JP2006186882A - リーダライタ装置、制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合によりリーダ／ライタと通信する非接触ＩＣの受信状態を比較的安価に良好化する。
【解決手段】リーダ／ライタ１０は、ベースバンド信号に基づいて振幅変調を行って送信波を生成する送信波生成手段（搬送波発振回路２０、送信データ出力部２２、変調回路５０）と、送信された送信波に対する非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する評価手段（受信状態評価部４４）と、評価された受信状態の良好性に応じて、送信波生成手段における振幅変調の態様を修正する修正手段（変調抵抗Ｂ指示レジスタ４０、変調抵抗Ａ指示レジスタ４２、変調決定抵抗Ｂ５８、変調決定抵抗Ａ６０）を備える。これにより、リーダ／ライタ１０の側で振幅変調の態様を修正して、非接触ＩＣにおける受信状態を良好化することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触ＩＣに対し誘導結合を利用して送信波を送信する技術、特に、振幅変調に基づいて変調した送信波を送信する技術に関する。

誘導結合型の非接触ＩＣにおいては、通常、アンテナ共振回路が備えられており、リーダ／ライタから受信波を受信する。この受信波の受信状態は、様々な要因によって悪化することが知られている。

悪化の一因としては、アンテナ共振回路の共振周波数がずれる問題が挙げられる。すなわち、共振回路を構成しているディスクリート部品（コイルやコンデンサ等）の特性のばらつき、使用時の温度に依存したＬＣＲ値の変化、通信可能範囲に複数の非接触ＩＣが配置された場合における容量結合に起因した共振回路のＣ成分の増加等によってアンテナ共振周波数ずれてしまうと、共振によるゲイン（電力利得）が下がり、振幅レベルが全体的に低くなってしまう。この結果、例えば、ＡＳＫ変調された送信においては、０を表すベースバンド信号である信号レベル”０”を受信する際に電力伝送がとぎれてしまい、通信エラーレートが増大することになる。

また、別の要因としては、リーダ／ライタと非接触ＩＣとの距離が非常に近い場合の障害が挙げられる。この場合には、過大電磁波に対して非接触ＩＣを保護する保護回路が動作して通信不能となることがあるためである。

さらに、非接触ＩＣにおいて、高い誘導電圧、すなわち高いクオリティファクタ「Ｑ係数」が得られる場合にも受信状態が悪化することがある。一般的には、非接触ＩＣ側のアンテナ共振周波数と、リーダ／ライタ側の搬送波周波数とを一致させた場合Ｑ係数が高くなり、通信距離も伸ばすことが可能になるなどの利点が生じる。しかし、Ｑ係数が高い場合には、力学において慣性力が高い場合と同様に、急激な変化が防止される。つまり、振幅変調によって搬送波の振幅をパルス的に変化させようとしても、過渡応答は緩やかになってしまう。そこで、一般的には、あらかじめ共振周波数をある程度ずらしてエラーレートを０に近づけている。しかし、上述したように、非接触ＩＣの共振周波数は様々な要因によってずれてしまうため、搬送波周波数と共振周波数が一致してＱ係数が非常に高くなってしまい、通信エラーを生じる場合がある。

こうした問題を避けるために、下記特許文献１には、非接触ＩＣにおいて、エラーレートを検出をするとともに、それに応じて共振回路の同調コンデンサや抵抗を変化させることで、共振周波数をずらして最適な利得を得る技術が開示されている。

また、下記特許文献２には、入力（受信）された電圧レベルに応じて共振アンテナのＱ係数を変化させる調整手段を設ける技術が開示されている。

特開２００２−３３４３１０号公報 特開平９−６２８１６号公報

上記特許文献１の技術は、非接触ＩＣで用いる同調コンデンサや抵抗のコストが嵩むことを考えると、安価に大量生産されるべき非接触ＩＣでの実用化には適さない。同様に、上記特許文献２の技術においては、同調コンデンサや抵抗のコストを考えれば、実用に向かないといえる。

本発明の目的は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好化を、比較的安価に実現することにある。

本発明の別の目的は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好化をリーダ／ライタの機能を利用して実現するための技術を確立することにある。

本発明のリーダライタ装置は、被接触ＩＣに対し誘導結合により送信波の送信及び受信波の受信を行うリーダライタ装置において、ベースバンド信号に基づく振幅変調を行って送信波を生成する送信波生成手段と、送信された送信波に対する非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する評価手段と、評価された受信状態の良好性に応じて、送信波生成手段における振幅変調の態様を修正する修正手段と、を備える。

このリーダライタ装置（リーダ／ライタ）は、非接触ＩＣと誘導結合の原理に基づいて送受信を行う機能を有している。典型的には、リーダライタ装置及び非接触ＩＣには、アンテナコイルを含む共振回路が備えられ、一方の共振回路によって作り出させる磁場あるいは電磁場を他方の共振回路が検出することで通信が行われる。送信波生成手段は、ベースバンド信号に基づく振幅変調を行うことで送信波を生成する。変調される対象は、通常は、ある固定周波数をもつ搬送波である。ただし、主搬送波から生成された副搬送波をベースバンド信号で変調したり、チャープ変調や直接拡散等のスペクトル拡散処理を加えたりするなど、二次的な変調処理が行われてもよい。

