JP2003050977A - 非接触型ｉｃカードの通信システム，ｉｃカード及びｉｃカードリーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各ＩＣカード夫々の製造条件に応じて通信を
最適に行うことができる非接触型ＩＣカードの通信シス
テムを提供する。 【解決手段】 ＩＣカードのメモリに当該ＩＣカードの
製造条件に関するカード固有データを記憶させておき、
ＩＣカードは、リーダライタ１１からのデータ読出し要
求があるとメモリから前記データを読み出して送信す
る。そして、リーダライタ１１は、ＩＣカード側より送
信されたカード固有データを受信するとそのデータに基
づいて当該ＩＣカードとの間で行う通信条件に関するパ
ラメータを調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣカードリーダ
と非接触型ＩＣカードとが電波信号を用いて通信を行う
非接触型ＩＣカードの通信システム、及びそのシステム
に使用されるＩＣカード並びにＩＣカードリーダに関す
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】図６は、ＩＣカードリ
ーダと非接触型ＩＣカードとが通信を行う場合の一例を
示すものである。ＩＣカード１は、例えばユーザが手に
持った状態で、例えば建造物の壁面などに設置されてい
るリーダライタ２に接近するが、例えば、ＩＣカード１
は、リーダライタ２の通信エリア３の外部である位置Ａ
から、通信エリア３内部の位置Ｂ，位置Ｂから更にリー
ダライタ２に近接した位置Ｃへと順次移動する。

【０００３】リーダライタ２がＩＣカード１に送信する
電波信号は、例えばＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)変
調信号である。ユーザの利便性を考慮すると、リーダラ
イタ２の通信エリア３はできるだけ大きくなるように設
定することが好ましい。従って、リーダライタ２におい
ても、通信エリア３の限界位置付近を調整の基準として
ＡＳＫ変調度や受信感度の設定を行うようにしている。

【０００４】しかしながら、ＩＣカード１が位置Ｃのよ
うにリーダライタ２の極めて近くに位置すると、ＩＣカ
ード１自身がリーダライタ２の高周波的な特性に影響を
及ぼす場合がある。すると、リーダライタ２が通信エリ
ア３の限界位置付近に合わせて例えばＡＳＫ変調度が１
０％となるように調整を行っていても、ＩＣカード１が
位置Ｃに達すると、ＩＣカード１の共振周波数などによ
りリーダライタ２のアンテナマッチングが変化してＡＳ
Ｋ変調信号のレベルが変動する。その結果、リーダライ
タ２が送信したデータをＩＣカード１が受信しきれなく
なり、ＩＣカード１の処理を正常に行うことができない
場合があった。

【０００５】また、ＩＣカード１側の回路が動作する
と、その動作によってノイズ（不要輻射）が発生する
（図７参照）。即ち、ＩＣカード１内のＣＰＵが動作し
て、メモリに対する読み書きを行ったり、通信回路を駆
動したりすることで電流の消費状態が変化すると、疑似
的に負荷変調が行われた状態に等しくなり、リーダライ
タ２との通信においてはノイズとなる。

【０００６】そのノイズの発生レベルが比較的大きい場
合には、通信エリア３の限界位置付近ではノイズの影響
は相対的に小さいが、位置Ｃ付近ではノイズの影響が相
対的に大きくなる。従って、リーダライタ２側がノイズ
を受信すると、ＩＣカード１の応答データであると見な
してしまう場合があり、その場合は本来の応答データが
受信できなくなるという問題が発生する。

【０００７】そして、以上のようにＩＣカード１がリー
ダライタ２に接近した場合に与える影響の大きさは、各
ＩＣカード１の個別の電気的特性に応じて異なる。即
ち、そのような電気的特性の差異がＩＣカードを生産し
たメーカ間で存在したり、或いは、同一メーカで生産さ
れたＩＣカードであっても各ＩＣカード毎に存在する場
合もある。何れのＩＣカード１についても整合するよう
にリーダライタ２側で調整を行うことは困難であった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、各ＩＣカード夫々の製造条件に応じ
て通信を最適に行うことができるように、ＩＣカードリ
ーダが調整を行うことができる非接触型ＩＣカードの通
信システム、及びそのシステムに使用されるＩＣカード
並びにＩＣカードリーダを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の非接触型
ＩＣカードの通信システムによれば、ＩＣカードの記憶
手段には、当該ＩＣカード固有のの製造条件に関するデ
ータが記憶されている。そして、ＩＣカードは、外部
（ＩＣカードリーダ）からのデータ読出し要求があると
記憶手段から前記データを読み出して電波信号により送
信する。そして、ＩＣカードリーダは、ＩＣカード側よ
り送信されたデータを受信すると、そのデータに基づい
て当該ＩＣカードとの間で行う通信条件に関するパラメ
ータを調整する。

