JPH09330388A - Ｉｃカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カードの裏面側に接近した金属等の影響を受
けることなく、常に安定した通信特性が得られるＩＣカ
ードを、マイクロストリップアンテナを使用することな
く安価に実現する。 【解決手段】 表面シート４に、ダイポールアンテナを
構成するアンテナパターン１０ａ，１０ｂ、このアンテ
ナを介して通信を行うカスタムＩＣ等を形成し、その形
成面をカード基板となるスペーサ８に積層したＩＣカー
ド２において、スペーサ８の裏面側に積層される裏面シ
ート６に金属層１８を形成することにより、通信時にカ
ードの裏面側に金属や人の手等が接近しても、その影響
を受けずに常に安定した通信を実行できるようにする。
またスペーサ８の厚みは、通信用搬送波の波長の１／２
以下、好ましくは３ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信機能を有し、
外部装置からデータを非接触にて読み取ることのできる
ＩＣカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、所定の部屋や施設へ
の入退室者の管理（入退室管理）、駐車場に出入りする
車両の管理（駐車管理）、工場や宅配便の配送センタ等
で出荷物の仕分け作業を行なう際の荷物管理、等を自動
で行なうシステムとして、移動体となる人や車両或いは
荷物等に通信機能を有するＩＣカードを保持させ、この
移動体が所定位置に来たときに、その位置に固定された
質問器からの送信信号によりＩＣカードを起動させて、
ＩＣカードから予め記憶された識別用のＩＤデータを返
送させ、質問器側では、受信したＩＤデータから移動体
を識別して、ドアロックの解除や出荷品の仕分け作業等
のための所定の制御動作を実行するようにした、リモー
トＩＤシステムが知られている。

【０００３】そして、この種のリモートＩＤシステムに
おいて使用されるＩＣカードには、質問器との間でデー
タを送受信するために、カードの基板面に形成された導
電パターンからなるアンテナが備えられている。即ち、
上記のようなリモートＩＤシステムにおいて使用される
ＩＣカードには、通信用のアンテナとして、例えば、特
開平５−２９９９２７号公報に開示されているように、
カード基板３０（図３（ａ）参照）の片側面に４分の１
波長のアンテナパターン３２を一対形成することにより
構成されるダイポールアンテナや、同じくカード基板４
０（図３（ｂ）参照）の片側面にループ状のアンテナパ
ターン４２を形成することにより構成されるループアン
テナ、或いは、特開平２−６５５２９号公報に開示され
ているように、カード基板５０（図３（ｃ）参照）の片
側面にパッチ５２を形成すると共に、カード基板５０の
もう一方の片側面に地板となる導体層（接地導体）５４
を形成し、パッチ５２の所定の給電点と接地導体５２と
をカード基板５０に穿設したスルーホール５６を介して
電気的に接続することにより構成されるマイクロストリ
ップアンテナ、が備えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩＣカ
ードにおいて従来より用いられているアンテナには、一
長一短があり、ＩＣカード用のアンテナとして特に最適
なものはなかった。つまり、上記３種のアンテナの内、
ダイポールアンテナ及びループアンテナは、カード基板
の片側にアンテナパターン３２，４２を形成するだけで
実現できるため、ＩＣカードを安価に作製でき、またこ
れらのアンテナは、カード面が質問器に垂直な場合を除
き、ＩＣカードの向きによらずＩＣカードの両面側にて
通信できるという利点がある。

【０００５】しかし、ＩＣカードの両面で通信できると
いうことは、言い換えると、通信にはＩＣカードの両側
からの影響を受けることであり、この場合、例えば、Ｉ
Ｃカードの片側面に金属が接近したり、ＩＣカードが金
属面に貼り付けられた場合には、その金属の影響を受け
て通信特性が大きく変化し、質問器との間で安定した通
信ができない場合が発生し得るという問題がある。ま
た、こうした問題は、金属に限らず、例えば、人の手の
ような水分を含む物体を接近させた場合にも発生する。
このため、例えば、ＩＣカードを利用者自身に携帯させ
る入退室管理用のシステムでは、利用者がＩＣカードを
胸のポケットに入れると、安定した入退室管理を実行で
きなくなるといったことがある。

