JP2005339275A

JP2005339275A - 非接触型ｉｃカード通信状態確認装置

Info

Publication number: JP2005339275A
Application number: JP2004158177A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takubo; 裕幸田久保
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】非接触ＩＣカードの通信性能を劣化させることなく、非接触型ＩＣカードの通信状態を確認する。
【解決手段】高周波信号を受信するアンテナ回路１０と、このアンテナ回路１０が受信した高周波信号を整流する整流回路２０と、この整流回路２０により上記高周波信号を整流して得られる電圧によって発光ダイオード３３を点灯させる点灯回路３０とからなる
【選択図】図１

Description

本発明は電源や電池およびクロックや搬送波などの信号源を持たない非接触型ＩＣカードの通信状態を確認するための非接触型ＩＣカード通信状態確認装置に関する。

近年、人や車、荷物などの移動体について認識するためのデータキャリアとして、リーダ／ライタと呼ばれるデータ送受信装置から空間伝送された変調信号を受信して復調、復号、解読し、解読結果に応じて、必要なデータを記憶したり、あるいはリーダ／ライタ側にデータを送信するように構成された、一般に非接触ＩＣカードあるいはＩＤタグなどとも称される、ＲＦ−ＩＤ（Radio Frequency Identification）が多用されている。

例えばＩＣカードを用いたＩＣカードシステムは、交通機関の改札システム、部屋の入退出管理システム等に適用されるようになされている。このようなＩＣカードシステムは、ユーザーの携帯するＩＣカードと、これらＩＣカードとの間で種々のデータを送受するリーダライタ（すなわちＩＣカード処理装置でなる）とにより構成され、これらＩＣカード及びリーダライタ間で非接触により種々のデータを送受するようになされたものが提案されている。

すなわち、この種のＩＣカードシステムにおいて、リーダライタは、所定周波数の搬送波を所望のデータ列により変調して送信信号を生成し、この送信信号をＩＣカードに送出する。

ＩＣカードは、アンテナを介して得られる高周波信号から、論理回路やメモリなどの信号処理回路を動作させるためのクロック、電力を取り出し、リーダライタから送出されたデータを復調する。さらにＩＣカードは、この受信したデータに応じて、内部に保持する個人情報等のデータを所定の搬送波により変調してリーダライタに送出する。

リーダライタは、このＩＣカードより送出されたデータを受信し、この受信したデータより、改札機の扉を開閉し、また部屋の入退出を許可するようになされている。

なお、1997 IEEE ISSCC(International Solid-State Circuit Conference)のSESSION17 / TD: LOW-POWER / LOW-VOLTAGE CIRCUITS / PAPER SA17.5にて発表されたD.Friedmanほかによる「A Low-Power CMOS Integrated Circuit for Field-Powered Radio Frequency Identification Tags」において高周波信号を用いたRF-ID(Radio Frequency Identification)タグについて述べられている。このＲＦＩＤタグは、受信時にアンテナからの１００％ＡＭ変調ＲＦ(Radio Frequency)信号からショットキーダイオード（あるいはショットキバリヤダイオード）とコンデンサからなる回路を介して、データ及び電力を取り出し、送信時には当該ショットキーダイオード及び、コンデンサ、アンテナを含む回路のインピーダンスを変化させてデータを送信する受動型タグ(passive tag)である。このような受動型タグは安価でコンパクトな構成にできるという利点がある。

しかしながら、上述の如き非接触ＩＣカードに代表されるＲＦ−ＩＤは、無線通信により電力供給とデータ転送を行うため、目視によって通信状態を確認することができない。そのため、ユーザーは通信状態が良好なのか不安定なのか、またデータ転送が正しく行われているのか、確認する術が無かった。

一般に、カードとリーダライタは同心に位置決めされたときが、最も通信状態が良好になる。リーダライタは機器内に組み込まれることがほとんどであり、そのアンテナ位置を外部から確認するためには、機器にアンテナ位置を知らせる印が必要である。ところが、機器によっては、デザイン上その位置が曖昧な表現になっており、ユーザーはカードをかざしながらその位置を動かしながら、通信完了の合図が出るのを待つ使い方をしていた。

カードはリーダライタとの無線通信により電力供給を受けるが、通信状態が良好なときには、カード内ＩＣに供給される受信電圧が最大電圧を超えてしまうこともあり得る。このような場合、ＩＣ内では、保護回路が働き電圧調整をしているが、この電圧調整をするときに通信波形が乱れ、通信性能が低下することがある。

