专利名称：天线组件和卡处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如用于以预付费形式的IC卡来支付收费道路的通行费的卡处理系统和用于该系统的天线组件。
背景技术：
目前，在市场上广为流行的磁性预付费卡(下面，称为磁卡)，因为在无记名以及无期限下可以被不特定的多人所使用，所以对使用着来说非常方便。另一方面，磁卡常伴随有被非法改写金额信息等数据的危险，因为在安全方面比较薄弱，所以在磁卡的使用中，一般来说只对剩余金额进行扣减，如果剩余金额为0，则废弃不用。
因此，近年来，如上所述通过把使用方便的磁卡置换为IC卡来提高安全性。例如，如日本国特许第3256642号公报所示，在铁道等交通机构中已经实现了在设置于车站检票口等处的自动检票机上利用只要触摸或者贴上就可以出入站的无线方式的预付费IC卡的卡处理系统。另外，有关无线方式在美国专利第4,243,980号和美国专利第4,866,455号中也已经被公开。
正在研究把此无线方式的预付费IC卡(下面，称为IC卡)引入收费道路上的收费中。在对该收费道路的收费应用IC卡中，设想人乘坐在车辆中在和天线可以信息交换的距离内进行伸出IC卡的操作。
一般在自动检票机中，通过使IC卡的任意面向着天线面，使相对这些面垂直方向的磁通量通过天线/卡双方各自的线圈，利用这2个线圈的感应磁通量引起的感应电压实现电力传递和无线信息交换。而且，电磁感应方式的IC卡的相互通讯距离是100mm以下。
但是，设想这种情况下，即，当车辆停在远离天线的位置时，产生从车窗伸出的IC卡不能达到和天线相互通讯距离内的状态。再有，在将IC卡引入收费道路时，因为存在作为车辆和建筑物的接触间隙的建筑限制(例如，作为高速公路的例子是250mm)，所以还要考虑车辆靠近路边机器的宽度，对于车辆驾驶员来说使IC卡达到和天线的相互通讯距离内即便可能恐怕也是非常勉强。
本发明的目的在于提供一种可以使用户轻松地将IC卡放到路边机器的天线相互通讯距离内的天线组件和卡处理系统。
另外，本发明的目的在于提供一种可以提高IC卡和天线的信息交换的可靠性的天线组件和卡处理系统。
本发明的第1发明的天线组件，是对在收费道路上行驶的车辆进行与利用该收费道路有关的处理的被设置在车道路边上的天线组件，其特征在于包括把通过电磁耦合与IC卡进行无线通信的天线线圈保持在前端部分上的天线保持单元；使该天线保持单元在突出到上述车道上的位置和被收容在组件内的位置之间进退自如的移动的驱动机构。
通过使在前端部分上保持有天线线圈的天线保持单元突出到车道上，使天线线圈接近车道上的车辆，车辆的驾驶员和天线线圈的距离缩短，用户可以轻松地把IC卡举伸到天线的相互通讯距离内。
另外，本发明的第2发明的天线组件，是第1发明的天线组件，其特征在于还包括检测天线保持单元的前端部分和车辆接触或者接近的检测装置；在由驱动机构使天线保持单元从组件内的收容位置向车道上的突出位置移动期间，在用检测装置检测到和车辆接触或者接近时，控制驱动机构停止天线保持单元的移动的控制单元。
在使天线保持单元从组件内的收容位置向车道上的突出位置移动期间，如果检测到天线保持单元的前端部分和车辆接触或者接近，由于立即停止天线保持单元的移动，因而可以降低考虑到天线保持单元向车道上突出时的天线保持单元和车辆接触引起的损坏的程度。
另外，本发明的第3发明的天线组件，是第1发明的天线组件，其特征在于天线保持单元，搭载有天线线圈的天线头部，和在前端支撑该天线头部的支撑单元进一步自如分离，天线头部，由于从车道上的车辆行进方向上推压，可以从支撑部上脱离。
在天线保持单元向车道上突出时，万一当其前端单元与车辆接触受到车辆行进方向的推压时，由于天线头部从支撑单元的前端脱落，缓和了天线保持单元受到的冲击，谋求防止破坏。
另外，本发明的第4发明的天线组件，是第1发明的天线组件，其特征在于天线保持单元，在其前端单元上保持2个天线线圈，2个天线线圈，在天线保持单元的前端部分上，沿着大致垂直的面各自卷绕在上下并排接近配置。
如果在各天线线圈中流过电流则与各天线线圈的正面一侧垂直方向的高密度磁通量发生。如果在各天线线圈上使IC卡的主面以上下方向的姿态接近，则通过IC卡内的线圈的垂直方向的磁通量的密度增大，天线线圈和IC卡内的线圈高效率地电磁耦合，由于确保大的相互电感，因而电力传递效率提高，可以实现良好的信息交换。
而且，不限于2个天线线圈必须沿着大致垂直面分别卷绕，并且要在上下排列地接近配置。2个天线线圈沿着大致同一面卷绕，沿着上述大致同一面并列接近配置即可。
本发明的第5发明的天线组件，是第1发明的天线组件，其特征在于天线保持单元包括在其前端部分上，大致沿着水平面分别卷绕，相互隔开相对配置的2个第1天线线圈；配置成如大致覆盖2个第1天线线圈之间的空间的一侧面那样沿着大致垂直的面卷绕的第2天线线圈。
通过这样组合3个天线线圈，可以高密度并且大范围地产生在相对配置的2个天线线圈之间垂直方向的磁通量。因此，如果在这2个相对配置的天线线圈之间以水平方向配置IC卡，则可以实现天线线圈和IC卡内的线圈的高效率的电磁耦合，可以实现良好的信息交换。而且，并不限于此，也可以配置成在把2个第1天线线圈，沿着第1面卷绕，相互隔开相对配置的同时，沿着相对第1面大致正交的第2面卷绕第2天线线圈，大致覆盖2个第1天线线圈之间的空间的之一的第2面。
本发明的第6发明的天线组件，是第1发明的天线组件，其特征在于具有多个天线保持单元，多个天线保持单元，在分别独立地向车道上突出的位置与组件内的位置之间进退移动。
本发明的第7发明的天线组件，是第6发明的天线组件，其特征在于包括使用各个天线保持单元的天线线圈各自进行信号的授受的多个发送机和接收机；根据来自各接收机的接收信号测定各个电场强度或者接收强度，选择具有有效功能的一组发送机和接收机的通信控制单元。
本发明的第8发明的天线组件，是第6发明的天线组件，其特征在于包括使用各个天线保持单元的天线线圈各自进行信号的授受的多个发送机和接收机；分时处理使用上述各组发送机和接收机的通信，把最初连线接通的一组发送机和接收机作为有效的通信控制单元。
