ＩＣカードリーダ
【課題】 非接触型ＩＣカードが近接した場合でも内部ＩＣの耐圧を超えることなく、且つ通信可能な距離をより遠方に伸ばすことができるＩＣカードリーダを提供する。
【解決手段】 リーダライタは、アンテナ５の端子電圧によってＩＣカードとの距離を検出し、ＣＰＵ１０は、その距離が短くなるのに応じて磁気信号の送信出力を低下させるように制御する。具体的には、アンテナ５に沿うように且つＩＣカード２２側のアンテナコイル外形と略等しくなるように閉ループ導体１９を配置し、ＣＰＵ１０が、ＩＣカード２２との距離が短くなると判断するとスイッチ２１をＯＦＦして閉ループ導体１９を閉路させる。
【解決手段】 リーダライタは、アンテナ５の端子電圧によってＩＣカードとの距離を検出し、ＣＰＵ１０は、その距離が短くなるのに応じて磁気信号の送信出力を低下させるように制御する。具体的には、アンテナ５に沿うように且つＩＣカード２２側のアンテナコイル外形と略等しくなるように閉ループ導体１９を配置し、ＣＰＵ１０が、ＩＣカード２２との距離が短くなると判断するとスイッチ２１をＯＦＦして閉ループ導体１９を閉路させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型ＩＣカードと電磁結合方式により通信を行うＩＣカードリーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電磁結合方式により通信を行う無線カード用通信装置において、アンテナコイルを囲むように閉ループ導体を配置することで磁界密度分布を変化させ、通信装置近傍の磁界強度が強く、且つ遠方の電磁界強度が弱くなるように設定することで、無線カードとの通信が他の機器へ及ぼす影響を抑制すると共に、より離れた距離でも無線カードとの通信を可能とする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２６８１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術のように通信装置近傍の磁界強度を強くしすぎると、通信時にカードに内蔵されているＩＣの耐圧を超えてしまう場合がある。また、特許文献１の技術では、近傍の磁界強度を強めることで近傍領域における距離を僅かに伸ばすことはできるが、遠方領域における距離は減少してしまう。
また、わが国においては、２００２年１０月に電波法が改正されているが、改正前の電波法の規制値では、非接触型ＩＣカードと通信を行う装置については遠方において発生する磁界を押さえなければならないという事情もあった。しかし、上記改正によって通信装置の送信出力規制値は緩和されているため、その規制値に応じて最適となる送信出力制御を行うことが好ましい。
【０００４】
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、非接触型ＩＣカードが近接した場合でも内部ＩＣの耐圧を超えることなく、且つ通信可能な距離をより遠方に伸ばすことができるＩＣカードリーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、ＩＣカードとの距離が短くなるのに応じて出力低下手段を切替え、磁気信号の送信出力を低下させるように制御する。従って、例えば、送信出力レベルを予め電波法の規制値付近に設定しておけば、ＩＣカードとの通信可能距離をより伸ばすことが可能となる。そして、ＩＣカードとの距離がより短くなった場合にはそれに応じて磁気信号の送信出力を低下させることで、カード内部のＩＣの耐圧を超えてしまうことを回避できる。
【０００６】
請求項２記載のＩＣカードリーダによれば、出力低下手段を、アンテナと実質的に平行となるように形成された１つ以上の閉ループ導体と、当該アンテナが送信する磁気信号によって誘導されることにより前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する電流制御手段とで構成し、制御手段は、前記閉ループ導体に流れる電流の合計値が大きくなるように電流制御手段を制御する。即ち、１つ以上の閉ループ導体に誘導されて流れる電流が大きくなる程、磁気信号の送信出力を低下させることができる。
【０００７】
請求項３記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、閉ループ導体のインピーダンスを可変制御可能な可変インピーダンス手段を制御して、閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する。即ち、閉ループ導体のインピーダンスを変化させて当該導体に流れる電流を制御する。
請求項４記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、スイッチング手段を制御して、閉ループ導体に接続するインピーダンス素子を切り替え、閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する。従って、閉ループ導体のインピーダンスを、インピーダンス素子とスイッチング手段との組み合わせによって選択的に変化させることができる。
【０００８】
請求項５記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、閉ループ導体の一端と、他端から途中部位にかかる間の位置に配置される複数のスイッチング手段を選択的に閉じることで閉ループ導体に誘導される電流の大きさを制御する。斯様に構成すれば、選択的に閉じられるスイッチング手段に応じて、誘導電流が流れる閉ループ導体の長さが実質的に変化するので誘起される電圧が大きくなり、当該導体に流れる電流を増加させることができる。
【０００９】
請求項６記載のＩＣカードリーダによれば、閉ループ導体を複数巻のループで構成するので、複数のスイッチング手段を選択的に閉じることで有効となる閉ループ導体の巻数を変化させることができる。従って、その巻数の変化により、閉ループ導体に流れる電流の大きさを変化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、複数の閉ループ導体における閉ループがなす面積が夫々異なるように形成するので、それらの閉ループ導体を限られたスペースに集中的に配置することができる。
【００１０】
請求項８記載のＩＣカードリーダによれば、複数の閉ループ導体を実質的に同心となるように配置するので、複数の導体をより効率的に配置することができる。
請求項９記載のＩＣカードリーダによれば、複数の閉ループ導体を中心位置が夫々異なるように配置するので、どの位置にある閉ループ導体に電流を誘導させるかによって、アンテナの発生磁界強度を変化させることができる。
【００１１】
請求項１０記載のＩＣカードリーダによれば、複数の閉ループ導体を、相互に重ならないように配置するので、電流を誘導させた場合、導体間に干渉が発生することを回避できる。
請求項１１記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、アンテナの端子電圧に基づいてＩＣカードとの距離を検出する。即ち、ＩＣカードがカードリーダに接近した状態になると、アンテナの端子電圧振幅は大きくなるため、その電圧振幅を参照することでＩＣカードとの距離を検出することができる。
【００１２】
請求項１２記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、自身の消費電流に基づいてＩＣカードとの距離を検出する。即ち、前記距離に応じて送信側の消費電流は変化するが、その増減方向は、送信回路を構成するインピーダンス整合回路の次数などによっても異なる場合がある。従って、消費電流を参照することでＩＣカードとの距離を検出することができる。
【００１３】
請求項１３記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、赤外線センサを用いてＩＣカードとの距離を検出するので、赤外線の反射状態に基づいてＩＣカードとの距離を検出することができる。
請求項１４記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、受光センサを、ＩＣカードとの通信を行う面側に配置することで構成されている。即ち、ＩＣカードがカードリーダの通信面側に接近していない場合、受光センサは周囲の光を受光可能な状態にある。そして、ＩＣカードが通信面側に接近すれば受光センサの受光面を蔽うような状態になるため、センサの受光量は低下する。従って、当該センサの信号を参照することでＩＣカードとの距離を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（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９を参照して説明する。図５は、非接触型ＩＣカードに対してデータを読み書きするためのリーダライタ１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の送信系は、１３．５６ＭＨｚのキャリアを発生させる発振器２、そのキャリアを変調するための変調回路３、被変調信号を増幅する増幅回路４、その増幅回路４とループコイル状のアンテナ５との間に配置され、インピーダンスの整合を図るための整合回路６などで構成されている。アンテナ５からは、変調された磁気信号が送信されるようになっている。