評価手段は、送信された送信波が非接触ＩＣの側でどの程度良好に受信されるかを、実際の受信状態に関する情報や、受信状態を推測できる情報に基づいて評価する。評価は、例えば、閾値を記したテーブル等を用いて比較を行うことで複数段階にクラス分けしたり、適当な数値で表して無限段階に分類するなどして行われる。そして、修正手段は、評価結果に基づいて、振幅変調の態様を修正する。

このリーダライタ装置を用いれば、非接触ＩＣの側に調整メカニズムを設けることなく、非接触ＩＣにおける受信状態の良好化を図ることができる。したがって、大量生産される非接触ＩＣに調整メカニズムを設ける場合に比べ、安価に実施できるものと期待できる。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、修正手段は、振幅変調度の修正を行って振幅変調の態様を修正する。振幅変調度とは、各信号レベル（ベースバンド信号が０と１の二値からなるのであれば、その０と１）に割り当てられる振幅レベルの相違を表すように定義された量である。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、評価手段は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性の評価として、共振周波数のずれの評価を行い、修正手段は、共振周波数のずれに対応した振幅変調度のずれを修正する。共振周波数は、例えば、リーダライタから非接触ＩＣに送信する送信波の条件を同じにした場合における非接触ＩＣでの受信レベルに基づいて測定することができる。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、送信波生成手段は、ベースバンド信号の各信号レベルに対し０よりも大きい振幅レベルを割り当てて振幅変調を行い、修正手段は、受信状態が良好でないと評価された場合には、少なくとも最小の振幅レベルの振幅を増加させることで振幅変調度を修正する。誘導結合型の非接触ＩＣは、リーダライタ装置から送信される送信波のエネルギーに基づいて駆動される場合が多い。そこで、この修正態様を採用することにより、非接触ＩＣに対し常に電力の供給を行うことが可能となる。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、評価手段は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性の評価として、非接触ＩＣと当該リーダライタ装置との距離を評価する。距離についての情報は、例えば、測定装置に測定させるなどして別途外部装置から取得することができる。また、例えば、非接触ＩＣとの通信状況を解析して距離の情報を取得するようにしてもよい。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、修正手段は、両者の距離が所定値よりも近い場合に振幅変調度を高める修正を行う。一般に、両者の距離が近い場合には、非接触ＩＣにおいて保護回路が働き、一定値以上の振幅レベルがカットされてしまうおそれがある。そこで、変調度を高めることにより、振幅カットが行われた場合にも、信号レベルに応じた振幅レベルを検出することが可能になる。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、修正手段は、ベースバンド信号の周波数の修正を行って振幅変調の態様を修正する。ベースバンド信号の周波数を高めた場合には、通信時間が短縮できる一方で受信を精度よく行うことが難しくなる。ベースバンド信号の周波数を低くした場合には、通信時間が伸びる一方で受信を精度よく行うことが容易となる。周波数を高くするか低くするか、どの程度変化させるかは、結果として受信状態が良好となるように決めればよい。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、評価手段は、クオリティファクタＱ係数に基づいて非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する。Ｑ係数は、上記特許文献１，２においても言及されているなど周知の指標であり、誘導結合型のアンテナ共振回路を特徴づける量の一つである。一般に、アンテナは、Ｑ係数が高い場合には、狭いバンド幅、高いゲイン、電流や電圧の遅い立ち上がりを示し、Ｑ係数が低い場合には、広いバンド幅、低いゲイン、電流や電圧の早い立ち上がりを示す。したがって、Ｑ係数は受信状態を評価するための指標として用いることができる。なお、評価手段においては、あらかじめ他の諸量とＱ係数による評価とを関連づけたテーブルを設けるなどすれば、必ずしもＱ係数を求める演算を行う必要はない。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、修正手段は、クオリティファクタＱ係数が所定値よりも高い場合には、ベースバンド信号の周波数を低くする修正を行う。Ｑ係数が所定値よりも高い場合には、復調した信号における切り替わり時点での立ち上がりが遅くなるため、ベースバンド信号の周波数を低くして、通信速度を遅くすることにより、良好な受信状態を得ることができる。また、本発明のリーダライタ装置の一態様においては、修正手段は、クオリティファクタＱ係数が所定値よりも低い場合には、ベースバンド信号の周波数を高くする修正を行う。Ｑ係数が低い場合には、信号の切り替わりが明瞭となるため、高速な通信が可能となる。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、少なくとも送信波の送信に用いられるアンテナ共振回路を備え、評価手段は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性の評価として、送信波の送信時におけるアンテナ共振回路の電圧レベルを評価する。一般に、誘導結合型のリーダライタ装置と非接触ＩＣは、誘導結合により互いのアンテナ共振回路の影響を受ける。したがって、リーダライタ装置のアンテナ共振回路の電圧レベルに基づいて、非接触ＩＣのアンテナ共振回路における受信状態が推定できるのである。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、評価手段は、非接触ＩＣから受信した受信波の受信状態の良好性に基づいて、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する。非接触ＩＣにおける受信状態の良好性と、リーダライタ装置における受信状態の良好性とは、密接に対応することが予想される。特に、リーダライタ装置と非接触ＩＣとの間の送信及び受信において同じアンテナ共振回路が用いられている場合には、両者の相関が高くなると考えられる。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、評価手段は、非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報に基づいて非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する。つまり、非接触ＩＣの側で求められた受信状態に関する情報を取得し、これに基づいて受信状態の良好性を評価する。本発明のリーダライタ装置の一態様においては、非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報は、非接触ＩＣにおける共振周波数での利得レベルの情報である。本発明のリーダライタ装置の一態様においては、非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報は、非接触ＩＣにおけるエラーレートの情報である。本発明のリーダライタ装置の一態様においては、非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報は、非接触ＩＣにおいて復調された信号における各信号レベルに関してのデューティ比の情報である。デューティ（ＤＵＴＹ）比とは、復調された信号において各信号レベルを表すのに要する時間の比である。復調された信号を短くサンプリングしたり、比較的長時間にわたってサンプリングして統計処理を行うなどして求めることができる。なお、デューティ比を求める上では、復調された信号において各信号レベルがベースバンド周期で切り替わる（例えば０と１が次々と切り替わる）と効率的であり、リーダライタ装置からはそのような信号を送信することが特に望ましい。

