(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面及び第２主面を有する板状の磁性体コアと、この磁性体コアに巻回され、巻回中心部にコイル開口部を有するコイル導体と、を備えたアンテナコイル、及び前記アンテナコイルが近接する平面導体を備えたアンテナ装置において、
前記コイル導体のうち、前記磁性体コアの第１主面に近接する第１の導体部分と、前記磁性体コアの第２主面に近接する第２の導体部分とは、前記磁性体コアの平面透視で重ならない位置にあり、
磁性体コアの第１主面は前記平面導体の面に対面し、
前記平面導体は、前記アンテナコイルの第１側部に近接する第１部分と、前記第１側部とは直交する向きの前記アンテナコイルの側部である第２側部に近接する第２部分とを有し、
前記アンテナコイルは、前記コイル開口部への前記磁性体コアの挿入方向における前記平面導体の端部に配置されている、ことを特徴する、アンテナ装置。
【請求項２】
前記平面導体は、前記第２側部と対向する前記アンテナコイルの側部である第３側部に近接する第３部分をさらに有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記平面導体は、前記第１側部と対向する前記アンテナコイルの側部である第４側部に近接する第４部分をさらに有する、請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記平面導体は、回路基板に形成されたグランド電極であり、前記回路基板のグランド電極非形成領域に前記アンテナコイルが配置された、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記磁性体コアは、シート状に成型された、磁性体粉と樹脂材との混成体、又は複数に小片化された焼結磁性体である、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記磁性体コアは、一方端が他の部分より太く形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置を筐体内に備えた、携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁界信号を介して外部機器と通信するＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システム等に用いられるアンテナ装置及びそれを備えた携帯端末に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤシステムで用いられる携帯電子機器に搭載されるアンテナ装置が特許文献１に開示されている。特許文献１のアンテナ装置は、コイル巻回領域の中心部を挟んで相対向する二つの位置の巻線間隔を異ならせた非対称形状のコイルを備え、巻線間隔の大きな側では、ＩＣカードと対向する主面の反対側に磁性体を配置し、巻線間隔の小さな側では、ＩＣカードと対向する主面に磁性体を配置したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９７５９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に示されているアンテナ装置を備えた電子機器をリーダライタにかざす際に、電子機器のアンテナ装置とリーダライタのアンテナ装置との成す角度によっては通信が不能になるおそれがある。すなわち、ＩＣカードと携帯端末とが平行状態で通信を行う場合には問題が少ない。しかしＩＣカードではなく、備え付けのリーダライタなどと通信を行う場合には、携帯端末とリーダライタの位置（角度）が一定とならず、通信性能が劣化する問題がある。
【０００５】
図１は、特許文献１に示されたアンテナ装置と同様のアンテナ装置とリーダライタのアンテナ装置との成す角度を変えたときの、アンテナ装置のコイルを鎖交する磁束について示す図である。図１中の実線の矢印及び破線の矢印はいずれも磁束を模式的に表している。
【０００６】
磁性体コア１の第１主面は平面導体２に近い側に対面し、コイル導体のうち第１の導体部分１１は磁性体コア１の第１主面に近接し、コイル導体のうち第２の導体部分１２は磁性体コア１の第２主面に近接する。そして、磁性体コア１と前記コイル導体とによるアンテナコイルが平面導体２の端部付近に配置されて、アンテナ装置が構成される。
【０００７】
図１（Ａ）のように、磁性体コア１とリーダライタ側アンテナ装置３０とが平行である場合には、すなわち、両者の成す角度が０°の場合は、磁性体コア１に対して右側から入る磁束（実線）が左側から入る磁束（破線）より大きく、コイルには起電力が発生する。