本发明的第9发明的天线组件，是第6发明的天线组件，其特征在于包括使用各个上述天线保持单元的天线线圈来分别进行信号的授受的多个发送机和接收机；分时处理使用上述各组发送机和接收机的通信，把最初连线接通的一组发送机和接收机作为有效，根据来自上述各接收机的接收信号测定各个电场强度或者接收强度，逐次切换到最佳的一组发送机和接收机的通信控制单元。
如果采用这些发明，则可以消除因IC卡内的线圈同时和多个天线保持单元的天线线圈电磁耦合引起的通信的问题。
本发明的第10发明的卡处理系统，是对在收费道路上行驶的车辆进行与该收费道路的利用有关的处理的卡处理系统，其特征在于包括具有把通过电磁耦合与IC卡进行无线通信的天线线圈保持在前端部分上的天线保持单元，和使该天线保持单元在向上述车道突出的位置和收容在组件内的位置之间进退自如地移动的驱动机构的天线组件；检测在上述车道上车辆停止的车辆停止检测装置；在用上述车辆停止检测装置检测到在上述车道上的上述车辆停止时，控制上述天线组件的驱动机构使上述天线保持单元向上述车道上突出的控制单元。
本发明的第11发明的卡处理系统，是第10发明的卡处理系统，其特征在于上述车辆停止检测装置包含，拍摄上述车道的拍摄装置，和检测上述车道上的上述车辆是否存在的检测装置，上述控制单元，当未检测到由上述拍摄装置拍摄的影像的移动，并且由上述检测装置检测到在上述车道上存在上述车辆时，控制上述天线组件的驱动机构，使得上述天线保持单元向上述车道上突出。
本发明的第12发明的卡处理系统，是第10发明的卡处理系统，其特征在于进一步包含，检测上述IC卡接近上述天线保持单元的前端的卡接近检测装置；在由上述卡接近检测装置检测到上述IC卡接近上述天线保持单元的前端时，控制上述天线组件的驱动机构使得上述天线保持单元向上述车道上突出的控制单元。本发明的第13发明的卡处理系统，是第12发明的卡处理系统，其特征在于上述卡接近检测装置还包括对上述天线组件与上述车道上的车辆之间进行拍摄的拍摄装置；根据上述拍摄装置拍摄的影像，把从上述车辆伸出手来识别为上述IC卡接近了上述天线保持单元的前端的识别装置。本发明的第14发明的卡处理系统，是第12发明的卡处理系统，其特征在于上述卡接近检测装置，检测由上述天线线圈形成的磁场的扰乱。
如果采用这些发明的卡处理系统，则可以使天线保持单元在安全的时刻向车道上突出。
本发明的第15发明的天线组件，是对在收费道路上行驶的车辆进行与该收费道路的利用有关的处理的被设置在车道的路边上的天线组件，其特征在于包括具有多个通过电磁耦合与IC卡进行无线通信的天线线圈的天线单元；使用上述天线单元的天线线圈对各自进行信号的授受的发送接收机；根据来自上述发送接收机的接收信号选择具有有效功能的多个天线线圈之一的通信控制单元。本发明的第16发明的天线组件，是第15发明的天线控制部件，其特征在于上述通信控制单元，顺序分时控制上述多个天线线圈，把最初连线接通的多个天线线圈之一作为有效。本发明的第17发明的天线组件，是第15发明的天线组件，其特征在于上述通信控制单元，把依次分时驱动上述多个天线线圈最初连线接通的多个天线线圈之一作为有效，根据来自上述发送接收机的接收信号分别测定各个电场强度以及接收强度逐次切换为最佳的多个天线线圈之一。本发明的第18发明的天线组件，是第15发明的天线组件，其特征在于进一步包含停止未被选择的其他天线线圈驱动的控制装置。
如果采用这些发明的天线组件，则可以消除因IC卡内的线圈同时和多个天线保持单元的天线线圈电磁耦合引起的通信问题。另外，如果采用这些发明的天线组件，则可以高效率地进行天线线圈和IC卡内的线圈的电磁耦合，可以稳定的信息交换。
本发明参照
，但这些图只是为了图解的目的而提供的，并不限定本发明。
图1是表示本发明的一实施方式的收费系统构成的图。
图2是表示图1的收费系统的入口系统构成的图。
图3是图2的入口系统的机器配置图。
图4A是在入口中的通行票自动发行装置13和天线组件10的配置图。
图4B是在入口中的左操作车用通行票发行装置14和天线组件11的配置图。
图5是表示图1的收费系统的出口系统构成的图。
图6是图4的出口系统的机器配置图。
图7是表示在出口中的天线组件20、21构成的图。
图8A是天线组件20的外观图。
图8B是天线组件21的外观图。
图9是从车道方向看在天线组件10中的天线突出机构的侧面图。
图10A是表示图9的天线单元46的构成的侧面图。
图10B是表示分解天线单元46的天线头单元48和臂单元50状态的侧面图。
图11是图10A以及图10B的天线头单元48的详细断面图。
图12A、图12B以及图12C是说明从天线头单元48的横向由于按压而脱落的动作的侧面图。
图13是表示天线头单元48的天线构造的斜视图。
图14是表示图13的天线指向性的图。
图15是表示天线头单元48的另一天线构造的斜视图。
图16是表示由图15的天线产生的磁通量的方向的侧面图。
图17是用于说明检测车辆60的停止的方法的图。
图18是表示用动作线圈65检测IC卡80向天线头单元48接近的方法的图。
图19是说明各天线组件的通信控制方法的方框图。
图20是从车道方向看在天线组件10中的另一天线突出机构的侧面图。
图21是表示入口处理流程的流程图。
图22是表示出口处理流程的流程图。
图23A以及图23B是图16的2个第1天线线圈57、57和第2天线线圈58的连线图。
具体实施例方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示作为本发明的卡处理系统之一的实施方式的收费道路的收费系统的图。