本発明のリーダライタ装置の一態様においては、修正手段により修正された振幅変調の態様についての情報を、非接触ＩＣに向けて送信する送信波に含める修正情報送信手段を備える。典型的には、ベースバンド信号にこの情報を含めることで実施される。本発明のリーダライタ装置の一態様においては、修正情報送信手段は、修正手段により修正された振幅変調の態様についての情報を、非接触ＩＣにおける受信態様の変更を指示するコマンド情報に変換して非接触ＩＣに向けて送信する送信波に含める。非接触ＩＣの側では、予めコマンド信号に対応した処理を行うようプログラミングを行っておけばよい。これにより、非接触ＩＣでの演算処理を簡略化することができる。本発明のリーダライタ装置の一態様においては、コマンド情報には、変更した受信態様を持続させる指示が含まれる。持続さえる指示は、非接触ＩＣとリーダライタ装置との位置関係が固定される場合（例えば、ある装置の固定位置に組み込まれた非接触ＩＣと同じく固定位置に組み込まれたリーダライタ装置とが通信を行う場合）に特に有効となる。これにより、次回の通信時においては、再度、振幅変調の態様を行わなくても、最適な状況で通信を行うことができる。

本発明の制御装置は、ベースバンド信号に基づく振幅変調を行って送信波を生成する送信波生成手段と、被接触ＩＣに対し誘導結合により送信波の送信及び受信波の受信を行う送受信手段と、を備えたリーダライタ装置に対し、送信された送信波に対する非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する評価手段と、評価された受信状態の良好性に応じて、送信波生成手段における振幅変調の態様を修正する修正手段と、を実行させる。この制御装置は、例えば、評価手段と修正手段とを実行させるプログラムをリーダライタ装置に組み込むことで実現することができる。

以下に本発明の代表的な実施の形態を説明する。

［実施の形態１］
ここでは、振幅変調の態様を修正する例として、振幅変調度を修正する場合の説明を行う。

図１は、リーダライタ装置としてのリーダ／ライタ１０の構成を説明する概略図である。リーダ／ライタ１０は、主たる装置構成として、搬送波発振回路２０、送信データ出力部２２、電源２４、アンテナ共振回路３０、変調抵抗Ｂ指示レジスタ４０、変調抵抗Ａ指示レジスタ４２、受信状態評価部４４、及び、変調回路５０を備えている。搬送波発振回路２０は、搬送波を生成する回路であり、定められた周波数で発振することで搬送波が出力される。送信データ出力部２２は、ベースバンド信号としての送信データを出力するものである。ベースバンド信号は図示していないＣＰＵ内で生成される。アンテナ共振回路３０は、同調コンデンサ３２、及び、コイルアンテナ３４が並列接続されてなる回路であり、アンテナとして機能する。その共振周波数は、同調コンデンサ３２、及び、コイルアンテナ３４の特性に基づいて決定される。変調抵抗Ｂ指示レジスタ４０と変調抵抗Ａ指示レジスタ４２は、変調回路５０内を制御する制御信号を生成し出力するレジスタであり、その信号生成は受信状態評価部４４の評価結果に基づいて行われる。また、受信状態評価部４４は、このリーダ／ライタ１０が通信を行う非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価するための構成である。

変調回路５０には、搬送波発振回路２０から送られる搬送波信号がベースに入力されるトランジスタ５２が設けられている。トランジスタ５２のコレクタは電源２４及びアンテナ共振回路３０に接続されており、また、コレクタとベースの間には、バイアス抵抗５４が設けられている。ベースは、抵抗５６を介して接地されている。トランジスタ５２のエミッタは、並列的に配置された変調度決定抵抗Ｂ５８と変調度決定抵抗Ａ６０にそれぞれ接続されている。変調度決定抵抗Ｂ５８は他端が接地されており、また、その抵抗値は変調抵抗Ａ指示レジスタ４２からの指示信号によって制御されている。他方、変調度決定抵抗Ａ６０は、抵抗値を変調抵抗Ａ指示レジスタ４２からの指示信号によって制御されている。変調度決定抵抗Ａ６０の他端は、トランジスタ６２のコレクタに接続されている。このトランジスタ６２のベースには、送信データ出力部２２から送信される送信データが入力され、エミッタは接地されている。

図２は、時間軸としての横軸上に、送信データ７０の信号パターン及び振幅変調波８０の振幅パターンを示した図である。図示した範囲においては、デジタルデータとしての送信データ７０の信号レベルは、時刻ｔ１までは符号７２で示された”１”レベルにあり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは符号７４で示された”０”レベルにあり、時刻ｔ２以降は符号７６で示された”１”レベルにある。この送信データ７０は、ベースバンド信号をなすものであり、高周波の搬送波の振幅変調に用いられる。

