JP2013179560A - ワイヤレス通信システム、ならびに、当該ワイヤレス通信システムにおいて利用される携帯型小型装置、携帯型小型装置用の収納ケースおよび携帯型小型装置用の通信装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルをより小型化しても受信感度が低下するのを抑制すること。
【解決手段】信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、かつ、下式（１）を満たすことを特徴とするワイヤレス通信システムならびに、当該ワイヤレス通信システムにおいて利用される携帯型小型装置、携帯型小型装置用の収納ケースおよび携帯型小型装置用の通信装置。
・式（１） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
〔式（１）中、ＲＯ１は、前記第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、前記中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、前記第二コイルの外径を表す。〕
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤレス通信システム、ならびに、当該ワイヤレス通信システムにおいて利用される携帯型小型装置、携帯型小型装置用の収納ケースおよび携帯型小型装置用の通信装置に関するものである。

通信距離が数ｃｍ〜十数ｃｍ程度の近距離通信（ＮＦＣ、ＮｅａｒＦｉｅｌｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）では、一方の機器を他方の機器に接近または接触させることで簡単にデータ通信を行うことができる。このようなワイヤレス通信では、信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルにより発生させた磁束を、信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルにより電力に変換して通信を行う。このようなワイヤレス通信システムは、各種の装置で利用されている。具体例としては、第二コイルを搭載した携帯電話やＩＣカードなどが挙げられる。一方、ワイヤレス給電システムとして、送電コイル部と、受電コイル部との間に中継コイルを配置した構成も知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に示す技術では、中継コイルを用いることで電力を効率よく伝送できる。

特開２０１１−１５１９８９号公報（図１、段落番号００３１等）

第二コイルを搭載する装置としては様々な大きさのものが挙げられるが、サイズの比較的小さい装置、特に、携帯電話やＩＣカードなどの携帯型小型装置では、装置そのものサイズ・体積が小さいため、搭載可能な第二コイルの大きさも大幅に制限される。したがって、第二コイルは基本的に小さい方が好ましいが、第二コイルを小型化すると受信感度が著しく低下してしまう。このため、受信感度を確保する観点からは第二コイルはある程度大きい方が望ましい。しかしながら、第二コイルの大型化は、携帯型小型装置の薄型化・小型化を阻害する。これに加えて、携帯型小型装置を構成するその他の部品・部材が占有できるスペースが、第二コイルによって奪われてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、第二コイルをより小型化しても受信感度が低下するのを抑制することができるワイヤレス通信システム、ならびに、当該ワイヤレス通信システムにおいて利用される携帯型小型装置、携帯型小型装置用の収納ケースおよび携帯型小型装置用の通信装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
本発明のワイヤレス通信システムは、信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、かつ、下式（１）を満たすことを特徴とする。
・式（１） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
〔式（１）中、ＲＯ１は、第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、第二コイルの外径を表す。〕

本発明のワイヤレス通信システムの一実施形態は、第二コイルの外径が、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、下式（２）および下式（３）を満たすことが好ましい。
・式（２） ＲＯ２／ＲＯ３＝２．０±０．５
・式（３） ＲＯ１／ＲＯ２＝２．０±０．５
〔式（２）および式（３）中、ＲＯ１，ＲＯ２，ＲＯ３は、式（１）において示したものと同様である。〕

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、中継コイルの中心軸方向に対して、中継コイルの一方の側に第一コイルが配置され、中継コイルの他方の側に第二コイルが配置されていることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、通信時に、第一コイルと第二コイルと中継コイルとが、共振していることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、少なくとも前記第二コイルが、携帯型小型装置に搭載されていることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、携帯型小型装置が、中継コイルをさらに搭載し、かつ、中継コイルが薄膜状の配線から形成されていることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、薄膜状の配線から形成された中継コイルが、携帯型小型装置の外面に設けられていることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、携帯型小型装置が筐体を有し、かつ、筐体の内面および外面から選択される少なくとも一方の面に薄膜状の配線から形成された中継コイルが設けられていることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、筐体が、筐体本体部と、筐体の内面および外面の一部を構成すると共に筐体本体部から脱着可能な脱着部とを有し、かつ、脱着部のうち、筐体の内面の一部を構成する面、および、筐体の外面の一部を構成する面から選択される少なくとも一方の面に薄膜状の配線から形成された中継コイルが設けられていることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、携帯型小型装置を収納可能な収納ケースが、中継コイルを有することが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、携帯型小型装置が携帯型電子機器であることが好ましい。

本発明のワイヤレス通信システムの他の実施形態は、携帯型小型装置がＩＣカードであることが好ましい。

本発明の携帯型小型装置は、信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、かつ、下式（２）を満たすワイヤレス通信システムにおいて利用され、少なくとも第二コイルを搭載することを特徴とする。
・式（２） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
〔式（２）中、ＲＯ１は、第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、第二コイルの外径を表す。〕

本発明の携帯型小型装置用収納ケースは、信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、下式（３）を満たし、かつ、第二コイルが携帯型小型装置に搭載されるワイヤレス通信システムにおいて利用され、携帯型電子機器を収納可能であると共に、中継コイルを有することを特徴とする。
・式（３） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
〔式（３）中、ＲＯ１は、第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、第二コイルの外径を表す。〕

