JP3579899B2

JP3579899B2 - IC card reader / writer

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Publication number: JP3579899B2
Application number: JP00375095A
Authority: JP
Inventors: 勝之田中; 繁有沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JPH08194785A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば自動改札システムなどにおいて、定期券などとして用いられるＩＣカードと非接触で通信を行うＩＣカードのリーダ／ライタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、例えば自動改札システムなどで用いられている定期券には、磁気的に情報が記録されており、自動改札機では、定期券が挿入されると、その磁気記録がなされている部分に磁気ヘッドを接触させて、情報を読み取るようになされている。
【０００３】
このため、利用者は、定期券をケースに収納している場合には、そこから取り出して、自動改札機に挿入する必要があり、面倒であった。
【０００４】
そこで、本件出願人は、非接触カードシステムを先に提案している。この非接触カードシステムによれば、非接触で情報のやりとり（データ通信）などを行うことができるので、これを、上述したような自動改札システムに適用した場合には、利用者は、定期券をケースに収納したままでも、自動改札機を出入りすることが可能となる。
【０００５】
図１３は、本件出願人が、先に提案した非接触カードシステムの構成例を示している。この非接触カードシステムは、例えば、上述した定期券に相当するＩＣカードと、そのＩＣカードに対して、電磁波を媒体として、非接触で電源となる電力を供給するとともに、データの読み書きやその他必要な処理を行うリーダ／ライタとで構成されている。
【０００６】
リーダ／ライタにおいては、断面形状が、例えば長方形とされているループコイル５１から、コマンドおよび必要ならば書き込みデータが、電磁波として放射され、さらに一定期間、無変調波が放射される。即ち、まずＣＰＵ５３において、所定のプログラムにしたがい、所定の変調波に対応した電圧をループコイル５１に印加するように、変調／復調回路５２が制御される。
【０００７】
変調／復調回路５２のうちの変調処理を行う変調回路は、例えば図１４に示すように、所定の周波数（例えば、超短波帯、あるいはそれ以下の周波数）のキャリアを発生するキャリア発生器１、およびＣＰＵ５３の制御にしたがって増幅率が変化する駆動回路（アンプ）２から構成されている。そして、駆動回路２には、キャリア発生器１からキャリアが入力されるようになされている。
【０００８】
駆動回路２の増幅率は、ＩＣカードに対して送信すべきコマンドや書き込みデータなどに対応して、ＣＰＵ５３に制御され、従って駆動回路２では、キャリアが、ＩＣカードに対して送信すべきコマンドや書き込みデータなどにしたがって振幅変調されて出力される。
【０００９】
駆動回路２の出力端子は、アンテナ（ループアンテナ）であるコイル（ループコイル）５１に接続されており、従って駆動回路２より出力された振幅変調波は、ループコイル５１に供給される。即ち、ループコイル５１には、振幅変調波に対応する電圧が印加される。これにより、ループコイル５１では、その電圧に対応した電流が流れ、その電流の変化に対応した磁束（磁界）が発生する。
【００１０】
即ち、ループコイル５１からは、駆動回路２より出力された振幅変調波が、電磁波として放射される。
【００１１】
その後、リーダ／ライタでは、ＣＰＵ５３によって、駆動回路２の増幅率が一定値になるように制御され、これにより無変調波が、上述した振幅変調波と同様にして、電磁波として放射される。
【００１２】
そして、ＩＣカードから応答があったか否かが判定される。ここで、ＩＣカードから応答があったか否かは、次のようにして判定される。即ち、ＩＣカードにおいては、図１３には図示していないが、例えば図１５に示すように、ループコイル４１とコンデンサ（共振容量）４４とが並列に接続されて共振回路が構成されている。さらに、コンデンサ４４には、コンデンサ４５とスイッチ（例えば、ＦＥＴなど）４６とが直列接続された直列回路が並列接続されており、従って、スイッチ４６がオン／オフすることで、共振回路は、ループコイル４１およびコンデンサ４４、またはループコイル４１、コンデンサ４４、および４５で構成されるようになり、その共振周波数（インピーダンス）が変化するようになされている。
【００１３】
ＩＣカードでは、リーダ／ライタに応答する場合、スイッチ４６をオン／オフするようになされており、これにより、その共振回路の共振周波数（インピーダンス）を変化させる。この場合、ＩＣカードとリーダ／ライタとが、ループコイル４１と５１との間で相互誘導を生じる距離にあれば、上述したように無変調波に対応する電磁波を放射しているリーダ／ライタの駆動回路２とループコイル５１との接続点（ループコイル５１の端子）ＡおよびＢ（図１４）からループアンテナ５１側を見たインピーダンスは、スイッチ４６のオン／オフに対応して変化することになり、従って点Ａ（Ｂ）の電圧も変化することになる。ＡＢ間の電圧は、変調／復調回路５２（図１３）で検波、復調され、ＣＰＵ５３に供給されるようになされており、ＩＣカードから応答があったか否かは、ＣＰＵ５３において、変調／復調回路５２からの信号（復調信号）に基づいて判定される。
【００１４】
ＣＰＵ５３において、ＩＣカードから応答がなかったと判定された場合、即ちＩＣカードとリーダ／ライタとが、ループコイル４１と５１との間で相互誘導を生じる距離にない場合、ＩＣカードから応答があるまで、上述したようにして振幅変調波と無変調波とを放射する処理が繰り返される。
【００１５】
一方、ＣＰＵ５３において、ＩＣカードから応答があったと判定された場合、上述したように得られる応答としての変調／復調回路５２からの復調信号に基づいて、必要な処理が行われる。即ち、図１３の非接触カードシステムが、例えば自動改札システムである場合には、ＣＰＵ５３によって、ディスプレイやアクセスコントローラ、その他の装置が制御され、ディスプレイに必要な表示がなされるとともに、アクセスコントローラによって、扉（図示せず）の開閉が行われる。さらに、その他の装置において、所定の処理が行われる。
【００１６】
次に、図１３に示したＩＣカードについて説明する。ＩＣカードでは、まず最初に、リーダ／ライタから放射された電磁波が受信される。即ち、ＩＣカードが、リーダ／ライタに近づけられ、ループコイル４１と５１との間で相互誘導を生じる距離となると、ループコイル４１は、ループコイル５１より放射された電磁界（磁束）のうち、そこに鎖交する磁束の変化（磁界の変化）に応じて逆起電力を生じる。
【００１７】
ここで、図１３には図示していないが、ＩＣカードにおいては、上述した図１５に示したように、ループコイル４１は、コンデンサ４４と並列に接続され、これにより共振回路が構成されている。従って、ループコイル４１で発生した電圧のうち、ループコイル４１およびコンデンサ４４で構成される共振回路の共振周波数を中心とする所定の周波数帯域のものは、効率良く、後段のＩＣ４２に供給される。
【００１８】
なお、ループコイル４１およびコンデンサ４４で構成される共振回路の共振周波数は、例えばリーダ／ライタが有するキャリア発生器１（図１４）が発生するキャリアの周波数と同一にされている。
【００１９】
そして、ＩＣ４２に対し、電源の供給が開始され、その後、ループコイル４１およびコンデンサ４４（図１５）で構成される共振回路を通過した信号が検波される。
【００２０】
即ち、ループコイル４１およびコンデンサ４４で構成される共振回路を通過した信号は、図示せぬ整流／検波用のダイオードおよび平滑用のコンデンサを介することにより、整流、平滑化され（リップルが除去され）、レギュレータ４３に供給されるようになされている。そして、レギュレータ４３では、そこに入力された信号が安定化されることにより所定の一定電圧とされ、これが、電源として、ＩＣ４２に供給される。
【００２１】
以上のようにして、ＩＣ４２に電源が供給され、その動作が可能な状態となった後、ループコイル４１およびコンデンサ４４で構成される共振回路を通過した信号は、上述した整流／検波用のダイオードを介することにより検波され、さらに図示せぬ交流結合用のコンデンサを介することにより、直流分が除去されて、ＩＣ４２に供給される。
【００２２】
ＩＣ４２では、そこに入力された信号に含まれるコマンドが解釈され、そのコマンドに対応した処理が行われる。即ち、そのコマンドが、例えば書き込みを要求するものである場合には、入力された信号に含まれるデータ（書き込みデータ）が、図示せぬメモリ（例えば、不揮発性メモリなど）に書き込まれる。また、コマンドが、例えば読み出しを要求するものである場合には、メモリからデータが読み出され、そのデータに対応して、図１５に示したスイッチ４６のオン／オフ制御がなされる。
【００２３】
ここで、スイッチ４６は、ＩＣ４２の制御にしたがってオン／オフし（なお、通常は、オフ状態になっている）、スイッチ４６がオンになった場合には、ループコイル４１およびコンデンサ４４でなる並列共振回路に、コンデンサ４５が並列に接続されることになるので、上述したようにして、リーダ／ライタにおける点ＡとＢとの間の電圧（図１４）は、読み出されたデータに対応して変化することになる。
【００２４】
なお、図１３では、ＩＣカードに電源を設けず、リーダ／ライタから電源の供給を受けるようにしたが、ＩＣカード自体に電源を設けるようにすることも可能である。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような非接触カードシステムにおいては、ＩＣカードとリーダ／ライタとの間の通信距離を延ばすことが望まれている。通信距離を長くするには、例えばリーダ／ライタのループコイル５１から発生させる磁界の強度を上げることが考えられる。
【００２６】
しかしながら、図１４に示したように、ループコイル５１に、駆動回路２が直接接続されている場合に、そのループコイル５１から発生させる磁界の強度を上げるためには、駆動回路２の出力電圧を高く（駆動回路２が出力する電圧の振幅を大きく）し、ループコイル５１に変化の大きな電流を流す必要があるが、駆動回路２の出力電圧の振幅の最大値（最小値）は、そこに印加されている電源電圧ＶＣＣ以上にすることはできず、従って、駆動回路２の出力電圧は、電源電圧ＶＣＣにより制限される。
【００２７】
そこで、電源電圧ＶＣＣを大きくする方法があるが、この場合、駆動回路２は、大きな出力電流を流すことができるように構成する必要があり、従って、その構成や、回路素子が制限され、装置が大型化、高コスト化する課題があった。
【００２８】
そこで、図１６に示すように、ループコイル５１の両端に、コンデンサ６１を並列に接続し、これによりループコイル５１とコンデンサ６１とで並列共振回路を構成する方法がある。
【００２９】
この場合、上述した場合と同様に、駆動回路２の電源電圧ＶＣＣによる制限を受けるが、ループコイル５１とコンデンサ６１とで構成される並列共振回路の共振周波数（ループコイル５１の同調周波数）が、キャリアの周波数と一致するようにすれば、図１７に示すように、駆動回路２の出力側から見た並列共振回路のインピーダンスは高くなるから、即ち駆動回路２に対する負荷は軽くなるから、駆動回路２は、それほど大きな出力電流を流すことができるように構成する必要はない。
【００３０】
しかしながら、ＩＣカードとリーダ／ライタとが、ループコイル４１と５１との間で相互誘導を生じる距離に近づくと、その相互誘導により、ループコイル５１とコンデンサ６１とで構成される並列共振回路の共振周波数が、キャリアの周波数からずれ、これにより駆動回路２の出力側から見た並列共振回路のインピーダンスは下がる、即ち駆動回路２に対する負荷が重くなることになる。
【００３１】
従って、駆動回路２からの出力電流は増加することになるが（駆動回路２の出力インピーダンスが、並列共振回路のインピーダンスに比較して充分小さくない場合には、駆動回路２からの出力電流は大きく増加する）、駆動回路２が、そのような大きな電流を出力することができるようになされていない場合には、ループコイル５１から発生される磁界の強度が低下し、図１３に示したようなリーダ／ライタから電源の供給を受けるようになされているＩＣカードに対し、動作可能な電源を供給することが困難になる課題があった。
【００３２】
一方、駆動回路２の電源電圧ＶＣＣによる制限を受けないようにするには、図１８に示すように、ループコイル５１の一端と、駆動回路２の一端との間にコンデンサ７１を直列に接続し、これによりループコイル５１とコンデンサ７１とで直列共振回路を構成する方法がある。
【００３３】
この場合、ループコイル５１とコンデンサ７１とで構成される直列共振回路の共振周波数（ループコイル５１の同調周波数）が、キャリアの周波数と一致するようにすれば、ループコイル５１の端子間の電圧は、駆動回路２の出力電圧のほぼ、いわゆるＱ倍となるから、上述したような駆動回路２の電源電圧ＶＣＣによる制限を受けない。
【００３４】
しかしながら、この場合には、駆動回路２の出力側から見た直列共振回路のインピーダンスは低くなるから、即ち駆動回路２に対する負荷は重くなるから、駆動回路２は、大きな出力電流を流すことができるように構成する必要があり、上述したように、装置が大型化、高コスト化する課題があった。さらに、この場合、ＩＣカードとリーダ／ライタとが、ループコイル４１と５１との間で相互誘導を生じる距離に近づくと、その相互誘導により、ループコイル５１とコンデンサ７１とで構成される直列共振回路の共振周波数が、キャリアの周波数からずれ、これによりループコイル５１の端子間の電圧が低下し、上述した並列共振回路を構成した場合と同様に、やはりループコイル５１から発生される磁界の強度が低下する課題があった。
【００３５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、所定の電源電圧の下で、リーダ／ライタが発生する磁界の強度を向上させることにより、ＩＣカードとリーダ／ライタとの通信距離を延ばし、さらに、ＩＣカードとリーダ／ライタとが接近したときの、リーダ／ライタが発生する磁界の強度の低下を軽減（防止）することができるようにするものである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のＩＣカードのリーダ／ライタは、磁界を発生することによって、ＩＣカードとの通信を、非接触で行うＩＣカードのリーダ／ライタであって、同一平面上に配置された複数の同一形状のコイルからなる複数のループアンテナ（例えば、図１に示すループコイル３ａ乃至３ｄや、図３に示すループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄ、図４に示すループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ５ａ乃至５ｄ、図１０に示す１次側ループコイルＬ1，２次側ループコイルＬ2、およびコンデンサＣなど）と、複数のループアンテナに電圧を印加する電圧印加手段（例えば、図１に示すキャリア発生器１および駆動回路２ａ乃至２ｄや、図５に示すキャリア発生器１、駆動回路６ａ、および６ｂなど）と、複数のループアンテナ全体を囲む大コイル（例えば、図８に示すループコイル３１など）と、大コイルに接続される可変コンデンサ（例えば、図８に示す可変コンデンサ３２など）とを備え、複数のループアンテナそれぞれは、電圧印加手段によって電圧が印加される１次コイル（例えば、図１０に示す１次側ループコイルＬ 1 など）と、その１次コイルと相互誘導を生じる２次コイル（例えば、図１０に示すループコイルＬ 2 など）と、その２次コイルに接続されたコンデンサ（例えば、図１０に示すコンデンサＣなど）とで構成され、２次コイルとコンデンサとで形成される共振回路の共振周波数は、大コイルおよび可変コンデンサによって調整されることを特徴とする。
【００３７】
複数のループアンテナは、所定の長方形を、その縦または横方向に等分するように配置することができる。また、複数のループアンテナは、所定の長方形を、その重心を通る線分で等分するように配置することができる。
【００３８】
大コイルおよび可変コンデンサの接続点の電圧に対応して、復調を行う復調手段（例えば、図８に示すコンパレータ１５など）をさらに備えることができる。
【００３９】
複数のループアンテナそれぞれの、前記２次コイルとコンデンサとの接続点の電圧を検波したものに重み付けをして加算する加算手段（例えば、図６に示すオペアンプ１３、抵抗Ｒ、およびＲ a 乃至Ｒ d など）をさらに備えることができる。
【００４０】
加算手段の出力を復調する復調手段（例えば、図６に示すコンパレータ１５など）をさらに備えることができる。
【００４６】
【作用】
本発明のＩＣカードのリーダ／ライタにおいては、同一平面上に配置された複数の同一形状のコイルからなる複数のループアンテナに電圧が印加される。また、複数のループアンテナそれぞれは、電圧が印加される１次コイルと、その１次コイルと相互誘導を生じる２次コイルと、その２次コイルに接続されたコンデンサとで構成され、２次コイルとコンデンサとで形成される共振回路の共振周波数は、大コイルおよび可変コンデンサによって調整されるようになされている。
【００４９】
【実施例】
図１は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第１実施例の構成を示している。なお、図中、図１４における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。また、同図においては（後述する図３乃至図５、図７、図１０、および図１１においても同様）、前述した図１３に示したリーダ／ライタにおける変調／復調回路５２のうちの復調を行う復調回路に相当する部分、およびＣＰＵ５３の図示を省略してある。
【００５０】
このリーダ／ライタにおいては、キャリア発生器１の出力端子が、駆動回路２ａ乃至２ｄの入力端子それぞれと並列に接続されている。駆動回路２ａ乃至２ｄは、すべて、例えば図１４に示した駆動回路２と同様に構成されるもので、即ち特性が同一のもので、その出力端子は、ループコイル３ａ乃至３ｄとそれぞれ接続されている。駆動回路２ａ乃至２ｄは、図１では図示していないＣＰＵ５３（図１３）によって、その増幅率が制御され（駆動回路２ａ乃至２ｄの増幅率は、すべて同一の値となるように制御される）、キャリア発生器１から供給されるキャリアを振幅変調して、その振幅変調波に対応する電圧を、ループコイル３ａ乃至３ｄに、それぞれ印加するようになされている。
