JP5023965B2 - リーダ／ライタ装置および非接触データキャリアシステム - Google Patents

Description

本発明は、非接触データキャリアとの安定した通信を確保できるリーダ／ライタ装置および非接触データキャリアシステムに関する。

近年、電磁誘導により信号を授受する非接触通信技術が確立し、交通系乗車券や電子マネーとして利用が拡大している。また、このような非接触通信機能は携帯電話機にも搭載される傾向にあり、今後益々発展するものと期待されている。電磁誘導による近接通信のみでなく物流においては数ｍの距離を隔てて読み書きが出来るＩＣタグも商品化されている。また、このような非接触通信技術は非接触で通信を可能にするだけでなく、さらに電力伝送も同時に出来るため、自らは電池などの電源を持たないＩＣカードにも実装が可能ある。
このような非接触通信機能を備えていると非接触で信号を読み書きすることが可能になることから、この非接触通信機能を有した非接触データキャリアシステムでは、リーダ／ライタ装置と非接触データキャリアを接触させる必要がなく、接触させるための端子や操作が不要であり、信頼性が高くユーザの手間が軽減されるメリットが評価されている。
なお、非接触データキャリアはＩＣカード、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ ｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などのＩＣタグ、“お財布携帯”などと呼ばれる非接触通信機能内蔵の携帯電話機などを含む。

このような非接触データキャリアとリーダ／ライタ装置とを備えた非接触データキャリアシステムでは、リーダ／ライタ装置と非接触データキャリアとの間で非接触の通信と電力伝送を行うためループアンテナに共振用コンデンサを接続し、ループアンテナと共振用コンデンサの定数ＬＣで決まる共振周波数をシステムの規定周波数に合わせることでリーダ／ライタ装置と非接触データキャリアの安定な通信を行い通信距離を最大にしている。しかしながらループアンテナと共振用コンデンサのＬＣの定数はいくつかの変動要因を持っており必ずしも想定した値にはならない。例えば非接触ＩＣカードでは低コストのためにループアンテナは銅箔パターンで作られておりパターン幅のずれなどによりＬの値は変化する。また同じく低コスト化のために共振用コンデンサもアンテナ基板の銅箔を電極として基板の樹脂を誘電体として構成されており、銅箔の幅、長さ、間隔によって容量値が変化する。さらに最終的にＩＣカードとして使用するためにアンテナ基板の上下を保護フィルムによりラミネートするが、この影響を受けてコンデンサの容量が変化するためラミネート後の周波数シフトを見越して見込み調整として銅箔パターンのカットにより電極面積を調整し共振用コンデンサの容量値を調整している。
また周囲の温湿度や他のＩＣカードのアンテナ、金属の影響なども共振周波数を変化させる要因となる。
これら各種要因により共振周波数がずれて通信が不安定になったり、通信距離が短くなってしまうことがある。

このような問題に対し、非接触データキャリアシステムとして、非接触データキャリアからの返信信号をリーダ／ライタ装置側の周波数測定部にて測定し、リーダ／ライタ装置の共振コンデンサを切り替え、または可変することで非接触データキャリアの共振周波数に近づけるようにしたものがある（特許文献１参照）。
図５は、この従来の非接触データキャリアシステムにおける非接触データキャリア３００とリーダ／ライタ装置３０１の構成を示すブロック図である。非接触データキャリア３００は、制御回路３０１、メモリ３０２、変復調回路３０３、ループコイル３０４と共振コンデンサ３０５、および出力装置３０６を備えている。また、リーダ／ライタ装置３０１は、制御回路３１１、メモリ３１２、変復調回路３１３、共振回路を構成するループコイル３１４と共振コンデンサ３１５、出力装置３１６および測定回路３１７を備えている。
非接触データキャリア３００の制御回路３０１は、リーダ／ライタ装置３０１との間で各種データを送受信するための制御を行う。メモリ３０２は、リーダ／ライタ装置３０１との間で送受信される各種データを記憶する。変復調回路３０３は、リーダ／ライタ装置３０１との間で各種データを送受信するためのキャリア（搬送波）の変調と復調を行う回路である。ループコイル３０４と共振コンデンサ３０５は、ループコイル３０４のインダクタンス値Ｌと共振コンデンサ３０５の容量値Ｃにより共振周波数が規定される共振回路を構成する。出力装置３０６はディスプレイなどを含む。
リーダ／ライタ装置３０１の制御回路３１１は、非接触データキャリア３００との間で各種データを送受信するための制御を行う。メモリ３１２は、非接触データキャリア３００との間で送受信される各種データを記憶する。変復調回路３１３は、非接触データキャリア３００との間で各種データを送受信するためのキャリア（搬送波）の変調と復調を行う回路である。ループコイル３１４と共振コンデンサ３１５は、ループコイル３１４のインダクタンス値Ｌと共振コンデンサ３１５の容量値Ｃにより共振周波数が規定される共振回路を構成する。出力装置３１６はディスプレイなどを含む。測定回路３１７は、非接触データキャリア３００からの返信信号を測定する回路であり、この測定回路３１７の測定値をもとに、制御回路３１１は共振コンデンサ３１５の容量値Ｃを切り替え、または可変することで非接触データキャリア３００の共振周波数に近づける。