【０００８】
しかし、その状態から図１（Ｂ）のように、角度をつけた状態にすると、リーダライタから離れた側（右側）から入る磁束が減少し、リーダライタに近い側（左側）から入る磁束が増加するため、ある角度で左右の磁束が完全に等しくなり、起電力が発生しないポイントが発生する。このような状態では通信不能となる。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、リーダライタの読み取り面に対して成す角度に依存する通信性能の劣化を抑えたアンテナ装置及びそれを備えた携帯端末を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のアンテナ装置は、第１主面及び第２主面を有する板状の磁性体コアと、この磁性体コアに巻回され、巻回中心部にコイル開口部を有するコイル導体と、を備えたアンテナコイル、及び前記アンテナコイルが近接する平面導体を備え、
前記コイル導体のうち、前記磁性体コアの第１主面に近接する第１の導体部分と、前記磁性体コアの第２主面に近接する第２の導体部分とは、前記磁性体コアの平面透視で重ならない位置にあり、
磁性体コアの第１主面は前記平面導体の面に対面し、
前記平面導体は、前記アンテナコイルの第１側部に近接する第１部分と、前記第１側部とは直交する向きの前記アンテナコイルの側部である第２側部に近接する第２部分とを有し、
前記アンテナコイルは、前記コイル開口部への前記磁性体コアの挿入方向における前記平面導体の端部に配置されている、ことを特徴とする。
【００１１】
前記平面導体は、前記第２側部と対向する前記アンテナコイルの側部である第３側部に近接する第３部分をさらに有していてもよい。
【００１２】
また、前記平面導体は、前記第１側部と対向する前記アンテナコイルの側部である第４側部に近接する第４部分をさらに有していてもよい。
【００１３】
また、前記平面導体は、例えば回路基板に形成されたグランド電極であり、前記回路基板のグランド電極非形成領域に前記アンテナコイルが配置されてもよい。
【００１４】
また、例えば、前記磁性体コアは、シート状に成型された、磁性体粉と樹脂材との混成体、又は複数に小片化された焼結磁性体である。
【００１５】
また、例えば、前記磁性体コアは、一方端が他の部分より大きく形成されている。
【００１６】
この発明の携帯端末は、前記のいずれかに記載のアンテナ装置を筐体内に備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、リーダライタのアンテナに対して前記アンテナ装置の成す角度が０°〜９０°の範囲内で、コイル導体を鎖交する互いに逆方向の磁束が等しくなることがなく、すなわち磁束を互いに打ち消しあうことがなく、０°〜９０°の範囲又はそれ以上の範囲で通信を安定に行うことができる。
【００１８】
また、回路基板のグランド電極非形成領域に前記アンテナコイルを実装することによってアンテナ装置を容易に構成できる。
【００１９】
また、前記磁性体コアを、小片化された焼結磁性体で構成することにより、アンテナコイル全体に柔軟性をもたせることができ、携帯端末等の組み込み先電子機器の筐体内に高い自由度のもとで組み込める。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】特許文献１に示されたアンテナ装置と同様のアンテナ装置と、リーダライタのアンテナ装置と、の成す角度を変えたときの、アンテナ装置のコイルを鎖交する磁束について示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、図２（Ａ）はアンテナ装置１０１の平面図、図２（Ｂ）はその正面図、図２（Ｃ）はアンテナコイル２１の平面図である。
【図３】アンテナ装置を筐体内に納めた携帯端末２０１をリーダライタ側アンテナ装置３０にかざす角度θについて示す斜視図である。
【図４】図３に示した角度θを変化させたときのアンテナコイルを通る磁束の様子を模式的に表した図である。
【図５】リーダライタに対する携帯端末のかざす角度θと最大通信距離との関係を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナコイルに備える磁性体コア１の平面図、図６（Ｂ）は第２の実施形態に係るアンテナコイル２２の平面図である。
【図７】図７（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナコイルに備える磁性体コア１の平面図、図７（Ｂ）は第３の実施形態に係るアンテナコイル２２の平面図である。
