(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体を伝搬する信号を検出する第１の電極部と、
前記第１の電極部により検出した信号のうち通信用周波数以外の周波数の信号をキャンセルする為のキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、
前記キャンセル信号を人体に印加する第２の電極部と、
を具備する人体通信装置。
【請求項２】
前記キャンセル信号生成部は、前記キャンセル信号を前記第２の電極部に伝送するためのフォトカプラを具備する請求項１に記載の人体通信装置。
【請求項３】
前記キャンセル信号生成部は、
前記第１の電極部により検出した前記信号から前記通信用周波数の信号を除くフィルタと、
前記フィルタにより前記通信用周波数の信号を除いた前記信号の位相を反転させた信号を前記フォトカプラに供給する位相反転部と、
をさらに具備する請求項２に記載の人体通信装置。
【請求項４】
前記第１の電極部により検出した信号に基づいて信号処理を行う人体通信処理部と、
商用電源から供給される電力を少なくとも前記人体通信処理部及び前記位相反転部に対して供給する電源部と、
をさらに具備する請求項３に記載の人体通信装置。
【請求項５】
前記第１の電極部により検出した信号に基づいて雑音の強度を推定する雑音推定部と、
前記雑音推定部により推定した前記雑音の強度に応じて前記フォトカプラから前記第２の電極部に供給する前記キャンセル信号の強度を制限する電流制限部と、
をさらに具備する請求項２乃至４のいずれか１項に記載の人体通信装置。
【請求項６】
人体を伝搬する信号を検出する第１の電極部と、前記第１の電極部により検出した信号のうち通信用周波数以外の周波数の信号をキャンセルする為のキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、前記キャンセル信号を人体に印加する第２の電極部と、を具備する人体通信部と、
前記人体通信部により検出した信号に基づいて改札情報を取得する改札情報取得部と、
前記改札情報取得部により取得した前記改札情報に基づいて通行判定を行う通行判定部と、
を具備する入退場管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、人体通信装置、及び入退場管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の場所への入退場を管理する入退場管理装置が一般的に実用化されている。また、入退場管理装置と人体を介して通信を行う人体通信装置も実用化されている。このような入退場管理装置は、ユーザが身に付けた人体通信装置と人体を介する人体通信を行うことによってユーザの特定の場所への通行の可否を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５７２７９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に入退場管理装置などの据え置き型の装置に搭載される人体通信装置は、例えば商用電源などの交流電源から電力の供給を受けて動作する。この場合、人体通信装置は、交流電源を直流電源に変換する為に用いられる電源トランスの浮遊静電容量を介して、商用電源のノイズが人体通信装置に流れ込み、通信の性能が低下するという課題がある。
【０００５】
本発明は、ノイズの影響を抑えることができる人体通信装置、及び入退場管理装置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】
【０００６】
一実施形態によると、人体通信装置は、第１の電極部、キャンセル信号生成部、及び第２の電極部を備える。第１の電極部は、人体を伝搬する信号を検出する。キャンセル信号生成部は、前記第１の電極部により検出した信号のうち通信用周波数以外の周波数の信号をキャンセルする為のキャンセル信号を生成する。第２の電極部は、前記キャンセル信号を人体に印加する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態に係る入退場管理システムの構成例をについて説明する為の説明図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る人体通信装置の制御系の例について説明するための説明図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る人体通信回路部の構成例について説明するための説明図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る信号送信部の構成例について説明するための説明図である。
【図５】図５は、一実施形態に係る信号受信部の構成例について説明するための説明図である。