また、受信電圧が高くなると、ＩＣ温度も上昇する。ＩＣ温度が上昇しすぎると、正しくデータの読み書きができなくなる場合がある。

アンテナと発光ダイオードのみを組み合わせた単純な回路構成にて、発光ダイオードを点灯させようとすると、発光ダイオードの点灯に必要なエネルギー分が、本来カードが受け取っていたエネルギーから差し引かれてしまい、カードの通信性能が劣ってしまう。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、非接触ＩＣカードの通信性能を劣化させることなく、非接触型ＩＣカードの通信状態を確認することができるようにした非接触型ＩＣカード通信状態確認装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明に係る非接触型ＩＣカード通信状態確認装置は、高周波信号を受信するアンテナ回路と、このアンテナ回路が受信した高周波信号を整流する整流回路と、この整流回路により上記高周波信号を整流して得られる電圧によって発光ダイオードを点灯させる点灯回路とからなることを特徴とする。

本発明に係る非接触型ＩＣカード通信状態確認装置において、上記アンテナ回路は、例えば、アンテナコイルとコンデンサを並列接続した共振回路からなる。

また、本発明に係る非接触型ＩＣカード通信状態確認装置において、上記共振回路の共振周波数を非接触ＩＣカードとリーダライタとの通信周波数に合わせる。

さらに、本発明に係る非接触型ＩＣカード通信状態確認装置において、上記点灯回路は、例えば、電圧調整用ダイオードと抵抗と発光ダイオードを直列接続してなる。

本発明では、本装置をリーダライタにかざし、非接触ＩＣカード類が動作するのに必要以上の電圧が得られたときに、発光ダイオードが点灯する。すなわち、非接触ＩＣカードがリーダライタと良好な通信状態にあるとき、本装置の発光ダイオードが点灯し、目視によって通信の可否を確認することができる。

また、ある一定以上の設定電圧にならないと発光ダイオードは点灯することがなく、上記設定電圧以下では、非接触ＩＣカードが動作するために必要なエネルギーを本装置が使用しないので、非接触ＩＣカードの通信に悪影響を与えることがない。

また、上記設定電圧以上が得られる場合、非接触ＩＣカードも必要以上に大きな電圧を得てしまい、ＩＣ内で電圧調整するために、受信波形が乱れ通信性能が悪化する場合があるが、このとき発光ダイオードが点灯することにより、非接触ＩＣカード受信電圧を低下させることができ、電圧調整幅が少なくなるので、通信性能低下を少なくすることができる。

さらに、非接触ＩＣカードの受信電圧が高くなると、ＩＣ温度が上昇して正しくデータの読み書きができなくなる場合があるが、これに対しても、受信電圧を低下させることにより、温度上昇を少なくして、回避することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明に係る非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００は、例えば図１に示すように構成に構成される。

この非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００は、高周波信号を受信するアンテナ回路１０と、このアンテナ回路１０が受信した高周波信号を整流する整流回路２０と、この整流回路２０により上記高周波信号を整流して得られる電圧によって発光ダイオード３３を点灯させる点灯回路３０を備え、図示しない非接触ＩＣカードとリーダライタとの通信状態が良好なときに、上記点灯回路３０により発光ダイオード３３が点灯するようになっている。

アンテナ回路１０は、アンテナコイル１１とコンデンサ１２を並列接続した共振回路１３からなる。

このように共振回路１３からなるアンテナ回路１０を備える非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００では、上記共振回路１３の共振周波数を非接触ＩＣカードとリーダライタとの通信周波数である１３．５６ＭＨｚに合わせれば、共振により起電力を大きくとることができる。

なお、１３．５６ＭＨｚに同調をとると、カードアンテナと結合して、非接触ＩＣカードの通信状態が悪化する可能性があるので、周波数はアンテナ形状に応じて、変更すればよい。また、同調をとらなくても発光ダイオードの点灯は可能である。コストに制限がある場合は、このようにしても良い。

また、整流回路２０は、図示しないリーダライタからの電波を受信して得た交流電圧を直流化するためのものであって、ダイオード２１とコンデンサ２２からなる半波整流回路２３が用いられている。より平滑された直流電源を作り出せば、発光ダイオード３３の点灯は安定する。本例では、半波整流回路２３を用いたが、全波整流回路でも良い。また、整流回路を用いず交流電圧のままでも、発光ダイオード３３の点灯は安定しないが、発光ダイオード３３を点灯させることは可能である。コストに制限がある場合は、このようにしても良い。

