JP2002324215A - リーダーコイルアンテナ及びこれを用いた非接触カード認証システム - Google Patents

リーダーコイルアンテナ及びこれを用いた非接触カード認証システム

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JP2002324215A JP2002027206A JP2002027206A JP2002324215A JP 2002324215 A JP2002324215 A JP 2002324215A JP 2002027206 A JP2002027206 A JP 2002027206A JP 2002027206 A JP2002027206 A JP 2002027206A JP 2002324215 A JP2002324215 A JP 2002324215A
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coil antenna
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Tae-Ho Kim
泰▲ホ▼ 金
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通信距離を増加できるリーダーコイルアンテ
ナ及びこれを用いた非接触カード認証システムを提供す
る。 【解決手段】 リーダーコイルアンテナ１１０は、所定
のループを形成し電流を供給され磁気場を形成する外部
コイル１２０、及び外部コイル１２０のループ内に配さ
れ外部コイル１２０の磁場の方向について補強干渉を引
き起こす少なくとも一つの内部コイル１４０を備える。
リーダーコイルアンテナ１１０を用いた非接触カード認
証システムは一方向に流れるよう引加された信号に応じ
て磁場を形成するリーダーコイルアンテナ１１０、リー
ダーコイルアンテナ１１０を介して動作信号を送出し非
接触カード４３０から入力された信号を復号するカード
リーダー３３０及び復号された信号に基づき非接触カー
ド４３０を認証するか否かを判断する制御部３５０と、
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリーダーコイルアン
テナ及び非接触カード認証システムに係り、さらに詳し
くは非接触カードのデータを解読するために磁場を形成
して動作周波数を送出し、非接触カードから送出された
周波数を受信するリーダーコイルアンテナ及び非接触カ
ード認証システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在料金支払い手段として使用されてい
るカードとしては、認証のために磁気ストリップ部分を
摩擦させる接触方式の磁気カードと、磁場を形成してい
る空間上にカードを接近させ周波数によりデータを送受
信する非接触式のカードとに区分される。磁気カードに
は後払い方式の既存のクレジットカードと先払い方式の
テレホンカードが使われている。非接触カード中には先
払方式を採用した非接触式バスカードと後払い方式を採
用して地下鉄などに使われている非接触式クレジットカ
ードが使用されている。
【０００３】図１は従来の非接触カード認証システムを
示したブロック図であって、同図を参照すれば従来の非
接触カード認証システム１０は、アンテナシステム１６
と、カードリーダー１８と、制御部２０とから構成され
る。
【０００４】カードリーダー１８は非接触カード１４を
感知するために電流を発し、アンテナシステム１６を通
して電流により形成された磁場を送出させる。
【０００５】非接触カード１４は送出された磁場により
手動でバッテリを充電して非接触カード１４の内部に貯
蔵されたデータを含む信号をアンテナシステム１６に反
射して送出する。
【０００６】アンテナシステム１６に受信された信号は
カードリーダー１８を経て制御部２０に出力される。
【０００７】制御部２０に受信された信号は承認するか
否かを決定するために制御部２０に貯蔵されたマスタ保
安情報(図示せず)と比較判断し承認するか否かを決定し
てアンテナシステム１６を通して信号を送出する。
【０００８】ひいてはアンテナシステム１６はリーダー
