JP2014049049A - リーダライタ - Google Patents

Abstract

【課題】リーダライタとしての機能と非接触ＩＣ媒体としての機能を併有するとともに、回路の小規模化が可能なリーダライタを提供する。
【解決手段】リーダライタ１は、アンテナ１４と、アンテナ１４に接続され、リーダライタ動作の際に、アンテナ１４を介して搬送波を送出する搬送波送出部１２と、リーダライタ動作の際には搬送波送出部１２が送出する搬送波を変調し、非接触ＩＣ媒体動作の際には外部からの搬送波を変調する搬送波振幅変調部１６と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触ＩＣカード等の媒体（非接触ＩＣ媒体）との間で情報の送受信が可能なリーダライタに関する。

非接触ＩＣ媒体は、交通機関で使用される電子乗車券やプリペイドカード、個人認証カード等として広く利用されている。非接触ＩＣ媒体は、改札や商業施設、店舗等に設置されているリーダライタに近接させることで、そのリーダライタから放出される搬送波を介してリーダライタと通信を行い、決済等の処理を実行することが可能である（例えば、特許文献１参照）。非接触ＩＣ媒体の形態は、ＩＣカードや携帯電話、スマートフォン等様々である。

また、近年では、特許文献２に記載されているように、リーダライタとしての機能（非接触ＩＣ媒体と通信する機能）と非接触ＩＣ媒体としての機能（リーダライタと通信する機能）とを併有するリーダライタも知られている。

特開２００７−２４１５３８号公報 特開２００９−１２４５４６号公報

リーダライタとしての機能と非接触ＩＣ媒体としての機能を併用するリーダライタの場合、両機能それぞれに対応した回路を別個に設ける必要があるため、回路規模が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、リーダライタとしての機能と非接触ＩＣ媒体としての機能を併有するとともに、回路の小規模化が可能なリーダライタを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係るリーダライタは、
非接触ＩＣ媒体との間で通信するリーダライタ動作と、外部リーダライタとの間で通信する非接触ＩＣ媒体動作と、を行うことが可能なリーダライタであって、
アンテナと、
前記アンテナに接続され、前記リーダライタ動作の際に、前記アンテナを介して搬送波を送出する搬送波送出手段と、
前記リーダライタ動作の際には前記搬送波送出手段が送出する搬送波を変調し、前記非接触ＩＣ媒体動作の際には外部からの搬送波を変調する搬送波変調手段と、
を備え、
前記搬送波変調手段は、送信信号に従って、前記アンテナへの負荷の接続・非接続を制御するスイッチを備えることを特徴とする。

前記搬送波変調手段は、
前記搬送波送出手段と前記アンテナとの接続点に接続され、送信信号に従って、前記アンテナへのコンデンサと抵抗の直列回路の接続・非接続を制御してもよい。

搬送波周波数における前記コンデンサのインピーダンスは、前記抵抗の抵抗より小さく、
変調周波数における前記コンデンサのインピーダンスは、前記抵抗の抵抗より大きくてもよい。

本発明によれば、リーダライタは、リーダライタとしての機能と非接触ＩＣ媒体としての機能を併有するとともに、回路の小規模化が可能となる。

本発明の一実施形態に係るリーダライタの使用態様を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るリーダライタの内部構成を概略的に示す説明図である。 リーダライタの例示的な回路構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るリーダライタについて図面を参照して説明する。

本実施形態に係るリーダライタ１は、非接触ＩＣ媒体機能を備えるものであり、図１に示すように、ｉ）非接触ＩＣ媒体２が近接した場合には、非接触ＩＣ媒体２と通信を行うことにより、非接触ＩＣ媒体２からの情報読取や非接触ＩＣ媒体２への情報書込等を行うリーダライタとして機能し、また、ｉｉ）外部リーダライタ３が近接した場合には、外部リーダライタ３と通信を行うことにより、自己に記録された情報の外部リーダライタ３への送信やその書き換え等を行う非接触ＩＣ媒体として機能する。

なお、非接触ＩＣ媒体２としては、ＲＦＩＤタグ等の非接触ＩＣカードや非接触ＩＣチップを搭載した携帯電話、スマートフォン等が使用可能である。

図２は、リーダライタ１の内部構成を概略的に示すブロック図である。図３は、同リーダライタ１の例示的な回路構成を示す説明図であり、図２の要素に対応する要素には同様の符号が付されている。

リーダライタ１は、リーダライタ１の動作を制御する制御部１１と、搬送波送出部１２と、アンテナマッチング部１３と、アンテナ１４と、搬送波振幅変調部１６と、受信部１７とを備える。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び記憶装置を備え得る。ＣＰＵは、記憶装置に記憶されている動作プログラムを実行することにより、後述する以下の処理を実行することに加え、リーダライタ１全体の動作を制御する。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク、フラッシュメモリ等の公知の記憶装置を単独又は組み合わせて構成される。

