JP2007166379A - ループアンテナ及びこのループアンテナを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣカードや携帯電話に内蔵されるＩＣチップに接続されるループアンテナの受信性能を向上させる。
【解決手段】ＣＰＵとメモリとを備えたＩＣチップを内蔵する筐体３内に、ＩＣチップに接続して設けられ、リーダ／ライタとの間で所定の電磁波を送受信するループアンテナを、メインループアンテナ１３と、メインループアンテナ１３とは離れた位置に設置される少なくとも１つのサブループアンテナ１４とから構成する。サブループアンテナ１４は、メインループアンテナ１３に対して、並列又は直列に接続してＩＣチップに接続する。サブループアンテナの送受信周波数を、メインループアンテナと異ならせても良い。
【選択図】図１０

Description

本発明はループアンテナ及びこのループアンテナを備えた電子機器に関し、特に、ＩＣカードのような非接触でデータの書き込み／読み取りが行われる装置に適用されるループアンテナ、及びこのループアンテナを備えた携帯電話のような電子機器に関する。

近年、金銭の出納データ等の情報を記憶できるＩＣを内蔵したＩＣカードが普及している。このＩＣカードには、定期券としての情報や、入場や出場した駅の情報を記憶することができるので、鉄道の駅の自動改札を非接触で通過できる定期券や切符として使用されたり、入金（チャージ）した額を記憶しておいて電子マネーとして商店やコンビニエンスストアで小額の支払いに使用されるようになってきている。また、ＩＣカードに記憶させた情報により、ＩＣカードを社員証や学生証として利用することも行われている。

このような非接触式のＩＣカードは電源供給用の電池を内蔵しておらず、カード内に、ＣＰＵとメモリとを備えたＩＣチップと、ループアンテナと共振コンデンサとからなる共振回路が内蔵されており、外部にある書き込み／読み取り装置（リーダ／ライタ）からの微弱な電磁波をループアンテナで捉えて電力を発生させ、発生させた電力でＩＣチップを動作させている。そして、ＩＣチップ側で作成された返答データがループアンテナから放射されると、リーダ／ライタがＩＣカードを検出し、相互認証を行い、リード・ライトするという一連の動作が瞬時に行われるようになっている。

更に、前述のＩＣチップとループアンテナは、ＩＣカードに内蔵されるだけでなく、電子機器、例えば携帯電話に組み込まれて利用されるようにもなってきている。これは、駅の売店や自動販売機にまで、リーダ／ライタが設置されるようになってきたためであり、携帯電話に組み込むことにより、電子マネーとしての利用促進を図るためである。

図１は、特許文献１に記載されている、従来のＩＣカード３０の内部回路の構成を示すものである。ＩＣカード３０の内部にはループアンテナ３３があり、この両端のタップＴ１，Ｔ２がＩＣチップ３６に接続されている。また、ループアンテナ３３は、中間タップＴ３とＴ４によって３つの部分３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに分かれている。そして、ループアンテナ３３の第１の部分３３Ａには第１のコンデンサ３４が接続されて第１の共振回路３１を形成しており、第２の部分３３Ｂには接続がなく、第３の部分３３Ｃには第２のコンデンサ３５が接続されて第２の共振回路３２を形成している。第１の共振回路３１と第２の共振回路３２の共振周波数は、コンデンサ３４，３５の容量を変えることによって、異ならせることができる。

このように構成されたＩＣカード３０は、前述の用途の他にも色々な用途が考えられるので、通信性能の向上や、ループアンテナ３３を電子機器に組み込んだ時の金属の影響に対する対策が求められている。即ち、前述のループアンテナ３３やＩＣチップ３６が携帯電話等のポータブルタイプの電子機器に内蔵され、ループアンテナ３３が金属の影響を受ける場合、例えば、機器に内蔵されている電池の金属部分の影響を受ける場合は、電池部分だけを磁性体で覆う等の方法が採られていた。

更に、前述のＩＣカード３０は、使用するリーダ／ライタによって通信距離が変化し、また、リーダ／ライタの種類も１つではなく、複数種類ある場合もあるので、ＩＣカード３０は色々な使い方やシーンに対しても安定した性能が求められる。そして、ループアンテナとＩＣチップを、ＩＣカードではなく、携帯電話のような電子機器に組み込んだ場合にも同様に、安定した性能が求められる。

