JP5265473B2 - Ｉｃカード - Google Patents

Description

本発明は、札入れサイズ等のいわゆるＩＣカードに関するものである。

近年、非接触ＩＣカードは、簡易迅速に読み取りできる特性と、リーダライタのメンテナンスの容易性から極めて広範囲に使用されるようになってきている。例えば、交通機関のゲートパスや特定施設への入場パスとしての用途である。この非接触ＩＣカードに蓄えられた「残高」や「残期間」などの可変情報を、当該非接触ＩＣカード上に設けられた例えば電子ペーパーなどの表示部に表示できれば利便性が格段に向上することは明白である。

しかしながら、非接触ＩＣカードに装着された一般的な非接触用ＩＣチップは、非接触通信用の端子を有するものの、接触通信用の端子を有していない。そのため、一般的な非接触用ＩＣチップは、リーダライタからの電波による通信機能はあるものの、ＩＣチップ内部の情報をＩＣカードの表示部に出力することができない。

なお、特許文献１〜３には、非接触通信用端子と接触通信用端子の両方を有する接触・非接触兼用ＩＣチップが装着されたＩＣカードの例が示されている。以下の特許文献１〜３に記載されたＩＣカードの例では、接触・非接触兼用ＩＣチップを用いて、外部のリーダライタと接触通信及び非接触通信を行う。

特開平９−３０５７３６号公報 特開２００４−７８８３４号公報 特開２００７−３４７８６号公報

ＩＣチップ内部の情報をＩＣカードの表示部に出力するために、ＩＣカードのＩＣチップとして上記の接触・非接触兼用ＩＣチップを用いることが考えられる。このようなＩＣカードの構成の例としては、接触・非接触兼用ＩＣチップにおける非接触通信用端子にアンテナコイルを接続し、接触通信用端子に制御回路を介して表示部を接続する構成が挙げられる。

ここで、接触・非接触兼用ＩＣチップは、非接触通信用端子と接触通信用端子とを同時に用いて通信を行うことはできない。従って、接触・非接触兼用ＩＣチップは、非接触通信用端子を用いて通信を行うモードとなっているときに、外部の非接触式リーダライタからのデータをアンテナコイルより受信する。そして、接触・非接触兼用ＩＣチップは、接触通信用端子を用いて通信を行うモードとなっているときに、非接触式リーダライタより受信したデータを表示部に送信する。これにより、アンテナコイルより受信したデータはＩＣカードの表示部に表示される。

接触・非接触兼用ＩＣチップでは、非接触式リーダライタからの電波をアンテナコイルが受信すると、非接触通信用端子に電力が供給され、その受電電力により、非接触通信用端子を用いて通信を行うモードに優先的に設定される。この場合には、接触通信用端子を用いて通信を行うことができない。接触通信用端子を用いて通信を行うモードに設定するには、非接触通信用端子への電力供給を絶つ必要がある。一方、非接触式リーダライタからの電波が届かない場所では、非接触通信用端子への電力供給が絶たれるため、接触・非接触兼用ＩＣチップは、接触通信用端子を用いて通信を行うモードに設定される。しかしながら、ＩＣカード内の回路は、非接触式リーダライタからの電波を電力供給源としても用いているため、非接触式リーダライタからの電波が届かない場所では、ＩＣカード内の回路の動作が停止してしまい、ＩＣチップ内の情報を取り出すことが出来ない。

そこで、非接触式リーダライタからの電波が届く場所においても、接触通信用端子を用いて通信を行うモードに設定することが可能なように、アンテナコイルの一端と非接触通信用端子との間にスイッチ回路を設けることが考えられる。これにより、アンテナコイルの一端と非接触通信用端子との間の接続をスイッチ回路により遮断することで、非接触通信用端子に電力が供給されないようにすることができ、接触通信用端子を用いて通信を行うことが可能になる。