コイルアンテナを有しており、リーダーコイルアンテナ
に引加された電流により磁場を発し、非接触カード１４
から送出された信号を受信される。
【０００９】図２は従来のリーダーコイルアンテナを示
した斜視図であって、同図を参照すれば従来のリーダー
コイルアンテナは駆動ループアンテナ２２と、二重ルー
プアンテナ３２、３４と、非磁性導電体２６とから構成
されている。
【００１０】ここで、二重ループアンテナ３２、３４は
クロスオーバー(crossover)部３６でクロスオーバー型
に互いに連結されている。また、非磁性導電体２６はア
ルミニウム、銀、銅、黄銅、金などの素材を含むが、こ
れは渦電流に対する遮蔽を提供して駆動ループアンテナ
２２に発する磁場を導く。カードリーダー１８と連結さ
れたターミナル２８、３０には非接触カード１４を駆動
するための駆動電流が供給され、供給された電流により
駆動ループアンテナ２２には磁場が形成される。この
際、二重ループアンテナ３２、３４には駆動ループアン
テナ２２により誘導電流が発生するが、これは駆動ルー
プアンテナ２２に流れる電流の方向と１８０°の位相差
を有する。
【００１１】二重ループアンテナ３２、３４は非磁性導
電体２６の表面に付着されている。これは、アンテナシ
ステム１６において非接触カード１４が置かれる前面に
ついては磁場を形成するが、背面については磁場を誘導
吸収する。
【００１２】このようなリーダーコイルアンテナは、駆
動ループアンテナ２２と二重ループアンテナ３２、３４
に流れる電流の方向を逆に設定することと同じである。
従って、アンテナシステム１６と非接触カード１４のデ
ータ認識距離である通信距離(reading distance)の増加
は期することが難しい。また、非磁性導電体２６は磁場
をかえって誘導吸収して全体的に磁場の強度が低下す
る。これは、結局磁場による通信距離が短くなる問題点
がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した問題
点を解決するために案出されたもので、その目的はリー
ダーコイルアンテナに形成する磁場の強度による非接触
カードを読み取れる距離である通信距離を増加させうる
リーダーコイルアンテナ及びこれを用いた非接触カード
認証システムを提供するところにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の非接触カード認
証システムのリーダーコイルアンテナは、所定のループ
を形成し電流を供給され磁場を形成する外部コイルと、
外部コイルのループ内に配され電流を供給され外部コイ
ルの磁場方向について補強干渉（constructiveinterfer
ence）を引き起こす少なくとも一つの内部コイルと、を
備える。
【００１５】一方、本発明のリーダーコイルアンテナを
用いた非接触カード認証システムは、同方向に流れるよ
う引加された信号に基づき磁場を形成するリーダーコイ
ルアンテナと、リーダーコイルアンテナを介して動作信
号を送出し非接触カードから入力された信号を復号する
カードリーダーと、復号された信号に基づき非接触カー
ドを認証するか否かを判断する制御部と、を備える。
【００１６】本発明によれば、同方向の電流が引加され
たリーダーコイルアンテナによりコイルの中心部で感知
可能領域が改善される効果がある。また、内部コイルの
内部に非導電性磁性体を挿入することによりコイルの中
心辺りの磁場の強度が増加され感知可能領域が改善され
通信の安定性及びデッドゾーン(dead zone)を縮められ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明に係るリーダーコイルアンテナ及びこれを用いた非接
触カード認証システムについて説明する。図３は本発明
の第１実施形態によるリーダーコイルアンテナの上面図
であり、図４は図３の側断面図である。本発明に係るリ
ーダーコイルアンテナは印加された電流により所定の磁
場を形成するための外部コイル１２０及び内部コイル１
４０を含む。
【００１８】ここで、内部コイル１４０は外部コイル１
２０の内部に配され、外部コイル１２０と一体に形成さ
れている。また、外部コイル１２０と内部コイル１４０
は信号の入出力経路であるターミナル１６０、１８０に
