JP2006293504A - Reader/writer for ic card - Google Patents

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JP2006293504A
JP2006293504A JP2005110378A JP2005110378A JP2006293504A JP 2006293504 A JP2006293504 A JP 2006293504A JP 2005110378 A JP2005110378 A JP 2005110378A JP 2005110378 A JP2005110378 A JP 2005110378A JP 2006293504 A JP2006293504 A JP 2006293504A
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Yasuhiro Kawagoe
康弘 川越
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Nippon Signal Co Ltd
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Nippon Signal Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reader/writer for reducing any unnecessary radiation noise to the outside by efficiently supplying a magnetic flux to an IC card to prevent it from being leaked to the outside by a ferrite core having the function of an antenna. <P>SOLUTION: This reader/writer 110 is provided with: a reader/writer control part 100 for performing the transmission of a conveyance power based on a predetermined modulation/demodulation system and the transfer of data with an IC card 200 through a loop antenna, which is not shown, provided in the IC card 200; a loop coil 9 for mediating the propagation of a carrier for power to the IC card 200 and the transfer of data with the IC card 200; and a ferrite core 14 around which a loop coil 9 is at least partially wound for deriving a magnetic field to be generated from the loop coil 9 as a magnetic flux 13. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ICカード用リーダライタに関し、さらに詳しくは、ICカード用リーダライタから放射する不要輻射ノイズを低減する技術に関するものである。   The present invention relates to an IC card reader / writer, and more particularly to a technique for reducing unnecessary radiation noise radiated from an IC card reader / writer.

近年、ICカードと呼ばれる情報記録媒体が市場に広く出回っている。ICカードは、クレジットカード、銀行カード、ポイントカード等のカード状、あるいはシート状の形状を備え、カード内にIC(Integrated Circuit)が組み込まれているものを総称した名称である。その中で非接触型ICカード(以下、単にICカードと呼ぶ)は、電鉄の駅への入退場時に使用される定期券或いはプリペイド乗車券として、現在の磁気カード方式に代わり多くの駅の改札で採用されている。また、近年ではあらゆる場所でICカードが使用され、地上の設備ばかりでなく航空機内に備えたリーダライタにより、例えば、免税品をクレジットカードにより買うこともできるようになっている。しかし、ICカードはデータのやり取りを電波で行うため、国内の電波法により送信パワーの強度等が規制され、また電子機器は他機器の誤動作を防ぐための不要輻射ノイズのレベルが各国で規定されている。例えば、国内ではVCCI規格があり、北米ではUL規格、ヨーロッパではVDE規格がそれぞれ設けられ、各国の規格を満たさなければ販売、使用することができない。特に、病院、試験計測室及び航空機内では、機器の誤動作は人命、計測結果等に対して悪影響をもたらす虞があるため、不要輻射ノイズを厳しく抑制する必要がある。
そこで不要輻射ノイズを抑制する従来技術として特許文献1には、漏洩磁束及びデジタルノイズが装置の外部に放射されるのを防止すべく非接触型送受信経路で発生する漏洩磁束をシールドする電磁シールド層、及び(共用)ICカードの内部で発生するデジタルノイズを吸収するデジタルノイズ吸収層との双方がICカードホルダの外側に設けられたリーダライタについて開示されている。
特開2004−102747公報
In recent years, information recording media called IC cards have been widely available on the market. The IC card is a generic name for cards having a card shape such as a credit card, a bank card, a point card, or a sheet shape, and an IC (Integrated Circuit) incorporated in the card. Among them, non-contact type IC cards (hereinafter simply referred to as IC cards) are used as commuter passes or prepaid tickets used when entering or leaving electric railway stations. It is adopted in. In recent years, IC cards have been used everywhere, and it has become possible to purchase duty-free products with credit cards, for example, using a reader / writer provided not only on the ground but also in the aircraft. However, since IC cards exchange data with radio waves, the strength of transmission power is regulated by the domestic radio law, and the level of unnecessary radiation noise for electronic devices to prevent malfunction of other devices is regulated in each country. ing. For example, there are VCCI standards in Japan, UL standards in North America, and VDE standards in Europe, which cannot be sold or used unless the standards of each country are satisfied. In particular, in hospitals, test measurement rooms, and aircraft, malfunctions of equipment may adversely affect human life, measurement results, etc., so it is necessary to strictly suppress unnecessary radiation noise.
Therefore, as a conventional technique for suppressing unnecessary radiation noise, Patent Document 1 discloses an electromagnetic shield layer that shields leakage magnetic flux generated in a non-contact type transmission / reception path in order to prevent leakage magnetic flux and digital noise from being radiated to the outside of the apparatus. And a reader / writer in which both a digital noise absorbing layer for absorbing digital noise generated inside the (shared) IC card is provided outside the IC card holder.
JP 2004-102747 A

しかしながら、特許文献1に開示されている従来技術は、カードリーダライタ装置から輻射される不要輻射ノイズを抑制するために、周囲を電磁シールド層とデジタルノイズ吸収層により覆い、発生する不要輻射ノイズを電磁的に減衰させるものである。そのため、本来のリーダライタの部品の他に電磁シールド層とデジタルノイズ吸収層が必要となり、装置のコストが高くなると共に、装置のサイズも大きくなってしまうといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、アンテナの機能を併せ持ったフェライトコアにより、磁束を効率よくICカードに供給して外部に漏洩しないようにして、外部への不要輻射ノイズを低減したリーダライタを提供することを目的とする。
However, the prior art disclosed in Patent Document 1 covers the periphery with an electromagnetic shield layer and a digital noise absorption layer in order to suppress unnecessary radiation noise radiated from the card reader / writer device. It is electromagnetically attenuated. For this reason, an electromagnetic shield layer and a digital noise absorbing layer are required in addition to the original reader / writer components, which causes a problem that the cost of the device increases and the size of the device also increases.
In view of such problems, the present invention provides a reader / writer that reduces unnecessary radiation noise to the outside by efficiently supplying magnetic flux to an IC card and preventing leakage to the outside by using a ferrite core having an antenna function. The purpose is to do.

