WO2018012254A1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

金属カバーに開口部を有する電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保する。電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置１であって、導線１２ａを平面状に巻回して設けられ、外部機器と誘導結合されるアンテナコイル１２と、アンテナコイルの中心側に有するコイル開口部１２ｂに挿入され、アンテナコイルに沿って互いに重畳するように配置される磁性シート２０と、アンテナコイルの外部機器との対向面側に配置され、その端部寄りに開口孔部６が形成された金属カバー５と、を備え、アンテナコイルは、少なくとも金属カバーの外部機器との対向面５ｃに対する裏側面５ｂにおける金属カバーの端部５ａと開口孔部との間の領域に重畳するように設けられる。

Description

アンテナ装置

　本発明は、電子機器に組み込まれ、発信器等の外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置に関する。本出願は、日本国において２０１６年７月１１日に出願された日本特許出願番号特願２０１６－１３６７５９を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。

　携帯電話機等の電子機器において、近距離非接触通信の機能を搭載するため、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）用のアンテナモジュールが用いられている。このアンテナモジュールは、リーダライタ等の発信器に搭載されたアンテナコイルと誘導結合を利用して通信を行っている。すなわち、このアンテナモジュールは、リーダライタからの磁界をアンテナコイルが受けることによって、それを電力に変換して通信処理部として機能するＩＣを駆動させることができる。

　アンテナモジュールは、確実に通信を行うため、リーダライタからのある値以上の磁束をアンテナコイルで受ける必要がある。そのために、従来例に係るアンテナモジュールでは、携帯電話機等の筐体にループコイルを設け、このコイルでリーダライタからの磁束を受けている。携帯電話機等の電子機器に組み込まれたアンテナモジュールは、機器内部の基板やバッテリパック等の金属板がリーダライタからの磁界を受けることによって発生する渦電流のために、リーダライタからの磁束が跳ね返されてしまう。基板や金属板によって跳ね返された磁束は、基板や金属板を迂回するように外周部に向かって流れるので、当該外周部の磁界が強くなり、基板や金属板の真ん中付近が弱くなる傾向にある。

　特許文献１では、かかる性質を利用して電子機器に内蔵して用いるＮＦＣ（Near Field Communication）アンテナモジュールの通信効率を高めるために、機器内部の基板やバッテリパック等の金属板（第１の導電体）の端部にアンテナコイルを配置することが提案されている。また、特許文献２では、このような金属板の磁気シールド効果を利用したアンテナ装置の金属カバーで覆われた筐体内部にアンテナモジュールを搭載した場合において、金属カバーの開口部にアンテナコイルの少なくとも一部を露出させることによって、金属カバーによる通信用の電磁波の吸収を抑制して、通信可能とすることが提案されている。

特許第５１３５４５０号公報 特許第５６７３８５４号公報

　しかしながら、小型化・多機能化が進んでいる携帯通信端末等の電子機器では、その構造上の制約を回避して、設計自由度を高める要請が大きい。また、電子機器の金属カバーの強度を確保するためには、金属カバーによる通信用の電磁波の吸収を抑制する目的で当該金属カバーに設けられる開口部は、必要最小限の大きさや個数とすることが好ましい。すなわち、金属カバーに開口部が設けられる電子機器の強度を確保しながら、構造上の制約を受けることなく高い通信性能を確保することが望まれる。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属カバーに開口部を有する電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保することの可能な、新規かつ改良されたアンテナ装置を提供することを目的とする。

　本発明の一態様は、電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、導線を平面状に巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、前記アンテナコイルの中心側に有するコイル開口部に挿入され、前記アンテナコイルに沿って互いに重畳するように配置される磁性シートと、前記アンテナコイルの前記外部機器との対向面側に配置され、その端部寄りに開口孔部が形成された金属カバーと、を備え、前記アンテナコイルは、少なくとも前記金属カバーの前記外部機器との対向面に対する裏側面における前記端部と前記開口孔部との間の領域に重畳するように設けられる。

　本発明の一態様によれば、外部機器からの磁束が金属カバーに設けられた開口孔部から進入して、磁性シートに沿ってアンテナコイルのコイル開口部を通り抜けて、金属カバーの端部から外部に抜けて磁界ループを形成するので、より高い通信性能を確保できる。

　このとき、本発明の一態様では、前記アンテナコイルと前記磁性シートは、前記金属カバーの前記開口孔部と重畳しないように配置されていることしてもよい。

　このようにすれば、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、前記コイル開口部を介して幅方向に対向する前記導線が互いに近接するように巻回して設けられる細長い矩形形状であることとしてもよい。

　このように、金属カバーの端部と開口孔部との間の領域の裏側に、細長い矩形形状のアンテナコイルと磁性シートを取り付けることによって、金属カバーに設けられた開口孔部から進入した外部機器からの磁束が磁性シートに沿ってアンテナコイルのコイル開口部を通り抜けて、金属カバーの端部から外部に抜けて磁界ループを形成するので、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記磁性シートには、前記金属カバーの前記開口孔部と重畳する部位に欠損部が形成されていることとしてもよい。

　このようにすれば、磁性シートの使用量を低減できるので、装置の軽量化を図った上で電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、前記欠損部を迂回するように巻回して設けられることとしてもよい。

　このようにすれば、アンテナコイルが面積を拡大させながら、金属カバーの開口孔部を迂回できるようになるので、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記欠損部は、前記磁性シートを平面視した際に該磁性シートの面積を減じるように形成される切り欠き部であることとしてもよい。

　このようにすれば、切り欠き部を設けた部位の面積に応じて磁性シートの使用量を低減できるので、装置の軽量化を図った上で電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記アンテナコイルは、前記コイル開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部に有する導線の間隔と前記他方側部に有する導線の間隔が同一であることとしてもよい。

　このようにすれば、外部機器からの磁束をアンテナコイルの開口部に直接導入し易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記欠損部は、前記磁性シートを平面視した際に該磁性シートの面積を減じるように形成される開口部であることとしてもよい。

　このようにすれば、開口部を設けた部位の面積に応じて磁性シートの使用量を低減できるので、装置の軽量化を図った上で電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

　また、本発明の一態様では、前記磁性シートは、前記コイル開口部の両端に亘って設けられるように、前記コイル開口部に挿入されて前記アンテナコイルに沿って互いに重畳するように配置されることとしてもよい。

