JP2004166176A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＩＣカードとリーダライタとの通信可能な範囲を広げる。
【解決手段】非接触型のＩＣカード１に対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのＲ／Ｗ５０用のアンテナ装置６０であり、このアンテナ装置６０は、電磁界を放射しＩＣカード１側のループコイル４と磁気結合してデータの送受信を行うループコイル６１と、ループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体シート６２とを有し、磁性体シート６２は、必要な通信範囲に応じて、その比透磁率μ’と、その飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔとが設定される。
【選択図】 図２
【解決手段】非接触型のＩＣカード１に対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのＲ／Ｗ５０用のアンテナ装置６０であり、このアンテナ装置６０は、電磁界を放射しＩＣカード１側のループコイル４と磁気結合してデータの送受信を行うループコイル６１と、ループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体シート６２とを有し、磁性体シート６２は、必要な通信範囲に応じて、その比透磁率μ’と、その飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔとが設定される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁場を誘導結合する非接触型のＩＣカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリーダライタ用のアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄道の自動改札機や、建物への入退出におけるセキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野では、非接触式のＩＣカードやＩＣタグ等を用いた、いわゆるＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)システムが導入され始めている。このＲＦＩＤシステムは、図２９に模式的に示すように、非接触式ＩＣカード１００と、このＩＣカード１００に対してデータの書き込みや読み出しを行うリーダライタ１０１とから構成されている。そして、このＲＦシステムでは、電磁誘導の原理に基づいて、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２から電磁場が放射されると、放射された電磁場が誘導結合によってＩＣカード１００側のループアンテナ１０３と磁気的に結合し、ＩＣカード１００とリーダライタ１０１との間で通信が行われる。
【０００３】
したがって、このようなＲＦＩＤシステムでは、従来の接触型ＩＣカードシステムのように、リーダライタに対してＩＣカードを装填したり金属接点を接触させたりする手間が省け、簡易且つ高速にデータの書き込みや読み出しを行うことができる。
【０００４】
また、このＲＦＩＤシステムでは、リーダライタ１０１から送信される電磁場からＩＣカード１００に対して必要な電力が供給されるため、ＩＣカード内に電池等の電源を持つ必要がなく、メンテナンス性に優れた且つ低価格で信頼性の高いＩＣカードを提供することができる。
【０００５】
ところで、上述したＲＦＩＤシステムでは、ＩＣカード１００とリーダライタ１０１との十分な通信可能な範囲を確保するために、ある程度の磁界強度を持った電磁場を放射することのできるループアンテナ１０２をリーダライタ１０１側に設ける必要がある。
【０００６】
一般に、リーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、図３０に示すような平面状に導線が巻線されたループコイル２００からなっており、このループコイル２００は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を等しくした対称形状を有している。なお、これらの具体例としては、Reader/Writerモジュールに接続された本体側アンテナ（例えば、特許文献１を参照。）や、リードライト装置ＲＷのＡＧ１，ＡＧ２，ＡＧ３（例えば、特許文献２を参照。）等が挙げられる。
【０００７】
したがって、このような対称形状を有するリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２では、図３１に示すような対称な磁場分布となる。
【０００８】
また、このループアンテナ１０２によりＩＣカード１００に誘導された電流強度のカード位置依存性を図３２に示すと、ループコイル２００の中心部を挟んで相対向する位置に、２つの通信可能な領域Ｓ１’，Ｓ２’が形成されることになる。具体的に、通信可能な領域Ｓ１’は、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２とＩＣカード１００側のループアンテナ１０３との互いに対向する各４辺から発生する磁界がそれぞれの位置で誘導結合した理想的な結合状態であるのに対して、この通信可能な領域Ｓ１’より外側になると、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２が発生する磁場の向きが反転する中央の領域でＩＣカード１００側のループアンテナ１０３に錯交する磁場が互いに打ち消し合うために、誘導電流が通信に必要なレベル以下となる。さらに、外側に向かうとリーダライタ１０１側のループアンテナ１０２とＩＣカード１００側のループアンテナ１０３との４辺のうち、１辺同士のみが結合するために、通信可能な領域Ｓ１’より誘導電流が小さく且つ狭い通信可能な領域Ｓ２’が現れる。
【０００９】
なお、図３２において、横軸の原点０は、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２の中心位置を示し、正方向は、ＩＣカード１００が原点０から外側に向う方向を示す。一方、縦軸は、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２の磁界が電磁誘導によってＩＣカード１００側のループアンテナ１０３に発生させた誘導電流強度を示し、図３２中点線ｓ’で示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。
【００１０】
ここで、ＩＣカード１００側のループアンテナ１０３とリーダライタ１０１側のループアンテナ１０２との中心位置が一致したところ、すなわち原点０から外側にできるだけ通信可能な領域Ｓ１’が連続的に広がるほど、使い勝手がよいことになる。
【００１１】
しかしながら、上述した従来のループコイル２００では、原点０から外側に向かうと、通信可能な領域Ｓ１’から一端外れて通信不可能な領域に入り、更に外側に向かうことによって通信可能な領域Ｓ２’に再び入ることになる。実用的な観点からは、通信可能な領域Ｓ１’と通信可能な領域Ｓ２’との間に通信不可能な領域のない、換言すれば、通信可能な領域Ｓ１’のみを広げることが望ましい。
【００１２】
また、このようなリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、渦電流の影響等によりＭｇ合金等の金属筐体にそのまま取り付けて使用することができない。このため、図３３に示すように、金属筐体３００を使用する場合には、この金属筐体３００とループコイル２００との間に磁性体シート３０１を介在させ、このループコイル２００上に保護材であるポリカーボネート等の樹脂シート３０２を配置した構造としている。しかしながら、この場合も、リーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、ＩＣカード１００に対して効率よく電磁場を放射することができず、上述したＩＣカード１００とリーダライタ１０１との通信可能な範囲が狭くなるといった問題が発生してしまう。
【００１３】
さらに、図３４に示すように、樹脂筐体４００を使用した場合には、電子回路に電磁誘導雑音を起こさぬように、この樹脂筐体４００内にある電気回路基板４０１とループアンテナ１０２との間にスペーサ４０２を配置しなければならず、厚み方向の寸法増加を招いてしまう。さらに、従来のリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、ＩＣカード１００側のループアンテナ１０３と略々同じ大きさを有している。したがって、このような従来のリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２では、小型化及び薄型化が困難である。
【００１４】
以上のような技術的な困難性がある一方で、例えば携帯可能な小型電子機器の樹脂筐体や金属筐体に、上述したリーダライタ１０１を搭載する場合がある。この場合、ＩＣカード１００の外形よりも同等若しくは小さい且つ薄型のリーダライタ用のループアンテナ１０２が必要となる。
【００１５】
しかしながら、上述した携帯可能な小型電子機器では、固定設置型の電子機器とは異なり、装置の大きさに制約があるために、空間配置を工夫したとしても、ループアンテナ１０２が放射する電磁場が内部に近接して配置された電子回路基板等に影響を与えることを低減したり、金属筐体によるループアンテナ１０２への影響を低減する目的で、その内部空間を確保することには大きな制約がある。したがって、これら金属筐体によるループアンテナ１０２への影響や、ループアンテナ１０２自身が放射する電磁場の電子回路基板等に与える影響を低減する新たな方法が望まれている。
【００１６】
さらに、携帯可能な小型電子機器では、固定設置型の電子機器とは異なり、低消費電力化の要求が強く、ループアンテナ１０２の駆動電流を大きくする余裕がなく、小さな駆動電流でも磁場強度を確保することのできる高効率なアンテナ構造が新たに必要となる。
【００１７】
さらにまた、携帯可能な小型電子機器では、設置場所の制限や例えばキーボード等の他の機能を設置する場所との位置関係によって、希望するリーダライタ１０１の送受信位置が必ずしもループアンテナ１０２の中心とはならず、使い勝手を考慮した送受信位置を自由に設定したいといった携帯可能な小型電子機器特有の要求もある。
【００１８】
ところで、空間配置以外の方法で金属筐体によるループアンテナ１０２への影響を低減し得る従来技術としては、板状の磁性材料を使い金属体の影響を低減したＩＣタグ・アンテナ（例えば、特許文献３を参照。）や、磁性材料を使いアンテナ磁界を偏向することにより金属体の影響を低減したカードローダ・アンテナ（例えば、特許文献４を参照。）がある。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１０−１４４０４８号公報（第３−４頁、第４図）
【特許文献２】
特開２００１−３３１８２９号公報（第１９頁、第１６図）
【特許文献３】
特開２００１−３３１７７２号公報
【特許文献４】
特開２００２−１２３７９９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は、何れも使用電力及び設置場所が材料的及び空間的に制限された携帯可能な小型電子機器において、最適な小型且つ薄型のＲ／Ｗ用のループアンテナを実現するものではない。
【００２１】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、放射電磁界分布を制御し且つ有効利用することによって、ＩＣカードとリーダライタとの通信可能な範囲を拡大することを可能とすると共に、筐体の材質による影響を低減することによって、更なる小型化及び高性能化を可能としたリーダライタ用のアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るアンテナ装置は、誘導結合により非接触型のＩＣカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリーダライタ用のアンテナ装置である。そして、このアンテナ装置は、誘導結合を行うためのループコイルと、ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体とを有し、磁性体は、必要な通信範囲に応じて、その比透磁率μ’と、その飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔとが設定されることを特徴としている。
【００２３】
以上のように、本発明に係るアンテナ装置では、ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体の比透磁率μ’及び飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを最適化することによって、ＩＣカードとリーダライタとの通信可能な範囲を広げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したアンテナ装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
本発明を適用したＲＦＩＤシステムは、図１に示すように、非接触型ＩＣカード１と、このＩＣカード１に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ（以下、Ｒ／Ｗという。）５０とから構成されている。
【００２６】
ＩＣカード１は、例えばＩＳＯ７８１０に準拠した電池等の電源を持たないバッテリレスのＩＣカードである。このＩＣカードは、いわゆるクレジットカードと同サイズ、すなわち手のひらに乗る程度の大きさで矩形板状に形成されてなる。そして、このＩＣカード１は、その内部に設けられた基板上に、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ２と、データの書き込み及び読み出しを行うための各種処理を行う電子回路が集積されたＩＣ(Integrated Circuit)３とを有している。
【００２７】
ループアンテナ２は、平面状に導線が巻線されたループコイル４からなり、このループコイル４と並列に接続されたコンデンサ５と共に共振回路を構成している。そして、このループアンテナ２は、後述するＲ／Ｗ５０側のループアンテナから放射された電磁場と結合し、結合された電磁場を電気信号に変換した後、ＩＣに供給する。
【００２８】
ＩＣ３は、ループコイル４から供給された電気信号を整流平滑する整流回路６と、整流回路６から供給された電気信号を直流電力に変換するレギュレータ７と、整流回路６から供給された電気信号の高域成分を抽出するＨＰＦ(High Pass-Filter)８と、ＨＰＦ８から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路９と、この復調回路９から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ１０と、復調回路９から供給されるデータを記憶するメモリ１１と、ループコイル４により送信するデータを変調する変調回路１２とを有して構成される。
【００２９】
整流回路６は、ダイオード１３、抵抗１４及びコンデンサ１５から構成されている。このうち、ダイオード１３のアノード端子がループコイル４及びコンデンサ５の一端に接続され、ダイオード１３のカソード端子が抵抗１４及びコンデンサ１５の一端に接続され、抵抗１４及びコンデンサ１５の他端がループコイル４及びコンデンサ５の他端に接続されている。そして、この整流回路６は、ループコイル４から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギュレータ７及びＨＰＦ８に出力する。
【００３０】
レギュレータ７は、上述した整流回路６のダイオード１３のカソード端子、抵抗１４及びコンデンサ１５の一端と接続されている。そして、このレギュレータ７は、整流回路６から供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ１０に供給する。これにより、シーケンサ１０等の誤動作の原因となる、例えばＩＣカード１の位置が動くことにより発生する電圧変動、並びにＩＣカード１内の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。
【００３１】
ＨＰＦ８は、コンデンサ１６及び抵抗１７により構成されており、上述した整流回路６から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路９に出力する。
