(57)【要約】【課題】交流信号を感度良く検出する。【解決手段】プリント基板の基材の上の第１パターン層１０２に設けた渦巻き形状を有するパターンによってコイル１１を形成し、第２パターン層１０４に、コイル１１のパターンを覆うように電極１２を形成し、絶縁層１０３には、コイル１１の両端を、第１パターン層上の、コイル１１の両端に接続する導線パターンに接続するための接続ビア１３を形成する。電極１２に交流信号が印加されると、電極１２に交流電流が発生し、この交流電流に追従して、コイル１１の軸方向にコイル１１を貫く磁束に変化が発生し、磁束変化に応じてコイル１１に誘起電圧が生じる。そこで、コイル１１に生じた誘起電圧を増幅し、交流信号を検出する。【選択図】図２
2008185537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
交流信号が印加される電極と、
コイルと、
前記コイルの誘起電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを有し、
前記コイルは、前記基材上の渦巻状の導電体パターンにより形成されており、
前記電極は、前記コイル上に間に絶縁層を挟んで積層された、前記基材上の導電体パターンにより形成されていることを特徴とする交流信号検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の交流信号検出装置であって、
交流電界を誘起する媒体が近接または接触される受信電極と、
前記電極と前記受信電極を接続する導線を有し、
前記交流電界によって受信電極に誘起された交流信号が前記導線を介して前記電極に印加されることを特徴とする交流信号検出装置。
【請求項３】
人体または生物体である伝送媒体を介して交流信号を伝送する伝送システムに用いられる受信装置であって、
請求項２記載の交流信号検出装置を有し、
前記伝送媒体は、交流信号によって駆動された交流電界を、当該伝送媒体の周辺に誘起し、
当該交流信号検出装置の前記受信電極には、前記伝送媒体が近接または接触されることを特徴とする受信装置。
【請求項４】
第１の基板から第２の基板に交流信号を伝送する基板間伝送システムであって、
前記第１の基板には、前記交流信号で駆動され、交流電界を誘起する送信電極が設けられており、
前記第２の基板は、
前記第１基板の送信電極に近接するように配置された、当該送信電極と非接触な受信電極と、
前記受信電極と導線で接続された電極と、
コイルと、
前記コイルの誘起電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを有し、
前記コイルは、前記第２の基板上の渦巻状の導電体パターンにより形成されており、
前記電極は、前記コイル上に間に絶縁層を挟んで積層された前記第２の基板上の導電体パターンにより形成されていることを特徴とする基板間伝送システム。
【請求項５】
第１の基板から第２の基板に交流信号を伝送する基板間伝送システムであって、
前記第１の基板には、前記交流信号で駆動され、交流電界を誘起する送信電極が設けられており、
前記第２の基板は、
前記第１基板の送信電極に近接するように配置された、当該送信電極と非接触な電極と、
コイルと、
前記コイルの誘起電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを有し、
前記コイルは、前記第２の基板上の渦巻状の導電体パターンにより形成されており、
前記電極は、前記コイル上に間に絶縁層を挟んで積層された前記第２の基板上の導電体パターンにより形成されていることを特徴とする基板間伝送システム。
【請求項６】
第１のコイルと、
前記第１のコイルに当該第１のコイルの軸方向に重ねて配置された、交流信号が印加される電極と、
第２のコイルと、
前記第１のコイルと第２のコイルとを直列接続した直列回路の両端に誘起する電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを有することを特徴とする交流信号検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の交流信号検出装置であって、
基材を有し、
前記第１のコイルは、前記基材上の渦巻状の導電体パターンにより形成されており、
