JP4963985B2 - 手動式非接触カードリーダ - Google Patents

Description

本発明は、入退室管理システムなどに用いられる手動式の非接触カードリーダに関する。

カードリーダには、モータで駆動される搬送機構によりカードを自動的に内部に取り込んで情報を読み取るモータ式のものと、カードを手で操作してカード情報を読み取る手動式のものとがある。手動式のカードリーダは、さらに、カードを手で一方向に搬送しながら情報を読み取るスワイプ型のカードリーダと、カードを手で挿入口へ差し込んで抜き取ることにより情報を読み取る挿入型のカードリーダとに分類される。

従来、入退室管理システムなどにおいては、磁気カードを用いる手動式のカードリーダが多く採用されているが、近年では、磁気カードに代わって、装置の所定位置にかざすことで情報が非接触で読み取られる非接触カードが急速に普及しており、このような状況下で、必然的に、従来の磁気カードと同じ操作感覚で非接触カードを扱える手動式非接触カードリーダに対する需要が高まってきている。

しかしながら、手動式の非接触カードリーダにおいては、モータ式と異なりカードを手で操作するため、カードの搬送速度が不均一となって正確にデータを読み取ることが困難な場合が生じる。また、スワイプ型のものでは、カード搬送路をカードの一部が通過するだけなので、リーダ側のアンテナとカード側のアンテナとの対向面積が小さくなり、両者間の伝送効率が悪く通信が不安定になるという問題がある。

上記のような問題点に対して対策を施した非接触カードリーダが、後掲の特許文献１〜４に記載されている。
特許文献１では、アンテナとの通信が安定的に行なえる定位置に非接触カードが位置したことを検知する検知手段を設け、この検知手段により非接触カードが定位置にあることが検知された場合に非接触式カードと通信を開始することで、非接触での通信を安定かつ確実に行なえるようにしている。この特許文献１のものは挿入型のカードリーダであるが、スワイプ型のカードリーダについては、特許文献２に記載されている。
特許文献２では、カード搬送路の終端部に一時停止用ガイドを設けるとともに、その側方にカード取り出し部を設け、手で搬送した非接触カードを一時停止用ガイドに一旦当接させた状態でリーダ側のアンテナと通信を行い、その後カードの搬送方向を側方へ変更してカード取り出し部から取り出すように構成することで、安定した通信を可能としている。
スワイプ型非接触カードリーダの他の例が、特許文献３に記載されている。本文献では、カード搬送路の両側に一対のアンテナを設けるとともに、搬送路の開口部の幅をカードの短辺の長さよりも少し短くし、かつ、搬送路の開口部の深さをカードの短辺の長さかそれ以上とすることで、カードを搬送する場合に、カードがある一定角度で上記一対のアンテナの少なくとも一つと隣接するようにして、十分な電力供給と交信を可能としている。
特許文献４には、カード挿入口の両側に、カード検知用のアンテナを配置した非接触カードリーダが記載されている。このカードリーダでは、アンテナ面をカード挿入方向に対して垂直とすることにより、カード挿入口の手前で非接触カードを検知するとともに、アンテナの裏側における磁束の磁路を構成する磁性体を設けることにより、カードと鎖交する表側の磁束が裏側の磁束で弱められないようにして、良好な通信状態を維持できるようにしている。

特開２００３−２２３６１９号公報 特開２００１−２５６４４６号公報 特開２０００−１７２７９４号公報 特開２００５−９４５６１号公報

上記の各特許文献においては、非接触カードとカードリーダとの間で安定した通信ができるように様々な工夫が成されているが、特許文献１は挿入型のカードリーダに特化された技術であり、スワイプ型のようにアンテナとの通信が安定的に行なえる定位置が存在しないカードリーダには適用することができない。
また、特許文献２、３はスワイプ型のカードリーダを対象としているが、特許文献２では、カードの搬送方向を途中で変えるための特殊な構造を採用しているため、搬送方向が固定されているスワイプ型カードリーダに適用することは不可能である。特許文献３では、搬送方向は固定であるが、搬送路の開口部の幅をカードの短辺の長さよりも少し短く、深さをカードの短辺の長さかそれ以上とする必要があり、このような構造上の制約から、スワイプ型のカードリーダ一般に適用するのは難しい。
特許文献４の非接触カードリーダは、手動式ではなくモータ式のカードリーダであるため、前述したような手動式カードリーダに特有の問題は生じない。また、本文献の場合、カード挿入口の両側に設けられるアンテナは、シャッタを開くためのカード検知用アンテナであり、カードの情報を読み取るアンテナは搬送路の奥に別に設けられる。しかしながら、手動式カードリーダでこのように搬送路の奥に読み取り用のアンテナを設けた場合、アンテナ位置を通過するときのカードの速度は、挿入初期に比べて高速になっているので、アンテナとカード間で安定に通信を行うためには、アンテナの面積を大きくする必要があるが、小型のカードリーダでは限られたスペースに大きなアンテナを設けることは困難である。

