JP2003162696A - 非接触式ｉｃカード用リーダライタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の通信位置に位置している非接触式ＩＣ
カードとデータ通信ができない場合であっても、ＩＣカ
ードとのデータ通信を可能とする非接触式ＩＣカード用
リーダライタを提供する。 【解決手段】 ＣＰＵ部２０は、所定の通信位置に位置
したＩＣカード４と通信する際は、まず、第１のアンテ
ナコイル１３ａを通じて通信する。このとき、ＩＣカー
ド４と通信できなかったときは、アンテナ切替部１４を
切替えることにより第２のアンテナコイル１３ｂを通じ
てＩＣカード４との通信を実行し、それでも通信できな
かったときは、第３のアンテナコイル１３ｃを通じてＩ
Ｃカード４との通信を実行する。これにより、アンテナ
コイル１３による通信態様が順に切替わるので、共振周
波数が周囲環境の影響を受けてしまって目標の共振周波
数からずれている場合であっても共振周波数を元に復帰
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の通信位置に
位置する非接触式ＩＣカードとアンテナ手段同士の相互
結合によりデータ通信する非接触式ＩＣカード用リーダ
ライタに関する。

【従来の技術】近年、磁気カードに代わり、電波式のＩ
Ｃカードが供されつつある。このような電波式のＩＣカ
ードは、リーダライタと非接触で通信を行うことから、
耐環境性に優れ、壊れにくいことを特徴とする。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リーダ
ライタのアンテナコイルとＩＣカードのアンテナコイル
とが対向しているにしても、両方のアンテナコイルの相
互作用、或いは周囲環境（主に磁性体である金属が存在
する場合）の影響を受けて、共振周波数が目標の共振周
波数からずれてしまうことがあり、このような場合は、
所定の通信位置に位置しているＩＣカードとデータ通信
することができなくなる虞がある。

【０００３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、所定の通信位置に位置している非接触
式ＩＣカードとデータ通信ができない場合であっても、
ＩＣカードとのデータ通信を可能とする非接触式ＩＣカ
ード用リーダライタを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、非接触式ＩＣカードが所定の通信位置に位置する
と、リーダライタ側アンテナ手段とＩＣ側アンテナ手段
とが対向して相互結合するので、ＩＣカードと非接触で
データ通信を行うことができる。

【０００５】しかしながら、リーダライタ側アンテナ手
段とＩＣ側アンテナ手段とが対向しているにしても、リ
ーダライタ側アンテナ手段とＩＣカード側アンテナ手段
との相互作用、或いは周囲環境の影響を受けてしまっ
て、互いの共振周波数が目標の共振周波数からずれてデ
ータ通信することができない場合がある。

【０００６】そこで、このような場合は、再通信動作を
実行する。つまり、リーダライタ側アンテナ手段の通信
態様を変更した状態でＩＣカードとデータ通信する。す
ると、リーダ側アンテナ手段の通信態様が変更し、共振
周波数が目標の共振周波数に近付くようにずれたとき
は、ＩＣカードとのデータ通信が可能となる。

【０００７】請求項２の発明によれば、再通信動作を所
定回数繰返して実行するにしてもＩＣカードとデータ通
信できなかったときは、ＩＣカードとの通信が不可能で
ある可能性が高いことから、再通信動作を停止すると共
に、報知手段により通信エラーを報知する。これによ
り、再通信動作を無駄に継続してしまうことを防止でき
ると共に、使用者に通信不能を報知することができる。

【０００８】請求項３の発明によれば、リーダライタ側
アンテナ手段は、複数のアンテナコイルのうち有効とな
るアンテナコイルを択一的に選択するので、アンテナコ
イルの形状或いは巻数を異ならせることにより、通信態
様を容易に変更することができる。

【０００９】請求項４の発明によれば、リーダライタ側
アンテナ手段は、複数のアンテナコイルの接続関係を変
更するので、アンテナコイルの形状或いは巻数が異なる
ようになり、通信態様を容易に変更することができる。

