JP7340800B2 - ワイヤレスイヤホン - Google Patents

Description

本開示は、ワイヤレスイヤホンに関する。

特許文献１には、ヘッドバンド部とイヤホン部と検出部とを備えるヘッドホンが開示されている。イヤホン部は、ヘッドバンド部の端部に位置決めされ、接合構造により回転自在にヘッドバンド部に接合されている。検出部は、圧力センサを包含する。圧力センサは、検出面を有し、ヘッドホンが安置される時に検出面とヘッドホン内の構造は隙間を有し、一方、ヘッドホンが装着されるとヘッドホン内の構造に変形あるいは移動が発生し、隙間が消失して圧力センサが押圧される。ヘッドホンは、圧力センサによりヘッドホンが安置されているか否かを検出し、この信号を受け取ることで命令を判読する。また、このヘッドホンでは、圧力センサと無線の送受信を行うアンテナモジュールとが配置されてよいことも開示されている。

実用新案登録第３１９２８７９号公報

しかしながら、特許文献１では、圧力センサとアンテナモジュールとの配置に関する詳細な検討はなされておらず、別体として配置されていることが想定されている。このため、特許文献１の構成を、ユーザが把持する携帯型音楽プレーヤ（例えばスマートフォン）との間で無線通信を行うワイヤレスイヤホンに適用しようとすると、ワイヤレスイヤホンの部品点数が増加し、組み立て工数が増加するという課題が生じる。したがって、ワイヤレスイヤホンはユーザの耳（例えば外耳）に差し込まれるという特性を考慮すると、ワイヤレスイヤホンの筐体内の限られたスペース内に無線通信モジュールとユーザの操作を受付可能なセンサとの効率的な配置が望まれる点で改善の余地がある。

本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、筐体内の限られたスペースにおいて無線通信モジュールとタッチセンサとを共用可能とし、部品点数および組み立て工数の増加を抑制するワイヤレスイヤホンを提供することを目的とする。

本開示は、外部機器との間で高周波信号を無線で送受信するアンテナ部と、装着者の入力操作を受け付け可能なパッド部とを兼用するセンサ部と、前記高周波信号に関する各種の処理を実行する無線回路と、前記入力操作に基づく各種の処理を実行する制御回路と、前記無線回路と前記センサ部との間、かつ前記制御回路と前記センサ部との間に接続され、前記高周波信号のみを通過可能にグランド導体と直列に結合される容量素子と、を備え、前記アンテナ素子は、素子本体と、給電線およびスタブと、を備え、前記素子本体の一端と、前記給電線の一端および前記スタブの一端とが接続され、前記無線回路および前記制御回路は前記給電線の他端にある給電点に接続され、前記容量素子は、前記無線回路と前記素子本体との間、かつ前記制御回路と前記素子本体との間に接続され、前記スタブと接地導体との間に介在し、前記容量素子と前記スタブとにより直列共振回路が形成される、ワイヤレスイヤホンを提供する。

本開示によれば、筐体内の限られたスペース内において無線通信モジュールとタッチセンサとを共用可能とし、部品点数および組み立て工数の増加を抑制することができる。

実施の形態１に係るワイヤレスイヤホンの外観例を示す斜視図 筐体の内部例を示す斜視図 イヤホンユニットの外観例を示す斜視図 イヤホンユニットの構成概略例を模式的に示す図 イヤホンユニットの構成例を示す回路図 逆Ｆ型アンテナの基本構成および特性の一例を示す図 比較例１の逆Ｌ型アンテナの基本構成および性能の一例を示す図 実施の形態１に係る逆Ｆ型アンテナ、および比較例１に係る逆Ｌ型アンテナのそれぞれの比較用の指向性特性例を示す図 実施の形態１の変形例に係るイヤホンユニットの外観および特性の一例を示す図 図９のアンテナエレメントの指向性特性例を示す図 比較例２に係るイヤホンユニットの外観および特性の一例を示す図 図１１のアンテナエレメントの指向性特性例を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るワイヤレスイヤホンを具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

