JP4412091B2 - 非接触型icカードリーダ装置 - Google Patents
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Description
ICカードリーダ装置2において、搬送波発生回路11で発生した搬送波は、変調回路14で変調され、回路インピーダンスZ1、フィルタ22等を通してアンテナ回路16へ導かれる。そして、アンテナ回路16では、当該搬送波の周波数で励振されてICカード1に向けて電磁波を放射する。
アンテナ回路16から放射された電磁波は、ICカード1のアンテナ回路7で受信される。受信された電磁波のエネルギーによりアンテナ回路7に発生した電圧は、整流回路8で整流されて直流電圧を発生し、電源としてIC回路9に供給される。整流回路8で発生した電源電圧がIC回路9に内蔵されたICの最大許容電圧を超えないように、非線形な電気的特性を有する定電圧回路6が接続されている。
復調回路19では、N3点の搬送波の電圧変動を検出する。こうして制御回路12は、ICカード1より送られてくるデータを受信することができる。
図13において、変調回路14の出力電圧は出力インピーダンスZ1、フィルタ回路のインピーダンスZf、アンテナ回路16のインピーダンスZa1、Za2を経てICカードに伝達される。ICカード1は、IC回路9のインピーダンスZL、スイッチング素子4によってオン/オフされるインピーダンスRL、定電圧回路6が発生する非線形特性をもつインピーダンスZDなどが接続された負荷回路と見なすことができる。
検出回路17は、ICカード1からの情報送信時にスイッチング素子4がオン/オフされ、インピーダンスRLが変動する状態をN2点における電圧変動として検出する。検出回路17がN2点において大きな信号を検出するためには、ICカード1内に存在するインピーダンスZL,ZDに比べ、スイッチング素子4によってオン/オフされるインピーダンスRLが相対的に小さいことが必要となるので、非線形の特性をもつインピーダンスZDはできるだけ大きいことが望ましい。即ち、インピーダンスZDが極めて大きく、実質的に定電圧回路6には電流が流れない状態が最も望ましいということになる。
更に、ICカード1で受信する電力が定電圧回路6で保護できないほど強くなると、ICの最大許容電圧を超えてしまって、ICが破壊されてしまうという問題がある。
ICカード側で最適な電力となるのは、保護手段で規程された所定電圧を若干超える状態に相当するため、保護手段に電流が流れる、すなわちICカードの負荷インピーダンスの変化を検出したタイミングに基づいて出力制御手段は、最適出力電圧を設定し、当該電圧を可変電圧出力手段より出力させるように制御するので、ICカードリーダ装置の最適な送信電力を供給することができるという優れた効果がある。
また、特に、検出コイルを用いた請求項7記載の発明においては、検出コイルから出力される信号が特定の電位に拘束されていないため、当該特定電位の除去を行う回路を設ける必要がなく、さらに前記特定電位に含まれるノイズ等の影響を受けないので、特性面でも優れたものとなる。
従って、請求項8記載の発明によれば、微妙な変化であるICカードの負荷インピーダンスの変化を、漸増または漸減により的確に検出することができ、ICカードリーダ装置の最適な送信電力を供給することができるという優れた効果がある。
これにより、最適な電力供給のための検査電磁波を特別に送信することなく、実際の情報送信に基づいて最適な電力供給の検出を行うことができるので、ICカード側からの情報受信を最適な電力供給で素早く実現することができるという優れた効果がある。
また、請求項14記載の発明によれば、出力制御手段が設定する最適出力電圧は、変化点出力電圧の変化を検出するために出力した、または出力する予定であった可変電圧出力手段の出力電圧のうちから1つの出力電圧を選択して設定されることを特徴としている。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るICカードリーダ装置10、及びICカード1の回路構成を示したものである。なおICカード1は「背景技術」の項で説明した図12中のICカード1と同じ回路構成であるので同一符号を付し、説明は省略する。
ここで、IC回路9が安定して動作するためには、電源電圧はある程度高い(例えば2V以上)方が良く、しかもその電圧が安定していることが望ましいため、本実施形態では、定電圧回路6に少し電流が流れる状態を最適とする。それは、ICカード1の回路電圧が安定している状態が少し余裕をもって維持させるためである。
可変電圧回路13の出力電圧V0と検出回路17の出力電圧Viとの関係は図3のようになる。図3の例では、P0点からP7点に向かって順次検出を行うもので、P3点とP4点とでは出力電圧V3と出力電圧V0との比に差異があることが検出されるので、P3点とP4点との間に変化点が存在すると推定され、P4点の出力電圧V10が変化点出力電圧として検出される。
