JP2011501884A - 人体通信装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、外部装置（中央処理装置）及び人体と接触して通信を行う人体通信装置に関する。前記の人体通信装置は、人体と接触する伝導性を有する多数の電極と、前記電極と連結されて人体の接触を通じて変化する静電容量を感知し、感知した接触信号を発生する多数の静電容量感知部とを有する多数の接触感知部と、前記接触感知部から受信された前記接触信号を解析する信号解釈部と、前記信号解釈部の結果として制御信号を発生する制御信号発生部とを含むことを特徴とすることにより、人体を媒質とする通信入出力装置、特に移動機器において、人体通信以外の目的で機器に接触する時の不要な消費電力を減らすために、ユーザが行う所定のパターンを認識して人体通信用モデム或いは送受信回路の消費電力を最小化し、待機時の消費電力を最小化して移動機器の待機時間を延長させることができる。

Description

本発明は、人体と接続して通信を行う人体通信に関し、特に人体の接触あるいは近接を感知し、待機モードにある人体通信用コントローラ及び送受信モジュールを通常状態に動作させるための人体通信装置に関する。

人体接触感知を利用する通信入出力装置は、携帯電話、ＭＰ３プレーヤー、デジタルカメラ等のような移動機器に適用されることができ、人体接触感知のために多数の電極及び接触感知部を有する。このような移動機器の基本的な目的、即ち、通話、ボタン操作、写真撮影などのために移動機器に人体が接近する場合、上記接触感知部はこれを感知して、ユーザが人体通信機能を望まない場合でも不要な動作が起きると共にバッテリーの電力を消耗する。

人体に装着あるいは近接している機器間で人体を媒質として通信するシステムは、人体の接触を通じて通信チャンネルが形成される。しかし、人体通信機能を内蔵した機器では、何時人体との接触がなされるかが分からないため、周期的に信号をチェックし、相手の機器との通信チャンネルが形成されたかをチェックする。この場合、人体との接触がなされていない場合でも、機器自体は人体との接触有無を判別することができない。

そのため、人体を通じて受信された微弱な信号を処理してデジタル信号に変換する受信端回路及び制御を行うマイクロコントローラは、常に動作状態であるか、または消費電力を減少させるために周期的に動作状態でなければならない。

また、送ろうとするデータがある送信部の場合、人体通信用マイクロコントローラは、外部の制御信号または指定されたメモリー領域にデータが印加されることにより、送信回路だけでなく、通信が形成されたかを確認するための受信回路も持続的に通常動作していなければならない。ここで、送信回路は、動作を開始しても、人体と接触がなされる前まで、マイクロコントローラから受けたデジタル信号を人体に印加するための信号に変換させる機能を有する。即ち、チャンネルが形成されたか否かを確認するために、人体との接触がなくとも送信回路及び受信回路が動作する。よって、一般的な人体通信を利用する装置では、不要な消費電力が発生するようになる。

上述したように、一般的な人体通信装置では、送信及び受信過程で人体と接触がなされていない場合も、チャンネルの形成有無を知るために、送信及び受信回路とこれを制御するためのマイクロコントローラとが、常にまたは周期的に通常動作状態でなければならないので、これは不要な電力を消費するという問題点を有する。また、単純な人体接触感知のみを利用する通信入出力装置は、ユーザが人体通信以外に他の目的を有して機器に接触する場合、ユーザの正確な意図を判別することができないため、人体通信用モデム及び送受信モジュールが不要な電力を消費するという問題点を有している。

韓国特許公開公報許2007-0061251号

接触感知部を有する人体通信装置を、携帯電話のように手に握って使用する機器に適用することにより、ユーザの接触がない場合、チャンネルの形成有無を判断するために消費される電力を減らすことができる。しかし、このような人体通信装置が人体通信以外のユーザの他の用途による接触、即ち、通話をしたり、音楽を聞いたり、写真を撮ったりする等の他の動作のために人体が機器の電極に接触または接近すると、ユーザの意図とは関係なく、人体の接触及び接近を認識して制御信号を発生させるようになり、上記制御信号に応じて外部装置またはデータの送・受信がなされるため、不要な電力消費を防ぐ必要がある。

そこで、本発明は、ユーザが人体を媒質として通信を行う際に、人体と接触がなされる前に発生し得る送・受信部、及び外部装置の不要な消費電力を減らし、人体通信以外の目的を有して機器に接触して発生し得る不要な消費電力を減らすための人体通信装置を提供しようとする。