【００３２】
復調回路９は、上述したＨＰＦ８のコンデンサ１６の他端及び抵抗１７の一端と接続されており、このＨＰＦ８から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ１０に出力する。
【００３３】
シーケンサ１０は、ＲＯＭ(Read Only Memory)やＲＡＭ(Random Access Memory)を内部に有しており、上述した復調回路９と接続されている。そして、このシーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、必要に応じてメモリ１１に格納されているデータを読み出す。或いはメモリ１１に復調回路９から供給されるデータを書き込む。また、このシーケンサ１０は、コマンドに対応するレスポンスを返すために、レスポンス信号を生成し、変調回路１２に供給する。
【００３４】
メモリ１１は、データの保持に電力を必要としないＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、上述したシーケンサ１０と接続されている。そして、このメモリ１１は、シーケンサ１０の解析結果に基づいて、復調回路９から供給されるデータを記憶する。
【００３５】
変調回路１２は、インピーダンス１８とＦＥＴ(Field Effect Transistor)１９との直列回路から構成されており、このうち、インピーダンス１８の一端が上述した整流回路６のダイオード１３のカソード端子に接続され、インピーダンス１８の他端がＦＥＴ１９のドレイン端子と接続され、ＦＥＴ１９のソース端子が接地点に接続され、ＦＥＴ１９のゲート端子がシーケンサ１０と接続されている。また、この変調回路１２は、上述した共振回路を構成するループコイル４と並列に接続されており、ＦＥＴ１９をシーケンサ１０からの信号に対応してスイッチング動作させ、ループコイル４に対するインピーダンス１８の負荷を変動させる、いわゆる付加変調方式を採用している。
【００３６】
これに対して、Ｒ／Ｗ５０は、送受信するデータの制御を行う制御回路５１と、データの変調及び復調を行う変調回路５２及び復調回路５３と、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ５４とを有して構成される。
【００３７】
制御回路５１は、例えば外部からの指令や内蔵するプログラムに従って、各種制御用のコントロール信号を生成し、変調回路５２及び復調回路５３を制御すると共に、指令に対応した送信データを生成し、変調回路５２に供給する。また、制御回路５１は、復調回路５３からの応答データに基づいて、再生データを生成し、外部に出力する。
【００３８】
変調回路５２は、制御回路５１から入力された送信データを発信器が変調し、この変調した信号をループアンテナ５４に供給する。
【００３９】
復調回路５３は、ループアンテナ５４からの変調波を復調し、この復調したデータを制御回路５１に供給する。
【００４０】
ループアンテナ５４は、平面状に導線が巻線されたループコイルからなり、変調回路５２より供給された変調波に対応した電磁場を放射すると共に、ＩＣカード１側のループコイル４の負荷変動を検出する。なお、ループアンテナ５４には、Ｒ／Ｗ５０のアンテナ駆動回路方式に応じて、共振用のコンデンサが並列或いは直列に接続される場合もある。
【００４１】
以上のように構成されるＲＦＩＤシステムでは、ＩＣカード１に対して所定のデータの書き込みが指令されると、この指令に基づいて、Ｒ／Ｗ５０の制御回路５１が書き込みのためのコマンド信号を生成すると共に、指令に対応した送信データ（書き込みデータ）を生成し、変調回路５２に供給する。そして、変調回路５２は、入力された信号に基づいて、発振信号の振幅を変調し、ループアンテナ５４に供給する。そして、ループアンテナ５４は、入力された変調信号に対応する電磁波を放射する。
【００４２】
ここで、ＩＣカード１のループコイル４及びコンデンサ５からなる共振回路の共振周波数は、Ｒ／Ｗ５０からの発振周波数（キャリア周波数）に対応する値（例えば１３．５６ＭＨｚ）に設定されている。したがって、この共振回路は、放射された電磁場を共振動作により受信し、受信した電磁場を電気信号に変換した後、ＩＣ３に供給する。そして、変換された電気信号は、整流回路６に入力され、この整流回路６により整流平滑された後、レギュレータ７に供給される。そして、このレギュレータ７は、整流回路６から供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ１０に供給する。
【００４３】
また、整流回路６により整流平滑された信号は、変調回路１２を介してＨＰＦ８に供給され、高域成分が抽出された後、復調回路９に供給される。そして、この復調回路９は、入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ１０に供給する。そして、このシーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、メモリ１１に復調回路９から供給された書き込みデータを書き込む。
【００４４】
一方、シーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）が読み出し指令である場合に、その指令に対応する読み出しデータをメモリ１１から読み出す。また、シーケンサ１０は、読み出しデータに対応して、変調回路１２のＦＥＴ１９がスイッチング動作される。すなわち、変調回路１２では、ＦＥＴ１９がオンされると、インピーダンス１８にループコイル４に並列に接続され、ＦＥＴ１９がオフされると、インピーダンス１８とループコイル４との並列接続が解除される。その結果、このＩＣカード１側のループアンテナ２と磁気的に結合しているＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４のインピーダンスが、読み出しデータに対応して変化する。したがって、ループアンテナ５４の端子電圧は、そのインピーダンスの変化に応じて変動することとなり、Ｒ／Ｗ５０は、この変動分を復調回路５３が復調することで、読み出しデータを受信することができる。
【００４５】
以上のようにして、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との間で通信が行われ、ＩＣカード１に対してＲ／Ｗ５０によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行われる。
【００４６】
ところで、上述したＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４は、図２に示す本発明を適用したアンテナ装置６０である。
【００４７】
具体的に、このアンテナ装置６０は、電磁場を誘導結合するためのループコイル６１と、このループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面と対向して配置された磁性体シート６２とを有している。
【００４８】
ループコイル６１は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板６３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル６１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル６１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル６１となる導体パターンを形成してもよい。
【００４９】
また、ループコイル６１は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称形状とされている。すなわち、このループコイル６１は、一の方向（図２中矢印Ｚで示す上下方向）において、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部６１ａと、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下部側巻線部６１ｂとを有している。
【００５０】
一方、磁性体シート６２は、その主面内にループコイル６１が収まるように、ループコイル６１よりも大きい矩形状を為している。そして、このアンテナ装置６０は、ループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に磁性体シート６２が貼り合わされた構造を有している。
【００５１】
この場合、図２中矢印Ｚで示す一の方向のアンテナ装置６０による磁場分布は、図３に示すように、ループコイル６１の各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部６１ａにおいて強調されたものとなる。すなわち、このアンテナ装置６０による磁場分布は、図３１に示すような対称な磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。
【００５２】
したがって、このアンテナ装置６０では、ループコイル６１を非対称形状とし、このループコイル６１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。また、このアンテナ装置６０では、ループコイル６１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【００５３】
また、このアンテナ装置６０では、磁性体シート６２をループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向配置することによって、このループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置６０では、磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を更に広げることができる。
【００５４】
また、上述したＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４は、図４に示す本発明を適用した他のアンテナ装置７０であってもよい。
【００５５】
具体的に、このアンテナ装置７０は、電磁場を誘導結合するためのループコイル７１と、このループコイル７１の中心部を貫通した状態で重ね合わされた磁性体シート７２とを有している。
【００５６】
ループコイル７１は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板７３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル７１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル７１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル７１となる導体パターンを形成してもよい。
【００５７】
また、ループコイル７１は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称形状とされている。すなわち、このループコイル７１は、一の方向（図４中矢印Ｚで示す上下方向）において、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａと、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下部側巻線部７１ｂとを有している。また、ループコイル７１の中心部には、磁性体シート７２を貫通させるための貫通孔７４が設けられている。
【００５８】
一方、磁性体シート７２は、図４及び図５に示すように、ループコイル７１の巻線の最外幅よりも幅広となる幅広部７２ａと、この幅広部７２ａの下端中央部から下方に向かって延長されたループコイル７１の巻線の最内幅よりも幅狭となる幅狭部７２ｂとを有し、全体として略Ｔ字状を為している。すなわち、この磁性体シート７２において、幅広部７２ａは、その主面内にループコイル７１の上部側巻線部７１ａが収まるように、ループコイル７１よりも大きい矩形状を為している。一方、幅狭部７２ｂは、ループコイル７１の貫通孔７４を貫通するのに十分な幅を有し、且つ、その主面内にループコイル７１の下部側巻線部７１ｂが収まるように、このループコイル７１よりも小さい矩形状を為している。
【００５９】
そして、このアンテナ装置７０は、ループコイル７１の貫通孔７４に、ＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面側からＩＣカード１と対向する主面側に向かって、磁性体シート７２の幅狭部７２ｂが貫通した状態で、このループコイル７１に磁性体シート７２が貼り合わされた構造を有している。したがって、この磁性体シート７２は、ループコイル７１の巻線間隔が広くなる上部側において、幅広部７２ａの一主面側がループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル７１の巻線間隔が狭くなる下部側において、幅狭部７２ｂの他主面側がループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面に対向して配置されている。
【００６０】
この場合、図４中矢印Ｚで示す一の方向のアンテナ装置７０による磁場分布は、図６に示すように、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａにおいて強調された非対称なものとなる。
【００６１】
したがって、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１を非対称形状とし、このループコイル７１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。また、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【００６２】
また、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１の巻線間隔が広くなる上部側において、磁性体シート７２の幅広部７２ａがループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル７１の巻線間隔が狭くなる下部側において、磁性体シート７２の幅狭部７２ｂがループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面に対向して配置されていることから、このループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面のうち、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａの磁場分布のみを強調することができる。
【００６３】
したがって、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側の磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を１箇所において大きく広げることが可能である。
【００６４】
また、上述したＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４は、図７に示す本発明を適用した他のアンテナ装置８０であってもよい。
【００６５】
具体的に、このアンテナ装置８０は、電磁場を誘導結合するためのループコイル８１と、このループコイル８１の中心部を貫通した状態で重ね合わされた磁性体シート８２とを有している。
【００６６】
ループコイル８１は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板８３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル８１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル８１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル８１となる導体パターンを形成してもよい。
【００６７】