振幅変調波８０は、周期Ｔの搬送波を送信データ７０に基づいて振幅変調することで得られたものである。このため、アナログデータとしての振幅変調波８０の振幅レベルは、時刻ｔ１までは符号８２で示された”１”レベルにあり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは符号８４で示された”０”レベルにあり、時刻ｔ２以降は符号８６で示された”１”レベルにある。振幅の大きさは、”１”レベルではｂ、”０”レベルではａであり、ｂ＞ａの関係を満たしている。なお、振幅レベルが二つからなる場合、変調度ｍを次式で定義することができる：

ｍ＝（ｂ−ａ）／（ｂ＋ａ）
例えば、ＡＳＫ３０％変調という規格で使用した場合、ｍ＝０．３となるように振幅の設定が行われる。

次に、図１に示したリーダ／ライタ１０の動作を、図２を参照しながら説明する。

送信データ出力部２２は、送信データ７０をトランジスタ６２のベースに出力する。送信データ７０の信号レベルは、”０”レベルと”１”レベルとからなる。トランジスタ６２においては、送信データ７０が”０”レベルにある場合にはコレクタに電流が流れず、”１”レベルにある場合にはコレクタに電流が流れる。つまり、送信データ７０が”０”レベルにある場合には、トランジスタ５２のエミッタと接地面との間には、変調度決定抵抗Ｂ５８のみが存在するとみなせる。また、送信データ７０が”１”レベルにある場合には、トランジスタ５２のエミッタと接地面との間には、変調度決定抵抗Ｂ５８と変調度決定抵抗Ａ６０とが並列配置されているとみなせる。したがって、”０”レベルにある場合に比べ、”１”レベルにある場合の方が、トランジスタ５２のエミッタと接地面との間の抵抗は小さく、エミッタに多くの電流が流れる状態にあると言える。

一方、搬送波発振回路２０からは、一定の搬送波周波数および一定の振幅で振動する搬送波信号が出力され、トランジスタ５２のベースに入力される。このトランジスタ５２のコレクタからの出力は、エミッタからの入力をベースに対する入力にしたがって制御されることで決定される。つまり、出力波形は、搬送波の周期振幅を有し、トランジスタ５２のエミッタと接地部間の抵抗が小さいほど大きな振幅を有したものとなる。

トランジスタ５２のコレクタからの出力は、アンテナ共振回路３０に入力される。そして、コイルアンテナ３４付近に磁場が形成されることで、その周囲に置かれる図示していない非接触ＩＣに送信波が送信される。このアンテナ共振回路３０は、同調コンデンサ３２のキャパシタンスＣとコイルアンテナ３４のインダクタンスＬ及で決まる共振周波数を備えている。このため、入力がこの共振周波数と一致する場合には、共鳴によって共振の振幅が非常に大きくなり、コイルアンテナ３４から出力される送信波の振幅も増大する。一般に送信波の振幅が大きいと、遠方にある非接触ＩＣとの通信が可能になる。したがって、アンテナ共振回路３０の共振周波数と搬送波発振回路２０の発振周波数はほぼ一致するように設定される。

続いて、図３と図４を用いて、図１に示した変調抵抗Ｂ指示レジスタ４０、変調抵抗Ａ指示レジスタ４２、及び、受信状態評価部４４に係る具体的態様を例示する。図３と図４は、図１とほぼ同様の図であり、同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。

図３に示したリーダ／ライタ９０において特徴的な点は、受信レベル検知・変調抵抗制御部９２が設けられていることである。この受信レベル検知・変調抵抗制御部９２は、図１に示したアンテナ共振回路３０に接続され、このアンテナ共振回路３０における電圧レベルを検知する。そして、検知したレベルに応じて変調度決定抵抗Ｂ５８と変調度決定抵抗Ａ６０の抵抗値を変更し、変調度を調整している。

リーダ／ライタ９０におけるアンテナ共振回路３０は、非接触ＩＣのアンテナ共振回路と相互誘導により結合している。このため、一般に、アンテナ共振回路３０における電圧レベルは、非接触ＩＣのアンテナ共振回路との位置関係や、非接触ＩＣのアンテナ共振回路における共振の度合い等によって変化する。したがって、アンテナ共振回路３０における電圧レベルを予め非接触ＩＣにおける受信状態と対応づけておくことで、電圧レベルに応じた変調度の調整が可能となる。具体的な対応づけは、理論的推測により可能ではあるが、確実性を重視する観点からは実験結果を十分に参酌することが特に望ましい。電圧レベルと変調度との対応は、例えば対応付けテーブルを受信レベル検知・変調抵抗制御部９２に設定することで実現できる。なお、受信レベル検知・変調抵抗制御部９２が検知した電圧レベルに基づいて調整すべき変調度を容易に決定できるようにするためには、アンテナ共振回路３０に出力される変調波において”１”レベルと”０”レベルが何度も切り替わることが望ましい。そこで、送信データ出力部２２に対し、”１”レベルと”０”レベルを繰り返す変調度の調整用の信号出力を行わせてもよい。

図４に示したリーダ／ライタ１００において特徴的な点は、ＣＰＵ回路１１０、復調回路１１２、変調抵抗調整部１１４が設けられていることである。また、このシステム構成においては、非接触ＩＣカード１３０から送信される情報に基づいて変調度の調整を行う点にも特徴がある。

