JP2006114054A - 非接触ｉｃカード、応答方法、及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 応答の衝突を最小限に抑えた非接触ＩＣカード、応答方法、及びそのプログラム等を提供する。
【解決手段】 測定手段がリーダライタから誘導される起電力を測定し、応答タイミング決定手段が、測定手段が測定した測定結果に基づいて所定のタイムスロットを決定する非接触ＩＣカードを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触ＩＣカード、応答方法、及びそのプログラムに関し、詳しくは、リーダライタより送信されるリクエストに対してタイムスロットを用いて応答する非接触ＩＣカード、応答方法、及びそのプログラムに関する。

従来、電磁誘導方式等を用いてデータの授受を行なう非接触ＩＣカードと当該非接触ＩＣカードを認識するリーダライタとの間の通信には、タイムスロット方式が採用されている。これは、複数の非接触ＩＣカードが同時にリーダライタの通信可能エリア内に存在し、リーダライタからのポーリングに対して複数の非接触ＩＣカードが同時に応答した場合、当該応答に用いられる各レスポンス信号が衝突して何れの非接触ＩＣカードもリーダライタと正常に通信することができなくなるためである。

上記タイムスロット方式の通信方法を以下に説明する。

（１）まずリーダライタは非接触ＩＣカードの存在を確認するために、リクエストとして初期応答リクエストコマンドを非接触ＩＣカードに送信する。上記初期応答リクエストコマンドには、非接触ＩＣカードが行なう初期応答のタイミングの制御に必要な「スロット数」、又は「スロット数」を計算する為に必要な値が含まれる。

（２）上記非接触ＩＣカードは、上記初期応答リクエストコマンドを受信後、特定時間から設けられるタイムスロット（１〜「スロット数」）へ上記初期応答を返す。応答に用いるタイムスロット、即ちタイミングは、非接触ＩＣカード自身が乱数で決定する。

（３）上記リーダライタは、複数の非接触ＩＣカードが同一のタイムスロットを選択した際に起こる初期応答の衝突を検出した場合、再度上記初期応答リクエストを送信する。

（４）上記リーダライタは、すべての非接触ＩＣカードからの初期応答を衝突なしに受信することですべての非接触ＩＣカードの認識をし、当該カードの識別のためのシーケンスを完了する。

以上の処理を、図１６〜図１８を用いてさらに詳しく説明する。尚、以下に示すのは、近接型非接触ＩＣカードの国際規格ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に適応した場合の非接触ＩＣカードの処理である。

ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３は例えば、非接触テレホンカードなどに適応できる。さらに具体的に、図１６に示すように、公衆電話として機能するリーダライタ１６００にテレホンカードとしての機能を有する非接触ＩＣカード１６０１、１６０２を同時に差し込んだ（近接させた）場合を想定する。

ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３の非接触ＩＣカードの認識システムにおいては、以下の手順で非接触ＩＣカードの認識が行われる。

まず、公衆電話であるリーダライタ１６００が初期応答リクエスト（リクエスト）を送信する。当該初期応答リクエストは、図１８に示されるフォーマットになっており、初期応答リクエスト１８０１を構成するＰＡＲＡＭ１８０２内の８ｂｉｔのうち、ｂｉｔ１〜ｂｉｔ３の３ｂｉｔ１８０３を用いてタイムスロット数（Ｎ）を非接触ＩＣカードに通知する。尚、ＡＰｆ１８０４は、初期要求コマンドを示すヘッダであり、ＡＦＩ１８０５は非接触ＩＣカードの適応クラスを示す。又、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）１８０６はＡＰｆ〜ＰＡＲＡＭまでのＣＲＣである。

尚、非接触ＩＣカードは１〜ＮまでのＮ個のスロットで応答するが、今回の説明ではタイムスロット数（Ｎ）を４として説明を行う。即ち、初期応答リクエストに対して非接触ＩＣカード１６０１及び１６０２は、１〜４までのタイムスロットのうち一つを選択し、初期応答を行う。

図１７で示す一回目のカード識別処理１７０１において、まずリーダライタ１６００から初期応答リクエストＲ１〔ＲＥＱＢ〕（１７０２）を送信する。当該初期応答リクエストＲ１（１７０２）に対して非接触ＩＣカード１６０１及び１６０２が、乱数としてそれぞれ「１」を生成したときには、タイムスロット１（１７０４）内の初期応答〔ＡＴＱＢ〕Ａ２１、Ａ３１でそれぞれ応答する。この場合、上記非接触ＩＣカード１６０１、１６０２共同一のタイミングで初期応答を応答するため、リーダライタ１６００は、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を検出する。したがって、再度、識別処理を再開する。

二回目の識別処理１７０７において、リーダライタ１６００から初期応答リクエストＲ２（１７０３）を送信する。初期応答リクエストに対して非接触ＩＣカード１６０１及び１６０２が、乱数として「３」、および「２」を生成したときには、タイムスロット３（１７０５）内のパケットＡ２２、およびタイムスロット２（１７０６）内のパケットＡ３２で応答する。この場合、リーダライタ１６００は衝突を検出しないため、すべての非接触ＩＣカードの識別を行うことができ、識別処理を完了する。以上がＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３の規定に従った、非接触ＩＣカードのカード識別処理である。尚、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３の規定では、初期応答リクエストコマンドを受け取ってから、非接触ＩＣカードがタイムスロット１で応答する場合の時間を３０２μｓｅｃと規定し、また、１つのタイムスロットの期間（時間）は２２６６μｓｅｃと規定している。つまり、リーダライタ１６００から初期応答リクエストを受信して、初期応答を送信するまでのタイミング（μｓｅｃ）は、以下の計算式（式１）により与えられる。

