JP7501008B2 - アンテナ装置、ウェアラブルデバイス、位置監視システム、及びアンテナ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置及びアンテナ装置の製造方法に関する。

近年、身体にウェアラブル電子機器を装着して、生体情報や位置情報などのデータを取得し、無線通信によりデータの送受信を行うサービスが盛んとなっている。このようなサービスを行うために、身体に違和感なく装着できる電子機器が求められている。電子機器が無線通信を行うためにはアンテナ装置が必要であり、アンテナ装置も電子機器に合わせて違和感なく装着できることが求められる。

装着したときの違和感を低減するアンテナ装置の一例が、例えば特許文献１に開示されている。このアンテナ装置は、可撓性を有する誘電体の表裏に、それぞれ放射導体と、グランド導体とを形成したアンテナ素子を用いる。そして、このアンテナ素子を湾曲した金属物品に貼着する。身体にフィットするように湾曲した金属物品を用いることで、アンテナ装置のフィット性を向上することができる。また、金属物品が身体とアンテナの間に位置するため、誘電体としての人体の存在によってアンテナ特性が変化することを防止できる。

特開２０１２－２５３７００号公報

特許文献１の技術には、近くに存在する誘電体（人体）の影響を受けにくいという利点があるものの、アンテナの湾曲形状が、金属物品の形状に固定されてしまうという問題があった。身体にフィットする形状は、人体の部位や、人に依存して変わる。このため、フィット性の良いアンテナ装置を得るためには、人や部位ごとに異なる金属物品を用意しなければならないという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、近くに存在する誘電体の影響を受けにくく、曲面を持つ装着対象にフィットしやすい、アンテナ装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、絶縁性で可撓性を有する可撓性シートと、可撓性シートの一方の主面に設けられたアンテナ素子と、可撓性シートの他方の主面に設けられた導電層とを有する。アンテナ素子は、フィルム状であり、可撓性を有する。導電層は、可撓性シートの、アンテナ素子と反対の側に配置されている。導電層もフィルム状であり、可撓性を有する。このため、導電層は可撓性シートと一体となって湾曲することが可能である。すなわち、可撓性シートが湾曲すると、アンテナ素子と導電層は、両者の間隔を保ったまま、可撓性シートに追従して湾曲する。

本発明の効果は、近くに存在する誘電体の影響を受けにくく、曲面を持つ装着対象にフィットしやすい、アンテナ装置を提供できることである。

第1の実施形態のアンテナ装置を示す平面図である。 第２の実施形態のアンテナ装置を示す斜視図である。 第３の実施形態のアンテナ装置の具体例を示す斜視図である。 第３の実施形態のアンテナ装置の具体例を示す平面図である。 第３の実施形態のアンテナ装置の具体例を示す断面図である。 第４の実施形態のアンテナ装置の具体例を示す部分透視斜視図である。 第４の実施形態のアンテナ装置の具体例を示す部分断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、第1の実施形態のアンテナ装置１を示す平面図である。アンテナ装置１は、絶縁性で可撓性を有する可撓性シート１０と、可撓性シート１０の一方の主面に設けられたアンテナ素子２０と、可撓性シート１０の他方の主面に設けられた導電層３０とを有する。アンテナ素子２０は、フィルム状であり、可撓性を有する。このため可撓性シート１０と一体となって湾曲することが可能である。導電層３０は、可撓性シート１０の、アンテナ素子２０と反対の側に配置されている。導電層３０もフィルム状であり、可撓性を有する。このため、可撓性シート１０と一体となって湾曲することが可能である。すなわち、可撓性シート１０が湾曲すると、アンテナ素子２０と導電層３０は、両者の間隔を保ったまま、可撓性シート１０に追従して湾曲する。

以上の構成によれば、可撓性シート、アンテナ素子、導電層が、いずれも可撓性であるため、装着対象が曲面を有し、その湾曲形状が様々な場合でも、アンテナ装置を装着対象にフィットさせることができる。また、導電層が、装着対象とアンテナ装置との間に介在し電界を遮蔽するため、アンテナの性能が装着対象による影響を受けにくいという効果が得られる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、アンテナ装置の具体的な構成について説明する。図２は、アンテナ装置１００を示す斜視図である。アンテナ装置は、ＦＰＣ１１０（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）と、ＦＰＣ１１０の一方の主面に設けられたアンテナ素子１２０と、ＦＰＣ１１０の他方の主面に設けられた導電層１３０とを有する。