【０００６】一方、マイクロストリップアンテナを備え
たＩＣカードでは、通信はパッチ５２が形成されたＩＣ
カードの片側面でのみ可能であり、接地導体５４が形成
されたカード面側では通信できないものの、接地導体５
４が形成されたカード面側に金属が接近したり、このカ
ード面が金属面に貼着されたような場合であっても、そ
の金属の影響を受けて通信特性が大きく変化することは
なく、安定した通信特性が得られるという利点がある。

【０００７】しかし、ＩＣカードにマイクロストリップ
アンテナを形成するには、カード基板の各面にパッチ５
２と接地導体５４とを夫々形成し、更にこれら各部をス
ルーホール５６にて接続する必要があり、しかもカード
基板には所定の誘電率を有する誘電体を使用しなければ
ならない。このため、マイクロストリップアンテナを備
えたＩＣカードは、ダイポールアンテナやループアンテ
ナを備えたものに比べて高価になり、安価なＩＣカード
を提供することができないという問題がある。

【０００８】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、マイクロストリップアンテナを備えたＩＣカード
のように、カードの片側面に金属や手等の身体の一部が
接近した場合であっても、他面側での通信特性が大きく
変化することがなく、しかも、マイクロストリップアン
テナを備えたＩＣカードに比べて安価に実現できるＩＣ
カードを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載のＩＣカードにおいては、
カード基板の片側面のみがアンテナ機能を有する導電パ
ターンからなるアンテナパターンが形成され、カード基
板のアンテナパターンとは反対側面には、導電性の金属
層が形成される。

【００１０】このため、通信ＩＣがアンテナパターンを
介して外部装置との間でデータの送受信を行う際、この
アンテナパターンが形成されたカード面を外部装置側に
向ける必要はあるものの、金属層が形成された面側に金
属や人の手等が接近しても、通信特性が大きく変化する
ことはなく、常に安定した通信を実現できる。

【００１１】従って、本発明によれば、マイクロストリ
ップアンテナを備えたＩＣカードのように、カード基板
に給電用のスルーホールを形成することなく、安定した
通信特性が得られるＩＣカードを実現でき、通信機能を
有する信頼性の高いＩＣカードを安価に提供することが
可能になる。

【００１２】また、アンテナパターンと金属層との間
は、空気層であっても基板であってもよく、その間の厚
みは、良好な通信特性が得られるように、実験等にて適
宜設定すればよいが、概ね、請求項２に記載のように、
通信に使用する搬送波の波長の２分の１以下にすればよ
い。

【００１３】そして、特に、通信用搬送波の周波数が、
日本国内において使用可能な工業用，化学用および医事
用周波数（ＩＳＭ；industrial,scientific and medica
l use ）として割り当てられた２．４５ＧＨｚ帯である
場合には、請求項３に記載のように、アンテナパターン
と金属層との間の厚みを、その搬送波の波長λ（約１２
ｃｍ）よりも充分短い、３ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内にす
れば、通信特性を更に向上することができる。

【００１４】なお、金属層を設けることにより良好な通
信特性が得られる理由や、アンテナパターンと金属層と
の間の厚みを上記のようにすればよい理由等について
は、後に詳しく説明する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は実施例のＩＣカード２の構成を表
し、（ａ）はＩＣカード２をアンテナパターンが形成さ
れた表面側から見た平面図、（ｂ）はその概略断面図で
ある。

【００１６】本実施例のＩＣカード２は、前述の２．４
５ＧＨｚ帯のマイクロ波を利用して外部装置（質問器）
との間でデータ通信を行うためのものであり、図１に示
すように、表面シート４と、裏面シート６と、これら各
シート４，６の間に挟まれるスペーサ８とを積層した構
造となっている。

