JP2010238285A - カードリーダおよび磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】磁化強度が変動した磁気ストライプからでも正確に磁気データを読み出すことができるカードリーダを提供する。
【解決手段】カード操作部１１は、磁気カードが自動、あるいは手動で挿入されるスリット１１ａを備えている。カード操作部１１には、スリット１１ａに近接して磁気ヘッド１２が配置される。磁気ヘッド１２は、互いに読み取り感度の異なる２つのピックアップコイルを備える。信号処理部１３は、増幅回路１３ａ，１３ｂおよび加算回路１３ｃを備える。加算回路１３ｃは、増幅回路１３ａ，１３ｂから出力される電気信号を比較して、それぞれ検出された読み取り結果のうちから有効部分を抽出して合成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ストライプを有する磁気カードから該磁気ストライプに記録された磁気データを読み取るカードリーダおよび磁気ヘッドに関する。

近年、磁気カードの利用分野は益々拡大し、磁気カードはあらゆる分野で利用されている。磁気カードは、その使用頻度や保管状況によって、そこに記録されたデータの磁化レベルにばらつきが発生する。それに伴って、長期間の使用中に磁気カードの磁化レベルが低下した場合でも、安定したデータの読み取りが可能な磁気カードリーダが要求されている。

図６は、従来の磁気カードリーダの一例を示す図である。
カードリーダ１００は、カードを操作するためのカード操作部１１０を有する。カード操作部１１０は、磁気カードが自動、あるいは手動で挿入されるスリット１１１を備えている。このスリット１１１には磁気ヘッド１２０が近接して配置され、スリット１１１を通過する磁気カード上の磁気ストライプから、磁界強度の強弱によって記録された磁気データを読み取ることができる。

磁気ヘッド１２０には、一般に鉄心にコイルを巻き付けて構成されるピックアップコイルが磁気ストライプに対応して設けられている。カード操作部１１０では、磁気カードがスリット１１１を通過する際に磁気ヘッド１２０により順次に磁気データが読み取られ、電気信号として磁気ヘッド１２０から信号処理部１３０に出力される。この信号処理部１３０は、所定の増幅率で電気信号を増幅する増幅回路１３１などを備えていて、ここに入力された電気信号の波形整形処理が行われる。

さて、一般にこうした磁気カードリーダでは、磁気データを電気信号に変換する際に、ピックアップコイルの感度を調整しておくことで、磁気カードの仕様に定められた磁気強度であれば確実に磁気データを読み取ることができる。また、磁気ストライプから読み取られる磁気データのプリアンブル信号に基づいて増幅回路１３１のゲインを調整することで、磁気カードのデータ読み取り結果を、信号処理部１３０の後段に接続されたパソコンなどに適正レベルで出力できる。

ところが、磁気データの消磁や汚れ等によりリードマージンが悪化すると、磁気記録データの読み取り再生時にリードエラーが生じることがある。そこで、磁気記録媒体のトラック幅に対して相対的に幅の狭いコア幅の幅狭磁気ヘッドと、磁気記録媒体のトラック幅に対して相対的に幅の広いコア幅の幅広磁気ヘッドとを用意しておいて、これらと選択スイッチ手段を介して再生回路が接続されるようにして、再生回路の読み取りエラー信号を用いて選択スイッチ手段を切替える磁気記録データの再生装置の発明がなされている（例えば、特許文献１参照。）。

また、磁気カード読み取り装置は、経年使用によって磁気カードとの摩擦でヘッドの表面が摩耗するなどして、再生ヘッドからの出力が低下する。そこで、スライスレベルが固有の大きさに設定された複数のセンス回路を用意し、再生ヘッドからの再生出力の変化に応じていずれか１つのセンス回路の出力を選択することで、リードエラーの発生率を低減して、データ読み出しの精度を高めるようにした発明がなされている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、磁気ヘッドの汚れなどによって磁気ヘッドと磁気ストライプ間のギャップが大きくなった場合、また書き込みレベルの低い磁気ストライプデータを読み込んだ場合、従来装置では十分な再生出力を得られず、誤読み取りもしくは読み取り不可能となることがあった。そこで、再読み取り（リトライ）時に、固定サンプリング方式のサンプリングポイントをプラスまたはマイナス方向に変更し、あるいは読み取り時の復調回路の増幅率を上げることにより、読み取りエラー率を低減するようにした発明がなされている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平０８−３１５３０７号公報 特開平０２−２４４４０７号公報 特開平１０−０４０３２６号公報

