JP2009290416A - 非接触通信アンテナ装置及び携帯通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯通信端末間で接触通信を行う場合に、両端末が任意の向きにされた場合でも良好な通信特性の非接触通信が行えるようにする。
【解決手段】
ＲＦＩＤアンテナ１０はそのアンテナ面が少なくとも縦横比が異なった形状である。ＲＦＩＤアンテナ１０は、そのアンテナ中心を通り且つアンテナ面に対して略々直交する回動軸部１６により回動自在に軸支されている。また、ＲＦＩＤアンテナ１０のアンテナ面上には、回動軸部１６によるアンテナ１０の回動と一体化するように回動する永久磁石１１が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばいわゆるＲＦＩＤ（Radio Frequency-Identification：電波方式認識）にて非接触通信を行うための非接触通信アンテナ装置、及びその非接触通信アンテナ装置を備えた携帯通信端末に関する。

近年は、ＲＦＩＤによる非接触通信を行う通信システムが広く普及しており、この通信システムにより、例えば通貨を用いない金銭取引や交通機関の自動改札制御などが実用化されている。

また、携帯通信端末の代表例である携帯電話端末のなかには、ＲＦＩＤの非接触ＩＣカード機能と非接触ＩＣカードリーダライタ機能の双方を搭載し、それら機能を適宜切り替え可能とした機種も商品化されつつある。なお、以下の説明では、ＲＦＩＤの非接触ＩＣカード機能を単にＩＣカード機能と表記し、非接触ＩＣカードリーダライタ機能を単にリーダライタ機能と表記する。また、携帯通信端末にてＩＣカード機能が使用されている時の動作モードをカードモードと表記し、リーダライタ機能が使用されている時の動作モードをリーダライタモードと表記する。

また、特開２００７−８８６６１号の公開特許公報（特許文献１）には、非接触ＩＣカード機能と非接触ＩＣカードリーダライタ機能の両方を備えた情報処理装置が開示されている。この公報に記載の装置は、所定形状で巻かれた第１の巻き数の給電素子と、給電素子の内側又は外側に設けられ、所定形状で巻かれた第２の巻き数の無給電素子とからなるループアンテナを備えている。これにより、この公報記載の装置は、カードモードとリーダライタモードの何れにおいても通信感度を向上させることが可能となっている。

特開２００７−８８６６１公報（図８）

ところで、非接触通信を行う際には、リーダライタ側とＩＣカード側の両アンテナ面が略々相対向するようになされ、且つ、それらの両アンテナ中心が略々合うようにリーダライタ側とＩＣカード側の位置関係を保つことが推奨されている。但し、リーダライタ側とＩＣカード側の両アンテナ中心を軸（つまり略々アンテナ中心を通り且つアンテナ面に対して略々直交する軸）とした回転方向の角度については特に定められていない。

このため、例えば図１２のように、携帯電話端末１００に搭載された非接触通信用のアンテナ形状が長方形状のような縦横比等の異なった形状である場合、同一の端末同士を相対向させた時の向き（回転方向の角度）によっては通信特性が劣化することがある。

すなわち例えば、図１３に示すように、同一の端末１００，１１０の筐体長尺方向及び短尺方向をそれぞれ略々合わせた状態で相対向させて非接触通信を行う場合には、良好な通信特性を得ることができる。これに対し、例えば図１４に示すように、端末１００の筐体長尺方向と端末１１０の短尺方向とが並行するようにして両端末を相対向させて非接触通信を行う場合には、良好な通信特性が得られなくなる。つまり図１３の場合は、両端末の非接触通信用アンテナ１０１，１１１の略々全面が相対向することになるため、良好な通信特性が得られるのに対し、図１４の場合は、両アンテナ１０１，１１１で相対向する部分の面積が少なくなるため十分な通信特性が得られなくなる。この図１４の例のような場合、通信特性の劣化により非接触通信そのものが出来なくなることも有り得る。