本発明はかかる課題を解決するために、請求項1は、ICカードに備えたループアンテナを介して、該ICカードとの間で所定の変復調方式に基づく搬送電力の送信とデータの授受を行うICカード用リーダライタにおいて、前記ICカードへの電力用搬送波の伝播と当該ICカードとのデータの授受を仲介するループコイルと、少なくとも一部に該ループコイルを巻掛け当該ループコイルから発生した磁界を磁束として導く磁束導入手段と、を備え、前記磁束導入手段は前記ICカード側のループアンテナに対して少なくとも当該ICカードとの交信を可能とする磁束を供給できる構成を備えていることを特徴とする。
本発明のリーダライタは、アンテナをコイル状にして、そのコイルを磁性材料に巻掛ける。それにより、コイルに発生した磁界は磁性材料に磁束として流れるようになり、磁束が外部に漏洩することを防ぐことができる。従って、この磁束をICカードのループコイルに通過させることにより、リーダライタとICカードとの交信が可能となる。
請求項2は、前記磁束導入手段は、前記ループコイルにより発生された磁束を導くループ状の磁路に、少なくとも前記ICカードを挿通可能な間隙部を備え、当該間隙部に前記ICカードを挿通することにより、当該ICカードに備えられたループアンテナを当該間隙部を伝播する磁束が横切るように構成したことを特徴とする。
磁性材料に流れる磁束を効率よくICカードに取り込むためには、磁性材料の一部をカットして間隙部を形成し、その間隙部にICカードのループアンテナを挿入し、その中を磁束が横切るようにすれば磁束の変化をループアンテナにより起電力に変換することができる。
請求項3は、前記間隙部は、当該間隙部に挿通するICカードに備えられたループアンテナの少なくとも一部を覆うように構成されていることを特徴とする。
間隙部はその端部の表面積から磁束が放射されるため、表面積が小さいと磁束密度は高くなるが、ICカードのループアンテナはある程度の表面積を持っているため、ループアンテナと磁束との距離が離れる可能性が高くなる。その結果、ループアンテナに発生する起電力を低くしてしまう。そこで本発明では、ループアンテナの表面積に可能な限り均一に磁束が通過するように、ループアンテナの少なくとも一部を覆うように構成する。
In order to solve such a problem, the present invention provides transmission of carrier power and transmission / reception of data based on a predetermined modulation / demodulation method to / from an IC card via a loop antenna provided in the IC card. In an IC card reader / writer, a loop coil that mediates propagation of a power carrier wave to the IC card and exchange of data with the IC card, and a magnetic field generated from the loop coil wrapped around the loop coil at least partially Magnetic flux introducing means for guiding the magnetic flux as magnetic flux, and the magnetic flux introducing means has a configuration capable of supplying a magnetic flux enabling at least communication with the IC card to the loop antenna on the IC card side. And
In the reader / writer of the present invention, the antenna is coiled and the coil is wound around a magnetic material. Thereby, the magnetic field generated in the coil flows as a magnetic flux in the magnetic material, and the magnetic flux can be prevented from leaking to the outside. Therefore, the reader / writer and the IC card can communicate with each other by passing the magnetic flux through the loop coil of the IC card.
According to a second aspect of the present invention, the magnetic flux introduction means includes a gap portion through which at least the IC card can be inserted in a loop-shaped magnetic path that guides the magnetic flux generated by the loop coil, and the IC card is inserted into the gap portion. Thus, the loop antenna provided in the IC card is configured such that the magnetic flux propagating through the gap portion traverses.
In order to efficiently take the magnetic flux flowing in the magnetic material into the IC card, a part of the magnetic material is cut to form a gap, and the IC card loop antenna is inserted into the gap, and the magnetic flux crosses through the gap. If it does in this way, the change of magnetic flux can be converted into an electromotive force with a loop antenna.
According to a third aspect of the present invention, the gap portion is configured to cover at least a part of a loop antenna provided in an IC card inserted through the gap portion.
Magnetic flux is radiated from the surface area of the end of the gap, so if the surface area is small, the magnetic flux density increases. However, since the loop antenna of the IC card has a certain surface area, the distance between the loop antenna and the magnetic flux is small. The possibility of leaving increases. As a result, the electromotive force generated in the loop antenna is lowered. Therefore, the present invention is configured to cover at least a part of the loop antenna so that the magnetic flux passes through the surface area of the loop antenna as uniformly as possible.