特開２０００−２６９７２５号公報（図６）

以上のように、ループアンテナとＩＣチップを組み込んだＩＣカードや電子機器には利便性や将来性があるが、以下のような問題点もある。
（１）ループアンテナとＩＣチップを組み込んだ通信システムにおいて、１つのループアンテナでは検出範囲が限定される。
（２）通信方式が電磁結合を利用しているので、ループアンテナとＩＣチップを電子機器に組み込んだ場合に、筐体内の金属の影響を受けやすい。
（３）共振アンテナ部が電子機器の狭い範囲に設置されているので、通信範囲がその部分のみに限定され、何らかの金属や放射ノイズの影響を受けると、第１と第２の共振回路の共振周波数を異ならせていても、良好な通信を保持することができない。

そこで、本発明は、前述の（１）から（３）の問題点を解消することができるループアンテナ及びこのループアンテナを備えた電子機器を提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明のループアンテナは、以下の４つの形態を供えている。第１の形態は、ＣＰＵとメモリとを備えたＩＣチップを内蔵する筐体内に、ＩＣチップに接続して設けられ、リーダ／ライタとの間で所定の電磁波を送受信するループアンテナにおいて、ループアンテナを、メインループアンテナと、メインループアンテナとは離れた位置に設置される少なくとも１つのサブループアンテナとから構成したことを特徴とするものである。

第２の形態は、第１の形態のループアンテナにおいて、サブループアンテナとメインループアンテナとを並列に接続して、ＩＣチップに接続したことを特徴とするものであり、第３の形態は、第１の形態のループアンテナにおいて、サブループアンテナとメインループアンテナとを直列に接続して、ＩＣチップに接続したことを特徴とするものである。

また、第４の形態は、第１から第３の何れかの形態において、サブループアンテナの送受信周波数を、メインループアンテナの送受信周波数とは異なるように構成したことを特徴としている。

更に、本発明のループアンテナを備えた電子機器は、アンテナを有する電子機器において、第１の形態のループアンテナを組み込んだことを特徴としている。

以上説明したように、本発明によれば、ＩＣチップとループアンテナを備えるＩＣカードシステムや、ＩＣチップとループアンテナを筐体内に組み込んだ電子機器において、リーダ／ライタとの通信範囲が広くなり、また、金属の影響も受け難くなり、良好な通信を保持することができるという効果がある。

以下添付図面を用いて本発明のループアンテナ、及びこのループアンテナが組み込まれた実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。

図２は本発明の第１の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカード１０の構成を示すものである。第１の実施例では、ＩＣカード１０に内蔵されたＩＣチップ１７には、第１のループアンテナ（第１の共振コイル）１３と第１のコンデンサ１５とからなる第１の共振回路１１と、第２のループアンテナ（第２の共振コイル）１４と第２のコンデンサ１６とからなる第２の共振回路１２とが並列に接続されている。ＩＣチップ１７は、ＣＰＵとメモリとを備える公知のものであるので、ここではその説明を省略する。

第１の共振回路１１と第２の共振回路１２の共振周波数は、同一としても良いが、異ならせることもできる。これは、ＩＣカード１０と通信を行う図示しないリーダ／ライタの通信周波数がずれた場合でも、そのずれの範囲内で第２の共振回路１２の共振周波数を異ならせておけば、リーダ／ライタと良好な通信が行えるからである。また、ＩＣカード１０内で、第１のループアンテナ１３と第２のループアンテナ１４とを重ねずに離して設置することもできる。第１のループアンテナ１３と第２のループアンテナ１４のサイズは同じでなくても良い。

図３は本発明の第２の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカード２０の構成を示すものである。第２の実施例では、ＩＣカード２０に内蔵されたＩＣチップ２５には、共振コイルであるループアンテナ２３と共振コンデンサ２４が並列に接続されているが、このループアンテナ２３は、中間タップＴによって第１のループアンテナ２１と第２のループアンテナ２２に分割されている。分割された第１のループアンテナ２１と第２のループアンテナ２２は、重ねられずに離れて配置される。ＩＣチップ２５は第１の実施例のＩＣチップ１７と同じものである。

中間タップＴの位置は、ループアンテナ２３の中点でなくても良く、中点でなければ、第１のループアンテナ２１と第２のループアンテナ２２でそれぞれ構成される共振回路の共振周波数を異ならせることができる。

図４は、図２に示した本発明の第１の実施例の第１のループアンテナ１３と第２のループアンテナ１４の具体的な形態を示すものであり、図２で説明した構成部材と同じ構成部材には同じ符号が付してある。この実施形態では、第１のループアンテナ１３のサイズが大きく形成され、メインループアンテナとして使用される。また、第２のループアンテナ１４のサイズは第１のループアンテナ１３のサイズより小さく形成され、サブループアンテナとして使用される。第１のループアンテナ１３と第２のループアンテナ１４は、電子機器、例えば、後述する携帯電話に内蔵される場合、異なる位置に設置される。