また、非接触データキャリア側に可変手段を備えるようにして非接触データキャリア側の共振周波数を調整するようにしたものがある（特許文献２参照）。
図６は、この従来の非接触データキャリアシステムにおけるリーダ／ライタ装置４００と非接触データキャリア４０１の構成を示すブロック図である。リーダ／ライタ装置４００は、制御回路４０１、メモリ４０２、変復調回路４０３、共振回路を構成するループコイル４０４と共振コンデンサ４０５、およびディスプレイなどを含む出力装置４０６を備えている。また、非接触データキャリア４０１は、制御回路４１１、メモリ４１２、変復調回路４１３、共振回路を構成するループコイル４１４と共振コンデンサ４１５、ディスプレイなどを含む出力装置４１６および測定回路４１７を備えている。
リーダ／ライタ装置４００の制御回路４０１は、非接触データキャリア４０１との間で各種データを送受信するための制御を行う。メモリ４０２は、非接触データキャリア４０１との間で送受信される各種データを記憶する。変復調回路４０３は、非接触データキャリア４０１との間で各種データを送受信するためのキャリア（搬送波）の変調と復調を行う回路である。ループコイル４０４と共振コンデンサ４０５は、ループコイル４０４のインダクタンス値Ｌと共振コンデンサ４０５の容量値Ｃにより共振周波数が規定される共振回路を構成する。出力装置４０６はディスプレイなどを含む。
リーダ／ライタ装置４０１の制御回路４１１は、リーダ／ライタ装置４００との間で各種データを送受信するための制御を行う。メモリ４１２は、リーダ／ライタ装置４００との間で送受信される各種データを記憶する。変復調回路４１３は、リーダ／ライタ装置４００との間で各種データを送受信するためのキャリア（搬送波）の変調と復調を行う回路である。ループコイル４１４と共振コンデンサ４１５は、ループコイル４１４のインダクタンス値Ｌと共振コンデンサ４１５の容量値Ｃにより共振周波数が規定される共振回路を構成する。出力装置４１６はディスプレイなどを含む。測定回路４１７は、非接触データキャリア４００における周波数の変動、ズレを測定する回路であり、この測定回路４１７の測定結果をもとに、制御回路４１１は共振コンデンサ４１５の容量値Ｃを切り替え、または可変することでループコイル４１４と共振コンデンサ４１５とからなる共振回路の共振周波数を、非接触データキャリア４００から送られてくるデータを最も効率よく受信できる共振周波数に近づける。
特開平８−１７２３７８号公報 特開平７−１９３５１６号公報

しかしながら従来の非接触データキャリアシステム、特に特許文献１として示した非接触データキャリアシステムでは、送信周波数を自由に設定できる通信システムでは良いがＩＳＯで規定されているような通信方式では、送信周波数には制限があるため自由に設定できない。また複数の非接触データキャリアが存在している場合は非接触データキャリアごとに共振周波数が違うため送信側の周波数を調整する方式では同時に複数の非接触データキャリアに対応できないという課題がある。
また、特許文献２として示した非接触データキャリアシステムでは、小型でかつ低価格が求められる非接触データキャリア側に周波数ずれの検出、制御のため回路が必要になりサイズ・コストともにユーザのデメリットが大きくなってしまうという課題がある。さらにサイズ・コストを優先すると測定精度が低下し測定時間が長くなるなど測定によるデメリットが大きくなってしまうという課題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の非接触データキャリアシステムに適用可能であり、非接触データキャリアとの安定した通信を確保できるリーダ／ライタ装置および非接触データキャリアシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、非接触データキャリアと非接触で通信を行うためのアンテナを含む通信手段と、前記通信手段のアンテナ共振周波数を可変するアンテナ共振周波数可変手段と、前記アンテナ共振周波数可変手段により前記通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから送信されたキャリアの受信状態から、前記非接触データキャリアのアンテナ共振周波数のずれを修正するための周波数調整用データを取得する取得手段と、前記取得手段が取得した前記周波数調整用データを前記通信手段により前記非接触データキャリアへ送信する制御手段と、を備え、前記通信手段が電力供給のための無変調波を放射している最中に、前記アンテナのインピーダンス変化により、前記非接触データキャリアから応答があったことが前記制御手段によって判定されると、前記取得手段は、前記アンテナ共振周波数可変手段により前記通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから前記応答時に送信されたキャリアの受信信号レベルのピークを検出したときの前記アンテナ共振周波数から、前記周波数調整用データを取得する、リーダ／ライタ装置を提供する。