【００１０】ここで、ＩＣカードの製造条件に関するデ
ータとは、例えば、ＩＣカードの製造者や型名，或い
は、製造時点における検査工程などで作業者が測定した
電気的特性（例えば、ＩＣチップ内部回路の消費電流
値，内部抵抗値、アンテナ部分の共振周波数，Ｑ値な
ど）である。斯様なデータを、ＩＣカードの記憶手段に
記憶させておく。

【００１１】即ち、ＩＣカードがＩＣカードリーダに極
めて接近した状態になると、ＩＣカードの電気的特性が
ＩＣカードリーダ側に影響を及ぼして通信条件を変動さ
せる。従って、ＩＣカードリーダ側で受信したＩＣカー
ドのデータに基づき通信条件に関するパラメータを調整
することで、様々なＩＣカードの電気的特性が夫々微妙
に異なる場合であっても、その特性が通信に及ぼす影響
を軽減して各ＩＣカードとの通信を良好に行うことが可
能となる。

【００１２】請求項２記載の非接触型ＩＣカードの通信
システムによれば、通信条件に関するパラメータを送信
信号の変調度とする。即ち、ＩＣカードの製造条件に関
するデータより、当該ＩＣカードがＩＣカードリーダ側
に接近すると、そのＩＣカードが有しているインピーダ
ンスの影響を受けて送信信号波形の変調度が変化するこ
とが予想される場合に、それらの影響を軽減するように
送信信号の変調度を調整すればＩＣカードとの通信を良
好に行うことが可能となる。

【００１３】請求項３記載の非接触型ＩＣカードの通信
システムによれば、通信条件に関するパラメータを受信
信号の受信感度とする。即ち、ＩＣカードの製造条件に
関するデータより、当該ＩＣカードがＩＣカードリーダ
側に接近すると、そのＩＣカードが発生するノイズの影
響を受けてデータを誤って受信することが予想される場
合に、それらの影響を軽減するように受信信号の受信感
度を調整すれば、ＩＣカードとの通信を良好に行うこと
が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図１乃至図５を参照して説明する。図１に示すリーダラ
イタ（ＩＣカードリーダ）１１は、例えばパーソナルコ
ンピュータなどの上位装置（ホスト，図示せず）とシリ
アルインターフェイス等を介して接続されており、上位
装置側のアプリケーションプログラムの指示に基づいて
図２に示すＩＣカード１２と電波信号により通信を行う
ようになっている。

【００１５】即ち、リーダライタ１１は、自身の通信エ
リアにＩＣカード１２が接近したことを検知するため、
ＩＣカード１２に対する呼出しコードを間欠的に送信す
るポーリングを行う（リクエスト）。そして、ＩＣカー
ド１２を携帯したユーザが通信エリア内に位置すると、
ＩＣカード１２は、リーダライタ１１が送信する信号か
ら動作用の電源及びクロックを生成して応答するように
なっている。

【００１６】図１は、リーダライタ１１内部の電気的構
成を示す機能ブロック図である。ＣＰＵ（制御回路）１
３は、上位インターフェイス（Ｉ／Ｆ）部１４を介して
上位装置とシリアル通信を行うようになっている。リセ
ットＩＣ１５は、ＣＰＵ１３のリセットＯＮ，ＯＦＦを
行うためのリセット信号を出力する。符号化部１６は、
ＣＰＵ１３よりシリアルに与えられる送信データを例え
ばＮＲＺ(Non Returnto Zero)方式で符号化して変調部
１７に出力する。

【００１７】キャリア発振器１８は、１３．５６ＭＨｚ
の発振信号を符号化部１６及び変調部１７に搬送波信号
として、また、ＣＰＵ１３にクロック用の信号として供
給する。ＣＰＵ１３は、その発振信号を適宜分周したも
のを動作用クロックとして使用する。変調部１７は、搬
送波を符号化された送信データによってＡＳＫ変調する
ようになっており、その場合の変調度を調整できるよう
に構成されている。変調部１７で変調された被変調信号
は、増幅部５０を介してアンテナ（ＬＣ共振回路のコイ
ル）１９に出力され、電波信号として外部に送信され
る。

