(57)【要約】【課題】  初期値と目標値との差を小さくして高速にリアクタンス値を調整し、不要な電磁波の放射を低減し、消費電力を小さくする。【解決手段】  送信信号入力を受ける容量Ａ１６と、制御信号入力を受けるバッファ１８と、インダクタ１４と、可変容量ダイオード１３と、抵抗Ａ２０と、抵抗Ｂ２１と、容量Ｂ１５と、固定電圧電源１２と、回路グランド１９と、フィルタ１１と、増幅器１７とを備える。自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１では、スイッチＡ１０にてａ１とｃ１とを接続した場合には、制御信号によりリアクタンス値を変化させる可変リアクタンス部になる。一方、ａ１とｂ１を接続した場合では、ＶＡＣの電圧を持つ送信信号が入力されると可変容量ダイオード１３の整流作用によりＶＤＣ、ＩＤが生じ、自身のリアクタンス値が変化して共振状態に近づく自己調整可変リアクタンス部になる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信すべきデータに基づく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前記データの送信を行うための送信器において、
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、前記送信に係る発信器のグランドと大地グランド間の浮遊容量と前記電界伝達媒体と前記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第１と第２のリアクタンス手段を有し、
前記第１のリアクタンス手段は、
前記送信の信号と共振するためのインダクタと印加された電圧に応じて静電容量が変化する可変容量ダイオードを備えた共振回路と、
前記共振回路に入力された前記送信の信号を前記可変容量ダイオードで整流して得られた直流電流に応じて電位差を生じ、この電位差を前記可変容量ダイオードのアノードとカソード間に印加する抵抗器と、を備え、
前記第２のリアクタンス手段は、
前記第１のリアクタンス手段が生成したリアクタンス値に基づいて前記共振状態における電圧が最大値となるように前記リアクタンス値を変化させるための制御信号を出力するリアクタンス制御手段と、
前記制御信号に応じて前記リアクタンス値を変化させて制御する可変リアクタンス手段と、を備えることを特徴とする送信器。
【請求項２】
前記第１のリアクタンス手段の動作と前記第２のリアクタンス手段の動作を前記リアクタンス値に応じて切り替えるスイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信器。
【請求項３】
前記可変容量ダイオードは、
同様の構成を有する他の可変容量ダイオードに対して互いの前記アノード同士で前記キャパシタを介すことなく直列に接続されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の送信器。
【請求項４】
前記可変容量ダイオードがすくなくとも３個以上で直列接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の送信器。
【請求項５】
前記請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の送信器と、
電界伝達媒体に誘起された受信すべきデータに基づく電界を受信して受信データ得る受信器とを備えることを特徴とするトランシーバ。
【請求項６】
前記受信器に電界検出光学部を有することを特徴とする請求項５に記載のトランシーバ。
【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受信を行う送信器及びトランシーバに関する。
【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、コンピュータにトランシーバを接続して一体に構成し、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。
【０００３】
このような、大地グランドから浮遊した電界通信用のトランシーバでは、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。可変リアクタンスを共振状態にするために、振幅モニタ部、制御信号発生部、電界検出光学部、信号処理部を用いてリアクタンス値を調整している。
【０００４】
電界通信において誘起される電界を強くするために、トランシーバの出力に可変リアクタンスを挿入し、生体と大地グランドおよびトランシーバのグランドと大地グランドの浮遊容量と共振させる方法が取られる（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００５】
実際の応用では図１１に示すように、Ｉ／Ｏ回路１００と、送信回路１０１と、可変リアクタンス部１０２と、リアクタンス制御部１０３と、電極１０５と、絶縁層１０６とで送信器を構成し、生体１０４を電界伝達媒体として電界通信を行っている。
【０００６】
