JP4380269B2

JP4380269B2 - 非接触型ｉｃカードリーダ

Info

Publication number: JP4380269B2
Application number: JP2003308009A
Authority: JP
Inventors: 晃弘小村; 泰明三室
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005078381A

Description

本発明は、電磁誘導による電波によりＩＣカードとの通信を行う非接触型ＩＣカードリーダの改良に関する。

近年、偽造・変造がしにくく、高い安全性を有した非接触型ＩＣカードが普及しつつある。

この非接触型ＩＣカードは、その内部にＩＣを動作させるための電源を備えておらず、ＩＣカードをＩＣカードリーダにかざすと、カードリーダのアンテナから微弱電波を受けて、ＩＣカード内に電力が発生する。この電力で起動したＩＣカードとカードリーダが相互に通信を行い、ＩＣカード内のデータの読み取りと書き込みが可能となる。

非接触ＩＣカードとＩＣカードリーダとの通信方式には、同期式のものと非同期式のものとがあり、ＩＣカードリーダはそれぞれの方式に応じて、いずれかの方式に対応した信号回路とアンテナモジュールとを含んだ構成となっている。

なお、次の特許文献１には、非同期式のＩＣカードリーダライタが記載されている。
特開平１−１５０９９２号公報

上記の通信方式ごとに対応したＩＣカードリーダは、それぞれが１つの方式に対応したものであるため、カードリーダを壁などに埋め込むなどの施工工事をした後に、通信方式の異なる他のカード種別に変更する場合、カードリーダそのものを取り替えなければならず、再工事が必要であった。

この問題を解決する方法として、複数の通信方式に対応した複数の通信回路と、複数のアンテナモジュールに接続させるためのそれぞれのコネクタとを設けた回路基板をカードリーダに内蔵する方法がある。

しかしながら、ピン数を増やしたりコネクタを複数設けたりすると、制御回路基板およびＩＣカードリーダが大型化してしまうという問題がある。

なお、現在においては、ＩＣカードの通信方式つまりアンテナには、非同期式のＡタイプ、Ｂタイプ、および同期式タイプの計３種のものが少なくとも提案されている。これらのアンテナモジュールとの通信回路を図６に示しているが、上記の考え方に従えば、図に示した３種の接続回路を回路基板に組み込まなければならない。なお、上記非同期式のＡタイプ、Ｂタイプは、供給電源の電圧値およびカードの読み取り感度が異なるものである。