上記目的を達成するために本発明は、リーダ／ライタ装置と非接触データキャリアとを備え、前記リーダ／ライタ装置から放射される無変調波から電力供給を受けて前記非接触データキャリアが前記リーダ／ライタ装置との間で非接触によりデータの授受を行う非接触データキャリアシステムであって、前記非接触データキャリアは、前記リーダ／ライタ装置と非接触で通信を行うためのキャリア通信手段と、前記キャリア通信手段のアンテナ共振周波数を可変するキャリア共振周波数修正手段と、前記リーダ／ライタ装置から送られてきた、前記キャリア通信手段のアンテナ共振周波数のずれを修正するための周波数調整用データをもとに、前記キャリア共振周波数修正手段により前記キャリア通信手段のアンテナ共振周波数を調整する共振周波数調整手段と、を備え、前記リーダ／ライタ装置は、前記非接触データキャリアと非接触で通信を行うためのアンテナを含むリーダ／ライタ通信手段と、前記リーダ／ライタ通信手段のアンテナ共振周波数を可変するリーダ／ライタ共振周波数修正手段と、前記リーダ／ライタ共振周波数修正手段により前記リーダ／ライタ通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから送信されたキャリアの受信状態から、前記周波数調整用データを取得する取得手段と、前記取得手段が取得した前記周波数調整用データを前記リーダ／ライタ通信手段により前記非接触データキャリアへ送信する制御手段と、を備え、前記リーダ／ライタ通信手段が電力供給のための無変調波を放射している最中に、前記アンテナのインピーダンス変化により、前記非接触データキャリアから応答があったことが前記制御手段によって判定されると、前記取得手段は、前記リーダ／ライタ共振周波数修正手段により前記リーダ／ライタ通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから前記応答時に送信されたキャリアの受信信号レベルのピークを検出したときの前記アンテナ共振周波数から、前記周波数調整用データを取得する、非接触データキャリアシステムを提供する。

このような本発明によれば、従来の非接触データキャリアシステムに適用でき、信号の授受を非接触で安定して行うことが出来、安定した、非接触データキャリアとの通信を確保できるおよびリーダ／ライタ装置を提供できる効果がある。
また、信号の授受を非接触で安定して行い、安定した通信を確保できる非接触データキャリア、リーダ／ライタ装置を備える非接触データキャリアシステムを提供できる効果がある。

（第１の実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態による非接触データキャリア、リーダ／ライタ装置および非接触データキャリアシステムについて図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、非接触データキャリアとは、非接触通信機能を有したＩＣカード、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などのＩＣタグ、“お財布携帯”などと呼ばれる非接触通信機能内蔵の携帯電話機などを含む。また、電力については磁気結合または電波により非接触で外部から供給される方式、あるいは内蔵した電池から供給される方式など、いづれの電力供給方式であっても非接触データキャリアに含まれる。
この第１の実施の形態においては、非接触データキャリア１の電力はリーダ／ライタ装置２から非接触で供給される。

図１は、本発明の第１の実施の形態による非接触データキャリアシステムの構成を示す説明図である。
この非接触データキャリアシステムは図１（ａ）に示す非接触データキャリア１と、同図（ｂ）に示すリーダ／ライタ装置２とを備えている。そして、非接触データキャリア１とリーダ／ライタ装置２との間で非接触により電磁波を媒介として各種データの授受を行う。また、非接触データキャリア１の電力はリーダ／ライタ装置２から電磁波を媒介として非接触で供給される。
図２は、本発明の第１の実施の形態による非接触データキャリア１およびリーダ／ライタ装置２の構成を示すブロック図である。
図1（ａ）に示すように、非接触データキャリア１は、ループコイル１１、容量可変コンデンサ１２、集積回路化されたコントローラ１３および電源レギュレータ１４を備えている。
ループコイル１１は例えば矩形状に形成されており、リーダ／ライタ装置２のループコイルより放射された磁束のうち、ループコイル１１と鎖交する磁束の変化に応じて逆起電力を発生させる。
容量可変コンデンサ１２は、バリキャップと呼ばれる例えば制御電圧により容量が可変できる可変容量ダイオードや、複数のコンデンサをスイッチ回路により切り替えることで容量を可変する回路など従来公知のさまざまな回路構成が採用可能である。
この容量可変コンデンサ１２はループコイル１１と接続され、共振回路を構成しており、容量可変コンデンサ１２の容量が可変されることで、ループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数が調整される。
コントローラ１３は、図２に示すように変復調回路１３１と、ＣＰＵ１３２およびメモリ１３３などを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。

変復調回路１３１は変調回路と復調回路とを備えている。前記変調回路は、非接触データキャリア１からリーダ／ライタ装置２へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成する変調処理を行う。また、前記復調回路はリーダ／ライタ装置２から出力された前記変調波から前記データを抽出する復調処理を行う。
非接触データキャリア１のコントローラ１３を構成するＣＰＵ１３２は、リーダ／ライタ装置２において検出され非接触データキャリア１へ送られてきたキャリアの周波数調整用データ（非接触データキャリア１のアンテナ共振周波数についての情報）をもとに生成した制御電圧ΔＶにより、非接触データキャリア１の共振回路の容量可変コンデンサ１２の容量を調整する。
そして、非接触データキャリアシステムで規定されている基準共振周波数と非接触データキャリア１における実際の共振周波数との周波数ズレを補正し、非接触データキャリア１のループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数を前記基準共振周波数へ一致させるように調整する機能を備えている。
このため、非接触データキャリア１のコントローラ１３を構成するマイクロコンピュータのメモリ１３３には、リーダ／ライタ装置２から送られてきたキャリアの周波数調整用データが記憶される。
さらにメモリ１３３には、非接触データキャリア１がループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数をリーダ／ライタ装置２から送られてくる周波数調整用データをもとに調整する周波数調整プログラムを含む各種データが格納されている。なお、この周波数調整プログラムは図３のフローチャートにより示されている。
電源レギュレータ１４は、コントローラ１３へ供給される電力を蓄え安定化させる機能を備えている。すなわち、ループコイル１１と容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数を中心とする所定の周波数帯域のループコイル受信出力は整流／検波用のダイオードおよび平滑用のコンデンサを介することにより、整流、平滑化され（リップルが除去され）、直流電力として電源レギュレータ１４に供給され蓄えられる。
そして、電源レギュレータ１４は、入力された直流電力を安定化された所定の一定電圧にして電源としてコントローラ１３に供給する。

