DE19940561C1 - Chipkarte für kontaktlose Energieversorgung und kontaktloses Transpondersystem mit einer Chipkarte - Google Patents

Abstract

Die Chipkarte (1) weist mindestens ein sich senkrecht durch ihre Hauptflächen erstreckendes Loch (4) auf, um das herum jeweils eine Antennenspule (3) in die Chipkarte (1) eingebaut ist. Ein Stift (5) mit einer z. B. batteriebetriebenen Energie-/Sendespule ist für den Betrieb des kontaktlosen Transpondersystems durch das Loch (4) in der Chipkarte (1) steckbar, wobei eine enge induktive Kopplung und deshalb eine effektive Energieversorgung der Chipkarte (1) resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einer darin ange­ ordneten Antennenspule zur kontaktlosen Energieversorgung der Chipkarte durch ein externes Gerät. Außerdem betrifft die Er­ findung ein kontaktloses Transpondersystem.

Chipkarten werden derzeit häufig als Kreditkarten, Telefon­ karten oder Krankenversicherungskarten verwendet. Sie weisen - mindestens - einen Chip mit einem integrierten Schaltkreis auf, um Daten oder Informationen speichern bzw. mit einem ex­ ternen Lesegerät wieder auslesen zu können. Neben den übli­ chen kontaktbehafteten Chipkarten, bei welchen der Daten- und/oder Energieaustausch mit dem externen Gerät über Kon­ taktflächen auf der Oberseite der Chipkarte erfolgt, die mit entsprechenden Kontakten des externen Geräts in Verbindung gebracht werden, finden zunehmend auch kontaktfreie Chipkar­ ten Verbreitung. Zur kontaktfreien Daten- und/oder Energie­ übertragung zum/vom externen Gerät, das eine Energie- /Sendespule enthält, weisen derartige Chipkarten im Inneren des Kartenkörpers eine als Antenne wirkende Spule auf, so daß die drahtlose Übertragung von Energie und Information über die magnetisch gekoppelten Sender und Empfänger erfolgt. Die Antennenspule wird heute meist nicht als diskrete, in eine Ausnehmung des Kartenkörpers einzusetzende Spule ausgeführt, sondern als im Wesentlichen flächenartiges, in den Chipkar­ tenkörper integriertes Gebilde.

Eine kontaktlose Chipkarte bzw. ein kontaktloses Transponder­ system der eingangs genannten Art sind zum Beispiel aus der DE 197 15 215 C1 bekannt.

Im Zuge neuer Anwendungen von Chipkarten sollen immer mehr Funktionen, beispielsweise ein Display, auf der Chipkarte un­ tergebracht werden. In diesem Zusammenhang ist es oft wün­ schenswert, daß die Stromversorgung der Chipkarte auch dann vorhanden ist, wenn diese nicht in den Schlitz eines übli­ chen, stationären Schreib- und/oder Lesegeräts eingeschoben ist, damit man z. B. das Display ablesen kann. Im Hinblick auf viele der zusätzlichen Funktionen ist ein kontaktloses Inter­ face grundsätzlich vorzuziehen. Dabei stößt man jedoch bisher schnell an Grenzen bzw. Voraussetzungen bezüglich der Strom­ versorgung der mit zunehmenden Funktionen eher größer werden­ den Stromaufnahme der Chipkarte. Die herkömmlichen kontaktlo­ sen Chipkarten bzw. Sendegeräte ermöglichen, wie bisher ange­ strebt, den Betrieb mit zueinander beabstandeten (Closecou­ pling-Anwendungen mit zwei kleinen Antennenspulen oder Proxi­ mity-Anwendungen mit einer großen Antennenspule) und beliebig zueinander orientierten Systemkomponenten. Dies setzt jedoch eine entsprechend hohe Sendeleistung voraus, mithin ein rela­ tiv großes, kostenaufwendiges und selbst wieder von einer ausreichenden Stromversorgung abhängiges Gerät.

Die Stromversorgung der Chipkarte könnte prinzipiell auch mit darin angeordneten Batterien oder Akkus gewährleistet werden, jedoch ist der Energieinhalt von Batterien mit ca. 3 V . 50 mAh zu gering bzw. können die Akkus nicht schnell nachgeladen werden.

Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, die Chipkarte in eine Hülle zu stecken (so genanntes Wallet), welche die Karte mit Strom versorgt und Zusatzfunktionen, wie das Dis­ play, Ein- und Ausgabe-Schnittstellen u. a. enthält. Man kann alle gewünschten Funktionen in der Regel leichter und früher in einem derartigen Zusatzgerät integrieren als in der Karte selbst, weil die Restriktion der kleinen Kartenbauhöhe im Zu­ satzgerät nicht oder in geringerem Maße besteht.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine kontaktlose Chipkarte der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ei­ ne einfache und hochwirksame, aber gleichzeitig flexible Energieversorgung ermöglicht wird. Zugleich soll mit der Er­ findung ein einfach, hochwirksam und flexibel betreibbares kontaktloses Chipkarten-Transpondersystem angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird das erstgenannte Ziel bei einer kontakt­ losen Chipkarte der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Chipkarte mindestens ein sich senkrecht durch ihre Hauptflächen erstreckendes Loch aufweist, um das herum je­ weils eine Antennenspule in die Chipkarte eingebaut ist.