本発明は、このような問題を解決すべく提案されたもので、その目的は、再工事することなく複数の通信方式のアンテナモジュールに対応でき、かつ小型化された非接触型ＩＣカードリーダを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の非接触型ＩＣカードリーダは、アンテナを介してＩＣカードとの間で電磁誘導による電波を送受して非接触通信を行うアンテナモジュールと、該アンテナモジュールと接続して該アンテナモジュールを介した上記ＩＣカードとの通信を行うことで上記ＩＣカードに記憶された情報を読み取る制御部と、を備えた非接触型ＩＣカードリーダであって、上記アンテナモジュールは、上記ＩＣカードとの非接触通信により受信した信号をデータに変換して上記制御部に送る一方で、上記制御部より受けたデータに基づく信号を非接触通信により上記ＩＣカードに送信するとともに、上記ＩＣカードとの非接触通信方式の種別に応じた形式のデータを上記制御部との間で送受し、上記制御部は、上記非接触通信方式の種別に対応した異なる複数種類のアンテナモジュールとの間で送受する上記データの形式のすべてに対応した処理を行うとともに、上記ＩＣカードの読み取りのために必要なデータを信号端子で送受する信号処理部と、異なる複数種類のアンテナモジュール全てに対応して接続可能とされる信号端子を備え、選択された非接触通信方式の種別に応じた１つの上記アンテナモジュールと接続する共通コネクタと、上記信号処理部の信号端子と上記共通コネクタの信号端子との接続を、上記共通コネクタに接続された上記アンテナモジュールと上記信号処理部との間で送受する上記データの形式に対応した接続に選択的に切り換える通信方式選択設定手段とを備え、上記信号処理部は、信号端子として、非同期式の非接触通信方式に対応した送信データ又は同期式の非接触通信方式に対応したカード走行信号を送信する第１端子と、非同期式の非接触通信方式に対応した受信データを受信する第２端子と、同期式の非接触通信方式に対応したデータを受信する第３端子と、同期式の非接触通信方式に対応したクロックパルスを送信する第４端子と、を有し、
上記共通コネクタは、信号端子として、非同期式の非接触通信方式に対応した送信データ又は同期式の非接触通信方式に対応したカード走行信号を上記アナログモジュールへ送信する第５端子と、非同期式の非接触通信方式に対応した受信データ又は同期式の非接触通信方式に対応したデータを上記アナログモジュールから受信する第６端子と、上記信号処理部の上記第４端子と接続して、同期式の非接触通信方式に対応したクロックパルスを上記アナログモジュールへ送信する第７端子と、を有し、上記通信方式設定手段は、上記信号処理部の信号端子のうち、上記共通コネクタに接続された上記アンテナモジュールに対応した信号端子のみを、有効な信号端子として上記共通コネクタに接続するためのジャンパと、上記信号処理部の第１端子及び第２端子と接続する一方で上記ジャンパと接続して、非同期式の非接触通信方式の上記アナログモジュールで処理されるデータと上記信号処理部で処理されるデータとの間でのデータ変換を行う通信インターフェースとを、有し、非同期式の非接触通信方式の上記アナログモジュールが上記共通コネクタに接続されたとき、上記ジャンパにより上記通信インターフェースと上記共通コネクタの上記第５及び第６端子とが接続されて、上記信号処理部の第１端子が上記通信インターフェースを介して上記共通コネクタの上記第５端子と接続されるとともに、上記信号処理部の第２端子が上記通信インターフェースを介して上記共通コネクタの上記第６端子と接続され、同期式の非接触通信方式の上記アナログモジュールが上記共通コネクタに接続されたとき、上記ジャンパによって、上記信号処理部の第１端子が直接上記共通コネクタの上記第５端子と接続されるとともに、上記信号処理部の第３端子が直接上記共通コネクタの上記第６端子と接続される。

このような非接触型ＩＣカードリーダにおいて、通信方式選択設定手段は、信号処理部の信号端子のうち、選択されたアンテナモジュールに対応した信号端子のみを有効な信号端子として共通コネクタに接続するためのジャンパを備えている。

又、制御部が複数の通信種別の異なるアンテナモジュールに対応した複数の電源回路部を更に備えている。

又、共通コネクタは、複数の通信種別の異なるアンテナモジュールに対応した複数の電源回路部に対応する電源供給端子を更に備えている。

そして、複数の通信方式は２種の非同期式および同期式の３種であることを特徴とする。

本発明の非接触型ＩＣカードリーダは、通信方式の異なる複数のアンテナモジュールの１つと選択接続するための通信方式選択設定手段と、共通コネクタとを備えているので、いずれのタイプのアンテナにも対応でき、異種通信方式のカードリーダを同一基板で実現することができる。その結果、同一回路基板を用いて、用途に応じたＩＣカードシステムを構築することができる。

また、アンテナモジュールと接続するためのコネクタを個別に設ける必要がないため、制御部を構成する制御回路基板の省スペース化が図れ、カードリーダ全体を大型化する必要もない。

又、選択接続をジャンパで設定できるようにすることで、回路基板の更なる省スペース化、ひいてはカードリーダの小型化が実現できる。

又、アンテナモジュール別の複数の電源回路部を備えることで、いずれのアンテナモジュールにも容易に対応することができる。

又、複数の通信種別の異なるアンテナモジュールに対応した複数の電源回路部に対応した電源供給端子を共通コネクタに含ませることで、アンテナモジュールに対する接続を１つのコネクタで行うことができる。

又、非同期式２種および同期式の計３種の通信方式に対応させることで、既存のＩＣカード通信技術にも対応させることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について添付図面とともに説明する。