　このようにすれば、外部機器からの磁束をより多くアンテナコイルの開口部に直接導入し易くなるので、より高い通信性能を確保できる。

　以上説明したように本発明によれば、金属カバーによる磁気シールド効果を利用することによって、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ断面図であり、図２Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の要部の一例を示す平面図である。 図３Ａは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ－Ｂ断面図であり、図３Ｃは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の要部の一例を示す平面図である。 図４Ａは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の変形例の概略構成の要部の一例を示す平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＣ－Ｃ断面図であり、図４Ｃは、図４ＡのＤ－Ｄ断面図である。 図５Ａは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の他の変形例の概略構成の要部の一例を示す平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＥ－Ｅ断面図であり、図５Ｃは、図５ＡのＦ－Ｆ断面図である。 図６Ａは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図６Ｂは、図６ＡのＧ－Ｇ断面図であり、図６Ｃは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の要部の一例を示す平面図である。 図７Ａは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の変形例の概略構成の要部の一例を示す平面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＨ－Ｈ断面図である。 図８Ａは、比較例１となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図８Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。 図９Ａは、比較例２となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図９Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、比較例１及び比較例２に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。 図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１、比較例１、及び比較例２に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の実施例２、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の実施例３、比較例１及び比較例２に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の変形例の実施例２´、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の変形例の実施例３´、比較例１の変形例となる比較例１´、及び比較例２の変形例となる比較例２´に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。 図１４Ａは、比較例３となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１４Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。 図１５Ａは、比較例４となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１５Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。 図１６Ａは、比較例４の変形例である比較例４´となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１６Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。 図１７Ａ及び図１７Ｂは、本発明の第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の実施例４、比較例３、比較例４、及び比較例４´に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。 図１８Ａは、比較例５乃至７となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１８Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。 図１９Ａ及び図１９Ｂは、比較例５乃至７に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。 図２０Ａ及び図２０Ｂは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の変形例となる実施例５、実施例５´、比較例５、比較例６、及び比較例７に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。 図２１Ａ及び図２１Ｂは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の実施例６、実施例６´、比較例５、比較例６、及び比較例７に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

　まず、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置が適用される無線通信システムの概略構成を示す斜視図である。

　本実施形態に係るアンテナ装置１は、電子機器３０に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信する装置であって、例えば、図１に示すようなＲＦＩＤ用の無線通信システム１００に組み込まれて使用される。

　無線通信システム１００は、図１に示すように、電子機器３０に備わるアンテナ装置１と、アンテナ装置１に対するアクセスを行う外部機器となるリーダライタ４０とを含む。ここで、アンテナ装置１とリーダライタ４０とは、図１に示す三次元直交座標系ＸＹＺのＸＹ平面において互いに対向するように配置されているものとする。

　リーダライタ４０は、ＸＹ平面において互いに対向するアンテナ装置１に対して、Ｚ軸方向に磁界を発信する発信器として機能し、具体的には、アンテナ装置１に向けて磁界を発信するアンテナ４１と、アンテナ４１を介して誘導結合されたアンテナ装置１と通信を行う制御基板４２とを備える。

　すなわち、リーダライタ４０は、アンテナ４１と電気的に接続された制御基板４２が配設されている。この制御基板４２には、一又は複数の集積回路チップ等の電子部品からなる制御回路４３が実装されている。この制御回路４３は、アンテナ装置１から受信されたデータに基づいて、各種の処理を実行する。

　例えば、制御回路４３は、アンテナ装置１に対してデータを送信する場合、データを符号化し、符号化したデータに基づいて、所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を変調し、変調した変調信号を増幅し、増幅した変調信号でアンテナ４１を駆動する。また、制御回路４３は、アンテナ装置１からデータを読み出す場合、アンテナ４１で受信されたデータの変調信号を増幅し、増幅したデータの変調信号を復調し、復調したデータを復号する。

　なお、制御回路４３では、一般的なリーダライタで用いられる符号化方式及び変調方式が用いられ、例えば、マンチェスタ符号化方式やＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調方式が用いられている。また、以下では、非接触通信システムにおけるアンテナ装置等について説明をするが、Ｑｉ（チー）等の非接触充電システムについても同様に適用することができるものとする。

　アンテナ装置１は、例えば、リーダライタ４０とＸＹ平面において対向するように配置される携帯電話機等の電子機器３０の筐体内部に組み込まれる。本実施形態では、アンテナ装置は、誘導結合されたリーダライタ４０との間で通信可能となるアンテナコイル１２が実装されたアンテナ基板１１を有するアンテナモジュール２と、アンテナコイル１２に流れる電流により駆動し、リーダライタ４０との間で通信を行う通信処理部１３と、金属板３とを備える。

　アンテナモジュール２は、電子機器３０の筐体内部に設けられ、誘導結合されたリーダライタ４０との間で通信を行う。本実施形態では、図１に示すように、アンテナモジュール２は、アンテナ基板１１と、通信処理部１３と、接続部１４とを備える。

　アンテナ基板１１には、例えば、フレキシブルフラットケーブルなどの可撓性の導線１２ａ（図２Ａ参照）がパターンニング処理などをすることによって形成されるアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２と通信処理部１３とを電気的に接続する端子部１４とが実装されている。

　アンテナコイル１２は、リーダライタ４０から発信される磁界を受けると、リーダライタ４０と誘導結合によって磁気的に結合され、変調された電磁波を受信して、端子部１４を介して受信信号を通信処理部１３に供給する機能を有する。なお、アンテナコイル１２の構成の詳細な説明については、後述する。

　通信処理部１３は、アンテナコイル１２に流れる電流により駆動し、リーダライタ４０との間で通信を行う。具体的に、通信処理部１３は、受信された変調信号を復調し、復調したデータを復号して、復号したデータを、当該通信処理部１３が有する内部メモリに書き込む。また、通信処理部１３は、リーダライタ４０に送信するデータを内部メモリから読み出し、読み出したデータを符号化し、符号化したデータに基づいて搬送波を変調し、誘導結合によって磁気的に結合されたアンテナコイル１２を介して変調された電波をリーダライタ４０に送信する。なお、通信処理部１３は、アンテナコイル１２に流れる電力ではなく、電子機器内に組み込まれたバッテリパックや外部電源などの電力供給手段から供給された電力によって駆動してもよい。

　金属板３は、電子機器３０の筐体内に設けられ、外部機器となるリーダライタ４０に対向する第１の導電体となる。金属板３は、例えば、携帯電話やスマートフォン、又はタブレットＰＣ等の電子機器の筐体内に設けられ、アンテナモジュール２の通信時にリーダライタ４０に対向する第１の導電体を構成するものである。当該第１の導電体として、例えば、スマートフォンの筐体の内面に貼付されたメタルカバーや、スマートフォン内に収納されたバッテリパックの金属筐体、あるいは、タブレットＰＣの液晶モジュールの裏面に設けられた金属板等の内部構造物が相当する。

　このような内部構造物である金属板３は、電気を比較的よく流すので、外部から交流磁界が加わると渦電流が発生し、磁界を跳ね返してしまう。このような外部から交流磁界が加わるときの磁界分布を調べると、リーダライタ４０と対向した金属板３の外縁側の磁界が強いという特性を有する。このため、従来では、携帯電話機等の電子機器３０に組み込んだ際に当該電子機器３０の小型化を図りつつ、リーダライタ４０との間で良好な通信特性を確保するために、アンテナモジュール２のアンテナコイル１２を携帯電話機３０の筐体内に設けられた金属筐体等の金属板３の外縁側に設けることが行われていた。

