WO2007004401A1

WO2007004401A1 - アンテナ装置

Info

Publication number: WO2007004401A1
Application number: PCT/JP2006/312067
Authority: WO
Inventors: Keisuke Aramaki; Satoru Sugita; Hiraku Akiho
Original assignee: Sony Chemical & Information Device Corporation; Sony Corporation
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-01-11
Also published as: US7503509B2; US20070205291A1; JP4414942B2; KR101269611B1; TWI318380B; CN101069323A; US20090167624A1; EP1898493A4; EP1898493A1; EP1898493B1; CN101069323B; TW200701086A; US8113439B2; KR20080034823A; JP2007013662A

Abstract

　本発明は、通信機能付き電子機器により誘導結合によりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型のＩＣカード用のアンテナ装置（６０）であり、電子機器との間で誘導結合を行うための平面状に導線が巻線されたループコイル（６１）と、このループコイルの一方の側に設けられた一方の領域（６１ａ）を一方の面側から覆うとともに、ループコイル内を挿通して、ループコイルの他方の側に設けられた他方の領域（６１ｂ）を他方の面から覆う磁性体（６２）とを備え、ループコイルは、磁性体に一方及び他方の面から覆われることで全領域が覆われる。

Description

明細書

アンテナ装置

技術分野

[0001] 本発明は、通信機能を備えた電子機器により電磁場を誘導結合することによりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型の ICカード用のアンテナ装置に関する。

本出願は、日本国にぉレ、て 2005年 6月 30日に出願された日本特許出願番号 200 5— 192561を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。

背景技術

[0002] 近年、鉄道の自動改札機や、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では、非接触式の ICカードや ICタグ等を用いた、いわゆる RFID (Radio Frequency IDentification)システムが導入され始めている。この RFID システムは、図 1に模式的に示すように、非接触式 ICカード 100と、この ICカード 100 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 101とから構成されている。この RFシステムは、電磁誘導の原理に基づいて、リーダライタ 101側のループアンテナ 102から磁束が放射されると、放射された磁束が誘導結合によって ICカード 100 側のループアンテナ 103と磁気的に結合し、 ICカード 100とリーダライタ 101との間で通信が行われる。

このような RFIDシステムは、従来の接触型 ICカードシステムのように、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、簡易かつ高速にデータの書き込みや読み出しを行うことができる。また、この RFIDシステムは、電磁誘導によりリーダライタ 101から ICカード 100に対して必要な電力の供給が行われるため、 ICカード内に電池等の電源を持つ必要がなぐ構成を簡素化でき低価格で信頼性の高い ICカードを提供することができる。

し力しながら、 ICカードに搭載される通信周波数 13. 56MHzの ICタグが金属の周辺にあると、その影響を受けて、通信がうまくいかない場合がある。電磁誘導方式で通信する 13· 56MHzでは、金属が近くにあるとその金属の影響を受けてインダクタンスが変化することによる共振周波数のずれや、磁束変化などから、電力確保ができなくなる。

そこで、上述した RFIDシステムでは、 ICカード 100とリーダライタ 101との十分な通信可能な範囲を確保するために、ある程度の磁界強度を持った電磁場を放射することのできるループアンテナ 103を ICカード 100側に設ける必要がある。

ところで、空間配置以外の方法で金属筐体によるループアンテナへの影響を低減しうる従来技術としては、例えば、板状の磁性材料を使い金属体の影響を低減した I Cカード用のアンテナ装置が特開 2001— 331772号公報において開示されている。発明の開示

発明が解決しょうとする課題

ところで、上記特許公報に記載されるようなアンテナ装置では、通信距離を大きくし通信範囲を広げるには限界があった。また、通信可能な範囲が狭いため、非接触で通信エラーとなる場合があり、利便性の面でも非接触の利点を十分に活かすことができない。

そこで、本発明の技術課題は、小型化及び薄型化を可能としながら、通信機能付き電子機器との通信距離の向上を実現できる非接触型 ICカード用のアンテナ装置を提供することにある。

本発明に係るアンテナ装置の一実施の形態は、通信機能付き電子機器により誘導結合によりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型の ICカード用のアンテナ装置において、誘導結合を行うための平面状に導線が卷線されたループコイルと、ループコイルの一方の側に設けられた一方の領域を一方の面から覆うとともに、ループコイル内を揷通して、ループコイルの他方の側に設けられた他方の領域を他方の面側から覆う磁性体とを備える。ループコイルは、磁性体により一方の面側から覆われ、磁性体により他方の面側から覆われることで全領域が覆われる。

