JP4042702B2 - 携帯型情報処理端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム等の非接触通信システムの集積回路素子を内蔵した携帯型情報処理端末装置に関する。

鉄道の自動改札機、建物への入退出におけるセキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野において、非接触型ＩＣカードを用いた所謂ＲＦＩＤシステムがある。

このＲＦＩＤシステムは、非接触型ＩＣカードと、この非接触型ＩＣカードに対してデータの書き込みや読み出しを行うリーダライタとから構成されている。このＲＦＩＤシステムでは、リーダライタ側のアンテナコイルとＩＣカード側のアンテナコイルとが誘導結合によって磁気的に結合し、ＩＣカードとリーダライタとの間で非接触データ通信が行われる。

このようなＲＦＩＤシステムでは、従来の接触型ＩＣカードシステムのようなリーダライタに対してＩＣカードを装填したり、金属接点を接触させたりする手間が省けるため、簡易且つ高速にデータのやり取りを行うことができる。また、非接触型ＩＣカードは、リーダライタ側のアンテナコイルに励起される交流磁界を受けて電力が供給されるため、内部に電池等の電源を持つ必要がなく、動作信頼性が高く、したがって、メンテナンスが簡便である。このようなＲＦＩＤシステムの適用例として、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)といった携帯型情報処理端末装置にリーダライタを配設し、携帯型情報処理端末装置で非接触型ＩＣカードの内容を読み出し更新することができるようにしたものがある（特許文献１参照）。

ところで、上述のＰＤＡや携帯型電話機等の携帯型情報処理端末装置は、外出時等にも持ち歩かれ常にユーザによって携帯されるものである。したがって、非接触型ＩＣカードの機能を携帯型情報処理端末装置に設けることで、ユーザは、常に携帯している携帯型情報処理端末装置の他に非接触型ＩＣカードを持つ必要が無くなり、非常に便利である。

しかしながら、携帯型情報処理端末装置は、小型である一方多機能を有する機器であるため、小型の筐体内に高密度に金属部品が実装されている。例えば、使用するプリント配線基板は、導電層が多層のものであり、更に多層プリント配線基板には、集積回路素子等の電子部品が高密度に実装されている。また、携帯型情報処理端末装置には、装置の電源となるバッテリパックが収納されている。このバッテリパックには、フレーム等に金属材料が用いられている。したがって、携帯型情報処理端末装置の筐体内にアンテナコイルを配設した場合には、筐体内に実装されている金属部品の影響でアンテナコイルの共振周波数が大幅に変化してしまい、アンテナコイルの共振周波数の調整が非常に難しくなると共に、アンテナコイルに接続された信号処理用集積回路素子を少なくとも駆動するためのカード電圧を確保することができなくなってしまう。

また、ＲＦＩＤシステムの信号処理用集積回路素子をアンテナコイルを設けた基板に実装するのではなく携帯型情報処理端末装置のメイン基板に実装すると、アンテナコイルと信号処理用集積回路素子との距離が長くなってしまう。アンテナコイルと信号処理用集積回路素子との距離が長くなると、アンテナコイルと信号処理用集積回路素子との間の抵抗が高くなり損失となる。また、耐外来ノイズ特性が悪くなってしまう。

以上のように、単に、携帯型情報処理端末装置の内部に非接触型ＩＣカードの構成を設けただけでは、確実なデータの送受信を行うことができない。

なお、本発明に類似する技術として特許文献２がある。しかしながら、特許文献２の携帯型電話機は、アンテナにＲＦＩＤタグを設けるものであり、筐体内に内蔵する本発明とは異なる。

特開２００１−３０７０３２号公報 特開２００３−８７３８５号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯型ＩＣカードの機能を設けた新規な携帯型情報処理端末装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、アンテナコイルの共振周波数の粗調整を容易に行うことができる携帯型情報処理端末装置を提供することにある。

更に、本発明の目的は、筐体内に携帯型ＩＣカードを設ける構成を実現する際に、筐体に実装された金属部品の影響を少なくすることができる携帯型情報処理端末装置を提供することにある。

更に、本発明の目的は、筐体内に携帯型ＩＣカードを設ける構成を実現する際に、耐外来ノイズ特性を良くすることができる携帯型情報処理端末装置を提供することにある。

本発明に係る筐体内に多数の金属部品が配設された携帯型情報処理端末装置は、一方の面側に略環状のアンテナコイルが設けられた基板と、上記基板の他方の面側であって、上記アンテナコイルの内側に設けられる信号処理用集積回路素子と、上記信号処理用集積回路素子の逃げとなる開口部が形成され、少なくとも上記基板の他方の面側であって上記アンテナコイルの設けられた領域上に配設され、上記アンテナコイルが発生する磁界の向きを制御する磁性板と、上記磁性板の下側に配設され、上記アンテナコイルの共振周波数を粗調整するための金属板とを備える。そして、上記基板、磁性板及び金属板は、一体構造とされ、上記筐体内に配設される。