請求項4は、前記磁束導入手段は、フェライト若しくは磁気抵抗の少ない材質により構成されていることを特徴とする。
磁束導入手段は磁性材料により構成される。磁性材料としては、保磁力が大きい磁性粉末を焼結したフェライトなどが好ましい。また磁路の磁気抵抗が高いとその分磁束が熱として消費され、ICカードに供給する磁束を減少させてしまう。そこで、磁性材料としては磁気抵抗の少ない材質が好ましい。
請求項5は、前記磁束導入手段のループ状の磁路に巻掛けたループコイル側と前記間隙部との間に第1の磁界遮蔽手段を備えたことを特徴とする。
磁束導入手段の材質がフェライトの場合、空気中に比べて透磁率が大きいので磁束はほとんど外部に漏洩することなく流れる。しかし、ループコイルの部分とリーダライタからは外部に電磁波が漏洩する。そこで本発明では、ループコイルとリーダライタから漏洩する電磁波を遮蔽する第1の磁界遮蔽手段を、ループコイルと間隙部の間に設けるものである。
請求項6は、前記第1の磁界遮蔽手段と、前記ループコイル、磁束導入手段及び前記リーダライタの全てを覆う第2の磁界遮蔽手段とを同時に備えたことを特徴とする。
第1の磁界遮蔽手段をループコイルと間隙部の間に設けても、完全に遮蔽することはできない。また、磁束導入手段や間隙部からも少なからず漏洩磁界が存在する。またリーダライタからは高周波による電磁波が漏洩している。そこで本発明では、これらの漏洩電磁界を確実に遮断するために、第1の磁界遮蔽手段に加えて、ループコイル、磁束導入手段及びリーダライタの全てを覆う第2の磁界遮蔽手段を備えるものである。
A fourth aspect of the present invention is characterized in that the magnetic flux introducing means is made of ferrite or a material having a small magnetic resistance.
The magnetic flux introducing means is made of a magnetic material. As the magnetic material, ferrite obtained by sintering magnetic powder having a large coercive force is preferable. Further, if the magnetic resistance of the magnetic path is high, the magnetic flux is consumed as heat, and the magnetic flux supplied to the IC card is reduced. Therefore, a material having a small magnetic resistance is preferable as the magnetic material.
According to a fifth aspect of the present invention, a first magnetic field shielding unit is provided between a loop coil side wound around a loop-shaped magnetic path of the magnetic flux introducing unit and the gap portion.
When the material of the magnetic flux introducing means is ferrite, the magnetic flux flows almost without leaking to the outside because the magnetic permeability is larger than in air. However, electromagnetic waves leak to the outside from the loop coil portion and the reader / writer. Therefore, in the present invention, first magnetic field shielding means for shielding electromagnetic waves leaking from the loop coil and the reader / writer is provided between the loop coil and the gap portion.
According to a sixth aspect of the present invention, the first magnetic field shielding means and the second magnetic field shielding means for covering all of the loop coil, the magnetic flux introducing means, and the reader / writer are provided at the same time.
Even if the first magnetic field shielding means is provided between the loop coil and the gap, it cannot be completely shielded. In addition, there is a leakage magnetic field from the magnetic flux introduction means and the gap. Also, electromagnetic waves due to high frequency leak from the reader / writer. Therefore, in the present invention, in order to reliably block these leakage electromagnetic fields, in addition to the first magnetic field shielding means, a second magnetic field shielding means for covering all of the loop coil, the magnetic flux introducing means, and the reader / writer is provided. It is.

請求項7は、前記磁束導入手段に設けられた前記間隙部の近傍に、当該間隙部に挿通するICカードとの共振周波数のずれを補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする。
磁性材料にループコイルを巻掛けてICカードとの交信を行う場合、本来のループコイルから送信される周波数が若干ずれる可能性がある。それによりICカードとの共振周波数がずれるので、そのずれを補正する必要がある。そこで本発明では、ずれを補正するために間隙部の近傍に共振周波数のずれを補正する補正手段を更に備えるものである。
請求項8は、前記補正手段は、前記ICカードとの共振周波数のずれを補正するに足るインダクタンスを有するコイル又は金属板であることを特徴とする。
リーダライタの共振回路はインダクタとコンデンサにより構成される並列共振回路である。そこで補正手段としてインダクタの値を補正するために、所定の相互インダクタンスを有するコイルを配置するものである。
請求項9は、前記第1の磁界遮蔽手段及び第2の磁界遮蔽手段は、導体により構成されていることを特徴とする。
一般的にICカードに使用される周波数は13.56MHzの短波である。従って、磁束導入手段とループアンテナ間の結合は磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波による磁界結合が主となる。しかし、リーダライタには装置全体を制御するCPUやループコイルに高周波電流を供給する高周波発振器などが搭載されている。従って、この部分はデジタルノイズを放射する。このデジタルノイズの高域成分は、VHF帯からUHF帯にも及ぶ。更にICカードはアースレスの状態に維持されているので、この高域成分は磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波成分が主である。この電磁波成分を減衰させるには磁界成分又は電界成分のどちらか一方を減衰させることにより可能である。そこで本発明では、電界成分が導体中を透過しにくいことから金属板でシールドするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is further provided correction means for correcting a deviation of a resonance frequency from the IC card inserted through the gap portion in the vicinity of the gap portion provided in the magnetic flux introducing means.
When a loop coil is wound around a magnetic material and communication with an IC card is performed, the frequency transmitted from the original loop coil may be slightly shifted. As a result, the resonance frequency with the IC card shifts, and it is necessary to correct the shift. In view of this, the present invention further includes correction means for correcting the shift of the resonance frequency in the vicinity of the gap portion in order to correct the shift.
According to an eighth aspect of the present invention, the correction means is a coil or a metal plate having an inductance sufficient to correct a shift in resonance frequency with the IC card.
The resonance circuit of the reader / writer is a parallel resonance circuit composed of an inductor and a capacitor. Therefore, in order to correct the value of the inductor as correcting means, a coil having a predetermined mutual inductance is arranged.
A ninth aspect of the present invention is characterized in that the first magnetic field shielding means and the second magnetic field shielding means are made of a conductor.
Generally, the frequency used for the IC card is a 13.56 MHz short wave. Therefore, the coupling between the magnetic flux introducing means and the loop antenna is mainly a magnetic field coupling using an electromagnetic wave having both a magnetic field component and an electric field component. However, the reader / writer is equipped with a CPU that controls the entire apparatus, a high-frequency oscillator that supplies a high-frequency current to the loop coil, and the like. Therefore, this part emits digital noise. The high frequency component of this digital noise extends from the VHF band to the UHF band. Further, since the IC card is maintained in an earthless state, the high frequency component is mainly an electromagnetic wave component having both a magnetic field component and an electric field component. The electromagnetic wave component can be attenuated by attenuating either the magnetic field component or the electric field component. Therefore, in the present invention, since the electric field component does not easily pass through the conductor, it is shielded by a metal plate.