このアンテナ装置は、小型化及び薄型化を実現しながら、通信機能付き電子機器との通信距離を大きくし、通信可能な範囲を広げることができる。

本発明のさらに他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態から一層明らかにされるであろう。

図面の簡単な説明

[0004] [図 1]図 1は、従来の RFIDシステムを示す斜視図である。

[図 2]図 2は、本発明を適用したアンテナ装置を用いた RFIDシステムを示す回路図である。

[図 3]図 3は、本発明を適用したアンテナ装置を示す平面図である。

[図 4]図 4は、本発明を適用したアンテナ装置の磁場分布を示す側面図である。

[図 5]図 5は、図 3の A— A線断面図である。

[図 6]図 6は、本発明を適用したアンテナ装置の他の実施の形態を示す平面図である

[図 7]図 7は、本発明を適用したアンテナ装置と比較するためのアンテナ装置の比較例 1を示す平面図である。

[図 8]図 8は、比較例 1のアンテナ装置を示す側面図である。

[図 9]図 9は、本発明を適用したアンテナ装置と比較するための比較例 2のアンテナ装置を示す平面図である。

[図 10]図 10は、比較例 2のアンテナ装置を示す側面図である。

[図 11]図 11は、本発明を適用したアンテナ装置と比較するための比較例 3のアンテナ装置を示す平面図である。

[図 12]図 12は、比較例 3のアンテナ装置を示す側面図である。

[図 13]図 13は、本発明を適用したアンテナ装置と比較するための比較例 4のアンテナ装置を示す平面図である。

[図 14]図 14は、比較例 4のアンテナ装置を示す側面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0005] 以下、本発明を適用したアンテナ装置の十進の形態を図面を参照して説明する。

まず、本実施の形態のアンテナ装置を用いた RFIDシステムについて説明する。この RFIDシステムは、図 2に示すように、非接触型 ICカード 1と、この ICカード 1に対してデータの書き込み及び読み出しを行うリーダライタ（以下、 R/Wという。） 50とから構成されている。 ICカード 1は、例えば ISO7810に準拠した電池等の電源を内蔵することなく構成されたバッテリレスの ICカードである。この ICカードは、いわゆるクレジットカードと同サィズ、すなわち手のひらに乗る程度の大きさの短辺と長辺を有する長方形状に形成されている。この ICカード 1は、その内部に設けられた基板上に、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ 2と、データの書き込み及び読み出しを行うための各種処理を行う電子回路及びメモリが集積された IC (Integrated Circuit) 3とを有している。

ループアンテナ 2は、平面状に導線が卷線されたループコイル 4からなり、このループコイル 4と並列に接続されたコンデンサ 5とともに共振回路を構成している。このループアンテナ 2は、後述する R/W50側のループアンテナから放射された電磁場と結合し、結合された電磁場を電気信号に変換した後、 ICに供給する。

IC3は、ループコイル 4から供給された電気信号を整流平滑する整流回路 6と、整流回路 6から供給された電気信号を直流電力に変換するレギユレータ 7と、整流回路 6から供給された電気信号の高域成分を抽出する HPF (High Pass-Filter) 8と、 HPF 8から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路 9と、この復調回路 9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 10 と、復調回路 9から供給されるデータを記憶するメモリ 11と、ループコイル 4により送信するデータを変調する変調回路 12とを備える。

整流回路 6は、ダイオード 13、抵抗 14及びコンデンサ 15から構成されている。このうち、ダイオード 13のアノード端子がループコイル 4及びコンデンサ 5の一端に接続され、ダイオード 13の力ソード端子が抵抗 14及びコンデンサ 15の一端に接続され、抵抗 14及びコンデンサ 15の他端がループコイル 4及びコンデンサ 5の他端に接続されている。この整流回路 6は、ループコイル 4から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギユレータ 7及び HPF8に出力する。

レギユレータ 7は、上述した整流回路 6のダイオード 13の力ソード端子、抵抗 14及びコンデンサ 15の一端と接続されている。このレギユレータ 7は、整流回路 6から供給された電気信号の電圧変動 (データ成分)を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ 10に供給する。これにより、シーケンサ 10等の誤動作の原因となる、例えば ICカード 1の位置が動くことにより発生する電圧変動、並びに ICカード 1内の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。

HPF8は、コンデンサ 16及び抵抗 17により構成されており、上述した整流回路 6から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路 9に出力する。