図１は、実施の形態１に係るワイヤレスイヤホン５の外観例を示す斜視図である。ワイヤレスイヤホン５は、ワイヤレスイヤホン５の装着者の一例としてのユーザの耳穴（例えば外耳部分）に装着され、ユーザが所持するスマートフォンあるいは携帯型音楽プレーヤ等の外部機器から無線（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信）で送信される音データ（例えば音楽データ）を受信する。ワイヤレスイヤホン５は、受信された音楽データに基づく音声を音響的に出力する。また、ワイヤレスイヤホン５は、未使用時にはクレードル（図示略）に載置される。ワイヤレスイヤホン５に内蔵される電池（二次電池１３）が満充電でない場合等に、ワイヤレスイヤホン５がクレードルの所定の載置箇所に載置されると、クレードルから送電される電力に基づいてワイヤレスイヤホン５に内蔵される電池（二次電池１３）は充電される。

ワイヤレスイヤホン５は、イヤホン本体部１０およびスリーブ３０から構成される。イヤホン本体部１０は、筒状部１０ｙが下方に形成された壺状の筐体１０ｚを有する。筐体１０ｚは、例えばシリコン樹脂あるいは発泡ウレタン等の硬質の樹脂で成形される。筐体１０ｚは、筒状部１０ｙを含む内側部分と、筒状部１０ｙから離れた外側部分とに区切られる。

筐体１０ｚの内側部分は、硬質の樹脂で成形されたままである。筐体１０ｚの外側部分には、外装１８が施される。外装１８は、硬質の樹脂の表面に、例えば不連続蒸着金属が形成されたものである。不連続蒸着金属として使用される金属の一例として、インジウムが挙げられる。外装１８として不連続蒸着金属が形成された筐体１０ｚの外側部分は、金属のような導体でなく、誘電体である。つまり、外装１８は、美的外観（デザイン）的に優れた金属のメタリック光沢を有しながらも、絶縁体として電磁気的に扱われ、後述するアンテナとしての性能を阻害することがない。

スリーブ３０は、筒状部１０ｙを覆うように成形され、ワイヤレスイヤホン５が使用される際、ユーザの耳穴に装着される部材である。スリーブ３０の材質には、ユーザの耳穴に装着されやすい弾性材料（例えばシリコンゴム）が用いられる。また、スリーブ３０は、イヤホン本体部１０に対し、交換自在である。

図２は、筐体１０ｚの内部例を示す斜視図である。筐体１０ｚは、その内部にイヤホンユニット２０を収容する。イヤホンユニット２０は、アンテナ／センサ部１６と、上基板１２と、二次電池１３と、下基板１４と、スピーカ１５とが段状に重ねて積層されたように構成される。

センサ部の一例としてのアンテナ／センサ部１６は、ワイヤレスイヤホン５の無線通信機能を担うアンテナ部の一例としてのアンテナエレメント１１（言い換えるとアンテナ素子）と、ユーザの入力操作（例えばタッチ操作）を検知するタッチセンサ機能を担うパッド部の一例としてのセンサ素子１１ｚ（図４参照）とを兼用する。アンテナエレメント１１は、上述した無線通信機能において送受信される無線信号（つまり電波）を放射するアンテナ導体を含む。センサ素子１１ｚは、例えば静電容量式のタッチセンサの電極である。

上基板１２は、所定の回路パターンが形成された誘電体である。上基板１２には、無線通信回路３１（図４参照）と、タッチセンサ制御回路３３（図４参照）と、プロセッサ（図示略）等の電子部品とがそれぞれ実装される。また、上基板１２のアンテナ／センサ部１６と対向する片面（図中、上側の面）には、グランド導体の一例としての接地導体１２ｚ（図３参照）が形成される。プロセッサ（図示略）は、ワイヤレスイヤホン５の制御部として、入力されるデータあるいは情報を用いた各種の処理の実行を統括的に制御する。

無線回路の一例としての無線通信回路３１は、ユーザが外部機器で再生される音楽等を聴く場合、外部機器から送信される音データの無線信号（電波）を受信する。無線通信回路３１は、受信された無線信号（つまり外部機器で圧縮された音データ）に対し、伸長（復元）処理、デジタルアナログ変換処理、無線周波数帯域（ＲＦ帯域）からベースバンド帯域（ＢＢ帯域）にダウンコンバートする復調処理、およびベースバンド信号処理を行い、信号処理後の音データをスピーカ１５に出力する。また、無線通信回路３１は、ユーザがタッチ操作で外部機器を操作する（例えば音量の大小のコントロールを指示する）場合、タッチセンサ制御回路３３によって認識された制御データを変調処理し、変調処理後の制御データを外部機器に電波で送信する。