リーダ／ライタ装置２は、図１（ｂ）に示すように、ループコイル２１、容量可変コンデンサ２２、変復調回路２３および測定回路２４と、ＣＰＵやメモリなどを有したマイクロコンピュータにより構成される制御回路２５を備えている。
そして、制御回路２５は、ディスプレイ装置２６やアクセスコントローラ２７などの出力装置、インタフェース装置と接続されている。
ループコイル２１は例えば矩形状に形成されており、非接触データキャリア１のループコイル１１と磁気的に結合することで、コマンドや書込みデータなどの各種データを非接触データキャリア１との間で電磁波を媒介として送受信し、さらに非接触データキャリア１で使用する電力を供給する。
容量可変コンデンサ２２はループコイル２１と接続されて共振回路を構成しており、容量可変コンデンサ２２の容量が可変されることで、ループコイル２１および容量可変コンデンサ２２を含む共振回路の共振周波数が調整される。
容量可変コンデンサ２２は、バリキャップと呼ばれる例えば制御電圧により容量が可変できる可変容量ダイオードや、複数のコンデンサをスイッチ回路により切り替えることで容量を可変する回路など従来公知のさまざまな回路構成が採用可能である。
変復調回路２３は変調回路および復調回路を備えている。変調回路は、リーダ／ライタ装置２から非接触データキャリア１へ送出するデータをキャリアに重畳させた変調波を生成するための変調処理を行う。復調回路は、非接触データキャリア１から送出された変調波からデータを抽出する復調処理を行う。
測定回路２４は、ループコイル２１に生じる電圧振幅や、ループコイル２１端の電圧位相差などをモニタし、非接触データキャリア１におけるループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数を測定する回路である。

この第１の実施の形態では、非接触データキャリア１におけるループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数の検出がリーダ／ライタ装置２において行われる。
そして、検出された非接触データキャリア１側の共振回路の共振周波数が基準共振周波数に対しズレていると、リーダ／ライタ装置２から非接触データキャリア１へ非接触データキャリア１側の共振周波数の基準共振周波数に対する偏差情報である周波数調整用データが送出される。
非接触データキャリア１ではこの周波数調整用データをもとに非接触データキャリア１におけるループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む前記共振回路の共振周波数の周波数調整処理が行われる。
図２に示すようにリーダ／ライタ装置２の制御回路２５は、ＣＰＵ２５１、メモリ２５２などを備えたマイクロコンピュータであり、メモリ２５２には、非接触データキャリア１における共振周波数調整処理のためのリーダ／ライタ装置２側の周波数調整プログラムを含む各種データが格納されている。このリーダ／ライタ装置２側の周波数調整プログラムは図４のフローチャートに示されている。

次に動作について説明する。
図３は、非接触データキャリア１が、リーダ／ライタ装置２から送出される周波数調整用データをもとに、共振回路の共振周波数を調整する周波数調整プログラムを示すフローチャートである。図４は、非接触データキャリア１の共振周波数調整処理のためのリーダ／ライタ装置２側の周波数調整プログラムを示すフローチャートである。
以下、図３および図４を参照して、この第１の実施の形態の非接触データキャリア、リーダ／ライタ装置および非接触データキャリアシステムの動作について説明する。
この第１の実施の形態の非接触データキャリアシステムは、リーダ／ライタ装置２において、非接触データキャリア１側のループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数の基準共振周波数からのズレを検出し、このズレを修正するための周波数調整用データをリーダ／ライタ装置２から非接触データキャリア１へ送出する。
そして、非接触データキャリア１側では、ループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数の基準共振周波数からのズレを、リーダ／ライタ装置２から送られてきた周波数調整用データをもとに修正する。
なお、この基準共振周波数は、非接触データキャリア１のループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路、およびリーダ／ライタ装置２のループコイル２１および容量可変コンデンサ２２を含む共振回路に対し予め規定されている基準値である。また、キャリアの周波数もこの基準共振周波数と一致する。

