JPH04344586A - 情報読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、データなどの情報を処
理あるいは記憶するＩＣチップを内蔵した情報媒体の情
報を電磁誘導によって授受することができる読み取り装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報を処理あるいは記憶するＩＣチップ
を内蔵した所謂ＩＣカードとそのＩＣカードの情報を読
み取る装置は、ＩＣカードの記憶容量が大きく、機密保
持の点で優れている事から金融関係、流通関係、医療関
係など多くの分野で利用されている。ところが、ＩＣカ
ードとその情報を読み取る装置とは、両者が機械的かつ
電気的に接続する端子を備えていた。

【０００３】従ってＩＣカードではその端子が外部に露
出しており、屋外の特殊な環境では端子面の汚損、磨耗
などを生じて、ＩＣカードと読み取り装置との良好なコ
ンタクトを確保することが困難な場合があった。

【０００４】このため、近年読み取り装置とＩＣカード
との間で、機械的にコンタクトする端子を介することな
く、情報を授受する方式が提案されている。その例とし
て特開昭６１−１０１８８６号公報に記載されたものが
ある。この従来例について図４を参照して以下に説明す
る。

【０００５】図４において４１は読み取り装置、４２は
ＩＣカード、４３は読み取り装置の各部へ電流を供給す
る直流電源、４４は発振器でその出力ｆは結合部４５の
一方を構成する帯域通過フィルタ４６に印加される。４
７は整流平滑回路、４８は安定化回路、４９はＥＥＰＲ
ＯＭ５０への書き込みを行い読み出し制御および内蔵さ
れた情報信号発生器からの信号を出力するマイクロコン
ピュータ、５１はＩＣカード４２との情報送受を行うの
に必要なバースト信号を作成する回路である。上記結合
部４５は、ＩＣカード４２を読み取り装置４１の所定の
受部に挿入させたときに形成されるトランス５２と、読
み取り装置４１側に設けられた２個の帯域通過フィルタ
４６、５３、ＩＣカード４２側の帯域通過フィルタ５４
、５５とによって構成されている。ＩＣカード４２の本
体には磁芯５６と誘導コイル５７とが埋設されており読
み取り装置４１の磁芯５８には誘導コイル５９と、空隙
６０とを設け、ＩＣカード４２を空隙６０に挿入してＩ
Ｃカードの磁芯５６と読み取り装置の磁芯５８との間で
磁気回路を形成し、ＩＣカード４２の厚み方向に磁界を
発生することによってＩＣカード４２とその読み取り装
置４１とを電磁誘導によって効率良く結合し、ＩＣカー
ド４２と読み取り装置４１の磁気結合部とは一体となっ
て電力や情報を授受するものである。なおＩＣカード４
２側にも整流回路６１、６２、安定化回路６３、６４、
マイクロコンピュータ６５、ＥＥＰＲＯＭ６６、バース
ト信号作成回路６７が埋蔵されている。

【０００６】このような非接触式のＩＣカードは多くの
分野で使用できると同時に、外部の環境に対する信頼性
が向上しているため、海水浴場、プールを設置したレジ
ャーランド、スキー場、温泉地など特殊な環境でも使用
することが可能である為、その読み取り装置も大いに有
用なものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記のような特殊な環
境でＩＣカードのような情報媒体を使用する場合は、従
来例のように情報媒体を読み取り装置に挿入するのでは
なく、両者が接近さえすれば、相互に離れた位置であっ
ても電力や情報を授受できることが、この非接触式の情
報読み取り装置の利便性を向上する上で重要である。然
しながら相互に離れた位置にある情報媒体と読み取り装
置とを所定の磁界強度を確保しながら電磁誘導によって
結合するためには、読み取り装置に極めて大きな電力を
必要とする。このことは読み取り装置の小型化、価格の
低減を阻害することとなる。本発明は、このような上記
の問題点を解決して、小さい電力であっても、広範囲に
わたり電力や情報を情報媒体に授受することができる情
報読み取り装置を実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために本発明では、所望の幅に導体を環状に複数回巻い
て構成した誘導コイルであって、このコイルの互いに隣
接した導体同志は、内側で狭く、外側で広くして相互に
電気的に分離した間隙を設けた構成とし、このコイルを
備えた読み取り装置は小電力でも広範囲に情報媒体に埋
設した媒体側のコイルに作用し情報媒体に電力や情報を
授受でき本課題を解決するものである。

