夫々50cm程度もあるだけでは無く、同時にR/W装置のアンテナ部と水平方向の通信範囲も広く、アンテナ面積の4倍以上の通信範囲をもっている。従って、R/W装置のアンテナ部背面の影響を完全になくす為には非常に広いフェライトが必要である。R/W装置のアンテナ部の面積と同等程度の面積のフェライトでは、R/W装置のアンテナ部背面の金属の影響を受け、R/W装置のアンテナ部の共振周波数やアンテナインピーダンスが変化してしまい、過大な電流がR/W装置の送信部に流れ、R/W装置の送信部の異常発熱や破壊につながると言う課題があった。
【0016】
更に、R/W装置のアンテナ部の共振周波数及びインピーダンスが変化しても、送信パワーを調整して、適正な通信距離を確保する方法であるが、遠隔型の様な大きな送信電力のR/W装置の場合、R/W装置の送信部とR/W装置のアンテナ部とのインピーダンス整合を良好に取らないと、過大な電流がR/W装置の送信部に流れ、R/W装置の送信部の異常発熱や破壊につながると言う課題があった。
【0017】
そこで、本発明は、上記のような従来の技術における不具合を解消し、アンテナのインピーダンス調整及び、またはR/Wの送信パワーを最適に自動調整が可能な非接触ICカードリード/ライト装置及びその調整方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、電磁波により、データ通信及び電力供給を行なう非接触ICカードリード/ライト装置であって、アンテナの共振周波数やアンテナインピーダンスを自動調整する構成としたものである。
【0019】
そして、本発明はR/W装置の送信部に流れる電流を検出、もしくは、R/W送信部とR/Wアンテナ部間の進行波、反射波を検出する検出手段と、検出したレベルに応じてアンテナ共振整合回路の回路定数を調整し、アンテナのインピーダンスおよびアンテナ共振周波数を自動調整する手段を持つ事で、所望の周波数でのR/W送信部とR/Wアンテナ部のインピーダンス整合を取り、R/W送信部に過大な電流が流れ、R/W送信部が異常発熱したり、通信距離が低下する事を防ぐ事が出来、千差万別な設置場所でも最適な電力効率のR/W装置が得られる。
【0020】
また、本発明は前記発明手段でR/W送信部とR/Wアンテナ部のインピーダンス整合およびアンテナ共振周波数を調整した後、R/W送信部とR/Wアンテナ部間の送信パワーレベルを検出する検出手段と、検出したレベルに応じてR/W送信部の送信パワーを調整する手段を持つ事で、千差万別な設置場所でも適正な通信距離を確保する事が出来るR/W装置が得られる。
【0021】
また、本発明は前記発明手段でR/W送信部とR/Wアンテナ部の進行波、及び又は、反射波を検出する検出手段を持ち、検出したレベルに応じてアンテナ共振整合回路の回路定数を調整し、アンテナのインピーダンスおよびアンテナ共振周波数を自動調整する手段を持つ事で、R/W送信部とR/Wアンテナ部のインピーダンス整合およびアンテナ共振周波数を調整し、R/W送信部に過大な電流が流れ、R/W送信部が異常発熱したり、通信距離が低下する事を防ぐ事が出来、千差万別な設置場所でも最適な電力効率のR/W装置が得られる。
【0022】
また、本発明は前記発明手段でR/W送信部とR/Wアンテナ部の進行波、及び又は、反射波を検出する検出手段を持ち、検出したレベルに応じてアンテナ共振整合回路の回路定数を調整し、アンテナのインピーダンスを自動調整する手段を持つ事で、R/W送信部とR/Wアンテナ部のインピーダンス整合およびアンテナ共振周波数を調整し、前記検出手段で送信パワーレベルを検出し、その検出したレベルに応じて、R/W部の送信パワーの調整を自動的に行うことで、R/W送信部に過大な電流が流れ、R/W送信部が異常発熱したり、通信距離が低下する事を防ぐ事が出来、千差万別な設置場所でも適正な電力効率と最適な通信距離を確保したR/W装置が得られる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図1から図11を用いて説明する。
【0024】
ここで、図1〜図11は、それぞれ、本発明の実施の形態1〜11によるR/W装置のブロック図である。
【0025】
図1〜図11において、1は発振器、2はパワーアンプ(以下、PAと略す)である。また、3は電流検出回路、4は制御回路、5はアンテナ調整回路、6はアンテナであり、更に、7はR/W装置の送信部、8はR/W装置のアンテナ部、9はR/W装置の受信部である。また、10はR/W装置を示す。
【0026】
(実施の形態1)
図1において、発振器1で生み出された搬送波はパワーアンプ2(PA2)で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7にはPA2の電流検出回路3を設け、PA2に流れる電流に応じて、アンテナ調整回路5の回路定数を制御し、PA2に流れる電流を最適値に制御することにより、R/W装置のアンテナ部8の設置環境に応じて、R/Wアンテナ部8の共振周波数調整およびインピーダンス調整を行い、所望の周波数でのR/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取り、R/W装置のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、自動的に最適な電流値で、通信距離が確保できる様にしている。
