JP5590274B1 - キー入力装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
キー入力装置のうち所定のキートップ(1)の内面にコイルアンテナ(10)が設けられている。キースイッチが保持される基板(50)上に、コイルアンテナと磁界結合する給電コイル(20)およびRFIC(40)が実装されている。キートップ(1)の近傍にNFCを備えた装置を近接させることによってNFC通信が可能となる。またはRFIDのタグを近接させることによって、その読み取りが可能となる。これにより、アンテナを筐体の外部に設けることなく、且つ、組み込み先電子機器の筐体の影響を受け難くい、キー入力装置および電子機器を構成する。
Description
本発明は、RFIDシステムやNFC(近距離無線通信システム)等に用いられるアンテナを含むキー入力装置およびそれを備えた電子機器に関するものである。
NFC用のアンテナには、HF帯に適したコイルアンテナが一般的に用いられる。このようなコイルアンテナを電子機器の筐体内に設ける構成が特許文献1に示されている。また、USBコネクタ付きのアンテナ装置をノートPCのUSB端子に装着して用いる外付け型RFID通信装置が特許文献2に示されている。さらに、ノートPCの金属筺体に貼り付けて通信を行うようにしたタグが特許文献3に示されている。
特許文献1に示されている情報処理装置においては、ノートPCのタッチパッドと、このタッチパッドの下部に備えられた底板金属部との間にNFCアンテナモジュールが配置されている。NFCアンテナモジュールは、ICカードがタッチパッドの近傍にかざされることにより、そのICカードと近距離無線通信を行う。
しかし、タッチパッドが例えば静電容量方式のものであれば、コンデンサパターン等の金属パターンが多数組み込まれており、これがNFC用コイルアンテナの磁界の形成を妨げるため、良好なアンテナ特性が得難いという問題があった。また、近年は強度とデザイン性を重視して金属筐体が多用される傾向にある。そのため、電磁シールド作用を受けないような位置にコイルアンテナを配置することが困難になってきている。
特許文献2に示されている外付け型のRFID通信装置では、ノートPCに対して突起状の付加物になるので、この部分に落下等の衝撃が加わると、壊れやすい。
特許文献3に示されているタグでは、タグ(アンテナ)が金属筺体から突出しているので、作業性が妨げられ、剥がれ落ちてしまいやすい。
本発明の目的は、アンテナを筐体の外部に設けることなく、且つ、組み込み先電子機器の筐体の影響を受け難くすることにある。
本発明はキー入力装置を例えばRFID用のアンテナやNFC用のアンテナとして用いることのできる装置である。
(1)本発明のキー入力装置は、キー操作部と、このキー操作部(キートップ)の変位を検出するスイッチ部とで構成されるキースイッチを複数備え、RFICが直接に、または間接に、接続されるコイルアンテナを、複数のキースイッチのキー操作部のうち少なくとも一つに備えたことを特徴とする。
上記の構成によれば、キー入力装置は金属筐体に覆われないので、金属筐体による渦電流の問題が解消できる。
(2)コイルアンテナの巻回軸はキー操作部の操作面に対して垂直方向であることが好ましい。これにより、キー操作部またはキー入力装置の操作面を通信面として利用できる。
(3)キー操作部の操作(変位)が検出されるスイッチ部が設けられる基板にRFICおよび、RFICに接続され、コイルアンテナと磁界結合する給電コイルが配置されていることが好ましい。この構成によれば、RFICを実装するための特別な基板が不要となる。
(4)RFICに接続され、コイルアンテナと磁界結合する給電コイルを備える場合、キー操作部の操作(変位)が検出されるスイッチ部が設けられる基板に、給電コイルが配置されていることが好ましい。この構成によれば、給電コイルを実装するための特別な基板が不要となる。
(5)キー操作部は複数の文字キーを含み、コイルアンテナを備えるキー操作部は、文字キーよりサイズの大きなキー操作部であることが好ましい。これにより、コイルアンテナのコイル径を大きくでき、高利得が得られる。
(6)複数のキー操作部のうち第1のキー操作部および第2のキー操作部にそれぞれコイルアンテナが備えられ、第1のキー操作部および第2のキー操作部は直列接続または並列接続されていることが好ましい。これにより、コイルアンテナの実質的なコイル径を大きくでき、高利得が得られる。
(7)上記(6)において、第1のキー操作部のコイルアンテナと第2のキー操作部のコイルアンテナとは、各コイルアンテナに生じる磁界が同相となるように巻回され接続されていることが好ましい。これにより、キー入力装置の操作面の比較的広い範囲を通信面として利用できる。
(8)本発明の電子機器は、表示部およびキー入力部を(金属筐体内に)備え、そのキー入力部を上記(1)〜(7)のいずれかに記載のキー入力装置で構成する。
本発明によれば、コイルアンテナおよびRFIC等で構成される通信回路はキー入力装置をRFIDシステムやNFC用の読み取り装置として利用できる。すなわち、キー入力装置にRFID用の媒体やNFC通信を行う通信相手が近接された状態で通信できる。
