JP2000222542A - 非接触icカード - Google Patents

非接触icカード

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JP2000222542A
JP2000222542A JP1945399A JP1945399A JP2000222542A JP 2000222542 A JP2000222542 A JP 2000222542A JP 1945399 A JP1945399 A JP 1945399A JP 1945399 A JP1945399 A JP 1945399A JP 2000222542 A JP2000222542 A JP 2000222542A
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card
coil
contact
axis
antenna coil
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Tadashi Onishi
忠志 大西
Hiroshi Yoshiki
宏 吉木
Takehiro Okawa
武宏 大川
Ryozo Yoshino
亮三 吉野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • G06K19/07Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
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    • G06K19/07749Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • G06K19/07796Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card arrangements on the record carrier to allow stacking of a plurality of similar record carriers, e.g. to avoid interference between the non-contact communication of the plurality of record carriers

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Abstract

(57)【要約】 【課題】リーダライタ装置に対する非接触ICカードの
実装状態、たとえば表面と表面または裏面と裏面が向か
い合う状態で重ねた場合に、その重なり具合に起因する
通信不良を解消する。 【解決手段】上記非接触ICカードのアンテナコイルの
形状を、いわゆる1枚が裏返しの状態で重ねた場合に、
できるだけ線部分で重ならない形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カード上に半導体
集積回路によるIC素子と変復調回路および上記変復調
回路に接続されるアンテナを含み、電磁誘導結合により
非接触で情報通信および電力伝送を実現する非接触IC
カードにおけるアンテナ部分の形状またはそれに類する
ものに関する。
【0002】
【従来の技術】電磁誘導結合によって情報通信および非
接触ICカードへの電力伝送を実現する非接触ICカー
ドで、情報と電力を同一のコイルを使用して同時に伝送
するような非接触ICカードに関する技術が、例えば特
開平6−96300「電磁誘導結合によるICカードお
よびリーダライタ」に開示されている。
【0003】上記従来技術によれば、非接触ICカード
は、情報および電力の伝送用のコイルと、コイルに接続
された情報の変復調回路および電力を抽出して非接触I
Cカード動作用の電力を得る電源回路と、非接触ICカ
ード処理装置(以下単にリーダライタ装置という)から
の情報に従って処理を実行する処理回路と、情報を記憶
するメモリで構成される。リーダライタ装置から非接触
ICカードへの情報の転送は搬送波の振幅変調によって
実現し、非接触ICカードからリーダライタ装置への情
報の転送は非接触ICカードの通信用コイルに等価的に
並列に接続された負荷を変化させる、いわゆる負荷変調
によって実現する。
【0004】上記リーダライタ装置は以下のような動作
をする。非接触ICカードに情報を送信する場合、非接