【００１８】一方、ＩＣカード１２側より送信された信
号をアンテナ１９が受信すると、その受信信号は受信部
２０に出力されるようになっている。受信部２０で復調
された復調信号は、増幅部２１を介して復号化部２２に
与えられ復号化されると、ＣＰＵ１３に出力される。

【００１９】そして、ＣＰＵ１３は、後述するようにＩ
Ｃカード１２によって送信されたカード固有データに応
じて、変調部１７における変調度を調整すると共に、増
幅部１８の出力インピーダンス及び増幅部２１の増幅率
（受信感度）を調整するようになっている。

【００２０】また、図２は、ＩＣカード１２内部の電気
的構成を示す機能ブロック図である。ＩＣカード１２
は、アンテナ（ＬＣ共振回路のコイル）２３，整流部２
４，クロック抽出部２５，ＣＰＵ２６，メモリ（記憶手
段）２７，変調部２８などで構成されている。

【００２１】整流部２４は、リーダライタ１１より送信
された電波信号をアンテナ２３が受信すると、その受信
信号を整流平滑してＣＰＵ２６などに動作用の電源を供
給すると共に、受信信号を復調した復調データをＣＰＵ
２６に出力する。クロック抽出部２５は、アンテナ２３
が受信した信号から抽出したクロック信号をＣＰＵ２６
に供給する。ＣＰＵ２６は、例えばＦＲＡＭ(Ferroelec
tric RAM) などからなる不揮発性のメモリ２７に対して
データの読み書きを行うようになっている。

【００２２】また、ＣＰＵ２６は、変調部２８に対して
送信データをシリアルに出力する。変調部２８は、スイ
ッチ２９及び変調負荷３０の直列回路で構成されてお
り、その直列回路がアンテナ２３に並列に接続されてい
る。そして、スイッチ２９は、ＣＰＵ２６によって出力
された送信データに応じてオンオフされ、搬送波を負荷
変調するようになっている。

【００２３】ＩＣカード１２のメモリ２７には、ＩＣカ
ード１２のＩＤデータや通信時の認証処理に使用するコ
ード，リーダライタ１１が本来読み出すことを目的とし
ているＩＣカード１２のユーザに関するデータなどが記
憶されている。

【００２４】また、それらに加えて、図３に示すよう
に、ＩＣカード１２固有の製造条件に関するデータ（以
下、カード固有データと称す）が記憶されている。これ
らのカード固有データは、ＩＣカード１２の製造管理に
関するデータと、製造時に検査工程において測定された
電気的特性に関するデータに大別される。

【００２５】例えば、前者はＩＣチップ（ＣＰＵ２６）
及びＩＣカード１２夫々の製造者，種別若しくは型名，
製造ライン及び製造時期などである。後者は、ＩＣチッ
プの消費電流値や内部抵抗値，また、ＩＣカード１２の
アンテナ２３部分の共振周波数やＱ値などであり、例え
ば、ＩＣカード１２の製造時点における検査工程などで
作業者が測定を行い、その結果をメモリ２７に書き込む
ようにする。尚、後者のデータに関しては、絶対値，相
対値の何れであっても良い。そして、これらのカード固
有データは、リーダライタ１１が送信したデータ読み出
しコマンドをＩＣカード１２側が受信した場合に、ＣＰ
Ｕ２６がメモリ２７から読み出してリーダライタ１１側
に送信するようになっている。

【００２６】次に、本実施例の作用について図４及び図
５をも参照して説明する。図４は、リーダライタ１１の
ＣＰＵ１３が行う通信制御処理の内、本発明の要旨にか
かる部分を示すフローチャートである。ＣＰＵ１３は、
上位装置からのコマンド送信要求を受信すると、先ず通
信条件の初期化を行う（ステップＳ１）。即ち、送信信
号の変調度，送信電力レベル，受信感度などを初期設定
する。それから、ＩＣカード１２に対してリクエストコ
マンドを送信する（ステップＳ２）。

【００２７】ＩＣカード１２がリクエストコマンドに応
答してカードのＩＤを送信し、リーダライタ１１がその
ＩＤを受信すると（ステップＳ３，「ＹＥＳ」）、ＣＰ
Ｕ１３は、そのカードＩＤを指定してデータ読み出しコ
マンドを送信する（ステップＳ４）。

【００２８】上述したように、ＩＣカード１２は、デー
タ読み出しコマンドを受信すると、メモリ２７からカー
ド固有データを読み出してリーダライタ１１に送信す
る。ＣＰＵ１３は、そのカード固有データを受信すると
（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、受信したカード固有デ
ータに基づいて設定すべき通信条件を決定し（ステップ
Ｓ６）、決定した条件に変更する（ステップＳ７）。

