(57)【要約】【課題】人体のようなハイインピーダンスを持つ伝送媒体を介して送受信を行うものにおいて、情報信号の受信時の受信効率を向上させると共に、情報信号の送信時の送信レベルを高めることができる送受信装置および通信システムを提供すること。【解決手段】伝送媒体としての人体２に接触または容量結合する送受信電極１１と、送受信電極１１に接続された受信系１２と、送受信電極１１に接続された送信系１３とを備え、信号送信時に、送受信電極１１から見た受信系１２側を開放状態とし、送受信電極１１から送信系１３側を見たときのインピーダンスを人体２のインピーダンスに整合させ、信号受信時に、送受信電極１１から見た送信系１３側を開放状態とし、送受信電極１１から受信系１２側を見たときのインピーダンスを人体２のインピーダンスに整合させるよう構成した。【選択図】図１
2011087042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定のインピーダンスを持つ伝送媒体を介して情報信号を送受信する送受信装置であって、
前記伝送媒体に接触または容量結合する送受信電極と、
前記送受信電極に接続された受信系と、
前記送受信電極に接続された送信系とを備え、
信号送信時に、前記送受信電極から見た受信系側を開放状態とし、前記送受信電極から送信系側を見たときのインピーダンスを前記特定のインピーダンスに整合させ、
信号受信時に、前記送受信電極から見た送信系側を開放状態とし、前記送受信電極から受信系側を見たときのインピーダンスを前記特定のインピーダンスに整合させることを特徴とする送受信装置。
【請求項２】
前記受信系にスイッチング素子を設け、
前記送信系に増幅素子を設け、
信号送信時に、前記スイッチング素子をオフにすると共に、前記増幅素子をオンにし、
信号受信時に、前記スイッチング素子をオンにすると共に、前記増幅素子をオフにするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の送受信装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子をガリウム・ヒ素デバイスで構成したことを特徴とする請求項２に記載の送受信装置。
【請求項４】
前記受信系には、前記送受信電極とグランドとの間にマッチング用抵抗が接続されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の送受信装置。
【請求項５】
前記受信系には、前記送受信電極とグランドとの間にキャパシタとインダクタとからなる並列共振回路が接続されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の送受信装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の送受信装置と、
前記伝送媒体に対して情報信号を電界として付与する通信装置とを備えたことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体のような伝送媒体を介して送受信を行う送受信装置および通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術発達に伴い、全く新しい通信方法として人体などに誘導される電界を用いる通信方法が提案されている。このような通信方法においては、情報信号を変調して得られた変調信号に対応した電界を送信器から伝送媒体である人体に付与して、人体を伝送した電界を受信器において検出し、その電界に対応する情報信号を復調している。
【０００３】
従来、上記の通信方法を用いた送受信装置として、特許文献１に開示されているものがある。この特許文献１に記載の送受信装置は、人体に容量結合する送受信電極に、信号送信時に人体に対して情報信号を電界として付与する送信系と、信号受信時に人体に付与された電界から信号を受信する受信系とを接続して構成されている。送受信回路の受信系には、送受信電極を介して受信した情報信号から所定の周波数成分を抽出するＬＣ共振回路が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／１１４７２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に人体はハイインピーダンスを持つため、この人体が持つインピーダンスを送受信装置に対するシリーズインピーダンスとしてみなすことができる。この場合、特許文献１に記載の送受信装置においては、信号受信時にＬＣ共振回路等のインピーダンスだけでは人体と送受信装置間のインピーダンス整合がとれず、情報信号の受信効率が悪化するという問題があった。
【０００６】
