JPH07254055A - カード装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カードに記録されたデータを非接触で伝送す
る装置で送信機を不要とした装置。 【構成】 複数の周波数の電磁波を送信する送信機と、
カード上に設けられた、それぞれの周波数を受信する受
信部分と、この受信信号を入力としてそれぞれの和また
は差の周波数に変換するミキサーを持ち、このミキサー
の入力または出力をカードに記録されたデータによって
変調して出力し、この信号を受信機で選択的に受信し
て、カードに記載された信号を得るデータ伝送装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本装置は電磁波による非接触カー
ド装置であり、カードのデータを非接触で送出したり、
書き換えをする目的に使用でき、カード上の送信機と受
信機の局部発振回路が不要なので、コストと消費電力を
下げ、外部から与えられる光や電波などの電磁波エネル
ギーで動作することもできるので半永久的な使用が可能
である。さらに、メモリーエリアまたはバンク・アクセ
スをＩＤ化すると秘密が保ちやすく、単一のカードで複
数の利用が可能である。また、送信機から離れてミキサ
ーの変換効率の落ちる場合は、別の発振器から非接触で
受信機に局部発振器の代用信号を送り、ヘテロダイン方
式の高い感度と狭い帯域で良好にデータが受信できた
り、非接触で微弱な指令信号をカードに送って受信デー
タを読み出すこともでき、受信専用のリモート・ターミ
ナルとしての利用も可能となり、従来のカードよりも多
くの用途が可能である。

【０００２】

【従来の技術】カードの読み取り装置は磁気記録データ
を磁気的に読み取る接触方式が一般的である。しかし、
この方式はカードを磁気ヘッドに接触させる必要があっ
て利用に不便を生じたり、読み取り装置の機械的な磨耗
などのトラブルが生じる欠点がある。この欠点を除くた
め、カード上に送信機を設け、メモリーなどによる記録
データを電波で送る非接触方式も利用されている。この
方式は非接触でデータを送る特徴があるが、送信機を内
蔵するため、送信機などの部品によるコストや消費電力
が問題であった。また、簡単な共振器を利用したカード
識別装置もあるが読み取りのための送信電力が多かった
りデータ量や到達距離にも問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、カード上
の送信機の部品によるコストと消費電力を下げ、しかも
受信感度を上げて到達距離を上げる必要がある。

【０００４】

【作用】二つの異なる周波数を非線形の素子であるミキ
サーに加えるとそれぞれの周波数の和と差の周波数に変
換することが可能である。この特性を利用して、受信信
号と、局部発振器による信号をミキサーに加え、中間周
波数を得る、これを検波して受信出力を得る受信方法は
ヘテロダイン受信機として良く知られている。この特性
を利用して、外部の送信機からそれぞれ異なった周波数
の電波をカードに加え、それぞれの周波数をそのままカ
ード上にある検出器で受信し、ミキサーに加えると外部
から加えた周波数の和と差の信号が得られる。この信号
にカードに内蔵されたメモリーのデータによって変調を
かけ、カード上から送信すると変換損失はあるが送信周
波数と異なる周波数で信号を送ることが可能である。送
信周波数を適当に選び、送信周波数の和または差の周波
数で送信周波数の妨害を受けにくい周波数を選ぶと送信
機を動作させたままカードのデータを受信することが可
能となり、アイソレータやサーキュレータも除くことが
できる。したがって、カード上に簡単な共振器を設け共
振器のインピーダンス変化によってデータを送るカード
装置では送信周波数とカードから送信される周波数が同
一か整数倍となり送信と受信を同時に行うことが困難で
あり、送信と受信を高速で切り替える必要があるが、本
発明では受信機を連続的に動作させることが可能であ
り、質の良い受信が可能である。さらに、和または差の
信号を増幅して送出しない場合は、カード上の送信機は
不要であり、カードから放射される電波のエネルギーは
すべて外部の送信機から得られるので送信のための電力
は不要になる。また、カード上で外部からの送信データ
を受信する場合は、受信した一方の信号を局部発振器と
して代用できヘテロダイン受信機として動作させること
が可能である。