上述したような課題を解決するための本発明の人体通信装置は、人体と接触する伝導性を有する多数の電極と、前記電極と連結されて人体の接触を通じて変化する静電容量を感知し、感知した接触信号を発生する多数の静電容量感知部とを有する多数の接触感知部と、前記接触感知部から受信された前記接触信号を解析する信号解釈部と、前記信号解釈部の結果として制御信号を発生する制御信号発生部とを含むことを特徴とする。

上記の技術的課題を達成するために、本発明による通信入出力装置は、多数の電極と静電容量感知部とを利用して、ユーザの接触による静電容量の特定の変化を感知することにより、単純な接触による不要な消費電力を減らすために、ユーザが行う所定のパターンを認識して人体通信用モデム或いは送受信回路の消費電力を最小化し、待機時の消費電力を最小化して移動機器の待機時間を延長させることができるという効果がある。

また、物理的スイッチに比べて耐久性に優れており、現在、携帯電話及びＭＰ３プレーヤーに適用されている静電容量スイッチに適用する場合、適用機器の外観を変化させることなく適用することができ、各移動機器に適したユーザの操作機能が活用可能なだけでなく、多様な移動機器に同一のパターンを適用することにより、ユーザの便宜性を増大させることができるという効果がある。

本発明の実施例による多数の電極及び静電容量感知部を有する人体通信装置の構造を示したブロック図である。 本発明の第１の実施例による人体接触感知部を有する時分割方式の人体通信装置の構造を示したブロック図である。 本発明の第２の実施例による人体接触感知部を有する周波数分割方式の人体通信入出力装置の構造を示したブロック図である。 本発明の第３の実施例による光電センサーを利用した人体通信装置の構造を示したブロック図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参照して詳しく説明する。本発明を説明するに当たって、関連の公知機能または構成についての具体的な説明が本発明の旨を不明確にする虞があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

本発明の実施例では、多数電極と静電容量感知部とを利用して、ユーザの接触による静電容量の特定の変化を感知するようにする人体接触感知を利用した人体通信装置を適用し、このような本発明の実施例による人体通信装置について添付した図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の実施例による人体接触感知を利用した人体通信装置の構造を示した図面である。

上記図１を参照すると、上記人体通信装置１００は、接触感知部１１０と、信号解釈部１２０と、制御信号発生部１３０とを含んで構成することができる。

上記接触感知部１１０は、人体と信号を受け渡す多数の電極１０１ａ〜１０１ｉと、接触及び近接による静電容量を検出する機能を有する多数の静電容量感知部１０２ａ〜１０２ｉを含む。ここで、上記多数の電極のうち少なくとも一つの電極は、人体通信のための送・受信部またはモデムと連結され、人体通信がなされる間に送・受信部またはモデムと連結された一つ以上の電極が人体と持続的な接点を形成する。

上記信号解釈部１２０は、上記接触感知部１１０の多数の静電容量感知部１０２ａ〜１０２ｉから出力される電気的信号を解析する。

上記制御信号発生部１３０は、上記信号解釈部１２０によって解析された信号の入力を受けて制御信号を発生する。

このように構成された人体通信装置は、所与の静電容量の特定の変化パターンがユーザにより発生する時に、人体と接触している上記の電極１０１ａから１０１ｉのうち少なくとも一つの電極と、人体通信用の送・受信部またはモデムの間に信号を連結する。このような過程を通じて、人体通信以外の目的でユーザが機器に接触または接近した時に、誤動作により消費される電力を最小化することによって、人体通信が適用された移動機器の待機時間特性を向上させることができる。

上述したような構造を有する人体通信装置を適用した本発明の第１の実施例について添付した図面を参照して説明する。ここで、本発明の第１の実施例による人体通信装置は、時分割方式の人体通信装置である。

図２は、本発明の第１の実施例による人体接触感知部を有する時分割方式の人体通信装置の構造を示したブロック図である。

上記図２を参照すると、時分割方式の人体通信装置２００は、送信と受信とが同じ搬送周波数を用いる場合でも使用可能であり、上記図１に示したような接触感知部２１０、信号解釈部２２０、制御信号発生部２３０を含み、さらに、時分割方式のデータ信号処理部２４０を含んで構成することができる。

ここで、上記データ信号処理部２４０は、受信部２４１と、送信部２４２と、スイッチ部２４３とで構成することができる。この場合、上記受信部２４１は、連続周波数復調手段を有し、上記送信部２４２は、連続周波数変調手段を含む。上記スイッチ部２４３は、上記制御信号発生部２３０から発生した上記制御信号に応じて人体２０１へのデータ信号送信、或いは人体２０１からのデータ信号受信を選択する。ここで、上記基底帯域信号は、通信チャンネルの特性が反映されたスプレディング（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）及びチャンネルコーディングされた信号であり、非常に短いパルス周期を有するＵＷＢ信号を含む。