また、実際にはICカード1の回路電圧が安定することが重要なので、ICカード1に内蔵されたICを保護する定電圧回路6に少し電流が流れるよう、変化点出力電圧V10より少し大きい電圧を最適出力電圧V10’として設定する。図3の例ではP4点の出力電圧より1段階だけ大きいP5点における出力電圧を最適出力電圧V10’として設定している。
図2においては、理解を容易にするために出力電圧を連続的に漸増する例を示したが、図4の例のように、所定時間毎に出力電圧を階段状に変化させる方がより実用的である。図4の例においても作用や効果は図2の例と基本的に同じなので説明は省略する。
図10(a)において、制御回路12は、ステップS100で初期値n=0を設定し、ステップS110で可変電圧発生回路13の出力電圧V0(0)を出力し、ステップ120で現在の可変電圧発生回路13の出力電圧値V0(0)と、その時の出力電圧値Vi(0)を入力して記憶する。
一方、ステップS160で前記電圧比の差が所定値より小さいと判定した場合には、負荷インピーダンスの変化がないと判断してステップS170へ進み、ステップ170では、nを増してステップ110に戻り、上記のステップを繰り返す。
図10の処理手順は、出力制御手段、可変出力送信手段および負荷変化検出手段が協働して実行するもので、出力電圧を決定し出力するステップS100,S110、S130、S170、S190等が出力制御手段および可変出力送信手段に相当し、信号を入力し判定するステップS120、S140、S150、S160、S180等が負荷変化検出手段に相当する。
第1の実施形態においては、ステップS100に示すようにN=0より処理を開始し、以後、予定された出力電圧を一定の割合で増加または減少させながら順次出力するようにしているが、この実施形態においては、出力電圧を増加または減少させる差分電圧値を複数種類用意しておき、状況により出力電圧を増加または減少させる割合を変えるものである。
P2点に対してP5点の出力電圧では負荷インピーダンスの変化が検出されないので、P5点とP4点の中間に負荷インピーダンスの変化点が存在すると判断し、P4点の出力電圧(V(P5))を変化点出力電圧として検出し、P4点の出力電圧より1段階大きい出力電圧として出力する予定であったP6点の出力電圧(V(P6))を最適出力電圧V10’として設定し、可変電圧発生回路13から出力した。
なお、図5の例では差分電圧値を整数比の3段階に設定したが、複数の異なる差分電圧値を任意の数だけ設定することによって、初期の段階では大きな差分電圧値を用いて最適出力電圧に短時間で接近し、接近した後は小さな差分電圧値に切り替えてより小さな誤差で最適出力電圧を見つけ出すものとすることができる。
本実施形態のICカードリーダ装置は、前述の第1の実施形態、第2の実施形態のいずれに対しても適用できるものであって、構成は図6に示すものである。
図6において、ICカードリーダ装置20は、第1の実施形態で説明した図1中のICカードリーダ装置10とほぼ同じ構成であるが、ICカードリーダ装置20には検出素子24が設けられ、検出回路17の信号源となっている点が異なっている。以下、図6に示すICカードリーダ装置20の構成と作用について説明するが、図1のICカードリーダ装置10と同じ構成および作用となる部分は説明を省略する。
また、ここではコイル状のアンテナ素子である検出コイルを用いる例について説明したが、検出素子24としてはホール素子や他の形態のアンテナ素子などを用いることができる。
本実施形態のICカードリーダ装置の構成は、第1の実施形態で説明した図1中のICカードリーダ装置10、または第2の実施形態で説明した図6中のICカードリーダ装置20と同じ構成である。図1のICカードリーダ装置10と図6のICカードリーダ装置20とでは、信号の検出方法が異なるが、本実施形態のICカードリーダ装置は、いずれの検出方法であっても適用できるものである。
図7において、(1)は搬送波発生回路11が出力する所定周波数の搬送波Vf、(2)は第1の期間と第2の期間とを1対として、第1組は出力電圧Va1とVb1、第2組は出力電圧Va2とVb2、第3組は出力電圧Va3とVb3、……というように出力される可変電圧発生回路13の出力電圧V0、(3)は搬送波発生回路11が出力する搬送波を可変電圧発生回路13の出力電圧で変調した変調回路14の出力電圧V1、(4)は可変電圧発生回路13の出力電圧Va1、Vb1、Va2、Vb2、Va3、Vb3などに対応して検出回路17がN2点において検出した電圧Viであって、それぞれの電圧がVc1、Vd1、Vc2、Vd2、Vc3、Vd3である。
