JP2022011487A - アンテナ装置およびアンテナ装置であるカード - Google Patents
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Abstract
Description
本開示のアンテナ装置の第1実施形態の一例について説明する。図1は、カードであるアンテナ装置1を当該カードの主面の法線方向から平面視した平面図である。図2は、図1のアンテナ装置1の平面図において、制御用チップ41、電源ユニット6および生体情報センサ5を横切るアンテナ装置1の長辺方向に沿ったA-A線で切った断面を紙面の下方側から見た断面図である。また、図3は、アンテナ装置の概略的な回路を示す図であり、図4は、アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、RF通信回路3は、RFチップ31と、両端が当該RFチップ31と電気的に接続するRFアンテナ32とを備えている。また、図2に示すように、RF通信回路3は、RFチップ31およびRFアンテナ32を支持する回路基板23を備えている。さらに、図3に示すように、RF通信回路3は、共振周波数を整合させるための同調用コンデンサ33と、回路の一部を切り換えるためのスイッチ回路34と、RFアンテナ32の電磁誘導の起電力で生じる電流を整流する整流回路37と、アンテナ装置1から返信データを送信する際の負荷変調を掛けるためのオン、オフ信号を生成する電界効果トランジスタ38等とを備えている。また、スイッチ回路34は、内部のスイッチ35のオープン、クローズの状態により、RFアンテナ32を有効化または無効化することができる。なお、オープンはスイッチの開状態を指し、クローズはスイッチの閉状態を指す。
回路基板23としては、絶縁性基板であって通常用いられる各種のプリント基板用部材を使用することができ、その形態もリジッドなものやフレキシブルなものがいずれも適用できる。例えば、紙材にフェノール樹脂やエポキシ樹脂を含侵させたものや、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含侵させたもの、ポリイミドフィルム等を挙げることができる。厚さの制限は特にないが、フレキシブルな基板であれば、厚さを0.01mm以上、0.2mm以下程度、リジッドな基板であれば、例えば0.1mm以上、0.4mm以下程度とすることができる。
RFチップ31は、CPUまたはMCUを備えるICチップであり、CPU等は各種制御、演算、メモリからのデータの読み出し、メモリへのデータの書き込み等を行う。また、RFチップ31は、RFアンテナ32を通じて外部機器からの電磁波に含まれるデータを解読したり、送信用データを電磁波に変換して外部機器に対して送信することができる。なお、RFチップ31は、RFアンテナ32の電磁誘導の起電力で生じる電流から必要な駆動電力を生成している。
RFアンテナ32は、リーダー等の外部機器から発せられた所定周波数の電磁波を受信し、交流磁界により生じる電磁誘導の起電力で生じる電流や電圧の変化をその両端が電気的に接続するRFチップ31に伝達し、RFチップ31から出力された電流や電圧の変化を所定周波数の電磁波に変換して放射し、外部機器が受信、解読できるようにする機能を有している。
スイッチ回路34は、上述したRF通信回路3の共振周波数を所定周波数に同調させるかこれに対してシフトさせるかを選択するスイッチ機能を有する。スイッチ回路34は、図3に示すように、スイッチ35と調整用コンデンサ36とが直列につながれ、かつ、これがRFアンテナ32の端部32aに向かう配線と端部32bに向かう配線とにまたがって並列につながれた構成を有する。
詳細は後述するが、RF通信回路3には、上述したもの以外に、RFアンテナ32が受電した電磁波による電磁誘導の誘電起電力で生じる電流を直流電流に変換する整流回路37や、RFアンテナ32で受信する電磁波に負荷変調を掛け、RFチップ31の接続パッド31fからの信号38sを受けてオン、オフすることによって送信用データに対応する電磁波の波形を生成する電界効果トランジスタ38を備えている。本実施形態では、上記の整流回路37で生じた直流電流をRFチップ31に給電すべく、当該整流回路37から分岐する二つの配線の先端をそれぞれ、RFチップ31の接続パッド31cおよび31dと電気的に接続している。ただし、整流回路37の機能は、RFチップ31の内部に備えていてもよい。