また、人体はハイインピーダンスであるため、送信系から出力される情報信号の信号レベルが高く（高電圧に）設定される。このとき、送受信装置の送信系と受信系とが送受信電極を共用しているため、送信系から受信系に回り込む情報信号により受信系が破損するおそれがあり、送信レベルが制限されてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、人体のようなハイインピーダンスを持つ伝送媒体を介して送受信を行うものにおいて、情報信号の受信時の受信効率を向上させると共に、情報信号の送信時の送信レベルを高めることができる送受信装置および通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の送受信装置は、特定のインピーダンスを持つ伝送媒体を介して情報信号を送受信する送受信装置であって、前記伝送媒体に接触または容量結合する送受信電極と、前記送受信電極に接続された受信系と、前記送受信電極に接続された送信系とを備え、信号送信時に、前記送受信電極から見た受信系側を開放状態とし、前記送受信電極から送信系側を見たときのインピーダンスを前記特定のインピーダンスに整合させ、信号受信時に、前記送受信電極から見た送信系側を開放状態とし、前記送受信電極から受信系側を見たときのインピーダンスを前記特定のインピーダンスに整合させることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、信号送信時および信号受信時に、伝送媒体と送受信装置とのインピーダンス整合がとられるため、情報信号の送受信効率を向上させることができる。また、信号送信時に、送受信装置の受信系が開放されるため、送信系から受信系に情報信号が回り込むことが防止され、情報信号の送信レベルを高めたとしても情報信号により受信系が破損するおそれがない。よって、情報信号の送信レベルを制限することなく、ハイインピーダンスを有する伝送媒体に情報信号を送信することができる。
【００１０】
また本発明は、上記送受信装置において、前記受信系にスイッチング素子を設け、前記送信系に増幅素子を設け、信号送信時に、前記スイッチング素子をオフにすると共に、前記増幅素子をオンにし、信号受信時に、前記スイッチング素子をオンにすると共に、前記増幅素子をオフにするようにしたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、簡易な構成により送受信電極から受信系側のインピーダンスを開放すると共に、送受信電極から送信系側のインピーダンスを開放することができる。
【００１２】
また本発明は、上記送受信装置において、前記スイッチング素子をガリウム・ヒ素デバイスで構成したことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、ガリウム・ヒ素デバイスで構成されたスイッチング素子は、高耐圧特性を有するため、信号送信時に情報信号の送信レベルを高めることができる。
【００１４】
また本発明は、上記送受信装置において、前記受信系には、前記送受信電極とグランドとの間にマッチング用抵抗が接続されたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、信号受信時に、簡易な構成により伝送媒体と受信系とのインピーダンス整合をとることができる。
【００１６】
また本発明は、上記送受信装置において、前記受信系には、前記送受信電極とグランドとの間にキャパシタとインダクタとからなる並列共振回路が接続されている。
【００１７】
また本発明の通信システムは、上記の送受信装置と、前記伝送媒体に対して情報信号を電界として付与する通信装置とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、情報信号の受信時の送受信効率を向上させて、ハイインピーダンスな伝送媒体を介して適切な通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、人体のようなハイインピーダンスを持つ伝送媒体を介して送受信を行うものにおいて、情報信号の受信時の受信効率を向上させると共に、情報信号の送信時の送信レベルを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る送受信装置の実施の形態を示す図であり、通信システムのシステム構成図である。
【図２】本発明に係る送受信装置の実施の形態を示す図であり、送受信装置の信号受信時の動作説明図である。
【図３】本発明に係る送受信装置の実施の形態を示す図であり、送受信装置の信号送信時の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態に係る送受信装置は、人体等のハイインピーダンスを持つ伝送媒体とインピーダンス整合をとることにより、伝送媒体を介した情報信号の送受信効率を向上させるものである。また、以下においては、伝送媒体として人体を介して情報信号を送受信する送受信装置を例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではなく適宜変更が可能である。
【００２２】
