(57)【要約】【課題】  情報などの信号を送信するための発信器において、リアクタンス値を変えながら送信することによって電界通信媒体と大地グランド間および発信器のグランドと大地グランド間の浮遊容量の変動に対応し、かつ回路規模の小型化も可能な電界通信発信器を提供する。【解決手段】  情報を記憶するための情報記憶手段６と、情報記憶手段６から出力された情報を搬送波で変調して送信するための送信手段５と、電界伝達媒体２に印加される送信の電圧が最大となるようにリアクタンス値を変化させて電界通信媒体と大地グランド間および発信器のグランドと大地グランド間の変動する浮遊容量と共振させる可変リアクタンス手段４と、可変リアクタンス手段４におけるリアクタンス値の制御と情報記憶手段６が出力する情報の制御を行うための発信器制御手段７と、を備える。【選択図】      図１
2006081114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信発信器であって、
前記情報を記憶するための情報記憶手段と、
前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調して送信するための送信手段と、
前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるようにリアクタンス値を変化させて発信器のグランドと大地グランド間の浮遊容量および電界伝達媒体と大地グランド間の浮遊容量との共振状態を制御するための可変リアクタンス手段と、
前記可変リアクタンス手段における前記リアクタンス値の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、
を備えることを特徴とする電界通信発信器。
【請求項２】
電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信発信器であって、
前記情報を記憶するための情報記憶手段と、
前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調し、前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるように前記搬送波の周波数を変化させて共振を制御し送信するための送信手段と、
固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、
前記送信手段における前記搬送波の周波数の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、
を備えることを特徴とする電界通信発信器。
【請求項３】
電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信発信器であって、
前記情報を記憶するための情報記憶手段と、
前記情報記憶手段から出力された前記情報を同時に複数の搬送波で変調し送信するための送信手段と、
固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、
前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、
を備えることを特徴とする電界通信発信器。
【請求項４】
前記送信手段は、
複数の前記搬送波を生成し送信するための広帯域な交流信号源を備えることを特徴とする請求項３に記載の電界通信発信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信発信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末の小型化および高性能化により、生体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。従来、このようなウェアラブルコンピュータ間の情報通信として、コンピュータに電界通信発信器を構成に含むトランシーバを接続し、このトランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である生体の内部に伝達させることによって、情報の送受信を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このようなトランシーバ１１０の構成は、例えば図１０に示すように、大地グランド１１３との間の浮遊容量Ｃｂ１２７および浮遊容量Ｃｇ１２８と共振現象を起こすための可変リアクタンス部１１８と、送信すべき情報を搬送波で変調し出力するための送信回路１１５と、人体１１２に信号である電界を誘起し、誘起された電界を検出するための送受信電極１１６と、送受信電極１１６と人体１１２の間を絶縁するための絶縁体１１７と、を備えている。
【０００４】
さらに、電界を検出し電気信号に変換するための電界検出光学部１２５と、信号処理部１２４と、送信と受信で接続を変えるためのスイッチ１２３と、可変リアクタンス部１１８を制御する際に人体１１２に誘起された電界振幅をモニタするための振幅モニタ部１２１と、を備えている。
【０００５】
また、振幅モニタ部１２１の信号をもとに可変リアクタンス部１１８を制御する信号を発生させるための制御信号発生部１２２と、受信した信号を復調し情報を再生するための復調回路１２０と、再生した情報の波形を整えるための波形整形部１１９と、端末１１１とトランシーバ１１０間で情報を送受するためのＩ／Ｏ回路１１４とを備えている。
