DE4233283A1 - Lesegerät für kontaktlose Chipkarten - Google Patents

Description

Die Entwicklung von Chipkarten tendiert eindeutig in Richtung von Multifunktionskarten, welche über längere Dauer benutzt werden sollen, um Kosten zu sparen und Entsorgungsprobleme zu vermindern.

Da solche Karten in erhöhtem Maße einer Verschmutzung ausge­ setzt sind, welche die Kontaktsicherheit von kontaktierten Chip­ karten gefährdet, ist kontaktlosen Chipkarten der Vorzug zu geben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und preiswertes, zuverlässig arbeitendes Lesegerät zu beschreiben, welches kosten­ günstig hergestellt und montiert werden kann.

Die Erfindung besteht darin, ein solches Lesegerät, welches aus einem Kunststoffteil mit einem Schlitz in der Frontplatte zum Einstecken der Chipkarte besteht, und das mit Mitteln zum kontakt­ losen Eingeben bzw. Empfangen von Informationen zur und von der Chipkarte ausgestattet sein muß, mit zwei einfach zu gestaltenden Führungsleisten (2) hinter der Frontplatte (1) zu versehen und eine Stegplatte (7) diese Führungsleisten (2) verbindet, wobei die Führungsleisten (2) zumindest Führungsschlitze (3) für die Chip­ karte (4) aufweisen.

Auf diese Weise entsteht ein starres, stabiles Kunststoff­ teil, welches erfindungsgemäß sowohl die Chipkarte (4), aber auch mit weiteren Führungsschlitzen (6) eine oder mehrere Leiterplatten halten kann.

Auf der Stegplatte (7) und/oder der Leiterplatte (10) können auch die zur kontaktlosen Eingabe oder zum Empfang von Informatio­ nen nötigen Mittel, z. B. in Form von Sendespulen (S2) und Empfangsspulen (E1), angeordnet werden, falls man eine induktive Übertragung dieser Informationen wünscht. Gleichartig wäre die An­ ordnung von Kondensatorbelägen, falls man eine kapazitive Übertra­ gung vorzieht, was u. U. weitere Vereinfachungen bedeuten kann, da Kondensatorbeläge nur einen Anschluß, hingegen Induktionsspulen zwei Anschlüsse benötigen.

Falls Sendespulen (S2) und Empfängerspulen (E1) vorgesehen sind, wird alternativ empfohlen, diese auf einer ein- oder mehrla­ gigen Leiterbahnfolie anzuordnen, welche auf der der Chipkarte (4) zugewandten Seite der Stegplatte (7) aufgebracht wird und gleich­ zeitig eine flexible Verbindung zur Leiterplatte (10) bildet. Diese Maßnahme führt zu einer extremen Verringerung des Abstandes zwischen Sende- und Empfangsspulen und verbessert damit die Funk­ tion des Lesegerätes. Eine derartige Folie, bei der die Leiterbah­ nen der Spulen durch eine dünne Schicht nach außen geschützt sind, bedeutet zusätzliche Betriebssicherheit.

Erfindungsgemäß kann auch die erforderliche Energie über gleichartige induktive Spulen der Chipkarte zugeführt werden.

Bei Chipkarten, welche eine Solarzelle (16) zur Stromversor­ gung aufweisen, kann überdies erfindungsgemäß eine Lampe (15) auf der Leiterplatte (10) angeordnet werden, deren Licht auf die So­ larzelle (16) fällt.

Hierbei ist wesentlich, daß alle elektronischen und sonst er­ forderlichen elektrischen Bauelemente auf der Leiterplatte (10) zusammengefaßt werden können.

Um die induktive Übertragung der Informationen zu verbessern, wird ferner vorgeschlagen, zwischen den Sendespulen und Empfänger­ spulen magnetisch gut leitende Kerne, z. B. Ferritkerne (9), anzu­ ordnen, die den magnetischen Fluß zwischen diesen Spulen verbes­ sern.