【図８】携帯端末内へのアンテナコイルの設置状態を示す図である。
【図９】第４の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１０】第５の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１１】第６の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図であり、図１１（Ａ）はアンテナ装置１０６の平面図、図１１（Ｂ）はその正面図、図１１（Ｃ）はアンテナコイル２１を通る磁束の様子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以降に示す各実施の形態のうち、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態、および第６の実施形態は、本発明のアンテナ装置及び携帯端末の構成を予備的に説明するために示す。
【００２２】
《第１の実施形態》
図２は第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【００２３】
図２（Ａ）は、アンテナコイル２１及びそれを実装する矩形板状の回路基板２０を備えるアンテナ装置１０１の平面図である。図２（Ｂ）は、前記アンテナ装置１０１の正面図である。図２（Ｃ）はアンテナコイル２１の平面図である。
【００２４】
磁性体コア１は矩形板形状に成形されたフェライトのコアである。この磁性体コア１には図２に示すようにコイル導体ＣＷが巻回されている。具体的には、フレキシブル基板１０に矩形渦巻き状のコイル導体ＣＷが形成されていて、その渦巻きの中心部に矩形の開口が設けられていて、その開口に磁性体コア１が挿入されている。
【００２５】
コイル導体ＣＷは、磁性体コア１の第１主面ＭＳ１に近接する第１の導体部分１１、及び磁性体コア１の第２主面ＭＳ２に近接する第２の導体部分１２を備えている。前記磁性体コア１とコイル導体ＣＷとによってアンテナコイル２１が構成されている。
【００２６】
回路基板２０はグランド電極形成領域ＧＡとグランド電極非形成領域ＮＧＡを備えている。前記グランド電極形成領域ＧＡのグランド電極が、この発明に係る平面導体である。
【００２７】
アンテナコイル２１は、磁性体コア１の第１主面ＭＳ１が回路基板２０に対面する状態で、回路基板２０のグランド電極非形成領域ＮＧＡに実装されている。したがって、磁性体コア１の第１主面ＭＳ１はグランド電極形成領域ＧＡの面（グランド電極形成領域ＧＡの延長面）に対面している。また、アンテナコイル２１及びグランド電極形成領域ＧＡを平面視した状態で、アンテナコイル２１はグランド電極形成領域ＧＡの端部より外方に配置されている。
【００２８】
また、前記コイル導体のうち、第１の導体部分１１と第２の導体部分１２とは、磁性体コア１を平面透視で（磁性体コア１の第１主面ＭＳ１または第２主面ＭＳ２の法線方向から見て）重ならないように配置されている。
【００２９】
図２（Ｂ）に示されている状態では、リーダライタ側アンテナ装置３０に対してアンテナ装置１０１が平行に配置され（かざされ）ている、この状態でリーダライタの磁束がアンテナコイル２１のコイル導体ＣＷと鎖交し、両者は磁気的に結合する。
【００３０】
なお、アンテナコイル２１のコイル導体ＣＷの両端は回路基板２０上の所定の端子電極に接続される。この接続構造については図示を省略している。
【００３１】
図３は、前記アンテナ装置を筐体内に納めた携帯端末２０１をリーダライタ側アンテナ装置３０にかざす角度θについて示す斜視図である。図２に示した回路基板２０は携帯端末の筐体に沿って配置されているので、リーダライタ側アンテナ装置３０に対して携帯端末２０１を平行に配置した状態で、アンテナ装置１０１はリーダライタ側アンテナ装置３０に対して平行に配置されることになる。このときの角度θは０°である。
【００３２】
図４は、図３に示した角度θを変化させたときのアンテナコイルを通る磁束の様子を模式的に表した図である。
【００３３】
θ＝０°のとき、リーダライタの磁束は、磁性体コア１に対してほぼ垂直方向にコイル導体ＣＷの形成領域の中心部を通過する。
【００３４】
θ＝４５°のとき、リーダライタの磁束は、磁性体コア１に対してほぼ４５°方向にコイル導体ＣＷの形成領域の中心部を通過する。このとき、図１（Ｂ）に示したようなコイル導体ＣＷに対して逆方向に通過する磁束は非常に小さい。
【００３５】
θ＝９０°のとき、リーダライタの磁束は、磁性体コア１の面方向にコイル導体ＣＷの形成領域の中心部を通過する。このときも、コイル導体ＣＷを過ぎる磁束の方向は同じである。