本発明は、上述した課題に鑑み、スワイプ型の非接触カードリーダ全般に広く適用することができ、かつ、小型のアンテナでも安定した通信が行える技術を提供することを目的としている。

本発明では、本体と、非接触カードが挿入されるカード挿入口と、このカード挿入口に挿入された非接触カードが手動で搬送される搬送路と、非接触カードを手動で一方向へ搬送させながら当該非接触カードに記録されている情報を非接触で読み取る読取手段とを備えた手動式非接触カードリーダにおいて、搬送路は、本体の上面に開口しているとともに、本体の両端面に開口しており、本体の一方の端面の開口部がカード挿入口となっており、読取手段は、搬送路のカード挿入口近傍に、アンテナ面がカード挿入方向に対して略平行で当該搬送路を挟んで対向するように設けられた一対のループアンテナを備えており、これらのループアンテナ同士を結ぶ磁気回路が、搬送路の底部の下を潜って、搬送路に露出しないように設けられる。

スワイプ型の非接触カードリーダの場合、カード挿入口から非接触カードを挿入する初期の段階では、カードの搬送速度が遅いので、上記のようにカード挿入口近傍にループアンテナが配置されていると、カードの速度が遅い状態でカードリーダ側のループアンテナと非接触カード側のループアンテナとの通信が行われる。このため、両者間の通信状態が安定し、カードリーダ側のループアンテナが小さいものであっても、非接触カードに記録されている情報を確実に読み取ることができる。また、各ループアンテナを搬送路に露出しない磁気回路で結ぶことにより、ループアンテナから非接触カードに対して双方向に生じる磁束の一方が、カードと鎖交せず磁気回路を通って迂回するので、カードと鎖交する磁束は一方向のみの磁束となり、鎖交磁束が弱められることが回避される。このため、高い伝送効率が得られ、上述したカード速度が遅い状態での通信と相俟って、小型のループアンテナを用いても確実な通信を行うことが可能となる。さらに、非接触カードの搬送方向や搬送路における構造上の制限がないので、スワイプ型の非接触カードリーダに広く適用することができる。

また、本発明では、カード挿入口の両側にアンテナ面がカード挿入方向と略垂直となるように設けられた一対の第１のループアンテナと、搬送路のカード挿入口近傍で当該搬送路を挟んで対向し、アンテナ面がカード挿入方向と略平行となるように設けられた一対の第２のループアンテナとを備えていてもよい。この場合も、第１のループアンテナ同士および第２のループアンテナ同士をそれぞれ結ぶ磁気回路が、搬送路の底部の下を潜って、搬送路に露出しないように設けられる。

前述のように、カード挿入の初期段階ではカードの搬送速度が遅いので、カード挿入口付近で通信を開始する方が通信時間を長く確保できる。このため、カード挿入口の両側に第１のループアンテナを設けた場合、挿入口の手前で磁束を発生させてカードと鎖交させることで、十分な通信時間が確保され、より安定した通信を行うことができる。また、カード挿入口の両側と、搬送路のカード挿入口付近に、それぞれループアンテナが配置されるので、ループアンテナにより形成される磁界の強度が大きくなり、各ループアンテナが小さくても非接触カードとの間で高い伝送効率を得ることができる。

また、本発明では、前述した一対のループアンテナに代えて、搬送路のカード挿入口近傍に、当該搬送路を挟んで対向するように、ループアンテナと磁性体とを設けてもよい。この場合も、ループアンテナと磁性体とを結ぶ磁気回路が、搬送路の底部の下を潜って、搬送路に露出しないように設けられる。

さらに、本発明では、前述した一対のループアンテナに代えて、搬送路のカード挿入口近傍に、当該搬送路を挟んで対向するように、一対の磁性体を設けるとともに、当該磁性体間に磁界を形成するコイルを設けてもよい。この場合も、コイルと各磁性体とを結ぶ磁気回路が、搬送路の底部の下を潜って、搬送路に露出しないように設けられる。

本発明によれば、非接触カードの挿入初期におけるカード速度の遅い状態でアンテナ間の通信が行われるので、カードリーダ側のアンテナが小型であっても、安定した通信によりカード情報を確実に読み取ることが可能となる。また、本発明は、カードの搬送方向や搬送路における構造上の制限がないので、スワイプ型の非接触カードリーダ全般に広く適用することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る手動式非接触カードリーダ（以下、単に「カードリーダ」という。）を示す斜視図である。１００はスワイプ型のカードリーダであって、本体１にはカードの搬送路２が形成されている。この搬送路２は、本体１の上面１ａに開口しているとともに両端面１ｂに開口しており、本体１の一方の端面１ｂの開口部は、カード４が矢印方向から挿入されるカード挿入口３となっている。カード４はループアンテナ３０を備えた非接触カードである。２２ａ，２２ｂは非接触カード４のループアンテナ３０と通信を行うための一対のループアンテナであって、カード搬送路２のカード挿入口３近傍に搬送路２を挟んで対向して設けられている。したがって、ループアンテナ２２ａ，２２ｂの各アンテナ面は、カード挿入方向に対して略平行となっている。