【図６】図６は、一実施形態に係る制御部の構成例について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、入退場管理システム１の構成例を示す説明図である。入退場管理システム１は、特定の場所へのユーザの入退場を管理するシステムである。入退場管理システム１は、ユーザが所持する情報媒体から改札処理に用いる改札情報を取得し、取得した改札情報に基づいて情報媒体を所持するユーザの通行の可否を判定する。入退場管理システム１は、人体通信装置２、及び入退場管理装置（例えば改札装置）３などを備える。
【００１０】
人体通信装置２は、人体通信装置２を所持するユーザの体（以下人体と称する）を通信媒体として他の機器と通信（人体通信）を行う。人体通信装置２は、アンテナによって人体に電界を印加して人体に電流を誘起させる。これにより、人体通信装置２は、人体を通信媒体として通信信号を伝搬させることができる。また、人体通信装置２は、他の機器から人体に伝搬された通信信号によって生じる電界をアンテナによって検出する。これにより、人体通信装置２は、人体を伝搬する通信信号を取得することができる。
【００１１】
入退場管理装置３は、ユーザが所持する人体通信装置２と通信を行い、ユーザの通行の可否を判定する。入退場管理装置３は、一対の筐体１１、ドア１２、人体通信装置１３、及び制御装置１４を備える。一対の筐体１１は、並行に配置されることによって、通路１５を構成する。ドア１２は、筐体１１の通路１５側に設けられ、制御装置１４の制御に基づいて回動することにより通路１５を塞ぐ。
【００１２】
また、例えば、人体通信装置１３は、ユーザが所持する人体通信装置２と人体通信を行い、改札情報を取得する。例えば、人体通信装置１３は、第１の周波数で所定の範囲に電界を発生させてこの範囲内のユーザの人体に電流を誘起させる。これにより、人体通信装置１３は、人体を介してユーザが携帯している人体通信装置２に通信信号を送信する。また、例えば、人体通信装置１３は、所定の範囲に入ったユーザの人体に伝搬している通信信号によって誘起された電界を検出する。これにより、人体通信装置１３は、人体を介して人体通信装置２から送信された通信信号を取得する。なお、第１の周波数は、人体通信に用いられる周波数帯域であり、例えば１ＭＨｚ未満の範囲内である。
【００１３】
制御装置１４は、人体通信装置１３により検出した通信信号に基づいて改札情報を取得する。制御装置１４は、改札情報に基づく改札処理を行う。例えば、制御装置１４は、改札情報に基づいて通路１５をユーザが通行することを許可するか否かを判定し、判定結果に基づいてドア１２の動作を制御する。制御装置１４は、通路１５をユーザが通行することを許可する場合にドア１２を動作させず、通路１５をユーザが通行することを許可しない場合に通路１５を塞ぐようにドア１２を動作させる。
【００１４】
次に、一実施形態に係る人体通信装置１３について図２乃至図６を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図２は、人体通信装置１３の制御系の構成例について説明する為の説明図である。
【００１６】
人体通信装置１３は、第１の電極部３１、人体通信回路部３２、電源回路部３３、フィルタ回路部３４、反転増幅器部３５、フォトカプラ３６、電流制限部３７、及び第２の電極部３８を備える。
【００１７】
第１の電極部３１は、人体を介した人体通信に用いられる電極である。第１の電極部３１は、人体を伝搬する信号を検出する。第１の電極部３１は、例えばアンテナとして構成される。第１の電極部３１は、人体を介した人体通信に用いられる周波数（第１の周波数）を少なくとも含む複数の周波数の信号を送受信することができる。第１の電極部３１は、例えば基板上の配線パターンによって構成される。
【００１８】
人体通信回路部３２は、第１の電極部３１を用いて人体通信に関する信号処理を行う人体通信処理部である。人体通信回路部３２の詳細な構成については後述する。
【００１９】
電源回路部３３は、人体通信装置１３の各部に電力を供給する。例えば、電源回路部３３は、商用電源からの交流電力を少なくとも人体通信回路部３２及び反転増幅器部３５に供給する。電源回路部３３は、たとえば、商用電源からの交流電圧を人体通信回路部３２及び反転増幅器部３５のそれぞれで使用される電源電圧に変換して供給する。電源回路部３３は、例えばＡＣ／ＤＣコンバータを含むＡＣアダプタとして構成される。
【００２０】
フィルタ回路部３４は、第１の電極部３１に生じた電圧信号のうち特定周波数の成分の電圧信号をカットするフィルタである。より具体的には、フィルタ回路部３４は、第１の電極部３１に生じた電圧信号から人体通信に用いられる第１の周波数の信号をカットした信号を抽出し、反転増幅器部３５に供給する。これにより、フィルタ回路部３４は、人体に誘起された商用電源からのノイズに対応する周波数成分を取りだす。フィルタ回路部３４は、例えば、抵抗、インダクタ、キャパシタなどのパッシブ回路により構成されていてもよいし、オペアンプを用いたアクティブ回路により構成されていてもよい。
【００２１】