【0027】
(実施の形態2)
図2において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7にはPA2の電流検出部3を設け、電流値に応じたデジタル信号がマイコン13に入力される。マイコン13はPA2に流れる電流値に応じて、アンテナ調整回路5を制御し、PA2に流れる電流を最適値に制御することにより、R/W装置のアンテナ部8の設置環境に応じて、R/Wアンテナ部の共振周波数調整およびインピーダンス調整を行い、所望の周波数でのR/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取り、R/W装置10のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、自動的に最適な電流値で、通信距離が確保できる様にしている。
【0028】
(実施の形態3)
図3において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7には送信部7とアンテナ部8間の進行波、反射波検出回路14を設け、その検出された信号に応じて、制御回路4は所望の周波数で反射波が最小で進行波が最大になる様にアンテナ調整回路5を調整する。この様に調整する事でR/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取る事が出来、R/W装置のアンテナ部8の設置環境によって、送信部7に過度の電流が流れるのを防ぎ、R/W装置のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、最適な電流で、通信距離が確保できる様にしている。
【0029】
(実施の形態4)
図4において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7には送信部7とアンテナ部8間の進行波、反射波検出回路14を設け、その検出された信号はマイコン13に入力される。マイコン13は、その検出された信号に応じて、所望の周波数で反射波が最小で進行波が最大になる様に制御回路4でアンテナ調整回路5を調整制御する。この様に調整する事でR/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取る事が出来、R/W装置のアンテナ部8の設置環境によって、送信部7に過度の電流が流れるのを防ぎ、R/W装置のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、最適な電流で、通信距離が確保できる様にしている。
【0030】
(実施の形態5)
図5において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7には送信部7とアンテナ部8間の進行波、反射波検出回路14を設け、その検出された信号はPA制御回路4に入力される。PA制御回路4は、その検出された信号に応じて、PA2の出力インピーダンスを調整して、アンテナ部8とインピーダンス整合を取ったり、送信出力を制御する事が出来る。この様に調整する事により、所望の周波数でR/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取ったり、送信出力を制御する事が出来る為、R/W装置のアンテナ部8の設置環境によって、送信部7に過度の電流が流れるのを防ぎ、R/W装置のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、送信部7の最適な電流や送信出力で、通信距離が確保できる様にしている。
【0031】
(実施の形態6)
図6において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7には送信部7とアンテナ部8間の進行波、反射波検出回路14を設け、その検出された信号はマイコン13に入力される。マイコン13はその入力された信号に応じ、制御回路4を制御し、PA2の出力インピーダンスを調整して、アンテナ部8とインピーダンス整合を取ったり、送信出力を制御する事が出来る。この様に調整する事により、所望の周波数でR/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取ったり、送信出力を制御する事が出来る為、R/W装置のアンテナ部8の設置環境によって、送信部7に過度の電流が流れるのを防ぎ、R/W装置のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、送信部9の最適な電流や送信出力で、通信距離が確保できる様にしている。
【0032】
(実施の形態7)
図7において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7には送信部7とアンテナ部8間の進行波、反射波検出回路14を設け、その検出された信号は制御回路4に入力される。制御回路4は搬送波発信回路である発振器1から発生した搬送波信号のデューティーを制御する。PA2が例えば、E級動作等のスイッチング増幅器の場合は増幅器に入力される信号のデューティーを制御する事により出力電力の制御が出来る。実施の形態7の例では、進行波、反射波検出回路14で検出されたレベルに応じて、制御回路4がデューティー調整回路15を制御し、E級動作アンプのPA2の送信パワーを調整することができる為、R/W装置のアンテナ部8の設置環境によって、送信部7に過度の電流が流れ様とした場合、送信パワーを制御して、送信部7の過電流や発熱、破壊を自動的に防ぐ事が出きる様にしている。
