JP7145078B2 - 指によるコントロールタイプのコンタクトレスチップカード - Google Patents

Description

本発明は、非接触操作型チップカードまたは接触操作兼非接触操作型チップカードの分野に関するものであり、これらのカードは、高周波通信によってチップカードリーダと相互に作用することができるものである。これらのカードがすべて少なくとも一つの非接触通信インターフェースを有する限りにおいて、説明を簡単にするために、これらのカードすべてを「コンタクトレスカード」の呼称で示すことにする。

これらのカードのうちのいくつかは慎重を要する用途のために使用され、例えば非接触決済のような銀行用途のために使用されるコンタクトレスカードがある。

決済を実行するためにコンタクトレスカードの使用を制限する問題は、すぐ近くに位置する第三者がアングロサクソン語の用語で「スキミング（ｓｋｉｍｍｉｎｇ）」と呼ばれる作業によって、ユーザの気づかぬうちにカードを使用できることをユーザが恐れるという、時には当然のことであることにある。この作業は、その所有者の気づかぬうちに、コンタクトレスリーダを使ってカードを反応させ、さらには使用することにある。

カードの不都合な使用を妨げることができるいわゆる「アンチスキミング」技術は、手帳の形を呈する、電子パスポートタイプの機密ドキュメントの範囲内でとりわけ既に発達を遂げてきた。実際に、仏国特許出願公開第２９１９４０９号明細書が準備しているように、ドキュメントの高周波通信を可能にするアンテナは、パスポートの二つの表紙にまたがって配置され、したがってパスポートが閉位置にあるとき、アンテナはそれ自体が折り畳まれてあらゆる高周波操作を妨げる。

このような解決案は、折り畳むことができないチップカードには適用できない。

チップカード用の金属カバーもまた知られており、該金属カバーは、チップカードがそこにしまわれているときチップカードの周りにファラデーケージを形成するものであるが、しかしその使用はさほど実用的ではない。

別の解決案が考えられており、該解決案においてチップカードは、オン／オフタイプのボタンを備えており、該ボタンは、チップカードの電子回路またはアンテナを手で接続を切ることを可能にする。しかしこれらの解決案は、工業化するのが困難である。とりわけオン／オフボタンの取付けは、信頼性および費用の問題を提起する。

そのうえ、米国特許出願公開第２００９／２７７９６４号明細書、仏国特許出願公開第２９８２６８７号明細書または米国特許第６４２４０２９号明細書によって、コンタクトレスチップカードが、アンテナに直接に接続されるチップと、アンテナの共振周波数を変更するための、指のような外部コントロール手段とを有する解決案が知られている。しかしこれらの解決案は、相対的に効力がなく、というのは、アンテナがチップに常に接続したままであるので、チップカードとの電力交換および／またはデータ交換を復元するのに、カードの問い合わせ装置の電力を増大させるだけで十分であり、このことがチップカードの安全性を制限するからである。

仏国特許出願公開第２９１９４０９号明細書 米国特許出願公開第２００９／２７７９６４号明細書 仏国特許出願公開第２９８２６８７号明細書 米国特許第６４２４０２９号明細書

本発明は、製品の安全レベルを高めつつ、とりわけ押しボタンも他の嵌め込み部品もない単純でかつ信頼できる解決案を提供しつつ、提起された問題を解決すること、そして所有者の知らぬ間のあらゆる使用を回避できるチップカードを提案することを広い目的とする。

本発明の別の目的は、製造歩留りと信頼性の高い、工業化するのが容易な解決案を提案することである。

原則的には、本発明は、カードの高周波回路を、電子モジュールのアンテナに電気的に接続されないブースターアンテナをそこに組み入れることによって設計することおよび動作パラメータを選択することにあり、したがって、電子モジュールとブースターアンテナとから成る全体は既定で離調（desaccorde）しており、またカードとリーダとの間の非接触通信を可能にするように、ユーザによる同調（accorde）容量の意図的な変更のみが、製品の共振周波数をチップカードリーダの共振周波数と同調させることができるようになる。

革新的なことに、同調容量のこの意図的な変更は、ユーザの単数または複数の指の静電容量を使用すること、およびチップカードの単数または複数の特定の場所に単数または複数の指を単純に置くことにあり、このことは本発明によって、チップカードの動作を可能にするようにチップカードの共振周波数を同調させ直す効果をもたらすであろう。