また、ループコイル８１は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称形状とされている。すなわち、このループコイル８１は、一の方向（図７中矢印Ｚで示す上下方向）において、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部８１ａと、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下部側巻線部８１ｂとを有している。また、ループコイル８１の中心部には、磁性体シート８２を貫通させるための貫通孔８４が設けられている。
【００６８】
一方、磁性体シート８２は、図７及び図８に示すように、その主面内にループコイル８１が収まるように、ループコイル８１よりも大きい矩形状を為している。そして、この磁性体シート８２には、その下端部からループコイル８１の一の方向の中途部に亘って切り込まれた一対の切欠き部（スリット）８５が所定の間隔で互いに平行に形成されている。これにより、磁性体シート８２は、このループコイル８１の巻線の最外幅よりも幅広となる幅広部８２ａと、一対の切欠き部８５の間に位置して、幅広部８２ａの下端中央部から下方に向かって延長されたループコイル８１の巻線の最内幅よりも幅狭となる幅狭部８２ｂと、一対の切欠き部８５を挟んだ幅狭部８２ｂの両側に位置して、幅広部８２ａの下端部から下方に向かって延長された一対の片部８２ｃ，８２ｃとを有している。すなわち、この磁性体シート８２において、幅広部８２ａは、その主面内にループコイル８１の上部側巻線部８１ａが収まるように、ループコイル８１よりも大きい矩形状を為している。一方、幅狭部８２ｂは、ループコイル８１の貫通孔８４を貫通するのに十分な幅を有し、且つ、その主面内にループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの中央部が収まるように、このループコイル８１よりも小さい矩形状を為している。また、一対の片部８２ｃ，８２ｃは、その主面内にループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの側方部が収まるように矩形状を為している。
【００６９】
そして、このアンテナ装置８０は、ループコイル８１の貫通孔８４に、ＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面側からＩＣカード１と対向する主面側に向かって、磁性体シート８２の幅狭部８２ｂが貫通した状態で、このループコイル８１に磁性体シート８２が一の方向に沿って貼り合わされた構造を有している。したがって、この磁性体シート８２は、ループコイル８１の巻線間隔が広くなる上部側において、幅広部８２ａの一主面側がループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル８１の巻線間隔が狭くなる下部側において、幅狭部８２ｂの他主面側がループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面に対向し、且つ、一対の片部８２ｃ，８２ｃの一主面側がループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向して配置されている。
【００７０】
この場合、図７中矢印Ｚで示す一の方向のアンテナ装置８０による磁場分布は、図９に示すように、ループコイル８１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部８１ａにおいて強調された非対称なものとなる。
【００７１】
したがって、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１を非対称形状とし、このループコイル８１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。また、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【００７２】
また、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の巻線間隔が広くなる上部側において、磁性体シート８２の幅広部８２ａがループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル８１の巻線間隔が狭くなる下部側において、磁性体シート８２の幅狭部８２ｂがループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面に対向して配置されていることから、このループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面のうち、ループコイル８１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部８１ａの磁場分布のみを強調することができる。
【００７３】
したがって、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側の磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を１箇所において大きく広げることが可能である。
【００７４】
さらに、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの側方部において、磁性体シート８２の一対の片部８２ｃ，８２ｃがループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向して配置されていることから、このループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面のうち、ループコイル８１の側方側の磁場分布、すなわち図７中に示すＺ方向と直交するＸ方向の磁場分布を強調することができる。
【００７５】
ここで、上述した図４に示すアンテナ装置７０によるＸ方向の磁場分布は、図１０に示すように、ループコイル７１よりも大きい磁性体シート７２の幅広部７２ａによって強調されたものとなる。これに対して、図７に示すアンテナ装置８０によるＸ方向の磁場分布は、図１１に示すように、ループコイル８１よりも大きい磁性体シート７２の幅広部８２ａによって強調されるのに加えて、磁性体シート８２の一対の片部８２ｃ，８２ｃがループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの側方部に対向して配置されることから、更にループコイル８１の側方側において強調されたものとなる。
【００７６】
したがって、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の側方側の磁界強度が増強されることによって、上述した図４に示すアンテナ装置７０よりもＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を一の方向と直交する方向において大きく広げることが可能である。
【００７７】
ところで、上述した本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０では、磁性体シート６２，７２，８２の面内方向において通信周波数における実効比透磁率μ’を３０以上とし、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを６ｅｍｕ／ｃｍ２以上とすることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【００７８】
具体的に、磁性体シート６２，７２，８２の通信周波数における実効比透磁率μ’と通信範囲との関係を調べたところ、図１２に示すような測定結果が得られた。すなわち、これらアンテナ装置６０，７０，８０の通信可能な範囲を広げるためには、磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’を３０以上とすることが好ましく、更に好ましくは、磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’を５０以上とすることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を更に広げることが可能である。
【００７９】
また、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔと通信距離との関係を調べたところ、図１３に示すような測定結果が得られた。すなわち、これらアンテナ装置６０，７０，８０の通信距離を伸ばすためには、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを６ｅｍｕ／ｃｍ２以上とすることが好ましく、さらに１０ｅｍｕ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。
【００８０】
また、これら磁性体シート６２，７２，８２は、その保持力Ｈｃが１０Ｏｅ以下であることが好ましい。
【００８１】
なお、本測定による比透磁率μ’は、例えばφ７ｍｍのリング状のサンプルを作製し、これに導線コイルを５ターン巻いてベクトルインピーダンスアナライザー等を用いてキャリア周波数（＝１３．５６ＭＨｚ）における交流比透磁率を測定し、定量化したものである。また、本測定による飽和磁化量Ｍｓは、一般的な振動試料法（ＶＳＭ）を用いて測定されたものである。
【００８２】
また、磁性体シート６２，７２，８２としては、本発明の磁気特性を満足するものであれば、任意の軟磁性材料を用いて任意の製法により作製されたものを用いることができる。例えば、磁性材料として、アモルファス合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、センダスト合金（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金等を用いることができ、これらの各微粉末をゴム系のバインダで混錬、分散、塗布して作製されたものや、メッキ法やスパッタ法により軟磁性薄板としたもの、或いはフェライト系粉末をプレス焼結体としたバインダを含まない単一素材のみによるバルク薄板等を用いることができる。
【００８３】
以上のように、本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０では、必要な通信範囲に応じて、磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’と、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔとを設定することを特徴としており、これら磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’及び飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを最適化することによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【００８４】
また、これらのアンテナ装置６０，７０，８０では、通信性能を向上させることによって、ループコイル６１，７１，８１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、例えば装置全体の厚みを１ｍｍ以下とすることが可能であり、更なる小型化及び薄型化が可能である。
【００８５】
なお、本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０は、上述したループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔及び線幅を同時に異ならせたものに限定されず、例えばループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔のみを異ならせたものであってもよい。また、ループコイル６１，７１，８１を非対称形状する一の方向は、放射磁界分布を広げたい任意の方向に設定することが可能である。例えば上述したＺ方向と直交するＸ方向において、ループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称形状としてもよく、これらＺ方向及びＸ方向において、ループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称形状としてもよい。
【００８６】
このように、本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０では、ループコイル６１，７１，８１を非対称形状とする方向によって、このループコイル６１，７１，８１の放射磁界分布を制御することが可能であり、ＩＣカード１に対するＲ／Ｗ５０の読み出し及び書き込み位置を任意に調整することが可能である。
【００８７】
次に、上述した図２に示す本発明を適用したアンテナ装置（以下、平面非対称型ループアンテナという。）６０と、図４に示す本発明を適用した他のアンテナ装置（以下、立体非対称型ループアンテナという。）７０と、図３０に示す従来のアンテナ装置（以下、平面対称型ループアンテナという。）２００（但し、ＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に磁性体シートを配置した構成とする。）とについて、図１４に示す樹脂筐体に配置した場合と、図１５に示す金属筐体に配置した場合との通信性能の比較をそれぞれ行った。
【００８８】
なお、図１４及び図１５は、Ｒ／Ｗ側に配置された各ループアンテナ６０，７０，２００によりＩＣカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点０は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の中心位置を示し、正方向は、ＩＣカードが原点０から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の磁界が電磁誘導によってＩＣカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示し、図中点線ｓで示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。なお、図１４及び図１５において、細線は、平面対称型ループアンテナ２００のグラフを示し、中太線は、平面非対称型ループアンテナ６０のグラフを示し、太線は、立体非対称型ループアンテナ７０のグラフを示す。
【００８９】
図１４に示す樹脂筐体の場合には、従来の平面対称型ループアンテナ２００に２つの通信可能な領域Ｓ１’，Ｓ２’が形成されてしまい、それぞれの通信可能な範囲も狭くなっていることがわかる。これに対して、本発明の平面非対称型ループアンテナ６０には、２つの通信可能な領域Ｓ１，Ｓ２が形成されるものの、領域Ｓ１の通信可能な範囲を大きく広がっていることがわかる。また、本発明の立体非対称型ループアンテナ７０には、通信可能な領域Ｓが中央よりに一箇所のみ形成されており、その通信可能な範囲も他と比べて最も広がっていることがわかる。このように、通信可能な領域Ｓが一箇所のみ形成されるのは、立体非対称型のループアンテナ構造をとることによって、図６の磁場分布が示すように単一放射磁場が形成されたためである。（一方、図３には、非対称な相方向放射磁場が描かれている。）
一方、図１５に示す金属筐体の場合には、この金属筐体の影響により何れのループアンテナ６０，７０，２００も、図１４に示す樹脂筐体の場合と比べて通信可能な範囲が狭くなっているものの、従来の平面対称型ループアンテナ２００に比べて、本発明の平面非対称型ループアンテナ６０及び立体非対称型ループアンテナ７０の方が、誘導電流の落ち込みが少なく、筐体の材質による影響が少ないことがわかる。
【００９０】
以上のことから、本発明の平面非対称型ループアンテナ６０及び立体非対称型ループアンテナ７０では、原点０から外側に通信可能な領域Ｓ１，Ｓが連続的に広がることによって、その通信性能を向上させることが可能である。特に、立体非対称型ループアンテナ７０では、通信可能な領域Ｓを１箇所において大きく広げることが可能なことから、使い勝手がよく、また、平面非対称型ループアンテナ６０に比べてインピーダンスを低くすることが可能であり、低消費電力化に有利となっている。
【００９１】
そして、これら平面非対称型ループアンテナ６０及び立体非対称型ループアンテナ７０では、筐体の材質による影響を少なくすることが可能であり、従来の平面非対称型ループアンテナ２００に比べて通信可能な範囲を広げることが可能である。
【００９２】
次に、上述した各ループアンテナ６０，７０，２００について、図１６に示すＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に磁性体シートを配置しない場合と、図１７に示す磁性体シートを配置した場合との通信性能の比較を行った。