図8は、可変電圧発生回路13が第1の期間において出力する出力電圧V0と検出回路17が検出した電圧Viとの比(Vi/V0)をx(n)とし、第2の期間において出力する出力電圧V0と検出回路17が検出した電圧Viとの比(Vi/V0)をy(n)として、さらにx(n)とy(n)との比(x(n)/y(n))を求めてz(n)とし、出力電圧V0と比z(n)との関係を示したものである。即ち、出力電圧V0がVa1、Vb1、Va2、Vb2、Va3、Vb3というように順に出力され、電圧ViがVc1、Vd1、Vc2、Vd2、Vc3、Vd3というように検出された時に、x(1)を(Vc1/Va1)、y(1)を(Vd1/Vb1)として算出し、出力電圧V0と電圧Viとの比z(1)を(x(1)/y(1))のように算出する。
最適出力電圧V10’を設定する制御手順について図11を参照しながら説明する。図11の制御手順は、基本的考え方は第1の実施形態で説明した図1の場合と同じであるが、図11の手順では第1の出力電圧と第2の出力電圧とが1対であって、その比が一定値を保つ点が異なる。
ステップS360で前記比z(n)が所定値より大きい場合には、負荷インピーダンスの変化がないと判断してステップS370へ進み、ステップ170では、nを増してステップ110に戻り、以上のステップを繰り返す。
さらに、図11(a)のステップS350では検出した電圧値の比を同一時期に入力された可変電圧発生回路13の出力電圧Va(n)(またはVb(n))と、検出回路17が検出した電圧Vc(n)(またはd(n))との比として算出するが、これは図11(c)のようにVa(n)とVb(n)、Vc(n)とVd(n)の比として算出するステップS350’としても同様の結果が得られる。
この実施形態においては、技術的な概念としては第4の実施形態に含まれるものであり、負荷インピーダンスの変化を検出する過程とICカードへ情報送信する過程とを並行して実行する点において第3の実施形態と異なる。
ICカードリーダ装置からICカードへ情報を送信する場合に、情報を2進数で表現される符号化を行ない、その符号化の方法にはマンチェスタ符号やFM0符号などが含まれる。図9にこれらの符号化方式の例を示したので、それぞれの符号の特徴を簡単に説明する。
なお、本発明は様々な変形が可能であり、例えば、図1や図6において、検出回路17は回路中のN2点から信号電圧を入力する構成となっているが、他の回路部位、例えばN3点やN4点などから入力する構成とすることも可能である。また、制御回路は、可変電圧発生回路13が出力する電圧V1は、実際に出力されている電圧をA/D変換回路を通して入力しても良いし、図1や図6のように実際に出力されている電圧を入力する構成とせず、制御回路が可変電圧発生回路13に対して出力を指示した電圧を可変電圧発生回路13が出力する電圧と見なして入力しても良い。
Claims (14)
- 所定電圧を超える電力を吸収してICを保護する保護手段を有すると共に、受信した電磁界より動作電力を得て、負荷インピーダンスを変動させることにより情報を送信するICカードに対して、非接触で当該情報を受信する非接触型ICカードリーダ装置であって、
供給された電圧に応じた強さの電磁界を発生させる電磁界発生手段、およびこの電磁界発生手段に供給する電圧を変更可能な可変電圧出力手段、を有する可変出力送信手段と、
この可変出力送信手段により前記電磁界の強さを変化させ、当該変化に基づく前記ICカードの負荷インピーダンスの変化を検出する負荷変化検出手段と、
この負荷変化検出手段により前記ICカードの負荷インピーダンスの変化が検出された場合には、その時点での前記可変電圧出力手段の出力電圧を変化点出力電圧として検出し、当該変化点出力電圧に基づいて最適出力電圧を設定して、前記可変電圧出力手段が前記最適出力電圧を出力するように制御する出力制御手段と、
を備えることを特徴とする非接触型ICカードリーダ装置。 - 前記可変出力送信手段は、前記可変電圧出力手段および前記電磁界発生手段の間に所定の出力インピーダンスを有するものであり、
前記負荷変化検出手段は、
前記出力インピーダンスに入力される前の電圧を検出する第1の電圧検出手段と、
少なくとも前記出力インピーダンスの一部を通過した後の電圧を検出する第2の電圧検出手段と、を有するものであり、