前記電極は、前記第１のコイル上に間に絶縁層を挟んで積層された、前記基材上の導電体パターンにより形成されていることを特徴とする交流信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、交流信号を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流信号を検出する技術としては、コンデンサやコイルを入力段に用いて交流信号の交流成分を抽出し、抽出した交流成分を増幅し、交流信号として検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２-３５０４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さて、交流信号を感度良く検出するためには、検出対象となる信号の入力インピーダンスを充分に大きく設定することが必要である。しかしながら、前述した入力段にコイルやコンデンサを設ける技術では、入力インピーダンスを、簡易な構成において充分に大きく設定することが比較的困難である。
【０００４】
そこで、本発明は、簡易な構成において、検出対象となる信号の入力インピーダンスを、より高インピーダンス化し、交流信号を感度良く検出することのできる交流信号検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題達成のために、本発明は、基材と、交流信号が印加される電極と、コイルと、前記コイルの誘起電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを備えた交流信号検出装置を提供する。ただし、前記コイルは、前記基材上の渦巻状の導電体パターンにより形成されており、前記電極は、前記コイル上に間に絶縁層を挟んで積層された、前記基材上の導電体パターンにより形成されているものである。
【０００６】
このような交流信号検出装置によれば、電極に交流信号が印加されると、電極に交流信号の電圧振幅に応じた交流電流が発生し、この交流電流に追従して、コイルの軸方向にコイルを貫く磁束に変化が発生し、この磁束変化に応じてコイルに誘起電圧が生じることを利用し、この誘起電圧より前記交流信号を検出する。
【０００７】
したがって、プリント基板や半導体基板の基材上に、電極とコイルの導電体パターンを間に絶縁層を挟んで形成して積層するだけの極めて簡易な構成によって、入力インピーダンス、特に直流に対する入力インピーダンスを高インピーダンス化した、交流信号の感度の良い検出が可能となる。また、不平衡伝送における接地電位の入力の必要のない、信号電位の入力のみによる交流信号の検出が可能となる。
【０００８】
なお、このような交流信号検出装置に、交流電界を誘起する媒体が近接または接触される受信電極と、前記電極と前記受信電極を接続する導線を設け、前記交流電界によって受信電極に誘起された交流信号が前記導線を介して前記電極に印加されるものとしてもよく、この場合、この交流信号検出装置は、人体または生物体である伝送媒体を介して交流信号を伝送する伝送システムに用いられる受信装置などに適用することができる。すなわち、この場合には、たとえば、前記伝送媒体を、交流信号によって駆動された交流電界を、当該伝送媒体の周辺に誘起するものとし、当該交流信号検出装置の前記受信電極を、前記伝送媒体が近接または接触されるものとすればよい。
【０００９】
また、以上のような交流信号検出装置は、第１の基板から第２の基板に交流信号を伝送する伝送システムにも適用することができる。
すなわち、この場合には、前記第１の基板には、交流信号で駆動され、交流電界を誘起する送信電極を設ける。そして、前記第２の基板に、前記第１基板の送信電極に近接するように配置された、当該送信電極と非接触な受信電極と、前記受信電極と導線で接続された電極と、コイルと、前記コイルの誘起電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを設けるようにする。ここで、前記コイルは、前記第２の基板上の渦巻状の導電体パターンにより形成されたものであり、前記電極は、前記コイル上に間に絶縁層を挟んで積層された前記第２の基板上の導電体パターンにより形成されたものである。ただし、第２の基板は、受信電極を排し、前記第１基板の送信電極に近接するように配置された、当該送信電極と非接触な電極と、コイルと、前記コイルの誘起電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを備えたものとしてもよい。
【００１０】
このような伝送システムによれば、電界を介して信号伝送を行うので、基板間の接触や厳密な位置決めを必要とすることなく、基板間の交流信号の伝送を実現することができる。また、伝送信号検出に用いるコイルや電極を、基板上の導電体のパターンとして実現するので、簡易で低コストな構成によって信号伝送を実現することができる。
【００１１】