こうした図１１に示す送信器の構成では、変化する浮遊容量に対してリアクタンス制御部１０３を用いて図１２に示す可変リアクタンス部１０２のリアクタンス値を逐次調整して共振を生じさせている。この時の調整開始からリアクタンス値が目標値になる時間は、調整開始の初期値目標値の差が小さい方が短くなる。
【０００７】
なお、従来の可変リアクタンス部１０２の構成は、送信信号が入力される容量Ｑ１１５と、制御信号が入力されるバッファ１１４と、固定電圧電源１１２と、インダクタ１０７と、可変容量ダイオード１０８と、容量Ｒ１０９と抵抗Ｌ１１０と、抵抗Ｍ１１１とからなる。
【特許文献１】特開２００４−１５３７０８号公報
【特許文献２】United States Ptent Appplication Publication,Pub.No.:US2004/09226A1  Pub.Date:May13,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上述した従来技術では、初期値と目標値との差が不確定であったため、リアクタンス値調整終了までの時間が長くなる場合があった。リアクタンス値調整時間が長いと振幅モニタ部、制御信号発生部が動作している時間が長くなり、消費電力が大きくなってしまったり、あるいは通信に関係ない不要な電磁波を放射してしまうという問題があった。
【０００９】
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、初期値と目標値との差を小さくして高速にリアクタンス値を調整することができ、不要な電磁波の放射を低減し、消費電力の小さい送信器およびトランシーバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、送信すべきデータに基づく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前記データの送信を行うための送信器において、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、前記送信に係る発信器のグランドと大地グランド間の浮遊容量と前記電界伝達媒体と前記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第１と第２のリアクタンス手段を有し、前記第１のリアクタンス手段は、前記送信の信号と共振するためのインダクタと印加された電圧に応じて静電容量が変化する可変容量ダイオードを備えた共振回路と、前記共振回路に入力された前記送信の信号を前記可変容量ダイオードで整流して得られた直流電流に応じて電位差を生じ、この電位差を前記可変容量ダイオードのアノードとカソード間に印加する抵抗器と、を備え、前記第２のリアクタンス手段は、前記第１のリアクタンス手段が生成したリアクタンス値に基づいて前記共振状態における電圧が最大値となるように前記リアクタンス値を変化させるための制御信号を出力するリアクタンス制御手段と、前記制御信号に応じて前記リアクタンス値を変化させて制御する可変リアクタンス手段と、を備える。
【００１１】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記第１のリアクタンス手段の動作と前記第２のリアクタンス手段の動作を前記リアクタンス値に応じて切り替えるスイッチを備える。
【００１２】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記可変容量ダイオードは、同様の構成を有する他の可変容量ダイオードに対して互いの前記アノード同士で前記キャパシタを介すことなく直列に接続されている。
【００１３】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記可変容量ダイオードがすくなくとも３個以上で直列接続されている。
【００１４】
また、請求項５に記載の本発明は、前記請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の送信器と、電界伝達媒体に誘起された受信すべきデータに基づく電界を受信して受信データ得る受信器とを備える。
【００１５】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項５において、前記受信器に電界検出光学部を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、初期値と目標値との差を小さくして高速にリアクタンス値を調整することができ、不要な電磁波の放射を低減し、消費電力の小さい送信器およびトランシーバ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】
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
図１に第１の実施の形態の送信器のブロック図を示す。この送信器は、Ｉ／Ｏ回路４と、送信回路３と、リアクタンス制御部２と、自己調整・外部制御切替リアクタンス制御部１と、送受信電極６と、絶縁体７とで構成され、生体５を電界伝達媒体として電界通信が可能である。この送信器では高速にリアクタンスを制御するために可変リアクタンス部に自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１を適用している。