【０００９】

【作用】この読み取り装置の構成によって、読み取り装
置の誘導コイルの内側では、隣接した導体は互いに密に
結合し、外側では隣接した導体は互いに粗に結合されて
いる。従ってこのコイルの内側の導体の囲む面積は、情
報媒体との間で必要な相互インダクタンスを確保する程
度に設定されれば、コイルの内側では、隣接した導体の
間の間隙が小さいため、これらの導体の間の相互インダ
クタンスは増加するが、環状の導体が囲む平面部の面積
が小さいので、これらの導体の各々の自己インダクタン
スは小さくなる。また、誘導コイルの外側では環状の導
体が囲む平面部の面積が大きいため、これらの導体の各
々の自己インダクタンスは増加するが、隣接した導体の
間の間隙が大きいので、これらの導体の間の相互インダ
クタンスは小さくなる。そして誘導コイルの全体として
の自己インダクタンスは、そのコイルを構成する導体の
各々の自己インダクタンスと相互インダクタンスによっ
て決まる。

【００１０】この作用によって誘導コイルは、ほぼ一定
の面積に環状に導体を複数回巻いた場合と比較して、全
体として自己インダクタンスを増加することなく、誘導
コイルの外側の導体が囲む面積を増加して情報媒体に埋
設した媒体側の誘導コイルとの間の相互インダクタンス
を増加することが可能となる。また上記装置に内蔵した
誘導コイルの自己インダクタンスの減少に応じて、その
コイルの総巻回数を増加することが可能になる。従って
誘導コイルから発生する磁界は、近接から遠隔までの広
範囲の位置にある情報媒体の誘導コイルに作用して、こ
の情報媒体と電力や情報を授受することができると共に
、読み取り装置の誘導コイルを駆動するための電力が小
さくなり、この誘導コイルを搭載した読み取り装置の省
電力化が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００１２】（実施例１）図１において、１は導体２を
読み取り装置３内の非磁性体製の支持体４の溝に巻き込
んで形成した第１のコイル、５は支持体４の溝とは反対
側の中央環状部６に捲回した誘導コイルで上記第１のコ
イル１とは別体に形成した第２のコイルである。７は表
示部、８は読み取り装置３の前面カバーであり、非磁性
体で製作されている。９は後面カバー、１０は読み取り
装置３内に設けた配線基板である。１１は上記読み取り
装置３の前面カバー８の中央に貼付したラベルを示す。 １２は導体を複数回捲回して形成した誘導コイルを媒体
コイル１３として内蔵した情報媒体である。

【００１３】上記第１のコイル１は絶縁被覆した直径１
ｍｍの銅線からなる導体２の第１環状導体２ａ、第２環
状導体２ｂ、第３環状導体２ｃ、第４環状導体２ｄで構
成されており、これらの環状導体２ａ……２ｄは図２の
ごとく支持体４の溝に同心円状に４回巻き付けてあり、
巻き始めと巻き終わりのリード部２ｅを支持体４に設け
た切り欠き部１４から取り出している。そして第１のコ
イル１の内側から第１環状導体２ａが囲む円の直径は１
００ｍｍ、第２環状導体２ｂの場合は１１０ｍｍ、第３
環状導体２ｃの場合は１２５ｍｍ、第４環状導体２ｄの
場合は１６０ｍｍであり、第１と第２環状導体２ａと２
ｂとの間隙は５ｍｍ、第２と第３環状導体２ｂと２ｃの
間隙は７．５ｍｍ、第３と第４環状導体２ｃと２ｄとの
間隙は１７．５ｍｍで第１のコイル１の内側と外側とで
は外側の導体間の間隙が内側のそれよりも広がっている
。そして第４環状導体２ｃは前面カバー８の最外周に隣
接しており、情報読み取り装置３内で最も外側に位置す
るように構成されている。

【００１４】第２のコイル５は第１のコイル１からやや
後退した位置に絶縁被覆した直径０．２ｍｍの銅線を第
１のコイル１と同心に支持体４に直径４０ｍｍで２５回
捲き付けて形成したもので、この銅線の巻き始めと巻き
終わりのリード部５ａを支持体４に設けた中継部１４に
固定し、絶縁被覆した直径１ｍｍの銅線からなるリード
５ｂに接続している。上記第１のコイル１は読み取り装
置３から情報媒体１２へ電力や情報を伝送するために使
用し、第２のコイル５は情報媒体１２からの情報を検出
するために使用する。そして第１のコイル１と第２のコ
イル５を装着した支持体４は防水のためのスペーサーを
介して前面カバー８に固定し、リード部２ｅ、５ａの終
端は配線基板１０に接続している。配線基板１０には情
報を処理する処理回路、第１のコイル１および第２のコ
イル５を駆動する駆動回路が搭載されている。そして配
線基板１０は送受信する磁界に悪影響がないように支持
体４との間に空間を設けると共に前記駆動回路の放熱の
ために金属材料からなる後面カバー９に固定している。 後面カバー９と前面カバー８とは密着固定し、支持体４
の表面の中央部にはデザインを施したラベル１１を貼り
付けている。また後面カバー９の１部から外部の本体装
置に接続するための接続線１５を取り出している。

