JP2015136041A - アンテナ装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、多機能化が進む電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して、より確実にＮＦＣの通信特性を高める。【解決手段】電子機器３０に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置１であって、電子機器の筐体３２の内部に設けられ、外部機器に対向する第１の導電体３と、第１の導電体の外縁部３ａの近傍の何れかに設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するループアンテナ１１と、磁性体から形成され、ループアンテナの中心部から外縁部のうち当該ループアンテナと対向する対向端部３ａ２に向けて展開して設けられる磁性シート２０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置、及びこのアンテナ装置が組み込まれた電子機器に関する。

従来、携帯電話機、スマートフォン、タブレットＰＣ等の電子機器において、近距離非接触通信（ＮＦＣ： Near Field Communication ）の機能を搭載するため、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナモジュールが用いられている。このアンテナモジュールは、リーダライタ等の発信器に搭載されたアンテナコイルと誘導結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナ装置は、リーダライタからの磁界をアンテナコイルが受けることによって、それを電力に変換して通信処理部として機能するＩＣを駆動させることができる。

アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタからのある値以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。そのために、従来例に係るアンテナ装置では、携帯電話機の筐体にループコイルを設け、このコイルでリーダライタからの磁束を受けている。携帯電話機等の電子機器に組み込まれたアンテナモジュールは、機器内部の基板やバッテリパック等の金属がリーダライタからの磁界を受けることによって発生する渦電流のために、リーダライタからの磁束が跳ね返されてしまう。例えば、携帯電話機の筐体表面で考えると、リーダライタから来る磁界は、筐体表面の外周部分が強くなり、筐体表面の真ん中付近が弱くなる傾向にある。

通常のループコイルを用いるアンテナの場合では、ループコイルは、その開口部が上述した筐体表面の外周部分を通過する磁界をあまり受けられない携帯電話機の中央部分に位置している。このため、通常のループコイルを用いるアンテナでは、磁界を受ける効率が悪くなっている。そこで、リーダライタからくる磁界が強い筐体表面の外周部分にループアンテナを配置するようにしたアンテナ装置や、磁性シートを用いて磁束を増やして性能を高めるようにしたアンテナ装置が提案されている。これらのアンテナ装置では、ループアンテナの形状を長方形にして、その長辺が筐体表面の外周端に沿うように設置されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

特許４８８３１２５号公報 特許４８９４９４５号公報 特許５１３５４５０号公報

アンテナ装置を備える電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果によって、通信特性を高めたＮＦＣアンテナモジュールは、その性能を十分に発揮するためには、実装位置が金属板の外縁部に近いことが重要である。しかしながら、携帯端末等の電子機器は、小型化と多機能化が進み、それに伴い、電子機器内にカメラ等の各種電子部品が高密度に搭載されるようになっている。このため、金属板による磁気シールド効果によって高めたＮＦＣの通信特性の性能を十分に発揮されないことが問題となっている。特許文献１乃至３のアンテナ装置では、基板等の金属板を利用して特性を高めているものの、小型化、多機能化が進む電子機器のＮＦＣ通信特性の更なる向上に関しては、課題が残る。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型化、多機能化が進む電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して、より確実にＮＦＣの通信特性を高めることの可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置、及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、前記電子機器の筐体内部に設けられ、前記外部機器に対向する第１の導電体と、前記第１の導電体の外縁部の近傍の何れかに設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するループアンテナと、磁性体から形成され、前記ループアンテナの中心部から前記外縁部のうち該ループアンテナと対向する対向端部に向けて展開して設けられる磁性シートと、を備える。

本発明の一態様によれば、ループアンテナが設けられた外縁部の近傍から展開するように設けられた磁性シートによって第１の導電体を遮蔽するので、外部機器からの磁束を集めて、ループアンテナの中心部に誘導できる。このため、より確実に電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して、そのＮＦＣの通信特性を高められる。

このとき、本発明の一態様では、前記第１の導電体は、前記筐体を被覆する金属カバーであることとしてもよい。

このように、第１の導電体が金属カバーの場合に、特に当該金属カバーを磁性シートで遮蔽することによって、電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して、そのＮＦＣの通信特性を高められる。

