非接触通信用リーダ装置
【課題】 設置した非接触通信用リーダ装置とユーザが所持する非接触通信用ＩＣとを用いて複数の管理対象物を管理する場合に、実用的な性能をより低コストで実現する。
【解決手段】 送信回路３０には、２系統の増幅器３３、３５の動作をそれぞれオンオフするトランジスタＱ１、Ｑ３による半導体スイッチを備える。増幅器３３、３５の出力側には、それぞれループアンテナによるアンテナ部５０Ａ、５０Ｂが接続され、これらのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの給電部とグランドとを短絡するトランジスタＱ２、Ｑ４による半導体スイッチと検波防止用のダイオードＤ１、Ｄ２を備える。制御回路２０は、アンテナ切替信号ＳＧ１によってトランジスタＱ１〜Ｑ４のオンオフを制御し、一方の増幅器及びアンテナ部を選択的に動作させるとともに、非選択状態のアンテナ部を短絡させる。
【解決手段】 送信回路３０には、２系統の増幅器３３、３５の動作をそれぞれオンオフするトランジスタＱ１、Ｑ３による半導体スイッチを備える。増幅器３３、３５の出力側には、それぞれループアンテナによるアンテナ部５０Ａ、５０Ｂが接続され、これらのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの給電部とグランドとを短絡するトランジスタＱ２、Ｑ４による半導体スイッチと検波防止用のダイオードＤ１、Ｄ２を備える。制御回路２０は、アンテナ切替信号ＳＧ１によってトランジスタＱ１〜Ｑ４のオンオフを制御し、一方の増幅器及びアンテナ部を選択的に動作させるとともに、非選択状態のアンテナ部を短絡させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣカード、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等の機器と非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
識別情報（ＩＤ）などを保持するメモリや無線通信機能を搭載した集積回路及びアンテナを一体化した非接触通信用ＩＣは、いわゆる非接触ＩＣカードあるいは無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）等として実用化されており、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。
【０００３】
このような非接触通信用ＩＣとの間で無線通信を行って、認証や決済などの処理を行うために、リーダあるいはリーダ／ライタが用いられる。本明細書における非接触通信用リーダ装置は、このようなリーダあるいはリーダ／ライタに相当する。
【０００４】
例えば、非接触通信用ＩＣ及びリーダ／ライタ装置を用いて入退室管理を行おうとする場合には、通常は入室管理用との退室管理用とでそれぞれリーダ／ライタ装置が必要になる。したがって、図９に示すように、各部の制御及び信号処理を行う制御部と高周波信号の処理を行う無線部とを有する処理部１０１、１０２と、アンテナ１１１、１１２とをそれぞれ備えて構成される独立したリーダ／ライタ装置を複数設けることになる。このため、管理システム全体のコストが高くなるのは避けられない。
【０００５】
そこで、特許文献１には、図１０に示すように、１台のリーダ／ライタ装置において１つの処理部１２１に複数のアンテナ１３１、１３２を接続し、処理部１２１によって複数のアンテナ１３１、１３２を選択的に切り替えるものが提案されている。この構成では、１台のリーダ／ライタ装置だけで入室管理と退室管理との両方の処理が可能になっている。したがって、設置すべきリーダ／ライタ装置の数が半分になるので、システムのコストを大幅に削減することができる。
【０００６】
例えば入退室管理を行うような場合には、入室時の通信で用いるアンテナと退室時の通信で用いるアンテナとの２つだけを１台のリーダ／ライタ装置に接続すればよいので、特許文献１に開示された技術だけでも対応が可能であると考えられる。
【０００７】
しかし、例えばコインロッカーのように多数の管理対象物が密集して存在しているような場合に、非接触通信用ＩＣ及びリーダ／ライタ装置を用いて課金やセキュリティの管理を行おうとすると、様々な問題が発生する。
【０００８】
すなわち、管理システム全体のコストを削減するためには１台のリーダ／ライタ装置に多数のアンテナを接続して多数のアンテナを選択的に使用するように制御しなければならない。ところが、互いに距離の近い位置に複数のアンテナが存在する場合には、１つの非接触通信用ＩＣから発信された信号が同じリーダ／ライタ装置の複数のアンテナで同時に受信される可能性があるので、ユーザが非接触通信用ＩＣをかざした位置を特定できない場合がある。したがって、例えば多数のロッカーが密集して並んでいる場合に、目的のロッカーとそれに隣接する他のロッカーとを間違えてシステムが管理する可能性がある。
【０００９】
そこで、受信回路と複数のアンテナとの接続をスイッチを切り替えるように構成すれば、隣接するアンテナ同士を確実に分離することができるが、切替部において高周波信号を扱うため高価なスイッチを採用せざるを得ないし、アンテナの数が増えるにつれてスイッチの数も増えるのでコストの上昇は避けられない。
【００１０】
また、多数のアンテナを順番に選択して使用する場合には、短い周期でアンテナの切り替えを行わないと、全ての管理対象物をスキャンするのに長い時間がかかることになり、管理システムの応答特性が悪化する。すなわち、ユーザが非接触通信用ＩＣをリーダ／ライタの特定のアンテナにかざしてからそれをリーダ／ライタが検出するまでに時間がかかる。しかしながら、アンテナの切り替え周期が短すぎる場合には、非接触通信用ＩＣとリーダ／ライタ装置との間の通信に失敗したり、処理の途中でアンテナが切り替わって異常な処理結果が生じる可能性もある。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２２７３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、設置した非接触通信用リーダ装置とユーザが所持する非接触通信用ＩＣとを用いて複数の管理対象物を管理する場合に、実用的な性能をより低コストで実現することが可能な非接触通信用リーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の非接触通信用リーダ装置は、非接触通信用ＩＣとの間で非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置であって、前記非接触通信用に配置された複数のアンテナと、前記複数のアンテナと接続され通信信号の処理を行う処理部と、前記複数のアンテナを選択的に切り替えるアンテナ切り替え手段と、前記複数のアンテナにおける非選択状態のアンテナの共振周波数特性を変更する特性切り替え手段と、を備えるものである。
【００１４】
この構成により、アンテナ切り替え手段によって複数のアンテナを切り替え、選択されたアンテナと処理部によって非接触通信の処理を行うことができる。また、特性切り替え手段によって非選択状態のアンテナの共振周波数特性を変更することで、非接触通信用リーダ装置と非接触通信用ＩＣとの間で通信する無線信号の周波数と非選択状態のアンテナの共振周波数とをずらし、無線信号が非選択状態のアンテナにおいて受信されるのを防止できる。このため、複数の管理対象物を管理する場合に、例えば複数のアンテナを距離が近い状態で互いに隣接する位置に配置した場合であっても、選択状態の特定のアンテナだけで通信を行うことができる。したがって、複数のアンテナと一つの処理部によって、それぞれのアンテナで良好な通信が可能となり、コストの上昇を抑制しつつ、実用的な性能をより低コストで実現することができる。
【００１５】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記アンテナ切り替え手段は、前記複数のアンテナの周期的な切り替えを行い、前記特性切り替え手段は、前記複数のアンテナの選択状態に応じてアンテナの共振周波数特性の周期的な切り替えを行うものとする。
【００１６】
この構成により、複数のアンテナを周期的に選択切り替えし、選択したそれぞれのアンテナで良好な通信を行うことができる。
【００１７】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記複数のアンテナにそれぞれ接続された増幅器を備え、前記アンテナ切り替え手段は、前記それぞれの増幅器の動作をオンオフさせるスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの選択状態を切り替えるものとする。
【００１８】
この構成により、複数のアンテナにそれぞれ接続された増幅器の動作をオンオフさせることによって、高周波信号が流れる経路を切り替えなくとも、アンテナの選択切り替えが可能である。したがって、高価な高周波リレー等を用いることなく、半導体スイッチ素子等の安価なスイッチによってアンテナを高速に切り替えることができる。また、高い耐久性も確保できる。このため、アンテナ切り替え手段のコスト上昇を抑えつつ所定の性能を確保することができる。
