JP3969889B2

JP3969889B2 - カードリーダ及びｉｃカード

Info

Publication number: JP3969889B2
Application number: JP09222699A
Authority: JP
Inventors: 弘久飯嶋; 光夫古村; 泰久西野
Original assignee: Secom Co Ltd
Current assignee: Secom Co Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000285207A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣカード用カードリーダ及びこのカードリーダに使用するＩＣカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣカードは、ＩＣチップを内蔵したカードから構成され、個人識別用のＩＤカードとして使用される。ＩＣカードは、他の形式のＩＤカードと比較して大量の情報を記録できるため、１枚のカードで種々の目的に使用される。例えば、乗車券又は定期券として改札口を通過するためのＩＤカード（交通用）として使用され、更に、電子商取引に使用するＩＤカード（電子商取引用）としても使用される。
【０００３】
図１に従来のＩＣカードを用いたシステム構成を示す。
ＩＣカード１１は、１枚のカード１２に内蔵された交通用のＩＣチップ１３及び近接形インターフェース１４と、電子商取引用のＩＣチップ１５及び接触形インターフェース１６から構成される。ＩＣカード１１はバッテリを搭載せず、使用する電力は近接形インターフェース使用時にはインターフェース１４又は接触形インターフェース使用時にはインターフェース１６を通して接触式カードリーダ１７又はかざし式カードリーダ１８から給電される。
【０００４】
ＩＣカード１１用カードリーダとしては、電子商取引用のように高い認証レベルが要求される場合には、ＩＣカードを挿入して接触する接触式カードリーダ１７が使用され、交通用のように簡単な操作が要求される場合にはかざし式カードリーダ１８が使用される。各カードリーダ１７，１８は、例えば、電子商取引機械、改札口などの端末装置に組み込まれる。
【０００５】
ＩＣカード１１の近接形インターフェース１４はアンテナにより構成される。かざし式カードリーダ１８も同様にアンテナからなる近接形インターフェースを有し、常時、ＩＣカードに対する電力供給と応答要求の信号を電波により送出している。カード使用時には、ＩＣカード１１をカードリーダ１８の近くにかざすと、ＩＣカード１１は、アンテナから電波により給電を受けて動作を開始し、要求信号に応答して応答信号を送出する。カードリーダ１８は、受信した応答信号に基づいてカードの認証を行い、認証の結果を端末装置に送出する。
【０００６】
このような近接形インターフェース１４を使用したかざし式の場合は、ＩＣカードの操作が簡単ではあるが、ＩＣチップ１３としてカスタムＩＣを用い、ＡＳＫ１００％変調方式が採用されているため、送受信時の信号の減衰量が大きい。このため、カードとリーダとの間の相互認証プロトコルなどに高機能なアプリケーションレベルの通信を搭載することが困難である。したがって、交通用のように認証レベルが低くても、簡単な操作が要求されるものには、かざし式カードリーダが使用されるが、電子商取引用のように高い認証レベルが要求されるものに対しては、接触式カードリーダ１７が使用される。
【０００７】
ＩＣカード１１の接触形インターフェース１６は端子により構成される。カード使用時には、ＩＣカード１１を接触式カードリーダ１７にカードスロットから挿入すると、ＩＣカード１１は内部で保持され、カードリーダ１７に設けられた接触子がＩＣカード１１の端子と接触する。カードリーダ１７は、この状態で、カードへの給電とデータの読み取りを行う。このような接触式の場合は、通信時に信号の減衰が生じないから、高機能なアプリケーションレベルの通信が行える。接触式カードリーダ１７は、高い認証レベルでカードの認証を行い、認証の結果を端末装置に送出する。
