JP2002344225A - 非接触型icカードリーダライタ装置 - Google Patents
非接触型icカードリーダライタ装置Info
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Abstract
ときにICカードの受電電圧が一旦そのICカードの動
作電圧以上に上昇した後0V近くまで下降するような現
象を回避し、ICカードの誤動作を防止する。 【解決手段】 一点O1を中心として表面にループ状にア
ンテナコイルL1が形成されたカードリーダ1のアンテナ
パターン形成部14Aの前記O1を通る中心線A-A'に対し
て、カード挿入方向側と反対側のアンテナコイル上に、
このアンテナコイルに沿って導電体からなる第1のパタ
ーン18Aを形成する。そして、前記中心線に対して、I
Cカード2の挿入方向側のアンテナコイル上に、第1の
パターンに接するとともにアンテナコイルに沿って導電
体からなる第2のパターン18Bを形成し、さらに第2の
パターンを形成部14Aのカード挿入方向側端部まで延伸
形成する。
Description
に対しデータのリード・ライトを行う非接触型ICカー
ドリーダライタ装置に関する。
タ装置(以下、カードリーダという)はアンテナを有す
るとともに、このアンテナを介して非接触型ICカード
(以下、ICカードという)と13.56MHzの電磁
波を用いた通信を行うようにしている。この場合、カー
ドリーダはICカードとの通信に先立ちICカードに対
し前記電磁波の送信に基づく電磁誘導によって電力を供
給する。電力供給されたICカードは、起動された後、
カードリーダとデータ通信を行い、内部のメモリへのデ
ータの書き込みやメモリからのデータの読み出しを行う
ようにしている。
カードへ効率よく電力を伝送するために、カードリーダ
とICカード間のアンテナコイルの結合度を高めてい
る。しかしながら、双方のアンテナコイルの位置関係に
よりICカードのアンテナコイルの磁界が相殺されIC
カード側で起電力が誘起されなくなるポイントが発生
し、電力を効率良く伝達することができない。
る。図6において、L1はカードリーダのアンテナコイ
ル、2はICカード、L2はICカード2に搭載された
アンテナコイルである。ここで、図6(a),図6
(c),図6(e)は、ICカード2及び各アンテナコ
イルL1,L2を上面からみた図、図6(b),図6
(d),図6(f)は、各アンテナコイルL1,L2を
側面からみた図である。また、カードリーダのアンテナ
コイルL1は固定されているものとし、かつICカード
2のアンテナコイルL2が図中右方向からカードリーダ
のアンテナコイルL1に近づいてくるものとする。
アンテナコイルL1にICカード2が近づいてくると図
6(g)のグラフに示すように、カードリーダのアンテ
ナコイルL1の磁界HによりICカード2のアンテナコ
イルL2に起電力が発生しICカード2の受電電圧が上
昇する。そして、さらにICカード2がカードリーダの
アンテナコイルL1に近接して図6(a),図6(b)
のように双方のアンテナコイルL1,L2の端部が一致
する位置になると、カード受電電圧は図6(g)の位置
で示される電圧まで達する。
ダのアンテナコイルL1に近接するとカード受電電圧は
低下し、図6(c),図6(d)のようにカードリーダ
のアンテナコイルL1の中心部O1にICカード2のア
ンテナコイルL2の端部が到達すると、カード受電電圧
は図6(g)の位置で示される電圧0V近くまで低下
する。これは、ICカード2のアンテナコイルL2の磁
界が図6(d)に示すように相殺されるためと考えられ
る。
ダのアンテナコイルL1に近接するとカード受電電圧は
今度は急激に上昇し、最終的に図6(e),図6(f)
のようにカードリーダのアンテナコイルL1の中心部O
1とICカード2のアンテナコイルL2の中心部O2が
一致すると、カード受電電圧は図6(g)の位置で示
される電圧に上昇する。
のアンテナコイルL1に対しICカード2のアンテナコ
イルL2を近接させていくときには、ICカード2の受
電電圧は或る電圧まで上昇した後0V近くまで低下す
る。この受電電圧がICカード2の動作電圧を一旦上回
