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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lesespulenantenne eines berührungslosen
Kartenlesesystems, wobei die Antenne eine äußere Schleife und eine innere
Schleife umfaßt.
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Es
sind sowohl eine Magnetkarte vom Kontakttyp, die einen magnetischen
Streifenabschnitt hat, der zum Lesen durchgezogen wird, als auch
eine berührungslose
Karte, die Daten unter Verwendung eines wechselnden Magnetfeldes
sendet/empfängt, bekannt.
Beispiele für
Magnetkarten sind Kreditkarten und vorausbezahlte Telefonkarten.
Beispiele für die
berührungslose
Karte sind vorausbezahlte Transportkarten und berührungsfreie
U-Bahn-Karten.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein herkömmliches
berührungsloses
Kartenidentifizierungssystem zeigt.
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Mit
Bezug auf 1 umfaßt das herkömmliche berührungslose Kartenidentifizierungssystem 10 ein
Antennensystem 16, einen Kartenleser 18 und eine
Steuereinheit 20.
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Der
Kartenleser 18 erzeugt einen Strom zum Abtasten einer berührungslosen
Karte 14 und erzeugt ein Magnetfeld, das von dem Strom
durch das Antennensystem 16 herrührt.
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Eine
Batterie in der berührungslosen
Karte 14 wird durch Energie aus dem übertragenen Magnetfeld geladen
und sendet ein Signal, das intern gespeicherte Daten umfaßt, an das
Antennensystem 16.
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Das
Signal, das im Antennensystem 16 empfangen wird, wird durch
den Kartenleser 18 an die Steuereinheit 20 ausgegeben.
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Das
Signal, das in der Steuereinheit 20 empfangen wird, wird
mit Master-Sicherheitsinformationen
(nicht dargestellt), die in der Steuereinheit 20 gespeichert
sind, verglichen, um über
die Kartenidentifizierung zu entscheiden, und wird durch das Antennensystem 16 gesendet.
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Ferner
umfaßt
das Antennensystem 16 eine Lesespulenantenne und erzeugt
durch den Strom, der an die Lesespulenantenne angelegt wird, ein
Magnetfeld und empfängt
das Signal von der berührungslosen
Karte 14.
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2 ist
ein perspektivisches Diagramm, das eine herkömmliche Lesespulenantenne zeigt. Wie
darin gezeigt, umfaßt
die herkömmliche
Lesespulenantenne eine Ansteuerschleifenantenne 22, Doppelschleifenantennen 32, 34 und
ein unmagnetisches leitfähiges
Material 26.
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Hier
sind die Doppelschleifenantennen 32, 34 miteinander
in einer Überkreuzungseinheit 36 verbunden.
Weiterhin umfaßt
das unmagnetische leitfähige
Material 26 Aluminium, Silber, Kupfer, Messing oder Gold
zum Induzieren des Magnetfeldes der Ansteuerschleifenantenne 22,
indem eine Abschirmung gegen einen Wirbelstrom bereitgestellt wird.
Ein Ansteuerstrom zum Ansteuern der berührungslosen Karte 14 wird
durch die Klemmen 28, 30 geschickt, die mit dem
Kartenleser 18 verbunden sind. Das Magnetfeld wird in der
Ansteuerschleifenantenne 22 auf Grund des angelegten Stroms
erzeugt. Ein induzierter Strom wird hier durch die Ansteuerschleifenantenne 22 in
den Doppelschleifenantennen 32, 34 erzeugt. Der
induzierte Strom hat eine Phasenverschiebung von 180° gegenüber der
Richtung des Stroms, der durch die Ansteuerschleifenantenne 22 fließt.
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Die
Doppelschleifenantennen 32, 34 sind an die Oberfläche des
unmagnetischen leitfähigen
Materials 26 geklebt. Dementsprechend wird das Magnetfeld
an der Vorderseite des Antennensystems 16 erzeugt, wo sich
die berührungslose
Karte 14 befindet, aber auf der Rückseite desselben induziert
und absorbiert.
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In
der oben beschriebenen Lesespulenantenne haben die Ansteuerschleifenantenne 22 und Doppelschleifenantennen 32, 34 eine
einander entgegengesetzte Stromrichtung. Es ist daher schwer, die
Leseentfernung zu erhöhen,
die den Datenerkennungsabstand zwischen dem Antennensystem 16 und
der berührungslosen
Karte 14 darstellt. Außerdem
induziert das unmagnetische leitfähige Material 26 das
Magnetfeld und absorbiert es, wodurch die Stärke des Magnetfeldes reduziert
wird. Im Ergebnis dessen wird der Leseabstand auf Grund des Magnetfeldes
weiter verringert.
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3 ist
ein Aufsichtsdiagramm, das eine Lesespulenantenne illustriert, welche
im Stand der Technik in EP-A-0 948 083 enthalten ist, und 4 ist
ein Querschnittsdiagramm, das die Lesespulenantenne in 3 illustriert.