また、制御部１１は、出力ポートＴＯ１とＴＯ２，入力ポートＴＩを備える。出力ポートＴＯ１は、非接触ＩＣ媒体２と通信するための搬送波を送出するときに、搬送波送出部１２に搬送波の出力を指示する搬送波出力信号を出力する。また、出力ポートＴＯ２は、送信対象のデータ（ベースバンド信号）を出力する。入力ポートＴＩは、受信部１７から供給される受信データ（ベースバンド信号）を取り込む。

搬送波送出部１２は、リーダライタ動作の際に、非接触ＩＣ媒体２と通信するための搬送波を送出する。搬送波送出部１２が送出する搬送波の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。なお、非接触ＩＣ媒体動作の際には、搬送波送出部１２の出力端はオープンゲート状態となる。

アンテナマッチング部１３は、アンテナ１４に１３．５６ＭＨｚ等の高周波を流すためのインピーダンス調整回路等から構成される。
アンテナ１４は、スパイラルパターンアンテナ等から構成される。アンテナ１４は、送信アンテナと受信アンテナとを兼ねる。

搬送波振幅変調部１６は、搬送波の振幅を変調するものであり、リーダライタ動作の際には、搬送波送出部１２から送出される搬送波の振幅をベースバンド信号により変調し、非接触ＩＣ媒体動作の際には、外部から受信する搬送波の振幅を変調する。搬送波振幅変調部１６は、１つの回路で構成され、リーダライタ動作の際にも非接触ＩＣ媒体動作の際にも、同一の回路（同一の変調方式）を使用する。

具体的には、搬送波振幅変調部１６は、搬送波送出部１２の出力端とＧＮＤ（接地端）との間に直列に接続されたキャパシタＣ１と抵抗Ｒ１とスイッチＱ１とを備える。スイッチＱ１は、例えば、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor），バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチから構成される。制御部１１の出力ポートＴＯ２から出力される送信信号（ベースバンド信号）によりスイッチＱ１をオン・オフし、アンテナ１４に負荷（抵抗Ｒ１）を接続又は非接続にすることにより、変調を行う（ロードスイッチ方式）。

より詳細に説明すると、リーダライタ動作の際には、搬送波送出部１２からアンテナ１４にアンテナマッチング部１３を介して伝達される搬送波信号が、スイッチＱ１がオンの際には、その一部が、スイッチＱ１を介して接地端に流れる。このため、アンテナ１４に供給される搬送波信号は相対的に小さくなる。一方、スイッチＱ１がオフの際には、この経路が開いてしまうため、アンテナ１４に供給される搬送波信号は相対的に大きくなる。
また、非接触ＩＣ媒体動作の際には、外部から受信する搬送波による電磁誘導によりアンテナ１４に誘導電流が流れる。誘導電流の大きさは、スイッチＱ１がオンの際には相対的に小さく、スイッチＱ１がオフの際には相対的に大きくなる。この誘導電流により、磁束が生成され、外部リーダライタ３から送信された搬送波と重畳又は相殺されて、結果として、搬送波の強度が送信信号に応じて変化する。即ち、搬送波振幅変調部１６は、受信した搬送波の振幅を送信信号に応じて変調する。
尚、搬送波の振幅変化を大きくするために、抵抗Ｒ１の値は小さな値とするのが望ましい。

また、キャパシタＣ１の容量は、搬送波周波数におけるキャパシタＣ１のインピーダンス（絶対値）≪抵抗Ｒ１となるように選択することが好ましい。これは、キャパシタＣ１のインピーダンスが大きいと、抵抗Ｒ１の接続又は非接続による搬送波の振幅の変化が相対的に小さくなるためである。

さらに、キャパシタＣ１の容量は、変調周波数（ベースバンド信号の周波数）においては、キャパシタＣ１のインピーダンス（絶対値）≫抵抗Ｒ１の値となるようにすることが好ましい。これは、変調周波数成分の無駄な電力消費を少なくするためである。

受信部１７は、アンテナ１４で受信した例えば１３．５６ＭＨｚの搬送波を検波し、受信した搬送波の強度に対応する信号レベル（電圧）の受信信号を制御部１１の入力ポートＴＩに出力する（ＡＭ復調を行う）。制御部１１は、受信部１７から入力ポートＴＩに供給された信号（ベースバンド信号）から、受信した情報を読み取る。

次に、上記構成を有するリーダライタ１の動作について説明する。

（１）リーダライタ動作
図示せぬスイッチなどにより、制御部１１にリーダライタ動作の開始が指示される。この指示に応答して、制御部１１は、出力ポートＴＯ１から、間欠的に、搬送波出力信号を出力する。搬送波出力信号がオンのとき、搬送波送出部１２が搬送波信号を出力する。この搬送波信号は、アンテナマッチング部１３を介してアンテナ１４から電磁波として出力される。

この状態において、外部の非接触ＩＣ媒体２の近接が無いとすると、受信部１７が受信する信号には特段の変化はない。このため、受信部１７は特段の処理を行わず、制御部１１は同様の動作を繰り返す。