請求項1の発明によれば、磁束導入手段は、ICカード内に備えられたループアンテナに対して少なくとも当該ICカードとの交信を可能とする磁束を供給できる構成を備えているので、漏洩磁界を低減し、且つ発生した磁界による磁束を効率よくICカードに供給することができる。
また請求項2では、磁性材料の一部をカットして間隙部を形成し、その間隙部にICカードのループアンテナを挿入し、その中を磁束が通過するようにするので、磁束を効率よくループアンテナに通過させることができる。
また請求項3では、ループアンテナの少なくとも一部を覆うように間隙部を構成するので、ループアンテナの表面積に可能な限り均一に磁束を通過させることができる。
また請求項4では、磁束導入手段は、フェライト若しくは磁気抵抗の少ない材質により構成されているので、漏洩磁界を減少させ且つ磁束を効率よくループアンテナに通過させることができる。
また請求項5では、第1の磁界遮蔽手段をループコイルと間隙部の間に設けるので、ループコイルとリーダライタから漏洩する電磁波をある程度遮蔽することができる。
また請求項6では、第1の磁界遮蔽手段に加えて、ループコイル、磁束導入手段及びリーダライタ本体の全てを覆う第2の磁界遮蔽手段を備えたので、磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波成分を確実に遮断することができる。
また請求項7では、間隙部の近傍に共振周波数のずれを補正する補正手段を更に備えるので、リーダライタとICカードの共振周波数を合わせることができる。
また請求項8では、補正手段として、所定の相互インダクタンスを備えたコイルを配置するので設置が容易となり、間隙部の距離を少なくすることができる。
また請求項9では、第1の磁界遮蔽手段及び第2の磁界遮蔽手段は、金属により構成されているので、電界成分が導体中を透過することを遮断することができる。
According to the first aspect of the present invention, the magnetic flux introducing means has a configuration capable of supplying a magnetic flux enabling at least communication with the IC card to the loop antenna provided in the IC card. The magnetic flux generated by the generated magnetic field can be efficiently supplied to the IC card.
According to the second aspect of the present invention, a gap is formed by cutting a part of the magnetic material, and the loop antenna of the IC card is inserted into the gap so that the magnetic flux passes therethrough. It can be passed through the loop antenna.
According to the third aspect of the present invention, since the gap is formed so as to cover at least a part of the loop antenna, the magnetic flux can pass through the surface area of the loop antenna as uniformly as possible.
According to a fourth aspect of the present invention, since the magnetic flux introducing means is made of ferrite or a material having a small magnetic resistance, the leakage magnetic field can be reduced and the magnetic flux can be passed through the loop antenna efficiently.
According to the fifth aspect of the present invention, since the first magnetic field shielding means is provided between the loop coil and the gap, electromagnetic waves leaking from the loop coil and the reader / writer can be shielded to some extent.
According to the sixth aspect of the invention, in addition to the first magnetic field shielding means, the second magnetic field shielding means that covers all of the loop coil, the magnetic flux introducing means, and the reader / writer main body is provided, so that the electromagnetic wave having both the magnetic field component and the electric field component. Ingredients can be reliably blocked.
According to the seventh aspect of the present invention, since the correction means for correcting the shift of the resonance frequency is further provided in the vicinity of the gap, the resonance frequency of the reader / writer and the IC card can be matched.
According to the eighth aspect of the present invention, since a coil having a predetermined mutual inductance is arranged as the correcting means, the installation becomes easy and the distance of the gap portion can be reduced.
According to a ninth aspect of the present invention, since the first magnetic field shielding means and the second magnetic field shielding means are made of metal, the electric field component can be blocked from being transmitted through the conductor.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は、一般的なICカード用リーダライタ制御部の構成を示すブロック図である。このICカード用リーダライタ制御部(以下、単にリーダライタ制御部と呼ぶ)100は、リーダライタ制御部100との間でデータの授受を行ってシステム全体を制御するPC50によって制御される。リーダライタ制御部100は、外部のPC50とのデータの通信プロトコルを司る送受信装置1と、リーダライタ制御部100全体の動作を制御する制御装置2と、制御装置2を動作させる手順を記録したファームウェアと読み取ったデータを格納するメモリ装置3と、制御装置2からのデータを搬送波に乗せて変調する変調器4と、操作コマンドを入力する入力装置5と、制御装置2により制御された情報を表示する表示装置6と、制御装置2からの交流信号である電力供給用信号と変調器4からの書き込みコマンドを電力増幅する電力増幅器7と、ループコイル9から受信した搬送波から2値化データに変換する検波復調器8と、図示しないICカードとの電力用搬送波とデータの授受をするループコイル9と、後述する磁束導入部110、120、130、140を備えて構成されている。
次に、本構成によるリーダライタ制御部100の動作を説明する前に、ICカードの構成を先に説明しておく。図2は、ICカードの構成を示すブロック図である。本実施形態のICカード200は、リーダライタ制御部100からの電力用搬送波によりデータの授受をするループアンテナ20と、書き込みコマンド読み出しコマンドを生成する送受信回路21と、ループアンテナ20からの電力用搬送波を受け、それを整流して直流電力に変換する電力生成回路22と、制御用ファームウェアとデータの記憶を司るメモリ装置23と、制御回路26からの送信コマンドに搬送波を乗せて変調する変調器24と、送受信回路21からの搬送波データから2値化データに変換する検波器25と、ICカード200の全体の動作を制御する制御回路26から構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a general IC card reader / writer control unit. The IC card reader / writer control unit (hereinafter simply referred to as a reader / writer control unit) 100 is controlled by a PC 50 that exchanges data with the reader / writer control unit 100 to control the entire system. The reader / writer control unit 100 includes a transmission / reception device 1 that controls a data communication protocol with an external PC 50, a control device 2 that controls the operation of the entire reader / writer control unit 100, and firmware that records a procedure for operating the control device 2. The memory device 3 for storing the read data, the modulator 4 for modulating the data from the control device 2 on a carrier wave, the input device 5 for inputting an operation command, and the information controlled by the control device 2 are displayed. Display device 6, power supply signal that is an AC signal from control device 2, power amplifier 7 that amplifies the write command from modulator 4, and conversion from a carrier wave received from loop coil 9 to binary data Detecting demodulator 8, loop coil 9 for exchanging power and data with an IC card (not shown), and a magnetic flux introducing unit 11 to be described later. It is configured with a 120, 130, 140.
Next, before describing the operation of the reader / writer control unit 100 according to this configuration, the configuration of the IC card will be described first. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the IC card. The IC card 200 of this embodiment includes a loop antenna 20 that transmits and receives data using a power carrier wave from the reader / writer control unit 100, a transmission / reception circuit 21 that generates a write command read command, and a power carrier wave from the loop antenna 20. Power generation circuit 22 that rectifies and converts it into DC power, a memory device 23 that manages storage of control firmware and data, and a modulator 24 that modulates a transmission command from the control circuit 26 with a carrier wave. And a detector 25 for converting the carrier wave data from the transmission / reception circuit 21 into binarized data, and a control circuit 26 for controlling the overall operation of the IC card 200.