【００１９】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記複数のアンテナはループアンテナによって構成され、前記特性切り替え手段は、前記アンテナの給電部近傍を短絡、または接地するスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの共振周波数特性を切り替えるものとする。
【００２０】
この構成により、アンテナの給電部近傍をスイッチで短絡または接地することにより、安価かつ簡単な構成でアンテナの共振周波数特性を変化させることができる。
【００２１】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記スイッチは、半導体スイッチ素子と、この半導体スイッチ素子と直列に接続されて前記半導体スイッチ素子がオフ状態の場合に等価的に形成されるダイオードの極性と逆極性を持つ検波防止用ダイオードとを有してなるものとする。
【００２２】
この構成により、半導体スイッチ素子がオフ状態の場合に等価的に形成されるダイオードによる検波動作を防止でき、無線通信時の不具合を抑制できる。
【００２３】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記アンテナ切り替え手段は、所定時間毎に選択するアンテナを順次に他のアンテナに切り替えるとともに、選択されたアンテナにおいて所定の信号の受信を検出した場合には、受信信号に関する処理が完了した後で他のアンテナに切り替えるものとする。
【００２４】
この構成により、複数のアンテナにおいて、所定周期でアンテナを切り替えて非接触通信用ＩＣからの無線信号を検出することができる。例えばアンテナ切替周期を短くすることで、アンテナの数が多い場合であっても高速でスキャンでき、応答特性を改善できる。 また、受信信号に関する処理が完了した後で他のアンテナに切り替えることにより、非接触通信用ＩＣとの間の通信処理を確実に実行することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、設置した非接触通信用リーダ装置とユーザが所持する非接触通信用ＩＣとを用いて複数の管理対象物を管理する場合に、実用的な性能をより低コストで実現することが可能な非接触通信用リーダ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本実施形態では、ユーザが所持する非接触ＩＣカード等の非接触通信用ＩＣとの間で非接触通信を行い、セキュリティを確保した状態でユーザや非接触ＩＣの識別情報の認証、課金決済等の処理を行う非接触通信用リーダ装置の構成例を示す。
【００２７】
具体的には、例えばコインロッカーのように管理対象物が複数存在し、しかも複数の管理対象物が隣接する位置に配置されている場合に適する。なお、非接触通信用ＩＣとの間で通信するためのアンテナについては、管理対象物（例えば個別のロッカー）毎にそれぞれ設置されるものとする。
【００２８】
まず、本発明の実施形態の概略構成を説明する。図１は本発明の実施形態に係る非接触通信用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非接触通信用リーダ装置の変形例の構成を示す図である。
【００２９】
本実施形態の非接触通信用リーダ装置は、各部の制御を行う制御回路及び信号処理を行う信号処理回路を有する制御部１と、高周波信号を処理する送信回路及び受信回路を有する無線部２とを含む処理部３を備えている。この処理部３には、２つの増幅器４Ａ、４Ｂが接続され、それぞれの増幅器４Ａ、４Ｂにアンテナ５Ａ、５Ｂが接続されている。また、各増幅器４Ａ、４Ｂには、グランドとの接続を開閉することで増幅器の動作をオンオフする半導体スイッチ等によるスイッチ６Ａ、６Ｂが接続されている。このスイッチ６Ａ、６Ｂがアンテナ切り替え手段の一例に相当する。
【００３０】
このように１つの処理部３に対して２つの増幅器４Ａ、４Ｂ及びアンテナ５Ａ、５Ｂを設け、増幅器４Ａ、４Ｂに接続したスイッチ６Ａ、６Ｂの開閉によって増幅器の動作をオンオフ制御することにより、増幅器及びアンテナの一方を選択的に切り替えて動作させることができる。
【００３１】
また、図２に示す変形例の構成は、１つの処理部３及び増幅器７と、この処理部３及び増幅器７に接続される２つのアンテナ５Ａ、５Ｂとを備え、増幅器７とアンテナ５Ａ、５Ｂとの間に２つのアンテナ５Ａ、５Ｂの接続を切り替えるリレー等によるスイッチ８を設けたものである。このスイッチ８がアンテナ切り替え手段の一例に相当する。このような変形例によっても、スイッチ８によってアンテナの一方を選択的に切り替えて動作させることができる。
【００３２】
図３はアンテナ部の回路構成を示す回路図である。本実施形態では、アンテナ部において、動作停止させている方のループアンテナの両端を短絡する短絡手段を設けるようにしている。この短絡手段がアンテナの共振周波数特性を変更する特性切り替え手段の一例に相当する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、図示しない共振回路を含むループアンテナからなるアンテナ部５０において、給電部近傍のアンテナ両端を短絡する短絡手段としてのトランジスタＱＡを接続する。このアンテナ部５０を選択して動作させる場合はトランジスタＱＡをオフしてループアンテナの給電部近傍を開放し、アンテナ部５０を動作させない場合はトランジスタＱＡをオンしてループアンテナの給電部近傍を短絡させる。なお、アンテナ部５０を動作させない場合に給電部近傍をグランドに接地させるようにしてもよい。これにより、選択していないアンテナの共振周波数を変化させ、共振による誤動作を防止することができる。
【００３４】
ここで、図３（ａ）に示すようなアンテナ部５０の給電部にトランジスタＱＡを接続した構成では、このアンテナ部５０を選択した場合（トランジスタＱＡがオフの場合）の等価回路は、図３（ｂ）のように表すことができる。すなわち、トランジスタＱＡは内部のＰＮ接合の影響によりダイオードを形成することになる。この場合、トランジスタＱＡによって形成されたダイオードがアンテナに印加される信号を検波することになるので、アンテナの送受信動作に問題が生じることがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、トランジスタＱＡと直列に検波防止用のダイオードＤＡを接続する。この場合の等価回路は図３（ｄ）のように表すことができる。すなわち、２つのダイオードが互いに逆極性で直列に接続された状態になる。これにより、トランジスタＱＡによる検波動作を防止できる。
【００３６】
次に、本実施形態の非接触通信用リーダ装置の具体的な構成を示す。図４は本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【００３７】
非接触通信用リーダ装置は、ベースバンド信号等の信号処理を行う信号処理回路１０と、各部の制御を行うＣＰＵ等からなる制御回路２０と、変調等を行って高周波の送信信号を出力する送信回路３０と、検波等を行って受信信号を復調する受信回路４０と、複数のアンテナ部５０Ａ、５０Ｂを備えて構成される。この例では、説明を簡略化するために１台のリーダ／ライタ装置を構成する処理部及び無線部に２つのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂを接続した場合を想定しているが、接続するアンテナの数は必要に応じて増やすことができる。
【００３８】
信号処理回路１０は、所定の非接触通信用ＩＣとの通信に必要な様々な機能を備えている。例えば、様々なコマンドを非接触通信用ＩＣに対して送信したり、非接触通信用ＩＣからの応答の有無を検出したり、情報の暗号化／復号化の処理を行ったり、非接触通信用ＩＣからの応答について認証を行う。また、信号処理回路１０はクロックとして入力される同期信号に同期して信号の送受信を行う。
【００３９】
制御回路２０は、マイクロプロセッサを内蔵しており、信号処理回路１０を制御すると共に、信号処理回路１０の状態を監視しながらアンテナ切替信号ＳＧ１を出力する。更に、それぞれのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂ毎に通信相手の非接触通信用ＩＣが利用可能な状態かどうかを管理して管理状態を示す制御信号ＳＧ２を出力する。
【００４０】
送信回路３０は、キャリア発振器３１、変調回路３２、２系統の増幅器３３及びフィルタ回路３４と増幅器３５及びフィルタ回路３６、インバータ３７、インバータ３８、トランジスタＱ１及びＱ３を備えている。
【００４１】
キャリア発振器３１は、非接触通信用ＩＣに送信すべき信号の搬送波（例えば１３．５６ＭＨｚ）の信号を常時出力する。キャリア発振器３１から出力される搬送波の信号（キャリア信号）は、増幅器３３、３５及び信号処理回路１０に入力される。
【００４２】