図1に示すように、制御回路4は、制御用チップ41と、両端が当該制御用チップ41および電源ユニット6とそれぞれ並列に電気的に接続する制御用アンテナ42とを備えている。また、図2に示すように、制御回路4は、制御用チップ41、制御用アンテナ42、電源ユニット6をおよび生体情報センサ5を支持する回路基板23を備えている。一方、図3に示すように、制御回路4は、RF通信回路3と同様に共振周波数を整合させるための同調用のコンデンサ43と、回路の一部を切り換えるためのスイッチ回路44と、制御用アンテナ42で受電し、電磁誘導の起電力で生じる電流を整流する整流回路47とを備えている。
回路基板23は、前述したRFチップ31やRFアンテナ32を支持する回路基板23と共用されるものであるが、その上に搭載されるデバイスの配置やサイズに応じて一部の基板を分離させてもよい。例えば、図2に示すように、本実施形態では、生体情報センサ5の表面5aを、コア層21の表面21aと略同一に合わせるため、制御用チップ41や電源ユニット6を搭載する回路基板23aと、生体情報センサ5を搭載する回路基板23bとは互いに分離配置される。
制御用チップ41は、RFチップ31と同様、CPUまたはMCUを備えるICチップである。また、図4のブロック図に示すように、制御部48およびメモリ49をさらに備える。制御用チップ41は、電源スイッチ8からの入力信号等をトリガとして生体情報センサ5に対して、生体情報の取得を指示し駆動させる機能や、生体情報センサ5が取得した生体情報と、メモリ49に記憶する、あらかじめ登録された情報とを照合することにより、所定の生体認証条件、すなわち、正当なユーザの使用であるか否かを判断する機能を有する。
制御用アンテナ42は、RFアンテナ32とは別個のアンテナであり、リーダー等の外部機器から発せられた所定周波数の電磁波を受電し、交流磁界により生じる電磁誘導の起電力で生じる電流を、駆動電力として制御用チップ41や電源ユニット6に供給する機能を有する。また、この電磁誘導の起電力で生じる電流を、生体情報センサ5の駆動電力として直接、生体情報センサ5に供給する機能を有していてもよい。制御用アンテナ42の受電に用いる電磁波の周波数は、RFアンテナ32と同様にLF帯、HF帯、UHF帯等から選択できるが、リーダー等の外部機器の構成を単純化する観点から、RFアンテナ32の周波数と同一にすることが好ましい。本実施形態では、制御用アンテナ42の周波数目標値をRFアンテナ32と同様に13.56MHzとしている。
スイッチ回路44は、上述したRF通信回路3のスイッチ回路34と同様に、制御回路4の共振周波数を所定周波数に同調させるかこれに対してシフトさせるかを選択するスイッチ機能を有する。スイッチ回路44は、スイッチ45と調整用コンデンサ46とが直列につながれ、かつ、これが制御用アンテナ42の端部42aに向かう配線と端部42bに向かう配線とにまたがって並列につながれた構成を有する。
生体情報センサ5は、特定ユーザ認証等のため、ユーザ固有の生体情報を取得するためのセンサであり、対象情報はユーザの指から取得する指紋情報、指や手のひらから取得する静脈情報、目から取得する虹彩情報、声から取得する声紋情報、またはユーザの血圧や脈拍等の情報等、様々なものが選択可能である。本実施形態では、生体情報センサ5として指紋情報を取得する指紋センサを使用する。
電源ユニット6は、制御用アンテナ42が受電する電磁波の電磁誘導の誘電起電力で発生する電流を蓄電する二次電池であるが、一次電池でもよく、一時的に蓄電するための単なる容量素子であってもよい。電源ユニット6は通常のリチウムイオン二次電池でもよく、酸化物を固体電解質材料とする電解質層を有する全固体電池としてもよい。
詳細は後述するが、制御回路4には、上述したもの以外に、制御用アンテナ42が受電した電磁波による電磁誘導の誘電起電力で生じる電流を直流電流に変換する整流回路47を備えている。
本実施形態のアンテナ装置1は、カード形態であるため、以下に述べる追加の構成要素を備えているが、これらはアンテナ装置1の必須の構成要素ではない。アンテナ装置1としては、上述したように、RF通信回路3および制御回路4を備えていれば足りる。以下に、本実施形態のカードであるアンテナ装置1として付加的に備えている構成について説明する。