【0033】
(実施の形態8)
図8において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7には送信部7とアンテナ部8間の進行波、反射波検出回路14を設け、その検出された信号はマイコン13に入力される。マイコン13はその入力された信号に応じ、制御回路4を介し、制御回路4を制御する。制御回路4は発振器1の搬送波信号のデューティーを制御する。PA2が例えば、E級動作等のスイッチング増幅器の場合は増幅器に入力される信号のデューティーを制御する事により出力電力の制御が出来る。実施の形態7の例では、進行波、反射波検出回路14で検出されたレベルに応じて、制御回路4がデューティー調整回路15を制御し、E級動作アンプPA2の送信パワーを調整することができる為、R/W装置のアンテナ部8の設置環境によって、送信部7に過度の電流が流れ様とした場合、送信パワーを制御して、送信部7の過電流や発熱、破壊を自動的に防ぐ事が出きる様にしている。
【0034】
(実施の形態9)
図9は実施の形態2と実施の形態8の組み合わせである。図9において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7にパワー検出回路17を設け、その検出された信号はマイコン13に入力される。また、送信部7のPA2の電流を検出する電流検出回路部3を設け、その検出レベルはマイコン13に入力される。マイコン13はPA2に流れる電流に応じて、アンテナ調整回路5を制御し、PA2に流れる電流を最適値に制御することで、R/W装置のアンテナ部8の設置環境に応じて、R/Wアンテナ部の共振周波数調整インピーダンス調整を行い、R/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取る。次に、マイコン13に入力されるパワー検出回路17からの検出レベルに応じて、マイコン13はデューティー調整回路15を制御し、PA2の送信出力を初所定のレベルに調整する。この様にR/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を自動的に取った後で、送信パワーを自動調整する事で、R/W装置の設置環境毎に、個別に調整夫々調整することなく、最適な電力効率で、最適なパワーで、最適な通信距離が確保できる様にしている。
【0035】
(実施の形態10)
図10において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。AM変調方式のR/W装置においては、PA2の電源電圧を変化させる事でAM変調を掛ける場合が多いが、この場合、AM変調器内の抵抗器の両端の電位差を見る事でPA2に流れる電流を検出することができる。図10の実施の形態10の例ではパワー検出回路17にて、AM変調と電流検出を行っている。検出された電流値はマイコン13に入力される。マイコンはPA2に流れる電流に応じて、アンテナ調整回路5を制御し、PA2に流れる電流を最適値に制御することで、R/W装置のアンテナ部8の設置環境に応じて、所望の周波数でのR/Wアンテナ部の共振周波数調整およびインピーダンス調整を行い、R/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取り、R/W装置のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、自動的に最適な電流で、通信距離が確保できる様にしている。
【0036】
(実施の形態11)
図11において、発振器1で生み出された搬送波はPA2で必要な電力まで増幅され、アンテナ調整回路5を介してアンテナ6に供給され、磁束11を生み出し、非接触ICカード12に電力と送信データが供給される。送信部7にはPA2の電流検出3があり、マイコン13に入力される。電流検出3の抵抗器はPA2と電源の間に直列に挿入されている。この抵抗器の両端の電位差を読むことでPA2に流れる電流を検出することができる。マイコンはPA2に流れる電流に応じて、アンテナ調整回路5を制御し、PA2に流れる電流を最適値に制御することで、R/W装置のアンテナ部8の設置環境に応じて、所望の周波数でのR/Wアンテナ部の共振周波数調整およびインピーダンス調整を行い、R/W装置の送信部7とR/W装置のアンテナ部8のインピーダンス整合を取り、R/W装置のアンテナを設置環境毎に個別に調整しなくても、自動的に最適な電流で、通信距離が確保できる様にしている。
【0037】
(実施の形態12)
上記で説明した実施の形態1〜11について、R/W装置のアンテナ設置の時にだけ動作させることで、R/W装置の設置環境に応じて、R/W装置のアンテナやR/W装置の送信出力が自動調整される為、従来の様にR/W装置のアンテナ取り付け時に行っていた、設置環境毎にR/W装置のアンテナの調整やR/W装置の送信出力調整をする事無く、簡便に設置することができる。設置以降の通常運用時はこれらの自動調整機能は動作させず、通常の非接触ICカードR/W装置として動作させる。