【０００８】
図２は、最近、改良形として提案されているＩＣカードを使用したシステムの構成を示す。
図２のＩＣカード２１は、ＩＣチップとしてＣＰＵを搭載し、変調方式としてＡＳＫ１０％変調方式を採用することにより、従来（図１）２つ必要であったＩＣチップを１つのＩＣチップ２２で兼用可能としている。また、ＩＣカードとカードリーダの間で通信可能な距離を長くしている。インターフェースについては、高い認証レベルが必要とされる用途のために、接触形インターフェース１６を設け、簡単な操作が要求される用途のために、近接形インターフェース１４を設けている。
【０００９】
カードリーダについては、従来と同様に、用途別に接触式カードリーダ１７又はかざし式カードリーダ１８を使用している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＩＣカードシステムにおいては、操作の簡便さのためには非接触（かざし）式を採用し、確実な認証のためには接触式を採用しているため、カードリーダを用途別に２種類用意し、用途に応じていずれか１つを選択して端末装置に組み込まなければならなかった。このように２つの形式のカードリーダを用意することは、システムのコストを上昇させることとなる。
【００１１】
また、ＩＣカードについても、近接形と接触形の２つのインターフェースを組み込む必要がある。このことはカードの部品点数を増加させてコストの上昇を招く。さらに、接触形インターフェースは、端子の接触不良、又は、接触の繰り返しによる端子の磨耗が生じるなどの問題を有する。
本発明は、１台だけで、ＩＣカードの簡単な操作で認証が行われ、あるいは、高い認証レベルで認証が行われるカードリーダを提供することを目的とし、更に、このカードリーダに対応したＩＣカードを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものである。本発明のカードリーダは、電磁シールドでない部分が少なくとも一面に形成されたケースと、前記電磁シールドでない部分に対向して前記ケース内に設けられ、ＩＣカードとの間で信号の送受信を非接触で行うインターフェースと、ＩＣカードを前記ケース内に挿入するために前記ケースに形成された挿入口であって、挿入されたＩＣカードが前記インターフェースとの間で信号の送受信を非接触で行える位置に形成された挿入口とを具備する。
【００１３】
また、本発明におけるＩＣカードは、１つのＩＣチップと、このＩＣチップに接続された１つの近接形インターフェースとから構成される。
本発明によれば、同一仕様のカードリーダが、例えば、交通用の改札装置のように操作の簡便さが要求される端末装置、及び、電子商取引用機器のように高度な認証レベルを必要とする端末装置の両方に設置可能となる。
【００１４】
例えば、交通用の場合、ユーザは改札装置の所定場所にＩＣカードをかざす。これにより、ＩＣカードは、カードリーダの外部において、インターフェースから送信されてくる電力供給用と要求信号の電波を受信し、電波を電源に変換して動作を開始し、応答信号を外部へ送信する。カードリーダでは、応答信号を受信すると、ＩＣカードとの間で通信を行ってその認証を行い、認証結果の信号を端末装置に出力する。
【００１５】
例えば、電子商取引用の場合は、ユーザは電子商取引機械の所定の挿入口にＩＣカードを挿入する。これにより、ＩＣカードは、カードリーダ内部で、近接形インターフェースに接近して保持される。この場合、近接形インターフェースとＩＣカードとの通信距離を短くすることができるから、高度な認証レベルによる高機能アプリケーションによる通信が可能となり同時に外部からの通信の盗聴にも強くなり、非接触式であっても高い認証レベルで確実な認証を行うことができる。
