JP2006005836A - 携帯情報端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 端末本体に収納されている金属構成体の影響を回避してアンテナモジュールの安定した通信特性を確保することができる携帯情報端末を提供する。
【解決手段】 端末本体２の内部において、アンテナモジュール１０に隣接して配置される金属構成体（バッテリーパック）４のうち、少なくとも、アンテナモジュール１０の通信面に臨む表面領域を非導電性の磁性シート２０で覆う。これにより、アンテナモジュール１０の通信時において外部磁場と金属構成体４との間を磁気的に遮蔽するとともに、金属構成体４の表面に生じる渦電流に起因して発生する逆磁場を当該磁性シート２０で吸収し、アンテナモジュール１０の通信特性の劣化を抑制する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio Frequency Identification）技術を利用した非接触データ通信用のアンテナモジュールを内蔵した携帯情報端末に関する。

従来より、非接触ＩＣカードシステムに代表されるＲＦＩＤ技術においては、ＩＣカード等の識別用ＩＣタグにアンテナコイルを内蔵させ、リーダーライタの送受信アンテナから発信される電波との誘導結合により非接触でデータ通信を行うようにしている。

現在、ＩＣタグとリーダーライタとでデータ通信を行う形態の一例として、ＩＣカードで電車運賃の支払いを行う利用形態がある。この例において、ＩＣカードの利用状況を確認するためには、駅構内にある券売機や、ＩＣカードの情報を読み込むことができる特別なビューアが必要になる。ＩＣカードに課金するためにも、駅構内にある券売機か、リーダーライタを備えたパーソナルコンピュータ等により、ネット上からＩＣカードに課金（サイバー課金）する必要がある。

さて、ＩＣタグとリーダーライタとでデータ通信を行う形態は今後、多様化が進むことが予想されている。例えば、更に利便性を高めるため、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯情報端末にタグ機能とリーダーライタ機能とを持たせることが考えられる。

携帯電話にタグ機能を持たせることにより、例えば、携帯電話を改札にかざすことで電車運賃の支払いを行うことができるようになる。また、携帯電話の通信機能を利用してサイバー課金が可能になる。加えて、携帯電話の表示機能を利用して端末内のタグの残高確認が可能になる。

また、携帯電話にリーダーライタ機能をもたせるようにすれば、当該携帯電話が駅構内の券売機の代替機能を有するようになるので、例えば、他のＩＣタグ（ＩＣカード）の残高などの情報を確認することができるようになり、更にサイバー課金も可能となる。

なお、携帯電話等の携帯情報端末に非接触ＩＣタグ機能とリーダーライタ機能とをもたせるためのアンテナモジュールを内蔵させた先行技術文献として、下記特許文献１に示すものがある。

特開２００２−３２５１２２号公報

近年、１３．５６ＭＨｚの周波数により動作するＲＦＩＤ技術の確実な動作環境が求められており、例えば通信特性においても、できるだけ長い通信距離や、リーダーライタとタグとが相対する場合の平面上の広い通信エリアが求められている。

一方、携帯情報端末は、小型で多機能を有する機器であるため、小型の本体内に高密度に金属部品が実装されている。例えば、携帯情報端末には、電源となるバッテリパックが収納され、このバッテリパックには、ケーシング等に金属部品が用いられている。

このため、携帯情報端末の本体内に非接触ＩＣタグ用のアンテナモジュールやリーダーライタ用のアンテナモジュールを配設すると、バッテリパック等の端末本体に内蔵されている金属構成体の影響で、通信特性が劣化するという問題がある。即ち、アンテナモジュールの通信時に、外部磁界の影響で金属構成体の表面に渦電流が発生し、この渦電流により外部磁場を打ち消す方向の逆磁場が発生する。その結果、アンテナモジュールの通信距離が短くなったり、通信エリアが狭くなる等の問題が発生する。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、端末本体に収納されている金属構成体の影響を回避してアンテナモジュールの安定した通信特性を確保することができる携帯情報端末を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の携帯情報端末は、端末本体に、非接触データ通信用のアンテナモジュールが内蔵された携帯情報端末であって、アンテナモジュールに隣接して金属構成体が配置されており、この金属構成体の表面のうち、少なくともアンテナモジュールの通信面に臨む表面領域が非導電性の磁性シートで覆われている。