復調回路 9は、上述した HPF8のコンデンサ 16の他端及び抵抗 17の一端と接続されており、この HPF8から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ 10に出力する。を内部に有し、上述した復調回路 9と接続されている。このシーケンサ 10は、復調回路 9から入力された信号（コマンド）を RAMに記憶させ、 ROMに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、必要に応じてメモリ 11に格納されてレ、るデータを読み出し、或いはメモリ 11に復調回路 9から供給されるデータを書き込む。このシーケンサ 10は、コマンドに対応するレスポンスを返すために、レスポンス信号を生成し、変調回路 12に供給する。

メモリ 11は、データの保持に電力を必要としなレ、 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、上述したシーケンサ 10と接続されている。このメモリ 11は、シーケンサ 10の解析結果に基づいて、復調回路 9から供給されるデータを記憶する。

変調回路 12は、インピーダンス 18と FET (Field Effect Transistor) 19との直列回路から構成されており、このうち、インピーダンス 18の一端が上述した整流回路 6のダイオード 13の力ソード端子に接続され、インピーダンス 18の他端が FET19のドレイン端子と接続され、 FET19のソース端子が接地点に接続され、 FET19のゲート端子がシーケンサ 10と接続されている。この変調回路 12は、上述した共振回路を構成するループコイル 4と並列に接続されており、 FET19をシーケンサ 10からの信号に対応してスイッチング動作させ、ループコイル 4に対するインピーダンス 18の負荷を変動させる、いわゆる付加変調方式を採用している。

これに対して、 R/W50は、送受信するデータの制御を行う制御回路 51と、データの変調及び復調を行う変調回路 52及び復調回路 53と、電磁場と結合してデータを送受信するループアンテナ 54とを有して構成される。

制御回路 51は、例えば外部からの指令や内蔵するプログラムに従って、各種制御用のコントロール信号を生成し、変調回路 52及び復調回路 53を制御するとともに、指令に対応した送信データを生成し、変調回路 52に供給する。また、制御回路 51 は、復調回路 53からの応答データに基づいて、再生データを生成し、外部に出力する。

変調回路 52は、制御回路 51から入力された送信データを発信器が変調し、この変調した信号をループアンテナ 54に供給する。

復調回路 53は、ループアンテナ 54からの変調波を復調し、この復調したデータを制御回路 51に供給する。

ループアンテナ 54は、導線を平面状に卷線したループコイルからなり、変調回路 5 2より供給された変調波に対応した電磁場を放射するとともに、 ICカード 1側のループコイル 4の負荷変動を検出する。なお、ループアンテナ 54には、 R/W50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場合もある。

以上のように構成される RFIDシステムでは、 IDカード 1に対して所定のデータの書き込みが指令されると、この指令に基づいて、 R/W50の制御回路 51が書き込みのためのコマンド信号を生成するとともに、指令に対応した送信データ（書き込みデータ）を生成し、変調回路 52に供給する。変調回路 52は、入力された信号に基づいて、発振信号の振幅を変調し、ループアンテナ 54に供給する。ループアンテナ 54は、入力された変調信号に対応する電磁波を放射する。

ここで、 ICカード 1のループコイル 4及びコンデンサ 5からなる共振回路の共振周波数は、 R/W50からの発振周波数（キャリア周波数）に対応する値、例えば 13. 56M Hzに設定されている。したがって、この共振回路は、放射された電磁場を共振動作により受信し、受信した電磁場を電気信号に変換した後、 IC3に供給する。変換された電気信号は、整流回路 6に入力され、この整流回路 6により整流平滑された後、レギユレータ 7に供給される。そして、このレギユレータ 7は、整流回路 6から供給された電気信号の電圧変動 (データ成分)を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ 10に供給する。

整流回路 6により整流平滑された信号は、変調回路 12を介して HPF8に供給され、高域成分が抽出された後、復調回路 9に供給される。この復調回路 9は、入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ 10に供給する。シーケンサ 10は、復調回路 9から入力された信号（コマンド）を RAMに記憶させ、 ROMに内蔵されているプログラムに従ってこれを解析し、解析された結果に基づいて、メモリ 11に復調回路 9から供給された書き込みデータを書き込む。

一方、シーケンサ 10は、復調回路 9から入力された信号 (コマンド）が読み出し指令である場合に、その指令に対応する読み出しデータをメモリ 11から読み出す。また、シーケンサ 10は、読み出しデータに対応して、変調回路 12の FET19がスイッチング動作される。すなわち、変調回路 12では、 FET19がオンされると、インピーダンス 18 にループコイル 4が並列に接続され、 FET19がオフされると、インピーダンス 18とループコイル 4との並列接続が解除される。その結果、この ICカード 1側のループアンテナ 2と磁気的に結合している R/W50側のループアンテナ 54のインピーダンス力読み出しデータに対応して変化する。したがって、ループアンテナ 54の端子電圧は、そのインピーダンスの変化に応じて変動することとなり、 R/W50は、この変動分を復調回路 53が復調することで、読み出しデータを受信することができる。