一方で、携帯電話端末等を用いて非接触通信を行う場合、一般ユーザが常に図１３の例のように両端末の向きを揃えるとは限らない。したがって、例え両端末が任意の向きになされた場合であっても、常に良好な通信特性で非接触通信を行えるようにすることが望まれる。

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、例えば携帯通信端末間でＲＦＩＤの非接触通信を行う場合において、両端末が任意の向きにされた場合でも良好な通信特性での非接触通信が可能となる非接触通信アンテナ装置及び携帯通信装置を提供することを目的とする。

本発明は、非接触通信用アンテナ部のアンテナ面形状が少なくとも縦横比の異なった形状である時、その非接触通信用アンテナ部を回動可能とする。このため、非接触通信用アンテナ部は、そのアンテナ中心を通り且つアンテナ面に対して略々直交する回動軸を有する回動機構部により回動自在に軸支される。また、非接触通信用アンテナ部のアンテナ面上又はその近傍には、回動機構部による非接触通信用アンテナ部の回動と一体化して回動する磁石部が設けられている。本発明は、これにより上述した課題を解決する。

すなわち、本発明によれば、縦横比等の異なった形状のアンテナ面を有する非接触通信用アンテナ部が回動自在に軸支され、且つ、その非接触通信用アンテナには磁石が取り付けられている。したがって、例えば他の磁石のＳ極，Ｎ極が近づくと、非接触通信用アンテナに取り付けられている磁石が、当該他の磁石のＳ極，Ｎ極の向きより引きつけ若しくは反発し、それに伴って非接触通信用アンテナが回動することになる。

本発明においては、縦横比等が異なるアンテナ面の非接触通信用アンテナ部を回動自在に軸支すると共に、そのアンテナ部に一体化して磁石部を設けることで、互いに非接触通信を行う携帯通信端末が各々任意の向きにされた場合でも、良好な通信特性で非接触通信が行える。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

なお、以下の実施形態では、本発明の携帯通信端末の適用例として、非接触ＩＣカード機能と非接触ＩＣカードリーダライタ機能の両方を備えた携帯電話端末を挙げている。勿論、ここで説明する内容はあくまで一例であり、本発明はこの例に限定されないことは言うまでもない。以下、本実施形態の説明において、ＲＦＩＤの非接触ＩＣカード機能を単にＩＣカード機能と表記し、非接触ＩＣカードリーダライタ機能を単にリーダライタ機能と表記する。また、本実施形態の携帯電話端末にてＩＣカード機能が起動された時の動作モード（第１の非接触通信モード）をカードモードと表記し、リーダライタ機能が起動された時の動作モード（第２の非接触通信モード）をリーダライタモードと表記する。さらに、本実施形態の携帯電話端末に搭載されているＲＦＩＤ用のアンテナは、例えば長方形状のような縦横比等の異なった異形形状となされているとする。

〔アンテナ及びその回動機構〕
図１には、本発明の非接触通信用アンテナ装置の主要部の構成として、携帯電話端末に搭載されているＲＦＩＤ用のアンテナ１０と、当該ＲＦＩＣアンテナ１０を回動自在とする回動機構の概略的な構成例を示す。

図１において、ＲＦＩＤアンテナ１０は、縦横の比率等が大きく異なる例えば長方形状となされており、そのアンテナ面が携帯電話端末の例えば筐体背面側の内壁面と略々並行になるように当該端末筐体内部に組み込まれている。

上記ＲＦＩＤアンテナ１０のアンテナ面の略々中央部分には、Ｎ極とＳ極を有する永久磁石１１が例えば接着等により固定されている。なお、図１の例では、永久磁石１１として長方形の板状のものを図示しているが、棒状等の他の形状のものであっても良い。またこの例では、アンテナ面上に永久磁石１１が固定された例を挙げているが、当該永久磁石１１は、後述する回動軸部１６によってＲＦＩＤアンテナ１０と共に回動するのであればアンテナ面以外の場所に設けられていても良い。当該永久磁石１１は、Ｎ極側端部とＳ極側端部の間の中央部と、ＲＦＩＤアンテナ１０のアンテナ中心とが略々一致すると共に、ＲＦＩＤアンテナ１０の長尺方向の一方の端部側がＮ極側となり、他方の端部側がＳ極側となるように配されている。なお、以下の説明では、上記永久磁石１１のＮ極側端部とＳ極側端部との間の中央部を極間中心と表記することにする。