本発明の携帯型小型装置用の通信装置は、信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、下式（４）を満たし、かつ、第二コイルが携帯型小型装置に搭載されるワイヤレス通信システムにおいて利用され、携帯型小型装置に対して、信号情報を送信する機能を少なくとも備えると共に、第一コイルを有することを特徴とする。
・式（４） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
〔式（４）中、ＲＯ１は、第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、第二コイルの外径を表す。〕

本発明によれば、第二コイルをより小型化しても受信感度が低下するのを抑制することができるワイヤレス通信システム、ならびに、当該ワイヤレス通信システムにおいて利用される携帯型小型装置、携帯型小型装置用の収納ケースおよび携帯型小型装置用の通信装置を提供することができる。

本実施形態のワイヤレス通信システムの一例を示す模式図である。ここで、図１（Ａ）は、ワイヤレス通信システムを構成する３種類のコイルの各々の中心軸を含む平面で、これらコイルを切断した状態を示す模式断面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の矢印ＺＤ方向からワイヤレス通信システムを構成する３種類のコイルを見た場合の模式平面図である。 図１（Ａ）に示すワイヤレス通信システムを構成する３種類のコイルの相対的な配置関係を変更した他の実施態様について示す模式断面図である。 図１（Ａ）に示すワイヤレス通信システムを構成する３種類のコイルの相対的な配置関係を変更した他の実施態様について示す模式断面図である。 図１（Ａ）に示すワイヤレス通信システムを構成する３種類のコイルの相対的な配置関係を変更した他の実施態様について示す模式断面図である。 図１（Ａ）に示すワイヤレス通信システムを構成する３種類のコイルの相対的な配置関係を変更した他の実施態様について示す模式断面図である。 本実施形態のワイヤレス通信システムの具体例を説明する模式面図である。ここで、図６（Ａ）は、携帯型電子機器および通信装置の断面図である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中に示す３種類のコイルの平面形状および配置関係を示す平面図である。 本実施形態のワイヤレス通信システムの他の具体例を説明する模式面図である。ここで、図７（Ａ）は、ＩＣカードおよび通信装置の断面図である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中に示すＩＣカードの平面方向における第二コイルと、ＩＣチップと、接続配線との配置関係について説明する模式図である。 図８は本実施形態のワイヤレス通信システムの他の具体例を説明する模式面図である。ここで、図８（Ａ）は、ＩＣカード、通信装置および収納ケースの断面図である。また、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中に示す収納ケース４００の平面方向における中継コイルおよび保護フィルム平面形状および配置関係について説明する模式図である。

図１は、本実施形態のワイヤレス通信システムの一例を示す模式図である。ここで、図１（Ａ）は、ワイヤレス通信システム１０Ａ（１０）を構成する３種類のコイル２０Ａ（２０）、３０Ａ（３０）、４０Ａ（４０）の各々の中心軸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を含む平面で、これらコイル２０、３０、４０を切断した状態を示す模式断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の矢印ＺＤ方向からワイヤレス通信システム１０Ａを構成する３種類のコイル２０Ａ、３０Ａ、４０Ａを見た場合の模式平面図である。また、図１中、ワイヤレス通信システム１０Ａを構成するコイル２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ以外のその他の構成や、コイル２０Ａ、３０Ａ、４０Ａを構成する導線等については記載を省略してある。

図１に例示したように、本実施形態のワイヤレス通信システム１０は、信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイル２０と、中継コイル３０と、信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイル４０とを含み、かつ、下式（１）を満たす。
・式（１） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３

ここで、式（１）中、ＲＯ１は第一コイル２０の外径を表し、ＲＯ２は中継コイル３０の外径を表し、ＲＯ３は第二コイル４０の外径を表す。なお、本願明細書において、「コイルの外径」とは、コイルの外周側の輪郭形状（外径形状）の最大径を意味する。たとえば、コイルの外径形状が円形状である場合は、コイルの外径は円の直径を意味し、コイルの外径形状が楕円形である場合は、コイルの外径は楕円の長径を意味し、コイルの外径形状が長方形状である場合は、コイルの外径は長方形の対角線長さを意味する。また、「コイルの内径」とは、コイルの内周側の輪郭形状（内径形状）の最大径を意味する。たとえば、コイルの内径形状が円形状である場合は、コイルの内径は円の直径を意味し、コイルの内径形状が楕円形である場合は、コイルの内径は楕円の長径を意味し、コイルの内径形状が長方形状である場合は、コイルの内径は長方形の対角線長さを意味する。