カードリーダ１００は、非接触カード４だけでなく、図２（ａ）に示すような磁気ストライプ３３を備えた磁気カード４ａや、図２（ｂ）に示すようなループアンテナ３０と磁気ストライプ３３とを備えたハイブリッドカード４ｂも取り扱えるように、磁気ストライプ３３の情報を読み取るための磁気ヘッド１１を備えている。２６はカード搬送路２の後部（カード挿入口３と反対側）に設けられたカード検知センサであって、カード搬送路２を手動で搬送された非接触カード４が所定位置まで達したことを検知する検知手段を構成する。このセンサ２６は、例えば、搬送路２を挟んで対向する投光素子および受光素子を備えたフォトセンサからなる。なお、カード検知センサ２６として、フォトセンサに代えて、マイクロスイッチ等を用いることも可能である。

図３は、カードリーダ１００および非接触カード４の電気ブロック図を示している。カードリーダ１００は、磁気ブロック１０と、非接触ブロック２０とを備えている。磁気ブロック１０において、１１は上述した磁気ヘッド、１２は磁気ヘッド１１で読み取られた磁気情報を復号するデコーダである。デコーダ１２は、入退出管理装置や取引処理装置などの上位装置（図示省略）と接続されている。非接触ブロック２０において、２１は制御部を構成するＣＰＵ、２２は上述したループアンテナ２２ａ，２２ｂからなるループアンテナ、２３はループアンテナ２２を介して非接触カード４との間でデータの送受信を行う送受信部、２４は制御プログラム等が格納されたＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭから構成される記憶部、２５は外部機器と接続するためのインターフェイス回路、２６は前述のカード検知センサである。ループアンテナ２２（２２ａ，２２ｂ）および送受信部２３は、本発明における読取手段の一実施形態を構成する。非接触カード４において、３０は前述のループアンテナ、３１はループアンテナ３０を介してカードリーダ１００との間でデータの送受信を行う送受信部、３２はカード情報が記憶された記憶部である。なお、磁気ブロック１０と非接触ブロック２０には、上記のほかにも電源回路などが設けられているが、本発明とは直接関係しないので、図示は省略してある。

図４は、カードリーダ１００における要部の構造を示す図である。（ａ）はカードリーダ１００の上面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面側面図である。各図において、図１と同一部分には同一符号を付してある。４０は一対のループアンテナ２２ａ，２２ｂ同士を結ぶ磁気回路であり、その詳細は後述する。なお、便宜上、図４（ａ）ではループアンテナ２２ａ，２２ｂを実線で描いてあり、図４（ｂ）ではループアンテナ２２ａ，２２ｂおよび磁性体４０を実線で描いてある。

図４（ａ）のように、ループアンテナ２２ａ，２２ｂは、搬送路２のカード挿入口３近傍で搬送路２を挟んで対向するように設けられ、それぞれのアンテナ面は、カード挿入方向に対して略平行となっている。磁気ヘッド１１は、その先端部が搬送路２に臨むように、搬送路２の中央付近に設けられている。カード検知センサ２６は、磁気ヘッド１１からみてカード挿入口３と反対側にあって、搬送路２を挟んで設けられている。

磁気回路４０は、磁気抵抗値の小さい磁性体からなり、図４（ｃ）に示すように、略Ｕ字状に形成されている。この磁気回路４０は、ループアンテナ２２ａ，２２ｂ間に跨って設けられ、搬送路２の底部２ａの下を潜って、搬送路２に露出しないようにカードリーダ本体１内に埋設されている。

図５は、カードリーダ側のループアンテナ２２ａ，２２ｂの概略構成を示す図である。ループアンテナ２２ａ，２２ｂは、それぞれ平面をなすように巻回されたコイルから構成される。ループアンテナ２２ａとループアンテナ２２ｂとは、電流を流すことによって生じる磁束の向きが同じとなるように電気的に接続されている。

図６は、非接触カード側のループアンテナ３０の概略構成を示す図である。ループアンテナ３０も、平面をなすように巻回されたコイルから構成される。３４はループアンテナ３０と電気的に接続されたＩＣチップである。このＩＣチップ３４には、図２で示した送受信部３１と記憶部３２が内蔵されている。

