JP5245516B2 - Ｉｃカードリーダ装置およびアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、非接触方式のＩＣカード、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等と通信を行って情報を読み取り、または情報を書き込み、ICカードと通信を行なうＩＣカードリーダ装置、及びＩＣカードリーダ装置用アンテナに関する。

識別情報（ＩＤ）等を保持するメモリ、および無線通信機能を搭載した集積回路、アンテナを一体化したＩＣカードあるいは無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）は、様々な認証や決済などの目的に用いることが提案されている。
このような非接触でのＩＣカードと無線通信を行って認証や決済などの処理を行うリーダあるいは書込み機能も備えたリーダ、ライタが広く知られている。本明細書におけるＩＣカードリーダ装置は、このようなリーダあるいはリーダライタに関する。
この決裁の際に、引用文献１に示すようにＩＣカードをかざされたアンテナにより商品を選択する自動販売機が知られている。
特開２０００−２６８２３９号公報

しかし、多数のアンテナから１のアンテナを選択して使用する場合に、アンテナとアンテナの間隔を狭くすると、2つ以上のアンテナがＩＣカードからの信号を受信し、一のアンテナを特定できない可能性がある。一方、操作のし易さ、配置上の制約からアンテナ間はなるべく狭く設定したという要望がある。
これらの要望への対応としてリーダ／ライタからの電波出力を弱くすることが考えられる。ＩＣカードからの変調信号が、十分な電波を受けている場合に比べ受信状態が位置により大きく変化し、隣接するアンテナへの影響が減少するからである。
しかし、ICカードリーダ装置からの電波を弱くすると、ＩＣカードの状況によってはアンテナの真上にかざしても反応しないという問題が生じる。たとえばＩＣカードが財布にしまわれており、コイン等でICカードリーダ装置からの電波が邪魔されるような場合である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、複数のアンテナを有し、どのアンテナとICカードが通信をしたかを明確にすることができるＩＣカードリーダ装置、およびアンテナを提供することを目的とする。

本発明のＩＣカードリーダ装置は、ＩＣカードと電磁波で通信を行うＩＣカードリーダ装置であって、前記ＩＣカードとの通信用に配置された複数のループアンテナと、閉ループを有し前記複数のループアンテナの間に設けたループ状導体と、前記ＩＣカードと通信を行う通信部と、前記複数のループアンテナおよび前記ループ状導体を保持する基台と、を備え、前記ループアンテナは、前記基台の同一面上において、隣接する前記ループ状導体のそれぞれが形成する各ループの外側に配置され、前記ループ状導体は、前記基台の同一面上において、隣接する前記ループアンテナのそれぞれが形成する各ループの外側に配置されたものである。

また、前記複数のループアンテナを制御する制御手段と、前記ＩＣカードと通信を行う通信部と、複数のアプリケーションを格納し、コントロール部からの指示により選択するアプリケーション選択部と、選択したアプリケーションを実行または送り出すアプリケーション実行部と、前記通信部、前記制御手段、前記アプリケーション選択部、をコントロールする前記コントロール部と、をさらに備える。

本発明によれば、複数のアンテナを近づけて設置しても、それぞれのアンテナは十分な感度を保持しつつ隣接するアンテナへの影響を減少してＩＣカードと通信しているアンテナの特定を容易に行なうことができる。すなわち、複数のアンテナ間の間隔を減少することができ、単に導体をアンテナ間に設置した場合よりもＩＣカードとの通信範囲をアンテナ直上に絞ることができる。さらに複数のアプリケーションを備えたＩＣカードリーダ装置が、アプリケーションを切り替えるのに際し、アンテナに対応付けてアプリケーションを選択すれば、ＩＣカードを各アンテナにかざすことによりスイッチ等を特別に操作しなくても必要とするアプリケーションを呼び出し、実行することができるＩＣカードリーダ装置を提供できる。

