(57)【要約】【課題】  本発明は、準静電界を用いた通信の際における自由度を向上できるようにする。【解決手段】  本発明は、通信システム１においては、カード装置３（改札機２）側では識別情報Ｓ４（通知情報Ｓ８）に応じて変調した識別信号Ｓ５（通知信号Ｓ９）に応じた準静電界を内部電極８（側面電極７）から発生することにより人体を帯電させ、改札機２（カード装置３）では人体近傍へ等方に形成される情報伝送準静電界ＤＴＤの強度の変位を側面電極７（内部電極８）及びＦＥＴ２８（ＦＥＴ３７）を順次介して検出し、当該検出結果に基づいて識別情報Ｓ４（通知情報Ｓ８）を復調するようにしたことにより、人体近傍において方向性の制約もなく秘匿性を確保した状態で、かつ人体に所定の動作を強要もせずに情報の送受信を実現することができ、かくして、通信の際における自由度を向上することができる。【選択図】        図７
2004282733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させる第１の通信装置と、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて上記情報を復調する第２の通信装置と
を具えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
上記第１の通信装置及び上記第２の通信装置はそれぞれ可搬型でなり、上記第１の通信装置と、上記第２の通信装置とはそれぞれ異なる上記人体の近傍に設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
上記第１の通信装置は、可搬型であって上記人体の近傍に設けられ、
上記第２の通信装置は、所定の制御対象物又はその近傍に設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項５】
上記第１の通信装置は、
上記情報に応じて変調されてなる変調信号を生成する変調手段と、
上記変調信号に応じた上記準静電界を発生することにより、上記識別対象を帯電させる帯電誘導電極とを具え、
上記変調手段は、
上記帯電誘導電極に与える上記変調信号における電力又は電荷の少なくとも一方を制限する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項６】
上記第１の通信装置は、
上記情報に応じて変調されてなる変調信号を生成する変調手段と、
上記変調信号に応じた上記準静電界を発生することにより、上記識別対象を帯電させる帯電誘導電極とを具え、
上記第２の通信装置は、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出する検出電極とを具え、
上記帯電誘導電極と上記検出電極との間における距離と、上記帯電誘導電極に与える上記変調信号の波長とを、電界のうちの上記準静電界が支配的となるように選定した
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項７】
上記第１の通信装置及び上記第２の通信装置とが通信する際の最大の上記距離をｒとし、上記波長をλとした場合に、ｒ＝λ／２πの関係を充足するように選定した
ことを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
【請求項８】
上記第２の通信装置は、
上記識別対象の帯電状態の変化を信号として検出する検出手段と、
上記検出手段により検出された上記信号に基づいて上記情報を復調する復調手段と、
上記検出手段から上記復調手段までにわたる経路からの電気的な漏洩を抑制する漏洩抑制手段と
を具えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項９】
上記漏洩抑制手段は、
上記検出手段から上記復調手段を介して接地するまでの静電容量を、上記検出手段と接地との間における静電容量に比して大きくする
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１０】
上記電気的漏洩抑制手段は、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出して上記検出手段に誘導する検出電極と、
上記検出手段の周囲を覆う筐体とを具え、
上記検出電極と上記筐体とを物理的に分離する
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１１】
上記電気的漏洩抑制手段は、
上記検出手段から上記復調手段までにわたる経路のうち、上記復調手段のみ接地する
ことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１２】
上記第２の通信装置は、
上記第１の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記識別対象の通過経路に設けられ、上記識別対象とアースとの電気的結合を抑制する結合抑制手段と
を具えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項１３】
上記結合抑制手段は、
上記アースから所定の空間だけ隔てて設けられた床面でなる
ことを特徴とする請求項１２に記載の通信システム。
【請求項１４】
上記結合抑制手段は、
上記通過経路に敷設され、上記アースに接地された低誘電率の部材でなる
ことを特徴とする請求項１２に記載の通信システム。
【請求項１５】
上記第２の通信装置は、
上記第１の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記人体の歩行に応じて当該人体に形成される帯電状態の変化を検出する検出電極と、
上記検出電極により帯電状態の変化が検出されている間のみ上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段と
を具えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
【請求項１６】
上記第２の通信装置は、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出する検出電極と、
上記第１の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極とを具え、
上記電力供給用電極と上記検出電極とは同一の電極でなる
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項１７】
上記第２の通信装置は、
上記第１の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段とを具え、
上記電力供給手段は、
上記電力供給用の信号を、上記第１の通信装置へ送信するための搬送用の信号と兼用する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項１８】
上記第２の通信装置は、
上記第１の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段とを具え、
上記第１の通信装置は、
上記電力供給用電極から発生する上記準静電界によって帯電させられた上記識別対象を経由して電力を得る
ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項１９】
第１の通信装置と、第２の通信装置とが準静電界を介して情報を送受信する通信方法において、
送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させる第１のステップと、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて上記情報を復調する第２のステップと
を具えることを特徴とする通信方法。
【請求項２０】
上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項１９に記載の通信方法。
【請求項２１】
送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させる帯電誘導手段を具え、
当該識別対象を準静電界におけるアンテナとして作用させる
ことを特徴とする通信装置。
【請求項２２】
上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２３】
上記帯電誘導手段は、
上記準静電界を発生する送信用平行平板電極を有し、
上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２４】
上記帯電誘導手段は、