【0038】
(実施の形態13)
上記で説明した実施の形態1〜11について、R/W装置のアンテナ設置の時に動作させることで、R/W装置の設置環境に応じて、R/W装置のアンテナやR/W装置の送信出力が自動調整される為、従来の様にR/W装置のアンテナ取り付け時に行っていた、設置環境毎にR/W装置のアンテナの調整やR/W装置の送信出力調整をする事無く、簡便に設置することができる。また、設置以降の通常運用時もこれらの自動調整機能を動作させる。
【0039】
これらの自動調整機能が無い、一般的なR/W装置では、外的要員等でアンテナ設置環境が変化した場合、アンテナのインピーダンスや共振周波数が変化し、電力効率が落ち、送信部に大きな電流が流れたり、通信距離が落ちたりする。しかし、これらの自動調整機能が常時機能していると、アンテナ設置環境が外的要員等で変化しても自動的に、アンテナのインピーダンス調整や共振周波数調整を行い、また送信パワー調整も自動的に行う為電力効率が落ち、送信部に大きな電流が流れ、通信距離が落ちる事無しに、常に最適な電力効率で、最適な通信距離を確保することが出来る。
【0040】
以上、本発明の実施の形態1〜13について説明したが、上述したように、発振器1からの搬送波は電力増幅器であるパワーアンプ2で増幅されるが、その増幅にはE級増幅器(Eクラスアンプ)を用いることが好ましい。E級増幅器を用いることによって、高効率動作を実現することが可能となる。よって、送信出力を上げても発熱を抑えることができる。
【0041】
なお、本発明における非接触ICカードの定義は、いわゆるカードに限定されるものではなく、非接触でR/W装置との通信を行うことができる無線通信媒体である。よって、用途によってはICタグ、IDタグ、識別ラベルと呼ばれるものを含む。
【0042】
【発明の効果】
以上の様に本発明により、R/W装置の送信部に流れる電流を検出、もしくは、R/W送信部とR/Wアンテナ部間の進行波、反射波を検出する検出手段と、検出したレベルに応じてアンテナ共振回路の回路定数を自動調整し、アンテナのインピーダンスや共振周波数を自動調整する手段を持つ事で、R/W送信部とR/Wアンテナ部のインピーダンス整合を取り、また、送信パワー検出手段で送信パワーレベルを検出し、その検出したレベルに応じて、R/W部の送信パワーの調整を自動的に行うことで、アンテナ設置環境によっては、R/W送信部に過大な電流が流れたり、R/W送信部が異常発熱したり、通信距離が低下する事を防ぐ事が出来る為、千差万別な設置場所でも、個々にR/W装置を調整する事無く、自動的に適正な電力効率と最適な通信距離を確保したR/W装置が得られる。
【0043】
よって、本発明によれば、アンテナのインピーダンス調整及び、またはR/Wの送信パワーを最適に自動調整が可能な非接触ICカードリード/ライト装置及びその調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1によるR/W装置のブロック図
【図2】本発明の実施の形態2によるR/W装置のブロック図
【図3】本発明の実施の形態3によるR/W装置のブロック図
【図4】本発明の実施の形態4によるR/W装置のブロック図
【図5】本発明の実施の形態5によるR/W装置のブロック図
【図6】本発明の実施の形態6によるR/W装置のブロック図
【図7】本発明の実施の形態7によるR/W装置のブロック図
【図8】本発明の実施の形態8によるR/W装置のブロック図
【図9】本発明の実施の形態9によるR/W装置のブロック図
【図10】本発明の実施の形態10によるR/W装置のブロック図
【図11】本発明の実施の形態11によるR/W装置のブロック図
【図12】非接触ICカードシステムの説明図
【符号の説明】
1 発振器
2 パワーアンプ
3 電流検出回路
4 制御回路
5 アンテナ調整回路
6 アンテナ
7 送信部
8 アンテナ部
9 受信部
10 R/W装置
11 磁束
12 非接触ICカード
13 マイコン
14 進行波、反射波検出回路
15 デューティー調整回路
16 制御回路
17 パワー検出回路
21 非接触ICカード
22 ICチップ
23 アンテナ
24 アンテナ部
25 本体部
26 R/W装置
27 パソコン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact IC card read / write device using electromagnetic waves and a method for adjusting the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a read / write (read / write, hereinafter sometimes abbreviated as R / W) system using an IC card is generally called a non-contact IC card system, and uses a 13.56 MHz frequency band, for example. It has been put to practical use in entry / exit management systems, distribution systems, etc.