以上のようにして、 ICカード 1と R/W50との間で通信が行われ、 ICカード 1に対して R/W50によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行われる。

ところで、上述した ICカード 1側のループアンテナ 2には、図 3、図 4及び図 5に示すように構成されたアンテナ装置 60を用いた。このアンテナ装置 60は、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が卷線されたループコイル 61と、このループコイル 61 の一方の側に設けられた一方の領域 61aを一方の面 F1から覆うとともに、ループコィル 61内を揷通して、ループコイル 61の他方の側に設けられた、一方の領域 61a以外の残りの領域である、他方の領域 61bを他方の面 F2から覆う磁性体 62とを備えている。そして、ノレープコィノレ 61は、磁性体 62に一方の面 F1から覆われ、磁性体 62に他方の面 F2から覆われることで、全領域がいずれかの面から覆われた状態となっている。ノレープコィノレ 61は、例えばポリイミドゃ PET等の可撓性を有する絶縁フィルム又は基板の両面に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして形成される。このループコイル 61の作製方法は、上述した例に限定されず、例えば銀ぺースト等の導体ペーストを用いてループコイル 61となる導体パターンを印刷したものでもよぐ或いは金属ターゲットをスパッタリングすることによって基板上にループコイル 61となる導体パターンを形成してもよレ、。ループコイル 61の一方の領域 61a及び他方の領域 61bは、それぞれ、略矩形に卷線された導線の対向する部分 61d， 61eを覆う領域である。また、ループコイル 61には、導線内に設けられ磁性体 62を揷通するための揷通孔 61cが設けられる。この揷通孔 61cは、例えば、円状、楕円状等の頂点を 3つ以上有する形状である。なお、このループコイルは、対向する一対の辺における卷き線の幅及び間隔を変化させて非対称形状にすることで通信可能な範囲をさらに広げることができる。

磁性体 62は、ループコイル 61の一方の側に設けられた一方の領域 61aを一方の面 F1側から覆う第 1の部分 62aと、ループコイル 61の他方の側に設けられた他方の領域 6 lbを他方の面側から覆う第 2の部分 62bと、ループコイル内に形成された挿通孔 61cを挿通され第 1及び第 2の部分 62a, 62bを連結する揷通部 62cとを有する。この磁性体 62により覆われていないループコイル 61の一方の面 F1側が R/W50との通信領域とされる。すなわち、ループコイル 61の一方の面 F1側が R/W50に対向される側の面となる。

磁性体 62の第 2の部分 62bにより覆われたループコイル 61の他方の領域 6 lbの面積力磁性体 62の第 1の部分 62aにより覆われたループコイル 61の一方の領域 61a の面積より大きくされる。この面積が大きくされた側である第 2の部分 62bで覆われたループコイル 61の他方の領域 61bの覆われていない側、すなわち、一方の面 F1側が通信領域とされる。

磁性体 62の幅及び長さは、ループコイル 61の幅及び長さよりもそれぞれ大きく形成され、第 1及び第 2の部分 62a, 62bがそれぞれ、一方の面 F1側及び他方の面 F2 側力覆うことによりループコイル 61の全領域をどちらかの面側力覆うようにされている。磁性体 62の揷通部 62cは、第 1及び第 2の部分 62a, 62bより幅が小さく形成されている。すなわち、磁性体 62は、挿通部 62cとなる部分の幅方向の両側に切り込み部を設けることで、第 1及び第 2の部分 62a, 62b及び挿通部 62cを形成する。この切り込み部の大きさは、磁性体 62の厚さやループコイル 61に設けた揷通孔 61cの大きさによって適宜選択することができる。なお、ここでは、切り込み部を設けることで第 1 及び第 2の部分 62a, 62bを形成するように構成した力これに限られるものではなく、別体に形成した第 1及び第 2の部分を揷通部となる部分で接合するように構成してもよぐこのとき、ループコイルにおいて、その両面が磁性体の第 1及び第 2の部分に覆われる領域があってもょレ、。

