JP2017175438A

JP2017175438A - 電子機器

Info

Publication number: JP2017175438A
Application number: JP2016060484A
Authority: JP
Inventors: 信樹平松; Nobuki Hiramatsu
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: EP3223366A1; US10374294B2; US20170279188A1; JP6576280B2

Abstract

【課題】ＳＡＲを低減させることができるとともに、アンテナ効率の低下を抑制する電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器１は、ユーザの頭部に装着させて使用する。電子機器１は、自機がユーザの頭部に装着された状態において、ユーザの頭部の一方の側面に位置するテンプル１０部と、自機がユーザの頭部に装着された状態において、ユーザの頭部の他方の側面に位置するテンプル１１部と、テンプル１０部に形成されたアンテナ２０と、テンプル１１部に形成されたアンテナ２１と、アンテナ２０，２１に電力を給電する送受信回路１００とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関する。

近年、ユーザの身体に装着させて使用することができるウェアラブル端末の利用が普及しつつある。ウェアラブル端末として、例えば、特許文献１から３に記載の電子機器が知られている。

特開２０１３−９００６１号公報特開平１１−３５３４４４号公報特表２０１３−５１３２７５号公報

ユーザの身体に装着させる無線通信機は、ＳＡＲ（比吸収率：ＳｐｅｃｉｆｉｃＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＲａｔｅ）が基準値以上となることを満たす必要がある。しかしながら、特許文献１から３に記載の電子機器では、電波を送受信する無線通信機のアンテナがユーザの頭部に近接するため、ＳＡＲが増大して基準値を超えやすい。また、アンテナで放射した電波がユーザの頭部で吸収されてしまうため、アンテナ効率も低下する。

本発明の目的は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ＳＡＲを低減させることとともに、アンテナ効率の低下を抑制することができる電子機器を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る電子機器は、ユーザの頭部に装着させて使用する電子機器であって、自機が前記ユーザの頭部に装着された状態において、前記ユーザの頭部の一方の側面に位置する第１のテンプル部と、自機が前記ユーザの頭部に装着された状態において、前記ユーザの頭部の他方の側面に位置する第２のテンプル部と、前記第１のテンプル部に形成された第１のアンテナと、前記第２のテンプル部に形成された第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナに電力を給電する送受信回路と、を備える。

本発明に係る電子機器によれば、ＳＡＲを低減させることができるとともに、アンテナ効率の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器の構成の一例を示す斜視図である。図１に示される電子機器の回路構成を示す機能ブロック図である。比較例に係る電子機器の構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る電子機器における、電力分配比が１：１であるときのアンテナ効率の位相差依存性を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る電子機器における、電力分配比が１：３であるときのアンテナ効率の位相差依存性を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る電子機器における、電力分配比が１：７であるときのアンテナ効率の位相差依存性を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

［電子機器の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器１の構成の一例を示す斜視図である。電子機器１は、テンプル部１０，１１と、レンズ部１２，１３と、鼻あて部１４，１５と、ブリッジ部１６と、アンテナ２０，２１と、送受信回路１００とを備える。なお、図１では、給電線等は図示を省略している。

テンプル部（第１のテンプル部）１０は、ユーザが電子機器１を装着している状態（以下、適宜「ユーザ装着状態」と記載する）では、ユーザの頭部の左側面に位置する。テンプル部（第２のテンプル部）１１は、ユーザが電子機器１を装着している状態では、ユーザの頭部の右側面に位置する。

テンプル部１０は、その先端に耳掛け部１０ａを有する。テンプル部１１は、その先端に耳掛け部１１ａを有する。テンプル部１０は、アンテナ（第１のアンテナ）２０を有する。テンプル部１１は、アンテナ（第２のアンテナ）２１を有する。