った後0V近くまで低下することにより、ICカードが
誤動作するという問題があった。したがって、本発明
は、カードリーダのアンテナコイルに対してICカード
のアンテナコイルを近接させていくときにICカードの
受電電圧が一旦上昇して下降するような現象を回避し、
ICカードの誤動作を防止することを目的とする。
るために本発明は、一点を中心として表面にループ状の
アンテナコイルが形成されたアンテナパターン形成部を
有し、アンテナパターン形成部の表面上に近づいてくる
ICカードのアンテナに対しアンテナコイルから電波信
号を送信してICカードに電源の供給を行い動作させる
ICカードリーダライタ装置において、ICカードの移
動方向と直交し前記一点を通る中心線に対し少なくとも
ICカードが近づいてくる方向側のアンテナコイル上に
このアンテナコイルに沿って形成されるとともに、アン
テナパターン形成部のICカードが近づいてくる方向側
端部まで延伸形成される磁気シールドパターンを設けた
ものである。また、磁気シールドパターンは導電体によ
り形成され、少なくともアンテナコイル上の一部に切欠
部を有するものである。また、切欠部は前記中心線に対
しICカードが近づいてくる方向と反対側に設けられる
ものである。
して説明する。図4は本発明に係る非接触型ICカード
リーダライタ装置の構成を示すブロック図である。図4
において、非接触型ICカードリーダライタ装置(以
下、カードリーダという)1は、このカードリーダ1の
全体を制御する制御部11と、変調回路12と、整合回
路13と、共振回路14と、復調回路15と、以上の各
部に電源を供給する電源部16とから構成される。
から発生するキャリアを制御部11から出力されるデー
タ信号SDの値に応じて変調し整合回路13へ出力する
ものである。整合回路13は、変調回路12からの出力
信号を入力して共振回路14へ出力するとともに、この
出力信号が共振回路14から効率良く後述のICカード
へ伝達できるように共振回路14との間でインピーダン
スの整合をとるものである。
コイルL1と容量素子Cとが並列に接続され、整合回路
13を介し変調回路12から変調信号が与えられると共
振を開始してアンテナコイルL1から電波信号を発生
し、このアンテナコイルL1と電磁結合したICカード
へ送信するものである。復調回路15は、前記電波信号
の送信に対してICカードから返送される変調信号を入
力すると、この変調信号を復調してデータを抽出し制御
部11に受信データRDとして出力するものである。
ない上位装置と接続され、上位装置とデータ通信を行う
ことにより、上位装置からの受信データをICカードに
記録させるとともに、ICカードから読み出したデータ
を上位装置へ送信するものである。カードリーダ1内の
電源部16は、外部電源PWを入力してカードリーダ1
内の各部へ電源電圧Vを供給するものである。
記ICカードの構成を示すブロック図である。図5にお
いて、ICカード2は、アンテナコイルL2と、無線イ
ンタフェース21と、CPUなどの制御回路22と、I
Cカード固有のID及び情報が記憶されるメモリ23と
を有する。
は、カードリーダ1のアンテナコイルL1とICカード
2のアンテナコイルL2とが電磁結合すると、カードリ
ーダ1からの前記電波信号により電力POWER を生成して
制御回路22及びメモリ23に供給するとともに、クロ
ック信号CLK を生成して制御回路22に与え、かつ電波
信号の中からデータDATAを抽出して制御回路22へ出力
するものである。ICカード2の制御回路22は、無線
インタフェース21からの電力POWER が供給されると、
クロック信号CLK に同期して無線インタフェース21か
らのデータDATAを読み込み、このデータDATAがメモリ2
3に対する書き込みデータの場合はメモリ23に記録す
る一方、前記データDATAがメモリ23のデータを読み取
るコマンドデータの場合はメモリ23内のデータを読み
取って無線インタフェース21へ出力するものである。
ICカード2の動作を詳細に説明する。カードリーダ1
の制御部11は、上位装置からICカードに対するデー
