JP2015502600A - 装着者の意図的な身振りによって操作が制御される高周波通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】先行技術の欠点と、カードに一様で意図的な行為を適用する所持者により開始される最適な操作とを軽減する高周波装置を提供する。【解決手段】第１の面上に、電気絶縁性ブリッジ（３０９）を介して交差する巻線（３１０）の平坦な巻きにより形成されたアンテナ（３１２）を備えた支持層（３１１）と、その支持層の第１の面上に接着された保護層との少なくとも２つの層からなり、アンテナの２つの接点は、そのアンテナが開になるように狭いスペース（５２５）により分離されており、その接点が位置する保護層上にユーザーが指を置いたときに、その保護層を通じた２つの接点（３３３、３３４）間の電流の流れによりアンテナは閉になり、チップ（３１４）と非接触型携帯機器に関連付けられたリーダとの間の通信が可能になる。【選択図】図３

Description

本発明は、操作を中断する手段を備えた高周波識別装置に関し、具体的には、装着者の意図的な身振りによって制御される高周波通信装置に関する。

非接触型高周波識別装置（ＲＦＩＤ）は、制限されたアクセスゾーン内で移動するか又はあるゾーンから別のゾーンへ移動する人を識別するのにますます使用されてきている。その結果、パスポート、ＩＤカードなどの身分証明書のタイプの機密文書の市場が急成長している。非接触型ＲＦＩＤは、アンテナと、そのアンテナの端子に接続されたチップとから構成された装置である。チップには電源が供給されず、リーダのアンテナとＲＦＩＤのアンテナとの間の電磁結合によってエネルギーを受ける。情報は、ＲＦＩＤとリーダとの間で交換され、特に、ＲＦＩＤが設置されている物体の所持者の識別、及び制限されたアクセスゾーンに入るための所持者の認証に関する情報はチップに記憶されている。

このような非接触型装置で生じる重大な問題のうちの１つは、その装置の所持者に知られることなく、遠隔リーダによって情報が照会できることである。この問題は、クレジットカード、電子財布並びに機密文書及び身分証明書などのような慎重に利用するものが含まれる場合には、更に深刻なものとなる。

この欠点を補う手段のうちの１つは、特許文献１に記載されているように、アンテナ回路を閉にすることが可能な機械的スイッチをＲＦＩＤ装置に備えることである。この手段は、高周波装置の標準的な製造工程において、規範的でかつ費用の掛かる修正を必要とするため、現在の市場内での開発が大幅に制限される。

別の手段は、特許文献２に記載されており、図１及び２に示されている。図１に示すＲＦＩＤ１１１は、静電容量表面１１７、１１８を特徴とする制御装置１１６を備え、ユーザの指で覆われると、装置からリーダへのデータ送信が可能になる。この装置は、２つの接点１１３によってアンテナに接続された電子モジュール１１４を含んでいる。また、アンテナは、２つの静電容量表面１１７、１１８にも接続され、これらはそれぞれ、図示しない２つのキャパシタの２つのプレートのうちの１つを形成し、その構成が制御装置１１６を形成している。このように、初期設定状態では、チップ１１４、アンテナ１１２及び制御装置１１６からなる回路は、静電容量表面１１７、１１８の位置で開になっている。

図２は、図１に示した先行技術の装置の等価回路図を示す。アンテナ１１２は、インダクタンスＬ、抵抗ｒ及び巻線間容量Ｃｆと等価である。巻線間容量Ｃｆは、巻線の屈曲による容量であり、巻線１１０間のスペースで生じる。制御装置１１６は可変容量Ｃｇと等価である。Ｃはチップ１１４の入力容量を表し、Ｒはチップ１１４の負荷抵抗を表している。アンテナ１１２、チップ１１４及び制御装置１１６は、並列に接続されている。

前述の装置は多くの欠点を有している。チップ及びアンテナによって形成された回路は発振回路であり、次に示す回路の共振の法則がみられる場合には、最適な操作性が得られることが知られている。

ここで、Ｌはアンテナのインダクタンスを表し、Ｃはアンテナに接続された総容量を表しているとともに、ωは２πｆに等しいパルスであり、そのｆは要求される共振周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を表している。回路の共振周波数ｆ₀は、次に示す式に等しいことになる。