【００１６】
本発明によれば、１台のカードリーダで、操作が簡単なかざし式によるＩＣカードの認証と、高度な認証ができる挿入式によるＩＣカードの認証が行える。また、カードリーダとＩＣカードとの間の信号の送受信は、非接触式で行われるから、端子を使用することによる接触不良、端子の磨耗などの問題が生ずることがない。
【００１７】
本発明においては、ＩＣカードが挿入口から挿入されたとき、このＩＣカードを保持するロック機構を設けることができる。この機構は、インターフェース間で信号の送受信を行っている間、ＩＣカードを一定の位置に保持する。
また、このロック機構がＩＣカードを保持しているとき、ロック信号を制御回路に出力し、制御回路がロック信号の有無によりインターフェースが送信する信号のレベルを変更するようにすることができる。この場合、かざし式のときはインターフェースが送信する信号レベルを大とし、挿入式のときは小とする。これにより、ＩＣカードがカードリーダ内に挿入されている間は、かざし式による信号の送受信を不可能とすることができる。
【００１８】
なお、本発明のカードリーダにおいては、かざし式用の（近接形）インターフェースと、挿入式用のインターフェースを別個のものとすることができる。この場合、ロック信号の有無により、２つのインターフェースを切り替えて使用する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図を用いて説明する。
図３は、本発明のＩＣカードとカードリーダを使用したシステム構成を示す。
ＩＣカード３１は、カード３２内に、１つのＩＣチップ３３と１つの近接形インターフェースであるアンテナ３４を格納している。ＩＣチップ３３は、電子商取引用の挿入式と交通用のかざし式とを兼用している。
【００２０】
カードリーダ４１は、電子商取引用と交通用とを兼用し、かざし式としても、挿入式としても使用可能となっている。
図４は、カードリーダ４１の構成を断面で示す。
カードリーダ４１は、外カバー４３内に、インターフェースであるアンテナ４２と、カード保持部４４と、制御回路４５を搭載した回路基板４６を収納する。また、外カバー４３には、ＩＣカードを挿入するための挿入口４７が形成される。
【００２１】
カードリーダ４１は、改札装置、電子商取引機械などの上位機器（端末装置）の内部に設置される。このとき、上位機器の外カバー４８に形成した挿入口４９と、カードリーダ４１の挿入口４７が一致するように設置される。
アンテナ４２は、上位機器の外カバー４８に接近した位置に配置される。上位機器の外カバー４８とカードリーダの外カバー４３は、少なくともアンテナ４２と対向する部分が、電波を通過させる材料により形成される。
【００２２】
アンテナ４２の反対側に、カード保持部４４が配置される。カード保持部４４は、挿入口４７，４９からＩＣカード３１が挿入されると、ＩＣカード３１を所定位置に搬送し、また、処理終了後にＩＣカード３１を挿入口４７，４９から排出する。なお、カード保持部４４は、アンテナ４２と外カバー４３との間に配置しても良い。又、ＩＣカードの挿入または排出は全て手動で行ってもよい。
【００２３】
カード保持部４４は、カードＩＣカード３１が所定位置に収納されたときロックをし、認証処理が終了した後にロックを解除するロック機構５０を有する。カード保持部４４の反対側に回路基板４６が設けられる。回路基板４６には、制御回路４５が搭載される。ロック機構５０は、ＩＣカード３１をロックしたときは、ロック信号を制御回路４５に出力する。
【００２４】
アンテナ４２の周縁は、電磁シールド５１で囲われる。アンテナ４２の上面と下面のＩＣカード３１と対向する面はシールドされない。また、回路基板４６は、全外周が電磁シールド５２で囲われる。
図４に示したカードリーダ４１は、かざし式と挿入式の両用であるが、一方の用途に限定することができる。例えば、アンテナ４２のかざし式ＩＣカード側に電磁シールドを設置することにより、挿入式専用にすることができる。また、挿入口４７を塞ぐことにより、かざし式専用とすることができる。