図2に示すように、アンテナ装置1は、その表裏面にそれぞれ基材2であるコア層21および22を備えており、両コア層21、22の間に、上述したRF通信回路3および制御回路4が挟み込まれた構成を有している。コア層21および22としては、白色または着色された各種のプラスチックシートを幅広く使用することができ、以下にあげる単独のフィルムあるいはそれらの複合フィルムを使用できる。
上述のように、アンテナ装置1は、その表裏面にそれぞれコア層21および22を備え、内部にRF通信回路3および制御回路4を挟む構造を有している。ここで、図2に示すように、RF通信回路3や制御回路4の断面は、回路基板23のみが存在する薄い領域と、回路基板23上にRFチップ31や制御用チップ41、生体情報センサ5、電源ユニット6等の各種デバイスが搭載された厚い領域とが併存しており、その影響を受けることでコア層21および22の表面平滑性を維持することが比較的困難である。
上述したスペーサに加え、アンテナ装置1は、表裏面のコア層21および22と、内部のRF通信回路3および制御回路4との間に形成されるスペーサ24以外の空隙を埋め、コア層21および22と、RF通信回路3および制御回路4との密着および密閉を図り、表裏面のコア層21および22のうねりの一層の抑制を図るために、当該空隙に相当する部分に液状の接着剤40が充填されている。接着剤40は、常温硬化型、加熱硬化型等の様々な材料を使用できるが、例えば天然ゴム、合成ゴム系接着剤や、ポリイソシアネートとポリオールのウレタン化反応を用いるウレタン系接着剤等、硬化後もカードとしての一定の可撓性が得られる材料を選択することが好ましい。
本実施形態のアンテナ装置1は、上記の他にも、必須の構成要素ではないが、付加的な機能を有している。アンテナ装置1は、図1に示すように、アンテナ装置1であるカードの表面21aに露出する表示部7と電源スイッチ8とを互いに隣接するように備えている。表示部7は、アンテナ装置1の動作状態や、そのときに操作可能な機能を表示することができる。本実施形態の表示部7は、一方が正常動作を示す緑色、他方は異常動作や警告を示す赤色に発光する2個のLEDランプであるが、これに限らず、表示部7は、1個のLEDランプが複数色に発光できるものあってもよい。
次に、第1実施形態に係るアンテナ装置1の操作方法、動作および作用について、主として図4~図6に基づいて説明する。図5および図6は、アンテナ装置1の動作を説明するフロー図である。
図5に示すように、まずユーザはアンテナ装置1の電源スイッチ8を押して、アンテナ装置1を起動させる(ステップS201)。なお、電源スイッチ8を設けない構成とした場合は、アンテナ装置1が外部機器にかざされたことを制御用アンテナ42が検出することで電源スイッチ8が押された場合と同様の挙動をすることとしてもよい。この場合は、図5のステップS201からステップS203は行われず、スイッチ回路34のスイッチ35がノーマルクローズであり、かつ、スイッチ回路44のスイッチ45がノーマルオープンとなっている。そして、制御用アンテナ42による受電検出をトリガとしてステップS204から開始する。
続いて、図6に示すフローBに係るアンテナ装置1の処理を説明する。フローBは、上述したとおり、ユーザが生体認証に成功し、アンテナ装置1の制御回路4の電力取得機能が非活性化され、RF通信回路3の非接触通信機能が活性化された状態に遷移した後の流れである。この状態において、RF通信回路3は、所定周波数の電磁波を受けたときに共振し、電磁誘導の起電力で生じる電流や電圧の変化をその両端が電気的に接続するRFチップ31に伝達し、RFチップ31から出力された電流や電圧の変化を所定周波数の電磁波に変換して放射し、外部機器が受信、解読できるようにすることができる(ステップS211)。また、RFアンテナ32は、外部機器から所定周波数の電磁波を受電し、電磁誘導の起電力で生じる電流を、駆動電力としてRFチップ31に供給することもできる。
次に、本実施形態のカード形状である、アンテナ装置1の製造方法の一例を説明する。図7および図8は、第1実施形態のアンテナ装置の製造工程を説明する図である。