如同一图所示，本实施方式的收费系统，包括被设置在收费道路的入口上的入口系统1；被设置在收费道路的出口上的出口系统2；经由通信线路8和这些入口系统1以及出口系统2连接的主接收机等的上位装置9。上位装置9，具有以下功能，在出口处经由通信线路8接收在车道内以及车道外进行了出口处理的结果和在入口进行了卡处理的入口信息，对比相互的信息，把确认有差异的IC卡作为不正常卡登录在自身的数据库中向收费道路的入口或者出口发送信息的功能。此外，不正常卡的信息，也可以发送到收费道路的入口以及出口。入口处理数据，被登录在IC卡中，随着使用者的移动在出口处，根据IC卡的入口信息进行结算处理。
图2是表示图1的收费系统的入口系统构成的图，图3是图2的入口系统中的机器的概略配置图。
如这些图所示，入口系统1，具有天线组件10、天线组件11、车种判别装置12、通行票自动发行装置13、左操作车用通行票自动发行装置14(以下称为左操作车用通行票发行装置14)、路边显示装置15、驶出检测装置16、驶出控制装置17以及车道控制装置19。
在图3中天线组件10，被配置在进入车道内的车辆暂时停止后的驾驶员从车窗伸出手够到的路边的位置(车辆行进方向右侧)上。天线组件10，在上段、中段、下段3个高度上，具有可以向着车道突出的作为第1天线组件的天线单元46。在该天线单元46的相互通讯距离内，如果作为无线方式的预付费IC卡的非接触IC式预付费卡(以下称为IC卡)接近，则通过无线通信从IC卡中读出卡信息，当卡信息正常的情况下靠无线通信(非接触)，车辆信息、车种信息以及入口信息被登录在IC卡上(入口处理)。所谓规定范围内和ETC车载器的通信范围不同，例如是数百毫米(mm)以内的范围。而且，所谓接近，包含例如接触或者置于其上(接近)等的行为。
IC卡，在内置于卡中的IC芯片上，把卡ID号码等的卡单独信息(固定信息)，和预付费金额(剩余金额)信息以及使用履历信息等的可变信息作为卡信息存储。在利用履历信息中，包含在入口处理时特定的车辆的车牌号等的车辆信息、经判别的车辆种类信息、入口信息等。另外，在卡表面上，印上卡各自的卡ID号码使得可以通过眼睛特定该IC卡。
天线组件11，是和天线组件10隔着车道配置在大致相对的路边位置(车辆行进方向左侧)上的，左操作车的驾驶员用的天线组件。车种判别装置12，如果检测到进入到车道的车辆则取得进入车辆的轴数、车高、牌照号码等的车辆信息，从取得的车辆信息中判别车辆的种类。在此所说的车种，是为了收费而在收费登录的运营方划分的车辆的种类，例如是大型、大型特殊、中型、小型、轻型汽车等。
通行票自动发行装置13，在对IC卡进行入口处理中发生错误等，入口处理未正常结束的情况下，根据进入车辆的车种发行通行票。左操作车用通行票发行装置14，被配置在和通行票自动发行装置13隔着车道大致相对的路边的位置上，对左操作车辆的驾驶员发行通行票。路边显示装置15，显示处理状况以及引导内容，向车辆驾驶员通知车辆的引导内容。
驶出检测装置16，在车辆驾驶员取得通行票，或者使用IC卡进行了入口处理后，检测车辆开始驶出从车道退出的状态。驶出控制装置17，是用于根据入口处理的结果允许或者阻止车辆通过的装置。车道控制装置19，用通信线和包含上述天线组件10、11的各装置连接，从各个装置取得信息，进行与收费道路的利用有关的各种处理(入口处理等)以及路边的各机器的控制(把天线组件10、11的卡处理功能设置为有效/无效的控制、驶出控制装置17的开关控制等)。
而且，上述入口系统1和出口系统2，是在对距离收费制的系统中的构成例子。在均一收费制的系统中，因为在收费道路的入口或者出口的某一方中进行用于征收费用的收受处理，所以把和上述出口系统2一样的机器构成引入到入口系统1。所谓均一收费制的系统，是在收费道路的入口或者出口一方统一收取相同费用的系统。
图4A是在入口中的通行票自动发行装置13和天线组件10的配置图，图4B是在入口中的左操作车用通行票发行装置14和天线组件11的配置图。
如图4A所示，在通行票自动发行装置13中，在垂直方向(不同的高度)上配置多个通行票发行单元45。把该通行票自动发行装置13的多个通行票发行单元45叫做第1通行票发行单元。各通行票发行单元45，具有通过车道控制装置19的控制，发行通行票，其后，完全收纳再发行的功能。
天线组件10，具有被矗立在车道右侧路边上的棒状的壳体部分41。在壳体部分41上，在上段、中段、下段的高度上分别配设天线单元46和显示单元47。上段的天线单元46以及显示单元47，是用于大型车、公交车等座位比较高的车辆的。中段的天线单元46以及显示单元47，是用于单箱车(one box car)等高度的车辆的。下段的天线单元46以及显示单元47，是用于轿车、轻型汽车、自行车等座位比较低的车辆。上段、中段、下段各自的天线单元46，为了和IC卡进行信息交换而伸出到车道上，如果信息交换结束则退避到作为原始位置的壳体单元41内等待。各显示单元47，在由车道控制装置19选择的天线单元46的卡处理功能(无线通信功能)有效时，点亮、熄灭，或者进行信息显示。
如图4B所示，在左操作车用通行票发行装置14中，在和通行票自动发行装置13的下段的通行票发行单元45相同高度的位置上配置通行票发行单元45。通行票发行单元45，具有通过车道控制装置19的控制，发行通行票，根据情况暂时使已发行的通行票退避，其后，完全收纳再发行的功能。
天线组件11，具有被矗立在车道左侧路边上的棒状的壳体部分41。在壳体部分41上，在和天线组件10的下段高度大致相同的高度位置上配设天线单元46和显示单元47。天线单元46以及显示单元47，被配置在左操作车的驾驶员从窗户中伸出手可以够到的位置上。天线单元46，为了和IC卡进行信息交换而伸出到车道上，如果信息交换结束则退避到作为原始位置的壳体单元41内等待。显示单元47，在天线单元46的卡处理功能(无线通信功能)有效时，点亮、熄灭，或者进行信息显示。
各个通行票发行单元45和天线单元46的对应关系，在LAN等通信的情况下，用地址管理表管理相互的对应关系。除此以外，也可以分通信线的系统用物理配线管理对应关系。
图5是表示出口系统构成的图，图6是图5的出口系统中的机器的概略配置图。