制御回路の一例としてのタッチセンサ制御回路３３は、静電容量方式のタッチセンサを制御する。タッチセンサ制御回路３３は、アンテナ／センサ部１６と接地導体１２ｚとの間における静電容量を検出し、この静電容量値の変化によって人体の一部（例えばユーザの指）がアンテナ／センサ部１６に接触もしくは近接したことを検出する。また、タッチセンサ制御回路３３は、静電容量値の変化のパターンによって、例えばユーザの指によるタッチ操作の指示を認識し、認識結果に対応する制御データを無線通信回路３１に出力する。

下基板１４には、スピーカ１５とのインターフェース回路、クレードル（図示略）との接続端子等が実装される。

二次電池１３は、ワイヤレスイヤホン５の電源である。二次電池１３は、下基板１４に実装された接続端子を介して接続されるクレードル（図示略）の充電端子と接触する。クレードルは、充電器を内蔵し、ＡＣアダプタを介して商用電源から電力の供給を受け、二次電池１３を充電する。実施の形態１では、充電は、接続端子を介した接触給電で行われるが、接続端子を用いないワイヤレス給電で行われてもよい。二次電池として、例えばリチウムイオン電池が用いられる。リチウムイオン電池を用いた場合、ワイヤレスイヤホン５は、１回の充電で例えば５～６時間ほど使用可能である。なお、二次電池１３は、ニッケル水素電池等であってもよい。また、二次電池１３の代わりに一次電池が用いられてもよい。

スピーカ１５は、外部機器から無線で送信された音データ（例えば音楽データ）を音響的に出力する。筐体１０ｚの内部では、スピーカ１５の前面（言い換えると、音響的に出力される音の放音面）は、スリーブ３０で覆われた筒状部１０ｙ側に向けられる。これにより、スピーカ１５から音響的に出力された音データ（例えば
音楽データ）は、ユーザの耳穴（例えば外耳部分）から更に内部の内耳、鼓膜に伝達されていき、ユーザが音楽データを聴取できる。

図３は、イヤホンユニット２０の外観例を示す斜視図である。アンテナ／センサ部１６は、例えば円板状に形成される。また、アンテナ／センサ部１６は、ワイヤレスイヤホン５がユーザの耳穴（例えば外耳部分）に装着された際にユーザの外耳部分よりも外部に露出する側の筐体１０ｚの内面に近接して配置される。

アンテナエレメント１１は、アンテナ／センサ部１６の面においてジクザク形状に形成されたメアンダラインを有する。アンテナエレメント１１をメアンダラインに形成することで、アンテナエレメント１１は、アンテナ素子として適正なアンテナのエレメント長（例えばワイヤレスイヤホン５の想定動作周波数帯の周波数に対応した電波の１波長の（１／４）倍の長さ）を確保できる。また、アンテナエレメント１１は、アンテナ導体がメアンダラインのような線状に成形されても、タッチ電極性能を有効に担保するためのタッチ面積（ユーザの指がタッチされ易くなる程度の表面積）を確保できる。

なお、アンテナ／センサ部１６は、例えば真円状の面として形成されてもよいし、例えば楕円状の面として形成されてもよい。また、アンテナ／センサ部１６は、矩形状の面として形成されてもよい。矩形状の面として形成される場合、アンテナエレメント１１は、幅方向の長さが均一に揃ったジクザク状のメアンダラインとして形成される。

また、アンテナ／センサ部１６がタッチセンサとして機能する場合、ユーザの指等によるアンテナ／センサ部１６へのタッチ操作として、例えば次のような操作が挙げられる。ワイヤレスイヤホン５は、短い時間のタッチ操作が行われた場合、外部機器に対し音楽の再生、停止、曲送り、曲戻し等のうちいずれかを指示してもよい。ワイヤレスイヤホン５は、長い時間のタッチ操作（いわゆる長押しタッチ）が行われた場合、スマートフォン等の外部機器とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信を行うためのペアリング動作等を行ってもよい。