アンテナモジュールに隣接する金属構成体の通信面側表面領域を磁性シートで覆うことにより、非接触データ通信時において、外部磁場と金属構成体との間を磁気的にシールドするとともに、金属構成体の表面に生じる渦電流に起因して発生する逆磁場を当該磁性シートで吸収する。また、当該磁性シートにより、金属構成体が隣接して配置されることによるアンテナモジュールのインダクタンスの低下を抑えることができる。これにより、アンテナモジュールの通信特性の劣化を抑制することができる。

アンテナモジュールに隣接して配置される金属構成体には、携帯情報端末の電源となるバッテリパックが該当するが、これ以外にも、金属表面を備えた電気・電子部品や機構部品等も対象とすることができる。

非導電性の磁性シートとしては、絶縁性バインダー中に軟磁性粉末を含有させた複合材料や、軟磁性粉末のロール圧延体等が好適である。この磁性シートで金属構成体の全ての表面を覆うのが理想であるが、他の部品との電気的、機械的接続面以外の表面や、アンテナモジュールの通信面に臨む表面領域などが当該磁性シートで覆われていればよい。

本発明の携帯情報端末によれば、端末本体の内部においてアンテナモジュールに隣接して配置されている金属構成体に非導電性の磁性シートを貼着したので、アンテナモジュールの通信特性の劣化を抑えることが可能となる。これにより、携帯情報端末の安定した非接触ＩＣタグ機能および／またはリーダーライタ機能を確保することができる。また、アンテナモジュールとバッテリ等の金属構成体との間の配置関係に制約をなくして、設計自由度の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１〜図５は本発明の実施の形態を示している。ここで、図１は本実施の形態の携帯情報端末１の構成を示す全体斜視図、図２は携帯情報端末１の内部構成を示す側方側から見た模式図、図３はアンテナモジュール１０の分解斜視図、図４はアンテナモジュール１０の側断面図、図５はバッテリパック４の説明図である。

本実施の形態における携帯情報端末１は、端末本体２と、この端末本体２に対して回動可能に取り付けられたパネル部３とを備えた携帯型電話機として構成されている。

端末本体２は主として合成樹脂材料で形成され、一方の主面（操作面）にテンキー、通話ボタン、電源ボタン等の各種の押しボタンからなる入力部２ａと、入力された音声を電気信号に変換するマイクロフォン２ｂとが設けられている。また、端末本体２は、その後端部に、当該携帯情報端末１の電源となるバッテリパック４が挿入されるバッテリ挿入口２ｄと、バッテリ挿入口２ｄに連続して端末本体２の内奥側に形成されバッテリパック４が装着されるバッテリ装着部２ｅとを備えている。

ここで、バッテリパック４は、例えばリチウムイオン電池であり、その端子面４ａを端末本体２の奥側に向けて装着されている（図２）。このバッテリパック４は全体が直方形状をなし、外筐がアルミニウム等の金属材料で形成されている。そして後述するように、このバッテリパック４の表面には、磁性シート２０が貼着されている（図５）。また、バッテリ装着部２ｅは、端末本体２の内部に設けられたプラスチック製の仕切部材５によって区画されている（図２）。

端末本体２には、更に、非接触データ通信用のアンテナモジュール１０、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）個体撮像素子を含むカメラユニット１１、多数の電気・電子部品が実装されたプリント配線板１２等が内蔵されている。アンテナモジュール１０は、バッテリパック４よりも端末本体２の前方側（図２において左方側）に、端末本体２の他方側の主面（背面）に面するようにしてバッテリパック４の端子面４ａに隣接して配置されている。