Noch vorteilhafter ist, wie in Fig. 6 dargestellt, die An­ ordnung von Magnetjochen (8), welche die korrespondierenden Sende- und Empfangsspulen übergreifen und dabei den Induktionsfluß verbessern, aber vor allem auch eine störende Ausstrahlung dieser hochfrequenten Ströme reduzieren.

Schließlich wird aus mechanischen Gründen die Anordnung von federnden Andruckelementen, z. B. Federn (11), empfohlen, welche die Chipkarte (4) in eine definierte Lage bringen. Diese Andruck­ elemente sollen zumindest im letzten Bereich vor Erreichen der Endlage wirksam sein.

Die nachstehend beschriebenen Abbildungen sollen schematisch den Erfindungsgedanken darstellen, sind aber nicht als beschrän­ kend aufzufassen, da viele Details variiert werden können.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Gestaltung eines Kunst­ stoffteils, bestehend aus einer Frontplatte (1), den beiden Füh­ rungsleisten (2), welche durch die Stegplatte (7) miteinander starr verbunden sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Schlitze (3) für die Chipkarte (4) und weitere Schlitze (6) zur Halterung einer Leiterplatte (10) vorgesehen. Durch den Schlitz (5), welcher die Frontplatte (1) durchbricht, kann später die Chipkarte (4) eingeschoben werden. Die Öffnung (19) in der Frontplatte (1) dient zur Beobachtung einer Anzeigelampe, welche die Betriebsbereitschaft des Lesegerätes anzeigt.

Die Vorderansicht der Frontplatte (1) ist in Fig. 3 darge­ stellt, die auch eine vertiefte Aussparung (17) zeigt, welche das Anfassen der eingesteckten Chipkarte (4) erleichtern soll.

Die Fig. 2 stellt schematisch die Draufsicht eines erfin­ dungsgemäßen Lesegerätes dar. Die Chipkarte (4) wird durch die Frontplatte (1) eingeschoben, und ihre Lage wird durch die An­ schläge (18) bestimmt.

Wie in der Schnittzeichnung 5 deutlich zu erkennen ist, liegt oberhalb der Chipkarte (4) die Stegplatte (7) und darüber einge­ schoben in die Schlitze (6) die Leiterplatte (10), die alle elek­ tronischen Bauelemente des Lesegerätes aufnehmen kann.

Da die Aufnahme der Chipkarte (4) nach unten offen ist, wird ein böswilliges oder fahrlässiges Zustopfen der Aufnahme weitge­ hend unmöglich.

Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung der Induktionsspulen auf der Chipkarte (4) und die korrespondierenden Induktionsspulen auf der Leiterplatte (10). Zum besseren Verständnis sind in Fig. 5 diese Platten gegeneinander verschoben dargestellt. Im Betriebszu­ stand liegt die Empfangsspule (E1) über der Sendespule (S1), ebenso die Sendespulen (S2 und S3) über den Empfangsspulen (E2 und E3). Im Falle einer kapazitiven Datenübertragung wären jeweils die Induktionsspulen durch Kondensatorbeläge zu ersetzen. Da die An­ wendung von induktiven oder kapazitiven Übertragungselementen ana­ log und kompatibel ist, soll nachfolgend nur über die induktive Datenübertragung gesprochen werden.

Da zwischen den Spulen der Chipkarte (4) und den Spulen auf der Leiterplatte (10) ein gewisser Abstand besteht, wird vorge­ schlagen, diese Anordnung magnetisch dadurch zu verbessern, daß magnetisch gut leitende Kerne, z. B. Ferritkerne (9), zwischen den korrespondierenden Spulen angeordnet werden, wie schematisch in Fig. 4 dargestellt.

Fig. 6 erläutert nicht nur die Anordnung der Ferritkerne (9), sondern auch die zusätzliche Anordnung von Magnetjochen (8), wel­ che die Aufgabe haben, die induktive Übertragung der Daten zu ver­ bessern, aber auch ein Ausstreuen von störenden Feldlinien auf die Umgebung zu reduzieren.

