JP5524813B2

JP5524813B2 - 非接触光ｉｃカードシステムおよびその動作方法

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Publication number: JP5524813B2
Application number: JP2010262262A
Authority: JP
Inventors: 実池田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: JP2012113529A

Description

本発明は、非接触光ＩＣカードシステムおよびその動作方法に関するものである。

非接触ＩＣカードの情報の読み書き方式の従来技術として、国際規格ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定された通信規格等がある。また、日本国内では代表的なものに公共サービスで利用されている住民基本台帳カードや、鉄道改札で利用されている交通系ＩＣカード等がある。このようなシステムでは１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯の周波数を利用し、リーダライタから電磁誘導でカードに電力を供給するとともに、リーダライタと情報の授受を行っているため、周囲に強力な電磁波を放射している。よって、非接触ＩＣカード機能を内蔵した携帯電話等の機器や、非接触ＩＣカードと電界通信などの他の通信手段を組み合わせた機器を開発する際には相互の混信や妨害の有無について常に注意を払う必要があり、開発には混信を回避しなければならないという困難を伴っていた。

"ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３−１：２００８"，［ｏｎｌｉｎｅ］，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，［平成２２年１０月２６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓｏ．ｏｒｇ／ｉｓｏ／ｃａｔａｌｏｇｕｅ＿ｄｅｔａｉｌ．ｈｔｍ？ｃｓｎｕｍｂｅｒ＝３９６９３＞

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電磁波を放射しない非接触光ＩＣカードシステムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明は、ＩＣカード装置とリーダライタ装置とを備える非接触光ＩＣカードシステムであって、前記リーダライタ装置は、光を発光する発光器と、該光にデータを変調する変調器と、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器とを備え、前記ＩＣカード装置は、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器と、光にデータを変調する変調器とを備え、前記リーダライタ装置の発光器は、複数の発光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、前記リーダライタ装置の受光器は、複数の受光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、前記各受光素子は、前記発光器からの光を受けない、２つの前記発光素子の間に配置され、且つ、当該発光素子よりも前記ＩＣカード装置から遠い位置に配置されることを特徴とする非接触光ＩＣカードシステムをもって解決手段とする。

第２の本発明は、ＩＣカード装置とリーダライタ装置とを備える非接触光ＩＣカードシステムの動作方法であって、前記リーダライタ装置は、光を発光する発光器と、該光にデータを変調する変調器と、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器とを備え、前記ＩＣカード装置は、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器と、光にデータを変調する変調器とを備え、前記リーダライタ装置の発光器は、複数の発光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、前記リーダライタ装置の受光器は、複数の受光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、前記各受光素子は、前記発光器からの光を受けない、２つの前記発光素子の間に配置され、且つ、当該発光素子よりも前記ＩＣカード装置から遠い位置に配置され、前記動作方法は、前記リーダライタ装置の発光器が光を発光し、前記リーダライタ装置の変調器が当該光にデータを変調し、前記ＩＣカード装置の受光器が当該光を受光し、前記ＩＣカード装置の復調器が当該光からデータを復調することを特徴とする非接触光ＩＣカードシステムの動作方法をもって解決手段とする。

第３の本発明は、ＩＣカード装置とリーダライタ装置とを備える非接触光ＩＣカードシステムの動作方法であって、前記リーダライタ装置は、光を発光する発光器と、該光にデータを変調する変調器と、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器とを備え、前記ＩＣカード装置は、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器と、光にデータを変調する変調器とを備え、前記リーダライタ装置の発光器は、複数の発光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、前記リーダライタ装置の受光器は、複数の受光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、前記各受光素子は、前記発光器からの光を受けない、２つの前記発光素子の間に配置され、且つ、当該発光素子よりも前記ＩＣカード装置から遠い位置に配置され、前記動作方法は、前記ＩＣカード装置の反射器が前記リーダライタ装置からの光を反射し、前記ＩＣカード装置の変調器が当該光にデータを変調し、前記リーダライタ装置の受光器が当該光を受光し、前記リーダライタ装置の復調器が当該光からデータを復調することを特徴とする非接触光ＩＣカードシステムの動作方法をもって解決手段とする。