　しかしながら、いわゆるスマートフォン等の携帯端末装置や電子機器において、デザイン性や耐久性を向上させる目的で筐体表面が金属カバー等の導電材で覆われているものがある。このように金属カバーで覆われた筐体内部にアンテナモジュールを搭載しても、通信用の電磁波が金属カバーに吸収されて十分な通信性能を確保できないことが問題となっていた。このため、外部機器からの磁束が通り抜けるようにするために、金属カバーに開口部やスリット等を新たに設けることが行われていたが、当該金属カバーの強度の低下や、デザイン上の制約といった別の問題が生じていた。

　また、カメラやマイク等の各種機能素子を備えた多機能化された電子機器において、当該各種機能素子の機能を発揮させるためには、金属カバーの所望の位置に開口部やスリットを設ける必要がある。このことから、アンテナモジュールを金属カバーで遮蔽されることによる通信性能の低下を抑制して、金属カバーの強度の低下や、デザイン上の制約といった問題を解消するためには、各種機能素子用に設けられた開口部やスリットを活用することが好ましい。特に、小型化・多機能化が進んでいる携帯端末装置等の電子機器では、金属カバーに各種機能素子用の開口部が端部側に設けられるような構成上の制約を回避して、アンテナの良好な通信特性を確保できるように、設計自由度を高める要請が大きい。

　本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、電子機器に備わる基板等の金属板の磁気シールド効果による磁束の集中を利用して特性を上げるＮＦＣアンテナモジュールにおいて、アンテナコイルを少なくとも金属カバーの外部機器との対向面に対する裏側面における金属カバーの端部と開口孔部との間の領域に重畳するように設けることによって、より高い通信性能を確保できることを見出し、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。

　次に、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ断面図であり、図２Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の要部の一例を示す平面図である。

　本実施形態のアンテナ装置１は、図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、そのコイル開口部１２ｂを介して幅方向（Ｘ方向）に対向する導線１２ａが互いに近接するように平面状に巻回して設けられる細長い矩形形状のアンテナコイル１２と、アンテナコイル１２の中心側に有するコイル開口部１２ｂに挿入されて設けられる磁性シート２０と、アンテナコイル１２の外部機器４０（図１参照）との対向面側に配置され、その端部５ａ寄りにカメラ等の各種機能素子用の開口孔部６が形成されている金属カバー５と、を備える。

　本実施形態では、アンテナコイル１２は、中央側に有するコイル開口部１２ｂを縦断する中心線Ｌ１を介して導線１２ａが一方向に周回する一方側部１２ａ１と、導線１２ａが他方向に周回する他方側部１２ａ２に二分される細長い矩形形状となる略短冊形状のコイルである。また、アンテナコイル１２は、導線１２ａが周回する主面が通信時にリーダライタ４０と図１に示すＸＹ平面において対向するように配置される。また、アンテナコイル１２の長さ方向（Ｙ方向）の大きさは、アンテナコイル１２の面積をなるべく大きくして、通信性能を高めるために、金属カバー５の幅方向（Ｙ方向）の大きさと略同一となっている。

　アンテナコイル１２のコイル開口部１２ｂには、外部機器からの磁束をアンテナコイル１２のコイル開口部１２ｂに直接誘導し易くするために、酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の磁性体から形成される磁性シート２０がアンテナコイル１２の中心側に有するコイル開口部１２ｂに挿入され、アンテナコイル１２に沿って互いに重畳するように配置される。このように磁性シート２０を設けることによって、アンテナコイル１２の電流により、金属カバー５の開口孔部６のエッジ部に電流が誘起されないようになる。

　本実施形態において、磁性シート２０は、アンテナコイル１２の一方側部１２ａ１では、外部機器との対向面側の端部からコイル開口部１２ｂにかけて互いに重畳し、アンテナコイル１２の他方側部１２ａ２では、外部機器４０との対向面に対する反対面側の端部からコイル開口部１２ｂにかけて互いに重畳するように、コイル開口部１２ｂに挿入されて設けられている。このように、磁性シート２０がアンテナコイル１２の幅方向（Ｘ方向）に亘ってアンテナコイル１２と重畳するようにして、コイル開口部１２ｂに挿入されて配置されることによって、金属カバー５の開口孔部６に進入した外部機器４０からの磁束が磁性シート２０に沿って、アンテナコイル１２のコイル開口部１２ｂを通り抜けて、金属カバー５の先端５ａ側から外部に抜けて磁界ループを形成するようになる。

　また、本実施形態では、外部機器４０からの磁束をより多くアンテナコイル１２のコイル開口部１２ｂに直接導入し易くするために、磁性シート２０は、コイル開口部１２ｂの両端に亘って設けられるように、コイル開口部１２ｂに挿入されてアンテナコイル１２に沿って互いに重畳するように配置されている。すなわち、磁性シート２０は、コイル開口部１２ｂの長さ方向（Ｙ方向）を満たす幅のものが当該コイル開口部１２ｂに挿入されている。

　さらに、本実施形態では、アンテナコイル１２は、図２Ｂに示すように、少なくとも金属カバー５の外部機器４０との対向面５ｃに対する裏側面５ｂにおける金属カバー５の端部５ａと開口孔部６との間の領域に重畳するように設けられることを特徴とする。このように、本実施形態では、金属カバー５の裏側面５ｂにおける金属カバー５の端部５ａと開口孔部６との間の領域に、磁性シート２０がコイル開口部１２ｂに挿入されたアンテナコイル１２を重畳するように設けている。

　このため、外部機器４０からの磁束が金属カバー５に設けられた各種機能素子用の開口孔部６から進入して、磁性シート２０に沿ってアンテナコイル１２のコイル開口部１２ｂを通り抜けて、金属カバー５の端部５ａから外部に抜けて磁界ループを形成するので、より高い通信性能を確保できる。このように、金属カバー５の裏面５ｂ側の端部５ａと開口部６との間の領域に、細長い矩形形状のアンテナコイル１２と磁性シート２０を配置することよって、金属カバー５の強度を確保した上で、実装制約の少ない高性能のＮＦＣアンテナモジュールを実現できる。すなわち、カメラ等の各機能素子用の開口孔部６が設けられた金属カバー５の裏面５ｂの端部５ａと開口孔部６との間の領域に細長い矩形形状のＮＦＣアンテナを配置する場合に、新たに開口部やスリットを追加する必要が無く、強度の高い安価な金属カバー５を実現することができる。

　なお、本実施形態では、アンテナ装置１のアンテナコイル１２は、そのコイル開口部１２ｂを介して幅方向（Ｘ方向）に対向する導線１２ａが互いに近接する細長い矩形形状となっているが、金属カバー５の開口孔部６が端部５ａに近接して配置された場合には、細長い矩形形状のアンテナコイル１２を実装することが困難となる。また、アンテナコイル１２の面積が小さくなると、コイル開口部１２ｂを通過する外部機器４０からの磁束量が減少するので、アンテナ装置１の通信性能が下がる。