また、本実施形態のワイヤレス通信システム１０では、第一コイル２０と、中継コイル３０と、第二コイル４０との相対的な位置関係については、非通信時においては特に限定されない。しかし、通信時においては、通常、第一コイル２０の中心軸Ｃ１と直交する平面方向において、中継コイル３０は、その主要部または全体が、第一コイル２０の外周側輪郭線よりも内側に位置するように配置され、第二コイル４０は、その主要部または全体が、第一コイル２０の外周側輪郭線の内側かつ中継コイル３０の外周側輪郭線よりも内側に位置するように配置される。この場合、第一コイル２０と、中継コイル３０と、第二コイル４０とは、各々の中心軸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が完全に一致または略一致するように配置されることが特に好ましい。但し、第一コイル２０にて発生した磁束により、第二コイル４０において所定レベル以上の信号を発生させるための磁束が、中継コイル３０および第二コイル４０にて生じるのであれば、第一コイル２０の中心軸Ｃ１が、中継コイル３０の中心軸Ｃ２や第二コイル４０の中心軸Ｃ３と一致していなくてもよい。しかし、この場合でも、指向性を向上させ、第二コイル４０における受信感度を向上させる観点からは、第二コイル４０の中心軸Ｃ３に対して、中継コイル３０の中心軸Ｃ２が一致または略一致していることが好ましい。図１に示す例では、通信時の状態を示しており、３種類のコイル２０Ａ、３０Ａ、４０Ａは、各々の中心軸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が完全に一致するように配置されている。なお、以下の説明において、３つの中心軸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が一致した軸をＺ軸と称す場合がある。

本実施形態のワイヤレス通信システム１０では、通信時において、第一コイル２０に信号電流が流れることにより第一コイル２０の内周側を通過する磁束が発生する。ここで、中継コイル３０が存在しない場合、第一コイル２０により形成される磁束を、第二コイル４０において信号電流へと高効率で再変換するためには、第二コイル４０のサイズをより大きくすることが必要である。しかし、この方法では、第二コイル４０Ａを小型化することができない。

しかしながら、本実施形態のワイヤレス通信システム１０では、第一コイル２０および第二コイル４０と共に、中継コイル３０が用いられる。このため、中継コイル３０により、第一コイル２０により生じた磁束の向きを整えて、第二コイル４０へと効率的に指向させると共に、第二コイル４０の内周側を通過する磁束の密度をより高めることができる。このため、本実施形態のワイヤレス通信システム１０では、第二コイル４０を小型化しても受信感度の低下を抑制することができる。なお、この場合、通信時において、第一コイル２０と第二のコイル４０と中継コイル３０とは、同じ周波数で共振していることが特に好ましい。

また、本実施形態のワイヤレス通信システム１０では、中継コイルＲＯ２の中心軸Ｃ２方向に対する３種類のコイル２０Ａ、３０Ａ、４０Ａの配置位置は特に限定されない。しかしながら、図１に例示したように、中継コイルＲＯ２の中心軸Ｃ２方向に対して、中継コイル３０の一方の側に第一コイルＲＯ１が配置され、中継コイル３０の他方の側に第二コイルＲＯ３が配置されることが好ましい。このように３種類のコイル２０Ａ、３０Ａ、４０Ａを配置した場合、第一コイル２０により生じた磁束の向きを整えて、第二コイル４０へと効率的に指向させると共に、第二コイル４０の内周側を通過する磁束の密度をより高めるという中継コイル３０の機能を最大限に発揮することができる。

したがって、本実施形態のワイヤレス通信システム１０において利用され、かつ、少なくとも第二コイル４０を搭載する装置内における第二コイル４０が占める占有スペースを低減しつつも受信感度の低下を抑制することも可能となる。その結果、（１）第二コイル４０を搭載する装置の小型化、および／または、（２）当該装置において第二コイルの占有スペースの低減に伴い産出された空きスペースを他の用途に活用することが容易になる。

なお、第一コイル２０は、たとえば、電源や回路基板などと適宜接続され、中継コイル３０は、コンデンサと接続され、第二コイル４０は、たとえば、電源や回路基板、ＩＣチップなどと適宜接続される。また、本実施形態のワイヤレス通信システム１０においては、第一コイル２０は少なくとも信号情報を送信する機能（送信機能）を有していればよくまた、第二コイル４０は信号情報を受信する受信する機能（受信機能）を有していればよい。しかしながら、本実施形態のワイヤレス通信システム１０においては、必要に応じて、第一コイル２０は送信機能に加えて受信機能を有していてもよく、第二コイル４０は受信機能に加えて送信機能を有していてもよい。

また、本実施形態のワイヤレス通信システム１０において利用され、かつ、少なくとも第二コイル４０を搭載する装置としては特に限定されるものではないが、上記（１）（２）に例示したメリットをより効果的に活用し易くなる観点からは、携帯型小型装置であることが特に好ましい。ここで、本願明細書において「携帯型小型装置」とは、人が携帯して持ち歩くことが容易な装置を意味する。この携帯型小型装置は、サイズ的には体積で概ね１５００ｃｍ^３以下であることが好ましく、重量は概ね３．０ｋｇ以下であることが好ましい。この携帯型小型装置としては、携帯型電子機器やＩＣカードが挙げられる。ここで、携帯型電子機器としては、ノートブック型のコンピューター、携帯型音楽再生プレーヤ、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ＩＣレコーダなどが挙げられる。なお、これらの携帯型小型装置の中でも、厚み方向のスペースが著しく制限されるノートブック型のコンピューターや、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、ＩＣカードが特に好ましい。

なお、内部スペースの極めて限られた携帯型電子機器内においては、一般的に、第二コイル４０はコネクタを介して携帯型電子機器内に配置された回路基板に接続する必要がある。それゆえ、内部スペースに対して、第二コイル４０やこれに関連するコネクタ等の関連部材に起因する占有スペースが極めて大きい。しかしながら、本実施形態のワイヤレス通信システム１０では、第二コイル４０を小型化できる。このため、内部スペースに対する第二コイル４０等に起因する占有スペースをより小さくできる。また、より小型化された第二コイル４０は、コネクタを利用せずに、回路基板に面実装することも極めて容易となる。この場合、コネクタに起因する占有スペースをゼロにすることも可能である。