反転増幅器部３５は、人体を流れるノイズをキャンセルする為のキャンセル信号を生成する。反転増幅器部３５は、フィルタ回路部３４の出力波形を反転させ、反転させた波形を調整（増幅）してフォトカプラ３６に出力する回路である。即ち、反転増幅器部３５は、フィルタ回路部３４により第１の周波数の信号を除いた信号の位相を反転させた信号をフォトカプラ３６に供給する位相反転部として機能する。
反転増幅器部３５は、例えばオペアンプまたはトランジスタなどで構成することができる。反転増幅器部３５は、フィルタ回路部３４から供給された信号の位相を反転（即ち位相を１８０°ずらす）させ、且つ信号を所定の増幅率で増幅させることにより、キャンセル信号を生成する。なお、フィルタ回路部３４と反転増幅器部３５とは、単一のオペアンプによって構成されていてもよい。
【００２２】
フォトカプラ３６は、反転増幅器部３５から出力されたキャンセル信号を第２の電極部３８に出力するためのモジュールである。フォトカプラ３６は、第１の電極側と電気的に絶縁した状態で第２の電極部３８にキャンセル信号を供給することができる。フォトカプラ３６は、反転増幅器部３５から出力されたキャンセル信号および電流制限部３７のインピーダンスに応じた電流を入力として、この入力電流に応じた強度の電流を入力側とは電気的に絶縁された出力側から第２の電極部３８に対して出力する。上記のフィルタ回路部３４、反転増幅器部３５、及びフォトカプラ３６は、第１の電極部３１により検出した信号のうち通信用の周波数である第１の周波数以外の周波数（第２の周波数）の信号をキャンセルする為のキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部として機能する。
【００２３】
電流制限部３７は、フォトカプラ３６に流れる電流を制限するための回路である。電流制限部３７は、制御信号によって流れる電流を可変する。電流制限部３７は、具体的には人体通信装置１３が使用される環境に応じて変化するノイズ強度に応じてフォトカプラ３６に流れる電流を制限する。電流制限部３７は、例えば、人体通信回路部３２の制御に応じてフォトカプラ３６に流れる電流を制限する。即ち、電流制限部３７は、人体通信回路部３２により推定した雑音の強度に応じてフォトカプラ３６から第２の電極部３８に供給するキャンセル信号の強度を制限する。電流制限部３７は、例えば抵抗、インダクタ、キャパシタを用いた回路により構成されていてもよいし、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタなどを用いた回路により構成されていてもよいし、設定により抵抗値を変化させることができるデジタルポテンショメータなどを用いて構成されていてもよい。
【００２４】
第２の電極部３８は、人体に対してキャンセル信号を印加するための電極である。第２の電極部３８は、例えばアンテナとして構成される。第２の電極部３８は、例えば基板上の配線パターンによって構成される。第２の電極部３８は、フォトカプラ３６から供給されるキャンセル信号に応じて電磁界を発生させ、人体にキャンセル信号に応じた誘起電流を生じさせる。これにより、第２の電極部３８は、人体を伝搬する信号のうち、通信に用いる周波数を除いたノイズをキャンセルする為のキャンセル信号を人体に流すことができる。第２の電極部３８は、例えば第１の電極部３１を取り囲むように構成されることが好ましい。このように第２の電極部３８を構成することにより、人体通信装置１３と人体との位置関係によってキャンセル信号を人体に流すことができないことを防ぐことができる。
【００２５】
図３は、人体通信回路部３２の構成例について説明する為の説明図である。人体通信回路部３２は、制御部４１、信号送信部４２、及び信号受信部４３を備える。
【００２６】
制御部４１は、人体通信回路部３２の動作を制御する。制御部４１の詳細な構成については後述する。
【００２７】
信号送信部４２は、人体通信回路部３２から第１の電極部３１を介して外部装置へ送信する通信信号を処理し、処理後の通信信号を外部機器へ送信する。信号送信部４２の詳細な構成については後述する。
【００２８】
信号受信部４３は、外部装置から第１の電極部３１を介して人体通信装置１３に入力された通信信号を受信し、処理する。信号受信部４３の詳細な構成については後述する。
【００２９】
図４は、信号送信部４２の構成例について説明する為の説明図である。信号送信部４２は、Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ（Ｄ／Ａ）変換部５１、送信フィルタ部５２、及び電流制限部５３を備える。
【００３０】
Ｄ／Ａ変換部５１は、デジタル信号をアナログ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部５１は、制御部４１から供給されたデータをアナログ信号に変換する。
【００３１】
送信フィルタ部５２は、Ｄ／Ａ変換部５１により変換されたアナログ信号に対して信号処理を施す。送信フィルタ部５２は、例えば、アナログ信号の所定の周波数帯域の信号を減衰させるフィルタリング処理を行う。また、送信フィルタ部５２は、例えば、アナログ信号の強度の周波数特性を予め設定された特性に調整する構成であってもよい。
