【手続補正書】
【提出日】平成17年6月8日(2005.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する帯電対象を帯電させる第１の通信装置と、
上記帯電対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて上記情報を復調する第２の通信装置と
を具えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
上記帯電対象は人体である
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
上記第１の通信装置及び上記第２の通信装置はそれぞれ可搬型でなり、上記第１の通信装置と、上記第２の通信装置とはそれぞれ異なる上記人体の近傍に設けられた
ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
上記第１の通信装置は、可搬型であって上記人体の近傍に設けられ、
上記第２の通信装置は、所定の制御対象物又はその近傍に設けられた
ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項５】
電界を発生させるための電界発生用電極と、
上記電界発生用電極から発生する上記電界のうち準静電界によって帯電対象が帯電するように選定された信号を、送信すべき情報に応じて変調し、当該変調された変調信号を上記電界発生用電極に出力する変調手段と
を具えることを特徴とする通信装置。
【請求項６】
上記通信装置は可搬型でなり、上記人体の近傍に設けられた
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項７】
上記電界発生用電極は人体に設けられ、
上記変調手段は、
上記準静電界によって人体が帯電するように選定された信号を、送信すべき情報に応じて変調する
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項８】
上記変調手段は、
上記準静電界によって人体がアンテナとして帯電するように選定された信号を、送信すべき情報に応じて変調する
ことを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
【請求項９】
上記変調手段は、
上記変調信号を、誘導電磁界および放射電界を生成する場合に比べ、電力又は電荷の少なくとも一方を制限した状態で出力する
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項１０】
上記変調手段は、
上記電界発生用電極及び上記準静電界を検出するための検出電極間における距離と、上記電界発生用電極に出力する上記変調信号の波長とに基づいて、上記電界発生用電極から発生する上記準静電界が支配的となるように選定された信号を、送信すべき情報に応じて変調する
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項１１】
上記変調手段は、
上記電界発生用電極及び上記準静電界を検出するための検出電極間における最大の距離をｒとし、上記電界発生用電極に出力する上記変調信号の波長をλとした場合に、ｒ＝λ／２πの関係を充足するように選定された信号を、送信すべき情報に応じて変調する
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項１２】
上記電界発生用電極は、
通信相手によって帯電させられた上記帯電対象を経由して、当該通信相手における電界発生用電極と電気的な経路を形成し、
上記経路に生じる信号を自己の起動電力として蓄積する蓄積手段
をさらに具えることを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項１３】
上記電界発生用電極は、平行平板電極でなり、
上記平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該平行平板電極の近傍における所定位置での電界の強度誘導電磁界成分が、通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さくなるように、その電極面積及び電極間距離が決定された
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項１４】
上記電界発生用電極は、平行平板電極でなり、
上記平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該平行平板電極の近傍における所定位置での電界の強度誘導電磁界成分が、通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さく、かつ当該電界を検出する通信相手の検出手段に生じるノイズよりも大きくなる関係を満たすように、その電極面積及び電極間距離が決定された
ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
【請求項１５】
上記平行平板電極は、
電極面積をＡＳ[m2]、電極間距離をｄＳ[m]、電極間電位をＶＳ[V]とし、通信相手における平行平板電極の電極間電位をＶＲ[V]、電極間距離をｄＲ[m]とし、上記電極間距離ｄＲ、上記電極面積ＡＳ及び上記電極間距離ｄＳに依存する定数をαとした場合において、
上記電極間距離ｄＲを固定とし、基準周波数の電極間電位ＶＳを与えた際に、次式
ＶＲ＝α×ＶＳ×ＡＳ×ｄＳ×ｄＲ
を充足するように、上記電極面積ＡＳ及び上記電極間距離ｄＳが決定された
ことを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
【請求項１６】
送信すべき情報に応じて変調して得られた変調信号に基づく電界のうち準静電界によって帯電させられた帯電対象の帯電状態を検出する検出手段と、
上記検出手段により検出された上記帯電状態の変化に基づいて上記情報を復調する復調手段と
を具えることを特徴とする通信装置。
【請求項１７】
上記帯電対象は人体である
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項１８】
上記検出手段は、
上記準静電界によってアンテナとして帯電させられた人体の帯電状態を検出する
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項１９】
上記通信装置は可搬型でなり、上記人体の近傍に設けられた
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２０】
上記通信装置は、所定の制御対象物又はその近傍に設けられた
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２１】
上記検出手段は、
上記電界発生用電極及び上記準静電界を検出するための検出電極間における距離と、上記電界発生用電極に出力する上記変調信号の波長とに基づいて準静電界が支配的となるように選定された信号が送信すべき情報に応じて変調され、この結果得られた変調信号に基づく上記準静電界によって帯電させられた帯電対象の帯電状態を検出する
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２２】
上記検出手段は、
上記電界発生用電極及び上記準静電界を検出するための検出電極間における最大の距離をｒとし、上記電界発生用電極に出力する上記変調信号の波長をλとした場合に、ｒ＝λ／２πの関係を充足するように選定された信号が送信すべき情報に応じて変調され、この結果得られた変調信号に基づく上記準静電界によって帯電させられた帯電対象の帯電状態を検出する
