JPH08263610A - 非接触カードリーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 背面からの不要なカードデータの読み取りを
防止でき、設置環境の影響を受けず、他の電子機器への
影響の少ない非接触カードリーダの提供。 【構成】 予め定められた周波数を有する電磁波を非接
触カードに放出し、これに応答して非接触カードから放
出された電磁波をカードデータで変調した変調波を受信
するコイル状アンテナ４と、コイル状アンテナ４と共
に、予め選択された周波数に等しい共振周波数を有する
ＬＣ共振回路を構成するキャパシタンス素子と、コイル
状アンテナ４の背面側に配置された金属板１１とを有す
る。金属板１１は、コイル状アンテナ４の背面側に放出
された電磁波が金属板１１よりも後方へ放出されるのを
遮蔽する機能と、この電磁波を遮蔽する際に金属板１１
に生じる渦電流により、ＬＣ共振回路の共振周波数を前
記予め定められた周波数に等しくなるように前記予め選
択された周波数からシフトさせる機能とを併せ持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁波を用いて非接触
カードと非接触カードリーダとの間でデータの授受を行
い、互いに接触する事なく非接触カードのカードデータ
の読み取り及び書き込みを行う非接触カードシステムに
用いられる非接触カードリーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触カードを用いた個人認識システム
は、 （１）非接触カードに収納されている個人データのセキ
ュリティー性能が高い。 （２）磁気ストライプカードのようにカードデータの書
き込み及び読み取りの際にカードリーダにカードを挿入
する必要がなく、利便性に優れている。 （３）防水性能に優れているため、雨などの外部環境の
影響を受けにくい。

【０００３】など、磁気ストライプカードに代表される
ような接触式カードに比べて、優れた点が多く、ビルな
どの出入管理システムに用いる個人識別媒体として、使
われることが多くなってきている。

【０００４】特に、非接触カードを名札ないしは身分証
明書と兼ねて胸などにつけておくシステムでは、ドアの
前に設置された非接触カードリーダに近づくだけでドア
の電気錠が解錠され、ドアを開けることが出来る点が評
価されている。

【０００５】このような出入管理システムに用いられる
非接触カードリーダの多くは、オフィスの出入口ドア近
辺の壁面に露出あるいは壁に埋め込んで取り付けられる
ため、取付場所の周囲に他の機器に使用する電線や、コ
ンクリートの補強のための鉄筋などがある場合も多い
が、これら周囲の条件の全てを非接触カードリーダ設置
時に掌握することが出来ることは極めて希といってよ
い。

【０００６】さらに非接触カードリーダを取り付ける壁
が比較的薄い場合などは、非接触カードリーダのコイル
状アンテナがその正面（前面）側のみならずその背面
（裏面）側にも電磁波を放出する８の字型の指向特性
（後述する）を持っているため、非接触カードリーダの
裏面からもカードデータの読み込みができてしまうこと
があり、これを防ぐために非接触カードリーダの背面の
壁に金属板による遮蔽を施す場合（後述する）もある。

【０００７】このように、非接触カードリーダを実際に
設置する場合の周囲の条件は千差万別なのが実状である
にも拘らず、従来の非接触カードリーダは、自由空間に
おいたときに最良の性能を発揮するように作られてお
り、設置環境が変化すると、それに伴ってカードデータ
の読み取り性能が大幅に低下してしまうものが殆どであ
った。

【０００８】以下、従来の非接触カードリーダについて
図面を参照して詳細に説明する。

【０００９】現在、出入管理システムの個人識別媒体と
して使用されている非接触カードは、大きく分けて２Ｇ
Ｈｚ〜３ＧＨｚ程度の近マイクロ波を用いたものと、数
１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度の長波もしくは中波を
用いたものの２種類がある。前者は、非接触カードに電
源としての電池を持つものが多いが、後者は非接触カー
ド自体には電池などの電源を持たず、非接触カードリー
ダから放射される電磁波を受信し、これを検波して非接
触カードの電源とするものが多いので、無電池型と呼ば
れることもある。