上述したカードリーダ１００を用いて非接触カード４の情報を読み取るには、非接触カード４を手で把持して、図１の矢印方向からカードリーダ１００のカード挿入口３へ挿入し、カードを把持したまま手動で搬送路２を搬送する。ループアンテナ２２ａ，２２ｂへの通電によって、搬送路２を横切る磁束がカード挿入口３の近傍で発生しているので、非接触カード４がカード挿入口３へ挿入された直後から、ループアンテナ２２ａ，２２ｂの形成する磁束が非接触カード４のループアンテナ３０と鎖交する。このため、ループアンテナ３０には電磁誘導による起電力が生じ、この起電力がＩＣチップ３４に与えられて送受信部３１が能動化される。その結果、ループアンテナ２２ａ，２２ｂとループアンテナ３０との間でデータの送受信が行われ、非接触カード４の記憶部３２に記憶されているカード情報がカードリーダ１００で読み取られる。読み取られた情報は、記憶部２４に一旦格納される。なお、カードが図２に示したような磁気ストライプ３３を有するものである場合は、カードが搬送路２を搬送される過程で、磁気ヘッド１１により磁気ストライプ３３に記録されている情報が読み取られる。

非接触カード４の情報が読み取られた後、非接触カード４をさらに手動で搬送し、カード検知センサ２６により、非接触カード４が検知されると、カードリーダ１００のＣＰＵ２１は、読み取った情報に基づく所定の処理を実行する。例えば、読み取った情報や所定のコマンドを上位装置へ送信するなどの処理を行う。

次に、磁気回路４０の役割について、図７を参照しつつ説明する。図７（ａ）は、磁気回路４０を設けない場合のループアンテナ２２ａ，２２ｂによる磁束分布を示す図である。図のように、一対のループアンテナ２２ａ，２２ｂを、発生する磁束の向きが同じとなるように対向配置した場合、非接触カード４と鎖交する磁束には、ループアンテナ２２ａから２２ｂへ向う内側の磁束Φ１のほかに、ループアンテナ２２ｂから２２ａへ向う外側の磁束Φ２がある。この外側の磁束Φ２は内側の磁束Φ１と逆方向に作用するので、内側の磁束Φ１が部分的に相殺され、非接触カード４と鎖交する磁束が弱められる。このため、ループアンテナ２２ａ，２２ｂと非接触カード４との間の通信における伝送効率が低下し、カード情報を正確に読み取れない場合が生じる。

これに対して、図７（ｂ）に示すように、ループアンテナ２２ａ，２２ｂを結ぶ磁気抵抗値の小さい磁気回路４０を設けると、ループアンテナ２２ｂから２２ａへ向おうとする磁束Φ２は、全て磁気回路４０に導かれる。そして、この磁気回路４０は、図４（ｃ）で示したように、搬送路２の下方を迂回するように設けられているため、磁気回路４０を通る磁束Φ２が非接触カード４と鎖交することはない。したがって、非接触カード４と鎖交する磁束Φ１が逆方向の磁束Φ２により弱められることがないので、ループアンテナ２２ａ，２２ｂと非接触カード４との間の伝送効率が向上し、安定した通信によりカード情報を正確に読み取ることができる。

以上述べた実施形態では、搬送路２のカード挿入口３近傍にループアンテナ２２ａ，２２ｂが配置され、これらを結ぶ磁気回路４０が搬送路２に露出しないように設けられていることが特徴となっている。上述したスワイプ型のカードリーダ１００の場合、カード挿入口３から非接触カード４を挿入する初期の段階では、カードの搬送速度が遅いので、カード挿入口３近傍にループアンテナ２２ａ，２２ｂが配置されていると、カードの速度が遅い状態でカードリーダ１００側のループアンテナ２２ａ，２２ｂと非接触カード４側のループアンテナ３０との通信が行われる。このため、両者間の通信状態が安定し、カードリーダ１００側のループアンテナ２２ａ，２２ｂが小さいものであっても、非接触カード４に記録されている情報を確実に読み取ることができる。また、各ループアンテナ２２ａ，２２ｂを搬送路２に露出しない磁気回路４０で結ぶことにより、ループアンテナ２２ａ，２２ｂから非接触カード４に対して双方向に生じる磁束の一方Φ２が、カードと鎖交せず磁気回路４０を通って迂回するので、カードと鎖交する磁束は一方向のみの磁束Φ１となり、鎖交磁束が弱められることが回避される。このため、高い伝送効率が得られ、上述したカード速度が遅い状態での通信と相俟って、小型のループアンテナ２２ａ，２２ｂを用いても確実な通信を行うことが可能となる。さらに、非接触カード４の搬送方向や搬送路２における構造上の制限がないので、一般の手動式非接触カードリーダに広く適用することができる。

また、上記実施形態では、手動で搬送された非接触カード４が所定位置まで達したことを検知するカード検知センサ２６を設け、このカード検知センサ２６が非接触カード４を検知したことを条件として、ループアンテナ２２ａ，２２ｂで読み取った情報に基づく所定の処理を実行するようにしている。したがって、非接触カード４をカード挿入口３に挿入した直後の、カード情報が読み取られた時点では装置（例えばドアの電気錠）は動作せず、非接触カード４を手動で定位置まで搬送した時点で装置が動作するので、非接触カード４をカード挿入口３に挿入した途端に装置が動作するといった違和感がなく、従来の磁気カードと同じ感覚で非接触カード４を操作することができる。