本発明によれば、電磁波を放射しない非接触光ＩＣカードシステムを提供することができ、電磁波による混信や妨害を防止することができる。

本実施の形態に係る非接触光ＩＣカードシステムの構成図である。非接触光ＩＣカードシステムの斜視図である。発光器２３と受光器２４の構造を示す図である。変調器１３と反射器１４と受光器１５の断面構造を示す図である。非接触光ＩＣカードシステムの動作を示すシーケンス図である。１回の光通信の詳細動作を示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る非接触光ＩＣカードシステムの構成図であり、図２は、非接触光ＩＣカードシステムの斜視図である。

図１に示すように、非接触光ＩＣカードシステムは、ＩＣカード装置１と、リーダライタ装置２とを備え、リーダライタ装置２は、ＰＯＳ端末や駅の改札ゲート内に設けられた機器である上位機器３に通信回線を介して接続される。

図２に示すように、リーダライタ装置２は、改札ゲートなど設けられ、近づいてきたＩＣカード装置１と通信する。

図１に戻り、ＩＣカード装置１は、データを記憶するファイルシステム１１と、リーダライタ装置２からのデータを処理し、新たなデータを生成するコントローラ１２と、リーダライタ装置２への光にデータを変調する変調器１３と、リーダライタ装置２からの光の一部を反射する反射器１４と、リーダライタ装置２からの光の一部を受光する受光器１５と、受光器１５からの出力信号を平滑する平滑器１６と、受光器１５からの出力信号からデータを復調する復調器１７とを備える。

リーダライタ装置２は、上位機器３からのコマンドに基づきデータを生成するコントローラ２１と、ＩＣカード装置１への光にデータを変調する変調器２２と、ＩＣカード装置１への光を発光させる発光器２３と、ＩＣカード装置１からの光を受光する受光器２４と、受光器２４からの信号からデータを復調する復調器２５と、電源２６とを備える。

図３は、発光器２３と受光器２４の構造を示す図である。

発光器２３は、複数の発光素子２３１を２次元のアレー状に配置したものである。図３はこれを真横から見たものであり、奥行き方向にさらに発光素子が配列される。これにより、発光器２３の指向性を広くでき、光軸をあわせる動作を不要にすることができる。

受光器２４は、複数の受光素子２４１を２次元のアレー状に配置したものである。例えば、受光器２４は、発光器２３からの光を受けない位置に配置される。例えば、各受光素子２４１は、発光素子２３１と発光素子２３１の間に配置される。

発光素子２３１としては発光ダイオード、受光素子２４１としてはフォトトランジスタが利用可能である。

図４は、変調器１３と反射器１４と受光器１５の断面構造を示す図である。

変調器１３は、液晶シャッタ１３１を備える。変調器１３は、コントローラ１２からの制御信号１３Ｓの電圧の高さにより液晶シャッタ１３１の開度を制御するようになっている。

反射器１４は、ハーフミラー１４１を備え、ハーフミラー１４１は、液晶シャッタ１３１の背後に配置される。

受光器１５は、受光パネル１５１を備え、受光パネル１５１は、ハーフミラー１４１の背後に配置される。つまり、液晶シャッタ１３１、ハーフミラー１４１および受光パネル１５１が３層構造を形成する。

受光パネル１５１は、受光量に応じた出力信号１５Ｓを出力するようになっている。

平滑器１６は、出力信号１５Ｓを平滑し、こうして得た直流分を電源としてコントローラ１２に与えるようになっている。つまり、ＩＣカード装置１は、平滑器１６から得られる直流分を電源として動作する。
また、復調器１７は、出力信号１５Ｓからクロック信号を生成し、コントローラ１２に与えるようになっている。また、復調器１７は、出力信号１５Ｓからデータを復調し、コントローラ１２に与えるようになっている。

（非接触光ＩＣカードシステムの動作）
図５は、非接触光ＩＣカードシステムの動作を示すシーケンス図である。

まず、リーダライタ装置２からＩＣカード装置１への光にクロック信号を定常的に含ませる方法を説明する。

変調器２２は一定の電流で定常的に発光器２３を発光させる。発光器２３は発光量Ｍで発光する。

コントローラ２１は変調器２２に一定周期のクロック信号を定常的に与える。

変調器２２は、クロック信号の周期で電流を低下させ、これにより発光器２３の発光量を低下させる。発光器２３は発光量ｍで発光する。

こうして、ＩＣカード装置１への光にクロック信号が含まれる。

次に、リーダライタ装置２からＩＣカード装置１への光にデータを変調する方法を説明する。

コントローラ２１は、上位機器３からのコマンドに基づき、データを生成しクロック信号に変調する。例えば、コントローラ２１は、データが値「０」を呈する期間においては、クロック信号の振幅を維持し、データが値「１」を呈する期間においては、クロック信号の振幅を低下させる。