Die Lesespulenantenne umfaßt
eine äußere Spule 120 und
eine innere Spule 140 zur Bildung eines Magnetfeldes auf
Grund eines angelegten Stroms.
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Hier
ist die innere Spule 140 innerhalb der äußeren Spule 120 angeordnet.
Die äußere Spule 120 und
die innere Spule 140 sind zu einer einzigen Spule vereint.
Weiterhin sind die äußere Spule 120 und
die innere Spule 140 jeweils an die Klemmen 160, 180 angeschlossen,
die die Eingabe-/Ausgabesignalwege darstellen. Eine Reihe der Klemmen 160, 180 wird
als Eingabereihe verwendet, und die andere Reihe wird als Erdleitung
verwendet. Bei dieser Ausführungsform
wird die äußere Klemme 160,
die mit der äußeren Spule 120 verbunden
ist, als Eingabeleitung von Signalen verwendet, und die innere Klemme 180,
die mit der inneren Spule 140 verbunden ist, wird als Erdleitung
verwendet.
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Die äußere Spule 120 und
die innere Spule 140 sind auf einer Leiterplatte 50 montiert,
um Bewegungen zu verhindern.
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Wenn
ein Antriebsstrom an die äußere Klemme 160 angelegt
wird, fließt
der Strom mit identischer Richtung durch die äußere Spule 120 und
die innere Spule 140. Dementsprechend wird in der Nähe der Spule
ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld wird hier in einer einzigen
Richtung und in einem Raum gebildet, der von der inneren Spule 140 umgeben
ist, was zur Stärke
des Magnetfeldes in vertikaler Richtung (mit Bezug auf die Oberfläche der
Leiterplatte 50, auf der die Spulen montiert sind) beiträgt.
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Je
stärker
die äußere Spule 120 von
der inneren Spule 140 getrennt ist, desto mehr wird die Stärke des
Magnetfeldes 140 in der inneren Spule 140 erhöht. Wenn
jedoch der Abstand zwischen der äußeren Spule 120 und
der inneren Spule 140 einen vorgegebenen Wert erreicht,
nämlich
wenn ein Durchmesser der inneren Spule 140 übermäßig klein ist,
wird die Stärke
des Magnetfeldes der inneren Spule 140 reduziert.
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Die
Spulen 120, 140 werden vorzugsweise aus dünnen Folien,
die mit Kupfer beschichtet sind, hergestellt und haben eine Dicke
von ein paar Zehn Mikrometern.
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Der
Abstand zwischen der äußeren Spule 120 und
der inneren Spule 140 ist vorzugsweise ein optimaler Abstand,
der durch Experimente festgestellt wird. Der Durchmesser der Spulen 120, 140 liegt
im allgemeinen zwischen 30 und 40 μm, und der Abstand zwischen
der äußeren Spule 120 und
der inneren Spule 140 liegt zwischen 20 und 30 mm. Der durchschnittliche
Durchmesser des inneren Bereichs, der durch die äußere Spule 120 gebildet
wird, liegt zwischen 55 und 65 mm.
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Wenn
der Außendurchmesser
der Spule 120, 140 35 μm beträgt, und der Innenraum zwischen der äußeren Spule 120 und
der inneren Spule 140 25 mm beträgt, und der Durchmesser einer
Schleife, die von der äußeren Spule 120 gebildet
wird, 58,5 mm beträgt,
dann wird die maximale Stärke
des Magnetfeldes in der inneren Spule 140 vorzugsweise
in vertikaler Richtung erhalten.
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5 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Lesespulenantenne illustriert,
die dem Stand der Technik entspricht. Die identischen Einheiten
wie in der ersten Ausführungsform
werden mit denselben Bezugszahlen versehen. Die Lesespulenantenne umfaßt eine äußere Spule 120,
eine erste innere Spule 140 und eine zweite innere Spule 150.
Wenn die beiden inneren Spulen 140, 150 verwendet
werden, ist das Magnetfeld, das in der zweiten inneren Spule 150 erzeugt
wird, stärker
als das Magnetfeld, das in der inneren Spule 140 der ersten
Ausführungsform
erzeugt wird. Dementsprechend kann die innere Spule mehrfach vorgesehen
werden, wie in 5 gezeigt.
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Dementsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lesespulenantenne
bereitzustellen, die auf Grund der Stärke eines internen Magnetfeldes
und eines berührungslosen
Kartenidentifizierungssystems, das dasselbe verwendet, den Leseabstand
vergrößern kann,
bei dem eine berührungslose
Karte gelesen wird.
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Das
Patent EP-A-0948083 wird in der Einleitung von Anspruch 1 berücksichtigt.
Die Erfindung wird in Anspruch 1 dargelegt.
