JP4419724B2 - Ｉｃカードリーダ及びｉｃカードリーダの送信出力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触型ＩＣカードと電磁結合方式によって通信を行うＩＣカードリーダ、及びそのＩＣカードリーダの送信出力制御方法に関する。

非接触型ＩＣカードのリーダライタは、ＩＣカードとの間で電磁結合を利用して信号を送受信し、通信を行うように構成されている。従って、そのリーダライタが設置されている周囲に、例えば金属などの磁性体が設置物として存在する場合には、リーダライタより送信出力される磁気信号の磁界が変化したり、送信回路のインピーダンスがずれたりすることがある。その結果、リーダライタとＩＣカードとの通信距離が変化したり、ＩＣカードに送信される変調信号が変化する場合がある。
尚、このようなリーダライタの一例は、例えば特許文献１などに記載されている。
特開２００２−１０９４９５号公報

上述したように、リーダライタが周囲の設置物の影響を受けると、最悪の場合には、ＩＣカードとの通信が不可能な状態となってしまう。このため、リーダライタを設置した周囲に、磁界に影響を与えて通信を妨げそうな設置物がある場合には、その影響を受けないようにリーダライタ或いは設置物の配置を変更するような対応が必要であった。しかしながら、上記のような設置物であるか否かの判定は容易ではなく、また、たとえ判定ができたとしても、配置の変更が必ずしも可能な状況にあるとは限らない。

そして、特許文献１は、リーダライタとＩＣカードとの通信距離が短すぎる場合にカード内部の発熱量が大きくなることを問題としており、上述したような問題には全く着目していない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲に通信を妨げそうな設置物がある場合でも、適切な通信状態を確保することが可能であるＩＣカードリーダ及びそのＩＣカードリーダの送信出力制御方法を提供することにある。

請求項１記載のＩＣカードリーダによれば、記憶手段に、想定した基準環境下における送信信号の出力レベルを予め記憶しておき、制御手段は、記憶されている出力レベルと、送信出力検出手段によって検出された実際の出力レベルとの差を縮小するように補正手段を制御する。従って、実際にＩＣカードリーダが設置された環境の条件が、予め想定した基準環境の条件と異なることにより、通信手段によって送信される信号の出力レベルに差が生じたとしてもその差が縮小されるので、ＩＣカードとの間における通信を、常に基準環境と同様の安定した状態で行なうことが可能となる。
そして、ユーザによって第１の動作モードが設定されると、補正動作を禁止すると共に、検出された出力レベルを記憶手段に記憶させ、第２の動作モードが設定されると、補正動作を実行可能にすると共に記憶手段に対する記憶処理を禁止する。従って、ユーザは、ＩＣカードリーダの動作モードを適宜設定することで、想定した基準環境下における送信信号の出力レベルを記憶させる処理と、実際の設置環境下における補正動作とを夫々実行させることができる。

請求項２記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、記憶手段に記憶されている出力レベルと、送信出力検出手段によって検出された出力レベルとの差が所定値以上の場合に、当該差を縮小するように補正手段を制御するので、補正を行なうタイミングを適切に設定することができる。

請求項３乃至５記載のＩＣカードリーダによれば、補正手段は、送信信号の出力電力を調整することで（請求項３）、また、通信手段を構成する送信回路の出力インピーダンスを調整することで（請求項４）、また、通信手段を構成するアンテナの入力インピーダンスを調整することで（請求項５）、出力レベルを補正する。従って、補正を適切に実行することができる。

請求項６記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、実際に電磁信号を送信した場合に検出された出力レベルと記憶されている出力レベルとを比較して補正手段に対する制御の要否を決定し、その制御が必要であれば当該制御を実行した後に前記比較を再実行する。従って、双方の出力レベルの差が、補正が不要と判断される状態に至るまで、比較動作及び補正動作を続行させることができる。

請求項７記載のＩＣカードリーダによれば、ユーザによって第３の動作モードが設定されると、補正動作及び記憶処理を何れも禁止するので、ユーザは、補正動作が終了した後、ＩＣカードリーダを実際に運用するための動作モードに切替えてその運用を開始させることができる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、非接触型のＩＣカードと磁気信号を介して通信を行うリーダライタについて、本発明の要旨に係る送信回路部分の電気的構成を示す機能ブロック図である。リーダライタ（ＩＣカードリーダ）１の送信回路部（通信手段）２０は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ，制御手段）２に接続される送信符号生成部３，送信出力部４，送信フィルタ部（補正手段）５，アンテナ６などで構成されている。