タイミング（μｓｅｃ）＝３０２μｓｅｃ＋２２６６μｓｅｃ×（選択されたスロット番号−１） ：（式１）
このようなシステムとして、無線式識別装置（特開平９−６９３４号公報）も開示されており、またさらに、上記タイムスロット方式に類似の方法として、スロットマーカ方式もある。

上記スロットマーカ方式は、リーダライタが上記タイムスロット方式における初期応答リクエストを送信後、さらに当該リーダライタが各スロット開始のタイミング毎にスロットの開始を示すスロットマーカコマンドを送信する方式である。従って、リーダライタに指定されたタイムスロットを利用して各ＩＣカードが応答する事で当該各ＩＣカードを認識する点で、本質的にタイムスロット方式と同様である。
特開平９−６９３４号公報 特開平１１−２０５３３４号公報

上記特開平９−６９３４号公報に記載の無線式識別装置や、上述した国際規格ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３準拠の非接触ＩＣカードでは、非接触ＩＣカードが上記リーダライタに対して応答を行う際に、非接触ＩＣカード自身が乱数を用いてタイムスロットを選択し、そのタイムスロットで指定される時間間隔の中で応答を行う。このため、例えば複数の非接触ＩＣカードが生成した乱数が同一の場合には、上記選択されるタイムスロットが同一となり、上記初期応答が必ず衝突してしまう。この場合、上記リーダライタは、上記初期応答リクエストコマンドを再度送信して非接触ＩＣカードの認識処理を行う必要があり、結果的に非接触ＩＣカードの認識が遅延するに至る。

また、リーダライタが非接触ＩＣカードに対して指定するタイムスロットの数を増加させることにより、非接触ＩＣカードが同じタイムスロットを選択する確率を下げることも可能である。しかし、タイムスロットを増加させることにより、タイムスロットのすべてが完了する（終了する）までの時間が増加し、結果としてリーダライタによる非接触ＩＣカードの認識までに時間がかかることになる。

以上に示した認識までに時間がかかる問題は、特に電車の改札機等のように、立ち止まることなく利用者が非接触ＩＣカードをリーダライタに認識させる必要があるシステムにて顕著に表れる。即ち、非接触ＩＣカードの認識が遅れることにより、利用者が立ち止まる必要が生じ、結果として当該システムの利用に障害が生じるのである。

また、上記非接触ＩＣカードの認識が高速に行なわれるようになれば、さらに高速な移動体へも適用可能となるため、非接触ＩＣカードの利用分野における、認識及び処理のさらなる高速化が望まれている。

本発明は、初期応答の衝突を最小限に抑えた非接触ＩＣカード、応答方法、及びそのプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。即ち、本発明は、リーダライタより送信されるリクエストに対して所定のタイムスロットを用いて応答する非接触ＩＣカードを前提としている。ここで、測定手段がリーダライタから誘導される起電力を測定し、応答タイミング決定手段が、測定手段が測定した測定結果に基づいて所定のタイムスロットを決定する非接触ＩＣカードとする。

さらに具体的には、例えば非接触ＩＣカードと上記リーダライタとの距離が一定である場合に、応答タイミング決定手段が、上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報と、測定手段が測定した起電力とに基づいて所定のタイムスロットを決定する構成がある。

この構成では、磁界強度が固定の場合には、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断し、当該判断に応じて応答タイミングを決定することで、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

またさらに、磁界強度取得手段が、リーダライタが出力する電磁波の磁界強度に関する情報を上記リクエストより取得する構成がある。

この構成では、磁界強度が固定ではない場合であっても、磁界強度取得手段が初期応答リクエストに含まれる磁界強度に関する情報を取得する事で、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断することが可能となり、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

またさらに、応答タイミング決定手段が、起電力変化時の微分値、上記起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて所定のタイムスロットを決定する構成がある。

この構成では、起電力変化時の微分値、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断し、当該判断に応じて応答タイミング（タイムスロット）を決定するため、磁界強度が固定である必要はなく、また、磁界強度に関する情報を取得する必要もない。

尚、非接触ＩＣカードはコンピュータを用いて具体化することができる。この場合、応答判定手段、応答タイミング変更手段、利用決定手段、最終スロット判定手段、測定手段、応答タイミング決定手段、磁界強度取得手段は、コンピュータ上でプログラムを動作させることにより具体化される。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明にかかる実施の形態１における非接触ＩＣカードについて説明する。図１は、実施の形態１における非接触ＩＣカード１０１の機能ブロック図である。また、図２は、上記非接触ＩＣカード１０１のハードウェア構成図である。上記非接触ＩＣカード１０１は、アンテナ２０３、送受信回路２０２、ＣＰＵ２０１、当該非接触ＩＣカードを制御するためのプログラムが格納されているＲＯＭ（Read Only Memory）２０４、プログラム実行時に例えばワークエリアとして使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）２０５より構成されている。

ここで上記非接触ＩＣカード１０1は、リーダライタ等の通信可能エリアに入ると、上記リーダライタからの電磁波より上記アンテナ２０３を介して誘導される電力にて動作する。

上記非接触ＩＣカード１０1を機能別に表した場合、図１に示すようにアンテナ手段１０７、送受信手段１０６、制御手段１０５、応答判定手段１０２、応答タイミング変更手段１０３、利用決定手段１０４を備える。ただし、各手段の処理の詳細については適宜説明を行う。

尚、例えば上記応答判定手段１０２、応答タイミング変更手段１０３、利用決定手段１０４は、図２に示したＲＯＭ２０４にプログラムとして格納され、必要に応じてＣＰＵ２０１に読み出されて実行される。

次に、図３、図４を用いて本実施の形態１に係る非接触ＩＣカードの処理について説明する。ここに図３は、非接触ＩＣカード１０1が実行する処理のフローチャートである。尚、理解に供するため、本実施の形態１では図１６のように２つの非接触ＩＣカード１６０１（非接触ＩＣカード１０１）、１６０２が、リーダライタ１６００と通信を行うものとする。

