JP2006115202A - 情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のアンテナを順次切り替えて非接触ＩＣカードとの通信を行う場合に、非接触ＩＣカードとの通信に要する時間を短縮するリーダライタ装置を提供する。
【解決手段】 リーダライタ装置１０は、送信部１１とアンテナ１３とのインピーダンス整合を行うマッチング回路１５と、送信部１１に接続されているアンテナ１３を介して搬送波を送信する時の、接続点の電圧を検出する検出器１６とを備え、検出器１６が電圧の変化を検出した場合に、切替器１４により送信部１１と接続されるアンテナ１３を切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は非接触ＩＣカードと広い通信エリアで通信を行うリーダライタ装置に関する。

リーダライタ装置は、主として送信部、受信部、信号制御部及びアンテナから構成されている。従来のリーダライタ装置と非接触ＩＣカード（以下「ＩＣカード」と称す）との通信では、リーダライタ装置からＩＣカードへの通信を行うために、まず、リーダライタ装置から搬送波を送信しＩＣカードへの電力供給を行うと同時に、１０％前後の変調度で搬送波を振幅変調し、これをアンテナから発信する。また、ＩＣカードからリーダライタ装置への通信である受信時においては、リーダライタ装置は、ＩＣカードへの電力供給と同時にＩＣカードからの信号伝送のために、無変調の搬送波を送信部を通じてアンテナより送信している。ＩＣカードからの信号はＩＣカード側のロードスイッチング方式にてリーダライタ装置側に送られる。ロードスイッチング方式とは、リーダライタ装置のアンテナとＩＣカードのアンテナとが電磁的に結合した状態で、ＩＣカード側の電気的な負荷を送信データに従って変動させることで、リーダライタ装置のアンテナ電流を変化させ、信号をＩＣカードからリーダライタ装置に伝達させる方式である。

このリーダライタ装置を使用して、ＩＣカードとの通信が可能な範囲である通信エリアを広くする場合には、リーダライタ装置のアンテナ面積を広くするか、若しくはアンテナを複数個用意して、等価的にアンテナ面積が広くなるように、それらを順次切り替えながら通信を行い（例えば、特許文献１参照）、ＩＣカードから返答があったアンテナに固定することで対処している。

一つのリーダライタ装置にアンテナを複数個使用し、これを切り替えながら通信を行う方式の場合には、アンテナを順次切り替えていき、もし、ＩＣカードが通信エリアに存在しなければ、リーダライタ装置からのポーリング信号に対するＩＣカードからの返答信号が、返答時間が経過するまでに受信部に返ってこないため、この返答時間を待った後、制御部でＩＣカードなしと判断する。ＩＣカードが通信エリアに存在していれば、返答時間が経過するまでに受信部にＩＣカードからの返答信号が返ってくるため、制御部でＩＣカード有りと判断する。このように、応答信号の有無でＩＣカードの通信エリア内における存在有無を判断していた。
特開２００２−３５２１９８号公報

ＩＣカードとリーダライタ装置のアンテナとの組み合わせにおいて、ＩＣカードとの通信を行おうとする場合、特に、スキー場ゲートシステムや娯楽施設などのゲート管理システム及び入退室管理システム等にリーダライタ装置を使用しようとする場合には、ＩＣカードと通信可能な範囲として必要なエリアは、子供から大人まで背丈が異なる人に対応できるものであり、かつ、ＩＣカードとの位置決めは、比較的ラフであることが利用者にとって便利であるため、ＩＣカードとの通信エリアを広くする必要がある。この要求を実現するためには、リーダライタ装置のアンテナを広くするか、一つのリーダライタ装置に複数個のアンテナを用意し、これを切り替えて使うことで、アンテナ面積を見かけ上広くする必要がある。
しかしながら、アンテナ面積を単純に大きくすることは、リーダライタ装置の設置場所の影響を受けやすいことや、面積の広いアンテナに給電するため、送信部が大掛かりになりやすいという問題があった。