【００１５】
一方、リーダライタ１の受信系は、アンテナ５を介して受信された信号を受けてその包絡線を検波するための検波回路（距離検出手段）７、受信信号をフィルタリングするフィルタ８、フィルタ８の出力信号を増幅する増幅回路９、その増幅信号を２値化してＣＰＵ（マイクロコンピュータ，制御手段，距離検出手段）１０に出力する２値化回路１１などで構成されている。
【００１６】
検波回路７は、アンテナ５とフィルタ８の入力端子との間に接続される抵抗１２及びダイオード１３の直列回路と、電源とグランドとの間に接続され、共通接続点がフィルタ８の入力端子に接続される抵抗１４及びコンデンサ１５の直列回路と、コンデンサ１５に並列接続される抵抗１６とで構成されている。そして、検波回路７の出力端子（フィルタ８の入力端子）は、ＣＰＵ１０が備えているＡ／Ｄ変換器１７の入力ポートに接続されており、ＣＰＵ１０は、検波回路７によって検波された信号をＡ／Ｄ変換して読み込むようになっている。尚、以上の構成よりアンテナ５及びＣＰＵ１０を除いたものが、送受信回路１８を構成している。
【００１７】
図６は、検波回路７における信号の入出力状態を示すものである。入力信号は、略１３．５６ＭＨｚのキャリアであるが、出力信号は、そのキャリアの振幅レベルに応じた包絡線を略一定レベルで出力するものとなる。そして、その出力レベルは、リーダライタ１とＩＣカード２２との距離が短くなるのに応じて上昇する場合がある。
即ち、リーダライタ１における送信路のインピーダンスは、整合回路６によって整合が図られた状態にある。その状態からアンテナ５にＩＣカード２２が接近すると、相互インダクタンスなどの影響を受けてインピーダンスの整合にずれが生じる。その結果、アンテナ５の端子電圧は上昇し、流れる電流は減少するようになる。尚、これらの大小関係は、整合回路６の構成（素子接続における直並列の相違や、次数など）に応じて逆転する場合もある。
【００１８】
図７は、上記の現象をより詳細に説明するものである。図７（ａ）は、送信系の等価回路であり、交流電圧源に送信インピーダンスＺＳとアンテナインピーダンスＺＬとの直列回路が接続されている。また、図７（ｂ）は、アンテナインピーダンスＺＬの等価回路とＩＣカード側の等価回路とを示すものである。アンテナインピーダンスＺＬは、コンデンサ及びコイルの直列回路と、そのコイルに並列接続されるコンデンサ（容量可変）として表される。また、ＩＣカード側は、アンテナ用のコイルと、そのコイルの両端に接続されるカード負荷で表される。図７（ｂ）に示すように、ＩＣカード２２がリーダライタ１のアンテナ５に接近すると、ＩＣカード２２側のコイルとの間に相互インダクタンスが作用することでアンテナインピーダンスＺＬが増加する。その結果、アンテナ５の端子電圧は上昇する。
【００１９】
図８は、リーダライタ１とＩＣカード２２との距離（横軸）に応じてアンテナ５の端子電圧Ｖ１が変化する状態を示すものである。リーダライタ１の周辺に導電体がない場合は端子電圧Ｖ１が破線で示すように変化すると、周辺に導電体がある場合は、実線で閉めＵ用に変化する。このような関係より、端子電圧Ｖ１を参照することで、ＩＣカード２２とのおおよその距離を検出することができる。
【００２０】
図１は、アンテナ５周辺の構成を中心として示すものである。アンテナ５は、ループ状のコイルアンテナであり、そのアンテナ５の形状に沿うようにして、内周側に閉ループ導体（出力低下手段）１９が配置されている。また、閉ループ導体１９は、ＩＣカード２２側に配置されているアンテナコイルの外形と略同じ外形をなすように形成されている。
尚、閉ループ導体１９には、例えば抵抗値１０Ω程度の抵抗（電流制御手段，可変インピーダンス手段，インピーダンス素子）２０が挿入されており、その抵抗２０を短絡するためのスイッチ（電流制御手段，可変インピーダンス手段，スイッチング手段）２１が並列に接続されている。そして、スイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦは、ＣＰＵ１０によって制御されるようになっている。従って、アンテナ５と閉ループ導体１９とは、近接して配置されることで相互インダクタンスによって結合した状態にある（図３参照）。また、抵抗２０の抵抗値を極めて大きくし、スイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦによって閉ループ導体１９が実質的に閉又は開となるようにすることも可能である。
【００２１】
次に、本実施例の作用について図２乃至図４、及び図９も参照して説明する。図９は、ＣＰＵ１０によって実行される本発明の要旨に係る部分の処理内容を示すフローチャートである。尚、初期状態としては、ＩＣカード２２がリーダライタ１を基点とする遠方領域にあるものとして、スイッチ２１をＯＦＦにしておく。即ち、閉ループ導体１９は、抵抗２０が挿入されることでインピーダンスが高い状態にあることから、アンテナ５との結合度合いは小さく、閉ループ導体１９がアンテナ５に対して及ぼす影響は小さい状態となっている。
【００２２】
先ず、ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換器１７を介して検波回路７の出力電圧、即ち、キャリアの包絡検波電圧を監視すると（ステップＳ１）、その検波電圧を遠方監視電圧（図２（ｂ）参照）と比較する（ステップＳ２）。そして、前者が後者よりも小さい場合は（「ＯＫ」）そのままステップＳ１に戻る。
一方、ステップＳ２において、検波電圧が遠方監視電圧以上である場合は（「ＮＧ」）、ＩＣカード２２がリーダライタ１の近傍領域にあると判断される。従って、ＣＰＵ１０はスイッチ２１をＯＮにする（ステップＳ３）。この場合、抵抗２０が短絡されて閉ループ導体１９のインピーダンスは低下するので、アンテナ５との結合度合いは大きくなる。従って、アンテナ５より送信される磁界信号の一部は、閉ループ導体１９側にも誘導されて消費される。その結果、リーダライタ１の送信出力は低下するようになる。
【００２３】
次に、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１と同様にキャリアの包絡検波電圧を監視すると（ステップＳ４）、その検波電圧を近傍監視電圧（図２（ｂ）参照）と比較する（ステップＳ５）。そして、前者が後者以上である場合は（「ＯＫ」）ステップＳ４に戻り、前者が後者未満であれば（「ＮＧ」）スイッチ２１をＯＦＦにして（ステップＳ６）ステップＳ１に移行する。
【００２４】
即ち、検波電圧が近傍監視電圧よりも小さくなった場合は、ＩＣカード２２がリーダライタ１の近傍から遠方界に移行したものと推定される。そして、スイッチ２１をＯＦＦにすることで、閉ループ導体１９のインピーダンスは抵抗２０の抵抗値によって増大するため、アンテナ５との結合度合いは小さくなる。すると、アンテナ５より送信される磁界信号は閉ループ導体１９側に誘導されにくくなるので、その結果、リーダライタ１の送信出力は上昇するようになる。
【００２５】
ここで、図３には、リーダライタ１における送信系の等価回路と、ＩＣカード２２側の等価回路を示す。上述したように、リーダライタ１のアンテナ５と閉ループ導体１９とは、相互インダクタンスによって結合した状態にあるが、抵抗２０が挿入されるか否かによって結合度合い（結合係数）は変化する。
図４は、横軸にリーダライタとＩＣカードとの距離をとり、リーダライタ側に閉ループ導体がない場合、リーダライタ側に閉ループ導体がある場合で、且つその外形が、ＩＣカード側のアンテナコイルに略等しい場合とそのアンテナコイルよりも小さい場合とについて、縦軸に、リーダライタのアンテナとＩＣカード側のアンテナとの結合係数をとって示すものである。この図４から明らかなように、リーダライタ側に閉ループ導体がない場合（実線）の結合係数が最も高く、閉ループ導体の外形がＩＣカード側のアンテナコイルに略等しい場合（１点鎖線）の結合係数が最も低くなっている。斯様な原理によって、リーダライタ側の磁界信号の出力を変化させている。
【００２６】
図２は、ＩＣカード２２が遠方界からリーダライタ１側に接近する場合の各信号の出力変化の一例を示すもので、（ａ）は、抵抗２０が挿入されて閉ループ導体１９が等価的に無いと想定される状態と、抵抗２０がバイパスされて閉ループ導体１９がある状態とについて、ＩＣカード２２側が受信する磁界強度を示したものである。また、図２（ｂ）は、リーダライタ１側におけるアンテナ５のキャリア振幅（端子電圧）と、検波回路７の出力信号である包絡検波出力とを示す。尚、時間軸は、図中右から左方向に変化しているものとする。