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２３】
上記検出手段から上記復調手段までにわたる経路からの電気的な漏洩を抑制する漏洩抑制手段
を具えることを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２４】
上記漏洩抑制手段は、
上記検出手段から上記復調手段を介して接地するまでの静電容量を、上記検出手段と接地との間における静電容量に比して大きくする
ことを特徴とする請求項２３に記載の通信装置。
【請求項２５】
上記検出手段は、
上記帯電状態を検出するための検出用電極と、当該検出用電極により検出された上記帯電状態を電気信号に変換する変換手段とを有し、
上記漏洩抑制手段は、
上記検出電極と上記変換手段とを物理的に分離する筐体でなる
ことを特徴とする請求項２３に記載の通信装置。
【請求項２６】
上記漏洩抑制手段は、
上記検出手段から上記復調手段までにわたる経路のうち、上記復調手段のみ接地する
ことを特徴とする請求項２３に記載の通信装置。
【請求項２７】
上記帯電対象は移動体でなり、
通信相手に対する電力供給用として上記準静電界を発生するための電力供給用電極と、
上記帯電対象の通過経路に設けられ、上記帯電対象とアースとの電気的結合を抑制する結合抑制手段と
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項２８】
上記結合抑制手段は、
上記アースから所定の空間だけ隔てて設けられた床面でなる
ことを特徴とする請求項２７に記載の通信装置。
【請求項２９】
上記結合抑制手段は、
上記通過経路に敷設され、上記アースに接地された低誘電率の部材でなる
ことを特徴とする請求項２７に記載の通信装置。
【請求項３０】
上記帯電対象は人体でなり、
通信相手に対する電力供給用として上記準静電界を発生するための電力供給用電極と、
上記人体の歩行に応じて当該人体に形成される帯電状態を検出するための検出用電極と、
上記検出用電極により上記帯電状態が検出されている間のみ上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段と
を具えることを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項３１】
上記帯電対象は人体でなり、
通信相手に対する電力供給用として上記準静電界を発生するための電力供給用電極と、
上記人体の歩行に応じて当該人体に形成される帯電状態を検出するための検出用電極と
を具え、
上記電力供給用電極と上記検出用電極とは同一の電極でなる
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項３２】
通信相手に対する電力供給用として上記準静電界を発生するための電力供給用電極と、
上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段と
を具え、
上記電力供給手段は、
上記電力供給用の信号を、上記通信相手へ送信するための搬送用の信号と兼用する
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項３３】
上記検出手段は、
上記帯電状態を検出するための平行平板電極でなる検出電極を有し、
上記平行平板電極は、
所定の位置に有する通信相手の平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該平行平板電極の近傍における所定位置での電界の強度誘導電磁界成分が、通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さくなるように、その電極面積に依存することなく電極間距離が決定された
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項３４】
上記検出手段は、
上記帯電状態を検出するための平行平板電極でなる検出電極を有し、
上記平行平板電極は、
所定の位置に有する通信相手の平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該平行平板電極の近傍における所定位置での電界の強度誘導電磁界成分が、通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さく、かつ上記検出手段に生じるノイズよりも大きくなる関係を満たすように、その電極面積に依存することなく電極間距離が決定された
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項３５】
上記検出手段は、
上記帯電状態を検出するための平行平板電極でなる検出電極を有し、
上記平行平板電極は、
電極間電位をＶＲ[V]、電極間距離をｄＲ[m]とし、通信相手における平行平板電極の電極面積をＡＳ[m2]、電極間距離をｄＳ[m]、電極間電位をＶＳ[V]とし、上記電極間距離ｄＲ、上記電極面積ＡＳ及び上記電極間距離ｄＳに依存する定数をαとした場合において、
上記電極間距離ｄＲを固定とし、基準周波数の電極間電位ＶＳを与えた際に、次式
ＶＲ＝α×ＶＳ×ＡＳ×ｄＳ×ｄＲ
を充足するように、上記電極間距離ｄＲが決定された
ことを特徴とする請求項１６に記載の通信装置。
【請求項３６】
準静電界を情報伝達媒体として通信する際に用いる電極の電極製造方法において、
通信する際の発信周波数及び通信帯域と、送信電極として用いる送信側平行平板電極の電極間距離及び電極面積と、受信電極として用いる受信側平行平板電極の電極間距離を選定する第１のステップと、
上記第１のステップで選定した事項に基づいて、上記送信側平行平板電極と、上記受信側平行平板電極との間における通信限界位置を決定する第２のステップと、
上記送信側平行平板電極に対して上記発信周波数の電位を与える場合に、上記第２のステップで決定された上記通信限界位置での電界の強度誘導電磁界成分が、上記通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さくなる上記電位が存在するか否かを判定する第３のステップと
を具えることを特徴とする電極製造方法。
【請求項３７】
上記第１のステップでは、
上記発信周波数及び上記通信帯域と、上記送信側平行平板電極の電極間距離及び電極面積と、上記受信側平行平板電極の電極間距離とに加えて、上記受信側平行平板電極に接続するプリアンプも選定し、
上記第３のステップで上記ノイズフロアよりも小さくなる上記電位が存在する判定結果を得たとき、当該電位が上記送信側平行平板電極に与えられた状態において上記受信側平行平板電極に生じる電極間電位が上記プリアンプの電圧ノイズよりも大きいか否かを判定する第４のステップ
を具えることを特徴とする請求項３６に記載の電極製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