復調回路１１２は、アンテナ共振回路３０によって受信される非接触ＩＣカード１３０からの受信波を復調する回路である。復調により得られた受信データ１１６は、ＣＰＵ回路１１０に出力される。ＣＰＵ回路１１０は、図１に示した受信状態評価部４４の機能を備えており、受信データ１１６に基づいて変調度を決定し、変調抵抗調整部１１４に対し抵抗調整指示信号１２０を送出する。また、ＣＰＵ回路１１０は、図１に示した送信データ送出部２２の機能も備えており、トランジスタ６２に対して送信データ１１８を出力する。変調抵抗調整部１１４は、抵抗調整指示信号１２０に基づいて変調度決定抵抗Ｂ５８と変調度決定抵抗Ａ６０の抵抗値を変更する。

非接触ＩＣカード１３０には、アンテナ共振回路１４０及び制御回路１５０が含まれている。アンテナ共振回路１４０は、コイルアンテナ１４２と同調コンデンサ１４４を備えており、これらのディスクリート部品により決定される共振周波数を有している。共振周波数は、受信波の搬送波周波数、及び、リーダ／ライタ１００のアンテナ共振回路３０の共振周波数と同程度であり、これにより十分な利得レベルを得ることができる。なお、アンテナ共振回路１４０の特性はクオリティファクタであるＱ係数によって特徴づけることができ、Ｑ係数が適当な値となるように設定されている。

制御回路１５０は、受信した受信波の電気エネルギーに基づいて駆動される回路である。制御回路１５０は、アンテナ共振回路１４０を通じたリーダ／ライタ１００との通信を制御する機能や、データを記憶する機能を備えている。この制御回路１５０には、受信波の受信状況を表すデータをリーダ／ライタ１００に送信する機能も設けられている。受信状況を表すデータとしては、共振周波数における利得レベルのデータや、受信におけるエラーの発生頻度（エラーレート）のデータを挙げることができる。また、復調した信号における信号の”０”レベルと”１”レベルの信号の歪みについてのデータも受信状況を表すデータとして使うことができる。このデータとしては、例えば、リーダ／ライタ１００から送信される”０”レベルと”１”レベルが時間ステップ毎に入れ替わる送信波に対し、非接触ＩＣカード１３０が細かい時間間隔でサンプリングを行って、”０”レベルを表すと認識する時間と”１”レベルを表すと認識される時間の比（デューティ比）のデータを用いることができる。

ここで、図４に係る処理動作の特徴を簡単に整理しておく。リーダ／ライタ１００から送信波が送信されると、非接触ＩＣカード１３０はそれを受信する。このとき、非接触ＩＣカード１３０は、送信波に含まれている指示信号に基づいて、または、あらかじめ制御回路１５０に組み込まれた処理手順に従って、受信状況についてのデータ（利得レベル、エラーレート、デューティ比など）をリーダ／ライタ１００に送信する。リーダ／ライタ１００では、受信波を復調回路１１２で復調し、得られた受信データをＣＰＵ回路１１０に出力する。ＣＰＵ回路１１０では、取得した受信状態を評価して最適な変調度を決定する。そして、抵抗調整指示信号１２０を変調抵抗調整部１１４に出力し、変調度を調整する。

なお、リーダ／ライタ１００は、変調度の調整結果を非接触ＩＣカード１３０に送信することができる。これにより、非接触ＩＣカード１３０では、新たな変調度に対応した受信設定（例えば、”１”レベルと”０”レベルを区分する閾値レベルの設定）を行うことが可能となる。あるいは、非接触ＩＣカード１３０に対し、受信設定の変更を指示するコマンドを送るようにしてもよい。この態様においては、非接触ＩＣカード１３０では、コマンドを解析して予め設定された動作をするだけで受信設定を変更を行うことが可能となる。

続いて、図５を用いて、振幅変調度の制御例を説明する。図５は、時間軸を横軸とする図であり、図５（ａ）は送信データ１６０の信号レベルパターンを示しており、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）は非接触ＩＣにおいてそれぞれ受信される振幅変調波１７０、１８０、１９０を示している。図５（ｂ）は受信状態良好時、図５（ｃ）は受信状態不良時、図５（ｄ）は受信状態不良時において変調度を修正した場合を示すものである。

図５（ｂ）の受信状態良好時においては、振幅変調波１７０は、送信データ１６０に対応して、”１”レベルと”０”レベルを繰り返しており、その振幅は”１”レベルにおいてｂ１、”０”レベルにおいてａ１である（ｂ１＞ａ１）。しかし、図５（ｃ）の受信状態不良時においては、非接触ＩＣにおける利得が減少するため、振幅変調波１８０の振幅は”１”レベルにおいてｂ２（ｂ１＞ｂ２）、”０”レベルにおいてａ２である（ａ１＞ａ２，ｂ２＞ａ２）。非接触ＩＣの側においては、この”０”レベルの振幅ａ２が小さいと、非接触ＩＣを駆動するための十分な電力が得られず、エラーが発生してしまう。そこで、リーダ／ライタにおいては、非接触ＩＣから送信される受信状態についての情報に基づいて、変調度の調整を行う。ここでは、図５（ｄ）に示したように、”１”レベルの振幅は変化させておらず非接触ＩＣにおける振幅は依然としてｂ２のままである。しかし、”０”レベルの振幅はａ３／ａ２倍に増大させており（ａ３＞ａ２，ｂ２＞ａ３）、振幅変調波１９０において”１”レベルの振幅はａ３となっている。この結果、非接触ＩＣは”０”レベルの信号を受信した場合にも、非接触ＩＣを駆動するための十分な電力を取得することができ、エラーの発生が回避される。

