JP2008028506A - Communication area expansion device of reader/writer for noncontact ic card and reader/writer employing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an attachment for expanding communication area between an IC card and an R/W module without modifying the configuration of the R/W module at all. <P>SOLUTION: In the attachment 26 of reader/writer of noncontact IC card, a coil having a planar shape larger than the antenna of an R/W module 28 is covered with a synthetic resin coating of such as vinyl chloride, and the attachment is placed under the R/W module when in use. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、非接触ICカードリーダライタの通信領域拡張装置およびそれを用いたリーダライタに関し、特にたとえば、リーダライタ(R/W)モジュールによって非接触ICカード(ICタグ含む。以下、単に「ICカード」と呼ぶことがある。)から情報を読み取りまたはそれに情報を書き込む際のICカードとR/Wモジュールとの間の通信領域を拡張すことのできる、新規なICカードリーダライタの通信領域拡張装置およびそれを用いたリーダライタに関する。   The present invention relates to a communication area expansion device for a non-contact IC card reader / writer and a reader / writer using the same, and more particularly, for example, a non-contact IC card (including an IC tag) by a reader / writer (R / W) module. Communication area expansion of a new IC card reader / writer that can expand the communication area between the IC card and the R / W module when reading information from or writing information to the card. The present invention relates to an apparatus and a reader / writer using the same.

この種のICカードとそれの読取装置の一例が、たとえば非特許文献1に開示されている。   An example of this type of IC card and its reader is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

汎用性を高めるために、ICカードのR/Wのモジュールは小さくなる一方である。多くの場合、アンテナ(通常はコイル)は、R/W用の半導体チップが装着されるものと同一の回路基板上に設けている。そのため、R/Wモジュールが小さくなるにつれて、アンテナのサイズも小さくなってきている。したがって、このようなR/Wモジュールを組み込んだ製品においては、モジュールが小型化できたために組み込みやすくなるという利点はあるものの、アンテナが小さくなったことによってICカードとの通信可能領域が狭くなり、それらの製品における様々な制約(サイズ、位置または配置など)もあり、そのままではICカードからの情報の読取りまたはそれへ情報書込みがやりにくくなっている。
http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/map/denki03/
In order to improve versatility, the R / W module of the IC card is becoming smaller. In many cases, an antenna (usually a coil) is provided on the same circuit board on which a semiconductor chip for R / W is mounted. Therefore, as the R / W module becomes smaller, the size of the antenna also becomes smaller. Therefore, in a product incorporating such an R / W module, although the module can be downsized, there is an advantage that it is easy to incorporate, but the communication area with the IC card becomes narrow due to the small antenna, There are various restrictions (size, position, arrangement, etc.) in those products, and it is difficult to read information from or write information to the IC card as it is.
http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/map/denki03/

それゆえに、この発明の主たる課題は、新規な、ICカードのリーダライタの通信領域拡張装置およびそれを用いたリーダライタを提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a novel IC card reader / writer communication area expansion apparatus and a reader / writer using the same.

この発明の他の課題は、R/Wモジュールの構成自体は一切変更することなく、通信可能領域を拡張できる、ICカードリーダライタの通信領域拡張装置およびそれを用いたリーダライタを提供することである。   Another object of the present invention is to provide an IC card reader / writer communication area expansion device and a reader / writer using the same, which can expand the communicable area without changing the configuration of the R / W module itself. is there.

請求項1の発明は、R/Wモジュールを用いて非接触ICカードの情報を読み取りまたはそれへ情報を書き込むリーダライタの通信領域を拡張するための装置であって、平面視においてR/Wモジュールのアンテナと同等またはそれ以上の大きさを有するコイルを備え、コイルを含む電気回路がアンテナから見て容量性のインピーダンスを有する、非接触ICカードのリーダライタの通信領域拡張装置である。   The invention of claim 1 is an apparatus for expanding a communication area of a reader / writer that reads information from or writes information to a non-contact IC card using an R / W module, and is an R / W module in plan view. This is a communication area expansion device for a reader / writer of a non-contact IC card, comprising a coil having a size equal to or larger than that of the antenna, and an electric circuit including the coil having a capacitive impedance when viewed from the antenna.

請求項1の発明では、R/Wモジュール(28:実施例において相当する部分を例示する参照符号。以下、同様。)は、ICカード(16)と通信しながら、ICカードの情報を読み取りあるいはICカードへ情報を書き込む。通信領域拡張装置つまり実施例のアタッチメント(26)はR/Wモジュール28のアンテナ(32)と同等またはそれ以上の大きさのコイルを有し、そのコイルを含む電気回路をR/Wモジュールのアンテナから見て容量性のインピーダンスを有するように設定する。   In the first aspect of the present invention, the R / W module (28: reference numeral exemplifying a corresponding part in the embodiment, hereinafter the same) reads information on the IC card while communicating with the IC card (16). Write information to the IC card. The communication area extending device, that is, the attachment (26) of the embodiment has a coil having a size equal to or larger than the antenna (32) of the R / W module 28, and an electric circuit including the coil is connected to the antenna of the R / W module. Is set to have a capacitive impedance as viewed from the perspective.