まず、非接触ＩＣカード１０１を構成する制御手段１０５はリーダライタから初期要求リクエストが送信されてくるのを待機する（図３：Ｓ３００ＮＯ）。ここで上記リーダライタからの初期要求リクエストを、アンテナ手段１０７及び送受信手段１０６を介して受信した場合、制御手段１０５は当該初期要求リクエストの中からタイムスロット数を取得する（図３：Ｓ３００ＹＥＳ→Ｓ３０１）。尚、タイムスロット数は、図１６に示されるＰＡＲＡＭのＢｉｔ１〜Ｂｉｔ３の３ｂｉｔ１８０３で指定されており、このｂｉｔに指定される値の２の乗数がタイムスロット数となる。以下にタイムスロット数の計算式（式２）を示す。

タイムスロット数（Ｎ）=２ⁿ ： 式２
（ｎはＢｉｔ１〜Ｂｉｔ３であらわされる０から４までの値）
図４に示すように、通常、タイムスロット４０１は、所定の時刻４０２から２２６６μｓｅｃ後の時刻４０３までの時間間隔で構成される。

次に、上記制御手段１０５は、１から式２で示されるタイムスロット数（Ｎ）の間の整数を１つ選択することで応答を行うタイムスロットを決定する（図３：Ｓ３０２）。

続いて、上記制御手段１０５は、上記リーダライタに初期応答を送信するタイムスロットの開始時刻まで待機する（図３：Ｓ３０３ＮＯ）。利用決定手段１０４は、上記時刻に到達した時点で応答判定手段１０２を使用するか否かを例えば所定の確立で決定する（図３：Ｓ３０３ＹＥＳ→Ｓ３０４）。但し、上記応答判定手段１０２を必ず利用する場合には、上記利用決定手段１０４は必要ない。

ここで、上記応答判定手段１０２を使用する場合、当該応答判定部１０２は、例えば以下のように他の非接触ＩＣカードからの初期応答の有無を判定する（図３：Ｓ３０４ＹＥＳ→Ｓ３０５）。

ここで、上記応答判定部１０２を具備しない、もしくは使用しない非接触ＩＣカードは、上記所定の時刻４０２直後から初期応答であるＡＴＱＢ４０４を送信する。尚、上記ＡＴＱＢ４０４は、例えばＳＯＦ（Start Of Frame）４１０、ヘッダ（初期応答ヘッダ）４１１、ＰＵＰＩ（カード固有ＩＤ：Pseudo-Unique PICC Identifier）４１２、ＡＰＰ Ｄａｔａ（アプリケーション固有データ）４１３、Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｉｎｆ（プロトコル情報）４１４、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）４１５、ＥＯＦ（End Of Frame）４１６により構成される。

非接触ＩＣカード１０１は、上記タイムスロット４０１のタイミング内（所定の時刻４０２から２２６６μｓｅｃ以内）に初期応答（送信時間約１５３９μｓｅｃ）を送信すればよいため、ここでは例えば上記所定の時刻４０２から所定の判定期間４１６経過後にＡＴＱＢ４０５を送信する。尚、上記判定期間４１６は例えば２１７μｓｅｃである。

但し、上記ＡＴＱＢ４０５を送信するまでに、他の非接触ＩＣカード（例えば非接触ＩＣカード１６０２）の上記ＳＯＦ４１０やヘッダ４１１、又は初期応答の衝突等を受信した場合、上記応答判定手段１０２は、他の非接触ＩＣカードの初期応答有りと判定する（図３：Ｓ３０５ＹＥＳ→Ｓ３０６）。

上記応答判定手段１０２が、他の非接触ＩＣカードの初期応答有りと判定すると、続いて応答タイミング変更手段１０３は、上記タイムスロットが変更可能であるかどうかを判定する（図３：Ｓ３０６）。尚、他の非接触ＩＣカードからの初期応答やＳＯＦ、ヘッダ等は、上記リーダライタから初期応答リクエストを受信するのと同様の手順で受信可能である。

ここで、上記タイムスロットの変更とは、例えば上記リーダライタから複数のタイムスロットを取得した場合であって、上記所定の時刻４０２が最後のタイムスロットではない場合、当該タイムスロットに続くタイムスロットにて初期応答を行うことを言う。尚、上記「続くタイムスロット」とは、１つ後のタイムスロットでもよいし、複数個後のタイムスロットでもよい。変更可能ではない場合とは、例えばリーダライタから与えられたタイムスロットが１の場合や、現在初期応答に利用しているタイムスロットが、リーダライタから与えられた最後のタイムスロットである最終スロットの場合等である。

上記応答タイミング変更手段１０３がタイムスロットを変更可能であると判断した場合には、さらに応答するタイムスロットの変更を行い、制御手段１０５は再度応答するタイムスロットか否かの判定を行う（図３：Ｓ３０６ＹＥＳ→Ｓ３０７→Ｓ３０３）。

上記応答判定手段１０２の使用をしない場合（図３：Ｓ３０４ＮＯ）、他の非接触ＩＣカードの初期応答がない場合（図３：Ｓ３０５ＮＯ）、スロットの変更が不可能である場合（図３：Ｓ３０６ＮＯ）には、上記制御手段１０５は、初期応答を上記リーダライタに対して送信する（図３：Ｓ３０８）。

以上のように、他の非接触ＩＣカードの初期応答や初期応答の衝突を判定し、さらに初期応答や初期応答の衝突があった場合には応答に利用するタイムスロットを変更することで、初期応答の衝突を最小限に抑えた非接触ＩＣカードを提供することが可能になる。

続いて、上記処理による衝突の軽減について具体的に図を用いて説明する。

図５に示すのは、従来の非接触ＩＣカード５０２、５０２がリーダライタに初期応答を行う場合の衝突の確率を図示したものである。尚、×は衝突を示し、○は衝突しないことを示す。