【０００５】

【実施例】この発明を実施するポイントは、低い信号レ
ベルで変換効率が高く、電源が不要で実装面積の少ない
ミキサーを利用することにある。カードのような少ない
面積で電波を能率良く送受できるマイクロ波帯に適した
ミキサーとして、ダイオードの非線形特性を利用したミ
キサーがある。シングル・ダイオードミキサーやバラン
ス・ミキサーなどの回路が代表的である。しかし、これ
らの回路は信号の結合のためにコイルに相当する回路や
分布乗数回路が必要であったりして実装面積が大きくな
る欠点がある。この方式に適するミキサーとして、ＤＤ
Ｍ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅｄ Ｍｉｘｅｒ）または
鈴木ミキサーと呼ばれるミキサーが適している。このミ
キサーの動作原理は明らかではないが、専用の入出力ポ
ートを持ち、静電結合でも利用が可能であり、少ない局
部発振電力で良好な変換特性が得られ、本発明の実施に
適した素子である。この素子では、局部発振入力が−３
ｄＢmでも約１６ｄＢの変換損失で変換が可能である。
この素子を利用した場合の実施例を説明すると、カー
ド上に送信機から送られてくるそれぞれの周波数に同調
したアンテナまたは共振器の出力をＪ端子とＨ端子に結
合する、Ｇ端子をアースしてＩ端子からコンデンサーで
直流を阻止してそれぞれの和と差の周波数を取り出し、
送信アンテナまたは共振器に結合する。もちろん、カー
ドの読み取り距離は低下するが、受信回路や送信回路は
非同調でも実施は可能である。Ｈ端子をアースして、Ｇ
端子に一方の受信信号を加えても同様な目的が達せられ
る。カードに記録されたデータで変調するには、Ｉ端子
の出力をデータに応じてスイッチでシャントする方法が
最も容易である。この場合、Ｉ端子の直流成分をシャン
トしないようにする必要がある。他の方法として、スイ
ッチにより他の端子のインピーダンスを変化させたりし
て変調をかけることも可能である。さらに、Ｇ端子とア
ース間にインピーダンスの低い信号を加えて変調をかけ
ることも可能である。この方法はカードからの送信に電
力を要せず、信号処理部分だけの少ない電力で動作が可
能である。したがって、固定局の送信電力が大きい場合
は、受信信号を整流した電力を信号処理やカードからの
送信電力増大するブースタなどの電力として利用でき、
電池を不要としたカードを得ることが可能となる。この
場合、ミキサーとして良く知られているシングル・ダイ
オード・ミキサーやシングル・バランス・ミキサー、ダ
ブル・バランス・ミキサーなどを使用することも可能と
なり、このミキサーは整流回路と等価であり、それぞれ
半波、センタタップ、ブリッジ整流回路と等価である、
中間周波出力端子には高周波成分以外に信号を整流した
直流電圧が得られ、この電圧をそのまままたはＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータで昇圧して利用することも可能である。Ｄ
ＤＭをミキサーとした場合は得られる電力に制限がある
が、Ｉ端子に同様な直流電圧が発生する。信号処理装置
の消費電力が大きく、受信した高周波電力で供給するこ
とが不可能な場合はカードに太陽電池を搭載すればカー
ドを利用する場合に太陽電池用の照明や自然光などのエ
ネルギーで発電するので、１次電池のような消耗する電
池を利用せずにカードに電力を供給することが可能であ
る。カードの電力消費を犠牲にすれば、カード上にリニ
アアンプなどのブースターをつけて送信電力を増加した
り、適当なフイルタをつけ送信器から出るスプリアスな
どを抑え、質の良い出力を得ることも可能である。