また、アンテナを順次切り替えて、逐次ＩＣカードに対してポーリングを行い、ＩＣカードからの返答信号を得るために一定時間待機し、返答がなければ次のアンテナに切り替える方式では、上述したアンテナ面積が大きいことによる問題は生じない。しかしながら、ポーリング信号の発信から返答信号が帰って来るまでの時間をｔとし、アンテナを切り替えるのに要する時間をＴとし、アンテナの個数をｎとすると、アンテナにかざされているＩＣカードからの信号を受け取るまでの最大時間ＴＭはＴＭ＝ｎ（ｔ＋Ｔ）＋ｔとなる。このｔの時間が長いと、リーダライタ装置がＩＣカードとの通信に要する時間、つまり、ＩＣカードがリーダライタ装置にかざされてからリーダライタ装置がＩＣカードと通信を開始するまでの時間や、リーダライタ装置とＩＣカードとが一連の通信を終了するまでの時間が長くなるという問題点がある。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、複数のアンテナを順次切り替えて非接触ＩＣカードとの通信を行う場合に、非接触ＩＣカードとの通信に要する時間を短縮するリーダライタ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数のアンテナと、該複数のアンテナのうち接続されているアンテナを介して信号を送信する送信手段と、該送信手段と接続されるアンテナを切り替える切替手段とを備え、かつ、非接触ＩＣカードと通信を行うリーダライタ装置において、前記送信手段と前記アンテナとのインピーダンス整合を行うマッチング手段と、前記マッチング手段によるインピーダンス整合が保たれているか否かを検出する検出手段とを備え、前記検出手段によって前記インピーダンス整合が保たれていることが検出された場合に、前記切替手段によって前記送信手段と接続されるアンテナを切り替えることを特徴とするリーダライタ装置を提供する。

この構成によれば、リーダライタ装置は、ポーリング信号を送信することなく、インピーダンス整合が保たれているか否かによって、非接触ＩＣカードがアンテナに近づいたか否かを検出することができる。そして、非接触ＩＣカードがアンテナに近づいていないことを検出した場合には、送信手段と接続されるアンテナを順次切り替えて、当該切り替えたアンテナの近くに非接触ＩＣカードが存在するか否かを順次検出することができるため、非接触ＩＣカードがリーダライタ装置にかざされてからリーダライタ装置が非接触ＩＣカードを検出するまでの時間を短縮することができ、非接触ＩＣカードとの通信に要する時間を短縮することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリーダライタ装置において、前記検出手段によって前記インピーダンス整合が崩れたことが検出された場合に、非接触ＩＣカードからの応答を受信するためのポーリング信号を送信することを特徴とする。
この構成によれば、リーダライタ装置は、インピーダンスの整合が崩れたことが検出された場合にポーリング信号を送信するため、アンテナに非接触ＩＣカードが近づいた時にのみポーリング信号を送信することができる。このため、アンテナに非接触ＩＣカードが近づいていない時にポーリング信号を送信して応答を待つ必要がなくなり、応答待ちの時間を短縮することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のリーダライタ装置において、前記検出手段は、前記インピーダンス整合が保たれているか否かを、前記アンテナと前記送信手段との接続点における電圧又は電流の変化により検出することを特徴とする。
この構成によれば、リーダライタ装置は、前記インピーダンス整合が保たれているか否かを、前記アンテナと前記送信手段との接続点における電圧又は電流の変化により検出するため、電圧値又は電流値を検出するための検出器を用いることにより、容易にインピーダンス整合が保たれているか否かを検出することができる。

このように、本発明によれば、リーダライタ装置は、ポーリング信号を送信することなく、インピーダンス整合が保たれているか否かによって、非接触ＩＣカードがアンテナに近づいたか否かを検出することができる。そして、非接触ＩＣカードがアンテナに近づいていないことを検出した場合には、送信手段と接続されるアンテナを順次切り替えて、当該切り替えたアンテナの近くに非接触ＩＣカードが存在するか否かを順次検出することができるため、非接触ＩＣカードがリーダライタ装置にかざされてからリーダライタ装置が非接触ＩＣカードを検出するまでの時間を短縮することができ、非接触ＩＣカードとの通信に要する時間を短縮することができる。

以下、図を参照して、発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示すように、リーダライタ装置１０は、１３．５６ＭＨｚを発振する水晶発振器１１１、約１０％のＡＳＫ（振幅変調方式）変調を得るための変調器１１２及び通信を行うのに十分な電力を得るための電力増幅器１１３で構成される送信部１１と、ＩＣカード２０からロードスイッチング方式で送られてきた、振幅変調された信号を検波するための検波器１２１、検波した信号を増幅するための増幅器１２２及び増幅した信号をデジタル信号に変換するための二値化回路１２３からなる受信部１２と、複数のアンテナ１３を切り替えるための切替器１４と、アンテナ１３の入力インピーダンスと送信部１１の出力インピーダンスとの整合を行うマッチング回路１５と、インピーダンス整合点における電圧を検出するための検出器１６と、この検出器１６からの信号レベルを判断し、アンテナ１３を選択するためのＡＤ変換機能及び整合点における電圧値を記憶するメモリを有する１チップマイコンを含む制御部１７と、アンテナ１３Ａ、アンテナ１３Ｂ、アンテナ１３Ｃで構成される３個のアンテナ１３と、信号の送受信を制御するコントローラ部１８とで構成されている。