なお、以上の各伝送システムにおける交流信号は、伝送の目的とする信号を所定の搬送波で変調した交流信号であってよい。
ところで、本発明は、併せて、第１のコイルと、前記第１のコイルに当該第１のコイルの軸方向に重ねて配置された、交流信号が印加される電極と、第２のコイルと、前記第１のコイルと第２のコイルとを直列接続した直列回路の両端に誘起する電圧に基づいて、前記交流信号を検出する検出回路とを有する交流信号検出装置も提供する。
【００１２】
このような交流信号検出装置によれば、第２のコイルの作用により、より良い利得によって、交流信号を検出することができるようになる。
ここで、このような交流信号検出装置の前記第１のコイルと電極の構成は、前記基材を用いて構成した交流信号検出装置の構成を用いることができる。すなわち、第１のコイルは基材上の渦巻状の導電体パターンにより形成されたものであってよく、前記電極は、前記第１のコイル上に間に絶縁層を挟んで積層された、前記基材上の導電体パターンにより形成されたものであってよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、簡易な構成において、検出対象となる信号の入力インピーダンスを、より高インピーダンス化し、交流信号を感度良く検出することのできる交流信号検出装置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】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係る交流信号検出装置の構成を示す。
図示するように、交流信号検出装置１は、コイル１１とコイル１１に近接配置した電極１２とより構成される交流センサ１０と、交流センサ１０の共振周波数を設定するための第１コンデンサ１３と、抵抗１４と、ＦＥＴ１５と、直流カット用の第２コンデンサ１６を備えている。そして、コイル１１の誘起電圧が、ＦＥＴ１５のゲート電圧となるように、コイル１１の一端はＦＥＴ１５のゲートに接続され、コイル１１の他端は接地されている。また、このＦＥＴ１５と抵抗１４とは増幅回路を構成しており、ＦＥＴ１５は、ゲート電圧であるコイル１１の誘起電圧に応じてＦＥＴ１５のソース-ドレイン電流の大きさを変化させ、抵抗１４は、ＦＥＴ１５のソース-ドレイン電流の大きさを電圧に変換し出力する。
【００１５】
ここで、交流センサ１０の共振周波数は第１コンデンサ１３を用いて、検出する交流信号の中心周波数に設定される。すなわち、たとえば、検出する交流信号が１ＭＨｚの搬送波によるＡＭ変調が施された交流信号であれば共振周波数を１ＭＨｚに設定する。
ここで、このような交流信号検出装置１の全体は、プリント基板を用いて実現したり、集積回路として実現することができる。また、交流信号検出装置１の交流センサ１０は、プリント基板や半導体基板の導体パターンとして形成することができる。
すなわち、プリント基板の導体パターンとして、交流センサ１０を形成する場合には、たとえば、次のように交流センサ１０を形成する。
すなわち、図２ａにプリント基板の層構造を示すように、プリント基板を板状またはフィルム状の基材の１０１の上に、第１パターン層１０２、絶縁層１０３、第２パターン層１０４を当該順序で積層したものとする。
そして、図２ｂに示すように、第１パターン層１０２に設けた渦巻き形状を有する導電体パターンによってコイル１１を形成し、第２パターン層１０４に、導電体パターンにより電極１２を形成する。また、絶縁層には、コイル１１の両端を、第１パターン層上の、コイル１１の両端に接続する導線パターンに接続するための接続ビア１３を形成する。ここで、電極１２の導電体パターンは、図２ｄにプリント基板を鉛直方向から見た配置を示すように、コイル１１のパターンを覆うように形成する。
【００１６】
ここで、図２ｄは、このようにして交流センサ１０を形成したプリント基板の外観を表しており、図示するように交流センサ１０は、単一のプリント基板に複数形成することもできる。
また、交流センサ１０において、電極１２の導電体パターンは、必ずしも、コイル１１のパターンの全てを覆うように形成しなくてもよい。すなわち、たとえば、図２ｅ１のプリント基板を鉛直方向から見た場合の配置図に示すように、電極１２の導電体パターンは、コイル１１のパターンの一部のみを覆うように形成してもよい。または、図２ｅ２のプリント基板を鉛直方向から見た場合の配置図に示すように、電極１２の導電体パターンは、コイル１１のパターンの中央部分を除く部分を覆うように形成してもよい。
なお、図２には、プリント基板を用いて交流センサ１０を形成する場合について説明したが、交流センサ１０は、半導体基板上にも、同様に形成することができる。