変調回路３２は、信号処理回路１０が出力する送信用の信号を変調用信号に変換し、増幅器３３、３５に出力する。増幅器３３及び増幅器３５では、搬送波の信号と変調用信号とから送信信号の変調及び増幅を行って出力する。また、増幅器３３、３５には、それぞれの動作をオンオフ制御するために、アンテナ切り替え手段を構成するトランジスタＱ１、Ｑ３がグランドとの間に接続されている。このトランジスタＱ１の制御端子（ベース）には制御回路２０が出力するアンテナ切替信号ＳＧ１がそのまま印加され、トランジスタＱ３の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がインバータ３８で反転されて印加される。
【００４３】
増幅器３３から出力される送信信号はフィルタ回路３４で帯域制限されて出力され、増幅器３５から出力される送信信号はフィルタ回路３６で帯域制限されて出力される。
【００４４】
一方、受信回路４０は、検波回路４１、フィルタ回路４２、及び増幅器４３を備えている。この非接触通信用リーダ装置のアンテナ部５０Ａ、５０Ｂで受信された信号は、検波回路４１で検波され、フィルタ回路４２で目的の帯域の信号成分のみが抽出された後、増幅器４３で増幅され、受信信号として信号処理回路１０に入力される。
【００４５】
アンテナ部５０Ａ及び５０Ｂは、互いに同じ特性の共振回路を有するループアンテナである。アンテナ部５０Ａは、一端の給電部がコンデンサＣ１を介してフィルタ回路３４の出力及び検波回路４１の入力と接続され、他端がグランドに接地されている。また、アンテナ部５０Ｂは、一端の給電部がコンデンサＣ２を介してフィルタ回路３６の出力及び検波回路４１の入力と接続され、他端がグランドに接地されている。
【００４６】
また、アンテナ部５０Ａの給電部の近傍とグランドとの間には、アンテナ部５０Ａを短絡させるスイッチとなるトランジスタＱ２及びダイオードＤ１の直列回路が接続され、アンテナ部５０Ｂの給電部の近傍とグランドとの間には、アンテナ部５０Ｂを短絡させるスイッチとなるトランジスタＱ４及びダイオードＤ２の直列回路が接続されている。ダイオードＤ１、Ｄ２は、前述した検波防止用のダイオードとして機能する。このトランジスタＱ２の制御端子（ベース）には制御回路２０が出力するアンテナ切替信号ＳＧ１がインバータ３７で反転されて印加され、トランジスタＱ４の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がそのまま印加される。
【００４７】
この構成では、同じ受信回路４０の入力に、２つのアンテナ部５０Ａ及び５０ＢがコンデンサＣ１、Ｃ２を介して共通に接続されている。したがって、例えば同一の非接触通信用ＩＣから送信された信号が２つのアンテナ部５０Ａ及び５０Ｂでそれぞれ受信された場合には、利用者が非接触通信用ＩＣをアンテナ部５０Ａとアンテナ部５０Ｂのいずれに近づけたのかを区別することができない。
【００４８】
そこで、アンテナ切替信号ＳＧ１によりトランジスタＱ１、Ｑ３をオンオフして選択したアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの選択状態に応じて、トランジスタＱ２、Ｑ４をオンオフ制御し、一方の非選択状態のアンテナ部の給電部を短絡、接地する。このように給電部を短絡すると、一方のアンテナ部の共振回路のインピーダンスが変化するため、共振周波数がずれる。これにより、選択状態のアンテナ部のみが目的の信号を受信し、非選択状態のアンテナ部は目的の周波数の信号を受信できなくなるので、非接触通信用ＩＣから送信された信号を受信したアンテナ部の位置を確実に特定できる。
【００４９】
また、非選択状態のアンテナ部の給電部を短絡することにより、送信回路３０からキャリア信号を常時出力しても非選択状態のアンテナ部からはキャリア信号が送信されなくなるので、非選択状態のアンテナ部に接近している非接触通信用ＩＣの動作を停止することもできる。すなわち、一般的な非接触通信用ＩＣは受信したキャリア信号の電力を電源として利用するので、キャリア信号の送信を停止することにより非接触通信用ＩＣの動作が停止する。これにより、例えば不正な非接触通信用ＩＣが検出された場合に、それが不正利用されないように該当する非接触通信用ＩＣの動作をロックすることもできる。
【００５０】
なお、図４に示す構成例では、増幅器３３、３５やアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの給電部とグランド間を接続もしくは開放するために半導体スイッチを採用しているが、リレーのように機械的なスイッチに置き換えることもできる。また、複数のアンテナの切り替えをリレーのように機械的なスイッチで行うことも可能である。図５は非接触通信用リーダ装置の主要部の変形例の構成を示すブロック図である。この変形例は、図４の構成におけるトランジスタＱ１、Ｑ３によるスイッチをリレー回路７１で置き換え、１系統の送信回路７０で構成したものである。送信回路７０及び受信回路４０とアンテナ部５０Ａ、５０Ｂとの間には、リレー回路７１が設けられ、制御回路２０からアンテナ切替信号ＳＧ１が入力されるようになっている。また、トランジスタＱ２の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がインバータ７２で反転されて印加され、トランジスタＱ４の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がそのまま印加される。この図５に示す変形例においても、アンテナ切替信号ＳＧ１により、アンテナ部５０Ａ又は５０Ｂを選択的に切り替えることができ、非選択状態のアンテナ部を短絡、接地することができる。
【００５１】
図４に示した回路は構成が比較的複雑なように見えるが、半導体回路は集積回路として構成することによりコストを大幅に下げることが可能なので、機械的なスイッチを採用する場合に比べてコストの低減が容易である。
【００５２】
図６は本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切替信号とトランジスタＱ１〜Ｑ４の動作を示す図である。本実施形態においては、増幅器３３をオンオフ制御するためにトランジスタＱ１をスイッチとして設けてあり、増幅器３５をオンオフ制御するためにトランジスタＱ３をスイッチとして設けてある。
【００５３】
アンテナ切替信号ＳＧ１がＨ（高レベル）の場合には、トランジスタＱ１がオン、トランジスタＱ２がオフ、トランジスタＱ３がオフ、トランジスタＱ４がオンになる。この場合、アンテナ部５０Ｂが選択され、非選択のアンテナ部５０Ａは短絡されて共振周波数が変化する。また、アンテナ切替信号ＳＧ１がＬ（低レベル）の場合には、トランジスタＱ１がオフ、トランジスタＱ２がオン、トランジスタＱ３がオン、トランジスタＱ４がオフになる。この場合、アンテナ部５０Ａが選択され、非選択のアンテナ部５０Ｂは短絡されて共振周波数が変化する。
【００５４】
つまり、制御回路２０が出力するアンテナ切替信号ＳＧ１の制御により、いずれか１つのアンテナが常に選択され、その他のアンテナは非選択状態になる。実際には短い周期で周期的にアンテナの切り替えが実施される。
【００５５】
次に、アンテナ部５０Ａ、５０Ｂの切り替えに関する信号処理回路１０及び制御回路２０の動作について説明する。図７は本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切り替えに関する処理手順を示すフローチャートである。
【００５６】
まず、いずれかのアンテナが受信した信号を受信回路４０及び信号処理回路１０で処理することにより、非接触通信用ＩＣからの応答を検出したか否かを識別する（ステップＳ１１）。応答を検出しない場合には、アンテナの切り替えを行ってから０．１秒が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。０．１秒が経過してなければステップＳ１１に戻る。
【００５７】
ステップＳ１２で０．１秒が経過した場合には、２つのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの切替を行う（ステップＳ１３）。ここでは、アンテナ切替信号ＳＧ１の状態を切り替えることにより、２つのアンテナ部５０Ａ、５０ＢをステップＳ１３を実行する度に交互に切り替える。なお、アンテナの数が３つ以上の場合には順番に循環的に選択すればよい。したがって、非接触通信用ＩＣからの応答を検出しない場合には、０．１秒が経過する度に選択されるアンテナが切り替わる。
【００５８】
ステップＳ１１で非接触通信用ＩＣからの応答を検出すると、相互認証の結果を確認する（ステップＳ１４）。すなわち、この非接触通信用リーダ装置が非接触通信用ＩＣを正規のカードとして認識し、かつ非接触通信用ＩＣが非接触通信用リーダ装置を正規のリーダ／ライタとして認識したか否かを調べる。
【００５９】
相互認証の結果がＯＫであれば次のステップＳ１６に進み、ＮＧであればＮＧ表示を行う（ステップＳ１５）。このステップＳ１５では、制御回路２０から制御信号ＳＧ２を出力し、該当する非接触通信用ＩＣが利用不可であることを利用者に通知するために、図示しない表示部にＮＧである旨を表示する。そしてステップＳ１３に進んでアンテナ切替を行う。
