(57)【要約】【課題】  リーダ・ライタが情報の授受を行う領域内に複数の非接触型ＩＣカードが存在したり、近くに金属のような物体が存在したとしても、互いに影響されることのない非接触型ＩＣカードを提供する。【解決手段】  非接触型ＩＣカードは、そのアンテナ回路および整合回路を含む共振回路を高誘電体共振器６で構成している。高誘電体共振器６は、共振時に発生する電磁界が内部に集中して外部へ漏れ出ることが少ないという性質を有しているため、その共振回路がリーダ・ライタの情報授受領域内に存在する他の非接触型ＩＣカードの共振回路に影響を与えたり、他の非接触型ＩＣカードや金属などの外部の物体によって共振回路が影響を受けて共振周波数が変更されてしまうということがない。【選択図】  図１
2006011907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＳＩチップ部、アンテナ回路および整合回路を備えた非接触型ＩＣカードにおいて、
前記アンテナ回路および前記整合回路を高誘電体共振器で構成したことを特徴とする非接触型ＩＣカード。
【請求項２】
前記高誘電体共振器は、２次元高誘電体共振器としたことを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカード。
【請求項３】
ＬＳＩチップ部、アンテナ回路および整合回路を備えた非接触型ＩＣカードにおいて、
前記アンテナ回路を高誘電体共振器で構成したことを特徴とする非接触型ＩＣカード。
【請求項４】
前記高誘電体共振器は、２次元高誘電体共振器としたことを特徴とする請求項３記載の非接触型ＩＣカード。
【請求項５】
ＬＳＩチップ部、アンテナ回路および整合回路を備えた非接触型ＩＣカードにおいて、
前記ＬＳＩチップ部、前記アンテナ回路および前記整合回路を高誘電体基板上に構成したことを特徴とする非接触型ＩＣカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非接触型ＩＣカードに関し、特に情報処理装置との間で非接触にて情報の授受を行うことができる非接触型ＩＣカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ユビキタスネットワークの構築を目指して盛んに非接触型ＩＣカードの開発が行われ、製品化されている。ユビキタスネットワークによる情報社会においては、物体情報をコンピュータで管理してさまざまな業務を能率化することが計画されており、そのインタフェースとしてＩＣカードの導入が積極的に行われている。コンピュータ、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置とＩＣカードとの間には、情報処理装置とオンライン接続されていてＩＣカードに対して情報の読み込み・書き換えを行うリーダ・ライタが介在し、そのリーダ・ライタを介して情報の授受が行われる。リーダ・ライタとＩＣカードとの間の情報の授受に関しては、接触型と非接触型とがある。接触型は、リーダ・ライタおよびＩＣカードに設けられた電極を接触させて情報の授受を行い、非接触型は、リーダ・ライタとＩＣカードとの間の情報の授受を電磁界あるいは電波を介して行う。
【０００３】
非接触型ＩＣカードは、リーダ・ライタに近接させるだけで情報の授受を容易に行うことができるので、交通カードや入退室証など個人が所有して利用するもの以外に、商品などに取り付けて物品・物流の管理に用いられるＲＦ（Radio Frequency）タグなど、幅広い用途に利用されている。非接触型ＩＣカードは、一般には、インレットと呼ばれるフィルム状の基板を内蔵した構成を有している（たとえば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
図６は従来の一般的な非接触型ＩＣカードの構成を例示した図であって、（ａ）は非接触型ＩＣカードの内部を示す内部平面図、（ｂ）は非接触型ＩＣカードの内部構成を示す断面図である。
【０００５】
従来の非接触型ＩＣカードは、複数の層を貼り合わせた形で構成されている。すなわち、非接触型ＩＣカードは、その中心にインレット１０１が配置されていて、その両面側に表面保護層１０２，１０３が配置され、さらに、それらの外側の面に絵柄印刷層１０４，１０５が配置されている。インレット１０１は、樹脂製のフィルム基材１０６を有し、その一方の面に、接着剤層１０７によってアンテナコイル１０８が貼着されている。アンテナコイル１０８には、チップ固着剤１０９によりＩＣチップ１１０が電気的に接続され、かつ固着されている。