しかしながら、このような場合であっても、電波の極めて強力な非接触式リーダライタを用いた場合には、スイッチ回路に原理的に存在する寄生容量などにより、アンテナコイルから非接触通信用端子へと微弱な電力が供給されてしまい、接触通信用端子を用いて通信を行うモードに設定することができなくなることがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、接触通信用端子を用いて通信を行うモードに設定する場合において、非接触通信用端子に電力が確実に供給されないようにすることが可能なＩＣカードを提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、ＩＣカードは、アンテナコイルと、非接触通信に用いる端子である非接触通信用端子、及び、接触通信に用いる端子である接触通信用端子とを有し、前記アンテナコイルの両端が前記非接触通信用端子と接続され、前記非接触通信用端子に電力が供給された場合には、前記非接触通信用端子のみを介して通信を行う接触・非接触兼用ＩＣチップと、前記接触通信用端子に接続された制御回路と、前記アンテナコイルの両端と前記非接触通信用端子との間の接続及び遮断を行うことが可能に構成されたスイッチ回路と、を備え、前記制御回路は、前記接触・非接触兼用ＩＣチップと通信を行う場合には、前記スイッチ回路を制御することにより、前記アンテナコイルの両端と前記非接触通信用端子との間の接続を遮断する。

上記のＩＣカードは、アンテナコイルと、接触・非接触兼用ＩＣチップと、制御回路と、スイッチ回路とを備える。アンテナコイルは、外部非接触リーダライタよりデータを受信するためのアンテナコイルである。接触・非接触兼用ＩＣチップは、非接触通信に用いる端子である非接触通信用端子、及び、接触通信に用いる端子である接触通信用端子を有している。アンテナコイルの両端は非接触通信用端子と接続されている。制御回路は接触通信用端子と接続されている。接触・非接触兼用ＩＣチップは、非接触通信用端子に電力が供給された場合には、非接触通信用端子のみを介して通信を行う。制御回路は、接触・非接触兼用ＩＣチップと通信を行う場合には、スイッチ回路を制御することにより、アンテナコイルの両端と非接触通信用端子との間の接続を遮断する。これにより、接触通信を行う場合において、非接触通信用端子に電力が供給されてしまうのを確実に抑えることができ、接触通信モードが動作しなくなるのを防ぐことができる。

上記のＩＣカードの他の一態様は、前記スイッチ回路は、前記非接触通信用端子間を短絡して接続及び当該接続の遮断を行うことが可能に構成され、前記制御回路は、前記接触・非接触兼用ＩＣチップと通信を行う場合には、前記スイッチ回路を制御することにより、前記アンテナコイルの両端と前記非接触通信用端子との間の接続を遮断するとともに、前記非接触通信用端子間を短絡して接続する。これにより、非接触通信用端子間に電位差が生じるのを防ぐことができる。従って、接触通信を行う場合において、より効果的に、非接触通信モードが動作してしまうのを防ぐことができ、接触通信モードが動作しなくなるのを防ぐことができる。

上記のＩＣカードの好適な実施例では、前記スイッチ回路は、前記非接触通信用端子間が短絡して接続された場合において、前記非接触通信用端子の電位が固定電位となるように構成されている。

本実施形態に係るＩＣカードの概略ブロック構成を示す図である。 本実施形態に係るＩＣカードの使用状態を示す模式図である。 変形例に係るＩＣカードの構成を示す模式図である。

以下、本発明のＩＣカードについて図面を参照して説明する。

［ＩＣカードの構成］
まず、本実施形態に係るＩＣカードの構成について説明する。図１は、本実施形態に係るＩＣカード１の概略ブロック構成を示す図である。

図１のように、本実施形態に係るＩＣカード１は、表示機能付きのＩＣカードであり、カード表面に電子ペーパーなどの表示部５を有している。カード基体１０内には、接触・非接触兼用ＩＣチップ３と、第１のアンテナコイル４と、第２のアンテナコイル６と、整流回路９と、ロジック電源安定化回路８と、制御回路２とが埋設されている。