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Die
inneren und äußeren Schleifen
umfassen vorzugsweise die jeweiligen Windungen einer Spirale.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Hilfe von Beispielen unter
Verweis auf die 7 bis 9 der begleitenden
Zeichnungen beschrieben, wobei 1 ein Blockdiagramm
ist, das ein herkömmliches
berührungsloses Kartenidentifizierungssystem
illustriert.
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2 ist
ein perspektivisches Diagramm, das eine Lesespulenantenne in 1 illustriert.
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3 ist
ein Aufsichtsdiagramm, das eine Lesespulenantenne illustriert, die
dem Stand der Technik entspricht.
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4 ist
ein Querschnittsdiagramm, das die Lesespulenantenne in 3 illustriert.
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5 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Lesespulenantenne illustriert,
die dem Stand der Technik entspricht.
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6 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Lesespulenantenne illustriert.
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7 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Lesespulenantenne gemäß einer
ersten Ausführungsform,
die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, illustriert.
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8 ist
eine grafische Darstellung, die die Stärke eines Magnetfeldes als
Funktion eines Spulendurchmessers in den 3 und 7 zeigt.
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9 ist
ein Blockdiagramm, das ein berührungsloses
Kartenidentifizierungssystem, welches die Lesespulenantenne in 3 verwendet,
illustriert.
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6 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Lesespulenantenne illustriert.
In der Lesespulenantenne ist eine magnetische Induktionsschicht 220,
die aus einem nicht-leitenden magnetischen Material besteht, auf
die Rückseite
einer Leiterplatte 50 aufgetragen, wo die Spulen 120, 140 aufgeklebt sind.
Das nichtleitende magnetische Material besitzt keine elektrische
Leitfähigkeit
und ist magnetisch, wenn es in einem Raum mit einem magnetischen Feld
angeordnet ist.
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Das
Magnetfeld existiert auf der Rückseite der
Leiterplatte 50. Die magnetische Induktionsschicht 220 induziert
ein Magnetfeld auf der Rückseite
in Richtung zur Leiterplatte 50 hin. Bei dieser Ausführungsform
wird das induzierte Magnetfeld mit dem Magnetfeld einer Spulenrichtung
kombiniert, um ein Verstärkungsphänomen zu
erzeugen. Es ist also möglich,
eine Abfrageregion auf Grund des Stroms zu vergrößern, der identisch an die
Spulen angelegt wird, und die Entladung des Magnetfeldes zur Rückseite
der Leiterplatte 50 hin zu reduzieren.
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Die
Induktion des Magnetfeldes hängt
von der Dicke der magnetischen Induktionsschicht 220 ab.
Wenn die Dicke der Leiterplatte 50 im Bereich von 0,3 bis
0,9 mm liegt, liegt die Dicke der magnetischen Induktionsschicht 220 vorzugsweise
im Bereich von 1 bis 3 mm.
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Außerdem kann
die magnetische Induktionsschicht 220 mittels Siebdruck
auf die Rückseite
der Leiterplatte 50 aufgetragen werden.
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7 ist
ein Querschnittsdiagramm, das eine Lesespulenantenne gemäß einer
ersten Ausführungsform,
die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, illustriert. Eine
Nut 210 wird in einem inneren Bereich 230, der
von der inneren Spule 140 erzeugt wird, auf der Leiterplatte 50 gebildet.
Eine magnetische Induktionsschicht 220a wird dementsprechend in
die Nut 210 eingeführt
und an der Rückseite
der Leiterplatte 50 festgeklebt.
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Die
magnetische Induktionsschicht 220, die an die Rückseite
der Leiterplatte 50 angeklebt ist, wird so betrieben, wie
oben illustriert.
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Die
magnetische Induktionsschicht 220a, die von der inneren
Spule 140 aus in den inneren Bereich 230 eingeführt wird,
bildet ein Magnetfeld, das in derselben Richtung wie durch die magnetische
Induktionsschicht 220 induziert wird, welche an der Rückseite
der Leiterplatte 50 festgeklebt ist, d.h. in einer vertikalen
Richtung zur Spulenoberfläche,
und behält
eine maximale Größe eines
vertikalen magnetischen Flusses bei, der durch die berührungslose Karte
geht. Daher wird der vertikale magnetische Fluß in der inneren Spule 140 verstärkt, was
die Stärke
des inneren Magnetfeldes erhöht.
Außerdem
kann die magnetische Induktionsschicht 220a auf die Oberfläche der
Leiterplatte 50 aufgetragen werden.
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Ferner
ist eine Dicke der magnetischen Induktionsschicht 220a,
die dementsprechend in die Nut 210 der Leiterplatte 50 140 eingebracht
wird fast identisch mit der Dicke der Leiterplatte 50.