先ず、リーダ／ライタ装置１の動作について説明する。
リーダ／ライタ装置１では、ループコイル２１から、コマンドおよび必要な書き込みデータが、電磁波として放射され、さらに一定期間、無変調波が放射される。すなわち、制御回路２５のＣＰＵ２５１により、所定のプログラムに従い所定の周波数の変調波に対応した電圧信号をループコイル１１７に印加するように、変復調回路２３が制御される。
変復調回路２３の変調回路は、所定の周波数（例えば、１４ＭＨｚの基準共振周波数）のキャリアを発生するキャリア発生器、およびＣＰＵ２５１の制御に従って増幅率が変化する駆動回路（アンプ）から構成されている。そして、この駆動回路には前記キャリア発生器からキャリアが入力されるように構成されている。
この駆動回路の増幅率は、非接触データキャリア１に対して送信すべきコマンドや書き込みデータなどに応じてＣＰＵ２５１により制御される。このため、前記駆動回路では、前記キャリア発生器で生成されたキャリアが、非接触データキャリア１へ送信すべきコマンドや書き込みデータにより振幅変調されて出力される。
前記駆動回路の出力端子は、ループコイル２１に接続されている。従って、前記駆動回路より出力された振幅変調波は、ループコイル２１に供給される。すなわち、ループコイル２１には、振幅変調波に対応する電圧信号が印加される。これにより、ループコイル２１ではその電圧に対応した電流が流れ、その電流の変化に対応した磁束（磁界）が発生する。
すなわち、ループコイル２１からは、前記駆動回路より出力された所定周波数の振幅変調波が電磁波として放射される。
また、リーダ／ライタ装置２では、ＣＰＵ２５１によって、前記駆動回路の増幅率が一定値になるように制御され、これにより所定周波数の無変調波が電磁波としてループコイル２１から放射される。
この結果、非接触データキャリア１においては、ループコイル１１と容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数を中心とする所定の周波数帯域のループコイル受信出力は整流／検波用のダイオードおよび平滑用のコンデンサを介することにより、整流、平滑化され（リップルが除去され）、直流電力として電源レギュレータ１４に供給され蓄えられる。非接触データキャリア１は、この電力を使用してリーダ／ライタ装置２へ応答することになる。

リーダ／ライタ装置２では、非接触データキャリア１から応答があったか否かを判定する。非接触データキャリア１から応答があったか否かは、次のようにして判定される。
すなわち、非接触データキャリア１においては、ループコイル１１と容量可変コンデンサ１２とが並列に接続されて共振回路が構成されている。この容量可変コンデンサ１２は、共振コンデンサに対し調整用コンデンサとスイッチ（例えば、ＦＥＴなど）との直列回路が複数、並列接続されて構成されている。従って、前記スイッチがオン／オフされ、共振コンデンサに並列接続される調整用コンデンサの数が変わることで、ループコイル１１と容量可変コンデンサ１２とが並列接続された前記共振回路の共振周波数が変化する。
非接触データキャリア１では、リーダ／ライタ装置２に応答する場合、容量可変コンデンサ１２の容量を可変にする制御信号をオン／オフする。これにより、前記スイッチがオン／オフされ、ループコイル１１と容量可変コンデンサ１２とで構成される共振回路の共振周波数（インピーダンス）が変化する。
この場合、非接触データキャリア１とリーダ／ライタ装置２とが、ループコイル１１とループコイル２１との間で相互誘導を生じる距離にあることが前提となる。
このとき無変調波に対応する電磁波を放射しているリーダ／ライタ装置２の駆動回路とループコイル２１との接続点（ループコイルの端子）からループコイル２１側を見たインピーダンスは、非接触データキャリア１の前記スイッチのオン／オフに対応して変化する。
従って、非接触データキャリア１から応答があると、このときのループアンテナ２１の接続点の電圧も変化することになる。
このループアンテナ２１の接続点の電圧は、変調／復調回路２３で検波、復調され、制御回路２５のＣＰＵ２５１に供給される。つまり、非接触データキャリア１から応答があったか否かは、変調／復調回路２３から出力される復調信号にもとづいてＣＰＵ２５１において判定される。
リーダ／ライタ装置２のＣＰＵ２５１において、非接触データキャリア１から応答がなかったと判定された場合、非接触データキャリア１から応答があるまで、上述したようにして振幅変調波と無変調波とを放射する処理が繰り返される。
一方、リーダ／ライタ装置２のＣＰＵ２５１において、非接触データキャリア１から応答があったと判定された場合、変復調回路２３から出力される復調信号にもとづいて必要な処理が行われる。
この必要な処理とは、例えば自動改札システムに適用されている場合には、ＣＰＵ２５１によって、ディスプレイ２６やアクセスコントローラ２７、その他の装置が制御される。

一方、リーダ／ライタ装置２の測定回路２４では、ループコイル２１に誘起される電圧の振幅や、ループコイル端の電圧位相差などをモニタしており、たとえば非接触データキャリア１から応答が返されてきたときに、非接触データキャリア１から送られてきたキャリアについて、ループコイル２１および容量可変コンデンサ２２を含む共振回路の共振周波数を可変し受信信号レベルのピークを検出し、この受信信号レベルのピークすなわち共振点が検出されたときの周波数を周波数測定回路にて測定する。
この測定した周波数は、非接触データキャリア１側のループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数に対応する。
従って、この受信信号レベルのピークすなわち共振点が検出されたときに測定した周波数と基準共振周波数との差が、非接触データキャリア１における共振回路の共振周波数のズレに相当する。
このため、非接触データキャリア１側のループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数のズレを修正するための周波数調整用データ（アンテナ共振周波数についての情報）を、リーダ／ライタ装置２から非接触データキャリア１へ送出する。
非接触データキャリア１では、ループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数のズレを、リーダ／ライタ装置２から送られてきた前記周波数調整用データをもとに調整する。
この結果、非接触データキャリア１側の共振回路の共振周波数は基準共振周波数と一致する状態となり、非接触データキャリア１とリーダ／ライタ装置２との間で効率の良い常に安定した通信を自動的に確保できることになる。