この磁性体 62を製造するには、まず、ゴム系樹脂からなるバインダ中に、磁性粉、溶剤及び添加物を混合した磁性塗料を作製する。なお、ここでは、磁性粉として、 Fe を 96重量％、 Crを 3重量％、 Coを 0. 3重量％及びその他の磁性材料を含有する Fe 系磁性材料を用いた。次に、この磁性塗料を濾過し、ノくインダ中から所定の粒径以上となる磁性粉を除去した磁性塗料を作製する。次に、押出し成型機を用いて、液溜め部に溜められた磁性塗料を一対の間から押し出しながら、所定の厚みとなる長尺状の磁性材を作製する。次に、長尺状の磁性材を乾燥させ、この磁性材中から溶剤を除去する。次に、塗布装置を用いて、一対のローラ帯状の磁性材を挟み込みながら、この磁性材のー主面上に接着剤を塗布する。次に、帯状の磁性材を所定の形状に型抜きプレスして磁性体 62が作製される。

なお、この磁性体 62は、磁気特性を満足するものであれば、任意の軟磁性材料を用いて任意の製法により作製されたものと用いることができる。例えば、磁性材料としてアモルファス合金、 Co_ Cr系合金、 Fe _Al系合金、センダスト合金（Fe _Al_ Si )、 Fe _Ni合金、 Fe _ Co _Ni合金等を用いることができ、これらの各微粉末をゴム系のバインダで混鍊、分散、塗布して作製されたものや、メツキ法ゃスパッタ法により軟磁性薄板としたもの、或いはフェライト系粉末 (Ni— Znフェライト、 Mn— Znフェライト）をプレス焼結体としたバインダを含まない単一素材のみによるバルタ薄板等を用いることができる。また、上述の粉末に絶縁層を形成してもよい。絶縁層の形成方法としては加熱により酸化膜を形成し、ァニール処理する方法や粉末にスパッタで酸化膜を形成してもよい。磁性材は、フレキシビリティ性を有するシート状のものであってもょレ、し、平板状フェライト等の焼成物からなる硬い板状のものであってもよい。

そして、磁性体 62は、その面内方向において通信周波数における実効透磁率 μ ' (実数部）が 30以上とされ、実効透磁率 μ ' ' (虚数部）が 1. 0以下とされている。アンテナ装置 60において、磁性体 62の実効透磁率 μ 'が 30以上とされ、実効透磁率 μ ，，が 1. 0以下とされるので、磁性体の厚さを薄くしても、 ICカード 1と RZW50との通信可能な範囲を広げることが可能となる。なお、実効透磁率 μ 'を 50以上とするとさらに通信距離を向上することができる。

そして、アンテナ装置 60を製造するには、上述のように作製されたループコイル 61 に ICチップ 63をコイルと並列共振回路を形成するよう接続する。ここで、用いられる I Cチップ 63は、例えば、 IS014443, IS〇15693準拠の ICチップである。 ICチップ 6 3の接続方法としては、 ACF又はワイヤボンド方式である力特に限定はされない。次に、ループコイル 61の中心部に、磁性体 62を挿通させるための挿通孔 61cが形成される。この揷通孔 61cに、磁性体 62の揷通部 62cを挿通させた状態で、第 1の部分 62a力ループコイル 61の一方の領域 61aを一方の面 F1から覆うとともに、第 2の部分 62bが、ループコイル 61の他方の領域 61bを他方の面 F2側力も覆った状態で、ループコイル 61と磁性体 62とを一の方向に沿って貼り合わせる。このとき、磁性体 62は、接着剤が塗布された面をループコイル 61と対向する主面と対向するようにする。以上のように、上述したアンテナ装置 60を作製することができる。このように、アンテナ装置 60は、ループコイル 61の揷通孔 61cに磁性体 62を貫通させた状態で重ね合わせ、接着剤により貼り付けてなるので、その構造力製造が容易である。また、ァンテナ装置 60は、磁性体 62及びループコイル 61の厚みを抑えることができ、薄型化及び小型化を実現する。

以上のように構成されたアンテナ装置 60における磁場分布は、図 4に示すように、磁性体 62の第 1及び第 2の部分 62a， 62bで覆われたループコイル 61の領域のうち、面積が大きくされた第 2の部分 62bで覆われた他方の領域 6 lbの覆われた面と反対側である一方の面 F1側において、強調されたものとなる。すなわち、このアンテナ装置 60による磁場分布は、従来のアンテナ装置のような対称形状に磁場が形成される磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。さらに、説明すると、第 1及び第 2の部分 62a, 62bのそれぞれで覆われる領域の面積を変化させることで磁場の強さを調節すること力 S可言となる。

したがって、このアンテナ装置 60では、ループコイル 61による放射磁界分布を制御することによって、上述した ICカード 1と R/W50との通信距離を大きくでき、通信可能な範囲を広げることが可能である。そして、アンテナ装置 60は、 ICカード 1と RZW 50との間で通信が行われ、 ICカード 1に対する R/W50によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行うことを実現する。