ＦＰＣ１１０は、可撓性を有する回路基板である。一般的には、ポリイミドなどの基材と金属箔の配線とを有する。

アンテナ素子１２０は、グランド電極１２１と、放射電極１２２と、グランド電極１２１と放射電極１２２とを短絡する短絡線１２３と、信号が入力される給電線１２４とを有する。給電線１２４には、信号線１２５が接続し、信号線１２５は無線ＩＣ１４０（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に接続している。無線ＩＣ１４０は、給電線１２４に給電を行う。信号線１２５と無線ＩＣ１４０とで、アンテナ装置１００の給電部を構成する。アンテナ素子１２０はフィルム状であり、可撓性を有する。このため、ＦＰＣ１１０と一体となって湾曲することができる。

グランド電極１２１と放射電極１２２は、例えば、ＦＰＣ１１０の銅箔をアンテナ形状に加工して形成することができる。放射電極１２２やグランド電極１２１のパタンは、デバイスの使用用途に合わせて選択することができる。具体的には、例えば、逆Ｆアンテナ、ループアンテナ、パッチアンテナなどの平面アンテナとすることができる。ＦＰＣ１１０には、無線ＩＣ１４０が実装されるが、所定の機能を持った、ＩＣやセンサや受動部品など、他の電子部品が搭載されていても良い。

導電層１３０はＦＰＣ１１０の、アンテナ素子１２０とは反対の面に配置されている。導電層１３０はフィルム状であり、可撓性を有する。このため、導電層１３０は、ＦＰＣ１１０と一体となって湾曲することができる。導電層１３０には、例えば、アルミや銅などの金属材料が箔状に加工された金属箔や、導電性布などを用いることができる。

アンテナ装置１００を、例えば、人体などの装着対象の曲面に装着する場合は、導電層が装着対象に対向するように装着する。このようにすると、アンテナ素子１２０と装着対象との間の電界が導電層１３０によって遮蔽され、アンテナ性能の低下を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、アンテナ装置の撓り方を変えることによって、アンテナ装置を装着対象の曲面にフィットさせることができる。

（第３の実施形態）
次に、アンテナ装置の別の具体例について説明する。図３は、アンテナ装置１０１を示す斜視図である。アンテナ装置１０１は、第２の実施形態のアンテナ装置１００の構成に加えて、ＦＰＣ１１０と導電層１３０との間に積層された柔軟シート１３１を有する。その他の構成については、第２の実施形態と同様である。このため、繰り返しの説明は省略する。柔軟シート１３１が存在することによって、アンテナ素子１２０と導電層１３０との間の容量を減らすことができる。また、さらに容量を減らすために、柔軟シート１３１を、例えば、誘電率の低い柔軟材料、あるいはフレキシビリティに富んだポーラス体（多孔体）が一定の厚みでシート状に加工されたものとすることができる。導電層１３０は、例えば、アルミや銅などの金属材料が箔状に加工された金属箔を用いて形成することができる。あるいは導電性布を用いて形成することも可能である。

図４は、図３のアンテナ装置１００を導電層１３０の側から見た平面図である。図４の例では、導電層１３０を、ＦＰＣ１１０の主面に対して垂直な方向から見た場合に、放射電極１２２と重ならない位置に配置している。

図５は、図４のＡ－Ａ´における断面図である。ＦＰＣ１１０上に、グランド電極１２１と、放射電極１２２と、信号線１２５とが形成されている。図５のＦＰＣ１１０の右面には、柔軟シート１３１が積層され、柔軟シート１３１の右面には導電層１３０が積層されている。

導電層１３０は導電体で構成されるため、電波を反射する。そのため、導電層１３０を放射電極１２２の近くに配置すると、アンテナのＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ、電圧定在波比）に影響を与え、特定の周波数へのマッチングが取れなくなる。この影響を防止するため、導電層１３０は放射電極１２２と重ならないように、そして、グランド電極１２１に被さるように配置するのが好ましい。また、放射電極１２２と導電層１３０の電界が干渉しないようにするために、柔軟シート１３１との厚みを調整して、放射電極１２２と導電層１３０との距離を１ｍｍ以上離間して配置するのが好ましい。アンテナ装置１００を身体等の装着対象に装着する際には、導電層１３０が装着対象に対向するように装着する。

以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置１００は、身体等の装着対象に装着した際、アンテナと身体の間に導電体が配置される構造を取る。このため、アンテナ装置１００では、装着対象（誘電体）による波長短縮によるマッチングロスや、誘電体損失（電波吸収）が防止され、電波の送受信が可能となる。また、アンテナ装置１００全体が可撓性であるため、装着時の違和感が小さいアンテナ装置を構成することができる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、第２あるいは第３の実施形態のアンテナ装置を利用したウェアラブルデバイスの具体例について説明する。図６にウェアラブルデバイス１０００を示す斜視部分透過図である。ウェアラブルデバイス１０００では、第２の実施形態のアンテナ装置１００から導電層１３０を除いた構成のアンテナ装置２００が、袋状の筐体２３１に収納されている。筐体２３１は、柔軟な素材でできている。柔軟な素材としては、例えば、シリコーンゴムなどを用いることができる。装着面は、アンテナ素子２２０が設けられている面の反対側の面であり、図６の例では、湾曲形状の内側である。筐体２３１の人体に装着される側には、導電層２３０が積層されている。第３の実施形態と同様に、導電層２３０は、アンテナ素子の放射電極とは重ならない位置に配置されていることが好ましい。なお、図６の透視図の部分には、ＦＰＣ２１０上に無線ＩＣ２４０と電子部品２４１を搭載している様子が描かれている。