【００１５】以上のように構成した読み取り装置３につ
いて以下にその動作を説明する。情報媒体１２が読み取
り装置３に近づくと、前記配線基板１０に搭載した駆動
回路が動作して第１のコイル１から電力と情報とを含む
変調した交流磁界を発生し、この交流磁界を情報媒体１
２に伝送して、表示部７に情報媒体１２と通信中のメッ
セージを表示する。情報媒体１２は前記交流磁界を媒体
コイル１３によって検出し、内部のＩＣチップ（図示し
ない）が動作するのに必要な電力を蓄積し、また情報を
検出する。情報媒体１２はこの検出した情報に基づいて
所定の処理をした後、媒体コイル１３から情報を変調し
た交流磁界を発生し、この交流磁界を読み取り装置３に
伝送する。そして読み取り装置３の第２のコイル５によ
って前記交流磁界を検出し、前記処理回路を動作して情
報を検出、復調した後、密番号の照合、減算などの一連
の情報処理をして、表示部７に通信完了のメッセージを
表示する。

【００１６】情報媒体１２に情報を書き込む場合は、情
報媒体１２に書き込んだ情報を再度読み出して、この情
報の正否を判定する。そして必要に応じて、パーソナル
コンピュータなどの本体装置（図示しない）と接続線１
５によって情報を授受する。

【００１７】このようにして、読み取り装置３と情報媒
体１２との間で電磁誘導によって電力や情報の授受を行
う。情報媒体１２が、読み取り装置３の第１のコイル１
と近い位置にある場合は、第１のコイル１の内側の導体
、例えば第１環状導体２ａと第２環状導体２ｂから発生
する磁界が主に作用する。勿論、第１のコイル１の内側
の導体の囲む面積は、情報媒体１２との間で必要な相互
インダクタンスを確保する程度に設定している。このた
め、第１のコイル１から発生する交流磁界は、近接から
遠隔までの広範囲の情報媒体に作用して、この情報媒体
１２と電力や情報を授受することができる。この時、第
１のコイル１から離れた位置にある情報媒体１２に作用
するためには、第１のコイル１の外側の第４環状導体２
ｄの囲む面積を大きくして、即ち第４環状導体２ｄは前
面カバーの最外周に位置する様に構成して、第１のコイ
ル１と情報媒体の媒体コイル１３との相互インダクタン
スを増加する必要がある。このことは第１のコイル１の
自己インダクタンスを増加して第１のコイル１に流れる
電流を減少するために、第１のコイル１から発生する磁
界の強度を弱めることとなる。その結果、第４環状導体
２ｄの囲む面積を増加して情報媒体１２との相互インダ
クタンスを増加した効果がなくなることになる。また、
所定の電流を確保するためには、読み取り装置３に大き
な電力を必要とする。しかし、第１のコイル１を内側よ
り外側の導体間隙を大きくすることによって、第４環状
導体２ｄ自身の自己インダクタンスは増加するが、隣接
する第３環状導体２ｃとの間の間隙が広いために、第４
環状導体２ｄと第３環状導体２ｃとの相互インダクタン
スが減少して、第１のコイル１としての自己インダクタ
ンスは減少しても増加することはない。このことは第４
環状導体２ｄに限らず第１のコイル１の外側に形成する
導体について同様のことが言える。従って、第１のコイ
ル１は情報媒体１２との間の相互インダクタンスを大き
くしても、第１のコイル１を駆動するための電力は増加
することがなく、また第１のコイル１の自己インダクタ
ンスの減少に応じて、第１のコイル１の導体の総捲き回
数を増加することができる。このため、第１のコイル１
を搭載した読み取り装置３は省電力化が可能となり、小
さい電力で、より離れた情報媒体に作用して、電力や情
報を授受することができる。レジャーランドなどのロー
カルなシステムで情報媒体１２と読み取り装置３を運用
する場合は、所有者はコイン状にした情報媒体１２を腕
輪に装着して携帯し、この腕輪を腕に着けた状態で情報
媒体１２をラベル１１に軽く触れてまた離す操作をする
と、読み取り装置３と情報媒体１２との間の情報の授受
をする一連の動作が完了する。