図８は、本発明の他の実施形態を示しており、図４（ｃ）に対応する図である。先の実施形態では、搬送路２の両側に一対のループアンテナ２２ａ，２２ｂを設けた例を示したが、図８（ａ）の実施形態では、搬送路２の片側にループアンテナ２２を設け、もう片側に磁性体２７を設けている。そして、これらのループアンテナ２２と磁性体２７とを結ぶ磁気回路４０が、搬送路２に露出しないように設けられる。また、図８（ｂ）の実施形態では、磁気回路４０の端部２７ａが磁性体を兼ねており、図８（ａ）のような磁性体２７が不要となる。

図８の実施形態においても、ループアンテナ２２と磁性体２７（２７ａ）との間の搬送路２に、カードと鎖交する磁束が形成されるので、ループアンテナ２２および磁性体２７（２７ａ）をカード挿入口３近傍に配置することにより、カード挿入の初期段階におけるカード速度が遅い状態で、安定した通信によってカードの記録情報を確実に読み取ることができる。また、ループアンテナ２２と磁性体２７とが、搬送路２に露出しない磁気回路４０で結ばれているので、ループアンテナ２２から磁性体２７へ向う磁束に対して反対方向に生じる磁束は、磁気回路４０を通って迂回し、カードと鎖交しない。したがって、カードの鎖交磁束が弱められることがなく、ループアンテナ２２や磁性体２７が小型であっても、高い伝送効率が得られ、安定した通信を行うことが可能となる。さらに、非接触カード４の搬送方向や搬送路２における構造上の制限がないので、一般の手動式非接触カードリーダに広く適用することができる。

図９は、本発明の他の実施形態を示しており、図８の変形例である。図８の実施形態では、搬送路２の両側にループアンテナ２２と磁性体２７（２７ａ）とを設けたが、図９（ａ）の実施形態では、搬送路２の両側に一対の磁性体２７を設け、これらの磁性体２７を結ぶ磁気回路４０を搬送路２に露出しないように設け、かつ、磁気回路４０の一部に、磁性体２７間に磁界を形成するコイル２８を巻回している。また、図９（ｂ）の実施形態では、磁気回路４０の両端部２７ａが磁性体を兼ねており、図９（ａ）のような磁性体２７が不要となる。

図９の実施形態においても、コイル２８および磁気回路４０により、磁性体２７（２７ａ）間の搬送路２にカードと鎖交する磁束が形成されるので、磁性体２７（２７ａ）をカード挿入口３近傍に配置することにより、カード挿入の初期段階におけるカード速度が遅い状態で、安定した通信によってカードの記録情報を確実に読み取ることができる。また、磁性体２７（２７ａ）とコイル２８とが、搬送路２に露出しない磁気回路４０で結ばれているので、図８の場合と同じ原理による磁束の迂回が生じ、カードの鎖交磁束が弱められることが回避される。このため、コイル２８や磁性体２７が小型であっても、高い伝送効率が得られ、安定した通信を行うことが可能となる。さらに、非接触カード４の搬送方向や搬送路２における構造上の制限がないので、一般の手動式非接触カードリーダに広く適用することができる。

図１０は、本発明のさらに他の実施形態に係るカードリーダ１０１を示している。図１０において、図１と同一部分には同一符号を付してある。本実施形態では、図１における搬送路２の両側のループアンテナ２２ａ，２２ｂに加えて、カード挿入口３の両側に、一対のループアンテナ２２ｃ，２２ｄを備えている。これらのループアンテナ２２ｃ，２２ｄは、アンテナ面がカード挿入方向（矢印方向）と略垂直となるように設けられている。その他の構成については、図１と同じである。このカードリーダ１０１においても、非接触カード４のほか、図２（ａ）の磁気カード４ａや、図２（ｂ）のハイブリッドカード４ｂを用いることができる。また、カードリーダ１０１および非接触カード４の電気ブロック図は、図３と実質的に同じであり、図３のアンテナ２２には、ループアンテナ２２ａ，２２ｂとループアンテナ２２ｃ，２２ｄとが含まれる。

図１１は、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄの概略構成を示す図である。ループアンテナ２２ｃ，２２ｄは、それぞれ平面をなすように巻回されたコイルから構成される。ループアンテナ２２ｃとループアンテナ２２ｄとは、電流を流すことによって生じる磁束の向きが逆となるように電気的に接続されている。すなわち、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄは、互いに逆位相となるように駆動される。これに対して、ループアンテナ２２ａ，２２ｂは、図１の場合と同様に、電流を流すことによって生じる磁束の向きが同じとなるように電気的に接続されている。すなわち、ループアンテナ２２ａ，２２ｂは、互いに同位相となるように駆動される。ループアンテナ２２ａ，２２ｂとループアンテナ２２ｃ，２２ｄとは、電気的に直列または並列に接続されている。非接触カード４のループアンテナについては、図６で示したものと同じである。