第１のアンテナコイル４は、外部の非接触式リーダライタよりデータ（表示データ）を受信するためのアンテナコイルである。第１のアンテナコイル４は、スイッチ回路７を介して接触・非接触兼用ＩＣチップ３の非接触通信用端子３ａ、３ｂに接続されている。第１のアンテナコイル４は、非接触式リーダライタから電波を受信することで誘起電力を発生させ、それにより、接触・非接触兼用ＩＣチップ３は、外部の非接触式リーダライタより表示データを取得する。制御回路２は、例えば１チップマイコンより構成され、接触・非接触兼用ＩＣチップ３のＩ／Ｏ端子（接触通信用端子）３ｃに接続されている。また、制御回路２は、表示部５のドライバＩＣに接続されており、接触・非接触兼用ＩＣチップ３内の表示データは、制御回路２によって表示部５に供給される。なお、表示部５のドライバＩＣとして、縦横の双方ドライブ用の２個を図示しているが、この代わりに、双方のドライブを兼ねる１個のみを設けてもよいのは言うまでもない。

第２のアンテナコイル６は、ＩＣカード１内の各回路に電源電力を供給するためのアンテナコイルであり、整流回路９に接続されている。第２のアンテナコイル６は、外部の非接触式リーダライタから電波を受信することで発生した誘起電力を、整流回路９に供給する。整流回路９に供給された電力は、ロジック安定化回路８を介して、制御回路２及び表示部５のドライバＩＣに供給される。ロジック電源安定化回路８は、例えば昇圧／分圧回路である。

なお、ここで、双方のアンテナコイル４、６は短絡を防止するため場所を分けて設置するか、アンテナコイルおよび配線を形成したシートの表裏に分離して設けることが好ましい。

スイッチ回路７は、例えばアナログスイッチ回路であり、スイッチ７ａ、７ｂより構成される。スイッチ７ａは、第１のアンテナコイル４の一端と非接触通信用端子３ａとの間に設けられ、スイッチ７ｂは、第１のアンテナコイル４の他端と非接触通信用端子３ｂとの間に設けられている。制御回路２は、表示データの取得を完了するとスイッチ回路７に制御信号を送信し、スイッチ回路７は、制御回路２より送信された制御信号により作動して、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続及び遮断を行う。

通常の接触型と非接触型の２つのインターフェースをもつＩＣカード（デュアルＩＣカード）では、接触・非接触兼用ＩＣチップは、Ｉ／Ｏ端子と接続された、カード表面に露出する接触端子板を有するＩＣモジュールとして用いられ、カード内のアンテナコイルは、接触端子板の背面側の非接触通信用端子に接続される。これは、当該接触端子板を介して外部の接触式リーダライタから、供給電圧やリセット信号、クロック信号を得る使い方を行いうるからである。

本実施形態に係るＩＣカードでは、接触・非接触兼用ＩＣチップは、通常のデュアルＩＣカードと同様の使用態様では用いられない。具体的には、本実施形態に係るＩＣカードでは、接触・非接触兼用ＩＣチップは、接触端子板を持たないベアチップの状態か、微小な接触端子板を有するモジュール形態でＩＣカード基体内に埋設される。このように使用しても、接触・非接触兼用ＩＣチップは、アンテナコイルが非接触通信用端子に接続されている限り、非接触通信機能を有し、外部の非接触式リーダライタからの電波をアンテナコイルで受信することにより動作し、表示データを取得することができる。

図２は、ＩＣカード１の使用状態を示す模式図であって、図２（ａ）は、ＩＣカード１が非接触式リーダライタ２０から表示データを取得するときの模式図であり、図２（ｂ）は、ＩＣカード１が表示データを表示するときの模式図である。

図２（ａ）のようにＩＣカード１が、非接触式リーダライタ２０と通信して表示データを取得している状態では、接触・非接触兼用ＩＣチップ３は、非接触通信用端子３ａ、３ｂを用いて通信を行うモードになっている。この状態では、制御回路２との間のデータのやり取りは行われない。矢印が破線であるのは通信が途絶していることを示す。