上記ＲＦＩＤアンテナ１０のアンテナ中心及び上記永久磁石１１の極間中心には、例えば円柱状の回動軸部１６の一方の端部が固定されている。当該回動軸部１６は、その円柱軸を回動軸として回動可能となされている。また、この回動軸部１６の他方の端部側には、後述するストッパ機構２０にて係止された時に当該回動軸部１６の回動を制限し、一方、ストッパ機構２０による係止が外された時には当該回動軸部１６の回動制限を解除するためのストッパ係合部１５が固定されている。すなわち本実施形態では、上記ストッパ係合部１５がストッパ機構２０による係止から外された時に、上記回動軸部１６と共に上記ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１が回動自在な状態となる。なお、上記回動時の回動可能な角度は、少なくとも１８０度以上にすることが望ましい。但し、ＲＦＩＤアンテナ１０と回路部とを電気的に接続するケーブルの捻れを少なくするためなどの理由から、３６０度以上の回動角度については規制することが望ましい。

ストッパ機構２０は、ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１の回動を制限する場合には、上記ストッパ係合部１５を係止し、逆に、ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１の回動制限を解除する場合には、上記ストッパ係合部１５の係止を外すような機構を有している。

図１，図２，図６には、ストッパ機構２０により上記ストッパ係合部１５が係止されている状態を示している。一方、図３〜図５と図７，図８には、ストッパ係合部１５がストッパ機構２０による係止から外されたことで、ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１が回動可能となっている状態を示している。なお、図１〜図８では、図示の都合上、各部の縮尺は実際の縮尺とは異なっており、適宜変更されている。また、図２〜図５では、説明の都合上、実際には他の部材により隠れてしまう部分についても透過した状態で図示している。

上記ストッパ機構２０は、図１〜図８に示すように、主要な構成要素として、筐体取付部２１ａ，２１ｂと、摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂと、摺動レール部１４と、ストッパ衝止部２２ａ，２２ｂとを有して構成されている。

筐体取付部２１ａ，２１ｂは、図示を省略している携帯電話端末の筐体内壁面等に取り付けられることにより、当該ストッパ機構２０を携帯電話端末の筐体内壁面等に固定するためのものである。なお、図示は省略しているが、筐体内壁面への固定は、例えばネジ止めや接着等によりなされる。

ストッパ衝止部２２ａ，２２ｂは、それぞれ対応した筐体取付部２１ａ，２１ｂに固定されており、筐体内壁面に対して例えば略々垂直方向の面を有する板状の部材により形成されている。以下、ストッパ衝止部２２ａ，２２ｂの、上記筐体内壁面に対して垂直方向の面を、衝止面と表記する。これらストッパ衝止部２２ａ，２２ｂの両衝止面は、互いに相対向するように配置されている。また、これらストッパ衝止部２２ａ，２２ｂの両衝止面には、それら両面間を掛け渡すように摺動レール部１４が固定されている。

上記摺動レール部１４は、図３や図７中の矢印Ｓａ，Ｓｂ方向に摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂを摺動可能とするためのレール部である。すなわち本実施形態の場合、摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂは、当該摺動レール部１４上を矢印Ｓａ，Ｓｂ方向に摺動可能となっている。

摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂは、上記摺動レール部１４上を摺動して、例えば当該摺動レール部１４の略々中央部分で互いに突き当たった状態となったときに、上記ストッパ係合部１５の外形状と略々一致する形状の穴部を形成する。したがって、この状態の時には、上記穴部に上記ストッパ係合部１５が係合することになる。これにより、図１，図２，図６に示したように、上記ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１は回動不能な状態となる。