次に、図1と図2を併せて参照してそれぞれ単独の動作について説明する。リーダライタ制御部100は、図示しない電源が入れられると制御装置2のイニシャル動作後、メモリ装置3に記憶されたプログラムに従い動作を開始する。まず、初期化が行われる。次に、制御装置2は、ICカード200に供給する電力供給用信号と、それを変調したポーリング信号を交互に電力増幅器7から送信する。その信号は、ループコイル9から磁束として磁束導入部110、120、130、140に供給される。次に、ICカード200を磁束導入部110、120、130、140に挿通すると、ループアンテナ20が電力供給用信号を受信し、電力生成回路22によりその搬送波を整流して直流電力に変換して、ICカード200内の全ての回路に供給する。電力を供給されて制御回路26が駆動すると、メモリ装置23に格納されたプログラムに従って、制御を開始する。
次に、制御回路26は、まず送受信回路21からコマンドを検波器25で復調して2値化信号に変換し、そのコマンドを解析する。その結果自分が呼び出されていることを認識すると、レスポンスを変調器24により変調して送受信回路21を介してループアンテナ20から送信する。このレスポンスをリーダライタ制御部100がループコイル9で受信して、検波復調器8で2値化コードに変換し、制御回路2により解析してICカード200が規格に合致したICカードであると認識する。
Next, each operation will be described with reference to FIGS. 1 and 2 together. The reader / writer control unit 100 starts an operation according to a program stored in the memory device 3 after the initial operation of the control device 2 when a power supply (not shown) is turned on. First, initialization is performed. Next, the control device 2 alternately transmits a power supply signal supplied to the IC card 200 and a polling signal obtained by modulating the power supply signal from the power amplifier 7. The signal is supplied as a magnetic flux from the loop coil 9 to the magnetic flux introduction units 110, 120, 130, and 140. Next, when the IC card 200 is inserted into the magnetic flux introduction units 110, 120, 130, and 140, the loop antenna 20 receives the power supply signal, and the power generation circuit 22 rectifies the carrier wave to convert it into DC power. , And supplied to all circuits in the IC card 200. When power is supplied and the control circuit 26 is driven, control is started in accordance with a program stored in the memory device 23.
Next, the control circuit 26 first demodulates the command from the transmission / reception circuit 21 by the detector 25 and converts it into a binary signal, and analyzes the command. As a result, when it is recognized that it is called, the response is modulated by the modulator 24 and transmitted from the loop antenna 20 via the transmission / reception circuit 21. The reader / writer control unit 100 receives this response with the loop coil 9, converts it into a binary code with the detector demodulator 8, analyzes it with the control circuit 2, and the IC card 200 is an IC card that conforms to the standard. recognize.

図3(a)は本発明の第1の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このリーダライタ110は、ICカード200に備えたループアンテナ20を介して、ICカード200との間で所定の変復調方式に基づく搬送電力の送信とデータの授受を行うリーダライタ制御部100と、ICカード200への電力用搬送波の伝播と当該ICカード200とのデータの授受を仲介するループコイル9と、少なくとも一部にループコイル9を巻掛け当該ループコイル9から発生した磁界を磁束13として導くフェライトコア(磁束導入手段)14とを備えて構成される。尚、フェライトコア14は、ループコイル9により発生された磁束13を導くループ状の磁路に、少なくともICカード200を挿通可能な間隙部15を備え、当該間隙部15にICカード200を挿通することにより、当該ICカード200に備えられたループアンテナ20を当該間隙部15を伝播する磁束17が横切るように構成されている。また、間隙部15は、当該間隙部15に挿通するICカード200に備えられたループアンテナ20の少なくとも一部を覆うように構成されている。また本実施形態では、ループコイル9から発生した磁界を磁束13として導く手段としてフェライトコア14を使用したが、磁気抵抗の少ない材質であれば他の材質でも構わない。
図3(b)は図3(a)の等価回路である。例えば、フェライトコア14の間隙部15を除く磁路の長さをl1、断面積をS、透磁率をμとし、間隙部15の間隙の長さをl2、断面積をS0、透磁率をμ0とする。またリーダライタ100から電圧Vの信号が発生した場合、巻き数Nのループコイル9に電流Iが流れたとすると、起磁力=N・I、間隙部15を除く磁路の磁気抵抗R1=l1/μ・S、間隙部15の磁気抵抗R2=l2/μ0・S0となる。従って、フェライトコア14の磁束はφ0=N・I/R1・R2となり、磁気抵抗が少ないほど効率よく磁束φ0がICカード200に供給されるのが解る。即ち、磁気抵抗は磁路の長さl1、2に比例するため、極力フェライトコアを小型化し、間隙部15を狭めることが必要である。
FIG. 3A is a diagram showing the configuration of the reader / writer according to the first embodiment of the present invention. The same components will be described with the same reference numerals. The reader / writer 110 includes a reader / writer control unit 100 that transmits and receives carrier power based on a predetermined modulation / demodulation method with the IC card 200 via the loop antenna 20 included in the IC card 200, and an IC. A loop coil 9 that mediates propagation of a power carrier wave to the card 200 and data transmission / reception with the IC card 200, and a loop coil 9 is wound around at least a part to guide a magnetic field generated from the loop coil 9 as a magnetic flux 13. And a ferrite core (magnetic flux introducing means) 14. The ferrite core 14 includes a gap portion 15 into which at least the IC card 200 can be inserted in a loop-shaped magnetic path that guides the magnetic flux 13 generated by the loop coil 9, and the IC card 200 is inserted into the gap portion 15. As a result, the magnetic flux 17 propagating through the gap 15 crosses the loop antenna 20 provided in the IC card 200. The gap 15 is configured to cover at least a part of the loop antenna 20 provided in the IC card 200 inserted through the gap 15. In the present embodiment, the ferrite core 14 is used as a means for guiding the magnetic field generated from the loop coil 9 as the magnetic flux 13, but other materials may be used as long as the material has a low magnetic resistance.
FIG. 3B is an equivalent circuit of FIG. For example, the length of the magnetic path excluding the gap 15 of the ferrite core 14 is l 1 , the cross-sectional area is S, the magnetic permeability is μ, the gap length of the gap 15 is l 2 , the cross-sectional area is S 0 , The magnetic susceptibility is μ 0 . When a signal of voltage V is generated from the reader / writer 100 and the current I flows through the loop coil 9 having N turns, the magnetomotive force = N · I and the magnetic resistance R 1 of the magnetic path excluding the gap 15 = l 1 / μ · S, and the magnetic resistance R 2 of the gap 15 is equal to l 2 / μ 0 · S 0 . Accordingly, the magnetic flux of the ferrite core 14 becomes φ 0 = N · I / R 1 · R 2 , and it can be seen that the magnetic flux φ 0 is efficiently supplied to the IC card 200 as the magnetic resistance is reduced. That is, since the magnetic resistance is proportional to the lengths l 1 and l 2 of the magnetic path, it is necessary to reduce the size of the ferrite core and narrow the gap 15 as much as possible.