接触・非接触兼用ＩＣチップ３は、接触通信／非接触通信の双方の機能を有しているが、双方の機能を同時に動作させることはできないので、いずれかの動作モードを選択して働かせることになる。ただし、マイコンやＥＥＰＲＯＭ等のメモリは双方のモードが共有して使用するので、非接触通信用端子３ａ、３ｂを用いて通信を行うモード（非接触通信モード）で取得した表示データを、Ｉ／Ｏ端子３ｃを用いて通信を行うモード（接触通信モード）時に読み出して表示部に供給することはできる。

通常の接触・非接触兼用ＩＣチップ３の使用方法では、ＩＣカードの該ＩＣチップ３が非接触式リーダライタ２０の通信可能範囲内にあるときは、自動的に非接触通信モードになり、通信可能範囲外になったときに、非接触通信モードがシャットダウンして、接触通信モードが起動するようにされている。しかしながら、そのような使い方では、表示書き換え電力を十分に得られなくなる問題がある。

表示データの取得自体は、チケット用ＩＣカードのように、１秒以下の短時間でも可能であるが、ＩＣカード１では、ＩＣチップより表示データを読み出す制御回路２を駆動させる電力を第２のアンテナコイル６が、非接触式リーダライタ２０から継続して得る必要があるため、表示データの取得後、直ちにＩＣカード１を通信可能範囲外に取り出すことはできない。一方、ＩＣカード１が、非接触式リーダライタ２０の通信可能範囲内に存在する場合は、非接触式リーダライタ２０の呼びかけに非接触通信モードが起動してしまい、接触通信モードが起動しないので、電子ペーパー表示部５に取得した表示データを表示させることができない。

このため、ＩＣカード１が、非接触式リーダライタ２０の通信可能範囲内に存在する場合でも、接触通信モードを起動させる制御が必要となる。そこで、本発明では、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間にスイッチ回路７を設けることとしている。スイッチ回路７は、第１のアンテナコイル４の両端と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続及び遮断を行うことが可能に構成されている。具体的には、スイッチ回路７は、第１のアンテナコイル４の両端にそれぞれ設けられたスイッチ７ａ、７ｂより構成され、第１のアンテナコイル４の一端は、スイッチ７ａを介して非接触通信用端子３ａに接続され、第１のアンテナコイル４の他端は、スイッチ７ｂを介して非接触通信用端子３ｂに接続されている。

非接触通信が行われている状態では、図２（ａ）に示すように、スイッチ回路７におけるスイッチ７ａ、７ｂはそれぞれ閉じた状態となっており、接触・非接触兼用ＩＣチップ３は、外部の非接触式リーダライタより表示データを取得できる。制御回路２は、非接触通信が行われてから所定時間経過した後に、スイッチ回路７を制御して、スイッチ７ａ、７ｂの両方を開いて、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続を遮断する。このようにすることで、ＩＣカード１が、非接触式リーダライタ２０の通信可能範囲内に存在する場合でも、接触通信モードを起動させることが可能となる。

所定時間とは、前記の１秒未満では不足の場合もあるが、最大１秒程度と考えることができる。従って、制御回路２はタイマー機能を有する必要がある。非接触通信開始後、制御回路２がパワーオンし、タイマーカウントを行う。

所定時間経過後、スイッチ回路７により、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続が遮断されるので、接触・非接触兼用ＩＣチップ３は、接触通信モードとなる。一方、第２のアンテナコイル６はスイッチ回路７とは無関係であるから、継続して誘起電力を得ることができる。そして、整流回路１１からの電力により制御回路２が言わばカード内リーダライタとして働く。具体的には、制御回路２は、接触・非接触兼用ＩＣチップ３のメモリから表示データを読み取り、読み取った表示データを表示部５に表示する。