触ICカードに送信する情報に対応して、情報の通信お
よび電力の伝送を行うコイルを駆動する電圧または電流
を変化することによって搬送波の振幅変調を実現する。
非接触ICカードから送信される情報を受信する場合、
非接触ICカード側の負荷変調に対応して変化する上記
ICカード側コイル電流の変化を検出し、それを復調す
ることによって情報の受信を実現する。
【0005】上記非接触ICカードは以下のような動作
となる。非接触ICカードの動作に必要な電力は、リー
ダライタ装置から送られてくる搬送波を抽出、整流した
後、安定化することによって得る。リーダライタ装置か
ら送信される情報は、振幅変調された搬送波を復調する
ことによって受信する。リーダライタ装置に情報を送信
する場合には、送信すべき情報に対応して上記コイルに
等価的に並列接続された抵抗を用いて負荷変調を実行す
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置において
は、一台のリーダライタ装置に対して複数枚(1枚以
上)の非接触ICカードを重ねて実装して取り扱うよう
なシステムにおいて、下記のような課題がある。
【0007】非接触ICカードを重ねたとき、お互いの
表面と表面または裏面と裏面が向かい合う状態(いわゆ
る1枚が裏返しの状態)で重ねた場合に、通信不良を生
じることがある。これは、上記非接触ICカード内のア
ンテナの距離と重なり具合が、非接触ICカードの電力
受信特性に影響していることが原因とされている。前述
のように、お互いの表面と表面または裏面と裏面が向か
い合う状態(いわゆる1枚が裏返しの状態)で重ねた場
合に、二つのICカードのコイル間の距離が近くなり、
かつアンテナコイルがより多く重なってしまう。このよ
うな時、送受信特性に悪影響を及ぼして通信不良の発生
頻度が高くなっている。非接触ICカードをずらしたよ
うな重ね方もあるが、非接触ICカードの上記リーダラ
イタ装置への実装を制限しなければならなくなる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記非接触I
Cカードをお互いの表面と表面または裏面と裏面が向か
い合う状態(いわゆる1枚が裏返しの状態)で重ねた場
合に、アンテナができるだけ線部分で重ならないような
形状のアンテナコイルを採用することによって、お互い
の受信状態への干渉を防止するようにする。
【0009】すなわち本発明の非接触ICカードは、少
なくとも、第1の基板と、上記第1の基板上に配置され
るIC素子と、上記IC素子に電気的に接続されたアン
テナコイルと、上記IC素子および上記アンテナコイル
を覆う第2の基板を有し、平面形状がほぼ四辺形をなす
非接触ICカードであって、上記アンテナコイルが、I
Cカードの第1の短辺方向のコイル部分と第2の短辺方
向のコイル部分と、第1の長辺方向のコイル部分と第2
の長辺方向のコイル部分と、上記各短辺方向のコイル部
分と各長辺方向のコイル部分を接続する第1ないし第4
の接続部分と、コイル終端を上記IC素子に接続する終
端接続部分から構成され、上記短辺方向のコイル部分ま
たは上記長辺方向のコイル部分の形状が、コイル部分両
端を結ぶ直線の水平方向に対して非対称であり、かつ上
記両端を結ぶ直線の垂直方向に対して非対称であること
を特徴とする。
【0010】また、上記において、上記短辺方向または
長辺方向のコイル部分の少なくとも一つの形状が、上記
コイル部分両端を結ぶ直線と交差する形状を有すること
を特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】まず、図10および図11によっ
て非接触ICカードシステムの動作を説明する。図11
は、非接触ICカード1およびリーダライタ装置2の機
能的なブロック構成を示したものである。非接触ICカ
ード1は電池を持たず、リーダライタ装置2から伝送さ
れる電力よって、全ての動作を実現する。したがって、
非接触ICカード1には、少なくともリーダライタ装置
2から伝送される電力と情報を受信するアンテナコイル
11と、アンテナコイル11の出力から電力を抽出する
電源手段17と、アンテナコイル11の出力から情報
(回路の動作に必要なクロック信号を含む)を得る受信
データ検出手段14および受信データ復調手段15と、
リーダライタ装置2へ情報を伝送するために送信データ
を変調する手段13およびアンテナコイル11の駆動手
段12、および非接触ICカード1全体の動作を制御す
る制御手段16(情報を記憶するメモリ手段を含む)を