なお、本明細書においてｘ軸，ｙ軸，ｚ軸は図３に示す方向に従う。つまり、図３中、ｘ座標は、アンテナ導体が形成される面に平行なｘ軸方向の座標である。ｙ座標は、アンテナ導体が形成される面に平行かつｘ軸方向と直交するｙ軸方向の座標である。ｚ座標は、アンテナ導体が形成される面であるｘｙ面に垂直なｚ軸方向の座標である。

図４は、イヤホンユニット２０の構成概略例を模式的に示す図である。イヤホンユニット２０は、ワイヤレスイヤホン５の無線通信モジュールとタッチセンサとを共用する。イヤホンユニット２０は、アンテナ／センサ部１６と、無線通信回路３１と、タッチセンサ制御回路３３とを少なくとも含む。アンテナ／センサ部１６は、いわゆる逆Ｆ型アンテナとして機能するとともに、タッチセンサとしても機能する。無線通信回路３１は、アンテナ／センサ部１６を用い、近距離無線通信（ここでは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））方式で外部機器との間で無線通信を行う。タッチセンサ制御回路３３は、アンテナ／センサ部１６を用い、静電容量式のタッチセンサとしてユーザの指等によるタッチ操作を検出し、タッチ操作に対応する各種の処理を行う。

アンテナ部の一例としてのアンテナエレメント１１は、アンテナエレメント本体１１ｃと、給電線１１ａと、接地導体１２ｚへの短絡線としての役割を有する伝送線路であるショートスタブ１１ｂとを有し、いわゆる逆Ｆ型アンテナを構成する。ショートスタブ１１ｂとコンデンサＣ１（後述参照）とは、アンテナエレメント１１と接地導体１２ｚとの間の距離が短い、いわゆる低背でアンテナ性能を確保するためのインピーダンス整合を取るために、アンテナエレメント１１と接地導体１２ｚとの間での直列共振回路を形成する。ショートスタブ１１ｂと接地導体１２ｚとの間には、所定の静電容量値を有するコンデンサＣ１が介在する。アンテナエレメント１１と接地導体１２ｚとの間で、ショートスタブ１１ｂとコンデンサＣ１とにより直列共振回路が形成されることで、高周波信号の送受信の際にインピーダンスを広い帯域（例えば２．４ＧＨｚ帯）で下げることができ、アンテナとしての性能を確保できる。

容量素子の一例としてのコンデンサＣ１は、アンテナ／センサ部１６がＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等で取り扱われる高周波帯の電波を送受信するアンテナとして機能する場合、高周波の導体となり、アンテナ／センサ部１６を高周波的に接地導体１２ｚに短絡（ショート）させる。つまり、ショートスタブ１１ｂの一方の端部は、接地導体１２ｚと導通する。

一方、コンデンサＣ１は、アンテナ／センサ部１６がユーザのタッチ操作を検知するタッチセンサとして機能する場合、ユーザの指等によるタッチ操作によって変化するアンテナ／センサ部１６の電位を電荷として蓄積し、アンテナ／センサ部１６を低周波（直流）的に接地導体１２ｚに短絡（ショート）させない。したがって、タッチセンサ制御回路３３は、アンテナ／センサ部１６を用い、ユーザの指等によるタッチ操作を静電容量の変化として検出可能である。

給電線１１ａの一方の端部に接続される信号線は、無線通信回路３１に接続される。また、給電線１１ａの一方の端部に接続される信号線は、タッチセンサ制御回路３３に接続される。

図５は、イヤホンユニット２０の構成例を示す回路図である。給電線１１ａの一方の端部にある給電点Ｑ１と無線通信回路３１との間には、整合回路４０およびコンデンサＣ２が直列に接続される。

インピーダンス整合回路の一例としての整合回路４０は、無線通信回路３１の出力インピーダンスを、アンテナ／センサ部１６の入力インピーダンスに整合させる回路である。出力インピーダンスは、アンテナ性能を確保するために適正な規定値（例えば５０Ω）に設定される。

コンデンサＣ２は、アンテナ／センサ部１６をタッチセンサとして使用する場合、アンテナ／センサ部１６によって検出される直流成分の信号（ＤＣ信号）が無線通信回路３１側に流れ込まないように遮断する。

また、給電線１１ａの端部にある給電点Ｑ１とタッチセンサ制御回路３３との間には、抵抗Ｒ１およびインダクタＬ１が直列に接続される。

インダクタンス素子の一例としてのインダクタＬ１は、高周波信号に対し高インピーダンスとなり、無線通信回路３１によって生成される高周波信号がタッチセンサ制御回路３３側に流れ込まないように遮断する。抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ１と共に時定数回路を形成する。