Das zweitgenannte Ziel wird erfindungsgemäß bei einem kon­ taktlosen Transpondersystem dadurch erreicht, daß es eine er­ findungsgemäße Chipkarte enthält. Bevorzugt ist das kontakt­ lose Transpondersystem so ausgebildet, daß das externe Gerät selbst als Stift, oder ein Teil des Geräts als Dorn ausgebil­ det ist, und daß der Stift oder Dorn eine Energie-/Sendespule enthält und für den Betrieb des kontaktlosen Transpondersy­ stems durch das Loch in der Chipkarte steckbar ist.

Die Erfindung beruht im Wesentlichen darauf, daß die bei her­ kömmlichen kontaktlosen Chipkarten typischerweise relativ lo­ se induktive Kopplung durch die räumliche Konfiguration Loch/Stift, bei der die Energie-/Sendespule während der Ener­ gieübertragung (teilweise) im Innenraum der Antennenspule po­ sitionierbar, danach aber wieder entfernbar ist, optimiert wird. Durch diese Konfiguration ergeben sich Gestaltungsmög­ lichkeiten, die es insbesondere ermöglichen, die Chipkarte mit hohem Wirkungsgrad mit Energie zu versorgen. Gleichzeitig ist ein kontaktloses Interface für den eventuellen Datenaus­ tausch verfügbar.

Durch einen einfachen Ferritkern in der Energie-/Sendespule läßt sich die induktive Kopplung noch weiter verbessern. Da auf extreme Sendeleistung verzichtet werden kann, entstehen keine Probleme mit der Funkzulassung (EMC und Human Exposu­ re).

Aufgrund der engen Kopplung ist auch dann genügend Leistung in der Karte verfügbar, wenn ein leicht transportabler Stift mit austauschbaren Batterien zur Stromversorgung der Chip­ karte eingesetzt wird. Der Stift selbst kann alle denkbaren Funktionserweiterungen enthalten bzw. ermöglichen(z. B. In­ terfaces, Eingabemittel, Ausgabemittel, Sensoren, Memory, An­ wendungsprogramme, GPS-Zusatz, anschließbares Netzgerät, u. s. w.).

Weiterbildungen und bevorzugte Maßnahmen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Chipkarte,

Fig. 2 bis 5 schematisch unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Transpondersystems mit Chipkarten gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Chipkarte 1 mit einem Chip 2, der direkt mit einer Antennenspule 3 elektrisch verbunden ist. Ohne wei­ teres kann in der Chipkarte 1 jedoch auch ein dünner Akku vorgesehen werden, der dann erfindungsgemäß mit hohem Wir­ kungsgrad aufladbar ist. Das beispielhaft kreisrund darge­ stellte Loch 4 kann vorteilhaft nach Einbringen bzw. Erzeugen der Spule 3 hergestellt werden, z. B. durch Stanzen. Beim be­ kannten Laminierverfahren beispielsweise wird eine Kupfer­ spule auf einer Trägerfolie aufgebracht und anschließend mit weiteren darüber- und darunterliegenden Kern- und Druckfolien zu einem fertigen Kartenkörper laminiert. Das Laminieren kann mit Bögen erfolgen, auf denen eine Vielzahl, z. B. 50 derar­ tige Karten vorhanden sind. Das Vereinzeln der Karten kann durch Ausstanzen aus dem laminierten Verbund erfolgen, ggf. gleichzeitig mit dem Stanzen der Löcher 4. Das Loch 4 in der Karte 1 schränkt den bedruckbaren Bereich der Hauptflächen nur unwesentlich ein. Im übrigen kann das Loch 4 in der Chip­ karte 1 auch ein Erkennungszeichen sein.

Fig. 2 zeigt eine Chipkarte 1, in deren Loch 4 ein Stift 5 eingesteckt ist, der eine in Längsrichtung des Stifts 5 ange­ ordnete Energie-/Sendespule mit Ferritkern aufweist (nicht dargestellt). Es können ohne weiteres einige mA übertragen werden, so daß ein kompletter Controller betreibbar ist. Das Loch 4 ermöglicht darüber hinaus auf einfachste Weise, die Chipkarte 1 mit dem Stift 5, wie erkennbar, annähernd senk­ recht aufzustellen und so die Oberfläche, z. B. ein Display 9, ohne Mühe zu betrachten.