【００５１】
なお、図１においては（後述する図３乃至図８においても同様）、電源ＶＣＣおよびグランドの図示を省略してある。
【００５２】
ループコイル３ａ乃至３ｄは、同一形状のコイルで（ここでは、巻数も同一とする）、所定の長方形を、その縦および横方向に２等分するように、同一平面上に配置されており、リーダ／ライタのアンテナ（ループアンテナ）を形成している。即ち、ループコイル３ａ乃至３ｄは、例えば図２に示すように、従来のループコイル５１（図１３、図１４）の断面である長方形（図中、点線で示す部分）の縦および横を２等分して得られる４つの長方形を断面とするコイルで、例えばプリント基板上に、パターンとして形成されている。
【００５３】
なお、ループコイル３ａ乃至３ｄと駆動回路２ａ乃至２ｄとの接続、およびループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの巻線の方向は、駆動回路２ａ乃至２ｄから、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに対して同一電圧が印加された場合に、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれから同一の方向に磁界が発生するようになされている。
【００５４】
以上のように構成されるリーダ／ライタでは、駆動回路２ａ乃至２ｄにおいて、キャリア発生器１から供給されるキャリアが振幅変調され、その振幅変調波に対応する電圧が、ループコイル３ａ乃至３ｄに、それぞれ印加される。駆動回路２ａ乃至２ｄでは、同一の信号源であるキャリア発生器１１からのキャリアが増幅され、ループコイル３ａ乃至３ｄに供給される。上述したように、駆動回路２ａ乃至２ｄの特性はすべて同一であるから、駆動回路２ａ乃至２ｄから出力される電圧が、ループコイル３ａ乃至３ｄに印加されることにより、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれには、同位相の電流が流れ、これにより磁界が発生される。
【００５５】
ループコイル３ａ乃至３ｄと駆動回路２ａ乃至２ｄとの接続、およびループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの巻線の方向は、上述したように駆動回路２ａ乃至２ｄから、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに対して同一電圧が印加された場合に、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれから同一の方向に磁界が発生するようになされているから、いまの場合、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれから発生する磁界を合成した磁界（以下、適宜、合成磁界という）の強度は最大となる。
【００５６】
ここで、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれのインダクタンスが、従来のループコイル５１のインダクタンスと同一になるように、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの巻数を設定したとすると、駆動回路２ａ乃至２ｄそれぞれに対する負荷は、従来の場合と同一であり、従ってループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれには、従来の場合と同一の電流が流れることになる。
【００５７】
そして、図２に示したように、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの断面積は、ループコイル５１の断面積より小さいから、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれのインダクタンスが、従来のループコイル５１のインダクタンスと同一になるように、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの巻数を設定した場合には、その巻数は、ループコイル５１の巻数より多くなる。
【００５８】
従って、ループコイル３ａ乃至３ｄ全体を１つのコイルとして見ると、その外周に流れる電流は、従来の場合と同一であるが、その巻数は多くなったことになる。コイルから発生する磁界の強度は、その巻数に比例するから、ループコイル３ａ乃至３ｄによる合成磁界の強度は、ループコイル５１による磁界の強度より大きくなることになる。
【００５９】
一方、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの巻数を、従来のループコイル５１の巻数と同一とした場合には、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの断面積は、ループコイル５１の断面積より小さいから、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれのインダクタンスは、ループコイル５１のインダクタンスより小さくなる。
【００６０】
従って、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに流れる電流は、ループコイル５１に流れる電流より大きくなり、ループコイル３ａ乃至３ｄ全体を１つのコイルとして見ると、その外周に流れる電流は、従来の場合よりも大きくなる（但し、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに流れる電流は、駆動回路２ａ乃至２ｄの能力の範囲内とする）。コイルから発生する磁界の強度は、そこに流れる電流に比例するから、ループコイル３ａ乃至３ｄによる合成磁界の強度は、ループコイル５１による磁界の強度より大きくなることになる。
【００６１】
以上のように、駆動回路２ａ乃至２ｄの電源電圧ＶＣＣが、従来の場合と同一であっても、磁界の強度を向上させることができ、これによりＩＣカードとの通信距離を延ばすことができる。
【００６２】
次に、図３は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第２実施例の構成を示している。なお、図中、図１における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、ループコイル３ａ乃至３ｄと駆動回路２ａ乃至２ｄとの接続点に、ループコイル３ａ乃至３ｄに対して並列に、コンデンサ４ａ乃至４ｄが、それぞれ新たに設けられている他は、図１のリーダ／ライタと同様に構成されている。従って、このリーダ／ライタにおいては、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ４ａ乃至４ｄとでそれぞれ構成される並列共振回路が、リーダ／ライタのアンテナを形成している。
【００６３】
なお、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ４ａ乃至４ｄとで構成されている並列共振回路それぞれの共振周波数は、キャリア発生器１が発生するキャリアの周波数と同一とされている。
【００６４】
よって、この場合、前述した図１６における場合と同様に、駆動回路２ａ乃至２ｄに対する負荷が軽くなり、駆動回路２ａ乃至２ｄとしては、それほど大きな電流を流すことができるものを用いずに済むので、装置を大型化、高コスト化することなく（装置の大型化、高コスト化を最小限に押さえて）、磁界の強度を向上させることができ、これによりＩＣカードとの通信距離を延ばすことができる。
【００６５】
さらに、この場合、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの断面積は、従来のループコイル５１の断面積より小さく、また、対向するコイルどうしの相互誘導による結合の強さは、その対向する面積に比例するから、図１５に示したＩＣカードが接近しても、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれと、ＩＣカードにおけるループコイル４１との結合の強さは、従来の場合（図１３）に比較して弱くなるので、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ４ａ乃至４ｄとで構成されている並列共振回路それぞれの共振周波数は、それほどずれることはなく、従って、ＩＣカードが接近することによる磁界の強度の低下を防止することができる（低減することができる）。
【００６６】
なお、ＩＣカードのループコイル５１と、リーダ／ライタのループコイル３ａ乃至３ｄのうちのいずれかとが、結合が強くなるような形で対向しても、ループコイル３ａ乃至３ｄのうちの他のものからの寄与により、磁界の強度の低下を防止することができる。
【００６７】
次に、図４は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第３実施例の構成を示している。なお、図中、図１における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、ループコイル３ａ乃至３ｄと駆動回路２ａ乃至２ｄとの２つの接続点のうちの一方に、ループコイル３ａ乃至３ｄに対して直列に、コンデンサ５ａ乃至５ｄが、それぞれ新たに設けられている他は、図１のリーダ／ライタと同様に構成されている。従って、このリーダ／ライタにおいては、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ５ａ乃至５ｄとでそれぞれ構成される直列共振回路が、リーダ／ライタのアンテナを形成している。
【００６８】
なお、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ５ａ乃至５ｄとで構成されている直列共振回路それぞれの共振周波数は、キャリア発生器１が発生するキャリアの周波数と同一とされている。
【００６９】
よって、この場合、前述した図１８における場合と同様に、駆動回路２ａ乃至２ｄの電源電圧ＶＣＣによる制限を受けず、さらに、従来の場合よりも磁界の強度を向上させることができる。また、この場合も、図３における場合と同様に、ＩＣカードが接近することによる磁界の強度の低下を防止することができる。
【００７０】
但し、この場合、前述した図１８における場合と同様に、駆動回路２ａ乃至２ｄに対する負荷が重くなるので、駆動回路２ａ乃至２ｄの能力の範囲内の電流が流れるように、回路設計を行う必要がある。
【００７１】
ここで、以上においては、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに対し、１つの駆動回路、即ち駆動回路２ａ乃至２ｄそれぞれを設けるようにしたが、駆動回路が、複数のループコイルを駆動する能力を有する場合には、ループコイルを駆動する駆動回路として、４つの駆動回路２ａ乃至２ｄを設けるのではなく、１または２の駆動回路を設けて、リーダ／ライタを構成することが可能である。
【００７２】
図５は、２つの駆動回路を設けてリーダ／ライタを構成した場合（本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第４実施例の構成）を示している。なお、図中、図１における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。
【００７３】
駆動回路６ａ，６ｂは、駆動回路２ａ乃至２ｄと同様に構成され、駆動回路６ａの出力端子は、ループコイル３ａおよび３ｂの端子と並列に接続されており、駆動回路６ｂの出力端子は、ループコイル３ｃおよび３ｄの端子と並列に接続されている。即ち、駆動回路６ａまたは６ｂは、２つのループコイル３ａおよび３ｂ、または３ｃおよび３ｄを、それぞれ駆動するようになされている。
【００７４】
従って、この場合、４つの駆動回路２ａ乃至２ｄを設ける場合に比較して、装置の大型化、高コスト化を防止（低減）することができる。
【００７５】
なお、同様にして、１つの駆動回路で、リーダ／ライタを構成することも可能である。また、図５は、図１のリーダ／ライタを、４つの駆動回路２ａ乃至２ｄに代えて２つの駆動回路６ａおよび６ｂを設けて構成した場合を示しているが、図３および図４、その他後述するリーダ／ライタについても、同様に構成することが可能である。
【００７６】
次に、図６は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第５実施例の構成を示している。なお、図中、図１における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、検波回路１１ａ乃至１１ｄ，ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄ、抵抗Ｒａ乃至Ｒｄ，Ｒ、オペアンプ１３、増幅器１４、およびコンパレータ１５が、新たに設けられている他は、図１のリーダ／ライタと同様に構成されている。
【００７７】
検波回路（例えば、ダイオードなどで構成される）１１ａ乃至１１ｄは、駆動回路２ａ乃至２ｄとループコイル３ａ乃至３ｄとの接続点、即ちループコイル３ａ乃至３ｄの端子にそれぞれ接続されており、ループコイル３ａ乃至３ｄの端子に現れる信号を検波して、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄにそれぞれ出力するようになされている。ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄは、検波回路１１ａ乃至１１ｄから供給される検波信号のうちの、高域成分をカットし、低域成分だけを、それぞれ抵抗Ｒａ乃至Ｒｄを介して、オペアンプ１３の反転入力端子に供給するようになされている。
【００７８】
抵抗Ｒａ乃至Ｒｄの一端は、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄの出力端子にそれぞれ接続されており、また、その他端は、オペアンプ１３の反転入力端子に接続されている。オペアンプ１３の非反転入力端子は接地されており、また、その出力端子は、抵抗Ｒの一端と接続されている。抵抗Ｒの他端は、オペアンプ１３の反転入力端子と接続されている。
【００７９】
従って、オペアンプ１３、抵抗Ｒ、およびＲａ乃至Ｒｄは、加算器を構成しており、いま、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄの出力信号を、ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤとそれぞれすると、オペアンプ１３からは、次式で表される出力Ｙが得られることになる。
Ｙ＝−Ｒ×（ＳＡ／Ｒａ＋ＳＢ／Ｒｂ＋ＳＣ／Ｒｃ＋ＳＤ／Ｒｄ）
【００８０】
オペアンプ１３の出力は、増幅器１４に供給されるようになされている。増幅器１４は、オペアンプ１３の出力を増幅して、コンパレータ１５に供給するようになされている。なお、オペアンプ１３では、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出力信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤが、その符号を反転して加算されるので、増幅器１４においては、オペアンプ１３の出力信号を、その符号を反転して増幅するようになされている。
【００８１】
コンパレータ１５は、増幅器１４から供給される信号を、所定の電圧と比較し、その大小によって、増幅器１４の出力信号を２値化して、図６では図示していないＣＰＵ５３（図１３）に供給するようになされている。
【００８２】
なお、以上の検波回路１１ａ乃至１１ｄ，ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄ、抵抗Ｒａ乃至Ｒｄ，Ｒ、オペアンプ１３、増幅器１４、およびコンパレータ１５で構成される部分は、図１３の復調／変調回路のうちの復調を行う復調回路に対応する部分である。
【００８３】
図１４で説明した場合と同様に、ＩＣカードから応答があった場合には、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの端子間の電圧が変化するので、即ち駆動回路２ａ乃至２ｄより出力されるキャリアの振幅、位相が変化するので、これを、検波、復調することにより、ＩＣカードからのデータを得ることができる。
【００８４】
この場合、ループコイル３ａ乃至３ｄのうちのいずれかの端子間の電圧だけを検波、復調するようにしても良いが、上述したように、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれと、ＩＣカードにおけるループコイル５１との結合は弱いため、ループコイル３ａ乃至３ｄのうちのいずれかの端子間の電圧だけによるときには、その変化を、正確に検出することができないおそれがある。
【００８５】
そこで、図６のリーダ／ライタでは、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの端子間の電圧を加算し、その加算値にしたがって、データの復調を行うようになされている。
【００８６】
即ち、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの端子間に現れた信号は、検波回路１１ａ乃至１１ｄに供給され、そこで検波される。そして、その結果得られた検波信号は、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄおよび抵抗Ｒａ乃至Ｒｄをそれぞれ介して、オペアンプ１３に供給される。オペアンプ１３では、上述した式にしたがって、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出力信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤが加算され、その加算値が、増幅器１４を介して、コンパレータ１５に出力される。コンパレータ１５では、増幅器１４からの信号が復号、即ち２値化され、ＣＰＵ５３（図１３）に供給されて、その後、必要なディジタル信号処理が施される。
【００８７】
なお、ループコイル３ａ乃至３ｄの特性が完全に同一である場合には、抵抗値Ｒａ乃至Ｒｄは同一、即ちＲａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ＝ＲＸとされる。この場合、オペアンプ１３の出力信号Ｙは、
Ｙ＝−Ｒ／ＲＸ×（ＳＡ＋ＳＢ＋ＳＣ＋ＳＤ）