　本発明者は、前述した本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、アンテナモジュールの形状を金属カバーの開口孔部との干渉を回避する形状とすることによって、実装制約の少ない高性能のＮＦＣアンテナモジュールを実現できることを見出し、かかる知見に基づき更に研究を行った結果、本発明を完成するに至った。具体的には、磁性シートに金属カバーの開口孔部と重畳する部位に欠損部を形成して、アンテナコイルが当該欠損部を迂回するように巻回する構成とする。

　このような構成とすることによって、アンテナモジュールを構成するアンテナコイルと磁性シートは、金属カバーの開口孔部と重畳しないように配置されて、実装制約の少ない高性能のＮＦＣアンテナモジュールを実現している。以下、アンテナモジュールの形状を金属カバーの開口孔部との干渉を回避する形状とする本発明の他の実施形態に係るアンテナ装置の構成について、図面を使用しながら説明する。

　図３Ａは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ－Ｂ断面図であり、図３Ｃは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の要部の一例を示す平面図である。

　本実施形態のアンテナ装置１０１は、図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、そのコイル開口部１１２ｂを介して幅方向（Ｘ方向）に対向する導線１１２ａが互いに近接するように平面状に巻回して設けられる略矩形形状のアンテナコイル１１２と、アンテナコイル１１２の中心側に有するコイル開口部１１２ｂに挿入されて設けられる磁性シート１２０と、アンテナコイル１１２の外部機器４０（図１参照）との対向面側に配置され、その端部１０５ａ寄りにカメラ等の各種機能素子用の開口孔部１０６が形成されている金属カバー１０５と、を備える。

　本実施形態では、図３Ａ及び図３Ｃに示すように、磁性シート１２０に金属カバー１０５の開口孔部１０６と重畳する部位に、欠損部として磁性シート１２０を平面視した際に、当該磁性シート１２０の面積を減じるように形成される切り欠き部１２１が設けられ、かつ、アンテナコイル１１２が切り欠き部１２１を迂回するように巻回する構成となっていることを特徴とする。アンテナ装置１０１をこのような構成とすることによって、アンテナコイル１１２が面積を拡大させながら、金属カバー１０５の開口孔部１０６を迂回するので、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。すなわち、携帯機器に内蔵し、基板等の金属板の磁気シールド効果による磁束の集中を利用して特性を上げるスリムタイプのＮＦＣアンテナモジュールにおいて、アンテナの一部に切り欠き部１２１を設けることによって、携帯機器内部の部品との干渉を回避すると共に、金属部品近傍で良好な通信特性を実現できるようになる。

　また、金属部品の近傍で効果的に性能を発揮させるためには、磁性シート１２０として酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の比透磁率の高い磁性材料を用いる必要がある。ＮＦＣアンテナモジュールで主に用いられるフェライトシートの比重が５ｇ／ｃｍ^３程度あることから、本実施形態のアンテナ装置１０１の構成とすることによって、磁性シート１２０を構成する磁性材料の使用量を低減できるので、装置の軽量化を図った上で電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。なお、図３Ａ乃至図３Ｃに示す例では、切り欠き部１２１の切断線は、直線となっているが、金属カバー１０５の開口孔部１０６と重畳しないように配置されていれば、曲線としてもよい。

　本実施形態では、アンテナコイル１１２は、中央側に有するコイル開口部１１２ｂを介して導線１１２ａが一方向に周回する一方側部１１２ａ１と、導線１１２ａが他方向に周回する他方側部１１２ａ２に二分される略矩形形状のコイルである。また、アンテナコイル１１２は、導線１１２ａが周回する主面が通信時にリーダライタ４０と図１に示すＸＹ平面において対向するように配置される。また、アンテナコイル１１２の長さ方向（Ｙ方向）の大きさは、アンテナコイル１１２の面積をなるべく大きくして、通信性能を高めるために、金属カバー１０５の幅方向（Ｙ方向）の大きさと略同一となっている。

　アンテナコイル１１２のコイル開口部１１２ｂには、外部機器からの磁束をアンテナコイル１１２のコイル開口部１１２ｂに直接誘導し易くするために、磁性体から形成される磁性シート１２０がコイル開口部１１２ｂに挿入され、アンテナコイル１１２に沿って互いに重畳するように配置される。このように磁性シート１２０を設けることによって、アンテナコイル１１２の電流により、金属カバー１０５の開口孔部１０６のエッジ部に電流が誘起されないようになる。

　本実施形態では、磁性シート１２０は、アンテナコイル１１２の一方側部１１２ａ１では、外部機器との対向面側の端部からコイル開口部１１２ｂにかけて互いに重畳し、アンテナコイル１１２の他方側部１１２ａ２では、外部機器４０との対向面に対する反対面側の端部からコイル開口部１１２ｂにかけて互いに重畳するように、コイル開口部１１２ｂに挿入されて設けられている。このように、磁性シート１２０がアンテナコイル１１２の幅方向（Ｘ方向）に亘ってアンテナコイル１１２と重畳するようにして、コイル開口部１１２ｂに挿入されて配置されることによって、金属カバー１０５の開口孔部１０６に進入した外部機器４０からの磁束が磁性シート１２０に沿って、アンテナコイル１１２のコイル開口部１１２ｂを通り抜けて、金属カバー１０５の先端１０５ａ側から外部に抜けて磁界ループを形成するようになる。

　また、本実施形態では、外部機器４０からの磁束をより多くアンテナコイル１１２のコイル開口部１１２ｂに直接導入し易くするために、磁性シート１２０は、コイル開口部１１２ｂの両端に亘って設けられるように、コイル開口部１１２ｂに挿入されてアンテナコイル１１２に沿って互いに重畳するように配置されている。すなわち、磁性シート１２０は、コイル開口部１１２ｂの長さ方向（Ｙ方向）を満たす幅のものが当該コイル開口部１１２ｂに挿入されている。

　さらに、本実施形態では、アンテナコイル１１２は、図３Ｂに示すように、少なくとも金属カバー１０５の外部機器４０との対向面１０５ｃに対する裏側面１０５ｂにおける金属カバー１０５の端部１０５ａと開口孔部１０６との間の領域に重畳するように設けられることを特徴とする。具体的には、本実施形態では、金属カバー１０５の裏側面１０５ｂにおける金属カバー１０５の端部１０５ａと開口孔部１０６との間の領域に、磁性シート１２０がコイル開口部１１２ｂに挿入されたアンテナコイル１１２の一方側部１１２ａ１を重畳するように設けられている。

　なお、本実施形態のアンテナ装置１０１の構成は、図３Ａ乃至図３Ｃに示すものに限定されない。すなわち、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、磁性シート２２０、３２０は、アンテナコイル２１２、３１２の一方側部２１２ａ１、３１２ａ１では、外部機器との対向面に対する反対面側の端部からコイル開口部２１２ｂ、３１２ｂにかけて互いに重畳し、アンテナコイル２１２、３１２の他方側部２１２ａ２、３１２ａ２では、外部機器４０との対向面の端部からコイル開口部２１２ｂ、３１２ｂにかけて互いに重畳するように、コイル開口部２１２ｂ、３１２ｂに挿入されて設けられる構成としてもよい。