送信出力部４は、出力段に配置されるＮＰＮトランジスタ７と、そのトランジスタ７のベース電流を制御する出力可変部（補正手段）８とで構成されている。出力可変部８は、例えば可変抵抗素子や、或いは、接続切り替えが可能な複数の抵抗素子などで構成される。また、送信フィルタ部５は、コイル９及びコンデンサ１０のＬＣフィルタとして構成されていると共に、そのコイル９のインダクタンス又はコンデンサ１０の容量が可変となるように構成されている。そして、出力可変部８と、送信フィルタ部５についての素子定数制御（または、複数の素子の接続切替え制御）は、ＣＰＵ２によって行われる。

また、送信フィルタ部５の出力端子には、振幅検出回路（送信出力検出手段）１１が接続されている。振幅検出回路１１はローパスフィルタとして構成され、アンテナ６の端子電圧、即ち、キャリアの振幅レベルを検出するようになっている。そして、その検出信号はＣＰＵ２に与えられており、ＣＰＵ２は、その検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込むようになっている。

尚、リーダライタ１については、当該リーダライタ１が標準的な設置環境として想定した基準環境下に置かれた状態で、振幅検出回路１１によって検出される送信信号の振幅値を予め測定する。ここでの「基準環境」とは、リーダライタ１の周囲に、発生する磁界信号に影響を及ぼす金属のような磁性材料などで構成される物体が存在しない環境である。そして、ＣＰＵ２は内部にメモリ（記憶手段）１２を備えており、そのメモリ１２に、前記基準環境下で検出された振幅値をデータとして記憶する。この動作は、リーダライタを設定モード（第１の動作モード）に設定するなどして動作させる（この時、後述するステップＳ６における補正動作は禁止される）。

次に、本実施例の作用について図２及び図３も参照して説明する。図２は、リーダライタ１を設置してからその運用を開始するまでの処理の流れを示すフローチャートである。先ず、リーダライタ（Ｒ／Ｗ）１を設置し（ステップＳ１）、例えば、そのリーダライタ１を調整モード（第２の動作モード）に設定するなどして動作させる（この時、前述したメモリ１２に対する記憶処理は禁止される）。すると、リーダライタ１のＣＰＵ２は、送信回路部２０より１３．５６ＭＨｚのキャリアを送信させる（ステップＳ２）。
続いて、ＣＰＵ２は、振幅検出回路１１を介してアンテナ６の端子電圧、即ちキャリアの振幅を検出し（ステップＳ３）、その振幅値と、メモリ１２に記憶されている基準環境下で測定された振幅値との差を演算する（ステップＳ４）。

即ち、図３に示すように、リーダライタ１を実際の使用環境に設置すると、リーダライタ１の側部や（ａ）下部などに（ｂ）、リーダライタ１が発生させる磁界に影響を及ぼす金属などで構成される物体１３〜１５が存在する場合も想定される。斯様な物体１３〜１５が存在する場合、リーダライタ１によって送信される磁界信号の出力は、所期のレベルより変動する。そこで、ＣＰＵ２は、ステップＳ４における演算結果の差が所定値未満であれば（ステップＳ５，「ＮＯ」）、そのまま、通常動作に移行して実際の運用を開始する（ステップＳ７）。また、これ以降調整させたくない場合には、運用モード（第３の動作モード）に設定することでノイズ等の影響で間違って調整することが防げる。

尚、上述したユーザによる動作モードの切替えは、例えばリーダライタ１にモード切換え用のディップスイッチ（図示せず，モード設定手段）を設け、ＣＰＵ２にそのスイッチの設定を読み込ませたり、或いは、リーダライタ１に接続されるパーソナルコンピュータなどの上位制御装置（図示せず，モード設定手段）を介してリーダライタ１にモード切替えを指示するように構成すれば良い。

一方、前記演算結果の差が所定値以上である場合（ステップＳ５，「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ２は、送信出力部４の出力可変部８における抵抗値を変更するか、又は、送信フィルタ部５のフィルタ定数を変更する（ステップＳ６）。前者のように出力可変部８における抵抗値を変更する場合は、送信信号の出力電力を補正することになる。また、後者のように送信フィルタ部５のフィルタ定数を変更する場合は、送信回路部２０の出力インピーダンスを補正することになる。
それから、ＣＰＵ２はステップＳ３に戻り、ステップＳ４において双方の振幅値の差が所定値未満になったと判断されるまで同様の処理を繰り返す。以上のように処理を行なう結果、リーダライタ１によって送信される磁界信号の出力レベルは、想定した基準環境下における出力レベルと略同等になる。