切替器１４は、アンテナ１３Ａ、アンテナ１３Ｂ、アンテナ１３Ｃが、順次リーダライタ装置１０の送信部１１と接続されるように切り替えを行う。なお、以下では、アンテナ１３Ａ、アンテナ１３Ｂ、アンテナ１３Ｃを区別して説明しない場合には、「アンテナ１３」と表記することとする。
アンテナ１３は、一つがプリント板上に形成された２回巻のループアンテナで、約２０ｃｍ四方の大きさである。このアンテナ１３を３個用意して縦に配置する。これにより、上下方向の通信エリアの拡大を図ることができる。なお、用意するアンテナ１３は３個に限定されず、任意の個数でよい。

アンテナ１３の入力インピーダンスと、送信部１１の電力増幅器１１３の出力インピーダンスとが異なるため、マッチング回路１５でインピーダンス整合をとっている。従って、リーダライタ装置１０からの信号送信時において、検出器１６より検出される電圧は一意に決まる電圧値となっている。送信部１１が切替器１４により他の２つのアンテナ１３のそれぞれに接続した場合にも、同様に一意の電圧が得られる。
検出器１６は、アンテナ１３と送信部１１との接続点の電圧を検出する。図２に示すように、検出器１６は、高インピーダンス抵抗１６１を介して直列に接続されたダイオード１６２と、ダイオード１６２のカソード側に並列に接続された抵抗１６３とコンデンサ１６４とを組み合わせた包絡線検波回路で構成されている。

アンテナ１３の入力インピーダンスと送信部１１の出力インピーダンスとを整合させることで整合点における電圧値を保持しておき、検出器１６から出力される電圧値と整合点における電圧値とを比較することで、ＩＣカード２０がかざされたかどうかを検出することが可能となる。
ＩＣカード２０は、一般的に、図３に示す通り、ＩＣカード２０周囲に巻かれたループアンテナ２１と、ループアンテナ２１と共振させるための共振用コンデンサ２２及びＩＣチップ２３で構成されており、電源はリーダライタ装置１０から供給されるため保持していない。ＩＣチップ２３は送受信回路、メモリ、制御回路などで構成されている。

次に、動作例について説明する。
リーダライタ装置１０の送信部１１とアンテナ１３Ａが接続されている時にＩＣカード２０がかざされていない場合には、検出器１６には送信部１１からの搬送波周波数による電圧が入力され、高インピーダンス抵抗１６１を介して包絡線検波回路に送られ、直流電圧に変換されて、検出器１６より出力される。この電圧は直流のアナログ電圧の出力である。この出力は制御部１７の１チップマイコンのＡＤ変換端子に入力され、インピーダンス整合が保たれている時の電圧であるかどうかを１チップマイコンが判断する。

入力された電圧がインピーダンス整合が保たれている時の電圧であることが認識されれば、制御部１７はアンテナ１３ＡにＩＣカード２０がかざされていないと判断し、切替器１４に対して制御部１７から信号を出し、次のアンテナ１３Ｂに切り替える。従って、リーダライタ装置１０は、ＩＣカード２０に対してポーリング信号を発して、ＩＣカード２０からの応答を待つ必要がない。リーダライタ装置１０は、ＩＣカード２０がかざされるまで、この手順を順次繰り返している。

また、切替器１４によりアンテナ１３Ａが送信部１１との接続対象として選択されている時に、ＩＣカード２０がアンテナ１３Ａにかざされた場合には、ＩＣカード２０のループアンテナ２１がリーダライタ装置１０のアンテナ１３Ａと電磁的に結合されるため、アンテナ１３Ａの入力インピーダンスが変化し、電力増幅器１１３の出力インピーダンスとのマッチングがずれることになる。

この時、検出器１６から出力される電圧は、ＩＣカード２０がかざされていない時の電圧と比べて、異なる電圧になる。この電圧が制御部１７のＡＤ変換端子に入力され、制御部１７が電圧が異なることを認識すると、切替器１４に対して接続するアンテナをアンテナ１３Ａに固定する信号を制御部１７から送り、アンテナ１３Ａはリーダライタ装置１０の本体と接続する。また、コントローラ部１８に対しても、ポーリング信号を発信してもよいという信号を制御部１７から送る。

アンテナ１３Ａが固定されると、リーダライタ装置１０からＩＣカード２０に対してポーリング信号を送り、ＩＣカード２０からの返答を待ち、返答があれば通常の通信を開始する。通常の通信が終了すると、コントローラ部１８から通信終了の信号を制御部１７に送る。制御部１７は再び、アンテナ１３を順次切り替えて、次にアンテナ１３にＩＣカード２０がかざされるまで一連の動作を繰り返すことになる。