Die Anordnung der Ferritkerne (9) und der Joche (8) ist in Fig. 2 deutlich erkennbar. Die Ferritkerne (9) liegen dabei in Durchbrüchen (14) der Stegplatte (7). In Fig. 4 ist ferner erkenn­ bar, daß zumindest in der Endlage der eingeschobenen Chipkarte (4) ein federndes Element, nämlich die Feder (11) die Chipkarte (4) in eine definierte Position gegen die Stegplatte (7) drückt. Damit ist nicht nur die Lage der Chipkarte (4) definiert, sondern auch ein minimaler Abstand zwischen den Sende- und Empfängerspulen.

Da die Chipkarte (4) keine eigene Stromversorgung besitzt, kommt der kontaktlosen Energieversorgung besondere Bedeutung zu. Es werden nachfolgend zwei Varianten beschrieben.

Zunächst besteht die Möglichkeit, induktiv über die Sen­ despule (S3) zur Empfängerspule (E3) in der Chipkarte Energie zu übertragen, wobei zur Verbesserung des Wirkungsgrades die vorbe­ schriebenen Möglichkeiten mit Ferritkernen (9) und magnetischen Jochen (8) genutzt werden können.

Eine Alternative besteht darin, die Chipkarte (4) mit einer Solarzelle (16), ähnlich wie sie in kleinen Taschenrechnern benützt wird, auszustatten. In einem solchen Fall genügt es, eine kleine Lampe (15) auf der Leiterplatte anzuordnen, deren Licht auf die Solarzelle (16) fällt und unmittelbar den erforderlichen Gleichstrom für die Chipkarte (4) liefert. Eine solche Lampe kann gleichzeitig als Betriebszustandsanzeige dienen, und durch eine Öffnung (19) in der Frontplatte (1) kann die Lampe beobachtet wer­ den. Die Lampe erspart auch u. U. die hochfrequente Energieübertra­ gung über Sendespulen (S3) und Empfängerspule (E3) mit nachfol­ gender Gleichrichtung.

Die erfindungsgemäße Zuordnung einer mit den Übertragungsmit­ teln bestückten Leiterplatte, die auch alle übrigen elektronischen Bauelemente aufnehmen kann, bringt aber noch weitere wichtige Vor­ teile:

Für die Chipkarte (4) muß in jedem Fall eine voll integrierte Schaltung entwickelt werden, welche auch alle Sender- und Empfän­ gerfunktionen sowie die damit verbundene Ansteuerung enthält. Bei entsprechender geometrischer Anordnung der Spulen, die sich einfach durch Umklappen um die Längsachse der Chipkarte (4), wie beispielsweise in Fig. 5 und 8 gezeigt, ergibt, kann praktisch die gleiche integrierte Schaltung auch auf der Leiterplatte (10) verwendet werden.

Die Möglichkeit, praktisch die gleichen integrierten Schalt­ kreise auch im Lesegerät zu verwenden mit nur geringem zusätzli­ chen Aufwand, wie z. B. höhere Stromversorgung zur Energieübertra­ gung, kann sowohl die Abmessungen als auch die Kosten beträchtlich reduzieren.

Eine andere Variante, die Koppelung zwischen den Induktions­ spulen zu verbessern, ist in Fig. 8, 9 und 10 dargestellt.

In diesem Beispiel wird die Empfängerspule (E1) und die Sen­ despule (S2) in Art einer Multilayerschaltung auf dünnen Folien (12) aufgebracht, welche dank ihrer Flexibilität in einer bewegli­ chen Schlaufe direkt mit der Leiterplatte (10) verbunden werden können. Die Folie (12) kann in bekannter Art auf der Stegplatte (7) aufgeklebt oder thermisch verbunden werden, so daß, wie in Fig. 9 dargestellt, z. B. die Sendespule (S1) im Abstand von Bruchteilen von Millimetern mit der Empfängerspule (E1) der Folie (12) zu liegen kommt. Bei einer solchen Anordnung wird man vermutlich ohne magnetische Maßnahmen auskommen. Fig. 7 ist eine Schnittzeichnung des gesamten Lesegerätes, hingegen zeigt Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt des Spulenbereiches.