また、本発明の一態様では、前記金属カバーの何れかの部位に開口部が形成されていることとしてもよい。

このように、金属カバーに開口部が形成されている場合に、特に当該金属カバーを磁性シートで遮蔽することによって、電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して、そのＮＦＣの通信特性を高められる。

また、本発明の一態様では、前記ループアンテナは、その長手方向の中心線を介して一方側部と他方側部に二分され、前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記中心部から前記一方側部及び前記他方側部の幅方向における端部に至るまでそれぞれ延在する第１の磁性シートと、前記ループアンテナの前記中心部から前記対向端部に向けて展開される第２の磁性シートとを備え、前記第１の磁性シートは、その一端が前記外部機器から見て前記一方側部の上側に配置され、前記一端を除く部分が前記外部機器から見て前記他方側部の下側に配置されるように設けられることとしてもよい。

このようにすれば、第２の磁性シートで集めた外部機器からの磁束を第１の磁性シートを経由して、ループアンテナの中心部に送ることができる。

また、本発明の一態様では、前記第２の磁性シートは、孔部又は切欠きの少なくとも何れかが形成された構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、アンテナ装置を搭載する電子機器の仕様により適用可能なものとすることができる。

また、本発明の一態様では、前記孔部は、前記開口部と対向する部位に形成され、前記開口部より外径が小さいこととしてもよい。

このようにすれば、外部機器から送られる開口部周辺の磁束も確実にループアンテナの中心部に送ることができる。

また、本発明の一態様では、前記第１の磁性シートと前記第２の磁性シートは、一体成型された構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、外部機器から受ける磁束をより確実に集められる磁性シートを簡素な構成として容易に製造することができる。

また、本発明の一態様では、前記第１の磁性シートと前記第２の磁性シートは、それぞれ別個に成型されて連結した構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、外部機器から受ける磁束をより確実に集められる磁性シートの設計自由度が向上する。

また、本発明の他の態様は、前述した何れかのアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器である。

本発明の他の態様によれば、ループアンテナを備えるアンテナモジュールの実装位置に関わらず、電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して通信特性を高めることができる。

以上説明したように本発明によれば、ループアンテナが設けられた外縁部の近傍から展開するように設けられた磁性シートによって、電子機器に備わる第１の導電体が遮蔽されるので、外部機器からの磁束をより確実に集めて、ループアンテナの中心部に誘導できる。このため、小型化、多機能化が進む電子機器の主要な金属板による磁気シールド効果を利用して、そのＮＦＣの通信特性を向上させられるようになる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の変形例におけるループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例におけるループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例におけるループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例におけるループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例におけるループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例におけるループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例におけるループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。 比較例となるアンテナ装置の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例１と比較例１に係る結合係数の変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例２と比較例２に係る結合係数の変化を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置のループアンテナと磁性シートとの配置関係を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。また、図３は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える電子機器の一例を示す説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。

本実施形態に係るアンテナ装置１は、電子機器３０に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、例えば、図１に示すようなＲＦＩＤ用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。

無線通信システム１００は、図１に示すように、電子機器３０に備わるアンテナ装置１と、アンテナ装置１に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ１２０とを含む。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ１２０とは、三次元直交座標系ｘｙｚのｘｙ平面において互いに対向するように配置されているものとする。

リーダライタ１２０は、ｘｙ平面において互いに対向するアンテナ装置１に対して、ｚ軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナ装置１に向けて磁界を発信するアンテナ１２１と、アンテナ１２１を介して誘導結合されたアンテナ装置１と通信を行う制御基板１２２とを備える。

すなわち、リーダライタ１２０は、アンテナ１２１と電気的に接続された制御基板１２２が配設されている。この制御基板１２２には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路が実装されている。この制御回路は、アンテナ装置１から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。

例えば、制御回路は、アンテナ装置１に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ１２１を駆動する。また、制御回路は、アンテナ装置１からデータを読み出す場合、アンテナ１２１で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。

なお、制御回路では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。また、以下では、非接触通信システムにおけるアンテナ装置等について説明をするが、Ｑｉ（チー）等の非接触充電システムについても同様に適用することができるものとする。