また、ＩＣカードにおいて、ＩＣカードに搭載される第二コイル４０が小型化できれば、第二コイル４０を構成する配線あるいは導線の距離をより短くできる。これに加えて、ＩＣカードに搭載されたＩＣチップに接近した位置に第二コイル４０を配置することもより容易になる。この場合も、ＩＣチップと第二コイル４０とを接続するための配線の距離をより短くできる。一方、人が日常的に携帯する財布や、パスケースなどに入れた状態で持ち歩かれることの多いＩＣカードは、人が、立ったり、座ったり、床の上に寝たり、あるいは、歩いたりするなどの動作に起因して、極端な曲げ応力や、頻繁な曲げ応力に曝されることが多い。それゆえ、第二コイル４０が大きい場合、および／または、ＩＣチップと第二コイル４０とが離間した位置に配置されている場合、長い配線あるいは導線が断絶される可能性が高く、その結果、ＩＣカードの通信機能が喪失し易くなる。しかしながら、本実施形態のワイヤレス通信システム１０では、上述したような問題が発生するのを防ぐことが容易である。

次に、本実施形態のワイヤレス通信システム１０について、図１に例示した実施形態以外のその他の実施形態やより具体的な構成について説明する。図１に示す例では、第二コイル４０の中心軸Ｃ１の一方の側から他方の側へと、第一コイル２０と、中継コイル３０と、第二コイル４０とがこの順に配置されている。しかしながら、中心軸Ｃ１に対するこれら３種類のコイル２０、３０、４０の配置関係は特に限定されず、適宜選択することができる。たとえば、中心軸Ｃ１の一方の側から他方の側へと、（１）第一コイル２０、第二コイル４０、中継コイル３０の順に配置したり（図２）、（２）第一コイル２０、中継コイル３０、第二コイル４０、中継コイル３０の順に配置したり（図３）、あるいは、（３）第二コイル４０、第一コイル２０、中継コイル２０（図４）の順に配置することもできる。また、中心軸Ｃ１に対して、３種類のコイル２０、３０、４０のうち、少なくともいずれか２つを同じ位置に配置することもでき、たとえば、図５に示すように中継コイル３０および第二コイル４０を中心軸Ｃ１に対して、同じ位置に配置することができる。なお、図２〜図５に示すワイヤレス通信システム１０Ｂ（１０）、１０Ｃ（１０）、１０Ｄ（１０）、１０Ｅ（１０）は、図１（Ａ）に示すワイヤレス通信システム１０Ａを構成する３種類のコイル２０Ａ、３０Ａ、４０Ａの相対的な配置関係を変更した実施態様について示す模式断面図である。ここで、図３中、２つの中継コイル３０の一方は第一の中継コイル３０Ａ１を表し、他方は第二の中継コイル３０Ａ２を表し、記号Ｃ３１は第一の中継コイル３０Ａ１の中心軸を表し、記号Ｃ３２は第二の中継コイル３０Ａ２の中心軸を表す。

また、第二コイル４０の外径は、第二コイル４０の小型化および受信感度の確保をバランス良く両立させる観点から、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内が好ましい。なお、参考までに述べれば、携帯電話などの従来の携帯型電子機器に搭載される第二コイルの外径は約３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であり、従来のＩＣカードに搭載される第二コイルの外径は約６０ｍｍ〜８０ｍｍ程度である。

また、第一コイル２０の外径ＲＯ１、中継コイル３０の外径ＲＯ２および第二コイル４０の外径ＲＯ３は、式（１）を満たすことに加えて、さらに、下式（２）および下式（３）を満たすことが好ましい。
・式（２） ＲＯ２／ＲＯ３＝２．０±０．５
・式（３） ＲＯ１／ＲＯ２＝２．０±０．５

すなわち、ＲＯ１とＲＯ２とＲＯ３とを、概ね４：２：１前後の比率に設定することが好ましい。ＲＯ１とＲＯ２とＲＯ３との相対的な比率を式（２）および式（３）に示す範囲内に設定することにより、第二コイル４０の小型化と、受信感度の確保とをバランス良く両立させることが容易となる。これに加えて、駅の自動改札機で利用されることもあるＩＣカードや携帯型電子機器では、通信時において、第一コイル２０に対して、中継コイル３０および第二コイル４０が相対的に移動、あるいは、第一コイル２０および中継コイル３０に対して、第二コイル４０が相対的に移動する。かかる場合、これら３種類のコイル２０、３０、４０の相対的な位置が変化しても受信可能であることが必要である。しかしながら、ＲＯ１とＲＯ２とＲＯ３との相対的な比率を式（２）および式（３）に示す範囲内に設定することで、３種類のコイル２０、３０、４０の相対的な位置変化量に対する受信可能範囲を十分に確保することが容易となる。

また、各コイル２０、３０、４０の内径は特に限定されるものではない。しかしながら、図１に例示したように、中継コイル３０の内径ＲＩ２は、第二コイル４０の外径ＲＯ３よりも大きく、第二コイル４０の内径ＲＩ１は、中継コイル３０の外径ＲＯ２よりも大きいことが好ましい。

