JP2012517718A - アンテナ付き手首装着装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、裏面カバーと、前記裏面カバーに平行な前面カバーと、それらの間の周囲壁を有する外側筐体を備え、前記壁が、裏面カバーと前面カバーに垂直である手首装着装置に関する。装置は、電磁信号を送受信可能な少なくとも１つのスロット・アンテナをさらに備え、前記スロット・アンテナは、少なくとも一部が導電性材料で形成され、装置の筐体に嵌合したケースを備えている。ケースは、一側が、筐体の壁と略共通の面に位置する外面によって限定されている。裏面カバーと前面カバーに略垂直な方向に延在するスロットがケースの前記外面に形成されて、それにより、ケースの内部はスロット・アンテナのキャビティを形成している。

Description

本発明は、裏面カバーと、前記裏面カバーと平行な前面カバーと、その間の周囲壁とを有する外側筐体を備え、前記壁は、裏面カバーならびに前面カバーに略垂直である手首装着装置に関する。手首装着装置は、例えば、リストトップ・コンピュータまたは腕時計である。装置は、さらに、電磁信号を送受信可能な少なくとも１本のアンテナを備える。

装置へまたは装置から無線データを転送するためのアンテナを備えた各種腕時計またはリストトップ・コンピュータが存在する。

例えば、英国特許公開２４３１５２２では、筐体にスロット・アンテナを設けるために形成したスロットを有する外側筐体を備えた手首装着装置を開示している。スロットの長手方向は、手首装着装置の文字板部分と平行であり、通信ネットワークと無線通信するために使用される。

ＧＢ２４３１５２２Ａ

従来技術では、各種の可搬レーダー速度計も周知である。レーダー速度計は、通常、第１のアンテナに伴うレーダー送信器と、第２のアンテナに伴うレーダー受信機を備える。パッチアンテナまたはロッドアンテナは、この種の適用方法に使用されることが多い。これらのアンテナ技術の欠点は、金属の腕時計のケースの埋め込み式組立体にはあまり適していないという点である。さらに、容量性負荷により、パッチアンテナでは、人間の皮膚の近傍では離調しやすく、一方、ロッドアンテナでは、その周囲に対して明らかに非常に感度が高く、手首装着装置に組み込まれると、その内部の構造に影響される。

本発明は、レーダー速度計を手首装着装置に組み込むことを目的としている。特に、この組み込みは、手首装着装置の外側筐体用に選択された材料に依存しない、すなわち、プラスチックの筐体と同じように金属の筐体でも可能でなければならない。

この目的は、導電性を有する内面を有し、筐体に取り付けられたケースを備えた、少なくとも１本のスロット・アンテナを有する請求項１に記載の手首装着装置によって達成される。前記ケースは、一側が筐体の壁と略共通の面に位置する外面によって限定される。裏面カバーと前面カバーに略垂直な方向に延在するスロットがケースの前記外面に形成されて垂直なスロットを形成しており、それによってケースの内側には、スロット・アンテナのキャビティが形成される。

導電性の内面を有するスロット・アンテナのケースは、スロット・アンテナ用のキャビティとしての役割を果たす。本発明は、特に金属性の導電性材料からなる筐体を有する手首装着装置、およびプラスチック製の筐体を有する装置とともに使用することができる。スロット・アンテナは、放射特性に関しては、腕時計のケースの内部の変形に対して非常に頑強(robust)であり、上記のようなレーダー速度計への適用には特に適している。さらに、メインビームの水平パターンの幅を非常に大きくすることができる。

本発明の好ましい実施形態は、従属の請求項および以下に記載され説明される。

本発明の好ましい実施形態によると、装置は、ケースとこのケースの外面にスロットをそれぞれ有する２つのスロット・アンテナを備え、周囲壁は、二つのケースの外面の間に位置する高インピーダンス部を備えている。２つのスロット・アンテナを有する実施形態は、１本のアンテナにレーダー送信器を備え、他方にレーダー受信機を備えることができるので、特に、レーダー速度計への適用に適している。しかしながら、注目すべきは、一方のスロット・アンテナのみを使用することができる点である。この場合、トランシーバー側のサーキュレータとして別の無線要素を設ける必要がある。このような解決法は、牽引アンテナを使用する解決法よりも多少コストが上がるが、美的、デザイン的に好ましい場合もある。

