(57)【要約】【課題】ＧＮＤの切り替えをなくすことで、ＧＮＤの切り替え時に発生する雑音を低減する。【解決手段】通信装置Ａ（１０Ａ）は、第１の高周波信号が入力された場合、第１の高周波信号を送信波に変換して放射し、受信波を検出した場合、受信波を第２の高周波信号に変換して出力する超音波振動子６２を直列に偶数個接続して２端子を形成し、偶数個の超音波振動子６２を等分する送受波素子の接続部を基準電位とする圧電素子部１８Ａと、入力された第１の情報信号に基づいて第１の高周波信号を生成し、生成した第１の高周波信号を差動信号として２端子に出力する送信部１４Ａと、２端子から出力される第２の高周波信号を合成してシングルエンド信号として入力し、入力した第２の高周波信号に含まれる第２の情報信号を抽出する受信部２２Ａ、２端子を、送信部１４Ａおよび受信部２２Ａの何れかに接続する切り替え切り替えスイッチ６６Ａと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の高周波信号が入力された場合、前記第１の高周波信号を送信波に変換して放射し、受信波を検出した場合、前記受信波を第２の高周波信号に変換して出力する送受波素子を直列に偶数個接続した２端子を有し、前記偶数個の前記送受波素子を等分する前記送受波素子の接続部を基準電位とする送受波回路と、
入力された第１の情報信号に基づいて前記第１の高周波信号を生成し、生成した前記第１の高周波信号を差動信号として前記２端子に出力する送信回路と、
前記２端子から出力される前記第２の高周波信号を合成してシングルエンド信号として入力し、入力した前記第２の高周波信号に含まれる第２の情報信号を抽出する受信回路と、
前記２端子を、前記送信回路および前記受信回路の何れかに接続する切り替え回路と、を備えることを特徴とする送受波装置。
【請求項２】
請求項１に記載の送受波装置において、
前記送信回路は、正相および逆相で２つの前記第１の高周波信号を生成することを特徴とする送受波装置。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかに記載の送受波装置において、
他方の前記送受波素子と接続する前記送受波素子の端子は、前記送受波素子のケースＧＮＤと電気的に短絡されていることを特徴とする送受波装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の送受波装置が実装された電子基板と、
前記電子基板を収納する筐体部と、を備え、
前記送受波回路の前記接続部は、前記電子基板のＧＮＤおよび前記筐体部のＧＮＤの少なくとも１つと電気的に短絡されていることを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項４に記載の通信装置において、
前記送受波素子は、前記送信波および前記受信波の指向特性の方向が他の前記送受波素子の前記指向特性の方向と異なるように、前記筐体部に設置されることを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送受波装置および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ダイバーが潜水中に超音波を用いて、地上部または船上部の基地局や、水中の他のダイバーとの通信を行う装置が開発されている。また、ダイバーが装着するエアタンクは、従来ではホースを介して残圧計で残量を監視したが、近年では、残量に関する情報をダイバーの腕に装着した情報処理装置に送信する通信装置が開発されている。このような装置は、小型化、軽量化、低消費電力化および低コスト化を実現すべく、高効率な送信回路と高感度な受信回路が要求されている。
このような要求に対して、通信装置のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を改善すべく、下記特許文献１に示すように、送受信に際して、差動増幅器を用いて振動子を平衡で駆動する方式が提案されている。このような方式では、平衡タイプを採用することで、特に受信回路において雑音に対して優れた特性を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１１４６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のダイバーズ用情報処理装置のように振動子と受信回路が近接する場合、線路の一方をグラウンド（ＧＮＤ）とし、他方の信号側を最短距離で接続したシングルエンド方式を採用することで、雑音の影響は軽減されることが知られている。