【０００６】
非接触型ＩＣカードは、リーダ・ライタに近接されることにより、そのリーダ・ライタから発せられている電磁界の中に置かれると、アンテナコイル１０８にはそのループを通る磁界成分により起電力が発生する。その起電力は、直流電圧に変換されてＩＣチップ１１０を駆動する電源となる。これにより、ＩＣチップ１１０が起動し、非接触型ＩＣカードは、リーダ・ライタとの間でアンテナコイル１０８を介して通信が可能になる。非接触型ＩＣカードとリーダ・ライタとの間で通信を行うことにより、非接触型ＩＣカードに記憶されている情報を読み出して情報処理装置に送ったり、情報処理装置から送られた情報を非接触型ＩＣカードに記憶させたりすることができる。
【０００７】
図７は非接触型ＩＣカードを構成する要素の等価回路図である。
非接触型ＩＣカードは、基本的に、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）、ＣＰＵおよびアナログＲＦインターフェースから構成されるＬＳＩチップ部１２０と、リーダ・ライタからの電磁波の送受信を行うアンテナ回路１３０と、ＬＳＩチップ部１２０およびアンテナ回路１３０間の整合回路１４０とを備えている。
【０００８】
ＬＳＩチップ部１２０は、アンテナ回路１３０の側から見た場合、等価的にＩＣ入力キャパシタンス１２１とＩＣ入力抵抗１２２との並列接続回路とすることができる。アンテナ回路１３０は、アンテナコイル１０８のキャパシタンス１３１とアンテナコイル１０８の並列抵抗１３２とアンテナコイル１０８の並列インダクタンス１３３とによって表すことができる。整合回路１４０は、ＬＳＩ・アンテナ間接続抵抗１４１，１４２と同調コンデンサ１４３とによって表すことができる。
【０００９】
ここで、ＬＳＩチップ部１２０と、アンテナ回路１３０と、これらの間に配置された整合回路１４０とは、共振回路を構成しており、その共振回路の共振周波数が搬送周波数と一致するように設計されている。これにより、非接触型ＩＣカードは、送受信の最適通信条件が得られるようになっている。
【非特許文献１】寺浦 信之、「ＲＦタグの開発と応用−無線ＩＣチップの未来−」、シーエムシー出版、２００３年２月２８日、第一刷発行、ｐ．１１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の非接触型ＩＣカードにおいては、リーダ・ライタが非接触型ＩＣカードとの間で情報の授受を行う領域内に複数の非接触型ＩＣカードが存在する場合、複数の非接触型ＩＣカードが相互に作用し合って、最適通信条件が損なわれることがあり、あるいは他の金属物体が近傍にあるような場合にも、電磁界境界条件の影響を受けて正確な情報の授受が行われなくなるという問題点があった。すなわち、リーダ・ライタの電磁界フィールド内に複数個の非接触型ＩＣカードが存在すると、隣接する非接触型ＩＣカード内に形成されているアンテナが相互に影響し合い、寄生容量が発生する等して、共振回路の共振周波数が設計値から変化し、これによって情報の授受ができなくなったり、誤動作が発生したりすることがある。同じように、磁界に影響を与えるような金属等が近傍にある場合においても、その影響を受けて通信状態が悪くなり、情報の授受ができなくなったり、あるいは誤動作をするという問題が発生していた。
【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、リーダ・ライタが情報の授受を行う領域内に複数の非接触型ＩＣカードが存在したり、近くに金属のような物体が存在したとしても、互いに影響されて共振周波数が変動してしまうことのない非接触型ＩＣカードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図１は上記目的を達成する非接触型ＩＣカードの構成図である。
この非接触型ＩＣカードは、インレット１を表面保護層２，３で挟持し、さらに絵柄印刷層４，５で挟持して構成されている。インレット１は、フィルム基材として高誘電体共振器６が用いられ、この高誘電体共振器６に結合回路７を介してＩＣチップ８が接続されている。ＩＣチップ８は、チップ固着剤９によって高誘電体共振器６および結合回路７に固着されている。