【００１０】請求項５の発明によれば、プリント配線基
板にアンテナパターンとして設けるようにしたので、リ
ーダライタ側アンテナ手段の構成を簡単化することがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の第１の実施の形態を図１乃至図１３を参照して説明
する。図２及び図３は非接触式ＩＣカード用リーダライ
タの構成を概略的に示す縦断面図及び横断面図である。
これらの図２及び図３において、ＩＣカード用リーダラ
イタ１の筐体をなすケース２の正面にはカード挿入口３
が設けられており、ケース２内には、カード挿入口３に
連続した図示しない搬送路が形成されている。この搬送
路は、ＩＣカード４の端部を支持するレールからなり、
そのレールに両側が支持された状態でＩＣカード４が案
内されるようになっている。搬送路を上下から挟むよう
にして搬送ローラ５が設けられており、ステッピングモ
ータ６の駆動に応じて搬送ローラ５が回転するようにな
っている。

【００１２】ケース２内には、カード挿入口３に対応し
て第１のカードセンサ７が設置されており、カード挿入
口３に挿入されたＩＣカード４の端部位置を検出するよ
うになっている。また、搬送路の終端位置に対応して第
２のカードセンサ８が設置されており、搬送路に沿って
搬送されたＩＣカード４の端部位置を検出することによ
り、ＩＣカード４が所定の通信位置に位置したことを検
出するようになっている。

【００１３】一方、ケース２内には制御基板９が配設さ
れており、第１及び第２のカードセンサ７及び８からの
検出信号はリード線７ａ及び８ａを通じて制御基板９に
与えられると共に、制御基板９からの駆動信号がリード
線６ａを通じてステッピングモータ６に出力されるよう
になっている。

【００１４】ここで、制御基板９には所定距離離間した
対向状態でアンテナ基板１０が装着されており、コネク
タ１１を通じて制御基板９とアンテナ基板１０との間で
送信信号或いは受信信号が授受される。このアンテナ基
板１０は、所定の通信位置に位置するＩＣカード４と対
向するように位置決めされている。

【００１５】図４はアンテナ基板１０に形成されたアン
テナコイルを模式的に示している。この図４において、
アンテナ基板１０は、プリント配線基板１２に螺旋状の
アンテナコイル（リーダライタ側アンテナ手段に相当）
１３を配線パターンにより形成してなると共に、そのア
ンテナコイル１３をアンテナ切替部１４と接続して構成
されている。ここで、アンテナコイル１３は、第１〜第
３のアンテナコイル１３ａ〜１３ｃを絶縁状態で重ねる
ように形成してなり、後述するようにアンテナ切替部１
４の切替えに応じて有効となるアンテナコイル１３ａ〜
１３ｃが択一的に選択されるようになっている。

【００１６】図５乃至図７は、アンテナ切替部１４の切
替えに応じて有効となるアンテナコイル１３ａ〜１３ｃ
を個別に示している。これらの図５乃至図７では各アン
テナコイル１３ａ〜１３ｃを１〜３の券回数で模式的に
示しているが、各アンテナコイル１３ａ〜１３ｃの券回
数は任意とすることができる。

【００１７】尚、第１〜第３のアンテナコイル１３ａ〜
１３ｃをそれぞれ絶縁状態で重ねて形成する方法として
は、例えば積層基板を用いることにより実施することが
できる。また、アンテナコイル１３において配線パター
ンが他の配線パターンと交差する部位は、スルーホール
を介して裏面に形成された配線パターンにより交差しな
いようになっている。

【００１８】図８はＩＣカード４を模式的に示してい
る。この図８において、ＩＣカード４は、プラスチック
カード１５にアンテナコイル（ＩＣカード側アンテナ手
段に相当）１６及び共振コンデンサ１７並びにＩＣチッ
プ１８（図１参照）を埋め込んで形成されており、アン
テナコイル１６が電力信号を受信した状態でＩＣチップ
１８に給電されて動作するようになっている。この場
合、アンテナコイル１６及び共振コンデンサ１７並びに
ＩＣチップ１８から共振回路が形成されている。

【００１９】図１はＩＣカード用リーダライタ１の電気
的構成を示している。この図１において、電源部１９
は、商用交流電源からの給電状態で各回路に給電する。
ＣＰＵ部（報知手段に相当）２０は、送信部２１から電
力信号を出力した状態で当該電力信号に送信信号を重畳
して出力することにより、送信信号を相互結合によりＩ
Ｃカード４に送信するようになっている。また、ＣＰＵ
部２０は、送信部２１から電力信号を送信した状態で電
力信号に重畳された信号を受信部２２で抽出することに
よりＩＣカード４からの受信信号を受信するようになっ
ている。この場合、送信部２１とアンテナ基板１０のア
ンテナコイル１６とにより共振回路が形成されている。