一方、端末本体２に対して、図１中矢印Ｒ方向に回動可能に取り付けられるパネル部３は、その一方の主面にＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等で構成された表示部３ａと、電子信号を再生音に変換するスピーカ３ｂとが設けられている。なお、図示しないが、このパネル部３の前端側には、基地局と通信を行うための通信アンテナが設けられている。

アンテナモジュール１０は、図３に示すように、支持体としてのベース基板１４と、磁芯部材１８と、金属シールド板１９との積層構造を有している。ベース基板１４と磁芯部材１８とは両面接着シート１３Ａを介して積層され、磁芯部材１８と金属シールド板１９との間は両面接着シート１３Ｂを介して積層されている。なお、図４において両面接着シート１３Ａ，１３Ｂの図示は省略している。

ベース基板１４は、例えばポリイミドやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のプラスチックフィルムでなる絶縁性フレキシブル基板、あるいは、ガラスエポキシ等のリジッド性基板で構成されている。

このベース基板１４には、第１アンテナコイル１５Ａおよび第２アンテナコイル１５Ｂが搭載されている。第１アンテナコイル１５Ａは、非接触ＩＣタグ機能のためのアンテナコイルで、外部のリーダーライタのアンテナ部と誘導結合され通信を行う。第２アンテナコイルはリーダーライタ機能のためのアンテナコイルで、外部の非接触ＩＣタグ（ＩＣカード）のアンテナ部と誘導結合され通信を行う。

これら第１，第２アンテナコイル１５Ａ，１５Ｂは、ベース基板１４の上にパターニング形成された銅、アルミニウム等の金属パターンでなり、図４に示すように、第１アンテナコイル１５Ａはベース基板１４の一方側の主面１４Ａにループ状に形成され、第２アンテナコイル１５Ｂはベース基板１４の他方側の主面１４Ｂにループ状に形成されている。

また、ベース基板１４の他方側の主面１４Ｂ上であって、第２アンテナコイル１５Ｂの内方側には、信号処理回路部１６が搭載されている。この信号処理回路部１６は、第１，第２アンテナコイル１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ電気的に接続されており、非接触データ通信に必要な信号処理回路および情報を格納したＩＣチップ１６ａや同調用コンデンサ等の電気・電子部品で構成されている。なお、信号処理回路部１６は、ベース基板１４に取り付けられる外部接続部１７を介して、プリント配線板１２（図２）に接続されている。

次に、磁芯部材１８は、合成樹脂材料やゴム等の絶縁性バインダー中に軟磁性粉末が混入あるいは充填されてシート状（板状）に成形されている。軟磁性粉末としては、センダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系）、アモルファス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系）、フェライト（Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等）、焼結フェライト等が適用可能であり、目的とする通信性能や用途に応じて使い分けられる。

磁芯部材１８は、第１，第２アンテナコイル１５Ａ，１５Ｂの磁芯（コア）として配置されるとともに、ベース基板１４と下層の金属シールド板１９との間に介装されることによって、第１，第２アンテナコイル１５Ａ，１５Ｂと金属シールド板１９との間の電磁干渉を回避する。この磁芯部材１８の中央部には、ベース基板１４に実装された信号処理回路部１６を収容するための開口１８ａが穿設されている。また、磁芯部材１８の一側方には、ベース基板１４との積層時に外部接続部１７のニゲとなる凹所１８ｂが形成されている。

金属シールド板１９は、ステンレス板や銅板、アルミニウム板等で形成され、端末本体２の内部において、プリント配線板１２上の金属部分（部品および配線）との電磁干渉から第１，第２アンテナコイル１５Ａ，１５Ｂを保護するために設けられている。また、この金属シールド板１９はアンテナモジュール１０の共振周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の粗調整に用いられ、アンテナモジュール１０の単体状態のときと、端末本体２の内部に組み込んだ状態のときとで、アンテナモジュール１０の共振周波数に大きな変化を生じさせないようにしている。