[0003]
As shown in FIG. 12, this system includes a
[0004]
A personal identification system using a contactless IC card does not require the insertion of a card into a card reader when writing and reading card data, unlike a magnetic stripe card, and is excellent in convenience. It is increasingly used as a personal identification medium used in systems. In particular, in a system in which a non-contact card is attached to a chest or the like as a name tag or identification card, the electric lock of the door is unlocked and the door is opened only by approaching the R / W device installed in front of the door. The point that can be done is evaluated.
[0005]
For example, there is an access control system shown in (Patent Document 1), but an antenna unit of an R / W device used in such an access control system is generally exposed or provided on a wall near an entrance door of an office. It can be embedded and mounted on the wall. However, there are many cases where there are electric wires used for other devices, reinforcing bars for reinforcing concrete, etc. around such a mounting place.
[0006]
As described above, despite the fact that the surrounding conditions when the antenna unit of the R / W device is actually installed vary widely, the antenna unit of the conventional R / W device is in a free space. In most cases, when the installation environment changes, the reading performance of the non-contact IC card data is greatly reduced.
[0007]
Therefore, generally, when the R / W device is actually installed, resonance frequency adjustment and impedance adjustment of the antenna unit of the R / W device are individually performed in accordance with each installation location, and appropriate communication is performed. Although the distance is secured, this is a very laborious operation, and is a major problem in installing the R / W device.
[0008]
Therefore, by adding a shield plate described in
[0009]
Furthermore, as another method for reducing the influence of the installation environment of the antenna unit of the R / W device, a method of adding a magnetic substance such as ferrite to the back surface of the antenna described in
[0010]
Further, a method of adjusting a transmission power and securing an appropriate communication distance even when the resonance frequency and impedance of the antenna unit of the R / W device change has been devised by a method disclosed in (Patent Document 5). I have.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-8-109764
[Patent Document 2]
JP-A-8-263609
[Patent Document 3]
JP 2001-44747 A
[Patent Document 4]
JP-A-2002-298095
[Patent Document 5]
JP-A-2000-353222
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method is effective for a close contact type (transmission output of 10 mW) where the communication distance between the non-contact IC card and the R / W is about several mm or a close type (transmission output of 1 W) where the communication distance is about 10 cm. In the proximity type (transmission output 4 W) revised in 2002, there is a problem that a problem that cannot be dealt with by the conventional method occurs due to a large transmission power.
[0013]
In the proximity type, since the transmission output is large, heat generation in the transmission unit of the R / W unit is an important issue. As means for reducing heat generation, impedance matching between the antenna of the R / W unit and the transmitting unit is ensured, the quality factor of the antenna is increased, the antenna efficiency is increased, and the power efficiency of the power amplifier of the transmitting unit is increased. However, if any one of these methods has poor characteristics, the overall power efficiency will be low and a problem of heat generation will occur. In particular, if the resonance frequency of the antenna or the impedance of the antenna changes due to the installation environment of the antenna and impedance matching with the transmission unit of the R / W unit cannot be achieved, not only the problem of reduction in the communication distance but also the R / W transmission unit However, there is a problem that an excessive current flows through the R / W transmission unit, causing a serious problem of overheating and destruction of the R / W transmission unit.
[0014]
As a means of the conventional method, a shield plate is added to the R / W antenna unit. However, in the proximity type, since the communication distance is about 50 cm on the front and back sides of the antenna of the R / W device, the communication distance between the R / W antenna unit and the shield is small. If the distance between the plates is not sufficient, the magnetic flux is cut off by the shielding plate, and the communication distance is reduced. If a shield plate is attached so that the communication distance does not decrease, the antenna part of the R / W device becomes structurally thick, and the shield plate cannot be said to be an appropriate means for a remote type.
[0015]
As another means of the conventional method, there is addition of ferrite. However, in the proximity type, the communication distance is not only about 50 cm on the front and back of the antenna of the R / W device, but also at the same time, the antenna portion of the R / W device. The communication range in the horizontal direction is wide, and the communication range is four times or more the antenna area. Therefore, an extremely wide ferrite is required to completely eliminate the influence of the rear surface of the antenna unit of the R / W device. In the case of ferrite having an area approximately equal to the area of the antenna unit of the R / W device, the resonance frequency and the antenna impedance of the antenna unit of the R / W device change due to the influence of the metal on the back surface of the antenna unit of the R / W device. As a result, there has been a problem that an excessive current flows to the transmission unit of the R / W device, which leads to abnormal heat generation and destruction of the transmission unit of the R / W device.