そして、R/Wモジュールのアンテナ(32)には、ICカードとの通信時には、キャリア周波数(たとえば13.56MHz、125kHz等)を中心周波数とする電流が流れ、アンテナ(32)の近傍に交流磁界が形成される。その交流磁界中に、上記アタッチメント(26)のコイル(36)を近づけると、そのコイルに誘導電流が流れる。通常は、その交流磁界を打ち消す方向に誘導電流が流れるが、このコイル(36)を含む電気回路を容量性の回路とすることで、交流磁界と同相の誘導電流がコイル(36)に流れ、この誘導電流がアンテナ(32)の交流磁界を強めることになる。したがって、ICカード16をアタッチメント(26)の近傍にもたらすだけで、ICカード(16)とR/Wモジュール(28)との間の通信が可能となる。   The antenna (32) of the R / W module receives a current having a carrier frequency (for example, 13.56 MHz, 125 kHz) as a center frequency when communicating with the IC card, and an AC magnetic field is present in the vicinity of the antenna (32). Is formed. When the coil (36) of the attachment (26) is brought close to the alternating magnetic field, an induced current flows through the coil. Normally, an induced current flows in a direction to cancel the AC magnetic field, but by making the electric circuit including this coil (36) a capacitive circuit, an induced current in phase with the AC magnetic field flows to the coil (36), This induced current strengthens the AC magnetic field of the antenna (32). Therefore, the communication between the IC card (16) and the R / W module (28) becomes possible only by bringing the IC card 16 in the vicinity of the attachment (26).

請求項1の発明に係る通信領域拡張装置を用いれば、R/Wモジュールを変更することなく、ICカードとR/Wモジュールとの間の通信可能距離すなわち通信可能領域を拡張することができる。   By using the communication area extending apparatus according to the first aspect of the present invention, the communicable distance between the IC card and the R / W module, that is, the communicable area can be expanded without changing the R / W module.

請求項2の発明は、電気回路はR/Wモジュールの中心周波数付近であってそれより高い周波数で共振する、請求項1記載の通信領域拡張装置である。   The invention according to claim 2 is the communication area extending apparatus according to claim 1, wherein the electric circuit resonates at a frequency near and higher than the center frequency of the R / W module.

請求項2の発明のようにコイルを含む電気回路の共振周波数を設定することによって、この電気回路を容量性回路にすることができる。   By setting the resonance frequency of the electric circuit including the coil as in the second aspect of the invention, the electric circuit can be made a capacitive circuit.

請求項3の発明は、コイルは、平面視「8」の字形状である、請求項1または2記載の通信領域拡張装置である。   A third aspect of the present invention is the communication area extending device according to the first or second aspect, wherein the coil has a shape of “8” in plan view.

請求項3の発明では、アタッチメントのコイルの平面形状「8」の字形状とすることによって、各コイル辺に形成される磁界の向きが逆になるので、R/Wモジュールの近傍では磁界は強いが、遠方では磁界が打ち消し合い、距離に対して急激に磁界強度(電波の放射)が減少する。したがって、アタッチメントを用いた場合の外部への影響を小さくできる。   In the third aspect of the invention, since the orientation of the magnetic field formed on each coil side is reversed by making the shape of the attachment coil planar shape “8”, the magnetic field is strong in the vicinity of the R / W module. However, the magnetic fields cancel each other at a distance, and the magnetic field strength (radiation of radio waves) rapidly decreases with distance. Therefore, it is possible to reduce the influence on the outside when the attachment is used.

請求項4の発明は、非接触ICカードの情報を読み取りまたはそれへ情報を書き込むリーダライタであって、アンテナを有するR/Wモジュール、および平面視においてR/Wモジュールのアンテナと同等またはそれ以上の大きさを有するコイルを含み、コイルを含む電気回路がアンテナから見て容量性のインピーダンスを有するようにしたアタッチメントを備え、コイルがアンテナと結合するようにアタッチメントとR/Wモジュールとを配置した、非接触ICカードのリーダライタである。   The invention of claim 4 is a reader / writer that reads information from or writes information to a non-contact IC card, and has an R / W module having an antenna, and is equal to or more than the antenna of the R / W module in plan view. Including an attachment having a capacitive impedance when viewed from the antenna, and the attachment and the R / W module are arranged so that the coil is coupled to the antenna. It is a reader / writer for non-contact IC cards.