まず、図7(a)に示すように、アンテナ装置1の表裏面を形成する基材2の一方であるコア層22の片側面の所定位置に、所定の厚さおよび領域を有する両面粘着テープ等の粘着材50を貼り付ける。なお、平面視した際の基材2の外形形状は、アンテナ装置1の外形形状と同様に略長方形であるが、製造に際しては、アンテナ装置1が縦横にマトリックス状に配置された多面付けの積層体として製造し、最後にカード形状に打ち抜き加工して各々のアンテナ装置1を得る方法をとることが量産性の面から好適である。図7および図8では、説明の簡略化のため、アンテナ装置1の1枚単位での図を示しているが、上記のとおり、多面付けの積層体の製造方法をも包含するものとする。
一方、回路基板23の片面または必要に応じて両面に、RFアンテナ32、制御用アンテナ42を形成し、これに各種デバイスを取り付ける。RFアンテナ32や制御用アンテナ42の形成方法、および、RFアンテナ32や制御用アンテナ42にRFチップ31や制御用チップ41を接続する方法は前述したとおりである。その他、必要に応じて回路基板23の片面または必要に応じて両面には、アンテナ形成方法に準じて各種デバイス間の電気的接続を図るための配線パターンを形成する。
次に、図7(b)に示すように、一方の面に粘着材50が貼り付けられたコア層22の粘着材50の面上に、各種デバイスが取り付けられた回路基板23を載置し、接着固定する。これらのデバイスや回路基板23は、後述する接着剤の充填工程によりアンテナ装置1における配置が最終的に固定されるが、デバイスや回路基板23の配置が接着剤の流動の影響でずれてしまうことを抑制するために、これらを事前にコア層22に仮固定することを意図している。
続いて、図7(c)に示すように、粘着材50と接着固定された各種デバイス付きの回路基板23に重なるように、スペーサ24が載置される。スペーサ24は、回路基板23に対して、コア層22とは反対側に飛び出す各種デバイスとの干渉を避けるため、必要に応じて貫通孔や切り欠きが設けられている。また、スペーサ24の載置位置が回路基板23に対してずれないように、スペーサ24を、粘着材を介して回路基板23に対して仮固定してもよい。
次に、図8(a)に示すように、アンテナ装置1のコア層22とは反対側の表面を形成する基材2であるコア層21を準備する。コア層21には、あらかじめ、生体情報センサ5の表面5aがアンテナ装置1の表面上に露出して配置されるよう、生体情報センサ5の表面5aのサイズに応じた孔が開けられている。また、そのコア層21の孔の外周の、回路基板23と対向する面には、枠21bが接着剤等により固定されている。枠21bは、接着剤40を充填したアンテナ装置1のコア層21に形成されたダム枠であり、生体情報センサ5に対応する孔から硬化前の当該接着剤40が外部にはみ出すことを抑制するものである。
次に、図8(b)に示すように、接着剤40が塗布されたコア層21を、コア層22、各種デバイスが搭載された回路基板23、およびスペーサ24が積層された中間積層体に対して接着剤塗布面が回路基板23と対向する向きとなるように積層する。また、中間積層体にコア層21を積層した最終積層体を、表裏面からローラで挟み込んで搬送する等して適度の荷重を掛けて厚さの均一化を図り、さらには、常温または所定の温度を掛けることによって、内部に充填された液状接着剤の硬化を促進する。
図示はしないが、アンテナ装置1が多面付けの積層体として製造された場合には、最後に、この最終積層体をカード形状に打ち抜くことにより、各々のアンテナ装置1が完成する。打ち抜きは、例えばオスメス刃、またはトムソン刃(ビク刃)を抜き型として使用してもよく、あるいはレーザ照射により外周を切断することによってカード形状に仕上げてもよい。
アンテナ装置1は、主としてRFチップ31、RFアンテナ32およびスイッチ回路34を含むRF通信回路3と、制御用チップ41または電源ユニット6、制御用アンテナ42およびスイッチ回路44を含む制御回路4とを備えている。また、アンテナ装置1の必須要件ではないが、第1実施形態のアンテナ装置1は、さらに生体情報センサ5を備え、カード形状をしている。
上述した第1実施形態のアンテナ装置1の変形例について説明する。なお、アンテナ装置の部材構成や回路構成は第1実施形態のアンテナ装置1と同様であるため、同一の符号を用いて相違点について説明する。
(i)RF通信回路のスイッチ回路
変形例1は、第1実施形態と同様に、RF通信回路3の等価回路が、インダクタンスがL1であるコイルと容量がC1であるコンデンサとの並列回路となるように配置される。また、RF通信回路3が活性化されているときの共振周波数f0がf0=1/(2π×(L1C1)1/2)である。