【００２０】モータ制御部２３は、ＣＰＵ部２０からの
指令に応じてステッピングモータ６を駆動することによ
りＩＣカード４の搬送を制御する。カードセンサ７，８
の検出状態はＣＰＵ部２０に与えられる。外部インタフ
ェース２４は、ＣＰＵ部２０と例えば外部のパソコンと
の間の通信を制御する。

【００２１】次に上記構成の作用について説明する。図
９はリーダライタ１のＣＰＵ部２０の動作を示すフロー
チャートである。この図９において、ＣＰＵ部２０は、
まず、図１０に示すようにアンテナ切替部１４を切替え
て第１のアンテナコイル１３ａをセットすることにより
送信部２１及び受信部２２と第１のアンテナコイル１３
ａとを接続する（ステップＳ０１）。続いて、第１のカ
ードセンサ７の検出状態に基づいてカード挿入口３にＩ
Ｃカード４が挿入されたかを判断する（ステップＳ０
２）。

【００２２】さて、リーダライタ１のカード挿入口３に
非接触式ＩＣカード４が挿入されると、そのことを第１
のカードセンサ７が検出するので（ステップＳ０２：Ｙ
ＥＳ）、ＣＰＵ部２０は、ステッピングモータ６を正転
する（ステップＳ０３）。これにより、搬送ローラ５が
正転するので、カード挿入口３に挿入されたＩＣカード
４は搬送ローラ５によりリーダライタ１内に引込まれ、
搬送路に沿って搬送される。

【００２３】そして、搬送路で搬送されるＩＣカード４
が所定の通信位置に達すると、第２のカードセンサ８が
ＩＣカード４の端部を検出するので（ステップＳ０
４）、ＣＰＵ部２０は、ステッピングモータ６に対する
駆動を停止する（ステップＳ０５）。これにより、ＩＣ
カード４が所定の通信位置に停止し、その停止状態で
は、ＩＣカード４のアンテナコイル１３とアンテナ基板
１０のアンテナコイル１６とが対向して相互結合状態と
なる。

【００２４】続いて、ＣＰＵ部２０は、アンテナ基板１
０に電力信号を出力することによりＩＣカード４に電力
を給電する。すると、ＩＣカード４が給電に応じて動作
するので、ＩＣカード４からデータを非接触通信で読取
ることができる（ステップＳ０７：ＹＥＳ）。

【００２５】しかしながら、このようにＩＣカード４の
アンテナコイル１６がアンテナ基板１０のアンテナコイ
ル１３と対向している場合であっても、両者の相互作用
或いは周囲環境の影響を受け、共振周波数が目標の共振
周波数からずれてしまってＩＣカード４との通信ができ
なくなることがある。

【００２６】そこで、リーダライタ１のＣＰＵ部２０
は、ＩＣカード４からの読取りができなかったときは
（ステップＳ０７：ＮＯ）、図１１に示すようにアンテ
ナ切替部１４を切替えることにより第２のアンテナコイ
ル１３ｂをセットしてから（ステップＳ０８）、ＩＣカ
ード４との通信を実行し（ステップＳ０９）、ＩＣカー
ド４からの読取りを依然としてできなかったときは（ス
テップＳ１０：ＮＯ）、図１２に示すようにアンテナ切
替部１４を切替えることにより第３のアンテナコイル１
３ｃをセットしてから（ステップＳ１１）、ＩＣカード
４との通信を実行する（ステップＳ１２）。

【００２７】このようにＩＣカード４と通信するアンテ
ナコイル１３ａ〜１３ｃをアンテナ切替部１４により順
に切替えることにより、互いのアンテナコイル１３，１
６の共振周波数を目標の共振周波数に近付けることがで
き、ＩＣカード４からの読取が可能となる。

【００２８】即ち、目標の共振周波数が図１３（ａ）に
示す周波数であったものが、互いのアンテナコイル１
３，１６の相互作用或いは周囲環境の影響を受けてしま
って、図１３（ｂ）に示すようにずれてしまった場合で
あっても、ＩＣカード４と通信するアンテナコイル１３
ａ〜１３ｃを順に切替えることにより図１３（ｃ）に示
すように共振周波数を目標の共振周波数に近付けるよう
にずらすことができ、ＩＣカード４からの読取が可能と
なるのである。