このように、上述した実施形態においては、リーダライタ装置１０のアンテナ１３とこれに接続される送信部１１との間に電圧の検出器１６を置き、かつ、アンテナ１３と送信部１１とがインピーダンス整合された状態をつくることで、検出器１６において最大電圧が発生するようにした。ここに電気的インピーダンスを有したＩＣカード２０が近づくことでインピーダンス整合が崩れ、検出器１６の電圧が低下するのを検出する。これにより、リーダライタ装置１０からポーリング信号を送信する前に、検出器１６の状態をみるだけで、ＩＣカード２０がリーダライタ装置１０にかざされているかどうかを検出することが可能となる。このため、ポーリング信号に対する応答を待ってアンテナ１３を切り替える必要がなくなる。従って、ＩＣカード２０がリーダライタ装置１０にかざされた時に、リーダライタ装置１０がＩＣカード２０と通信を開始までの時間や、一連の通信を終了するまでの時間を短縮することができ、複数のアンテナ１３を使用して通信エリアを拡大しつつ、ＩＣカード２０との通信に要する時間を短縮することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係るリーダライタ装置１０の構成は、検出器１６の部分を除き第１の実施形態に係る構成と同じである。また、通信の制御方法についても、第１の実施形態と同じである。ここでは、ＩＣカード２０がリーダライタ装置１０にかざされた時の、第１の実施形態と異なるＩＣカード２０の検出方法について述べる。

第２の実施形態では、アンテナ１３と送信部１１の電力増幅器１１３とが、マッチング回路１５を介して整合がなされている時の電流値を検出器１６’で検出する。
検出器１６’の構成は、図４に示すように、巻線をしたトロイダルコア１６５に送信部１１からアンテナ１３にかけてのラインを通し、巻線の両端に発生する電圧を検出し、これを包絡線検波することで、直流のアナログ電圧を生成して検出を行う構成である。

次に動作例について説明する。まず、ＩＣカード２０がかざされていない時の電流値（アナログ電圧値）を基準値として、制御部１７のメモリに記憶させておく。
そして、第１の実施形態と同様に、切替器１４により送信部１１と接続するアンテナ１３を順次切り替えていく。制御部１７が、検出器１６’からの出力に基づいて、ＩＣカード２０がかざされた時に生じる電流値の変化を検出した場合には、第１の実施形態と同様に、アンテナ１３を固定して通常の通信を行う。

スキー場ゲートシステムや娯楽施設などのゲート管理システム及び入退室管理システム等、通信エリアを拡大し、かつ、短時間で入退出を管理することが要求されている産業に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るリーダライタ装置の構成を示すブロック図である。 同実施の形態に係る検出器の構成の一例を示す図である。 同実施の形態に係るＩＣカードの構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る検出器の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１０ リーダライタ装置
１１ 送信部
１１１ 水晶発振器
１１２ 変調器
１１３ 電力増幅器
１２ 受信部
１２１ 検波器
１２２ 増幅器
１２３ 二値化回路
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ アンテナ
１４ 切替器
１５ マッチング回路
１６ 検出器
１７ 制御部
１８ コントローラ部
２０ ＩＣカード
２１ ループアンテナ
２２ 共振用コンデンサ
２３ ＩＣチップ
１６１ 高インピーダンス抵抗
１６２ ダイオード
１６３ 抵抗
１６４ コンデンサ
１６５ トロイダルコア

Claims (3)

1. 複数のアンテナと、該複数のアンテナのうち接続されているアンテナを介して信号を送信する送信手段と、該送信手段と接続されるアンテナを切り替える切替手段とを備え、かつ、非接触ＩＣカードと通信を行うリーダライタ装置において、
   前記送信手段と前記アンテナとのインピーダンス整合を行うマッチング手段と、
   前記マッチング手段によるインピーダンス整合が保たれているか否かを検出する検出手段とを備え、
   前記検出手段によって前記インピーダンス整合が保たれていることが検出された場合に、前記切替手段によって前記送信手段と接続されるアンテナを切り替えることを特徴とするリーダライタ装置。
2. 前記検出手段によって前記インピーダンス整合が崩れたことが検出された場合に、非接触ＩＣカードからの応答を受信するためのポーリング信号を送信することを特徴とする
   請求項１に記載のリーダライタ装置。
3. 前記検出手段は、
   前記インピーダンス整合が保たれているか否かを、前記アンテナと前記送信手段との接続点における電圧又は電流の変化により検出することを特徴とする
   請求項１又は２に記載のリーダライタ装置。

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