となり、従って、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出力信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、同一の重み付けで加算される。
【００８８】
また、ループコイル３ａ乃至３ｄの特性が異なる場合には、抵抗値Ｒａ乃至Ｒｄは、その特性に対応して決定される。この場合、オペアンプ１３では、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄそれぞれの出力信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤは、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの特性を同一に補正するような重みＲ／Ｒａ，Ｒ／Ｒｂ，Ｒ／Ｒｃ，Ｒ／Ｒｄがそれぞれかけられて加算される。なお、このような重み付け加算は、駆動回路２ａ乃至２ｄの特性が完全に同一でない場合にも適用することができる。
【００８９】
この場合、データの誤り率を低減することができる。
【００９０】
なお、図６には、図１のリーダ／ライタに、検波回路１１ａ乃至１１ｄ，ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄ、抵抗Ｒａ乃至Ｒｄ，Ｒ、オペアンプ１３、増幅器１４、およびコンパレータ１５で構成される復調回路を設けた場合を示したが、この他、この復調回路は、図３、図４、あるいは後述する図７のリーダ／ライタに設けることも可能である。
【００９１】
ところで、複数のループコイル３ａ乃至３ｄに、図３や図４に示したようにコンデンサ４ａ乃至４ｄや５ａ乃至５ｄを設けて共振回路を構成した場合には、各共振回路について、共振周波数の調整（共振周波数をキャリアの周波数に一致させる調整）を行う（同調をとる）必要が生じることとなり、装置の製造工程が煩雑化する。
【００９２】
そこで、図７は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第６実施例の構成を示している。なお、図中、図３における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、コンデンサ４ａ乃至４ｄが削除され、コンデンサ２１ａ乃至２１ｄ，２２ａ乃至２２ｄ、可変容量ダイオード（バリキャップ）２３ａ乃至２３ｄ、抵抗２４ａ乃至２４ｄ，２５ａ乃至２５ｄ、コンデンサ２６ａ乃至２６ｄ、電圧源２７、可変抵抗２８が新たに設けられている他は、図３のリーダ／ライタと同様に構成されている。
【００９３】
ここで、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄは、逆バイアス電圧が印加されると、その容量が変化するもので、すべて同一特性を有し、図３におけるコンデンサ４ａ乃至４ｄにそれぞれ代えて設けられているものである。従って、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄと、ループコイル３ａ乃至３ｄとで並列共振回路がそれぞれ構成されている。
【００９４】
コンデンサ２１ａ乃至２１ｄは、電圧源２７による直流電圧が可変抵抗２８で分圧されることにより流れる直流電流が、駆動回路２ａ乃至２ｄに流れ込まないようにするためのもので、その一端は、駆動回路２ａ乃至２ｄの出力端子の一方にそれぞれ接続されており、その他端は、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄのカソードにそれぞれ接続されている。コンデンサ２２ａ乃至２２ｄも、コンデンサ２１ａ乃至２１ｄと同様に、直流電流が、駆動回路２ａ乃至２ｄに流れ込まないようにするためのもので、その一端は、駆動回路２ａ乃至２ｄの出力端子の他方にそれぞれ接続されており、その他端は、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄのアノードにそれぞれ接続されている。
【００９５】
バリキャップ２３ａ乃至２３ｄとコンデンサ２１ａ乃至２１ｄとの接続点には、コンデンサ２６ａ乃至２６ｄの一端がそれぞれ接続されている。なお、コンデンサ２６ａ乃至２６ｄは、電圧源２７による直流電圧を可変抵抗２８で分圧した電圧により電流がコイル３ａ乃至３ｄに流れ込むのを防止するためのものである。
【００９６】
コンデンサ２６ａ乃至２６ｄの他端には、ループコイル３ａ乃至３ｄの一端がそれぞれ接続されており、その他端は、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄとコンデンサ２２ａ乃至２２ｄとの接続点とそれぞれ接続されている。
【００９７】
さらに、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄのカソードは、抵抗２４ａ乃至２４ｄをそれぞれ介して、可変抵抗２８の端子ｂと接続されており、また、そのアノードは、抵抗２５ａ乃至２５ｄをそれぞれ介して可変抵抗２８の端子ｃと接続されている。なお、抵抗２４ａ乃至２４ｄおよび２５ａ乃至２５ｄは、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄの保護のためのものである。
【００９８】
可変抵抗２８は、端子ｂの位置を調整することにより、端子ａｂ間および端子ｂｃ間の抵抗値が変化するようになされており、その端子ａまたはｂは、電圧源２７の＋または−端子にそれぞれ接続されている。
【００９９】
従って、端子ａｃ間または端子ｂｃの抵抗値を、それぞれＲａｃまたはＲｂｃとし、電圧源２７の電圧をＥとした場合には、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄには、同一の逆バイアス電圧Ｅ×Ｒｂｃ／Ｒａｃが印加され、その容量は同一となる。
【０１００】
よって、ループコイル３ａ乃至３ｄの特性が同一であり、その配置関係が対称（ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれに対する他のループコイルとの結合の度合いが同一）であれば、端子ｂｃ間の抵抗値を調整するだけで、バリキャップ２３ａ乃至２３ｄと、ループコイル３ａ乃至３ｄとでそれぞれ構成される並列共振回路の共振周波数を、すべて同一の値とすることができる。即ち、共振周波数の調整は、１度行えば済むことになる。
【０１０１】
なお、図７においては、ループコイル３ａ乃至３ｄにより並列共振回路が構成される場合について説明したが、ループコイル３ａ乃至３ｄにより直列共振回路が構成される場合についても同様にして、共振周波数の調整を、１度で済ませるようにすることが可能である。
【０１０２】
また、図７において、復調回路への出力は、ループコイル３ａ乃至３ｄとコンデンサ２６ａ乃至２６ｄとの接続点、およびループコイル３ａ乃至３ｄとバリキャップ２３ａ乃至２３ｄのアノードとの接続点から得るようにすれば良い。
【０１０３】
次に、共振周波数の調整を、１度で済ませるようにするには、次のようにリーダ／ライタを構成するようにしても良い。即ち、図８は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第７実施例の構成を示している。なお、図中、図３または図６における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。
【０１０４】
このリーダ／ライタにおいては、ループコイル３ａ乃至３ｄ全体を囲むように、ループコイル３１が配置され、その端子には、可変コンデンサ（半固定コンデンサ）３２が並列に接続されている。ループコイル３１および可変コンデンサ３２の接続点には、検波回路１１ａ乃至１１ｄと同様に構成されている検波回路１１が接続されており、その後段には、ＬＰＦ１２ａ乃至１２ｄと同様に構成されているＬＰＦ１２、増幅器１４、コンパレータ１５が順次接続されている。
【０１０５】
なお、ループコイル３１は、ループコイル３ａ乃至３ｄが形成されたプリント基板上、あるいはそのループコイル３ａ乃至３ｄが形成された面とは反対側の面に、パターンとして形成することができる。
【０１０６】
この場合、まず、ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄでそれぞれ構成される４つの共振回路の共振周波数が、キャリアの周波数より高い周波数となるようなキャパシタンスのコンデンサ４ａ乃至４ｄを配置する。ここで、このループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄのみで決まる共振周波数を、設定共振周波数という。
【０１０７】
図８においては、ループコイル３ａ乃至３ｄ全体を囲むように、ループコイル３１が配置されているから、ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄでそれぞれ構成される４つの共振回路の共振周波数は、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれと、ループコイル３１との間で生じる相互誘導作用により、設定共振周波数より下がることになる。
【０１０８】
しかしながら、ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄでそれぞれ構成される４つの共振回路、並びにループコイル３１および可変コンデンサ３２で構成される並列共振回路の全体としての共振周波数は、可変コンデンサ３２の容量を変えることにより、キャリアの周波数に一致するように調整することができる（例えば、設定共振周波数を２０ＭＨｚ程度とし、キャリアの周波数を１３ＭＨｚ程度とした場合には、数１０ｐＦ程度の可変コンデンサ３２を用いることで調整を行うことができる）。従って、この場合も、共振周波数の調整を、１度で済ませることができる。
【０１０９】
さらに、このリーダ／ライタにおいては、ＩＣカードから応答があった場合には、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれの端子間の電圧が変化するが、その変化は、ループコイル３ａ乃至３ｄそれぞれと、ループコイル３１との間の相互誘導により、ループコイル３１と可変コンデンサ３２との接続点間の電圧にも現れる。
【０１１０】
従って、この電圧に対応して復調を行うことで、ＩＣカードからのデータを得ることができる。即ち、ループコイル３１と可変コンデンサ３２との接続点間に現れる信号は、検波回路１１で検波され、ＬＰＦ１２でフィルタリングされて、増幅器１４に供給される。増幅器１４では、ＬＰＦ１２の出力が増幅され（但し、図６で説明したような信号の符号の反転は行われない）、コンパレータ１５に供給される。コンパレータ１５では、増幅器１４からの信号が２値化されて出力される。
【０１１１】
よって、この場合、ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄは、リーダ／ライタの送信アンテナを形成し、ループコイル３１および可変コンデンサ３２は、リーダ／ライタの受信アンテナを形成しているということができる。
【０１１２】
この場合、図６に示したオペアンプ１３、抵抗Ｒ、およびＲａ乃至Ｒｄでなる加算回路を設ける必要がないので、装置を小型かつ低コストで構成することが可能となる。
【０１１３】
さらに、ＩＣカードにおける共振回路の共振周波数の変化は、ループコイル３ａ乃至３ｄのような小さなループコイルに比較して、ループコイル３１のような大きなループコイルの方が、感度良く検出することができるので、データの誤り率を低減することができる。
【０１１４】
また、ループコイル３１の断面積は大きく、従ってＩＣカードが接近した場合に、このループコイル３１および可変コンデンサ３２でなる共振回路のみに注目したときには、その共振周波数は比較的大きくずれることになるが、図８における場合には、ループコイル３ａ乃至３ｄによる寄与により、ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄでそれぞれ構成される４つの共振回路、並びにループコイル３１および可変コンデンサ３２で構成される並列共振回路の全体としての共振周波数の、ＩＣカードが接近することによる変化量（変動）が抑えられ、よって、ＩＣカードが接近することによる磁界の強度の低下も軽減することができる。
【０１１５】
なお、図８においては、ループコイル３ａ乃至３ｄにより並列共振回路が構成される場合について説明したが、ループコイル３ａ乃至３ｄにより直列共振回路が構成される場合についても同様にしてリーダ／ライタを構成することが可能である。
【０１１６】
また、以上においては、リーダ／ライタを構成する同一形状の複数のループコイルを、従来のループコイル５１の断面形状である長方形（正方形を含む）の縦および横を２等分するように配置するようにしたが、この他、複数のループコイルは、所定の長方形（例えば、ループコイル５１の断面形状である長方形など）を、その重心を通る線分で等分するように配置することが可能である。即ち、複数のループコイルは、例えば図９（ａ）に示すように、所定の長方形を、その２つの対角線で分割した４つの三角形状のコイルとして配置することなどが可能である。
【０１１７】
さらに、複数のループコイルは、長方形の縦または横を３等分以上するように配置することも可能である。即ち、複数のループコイルは、例えば図９（ｂ）に示すように、長方形の縦を２等分するとともに、横を３等分するように配置したり、あるいは、例えば図９（ｃ）に示すように、長方形の縦を３等分するとともに、横を２等分するように配置することなどが可能である。また、複数のループコイルは、例えば図９（ｄ）に示すように、長方形の縦および横をともに３等分するように配置することなども可能である。さらに、複数のループコイルは、例えば図９（ｅ）や図９（ｆ）に示すように、長方形の縦または横のうちのいずれか一方を２等分（以上）するように配置することなども可能である。
【０１１８】
また、複数のループコイルは、例えば図９（ｇ）に示すように、所定の長方形を、その２つの対角線並びに縦および横を２等分する線で分割した８つの三角形状のコイルとして配置することなどが可能である。
【０１１９】
さらに、複数のループコイルは、所定の円を、中心を通る線分で等分するように配置することが可能である。即ち、複数のループコイルは、例えば図９（ｈ）に示すように、円を、その中心を通る線分で４等分した４つの扇形形状のコイルとして配置することなどが可能である。
【０１２０】
また、複数のループコイルは、その他、正多角形、あるいは任意の多角形を、例えばその重心を通る線分で等分するようなコイルとして配置することも可能である。
【０１２１】
さらに、上述の場合には、複数のループコイルの形状を同一形状とするようにしたが、複数のループコイルの形状は同一でなくても良い。但し、複数のループコイルの形状が同一でない場合（例えば、図９（ｂ）乃至図９（ｄ）に示すように、各ループコイルから見た、そのループコイルに隣接するループコイルが同一でない場合も同様）には、各ループコイルが他のループコイルから受ける影響が異なるので、設計が困難になるため、複数のループコイルの形状は同一である方が好ましい（各ループコイルから見た、そのループコイルに隣接するループコイルが同一である方が好ましい）。
【０１２２】
次に、図１０は、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第８実施例の構成を示している。なお、図中、図１４における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。即ち、このリーダ／ライタは、ループコイル５１に代えて、１次側ループコイルＬ１（Ｌ１は、１次側ループコイルＬ１のインダクタンスも表す）、２次側ループコイルＬ２（Ｌ２は、２次側ループコイルＬ２のインダクタンスも表す）、およびコンデンサＣ（Ｃは、コンデンサＣのキャパシタンスも表す）が設けられている他は、図１４のリーダ／ライタと同様に構成されている。このリーダ／ライタでは、１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２、並びにコンデンサＣによってリーダ／ライタのアンテナが形成されている。
【０１２３】
１次側ループコイルＬ1の端子は、駆動回路２の出力端子と接続され、従って１次側ループコイルＬ1には、駆動回路２からキャリア（振幅変調波、あるいは無変調波）に対応した電圧が印加されるようになされている。２次側ループコイルＬ2は、１次側ループコイルＬ1と相互誘導を生じる位置に配置されており、その端子には、コンデンサＣが接続されている。そして、２次側ループコイルＬ2の巻数ｎ2は、１次側ループコイルＬ1の巻数ｎ1より多くされている。図１０では、例えばｎ1＝２，ｎ2＝４とされている。
【０１２４】
なお、図１０においては、１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２は、長方形状に構成されているが、その形状は、長方形状に限定されるものではなく、例えば円形状、三角形状、その他であっても良い。
【０１２５】
１次側ループコイルＬ１と２次側ループコイルＬ２とは、その断面が対向するように、あるいは一致するように配置されている。即ち、例えば図１０においては、１次側ループコイルＬ１は、プリント基板上にパターン（プリントパターン）として形成されており、２次側ループコイルＬ２は、１次側ループコイルＬ１が形成されている面と同一の面、あるいはその面とは反対側の面にパターンとして形成される。
【０１２６】
従って、１次側ループコイルＬ１と２次側ループコイルＬ２とは、磁気的に密に結合しており、トランスを形成している。
【０１２７】
図１１は、図１０のリーダ／ライタの等価回路を示している。１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２の巻線の方向は、同図に示すように、電流Ｉ１が１次側ループコイルＬ１に流れたときに、相互誘導により、２次側ループコイルＬ２に電流Ｉ２が流れるようになされている。
【０１２８】
いま、１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２の相互インダクタンスをＭとするとともに、１次側コイルＬ１の端子間の電圧、即ち駆動回路２の出力電圧をＶとし、さらに駆動回路２の出力電圧がＶのときに、１次側コイルＬ１に流れる電流をＩ１とするとともに、そのときに相互誘導により２次側コイルＬ２に流れる電流をＩ２とし、１次側ループコイルＬ１でなる回路と、２次側ループコイルＬ２およびコンデンサＣでなる回路にキルヒホッフの法則を適用すると、次式が成立する。
【０１２９】