本発明の実施形態として、非接触方式のＩＣカードをかざしてアプリケーションを選択する装置を図１に示す。アプリケーションとしては支払いをドル、ポンド、ユーロ、円で行なう各アプリケーションを選択するものを示すが、これに限らず、カード会社の選択、種々のプリペイドカードの選択、商品の選択等があげられる。
まず概略の構成を図１を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係るＩＣカードリーダ装置の概略構成を示すブロック図、図２は本発明の実施形態に係るアンテナ部分の内部構造を示す図である。
本実施形態のＩＣカードリーダ装置は、図２に示すように4つのアンテナを近接して配置し、アンテナ間には銅板、あるいは銅線のループを配置している。図１、図２では４つのアンテナの場合を示したが、アンテナ数は複数であればいくつでも同様の構成である。この4つのアンテナはアンテナ制御部13により順次切り替えるスキャン動作により通信部１４に接続される。このスキャン動作はコントロール部１８が制御しておりスキャンの停止、スキャンの順番もコントロール部１８からの指示で変更できる。
アプリケーション選択部１４にはドル、ポンド、ユーロ、円での支払いを行なうためのアプリケーションが格納されておりアンテナ１とICカードとの通信が確立するとコントロール部１８はアンテナ１とICカードとの通信をロックしアンテナ１に対応するドルでの支払いのアプリケーションをアプリケーション選択部１５から選択し、アプリケーション実行部１７は選択されたアプリケーションを実行する。同様にアンテナ２とICカードとの通信が確立するとポンドの支払いを実行するアプリケーションを、アンテナ３とICカードとの通信が確立するとユーロでの支払いを実行するアプリケーションを、アンテナ４とICカードとの通信が確立すると円での支払いを実行するアプリケーションを実行する。
アンテナ１乃至アンテナ４の間には銅線のループ１１a,11b,11cが設置されて、各アンテナがそれぞれとなりのアンテナにまで受信範囲がとどかないように配置してある。
また、図２に示すように、各アンテナ１ないし４はループアンテナで構成し、各ループの中心位置にそれぞれのアプリケーションを表すシンボル６乃至シンボル９を描いている。たとえばAクレジット会社のカードにより円で精算を行ないたい場合、使用者は自己の所有するAクレジットカードを円のシンボル９の上にかざすことにより精算をおこなうことができる。
次にアンテナ部の構造を図２をもちいて説明する。シンボルが描かれるパネル５はプラスチック等の電磁波を透過するもので、図２のように各シンボル（６乃至９）が描かれており、選択されたアンテナを示す表示部（１０a乃至１０ｄ）が各シンボルの上に設けられている。パネルは１枚の対応性のあるプラスチックで構成しアンテナ基台７と結合されて防水構造とするのが好ましい。このような構造であれば屋外のコインパーキング等への設置も容易になる。
また各アンテナの近傍（アンテナ上部が好ましい）には表示制御部１２により点灯されるＬＥＤライトによる表示部１０a乃至１０ｄが設けられて、使用するアプリが決定した場合には対応するアンテナの上部の表示器が点灯する。コントロール部１８はアンテナ制御部１３、通信部１４、表示制御部１２、アプリケーション選択部１５、アプリケーション実行部１７を制御する。
次に図３を用いてアンテナ制御部１３、アンテナ（１,2）、アンテナ間に設置した導体（図３では銅線のループ１１a）およびアンテナ制御部１３の詳細を示す。アンテナ制御部は通信部１４より送信信号３４が入り、アンテナからの受信信号３５が返される。ここで送信信号３４、受信信号３５は所定のキャリアをループアンテナ１またはアンテナ２から送出し、カード内のICにより変調された変調信号を受信信号として通信部１４が処理しても良い。