【００３２】
電流制限部５３は、送信フィルタ部５２により信号処理が施されたアナログ信号に対して制御部４１の制御に基づいて処理を施し、処理を施したアナログ信号を第１の電極部３１を介して人体に伝搬させる。電流制限部５３は、人体にアナログ信号が予め設定されたアンペア以下になるように処理を施す。
【００３３】
図４は、信号受信部４３の構成例について説明する為の説明図である。信号送信部４２は、人体通信装置１３などの外部装置から人体及び第１の電極部３１を介して人体通信装置１３に送信された通信信号を受信する。信号受信部４３は、例えば、人体を伝搬する通信信号により生じた電界に応じて第１の電極部３１に誘起された電圧を測定することによって通信信号を取得する。信号受信部４３は、Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ（Ａ／Ｄ）変換部６１、及び信号処理部６２を備える。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換部６１は、信号処理部６２から供給されたアナログの信号をデジタルの信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部６１は、デジタル信号を制御部４１に供給する。
【００３５】
信号処理部６２は、第１の電極部３１から供給されたアナログ信号に対して信号処理を施す。信号処理部６２は、信号処理を施したアナログ信号をＡ／Ｄ変換部６１に供給する。信号処理部６２は、少なくとも１つ以上の電圧増幅部６３、及び少なくとも１つ以上の受信フィルタ部６４を備える。
【００３６】
電圧増幅部６３は、第１の電極部３１から供給されたアナログ信号を増幅する。即ち、電圧増幅部６３は、人体を伝搬する通信信号により生じた電界に応じて第１の電極部３１に誘起された電圧を増幅する。電圧増幅部６３は、予め設定された増幅度で電圧を増幅する構成であってもよいし、制御部４１の制御に基づいて増幅度を可変する構成であってもよい。また、電圧増幅部６３は、増幅度が１である電圧フォロワ回路を備える構成であってもよい。
【００３７】
受信フィルタ部６４は、第１の電極部３１から供給されたアナログ信号の所定の周波数帯域の信号を減衰させるフィルタリング処理を行う。受信フィルタ部６４は、例えば、アナログ信号の強度の周波数特性を予め設定された特性に調整する構成であってもよい。受信フィルタ部６４は、抵抗、インダクタ、及びキャパシタなどの受動素子が組み合わせられた回路を備える構成であってもよいし、制御部４１の制御に基づいて動作するオペアンプなどの能動素子によって構成されたアクティブフィルタを備える構成であってもよい。
【００３８】
図５は、制御部４１の構成例について説明する為の説明図である。制御部４１は、送信するデジタル信号の生成、受信したデジタル信号の解析、及び記憶領域へのデータの書き込み及び読み出しを行う。また、制御部４１は、信号送信部４２、及び信号受信部４３の動作を制御する。制御部４１は、信号送信部４２に対してデジタル信号を入力することにより、人体にデジタル信号に応じた通信信号を伝搬させることができる。また、制御部４１は、信号受信部４３から受信したデジタル信号を解析することにより、人体を介して他の機器から送信されたデータを取得することができる。
【００３９】
制御部４１は、例えば、フラッシュメモリ、またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)などの記憶領域を持つマイクロコントローラによって構成される。また、制御部４１は、例えば、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)などによって構成されていてもよい。
【００４０】
図６に示すように、制御部４１は、動作制御部７１と、通信信号演算部７２と、雑音推定部７３と、を備える。
【００４１】
動作制御部７１は、数値演算、及び通信制御のための演算を行う。即ち、動作制御部７１は、送信するデジタル信号の生成、信号受信部４３から供給されたデジタル信号の解析、並びに記憶領域へのデータの書き込み及び読み出しを行う。動作制御部７１は、マイクロコントローラにおけるプログラムとして実装することが可能である。例えば制御部４１がＦＰＧＡまたはＰＬＤによって構成されている場合、上記のプログラムと同等の動作を行うロジック回路によって動作制御部７１が構成されていてもよい。また、マイクロコントローラ動作を行う回路を制御部４１が備えることにより動作制御部７１が構成されていてもよい。
【００４２】