２つのスロット・アンテナを採用する場合、二つのケースの外面の間に位置する高インピーダンス部により、２つのスロットの間の表面結合が低減する。

第１のアンテナのスロットは、第２のアンテナのスロットに対して傾斜させることができる。こうした配置は、デザイン的理由から選択すればよい。

好ましい実施形態によると、外側筐体は、少なくとも部分的に導電性材料、特に金属で構成され、スロット・アンテナのケースは、前記外側筐体から電気的に絶縁されている。よって、通常、金属製の筐体で起こる、腕時計のケースと１本または２つのアンテナとの間の静電結合は、大幅に低減する。

本発明の別の実施形態によると、外側筐体は、実質的に非導電性材料から構成されている。例えば、周囲壁と裏面カバーはプラスチック材から構成でき、一方、前面カバーは、ガラスまたは透明部分を有するプラスチック材から構成できる。

このようなプラスチック製の筐体を使用すると、装置は、周囲壁上に、少なくとも一つの導電性表面を有利に備える。この導電性表面は、スロット・アンテナのケースの隣接する外側表面とともに、連続的なアンテナ表面を形成する。このように大きいアンテナ表面は、放射パターンの改善に役立つ。

本発明の好ましい実施形態によると、この装置は、さらに裏面カバーの面に位置するとともに、スロット・アンテナの下方の領域で壁から突出する遮蔽要素を備える。２つのスロット・アンテナを設ける場合、共通の遮蔽要素を２つのスロット・アンテナの下方の領域に設けるか、あるいは、二つの別の遮蔽要素をそれぞれのスロット・アンテナの下方に一つずつ設けてもよい。遮蔽により主要なローブの指向性が傾くので、放射が使用者の手首から離れる方向に誘導される。

好ましくは、装置は、レーダー信号を生成するとともに第１のスロット・アンテナならびに受信機に接続された送信器と、前記受信機に接続された信号処理器をさらに備え、受信機は、第２のスロット・アンテナに接続されている。

信号処理器は、第２のスロット・アンテナによって取得した信号を使って手首装着装置を装着している人の速度を計算するように配置することができる。装置は、速度および／または信号処理器で計算した移動距離を表示するように配置した表示手段をさらに備えていてもよい。

本発明の主題については、図面を参照しながら下記にさらに詳しく説明する。

図１は、本発明による装置の斜視図である。 図２は、図１の軸ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図３は、図１および２に示す装置の電子構成要素のブロック図である。

下記の説明は、図示するために選択した本発明のある特定の実施形態を説明することを意図したものであるが、添付の特許請求の範囲を除き、本発明を定義または限定するものではない。

図１は、手首装着装置、この場合には腕時計の斜視図である。この装置は、裏面カバー３と前面カバー４、この場合、針６，７を伴う文字板と、電子表示装置２０とを覆うガラスを有する外側筐体１を備える。周囲壁２が裏面カバー３と前面カバー４との間に設けられ、筐体１を完成させる。この壁２は、前面カバー４と裏面カバー３に略垂直であるように図示しているが、環状もしくは丸みを帯びた形状、または腕時計のデザインで知られるその他の形状でもよい。裏面カバー３と前面カバー４は、円形であるように図示しているが、本発明の範囲にもとることなく、楕円でも、矩形でも、縁部に丸みをつけてもつけなくてもよいことに注目すべきである。

図１に示す装置は、ブロック形状のケース８ｂ、９ｂ、およびスロット８ａ、９ａをそれぞれ有する２つのスロット・アンテナ８，９を備える。ケース８ｂ、９ｂは、金属または内面を金属で被覆した別の材料で構成し、スロット・アンテナ８，９用のキャビティを形成する。このキャビティは、テフロン（登録商標）、誘電セラミック材、または適した樹脂などのように、比誘電率が高く誘電損が低い誘電体で充填することができる。キャビティ付きスロット・アンテナは、従来技術で周知であり、その機能の原理についてはここでは説明しない。しかしながら、注目すべきは、必要とされる最低スロット長はレーダー信号の波長、誘電充填材の誘電率とスロットの形状などによって異なる。本出願では、手首装着装置の高さｅ（図１参照）を低くできるよう、一般的にスロット長はできるだけ短くするのが好ましい。そのためには、スロットの形状を適応させればよい。例えば、図に示すような縦方向の主要スロットを有するスロットを使用し、それをこの主要スロットに垂直なすなわち、前面カバー４と裏面カバー３に平行な、別のスロット構造とすることが可能である。