この発明によれば、R/Wモジュールを変更することなく、ICカードとR/Wモジュールとの間の通信可能距離すなわち通信可能領域を拡張することができる。   According to the present invention, the communicable distance, that is, the communicable area between the IC card and the R / W module can be expanded without changing the R / W module.

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。   The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

図1に示すこの発明の一実施例としての電子秤10は、たとえばステンレスなどの金属からなる筐体12を含み、この筐体12の前面は上方に向かうにつれて後方に傾斜され、その前面には操作パネル14が取り付けられる。操作パネル14は、詳しくは図示しないが、ICカード16を電子マネーとしたたとえば代金決済するなどのために操作するための操作キーを含む。   An electronic balance 10 as an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a housing 12 made of metal such as stainless steel, and the front surface of the housing 12 is inclined rearward as it goes upward, An operation panel 14 is attached. Although not shown in detail, the operation panel 14 includes operation keys for operating the IC card 16 for electronic payment, for example, for payment.

ICカード16はこの実施例では、受動型非接触ICカードである。ただし、この発明によるリーダライタの通信領域拡張装置およびリーダライタは、他の任意の形式または構成のICカードにも利用できるものであることを予め指摘しておく。   In this embodiment, the IC card 16 is a passive non-contact IC card. However, it should be pointed out in advance that the communication area expanding device and reader / writer of the reader / writer according to the present invention can be used for an IC card of any other type or configuration.

ICカード16は、図2に示すように、たとえば合成樹脂からなるカード18からなり、そのカード18に内蔵された平面視形状が矩形のループアンテナ20およびカード18に内蔵されかつループアンテナ20に電気的に接続されたICチップ22を含む。ICチップ22は、後述の図5に示すようにメモリや送受信回路などを含み、ループアンテナ20を介して後述のR/Wモジュール28(図4)との間で各種データのやり取りができるように構成されている。   As shown in FIG. 2, the IC card 16 includes a card 18 made of, for example, a synthetic resin, and the planar view shape built into the card 18 is built into the rectangular loop antenna 20 and the card 18 and is electrically connected to the loop antenna 20. IC chip 22 connected to each other. The IC chip 22 includes a memory and a transmission / reception circuit as shown in FIG. 5 to be described later, and can exchange various data with the R / W module 28 (FIG. 4) to be described later via the loop antenna 20. It is configured.

図1に戻って、筐体12は上述のように金属であり、したがって、筐体12の上記前面を除くすべての側面および上面は金属で封止され、底面は、金属でではなく、合成樹脂で封止されている。筐体12の上面上方には重量を計測するための物品(図示せず)を載置するための載置台ないし上皿24が設けられる。そして、筐体12に内蔵される図示しない電子回路とともに、この上皿24が秤機構を構成する。   Returning to FIG. 1, the housing 12 is made of metal as described above. Therefore, all the side surfaces and the upper surface except the front surface of the housing 12 are sealed with metal, and the bottom surface is not made of metal but is made of synthetic resin. It is sealed with. Above the upper surface of the housing 12, a mounting table or an upper plate 24 for mounting an article (not shown) for measuring the weight is provided. And this upper plate 24 comprises the scale mechanism with the electronic circuit which is incorporated in the housing | casing 12 and which is not shown in figure.

秤機構としては、たとえば、上皿24がその上に載置される物品の重量に応じて下方に変位し、電子回路でその変位量を検出することによって当該物品の重量を計算する機構、あるいはストレインゲージなどの電気的手段を用い、上皿24に載せられた物品の重量に応じた大きさの電気信号から物品重量を算出する機構などが考えられる。ただし、秤機構それ自体はこの発明の要点ではないので、任意の秤機構を適用することができる。   As the scale mechanism, for example, a mechanism in which the upper plate 24 is displaced downward according to the weight of the article placed thereon, and the weight of the article is calculated by detecting the displacement amount with an electronic circuit, or A mechanism for calculating the weight of an article from an electrical signal having a magnitude corresponding to the weight of the article placed on the upper plate 24 using an electrical means such as a strain gauge is conceivable. However, since the weighing mechanism itself is not the gist of the present invention, any weighing mechanism can be applied.