通信信号演算部７２は、送受信を行う際にデジタル信号に対して符号化、復号化、誤り訂正処理、スクランブル処理、及びインターリーブ処理などを行う。第１の電極部３１が無線通信と人体通信との両方に対応するように構成されている為、即ち、無線通信と人体通信とで第１の電極部３１が共用される為、一面を導体として構成されたアンテナに比べて第１の電極部３１の効率が低下する。この為、第１の電極部３１により取得するアナログ信号の信号強度が低下する。この為、通信信号演算部７２は、通信処理における誤り訂正符号として畳み込み符号、ターボ符号、低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ符号）などを用いることによって信号の信号対雑音比を改善する。通信信号演算部７２は、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）の通信規格であるITU-T G.9902、ITU-TG.9903、及びITU-T G.9907などの通信方式の物理層の仕様に基づいて、上記の符号化、復号化、誤り訂正処理、スクランブル処理、及びインターリーブ処理などの処理を実行する。
【００４３】
雑音推定部７３は、第１の電極部３１により検出した信号に基づいて、雑音の強度を推定する。例えば、雑音推定部７３は、第１の電極部３１により検出した信号内の商用電源に起因するノイズの強度を推定する。雑音推定部７３は、推定した雑音の強度に応じて電流制限部３７のインピーダンスを制御する。即ち、雑音推定部７３は、推定した雑音の強度に応じてフォトカプラ３６から第２の電極部３８に供給されるキャンセル信号の強度を制御する。雑音推定部７３は、例えば、第１の電極部３１により検出された信号の時系列データに基づいて、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などを用いて推定することができる。雑音推定部７３は、ソフトウェアにより構成されていてもハードウェアにより構成されていてもよい。
【００４４】
上記したように、一実施形態に係る人体通信装置１３は、人体を伝搬する信号を検出する第１の電極部３１と、第１の電極部３１により検出した信号のうち第１の周波数以外の周波数の信号をキャンセルする為のキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、キャンセル信号を人体に印加する第２の電極部３８とを備える。これにより、人体通信装置１３は、人体を伝搬する複数の周波数の信号のうち、人体通信に用いる第１の周波数に対してノイズとなる第１の周波数以外の周波数（第２の周波数）の信号をキャンセル信号によりキャンセルすることができる。この結果、人体通信装置１３は、ノイズの影響を抑え、通信の性能を向上させることができる。
【００４５】
また、一実施形態に係る人体通信装置１３は、キャンセル信号生成部の一部として、キャンセル信号を第２の電極部３８に伝送するためのフォトカプラ３６を備える。これにより、第２の電極部３８は、他の回路と電気的に絶縁された状態で構成される。これにより、第２の電極部３８側に対する商用電源からの影響を抑えることができる。
【００４６】
また、一実施形態に係る人体通信装置１３は、第１の電極部３１により検出した信号に基づいて雑音の強度を雑音推定部７３により推定し、推定した雑音の強度に応じてフォトカプラ３６から第２の電極部３８に供給するキャンセル信号の強度を制限する。これにより、実際に生じているノイズの強度に応じた強度でキャンセル信号を人体に印加することができる。
【００４７】
また、一般的に人体通信装置において、通信に用いる周波数と、人体通信装置に電力を供給する交流電源の周波数とが近くなるほど、交流電源に起因するノイズの影響が大きくなる。そこで、人体通信装置１３は、通信に用いる第１の周波数が予め設定された値以上である場合に上記のキャンセル信号生成部によりキャンセル信号を生成し、第２の電極部３８により人体にキャンセル信号を印加する構成であってもよい。一般的に交流電源には５０Ｈｚ乃至６０Ｈｚの商用電源が用いられる。この為、人体通信装置１３は、例えば、１ＭＨｚを閾値として閾値としてキャンセル信号の印加を行う状態と行わない状態とを切り替える構成であってもよい。
【００４８】
なお、上記した実施形態では、電気的に絶縁した状態で入力側の信号を出力側に供給する構成としてフォトカプラ３６を用いる例を示したが、この構成に限定されない。人体通信装置１３は、フォトカプラ３６の代わりに入力側と出力側とに互いに磁気的に接続された一対のトランスを備える構成であってもよい。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１…入退場管理システム、２…人体通信装置、３…入退場管理装置、１１…筐体、１２…ドア、１３…人体通信装置、１４…制御装置、３１…第１の電極部、３２…人体通信回路部、３３…電源回路部、３４…フィルタ回路部、３５…反転増幅器部、３６…フォトカプラ、３７…電流制限部、３８…第２の電極部、４１…制御部、４２…信号送信部、４３…信号受信部、７１…動作制御部、７２…通信信号演算部、７３…雑音推定部。
【図１】
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【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】
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