第一コイル２０、中継コイル３０および第二コイル４０は、たとえば、導線を巻回して構成したものでもよく、絶縁性フィルムや絶縁性基板などの平坦面上に渦巻状に配置された薄膜状の配線から構成されるものでもよい。なお、薄膜状の配線の形成方法としては公知の方法が適宜利用でき、たとえば、銀などを含む導電性ペーストを用いてスクリーン印刷により薄膜状の配線を形成する方法や、平坦面上に形成された導電性薄膜をフォトリソグラフィやエッチングによりパターニングして薄膜状の配線を形成する方法などが挙げられる。また、第二コイル４０を少なくとも搭載した装置が携帯型小型装置であり、かつ、第二コイル４０が薄膜状の配線から構成される場合には、携帯型小型装置をより一層小型化したり、あるいは、携帯型小型装置において第二コイル４０の占有スペースを低減することで産出された空きスペースを他の用途に転用することが容易になる

また、中継コイル３０は、（ａ）第一コイル２０を少なくとも搭載した装置、（ｂ）第二コイル４０を少なくとも搭載した装置、および、（ｃ）（ａ）（ｂ）に示す装置以外のその他の装置・部材から選択される少なくともいずれかに搭載される。

なお、第二コイル４０を少なくとも搭載した装置が、携帯型小型装置である場合、この携帯型小型装置は、中継コイル３０を搭載していてもよい。この場合、中継コイル３０が薄膜状の配線から形成されていることが好ましい。これにより、携帯型小型装置が、第二コイル４０に加えて中継コイル３０も搭載していたとしても、中継コイル３０による携帯型小型装置の大型化を抑制することができる。

また、中継コイル３０は、基本的に、信号情報の送受信に直接利用される第一コイル２０および第二コイル４０のように、電源や回路基板などに接続される必要が無い。このため、携帯型小型装置における中継コイル３０の配置位置の自由度は、第二コイル４０と比べると高い。この点も考慮すれば、中継コイル３０を薄膜状の配線から構成することによって、携帯型小型装置の内部および／または外面における空スペースを有効活用して中継コイル３０を配置することがより容易となる。

この場合、薄膜状の配線から形成された中継コイル３０は、携帯型小型装置の外面に設けられていてもよい。さらに、携帯型小型装置が筐体を有する場合には、筐体の内面および外面から選択される少なくとも一方の面に薄膜状の配線から形成された中継コイル３０が設けられていてもよい。

また、筐体が、筐体本体部と、筐体の内面および外面の一部を構成すると共に筐体本体部から脱着可能な脱着部とを有する場合には、脱着部のうち、筐体の内面の一部を構成する面、および、筐体の外面の一部を構成する面から選択される少なくとも一方の面に薄膜状の配線から形成された中継コイル３０が設けられていてもよい。なお、脱着部としては、たとえば、筐体内に交換可能な電池、記録媒体あるいはＩＣチップなどが配置される場合は、これらの部材を筐体の内外に出し入れする際に、筐体本体部に取り付けられる収納蓋が挙げられる。

また、第二コイル４０を搭載する携帯型小型装置が、中継コイル３０を搭載しない場合には、中継コイル３０は、第一コイル２０を搭載する装置に設けられていてもよいが、携帯型小型装置を収納可能な収納ケースに中継コイル３０が設けられていてもよい。このような収納ケースとしては、ＩＣカード、携帯電話、スマートフォンあるいはＰＤＡなどに用いられる保護ケース、ホルダーあるいは収納カバーなどが挙げられる。

なお、第一コイル２０を少なくとも搭載した装置（通信装置）としては、特に限定されないが、たとえば、駅の改札口に配置される自動改札機、ビルやオフィイスの入り口に配置されるセキュリティーゲートあるいは身元確認や出退勤確認などを目的としたリーダライタ、店舗での料金精算などに用いられるリーダライタ、銀行、市役所などにおいて預金額や戸籍などの各種の個人情報の確認・照合等に用いられるリーダライタなどが挙げられる。

図６は、本実施形態のワイヤレス通信システム１０の具体例を説明する模式面図であり、具体的には、中継コイル３０および第二コイル４０を搭載した携帯型小型装置（携帯型電子機器）、ならびに、第一コイル２０を搭載した携帯型小型装置用の通信装置について示す模式断面図である。ここで、図６（Ａ）は、携帯型電子機器１００および通信装置２００Ａ（２００）の断面図を示し、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中に示す３種類のコイル２０Ｂ（２０）、３０Ｂ（３０）、４０Ｂ（４０）の平面形状および配置関係を示す平面図である。なお、図６（Ａ）に示す携帯型電子機器１００および通信装置２００Ａは、その主要部のみを示し、その他の構成要素の描画は省略してある。また、３種類のコイル２０Ｂ、３０Ｂ、４０Ｂを構成する導線あるいは配線についても記載を省略してある。

