JP2021044741A - アンテナ装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】開口部の縁部に導電部材を備えながら、良好なアンテナ特性を有するアンテナ装置を実現する。【解決手段】近距離無線通信を行うアンテナコイル（５０）と、導電板（１０）とを備えるアンテナ装置（２）であって、導電板（１０）には、開口部（３０）と、開口部（３０）から導電板（１０）の外側に延びるスリット（１１）とが形成されているとともに、開口部（３０）の縁部に沿って導電部材（２０）が配置されており、導電板（１０）と導電部材（２０）との間には第１絶縁部材（２１）が配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置および電子機器に関する。

近年、近距離無線通信用のアンテナ装置を備えた携帯端末等の電子機器が増加してきている。また従来、携帯端末等の電子機器はカメラ等を備えている場合があり、このような電子機器の筐体には当該カメラ等を外部に露出させるための開口部が形成されている。当該開口部には、金属等の導電部材による装飾が施されることがある。

例えば特許文献１には、光学モジュールと、光学モジュールと対面する位置に配置された透光窓を有する筐体と、光学モジュールが有するレンズの光軸の周囲に配置されるアンテナ装置とを備え、透光窓の周囲に環状導電性部材を有する電子機器が開示されている。

特開２０１７−１６３４０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電子機器は、アンテナ装置が有するコイル導体から発生する磁束によって、環状導電性部材に渦電流が流れる。当該渦電流によって、環状導電性部材から不要な磁界が発生し、アンテナ装置から発生する磁界が阻害されてしまう。また、電子機器の筐体にスリット等を設けることで、筐体全体をアンテナ装置のアンテナとして利用しようとしても、スリットの一部に環状導電性部材が重なっている場合、コイル導体の磁束による誘導電流は主に環状導電性部材を流れてしまう。そのため、筐体全体をアンテナとして用いることができず、良好なアンテナ特性の確保が困難となる。

本発明の一態様は、開口部を形成する導電板の縁部に沿って配置される導電部材を備えながら、良好なアンテナ特性を有するアンテナ装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアンテナ装置は、磁気結合による近距離無線通信を行うためのアンテナコイルと、前記アンテナコイルが対向して配置されている導電板と、を備えており、前記導電板には、前記アンテナコイルの少なくとも一部と重なる位置に開口部と、前記開口部から、前記導電板の外側に延びるスリットと、がそれぞれ形成されているとともに、前記開口部を形成する前記導電板の縁部に沿って導電部材が配置されており、前記導電板と前記導電部材との間には、第１絶縁部材が配置されている。

本発明の一態様によれば、開口部を形成する導電板の縁部に沿って配置される導電部材を備えながら、良好なアンテナ特性を有するアンテナ装置を実現できる。

実施形態１に係るスマートフォンの裏面を示す平面図である。 図１の領域Ａに表す部分の内部構造を示す平面図である。 実施形態１に係るスマートフォンの金属飾りを示す斜視図である。 図３に表すＢ−Ｂ線の矢視断面図である。 実施形態２に係るスマートフォンの金属飾りを示す斜視図である。

〔実施形態１〕
＜スマートフォンの構成＞
本発明の一実施形態について、図１から図４を用いて以下に説明する。図１に示すように、スマートフォン（電子機器）１は、アンテナ装置２と、カメラ４１およびカメラ４２と、を備えている。また、スマートフォン１の表示面（不図示）側から見た、図１の領域Ａで示す部分の内部構造を表す図２に示すように、アンテナ装置２は、筐体（導電部材）１０と、アンテナコイル５０と、を備えている。アンテナ装置２が備える筐体１０およびアンテナコイル５０は、それぞれスマートフォン１の一部材でもある。そのため以下では、スマートフォン１の各部についてまず説明し、その後にアンテナ装置２について説明する。なお、本明細書においてスマートフォン１が備える表示部（不図示）側の面を「表示面」、表示面の裏側となる面を「裏面」、表示面および裏面の側方となる面を「側面」と称する。