以上のように構成されるアンテナモジュール１０は、端末本体２の背面側を当該リーダーライタのアンテナ部にかざすことにより、第１アンテナコイル１５Ａを介してＩＣチップ１６ａに格納された所定情報を読み出され、あるいはＩＣチップ１６ａに所定情報が書き込まれる。これにより、この携帯情報端末１のタグ機能を利用して、例えば電車運賃の支払いを行うことができる。

また、このアンテナモジュール１０で外部の非接触ＩＣタグ（ＩＣカード）と通信をする際には、端末本体２の背面側に当該非接触ＩＣタグ（ＩＣカード）を接触または近接させて、第２アンテナコイル１５Ｂを介して当該非接触ＩＣタグ（ＩＣカード）に格納された所定情報を読み出す。これにより、この携帯情報端末１のリーダーライタ機能を利用して、例えば非接触ＩＣタグ（ＩＣカード）の残高などの情報を表示部３ａを介して確認することができるようになる。

なお、アンテナモジュール１０がタグ機能を行う際には、外部のリーダーライタとの通信時に第１アンテナコイル１５Ａに発生する誘導電圧を電力源として利用しているが、アンテナモジュール１０がリーダーライタ機能を行う際には、電力源として、携帯情報端末１のバッテリパック４が利用される。

上述したように、バッテリパック４はアンテナモジュール１０の近傍に隣接配置され、その金属面が露出していると、外部のリーダーライタまたは非接触ＩＣタグとの通信時に形成される外部磁場の影響で、バッテリパック４の表面に渦電流が発生し、その渦電流の発生に起因して上記外部磁場を打ち消す方向の逆磁場が形成される。その結果、アンテナモジュール１０と外部のリーダーライタまたは非接触ＩＣタグとの間の通信磁場に乱れが生じ、アンテナモジュール１０のタグ機能時には通信距離が短くなり、また、アンテナモジュール１０のリーダーライタ機能時には通信エリアの狭小化あるいは偏在化が起こる。

そこで、本実施の形態では、図２および図５に示したように、バッテリパック４の表面を非導電性の磁性シート２０で覆うようにしている。磁性シート２０は、フレキシブル性を備えた電磁波吸収シートであり、絶縁バインダー中に軟磁性粉末を含有した複合磁性材や、軟磁性粉末の圧延ロール体として構成されている。

そして、扁平な直方形状でなるバッテリパック４の端子Ｔが形成された端子面４ａを除く５側面が、この磁性シート２０により覆われている。なお、これに限らず、アンテナモジュール１０の通信面に臨むバッテリパック４の表面領域Ｑ（図２参照）のみ上記磁性シートで覆うようにしてもよい。

バッテリパック４に対する磁性シート２０の被覆形態は特に限定されないが、本実施の形態では、所定形状に加工した磁性シート２０を、図５に示したように折り曲げてバッテリパック４の端子面４ａを除く５側面に貼着するようにしている。なお、磁性シート２０として本実施の形態では、大同特殊鋼社製フレキシブル電磁波吸収体「ＤＰＲシリーズ」が用いられている。

以上のように構成される本実施の形態の携帯情報端末１においては、バッテリパック４の表面を磁性シート２０で覆ったので、アンテナモジュール１０と外部リーダーライタあるいは外部ＩＣタグとの通信時において、その通信磁場とバッテリパック４との間を磁気的にシールドするとともに、バッテリパック４の表面に生じた渦電流に起因して発生する逆磁場（通信磁場を打ち消す方向の磁場）を当該磁性シート２０で吸収する作用が行われる。