ここで、理解に供するため、リーダライタより与えられるタイムスロット数を２としている。すなわち、非接触ＩＣカード５０１や、非接触ＩＣカード５０２は、Ｓｌｏｔ１とＳｌｏｔ２の２つを選択可能である。

まず、非接触ＩＣカード５０１、５０２は、それぞれＳｌｏｔ１とＳｌｏｔ２の２つのスロットが選択可能であるので、２×２＝４通りの選択状態がある。図５では、各々の状態を矩形で示し、各矩形に（１）から（４）までの番号をつけ、各番号の衝突の有無を以下に示す。

（１）：非接触ＩＣカード５０１がＳｌｏｔ１を選択し、非接触ＩＣカード５０２がＳｌｏｔ１を選択。したがって、衝突が発生する。

（２）：非接触ＩＣカード５０１がＳｌｏｔ２を選択し、非接触ＩＣカード５０２がＳｌｏｔ１を選択。したがって、衝突は発生しない。

（３）：非接触ＩＣカード５０１がＳｌｏｔ１を選択し、非接触ＩＣカード５０２がＳｌｏｔ２を選択。したがって、衝突は発生しない。

（４）：非接触ＩＣカード５０１がＳｌｏｔ２を選択し、非接触ＩＣカード５０２がＳｌｏｔ２を選択。したがって、衝突が発生する。

以上から、衝突が発生する確率は、
２／４＝５０％ ： 式３
と計算される。

図６は、本発明に係る非接触ＩＣカード６０１、６０２を用いた場合で、ここでも、リーダライタから与えられるタイムスロット数を２としている。即ち、非接触ＩＣカード６０１や、非接触ＩＣカード６０２は、Ｓｌｏｔ１とＳｌｏｔ２の２つを選択可能である。

また、上記利用決定手段１０４が他の非接触ＩＣカードの初期応答を判定するか否かの確率を１／２、すなわち、判定する場合と判定しない場合がそれぞれ半分づつと仮定する。

この場合、非接触ＩＣカード６０１と非接触ＩＣカード６０２は、各タイムスロットで衝突判定をする場合と判定をしない場合の２通りあるので４×４＝１６通りの状態がある。

各々の状態を図６では矩形で示し、各矩形に（１）から（１６）までの番号をつけ、各番号の衝突の有無を以下に示す。

（１）：非接触ＩＣカード６０1は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態で、非接触ＩＣカード６０２も非接触ＩＣカード６０１と同様に、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態である。互いに初期応答を行っていない状態のため、非接触ＩＣカード６０１、および、非接触ＩＣカード６０２はＳｌｏｔ１へ初期応答を応答し、衝突が発生する。

（２）：非接触ＩＣカード６０１は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定せず、Ｓｌｏｔ１に初期応答を行う状態であり、非接触ＩＣカード６０２は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態である。非接触ＩＣカード６０２は、非接触ＩＣカード６０１がＳｌｏｔ１に初期応答を行っていることを認識してＳｌｏｔ２へ初期応答を行い、初期応答の衝突回避を行うため衝突は発生しない。

（３）：非接触ＩＣカード６０１がＳｌｏｔ２を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定する状態で、非接触ＩＣカード６０２がＳｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定する状態である。非接触ＩＣカード６０１、６０２は各タイムスロットを監視したが、他の非接触ＩＣカードによる初期応答が行われていないため、各々選択したスロットに初期応答を応答する。したがって、衝突は発生しない。

（４）：非接触ＩＣカード６０１は、Ｓｌｏｔ２を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定しないので、Ｓｌｏｔ２へ送信を行う状態である。また、非接触ＩＣカード６０２は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態である。非接触ＩＣカード６０２は、Ｓｌｏｔ１を監視したが、他の非接触ＩＣカードによる初期応答が行われていないため、Ｓｌｏｔ１へ初期応答を応答し、非接触ＩＣカード６０１は、スロット２へ送信を行う。したがって、衝突は発生しない。

（５）：非接触ＩＣカード６０１は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態である。非接触ＩＣカード６０２は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定せず、Ｓｌｏｔ１に初期応答を行う。この場合、非接触ＩＣカード６０１は、非接触ＩＣカード６０２がＳｌｏｔ１に初期応答を行っていることを認識し、Ｓｌｏｔ２へ初期応答を行うため衝突は発生しない。

（６）：非接触ＩＣカード６０１は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定しない状態で、非接触ＩＣカード６０２も非接触ＩＣカード６０１と同様に、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定しない状態である。互いにスロット１に対して初期応答を行うため、衝突が発生する。

（７）：（３）や（４）と同様に異なるタイムスロットを選択しているため衝突は発生しない。

（８）：（３）や（４）と同様に異なるタイムスロットを選択しているため衝突は発生しない。

（９）：（３）や（４）と同様に異なるタイムスロットを選択しているため衝突は発生しない。

（１０）：（３）や（４）と同様に異なるタイムスロットを選択しているため衝突は発生しない。

（１１）：非接触ＩＣカード６０１は、Ｓｌｏｔ２を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態であるが、Ｓｌｏｔの変更はできないため、Ｓｌｏｔ２へ送信を行う状態。非接触ＩＣカード６０２も同様に、Ｓｌｏｔ２を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定する状態であるが、Ｓｌｏｔは変更できないため、Ｓｌｏｔ２へ送信を行う状態。したがって、衝突が発生する。