如这些图所示，出口系统2，由以下部分构成天线组件20、21；车种判别装置22；进行IC卡处理状况(扣除金额和扣除后的剩余金额等)的显示和催促处理对象的卡插入的显示等的使用者用显示装置23；在处理通行票等的同时进行对工作人员的显示和工作人员进行输入操作的纸张类处理装置24；发行使用证明书等的收据发行装置25；驶出检测装置26；驶出控制装置27；装入有天线组件30A等的无线通信装置的卡处理装置30；内置有在经由该卡处理装置30的天线组件30A取得IC卡的信息进行与收费有关的处理的同时进行各路边机器控制的控制模块28的车道控制装置29等。车种判别装置22，在检测通过收费道路进入出口车道(出口车道)的车辆(从收费道路退出的车辆)的同时取得该车辆的轴数、车高、车长、车牌号码等的车辆信息，从取得的车辆信息中判别车辆的车种。在此所谓的车种，是为了收费而在收费道路运营一方划分的车辆种类，例如是大型、大型特殊、中型、小型、轻型汽车等。当使用在入口处理中的车种判别信息的情况下，在出口处不需要设置车种判别装置。
在卡处理装置30中，配置通过把IC卡贴在装置表面，或者触摸从IC卡中读取信息，写入处理结果的天线组件30A。车道控制装置29的控制模块28，具有存储器和CPU功能，在其内部存储有用于进行与IC卡以及车辆有关的处理、进行工作间5内的各机器或者路边的各机器的控制的控制程序。而且，也可以把控制模块28自身作成软件。
车道控制装置29，执行控制模块28的处理进行与收费道路的使用有关的各种处理(出口处理等)以及上述各装置的控制。在控制模块28中，预先存储出口信息(收费处号码，道口号码，和其他收费处的收费信息)。控制模块28(或者纸张类处理装置24等)，从被存储在由收费道路退出的车辆的IC卡或者通行票中的入口信息和出口信息中计算通行费用(使用费用)执行收费处理。
图7是表示图6的出口系统的天线组件构成的图，图8A是天线组件20的外观图，图8B是天线组件21的外观图。
如同一图所示，天线组件20、21，由用通信线连接主壳体单元31A和室外壳体单元31B的壳体单元、控制单元33、电源单元34、天线单元36、显示单元37等构成，经由控制单元33与车道控制装置29连接。在主壳体单元31A上，收纳有控制单元33、电源单元34。在室外壳体单元31B上收纳有天线单元36、显示单元37。控制单元33，总控制整个装置。另外，控制单元33，与车道控制装置29的控制模块28连接，通过和控制模块28通信对处理对象的IC卡进行卡处理。电源单元34向装置各部分提供电源。
如图8A所示，天线组件20，具有矗立在车道右侧路边上的棒状的室外壳体单元31B。在室外壳体单元31B上，在上段、中段、下段上分别配设天线单元36、显示单元37。上段的天线单元36以及显示单元37，是用于大型车、公交车等座位比较高的车辆的。中段的天线单元36以及显示单元37，是用于单箱车(one box car)等高度的车辆的。下段的天线单元36以及显示单元37，是用于轿车、轻型汽车、自行车等座位比较低的车辆的。上段、中段、下段各自的天线单元36，为了和IC卡进行信息交换而伸出到车道上，如果信息交换结束，则退避到作为原始位置的室外壳体单元31B内等。各显示单元37，在由车道控制装置29选择的天线单元36的卡处理功能(无线通信功能)有效时，点亮、熄灭，或者进行信息显示。
如图8B所示，天线组件21，具有被矗立在车道左侧路边上的棒状的室外壳体单元31B。在室外壳体部分31B上，在和天线组件20的下段高度大致相同的高度位置上配设天线单元36和显示单元37。天线单元36以及显示单元37，被配置在左操作车的驾驶员从窗户中伸出手可以够到的位置上。显示单元37，在天线单元36的卡处理功能(无线通信功能)有效时，点亮、熄灭，或者进行信息显示。
在该收费系统中使用的IC卡中，即在用卡处理装置30的天线组件30A、天线组件10、11可以处理的无线通信方式的非接触预付费IC卡中，在内部衬板上设置有被称为无线特征(tag)的IC芯片，和在衬板上通过导体的图案形成(铜薄的印刷配线等)形成的天线线圈49。
下面，说明在入口系统1的天线组件10、11以及出口系统2的天线组件20、21中的天线单元43、36的伸出机构。该天线单元43、36的伸出机构，因为入口系统1的天线组件10、11和出口系统2的天线组件20、21也共用，所以把入口系统1的天线组件10作为代表说明。
图9是从车道方向看天线组件10的构造的侧面图。如已说明的那样，在天线组件10的壳体单元41内部，在上段、中段、下段的各高度上设置分别可以向车道上伸出的作为天线保持单元的天线单元46。各个天线单元46可以各自独立地控制伸出/回缩动作。在图9的例子中，下段的天线单元46处于伸出的状态。各个天线单元46，至少可以取被收纳在壳体单元41内的状态和向车道上伸出的状态这2个状态。
如图10A、图10B所示，天线单元46，主要由搭载有天线线圈49的天线头单元48，和把该天线头单元48可自如装拆地支撑在前端上的臂单元50构成。
图11表示天线头单元48的详细的断面图。该天线头单元48其前端部分或者全体使用橡胶等的弹性材料制作。在天线头单元48的前端上，设置有埋入了传感器51的突起部分52，使得当伸出时万一和一车辆接触时可以高灵敏度地检测它。只是该突起部分52在天线头单元48中用弹性材料制作也行。作为上述的传感器51只要是可以检测和车辆60接触的器件什么都行，具体地说，可以采用压力传感器、金属传感器等。
如图17所示，传感器51的输出被通知车道控制装置19。车道控制装置19，当在天线单元46的伸出动作过程中由配备在突起部52上的传感器51检测到和车辆60的接触或者接近的情况下，向天线组件10内的控制单元33提供控制信号，使得立即停止伸出动作，进行若干回缩动作避免和车辆60的接触、接近状态。
上述突起部52被设置在天线组件48的前端上下端部，上下的突起部52之间的天线头单元48的前端，为向着车道的垂直面53。而且，在天线头单元48的前端部分上，在相对上述垂直面53大致平行的面内在上下配置通过把线状导体盘成环状形成的二个天线线圈49、49(空心线圈)。这2个天线线圈49、49在以后详细说明。