【００９３】
なお、図１６及び図１７は、Ｒ／Ｗ側に配置された各ループアンテナ６０，７０，２００によりＩＣカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点０は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の中心位置を示し、正方向は、ＩＣカードが原点０から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の磁界が電磁誘導によってＩＣカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示す。なお、図１６及び図１７において、細線は、平面対称型ループアンテナ２００のグラフを示し、中太線は、平面非対称型ループアンテナ６０のグラフを示し、太線は、立体非対称型ループアンテナ７０のグラフを示す。
【００９４】
図１６及び図１７に示すように、各ループアンテナ６０，７０，２００は、何れも磁性体シートを配置しない場合に比べて、磁性体シートを配置した場合の方が磁場強度を強め、結果として誘導電流強度を増強できることがわかる。このように、磁性体シートをループアンテナのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に配置することは、磁界強度の増強によってＩＣカード側のループアンテナの誘導電流を高めることになり、Ｒ／Ｗの通信可能な範囲の拡大及び低消費電力化を図る上で大変有効である。
【００９５】
次に、上述したＲＦＩＤシステムの適用例として、図１８に示す通信端末装置９０について説明する。なお、この通信端末装置９０では、Ｒ／Ｗ５０用のループアンテナ５４として、上述した立体非対称型ループアンテナ７０を用いている。
【００９６】
この通信端末装置９０は、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)と呼ばれるユーザが持ち運び可能な小型電子機器であり、例えば情報通信機能や、ストレージ機能、カメラ機能等を一つモジュール内に集約した構造を有している。
【００９７】
この通信端末装置９０は、本体部９１と、パネル部９２とを有し、ヒンジ機構９３を介してパネル部９２が本体部９１に対して開閉可能とされている。本体部９１には、各種操作を行うための操作ボタン等からなる入力部９４が設けられており、この入力部９４の下方には、上述したＲ／Ｗ５０の立体非対称型ループアンテナ７０が配置されている。
【００９８】
また、この本体部９１の内部には、各部を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）が設けられている。一方、パネル部９２には、液晶表示パネルからなる表示部９５が設けられており、入力部９４による操作状態や、Ｒ／Ｗ５０によるＩＣカード１からの読み出しデータ等をＣＰＵの制御のもとで表示することができる。また、ヒンジ機構９３には、ＣＣＤカメラ９６が搭載されており、入力部９４を操作し、このＣＣＤカメラ９６により撮影された画像を表示部９５に表示することも可能である。
【００９９】
また、この通信端末装置９０は、図１９に示すように、小型軽量薄型化した場合の剛性を確保するため、Ｍｇ合金等の金属筐体９７からなり、この金属筐体９７に形成されたアンテナ収納凹部９７ａに、上述した立体非対称型ループアンテナ７０が配置され、その上に保護材であるポリカーボネート等の樹脂部材９８が配置された構造となっている。なお、筐体は、このような金属筐体９７に限らず、例えば高剛性プラスチック材等からなる非金属筐体であってもよい。
【０１００】
また、この立体非対称型ループアンテナ７０のループコイル７１は、上述した一の方向がＩＣカード１の走査方向となるように配置されており、ＩＣカード１は、この通信端末装置９０の入力部９４とは反対側、すなわちループアンテナ７０のループコイル７１の巻線間隔及び線幅が狭くなる下部側から走査されることになる。
【０１０１】
この場合、立体非対称型ループアンテナ７０による磁場分布は、図２０に示すように、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａにおいて強調されたものとなり、このループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側の磁界強度が増強されることによって、ＩＣカードとＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲Ｓを１箇所において大きく広げることが可能である。
【０１０２】
したがって、この通信端末装置９０では、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を拡大することが可能であり、入力部９４とは反対側からＩＣカード１が走査される場合でも、立体非対称型ループアンテナ７０の設置場所の制約によらず、ＩＣカード１に対するデータの書き込み及び読み出しを適切に行うことが可能である。
【０１０３】
また、この通信端末装置９０では、金属筐体９７を用いた場合でも、このような立体非対称型ループアンテナ７０を配置することによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲が狭まるのを抑制することが可能である。
【０１０４】
さらに、この通信端末装置９０では、ＩＣカード１側のループアンテナ２よりもＲ／Ｗ５０側のループアンテナ７０を小さくすることも可能なことから、更なる小型化及び低消費電力化が可能である。
【０１０５】
次に、上述した通信端末装置９０に搭載された立体非対称型ループアンテナ７０の製造方法の一例について説明する。
【０１０６】
この立体非対称型ループアンテナ７０を製造する際には、先ず、図２１に示すフローチャートに従って、上述した磁性体シート７２を作製する。
【０１０７】
すなわち、この磁性体シート７２を作製する際は、先ず、ステップＳ１において、ゴム系樹脂からなるバインダ中に、磁性粉、溶剤及び添加物を混合した磁性塗料を作製する。なお、ここでは、磁性粉として、Ｆｅ９６重量％、Ｃｒを３重量％、Ｃｏを０．３重量％及びその他の磁性材料を含有するＦｅ系磁性材料を用いた。
【０１０８】
次に、ステップＳ２において、この磁性塗料を濾過し、バインダ中から所定の粒径以上となる磁性粉を除去した磁性塗料を作製する。
【０１０９】
次に、ステップＳ３において、図２２に示す押出し成形機を用いて、液溜め部７５に溜められた磁性塗料７６を一対のローラ７７ａ，７７ｂの間から押し出しながら、所定の厚みとなる長尺状の磁性体シート７２を作製する。
【０１１０】
次に、ステップＳ４において、長尺状の磁性体シート７２を乾燥させ、この磁性体シート７２中からバインダを除去する。
【０１１１】
次に、ステップＳ５において、図２３に示す塗布装置を用いて、一対のローラ７８ａ，７８ｂの間で帯状の磁性体シート７２を挟み込みながら、この磁性体シート７２ａの一主面上に接着剤７９を塗布する。
【０１１２】
次に、ステップＳ６において、帯状の磁性体シート７２を所定の形状に型抜きプレスする。
【０１１３】
以上のようにして、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すような磁性体シート７２が作製される。
【０１１４】
次に、図２５に示すように、上述したループコイル７１を用意する。上述したように、このループコイル７１は、ポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板７３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル７１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル７１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル７１となる導体パターンを形成してもよい。また、ループコイル７１の中心部には、磁性体シート７２を貫通させるための貫通孔７４が形成される。
【０１１５】
次に、図２６に示すように、ループコイル７１の貫通孔７４に、磁性体シート７２の幅狭部７２ｂを貫通させ、このループコイル７１と磁性体シート７２とを一の方向に沿って貼り合わせる。このとき、磁性体シート７２は、接着剤７９が塗布された面をループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面と対向するようにする。そして、ループコイル７１の巻線間隔が狭くなる下部側において、幅狭部７２ｂをループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面に貼り付ける。これにより、ループコイル７１の巻線間隔が広くなる上部側において、幅広部７２ａを上述した通信端末装置９０のアンテナ収納凹部９７ａに貼り付けることができる。
【０１１６】
以上のようにして、上述した立体非対称型ループアンテナ７０を作製することができる。このように、立体非対称型ループアンテナ７０は、ループコイル７１の貫通孔７４に磁性体シート７２を貫通させた状態で重ね合わせ、接着剤７９により貼り付けた製造が容易な構造を有している。
【０１１７】
また、磁性体シート７２は、図２７に示すように、比較的柔らかいフレキシブル性を有するものが好ましい。この場合、磁性体シート７２に変形によってループコイル７１の上部側巻線部７１ａと下部側巻線部７１ｂとの変形を抑制し、この立体非対称型ループアンテナ７０の全体の厚みＴ１を薄くすることができる。これに対して、図２８に示すように、磁性体シート７２が硬い場合には、ループコイル７１の上部側巻線部７１ａと下部側巻線部７１ｂとの変形が大きくなり、立体非対称型ループアンテナ７０の全体の厚みＴ２が厚くなってしまう。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るアンテナ装置によれば、ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体の比透磁率μ’及び飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを最適化することによって、筐体の材質による影響を低減し、このループコイルのＩＣカードと対向する主面側の磁場分布を強調することが可能であり、ＩＣカードとリーダライタとの通信可能な範囲を広げることが可能である。したがって、このアンテナ装置の更なる小型化及び高性能化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＲＦＩＤシステムの構成を示す回路図である。
【図２】平面非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図３】上記平面非対称型ループアンテナによるＺ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図４】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図５】上記立体非対称型ループアンテナの磁性体シートを示す平面図である。
【図６】上記立体非対称型ループアンテナによるＺ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図７】別の立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図８】上記別の立体非対称型ループアンテナの磁性体シートを示す平面図である。
【図９】上記別の立体非対称型ループアンテナによるＺ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図１０】上記立体非対称型ループアンテナによるＸ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図１１】上記別の立体非対称型ループアンテナによるＸ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図１２】磁性体シートの比透磁率と通信範囲との関係を示す特性図である。
【図１３】磁性体シートのＭｓ・ｔと通信距離との関係を示す特性図である。
【図１４】樹脂筐体の場合において、平面対称型ループアンテナ、平面非対称型ループアンテナ及び立体非対称型ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１５】金属筐体の場合において、上記各ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１６】磁性体シートを配置しない場合において、上記各ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１７】磁性体シートを配置した場合において、上記各ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１８】通信端末装置の構成を示す平面図である。
【図１９】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナを示す断面図である。
【図２０】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図２１】磁性体シートの製造工程を示すフローチャートである。
【図２２】押出し成形機を示す模式図である。
【図２３】塗布装置を示す模式図である。
【図２４】Ａは、磁性体シートを示す平面図であり、Ｂは、磁性体シートを示す断面図である。
【図２５】ループコイルを示す平面図である。
【図２６】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図２７】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが柔らかい場合を示す要部断面図である。
【図２８】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが硬い場合を示す要部断面図である。
【図２９】従来のＲＦＩＤシステムを示す模式図である。
【図３０】従来のＲ／Ｗ用のループアンテナを示す平面図である。
【図３１】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図３２】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図３３】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナを金属筐体に配置した場合の磁場分布を示す模式図である。
【図３４】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナを樹脂筐体に配置した場合を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ＩＣカード、２ ループアンテナ、３ ＩＣ ４ ループコイル、５ コンデンサ、６ 整流回路、７ レギュレータ、８ ＨＰＦ、９ 復調回路、１０シーケンサ、１１ メモリ、１２ 変調回路、５０ Ｒ／Ｗ、５１ 制御回路、５２ 変調回路、５３ 復調回路、５４ ループアンテナ、６０ アンテナ装置（平面非対称型ループアンテナ）、６１ ループコイル、６１ａ 上部側巻線部、６１ｂ 下部側巻線部、６２ 磁性体シート、７０ アンテナ装置（立体非対称型ループアンテナ）、７１ ループコイル、７１ａ 上部側巻線部、７１ｂ下部側巻線部、７２ 磁性体シート、７２ａ 幅広部、７２ｂ 幅狭部、７４貫通孔、７９ 接着剤、８０ アンテナ装置（別の立体非対称型ループアンテナ）、８１ ループコイル、８１ａ 上部側巻線部、８１ｂ 下部側巻線部、８２ 磁性体シート、８２ａ 幅広部、８２ｂ 幅狭部、８２ｃ 片部、８４ 貫通孔、８５ 切欠き部、９０ 通信端末装置、９１ 本体部、９２ パネル部、９３ ヒンジ機構、９４ 入力部、９５ 表示部、９６ ＣＣＤカメラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁場を誘導結合する非接触型のＩＣカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリーダライタ用のアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄道の自動改札機や、建物への入退出におけるセキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野では、非接触式のＩＣカードやＩＣタグ等を用いた、いわゆるＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)システムが導入され始めている。このＲＦＩＤシステムは、図２９に模式的に示すように、非接触式ＩＣカード１００と、このＩＣカード１００に対してデータの書き込みや読み出しを行うリーダライタ１０１とから構成されている。そして、このＲＦシステムでは、電磁誘導の原理に基づいて、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２から電磁場が放射されると、放射された電磁場が誘導結合によってＩＣカード１００側のループアンテナ１０３と磁気的に結合し、ＩＣカード１００とリーダライタ１０１との間で通信が行われる。