図１２は、カードリーダ１０１における要部の構造を示す図である。（ａ）はカードリーダ１０１の上面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面側面図、（ｄ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面側面図である。各図において、図１０と同一部分には同一符号を付してある。４０は一対のループアンテナ２２ａ，２２ｂ同士を結ぶ磁気回路、５０は一対のループアンテナ２２ｃ，２２ｄ同士を結ぶ磁気回路である。なお、便宜上、図１２（ａ）ではループアンテナ２２ａ〜２２ｄを実線で描いてあり、図１２（ｂ）ではループアンテナ２２ａ〜２２ｄおよび磁性体４０，５０を実線で描いてある。

ループアンテナ２２ａ，２２ｂは、図１２（ａ）に示されるように、搬送路２のカード挿入口３近傍で搬送路２を挟んで対向するように設けられ、それぞれのアンテナ面は、カード挿入方向に対して略平行となっている。磁気ヘッド１１は、その先端部が搬送路２に臨むように、搬送路２の中央付近に設けられている。カード検知センサ２６は、磁気ヘッド１１からみてカード挿入口３と反対側にあって、搬送路２を挟んで設けられている。これらについては、図４の実施形態と同じである。一方、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄは、上述したように、カード挿入口３の両側に一対設けられ、それぞれのアンテナ面は、カード挿入方向に対して略垂直となっている。

磁気回路４０は磁気抵抗値の小さい磁性体からなり、図１２（ｃ）に示すように、略Ｕ字状に形成されている。この磁気回路４０は、ループアンテナ２２ａ，２２ｂ間に跨って設けられ、搬送路２の底部２ａの下を潜って、搬送路２に露出しないようにカードリーダ本体１内に埋設されている。この構造については、図４（ｃ）と同じである。一方、磁気回路５０も磁気抵抗値の小さい磁性体からなり、図１２（ｄ）に示すように、略Ｕ字状に形成されている。この磁気回路５０は、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄ間に跨って設けられ、搬送路２の底部２ａの下を潜って、搬送路２に露出しないようにカードリーダ本体１内に埋設されている。

上述したカードリーダ１０１を用いて非接触カード４の情報を読み取るには、非接触カード４を手で把持して、図１０の矢印方向からカードリーダ１０１のカード挿入口３へ挿入し、カードを把持したまま手動で搬送路２を搬送する。ループアンテナ２２ｃ，２２ｄへの通電によって、カード挿入口３の手前に磁束が発生しているとともに、ループアンテナ２２ａ，２２ｂへの通電によって、搬送路２を横切る磁束がカード挿入口３の近傍で発生している。このため、非接触カード４がカード挿入口３へ挿入されるのとほぼ同時に、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄの形成する磁束が非接触カード４のループアンテナ３０と鎖交し、その直後に、ループアンテナ２２ａ，２２ｂの形成する磁束が非接触カード４のループアンテナ３０と鎖交する。これにより、ループアンテナ３０には電磁誘導による起電力が生じ、この起電力がＩＣチップ３４に与えられて送受信部３１が能動化される。その結果、ループアンテナ２２ａ〜２２ｄとループアンテナ３０との間でデータの送受信が行われ、非接触カード４の記憶部３２に記憶されているカード情報がカードリーダ１０１で読み取られる。読み取られた情報は、記憶部２４に一旦格納される。なお、カードが図２に示したような磁気ストライプ３３を有するものである場合は、カードが搬送路２を搬送される過程で、磁気ヘッド１１により磁気ストライプ３３に記録されている情報が読み取られる。

非接触カード４の情報が読み取られた後、非接触カード４をさらに手動で搬送し、カード検知センサ２６により、非接触カード４が検知されると、カードリーダ１０１のＣＰＵは、読み取った情報に基づく所定の処理を実行する。例えば、読み取った情報や所定のコマンドを上位装置へ送信するなどの処理を行う。

次に、磁気回路５０の役割について、図１３を参照しつつ説明する。磁気回路４０の役割については、図７で述べた通りであるので、ここでは説明を省略する。図１３（ａ）は、磁気回路５０を設けない場合のループアンテナ２２ｃ，２２ｄによる磁束分布を示す図である。図のように、一対のループアンテナ２２ｃ，２２ｄを、発生する磁束の向きが逆となるように並べて配置した場合、非接触カード４と鎖交する磁束には、ループアンテナ２２ｄから２２ｃへ向う外側の磁束Φ３のほかに、ループアンテナ２２ｃから２２ｄへ向う内側の磁束Φ４がある。この内側の磁束Φ４は外側の磁束Φ３と逆方向に作用するので、外側の磁束Φ３が部分的に相殺され、非接触カード４と鎖交する磁束が弱められる。このため、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄと非接触カード４との間の通信における伝送効率が低下し、カード情報を正確に読み取れない場合が生じる。