図１は、本発明の非接触型ＩＣカードリーダの構成を示したブロック図である。

非接触型ＩＣカードリーダ１０は、制御回路基板などで構成された制御部Ｂと、３つの通信方式に個別対応したアンテナモジュールＡ１、Ａ２、Ａ３のいずれか１つとが、ケーシングにより一体化された状態で、壁裏に位置する箱体に組み込まれるかたちで配設される。なお、本発明では、小型化を実現できるので、前記箱体は、専用のものは不要で、既存のスイッチボックスのうち適した大きさのものを利用することができる。

ここで、３種のアンテナモジュールは、非同期式のＡタイプ（供給電源１２Ｖ）、Ｂタイプ（供給電源５Ｖ）、および同期式の計３種の通信方式に対応したものである。それぞれの方式は読み取り距離に差があり、用途に応じた利用が可能なものである。

制御回路基板Ｂは、ＣＰＵ等で構成された、各種の信号処理をする信号処理部１と、アンテナモジュールＡを制御回路基板Ｂに接続するための共通コネクタ３と、使用されるアンテナモジュールＡからのデータの送受を行うために、接続を選択的に切り換える通信方式選択設定手段（アンテナ通信回路）２と、複数の電源回路４ａ、４ｂと、音声合成回路５と、ＬＥＤ制御回路６と、上位機器と通信するための通信（ＲＳ４８５）ドライバ７とを備えている。

図１に示すように、信号処理部１は、ＩＣカードの読み取り処理のために、通信方式の種別に対応する複数のアンテナモジュールＡ１、Ａ２、Ａ３のすべてに対応して、ＩＣカードの読み取りのために必要なデータを送受するようにした信号端子１ａ（Ｒｘ、Ｔｘ／ＣＬＳ、ＲＤＰ、ＲＣＰ）を有している。

また、共通コネクタ３は、各アンテナモジュールＡと接続するための信号端子（Ｔｘ／ＣＬＳ、Ｒｘ／ＲＤＰ、ＲＣＰ）と、各アンテナモジュールＡに対応した電源供給端子（ＤＣ１２Ｖ、ＤＣ５Ｖ、ＤＣ２４Ｖ）とを備えている。

つまり、本発明の制御回路基板Ｂは本実施例に示すように、３種のアンテナモジュールＡ１、Ａ２、Ａ３のうち選択したものを接続できるようになっているが、３種分の信号に対応した個別の端子またはコネクタを必要とせず、１つの共通コネクタ３で接続できるようになっている。

次に、非接触ＩＣカードの通信技術について説明する。

ＩＣカードは、その内部にＩＣを動作させるための電源を備えていない。このＩＣカードをＩＣカードリーダ１０にかざすと、カードリーダ１０のアンテナＡから微弱電波を受けて、ＩＣカード内に電力が発生する。この電力で起動したＩＣカードとカードリーダ１０が相互に通信を行い、ＩＣカード内のデータの読み取りと書き込みが可能となる。

図２には、非接触型のＩＣカードとカードリーダとの電力伝送の原理を示している。

図２に示すように、カードリーダ１０に設けられたコイル型のアンテナＡに交流電流を流すと、電磁誘導により空中に交流磁界が発生する。カードリーダ１０にＩＣカードＣを対向させると、カード内のループアンテナがカードリーダ１０のアンテナＡからの交流磁界を受ける。交流磁界を受けたＩＣカードＣは交流電圧が発生し、これを直流に整流して、ＩＣを動作させるための電源となる。

この原理は上記３種の通信方式のいずれでも同様であるが、交流磁界の周波数は、非同期式ＡタイプおよびＢタイプは１３．５６Ｈｚ、同期式タイプは５４０ｋＨｚ、とそれぞれ異なる。

図３は、図１で示した通信方式選択設定手段の詳細構成を示すものである。この図を用いてアンテナモジュールＡの接続設定について説明する。

図３（ａ）の左側の信号線は信号処理部１の信号端子１ａに接続されるもので、右側の信号線は共通コネクタの信号端子に接続されるものである。また、符号２ａは通信方式を切り換えるための３ピン式のジャンパであり、２ｂは非同期式の通信用に設けられた通信インターフェース（２３２Ｃドライバ）である。