【０００６】
また、上記の電界通信発信器に係る技術を生かした応用例としては、例えば、交通機関での料金支払いやセキュリティでのＩＤカードがある。
【０００７】
こうした技術は、例えば図９に参照されるように、ＩＤなどの固有の情報を送信するための発信器１０１と、人体１００を介して情報を検出するために大地１０６に設置のシート１０５と、受信器１０４からの信号を予め登録された情報と照合してゲート１０２の開閉を行うコンピュータ１０３と、検出した信号をコンピュータ１０３に出力するための受信器１０４と、人体１００の出入りを制御するゲート１０２とを備えて構成されている。
【０００８】
従来では、ＩＤカードとして近距離無線通信技術を用いた非接触ＩＣカードが用いられていた。
【０００９】
電車の改札口や部屋のドアの前で取り出す必要のあるこれらのＩＤカードに対し、物体や人体に電界を誘起し、誘起された電界を検出することで通信を行う電界通信発信器を用いるので、カードを取り出す必要なく改札口やドアを通ることができる。
【００１０】
また、大地グランドから浮遊した電界通信トランシーバでは、人体に電界を効率よく誘起するために、送受信電極と送信回路の間に可変リアクタンスを挿入し人体や回路グランドと大地グランド間の浮遊容量との共振現象を利用している。
【００１１】
なお、従来では変動する浮遊容量に合わせて共振現象を保つために、人に誘起されている電界をモニタして可変リアクタンス部のリアクタンス値を制御している。
【特許文献１】特開２００１−３５２２９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１５３７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来技術による電界通信発信器において、受信部の一部が必要となる可変リアクタンス部を適宜制御する方法では、回路規模が大きく送信器の小型化が困難であった。
【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、情報などの信号を送信するための発信器において、リアクタンス値を変えながら送信することによって変動する浮遊容量に対応し、かつ回路規模の小型化も可能な電界通信発信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信発信器であって、前記情報を記憶するための情報記憶手段と、前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調して送信するための送信手段と、前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるようにリアクタンス値を変化させて発信器のグランドと大地グランド間の浮遊容量および電界伝達媒体と大地グランド間の浮遊容量との共振状態を制御するための可変リアクタンス手段と、前記可変リアクタンス手段における前記リアクタンス値の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、を備える。
【００１５】
また、請求項２に記載の本発明は、電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信発信器であって、前記情報を記憶するための情報記憶手段と、前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調し、前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるように前記搬送波の周波数を変化させて共振を制御し送信するための送信手段と、固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、前記送信手段における前記搬送波の周波数の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、を備える。
【００１６】
また、請求項３に記載の本発明は、電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う電界通信発信器であって、前記情報を記憶するための情報記憶手段と、前記情報記憶手段から出力された前記情報を同時に複数の搬送波で変調し送信するための送信手段と、固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、を備える。
【００１７】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項３において、前記送信手段は、複数の前記搬送波を生成し送信するための広帯域な交流信号源を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、情報などの信号を送信するための発信器において、リアクタンス値を変えながら送信することによって変動する浮遊容量に対応し、かつ回路規模の小型化も可能な電界通信発信器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、全体構成図を図１に示す。
【００２０】