アンテナ１、アンテナ２の切り替えはアンテナ制御信号３６によりおこなう。アンテナ１を選択するアンテナ制御信号がきた場合。アンテナ制御信号によりSW３aはオープンになりSW１ａ,SW２ａは同時にオンになる。またこのときアンテナ２においてはSW３ｂはオンになりアンテナ２のループをショートさせ、SW1ｂ、SW2ｂはオープンになる。この結果通信部はアンテナ１に接続される。アンテナ１において送信信号３４とはアンテナ１の直上にきたICカードを励起させるキャリア信号であり受信信号とはICカードで変調された信号を取り出したものである。
送信信号と受信信号とにそれぞれスイッチSW１ａ,SW２ａはアンテナのオン、オープンを確実にするため、送信信号、受信信号にそれぞれもけたものである。
図３においては２つのアンテナの切り替えを示したが、３つ以上のアンテナを制御する場合も同様にして行なうことができる。
次に図４乃至図１１を用いてアンテナ間に設けた導体の効果を実験した結果を示す。
図４にはアンテナとカード間の通信成立の距離を示すグラフの縦軸と横軸と、実際のアンテナとカードとの位置関係を示す。実験対象はメーカの異なるＩＣカードであるＮとＳ、ＩＣカードを内臓したお財布携帯電話機であるＰの３つで通信距離を測定した。
ＩＣカードリーダのキャリア送信出力等の条件は通常使用される所定の値に固定して３つを比較した実験を行なった。アンテナはプリント基板に形成されたループアンテナで７５ｍｍ×６０ｍｍのプリント基板の大きさいっぱいにアンテナのループが形成されている。ＩＣカードＮ、Ｓ携帯電話Ｐ（Ｎ、Ｓと同種のＩＣカードが内蔵されている）は図４ではカード３９として示し、アンテナの大きさは85ｍｍ×５５ｍｍの大きさであり携帯電話 Ｐに内蔵されているＩＣカードの場合、アンテナの大きさは３０ｍｍ×３０ｍｍである。
カード３９はアンテナ基板３７の中心線上をカードの中心をそろえてアンテナと平行に移動させ、測定をおこなう。測定はアンテナ基板の中心とカードの中心間で距離を測定し、カード基板と同一面である横方向の距離をＸ、アンテナと垂直の方向をＹとして通信が成立する位置を測定してグラフにした。
また図６以下に示すように、実装状態に近づけるため、アンテナ３７の横に同一のアンテナ基板を２０ｍｍ離して設置し、測定を行なった。
図５はアンテナ１基板３７の横に２０ｍｍ離して同一形状のアンテナ２基板設置し、アンテナ１基板、アンテナ２基板の間には何も設置しない状態で測定したアンテナ１の通信距離である。
カード３９の中心がアンテナ３７の端部を過ぎると急激にＹ方向の通信距離が落ちるがさらにカード３９を移動させると再び通信距離がのびていってしまう。特にカードＮにおいて顕著にこの現象が見られる。
図６にアンテナ１基板とアンテナ２基板の間に導体である銅板を設置した場合を示す。アンテナはプリント基板に形成されたループアンテナで７５ｍｍ×６０ｍｍのプリント基板の大きさいっぱいにアンテナのループが形成されておりアンテナ間に何も設置していない場合と同様である。ＩＣカードＮ、Ｓ携帯電話Ｐ（Ｎ、Ｓと同種のＩＣカードが内蔵されている）は図４と同一である。
図７から明らかなように銅板を設置した場合は、長所としてサイドローブの通信距離が低下するため、アンテナ面-カードのタッチ面の距離を短くできる。またサイドローブ発生距離が伸びる傾向があり、仕様状態によってはアンテナ間の距離を離すかパネル５の厚みを厚くする必要がある。
次に図８にアンテナ１基板とアンテナ２基板の間に、大きさ２０ｍｍ×７５ｍｍで幅１ｍｍのループ状の導体である銅板を設置した場合を示す。アンテナ、ＩＣカードＮ、Ｓ携帯電話Ｐ（Ｎ、Ｓと同種のＩＣカードが内蔵されている）は図４、図８に示す通信距離の測定のときの条件と同一である。
図９にこの条件での通信距離の測定結果を示す。明らかにループ状の銅板によりサイドローブが短くなっている。このためアンテナ間を短くしても相互に干渉を起こすことはない。