【０００３】
したがって、このようなＲＦＩＤシステムでは、従来の接触型ＩＣカードシステムのように、リーダライタに対してＩＣカードを装填したり金属接点を接触させたりする手間が省け、簡易且つ高速にデータの書き込みや読み出しを行うことができる。
【０００４】
また、このＲＦＩＤシステムでは、リーダライタ１０１から送信される電磁場からＩＣカード１００に対して必要な電力が供給されるため、ＩＣカード内に電池等の電源を持つ必要がなく、メンテナンス性に優れた且つ低価格で信頼性の高いＩＣカードを提供することができる。
【０００５】
ところで、上述したＲＦＩＤシステムでは、ＩＣカード１００とリーダライタ１０１との十分な通信可能な範囲を確保するために、ある程度の磁界強度を持った電磁場を放射することのできるループアンテナ１０２をリーダライタ１０１側に設ける必要がある。
【０００６】
一般に、リーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、図３０に示すような平面状に導線が巻線されたループコイル２００からなっており、このループコイル２００は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を等しくした対称形状を有している。なお、これらの具体例としては、Reader/Writerモジュールに接続された本体側アンテナ（例えば、特許文献１を参照。）や、リードライト装置ＲＷのＡＧ１，ＡＧ２，ＡＧ３（例えば、特許文献２を参照。）等が挙げられる。
【０００７】
したがって、このような対称形状を有するリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２では、図３１に示すような対称な磁場分布となる。
【０００８】
また、このループアンテナ１０２によりＩＣカード１００に誘導された電流強度のカード位置依存性を図３２に示すと、ループコイル２００の中心部を挟んで相対向する位置に、２つの通信可能な領域Ｓ１’，Ｓ２’が形成されることになる。具体的に、通信可能な領域Ｓ１’は、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２とＩＣカード１００側のループアンテナ１０３との互いに対向する各４辺から発生する磁界がそれぞれの位置で誘導結合した理想的な結合状態であるのに対して、この通信可能な領域Ｓ１’より外側になると、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２が発生する磁場の向きが反転する中央の領域でＩＣカード１００側のループアンテナ１０３に錯交する磁場が互いに打ち消し合うために、誘導電流が通信に必要なレベル以下となる。さらに、外側に向かうとリーダライタ１０１側のループアンテナ１０２とＩＣカード１００側のループアンテナ１０３との４辺のうち、１辺同士のみが結合するために、通信可能な領域Ｓ１’より誘導電流が小さく且つ狭い通信可能な領域Ｓ２’が現れる。
【０００９】
なお、図３２において、横軸の原点０は、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２の中心位置を示し、正方向は、ＩＣカード１００が原点０から外側に向う方向を示す。一方、縦軸は、リーダライタ１０１側のループアンテナ１０２の磁界が電磁誘導によってＩＣカード１００側のループアンテナ１０３に発生させた誘導電流強度を示し、図３２中点線ｓ’で示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。
【００１０】
ここで、ＩＣカード１００側のループアンテナ１０３とリーダライタ１０１側のループアンテナ１０２との中心位置が一致したところ、すなわち原点０から外側にできるだけ通信可能な領域Ｓ１’が連続的に広がるほど、使い勝手がよいことになる。
【００１１】
しかしながら、上述した従来のループコイル２００では、原点０から外側に向かうと、通信可能な領域Ｓ１’から一端外れて通信不可能な領域に入り、更に外側に向かうことによって通信可能な領域Ｓ２’に再び入ることになる。実用的な観点からは、通信可能な領域Ｓ１’と通信可能な領域Ｓ２’との間に通信不可能な領域のない、換言すれば、通信可能な領域Ｓ１’のみを広げることが望ましい。
【００１２】
また、このようなリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、渦電流の影響等によりＭｇ合金等の金属筐体にそのまま取り付けて使用することができない。このため、図３３に示すように、金属筐体３００を使用する場合には、この金属筐体３００とループコイル２００との間に磁性体シート３０１を介在させ、このループコイル２００上に保護材であるポリカーボネート等の樹脂シート３０２を配置した構造としている。しかしながら、この場合も、リーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、ＩＣカード１００に対して効率よく電磁場を放射することができず、上述したＩＣカード１００とリーダライタ１０１との通信可能な範囲が狭くなるといった問題が発生してしまう。
【００１３】
さらに、図３４に示すように、樹脂筐体４００を使用した場合には、電子回路に電磁誘導雑音を起こさぬように、この樹脂筐体４００内にある電気回路基板４０１とループアンテナ１０２との間にスペーサ４０２を配置しなければならず、厚み方向の寸法増加を招いてしまう。さらに、従来のリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２は、ＩＣカード１００側のループアンテナ１０３と略々同じ大きさを有している。したがって、このような従来のリーダライタ１０１用のループアンテナ１０２では、小型化及び薄型化が困難である。
【００１４】
以上のような技術的な困難性がある一方で、例えば携帯可能な小型電子機器の樹脂筐体や金属筐体に、上述したリーダライタ１０１を搭載する場合がある。この場合、ＩＣカード１００の外形よりも同等若しくは小さい且つ薄型のリーダライタ用のループアンテナ１０２が必要となる。
【００１５】
しかしながら、上述した携帯可能な小型電子機器では、固定設置型の電子機器とは異なり、装置の大きさに制約があるために、空間配置を工夫したとしても、ループアンテナ１０２が放射する電磁場が内部に近接して配置された電子回路基板等に影響を与えることを低減したり、金属筐体によるループアンテナ１０２への影響を低減する目的で、その内部空間を確保することには大きな制約がある。したがって、これら金属筐体によるループアンテナ１０２への影響や、ループアンテナ１０２自身が放射する電磁場の電子回路基板等に与える影響を低減する新たな方法が望まれている。
【００１６】
さらに、携帯可能な小型電子機器では、固定設置型の電子機器とは異なり、低消費電力化の要求が強く、ループアンテナ１０２の駆動電流を大きくする余裕がなく、小さな駆動電流でも磁場強度を確保することのできる高効率なアンテナ構造が新たに必要となる。
【００１７】
さらにまた、携帯可能な小型電子機器では、設置場所の制限や例えばキーボード等の他の機能を設置する場所との位置関係によって、希望するリーダライタ１０１の送受信位置が必ずしもループアンテナ１０２の中心とはならず、使い勝手を考慮した送受信位置を自由に設定したいといった携帯可能な小型電子機器特有の要求もある。
【００１８】
ところで、空間配置以外の方法で金属筐体によるループアンテナ１０２への影響を低減し得る従来技術としては、板状の磁性材料を使い金属体の影響を低減したＩＣタグ・アンテナ（例えば、特許文献３を参照。）や、磁性材料を使いアンテナ磁界を偏向することにより金属体の影響を低減したカードローダ・アンテナ（例えば、特許文献４を参照。）がある。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１０−１４４０４８号公報（第３−４頁、第４図）
【特許文献２】
特開２００１−３３１８２９号公報（第１９頁、第１６図）
【特許文献３】
特開２００１−３３１７７２号公報
【特許文献４】
特開２００２−１２３７９９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術は、何れも使用電力及び設置場所が材料的及び空間的に制限された携帯可能な小型電子機器において、最適な小型且つ薄型のＲ／Ｗ用のループアンテナを実現するものではない。
【００２１】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、放射電磁界分布を制御し且つ有効利用することによって、ＩＣカードとリーダライタとの通信可能な範囲を拡大することを可能とすると共に、筐体の材質による影響を低減することによって、更なる小型化及び高性能化を可能としたリーダライタ用のアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るアンテナ装置は、誘導結合により非接触型のＩＣカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリーダライタ用のアンテナ装置である。そして、このアンテナ装置は、誘導結合を行うためのループコイルと、ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体とを有し、磁性体は、必要な通信範囲に応じて、その比透磁率μ’と、その飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔとが設定されることを特徴としている。
【００２３】
以上のように、本発明に係るアンテナ装置では、ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体の比透磁率μ’及び飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを最適化することによって、ＩＣカードとリーダライタとの通信可能な範囲を広げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したアンテナ装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
本発明を適用したＲＦＩＤシステムは、図１に示すように、非接触型ＩＣカード１と、このＩＣカード１に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ（以下、Ｒ／Ｗという。）５０とから構成されている。
【００２６】
ＩＣカード１は、例えばＩＳＯ７８１０に準拠した電池等の電源を持たないバッテリレスのＩＣカードである。このＩＣカードは、いわゆるクレジットカードと同サイズ、すなわち手のひらに乗る程度の大きさで矩形板状に形成されてなる。そして、このＩＣカード１は、その内部に設けられた基板上に、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ２と、データの書き込み及び読み出しを行うための各種処理を行う電子回路が集積されたＩＣ(Integrated Circuit)３とを有している。
【００２７】
ループアンテナ２は、平面状に導線が巻線されたループコイル４からなり、このループコイル４と並列に接続されたコンデンサ５と共に共振回路を構成している。そして、このループアンテナ２は、後述するＲ／Ｗ５０側のループアンテナから放射された電磁場と結合し、結合された電磁場を電気信号に変換した後、ＩＣに供給する。
【００２８】
ＩＣ３は、ループコイル４から供給された電気信号を整流平滑する整流回路６と、整流回路６から供給された電気信号を直流電力に変換するレギュレータ７と、整流回路６から供給された電気信号の高域成分を抽出するＨＰＦ(High Pass-Filter)８と、ＨＰＦ８から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路９と、この復調回路９から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ１０と、復調回路９から供給されるデータを記憶するメモリ１１と、ループコイル４により送信するデータを変調する変調回路１２とを有して構成される。
【００２９】
整流回路６は、ダイオード１３、抵抗１４及びコンデンサ１５から構成されている。このうち、ダイオード１３のアノード端子がループコイル４及びコンデンサ５の一端に接続され、ダイオード１３のカソード端子が抵抗１４及びコンデンサ１５の一端に接続され、抵抗１４及びコンデンサ１５の他端がループコイル４及びコンデンサ５の他端に接続されている。そして、この整流回路６は、ループコイル４から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギュレータ７及びＨＰＦ８に出力する。
【００３０】
レギュレータ７は、上述した整流回路６のダイオード１３のカソード端子、抵抗１４及びコンデンサ１５の一端と接続されている。そして、このレギュレータ７は、整流回路６から供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ１０に供給する。これにより、シーケンサ１０等の誤動作の原因となる、例えばＩＣカード１の位置が動くことにより発生する電圧変動、並びにＩＣカード１内の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。
【００３１】
ＨＰＦ８は、コンデンサ１６及び抵抗１７により構成されており、上述した整流回路６から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路９に出力する。
【００３２】
復調回路９は、上述したＨＰＦ８のコンデンサ１６の他端及び抵抗１７の一端と接続されており、このＨＰＦ８から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ１０に出力する。
【００３３】
シーケンサ１０は、ＲＯＭ(Read Only Memory)やＲＡＭ(Random Access Memory)を内部に有しており、上述した復調回路９と接続されている。そして、このシーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、必要に応じてメモリ１１に格納されているデータを読み出す。或いはメモリ１１に復調回路９から供給されるデータを書き込む。また、このシーケンサ１０は、コマンドに対応するレスポンスを返すために、レスポンス信号を生成し、変調回路１２に供給する。
【００３４】
メモリ１１は、データの保持に電力を必要としないＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、上述したシーケンサ１０と接続されている。そして、このメモリ１１は、シーケンサ１０の解析結果に基づいて、復調回路９から供給されるデータを記憶する。
【００３５】
変調回路１２は、インピーダンス１８とＦＥＴ(Field Effect Transistor)１９との直列回路から構成されており、このうち、インピーダンス１８の一端が上述した整流回路６のダイオード１３のカソード端子に接続され、インピーダンス１８の他端がＦＥＴ１９のドレイン端子と接続され、ＦＥＴ１９のソース端子が接地点に接続され、ＦＥＴ１９のゲート端子がシーケンサ１０と接続されている。また、この変調回路１２は、上述した共振回路を構成するループコイル４と並列に接続されており、ＦＥＴ１９をシーケンサ１０からの信号に対応してスイッチング動作させ、ループコイル４に対するインピーダンス１８の負荷を変動させる、いわゆる付加変調方式を採用している。
【００３６】
これに対して、Ｒ／Ｗ５０は、送受信するデータの制御を行う制御回路５１と、データの変調及び復調を行う変調回路５２及び復調回路５３と、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ５４とを有して構成される。
【００３７】