図4(a)は本発明の第2の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このリーダライタ120はフェライトコア14に設けられた間隙部15の近傍(この図では上部)に、間隙部15に挿通するICカード200との共振周波数のずれを補正する補正コイル(補正手段)18を更に備えたものである。即ち、フェライトコア14にループコイル9を巻掛けてICカード200との交信を行う場合、ICカード200のループアンテナ20の共振周波数が若干ずれる可能性がある。そのずれを補正する必要がある。そこで本実施形態では、ずれを補正するために間隙部15の近傍に共振周波数のずれを補正する補正コイル18又は金属板を更に備えるものである。
図4(b)は間隙部15部分の等価回路である。リーダライタ100の共振回路はインダクタL1とコンデンサCにより構成される並列共振回路である。そこで補正手段としてインダクタの値を補正するために、所定の相互インダクタンスMを有するコイルΔL又はLを減少させる金属板を配置するものである。尚、本実施形態では補正用の補正コイル18を間隙部15の上側に配置したが、下側でも構わない。
図5は本発明の第3の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このリーダライタ130は、フェライトコア14のループ状の磁路に巻掛けたループコイル9側(リーダライタ制御部100を含む側)と間隙部15との間に金属板(第1の磁界遮蔽手段)19を備えるものである。即ち、磁束を導入する手段の材質がフェライトの場合、空気中に比べて透磁率が大きいので磁束13はほとんど外部に漏洩することなく流れる。しかし、ループコイル9の部分とリーダライタ制御部100からは外部に電磁波が漏洩している。そこで本実施形態では、ループコイル9とリーダライタ制御部100から漏洩する電磁波を遮蔽する金属板19を、ループコイル9と間隙部15の間に設けるものである。これにより、ループコイル9とリーダライタ制御部100から放射された電磁波の一部は、金属板19により吸収されて不要輻射ノイズを低減することができる。尚、本実施形態では磁界遮蔽手段として金属板19を使用したが、導体であれば金属に限る必要はない。
FIG. 4A is a diagram showing the configuration of the reader / writer according to the second embodiment of the present invention. The same components will be described with the same reference numerals. This reader / writer 120 is a correction coil (correction means) 18 that corrects a deviation in resonance frequency with the IC card 200 inserted through the gap 15 in the vicinity of the gap 15 provided in the ferrite core 14 (upper part in this figure). Is further provided. That is, when the loop coil 9 is wound around the ferrite core 14 to communicate with the IC card 200, the resonance frequency of the loop antenna 20 of the IC card 200 may be slightly shifted. It is necessary to correct the deviation. Therefore, in the present embodiment, a correction coil 18 or a metal plate for correcting the shift of the resonance frequency is further provided in the vicinity of the gap portion 15 in order to correct the shift.
FIG. 4B is an equivalent circuit of the gap 15 portion. The resonance circuit of the reader / writer 100 is a parallel resonance circuit composed of an inductor L 1 and a capacitor C. Therefore, in order to correct the value of the inductor as correcting means, a metal plate that reduces the coil ΔL or L having a predetermined mutual inductance M is arranged. In the present embodiment, the correction coil 18 for correction is disposed above the gap portion 15, but it may be disposed on the lower side.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a reader / writer according to the third embodiment of the present invention. The same components will be described with the same reference numerals. The reader / writer 130 includes a metal plate (first magnetic field shielding means) between the gap 15 and the loop coil 9 side (side including the reader / writer control unit 100) wound around the loop-shaped magnetic path of the ferrite core 14. ) 19. That is, when the material of the means for introducing the magnetic flux is ferrite, the magnetic flux 13 flows almost without leaking to the outside because the magnetic permeability is larger than in the air. However, electromagnetic waves leak from the loop coil 9 and the reader / writer control unit 100 to the outside. Therefore, in the present embodiment, a metal plate 19 that shields electromagnetic waves leaking from the loop coil 9 and the reader / writer control unit 100 is provided between the loop coil 9 and the gap 15. Thereby, a part of electromagnetic waves radiated | emitted from the loop coil 9 and the reader / writer control part 100 are absorbed by the metal plate 19, and can reduce unnecessary radiation noise. In the present embodiment, the metal plate 19 is used as the magnetic field shielding means. However, the metal plate 19 need not be limited to a metal as long as it is a conductor.