タを受信すると、このデータSDを変調回路12へ出力
する。変調回路12は、制御部11からのデータSDを
入力すると、発振器からの前記キャリアを、入力データ
SDの値に応じて振幅偏移変調し、整合回路13及び共
振回路14を介して電波信号として送信させる。
は、アンテナコイルL2を介してカードリーダ1からの
電波信号を受信すると、前述したように電力POWER を制
御回路22に供給し起動するとともに、この電波信号の
中からデータDATA(即ち、データSD)を抽出し、起動
された制御回路22へ出力する。ここで、制御回路22
は、カードリーダ1からの受信データDATAがメモリ23
に対する書き込みデータの場合はこのデータをメモリ2
3に記録する。また、前記データDATAがメモリ23のデ
ータを読み取るコマンドデータの場合は前述のクロック
信号CLK に同期してメモリ23内のデータを順次読み取
り、無線インタフェース21側へ出力する。
されたデータは、無線インタフェース21及びアンテナ
コイルL2を介してカードリーダ1側へ電波信号として
送信される。カードリーダ1の共振回路14は、ICカ
ード2からの電波信号を受信するとこの電波信号を変調
信号として復調回路15に出力する。復調回路15は、
この変調信号を復調することにより変調信号の中からデ
ータを抽出し、抽出したICカード2のメモリ23のデ
ータRDを制御部11へ出力する。制御部11は、復調
回路15からのデータRDを入力すると、このデータR
Dを上位装置へ送信する。このようにして、カードリー
ダ1は、ICカード2に対してデータの書き込みを行う
ことができ、かつICカード2に書き込まれたデータを
読み出すことができる。
明の第1の実施の形態を示す図であり、カードリーダ1
の共振回路14のアンテナコイルL1の配置状況を模式
的に示す平面図である。カードリーダ1の各部品を搭載
する基板17上のアンテナパターン形成部14Aには、
図1(a)に示すように、点O1を中心としたループ状
のアンテナコイルL1を形成するとともに、このアンテ
ナコイルL1上に、ファラデーシールドと呼ばれるシー
ルド部材18を形成する。
からなり、アンテナコイルL1上に次のようにして形成
される。即ち、前記ループ状のアンテナコイルL1の中
心点O1を通り、ICカードの挿入方向と直交する中心
線A−A’に対して、ICカード2の挿入方向側と反対
側のアンテナコイルL1上にこのアンテナコイルL1に
沿って第1のパターン18Aを形成するとともに、前記
中心線A−A’に対して、ICカード2の挿入方向側の
アンテナコイルL1上に、前記第1のパターン18Aに
接するとともにアンテナコイルL1に沿って第2のパタ
ーン18Bを形成し、さらにこの第2のパターン18B
を前記アンテナパターン形成部14Aのカード挿入側端
部まで延伸形成する。なお、第2のパターン18Bは、
このパターン18BをアンテナコイルL1上で分離する
切欠部18Cが設けられるように形成される。
ドリーダ1のアンテナコイルL1上を覆うことにより、
固定配設され常時磁界を発生しているカードリーダ1の
アンテナコイルL1の形成面上に、図1(a)中の右側
に配設された図示しないカード挿入口に挿入されたIC
カード2が近接してきたときにICカード2の受電電圧
が一旦ICカード2の動作電圧以上に上昇して0V近く
まで下降するような現象を回避することができる。な
お、第2のパターン18Bに切欠部18Cを設けなくて
も前述の現象は防止可能であるが、切欠部18Cを設け
ることでICカード2の受電電圧を上昇させることがで
きる。さらに、シールド部材18を第2のパターン18
Bのみで構成した場合でも、ICカード2の近接により
ICカード2の受電電圧が一旦ICカード2の動作電圧
以上に上昇して0V近くまで下降するような現象を防止
できる。また、カードリーダ1にカード挿入口が設けら
れていない場合は、ICカード2を図1(a)中の右側
から左側のアンテナコイルL1の形成面方向にかざす
が、このような場合も、アンテナコイルL1の形成面上
にICカード2が近接してきたときにICカード2の受
電電圧が一旦ICカード2の動作電圧以上に上昇して0
V近くまで下降するような現象を同様に回避できる。
