JP2010044513A - 非接触ｉｃカードリーダ及びデータ読取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理速度の低下を防ぎつつ、データ読取精度を向上させることが可能な非接触ＩＣカードリーダ及びそのデータ読取方法を提供する
【解決手段】非接触ＩＣカードに対し、搬送信号を振幅変調してなる信号を送信する非接触ＩＣカードリーダ１において、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ１とは、変調度が任意値のＡＳＫ変調方式かつＮＲＺの符号化方式で通信を行い、非接触ＩＣカードリーダ１には、非接触ＩＣカードとの間で送受信される信号の変復調を行う非接触制御手段（非接触制御ＩＣ２０）と、その非接触制御手段と電気的に接続され、カードリーダ全体の制御を行う主制御手段（メインＣＰＵ１０等）とが設けられ、主制御手段から送られてきた指令に基づいて、非接触制御手段によって可変される変調度は、任意値を基準として複数のレンジ幅を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触ＩＣカードとの間でデータの読み書きが行われる非接触ＩＣカードリーダ及びそのデータ読取方法に関し、特に、データ読取精度を向上する技術に関する。

近年、ＲＦ（Radio Frequency）ＩＣチップとアンテナコイルが埋設され、そのアンテナコイルを介して電磁的相互作用に基づき情報の送受信が行われる非接触ＩＣカードが普及しつつある（例えば特許文献１，特許文献２参照）。非接触ＩＣカードに記録されたデータの読み取りは、カード上の汚れや磨耗等に影響されないので、バーコード等に記録されたデータを光学的に読み取る場合よりも精度が高い、という利点がある。

ここで、上述した非接触ＩＣカード用の非接触ＩＣカードリーダには、ＴｙｐｅＡ仕様、ＴｙｐｅＢ仕様及びＴｙｐｅＣ仕様という３タイプのものが存在し、仕様・用途によって読み書きするカードが異なる。国内又はアジアではＴｙｐｅＣが主流となっているが、国際的な基準から見ると、ＴｙｐｅＡとＴｙｐｅＢが主流となっている。なお、ＴｙｐｅＡとＴｙｐｅＢは、振幅変調度合いが異なっている（前者は１００％、後者は１０％である）。

なお、一般的に設計段階では、規格内のカードを元に読み書き可能か否かが判断され、詳細確認・評価段階では、実使用のカードを用いて読み書き可能か否かが判断される。

特開２００５−１０２０５７号公報 特開２００６−５０４０６号公報

しかしながら、非接触ＩＣカードには、規格内で収まっているカードであっても、実使用のカードとして読み書きできないものが存在する。これは、アンテナコイルの形状や巻き数の相違や、ＩＣチップの性能の相違など、カード特性にばらつきがあるからである。特に、上述のとおり振幅変調度合いが１０％と低い、ＴｙｐｅＢ仕様のカードに多い。

このような不具合に対処する一手段としては、非接触コントロールＩＣ内部で、例えば送信出力部の抵抗などを可変抵抗にすることが考えられる。この可変抵抗の調整を行うことで、読み書き不能であったカードが、読み書き可能になる場合もある。しかし、この抵抗の調整幅は、設計する非接触ＩＣカードリーダのループアンテナ（アンテナコイル）に依存しているので、事前に正確な値を決定するのは困難である。すなわち、実際に使用される非接触ＩＣカードや、非接触ＩＣカードリーダが実際に設置される環境などを加味して決定することが好ましいところ、可変抵抗値を選定した後に製品化するのが一般的であるので、事後的な変更は困難である。