另一方面，在把天线头单元48支撑在前端的臂单元50上，设置齿条等的动力传递单元53。在该动力传递单元53上连结驱动齿轮54，通过控制该驱动齿轮54的驱动和转送方向，进行天线头单元48的伸出/回缩的进退动作。
而且，天线头单元48被安装在臂单元50的前端上可以自如装拆。更具体地说，如图12A所示，在天线头单元48的背面一侧上设置水平的沟槽55，在该沟槽55中插入从臂单元50的前端在水平方向突出的支撑突起56。被设置在天线头单元48的背面一侧上的沟槽55在和车辆行进方向相反一侧开口(开口55A)，通过该开口55A可以插拔支撑突起56。因此，如图12B所示在天线单元46的伸出时，当天线头单元48和车辆60接触受到向车辆行进方向的按压的情况下，天线头单元48，如图12C所示沿着天线头单元48的沟槽55在按压方向上滑动，最终从臂单元50的前端脱落。据此，可以谋求防止车辆接触时的天线头单元48、天线单元46、天线组件10等的破坏。
下面，详细叙述被埋入天线头单元48中的二个天线线圈49。
图13表示由二个天线线圈49、49形成的磁通量B的状态。如上所述在天线头单元48的前端上，在上下排列地接近配置通过在与其前端的垂直面53大致平行的面内卷绕线状的导体形成的多条，例如2条天线线圈49、49(空心线圈)。各天线线圈49、49的卷绕方向相互相反。如果在各天线线圈49中在如图所示的方向分别流过电流I，则发生与各天线线圈49、49的正面一侧，即与天线头48的正面一侧垂直方向的高密度的磁通量B，天线头单元48具有图14所示的天线指向性e。
另一方面，在IC卡80中，在相对其主面大致平行方向上埋入通过把线状导体盘成环形形成的空心线圈81。使该IC卡80向着天线头单元48的垂直面53，如果使IC卡80的主面以在上下方向的水平姿态接近，则通过IC卡80的空心线圈81的垂直方向的磁通量密度增大，天线头单元48的天线线圈49、49和卡80的空心线圈81高效率地电磁耦合，由于确保大的相互电感，因而电力的传递效率提高。因此，可以实现良好的信息交换。而且，在本实施方式中，和读取磁卡的一般的卡读取机一样，只要把IC卡80的主面以在上下方向的姿态朝向天线组件10伸出即可，有助于在伸出IC卡80时的车辆驾驶员的混乱缓和。
另外，如图15以及图16所示，也有这样的方法，即在把同一卷绕方向的2个第1天线线圈57、57相互隔开并在大致水平方向上相对配置的同时，在垂直方向上配置第2天线线圈58，使得覆盖这2个第1天线线圈57、57之间的空间的1侧面。通过这样组合3个天线线圈57、57、58，可以高密度并且宽范围地发生与2个相对配置的天线线圈57、57之间在垂直方向上的磁通量。据此，由于在2个相对配置的天线线圈57、57之间以水平方向配置IC卡80，因而可以实现天线头单元48的天线线圈57、57和IC卡80的空心线圈81的高效率的电磁耦合。
图23B是2个第1天线线圈57、57和第2天线线圈58的连结图。2个第1天线线圈57、57，在图23A的展开方向上的展开状态下在相互相反方向上卷绕，在各天线线圈57、57、58立体组合的状态中，2个第1天线线圈57、57的卷绕方向相同。第2天线线圈58被分成上下2个卷绕，该被分开的第2天线线圈58A、58B的各自的卷绕方向相反。通过这2个分开的第2天线线圈58A、58B发生的磁通量，在被形成与2个第1天线线圈57、57之间的磁通量中打消了接近第2天线线圈58区域的磁通量，可以在宽范围中产生与2个相对配置的天线线圈57、57之间垂直方向的磁通量。
下面，说明伸出天线组件10的天线单元46的动作时刻。
作为使天线单元46的伸出动作开始的时刻，理想的是考虑车辆60停止的时刻，和车辆的驾驶员伸出IC卡80的时刻。
首先，说明检测车辆60停止的方法。如图17所示，设置例如从上面拍摄车辆60的照相机61，检测用该照相机61拍摄的影像的移动，当没有移动时判断在车道上没有移动体存在。以该移动体不存在的条件，和车辆60在车道上存在的条件这两方成立为依据检测车辆停止。作为检测车辆60存在的方法，有配置夹着车道在两侧构成光传感器的发光器62和受光器63，通过这些发光器62和受光器63的光耦合状态检测的方法，和使用金属传感器(未图示)的方法等。另外，作为检测移动体不存在的另一方法，有在路面上设置压力传感器64，以检测的压力中没有变化为依据判定移动体不存在的方法。
下面，说明检测车辆的驾驶员伸出IC卡80的方法。车辆的驾驶员伸出IC卡80的方法，有把捕捉天线组件10和车辆60之间的影像的照相机62配置在例如上方，通过图像处理识别从车辆60伸出手来的方法。
另外，还有在天线头单元48的天线线圈49、49的附近设置磁场检测装置，在用天线线圈49、49形成的磁场中放入IC卡80的线圈，通过用磁场检测装置检测电磁耦合的状态，检测IC卡80对天线头单元48的接近的方法。作为磁场检测方法，如图18所示，有用差动线圈65在宽范围中检测空间的磁场，检测IC卡80接近引起的磁场扰乱的方法。
下面，说明天线组件10中的上段、中段、下段的天线单元46的通信控制。
如图19所示，通信单元46的发送机71以及接收机72用通信控制单元73控制。在此，如果IC卡80的线圈81同时和多个天线单元46的天线线圈49电磁耦合，则因为在天线单元46相互间的干涉和不能得到充分的接收输出等，有可能在通信中出现问题。因此，通信控制单元73，控制天线单元46的发送机71以及接收机72，在各天线单元46中，只把经由某1个天线单元46进行的一个通信设置为有效。
作为选择把通信设置为有效的天线单元46的方法，有在一定时间使各天线单元46动作检测各个通信电场强度，除了可以得到最稳定的通信电场强度的天线外把通信设置为无效的方法，和以分时处理各天线单元46的通信，只把最初连线接通的天线单元设置为有效的方法。另外，首先考虑在用后者的方法确定有效天线单元后，在前者的方法中监视各天线单元46的通信电场强度，逐次切换到最佳的天线单元的方法。