制御回路５１は、例えば外部からの指令や内蔵するプログラムに従って、各種制御用のコントロール信号を生成し、変調回路５２及び復調回路５３を制御すると共に、指令に対応した送信データを生成し、変調回路５２に供給する。また、制御回路５１は、復調回路５３からの応答データに基づいて、再生データを生成し、外部に出力する。
【００３８】
変調回路５２は、制御回路５１から入力された送信データを発信器が変調し、この変調した信号をループアンテナ５４に供給する。
【００３９】
復調回路５３は、ループアンテナ５４からの変調波を復調し、この復調したデータを制御回路５１に供給する。
【００４０】
ループアンテナ５４は、平面状に導線が巻線されたループコイルからなり、変調回路５２より供給された変調波に対応した電磁場を放射すると共に、ＩＣカード１側のループコイル４の負荷変動を検出する。なお、ループアンテナ５４には、Ｒ／Ｗ５０のアンテナ駆動回路方式に応じて、共振用のコンデンサが並列或いは直列に接続される場合もある。
【００４１】
以上のように構成されるＲＦＩＤシステムでは、ＩＣカード１に対して所定のデータの書き込みが指令されると、この指令に基づいて、Ｒ／Ｗ５０の制御回路５１が書き込みのためのコマンド信号を生成すると共に、指令に対応した送信データ（書き込みデータ）を生成し、変調回路５２に供給する。そして、変調回路５２は、入力された信号に基づいて、発振信号の振幅を変調し、ループアンテナ５４に供給する。そして、ループアンテナ５４は、入力された変調信号に対応する電磁波を放射する。
【００４２】
ここで、ＩＣカード１のループコイル４及びコンデンサ５からなる共振回路の共振周波数は、Ｒ／Ｗ５０からの発振周波数（キャリア周波数）に対応する値（例えば１３．５６ＭＨｚ）に設定されている。したがって、この共振回路は、放射された電磁場を共振動作により受信し、受信した電磁場を電気信号に変換した後、ＩＣ３に供給する。そして、変換された電気信号は、整流回路６に入力され、この整流回路６により整流平滑された後、レギュレータ７に供給される。そして、このレギュレータ７は、整流回路６から供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ１０に供給する。
【００４３】
また、整流回路６により整流平滑された信号は、変調回路１２を介してＨＰＦ８に供給され、高域成分が抽出された後、復調回路９に供給される。そして、この復調回路９は、入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ１０に供給する。そして、このシーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、メモリ１１に復調回路９から供給された書き込みデータを書き込む。
【００４４】
一方、シーケンサ１０は、復調回路９から入力された信号（コマンド）が読み出し指令である場合に、その指令に対応する読み出しデータをメモリ１１から読み出す。また、シーケンサ１０は、読み出しデータに対応して、変調回路１２のＦＥＴ１９がスイッチング動作される。すなわち、変調回路１２では、ＦＥＴ１９がオンされると、インピーダンス１８にループコイル４に並列に接続され、ＦＥＴ１９がオフされると、インピーダンス１８とループコイル４との並列接続が解除される。その結果、このＩＣカード１側のループアンテナ２と磁気的に結合しているＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４のインピーダンスが、読み出しデータに対応して変化する。したがって、ループアンテナ５４の端子電圧は、そのインピーダンスの変化に応じて変動することとなり、Ｒ／Ｗ５０は、この変動分を復調回路５３が復調することで、読み出しデータを受信することができる。
【００４５】
以上のようにして、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との間で通信が行われ、ＩＣカード１に対してＲ／Ｗ５０によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行われる。
【００４６】
ところで、上述したＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４は、図２に示す本発明を適用したアンテナ装置６０である。
【００４７】
具体的に、このアンテナ装置６０は、電磁場を誘導結合するためのループコイル６１と、このループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面と対向して配置された磁性体シート６２とを有している。
【００４８】
ループコイル６１は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板６３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル６１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル６１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル６１となる導体パターンを形成してもよい。
【００４９】
また、ループコイル６１は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称形状とされている。すなわち、このループコイル６１は、一の方向（図２中矢印Ｚで示す上下方向）において、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部６１ａと、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下部側巻線部６１ｂとを有している。
【００５０】
一方、磁性体シート６２は、その主面内にループコイル６１が収まるように、ループコイル６１よりも大きい矩形状を為している。そして、このアンテナ装置６０は、ループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に磁性体シート６２が貼り合わされた構造を有している。
【００５１】
この場合、図２中矢印Ｚで示す一の方向のアンテナ装置６０による磁場分布は、図３に示すように、ループコイル６１の各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部６１ａにおいて強調されたものとなる。すなわち、このアンテナ装置６０による磁場分布は、図３１に示すような対称な磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。
【００５２】
したがって、このアンテナ装置６０では、ループコイル６１を非対称形状とし、このループコイル６１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。また、このアンテナ装置６０では、ループコイル６１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【００５３】
また、このアンテナ装置６０では、磁性体シート６２をループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向配置することによって、このループコイル６１のＩＣカード１と対向する主面側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置６０では、磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を更に広げることができる。
【００５４】
また、上述したＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４は、図４に示す本発明を適用した他のアンテナ装置７０であってもよい。
【００５５】
具体的に、このアンテナ装置７０は、電磁場を誘導結合するためのループコイル７１と、このループコイル７１の中心部を貫通した状態で重ね合わされた磁性体シート７２とを有している。
【００５６】
ループコイル７１は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板７３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル７１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル７１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル７１となる導体パターンを形成してもよい。
【００５７】
また、ループコイル７１は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称形状とされている。すなわち、このループコイル７１は、一の方向（図４中矢印Ｚで示す上下方向）において、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａと、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下部側巻線部７１ｂとを有している。また、ループコイル７１の中心部には、磁性体シート７２を貫通させるための貫通孔７４が設けられている。
【００５８】
一方、磁性体シート７２は、図４及び図５に示すように、ループコイル７１の巻線の最外幅よりも幅広となる幅広部７２ａと、この幅広部７２ａの下端中央部から下方に向かって延長されたループコイル７１の巻線の最内幅よりも幅狭となる幅狭部７２ｂとを有し、全体として略Ｔ字状を為している。すなわち、この磁性体シート７２において、幅広部７２ａは、その主面内にループコイル７１の上部側巻線部７１ａが収まるように、ループコイル７１よりも大きい矩形状を為している。一方、幅狭部７２ｂは、ループコイル７１の貫通孔７４を貫通するのに十分な幅を有し、且つ、その主面内にループコイル７１の下部側巻線部７１ｂが収まるように、このループコイル７１よりも小さい矩形状を為している。
【００５９】
そして、このアンテナ装置７０は、ループコイル７１の貫通孔７４に、ＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面側からＩＣカード１と対向する主面側に向かって、磁性体シート７２の幅狭部７２ｂが貫通した状態で、このループコイル７１に磁性体シート７２が貼り合わされた構造を有している。したがって、この磁性体シート７２は、ループコイル７１の巻線間隔が広くなる上部側において、幅広部７２ａの一主面側がループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル７１の巻線間隔が狭くなる下部側において、幅狭部７２ｂの他主面側がループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面に対向して配置されている。
【００６０】
この場合、図４中矢印Ｚで示す一の方向のアンテナ装置７０による磁場分布は、図６に示すように、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａにおいて強調された非対称なものとなる。
【００６１】
したがって、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１を非対称形状とし、このループコイル７１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。また、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【００６２】
また、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１の巻線間隔が広くなる上部側において、磁性体シート７２の幅広部７２ａがループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル７１の巻線間隔が狭くなる下部側において、磁性体シート７２の幅狭部７２ｂがループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面に対向して配置されていることから、このループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面のうち、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａの磁場分布のみを強調することができる。
【００６３】
したがって、このアンテナ装置７０では、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側の磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を１箇所において大きく広げることが可能である。
【００６４】
また、上述したＲ／Ｗ５０側のループアンテナ５４は、図７に示す本発明を適用した他のアンテナ装置８０であってもよい。
【００６５】
具体的に、このアンテナ装置８０は、電磁場を誘導結合するためのループコイル８１と、このループコイル８１の中心部を貫通した状態で重ね合わされた磁性体シート８２とを有している。
【００６６】
ループコイル８１は、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板８３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル８１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル８１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル８１となる導体パターンを形成してもよい。
【００６７】
また、ループコイル８１は、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔及び線幅を一の方向において異ならせた非対称形状とされている。すなわち、このループコイル８１は、一の方向（図７中矢印Ｚで示す上下方向）において、その各巻線間の間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部８１ａと、その各巻線間の間隔及び線幅が狭くなる下部側巻線部８１ｂとを有している。また、ループコイル８１の中心部には、磁性体シート８２を貫通させるための貫通孔８４が設けられている。
【００６８】
一方、磁性体シート８２は、図７及び図８に示すように、その主面内にループコイル８１が収まるように、ループコイル８１よりも大きい矩形状を為している。そして、この磁性体シート８２には、その下端部からループコイル８１の一の方向の中途部に亘って切り込まれた一対の切欠き部（スリット）８５が所定の間隔で互いに平行に形成されている。これにより、磁性体シート８２は、このループコイル８１の巻線の最外幅よりも幅広となる幅広部８２ａと、一対の切欠き部８５の間に位置して、幅広部８２ａの下端中央部から下方に向かって延長されたループコイル８１の巻線の最内幅よりも幅狭となる幅狭部８２ｂと、一対の切欠き部８５を挟んだ幅狭部８２ｂの両側に位置して、幅広部８２ａの下端部から下方に向かって延長された一対の片部８２ｃ，８２ｃとを有している。すなわち、この磁性体シート８２において、幅広部８２ａは、その主面内にループコイル８１の上部側巻線部８１ａが収まるように、ループコイル８１よりも大きい矩形状を為している。一方、幅狭部８２ｂは、ループコイル８１の貫通孔８４を貫通するのに十分な幅を有し、且つ、その主面内にループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの中央部が収まるように、このループコイル８１よりも小さい矩形状を為している。また、一対の片部８２ｃ，８２ｃは、その主面内にループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの側方部が収まるように矩形状を為している。
【００６９】
そして、このアンテナ装置８０は、ループコイル８１の貫通孔８４に、ＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面側からＩＣカード１と対向する主面側に向かって、磁性体シート８２の幅狭部８２ｂが貫通した状態で、このループコイル８１に磁性体シート８２が一の方向に沿って貼り合わされた構造を有している。したがって、この磁性体シート８２は、ループコイル８１の巻線間隔が広くなる上部側において、幅広部８２ａの一主面側がループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル８１の巻線間隔が狭くなる下部側において、幅狭部８２ｂの他主面側がループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面に対向し、且つ、一対の片部８２ｃ，８２ｃの一主面側がループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向して配置されている。