制御回路4のスイッチ回路44も、上述の変形例に係るRF通信回路3のスイッチ回路34と同様の構成をとることができる。すなわち、制御回路4の等価回路が、インダクタンスがL2であるコイルと容量がC2であるコンデンサとの並列回路となるように配置される。また、制御回路4が活性化されているときの共振周波数f0がf0=1/(2π×(L2C2)1/2)である。
変形例に係るアンテナ装置1の操作方法、動作および作用は、前述したアンテナ装置1のそれとおおむね同様である。ただし、ステップS203は、RF通信回路3のスイッチ回路34のスイッチ35をオープンのままとし、かつ、制御回路4のスイッチ回路44のスイッチ45をクローズとするよう、スイッチ35および45に指示する旨の内容に読み替える必要がある。
変形例1は、上述のように、RF通信回路3のスイッチ回路34のスイッチ35をクローズとしたときに、RF通信回路3の共振周波数を所定周波数に同調させてRF通信回路3を活性化し、スイッチ35をオープンにしたときに、RF通信回路3の共振周波数を所定周波数からシフトさせ、RF通信回路3を非活性化するものである。また、これと同様に、制御回路4のスイッチ回路44のスイッチ45をクローズとしたときに、制御回路4の共振周波数を所定周波数に同調させて制御回路4を活性化し、スイッチ35をオープンにしたときに、制御回路4の共振周波数を所定周波数からシフトさせ、制御回路4を非活性化するものである。
本実施形態のアンテナ装置1の製造方法は上述したものには限られない。以下に、変形例3に係るアンテナ装置1Dの構成および製造方法の一例を説明する。図12は、変形例3のアンテナ装置1Dの図2に対応する断面図であり、図13は、図8に対応するアンテナ装置1Dの製造工程を説明する図である。
次に、第2実施形態のアンテナ装置1Aについて、主として第1実施形態との相違点を中心に説明する。図9は、第2実施形態のアンテナ装置1Aについての、図3に対応する概略的な回路を示す図である。アンテナ装置1AはRF通信回路3Aおよび制御回路4Aを備えている。また、RF通信回路3Aおよび制御回路4Aは、それぞれ、アンテナ装置1のRF通信回路3および制御回路4が備えるスイッチ回路34および44とは異なるスイッチ回路34aおよび44aを備える。
前述のRF通信回路3の等価回路におけるコイルインダクタンスL1をL3に、容量C1をC3に、共振周波数f1をf3に置き換えたRF通信回路3Aの等価回路を想定する。ここで、RF通信回路3Aのスイッチ回路34aのスイッチ35がオープンのとき、RF通信回路3Aは活性化モードとなる。RF通信回路3A全体の容量は、主としてコンデンサ33の容量に依存し、これと回路内の他の素子の容量成分を合算した容量が前述の等価回路の容量であるC3となるようにコンデンサ33の容量が選択される。
制御回路4Aのスイッチ回路44aの作用も、上述のRF通信回路3Aのスイッチ回路34aと同様である。前述の制御回路4の等価回路におけるコイルインダクタンスL2をL4に、容量C2をC4に、共振周波数f2をf4に置き換えた制御回路4Aの等価回路を想定する。ここで、スイッチ回路44aのスイッチ45がオープンのとき、制御回路4Aは活性化モードとなる。コンデンサ43と回路内の他の素子の容量成分を合算した容量が前述の等価回路の容量であるC4となるようにコンデンサ43の容量が選択されるため、制御用アンテナ42は有効化され、制御回路4Aの非接触通信機能が活性化された状態となる。
アンテナ装置1Aの操作方法、動作および作用は、前述したアンテナ装置1のそれと同様である。また、アンテナ装置1Aの製造方法も、前述したアンテナ装置1のそれと同様である。
アンテナ装置1Aは、第1実施形態のアンテナ装置1とは、RF通信回路3Aが備えるRFアンテナ32の有効化または無効化を選択するスイッチ回路34aと、制御回路4Aが備える制御用アンテナ42の有効化または無効化を選択するスイッチ回路44aとの構成が異なる。本実施形態では、スイッチ回路34aはスイッチ35のみを有し、第1実施形態のスイッチ回路34のようにコンデンサを直列的に備えていない。
続けて、第3実施形態のアンテナ装置1Bについて、第2実施形態と同様、主として第1実施形態との相違点を中心に説明する。図10は、第3実施形態のアンテナ装置1Bについての、図3に対応する概略的な回路を示す図である。アンテナ装置1BはRF通信回路3Bおよび制御回路4Bを備えている。