（筐体）
筐体１０は、スマートフォン１の筐体であって、導電性の材料により形成されている。導電性の材料として、例えばアルミニウム、ステンレスおよびリキッドメタルが挙げられるが、これに限られない。また当該導電性の材料は、カーボン等の金属以外の材料であってもよい。筐体１０は、スマートフォン１の側面および裏面が一体的に成形されている、いわゆるバスタブ型の筐体である。ただし、筐体１０の形状はこれに限られず、例えばスマートフォン１の側面および裏面が異なる部材により形成されているものであってもよい。この場合、スマートフォン１の筐体の裏面を形成する部材が、本発明の一実施形態における導電板として機能する。また、筐体１０は、表面に金属等の導電材料が被覆された面が形成されることで、当該表面のみが導電性を有するものであってもよい。また、筐体１０は一部に絶縁性の部分が形成されていてもよい。

筐体１０には、スリット１１およびカメラ孔（開口部）３０が形成されている。スリット１１は、カメラ孔３０から筐体１０の外側に延びるように形成されている。筐体１０の、スリット１１が形成される部分は、絶縁性であればよい。したがってスリット１１には、例えば絶縁性の材料が配置されていてもよく、空間が形成されていてもよい。スリット１１に配置される絶縁性の材料としては、例えばポリカーボネート、ＡＢＳ（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene）、ＡＳ（Acrylonitrile-Styrene）、高密度ポリエチレン、ポリスチレンおよびポリプロピレン等の樹脂材料並びにガラス材料が挙げられるが、これに限られない。

カメラ孔３０は、カメラ４１・４２のレンズをスマートフォン１の外部に露出するために形成されている。カメラ４１・４２は、静止画および／または動画を撮影するための部材である。カメラ孔３０には２つのカメラ４１・４２が配置されているが、これに限られず、配置されるカメラは１つであってもよく、３つ以上であってもよい。

またカメラ孔３０は、カメラ以外の部材が配置されるために形成される開口部であってもよい。このような開口部としては、例えば絶縁性の材料が配置され、筐体１０に絶縁性の部分を設けるためにのみ形成される孔が挙げられるが、これに限られない。この場合、前記の孔の形成位置に配置される絶縁性の材料としては、上述したスリット１１に配置される絶縁性の材料と同様の材料を適用してよい。

（金属飾り）
筐体１０には、カメラ孔３０を形成する筐体１０の縁部に沿って金属飾り２０が配置されている。金属飾り２０は、カメラ孔３０を装飾および保護するために配置されているが、他の目的により配置されていてもよい。金属飾り２０は、カメラ孔３０を形成する筐体１０の縁部の形状に沿った、環状の形状である。金属飾り２０の形状は、カメラ孔３０を形成する筐体１０の縁部の形状に合わせて適宜調整されてよい。

金属飾り２０は、金属等の導電性の材料により形成されている。当該導電性の材料としては、上述した筐体１０の材料と同様の材料を適用してよい。金属飾り２０は、筐体１０から筐体１０の外側に突出して配置されている。そのため、金属飾り２０を形成する材料は、金属飾り２０の損傷を防ぐために、金属等の強度および耐摩耗性等に優れた材料であることが好ましい。

金属飾り２０の平面視での内側には、カメラ４１に対応するカメラ窓３１およびカメラ４２に対応するカメラ窓３２が形成されている。このようなカメラ窓は、スマートフォン１が備えるカメラの数に応じて、１つまたは３つ以上形成されていてもよく、全く形成されていなくてもよい。金属飾り２０の内側の、カメラ窓を形成している部材は、絶縁性の材料により形成されていることが好ましい。当該絶縁性の材料としては、上述したスリット１１に配置される絶縁性の材料と同様の材料を適用してよい。

図３に示すように、金属飾り２０の筐体１０側、すなわち筐体１０と金属飾り２０との間には、第１絶縁部材２１が配置されている。第１絶縁部材２１は、絶縁性の材料により形成されている。当該絶縁性の材料としては、上述したスリット１１に配置される絶縁性の材料と同様の材料を適用してよい。第１絶縁部材２１により、筐体１０と金属飾り２０との間の電気的接続は切断されている。

図４は、図３に表すＢ−Ｂ線の矢視断面図であり、金属飾り２０の断面形状を模式的に示す。また参考のために、金属飾り２０が筐体１０に配置された場合の、筐体１０の位置を一点鎖線により示し、カメラ４１およびカメラ４１のレンズカバー４１ａの位置を鎖線により示している。図４に示すように、筐体１０と金属飾り２０との間には、第１絶縁部材２１が配置されており、筐体１０と金属飾り２０とは直接接触していない。そのため、筐体１０と金属飾り２０との間の電気的接続は切断されている。