しかしながら、このような通信装置において送受信を切り替える際、ＧＮＤの切り替え時に雑音が発生し、その影響によりＳ／Ｎ比が悪化するという問題があった。本発明は、ＧＮＤの切り替え時に発生する雑音を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
本適用例にかかる送受波装置は、第１の高周波信号が入力された場合、前記第１の高周波信号を送信波に変換して放射し、受信波を検出した場合、前記受信波を第２の高周波信号に変換して出力する送受波素子を直列に偶数個接続した２端子を有し、前記偶数個の前記送受波素子を等分する前記送受波素子の接続部を基準電位とする送受波回路と、入力された第１の情報信号に基づいて前記第１の高周波信号を生成し、生成した前記第１の高周波信号を差動信号として前記２端子に出力する送信回路と、前記２端子から出力される前記第２の高周波信号を合成してシングルエンド信号として入力し、入力した前記第２の高周波信号に含まれる第２の情報信号を抽出する受信回路と、前記２端子を、前記送信回路および前記受信回路の何れかに接続する切り替え回路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、送受波回路は、送受波素子を直列に偶数個接続して２端子を形成し、偶数個の送受波素子を等分する送受波素子の接続部が基準電位となり、２端子の接続先を切り替えることで、送信時には、第１の高周波信号が差動信号として２端子に出力され、受信時には、２端子から出力される第２の高周波信号が合成されてシングルエンド信号として処理される。従って、信号線のみを切り替えることで送受信が切り替わるため、ＧＮＤの切り替えが不要になり、ＧＮＤの切り替え時に生じる雑音の影響を回避できる。
【０００８】
［適用例２］
上記適用例にかかる送受波装置において、前記送信回路は、正相および逆相で２つの前記第１の高周波信号を生成することが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、入力電圧の２倍の差動信号を生成できる。
【００１０】
［適用例３］
上記適用例にかかる送受波装置において、他方の前記送受波素子と接続する前記送受波素子の端子は、前記送受波素子のケースＧＮＤと電気的に短絡されていることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、安定したＧＮＤが得られ、雑音の影響を軽減できる。
【００１２】
［適用例４］
本適用例にかかる通信装置は、上述した送受波装置が実装された電子基板と、前記電子基板を収納する筐体部と、を備え、前記送受波回路の前記接続部は、前記電子基板のＧＮＤおよび前記筐体部のＧＮＤの少なくとも１つと電気的に短絡されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、送受波回路の接続部と、電子基板のＧＮＤおよび筐体部のＧＮＤを電気的に短絡することで、雑音の影響を軽減できる。
【００１４】
［適用例５］
上記適用例にかかる通信装置において、前記送受波素子は、前記送信波および前記受信波の指向特性の方向が他の前記送受波素子の前記指向特性の方向と異なるように、前記筐体部に設置されることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、通信装置の設置方向による指向特性の影響を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る通信装置の機能構成を説明する図。
【図２】送信部、圧電素子部および受信部の関係を示す図。
【図３】超音波振動子を実装した超音波振動子ユニットの構造を示す図。
【図４】本発明の実施形態に係る通信装置の外観を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、通信装置について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施形態）
図１は、一方の通信装置Ａ（１０Ａ）と他方の通信装置Ｂ（１０Ｂ）を備える通信システム５の機能構成を説明する図である。通信装置Ａ（１０Ａ）と通信装置Ｂ（１０Ｂ）は、超音波を用いて交互に通信することで、水中における半二重通信を想定する。尚、通信装置Ａ（１０Ａ）と通信装置Ｂ（１０Ｂ）は、機能構成やハードウェア構成は同一であるため、代表して通信装置Ａ（１０Ａ）の各機能部を説明する。