【００２９】ステップＳ６における通信条件の決定は、
例えば、ＩＣカード１２の電気的特性に関するデータに
基づいて行う。即ち、ＩＣカード１２がリーダライタ１
１に接近すると、ＩＣカード１２側のアンテナ２３とリ
ーダライタ１１側のアンテナ１９との間で相互インダク
タンス成分が発生するなどして送信回路部のインピーダ
ンスが変動するため、送信信号の変調度が変化する。従
って、アンテナ２３部分の共振周波数やＱ値は、そのよ
うな変調度の変化度合いに影響を及ぼすパラメータとし
て捉えることができるため、これらの値に応じて送信信
号の変調度や出力インピーダンスを調整する。

【００３０】また、ＣＰＵ２６の消費電流値や内部抵抗
値は、ＣＰＵ２６が動作した場合に発生するノイズレベ
ルの大きさに影響を与える。即ち、消費電流の変動が大
きくなるとノイズレベルは上昇する。また、消費電流の
変動は、内部抵抗値が高いか低いかによって大きく異な
る。そして、ノイズレベルが比較的高いＩＣカード１２
がリーダライタ１１に接近すると、リーダライタ１１側
が受信したノイズ成分を応答データとして捉えるおそれ
があるので、受信感度を標準よりも低めに設定する。

【００３１】また、上述のように電気的特性に関するデ
ータに限らず、ＩＣカード１２の製造管理に関するデー
タに基づいて通信条件を設定しても良い。即ち、ＩＣカ
ード１２の製造者や種別・型名などに応じて、電気的特
性のバイアスが一定の傾向を示す場合がある。従って、
製造管理に関するデータに基づき設定を行っても、調整
することは可能である。

【００３２】以上のようにして、ＩＣカード１２の特性
に応じてリーダライタ１１側の通信条件を変更すると、
以降は通常の通信処理となる。即ち、リーダライタ１１
のＣＰＵ１３はＩＣカード１２との間で認証処理を行い
（ステップＳ８）、それから、重要データの送受信処理
を行う（ステップＳ９）。そして、他のカードを処理す
る場合は（ステップＳ１０，「ＹＥＳ」）ステップＳ１
に戻り、他のカードを処理しない場合は（「ＮＯ」）処
理を終了する。

【００３３】また、以上の処理については、リーダライ
タ１１が一度に通信を行うＩＣカード１２が１枚の場合
を想定して説明したが、一度に通信を行うＩＣカード１
２が複数、例えば２枚の場合には、図４のフローチャー
トを図５に示す流れで処理すれば良い。ここでは、２枚
のＩＣカードの間で度数を受け渡す（カードａ→カード
ｂ）例を示す。即ち、ステップＳ１で通信条件を初期
化し、ステップＳ２，Ｓ３で２枚のＩＣカード１２
（ａ，ｂ）のＩＤを受信したとする。その場合、ステッ
プＳ４，Ｓ５においてＩＣカード１２ａ，１２ｂの夫々
についてカード固有データａ，ｂを読み出しておく。

【００３４】次に、先ずカード固有データａに基づい
て通信条件を変更し（Ｓ６，Ｓ７）、ＩＣカード１２ａ
との間で通信を行って認証処理（Ｓ８），重要デー
タの送受信処理（Ｓ９）を行う。それから、ステップＳ
６に戻り、カード固有データｂに基づいて通信条件を
変更し（Ｓ６，Ｓ７）、ＩＣカード１２ｂとの間で通信
を行って認証処理（Ｓ８），重要データの送受信処
理（Ｓ９）を行うようにする。そして、ＩＣカード１
２ａ用に通信条件を変更し（Ｓ７）、“10”度数を減算
後（Ｓ９）、“11”ＩＣカード１２ｂ用に通信条件を変
更し（Ｓ７）“12”カード１２ｂへの度数追加処理を行
う。これら一連の処理の後、ステップＳ１に戻る。

【００３５】以上のように本実施例によれば、ＩＣカー
ド１２のメモリ２７に当該ＩＣカード１２の製造条件に
関するカード固有データを記憶させておき、ＩＣカード
１２は、リーダライタ１１からのデータ読出し要求があ
るとメモリ２７から前記データを読み出して送信する。
そして、リーダライタ１１は、ＩＣカード１２側より送
信されたカード固有データを受信するとそのデータに基
づいて当該ＩＣカード１２との間で行う通信条件に関す
るパラメータを調整するようにした。