【００１７】そして、表面シート４のスペーサ８側（つ
まりカードの内側）には、ダイポールアンテナを構成す
る一対のアンテナパターン１０ａ，１０ｂが形成される
と共に、これらアンテナパターン１０ａ，１０ｂを接続
するダイオード１２、各アンテナパターン１０ａ，１０
ｂに通信用の信号線を介して接続されたカスタムＩＣ１
４、及び、カスタムＩＣ１４に電源供給を行うコイン電
池，ペーパ型電池等からなる薄型の電池１６が実装され
ている。また、裏面シート６のスペーサ８側（つまりカ
ードの内側）の面には、例えばアルミニウム等の導電性
金属の蒸着或いはラミネート等によって、金属層１８が
ほぼ面全体に形成されている。従って、本実施例のＩＣ
カード２においては、ダイポールアンテナを構成するア
ンテナパターン１０ａ，１０ｂと金属層１８とが、カー
ド基板となるスペーサ８を挟んで、スペーサ８の厚み分
だけ離間して平行に配置されていることになる。

【００１８】カスタムＩＣ１４は、アンテナパターン１
０ａ，１０ｂにて形成されたダイポールアンテナにより
質問器からの搬送波が受信されると起動し、予め登録
（記憶）されたカードの所有者等を特定するためのＩＤ
データをダイポールアンテナを介して質問器側に送信
し、更に、必要に応じて質問器との間で所定のデータを
送受信する周知のものである。

【００１９】また、ダイオード１２は、ダイポールアン
テナによる受信信号を検波してカスタムＩＣ１４に入力
するためのものであり、データの送信時には、カスタム
ＩＣ１４からの出力により、ダイポールアンテナの特性
インピーダンスを変化させて、質問器からの搬送波をダ
イポールアンテナから反射させるか吸収するかを切り換
える可変インピーダンス素子として機能する。

【００２０】つまり、カスタムＩＣ１４は、ダイオード
１２に逆方向に電圧を印加するかしないかにより、ダイ
オード１２，ひいてはダイポールアンテナのインピーダ
ンスを変化させ、質問器からの搬送波を送信データに応
じてダイポールアンテナから反射させる。

【００２１】なお、このカスタムＩＣ１４は、パッケー
ジに入ったＩＣにより構成することもできるし、ベアチ
ップＩＣにより構成することもできる。そしてパッケー
ジに入ったＩＣの場合は、半田付け等で表面シート４に
実装され、ベアチップＩＣの場合は、ワイヤボンディン
グとか銀ペーストや異方導電膜によるフリップチップボ
ンディング等の実装技術にて表面シート４に実装され
る。またダイオード１２も、カスタムＩＣ１４と同様、
半田付け又はフリップチップボンディングにて表面シー
ト４に実装される。

【００２２】一方、表面シート４，裏面シート６，及び
スペーサ８は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＰＶＣ
（ポリ塩化ビニル）等の絶縁性の合成樹脂にて構成され
る。そして、ＩＣカード２のカード面の大きさを決定す
るこれら各部の縦横は、５４ｍｍ×８５．６ｍｍに設定
され、各部の厚みは、スペーサ８の厚みを０．７ｍｍと
して、その合計が０．７６±０．０８ｍｍとなるように
設定されている。なお、この大きさは、日本工業規格
（ＪＩＳ；Japanese Industrial Standards）や国際標
準化機構（ＩＳＯ；International Organization for S
tandardization）等でＩＣカードの大きさとして規格化
された値であり、こうした規格に準拠したカードを作製
する必要がなければ、適宜変更できる。

【００２３】このように構成された本実施例のＩＣカー
ド２によれば、質問器との間で通信を行う際には、アン
テナパターン１０ａ，１０ｂが形成された表面シート４
側のカード面を質問器側に向ける必要はあるものの、金
属層１８が形成された裏面シート６側に金属や人の手等
を接近させても、通信特性が大きく変化することはな
く、常に安定した通信を実現できる。