本発明は、自動販売機などに設置した複数のアンテナを有するＩＣカードリーダ装置において、アンテナとアンテナの間隔を狭く設定することができ、装置全体の小型化を図ることができる。また同じ大きさであればより多くのアンテナを設置できるため、自販機、コイン駐車場等の無人の機器に設置するマルチIアプリケーションI Cカードリーダ装置等に有用である。

本発明の実施の形態に係るＩＣカードリーダ装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態に係るＩＣカードリーダ装置のアンテナ部の構造を示す図 本発明の実施の形態に係るアンテナ部およびアンテナ制御部の構成を示す図 本発明の実施の形態に係るアンテナとＩＣカード間の通信距離測定実験時のアンテナとカードの位置を示す図 本発明の実施の形態に係るアンテナ間に何もないときの通信距離実験の結果を示す図 本発明の実施の形態に係るアンテナ間に導体を設置した場合の概要図 本発明の実施の形態に係るアンテナ間に導体を設置した時の通信距離実験の結果を示す図 本発明の実施の形態に係るアンテナ間に導体ループを設置した場合の概要図 本発明の実施の形態に係るアンテナ間に導体を設置した時の通信距離実験の結果を示す図

符号の説明

１ アンテナ１
２ アンテナ２
３ アンテナ３
４ アンテナ４
５ パネル
６ アプリケーションシンボル１
１０a、１０b、１０ｃ、１０ｄ 表示部
１１a ループ１
１１ｂ ループ２
１１ｃ ループ３
１２ 表示制御部
１３ アンテナ制御部
１４ 通信部
１５ アプリケーション選択部
１６ 出力部
１７ アプリケーション実行部
１８ コントロール部
３１a スイッチ１a
３１b スイッチ１ｂ
３２a スイッチ２a
３２ｂ スイッチ２ｂ
３３a スイッチ３a
３３b スイッチ３ｂ

Claims (3)

1. ＩＣカードと電磁波で通信を行うＩＣカードリーダ装置であって、
   前記ＩＣカードとの通信用に配置された複数のループアンテナと、
   閉ループを有し前記複数のループアンテナの間に設けたループ状導体と、
   前記ＩＣカードと通信を行う通信部と、
   前記複数のループアンテナおよび前記ループ状導体を保持する基台と、を備え、
   前記ループアンテナは、前記基台の同一面上において、隣接する前記ループ状導体のそれぞれが形成する各ループの外側に配置され、前記ループ状導体は、前記基台の同一面上において、隣接する前記ループアンテナのそれぞれが形成する各ループの外側に配置されたことを特徴とするＩＣカードリーダ装置。
2. 前記複数のループアンテナを制御する制御手段と、
   前記ＩＣカードと通信を行う通信部と、
   複数のアプリケーションを格納し、コントロール部からの指示により選択するアプリケーション選択部と、
   選択したアプリケーションを実行または送り出すアプリケーション実行部と、
   前記通信部、前記制御手段、前記アプリケーション選択部、をコントロールする前記コントロール部と、をさらに備える請求項１記載のＩＣカードリーダ装置。
3. ＩＣカードと電磁波で通信を行うＩＣカードリーダ装置用のアンテナ装置であって、
   前記アンテナ装置は、
   前記ＩＣカードとの通信用に配置された複数のループアンテナと、
   閉ループを有し前記複数のループアンテナの間に設けたループ状導体と、
   前記複数のループアンテナおよび前記ループ状導体を保持する基台と、を備え、
   前記ループアンテナは、前記基台の同一面上において、隣接する前記ループ状導体のそれぞれが形成する各ループの外側に配置され、前記ループ状導体は、前記基台の同一面上において、隣接する前記ループアンテナのそれぞれが形成する各ループの外側に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。

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