図６は、逆Ｆ型アンテナの基本構成および特性の一例を示す図である。アンテナ／センサ部１６をいわゆる逆Ｆ型アンテナとして用いた場合、アンテナエレメント１１の各要素は、次の数式（１）を満足するように設定される。

アンテナエレメント長Ｌ１： λ／８ ＜ Ｌ１ ＜ λ／３
スタブエレメント長Ｌ２： Ｌ２ ＜ λ／８
結合容量ｘ： ０．５ｐＦ ＜ ｘ ＜ １００ｐＦ …… （１）

ここで、アンテナエレメント長Ｌ１は、給電点Ｑ１からアンテナエレメント１１の先端までの距離である（図６参照）。スタブエレメント長Ｌ２は、ショートスタブ１１ｂの長さである（図６参照）。結合容量ｘは、コンデンサＣ１のキャパシタンス（静電容量）である。

逆Ｆ型アンテナの特性において、入力反射係数Ｓ１１は、入力端子に入力した信号に対して入力端子で反射される信号の割合を示す。入力反射係数Ｓ１１が小さい値である程、電波の放射効率が高くなる。図６の特性図では、入力反射係数Ｓ１１が無線通信周波数（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の想定動作周波数帯に相当する２．４ＧＨｚ帯域）において－２５ｄＢ以下に急激に下がっている。また、２．４ＧＨｚ帯域において、アンテナとして使用可能な、入力反射係数Ｓ１１が－１５ｄＢ以下である範囲、つまり帯域幅が１００ＭＨｚと広く、広帯域化が図れる。

（比較例１）
図７は、比較例１の逆Ｌ型アンテナの基本構成および性能の一例を示す図である。逆Ｌ型アンテナでは、アンテナ導体１４１は、接地導体１１２ｚとの間の距離が短くなるように、接地導体１１２ｚに対し逆Ｌ字状に形成される。アンテナエレメント長Ｌ３は、接地導体１１２ｚの面に区画された給電点Ｑ１１からアンテナエレメントの先端までの長さである（図７参照）。

逆Ｌ型アンテナの特性において、図７の特性図では、入力反射係数Ｓ１１は、無線通信周波数（例えば、２．４ＧＨ帯域）において、逆Ｆ型アンテナと比べ、－１７ｄＢとあまり下がっていない。また、２．４ＧＨｚ帯域において、アンテナとして使用可能な、入力反射係数Ｓ１１が－１５ｄＢ以下である範囲、つまり帯域幅が４０ＭＨｚと狭い。

図８は、実施の形態１に係る逆Ｆ型アンテナ、および比較例１に係る逆Ｌ型アンテナのそれぞれの比較用の指向性特性例を示す図である。この指向性特性では、アンテナ導体の面に対し垂直な面（ｙｚ面）内の方向におけるアンテナ利得が示されている。

比較例１に係る逆Ｌ型アンテナを有するイヤホンユニット８０の場合、ｚｙ面における角度０°～３６０°の範囲において、アンテナ利得は、約－１６ｄＢとほぼ一定である。

しかし、実施の形態１に係る逆Ｆ型アンテナを有するイヤホンユニット２０の場合、ｚｙ面における角度０°～３６０°の範囲において、アンテナ利得は、－１０ｄＢ～－１４ｄＢの範囲にあり、比較例１に係る逆Ｌ型アンテナと比べて大きい。また、メアンダラインに形成された、アンテナ導体の始端および終端方向である、角度０°および９０°の方向では、アンテナ利得は、－９ｄＢ以上と特に大きい。つまり、逆Ｆ型アンテナでは、逆Ｌ型アンテナと比べ、角度０°および９０°の方向において、アンテナ利得が７ｄＢ改善される。アンテナ利得が改善されることで、逆Ｆ型アンテナのアンテナエレメント１１では、電波の放射効率がアップする。したがって、ワイヤレスイヤホン５と外部機器との間で無線通信が良好な状態となり、ユーザは、外部機器で再生される音楽を聴き易く、また外部機器を操作し易くなる。なお、アンテナ導体の面に対し平行な面（ｘｙ面）内の方向におけるアンテナ利得においても、アンテナ利得の指向特性は、図８と同様である。

