JP4225811B2

JP4225811B2 - Ｉｃカード及びｉｃカードシステム

Info

Publication number: JP4225811B2
Application number: JP2003078388A
Authority: JP
Inventors: 充弘岡田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004005494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カード本体にＩＣチップとアンテナコイルを搭載し、リーダライタと非接触で通信を行うＩＣカード及び当該ＩＣカードにリーダライタを備えたＩＣカードシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−３０６０６６号公報に、ＩＣカード上にスイッチを設け、このスイッチのオン／オフにより、ＩＣカード上のＩＣチップにアンテナコイルを接続、解放するというＩＣカードが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方式の場合、機械式接点によるスイッチが必要とあるが、カード等の薄い（０．１ｍｍ〜数ミリ程度）ものの中にスイッチを入れるのは困難である。また、接触部分があるため、抵抗値を持ったり、腐食等による接点の劣化も心配され、信頼性に乏しい。
【０００４】
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、機械式接点によるスイッチを用いることがなく、また、通信周波数を容易に変えることができるＩＣカード及びＩＣカードシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＩＣカードは、カード本体にＩＣチップとアンテナコイルを搭載し、リーダライタと非接触で通信を行うＩＣカードにおいて、前記カード本体をカード面上の予め定めた任意の位置を起点として折り畳み可能に構成し、前記アンテナコイルのインダクタンスを、カード本体を折り畳んだ状態と折り畳まない状態とで変化させることで、異なる通信周波数を得ることを特徴とするものである。この構成によれば、カード本体の折り畳み状態と非折り畳み状態とで異なる通信周波数を得ることができ、折り畳み状態を送受信可能にし、非折り畳み状態を送受信不可能にすることで、機械式接点によるスイッチを不要にすることができる。
【０００６】
また、前記アンテナコイルは、８の字状に形成され、該８の字の交点付近を前記予め定めた任意の位置の起点とすることを特徴とするものである。この構成によれば、異なる通信周波数を得ることを特徴とするものである。この構成によれば、カード本体の折り畳み状態と非折り畳み状態とで異なる通信周波数を得ることができ、折り畳み状態を送受信可能にし、非折り畳み状態を送受信不可能にすることで、機械式接点によるスイッチを不要にすることができる。
【０００７】
また、前記アンテナコイルの８の字の一方のループと他方のループとは、異なる面積を有することを特徴とするものである。この構成によれば、ループ面積が異なることによる２周波通信を可能にすることができる。
【０００８】
また、前記カード本体を折り曲げた状態での通信可能な前記アンテナコイルの有効面積は、折り曲げない状態での前記アンテナコイルの有効面積の１／２より小さいことを特徴とするものである。この構成によれば、５ＭＨｚ帯の通信周波数と１３ＭＨｚ帯の通信周波数の２つのＩＣカードの規格を得ることができる。
【０００９】
また、前記ＩＣチップとして、前記カード本体を折り曲げた状態での通信周波数に対応するＩＣチップと、折り曲げない状態での通信周波数に対応するＩＣチップとの２つのＩＣチップを搭載することを特徴とするものである。この構成によれば、５ＭＨｚ帯用のＩＣチップと１３ＭＨｚ帯用のＩＣチップの２つのＩＣカードの規格を満たすＩＣチップを搭載することができる。
【００１０】
また、前記カード本体の表面と裏面に文字が印字され、前記カード本体を折り曲げると、非折り曲げ時と異なる文字列を表記することを特徴とするものである。この構成によれば、カード本体の折り曲げ時と非折り曲げ時の通信周波数の区別の表記を行うことができる。
【００１１】