【００１８】なお、第１のコイル１の複数回巻いた導体
の少なくとも一部において、互いに隣接する導体の間に
、第１のコイル１の内側で狭く、外側で広くなる前記導
体を電気的に分離した間隙を設けさえすれば、その他の
部分において、互いに隣接する導体の間の間隙は狭くて
も広くてもよい。また第１のコイル１の構成つまり内側
よりも外側の導体間の間隙を広くする構成を第２のコイ
ル５に適応すれば、情報媒体１２からの情報を効率良く
検出することができる。

【００１９】（実施例２）図３に本発明の実施例２のコ
イルを示す。すなわち図１の（ａ），（ｂ）において実
施例２は第１環状導体２ａ〜第４環状導体２ｄの各間隙
が異るが、他は実施例１と全く同じであるため、それら
の詳細な説明は省略する。本実施例２の第１コイル１は
、隣接する導体の間の間隙が円周方向に連続的に広がる
ように螺旋状に第１環状導体２ａ、第２環状導体２ｂ、
第３環状導体２ｃ、第４環状導体２ｄを巻き、第１のコ
イル１を構成する隣接の各導体間において内側から外側
に向けて徐々に広くなる間隙を設けたものである。 このように構成した第１のコイル１を搭載した読み取り
装置３も実施例１と同様な動作をする。

【００２０】なお、第１のコイル１は実施例１，２のい
づれも同心円状に形成したものであるが、環状に形成し
たものであれば円形でも矩形でも良く、また完全な同心
円でなくともその中心が互いに変異した同心状であって
も良い。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明の読み取り装置は、
小さい電力であっても、近接位置から遠隔までの広範囲
に存在し、誘導コイルを備えた情報媒体に作用して、情
報媒体との間で電力や情報を授受できるもので、本読み
取り装置によって、ＩＣカード等の情報媒体を利用する
システムの利便性を向上するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施例１における読み取り装置
の正面図 （ｂ）同側面からの部分断面図

【図２】同読み取り装置に内蔵させた誘導コイルを搭載
した支持体の正面図

【図３】同実施例２における読み取り装置に内蔵させた
誘導コイルを搭載した支持体の正面図

【図４】（ａ）従来のＩＣカードと読み取り装置のブロ
ック図 （ｂ）同ＩＣカードと読み取り装置の磁気結合部の断面
略図

【符号の説明】

１　　第１のコイル ２　　導体 ２ａ　　第１環状導体 ２ｂ　　第２環状導体 ２ｃ　　第３環状導体 ２ｄ　　第４環状導体 ３　　読み取り装置 ４　　支持体 ５　　第２のコイル ７　　表示部 １０　　配線基板 １２　　情報媒体 １３　　媒体コイル ４１　　読み取り装置 ４２　　ＩＣカード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　誘導コイルを有する情報媒体との間で
   電磁誘導によって電力や情報を授受する装置において、
   情報媒体の前記誘導コイルに電磁誘導作用をする誘導コ
   イルを内蔵しており、その誘導コイルはコイルの内側で
   狭く、外側で広く導体を環状に複数回巻いて構成されて
   いて各導体間は電気的に分離した間隙を設けた情報読み
   取り装置。
2. 【請求項２】　　情報媒体の誘導コイルに電磁誘導作用
   をする誘導コイルは、その内側より外側に向けて連続的
   に広がる螺旋状に導体を巻回して構成した請求項１記載
   の情報読み取り装置。
3. 【請求項３】　　情報媒体の誘導コイルに電磁誘導作用
   をする誘導コイルの最外側の環状導体は、前面カバー内
   の最外周に隣接する位置に設けられた請求項１または２
   記載の情報読み取り装置。
4. 【請求項４】　　情報媒体の誘導コイルに電力と情報と
   を含む変調した交流磁界を伝送する誘導コイルと、情報
   媒体の誘導コイルから発生する情報を変調した交流磁界
   を検出する誘導コイルの夫々を内蔵しており、上記両コ
   イルは共にコイルの内側で狭く、外側で広く導体を環状
   に複数回巻いて構成され、上記両コイルを夫々構成する
   各導体間は電気的に分離した間隙を設けた情報読み取り
   装置。