アンテナ装置１は、通信時にリーダライタ１２０とｘｙ平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器３０の筐体３２（図３（Ａ）参照）の内部に組み込まれ、外部機器となるリーダライタ１２０と電磁界信号を介して通信する。本実施形態のアンテナ装置１は、アンテナモジュール２と、金属板３と、磁性シート２０（図２参照）とを備える。

アンテナモジュール２は、電子機器３０の筐体３２の内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ１２０との間で通信を行う。本実施形態では、図１に示すように、アンテナモジュール２は、ループアンテナ１１と、通信処理部１３と、接続部１４とを備える。

ループアンテナ１１は、電子機器３０の筐体３２の内部に設けられ、外部機器となるリーダライタ１２０と誘導結合されることにより当該リーダライタ１２０と通信可能となるアンテナコイル１２（図２参照）が周回する。本実施形態では、ループアンテナ１１は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１の導電体となる金属板３の外縁部３ａの近傍の何れかに設けられる。すなわち、ループアンテナ１１は、図３（Ｂ）に示すように、金属板３の外縁部３ａのうち、一辺３ａ１の近傍に設けられている。ループアンテナ１１には、図１に示すように、例えばフレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線をパターンニング処理等によって形成されるアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２と通信処理部１３とを電気的に接続する端子部１４とが実装されている。なお、本明細書中における「金属板３の外縁部３ａの近傍」とは、金属板３の外縁部３ａの直上から当該外縁部３ａから距離的に近い領域を含む空間領域をいう。

ループアンテナ１１は、図２（Ａ）に示すように略矩形状をなし、外形に沿ってアンテナコイル１２の１本の導線が周回されており、その中心部１２ａが開口部となっている。なお、本実施形態では、ループアンテナ１１は、略矩形状をなしているが、その形状は、楕円等の他の形状としてもよい。また、本明細書中でループアンテナ１１の「長手方向」とは、その長さや外径が最大値を示す方向を示し、略矩形状の場合では長辺方向、略楕円形の場合では長軸方向を示すものとする。

ループアンテナ１１は、図２（Ａ）に示すように、アンテナコイル１２が周回する主面が通信時にリーダライタ１２０とｘｙ平面において対向するように配置される。また、ループアンテナ１１は、その長手方向の中心線１２ｂを境に、一方側部１１ａと他方側部１１ｂとを有する。一方側部１１ａは、アンテナコイル１２の導線を長手方向に沿う電流の向きが同一方向に流れる方向を周回の方向とする。他方側部１１ｂは、アンテナコイル１２の導線を長手方向に沿う電流の向きが逆方向に流れる周回の方向とする。そして、ループアンテナ１１は、長手方向に沿う一側縁を金属板３側に向けて、すなわち、一方側部１１ａ又は他方側部１１ｂの何れか一方を金属板３側に向けて配置される。

アンテナコイル１２は、リーダライタ１２０から発信される磁界を受けると、リーダライタ１２０と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部１４を介して受信信号を通信処理部１３に供給する。

通信処理部１３は、アンテナコイル１２に流れる電流により駆動し、リーダライタ１２０との間で通信を行う。具体的に、通信処理部１３は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部１３が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部１３は、リーダライタ１２０に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル１２を介して変調された電波をリーダライタ１２０に送信する。なお、通信処理部１３は、アンテナコイル１２に流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリパックや外部電源などの電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。

金属板３は、電子機器３０の筐体内に設けられ、外部機器となるリーダライタ１２０に対向する第１の導電体となる。金属板３は、例えば携帯電話やスマートフォン、あるいはタブレットＰＣ等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ１２０に対向する第１の導電体を構成するものである。当該第１の導電体として、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットＰＣの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等が相当する。

磁性シート２０は、アンテナモジュール２の通信特性を高めるために、当該アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ１２０から送られる磁束をループアンテナ１１の中心部１２ａに誘導する機能を有する。磁性シート２０は、酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成され、本実施形態では、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ループアンテナ１１の中心部１２ａから第１の導電体３の外縁部３ａのうち、当該ループアンテナ１１と対向する対向端部３ａ２に向けて展開して設けられることを特徴とする。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、ループアンテナ１１が設けられる金属板３の外縁部３ａのうち、ループアンテナ１１が設けられる一辺３ａ１から、当該一辺３ａ１に対向する対辺３ａ２に向けて、金属板３を遮蔽するように展開して設けられる。