図6は本発明の第4の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。このリーダライタ140は、金属板19と、ループコイル9、フェライトコア14及びリーダライタ制御部100の全てを覆う金属ケース(第2の磁界遮蔽手段)31とを同時に備えたものである。また、ICカード200を挿入する口に金属シャッタ30を備えてもよい。尚、本実施形態では磁界遮蔽手段として金属板19、金属シャッタ30及び金属ケース31を使用したが、導体であれば金属に限る必要はない。
一般的にICカード200に使用される周波数は13.56MHzの短波である。従って、フェライトコア14とICカード200のループアンテナ20間の結合は磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波による磁界結合が主となる。しかし、リーダライタ制御部100には装置全体を制御するCPUやループコイル9に高周波電流を供給する高周波発振器などが搭載されている。従って、この部分はデジタルノイズを放射する。このデジタルノイズの高域成分は、VHF帯からUHF帯にも及ぶ。更にICカード200はアースレスの状態に維持されているので、この高域成分は磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波成分が主である。この電磁波成分を減衰させるには磁界成分又は電界成分のどちらか一方を減衰させることにより可能である。そこで本実施形態では、電界成分が導体中を透過しにくいことから金属板でシールドするものである。
即ち、金属板19をループコイル9と間隙部15の間に設けても、完全に電磁波を遮蔽することはできない。また、フェライトコア14や間隙部15からも少なからず漏洩磁界が存在する。またリーダライタ制御部100からは高周波による電磁波が漏洩している。そこで本実施形態では、これらの漏洩電磁界を確実に遮断するために、金属板19に加えて、ループコイル9、フェライトコア14及びリーダライタ制御部100の全てを覆う金属ケース31を備えるものである。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a reader / writer according to the fourth embodiment of the present invention. The same components will be described with the same reference numerals. The reader / writer 140 includes a metal plate 19 and a metal case (second magnetic field shielding means) 31 that covers all of the loop coil 9, the ferrite core 14, and the reader / writer control unit 100 at the same time. Further, the metal shutter 30 may be provided in the opening into which the IC card 200 is inserted. In this embodiment, the metal plate 19, the metal shutter 30, and the metal case 31 are used as the magnetic field shielding means. However, the conductor is not limited to metal as long as it is a conductor.
Generally, the frequency used for the IC card 200 is a short wave of 13.56 MHz. Therefore, the coupling between the ferrite core 14 and the loop antenna 20 of the IC card 200 is mainly a magnetic field coupling using an electromagnetic wave having both a magnetic field component and an electric field component. However, the reader / writer control unit 100 is equipped with a CPU that controls the entire apparatus, a high-frequency oscillator that supplies a high-frequency current to the loop coil 9, and the like. Therefore, this part emits digital noise. The high frequency component of this digital noise extends from the VHF band to the UHF band. Further, since the IC card 200 is maintained in an earthless state, the high frequency component is mainly an electromagnetic wave component having both a magnetic field component and an electric field component. The electromagnetic wave component can be attenuated by attenuating either the magnetic field component or the electric field component. Therefore, in the present embodiment, since the electric field component is difficult to transmit through the conductor, it is shielded with a metal plate.
That is, even if the metal plate 19 is provided between the loop coil 9 and the gap 15, the electromagnetic wave cannot be completely shielded. In addition, there is a considerable leakage magnetic field from the ferrite core 14 and the gap 15. Further, the reader / writer control unit 100 leaks electromagnetic waves due to high frequencies. Therefore, in the present embodiment, in order to reliably block these leakage electromagnetic fields, a metal case 31 that covers all of the loop coil 9, the ferrite core 14, and the reader / writer control unit 100 is provided in addition to the metal plate 19. is there.

以上の通り本発明によれば、フェライトコア14は、ICカード200内に備えられたループアンテナ20に対して少なくとも当該ICカード200との交信を可能とする磁束を供給できる構成を備えているので、漏洩磁界を低減し、且つ発生した磁界による磁束を効率よくICカード200に供給することができる。
また、フェライトコア14の一部をカットして間隙部15を形成し、その間隙部15にICカード200のループアンテナ20を挿入し、その中を磁束が通過するようにするので、磁束を効率よくループアンテナ20に通過させることができる。
また、ループアンテナ20の少なくとも一部を覆うように間隙部15を構成するので、ループアンテナ20の表面積に可能な限り均一に磁束を通過させることができる。
また、磁束を導入する手段は、フェライト若しくは磁気抵抗の少ない材質により構成されているので、漏洩磁界を減少させ且つ磁束を効率よくループアンテナ20に通過させることができる。
また、金属板19をループコイル9と間隙部15の間に設けるので、ループコイル9とリーダライタ制御部100から漏洩する電磁波をある程度遮蔽することができる。
また、金属板19に加えて、ループコイル9、フェライトコア14及びリーダライタ制御部100の全てを覆う金属ケース31を備えたので、磁界成分と電界成分とを併せ持つ電磁波成分を確実に遮断することができる。
また、間隙部15の近傍に共振周波数のずれを補正する補正コイル18又は金属板を更に備えるので、リーダライタ制御部100とICカード200の共振周波数を合わせることができる。
また、補正手段として、所定の相互インダクタンスを備えた補正コイル18を配置するので設置が容易となり、間隙部15の距離を少なくすることができる。
また、金属板19及び金属ケース31は、金属により構成されているので、電界成分が導体中を透過することを遮断することができる。
As described above, according to the present invention, the ferrite core 14 has a configuration capable of supplying a magnetic flux enabling at least communication with the IC card 200 to the loop antenna 20 provided in the IC card 200. The leakage magnetic field can be reduced, and the magnetic flux generated by the generated magnetic field can be efficiently supplied to the IC card 200.
Further, a part of the ferrite core 14 is cut to form the gap 15, and the loop antenna 20 of the IC card 200 is inserted into the gap 15 so that the magnetic flux passes through the gap 15. It can be passed through the loop antenna 20 well.
In addition, since the gap 15 is configured to cover at least a part of the loop antenna 20, the magnetic flux can be passed through the surface area of the loop antenna 20 as uniformly as possible.
Further, since the means for introducing the magnetic flux is made of ferrite or a material having a small magnetic resistance, the leakage magnetic field can be reduced and the magnetic flux can be passed through the loop antenna 20 efficiently.
Further, since the metal plate 19 is provided between the loop coil 9 and the gap portion 15, electromagnetic waves leaking from the loop coil 9 and the reader / writer control unit 100 can be shielded to some extent.
In addition to the metal plate 19, the metal case 31 that covers all of the loop coil 9, the ferrite core 14, and the reader / writer control unit 100 is provided, so that the electromagnetic wave component having both the magnetic field component and the electric field component can be reliably blocked. Can do.
Further, since the correction coil 18 or the metal plate for correcting the shift of the resonance frequency is further provided in the vicinity of the gap portion 15, the resonance frequency of the reader / writer control unit 100 and the IC card 200 can be matched.
Further, since the correction coil 18 having a predetermined mutual inductance is arranged as the correction means, the installation becomes easy and the distance of the gap 15 can be reduced.
Further, since the metal plate 19 and the metal case 31 are made of metal, it is possible to block the electric field component from passing through the conductor.