さらに、本発明に係るＩＣカードシステムは、前記記載のＩＣカードと、当該ＩＣカードと非接触で通信を行うリーダライタとを備えたＩＣカードシステムにおいて、前記リーダライタは、予め定められた任意の通信周波数でデータを送信し、前記ＩＣカードが折り曲げ状態または非折り曲げ状態で前記データを受信する場合、前記予め定められた任意の通信周波数が前記ＩＣカードの折り曲げ状態または非折り曲げ状態に基づく通信周波数と合致していない場合は、当該ＩＣカードを現状の状態とは異なる状態に変更するように指示を出力することを特徴とするものである。この構成によれば、２周波通信時にリーダライタに定められた通信周波数に合致させて通信を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は、一般的な非接触ＩＣカードの構造を示した図である。図１に示すように、ＩＣカード１にはアンテナコイル２とＩＣチップ３が搭載されており、アンテナコイル２は１ターンしか巻いていないが、数ターンでも良い。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態１によるＩＣカードの構造を示した図である。図２に示すように、本実施の形態に係るＩＣカード１は、その内部にアンテナコイル２とＩＣチップ３が設けられると共に、カード面上の予め定められた任意の位置を起点としてカード本体１を左側と右側に等分割する中心線を折り畳み線１０とし、この折り畳み線１０に沿って折り畳み可能に構成されており、折り畳み線１０で示されるＩＣカード１０の中央部分でカードを２つに折り畳むことができるようになっている。
【００１４】
図３は、図２に示すＩＣカード１を折り畳み線１０で２つに折曲げたところを示した図である。このＩＣカード１は、広げている場合には１個のアンテナコイル２が存在し、所定の通信周波数で通信可能であるが、折り畳み線１０で２つに折った場合、左右のコイル２のパターンが重なり合い、コイルの開口部の面積が小さくなる。コイル２のインダクタンスは、この開口部の面積に比例して大きくなるため、この場合はインダクタンスが小さくなる。完全にコイルが重なった場合には、理論上、インダクタンスは０となる。このため、アンテナコイル２が交流磁界より受ける信号は小さくなり、ＩＣチップ３を働かなくすることができ、通信不可（通信周波数＝０）となる。
【００１５】
図４は、ＩＣチップ３の部分に共振用コンデンサを取付けた図である。図４に示すように、ＩＣチップ３の部分に共振用コンデンサ４を取付け、共振コンデンサ４の値を調節し、交流磁界の周波数で共振させた場合、先鋭度（Ｑ）倍の電圧がアンテナコイル２に発生し、ＩＣカード１により多くの電圧を与えることができる。尚、このコンデンサ４は、ＩＣチップ３の入力容量や、ＩＣカード１０上のコイルの浮遊容量等で同じ効果を得ることができる。
【００１６】
図５は、図４のカードを折り畳み線１０に沿って二つ折りにした場合を示す図で、このカードの場合、インダクタンスはゼロに近くなり、共振コンデンサ４があってもほとんど電圧が発生しなくなり、ＩＣチップ３は動作しなくなる。
【００１７】
従って、上記実施の形態１によれば、カード本体をカード面上の予め定めた任意の位置を起点として折り畳み可能に構成し、アンテナコイルのインダクタンスを、カード本体を折り畳んだ状態と折り畳まない状態とで変化させることで、カード本体の折り畳み状態と非折り畳み状態とで異なる通信周波数を得ることができ、折り畳み状態を送受信可能にし、非折り畳み状態を送受信不可能にすることで、機械式接点によるスイッチを不要にすることができる。
【００１８】
実施の形態２
図６は、アンテナコイル２を８の字状に巻き、８の字の交点付近を起点としてカード本体１を左側と右側に分割する線を折り畳み線１０とし、この折り畳み線１０に沿って折り畳み可能に構成したものである。図８に示す如く、この場合は開いているとき（非折り畳み状態）は２つのコイルが逆方向に巻いているため、均一な交流磁界があたっても、左側と右側とで逆方向の磁界が発生し、お互いのアンテナコイルの起電圧は同じ電圧が逆方向に発生するため相殺されてＩＣチップ３には電圧がかからなくなって、通信は不可（通信周波数＝０）となる。すなわち、８の字状に巻いたアンテナコイル２に均一の交番磁界を与えた場合、図示左側のコイルと、図示右側のコイルに発生する起電圧は同一であり、かつ、逆方向に発生するため、お互いに相殺されて、ＩＣチップ３には電圧がかからず動作もしない。
【００１９】
図７は、図６に示すＩＣカードを二つ折りにした場合を示す図である。この場合は、アンテナコイル２の巻数が２ターンのアンテナコイルになるため、同じ面積のコイルの４倍のインダクタンスとなり、お互いのアンテナコイルの起電圧は同じ電圧が同方向に発生し、通信可能状態となる。
なお、この実施の形態２でも、図４に示す如く、共振コンデンサ４を設けることで、共振周波数を変えることができる。
【００２０】
従って、上記実施の形態２によれば、カード本体の折り畳み状態と非折り畳み状態とで異なる通信周波数を得ることができ、折り畳み状態を送受信可能にし、非折り畳み状態を送受信不可能にすることで、機械式接点によるスイッチを不要にすることができる。
【００２１】