一方、摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂは、上記摺動レール部１４上を摺動して、上記ストッパ衝止部２２ａ，２２ｂの各衝止面側へ移動した時に、上記穴部が開くようになされている。したがって、当該穴部が開いた状態の時には、上記ストッパ係合部１５の係合が解かれることになる。これにより、図４，図５，図８の図中矢印Ｒに示すように、上記ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１は回動可能な状態となる。

なお、図の例では、摺動レール部１４は四角柱状となされているが、円柱状等の他の形状であっても良い。もちろんその場合、摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂの摺動部分の形状も摺動レール部１４の形状に合わせたものとなる。

さらに本実施形態の場合、これら摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂは、図示しないモータ等の駆動装置と例えばラックピニオン機構などにより、上記摺動レール部１４上を摺動するように駆動される。

また本実施形態の場合、図９に示すように、例えば回動軸部１６には、バネ２４が繋がれている。さらに上記バネ２４と回動軸部１６との間には、上記モータの駆動力をバネ力に変換する力変換機構２３が設けられている。当該力変換機構２３は、摺動レール部１４上で摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂ同士を近づける方向へ移動させるモータ駆動がなされた時には、当該バネ２４に対して圧縮又は伸張する方向への力を加える。当該バネ２４に対して圧縮又は伸張する方向へ力が加えられた時のバネ力は、具体的には、ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１の位置を、図１，図２，図６の配置になる方向へ回動軸部１６を回動させるための力となされている。逆に、摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂ同士を離す方向へ移動させるモータ駆動がなされた時には、力変換機構２３は、上記バネ２４のバネ力を完全に開放する。なお、当該力変換機構２３については既存の様々な構成を流用可能である。

上述のように、摺動レール部１４上で摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂ同士が近づく方向へ移動した時には、上記バネ２４のバネ力が回動軸部１６へ加えられることになり、図１，図２，図６の配置になる方向へＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１が回動することになる。一方、摺動レール部１４上で摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂ同士が離れる方向へ移動した時には、当該バネ２４のバネ力が完全に解放されることにより、図４，図５，図８のように、ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１は自由に回動可能となる。

〔アンテナの回動例〕
ところで、上述した本実施形態の携帯電話端末同士で非接触通信を行う場合、上記リーダライタ側とＩＣカード側の両アンテナ面が略々相対向するようになされ、且つ、それらの両アンテナ中心が略々合うようにリーダライタ側とＩＣカード側が配置されることになる。

ここで、本実施形態の携帯電話端末において、例えばリーダライタ側となされた端末（リーダライタモードの端末）では、前述の図４，図５，図８のようにＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１が自由に回動可能な状態となされる。すなわち、リーダライタモードになされると、その携帯電話端末は、ストッパ係合部１５の係止を外すようにストッパ機構２０を駆動し、前記バネ２４のバネ力を完全に解放させて、ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１を自由に回動可能とする。一方、カード側となされた携帯電話端末では、前述の図１，図２，図６のようにＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１の位置が固定される。すなわち、カード側の携帯電話端末は、上記ストッパ係合部１５を係止するようにストッパ機構２０が駆動され、ＲＦＩＤアンテナ１０及び永久磁石１１の向きが固定される。

これにより、リーダライタ側の携帯電話端末のＲＦＩＤアンテナ１０の向きは、当該アンテナ１０に取り付けられている永久磁石１１のＮ極，Ｓ極が、カード側のＲＦＩＤアンテナ１０の永久磁石１１のＮ極，Ｓ極と引き合うよう位置で止まることになる。すなわち、カード側の携帯電話端末１のアンテナ３向きが図１０の例のようになされている場合、リーダライタ側の携帯電話端末２のアンテナ４は、当該カード側端末のアンテナ３の向きに合うようになる。

〔携帯電話端末の基本構成〕
図１１には、上記カード機能とリーダライタ機能の両方を備えた携帯電話端末の概略的な内部構成を示す。

図１１において、通信アンテナ５３と通信回路５２は、例えば通話や電子メール等のパケット通信のための信号電波を送受信し、それら送受信信号の周波数変換、変調と復調等を行う。