これに対して、図１３（ｂ）に示すように、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄを結ぶ磁気抵抗値の小さい磁気回路５０を設けると、ループアンテナ２２ｃから２２ｄへ向おうとする磁束は、全て磁気回路５０に導かれる。そして、この磁気回路５０は、図１２（ｄ）で示したように、搬送路２の下方を迂回するように設けられているため、磁気回路５０を通る磁束が非接触カード４と鎖交することはない。したがって、非接触カード４と鎖交する磁束Φ３が逆方向の磁束Φ４により弱められることがないので、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄと非接触カード４との間の伝送効率が向上し、安定した通信によりカード情報を正確に読み取ることができる。

以上述べた実施形態では、カード挿入口３の両側に第１のループアンテナ２２ｃ，２２ｄが配置されるとともに、搬送路２のカード挿入口３近傍に第２のループアンテナ２２ａ，２２ｂが配置され、それぞれの対のループアンテナ同士を結ぶ磁気回路４０，５０が搬送路２に露出しないように設けられていることが特徴となっている。前述のように、カード挿入の初期段階ではカードの搬送速度が遅いので、カード挿入口３付近で通信を開始する方が通信時間を長く確保できる。このため、カード挿入口３の両側にループアンテナ２２ｃ，２２ｄを設け、カード挿入口３の手前で磁束を発生させて非接触カード４と鎖交させることで、十分な通信時間が確保され、より安定した通信を行うことができる。さらに、カード挿入口３の両側と、搬送路２のカード挿入口３付近に、それぞれループアンテナが配置されるので、ループアンテナ２２ａ〜２２ｄにより形成される磁界の強度が大きくなり、各ループアンテナが小さくても非接触カード４との間で高い伝送効率を得ることができる。

また、ループアンテナ２２ａ，２２ｂを搬送路２に露出しない磁気回路４０で結ぶことにより、図７のように、ループアンテナ２２ａ，２２ｂから非接触カード４に対して双方向に生じる磁束の一方Φ２が、カードと鎖交せず磁気回路４０を通って迂回するので、カードと鎖交する磁束は一方向のみの磁束Φ１となり、鎖交磁束が弱められることが回避される。このため、カードリーダ１０１側のループアンテナ２２ａ，２２ｂが小型であっても、高い伝送効率が得られ、安定した通信を行うことが可能となる。

同様に、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄを搬送路２に露出しない磁気回路５０で結ぶことにより、図１３のように、ループアンテナ２２ｃ，２２ｄから非接触カード４に対して双方向に生じる磁束の一方Φ４が、カードと鎖交せず磁気回路５０を通って迂回するので、カードと鎖交する磁束は一方向のみの磁束Φ３となり、鎖交磁束が弱められることが回避される。このため、カードリーダ１０１側のループアンテナ２２ｃ，２２ｄが小型であっても、高い伝送効率が得られ、安定した通信を行うことが可能となる。

また、本実施形態のカードリーダ１０１においても、先の実施形態と同様に、手動で搬送された非接触カード４が所定位置まで達したことを検知するカード検知センサ２６を設け、このカード検知センサ２６が非接触カード４を検知したことを条件として、ループアンテナ２２ａ〜２２ｄで読み取った情報に基づく所定の処理を実行するようにしている。したがって、非接触カード４をカード挿入口３に挿入した直後の、カード情報が読み取られた時点では装置（例えばドアの電気錠）は動作せず、非接触カード４を手動で定位置まで搬送した時点で装置が動作するので、非接触カード４をカード挿入口３に挿入した途端に装置が動作するといった違和感がなく、従来の磁気カードと同じ感覚で非接触カード４を操作することができる。さらに、本実施形態も、非接触カード４の搬送方向や搬送路２における構造上の制限がないので、一般の手動式非接触カードリーダに広く適用することができる。

なお、図８および図９の実施形態は、上述したカードリーダ１０１にも適用することができる。

以上述べた各実施形態は一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では磁気回路４０、５０を別々の磁性体で構成したが、磁気回路４０、５０を一枚の磁性体で兼用してもよい。また、上述した実施形態では、図２のような磁気ストライプ３３を有するカードも読み取れるように磁気ヘッド１１を備えたカードリーダを例に挙げたが、本発明では磁気ヘッド１１は必須ではなく、磁気ヘッド１１を省略して非接触カード専用のカードリーダとして実現することも可能である。また、図３においては、デコーダ１２を直接上位装置へ接続しているが、デコーダ１２をＣＰＵ２１を介して上位装置へ接続する構成を採用してもよい。

本発明の実施形態に係るカードリーダを示す斜視図である。 カードの他の例を示す斜視図である。 カードリーダおよび非接触カードの電気ブロック図である。 カードリーダにおける要部の構造を示す図である。 カードリーダ側のループアンテナの概略構成を示す図である。 非接触カード側のループアンテナの概略構成を示す図である。 磁気回路の役割を説明する図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るカードリーダを示す斜視図である。 ループアンテナの概略構成を示す図である。 カードリーダにおける要部の構造を示す図である。 磁気回路の役割を説明する図である。