これにより、変調器２２からの電流ならびに発光器２３の発光量も同様に変化する。

発光器２３は、データが値「１」を呈する期間においては、発光量ｎで発光する。

こうして、ＩＣカード装置１への光に対し、値「１」のスタートビットから始まるデータがクロック信号に同期して変調される。

次に、ＩＣカード装置１からリーダライタ装置２への光にデータを変調する方法を説明する。

コントローラ１２は、データを生成し、変調器１３に与える。

変調器１３は、クロック信号に同期して、データが値「０」を呈する期間においては液晶シャッタ１３１の開度を開度Ｊにし、データが値「１」を呈する期間においては液晶シャッタ１３１の開度を開度Ｊより小さい開度Ｋにする。

リーダライタ装置２からのクロック信号で変調された光は、こうして開度を制御された液晶シャッタ１３１を通過する。

液晶シャッタ１３１を通過した光の一部はハーフミラー１４１で反射し、液晶シャッタ１３１を再び通過する。

液晶シャッタ１３１を通過し反射する光の量は、データが値「０」を呈する期間においては多く、データが値「１」を呈する期間においては少なくなる。

こうして、リーダライタ装置２への反射光に対し、値「１」のスタートビットから始まるデータがクロック信号に同期して変調される。

次に、リーダライタ装置２とＩＣカード装置１の間での光通信の動作を説明する。

リーダライタ装置２は、上記の方法で、ＩＣカード装置１への光に対し、断続的にポーリング用のデータを変調し、近づいてきたＩＣカード装置１から応答が送信され、こうして１回目の光通信が実行されつまりセッションが確立する。

リーダライタ装置２とＩＣカード装置１は、続いて、例えば、複数回の光通信を実行し、最後の光通信でセッションを開放する。

図６は、１回の光通信の詳細動作を示すシーケンス図である。

上位機器３は、送信すべきデータを生成し（Ｓ１）、データを含んだコマンドをリーダライタ装置２に送信する（Ｓ３）。

リーダライタ装置２のコントローラ２１は、コマンドを受信し、これに基づき、データを生成しクロック信号とともに変調する。これにより変調器２２は一定であった電流を、発光器２３は一定であった発光量を変化させ（Ｓ５）、その後、変調器２２は電流を、発光器２３は発光量を、クロック信号送出の状態に戻す。

つまり、リーダライタ装置２は、クロック信号のみが変調されかつデータが変調されていない光をクロック信号とデータが変調された光に変化させ、ＩＣカード装置１に放射し（Ｓ７）、その後、光をクロック信号のみが変調されかつデータが変調されていない状態に戻す。

ＩＣカード装置１では、通常、コントローラ１２は制御信号１３Ｓを予め定められた液晶シャッタ開放電圧に制御し、これにより、変調器１３は、液晶シャッタ１３１の開度を最大に制御する。

リーダライタ装置２からの、データが変調された光は、こうして最大の開度となった液晶シャッタ１３１を通過する。

液晶シャッタ１３１を通過した光の一部はハーフミラー１４１を通過する。

受光器１５の受光パネル１５１は、ハーフミラー１４１を通過した光を受光し、受光量に応じた出力信号１５Ｓを出力する。受光パネル１５１は、出力信号１５Ｓの振幅を、受光量が少ない期間では小さく、受光量が多い期間では大きくする。

平滑器１６は、出力信号１５Ｓを平滑し、こうして得た直流分を電源としてコントローラ１２に与える。

一方、復調器１７は、出力信号１５Ｓの振幅が最大か否かを内部の比較器にて判定し、比較器の出力をＰＬＬなどの逓倍器で高周波のクロック信号に変換し、コントローラ１２に与える。

また、復調器１７は、出力信号１５Ｓの振幅が最小か否かを内部の別の比較器にて判定し、比較器の出力つまりデータをコントローラ１２に与える。

コントローラ１２は、平滑器１６から与えられる直流分を電源として動作し、復調器１７からのクロック信号により内部の回路を動作させる。

コントローラ１２は、データを受信し（Ｓ９）、例えば、ファイルシステム１１に予め記憶されたプログラムやデータなどを用いて、データを処理し（Ｓ１１）、処理結果に応じたデータを生成する（Ｓ１３）。