（１２）：（１１）と同様にＳｌｏｔ２にしか送信できないため衝突が発生する。

（１３）：（３）や（４）と同様に異なるタイムスロットを選択しているため衝突は発生しない。

（１４）：（３）や（４）と同様に異なるタイムスロットを選択しているため衝突は発生しない。

（１５）：（１１）と同様にＳｌｏｔ２にしか送信できないため衝突が発生する。

（１６）：（１１）と同様にＳｌｏｔ２にしか送信できないため衝突が発生する。

以上から、衝突が発生する確率は、
６／１６≒３７.５％ ：式４
と計算される。

以上のように、式３及び式４より衝突が発生する確率は、式４が小さくなっている。従って、本発明に係る非接触ＩＣカード同士の環境において、衝突確率が減少する。

次に、図７は、本発明に係る非接触ＩＣカード７０１と従来の非接触ＩＣカード７０２を用いた場合で、ここでは、リーダライタから与えられるタイムスロット数を２としている。すなわち、非接触ＩＣカード７０１や、非接触ＩＣカード７０２は、Ｓｌｏｔ１とＳｌｏｔ２の２つを選択可能である。

また、利用決定手段が他の非接触ＩＣカードの初期応答を判定するか否かの確率を１／２、すなわち、判定する場合と判定しない場合はそれぞれ半分づつと仮定する。

この場合、非接触ＩＣカード７０１は、各タイムスロットで衝突判定をする場合と判定をしない場合の２通りあるので、４×２＝８通りの状態がある。

上記各々の状態を図７にて矩形で示し、各矩形に（１）から（８）までの番号をつけ、各番号の衝突の有無を以下に示す。

（１）：非接触ＩＣカード７０１は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態で、非接触ＩＣカード７０２は、Ｓｌｏｔ１へ初期応答を行う状態である。非接触ＩＣカード７０１は、非接触ＩＣカード７０２の初期応答を認識するため、非接触ＩＣカード７０１は、Ｓｌｏｔ２を用いて初期応答を行う。したがって、衝突の回避が行われるため、衝突は発生しない。

（２）：非接触ＩＣカード７０１は、Ｓｌｏｔ１を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定しない状態であるため、Ｓｌｏｔ１へ初期応答を行う状態である。非接触ＩＣカード７０２は、Ｓｌｏｔ１へ初期応答を行う状態である。両非接触ＩＣカードはＳｌｏｔ１を用いて初期応答を行うため、衝突が発生する。

（３）：非接触ＩＣカード７０１は、Ｓｌｏｔ２を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定している状態であるが、Ｓｌｏｔ１へは送信できないため、Ｓｌｏｔ２へ送信を行う状態である。非接触ＩＣカード７０２は、Ｓｌｏｔ１へ初期応答を行う状態である。したがって、衝突は発生しない。

（４）：（３）と同様に異なるタイムスロットに送信するため、衝突は発生しない。

（５）：（３）と同様に異なるタイムスロットに送信するため、衝突は発生しない。

（６）：（３）と同様に異なるタイムスロットに送信するため、衝突は発生しない。

（７）：非接触ＩＣカード７０１は、Ｓｌｏｔ２を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定する状態であるが、Ｓｌｏｔ１へは送信できないため、Ｓｌｏｔ２へ送信を行う状態である。非接触ＩＣカード７０２は、Ｓｌｏｔ２へ初期応答を行う状態である。したがって、衝突が発生する。

（８）：非接触ＩＣカード７０１は、Ｓｌｏｔ２を選択し、なおかつ他の非接触ＩＣカードが初期応答を行っているかを判定しない状態であるため、Ｓｌｏｔ２へ送信を行う状態である。非接触ＩＣカード７０２は、Ｓｌｏｔ２へ初期応答を行う状態である。したがって、衝突が発生する。

以上から、衝突が発生する確率は、
３／８≒３７.５％ ：式５
と計算される。

上記式３及び式５より衝突が発生する確率は、式５が小さくなる。したがって、本発明に係る非接触ＩＣカードと従来の非接触ＩＣカードが混在する環境においても、衝突確率が減少することがわかる。

尚、例えば本発明に係る非接触ＩＣカード７０１が利用決定手段１０４を備えない場合、即ちすべての場合に対して他の非接触ＩＣカードの初期応答の有無を判定する場合を考える。この場合、図７に示すように、本発明に係る非接触ＩＣカードと従来の非接触ＩＣカードが混在する環境において衝突が発生する確率は、
１／４＝２５％ と計算される。

即ち、本発明に係る非接触ＩＣカードと従来の非接触ＩＣカードが混在する環境においては、上記利用決定手段１０４が無い、又は機能しない場合(図７の★マークに該当)の方が衝突の発生を減らすことが可能である。

続いて、上記ではリーダライタから与えらえるタイムスロット数を２としたが、更にタイムスロット数が４の場合を以下に検証する。

図８、図９、図１０は、それぞれ、図５、図６、図７で説明を行ったタイムスロット数を２から４に変更した場合の図であり、他の条件は同一である。

図８より、従来例の非接触ＩＣカード８０１、８０２を用いて、スロット数を４にした場合の衝突確立は、
４／１６＝２５％ ：式６
と計算される。

図９より、本発明に係る非接触ＩＣカード９０１、９０２を用いた場合において、タイムスロット数を４とした場合の衝突確率は、
１０／６４≒１５.６％ ：式７
と計算される。

上記式６及び式７より衝突が発生する確率は、式７が小さくなる。したがって、本発明に係る非接触ＩＣカード同士の環境において衝突確率が減少する。

図１０より、本発明に係る非接触ＩＣカード１００１と従来例の非接触ＩＣカード１００２を用いて、タイムスロット数を４とした場合の衝突確率は、
５／３２≒１５.６％ ：式８
と計算される。

上記式６及び式８より衝突が発生する確率は、式８が小さくなる。したがって、本発明に係る非接触ＩＣカードと従来の非接触ＩＣカードの環境においても、衝突確率が減少する。