【００２５】
図５は、制御回路４５の回路構成を示す図である。
制御回路４５では、バス６１に、ＣＰＵ６２、メモリ６３、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）６４、入出力Ｉ／Ｆ６５が接続される。通信Ｉ／Ｆ６４には、変調回路６６、復調回路６７を介してアンテナ４２が接続される。入出力Ｉ／Ｆ６５には、ロック機構５０が接続され、また、認証結果の出力が上位機器の制御回路（図示省略）へ出力される。また、上位機器から交流電力の機器を受け、Ａ／Ｄ変換器６８により直流電源を得る。制御回路４５の動作については後述する。
【００２６】
図６は、ＩＣカード３１の回路構成を示す。
ＩＣチップ３３では、バス７１に、ＣＰＵ７２、メモリ７３、通信Ｉ／Ｆ７４が接続される。通信Ｉ／Ｆ７４には、変調回路７５、復調回路７６を介してアンテナ３４が接続される。アンテナ３４にＡ／Ｄ変換器７７が接続され、その直流出力側に平滑用コンデンサ７８が接続される。ＩＣチップ３３は、アンテナ３４で受信した電波をＡ／Ｄ変換器７７で直流電力に変換して電源を得て、電源が確立すると動作を開始する。
【００２７】
図７〜図１０のフローチャートを用いて、カードリーダ４１とＩＣカード３１の動作について説明する。図７〜図９はカードリーダ４１のＣＰＵ６２の動作を示し、図１０はＩＣカード３１のＣＰＵ７２の動作を示す。
最初に、図７〜図９を用いてカードリーダ４１の動作を説明する。
カードリーダ４１では、常時、かざし式の場合に対応して要求信号を変調回路６６で変調して、アンテナ４２から周辺領域に電波を放射する（ステップＳ１１）。ＩＣカード３１が、要求信号に対して、自分のカードＩＤと応答信号を送信するとそれを受信する（ステップＳ１２）。複数のＩＣカード３１から同時に信号を送信してくることがあるため、各ＩＣカード３１に対して、カードＩＤを付加した受付番号を発行（送信）する（ステップＳ１３）。カードＩＤと受付番号を受信したＩＣカード３１は、自身のカードＩＤに付加された受付番号をメモリ７３に書き込む。
【００２８】
カードリーダ４１では、応答信号を受信したＩＣカード３１の枚数だけステップＳ１２，１３の処理を繰り返し、全部のＩＣカード３１に対して受付番号を送信したと判断すると（ステップＳ１４）、アンテナ４２から、周辺領域に対して、カードＩＤと受付番号と認証パラメータを送信する（ステップＳ１５）。カードＩＤに該当するＩＣカード３１は、受信した認証パラメータを基に認証返信パラメータを計算し、送信する。カードリーダ４１はこれを受信する（ステップＳ１６）。該当カード以外のＩＣカードにおいてはこの計算と送信は行われない。
【００２９】
認証返信パラメータを受信したＩＣカードに対してカードの認証処理を行う（ステップＳ１７）。カードの認証の結果、ＯＫであれば認証ＯＫ時の処理を行い、上位機器に対して信号を送出し（ステップＳ１８）、ＮＧであれば認証ＮＧの処理を行い、上位機器に対して信号を送出する（ステップＳ１９）。受付番号を発行したＩＣカードの全てに対してステップＳ１５，１６の処理を行う（ステップＳ２０）。
【００３０】
次に図９を用いてステップＳ１１〜Ｓ２０までの処理の間に、ＩＣカード３１がカードリーダ４１の挿入口４７に挿入された場合の挿入式の認証について説明する。
Ｓ１１からＳ２０までの間にＩＣカード３１が挿入されてロック機構５０からロック信号を受信する（ステップＳ２１）と割込みが発生し、それ以後の図７，８のかざし式の処理をキャンセルして（ステップＳ２２）、挿入式の認証処理へ進む。
【００３１】
挿入式の場合、最初にアンテナ４２の出力を下げる（ステップＳ２３）。これにより、カードリーダ４１内にあるＩＣカード３１とのみ交信が可能となり、外部にあるＩＣカード３１と交信をすることがなくなる。なお、このアンテナ感度の切り替えは省略することも可能で、かざし式と挿入式の両方式とも同一アンテナ感度とすることもできる。