両ケース８ｂ、９ｂは、筐体の周囲壁２と一致する外面８ｃ、９ｃを有し、スロット８ａ、９ａは、前記外面にそれぞれ形成されている。外面８ｃ、９ｃは金属で被覆されているか、もしくは金属で形成され、下記に説明するように、隣接する金属板８ｄ、９ｄとともにアンテナ表面を形成する。図１に示す実施形態では、両スロット８ａ、９ａは、裏面カバー３と前面カバー４に垂直な方向を向いており、よって、互いに平行である。しかし、スロット８ａ、９ａのうちの一方は、スロット８ａ、９ａの他方に対してわずかに傾斜しており、よって、この場合、裏面カバー３と前面カバー４に対して厳密には垂直ではない。スロットを垂直軸に対して傾斜させてもよい。また、例えば、スロット８ａ、９ａは、裏面カバー３と前面カバー４に対して厳密に垂直であるかわりに、前面カバー４とスロット８ａ、９ａとの間の角度が９０度未満となるように配置することができる。この場合、放射は、使用者の手首から離れる方向に向く。上記のように、スロット８ａ、９ａの長さは異なる要素で決定するが、通常は、図２に示すように周囲壁２の高さｅよりわずかに短い。

図１に示す実施形態では、筐体１および、特に壁２は、プラスチック材から形成されている。スロット・アンテナ８，９の二つのケース８ｂ、９ｂは、直接隣接しておらず、一定の距離ｄを隔てて配置され、よって、電気的には互いに絶縁されている。しかし、本発明は、プラスチック製の筐体を有する装置に限定されておらず、筐体１が完全に金属で構成されていても、金属のパーツを備えていてもよい。周囲壁２は、導電性材料から形成され、外側表面８ｃ、９ｃ間の壁２には、高インピーダンス部が設けられている。このような高インピーダンス部により、表面波を介する２つのアンテナの結合を回避することができる。単純な解決法は、２つのスロット・アンテナ８，９間の周囲壁２の表面にプラスチックのインサートまたはプラスチック要素を塗布することである。あるいは、光バンドギャップ構造のように、金属壁２に形成した、適した幾何学構造を使用することもできる。

図１および２に示した実施形態では、２枚の金属板８ｄ、９ｄが、周囲壁２上のアンテナ８，９の外側表面８ｃ、９ｃのそれぞれの左側と右側に設けられている。これらの金属板８ｄ、９ｄの導電性表面は、スロット・アンテナ８，９の各外側表面８ｃ、９ｃとともに連続するアンテナ表面を形成し、それによって放射パターンが改善される。壁２自体が、ステンレス鋼またはその他の金属のように導電性材料で形成されている場合には、金属板を装置の筐体１の周囲壁２に貼る必要はないことは明らかである。そのような場合、筐体１の部分、特に壁２の部分は、直接アンテナ表面の部分であってもよい。

図１では、水平放射パターンを参照番号１０，１１で示している。外側表面８ｃ、９ｃの大きさと金属板９ｃ、９ｄの大きさをそれぞれ適した大きさに選択していれば、水平パターンのビーム幅α（図１参照）は１５０度を超え、好ましくは１８０度以上である。必要な値のアンテナの減結合を実現するためには、２つのスロット・アンテナ８，９の間には、適した距離を選択しなければならない。

筐体１は、裏面カバー３の面に位置し、壁２のスロット・アンテナ８，９の下およびそれら相互間に位置する壁２の部分の下から突出する遮蔽要素５を有する。この遮蔽の効果は、図１の軸ＩＩ−ＩＩに沿って切断した図である図２を見れば明らかである。遮蔽５が、裏面カバー３の面に対するメインビームの指向性の方向１３を、図２においてγで示す傾斜角で傾斜させていることがわかる。これにより、使用者を、装置が発し、受け取る放射から保護し、装置を装着している使用者の組織内で信号が減衰するのを回避することができる。取得した縦方向の放射パターンを図２に示し、参照番号１２で表す。縦方向のパターン１２のビームの幅βは、９０度を超えてもよい。

図３は、図１および２で示す装置内でレーダー速度計の実施に必要な電子構成要素を示すブロック図である。第１のスロット・アンテナ８に連なる送信系回路（送信チェーン）１４は、レーダー送信器１７を備え、レーダー信号が増幅器１６によって増幅されて発信される。増幅したレーダー信号は、スロット・アンテナ８を介して発信される。

第２のスロット・アンテナ９は、受信系回路（受信チェーン１５）の一部であり、受信器１８と、アンテナ９によって受信した信号を増幅する増幅器１６´を介して信号処理器１９に接続されている。信号処理器１９は、適したアルゴリズムを使って図１に示す装置を装着する使用者の速度を計算する。速度に基づいて、信号処理器は、また、使用者が移動する距離を計算する。速度および／または移動距離は、装置に組み込まれた表示装置２０に表示される。