有する。
【0012】ここで、アンテナコイル11を除く、電源
手段17、受信データ検出手段14、受信データ復調手
段13、送信データ変調手段15、アンテナコイル11
の駆動手段12および制御手段16は、1チップの半導
体集積回路(IC素子)18に納められている。
【0013】一方、リーダライタ装置2は、非接触IC
カード1に電力および情報を伝送するアンテナコイル2
1と、送信データを変調する送信データ変調手段23
と、送信データ変調手段23からの出力に応じてアンテ
ナコイル21を駆動するアンテナコイルの駆動手段22
と、非接触ICカード1からの伝送される受信データを
検出する受信データ検出手段24と、受信データ検出手
段24からの出力を復調して受信データを得る受信デー
タ復調手段25と、リーダライタ装置2全体を制御する
制御手段26を少なくとも有している。また、特に図示
しないが、必要に応じて外部装置との接続のためのイン
タフェース手段などを含む。
【0014】リーダライタ装置2から非接触ICカード
1にデータを伝送する場合、リーダライタ装置2では、
制御手段26で生成された送信データを送信データ変調
手段23で変調し、さらにアンテナコイルの駆動手段2
2で送信データ変調手段23からの変調された出力に応
じてアンテナコイル21を駆動する。
【0015】非接触ICカード1は、電磁誘導結合によ
って電力とデータを受信する。リーダライタ装置2から
の情報と電力をアンテナコイル11で受信し、電源手段
17で電力を抽出して、所定の電力以上の電力が得られ
ると受信動作を開始する。アンテナコイル11からの出
力から受信データ検出手段14によってデータを抽出
し、さらに受信データ復調手段15によって復調して、
制御手段16に送る。制御手段16では得られたデータ
に対応した処理を行い、応答を返す必要があればリーダ
ライタ装置2に対してデータを返送する。
【0016】また、非接触ICカード1からリーダライ
タ装置2へデータを送信する場合、リーダライタ装置2
から非接触ICカード1に電力が送られている状態にあ
る。制御手段16で生成されたデータを送信データ変調
手段13で変調し、さらにアンテナコイルの駆動手段1
2でアンテナコイル11を駆動する。
【0017】リーダライタ装置2はアンテナコイル21
で受信された信号の中から受信データ検出手段24にお
いて受信データを検出し、さらに受信データ復調手段2
5で復調して、非接触ICカード1の制御手段16で生
成されたデータを得る。この場合、通常は非接触ICカ
ード1側のアンテナコイルと並列に接続された負荷のオ
ン/オフによる負荷変動をリーダライタ装置2の受信デ
ータ検出手段24で検出する方法が用いられる(いわゆ
る負荷変調方式)。
【0018】図10は、非接触ICカード1およびリー
ダライタ装置2の物理的な配置関係の一例を示したもの
である。非接触ICカード1のアンテナコイル11とリ
ーダライタ装置2のアンテナコイル21が面方向に平行
に位置するような関係におかれる。その方向は、地面に
対して規定されるものではなく、上向きであろうが、横
向きであろうが、またはその他の方向に向いていても何
ら問題はない。複数枚同時に実装される場合には、図1
0に示すようにアンテナコイルの面方向に重ねられる。
【0019】このとき、非接触ICカード1をお互いの
表面と表面または裏面と裏面が向かい合う状態(いわゆ
る1枚が裏返しの状態)で重ねた場合に、アンテナコイ
ルが重なり合うと、非接触ICカード1とリーダライタ
装置2の間の通信に関する特性が変化してしまい、通信
不良または通信ができない状態が生じてしまう。その対
策としては、アンテナコイルが物理的にできるだけ重な
らないようにすればよい。非接触ICカード1をずらし
たような重ね方でもよいが、この方法では、非接触IC
カード1のリーダライタ装置2への実装条件が制約され
てしまう。
【0020】したがって、上記通信不良の発生を根本的
に解消するには、非接触ICカード1をお互いの表面と
表面または裏面と裏面が向かい合う状態(いわゆる1枚
が裏返しの状態)で重ねた場合に、非接触ICカード1
の位置に関係なく、できる限り重なりのないアンテナコ
イル形状とすることが必要となる。
【0021】図1は、本発明による非接触ICカードの
一実施例の平面図を示している。非接触ICカード10
0は、情報および電力の伝送に使用されるアンテナコイ
ル102、受信信号を復調して情報を得る復調手段、送
信する情報を変調する変調手段、情報を処理する制御手