キー入力装置は金属筐体に覆われないので、金属筐体による渦電流の問題が解消できる。また、アンテナを筐体の外部に設ける必要がないので、衝撃等による損傷や作業性の低下も生じない。
《第1の実施形態》
図1(A)は第1の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPC201の外観斜視図、図1(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。このノートPC201はキー入力装置101、タッチパッド120、表示装置110等を備えている。キー入力装置101は、その操作面がノートPC201の筐体210の開口部に露出するように配置されている。
図1(A)は第1の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPC201の外観斜視図、図1(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。このノートPC201はキー入力装置101、タッチパッド120、表示装置110等を備えている。キー入力装置101は、その操作面がノートPC201の筐体210の開口部に露出するように配置されている。
図1(B)に表れているように、キー入力装置のうち一つのキートップ1の内部にコイルアンテナ10が設けられている。キートップ1は本発明に係る「キー操作部」に相当する。この例では、普通の文字キーよりサイズの大きなSPACEキーのキートップである。
図2(A)は上記SPACEキーとその左右の別のキーのキートップの平面図である。図2(B)はこれらのキースイッチの断面図である。SPACEキーは、キートップ1、キートップ1を上下動させる機構部、およびキートップ1の変位を検出するスイッチ部2で構成されている。他のキースイッチについても同様に、キートップ、機構部およびスイッチ部で構成されている。これらのキースイッチは基板50等に保持されている。
キートップ1の内面にはコイルアンテナ10が取り付けられている。基板50上の、キートップ1で隠れる位置に給電コイル20およびRFIC40が実装されている。
図3は、上記コイルアンテナ10、給電コイル20およびRFIC40等で構成される通信回路の分解斜視図である。コイルアンテナ10は、基材フィルム11と、その両面に形成されたコイル導体12,13とで構成されている。基材フィルム11には矩形の開口APが形成されていて、この開口APの周囲を周回するように、コイル導体12,13が形成されている。コイル導体12,13はそれぞれ矩形渦巻状にパターン化された導体であり、平面視で同方向に電流が流れる状態で容量結合するようにパターン化されている。すなわち、同一方向からの平面視で、一方のコイル導体に時計回りの電流が流れるとき、他方のコイル導体にも時計回りに電流が流れるように、二つのコイル導体はパターン化されている。
上記コイルアンテナ10は図2(A)に示したとおり、キートップ1の内面に接着剤を介して貼付される。基材フィルム11には開口APが形成されているので、キートップ1の取り付け機構に対して影響を与えない。
給電コイル20は、フェライトコア21と、このフェライトコア21に巻回されたコイル導体22で構成されている。この給電コイル20は、コイル導体22のコイル軸を通る磁束がコイルアンテナ10のコイル導体12,13と鎖交する位置に配置されている。
RFIC40と給電コイル20との間には、コイル導体22に対して並列接続されるチップキャパシタ30が配置されている。
図4(A)は上記通信回路の等価回路図である。図4(A)に示すコイルアンテナ10はインダクタLa1,La2およびキャパシタCa1,Ca2で構成される。インダクタLa1,La2は図3に示したコイル導体12,13に相当し、キャパシタCa1,Ca2はコイル導体12,13間に生じる容量に相当する。インダクタLfは給電コイル20に相当し、キャパシタCfはチップキャパシタ30に相当し、給電回路FCはRFIC40にそれぞれ相当する。
キャパシタCfはインダクタLfとともに共振回路を構成し、共振周波数の調整用およびインピーダンスマッチング用の素子として作用する。
図4(B)は上記整合回路の構成が異なる、別の通信回路の等価回路図である。インダクタLfと給電回路FCとの間に、抵抗R1,R2、インダクタLp1,Lp2、キャパシタCp1,Cp2によるローパスフィルタを設け、さらにこのローパスフィルタとインダクタLfとの間に整合用のキャパシタCm1,Cm2を設けてもよい。
このようにして、キー入力装置の一部にコイルアンテナおよびそれを含む通信回路を設けることによって、図1(A)に示した、SPACEキーの近傍に、NFCを備えた装置を近接させることによってNFC通信が可能となる。また、RFIDのタグを近接させることによって、その読み取りを行うことができる。その際、キー入力装置101は金属製の筐体210で覆われていないので、その金属筐体の影響を受けない。また、アンテナをノートPCの筐体の外部に設ける必要がないので、衝撃等による損傷や作業性の低下も生じない。