【００１０】本発明は、後者の長波帯もしくは中波帯の
電磁波をデータ授受に用いる、無電池型非接触カードの
非接触カードリーダに関する。

【００１１】図３は、無電池型の非接触カード１と従来
の非接触カードリーダ２の主要部分の電気的な構成とを
示している。出入管理システムの個人識別媒体として用
いられる非接触カード１には、各々個別の個人識別デー
タがカードデータとして収納されており、非接触カード
１に電磁波の形で電源が供給されると、非接触カード１
ではその電磁波に変調をかける形で、カードデータ（個
人識別データ）を非接触カードリーダ２に向け送信す
る。即ち、非接触カード１は電磁波にカードデータ（個
人識別データ）で変調をかけた変調波を非接触カードリ
ーダ２に向け送信する。

【００１２】非接触カードリーダ２は、非接触カード１
の電源となる数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの連続信号
あるいは間欠信号を発振し、増幅する発振増幅部３と、
発振増幅部３の出力信号を、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋ
Ｈｚの内の予め定められた周波数を有する電磁波として
放出し、非接触カード１からのカードデータ（個人識別
データ）で変調された電磁波（即ち、変調波）を受信す
るコイル状アンテナ４と、この電磁波（即ち、変調波）
からカードデータを復調するカードデータ復調回路５と
を備えている。即ち、このカードデータ復調回路５は、
電磁波に重畳されているカードデータを弁別する。

【００１３】実際の非接触カードリーダ２には、この他
に読み込んだガードデータが、混入ノイズなどで誤った
データになることを防止するデータ比較部分や、カード
データと上位のコントローラあるいはコンピュータとの
通信を司る部分、電源部分、更には、電気錠などの制御
部分が含まれることがあるが、本発明と直接的に無関係
なので、ここでは割愛する。

【００１４】カードデータの変調方式には、ＦＳＫ(fre
quency shift keying)変調、位相変調などが多く用いら
れる。

【００１５】図３では、一つのコイル状アンテナ４で送
信アンテナと受信アンテナが共用としている例をあげた
が、コイル状アンテナ４を送信アンテナ及び受信アンテ
ナに分割して構成しても良い。

【００１６】非接触カードリーダ２は、消費電力の低減
のため、常時は間欠動作をしているものも多いが、間欠
動作の周期は非接触カード１を持つ個人が非接触カード
リーダ２に近づき、カードデータを読みとらせる時間よ
りも十分短く、数回／秒〜数１０回／秒程度に選ばれ
る。

【００１７】図４及び図５は、図３のコイル状アンテナ
４の正面図及び側面図である。コイル状アンテナは直径
数ｃｍ〜数１０ｃｍ程度のコイル状のもので、その直径
は非接触カードリーダ２（図３）の設置条件、カードデ
ータの読み取り要求性能などにより、選択される。

【００１８】また、図６に示すように、電磁波の送受信
の能率を上げるため、コイル状アンテナ４に並列にコン
デンサ６１及び６２を接続し、コイル状アンテナ４と共
に、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの内の前述の予め定
められた周波数を共振周波数として有するＬＣ共振回路
を構成することが行われている。即ち、コンデンサ６１
及び６２は、コイル状アンテナ４と共に、カードデータ
の授受に用いる周波数で共振回路を構成しており、コイ
ル状アンテナ４に十分な電力を供給するため、非接触カ
ードリーダ２（図３）の電源電圧に比較してコイル状ア
ンテナ４の両端の電圧を上げるべく、図示のように分割
されることが多い。なお、７はコイル状アンテナ４とコ
ンデンサ６１及び６２とからなるＬＣ共振回路を駆動す
るための駆動回路の終段部（トランジスタ）である。

【００１９】図示の例では、コンデンサを分割すること
で、コイル状アンテナ４を駆動するに十分な電圧を得て
いるが、コイル状アンテナ４にタップを設けてコイル状
アンテナ４の一部を駆動することにより電圧を増幅する
ことも行われ、同様の効果が得られる。