段、動作に必要な電力を得る電源手段を1チップに納め
たIC素子103で構成される。アンテナコイル102
は、第1の基板101上に印刷方式またはエッチング方
式で形成され、さらにIC素子103がアンテナコイル
102に電気的に接続されるように実装されている。本
発明では、アンテナコイル102の形状に特徴がある。
IC素子103に含まれる各手段については図11を用
いて説明した通りである。
【0022】図2は、本発明による非接触ICカードの
一実施例の断面図を示している。先にも述べたように、
アンテナコイル102が第1の基板101上に形成さ
れ、IC素子103がアンテナコイル102に電気的に
接続されるように実装されている。アンテナコイル10
2とIC素子103を保護する目的で、第1の基板は第
2の基板201で覆われている。
【0023】図3は、本発明によるアンテナコイル10
2の形状の一実施例を示している。説明を分かり易くす
るために、アンテナコイル102を細分化して説明す
る。
【0024】アンテナコイル102は非接触ICカード
100の第1の短辺方向のコイル部分301と、第2の
短辺方向のコイル部分302と、非接触ICカード10
0の第1の長辺方向のコイル部分303と、第2の長辺
方向のコイル部分304と、上記第1の短辺方向のコイ
ル部分301と第1の長辺方向のコイル部分303を接
続する第1の接続部分305と、第1の短辺方向のコイ
ル部分301と第2の長辺方向のコイル部分304を接
続する第2の接続部分306と、第2の短辺方向のコイ
ル部分302と第2の長辺方向のコイル部分303を接
続する第3の接続部分307と、第2の短辺方向のコイ
ル部分302と第1の長辺方向のコイル部分303を接
続する第4の接続部分308と、コイル終端を非接触I
Cカード100上に配置されたIC素子103に接続す
る終端接続部分309に分けられる。ここで、同図の3
10は、コイルを同一面上に形成した場合、一つの終端
部分がIC素子103への接続をアンテナコイル102
自身に遮られる問題を解決する手段である。この部分に
よって、一つの終端部分をアンテナコイル102に短絡
しないでIC素子103に接続する。
【0025】図4および図5を使用して、上記コイル部
分301,302,303,304の形状について詳し
く説明する。
【0026】図4(a)は、非接触ICカード100の
短辺方向のコイル部分301と302の形状の一実施例
を示している。コイル部分301および302の両端を
結ぶ直線をX軸とし、X軸に対して垂直方向をY軸とし
たとき、コイル部分301および302は、X軸に対し
て非対称であり、かつY軸に対しても非対称である形状
である。さらにコイル部分301と302をX軸方向の
中心から2つに分けた場合、コイル部分301または3
02は上記直線と交差し、一方はY軸方向の+方向(第
1象限または第2象限)に存在し、他方が−方向(第3
象限または第4象限)に存在している。この例では、数
学的な関数として表現した場合の極値が2つ存在する例
を示しているが、特に極値の数が限定されるものではな
い。Y軸方向の非対称性をより高めるためには偶数個の
極値が存在し、コイル部分301と302をX軸方向の
中心から2つに分けた場合に、2つの部分に同じ数の極
値が存在することが望ましい。
【0027】図4(b)は、本発明による非接触ICカ
ード100の短辺方向のコイル部分301と302の形
状の他の一実施例を示している。図4(a)の実施例が
全て曲線で形成されているのに対して、図4(b)の例
は折れ線形状を使用して形成している。図4(a)の実
施例と同様に、コイル部分301および302の両端を
結ぶ直線をX軸とし、X軸に対して垂直方向をY軸とし
たとき、コイル部分301および302は、X軸に対し
て非対称であり、かつY軸に対しても非対称である形状
である。さらにコイル部分301と302をX軸方向の
中心から2つに分けた場合、一方はY軸方向の+方向
(第1象限または第2象限)に存在し、他方が−方向
(第3象限または第4象限)に存在している。この例で
は、数学的な関数として表現した場合の不連続点(折れ
線の折れる点)が2つ存在する例を示しているが、特に
不連続点の数が限定されるものではない。Y軸方向の非
対称性をより高めるためには偶数個の不連続点が存在
し、コイル部分301と302をX軸方向の中心から2
つに分けた場合に、2つの部分に同じ数の不連続点が存
在することが望ましい。
【0028】また、本実施例ではコイル部分301と3