ところが、同じ１枚の磁気カードでも、その保管状態などによって磁気ストライプの一部で磁気データの磁化強度が変動すれば、上述した従来装置では、記録データが部分的に読み取れなくなるという不具合が生じる。

図７は、不具合のある磁気カードから読み出される電気信号のレベル変動を示す図である。カード操作部１１０のスリット１１１に磁気カード２００が挿入されたとき、その磁気ストライプの一部分で磁化強度が低下していると、磁気ヘッド１２０から出力される電気信号が設定されたスライスレベルの電圧Ｖｓを下回るから、その記録情報が部分的に読み取られなくなるおそれがあった。

すなわち、時刻ｔ０で磁気データが読み始められ、読み出される電気信号が時刻ｔ０以降にスライスレベル以下になるとすれば、その後しばらくは磁気ヘッド１２０から電気信号が取得できなくなる。そこで、その信号強度に適応するように信号処理部１３０で増幅回路１３１の増幅率を適正ゲインに再設定することにより、時刻ｔ２では磁気ヘッド１２０からの信号強度がスライスレベルを上回り、時刻ｔ３以降には読み取りが可能になる。しかし、単一の感度を設定したピックアップコイルでは、急峻な電気信号のレベル変動があると、増幅率の変更だけでは磁化強度の変動に十分に追従することができず、磁気データを正確に読み取れなくなる。

しかも、カードリーダ１００で磁気カード２００に記録されたデータを読み出すことができないとき、その原因を調査して対策を立てる必要がある。ところが、不具合が生じた磁気カードであっても、多くの場合にはそれを所有する人物の個人情報などが含まれていることから、その原因調査のために磁気カード２００を磁気カードリーダのメーカ側が独自に入手することは困難であった。とくに、金融情報を記録した磁気カードなどでは、顧客情報の漏えい問題が生じるおそれもあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、磁化強度が変動した磁気ストライプからでも正確に磁気データを読み出すことができるカードリーダおよび磁気ヘッドを提供することを目的とする。

本発明では、上記問題を解決するために、磁気ストライプを有する磁気カードから磁気ストライプに記録された磁気データを読み取るカードリーダが提供される。このカードリーダは、互いに読み取り感度の異なる複数のピックアップコイルと、磁気ストライプからピックアップコイルが読み取った各電気信号を合成処理する信号処理回路と、を備え、磁気ストライプ内の磁気データを補正するように構成される。

このカードリーダでは、複数のピックアップコイルは互いに読み取り感度の異なるものであり、信号処理回路は磁気ストライプからピックアップコイルが読み取った各電気信号を合成処理することで、磁気ストライプ内の磁気データを補正するようにした。したがって、磁化強度が変動した磁気ストライプからでも正確に磁気データを読み出すことができる。

また、本発明の磁気ヘッドは、磁気カードの磁気ストライプに記録された磁気データを読み取る際に、磁気データを電気信号として読み出す際の読み取り感度が異なる複数のピックアップコイルと、磁気データの読み取りに使用するピックアップコイルを指示して、ピックアップコイルの選択を行う選択回路と、を備え、磁気ストライプから読み取った電気信号が正常に処理できないデータである場合、選択回路では別の感度を有するピックアップコイルを選択するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、磁気データに部分的な劣化があるなど、記録信号に問題のある磁気カードから正確に磁気データを読み出すことができる。

第１の実施の形態のカードリーダの構成を示す図である。 第１の実施の形態の磁気ヘッドおよび信号処理部の構成を示す図である。 第１の実施の形態の信号処理部における信号処理動作の例を示す図である。 第２の実施の形態のカードリーダの構成を示す図である。 第３の実施の形態のカードリーダの構成を示す図である。 従来の磁気カードリーダの一例を示す図である。 不具合のある磁気カードから読み出される電気信号のレベル変動を示す図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
以下、第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１の実施の形態のカードリーダの構成を示す図である。カードリーダ１０は、カード操作部１１、磁気ヘッド１２および信号処理部１３を有する。
カード操作部１１は、磁気カードの操作を受け付ける。カード操作部１１は、磁気カードが自動、あるいは手動で挿入されるスリット１１ａを備えている。

磁気ヘッド１２は、スリット１１ａに近接してカード操作部１１に設けられる。磁気ヘッド１２は、磁気カードの磁気ストライプに記録された磁気データを読み取る。磁気ヘッド１２は、互いに読み取り感度の異なる２つのピックアップコイルを備えており、それぞれのピックアップコイルで生成した電気信号を信号処理部１３に出力する。