図６に示すワイヤレス通信システム１０Ｆ（１０）は、中継コイル３０Ｂおよび第二コイル４０Ｂを搭載する携帯型小型機器（携帯型電子機器１００）と、第一コイル２０Ｂを搭載する通信装置２００Ａとを有する。ここで、携帯型電子機器１００は、筐体１１０と、筐体１１０内に配置された回路基板１２０と、回路基板１２０の表面に実装された第二コイル４０Ｂと、筐体１１０の内面１１０Ａに設けられた中継コイル３０Ｂとを有している。筐体１１０は、断面の輪郭形状が長方形を成している。そして、回路基板１２０は、回路基板１２０の平面が、筐体１１０の外面１１０Ｂのうち長手方向に伸びる平面と平行を成すように筐体１１０内に配置されている。

また、筐体１１０は、筐体本体部１１２と、筐体本体部１１２から脱着可能な脱着部（蓋１１４）とを有する。そして、中継コイル３０Ｂは蓋１１４の内面１１０Ａ部分に設けられている。これに加えて、回路基板１２０の第二コイル４０Ｂが実装された面と、蓋１１４の内面１１０Ａ部分とは平行を成している。さらに、蓋１１４が筐体本体部１１２に着けられた状態において、中継コイル３０Ｂの中心軸Ｃ２と、第二コイル４０Ｂの中心軸Ｃ３とは一致している。また、第一コイル２０Ｂは、その中心軸Ｃ１が、通信装置２００Ａの表面（通信面２００Ｓ）と直交するように通信装置２００Ａ内に配置されている。

なお、図６（Ｂ）に示すように３種類のコイル２０Ｂ、３０Ｂ、４０Ｂの平面形状は、各々、長方形状の環を成しており、かつ、式（１）を満たしている。

そして、通信時には、たとえば、図６に示すように、第一コイル２０Ｂの中心軸Ｃ１に対して、中継コイル３０Ｂの中心軸Ｃ２および第二コイル４０Ｂの中心軸Ｃ３を一致させるように、携帯型電子機器１００を通信装置２００Ａの通信面２００Ｓに近接または接触させることで、良好な受信感度を確保することができる。また、良好な受信感度が確保できる範囲内であれば、通信時における第一コイル２０Ｂ、中継コイル３０Ｂおよび第二コイル４０Ｂの相対的配置関係は、図６に示す実施態様からは多少外れたものであってもよい。

なお、図６に例示した以外にも中継コイル３０Ｂは、その中心軸Ｃ２が第二コイル４０Ｂの中心軸Ｃ３と一致または略一致するように、筐体１１０の内面１１０Ａおよび／または外面１１０Ｂの任意の位置に１つ以上設けることができる。また、中継コイル３０Ｂは、通信装置２００Ａ側にも設けることができる、この場合、中継コイル３０Ｂは、その中心軸Ｃ２が第一コイル２０Ｂの中心軸Ｃ１と一致または略一致するように、第一コイル２０Ｂの近傍あるいは通信面２００Ｓの表面に適宜配置することができる。

また、筐体１１０の外面１１０Ｂあるいは通信面２００Ｓに中継コイル３０Ｂを配置する場合、樹脂フィルムの一方の面に薄膜状の配線から構成される中継コイル３０Ｂが少なくとも配置され、かつ、樹脂フィルムの他方の面が粘着面からなる中継コイル付きシートを用いることが好ましい。この場合、中継コイル３０を用いない既存のワイヤレス通信システムを構成する機器（携帯型電子機器あるいはＩＣカードなどの携帯型小型装置、および、通信装置）に対して、中継コイル付きシートを貼り付けるだけで、極めて簡単に既存のワイヤレス通信システムを本実施形態のワイヤレス通信システム１０に変更することができる。

図７は本実施形態のワイヤレス通信システム１０の他の具体例を説明する模式面図であり、具体的には、第二コイル４０を搭載した携帯型小型装置（ＩＣカード）、ならびに、第一コイル２０および中継コイル３０を搭載した携帯型小型装置用の通信装置について示す模式断面図である。ここで、図７（Ａ）は、ＩＣカード３００および通信装置２００Ｂ（２００）の断面図を示し、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中に示すＩＣカード３００の平面方向における第二コイル４０Ｃ（４０）と、ＩＣチップ３１０と、接続配線３２０との配置関係について説明する模式図である。なお、図７（Ａ）に示すＩＣカード３００および通信装置２００Ｂは、その主要部のみを示し、その他の構成要素の描画は省略してある。また、３種類のコイル２０Ｂ、３０Ｂ、４０Ｃを構成する導線あるいは配線についても記載を省略してある。

図７に示すワイヤレス通信システム１０Ｇ（１０）は、第二コイル４０Ｃ（４０）を搭載する携帯型小型機器（ＩＣカード３００）と、第一コイル２０Ｂおよび中継コイル３０Ｂを搭載する通信装置２００Ｂとを有する。ここで、平面形状が長方形を成す板状のＩＣカード３００は、その厚み方向の略中央部に薄膜状に形成された配線から構成される第二コイル４０Ｃと、この第二コイル４０Ｃに接続されたＩＣチップ３１０と、第二コイル４０ＣおよびＩＣチップを接続する接続配線３２０とを有する。なお、このＩＣカード３００は、複数のシート状部材（図示省略）が積層して構成されており、いずれか１つのシート状部材の表面に第二コイル４０ＣとＩＣチップ３１０と接続配線３２０とが配置されている。また、ＩＣカード３００の平面方向において、第二コイル４０Ｃは、ＩＣカード３００の中央部近傍であって、かつ、ＩＣカード３００の外周縁である４つの辺のいずれからも離間した位置に配置されている。そして、第二コイル４０Ｃの近傍には、ＩＣチップ３１０が配置されており、第二コイル４０ＣとＩＣチップ３１０との間は接続配線３２０により接続されている。なお、第二コイル４０Ｃの平面方向のサイズ・形状は図６に示す第二コイル４０Ｂと実質同一である。