また、前記アンテナコイルは、８の字状に形成され、該８の字の交点付近を前記予め定めた任意の位置の起点とすることを特徴とするものである。この構成によれば、折り畳み位置をずらすことで２周波通信を可能にすることができる。
【００２２】
実施の形態３
図９は、この発明の実施の形態３を示すもので、実施の形態２の変形例を示す。図９（ａ）に示すように、カード本体１は、アンテナコイル２の８の字の交点部分（左側と右側のアンテナループが交差する部分）を残して折り畳み線部分が切り欠きされており、折り曲げが容易になっている。図９（ａ）に示す非折り畳み状態では表面と裏面の磁界の向きが逆なのでカード全体としては磁界が打ち消され、通信は不可となる。そして、図９（ｂ）に示すように、その交点部分を起点として折り畳んだ状態では、表面と裏面に形成される磁界の向きが同一であるのでより強くなり、通信可能となるが、図９（ｃ）に示すように、交点を１８０°ねじるようにして折り曲げると、表面と裏面の磁界がうち消されて、通信は不可能となる。
【００２３】
また、図１０は、図９に示す実施の形態３の他の変形例を示す図である。図９では、アンテナコイル２の８の字の交点部分のアンテナループが交差していたが、図１０では、交点に相当する部分が交差していない場合を示している。この場合、図１０（ａ）に示す非折り畳み状態では表面と裏面の磁界の向きが同一なので通信可能となるが、図１０（ｂ）に示すように、その交点部分を起点として折り畳んだ状態では、表面と裏面に形成される磁界の向きが逆なので打ち消され、通信不可能となり、図１０（ｃ）に示すように、交点を１８０°ねじるようにして折り曲げると、表面と裏面の磁界は同一方向なので通信は可能となる。
【００２４】
更に、図１６は、図９に示す実施の形態３の他の変形例を示す図である。図９では、カード本体１は、切り欠きの入っている折り畳み部を中心に左右にそれぞれアンテナループを持つ矩形片を横に２つ並べた対称形状となっていたが、図１６では、左上側部分と右下側部分がアンテナコイル２の８の字の交点部分を中心として、折り畳み線１０と、折り畳み線１０と直交し８の字の交点を通過する直線１１に対しそれぞれ線対称となる菱形形状となっている。
【００２５】
従って、非折り畳み状態では、図９（ａ）の場合と同様に表面と裏面の磁界の向きが逆なのでカード全体としては磁界が打ち消され通信は不可となり、そして、図９（ｂ）のように折り畳み線１０で折り畳んで状態では、表面と裏面に形成される磁界の向きが同一であるのでより強くなり通信可能となるが、図９（ｃ）のように交点を１８０°ねじるようにして折り曲げると、表面と裏面の磁界が打ち消されて、通信は不可能となる。
【００２６】
また、図１７は、図１６に示す実施の形態３の他の変形例を示す図である。図１６では、アンテナコイル２の８の字の交点部分のアンテナループが交差していたが、図１７では、交点に相当する部分が交差していない場合を示している。よって、ＩＣカード１の折り曲げ方法とそれに伴う発生磁界の向きについては図１０と同様になる。
【００２７】
従って、非折り畳み状態では、図１０（ａ）の場合と同様に表面と裏面の磁界の向きが同一なので通信可能となるが、図１０（ｂ）のように折り畳み線１０で折り畳んで状態では、表面と裏面に形成される磁界の向きが逆なので打ち消され通信不可能となり、図１０（ｃ）のように交点を１８０°ねじるようにして折り曲げると、表面と裏面の磁界は同一方向なので通信は可能となる。
【００２８】
尚、図１６と図１７に示す実施の形態において、カード本体１の左上側部分と右下側部分の形状を菱形形状としているが、これは折り畳み線１０と直線１１に対しそれぞれ線対称となる形状であれば何でも良く、例えば、円形状であっても構わない。
【００２９】
従って、実施の形態３によれば、アンテナコイル２の８の字の交点部分を左右のアンテナループが交差するかまたは交差しないようにすることで、非折り畳み状態と折り畳み状態とで通信可能状態と通信不可能状態を逆に設定することができ、また、交点を１８０°ねじって折り畳むことでも、通信可能状態と通信不可能状態を逆に設定することができる。
【００３０】
実施の形態４
図１１は、この発明の実施の形態４を示すもので、アンテナコイル２の８の字の一方のループと他方のループとが有する面積を異ならせたものである。このような構成の場合、前述した実施の形態の如く、折り畳み線１０に沿う非折り畳み状態と折り畳み状態とでアンテナコイル２の有効面積が異なり、折り畳んだ状態では有効面積が大きくなり、インダクタンスが増大するので、共振周波数は下がる。このため、非折り畳み状態と折り畳み状態とで通信周波数を異ならせることができ、２周波通信を行うことができる。
【００３１】