このように、実施の形態１に係るワイヤレスイヤホン５では、アンテナエレメント１１（アンテナ素子）がセンサ素子（タッチセンサの電極）に兼用できる。したがって、ワイヤレスイヤホン５の筐体１０ｚ内に電子部品である無線通信モジュールとタッチセンサを共用可能に配置できる。

また、ワイヤレスイヤホン５では、筐体１０ｚの外側部分に外装として不連続蒸着金属が形成される。ワイヤレスイヤホン５の耳穴から露出する部分は、美的外観（デザイン）的に優れた金属の光沢を有しながらも、絶縁体である。したがって、ユーザの指がタッチセンサに接近した場合に起こる静電容量の変化量の低下が抑えられる。また、不連続蒸着金属では、金属が硬質の樹脂の表面に点在しているので、外装は電磁気的に金属の塊として扱われない。したがって、アンテナエレメント１１から送受信される電波を、外装が阻害することは起きず、アンテナとしての性能が阻害されない。

（実施の形態１の変形例）
図９は、実施の形態１の変形例に係るイヤホンユニット１２０の外観および特性の一例を示す図である。イヤホンユニット１２０のアンテナ／センサ部１１６は、実施の形態１に係るイヤホンユニット２０と同様、アンテナエレメントをセンサ素子に兼用するものであり、逆Ｆ型アンテナを形成する。アンテナ／センサ部１１６は、外形が円形状になるようにメアンダラインに形成された、アンテナエレメント１１１を有する。アンテナエレメント１１１は、給電点Ｑ１に繋がる給電線１１１ａ、およびショートスタブ１１１ｂを含む。ショートスタブ１１１ｂは、コンデンサＣ１１を介して接地導体１２ｚに接続される。

実施の形態１の変形例に係るイヤホンユニット１２０におけるアンテナエレメントの特性図では、入力反射係数Ｓ１１が示される。無線通信周波数（２．４ＧＨｚ帯域）において、入力反射係数Ｓ１１は、－３０ｄＢ以下の下限ピークを有する。また、入力反射係数Ｓ１１が－１５ｄＢ以下となる帯域幅は、１００ＭＨｚと広い。

図１０は、図９のアンテナエレメントの指向性特性例を示す図である。イヤホンユニット１２０では、イヤホンユニット２０と同様、ｚｙ面における角度０°～３６０°の範囲において、アンテナ利得は、－１０ｄＢ～－１４ｄＢの範囲にある。また、メアンダラインに形成された、アンテナ導体の始端および終端方向である、角度０°および９０°の方向では、アンテナ利得は、－９ｄＢ以上と特に大きい。

（比較例２）
図１１は、比較例２に係るイヤホンユニット１５０の外観および特性の一例を示す図である。このイヤホンユニット１５０は、アンテナ／タッチセンサ分離型のワイヤレスイヤホンを構成する。イヤホンユニット１５０は、アンテナエレメント１５１およびタッチセンサ１５２を有する。アンテナエレメント１５１は、タッチセンサ１５２と分離されたものであり、逆Ｆ型アンテナを形成する。

タッチセンサ１５２は、円板に形成される。タッチセンサ１５２は、下基板１４に接続される信号線１５２ａを含む。アンテナエレメント１５１は、タッチセンサ１５２を囲むように、リング状に形成される。アンテナエレメント１５１は、給電点Ｑ１に繋がる給電線１５１ａ、およびショートスタブ１５１ｂを含む。ショートスタブ１５１ｂは、接地導体１２ｚに直接に接続される。

無線通信周波数（２．４ＧＨｚ帯域）において、入力反射係数Ｓ１１は、約－２６ｄＢで下限ピークを有する。また、入力反射係数Ｓ１１が－１５ｄＢ以下となる帯域幅は、７０ＭＨｚであり、変形例のイヤホンユニット１２０と比べて狭い。

図１２は、図１１のアンテナエレメントの指向性特性例を示す図である。イヤホンユニット１５０では、ｚｙ面における角度０°～３６０°の範囲において、アンテナ利得は、逆Ｌアンテナ（図８参照）よりもアンテナ利得が高いものの、約－１６ｄＢに留まる。