それぞれ連結されている。ターミナル１６０、１８０の
うち一本の線は入力線として使用し、もう一本は接地線
として使用する。本実施形態では外部コイル１２０に連
結された外部ターミナル１６０を信号の入力線として使
用し、内部コイルに連結された内部ターミナル１８０を
接地線として使用する。
【００１９】外部コイル１２０と内部コイル１４０は印
刷回路基板５０に装着されている。これは、コイルを堅
固に装着して揺れを防止するためである。
【００２０】外部ターミナル１６０に駆動電流を引加す
れば外部コイル１２０及び内部コイル１４０には同方向
の電流が流れる。これによりコイルの周りには磁場が形
成される。この際、内部コイル１４０により取り囲まれ
た空間上の内部に形成される磁場は一方向に形成され、
これにより磁場の強度は垂直方向で補強現象が現れる。
【００２１】ここで、外部コイル１２０と内部コイル１
４０の間隔が次第に遠ざかるほど内部コイル１４０の内
部に形成される磁場の強度は大きくなる。しかし、一定
間隔以上になれば、すなわち内部コイル１４０の直径を
あまりにも小さく設定すれば内部コイル１４０の内部に
形成される磁場の強度は弱まる。
【００２２】本実施形態において使うコイル１２０、１
４０は銅でメッキした薄膜であり、これは数十μｍの厚
さを有する。外部コイル１２０と内部コイル１４０との
間隔は実験値により最適の距離を設定することが望まし
い。一般に、コイル１２０、１４０の直径は３０ないし
４０μｍに設定し、間隔は２０ないし３０ｍｍに設定す
る。また、外部コイル１２０により形成された内部の平
均直径は５５ないし６５ｍｍに設定する。
【００２３】望ましくは、コイル１２０、１４０の外径
を３５μｍに、間隔を２５ｍｍに、外部コイル１２０に
より形成されたループ(loop)の直径を５８．５ｍｍに設
定する際、内部コイル１４０の内部で垂直方向に対する
磁場の強度が大きい値を得られる。
【００２４】図５は図３の第２実施形態によるリーダー
コイルアンテナの側断面図である。ここで第１実施形態
と同一な部材番号は同一に適用される。第２実施形態に
よるリーダーコイルアンテナは外部コイル１２０、第１
内部コイル１４０、第２内部コイル１５０を有する。こ
のように二つの内部コイル１４０、１５０を使用すれ
ば、第２内部コイル１５０の内部に発生する磁場の強度
は第１実施形態において一層強く現れる。従って、本実
施形態では内部コイルの個数を多数個に設定することも
できる。
【００２５】図６は図３の第３実施形態によるリーダー
コイルアンテナの側断面図である。第３実施形態による
リーダーコイルアンテナはコイル１２０、１４０が付着
された印刷回路基板５０の背面に非導電性磁性体よりな
る磁場誘導層２２０が塗布されている。非導電性磁性体
は電気的伝導性がなく磁場が形成された箇所に位置すれ
ば磁性を有する物体を指す。
【００２６】本実施形態による磁場は、印刷回路基板５
０の背面にも存するが、磁場誘導層２２０は印刷回路基
板５０の背面に形成された磁場の方向を導いて印刷回路
基板５０が付着された方向に磁場を誘導させる。この
際、誘導される磁場はコイル１２０、１４０が付着され
た方向に形成された磁場と結合され補強現象を発生す
る。従って、コイル１２０、１４０に同じく印加された
電流により一層遠距離まで感知領域を増加でき、印刷回
路基板５０の背面方向への磁場の放出を減らせる。
【００２７】このような現象は磁場誘導層２２０の厚さ
により磁場誘導の影響が相違に現れる。望ましくは、印
刷回路基板５０の厚さが０．３ないし０．９ｍｍの時、
磁場誘導層２２０の厚さを１ないし３ｍｍに設定する。
【００２８】また、このような印刷回路基板５０は加工
時印刷回路基板５０の背面に磁場誘導層２２０をスクリ
ーン印刷して加工することもできる。
【００２９】図７は図３の第４実施形態によるリーダー
コイルアンテナの側断面図である。第４実施形態による
リーダーコイルアンテナは第３実施形態と同一符号を付
する。内部コイル１４０により形成された内部領域２３
０に当たる印刷回路基板５０に溝２１０が形成される。
図示した通り、印刷回路基板５０の背面及び溝２１０に
磁場誘導層２２０、２２０ａが形成される。
【００３０】印刷回路基板５０の背面に形成された磁場