本実施の形態による電界通信発信器である発信器１には、情報を搬送波で変調して出力するための送信回路５と、固定情報を記憶して送信回路５に出力する情報記憶部６と、可変リアクタンス部４のリアクタンス値の設定や情報記憶部６に情報を出力する信号の出力を行う発信器制御部７と、可変リアクタンス部４に接続されて情報を送信するための送信電極８と、を備えて構成されている。
【００２１】
なお、発信器１の備える送信電極８は絶縁体９を介して人体２に接している。また、人体２は大地グランド３との間で電位Ｖｂを有している。
【００２２】
次に、図２〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態による発信器１の動作を説明する。なお、図２には、本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、リアクタンス値制御のタイミングチャートを示している。また、図３には、本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、電圧Ｖｂのリアクタンス値依存性を説明するための図を示している。また、図４には、本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、動作を説明するためのフローチャートを示している。
【００２３】
発信器１は発信器制御部７から一定間隔Ｗで固定情報であるＩＤデータなどの情報の送信を行う。この情報の送信は、図２に参照されるリアクタンス値タイミングチャート１０に示すようにリアクタンス値を変えて実行される。
【００２４】
なお、ここではリアクタンス値を段階に分割しており、リアクタンス値タイミングチャート１０においては固定情報を５回送信している。また、可変リアクタンス部４において実行されるリアクタンス値の可変は、発信器制御部７から出力される制御信号に従ってリアクタンス値が可変制御されている。
【００２５】
こうしたリアクタンス値を可変しつつ送信を行うことによって、図２および図３に参照されるように、人体２と大地グランド３の間の電圧Ｖb はＶｂ値タイミングチャート１１に示すように３回目のリアクタンス値（リアクタンス値タイミングチャート１０に示す（３）のタイミングのリアクタンス値に相当）にて最大値を示す。
【００２６】
なお、リアクタンス値と電圧Ｖb の関係は、図３に示すＶｂ値／リアクタンス値の関係図１２のように（３）回目のリアクタンス値の値において、電圧Ｖb の振幅が共振により最大値となる。すなわち、発信器１の可変リアクタンス部４が、あるリアクタンス値（例えば図２では（３）に示すリアクタンス値）になった場合に人体２に印加される電圧Ｖｂは最大となる。
【００２７】
ここで、図４を参照して説明するならば、ステップＳ１において、リアクタンス値の設定がリアクタンス部４にて実行される。このリアクタンス値は発信器制御部７からの設定信号に基づいて決定される。
【００２８】
次に、ステップＳ２において、情報出力が実行される。この情報出力とは、情報記憶部６に記憶されているＩＤデータなどの固定された情報が、送信回路５を経て可変リアクタンス部４に送られて送信電極８を介し、最終的に人体２へ到達する出力である。情報出力は発信器制御部７から出力される情報出力命令により実行される。
【００２９】
次に、ステップＳ３において、可変リアクタンスの次の設定値は可変範囲内であるか否かが判断される。この判断は可変リアクタンス部４が可変し得るリアクタンス値の範囲と、発信器制御部７が制御可能なリアクタンス値の設定値の範囲とを勘案して、発信器制御部７において判断される。
【００３０】
このステップＳ３の判断で、現在のリアクタンス値の次の設定値が可変範囲内であると判断されると、再びステップＳ１に戻り可変リアクタンスの設定が実行される。
【００３１】
また、このステップＳ３の判断で、現在のリアクタンス値の次の設定値が可変範囲外であると判断されると、リアクタンス値の変更は終了する。
【００３２】
次に、ステップＳ４において、リアクタンス値の変更が設定可能範囲内を一巡した後に、リアクタンス値を初期値にリセットする。
【００３３】
次に、ステップＳ５において、時間Ｗの間で待機状態（時間Ｗウェイト）となり、この待機が終了すると再びステップＳ１から動作を繰り返す。
【００３４】
以上説明したように、共振の起きるリアクタンス値は、回路のグランドや人体２と大地グランド３の間の浮遊容量により変化する。そこで、このリアクタンス値の変化範囲を可変可能範囲内とし、この範囲内であれば設定したリアクタンス値でもって大きな信号（電圧Ｖb ）を印加することができる。
【００３５】
固定情報を１回でも受信できればよいシステムに適用する発信器１の場合では、リアクタンス値を確実に調整して逐次送信する方法に限定されることなく、例えばリアクタンス値を予め設定したいくつかの値に順次変えてから固定情報を送信しても通信は可能である。
【００３６】
この場合は、発信器１の回路規模も小さくできるので、リアクタンス値を変えながら送信することによって変動する浮遊容量に対応でき、かつ電界通信発信器の全体を小型化できる。
【００３７】
なお、本第１の実施の形態では、リアクタンス値を順次変える時間間隔は０秒に設定していたが、この時間間隔を任意に設定してもよい。リアクタンス値を変える順序も、小から大だけでなく、その逆やランダムでもよい。また、送信しない時間に送信回路５等の電源をオフにすれば低消費電力化できる。
【００３８】
＜第２の実施の形態＞
図５には、本発明の電界通信発信器の第２の実施の形態に係る、概略の全体構成を示す。