【００７０】
この場合、図７中矢印Ｚで示す一の方向のアンテナ装置８０による磁場分布は、図９に示すように、ループコイル８１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部８１ａにおいて強調された非対称なものとなる。
【００７１】
したがって、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１を非対称形状とし、このループコイル８１による放射磁界分布を制御することによって、上述したＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げること共に、通信可能な位置を一の方向においてシフトさせることが可能である。また、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、更なる小型化が可能である。
【００７２】
また、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の巻線間隔が広くなる上部側において、磁性体シート８２の幅広部８２ａがループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向し、ループコイル８１の巻線間隔が狭くなる下部側において、磁性体シート８２の幅狭部８２ｂがループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面に対向して配置されていることから、このループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面のうち、ループコイル８１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部８１ａの磁場分布のみを強調することができる。
【００７３】
したがって、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側の磁界強度が増強されることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を１箇所において大きく広げることが可能である。
【００７４】
さらに、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの側方部において、磁性体シート８２の一対の片部８２ｃ，８２ｃがループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面とは反対側の主面に対向して配置されていることから、このループコイル８１のＩＣカード１と対向する主面のうち、ループコイル８１の側方側の磁場分布、すなわち図７中に示すＺ方向と直交するＸ方向の磁場分布を強調することができる。
【００７５】
ここで、上述した図４に示すアンテナ装置７０によるＸ方向の磁場分布は、図１０に示すように、ループコイル７１よりも大きい磁性体シート７２の幅広部７２ａによって強調されたものとなる。これに対して、図７に示すアンテナ装置８０によるＸ方向の磁場分布は、図１１に示すように、ループコイル８１よりも大きい磁性体シート７２の幅広部８２ａによって強調されるのに加えて、磁性体シート８２の一対の片部８２ｃ，８２ｃがループコイル８１の下部側巻線部８１ｂの側方部に対向して配置されることから、更にループコイル８１の側方側において強調されたものとなる。
【００７６】
したがって、このアンテナ装置８０では、ループコイル８１の側方側の磁界強度が増強されることによって、上述した図４に示すアンテナ装置７０よりもＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を一の方向と直交する方向において大きく広げることが可能である。
【００７７】
ところで、上述した本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０では、磁性体シート６２，７２，８２の面内方向において通信周波数における実効比透磁率μ’を３０以上とし、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを６ｅｍｕ／ｃｍ２以上とすることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【００７８】
具体的に、磁性体シート６２，７２，８２の通信周波数における実効比透磁率μ’と通信範囲との関係を調べたところ、図１２に示すような測定結果が得られた。すなわち、これらアンテナ装置６０，７０，８０の通信可能な範囲を広げるためには、磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’を３０以上とすることが好ましく、更に好ましくは、磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’を５０以上とすることによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を更に広げることが可能である。
【００７９】
また、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔと通信距離との関係を調べたところ、図１３に示すような測定結果が得られた。すなわち、これらアンテナ装置６０，７０，８０の通信距離を伸ばすためには、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを６ｅｍｕ／ｃｍ２以上とすることが好ましく、さらに１０ｅｍｕ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。
【００８０】
また、これら磁性体シート６２，７２，８２は、その保持力Ｈｃが１０Ｏｅ以下であることが好ましい。
【００８１】
なお、本測定による比透磁率μ’は、例えばφ７ｍｍのリング状のサンプルを作製し、これに導線コイルを５ターン巻いてベクトルインピーダンスアナライザー等を用いてキャリア周波数（＝１３．５６ＭＨｚ）における交流比透磁率を測定し、定量化したものである。また、本測定による飽和磁化量Ｍｓは、一般的な振動試料法（ＶＳＭ）を用いて測定されたものである。
【００８２】
また、磁性体シート６２，７２，８２としては、本発明の磁気特性を満足するものであれば、任意の軟磁性材料を用いて任意の製法により作製されたものを用いることができる。例えば、磁性材料として、アモルファス合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、センダスト合金（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金等を用いることができ、これらの各微粉末をゴム系のバインダで混錬、分散、塗布して作製されたものや、メッキ法やスパッタ法により軟磁性薄板としたもの、或いはフェライト系粉末をプレス焼結体としたバインダを含まない単一素材のみによるバルク薄板等を用いることができる。
【００８３】
以上のように、本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０では、必要な通信範囲に応じて、磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’と、磁性体シート６２，７２，８２の飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔとを設定することを特徴としており、これら磁性体シート６２，７２，８２の比透磁率μ’及び飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを最適化することによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を広げることが可能である。
【００８４】
また、これらのアンテナ装置６０，７０，８０では、通信性能を向上させることによって、ループコイル６１，７１，８１の大きさをＩＣカード１側のループコイル４よりも小さくすることが可能なことから、例えば装置全体の厚みを１ｍｍ以下とすることが可能であり、更なる小型化及び薄型化が可能である。
【００８５】
なお、本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０は、上述したループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔及び線幅を同時に異ならせたものに限定されず、例えばループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔のみを異ならせたものであってもよい。また、ループコイル６１，７１，８１を非対称形状する一の方向は、放射磁界分布を広げたい任意の方向に設定することが可能である。例えば上述したＺ方向と直交するＸ方向において、ループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称形状としてもよく、これらＺ方向及びＸ方向において、ループコイル６１，７１，８１の各巻線間の間隔及び線幅を異ならせた非対称形状としてもよい。
【００８６】
このように、本発明を適用したアンテナ装置６０，７０，８０では、ループコイル６１，７１，８１を非対称形状とする方向によって、このループコイル６１，７１，８１の放射磁界分布を制御することが可能であり、ＩＣカード１に対するＲ／Ｗ５０の読み出し及び書き込み位置を任意に調整することが可能である。
【００８７】
次に、上述した図２に示す本発明を適用したアンテナ装置（以下、平面非対称型ループアンテナという。）６０と、図４に示す本発明を適用した他のアンテナ装置（以下、立体非対称型ループアンテナという。）７０と、図３０に示す従来のアンテナ装置（以下、平面対称型ループアンテナという。）２００（但し、ＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に磁性体シートを配置した構成とする。）とについて、図１４に示す樹脂筐体に配置した場合と、図１５に示す金属筐体に配置した場合との通信性能の比較をそれぞれ行った。
【００８８】
なお、図１４及び図１５は、Ｒ／Ｗ側に配置された各ループアンテナ６０，７０，２００によりＩＣカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点０は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の中心位置を示し、正方向は、ＩＣカードが原点０から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の磁界が電磁誘導によってＩＣカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示し、図中点線ｓで示す値以上となる領域が通信可能な領域となる。なお、図１４及び図１５において、細線は、平面対称型ループアンテナ２００のグラフを示し、中太線は、平面非対称型ループアンテナ６０のグラフを示し、太線は、立体非対称型ループアンテナ７０のグラフを示す。
【００８９】
図１４に示す樹脂筐体の場合には、従来の平面対称型ループアンテナ２００に２つの通信可能な領域Ｓ１’，Ｓ２’が形成されてしまい、それぞれの通信可能な範囲も狭くなっていることがわかる。これに対して、本発明の平面非対称型ループアンテナ６０には、２つの通信可能な領域Ｓ１，Ｓ２が形成されるものの、領域Ｓ１の通信可能な範囲を大きく広がっていることがわかる。また、本発明の立体非対称型ループアンテナ７０には、通信可能な領域Ｓが中央よりに一箇所のみ形成されており、その通信可能な範囲も他と比べて最も広がっていることがわかる。このように、通信可能な領域Ｓが一箇所のみ形成されるのは、立体非対称型のループアンテナ構造をとることによって、図６の磁場分布が示すように単一放射磁場が形成されたためである。（一方、図３には、非対称な相方向放射磁場が描かれている。）
一方、図１５に示す金属筐体の場合には、この金属筐体の影響により何れのループアンテナ６０，７０，２００も、図１４に示す樹脂筐体の場合と比べて通信可能な範囲が狭くなっているものの、従来の平面対称型ループアンテナ２００に比べて、本発明の平面非対称型ループアンテナ６０及び立体非対称型ループアンテナ７０の方が、誘導電流の落ち込みが少なく、筐体の材質による影響が少ないことがわかる。
【００９０】
以上のことから、本発明の平面非対称型ループアンテナ６０及び立体非対称型ループアンテナ７０では、原点０から外側に通信可能な領域Ｓ１，Ｓが連続的に広がることによって、その通信性能を向上させることが可能である。特に、立体非対称型ループアンテナ７０では、通信可能な領域Ｓを１箇所において大きく広げることが可能なことから、使い勝手がよく、また、平面非対称型ループアンテナ６０に比べてインピーダンスを低くすることが可能であり、低消費電力化に有利となっている。
【００９１】
そして、これら平面非対称型ループアンテナ６０及び立体非対称型ループアンテナ７０では、筐体の材質による影響を少なくすることが可能であり、従来の平面非対称型ループアンテナ２００に比べて通信可能な範囲を広げることが可能である。
【００９２】
次に、上述した各ループアンテナ６０，７０，２００について、図１６に示すＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に磁性体シートを配置しない場合と、図１７に示す磁性体シートを配置した場合との通信性能の比較を行った。
【００９３】
なお、図１６及び図１７は、Ｒ／Ｗ側に配置された各ループアンテナ６０，７０，２００によりＩＣカードに誘導された電流強度のカード位置依存性を示す特性図であり、横軸の原点０は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の中心位置を示し、正方向は、ＩＣカードが原点０から外側に向かった方向を示す。一方、縦軸は、Ｒ／Ｗ側の各ループアンテナ６０，７０，２００の磁界が電磁誘導によってＩＣカード側のループアンテナに発生させた誘導電流強度を示す。なお、図１６及び図１７において、細線は、平面対称型ループアンテナ２００のグラフを示し、中太線は、平面非対称型ループアンテナ６０のグラフを示し、太線は、立体非対称型ループアンテナ７０のグラフを示す。
【００９４】
図１６及び図１７に示すように、各ループアンテナ６０，７０，２００は、何れも磁性体シートを配置しない場合に比べて、磁性体シートを配置した場合の方が磁場強度を強め、結果として誘導電流強度を増強できることがわかる。このように、磁性体シートをループアンテナのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に配置することは、磁界強度の増強によってＩＣカード側のループアンテナの誘導電流を高めることになり、Ｒ／Ｗの通信可能な範囲の拡大及び低消費電力化を図る上で大変有効である。
【００９５】
次に、上述したＲＦＩＤシステムの適用例として、図１８に示す通信端末装置９０について説明する。なお、この通信端末装置９０では、Ｒ／Ｗ５０用のループアンテナ５４として、上述した立体非対称型ループアンテナ７０を用いている。
【００９６】
この通信端末装置９０は、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)と呼ばれるユーザが持ち運び可能な小型電子機器であり、例えば情報通信機能や、ストレージ機能、カメラ機能等を一つモジュール内に集約した構造を有している。
【００９７】
この通信端末装置９０は、本体部９１と、パネル部９２とを有し、ヒンジ機構９３を介してパネル部９２が本体部９１に対して開閉可能とされている。本体部９１には、各種操作を行うための操作ボタン等からなる入力部９４が設けられており、この入力部９４の下方には、上述したＲ／Ｗ５０の立体非対称型ループアンテナ７０が配置されている。
【００９８】
また、この本体部９１の内部には、各部を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）が設けられている。一方、パネル部９２には、液晶表示パネルからなる表示部９５が設けられており、入力部９４による操作状態や、Ｒ／Ｗ５０によるＩＣカード１からの読み出しデータ等をＣＰＵの制御のもとで表示することができる。また、ヒンジ機構９３には、ＣＣＤカメラ９６が搭載されており、入力部９４を操作し、このＣＣＤカメラ９６により撮影された画像を表示部９５に表示することも可能である。