　このように、磁性シート２２０、３２０がアンテナコイル２１２、３１２の幅方向（Ｘ方向）に亘ってアンテナコイル２１２、３１２と重畳するようにして、コイル開口部２１２ｂ、３１２ｂに挿入されて配置されることによって、金属カバー１０５（図２Ａ参照）の開口孔部１０６（図２Ａ参照）に進入した外部機器４０からの磁束が磁性シート２２０、３２０に沿って、アンテナコイル２１２、３１２のコイル開口部２１２ｂ、３１２ｂを通り抜けて、金属カバー１０５の先端１０５ａ（図２Ａ参照）側から外部に抜けて磁界ループを形成するようになるので、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。

　なお、図４Ａに示す本実施形態の変形例では、一方側部２１２ａ１に有する導線２１２ａの間隔と他方側部２１２ａ２に有する導線２１２ａの間隔が同一であるので、外部機器４０からの磁束をアンテナコイル２１２のコイル開口部２１２ｂに直接導入し易くなるので、図５Ａに示す本実施形態の他の変形例よりも高い通信性能を確保できる。

　図６Ａは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図６Ｂは、図６ＡのＧ－Ｇ断面図であり、図６Ｃは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成の要部の一例を示す平面図である。

　本実施形態のアンテナ装置４０１は、図６Ａ乃至図６Ｃに示すように、そのコイル開口部４１２ｂを介して幅方向（Ｘ方向）に対向する導線４１２ａが互いに近接するように平面状に巻回して設けられる略矩形形状のアンテナコイル４１２と、アンテナコイル４１２の中心側に有するコイル開口部４１２ｂに挿入されて設けられる磁性シート４２０と、アンテナコイル４１２の外部機器４０（図１参照）との対向面側に配置され、その端部４０５ａ寄りにカメラ等の各種機能素子用の開口孔部４０６が形成されている金属カバー４０５と、を備える。

　本実施形態では、図６Ａ及び図６Ｃに示すように、磁性シート４２０に金属カバー４０５の開口孔部４０６と重畳する部位に、磁性シート４２０を平面視した際に、当該磁性シート４２０の面積を減じるように形成される欠損部として開口部４２１が設けられ、かつ、アンテナコイル４１２が開口部４２１を迂回するように巻回する構成となっていることを特徴とする。アンテナ装置４０１をこのような構成とすることによって、アンテナコイル４１２が面積を拡大させながら、金属カバー４０５の開口孔部４０６を迂回するので、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。

　また、金属部品の近傍で効果的に性能を発揮させるためには、磁性シート４２０として酸化鉄や酸化クロム、コバルト、フェライト等の比透磁率の高い磁性材料を用いる必要がある。ＮＦＣアンテナモジュールで主に用いられるフェライトシートの比重が５ｇ／ｃｍ^３程度あることから、本実施形態のアンテナ装置４０１の構成とすることによって、第２の実施形態と同様に、磁性シート４２０を構成する磁性材料の使用量を低減できるので、装置の軽量化を図った上で電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。なお、図６Ａ乃至図６Ｃに示す例では、開口部４２１の切断線は、直線となっているが、金属カバー４０５の開口孔部４０６と重畳しないように配置されていれば、曲線としてもよい。

　本実施形態では、アンテナコイル４１２は、中央側に有するコイル開口部４１２ｂを介して導線４１２ａが一方向に周回する一方側部４１２ａ１と、導線４１２ａが他方向に周回する他方側部４１２ａ２に二分される略矩形形状のコイルである。また、アンテナコイル４１２は、導線４１２ａが周回する主面が通信時にリーダライタ４０と図１に示すＸＹ平面において対向するように配置される。また、アンテナコイル４１２の長さ方向（Ｙ方向）の大きさは、アンテナコイル４１２の面積をなるべく大きくして、通信性能を高めるために、金属カバー４０５の幅方向（Ｙ方向）の大きさと略同一となっている。

　アンテナコイル４１２のコイル開口部４１２ｂには、外部機器からの磁束をアンテナコイル４１２のコイル開口部４１２ｂに直接誘導し易くするために、磁性体から形成される磁性シート４２０がコイル開口部４１２ｂに挿入され、アンテナコイル４１２に沿って互いに重畳するように配置される。このように磁性シート４２０を設けることによって、アンテナコイル４１２の電流により、金属カバー４０５の開口孔部４０６のエッジ部に電流が誘起されないようになる。

　本実施形態では、磁性シート４２０は、アンテナコイル４１２の一方側部４１２ａ１では、外部機器との対向面側の端部からコイル開口部４１２ｂにかけて互いに重畳し、アンテナコイル４１２の他方側部４１２ａ２では、外部機器４０との対向面に対する反対面側の端部からコイル開口部４１２ｂにかけて互いに重畳するように、コイル開口部４１２ｂに挿入されて設けられている。このように、磁性シート４２０がアンテナコイル４１２の幅方向（Ｘ方向）に亘ってアンテナコイル４１２と重畳するようにして、コイル開口部４１２ｂに挿入されて配置されることによって、金属カバー４０５の開口孔部４０６に進入した外部機器４０からの磁束が磁性シート４２０に沿って、アンテナコイル４１２のコイル開口部４１２ｂを通り抜けて、金属カバー４０５の先端４０５ａ側から外部に抜けて磁界ループを形成するようになる。

　また、本実施形態では、外部機器４０からの磁束をより多くアンテナコイル４１２のコイル開口部４１２ｂに直接導入し易くするために、磁性シート４２０は、コイル開口部４１２ｂの両端に亘って設けられるように、コイル開口部４１２ｂに挿入されてアンテナコイル４１２に沿って互いに重畳するように配置されている。すなわち、磁性シート４２０は、コイル開口部４１２ｂの長さ方向（Ｙ方向）を満たす幅のものが当該コイル開口部４１２ｂに挿入されている。

　さらに、本実施形態では、アンテナコイル４１２は、図６Ｂに示すように、少なくとも金属カバー４０５の外部機器４０との対向面４０５ｃに対する裏側面４０５ｂにおける金属カバー４０５の端部４０５ａと開口孔部４０６との間の領域に重畳するように設けられることを特徴とする。具体的には、本実施形態では、金属カバー４０５の裏側面４０５ｂにおける金属カバー４０５の端部４０５ａと開口孔部４０６との間の領域に、磁性シート４２０がコイル開口部４１２ｂに挿入されたアンテナコイル４１２の一方側部４１２ａ１の一部を重畳するように設けられている。

　なお、本実施形態のアンテナ装置４０１の構成は、図６Ａ乃至図６Ｃに示すものに限定されない。すなわち、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、磁性シート５２０に金属カバー４０５（図６Ａ参照）の開口孔部４０６（図６Ａ参照）と重畳する部位に、欠損部として磁性シート５２０を平面視した際に、当該磁性シート５２０の面積を減じるように形成される開口部５２１が設けられる構成としてよい。