第1および第2実施形態のRF通信回路3および3Aのスイッチ回路34および34aは、ともにRFアンテナ32の端部32aに向かう配線と端部32bに向かう配線とにまたがって並列につながれた構成を有していた。しかし、第3実施形態のRF通信回路3Bのスイッチ回路34bは、RFアンテナ32の端部32aに向かう配線の途中に直列につながれた構成を有する。なお、スイッチ回路34bは、RFアンテナ32の端部32bに向かう配線の途中に直列につながれた構成であってもよい。さらに、スイッチ回路34bは、第2実施形態のスイッチ回路34aと同様に、スイッチ35のみから構成されている。また、制御回路4Bのスイッチ回路44bも同様である。
制御回路4Bのスイッチ回路44bの作用も、上述のRF通信回路3Bのスイッチ回路34bと同様である。前述の制御回路4の等価回路におけるコイルインダクタンスL2をL6に、容量C2をC6に、共振周波数f2をf6に置き換えた制御回路4Bの等価回路を想定する。ここで、スイッチ回路44bのスイッチ45がクローズのとき、制御回路4Bは活性化モードとなる。ここで、コンデンサ43と回路内の他の素子の容量成分を合算した容量が前述の等価回路の容量であるC6となるようにコンデンサ43の容量が選択されるため、制御用アンテナ42は有効化され、制御回路4Bの非接触通信機能が活性化された状態となる。
アンテナ装置1Aの操作方法、動作および作用は、前述したアンテナ装置1のそれとおおむね同様である。ただし、ステップS203は、RF通信回路3Bのスイッチ回路34bのスイッチ35をオープンのままとし、かつ、制御回路4Bのスイッチ回路44bのスイッチ45をクローズとするよう、スイッチ35および45に指示する旨の内容に読み替える必要がある。同じく、ステップS209は、生体認証に成功した場合に、制御用チップ41は制御部48を介して制御回路4Bのスイッチ回路44bのスイッチ45をクローズからオープンへと切り換える。
アンテナ装置1Bは、第1実施形態のアンテナ装置1とは、RF通信回路3Bが備えるRFアンテナ32の有効化または無効化を選択するスイッチ回路34bと、制御回路4Bが備える制御用アンテナ42の有効化または無効化を選択するスイッチ回路44bとの構成が異なる他、スイッチ回路34bおよび44bのRF通信回路3Bおよび制御回路4B内の配置も異なる。本実施形態では、第2実施形態と同様にスイッチ回路34bはスイッチ35のみを有し、第1実施形態のスイッチ回路34のようにコンデンサを直列的に備えていない。さらに、RF通信回路3Bのスイッチ回路34bは、RFアンテナ32の端部32aに向かう配線の途中、または端部32bに向かう配線の途中に直列につながれた構成を有する。
次に、第4実施形態のアンテナ装置1Cについて、同じく第1実施形態との相違点を中心に説明する。図11は、第4実施形態のアンテナ装置1CであるデュアルインターフェースICカードについての、図1に対応する平面図である。デュアルインターフェースICカードとは、外部接触端子を通じて銀行のATM機等の外部装置とデータの送受信を有線で行う接触通信機能と、自動改札機のような外部装置とデータの送受信を電磁波等による無線で行う非接触通信機能とを単一チップで共用できるICカードをいう。
アンテナ装置1CのRF通信回路3および制御回路4の構成は、接触通信部分を除いて第1実施形態のそれと同様である。また、上記のように、RFチップ31gおよび制御用チップ41を信号線で電気的に接続してもよい。
RFチップ31gは、RFチップ31の非接触通信に関する諸機能に加え、接触通信用インターフェースを備え、ISO7816に準拠した6個または8個の独立した端子を有する外部接触端子31eをその周囲に配置している。RFチップ31gと外部接触端子31eとは、一体化したICモジュールとして製造されてもよく、外部接触端子31eとは分離してRFチップ31gのみが回路基板23上に形成され、両者がフレキシブル基板によって電気的に接続されていてもよい。
RFアンテナ32は、第1実施形態と同様に、RFアンテナ32の始点または終点となる2か所の端部32aおよび32bが、それぞれRFチップ31gの電気的接続端子である接続パッド31aおよび31bに接続されることにより、RFチップ31gとの閉回路を形成する。