これにより、アンテナモジュール１０と外部ＩＣタグあるいは外部リーダーライタとの間の通信磁場の乱れを抑制できるとともに、金属物（バッテリーパック４）の隣接配置によるアンテナモジュール１０のインダクタンスの低下が抑えられるので、外部リーダーライタとの通信時においては第１アンテナコイル１５Ａに生起される誘導電圧の低下が抑えられ、通信距離の向上を図ることができる。また、外部ＩＣタグとの通信時においては、通信エリアの狭小化、偏在化を抑制できるようになる。

したがって、本実施の形態によれば、携帯情報端末１の安定したＩＣタグ機能あるいはリーダーライタ機能を確保することができる。また、アンテナモジュール１０とバッテリパック４等の金属構成体との間の配置関係に制約をなくして、設計自由度の向上を図ることができる。

例えば図６に示した構成の携帯情報端末１’は、バッテリパック４に重ねるようにして端末本体２の背面側（図６において上面側）にアンテナモジュール１０が隣接配置されているが、このような構成においてもバッテリパック４の端子面４ａを除く外表面を磁性シート２０で覆うことにより、上述と同様な効果を得ることができる。なお、図６において符号２１は、例えばネットワーク経由で配信された音楽を再生するためのスピーカユニットである。

上述した構成の携帯情報端末１の最大通信距離（ＩＣタグ機能時）と通信エリア（リーダーライタ機能時）を実際に測定して、本発明の効果を確認した。

通信距離の測定は、図７Ａに示すように、リーダーライタ（ソニー社製ＲＣ−Ｓ４４０Ｃ）２５を固定部２３に設置するとともに、携帯情報端末１をその通信面（端末本体２の背面側）がリーダーライタ２５に対向するように可動部２４に設置し、リーダーライタ２５のアンテナ部の中心と携帯情報端末１の第１アンテナコイル１５Ａの中心とを合わせた状態で、可動部２４を矢印Ａで示すように携帯情報端末１がリーダーライタ２５に接近する方向へ移動させた。そして、リーダーライタ２５と携帯情報端末１との間に通信が確認された位置における両者間の面間距離を測定し、これを最大通信距離とした。

実験の結果、バッテリパック４を磁性シート２０で覆わない従来の構成では、最大通信距離は８９．５ｍｍであったのに対し、バッテリパック４の端子面４ａを除く５側面を磁性シート２０で覆った本発明の構成では、最大通信距離が９１．５ｍｍに達し、通信距離の向上が確認された（アンテナモジュールのインダクタンス：１．０５５μＨ）。

なお、図６に示した構成の携帯情報端末１’に対して同様な測定を行ったところ、最大通信距離は、１１０．５ｍｍであった（アンテナモジュールのインダクタンス：３．３９μＨ）。

一方、通信エリア（通信範囲）の測定は、図７Ｂに示すように、携帯情報端末１を固定部２３に設置するとともに、非接触ＩＣカード（ソニー社製ＲＣ−Ｓ８６０）２６を携帯情報端末１の通信面と近接対向するように可動部２４に設置し、携帯情報端末１の第２アンテナコイル１５Ｂの中心と非接触ＩＣカード２６の中心とを合わせた後、面間距離を一定として、可動部２４を上下左右方向（図７において紙面上下、垂直方向）にスライドさせて通信が確認できる範囲を測定した。

図８は、アンテナモジュール１０が端末本体（筐体）に内蔵されていない単体状態のときの通信範囲であり、以下の各条件下での実験結果（図９〜図１１）との対比の上で基準となるデータを示している。図において網掛け部分は通信が確認された領域である。

さて、バッテリパック４の表面を磁性シート２０で覆っていない従来の構成では、図９に示すように、アンテナモジュール１０の中心部（第２アンテナコイル１５Ｂの中心部）を含め、その下方側（バッテリパック４側）の領域は、殆ど通信が行えなくなっている。これは、携帯情報端末１の通信面に臨むバッテリパック４の金属面において発生した渦電流に起因する逆磁場の影響を如実に示している。