ダ1のアンテナコイルL1形成面に対するICカード2
の移動状況を示す図である。図1(b)ではカードリー
ダ1を水平に配置するとともにICカード2の移動方向
を水平方向にした例を示したが、カードリーダ1を垂直
方向に配置すれば、ICカード2の移動方向は垂直方向
になる。即ち、上方側に設けられた図示しないカード挿
入口から挿入されたICカードは下方側へ垂直に移動
(落下)する。この場合、ICカード2の挿入方向と反
対側(即ち、下方側)のアンテナコイルL1上にこのア
ンテナコイルL1に沿って第1のパターン18Aが形成
されるとともに、ICカード2の挿入方向側(即ち、上
方側)のアンテナコイルL1上に、前記第1のパターン
18Aに接するとともにアンテナコイルL1に沿って第
2のパターン18Bが形成され、さらにこの第2のパタ
ーン18Bが前記アンテナパターン形成部14Aのカー
ド挿入方向側端部まで延伸形成される。これにより、カ
ード挿入口に挿入されたICカード2がカードリーダ1
のアンテナコイルL1形成面上に近接してきたときにI
Cカード2の受電電圧が一旦ICカード2の動作電圧以
上に上昇して0V近くまで下降するような現象を同様に
回避できる。また、カードリーダ1にカード挿入口が設
けられていない場合は、ICカード2を上方側から下方
側のアンテナコイルL1の形成面方向にかざすが、この
ような場合も、アンテナコイルL1の形成面上にICカ
ード2が近接してきたときにICカード2の受電電圧が
一旦ICカード2の動作電圧以上に上昇して0V近くま
で下降するような現象を同様に回避できる。
ドリーダ1のアンテナコイルL1形成面にICカード2
が近接したときのアンテナコイルL1からICカード2
のアンテナコイルL2側に発生する磁界の強度を示すも
のである。ここで、図3の点線で示すグラフは、カード
リーダ1のアンテナコイルL1をシールド部材18によ
りシールドしない場合のカードリーダ1のアンテナコイ
ルL1の中心部O1とICカード2のアンテナコイルL
2の中心部O2間の距離差(単位mm)と、ICカード
2のアンテナコイルL2側に誘起される磁界強度(単位
A/m)との関係を示すものである。また、図3の太線
で示すグラフは、カードリーダ1のアンテナコイルL1
をシールド部材18で覆った場合のカードリーダ1のア
ンテナコイルL1の中心部O1とICカード2のアンテ
ナコイルL2の中心部O2との距離差と、ICカード2
のアンテナコイルL2側に誘起される磁界強度との関係
を示すものである。
細に説明する。カードリーダ1のアンテナコイルL1を
シールド部材18によりシールドしない場合は、カード
リーダ1のアンテナコイルL1に対しICカード2のア
ンテナコイルL2が40〜60mmに近づいてくると、
ICカード2のアンテナコイルL2側に図3の符号Bの
部分で示すレベルの磁界強度(ほぼ1.25A/m)が
発生し、これによりICカード2の受電電圧が上昇す
る。続いてICカード2のアンテナコイルL2が40m
m付近に近接してくると、アンテナコイルL2側の磁界
レベルはほぼ零になり、ICカード2の受電電圧も0V
近くに降下する。さらにICカード2のアンテナコイル
L2が40mm以内に近接してくると、アンテナコイル
L2側の磁界レベルは上昇を開始し、したがってICカ
ード2の受電電圧も上昇する。このようにカードリーダ
1のアンテナコイルL1をシールド部材18によりシー
ルドしない場合は、各アンテナコイルL1,L2間の距
離が40〜60mmのときにICカード2の受電電圧が
一旦上昇した後0V近くまで低下する。この受電電圧が
ICカード2の動作電圧を一旦上回った後0V近くまで
低下することにより、ICカード2の制御回路22が誤
動作する。
コイルL1を図1(a)に示すシールド部材18により
覆った第1の実施の形態の場合は、カードリーダ1のア
ンテナコイルL1に対しICカード2のアンテナコイル
L2が40〜60mmに近づいても、ICカード2のア
ンテナコイルL2側の磁界は図3の符号B’の部分で示
されようなレベルの磁界強度(ほぼ0.75A/m)に
低減され、したがってICカード2の受電電圧は0Vに