上記制御信号発生部２３０、受信部２４１、及び送信部２４２は、中央処理装置（ＣＰＵ）２５０と連結される。

上記接触感知部２１０は、多数の電極と、多数の静電容量感知部とを含む。

次に、このような構造を有する時分割方式の人体通信装置の動作について説明する。

上記接触感知部２１０は、人体２０１の接触を通じて変化する静電容量（または磁場）を感知して電気的信号を発生し、これを上記信号解釈部２２０に伝送する。すると、上記信号解釈部２２０は、静電容量の変化により発生した電気的信号パターンからユーザの意図を解析する。このように解析された信号は、上記制御信号発生部２３０に入力される。これにより、上記制御信号発生部２３０は、上記解析された信号を確認した後、制御信号であるウェークアップ（Ｗａｋｅ−ｕｐ）信号を上記中央処理装置２５０に発生させる。制御信号発生部２３０の出力は、中央処理装置２５０が待機モードから通常状態に動作するように信号を印加するだけでなく、データ信号処理部２４０の電源を制御することもできる。

上記制御信号が受信されることにより動作される上記中央処理装置２５０は、上記送信部２４２に送信データ信号ＴｘＤを伝送する。これにより、上記送信部２４２は、上記送信データ信号ＴｘＤを基底帯域信号に変換して、スイッチ部２４３を通じて上記接触感知部２１０に伝送する。すると、上記接触感知部２１０は、少なくとも一つの電極に接触された人体２０１に上記基底帯域信号を印加する。

この時、上記接触感知部２１０は、電極に連結された人体の接触を通じて変化する静電容量を感知し、感知した電気的信号である基底帯域信号をスイッチ部２３０を通じて上記受信部２４１に伝達する。これにより、上記受信部２４１は、伝達された上記基底帯域信号をデジタル信号である受信データ信号ＲｘＤに変換して上記中央処理装置２５０に伝送する。

次いで、上述したような人体通信装置を適用して、本発明の第２の実施例について説明する。本発明の第２の実施例による人体通信装置は、送信と受信とが互いに異なる搬送周波数を使用する場合の人体接触感知を利用した周波数分割方式の人体通信装置であり、これについては添付した図面を参照して具体的に説明する。

図３は、本発明の第２の実施例による人体接触感知部を有する周波数分割方式の人体通信入出力装置の構造を示したブロック図である。

上記図３を参照すると、上記周波数分割方式の人体通信装置３００は、送信と受信とが互いに異なる搬送周波数を使用することにより、二つの信号の経路を区分するデュプレクサ３４３を含み、これと共に、接触感知部３１０と、信号解釈部３２０と、制御信号発生部３３０と、周波数分割方式のデータ信号処理部３４０とを含んで構成することができる。ここで、上記データ信号処理部３４０は、受信部３４１と、送信部３４２と、デュプレクサ３４３とを含む。

以下に、このような構造を有する周波数分割方式の人体通信装置の動作について説明する。

上記接触感知部３１０は、人体３０１の接触を通じて変化する静電容量（または磁場）を感知して電気的信号を発生し、これを上記信号解釈部３２０に伝送する。すると、上記信号解釈部３２０は、静電容量の変化により発生した電気的信号パターンからユーザの意図を解析する。このように解析された信号は、上記制御信号発生部３３０に入力される。これにより、上記制御信号発生部３３０は、上記解析された信号を確認した後、制御信号であるウェークアップ信号を上記中央処理装置３５０に発生させる。制御信号発生部３３０の出力は、中央処理装置３５０が待機モードから通常状態に動作するように信号を印加するだけでなく、データ信号処理部３４０の電源を制御することもできる。これにより、上記中央処理装置３５０は、上記制御信号に応じて動作して、上記送信部３４２にデジタル信号である送信データ信号ＴｘＤを伝送する。

従って、上記送信部３４２は、上記受信した送信データ信号ＴｘＤを基底帯域信号に変換し、搬送周波数を利用して連続周波数変調を行った後、これをデュプレクサ３４３を通じて接触感知部３１０に伝送する。これにより、上記接触感知部３１０は、上記受信された信号を人体３０１に印加するようになる。この場合、上記図２における場合と違って、中央処理装置３５０からの選択信号は不要になる。

この時、接触感知部３１０は、内部の電極に接触された人体３０１から電気的信号を感知し、感知した電気的信号をデジタル信号である受信データ信号ＲｘＤに変換して、上記デュプレクサ３４３を通じて上記受信部３４１に伝送する。これにより、上記受信部３４１は、連続周波数復調回路を利用して人体３０１を通じて受信された上記信号をデジタル信号である受信データＲｘＤに復元し、これを中央処理装置３５０に伝送する。