また、通信装置２００Ｂ内には、中継コイル３０Ｂの中心軸Ｃ２と第一コイル２０Ｂの中心軸Ｃ１とが一致するように、通信面２００Ｓ側から、中継コイル３０Ｂと第一コイル２０Ｂとがこの順に配置されている。

そして、通信時には、たとえば、図７に示すように、第一コイル２０Ｂの中心軸Ｃ１および中継コイル３０Ｂの中心軸Ｃ２に対して、第二コイル４０Ｂの中心軸Ｃ３を一致させるように、ＩＣカード３００を通信装置２００Ｂの通信面２００Ｓに近接または接触させることで、良好な受信感度を確保することができる。また、良好な受信感度が確保できる範囲内であれば、通信時における第一コイル２０Ｂ、中継コイル３０Ｂおよび第二コイル４０Ｂの相対的配置関係は、図７に示す実施態様からは多少外れたものであってもよい。
また、通信時には、同時に、ＩＣチップ３１０へ電力を供給することもできる。

図８は本実施形態のワイヤレス通信システム１０の他の具体例を説明する模式面図であり、具体的には、図７に示すＩＣカード３００と、図６に示す通信装置２００Ａと、ＩＣカード３００を収納すると共に中継コイル３０Ｃ（３０）を搭載した収納ケース４００について示す模式断面図である。ここで、図８（Ａ）は、ＩＣカード３００、通信装置２００Ａおよび収納ケース４００の断面図を示し、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中に示す収納ケース４００の平面方向における中継コイル３０Ｃおよび保護フィルム４３０の配置位置および平面形状について説明する模式図である。なお、図８（Ａ）に示すＩＣカード３００、通信装置２００Ａおよび収納ケース４００は、その主要部のみを示し、その他の構成要素の描画は省略してある。また、３種類のコイル２０Ｂ、３０Ｃ、４０Ｃを構成する導線あるいは配線についても記載を省略してある。

図８に示すワイヤレス通信システム１０Ｈ（１０）は、第二コイル４０Ｃ（４０）を搭載する携帯型小型機器（ＩＣカード３００）と、第一コイル２０Ｂ通信装置２００Ａと、中継コイル３０Ｃを搭載する収納ケース４００とを有する。

ここで収納ケース４００は、平面形状が長方形を成す第一のシート４１０と、平面形状が第一のシート４１０と同一である第二のシート４２０とを、各々のシート４１０、４２０の縁の部分同士で接合した構造を有している。但し、シート４１０の１対の短辺のうち１辺と、シート４２０の１対の短辺のうち１辺とは接合されない。すなわち、収納ケース４００の１対の短辺のうち、１辺は開口部４００Ｈを形成している。また、収納ケース４００の内側、すなわち、第二のシート４２０の第一のシート４１０と対向する面には、薄膜状の配線から形成された中継コイル３０Ｃ（図８（Ａ）中、不図示）およびこの中継コイル３０Ｃを覆う保護フィルム４３０（図８（Ａ）中、不図示）が設けられている。なお、第二のシート４２０の平面方向において、中継コイル３０Ｃは、収納ケース４００内にＩＣカード３００を収納した際に、中継コイル３０Ｃの中心軸Ｃ２と、第二コイル４０Ｂの中心軸Ｃ３とが一致または略一致できる位置に配置されている。なお、保護フィルム４３０は、中継コイル３０Ｃの外形形状よりも一回り大きい平面形状を有する。また、中継コイル３０Ｃの平面方向のサイズ・形状は図６に示す中継コイル３０と実質同一である。

通信時には、たとえば、図８に示すように、第一コイル２０Ｂの中心軸Ｃ１に対して、中継コイル３０Ｃの中心軸Ｃ２および第二コイル４０Ｃの中心軸Ｃ３を一致させるように、収納ケース４００およびその内部に収納されたＩＣカード３００を通信装置２００Ａの通信面２００Ｓに近接または接触させることで、良好な受信感度を確保することができる。また、良好な受信感度が確保できる範囲内であれば、通信時における第一コイル２０Ｂ、中継コイル３０Ｃおよび第二コイル４０Ｃの相対的配置関係は、図８に示す実施態様からは多少外れたものであってもよい。また、通信時には、同時に、ＩＣチップ３１０へ電力を供給することもできる。