本発明によれば、金属板をアンテナコイルが設けられた基板に積層されるアンテナコイルが発生する磁界の向きを制御する磁性板に積層することで、筐体内に多数の金属部品の影響で変化する共振周波数の粗調整をすることができる。この金属板は、磁性板で形成することによって、更に、上記磁性板と同様に機能させることができる。また、信号処理用集積回路素子をアンテナコイルの内側に設け、更に、基板、磁性板、金属板を一体化すると共に、磁性板の開口部内に信号処理用集積回路素子を配置することで、小型化、軽量化、更には薄型化を図ることができる。また、磁性板は、信号処理用集積回路素子の逃げとなる開口部を設けることで、薄型化に寄与しつつ、磁界の向きを制御することができる。

以下、本発明を適用した携帯型電話機について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明を適用した携帯型電話機１は、機器本体２と、この機器本体２に対して回動可能に取り付けられるパネル部３とを備える。機器本体２は、略矩形状をなし、一方の主面に、テンキー、通話ボタン、電源ボタン等の各種の押しボタンからなる入力部２ａと、音声が入力され入力された音声を電気信号に変換するマイクロフォン２ｂと、ＲＦＩＤシステムに基づいた送受信部等が設けられたＲＦＩＤ部２ｃとが設けられている。マイクロフォン２ｂは、ユーザの口の近傍に位置するように、一方の主面の背面側端部に設けられ、更に、ＲＦＩＤ部２ｃも一方の主面の背面側に設けられている。また、機器本体２には、背面部に、携帯型電話機１の電源となるバッテリパック４が挿入されるバッテリ挿入口２ｄが設けられると共に、このバッテリ挿入口２ｄに連続してバッテリパック４が装着されるバッテリ装着部２ｅが設けられている。ここで、バッテリパック４は、例えばリチウムイオン二次電池である。バッテリパック４は、例えば全体が略矩形状をなし、外筐がアルミニウム等の金属材料で形成されている。バッテリ装着部２ｅとＲＦＩＤ部２ｃとの位置関係を説明すると、操作面となる機器本体２の一方の主面側にＲＦＩＤ部２ｃが形成され、他方の主面側に、バッテリ装着部２ｅが形成され、バッテリパック４が装着される。

この機器本体２に対して図１中矢印Ｒ方向に回動可能に取り付けられるパネル部３は、機器本体２と対向する一方の主面のほぼ全体に亘ってＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（ElectroLuminescent）ディスプレイ等で構成された表示部３ａと、電気信号を再生音に変換するスピーカ３ｂとが設けられている。なお、図示しないが、このパネル部３の前面側には、基地局と通信を行うための通信アンテナが設けられている。

次に、以上のような携帯型電話機１の回路構成について図２を参照して説明すると、図２に示すように、この携帯型電話機１は、基地局と通信を行う通信アンテナ１１に接続された送受信部１２と、この送受信部１２に接続され通話やデータ通信時の変復調処理等を行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）１３と、通話時等において受信した音声データをディジタル信号をアナログ信号に変換しスピーカ３ｂに出力し又マイクロフォン２ｂから入力された音声データをアナログ信号からディジタル信号に変換する音声処理部１４と、制御プログラム等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）１５と、ＲＯＭ１５に格納された制御プログラム等がロードされるＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、全体の動作を制御するシステムコントローラ１７とを備える。

送受信部１２は、送信時、ＤＳＰ１３から入力された音声データに対して周波数変換処理等を施し、その結果得られた音声データを通信アンテナ１１を介して基地局に送信する。送受信部１２は、受信時、通信アンテナ８で受信されたＲＦ信号を増幅して周波数変換等の処理を施して得られたデータをＤＳＰ１３に出力する。例えば、送受信部１２は、例えば、ＰＤＣ（Personal Digital Cellular）方式、ＩＭＴ（International Mobile Telecommunication ）−２０００、ＤＳ−ＣＤＭＡ（Direct Spread Code Division Multiple Access）システム等に準拠した通信を行う。

ＤＳＰ１３は、送受信部１２より入力された例えばスペクトラム拡散されている音声データをデコードし、デコードした音声データをスピーカ３ｂに出力する。また、ＤＳＰ１３は、送信時、ＤＳＰ１３より入力された音声データをスペクトラム拡散して送受信部１２に出力する。また、ＤＳＰ１３は、データ通信時、デコードしたデータをシステムコントローラ１７に出力し、また、システムコントローラ１７から入力されたデータをエンコードする。

音声処理部１４は、マイクロフォン２ｂにより集音されたユーザの音声に対応した電気信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ＤＳＰ１３に出力する。また、音声処理部１４は、ＤＳＰ１３から入力された音声データをディジタル信号からアナログ信号に変換してスピーカ３ｃに出力する。

システムコントローラ１７は、入力部２ａから入力された操作信号に基づいてＲＯＭ１５から読み出したプログラムをＲＡＭ１６にロードし演算を行い、動作状況等を表示部３ａに出力すると共に、ＤＳＰ１３に制御データ等を出力する。

このシステムコントローラ１７には、更に、ＲＦＩＤ部２ｃが接続されている。このＲＦＩＤ部２ｃは、具体的に、外部のリーダライタによってデータの書き込み又は読み出しが行われる非接触型ＩＣカード回路１８を有する。