【００１３】
この構成によれば、従来アンテナコイルで構成されていた共振回路を高誘電体共振器６によって構成している。高誘電体共振器６は、自由空間と誘電体との境界面で電磁波がほぼ全反射して電磁エネルギが誘電体内に閉じ込められて定在波が立ち、特定の周波数で共振する性質を有している。つまり、この高誘電体共振器６にて発生した共振電磁界が内部に集中して非接触型ＩＣカード本体から外部へ漏れることが少ないため、非接触型ＩＣカード単体の独立性が高まることになる。したがって、リーダ・ライタの電磁界フィールド内に複数個の非接触型ＩＣカードが存在したとしても、非接触型ＩＣカード同士で相互に影響し合うことはないため、それぞれの共振周波数が変動してしまうことがなく、リーダ・ライタと非接触型ＩＣカードとの間を結合する通信条件が損なわれることがないため、安定した通信状態を保持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の非接触型ＩＣカードは、共振回路を高誘電体共振器で構成したため、その高誘電体共振器で発生した共振電磁界を高誘電体共振器に閉じ込めることができるので、同じ電磁界内に同時に存在する複数の非接触型ＩＣカード間の回路条件の影響を少なくし、非接触型ＩＣカードとリーダ・ライタとの間の通信を維持して高品質・高信頼性の情報の授受を実行することができるという利点がある。
【００１５】
また、非接触型ＩＣカードの近傍に金属等の導体が存在するような場合においても、非接触型ＩＣカードのアンテナ特性の変化を抑えて非接触型ＩＣカードとリーダ・ライタとの間の情報伝送特性の劣化を防ぐことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、本発明の非接触型ＩＣカードを図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態にかかる非接触型ＩＣカードの構成を例示した図であって、（ａ）は非接触型ＩＣカードの内部を示す内部平面図、（ｂ）は非接触型ＩＣカードの内部構成を示す断面図である。
【００１７】
第１の実施の形態にかかる非接触型ＩＣカードは、インレット１を表面保護層２，３で挟持し、さらに絵柄印刷層４，５で挟持してこれらを互いに貼り合わせることによって構成されている。インレット１は、フィルム状の高誘電体共振器６が用いられ、この高誘電体共振器６に結合回路７を介してＩＣチップ８が接続されている。ＩＣチップ８は、チップ固着剤９によって高誘電体共振器６および結合回路７に固着されている。
【００１８】
この非接触型ＩＣカードは、従来アンテナコイルで構成されていた共振回路を高誘電体共振器６に置き換え、図７に示した等価回路では、そのアンテナ回路と同調コンデンサを有する整合回路とを高誘電体共振器６によって構成している。高誘電体共振器６は、自由空間と誘電体との境界面で電磁波がほぼ全反射して電磁エネルギが誘電体内に集中し、特定の周波数で共振する性質を有している。このため、この非接触型ＩＣカードの共振回路は、他の非接触型ＩＣカードの共振回路に影響を与えることがなく、他の非接触型ＩＣカードや金属などの外部の物体によって共振周波数が変更されることもない。したがって、この非接触型ＩＣカードは、発生する電界のカード本体外への漏れが少なくなり、カード単体の独立性が強化されることによって、非接触型ＩＣカードとリーダ・ライタとの間の通信状態が電磁界フィールド内に同時に存在する他の非接触型ＩＣカードの共振回路に影響されないようにすることができる。
【００１９】
次に、この非接触型ＩＣカードの共振回路を構成している高誘電体共振器について説明する。
図２は高誘電体共振器を説明するための図であって、（ａ）は高誘電体共振器の第１の構成例を示し、（ｂ）は高誘電体共振器の第２の構成例を示している。
【００２０】
高誘電体共振器６の第１の構成例としては、（ａ）に示したように、縦寸法ａ、横寸法ｂ、高さ寸法ｃを有する高誘電体材料からなり、高さ寸法ｃを小さくしたフィルム状の２次元誘電体共振器本体６１によって構成されている。この２次元誘電体共振器本体６１は、非接触型ＩＣカードの等価回路のアンテナに対応しており、したがって、この非接触型ＩＣカードには、アンテナコイルは存在しない。
【００２１】
この２次元誘電体共振器本体６１による高誘電体共振器６では、その共振周波数ｆは次式で表される。