【０００６】固定局の送信電波が強く、しかも送信機の
変調方式がパルス変調の場合は、中間周波端子に現れる
出力をそのままデータと利用することもできるが、さら
に増幅したりダブルスーパー方式で感度や選択性を上げ
ることも可能である。ミキサーはカードから周波数を変
換して電波を送出する目的と、受信出力を得る目的で共
用することも可能であるが、複数のミキサーを用いてそ
れぞれ独立の目的に利用することもできる。固定局の送
信機から送られてくるＣＷ波はカード上の受信機の局部
発振器の代用をする。送信機から離れ、このレベルが低
下すると受信機としての変換効率が低下して受信が困難
であるが、遠方の受信だけを重視するなら、カードの外
部に局部発振専用の発振器をアダプターとして設けて高
い受信感度を得ることができ、リモートターミナルとし
ての機能を持たすことが可能である。この場合、固定局
の送信周波数とアダプターの発振周波数が一致しない
と、ビート障害が起きるのでこの対策が必要である。こ
のアダプターに固定局と同一周波数の微弱電波も発生で
きるようにして、さらに受信機能も持たすと、カードが
受信したデータをこのアダプターに接近させ非接触で受
信データを読むことも可能となる。

【０００７】カード上のデータ処理部分は簡単なデータ
処理ではワイヤドロジックで構成が可能であるがマイク
ロプロセッサを搭載すると、インテリジェントな機能を
カードに持たせ、自動的に固定局とカード間の通信を行
い、高度な利用が可能である。この場合、固定局の送信
周波数の差の周波数を分周してデータ処理のクロック信
号とすると送信側と受信側のデータの同期が取りやすく
都合が良い。

【０００８】カードにマイクロ・プロセッサーを内蔵す
ると多用途な目的のカードとして利用でき、それぞれの
目的や利用会社などの区別に応じてアクセスできるメモ
リーのアドレスやバンクをＩＤによって管理し、同時に
メモリーのアクセス監視回路を付加する方法で、従来は
用途や利用会社によって異なっていたカードを１枚にま
とめても安全に利用することができ、予期しない電波に
よる誤動作や不正なアクセスを防止できる。この具体的
方法は、特定のアドレス範囲またはバンクを固定局側か
らＩＤやメモリー・アクセスコードまたはバンクのデー
タがこないとアクセスできないようにＣＰＵのアドレス
・デコーダーをハード的に改良すると共に、この範囲の
メモリーのリードまたはライトのアドレスが変化したら
優先的な割り込みを発生させて、監視プログラムのサブ
ルーチンに移るなどの方法で簡単に実施できる。

【０００９】固定局の送信機は一方をＣＷ（連続波）と
し、他方に変調をかけるようにする。送信電力を節減す
るため、カードから返送電波のない場合は間欠的に電波
を発射しておき、カードを認識してから正常な送信に移
っても良い。変調方式はどのような変調方式でも利用が
可能であるがパルス変調がもっとも簡単である。送信機
がリニア・アンプでアンテナの帯域が広い場合は複数の
電波を１台の送信機で送信することも可能であるが、複
数の送信機を使用しても良い。データ・チャンネルを１
チャンネルとしてシリアルでデータを送るのが最も経済
的であるが、多チャンネルにして並列データを送ること
も可能である。パルス変調をかけた場合、カードからの
データが途切れないように、カードが電波を送信してい
る期間は固定局の送信電波を連続波となるように制御す
るか、送信データと同期を取って送信機の電波が発射さ
れている期間だけデータを送るようにする。大電力の送
信機を使用すると通信距離は増大するが複数のカードが
同一圏内にある場合に混信を起こす恐れがあるが、返送
するパルスをカードによって個々に異なる遅れや返送パ
ターンのパルス間隔に変化をつけたり不要なカードに対
して一定期間送信を停止するコマンドを送り、混信によ
る弊害を低下させることも可能である。さらに、カード
から発射された返送電波を受信し、この受信レベルが一
定になるように送信電力を制御すると不要な混信を防ぐ
とともに、送信機に近づき過ぎてミキサーが破損した
り、混変調などが起きるトラブルも防止できる。