ＲＦＩＤ部２ｃは、図３に示すように、リーダライタと通信を行うための平面状に導線が巻線されたアンテナコイル２１と、このアンテナコイル２１と並列に接続されたコンデンサ２２とを有し、アンテナコイル２１とコンデンサ２２とは、並列共振回路を構成し、外部のリーダライタのアンテナコイルとアンテナコイル２１とが誘導結合することによってデータの送受信を行う。具体的に、アンテナコイル２１には、ループアンテナであるから、閉ループを流れる電流が変化することで電磁波を外部に放射し、また、外部から入射される電磁波や磁界によって閉ループ内を通過する磁束密度が変化することで、閉ループ内を通過する磁束密度が変化しその閉ループに電磁波や磁界の強さに応じた電流が流れる。

非接触型ＩＣカード回路１８には、アンテナコイル２１から供給された電気信号を整流平滑する整流回路２３と、直流電圧を生成するレギュレータ２４と、整流回路２３から出力された電気信号の高域成分を抽出するＨＰＦ(High Pass-Filter)２５と、ＨＰＦ２５から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路２６と、この復調回路２６から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ２７と、復調回路２６から供給されるデータを記憶するメモリ２８と、送信するデータを変調する変調回路２９とを有している。

整流回路２３は、ダイオード２３ａ、抵抗２３ｂ及びコンデンサ２３ｃを有している。ダイオード２３ａは、アノード端子がアンテナコイル２１及びコンデンサ２２の一端に接続され、カソード端子が抵抗２３ｂ及びコンデンサ２３ｃの一端に接続されている。また、抵抗２３ｂ及びコンデンサ２３ｃの他端は、アンテナコイル２１及びコンデンサ２２の他端に接続されている。この整流回路２３は、アンテナコイル２１から供給された電気信号を整流平滑化しレギュレータ２４及びＨＰＦ２５に出力する。

レギュレータ２４は、直流電圧を発生する。具体的に、レギュレータ２４は、整流回路２３からの出力信号のエネルギから直流電圧を発生する。又は、レギュレータ２４は、バッテリパック４等の外部電源のエネルギから直流電圧を発生する。そして、レギュレータ２４は、シーケンサ２７等の電気回路に直流電圧を供給する。

ＨＰＦ２５は、コンデンサ２５ａ及び抵抗２５ｂを有しており、上述した整流回路２３から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路２６に出力する。復調回路２６は、ＨＰＦ２５のコンデンサ２５ａの他端及び抵抗２５ｂの一端と接続されており、このＨＰＦ２５から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ２６に出力する。具体的に、復調回路３８は、マンチェスタ符号、モディファイドミラー、ＮＲＺ（Non Return to Zero）等で変調されているデータを復調する。

シーケンサ２７は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を内部に有しており、復調回路２６と接続されている。シーケンサ２７は、復調回路２６から入力されたコマンドに基づいてＲＯＭに格納されているプログラムを実行し、実行されたプログラムに基づいて、メモリ２８に格納されているデータを読み出し、又は、メモリ２８に復調回路２６から供給されるデータを書き込む。例えば、シーケンサ２７は、メモリ２８から読み出した送信データを、マンチェスタ符号、モディファイドミラー、ＮＲＺ等で変調し、変調回路２９に送信する。

メモリ２８は、データの保持に電力を必要としないＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、シーケンサ２７と接続されている。メモリ２８は、シーケンサ２７からのコマンドに基づいて、復調回路２６から供給されたデータを記憶する。

変調回路２９は、インピーダンス２９ａとＦＥＴ(Field Effect Transistor)２９ｂとの直列回路であり、インピーダンス２９ａの一端は、整流回路２３のダイオード２３ａのカソード端子に接続され、インピーダンス２９ａの他端は、ＦＥＴ２９ｂのドレイン端子と接続され、ＦＥＴ２９ｂのソース端子は、接地され、ＦＥＴ２９ｂのゲート端子は、シーケンサ２７と接続されている。また、この変調回路２９は、共振回路を構成するアンテナコイル２１と並列接続されており、シーケンサ２７からのマンチェスタ符号、モディファイドミラー、ＮＲＺ等で変調された送信データに応じてＦＥＴ２９ｂをスイッチング動作させることによって、アンテナコイル２１の負荷を変動させる。

なお、以上のようなＲＦＩＤ部２ｃと通信を行う外部のリーダライタは、図４に示すように、リーダライタ回路３１を有している。このリーダライタ回路３１は、ＲＦＩＤ部２ｃと通信を行うための平面状に導線が巻線されたアンテナコイル３２を有する。このアンテナコイル３２は、ＲＦＩＤ部２ｃと通信を行うとき、アンテナコイル２１と対をなすループアンテナであり、アンテナコイル２１とが誘導結合することによってデータの送受信を行う。具体的に、アンテナコイル３２には、閉ループを流れる電流が変化することで電磁波を外部に放射し、また、外部から入射される電磁波や磁界によって閉ループ内を通過する磁束密度が変化することで、閉ループ内を通過する磁束密度が変化しその閉ループに電磁波や磁界の強さに応じた電流が流れる。なお、アンテナコイル３２には、リーダライタ回路３１のアンテナ駆動回路方式に応じて、共振用のコンデンサが並列或いは直列に接続されるようにしてもよい。

更に、リーダライタ回路３１は、データの変調を行う変調回路３３と、データの復調を行う復調回路３４と、送受信の制御を行う制御回路３５とを有する。変調回路３３は、制御回路３５から入力された送信データを変調し出力する。復調回路３４は、アンテナコイル３２からの変調波を復調し、この復調した受信データを制御回路３５に出力する。復調回路３４とＲＦＩＤ部２ｃからの送信データを検波するフィルタ回路３６との間には、大信号が入力された場合にこれを低減するための保護回路３７が設けられている。制御回路３５は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って、各種制御用コマンドを発生し、変調回路３３及び復調回路３４を制御すると共に、コマンドに対応した送信データを生成し、変調回路３３に供給する。