コントローラ１２は、出力信号１５Ｓと同周期のクロック信号を変調器１３に与えるとともに、クロック信号に同期させて、データを変調器１３に与える。

変調器１３は、最大の開度となっている液晶シャッタ１３１の開度をデータにより制御する。つまり、変調器１３は、データが値「０」を呈する期間においては液晶シャッタ１３１の開度を大きく（例えば、最大に）し、データが値「１」を呈する期間においては液晶シャッタ１３１の開度を小さくする（Ｓ１５）。

こうして、液晶シャッタ１３１を完全には閉じないことで、液晶シャッタ１３１を通過した光の一部はハーフミラー１４１を通過する。受光器１５の受光パネル１５１は、ハーフミラー１４１を通過した光を受光し、出力信号１５Ｓを出力する。平滑器１６は、出力信号１５Ｓを平滑し、得た直流分をコントローラ１２に与える。また、復調器１７は、出力信号１５Ｓの振幅を比較器にて判定し、比較器の出力を高周波のクロック信号に変換し、コントローラ１２に与える。よって、コントローラ１２は、直流分を電源として動作し、クロック信号により内部の回路を動作させ、クロック信号とデータを変調器１３に与えることができる。

さて、このときは既に、リーダライタ装置２からの光にはクロック信号のみが変調されかつデータが変調されておらず、光の量はクロック信号に応じて変化を繰り返している。光は、開度を制御された液晶シャッタ１３１を通過する。

ＩＣカード装置１からのデータの送出は、リーダライタ装置２から送られてくるクロック信号に同期して液晶シャッタ１３１の開度を変化することにより行う。

液晶シャッタ１３１を通過する光の量は、データが値「０」を呈する期間においては多く、データが値「１」を呈する期間においては少なくなる。

つまり、ＩＣカード装置１は、データが変調された光をリーダライタ装置２に放射する（Ｓ１７）。

リーダライタ装置２では、受光器２４がリーダライタ装置２からの光を受光し、受光量に応じた信号を出力する。受光器２４は、信号の振幅を、受光量が少ない期間では小さく、受光量が多い期間では大きくする。例えば、発光器２３からの光を受けない位置に配置され、こうして、リーダライタ装置２からの光に対し、発光器２３からの光が混在するのを防止することができる。

復調器２５は、クロック信号の存在期間の信号の振幅を内部の比較器にて判定し、比較器の出力つまりデータをコントローラ２１に与える（Ｓ１９）。

コントローラ２１は、データを含んだ応答を上位機器３に送信する（Ｓ２１）。

以上の動作が、データの内容に差異はあれども、各回の光通信にて実行される。

以上のように、本実施の形態に係る非接触光ＩＣカードシステムよれば、ＩＣカード装置１とリーダライタ装置２とを備え、リーダライタ装置２は、光を発光する発光器２３と、該光にデータを変調する変調器２２と、光を受光する受光器２４と、該光からデータを復調する復調器２５とを備え、ＩＣカード装置１は、光を受光する受光する受光器１５と、該光からデータを復調する復調器１７と、光にデータを変調する変調器１３とを備えることで、光による通信が行え、よって、ＵＨＦ帯以下の電波や電界を利用した他の通信手段も持つ通信機器や情報処理機器に混信や妨害などの悪影響を与えない非接触ＩＣカード機能を搭載した機器を実現することができる。

また、ＩＣカード装置１は、受光器１５の出力信号を平滑する平滑器１６を備え、平滑器１６から得られる直流分を電源として動作するので、バッテリーなどの電源を不要にすることができる。

また、ＩＣカード装置１は、光を反射する反射器１４を備え、変調器１３は、反射器１４で反射した光にデータを変調するので、ＩＣカード装置１において発光器を不要とすることができる。

また、変調器１３は、反射器１４で反射した光を通過させる液晶シャッタ１３１を備え、液晶シャッタ１３１の開度をデータに応じて変化させるので、光にデータを変調することができる。

また、反射器１４は、ハーフミラー１４１を備え、変調器１３は、ハーフミラー１４１で反射した光にデータを変調するので、ＩＣカード装置１において発光器を不要とすることができる。

また、ＩＣカード装置１の受光器１５は、ハーフミラー１４１を通過した光を受光するので、ＩＣカード装置１において発光器を不要にでき、かつ、リーダライタ装置２からの光を受光することができる。