操作部５５は、携帯電話端末の筐体上に設けられているテンキーや発話キー、終話／電源キー等の各キーや十字キー等のキーデバイスと、それらキーデバイスが押下操作等された時の操作信号を発生する操作信号発生器とからなる。

モータ制御部６２は、前述した摺動・ストッパ係止部１２ａ，１２ｂを摺動レール部１４上で移動させるストッパモータ６３等の駆動を制御する。

非接触通信部６０は、永久磁石付きのＲＦＩＤアンテナ６１（前述の永久磁石１１が取り付けられたＲＦＩＤアンテナ１０）を用いた非接触通信を行うための信号処理回路である。

メモリ部５４は、例えばＯＳ（Operating System）プログラムや、制御部５１が各部を制御するための制御プログラム、リーダライタモードやカードモードに応じてモータ制御部６２を制御するためのプログラム、非接触通信部６０の制御や信号送受を行うためのプログラム等を記憶する。また、メモリ部５４は、それら制御プログラムの他に、各種のアプリケーションプログラム、各種データを記憶し、また、制御部５１の作業領域として随時データを格納する。なお、メモリ部５４の各プログラムは、ディスク状記録媒体や外部半導体メモリ等を介して格納されたり、外部インターフェースを通じたケーブル或いは無線を介して格納されたものであっても良い。

制御部５１は、ＣＰＵからなり、本実施形態の携帯電話端末の各部の制御と各種信号処理の制御、非接触ＩＣ制御プログラムの実行に伴う各種制御及び信号処理、モータ制御部６２の駆動制御等を行う。

その他ブロック６４は、一般的な携帯電話端末に設けられる他のすべての構成要素からなる部分である。これら他の全構成要素の説明は省略する。

〔まとめ〕
本発明実施形態によれば、図１０に示したように、カード側の携帯電話端末１のＲＦＩＤアンテナ３の向きに合うように、リーダライタ側の携帯電話端末２のアンテナ４の向きが自動的に変化するため、両端末１，２が任意の向きに合わされた場合でも良好な通信特性での非接触通信が可能となる。したがって、同一の携帯電話端末同士であれば、カード側端末がどのような向き、つまりアンテナ中心を通り且つアンテナ面に対して略々直交する軸を中心とした回転方向の角度がどのような角度であったとしても、非接触通信が可能となる。

また、本実施形態では、リーダライタ側のＲＦＩＤアンテナ１０を自由に回動可能としており、カード側のＲＦＩＤアンテナ１０を固定することで、リーダライタ側に翳す方のカード側端末の向きの自由度を上げることが可能となっている。

なお、上述した本発明の実施形態の説明は、本発明の一例である。このため、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんである。

本実施形態では、携帯電話端末を例に挙げたが、その他の各種携帯通信端末にも適用可能である。また、本発明は携帯型の端末に限定されず、据え置き型の端末にも適用可能である。

本実施形態の携帯電話端末に搭載されているＲＦＩＤ用のアンテナと、そのＲＦＩＣアンテナを回動可能とする回動機構の概略的な構成例を示す概略斜視図である。 図１の構成を正面側から観た一部透過した正面図であり、ストッパ機構によりストッパ係合部が係止されている状態を示す図である。 図１の構成を正面側から観た一部透過した正面図であり、ストッパ機構によりストッパ係合部の係止が外された状態を示す図である。 図１の構成を正面側から観た一部透過した正面図であり、ストッパ機構による係止が外されることでＲＦＩＤアンテナ等が回動している途中の状態を示す図である。 図１の構成を正面側から観た一部透過した正面図であり、ストッパ機構による係止が外されることでＲＦＩＤアンテナ等が回動した状態の一例を示す図である。 図１の構成を側面側から観た側面図であり、ストッパ機構によりストッパ係合部が係止されている状態を示す図である。 図１の構成を側面側から観た側面図であり、ストッパ機構によりストッパ係合部の係止が外された状態を示す図である。 図１の構成を側面側から観た側面図であり、ストッパ機構による係止が外されることでＲＦＩＤアンテナ等が回動している状態を示す図である。 バネと力変換機構の説明に用いる模式図である。 カード側端末の向きに応じてリーダライタ側端末のＲＦＩＤアンテナの向きが変化した状態の説明に用いる図である。 カード機能とリーダライタ機能の両方を備えた携帯電話端末の概略的な内部構成を示すブロック図である。 縦横比等の異なった形状のＲＦＩＤアンテナが搭載された従来の携帯電話端末の説明に用いる図である。 縦横比等の異なった形状のＲＦＩＤアンテナを備えた従来の携帯電話端末同士で非接触通信を行う場合において、良好な通信特性が得られる両端末の配置例を示す図である。 縦横比等の異なった形状のＲＦＩＤアンテナを備えた従来の携帯電話端末同士で非接触通信を行う場合において、良好な通信特性が得られなくなる両端末の配置例を示す図である。