（アンテナコイル）
アンテナコイル５０は、磁気結合による近距離無線通信を行うための部材である。図２に示すように、アンテナコイル５０は、スマートフォン１の内部に、筐体１０に対向して配置されている。また、アンテナコイル５０は、カメラ孔３０の形成位置と平面上で重なるように配置されている。言い換えれば、カメラ孔３０は、筐体１０の、アンテナコイル５０の少なくとも一部と重なる位置に形成されている。

アンテナコイル５０は、導電性の部材により形成される導電線が、絶縁性基材上に配置されている。そして当該導電線は、カメラ孔３０が形成された領域を囲むように、カメラ孔３０の周囲に巻かれている。アンテナコイル５０には、前記導電線により囲まれ、前記導電線が配置されていないコイル開口が形成されている。当該コイル開口は、スマートフォン１ではカメラ孔３０と平面上で重なる位置に形成されているが、これに限られず、カメラ孔３０の形成位置と少なくとも一部が平面上で重なる位置に形成されていればよい。

このように、アンテナコイル５０の少なくとも一部は、筐体１０に形成される開口部の位置と重なっている必要がある。本実施形態に係るスマートフォン１は、当該開口部としてカメラ孔３０を利用している。したがって、スマートフォン１の筐体１０に、アンテナコイル５０を配置するためにカメラ孔３０以外の開口部を設ける必要がなく、スマートフォン１の意匠性を良好に保ちながらアンテナコイル５０を配置できる。

前記導電線の巻軸方向は、筐体１０のアンテナコイル５０が配置される面の法線方向と略同一となる。アンテナコイル５０は、前記導電線が１回のみ巻かれたループ状のコイルであってもよく、複数回巻かれたコイルであってもよい。前記導電線の巻回数は、アンテナ装置２に求められるアンテナ特性により適宜調整されてよい。なお、アンテナ特性については後述する。

＜アンテナ装置＞
（アンテナ装置の構成）
本実施形態に係るアンテナ装置２は、アンテナコイル５０と、アンテナコイル５０が配置されている筐体１０と、を備えている。すなわちスマートフォン１は、筐体１０の略全体がアンテナとして機能するアンテナ装置２を備えている。筐体１０およびアンテナコイル５０については、上述のためその説明を繰り返さない。なお、スマートフォン１が備えているアンテナ装置２は、アンテナとして筐体１０の略全体を利用するものでなくてもよい。

例えば、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、スマートフォンの筐体の一部が導電性の部材により形成されており、当該導電性の部材により形成されている部分がアンテナとして機能するものであってもよい。また、本発明の一実施形態に係るスマートフォン等の内部に、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が内蔵されていてもよい。アンテナ装置２の具体的な機能については、後段に詳細に説明する。

なお、アンテナ装置２を備える電子機器は、スマートフォン１に限られない。このような電子機器として、例えばスマートフォン１以外の携帯電話、電話機能を有しない携帯端末およびタブレット端末が挙げられるが、これに限られない。

（アンテナ装置の機能）
アンテナ装置２は、磁気結合による近距離無線通信を行うための送受信部として機能する。アンテナ装置２が使用される近距離無線通信としては、例えばFeliCa（登録商標）、Mifare（登録商標）およびＮＦＣ（Near Field Communication）等の規格が挙げられるが、これに限定されない。なお、本明細書では、アンテナ装置２の、通信可能最大距離および通信安定性等の性能を「アンテナ特性」と称する。アンテナ装置２のアンテナ特性が「高い」または「良好」とは、アンテナ装置２の通信可能最大距離が長く、通信安定性に優れていることを示す。