耳掛け部１０ａは、ユーザ装着状態では、ユーザの左の耳に掛けられる。耳掛け部１１ａは、ユーザ装着状態では、ユーザの右の耳に掛けられる。

レンズ部１２は、一端でテンプル部１０と連結し、他端でブリッジ部１６と連結する。レンズ部１３は、一端でテンプル部１１と連結し、他端でブリッジ部１６と連結する。

レンズ部１２は、ユーザ装着状態では、ユーザの左の目の前に位置する。レンズ部１３は、ユーザ装着状態では、ユーザの右の目の前に位置する。

鼻あて部１４は、レンズ部１２のブリッジ部１６側に設けられる。鼻あて部１５は、レンズ部１３のブリッジ部１６側に設けられる。

鼻あて部１４は、ユーザ装着状態では、ユーザの鼻の左の側にあてられる。鼻あて部１５は、ユーザ装着状態では、ユーザの鼻の右の側にあてられる。

ブリッジ部１６は、左右のレンズ部１２，１３の間を連結することで、レンズ部１２，１３を所定の位置関係に維持する。ブリッジ部１６は、送受信回路１００を有する。

アンテナ２０は、テンプル部１０に配置される。アンテナ２１は、テンプル部１１に配置される。アンテナ２０及びアンテナ２１は、ダイポールアンテナである。なお、アンテナ２０及びアンテナ２１の少なくとも一方がモノポールアンテナ等その他のアンテナであってもよい。アンテナ２０及びアンテナ２１は、電波の送受信を行う。アンテナ２０及びアンテナ２１には、送受信回路１００から電力が給電される。

送受信回路１００は、送信の際はアンテナ２０及びアンテナ２１に電力を給電し、受信の際はアンテナ２０及びアンテナ２１で受け取った電波を受信する。送受信回路１００から、アンテナ２０及びアンテナ２１にそれぞれ給電される電力を合計したものを、給電電力とも称する。以下、送受信回路１００の詳細を説明する。

図２は、図１に示される電子機器１の回路構成を示す機能ブロック図である。図２に示されるように、図１に示される電子機器１は、送受信回路１００と、電源部１５０と、制御部１６０と、記憶部１７０とを備える。

送受信回路１００は、スイッチ部１１０と、電力分配器１２０と、移相器１３０と、整合回路部１４０と、整合回路部１４１と、送信回路１８０と、受信回路１９０とを有する。

送信回路１８０は、制御部１６０から出力された信号に対して高い周波数への変調等を行い、変調後の信号をスイッチ部１１０に出力する。

受信回路１９０は、スイッチ部１１０から出力された信号に対して低い周波数への復調等を行い、復調後の信号を制御部１６０に出力する。

スイッチ部１１０は、制御部１６０の制御に従って、電力分配器１２０と送信回路１８０とを接続し、若しくは、電力分配器１２０と受信回路１９０とを接続する。

電力分配器１２０は、スイッチ部１１０を介して送信回路１８０から供給された送信信号を、所定の比率で２つに分配する。電力分配器１２０は、分配した送信信号の一方をアンテナ２０に供給し、分配した送信信号の他方を移相器１３０を介してアンテナ２１に供給する。電力分配器１２０には、Ｔ分岐型分配器を用いる。なお、電力分配器１２０として、ウィルキンソン型分配器、ハイブリッド型分配器、結合器等その他適宜な分配器を用いることもできる。なお、本実施形態にいう分配器には、入力信号を２つ以上の出力に等しく分配するものの他、入力信号を２つ以上の出力に非等分に分配するものも含む。

また、電力分配器１２０は、アンテナ２０及びアンテナ２１から受信した信号を、スイッチ部１１０を介して受信回路１９０に出力する。

移相器１３０は、電力分配器１２０から供給された送信信号の位相を制御する。移相器１３０は、位相を制御した後の送信信号をアンテナ２１に供給する。移相器１３０は、例えば、スイッチ部１１０からアンテナ２１までの配線長を調整することにより実現することができる。また、移相器１３０を用いる代わりに、例えば、９０°ハイブリッド型電力分配器又は１８０°ハイブリッド型電力分配器を電力分配器１２０として用いて、送信信号の位相を制御してもよい。この場合、送受信回路１００は、移相器１３０を有さなくてもよい。