In Fig. 8 ist ähnlich der Fig. 5 die aufeinanderliegende Folge der Chipkarte (4), der Stegplatte (7) und der Leiterplatte (10) schematisch dargestellt. Die Empfängerspule (E1) und die Sen­ despule (S2) liegen in der Folie (12) unterhalb der Stegplatte (7) und sind daher strichliert dargestellt. Die Verbindungsleitungen (13), welche von den Spulen (E1 und S2) zur Leiterplatte (10) füh­ ren, liegen ebenfalls innerhalb der nicht dargestellten Folie (12).

Da die Stromversorgung entweder induktiv oder über eine So­ larzelle (16) erfolgen kann, sind diese Teile der Stromversorgung in Fig. 8 nicht dargestellt.

Die schematischen Darstellungen zeigen, wie grundlegend ein erfindungsgemäßes Lesegerät vereinfacht werden kann, wobei viele Varianten möglich sind. Es seien nur zwei Beispiele genannt.

Für jeden Fachmann ist es klar, daß z. B. die Frontplatte (1) beliebig gestaltet werden kann. Das gleiche gilt auch z. B. für die Lage und Ausführung der Spulen und ähnliches.

Claims (10)

1. Lesegerät für kontaktlose Chipkarten, bestehend aus einer Aufnahme aus Kunststoff mit einem Schlitz (5) in der Front­ platte (1) zum Einstecken der Chipkarte (4) und Mitteln zum kontaktlosen Eingeben und Empfangen von Informationen zur und von der Chipkarte (4), dadurch gekennzeich­ net, daß hinter der Frontplatte (1) zwei Führungsleisten (2) angeordnet sind, die eine Stegplatte (7) verbindet und die Führungsleisten (2) zumindest Führungsschlitze (3) für die Chipkarte (4) aufweisen.

2. Lesegerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsleisten (2) und/oder die Stegplatte (7) zur Halterung einer Leiterplatte (10) ausge­ bildet sind.

3. Lesegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Führungsleisten (2) Schlitze (6) zur Halterung von mindestens einer Leiterplatte (10) vor­ handen sind.

4. Lesegerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf der Stegplatte (7) und/oder der Leiterplatte (10) Mittel zur kontaktlosen Eingabe oder zum Empfang von Informationen von und zur Chipkarte, z. B. Sendespulen (S2) und Empfängerspulen (E1) angeordnet sind.

5. Lesegerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespulen (S2) und die Empfängerspule (E1) auf einer dün­ nen ein- oder mehrlagigen Leiterbahnfolie (12) angeordnet sind, welche auf der der Chipkarte (4) zugewandten Seite der Stegplatte (7) aufgebracht ist und eine flexible Verbindung zur Leiterplatte (10) bildet.

6. Lesegerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stegplatte (7) oder auf der Leiterplatte (10) eine induk­ tive Sendespule (S3) zur Energieübertragung zur Chipkarte (4) angeordnet ist.

7. Lesegerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieübertragung zur Chipkarte (4) eine Lampe (15) auf der Leiterplatte (10) angeordnet ist, deren Licht z. B. auf eine Solarzelle (16) fällt, welche sich auf der Chipkarte (4) be­ findet.

8. Lesegerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen den Sendespulen (S2, S3) und/oder der Empfängerspule (E1) des Lesegerätes und den damit korrespondierenden Empfän­ gerspulen (E2, E3) bzw. der Sendespule (S1) in der Chipkarte (4), magnetisch gut leitende Kerne, z. B. Ferritkerne (9) an­ geordnet sind.

9. Lesegerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß Ma­ gnetjoche (8) vorhanden sind, welche den Induktionsfluß zwi­ schen den Sende- und Empfangsspulen verbessern und eine stö­ rende Ausstrahlung reduzieren.

10. Lesegerät nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß fe­ dernde Andruckelemente, z. B. Federn (11) vorhanden sind, wel­ che die Chipkarte (4), zumindest in der Endlage beim Ein­ schieben in das Lesegerät, diese in eine definierte Lage bringen.