【００６０】
相互認証の結果がＯＫの場合、相互認証に成功した後も引き続いて非接触通信用ＩＣからの応答を検出しているか否かを確認する（ステップＳ１６）。ここで、応答を検出できない場合には、所定時間（４０ミリ秒）を経過したか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１６及びＳ１７で応答が検出されない時間が所定時間を経過すると、ステップＳ１５に進んでＮＧ表示を行い、利用者にエラーを通知する。
【００６１】
相互認証に成功した後も引き続いて非接触通信用ＩＣからの応答を検出している場合には、非接触通信用ＩＣからの情報の読み取り動作（リード）が正常に行われたか否かを判定する（ステップＳ１８）。ここで、正常であれば次のステップＳ１９に進み、異常がある場合はステップＳ１５に進んでＮＧ表示を行って利用者にエラーを通知する。読み取り動作が正常に行われた場合は、非接触通信用ＩＣに対する情報の書き込み動作（ライト）が正常に行われたか否かを判定する（ステップＳ１９）。ここで、正常であれば次のステップＳ２０に進み、異常がある場合はステップＳ１５に進んでＮＧ表示を行って利用者にエラーを通知する。
【００６２】
非接触通信用ＩＣに対する読み取り及び書き込みが正常に完了すると、処理が正常に行われたことを利用者に通知するために、図示しない表示部にＯＫ表示を行う（ステップＳ２０）。ここでは、該当する非接触通信用ＩＣ、すなわち現在選択状態の特定のアンテナ部と対向していると考えられる非接触通信用ＩＣが利用可能なものであると認識し、読み取り及び書き込みが正常に行われた旨を表示部に表示する。具体的には、例えば制御回路２０から出力される制御信号ＳＧ２を利用して、利用可能状態や処理完了などを利用者に通知する。また、例えばコインロッカーなどを管理する装置の場合には、現在選択状態の特定のアンテナ部と対応付けられた管理対象物（例えば個別のロッカー）について、該当する非接触通信用ＩＣでの利用を許可するための認証処理や課金決済などの必要な処理を行う。
【００６３】
非接触通信用ＩＣとの間の様々なやりとり（通信プロトコル）などに必要な処理が全て終了し、ＯＫ表示を行った後、ステップＳ１３に進んでアンテナを切り替える。したがって、１つの非接触通信用ＩＣとの間の通信処理が完全に終了した後で、アンテナの切替が実施される。
【００６４】
このため、アンテナの周期的な切替によって処理が中断したり処理の実行が遅延したりすることはない。ただし、選択状態のアンテナ部に接近した非接触通信用ＩＣが存在しない場合には、０．１秒の周期で次のアンテナ部に切り替えて選択することができる。したがって、例えば１０個の独立した管理対象物が存在し、仮に１０個のアンテナ部がこの非接触通信用リーダ装置の処理部に接続されている場合であっても、１秒以内のアンテナのスキャンで確実に非接触通信用ＩＣを検出することができるので、好ましい応答特性が期待できる。
【００６５】
なお、図７に示した動作手順については、例えば通信プロトコルなどの規格の変更等に合わせて、必要に応じて変更しても良い。
【００６６】
図８は本実施形態の非接触通信用リーダ装置をコインロッカーに適用した構成例を示す図である。例えば、８個の収納部６１Ａ〜６１Ｈが連結されたコインロッカー６０において、１つの制御部１及び無線部３を有する処理部３を設ける。そして、それぞれの収納部６１Ａ〜６１Ｈには、アンテナ部６２Ａ〜６２Ｈを配設する。この構成において、処理部３でアンテナ部６２Ａ〜６２Ｈを選択切替することにより、１つの処理部によって８つのアンテナ部６２Ａ〜６２Ｈを高速に切り替えながら選択的に動作させることができ、通信エラー無く非接触通信による認証や決済処理が可能となる。特に、非接触ＩＣカードのリーダ／ライタ装置のように通信可能な距離が比較的小さい非接触通信用リーダ装置を用い、かつ、コインロッカーの収納部のように多数の管理対象物が互いに近接して並んでいる状態でそれらを区別する必要がある場合に、本実施形態は好適である。
【００６７】
上述した本実施形態では、管理すべき管理対象物の数が増えても、１つの処理部によってアンテナと回路の一部を追加するだけで対応でき、低コストで多数の管理対象物を管理することが可能になる。しかも互いに隣接する管理対象物が接近している場合であっても、非選択状態のアンテナを短絡することで隣接するアンテナが干渉することを防止でき、複数の管理対象物を確実に区別して管理することができる。このため、１台の処理部に多数のアンテナを接続したり、隣接するアンテナ同士の距離を近づけて配置した場合であっても、確実な動作が期待できるので、実用的な性能を有する非接触通信用リーダ装置をより低コストで実現することができる。したがって、例えばコインロッカーのように管理対象物の数が多く、隣接する管理対象物が互いに接近した状態で配置され、しかも管理装置のコストを極力下げることが要求されるような用途に適用することによって、より大きな効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、設置した非接触通信用リーダ装置とユーザが所持する非接触通信用ＩＣとを用いて複数の管理対象物を管理する場合に、実用的な性能をより低コストで実現することが可能となる効果を有し、非接触ＩＣカード、ＲＦＩＤ等の機器と非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の変形例の構成を示す図
【図３】本実施形態に係るアンテナ部の回路構成を示す回路図
【図４】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の主要部の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の主要部の変形例の構成を示すブロック図
【図６】本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切替信号とトランジスタＱ１〜Ｑ４の動作を示す図
【図７】本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切り替えに関する処理手順を示すフローチャート
【図８】本実施形態の非接触通信用リーダ装置をコインロッカーに適用した構成例を示す図
【図９】非接触通信用リーダ装置の構成例を示すブロック図
【図１０】非接触通信用リーダ装置の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
【００７０】
１ 制御部
２ 無線部
３ 処理部
４Ａ、４Ｂ、７ 増幅器
５Ａ、５Ｂ アンテナ
６Ａ、６Ｂ、８ スイッチ
１０ 信号処理回路
２０ 制御回路
３０、７０ 送信回路
３１ キャリア発振器
３２ 変調回路
３３、３５ 増幅器
３４、３６ フィルタ回路
３７、３８、７２ インバータ
４０ 受信回路
４１ 検波回路
４２ フィルタ回路
４３ 増幅器
５０、５０Ａ、５０Ｂ アンテナ部
７１ リレー回路
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、ＱＡ トランジスタ
Ｄ１、Ｄ２、ＤＡ ダイオード
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣカード、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）等の機器と非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
識別情報（ＩＤ）などを保持するメモリや無線通信機能を搭載した集積回路及びアンテナを一体化した非接触通信用ＩＣは、いわゆる非接触ＩＣカードあるいは無線ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）等として実用化されており、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。
【０００３】
このような非接触通信用ＩＣとの間で無線通信を行って、認証や決済などの処理を行うために、リーダあるいはリーダ／ライタが用いられる。本明細書における非接触通信用リーダ装置は、このようなリーダあるいはリーダ／ライタに相当する。
【０００４】
例えば、非接触通信用ＩＣ及びリーダ／ライタ装置を用いて入退室管理を行おうとする場合には、通常は入室管理用との退室管理用とでそれぞれリーダ／ライタ装置が必要になる。したがって、図９に示すように、各部の制御及び信号処理を行う制御部と高周波信号の処理を行う無線部とを有する処理部１０１、１０２と、アンテナ１１１、１１２とをそれぞれ備えて構成される独立したリーダ／ライタ装置を複数設けることになる。このため、管理システム全体のコストが高くなるのは避けられない。
【０００５】
そこで、特許文献１には、図１０に示すように、１台のリーダ／ライタ装置において１つの処理部１２１に複数のアンテナ１３１、１３２を接続し、処理部１２１によって複数のアンテナ１３１、１３２を選択的に切り替えるものが提案されている。この構成では、１台のリーダ／ライタ装置だけで入室管理と退室管理との両方の処理が可能になっている。したがって、設置すべきリーダ／ライタ装置の数が半分になるので、システムのコストを大幅に削減することができる。
