(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する金属筐体と、
前記金属筐体の前記開口部以外の部分に配置され、当該金属筐体と容量結合する第１の導体と、
前記金属筐体の前記開口部に前記第１の導体と同一平面上に配置され、前記第１の導体との間に交流電圧が印加され、かつ、可視光に対して透明な第２の導体とを備えたアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の導体及び前記第２の導体のうち、少なくとも前記第２の導体は透明導電膜であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の導体と接続される第１の金属パターンと、前記第２の導体に接続される第２の金属パターンとを有し、当該第１の金属パターン及び第２の金属パターンを介して前記第１の導体及び第２の導体に交流電圧を印加するための給電基板を設けたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記給電基板は、整合回路を介して前記第２の金属パターンに交流電圧を印加することを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
開口部を有する金属筐体と、
前記金属筐体の前記開口部以外の部分に当該開口部の隅部に沿って屈曲した形状で配置され、前記金属筐体と容量結合する第３の導体と、
前記金属筐体の前記開口部に前記第３の導体と同一平面上に配置され、可視光に対して透明な第４の導体と、
前記金属筐体の前記開口部に前記第３の導体と同一平面上に配置されると共に、前記第４の導体と直交して配置され、前記第３の導体との間に交流電圧が印加され、かつ、可視光に対して透明な第５の導体とを備え、
前記第３の導体に対して前記第４の導体及び前記第５の導体が順番に接続されて逆Ｆアンテナを構成することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
前記逆Ｆアンテナのうち、少なくとも前記第４の導体と前記第５の導体は透明導電膜であることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第３の導体と接続される第１の金属パターンと、前記第５の導体に接続される第２の金属パターンとを有し、当該第１の金属パターン及び第２の金属パターンを介して前記第３の導体及び第５の導体に交流電圧を印加するための給電基板を設けたことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記給電基板は、整合回路を介して前記第２の金属パターンに交流電圧を印加することを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光に対して透明なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明導電材料は光学的に透明でありながら、導電性を有する媒質である。これをアンテナに利用することで目に見えない、または目立たないアンテナ装置を実現することができる。一般に、アンテナの性能はそのサイズに比例するので、透明導電材料を用いて幅広のアンテナ導体を構成することでアンテナ性能を向上できる。例えば、従来、光透過率８０％以上の透明導電材料により放射素子、グランド素子、無給電素子を形成し、視認性を向上させたアンテナ装置があった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１００４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
透明導電材料の導電率は光透過率が高いほど小さくなり、アンテナ素子によく用いられる金属である銅やアルミに比べると１００分の１程度である。従って、上記従来のアンテナ装置では、視認性を良くするため高い光透過率を有する透明導電材料を使用すると、導電率が低いためアンテナの放射効率が低下するという問題があった。【０００５】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、導電率の低い透明導電材料を用いても高い放射効率が得られるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るアンテナ装置は、開口部を有する金属筐体と、金属筐体の開口部以外の部分に配置され、金属筐体と容量結合する第１の導体と、金属筐体の開口部に第１の導体と同一平面上に配置され、第１の導体との間に交流電圧が印加され、かつ、可視光に対して透明な第２の導体とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係るアンテナ装置は、金属筐体と容量結合する第１の導体と、金属筐体の開口部に配置され、可視光に対して透明な第２の導体とを備えたものである。これにより、導電率の低い透明導電材料を用いても高い放射効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、この発明の実施の形態１のアンテナ装置における第２の導体の変形例を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２のアンテナ装置における導体の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の構成図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、この発明の実施の形態３のアンテナ装置における給電基板を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態３のアンテナ装置における変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は本実施の形態によるアンテナ装置の構成図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