【００１７】
さて、このような交流信号抽出部の構成によれば、電極１２に交流信号が印加されると、電極１２に交流電流が発生し、この交流電流に追従して、コイル１１の軸方向にコイル１１を貫く磁束に変化が発生する。そして、この磁束変化に応じてコイル１１に、第１コンデンサ１３で設定された周波数特性で交流の誘起電圧が生じ、この交流の誘起電圧が、抵抗１４とＦＥＴ１５で構成される増幅回路で増幅され、第２コンデンサ１６を介して交流信号検出装置１から出力される。
【００１８】
ところで、以上の交流信号検出装置１における、交流センサ１０は、図１ｂに示すように、複数の交流センサ１０のコイル１１を直列に接続し、直列接続した複数のコイル１１の両端の電圧を、ＦＥＴ１５のゲート電圧として用いるようにしてもよい。すなわち、複数のコイル１１を直列接続して形成した回路の一端をＦＥＴ１５のゲートに接続し、他端を接地する。なお、直列接続するコイル１１の数は３以上であってもよい。また、この場合には、検出する交流信号が電極１１に印加される交流センサ１０のコイル１１以外のコイルとしては、プリント基板に搭載したコイル素子やプリント基板上に導電体パターンで形成したコイルなどの、交流センサ１０のコイル１１以外のコイルを用いるようにしてもよい。
また、この場合には、検出する交流信号は、直列に接続したコイル１１のうちから、所望の特性に応じて選択した一つまたは複数のコイル１１と同じ交流センサ１０の電極１２に印加するようにする。たとえば、検出する交流信号を最も接地側から遠いコイル１１と同じ交流センサ１０の電極１２にのみ印加したり、最も接地側のコイル１１と同じ交流センサ１０の電極１２にのみ印加したり、複数の交流センサ１０の電極１２に共通に印加したりするようにしてよい。または、所望の特性に応じて選択した複数のコイル１１を、各コイル１１について全体的にもしくは部分的に覆う電極１２を設けて、この電極１２に検出する交流信号を印加するようにしてもよい。
このように、複数のコイル１１を直列接続して用いることにより、より大きな利得で感度良く交流信号を検出することができるようになる。
【００１９】
以上、本実施形態に係る交流信号検出装置１について説明した。
以上のような交流信号検出装置１によれば、プリント基板や半導体基板に電極１２とコイル１１のパターンを形成して積層するだけの極めて簡易な構成によって、入力インピーダンス、特に直流に対する入力インピーダンスを高インピーダンス化した、交流信号の感度の良い検出が可能となる。また、不平衡伝送における接地電位の入力の必要のない、信号電位の入力のみによる交流信号の検出が可能となる。
【００２０】
さて、このような交流信号検出装置１は、たとえば、人体を介して通信を行う通信システムなどに適用することができる。
すなわち、この場合には、図３ａに示すように、通信システムを、人体３を介して通信を行う送信機２と受信機４とより構成する。
また、送信機２を、受信機４に送信する情報である通信情報を生成する送信側データ処理部２１、通信情報を変調し送信信号として出力する変調器２２、送信信号を人体３に印加し人体周りの電界を誘起する送信電極２３とを含めて構成する。
また、受信機４を、通信時に、人体廻りに誘起した電界下におかれる受信電極４１と、以上の実施形態で示した交流信号検出装置１と、復調器４２と、受信側データ処理部４３とを含めて構成する。そして、交流信号検出装置１において、人体周りの電界によって受信電極４１に誘起された交流信号を検出し受信信号として復調器４２に出力し、復調器４２において受信信号から通信情報を復調し、受信側データ処理部４３において復調された通信情報を処理する。
【００２１】
ここで、送信機２は、たとえば、カード状の装置であり、送信機２をポケットに入れて携帯したり、送信機２を鞄にいれて携帯したときに、送信電極２３と人体３とが容量結合するように構成されている。
また、受信機４は、図３ｂに外観を示すように、たとえば、受信電極４１を収容したパネル部４０１と、交流信号検出装置１と復調器４２と受信側データ処理部４３を収容した受信機本体部４０２とより構成する。また、この場合、受信電極４１は、図３Ｃのパネル部４０１の上面図と図３ｄのパネル部４０１の断面図に示すように、人体手をその上に近接させることができるように、パネル部４０１の表側に非導電性のカバー４０１１で覆われた形態で設けるようにする。そして、このような構造によって、送信機２を携帯した人体３の手がパネル部４０１上にかざされたり人体手がパネル部４０１に接触したときに、受信電極４１に人体周りの電界が作用するようする。
【００２２】