符号の説明

１，２ 携帯電話端末、３，４，１０ ＲＦＩＤアンテナ、１１ 永久磁石、１２ａ，１２ｂ 摺動・ストッパ係止部、１４ 摺動レール部、１５ ストッパ係合部、１６ 回動軸部、２０ ストッパ機構、２１ａ，２１ｂ 筐体取付部、２２ａ，２２ｂ ストッパ衝止部、２３ 力変換機構、２４ バネ

Claims (7)

1. 少なくとも縦横比が異なった形状のアンテナ面を有する非接触通信用アンテナ部と、
   上記非接触通信用アンテナ部を、そのアンテナ中心を通り且つアンテナ面に対して略々直交する軸により回動自在に軸支する回動機構部と、
   上記非接触通信用アンテナ部のアンテナ面上又はその近傍に設けられ、上記回動機構部による上記非接触通信用アンテナ部の回動と一体化して回動する磁石部と、
   を有する非接触通信アンテナ装置。
2. 上記回動機構部は、回動制限と当該回動制限の解除とを行うストッパ部を有する請求項１記載の非接触通信アンテナ装置。
3. 少なくとも縦横比が異なった形状のアンテナ面を有する非接触通信用アンテナ部と、
   非接触通信のための非接触通信回路部と、
   上記非接触通信用アンテナ部を、そのアンテナ中心を通り且つアンテナ面に対して略々直交する軸により回動自在に軸支する回動機構部と、
   上記非接触通信用アンテナ部のアンテナ面上又はその近傍に設けられ、上記回動機構部による上記非接触通信用アンテナ部の回動と一体化して回動する磁石部と、
   少なくとも上記非接触通信回路部による非接触通信と上記回動機構部における回動を制御する制御部と、
   を有する携帯通信端末。
4. 上記回動機構部は、回動制限と当該回動制限の解除とを行うストッパ部を有する請求項３記載の携帯通信端末。
5. 上記非接触通信回路部は、第１の非接触通信モードと第２の非接触通信モードを切り替えて何れか一方の非接触通信モードによる非接触通信を行い、
   上記制御部は、上記非接触通信回路部による非接触通信モードが何れであるかに応じて、上記ストッパ部の回動制限と回動制限解除の何れを行うかを決定する請求項４記載の携帯通信端末。
6. 上記第１の非接触通信モードは非接触ＩＣカードとして非接触通信を行うモードであり、上記第２の非接触通信モードは非接触ＩＣカードリーダライタとして非接触通信を行うモードであり、
   上記制御部は、上記第２の非接触通信モード時に上記ストッパ部による回動制限を解除する請求項５記載の携帯通信端末。
7. 上記第１の非接触通信モードは非接触ＩＣカードとして非接触通信を行うモードであり、上記第２の非接触通信モードは非接触ＩＣカードリーダライタとして非接触通信を行うモードであり、
   上記制御部は、上記第１の非接触通信モード時に上記ストッパ部による回動制限を行う請求項５記載の携帯通信端末。

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