ところで、上述の携帯型電話機１の一方の主面の背面側に設けられるＲＦＩＤ部２ｃは、図５、図６及び図８に示すように、バッテリパック４上に設けられており、一方の主面側を上側としたとき、アンテナコイル２１が設けられると共に信号処理用集積回路素子４１が設けられる基板４２の下側に、磁性板４３が積層され、更に、磁性板４３の下側に、金属板４４が積層されている。

基板４２は、ポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁性の基板部４２ａに形成された銅等の導電パターンを形成することによって、ループ状のアンテナコイル２１が携帯型電話機１の一方の主面側に位置する一方の面に形成されている。勿論、基板４２は、リジッドの基板であってもよい。また、基板４２には、図示しないが、アンテナコイル２１の内側の他方の面側に、信号処理用集積回路素子４１を実装するためのランドが形成されている。なお、アンテナコイル２１やランドは、上述の方法の他、銀ペースト等の導電性ペーストを用いて導電パターンを印刷形成する方法や、金属ターゲットを基板上にスパッタして導電パターンを形成する方法等を用いてもよい。

この基板４２に実装される信号処理用集積回路素子４１は、ＲＦＩＤ部２ｃを構成するアンテナコイル２１以外の電気回路、すなわちコンデンサ２２、整流回路２３、レギュレータ２４、ＨＰＦ２５、復調回路２６、シーケンサ２７、メモリ２８、変調回路２９等が設けられ、信号処理用集積回路素子４１の電気回路は、アンテナコイル２１に連続した導電パターンによってアンテナコイル２１と電気的に接続されている。

また、基板４２には、携帯型電話機１の電気回路と接続するための可撓性を有する接続片４２ｃを設け、その先端に端子部４２ｂが形成されている。端子部４２ｂは、携帯型電話機１の電気回路、例えばシステムコントローラ１７に電気的に接続される。

以上のように、基板４２には、略外周に沿って形成されたアンテナコイル２１の内側にランドを設けこのランドに信号処理用集積回路素子４１を実装するようにしたことで、アンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１との距離を短くすることができ、アンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１との間の損失抵抗を低くすることができ、耐外来ノイズ特性を向上させることができる。なお、本発明の参考例であるが、図７に示すように、信号処理用集積回路素子４１は、アンテナコイル２１の内側ではなく、アンテナコイル２１の外側近傍に設けることによっても同様な効果を得ることができる。

図１０は、耐外来ノイズの周波数とそのレベルの関係を示す図であり、線１０２は、信号処理用集積回路素子４１を携帯型電話機１の基板に実装したとき、すなわちアンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１とが離れているときのノイズ特性を示し、線１０３は、本発明を適用し、アンテナコイル２１の内側に信号処理用集積回路素子４１を実装し、アンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１との距離、すなわちアンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１とを結ぶ配線の長さを短くしたときのノイズ特性を示す。本発明の比較例となる線１０２は、本発明の線１０３より全体的にレベルが高い。このように、ＲＦＩＤ部２ｃでは、アンテナコイル２１の内側又は近傍に信号処理用集積回路素子４１を設け、アンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１との距離を短くしたことにより、ノイズのレベルを下げて、耐外来ノイズ特性を良くすることができ、受信感度を上げて、通信距離を長くすることができる。

また、ＲＦＩＤ部２ｃでは、信号処理用集積回路素子４１をアンテナコイル２１の内側又は近傍に設けることで、アンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１との間の損失抵抗が低くなるようにしている。したがって、アンテナコイル２１のＱ値は、大きくなる。図１１は、アンテナコイル２１のＱ値と信号処理用集積回路素子４１への供給電圧及び通信距離の関係を示し、線１０４は、供給電圧を示し、線１０５は、通信距離を示している。図１１より明らかなように、アンテナコイル２１のＱ値が高くなると、供給電圧は高くなり、これに伴い、通信距離も延ばすことができる。

基板４２の下側には、図６及び図８に示すように、周辺金属の影響を少なくするための磁性板４３が配設されている。すなわち、携帯型電話機１の筐体内には、金属部品として、一又は複数のプリント配線基板や電子部品が多数配設されており、基板４２もこれら金属部品が配設された携帯型電話機１の筐体内に配設される。アンテナコイル２１の周辺金属は、リーダライタのアンテナコイル３２からの磁界が入り込み、金属内部で渦電流が発生し、リーダライタのアンテナコイル３２からの磁界が弱めてしまう。このため、ＲＦＩＤ部２ｃは、通信に必要なカード電圧を確保することができなくなる。また、アンテナコイル２１が発生する磁界が携帯型電話機１の回路に影響を与えることになる。磁性板４３は、アンテナコイル２１が設けられた基板４２の下側に積層するように配設することで、磁界の向きを制御し、また、磁気シールドとなることで、周辺金属の影響を少なくするようにしている。