アンテナ装置２では、アンテナコイル５０に電流が流れることで、アンテナコイル５０から磁束が発生する。当該磁束により、アンテナコイル５０と平面上で少なくとも一部が平面上で重なる位置に配置された、カメラ孔３０を形成する筐体１０の縁部には、アンテナコイル５０に流れる電流とは反対方向の誘導電流が流れる。筐体１０に流れる誘導電流は、スリット１１の効果により、カメラ孔３０およびスリット１１を形成する筐体１０の縁部を流れ、さらに筐体１０の周縁を流れる。筐体１０の面積はアンテナコイル５０の面積よりも大きいため、誘導電流により筐体１０から発生する磁束は、アンテナコイル５０を流れる電流から発生する磁束よりも格段に大きくなる。したがって、アンテナ装置２から発生する磁束はより広い範囲に届くため、アンテナ装置２は高いアンテナ特性を確保できる。

ここで、金属飾り２０も、筐体１０と同様に導電性の材料により形成されている。また金属飾り２０は、カメラ孔３０を形成する筐体１０の縁部に沿って配置されている。したがって、筐体１０と金属飾り２０とが電気的に接続されていた場合には、前記の誘導電流は環状の金属飾り２０に渦電流を発生させ、筐体１０の周縁には誘導電流が流れにくくなる。しかしながら本実施形態では、筐体１０と金属飾り２０との間に第１絶縁部材２１が配置されている。第１絶縁部材２１が、筐体１０と金属飾り２０との間の電気的接続を切断しているため、金属飾り２０が配置されていても、金属飾り２０に流れる誘導電流とは略独立して、筐体１０の周縁には誘導電流が流れる。

このとき、筐体１０と金属飾り２０との間の距離は長いほど好ましい。金属飾り２０は、カメラ孔３０を形成する筐体１０の縁部に沿って配置されている。そのため、アンテナコイル５０から磁束が発生した場合、筐体１０に加えて金属飾り２０にも、アンテナコイル５０に流れる電流と反対方向に誘導電流が流れる。金属飾り２０に流れる渦電流から発生する磁束もまた筐体１０に誘導電流を発生させるが、アンテナコイル５０から発生した磁束に起因する誘導電流と、金属飾り２０から発生した磁束に起因する誘導電流とは逆方向になる。したがって、実際に筐体１０に発生する誘導電流は減弱してしまう。

筐体１０と金属飾り２０との間の距離が十分に長ければ、金属飾り２０から発生する磁束は、筐体１０に影響を与えにくくなる。また、筐体１０に対向して配置されているアンテナコイル５０から発生する磁束も、筐体１０と金属飾り２０との間の距離が長くなるにしたがって金属飾り２０に影響しにくくなる。そのため、金属飾り２０に流れる渦電流は、筐体１０と金属飾り２０との間の距離が長くなるにしたがって弱まり、これに伴い金属飾り２０から発生する磁束も小さくなる。筐体１０と金属飾り２０との間の距離は、所望のアンテナ特性が確保されるよう、設計によって適宜調整されればよい。

以上のように、金属飾り２０が配置されているアンテナ装置２は、第１絶縁部材２１の効果により、金属飾り２０が配置されていないアンテナ装置と同等の、良好なアンテナ特性を確保できる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。本実施形態に係るアンテナ装置２は、金属飾り２０ｘに間隙２２が形成されている点において、実施形態１に係るアンテナ装置２と異なる。

金属飾り２０ｘには、間隙２２が形成されている。間隙２２は、金属飾り２０ｘの環の一部を切断するように形成されている。言い換えれば、間隙２２は、金属飾り２０ｘ中の電気的接続を切断するように形成されている。したがって、金属飾り２０ｘの周方向における間隙２２の幅は、金属飾り２０ｘ中の電気的接続を十分に切断できる長さであれば、特に制限されない。また間隙２２は、金属飾り２０ｘの何れの部分に形成されていてもよい。また、金属飾り２０ｘには、単一の間隙２２が形成されていてもよく、複数の間隙２２が形成されていてもよい。

間隙２２の形成位置には、第２絶縁部材２２ａが配置されている。第２絶縁部材２２ａは、絶縁性の材料により形成されている。当該絶縁性の材料としては、上述したスリット１１に配置される絶縁性の材料と同様の材料を適用してよい。間隙２２に第２絶縁部材２２ａが配置されることにより、間隙２２による金属飾り２０ｘ中の電気的接続を、容易かつ確実に切断できる。したがって、金属飾り２０ｘの周方向における間隙２２の幅を容易に狭くできる。また、金属飾り２０ｘと第２絶縁部材２２ａとが、金属飾り２０ｘの周方向に連続した状態で形成されることで、金属飾り２０ｘの意匠性を良好に保ちやすい。なお、間隙２２には第２絶縁部材２２ａが配置されていなくてもよい。