筐体12の下面は上述のように樹脂で封止されているが、その下面から前方に、通信領域拡張装置の一実施例であるアタッチメント26の一部が突出している。このアタッチメント26は、この実施例では、図3に示すように、R/Wモジュール28の下方(上方であってもよい)に重ねて使用されるものである。つまり、R/Wモジュール28が筐体12の内部に収納され、それに重ねられたアタッチメント26の先端側の一部が筐体12の底面から前方に出される。上述のように筐体12は、金属であり、電磁波を透過しないが、筐体12の一部(底面)は電磁波を透過し得る樹脂で封止されているので、結局、R/Wモジュール26は、少なくとも一部が電磁波透過性材料で作られる筐体内に配置されていることになる。   Although the lower surface of the housing 12 is sealed with resin as described above, a part of the attachment 26 which is an example of the communication area expanding device protrudes forward from the lower surface. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the attachment 26 is used by being stacked below the R / W module 28 (may be above). That is, the R / W module 28 is housed inside the housing 12, and a part of the distal end side of the attachment 26 superimposed on the R / W module 28 is projected forward from the bottom surface of the housing 12. As described above, the casing 12 is made of metal and does not transmit electromagnetic waves, but a part (bottom surface) of the casing 12 is sealed with a resin that can transmit electromagnetic waves. Is disposed in a housing made at least partially of an electromagnetic wave transmissive material.

R/Wモジュール28は、図4に示すように、基板30、基板30の上に形成された平面視形状が矩形のループアンテナ32、その基板30上に装着されかつループアンテナ32に電気的に接続された送受信回路33、送受信回路33に接続されるCPU34およびCPU34と協働するメモリ35を含む。したがって、R/Wモジュール28は、後述の図5に示すように、ループアンテナ32を介して前述のICカード16のとの間で各種データのやり取りができるように構成されている。   As shown in FIG. 4, the R / W module 28 includes a substrate 30, a loop antenna 32 having a rectangular shape in plan view formed on the substrate 30, and mounted on the substrate 30 and electrically connected to the loop antenna 32. A connected transmission / reception circuit 33, a CPU 34 connected to the transmission / reception circuit 33, and a memory 35 cooperating with the CPU 34 are included. Therefore, the R / W module 28 is configured to exchange various data with the above-described IC card 16 via the loop antenna 32, as shown in FIG.

つまり、図5に示すように、ICカード16のアンテナ20とR/Wモジュール28のアンテナ32とを通して、ICカード16のICチップ22に含まれる送受信回路とR/Wモジュール28の送受信回路33とが通信し、ICカード16とR/Wモジュール28との間でデータや情報の授受が行なわれる。   That is, as shown in FIG. 5, the transmission / reception circuit included in the IC chip 22 of the IC card 16 and the transmission / reception circuit 33 of the R / W module 28 through the antenna 20 of the IC card 16 and the antenna 32 of the R / W module 28. Communicate, and data and information are exchanged between the IC card 16 and the R / W module 28.

アタッチメント26は、このようなICカード16とR/Wモジュール28とが通信できる範囲または領域もしくは距離を拡大するために用いるものであり、図3に示すように、R/Wモジュール28の下方に、このR/Wモジュール28の下面とそれの上面とが密着するように、配置され、さらにその一部(R/Wモジュール28と重なっていない部分)が図1に示すように、実施例の電子秤10の筐体12の下部から前方にはみ出すように、置かれる。   The attachment 26 is used to expand the range, area, or distance in which the IC card 16 and the R / W module 28 can communicate with each other. As shown in FIG. The lower surface of the R / W module 28 and the upper surface of the R / W module 28 are arranged so as to be in close contact with each other, and a part thereof (portion not overlapping with the R / W module 28) is as shown in FIG. The electronic balance 10 is placed so as to protrude forward from the lower portion of the housing 12.

つまり、この実施例のアタッチメント26はこのように電磁波を通さない筐体内にR/Wモジュール28が封止されている場合などに特に有効である。このような場合に、上記のように筐体底面を通してアタッチメント26の一部を筐体12の外部に露出させ、他方でアタッチメント26の一部を筐体12の内部でR/Wモジュール28に電磁結合させることによって、以下に詳しく説明するように、ICカード16とR/Wモジュール28との間の通信可能範囲を実質的に拡張することができる。   That is, the attachment 26 of this embodiment is particularly effective when the R / W module 28 is sealed in a housing that does not transmit electromagnetic waves. In such a case, as described above, a part of the attachment 26 is exposed to the outside of the casing 12 through the bottom surface of the casing, and a part of the attachment 26 is electromagnetically transmitted to the R / W module 28 inside the casing 12. By coupling, the communicable range between the IC card 16 and the R / W module 28 can be substantially expanded as will be described in detail below.

アタッチメント26は図6に示すように、平面視形状が矩形のコイル36をたとえば塩化ビニルのような合成樹脂からなる外装38で被覆したものである。   As shown in FIG. 6, the attachment 26 is obtained by covering a coil 36 having a rectangular shape in plan view with an exterior 38 made of a synthetic resin such as vinyl chloride.