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8 ist
eine grafische Darstellung, die die Stärke des Magnetfeldes zeigt,
welches dementsprechend durch die Ausführungsform, die in 7 gezeigt
wird, erzeugt wird. Mit Bezug auf 8 bezeichnet
eine dünne
Linie 100 die Stärke
des Magnetfeldes, das durch die Ausführungsform, die in 3 gezeigt
wird, erzeugt wird, und eine dicke Linie 200 bezeichnet
die Stärke
des Magnetfeldes, das durch die Ausführungsform, die in 7 gezeigt
wird, erzeugt wird.
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Bei
der dünnen
Linie 100 ist die Stärke
des Magnetfeldes im mittleren Bereich kleiner als an der Spulenposition.
Bei der dicken Linie 200 ist die Stärke des Magnetfeldes an der
Spulenposition fast identisch, ändert
sich aber im mittleren Bereich, wo die magnetische Induktionsschicht 220a eingebracht wird.
Wie gezeigt, erhöht
sich die Stärke
des Magnetfeldes im mittleren Teil der Spule auf Grund der magnetischen
Induktionsschicht 220a.
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9 ist
ein Blockdiagramm, das ein berührungsloses
Kartenidentifizierungssystem illustriert, welches die Lesespulenantenne,
die in 3 gezeigt wird, verwendet. Das berührungslose
Kartenidentifizierungssystem umfaßt eine Lesespulenantenne 110,
einen Kartenleser 330 und eine Steuereinheit 350.
Das berührungslose
Kartenidentifizierungssystem umfaßt ferner vorzugsweise eine
Anpaßschaltung 310 zur
Steuerung von Eingangs-/Ausgangssignalen der Lesespulenantenne 110 und
des Kartenlesers 330.
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Die
Bezugsnummer 410 bezeichnet einen Abtastbereich für die Lesespulenantenne 110,
und 430 bezeichnet eine berührungslose Karte.
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Der
Kartenleser 330 sendet eine Betriebsfrequenz einschließlich Energie
und ein Signal über
die Lesespulenantenne 110. In diesem Beispiel beträgt die Betriebsfrequenz
13,56 MHz.
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Die
Betriebsfrequenz, die von dem Kartenleser 330 über die
Anpaßschaltung 310 ausgegeben wird,
erzeugt ein Magnetfeld in der Lesespulenantenne 110. Zu
diesem Zeitpunkt ist das Magnetfeld zwischen den Spulen 120, 140 auf
Grund einer Auslöschung
schwach, in der Nähe
der Spulen 120, 140 auf Grund einer verstärkenden Überlagerung
stark. Daher wird der Abtastbereich, der durch die identische Betriebsfrequenz
gebildet wird, vergrößert.
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Eine
induzierende elektromotorische Kraft akkumuliert sich in der berührungslosen
Karte 430 auf Grund des entladenen Magnetfeldes an und
fließt dann
mit den gespeicherten Informationen zur Lesespulenantenne 110 ab.
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Das
empfangene Signal wird in den Kartenleser 330 über die
Anpaßschaltung 310 eingegeben. Der
Kartenleser 330 liest, verstärkt, filtert und decodiert
die Daten. Die Steuereinheit 350 stellt die Identifizierung
gemäß dem decodierten
Signal fest.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Abtastbereich des mittleren Teils der Spule auf
Grund der Lesespulenantenne, die mit dem identischen (oder einzigen)
Richtungsstrom versorgt wird, vergrößert. Außerdem wird das nichtleitende
magnetische Material an der Rückseite
der Leiterplatte festgeklebt, und daher wird das Magnetfeld darauf
nicht erzeugt. Es ist also möglich,
das Abfließen
des Magnetfeldes in eine unerwünschte
Richtung zu beherrschen. Außerdem
erhöht
sich die Stärke
des Magnetfeldes in der Nähe
des mittleren Teils der Spule durch Einführen des nicht-leitenden magnetischen
Materials von der inneren Spule aus, wie in 7 gezeigt. Im
Ergebnis dessen vergrößert sich
der Abtastbereich für
das System, die Kommunikationszuverlässigkeit wird verbessert und
die Größe einer
toten Zone wird reduziert.
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Die
Spulen, die oben gezeigt und diskutiert werden, werden kreisförmig gebildet,
können
aber zum Anlegen des identischen Richtungsstroms an die äußere Spule
und die inneren Spule in verschiedenen Formen erzeugt werden.
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Ferner
haben in der Ausführungsform,
die oben gezeigt und diskutiert wird, die äußere Spule und die innere Spule
den identischen mittleren Bereich oder einen gemeinsamen Mittelpunkt.
Es ist jedoch zu bemerken, daß die äußere Spule
und die innere Spule unterschiedliche mittlere Bereiche oder Mittelpunkte
haben können,
solange die innere Spule im Innern der äußeren Spule angeordnet ist.