【００２７】
ＩＣカード２２が遠方界にある場合、リーダライタ１側への影響はなく発生磁界強度は一定となっているため、ＩＣカード２２側の受信磁界強度は、両者間の距離が接近するのに応じて漸増する。ＩＣカード２２がある程度接近することでリーダライタ１側に影響を及ぼすようになると、キャリア振幅が上昇すると共に受信磁界強度も上昇する。そして、包絡検波出力が遠方監視電圧を超えると、ＣＰＵ１０がスイッチ２１をオフに切替える。すると、受信磁界強度は、閉ループ導体１９の結合度合いの上昇によって低下する。
【００２８】
以上のように本実施例によれば、リーダライタ１は、アンテナ５の端子電圧によってＩＣカード２２との距離を検出し、ＣＰＵ１０は、その距離が短くなるのに応じて、磁気信号の送信出力を低下させるように制御する。従って、例えば、送信出力レベルを予め電波法の規制値付近に設定しておけば、ＩＣカード２２との通信可能距離をより伸ばすことが可能となる。そして、ＩＣカード２２との距離がより短くなった場合には、それに応じて磁気信号の送信出力を低下させるので、カード２２内部のＩＣの耐圧を超えてしまうことを回避できる。
【００２９】
また、アンテナ５に沿うように、また、ＩＣカード２２側のアンテナコイル外形と略等しくなるように閉ループ導体１９を配置し、ＣＰＵ１０が、ＩＣカード２２との距離が短くなると抵抗２０のスイッチ２１をＯＦＦして閉ループ導体１９を閉路させ、カードリーダ１の近傍における磁界強度を弱めるように調整することができる。
【００３０】
（第２実施例）
図１０及び図１１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１０は、リーダライタ（ＩＣカードリーダ）２３の図５相当図である。第２実施例では、ＩＣカード２２が接近したことを検出するのに、アンテナ５の端子電圧を検出することに替えて、リーダライタ２３の消費電流を検出することで行うようにしたものである。
【００３１】
即ち、第１実施例で述べたように、ＩＣカード２２が接近することでインピーダンス整合がずれると、アンテナ５の端子電圧は上昇し、出力電流は低下する。そこで、増幅回路４の電源電流を、抵抗（距離検出手段）２４の負荷側においてその端子電圧変化として検出し、ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換器１７によりＡ／Ｄ変換して読込むことで、図１１に示すように、ＩＣカード２２が接近したことを検知できる。その他の構成は第１実施例と同様である。
以上のように構成された第２実施例による場合も、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（第３実施例）
図１２及び図１３は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。第３実施例では、ＩＣカード２２が接近したことを検出するのに、例えばフォトトランジスタなどの受光素子（光電変換素子，距離検出手段）２５を用いて行うようにしたものである。
【００３３】
即ち、図１２（ａ）に示すように、リーダライタ（ＩＣカードリーダ）２６の本体でＩＣカード２２が接近する側の面に受光素子２５を配置しておく。ＩＣカード２２が接近しない状態においては、受光素子（受光センサ）２５は外光を十分に受光可能な状態にある。そして、図１２（ｂ）に示すようにＩＣカード２２が接近すると、受光素子２５の受光面が遮断されて受光レベルは低下する。従って、その受光レベルの変化を、図１３に示すように、ＣＰＵ１０がＡ／Ｄ変換して読み込むことで、ＩＣカード２２が接近したか否かを判断する。その他の構成は第１実施例と同様である。
以上のように構成された第３実施例による場合も、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（第４実施例）
図１４は、本発明の第４実施例を示すものであり、カードリーダ側における閉ループ導体の他の配置例を示すものである。図１４（ａ）は、アンテナ５の内周側に配置された閉ループ導体１９に加えて、外周側にも抵抗２７を挿入した閉ループ導体２８を配置したものである。また、図１４（ｂ）は、アンテナ５の外周側に閉ループ導体２８を配置すると共に、更にその外周側にも抵抗２９を挿入した閉ループ導体３０を配置したものである。尚、何れの場合も、抵抗２０，２７，２９を短絡するためのスイッチについては図示を省略している。
以上のように構成される第４実施例によれば、リーダライタ側に閉ループ導体を複数備えることで、ＩＣカードの接近距離に応じて発生させる磁界強度を多段階で変化させることができる。
【００３５】
（第５〜第９実施例）
図１５乃至図１９は本発明の第５〜第９実施例を示すものである。これらの実施例は、何れも閉ループ導体のインピーダンスを変化させたり、或いは閉ループ導体に誘導される電流の大きさを変化させる構成に関するものである。
【００３６】
（第５実施例）
図１５に示す第５実施例では、複数例えば３回巻きのループとなっている閉ループ導体３１の両端に、抵抗（インピーダンス素子）３２とスイッチ（スイッチング手段）３３との直列回路が３並列（ａ，ｂ，ｃ）で接続されている。そして、抵抗３２及びスイッチ３３は、可変インピーダンス手段３４を構成している。そして、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで閉ループ導体３１のインピーダンスを変化させ、リーダライタ１による発生磁界強度を変化させることができる。即ち、抵抗３２をより多く接続すれば閉ループ導体３１のインピーダンスは低下するので、アンテナ５との結合度合いが高くなり、発生磁界強度は低下するようになる。
【００３７】
（第６実施例）
図１６に示す第６実施例では、３つの閉ループ導体３１ａ〜３１ｃの夫々の両端に、第５実施例と同様の抵抗３２とスイッチ３３との直列回路を接続した構成となっている。この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで、閉ループ導体３１ａ〜３１ｃを段階的に有効化して、アンテナ５より出力される磁界に基づく電流を誘導させることができる。即ち、スイッチ３３をより多く閉じれば、より多くの閉ループ導体３１が有効化され、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００３８】
（第７実施例）
図１７に示す第７実施例では、第５実施例と同様の閉ループ導体３１の一端と、閉ループ導体３１の１ターン目の途中部位，２ターン目の途中部位，３ターン目、即ち他端との間にスイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを接続したものである。尚、閉ループ導体３１とスイッチ３３ｃ〜３３ａとは電流制御手段３５を構成する。
【００３９】
この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ｃ〜３３ａを選択的に閉じることで、閉ループ導体３１のターン数（巻数，導体長）を実質的に変化させることができる。前記ターン数が多くなる程、閉ループ導体３１に誘起される電圧は大きくなり、誘導される電流量も多くなる。従って、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００４０】
（第８実施例）
図１８に示す第８実施例では、独立した３つの閉ループ導体３６，３７，３８（ループ面積：大，中，小）を同心に配置して、それらの共通に接続された一端と夫々の多端との間に第７実施例と同様のスイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを接続したものである。この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで、有効化する閉ループ導体の数が変化する。即ち、有効化する閉ループ導体の数が多くなる程、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００４１】
（第９実施例）
図１９に示す第９実施例では、ループ面積がほぼ同じである独立した３つの閉ループ導体４０，４１，４２を並列に配置して、それらの共通に接続された一端と夫々の多端との間に、第７，第８実施例と同様のスイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを接続したものである。この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで、第８実施例と同様に有効化する閉ループ導体の数が変化する。即ち、有効化する閉ループ導体の数が多くなる程、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００４２】