たとえば、ICカード16の平面矩形のループアンテナ20のサイズ横×縦を一例として50mm×80mmとし、R/Wモジュール28の平面矩形のループアンテナ32のサイズ横×縦を一例として同じく50mm×80mmとした場合、アタッチメント26の平面矩形のコイル36のサイズ横×縦は一例として120mm×80mmとする。   For example, the horizontal / vertical size of the planar rectangular loop antenna 20 of the IC card 16 is 50 mm × 80 mm as an example, and the horizontal / vertical size of the flat rectangular loop antenna 32 of the R / W module 28 is 50 mm × 80 mm as an example. In this case, the size of the flat rectangular coil 36 of the attachment 26 is set to 120 mm × 80 mm as an example.

このように、実施例ではアタッチメント26のコイル36のサイズは、ICカード16およびR/Wモジュール28のループアンテナ20および32の1.5〜2倍程度に設定しているが、それらのサイズ比率は弧の比率に限られるものではなく、必要な通信可能領域または距離や空スペースの大きさなどを勘案して設計すればよい。   As described above, in the embodiment, the size of the coil 36 of the attachment 26 is set to about 1.5 to 2 times that of the loop antennas 20 and 32 of the IC card 16 and the R / W module 28. Is not limited to the arc ratio, and may be designed in consideration of the necessary communicable area, distance, size of empty space, and the like.

図1に示す実施例において、R/Wモジュール28のアンテナ32にはICカード16のアンテナ20との通信時には、キャリア周波数(13.56MHz、125kHz等)を中心周波数とする電流が流れ、アンテナ32の近傍に交流磁界が形成される。その交流磁界中に、上記アタッチメント26のコイル36を近づけると、そのコイル36に誘導電流が流れる。   In the embodiment shown in FIG. 1, a current having a carrier frequency (13.56 MHz, 125 kHz, etc.) as a center frequency flows through the antenna 32 of the R / W module 28 when communicating with the antenna 20 of the IC card 16. An alternating magnetic field is formed in the vicinity of. When the coil 36 of the attachment 26 is brought close to the AC magnetic field, an induced current flows through the coil 36.

アタッチメントコイル36には、通常は、その交流磁界を打ち消す方向に誘導電流が流れるが、このコイル36を含む電気回路をR/Wモジュール28のアンテナ32すら見て容量性の回路とすることで、交流磁界と同相の誘導電流がコイル36に流れ、この誘導電流がアンテナ32の交流磁界を強めることになる。したがって、ICカード16を図1に示すようにアタッチメント26の近傍にもたらすだけで、R/Wモジュール28のアンテナ32から離れていても、ICカード16のアンテナ20が上記増強された交流磁界と磁界結合でき、それによってICカード16とR/Wモジュール28との間の通信が可能となる。つまり、通信可能距離が拡大され得る。   Normally, an induction current flows through the attachment coil 36 in a direction that cancels the alternating magnetic field, but the electric circuit including the coil 36 is a capacitive circuit when viewed even by the antenna 32 of the R / W module 28. An induced current having the same phase as the alternating magnetic field flows through the coil 36, and this induced current strengthens the alternating magnetic field of the antenna 32. Accordingly, the IC card 16 is merely brought near the attachment 26 as shown in FIG. 1, and the antenna 20 of the IC card 16 can be increased even if it is away from the antenna 32 of the R / W module 28. The IC card 16 and the R / W module 28 can communicate with each other. That is, the communicable distance can be expanded.

具体的に、図7のような等価回路を考える。図7の等価回路において、回路Aが電子秤10に内蔵するR/Wモジュール28のコイルアンテナ32の部分のみを示し、回路Bが実施例の読み取り領域の拡張のためのアタッチメント26のコイル36の部分を示す。なお、実際にはコイル(L)の抵抗分(r)やコンデンサの損失(tanδ)による損失抵抗分Rが回路には存在するが、簡単のため、ここでは省いている。   Specifically, consider an equivalent circuit as shown in FIG. In the equivalent circuit of FIG. 7, the circuit A shows only the portion of the coil antenna 32 of the R / W module 28 built in the electronic balance 10, and the circuit B of the coil 36 of the attachment 26 for expanding the reading area of the embodiment. Indicates the part. Actually, the resistance (r) of the coil (L) and the loss resistance R due to the loss (tan δ) of the capacitor are present in the circuit, but are omitted here for simplicity.

I1、I2は各々の回路A、Bに流れる電流(交流)であり、Lはコイルのインダクタンス(ヘンリー;H:通常はμHオーダ)であり、Cはコンデンサの静電容量(ファラッド;F、通常はpFオーダ)である。Mは2つのコイルL1、L2の相互インダクタンスである。   I1 and I2 are currents (AC) flowing through the respective circuits A and B, L is an inductance of the coil (Henry; H: usually μH order), and C is a capacitance of the capacitor (Farad; F, normal) Is pF order). M is the mutual inductance of the two coils L1 and L2.