尚、例えば本発明に係る非接触ＩＣカード１００１が利用決定手段１０４を備えない場合、即ちすべての場合に対して他の非接触ＩＣカードの初期応答の有無を判定する場合を考える。この場合、図１０に示すように、本発明に係る非接触ＩＣカードと従来の非接触ＩＣカードが混在する環境において衝突が発生する確率は、
１／１６≒６.３％ と計算される。

即ち、本発明に係る非接触ＩＣカードと従来の非接触ＩＣカードが混在する環境においては、上記利用決定手段１０４が無い、又は機能しない場合(図１０の★マークに該当)の方が衝突の発生を減らすことが可能である。

以上のように、他の非接触ＩＣカードによる応答の有無を判定し、当該判定の結果に応じて応答のタイムスロットを変更することで非接触ＩＣカードが初期応答を行う際の初期応答の衝突を低減することができる。また、上記応答の有無の判定の実行を所定の確率で決定することにより、本発明に係る非接触ＩＣカード同士の初期応答時にも、応答の衝突を軽減することが可能となる。

尚、他の非接触ＩＣカードによる応答の有無を判定しない場合には、最終のタイムスロットを乱数で選択した場合であっても当該タイムスロットを変更しないようにしてもよい。

他の非接触ＩＣカードによる応答の有無を判定しない場合には、タイムスロットを変更することがないため、結果として選択可能なタイムスロットの数の減少を防止することができる。

（実施の形態２）
図１１は、実施の形態２に係る非接触ＩＣカード１１００の機能ブロック図であり、図１２は、非接触ＩＣカード１１００が実行する処理のフローチャートである。

尚、本実施の形態２における非接触ＩＣカードは、上記実施の形態１における非接触ＩＣカードとほぼ同様の構成を有するため、異なる点のみ説明を行う。

上記実施の形態１に係る非接触ＩＣカード１０１では、初期応答スロットとして、最終スロットを選択した場合には、最終スロットで初期応答や当該初期応答の衝突を検知できても、タイムスロットの変更ができないため必ず衝突が発生してしまうという問題がある。この問題を解決するために実施の形態２に示す技術を適用する。尚、ここで言う最終スロットとは、リーダライタより与えられた複数個のタイムスロットのうち、応答可能な最後のタイムスロットを指し、例えば図１０におけるＳｌｏｔ４がこれに該当する。

まず、非接触ＩＣカード１１００はリーダライタから初期要求リクエストが送信されてくるのを待機し、初期応答リクエストを受信すると応答すべきタイムスロットを選択するのは上記実施の形態１と同様である（図１１：Ｓ３００〜Ｓ３０２）。

ここで、実施の形態２では、上記非接触ＩＣカード１１００を構成する最終スロット判定手段１１０１は、まず上記リーダライタから与えられたタイムスロット数が“１”であるか否かを判定する（図１２：Ｓ１２０１）。

ここでリーダライタから与えられたタイムスロット数が“１”で無い場合、さらに上記選択した応答すべきタイムスロットが最終スロットであるか否かを判定する（図１２：Ｓ１２０１ＮＯ→Ｓ１２０２）。

ここで、上記選択した応答すべきタイムスロットが最終スロットである場合、再度応答すべきタイムスロットの選択よりやり直す（図１２：Ｓ１２０２ＹＥＳ→Ｓ３０２）。

尚、リーダライタから与えられるスロット数が１の場合（図１２：Ｓ１２０１ＹＥＳ）や、応答すべきタイムスロットが最終スロットではない場合（図１２：Ｓ１２０１ＮＯ)には、応答するタイムスロット（タイミング）が来るまで待機し、以後実施の形態１と同様に初期応答の送信までの処理を行う（図１２：Ｓ３０３→Ｓ３０８）。

以上のように、最終スロット判定手段を設けることで、必要であれば必ずタイムスロットの変更を行うことが可能となり、衝突の回避を行う場合が増加し、衝突の減少を図ることが可能となる。

尚、上記最終スロット判定手段は、図１２に示した処理１２００にて最終スロットの選択を回避しているが、例えばリーダライタから与えられたスロット数から１を引いた値で示されるタイムスロットより、応答するタイムスロットを選択するといった処理でもよい。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る非接触ＩＣカードについて説明する。本実施の形態３における非接触ＩＣカード１３０１は、図１３に示すように、制御手段１０５、送受信手段１０６、アンテナ手段１０７に加えて測定手段１３０２、応答タイミング決定手段１３０３を備える。ここで、上記制御手段１０５、送受信手段１０６、アンテナ手段１０７については、上記実施の形態１、２にて説明したのと同様であり、上記測定手段１３０２、応答タイミング決定手段１３０３の処理については適宜説明する。尚、非接触ＩＣカードにおける起電力と磁界強度の関係を示したのが図１４である。

まず、図１４について説明を行う。非接触ＩＣカードは、リーダライタが発する電磁波により構成される磁界内に進入することにより、起電力を得る事が出来る。上記磁界内で得られる起電力は、磁界強度により異なるのは知られているがさらに、非接触ＩＣカードの枚数によっても起電力は異なるのである。つまり、非接触ＩＣカードを複数所有する場合、当該非接触ＩＣカードを財布内等に重ねて入れるのが通常である。このような場合には、上記財布に非接触ＩＣカードを入れたまま例えば上記磁界内に進入すると、リーダライタに近い非接触ＩＣカード（内側）はグラフ１４０２に示すように、リーダライタから遠い非接触ＩＣカード（外側）のグラフ１４０３よりも起電力（電圧）が高くなる。これは、上記非接触ＩＣカード（内側）にて電磁波がある程度吸収されるためであると予想される。これは非接触ＩＣカードを２枚重ねている場合の起電力であるが、非接触ＩＣカードが１枚の場合には、上記非接触ＩＣカード（内側）よりもより高い起電力を得られることがグラフ１４０１より読み取れる。

