JP2008288758A - 通信システム及び送信装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】人体通信における信号伝送利得を向上する。
【解決手段】送信機１は、受信機２に送信する情報である通信情報を生成する送信側データ処理部１１、通信情報を変調し送信信号として出力する変調器１２、変調器１２の出力する送信信号を人体３に印加し人体周りに交流電界を誘起する送信電極１３、変調器１２の出力する送信信号の正負を反転し、反転送信信号として出力する反転回路１４を有する。そして、反転回路１４の出力する反転送信信号は人体３が容量結合する大地グランドと接続した大地側電極４に印加される。また、送信電極１３は、送信機１を携帯した人体３の手が送信電極１３の上にかざされたときに、人体手と容量結合し、送信信号による交流電圧を人体手に印加する。一方、受信機２は、人体周りに誘起された交流電界を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として、人体等の生体に誘起させた交流電界を用いて通信を行う通信システムに関するものである。

人体に誘起させた交流電界を用いて通信を行う通信システムとしては、送信機において、送信情報で変調した電位信号を容量結合などにより人体に印加することにより、人体周りの交流電界を誘起すると共に、受信機において、人体周辺の交流電界を検出し、検出した交流電界から受信情報を復調するシステムが知られている（たとえば、特許文献１、２、３、４）。
特開2001-298425号公報 特開2001-352298号公報 特開2004-282733号公報 特開2006-222596号公報

従来の人体に誘起させた交流電界を用いて通信を行う通信システムによれば、受信機において、必ずしも充分なＳＮ比や利得を得られない場合があった。
そこで、本発明は、伝送媒体に誘起させた交流電界を用いて通信を行う通信システムにおいて、伝送信号のＳＮ比や利得を改善することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、伝送媒体に伝送信号を印加し、前記伝送媒体周辺に電界を誘起させる送信装置と、前記伝送媒体周辺の電界強度に基づいて前記伝送信号を検出する受信装置とを有する通信システムにおいて、前記送信装置に、前記通信時に前記伝送媒体が近接される第１送信電極と、前記伝送信号を前記第１送信電極に印加する第１送信手段と、前記伝送媒体の大地グランドに接続する第２送信電極と、前記伝送信号の正負を反転した反転伝送信号を生成し、前記第２送信電極に印加する第２送信手段とを備えたものである。

このような通信システムによれば、伝送信号の正負を反転した反転伝送信号を大地グランドに対して出力することにより、伝送信号のみを人体に出力した場合に比べ、受信装置において大きな利得でＳＮ比よく伝送信号の検出を行うことができるようになる。
なお、このような通信システムの受信装置としては、通信時に前記伝送媒体が近接される受信電極と、コイルと、前記コイルの中央穴に近接させて配置したセンサ電極と、前記受信電極と前記センサ電極を接続する導電線と、前記コイルに誘起された電圧に基づいて、前記伝送信号を検出する伝送信号検出手段とを備えた受信装置を用いることができる。
なお、以上のような通信システムにおいて前記伝送媒体は人体その他の生体であってよい。

以上のように、本発明によれば、伝送媒体に誘起させた交流電界を用いて通信を行う通信システムにおいて、伝送信号のＳＮ比や利得を改善することができる。

以下、本発明の通信システムの一実施形態について人体通信への適用を例にとり説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る通信システムの構成を示す。
図示するように、通信システムは、人体３を介して通信を行う送信機１と、受信機２とを含んで構成される。
また、送信機１は、受信機２に送信する情報である通信情報を生成する送信側データ処理部１１、通信情報を変調し送信信号として出力する変調器１２、変調器１２の出力する送信信号を人体３に印加し人体周りに交流電界を誘起する送信電極１３、変調器１２の出力する送信信号の正負を反転し、反転送信信号として大地側電極４に出力する反転回路１４とを有する。