但し、ｊは虚数単位（√（−１））である。また、ωはキャリアの角周波数であり、２次側ループコイルＬ２とコンデンサＣとでなる共振回路の共振角周波数は、このωに等しい値とされている。
【０１３０】
ここで、２次側ループコイルＬ２とコンデンサＣとでなる共振回路の共振条件を考えると、この共振回路が共振するのは、誘導リアクタンスと容量リアクタンスとが相殺しあうときであるから、式
ωＬ２＝１／（ωＣ）
即ち、式
ω^２Ｌ２Ｃ＝１・・・（２）
が成立するときとなる。
【０１３１】
式（１）および（２）から、共振時に１次側ループコイルＬ１または２次側ループコイルＬ２それぞれに流れる電流Ｉ１またはＩ２は、次のようになる。

【０１３２】
式（３）より、共振時には、１次側ループコイルＬ１に電流は流れず、２次側ループコイルＬ２のみに電流が流れることになる。
【０１３３】
ところで、上述したように、１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２が密に結合している場合、それらの相互インダクタンスＭは、次式で表される。
Ｍ＝Ｌ２×ｎ１／ｎ２・・・（４）
【０１３４】
従って、式（４）を、式（３）に代入して、共振時に２次側ループコイルＬ２に流れる電流Ｉ２を求めると、それは次式で示すようになる。
Ｉ２＝−Ｖ／（ｊωＬ２）×ｎ２／ｎ１・・・（５）
【０１３５】
一方、２次側ループコイルＬ２を駆動回路２に直接接続した場合に流れる電流Ｉを考えてみると、それは次式で示すようになる。
Ｉ＝Ｖ／（ｊωＬ２）・・・（６）
【０１３６】
式（５）および（６）から、図１０（図１１）に示す場合においては、２次側ループコイルＬ２には、それを駆動回路２に直接接続した場合に比較して、２次側ループコイルＬ２と１次側ループコイルＬ１との巻数比倍、即ちｎ２／ｎ１倍の電流が流れることになる。
【０１３７】
ループコイルから発生する磁界の強度は、そこに流れる電流に比例するから、図１０（図１１）に示す場合においては、２次側ループコイルＬ２からは、それを駆動回路２に直接接続した場合に比較して、ｎ２／ｎ１倍の強度の磁界が発生することになる。即ち、図１０に示した場合においては、上述したように、ｎ１＝２，ｎ２＝４としたので、２（＝４／２）倍の強度の磁界が発生することになる。
【０１３８】
以上のように、１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２でトランスを構成し、さらに２次側ループコイルＬ２にコンデンサＣを接続して共振回路を構成することで、２次側ループコイルＬ２と１次側ループコイルＬ１との巻数比ｎ２／ｎ１倍の強度の磁界を発生させることができる。その結果、ＩＣカードとの通信距離を延ばすことができる。
【０１３９】
さらに、この場合、１次側ループコイルＬ１には電流が流れないので、駆動回路２に対する負荷は軽くなるから、駆動回路２は、それほど大きな出力電流を流すことができるように構成する必要はない。
【０１４０】
なお、以上においては、１次側ループコイルＬ１の巻数ｎ１を２とするとともに、２次側ループコイルＬ２の巻数ｎ２を４としたが、１次側ループコイルＬ１の巻数ｎ１および２次側ループコイルＬ２の巻数ｎ２は、これに限定されるものではない。但し、発生する磁界の強度を向上させるには、２次側ループコイルＬ２の巻数ｎ２は、１次側ループコイルＬ１の巻数ｎ１より多くする必要がある。
【０１４１】
また、図１１に示した等価回路においては、例えば１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２、並びにコンデンサＣの損失分などを考慮していないため、式（１）乃至（６）は、実際の場合と完全には一致しないが、その相違は微小なものであり、従って、実際の場合とほぼ一致すると考えることができる
。
【０１４２】
次に、図１２は、図１０（図１１）のリーダ／ライタに、ＩＣカードからのデータを復調する部分を付加した場合を示している。なお、図中、図８または図１０（図１１）における場合と対応する部分については、同一の符号を付してある。
【０１４３】
このリーダ／ライタにおいては、２次側ループコイルＬ２とコンデンサＣとの接続点に、検波回路１１が接続され、従って２次側ループコイルＬ２とコンデンサＣとの接続点の電圧に対応して、ＩＣカードからのデータの復調が行われるようになされている。
【０１４４】
即ち、図１４で説明した場合と同様に、ＩＣカードから応答があった場合には、１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２のいずれの端子間の電圧（キャリアの振幅、位相）も変化するので、これを、検波、復調することにより、ＩＣカードからのデータを得ることができる。
【０１４５】
この場合、１次側ループコイルＬ１または２次側ループコイルＬ２のうちのいずれの端子間の電圧を検波、復調するようにしても良いが、式（３）および（５）に示したように、１次側ループコイルＬ１には電流が流れず（但し、実際には、多少は流れる）、２次側ループコイルＬ２には、それを駆動回路２に直接接続した場合のｎ２／ｎ１倍の電流が流れる。即ち、２次側ループコイルＬ２には、１次側ループコイルＬ１に比較して、大きな電流が流れる。
【０１４６】
従って、ＩＣカードから応答があった場合における、１次側ループコイルＬ１と２次側ループコイルＬ２の端子間の電圧の変化は、２次側ループコイルＬ２の方が大きいので、２次側ループコイルＬ２の端子間の電圧に対応して復調を行う方が、１次側ループコイルＬ１の端子間の電圧を用いる場合に比較して、より誤りのない復調を行うことができる。
【０１４７】
そこで、図１２に示した場合においては、上述したように、２次側ループコイルＬ２とコンデンサＣとの接続点の電圧に対応して、ＩＣカードからのデータの復調が行われる。
【０１４８】
なお、図１、図３乃至図８、および図９に示したリーダ／ライタの複数のアンテナ（送信アンテナと受信アンテナとが別々の場合（例えば、図８に示した場合）には、送信アンテナ）それぞれは、図１０に示したように１次側ループコイルＬ１および２次側ループコイルＬ２、並びにコンデンサＣでなるアンテナ（以下、トランス型アンテナという）で構成することが可能である。実験では、図８に示したリーダ／ライタを、ループコイル３ａ乃至３ｄおよびコンデンサ４ａ乃至４ｄで構成される４つのアンテナそれぞれに代えて、図１０に示した４つのトランス型アンテナを用いた場合が、特に良好な結果が得られた。
【０１４９】
以上、本発明のリーダ／ライタについて説明したが、本発明は、例えば自動改札システムや、部屋への入出力を管理するシステム（セキュリティシステム）、スキー場におけるリフト乗り場における入場者を管理するシステムその他に適用可能である。
【０１５０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタによれば、所定の電源電圧の下で、磁界の強度を向上させることができるので、ＩＣカードとの通信距離を延ばすことができる。さらに、ＩＣカードが接近しても、磁界の強度が大きく低下することを防止することができる。
【０１５１】
また、本発明のＩＣカードのリーダ／ライタによれば、共振周波数の調整を１度で済ませることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第１実施例の構成を示す図である。
【図２】図１の実施例におけるアンテナ（ループアンテナ）の構成を示す平面図である。
【図３】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第２実施例の構成を示す図である。
【図４】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第３実施例の構成を示す図である。
【図５】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第４実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第５実施例の構成を示す図である。
【図７】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第６実施例の構成を示す図である。
【図８】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第７実施例の構成を示す図である。
【図９】アンテナ（ループアンテナ）の構成例を示す平面図である。
【図１０】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第８実施例の構成を示す図である。
【図１１】図１０の実施例の等価回路を示す図である。
【図１２】本発明のＩＣカードのリーダ／ライタの第９実施例の構成を示す図である。
【図１３】従来の非接触カードシステムの構成例を示す図である。
【図１４】図１３におけるリーダ／ライタの詳細構成例を示す図である。
【図１５】図１３におけるＩＣカードの詳細構成例を示す図である。
【図１６】従来のリーダ／ライタの一例の構成を示す図である。
【図１７】並列共振回路のインピーダンスと周波数との関係を示す図である。
【図１８】従来のリーダ／ライタの他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１キャリア発生器
２，２ａ乃至２ｄ駆動回路
３ａ乃至３ｄループコイル
４ａ乃至４ｄ，５ａ乃至５ｄコンデンサ
６ａ，６ｂ駆動回路
１１，１１ａ乃至１１ｄ検波回路
１２，１２ａ乃至１２ｄＬＰＦ（ローパスフィルタ）
１３オペアンプ
１４増幅器
１５コンパレータ
２１ａ乃至２１ｄ，２２ａ乃至２２ｄコンデンサ
２３ａ乃至２３ｄ可変容量ダイオード（バリキャップ）
２４ａ乃至２４ｄ，２５ａ乃至２５ｄ抵抗
２６ａ乃至２６ｄコンデンサ
２７電圧源
２８可変抵抗
３１ループコイル
３２可変コンデンサ
４１ループコイル
４２ＩＣ
４３レギュレータ
４４，４５コンデンサ
４６スイッチ
５１ループコイル
５２変調／復調回路
５３ＣＰＵ
６１，７１コンデンサ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an IC card reader / writer that performs non-contact communication with an IC card used as a commuter pass in an automatic ticket gate system, for example.
[0002]
[Prior art]
At present, for example, commuter passes used in automatic ticket gate systems and the like have magnetically recorded information.In an automatic ticket gate, when a commuter pass is inserted, a magnetic field is recorded in the magnetically recorded portion. The information is read by contacting the head.
[0003]
For this reason, when the commuter pass is stored in the case, the user needs to take it out of the case and insert it into the automatic ticket gate, which is troublesome.
[0004]
Therefore, the present applicant has previously proposed a contactless card system. According to this contactless card system, information exchange (data communication) can be performed without contact. If this is applied to the above-mentioned automatic ticket gate system, the user must pay It is possible to get in and out of the automatic ticket gate even when the is stored in the case.
[0005]
FIG. 13 shows an example of the configuration of a contactless card system proposed by the present applicant earlier. This contactless card system supplies, for example, an IC card corresponding to the above-mentioned commuter pass, and a power supply to the IC card in a non-contact manner using electromagnetic waves as a medium, as well as reading and writing of data and other necessary data. And a reader / writer that performs various processes.
[0006]
In the reader / writer, a command and, if necessary, write data are emitted as electromagnetic waves from the loop coil 51 having a rectangular cross section, for example, a rectangular shape, and an unmodulated wave is emitted for a certain period. That is, first, the CPU 53 controls the modulation / demodulation circuit 52 so as to apply a voltage corresponding to a predetermined modulation wave to the loop coil 51 according to a predetermined program.
[0007]
The modulation circuit of the modulation / demodulation circuit 52 that performs a modulation process includes, for example, as shown in FIG. 14, a carrier generator 1 that generates a carrier of a predetermined frequency (for example, a very high frequency band or lower frequency), and It comprises a drive circuit (amplifier) 2 whose amplification factor changes under the control of the CPU 53. The drive circuit 2 is configured to receive a carrier from the carrier generator 1.
[0008]
The amplification factor of the drive circuit 2 is controlled by the CPU 53 in accordance with a command to be transmitted to the IC card, write data, and the like. The output signal is amplitude-modulated according to write data and the like.
[0009]
The output terminal of the drive circuit 2 is connected to a coil (loop coil) 51 which is an antenna (loop antenna), so that the amplitude modulated wave output from the drive circuit 2 is supplied to the loop coil 51. That is, a voltage corresponding to the amplitude modulation wave is applied to the loop coil 51. As a result, a current corresponding to the voltage flows in the loop coil 51, and a magnetic flux (magnetic field) corresponding to the change in the current is generated.
[0010]
That is, the amplitude modulated wave output from the drive circuit 2 is radiated from the loop coil 51 as an electromagnetic wave.
[0011]
After that, in the reader / writer, the CPU 53 controls the amplification factor of the drive circuit 2 to be a constant value, whereby the non-modulated wave is radiated as an electromagnetic wave in the same manner as the amplitude-modulated wave described above.
[0012]
Then, it is determined whether or not there is a response from the IC card. Here, whether or not there is a response from the IC card is determined as follows. That is, although not shown in FIG. 13 in the IC card, for example, as shown in FIG.coil41 and a capacitor (resonance capacitance) 44 are connected in parallel to form a resonance circuit. Further, a series circuit in which a capacitor 45 and a switch (for example, an FET) 46 are connected in series is connected to the capacitor 44 in parallel. Therefore, when the switch 46 is turned on / off, a resonance circuit is formed in a loop. The coil 41 and the capacitor 44 or the loop coil 41 and the

