JP5018803B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＤカード、定期券、プリペイドカード等に使用されるＩＣカードと非接触でデータ通信ができる非接触型ＩＣカードリーダ／ライタ及びリーダ等に備え付けられたアンテナ装置に関するものである。

従来、電磁誘導方式により非接触でＩＣカードとデータ通信を行うリーダ／ライタのアンテナ装置は、アンテナコイルから磁界を発生させることによりＩＣカードに対して電力供給とデータ通信を行っている。リーダ／ライタが他の装置内への組み込まれる場合、背面に筺体等の金属が位置している場合が多く、金属の影響により発生する磁界が弱まりＩＣカードに対して十分な電力供給ができなくなる。この結果、通信距離が短くなったり、通信できなくなる等の障害があった。そのため金属面での渦電流による反磁界を防ぐため、フェライトシート等の磁性シートをアンテナと金属板の間に挿入して誘導磁界（磁界ループ）の低下を防いでいた（例えば特許文献１参照）。

図５は、従来の技術におけるアンテナ装置の分解斜視図であり、図６は、従来の技術におけるアンテナ装置における磁界を示す図である。図５及び図６に示すアンテナ装置４は、コイル１が巻かれたアンテナ基板２と磁性シート３から成る。アンテナ装置４は電磁誘導方式等による無線通信媒体との通信を行う無線通信処理装置や、無線通信媒体そのものに用いられる。

このようなアンテナ装置４は、背面や周囲にある金属板５の影響を少なくするために、アンテナ基板２と金属板５とをフェライトなどによる磁性シート３をアンテナ基板２に近接、あるいは当接させて設置し、図６に示す様なアンテナ基板２のコイル１で誘導する磁界ループ６の金属面での渦電流による反磁界７の影響を防ぎ磁界劣化を抑えるなどの工夫がなされていた。
特開２００２−２９８０９５号公報

しかし、金属面での渦電流による反磁界を防ぐため、フェライトシート等の磁性シートをアンテナと金属板の間に挿入して誘導磁界（磁界ループ）の低下を防いでいる状況ではリーダ／ライタと電磁誘導方式により非接触でＩＣカードとデータ通信を行う場合、必要な通信距離を確保できない場合も多い。

これは以下の理由によって生ずる。すなわち、磁性シートがアンテナ基板との間に配置され磁性シートの透磁率の実部が高いことで、磁束をシートに集中させるが完全でなく、もれ磁束により金属面での渦電流による反磁界が発生し影響が残る。

本発明は、上記の問題に鑑み、電磁誘導方式やマイクロ波方式を用いて通信を行うアンテナ装置において、磁性シート活用による誘導磁界（磁界ループ）の劣化を抑えるだけでなく、誘導磁界（磁界ループ）を強化し、非接触でＩＣカードとデータ通信を行う場合でも必要な誘導磁界を発生させることで通信距離確保に効果の有るアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ループ状に形成されたアンテナコイルと、前記アンテナコイルに近接配置された磁性部材と、前記磁性部材に巻かれた２つの磁界強化コイルと、を備え、前記２つの磁界強化コイルは、それぞれ前記アンテナコイルより発生する誘導磁界を強化する方向に巻かれ、前記アンテナコイルのループを形成する巻線に近接配置され、前記アンテナコイルのループ中央部を通るコイル軸を挟んで互いに離間され、前記磁性部材の前記アンテナコイルとの対向面と反対側の面には金属板を配置可能で、前
記磁性部材は、前記アンテナコイルのループ中央部を通るコイル軸を囲んで配置されたものである。

本発明によれば、以上の構成により、さらに誘導磁界の磁束を磁性シートに集中させ、もれ磁束により２つの磁性部材のアンテナコイルとの対向面と反対側の面に配置される金属板の金属面での渦電流による反磁界を極力小さくし、磁界ループの劣化を抑えて、金属上の渦電流による反磁界の影響により弱くなっている誘導磁界（磁界ループ）を強化することができ、ＩＣカードとデータ通信を行う場合でも常に必要な誘導磁界を確保することができ、ＩＣカードと確実に無線通信を実行することができる。