そして、送信電極１３は、非導電性の送信電極カバー１５で覆われた形態で設けられており、人体３の手が送信電極１３の上にかざされたり送信電極カバー１５に接触したときに、人体３の手と容量結合し、送信信号による交流電圧を手に印加するようになっている。また、大地側電極４は、人体３が容量結合する大地グランドと接続して、反転送信信号による交流電圧を大地グランドに印加する。

一方、受信機２は、通信時に、人体周りに誘起された交流電界下におかれる受信電極２１、受信電極２１に作用する電界の電界強度変化を検出し受信信号として出力する信号受信部２２、受信信号を検波、復調し通信情報を出力する復調部２３、復調部２３から出力される通信情報を処理する受信側データ処理部２４とを有する。ここで、受信機２は、たとえば、カード状の装置であり、この場合、受信機２をポケット等に入れて携帯しているときに、非導電性の受信電極カバー２５を介して受信電極２１に人体周りの電界が作用するように構成されている。

次に、受信機２の信号受信部２２の構成を図２ａに示す。
図示するように信号受信部２２は、入力を受信電極２１に接続した周波数フィルタ２２１と、周波数フィルタ２２１の出力に接続したコイルセンサ２２２と、コイルセンサ２２２の出力を入力とする増幅回路２２３とより構成され、増幅回路２２３の出力が信号受信部２２の出力となる。

そして、図２ｂに示すように、周波数フィルタ２２１は、コンデンサ３０１と抵抗３０２とより構成されたＣＲフィルタであり、ハイパスフィルタとして機能する。また、その入力は導電線を介して受信電極２１に接続される。
次に、図３ｃに示すように、コイルセンサ２２２は、フェライト製のコア３１１を有するコイル３１２と、コア３１１の上面に固定した銅性のセンサ電極３１３と、センサ電極３１３をコア３１１の上面上に封止する周囲空間よりも透磁率の大きな封止体３１４と、コイルセンサ２２２の共振周波数を設定するための可変コンデンサ３１５を有している。なお、封止体３１４としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。また、センサ電極３１３は、その一部または全部をコア３１１に埋め込んだ形態で配置するようにしてもよい。

次に、図３ｄに示すように、増幅回路２２３は、コイルセンサ２２２のコイル３１２の出力する誘起電圧をゲート電圧とするＦＥＴ３２３と、電源３２１によってゲート電圧に応じた大きさで流れることになるＦＥＴ３２３のソース-ドレイン電流を電圧に変換するための抵抗３２２と、直流カット用のコンデンサ３２４を備えている。そして、抵抗３２２によって変換した電圧が増幅回路２２３の出力となる。

ここで、コイルセンサ２２２の共振周波数は、可変コンデンサ３１５を用いて、送信機１の変調器１２における送信信号の変調に用いる搬送波の周波数に設定される。すなわち、たとえば、変調器１２が１ＭＨｚの搬送波によるＡＭ変調を行うものであれば、コイルセンサ２２２の共振周波数を１ＭＨｚに設定する。また、周波数フィルタ２２１の周波数特性は、送信機１から変調されて送信される送信信号の周波数帯域より低周波数の環境電界によるノイズ成分を減衰させるものとする。

さて、このような信号受信部２２の構成において、人体３に誘起された交流電界が受信電極２１に作用すると、この交流電界によって受信電極２１に誘起された交流電圧信号が導電線を介して周波数フィルタ２２１に入力する。そして、周波数フィルタ２２１に入力した交流電圧信号は、低周波数成分が減衰された後、コイルセンサ２２２のセンサ電極３１３に出力され、交流電圧信号によってセンサ電極３１３は、コイル３１２の中央孔中に人体周りの交流電界に追従して変化する磁束を発生する。そして、この磁束変化に応じてコイル３１２に交流の誘起電圧が生じ、この交流の誘起電圧を増幅回路２２３によって増幅した交流電圧信号が受信信号として復調器２３に出力される。