なお、コイルアンテナ10の裏面にフェライトシート等の磁性体シートが貼付されていてもよい。そのことにより、コイルアンテナ10の下部または下部付近に存在する金属部材との結合が抑制されるので、渦電流による問題が回避できる。但し、給電コイル20との磁界結合を確保するために、給電コイル20の近傍は磁性体シートで覆わないようにしてもよい。または磁性体シートの厚みを薄くするか、比較的小さな透磁率の磁性体シートを用いてもよい。
《第2の実施形態》
図5(A)は第2の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPCの外観斜視図、図5(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。第1の実施形態ではSPACEキーのキートップにコイルアンテナを設けたが、第2の実施形態では、EnterキーまたはReturnキーのキートップ1の内面にコイルアンテナ10を設けてもよい。
図5(A)は第2の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPCの外観斜視図、図5(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。第1の実施形態ではSPACEキーのキートップにコイルアンテナを設けたが、第2の実施形態では、EnterキーまたはReturnキーのキートップ1の内面にコイルアンテナ10を設けてもよい。
このように文字キーよりサイズの大きなキートップにコイルアンテナを設けることによって、コイルアンテナのコイル径を大きくでき、高利得が得られる。
《第3の実施形態》
図6(A)は第3の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPCの外観斜視図、図6(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。第1・第2の実施形態では1つのキートップにコイルアンテナを設けたが、第3の実施形態では、2つのキートップの内面にコイルアンテナを設ける。図6(B)に表れているように、キートップ1A,1Bの内面にコイルアンテナ10A,10Bが設けられている。
図6(A)は第3の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPCの外観斜視図、図6(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。第1・第2の実施形態では1つのキートップにコイルアンテナを設けたが、第3の実施形態では、2つのキートップの内面にコイルアンテナを設ける。図6(B)に表れているように、キートップ1A,1Bの内面にコイルアンテナ10A,10Bが設けられている。
図7は隣接する2つのキースイッチの断面図である。コイルアンテナ10A,10Bのそれぞれは、基材フィルムと、その両面に形成された所定ターン数のコイル導体とで構成されている。基板50の上面にはバネピン51A,51B,51C,51Dが設けられている。コイルアンテナ10Aのコイル導体の両端はバネピン51A,51Bを介して基板50上の導体パターンに接続されている。同様に、コイルアンテナ10Bのコイル導体の両端はバネピン51C,51Dを介して基板50上の導体パターンに接続されている。
図8は、図7に示した2つのコイルアンテナを備える通信回路の等価回路図である。コイルアンテナ10A,10Bは直列回路を構成し、この直列回路にキャパシタCaおよび給電回路FCが接続されている。
2つのコイルアンテナ10A,10Bは、各コイルアンテナに生じる磁界が逆相となるように、巻回され、接続されている。図7中の磁束φは2つのコイルアンテナ10A,10Bに生じる磁界が逆相であることを表している。このことにより、2つのコイルアンテナ10A,10Bを通る磁束で閉ループが構成され、この閉ループ(閉磁路)に、通信相手の装置を近接させることで、強い磁界結合が生じる。
《第4の実施形態》
図9は、第4の実施形態に係る電子機器に設けられている、隣接する2つのキースイッチの断面図である。コイルアンテナ10A,10Bのそれぞれは、基材フィルムと、その両面に形成された所定ターン数のコイル導体とで構成されている。基板50の上面にはバネピン51A,51B,51C,51Dが設けられている。コイルアンテナ10Aのコイル導体の両端はバネピン51A,51Bを介して基板50上の導体パターンに接続されている。同様に、コイルアンテナ10Bのコイル導体の両端はバネピン51C,51Dを介して基板50上の導体パターンに接続されている。
図9は、第4の実施形態に係る電子機器に設けられている、隣接する2つのキースイッチの断面図である。コイルアンテナ10A,10Bのそれぞれは、基材フィルムと、その両面に形成された所定ターン数のコイル導体とで構成されている。基板50の上面にはバネピン51A,51B,51C,51Dが設けられている。コイルアンテナ10Aのコイル導体の両端はバネピン51A,51Bを介して基板50上の導体パターンに接続されている。同様に、コイルアンテナ10Bのコイル導体の両端はバネピン51C,51Dを介して基板50上の導体パターンに接続されている。