（第１０実施例）
図２０は本発明の第１０実施例を示すものである。第１０実施例では、距離検出手段として、リーダライタ１側に赤外線センサ４４を配置して、ＩＣカード２２との距離を検出するように構成したものである。即ち、赤外線センサ４４は、赤外線ＬＥＤ４４Ｔより照射した赤外線が検出対象によって反射されたものをフォトトランジスタ４４Ｒで受光し、その受光強度に応じて検出対象、この場合ＩＣカード２２との距離を検出することができる。
【００４３】
本発明は、上記し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実施例においてアンテナ５の端子電圧変化を検出する場合や、第２実施例においてリーダライタの消費電流変化を検出する場合、Ａ／Ｄ変換器に代えてコンパレータを用いても良い。
閉ループ導体に挿入する抵抗素子の抵抗値は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
閉ループ導体を４つ以上設けても良い。
第６実施例において、閉ループ導体３１ａ〜３１ｃの夫々のインピーダンスを、第５実施例と同様の構成によって変化させるように構成しても良い。
第７実施例において、閉ループ導体のターン数を変化させることに替えて、複数のスイッチを選択的に閉じることで１ターンの閉ループ導体の長さを変化させても良い。
リーダライタに限ることなく、データの読取り機能のみを有するＩＣカードリーダに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施例であり、リーダライタにおけるアンテナ周辺の構成を中心として示す図
【図２】ＩＣカードが遠方界からリーダライタ側に接近する場合に、（ａ）はＩＣカード側の受信磁界強度、（ｂ）はリーダライタ側におけるアンテナの端子電圧及び検波回路の包絡検波出力を示す図
【図３】リーダライタにおける送信系の等価回路と、ＩＣカード側の等価回路を示す図
【図４】横軸にリーダライタとＩＣカードとの距離をとり、縦軸にリーダライタのアンテナとＩＣカード側のアンテナとの結合係数をとって示す図
【図５】非接触型ＩＣカードに対してデータを読み書きするためのリーダライタの電気的構成を示す機能ブロック図
【図６】検波回路における信号の入出力状態を示す図
【図７】（ａ）は送信系の等価回路、（ｂ）は（ａ）におけるアンテナインピーダンスＺＬの等価回路とＩＣカード側の等価回路とを示す図
【図８】リーダライタとＩＣカードとの距離に応じてアンテナの端子電圧Ｖ１が変化する状態を示す図
【図９】リーダライタのＣＰＵによって実行される本発明の要旨に係る部分の処理内容を示すフローチャート
【図１０】本発明の第２実施例を示す図５相当図
【図１１】ＩＣカードの接近状態に応じて、ＣＰＵのＡ／Ｄ変換器に入力される電圧信号が変化する状態を示す図
【図１２】本発明の第３実施例であり、（ａ）はリーダライタにＩＣカードが接近していない状態、（ｂ）はＩＣカードが接近した状態を示す斜視図
【図１３】図５の一部相当図
【図１４】本発明の第４実施例であり、カードリーダ側における閉ループ導体の他の配置例を示す図
【図１５】本発明の第５実施例であり、閉ループ導体部分を中心とする電気的構成を示す図
【図１６】本発明の第６実施例を示す図１５相当図
【図１７】本発明の第７実施例を示す図１５相当図
【図１８】本発明の第８実施例を示す図１５相当図
【図１９】本発明の第９実施例を示す図１５相当図
【図２０】本発明の第１０実施例を示すもので、（ａ）は赤外線センサを用いてＩＣカードとの距離を検出する状態を示す図、（ｂ）は赤外線センサの電気的構成を示す図
【符号の説明】
【００４５】
図面中、１はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、５はアンテナ、７は検波回路（距離検出手段）、１０はＣＰＵ（制御手段，距離検出手段）、１９は閉ループ導体（出力低下手段、２０は抵抗（電流制御手段，可変インピーダンス手段，インピーダンス素子）、２１はスイッチ（電流制御手段，可変インピーダンス手段，スイッチング手段）、２３はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、２４は抵抗（距離検出手段）、２５は受光素子（距離検出手段）、２６はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、２８，３０，３１は閉ループ導体、３３はスイッチ（スイッチング手段）、３４は可変インピーダンス手段、３５は電流制御手段、３６，３７，３８，４０，４１，４２は閉ループ導体、４４は赤外線センサ（距離検出手段）を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型ＩＣカードと電磁結合方式により通信を行うＩＣカードリーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電磁結合方式により通信を行う無線カード用通信装置において、アンテナコイルを囲むように閉ループ導体を配置することで磁界密度分布を変化させ、通信装置近傍の磁界強度が強く、且つ遠方の電磁界強度が弱くなるように設定することで、無線カードとの通信が他の機器へ及ぼす影響を抑制すると共に、より離れた距離でも無線カードとの通信を可能とする技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２６８１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術のように通信装置近傍の磁界強度を強くしすぎると、通信時にカードに内蔵されているＩＣの耐圧を超えてしまう場合がある。また、特許文献１の技術では、近傍の磁界強度を強めることで近傍領域における距離を僅かに伸ばすことはできるが、遠方領域における距離は減少してしまう。
また、わが国においては、２００２年１０月に電波法が改正されているが、改正前の電波法の規制値では、非接触型ＩＣカードと通信を行う装置については遠方において発生する磁界を押さえなければならないという事情もあった。しかし、上記改正によって通信装置の送信出力規制値は緩和されているため、その規制値に応じて最適となる送信出力制御を行うことが好ましい。
【０００４】
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、非接触型ＩＣカードが近接した場合でも内部ＩＣの耐圧を超えることなく、且つ通信可能な距離をより遠方に伸ばすことができるＩＣカードリーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、ＩＣカードとの距離が短くなるのに応じて出力低下手段を切替え、磁気信号の送信出力を低下させるように制御する。従って、例えば、送信出力レベルを予め電波法の規制値付近に設定しておけば、ＩＣカードとの通信可能距離をより伸ばすことが可能となる。そして、ＩＣカードとの距離がより短くなった場合にはそれに応じて磁気信号の送信出力を低下させることで、カード内部のＩＣの耐圧を超えてしまうことを回避できる。
【０００６】
請求項２記載のＩＣカードリーダによれば、出力低下手段を、アンテナと実質的に平行となるように形成された１つ以上の閉ループ導体と、当該アンテナが送信する磁気信号によって誘導されることにより前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する電流制御手段とで構成し、制御手段は、前記閉ループ導体に流れる電流の合計値が大きくなるように電流制御手段を制御する。即ち、１つ以上の閉ループ導体に誘導されて流れる電流が大きくなる程、磁気信号の送信出力を低下させることができる。
【０００７】
請求項３記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、閉ループ導体のインピーダンスを可変制御可能な可変インピーダンス手段を制御して、閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する。即ち、閉ループ導体のインピーダンスを変化させて当該導体に流れる電流を制御する。
請求項４記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、スイッチング手段を制御して、閉ループ導体に接続するインピーダンス素子を切り替え、閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する。従って、閉ループ導体のインピーダンスを、インピーダンス素子とスイッチング手段との組み合わせによって選択的に変化させることができる。
【０００８】