　すなわち、磁性シート５２０のみに開口部５２１が設けられる構成とすることによって、磁性シート５２０を構成する磁性材料の使用量を低減できるので、装置の軽量化を図った上で、より高い通信性能を確保できるようになる。なお、図７Ａ及び図７Ｂに示す例では、開口部５２１の切断線は、直線となっているが、金属カバー４０５の開口孔部４０６と重畳しないように配置されていれば、曲線としてもよい。

　また、本発明の第２及び第３の実施形態では、金属カバー１０５、４０５の裏側面１０５ｂ、４０５ｂにおける金属カバー１０５、４０５の端部１０５ａ、４０５ａと開口孔部１０６、４０６との間の領域に、磁性シート１２０、４２０がコイル開口部１１２ｂ、４１２ｂに挿入されたアンテナコイル１１２、４１２の一方側部１１２ａ１、４１２ａ１の一部を重畳するように設けられているが、当該領域にアンテナコイル１１２、４１２と磁性シート１２０、４２０が設けられていなくても、磁性シート１２０、４２０を平面視した際に、当該磁性シート１２０、４２０の面積を減じるように形成される欠損部１２１、４２１が設けられ、かつ、アンテナコイル１１２、４１２が当該欠損部１２１、４２１を迂回するように巻回する構成となっていればよい。すなわち、磁性シート１２０、４２０に欠損部１２１、４２１が設けられ、かつ、アンテナコイル１１２、４１２が当該欠損部１２１、４２１を迂回するように巻回する構成となっていれば、アンテナコイル１１２、４１２が面積を拡大させながら、他の電子機器内部の部品との干渉を回避されるので、電子機器の構造上の制約を受けることなく、より高い通信性能を確保できるようになる。

　次に、本発明の各実施形態に係るアンテナ装置の検討評価の実施例について、図面を使用しながら説明する。本発明の一実施形態に係るアンテナ装置における作用・効果を以下の実施例、及び比較例を用いて検証した。なお、本発明は、本実施例に限定されるものではない。

　本発明の各実施形態に係るアンテナ装置のリーダライタとの結合係数の変動に係る効果の確認をするための基礎検討評価について、図面を使用しながら説明する。

　図８Ａは、比較例１となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図８Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。図９Ａは、比較例２となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図９Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、比較例１及び比較例２に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　まず、従来技術となる比較例１では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、外形３０ｍｍ×２０ｍｍで１．０ｍｍピッチ４ターンのコイル６１２を外形７０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み０．３ｍｍのＳＵＳ板６０３上の３．０ｍｍの位置に配置した。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイル４１を備えるアンテナ４０をコイル６１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　一方、従来技術となる比較例２では、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ＮＦＣアンテナの上部に７０ｍｍ×１３５ｍｍ、厚み０．３ｍｍで端部側に７ｍｍ×７ｍｍの開口孔部６０６が形成されたアルミ板６０５を配置した。また、開口孔部６０６の端部は、アルミ板６０５の先端から１０ｍｍの位置であった。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイル４１を備えるアンテナ４０をコイル６１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数の分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　比較例１及び比較例２に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである図１０Ａ及び図１０Ｂから、アルミ板６０５のカバーを配置した比較例２では、比較例１と比べて磁気的な結合が非常に小さくなり、良好な通信特性は得られないことが分かった。すなわち、通常では、開口孔部の先端からアルミ板の先端にかけてスリットを設けることで通信性能を確保する必要があることが分かった。

　次に、本発明の第１の実施形態のアンテナ装置１（図２Ａ参照）に係る実施例１では、比較例１及び２と同じアンテナ面積の６０ｍｍ×１０ｍｍのスリムアンテナ１２をアルミ板５の開口孔部６とアルミ板５の先端５ａの間の１０ｍｍ幅の裏側に配置した。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイル４１を備えるアンテナ４０をスリムアンテナ１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　図１１Ａ及び図１１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１、比較例１、及び比較例２に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、同じ面積のアンテナでもスリムアンテナとしたものをアルミ板５の開口孔部６とアルミ板５の先端５ａの間の１０ｍｍ幅の裏側に配置することによって、金属カバーとなるアルミ板５の裏側に配置されているにも関わらず、結合係数ｋがアルミ板５で遮蔽されない比較例１に近い値まで大幅に上昇したことが分かった。このことから、スリムアンテナ１２をアルミ板５の開口孔部６とアルミ板５の先端５ａの間の１０ｍｍ幅の裏側に配置することによって、アルミ板５の開口孔部６にスリットを設けなくても、良好な通信性能を確保できることが分かった。

　次に、本発明の第２の実施形態のアンテナ装置１０１（図３Ａ参照）に係る実施例２では、比較例１及び２と同じアンテナ面積の３０ｍｍ×２０ｍｍのアンテナ１１２をアルミ板１０５の開口孔部１０６とアルミ板１０５の先端１０５ａの間の１０ｍｍ幅の裏側に配置した。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイル４１を備えるアンテナ４０をアンテナ１１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　また、本発明の第３の実施形態のアンテナ装置４０１（図６Ａ参照）に係る実施例３では、比較例１及び２と同じアンテナ面積の４０ｍｍ×１５ｍｍのアンテナ４１２をアルミ板４０５の開口孔部４０６とアルミ板４０５の先端４０５ａの間の１０ｍｍ幅の裏側に配置した。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイル４１を備えるアンテナ４０をアンテナ４１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の実施例１、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の実施例２、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の実施例３、比較例１及び比較例２に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、アルミ板１０５、４０５の開口孔部１０６、４０６を避けるようにアンテナの磁性シート１２０、４２０に切り欠き部１２１や開口部４２１と言った欠損部を設けることによって、金属カバーとなるアルミ板１０５、４０５の裏側に配置されているにも関わらず、結合係数ｋがアルミ板１０５、４０５で遮蔽されない比較例１よりも大きな値まで大幅に上昇したことが分かった。このことから、アルミ板１０５、４０５の開口孔部１０６、４０６を避けるようにアンテナの磁性シート１２０、４２０に欠損部を設けることによって、アルミ板１０５、４０５の開口孔部６にスリットを設けなくても、良好な通信性能を確保できることが分かった。

　次に、アルミ板の開口孔部が端部近くに配置された場合には、開口なしのアンテナを実装することが困難となることから、アルミ板開口部の端部とアルミ板端部の距離が５ｍｍの場合について、アンテナ装置のリーダライタとの結合係数の変動に係る効果の確認をするための基礎検討評価を行った。