また、図１、図２を用いて示した交流信号検出装置１は、回路基板間の通信にも用いることができる。
すなわち、たとえば、図４ａ１に示すように、回路基板２００から回路基板１００に信号を伝送する場合には、回路基板１００に交流信号検出装置１に加えて受信電極パターン１１０と、この受信電極パターン１１０と交流信号検出装置１の交流センサ１０の電極１２とを接続する配線パターンとを形成する。ここで、この受信電極パターン１１０は、回路基板２００と対向するように形成する。一方、回路基板２００上には、ピン２０１を、ピン２０１の先端が、回路基板１００の受信電極パターン１１０に、図４ａ２に示すように、接触しない範囲において近接するように配置する。
【００２３】
そして、回路基板２００に設けた信号送信部において、伝送する信号を変調した交流信号を生成してピン２０１に印加するようにする。この結果、ピン２０１に印加された交流信号によって、ピン２０１の周りに電界が誘起され、この電界によって回路基板１００の受信電極４１に誘起された交流信号が交流信号検出装置１によって検出される。そして、回路基板１００に設けた信号受信部において、検出された交流信号を、回路基板２００から伝送された信号として受信する。なお、回路基板２００に設ける信号送信部は、図３に示した通信システムの送信機２の送信側データ処理部２１や変調器２２と同様なものであってよく、回路基板１００に設ける信号受信部は、図３に示した通信システムの受信機４の復調器４２や受信側データ処理部４３と同様なものであってよい。
【００２４】
なお、このように、交流信号検出装置１を、電子回路基板間の通信に用いる場合などには、図４ｂ１に示すように、回路基板１００に受信電極４１を設けずに、交流信号検出装置１の交流センサ１０の電極１２を、受信電極４１としても共用するようにしてもよい。すなわち、この場合には、回路基板２００上のピン２０１を、図４ｂ２に示すように、ピン２０１の先端が、回路基板１００の交流センサ１０の電極１２に、接触しない範囲において近接するように配置する。
【００２５】
このような交流信号検出装置１を用いた回路基板間の通信によれば、回路基板間の接触や厳密な位置決めを必要とすることなく、回路基板間の通信を実現することができる。
ところで、図１ｂに示すように、コイルを複数直列接続して交流信号の検出を行う場合などには、以上に示した交流センサ１０に代えて、図１ｃに示すような交流センサ５０を、検出する交流信号が電極に印加される交流センサとして用いるようにしてもよい。
ここで、図１ｃに示した交流センサ５０は、フェライト製のコア５３を有するコイル５１と、コア５３の上面に固定した銅性の電極５２と、電極５２をコア５３の上面上に封止する周囲空間よりも透磁率の大きな封止体５４とより構成される。ここで、封止体５４としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。また、センサ電極５２は、コア５３にその一部または全部を埋め込んだ形態で配置するようにしてもよい。
【００２６】
なお、交流信号検出装置１においては、このような交流センサ５０の電極５２に、検出する交流信号が印加され、コイル５１の一端がＦＥＴ１５のゲートに接続され、他端がコイル５１と直列接続する他のコイルに接続されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る交流信号検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る交流センサの構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る交流信号検出装置の適用例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る交流信号検出装置の適用例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…交流信号検出装置、２…送信機、３…人体、４…受信機、１０…交流センサ、１１…コイル、１２…電極、１３…第１コンデンサ、１４…抵抗、１５…ＦＥＴ、１６…第２コンデンサ、２１…送信側データ処理部、２２…変調器、２３…送信電極、４１…受信電極、４２…復調器、４３…受信側データ処理部、５０…交流センサ、５１…コイル、５２…電極、５３…コア、５４…封止体、１１０…受信電極パターン、２０１…ピン、４０１…パネル部、４０２…受信機本体部。
【図１】
2008185537.tif 000003
【図２】
2008185537.tif 000004
【図３】
2008185537.tif 000005
【図４】
2008185537.tif 000006