前記出力制御手段は、前記第1の電圧検出手段が検出した電圧が第1の検出電圧である時に、前記第2の電圧検出手段が検出した電圧を第2の検出電圧とし、前記第1の電圧検出手段が検出した電圧が第3の検出電圧である時に、前記第2の電圧検出手段が検出した電圧を第4の検出電圧とし、前記第1の検出電圧、前記第2の検出電圧、前記第3の検出電圧、および前記第4の検出電圧の間に、所定の関係が成立するか否かを判定することによって前記変化点出力電圧を検出することを特徴とする請求項1記載の非接触型ICカードリーダ装置。 - 前記第1の検出電圧、前記第2の検出電圧、前記第3の検出電圧、および前記第4の検出電圧の間に成立する前記所定の関係とは、前記第1の検出電圧および前記第2の検出電圧の比である第1の比と、前記第3の検出電圧および前記第4の検出電圧の比である第2の比との差が所定値を超えないという関係であることを特徴とする請求項2記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記第1の検出電圧、前記第2の検出電圧、前記第3の検出電圧、および前記第4の検出電圧の間に成立する前記所定の関係とは、前記第1の検出電圧および前記第3の検出電圧の比である第3の比と、前記第2の検出電圧および前記第4の検出電圧の比である第4の比との差が所定値を超えないという関係であることを特徴とする請求項2記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記第1の電圧検出手段が検出する電圧は、前記可変電圧出力手段の出力端における出力電圧であり、前記第2の電圧検出手段が検出する電圧は、前記出力インピーダンスの少なくとも一部を通過した出力回路部位における出力電圧であることを特徴とする請求項2記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記負荷変化検出手段は、更に、
前記電磁界発生手段の近傍に設けられ、当該電磁界発生手段が発生する電磁界の強さに応じた電圧を出力する電磁界検出手段を有し、
前記第2の電圧検出手段は、当該電磁界検出手段が出力した電圧を検出することを特徴とする請求項2記載の非接触型ICカードリーダ装置。 - 前記電磁界検出手段は、前記電磁界発生手段が発生する電磁界と交差する検出コイルであり、
前記第2の電圧検出手段は、電磁誘導作用によって前記検出コイルが発生する電圧を検出することを特徴とする請求項6記載の非接触型ICカードリーダ装置。 - 前記出力制御手段は、前記可変電圧出力手段に対してその出力電圧を漸増または漸減させるように制御して、前記変化点出力電圧を検出するようにしたことを特徴とする請求項2記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記出力制御手段は、前記可変電圧出力手段に対してその出力電圧を漸増または漸減させるように制御する際、初期の段階では出力電圧を大きく変更して粗な分解能にて前記変化点出力電圧を検出し、前記変化点出力電圧が検出された後は、出力電圧を小さく変更して密な分解能にて前記最適出力電圧を設定するようにしたことを特徴とする請求項8記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記出力制御手段は、前記可変電圧出力手段に対してその出力電圧を漸増または漸減させるように制御する際、初期の段階では出力電圧を大きく変更して粗な分解能にて前記変化点出力電圧を検出し、前記変化点出力電圧が検出された後は、その時点で前記可変電圧出力手段が出力している出力電圧とその直前に出力した出力電圧との中間に次の出力電圧を設定し、以後、出力電圧を小さく変更して密な分解能にて前記最適出力電圧を設定するようにしたことを特徴とする請求項8記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記出力制御手段は、第1の期間中、所定の出力電圧を保持し、当該第1の期間に連続する第2の期間中、前記所定の出力電圧とは異なる出力電圧を保持するような出力電圧パターンとなるように前記可変電圧出力手段を制御し、かつ、当該出力電圧パターンを漸増または漸減するように制御することを特徴とする請求項8記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記出力制御手段は、前記ICカードに向けて送信される情報種別および符号化方式に基づいて、前記第1の期間の前記所定の出力電圧および前記第2の期間の前記所定の出力電圧とは異なる出力電圧を各々設定し、ICカードへの情報送信と並行して、前記変化点出力電圧を検出することを特徴とする請求項11記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記出力制御手段が設定する前記最適出力電圧は、前記変化点出力電圧より所定量だけ大きい電圧として設定されることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の非接触型ICカードリーダ装置。
- 前記出力制御手段が設定する前記最適出力電圧は、前記変化点出力電圧の変化を検出するために出力した、または出力する予定であった前記可変電圧出力手段の出力電圧のうちから1つの出力電圧を選択して設定されることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の非接触型ICカードリーダ装置。
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