　従来技術となる比較例１´では、外形３０ｍｍ×２０ｍｍで１．０ｍｍピッチ４ターンのコイルを外形７０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み０．３ｍｍのＳＵＳ板上の３．０ｍｍの位置に配置した。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイルに対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　一方、従来技術となる比較例２´では、ＮＦＣアンテナの上部に７０ｍｍ×１３５ｍｍ、厚み０．３ｍｍで端部側に７ｍｍ×７ｍｍの開口孔部が形成されたアルミ板を配置した。開口孔部の端部は、アルミ板の先端から５ｍｍの位置であった。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイルに対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数の分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　次に、本発明の第２の実施形態のアンテナ装置１０１（図３Ａ参照）に係る実施例２´では、比較例１´及び比較例２´と略同一のアンテナ面積の３０ｍｍ×２０ｍｍのアンテナ１１２をアルミ板１０５の開口孔部１０６とアルミ板１０５の先端１０５ａの間の５ｍｍ幅の裏側に配置した。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイル４１を備えるアンテナ４０をアンテナ１１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　また、本発明の第３の実施形態のアンテナ装置４０１（図６Ａ参照）に係る実施例３´では、比較例１´及び比較例２´と同じアンテナ面積の５０ｍｍ×１２ｍｍのアンテナ４１２をアルミ板４０５の開口孔部４０６とアルミ板４０５の先端４０５ａの間の５ｍｍ幅の裏側に配置した。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイル４１を備えるアンテナ４０をスリムアンテナ１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　図１３Ａ及び図１３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の変形例の実施例２´、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の変形例の実施例３´、比較例１の変形例となる比較例１´、及び比較例２の変形例となる比較例２´に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、開口孔部がアルミ板の端部に近い場合でのアンテナに切り欠き部や開口部等の欠損部を設けることで良好な通信特性が得られることが分かった。

　次に、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置のリーダライタとの結合係数の変動に係る効果の確認をするための基礎検討評価について、図面を使用しながら説明する。

　図１４Ａは、比較例３となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１４Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。図１５Ａは、比較例４となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１５Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。図１６Ａは、比較例４の変形例である比較例４´となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１６Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。

　金属板（７０ｍｍ×１５０ｍｍ×０．３ｍｍのＳＵＳ板）の先端近傍（先端から１０ｍｍ）にＮＦＣアンテナを配置した場合に対向する円形アンテナ（直径７０ｍｍの２巻コイル）を移動した場合のアンテナ間の磁気的結合係数をシミュレーションで求めた。ＮＦＣアンテナと対向する円形アンテナの距離は４０ｍｍである。

　従来技術となる比較例３では、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、ＮＦＣアンテナは、外形３０ｍｍ×２０ｍｍの４巻コイルであり、アンテナコイル７１２の裏面には、０．１ｍｍ厚みのフェライトシート７２０を貼り付けた。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイルに対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　従来技術となる比較例４では、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、ＮＦＣアンテナは、５０ｍｍ×１２ｍｍの５巻コイル８１２の中央の開口にフェライトシート８２０を挿入したスリムタイプとした。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイルに対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　従来技術となる比較例４´では、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、ＮＦＣアンテナ８１２´は、５０ｍｍ×５ｍｍの５巻コイルの中央の開口にフェライトシート８２０´を挿入したスリムタイプとした。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイルに対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　一方、本発明の第２の実施形態に係る実施例４のＮＦＣアンテナ１０１は、５０ｍｍ×１２ｍｍの５巻コイル１１２の中央の開口１１２ｂにフェライトシート１２０を挿入したスリムタイプであり、部品と干渉する部分に２０ｍｍ×７ｍｍの凹部からなる切り欠き部１２１を設けた。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイル５１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　図１７Ａ及び図１７Ｂは、本発明の第２の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の実施例４、比較例３、比較例４、及び比較例４´に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、比較例３と比較例４の結果から、金属対応のスリムアンテナにすることで同一面積のアンテナで２倍近い性能が得られることが分かった。一方、比較例４と比較例４´の結果から、携帯機器内部の部品と干渉しないように、アンテナ幅を従来技術となるconventionalタイプの５ｍｍまで細くすると特性が大きく低下することが分かった。これに対して、本発明の第２の実施形態に係る実施例４の結果から、部品の干渉を回避してアンテナに切り欠き部１２１となる凹部を設けたとしても、当該conventionalタイプと比較して約４０%の特性改善が達成できた。また、アンテナ面積は、２５%低減できた。

　次に、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置のリーダライタとの結合係数の変動に係る効果の確認をするための基礎検討評価について、図面を使用しながら説明する。図１８Ａは、比較例５乃至７となる従来のアンテナ装置の作用・効果を確認するための評価方法を示す斜視図であり、図１８Ｂは、当該評価方法を示す平面図である。

　従来技術となる比較例５では、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、ＮＦＣアンテナは、外形４５ｍｍ×１２ｍｍ、５ターンのコイル９１２の中央部開口に外形４０ｍｍ×１２ｍｍ、厚み０．２ｍｍのフェライトシート９２０を挿入したものを使用した。そして、ＮＦＣアンテナを１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．３ｍｍのアルミ板９０３の端部に０．１５ｍｍのギャップで配置した。このとき、ＮＦＣアンテナは、面積の半分がアルミ板９０３の外に出ていた。そして、外部機器となるReference PICC１４０のコイル１４１とＮＦＣアンテナの距離を４０ｍｍとし、コイル９１２に対してReference PICC１４０をＸ方向及びＹ方向に移動させて磁気的な結合係数ｋの分布を評価した。

　同様にアンテナ外形を３５ｍｍ×１２ｍｍ（フェライト：３０ｍｍ×１２ｍｍ）とした場合の比較例６、２５ｍｍ×１２ｍｍ（フェライト：２０ｍｍ×１２ｍｍ）とした場合の比較例７の特性をそれぞれ評価した。各アンテナに用いるフェライトシートの量は、それぞれ比較例５の－２５％、－５０％であった。

　図１９Ａ及び図１９Ｂは、比較例５乃至７に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、アンテナの面積の低減に伴ってフェライトシートの量を減少させると、磁気的な結合係数ｋの値も減少することから、通信性能が低下することが分かった。

　これに対して、本発明の第３の実施形態の変形例に係る実施例５のＮＦＣアンテナは、５０ｍｍ×１２ｍｍの５巻コイル５１２の中央の開口５１２ｂにフェライトシート５２０を挿入したスリムタイプであり、フェライトシート５２０の中央側の部分に１２ｍｍ×１０ｍｍの開口部５２１を設けた。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイル５１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　一方、本発明の第３の実施形態の変形例に係る実施例５´のＮＦＣアンテナは、５０ｍｍ×１２ｍｍの５巻コイル５１２の中央の開口５１２ｂにフェライトシート５２０を挿入したスリムタイプであり、フェライトシート５２０の中央側の部分に２４ｍｍ×１０ｍｍの開口部５２１を設けた。そして、同様にして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイル５１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　図２０Ａ及び図２０Ｂは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の変形例となる実施例５、実施例５´、比較例５、比較例６、及び比較例７に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　比較例５乃至７では、フェライトシートの面積が減少するにつれて、磁気的な結合係数ｋの値が低減していたが、フェライトシート５２０の長さ方向（Ｙ方向）の大きさを変えずに、フェライトシート５２０の中央側に開口部５２１を設けた実施例５及び実施例５´では、フェライトの使用量が比較例６、比較例７とそれぞれ同じ使用量であるにも関わらず、大きく通信特性が改善していることが分かった。具体的には、比較例６（－２５％）と実施例５´（－５０％）が略同等の通信特性であった。すなわち、フェライトシート５２０を構成するフェライトの使用量を同量に減少させた場合でも、磁性シート５２０がコイル開口部の両端に亘って設けられるように、コイル開口部に挿入されてアンテナコイル５１２に沿って互いに重畳するように配置されることによって、より高い通信性能が確保できることが分かった。