本実施形態では、磁性シート２０は、ループアンテナ１１の中心部１２ａに長手方向に亘って形成される開口部に差し込まれる第１の磁性シート２１と、ループアンテナ１１の中心部１２ａから対向端部３ａ２に向けて展開される第２の磁性シート２２とを備える。すなわち、ループアンテナ１１の中心部１２ａに差し込まれた第１の磁性シート２１に対して、第２の磁性シート２２が当該中心部１２ａから金属板３の外縁部３ａのうち、ループアンテナ１１に対向する位置に有する対向端部３ａ２に向けて展開するように設けられている。本実施形態では、磁性シート２０を簡素な構成として製造容易にするために、第１の磁性シート２１と第２の磁性シート２２は、一体成型された構成となっている。

なお、本明細書中では、「対向端部」とは、金属板３の外縁部３ａのうち、ループアンテナ１１が設けられた部位と対向する位置に有する外縁部３ａの部位、領域を示す。すなわち、図３（Ｂ）に示す一例では、略矩形の金属板３の外縁部３ａのうち、ループアンテナ１１が設けられる部位となる一辺３ａ１に対向する位置に有する対辺３ａ２を示す。

また、本実施形態では、第２の磁性シート２２は、金属板３の外縁部３ａのうち、当該ループアンテナ１１と対向する対向端部３ａ２に向けて展開するように、第２の磁性シート２２が設けられている。具体的には、第２の磁性シート２２は、図３（Ｂ）に示すように、金属板３の外縁部３ａのうち、ループアンテナ１１が設けられる一辺３ａ１から、当該一辺３ａ１に対向する対辺３ａ２に向けて、金属板３を遮蔽するように展開して設けられる。

なお、本実施形態では、第２の磁性シート２２は、ループアンテナ１１の中心部１２ａから金属板３の外縁部３ａの一辺３ａ１から対辺３ａ２に至る途中の部位まで、当該金属板３を遮蔽している。しかし、より確実にリードライタ１２０からの磁束を捕集して、ループアンテナ１１の中心部１２ａに送るためには、外縁部３ａの一辺３ａ１の対向端部となる対辺３ａ２に到達するまで第２の磁性シートを展開させる方が好ましい。

このように、本実施形態では、金属板３の外縁部３ａのうち、ループアンテナ１１が設けられた部位３ａ１から対向端部３ａ２に向けて展開するように設けられた磁性シート２０によって、第１の導電体となる金属板３を遮蔽する。このため、電子機器３０に備わるアンテナ装置１がリーダライタ１２０との近距離非接触通信の際に、リーダライタ１２０から送られた磁束は、金属板３を遮蔽するように設けられた第２の磁性シート２２によって捕集される。そして、第２の磁性シート２２によって捕集されたリーダライタ１２０からの磁束は、第１の磁性シート２１を介してループアンテナ１１の中心部１２ａに引き込まれる。このようにして、第２の磁性シート２２と第１の磁性シート２１を介して、ループアンテナ１１の中心部１２ａに導かれた磁束によって、アンテナコイル１２に大きな起電力が生じるので、アンテナ装置１のＮＦＣによる通信特性がより向上される。

すなわち、本実施形態では、リーダライタ１２０から見て、金属板３の外縁部３ａである一辺３ａ１に設けられたループアンテナ１１の中心部１２ａから、外縁部３ａの対向端部となる対辺３ａ２に向けて展開するように、第１の磁性シート２１に対して追加して設けた第２の磁性シート２２で金属板３を遮蔽している。換言すると、リーダライタ１２０から受ける磁束の流れの上流側に第２の磁性シート２２を設けて、金属板３を遮蔽している。このため、携帯端末等の電子機器３０に内蔵され、基板等の金属板３の磁気シールド効果による磁束の集中を利用して、通信特性を上げるアンテナモジュール２に備わる金属板３の外縁部３ａの通信特性性能が改善される。