このように、実施の形態１の変形例に係るイヤホンユニット１２０では、比較例２に係るイヤホンユニット１５０と比べ、入力反射係数Ｓ１１が－１５ｄＢ以下となる帯域幅が７０ＭＨｚから１００ＭＨｚと広がり、３０％増加する。したがって、無線通信周波数（２．４ＭＧＨｚ帯域）における広帯域化が可能である。また、放射効率を１００％とした場合、変形例のイヤホンユニット１２０では、比較例２のイヤホンユニット１５０と比べ、放射効率が５０％増加する。

以上により、実施の形態１に係るワイヤレスイヤホン５は、スマートフォンあるいは携帯型音楽プレーヤ等の外部機器との間で高周波信号を無線で送受信するアンテナエレメント１１と、ユーザのタッチ操作を受け付け可能なセンサ素子１１ｚとを兼用するアンテナ／センサ部１６を有する。ワイヤレスイヤホン５は、高周波信号に関する各種の処理を実行する無線通信回路３１を有する。ワイヤレスイヤホン５は、ユーザの指によるタッチ操作に基づく各種の処理を実行するタッチセンサ制御回路３３を有する。ワイヤレスイヤホン５は、無線通信回路３１とアンテナ／センサ部１６との間、かつタッチセンサ制御回路３３とアンテナ／センサ部１６との間に接続され、高周波信号のみを通過可能に接地導体１２ｚと直列に結合されるコンデンサＣ１とを有する。

これにより、ワイヤレスイヤホン５は、スマートフォンあるいは携帯型音楽プレーヤ等の外部機器との間で無線で高周波信号を送受信するアンテナ部と、ユーザのタッチ操作を直流（ＤＣ）信号で検知するパッド部とを、アンテナ／センサ部１６において共用できる。つまり、ワイヤレスイヤホン５は、アンテナエレメント１１をタッチセンサの電極に兼用できる。したがって、ワイヤレスイヤホン５は、筐体１０ｚ内の限られた狭い空間領域内に無線通信モジュールおよびタッチセンサを含む電子部品を共用可能に配置できる。また、ワイヤレスイヤホン５において、部品点数および組み立て工数の増加が抑制可能となる。

また、ワイヤレスイヤホン５は、アンテナエレメント１１を構成するアンテナ導体に並列して設けられた所定長さを有するスタブ（例えばショートスタブ１１ｂ）を更に備える。コンデンサＣ１は、ショートスタブ１１ｂの一端側と接地導体１２ｚとを高周波的には結合するが、一方で、ＤＣ的（直流成分的）には遮断する。これにより、ワイヤレスイヤホン５は、ショートスタブ１１ｂを設けてアンテナの特性を改善できる上、ショートスタブ１１ｂがＤＣ的に接地導体１２ｚに結合されることを防止できる。したがって、アンテナ／センサ部１６は、ユーザの指のタッチに基づく静電容量の変化を検出でき、タッチ操作を適正に検知できる。

また、アンテナエレメント１１を構成するアンテナ導体は、メアンダラインを形成する。これにより、ワイヤレスイヤホン５は、アンテナエレメント１１の長さを適度に調整でき、かつ線状のアンテナ導体でユーザの指がタッチされる程度の表面積を有するタッチ面を確保できる。したがって、ユーザの指による操作性が向上する。

また、ワイヤレスイヤホン５は、タッチセンサ制御回路３３とアンテナ／センサ部１６との間に直列に接続されたインダクタＬ１を更に備える。これにより、ワイヤレスイヤホン５は、高周波信号がタッチセンサ制御回路３３に入力し、静電容量の変化を生じさせ、タッチセンサの制御が不安定になることを防止できる。

また、アンテナエレメント１１は、アンテナエレメント本体１１ｃ、給電線１１ａ、およびショートスタブ１１ｂにより逆Ｆ型アンテナを形成する。これにより、アンテナ導体と接地導体１２ｚとの間の距離が近くなって強く結合されるので、接地導体１２ｚの形状や大きさによってアンテナの特性が変化されにくくなる。また、アンテナの入出力インピーダンスの制御が容易である。

また、アンテナエレメント１１は、無線通信回路３１と直列に接続された整合回路４０を更に備える。これにより、ワイヤレスイヤホン５は、無線通信回路３１の入出力インピーダンスをアンテナエレメント１１のインピーダンスに揃えることができる。したがって、ワイヤレスイヤホン５において、アンテナの特性を改善できる。