図10(A)は、図9に示した2つのコイルアンテナを備える通信回路の等価回路図である。コイルアンテナ10A,10Bは直列回路を構成し、この直列回路にキャパシタCaおよび給電回路FCが接続されている。
2つのコイルアンテナ10A,10Bは、各コイルアンテナに生じる磁界が同相となるように、巻回され、接続されている。図9中の磁束φは2つのコイルアンテナ10A,10Bに生じる磁界が同相であることを表している。このことにより、2つのコイルアンテナ10A,10Bを通る磁束はキー入力装置の操作面に対して垂直方向に出入りして広範囲に磁界が広がる。そのため、面方向の広い範囲で通信が可能となる。
図10(B)は、図9に示した2つのコイルアンテナを備える通信回路の別の等価回路図である。この例では、RFIC40は2つの入出力ポートを備え、それぞれ2つのコイルアンテナ10A,10Bの一端に接続し、2つのコイルアンテナ10A,10Bの接続点を接地している。この構成により、2つのコイルアンテナを個別に利用する通信回路として用いることができる。
なお、2つのコイルアンテナは直列接続して用いるだけでなく、並列接続してもよい。また、3つ以上のコイルアンテナを直列接続または並列接続して用いてもよい。
《第5の実施形態》
図11(A)は第5の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPCの外観斜視図、図11(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。第3・第4の実施形態では隣接する2つのキートップにコイルアンテナを設けたが、第5の実施形態では、離れた2つのキートップの内面にコイルアンテナを設ける。図11(B)に表れているように、キートップ1A,1Bの内面にコイルアンテナ10A,10Bが設けられている。
図11(A)は第5の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートPCの外観斜視図、図11(B)はそのキー入力装置の部分斜視図である。第3・第4の実施形態では隣接する2つのキートップにコイルアンテナを設けたが、第5の実施形態では、離れた2つのキートップの内面にコイルアンテナを設ける。図11(B)に表れているように、キートップ1A,1Bの内面にコイルアンテナ10A,10Bが設けられている。
図12は、上記2つのキースイッチを通る面での断面図である。コイルアンテナ10A,10Bのそれぞれは、基材フィルムと、その両面に形成された所定ターン数のコイル導体とで構成されている。コイルアンテナ10Aのコイル導体の両端はバネピン51A,51Bを介して基板50上の導体パターンに接続されている。同様に、コイルアンテナ10Bのコイル導体の両端はバネピン51C,51Dを介して基板50上の導体パターンに接続されている。
2つのコイルアンテナ10A,10Bは、各コイルアンテナに生じる磁界が逆相となるように、巻回され、接続されている。図12中の磁束φは2つのコイルアンテナ10A,10Bに生じる磁界が逆相であることを表している。
この構成により、2つのコイルアンテナ10A,10Bを通る磁束で、比較的大きな閉ループが構成され、通信相手の装置を近接させるべき面方向の範囲が広く設定できる。
《第6の実施形態》
図13(A)は第6の実施形態に係る電子機器のキートップの内部に設けられているコイルアンテナの構成を示す斜視図である。図13(B)は図13(A)におけるコイルアンテナ10のV−V部分の断面図である。コイルアンテナ10は基材フィルム14およびフェライトシート16を備えている。基材フィルム14にはスリットSLが形成されていて、このスリットSLの周囲にスパイラル状のコイル導体15が形成されている。コイル導体15は、始端と終端とが直接または容量を介して接続されている。コイル導体15のインダクタンス成分およびキャパシタンス成分は、使用周波数帯で共振するように定められている。
図13(A)は第6の実施形態に係る電子機器のキートップの内部に設けられているコイルアンテナの構成を示す斜視図である。図13(B)は図13(A)におけるコイルアンテナ10のV−V部分の断面図である。コイルアンテナ10は基材フィルム14およびフェライトシート16を備えている。基材フィルム14にはスリットSLが形成されていて、このスリットSLの周囲にスパイラル状のコイル導体15が形成されている。コイル導体15は、始端と終端とが直接または容量を介して接続されている。コイル導体15のインダクタンス成分およびキャパシタンス成分は、使用周波数帯で共振するように定められている。
基材フィルム14のスリットSLにはフェライトシート16が挿入されている。すなわちフェライトシート16の半分は基材フィルム14の上面にあり、残りの半分は基材フィルム14の下面にある。フェライトシート16は、基材フィルム14に形成されているコイル導体の磁性体コアとしてまたは磁路制御シートとして作用するので、図13(B)に示すように、磁束φはコイル導体15によるコイル軸から傾く。この作用により、指向方向をキー入力装置の操作面に対する垂直方向から傾けることができる。