【００３６】
したがって、携帯端末２０１をリーダライタ側アンテナ装置３０にかざす角度θがどのような値であっても、磁性体コアを両方向に通過する磁束同士で互いに磁束を打ち消すような状況が生じない。
【００３７】
図５はリーダライタに対する携帯端末のかざす角度θと最大通信距離との関係を示す図である。図５において、折れ線Ｅは、第１の実施形態に係るアンテナ装置の特性、折れ線Ｐは、図１に示した従来構造のアンテナ装置の特性である。従来構造のアンテナ装置では、角度θが３０°〜４５°付近で最大通信距離が極端に短くなるが、本発明のアンテナ装置によれば、角度θが０°〜９０°（９０°以上）の全ての範囲に亘って最大通信距離を大きく保つことができることが分かる。
【００３８】
《第２の実施形態》
図６（Ａ）は第２の実施形態に係るアンテナコイルに備える磁性体コア１の平面図、図６（Ｂ）は第２の実施形態に係るアンテナコイル２２の平面図である。
【００３９】
図２（Ｃ）に示したアンテナコイル２１と異なるのは、磁性体コア１の一方端が他の部分より太く形成されていることである。
【００４０】
このような形状の磁性体コア１を用いることにより、磁性体コア１を通る磁束が強くなり、通信相手のアンテナとの磁界結合を強めることができ、通信可能最長距離が長くなるなど、通信性能が向上する。図６（Ｂ）においては、磁性体コア１の太い部分を第１の導体部分１１に近接させてアンテナコイル２２を構成したが、磁性体コア１の太い部分を第２の導体部分１２に近接させてアンテナコイルを形成してもよい。磁性体コア１の太くする部分（幅広にする部分）は、第１の導体部分１１に近接する部分、あるいは、第２の導体部分１２に近接する部分のいずれかに限定されるものではない。このように、磁性体コア１の一方端を他の部分より太くすることによって、集磁効果が高まり、通信性能がより向上する。また、グランド導体の端部側となる磁性体コアの端部を太くすることにより、グランド導体の端部付近の磁気抵抗が低くなって集磁効果が高まる。
【００４１】
なお、図６に示したアンテナコイル２２では、磁性体コア１の一方の端部の全体が広く（太く）形成されているが、この部分は外側程広い台形状であってもよい。また、磁性体コア１の中央から両端部にかけて共に幅が広くなる蝶形状であってもよい。
【００４２】
《第３の実施形態》
図７（Ａ）は第３の実施形態に係るアンテナコイルに備える磁性体コア１の平面図、図７（Ｂ）は第３の実施形態に係るアンテナコイル２３の平面図である。このアンテナコイル２３は、矩形板形状の磁性体コア１とコイル導体が形成されたフレキシブル基板１０を備えている。図６（Ｂ）に示されているアンテナコイル２２と異なるのは、磁性体コア１の構造である。
【００４３】
図７（Ａ）に示されている磁性体コア１は、フェライト粉などの磁性体粉と樹脂材との混成体をシート状に成形し、さらにそれを複数に小片化したものを焼結して焼結磁性体を作成し、複数の小片の両面をフィルムでラミネートしたものである。図７中の破線で区切られた部分は、焼結磁性体の小片を表している。このような構成により、磁性体コア１全体は柔軟性をもつことになる。
【００４４】
なお、図７（Ｂ）においては、磁性体コア１の太い部分を第１の導体部分１１に近接させてアンテナコイル２２を構成したが、第２の実施形態で述べたとおり、磁性体コア１の太くする部分（幅広にする部分）は、第１の導体部分１１に近接する部分、あるいは、第２の導体部分１２に近接する部分のいずれかに限定されるものではない。このように、磁性体コア１の一方端を他の部分より太くすることによって、回路基板のグランド電極形成領域ＧＡより離れた位置での集磁効果が高まり、通信性能がより向上する。
【００４５】
図８は、携帯端末内へのアンテナコイルの設置状態を示す図である。この例では、アンテナコイル２３が携帯端末の筐体２００の内面に貼付されている。アンテナコイル２２は柔軟性があるので、筐体内の単一平面に限らずに、筐体の内面に沿って設けることができる。そのため、種々の形状の筐体内に容易に組み込める。
【００４６】
《第４の実施形態》
図９は第４の実施形態に係るアンテナ装置１０４の平面図である。
【００４７】
アンテナ装置１０４はアンテナコイル２１及びそれを実装する矩形板状の回路基板２０を備える。図２（Ａ）に示した例と異なり、グランド電極形成領域ＧＡは、アンテナコイル２１の両側部にまで延設されている。その他の構成は第１の実施形態で示したものと同様である。
【００４８】
このような構成であっても、図４に示したように携帯端末をリーダライタ側アンテナ装置にかざしたとき、磁性体コア１を両方向に通過する磁束同士で互いに磁束を打ち消すような状況が生じにくい。