図１を参照して、本発明の送受信装置を備えた通信システムについて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る通信システムのシステム構成図である。
【００２３】
図１に示すように、通信システム１は、人体２等の伝送媒体を介して情報信号を送受信するものであり、人体２に装着された通信装置３と、人体２に接触または容量結合することにより人体２を介して通信装置３と通信する送受信装置４とを備えている。なお、通信装置３は、送受信装置４と略同様な構成を有し、人体２に装着される点においてのみ送受信装置４と相違している。したがって、以下の説明では、通信装置３の説明を極力省略して送受信装置４を中心に説明する。
【００２４】
この通信システム１においては、通信装置３と人体２との間、および送受信装置４と人体２との間は、電気的に容量結合しており、情報信号を変調した電界により情報信号を伝送するようになっている。この場合、人体２には、変位電流は流れるが定常電流は流れないので、通信装置３と人体２とが電気的に導通している必要がない。したがって、例えば、薄い布を介して通信装置３の電極と人体２とが容量結合するので、衣類の上からでも情報信号の伝送が可能である。
【００２５】
人体２は、変位電流が流れる伝送媒体であり、例えば、数１００［Ω］のハイインピーダンスを有している。よって、通信システム１においては、人体２を介した情報信号を伝送するために、通信装置３および送受信装置４から出力される情報信号の送信レベルが高く（高電圧に）設定される。通信装置３および送受信装置４の送信系は、この高く設定された情報信号の送信レベルに対応可能に設計されている。一方、通信装置３および送受信装置４の受信系は、人体２を介して信号レベルが落ちた情報信号を受信するため、高い信号レベルには非対応となっている。
【００２６】
送受信装置４は、人体２に接触または電気的に容量結合される送受信電極１１を有している。送受信電極１１には、通信装置３から送受信電極１１を介して情報信号を受信する受信系１２と、通信装置３に送受信電極１１を介して情報信号を送信する送信系１３とがそれぞれ接続されている。送受信電極１１は、平板電極により形成されており、人体２に接触または容量結合することにより、人体２に付与された電界を介して通信装置３に通信可能となっている。
【００２７】
受信系１２は、結合キャパシタ２１を介して送受信電極１１に接続されたＬＣ共振回路２２を有している。ＬＣ共振回路２２は、結合キャパシタ２１とグランドとの間に並列に接続されたインダクタ２３およびキャパシタ２４とから構成されており、通信用の周波数成分に応じた共振周波数（約１０．７［ＭＨｚ］）が設定されている。結合キャパシタ２１とグランドとの間には、ＬＣ共振回路２２に並列にインピーダンス整合用のマッチング用抵抗２５が設けられている。
【００２８】
ＬＣ共振回路２２の後段には、結合キャパシタ２６を介して電界通信ＩＣ１４に設けられた受信部２７が接続されている。受信部２７は、図示しない復調回路を有し、通信装置３から送受信電極１１を介して受信した変調信号を通信装置３で使用した搬送波を用いて復調して情報信号を取得する。結合キャパシタ２１と送受信電極１１との間には、スイッチング素子２８が設けられている。
【００２９】
スイッチング素子２８は、ガリウム・ヒ素デバイスで構成されたＧａＡｓスイッチであり、高耐圧特性を有している。このため、送受信装置４の信号送信時に送信系１３から回り込む情報信号が高電圧であっても適切なスイッチング動作が可能となっている。また、スイッチング素子２８は、電界通信ＩＣ１４に設けられた制御部１５に接続されており、制御部１５に制御されてオン・オフが切り換えられる。
【００３０】
この場合、スイッチング素子２８は、送受信装置４の信号受信時にオンにされて送受信電極１１と受信系１２とを導通し、送受信装置４の信号送信時にオフにされて送受信電極１１と受信系１２とを非導通とする。このように、送受信装置４の信号送信時には、スイッチング素子２８によって送受信電極１１と受信系１２とが切り離されることにより、送受信電極１１から受信系１２側を見たときのインピーダンスが開放される。
【００３１】
また、受信系１２は、ＬＣ共振回路２２および受信部２７にマッチング用抵抗２５を加えることで、入力インピーダンスが人体２のインピーダンスに等しい大きさに設定されている。なお、マッチング用抵抗２５は、固定抵抗でもよいし、可変抵抗であってもよい。マッチング用抵抗２５のインピーダンスは、固定抵抗の場合に平均的な人体２のインピーダンスの大きさに合わせて設定され、可変抵抗の場合に個別に人体２のインピーダンスの大きさに合うように調整される。
【００３２】