また、リーダライタ装置２の受光器２４は、発光器２３の光を受けない位置に配置されているので、リーダライタ装置からの光に対し、発光器２３からの光が混在するのを防止でき、よって、受光器２４により受光された光からデータを復調することができる。

１…ＩＣカード装置
２…リーダライタ装置
３…上位機器
１１…ファイルシステム
１２、２１…コントローラ
１３、２２…変調器
１４…反射器
１５、２４…受光器
１６…平滑器
１７、２５…復調器
２３…発光器
２６…電源
１３１…液晶シャッタ
１４１…ハーフミラー
１５１…受光パネル
２３１…発光素子
２４１…受光素子

Claims

ＩＣカード装置とリーダライタ装置とを備える非接触光ＩＣカードシステムであって、
前記リーダライタ装置は、光を発光する発光器と、該光にデータを変調する変調器と、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器とを備え、
前記ＩＣカード装置は、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器と、光にデータを変調する変調器とを備え、
前記リーダライタ装置の発光器は、複数の発光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、
前記リーダライタ装置の受光器は、複数の受光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、
前記各受光素子は、前記発光器からの光を受けない、２つの前記発光素子の間に配置され、且つ、当該発光素子よりも前記ＩＣカード装置から遠い位置に配置される
ことを特徴とする非接触光ＩＣカードシステム。
前記ＩＣカード装置は、前記ＩＣカード装置の受光器の出力信号を平滑する平滑器を備え、前記平滑器から得られる直流分を電源として動作する
ことを特徴とする請求項１記載の非接触光ＩＣカードシステム。
前記ＩＣカード装置は、光を反射する反射器を備え、
前記ＩＣカード装置の変調器は、前記反射器で反射した光にデータを変調する
ことを特徴とする請求項１または２記載の非接触光ＩＣカードシステム。
前記ＩＣカード装置の変調器は、前記反射器で反射した光を通過させる液晶シャッタを備え、当該液晶シャッタの開度をデータに応じて変化させる
ことを特徴とする請求項３記載の非接触光ＩＣカードシステム。
前記反射器は、ハーフミラーを備え、
前記ＩＣカード装置の変調器は、前記ハーフミラーで反射した光にデータを変調する
ことを特徴とする請求項３記載の非接触光ＩＣカードシステム。
前記ＩＣカード装置は、ハーフミラーを備え、
前記ＩＣカード装置の受光器は、前記ハーフミラーを通過した光を受光する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触光ＩＣカードシステム。
ＩＣカード装置とリーダライタ装置とを備える非接触光ＩＣカードシステムの動作方法であって、
前記リーダライタ装置は、光を発光する発光器と、該光にデータを変調する変調器と、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器とを備え、
前記ＩＣカード装置は、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器と、光にデータを変調する変調器とを備え、
前記リーダライタ装置の発光器は、複数の発光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、
前記リーダライタ装置の受光器は、複数の受光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、
前記各受光素子は、前記発光器からの光を受けない、２つの前記発光素子の間に配置され、且つ、当該発光素子よりも前記ＩＣカード装置から遠い位置に配置され、
前記動作方法は、
前記リーダライタ装置の発光器が光を発光し、前記リーダライタ装置の変調器が当該光にデータを変調し、
前記ＩＣカード装置の受光器が当該光を受光し、前記ＩＣカード装置の復調器が当該光からデータを復調する
ことを特徴とする非接触光ＩＣカードシステムの動作方法。
ＩＣカード装置とリーダライタ装置とを備える非接触光ＩＣカードシステムの動作方法であって、
前記リーダライタ装置は、光を発光する発光器と、該光にデータを変調する変調器と、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器とを備え、
前記ＩＣカード装置は、光を受光する受光器と、該光からデータを復調する復調器と、光にデータを変調する変調器とを備え、
前記リーダライタ装置の発光器は、複数の発光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、
前記リーダライタ装置の受光器は、複数の受光素子を２次元のアレー状に配置したものであり、
前記各受光素子は、前記発光器からの光を受けない、２つの前記発光素子の間に配置され、且つ、当該発光素子よりも前記ＩＣカード装置から遠い位置に配置され、
前記動作方法は、
前記ＩＣカード装置の反射器が前記リーダライタ装置からの光を反射し、前記ＩＣカード装置の変調器が当該光にデータを変調し、
前記リーダライタ装置の受光器が当該光を受光し、前記リーダライタ装置の復調器が当該光からデータを復調する
ことを特徴とする非接触光ＩＣカードシステムの動作方法。