【００３２】
カードリーダ４１では、要求信号を変調回路６６で変調して、アンテナ４２からＩＣカード３１に電波を放射する（ステップＳ２４）。ＩＣカード３１が、要求信号に対して、自分のカードＩＤと応答信号を送信するとそれを受信する（ステップＳ２５）。次にＩＣカード３１に対して、カードＩＤを付加した受付番号を発行（送信）する（ステップＳ２６）。カードＩＤと受付番号を受信したＩＣカード３１は、自身のカードＩＤに付加された受付番号をメモリ７３に書き込む。
【００３３】
アンテナ４２から、カードＩＤと受付番号と認証パラメータを送信する（ステップＳ２７）。このとき、認証レベルをグレードの高いものに設定し、ＩＣカード３１に高グレードで認証を行なうことを伝える。なお、この認証レベルの切り替えを省略して、かざし式も挿入式も同一認証レベルとすることもできる。
ＩＣカード３１は、これに対し、受信した認証パラメータを基に認証返信パラメータを計算して送信する。カードリーダ４１では、これを受信し（ステップＳ２８）、カードの認証を行う（ステップＳ２９）。
【００３４】
カードの認証の結果、ＯＫであれば認証ＯＫ時の処理を行い、上位機器に対して信号を送出し（ステップＳ３０）、ＮＧであれば認証ＮＧの処理を行い、上位機器に対して信号を送出する（ステップＳ３１）。その後、カード保持部４４に信号を送出してカードの排出を行わせる（ステップＳ３２）。
図１０を用いて、上記カードリーダ４１の動作に対応するＩＣカード３１の動作を説明する。
【００３５】
ＩＣカード３１をカードリーダ４１にかざすことにより、又は、挿入口４７から挿入することにより、アンテナ３４が電波を受信し、Ａ／Ｄ変換器７７により直流電源を得る。これによりＩＣカード３１が動作を開始する（ステップＳ４１）。要求信号を受信する（ステップＳ４２）と、自分のカードＩＤと応答信号を送信する（ステップＳ４３）。
【００３６】
自分のカードＩＤが含まれた受付番号を受信する（ステップＳ４４）と、メモリ７３に受付番号を書き込む（ステップＳ４５）。自分のカードＩＤと受付番号と認証パラメータを受信する（ステップＳ４６）と、受信した認証パラメータを基に認証返信パラメータを計算して送信する（ステップＳ４７）。
図１１は、図４に示したカードリーダの変形例を示す。ここでは、主として図４と相違する点について説明する。また、図４と同一機能を有するものには同一参照符号を付している。
【００３７】
アンテナとして、かざし用アンテナ５３と挿入用アンテナ５４が別個に設けられる。かざし用アンテナ５３は、外カバー４３側に配置され、その反対側の面に電磁シールド５５が設けられる。挿入用アンテナ５４はカード保持部４４に接近して配置される。かざし用アンテナ５３と挿入用アンテナ５４は、それぞれ制御回路４５に接続される。なお、挿入用アンテナ５４は、かざし用アンテナ５３とカード保持部４４の間に配置しても良い。
【００３８】
本実施形態の場合、制御回路４５の動作としては、常時はかざし用アンテナ５３を使用し、図８のステップＳ２１でロック信号を受信した場合には、挿入用アンテナ５４を使用するといった切り替え動作が必要となる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、１台だけで、ＩＣカードの簡単な操作で認証が行われ、あるいは、高い認証レベルで認証が行われるカードリーダを得ることができる。更に、このカードリーダに対応したＩＣカードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＩＣカードを使用したシステムの構成を示す図。
【図２】改良された従来のＩＣカードを使用したシステムの構成を示す図。
【図３】本発明のＩＣカードとカードリーダを使用したシステム構成を示す図。
【図４】図３のカードリーダの構成を示す断面図。