【０００６】
例えば入退室管理を行うような場合には、入室時の通信で用いるアンテナと退室時の通信で用いるアンテナとの２つだけを１台のリーダ／ライタ装置に接続すればよいので、特許文献１に開示された技術だけでも対応が可能であると考えられる。
【０００７】
しかし、例えばコインロッカーのように多数の管理対象物が密集して存在しているような場合に、非接触通信用ＩＣ及びリーダ／ライタ装置を用いて課金やセキュリティの管理を行おうとすると、様々な問題が発生する。
【０００８】
すなわち、管理システム全体のコストを削減するためには１台のリーダ／ライタ装置に多数のアンテナを接続して多数のアンテナを選択的に使用するように制御しなければならない。ところが、互いに距離の近い位置に複数のアンテナが存在する場合には、１つの非接触通信用ＩＣから発信された信号が同じリーダ／ライタ装置の複数のアンテナで同時に受信される可能性があるので、ユーザが非接触通信用ＩＣをかざした位置を特定できない場合がある。したがって、例えば多数のロッカーが密集して並んでいる場合に、目的のロッカーとそれに隣接する他のロッカーとを間違えてシステムが管理する可能性がある。
【０００９】
そこで、受信回路と複数のアンテナとの接続をスイッチを切り替えるように構成すれば、隣接するアンテナ同士を確実に分離することができるが、切替部において高周波信号を扱うため高価なスイッチを採用せざるを得ないし、アンテナの数が増えるにつれてスイッチの数も増えるのでコストの上昇は避けられない。
【００１０】
また、多数のアンテナを順番に選択して使用する場合には、短い周期でアンテナの切り替えを行わないと、全ての管理対象物をスキャンするのに長い時間がかかることになり、管理システムの応答特性が悪化する。すなわち、ユーザが非接触通信用ＩＣをリーダ／ライタの特定のアンテナにかざしてからそれをリーダ／ライタが検出するまでに時間がかかる。しかしながら、アンテナの切り替え周期が短すぎる場合には、非接触通信用ＩＣとリーダ／ライタ装置との間の通信に失敗したり、処理の途中でアンテナが切り替わって異常な処理結果が生じる可能性もある。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２２７３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、設置した非接触通信用リーダ装置とユーザが所持する非接触通信用ＩＣとを用いて複数の管理対象物を管理する場合に、実用的な性能をより低コストで実現することが可能な非接触通信用リーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の非接触通信用リーダ装置は、非接触通信用ＩＣとの間で非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置であって、前記非接触通信用に配置された複数のアンテナと、前記複数のアンテナと接続され通信信号の処理を行う処理部と、前記複数のアンテナを選択的に切り替えるアンテナ切り替え手段と、前記複数のアンテナにおける非選択状態のアンテナの共振周波数特性を変更する特性切り替え手段と、を備えるものである。
【００１４】
この構成により、アンテナ切り替え手段によって複数のアンテナを切り替え、選択されたアンテナと処理部によって非接触通信の処理を行うことができる。また、特性切り替え手段によって非選択状態のアンテナの共振周波数特性を変更することで、非接触通信用リーダ装置と非接触通信用ＩＣとの間で通信する無線信号の周波数と非選択状態のアンテナの共振周波数とをずらし、無線信号が非選択状態のアンテナにおいて受信されるのを防止できる。このため、複数の管理対象物を管理する場合に、例えば複数のアンテナを距離が近い状態で互いに隣接する位置に配置した場合であっても、選択状態の特定のアンテナだけで通信を行うことができる。したがって、複数のアンテナと一つの処理部によって、それぞれのアンテナで良好な通信が可能となり、コストの上昇を抑制しつつ、実用的な性能をより低コストで実現することができる。
【００１５】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記アンテナ切り替え手段は、前記複数のアンテナの周期的な切り替えを行い、前記特性切り替え手段は、前記複数のアンテナの選択状態に応じてアンテナの共振周波数特性の周期的な切り替えを行うものとする。
【００１６】
この構成により、複数のアンテナを周期的に選択切り替えし、選択したそれぞれのアンテナで良好な通信を行うことができる。
【００１７】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記複数のアンテナにそれぞれ接続された増幅器を備え、前記アンテナ切り替え手段は、前記それぞれの増幅器の動作をオンオフさせるスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの選択状態を切り替えるものとする。
【００１８】
この構成により、複数のアンテナにそれぞれ接続された増幅器の動作をオンオフさせることによって、高周波信号が流れる経路を切り替えなくとも、アンテナの選択切り替えが可能である。したがって、高価な高周波リレー等を用いることなく、半導体スイッチ素子等の安価なスイッチによってアンテナを高速に切り替えることができる。また、高い耐久性も確保できる。このため、アンテナ切り替え手段のコスト上昇を抑えつつ所定の性能を確保することができる。
【００１９】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記複数のアンテナはループアンテナによって構成され、前記特性切り替え手段は、前記アンテナの給電部近傍を短絡、または接地するスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの共振周波数特性を切り替えるものとする。
【００２０】
この構成により、アンテナの給電部近傍をスイッチで短絡または接地することにより、安価かつ簡単な構成でアンテナの共振周波数特性を変化させることができる。
【００２１】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記スイッチは、半導体スイッチ素子と、この半導体スイッチ素子と直列に接続されて前記半導体スイッチ素子がオフ状態の場合に等価的に形成されるダイオードの極性と逆極性を持つ検波防止用ダイオードとを有してなるものとする。
【００２２】
この構成により、半導体スイッチ素子がオフ状態の場合に等価的に形成されるダイオードによる検波動作を防止でき、無線通信時の不具合を抑制できる。
【００２３】
また、本発明は、上記の非接触通信用リーダ装置であって、前記アンテナ切り替え手段は、所定時間毎に選択するアンテナを順次に他のアンテナに切り替えるとともに、選択されたアンテナにおいて所定の信号の受信を検出した場合には、受信信号に関する処理が完了した後で他のアンテナに切り替えるものとする。
【００２４】
この構成により、複数のアンテナにおいて、所定周期でアンテナを切り替えて非接触通信用ＩＣからの無線信号を検出することができる。例えばアンテナ切替周期を短くすることで、アンテナの数が多い場合であっても高速でスキャンでき、応答特性を改善できる。 また、受信信号に関する処理が完了した後で他のアンテナに切り替えることにより、非接触通信用ＩＣとの間の通信処理を確実に実行することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、設置した非接触通信用リーダ装置とユーザが所持する非接触通信用ＩＣとを用いて複数の管理対象物を管理する場合に、実用的な性能をより低コストで実現することが可能な非接触通信用リーダ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本実施形態では、ユーザが所持する非接触ＩＣカード等の非接触通信用ＩＣとの間で非接触通信を行い、セキュリティを確保した状態でユーザや非接触ＩＣの識別情報の認証、課金決済等の処理を行う非接触通信用リーダ装置の構成例を示す。
【００２７】
具体的には、例えばコインロッカーのように管理対象物が複数存在し、しかも複数の管理対象物が隣接する位置に配置されている場合に適する。なお、非接触通信用ＩＣとの間で通信するためのアンテナについては、管理対象物（例えば個別のロッカー）毎にそれぞれ設置されるものとする。
【００２８】
まず、本発明の実施形態の概略構成を説明する。図１は本発明の実施形態に係る非接触通信用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非接触通信用リーダ装置の変形例の構成を示す図である。
【００２９】