各信号線に付したＴｘ、Ｒｘ等の符号は、図３（ｂ）に示すように、データ種別を表わすものである。すなわち、Ｔｘ、Ｒｘは、非同期式のＡまたはＢタイプの通信における送信データ、受信データを示し、ＣＬＳ、ＲＣＰ、ＲＤＰは、同期通信におけるカード走行信号、クロックパルス、データを示している。

なお、（ｂ）の表に示すように、非同期式のＡタイプでは１２Ｖ、同Ｂタイプでは５Ｖ、同期式では２４Ｖの電源を必要とする。共通コネクタ３の該当電源供給端子（図１参照）に接続することで、必要とする電源電圧が選択される。

（ａ）に示したＴｘ／ＣＬＳは、ジャンパＪ１、Ｊ２の設定により、非同期通信方式なら送信データ、同期通信ならカード走行信号が伝送される信号線であることを示している。同様にＲｘ／ＲＤＰは、非同期通信方式なら受信データ、同期通信ならデータが伝送されるものであることを示している。

より具体的には、非同期式（ＡまたはＢタイプ）のアンテナモジュールＡ１またはＡ２を内蔵する場合は、ジャンパＪ１、Ｊ２の設定を図４に示すように、１−２を接続設定するようにし、同期式のアンテナモジュールＡ３を内蔵する場合は、ジャンパＪ１、Ｊ２の２−３を接続設定するようにする。

このように、通信方式の異なる複数のアンテナモジュールＡ１、Ａ２、Ａ３のうちの１つと選択接続するためにジャンパ等を有した通信方式選択設定手段２と、共通コネクタ３とを備えているので、いずれのタイプのアンテナにも対応でき、異種通信方式のカードリーダを同一回路基板で実現することができる。その結果、同一回路基板で、用途に応じた各種のＩＣカードシステムを構築することができる。

すなわち、本実施例で示すＩＣカードリーダによれば、施工後に通信方式を変更する場合は、カードリーダそのものを取り替える必要がなく、アンテナモジュールのみを交換すればよい。

また、共通コネクタ３は信号端子を共通で使用するようにしているため、端子数を多くする必要がなく、信号用の３端子と電源供給用の３端子（図１）とを含んだ１つの共通コネクタ３を設けるだけでよい。その結果、カードリーダの小型化を維持でき、標準のスイッチボックスや従来使用されている専用の箱体に内蔵させることが可能となる。

なお、ここではジャンパプラグの差込により信号の選択をするようにしているが、ディップスイッチなどの切換選択スイッチで選択できるようにしたものでもよい。

図５（ａ）、（ｂ）には、以上に説明した非同期式および同期式の通信波形を示している。

上述した本実施例では、ＩＣカードリーダ１０は選択されたアンテナモジュールＡを１つのみ含んだ構成としているが、３種のアンテナモジュールすべてを内蔵した構成としたものであってもよい。

また、上記３種に対応したものを説明したが、２種あるいは４種以上に対応したものであってもよい。すなわち、信号を選択的に切り換える通信方式選択設定手段と、複数アンテナに対応した共通コネクタとを備えた構成であればよい。

本発明の非接触型ＩＣカードリーダの構成を示したブロック図である。非接触型ＩＣカードリーダの動作原理を示す図である。（ａ）は通信方式選択設定手段の詳細構成を示す図であり、（ｂ）は通信方式ごとにデータ種別、電源電圧値等を示した表である。ジャンパ設定の接続態様を示した図である。（ａ）は非同期式、（ｂ）は同期式の通信波形を示した図である。従来のＩＣカード通信技術の３態様を示した図である。

符号の説明

１０・・・非接触ＩＣカードリーダ
Ａ・・・アンテナモジュール
Ａ１：非同期式Ａタイプ
Ａ２：非同期式Ｂタイプ
Ａ２：同期式
Ｂ・・・制御部（制御回路基板）
１・・・信号処理部（ＣＰＵ）
１ａ・・・信号端子
２・・・通信方式選択設定手段（アンテナ通信回路）
２ａ、Ｊ１、Ｊ２・・・ジャンパ
２ｂ・・・通信インターフェース
３・・・共通コネクタ
４ａ、４ｂ・・・電源回路
Ｃ・・・ＩＣカード