上述したような人体通信装置を利用して通信可能な方式の信号の例として、マンチェスターコーディングを含み、パルス変調方式及び連続周波数変調方式の信号を含む。パルス変調方式の信号を適用する場合は、周波数利用効率を高め、スプリアス（ｓｐｕｒｉｏｕｓ）を制限するために、出力端にフィルタを使用することができる。

本発明による人体通信装置は、連続周波数変調を行っていないデジタル信号を時分割方式によって受け渡すことができ、この時、受信部３４１は、入力された微弱な信号からデジタル信号に復元するための回路で構成され、送信部３４２は、中央処理装置３５０から受けた信号を受信可能な信号にするための回路として増幅機能を含むことができる。

一方、本発明の第３の実施例では、光電効果を利用して非接触状態でも人体に誘起される電場を検出することができる人体通信装置について、添付した図面を参照して具体的に説明する。

図４は、本発明の第３の実施例による光電センサー（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｅｎｓｏｒ）を利用した人体通信装置の構造を示したブロック図である。

上記図４を参照すると、本発明の第３の実施例による人体通信装置は、人体に接する領域に絶縁フィルム４０１が付着された接触感知部４１０と、信号解釈部４２０と、制御信号発生部４３０と、光電センサー４４０と、受信部４５０と、送信部４６０と、ネットワークインターフェース部４７０とを含んで構成することができる。

上記接触感知部４１０は、伝導性を有する接触パッド、即ち、送受信電極と静電容量感知部とを含み、人体通信のためのユーザの特定のパターンを分析して、人体通信がなされる前まで多くの電力消費を有する光電センサー４４０、及び受信部４５０、送信部４６０の消費電力を減らすことができる。

上記受信部４５０は、光電センサー４４０から受信された信号を増幅する増幅器４５１、増幅された信号をフィルタリングする帯域通過フィルタ４５２、ピークホールド回路４５３、及び第１と第２の比較器４５４、４５５を含む。

上記送信部４６０は、送信信号を発生する送信回路４６１と、上記送信回路４６１及び上記受信部４５０に制御信号を発生するデータ感知回路４６２とを含む。

ここで、上記送信部４６０及び受信部４５０の具体的な機能は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも理解可能なものであるので、より詳細な説明は省略する。

次いで、このような本発明の第３の実施例による人体通信装置の動作について説明する。

上記送信部４６０は、上記ネットワークインターフェース部４７０から入力された受信信号を接触感知部４１０に伝達する。これにより、上記接触感知部４１０は、絶縁フィルム４０１を通じて上記受信信号を人体に印加する。

その後、上記接触感知部４１０は、絶縁フィルム４０１を通じて人体と非接触状態で人体内の微弱な電場を感知した後、感知した電場信号を信号解釈部４２０及び光電センサー４４０に伝達する。これにより、上記信号解釈部４２０は、上記接触感知部４１０から受信された電場信号を解析し、解析された信号を上記制御信号発生部４３０に伝達する。すると、上記制御信号発生部４３０は、上記解析された信号を確認して、制御信号を上記ネットワークインターフェース部４７０に発生させる。

この時、上記光電センサー４４０は、上記接触感知部４１０から入力された微弱な電場信号を電気的信号に変換した後、変換された電気的信号を上記受信部４５０に伝達する。これにより、上記受信部４５０は、上記受信した電気的信号をネットワークインターフェース部４７０に伝達する。

上述したような本発明の実施例において、接触感知部を構成する接触センサーの動作原理は、人体の接触がない場合は、基準静電容量による固有の発振周波数を発生させ、人体の接触がある場合は、負荷静電容量の変化による発振周波数の変化を比較器を介して出力信号として発生させる。接触センサーの動作原理は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば誰でも理解可能なものであるので、詳細な説明は省略する。

本発明に使用される電極の場合、人体との直接的な接触を感知するために、伝導性物質で構成されるだけでなく、誘電体で塗布された伝導性物質としても構成可能である。また、それぞれの電極は、人体との安定した接点を維持するために、送受信電極を多数で構成する場合、多チャンネルセンサーを利用して構成することが可能である。

接触型センサータイプの静電容量感知部の場合、基準静電容量を調節すれば接触感度を調節することができ、高い接触感度を有するように設定されたセンサーの場合、接触パッド（あるいは電極）と人体との数ｍｍ〜数ｃｍ間の近接を検出することができる。このような場合、信号解釈部を通じて制御信号発生に至る時間を調節して、ユーザの人体通信の意思伝達から実際の通信に至る時間、及び送受信回路の通常状態に至る時間を減らすことができる。