初期設定状態では、図１に示す装置は、開回路の共振周波数がデータ送信周波数と実質的に異なり、すなわち１３．５６ＭＨｚであるチップからのデータ送信は許可しない。そのような周波数、及び固定されたチップの入力容量Ｃを得るために、アンテナのインダクタンスＬは、ｆ₀の値が増加するように、低くなければならない。その結果、アンテナは、わずかな巻線で構成されるべきであり、それにより、アンテナ利得の低下及び巻線間容量Ｃｆの低下がもたらされるようになる。積Ｌ＊Ｃは、開回路の共振周波数がデータ交換を可能にする周波数閾値を十分に上回るように決定される。このため、開回路の周波数は約４０ＭＨｚのオーダーになる。ユーザがデバイス１１１を把持し、静電容量表面１１７、１１８に指を当てると、それによりアンテナと並行して２つのキャパシタが直列接続となる。接続によって得られた容量は、それらのうちの１つが静電容量表面１１７である２つのプレートにより形成される第１のキャパシタの容量Ｃ１と、それらのうちの１つが静電容量表面１１８である２つのプレートにより形成される第２のキャパシタの容量Ｃ２とを考慮したものとなる。このようにして閉じられた回路は、データ交換を可能にするために、１３．５６ＭＨｚに近い周波数ｆ₁を有しなければならない。この周波数はｆ₁に等しい。

Ｌ及びＣは固定され、Ｃｆは無視され、周波数が４０ＭＨｚから１３．５６ＭＨｚに低下させることを可能にするパラメータは、高い値を有しなければならない制御装置の容量Ｃｇである。容量Ｃｇは、この式によって証明される。

容量Ｃｇは、先行技術に係る装置の回路の総容量を増加させ、データ交換を可能にするのに必要な周波数に達するまで、回路の共振周波数を低下させる。

その結果、この値は、先行技術に係る装置の操作において重要である。この値は、高くなければならない２つのキャパシタの容量Ｃ１、Ｃ２の値に関係するとともに、指の位置、付与された力及び得られた結合に関係する。従って、ユーザが制御装置を把持する方法と、起動する方法とに依存するため、先行技術に係る装置の動作は一様ではない。これによって、アクセス制御又は身元確認の期間などの実際の生活の場面において、カードの読取りが遅くなったり、中断したりする場合がある。

さらに、図２の回路図から分かるように、指がカード上に位置しない場合には、回路はキャパシタの位置で開になるが、アンテナ１１２及びチップ１１４は閉回路を形成し続ける。このためＲＦＩＤは、チップが常にアンテナに接続されている場合には、常にリーダから電力を受け入れることができる。このことは、ＲＦＩＤとリーダとの間のデータ通信が依然として可能であり、それはリーダが放出する電力に依存することを意味している。

先行技術に係る装置の別の欠点は、それを実装する際における産業上の困難性にある。実際に、非接触型装置の厚さでのスイッチの作製又は電気部品の挿入は、製造工程における工程数を増加させるため、結果的に最終製品の原価を増加させることになる。

欧州特許第１９３９７９２号の明細書 欧州特許第１８７７９６４号の明細書

本発明の目的は、前述の欠点と、カードに一様で意図的な行為を適用する所持者により開始される最適な操作とを軽減する高周波装置を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の非接触型携帯機器は、第１の面上に、電気絶縁性ブリッジ（３０９）を介して交差する巻線（３１０）の平坦な巻きにより形成されたアンテナ（３１２）を備えた支持層（３１１）と、その支持層の第１の面上に接着された保護層との少なくとも２つの層からなる非接触型携帯機器であって、前記アンテナは、２つの切込みを特徴とし、かつ２つの配線及び４つの端部（３２１、３２２、３２３、３２４）からなるとともに、チップ（３１４）を接続するための２つの接続端部（３２１、３２２）を含む非接触型携帯機器において、前記アンテナは、それぞれが接点（３３３、３３４）により拡張された２つの端部（３２３、３２４）を含むとともに、それらの２つの接点は、互いに接触しておらず、そのアンテナが開になるように狭いスペース（５２５）により分離され、かつそのアンテナと同じ平面に位置しており、前記アンテナは、その接点が位置する保護層上にユーザーが指を置いたときに、その保護層を通じた２つの接点（３３３、３３４）間の電流の流れにより閉になり、チップと非接触型携帯機器に関連付けられたリーダとの間の通信が可能になることを特徴とするものである。

本発明の非接触型携帯機器によれば、先行技術の欠点と、カードに一様で意図的な行為を適用する所持者により開始される最適な操作とを軽減することができる。

先行技術に係る装置である。 図１に示す先行技術に係る装置の等価回路図である。 本発明の実施形態からなる高周波装置の概略図である。 図３に示す本発明の実施形態からなる高周波装置の等価回路図である。