信号処理部１３は、磁気ヘッド１２から入力される電気信号に応じた信号処理を行う。信号処理部１３は、増幅回路１３ａ，１３ｂおよび加算回路１３ｃを備えている。
増幅回路１３ａ，１３ｂは、所定の増幅率で電気信号を増幅する。

加算回路１３ｃは、増幅回路１３ａ，１３ｂから出力される電気信号を比較して、それぞれ検出された読み取り結果のうちから有効部分を抽出して合成する。
信号処理部１３には磁気カードから２つの異なる感度で読み取られた磁気データが磁気ヘッド１２から入力される。そして、信号処理部１３は、これらの電気信号を合成して波形整形するなどの信号処理を行う。このとき、信号処理部１３は、同じ磁気ストライプの磁気データから２つの電気信号として出力されたものからそれぞれの有効部分を合成する。これにより、磁気ストライプ内の劣化した磁気データを適正に取得することができる。

図２は、第１の実施の形態の磁気ヘッドおよび信号処理部の構成を示す図である。
磁気ヘッド１２は、それぞれ鉄心にコイルを異なる巻数で巻き付けた２つのピックアップコイル１２ａ，１２ｂを有する。

ピックアップコイル１２ａ，１２ｂは、互いにその読み取り感度が異なる。また、ピックアップコイル１２ａ，１２ｂは、一本の磁気ストライプから同一の磁気データに対して、別々の電気信号を読み出すことができるよう、磁気ヘッド１２内で互いに磁気的に分離されている。ピックアップコイル１２ａ，１２ｂは、増幅回路１３ａ，１３ｂに各電気信号を出力するとともに、変化点検出回路Ｃ１に各電気信号を出力する。

加算回路１３ｃは、変化点検出回路Ｃ１、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２、オペアンプＣ２および抵抗Ｒ３を有する。
変化点検出回路Ｃ１は、ピックアップコイル１２ａ，１２ｂからの各電気信号の変化点を検出し、そのときの信号レベルに応じた合成時の重み付けパラメータを決定する。変化点検出回路Ｃ１は、決定した重み付けパラメータを可変抵抗Ｒ１，Ｒ２に出力する。

可変抵抗Ｒ１，Ｒ２は、変化点検出回路Ｃ１から受け付ける重み付けパラメータによって、抵抗値を変化させる。
オペアンプＣ２は、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２からの入力と異なるもう一方の入力（図２では図示せず）が接地され、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２からの電気信号の重み付け加算を可能とするものである。

抵抗Ｒ３は負帰還用の抵抗である。抵抗Ｒ３には、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２からの電気信号が流れる。可変抵抗Ｒ１，Ｒ２を流れた電流値の合計と抵抗Ｒ３の抵抗値によって、加算回路１３ｃから出力される電気信号の信号レベルが決定される。具体的には、増幅回路１３ａ，１３ｂからの信号レベルがそれぞれＶ₁，Ｖ₂であり、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２および抵抗Ｒ３の抵抗値がそれぞれＲ₁，Ｒ₂およびＲ₃である場合、加算回路１３ｃの出力電圧Ｖ₀は、Ｖ₀＝−Ｒ₃（（Ｖ₁／Ｒ₁）＋（Ｖ₂／Ｒ₂））となる。

このようにして、加算回路１３ｃは、増幅回路１３ａ，１３ｂからの電気信号の重み付け加算を行う。
図３は、第１の実施の形態の信号処理部における信号処理動作の例を示す図である。

図３（ａ），（ｂ）には、ピックアップコイル１２ａ，１２ｂから出力される電気信号のレベル変動を示している。期間Ｔ１では、磁気ヘッド１２で正常に記録された磁気データが読み取られ、期間Ｔ２では、磁化強度が低下している磁気データが読み取られ、期間Ｔ３では、再び正常に記録された磁気データが読み取られているものとする。

図３（ｃ）は、磁気ストライプの先頭部分から読み出されたプリアンブル信号で生成された同期用の基準クロックである。同図（ｄ），（ｅ）に示すように、ピックアップコイル１２ａよりピックアップコイル１２ｂの感度が高く設定されているとすれば、期間Ｔ１に増幅回路１３ａから出力される電気信号は、増幅回路１３ｂから出力される電気信号より振幅が小さくなる。