送信系１３は、結合キャパシタ３１を介して送受信電極１１に接続され、電界通信ＩＣ１４に設けられた送信部３２を有している。送信部３２は、図示しない変調回路を有し、搬送波を情報信号で変調して、変調信号を生成する。この場合、変調信号は、人体２の導電性を示す周波数（数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ）に変調されている。この変調信号は、増幅されて電圧変化として送受信電極１１に印加されることにより、送受信電極１１の周囲に情報信号に対応した電界信号が発生される。この電界信号が人体２に付与され、通信装置３の電極に加えられることで、送受信装置４から通信装置３に情報信号が伝送される。
【００３３】
また、送信系１３は、変調信号を増幅するアンプ３３を有している。アンプ３３には、図示しない増幅素子としてのトランジスタが設けられている。トランジスタは、増幅素子として機能すると共に、スイッチング素子として機能する。また、トランジスタは、電界通信ＩＣ１４に設けられた制御部１５に接続されており、制御部１５に制御されてオン・オフが切り換えられる。
【００３４】
この場合、トランジスタは、送受信装置４の信号送信時にオンにされて送信部３２と送受信電極１１とを導通し、送受信装置４の信号受信時にオフにされて送信部３２と送受信電極とを非導通とする。このように、送受信装置４の信号受信時には、トランジスタによって送受信電極１１と送信系１３とが切り離されることにより、送受信電極１１から送信系１３側を見たときのインピーダンスが開放される。また、送信系１３は、送信部３２により出力インピーダンスが人体２のインピーダンスに等しい大きさに設定されている。
【００３５】
このように、送受信装置４においては、受信系１２および送信系１３のインピーダンスがそれぞれ人体２のインピーダンスに等しい値に設定され、信号の送受信に応じてスイッチング素子２８およびトランジスタがオン・オフに切り換えられる。この構成により、送受信装置４の入出力インピーダンスが人体２のインピーダンスに整合される。
【００３６】
また、上記したように、通信装置３も送受信装置４と略同様な構成を有している。すなわち、通信装置３は、信号送信時に人体２に付与した電界を介して情報信号に対応した変調信号を送受信装置４に送信し、信号受信時に送受信装置４から受信した変調信号から情報信号を取り出すように構成されている。このとき、通信装置３の入出力インピーダンスも人体２のインピーダンスに整合されるように構成されている。
【００３７】
以下、図２および図３を参照して、本発明の送受信装置の動作について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る送受信装置の信号受信時の動作説明図である。図３は、本発明の実施の形態に係る送受信装置の信号送信時の動作説明図である。
【００３８】
最初に、図２を参照して、送受信装置４の信号受信時の動作について説明する。図２に示すように、送受信装置４の信号受信時には、制御部１５によりスイッチング素子２８がオン、アンプ３３のトランジスタがオフにそれぞれ制御され、送受信電極１１から見た送信系１３側のインピーダンスが開放される。そして、受信系１２の入力インピーダンスが人体２のインピーダンスに等しい大きさに設定されているため、送信系１３のインピーダンスが開放されることで、受信系１２の入力インピーダンスが人体２のインピーダンスに整合される。
【００３９】
この状態で、通信装置３において情報信号に対応した変調信号が、人体２に付与された電界を介して送受信装置４の送受信電極１１に伝送される。送受信電極１１で受信された変調信号は、ＬＣ共振回路２２において通信用の周波数成分が抽出され、受信部２７の復調回路において復調されて情報信号が取得される。このとき、受信系１２の入力インピーダンスが人体２のインピーダンスに整合されているため、情報信号の受信効率が向上されている。
【００４０】
次に、図３を参照して、送受信装置４の信号送信時の動作について説明する。図３に示すように、送受信装置４の信号送信時には、制御部１５によりスイッチング素子２８がオフ、アンプ３３のトランジスタがオンにそれぞれ制御され、送受信電極１１から見た受信系１２側のインピーダンスが開放される。そして、送信系１３の出力インピーダンスが人体２のインピーダンスに等しい大きさに設定されているため、受信系１２のインピーダンスが開放されることで、送信系１３の出力インピーダンスが人体２のインピーダンスに整合される。
【００４１】
この状態で、送信部３２において情報信号が変調され、変調信号がアンプ３３において増幅される。変調信号の送信レベルは、ハイインピーダンスを有する人体２を介して送信可能なように、高く増幅される。このとき、送受信電極１１から見た受信系１２側のインピーダンスが開放されているため、受信系１２の影響により送信系１３からの出力の歪を抑制することができると共に、送信系１３から情報信号が受信系１２に回り込むことによって高電圧に対応していない受信系１２の破損が防止される。
【００４２】