金属飾り２０ｘに間隙２２が形成されていることにより、間隙２２が金属飾り２０ｘ中の電気的接続を切断する。そのため、アンテナコイル５０に流れる電流により磁束が発生しても、金属飾り２０ｘに流れる誘導電流は、渦電流にはならない。したがって、金属飾り２０ｘから当該渦電流に起因する磁束が生じないため、渦電流により発生する磁束が、アンテナコイル５０から発生する磁束によって筐体１０に生じる誘導電流を阻害することがない。

これにより、筐体１０と金属飾り２０ｘとの間の距離をより短くしても、アンテナ装置２のアンテナ特性を確保しやすくなる。したがって、アンテナ装置２の設計自由度が増す。また、アンテナ装置２を備えるスマートフォン１についても、薄型化が容易となる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るアンテナ装置は、磁気結合による近距離無線通信を行うためのアンテナコイルと、前記アンテナコイルが対向して配置されている導電板と、を備えており、前記導電板には、前記アンテナコイルの少なくとも一部と重なる位置に開口部と、前記開口部から、前記導電板の外側に延びるスリットと、がそれぞれ形成されているとともに、前記開口部を形成する前記導電板の縁部に沿って導電部材が配置されており、前記導電板と前記導電部材との間には、第１絶縁部材が配置されている。

前記構成によれば、近距離無線通信のためのアンテナコイルが配置される導電板の、開口部を形成する縁部には、導電部材がさらに配置されている。当該導電部材は例えば、前記の縁部を装飾または保護するための部材である。導電板と導電部材との間には第１絶縁部材が配置されている。そのため、アンテナコイルに流れる電流に起因する磁束による誘導電流は、導電板と導電部材とではそれぞれ独立して流れる。それゆえ、スリットの効果により導電板の周縁を広く流れる誘導電流の方向は、導電部材により影響されることがない。したがって、アンテナ装置が導電部材を備えていても、導電板全体で磁界を効率よく放射できる。

本発明の態様２に係るアンテナ装置は、上記態様１において、前記導電部材には、当該導電部材中の電気的接続を切断する間隙が形成されていてもよい。前記構成によれば、導電部材には間隙が形成されている。当該間隙が導電部材中の電気的接続を切断するため、導電部材には渦電流が流れない。したがって、導電部材から当該渦電流に起因する磁束が生じないため、渦電流に起因する磁束によって導電板に生じる誘導電流が阻害されない。

本発明の態様３に係るアンテナ装置は、上記態様２において、前記間隙の形成位置には、第２絶縁部材が配置されていてもよい。前記構成によれば、間隙の形成位置には、第２絶縁部材が配置されている。したがって、導電部材の電気的接続を容易かつ確実に切断できるため、導電部材に渦電流が流れることをより確実に防止できる。また、導電部材と第２絶縁部材とが連続した状態で形成されることで、導電部材の意匠性を保ちやすい。

本発明の態様４に係る電子機器は、上記態様１から３の何れか１つに記載のアンテナ装置を備えている。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ スマートフォン（電子機器）
２ アンテナ装置
１０ 筐体（導電板）
１１ スリット
２０、２０ｘ 金属飾り（導電部材）
２１ 第１絶縁部材
２２ 間隙
２２ａ 第２絶縁部材
３０ カメラ孔（開口部）
５０ アンテナコイル

Claims (4)

1. 磁気結合による近距離無線通信を行うためのアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルが対向して配置されている導電板と、を備えており、
   前記導電板には、
   前記アンテナコイルの少なくとも一部と重なる位置に開口部と、
   前記開口部から、前記導電板の外側に延びるスリットと、がそれぞれ形成されているとともに、
   前記開口部を形成する前記導電板の縁部に沿って導電部材が配置されており、
   前記導電板と前記導電部材との間には、第１絶縁部材が配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記導電部材には、当該導電部材中の電気的接続を切断する間隙が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記間隙の形成位置には、第２絶縁部材が配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のアンテナ装置を備えていることを特徴とする、電子機器。

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