近い電圧を維持している。そして、ICカード2のアン
テナコイルL2が40mm以内に近接してはじめて、ア
ンテナコイルL2側の磁界レベルが上昇を開始し、これ
によりICカード2の受電電圧も上昇を開始する。この
ようにカードリーダ1のアンテナコイルL1をシールド
部材18により覆った第1の実施の形態の場合は、IC
カード2の受電電圧が一旦このICカード2の動作電圧
以上に上昇した後0V近くまで下降するような現象を回
避でき、この結果ICカード2の制御回路22の誤動作
を防止することができる。
2の実施の形態を示す図であり、カードリーダ1の共振
回路14のアンテナコイルL1の配置状況を模式的に示
す平面図である。カードリーダ1の各部品を搭載する基
板17上のアンテナパターン形成部14Aには、図1
(a)の第1の実施の形態と同様、点O1を中心とした
ループ状のアンテナコイルL1を形成するとともに、こ
のアンテナコイルL1上に、ファラデーシールドと呼ば
れるシールド部材18’を形成する。
体)からなり、アンテナコイルL1上に次のようにして
形成される。即ち、前記ループ状のアンテナコイルL1
の中心点O1を通り、ICカードの挿入方向と直交する
中心線A−A’に対して、ICカード2の挿入方向側と
反対側のアンテナコイルL1上に、このアンテナコイル
L1に沿って第1のパターン18Aを形成するととも
に、前記中心線A−A’に対して、ICカード2の挿入
方向側のアンテナコイルL1上に、前記第1のパターン
18Aに接するとともにアンテナコイルL1に沿って第
2のパターン18Bを形成し、さらにこの第2のパター
ン18Bを前記アンテナパターン形成部14Aのカード
挿入側端部まで延伸形成する。なお、第1のパターン1
8Aは、このパターン18AをアンテナコイルL1上で
分離する切欠部18Cが設けられるように形成される。
ードリーダ1のアンテナコイルL1上を覆うことによ
り、固定配設され常時磁界を発生しているカードリーダ
1のアンテナコイルL1の形成面上に、図2中の右側に
配設された図示しないカード挿入口に挿入されたICカ
ード2が近接してきたときにICカード2の受電電圧が
一旦そのICカード2の動作電圧以上に上昇して0V近
くまで下降するような現象を回避することができる。な
お、第1のパターン18Aに切欠部18Cを設けなくて
も前述の現象を防止可能であるが、切欠部18Cを設け
ることでICカード2の受電電圧を上昇させることがで
きる。さらに、シールド部材18’を第2のパターン1
8Bのみで構成した場合でも、ICカード2の近接によ
りICカード2の受電電圧が一旦このICカード2の動
作電圧以上に上昇した後0V近くまで下降するような現
象を防止することができる。
ードリーダ1のアンテナコイルL1上を覆った場合の、
カードリーダ1のアンテナコイルL1の中心部O1とI
Cカード2のアンテナコイルL2の中心部O2との距離
差と、ICカード2のアンテナコイルL2側に誘起され
る磁界強度との関係を、図3のグラフに第2の実施の形
態として示す。
アンテナコイルL1を図2に示すシールド部材18’に
より覆った場合は、カードリーダ1のアンテナコイルL
1に対しICカード2のアンテナコイルL2が40〜6
0mmに近づいてくると、ICカード2のアンテナコイ
ルL2側の磁界強度は図3の符号B’の部分で示すよう
に、第1の実施の形態の場合よりもさらに低いレベルと
なり、したがって、ICカード2の受電電圧も0Vに近
いレベルを維持する。そして、ICカード2のアンテナ
コイルL2が40mm以内に近接してくると、第1の実
施の形態と同様にアンテナコイルL2側の磁界レベルが
上昇を開始し、これによりICカード2の受電電圧も上
昇を開始する。このようにカードリーダ1のアンテナコ
イルL1をシールド部材18’により覆った第2の実施
の形態の場合は、ICカード2の受電電圧が一旦上昇し
た後0V近くまで下降するような現象を、第1の実施の
形態よりもさらに確実に防止でき、したがってICカー
ド2の制御回路22の的確な動作を確保することができ
る。
のアンテナパターン形成部14Aに形成されるアンテナ
コイルL1の形状を楕円形状としたが、円状に形成して