整合回路部１４０は、インピーダンスを変換することで、アンテナ２０のインピーダンスと、送受信回路１００を構成する回路のインピーダンスとを整合させる。整合回路部１４０にはアンテナ２０が接続されている。

整合回路部１４１は、インピーダンスを変換することで、アンテナ２１のインピーダンスと、送受信回路１００を構成する回路のインピーダンスとを整合させる。整合回路部１４１にはアンテナ２１が接続されている。

アンテナ２０及びアンテナ２１のインピーダンスと送受信回路１００を構成する回路のインピーダンスとをそれぞれ整合させると、送信時には送信回路１８０からの送信波のアンテナ２０及びアンテナ２１での反射が低減され、放射する送信波の強度が増加する。受信時には、アンテナ２０及びアンテナ２１からの受信信号の反射が低減され、受信回路１９０での受信信号の強度が増加する。なお、整合回路部１４０及び整合回路部１４１内のインピーダンスは、制御部１６０からの制御信号によって調整可能としてもよい。

電源部１５０は、例えば充電可能な二次電池により構成される。電源部１５０は、送受信回路１００、制御部１６０及び記憶部１７０等に電力を供給する。なお、図２に示される例では、電源部１５０は制御部１６０に接続されているのみであるが、実際には、電源部１５０は、電子機器１の各要素に対して電力を供給する。

制御部１６０は、電子機器１全体を制御するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部１６０は、記憶部１７０に記憶されているプログラムを読み出して実行し、様々な機能を実現させる。なお、制御部１６０に、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）が含まれてもよい。

制御部１６０は、送信回路１８０に対して送信信号を出力する。また、制御部１６０は、受信回路１９０から信号を受信する。また、制御部１６０は、整合回路部１４０，１４１内のインピーダンスを調整可能な場合は、例えば、制御信号を整合回路部１４０，１４１に出力して整合回路部１４０，１４１内のインピーダンスを調整させることで、整合回路部１４０，１４１に、アンテナ２０，２１のインピーダンスと送受信回路１００を構成する回路のインピーダンスとを整合させる。

記憶部１７０は、制御部１６０の処理に必要な情報や、制御部１６０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムや、その他の必要な情報を記憶している。

このような構成とすることで、電子機器１では、両側のテンプル部１０，１１に配置されたアンテナ２０，２１から、それぞれ、電波が送受信される。また、電子機器１は、２つのアンテナ２０，２１を備えているため、ダイバーシチ及びＭＩＭＯ（ＭｕｌｔｉＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉＯｕｔｐｕｔ）の通信方式にも対応することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る電子機器１の比較例として、図３に示す電子機器１ａについて説明する。

＜比較例＞
図３は、比較例に係る電子機器１ａの構成の一例を示す図である。なお、図３に示す構成要素で図１に示す構成要素と同一のものは、同一符号を付してその説明を省略する。電子機器１ａは、テンプル部１０，１１と、レンズ部１２，１３と、鼻あて部１４，１５と、ブリッジ部１６とを備える。ブリッジ部１６は、送受信回路１００ａを有する。

比較例に係る電子機器１ａでは、図３に示すように、片側のテンプル部１０にのみアンテナ２０ａが配置される。つまり、電子機器１ａでは、アンテナ２０ａからのみ電波が送信される。アンテナ２０ａには、送受信回路１００ａから電力が給電される。送受信回路１００ａから、アンテナ２０ａに給電される電力を、給電電力とも称するものとする。