本発明はしたがって、共振周波数Ｆ₀’で動作するチップカードリーダと通信することを目的とした非接触操作型チップカードを対象とし、前記チップカードは、コンデンサと直列接続または並列接続された少なくとも一つのアンテナを組み入れるカード本体を備えており、アンテナのインダクタンスの値およびコンデンサの値は、リーダとの高周波通信を制限するために、リーダが発する信号の周波数から十分に離れた共振周波数Ｆ₀を得るように選択されしたがってチップカードは既定でリーダに対して離調しており、また前記インダクタンスの値および前記コンデンサの値はそのうえ、予め決められる追加の容量Ｃ_dの並列接続がカードの共振周波数を前記リーダが発する信号の周波数Ｆ₀’の近傍に寄せしたがってチップカードがリーダと同調し直された状態になるように選択され、チップカードがコンデンサＣと直列接続または並列接続されたインダクタンスＬ₁の主要アンテナとインダクタンスＬ₂のハブアンテナとを備えたブースターアンテナを有し、Ｌ₁、Ｌ₂およびＣの値が一方では前記共振周波数Ｆ₀を得るように選択されまた他方では予め決められる前記容量Ｃ_dの並列接続がカードの共振周波数を前記リーダが発する信号の前記周波数Ｆ₀’の近傍に寄せるように選択されることを特徴とする。

このようにして、ブースターアンテナは、超小型電子チップに接続される、モジュールのアンテナとのあらゆる物理的接続を無くすことを可能にし、また共振周波数の調整がモジュールのアンテナにではなくブースターアンテナに接続されるコンデンサＣ_dによって行われるということは、リーダとの同調および離調をずっと効果的にすることを可能にし、同時に、ブースターアンテナのないカードの場合と比べてより信頼できるまたより効果的なチップカードの製造方法を可能にする。

有利には、カードの共振周波数を前記リーダが発する信号の周波数Ｆ₀’の近傍に寄せるように予め決められる前記容量Ｃ_dは、カードの金属接点の間に置かれる単数または複数の指の静電容量に相当する。このようにして、非接触リーダとの間でのチップカードの動作を可能にするために、ユーザがチップカードの予め決められた一つの場所に一本の指を置くだけでまたはカードの予め決められた複数の場所に複数の指の一組合わせを置くだけで十分である。

予め決められる容量Ｃ_dが好ましくはおよそ７ピコファラドの値を有し、該値が、アンテナのメインコンデンサＣと並列に挿入される電気双極子にまたがって指を置くことによって実現され得るものであることが確認されている。

本発明の一特定実施形態によると、Ｌ₁、Ｌ₂およびＣの値は、Ｌ₁＋Ｌ₂が４μＨ以上であるように、またＣがおよそ２０ピコファラドであるように選択される。

第一の実施形態によると、コンデンサＣ_dは、金属線の形で実現されるが、該金属線は、アンテナ支持物にはめ込まれて蛇管の形に並べられ、チップカードの一面上の目印によって位置を確定されるものである。

第二の実施形態によると、コンデンサＣ_dは、一組の、互いに向き合って並べられる金属製の半小円板の形で実現され、したがって半小円板にまたがって置かれる一本の指が、アンテナのコンデンサＣと並列に接続される調整容量Ｃ_dを作り出す。この第二の実施形態の変形例によると、コンデンサＣ_dは、複数組の、互いに向き合って並べられる金属製の半小円板の形で実現され、したがって複数組の半小円板にまたがって置かれる複数の指の一組合わせが、アンテナのコンデンサＣと並列に接続されるおよそ７ｐＦの調整容量Ｃ_dを作り出す。

本発明は、続く説明および以下のような図面を読み解くことによってより良く理解されるであろう。

本発明によるコンタクトレスチップカードの等価回路図を示している。 本発明によるチップカードのアンテナの第一の実施形態を示している。 本発明によるチップカードのアンテナの第二の実施形態を示している。

図１でチップカードの等価回路図が示されており、該回路図は、電子チップ（表示されていない）とアンテナとを備える電子モジュール１０と、カード本体の中に配置されるブースターアンテナ２０とを含んでいる。

電子モジュール１０は、ＲＬＣ回路と等価であり、抵抗Ｒ_mとコンデンサＣ_mとインダクタンスＬ_mは並列接続されている。

ブースターアンテナ２０は、モジュールのアンテナＬ_mとつながれるインダクタンスＬ₂のハブアンテナ（Ｌ₂と示される）と、抵抗Ｒと、Ｌ₁と示されるインダクタンスＬ₁のアンテナと、コンデンサＣとを有する。アンテナＬ₁は大きなサイズの巻線を有し、該巻線は、規格ＩＳＯ／ＣＥＩ ７８１０にかなったいわゆるＩＤ１型に準ずるカード本体の周囲部分に一般的に配置されるものである。このＩＤ１型は、８５．６０×５３．９８ｍｍの寸法のカードに相当する。

等価図において、ブースターアンテナ２０の端子に可変コンデンサＣ_dもまた示されている。これは、ユーザの単数または複数の指がカード上に配置されたときの、この単数または複数の指で形成される容量である。