【００２０】図４及び図５のコイル状アンテナ４は、図
７に表されるような８の字型の指向特性を持っている。
即ち、コイル状アンテナ４の正面側の領域８１に電磁波
が放出されるのみならず、コイル状アンテナ４の背面側
の領域８２にも電磁波が放出される。このように図４及
び図５のコイル状アンテナ４を持つ従来の非接触カード
リーダ２（図３）は８の字型のカードデータ読み取り範
囲８１及び８２を持つのが一般的である。

【００２１】図８は、従来の非接触カードリーダ２（図
３）の実際の配置例を示している。図８において、この
非接触カードリーダ２は、コイル状アンテナ４と、発振
増幅部３（図３）及びカードデータ復調回路５（図３）
等を含む電子回路９と、コイル状アンテナ４及び電子回
路９等を収納するケース１０とを有する。このケース１
０は、屋外での使用に耐えるように防水構造となってお
り、電源の供給や信号の出力などに必要な電線は、防水
構造の引出し口（図示せず）から外部に引き出される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】図８を引き続き参照し
て、コイル状アンテナ４は、カードデータを効率よく読
み取るために、非接触カードリーダ２の内部前面（正
面）に置かれるが、コイル状アンテナ４は図７に示した
ように８の字型の指向特性を持っているため、コイル状
アンテナ４から発する電磁波の一部は、電子回路９を透
過してこの非接触カードリーダ２の背面側にも放出さ
れ、非接触カードがこの非接触カードリーダ２の背面に
近づくと、この非接触カードリーダ２はこの非接触カー
ドのカードデータをも読み取ってしまう。

【００２３】このようなカードデータの不要な読み取り
を防ぐには、この非接触カードリーダ２の形状を厚くし
て、電磁波がこの非接触カードリーダ２の背面側に放出
されないようにすれば良いが、非接触カードリーダ２は
壁に埋め込まれて取り付けられることも多いので、その
面からはできるだけ薄いことが望まれ、非接触カードリ
ーダ２の厚みを増すことで電磁波の背面側への放出を防
ぐことは現実的ではない。

【００２４】非接触カードリーダ２の裏面からもカード
データの読み込みができてしまうことを防ぐために、前
述のように非接触カードリーダ２の背面の壁に金属板に
よる遮蔽を施す場合もある。しかし、この場合、金属板
にはコイル状アンテナ４の電磁波による渦電流が発生
し、それに伴いコイル状アンテナ４のインダクタンスが
低下して、コイル状アンテナ４とキャパシタンス素子
（図６のコンデンサ６１及び６２）とで構成された前記
ＬＣ共振回路の共振周波数が変化する。

【００２５】非接触カードリーダ２の背面の壁に金属板
による遮蔽を施さない場合でも、コイル状アンテナ４は
当然非接触カードリーダ２の周辺の金属の影響を受け、
この非接触カードリーダ２の背面（裏面）側に金属物が
ある場合には、コイル状アンテナ４のインダクタンスは
大きく変化する。即ち、コイル状アンテナ４を金属物の
近くで動作させると、金属物にはコイル状アンテナ４の
電磁波による渦電流が発生し、それに伴いコイル状アン
テナ４のインダクタンスが低下して、コイル状アンテナ
４とキャパシタンス素子（図６のコンデンサ６１及び６
２）とで構成された前記ＬＣ共振回路の共振周波数が変
化する。

【００２６】このような共振周波数の変化は、コイル状
アンテナ４の送信効率及び受信効率を低下させるため非
接触カードリーダ２の読み取り距離の著しい減少と消費
電流の増加を招き、非接触カードリーダ２の動作の安定
性を低下させることになる。

【００２７】図１〜図８を参照して、上述したように、
非接触カードリーダ２は非接触カード１との通信の能率
を上げるため、コイル状アンテナ４に並列に図６のコン
デンサ６１及び６２からなるキャパシタンス素子を接続
し、ＬＣ共振回路を形成したものを用いることでカード
との通信の能率を上げている。