capacitors

44 and 45 are configured so that the resonance frequency (impedance) changes.
[0013]
In the IC card, when responding to the reader / writer, the switch 46 is turned on / off, thereby changing the resonance frequency (impedance) of the resonance circuit. In this case, if the IC card and the reader / writer are at a distance at which mutual induction occurs between the

loop coils

41 and 51, as described above, the reader / writer emitting the electromagnetic wave corresponding to the unmodulated wave can be used. When the loop antenna 51 is viewed from the connection points A and B (terminals of the loop coil 51) between the drive circuit 2 and the loop coil 51 (FIG. 14), the impedance changes in accordance with the on / off state of the switch 46. Therefore, the voltage at the point A (B) also changes. The voltage between A and B is detected and demodulated by a modulation / demodulation circuit 52 (FIG. 13) and supplied to a CPU 53. The CPU 53 determines whether or not there is a response from the IC card. Is determined on the basis of the signal (demodulated signal).
[0014]
If the CPU 53 determines that there is no response from the IC card, that is, if the IC card and the reader / writer are not at a distance that causes mutual induction between the

loop coils

41 and 51, the CPU 53 waits for a response from the IC card. The process of radiating the amplitude modulated wave and the unmodulated wave as described above is repeated.
[0015]
On the other hand, when the CPU 53 determines that there is a response from the IC card, necessary processing is performed based on the demodulated signal from the modulation / demodulation circuit 52 as a response obtained as described above. That is, when the contactless card system in FIG. 13 is, for example, an automatic ticket gate system, a display, an access controller, and other devices are controlled by the CPU 53, and necessary displays are made on the display. A door (not shown) is opened and closed. Further, a predetermined process is performed in another device.
[0016]
Next, the IC card shown in FIG. 13 will be described. First, an IC card receives an electromagnetic wave radiated from a reader / writer. That is, when the IC card is brought close to the reader / writer and reaches a distance at which mutual induction occurs between the

loop coils

41 and 51, the loop coil 41 generates an electromagnetic field (magnetic flux) out of the electromagnetic field (magnetic flux) radiated from the loop coil 51. A back electromotive force is generated according to a change in magnetic flux (a change in magnetic field) interlinking therewith.
[0017]
Here, although not shown in FIG. 13, in the IC card, as shown in FIG. 15 described above, the loop coil 41 is connected in parallel with the capacitor 44, thereby forming a resonance circuit. . Therefore, of the voltages generated by the loop coil 41, those having a predetermined frequency band centered on the resonance frequency of the resonance circuit formed by the loop coil 41 and the capacitor 44 are efficiently supplied to the IC 42 at the subsequent stage.
[0018]
Note that the resonance frequency of the resonance circuit formed by the loop coil 41 and the capacitor 44 is the same as the frequency of the carrier generated by the carrier generator 1 (FIG. 14) of the reader / writer, for example.
[0019]
Then, the supply of power to the IC 42 is started, and thereafter, a signal that has passed through a resonance circuit including the loop coil 41 and the capacitor 44 (FIG. 15) is detected.
[0020]
That is, the signal passing through the resonance circuit formed by the loop coil 41 and the capacitor 44 is rectified and smoothed (ripple is removed) by passing through a not-shown rectifying / detecting diode and a smoothing capacitor. , And a regulator 43. Then, in the regulator 43, the signal input thereto is stabilized to have a predetermined constant voltage, which is supplied to the IC 42 as a power supply.
[0021]
As described above, after the power is supplied to the IC 42 and the IC 42 becomes operable, the signal that has passed through the resonance circuit including the loop coil 41 and the capacitor 44 receives the above-described rectification / detection diode. The DC component is removed by passing through a capacitor for AC coupling (not shown), and is supplied to the IC 42.
[0022]
The IC 42 interprets the command included in the signal input thereto, and performs processing corresponding to the command. That is, when the command is a request for writing, for example, data (write data) included in the input signal is written to a memory (not illustrated) such as a non-volatile memory. If the command is a request for reading, for example, data is read from the memory, and the on / off control of the switch 46 shown in FIG. 15 is performed in accordance with the data.
[0023]
Here, the switch 46 is turned on / off according to the control of the IC 42 (it is normally in an off state). When the switch 46 is turned on, the switch 46 is connected in parallel with the loop coil 41 and the capacitor 44. Since the capacitor 45 is connected in parallel to the resonance circuit, the voltage between the points A and B in the reader / writer (FIG. 14) corresponds to the read data as described above. Will change.
[0024]
In FIG. 13, power is not supplied to the IC card but power is supplied from the reader / writer. However, power may be supplied to the IC card itself.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the contactless card system as described above, it is desired to extend the communication distance between the IC card and the reader / writer. In order to increase the communication distance, for example, it is conceivable to increase the strength of the magnetic field generated from the loop coil 51 of the reader / writer.
[0026]
However, as shown in FIG. 14, when the drive circuit 2 is directly connected to the loop coil 51, in order to increase the strength of the magnetic field generated from the loop coil 51, the output voltage of the drive circuit 2 is reduced. It is necessary to increase the amplitude (increase the amplitude of the voltage output from the drive circuit 2) and supply a large change current to the loop coil 51. The maximum value (minimum value) of the amplitude of the output voltage of the drive circuit 2 The power supply voltage cannot be higher than the applied power supply voltage VCC. Therefore, the output voltage of the drive circuit 2 is limited by the power supply voltage VCC.
[0027]
Therefore, there is a method of increasing the power supply voltage VCC. In this case, however, the drive circuit 2 needs to be configured to allow a large output current to flow. However, there was a problem that the size and cost were increased.
[0028]
Therefore, as shown in FIG. 16, there is a method in which a capacitor 61 is connected in parallel to both ends of the loop coil 51 so that the loop coil 51 and the capacitor 61 form a parallel resonance circuit.
[0029]
In this case, as in the case described above, the power supply voltage VCC of the drive circuit 2 restricts the power supply voltage. However, the resonance frequency of the parallel resonance circuit including the loop coil 51 and the capacitor 61 (the tuning frequency of the loop coil 51) is If the frequency of the carrier matches the frequency of the carrier, as shown in FIG. 17, the impedance of the parallel resonance circuit viewed from the output side of the drive circuit 2 becomes high, that is, the load on the drive circuit 2 becomes light. 2 does not need to be configured to allow a large output current to flow.
[0030]
However, when the IC card and the reader / writer approach a distance at which mutual induction occurs between the loop coils 41 and 51, the mutual induction causes resonance of the parallel resonance circuit formed by the loop coil 51 and the capacitor 61. The frequency shifts from the frequency of the carrier, whereby the impedance of the parallel resonant circuit viewed from the output side of the drive circuit 2 decreases, that is, the load on the drive circuit 2 increases.
[0031]
Therefore, although the output current from the drive circuit 2 increases (if the output impedance of the drive circuit 2 is not sufficiently small compared to the impedance of the parallel resonance circuit, the output current from the drive circuit 2 becomes large. If the driving circuit 2 is not configured to output such a large current, the intensity of the magnetic field generated from the loop coil 51 decreases, and the driving circuit 2 decreases as shown in FIG. There has been a problem that it becomes difficult to supply operable power to an IC card that is supplied with power from a reader / writer.
[0032]
On the other hand, in order not to be limited by the power supply voltage VCC of the drive circuit 2, a capacitor 71 is connected in series between one end of the loop coil 51 and one end of the drive circuit 2 as shown in FIG. Thus, there is a method of forming a series resonance circuit by the loop coil 51 and the capacitor 71.
[0033]
In this case, if the resonance frequency (tuning frequency of the loop coil 51) of the series resonance circuit composed of the loop coil 51 and the capacitor 71 is made to match the frequency of the carrier, the voltage between the terminals of the loop coil 51 becomes Since the output voltage of the drive circuit 2 is substantially equal to Q times, the output voltage is not limited by the power supply voltage VCC of the drive circuit 2 as described above.
[0034]
However, in this case, since the impedance of the series resonance circuit viewed from the output side of the drive circuit 2 is low, that is, the load on the drive circuit 2 is heavy, the drive circuit 2 can flow a large output current. Therefore, as described above, there has been a problem that the apparatus is increased in size and cost is increased. Further, in this case, when the IC card and the reader / writer approach a distance at which mutual induction occurs between the loop coils 41 and 51, the mutual induction causes a series resonance formed by the loop coil 51 and the capacitor 71. The resonance frequency of the circuit deviates from the frequency of the carrier, thereby decreasing the voltage between the terminals of the loop coil 51. As in the case of the above-described parallel resonance circuit, the strength of the magnetic field generated from the loop coil 51 is also increased. There was a problem that it decreased.
[0035]
The present invention has been made in view of such a situation, and by improving the strength of a magnetic field generated by a reader / writer under a predetermined power supply voltage, the communication distance between an IC card and the reader / writer is improved. In addition, when the IC card and the reader / writer approach each other, it is possible to reduce (prevent) a decrease in the intensity of the magnetic field generated by the reader / writer.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
A first IC card reader / writer of the present invention is a IC card reader / writer that performs communication with an IC card in a non-contact manner by generating a magnetic field,Consists of multiple identically-shaped coils arranged on the same planeA plurality of loop antennas (for example, loop coils 3a to 3d shown in FIG. 1, loop coils 3a to 3d and capacitors 4a to 4d shown in FIG. 3, loop coils 3a to 3d and capacitors 5a to 5d shown in FIG. 4, FIG. 10) , And a plurality of loop antennas.VoltageApplying means (for example, the carrier generator 1 and the driving circuits 2a to 2d shown in FIG. 1 and the carrier generator 1, the driving