本発明によると、単数または複数の指は、並んで配置される二つの金属製の固定接点電極で形成される単数または複数の電気双極子の正面の、カード本体に印刷される視覚による目印の上に配置されるであろうものであり、ユーザの指がない場合には開回路（ゼロである容量Ｃ_dに相当する）が存在し、またユーザの指がある場合には数ピコファラドのゼロでない容量Ｃ_dが存在する。

本発明は実際に、ユーザの指の静電容量を、カードの非接触モードでの操作を可能にするスイッチとして介入させることを準備する。

実際に、指の静電容量は、ユーザによってまた湿度条件や他の条件によって比較的変化しないことが可能であることが確認されている。テストは、指の静電容量が双極子の一所定表面についてほぼ６．５～７．５ｐＦの範囲内で変化することを示している。

本発明は、この特徴を、リーダの共振周波数に対して大いにずれた共振周波数をもたらす値を、カードのブースターアンテナ２０の構成要素Ｌ₁、Ｌ₂およびＣについて選択することによって有効に利用するものであり、このことは、カードがリーダに対して既定で離調していることを意味する。

このように、ブースターアンテナ２０の共振周波数は次のタイプである。

したがって、コンタクトレスカードおよびそのリーダの分野においてよくあるケースであるように、チップカードリーダの動作周波数がおよそ１３．５６Ｍｈｚならば、Ｌ₁、Ｌ₂およびＣの値は、ユーザの指がない場合に（すなわちＣ_d＝０）１３．５６Ｍｈｚのターゲット周波数と比べて１Ｍｈｚ以上離れたブースターアンテナ２０の共振周波数が得られるように選択されるであろう。

このようなずれた共振周波数により、チップカードは、リーダに対して離調されることとなり、ブースターアンテナの共振周波数を１３．５６Ｍｈｚの近傍に寄せることができる共振回路の意図的な変更なくしてチップカードリーダと通信することはできないであろう。

この変更は、ユーザの単数または複数の指によって導かれる容量Ｃ_dの貢献によってもたらされるであろう。

実際に、一本の指がカード上に位置決めされるときのブースターアンテナの共振周波数は、次の式によって表されるであろう。

なお、単数または複数の指が置かれることになるであろう電気双極子が、追加の容量Ｃ_dがおよそ７ｐＦであるように設定され得るだろうことが分かっている。

したがって、１４．７Ｍｈｚ以上の共振周波数Ｆ₀と１３．５６Ｍｈｚに等しい値Ｆ₀’（およそ７ピコファラドの値Ｃ_dが考慮に入れられる）とを導くＬ₁、Ｌ₂およびＣの値の全体を決定することが可能である。

テストされかつ動作する値の組は、例えば以下のようなものである：
Ｌ₁＋Ｌ₂が４μＨ以上、
Ｃが２０ｐＦにほぼ等しい。

当然、値の他のまとまりが可能であり、またそれらは当業者によって容易に決定されるであろう。容量Ｃの小さな変化が共振周波数Ｆ₀の有意な変化を引き起こすために、インダクタンスＬ₁＋Ｌ₂が非常に大きい（少なくとも４μＨ）ことが単に必要であるだけである。

図２で、コンデンサＣ_dを組み入れるチップカード用ブースターアンテナ２０の第一の実施形態が示されており、該コンデンサは非常に細い金属線２１の張られた形で実現されるものであり、該金属線はアンテナ支持フィルムに超音波によってはめ込まれて蛇管状または非常に狭められた正弦曲線状に並べられるものである。

この金属線の張られたコンデンサの配置を具現するために、視覚による目印（表示されていない）が、コンデンサＣ_dの正面の、チップカードの外側面に配置されるであろう。このようにユーザは、例えばこの場合１３．５６Ｍｈｚであるターゲット周波数にチップカードを同調させ直すためにその指をどこに配置するかが分かるであろう。

図３で、コンデンサＣ_dの第二の実施形態を利用したブースターアンテナ２０が示されており、該コンデンサは金属回路の形であり、該金属回路はアンテナＬ₁、Ｌ₂の金属トラックと同時にエッチングされまたＬ₁とＬ₂との間で並列接続されるものである。

このエッチングされた金属回路は、トラック２４によってアンテナＬ₂に接続される第一の金属製の半小円板２３と、トラック２６によってアンテナＬ₁に接続される第二の半小円板２５とで形成される少なくとも一つの双極子を有する。二つの半小円板２３、２５は、スペース２７によって分かれており、該スペースは、二つの半小円板の上にまたがって置かれる指がない場合にはそれらの容量がゼロであるという結果を生じさせ、また指が二つの半小円板２３、２５の上にまたがって置かれるときそれらの容量Ｃ_dがおよそ７ｐＦに等しいという結果を生じさせる。