本実施形態の非接触通信用リーダ装置は、各部の制御を行う制御回路及び信号処理を行う信号処理回路を有する制御部１と、高周波信号を処理する送信回路及び受信回路を有する無線部２とを含む処理部３を備えている。この処理部３には、２つの増幅器４Ａ、４Ｂが接続され、それぞれの増幅器４Ａ、４Ｂにアンテナ５Ａ、５Ｂが接続されている。また、各増幅器４Ａ、４Ｂには、グランドとの接続を開閉することで増幅器の動作をオンオフする半導体スイッチ等によるスイッチ６Ａ、６Ｂが接続されている。このスイッチ６Ａ、６Ｂがアンテナ切り替え手段の一例に相当する。
【００３０】
このように１つの処理部３に対して２つの増幅器４Ａ、４Ｂ及びアンテナ５Ａ、５Ｂを設け、増幅器４Ａ、４Ｂに接続したスイッチ６Ａ、６Ｂの開閉によって増幅器の動作をオンオフ制御することにより、増幅器及びアンテナの一方を選択的に切り替えて動作させることができる。
【００３１】
また、図２に示す変形例の構成は、１つの処理部３及び増幅器７と、この処理部３及び増幅器７に接続される２つのアンテナ５Ａ、５Ｂとを備え、増幅器７とアンテナ５Ａ、５Ｂとの間に２つのアンテナ５Ａ、５Ｂの接続を切り替えるリレー等によるスイッチ８を設けたものである。このスイッチ８がアンテナ切り替え手段の一例に相当する。このような変形例によっても、スイッチ８によってアンテナの一方を選択的に切り替えて動作させることができる。
【００３２】
図３はアンテナ部の回路構成を示す回路図である。本実施形態では、アンテナ部において、動作停止させている方のループアンテナの両端を短絡する短絡手段を設けるようにしている。この短絡手段がアンテナの共振周波数特性を変更する特性切り替え手段の一例に相当する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、図示しない共振回路を含むループアンテナからなるアンテナ部５０において、給電部近傍のアンテナ両端を短絡する短絡手段としてのトランジスタＱＡを接続する。このアンテナ部５０を選択して動作させる場合はトランジスタＱＡをオフしてループアンテナの給電部近傍を開放し、アンテナ部５０を動作させない場合はトランジスタＱＡをオンしてループアンテナの給電部近傍を短絡させる。なお、アンテナ部５０を動作させない場合に給電部近傍をグランドに接地させるようにしてもよい。これにより、選択していないアンテナの共振周波数を変化させ、共振による誤動作を防止することができる。
【００３４】
ここで、図３（ａ）に示すようなアンテナ部５０の給電部にトランジスタＱＡを接続した構成では、このアンテナ部５０を選択した場合（トランジスタＱＡがオフの場合）の等価回路は、図３（ｂ）のように表すことができる。すなわち、トランジスタＱＡは内部のＰＮ接合の影響によりダイオードを形成することになる。この場合、トランジスタＱＡによって形成されたダイオードがアンテナに印加される信号を検波することになるので、アンテナの送受信動作に問題が生じることがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、トランジスタＱＡと直列に検波防止用のダイオードＤＡを接続する。この場合の等価回路は図３（ｄ）のように表すことができる。すなわち、２つのダイオードが互いに逆極性で直列に接続された状態になる。これにより、トランジスタＱＡによる検波動作を防止できる。
【００３６】
次に、本実施形態の非接触通信用リーダ装置の具体的な構成を示す。図４は本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【００３７】
非接触通信用リーダ装置は、ベースバンド信号等の信号処理を行う信号処理回路１０と、各部の制御を行うＣＰＵ等からなる制御回路２０と、変調等を行って高周波の送信信号を出力する送信回路３０と、検波等を行って受信信号を復調する受信回路４０と、複数のアンテナ部５０Ａ、５０Ｂを備えて構成される。この例では、説明を簡略化するために１台のリーダ／ライタ装置を構成する処理部及び無線部に２つのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂを接続した場合を想定しているが、接続するアンテナの数は必要に応じて増やすことができる。
【００３８】
信号処理回路１０は、所定の非接触通信用ＩＣとの通信に必要な様々な機能を備えている。例えば、様々なコマンドを非接触通信用ＩＣに対して送信したり、非接触通信用ＩＣからの応答の有無を検出したり、情報の暗号化／復号化の処理を行ったり、非接触通信用ＩＣからの応答について認証を行う。また、信号処理回路１０はクロックとして入力される同期信号に同期して信号の送受信を行う。
【００３９】
制御回路２０は、マイクロプロセッサを内蔵しており、信号処理回路１０を制御すると共に、信号処理回路１０の状態を監視しながらアンテナ切替信号ＳＧ１を出力する。更に、それぞれのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂ毎に通信相手の非接触通信用ＩＣが利用可能な状態かどうかを管理して管理状態を示す制御信号ＳＧ２を出力する。
【００４０】
送信回路３０は、キャリア発振器３１、変調回路３２、２系統の増幅器３３及びフィルタ回路３４と増幅器３５及びフィルタ回路３６、インバータ３７、インバータ３８、トランジスタＱ１及びＱ３を備えている。
【００４１】
キャリア発振器３１は、非接触通信用ＩＣに送信すべき信号の搬送波（例えば１３．５６ＭＨｚ）の信号を常時出力する。キャリア発振器３１から出力される搬送波の信号（キャリア信号）は、増幅器３３、３５及び信号処理回路１０に入力される。
【００４２】
変調回路３２は、信号処理回路１０が出力する送信用の信号を変調用信号に変換し、増幅器３３、３５に出力する。増幅器３３及び増幅器３５では、搬送波の信号と変調用信号とから送信信号の変調及び増幅を行って出力する。また、増幅器３３、３５には、それぞれの動作をオンオフ制御するために、アンテナ切り替え手段を構成するトランジスタＱ１、Ｑ３がグランドとの間に接続されている。このトランジスタＱ１の制御端子（ベース）には制御回路２０が出力するアンテナ切替信号ＳＧ１がそのまま印加され、トランジスタＱ３の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がインバータ３８で反転されて印加される。
【００４３】
増幅器３３から出力される送信信号はフィルタ回路３４で帯域制限されて出力され、増幅器３５から出力される送信信号はフィルタ回路３６で帯域制限されて出力される。
【００４４】
一方、受信回路４０は、検波回路４１、フィルタ回路４２、及び増幅器４３を備えている。この非接触通信用リーダ装置のアンテナ部５０Ａ、５０Ｂで受信された信号は、検波回路４１で検波され、フィルタ回路４２で目的の帯域の信号成分のみが抽出された後、増幅器４３で増幅され、受信信号として信号処理回路１０に入力される。
【００４５】
アンテナ部５０Ａ及び５０Ｂは、互いに同じ特性の共振回路を有するループアンテナである。アンテナ部５０Ａは、一端の給電部がコンデンサＣ１を介してフィルタ回路３４の出力及び検波回路４１の入力と接続され、他端がグランドに接地されている。また、アンテナ部５０Ｂは、一端の給電部がコンデンサＣ２を介してフィルタ回路３６の出力及び検波回路４１の入力と接続され、他端がグランドに接地されている。
【００４６】
また、アンテナ部５０Ａの給電部の近傍とグランドとの間には、アンテナ部５０Ａを短絡させるスイッチとなるトランジスタＱ２及びダイオードＤ１の直列回路が接続され、アンテナ部５０Ｂの給電部の近傍とグランドとの間には、アンテナ部５０Ｂを短絡させるスイッチとなるトランジスタＱ４及びダイオードＤ２の直列回路が接続されている。ダイオードＤ１、Ｄ２は、前述した検波防止用のダイオードとして機能する。このトランジスタＱ２の制御端子（ベース）には制御回路２０が出力するアンテナ切替信号ＳＧ１がインバータ３７で反転されて印加され、トランジスタＱ４の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がそのまま印加される。
【００４７】
この構成では、同じ受信回路４０の入力に、２つのアンテナ部５０Ａ及び５０ＢがコンデンサＣ１、Ｃ２を介して共通に接続されている。したがって、例えば同一の非接触通信用ＩＣから送信された信号が２つのアンテナ部５０Ａ及び５０Ｂでそれぞれ受信された場合には、利用者が非接触通信用ＩＣをアンテナ部５０Ａとアンテナ部５０Ｂのいずれに近づけたのかを区別することができない。
【００４８】
そこで、アンテナ切替信号ＳＧ１によりトランジスタＱ１、Ｑ３をオンオフして選択したアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの選択状態に応じて、トランジスタＱ２、Ｑ４をオンオフ制御し、一方の非選択状態のアンテナ部の給電部を短絡、接地する。このように給電部を短絡すると、一方のアンテナ部の共振回路のインピーダンスが変化するため、共振周波数がずれる。これにより、選択状態のアンテナ部のみが目的の信号を受信し、非選択状態のアンテナ部は目的の周波数の信号を受信できなくなるので、非接触通信用ＩＣから送信された信号を受信したアンテナ部の位置を確実に特定できる。
【００４９】