さて、次に、図３に、このような通信システムの利用例を示す。
図示した例では、送信機１をゲート３００に配置し、ゲート３００を通過するユーザがポケット等に携帯する受信機２に送信機１より所定の情報を送信する。
この場合、図示するように、送信機１の送信電極１３は、ゲート３００上に、ユーザが手を接近させ易いように配置し、送信機１の大地側電極４はゲート３００近辺の床に設けた、ゲート３００を通過するユーザの大地グランドを形成する導電性の床体４００と接続するように配置する。
これにより、ユーザがゲート３００の通過時に送信電極１３に手を接近させると、ユーザが携帯する受信装置２において、送信信号のみを送信電極１３からユーザの人体手に対して印加したときよりも大きな利得でＳＮ比よく送信信号を受信することができるようになる。これは、ユーザの手に送信機１の送信電極１３より送信信号による交流電圧３０１が印加される際に、ユーザの足が容量結合する大地グランドが、送信機１の大地側電極４から床に印加された反転送信信号による交流電圧３０２によって変動することにより、ユーザの人体３に対して、送信信号と反転送信信号とが差動的に作用して、送信信号のみを送信電極１３からユーザの人体手に対して印加したときよりも大きな交流電界がユーザの人体周りに誘起し、これによりユーザが携帯した受信機２の受信電極２１に作用する交流電界が、送信装置において送信信号のみを送信電極１３からユーザの人体３に対して印加したときよりも大きくなることによるものと考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上では人体を伝送媒体として用いる人体通信への適用を例にとり説明したが、本実施形態で示した通信システムや送信装置や受信装置は、伝送媒体として、人体以外の生体や、その他の導電体を用いる場合にも同様に適用することができる。

本発明の実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る信号受信部の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る通信システムの利用例を示す図である。

符号の説明

１…送信機、２…受信機、３…人体、４…大地側電極、１１…送信側データ処理部、１２…変調器、１３…送信電極、１４…反転回路、１５…送信電極カバー、２１…受信電極、２２…信号受信部、２３…復調部、２４…受信側データ処理部、４１…大地側電極カバー、２２１…周波数フィルタ、２２２…コイルセンサ、２２３…増幅回路、３０１…コンデンサ、３０２…抵抗、３１１…コア、３１２…コイル、３１３…センサ電極、３１４…封止体、３１５…可変コンデンサ、３２１…電源、３２２…抵抗、３２３…ＦＥＴ、３２４…コンデンサ。

Claims (5)

1. 伝送媒体に伝送信号を印加し、前記伝送媒体周辺に電界を誘起させる送信装置と、前記伝送媒体周辺の電界強度に基づいて前記伝送信号を検出する受信装置とを有する通信システムであって、
   前記送信装置は、
   前記通信時に前記伝送媒体が近接される第１送信電極と、
   前記伝送信号を前記第１送信電極に印加する第１送信手段と、
   前記伝送媒体の大地グランドに接続する第２送信電極と、
   前記伝送信号の正負を反転した反転伝送信号を生成し、前記第２送信電極に印加する第２送信手段とを有することを特徴とする通信システム。
   
2. 請求項１記載の通信システムであって、
   前記受信装置は、
   通信時に前記伝送媒体が近接される受信電極と、
   コイルと、
   前記コイルの中央穴に近接させて配置したセンサ電極と、
   前記受信電極と前記センサ電極を接続する導電線と、
   前記コイルに誘起された電圧に基づいて、前記伝送信号を検出する伝送信号検出手段とを有することを特徴とする通信システム。
   
3. 請求項１または２記載の通信システムであって、
   前記伝送媒体は生体であることを有することを特徴とする通信システム。
   
4. 伝送媒体周辺の電界を介して通信を行う伝送媒体通信に用いる送信装置であって、
   前記通信時に前記伝送媒体が近接される第１送信電極と、
   伝送信号を前記第１送信電極に印加する第１送信手段と、
   前記伝送媒体の大地グランドに接続する第２送信電極と、
   前記伝送信号の正負を反転した反転伝送信号を生成し、前記第２送信電極に印加する第２送信手段とを有することを特徴とする送信装置。
   
5. 請求項４記載の送信装置であって、
   前記伝送媒体は生体であることを有することを特徴とする送信装置。