アンテナ装置1Cの操作方法、動作および作用は、前述したアンテナ装置1のそれと同様である。ただし、前述したように、RFチップ31gによるRF通信回路3の活性化と連動して、またはRF通信回路3が活性化される条件下でのみ、RFチップ31gの外部接触端子31eを通じた外部機器との接触通信機能を活性化する制御を付加してもよい。
アンテナ装置1Cの製造方法は、前述したアンテナ装置1のそれとほぼ同様である。ただし、回路基板23へのアンテナ形成およびデバイスの取り付けの工程において、回路基板23の片面には、RFチップ31gを含む各種デバイスを取り付けるが、RFチップ31gには、これと一体化した、または分離配置され電気的に接続された外部接触端子31eがあらかじめ付随して形成されていることが必要である。
アンテナ装置1Cは、接触通信と非接触通信とを1チップで兼用できるRFチップ31gおよびRFアンテナ32を含むRF通信回路3と、制御用チップ41または電源ユニット6、および制御用アンテナ42を含む制御回路4とを備えたデュアルインターフェースICカードである。また、アンテナ装置1Cは、さらに生体情報センサ5を備えることができる。
1C アンテナ装置(デュアルインターフェースICカード)
2 基材
3、3A、3B RF通信回路
4、4A、4B 制御回路
5 生体情報センサ
6 電源ユニット
7 表示部
8 電源スイッチ
21、22 コア層
21a 表面
21b 枠
23、23a、23b 回路基板
23c 連結配線部
24 スペーサ
31、31g RFチップ
31a、31b、31c、31d、31f 接続パッド
31e 外部接触端子
32 RFアンテナ
32a、32b 端部
33 コンデンサ
34、34a、34b スイッチ回路
35 スイッチ
35s 信号
36 調整用コンデンサ
37 整流回路
38 電界効果トランジスタ
38s 信号
40 接着剤
41 制御用チップ
41a、41b 接続パッド
41c、41e 配線
42 制御用アンテナ
42a、42b 端部
43 コンデンサ
44、44a、44b スイッチ回路
45 スイッチ
45s 信号
46 調整用コンデンサ
47 整流回路
48 制御部
49 メモリ
50 粘着材
Claims (13)
- 第1のICチップと、
前記第1のICチップと電気的に接続して閉回路を形成できる第1のアンテナと、
前記第1のICチップと前記第1のアンテナとが形成する前記閉回路に対して直列的または並列的に配置された、第1モードまたは第2モードへの切り換えが可能な第1のスイッチ回路と、を有する第1の回路、および、
第2のICチップと、
前記第2のICチップと電気的に接続して閉回路を形成できる第2のアンテナと、
前記第2のICチップと前記第2のアンテナとが形成する前記閉回路に対して直列的または並列的に配置された、第3モードまたは第4モードへの切り換えが可能な第2のスイッチ回路と、を有する第2の回路、を備え、
前記第1モードのときには前記第1の回路が所定周波数の電磁波により共振し、前記第2モードのときには共振せず、
前記第3モードのときには前記第2の回路が前記所定周波数の電磁波により共振し、前記第4モードのときには共振せず、
前記第1のスイッチ回路が前記第2モードのときに前記第2のスイッチ回路を前記第3モードに切り換えることができ、
前記第2のスイッチ回路が前記第4モードのときに前記第1のスイッチ回路を前記第1モードに切り換えることができる、アンテナ装置。 - 前記第1のスイッチ回路および前記第2のスイッチ回路の少なくともいずれかのスイッチ回路は、スイッチおよび容量素子が直列的に電気的接続されたものであり、かつ当該いずれかのスイッチ回路は対応する前記閉回路に対して並列的に配置されている、請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記第1のスイッチ回路および前記第2のスイッチ回路の両方が前記スイッチおよび前記容量素子が直列的に電気的に接続されたものであり、かつ当該両方のスイッチ回路が対応する前記閉回路に対して並列的に配置されており、
前記第1のスイッチ回路が有する前記容量素子と前記第2のスイッチ回路が有する前記容量素子とは、互いに異なる容量である、請求項2に記載のアンテナ装置。 - 前記所定周波数をf0とし、前記第2モードのときの前記第1の回路の共振周波数をf1とし、前記第4モードのときの前記第2の回路の共振周波数をf2とするとき、