【００１８】
この自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１の内部構成を図２に示す。この図２には、送信信号入力を受ける容量Ａ１６と、制御信号入力を受けるバッファ１８と、インダクタ１４と、可変容量ダイオード１３と、抵抗Ａ２０と、抵抗Ｂ２１と、容量Ｂ１５と、固定電圧電源１２と、回路グランド１９と、フィルタ１１と、増幅器１７とが示されている。
【００１９】
この自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１では、図２に示すようにスイッチＡ１０にてａ１とｃ１とを接続した場合には、制御信号によりリアクタンス値を変化させる可変リアクタンス部になる。一方、ａ１とｂ１を接続した場合では、ＶＡＣの電圧を持つ送信信号が入力されると可変容量ダイオード１３の整流作用によりＶＤＣ、ＩＤが生じ、自身のリアクタンス値が変化して共振状態に近づく自己調整可変リアクタンス部になる。
【００２０】
図３に示す自己調整動作を図４に示す。図４には浮遊容量に対して変化し最適に近い値に収束する際の各電圧電流信号の変化が示されている。
【００２１】
まず、図４（ａ）には可変容量ダイオード１３に振幅｜ＶＡＣ｜の交流電圧が印加されたときに生じる電流の直流成分ＩＤの関係を表したものである。逆バイアス電圧ＶＤＣが可変容量ダイオード１３の両端に生じると可変容量ダイオード１３が短絡となっている期間が短くなるため同じＶＡＣに対してＩＤは小さくなる。
【００２２】
図４（ｂ）にはＩＤが抵抗Ａ２０と抵抗Ｂ２１を流れたことによって生じる電位差（ＶＤＣと等価）のグラフ、同図４（ｃ）には可変容量ダイオード１３の容量ＣＶの電圧ＶＤＣ依存性を示す。また図４（ｄ）はＶｂの振幅｜Ｖｂ｜のＣＶ依存性である。
【００２３】
グラフ中の「１」〜「４」で示す点は可変リアクタンスに交流信号を入力し始めてからの各電流電圧の変化を示している。容量ＣＶの初期値はＶＤＣ＝０の時の値Ｃ１としている。また、｜ＶＡＣ｜は｜Ｖｂ｜に比例する。
【００２４】
交流信号が入力されると可変容量ダイオード１３で整流され直流電流ＩＤを生じる（図４（ａ）の点１）。これが抵抗Ａ２０と抵抗Ｂ２１を流れることにより直流電圧ＶＤＣを発生させ、これと同じ電位差が可変容量ダイオード１３にも印加される。これにより容量ＣＶは減少し（図４（ｃ）の点１）、共振を起す容量値に近づき｜Ｖｂ｜は大きくなる。
【００２５】
そして、｜ＶＡＣ｜は｜Ｖｂ｜に比例するため、｜ＶＡＣ｜は大きくなるが、ＶＤＣも大きくなっているため｜ＶＡＣ｜とＩＤの関係は図４（ａ）の点「２」に移動する。この後も同じようにＣＶが減少し｜ＶＡＣ｜は大きくなるが、ＶＤＣも大きくなるためＩＤの変化量は徐々に小さくなりゼロに収束する。ＩＤの変化量がゼロになると｜ＶＡＣ｜は一定となり、共振状態での振幅に近づく。この変化の速さは抵抗Ａ２０と抵抗Ｂ２１と容量Ａ１６と容量Ｂ１５の大きさに依存する。
【００２６】
そして、リアクタンス制御部２により調整する場合では、自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１のリアクタンス値設定後に印加されている振幅が最大かどうかを判別し、最大でなければ振幅が大きくなる方にリアクタンス値を設定する動作を繰り返して共振状態に調整する。
【００２７】
この場合のリアクタンス値を１度設定してから振幅が一定になるのに要する時間は抵抗Ａ２０と抵抗Ｂ２１、容量Ａ１６と容量Ｂ１５の大きさに依存する。この動作を何回も繰り返すリアクタンス部でリアクタンス値を共振状態の近くまで変化させた後、リアクタンス制御部２により共振状態に調整することにより高速にリアクタンス値を調整できる。
【００２８】
なお、自己調整可変リアクタンスにしたときのリアクタンス値をリアクタンス制御部２に出力するためにリアクタンスモニタ信号を出力するフィルタ１１と増幅器１７を付加している。以上の構成により高速にリアクタンス値を調整して不要な電磁波の放射を低減し、消費電力の小さい送信器を提供できる。
【００２９】
なお、図２では自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１のスイッチＡ１０を可変容量ダイオード１３のアノード側に接続していたが、図５のようにカソード側に接続してもよい。また、図６のように抵抗３を抵抗Ａ２０と抵抗Ｂ２１の間に挿入し抵抗間のノードからモニタ信号を出力しても同じ効果が得られる。
【００３０】
図７に第１の実施の形態の送信器を適用したトランシーバの構成のブロック図を示す。図１に示した構成に対して、受信した信号を増幅、フィルタ、復調してＩ／Ｏ回路４に出力する受信部２３を付加している。
【００３１】
図８には別のトランシーバの構成のブロック図を示す。このトランシーバでは送受信の切替を行うスイッチＢ２４を使用し、送信の場合ではａ２とｂ２を接続して送信回路３と自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１を接続する。受信の場合ではａ２とｃ２を接続して受信部２３に受信した信号を入力する。このとき自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１のリアクタンス値を最小に設定する。