続いて、非接触ＩＣ媒体２が近接すると、非接触ＩＣ媒体２内のアンテナとの電磁誘導により、アンテナ１４と交差する磁束の大きさが変化する。このため、アンテナ１４に逆起電力の変化が発生する。受信部１７はこれを検出し、制御部１１に通知する。制御部１１は、通知に応答して、非接触ＩＣ媒体２が近接したと判別する。

その後、制御部１１は、送信タイミングでは、搬送波出力信号を出力したまま、送信信号（ベースバンド信号）を出力ポートＴＯ２から出力する。

送信信号に応答して、スイッチＱ１がオン・オフし、アンテナ１４の負荷が変化し、アンテナ１４に供給される搬送波の強度が変化する。これにより、非接触ＩＣ媒体２に送信信号が伝送される。

一方、受信タイミングでは、制御部１１はスイッチＱ１をオフする。アンテナ１４から送出された搬送波は、近接した非接触ＩＣ媒体２の送信信号により変調される。この変調により、アンテナ１４に信号電圧が誘起する。受信部１７は、この誘起信号を検波することにより受信信号を検出し、制御部１１に伝達する。

（２）非接触ＩＣ媒体動作
図示せぬスイッチなどにより、制御部１１に非接触ＩＣ媒体動作の開始が指示される。この指示に応答して、制御部１１は、搬送波送出部１２をオフ状態に制御する。

この状態で、外部リーダライタ３に接近すると、アンテナ１４と外部リーダライタ３からの搬送波との交差により、アンテナ１４に交番電圧が発生する。

また、受信部１７は、アンテナ１４で受信した搬送波を復調し、復調した受信信号（ベースバンド信号）を制御部１１に供給する。

その一方で、送信タイミングでは、制御部１１は、送信信号により、スイッチＱ１をオン・オフする。

これにより、アンテナ１４に流れる誘導電流が変動し、誘導電流により発生する誘導磁束が外部リーダライタ３から出力される搬送波に重畳され、搬送波が変調される。外部リーダライタ３は、変調された搬送波を検波することにより、このリーダライタ１の送信信号を読み取る。

このように、本発明の実施形態に係るリーダライタ１は、リーダライタ動作の際には搬送波送出部１２が送出する搬送波を変調し、非接触ＩＣ媒体動作の際には外部からの搬送波を変調する、両動作に共通して設けられた搬送波変調手段である搬送波振幅変調部１６を備えている。従って、リーダライタ動作の際と非接触ＩＣ媒体動作の際とで用いる搬送波送出手段を共通にすることにより、回路の小規模化が可能となる。

以上、好ましい実施形態により本発明を説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において任意に変更することが可能である。例えば、各実施形態における任意的構成は適宜省略することが可能であり、或いは、一の実施形態における一部又は全部の構成を他の実施形態に追加することも可能である。

また、本明細書における「非接触ＩＣ媒体」は、電磁誘導方式でリーダライタと通信を行うことにより、情報の読み書きを行うことが可能な媒体を意味する。非接触ＩＣ媒体の形態は、ＩＣカード、携帯電話、スマートフォン等、任意である。

また、本明細書における「リーダライタ」は、電磁誘導方式で非接触ＩＣ媒体と通信を行うことにより、非接触ＩＣ媒体の情報の読み書きを行うことが可能な装置を意味する。

また、本発明の「リーダライタ」は、据え置き型の装置で構成することが可能であり、或いは、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯型の装置で構成することが可能である。

１・・・リーダライタ
２・・・非接触ＩＣ媒体
３・・・外部リーダライタ
１１・・・制御部
１２・・・搬送波送出部
１３・・・アンテナマッチング部
１４・・・アンテナ
１６・・・搬送波振幅変調部
１７・・・受信部
Ｃ１・・・キャパシタ
Ｒ１・・・抵抗
Ｑ１・・・スイッチ
ＴＩ・・・入力ポート
ＴＯ１、ＴＯ２・・・出力ポート

Claims (3)

1. 非接触ＩＣ媒体との間で通信するリーダライタ動作と、外部リーダライタとの間で通信する非接触ＩＣ媒体動作と、を行うことが可能なリーダライタであって、
   アンテナと、
   前記アンテナに接続され、前記リーダライタ動作の際に、前記アンテナを介して搬送波を送出する搬送波送出手段と、
   前記リーダライタ動作の際には前記搬送波送出手段が送出する搬送波を変調し、前記非接触ＩＣ媒体動作の際には外部からの搬送波を変調する搬送波変調手段と、
   を備え、
   前記搬送波変調手段は、送信信号に従って、前記アンテナへの負荷の接続・非接続を制御するスイッチを備える、
   ことを特徴とするリーダライタ。
2. 前記搬送波変調手段は、
   前記搬送波送出手段と前記アンテナとの接続点に接続され、送信信号に従って、前記アンテナへのコンデンサと抵抗の直列回路の接続・非接続を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリーダライタ。
3. 搬送波周波数における前記コンデンサのインピーダンスは、前記抵抗の抵抗より小さく、
   変調周波数における前記コンデンサのインピーダンスは、前記抵抗の抵抗より大きい、
   ことを特徴とする請求項２に記載のリーダライタ。

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