コイルL1およびコイルL2の磁束が互いに鎖交する場合(2つのコイルの中心軸が共通であるとか、コイル面どうしが軸方向に見通した場合にある程度重なっているとか、の場合)は、たとえば、コイルL1に流れた電流によって交流磁界が発生し、その磁束がコイルL2に交わり(鎖交し)、その交流磁界によって、ファラデーの電磁誘導の法則(V=−dφ/dt)に従って、コイルL2にその磁界変化を妨げるように誘導電圧が発生し、回路に電流I2が流れる。   When the magnetic fluxes of the coil L1 and the coil L2 are linked to each other (in the case where the central axes of the two coils are common, or when the coil surfaces overlap each other when viewed in the axial direction), for example, An alternating magnetic field is generated by the current flowing through the coil L1, and the magnetic flux intersects (links) with the coil L2. The alternating magnetic field causes the coil L2 to follow the Faraday's law of electromagnetic induction (V = −dφ / dt). An induced voltage is generated so as to prevent the magnetic field change, and a current I2 flows in the circuit.

このとき、回路方程式は、最も単純には数1となる。
[数1]
jωM・I1+(jωL・I2+1/(j/ωC・I2))=0
数1において静電容量値Cが小さい場合には、付加回路は容量性となり、数1は数2に近似できる。
[数2]
jωM・I1+1/(j/ωC・I2)=0
jωM・I1−jX・I2=0 (X=1/ωC)
jωM・I1=jX・I2
となり、電流I1とI2との位相が一致する。
At this time, the circuit equation is the simplest equation (1).
[Equation 1]
jωM · I1 + (jωL · I2 + 1 / (j / ωC · I2)) = 0
When the capacitance value C is small in Equation 1, the additional circuit becomes capacitive, and Equation 1 can be approximated to Equation 2.
[Equation 2]
jωM · I1 + 1 / (j / ωC · I2) = 0
jωM · I1-jX · I2 = 0 (X = 1 / ωC)
jωM · I1 = jX · I2
Thus, the phases of the currents I1 and I2 match.

正確には、数3で示す回路方程式となる。
[数3]
jωM・I1+(jωL・I2+1/(j/ωC・I2)+R・I2)=0
数3において、ω=1/√(L/C)のとき、すなわち、共振周波数で付加回路のインピーダンスは最小となり、最大の電流が流れる。
To be precise, the circuit equation shown in Equation 3 is obtained.
[Equation 3]
jωM · I1 + (jωL · I2 + 1 / (j / ωC · I2) + R · I2) = 0
In Equation 3, when ω = 1 / √ (L / C), that is, the impedance of the additional circuit is minimized at the resonance frequency, and the maximum current flows.

共振点を13.56MHz付近の高めの周波数、たとえば14MHzに設定するとアタッチメント26のコイル36を含む付加回路は上記同様に容量性と見なせて同位相の電流が流れることになり、磁界を強めることができる。このように、アタッチメント26のコイル36を好ましくは、13.56MHz付近であってそれより少し高めの周波数、たとえば上述の14MHzで共振させることによって、電気回路Bのインピーダンスが小さくなり、より大きな電流がコイル36に誘導され、磁界をさらに強めることができる。したがって、R/Wモジュール28のアンテナ32上だけでなく、拡張のために用いたアタッチメント26のコイル36上でもICカード16とR/Wモジュール28との間の通信が可能となるので、結局、両者の間の通信可能距離が長くなる。   When the resonance point is set to a high frequency near 13.56 MHz, for example, 14 MHz, the additional circuit including the coil 36 of the attachment 26 can be regarded as capacitive as described above, and the current of the same phase flows, thereby strengthening the magnetic field. Can do. Thus, by resonating the coil 36 of the attachment 26 preferably at a frequency slightly higher than 13.56 MHz, for example, the above-described 14 MHz, the impedance of the electric circuit B is reduced, and a larger current is generated. The magnetic field can be further increased by being induced by the coil 36. Therefore, the communication between the IC card 16 and the R / W module 28 becomes possible not only on the antenna 32 of the R / W module 28 but also on the coil 36 of the attachment 26 used for expansion. The communicable distance between the two becomes longer.

実際にアタッチメントを製作する場合はおおむね次のような要領となる。   When actually making an attachment, the general procedure is as follows.

適当な大きさの数ターンのコイルを巻き、数μHに調整する。   A coil of a suitable number of turns is wound and adjusted to a few μH.

容量を変化できる(半固定の)コンデンサをそのコイルの両端に接続する。静電容量値は通常、数10pF程度である。   Connect a capacitor that can change its capacitance (semi-fixed) across the coil. The capacitance value is usually about several tens of pF.

実際の数字を使って、以下、簡単に各定数を求めてみる。   Using actual numbers, let's simply find each constant below.