【００３６】従って、ＩＣカード１２がリーダライタ１
１に極めて接近した状態になり、ＩＣカード１２が有し
ている電気的特性がリーダライタ１１側に影響を及ぼす
ような場合でも、リーダライタ１１側で受信したカード
固有データに基づき通信条件に関するパラメータを調整
することで、その特性が通信に及ぼす影響を軽減して各
ＩＣカード１２との通信を良好に行うことができる。そ
して、様々なＩＣカード１２の電気的特性が夫々微妙に
異なる場合であっても、夫々の特性に対応した通信条件
を記憶しておくことで夫々のＩＣカード１２と良好な通
信を行うことが可能となる。

【００３７】そして、リーダライタ１１は、ＩＣカード
１２から受信したカード固有データに基づいて送信信号
の変調度と受信信号の受信感度を調整するので、受信し
たカード固有データに基づいて、接近したＩＣカード１
２が有しているインピーダンスの影響を受けて送信信号
波形の変調度が変化することが予想されたり、ＩＣカー
ド１２が発生するノイズの影響を受けてデータを誤って
受信することが予想される場合でも、それらの影響を軽
減するように送信信号の変調度と受信信号の受信感度を
調整し、ＩＣカード１２との通信を良好に行うことがで
きる。

【００３８】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。ＩＣカード１２がステップＳ３にお
けるリクエストコマンドの送信に対する応答の段階でカ
ード固有データをリーダライタ１１に送信するようにな
っている場合は、ステップＳ４，Ｓ５を削除しても良
い。上位装置は、パソコンに限ることなく通信専用の装
置であっても良い。また、上位装置の機能がリーダライ
タ１１に組み込まれているものでも良い。図５に示す処
理を、３枚以上のＩＣカード１２について行っても良
い。通信条件の調整は、送信信号の変調度，受信感度の
何れか一方のみについて行っても良い。

【００３９】ＩＣカード１２側の共振周波数値のずれが
比較的大きい場合には、リーダライタ１１が増幅部５０
の出力インピーダンスを通信条件に関するパラメータと
して調整するようにしても良い。記憶手段に記憶させる
データは、図３に示すものに限らず、ＩＣカードの製造
条件を示すものであれば何でもよい。記憶手段は、ＦＲ
ＡＭに限ることなく、ワンタイムＰＲＯＭ，ＥＰＲＯ
Ｍ，ＥＥＰＲＯＭなどでも良い。リーダライタ１１に限
ることなく、ＩＣカード１２が記憶しているデータを読
み出す機能だけを有するＩＣカードリーダに適用しても
良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であり、リーダライタ内部の
電気的構成を示す機能ブロック図

【図２】ＩＣカード内部の電気的構成を示す機能ブロッ
ク図

【図３】ＩＣカードのメモリに記憶されるカード固有デ
ータの一例を示す図

【図４】リーダライタのＣＰＵが行う通信制御処理の
内、本発明の要旨にかかる部分を示すフローチャート

【図５】カードリーダが一度に通信を行うＩＣカードが
２枚の場合に、図４のフローチャートの処理の流れを示
す図

【図６】従来技術を示す、ＩＣカードとリーダライタと
の通信状態を示す図

【図７】ＩＣカードの内部回路が動作することでノイズ
が発生する状態を示すタイムチャート

【符号の説明】

１１はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、１２はＩＣ
カード、１３はＣＰＵ（制御回路）、２６はＣＰＵ（制
御回路）、２７はメモリ（記憶手段）を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 夫々固有の製造条件に関するデータが記
   憶される記憶手段を備え、外部からのデータ読出し要求
   があると前記製造条件に関するデータを読み出して電波
   信号により送信する非接触型のＩＣカードと、 このＩＣカードによって送信された前記製造条件に関す
   るデータを受信すると、当該データに基づいて当該ＩＣ
   カードとの間で行う通信条件に関するパラメータを調整
   するＩＣカードリーダとで構成されることを特徴とする
   非接触型ＩＣカードの通信システム。
2. 【請求項２】 前記通信条件に関するパラメータは、送
   信信号の変調度であることを特徴とする請求項１記載の
   非接触型ＩＣカードの通信システム。
3. 【請求項３】 前記通信条件に関するパラメータは、受
   信信号の受信感度であることを特徴とする請求項１また
   は２記載の非接触型ＩＣカードの通信システム。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れかに記載の非接触
   型ＩＣカードの通信システムに使用されることを特徴と
   するＩＣカード。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３の何れかに記載の非接触
   型ＩＣカードの通信システムに使用されることを特徴と
   するＩＣカードリーダ。