以上のように本実施例によれば、リーダライタ１を構成するＣＰＵ２は、想定した基準環境下におけるキャリアの振幅値をメモリ１２に予め記憶しておき、その記憶した振幅値と、振幅検出回路１１によって検出された実際の振幅値との差を縮小するように、送信出力部４の出力可変部８における抵抗値を変更するか、又は、送信フィルタ部５のフィルタ定数を変更するようにした。
従って、実際にリーダライタ１が設置された環境の条件が予め想定した基準環境の条件と異なり、送信回路部２０によって送信される信号の出力レベルに差が生じたとしても、その差は最小となるように補正され、ＩＣカードとの間における通信を常に基準環境と同様の安定した状態で行なうことが可能となる。

また、ＣＰＵ２は、メモリ１２に記憶されている出力レベルと、振幅検出回路１１によって検出された出力レベルとの差が所定値以上の場合に、当該差を縮小するように出力可変部８又は送信フィルタ部５を制御するので、両者が略同等とみなされる範囲（差が所定値未満）では送信出力を補正せず、補正を行なうタイミングを適切に設定することができる。

また、ＣＰＵ２は、実際に電磁信号を送信した場合に検出された出力レベルとメモリ１２に記憶されている出力レベルとを比較してステップＳ５で補正制御の要否を決定し、その制御が必要であれば（「ＹＥＳ」）ステップＳ６で当該制御を実行した後、ステップＳ３に戻って比較動作を再実行するようにしたので、双方の出力レベルの差が、補正が不要と判断される状態に至るまで、比較動作及び補正動作を続行させることができる。

更に、ＣＰＵ２は、ユーザによって設定モードが設定されると、補正動作を禁止して検出された出力レベルをメモリ１２に記憶させ、調整モードが設定されると、補正動作を実行可能にすると共にメモリ１２に対する記憶処理を禁止する。従って、ユーザは、リーダライタ１の動作モードを適宜設定することで、想定した基準環境下における送信信号の出力レベルを記憶させる処理と、実際の設置環境下における補正動作とを夫々実行させることができる。そして、ユーザによって運用モードが設定されると、補正動作及び記憶処理を何れも禁止するので、ユーザは、補正動作が終了した後、リーダライタ１を実際に運用するための動作モードに切替えてその運用を開始させることができる。

（第２実施例）
図４は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。図４は、図１の一部相当図であり、アンテナ６部分を示すものである。送信フィルタ部５の出力端子の一方とアンテナ６との間には、アンテナ６のインピーダンスを整合させるため、コンデンサ２１及び抵抗２２が直列に挿入されている。また、両者の共通接続点と前記出力端子の他方との間に、コンデンサ２３が接続されている。コンデンサ２１，２３は容量が可変に（即ち、第１実施例と同様に、複数の素子の接続形態を変更可能に）構成されている。

そして、図４では図示しないＣＰＵ２は、ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判断すると、コンデンサ２１又は２３の容量を変化させることで送信出力の補正を行なう。即ち、前記容量を変化させることでアンテナ６の入力インピーダンスが変化するため、その変化に伴って磁気信号の送信出力を調整することができる。
以上のように第２実施例によれば、ＣＰＵ２は、アンテナ６の入力インピーダンスを変化させることでリーダライタ１の送信出力を補正するようにしたので、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

本発明は上記しまたは図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
第１実施例において、送信出力部４，送信フィルタ部５の何れか一方のみを、素子定数が変更可能となるように構成しても良い。
また、送信フィルタ部５については、コイル９，コンデンサ１０の何れか一方の定数だけを変更可能に構成しても良い。

また、第２実施例の構成を第１実施例の構成に組合わせて、送信出力電力、送信回路部２０の出力インピーダンス、アンテナ６の入力インピーダンスを夫々変更可能な構成としても良い。
その場合、上記各部を変更する際の優先順位を設定しておき、何れか１つを調整した段階でステップＳ３〜Ｓ５を実行し、その結果「ＹＥＳ」と判断された場合に他の１つを調整するように構成しても良い。
ＩＣカードに記憶されているデータの読取り機能だけを有する、ＩＣカードリーダに適用しても良い。

本発明の第１実施例であり、非接触型のＩＣカードと磁気信号を介して通信を行うリーダライタについて、本発明の要旨に係る送信回路部分の電気的構成を示す機能ブロック図 リーダライタを設置してからその運用を開始するまでの処理の流れを示すフローチャート リーダライタを実際の使用環境に設置した場合に想定される、周囲の状況例を示す図 本発明の第２実施例を示す図１の一部相当図