f1/f0またはf2/f0の値は、0.9より小さいかまたは1.1よりも大きい、請求項2または3に記載のアンテナ装置。 - 前記所定周波数の電磁波を前記第1の回路が受信しているときの、前記第1モードにおける誘起電圧の絶対値をV01とし、前記第2モードにおける誘起電圧の絶対値をV1とし、
前記所定周波数の電磁波を前記第2の回路が受電しているときの、前記第3モードにおける誘起電圧の絶対値をV02とし、前記第4モードにおける誘起電圧の絶対値をV2とするとき、
V1/V01またはV2/V02の値は、0.5より小さい、請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 - 前記第1のスイッチ回路および前記第2のスイッチ回路の少なくともいずれかのスイッチ回路は、スイッチのみが電気的に接続されたものであり、
前記いずれかのスイッチ回路に対応する前記閉回路には容量素子が並列的に配置され、かつ、前記いずれかのスイッチ回路は当該容量素子に対して並列的に配置されている、請求項1に記載のアンテナ装置。 - 前記いずれかのスイッチ回路が前記第1のスイッチ回路である場合には、
前記第1のスイッチ回路の前記スイッチが開状態のとき前記第1の回路が第1モードとなり、閉状態のとき前記第2モードとなり、
前記いずれかのスイッチ回路が前記第2のスイッチ回路である場合には、
前記第2のスイッチ回路の前記スイッチが開状態のとき前記第2の回路が第3モードとなり、閉状態のとき前記第4モードとなる、請求項6に記載のアンテナ装置。 - 前記第1のスイッチ回路および前記第2のスイッチ回路の少なくともいずれかのスイッチ回路は、スイッチのみが電気的に接続されたものであり、かつ当該いずれかのスイッチ回路は前記閉回路に対して直列的に配置されている、請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記いずれかのスイッチ回路が前記第1のスイッチ回路である場合には、
前記第1のスイッチ回路の前記スイッチが閉状態のとき前記第1の回路が第1モードとなり、開状態のとき前記第2モードとなり、
前記いずれかのスイッチ回路が前記第2のスイッチ回路である場合には、
前記第2のスイッチ回路の前記スイッチが閉状態のとき前記第2の回路が第3モードとなり、開状態のとき前記第4モードとなる、請求項8に記載のアンテナ装置。 - 前記第1の回路は、前記第1モードにおいて前記所定周波数の電磁波の送受信による非接触通信が可能であり、かつ、前記第2モードにおいて当該非接触通信が困難であり、
前記第2の回路は、前記第3モードにおいて前記所定周波数の電磁波の受電による、電磁誘導の起電力で生じる電流を前記第2のICチップ、または、電源ユニットをさらに備えている場合は当該電源ユニット、に供給することが可能であり、
所定条件を満たさない場合には、前記第1の回路は前記第2モードに維持され、
前記所定条件を満たした場合には、前記第2の回路が前記第3モードから前記第4モードに切り換えられ、かつ、前記第1の回路が前記第2モードから前記第1モードに切り換えられる、請求項1から9のいずれか一項に記載のアンテナ装置。 - 前記電源ユニットを備え、
前記電源ユニットは、前記第1の回路とも電気的に接続し、前記第1の回路が第1モードであるときに、前記所定周波数の電磁波の受電による、電磁誘導の起電力で生じる電流を蓄電することが可能である、請求項10に記載のアンテナ装置。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載のアンテナ装置であって、
一または複数の絶縁性の基板と、
前記基板の一方の面に形成された前記第1の回路および前記第2の回路と、
前記基板の前記一方の面と隣接し、前記第1の回路および前記第2の回路の部品を保護するための貫通孔または切り欠きを有するスペーサと、
前記スペーサの前記基板とは反対側に配置される第1基材と、
前記基板の他方の面と隣接する第2基材と、を備える、カード。 - 外部接触端子をさらに備え、
前記第1の回路は、前記外部接触端子を介した接触通信がさらに可能である、請求項12に記載のデュアルインターフェース型のカード。
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