図５は図３に示した本発明の第２の実施例のループアンテナ２３の具体的な形態を示すものであり、図３で説明した構成部材と同じ構成部材には同じ符号が付してある。この実施形態では、第１のループアンテナ２１のサイズが大きく形成され、メインループアンテナとして使用される。また、第２のループアンテナ２２のサイズは第１のループアンテナ２１のサイズより小さく形成され、サブループアンテナとして使用される。第１のループアンテナ２１と第２のループアンテナ２２は、電子機器、例えば、後述する携帯電話に内蔵される場合、異なる位置に設置される。

図６は本発明の第３の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカード１０Ａの構成を示すものである。第３の実施例のＩＣカード１０Ａは、第１の実施例のＩＣカード１０に内蔵された第１のループアンテナ１３と第１のコンデンサ１５とからなる第１の共振回路１１と、第２のループアンテナ１４と第２のコンデンサ１６とからなる第２の共振回路１２に、更に並列に第３のループアンテナ４１と第３のコンデンサ４２とからなる第３の共振回路４３を加えたものである。ＩＣチップ１７は第１の実施例と同じものである。

第１の共振回路１１、第２の共振回路１２、及び第３の共振回路４３の共振周波数は、同一としても良いが、異ならせることもできる。共振周波数を異ならせる場合は、リーダ／ライタの通信周波数のずれを考慮して、例えば、第２の共振回路１２の共振周波数を、リーダ／ライタの通信周波数が高くなる方のずれに合わせて、リーダ／ライタの通信周波数よりも高い周波数に設定し、第３の共振回路４３の共振周波数を、リーダ／ライタの通信周波数が低くなる方のずれに合わせて、リーダ／ライタの通信周波数よりも低い周波数に設定しておけば、リーダ／ライタの通信周波数がどちらにずれても、ＩＣカード１０Ａとリーダ／ライタとの良好な通信が行える。

更に、ＩＣカード１０Ａ内で、第１のループアンテナ１３、第２のループアンテナ１４、及び第３のループアンテナ４１を重ねずに離して設置することもできる。第１のループアンテナ１３、第２のループアンテナ１４、及び第３のループアンテナ４１のサイズは同じでなくても良い。例えば、第１のループアンテナ１３のサイズを大きくしてメインループアンテナとし、第２のループアンテナ１４と第３のループアンテナ４１のサイズはこれより小さくして、サブループアンテナとすることができる。

図７は本発明の第４の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカード２０Ａの構成を示すものである。第２の実施例では、ＩＣカード２０Ａに内蔵されたＩＣチップ２５には、共振コイルであるループアンテナ２３と共振コンデンサ２４が並列に接続されているが、第４の実施例ではループアンテナ２３は、中間タップＴＡ，ＴＢによって第１のループアンテナ２６と，第２及び第３のループアンテナ２７，２８に３分割されている。分割された３つのループアンテナ２６，２７，２８は、重ねられずに離れて配置される。ＩＣチップ２５は第１の実施例のＩＣチップ１７と同じものである。

中間タップＴＡ，ＴＢの位置は、第１のループアンテナ２６が最も大きく、第２及び第３のループアンテナ２７，２８がこれより小さなサイズとなるような点に設けることができる。そして、第３の実施例と同様に、３つのループアンテナ２６、２７、２８とコンデンサ１４で決まる共振周波数を、リーダ／ライタの通信周波数のずれに合わせて設定すれば、リーダ／ライタの通信周波数がどちらにずれても、ＩＣカード２０Ａとリーダ／ライタとの良好な通信が行える。

図８は、図６に示した本発明の第３の実施例の第１のループアンテナ１３、第２のループアンテナ１４、及び第３のループアンテナ４１の具体的な形態を示すものであり、図６で説明した構成部材と同じ構成部材には同じ符号が付してある。この実施形態では、第１のループアンテナ１３のサイズが大きく形成されてメインループアンテナとして使用される。また、第２と第３のループアンテナ１４、４１のサイズは第１のループアンテナ１３のサイズより小さく形成され、サブループアンテナとして使用される。第１のループアンテナ１３と、第２と第３のループアンテナ１４、４１は、電子機器、例えば、後述する携帯電話に内蔵される場合、異なる位置に設置される。