ｆ＝Ｃ＊Ｋ／（２√εｒ）  ・・・（１）
ここで、定数Ｋは次式で表される。
Ｋ＝√（（１／ａ）2＋（１／ｂ）2）  ・・・（２）
なお、（１）式において、Ｃは、自由空間中の光速度、εｒは、誘電体の比誘電率である。
【００２２】
この２次元誘電体共振器本体６１の高誘電体材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ２：εｒ＝１００）、チタン酸バリウム系（εｒ＝９〜１００）や高周波誘電体セラミックス系（〜２６０）がある。
【００２３】
また、高誘電体共振器６は、その第２の構成例として、（ｂ）に示したように、２次元誘電体共振器本体６２の中央に中空部６３を有している。これは、２次元誘電体共振器本体６２内における電界が周辺部分に集中するため、中空部６３を有していても、その機能は、第１の構成の２次元誘電体共振器本体６１と何ら変わりはない。
【００２４】
ここで、第１の構成例の２次元誘電体共振器本体６１について具体的に考えてみる。たとえば、ａ＝ｂ＝５０ｍｍ、Ｃ＝３×１０-11ｍｍ、εｒ＝１００とすると、共振周波数ｆは、ｆ＝２１２ＭＨｚとなる。したがって、非接触型ＩＣカードのアンテナ回路に高誘電体材料を２次元誘電体共振器として利用する場合には、２００ＭＨｚ以上の搬送周波数のシステムに対して、誘電体共振器単体をアンテナ回路の主要素子として構成することができる。次に、その具体的な構成例について説明する。
【００２５】
図３は２次元誘電体共振器本体を用いたインレットの構成を示す図であって、（ａ）は高誘電体共振器の構成例を示し、（ｂ）は中空部を有する高誘電体共振器の構成例を示している。
【００２６】
まず、図３の（ａ）に示したインレット１は、高誘電体共振器６を構成する２次元誘電体共振器本体６１の表面に外部回路との結合部６４，６５と、配線パターン６６，６７と、ＬＳＩチップ部６８とを設けて構成されている。結合部６４，６５は、２次元誘電体共振器本体６１の一辺の両端近傍に配置され、その辺に沿って設けられた配線パターン６６，６７によってＬＳＩチップ部６８にそれぞれ接続されている。これにより、このインレット１は、図７に示した非接触型ＩＣカードの等価回路と同じ回路構成を達成している。
【００２７】
また、図３の（ｂ）に示したインレット１ａは、高誘電体共振器６に、中空部６３を中心部に有する２次元誘電体共振器本体６２を用いたものであって、その２次元誘電体共振器本体６２の表面に結合部６４，６５と、配線パターン６６，６７と、ＬＳＩチップ部６８とを同じように配置することによって構成している。
【００２８】
以上の構成は、２００ＭＨｚ以上の搬送周波数のシステムでは、高誘電体共振器６の２次元誘電体共振器本体６１，６２がアンテナ回路の主要素子として単体で構成できるのに対し、２００ＭＨｚ以下の周波数領域では、２次元誘電体共振器本体６１，６２が搬送周波数よりも高い周波数で共振するため、物理的、実用的に達成が困難になってくる。この場合、高誘電体共振器６は、アンテナ回路のインピーダンスとＬＳＩチップ部６８のインピーダンスとを整合させる必要がある。
【００２９】
図４は２次元誘電体共振器本体を用いたインレットの別の構成を示す図であって、（ａ）は高誘電体共振器の構成例を示し、（ｂ）は中空部を有する高誘電体共振器の構成例を示している。
【００３０】
この図４の（ａ）に示したインレット１ｂは、高誘電体共振器６を構成する２次元誘電体共振器本体６１の表面に外部回路との結合部６４，６５と、配線パターン６６，６７と、整合回路６９と、ＬＳＩチップ部６８とを設けて構成されている。結合部６４，６５は、２次元誘電体共振器本体６１の対角線の両端近傍に配置され、これら結合部６４，６５からは、２次元誘電体共振器本体６１の辺に沿って延びる配線パターン６６，６７が設けられ、それらの末端には整合回路６９が接続されている。そして、この整合回路６９には、ＬＳＩチップ部６８が接続されている。この整合回路６９は、同調コンデンサを有しており、これにより、高誘電体共振器６は、アンテナ回路のインピーダンスとＬＳＩチップ部６８のインピーダンスとが整合される。したがって、このインレット１ｂは、図７に示した非接触型ＩＣカードの等価回路と同じ回路構成になっている。
【００３１】
また、図４の（ｂ）に示したインレット１ｃは、高誘電体共振器６として、中空部６３を持った２次元誘電体共振器本体６２を用いたものであって、その２次元誘電体共振器本体６２の表面に結合部６４，６５と、配線パターン６６，６７と、同調コンデンサを有する整合回路６９と、ＬＳＩチップ部６８とを同じように配置することによって構成している。