誘導層２２０は第３実施形態と同様の役目を担う。
【００３１】印刷回路基板５０の溝２１０に挿入された
磁場誘導層２２０ａにより誘導される磁場の方向は、印
刷回路基板５０の背面に付着された磁場誘導層２２０に
より誘導される磁場の方向と同方向に形成される。この
ような磁場はコイル１２０、１４０が形成される面と垂
直方向に形成される。これにより、実際に非接触カード
を通過する磁束(magnetic flux)の大きさを最大に維持
させる。また、内部コイル１４０の内部には垂直方向の
磁束が強化され内部の磁場の強度を補強する。このよう
な磁場誘導層２２０ａは印刷回路基板５０に溝２１０を
形成せず印刷回路基板５０の表面に塗布することもでき
る。
【００３２】また、内部コイル１４０の内部領域に当た
る印刷回路基板５０の溝２１０に挿入された磁場誘導層
２２０ａの厚さは、印刷回路基板５０の厚さとほぼ同一
に適用することが望ましい。
【００３３】図８は図３及び図７に示した実施形態によ
り形成された磁場の強度を示したグラフである。図８に
おいて細い実線１００は図３の実施形態により形成され
た磁場の強度Ｙを示し、太線２００は図７の実施形態に
より形成された磁場の強度Ｙを示す。図面において、Ｘ
軸はコイル１２０、１４０により形成された内部領域の
中心部から外部領域への距離を示し、Ｙ軸は各位置にお
ける磁場の強度を示す。
【００３４】細い実線１００によれば、コイル１２０、
１４０が置かれた個所における磁場の強度に比べて中心
部における磁場の強度が多少弱くなることが分かる。太
線２００によれば、コイルが置かれている個所における
磁場の強度と磁場誘導層２２０ａが挿入された中心部に
おける磁場の強度はほぼ同一であることが分かる。従っ
て、コイルの中心部分で磁場誘導層２２０ａにより磁場
の強度が増加することが分かる。
【００３５】図９は図３を用いた非接触カード認証シス
テムを示したブロック図である。本発明に係るリーダー
コイルアンテナを用いた非接触カード認証システムは、
リーダーコイルアンテナ１１０と、カードリーダー３３
０と、制御部３５０とを有している。望ましくは本実施
形態の非接触カード認証システムは、リーダーコイルア
ンテナ１１０とカードリーダー３３０に対する入出力信
号を制御するマッチング回路３１０を有する。
【００３６】部材番号４１０はリーダーコイルアンテナ
１１０により感知可能な領域を示し、４３０は非接触カ
ードを示す。
【００３７】カードリーダー３３０はリーダーコイルア
ンテナ１１０を介して常にパワーと信号を含む動作周波
数を送出する。一例として、動作周波数は１３．５６Ｍ
Ｈｚを有する。
【００３８】カードリーダー３３０でマッチング回路３
１０を通して出力された動作周波数はリーダーコイルア
ンテナ１１０で磁場を発して放出される。この際、コイ
ル１２０、１４０には相殺干渉により磁場が弱まるが、
コイル１２０、１４０の周りには補強干渉（constructi
ve interference）により一層大きい磁場を形成する。
従って、同一動作周波数により形成された感知可能領域
は増加する。
【００３９】このように放出された磁場により非接触カ
ード４３０には誘導起電力が蓄積され、蓄積された誘導
起電力は反射放出され貯蔵された情報と共にリーダーコ
イルアンテナ１１０に受信される。
【００４０】受信された信号はマッチング回路３１０を
経てカードリーダー３３０によりデータを判読し増幅及
びフィルタリングされ復号される。制御部３５０は復号
された信号に応じて認証するか否かを処理する。
【００４１】前記本発明のリーダーコイルアンテナ及び
これを適用した非接触カード認証システムによれば、同
方向の電流が引加されたリーダーコイルアンテナによっ
てコイルの中心部で感知可能領域が改善される効果があ
る。一方、印刷回路基板の裏面に非導電性磁性体を付着
させて裏面に発生する磁場を遮蔽することにより望まな
い方向への磁場の放出を制御できる。また、図７に示し
た通り、内部コイルの内部に非導電性磁性体を挿入する
ことにより、コイルの中心付近に形成される磁場の強度
が増加する。結局、本実施形態による非接触カード認証
システムのための感知可能領域は増加し、通信の安定性
は改善され、デッドゾーン(dead zone)の面積は縮ま