本実施の形態３では、この特性を利用してタイムスロットを決定しようとするものである。

まず、非接触ＩＣカード１３０１が磁界内に進入し、起電力が発生した場合、測定手段１３０２は適宜、当該起電力を測定し、起電力の値を上記応答タイミング決定手段１３０３に送信する。

上記測定結果を受信した上記応答タイミング決定手段１３０３は、所定のタイミング１４０４（電圧が所定の値になった際）にて、当該電圧の微分値を算出する。これにより、上記所定のタイミング１４０４における電圧とその微分値を得る事ができる。

次に、上記応答タイミング決定手段１３０３は、上記タイミング１４０４において実際に得られた電圧の微分値と、予め保持している起電力と磁界強度との関係から得られる電圧の微分値とを比較する。尚、予め保持している起電力と磁界強度との関係を示す情報は、図１４に示すグラフで表現可能である。上記タイミング１４０４における各非接触ＩＣカードの電圧の微分値は、上記グラフ１４０１、１４０２、１４０３におけるポイント１４０５、１４０６、１４０７の傾きを意味する。

上記比較により、上記応答タイミング決定手段１３０３が算出した微分値は、上記ポイント１４０５、１４０６、１４０７の何れかの傾きと一致、又は近い値を示すため、非接触ＩＣカード１３０１が置かれている状況をある程度判断できる事になる。つまり、例えば上記比較により、タイミング１４０４に対応する微分値がポイント１４０６の値と一致する場合、該当する非接触ＩＣカード１３０１が２枚のカードの内側であると判断することが可能となる。

続いて、該当する非接触ＩＣカード１３０１が置かれている状況を判断した後、応答タイミング決定手段１３０３は、初期応答リクエストにて与えられたタイムスロットから、応答に用いるタイムスロットを決定するのである。

上記タイムスロットの決定方法はどのようであってもよいが、例えば以下のような決定が行われる。

即ち、非接触ＩＣカードが１枚と判断された場合（グラフ１４０１）、上記応答タイミング決定手段１３０３は、通常通りランダムにタイムスロットを選択し或いは１番目のタイムスロットを選択する。

非接触ＩＣカードが２枚と判断された場合でさらに内側と判断された場合（グラフ１４０２）、上記応答タイミング決定手段１３０３は例えば１番目のタイムスロットを選択する。この場合、２枚と判断された場合でさらに外側と判断された非接触ＩＣカード（グラフ１４０３）の上記応答タイミング決定手段１３０３は、２番目のタイムスロットを選択するのである。

以上のように、起電力変化時の微分値、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断し、当該判断に応じて応答タイミング（タイムスロット）を決定することで、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

ところで、上述したのは、応答タイミング決定手段１３０３が微分値を算出する方法であったが、以下のようにして非接触ＩＣカードの状況を判断してもよい。

即ち、リーダライタが上記非接触ＩＣカードと通信する距離が予め決められているシステムがある。例えば複数枚の非接触ＩＣカードをリーダーに指し込み、リード位置に固定した後に当該非接触ＩＣカードと通信するシステム等が該当する。

このようなシステムでは、非接触ＩＣカードが通信を行う際の磁界強度は一定値となるはずである。上記リード位置の磁界強度が例えば図１５に示すポイント１５０１であるとすると、上記非接触ＩＣカードが初期応答リクエストを受信した際の電圧は、当該非接触ＩＣカードの状況に応じて例えばＡ１５０２（Ｖ）、Ｂ１５０３（Ｖ）、Ｃ１５０４（Ｖ）となるはずである。尚、上記Ａ１５０２は
非接触ＩＣカードが１枚の場合、Ｂ１５０３は非接触ＩＣカードが２枚の内側の場合、Ｃ１５０４は非接触ＩＣカードが２枚の外側の場合である。

つまり、初期応答リクエストを受信した際に上記測定手段１３０２が測定した起電力の測定値と、上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報（図１５）とに基づいて、上記応答タイミング決定手段１３０３は、上記非接触ＩＣカードの状況を判断可能である。

以後、応答タイミング決定手段１３０３は、初期応答リクエストにて与えられたタイムスロットから、応答に用いるタイムスロットを決定するのは上述した通りである。

以上のように、磁界強度が固定の場合には、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断し、当該判断に応じて応答タイミング（タイムスロット）を決定することで、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

また更に、以下のようにして非接触ＩＣカードの状況を判断してもよい。

リーダライタが発生する磁界強度の規格は、例えば一般的な実装規約では磁界強度にある程度幅を持たせて定義されている。このような場合には、リーダライタによってリード位置における磁界強度が異なるため、上記方法が利用できない事になる。このような場合には、リーダライタが送信する初期応答リクエストに、当該リーダライタが発生している磁界強度の情報を含めて送信するとよい。

上記磁界強度の情報を含む初期応答リクエストを受信すると、上記非接触ＩＣカード１３０１を構成する磁界強度取得手段１３０４は、当該初期応答リクエストより磁界強度の情報を取得し、上記応答タイミング決定手段１３０３に送信する。例えば上記磁界強度の情報が例えばポイント１５０５にて示される値であった場合、Ａ‘１５０６（Ｖ）、Ｂ’１５０７（Ｖ）、Ｃ‘１５０８（Ｖ）が起電力と磁界強度との関係を示す情報から得られる値である。当該値と、測定手段１３０２が測定した起電力とを比較する事により、上記応答タイミング決定手段１３０３は、上記非接触ＩＣカードの状況を判断可能である。

以後、応答タイミング決定手段１３０３は、初期応答リクエストにて与えられたタイムスロットから、応答に用いるタイムスロットを決定するのは上述した通りである。

以上のように、本発明に係る非接触ＩＣカードは、磁界強度が固定ではない場合であっても、磁界強度取得手段が初期応答リクエストに含まれる磁界強度に関する情報を取得する事で、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断することが可能となり、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