具体的に、この磁性板４３は、少なくとも基板４２のアンテナコイル２１の設けられた領域上に設ける必要があり、また、基板４２の他方の面に実装された信号処理用集積回路素子４１を逃げる必要がある。そこで、この磁性板４３は、図６及び図８に示すように、環状に形成され、中央に、信号処理用集積回路素子４１の逃げとなる開口部４３ａを設けるようにしている。また、環状の磁性板４３の幅は、周辺金属の影響を少なくするため、できるだけ広い方がよい。

なお、この磁性板４３は、例えばＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、フェライト系の磁性材を樹脂で固着したもので、共振周波数が１３．５６ＭＨｚのとき、μ’＞３０以上、μ’’＜２０以下のものが用いられる。なお、この磁性板４３の材料特性に関しては、後述する。

この磁性板４３の下側には、図６及び図８に示すように、アンテナコイルの共振周波数の粗調整をする金属板４４が配設されている。上述のように、アンテナコイル２１は、周辺金属が存在する状態で交流磁界を受けると、金属に流れる渦電流の影響で、アンテナコイル２１と周辺金属内の仮想コイルとの全体の系においてインダクタンスが見かけ上小さくなり、共振周波数が高くなってしまう。金属板４４は、アンテナコイル２１の共振周波数の粗調整のため、磁性板４３に積層するようにして配設される。また、金属板４４は、磁性板４３に積層されることで強度補強板としても機能する。なお、アンテナコイル２１の共振周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。

なお、正確なアンテナコイル２１の共振周波数の調整は、信号処理用集積回路素子４１に調整用のＬＣ共振回路を設け共振周波数を下げる、また、周辺金属の設置位置を変更する等して行えばよい。

この金属板４４は、パーマロイ、アモルファス等の導電率の良い磁性板を用いてもよい。導電率の良い磁性板を用いたときには、共振周波数の粗調整の他、磁性板４３と同様に効果を得ることができ、更に、静電シールド効果を得ることができる。

以上のような金属板４４は、集積回路素子４１の逃げとなる開口部４３ａが形成された磁性板４３に積層されるものであり、基板４２に実装され、更に磁性板４３の開口部４３ａから露出した信号処理用集積回路素子４１の逃げとなる凹部４４ａが形成されている。

図１２は、金属のインダクタンスへの影響を説明する図である。図１２中（ａ）は、アンテナコイル２１のみのインダクタンスを示し、（ｂ）は、アンテナコイル２１に金属板４４を積層したときのインダクタンスを示し、（ｃ）は、本発明を適用した例であり、アンテナコイル２１に磁性板４３と金属板４４を積層したときのインダクタンスを示す。なお、（ｂ）において、アンテナコイル２１に積層される金属板４４は、その下側に配設されるバッテリパック４とみなしてもよい。アンテナコイル２１に金属板４４を積層した又はアンテナコイル２１の下側にバッテリパック４が配置された（ｂ）の例では、金属板４４やバッテリパック４の金属フレームにリーダライタからの磁界が入り込み、金属に流れる渦電流の影響で、アンテナコイル２１と周辺金属内の仮想コイルとの全体の系においてインダクタンスが見かけ上小さくなる。これに対して、アンテナコイル２１に磁性板４３と金属板４４を積層した（ｃ）の例では、透磁率の高い磁性板４３を用いることで、インダクタンスを高くすることができる。したがって、本発明を適用した（ｃ）の例では、電磁誘導起電力が下がることを防止することができ、通信距離を延ばすことができる。

以上のように構成されてなるＲＦＩＤ部２ｃは、図６に示すように、アンテナコイル２１を携帯型電話機１の一方の主面側にし、基板４２の他方の主面側に、磁性板４３，金属板４４の順で接着剤等によって一体化され、ＲＦＩＤモジュールとして、携帯型電話機１の筐体内の所定位置、すなわちバッテリ装着部２ｅの上側に接着剤４５等によって取り付けられる。

以上のようなＲＦＩＤ部２ｃは、外部のリーダライタと通信を行うとき、携帯型電話機１の機器本体２の一方の主面の背面側をリーダライタの送受信部に近接させる。すなわち、携帯型電話機１に内蔵されたＲＦＩＤ部２ｃをリーダライタの送受信部に近接させる。ＲＦＩＤ部２ｃとリーダライタの送受信部とが近接することによって、ＲＦＩＤ部２ｃのアンテナコイル２１は、リーダライタの送受信部のアンテナコイルと誘導結合し、磁気的に結合する。

アンテナコイル２１は、外部のリーダライタの送受信部から発信された磁界や電磁波を検出すると、電磁波や磁界の強さに応じた電流、すなわち電気信号は、整流回路２３に供給される。整流回路２３は、アンテナコイル２１からの電気信号を整流し、正のレベルの電圧をレギュレータ２４及びＨＰＦ２５に供給する。レギュレータ２４に供給された整流回路２３からの正のレベルの電圧は、そこで安定化されて、所定のレベルの直流電圧に変換された後、内部回路を駆動する電力として各部に供給される。ＨＰＦ２５は、高域成分を抽出し、復調回路２６は、ＨＰＦ２５から供給された信号を復調し、その結果得られた信号をシーケンサ２７に供給する。シーケンサ２７は、復調回路２６から入力された信号を解析し、書き込みコマンドであるとき、復調したデータをメモリ２８に書き込む。