る。
【００４２】本発明に係る技術ではコイルを円形にする
ことと説明したが、本発明により外部コイルと内部コイ
ルに同方向の電流だけ引加できる形態、すなわち楕円形
など多様な形態でも同一に適用できる。
【００４３】ひいては、本発明では外部コイルと内部コ
イルの中心部または共通中心点を有していることと説明
した。しかし、本発明により内部コイル及び外部コイル
が異なる中心部または異なる中心点を有しているように
し、内部コイルが外部コイルの内部にだけ位置するよう
設計すれば、本実施形態が同一に適用できる。
【００４４】また、本発明ではコイルを装着するために
印刷回路基板を使用している。しかし、本発明によりコ
イルの位置及び印加される電流の方向を適用すれば印刷
回路基板がない構成も可能であろう。
【００４５】本発明は前述した特定の望ましい実施形態
に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せ
ず当該発明の属する技術分野において通常の知識を持つ
者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論、そ
のような変形は記載された請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の非接触カード認証システムのブロック
図である。
【図２】 図１のリーダーコイルアンテナの分解斜視図
である。
【図３】 本発明の第１実施形態によるリーダーコイル
アンテナの上面図である。
【図４】 図３の側断面図である。
【図５】 図３の第２実施形態によるリーダーコイルア
ンテナの側断面図である。
【図６】 図３の第３実施形態によるリーダーコイルア
ンテナの側断面図である。
【図７】 図３の第４実施形態によるリーダーコイルア
ンテナの側断面図である。
【図８】 図３及び図７によるコイル直径で磁場の強度
を示したグラフである。
【図９】 図３を用いた非接触カード認証システムを示
したブロック図である。
【符号の説明】
５０ 印刷回路基板 １１０ リーダーコイルアンテナ １２０ 外部コイル １４０ 内部コイル ２２０、２２０ａ 磁場誘導層 ３３０ カードリーダー ３５０ 制御部 ４３０ 非接触カード

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非接触カード認証システムのリーダーコ
    イルアンテナにおいて、 所定のループを形成し電流を供給され磁場を形成する外
    部コイルと、 該外部コイルのループ内に配される少なくとも一つの内
    部コイルと、を備え、ここで前記少なくとも一つの内部
    コイルは前記外部コイルにより形成された磁場方向につ
    いて補強干渉を引き起こすことを特徴とするリーダーコ
    イルアンテナ。
  2. 【請求項２】 前記内部コイルは、少なくとも二つの前
    記内部コイルを有し、ここで前記内部コイルは前記外部
    コイルから内側に順次に配されることを特徴とする請求
    項１に記載のリーダーコイルアンテナ。
  3. 【請求項３】 前記内部コイルは、一つの前記リーダー
    コイルが使われることを特徴とする請求項２に記載のリ
    ーダーコイルアンテナ。
  4. 【請求項４】 前記外部コイル及び少なくとも一つの前
    記内部コイルには同方向の電流が供給されることを特徴
    とする請求項１に記載のリーダーコイルアンテナ。
  5. 【請求項５】 前記外部コイル及び前記内部コイルは、
    一つのコイルにより一体形に形成されることを特徴とす
    る請求項１に記載のリーダーコイルアンテナ。
  6. 【請求項６】 前記外部コイル及び前記内部コイルは、
    円形のループで形成されることを特徴とする請求項１に
    記載のリーダーコイルアンテナ。
  7. 【請求項７】 前記外部コイル及び前記内部コイルは、
    同軸的に配されることを特徴とする請求項６に記載のリ
    ーダーコイルアンテナ。
  8. 【請求項８】 前記外部コイル及び前記内部コイルの直
    径は３０ないし４０μｍの銅で形成され、前記外部コイ
    ル及び前記内部コイルの間隔は２０ないし３０ｍｍで形