図９は図７に示した本発明の第４の実施例のループアンテナ２３の具体的な形態を示すものであり、図７で説明した構成部材と同じ構成部材には同じ符号が付してある。この実施形態では、第１のループアンテナ２６のサイズが大きく形成されてメインループアンテナとして使用される。また、第２と第３のループアンテナ２７，２８のサイズは第１のループアンテナ２１のサイズより小さく形成され、サブループアンテナとして使用される。第１のループアンテナ２６と、第２と第３のループアンテナ２７，２８は、電子機器、例えば、後述する携帯電話に内蔵される場合、異なる位置に設置される。

図１０（ａ）は、本発明の第１及び第２の実施例のメインループアンテナとサブループアンテナを、アンテナを有する電子機器である携帯電話１に内蔵させた場合の、メインループアンテナとサブループアンテナの具体的な配置例を示すものである。第１と第２の実施例のメインループアンテナとサブループアンテナの携帯電話１における配置は、どちらも同じであるので、ここでは第１の実施例の符号を用いて説明する。

携帯電話１は、内蔵された充電池２とキーボードとを備える送話器側の第１の筐体３と、ディスプレイ４やカメラ等を備える受話器側の第２の筐体５から構成され、２つの筐体３３，５は、ヒンジ部６で結合されて折り畳み可能になっている。図示しないＩＣチップに接続するループアンテナは、第１の筐体３に一般に配置される。この例では、メインループアンテナである第１のループアンテナ１３は、充電池２の周囲に配置されており、サブループアンテナである第２のループアンテナ１４は充電池２とヒンジ部６の間の筐体の内部に配置されている。

従って、第１のループアンテナ１３は充電池２に含まれる金属の影響を受けることがあるが、第２のループアンテナ１４は充電池２から離れているので、充電池２に含まれる金属の影響をほとんど受けない。この結果、通信状況により、第１のループアンテナ１３が充電池２の金属の影響を受けている場合でも、第２のループアンテナ１４は充電池２からの影響を受け難く、通信性能を維持することができる。なお、第２のループアンテナ１４の配置は、充電池２等の影響を受けない筐体内であれば良く、充電池２とヒンジ部６の間の筐体の内部に限定されるものではない。

図１０（ｂ）は、本発明の第３及び第４の実施例のメインループアンテナとサブループアンテナを、アンテナを有する電子機器である携帯電話１Ａに内蔵させた場合の、メインループアンテナとサブループアンテナの具体的な配置例を示すものである。第３と第４のメインループアンテナとサブループアンテナの携帯電話１Ａにおける配置はどちらも同じであるので、ここでは第３の実施例の符号を用いて説明する。

携帯電話１Ａの構成は図１０（ａ）と同じであり、充電池２と図示しないキーボードを備えた送話器側の第１の筐体３と、ディスプレイ４やカメラ等を備えた受話器側の第２の筐体５を備えており、両者はヒンジ部６で結合されて折り畳み可能になっている。ＩＣチップに接続するループアンテナは、第１の筐体３に一般に配置され、この例では、第１のループアンテナ２６は充電池２の周囲に配置されており、第２と第３のループアンテナ２７，２８は充電池２とヒンジ部６の間の、筐体の内部に配置されている。

従って、第１のループアンテナ２６は充電池２に含まれる金属の影響を受けることがあるが、第２と第３のループアンテナ２７，２８は充電池２から離れているので、充電池２に含まれる金属の影響をほとんど受けない。この結果、通信状況により、第１のループアンテナ２６が充電池２の金属の影響を受けている場合でも、第２と第３のループアンテナ２７，２８は充電池２からの影響を受け難く、通信性能を維持することができる。第２と第３のループアンテナ２７，２８の配置は、充電池２等の影響を受けない筐体内であれば良く、充電池２とヒンジ部６の間の筐体の内部に限定されるものではない。第２と第３のループアンテナ２７，２８のサイズも同じでなくても良い。