[0016]
Further, even if the resonance frequency and impedance of the antenna unit of the R / W device change, the transmission power is adjusted to secure an appropriate communication distance. In the case of the W device, if the impedance matching between the transmitting unit of the R / W device and the antenna unit of the R / W device is not properly taken, an excessive current flows to the transmitting unit of the R / W device, and the There was a problem that this would lead to abnormal heat generation and destruction of the transmission unit.
[0017]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems in the conventional technology, and adjusts the antenna impedance and / or the R / W transmission power optimally and automatically. It is intended to provide an adjustment method.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a non-contact IC card read / write device for performing data communication and power supply using electromagnetic waves, wherein the device automatically adjusts the resonance frequency and antenna impedance of an antenna. is there.
[0019]
According to the present invention, a detecting means for detecting a current flowing in a transmitting unit of a R / W device, or detecting a traveling wave or a reflected wave between the R / W transmitting unit and the R / W antenna unit, Means for adjusting the circuit constants of the antenna resonance matching circuit and automatically adjusting the impedance of the antenna and the antenna resonance frequency, thereby achieving impedance matching between the R / W transmitting section and the R / W antenna section at a desired frequency. , An excessive current flows in the R / W transmission unit, which can prevent the R / W transmission unit from abnormally generating heat and reducing the communication distance. / W device is obtained.
[0020]
Further, the present invention detects the transmission power level between the R / W transmission unit and the R / W antenna unit after adjusting the impedance matching and the antenna resonance frequency of the R / W transmission unit and the R / W antenna unit by the means of the invention. R / W device that can secure an appropriate communication distance even in various installation locations by having a detection unit that performs the detection and a unit that adjusts the transmission power of the R / W transmission unit according to the detected level. Is obtained.
[0021]
Further, the present invention has a detecting means for detecting a traveling wave and / or a reflected wave of the R / W transmitting section and the R / W antenna section by the invention means, and the circuit constant of the antenna resonance matching circuit according to the detected level. Has a means for automatically adjusting the impedance of the antenna and the antenna resonance frequency, thereby adjusting the impedance matching and the antenna resonance frequency of the R / W transmitting section and the R / W antenna section, and causing the R / W transmitting section to be excessively large. A large amount of current can flow to prevent the R / W transmission unit from abnormally generating heat and reducing the communication distance, and an R / W device with optimal power efficiency can be obtained even at various installation locations.
[0022]
Further, the present invention has a detecting means for detecting a traveling wave and / or a reflected wave of the R / W transmitting section and the R / W antenna section by the invention means, and the circuit constant of the antenna resonance matching circuit according to the detected level. By adjusting the impedance and the antenna resonance frequency of the R / W transmitter and the R / W antenna by automatically adjusting the impedance of the antenna, and detecting the transmission power level by the detector. By automatically adjusting the transmission power of the R / W unit according to the detected level, an excessive current flows in the R / W transmission unit, causing the R / W transmission unit to generate abnormal heat or a communication distance. Can be prevented, and an R / W device with appropriate power efficiency and an optimum communication distance can be obtained even at various installation locations.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
Here, FIGS. 1 to 11 are block diagrams of R / W devices according to Embodiments 1 to 11 of the present invention, respectively.
[0025]
1 to 11, reference numeral 1 denotes an oscillator, and
[0026]
(Embodiment 1)
In FIG. 1, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a power amplifier 2 (PA 2), supplied to an
[0027]
(Embodiment 2)
In FIG. 2, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a
[0028]
(Embodiment 3)
In FIG. 3, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a
[0029]
(Embodiment 4)
In FIG. 4, the carrier generated by the oscillator 1 is amplified to the required power by the
[0030]
(Embodiment 5)
In FIG. 5, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a
[0031]
(Embodiment 6)
In FIG. 6, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a
[0032]
(Embodiment 7)
In FIG. 7, the carrier generated by the oscillator 1 is amplified to the required power by the
[0033]
(Embodiment 8)
In FIG. 8, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a
[0034]
(Embodiment 9)
FIG. 9 shows a combination of the second embodiment and the eighth embodiment. In FIG. 9, the carrier generated by the oscillator 1 is amplified to the required power by the
[0035]
(Embodiment 10)
In FIG. 10, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a
[0036]
(Embodiment 11)
In FIG. 11, a carrier generated by an oscillator 1 is amplified to a required power by a
[0037]
(Embodiment 12)
The first to eleventh embodiments described above are operated only when the antenna of the R / W device is installed, so that the antenna of the R / W device and the R / W device can be changed depending on the installation environment of the R / W device. Since the transmission output is automatically adjusted, there is no need to adjust the antenna of the R / W device or adjust the transmission output of the R / W device for each installation environment, which was performed when the antenna of the R / W device was attached as in the past. , Can be easily installed. During normal operation after installation, these automatic adjustment functions are not operated, but are operated as a normal non-contact IC card R / W device.