本実施の形態によるアンテナ装置は、図１及び図２に示すように、金属筐体１と、ガラス２と、第１の導体３ａと、第２の導体３ｂとを備えている。金属筐体１はアルミ等の金属で構成され、内部に図示しない液晶ディスプレイや制御基板、通信基板を収納するため箱状に構成され、正面方向に開口部１ａを有する。
ガラス２は金属筐体１によって保持され、金属筐体１の開口部１ａを覆うように配置された板状のガラスである。ガラス２により、金属筐体１の内部にある液晶ディスプレイ等を保護する。また、ガラス２は所定の誘電率を有する誘電体を構成している。
第１の導体３ａ及び第２の導体３ｂは、ガラス２の金属筐体１に接触する面とは反対側の面に貼付された透明導電膜である。透明導電膜（透明電極とも言う）は可視光に対して透明であり、導電性を有するシート状の媒質である。一般に透明導電膜の光透過率が高い（透明性が高い）ほどシート抵抗が高くなる。例えば、本実施の形態では、シート抵抗値が５〜５０Ω／ｓｑ、光透過率７０〜８０％の透明導電膜を用いる。
【００１０】
第２の導体３ｂの大部分は金属筐体１の開口部１ａに配置され、その端部のみが金属筐体１の枠部に位置する（正面から見て第２の導体３ｂの端部が金属筐体１の枠に隠れる）よう構成されている。第１の導体３ａは、ガラス２を介して金属筐体１の枠部に位置するよう配置され、第２の導体３ｂとの間に若干の間隙を有している。この間隙には例えば同軸ケーブル（図示せず）が高周波信号に対して電気的に接続される。すなわち、同軸ケーブルの芯線が第２の導体３ｂに、同軸ケーブルの外導体が第１の導体３ａに接続される。これにより、第１の導体３ａと第２の導体３ｂとの間に交流電圧が印加される。なお、第１の導体３ａと第２の導体３ｂの間に所望の交流電圧が印加できれば、同軸ケーブル以外の伝送線路を選択しても良い。また、図１では第２の導体３ｂは短冊状に図示されているが、所望の周波数で共振するように設計されていれば適宜自由な形状を選択可能である。例えば図３Ａのように幅が徐々に広がる形状、図３Ｂのように分岐を有する形状などがある。
【００１１】
次に、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の動作について説明する。送信アンテナと受信アンテナには可逆性が成り立つため、ここでは送信アンテナとしての動作を説明する。
第１の導体３ａと第２の導体３ｂの間に交流電圧が印加されると、両者に電荷の移動が発生して交流電流が流れる。このとき、第２の導体３ｂは所望の周波数で共振するように設計されたモノポールアンテナ素子となり、電波を放射する。また、第１の導体３ａはガラス２を介して金属筐体１に重なるように配置されているため、第１の導体３ａに交流電流が流れると、容量結合により金属筐体１にも交流電流が流れる。すなわち、金属筐体１が第２の導体３ｂからなるモノポールアンテナのグランドとして動作する。これにより、アンテナのグランドが十分に大きく確保でき、透明導電膜上への電流の集中を抑えることができるため、透明導電膜の導電率が低いことにより生じる損失を低減できる。
【００１２】
一般的にアンテナ上を流れる電流に対して平行に金属が近接すると、近接した金属上に逆相の電流が誘起されてアンテナの放射効率が低下する。そのため、金属筐体の内部にアンテナを設けるとアンテナの放射効率が低下する。これに対し実施の形態１のアンテナ装置では、金属筐体１の開口部１ａに、モノポールアンテナ素子となる第２の導体３ｂを設けているため、放射効率の低下を防止できる。また、第２の導体３ｂは透明導電膜により構成されているため、金属筐体１の開口部１ａに配置しても視認性を低下させることはない。さらに、第２の導体３ｂと第１の導体３ａの間隙は金属筐体１で隠れる部分に位置するため、同軸ケーブル等の伝送線路が接続されてもこれによって視認性を低下させることがない。
また、第１の導体３ａと金属筐体１は物理的に接触していないため、金属筐体１のグランド（フレームグランド）と第２の導体３ｂからなるモノポールアンテナに接続される制御基板等のグランド（シグナルグランド）を分離することができる。
【００１３】
以上説明したように、実施の形態１に係るアンテナ装置によれば、開口部を有する金属筐体と、金属筐体の開口部以外の部分に配置され、金属筐体と容量結合する第１の導体と、金属筐体の開口部に第１の導体と同一平面上に配置され、第１の導体との間に交流電圧が印加され、かつ、可視光に対して透明な第２の導体とを備えたので、視認性を低下させることなくアンテナ素子を設けることができ、さらに、フレームグランドとシグナルグランドを分離した状態で金属筐体をアンテナのグランドとして利用できるため、金属筐体に内蔵されるアンテナであっても高い放射効率のアンテナ装置を得ることができる。