このとき、変化点検出回路Ｃ１は、基準クロックに同期して各変化点での信号をスライスレベルと比較する。そして、変化点検出回路Ｃ１は、可変抵抗Ｒ１側の電気信号の信号レベルがスライスレベルよりも低く、かつ、可変抵抗Ｒ２側の電気信号の信号レベルがスライスレベルよりも高い場合、可変抵抗Ｒ１側の電気信号の合成時の寄与を小さくし、可変抵抗Ｒ２側の電気信号の合成時の寄与を大きくする。すなわち、変化点検出回路Ｃ１は、可変抵抗Ｒ１側の電気信号の重み付けを小さく（例えば、抵抗値を基準値から＋５０％）し、可変抵抗Ｒ２側の電気信号の重み付けを大きく（例えば、抵抗値を基準値から−５０％）する。このように、期間Ｔ２になって磁気データの磁化強度が低下した場合でも、可変抵抗Ｒ１，Ｒ２で重み付けされた信号を加算することで、期間Ｔ２で読み取られた磁気ストライプの磁気データは、正常な電気信号に対応付けられて加算回路１３ｃから出力される。

なお、上述したピックアップコイル１２ａ，１２ｂの感度は、微弱な信号を読み出す側（ピックアップコイル１２ｂ）を通常の感度の２倍程度に設定する。また、磁気カードの保磁力には、基準時で６５０±５０エルステッドが想定されている。

本実施の形態では、ピックアップコイル１２ａよりピックアップコイル１２ｂの感度が高く設定されている場合について説明した。しかし、これに限るものではなく、ピックアップコイル１２ａよりピックアップコイル１２ｂの感度が低く設定されている場合についても、同様の考え方に基づき、可変抵抗Ｒ１側の電気信号の合成時の寄与を大きくし、可変抵抗Ｒ２側の電気信号の合成時の寄与を小さくすることで実現することが可能である。また、ピックアップコイルを複数設けた場合であっても、上述の技術手段を応用し、各々のピックアップコイルの感度に基づき、各々の可変抵抗の合成における寄与度合いを適時設定することで実現することが可能である。

［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。前述の第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については説明を省略する。

図４は、第２の実施の形態のカードリーダの構成を示す図である。カードリーダ２０は、カード操作部２１、磁気ヘッド２２，２３および信号処理部２４を有する。
カード操作部２１は、第１の実施の形態のカードリーダ１０のカード操作部１１に対応する。また、カード操作部２１が備えるスリット２１ａは、第１の実施の形態のスリット１１ａに対応する。

磁気ヘッド２２，２３は、互いに読み取り感度の異なるピックアップコイルを備える。磁気ヘッド２２，２３は、それぞれのピックアップコイルにより、異なる信号レベルの電気信号を生成し、信号処理部２４に出力する。

信号処理部２４は、第１の実施の形態のカードリーダ１０の信号処理部１３に対応する。また、信号処理部２４が備える増幅回路２４ａ，２４ｂおよび加算回路２４ｃは、第１の実施の形態の増幅回路１３ａ，１３ｂおよび加算回路１３ｃに対応する。なお、増幅回路２４ａ，２４ｂでは、磁気ヘッド２２，２３で読み取られた各電気信号を異なる増幅度で増幅してもよい。

このように、カードリーダ２０では、磁気ヘッド２２，２３毎に読み取られた電気信号を同じ磁気ストライプの磁気データからの２つの電気信号として信号処理部２４に出力する。信号処理部２４は、２つの電気信号の有効部分を図３で示した第１の実施の形態と同様の方法により合成する。これにより、磁気ストライプ内の劣化した磁気データを適正に読み取ることができる。
本実施の形態では、磁気ヘッドが２つの場合について説明した。しかし、これに限るものではなく、磁気ヘッドを複数設けた場合であっても、上述の技術手段を応用し、各々の磁気ヘッドからの信号を信号処理部に出力する様にすることで実現することが可能である。

［第３の実施の形態］
以下、第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。前述の第１，２の実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については説明を省略する。

図５は、第３の実施の形態のカードリーダの構成を示す図である。カードリーダ３０は、カード操作部３１、磁気ヘッド３２および信号処理部３３を有する。
カード操作部３１は、第１の実施の形態のカードリーダ１０のカード操作部１１に対応する。また、カード操作部３１が備えるスリット３１ａは、第１の実施の形態のスリット１１ａに対応する。

磁気ヘッド３２は、円柱状に形成され、円の中心軸３２ｄを中心に回転する機構を備える。磁気ヘッド３２は、一本の磁気ストライプの記録トラックに対して感度の異なる３つのピックアップコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃが切替え可能に配置されている。ピックアップコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、例えばピックアップコイル３２ｂが通常の感度に設定されているとすれば、ピックアップコイル３２ａの感度がその二分の一に、ピックアップコイル３２ｃの感度がその２倍に設定されている。