以上の図６〜図８に本実施形態のワイヤレス通信システム１０の具体例を示したが、３種類のコイル２０、３０、４０を備えているのであれば、図６〜図８以外の態様も適宜実施してもよい。たとえば、図７に示す通信装置２００Ｂに対して、図６に示す携帯型電子機器１００を組み合わせたり、あるいは、図８に示す収納ケース４００およびこの収納ケース４００内に収納されたＩＣカード３００を組わせることで、本実施形態のワイヤレス通信システム１０を構成してもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ ワイヤレス通信システム
２０、２０Ａ、２０Ｂ 第一コイル
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 中継コイル
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 第二コイル
１００ 携帯型電子機器（携帯型小型装置）
１１０ 筐体
１１０Ａ 内面
１１０Ｂ 外面
１１２ 筐体本体部
１１４ 蓋（脱着部）
１２０ 回路基板
２００、２００Ａ、２００Ｂ 通信装置
２００Ｓ 通信面（表面）
３００ ＩＣカード（携帯型小型装置）
３１０ ＩＣチップ
３２０ 接続配線
４００ 収納ケース
４００Ｈ 開口部
４１０ 第一のシート
４２０ 第二のシート
４３０ 保護フィルム

Claims (16)

1. 信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、前記信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、かつ、
   下式（１）を満たすことを特徴とするワイヤレス通信システム。
   ・式（１） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
   〔式（１）中、ＲＯ１は、前記第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、前記中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、前記第二コイルの外径を表す。〕
2. 請求項１に記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   前記第二コイルの外径が、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内であることを特徴とするワイヤレス通信システム。
3. 請求項１または２に記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   下式（２）および下式（３）を満たすことを特徴とするワイヤレス通信システム。
   ・式（２） ＲＯ２／ＲＯ３＝２．０±０．５
   ・式（３） ＲＯ１／ＲＯ２＝２．０±０．５
   〔式（２）および式（３）中、ＲＯ１，ＲＯ２，ＲＯ３は、前記式（１）において示したものと同様である。〕
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   前記中継コイルの中心軸方向に対して、前記中継コイルの一方の側に前記第一コイルが配置され、前記中継コイルの他方の側に前記第二コイルが配置されることを特徴とするワイヤレス通信システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   通信時に、前記第一コイルと前記第二コイルと前記中継コイルとが、共振していることを特徴とするワイヤレス通信システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   少なくとも前記第二コイルが、携帯型小型装置に搭載されていることを特徴とするワイヤレス通信システム。
7. 請求項６に記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   前記携帯型小型装置が、前記中継コイルをさらに搭載し、かつ、前記中継コイルが薄膜状の配線から形成されていることを特徴とするワイヤレス通信システム。
8. 請求項７に記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   前記薄膜状の配線から形成された中継コイルが、前記携帯型小型装置の外面に設けられていることを特徴とするワイヤレス通信システム。
9. 請求項７または８に記載のワイヤレス通信システムにおいて、
   前記携帯型小型装置が筐体を有し、かつ、前記筐体の内面および外面から選択される少なくとも一方の面に前記薄膜状の配線から形成された中継コイルが設けられていることを特徴とするワイヤレス通信システム。
10. 請求項９に記載のワイヤレス通信システムにおいて、
    前記筐体が、筐体本体部と、前記筐体の内面および外面の一部を構成すると共に前記筐体本体部から脱着可能な脱着部とを有し、かつ、
    前記脱着部のうち、前記筐体の内面の一部を構成する面、および、前記筐体の外面の一部を構成する面から選択される少なくとも一方の面に前記薄膜状の配線から形成された中継コイルが設けられていることを特徴とするワイヤレス通信システム。
11. 請求項６に記載のワイヤレス通信システムにおいて、
    前記携帯型小型装置を収納可能な収納ケースが、前記中継コイルを有することを特徴とするワイヤレス通信システム。
12. 請求項６〜１１のいずれか１つに記載のワイヤレス通信システムにおいて、
    前記携帯型小型装置が携帯型電子機器であることを特徴とするワイヤレス通信システム。
13. 請求項６〜８、１１のいずれか１つに記載のワイヤレス通信システムにおいて、
    前記携帯型小型装置がＩＣカードであることを特徴とするワイヤレス通信システム。
14. 信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、前記信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、かつ、下式（２）を満たすワイヤレス通信システムにおいて利用され、
    少なくとも前記第二コイルを搭載することを特徴とする携帯型小型装置。
    ・式（２） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
    〔式（２）中、ＲＯ１は、前記第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、前記中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、前記第二コイルの外径を表す。〕
15. 信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、前記信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、下式（３）を満たし、かつ、前記第二コイルが携帯型小型装置に搭載されるワイヤレス通信システムにおいて利用され、
    前記携帯型電子機器を収納可能であると共に、前記中継コイルを有することを特徴とする携帯型小型装置用の収納ケース。
    ・式（３） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
    〔式（３）中、ＲＯ１は、前記第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、前記中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、前記第二コイルの外径を表す。〕
16. 信号情報を送信する機能を少なくとも有する第一コイルと、中継コイルと、前記信号情報を受信する機能を少なくとも有する第二コイルとを含み、下式（４）を満たし、かつ、前記第二コイルが携帯型小型装置に搭載されるワイヤレス通信システムにおいて利用され、
    前記携帯型小型装置に対して、信号情報を送信する機能を少なくとも備えると共に、前記第一コイルを有することを特徴とする携帯型小型装置用の通信装置。
    ・式（４） ＲＯ１＞ＲＯ２＞ＲＯ３
    〔式（４）中、ＲＯ１は、前記第一コイルの外径を表し、ＲＯ２は、前記中継コイルの外径を表し、ＲＯ３は、前記第二コイルの外径を表す。〕

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