【００１０】固定局側の受信機は、感度と選択性が満足
すればどのような受信方式でも利用できるが、スーパヘ
テロダインの場合、固定局送信機の連続波の周波数を局
部発振器として利用すると混変調やスプリアスの弊害を
少なくできる。

【００１１】本発明ではカードとして説明したが、形状
は自由であり、他の認識方法と併用しても良い、場合に
よっては操作用のキーや表示装置などをつけ、さらに応
用範囲を広げることも可能である。またミキサーに、副
次的に発生した直流信号を増幅器の電力とする、微小電
力でも動作可能な素子をブースタとして組み込み、ＩＣ
化することも可能であり、変換損失を補うことも可能で
ある。

【００１２】

【発明の効果】本発明を利用したカードでは一個のパッ
シブミキサーで受信と送信の機能を持たすことが可能と
なり、増幅器を付加しない場合は電源も不要であり小
型、で軽量な多機能なカードが実現できる。ＤＤＭをミ
キサーとして利用すると回路はさらに簡単になる。カー
ドに対して送信する電波は複数の電波を同時に発射すれ
ばレーダー波のようなピーク電力のきわめて高いパルス
波でも応用が可能であり、カードから送信周波数の差ま
たは和の周波数が返送されるので、カードから周波数変
換されて返送された電波を選択的に受信する方法で、他
の反射波と明瞭に区別して、遠距離からカードを認識で
き、海上や山などの遭難の探索にも応用が可能である。
この場合、受信カードの受信回路や返送回路にスプリッ
ト・ラインや表面弾性波フイルタなどによるフイルタで
意識的に特別の周波数特性を持たせると、カードの返送
電波に変調をかけなくても、探索用の送信周波数を変化
させてカードに対する周波数応答から、簡単なカードの
識別も可能である。また、このカードを自動車などの前
面に取りつけると、同様な原理で自動車の接近を知るこ
とができ、ドップラー効果で速度も判定できる。このカ
ードを高速道路通行用のカードとして併用すると、道路
などの工事や事故処理中の作業者に危険を知らせ、事故
を事前に防ぐ目的として利用できる。 カードの消費電
力は受信器とデータ処理用の微小な電力で動作するの
で、送信機から近距離の条件では、受信した高周波電力
を整流した電力から供給することが可能である。長距離
でも通信を可能にするには太陽電池などの消耗しない電
池を取りつけ、ブースタによってカードからの送信電力
を上げることもできる。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定局から複数の周波数を発生する単一
   または複数の送信機によって電波を送出し、この電波を
   カードに設けた受信回路で検出し、それぞれの信号を電
   源の不要なパッシブ動作の非線形特性を持つ素子による
   ミキサーで混合し、それぞれの信号の和または差の周波
   数に変換して送出する送出回路において、変調可能なミ
   キサーを利用するか、入力または出力部分に変調器をも
   うけ、カードに記録されたデータによって変調する変調
   回路によって変調された電波を送出するカードと、この
   カードから送出された電波を選択的に受信する受信回路
   によってカードに記録されたデータを読み出すカード装
   置。
2. 【請求項２】 固定局から複数の周波数を発生する単一
   または複数の送信機によって電波を送出し、この電波を
   カードに設けた受信回路で検出し、それぞれの信号を電
   源の不要なパッシブ動作の非線形特性を持つ素子による
   ミキサーで混合し、それぞれの信号の和または差の周波
   数に変換し、差の周波数である中間周波を検波して送信
   機から送られてくるデータを解読し、このデータに基づ
   いてカードから送信周波数の和または差の信号に変調を
   かけて送出するインテリジェントな機能を持ったカード
   とカードから送出されたデータを固定局側の受信機で受
   信し、この受信データで送信機のデータ送出するインテ
   リジェントな機能を持った固定局によって、自動的に固
   定局とカード間の通信を可能としたカード装置。
3. 【請求項３】 複数の周波数を発生する単一または複数
   の送信機によって電波を送出し、この電波をカードに設
   けた受信回路で検出し、それぞれの信号を電源の不要な