本発明を適用した本実施の形態のアンテナ装置 60は、図 4に示すように、磁性体 6 2がループコイル 61の一方の側に設けられた一方の領域 61aを一方の面 F1から覆うとともに、ループコイル 61内を揷通してループコイル 61の他方の側に設けられた他方の領域 61bを他方の面側力も覆うように設けられ、ループコイル 61が磁性体 62に一方及び他方の面側から覆われることで全領域を覆われるように構成され、ループコィル 61の一方の面 F1側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置 60は、薄型化及び小型化が可能となり、さらに、磁界強度が増強されることによって、 ICカード 1と R/W50との通信可能な範囲をさらに広げることができるまた、本発明を適用した本実施の形態のアンテナ装置 60は、ループコイル 61の一方の面 F1側の磁場分布を強調するとともに、所定の実効透磁率 μ \ / "とされた磁性体を用いることで、薄型化を実現し、通信可能な範囲を拡大し、自由空間での通信距離の大幅な向上を実現するとともに、金属の影響を低減し、金属内の通信距離の大幅な向上も実現できる。

以上のように、本発明を適用したアンテナ装置 60は、 ICカード 1と R/W50との間で通信性を向上させ、 ICカード 1に対して RZW50によるデータの書き込み及び読み出しを非接触で正確に行われる。

なお、上述した ICカード 1側のループアンテナ 2は、図 6に示すように、ループコィルの一対の辺における卷き線の幅及び Z又は間隔を変化させて非対称形状にされたアンテナ装置 70を用いたものであってもよい。このアンテナ装置 70は、図 6に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が卷線されたループコイル 71と、このループコイル 71の一方の側に設けられた一方の領域 71aを一方の面側から覆うとともに、ループコイル 71内を挿通して、ループコイル 71の他方の側に設けられた、一方の領域 71a以外の残りの領域である、他方の領域 7 lbを他方の面側から覆う磁性体 72とを備えている。そして、ループコイル 71は、磁性体 72により一方の面側から覆われ、磁性体 72により他方の面側から覆われることで、全領域が磁性体 72のいずれかの面側力、ら覆われた状態となっている。ここで、ループコイル 71は、上述したループコイル 61と同様に作製される。ループコィノレ 71は、対向する一対の辺における卷き線の幅を非対称形状に形成されている。すなわち、ループコイル 71の他方の領域 71bに覆われる他方の側の部分 71eが、一方の領域 71aに覆われる一方の側の部分 71dに比べて卷き線の幅が広くされている。また、ノレープコィノレ 71には、導線内に設けられ磁性体 72を揷通するための揷通孔 71cが設けられる。この挿通孔 71cは、例えば、円状、楕円状等の頂点を 3つ以上有する形状である。

磁性体 72は、ループコイル 71の一方の側に設けられた一方の領域 71aを一方の面側力覆う第 1の部分 72aと、ループコイル 71の他方の側に設けられた他方の領域 71bを他方の面側から覆う第 2の部分 72bと、ループコイル内に形成された挿通孔 71cを挿通され第 1及び第 2の部分 72a, 72bを連結する揷通部 72cとを有する。この磁性体 72により覆われていないループコイル 71の一方の面が R/W50との通信領域とされる。すなわち、ループコイル 71の一方の面が R/W50に対向される側の面となる。

磁性体 72の第 2の部分 72bにより覆われたループコイル 71の他方の領域 71bの面積力磁性体 72の第 1の部分 72aにより覆われたループコイル 71の一方の領域 71a の面積より大きくされる。ここで、面積が大きくされる第 2の部分 72bにより覆われる他方の領域 71b側に、ループコイル 71の卷き線の幅が広くされた他方の側 71eが配置されている。この面積が大きくされた側である第 2の部分 72bで覆われたループコィル 61の他方の領域 71bの覆われてない側、すなわち、一方の面側が通信領域とされる。磁性体 72の幅及び長さは、ループコイル 71の幅及び長さよりもそれぞれ大きく形成され、第 1及び第 2の部分 72a, 72bがそれぞれ、一方の面側及び他方の面側から覆うことによりループコイル 72の全領域をどちらかの面側から覆うようにされている。磁性体 72の揷通部 72cは、第 1及び第 2の部分 72a, 72bより幅が小さく形成されている。すなわち、磁性体 72は、揷通部 72cとなる部分の幅方向の両側に切り込み部を設けることで、第 1及び第 2の部分 72a, 72b及び揷通部 72cを形成する。この切り込み部の大きさは、磁性体 72の厚さやループコイル 71に設けた揷通孔 71cの大きさによって適宜選択することができる。なお、ここでは、切り込み部を設けることで第 1 及び第 2の部分 72a, 72bを形成するように構成した力これに限られるものではなく、別体に形成した第 1及び第 2の部分を揷通部となる部分で接合するように構成してもよぐこのとき、ループコイルにおいて、その両面が磁性体の第 1及び第 2の部分に覆われる領域があってもよい。この磁性体 72の製造方法は、上述した磁性体 62の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。