次に、図３、図４のフローチャートを参照し、非接触データキャリア１とリーダ／ライタ装置２における周波数調整処理について説明する。
非接触データキャリア１においてキャリアの検出が行われ、非接触データキャリア１の電源が確立してＣＰＵ１３２が立ち上がった状態になり、非接触データキャリア１からリーダ／ライタ装置２へ返信が行われた状態になると、リーダ／ライタ装置２および非接触データキャリア１において周波数調整処理が開始される。
リーダ／ライタ装置２において周波数調整処理が開始されると、図４のフローチャートに示すように、まず、通信規定内の狭い周波数範囲において、非接触データキャリア１からのキャリアについて信号レベルのピーク点検出のための周波数掃引（狭帯域モード）が行われる（ステップＳ１１）。
この周波数範囲は例えば中心周波数１３．５６ＭＨｚに対し±２００ｋＨｚといったように周波数のずれが生じていてもシステム性能に大きな問題を生じない範囲に設定されている。
また、この周波数掃引は、リーダ／ライタ装置２における共振回路の容量可変コンデンサ２２の容量を可変し共振回路の共振周波数を可変しながらループコイル２１から出力される信号レベルを検出し、ループコイル２１と容量可変コンデンサ２２からなる共振回路のインピーダンス影響による受信信号レベルの変化をピーク検出し、ピーク検出したときの掃引周波数から非接触データキャリア１のループコイル１１と容量可変コンデンサ１２からなる共振回路の共振点を導き出す（ステップＳ１２）。
なお、他の方法としてはリーダ／ライタ装置２のループアンテナ２１端間の信号位相差がゼロになる点から非接触データキャリア１側の共振回路の共振点を導き出しても良い。
狭い周波数掃引においてこの共振点が導き出されると、次にメンテナンスモードか否かを判定する（ステップＳ１５）。この結果、メンテナンスモードでないときは通常の処理に移行する（ステップＳ２０）。この通常の処理へ移行する場合には、非接触データキャリア１のループコイル１１と容量可変コンデンサ１２からなる共振回路の共振周波数が前記周波数範囲に入っており、前記共振回路の共振周波数の基準共振周波数に対する誤差が生じていないことから、非接触データキャリア１における前記共振回路の共振周波数の調整は行わない（共振周波数調整パスモード）。ステップＳ１５においてメンテナンスモードの場合は、測定回路２４において測定した周波数から非接触データキャリア１側の共振周波数を判定し（ステップＳ１６）、前記判定した共振周波数、つまり測定した周波数と基準共振周波数とから非接触データキャリア１の周波数調整用データを計算する（ステップＳ１７）。この計算では、基準共振周波数と測定した周波数（非接触データキャリア１のアンテナ共振周波数）との差（偏差情報）を求める。そして、このようにして計算した周波数調整用データを非接触データキャリア１へ送信し（ステップＳ１８）、非接触データキャリア１からの返信を待つ（ステップＳ１９）。

なお、ステップＳ１１およびステップＳ１２の処理で、狭帯域での掃引で共振点が検出できなかった場合はより掃引周波数範囲が広い広帯域での掃引（広帯域モード）を実行する（ステップＳ１３）。この結果、時間内に共振点が検出できた場合は前述したように周波数を測定し（ステップＳ１６）、周波数調整用データを計算し（ステップＳ１７）、送信する（ステップＳ１８）。時間内に共振点が検出できなかった場合はエラー処理に移行する（ステップＳ２１）。エラー処理では検出を複数回行なってもよいし周波数調整処理を終了してもよい。

一方、非接触データキャリア１においては、図３のフローチャートに示すように、リーダ／ライタ装置２との間の通信が最初に確保された段階では、共振回路の共振周波数の調整は行われておらず、通常の信号処理を実行する（ステップＳ２）。そして、非接触データキャリア１は、リーダ／ライタ装置２との間の通信が確保された段階で、周波数調整モードに移行するための周波数調整用データをリーダ／ライタ装置２から予め設定された時間内に受信したか否かを判断する（ステップＳ３）。この結果、前記予め設定された時間内に周波数調整用データが受信されなければ通常の信号処理となり周波数調整は行わない。一方、周波数調整用データが受信された場合には、自身で最適値を計算するマスタモードであるか否かを判断する（ステップＳ４）。この結果、マスタモードに設定されていると、受信した周波数調整用データをもとに調整用データの再計算を行う（ステップＳ５）。また、マスタモードに設定されていないとき、すなわちスレーブモードの場合は、受信した周波数調整用データをメモリ１３３に記憶するとともに（ステップＳ６）、容量可変コンデンサ１２に制御電圧を印加することでループコイル１１と容量可変コンデンサ１２からなる共振回路の共振周波数の調整を行う（ステップＳ７）。このとき、周波数調整用データは、容量可変コンデンサ１２へ印加される制御電圧を生成するＣＰＵ１３２内蔵のＤ／Ａコンバータ用のデータへ変換される。すなわちΔＶを容量可変コンデンサ１２に印加される制御電圧とすると、この制御電圧ΔＶは（基準共振周波数―測定周波数）／（周波数制御回路の周波数変化/電圧）からＤ／Ａコンバータのデータに換算することで算出できる。制御電圧の絶対値でも差分として計算してもよい。
非接触データキャリア１は、制御電圧印加後リーダ／ライタ装置２に調整終了を知らせるための調整終了データを送信し周波数調整処理を終了する（ステップＳ８）。