この点、上述した特許文献１及び特許文献２に開示された技術によれば、変調度を事後的に変更することができる。しかし、特許文献１では、変調度を変更するか否かは、非接触ＩＣカード側から受信した応答信号に含まれる搬送波の位相を確認しなければならず（特許文献１の段落［００２５］〜［００２７］等）、また、特許文献２でも、変調度を変更するか否かは、振幅検出回路が検出した振幅に基づいて変調度を算出しなければならず（特許文献２の段落［００１７］，［００１８］等）、いずれにしても処理に時間が掛かる可能性がある。特に、非接触ＩＣカードのデータ読み取りを行う際には、磁気カードや接触ＩＣカードと比べて処理時間の短縮要請が強く、迅速なデータ読取が求められている。処理時間の短縮化という観点に立てば、変調度を変更する方法についてみても、特許文献１では差動増幅器やレベル調整回路を用いたデータ処理が必要であるし、特許文献２でも最大振幅と最小振幅を用いたデータ処理が必要である。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理速度の低下を防ぎつつ、データ読取精度を向上させることが可能な非接触ＩＣカードリーダ及びそのデータ読取方法を提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１） 非接触ＩＣカードに対し、搬送信号を振幅変調してなる信号を送信する非接触ＩＣカードリーダにおいて、前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとは、変調度が任意値のＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式かつＮＲＺ（Non Return to Zero）の符号化方式で通信を行い、前記非接触ＩＣカードリーダには、前記非接触ＩＣカードとの間で送受信される信号の変復調を行う非接触制御手段と、当該非接触制御手段と電気的に接続され、カードリーダ全体の制御を行う主制御手段とが設けられ、前記主制御手段から送られてきた指令に基づいて、前記非接触制御手段によって可変される変調度は、任意値を基準として複数のレンジ幅を有することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ。

本発明によれば、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダとは、変調度が例えば１０％などの任意値のＡＳＫ変調方式かつＮＲＺの符号化方式で通信を行い、非接触ＩＣカードリーダには、信号の変復調を行う非接触制御手段と、カードリーダ全体の制御を行う主制御手段とが設けられている。そして、主制御手段から送られてきた指令に基づいて、非接触制御手段によって可変される変調度は、例えば１０％などの任意値を基準として複数のレンジ幅を有することとしたので、データ読取精度を向上させることができる。

すなわち、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダとの通信に失敗した場合、主制御手段から非接触制御手段に所定の指令が送られ、例えば１０％などの任意値を基準とする複数のレンジ幅（例えば９％，１０％，１１％など）で変調度を事後的かつ簡易に（例えば最適な値に）変更できるので（例えば１０％→９％）、データ読取精度を向上させることができる。特に、本発明では、変調度を変更するにあたって、特許文献１や特許文献２のようなデータ処理は必要なく、予め設定された複数のレンジ幅から最適な変調度を選定するだけでよいので、処理速度の低下を防ぐこともできる。なお、「複数のレンジ幅」は、例えば１０％などの任意値を基準としているので、特にＴｙｐｅＢ仕様の非接触ＩＣカードリーダに効果的である。

（２） 前記レンジ幅は、８％から１４％の範囲内であって、前記非接触制御手段は、内部にある送信出力部回路定数を変更することによって、前記変調度を変更することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ。

本発明によれば、上述したレンジ幅は、８％から１４％の範囲内であって、非接触制御手段によって、内部にある送信出力部回路定数が変更されることで、変調度も変更されることとしたので、簡易かつ安価な構成によって、処理速度の低下を防ぎつつ、データ読取精度を向上させることができる。

（３） 前記非接触制御手段は、前記主制御手段からレジスタ変更の指令を受信したとき、前記送信出力部回路定数と関係付けられたレジスタ値を変更することによって、前記変調度を変更することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ。

本発明によれば、非接触制御手段が主制御手段からレジスタ変更の指令を受信したとき、非接触制御手段が送信出力部回路定数と関係付けられたレジスタ値を変更することによって、変調度が変更されることとしたので、レジスタ変更という負荷の軽い処理によって、処理速度の低下を防ぎつつ、データ読取精度を向上させることができる。

（４） 非接触ＩＣカードに対し、搬送信号を振幅変調してなる信号を送信する非接触ＩＣカードリーダのデータ読取方法において、前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとは、変調度が任意値のＡＳＫ変調方式かつＮＲＺの符号化方式で通信を行い、前記非接触ＩＣカードリーダには、前記非接触ＩＣカードとの間で送受信される信号の変復調を行う非接触制御手段と、当該非接触制御手段と電気的に接続され、カードリーダ全体の制御を行う主制御手段とが設けられ、前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとが通信不能の場合、前記主制御手段から前記非接触制御手段に対し、変調度が任意値となっているレジスタ値を変更する指令が送られるステップと、前記非接触制御手段において複数のレンジ幅を用いて変調度が変更されるステップと、前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとが通信可能になった場合、その時点におけるレジスタ値を最適値として非接触制御手段に登録されるステップと、を含むことを特徴とする非接触ＩＣカードリーダのデータ読取方法。