图20是表示天线组件10的天线单元46的伸出机构的另一实施方式的侧面图。该例子的伸出机构的构成是，通过释放势能，使天线单元46以轴74为支点自由转动，使天线头单元48的部分向车道上伸出。从伸出到车道上的状态开始到向部件10内回缩由未图示的驱动机构驱动。
下面，参照图21的流程图说明该收费系统中的入口处理动作的例子。
在收费车道的入口的收费处中，对车辆进行与使用有关的处理，例如当车辆驶入用于进行包含在IC卡中写入入口信息的处理等的入口处理的车道，即入口通道时，车种判别装置12，在检测车辆的同时(S101)，从进入的车辆的轴数、车高、车长、牌照等的车辆信息中判别车种(S102)，通知车道控制装置19。根据该通知，车道控制装置19，向通行票发行对象的机器，即通行票自动发行装置24或者左操作车用通行票发行装置14发出指示。而且，车道控制装置19，当根据被通知的车种信息，判定为要从中段、上段出票时，只向通行票自动发行装置24发出指示，当判定为要从下段出票时，向相应的通行票自动发行装置24或者左操作车用出票装置14指示。据此，例如通行票自动发行装置24等，从与该车辆种类相应高度的通行票发行单元45的出票口发出通行票，通行票的前端从通行票发行单元45的出票口只伸出规定的长度并保持通行票(S103)。
作为车辆驾驶员的使用者，在不需要通行票而使用IC卡的情况下，不抽取从通行票自动发行装置24的中段的通行票发行单元45发行的通行票，而把IC卡在最近的天线组件10中使用者自身靠近，在某个天线单元46上使IC卡的两主面以上下方向的状态伸出。此时，车辆停止或者车辆的驾驶员伸出IC卡的动作由上述的各检测装置检测，因为天线单元46向车道一侧伸出，使用车辆驾驶员容易把IC卡贴在天线单元46的相互通讯距离内。
天线组件10的各天线单元46，始终发出电波，如果IC卡贴上，则开始和IC卡的无线通信，从IC卡接收卡信息(S104)。此时，通过采用只把例如可以得到最稳定的通信电场强度的一个天线单元46的通信设置为有效的方法，或者以分时处理各天线单元46的通信，只把最初连线接通的天线单元46设置为有效的方式，只电磁耦合IC卡的线圈和一个天线单元的天线线圈，可以进行更稳定的通信。
如果接收卡信息，则天线组件10，把通过天线单元46开始卡处理(天线处理)的主旨通知车道控制装置19。卡处理(天线处理)，例如，是从IC卡得到的卡信息是否正常的确认，当卡信息正常的情况下对IC进行车辆信息、车种信息、入口信息的记录，以及余额信息的读取确认等的处理等。在卡信息正常情况下的卡处理中，从天线单元46向IC卡发送并记录车辆信息(车牌号码)、车种信息(表示普通车的号码信息)以及入口信息(收费处的号码，通道号码，入口通过时刻等)等。
车道控制装置19，向通行票自动发行装置24指示进行天线处理的主旨，通行票自动发行装置24，把发行通信票·保持中的通行票取入到通行票发行单元45的出票口内，暂时保留(退避)。此期间也可以用天线单元46进行卡处理(S105)。
当卡处理在预先设定的时间内未正常结束的情况下(S106的No)，车道控制装置19，向路边显示装置15和通行票自动发行装置24发出指示，路边显示装置15，因为卡处理未正常结束，所以显示需要领取通行票的主旨(S107)。另外，通行票自动发行装置24，对该车辆发行暂时保留着(退避)的通行票(S108)。
通行票自动发行装置13，如果用内部传感器检测通行票的抽取(S109)，则车道控制装置19，禁止对IC卡的处理(S110)，不受理IC卡的处理。
另一方面，当卡处理在预先设定的时间内正常结束的情况下(S106的Yes)，接着，车道控制装置19，进行余额的确认处理(S111)。余额确认处理，通过比较从IC卡取得的实际的余额和在每个车种·收费处中预先设定的最低余额进行。
进行余额的确认处理的结果，当余额正常的情况下(S111的Yes)，车道控制装置19，在路边显示装置15中显示卡处理已正常结束的主旨，以及，余额(S112)。而且，万一当余额不足，不到在每个车种·收费处中预先设定的金额的情况下，同时显示作为余额不足的主旨(S113)。
车道控制装置19，在把IC卡的单独信息记录在自身的存储器中的同时，指示通行票自动发行装置13不需要通行票，把对该车辆的暂时保留的通行票作为不需要的通行票完全收纳(S114)。
而且，车道控制装置19，向通行票自动发行装置13以及左操作车用通行票发行装置14，发出禁止通行票发行的指示和禁止IC卡的再处理的指示(S115)，把对该车辆暂时保留中的通行票作为不需要通行票完全收纳。
而后，在驶出检测装置16中如果由该车辆的驶出检测以及车种判别装置12检测到后续车辆驶入(S116)，则车道控制装置19，把自身的处理恢复到初始的待机状态(S116)，再次开始IC卡处理的受理。
下面，参照图22的流程图说明在出口中的收费处理的动作例子。
在作为收费道路的出口的收费处中，对车辆进行与使用有关的处理，例如在用于从IC卡中读出包含入口信息的卡信息进行收费道路的通行费的收费处理等的车道，即出口通道中，始终把各天线组件20、21的处理状态(待机状态，卡处理等待状态，处理中以及处理结束等)通知车道控制装置29，从该控制模块28中通知纸张类处理装置24(S201)。
在这之中，如果从收费道路退出的车辆驶入出口通道，则车种判别装置22，在检测车辆驶入的同时判别车种(S202)，车道控制装置29开始出口处理。
如果由车种判别装置22检测到车辆，则车道控制装置29，首先，让用于进行卡处理的天线组件20或者使天线组件21动作，把卡处理功能设置为有效。
在天线组件20、21的位置上使进入到车道内的车辆停止的车辆驾驶员，从窗户伸手至少把一张IC卡以该IC卡的两主面朝向上下的状态举起到最近的天线单元36上。此时，车辆停止或者车辆驾驶员伸出IC卡的动作被上述各检测装置所检测，据此天线单元36向车道一侧伸出，车辆驾驶员容易把IC卡伸出到(举到)天线单元36的相互通讯距离内。