また、非選択状態のアンテナ部の給電部を短絡することにより、送信回路３０からキャリア信号を常時出力しても非選択状態のアンテナ部からはキャリア信号が送信されなくなるので、非選択状態のアンテナ部に接近している非接触通信用ＩＣの動作を停止することもできる。すなわち、一般的な非接触通信用ＩＣは受信したキャリア信号の電力を電源として利用するので、キャリア信号の送信を停止することにより非接触通信用ＩＣの動作が停止する。これにより、例えば不正な非接触通信用ＩＣが検出された場合に、それが不正利用されないように該当する非接触通信用ＩＣの動作をロックすることもできる。
【００５０】
なお、図４に示す構成例では、増幅器３３、３５やアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの給電部とグランド間を接続もしくは開放するために半導体スイッチを採用しているが、リレーのように機械的なスイッチに置き換えることもできる。また、複数のアンテナの切り替えをリレーのように機械的なスイッチで行うことも可能である。図５は非接触通信用リーダ装置の主要部の変形例の構成を示すブロック図である。この変形例は、図４の構成におけるトランジスタＱ１、Ｑ３によるスイッチをリレー回路７１で置き換え、１系統の送信回路７０で構成したものである。送信回路７０及び受信回路４０とアンテナ部５０Ａ、５０Ｂとの間には、リレー回路７１が設けられ、制御回路２０からアンテナ切替信号ＳＧ１が入力されるようになっている。また、トランジスタＱ２の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がインバータ７２で反転されて印加され、トランジスタＱ４の制御端子（ベース）にはアンテナ切替信号ＳＧ１がそのまま印加される。この図５に示す変形例においても、アンテナ切替信号ＳＧ１により、アンテナ部５０Ａ又は５０Ｂを選択的に切り替えることができ、非選択状態のアンテナ部を短絡、接地することができる。
【００５１】
図４に示した回路は構成が比較的複雑なように見えるが、半導体回路は集積回路として構成することによりコストを大幅に下げることが可能なので、機械的なスイッチを採用する場合に比べてコストの低減が容易である。
【００５２】
図６は本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切替信号とトランジスタＱ１〜Ｑ４の動作を示す図である。本実施形態においては、増幅器３３をオンオフ制御するためにトランジスタＱ１をスイッチとして設けてあり、増幅器３５をオンオフ制御するためにトランジスタＱ３をスイッチとして設けてある。
【００５３】
アンテナ切替信号ＳＧ１がＨ（高レベル）の場合には、トランジスタＱ１がオン、トランジスタＱ２がオフ、トランジスタＱ３がオフ、トランジスタＱ４がオンになる。この場合、アンテナ部５０Ｂが選択され、非選択のアンテナ部５０Ａは短絡されて共振周波数が変化する。また、アンテナ切替信号ＳＧ１がＬ（低レベル）の場合には、トランジスタＱ１がオフ、トランジスタＱ２がオン、トランジスタＱ３がオン、トランジスタＱ４がオフになる。この場合、アンテナ部５０Ａが選択され、非選択のアンテナ部５０Ｂは短絡されて共振周波数が変化する。
【００５４】
つまり、制御回路２０が出力するアンテナ切替信号ＳＧ１の制御により、いずれか１つのアンテナが常に選択され、その他のアンテナは非選択状態になる。実際には短い周期で周期的にアンテナの切り替えが実施される。
【００５５】
次に、アンテナ部５０Ａ、５０Ｂの切り替えに関する信号処理回路１０及び制御回路２０の動作について説明する。図７は本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切り替えに関する処理手順を示すフローチャートである。
【００５６】
まず、いずれかのアンテナが受信した信号を受信回路４０及び信号処理回路１０で処理することにより、非接触通信用ＩＣからの応答を検出したか否かを識別する（ステップＳ１１）。応答を検出しない場合には、アンテナの切り替えを行ってから０．１秒が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。０．１秒が経過してなければステップＳ１１に戻る。
【００５７】
ステップＳ１２で０．１秒が経過した場合には、２つのアンテナ部５０Ａ、５０Ｂの切替を行う（ステップＳ１３）。ここでは、アンテナ切替信号ＳＧ１の状態を切り替えることにより、２つのアンテナ部５０Ａ、５０ＢをステップＳ１３を実行する度に交互に切り替える。なお、アンテナの数が３つ以上の場合には順番に循環的に選択すればよい。したがって、非接触通信用ＩＣからの応答を検出しない場合には、０．１秒が経過する度に選択されるアンテナが切り替わる。
【００５８】
ステップＳ１１で非接触通信用ＩＣからの応答を検出すると、相互認証の結果を確認する（ステップＳ１４）。すなわち、この非接触通信用リーダ装置が非接触通信用ＩＣを正規のカードとして認識し、かつ非接触通信用ＩＣが非接触通信用リーダ装置を正規のリーダ／ライタとして認識したか否かを調べる。
【００５９】
相互認証の結果がＯＫであれば次のステップＳ１６に進み、ＮＧであればＮＧ表示を行う（ステップＳ１５）。このステップＳ１５では、制御回路２０から制御信号ＳＧ２を出力し、該当する非接触通信用ＩＣが利用不可であることを利用者に通知するために、図示しない表示部にＮＧである旨を表示する。そしてステップＳ１３に進んでアンテナ切替を行う。
【００６０】
相互認証の結果がＯＫの場合、相互認証に成功した後も引き続いて非接触通信用ＩＣからの応答を検出しているか否かを確認する（ステップＳ１６）。ここで、応答を検出できない場合には、所定時間（４０ミリ秒）を経過したか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１６及びＳ１７で応答が検出されない時間が所定時間を経過すると、ステップＳ１５に進んでＮＧ表示を行い、利用者にエラーを通知する。
【００６１】
相互認証に成功した後も引き続いて非接触通信用ＩＣからの応答を検出している場合には、非接触通信用ＩＣからの情報の読み取り動作（リード）が正常に行われたか否かを判定する（ステップＳ１８）。ここで、正常であれば次のステップＳ１９に進み、異常がある場合はステップＳ１５に進んでＮＧ表示を行って利用者にエラーを通知する。読み取り動作が正常に行われた場合は、非接触通信用ＩＣに対する情報の書き込み動作（ライト）が正常に行われたか否かを判定する（ステップＳ１９）。ここで、正常であれば次のステップＳ２０に進み、異常がある場合はステップＳ１５に進んでＮＧ表示を行って利用者にエラーを通知する。
【００６２】
非接触通信用ＩＣに対する読み取り及び書き込みが正常に完了すると、処理が正常に行われたことを利用者に通知するために、図示しない表示部にＯＫ表示を行う（ステップＳ２０）。ここでは、該当する非接触通信用ＩＣ、すなわち現在選択状態の特定のアンテナ部と対向していると考えられる非接触通信用ＩＣが利用可能なものであると認識し、読み取り及び書き込みが正常に行われた旨を表示部に表示する。具体的には、例えば制御回路２０から出力される制御信号ＳＧ２を利用して、利用可能状態や処理完了などを利用者に通知する。また、例えばコインロッカーなどを管理する装置の場合には、現在選択状態の特定のアンテナ部と対応付けられた管理対象物（例えば個別のロッカー）について、該当する非接触通信用ＩＣでの利用を許可するための認証処理や課金決済などの必要な処理を行う。
【００６３】
非接触通信用ＩＣとの間の様々なやりとり（通信プロトコル）などに必要な処理が全て終了し、ＯＫ表示を行った後、ステップＳ１３に進んでアンテナを切り替える。したがって、１つの非接触通信用ＩＣとの間の通信処理が完全に終了した後で、アンテナの切替が実施される。
【００６４】
このため、アンテナの周期的な切替によって処理が中断したり処理の実行が遅延したりすることはない。ただし、選択状態のアンテナ部に接近した非接触通信用ＩＣが存在しない場合には、０．１秒の周期で次のアンテナ部に切り替えて選択することができる。したがって、例えば１０個の独立した管理対象物が存在し、仮に１０個のアンテナ部がこの非接触通信用リーダ装置の処理部に接続されている場合であっても、１秒以内のアンテナのスキャンで確実に非接触通信用ＩＣを検出することができるので、好ましい応答特性が期待できる。
【００６５】
なお、図７に示した動作手順については、例えば通信プロトコルなどの規格の変更等に合わせて、必要に応じて変更しても良い。
【００６６】
図８は本実施形態の非接触通信用リーダ装置をコインロッカーに適用した構成例を示す図である。例えば、８個の収納部６１Ａ〜６１Ｈが連結されたコインロッカー６０において、１つの制御部１及び無線部３を有する処理部３を設ける。そして、それぞれの収納部６１Ａ〜６１Ｈには、アンテナ部６２Ａ〜６２Ｈを配設する。この構成において、処理部３でアンテナ部６２Ａ〜６２Ｈを選択切替することにより、１つの処理部によって８つのアンテナ部６２Ａ〜６２Ｈを高速に切り替えながら選択的に動作させることができ、通信エラー無く非接触通信による認証や決済処理が可能となる。特に、非接触ＩＣカードのリーダ／ライタ装置のように通信可能な距離が比較的小さい非接触通信用リーダ装置を用い、かつ、コインロッカーの収納部のように多数の管理対象物が互いに近接して並んでいる状態でそれらを区別する必要がある場合に、本実施形態は好適である。