かかる課題を解決するため本発明においては、送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する帯電対象を帯電させる第１の通信装置と、帯電対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて情報を復調する第２の通信装置とによって通信システムを構成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この場合、通信システムでは、所定の情報に応じた帯電対象の帯電により当該帯電対象表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができるため、第１の通信装置における電極の位置に応じて通信方向が制約されることなく、当該通信の強度が電極面積に依存することなく通信することができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また本発明においては、帯電対象が人体であっても、人体がその性質上極めて良好に帯電するため、人体の動作の有無に係わらず当該人体表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに本発明においては、基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微小ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として、準静電界を発生させるための送信用平行平板電極を形成したことにより、準静電界通信に不要な誘導電磁界成分や放射電界成分を抑制した分だけ通信に必要なエネルギーを低くできると共に、不要伝播を抑制して空間分解能を向上させることができため、通信の安定化を図ることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
以上のように本発明によれば、送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する帯電対象を帯電させ、帯電対象の帯電状態の変化に基づいて情報を復調するようにしたことにより、所定の情報に応じた帯電対象の帯電により当該帯電対象表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができるため、送信側の電極の位置に応じて通信方向が制約されることなく、当該通信の強度が電極面積に依存することなく通信することができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また本発明によれば、帯電対象が人体であっても、人体がその性質上極めて良好に帯電するので、人体の動作の有無に係わらず当該人体表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらに本発明によれば、基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微小ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として、準静電界を発生させるための送信用平行平板電極を形成したことにより、準静電界通信に不要な誘導電磁界成分や放射電界成分を抑制した分だけ通信に必要なエネルギーを低くできると共に、不要伝播を抑制して空間分解能を向上させることができるため、通信の安定化を図ることができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５４】
この送信電極部１０５は、後述する送受信機の設計手法に従って選定された電極構造（電極形状、電極面積及び電極間距離）でなり、具体的には基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信電極部１０５に相当する微小ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ当該電界を検出する受信側のプリアンプ１２１における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成されている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６１】
この受信電極部１０６は、後述する送受信機の設計手法に従って選定された電極構造でなり、具体的には送信電極部１０５に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極１０５に相当する微小ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつプリアンプ１２１における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成されている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７７】
この図２５からも明らかなように、受信電極部１０６の電極間距離をｄＲ[m]とし、受信電極部１０６の電極間電位をＶＲ[V]とすると、当該電極間距離ｄＲと電極間電位ＶＲとは、「ＶＲ（ｄＲ）=0.00088ｄＲ-0.00034」の関係にある。この電極間電位ＶＲには、定数項「-0.00034」の影響は小さく、かつ受信電極間距離ｄＲの変化に優位に影響を受けるため、当該定数項については省略できる。従って、電極間電位ＶＲと受信電極間距離ｄＲとの関係は、次式
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７８】
【数１５】
2004282733.tif 000001
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７９】
として表すことができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８１】
この図２６からも明らかなように、受信電極部１０６の電極間電位と、送信電極部１０５の電極面積との関係は比例関係に近似することが分かる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８３】
この図２７からも明らかなように、受信電極部１０６の電極間電位と、送信電極部１０５の電極間距離との関係は比例関係に近似することが分かる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９６】
因みに、図２４〜図２７におけるシミュレーションでの各種条件として、送信電極部１０５の電極面積ＡＳが８×４[cm2]、送信電極部１０５の電極間距離ｄＳが２[cm]、受信電極部１０６の電極間距離ｄＲが２[cm]、送信電極部１０５に印加する電位ＶＳ(ｆ)がある単一周波数でなる１[V]、送信電極部１０５の配置位置が尻ポケット、受信電極部１０６の配置位置が人体の頭頂部を例にした場合、受信電極部１０６に生じる電極間電位ＶＲ(ｆ)は、図２５のシミュレーション結果及び（１５）式にも示したように、0.00088[V]となる。そして（１７）式に対応する各値を代入すると、0.00088=α×1×0.0032×0.02×0.01となるから、パラメータ依存定数αは1375と決定することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５７】
具体的には基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信電極部１０５に相当する微小ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ当該電界を検出する受信側のプリアンプ１２１における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６１】
（３−６）他の実施の形態
上述の第２の実施の形態においては、プリアンプ１２１における電圧ノイズを考慮して送信電極部１０５及び受信電極部１０６を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該送信電極部１０５に相当する微小ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくするようにすれば、必ずしも電圧ノイズを考慮しなくとも良い。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2004282733.tif 000002