なお、メンテナンスモードでは微小なずれでも調整が可能になるため、工場出荷時やメンテナンスなどの処理時間の制約がない場合に有効となる。
また、マスタモードでは周波数制御回路の周波数変化/電圧の係数をリーダ／ライタ装置２が保持している標準値ではなく非接触データキャリア１に保持している個々の係数を用いることが可能になり、より精密な調整が可能となる。またシステムにおいては複数の非接触データキャリアが存在しても通信が確保できるようにキャリアの周波数を故意に高域にシフトさせている場合もあり、このような状況でも柔軟に対応することが可能となる。

なお、周波数調整範囲を決定する可変コンデンサの可変範囲を、非接触データキャリア１よりリーダ／ライタ装置２の方を広くすることで、非接触データキャリア１の制御回路１３がどのような状態でも広帯域掃引を行えば共振点が検出できるようになっている。

非接触データキャリア１は立ち上げ時にはメモリされている周波数制御用のデータを読み出し、Ｄ／Ａコンバータの出力をセットする初期化を行った後、リーダ／ライタ装置２からの送信信号により通信が確立されるのを待つ。非接触データキャリア、特にＩＣカードのように自身に電源を持たない場合は、リーダ／ライタ装置２の送信信号を受信することにより電源電圧を生成したのちに初期化が行われる。従って制御電圧ゼロでの周波数ずれはある程度小さくなるように可変範囲を設計しなければならない。

なお、以上の説明では、非接触データキャリア１はリーダ／ライタ装置２から電力が供給される方式であったが、非接触データキャリアの電源が非接触データキャリア自体に内蔵されたバッテリから供給されるものであってもよい。

また、以上の説明では、コマンドや書き込みデータによりキャリアが振幅変調され非接触データキャリア１とリーダ／ライタ装置２との間で送受信されるとしたが、変調方式については振幅変調に限定されることはなく、他の変調方式であっても適用可能である。

また、以上の説明では、リーダ／ライタ装置２は、基準共振周波数と測定した周波数（非接触データキャリア１のアンテナ共振周波数）との差を計算し、このようにして計算した偏差情報を周波数調整用データとして非接触データキャリア１へ送信するものとして説明したが、測定した周波数、つまり非接触データキャリア１のアンテナ共振周波数を非接触データキャリア１へ送信し、基準共振周波数との差を非接触データキャリア１において計算する構成であってもよい。

以上、説明したように、この第１の実施の形態によれば、非接触データキャリア１におけるループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数のズレをリーダ／ライタ装置２において検出し、これにより得られた前記周波数調整用データをリーダ／ライタ装置２から非接触データキャリア１へ送信し、非接触データキャリア１ではこの周波数調整用データを利用して自分自身の前記共振回路の共振周波数のズレを調整する。このため、非接触データキャリア１におけるループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数が各種要因により基準共振周波数からズレた状態にあっても、非接触データキャリア１側の共振回路の共振周波数は基準共振周波数と一致する状態となり、非接触データキャリア１とリーダ／ライタ装置２との間で常に効率の良い安定した通信が自動的に確保できる効果がある。
また、この第１の実施の形態によるリーダ／ライタ装置は、ループコイル２１および容量可変コンデンサ２２を含む共振回路の共振周波数と変調方式とが従来の非接触データキャリアと共通していれば、従来の非接触データキャリアシステムの非接触データキャリアと通信することが可能であることから、従来の非接触データキャリアシステムの非接触データキャリアとの組み合わせ使用が可能であるリーダ／ライタ装置を提供できる効果がある。
また、この第１の実施の形態による非接触データキャリア１は、ループコイル１１および容量可変コンデンサ１２を含む共振回路の共振周波数と変調方式とが従来のリーダ／ライタ装置と共通していれば、従来の非接触データキャリアシステムのリーダ／ライタ装置と通信することが可能であることから、従来の非接触データキャリアシステムのリーダ／ライタ装置との組み合わせ使用が可能である非接触データキャリアを提供できる効果がある。