請求項５記載のＩＣカードリーダによれば、制御手段は、閉ループ導体の一端と、他端から途中部位にかかる間の位置に配置される複数のスイッチング手段を選択的に閉じることで閉ループ導体に誘導される電流の大きさを制御する。斯様に構成すれば、選択的に閉じられるスイッチング手段に応じて、誘導電流が流れる閉ループ導体の長さが実質的に変化するので誘起される電圧が大きくなり、当該導体に流れる電流を増加させることができる。
【０００９】
請求項６記載のＩＣカードリーダによれば、閉ループ導体を複数巻のループで構成するので、複数のスイッチング手段を選択的に閉じることで有効となる閉ループ導体の巻数を変化させることができる。従って、その巻数の変化により、閉ループ導体に流れる電流の大きさを変化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、複数の閉ループ導体における閉ループがなす面積が夫々異なるように形成するので、それらの閉ループ導体を限られたスペースに集中的に配置することができる。
【００１０】
請求項８記載のＩＣカードリーダによれば、複数の閉ループ導体を実質的に同心となるように配置するので、複数の導体をより効率的に配置することができる。
請求項９記載のＩＣカードリーダによれば、複数の閉ループ導体を中心位置が夫々異なるように配置するので、どの位置にある閉ループ導体に電流を誘導させるかによって、アンテナの発生磁界強度を変化させることができる。
【００１１】
請求項１０記載のＩＣカードリーダによれば、複数の閉ループ導体を、相互に重ならないように配置するので、電流を誘導させた場合、導体間に干渉が発生することを回避できる。
請求項１１記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、アンテナの端子電圧に基づいてＩＣカードとの距離を検出する。即ち、ＩＣカードがカードリーダに接近した状態になると、アンテナの端子電圧振幅は大きくなるため、その電圧振幅を参照することでＩＣカードとの距離を検出することができる。
【００１２】
請求項１２記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、自身の消費電流に基づいてＩＣカードとの距離を検出する。即ち、前記距離に応じて送信側の消費電流は変化するが、その増減方向は、送信回路を構成するインピーダンス整合回路の次数などによっても異なる場合がある。従って、消費電流を参照することでＩＣカードとの距離を検出することができる。
【００１３】
請求項１３記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、赤外線センサを用いてＩＣカードとの距離を検出するので、赤外線の反射状態に基づいてＩＣカードとの距離を検出することができる。
請求項１４記載のＩＣカードリーダによれば、距離検出手段は、受光センサを、ＩＣカードとの通信を行う面側に配置することで構成されている。即ち、ＩＣカードがカードリーダの通信面側に接近していない場合、受光センサは周囲の光を受光可能な状態にある。そして、ＩＣカードが通信面側に接近すれば受光センサの受光面を蔽うような状態になるため、センサの受光量は低下する。従って、当該センサの信号を参照することでＩＣカードとの距離を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（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９を参照して説明する。図５は、非接触型ＩＣカードに対してデータを読み書きするためのリーダライタ１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の送信系は、１３．５６ＭＨｚのキャリアを発生させる発振器２、そのキャリアを変調するための変調回路３、被変調信号を増幅する増幅回路４、その増幅回路４とループコイル状のアンテナ５との間に配置され、インピーダンスの整合を図るための整合回路６などで構成されている。アンテナ５からは、変調された磁気信号が送信されるようになっている。
【００１５】
一方、リーダライタ１の受信系は、アンテナ５を介して受信された信号を受けてその包絡線を検波するための検波回路（距離検出手段）７、受信信号をフィルタリングするフィルタ８、フィルタ８の出力信号を増幅する増幅回路９、その増幅信号を２値化してＣＰＵ（マイクロコンピュータ，制御手段，距離検出手段）１０に出力する２値化回路１１などで構成されている。
【００１６】
検波回路７は、アンテナ５とフィルタ８の入力端子との間に接続される抵抗１２及びダイオード１３の直列回路と、電源とグランドとの間に接続され、共通接続点がフィルタ８の入力端子に接続される抵抗１４及びコンデンサ１５の直列回路と、コンデンサ１５に並列接続される抵抗１６とで構成されている。そして、検波回路７の出力端子（フィルタ８の入力端子）は、ＣＰＵ１０が備えているＡ／Ｄ変換器１７の入力ポートに接続されており、ＣＰＵ１０は、検波回路７によって検波された信号をＡ／Ｄ変換して読み込むようになっている。尚、以上の構成よりアンテナ５及びＣＰＵ１０を除いたものが、送受信回路１８を構成している。
【００１７】
図６は、検波回路７における信号の入出力状態を示すものである。入力信号は、略１３．５６ＭＨｚのキャリアであるが、出力信号は、そのキャリアの振幅レベルに応じた包絡線を略一定レベルで出力するものとなる。そして、その出力レベルは、リーダライタ１とＩＣカード２２との距離が短くなるのに応じて上昇する場合がある。
即ち、リーダライタ１における送信路のインピーダンスは、整合回路６によって整合が図られた状態にある。その状態からアンテナ５にＩＣカード２２が接近すると、相互インダクタンスなどの影響を受けてインピーダンスの整合にずれが生じる。その結果、アンテナ５の端子電圧は上昇し、流れる電流は減少するようになる。尚、これらの大小関係は、整合回路６の構成（素子接続における直並列の相違や、次数など）に応じて逆転する場合もある。
【００１８】
図７は、上記の現象をより詳細に説明するものである。図７（ａ）は、送信系の等価回路であり、交流電圧源に送信インピーダンスＺＳとアンテナインピーダンスＺＬとの直列回路が接続されている。また、図７（ｂ）は、アンテナインピーダンスＺＬの等価回路とＩＣカード側の等価回路とを示すものである。アンテナインピーダンスＺＬは、コンデンサ及びコイルの直列回路と、そのコイルに並列接続されるコンデンサ（容量可変）として表される。また、ＩＣカード側は、アンテナ用のコイルと、そのコイルの両端に接続されるカード負荷で表される。図７（ｂ）に示すように、ＩＣカード２２がリーダライタ１のアンテナ５に接近すると、ＩＣカード２２側のコイルとの間に相互インダクタンスが作用することでアンテナインピーダンスＺＬが増加する。その結果、アンテナ５の端子電圧は上昇する。
【００１９】
図８は、リーダライタ１とＩＣカード２２との距離（横軸）に応じてアンテナ５の端子電圧Ｖ１が変化する状態を示すものである。リーダライタ１の周辺に導電体がない場合は端子電圧Ｖ１が破線で示すように変化すると、周辺に導電体がある場合は、実線で閉めＵ用に変化する。このような関係より、端子電圧Ｖ１を参照することで、ＩＣカード２２とのおおよその距離を検出することができる。
【００２０】
図１は、アンテナ５周辺の構成を中心として示すものである。アンテナ５は、ループ状のコイルアンテナであり、そのアンテナ５の形状に沿うようにして、内周側に閉ループ導体（出力低下手段）１９が配置されている。また、閉ループ導体１９は、ＩＣカード２２側に配置されているアンテナコイルの外形と略同じ外形をなすように形成されている。
尚、閉ループ導体１９には、例えば抵抗値１０Ω程度の抵抗（電流制御手段，可変インピーダンス手段，インピーダンス素子）２０が挿入されており、その抵抗２０を短絡するためのスイッチ（電流制御手段，可変インピーダンス手段，スイッチング手段）２１が並列に接続されている。そして、スイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦは、ＣＰＵ１０によって制御されるようになっている。従って、アンテナ５と閉ループ導体１９とは、近接して配置されることで相互インダクタンスによって結合した状態にある（図３参照）。また、抵抗２０の抵抗値を極めて大きくし、スイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦによって閉ループ導体１９が実質的に閉又は開となるようにすることも可能である。
【００２１】
次に、本実施例の作用について図２乃至図４、及び図９も参照して説明する。図９は、ＣＰＵ１０によって実行される本発明の要旨に係る部分の処理内容を示すフローチャートである。尚、初期状態としては、ＩＣカード２２がリーダライタ１を基点とする遠方領域にあるものとして、スイッチ２１をＯＦＦにしておく。即ち、閉ループ導体１９は、抵抗２０が挿入されることでインピーダンスが高い状態にあることから、アンテナ５との結合度合いは小さく、閉ループ導体１９がアンテナ５に対して及ぼす影響は小さい状態となっている。