［実施の形態２］
続いて、振幅変調の態様を修正する例として、ベースバンド周波数を修正する場合の説明を行う。

図６は、ベースバンド周波数を修正する機能を備えたリーダ／ライタ２００の装置構成例を説明する図である。リーダ／ライタ２００は、搬送波発振回路２０２、変調回路２０４、アンテナ共振回路２０６、ＣＰＵ回路２０８、復調回路２１０、レベル検出Ａ／Ｄ回路２１２を備えている。この装置構成における基本的な機能構成は、図４に示したリーダ／ライタ１００と同様である。すなわち、搬送波発振回路２０２から送られる搬送波信号２２０に対し、ＣＰＵ回路２０８から送信されるベースバンド信号としての送信データ２２２による変調が行われる。得られた変調波はアンテナ共振回路２０６から送信される。また、アンテナ共振回路２０６により受信された受信波は復調回路２１０で復調され、得られた受信データ２２４はＣＰＵ回路２０８に出力される。

図６において特徴的な構成は、レベル検出Ａ／Ｄ回路２１２が設けられている点である。このレベル検出Ａ／Ｄ回路２１２に対しては、リーダ／ライタ２００から非接触ＩＣに問い合わせを行うことにより受信された非接触ＩＣにおける受信波の受信レベル情報が入力される。レベル検出Ａ／Ｄ回路２１２は、入力した受信レベル情報をデジタル変換し、受信レベル値２２６としてＣＰＵ回路２０８に出力する。ＣＰＵ回路２０８では、この受信レベル値２２６に基づいて、非接触ＩＣにおける受信状態を評価する。評価は、クオリティファクタＱ係数に基づいて行われる。すなわち、Ｑ係数に基づいて設定された基準値に従って、ベースバンド周波数（送信データ２２２の周波数）を変更すべきか否か、どの程度変更すべきかが判断される。

ここで、表１を用いて、受信レベル値（標準値に対する相対係数で示している）と変更すべきベースバンド周波数（標準値に対する相対係数で示している）との関係を示す。表１は、クオリティファクタＱ係数に基づいて定められた受信レベル値（標準値に対する相対係数で示している）と変更すべきベースバンド周波数（標準値に対する相対係数で示している）との対応関係を示す表である。

この対応関係を設定するにあたっては、リーダ／ライタと非接触ＩＣの位置関係が等しく、かつ、リーダ／ライタから送信される送信波の振幅及び周波数が等しい場合を想定している。例えば、ある装置（例えば複写機）の内部の決められた位置に、非接触ＩＣが取り付けられた部品（例えばトナーカートリッジ）を格納し、この装置に固定されたリーダ／ライタと非接触ＩＣとが通信を行う場合がこの状況にあたる。この場合、非接触ＩＣのクオリティファクタＱ係数は、ディスクリート部品の品質のばらつきや温度依存性、あるいは他の非接触ＩＣとの容量結合等により共振周波数がずれることで、設定した値からずれることになる。そして、Ｑ係数が高いほど非接触ＩＣにおける受信レベル値は増大する。つまり、非接触ＩＣの共振回路のＱ係数と非接触ＩＣにおける受信レベル値は正の相関をもち、受信レベル値が相対係数で１よりも大きい場合にはＱ係数も相対係数で１よりも大きくなり、受信レベル値が相対係数で１よりも小さい場合にはＱ係数も相対係数で１よりも小さくなる。

また、Ｑ係数の増大は、共振回路における信号レベルの切り替わりが遅くなることを意味する。つまり、Ｑ係数が増大した場合、利得レベルは大きくなるものの、信号の切り替わりの遅さのために信号レベルの変化を把握することが困難となる。

表１に示された対応関係は、このような問題を解決することを意図して定められている。この例では、受信レベル値が１から０．７へと減少するにつれて、ベースバンド周波数を１から１．３へと増大させている。これは、Ｑ係数が小さく切り替わりが速い場合に、切り替わりの影響を受けにくく、高速通信が可能となることを利用している。他方、受信レベル値が１から１．２へと増加する場合には、ベースバンド周波数を１から０．８へと減少させている。これは、Ｑ係数が大きく切り替わりが遅い場合には、切り替わりの影響を受けやすいため、低速で通信を行って受信エラーの発生を回避することを狙っている。

なお、一般には、受信レベルとＱ係数は、リーダ／ライタと非接触ＩＣとの距離の影響も受けることになる。そこで、このような場合には、表１に示した対応関係及び受信レベル値の代わりに、Ｑ係数と結びつけるための評価基準及び検知すべき情報を設定すればよい。

図７は、横軸を時間軸とするグラフであり、非接触ＩＣで受信される受信波の様子を、ベースバンド周波数の変更前（図７（ａ）〜図７（ｃ））と変更後（図７（ｄ）〜図７（ｆ））とで対比させて示している。図７（ａ）は送信データ２３０の信号レベルを示しており、図７（ｂ）は、この送信データ２３０によって変調され、非接触ＩＣで受信された振幅変調波２３２の振幅を示している。そして、図７（ｃ）は、振幅変調波２３２を復調して得られた受信データ２３４の信号レベルを示している。