circuits

6a and 6b shown in FIG. 5) andA large coil (for example, the loop coil 31 shown in FIG. 8) surrounding the entire plurality of loop antennas, and a variable capacitor (for example, the variable capacitor 32 shown in FIG. 8) connected to the large coil. Each of the loop antennas has a primary coil (for example, a primary loop coil L shown in FIG. 10) to which a voltage is applied by a voltage applying unit. 1 ) And a secondary coil (for example, a loop coil L shown in FIG. Two ) And a capacitor (for example, a capacitor C shown in FIG. 10) connected to the secondary coil, and the resonance frequency of the resonance circuit formed by the secondary coil and the capacitor is large and variable. Regulated by capacitorIt is characterized by the following.
[0037]
MultipleMay be arranged so as to equally divide a predetermined rectangle in the vertical or horizontal direction. Further, the plurality of loop antennas can be arranged so that a predetermined rectangle is equally divided by a line segment passing through the center of gravity..
[0038]
A demodulation means (for example, a comparator 15 shown in FIG. 8) for performing demodulation according to the voltage at the connection point between the large coil and the variable capacitor can be further provided.
[0039]
Addition means (for example, an operational amplifier 13, a resistor R, and a resistor R shown in FIG. 6) for adding a weighted value to a voltage detected at a connection point between the secondary coil and the capacitor of each of the plurality of loop antennas. a Or R d Such)May be further provided.
[0040]
A demodulation unit (for example, the comparator 15 shown in FIG. 6) for demodulating the output of the adding unit can be further provided.
[0046]
[Action]
The present inventionofFor IC card reader / writer,A voltage is applied to a plurality of loop antennas composed of a plurality of coils of the same shape arranged on the same plane. Each of the plurality of loop antennas includes a primary coil to which a voltage is applied, a secondary coil that causes mutual induction with the primary coil, and a capacitor connected to the secondary coil. The resonance frequency of the resonance circuit formed by the capacitor and the capacitor is adjusted by the large coil and the variable capacitor.
[0049]
【Example】
FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals. Also, in the same figure (similarly in FIGS. 3 to 5, FIG. 7, FIG. 10, and FIG. 11 described later), the demodulation in the modulation / demodulation circuit 52 in the reader / writer shown in FIG. A portion corresponding to a demodulation circuit to be performed and the illustration of the CPU 53 are omitted.
[0050]
In this reader / writer, the output terminal of the carrier generator 1 is connected in parallel with each of the input terminals of the drive circuits 2a to 2d. The drive circuits 2a to 2d are all configured, for example, similarly to the drive circuit 2 shown in FIG. 14, that is, have the same characteristics, and their output terminals are connected to the loop coils 3a to 3d, respectively. I have. The amplification factors of the driving circuits 2a to 2d are controlled by the CPU 53 (FIG. 13) not shown in FIG. 1 (the amplification factors of the driving circuits 2a to 2d are controlled to have the same value). The carrier supplied from the carrier generator 1 is amplitude-modulated, and a voltage corresponding to the amplitude-modulated wave is applied to each of the loop coils 3a to 3d.
[0051]
In FIG. 1 (the same applies to FIGS. 3 to 8 described later), the illustration of the power supply VCC and the ground is omitted.
[0052]
The loop coils 3a to 3d are coils having the same shape (here, the number of turns is also the same), and are arranged on the same plane so as to divide a predetermined rectangle into two in the vertical and horizontal directions. A reader / writer antenna (loop antenna) is formed. That is, for example, as shown in FIG. 2, the loop coils 3a to 3d each have a vertical (horizontal) portion which is a cross section of a conventional loop coil 51 (FIGS. 13 and 14) (indicated by a dotted line in FIG. 2). A coil having four rectangular cross sections obtained by dividing the coil, for example, is formed as a pattern on a printed circuit board.
[0053]
The connection between the loop coils 3a to 3d and the driving circuits 2a to 2d and the direction of the windings of the loop coils 3a to 3d are the same from the driving circuits 2a to 2d to the loop coils 3a to 3d. When applied, a magnetic field is generated from each of the loop coils 3a to 3d in the same direction.
[0054]
In the reader / writer configured as described above, in the drive circuits 2a to 2d, the carrier supplied from the carrier generator 1 is amplitude-modulated, and the voltage corresponding to the amplitude-modulated wave is applied to the loop coils 3a to 3d. Each is applied. In the driving circuits 2a to 2d, the carriers from the carrier generator 11, which is the same signal source, are amplified and supplied to the loop coils 3a to 3d. As described above, since the characteristics of the drive circuits 2a to 2d are all the same, the voltages output from the drive circuits 2a to 2d are applied to the loop coils 3a to 3d, so that the voltages are applied to the loop coils 3a to 3d, respectively. , A current having the same phase flows, thereby generating a magnetic field.
[0055]
The connection between the loop coils 3a to 3d and the drive circuits 2a to 2d and the directions of the windings of the loop coils 3a to 3d are the same for the loop coils 3a to 3d from the drive circuits 2a to 2d as described above. When a voltage is applied, a magnetic field is generated from each of the loop coils 3a to 3d in the same direction. In this case, a magnetic field generated by combining the magnetic fields generated from each of the loop coils 3a to 3d (hereinafter referred to as a magnetic field) , Where appropriate, referred to as the combined magnetic field).
[0056]
Here, assuming that the number of turns of each of the loop coils 3a to 3d is set so that the inductance of each of the loop coils 3a to 3d is the same as the inductance of the conventional loop coil 51, the load on each of the drive circuits 2a to 2d is Therefore, the same current as in the conventional case flows through each of the loop coils 3a to 3d.
[0057]
As shown in FIG. 2, since the cross-sectional area of each of the loop coils 3a to 3d is smaller than the cross-sectional area of the loop coil 51, the inductance of each of the loop coils 3a to 3d is the same as the inductance of the conventional loop coil 51. When the number of turns of each of the loop coils 3a to 3d is set so as to be as follows, the number of turns is larger than the number of turns of the loop coil 51.
[0058]
Accordingly, when the entire loop coils 3a to 3d are viewed as one coil, the current flowing around the outer periphery is the same as in the conventional case, but the number of turns is increased. Since the strength of the magnetic field generated from the coil is proportional to the number of turns, the strength of the combined magnetic field by the loop coils 3a to 3d is larger than the strength of the magnetic field by the loop coil 51.
[0059]
On the other hand, when the number of turns of each of the loop coils 3a to 3d is the same as the number of turns of the conventional loop coil 51, the cross-sectional area of each of the loop coils 3a to 3d is smaller than the cross-sectional area of the loop coil 51. The inductance of each of 3a to 3d is smaller than the inductance of loop coil 51.
[0060]
Therefore, the current flowing through each of the loop coils 3a to 3d is larger than the current flowing through the loop coil 51. When the entire loop coils 3a to 3d are viewed as one coil, the current flowing around the outer circumference is larger than that in the conventional case. (However, the current flowing through each of the loop coils 3a to 3d is within the range of the capability of the drive circuits 2a to 2d). Since the strength of the magnetic field generated from the coil is proportional to the current flowing therethrough, the strength of the combined magnetic field by the loop coils 3a to 3d is greater than the strength of the magnetic field by the loop coil 51.
[0061]
As described above, even if the power supply voltage VCC of the drive circuits 2a to 2d is the same as in the conventional case, the strength of the magnetic field can be improved, and the communication distance with the IC card can be extended.
[0062]
Next, FIG. 3 shows the configuration of a second embodiment of the reader / writer for an IC card according to the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to the case in FIG. That is, in this reader / writer, capacitors 4a to 4d are newly provided at connection points between the loop coils 3a to 3d and the drive circuits 2a to 2d in parallel with the loop coils 3a to 3d. Is configured similarly to the reader / writer in FIG. Therefore, in this reader / writer, the parallel resonance circuits each composed of the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d form an antenna of the reader / writer.
[0063]
The resonance frequency of each of the parallel resonance circuits composed of the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d is the same as the frequency of the carrier generated by the carrier generator 1.
[0064]
Therefore, in this case, as in the case of FIG. 16 described above, the load on the drive circuits 2a to 2d is reduced, and the drive circuits 2a to 2d do not need to be able to flow a large current. The magnetic field strength can be improved without increasing the size and cost of the device (minimizing the size and cost of the device), thereby extending the communication distance with the IC card. it can.
[0065]
Further, in this case, the cross-sectional area of each of the loop coils 3a to 3d is smaller than the cross-sectional area of the conventional loop coil 51, and the strength of coupling by mutual induction between opposing coils is proportional to the area of the opposing coils. Therefore, even if the IC card shown in FIG. 15 approaches, the strength of coupling between each of the loop coils 3a to 3d and the loop coil 41 in the IC card is weaker than in the conventional case (FIG. 13). Therefore, the resonance frequency of each of the parallel resonance circuits constituted by the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d does not shift so much, and therefore, a decrease in the strength of the magnetic field due to the approach of the IC card is prevented. (Can be reduced).
[0066]
Even if the loop coil 51 of the IC card and one of the loop coils 3a to 3d of the reader / writer face each other in such a manner that the coupling is strengthened, the other one of the loop coils 3a to 3d may be used. , It is possible to prevent a decrease in the strength of the magnetic field.
[0067]
Next, FIG. 4 shows the configuration of a third embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to the case in FIG. That is, in the reader / writer, capacitors 5a to 5d are respectively newly connected to one of two connection points of the loop coils 3a to 3d and the drive circuits 2a to 2d in series with the loop coils 3a to 3d. The configuration is otherwise the same as that of the reader / writer in FIG. Therefore, in this reader / writer, a series resonance circuit composed of the loop coils 3a to 3d and the capacitors 5a to 5d forms an antenna of the reader / writer.
[0068]
The resonance frequency of each of the series resonance circuits including the loop coils 3a to 3d and the capacitors 5a to 5d is the same as the frequency of the carrier generated by the carrier generator 1.
[0069]
Therefore, in this case, similarly to the case of FIG. 18 described above, the drive circuits 2a to 2d are not limited by the power supply voltage VCC, and the strength of the magnetic field can be further improved as compared with the conventional case. Also in this case, similarly to the case in FIG. 3, a decrease in the strength of the magnetic field due to the approach of the IC card can be prevented.
[0070]
However, in this case, as in the case of FIG. 18 described above, the load on the drive circuits 2a to 2d becomes heavy, so it is necessary to design the circuit so that a current within the range of the capability of the drive circuits 2a to 2d flows. is there.
[0071]
Here, in the above description, one drive circuit, that is, each of the drive circuits 2a to 2d is provided for each of the loop coils 3a to 3d. However, when the drive circuit has a capability of driving a plurality of loop coils. It is possible to configure a reader / writer by providing one or two drive circuits instead of the four drive circuits 2a to 2d as drive circuits for driving the loop coil.
[0072]
FIG. 5 shows a case where a reader / writer is configured by providing two drive circuits (the configuration of the fourth embodiment of the reader / writer of the IC card of the present invention). In the figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to the case in FIG.
[0073]
The

drive circuits

6a and 6b are configured in the same manner as the drive circuits 2a to 2d. The output terminal of the drive circuit 6a is connected in parallel with the terminals of the loop coils 3a and 3b, and the output terminal of the drive circuit 6b is connected to the loop. It is connected in parallel with the terminals of the

coils

3c and 3d. That is, the

drive circuit

6a or 6b drives the two

loop coils

3a and 3b or 3c and 3d, respectively.
[0074]
Therefore, in this case, it is possible to prevent (reduce) the size and cost of the device as compared with the case where the four drive circuits 2a to 2d are provided.
[0075]
Note that, similarly, a single driver circuit can constitute a reader / writer. FIG. 5 shows a case where the reader / writer of FIG. 1 is provided with two