【００６７】
上述した本実施形態では、管理すべき管理対象物の数が増えても、１つの処理部によってアンテナと回路の一部を追加するだけで対応でき、低コストで多数の管理対象物を管理することが可能になる。しかも互いに隣接する管理対象物が接近している場合であっても、非選択状態のアンテナを短絡することで隣接するアンテナが干渉することを防止でき、複数の管理対象物を確実に区別して管理することができる。このため、１台の処理部に多数のアンテナを接続したり、隣接するアンテナ同士の距離を近づけて配置した場合であっても、確実な動作が期待できるので、実用的な性能を有する非接触通信用リーダ装置をより低コストで実現することができる。したがって、例えばコインロッカーのように管理対象物の数が多く、隣接する管理対象物が互いに接近した状態で配置され、しかも管理装置のコストを極力下げることが要求されるような用途に適用することによって、より大きな効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、設置した非接触通信用リーダ装置とユーザが所持する非接触通信用ＩＣとを用いて複数の管理対象物を管理する場合に、実用的な性能をより低コストで実現することが可能となる効果を有し、非接触ＩＣカード、ＲＦＩＤ等の機器と非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の変形例の構成を示す図
【図３】本実施形態に係るアンテナ部の回路構成を示す回路図
【図４】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の主要部の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施形態に係る非接触通信用リーダ装置の主要部の変形例の構成を示すブロック図
【図６】本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切替信号とトランジスタＱ１〜Ｑ４の動作を示す図
【図７】本実施形態の非接触通信用リーダ装置におけるアンテナ切り替えに関する処理手順を示すフローチャート
【図８】本実施形態の非接触通信用リーダ装置をコインロッカーに適用した構成例を示す図
【図９】非接触通信用リーダ装置の構成例を示すブロック図
【図１０】非接触通信用リーダ装置の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
【００７０】
１ 制御部
２ 無線部
３ 処理部
４Ａ、４Ｂ、７ 増幅器
５Ａ、５Ｂ アンテナ
６Ａ、６Ｂ、８ スイッチ
１０ 信号処理回路
２０ 制御回路
３０、７０ 送信回路
３１ キャリア発振器
３２ 変調回路
３３、３５ 増幅器
３４、３６ フィルタ回路
３７、３８、７２ インバータ
４０ 受信回路
４１ 検波回路
４２ フィルタ回路
４３ 増幅器
５０、５０Ａ、５０Ｂ アンテナ部
７１ リレー回路
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、ＱＡ トランジスタ
Ｄ１、Ｄ２、ＤＡ ダイオード
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触通信用ＩＣとの間で非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置であって、
前記非接触通信用に配置された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナと接続され通信信号の処理を行う処理部と、
前記複数のアンテナを選択的に切り替えるアンテナ切り替え手段と、
前記複数のアンテナにおける非選択状態のアンテナの共振周波数特性を変更する特性切り替え手段と、
を備える非接触通信用リーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記アンテナ切り替え手段は、前記複数のアンテナの周期的な切り替えを行い、前記特性切り替え手段は、前記複数のアンテナの選択状態に応じてアンテナの共振周波数特性の周期的な切り替えを行う非接触通信用リーダ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続された増幅器を備え、
前記アンテナ切り替え手段は、前記それぞれの増幅器の動作をオンオフさせるスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの選択状態を切り替える非接触通信用リーダ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記複数のアンテナはループアンテナによって構成され、
前記特性切り替え手段は、前記アンテナの給電部近傍を短絡、または接地するスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの共振周波数特性を切り替える非接触通信用リーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記スイッチは、半導体スイッチ素子と、この半導体スイッチ素子と直列に接続されて前記半導体スイッチ素子がオフ状態の場合に等価的に形成されるダイオードの極性と逆極性を持つ検波防止用ダイオードとを有してなる非接触通信用リーダ装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記アンテナ切り替え手段は、所定時間毎に選択するアンテナを順次に他のアンテナに切り替えるとともに、選択されたアンテナにおいて所定の信号の受信を検出した場合には、受信信号に関する処理が完了した後で他のアンテナに切り替える非接触通信用リーダ装置。
【請求項１】
非接触通信用ＩＣとの間で非接触通信を行って情報を読み取る非接触通信用リーダ装置であって、
前記非接触通信用に配置された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナと接続され通信信号の処理を行う処理部と、
前記複数のアンテナを選択的に切り替えるアンテナ切り替え手段と、
前記複数のアンテナにおける非選択状態のアンテナの共振周波数特性を変更する特性切り替え手段と、
を備える非接触通信用リーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記アンテナ切り替え手段は、前記複数のアンテナの周期的な切り替えを行い、前記特性切り替え手段は、前記複数のアンテナの選択状態に応じてアンテナの共振周波数特性の周期的な切り替えを行う非接触通信用リーダ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続された増幅器を備え、
前記アンテナ切り替え手段は、前記それぞれの増幅器の動作をオンオフさせるスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの選択状態を切り替える非接触通信用リーダ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記複数のアンテナはループアンテナによって構成され、
前記特性切り替え手段は、前記アンテナの給電部近傍を短絡、または接地するスイッチを有し、このスイッチの開閉によって前記複数のアンテナの共振周波数特性を切り替える非接触通信用リーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記スイッチは、半導体スイッチ素子と、この半導体スイッチ素子と直列に接続されて前記半導体スイッチ素子がオフ状態の場合に等価的に形成されるダイオードの極性と逆極性を持つ検波防止用ダイオードとを有してなる非接触通信用リーダ装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の非接触通信用リーダ装置であって、
前記アンテナ切り替え手段は、所定時間毎に選択するアンテナを順次に他のアンテナに切り替えるとともに、選択されたアンテナにおいて所定の信号の受信を検出した場合には、受信信号に関する処理が完了した後で他のアンテナに切り替える非接触通信用リーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２１７０４８（Ｐ２００６−２１７０４８Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５２４３（Ｐ２００５−２５２４３）
【出願日】平成１７年２月１日（２００５．２．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１日（２００５．２．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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