例えば一般的にＩＣカード等のリードライトの磁界は「１．５Ａ／ｍから７．５Ａ／ｍまでの磁界で、意図通りの動作をすることが要求され、通信距離としても数ｃｍから１ｍ程度の動作範囲であるが、アンテナ装置を携帯電話等の端末装置に備え付けた場合、必要な磁界は「１．５Ａ／ｍすら確保できない場合も想定され、通信距離としても最初から数ｃｍ程度の動作範囲の能力しかないリーダ／ライタの場合等も想定される。この状況では電子乗車券での自動改札等では約半径１０ｃｍの半球空間の動作磁界内にＩＣカードが滞在するのを想定している、「タッチ・アンド・ゴー」方式に十分対応できない場合が考えられる、本発明の構成によれば、金属上の渦電流による反磁界の影響を、アンテナ基板のコイルを磁性シート上にも組み込む構成にすることにより金属の影響にて弱くなっている誘導磁界（磁界ループ）を強化することができ、自動改札等で「タッチ・アンド・ゴー」方式でＩＣカードとデータ通信を行う場合でも常に必要な通信距離を確保することが可能となる。

請求項１記載の発明は、ループ状に形成されたアンテナコイルと、前記アンテナコイルに近接配置された磁性部材と、前記磁性部材に巻かれた２つの磁界強化コイルと、を備え、前記２つの磁界強化コイルは、それぞれ前記アンテナコイルより発生する誘導磁界を強化する方向に巻かれ、前記アンテナコイルのループを形成する巻線に近接配置され、前記アンテナコイルのループ中央部を通るコイル軸を挟んで互いに離間され、前記２つの磁性部材の前記アンテナコイルとの対向面と反対側の面には金属板を配置可能で、前記磁性部材は、前記アンテナコイルのループ中央部を通るコイル軸を囲んで配置されたものである。この構成により、さらに誘導磁界の磁束を磁性シートに集中させ、もれ磁束により２つの磁性部材のアンテナコイルとの対向面と反対側の面に配置される金属板の金属面での渦電流による反磁界を極力小さくし、磁界ループの劣化を抑えて、誘導磁界（磁界ループ）を強化することができ、ＩＣカード等とデータ通信を行う場合でも常に必要な誘導磁界を確保することができ、ＩＣカード等と確実に無線通信を実行することができる。つまり前記アンテナコイルにより発生した誘導磁界を前記磁性部材と前記磁界強化コイルにより強化するようにしたことを特徴とするアンテナ装置である。

請求項２記載の発明は、前記磁界強化コイルのコイル軸が、前記アンテナコイルのコイル軸及び前記磁界強化コイルの直近にある前記アンテナコイルの巻線方向と略直交するようにしたものである。

請求項３記載の発明は、前記アンテナコイルの背面に配置された金属板と、をさらに備え、前記磁界強化コイルが巻き付かれた前記磁性部材が、前記アンテナコイルと前記金属板との間に配置されたものである。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例におけるアンテナ装置の分解斜視図である。図１において、１１は磁界を発生させることによりＩＣカード等に対して電力供給とデータ通信を行うためのアンテナコイル、１２はアンテナコイルを配線するアンテナ基板、１３は誘導磁界の劣化を抑えるためにコイル１５が巻きつけられた磁性シートであり、１４はアンテナ基板１２と磁性シート１３から構成されたアンテナ装置、５はアンテナの背面や周辺の金属板である。

この構成によれば、アンテナ装置１４ではアンテナ基板１２のアンテナコイル１１と同時に磁性シートに誘導磁界を強化する方向にコイル１５が巻かれている。そしてＩＣカードや携帯電話と無線通信を行い、これらに格納されている情報を読んだり、これらに備えられているメモリ内に情報を書き込む。

図２は、本発明の実施例におけるアンテナ装置の側断面図である。

アンテナ装置１４にはアンテナ基板１２のアンテナコイル１１と磁性シート１３の誘導磁界を強化する方向に巻かれたコイル１５が巻かれており、そのコイルは破線で示される様につながっており、磁界発生する。当然駆動回路からインピーダンス整合回路等のベストの誘導磁界となるようにインピーダンス調整される。

また駆動回路やインピーダンス整合回路が幾つか用意可能であれば、アンテナ基板１２と磁性シート１３のアンテナコイルは破線の接続はしないで、別の構成とし、別々のインピーダンス整合回路の構成にて対応しても問題ない。

図３は、図１のアンテナ装置１４の磁界イメージを説明する構成図であり、磁界のループを示している。図３において、図１と同じ番号が付されているものは図１で説明したものと同じ構成である。同図において、１６はアンテナ装置から電磁誘導方式により非接触でＩＣカード等とデータ通信のための誘導磁界を示す磁界ループ、１７は金属面での渦電流による反磁界である。