天线组件20的各天线单元36，始终发出电波，如果IC卡被放入，则开始和IC卡的无线通信从第1张IC卡开始顺序接收卡信息(S202)。此时，通过采用只把例如可以得到最稳定的通信电场强度的一个天线单元36的通信设置为有效的方法，或者以分时处理各天线单元36的通信，只把最初连线接通的天线单元36设置为有效的方式，只是IC卡的线圈和一个天线单元36的天线线圈电磁耦合，可以进行更稳定的通信。
天线组件20，读取该IC卡的卡单独信息等的固定信息以及包含车种信息的入口信息和预付费余额信息等的可变信息(S203)，从读取到的IC卡单独信息的数中，确认要处理的IC卡的张数(S204)。即确认必须处理几张IC卡。在确认了要处理的卡的张数后，天线组件20，如果顺序读取IC卡全张数的IC卡固定信息、可变信息等(S205)，则把该确认结果(读取信息)通过车道控制装置29的控制模块28发送到纸张类处理装置24(S206)。
此时，控制模块28，如果从天线组件20接收到IC卡全部张数的IC卡固定信息、可变信息(车种信息·入口信息)等的读取结果(读取信息)，则核对根据其读取结果(读取信息)和被设定在自身中的收费表计算出的要收取的费用，和用于识别处理中的天线组件(天线组件20、21之一)的信息(天线组件识别信息)，并发送到纸张类处理装置24(S206)。
纸张类处理装置24，如果接收IC卡的读取结果(读取信息)，则把该读取结果(读取信息)和要收取的费用和天线组件识别信息显示在显示单元上(S207)。
另外，控制模块28，核对被记录在IC卡内的车辆信息，和出口车种判别处理的结果(S208)，进行整合性的确认。而且，读取的结果，当在多个IC卡中记录了入口信息的情况下，和车辆信息的核对的结果，确认不一致的情况下，因为有可能是在不同车辆间进行了所谓IC卡交换等的不正当行为，所以异常处理(S209)。异常处理，例如，是把不一致的IC卡单独信息显示在显示单元上或者以声音信息通知工作人员的处理等。
如果在纸张类处理装置24中读取结果·要收取的费用的显示结束，则工作人员在该天线组件中确认处理中的车辆的车种和显示内容(S210)，其后，工作人员在纸张类处理装置24的显示单元上确认显示内容，进行费用的确认输入(S211)，如果费用确认，则控制模块28，向该天线组件20指示费用扣除后的信息以及收费处理的履历信息的记录。根据该指示天线组件20，开始从记录有入口信息的IC卡中进行费用的扣除处理。在此，当即使扣除第1张IC卡的全部余额征收金额也不足的情况下，从第2张以后的余额少的卡开始，顺序进行费用扣除处理，直至费用征收结束。
在费用扣除处理中，在存储有包含入口信息的卡信息的IC卡中进行所需要的信息(从余额中扣除后的余额信息以及收费处理的履历信息)的记录(S212)。而且，进行一连串的收费处理期间，在天线组件20的显示单元37上显示处理中的主旨。
例如，当在对最初的IC卡的扣除处理中发生了余额不足的情况下(S213)，有第2张IC卡时，控制模块28，对于天线组件20按照余额少的顺序执行扣除处理(S214)。另外，当没有余额不足(S215)，收费正常结束的情况下(S216)，在天线单元36附近的显示单元37或者使用者用显示装置23上显示正常结束的主旨以及使用费用和余额等(S217)。
正常结束后，车道控制装置29，打开驶出控制装置27的阻挡杆27A、27B，允许该车辆通行。据此，车辆驶出，在由驶出检测装置26检测到车辆通过的时，关闭驶出控制装置27的阻挡杆27A、27B(S218)。
当在上述步骤S204、步骤S205、步骤S212、步骤S214之一的处理中发生错误的情况下(S219)，错误的主旨被显示在该显示单元上(S220)，进行错误处理(S221)。
另外，如果由车种判别装置22检测到后续车辆驶入时，车辆控制装置29，开始对后续车辆的IC卡处理的受理。
以上，在入口和出口中的处理中的天线组件(例如天线组件10)的天线单元(例如天线单元46)的伸出动作时，当天线头单元48的前端的突起单元52接触或者接近车辆的情况下，被安装在天线头单元48的突起单元52上的传感器51，检测它，通知天线组件10内的控制单元70。控制单元70，如果接收到该通知，则立即停止伸出动作，进行若干回缩动作，进行和车辆60的接触、接近状态的回避处理。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不只限定与上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内当然可以加入各种变更。
综上所述，如果采用本发明的第1发明，则车辆的驾驶员和天线线圈的距离缩短，用户可以不费力地把IC卡举伸到天线的相互通讯距离内。如果采用第2发明，则可以减少考虑到天线保持单元向车道突出时的天线保持单元和车辆的接触引起的损害的程度。如果采用第3发明，则可以防止天线头单元对车辆接触时的破坏。如果采用第4、第5、第19以及第20发明，则可以高效率地电磁耦合天线线圈和IC卡内的线圈，得到可以稳定地信息交换。如果采用第6至第9发明以及第16发明至第18发明，则可以消除因IC卡内的线圈同时和多个天线保持单元的天线线圈电磁耦合引起的通信的问题。如果采用第10发明至第15发明，则可以在安全的时刻使天线保持单元突出到车道上。
本发明并不局限于在此结合附图所描述的特定形态，而是可以有各种各样的修改和变形，只要不脱离本发明的精神，这样的修改和变形就都应视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种天线组件，设置在车道的路边部，对在收费道路上行驶的车辆进行与该收费道路的使用有关的处理，其特征在于包括把通过电磁耦合与IC卡进行无线通信的天线线圈保持在前端部分上的天线保持单元；使该天线保持单元在向上述车道上突出的位置和收纳在组件内的位置之间进退自如地移动的驱动机构。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于还包括检测上述天线保持单元的前端部分与上述车辆的接触或者接近的检测装置；在利用上述驱动机构使上述天线保持单元从上述组件内的收容位置向上述车道上的突出位置移动期间，当通过上述检测装置检测到与上述车辆接触或者接近时，控制上述驱动机构，使上述天线保持单元的移动停止的控制单元。