[0038]
(Embodiment 13)
The first to eleventh embodiments described above are operated when the antenna of the R / W device is installed, so that the transmission of the antenna of the R / W device and the transmission of the R / W device according to the installation environment of the R / W device. Because the output is automatically adjusted, without adjusting the antenna of the R / W device or adjusting the transmission output of the R / W device for each installation environment, which was performed when the antenna of the R / W device was attached as in the past, It can be easily installed. In addition, these automatic adjustment functions are operated during normal operation after installation.
[0039]
In a general R / W device without these automatic adjustment functions, when the antenna installation environment changes due to external personnel or the like, the impedance and the resonance frequency of the antenna change, the power efficiency drops, and a large current flows in the transmission unit. Or the communication distance decreases. However, if these automatic adjustment functions are constantly functioning, the antenna impedance and resonance frequency are adjusted automatically even if the antenna installation environment changes due to external personnel, and the transmission power adjustment is also performed automatically. Therefore, the power efficiency is reduced, a large current flows in the transmission unit, and the communication distance can be always secured with the optimum power efficiency without reducing the communication distance.
[0040]
As described above, the first to thirteenth embodiments of the present invention have been described. As described above, the carrier wave from the oscillator 1 is amplified by the
[0041]
Note that the definition of the non-contact IC card in the present invention is not limited to a so-called card, but is a wireless communication medium capable of performing communication with the R / W device in a non-contact manner. Therefore, it includes what is called an IC tag, an ID tag, and an identification label depending on the use.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the detection unit detects the current flowing in the transmission unit of the R / W device, or detects the traveling wave and the reflected wave between the R / W transmission unit and the R / W antenna unit. By automatically adjusting the circuit constant of the antenna resonance circuit according to the level and automatically adjusting the impedance and resonance frequency of the antenna, the impedance matching between the R / W transmission unit and the R / W antenna unit is obtained. The transmission power level is detected by the transmission power detection means, and the transmission power of the R / W section is automatically adjusted according to the detected level. It is possible to prevent a large current from flowing, the R / W transmitter to generate abnormal heat, and the communication distance to be reduced. Automatically correct power Rate and optimal R / W device that ensures the communication distance can be obtained.
[0043]
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a non-contact IC card read / write device capable of automatically and automatically adjusting the impedance of an antenna and / or the R / W transmission power, and a method of adjusting the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an R / W device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an R / W device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of an R / W device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of an R / W device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of an R / W device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of an R / W device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of an R / W device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of an R / W device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of an R / W device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of an R / W device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram of an R / W device according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a non-contact IC card system.
[Explanation of symbols]
1 oscillator
2 Power amplifier
3 Current detection circuit
4 Control circuit
5 Antenna adjustment circuit
6 Antenna
7 Transmission section
8 Antenna part
9 Receiver
10 R / W device
11 Magnetic flux
12 Non-contact IC card
13 Microcomputer
14 Traveling wave and reflected wave detection circuit
15 Duty adjustment circuit
16 Control circuit
17 Power detection circuit
21 Non-contact IC card
22 IC chip
23 Antenna
24 Antenna part
25 Body
26 R / W device
27 PC
Claims (26)
前記送信部の電流を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た電流レベルに応じて、前記アンテナ部のアンテナ共振回路の回路定数を可変する事により、アンテナの共振周波数やアンテナインピーダンスをマイコンを介在せずに自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmitting unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by electromagnetic waves,
A microcomputer for detecting a resonance frequency and an antenna impedance of the antenna by changing a circuit constant of an antenna resonance circuit of the antenna unit according to a current level obtained by the detection circuit; Non-contact IC card read / write device, which automatically adjusts without intervening.
前記送信部の電流を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た電流レベルに応じて、前記アンテナ部のアンテナ共振回路の回路定数を可変する事により、アンテナの共振周波数やアンテナインピーダンスをマイコンを介在して自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmission unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by using electromagnetic waves,
A microcomputer for detecting a resonance frequency and an antenna impedance of the antenna by changing a circuit constant of an antenna resonance circuit of the antenna unit according to a current level obtained by the detection circuit; A non-contact IC card read / write device, wherein the automatic adjustment is performed by intervening.