以上、本発明を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本発明の容易な理解のために、本発明の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） ＣＰＵとメモリとを備えたＩＣチップを内蔵する筐体内に、前記ＩＣチップに接続して設けられ、リーダ／ライタとの間で所定の電磁波を送受信するループアンテナであって、
前記ループアンテナは、メインループアンテナと、前記メインループアンテナとは離れた位置に設置される少なくとも１つのサブループアンテナとから構成されることを特徴とするループアンテナ。
（付記２） 付記１に記載のループアンテナであって、
前記サブループアンテナと前記メインループアンテナとが並列に接続されて、前記ＩＣチップに接続されていることを特徴とするループアンテナ。
（付記３） 付記１に記載のループアンテナであって、
前記サブループアンテナと前記メインループアンテナとが直列に接続されて、前記ＩＣチップに接続されていることを特徴とするループアンテナ。
（付記４） 付記１から３の何れかに記載のループアンテナであって、
前記サブループアンテナの送受信周波数が、前記メインループアンテナの送受信周波数とは異なることを特徴とするループアンテナ。
（付記５） 付記１から３の何れかに記載のループアンテナであって、
前記サブループアンテナの送受信周波数が、前記メインループアンテナの送受信周波数と同一であることを特徴とするループアンテナ。
（付記６） 付記４に記載のループアンテナであって、
前記サブループアンテナの数が２個であり、
一方のサブループアンテナの送受信周波数は、前記リーダ／ライタの送受信周波数から周波数が高い側に所定周波数ずれた周波数に設定され、
他方のサブループアンテナの送受信周波数は、前記リーダ／ライタの送受信周波数から周波数が低い側に所定周波数ずれた周波数に設定されていることを特徴とするループアンテナ。
（付記７） 付記１から６の何れかに記載のループアンテナであって、
前記ループアンテナは、前記ループアンテナの一部に対してコンデンサが並列に接続されることにより得られる共振回路を備えることを特徴とするループアンテナ。
（付記８） 付記１から７の何れかに記載のループアンテナであって、
前記ループアンテナはＩＣカードに内蔵されることを特徴とするループアンテナ。
（付記９） 付記１から７の何れかに記載のループアンテナであって、
前記ループアンテナは電子機器の筐体に内蔵されることを特徴とするループアンテナ。
（付記１０） 付記９に記載のループアンテナであって、
前記電子機器が携帯電話であることを特徴とするループアンテナ。
（付記１１） 付記１０に記載のループアンテナであって、
前記メインループアンテナが前記携帯電話の充電池の周囲に配置され、前記サブループアンテナが前記充電池に隣接する筐体部分の、前記メインループアンテナに重ならない位置に設けられていることを特徴とするループアンテナ。
（付記１２） アンテナが組み込まれた電子機器であって、
前記アンテナが付記１に記載のループアンテナであることを特徴とする電子機器。

従来のループアンテナを内蔵したＩＣカードの構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカードの構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカードの構成を示す回路図である。 図２に示した本発明の第１の実施例のループアンテナの具体的な形態を示す回路図である。 図３に示した本発明の第２の実施例のループアンテナの具体的な形態を示す回路図である。 本発明の第３の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカードの構成を示す回路図である。 本発明の第４の実施例のループアンテナを内蔵したＩＣカードの構成を示す回路図である。 図６に示した本発明の第３の実施例のループアンテナの具体的な形態を示す回路図である。 図７に示した本発明の第４の実施例のループアンテナの具体的な形態を示す回路図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明のメインループアンテナとサブループアンテナを，電子機器である携帯電話に内蔵させた場合の具体的な配置例を示す、携帯電話の外観図である。

符号の説明

１、１Ａ 携帯電話
２ 充電池
１０，２０、１０Ａ，２０Ａ ＩＣカード
１１，２６ 第１のループアンテナ
１２，２７ 第２のループアンテナ
１５，１６，２４，４２ コンデンサ
１７，２５ ＩＣチップ
２３ ループアンテナ
２８、４１ 第３のループアンテナ

Claims (5)

1. ＣＰＵとメモリとを備えたＩＣチップを内蔵する筐体内に、前記ＩＣチップに接続して設けられ、リーダ／ライタとの間で所定の電磁波を送受信するループアンテナであって、
   前記ループアンテナは、メインループアンテナと、前記メインループアンテナとは離れた位置に設置される少なくとも１つのサブループアンテナとから構成されることを特徴とするループアンテナ。
2. 請求項１に記載のループアンテナであって、
   前記サブループアンテナと前記メインループアンテナとが並列に接続されて、前記ＩＣチップに接続されていることを特徴とするループアンテナ。
3. 請求項１に記載のループアンテナであって、
   前記サブループアンテナと前記メインループアンテナとが直列に接続されて、前記ＩＣチップに接続されていることを特徴とするループアンテナ。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のループアンテナであって、
   前記サブループアンテナの送受信周波数が、前記メインループアンテナの送受信周波数とは異なることを特徴とするループアンテナ。
5. アンテナを有する電子機器であって、
   前記アンテナが請求項１に記載のループアンテナであることを特徴とする電子機器。

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