本発明が適用されたアンテナ装置 70を製造するには、上述のように作製されたループコイル 71に ICチップ 73をコイルと並列共振回路を形成するよう接続する。ここで、用いられる ICチップ 73及びその接続方法は、上述の ICチップ 63及びその接続方法と同様である。また、ループコイル 71に磁性体 72を貼り合わせる方法も、上述したアンテナ装置 60と同様である。

以上のように構成されたアンテナ装置 70における磁場分布は、磁性体 72の第 1及び第 2の部分 72a, 72bで覆われたループコイル 71の領域のうち、面積が大きくされた第 2の部分 72bで覆われた他方の領域 71bの覆われた面と反対側である一方の面側において強調されたものとなる。これは、面積が大きくされた第 2の部分 72bで覆われたことに加え、第 2の部分 72bにより覆われる他方の領域 71b側に配置されるループコイル 71の他方の側 71eの卷き線の幅が一方の側 71dに比べて幅が広くされている力である。なお、ここでは、第 2の部分 72bにより覆われる他方の領域 71b側に配置されるループコイル 71の他方の側 71eの卷き線の幅を一方の側 71dに比べて幅を広くされるように構成した力他方の側 71eの卷き線の間隔を一方の側 71dに比べて広くされるように構成しても同様の効果が得られる。すなわち、このアンテナ装置 70による磁場分布は、従来のアンテナ装置のような対称形状に磁場が形成される磁場分布とは異なり、非対称なものとなる。さらに、説明すると、第 1及び第 2の部分 72a, 72bのそれぞれで覆われる領域の面積を変化させること、及び、第 2の部分 72bにより覆われる他方の領域 71b側に配置されるループコイル 71の他方の側 71eの卷き線の間隔及び/又は幅を変化させることにより、磁場の強さを調節することが可能となる。

したがって、このアンテナ装置 70では、ループコイル 71による放射磁界分布を制御することによって、上述した ICカード 1と R/W50との通信距離を大きくでき、通信可能な範囲を広げることが可能である。そして、アンテナ装置 70は、 ICカード 1と RZW 50との間で通信が行われ、 ICカード 1に対する R/W50によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で行うことを実現する。

本発明を適用したアンテナ装置 70は、磁性体 72がループコイル 71の一方の側に設けられた一方の領域 71aを一方の面から覆うとともに、ループコイル 71内を挿通してループコイルの他方の側に設けられた他方の領域 71bを他方の面から覆うように設けられ、ループコイル 71に磁性体 72に一方及び他方の面から覆われることで全領域を覆われるように構成されるとともに、他方の面から覆われる領域側に配置されるループコイル 71の他方の側 71eの卷き線の幅が一方の側 71dに比べて広く形成されることによって、ループコイル 71の一方の面側の磁場分布のみを強調することができる。したがって、このアンテナ装置 70は、薄型化及び小型化を可能とするとともに、磁界強度が増強されることによって、 ICカード 1と R/W50との通信可能な範囲をさらに広げることができる。

また、本発明を適用したアンテナ装置 70は、ループコイル 71の一方の面 F1側の磁場分布を強調するとともに、所定の実効透磁率 μ '、 β ' 'とされた磁性体を用いることで、薄型化を実現し、通信可能な範囲を拡大し、自由空間での通信距離の大幅な向上を実現するとともに、金属の影響を低減し、金属内の通信距離の大幅な向上も実現できる。

以上のように、本発明を適用したアンテナ装置 70は、 ICカード 1と R/W50との間で通信性を向上させ、 ICカード 1に対して RZW50によるデータの書き込み及び読み出しが非接触で正確に行われることを実現する。

次に、上述した本発明を適用したアンテナ装置 60の実施例を以下に示す。なお、本発明を適用したアンテナ装置 60の比較例として 4つの例のアンテナ装置の構造について図 7乃至図 14を参照して説明する。