そして、増幅された変調信号は、人体２に付与された電界を介して通信装置３に伝送され、通信装置３において復調されて情報信号が取得される。このとき、送信系１３の出力インピーダンスが人体２のインピーダンスに整合されているため、情報信号の送信効率が向上されている。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る送受信装置４によれば、信号送受信時に、人体２のインピーダンスと送信系１３および受信系１２の入出力インピーダンスが整合されるため、情報信号の送受信効率を向上させることが可能となる。また、信号送信時に、送受信装置４の受信系１２が開放されるため、送信系１３から受信系１２に情報信号が回り込むことが防止され、情報信号の送信レベルを高めたとしても情報信号により受信系１２が破損するおそれがない。よって、情報信号の送信レベルを制限することなく、ハイインピーダンスを有する人体２に情報信号を送信することができる。
【００４４】
なお、上記した実施の形態においては、通信装置を人体に装着し、送受信装置を人体から離間して設ける構成としたが、この構成に限定されるものではない。通信装置と送受信装置とが人体を介して通信可能であればよく、例えば、通信装置を人体から離間して設け、送受信装置を人体に装着する構成としてもよい。
【００４５】
また、上記した実施の形態においては、通信装置を送受信装置と略同様な構成としたが、この構成に限定されるものではない。通信装置は、人体に付与した電界を介して送受信装置と通信可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。
【００４６】
また、上記した実施の形態においては、送信系のアンプに設けられたトランジスタをオン・オフすることにより、送受信電極から見た送信系のインピーダンスを開放・非開放に切り換える構成としたが、この構成に限定されるものではない。送信系は、送受信電極から見た送信系のインピーダンスを開放・非開放に切り換える構成を有すればよく、例えば、トランジスタの代わりに、送信部への電源供給を制御する構成を有してもよい。
【００４７】
また、上記した実施の形態においては、受信系のスイッチング素子をオン・オフすることにより、送受信電極から見た受信系のインピーダンスを開放・非開放に切り替える構成としたが、この構成に限定されるものではない。受信系は、送受信電極から見た受信系のインピーダンスを開放・非開放に切り換える構成を有すれば、どのような構成でもよい。この場合、送受信装置の信号送信時に送信系から回り込む高電圧な情報信号に耐える構成が好ましい。
【００４８】
また、上記した実施の形態においては、送受信電極を平板電極として説明したが、この構成に限定されるものではない。送受信電極は、人体と接触または容量結合可能であればよく、例えば、柔軟性を有する導電性フィルム等の薄厚の導電性材料により構成するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記した実施の形態においては、伝送媒体として人体を例示して説明したが、この構成に限定されるものではない。伝送媒体は、電界通信可能な媒体であればよく、例えば、動植物等の生体であってもよいし、生体以外のものであってもよい。
【００５０】
また、上記した実施の形態においては、マッチング用抵抗により受信系の入力インピーダンスと人体のインピーダンスとが等しくなる構成としたが、この構成に限定されるものではない。受信系の入力インピーダンスと人体のインピーダンスとが等しければ、マッチング用抵抗を設けない構成としてもよい。
【００５１】
また、上記した実施の形態においては、信号受信時に、受信系の入力インピーダンスと人体のインピーダンスとが等しくなる構成としたが、完全に等しくなる構成に限定されるものではない。受信系の入力インピーダンスと人体のインピーダンスとの間で整合が取れる程度に一致していればよい。
【００５２】
また、上記した実施の形態においては、信号送信時に、送信系の出力インピーダンスと人体のインピーダンスとが等しくなる構成としたが、完全に等しくなる構成に限定されるものではない。送信系の出力インピーダンスと人体のインピーダンスとの間で整合が取れる程度に一致していればよい。
【００５３】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上説明したように、本発明は、情報信号の受信時の受信効率を向上させると共に、情報信号の送信時の送信レベルを高めることができるという効果を有し、特に、人体のような伝送媒体を介して送受信を行う送受信装置および通信システムに有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１  通信システム
２  人体（伝送媒体）
３  通信装置
４  送受信装置
１１  送受信電極
１２  受信系
１３  送信系
２２  ＬＣ共振回路（並列共振回路）
２３  インダクタ
２４  キャパシタ
２５  マッチング用抵抗
２７  受信部
２８  スイッチング素子
３２  送信部
３３  アンプ
【図１】
2011087042.tif 000003
【図２】
2011087042.tif 000004
【図３】
2011087042.tif 000005