１・・・筐体、２・・・周囲壁、３・・・裏面カバー、４・・・前面カバー、５・・・遮蔽、６，７・・・針、８，９・・・スロット・アンテナ、８ａ、９ａ・・・スロット、８ｂ、９ｂ・・・ケース、８ｃ、９ｃ・・・ケース外側表面、８ｄ、９ｄ・・・導電性表面、１０，１１・・・水平放射パターン、１２・・・縦方向の放射パターン、１３・・・メインビーム指向性の方向、１４・・・レーダー送信器、１５・・・レーダー受信機、１６，１６´・・・増幅器、１７・・・レーダー送信器、１８・・・レーダー受信機、１９・・・信号処理器、２０・・・表示装置、α・・・水平ビーム幅、β・・・垂直ビーム幅、γ・・・放射傾斜角、ｅ・・・高さ筐体、ｄ・・・距離。

Claims (13)

1. 裏面カバー（３）と、前記裏面カバー（３）に平行な前面カバー（４）と、それらの間の周囲壁（２）を有する外側筐体（１）を備え、前記壁が、前記裏面カバー（３）と前記前面カバー（４）に垂直である手首装着装置において、
   電磁信号を送受信可能な少なくとも１つのスロット・アンテナ（８、９）を備え、前記スロット・アンテナ（８、９）は、導電性の内面を有し、前記筐体（１）に嵌合したケース（８ｂ、９ｂ）を備え、前記ケース（８ｂ、９ｂ）はその一側において、前記筐体（１）の前記壁（２）と共通的な面に位置する外面（８ｃ、９ｃ）によって限定されており、前記裏面カバー（３）と前記前面カバー（４）に垂直方向に延在するスロット（８ａ、９ａ）が前記ケース（８ｂ、９ｂ）の前記外面（８ｃ、９ｃ）に形成されて縦方向のスロットを形成し、それにより、前記ケースの内部は前記スロット・アンテナ（８、９）のキャビティとなる、手首装着装置。
2. ケース（８ｂ、９ｂ）と、前記ケースの前記外面（８ｃ、９ｃ）に形成されたスロット（８ａ、９ａ）をそれぞれ有する２つのスロット・アンテナ（８、９）を備え、前記周囲壁（２）は、二つのケース（８ｂ、９ｂ）の前記外面（８ｃ、９ｃ）の間に位置する高インピーダンス部を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記高インピーダンス部は、電気絶縁材料から形成された部分または表面結合を回避する幾何学構造を有する部分を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記ケース（８ｂ、９ｂ）は、前記裏面カバー（３）から前記前面カバー（４）までの範囲の方向に略全体の空間を占有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 前記裏面カバー（３）の面に位置し、前記スロット・アンテナ（８，９）の下の領域で前記壁（２）から突出する遮蔽要素（５）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
6. 前記外側筐体（１）は少なくとも部分的に導電性材料、特に、金属から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記周囲壁（２）および／または前記裏面カバー（３）は非導電性材料、特にプラスチック材から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
8. 前記周囲壁（２）上に少なくとも一つの導電性表面（８ｄ、９ｄ）を有し、前記導電性表面（８ｄ、９ｄ）は前記スロット・アンテナ（８，９）の隣接する外側表面（８ｃ、９ｃ）とともに連続するアンテナ表面を形成することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記第１のスロット・アンテナ（８）の前記スロット（８ａ）は前記第２のスロット・アンテナ（９）の前記スロット（９ａ）に対して傾斜していることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の装置。
10. さらにレーダー信号を生成し、第１のスロット・アンテナ（８）に接続された送信器（１７）と、前記第２のスロット・アンテナ（９）に接続された受信器（１８）を備え、前記受信器の出力は信号処理器（１９）に送信されることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の装置。
11. 前記信号処理器（１９）が、前記第２のスロット・アンテナ（９）によって取得した信号を使って前記手首装着装置を装着している人の速度および／または移動距離を計算するように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記装置を装着している使用者の速度を計算するように配置された信号処理器（１９）と、前記速度を表示するために配置された表示手段（２０）をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記信号処理器（１９）は、さらに、前記装置を装着する前記使用者が移動した距離を計算するように配置され、前記表示手段（２０）は、前記速度と前記移動距離を表示するように配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。

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