通信装置Ａ（１０Ａ）は、データ入力部１２Ａ、送信部１４Ａ、圧電素子部１８Ａ、受信部２２Ａ、データ出力部２４Ａ、操作部３０Ａ、制御部３５Ａおよび電源部４０Ａを備え、防水機能および耐水圧機能を備えるケース（図示は略す。）に実装されている。
【００１９】
データ入力部１２Ａは、通信相手である通信装置Ｂ（１０Ｂ）に送信すべきデータが入力される。入力されるデータは音声データ等を想定し、人物が発した音声は、情報信号に変換されて送信部１４Ａに送られる。尚、音声データ以外に、通信装置Ａ（１０Ａ）を保持する人物の脈拍や血圧等の生体に関するデータであっても良く、また、この人物が入力した種々の情報データであっても良い。
送信部１４Ａは、送信回路を備え、データ入力部１２Ａから送られる情報信号（第１の情報信号）に基づいて、所定の周波数の高周波信号（第１の高周波信号）を生成し、生成した高周波信号を圧電素子部１８Ａに送る。
受信部２２Ａは、受信回路を備え、圧電素子部１８Ａから送られる高周波信号（第２の高周波信号）を受信する。より詳細には、受信部２２Ａは、圧電素子部１８Ａから送られる高周波信号から変調信号を抽出し、抽出した変調信号を復調することにより変調信号に重畳された情報信号（第２の情報信号）を取得する。取得された情報信号は、データ出力部２４Ａに送られる。
【００２０】
ここで、図２を参照して、送信部１４Ａ、圧電素子部１８Ａおよび受信部２２Ａの関係について詳述する。
送信部１４Ａは、終段に差動信号駆動回路５０を備える。差動信号駆動回路５０に入力した信号は２つに分岐された後、一方は、インバーター（否定論理素子）５２と、高出力を得るためにインバーター５２を並列に接続した並列インバーター５４Ａを経て圧電素子部１８Ａに入力される。また、他方は、並列インバーター５４Ｂを経て圧電素子部１８Ａに入力される。この結果、正相と逆相の２つの差動信号が生成され、入力電圧に対して２倍の駆動電圧を有して圧電素子部１８Ａに入力される。
圧電素子部１８Ａは、送受波回路を構成する超音波振動子６２Ａ，６２Ｂと、切り替え回路を構成する切り替えスイッチ６６Ａ，６６Ｂを備える。
切り替えスイッチ６６Ａ，６６Ｂは、送信、受信の何れの場合も、信号線を切り替えるスイッチである。この切り替えスイッチ６６Ａ，６６Ｂは、通信装置Ａ（１０Ａ）が送信状態である場合、何れも送信部１４Ａ側に切り替わることで、超音波振動子６２Ａ，６２Ｂの２端子と送信部１４Ａの出力端子とがそれぞれ接続される。他方で、通信装置Ａ（１０Ａ）が受信状態である場合、何れも受信部２２Ａ側に切り替わることで、超音波振動子６２Ａ，６２Ｂの２端子と受信部２２Ａの入力端子とが１つに接続される。
【００２１】
超音波振動子６２Ａ，６２Ｂは、送受波素子であり、弾性振動により超音波を送受信する。本実施形態では、この超音波振動子６２Ａ，６２Ｂは、セラミック材の圧電体を２枚の電極で挟んだピエゾ素子である。このピエゾ素子は、超音波振動（受信波）を検出した場合、高周波信号（第２の高周波信号）に変換して出力する。また、高周波信号（第１の高周波信号）が入力された場合、この高周波信号に応じた超音波振動（送信波）を生成して放射する。２つの超音波振動子６２Ａ，６２Ｂは、同一の周波数特性を有し、直列に接続されている。そして、２つの超音波振動子６２Ａ，６２Ｂの接続部は、基準電位である基準点６４に電気的に接続されている。
ここで、送信部１４Ａ側から圧電素子部１８Ａを見ると、２つの超音波振動子６２Ａ，６２は直列に接続されており、２倍の差動信号で動作する。従って、ＧＮＤの切り替えは不要であり、切り替えスイッチ６６Ａ，６６Ｂの損失も微弱であるため無視できる。尚、本実施形態では、２つの超音波振動子６２Ａ，６２Ｂを採用するが、これには限定されず、偶数個であって、半数どうしの接続部が基準点６４に接続されていれば良い。
【００２２】
受信部２２Ａは、初段にＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）回路７０を備える。このＬＮＡ回路７０の入力端子には、２つの超音波振動子６２Ａ，６２Ｂから出力される２つの高周波信号が合成されて入力される。２つの超音波振動子６２Ａ，６２Ｂの接続部は、基準点６４に接続されている。従って、受信部２２Ａ側から見ると、２つの超音波振動子６２Ａ，６２Ｂは並列に接続され、基準点６４とＬＮＡ回路７０のＧＮＤを０Ｖとすることで、合成された高周波信号は、シングルエンド信号として処理される。そして、高周波信号はＬＮＡを経て増幅された後、受信処理されて情報信号が抽出される。
尚、切り替えスイッチ６６Ａ，６６Ｂの挿入損失はそれぞれ１個分であり、ＧＮＤの切り替えが不要であるため、雑音の影響は軽減し、受信感度は向上する。また、受信部２２Ａは、通信装置Ａ（１０Ａ）のケース部（図示は略す。）に接続されている。このような受信部２２Ａは、雑音の影響を受けにくく、十分なＳ／Ｎ比を確保できるため、受信感度は更に向上する。