【００２８】従って、非接触カードリーダ２を、その背
面側等の周辺にコンクリートの補強のための鉄筋や、他
の電子機器に用いる電線や、コイル状アンテナ４の背面
側への電磁波の放出を防ぐ金属板など、金属物のある環
境下に設置すると、非接触カードリーダ２のコイル状ア
ンテナ４のインダクタンスが周囲の金属物の影響で変化
し、ＬＣ共振回路の共振周波数が非接触カード１との通
信に用いる前記予め定められた周波数から離れてしま
い、非接触カード１との送受信の能率が低下して、非接
触カードリーダ２の読み取り距離が著しく短くなってし
まうだけでなく、コイル状アンテナ４のインピーダンス
の低下により、消費電力が非常に多くなるなどの不都合
が発生してしまっていた。

【００２９】また、他の機器に用いる電線からの漏洩ノ
イズの影響により、カードデータの受信が不安定になる
など、非接触カードリーダ２の長期にわたる安定な運用
を損なわれることも多かった。

【００３０】更に、ＬＣ共振回路の共振周波数が非接触
カード１にて使用する電磁波の周波数から離れることに
より、高調波の発生が増大し、他の電子機器の動作に影
響を与える恐れもあった。

【００３１】そこで、従来の非接触カードリーダ２は、
金属物や他の機器の電線との距離を一定以上離すよう規
定するなど、その設置環境を厳しく規制しなければなら
ず、出入管理システムの自由な構築の妨げとなってい
た。

【００３２】そのうえ、実際に非接触カード１を用いた
出入管理システムが設置される場合には、非接触カード
リーダ２の設置後にその背面等の周辺に新たな電子機器
や金属物が置かれるなど、非接触カードリーダ２の設置
環境が変化して、運用上のトラブルにつながることも多
かった。

【００３３】それ故、本発明の課題は、非接触カードリ
ーダの設置場所の周辺の金属物による、コイル状アンテ
ナの共振周波数の変化を防止し、非接触カードリーダの
安定な動作を得るばかりでなく、他の電子機器あるいは
電線からの漏洩ノイズの影響を軽減し、高調波の増加に
よる他の電子機器への影響を防ぎ、非接触カードリーダ
設置背面からのカードデータの読み取りも防止するとい
う、非接触カードを使用した出入管理システムを構築す
る上で、制約の少ない非接触カードリーダを提供するこ
とにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、カード
データを記憶している非接触カードから前記カードデー
タを読み取りデータとして読み取る非接触カードリーダ
であって、予め定められた周波数を有する電磁波を前記
非接触カードに放出するコイル状アンテナを備え、前記
非接触カードは、前記電磁波を受信し、この電磁波を前
記カードデータで変調波に変調し、この変調波を前記非
接触カードリーダに放出するものであり、この変調波を
前記コイル状アンテナにて受信し、この変調波から前記
カードデータを前記読取りデータとして復調する非接触
カードリーダにおいて、前記コイル状アンテナに接続さ
れ、このコイル状アンテナと共に、予め選択された周波
数に等しい共振周波数を有するＬＣ共振回路を構成する
キャパシタンス素子と；前記コイル状アンテナの背面側
に該背面との間に間隔を置いて配置された背面側金属部
材と；を有し、この背面側金属部材は、前記コイル状ア
ンテナの背面側に放出された前記電磁波が前記背面側金
属部材よりも後方へ放出されるのを遮蔽する機能と、こ
の電磁波を遮蔽する際に前記背面側金属部材に生じる渦
電流により、前記ＬＣ共振回路の前記共振周波数を前記
予め定められた周波数に等しくなるように前記予め選択
された周波数からシフトさせる機能とを併せ持つことを
特徴とする非接触カードリーダが得られる。

【００３５】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００３６】図１を参照すると、本発明の第１の実施例
による非接触カードリーダ２´は、図３の非接触カード
リーダ２と同様に、カードデータを記憶している非接触
カード１（図３）からカードデータを読み取りデータと
して読み取るものである。この非接触カードリーダ２´
は、図４及び図５に示したような、予め定められた周波
数を有する電磁波を非接触カードに放出するコイル状ア
ンテナ４を備えている。非接触カード１（図３）は、電
磁波を受信し、この電磁波をカードデータで変調波に変
調し、この変調波を非接触カードリーダ２´に放出す
る。非接触カードリーダ２´は、この変調波をコイル状
アンテナ４にて受信し、この変調波からカードデータを
読取りデータとして復調する。