なお、給電コイルを用いて、その給電コイルと磁界結合させてもよい。その場合には、給電コイルは、平面視でフェライトシート16に重ならない位置に配置すればよい。あるいはフェライトシート16を介して磁界結合させてもよい。
《第7の実施形態》
図14は第7の実施形態に係る電子機器のキー入力装置の1つのキースイッチ部分の断面図である。この例では、キートップ1内にコイル導体12,13が一体成型されている。これらのコイル導体12,13によってコイルアンテナが構成されている。キートップ1の内面にはフェライトシート16が貼付されている。基板50上には給電コイル20およびRFIC40が実装されている。給電コイル20はコイル導体12,13によるコイルアンテナと磁界結合する。その他の構成は第1の実施形態と同じである。
図14は第7の実施形態に係る電子機器のキー入力装置の1つのキースイッチ部分の断面図である。この例では、キートップ1内にコイル導体12,13が一体成型されている。これらのコイル導体12,13によってコイルアンテナが構成されている。キートップ1の内面にはフェライトシート16が貼付されている。基板50上には給電コイル20およびRFIC40が実装されている。給電コイル20はコイル導体12,13によるコイルアンテナと磁界結合する。その他の構成は第1の実施形態と同じである。
給電コイル20を用いないで、給電回路をコイルアンテナに直接接続する場合は、図7等に示した構造と同様に、バネピンを介して電気的に接続すればよい。
このように、コイルアンテナをキートップと一体化することによって、部品点数および組立作業工数が削減される。
なお、以上に示した例では渦巻状のコイル導体を備えた例を示したが、コイル導体は必要に応じて1ターンのループ状であってもよい。また、コイル導体は単層に形成されていてもよい。
なお、以上に示した各実施形態では、ノートPCを例に挙げて、電子機器の特にキー入力部の構成について示したが、例えばUSB接続するキーボードなど、単体のキー入力装置にも同様に適用できる。
AP…開口
FC…給電回路
SL…スリット
1,1A,1B…キートップ
2…スイッチ部
10,10A,10B…コイルアンテナ
11…基材フィルム
12,13…コイル導体
14…基材フィルム
15…コイル導体
16…フェライトシート
20…給電コイル
21…フェライトコア
22…コイル導体
30…チップキャパシタ
40…RFIC
50…基板
51A,51B,51C,51D…バネピン
101…キー入力装置
110…表示装置
120…タッチパッド
210…筐体
FC…給電回路
SL…スリット
1,1A,1B…キートップ
2…スイッチ部
10,10A,10B…コイルアンテナ
11…基材フィルム
12,13…コイル導体
14…基材フィルム
15…コイル導体
16…フェライトシート
20…給電コイル
21…フェライトコア
22…コイル導体
30…チップキャパシタ
40…RFIC
50…基板
51A,51B,51C,51D…バネピン
101…キー入力装置
110…表示装置
120…タッチパッド
210…筐体
Claims (8)
- キー操作部と、このキー操作部の変位を検出するスイッチ部とで構成されるキースイッチを複数備えたキー入力装置において、
RFICが直接に、または間接に、接続されるコイルアンテナを、前記複数のキースイッチのキー操作部のうち少なくとも一つに備えたことを特徴とする、キー入力装置。 - 前記コイルアンテナの巻回軸は前記キー操作部の操作面に対して垂直方向である、請求項1に記載のキー入力装置。
- 前記キー操作部の操作が検出されるスイッチ部が設けられる基板に前記RFICが配置された、請求項1または2に記載のキー入力装置。
- 前記RFICに接続され、前記コイルアンテナと磁界結合する給電コイルを備え、
前記キー操作部の操作が検出されるスイッチ部が設けられる基板に、前記給電コイルが配置された、請求項1〜3のいずれかに記載のキー入力装置。 - 前記キー操作部は複数の文字キーを含み、前記コイルアンテナを備えるキー操作部は、前記文字キーよりサイズの大きなキー操作部である、請求項1〜4のいずれかに記載のキー入力装置。
- 前記複数のキー操作部のうち第1のキー操作部および第2のキー操作部にそれぞれ前記コイルアンテナが備えられ、前記第1のキー操作部および前記第2のキー操作部は直列接続または並列接続されている、請求項1〜5のいずれかに記載のキー入力装置。
- 前記第1のキー操作部のコイルアンテナと前記第2のキー操作部のコイルアンテナとは、各コイルアンテナに生じる磁界が同相となるように巻回され接続されている、請求項6に記載のキー入力装置。
- 表示部およびキー入力部を備えた電子機器において、前記キー入力部は請求項1〜7のいずれかに記載のキー入力装置である、電子機器。
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- 2014-08-01 US US14/449,175 patent/US9983689B2/en active Active
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