【００３２】
図５は第２の実施の形態にかかる非接触型ＩＣカードの構成を例示した図であって、（ａ）は非接触型ＩＣカードの内部を示す内部平面図、（ｂ）は非接触型ＩＣカードの内部構成を示す断面図である。
【００３３】
第２の実施の形態にかかる非接触型ＩＣカードは、その共振器を構成する電界をできるだけカード内部に閉じ込めるために、インレット１０のフィルム基材として高誘電体材料を使用している。
【００３４】
すなわち、インレット１０は、高誘電体材料からなるフィルム状の高誘電体基板１１を有し、その一方の面に、アンテナコイル１２のパターンが被着され、そのアンテナコイル１２のパターンに整合回路（図示しない）を介してＩＣチップ１４が接続され、かつこのＩＣチップ１４は、チップ固着剤１３によって高誘電体基板１１に固着されている。そして、このインレット１０は、表面保護層１５，１６で挟持され、さらに絵柄印刷層１７，１８で挟持されていて、これらを互いに貼り合わせることによって非接触型ＩＣカードを構成している。
【００３５】
この非接触型ＩＣカードは、２００ＭＨｚ以下の搬送周波数を利用するシステムにおいて、２次元誘電体共振器の共振特性を利用するときに、寸法の観点から実用的でないと判断される場合に好適である。
【００３６】
たとえば、共振周波数が１３．５６ＭＨｚの場合に、この第２の実施の形態にかかる非接触型ＩＣカードの構成のように、アンテナコイル１２を高誘電体基板１１上に形成して電界を高誘電体材料に集中させることによりアンテナコイル１２で発生する電界がカード本体の外に漏れるのを少なくして、カード外部近傍の他の回路の影響を小さくし、カード本体の電気的独立性を高めるようにしている。これにより、非接触型ＩＣカードが近接して存在する場合における相互作用を低減してリーダ・ライタとの良好な通信状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施の形態にかかる非接触型ＩＣカードの構成を例示した図であって、（ａ）は非接触型ＩＣカードの内部を示す内部平面図、（ｂ）は非接触型ＩＣカードの内部構成を示す断面図である。
【図２】高誘電体共振器を説明するための図であって、（ａ）は高誘電体共振器の第１の構成例を示し、（ｂ）は高誘電体共振器の第２の構成例を示している。
【図３】２次元誘電体共振器本体を用いたインレットの構成を示す図であって、（ａ）は高誘電体共振器の構成例を示し、（ｂ）は中空部を有する高誘電体共振器の構成例を示している。
【図４】２次元誘電体共振器本体を用いたインレットの別の構成を示す図であって、（ａ）は高誘電体共振器の構成例を示し、（ｂ）は中空部を有する高誘電体共振器の構成例を示している。
【図５】第２の実施の形態にかかる非接触型ＩＣカードの構成を例示した図であって、（ａ）は非接触型ＩＣカードの内部を示す内部平面図、（ｂ）は非接触型ＩＣカードの内部構成を示す断面図である。
【図６】従来の一般的な非接触型ＩＣカードの構成を例示した図であって、（ａ）は非接触型ＩＣカードの内部を示す内部平面図、（ｂ）は非接触型ＩＣカードの内部構成を示す断面図である。
【図７】非接触型ＩＣカードを構成する要素の等価回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  インレット
２，３  表面保護層
４，５  絵柄印刷層
６  高誘電体共振器
７  結合回路
８  ＩＣチップ
９  チップ固着剤
１０  インレット
１１  高誘電体基板
１２  アンテナコイル
１３  チップ固着剤
１４  ＩＣチップ
１５，１６  表面保護層
１７，１８  絵柄印刷層
６１，６２  ２次元誘電体共振器本体
６３  中空部
６４，６５  結合部
６６，６７  配線パターン
６８  ＬＳＩチップ部
６９  整合回路
【図１】
2006011907.tif 000003
【図２】
2006011907.tif 000004
【図３】
2006011907.tif 000005
【図４】
2006011907.tif 000006
【図５】
2006011907.tif 000007
【図６】
2006011907.tif 000008
【図７】
2006011907.tif 000009