ここで磁性シート１３がアンテナ基板１２と金属板５の間に配置するだけで磁性シート１３の透磁率の実部（μ’）が高いことで、磁束をシートに集中させ、且つ透磁率の虚部（μ”）が低いため、磁束がシート内で磁気損失することなく流れていくことになり、通信距離が改善される。しかしどうしても誘導磁界のもれが無視できない。つまりもれ磁束により金属面での渦電流による反磁界１７が発生し影響が残るため磁性シート１３にもアンテナコイル１１を巻き付けることで、さらに誘導磁界の磁束を磁性シート１３に集中させ金属面５での渦電流による反磁界１７を極力小さくし、磁界ループ１６の劣化を抑える構成にする。

この構成によれば、アンテナ基板１２のアンテナコイル１１と同時に磁性シート１３に誘導磁界を強化する方向にコイルを巻いているため、金属板５の渦電流による反磁界１７の影響にて弱くなっている誘導磁界（磁界ループ）を強化する事が可能となり、ＩＣカードや携帯電話と確実な無線通信を実行することができる。

図４は、本発明の別の実施例におけるアンテナ装置の分解斜視図である。図４において、１１は磁界を発生させることによりＩＣカード等に対して電力供給とデータ通信を行うためのアンテナコイル、１２はアンテナコイルを配線するアンテナ基板、１３は誘導磁界の劣化を抑え、誘導磁界（磁界ループ）を強化するためのアンテナコイルが巻きつけられた磁性シート、５はアンテナの背面や周辺の金属板である。

この構成によれば、図１の実施例での磁性シート１３に誘導磁界を強化する方向にコイルを巻いている磁性シートを２方向に配置したものでは誘導磁界を強化する場合でも、配置していない方向では誘導磁界のもれがあり、反磁界１７の発生が考えられる。そこで磁性シート１３を四方、つまり誘導磁界の周囲をぐるりと配置することで、アンテナコイルにて四方での誘導磁界を強化する方向に働き、図３の２方向での磁性シートでの金属上の渦電流による反磁界の影響にて弱くなっている誘導磁界（磁界ループ）を強化する場合よりもさらに誘導磁界の磁束を磁性シート１３に集中させた強い誘導磁界が得られ、ＩＣカードや携帯電話と確実な無線通信を実行することができる。

本発明のアンテナ装置を組み込む場合、背面等に金属であっても金属上の渦電流による反磁界の影響にて弱くなっている誘導磁界（磁界ループ）を強化でき、問題なく通信可能となり、いろいろな非接触ＩＣカードやＩＣタグなどの無線通信用途にも適用可能となる。

また多少の磁性シートの透磁率のばらつきがあってもコイルを巻くことでばらつきの影響を少なくできる。

本発明の実施例におけるアンテナ装置の分解斜視図 本発明の実施例におけるアンテナ装置の側断面図 本発明の実施例におけるアンテナ装置の磁界を説明するための図 本発明の別の実施例におけるアンテナ装置の分解斜視図 従来の技術におけるアンテナ装置の分解斜視図 従来の技術におけるアンテナ装置における磁界を示す図

５ 金属板
１１ アンテナコイル
１２ アンテナ基板
１３ 磁性シート
１４ アンテナ装置
１５ コイル
１６ 磁界ループ
１７ 反磁界

Claims (3)

1. ループ状に形成されたアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルに近接配置された磁性部材と、
   前記磁性部材に巻かれた２つの磁界強化コイルと、を備え、
   前記２つの磁界強化コイルは、それぞれ前記アンテナコイルより発生する誘導磁界を強化する方向に巻かれ、前記アンテナコイルのループを形成する巻線に近接配置され、前記アンテナコイルのループ中央部を通るコイル軸を挟んで互いに離間され、
   前記磁性部材の前記アンテナコイルとの対向面と反対側の面には金属板を配置可能で、
   前記磁性部材は、前記アンテナコイルのループ中央部を通るコイル軸を囲んで配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記磁界強化コイルのコイル軸は、前記アンテナコイルのコイル軸及び前記磁界強化コイルの直近にある前記アンテナコイルの巻線方向と略直交することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナコイルの背面に配置された金属板と、をさらに備え、
   前記磁界強化コイルが巻き付かれた前記磁性部材は、前記アンテナコイルと前記金属板との間に配置されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。

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