Claims

アンテナを介してＩＣカードとの間で電磁誘導による電波を送受して非接触通信を行うアンテナモジュールと、該アンテナモジュールと接続して該アンテナモジュールを介した上記ＩＣカードとの通信を行うことで上記ＩＣカードに記憶された情報を読み取る制御部と、を備えた非接触型ＩＣカードリーダであって、
上記アンテナモジュールは、
上記ＩＣカードとの非接触通信により受信した信号をデータに変換して上記制御部に送る一方で、上記制御部より受けたデータに基づく信号を非接触通信により上記ＩＣカードに送信するとともに、
上記ＩＣカードとの非接触通信方式の種別に応じた形式のデータを上記制御部との間で送受し、
上記制御部は、
上記非接触通信方式の種別に対応した異なる複数種類のアンテナモジュールとの間で送受する上記データの形式のすべてに対応した処理を行うとともに、上記ＩＣカードの読み取りのために必要なデータを信号端子で送受する信号処理部と、
異なる複数種類のアンテナモジュール全てに対応して接続可能とされる信号端子を備え、選択された非接触通信方式の種別に応じた１つの上記アンテナモジュールと接続する共通コネクタと、
上記信号処理部の信号端子と上記共通コネクタの信号端子との接続を、上記共通コネクタに接続された上記アンテナモジュールと上記信号処理部との間で送受する上記データの形式に対応した接続に選択的に切り換える通信方式選択設定手段とを備え、
上記信号処理部は、信号端子として、
非同期式の非接触通信方式に対応した送信データ又は同期式の非接触通信方式に対応したカード走行信号を送信する第１端子と、
非同期式の非接触通信方式に対応した受信データを受信する第２端子と、
同期式の非接触通信方式に対応したデータを受信する第３端子と、
同期式の非接触通信方式に対応したクロックパルスを送信する第４端子と、
を有し、
上記共通コネクタは、信号端子として、
非同期式の非接触通信方式に対応した送信データ又は同期式の非接触通信方式に対応したカード走行信号を上記アナログモジュールへ送信する第５端子と、
非同期式の非接触通信方式に対応した受信データ又は同期式の非接触通信方式に対応したデータを上記アナログモジュールから受信する第６端子と、
上記信号処理部の上記第４端子と接続して、同期式の非接触通信方式に対応したクロックパルスを上記アナログモジュールへ送信する第７端子と、
を有し、
上記通信方式設定手段は、
上記信号処理部の信号端子のうち、上記共通コネクタに接続された上記アンテナモジュールに対応した信号端子のみを、有効な信号端子として上記共通コネクタに接続するためのジャンパと、
上記信号処理部の第１端子及び第２端子と接続する一方で上記ジャンパと接続して、非同期式の非接触通信方式の上記アナログモジュールで処理されるデータと上記信号処理部で処理されるデータとの間でのデータ変換を行う通信インターフェースとを、有し、
非同期式の非接触通信方式の上記アナログモジュールが上記共通コネクタに接続されたとき、上記ジャンパにより上記通信インターフェースと上記共通コネクタの上記第５及び第６端子とが接続されて、上記信号処理部の第１端子が上記通信インターフェースを介して上記共通コネクタの上記第５端子と接続されるとともに、上記信号処理部の第２端子が上記通信インターフェースを介して上記共通コネクタの上記第６端子と接続され、
同期式の非接触通信方式の上記アナログモジュールが上記共通コネクタに接続されたとき、上記ジャンパによって、上記信号処理部の第１端子が直接上記共通コネクタの上記第５端子と接続されるとともに、上記信号処理部の第３端子が直接上記共通コネクタの上記第６端子と接続される
非接触型ＩＣカードリーダ。
請求項１において、
上記制御部は、上記複数種類のアンテナモジュールに対応した複数の電源回路部を更に備えている
非接触型ＩＣカードリーダ。
請求項２において、
上記共通コネクタは、上記複数種類のアンテナモジュールに対応した複数の電源回路部に対応した複数の電源供給端子を更に備えている
非接触型ＩＣカードリーダ。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
上記複数の非接触通信方式は、非同期式２種および同期式の計３種であることを特徴とする
非接触型ＩＣカードリーダ。