本発明の目的、物品及び特徴は、添付図面と併せて、次の説明からより明らかになるであろう。

本発明に係る高周波装置は、リーダと遠隔で通信するように設計された非接触型装置である。本発明に係る装置は、「インレー」と呼ばれる、標準的なスマートカード形式の非接触型カード若しくはチケット又はパスポートカバーに好ましく適用される。しかしながら、本明細書に記載された装置は、本発明の範囲から逸脱しない他の形式であってもよい。本発明に係る装置は、図３に示す支持層３１１を含んでいる。支持層３１１は、紙、Ｔｅｓｌｉｎ型の合成紙、又はポリカーボネート、ＰＥＴ若しくはＰＶＣなどの他の材料から製造される。アンテナ３１２、チップ３１４及び感知領域３１６を特徴とする回路は、支持層３１１の第１の面上に作製される。アンテナ、好ましくはプレーナ型は、例えば、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、又は、銀若しくは金などの導電性粒子又は導電性ポリマーを添加したエポキシ系導電性インクによるインクジェット印刷によって製造される。また、アンテナは、アルミニウムエッチングなどの他の方法によって製造することもできる。アンテナは、巻線３１０の平坦な巻きによって形成され、巻線は短絡することなく交差し、電気絶縁層又はブリッジ３０９の上下を通過している。アンテナ３１２は、少なくとも２つの巻線３１０を特徴とする。しかしながら、アンテナはチップに適応されるため、巻数は使用されるチップの種類に依存する。巻線は、用いる技術に応じて、０．１ｍｍ〜１ｍｍの一定のスペースで配置されることが好ましい。アンテナは、２つの切込み、２つの配線及び４つの端部を特徴づけるように、２つの位置で連結されている。

アンテナ３１２は、チップ３１４が接続される２つの接続端部３２１、３２２を特徴とする。チップ３１４は、「フリップチップ」接続法などの公知の方法、又は他の方法によって接続される。また、アンテナは、それぞれが接点３３３、３３４によって拡張された他の２つの他の端部３２３、３２４も特徴としている。２つの接点３３３、３３４は、アンテナの感知領域３１６を形成している。２つの接点は、アンテナ３１２と同じく印刷又はエッチング法によって製造され、アンテナ３１２と同一平面において支持層３１１上に位置している。接点は、アンテナと同時に製造されることが好ましい。それらは、アンテナと同じ材料から製造されるので、後者の不可欠な部分を形成する。同一平面に位置する２つの接点は、互いに接触しておらず、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍのスペースにより分離されている。接点３３３は、アンテナの端部３２３を拡張している。このことは、接点３３３がアンテナの端部３２３に接続されているのと同様に、接点３３４がアンテナの端部３２４に接続されていることを意味する。接続端部３２２とアンテナの端部３２３との間に位置する第１のアンテナ線の長さは可能な限り短くなっており、その長さは、アンテナの全長の１０％を超えてはならず、５％未満であることが好ましい。それ故、回路が開になると、チップへの電力の供給が防止され、その結果、非接触型装置とリーダとの間のデータ送信も防止される。第２のアンテナ線は、チップ３１４の接続端部３２１と、アンテナの端部３２４との間に位置している。ブリッジ３０９は、第２の配線の中央においてアンテナ上に位置しているので、回路が閉になると、エネルギー伝達を最大にして、非接触型装置とリーダとの間のデータ送信を最適化するために、アンテナがチップに適合するようになる。

支持層３１１は、回路を保護し、かつ装置を完成させるために、少なくとも保護層によって被覆されている。チケットの場合には、この第１の層は、紙、合成紙、ＰＶＣ、ＰＣなどから製造することができる。カードの場合には、アンテナ支持層は、カード本体の上部及び下部を形成しているプラスチック材料（ＰＶＣ、ＰＥＴ、ＰＣ）から製造された２つの保護層の間に挿入され、その後に、圧力下で熱積層法によって接着される。このように、感知領域は、外部から電気的に絶縁されるように、２つの層の間に配置される。パスポートインレーの場合には、この第１の層は、紙又はＴｅｓｌｉｎ型の合成紙から製造される。

図４は、図３に示した電子回路の等価図を示す。この回路は、アンテナ３１２、感知領域３１６、及びチップ３１４を含んでいる。アンテナ３１２は、インダクタンスＬ、抵抗ｒ及び巻線間容量Ｃｆと等価である。巻線間容量Ｃｆは、巻線３１０間のスペースで生じ、巻線の屈曲による容量を表す。感知領域３１６は、可変静電容量Ｃｃと等価である。Ｃはチップの入力容量を表し、Ｒはチップの負荷抵抗を表す。チップ３１４は、感知領域３１６と直列である。

初期設定状態では、感知領域３１６は開になっており、ほぼゼロの容量Ｃｃ値に相当する。図４の等価回路図から分かるように、チップを特徴とする回路の分岐は、初期設定状態では開になっている。その結果、アンテナが開になっているときには、チップはエネルギーを受けない。このため、カードと、関連付けられたリーダとの間で情報の交換ができない。先行技術に係る装置とは異なり、開回路の共振周波数の値は、データ交換を防止するのに重要ではない。一方、指を感知領域上に位置させないでカードの操作を防止する間は、本発明に係る装置の共振周波数の値は２０ＭＨｚ未満となる。初期設定状態では、本発明に係る装置の共振周波数は次に等しい。