【００２４】例えば、図２（ａ）は、本実施例のＩＣカ
ード２と、金属層１８を備えていない従来のＩＣカード
（金属層１８以外は本実施例のものと同じ構成のもの）
とを、それぞれ、アンテナパターン１０ａ，１０ｂが形
成されたカードの表面側を質問器に向けて配置し、カー
ドの背面側に、金属板（２００×２００×５ｍｍのアル
ミ板）を接近させて、質問器との間で正常通信が可能な
通信距離を測定し、更に、その測定した通信距離を、カ
ード背面に上記金属板（アルミ板）を配置しない場合の
通信距離を基準とする伸縮率［％］としてグラフ化した
結果を表している。

【００２５】そして、この図２（ａ）から明らかなよう
に、金属層１８を備えていない従来のＩＣカードでは、
カード表面側のアンテナパターンとカード裏面側の金属
板との間の距離が、通信に用いる搬送波（周波数：２．
４５ＧＨｚ）の波長λの２分の１（λ／２：約６ｃｍ）
を越えた領域で、通信距離の伸縮率が１００［％］を大
きく下回り、良好な通信を実現できなくなるのに対し、
本実施例のＩＣカード２によれば、アンテナパターンと
金属板との距離の変化に対して、通信距離の伸縮率は、
若干の変動はあるものの、略１００［％］付近で安定し
ており、通信距離が著しく短くなる領域はない。

【００２６】従って、この測定結果から、本実施例のＩ
Ｃカード２によれば、金属層１８を備えていない従来の
ＩＣカードに比べて、通信特性を改善できることが判
る。このため、本実施例のＩＣカード２によれば、マイ
クロストリップアンテナを備えたＩＣカードのように、
カード基板に給電用のスルーホールを形成したり、パッ
チと接地導体との間の基板を所定誘電率の誘電体にて形
成する必要はなく、安定した通信特性が得られるＩＣカ
ードを安価に実現することができる。

【００２７】なお、本実施例のＩＣカード２において良
好な通信特性が得られる理由は、スペーサ８の両側に略
０．７ｍｍの間隔でアンテナパターン１０ａ，１０ｂと
金属層１８とを配置することにより、ダイポールアンテ
ナを構成するアンテナパターン１０ａ，１０ｂと、金属
層１８とが、疑似的なマイクロストリップアンテナのよ
うな構成になり、ダイポールアンテナがパッチに、金属
層１８が接地パターンに対応するような構成になったた
めであろうと考えられる。

【００２８】ここで、上記実施例では、ＩＣカード２を
上記規格に適合させるために、ダイポールアンテナを構
成するアンテナパターン１０ａ，１０ｂと、金属層１８
とを、スペーサ８を用いて、０．７ｍｍの間隔で配置し
たが、アンテナパターン１０ａ，１０ｂと金属層１８と
の間隔は、必ずしもこの値に設定する必要はなく、作製
しようとするＩＣカードの仕様に応じて、良好な通信特
性が得られるように、適宜設定すればよい。

【００２９】そして、この場合、アンテナパターン１０
ａ，１０ｂと金属層１８との間隔としては、図２（ａ）
に示した測定結果から、通信に使用する搬送波の波長λ
の２分の１以下にすればよいことが判る。つまり、金属
層１８を備えていない従来のＩＣカードにおいて、カー
ド背面側より金属板を近づけていった場合、カード背面
と金属板との距離がλ／２以下の領域であれば、通信距
離の伸縮率が略１００［％］以上となることから、アン
テナパターン１０ａ，１０ｂと金属層１８との間隔（つ
まりスペーサ８の厚み）を、λ／２にすれば、常に良好
な通信特性が得られることになる。

【００３０】また、上記測定結果から、通信用の搬送波
として２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を利用する際に
は、アンテナパターン１０ａ，１０ｂと金属層１８との
間隔を３ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内に設定すれば、ＩＣカ
ードの通信特性をより向上できること、及び、この間隔
の最小値としては、上記実施例のように０．７ｍｍ以上
にすればよいことも判った。