【００１４】
また、実施の形態１のアンテナ装置によれば、第１の導体及び第２の導体のうち、少なくとも第２の導体は透明導電膜であるようにしたので、視認性を向上させたアンテナ装置を得ることができる。
【００１５】
実施の形態２．
図４は実施の形態２に係るアンテナ装置を示す構成図である。図４において、金属筐体１及びガラス２は実施の形態１と同一であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
実施の形態２のアンテナ装置の実施の形態１との相違点は、実施の形態１における第１の導体３ａと第２の導体３ｂに代わって、一つの透明導電膜で形成された導体４が用いられている点である。導体４は、図４及び図５に示すように、金属筐体１の開口部１ａの一つの隅部に沿う形でＬ字型に形成された第３の導体４ａと、第３の導体４ａに対して平行な第４の導体４ｂと、垂直な第５の導体４ｃからなる。実施の形態２のアンテナ装置では、第３の導体４ａと第５の導体４ｃの間に交流電圧が印加される。このとき、開口部１ａに露出している第４の導体４ｂの長さ（開口部１ａの開口端から第４の導体４ｂの先端までの長さ）Ｌ、開口部１ａに露出している第５の導体４ｃの長さ（開口部１ａの開口端から第５の導体４ｃの基部までの長さ）Ｈ、開口部１ａの開口端と第５の導体４ｃの間隔Ｄを適切に設計することで、導体４は所望の周波数で共振する逆Ｆアンテナとして動作する。
【００１６】
逆Ｆアンテナはモノポールアンテナを折り曲げることで得られる逆Ｌアンテナの電圧印加部の近くにグランドとの短絡線（ショートスタブ）を設けることでアンテナの低姿勢化や広帯域化が可能なアンテナ方式である。導体４の第３の導体４ａが逆Ｆアンテナのグランドとなるが、第３の導体４ａは金属筐体１の隅部に沿ってガラス２を介して重なるように配置され、金属筐体１と容量結合しているため、金属筐体１がアンテナグランドとして動作する。従って、実施の形態１のアンテナ装置と同様に、透明導電膜の導電率が低いことにより生じる損失を低減できる。
また、金属筐体１の開口部１ａに逆Ｆアンテナとなる導体４を設けているため、実施の形態１で説明した動作と同様に、視認性を低下させることなく放射効率の低下を防止できる。
また、本実施の形態の逆Ｆアンテナでは一つの透明導電膜により一体形成しているので、短絡線を新たに設ける必要がない。このため、製作を簡略化し、低コスト化を実現することができる。
【００１７】
以上説明したように、実施の形態２のアンテナ装置によれば、開口部を有する金属筐体と、金属筐体の開口部以外の部分に開口部の隅部に沿って屈曲した形状で配置され、金属筐体と容量結合する第３の導体と、金属筐体の開口部に第３の導体と同一平面上に配置され、可視光に対して透明な第４の導体と、金属筐体の開口部に第３の導体と同一平面上に配置されると共に、第４の導体と直交して配置され、第３の導体との間に交流電圧が印加され、かつ、可視光に対して透明な第５の導体とを備え、第３の導体に対して第４の導体及び第５の導体が順番に接続されて逆Ｆアンテナを構成するようにしたので、開口が小さい筐体に対しても開口部にアンテナを配置することでき、小形で広帯域な特性を持つアンテナ装置を得ることができる。
【００１８】
また、実施の形態２のアンテナ装置によれば、逆Ｆアンテナのうち、少なくとも第４の導体と第５の導体は透明導電膜であるようにしたので、視認性を向上させたアンテナ装置を得ることができる。
【００１９】
実施の形態３．
図６は実施の形態３に係るアンテナ装置の構成図、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図である。これらの図において、金属筐体１、ガラス２、第１の導体３ａ、第２の導体３ｂの構成については、実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
実施の形態３のアンテナ装置では、実施の形態１の構成に加えて給電基板５を備えている。給電基板５は、第１の導体３ａ及び第２の導体３ｂに物理的に接触し、金属筐体１に重なる部分（開口部１ａ以外の部分）に配置される。給電基板５は第１の導体３ａ及び第２の導体３ｂと同軸ケーブル等の伝送線路（図示せず）との間のインタフェースとして作用する。
【００２０】
図８は給電基板５上の導体パターンの一例を示す模式的に示す説明図であり、図８Ａは表面（第１の導体３ａ及び第２の導体３ｂに接触する面）、図８Ｂは裏面（第１の導体３ａ及び第２の導体３ｂと接触する面とは反対側の面）を表している。図８Ａに示すように、給電基板５の表面側には第１の金属パターン６ａ及び第２の金属パターン６ｂが設けられている。また、図８Ｂに示すように、裏面側には第１の信号線７ａ及び第２の信号線７ｂ、基板グランド８、スルーホール９、整合回路１０、コネクタ１１が設けられている。
給電基板５では、第１の金属パターン６ａが第１の導体３ａと物理的に接触し、第２の金属パターン６ｂが第２の導体３ｂに物理的に接触するように配置されている。また、第１の信号線７ａ及び第２の信号線７ｂと基板グランド８はコプレーナ線路を形成している。通常、コプレーナ線路の特性インピーダンスは５０Ωになるよう設計される。スルーホール９は第２の金属パターン６ｂと第２の信号線７ｂとを接続するために設けられている。基板グランド８は第１の金属パターン６ａと高周波的に同電位となるように多くのスルーホール（図示せず）で接続していることが望ましい。