【００２３】
図１に戻り、データ出力部２４Ａは、受信部２２Ａが取得した情報信号が出力される。例えば、情報信号は音声に変換されても良く、情報信号に含まれる情報によっては、画像で出力されても良い。
制御部３５Ａは、送信部１４Ａでの送信および受信部２２Ａでの受信を制御する。即ち、送信部１４Ａでの送信、および受信部２２Ａでの受信の何れかが実行されるように制御される。
操作部３０Ａは、通信装置Ａ（１０Ａ）を保持する人物により操作され、通信装置Ａ（１０Ａ）の各動作を制御する。また、電源部４０Ａは、通信装置Ａ（１０Ａ）の各機能部に対して電源を供給する。本実施形態では、例えば、充電可能な二次電池を想定する。
【００２４】
図３は、１つの超音波振動子６２を実装した超音波振動子ユニット８０の構造を示す図である。この超音波振動子ユニット８０は、２本の接続線７２Ａ，７２Ｂを有する。一方の接続線７２Ａは、ケース部６８とは電気的に接続することなく、超音波振動子６２の一方の電極と接続している。また、他方の接続線７２Ｂは、ケース部６８と電気的に接続すると共に、超音波振動子６２の他方の電極と接続している。２つの超音波振動子ユニット８０の他方の接続線７２Ｂどうしを直列に接続することで、圧電素子部１８Ａの基準点６４をケース部６８とすることができる。更に、圧電素子部１８Ａを通信装置Ａ（１０Ａ）に組み込むに際して、圧電素子部１８Ａの基準点６４と、通信装置Ａ（１０Ａ）の筐体部（図示は略す。）のＧＮＤおよび通信装置Ａ（１０Ａ）の電子基板（図示は略す。）のＧＮＤをそれぞれ電気的に短絡することで、安定したＧＮＤが得られ、雑音の影響を軽減できる。
【００２５】
図４は、超音波振動子ユニット８０を組み込んだ通信装置Ａ（１０Ａ）の外観を示す図である。この通信装置Ａ（１０Ａ）の表面には、通信装置Ｂ（１０Ｂ）から送信される時間、距離および水深等に関する情報を表示する表示パネル９２と、操作ボタン９４が配置されている。また、通信装置Ａ（１０Ａ）の相対する側面には、２つの超音波振動子ユニット８０Ａ，８０Ｂの超音波振動子６２が背向するように配置されている。従って、超音波振動子ユニット８０Ａの指向分布９５Ａと、超音波振動子ユニット８０Ｂの指向分布９５Ｂは背向するため、通信装置Ａ（１０Ａ）は広域な指向性を有し、送受信不可能な方向を減少させることができる。
【００２６】
以上述べた実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）送信部Ａ（１４Ａ）は、差動信号で超音波振動子６２を駆動し、入力電圧に対して２倍の駆動電圧で駆動するため、大きな送信出力を得られる。
（２）受信部Ａ（２２Ａ）は、シングルエンドで動作するため、雑音の影響は受けにくく、良好なＳ／Ｎ比が得られ、受信感度が向上する。
（３）ＧＮＤの切り替えスイッチが不要であるため、ＧＮＤの切り替え時に発生する雑音の影響を回避できる。
【００２７】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本実施形態では、超音波を用いた通信を想定したが、電波を用いた通信であっても良い。
以上のような手法を実施する装置は、単独の装置によって実現される場合もあれば、複数の装置を組み合わせることによって実現される場合もあり、各種の態様を含むものである。
【符号の説明】
【００２８】
５…通信システム、１０Ａ…通信装置Ａ、１０Ｂ…通信装置Ｂ、１２Ａ…データ入力部、１４Ａ…送信部、１８Ａ…圧電素子部、２２Ａ…受信部、２４Ａ…データ出力部、３０Ａ…操作部、３５Ａ…制御部、４０Ａ…電源部、５０…差動信号駆動回路、５２…インバーター、５４Ａ，５４Ｂ…並列インバーター、６２，６２Ａ，６２Ｂ…超音波振動子、６４…基準点、６６Ａ，６６Ｂ…切り替えスイッチ、６８…ケース部、７０…ＬＮＡ回路、７２Ａ…一方の接続線、７２Ｂ…他方の接続線、８０，８０Ａ，８０Ｂ…超音波振動子ユニット、９２…表示パネル、９４…操作ボタン、９５Ａ，９５Ｂ…指向分布。
【図１】
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【図２】
2011188242.tif 000004
【図３】
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【図４】
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