drive circuits

6a and 6b instead of the four drive circuits 2a to 2d. A reader / writer to be described later can be similarly configured.
[0076]
Next, FIG. 6 shows the configuration of a fifth embodiment of the reader / writer for an IC card according to the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to the case in FIG. That is, this reader / writer is different from the reader / writer shown in FIG. 1 in that detector circuits 11a to 11d, LPFs 12a to 12d, resistors Ra to Rd, R, an operational amplifier 13, an amplifier 14, and a comparator 15 are newly provided. It has the same configuration as a writer.
[0077]
The detection circuits (for example, composed of diodes) 11a to 11d are connected to connection points between the drive circuits 2a to 2d and the loop coils 3a to 3d, that is, terminals of the loop coils 3a to 3d, respectively. Signals appearing at terminals 3a to 3d are detected and output to LPFs 12a to 12d, respectively. The LPFs 12a to 12d cut high-frequency components of the detection signals supplied from the detection circuits 11a to 11d and supply only low-frequency components to the inverting input terminals of the operational amplifier 13 via the resistors Ra to Rd, respectively. It has been made to be.
[0078]
One ends of the resistors Ra to Rd are connected to output terminals of the LPFs 12a to 12d, respectively, and the other ends are connected to inverting input terminals of the operational amplifier 13. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 13 is grounded, and its output terminal is connected to one end of the resistor R. The other end of the resistor R is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 13.
[0079]
Therefore, the operational amplifier 13, the resistor R, and Ra to Rd form an adder. If the output signals of the LPFs 12a to 12d are SA, SB, SC, and SD, respectively, the operational amplifier 13 obtains the following equation. The output Y represented by the following expression is obtained.
Y = −R × (SA / Ra + SB / Rb + SC / Rc + SD / Rd)
[0080]
The output of the operational amplifier 13 is supplied to the amplifier 14. The amplifier 14 amplifies the output of the operational amplifier 13 and supplies it to the comparator 15. In the operational amplifier 13, the output signals SA, SB, SC, and SD of the LPFs 12a to 12d are inverted and added, and the amplifier 14 inverts the output signal of the operational amplifier 13 and inverts the sign. It is made to amplify.
[0081]
The comparator 15 compares the signal supplied from the amplifier 14 with a predetermined voltage, binarizes the output signal of the amplifier 14 according to the magnitude of the voltage, and supplies it to the CPU 53 (FIG. 13) not shown in FIG. It has been done.
[0082]
Note that the above-described portion including the detection circuits 11a to 11d, the LPFs 12a to 12d, the resistors Ra to Rd, R, the operational amplifier 13, the amplifier 14, and the comparator 15 performs demodulation in the demodulation / modulation circuit of FIG. This is a part corresponding to the demodulation circuit.
[0083]
Similarly to the case described with reference to FIG. 14, when there is a response from the IC card, the voltage between the terminals of the loop coils 3a to 3d changes, that is, the amplitude of the carrier output from the driving circuits 2a to 2d. Since the phase changes, the data from the IC card can be obtained by detecting and demodulating the phase.
[0084]
In this case, only the voltage between any of the loop coils 3a to 3d may be detected and demodulated. However, as described above, each of the loop coils 3a to 3d and the loop coil 51 in the IC card are detected. Is weak, and if only the voltage between any of the terminals of the loop coils 3a to 3d is used, the change may not be accurately detected.
[0085]
Therefore, in the reader / writer of FIG. 6, the voltages between the terminals of the loop coils 3a to 3d are added, and the data is demodulated according to the added value.
[0086]
That is, the signals appearing between the terminals of the loop coils 3a to 3d are supplied to the detection circuits 11a to 11d, where they are detected. The detection signal obtained as a result is supplied to the operational amplifier 13 via the LPFs 12a to 12d and the resistors Ra to Rd, respectively. In the operational amplifier 13, the output signals SA, SB, SC, and SD of the LPFs 12 a to 12 d are added in accordance with the above equation, and the added value is output to the comparator 15 via the amplifier 14. In the comparator 15, the signal from the amplifier 14 is decoded, that is, binarized, supplied to the CPU 53 (FIG. 13), and thereafter subjected to necessary digital signal processing.
[0087]
When the characteristics of the loop coils 3a to 3d are completely the same, the resistance values Ra to Rd are the same, that is, Ra = Rb = Rc = Rd = RX. In this case, the output signal Y of the operational amplifier 13 is
Y = -R / RX × (SA + SB + SC + SD)
Therefore, the output signals SA, SB, SC, SD of the LPFs 12a to 12d are added with the same weight.
[0088]
When the characteristics of the loop coils 3a to 3d are different, the resistance values Ra to Rd are determined according to the characteristics. In this case, in the operational amplifier 13, the output signals SA, SB, SC, SD of the LPFs 12a to 12d are weighted R / Ra, R / Rb, R / Rc so as to correct the characteristics of the loop coils 3a to 3d in the same manner. , R / Rd are multiplied and added. Note that such weighted addition can be applied even when the characteristics of the driving circuits 2a to 2d are not completely the same.
[0089]
In this case, the data error rate can be reduced.
[0090]
In FIG. 6, a demodulation circuit including detection circuits 11a to 11d, LPFs 12a to 12d, resistors Ra to Rd, R, an operational amplifier 13, an amplifier 14, and a comparator 15 is provided in the reader / writer of FIG. Although the case has been shown, the demodulation circuit can be provided in the reader / writer shown in FIGS. 3 and 4 or FIG. 7 described later.
[0091]
By the way, as shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of loop coils 3a to 3dCapacitorsWhen a resonance circuit is configured by providing 4a to 4d or 5a to 5d, it is necessary to adjust (tune) the resonance frequency of each resonance circuit (adjustment of the resonance frequency to match the frequency of the carrier). As a result, the manufacturing process of the device becomes complicated.
[0092]
FIG. 7 shows the configuration of a sixth embodiment of the reader / writer for an IC card according to the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. That is, in this reader / writer, the capacitors 4a to 4d are deleted, the capacitors 21a to 21d, 22a to 22d, the variable capacitance diodes (varicaps) 23a to 23d, the resistors 24a to 24d, 25a to 25d, the capacitors 26a to 26d, The configuration is similar to that of the reader / writer in FIG. 3 except that a voltage source 27 and a variable resistor 28 are newly provided.
[0093]
Here, the varicaps 23a to 23d change in capacitance when a reverse bias voltage is applied, have the same characteristics, and are provided in place of the capacitors 4a to 4d in FIG. It is. Therefore, the parallel resonance circuits are constituted by the varicaps 23a to 23d and the loop coils 3a to 3d, respectively.
[0094]
Capacitors 21a to 21d are provided to prevent a DC current flowing when the DC voltage from voltage source 27 is divided by variable resistor 28 from flowing into drive circuits 2a to 2d. Each of the output terminals is connected to one of the output terminals 2a to 2d, and the other end is connected to the cathode of each of the varicaps 23a to 23d. Similarly to the capacitors 21a to 21d, the capacitors 22a to 22d are for preventing DC current from flowing into the drive circuits 2a to 2d, and one ends thereof are respectively connected to the other output terminals of the drive circuits 2a to 2d. The other end is connected to the anode of each of the varicaps 23a to 23d.
[0095]
One end of each of the capacitors 26a to 26d is connected to a connection point between the varicaps 23a to 23d and the capacitors 21a to 21d. The capacitors 26a to 26d are for preventing a current from flowing into the coils 3a to 3d by a voltage obtained by dividing the DC voltage from the voltage source 27 by the variable resistor 28.
[0096]
The other ends of the capacitors 26a to 26d are connected to one ends of the loop coils 3a to 3d, respectively, and the other ends are connected to connection points between the varicaps 23a to 23d and the capacitors 22a to 22d, respectively.
[0097]
Further, the cathodes of the varicaps 23a to 23d are connected to the terminal b of the variable resistor 28 via the resistors 24a to 24d, respectively, and the anode is connected to the terminal of the variable resistor 28 via the resistors 25a to 25d, respectively. Connected to terminal c. The resistors 24a to 24d and 25a to 25d are for protecting the varicaps 23a to 23d.
[0098]
The variable resistor 28 changes the resistance value between the terminals ab and bc by adjusting the position of the terminal b. The terminal a or b is connected to the + or − terminal of the voltage source 27. Each is connected.
[0099]
Therefore, when the resistance value between the terminals ac or the terminal bc is Rac or Rbc, respectively, and the voltage of the voltage source 27 is E, the same reverse bias voltage E × Rbc / Rac is applied to the varicaps 23a to 23d. Is applied, and the capacitance becomes the same.
[0100]
Therefore, if the characteristics of the loop coils 3a to 3d are the same and the arrangement relation is symmetric (the degree of coupling of each of the loop coils 3a to 3d with the other loop coil is the same), the resistance value between the terminals bc is reduced. Only by adjusting, the resonance frequencies of the parallel resonance circuits each composed of the varicaps 23a to 23d and the loop coils 3a to 3d can be made the same value. That is, the adjustment of the resonance frequency only needs to be performed once.
[0101]
In FIG. 7, the case where the parallel resonance circuit is formed by the loop coils 3a to 3d has been described. However, the adjustment of the resonance frequency is similarly performed when the series resonance circuit is formed by the loop coils 3a to 3d. Can be done only once.
[0102]
In FIG. 7, outputs to the demodulation circuit are obtained from connection points between the loop coils 3a to 3d and the capacitors 26a to 26d and connection points between the loop coils 3a to 3d and the anodes of the varicaps 23a to 23d. Just do it.
[0103]
Next, in order to adjust the resonance frequency only once, a reader / writer may be configured as follows. That is, FIG. 8 shows the configuration of a seventh embodiment of the reader / writer for an IC card according to the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to the case in FIG. 3 or FIG.
[0104]
In this reader / writer, a loop coil 31 is arranged so as to surround the entire loop coils 3a to 3d, and a variable capacitor (semi-fixed capacitor) 32 is connected in parallel to its terminal. A detection circuit 11 configured similarly to the detection circuits 11a to 11d is connected to a connection point between the loop coil 31 and the variable capacitor 32, and an LPF 12 configured similar to the LPFs 12a to 12d is provided at a subsequent stage. , An amplifier 14 and a comparator 15 are sequentially connected.
[0105]
The loop coil 31 can be formed as a pattern on a printed circuit board on which the loop coils 3a to 3d are formed, or on a surface opposite to the surface on which the loop coils 3a to 3d are formed.
[0106]
In this case, first, the capacitors 4a to 4d having capacitances such that the resonance frequencies of the four resonance circuits respectively constituted by the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d are higher than the frequency of the carrier are arranged. Here, a resonance frequency determined only by the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d is referred to as a set resonance frequency.
[0107]
In FIG. 8, since the loop coil 31 is arranged so as to surround the entire loop coils 3a to 3d, the resonance frequencies of the four resonance circuits respectively constituted by the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d are: Due to the mutual induction effect generated between each of the loop coils 3a to 3d and the loop coil 31, the frequency becomes lower than the set resonance frequency.
[0108]
However, the resonance frequency of the four resonance circuits each including the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d, and the resonance frequency of the parallel resonance circuit including the loop coil 31 and the variable capacitor 32 are equal to the capacitance of the variable capacitor 32. Can be adjusted to match the carrier frequency (for example, when the set resonance frequency is about 20 MHz and the carrier frequency is about 13 MHz, a variable capacitor 32 of about several tens of pF is used. Adjustments can be made). Therefore, also in this case, the adjustment of the resonance frequency can be performed only once.
[0109]
Further, in this reader / writer, when there is a response from the IC card, the voltage between the terminals of the loop coils 3a to 3d changes. Due to the mutual induction between the loop coil 31 and the variable capacitor 32, the voltage appears between the connection points between the loop coil 31 and the variable capacitor 32.
[0110]
Therefore, by performing demodulation corresponding to this voltage, data from the IC card can be obtained. That is, a signal appearing between the connection point of the loop coil 31 and the variable capacitor 32 is detected by the detection circuit 11, filtered by the LPF 12, and supplied to the amplifier 14. In the amplifier 14, the output of the LPF 12 is amplified (however, the sign of the signal is not inverted as described with reference to FIG. 6) and supplied to the comparator 15. In the comparator 15, the signal from the amplifier 14 is binarized and output.
[0111]
Therefore, in this case, the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d form the transmission antenna of the reader / writer, and the loop coil 31 and the variable capacitor 32 form the reception antenna of the reader / writer. it can.
[0112]
In this case, it is not necessary to provide the operational amplifier 13, the resistor R, and the adder circuit composed of Ra to Rd shown in FIG. 6, so that the device can be configured small and at low cost.
[0113]
Further, a change in the resonance frequency of the resonance circuit in the IC card can be detected with higher sensitivity in a large loop coil such as the loop coil 31 than in a small loop coil such as the loop coils 3a to 3d. Therefore, the data error rate can be reduced.
[0114]
Further, the cross-sectional area of the loop coil 31 is large, and therefore, when attention is paid only to the resonance circuit including the loop coil 31 and the variable capacitor 32 when the IC card approaches, the resonance frequency is relatively largely shifted. 8, in the case of FIG. 8, four resonance circuits each composed of the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d, and a parallel configuration composed of the loop coil 31 and the variable capacitor 32 due to the contribution of the loop coils 3a to 3d. The amount of change (fluctuation) in the resonance frequency of the entire resonance circuit due to the approach of the IC card is suppressed, and therefore, a decrease in the strength of the magnetic field due to the approach of the IC card can be reduced.
[0115]
Although FIG. 8 illustrates the case where the parallel resonance circuit is configured by the loop coils 3a to 3d, the reader / writer is similarly configured when the series resonance circuit is configured by the loop coils 3a to 3d. It is possible to
[0116]
Further, in the above, a plurality of loop coils of the same shape constituting the reader / writer are arranged so that the vertical and horizontal sides of a rectangle (including a square) which is the cross-sectional shape of the conventional loop coil 51 are equally divided into two. In addition, a plurality of loop coils can be arranged such that a predetermined rectangle (for example, a rectangle having a cross-sectional shape of the loop coil 51) is equally divided by a line passing through the center of gravity. It is. That is, for example, as shown in FIG. 9A, the plurality of loop coils can be arranged as four triangular coils obtained by dividing a predetermined rectangle by two diagonal lines.
[0117]
Further, the plurality of loop coils can be arranged so that the length or width of the rectangle is divided into three or more. That is, the plurality of loop coils are arranged so as to divide the length of the rectangle into two and divide the width into three as shown in FIG. 9B, for example, or as shown in FIG. 9C. As shown in the figure, it is possible to arrange the rectangle so that the height is equally divided into three and the width is equally divided into two. Further, as shown in FIG. 9D, for example, the plurality of loop coils can be arranged so that both the vertical and horizontal sides of the rectangle are equally divided into three. Further, as shown in FIGS. 9E and 9F, for example, the plurality of loop coils are arranged so that one of the vertical and horizontal sides of the rectangle is bisected (or more). Is also possible.
[0118]
As shown in FIG. 9G, the plurality of loop coils are arranged as eight triangular coils obtained by dividing a predetermined rectangle by two diagonal lines and a line bisecting the vertical and horizontal directions. It is possible.
[0119]
Further, the plurality of loop coils can be arranged so that a predetermined circle is equally divided by a line segment passing through the center. That is, for example, as shown in FIG. 9H, the plurality of loop coils can be arranged as four fan-shaped coils obtained by dividing a circle into four equal parts by a line passing through the center.
[0120]
In addition, the plurality of loop coils may be arranged as a coil that equally divides a regular polygon or an arbitrary polygon by, for example, a line segment passing through the center of gravity.
[0121]
Further, in the above-described case, the shapes of the plurality of loop coils are set to be the same, but the shapes of the plurality of loop coils need not be the same. However, when the shapes of the plurality of loop coils are not the same (for example, when the loop coils adjacent to the loop coil viewed from each loop coil are not the same as shown in FIGS. 9B to 9D). In the same case, the effect of each loop coil from other loop coils is different, so that the design becomes difficult. Therefore, it is preferable that the shapes of the plurality of loop coils be the same (as viewed from each loop coil, Preferably, the loop coil adjacent to the loop coil is the same).
[0122]
Next, FIG. 10 shows the configuration of an eighth embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals. In other words, this reader / writer replaces the loop coil 51 with a primary loop coil L1 (L1 also represents the inductance of the primary loop coil L1) and a secondary loop coil L2 (L2 is a secondary side The configuration is similar to that of the reader / writer in FIG. 14 except that an inductance of the loop coil L2 is also provided, and a capacitor C (C also represents the capacitance of the capacitor C). In this reader / writer, the antenna of the reader / writer is formed by the primary side loop coil L1 and the secondary side loop coil L2 and the capacitor C.
[0123]
The terminal of the primary side loop coil L1 is connected to the output terminal of the drive circuit 2, so that the primary side loop coil L11, A voltage corresponding to the carrier (amplitude modulated wave or non-modulated wave) is applied from the drive circuit 2. The secondary loop coil L2 is arranged at a position where mutual induction occurs with the primary loop coil L1, and a capacitor C is connected to its terminal. The number of turns n2 of the secondary loop coil L2 is larger than the number of turns n1 of the primary loop coil L1. In FIG. 10, for example, n1 = 2 and n2 = 4.
[0124]
In FIG. 10, the primary side loop coil L1 and the secondary side loop coil L2 are formed in a rectangular shape, but the shapes are not limited to a rectangular shape. Shape and others may be sufficient.
[0125]
The primary side loop coil L1 and the secondary side loop coil L2 are arranged so that their cross sections are opposed to each other or coincide with each other. That is, in FIG. 10, for example, the primary loop coil L1 is formed as a pattern (print pattern) on a printed circuit board, and the secondary loop coil L2 is formed with the primary loop coil L1. The pattern is formed on the same surface as the surface or on the surface opposite to the surface.
[0126]
Therefore, the primary loop coil L1 and the secondary loop coil L2 are magnetically tightly coupled to form a transformer.
[0127]
FIG. 11 shows an equivalent circuit of the reader / writer of FIG. As shown in the figure, when the current I1 flows through the primary-side loop coil L1, the winding direction of the primary-side loop coil L1 and the secondary-side loop coil L2 is changed by the mutual induction. The current I2 flows through the coil L2.
[0128]
Now, let M be the mutual inductance of the primary-side loop coil L1 and the secondary-side loop coil L2, and let V be the voltage between the terminals of the primary-side coil L1, that is, the output voltage of the drive circuit 2. When the output voltage of V is V, the current flowing in the primary coil L1 is I1, and the current flowing in the secondary coil L2 by mutual induction at that time is I2. When Kirchhoff's law is applied to a circuit including the secondary loop coil L2 and the capacitor C, the following equation is established.
[0129]