信号処理部３３は、増幅回路３３ａおよび選択回路３３ｂを有する。
増幅回路３３ａは、所定の増幅率で電気信号を増幅する。
選択回路３３ｂは、磁気ヘッド３２から出力される電気信号では磁気データを正常に読み出せない場合に、磁気ヘッド３２に対してそのピックアップコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃを切替えるように指示する。例えば、通常運用時は、通常感度のピックアップコイル３２ｂを使用するようにする。そして、ピックアップコイル３２ｂからの読み取り信号レベルが低いと判断した（された）場合は、感度が高いピックアップコイル３２ｃに切り替えて使用するようにし、また、ピックアップコイル３２ｂからの読み取り信号レベルが高いと判断した（された）場合は、感度が低いピックアップコイル３２ａに切り替えて使用するようにすることで、最適な状態で磁気ストライプに記録された磁気情報を読み取ることが可能となる。
なお、選択回路３３ｂに代えて、信号処理部３３の後段に配置される情報処理装置などからピックアップコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの切替えを指示してもよい。また、切り替え指示を報知手段（ランプやブザー、チャイムなど）により、使用者に報知し、使用者により手動で切り替えることにしてもよい。

このように、カードリーダ３０では、磁気カードからのデータ読み取りが失敗した場合に、磁気ヘッド３２を左右いずれかに回転させる（する）などして、ピックアップコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃを選択して再度のデータ読み取りを行うことができる。したがって、読み取りエラーがあった場合、カード操作部３１に対する再度のカード操作を磁気カードの操作者に指示するなどすれば、磁化強度が変動した磁気ストライプからでも正確に磁気データを読み出すことができる。

以上、本発明のカードリーダおよび磁気ヘッドを図示の実施の形態に基づいて説明したが、これらに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。また、本発明は前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

本発明のカードリーダおよび磁気ヘッドは、ＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ Ｏｆ Ｓａｌｅｓ）端末などのデータ処理装置に適用でき、とりわけ金融情報が記録された磁気カードでの読み取り精度を向上することが期待される。

１０，２０，３０ カードリーダ
１１，２１，３１ カード操作部
１１ａ，２１ａ，３１ａ スリット
１２，２２，２３，３２ 磁気ヘッド
１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ ピックアップコイル
１３，２４，３３ 信号処理部
１３ａ，１３ｂ，２４ａ，２４ｂ，３３ａ 増幅回路
１３ｃ，２４ｃ 加算回路
３３ｂ 選択回路
Ｃ１ 変化点検出回路
Ｃ２ オペアンプ
Ｒ１，Ｒ２ 可変抵抗
Ｒ３ 抵抗

Claims (6)

1. 磁気ストライプを有する磁気カードから当該磁気ストライプに記録された磁気データを読み取るカードリーダにおいて、
   互いに読み取り感度の異なる複数のピックアップコイルと、
   前記磁気ストライプから前記ピックアップコイルが読み取った各電気信号を合成処理する信号処理回路と、
   を備え、前記磁気ストライプ内の磁気データを補正するようにしたことを特徴とするカードリーダ。
2. 前記信号処理回路は、前記ピックアップコイル毎に読み取られた前記電気信号を異なる増幅度で増幅してから合成処理することを特徴とする請求項１記載のカードリーダ。
3. 前記ピックアップコイルは、前記磁気ストライプの記録トラックに対応して配置された磁気ヘッドに複数設けられていることを特徴とする請求項１記載のカードリーダ。
4. 前記ピックアップコイルは、前記磁気ストライプの記録トラックに対して配置された複数の磁気ヘッドにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載のカードリーダ。
5. 磁気カードの磁気ストライプに記録された磁気データを読み取る磁気ヘッドにおいて、
   前記磁気データを電気信号として読み出す際の読み取り感度が異なる複数のピックアップコイルと、
   前記磁気データの読み取りに使用する前記ピックアップコイルを指示して、前記ピックアップコイルの選択を行う選択回路と、
   を備え、前記磁気ストライプから読み取った電気信号が正常に処理できないデータである場合、前記選択回路では別の感度を有するピックアップコイルを選択するようにしたことを特徴とする磁気ヘッド。
6. 前記ピックアップコイルは、前記磁気ストライプの記録トラックに対して物理的に切替え可能に配置されていることを特徴とする請求項５記載の磁気ヘッド。

Images