【００２２】
先ず、ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換器１７を介して検波回路７の出力電圧、即ち、キャリアの包絡検波電圧を監視すると（ステップＳ１）、その検波電圧を遠方監視電圧（図２（ｂ）参照）と比較する（ステップＳ２）。そして、前者が後者よりも小さい場合は（「ＯＫ」）そのままステップＳ１に戻る。
一方、ステップＳ２において、検波電圧が遠方監視電圧以上である場合は（「ＮＧ」）、ＩＣカード２２がリーダライタ１の近傍領域にあると判断される。従って、ＣＰＵ１０はスイッチ２１をＯＮにする（ステップＳ３）。この場合、抵抗２０が短絡されて閉ループ導体１９のインピーダンスは低下するので、アンテナ５との結合度合いは大きくなる。従って、アンテナ５より送信される磁界信号の一部は、閉ループ導体１９側にも誘導されて消費される。その結果、リーダライタ１の送信出力は低下するようになる。
【００２３】
次に、ＣＰＵ１０は、ステップＳ１と同様にキャリアの包絡検波電圧を監視すると（ステップＳ４）、その検波電圧を近傍監視電圧（図２（ｂ）参照）と比較する（ステップＳ５）。そして、前者が後者以上である場合は（「ＯＫ」）ステップＳ４に戻り、前者が後者未満であれば（「ＮＧ」）スイッチ２１をＯＦＦにして（ステップＳ６）ステップＳ１に移行する。
【００２４】
即ち、検波電圧が近傍監視電圧よりも小さくなった場合は、ＩＣカード２２がリーダライタ１の近傍から遠方界に移行したものと推定される。そして、スイッチ２１をＯＦＦにすることで、閉ループ導体１９のインピーダンスは抵抗２０の抵抗値によって増大するため、アンテナ５との結合度合いは小さくなる。すると、アンテナ５より送信される磁界信号は閉ループ導体１９側に誘導されにくくなるので、その結果、リーダライタ１の送信出力は上昇するようになる。
【００２５】
ここで、図３には、リーダライタ１における送信系の等価回路と、ＩＣカード２２側の等価回路を示す。上述したように、リーダライタ１のアンテナ５と閉ループ導体１９とは、相互インダクタンスによって結合した状態にあるが、抵抗２０が挿入されるか否かによって結合度合い（結合係数）は変化する。
図４は、横軸にリーダライタとＩＣカードとの距離をとり、リーダライタ側に閉ループ導体がない場合、リーダライタ側に閉ループ導体がある場合で、且つその外形が、ＩＣカード側のアンテナコイルに略等しい場合とそのアンテナコイルよりも小さい場合とについて、縦軸に、リーダライタのアンテナとＩＣカード側のアンテナとの結合係数をとって示すものである。この図４から明らかなように、リーダライタ側に閉ループ導体がない場合（実線）の結合係数が最も高く、閉ループ導体の外形がＩＣカード側のアンテナコイルに略等しい場合（１点鎖線）の結合係数が最も低くなっている。斯様な原理によって、リーダライタ側の磁界信号の出力を変化させている。
【００２６】
図２は、ＩＣカード２２が遠方界からリーダライタ１側に接近する場合の各信号の出力変化の一例を示すもので、（ａ）は、抵抗２０が挿入されて閉ループ導体１９が等価的に無いと想定される状態と、抵抗２０がバイパスされて閉ループ導体１９がある状態とについて、ＩＣカード２２側が受信する磁界強度を示したものである。また、図２（ｂ）は、リーダライタ１側におけるアンテナ５のキャリア振幅（端子電圧）と、検波回路７の出力信号である包絡検波出力とを示す。尚、時間軸は、図中右から左方向に変化しているものとする。
【００２７】
ＩＣカード２２が遠方界にある場合、リーダライタ１側への影響はなく発生磁界強度は一定となっているため、ＩＣカード２２側の受信磁界強度は、両者間の距離が接近するのに応じて漸増する。ＩＣカード２２がある程度接近することでリーダライタ１側に影響を及ぼすようになると、キャリア振幅が上昇すると共に受信磁界強度も上昇する。そして、包絡検波出力が遠方監視電圧を超えると、ＣＰＵ１０がスイッチ２１をオフに切替える。すると、受信磁界強度は、閉ループ導体１９の結合度合いの上昇によって低下する。
【００２８】
以上のように本実施例によれば、リーダライタ１は、アンテナ５の端子電圧によってＩＣカード２２との距離を検出し、ＣＰＵ１０は、その距離が短くなるのに応じて、磁気信号の送信出力を低下させるように制御する。従って、例えば、送信出力レベルを予め電波法の規制値付近に設定しておけば、ＩＣカード２２との通信可能距離をより伸ばすことが可能となる。そして、ＩＣカード２２との距離がより短くなった場合には、それに応じて磁気信号の送信出力を低下させるので、カード２２内部のＩＣの耐圧を超えてしまうことを回避できる。
【００２９】
また、アンテナ５に沿うように、また、ＩＣカード２２側のアンテナコイル外形と略等しくなるように閉ループ導体１９を配置し、ＣＰＵ１０が、ＩＣカード２２との距離が短くなると抵抗２０のスイッチ２１をＯＦＦして閉ループ導体１９を閉路させ、カードリーダ１の近傍における磁界強度を弱めるように調整することができる。
【００３０】
（第２実施例）
図１０及び図１１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１０は、リーダライタ（ＩＣカードリーダ）２３の図５相当図である。第２実施例では、ＩＣカード２２が接近したことを検出するのに、アンテナ５の端子電圧を検出することに替えて、リーダライタ２３の消費電流を検出することで行うようにしたものである。
【００３１】
即ち、第１実施例で述べたように、ＩＣカード２２が接近することでインピーダンス整合がずれると、アンテナ５の端子電圧は上昇し、出力電流は低下する。そこで、増幅回路４の電源電流を、抵抗（距離検出手段）２４の負荷側においてその端子電圧変化として検出し、ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換器１７によりＡ／Ｄ変換して読込むことで、図１１に示すように、ＩＣカード２２が接近したことを検知できる。その他の構成は第１実施例と同様である。
以上のように構成された第２実施例による場合も、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（第３実施例）
図１２及び図１３は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。第３実施例では、ＩＣカード２２が接近したことを検出するのに、例えばフォトトランジスタなどの受光素子（光電変換素子，距離検出手段）２５を用いて行うようにしたものである。
【００３３】
即ち、図１２（ａ）に示すように、リーダライタ（ＩＣカードリーダ）２６の本体でＩＣカード２２が接近する側の面に受光素子２５を配置しておく。ＩＣカード２２が接近しない状態においては、受光素子（受光センサ）２５は外光を十分に受光可能な状態にある。そして、図１２（ｂ）に示すようにＩＣカード２２が接近すると、受光素子２５の受光面が遮断されて受光レベルは低下する。従って、その受光レベルの変化を、図１３に示すように、ＣＰＵ１０がＡ／Ｄ変換して読み込むことで、ＩＣカード２２が接近したか否かを判断する。その他の構成は第１実施例と同様である。
以上のように構成された第３実施例による場合も、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
（第４実施例）
図１４は、本発明の第４実施例を示すものであり、カードリーダ側における閉ループ導体の他の配置例を示すものである。図１４（ａ）は、アンテナ５の内周側に配置された閉ループ導体１９に加えて、外周側にも抵抗２７を挿入した閉ループ導体２８を配置したものである。また、図１４（ｂ）は、アンテナ５の外周側に閉ループ導体２８を配置すると共に、更にその外周側にも抵抗２９を挿入した閉ループ導体３０を配置したものである。尚、何れの場合も、抵抗２０，２７，２９を短絡するためのスイッチについては図示を省略している。
以上のように構成される第４実施例によれば、リーダライタ側に閉ループ導体を複数備えることで、ＩＣカードの接近距離に応じて発生させる磁界強度を多段階で変化させることができる。
【００３５】
（第５〜第９実施例）
図１５乃至図１９は本発明の第５〜第９実施例を示すものである。これらの実施例は、何れも閉ループ導体のインピーダンスを変化させたり、或いは閉ループ導体に誘導される電流の大きさを変化させる構成に関するものである。
【００３６】
（第５実施例）