【００３９】
図５に示す発信器１は、本発明の電界通信発信器の第２の実施の形態であり、その構成として、浮遊容量と共振現象を起こすためのリアクタンス部１３と、設定信号をもとに出力すべき搬送波の周波数を設定し、送信すべき情報を搬送波で変調し出力するための送信回路５と、人体に信号である電界を誘起する送信電極８と、絶縁体９と、送信すべき情報を記憶しておきそれを送信回路５に出力する情報記憶部６と、情報記憶部６と送信回路５を制御する発信器制御部７とを備えている。
【００４０】
こうした構成の発信器１は、既に説明した本発明の第１の実施の形態の構成（図１を参照）と比較して、可変リアクタンス部４に替えてリアクタンス部１３が備わり、発信器制御部７は送信回路５に接続され設定信号を与えている点が異なっている。
【００４１】
リアクタンス部１３に設定されたリアクタンス値は、可変ではなく固定された一定の値を示す。一方、送信回路５が送出する搬送波は、送信回路５内の搬送波の周波数を予め設定したいくつかの値に順次変えて情報記憶部６の固定情報を送信する。
【００４２】
送信回路５から送出される搬送波の周波数を、例えば図２に参照されるように５種類の周波数（図中のリアクタンス値を周波数に読み替える）によって時系列順に変化させる。搬送波の周波数が変化するので、リアクタンス部１３のリアクタンス値と浮遊容量の関係から共振する周波数と搬送波の周波数が合致あるいは近値となった場合に電圧Ｖｂが最大値を示す。
【００４３】
＜第３の実施の形態＞
図６には、本発明の電界通信発信器の第３の実施の形態に係る、概略の全体構成を示す。
【００４４】
図６に示す発信器１は、本発明の電界通信発信器の第３の実施の形態であり、その構成として、浮遊容量と共振現象を起こすためのリアクタンス部１３と、広帯域の周波数の搬送波を出力するための広帯域交流信号源１７と、設定信号をもとに出力すべき搬送波の周波数を設定し、送信すべき情報を搬送波で変調し出力するための変調回路１６および送信回路１５と、人体に信号である電界を誘起する送信電極８と、絶縁体９と、送信すべき情報を記憶しておきそれを送信回路５に出力する情報記憶部６と、情報記憶部６を制御する発信器制御部７とを備えている。
【００４５】
こうした構成の発信器１は、既に説明した本発明の第２の実施の形態の構成（図５を参照）と比較して、発信器制御部７は情報記憶部６の制御のみを行っており、送信回路１５内に変調回路１６および広帯域交流信号源１７を備えている点が異なっている。
【００４６】
この第３の実施の形態による発信器１では、図７に参照されるように、広帯域の周波数から構成される搬送波を一度に出力する。送信される搬送波が広帯域なので、この帯域の中で共振が生じる周波数が存在しており、例えば図７中の矢印で示した共振周波数などで共振する。
【００４７】
この共振により、図８に参照されるように、共振周波数に近い周波数成分が人体に大きく印加されることになる。このように、１度の送信だけで共振現象を起こすことができ、人体に大きな信号を印加できるので、搬送波の周波数を順次変える必要がなく送信の制御を簡潔にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、概略の全体構成図を示す。
【図２】本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、リアクタンス値制御のタイミングチャートを示す。
【図３】本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、電圧Ｖｂのリアクタンス値依存性を説明するための図を示す。
【図４】本発明の電界通信発信器の第１の実施の形態に係る、動作を説明するためのフローチャートを示す。
【図５】本発明の電界通信発信器の第２の実施の形態に係る、概略の全体構成を示す。
【図６】本発明の電界通信発信器の第３の実施の形態に係る、概略の全体構成を示す。
【図７】本発明の電界通信発信器の第３の実施の形態に係る、広帯域交流信号源の出力を説明するための図を示す。
【図８】本発明の電界通信発信器の第３の実施の形態に係る、広帯域交流信号源の出力を説明するための図を示す。
【図９】従来の技術による電界通信発信器の概略構成図を示す。
【図１０】従来の技術によるトランシーバの送受信の動作を説明するための説明図を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１  発信器
２  人体
３  大地グランド
４  可変リアクタンス部
５  送信回路
６  情報記憶部
７  発信器制御部
８  送信電極
１０  リアクタンス値タイミングチャート
１１  Ｖｂ値タイミングチャート
１２  Ｖｂ値／リアクタンス値の関係図
１３  リアクタンス部
１５  送信回路
１６  変調回路
１７  広帯域交流信号源
２０  広帯域交流信号源出力図
２１  広帯域交流信号源出力図
２２  印加値
【図１】
2006081114.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006081114.tif 000008
【図７】
2006081114.tif 000009
【図８】
2006081114.tif 000010
【図９】
2006081114.tif 000011
【図１０】
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