図２（ｂ）は、表示データを表示している状態であり、スイッチ回路７におけるスイッチ７ａ、７ｂが開いて、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続が遮断されている。この状態では、ＩＣカード１が、非接触式リーダライタ２０面上にあっても、接触・非接触兼用ＩＣチップ３は接触通信モードになる。そして、制御回路２は、メモリに蓄積された表示データ信号を、Ｉ／Ｏ端子３ｃから表示部５に送信する。これにより、表示部５にテキストや静止画像が表示されることになる。なお、第２のアンテナコイル６は、非接触式リーダライタ２０面上または近接した位置にあるかぎり、誘起電力を得ることができるので、制御回路２や表示部５のドライバＩＣを駆動できる。

このように、非接触通信が終了した後は、制御回路２は、第２のアンテナ６からの給電を受けて、クロック供給など通常の接触式リーダライタが行っている作業を行う。これに関わる作業に数秒（１〜１０秒）が必要となる。時間は表示書き換え時間が支配的であるが、画面サイズ、表示方式によって可変する。

制御回路２は、非接触式リーダライタ２０から離れてシャットダウンする前に、スイッチ回路７のスイッチ７ａ、７ｂを閉じることにより、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間を接続して、非接触通信モードが直ちに機能するようにする。これは、接触通信モードのままでは表示の終了を非接触式リーダライタ側が認識できないためである。

「直ちに」とは、カードの用い方によってその時間が異なるものとなる。チケットの発行等の場合は、表示後直ちに非接触式リーダライタ２０から離れる使い方になるので、表示直後にスイッチ回路７のスイッチ７ａ、７ｂを閉じる必要がある。しかし、ＩＣカード１を非接触式リーダライタ２０面上で使用する限り、１秒〜１０秒程度の間隔で異なる画像を間欠的に順次表示できるので、一定の時間間隔を設けてもよい。このような使用方法は、非接触式リーダライタ２０を使用して、カードゲーム遊びをする場合等に用いられ得る。

以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係るＩＣカード１では、第１のアンテナコイル４の両端と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続及び遮断を行うことが可能に構成されたスイッチ回路７を有している。そして、制御回路２は、接触通信を行う場合において、スイッチ回路７のスイッチ７ａ、７ｂの両方を開いて、第１のアンテナコイル４の両端と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続を遮断する。

ここで、例えばスイッチ７ａ、７ｂのうちどちらかのみが設けられたスイッチ回路を有するＩＣカードでは、接触通信を行う場合において、第１のアンテナコイル４の一端と１つの非接触通信用端子との間の接続のみが遮断される。そのため、スイッチ回路に原理的に存在する寄生容量などにより、アンテナコイルから非接触通信用端子へと微弱な電力が供給されてしまうことがある。このようなＩＣカードと比較して、本実施形態に係るＩＣカード１では、接触通信を行う場合において、第１のアンテナコイル４の両端と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間の接続が遮断されるため、非接触通信用端子に電力が供給されてしまうのをより確実に抑えることができる。従って、本実施形態に係るＩＣカード１によれば、接触通信を行う場合において、非接触通信モードが起動して接触通信モードが動作しなくなるのを防ぐことができる。

［変形例］
次に、本実施形態に係るＩＣカード１の変形例について説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、変形例に係るＩＣカードにおける第１のアンテナコイル４、スイッチ回路７、接触・非接触兼用ＩＣチップ３のみを拡大して示した図である。なお、変形例に係るＩＣカードは、これら以外の構成要素については、図１及び図２に示したのと同じ構成要素を有するものとする。

図３（ａ）に示すＩＣカードでは、スイッチ回路７において、スイッチ７ａ、７ｂに加えて、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間を短絡して結ぶスイッチ７ｃが設けられている。制御回路２は、非接触通信を行う場合には、スイッチ７ａ、７ｂを閉じた状態にするとともにスイッチ７ｃを開いた状態にして、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間を接続する。一方、制御回路２は、接触通信を行う場合には、スイッチ７ａ、７ｂを開いた状態にするとともにスイッチ７ｃを閉じた状態にして、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間は短絡して接続する。