換言すると、本実施形態では、金属板３を遮蔽するようにして設けられる第２の磁性シート２２が、当該金属板３に向けてリーダライタ１２０から送られた磁束を確実に捕集して、第１の磁性シート２１を介して、当該磁束をループアンテナ１１の中心部１２ａに送れる。このため、電子機器３０が小型化、多機能化しても、その主要な金属板３による磁気シールド効果を利用して、高性能な通信特性を有するアンテナモジュール２を実現することができる。特に、第１の導電体となる金属板３が電子機器３０の筐体３２を被覆する金属カバーの場合に、第２の磁性シート２２で当該金属カバーを遮蔽することによって、小型化、多機能化が進む電子機器３０の主要な金属板３による磁気シールド効果を利用して、そのＮＦＣの通信特性を高められる。

このように、基板等の金属板３の磁気シールド効果による磁束の集中を利用して通信特性を上げるためには、第２の磁性シート２２で集めたリーダライタ１２０からの磁束を第１の磁性シート２１を経由して、ループアンテナ１１の中心部１２ａに送る必要がある。このため、本実施形態では、第１の磁性シート２１は、その一端（本実施形態では、第１の磁性シート２１と第２の磁性シート２２が一体成型された構成なので、第２の磁性シート２２）がリーダライタ１２０から見て一方側部１１ａの上側に配置され、当該一端を除く部分（図２（Ｂ）に示すＹ方向における第１の磁性シート２１の先端側部分）がリーダライタ１２０から見て他方側部１１ｂの下側に配置されるように設けられる。

なお、ループアンテナ１１は、アンテナ用金属箔４が重畳する一方側部１１ａにおけるアンテナコイル１２の本数（例えば３本）よりも、アンテナ用金属箔４が重畳しない他方側部１１ｂにおけるアンテナコイル１２の本数（例えば４本）が多くなるように周回させるようにしてもよい。すなわち、１本のアンテナコイルの導線の始端と終端を他方側部１１ｂにすることにより、アンテナコイル１２の中心線１２ａを挟んで、ループアンテナ１１の一方側部１１ａよりも他方側部１１ｂの方に多くのコイル導線が周回するように形成することができる。これにより、リーダライタ１２０からの磁束と誘導結合するコイルの本数を増やし、良好な通信特性を実現することができる。

前述した本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１では、磁性シート２０を構成する第１の磁性シート２１と第２の磁性シート２２を一体成型した構成となっているが、アンテナ装置１を他の構成とすることも可能である。すなわち、本実施形態のアンテナ装置１は、搭載される電子機器３０の仕様に応じて、下記の変形例の場合でも適用可能である。

例えば、磁性シートの設計自由度を高めるために、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁性シート２０ａを構成する第１の磁性シート２１ａと第２の磁性シート２２ａを別個に成型してから、連結した構成としてもよい。このように、第１の磁性シート２１ａと第２の磁性シート２２ａを別個に成型してから連結させる構成とすることによって、電子機器３０の仕様や構成に応じて、より好適な形状や大きさの第２の磁性シート２２ａを設けることができる。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１を搭載する電子機器３０の仕様に応じて適用可能とするために、図５に示すように、第２の磁性シート２２ｂにカメラやマイク等の電子部品を使用するための孔部２２ｂ１や、図６に示すような切欠き２２ｃ１を形成してもよい。なお、第２の磁性シート２２ｂの孔部２２ｂ１は、金属板３に設けられる開口部３ｇ１（図１０（Ａ）、（Ｂ）参照）と対向する部位に形成される。当該孔部２２ｂ１は、開口部３ｇ１の周辺の磁束も確実に捕集してループアンテナ１１の中心部１２ａに送るために、開口部３ｇ１より外径が小さい方が好ましい。

さらに、図７に示すように、第２の磁性シート２２ｄがループアンテナ１１や第１の磁性シート２１ｄよりも幅が狭い構成としたり、図８に示すように、第２の磁性シート２２ｅに対する第１の磁性シート２１ｅの位置がオフセンターとなっている構成としてもよい。

また、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１の実装部位は、平面形状の金属板３に限定されない。例えば、アンテナ装置１は、図９（Ａ）に示すように、斜面３ｆ１を有する曲がった金属カバー３ｆにも実装可能である。このとき、図９（Ｂ）に示すように、第１の磁性シート２１ｆと第２の磁性シート２２ｆを一体成型により形成されるが、第１の磁性シート２１ｇと第２の磁性シート２２ｇを別体で成型して貼り付けてもよい。