本発明で言及したマイクロコントローラは、通信入出力装置に内蔵してもよいが、人体通信が適用可能な機器、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ＭＰ３、ポータブル映像情報装置、ＰＣ、ノート・パンコン、プリンター等に使用されているマイクロコントローラの機能を利用してもよい。

本発明による人体接触を感知する通信入出力装置は、移動機器間の通信、及び移動機器と固定機器、固定機器と固定機器との間で人体を媒質として通信がなされるところで使用されることができる。

本明細書で開示した装置及び方法で使用される機能は、コンピューターで読み取れる記録媒体にコンピューターが読み取れるコードとして具現可能である。コンピューターが読み取れる記録媒体は、コンピューターシステムによって読み取られるデータが格納される全種類の記録装置を含む。コンピューターが読み取れる記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ格納装置などがあり、かつ搬送波（例えば、インターネットを通じた伝送）の形態で具現することも含む。また、コンピューターが読み取れる記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピューターシステムに分散して、分散方式でコンピューターが読み取れるコードが格納されて実行することができる。さらに、本発明を具現するための機能的な（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）プログラム、コード及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーによって容易に推論されることができる。

以上のように、最適の実施例が図面と明細書に開示された。ここで、特定の用語が使用されたが、これは、本発明を説明するための目的として使用されただけであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使用されたものではない。よって、本技術分野の通常の知識を持った者であれば、これにより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるということは自明である。従って、本発明の真の技術的保護の範囲は、添付した特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。

Claims (11)

1. 人体と接触する伝導性を有する多数の電極と、前記電極と連結されて人体の接触を通じて変化する静電容量を感知し、感知した前記静電容量を使用して接触信号を発生する多数の静電容量感知部とを有する多数の接触感知部と、
   前記接触感知部から受信された前記接触信号を解析する信号解釈部と、
   前記信号解釈部の解析の結果として制御信号を発生する制御信号発生部とを含むことを特徴とする人体通信装置。
2. 前記静電容量感知部は、前記人体と前記多数の電極との間の直接接触、または前記人体の接近を感知することを特徴とする請求項１に記載の人体通信装置。
3. 外部装置とデータ信号を送・受信するデータ信号処理部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の人体通信装置。
4. 前記データ信号処理部は、前記送・受信データ信号を時分割方式により送・受信することを特徴とする請求項３に記載の人体通信装置。
5. 前記データ信号処理部は、送信用搬送周波数と受信用搬送周波数とが異なっている連続周波数変調方式を使用する周波数分割方式によって前記送・受信データ信号を送・受信することを特徴とする請求項３に記載の人体通信装置。
6. 前記データ信号処理部は、
   前記人体から感知した基底帯域信号を元のデジタル信号に復元する受信部と、
   前記外部装置から受信された前記受信データ信号を基底帯域信号として前記人体に印加する送信部と、
   前記送信部と前記受信部とに連結され、前記制御信号に応じて前記人体への送信または前記人体からの受信を選択するスイッチ部とを含むことを特徴とする請求項４に記載の人体通信装置。
7. 前記データ信号は、通信チャンネルの特性が反映されたスプレディング及びチャンネルコーディングされた信号であり、非常に短いパルス周期を有するＵＷＢ信号を含むことを特徴とする請求項４に記載の人体通信装置。
8. 前記データ信号処理部は、
   前記人体と非接触状態で前記接触感知部から誘起される電場信号形態の前記受信データ信号を電気的信号に変換する光電センサー部と、
   前記光電センサー部から受信された前記電気的信号を元のデジタル信号に復元する受信部と、
   前記外部装置から受信された前記送信データ信号を基底帯域信号として前記人体に印加する送信部とを含むことを特徴とする請求項４に記載の人体通信装置。
9. 前記データ処理部は、
   前記接触感知部から伝達された前記受信データ信号を連続周波数復調して元のデジタル信号に復元する受信部と、
   前記外部装置から受信されたデジタル信号形態の前記送信データ信号を連続周波数変調して前記人体に印加する送信部と、
   前記送信データ信号と前記受信データ信号との経路を区分するデュプレクサとを含むことを特徴とする請求項５に記載の人体通信装置。
10. 前記送信部は、前記同一の搬送周波数を使用する連続周波数変調方式を利用して、前記外部装置から入力された前記送信データ信号を処理することを特徴とする請求項６に記載の人体通信装置。
11. 前記受信部は、連続周波数復調方式を利用して前記接触感知部から伝達された前記受信データ信号を処理することを特徴とする請求項６に記載の人体通信装置。

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