3.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于上述天线保持单元，进一步自如地分离为搭载有上述天线线圈的天线头单元和把该天线头单元支撑在前端上的支撑单元；上述天线头单元被安装成可以通过来自上述车道上的车辆行进方向的按压而从上述支撑单元上脱离。
4.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于上述天线保持单元，在其前端部分上保持2个天线线圈，上述2个天线线圈，在上述天线保持单元的前端部分上沿着大致垂直的面分别卷绕并上下排列地接近配置。
5.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于上述天线保持单元，其前端部分上具有大致上沿着水平面分别卷绕，相互隔开相对配置的2个第1天线线圈；沿着大致垂直的面卷绕，使其大致覆盖上述2个第1天线线圈之间的空间的一个侧面而配置的第2天线线圈。
6.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于具有多个上述天线保持单元；上述多个天线保持单元分别独立地在向上述车道上突出的位置与组件内的位置之间进退移动。
7.根据权利要求6所述的天线组件，其特征在于还包括使用各个上述天线保持单元的天线线圈来分别单独进行信号的授受的多个发送机和接收机；根据来自上述各接收机的接收信号来分别测定各个电场强度或者接收强度，并选择使功能有效的一组发送机和接收机的通信控制单元。
8.根据权利要求6所述的天线组件，其特征在于还包括使用各个上述天线保持单元的天线线圈来分别单独进行信号的授受的多个发送机和接收机；分时处理使用了上述各组的发送机和接收机的通信，把最初连线接通的一组发送机和接收机设置为有效的通信控制单元。
9.根据权利要求6所述的天线组件，其特征在于还包括使用各个上述天线保持单元的天线线圈来分别单独进行信号的授受的多个发送机和接收机；分时处理使用了上述各组的发送机和接收机的通信，把最初连线接通的一组发送机和接收机设置为有效，根据来自上述各接收机的接收信号分别测定各个电场强度或者接收强度，逐次切换为最佳的一组发送机和接收机的通信控制装置。
10.一种卡处理系统，对在收费道路上行驶的车辆进行与使用该收费道路有关的处理，其特征在于包括具有把通过电磁耦合与IC卡进行无线通信的天线线圈保持在前端部分上的天线保持单元和使该天线保持单元在向上述车道上突出的位置与收容在组件内的位置之间进退自如地移动的驱动机构的天线组件；检测在上述车道上的车辆停止的车辆停止检测装置；当通过上述车辆停止检测装置检测到在上述车道上的上述车辆停止时，控制上述天线组件的驱动机构以使上述天线保持单元向在上述车道上突出的控制单元。
11.根据权利要求10所述的卡处理系统，其特征在于上述车辆停止检测装置包括拍摄上述车道的拍摄装置和检测上述车道上有无上述车辆存在的检测装置；上述控制单元，在没有检测出用上述拍摄装置拍摄的影像的移动，并且由上述检测装置检测到在上述车道上存在上述车辆时，控制上述天线组件的驱动机构以使上述天线保持单元向上述车道上突出。
12.根据权利要求10所述的卡处理系统，其特征在于还包括检测上述IC卡接近上述天线保持单元的前端的卡接近检测装置；当通过上述卡接近检测装置检测到上述IC卡向上述天线保持单元的前端接近时，控制上述天线组件的驱动机构以使上述天线保持单元向上述车道上突出的控制单元。
13.根据权利要求12所述的卡处理系统，其特征在于上述卡接近检测装置还具有对上述天线组件与上述车道上的车辆之间进行拍摄的拍摄装置；根据由上述拍摄装置拍摄影像，把从上述车辆中伸出手作为上述IC卡已经接近上述天线保持单元的前端来进行识别的确认装置。
14.根据权利要求12所述的卡处理系统，其特征在于上述卡接近检测装置检测由上述天线线圈形成的磁场的扰乱。
15.一种天线组件，设置在车道的路边部，对在收费道路上行驶的车辆进行与该收费道路的利用有关的处理，其特征在于包括具有多个通过电磁耦合与IC卡进行无线通信的天线线圈的天线单元；使用上述天线单元的天线线圈来分别单独进行信号的授受的发送接收机；根据来自上述发送接收机的接收信号来选择使功能有效的多个天线线圈之一的通信控制单元。
16.根据权利要求15所述的天线组件其特征在于上述通信控制单元依次分时驱动上述多个天线线圈，把最初连线接通的多个天线线圈之一设置为有效。
17.根据权利要求15所述的天线组件其特征在于上述通信控制单元依次分时驱动上述多个天线线圈，把最初连线接通的多个天线线圈之一设置为有效，根据来自上述发送接收机的接收信号来分别测定各个电场强度或者接收强度，逐次切换为最佳的多个天线线圈之一。
18.根据权利要求15所述的天线组件其特征在于还包括使未被选择的其他天线线圈的驱动停止的控制装置。
全文摘要
本发明公开了一种天线组件，在向车道上突出的位置与收容在组件内的位置之间进退自如地构成把通过电磁耦合与IC卡进行无线通信的天线线圈(49)保持在前端部分上的天线单元(46)。使天线单元(46)的天线头单元(48)向车道上突出，使天线线圈(49)接近车道上的车辆，据此使车辆驾驶员与天线线圈(49)之间的距离缩短，从而用户可以毫不费力地把IC卡(80)举伸到天线的相互通讯距离内。
文档编号G06K17/00GK1531137SQ20041000250
公开日2004年9月22日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月21日
发明者深泽一夫 申请人:株式会社东芝