また、読み出しコマンドであるとき、シーケンサ２７は、コマンドに対応する読み出しデータをメモリ２８から読み出しす。そして、変調回路２９は、ＦＥＴ２９ｂをスイッチングすることによって、送信データを変調し、アンテナコイル２１の負荷を変動させる。これにより、リーダライタの送受信部は、アンテナコイル３２には、電磁波や磁界の強さに応じた電流を検出し、ＲＦＩＤ部２ｃから送信されたデータの読み出しを行う。

更に、携帯型電話機１では、ＲＦＩＤ部２ｃのシーケンサ２７は、システムコントローラ１７とも接続されている。したがって、ＲＦＩＤ部２ｃのメモリ２８は、システムコントローラ１７からのコマンドに基づいて記憶しているデータの読み出しやデータの書き込みが可能である。例えば、メモリ２８に、チャージされている金額データが記憶されているとき、システムコントローラ１７は、メモリ２８に記憶されている残高データを読み出すことができ、また、チャージされている金額を補充するように金額データを書き換えることができる。

以上のような携帯型電話機１では、基板４２のアンテナコイル２１の内側に信号処理用集積回路素子４１を設けるようにしたことで、ＲＦＩＤ部２ｃの小型化を図ることができると共に、この基板４２に、磁性板４３と金属板４４を積層し、一体化すると共に、磁性板４３の開口部４３ａ内に信号処理用集積回路素子４１を位置させることで、ＲＦＩＤ部２ｃの薄型化を図ることができ、機器本体２等の小型化や薄型化を図ることができる。また、基板４２、磁性板４３、金属板４４を一体化することで、機械的強度を高めることができる。また、基板４２の内側に信号処理用集積回路素子４１を実装することで、アンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１との距離を短くすることができ、アンテナコイル２１と信号処理用集積回路素子４１との間の損失抵抗を低くすることができ、耐外来ノイズ特性を向上させることができる。また、磁性板４３は、アンテナコイル２１が設けられた基板４２の下側に積層するように配設されることで、磁界の向きを制御することができ、また、磁気シールドとなることで、周辺金属の影響を少なくすることができる。更に、このＲＦＩＤ部２ｃは、金属部品であるバッテリパック４上に設けられることになるが、磁性板４３との間に金属板４４を介在させることで、アンテナコイル２１の共振周波数の粗調整を行うことができる。

なお、以上の例では、図６に示すように、ＲＦＩＤ部２ｃを、アンテナコイル２１が設けられると共に信号処理用集積回路素子４１が実装された基板４２に、磁性板４３と金属板４４とを積層一体化した場合を説明したが、本発明は、図９に示すように構成してもよい。すなわち、図９の例では、環状の磁性板６１にアンテナコイル２１が設けられた環状の基板６２を取り付ける取付凹部６１ａを設けるようにし、中央の開口部６１ｂに、信号処理用集積回路素子４１が実装された基板６３を配設するようにしてもよい。このような構成によっても、図６に示したＲＦＩＤ部２ｃと同様な効果を得ることができる。

ところで、上述したアンテナコイル２１が設けられた磁性板４３の材料については、次のような実験を行った。

使用した磁性板４３のサンプルは、次の通りである。

サンプルＡ Fe(73)-Si(16)-Al(10) ＋バインダ（ナイロン、又はポリエチレン）
サンプルＢ Fe(73)-Si(16)-Al(10) ＋バインダ
サンプルＣ Fe(78)-Si(20)-Cr(2) ＋バインダ
（括弧内はａｔｏｍ／％）
図１３は、周波数と透磁率の関係を示す図である。ここで、μ’は、透磁率μ（＝Ｂ（磁界の強さ）／Ｈ（磁束密度））の実数部で、Ｈの変化に同位相で追随するＢの部分を表す透磁率であり、μ’’は、Ｈの変化に対して９０°の位相の遅れで追随するＢの割合を表す透磁率である。すなわち、μ’’は、エネルギ損失を示している。

上述のようにアンテナコイル２１の共振周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、このとき、サンプルＡ〜サンプルＣのμ’，μ’’は、次の通りである。

サンプルＡ μ’＝６５、μ’’＝１３
サンプルＢ μ’＝７７、μ’’＝１７
サンプルＣ μ’＝５５、μ’’＝２．２
したがって、エネルギ損失となるμ’’が最も低いサンプルは、サンプルＣである。

図１４は、サンプルＡ〜サンプルＣの抵抗（Ｒ）、インダクタンス（Ｌ）を示す。線１１１は、インダクタンス（Ｌ）を示し、線１１２は、損失抵抗（Ｒ）を示す。図１３に示すように、各サンプルのインダクタンス（Ｌ）は、ほぼ同じである一方、損失抵抗（Ｒ）は、サンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣの順で低くなる。

図１５は、サンプルＡ〜サンプルＣのＱ値と通信距離を示す図である。線１１３は、アンテナコイル２１のＱ値を示し、線１１４は、通信距離を示す。Ｑ値は、サンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣの順で高くなる。すなわち、図１４及び図１５に示すように、損失抵抗（Ｒ）とＱ値の関係は、抵抗（Ｒ）が低くなると、Ｑ値が高くなる関係にある。したがって、通信距離は、サンプルＡ、サンプルＢ、サンプルＣの順で長くなる。