　これに対して、本発明の第３の実施形態に係る実施例６のＮＦＣアンテナは、５０ｍｍ×１２ｍｍの５巻コイル４１２の中央の開口４１２ｂにフェライトシート４２０を挿入したスリムタイプであり、フェライトシート４２０の中央側の部分に１２ｍｍ×１０ｍｍの開口部４２１を設けた。そして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイル４１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　一方、本発明の第３の実施形態の実施例６´のＮＦＣアンテナは、５０ｍｍ×１２ｍｍの５巻コイル４１２の中央の開口４１２ｂにフェライトシート４２０を挿入したスリムタイプであり、フェライトシート４２０の中央側の部分に２４ｍｍ×１０ｍｍの開口部４２１を設けた。そして、同様にして、直径７０ｍｍで１．５ｍｍピッチ２ターンの円形コイルを備えるアンテナをコイル４１２に対してＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させた際の磁気的な結合係数ｋの分布を４０ｍｍの距離で評価した。

　図２１Ａ及び図２１Ｂは、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の実施例６、実施例６´、比較例５、比較例６、及び比較例７に係るアンテナ装置の作用・効果を確認するための通信性能の評価結果を示すグラフである。

　前述した比較例５乃至７では、フェライトシートの面積が減少するにつれて、磁気的な結合係数ｋの値が低減していたが、フェライトシート４２０の長さ方向（Ｙ方向）の大きさを変えずに、フェライトシート４２０の中央側に開口部４２１を設けて、かつ、アンテナコイル５１２が当該開口部４２１を迂回するように巻回された実施例６及び実施例６´では、フェライト４２０の使用量が比較例６、比較例７とそれぞれ略同じ使用量でも、大きく通信特性が改善していることが分かった。また、前述した実施例６と比較して比較例５乃至７に対する改善効果は、低下するものの、アンテナ中央の開口部４２１にコネクタ等の部品を配置することが可能となり、実装の制約が大きく改善されることが分かった。

　なお、上記のように本発明の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

　例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、アンテナ装置の構成、動作も本発明の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１　アンテナ装置、２　アンテナモジュール、３、１０３、４０３　金属板、５、１０５、２０５、４０５　金属カバー、６、１０６、２０６、４０６　開口孔部、１１、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１　アンテナ基板、１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２　アンテナコイル、１２ａ、１１２ａ、２１２ａ、３１２ａ、４１２ａ、５１２ａ　導線、１２ａ１、１１２ａ１、２１２ａ１、３１２ａ１、４１２ａ１、５１２ａ１　一方側部、１２ａ２、１１２ａ２、２１２ａ２、３１２ａ２、４１２ａ２、５１２ａ１　他方側部、１２ｂ、１１２ｂ、２１２ｂ、３１２ｂ、４１２ｂ、５１２ｂ　コイル開口部、１３　通信処理部、１４　端子部、２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０　磁性シート、３０　電子機器、４０　リーダライタ（外部機器）、４１　アンテナ、４２　制御基板、４３　制御回路、１２１、２２１、３２１　切り欠き部（欠損部）、４２１、５２１　開口部（欠損部）、Ｌ１　中心線

Claims (15)

1. 　電子機器に組み込まれ、外部機器と電磁界信号を介して通信するアンテナ装置であって、
   　導線を平面状に巻回して設けられ、前記外部機器と誘導結合されるアンテナコイルと、
   　前記アンテナコイルの中心側に有するコイル開口部に挿入され、前記アンテナコイルに沿って互いに重畳するように配置される磁性シートと、
   　前記アンテナコイルの前記外部機器との対向面側に配置され、その端部寄りに開口孔部が形成された金属カバーと、を備え、
   　前記アンテナコイルは、少なくとも前記金属カバーの前記外部機器との対向面に対する裏側面における前記端部と前記開口孔部との間の領域に重畳するように設けられるアンテナ装置。
2. 　前記アンテナコイルと前記磁性シートは、前記金属カバーの前記開口孔部と重畳しないように配置されている請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 　前記アンテナコイルは、前記コイル開口部を介して幅方向に対向する前記導線が互いに近接するように巻回して設けられる細長い矩形形状である請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 　前記アンテナコイルは、前記コイル開口部を介して幅方向に対向する前記導線が互いに近接するように巻回して設けられる細長い矩形形状である請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 　前記磁性シートには、前記金属カバーの前記開口孔部と重畳する部位に欠損部が形成されている請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 　前記磁性シートには、前記金属カバーの前記開口孔部と重畳する部位に欠損部が形成されている請求項２に記載のアンテナ装置。
7. 　前記アンテナコイルは、前記欠損部を迂回するように巻回して設けられる請求項５に記載のアンテナ装置。
8. 　前記アンテナコイルは、前記欠損部を迂回するように巻回して設けられる請求項６に記載のアンテナ装置。
9. 　前記欠損部は、前記磁性シートを平面視した際に該磁性シートの面積を減じるように形成される切り欠き部である請求項７に記載のアンテナ装置。
10. 　前記欠損部は、前記磁性シートを平面視した際に該磁性シートの面積を減じるように形成される切り欠き部である請求項８に記載のアンテナ装置。
11. 　前記アンテナコイルは、前記コイル開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部に有する導線の間隔と前記他方側部に有する導線の間隔が同一である請求項９に記載のアンテナ装置。
12. 　前記アンテナコイルは、前記コイル開口部を縦断する中心線を介して前記導線が一方向に周回する一方側部と前記導線が他方向に周回する他方側部に二分され、前記一方側部に有する導線の間隔と前記他方側部に有する導線の間隔が同一である請求項１０に記載のアンテナ装置。
13. 　前記欠損部は、前記磁性シートを平面視した際に該磁性シートの面積を減じるように形成される開口部である請求項７に記載のアンテナ装置。
14. 　前記欠損部は、前記磁性シートを平面視した際に該磁性シートの面積を減じるように形成される開口部である請求項８に記載のアンテナ装置。
15. 　前記磁性シートは、前記コイル開口部の両端に亘って設けられるように、前記コイル開口部に挿入されて前記アンテナコイルに沿って互いに重畳するように配置される請求項１乃至１４の何れか１項に記載のアンテナ装置。

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