一般的なICカード用リーダライタの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the general reader / writer for IC cards. ICカードの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an IC card. (a)は本発明の第1の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図、(b)は(a)の等価回路図である。(A) is a figure which shows the structure of the reader / writer based on the 1st Embodiment of this invention, (b) is an equivalent circuit schematic of (a). (a)は本発明の第2の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図、(b)は間隙部15部分の等価回路図である。(A) is a figure which shows the structure of the reader / writer based on the 2nd Embodiment of this invention, (b) is an equivalent circuit schematic of the gap | interval part 15 part. 本発明の第3の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reader / writer which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るリーダライタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reader / writer which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

9 ループコイル、13 磁束、14 フェライトコア、15 間隙部、20 ループアンテナ、100 リーダライタ制御部、110 リーダライタ、200 ICカード   9 loop coil, 13 magnetic flux, 14 ferrite core, 15 gap, 20 loop antenna, 100 reader / writer control unit, 110 reader / writer, 200 IC card

Claims (9)

ICカードに備えたループアンテナを介して、該ICカードとの間で所定の変復調方式に基づく搬送電力の送信とデータの授受を行うICカード用リーダライタにおいて、
前記ICカードへの電力用搬送波の伝播と当該ICカードとのデータの授受を仲介するループコイルと、少なくとも一部に該ループコイルを巻掛け当該ループコイルから発生した磁界を磁束として導く磁束導入手段と、を備え、前記磁束導入手段は前記ICカード側のループアンテナに対して少なくとも当該ICカードとの交信を可能とする磁束を供給できる構成を備えていることを特徴とするICカード用リーダライタ。
In an IC card reader / writer that transmits and receives carrier power based on a predetermined modulation / demodulation method with the IC card via a loop antenna provided in the IC card,
A loop coil that mediates propagation of a power carrier wave to the IC card and exchange of data with the IC card, and a magnetic flux introducing means that guides the magnetic field generated from the loop coil by winding the loop coil at least at a part thereof The IC card reader / writer is characterized in that the magnetic flux introducing means can supply a magnetic flux enabling at least communication with the IC card to the loop antenna on the IC card side. .
前記磁束導入手段は、前記ループコイルにより発生された磁束を導くループ状の磁路に、少なくとも前記ICカードを挿通可能な間隙部を備え、当該間隙部に前記ICカードを挿通することにより、当該ICカードに備えられたループアンテナを当該間隙部を伝播する磁束が横切るように構成したことを特徴とする請求項1に記載のICカード用リーダライタ。   The magnetic flux introducing means includes a gap portion through which at least the IC card can be inserted in a loop-shaped magnetic path that guides the magnetic flux generated by the loop coil, and by inserting the IC card into the gap portion, 2. The IC card reader / writer according to claim 1, wherein a loop antenna provided in the IC card is configured such that a magnetic flux propagating through the gap portion crosses the loop antenna. 前記間隙部は、当該間隙部に挿通するICカードに備えられたループアンテナの少なくとも一部を覆うように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のICカード用リーダライタ。   3. The IC card reader / writer according to claim 1, wherein the gap portion is configured to cover at least a part of a loop antenna provided in an IC card inserted through the gap portion. 前記磁束導入手段は、フェライト若しくは磁気抵抗の少ない材質により構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のICカード用リーダライタ。   3. The IC card reader / writer according to claim 1, wherein the magnetic flux introducing means is made of ferrite or a material having a small magnetic resistance. 前記磁束導入手段のループ状の磁路に巻掛けたループコイル側と前記間隙部との間に第1の磁界遮蔽手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のICカード用リーダライタ。   The first magnetic field shielding means is provided between the loop coil side wound around the loop-shaped magnetic path of the magnetic flux introducing means and the gap portion, according to any one of claims 1 to 4. The IC card reader / writer as described. 前記第1の磁界遮蔽手段と、前記ループコイル、磁束導入手段及び前記リーダライタの全てを覆う第2の磁界遮蔽手段とを同時に備えたことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載のICカード用リーダライタ。   The first magnetic field shielding means and the second magnetic field shielding means for covering all of the loop coil, the magnetic flux introducing means, and the reader / writer are provided at the same time. The IC card reader / writer as described in 1. 前記磁束導入手段に設けられた前記間隙部の近傍に、当該間隙部に挿通するICカードとの共振周波数のずれを補正する補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載のICカード用リーダライタ。   7. A correction means for correcting a deviation in resonance frequency with an IC card inserted through the gap portion in the vicinity of the gap portion provided in the magnetic flux introduction means. The reader / writer for IC cards according to claim 1. 前記補正手段は、前記ICカードとの共振周波数のずれを補正するに足るインダクタンスを有するコイル又は金属板であることを特徴とする請求項7に記載のICカード用リーダライタ。   8. The IC card reader / writer according to claim 7, wherein the correction means is a coil or a metal plate having an inductance sufficient to correct a shift in resonance frequency with the IC card. 前記第1の磁界遮蔽手段及び第2の磁界遮蔽手段は、導体により構成されていることを特徴とする請求項5又は6に記載のICカード用リーダライタ。   7. The IC card reader / writer according to claim 5, wherein the first magnetic field shielding means and the second magnetic field shielding means are made of a conductor.
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