今、インダクタンスを5μHとして、14MHzで共振させるためには、容量値は数4に従って、数5で与えられる。
[数4]
fo=1/2π√(L・C)
C=1/(4π・fo・L)
[数5]
C=1/(4×3.14×14×1012×5×10−6
=25.8×10−12=25.8pF
図8は、発明者等が行なった、通信可能領域拡張用アタッチメント26を用いて通信可能距離がどの程度長くなるかの一実験例を示す図解図であり、実験では、この図8に示すように、R/Wモジュール28のアンテナ32およびICカード16のアンテナ20をともに、50mm×80mmとし、アタッチメント26のコイル36を120mm×80mmとし、ICカード16はそれのアンテナがR/Wモジュール28のアンテナ32と平行になるように配置した。実験では、ICカード16をアタッチメント26のコイル36の遠方(図8では左方)から順次近づけて、R/Wモジュールが読取りを開始する距離を測定した。その結果が図9に示される。
Now, in order to resonate at 14 MHz with an inductance of 5 μH, the capacitance value is given by Equation 5 according to Equation 4.
[Equation 4]
fo = 1 / 2π√ (L · C)
C = 1 / (4π 2 · fo 2 · L)
[Equation 5]
C = 1 / (4 × 3.14 2 × 14 2 × 10 12 × 5 × 10 −6 )
= 25.8 × 10 −12 = 25.8 pF
FIG. 8 is an illustrative view showing an experimental example of how long the communicable distance is increased by using the attachment 26 for extending the communicable area performed by the inventors. In the experiment, as shown in FIG. Further, both the antenna 32 of the R / W module 28 and the antenna 20 of the IC card 16 are 50 mm × 80 mm, the coil 36 of the attachment 26 is 120 mm × 80 mm, and the IC card 16 has the antenna of the R / W module 28. The antenna 32 is arranged in parallel. In the experiment, the IC card 16 was sequentially approached from the far side of the coil 36 of the attachment 26 (left side in FIG. 8), and the distance at which the R / W module started reading was measured. The result is shown in FIG.

図9からよく分かるように、アタッチメント26を用いない場合にはR/Wモジュールアンテナの中心からごくわずか離れただけでも、ICカード16とR/Wモジュール28とは通信不能になってしまったが、アタッチメント26を用いた場合には、R/Wモジュールのアンテナ中心から遠方(図8の左方)へ100mm離れても通信可能であった。この実験結果は、実施例のようなアタッチメント26を用いることによって、ICカードとR/Wモジュールとの間の通信可能距離すなわち通信可能領域を拡張できたことを明確に示している。   As can be seen from FIG. 9, when the attachment 26 is not used, the IC card 16 and the R / W module 28 become incapable of communication even if they are very far from the center of the R / W module antenna. When the attachment 26 was used, communication was possible even 100 mm away from the antenna center of the R / W module far away (leftward in FIG. 8). This experimental result clearly shows that the communicable distance, that is, the communicable area between the IC card and the R / W module can be expanded by using the attachment 26 as in the embodiment.

図6の実施例では、アタッチメント26のコイル36を平面矩形にしたが、さらに、図10に示すように、アタッチメント26のコイルを平面視で「8の字」の形状のコイル36Aにすることによって、その各々のコイル辺に流れる電流の向きが反対になる。そのため、各コイル辺に形成される磁界の向きが逆になるので、近傍(図8では右方)では磁界は強いが、遠方では磁界が打ち消し合い、距離に対して急激に磁界強度(電波の放射)が減少して、外部への影響を小さくできる。   In the embodiment of FIG. 6, the coil 36 of the attachment 26 has a flat rectangular shape. However, as shown in FIG. 10, the coil of the attachment 26 is changed to a coil 36 </ b> A having a shape of “8” in plan view. The direction of the current flowing through each coil side is opposite. For this reason, the direction of the magnetic field formed on each coil side is reversed, so that the magnetic field is strong in the vicinity (right side in FIG. 8), but the magnetic fields cancel each other far away, and the magnetic field strength (radio wave (Radiation) is reduced, and the influence on the outside can be reduced.

さらに、上述の実施例では、アタッチメント26は平板のような2次元形状としたが、このアタッチメント26を図11に示す実施例のように、側面から見てたとえば「L」字状のような3次元形状とすることもできる。この実施例においても、先の実施例と同様に、ICカード16は図11に示すように、アタッチメント26の近傍に配置してそれのコイル36からの電磁波を受けることができるようにすればよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the attachment 26 has a two-dimensional shape such as a flat plate. However, as in the embodiment shown in FIG. It can also be a dimensional shape. Also in this embodiment, as in the previous embodiment, the IC card 16 may be disposed near the attachment 26 and receive electromagnetic waves from its coil 36, as shown in FIG. .