   パッシブ動作の非線形特性を持つ素子によるミキサーで
   混合し、それぞれの信号の和または差の周波数に変換し
   て送出する装置で、変調可能なミキサーを利用するか、
   入力または出力部分に変調器をもうけてデータを送り、
   外部の受信機で受信してカード間の通信を可能としたカ
   ード装置のデータ処理装置において、受信周波数の差に
   なる中間周波数を分周して得たクロックで信号処理をす
   るカード装置。
4. 【請求項４】 複数の周波数を発生する単一または複数
   の送信機によって電波を送出し、この電波をカードに設
   けた受信回路で検出し、それぞれの信号を電源の不要な
   パッシブ動作の非線形特性を持つ素子によるミキサーで
   混合し、それぞれの信号の和または差の周波数に変換し
   て送出し、この信号を外部の受信機で受信するカード認
   識装置において、カードからの受信信号の強さに応じて
   送信電力を調整するカード装置。
5. 【請求項５】 複数の周波数を発生する単一または複数
   の送信機によって電波を送出し、この電波をカードに設
   けた受信回路で検出し、それぞれの信号を電源の不要な
   パッシブ動作の非線形特性を持つ素子によるミキサーで
   混合し、それぞれの信号の和または差の周波数に変換と
   変調して送出し、この信号を外部の受信機で受信するカ
   ード認識装置において、外部送信機のデータに応じて、
   カードからの返送を一定の期間中止して混信を防ぐカー
   ド装置。
6. 【請求項６】 複数の周波数を発生する単一または複数
   の送信機によって電波を送出し、この電波をカードに設
   けた受信回路で検出し、それぞれの信号を電源の不要な
   パッシブ動作の非線形特性を持つ素子によるミキサーで
   混合し、それぞれの信号の和または差の周波数に変換し
   て送出する送出回路において、カード上の受信または送
   信部分に特定の周波数特性を設け、外部から与える周波
   数の応答特性で識別を可能にしたカード装置。
7. 【請求項７】 単一または複数の送信機によって複数の
   周波数の電波を送出し、一つは連続波、他方に変調をか
   けてデータを送出し、それぞれの周波数の電波をカード
   で検出し、連続波はヘテロダイン受信機の局部発振器と
   して代用し、他方をデータを持ったキャリアーとしてミ
   キサーに加え、ミキサーの出力である中間周波または副
   次的に発生する直流電圧によって受信データを解読し、
   このデータでカードに記録されたデータを書き換えるカ
   ード装置。
8. 【請求項８】 単一または複数の送信機によって複数の
   周波数の電波を送出し、この電波に変調をかけてデータ
   を送出し、それぞれの周波数の電波をカードに設けた受
   信回路で検出し、一方の周波数を局部発振器の代用とし
   て利用し、他方の受信信号とミキサーで混合した中間周
   波を検波してカードに記録されたデータを書き換えるカ
   ード装置において、送信器との距離が離れ、局部発振器
   の代用とする周波数の受信レベルが低過ぎる場合に非接
   触で外部から同一周波数の信号を与え、受信感度の低下
   を防いだカード装置。
9. 【請求項９】 カード上の受信機で受信したＩＤまたは
   メモリー・アクセスコードの種類によって、データ用メ
   モリーの特定アドレス範囲か特定バンクの書き込み、ま
   たは読み出しを可能として複数目的の利用を可能とした
   カード装置において、適切でないＩＤデータが繰り返し
   送られてきた場合にメモリーの書き込み、または読み出
   しを停止するＩＤまたはメモリー・アクセス監視装置の
   付いた非接触カード装置。
10. 【請求項１０】 固定局から複数の周波数を発生する単
    一または複数の送信機によって電波を送出し、この電波
    をカードに設けた受信回路で検出し、それぞれの信号を
    電源の不要なパッシブ動作の非線形特性を持つ素子によ
    るミキサーで混合し、この高周波出力を利用するカード
    装置でミキサーの整流特性によって副次的に発生する直
    流電圧を動作電源として利用した電池不要なカード装
    置。