なお、図１１では、アンテナコイル２の左側ループと右側ループの大きさが異なる場合について述べたが、同じ場合であっても、折り畳む位置をずらすことにより、非折り畳み状態と折り畳み状態とでアンテナコイル２の有効面積を異ならせることができ、これにより通信周波数を異ならせることができ、２周波通信を行うことができる。
【００３２】
実施の形態５
図１２は、折り畳み線１０がカード本体１を２分割する中央線と等しく、折り畳み線１０より左側のアンテナコイル２の面積が大きく、右側のアンテナコイル２の面積が小さい場合に、非折り畳み状態と折り畳み状態とでアンテナコイル２が異なる有効面積を保持するようにした例を示す図である。このような場合、非折り畳み状態時は、図１２（ａ）、（ｃ）に示す如く、アンテナコイル２の有効面積は広いが、折り畳み状態時は、図１２（ｂ）、（ｄ）に示す如く、アンテナコイル２の有効面積は狭くなる。従って、図１２（ａ）、（ｃ）に示す如く非折り畳み状態時は、有効面積が広く例えば５ＭＨｚ帯の通信周波数を得ることができ、図１２（ｂ）、（ｄ）に示す如く折り畳み状態時は、非折り畳み状態時の有効面積の１／２より小さい有効面積とすることでインダクタンスも減少するので共振周波数が増え１３ＭＨｚ帯の通信周波数を得ることができる。なお、ＩＣカードの通信周波数帯の規格としては、４．９１５２ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚがあるが、通信周波数帯は、面積により微調整することができ、前記規格の周波数帯に合致させることができる。
【００３３】
実施の形態６
図１３は、実施の形態５に対応して５ＭＨｚ帯用と１３ＭＨｚ帯用の２つのＩＣチップを備えた例を示す図である。図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＩＣチップ３として５ＭＨｚ帯用ＩＣチップ３ａと１３ＭＨｚ帯用ＩＣチップ３ｂを備え、図１３（ａ）に示す如くカード本体１を折り畳まない状態時のアンテナコイル２の有効面積が広い場合には、５ＭＨｚ帯用ＩＣチップ３ａを用い、図１３（ｂ）に示す如くカード本体１を折り畳んだ状態時のアンテナコイル２の有効面積が狭い場合には、１３ＭＨｚ帯用ＩＣチップ３ｂを用いる。
【００３４】
実施の形態７
図１４は、実施の形態７を説明するもので、カード本体の表面には、図１４（ａ）に示す如く「５ＭＨｚ」と「１３」の文字が印字され、カード本体の裏面には、「ＭＨｚ」の文字が印字されていて、図１４（ａ）に示す如く折り畳まない状態では「５ＭＨｚ」と「１３」が表記され、図１４（ｂ）に示す如く折り畳んだ状態では「５」と「１３ＭＨｚ」が表記されるようにすることにより、カード本体１の非折り畳み状態と折り畳み状態での通信周波数の区別の表記を行うことができる。
【００３５】
同様にして、図１５（ａ），（ｂ）に示す如く、カード本体１の非折り畳み状態と折り畳み状態で「鉄道」と「バス」の利用交通機関の区別の表記を行うことができる。
【００３６】
また、前述したようなＩＣカードと、当該ＩＣカードと非接触で通信を行うリーダライタとを備えてＩＣカードシステムを構成する場合、リーダライタにより、予め定められた任意の通信周波数でデータを送信し、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、ＩＣカードの折り曲げ状態または非折り曲げ状態でデータを受信する場合、予め定められた任意の通信周波数がＩＣカードの折り曲げ状態または非折り曲げ状態に基づく通信周波数と合致していない場合は、当該ＩＣカードを現状の状態とは異なる状態に変更するように表示器等に指示を出力することで、２周波通信時にリーダライタに定められた通信周波数に合致させて通信を行うことができる。
【００３７】
なお、リーダライタのアンテナコイルは、ＩＣカードの折り畳み線を境にして片側のアンテナより小さくすると、リーダライタのアンテナコイルとＩＣカードの片方のアンテナコイルが重なった場合に片側のアンテナコイルのみに起電圧が発生し、ＩＣカードは動作することになるので、リーダライタのアンテナコイルをＩＣカードのアンテナコイルより大きくすることで、このようなことを起りにくくし、安定した動作禁止状態と、動作可能状態を作り出すことができる。
【００３８】
上述した各実施の形態によれば、ＩＣカードにスイッチ等の接点が不要になるため、信頼性、性能等を向上でき、かつ、費用も安くできる。また、ＩＣカードの動作の禁止、許可をカードの所有者が指定でき、不用意な動作の禁止等セキュリティが向上する。このようなＩＣカードを二つ折りにできる財布や定期券入れ等に応用すると、財布を広げた場合に動作許可とすることができる。通常は、定期券入れをしまう場合、二つ折りにしてズボンのポケットに入れる人が多く、無意識のうちに動作を禁止させることができる。逆に、札入れ等普段は広げて収納するものにも本発明は応用可能である。このようにすれば、例えば電子マネー等の電子スリ（リーダライタをポケットに近づけ、電子マネーを読出して盗むスリ）などの防止や、数枚のカードのうち、使用したいカードを選んで、使用可能状態にすると言ったカードの選択も可能になる。