図１５に示す第５実施例では、複数例えば３回巻きのループとなっている閉ループ導体３１の両端に、抵抗（インピーダンス素子）３２とスイッチ（スイッチング手段）３３との直列回路が３並列（ａ，ｂ，ｃ）で接続されている。そして、抵抗３２及びスイッチ３３は、可変インピーダンス手段３４を構成している。そして、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで閉ループ導体３１のインピーダンスを変化させ、リーダライタ１による発生磁界強度を変化させることができる。即ち、抵抗３２をより多く接続すれば閉ループ導体３１のインピーダンスは低下するので、アンテナ５との結合度合いが高くなり、発生磁界強度は低下するようになる。
【００３７】
（第６実施例）
図１６に示す第６実施例では、３つの閉ループ導体３１ａ〜３１ｃの夫々の両端に、第５実施例と同様の抵抗３２とスイッチ３３との直列回路を接続した構成となっている。この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで、閉ループ導体３１ａ〜３１ｃを段階的に有効化して、アンテナ５より出力される磁界に基づく電流を誘導させることができる。即ち、スイッチ３３をより多く閉じれば、より多くの閉ループ導体３１が有効化され、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００３８】
（第７実施例）
図１７に示す第７実施例では、第５実施例と同様の閉ループ導体３１の一端と、閉ループ導体３１の１ターン目の途中部位，２ターン目の途中部位，３ターン目、即ち他端との間にスイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを接続したものである。尚、閉ループ導体３１とスイッチ３３ｃ〜３３ａとは電流制御手段３５を構成する。
【００３９】
この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ｃ〜３３ａを選択的に閉じることで、閉ループ導体３１のターン数（巻数，導体長）を実質的に変化させることができる。前記ターン数が多くなる程、閉ループ導体３１に誘起される電圧は大きくなり、誘導される電流量も多くなる。従って、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００４０】
（第８実施例）
図１８に示す第８実施例では、独立した３つの閉ループ導体３６，３７，３８（ループ面積：大，中，小）を同心に配置して、それらの共通に接続された一端と夫々の多端との間に第７実施例と同様のスイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを接続したものである。この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで、有効化する閉ループ導体の数が変化する。即ち、有効化する閉ループ導体の数が多くなる程、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００４１】
（第９実施例）
図１９に示す第９実施例では、ループ面積がほぼ同じである独立した３つの閉ループ導体４０，４１，４２を並列に配置して、それらの共通に接続された一端と夫々の多端との間に、第７，第８実施例と同様のスイッチ３３ａ，３３ｂ，３３ｃを接続したものである。この場合、ＣＰＵ１０がスイッチ３３ａ〜３３ｃを段階的に閉じることで、第８実施例と同様に有効化する閉ループ導体の数が変化する。即ち、有効化する閉ループ導体の数が多くなる程、リーダライタ１による発生磁界強度は低下する。
【００４２】
（第１０実施例）
図２０は本発明の第１０実施例を示すものである。第１０実施例では、距離検出手段として、リーダライタ１側に赤外線センサ４４を配置して、ＩＣカード２２との距離を検出するように構成したものである。即ち、赤外線センサ４４は、赤外線ＬＥＤ４４Ｔより照射した赤外線が検出対象によって反射されたものをフォトトランジスタ４４Ｒで受光し、その受光強度に応じて検出対象、この場合ＩＣカード２２との距離を検出することができる。
【００４３】
本発明は、上記し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実施例においてアンテナ５の端子電圧変化を検出する場合や、第２実施例においてリーダライタの消費電流変化を検出する場合、Ａ／Ｄ変換器に代えてコンパレータを用いても良い。
閉ループ導体に挿入する抵抗素子の抵抗値は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
閉ループ導体を４つ以上設けても良い。
第６実施例において、閉ループ導体３１ａ〜３１ｃの夫々のインピーダンスを、第５実施例と同様の構成によって変化させるように構成しても良い。
第７実施例において、閉ループ導体のターン数を変化させることに替えて、複数のスイッチを選択的に閉じることで１ターンの閉ループ導体の長さを変化させても良い。
リーダライタに限ることなく、データの読取り機能のみを有するＩＣカードリーダに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施例であり、リーダライタにおけるアンテナ周辺の構成を中心として示す図
【図２】ＩＣカードが遠方界からリーダライタ側に接近する場合に、（ａ）はＩＣカード側の受信磁界強度、（ｂ）はリーダライタ側におけるアンテナの端子電圧及び検波回路の包絡検波出力を示す図
【図３】リーダライタにおける送信系の等価回路と、ＩＣカード側の等価回路を示す図
【図４】横軸にリーダライタとＩＣカードとの距離をとり、縦軸にリーダライタのアンテナとＩＣカード側のアンテナとの結合係数をとって示す図
【図５】非接触型ＩＣカードに対してデータを読み書きするためのリーダライタの電気的構成を示す機能ブロック図
【図６】検波回路における信号の入出力状態を示す図
【図７】（ａ）は送信系の等価回路、（ｂ）は（ａ）におけるアンテナインピーダンスＺＬの等価回路とＩＣカード側の等価回路とを示す図
【図８】リーダライタとＩＣカードとの距離に応じてアンテナの端子電圧Ｖ１が変化する状態を示す図
【図９】リーダライタのＣＰＵによって実行される本発明の要旨に係る部分の処理内容を示すフローチャート
【図１０】本発明の第２実施例を示す図５相当図
【図１１】ＩＣカードの接近状態に応じて、ＣＰＵのＡ／Ｄ変換器に入力される電圧信号が変化する状態を示す図
【図１２】本発明の第３実施例であり、（ａ）はリーダライタにＩＣカードが接近していない状態、（ｂ）はＩＣカードが接近した状態を示す斜視図
【図１３】図５の一部相当図
【図１４】本発明の第４実施例であり、カードリーダ側における閉ループ導体の他の配置例を示す図
【図１５】本発明の第５実施例であり、閉ループ導体部分を中心とする電気的構成を示す図
【図１６】本発明の第６実施例を示す図１５相当図
【図１７】本発明の第７実施例を示す図１５相当図
【図１８】本発明の第８実施例を示す図１５相当図
【図１９】本発明の第９実施例を示す図１５相当図
【図２０】本発明の第１０実施例を示すもので、（ａ）は赤外線センサを用いてＩＣカードとの距離を検出する状態を示す図、（ｂ）は赤外線センサの電気的構成を示す図
【符号の説明】
【００４５】
図面中、１はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、５はアンテナ、７は検波回路（距離検出手段）、１０はＣＰＵ（制御手段，距離検出手段）、１９は閉ループ導体（出力低下手段、２０は抵抗（電流制御手段，可変インピーダンス手段，インピーダンス素子）、２１はスイッチ（電流制御手段，可変インピーダンス手段，スイッチング手段）、２３はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、２４は抵抗（距離検出手段）、２５は受光素子（距離検出手段）、２６はリーダライタ（ＩＣカードリーダ）、２８，３０，３１は閉ループ導体、３３はスイッチ（スイッチング手段）、３４は可変インピーダンス手段、３５は電流制御手段、３６，３７，３８，４０，４１，４２は閉ループ導体、４４は赤外線センサ（距離検出手段）を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項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コイル状に形成されたアンテナを具えたＩＣカードリーダにおいて、
前記ＩＣカードとの距離を検出する距離検出手段と、
前記距離検出手段が検出した距離が短くなるのに応じて、磁気信号の送信出力を低下させるための切替え制御が可能に構成される出力低下手段と、
この出力低下手段を切替えて、前記送信出力を低下させるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＩＣカードリーダ。
【請求項２】
前記出力低下手段は、
前記アンテナと実質的に平行となるように形成された１つ以上の閉ループ導体と、
当該アンテナが送信する磁気信号によって誘導されることにより前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する電流制御手段とを備えて構成され、