先に述べた実施形態に係るＩＣカード１では、制御回路２は、接触通信を行う場合において、スイッチ７ａ、７ｂを開いた状態にしているのみであった。しかしながら、これだと、電波の強力な非接触式リーダライタを接触・非接触兼用ＩＣチップ３に近づけた場合に、非接触式リーダライタからの電波により、非接触通信用端子３ａ、３ｂのそれぞれに位相の異なる電圧が入力され、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間に電位差が生じて、非接触通信モードが動作してしまう恐れがある。

それに対し、図３（ａ）に示すＩＣカードでは、接触通信を行う場合において、電波の強力な非接触式リーダライタを接触・非接触兼用ＩＣチップ３に近づけた場合であっても、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間が短絡して接続されているので、非接触通信用端子３ａ、３ｂのそれぞれに入力される電圧の位相差を解消することができ、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間に電位差が生じるのを防ぐことができる。従って、上述した実施形態に係るＩＣカード１と比較して、図３（ａ）に示すＩＣカードでは、接触通信を行う場合において、より効果的に、非接触通信モードが動作してしまうのを防ぐことができ、接触通信モードが動作しなくなるのを防ぐことができる。

次に、図３（ｂ）に示すＩＣカードでは、スイッチ回路７において、スイッチ７ａ、７ｂに加えて、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間を短絡して接続する配線が設けられており、当該配線上にはスイッチ７ｃ１、７ｃ２が直列に設けられている。そして、スイッチ７ｃ１、７ｃ２間を結ぶ配線の電位は固定電位とされている。制御回路２は、非接触通信を行う場合には、スイッチ７ａ、７ｂを閉じた状態にするとともにスイッチ７ｃ１、７ｃ２を開いた状態にして、第１のアンテナコイル４と非接触通信用端子３ａ、３ｂとの間を接続する。一方、制御回路２は、接触通信を行う場合には、スイッチ７ａ、７ｂを開いた状態にするとともにスイッチ７ｃ１、７ｃ２を閉じた状態にする。従って、このとき、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間は短絡して接続されるとともに非接触通信用端子３ａ、３ｂの電位は固定電位にされる。このようにすることで、図３（ａ）に示したＩＣカードと比較して、接触通信を行う場合において、非接触通信用端子３ａ、３ｂ間に電位差が生じるのをより確実に防ぐことができる。

１ ＩＣカード、 ２ 制御回路、 ３ 接触・非接触兼用ＩＣチップ、 ４ 第１のアンテナコイル、 ５ 表示部、 ６ 第２のアンテナコイル、 ７ スイッチ回路

Claims (3)

1. アンテナコイルと、
   非接触通信に用いる端子である非接触通信用端子、及び、接触通信に用いる端子である接触通信用端子を有し、前記アンテナコイルの両端が前記非接触通信用端子と接続され、前記非接触通信用端子に電力が供給された場合には、前記非接触通信用端子のみを介して通信を行う接触・非接触兼用ＩＣチップと、
   前記接触通信用端子に接続された制御回路と、
   前記アンテナコイルの両端と前記非接触通信用端子との間の接続及び遮断を行うことが可能に構成されたスイッチ回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記接触・非接触兼用ＩＣチップと通信を行う場合には、前記スイッチ回路を制御することにより、前記アンテナコイルの両端と前記非接触通信用端子との間の接続を遮断することを特徴とするＩＣカード。
2. 前記スイッチ回路は、前記非接触通信用端子間を短絡して接続及び当該接続の遮断を行うことが可能に構成され、
   前記制御回路は、前記接触・非接触兼用ＩＣチップと通信を行う場合には、前記スイッチ回路を制御することにより、前記アンテナコイルの両端と前記非接触通信用端子との間の接続を遮断するとともに、前記非接触通信用端子間を短絡して接続することを特徴とする請求項１に記載のＩＣカード。
3. 前記スイッチ回路は、前記非接触通信用端子間が短絡して接続された場合において、前記非接触通信用端子の電位が固定電位となるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のＩＣカード。

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