【図５】図４の回路基板に搭載された制御回路の回路構成を示す図。
【図６】図３のＩＣカードの回路構成を示す図。
【図７】カードリーダの動作を説明するフローチャート（その１）。
【図８】カードリーダの動作を説明するフローチャート（その２）。
【図９】カードリーダの動作を説明するフローチャート（その３）。
【図１０】ＩＣカードの動作を説明するフローチャート。
【図１１】図４のカードリーダの変形例を示す図。
【符号の説明】
１１…ＩＣカード
１３…交通用ＩＣチップ
１４…近接形インターフェース
１５…電子商取引用ＩＣチップ
１６…接触形インターフェース
１７…接触式カードリーダ
１８…近接式カードリーダ
２１…ＩＣカード
２２…ＩＣチップ
３１…ＩＣカード
３３…ＩＣチップ
３４…アンテナ
４１…カードリーダ
４２…アンテナ
４３…外カバー
４４…カード保持部
４５…制御回路
４７…挿入口
５０…ロック機構
５３…かざし用アンテナ
５４…挿入用アンテナ
５５…電磁シールド
６１…バス
６２…ＣＰＵ
６３…メモリ
６４…通信Ｉ／Ｆ
６５…入出力Ｉ／Ｆ
７１…バス（ＩＣカード側）
７２…ＣＰＵ
７３…メモリ
７４…通信Ｉ／Ｆ
７７…Ａ／Ｄ変換器

Claims

電磁シールドでない部分が少なくとも一面に形成されたケースと、
前記電磁シールドでない部分に対向して前記ケース内に設けられ、ＩＣカードとの間で信号の授受を非接触で行うインターフェースと、
ＩＣカードを前記ケース内に挿入するために前記ケースに形成された挿入口と、
この挿入口から挿入されたＩＣカードを、前記インターフェースとの間で信号の授受を非接触で行える位置に保持するロック機構と、
前記インターフェースと接続され、ＩＣカードとの間の信号の送受信の制御を行う制御回路と、を具備し、
前記ロック機構は、ＩＣカードを保持したときにロック信号を前記制御回路に出力する手段を有し、
前記制御回路は、前記ロック信号が入力されたときは、前記インターフェースが送信する信号のレベルを低減することを特徴としたカードリーダ。
前記制御回路は、前記ロック信号が入力されたときは、前記インターフェースにおける認証レベルを前記ロック信号が入力されていないときより高度に設定して認証を行う請求項１に記載のカードリーダ。
電磁シールドでない部分が少なくとも一面に形成されたケースと、
前記電磁シールドでない部分に対向して前記ケース内に設けられ、前記ケース外にあるＩＣカードとの間で信号の授受を非接触で行う第１のインターフェースと、
ＩＣカードを前記ケース内に挿入するために前記ケースに形成された挿入口と、
この挿入口から挿入されたＩＣカードを保持するロック機構と、
このロック機構により保持されるＩＣカードに接近して設けられ、当該ＩＣカードとの間で信号の授受を非接触で行う第２のインターフェースと、
前記第１及び第２のインターフェースと接続され、ＩＣカードとの間の信号の送受信の制御を行う制御回路と、を具備し、
前記ロック機構は、ＩＣカードを保持したときにロック信号を前記制御回路に出力する手段を有し、前記制御回路は、前記ロック信号が入力されたときは、前記第２のインターフェースを動作させ、前記ロック信号が入力されないときは、前記第１のインターフェースを動作させることを特徴としたカードリーダ。
前記制御回路は、前記第１のインターフェースにおける信号のレベルを前記第２のインターフェースにおける信号のレベルより大とする請求項３に記載のカードリーダ。
前記制御回路は、前記第２のインターフェースにおける認証レベルを前記第１のインターフェースにおける認証レベルより高度のものとする請求項３又は４に記載のカードリーダ。
請求項２又は５に記載のカードリーダに使用されるＩＣカードであって、
１つのＩＣチップと、このＩＣチップに接続された１つの近接形インターフェースとから構成され、
前記ＩＣチップは、前記カードリーダとの間の通信に用いられる２種類の認証レベルを有することを特徴としたＩＣカード。