    成されることを特徴とする請求項１に記載のリーダーコ
    イルアンテナ。
  9. 【請求項９】 前記外部コイルにより形成されるループ
    の直径は５５ないし６５ｍｍで形成されることを特徴と
    する請求項８に記載のリーダーコイルアンテナ。
  10. 【請求項１０】 前記外部コイル及び前記内部コイル
    は、印刷回路基板に装着して形成されることを特徴とす
    る請求項１に記載のリーダーコイルアンテナ。
  11. 【請求項１１】 前記印刷回路基板の一面には非導電性
    磁性体が塗布された磁場誘導層をさらに備えることを特
    徴とする請求項１０に記載のリーダーコイルアンテナ。
  12. 【請求項１２】 前記磁場誘導層は、前記内部コイルに
    より形成された前記ループの内部領域に配されることを
    特徴とする請求項１１に記載のリーダーコイルアンテ
    ナ。
  13. 【請求項１３】 前記印刷回路基板で前記内部コイルに
    より形成された前記ループの内部領域に溝を形成し、前
    記磁場誘導層は前記溝内に設けられるようにすることを
    特徴とする請求項１２に記載のリーダーコイルアンテ
    ナ。
  14. 【請求項１４】 前記印刷回路基板に形成する溝は、前
    記内部領域に対応する形状に設けられることを特徴とす
    る請求項１３に記載のリーダーコイルアンテナ。
  15. 【請求項１５】 一方向に流れるよう引加された信号か
    ら磁場を形成するリーダーコイルアンテナと、 該リーダーコイルアンテナを介して動作信号を送出し非
    接触カードから入力された信号を復号するカードリーダ
    ーと、 復号された前記信号に基づき前記非接触カードを認証す
    るか否かを判断する制御部と、を備えることを特徴とす
    るリーダーコイルアンテナを用いた非接触カード認証シ
    ステム。
  16. 【請求項１６】 前記カードリーダーと前記リーダーコ
    イルアンテナとの間に設けられるマッチング回路をさら
    に備え、前記マッチング回路は前記リーダーコイルアン
    テナと前記カードリーダーとの信号をマッチングさせる
    ことを特徴とする請求項１５に記載のリーダーコイルア
    ンテナを用いた非接触カード認証システム。
  17. 【請求項１７】 前記リーダーコイルアンテナは、所定
    のループを形成し電流を供給され磁場を形成する外部コ
    イルと、該外部コイルのループ内に配される少なくとも
    一つの内部コイルとを備え、ここで前記少なくとも一つ
    の内部コイルは前記外部コイルにより形成された磁場の
    方向について補強干渉を引き起こすことを特徴とする請
    求項１５に記載のリーダーコイルアンテナを用いた非接
    触カード認証システム。
  18. 【請求項１８】 前記外部コイル及び前記内部コイル
    は、一つのコイルにより一体形に形成されることを特徴
    とする請求項１７に記載のリーダーコイルアンテナを用
    いた非接触カード認証システム。
  19. 【請求項１９】 前記外部コイル及び前記内部コイル
    は、印刷回路基板に装着され形成されることを特徴とす
    る請求項１７に記載のリーダーコイルアンテナを用いた
    非接触カード認証システム。
  20. 【請求項２０】 前記印刷回路基板の一面には非導電性
    磁性体が塗布された磁場誘導層をさらに備えることを特
    徴とする請求項１９に記載のリーダーコイルアンテナを
    用いた非接触カード認証システム。
  21. 【請求項２１】 前記磁場誘導層は、前記内部コイルに
    より形成された内部領域にさらに配されることを特徴と
    する請求項２０に記載のリーダーコイルアンテナを用い
    た非接触カード認証システム。
  22. 【請求項２２】 前記印刷回路基板の内部領域に溝が形
    成され、前記磁場誘導層は前記溝内に設けられるように
    することを特徴とする請求項２１に記載のリーダーコイ
    ルアンテナを用いたカード認証システム。
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