また、ワイヤレスイヤホン５は、筐体１０ｚを有する。アンテナ／センサ部１６は、略円板状に形成されるとともに、ワイヤレスイヤホン５が耳穴（例えばユーザの外耳部分）に装着された際に外耳部分よりも外部に露出する側の筐体１０ｚの内面に近接して配置される。これにより、ユーザは、耳穴に装着されたワイヤレスイヤホンのアンテナ／センサ部を指で容易に操作できる。したがって、ユーザの操作性が向上する。

また、ユーザの外耳部分よりも外側に露出する側の筐体１０ｚの外周に不連続蒸着金属が形成される。これにより、ワイヤレスイヤホン５の筐体１０ｚは美的外観（デザイン）的に優れた金属のメタリック光沢を有しながらも、筐体１０ｚの外周の全面ではなく離散的に金属が蒸着されるだけであるために電磁気的に絶縁体とみなすことができ、アンテナとしての性能を阻害することがない。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本開示は、ワイヤレスイヤホンの筐体内の限られたスペースにおいて無線通信モジュールとタッチセンサとを共用可能とし、有用である。

５ ワイヤレスイヤホン
１０ イヤホン本体部
１０ｚ 筐体
１１ アンテナエレメント
１１ａ 給電線
１１ｂ ショートスタブ
１１ｃ アンテナエレメント本体
１２ 上基板
１２ｚ 接地導体
１３ 二次電池
１４ 下基板
１５ スピーカ
１６ アンテナ／センサ部
１８ 外装
３０ スリーブ
３１ 無線通信回路
３３ タッチセンサ制御回路
４０ 整合回路
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｌ１ インダクタ
Ｑ１ 給電点

Claims (9)

1. 外部機器との間で高周波信号を無線で送受信するアンテナ素子と、装着者の入力操作を受け付け可能な静電容量式タッチセンサとを兼用するアンテナ／センサと、
   前記高周波信号に関する各種の処理を実行する無線回路と、
   前記入力操作に基づく各種の処理を実行する制御回路と、
   前記無線回路と前記アンテナ／センサとの間、かつ前記制御回路と前記アンテナ／センサとの間に接続される容量素子と、を備え、
   前記アンテナ素子は、素子本体と、給電線およびスタブと、を備え、
   前記素子本体の一端と、前記給電線の一端および前記スタブの一端とが接続され、
   前記無線回路および前記制御回路は前記給電線の他端にある給電点に接続され、
   前記容量素子は、前記無線回路と前記素子本体との間、かつ前記制御回路と前記素子本体との間に接続され、前記スタブと接地導体との間に介在し、
   前記容量素子と前記スタブとにより直列共振回路が形成される、
   ワイヤレスイヤホン。
2. 前記素子本体はメアンダラインを形成する、
   請求項１に記載のワイヤレスイヤホン。
3. 前記制御回路と前記給電点との間に直列に接続されたインダクタンス素子、を更に備える、
   請求項１または２に記載のワイヤレスイヤホン。
4. 前記制御回路と前記給電点との間に前記インダクタンス素子と直列に接続された抵抗素子、を更に備える、
   請求項３に記載のワイヤレスイヤホン。
5. 前記無線回路と前記給電点との間に直列に接続された第２の容量素子、を更に備える、
   請求項３または４に記載のワイヤレスイヤホン。
6. 前記アンテナ／センサは、前記素子本体と前記給電線と前記スタブとにより逆Ｆ型アンテナを形成する、
   請求項１～５のうちいずれか一項に記載のワイヤレスイヤホン。
7. 前記無線回路と前記給電点との間に直列に接続されたインピーダンス整合回路、を更に備える、
   請求項１～６のうちいずれか一項に記載のワイヤレスイヤホン。
8. 筐体を有し、
   前記アンテナ／センサは、略円板状に形成されるとともに、前記ワイヤレスイヤホンが前記装着者の外耳に装着された際に前記外耳よりも外部に露出する側の前記筐体の内面に近接して配置される、
   請求項１～７のうちいずれか一項に記載のワイヤレスイヤホン。
9. 前記外耳よりも外側に露出する側の前記筐体の外周に金属が離散的に蒸着された、
   請求項８に記載のワイヤレスイヤホン。

Images