【００４９】
なお、グランド電極形成領域ＧＡはアンテナコイルの片側側部にのみ延設されていてもよい。
【００５０】
《第５の実施形態》
図１０は第５の実施形態に係るアンテナ装置１０５の平面図である。
【００５１】
アンテナ装置１０５はアンテナコイル２１及びそれを実装する矩形板状の回路基板２０を備える。グランド電極形成領域ＧＡは、アンテナコイル２１を取り囲むように設けられている。その他の構成は第１の実施形態で示したものと同様である。
【００５２】
このような構成であっても、図４に示したように携帯端末をリーダライタ側アンテナ装置にかざしたとき、磁性体コア１を両方向に通過する磁束同士で互いに磁束を打ち消すような状況は生じにくい。
【００５３】
《第６の実施形態》
図１１は第６の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【００５４】
図１１（Ａ）は、アンテナコイル２１及びそれを実装する矩形板状の回路基板２０を備えるアンテナ装置１０６の平面図である。図１１（Ｂ）は、前記アンテナ装置１０６の正面図である。図１１（Ｃ）はアンテナコイル２１を通る磁束の様子を示す斜視図である。図１１（Ｃ）ではアンテナコイル２１を簡略化して表している。
【００５５】
回路基板２０はグランド電極形成領域ＧＡとグランド電極非形成領域ＮＧＡを備えている。この例では回路基板２０の内層にグランド電極を形成している。このグランド電極の形成領域がグランド電極形成領域ＧＡである。アンテナコイル２１は、磁性体コア１の第１主面ＭＳ１が回路基板２０に対面する状態で、回路基板２０のグランド電極形成領域ＧＡとグランド電極非形成領域ＮＧＡの両方に重なる位置に実装されている。アンテナコイル２１の構成は第１の実施形態で示したものと同様である。
【００５６】
アンテナ装置１０６を筐体内に収めた携帯端末をリーダライタ側アンテナ装置３０にかざす角度θがほぼ４５°であるとき、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）中に破線の矢印線で示すように磁束φｓが通る。すなわち、磁束φｓは磁性体コア１の第２主面ＭＳ２から磁性体コア１に入り、グランド電極形成領域ＧＡの側方へ向かうように抜ける。このようにθ＝４５°のときコイル導体の巻回中心部を磁束が通過する。
【００５７】
この例のように、平面視したとき、アンテナコイルの一部がグランド電極形成領域ＧＡと重なっていてもよい。このような構成であっても、携帯端末をリーダライタ側アンテナ装置にかざしたとき、磁性体コア１を両方向に通過する磁束同士で互いに磁束を打ち消すような状況が生じにくい。
【００５８】
ただ、携帯端末をリーダライタ側アンテナ装置にかざすときの角度θが０°のときは、グランド電極形成領域ＧＡが磁束の通過を遮るようになるので、通信距離はあまり延びない。角度θが４５°のときは、図１１に示したように磁束φｃ，φｓが通過し、角度θが９０°のときは、図４と同じように通過する。このように、アンテナコイルの一部がグランド電極形成領域ＧＡと重なっていても、特に、コイル導体ＣＷのうち第２の導体部分１２がグランド電極形成領域ＧＡと重なっていても、アンテナコイル２１とリーダライタ側アンテナとのなす角度θが４５〜９０°のときに十分に通信距離を確保できる。
【００５９】
《他の実施形態》
なお、以上に示した各実施形態では、基板のグランド電極を平面導体の例として示したが、液晶表示パネルの背面に配置されるシールド板、筐体の内面に形成されている導体膜や導体箔、さらには電池パックを平面導体として扱い、アンテナ装置を構成することもできる。また、平面導体は矩形状の導体に限らず、様々な平面形状であってもよい。また、平面導体は単層に限らず、複数層で構成されていてもよい。さらに、平面導体はその主要部が平面状であればよく、他の部分に曲げ部分があってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
ＣＷ…コイル導体
ＧＡ…グランド電極形成領域
ＭＳ１…磁性体コアの第１主面
ＭＳ２…磁性体コアの第２主面
ＮＧＡ…グランド電極非形成領域
１…磁性体コア
１０…フレキシブル基板
１１…第１の導体部分
１２…第２の導体部分
２０…回路基板
２１，２２，２３…アンテナコイル
３０…リーダライタ側アンテナ装置
１０１，１０４，１０５，１０６…アンテナ装置
２００…筐体
２０１…携帯端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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