さらに、アンテナ装置１は、図１０（Ａ）に示すように、開口部３ｇ１が形成された金属カバー３ｇにも実装可能である。本変形例では、第１の導電体は、斜面３ｇ１を有する曲がった金属カバー３ｇであり、図１０（Ｂ）に示すように、ループアンテナ１１ｇは、金属カバー３ｇの斜面３ｇ１に設けられている。第２の磁性シート２２ｇで捕集されたリーダライタ１２０からの磁束は、第２の磁性シート２２ｇ及び第１の磁性シート２１ｇを介して、当該ループアンテナ１１ｇに送られる。

本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、第１の導電体となる金属カバー３ｇに開口部３ｇ１が形成されている場合に、第２の磁性シート２２で当該金属カバー３を遮蔽すると、金属板３による磁気シールド効果を利用したＮＦＣの通信特性が大幅に向上することを見出した。このため、本実施形態では、開口部３ｇ１が形成されている金属カバー３を遮蔽するように、第２の磁性体２２を設けるようにしている。なお、図１０（Ｂ）に示す変形例では、第１の磁性シート２１ｇと第２の磁性シート２２ｇが一体成型されている構成としているが、第１の磁性シート２１ｇと第２の磁性シート２２ｇを別体で成型してから貼り付ける構成としてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の実施例１と、実施例１に対応する従来のアンテナ装置の実施例である比較例１と、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の金属板に開口部がある場合の実施例２と、実施例２に対応する従来のアンテナ装置の実施例である比較例２とをそれぞれ比較して説明する。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。

ここでは、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１（図３参照）の実施例１と、図１１に示す従来のアンテナ装置１ｈの比較例のそれぞれに対して、対向するリーダライタ１２０を所定の方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた。

すなわち、実施例１では、図３に示す本発明の一実施形態に係るアンテナ装置１を用いて、金属板３とリーダライタ１２０（図１参照）とを対向させて、金属板３とループアンテナ１１との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。比較例１では、図１１に示すような第２の磁性シートを付加していない通常の磁性シート２０ｈを備えるアンテナ装置１ｈを用いて、金属板３ｈとリーダライタ１２０（図１参照）とを対向させて、金属板３ｈとループアンテナ１１との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

また、実施例２と比較例２では、さらにループアンテナ１１の上部に開口部付の金属カバーがある場合の性能差を評価した。すなわち、実施例２では、第１の導電体が金属カバー３ｇ（図１０（Ａ）、（Ｂ）参照）であり、当該金属カバー３ｇに開口部３ｇ１が形成された場合について、金属板３ｇとリーダライタ１２０（図１参照）とを対向させて、金属板３ｇとループアンテナ１１との相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。一方、比較例２では、実施例２のアンテナ装置に第２の磁性シートを付加していない通常の磁性シートを備えるアンテナ装置を用いて、金属板とリーダライタとを対向させて、金属板とループアンテナとの相対的な位置関係を変化させたときの通信特性について評価した。

具体的な評価条件としては、次のようにした。すなわち、リーダライタ１２０のアンテナ１２１は、ｘｙ軸方向で規定される外形直径が７０ｍｍの２巻コイルとした。また、金属板３は、ｘｙｚ軸方向で規定される寸法が５０ｍｍ×１００ｍｍ×０．３ｍｍのステンレスとした。また、ループアンテナ１１のアンテナコイル１２は、ｘｙ軸方向で規定される外形が３０ｍｍ×１０ｍｍとした構造のコイルである。さらに、ｚ軸方向で規定される金属板３の表面からアンテナコイル１２の表面までの距離は４ｍｍとした。また、リーダライタ１２０とアンテナコイル１２との距離は４５ｍｍとした。

また、実施例２及び比較例２では、実施例１及び比較例１と同じ寸法と材質の金属板に、その先端から１０ｍｍの位置に２０ｍｍ×２０ｍｍの開口部を形成したもので、同様にして対向するリーダライタを所定の方向に移動させた場合の結合係数をシミュレーションで求めた。なお、実施例１及び実施例２では、図３に示すＹ軸方向に、比較例１及び比較例２では、図１１に示すＸ軸方向にそれぞれリーダライタを移動させた。