本発明によれば、上述した非接触ＩＣカードリーダと同様に、処理速度の低下を防ぎつつ、データ読取精度を向上させることができる。特に、「非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダとが通信不能の場合」を契機として、主制御手段から非接触制御手段に対し、変調度が任意値（例えば１０％）となっているレジスタ値を変更する指令が送られるので、上述した特許文献１や特許文献２のように処理に時間が掛かることはなく、変調度を変更するか否かを迅速に決することができ、ひいては処理速度の向上に資することができる。

以上説明したように、本発明によれば、可変される変調度として、例えば１０％などの任意値を基準として複数のレンジ幅を有することとしたので、変調度を変更するにあたっては、予め設定された複数のレンジ幅から最適な変調度を選定するだけでよく、処理速度の低下を防ぎつつデータ読取精度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

［電気的構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカードリーダ１の電気的構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、非接触ＩＣカードリーダ１は、非接触ＩＣカードに対し、搬送信号を振幅変調してなる信号を送信するものであって、非接触ＩＣカードと、変調度が任意値（本実施形態では１０％を採用する）のＡＳＫ変調方式かつＮＲＺの符号化方式で通信を行うものとする。

図１において、非接触ＩＣカードリーダ１は、メインＣＰＵ１０と、ＲＡＭ１１と、ＲＯＭ１２と、送信回路１３と、受信回路１４と、ＲＦアンテナ（ループアンテナ）１８と、非接触制御ＩＣ２０と、を有している。

メインＣＰＵ１０は、非接触ＩＣカードリーダ１全体の総合的な制御を司るものであり、ＲＯＭ１２から各種プログラムを読み出して実行する。ＲＡＭ１１は、メインＣＰＵ１０のワーキングエリアとして機能する。ＲＯＭ１２は、例えばレジスタ値を変更する指令など、非接触制御ＩＣ２０に対する指令を送信するためのプログラムなどを格納する。

非接触制御ＩＣ２０は、メインＣＰＵ１０等とバスを通じて電気的に接続され、（非接触ＩＣ）カードとの間で送受信される信号の変復調を行うものであり、ＣＰＵ２１と、ＲＡＭ２２と、ＲＯＭ２３と、変調回路２４と、検波回路２５と、復調回路２６と、を有している。ＣＰＵ２１は、主に非接触制御ＩＣ２０の総合的な制御を司るものであり、ＲＯＭ２３から各種プログラムを読み出して実行する。ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２１のワーキングエリアとして機能する。ＲＯＭ２３は、カードに対して情報を読み込んだり書き込んだりするためのプログラムなどを格納する。

非接触制御ＩＣ２０の変調回路２４は、カードに書き込むべきデータをＲＦ周波数帯に変調し、変調されたデータを送信回路１３へと送る。そして、送信回路１３は、ＲＦアンテナ１８を介してカードに対しデータを書き込む。具体的には、カードに埋設されたアンテナコイルと電磁誘導によって通信を行い、カードに対して所望のデータを書き込む。

一方で、非接触制御ＩＣ２０の検波回路２５は、ＲＦアンテナ１８を介してカードから送られてきたデータを検波し、検波信号を復調回路２６へと送る。そして、復調回路２６は、所定の閾値によって検波信号からデータを検出し、ＣＰＵ２１に転送する。このように、ＲＦアンテナ１８で受信された外部からの信号は、検波回路２５及び復調回路２６によって、データ検出及びＡ／Ｄ変換が行われ、ＣＰＵ２１へと送られる。