【００３７】図１において、非接触カードリーダ２´
は、コイル状アンテナ４に並列に接続されたコンデンサ
（図６の６１及び６２）からなるキャパシタンス素子
（図１には図示せず）を有する。該キャパシタンス素子
は、コイル状アンテナ４と共に、予め選択された周波数
に等しい共振周波数を有するＬＣ共振回路を構成する。
この非接触カードリーダ２´は、前述のコイル状アンテ
ナ４と、発振増幅部（図３の３）及びカードデータ復調
回路（図３の５）等を含む電子回路９とを、収納するケ
ース１０を有する。このケース１０は、図８のケース１
０と同様に、屋外での使用に耐えるように防水構造とな
っており、電源の供給や信号の出力などに必要な電線
は、防水構造の引出し口（図示せず）から外部に引き出
される。

【００３８】図１において、この非接触カードリーダ２
´は、更に、コイル状アンテナ４の背面側に該背面との
間に間隔を置いて、ケース１０内部に配置された金属板
１１を有する。この金属板１１は、電子回路９の背面側
に配置される。この金属板１１は、コイル状アンテナ４
の背面側に放出された電磁波が金属板１１よりも後方へ
放出されるのを遮蔽する機能と、この電磁波を遮蔽する
際に金属板１１に生じる渦電流により、前記ＬＣ共振回
路の前記共振周波数を前記予め定められた周波数に等し
くなるように前記予め選択された周波数からシフトさせ
る機能とを併せ持つ。

【００３９】このように、コイル状アンテナ４は、カー
ドデータを効率よく読み取るために、非接触カードリー
ダ２´の内部前面（正面）に置かれることは図８の非接
触カードリーダ２と同様であるが、非接触カードリーダ
２´では、金属板１１が装着された状態で、非接触カー
ドリーダ２´が使用する周波数で共振するように調整さ
れている。

【００４０】コイル状アンテナ４は図７に示したような
８字型の指向特性を持っており、コイル状アンテナ４か
ら発する電磁波の一部はコイル状アンテナ４の背面側に
も放出されるが、金属板１１に阻止されるため、非接触
カードリーダ２´の背面には放出されず、非接触カード
リーダ２´の背面に非接触カードが近づいても、非接触
カードリーダ２´は誤ってそのカードデータを読み取っ
てしまうことはない。

【００４１】更に、電磁波が非接触カードリーダ２´の
背面に放出されないのであるから、非接触カードリーダ
２´の背面部分に金属物があっても、従来の非接触カー
ドリーダ２のような共振周波数の変化は発生せず、非接
触カードリーダ２´の動作には影響を及ぼさないのは勿
論である。

【００４２】また、図１の非接触カードリーダ２´の消
費電力は、金属板１１に発生する渦電流によりは若干増
加するが、図８の非接触カードリーダ２の周辺（特に背
面側）に金属物がある状態（即ち、共振周波数が使用周
波数から移動して、コイル状アンテナ４のインピーダン
スが低下した状態）よりは、慨して少なくなる。

【００４３】加えて、図１の非接触カードリーダ２´の
周辺（特に背面側）の状況による消費電力の変化が少な
くなるので、システムの設計はむしろ容易である。

【００４４】図２を参照すると、本発明の第２の実施例
による非接触カードリーダ２”は、以下のことを除け
ば、図１の非接触カードリーダ２´と同様である。即
ち、この非接触カードリーダ２”においては、金属板１
１がケース１０内部のコイル状アンテナ４の背面側であ
って、電子回路９の前面側に配置される。図２の非接触
カードリーダ２”では、コイル状アンテナ４と金属板１
１との距離が図１の非接触カードリーダ２´に比べて近
いため、金属板１１に発生する渦電流による損失が相対
的に大きくなるが、反面、コイル状アンテナ４と金属板
１１が同一ケース１０内に収納されるので、共振回路の
共振周波数の調整が容易になるという効果が得られ、同
時に電子回路９にＣＰＵその他クロックを使用する回路
が存在する場合などには、コイル状アンテナ４と電子回
路９との相互の誘導による影響を遮断する、という効果
も合わせ持つことが出来る。