【００３２】
なお、受信部２３の入力段に光学的に電界を検出する電界検出光学部を用いてもよい。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
図９に自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部１の第２の実施の形態を示す。交流信号では各容量を短絡とみなせ可変容量ダイオードＡ２９、可変容量ダイオードＢ２８が直列に接続された構成となり、交流信号の電圧はそれぞれの各可変容量ダイオードＡ２９と可変容量ダイオードＢ２８に分割されて印加される。
【００３４】
従って共振状態になって交流信号の電圧が大きくなってもそれぞれの可変容量ダイオードに印加される電圧は半分になり、可変容量ダイオードが１個のときに比べ可変容量ダイオードの印加電圧の制限による共振の抑制が生じにくくなる。
【００３５】
本実施の形態では可変容量ダイオードを可変容量ダイオードＡ２９と可変容量ダイオードＢ２８の計２個で用いているが、２個以上でもかまわない。これに対し、低周波である制御信号では各容量を開放とみなせ各可変容量ダイオードはバッファアンプ１８から見て並列に接続されている。このため制御信号の電圧は分割されることなくそのままの大きさで印加される。本実施の形態では印加電圧が耐電圧よりも大きくなったことによる共振の抑制を防ぎ、かつ容量の可変範囲を減少させない回路構成となっている。
【００３６】
＜第３の実施の形態＞
図１０に自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部の第３の実施の形態を示す。可変容量ダイオードの電流電圧特性は非対称でありアノードの電位が高いときには半導体の特性で決まる所定の値より大きい時は短絡になり、交流信号の振幅が抑制される。
【００３７】
これを防ぐために高周波の交流信号に対して可変容量ダイオードＡ２９、可変容量ダイオードＢ２８、可変容量ダイオードＣ３１、可変容量ダイオードＤ３２を直列かつ逆方向にも接続している。この構成により一方の可変容量ダイオードが短絡となっても逆方向の可変容量ダイオードは短絡になっていないため交流信号の振幅が抑制されることはない。
【００３８】
以上において説明した実施の形態によれば、初期値と目標値との差を小さくして高速にリアクタンス値を調整することができ、不要な電磁波の放射を低減し、消費電力の小さい送信器およびトランシーバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態に係る送信器の全体構成図を示す。
【図２】実施の形態に係る自己調整・外部性御切替可変リアクタンス部の構成図を示す。
【図３】実施の形態に係る自己調整可変リアクタンス部の構成図を示す。
【図４】実施の形態に係る自己調整可変リアクタンス部の動作の説明図を示す。
【図５】実施の形態に係る自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部の変形例の構成図を示す。
【図６】実施の形態に係る自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部の変形例の構成図を示す。
【図７】実施の形態に係るトランシーバの構成図を示す。
【図８】実施の形態に係るトランシーバの他の構成図を示す。
【図９】実施の形態に係る自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部の変形例の構成図を示す。
【図１０】実施の形態に係る自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部の変形例の構成図を示す。
【図１１】従来の技術による送信回路の構成図を示す。
【図１２】従来の技術による可変リアクタンス部の構成図を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１  自己調整・外部制御切替可変リアクタンス部
２  リアクタンス制御部
３  送信回路
４  Ｉ／Ｏ回路
１０  スイッチＡ
１１  フィルタ
１２  固定電源
１３  可変容量ダイオード
１４  インダクタ
１５  容量Ｂ
１６  容量Ａ
１７  増幅器
１８  バッファ
２０  抵抗Ａ
２１  抵抗Ｂ
【図１】
2006314053.tif 000003
【図２】
2006314053.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006314053.tif 000009
【図８】
2006314053.tif 000010
【図９】
2006314053.tif 000011
【図１０】
2006314053.tif 000012
【図１１】
2006314053.tif 000013
【図１２】
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