尚、本実施の形態における図１４、図１５には、非接触ＩＣカードが１枚の場合と２枚の場合についてのグラフのみ示したが、非接触ＩＣカードが３枚以上の場合においても、それぞれ独立したグラフを得る事が可能である。従って同様の処理にて非接触ＩＣカードの状況を判断可能である事はいうまでもない。

以上のように、他の非接触ＩＣカードの初期応答や初期応答の衝突を判定し、さらに初期応答や初期応答の衝突があった場合には応答に利用するタイムスロットを変更することで、初期応答の衝突を最小限に抑えることが可能となる。

また、応答の有無の判定の実行を所定の確率で決定することにより、本発明に係る非接触ＩＣカード同士の初期応答時にも、応答の衝突を軽減することが可能となる。

さらに、最終スロット判定手段を設けることで、可能であれば必ずタイムスロットの変更を行うことが可能となり、衝突の回避を行う場合が増加し、衝突の減少を図ることが可能となる。

また、起電力変化時の微分値、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断し、当該判断に応じて応答タイミング（タイムスロット）を決定することで、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

さらに、磁界強度が固定の場合には、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断し、当該判断に応じて応答タイミングを決定することで、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

また、磁界強度が固定ではない場合であっても、磁界強度取得手段が初期応答リクエストに含まれる磁界強度に関する情報を取得する事で、起電力の測定値、及び上記起電力と上記磁界強度との関係を示す情報に基づいて非接触ＩＣカードの状況を判断することが可能となり、非接触ＩＣカードの初期応答の衝突を減少させる事が可能になる。

本発明にかかる非接触ＩＣカードは、初期応答の衝突を最小限に抑えることが可能であるため、タイムスロットを用いて応答する非接触ＩＣカード等として有用である。

実施の形態１における非接触ＩＣカードの機能ブロック図 実施の形態１における非接触ＩＣカードのハードウェア構成図 実施の形態１における非接触ＩＣカードが実行する処理のフローチャート タイムスロット及び初期応答のフォーマットを示す図 従来の非接触ＩＣカード同士が初期応答を行う場合の衝突の確率を示す第１図 本発明に係る非接触ＩＣカード同士が初期応答を行う場合の衝突の確率を示す第１図 従来の非接触ＩＣカード及び本発明に係る非接触ＩＣカードが初期応答を行う場合の衝突の確率を示す第１図 従来の非接触ＩＣカード同士が初期応答を行う場合の衝突の確率を示す第２図 本発明に係る非接触ＩＣカード同士が初期応答を行う場合の衝突の確率を示す第２図 従来の非接触ＩＣカード及び本発明に係る非接触ＩＣカードが初期応答を行う場合の衝突の確率を示す第２図 実施の形態２における非接触ＩＣカードの機能ブロック図 実施の形態２における非接触ＩＣカードが実行する処理のフローチャート 実施の形態３における非接触ＩＣカードの機能ブロック図 非接触ＩＣカードにおける起電力と磁界強度の関係を示す第１の図 非接触ＩＣカードにおける起電力と磁界強度の関係を示す第２の図 リーダライタ及び非接触ＩＣカードの通信状態を示すイメージ図 タイムスロット方式を示すイメージ図 初期応答リクエストパケットのフォーマットを示す図

符号の説明

１０１ 非接触ＩＣカード
１０２ 応答判定手段
１０３ 応答タイミング変更手段
１０４ 利用決定手段
１０５ 制御手段
１０６ 送受信手段
１０７ アンテナ手段

Claims (8)

1. リーダライタより送信されるリクエストに対して所定のタイムスロットを用いて応答する非接触ＩＣカードにおいて、
   上記リーダライタから誘導される起電力を測定する測定手段と、
   上記測定手段が測定した起電力に基づいて応答するタイムスロットを決定する応答タイミング決定手段と、
   を具備することを特徴とする非接触ＩＣカード。
2. 非接触ＩＣカードと上記リーダライタとの距離が一定であるに際して、
   上記応答タイミング決定手段は、予め記憶された起電力と磁界強度との関係を示す情報と、上記測定手段が測定した起電力とに基づいて上記タイムスロットを決定する請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
3. さらに、上記リーダライタが出力する電磁波の磁界強度に関する情報を上記リクエストより取得する磁界強度取得手段を備える請求項２に記載の非接触ＩＣカード。
4. 上記応答タイミング決定手段は、
   上記起電力変化時の微分値と、予め記憶された起電力と磁界強度との関係を示す情報とに基づいて上記タイムスロットを決定する請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
5. 上記測定手段が測定した起電力に基づいて、他の非接触ＩＣカードとの位置関係を判定し、当該判定結果に基づいて上記タイムスロットを決定する請求項１に記載の非接触ＩＣカード。
6. リーダライタより送信されるリクエストに対して所定のタイムスロットを用いて応答する非接触ＩＣカードの応答方法おいて、
   上記リーダライタから誘導される起電力を測定する測定ステップと、
   上記測定ステップにて測定した測定結果に基づいて上記所定のタイムスロットを決定する応答タイミング決定ステップと、
   を具備することを特徴とする応答方法。
7. リーダライタより送信されるリクエストに対して所定のタイムスロットを用いて応答する非接触ＩＣカードに、
   上記リーダライタから誘導される起電力を測定する測定ステップと、
   上記測定ステップにて測定した測定結果に基づいて上記所定のタイムスロットを決定する応答タイミング決定ステップと、
   を実行させるプログラム。
8. リーダライタより送信されるリクエストに対して所定のタイムスロットを用いて応答する非接触ＩＣカードに、
   上記リーダライタから誘導される起電力を測定する測定ステップと、
   上記測定ステップにて測定した測定結果に基づいて上記所定のタイムスロットを決定する応答タイミング決定ステップと、
   を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能記録媒体。

Images