図1はこの発明を電子秤へ適用した一実施例を示す図解図である。FIG. 1 is an illustrative view showing one embodiment in which the present invention is applied to an electronic balance. 図2は図1の実施例に用いるICカードの内部構成一例を示す図解図である。FIG. 2 is an illustrative view showing one example of an internal configuration of an IC card used in the embodiment of FIG. 図3は図1に示す実施例の電子秤のリーダライタの部分だけを示す図解図である。FIG. 3 is an illustrative view showing only a reader / writer portion of the electronic balance of the embodiment shown in FIG. 図4は図3の実施例に用いるR/Wモジュールの内部構成一例を示す図解図である。FIG. 4 is an illustrative view showing one example of an internal configuration of the R / W module used in the embodiment of FIG. 図5は図1の実施例においてICカードとR/Wモジュールとが相互に通信できることを示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing that the IC card and the R / W module can communicate with each other in the embodiment of FIG. 図6は図1および図3に示すアタッチメントを平面視で示す図解図である。6 is an illustrative view showing the attachment shown in FIGS. 1 and 3 in a plan view. 図7はR/Wモジュールのアンテナとアタッチメントのコイルとを図3のように結合させたときの等価回路を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit when the antenna of the R / W module and the coil of the attachment are coupled as shown in FIG. 図8は図1に示す実施例においてR/WモジュールとICカードとの通信可能領域(距離)を測定する発明者等が行った実験の一手法を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a method of an experiment conducted by the inventors for measuring the communicable area (distance) between the R / W module and the IC card in the embodiment shown in FIG. 図9は図1に示す実施例においてR/WモジュールとICカードとの通信可能領域(距離)がアタッチメントによって拡大したことを示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing that the communicable area (distance) between the R / W module and the IC card is expanded by the attachment in the embodiment shown in FIG. 図10はアタッチメントの他の実施例を示す平面図解図である。FIG. 10 is an illustrative plan view showing another embodiment of the attachment. 図11はアタッチメントのさらに他の実施例を、R/WモジュールやICカードとの関係で示す図解図である。FIG. 11 is an illustrative view showing still another embodiment of the attachment in relation to the R / W module and the IC card.

符号の説明Explanation of symbols

10 …電子秤
16 …非接触ICカード(ICカード)
20,32 …ループアンテナ
22 …ICチップ
26 …アタッチメント
28 …R/Wモジュール
36,36A …コイル
10 ... Electronic scale 16 ... Non-contact IC card (IC card)
20, 32 ... Loop antenna 22 ... IC chip 26 ... Attachment 28 ... R / W module 36, 36A ... Coil

Claims (4)

R/Wモジュールを用いて非接触ICカードの情報を読み取りまたはそれへ情報を書き込むリーダライタの通信領域を拡張するための装置であって、
平面視において前記R/Wモジュールのアンテナと同等またはそれ以上の大きさを有するコイルを備え、
前記コイルを含む電気回路が前記アンテナから見て容量性のインピーダンスを有する、非接触ICカードのリーダライタの通信領域拡張装置。
An apparatus for extending a communication area of a reader / writer that reads information from or writes information to a non-contact IC card using an R / W module,
A coil having a size equal to or greater than that of the antenna of the R / W module in plan view;
A communication area expansion device for a reader / writer of a non-contact IC card, wherein an electric circuit including the coil has a capacitive impedance when viewed from the antenna.
前記電気回路は前記R/Wモジュールの中心周波数付近であってそれより高い周波数で共振する、請求項1記載の通信領域拡張装置。   The communication area extending device according to claim 1, wherein the electric circuit resonates at a frequency near and higher than a center frequency of the R / W module. 前記コイルは、平面視「8」の字形状である、請求項1または2記載の通信領域拡張装置。   The communication area expanding device according to claim 1 or 2, wherein the coil has a shape of "8" in a plan view. 非接触ICカードの情報を読み取りまたはそれへ情報を書き込むリーダライタであって、
アンテナを有するR/Wモジュール、および
平面視において前記R/Wモジュールのアンテナと同等またはそれ以上の大きさを有するコイルを含み、前記コイルを含む電気回路が前記アンテナから見て容量性のインピーダンスを有するようにしたアタッチメントを備え、
前記コイルが前記アンテナと結合するように前記アタッチメントと前記R/Wモジュールとを配置した、非接触ICカードのリーダライタ。
A reader / writer that reads information from or writes information to a non-contact IC card,
An R / W module having an antenna, and a coil having a size equal to or larger than that of the antenna of the R / W module in plan view, and an electric circuit including the coil has a capacitive impedance when viewed from the antenna. With an attachment made to have,
A reader / writer for a non-contact IC card in which the attachment and the R / W module are arranged so that the coil is coupled to the antenna.
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