第１の信号線７ａと第２の信号線７ｂとは整合回路１０を介して接続される。整合回路は回路素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃからなり、第２の導体３ｂからなるモノポールアンテナのインピーダンスを第１の信号線７ａ及び第２の信号線７ｂの特性インピーダンスと整合させるために設けられる回路である。回路素子にはチップインダクタ、チップキャパシタ、ジャンパなどが用いられる。コネクタ１１は、例えば表面実装タイプの同軸コネクタであり、芯線が第１の信号線７ａに接続される。
【００２１】
金属筐体１の深さが浅かったり、ガラス２の近くに液晶ディスプレイが配置されたりすると、第２の導体３ｂから成るモノポールアンテナ素子に平行に金属が近づき、アンテナのインピーダンスが劣化する。これに対し、本実施の形態では整合回路１０を実装した給電基板５を用いてアンテナに給電することでアンテナのインピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスに整合させることができ、アンテナの高効率化が可能となる。
また、第２の導体３ｂから成るモノポールアンテナ素子と同軸ケーブル等の伝送線路が給電基板５を介して接続されるため、給電パッドなどの接続端子を透明導電膜上に形成する必要がない。これによりアンテナへの給電を簡略化することができる。さらに、図９に示すようにスペーサ１２を給電基板５と金属筐体１の間に設けることで、給電基板５上の第１の金属パターン６ａ及び第２の金属パターン６ｂと第１の導体３ａ及び第２の導体３ｂの電気的接触を強固にすることも可能である。
【００２２】
以上説明したように、実施の形態３のアンテナ装置によれば、第１の導体と接続される第１の金属パターンと、第２の導体に接続される第２の金属パターンとを有し、第１の金属パターン及び第２の金属パターンを介して第１の導体及び第２の導体に交流電圧を印加するための給電基板を設けたので、アンテナへの給電を簡略化することができる。
【００２３】
また、実施の形態３のアンテナ装置によれば、給電基板は、整合回路を介して第２の金属パターンに交流電圧を印加するようにしたので、アンテナのインピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスを容易に整合させることができる。従って、例えば、薄型筐体等でアンテナ単独のインピーダンスを５０Ωに設計できない場合でもアンテナの高効率化が可能となる。
【００２４】
なお、上記例では、実施の形態１の第１の導体及び第２の導体からなるモノポールアンテナに給電基板を適用した例を説明したが、実施の形態２の逆Ｆアンテナに対しても同様に効果を得ることができる。
すなわち、第３の導体と接続される第１の金属パターンと、第５の導体に接続される第２の金属パターンとを有し、第１の金属パターン及び第２の金属パターンを介して第３の導体及び第５の導体に交流電圧を印加するための給電基板を設けることにより、アンテナへの給電を簡略化することができる。
【００２５】
また、実施の形態２に適用した場合でも、給電基板を、整合回路を介して第２の金属パターンに交流電圧を印加するようにすることで、アンテナのインピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスを容易に整合させることができる。従って、例えば、薄型筐体等でアンテナ単独のインピーダンスを５０Ωに設計できない場合でもアンテナの高効率化が可能となる。
【００２６】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【００２７】
また、上記実施の形態１〜３では、第１の導体３ａ、第２の導体３ｂ、第３の導体４ａ〜第５の導体４ｃをそれぞれ透明導電膜で構成したが、可視光に対して透明な導体であればどのような素材を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、この発明に係るアンテナ装置は、可視光に対して透明なアンテナの構成に関するものであり、透明導電材料を用いて高い放射効率を得アンテナ装置に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００２９】
１  金属筐体、１ａ  開口部、２  ガラス、３ａ  第１の導体、３ｂ  第２の導体、４  導体、４ａ  第３の導体、４ｂ  第４の導体、４ｃ  第５の導体、５  給電基板、６ａ  第１の金属パターン、６ｂ  第２の金属パターン、７ａ  第１の信号線、７ｂ  第２の信号線、８  基板グランド、９  スルーホール、１０  整合回路、１１  コネクタ、１２  スペーサ。
【図１】
0006602513.tif 000002
【図２】
0006602513.tif 000003
【図３】
0006602513.tif 000004
【図４】
0006602513.tif 000005
【図５】
0006602513.tif 000006
【図６】
0006602513.tif 000007
【図７】
0006602513.tif 000008
【図８】
0006602513.tif 000009
【図９】
0006602513.tif 000010