これに対して、バッテリパック４の端子面４ａおよびこれに対向する底面を除く４側面を磁性シート２０で覆った本発明の構成では、図１０に示すように、アンテナモジュール１０の通信領域は図９に比べて大きく改善され、特にモジュール中心部における回復が顕著となっている。なお、モジュール下端部の通信不良領域は、磁性シート２０で覆われていないバッテリパック４の底面において発生した渦電流に起因する逆磁場によるものと考えられる。

また、図１１に示すように、バッテリパック４の端子面４ａを除く５側面を磁性シート２０で覆うことにより更なる通信エリアの改善を図ることができ、図８に示したアンテナモジュール１０単体のときと同等の通信エリアを確保できることが認められた。

なお、図６に示した構成の携帯情報端末１’に対して同様な測定を行ったところ、バッテリパック４の端子面を除く５側面を磁性シート２０で覆うことにより、図１１に示した実験結果と同等な結果が得られることが確認されている。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、携帯情報端末１に内蔵されるアンテナモジュール１０として、ＩＣタグ機能のための第１アンテナコイル１５Ａと、リーダーライタ機能のための第２アンテナコイル１５Ｂの両方を備えた構成としたが、用途に応じて、何れか一方のアンテナコイルのみ備えた構成としてもよい。

また、以上の実施の形態では、バッテリパック４の金属面を磁性シート２０で覆う構成としたが、これに加えて、カメラユニット１１やスピーカユニット２１等の他の金属部分に対しても同様な磁性シート２０で覆うようにしてもよい。

本発明の実施の形態による携帯情報端末１の構成を示す斜視図である。 携帯情報端末１の内部構成を示す側方側から見た模式図である。 アンテナモジュール１０の分解斜視図である。 アンテナモジュール１０の側断面図である。 バッテリパック４の構成を説明する図である。 本発明の他の携帯情報端末１’の概略側断面図である。 携帯情報端末１の最大通信距離および最大通信エリアの測定方法を説明する図である。 アンテナモジュール１０が単体のときの通信エリアの説明図である。 従来の携帯情報端末の通信エリアの説明図である。 本発明の一構成例による携帯情報端末１の通信エリアの説明図である。 本発明の他の構成例による携帯情報端末１の通信エリアの説明図である。

符号の説明

１…携帯情報端末、２…端末本体、４…バッテリパック（金属構成体）、１０…アンテナモジュール、１４…ベース基板（支持体）、１５Ａ…第１アンテナコイル、１５Ｂ…第２アンテナコイル、１６…信号処理回路部、１６ａ…ＩＣチップ、１８…磁芯部材、１９…金属シールド板、２０…磁性シート。

Claims (6)

1. 端末本体に、非接触データ通信用のアンテナモジュールが内蔵された携帯情報端末であって、
   前記アンテナモジュールに隣接して金属構成体が配置されており、
   前記金属構成体の表面のうち、少なくとも前記アンテナモジュールの通信面に臨む表面領域が非導電性の磁性シートで覆われている
   ことを特徴とする携帯情報端末。
2. 前記金属構成体は、バッテリパックである
   ことを特徴とする請求項１に記載の携帯情報端末。
3. 前記バッテリパックの端子面を除く全ての表面が磁性シートで覆われている
   ことを特徴とする請求項２に記載の携帯情報端末。
4. 前記アンテナモジュールは、ループ状のアンテナコイルが形成された支持体と、この支持体に積層された磁芯部材と、この磁芯部材に積層された金属板とを備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の携帯情報端末。
5. 前記アンテナコイルは、外部のリーダーライタとの通信用の第１アンテナコイルと、外部の非接触ＩＣタグとの通信用の第２アンテナコイルのうち少なくとも１つを含んでなる
   ことを特徴とする請求項４に記載の携帯情報端末。
6. 前記支持体上には、前記アンテナコイルに電気的に接続された信号処理回路部が搭載されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の携帯情報端末。
   
   

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