ここでもまた、ユーザを誘導するために、チップカードの外側面への適切な目印によって二つの半小円板２３、２５の位置を示すのは役に立つであろう。

図２および図３によるコンデンサＣ_dの二つの実施形態において、およそ７ｐＦの等価容量を再構成するために、コンデンサＣ_dを、金属線の張られた形でまたはエッチングされた形で実現される複数の部分に、つまり並列接続された複数の部分要素に分割し、カードの異なる場所に配置される複数の指の一組合せを使用しなければならないようにすることが可能であり得る（図３で、半小円板２８、２９によって図示されているとおりである）。そのうえ、このことは、アンテナの異なる部分の正面への、ユーザの複数の指の意図的な配置だけが同調容量Ｃ_dを構成するようにすることによって、チップカードの安全性をさらに強化することを可能にする。

発明の効果
本発明は、定められた目的を達成する。リーダの共振周波数から離れたブースターアンテナの共振周波数を導くように構成要素を選択することにより、カードがそのままの状態では動作できないことまたしたがって商取引を行うことができないことを保証することが可能となる。また、追加の調整容量Ｃ_dを作り出すためにカード上に指を置くことによって、共振周波数は、通常必要な通信の距離および質の性能によるリーダとの間でのカードの動作を可能にする範囲内に寄せられる。

そのうえ、本発明は、本発明がカードの構造のいかなる変更も必要とせず、そのブースターアンテナの構成要素Ｌ、Ｃの値の独特の選択を必要とするだけである以上、実施するのがとりわけ容易である。

１０ 電子モジュール
２０ ブースターアンテナ
２３、２５、２８、２９ 半小円板
２４、２６ トラック
２７ スペース

Claims (6)

1. 共振周波数Ｆ_０’で動作するチップカードリーダと通信することを目的とした非接触操作型チップカードであって、前記チップカードが、コンデンサと直列接続または並列接続された少なくとも一つのアンテナを組み入れるカード本体を備えており、アンテナのインダクタンスの値およびコンデンサの値が、リーダとの高周波通信を制限するために、リーダが発する信号の周波数から十分に離れた共振周波数Ｆ_０を得るように選択されしたがってチップカードは既定でリーダに対して離調しており、
   また前記インダクタンスの値および前記コンデンサの値がそのうえ、予め決められる追加の容量Ｃ_ｄの並列接続がカードの共振周波数を前記リーダが発する信号の周波数Ｆ_０’の近傍に寄せしたがってチップカードがリーダと同調し直された状態になるように選択され、
   チップカードが、コンデンサＣと直列接続または並列接続されたインダクタンスＬ_１の主要アンテナとインダクタンスＬ_２のハブアンテナとを備えたブースターアンテナ（２０）を有し、Ｌ_１、Ｌ_２およびＣの値が一方では前記共振周波数Ｆ_０を得るように選択されまた他方では予め決められる前記容量Ｃ_ｄの並列接続がカードの共振周波数を前記リーダが発する信号の前記周波数Ｆ_０’の近傍に寄せるように選択され、
   カードの共振周波数を前記リーダが発する信号の周波数Ｆ _０ ’の近傍に寄せるように予め決められる前記容量Ｃ _ｄ が、カードの二つの金属接点（２３、２５）の間に置かれる一本の指の静電容量に相当することを特徴とする、非接触操作型チップカード。
2. 予め決められる容量Ｃ_ｄが、およそ７ピコファラドの値を有することを特徴とする、請求項１に記載のチップカード。
3. Ｌ_１、Ｌ_２およびＣの値が、Ｌ_１＋Ｌ_２が４μＨ以上であるように、またＣがおよそ２０ピコファラドであるように選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載のチップカード。
4. コンデンサＣ_ｄが、金属線（２１）の形で実現され、該金属線が、アンテナ支持物にはめ込まれて蛇管の形に並べられ、チップカードの一面上の目印によって位置を確定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載のチップカード。
5. コンデンサＣ_ｄが、少なくとも二つの、互いに向き合って並べられる金属製の半小円板（２３、２５）の形で実現され、したがって半小円板にまたがって置かれる一本の指が、アンテナのコンデンサＣと並列に接続されるおよそ７ｐＦの調整容量Ｃ_ｄを作り出すことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載のチップカード。
6. コンデンサＣ_ｄが、複数組の、互いに向き合って並べられる金属製の半小円板（２３、２５；２８、２９）の形で実現され、したがって複数組の半小円板にまたがって置かれる複数の指の一組合わせが、アンテナのコンデンサＣと並列に接続されるおよそ７ｐＦの調整容量Ｃ_ｄを作り出すことを特徴とする、請求項５に記載のチップカード。

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