比較例 1のアンテナ装置 110は、図 7及び図 8に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が卷線されたループコイル 111と、ループコイル 111の IC力ード 1と対向する面とは反対側の面に貼り合わされ、ループコイル 111より幅及び長さが大きく形成される磁性体 112とを備える。

比較例 2のアンテナ装置 120は、図 9及び図 10に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が卷線されたループコイル 121と、ループコイル 121の IC カード 1と対向する面とは反対側の面に貼り合わされ、ループコイル 121より幅及び長さが小さく形成される磁性体 122とを備える。

比較例 3のアンテナ装置 130は、図 11及び図 12に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が卷線されたループコイル 131と、ループコイル 131の揷通孔を揷通され一方の面の一部を覆うとともに、他方の面の一部を覆うように貼り合わされ、ループコイル 131より幅を小さくかつ長さを大きく形成される磁性体 132とを備える。

比較例 4のアンテナ装置 140は、図 13及び図 14に示すように、電磁場を誘導結合するための平面状に導線が卷線されたループコイル 141と、ループコイル 141の揷通孔を揷通され一方の面の一部を覆うとともに、他方の面の一部を覆うように貼り合わされ、ループコイル 141より幅及び長さが小さく形成される磁性体 142とを備える。本発明を適用したアンテナ装置 60と同じ構造とされた実施例 1， 2、並びに、上述の比較例 1〜4のアンテナ装置 110， 120, 130, 140のそれぞれの実効透磁率 μ ' , μ ' 'を以下の表 1に示すとおりとして通信評価を行レ、、金属内での通信可能距離の結果及び自由空間における通信可能距離の結果について表 1に示す。ここで、実施例 1及び比較例 1の磁性体としてフェライト系磁性材を用い、実施例 2及び比較例 2の磁性体として Fe_ Si_Cr系磁性材を用いた。また、実効透磁率 μ 'は、例えば、直径 )を 7mmとするリング状のサンプノレを作製し、これに導線コイルを 5ターン卷いてインピーダンスアナライザ等を用いてキャリア周波数（13. 56MHz)における流比透磁率を測定し、定量化することにより得られる。

[表 1]

表 1の通信結果に示すように、本発明を適用したアンテナ装置 60の構造とされた本実施例 1, 2のアンテナ装置では、自由空間での通信距離だけでなぐ金属内での通信距離を大きくでき、すなわち、通信可能な範囲を広げることができる。

また、本実施例 1, 2のアンテナ装置では、磁性体の面内方向において通信周波数における実効透磁率 μ 'を 30以上、実効透磁率 μ ' 'を 1. 0以下とすることができ、さらに、 ICカード 1と RZW50との通信可能な範囲を広げることが可能となる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなぐ様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。

Claims

請求の範囲

[1] 1.通信機能付き電子機器により誘導結合によりデータの書き込み及び読み出しが行われる非接触型の ICカード用のアンテナ装置において、

上記誘導結合を行うための平面状に導線が卷線されたループコイルと、上記ループコイルの一方の側に設けられた一方の領域を一方の面から覆うとともに

、上記ループコイル内を揷通して、上記ループコイルの他方の側に設けられた他方の領域を他方の面側から覆う磁性体とを備え、

上記ループコイルは、上記磁性体に一方の面側から覆われ、上記磁性体に他方の面から覆われることで全領域を覆われることを特徴とするアンテナ装置。

[2] 2.上記ループコイルの上記一方の面を上記電子機器との通信領域とし、上記ループコイルの上記磁性体により覆われた上記他方の面の領域の面積力 S、上記ループコィルの上記磁性体により覆われた上記一方の面側の領域の面積より大きくされることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。

[3] 3.上記ループコイルの上記一方の面を上記電子機器との通信領域とし、上記ループコイルの上記他方の側が上記一方の側より卷線の幅が広くされていることを特徴する請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。

[4] 4.上記ループコイルの上記一方の面を上記電子機器との通信領域とし、上記ループコイルの上記他方の側が上記一方の側より卷線の間隔が広くされていることを特徴する請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。

[5] 5.上記磁性体は、上記ループコイルの一方の側に設けられた一方の領域を一方の面側から覆う第 1の部分と、上記ループコイルの他方の側に設けられた他方の領域を他方の面側から覆う第 2の部分と、上記ループコイル内に形成された揷通孔を揷通され第 1及び第 2の部分を連結する揷通部とを有し、上記磁性体により覆われていないループコイルの一方の面側が電子機器との通信領域とされていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のアンテナ装置。

[6] 6.上記磁性体の揷通部は、上記第 1及び第 2の部分より幅が小さく形成されていることを特徴とする請求の範囲第 5項記載のアンテナ装置。