＜比較結果＞
表１に、本発明の一実施形態に係る電子機器１及び比較例に係る電子機器１ａを人体頭部に装着した条件において、アンテナ効率及びＳＡＲを、電磁界シミュレータを用いて算出した際の結果を示す。アンテナ２０ａ，２０，２１には９００ＭＨｚ帯で動作するダイポールアンテナを採用した。また、電子機器１では、送受信回路１００からアンテナ２０，２１への給電電力を２つに分配させる際の比率（電力分配比）及び分配された２つの電力の位相差を変化させてＳＡＲを算出した。なお、電力分配比を１：３及び１：７とした際は、大きい電力が給電されるアンテナ２０又は２１の方に移相器１３０を配置した。なお、アンテナ効率とは、アンテナからの全放射電力と供給電力の比である。

また、比較例の電子機器１ａでは、シミュレーションにおいて、９００ＭＨｚでのアンテナ効率は−８．８ｄＢ、給電電力は２４ｄＢｍであった。そこで、表１では、アンテナ遠方の電波放射に影響する総合放射電力（ＴＲＰ：ＴｏｔａｌＲａｄｉａｔｅｄＰｏｗｅｒ）（＝給電電力[ｄＢｍ]＋アンテナ効率[ｄＢ]）が比較例と等しく１５．２[ｄＢｍ]となるように送受信回路１００，１００ａの給電電力を調整してＳＡＲを算出した。

表１：総合放射電力１５．２［ｄＢｍ］におけるＳＡＲの算出結果

表１に示すように、位相差が０［ｄｅｇ．］であるときの電子機器１のＳＡＲ値は、電力分配比が１：１、１：３及び１：７の場合において、それぞれ、１．８４［Ｗ／Ｋｇ］、２．６８［Ｗ／Ｋｇ］及び３．０６［Ｗ／Ｋｇ］となる。一方、電子機器１ａのＳＡＲ値は、３．０９［Ｗ／Ｋｇ］である。つまり、電子機器１において、電力分配比が１：１、１：３及び１：７となる何れの場合においても、位相差が０［ｄｅｇ．］であるときのＳＡＲ値は、電子機器１ａのＳＡＲ値と比較して小さくなる。これは、給電電力を分配することで、電子機器１のアンテナ２０，２１近傍の電界強度が、電子機器１ａのアンテナ２０ａ近傍の電界強度よりも弱くなったためである。このことから、位相差を生じさせずに給電電力を２つに分配して両側のアンテナ２０，２１によって電波を送信するようにしただけでも、電子機器１ａのように片側のアンテナ２０ａから電波を送信するよりも、ＳＡＲを低減させられることが分かる。言い換えれば、電子機器１では、送受信回路１００に移相器１３０を設けなくても、給電電力を分配して２つのアンテナ２０，２１によって電波を送信するだけで、ＳＡＲを低減させることができる。

また、表１に示すように、電子機器１において、位相差が０［ｄｅｇ．］であるときに、電力分配比が１：１、１：３及び１：７である場合のＳＡＲ値は、それぞれ、１．８４［Ｗ／Ｋｇ］、２．６８［Ｗ／Ｋｇ］及び３．０６［Ｗ／Ｋｇ］となる。このことから、アンテナ２０，２１への電力に位相差を生じさせない場合（又は移相器１３０を設けない場合）は、電力分配比が１：１であるとき（つまり、アンテナ２０，２１に給電される電力が同等となるとき）が好適であることが分かる。

また、表１に示すように、電子機器１において、電力分配比を一定にしたときは、アンテナ２０，２１への電力に位相差を生じさせた場合の方が、位相差を生じさせない場合よりも、ＳＡＲ値が小さくなる。これは、電力に位相差を生じさせることで、アンテナ２０，２１から送信される電波に位相差が生じ、その位相差を有する電波が、ユーザの頭部において互いに干渉して打ち消し合うためである。従って、電子機器１では、給電電力を分配し、さらに電力に位相差を生じさせることで、ＳＡＲをより低減させられることが分かる。