点灯回路３０は、ある値以上の電圧が得られる場合に発光ダイオード３３を点灯させるために、電圧調整用ダイオード３１と抵抗３２と発光ダイオード３３を直列接続してなる。このときダイオード３１の種類・数量を変えることにより、発光ダイオード３３に電流が流れ出す電圧を調整できる。この電圧調整用ダイオード３１が無いと、低電圧でも発光ダイオード３３に電流が流れてしまい、明るくはないが発光ダイオード３３が点灯してしまう。発光ダイオード３３が点灯するということは、リーダライタから発射されている磁界エネルギーの一部を発光ダイオード３３の点灯に使用することにつながり、カードが受け取るエネルギー低下に繋がり、通信性能の低下をもたらす。このような状況を避けるために、電圧調整用ダイオード３１を挿入することにより、ある電圧以上でなければ、発光ダイオード３３に電流が流れないようにすることができる。これにより、非接触型ＩＣカードがエネルギーを多く受け取る状況下でのみ、そのエネルギーの一部で発光ダイオード３３を点灯させることが可能になっている。

点灯条件を決める電圧調整用ダイオード３１には、ツェナーダイオードを用いることも可能である。

このような回路構成の非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００は、任意の外観形状とすることができる。カードを対象にした場合、図２に示すように上記回路を組み込んだ非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００をプラスチック製のカードホルダー１５０にて非接触型ＩＣカード２００とともに保持するようにしたり、また、図３に示すように、上記回路を組み込んだ非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００を非接触型ＩＣカード２００に貼り付けて使用することも可能である。

ここで、強電タイプのリーダライタと非接触型ＩＣカード２００を通信させた場合の通信距離は１００ｍｍであり、この非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００と非接触型ＩＣカード２００を重ねてリーダライタにかざしたときに、発光ダイオード３３が点灯する距離は１０〜６０ｍｍとしている。この条件では、カード内ＩＣの受信電圧は高くとることができ、図４に示すように、発光ダイオード３３が点灯するためにエネルギーを奪われたとしても、通信性能の低下は発生しない。

また、カード内ＩＣは受信電圧が高くなりすぎたとき、保護回路が働き必要以上の電圧がＩＣ内部に入らないようになっている。しかし、この保護回路が働くときには、強制的に受信電圧を調整することになるので通信波形の乱れが発生して、通信性能の低下を引き起こす場合がある。図４において、山の高い部分が潰された形になる。

この非接触型ＩＣカード通信状態確認装置１００で発光ダイオード３３が点灯する通信距離１０〜６０ｍｍでは、ＩＣ受信電圧が高くなる状態であり、このときに発光ダイオード３３が点灯することによって、エネルギーの一部が発光ダイオード３３に向けられることになり、ＩＣ受信電圧を低くする効果がでる。これにより、保護回路により調整される電圧変動を少なくして、通信性能の低下という現象を発生しにくくすることができる。

さらに、ＩＣ受信電圧の低下はＩＣ温度上昇の防止にも役立っている。非接触ＩＣカード用のＩＣは、電子マネーや認証といった用途に用いられることが多いため、高いセキュリティ性能が求められる。一例を挙げれば、データの読み書きが正しく行われないということはあってはならない。一般的にＩＣには、動作保証温度があり、その範囲を超えた状態で読み書きをした場合には、正しく行われないことがありえる。そのようなことが発生すると大問題になるので、ＩＣによっては温度センサーを設けて、保証温度以外ではリセットがかかって、ＩＣが動作しなくなることにより対応していることもある。しかし、それは対処療法であり、抜本的な解決方法にはＩＣの温度が上がり過ぎない工夫が必要となる。このような状況下において、本装置を併用することによって、ＩＣの受信電圧が低下して、温度上昇も避けることが可能になる。

本発明に係る非接触型ＩＣカード通信状態確認装置の構成を示す回路構成図である。上記非接触型ＩＣカード通信状態確認装置の実装状態の一例を示す斜視図である。上記非接触型ＩＣカード通信状態確認装置の実装状態の他の例を示す斜視図である。通信距離とカード電圧の関係を示す特性図である。

符号の説明

１０アンテナ回路、１１アンテナコイル、１２コンデンサ、１３共振回路、２０整流回路、２１ダイオード、２２コンデンサ、２３半波整流回路、３０点灯回路、３１電圧調整用ダイオード、３２抵抗、３３発光ダイオード、１５０カードホルダー、１００非接触型ＩＣカード通信状態確認装置、２００非接触型ＩＣカード

Claims

高周波信号を受信するアンテナ回路と、
このアンテナ回路が受信した高周波信号を整流する整流回路と、
この整流回路により上記高周波信号を整流して得られる電圧によって発光ダイオードを点灯させる点灯回路と
からなる非接触型ＩＣカード通信状態確認装置。
上記アンテナ回路は、アンテナコイルとコンデンサを並列接続した共振回路からなることを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカード通信状態確認装置。
上記共振回路の共振周波数を非接触ＩＣカードとリーダライタとの通信周波数に合わせたことを特徴とする請求項２記載の非接触型ＩＣカード通信状態確認装置。
上記点灯回路は、電圧調整用ダイオードと抵抗と発光ダイオードを直列接続してなることを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカード通信状態確認装置。