符号の説明

１ 本体
１ａ 上面
１ｂ 端面
２ 搬送路
２ａ 底部
３ カード挿入口
４ 非接触カード
２２ａ〜２２ｄ ループアンテナ
２３ 送受信部
２６ カード検知センサ
２７ 磁性体
２８ コイル
３０ ループアンテナ
４０，５０ 磁気回路
１００，１０１ カードリーダ

Claims (7)

1. 本体と、非接触カードが挿入されるカード挿入口と、このカード挿入口に挿入された非接触カードが手動で搬送される搬送路と、前記非接触カードを手動で一方向へ搬送させながら当該非接触カードに記録されている情報を非接触で読み取る読取手段とを備えた手動式非接触カードリーダにおいて、
   前記搬送路は、前記本体の上面に開口しているとともに、前記本体の両端面に開口しており、前記本体の一方の端面の開口部が前記カード挿入口となっており、
   前記読取手段は、前記搬送路のカード挿入口近傍に、アンテナ面がカード挿入方向に対して略平行で当該搬送路を挟んで対向するように設けられた一対のループアンテナを備え、
   前記ループアンテナ同士を結ぶ磁気回路を、前記搬送路の底部の下を潜らせて、前記搬送路に露出しないように設けたことを特徴とする手動式非接触カードリーダ。
2. 本体と、非接触カードが挿入されるカード挿入口と、このカード挿入口に挿入された非接触カードが手動で搬送される搬送路と、前記非接触カードを手動で一方向へ搬送させながら当該非接触カードに記録されている情報を非接触で読み取る読取手段とを備えた手動式非接触カードリーダにおいて、
   前記搬送路は、前記本体の上面に開口しているとともに、前記本体の両端面に開口しており、前記本体の一方の端面の開口部が前記カード挿入口となっており、
   前記読取手段は、前記カード挿入口の両側にアンテナ面がカード挿入方向と略垂直となるように設けられた一対の第１のループアンテナと、前記搬送路のカード挿入口近傍で当該搬送路を挟んで対向し、アンテナ面がカード挿入方向と略平行となるように設けられた一対の第２のループアンテナとを備え、
   前記第１のループアンテナ同士および前記第２のループアンテナ同士をそれぞれ結ぶ磁気回路を、前記搬送路の底部の下を潜らせて、前記搬送路に露出しないように設けたことを特徴とする手動式非接触カードリーダ。
3. 請求項２に記載の手動式非接触カードリーダにおいて、
   前記第１のループアンテナは、互いに逆位相となるように駆動されることを特徴とする手動式非接触カードリーダ。
4. 請求項１または請求項２に記載の手動式非接触カードリーダにおいて、
   前記磁気回路は、略Ｕ字状の磁気抵抗値の小さい磁性体から構成されていることを特徴とする手動式非接触カードリーダ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の手動式非接触カードリーダにおいて、
   前記搬送路に、手動で搬送された非接触カードが所定位置まで達したことを検知する検知手段を設け、
   前記検知手段が非接触カードを検知したことを条件として、前記読取手段で読み取った情報に基づく所定の処理を実行することを特徴とする手動式非接触カードリーダ。
6. 本体と、非接触カードが挿入されるカード挿入口と、このカード挿入口に挿入された非接触カードが手動で搬送される搬送路と、前記非接触カードを手動で一方向へ搬送させながら当該非接触カードに記録されている情報を非接触で読み取る読取手段とを備えた手動式非接触カードリーダにおいて、
   前記搬送路は、前記本体の上面に開口しているとともに、前記本体の両端面に開口しており、前記本体の一方の端面の開口部が前記カード挿入口となっており、
   前記読取手段は、前記搬送路のカード挿入口近傍に、当該搬送路を挟んで対向するように設けられたループアンテナおよび磁性体を備え、
   前記ループアンテナのアンテナ面は、前記非接触カードの挿入方向に対して略平行となっており、
   前記ループアンテナと磁性体とを結ぶ磁気回路を、前記搬送路の底部の下を潜らせて、前記搬送路に露出しないように設けたことを特徴とする手動式非接触カードリーダ。
7. 本体と、非接触カードが挿入されるカード挿入口と、このカード挿入口に挿入された非接触カードが手動で搬送される搬送路と、前記非接触カードを手動で一方向へ搬送させながら当該非接触カードに記録されている情報を非接触で読み取る読取手段とを備えた手動式非接触カードリーダにおいて、
   前記搬送路は、前記本体の上面に開口しているとともに、前記本体の両端面に開口しており、前記本体の一方の端面の開口部が前記カード挿入口となっており、
   前記読取手段は、前記搬送路のカード挿入口近傍に当該搬送路を挟んで対向するように設けられた一対の磁性体と、当該磁性体間に磁界を形成するコイルとを備え、
   前記コイルと各磁性体とを結ぶ磁気回路を、前記搬送路の底部の下を潜らせて、前記搬送路に露出しないように設けたことを特徴とする手動式非接触カードリーダ。

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