Here, j is an imaginary unit (√ (−1)). Ω is the angular frequency of the carrier, and the resonance angular frequency of the resonance circuit including the secondary loop coil L2 and the capacitor C is set to a value equal to ω.
[0130]
Here, considering the resonance condition of the resonance circuit including the secondary loop coil L2 and the capacitor C, the resonance circuit resonates when the inductive reactance and the capacitive reactance cancel each other.
ωL2 = 1 / (ωC)
That is, the expression
ω²L2C = 1 (2)
Is satisfied.
[0131]
From the equations (1) and (2), the current I1 or I2 flowing through the primary loop coil L1 or the secondary loop coil L2 at the time of resonance is as follows.

[0132]
From the equation (3), at the time of resonance, no current flows through the primary side loop coil L1, and current flows only through the secondary side loop coil L2.
[0133]
By the way, as described above, when the primary side loop coil L1 and the secondary side loop coil L2 are tightly coupled, their mutual inductance M is expressed by the following equation.
M = L2 × n1 / n2 (4)
[0134]
Therefore, when the equation (4) is substituted into the equation (3) and the current I2 flowing through the secondary side loop coil L2 at the time of resonance is obtained, it becomes as shown by the following equation.
I2 = −V / (jωL2) × n2 / n1 (5)
[0135]
On the other hand, considering the current I flowing when the secondary loop coil L2 is directly connected to the drive circuit 2, it is expressed by the following equation.
I = V / (jωL2) (6)
[0136]
From the expressions (5) and (6), in the case shown in FIG. 10 (FIG. 11), the secondary side loop coil L2 has a secondary side loop coil L2 as compared with a case where it is directly connected to the drive circuit 2. A current that is twice as large as the turns ratio of the coil L2 and the primary side loop coil L1, that is, n2 / n1 times, flows.
[0137]
Since the intensity of the magnetic field generated from the loop coil is proportional to the current flowing therethrough, in the case shown in FIG. 10 (FIG. 11), when the secondary loop coil L2 is directly connected to the drive circuit 2, , A magnetic field of n2 / n1 times the intensity is generated. That is, in the case shown in FIG. 10, as described above, since n1 = 2 and n2 = 4, a magnetic field having an intensity of 2 (= 4/2) times is generated.
[0138]
As described above, the transformer is constituted by the primary-side loop coil L1 and the secondary-side loop coil L2, and the capacitor C is connected to the secondary-side loop coil L2 to constitute the resonance circuit. It is possible to generate a magnetic field having a strength that is n2 / n1 times the turn ratio between the coil L2 and the primary side loop coil L1. As a result, the communication distance with the IC card can be extended.
[0139]
Further, in this case, since no current flows through the primary side loop coil L1, the load on the drive circuit 2 is reduced. Therefore, the drive circuit 2 does not need to be configured to allow a very large output current to flow. .
[0140]
In the above description, the number of turns n1 of the primary side loop coil L1 is set to 2 and the number of turns n2 of the secondary side loop coil L2 is set to 4. However, the number of turns n1 of the primary side loop coil L1 and the number of turns of the secondary side loop are set. The number of turns n2 of the coil L2 is not limited to this. However, in order to improve the intensity of the generated magnetic field, the number of turns n2 of the secondary side loop coil L2 needs to be larger than the number of turns n1 of the primary side loop coil L1.
[0141]
Further, in the equivalent circuit shown in FIG. 11, for example, since the primary loop coil L1 and the secondary loop coil L2 and the loss of the capacitor C are not taken into account, the equations (1) to (6) are , Does not exactly match the actual case, but the difference is insignificant and can therefore be considered to be almost the same as the actual case
.
[0142]
Next, FIG. 12 shows a case where a portion for demodulating data from an IC card is added to the reader / writer of FIG. 10 (FIG. 11). In the figure, the same reference numerals are given to portions corresponding to those in FIG. 8 or FIG. 10 (FIG. 11).
[0143]
In this reader / writer, the detection circuit 11 is connected to a connection point between the secondary loop coil L2 and the capacitor C, and accordingly, in accordance with the voltage at the connection point between the secondary loop coil L2 and the capacitor C, The demodulation of data from the IC card is performed.
[0144]
That is, as in the case described with reference to FIG. 14, when there is a response from the IC card, the voltage (amplitude and phase of the carrier) between any of the terminals of the primary loop coil L1 and the secondary loop coil L2. Therefore, by detecting and demodulating this, data from the IC card can be obtained.
[0145]
In this case, the voltage between any one of the primary side loop coil L1 and the secondary side loop coil L2 may be detected and demodulated. However, as shown in equations (3) and (5), No current flows through the primary-side loop coil L1 (however, in practice, a small amount of current flows), and the secondary-side loop coil L2 has an n2 / n1 times that when the coil is directly connected to the drive circuit 2. Electric current flows. That is, a larger current flows in the secondary loop coil L2 than in the primary loop coil L1.
[0146]
Therefore, when there is a response from the IC card, the change in the voltage between the terminals of the primary side loop coil L1 and the secondary side loop coil L2 is larger in the secondary side loop coil L2. Performing demodulation according to the voltage between the terminals of the coil L2 can perform more error-free demodulation as compared with the case where the voltage between the terminals of the primary side loop coil L1 is used.
[0147]
Thus, in the case shown in FIG. 12, as described above, demodulation of data from the IC card is performed in accordance with the voltage at the connection point between the secondary loop coil L2 and the capacitor C.
[0148]
It should be noted that when the plurality of antennas of the reader / writer shown in FIGS. 1, 3 to 8 and 9 (the transmitting antenna and the receiving antenna are separate (for example, the case shown in FIG. 8), the transmitting antenna Each of them can be configured by an antenna (hereinafter, referred to as a transformer type antenna) including the primary side loop coil L1 and the secondary side loop coil L2 and the capacitor C as shown in FIG. In the experiment, the case where the reader / writer shown in FIG. 8 is replaced with four transformer-type antennas shown in FIG. 10 instead of the four antennas composed of the loop coils 3a to 3d and the capacitors 4a to 4d, respectively. Particularly good results were obtained.
[0149]
The reader / writer of the present invention has been described above. However, the present invention relates to, for example, an automatic ticket gate system, a system for managing input / output to a room (security system), a system for managing visitors at a ski lift, and other systems. Applicable to
[0150]
【The invention's effect】
As described above, the present inventionofAccording to the IC card reader / writer, the strength of the magnetic field can be improved under a predetermined power supply voltage, so that the communication distance with the IC card can be extended. Furthermore, even if the IC card approaches, it is possible to prevent the strength of the magnetic field from being greatly reduced.
[0151]
In addition, the present inventionofAccording to the IC card reader / writer,Adjust the resonance frequency only onceCan be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of an antenna (loop antenna) in the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a third embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a fourth embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a fifth embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a sixth embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a seventh embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a configuration example of an antenna (loop antenna).
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an eighth embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
11 is a diagram showing an equivalent circuit of the embodiment of FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a ninth embodiment of a reader / writer for an IC card according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a conventional contactless card system.
14 is a diagram illustrating a detailed configuration example of a reader / writer in FIG. 13;
15 is a diagram showing a detailed configuration example of the IC card in FIG.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an example of a conventional reader / writer.
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between impedance and frequency of a parallel resonance circuit.
FIG. 18 is a diagram illustrating another configuration example of a conventional reader / writer.
[Explanation of symbols]
1 Carrier generator
2, 2a to 2d drive circuit
3a to 3d loop coil
4a to 4d, 5a to 5d capacitors
6a, 6b drive circuit
11, 11a to 11d detection circuit
12, 12a to 12d LPF (Low Pass Filter)
13 Operational amplifier
14 Amplifier
15 Comparator
21a to 21d, 22a to 22d capacitors
23a to 23d Variable capacitance diode (varicap)
24a to 24d, 25a to 25d resistance
26a to 26d capacitors
27 Voltage source
28 Variable resistance
31 loop coil
32 Variable capacitors
41 loop coil
42 IC
43 Regulator
44,45 Capacitor
46 switch
51 loop coil
52 Modulation / demodulation circuit
53 CPU
61, 71 capacitors

Claims

An IC card reader / writer for performing communication with an IC card in a non-contact manner by generating a magnetic field,
A plurality of loop antennas composed of a plurality of coils of the same shape arranged on the same plane ,
Voltage applying means for applying a voltage to the plurality of loop antennas ,
A large coil surrounding the entirety of the plurality of loop antennas;
A variable capacitor connected to the large coil;
With
Each of the plurality of loop antennas includes a primary coil to which a voltage is applied by the voltage applying means, a secondary coil that causes mutual induction with the primary coil, and a capacitor connected to the secondary coil. ,
A resonance frequency of a resonance circuit formed by the secondary coil and the capacitor is adjusted by the large coil and the variable capacitor.
IC card reader / writer, characterized in that.

2. The IC card reader / writer according to claim 1 , wherein the plurality of loop antennas are arranged so as to equally divide a predetermined rectangle in the vertical or horizontal direction.

2. The IC card reader / writer according to claim 1 , wherein the plurality of loop antennas are arranged so as to equally divide a predetermined rectangle by a line segment passing through the center of gravity.

2. The IC card reader / writer according to claim 1 , further comprising a demodulation unit that performs demodulation corresponding to a voltage at a connection point between the large coil and the variable capacitor.

Claim 1 to 4, characterized in <br/> further comprising adding means for adding to the weighting of each of the plurality of loop antennas, the voltage at the connection point between the secondary coil and a capacitor to that detected A reader / writer for an IC card according to any one of the above.

Further comprising a demodulating means for demodulating an output of said adding means
IC card reader / writer according to claim 5, characterized in that.