符号の説明

図面中、１はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、２はＣＰＵ（制御手段）、５は送信フィルタ部（補正手段）、８は出力可変部（補正手段）、１１は振幅検出回路（送信出力検出手段）、１２はメモリ（記憶手段）、２０は送信回路部（通信手段）を示す。

Claims (14)

1. 非接触型ＩＣカードと電磁結合方式により通信を行うための通信手段と、
   この通信手段を介して前記ＩＣカードに送信される電磁信号の出力レベルを検出する送信出力検出手段と、
   前記通信手段によって送信される信号の出力レベルを補正するための補正手段と、
   想定した基準環境下における前記送信信号の出力レベルが記憶される記憶手段と、
   この記憶手段に記憶されている出力レベルと、前記送信出力検出手段によって検出された出力レベルとの差を縮小するように前記補正手段を制御する制御手段と、
   ユーザが複数の動作モードを設定するためのモード設定手段とを備え、
   前記モード設定手段を介して第１の動作モードが設定されると、前記制御手段による補正動作を禁止すると共に、前記送信出力検出手段によって検出された出力レベルを前記記憶手段に記憶させ、
   前記モード設定手段を介して第２の動作モードが設定されると、前記制御手段による補正動作を実行可能にすると共に、前記記憶手段に対する記憶処理を禁止することを特徴とするＩＣカードリーダ。
2. 前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている出力レベルと、前記送信出力検出手段によって検出された出力レベルとの差が所定値以上の場合に、当該差を縮小するように前記補正手段を制御することを特徴とする請求項１記載のＩＣカードリーダ。
3. 前記補正手段は、前記送信信号の出力電力を調整することで出力レベルを補正するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＩＣカードリーダ。
4. 前記補正手段は、前記通信手段を構成する送信回路の出力インピーダンスを調整することで出力レベルを補正するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
5. 前記補正手段は、前記通信手段を構成するアンテナの入力インピーダンスを調整することで出力レベルを補正するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
6. 制御手段は、電磁信号を送信した場合に、前記送信出力検出手段によって検出された出力レベルと前記記憶手段に記憶されている出力レベルとを比較して前記補正手段に対する制御の要否を決定し、前記制御が必要な場合は当該制御を実行した後に前記比較を再度実行することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
7. 前記モード設定手段を介して第３の動作モードが設定されると、前記制御手段による補正動作及び前記記憶手段に対する記憶処理を何れも禁止することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
8. 想定した基準環境下において、非接触型ＩＣカードと電磁結合方式により通信を行うための通信手段を介して前記ＩＣカードに送信される電磁信号の出力レベルを予め記憶手段に記憶し、実際に前記ＩＣカードに送信される電磁信号の出力レベルを検出して、その出力レベルと前記記憶手段に記憶されている出力レベルとの差を縮小するように、前記通信手段によって送信される信号の出力レベルを補正する場合に、
   ユーザによって第１の動作モードが設定されると、前記補正を禁止すると共に、検出された電磁信号の出力レベルを前記記憶手段に記憶させ、
   ユーザによって第２の動作モードが設定されると、前記補正を実行可能にすると共に、前記記憶手段に対する記憶処理を禁止することを特徴とするＩＣカードリーダの送信出力制御方法。
9. 前記記憶手段に記憶されている出力レベルと、検出された電磁信号の出力レベルとの差が所定値以上の場合に、当該差を縮小するように補正することを特徴とする請求項８記載のＩＣカードリーダの送信出力制御方法。
10. 前記送信信号の出力電力を調整することで出力レベルを補正することを特徴とする請求項８又は９記載のＩＣカードリーダの送信出力制御方法。
11. 前記通信手段を構成する送信回路の出力インピーダンスを調整することで出力レベルを補正することを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダの送信出力制御方法。
12. 前記通信手段を構成するアンテナの入力インピーダンスを調整することで出力レベルを補正することを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載のＩＣカードリーダの送信出力制御方法。
13. 電磁信号を送信する第１ステップと、
    検出された前記電磁信号の出力レベルと前記記憶手段に記憶されている出力レベルとを比較する第２ステップと、
    この第２ステップの比較結果に応じて前記補正の要否を決定する第３ステップとを有し、
    前記第３ステップにおいて、補正が必要であると決定した場合は、前記第２ステップを再度実行することを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載のＩＣカードリーダの送信出力制御方法。
14. ユーザによって第３の動作モードが設定されると、前記補正及び前記記憶手段に対する記憶処理を何れも禁止することを特徴とする請求項８乃至１３の何れかに記載のＩＣカードリーダの送信出力制御方法。

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