02が同じものであるように説明しているが、同じでな
くても何ら問題はない。
【0029】図5(a)は、非接触ICカード100の
長辺方向のコイル部分303と304の形状の一実施例
を示している。コイル部分303および304の両端を
結ぶ直線をX軸とし、X軸に対して垂直方向をY軸とし
たとき、コイル部分303および304は、X軸に対し
て非対称であり、かつY軸に対しても非対称である形状
である。さらにコイル部分303と304をX軸方向の
中心から2つに分けた場合、一方はY軸方向の+方向
(第1象限または第2象限)に存在し、他方が−方向
(第3象限または第4象限)に存在している。この例で
は、数学的な関数として表現した場合の極値が2つ存在
する例を示しているが、特に極値の数が限定されるもの
ではない。Y軸方向の非対称性をより高めるためには偶
数個の極値が存在し、コイル部分303と304をX軸
方向の中心から2つに分けた場合に、2つの部分に同じ
数の極値が存在することが望ましい。
【0030】図5(b)は、本発明による非接触ICカ
ード100の長辺方向のコイル部分303と304の形
状の他の一実施例を示している。図5(a)の実施例が
全て曲線で形成されているのに対して、図5(b)の例
は折れ線形状を使用して形成している。図5(a)の実
施例と同様に、コイル部分303および304の両端を
結ぶ直線をX軸とし、X軸に対して垂直方向をY軸とし
たとき、コイル部分303および304は、X軸に対し
て非対称でありかつY軸に対しても非対称である形状で
ある。さらにコイル部分303と304をX軸方向の中
心から2つに分けた場合、一方はY軸方向の+方向(第
1象限または第2象限)に存在し、他方が−方向(第3
象限または第4象限)に存在している。この例では、数
学的な関数として表現した場合の不連続点(折れ線の折
れる点)が2つ存在する例を示しているが、特に不連続
点の数が限定されるものではない。Y軸方向の非対称性
をより高めるためには偶数個の不連続点が存在し、コイ
ル部分303と304をX軸方向の中心から2つに分け
た場合に、2つの部分に同じ数の不連続点が存在するこ
とが望ましい。
【0031】また、本実施例ではコイル部分303と3
04が同じものであるように説明しているが、同じでな
くても何ら問題はない。
【0032】上記短辺方向のコイル部分301,302
と長辺方向のコイル部分303,304を組み合わせて
図3に示すようなアンテナコイル102を形成する時、
アンテナコイル102の非対称性を確保するために、コ
イル部分301と302はY軸方向に対して同じ向きを
していることと、同様にコイル部分303と304もY
軸方向に対して同じ向きをしていることが望ましい。
【0033】図6は、本発明によるアンテナコイル10
2を使用した非接触ICカード1を、互いの表面と表面
または裏面と裏面が向かい合う状態(いわゆる1枚を短
辺方向に裏返した状態)で重ねた状態のアンテナコイル
102の重なり状態の平面図を示している。図から明白
な通り、アンテナコイル102同士が重なり合うのは、
おたがいが交わる点と上記接続部分305,306,3
07,308のごくわずかな部分である。図7は、図6
に示す状態の断面図である。
【0034】図8は、本発明によるアンテナコイル10
2を使用した非接触ICカード1を非接触ICカード1
をお互いの表面と表面または裏面と裏面が向かい合う状
態(いわゆる1枚を長辺方向に裏返した状態)で重ねた
状態のアンテナコイル102の重なり状態の平面図を示
している。図から明白な通り、アンテナコイル102同
士が重なり合うのは、おたがいが交わる点と上記接続部
分305,306,307,308の極わずかな部分で
ある。図9は、図8に示す状態の断面図である。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、非接触ICカードをお
互いの表面と表面または裏面と裏面が向かい合う状態
(いわゆる1枚が裏返しの状態)で重ねた場合に、アン
テナコイルが重なり合うと、非接触ICカードとリーダ
ライタ装置の間の通信に関する特性が変化してしまい、
通信不良または通信ができない状態が生じない非接触I
Cカードのアンテナコイル形状を実現できる。さらに、
本発明によるアンテナコイルは、印刷方式やエッチング
方式による形成が可能であり、量産にも適しているた
め、非接触ICカード製造する上で特別な工程を必要と
しないため、単価を増加することなく、非接触ICカー
ドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の非接触ICカードの平面
図。
【図2】本発明の一実施例の非接触ICカードの断面
図。
【図3】本発明の一実施例の非接触ICカードアンテナ
コイル部分の平面図。
【図4】本発明の一実施例のICカード短辺方向のアン
テナコイル部分の平面図。
【図5】本発明の一実施例のICカード長辺方向のアン
テナコイル部分の平面図。
【図6】本発明によるアンテナコイルを短辺方向に裏返
して重ねた場合の平面図。
【図7】本発明による非接触ICカードを短辺方向に裏
返して重ねた場合の断面図。
【図8】本発明によるアンテナコイルを長辺方向に裏返
して重ねた場合の平面図。
【図9】本発明による非接触ICカードを長辺方向に裏
返して重ねた場合の断面図。
【図10】リーダライタ装置と非接触ICカードの実装
状態を示す三面図。
【図11】本発明の一実施例のICカードとリーダライ
タ装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
1…非接触ICカード、2…非接触ICカード処理装置
(リーダライタ装置)、11…非接触ICカードのアン
テナコイル、12…アンテナコイルの駆動手段、13…
送信データ変調手段、14…受信データ検出手段、15
…受信データ復調手段、16…非接触ICカードの制御
手段、17…電源手段、18…IC素子、21…リーダ
ライタ装置のアンテナコイル、22…アンテナコイル駆
動手段、23…送信データ変調手段、24…受信データ
検出手段、25…受信データ復調手段、26…リーダラ
イタ装置の制御手段、101…基板、102…アンテナ
コイル、103…IC素子、201…基板、301…非
接触ICカードの短辺方向のアンテナコイル部分、30
2…非接触ICカードの短辺方向のアンテナコイル部
分、303…非接触ICカードの長辺方向のアンテナコ
イル部分、304…非接触ICカードの長辺方向のアン
テナコイル部分、305…アンテナコイル部分の接続部
分、306…アンテナコイル部分の接続部分、307…
アンテナコイル部分の接続部分、308…アンテナコイ
ル部分の接続部分、309…アンテナコイル終端とIC
素子の接続部分。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大川 武宏 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 吉野 亮三 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所汎用コンピュータ事業部内 Fターム(参考) 2C005 MA22 NA09 TA22 5B035 BB09 CA01 CA23

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、第1の基板と、上記第1の基
    板上に配置されるIC素子と、上記IC素子に電気的に
    接続されたアンテナコイルと、上記IC素子および上記
    アンテナコイルを覆う第2の基板を有し、平面形状がほ
    ぼ四辺形をなす非接触ICカードであって、上記アンテ
    ナコイルが、ICカードの第1の短辺方向のコイル部分
    と第2の短辺方向のコイル部分と、第1の長辺方向のコ
    イル部分と第2の長辺方向のコイル部分と、上記各短辺
    方向のコイル部分と各長辺方向のコイル部分を接続する
    第1ないし第4の接続部分と、コイル終端を上記IC素
    子に接続する終端接続部分から構成され、上記短辺方向
    のコイル部分または上記長辺方向のコイル部分の形状
    が、コイル部分両端を結ぶ直線の水平方向に対して非対
    称であり、かつ上記両端を結ぶ直線の垂直方向に対して
    非対称であることを特徴とする非接触ICカード。
  2. 【請求項2】請求項1記載の非接触ICカードにおい
    て、上記短辺方向または長辺方向のコイル部分の少なく
    とも一つの形状が、上記コイル部分両端を結ぶ直線と交
    差する形状を有することを特徴とする非接触ICカー
    ド。
  3. 【請求項3】請求項1または2の非接触ICカードにお
    いて、上記短辺方向のコイル部分または上記長辺方向の
    コイル部分の形状が、曲線で表される形状であることを
    特徴とする非接触ICカード。
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