前記送信部と前記アンテナ部間の送信信号の進行波または反射波を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た進行波または反射波のレベルに応じて、前記アンテナ部のアンテナ共振回路の回路定数を可変する事により、アンテナの共振周波数やインピーダンスをマイコンを介在せずに自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmitting unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by electromagnetic waves,
A detecting circuit that detects a traveling wave or a reflected wave of a transmission signal between the transmitting unit and the antenna unit, and according to a level of the traveling wave or the reflected wave obtained by the detecting circuit, an antenna resonance circuit of the antenna unit. A non-contact IC card read / write device characterized by automatically adjusting the resonance frequency and impedance of an antenna by interposing a microcomputer by changing a circuit constant.
前記送信部と前記アンテナ部間の送信信号の進行波または反射波を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た進行波または反射波のレベルに応じて、前記アンテナ部のアンテナ共振回路の回路定数を可変する事により、アンテナの共振周波数やインピーダンスをマイコンを介在して自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmitting unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by electromagnetic waves,
A detecting circuit that detects a traveling wave or a reflected wave of a transmission signal between the transmitting unit and the antenna unit, and according to a level of the traveling wave or the reflected wave obtained by the detecting circuit, an antenna resonance circuit of the antenna unit. A non-contact IC card read / write device characterized by automatically adjusting the resonance frequency and impedance of an antenna through a microcomputer by changing a circuit constant.
前記送信部と前記アンテナ部間の送信信号の進行波または反射波を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た進行波または反射波のレベルに応じて、送信部の出力インピーダンスを調整する事や、前記送信部のパワーアンプに供給する電圧を制御する事で、所定の送信パワーレベルにマイコンを介在せずに自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmitting unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by electromagnetic waves,
A detection circuit that detects a traveling wave or a reflected wave of a transmission signal between the transmission unit and the antenna unit, and adjusts an output impedance of the transmission unit according to a level of the traveling wave or the reflected wave obtained by the detection circuit. A non-contact IC card read / write device characterized in that a predetermined transmission power level is automatically adjusted without a microcomputer by controlling a voltage supplied to a power amplifier of the transmission unit.
前記送信部と前記アンテナ部間の送信信号の進行波または反射波を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た進行波または反射波のレベルに応じて、前記送信部の出力インピーダンスを調整する事や、前記送信部のパワーアンプに供給する電圧を制御する事で、所定の送信パワーレベルにマイコンを介在して自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmitting unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by electromagnetic waves,
A detection circuit that detects a traveling wave or a reflected wave of a transmission signal between the transmission unit and the antenna unit, and adjusts an output impedance of the transmission unit according to a level of the traveling wave or the reflected wave obtained by the detection circuit. A non-contact IC card read / write device, which automatically adjusts a predetermined transmission power level via a microcomputer by controlling a voltage supplied to a power amplifier of the transmission unit.
前記送信部と前記アンテナ部間の送信信号の進行波または反射波を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た進行波または反射波のレベルに応じて、送信搬送波のデューティーを制御する事で、所定の送信パワーレベルにマイコンを介在せずに自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmitting unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by electromagnetic waves,
A detecting circuit that detects a traveling wave or a reflected wave of the transmission signal between the transmitting unit and the antenna unit, and controls a duty of the transmitting carrier according to a level of the traveling wave or the reflected wave obtained by the detection circuit. A non-contact IC card read / write device for automatically adjusting a predetermined transmission power level without using a microcomputer.
前記送信部と前記アンテナ部間の送信信号の進行波または反射波を検出する検出回路を備え、前記検出回路で得た進行波または反射波のレベルに応じて、送信搬送波のデューティーを制御する事で、所定の送信パワーレベルにマイコンを介在して自動調整することを特徴とする非接触ICカードリード/ライト装置。A non-contact IC card read / write device that includes a transmitting unit and an antenna unit and performs data communication and power supply by electromagnetic waves,
A detecting circuit that detects a traveling wave or a reflected wave of the transmission signal between the transmitting unit and the antenna unit, and controls a duty of the transmitting carrier according to a level of the traveling wave or the reflected wave obtained by the detection circuit. A non-contact IC card read / write device automatically adjusting a predetermined transmission power level via a microcomputer.
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