送信データ２３０は、時間Ｔ０毎に値を変化させ、信号レベル０と１とを繰り返している。つまり、この繰り返しの時間間隔は、ベースバンド周期の半分であり、Ｔ０である。これに対し、振幅変調波２３２は、比較的大きなＱ係数を反映して、位相がやや後よりの時間方向にずれており、また、振幅変化にもなまりが見られる。受信データ２３４は、この振幅変調波２３２の振幅が適当な閾値ｄ０よりも小さいか大きいかを判別して得られたものである。このため、受信データ２３４においては、”１”レベルの期間ｕ０は、”０”レベルの期間ｖ０よりも非常に短くなっている。図示した例では、デューティ比ｖ０／ｕ０は０．４８である。つまり、送信データ２３０においては、”１”レベルの期間と”０”レベルの期間とが１対１であったのに対し、受信データ２３４では、２対１になってしまっている。

このように、各信号レベルの時間比に歪みが生じた場合、受信エラーが生じやすくなる。そこで、ベースバンド周期を変化させることが有効となる。図７（ｄ）は、送信データ２４０の信号レベルを示しており、その周期は送信データ２３０の場合の２倍である。すなわち、Ｔ１＝２×Ｔ０毎に、信号レベル”１”と”０”とが入れ替わっている。図７（ｅ）は、この送信データ２４０によって変調され、非接触ＩＣで受信された振幅変調波２４２の振幅を示している。また、図７（ｆ）は、振幅変調波２４２を復調して得られた受信データ２４４の信号レベルを示している。振幅変調波２４２においては、信号レベルの切替時における振幅の立ち上がりの遅さの程度は振幅変調波２３２と同程度であるが、信号レベルの切替間隔が長いため、信号レベルの違いに対応した振幅レベルの違いが明瞭となっている。この結果、受信データ２４４においては、”１”レベルの期間ｕ１は、”０”レベルの期間ｖ１と比べてそれほど変わらなくなっている。図示した例では、デューティ比ｖ１／ｕ１は０．８１である。したがって、受信エラーの発生を回避することが可能となる。

最後に図８を用いて、リーダ／ライタと非接触ＩＣとの通信態様について説明する。図８は、リーダ／ライタ側２５０と非接触ＩＣカード側２６０との間で行われる通信の手順を示した図である。通信は、リーダ／ライタ側２５０がコネクション要求を行い（Ｓ１０）、コネクション応答（Ｓ２０）をすることで開始される。続いて、リーダ／ライタ側２５０から非接触ＩＣカード側２６０に対しアンテナ共振回路における誘起電圧レベルの問い合わせが行われ（Ｓ３０）、非接触ＩＣカード側２６０からリーダ／ライタ側２５０に対し回答がなされる（Ｓ４０）。ここまでの通信においては、デフォルトのベースバンド周波数が用いられる。

リーダ／ライタ側２５０では、取得した誘起電圧レベルをもとに非接触ＩＣにおける受信状態を評価し、必要に応じてベースバンド周波数を変更する（Ｓ５０）。これにより、以降の通信は新しいベースバンド周波数で行われることになる。リーダ／ライタ側２５０から非接触ＩＣカード側２６０に対しては、通信態様の変更を容易にするために、新しいベースバンド周波数の値が通知される。そして、この周波数を用いて通常と同様のデータ通信が開始される（Ｓ７０）。

なお、上記ステップＳ５０に先だって、ステップＳ６０を実行することも有効である。すなわち、デフォルトのベースバンド周波数を用いて非接触ＩＣカード側２６０に変更予告を行った後に、新しい周波数への変更を実施することで、非接触ＩＣカード側２６０での周波数の変更をスムーズに実施することが可能となる。

また、ここでは、リーダ／ライタ側２５０から非接触ＩＣカード側２６０への送信におけるベースバンド周波数の変更を行うこととし、非接触ＩＣカード側２６０からの送信におけるベースバンド周波数の変更は行わないことを想定している。これは、非接触ＩＣカード側２６０での装置構成を簡略化して製造コストを抑制するためである。ただし、製造コストがそれほど問題とならないような場合には、非接触ＩＣカード側２６０におけるベースバンド周波数を変更可能に設定し、リーダ／ライタ側２５０から指令信号を送信して変更を実行させるようにしてもよい。

以上の説明においては、振幅変調度を修正する例と、ベースバンド周波数を修正する例とを別々に説明したが、これらの二つの態様を適宜組み合わせることも可能である。

振幅変調度を変更可能なリーダ／ライタの構成例を示す概略図である。 送信データと振幅変調波の対応を説明する模式図である。 振幅変調度を変更可能なリーダ／ライタの構成変形例を示す概略図である。 振幅変調度を変更可能なリーダ／ライタの別の構成変形例を示す概略図である。 振幅変調度の変更例を説明する図である。 ベースバンド周波数を変更可能なリーダ／ライタの構成例を示す概略図である。 ベースバンド周波数の変更例を説明する図である。 リーダ／ライタと非接触ＩＣとの通信手順の例を説明する図である。