【００３１】即ち、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した
金属層１８を備えていない従来のＩＣカードに対する測
定結果のうち、アンテナパターンと金属板との距離が極
めて短い領域（距離：０〜２０ｍｍの領域）を拡大して
表すものであるが、この図２（ｂ）から判るように、ア
ンテナパターンと金属板との距離が５ｍｍ前後の領域
で、通信距離の伸縮率が最大となり、カード裏面側に金
属板がない場合に比べて、２２０％も通信距離を伸ばす
ことができる。

【００３２】なお、図２に示される測定結果は、アンテ
ナパターンと金属板との間の距離を変化させて得られた
結果であるが、この結果は、アンテナパターンと金属層
との間の距離を変化させた場合にも適用できる結果であ
ることが、発明者により確認された。

【００３３】従って、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を
用いて通信を行うＩＣカードを構成する場合には、アン
テナパターン１０ａ，１０ｂと金属層１８との間隔、つ
まりスペーサ８の厚みを、５ｍｍ付近に設定すればＩＣ
カードの通信距離を最大にできることが判る。そして、
この測定結果から、スペーサ８の厚みを３ｍｍ〜２０ｍ
ｍの範囲内に設定すれば、ＩＣカードの通信距離を、金
属層を備えていない従来のＩＣカードの正常時の通信距
離に対して約１８０％以上伸ばすことができることが判
る。

【００３４】また、図２（ｂ）に示すように、アンテナ
パターンと金属板との距離が０．７ｍｍの点で、カード
背面に金属板が存在しない場合と同程度の通信距離（伸
縮率１００［％］）となり、その距離がこれより短くな
ると、通信距離が低下するので、アンテナパターン１０
ａ，１０ｂと金属層１８との間隔、つまりスペーサ８の
厚みは、０．７ｍｍ以上にすればよいことが判る。

【００３５】なお、上記説明において、スペーサ８の厚
みを表す数値は、通信に使用する搬送波が２．４５ＧＨ
ｚ帯のマイクロ波でなければ変わってくるので、通信に
これとは異なる周波数帯の信号を利用する際には、上述
した実験等によって適宜最適値を設定すればよい。

【００３６】また、以上の説明では、カードの片側面に
ダイポールアンテナを構成するアンテナパターンを形成
した場合を例にとったが、カードの片側面にループアン
テナを構成するアンテナパターンを形成する場合であっ
ても同様であり、本発明は、カードの片側面にのみアン
テナパターンを形成することによって構成可能なダイポ
ールアンテナ又はループアンテナを備えたＩＣカードで
あれば適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のＩＣカードの構成を表す説明図であ
る。

【図２】 カード背面に金属板を近づけた際の通信距離
の変化を測定した測定結果を表す説明図である。

【図３】 通信機能を有するＩＣカードに一般に設けら
れるアンテナの種類を説明する説明図である。

【符号の説明】

２…ＩＣカード ４…表面シート ６…裏面シート
８…スペーサ １０ａ，１０ｂ…アンテナパターン １２…ダイオー
ド １６…電池 １８…金属層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カード基板の実質的に片側面のみがアン
   テナ機能を発揮する導電パターンからなるアンテナパタ
   ーンが、前記カード基板の前記片側面に形成されると共
   に、該アンテナパターンを介して外部装置との間でデー
   タを送受信するＩＣを内蔵したＩＣカードにおいて、 前記カード基板の前記アンテナパターンとは反対側面
   に、金属層を形成してなることを特徴とするＩＣカー
   ド。
2. 【請求項２】 前記アンテナパターンと前記金属層との
   間の厚みが、通信用搬送波の波長の２分の１以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣカード。
3. 【請求項３】 前記通信用搬送波の周波数が２．４５Ｇ
   Ｈｚ帯であり、前記アンテナパターンと前記金属層との
   間の厚みが、３ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることを特
   徴とする請求項２に記載のＩＣカード。
4. 【請求項４】 前記アンテナパターンがダイポールアン
   テナ又はループアンテナであることを特徴とする請求項
   １乃至請求項３いずれか記載のＩＣカード。
5. 【請求項５】 前記金属層は、前記アンテナパターンと
   等しいかそれよりも大きな面積を有することを特徴とす
   る請求項１乃至請求項４いずれか記載のＩＣカード。