図７は、ウェアラブルデバイス１０００が、筐体２３１に格納された状態を説明する部分断面図である。アンテナ装置２００は、筐体２３１の基板格納領域２３２に収まる。導電層２３０は、筐体２３１の、アンテナ装置２００と反対側に設ける。図７の例では、筐体２３１の表面に導電層２３０を積層している。そして、アンテナ装置２００のアンテナ特性（ＶＳＷＲ）に影響を与えないように、導電層２３０は、放射電極２２２と重ならない位置に配置されている。また導電層２３０は、グランド電極２２１と重なるように配置されている。

こうして得られるウェアラブルデバイス１０００は、フレキシビリティに富んだデバイスであるため、身体に取り付ける場所を限定することなく使用できる。例えば、額、胸、背中、腕、手首、足首などの形状に沿わせて装着させることができる。また、靴の内側踵部に沿って立掛けた状態で配置することも可能である。ウェアラブルデバイス１０００には、ＧＰＳなどの位置情報を取得する機能と、取得した位置情報を送信する機能を実装することができる。このウェアラブルデバイス１０００から、位置情報送信し、その位置情報を受信する位置監視装置を設けることで、位置監視システムを構築することができる。例えば、認知症徘徊患者などの見守り対象者や、広い範囲で作業を行う作業者などの安全管理対象者が、このウェアラブルデバイスを装着すれば、見守りシステムや、安全監視システムを提供することができる。そして、装着の違和感が小さいため、装着した人が、ウェアラブルデバイスの持ち運びを意識することなく、見守りや監視を行うことができる。

以上、上記の実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

１、１００、２００ アンテナ装置
１０ 可撓性シート
２０、１２０、２２０ アンテナ素子
２１、１２１、２２１ グランド電極
２２、１２２、２２２ 放射電極
２３、 給電部
２４、１２３ 短絡線
２５、１２４ 給電線
３０、１３０、２３０ 導電層
１１０、２１０ ＦＰＣ
１２０ アンテナ素子
１２５ 信号線
１３１ 柔軟シート
１４０、２４０ 無線ＩＣ
２４１ 電子部品
２３１ 筐体
２３２ 基板格納領域
１０００ ウェアラブルデバイス

Claims (7)

1. 絶縁性で可撓性を有する可撓性シートと、
   前記可撓性シートの一方の主面に設けられ、前記可撓性シートが湾曲した場合にその湾曲に追従して湾曲するアンテナ素子と、
   前記可撓性シートの、前記アンテナ素子と反対の主面側に位置し、前記可撓性シートが湾曲した場合に、その湾曲に追従する導電層と、
   前記可撓性シートと前記導電層との間に備えられる絶縁性の柔軟シートと、
   を有し、
   前記柔軟シートは袋状の柔軟な筐体であり、
   前記可撓性シートと前記アンテナ素子とが前記筐体に格納されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記柔軟シートが柔軟な多孔体である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記一方の主面の法線方向から見た時に、前記アンテナ素子の放射電極と前記導電層とが重なりを持たないように配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、
   前記アンテナ装置を制御して電波を送受信する通信デバイスと、
   を有することを特徴とするウェアラブルデバイス。
5. 位置情報を取得する位置情報取得デバイスと、
   前記位置情報を送信するように前記通信デバイスを制御するプロセッサと、
   を有することを特徴とする請求項４に記載のウェアラブルデバイス。
6. 請求項５に記載のウェアラブルデバイスと、
   前記位置情報を受信して監視する位置監視装置と、
   を有することを特徴とする位置監視システム。
7. 絶縁性で可撓性を有する可撓性シートの一方の主面に、前記可撓性シートが湾曲した場合にその湾曲に追従して湾曲するアンテナ素子を形成し、
   前記可撓性シートが湾曲した場合に、その湾曲に追従する導電層を、前記可撓性シートの、前記アンテナ素子と反対の主面側に配置し、
   前記可撓性シートと前記導電層との間に絶縁性の柔軟シートを配置し、
   前記柔軟シートは袋状の柔軟な筐体であり、
   前記可撓性シートと前記アンテナ素子とが前記筐体に格納されている
   ことを特徴とするアンテナ装置の製造方法。

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