Die Gestaltung als Stift 5 bietet den speziellen Vorteil ei­ ner möglichen Kombination mit einem Schreibgerät (Kugel­ schreiber), wie in Fig. 2 bis 4 angedeutet. Außerdem können im Schreibstift 5 elektronische Mittel vorgesehen sein, um die Unterschriftsdynamik eines Benutzers zu erfassen, zu speichern und während des Betriebs des kontaktlosen Transpon­ dersystems an die Antennenspule 3 der Chipkarte 1 zu senden.

In einer Abwandlung können mehrere Chipkarten 1 und 8, wie in Fig. 3 dargestellt, übereinandergelegt gleichzeitig betrie­ ben werden, z. B. um Daten von einer Karte zur anderen zu übertragen, oder wenn aus Sicherheitsgründen eine zweite Kar­ te für die Durchführung einer Transaktion nötig ist.

Fig. 4 zeigt prinzipiell, wie eine aufgestellte und durch den Stift 5 elektrisch versorgte Chipkarte 1 über eine zu­ sätzliche optische Schnittstelle 10 mit einer Anlage 11, z. B. einem PC, Telefon, Drucker, einem weiteren Gerät, Transponder oder Chipkarte kommunizieren kann, indem sie mit herkömmli­ chen Bauelementen (LEDs 12, Empfangsdioden) versehen ist und senkrecht zu ihrer Oberfläche Licht bzw. vergleichbare Strah­ lung senden und empfangen kann. Die kontaktlose Schnittstelle kann auch über Mikrowellen oder induktiv gebildet sein.

Statt des Stiftes 5 kann zur Herstellung der engen Kopplung auch ein Dorn eines mehr oder weniger stationären Gerätes dienen. In Fig. 5 ist beispielhaft ein Gerät mit einem Ju­ stiernoppen 6 in einer Aufnahmefläche 7 für eine oder mehrere Chipkarten dargestellt.

Generell ist der Sender energiesparend auslegbar, da das Sy­ stem Antennenspule und Sendespule auf der Seite der Sende­ spule mit Hilfe von Kapazitätsdioden auf die gewünschte Reso­ nanzfrequenz abstimmt werden kann.

Die erfindungsgemäße Konfiguration der Chipkarte 1 mit einem Loch 4 eröffnet, wie beschrieben, die Möglichkeit optimaler induktiver Kopplung, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Antennenspule 3 in der Chipkarte 1 kann natürlich auch konventionell ohne einen komplementären Stift oder Dorn als Antenne in Closecoupling- oder Proximity-Anwendungen verwen­ det werden (mit dann entsprechend weniger Energie für den Chip).

Claims (10)

1. Chipkarte (1) mit einer darin angeordneten Antennenspule (3) zur kontaktlosen Energieversorgung der Chipkarte (1) durch ein externes Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipkarte (1) mindestens ein sich senkrecht durch ih­ re Hauptflächen erstreckendes Loch (4) aufweist, um das herum jeweils eine Antennenspule (3) in die Chipkarte (1) eingebaut ist.

2. Kontaktloses Transpondersystem, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Chipkarte (1) nach Anspruch 1 und ein externes Gerät enthält.

3. Kontaktloses Transpondersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Gerät selbst als Stift (5), oder ein Teil des Geräts als Dorn ausgebildet ist, und daß der Stift (5) oder Dorn eine Energie-/Sendespule enthält und für den Betrieb des kontaktlosen Transpondersystems durch das Loch (4) in der Chipkarte (1) steckbar ist.

4. Kontaktloses Transpondersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn als ein Justiernoppen (6) in einer geräteseiti­ gen Aufnahmefläche (7) für Chipkarten (1) ausgebildet ist.

5. Kontaktloses Transpondersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (5) als Schreibgerät ausgebildet ist.

6. Kontaktloses Transpondersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Stift (5) elektronische Mittel vorgesehen sind, um die Unterschriftsdynamik eines Benutzers zu erfassen, zu spei­ chern und während des Betriebs des kontaktlosen Transponder­ systems an die Antennenspule (3) der Chipkarte (1) zu senden.

7. Kontaktloses Transpondersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Chipkarten (1, 8), die jeweils an entsprechenden Stellen mit einem Loch (4) versehen sind, auf dem Stift (5) oder Dorn übereinandergelegt gleichzeitig betreibbar sind.

8. Kontaktloses Transpondersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (5) oder Dorn einen Ferritkern für die Energie- /Sendespule enthält.

9. Kontaktloses Transpondersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung des externen Geräts durch minde­ stens einen darin enthaltenen Akku oder Batterie erfolgt.

10. Kontaktloses Transpondersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine weitere kontaktlose Schnittstelle (10) umfaßt, die eine Kommunikation des Transpondersystems mit einer Anla­ ge (11) ermöglicht.