符号の説明

１０，９０，１００，２００ リーダ／ライタ、２０ 搬送波発振回路、２２ 送信データ出力部、２２ 送信データ送出部、２４ 電源、３０ アンテナ共振回路、３２ 同調コンデンサ、３４ コイルアンテナ、４０ 変調抵抗Ｂ指示レジスタ、４２ 変調抵抗Ａ指示レジスタ、４４ 受信状態評価部、５０ 変調回路、５２，６２ トランジスタ、５４ バイアス抵抗、５６ 抵抗、５８ 変調度決定抵抗Ｂ、６０ 変調度決定抵抗Ａ、７０ 送信データ、９２ 受信レベル検知・変調抵抗制御部、１１０ ＣＰＵ回路、１１２ 復調回路、１１４ 変調抵抗調整部、１１６ 受信データ、１１８ 送信データ、１２０ 抵抗調整指示信号、１３０ 非接触ＩＣカード、１４０ アンテナ共振回路、１４２ コイルアンテナ、１４４ 同調コンデンサ、１５０ 制御回路、１６０ 送信データ、１７０，１８０，１９０ 振幅変調波、２０２ 搬送波発振回路、２０４ 変調回路、２０６ アンテナ共振回路、２０８ ＣＰＵ回路、２１０ 復調回路、２１２ レベル検出Ａ／Ｄ回路、２２０ 搬送波信号、２２２ 送信データ、２２４ 受信データ、２２６ 受信レベル値、２３０ 送信データ、２３２ 振幅変調波、２３４ 受信データ、２４０ 送信データ、２４２ 振幅変調波、２４４ 受信データ。

Claims (20)

1. 被接触ＩＣに対し誘導結合により送信波の送信及び受信波の受信を行うリーダライタ装置において、
   ベースバンド信号に基づく振幅変調を行って送信波を生成する送信波生成手段と、
   送信された送信波に対する非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する評価手段と、
   評価された受信状態の良好性に応じて、送信波生成手段における振幅変調の態様を修正する修正手段と、
   を備える、ことを特徴とするリーダライタ装置。
2. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
   修正手段は、振幅変調度の修正を行って振幅変調の態様を修正する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
3. 請求項２に記載のリーダライタ装置において、
   評価手段は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性の評価として、共振周波数のずれの評価を行い、
   修正手段は、共振周波数のずれに対応した振幅変調度のずれを修正する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
4. 請求項２に記載のリーダライタ装置において、
   送信波生成手段は、ベースバンド信号の各信号レベルに対し０よりも大きい振幅レベルを割り当てて振幅変調を行い、
   修正手段は、受信状態が良好でないと評価された場合には、少なくとも最小の振幅レベルの振幅を増加させることで振幅変調度を修正する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
5. 請求項１又は２に記載のリーダライタ装置において、
   評価手段は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性の評価として、非接触ＩＣと当該リーダライタ装置との距離を評価する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
6. 請求項５に記載のリーダライタ装置において、
   修正手段は、両者の距離が所定値よりも近い場合に振幅変調度を高める修正を行う、ことを特徴とするリーダライタ装置。
7. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
   修正手段は、ベースバンド信号の周波数の修正を行って振幅変調の態様を修正する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
8. 請求項１又は７に記載のリーダライタ装置において、
   評価手段は、クオリティファクタＱ係数に基づいて非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
9. 請求項８に記載のリーダライタ装置において、
   修正手段は、クオリティファクタＱ係数が所定値よりも高い場合には、ベースバンド信号の周波数を低くする修正を行う、ことを特徴とするリーダライタ装置。
10. 請求項８に記載のリーダライタ装置において、
    修正手段は、クオリティファクタＱ係数が所定値よりも低い場合には、ベースバンド信号の周波数を高くする修正を行う、ことを特徴とするリーダライタ装置。
11. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
    少なくとも送信波の送信に用いられるアンテナ共振回路を備え、
    評価手段は、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性の評価として、送信波の送信時におけるアンテナ共振回路の電圧レベルを評価する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
12. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
    評価手段は、非接触ＩＣから受信した受信波の受信状態の良好性に基づいて、非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
13. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
    評価手段は、非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報に基づいて非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する、ことを特徴とするリーダライタ装置。
14. 請求項１３に記載のリーダライタ装置において、
    非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報は、非接触ＩＣにおける共振周波数での利得レベルの情報である、ことを特徴とするリーダライタ装置。
15. 請求項１３に記載のリーダライタ装置において、
    非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報は、非接触ＩＣにおけるエラーレートの情報である、ことを特徴とするリーダライタ装置。
16. 請求項１３に記載のリーダライタ装置において、
    非接触ＩＣから送られる受信状態についての情報は、非接触ＩＣにおいて復調された信号における各信号レベルに関してのデューティ比の情報である、ことを特徴とするリーダライタ装置。
17. 請求項１に記載のリーダライタ装置において、
    修正手段により修正された振幅変調の態様についての情報を、非接触ＩＣに向けて送信する送信波に含める修正情報送信手段を備える、ことを特徴とするリーダライタ装置。
18. 請求項１７に記載のリーダライタ装置において、
    修正情報送信手段は、修正手段により修正された振幅変調の態様についての情報を、非接触ＩＣにおける受信態様の変更を指示するコマンド情報に変換して非接触ＩＣに向けて送信する送信波に含める、ことを特徴とするリーダライタ装置。
19. 請求項１８に記載のリーダライタ装置において、
    コマンド情報には、変更した受信態様を持続させる指示が含まれる、ことを特徴とするリーダライタ装置。
20. ベースバンド信号に基づく振幅変調を行って送信波を生成する送信波生成手段と、被接触ＩＣに対し誘導結合により送信波の送信及び受信波の受信を行う送受信手段と、を備えたリーダライタ装置に対し、
    送信された送信波に対する非接触ＩＣにおける受信状態の良好性を評価する評価手段と、
    評価された受信状態の良好性に応じて、送信波生成手段における振幅変調の態様を修正する修正手段と、
    を実行させる、ことを特徴とする制御装置。
    

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