【００２９】また、図９に示すようにアンテナコイル１
３ａ〜１３ｃも切替状態で、上述のようなＩＣカード４
と再通信を繰返して実行するにもかかわらずＩＣカード
４との通信が最終的にできなかったときは（ステップＳ
１３：ＮＯ）、エラーステイタスをセットしてから（ス
テップＳ１４）、エラー処理を実行する（ステップＳ１
５）。従って、利用者は、エラーが報知されたときは、
エラーステイタスを確認することによりエラーの内容を
確認することができる。

【００３０】このような本実施の形態によれば、所定の
通信位置に位置したＩＣカード４からの読取りを行うこ
とができなかったときは、ＩＣカード４と通信するアン
テナコイル１３ａ〜１３ｃを順に切替えることによりア
ンテナコイル１３の通信態様を変更するようにしたの
で、互いのアンテナコイル１３，１６の共振周波数のず
れによりＩＣカード４との通信を行うことができない場
合であっても、ＩＣカード４からの読取りを可能とする
ことができる。しかも、このように優れた効果を奏する
構成としては、プリント配線基板１２に配線パターンで
形成したアンテナコイル１３ａ〜１３ｃを形成し、それ
らを順に切替えるように構成したので、簡単な構成で容
易に実施することができる。

【００３１】（第２の実施の形態）次に本発明の第２の
実施の形態を図１４乃至図２０を参照して説明するに、
第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。この第２の実施の形態は、アンテナコイル
同士の接続関係を切替えることにより通信態様を切替え
ることを特徴とする。

【００３２】即ち、アンテナ基板１０を模式的に示す図
１４において、アンテナ基板１０は、プリント配線基板
１２に螺旋状のアンテナコイル３１を配線パターンによ
り形成してなると共に、そのアンテナコイル１３をアン
テナ切替部３２と接続して構成されている。ここで、ア
ンテナコイル３１は、第１〜第３のアンテナコイル３１
ａ〜３１ｃを絶縁状態で同心円状に形成してなり、アン
テナ切替部３２の切替えに応じて有効となるアンテナコ
イルが一つ若しくは複数選択されるようになっている。
この場合、複数のアンテナコイルが選択されたときは、
それらのアンテナコイルは直列接続されて１つのアンテ
ナコイルとして機能するようになっている。つまり，図
１８に示すようにアンテナ切替部３２の切替えに応じて
第１のアンテナコイル３１ａが選択された場合は、図１
５に示すように第１のアンテナコイル３１ａのみが送信
部２１及び受信部２２と接続され、図１９に示すように
アンテナ切替部３２の切替えに応じて第１及び第２のア
ンテナコイル３１ａ及び３１ｂが選択された場合は、図
１６に示すように示すように第１及び第２のアンテナコ
イル３１ａ及び３１ｂが直列接続された状態で送信部２
１及び受信部２２と接続され、図２０に示すようにアン
テナ切替部３２の切替えに応じて第１〜第３のアンテナ
コイル３１ａ〜３１ｃが選択された場合は、図１７に示
すように第１〜第３のアンテナコイル３１ａ〜３１ｃが
直列接続された状態で送信部２１及び受信部２２と接続
される。

【００３３】そして、ＣＰＵ部２０は、第１のアンテナ
コイル３１ａを選択した状態でＩＣカード４との通信で
きなかったときは、図１９に示すように第１及び第２の
アンテナコイル３１ａ及び３１ｂを選択した状態でＩＣ
カード４との通信を実行し、それでも通信できなかった
ときは図２０に示すように第１〜第３のアンテナコイル
３１ａ〜３１ｃを選択した状態でＩＣカード４との通信
を実行する。

【００３４】このような実施の形態によれば、ＩＣカー
ド４との通信を実行することができなかったときは、ア
ンテナコイル３１ａ〜３１ｃの接続関係を変更すること
によりアンテナコイル３１の通信態様を変更するように
したので、第１の実施の形態と同様に、共振周波数が目
標の共振周波数に近付くようにずれたときは、ＩＣカー
ド４との通信が可能となる。