【００９９】
また、この通信端末装置９０は、図１９に示すように、小型軽量薄型化した場合の剛性を確保するため、Ｍｇ合金等の金属筐体９７からなり、この金属筐体９７に形成されたアンテナ収納凹部９７ａに、上述した立体非対称型ループアンテナ７０が配置され、その上に保護材であるポリカーボネート等の樹脂部材９８が配置された構造となっている。なお、筐体は、このような金属筐体９７に限らず、例えば高剛性プラスチック材等からなる非金属筐体であってもよい。
【０１００】
また、この立体非対称型ループアンテナ７０のループコイル７１は、上述した一の方向がＩＣカード１の走査方向となるように配置されており、ＩＣカード１は、この通信端末装置９０の入力部９４とは反対側、すなわちループアンテナ７０のループコイル７１の巻線間隔及び線幅が狭くなる下部側から走査されることになる。
【０１０１】
この場合、立体非対称型ループアンテナ７０による磁場分布は、図２０に示すように、ループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側巻線部７１ａにおいて強調されたものとなり、このループコイル７１の巻線間隔及び線幅が広くなる上部側の磁界強度が増強されることによって、ＩＣカードとＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲Ｓを１箇所において大きく広げることが可能である。
【０１０２】
したがって、この通信端末装置９０では、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲を拡大することが可能であり、入力部９４とは反対側からＩＣカード１が走査される場合でも、立体非対称型ループアンテナ７０の設置場所の制約によらず、ＩＣカード１に対するデータの書き込み及び読み出しを適切に行うことが可能である。
【０１０３】
また、この通信端末装置９０では、金属筐体９７を用いた場合でも、このような立体非対称型ループアンテナ７０を配置することによって、ＩＣカード１とＲ／Ｗ５０との通信可能な範囲が狭まるのを抑制することが可能である。
【０１０４】
さらに、この通信端末装置９０では、ＩＣカード１側のループアンテナ２よりもＲ／Ｗ５０側のループアンテナ７０を小さくすることも可能なことから、更なる小型化及び低消費電力化が可能である。
【０１０５】
次に、上述した通信端末装置９０に搭載された立体非対称型ループアンテナ７０の製造方法の一例について説明する。
【０１０６】
この立体非対称型ループアンテナ７０を製造する際には、先ず、図２１に示すフローチャートに従って、上述した磁性体シート７２を作製する。
【０１０７】
すなわち、この磁性体シート７２を作製する際は、先ず、ステップＳ１において、ゴム系樹脂からなるバインダ中に、磁性粉、溶剤及び添加物を混合した磁性塗料を作製する。なお、ここでは、磁性粉として、Ｆｅ９６重量％、Ｃｒを３重量％、Ｃｏを０．３重量％及びその他の磁性材料を含有するＦｅ系磁性材料を用いた。
【０１０８】
次に、ステップＳ２において、この磁性塗料を濾過し、バインダ中から所定の粒径以上となる磁性粉を除去した磁性塗料を作製する。
【０１０９】
次に、ステップＳ３において、図２２に示す押出し成形機を用いて、液溜め部７５に溜められた磁性塗料７６を一対のローラ７７ａ，７７ｂの間から押し出しながら、所定の厚みとなる長尺状の磁性体シート７２を作製する。
【０１１０】
次に、ステップＳ４において、長尺状の磁性体シート７２を乾燥させ、この磁性体シート７２中からバインダを除去する。
【０１１１】
次に、ステップＳ５において、図２３に示す塗布装置を用いて、一対のローラ７８ａ，７８ｂの間で帯状の磁性体シート７２を挟み込みながら、この磁性体シート７２ａの一主面上に接着剤７９を塗布する。
【０１１２】
次に、ステップＳ６において、帯状の磁性体シート７２を所定の形状に型抜きプレスする。
【０１１３】
以上のようにして、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すような磁性体シート７２が作製される。
【０１１４】
次に、図２５に示すように、上述したループコイル７１を用意する。上述したように、このループコイル７１は、ポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板７３の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。なお、このループコイル７１の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いてループコイル７１となる導体パターンを印刷したものでもよく、或いは金属ターゲットをスパッタすることによって基板上にループコイル７１となる導体パターンを形成してもよい。また、ループコイル７１の中心部には、磁性体シート７２を貫通させるための貫通孔７４が形成される。
【０１１５】
次に、図２６に示すように、ループコイル７１の貫通孔７４に、磁性体シート７２の幅狭部７２ｂを貫通させ、このループコイル７１と磁性体シート７２とを一の方向に沿って貼り合わせる。このとき、磁性体シート７２は、接着剤７９が塗布された面をループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面と対向するようにする。そして、ループコイル７１の巻線間隔が狭くなる下部側において、幅狭部７２ｂをループコイル７１のＩＣカード１と対向する主面に貼り付ける。これにより、ループコイル７１の巻線間隔が広くなる上部側において、幅広部７２ａを上述した通信端末装置９０のアンテナ収納凹部９７ａに貼り付けることができる。
【０１１６】
以上のようにして、上述した立体非対称型ループアンテナ７０を作製することができる。このように、立体非対称型ループアンテナ７０は、ループコイル７１の貫通孔７４に磁性体シート７２を貫通させた状態で重ね合わせ、接着剤７９により貼り付けた製造が容易な構造を有している。
【０１１７】
また、磁性体シート７２は、図２７に示すように、比較的柔らかいフレキシブル性を有するものが好ましい。この場合、磁性体シート７２に変形によってループコイル７１の上部側巻線部７１ａと下部側巻線部７１ｂとの変形を抑制し、この立体非対称型ループアンテナ７０の全体の厚みＴ１を薄くすることができる。これに対して、図２８に示すように、磁性体シート７２が硬い場合には、ループコイル７１の上部側巻線部７１ａと下部側巻線部７１ｂとの変形が大きくなり、立体非対称型ループアンテナ７０の全体の厚みＴ２が厚くなってしまう。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るアンテナ装置によれば、ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体の比透磁率μ’及び飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔを最適化することによって、筐体の材質による影響を低減し、このループコイルのＩＣカードと対向する主面側の磁場分布を強調することが可能であり、ＩＣカードとリーダライタとの通信可能な範囲を広げることが可能である。したがって、このアンテナ装置の更なる小型化及び高性能化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＲＦＩＤシステムの構成を示す回路図である。
【図２】平面非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図３】上記平面非対称型ループアンテナによるＺ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図４】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図５】上記立体非対称型ループアンテナの磁性体シートを示す平面図である。
【図６】上記立体非対称型ループアンテナによるＺ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図７】別の立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図８】上記別の立体非対称型ループアンテナの磁性体シートを示す平面図である。
【図９】上記別の立体非対称型ループアンテナによるＺ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図１０】上記立体非対称型ループアンテナによるＸ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図１１】上記別の立体非対称型ループアンテナによるＸ方向の磁場分布を示す模式図である。
【図１２】磁性体シートの比透磁率と通信範囲との関係を示す特性図である。
【図１３】磁性体シートのＭｓ・ｔと通信距離との関係を示す特性図である。
【図１４】樹脂筐体の場合において、平面対称型ループアンテナ、平面非対称型ループアンテナ及び立体非対称型ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１５】金属筐体の場合において、上記各ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１６】磁性体シートを配置しない場合において、上記各ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１７】磁性体シートを配置した場合において、上記各ループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図１８】通信端末装置の構成を示す平面図である。
【図１９】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナを示す断面図である。
【図２０】上記通信端末装置に配置された立体非対称型ループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図２１】磁性体シートの製造工程を示すフローチャートである。
【図２２】押出し成形機を示す模式図である。
【図２３】塗布装置を示す模式図である。
【図２４】Ａは、磁性体シートを示す平面図であり、Ｂは、磁性体シートを示す断面図である。
【図２５】ループコイルを示す平面図である。
【図２６】立体非対称型ループアンテナを示す平面図である。
【図２７】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが柔らかい場合を示す要部断面図である。
【図２８】立体非対称型ループアンテナにおいて磁性体シートが硬い場合を示す要部断面図である。
【図２９】従来のＲＦＩＤシステムを示す模式図である。
【図３０】従来のＲ／Ｗ用のループアンテナを示す平面図である。
【図３１】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナによる磁場分布を示す模式図である。
【図３２】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナによるＩＣカードとの通信性能を誘導電流特性で示す特性図である。
【図３３】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナを金属筐体に配置した場合の磁場分布を示す模式図である。
【図３４】上記従来のＲ／Ｗ用のループアンテナを樹脂筐体に配置した場合を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ＩＣカード、２ ループアンテナ、３ ＩＣ ４ ループコイル、５ コンデンサ、６ 整流回路、７ レギュレータ、８ ＨＰＦ、９ 復調回路、１０シーケンサ、１１ メモリ、１２ 変調回路、５０ Ｒ／Ｗ、５１ 制御回路、５２ 変調回路、５３ 復調回路、５４ ループアンテナ、６０ アンテナ装置（平面非対称型ループアンテナ）、６１ ループコイル、６１ａ 上部側巻線部、６１ｂ 下部側巻線部、６２ 磁性体シート、７０ アンテナ装置（立体非対称型ループアンテナ）、７１ ループコイル、７１ａ 上部側巻線部、７１ｂ下部側巻線部、７２ 磁性体シート、７２ａ 幅広部、７２ｂ 幅狭部、７４貫通孔、７９ 接着剤、８０ アンテナ装置（別の立体非対称型ループアンテナ）、８１ ループコイル、８１ａ 上部側巻線部、８１ｂ 下部側巻線部、８２ 磁性体シート、８２ａ 幅広部、８２ｂ 幅狭部、８２ｃ 片部、８４ 貫通孔、８５ 切欠き部、９０ 通信端末装置、９１ 本体部、９２ パネル部、９３ ヒンジ機構、９４ 入力部、９５ 表示部、９６ ＣＣＤカメラ
Claims (8)
- 誘導結合により非接触型のＩＣカードに対してデータの書き込み及び読み出しを行うためのリーダライタ用のアンテナ装置において、
上記誘導結合を行うためのループコイルと、
上記ループコイルの上記ＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置された磁性体とを有し、
上記磁性体は、必要な通信範囲に応じて、その比透磁率μ’と、その飽和磁化量Ｍｓと厚みｔとの積Ｍｓ・ｔとが設定されることを特徴とするアンテナ装置。 - 上記ループコイルは、平面状に導線が巻線されると共に、その中心部を挟んで相対向する各巻線間の間隔を異ならせた非対称形状とされていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 上記ループコイルは、上記各巻線間の間隔を上記ＩＣカードが走査される方向において異ならせたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
- 上記ループコイルは、誘導結合される上記ＩＣカード側のループコイルよりも小さいことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
- 上記磁性体は、上記ループコイルの中心部を貫通した状態で、上記ループコイルの各巻線間の間隔が広くなる側において、一主面側が上記ループコイルの上記ＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向し、上記ループコイルの各巻線間の間隔が狭くなる側において、他主面側が上記ループコイルの上記ＩＣカードと対向する主面に対向して配置されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
- 上記磁性体は、上記ループコイルの各巻線間の間隔が広くなる側において、上記ループコイルよりも大きく、上記ループコイルの各巻線間の間隔が狭くなる側において、上記ループコイルよりも小さいことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
- 上記磁性体は、上記ループコイルの巻線の最外幅よりも幅広となる幅広部と、上記ループコイルの巻線の最内幅よりも幅狭となる幅狭部とを有し、
上記幅狭部が上記ループコイルの中心部に貫通した状態で、上記ループコイルの巻線間隔が広くなる側において、上記幅広部が上記ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向し、上記ループコイルの巻線間隔が狭くなる側において、上記幅狭部がループコイルのＩＣカードと対向する主面に対向して配置されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。 - 上記磁性体は、上記ループコイルの巻線の最外幅よりも幅広となる幅広部と、一端より切り欠かれた一対の切欠き部の間に上記ループコイルの巻線の最内幅よりも幅狭となる幅狭部と、前記一対の切欠き部を挟んだ前記幅狭部の両側に一対の片部とを有し、
上記幅狭部が上記ループコイルの中心部に貫通した状態で、上記ループコイルの巻線間隔が広くなる側において、上記幅広部が上記ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向し、上記ループコイルの巻線間隔が狭くなる側において、上記幅狭部がループコイルのＩＣカードと対向する主面に対向し、且つ、上記一対の片部が上記ループコイルのＩＣカードと対向する主面とは反対側の主面に対向して配置されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
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