【００４５】図１及び図２において、金属板１１を電子
回路９の接地電位に接続しておけば、より効率的なのは
言うまでもない。

【００４６】また、図１及び図２においては、コイル状
アンテナ４の背面側のみに金属板１１を設けているが、
コイル状アンテナ４の周面（図４及び図５のコイル状ア
ンテナ４の円筒面）側に該周面との間に間隔を置いて別
の金属板を更に配置しても良い。この場合、別の金属板
は、金属板１１に電気的に接続される。また、図１及び
図２において、非接触カードリーダ２´又は２”の背面
にも、金属板１１に電気的に接続される更に別の金属板
を設けたり、金属板１１に電気的に接続される他の金属
板で電子回路９を覆っても良いことは勿論である。ま
た、図１及び図２においては、金属板１１を用いている
が、金属板１１の代りに、板状以外の金属部材を用いて
も同様の効果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構成で設置環境の影響を受けにくいばかりでなく、
背面からの不要なカードデータの読み取りを防止でき、
他の電子機器への影響の少ない利用範囲の広い非接触カ
ードリーダを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による非接触カードリー
ダの断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による非接触カードリー
ダの断面図である。

【図３】非接触カードと従来の非接触カードリーダの主
要部分の電気的な構成とを示した図である。

【図４】図３のコイル状アンテナの正面図である。

【図５】図３のコイル状アンテナの側面図である。

【図６】図３の非接触カードリーダのコイル状アンテナ
の周辺の回路を示した図である。

【図７】図４及び図５のコイル状アンテナの８の字型の
指向特性を説明するための図である。

【図８】従来の非接触カードリーダの断面図である。

【符号の説明】

１ 非接触カード ２ 非接触カードリーダ ２´ 非接触カードリーダ ２” 非接触カードリーダ ３ 発振増幅部 ４ コイル状アンテナ ５ カードデータ復調回路 ６１ コンデンサ ６２ コンデンサ ７ 駆動回路の終段部（トランジスタ） ９ 電子回路 １０ ケース １１ 金属板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カードデータを記憶している非接触カー
   ドから前記カードデータを読み取りデータとして読み取
   る非接触カードリーダであって、予め定められた周波数
   を有する電磁波を前記非接触カードに放出するコイル状
   アンテナを備え、前記非接触カードは、前記電磁波を受
   信し、この電磁波を前記カードデータで変調波に変調
   し、この変調波を前記非接触カードリーダに放出するも
   のであり、この変調波を前記コイル状アンテナにて受信
   し、この変調波から前記カードデータを前記読取りデー
   タとして復調する非接触カードリーダにおいて、 前記コイル状アンテナに接続され、このコイル状アンテ
   ナと共に、予め選択された周波数に等しい共振周波数を
   有するＬＣ共振回路を構成するキャパシタンス素子と；
   前記コイル状アンテナの背面側に該背面との間に間隔を
   置いて配置された背面側金属部材と；を有し、 この背面側金属部材は、前記コイル状アンテナの背面側
   に放出された前記電磁波が前記背面側金属部材よりも後
   方へ放出されるのを遮蔽する機能と、この電磁波を遮蔽
   する際に前記背面側金属部材に生じる渦電流により、前
   記ＬＣ共振回路の前記共振周波数を前記予め定められた
   周波数に等しくなるように前記予め選択された周波数か
   らシフトさせる機能とを併せ持つことを特徴とする非接
   触カードリーダ。
2. 【請求項２】 前記背面側金属部材は接地電位に接続さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の非接触カー
   ドリーダ。
3. 【請求項３】 前記コイル状アンテナの周面側に該周面
   との間に間隔を置いて配置された周面側金属部材；を更
   に有し、 この周面側金属部材は、前記背面側金属部材に電気的に
   接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の非接触カードリーダ。