【００３９】
本発明は、カード上のアンテナ部分が通常、金属箔、金属線や銀ぺースト等の導電体で作られており、曲げることが可能であることに着眼したもので、カードを折曲げることにより、前記のスイッチの代りをさせ、かつ接点がないことにより信頼性も高めることが可能である。また、インダクタンスを変化させることができるため、容易にアンテナの共振周波数を変化させることができ、通信距離の制御が容易に行える。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、機械式接点によるスイッチを用いることがなく、また、通信周波数を容易に変えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な非接触ＩＣカードの構造を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるＩＣカードの構造を示した図である。
【図３】図２に示すＩＣカード１を折り畳み線１０で２つに折曲げた図である。
【図４】図２のＩＣチップ３の部分に共振用コンデンサを取付けた図である。
【図５】図４のカードを折り畳み線１０に沿って二つ折りにした場合を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２によるＩＣカードの構造を示すもので、アンテナコイル２を８の字状に形成した場合の図である。
【図７】図６のカードを折り畳み線１０に沿って二つ折りにした場合を示す図である。
【図８】図６に示す８の字状のアンテナコイル２の左右のループに発生する磁界を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態３を説明するもので、８の字の交点が交差している場合のＩＣカードの折り曲げ方法及び発生磁界の向きを説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態３を説明するもので、８の字の交点が交差していない場合のＩＣカードの折り曲げ方法及び発生磁界の向きを説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態４を説明するもので、アンテナコイル２の８の字の一方のループと他方のループの面積を異ならせた場合を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態５を説明するもので、非折り畳み状態と折り畳み状態とでアンテナコイル２が異なる有効面積を有する例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態６を説明するもので、実施の形態５に対応して５ＭＨｚ帯用と１３ＭＨｚ帯用の２つのＩＣチップを備えた例を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態７を説明するもので、カード本体の非折り畳み状態と折り畳み状態での通信周波数の区別の表記を説明する図である。
【図１５】この発明の実施の形態７を説明するもので、カード本体の非折り畳み状態と折り畳み状態での使用交通機関の区別の表記を説明する図である。
【図１６】この発明の実施の形態３を説明するもので、８の字の交点が交差し、且つＩＣカードの形状が折り畳み線１０及び折り畳み線１０と直交する直線１１に対して線対称となっている場合を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態３を説明するもので、８の字の交点が交差せず、且つＩＣカードの形状が折り畳み線１０及び折り畳み線１０と直交する直線１１に対して線対称となっている場合を示す図である。
【符号の説明】
１ＩＣカード、２アンテナコイル、３，３ａ，３ｂＩＣチップ、１０折り畳み線、４共振コンデンサ

Claims

カード本体にＩＣチップとアンテナコイルを搭載し、リーダライタと非接触で通信を行うＩＣカードであって、
前記カード本体をカード面上の折り畳み線に沿って折り畳み可能に構成し、
カードの所有者が、前記アンテナコイルのインダクタンスを、カード本体を折り畳んだ状態と折り畳まない状態とで変化させることで、カード本体を折り畳んだ状態と折り畳まない状態とで異なる通信周波数を得て、２周波通信を可能にするものであり、カード本体の表面と裏面に文字が印刷されており、カード本体を折り曲げると、非折り曲げ時と異なる文字列を表記することを特徴とするＩＣカード。