前記制御手段は、前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを変化させるように電流制御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。
【請求項３】
前記電流制御手段は、前記閉ループ導体のインピーダンスを可変制御可能な可変インピーダンス手段を具え、
前記制御手段は、前記可変インピーダンス手段を制御して、前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする請求項２記載のＩＣカードリーダ。
【請求項４】
前記可変インピーダンス手段は、
夫々のインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、
これら複数のインピーダンス素子を夫々前記閉ループ導体に断続するためのスイッチング手段とを具え、
前記制御手段は、前記スイッチング手段を制御して、前記閉ループ導体に接続するインピーダンス素子を切り替えることを特徴とする請求項３記載のＩＣカードリーダ。
【請求項５】
前記電流制御手段は、前記閉ループ導体の一端と、他端から途中部位にかかる間の位置に配置される複数のスイッチング手段を備え、
前記制御手段は、前記スイッチング手段を選択的に閉じることで、前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする請求項２記載のＩＣカードリーダ。
【請求項６】
前記閉ループ導体は、複数巻きのループによって構成されていることを特徴とする請求項５記載のＩＣカードリーダ。
【請求項７】
前記閉ループ導体を複数設け、それらの閉ループがなす面積が夫々異なるように形成されていることを特徴とする請求項２乃至６の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項８】
前記複数の閉ループ導体は、実質的に同心となるように配置されていることを特徴とする請求項７記載のＩＣカードリーダ。
【請求項９】
前記閉ループ導体を複数設け、それらの閉ループ導体は、中心位置が夫々異なるように配置されてい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。
【請求項１０】
前記複数の閉ループ導体は、相互に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項９記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１１】
前記距離検出手段は、前記アンテナの端子電圧に基づいて、前記ＩＣカードとの距離を検出することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１２】
前記距離検出手段は、自身の消費電流に基づいて、前記ＩＣカードとの距離を検出することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１３】
前記距離検出手段は、前記ＩＣカードとの距離を検出する赤外線センサによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１４】
前記距離検出手段は、前記ＩＣカードとの通信を行う面側に配置されている受光センサによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項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コイル状に形成されたアンテナを具えたＩＣカードリーダにおいて、
前記ＩＣカードとの距離を検出する距離検出手段と、
前記距離検出手段が検出した距離が短くなるのに応じて、磁気信号の送信出力を低下させるための切替え制御が可能に構成される出力低下手段と、
この出力低下手段を切替えて、前記送信出力を低下させるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＩＣカードリーダ。
【請求項２】
前記出力低下手段は、
前記アンテナと実質的に平行となるように形成された１つ以上の閉ループ導体と、
当該アンテナが送信する磁気信号によって誘導されることにより前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御する電流制御手段とを備えて構成され、
前記制御手段は、前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを変化させるように電流制御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。
【請求項３】
前記電流制御手段は、前記閉ループ導体のインピーダンスを可変制御可能な可変インピーダンス手段を具え、
前記制御手段は、前記可変インピーダンス手段を制御して、前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする請求項２記載のＩＣカードリーダ。
【請求項４】
前記可変インピーダンス手段は、
夫々のインピーダンス値が異なる複数のインピーダンス素子と、
これら複数のインピーダンス素子を夫々前記閉ループ導体に断続するためのスイッチング手段とを具え、
前記制御手段は、前記スイッチング手段を制御して、前記閉ループ導体に接続するインピーダンス素子を切り替えることを特徴とする請求項３記載のＩＣカードリーダ。
【請求項５】
前記電流制御手段は、前記閉ループ導体の一端と、他端から途中部位にかかる間の位置に配置される複数のスイッチング手段を備え、
前記制御手段は、前記スイッチング手段を選択的に閉じることで、前記閉ループ導体に流れる電流の大きさを制御することを特徴とする請求項２記載のＩＣカードリーダ。
【請求項６】
前記閉ループ導体は、複数巻きのループによって構成されていることを特徴とする請求項５記載のＩＣカードリーダ。
【請求項７】
前記閉ループ導体を複数設け、それらの閉ループがなす面積が夫々異なるように形成されていることを特徴とする請求項２乃至６の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項８】
前記複数の閉ループ導体は、実質的に同心となるように配置されていることを特徴とする請求項７記載のＩＣカードリーダ。
【請求項９】
前記閉ループ導体を複数設け、それらの閉ループ導体は、中心位置が夫々異なるように配置されてい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。
【請求項１０】
前記複数の閉ループ導体は、相互に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項９記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１１】
前記距離検出手段は、前記アンテナの端子電圧に基づいて、前記ＩＣカードとの距離を検出することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１２】
前記距離検出手段は、自身の消費電流に基づいて、前記ＩＣカードとの距離を検出することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１３】
前記距離検出手段は、前記ＩＣカードとの距離を検出する赤外線センサによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【請求項１４】
前記距離検出手段は、前記ＩＣカードとの通信を行う面側に配置されている受光センサによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載のＩＣカードリーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−７２９０１（Ｐ２００６−７２９０１Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５８３８１（Ｐ２００４−２５８３８１）
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【出願人】（３９９１３１７７０）デンソーエレックス株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【出願人】（３９９１３１７７０）デンソーエレックス株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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