ここで、本実施形態では、非接触制御ＩＣ２０のＣＰＵ２１は、メインＣＰＵ１０から送られてきたレジスタ変更の指令を受信すると、非接触制御ＩＣ２０の内部（変調回路２４内など）にある送信出力抵抗を変更することによって、変調度を変更する。送信出力抵抗は、請求項記載の「送信出力部回路定数」の一例であるが、本発明はこれに限られない。例えば、IC出力後の回路部において抵抗調整を行う場合には、その回路部の回路定数であってもよい。このとき、ＣＰＵ２１は、１０％を基準として複数のレンジ幅を有する変調度（８％，９％，１０％，１１％，１２％，）のうち、最適なものに可変（変更）する。１０％は、請求項記載の「任意値」の一例であるが、本発明はこれに限られない。具体的に説明すると、ＣＰＵ２１は、送信出力抵抗と関係づけられたレジスタ値を変更することによって、結果的に送信出力抵抗を変更し、ひいては変調度を変更する（磁界変調率を変える）。変調度が有するレンジ幅は、非接触ＩＣカードリーダ１はＴｙｐｅＢ仕様であるため、１０％を基準とする８％から１４％であることが好ましい。

なお、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格では、ＴｙｐｅＡとＴｙｐｅＢが標準的に用いられている。ＴｙｐｅＡは、非接触ＩＣカードに対するデータ伝送の変調方式及び変調度がＡＳＫ（振幅変位）１００％であるが、ＴｙｐｅＢは、８％〜１４％の変調度にする必要がある。したがって、ＴｙｐｅＢの方が、チップ特性やアンテナ特性にばらつきが大きいので、本発明の適用が効果的となる（データ読取精度向上に資する）。

また、上述したレジスタ値は、設計するループアンテナの特性に依存している。よって、ＲＦアンテナ１８によってレジスタ値は異なる。また、本実施形態では変更レジスタ値を±２段階とするが、送信出力抵抗も、設計されるＲＦアンテナ１８によってレンジ幅ごとの変化量が異なる。したがって、必要なレンジ幅数は、作成されるアンテナの実評価で決めることが好ましい。以下、非接触ＩＣカードリーダ１におけるメインＣＰＵ１０及び／又は非接触制御ＩＣ２０を中心とする動作フローについて説明する。

［情報処理の流れ］
図２は、本実施形態に係る非接触ＩＣカードリーダ１におけるメインＣＰＵ１０及びＣＰＵ２１を中心とする情報処理の流れを示すフローチャートである。

図２において、まず、デフォルトとして出力部抵抗レジスタ値がＮにセットされる（ステップＳ１）。次に、メインＣＰＵ１０は、受信データ信号の有無を検出し、且つデータの読み書きが成功したか否かを判断する（ステップＳ２）。データの読み書きに成功したら（ステップＳ２：ＹＥＳ）、サブルーチンを終了し、図２の一連の情報処理は終了する。

一方で、データの読み書きに失敗した場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、非接触制御ＩＣ２０のＣＰＵ２１は、出力部抵抗レジスタ値変更ループで計算を開始する。具体的には、変数ｌに、＋１，＋２，−１及び−２を順番に代入しながら計算を行う。これら４個に限定することで、処理の煩雑化及び処理速度の低下を防ぐことができる。詳細には、レジスタ値Ｎに、その変数ｌを加えた後（ステップＳ４）、出力部抵抗レジスタ値変更ループを終了する（ステップＳ５）。

このようにして、レジスタ値が書き換えられたら、メインＣＰＵ１０は、再度、非接触ＩＣカードと非接触通信を行う（ステップＳ２）。そして、不可能だった非接触通信が可能となった場合、通信可能となった時点でレジスタの値を最適値と判断し、そのレジスタ値の書き込みが行われる。なお、通信可能となる場合は、製造元にてレジスタ変更（固定値）のプログラムの書き込みが必要となる。

なお、上述したループ（ステップＳ３〜ステップＳ５）を介しても、非接触の通信状況に改善が見られない場合には、図２で対処できる原因ではないとして、終了する。

また、送信部抵抗可変のレジスタを可変させるレンジ幅は、±２段階で考えるのがよいが、このレンジ幅は今以上に増やすことも減らすこともできる。規格内カードを対象としているため、この調整で非接触ＩＣカードの読み書き状態が解消されるので、調整に余分な時間を費やさないためにも、ループ数は少ない方が好ましい。