以上のことから、サンプルＡ〜サンプルＣの中では、μ’’が最も低いサンプルＣが最も通信距離が長く、更に、共振周波数において、μ’’が低い磁性板４３程通信距離が長くすることができることが分かる。

以上の例では、携帯型電話機１を構成する機器本体２の一方の主面の背面側端部に設けられたＲＦＩＤ部２ｃには、更にリーダライタ回路を設けるようにしてもよい。この場合、図１６に示すように、基板４２に代わる基板５１には、上述のＲＦＩＤ部２ｃのアンテナコイル２１に代わる第１のアンテナコイル５２と上述のリーダライタ回路３１のアンテナコイル３２に代わる第２のアンテナコイル５３とが設けられている。具体的に、外周側にカード用の第１のアンテナコイル５２が設けられ、内側に、リーダライタ回路用の第２のアンテナコイル５３が設けられている。すなわち、第１のアンテナコイル５２と第２のアンテナコイル５３は、同一面内に近接して設けるようにすることで、アンテナモジュール部分の小型化を図っている。

また、ＲＦＩＤ部２ｃには、図１７に示すように、第１のアンテナコイル５２に非接触型ＩＣカード回路５４が設けられ、第２のアンテナコイル５３にリーダライタ回路５５が接続されている。なお、非接触型ＩＣカード回路５４は、図３に示す回路構成と同様であるため詳細が省略する。また、リーダライタ回路５５も図４に示すリーダライタ回路３１と同様のため詳細は省略する。

リーダライタ回路５５と第２のアンテナコイル５３との間には、フィルタ回路５６が設けられている。このフィルタ回路５６は、リーダライタ回路５５によって駆動され第２のアンテナコイル５４から放出される信号を所定の信号レベルに抑制する。このフィルタ回路５６は、上述した通信品質を確保すると共に、各国の電波法に準拠するために送信波のスプリアス、所謂不要輻射を低減するため、必要に応じて挿入されるローパスフィルタやバンドパスフィルタを有している。

具体的に、フィルタ回路５６は、図１８に示すように、リーダライタ回路５５と第２のアンテナコイル５３との間の伝送線路に一対のローパスフィルタを有しており、これら一対のローパスフィルタは、一対のコイル５６ａ，５６ｂ及びコンデンサ５６ｃからなる、所謂Ｔ型３次ローパスフィルタである。すなわち、一方の伝送線路には、一方のコイル５６ａの一端が第２のアンテナコイル５３の一端と接続され、一方のコイル５６ａの他端が他方のコイル５６ｂの一端と接続され、他方のコイル５６ｂの他端が接続端子Ｓ３と接続され、コンデンサ５６ｃの一端が一対のコイル５６ａ，５６ｂの間に接続され、コンデンサ５６ｃの他端が接地されたローパスフィルタが挿入されている。また、もう一方の伝送線路にも同様に、一方のコイル５６ａの一端が第２のアンテナコイル５３の他端と接続され、一方のコイル５６ａの他端が他方のコイル５６ｂの一端と接続され、他方のコイル５６ｂの他端が接続端子Ｓ４と接続され、コンデンサ５６ｃの一端が一対のコイル５６ａ，５６ｂの間に接続され、コンデンサ５６ｃの他端が接地されたローパスフィルタが挿入されている。

また、フィルタ回路５６には、外部のリーダライタと非接触型ＩＣカード回路５４との通信が行われるとき、このフィルタ回路５６の動作を抑制するためのＭＯＳ(Complementary-Metal Oxide Semiconductor)型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)からなる切換スイッチ５６ｄが設けられている。この切換スイッチ５６ｄは、ゲートが後述する切換制御回路５７の出力端子Ｓ５と接続され、ドレインがコンデンサ５６ｃの他端と接続され、ソースが接地点と接続されている。

システムコントローラ１７とフィルタ回路５６との間には、フィルタ回路５６内に挿入された切換スイッチ５６ｄのオン・オフを切り換える切換制御回路５７が設けられている。この切換制御回路５７は、システムコントローラ１７からＲＦＩＤ部２ｃに供給される制御信号に基づいて、フィルタ回路５６内に挿入された切換スイッチ５６ｄのオン・オフを切り換える。具体的に、切換制御回路５７は、非接触型ＩＣカード回路５４を用いるとき、オフにし、リーダライタ回路５５を用いるとき、オンとする。

この携帯型電話機１を非接触ＩＣカードとして使用するときには、外部のリーダライタから送信された電磁波を第１のアンテナコイル５２が受けて、この第１のアンテナコイル５２に誘導される電力により非接触型ＩＣカード回路５４が動作する。このとき、外部のリーダライタから送信された電磁波によって、非接触型ＩＣカード回路５４側の第１のアンテナコイル５２とリーダライタ回路５５側の第２のアンテナコイル５３との両方に電力が誘導されるため、第２のアンテナコイル５３に誘導された電流Ｉは、フィルタ回路５６のコイル３１及びコンデンサ５６ｃを通るものの、オフ状態された切換スイッチ５６ｄで遮断される。すなわち、この携帯型電話機１では、外部のリーダライタと非接触型ＩＣカード回路５４との通信が行われるとき、フィルタ回路５６内に挿入された切換スイッチ５６ｄをオフ状態となり、コンデンサ５６ｃのインピーダンスを無限大とすることで、第１のアンテナコイル５２側から見た総合インピーダンスを大きくし、フィルタ回路５６が負荷とならないようにする。