式（３）から分かるように、巻線間容量の値のみが、本発明に係る装置の共振周波数の値に影響を与える。このため、共振周波数の値が何であっても、本発明に係る装置と、関連付けられたリーダとの間に交換はない。

本発明に係る感知領域３１６の実施形態が図５に示されている。感知領域の寸法は、親指ほどの大きさである。感知領域の形状は、本発明の範囲から逸脱しなければ、長方形、正方形又は平行六面体であってもよいが、楕円形であることが好ましい。感知領域は、互いに入れ子となる２つの分離した接点３３３、３３４によって形成されており、狭いスペース５２５によって分離されるように接触する領域を有していない。スペース５２５は、２つの別々の接点３３３、３３４に対向する縁部によって画定されている。これらの縁部は、スペース５２５が一定の幅をもつように、平行であることが好ましい。この幅は、１ミリメートルのオーダーとし、好ましくは０．１ｍｍ〜１．５ｍｍとする。

カード所持者の指を感知領域３１６上の置くと、その指が低い抵抗となって、２つの部分５２１、５２２の間に電流が流れ、感知領域３１６の容量Ｃｃが増加する。このように、感知領域３１６は閉位置にあるため、チップ３１４、アンテナ３１２及び感知領域からなる回路は閉になり、これによって、チップと、非接触型携帯機器に関連付けられたリーダとの間の通信が可能になる。従って、共振周波数は次に等しい。

ここで、ｋは、感知領域の形状及び感知領域の容量Ｃｃに関係する係数である。

式（４）から分かるように、本発明に係る装置が指を置くことによって起動されると、共振周波数を得るのに、巻線間容量に加えてチップの容量も関係するようになる。その結果、チップの容量は、装置のＲＦ機能において重要となる。

本発明に係る装置は、スイッチに見られるような機械的インターフェースも可動性機械部品のアセンブリも有さないという利点を有している。感知領域は、センサのような追加要素を含まない。本発明に係る装置は、外面に導電面をもたない。感知領域は、アンテナ支持層上にアンテナと同時に作製され、感知領域は、保護層の下において装置内に完全に隠れている。

３０９ 電気絶縁性ブリッジ
３１０ 巻線
３１１ 支持層
３１２ アンテナ
３１４ チップ
３１６ 感知領域
３２１、３２２ 接続端部
３２３、３２４ 端部
３３３、３３４ 接点
５２５ 狭いスペース

Claims (5)

1. 少なくとも次の２つの層からなる非接触型携帯機器であって、
   ・第１の面上に、電気絶縁性ブリッジ（３０９）を介して交差する巻線（３１０）の平坦な巻きにより形成されたアンテナ（３１２）を備えた支持層（３１１）
   ・その支持層の第１の面上に接着された保護層
   前記アンテナは、２つの切込みを特徴とし、かつ２つの配線及び４つの端部（３２１、３２２、３２３、３２４）からなるとともに、チップ（３１４）を接続するための２つの接続端部（３２１、３２２）を含む非接触型携帯機器において、
   前記アンテナは、それぞれが接点（３３３、３３４）により拡張された２つの端部（３２３、３２４）を含むとともに、それらの２つの接点は、互いに接触しておらず、そのアンテナが開になるように狭いスペース（５２５）により分離され、かつそのアンテナと同じ平面に位置しており、
   前記アンテナは、その接点が位置する保護層上にユーザーが指を置いたときに、その保護層を通じた２つの接点（３３３、３３４）間の電流の流れにより閉になり、チップと非接触型携帯機器に関連付けられたリーダとの間の通信が可能になることを特徴とする機器。
2. 前記スペース（５２５）が、１ミリメートルのオーダーの一定の幅を有するとともに、その幅が好ましくは０．１ｍｍ〜１．５ｍｍである請求項１に記載の機器。
3. チップの接続端部（３２２）と端部（３２３）との間に位置するアンテナ回路の第１の配線の長さが、アンテナの全長の１０％未満であり、それによって、その回路が開のときにチップへ電力の供給が妨げられ、その結果として、非接触型装置とリーダとの間のデータ送信が防止される請求項１又は２に記載の機器。
4. 前記絶縁性ブリッジ（３０９）が、アンテナ回路上の、チップの接続端部（３２１）とアンテナの端部（３２４）との間に位置する第２の配線の中央に位置し、それにより、回路が閉のときに、エネルギー伝達を最大にして、非接触型装置とリーダとの間のデータ送信を最適化するために、アンテナをチップに適合させることができる請求項１〜３のいずれか１項に記載の機器。
5. 前記２つの接点（３３３、３３４）が、楕円形の感知領域（３１６）を形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の機器。

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