［実施形態の主な効果］
以上説明したように、本実施形態に係る非接触ＩＣカードリーダ１によれば、実使用カード（特にＴｙｐｅＢ仕様）において読み書き不能の場合、新たにレジスタ値変更のプログラムを人の手を介してダウンロードして確認するのではなく、実使用環境・実用カードを用いて送信出力抵抗を可変させ、ひいては変調度を変更することができる。また、ユーザーのみで読み書き不能の状況から回避させることができる。

また、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ１とが通信不能の場合、メインＣＰＵ１０から非接触制御ＩＣ２０に対し、変調度１０％となっているレジスタ値を変更する指令が送られる。一方で、非接触制御ＩＣ２０において複数のレンジ幅を用いて変調度が変更される。そして、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカードリーダ１とが通信可能になった場合、その時点におけるレジスタ値を最適値として非接触制御ＩＣ２０に登録される。このように、レジスタ変更という負荷の軽い処理によって処理速度の低下を防ぎつつ、データ読取精度を向上させることができる。

本発明に係る非接触ＩＣカードリーダ１は、データ読取精度を向上させるものとして有用である。

本発明の実施の形態に係るカードリーダの電気的構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る非接触ＩＣカードリーダにおけるメインＣＰＵ及びＣＰＵの情報処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ カードリーダ
１０ メインＣＰＵ
１１ ＲＡＭ
１２ ＲＯＭ
１３ 送信回路
１４ 受信回路
１８ ＲＦアンテナ
２０ 非接触制御ＩＣ
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＡＭ
２３ ＲＯＭ
２４ 変調回路
２５ 検波回路
２６ 復調回路

Claims (4)

1. 非接触ＩＣカードに対し、搬送信号を振幅変調してなる信号を送信する非接触ＩＣカードリーダにおいて、
   前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとは、変調度が任意値のＡＳＫ変調方式かつＮＲＺの符号化方式で通信を行い、
   前記非接触ＩＣカードリーダには、前記非接触ＩＣカードとの間で送受信される信号の変復調を行う非接触制御手段と、当該非接触制御手段と電気的に接続され、カードリーダ全体の制御を行う主制御手段とが設けられ、
   前記主制御手段から送られてきた指令に基づいて、前記非接触制御手段によって可変される変調度は、任意値を基準として複数のレンジ幅を有することを特徴とする非接触ＩＣカードリーダ。
2. 前記レンジ幅は、８％から１４％の範囲内であって、
   前記非接触制御手段は、内部にある送信出力部回路定数を変更することによって、前記変調度を変更することを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカードリーダ。
3. 前記非接触制御手段は、前記主制御手段からレジスタ変更の指令を受信したとき、前記送信出力部回路定数と関係付けられたレジスタ値を変更することによって、前記変調度を変更することを特徴とする請求項２記載の非接触ＩＣカードリーダ。
4. 非接触ＩＣカードに対し、搬送信号を振幅変調してなる信号を送信する非接触ＩＣカードリーダのデータ読取方法において、
   前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとは、変調度が任意値のＡＳＫ変調方式かつＮＲＺの符号化方式で通信を行い、
   前記非接触ＩＣカードリーダには、前記非接触ＩＣカードとの間で送受信される信号の変復調を行う非接触制御手段と、当該非接触制御手段と電気的に接続され、カードリーダ全体の制御を行う主制御手段とが設けられ、
   前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとが通信不能の場合、前記主制御手段から前記非接触制御手段に対し、変調度が任意値となっているレジスタ値を変更する指令が送られるステップと、
   前記非接触制御手段において複数のレンジ幅を用いて変調度が変更されるステップと、
   前記非接触ＩＣカードと前記非接触ＩＣカードリーダとが通信可能になった場合、その時点におけるレジスタ値を最適値として非接触制御手段に登録されるステップと、を含むことを特徴とする非接触ＩＣカードリーダのデータ読取方法。

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