これにより、携帯型電話機１では、外部のリーダライタと非接触型ＩＣカード回路５４との通信が行われ、非接触型ＩＣカード回路５４が動作されるとき、外部のリーダライタから送信された電磁波によって第２のアンテナコイル５３に誘導した電力が、フィルタ回路５６のコイル５６ａ及びコンデンサ５６ｃを通って接地へと流れ込むのを防ぐことができる。すなわち、この携帯型電話機１では、第２のアンテナコイル５３に誘導される電力は消費されずに、外部のリーダライタから送信された電磁波によって誘導された電力を非接触型ＩＣカード回路５４において略全て使用することが可能となる。

したがって、この携帯型電話機１では、電力ロスを生じさせることなく、外部のリーダライタとの十分な通信距離を確保することが可能であり、非接触ＩＣカード側の第１のアンテナコイル５２の大型化を招くことなく、装置全体を更に小型化することが可能である。

一方、リーダライタ回路５５を動作させるとき、すなわち外部の非接触ＩＣカード１０２とリーダライタ回路５５との通信が行われるときには、フィルタ回路５６内に挿入された切換スイッチ５６ｄをオン状態とする。このとき、スイッチオン抵抗の十分小さいデバイスを選択することで、フィルタ回路５６の特性をそのまま確保することが可能である。また、この場合、切換スイッチ５６ｄを直接信号線路に挿入しないため、この切換スイッチ５６ｄを通過する際の波形の悪化や電力ロスの発生を防ぐことが可能である。

以上のように、ＲＦＩＤ部２ｃが非接触型ＩＣカード回路５４とリーダライタ回路５５を備え、基板５１に第１のアンテナコイル５２と第２のアンテナコイル５３とが近接して設けられた場合であっても、上述のように、この基板５１の下側に磁性板４３と金属板４４を設けることによって、本発明の効果を得ることができる。

以上の例では、ＲＦＩＤ部２ｃをバッテリパック４上に設けた場合を説明したが、ＲＦＩＤ部２ｃを設ける位置は、アンテナコイルが筐体内面側に位置するように配設すれば、特に限定されるものではない。上述のように、バッテリパック４上でなくとも携帯型電話機１の筐体には多くの金属部品が実装されていることから、例えばプリント配線基板上にＲＦＩＤ部２ｃを設けた場合にも同様な効果を得ることができる。

また、以上の例では、本発明を携帯型電話機１に適用した例を説明したが、本発明は携帯型機器であれば特に限定されるものではなく、上述のＰＤＡやディスクカートリッジやＩＣカードを記録媒体に用いる携帯型の記録及び／又は再生装置にも適用することができる。

本発明を適用した携帯型電話機を示す斜視図である。 図１に示した携帯型電話機のブロック図である。 ＲＦＩＤ部の回路図である。 リーダライタのブロック図である。 ＲＦＩＤ部を構成するフレキシブル基板の平面図である。 ＲＦＩＤ部の断面図である。 信号処理用集積回路素子の他の配置例を示す平面図である。 ＲＦＩＤ部の分解斜視図である。 ＲＦＩＤ部の変形例を示す断面図である。 耐外来ノイズの周波数とそのレベルの関係を示す図である。 アンテナコイルのＱ値と信号処理用集積回路素子への供給電圧及び通信距離の関係を示す図である。 金属のインダクタンスへの影響を説明する図である。 周波数と透磁率の関係を示す図である。 サンプルＡ〜サンプルＣの抵抗（Ｒ）、インダクタンス（Ｌ）、Ｑ値を示す図である。 サンプルＡ〜サンプルＣのＱ値と通信距離を示す図である。 非接触型ＩＣカードのアンテナコイルの内側にリーダライタ回路のアンテナを設けた他の例を示す基板の平面図である。 非接触型ＩＣカードのアンテナコイルの内側にリーダライタ回路のアンテナに接続される非接触型ＩＣカード回路とリーダライタ回路のブロック図である。 フィルタ回路の回路図である。

符号の説明

１ 携帯電話機、４ バッテリパック、４１ 信号処理用集積回路素子、４２ 基板、４３ 磁性板、４４ 金属板

Claims (3)

1. 筐体内に多数の金属部品が配設された携帯型情報処理端末装置において、
   一方の面側に略環状のアンテナコイルが設けられた基板と、
   上記基板の他方の面側であって、上記アンテナコイルの内側に設けられる信号処理用集積回路素子と、
   上記信号処理用集積回路素子の逃げとなる開口部が形成され、少なくとも上記基板の他方の面側であって上記アンテナコイルの設けられた領域上に配設され、上記アンテナコイルが発生する磁界の向きを制御する磁性板と、
   上記磁性板の下側に配設され、上記アンテナコイルの共振周波数を粗調整するための更なる磁性板でなる金属板とを備え、
   上記基板、磁性板及び金属板は、一体構造とされ、上記筐体内に配設される携帯型情報処理端末装置。
2. 上記金属板には、上記磁性板の開口部に対応して上記信号処理用集積回路素子の逃げとなる凹部が形成されている請求項１記載の携帯型情報処理端末装置。
3. 上記金属板の下側には、バッテリが配設される請求項１又は２記載の携帯型情報処理端末装置。

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