も良く、また矩形状に形成しても良い。この場合、前記
シールド部材18,18’のはそれぞれ、円状または矩
形状のアンテナコイルL1上にこのアンテナコイルL1
沿って第1のパターン18A及び第2のパターン18B
形成されるとともに、アンテナパターン形成部14Aの
ICカード2の挿入方向側端部位置まで延伸形成され
る。
点を中心として表面にループ状のアンテナコイルが形成
されたアンテナパターン形成部を有し、アンテナパター
ン形成部の表面上に近づいてくるICカードのアンテナ
に対しアンテナコイルから電波信号を送信してICカー
ドに電源の供給を行い動作させるICカードリーダライ
タ装置において、ICカードの移動方向と直交し前記一
点を通る中心線に対し少なくともICカードが近づいて
くる方向側のアンテナコイル上にこのアンテナコイルに
沿って形成されるとともに、アンテナパターン形成部の
ICカードが近づいてくる方向側端部まで延伸形成され
る磁気シールドパターンを設けるようにしたので、カー
ドリーダライタ装置のアンテナコイルにICカードのア
ンテナを近接させていくときにICカードの受電電圧が
一旦このICカードの動作電圧以上に上昇して下降する
ような現象が回避され、この結果、ICカードの誤動作
を防止できる。また、磁気シールドパターンを導電体に
より形成し、この磁気シールドパターンの少なくともア
ンテナコイル上の一部に切欠部を有するようにしたの
で、ICカードの受電電圧を上昇させることができ、し
たがってカードリーダライタ装置は少ない電力で確実に
ICカードを動作させることができる。また、切欠部を
前記中心線に対しICカードが近づいてくる方向と反対
側に設けるようにしたので、カードリーダライタ装置の
アンテナコイルにICカードのアンテナを近接させてい
くときにICカードの受電電圧が一旦上昇して下降する
ような現象を確実に防止できるとともに、ICカードの
受電電圧を上昇させることができる。
タ装置の第1の実施の形態を示す図である。
第2の実施の形態を示す図である。
接続されるICカードのアンテナ側に発生する磁界の状
況を示すグラフである。
構成を示すブロック図である。
テナに対しICカードのアンテナが近接する状況を示す
図(図6(a)〜図6(f))、及び非接触型ICカー
ドリーダライタ装置のアンテナとICカードのアンテナ
間の距離とICカードの受電電圧との関係を示すグラフ
(図6(g))である。
ード、11…制御部、12…変調回路、13…整合回
路、14…共振回路、14A…アンテナパターン形成
部、15…復調回路、16…電源部、17…基板、1
8,18’…シールド部材、18A…第1のパターン、
18B…第2のパターン、18C…切欠部、L1,L2
…アンテナコイル。
Claims (3)
- 【請求項1】 一点を中心として表面にループ状のアン
テナコイルが形成されたアンテナパターン形成部を有
し、前記アンテナパターン形成部の表面上に近づいてく
る非接触型ICカードのアンテナに対し前記アンテナコ
イルから電波信号を送信して前記非接触型ICカードに
電源の供給を行い動作させる非接触型ICカードリーダ
ライタ装置において、 非接触型ICカードの移動方向と直交し前記一点を通る
中心線に対し少なくとも前記非接触型ICカードが近づ
いてくる方向側のアンテナコイル上にこのアンテナコイ
ルに沿って形成されるとともに、前記アンテナパターン
形成部の前記非接触型ICカードが近づいてくる方向側
端部まで延伸形成される磁気シールドパターンを設けた
ことを特徴とする非接触型ICカードリーダライタ装
置。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記磁気シールドパターンは導電体により形成され、少
なくとも前記アンテナコイル上の一部に切欠部を有する
ことを特徴とする非接触型ICカードリーダライタ装
置。 - 【請求項3】 請求項2において、 前記切欠部は前記中心線に対し非接触型ICカードが近
づいてくる方向と反対側に設けられることを特徴とする
非接触型ICカードリーダライタ装置。
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