本発明の第１の実施の形態による非接触データキャリアシステムの構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態による非接触データキャリアおよびリーダ／ライタ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における非接触データキャリア側の周波数調整プログラムを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態におけるリーダ／ライタ装置側の周波数調整プログラムを示すフローチャートである。 従来の非接触データキャリアシステムにおける非接触データキャリアとリーダ／ライタ装置の構成を示すブロック図である。 従来の非接触データキャリアシステムにおけるリーダ／ライタ装置と非接触データキャリアの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１……非接触データキャリア、２……リーダ／ライタ装置、１１……ループコイル（通信手段、キャリア通信手段）、１２……容量可変コンデンサ（通信手段、キャリア通信手段）、２１……ループコイル（通信手段、リーダ／ライタ通信手段）、２２……容量可変コンデンサ（通信手段、リーダ／ライタ通信手段）、２３……変復調回路（通信手段、リーダ／ライタ通信手段）、２４……測定回路、１３１……変復調回路（通信手段、キャリア通信手段）、１３２……ＣＰＵ（アンテナ共振周波数可変手段、共振周波数調整手段、キャリア共振周波数修正手段）、２５１……ＣＰＵ（アンテナ共振周波数可変手段、取得手段、制御手段、リーダ／ライタ共振周波数修正手段）。

Claims (6)

1. 非接触データキャリアと非接触で通信を行うためのアンテナを含む通信手段と、
   前記通信手段のアンテナ共振周波数を可変するアンテナ共振周波数可変手段と、
   前記アンテナ共振周波数可変手段により前記通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから送信されたキャリアの受信状態から、前記非接触データキャリアのアンテナ共振周波数のずれを修正するための周波数調整用データを取得する取得手段と、
   前記取得手段が取得した前記周波数調整用データを前記通信手段により前記非接触データキャリアへ送信する制御手段と、
   を備え、
   前記通信手段が電力供給のための無変調波を放射している最中に、前記アンテナのインピーダンス変化により、前記非接触データキャリアから応答があったことが前記制御手段によって判定されると、前記取得手段は、前記アンテナ共振周波数可変手段により前記通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから前記応答時に送信されたキャリアの受信信号レベルのピークを検出したときの前記アンテナ共振周波数から、前記周波数調整用データを取得する、
   リーダ／ライタ装置。
2. 前記周波数調整用データは、前記無変調波に対し、前記非接触データキャリアから前記応答が返されたときに検出した前記非接触データキャリアのアンテナ共振周波数の基準共振周波数に対する偏差情報である、
   請求項１に記載のリーダ／ライタ装置。
3. 前記周波数調整用データは、前記無変調波に対し、前記非接触データキャリアからの応答が返されたときに前記非接触データキャリアから送られてきたキャリアから測定したアンテナ共振周波数を示す周波数情報である、
   請求項１に記載のリーダ／ライタ装置。
4. 前記アンテナ共振周波数可変手段は、前記アンテナ共振周波数を通信規定内に収まる範囲内で掃引する狭帯域モードと、前記狭帯域モードでは前記受信信号レベルのピークが検出できない場合に、前記狭帯域モードの範囲より広い範囲内で前記アンテナ共振周波数を掃引する広帯域モードとを備えた、
   請求項２または３に記載のリーダ／ライタ装置。
5. 前記取得手段が、前記周波数調整用データを取得するために前記アンテナ共振周波数可変手段により前記通信手段のアンテナ共振周波数を前記狭帯域モードの範囲内で可変したときに、前記非接触データキャリアのアンテナ共振周波数が前記狭帯域モードの範囲内にあると、前記非接触データキャリアにおける通信装置のアンテナ共振周波数についての調整が行われない共振周波数調整パスモードを備えた、
   請求項４に記載のリーダ／ライタ装置。
6. リーダ／ライタ装置と非接触データキャリアとを備え、前記リーダ／ライタ装置から放射される無変調波から電力供給を受けて前記非接触データキャリアが前記リーダ／ライタ装置との間で非接触によりデータの授受を行う非接触データキャリアシステムであって、
   前記非接触データキャリアは、
   前記リーダ／ライタ装置と非接触で通信を行うためのキャリア通信手段と、
   前記キャリア通信手段のアンテナ共振周波数を可変するキャリア共振周波数修正手段と、
   前記リーダ／ライタ装置から送られてきた、前記キャリア通信手段のアンテナ共振周波数のずれを修正するための周波数調整用データをもとに、前記キャリア共振周波数修正手段により前記キャリア通信手段のアンテナ共振周波数を調整する共振周波数調整手段と、
   を備え、
   前記リーダ／ライタ装置は、
   前記非接触データキャリアと非接触で通信を行うためのアンテナを含むリーダ／ライタ通信手段と、
   前記リーダ／ライタ通信手段のアンテナ共振周波数を可変するリーダ／ライタ共振周波数修正手段と、
   前記リーダ／ライタ共振周波数修正手段により前記リーダ／ライタ通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから送信されたキャリアの受信状態から、前記周波数調整用データを取得する取得手段と、
   前記取得手段が取得した前記周波数調整用データを前記リーダ／ライタ通信手段により前記非接触データキャリアへ送信する制御手段と、
   を備え、
   前記リーダ／ライタ通信手段が電力供給のための無変調波を放射している最中に、前記アンテナのインピーダンス変化により、前記非接触データキャリアから応答があったことが前記制御手段によって判定されると、前記取得手段は、前記リーダ／ライタ共振周波数修正手段により前記リーダ／ライタ通信手段のアンテナ共振周波数を掃引し、前記非接触データキャリアから前記応答時に送信されたキャリアの受信信号レベルのピークを検出したときの前記アンテナ共振周波数から、前記周波数調整用データを取得する、
   非接触データキャリアシステム。

Images