実施例１と比較例１に係る結合係数の変化のグラフを図１２に、実施例２と比較例２に係る結合係数の変化のグラフを図１３に、それぞれ示す。

実施例１と比較例１の結合係数の変化を見ると、図１２に示すように、従来例１と比べると、実施例１は、通信特性が約５％と幾分、向上したことが分かる。このことから、第２の磁性シート２２を付け足して磁性シート２０をループアンテナ１１の中心部１２ａから金属板３の外縁部３ａの対向端部に向けて展開して設けることによって、ＮＦＣの通信特性が少しだけ向上することが分かる。

一方、実施例２と比較例２の結合係数の変化を見ると、図１３に示すように、従来例２と比べると、実施例２は、通信特性が約２．７倍と大幅に向上したことが分かる。このことから、第２の磁性シートを付け足して磁性シートをループアンテナの中心部から金属板の外縁部の対向端部に向けて展開して設けることによって、ＮＦＣの通信特性が大幅に改善されることが分かる。

この理由として、アンテナ装置がリーダライタとの近距離非接触通信の際に、リーダライタから受けた磁束が金属カバーの開口部から漏れ易いことが考えられる。すなわち、第２の磁性シートがリーダライタからの磁束の流れの上流側に設けられるので、金属カバーの開口部から漏れ出そうとする磁束を第２の磁性シートで確実に捕集する。そして、第２の磁性シートが捕集した当該磁束を第１の磁性シートを介して、ループアンテナの中心部に導くことによって、アンテナコイルに大きな起電力が生じて通信特性をより向上させられることがその理由として考えられる。

なお、上記のように本発明の一実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アンテナ装置、及び電子機器の構成、動作も本発明の一実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１ アンテナ装置、２ アンテナモジュール、３ 金属板（第１の導電体）、３ａ 外縁部、３ａ２ 対向端部、３ｇ 金属カバー、３ｇ１ 開口部、１１ ループアンテナ、１１ａ 一方側部、１１ｂ 他方側部、１２ アンテナコイル、１２ａ 中心部、１２ｂ 中心線、１３ 通信処理部、１４ 端子部、２０ 磁性シート、２１ 第１の磁性シート、２２ 第２の磁性シート、２２ｂ１ 孔部、２２ｃ１ 切欠き、３０ 電子機器、３２ 筐体、１２０ リーダライタ（外部機器）、１２１ アンテナ、１２２ 制御基板

Claims (9)

1. 電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
   前記電子機器の筐体内部に設けられ、前記外部機器に対向する第１の導電体と、
   前記第１の導電体の外縁部の近傍の何れかに設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルが周回するループアンテナと、
   磁性体から形成され、前記ループアンテナの中心部から前記外縁部のうち該ループアンテナと対向する対向端部に向けて展開して設けられる磁性シートと、を備えるアンテナ装置。
2. 前記第１の導電体は、前記筐体を被覆する金属カバーである請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記金属カバーの何れかの部位に開口部が形成されている請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記ループアンテナは、その長手方向の中心線を介して一方側部と他方側部に二分され、
   前記磁性シートは、前記ループアンテナの前記中心部から前記一方側部及び前記他方側部の幅方向における端部に至るまでそれぞれ延在する第１の磁性シートと、前記ループアンテナの前記中心部から前記対向端部に向けて展開される第２の磁性シートとを備え、
   前記第１の磁性シートは、その一端が前記外部機器から見て前記一方側部の上側に配置され、前記一端を除く部分が前記外部機器から見て前記他方側部の下側に配置されるように設けられる請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記第２の磁性シートは、孔部又は切欠きの少なくとも何れかが形成された構成となっている請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記孔部は、前記開口部と対向する部位に形成され、前記開口部より外径が小さい請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１の磁性シートと前記第２の磁性シートは、一体成型された構成となっている請求項４乃至請求項６の何れか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１の磁性シートと前記第２の磁性シートは、それぞれ別個に成型されて連結した構成となっている請求項４乃至請求項６の何れか１項に記載のアンテナ装置。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のアンテナ装置が組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信可能な電子機器。

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