【００３５】本発明は、上記各実施の形態に限定される
ことなく、次のように変形または拡張できる。アンテナ
基板に複数のアンテナコイルを互いに異なる位置に形成
し、それらのアンテナコイルを順に選択したり、互いの
接続関係を変更することにより通信態様を変更するよう
にしてもよい。アンテナコイルに接続する共振コンデン
サを順に変更することにより通信態様を変更するように
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるリーダライ
タの電気的構成を示す概略図

【図２】リーダライタの縦断面図

【図３】リーダライタの横断面図

【図４】アンテナ基板を模式的に示す平面図

【図５】第１のアンテナコイルを模式的に示す図４相当
図

【図６】第２のアンテナコイルを模式的に示す図４相当
図

【図７】第３のアンテナコイルを模式的に示す図４相当
図

【図８】ＩＣカードを模式的に示す平面図

【図９】リーダライタのＣＰＵ部の動作を示すフローチ
ャート

【図１０】第１のアンテナコイルの選択状態で示すアン
テナ切替部の模式図

【図１１】第２のアンテナコイルの選択状態で示すアン
テナ切替部の模式図

【図１２】第３のアンテナコイルの選択状態で示すアン
テナ切替部の模式図

【図１３】共振周波数の移動状態を示す図

【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるアンテナ
基板を模式的に示す平面図

【図１５】第１のアンテナコイルの選択状態で示す図１
４相当図

【図１６】第２のアンテナコイルの選択状態で示す図１
４相当図

【図１７】第３のアンテナコイルの選択状態で示す図１
４相当図

【図１８】第１のアンテナコイルの選択状態で示すアン
テナ切替部の模式図

【図１９】第２のアンテナコイルの選択状態で示すアン
テナ切替部の模式図

【図２０】第３のアンテナコイルの選択状態で示すアン
テナ切替部の模式図

【符号の説明】

１はＩＣカード用リーダライタ、３は非接触式ＩＣカー
ド、７は第１のカードセンサ、８は第２のカードセン
サ、９は制御基板、１０はアンテナ基板、１３はアンテ
ナコイル（リーダライタ側アンテナ手段）、１６はアン
テナコイル（ＩＣカード側アンテナ手段）、２０はＣＰ
Ｕ部（報知手段）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C005 MA31 MA40 MB10 NA06 NA09 TA03 TA22 TA24 TA40 5B058 CA17 KA02 KA21 YA20 5K012 AA05 AB05 AB12 AC06 AC07 AC08 AC10 AE11 BA02 BA10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の通信位置に位置する非接触式ＩＣ
   カードと対向するリーダライタ側アンテナ手段を備え、
   ＩＣカード側アンテナ手段と上記リーダライタ側アンテ
   ナ手段との間の相互結合により前記ＩＣカードとデータ
   通信する非接触式ＩＣカード用リーダライタにおいて、 前記リーダライタ側アンテナ手段は、通信態様を変更可
   能に設けられ、 前記ＩＣカードとデータ通信できなかったときは、前記
   リーダライタ側アンテナ手段の通信態様を切換えた状態
   で前記ＩＣカードとデータ通信する再通信動作を実行す
   ることを特徴とする非接触式ＩＣカード用リーダライ
   タ。
2. 【請求項２】 前記再通信動作を前記リーダライタ側ア
   ンテナ手段の全ての通信態様を変更した状態で実行する
   にしても前記ＩＣカードとデータ通信できなかったとき
   は、前記再通信動作を停止すると共に通信エラーを報知
   する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   非接触式ＩＣカード用リーダライタ。
3. 【請求項３】 前記リーダライタ側アンテナ手段は、複
   数のアンテナコイルのうち有効となるアンテナコイルを
   択一的に選択することにより通信態様を変更することを
   特徴とする請求項１または２記載の非接触式ＩＣカード
   用リーダライタ。
4. 【請求項４】 前記リーダライタ側アンテナ手段は、複
   数のアンテナコイルの互いの接続関係を変更することに
   より通信態様を変更することを特徴とする請求項１また
   は２記載の非接触式ＩＣカード用リーダライタ。
5. 【請求項５】 前記アンテナコイルは、プリント配線基
   板に形成されたアンテナパターンからなることを特徴と
   する請求項３または４記載の非接触式ＩＣカード用リー
   ダライタ。