次に、アンテナ効率を考慮し、アンテナ２０，２１への電力のより好適な位相差について考察する。図４〜図６に、本発明の一実施形態に係る電子機器１における、電力分配比が１：１、１：３及び１：７であるときのアンテナ効率の位相差依存性のグラフをそれぞれ示す。図４〜図６において、横軸は位相差［ｄｅｇ．］を示し、縦軸はアンテナ効率［ｄＢ］を示す。また、図４〜図６に示すアンテナ効率-８．８［ｄＢ］の太線は、比較例に係る電子機器１ａのアンテナ２０ａによるアンテナ効率の値である。図４〜６に示すように、電子機器１では、位相差が９０°以上、２７０°以下の範囲であるときに、アンテナ効率は-８．８［ｄＢ］より大きくなり、電子機器１ａよりも、アンテナ効率がより良好になることが分かる。

なお、上記では、電子機器１において、アンテナ２０，２１をそれぞれテンプル部１０，１１に配置させる例を説明したが、アンテナ２０，２１をテンプル部１０，１１以外の箇所に配置させてもよい。例えば、アンテナ２０，２１を、レンズ部１２，１３の外側（例えばレンズ部１２，１３の縁を囲むリム部）に配置させてもよい。

また、上記では、電子機器１において、送受信回路１００をブリッジ部１６に配置させる例を説明したが、送受信回路１００をブリッジ部１６以外の箇所に配置させてもよい。例えば、送受信回路１００を、耳掛け部１０ａ，１１ａに配置させてもよいし、テンプル部１０，１１における耳掛け部１０ａ，１１ａとは逆側の先端箇所等に配置させてもよい。

また、上記では、電子機器１において、アンテナ２０，２１に給電される電力に位相差を生じさせるために移相器１３０を制御する例を説明したが、アンテナ２０，２１の電波の放射パターンを変えるために移相器１３０を制御してもよい。その場合、移相器１３０は、強誘電体、フェライト、スイッチ等を用いて可変にする。

以上のように、本発明の一実施形態に係る電子機器１では、２つのアンテナ２０，２１を、ユーザの頭部の両側に位置する２つのテンプル部１０，１１に配置させる。そして、電子機器１では、給電電力を２つに分配してアンテナ２０，２１によって電波を送信することで、各アンテナ２０，２１近傍の電界強度が低下するため、ＳＡＲを低減させることができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る電子機器１では、２つのアンテナ２０，２１に給電される電力に位相差を生じさせることで、ユーザの頭部における電波が互いに干渉して打ち消し合うため、ＳＡＲをさらに低減させることができる。

また、本発明の一実施形態に係る電子機器１では、２つのアンテナ２０，２１に給電される電力の位相差を９０°以上、２７０°以下の範囲とすることで、アンテナ効率をより良好にすることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１電子機器
１０，１１テンプル部
１２，１３レンズ部
１４，１５鼻あて部
１６ブリッジ部
１００送受信回路
１１０スイッチ部
１２０電力分配器
１３０移相器
１４０，１４１整合回路部
１５０電源部
１６０制御部
１７０記憶部
１８０送信回路
１９０受信回路

Claims

ユーザの頭部に装着させて使用する電子機器であって、
自機が前記ユーザの頭部に装着された状態において、前記ユーザの頭部の一方の側面に位置する第１のテンプル部と、
自機が前記ユーザの頭部に装着された状態において、前記ユーザの頭部の他方の側面に位置する第２のテンプル部と、
前記第１のテンプル部に形成された第１のアンテナと、
前記第２のテンプル部に形成された第２のアンテナと、
前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナに電力を給電する送受信回路と、を備える電子機器。
前記送受信回路から、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナに給電される電力は同等である、請求項１に記載の電子機器。
前記第１のアンテナに出力される信号と、前記第２のアンテナに出力される信号に位相差を与える移相器を備える請求項１記載の電子機器。
前記位相差は９０°以上、２７０°以下の範囲である、請求項３に記載の電子機器。