上記準静電界を発生する送信用平行平板電極を有し、
上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ上記電界を検出する受信側の検出手段における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする請求項２１に記載の通信装置。
【請求項２５】
準静電界におけるアンテナとして作用させられた結果、ほぼ等方に情報の有する準静電界を形成する識別対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて上記情報を復調する復調手段
を具えることを特徴とする通信装置。
【請求項２６】
上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項２５に記載の通信装置。
【請求項２７】
上記復調手段は、
上記帯電状態の変化を受信用平行平板電極を介して検出する検出手段を有し、
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項２５に記載の通信装置。
【請求項２８】
上記復調手段は、
上記帯電状態の変化を受信用平行平板電極を介して検出する検出手段を有し、
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項２５に記載の通信装置。
【請求項２９】
所定の通信相手と通信する通信装置において、
電界を発生する送信用平行平板電極を具え、
上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする通信装置。
【請求項３０】
上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ上記電界を検出する受信側の検出手段における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする請求項２９に記載の通信装置。
【請求項３１】
上記電極面積及び上記電極間距離として形成された上記送信用平行平板電極に対して印加する信号を使用周波数に応じて生成する生成手段
を具えることを特徴とする請求項２９に記載の通信装置。
【請求項３２】
所定の通信相手と通信する通信装置において、
上記通信相手から発生された電界を受信用平行平板電極を介して検出する検出手段を具え、
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする通信装置。
【請求項３３】
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項３２に記載の通信装置。
【請求項３４】
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ上記検出手段における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項３２に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信システムに関し、例えば電界を介して情報を送受信する通信システムに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信システムは、例えば携帯電話機間において放射電界（電波）を用いて情報を送受信したり、例えば駅の改札機に設けられたデータ読出書込器内のコイルと、ＩＣカード内のコイルとの間における電磁誘導により情報を送受信するようになされている。
【０００３】
近年、例えば下記の表１に示すように、人体表皮に当接された状態で装着される人体側通信機と、当該人体の近傍に機器側通信機とを設け、当該人体側通信機の電極を介して人体に交流電圧を印加し、その結果、人体側通信機及び機器側通信機における各電極間に介在する人体を媒質としたコンデンサの作用により、当該機器側通信機の電極で生ずる静電誘導現象を用いて情報を送受信するようになされた通信システムが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【表１】
2004282733.tif 000003
【０００５】
また、表１に示した場合の他にも、送受信用の電極間に介在する人体を媒質としたコンデンサの作用により、受信用の電極に生じる静電誘導現象を用いて情報を送受信するようになされた通信システムが数多く提案されている（特許文献１〜９、非特許文献２〜５参照）。
【特許文献１】特表平１１−５０９３８０号
【特許文献２】特許第３０７４６４４号
【特許文献３】特開平１０−２２８５２４号
【特許文献４】特開平１０−２２９３５７号
【特許文献５】特開２００１−３０８８０３号
【特許文献６】特開２０００−２２４０８３号
【特許文献７】特開２００１−２２３６４９号
【特許文献８】特開２００１−３０８８０３号
【特許文献９】特開２００２−９７１０号
【非特許文献１】インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mew.co.jp/press/0103/0103-7.htm＞  ［平成１５年１月２０日検索］
【非特許文献２】２００２．３．１、蜂須賀啓介、中田杏理、柴健次、佐々木健、保坂寛、板生清（東大）「人体を伝送路とした情報通信デバイスの開発」マイクロメカトロニクス学術講演会講演論文集  ＶＯＬ，２００２，春季；ＰＰ．２７−２８
【非特許文献３】２００２  中田杏理、蜂須賀啓介、柴健次、佐々木健、保坂寛、板生清（東大）「生体内通信システムの開発」精密工学会大会学術講演開講演論文集  春季；ＰＡＧＥ．６４０
【非特許文献４】２００２．３．１  藤井勝之（千葉大）、伊達公一（千葉大）、田島茂（ソニーコンピュータサイエンス研）「人体を伝送路として利用した通信システムのモデル化に関する検討」社団法人映像メディア学会技術報告  Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．２０，ｐｐ．１３〜１８
【非特許文献５】２００２．３．１８  蜂須賀啓介、中田杏理、武田健人、佐々木健、保坂寛、板  生清（東大  大学院新領域創世科学研究科）、柴健次（東京理大  理工）「人体を伝送路とした情報通信デバイスの開発」マイクロメカトロニクス  Ｖｏｌ．４６，ＮＯ．２；ＰＰ．５３−６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでかかる構成の通信システムにおいては、送受信用の電極間に介在させる人体を媒質としたコンデンサの作用を物理的作用の前提としていることにより、当該電極間で通信する際の通信強度が電極面積に依存してしまう。
【０００７】
また、送受信用の電極間に介在させる人体を媒質としたコンデンサの作用を物理的作用の前提としていることにより、例えば、送信用の電極を人体の右手首に装着した場合には当該右手首から指先方向以外への通信については物理的に不可能となり、一方、送信用の電極を人体の胸近傍に装着した場合には当該胸から前面方向以外への通信については物理的に不可能となる。
【０００８】
このように通信システムにおいては、送受信用の電極間に介在させる人体を媒質としたコンデンサの作用を物理的作用の前提としていることにより、人体に装着する電極位置に応じて通信方向が制約されるのみならず、当該通信の強度が電極面積に依存する結果、通信の際における自由度が乏しいという問題があった。
【０００９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、通信の際における自由度を向上し得る通信システム、通信装置及び通信方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため本発明においては、送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させる第１の通信装置と、識別対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて情報を復調する第２の通信装置とによって通信システムを構成する。
【００１１】
この場合、通信システムでは、所定の情報に応じた識別対象の帯電により当該識別対象表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができるため、従って第１の通信装置における電極の位置に応じて通信方向が制約されることなく、当該通信の強度が電極面積に依存することなく通信することができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【００１２】
また本発明においては、識別対象が人体であっても、人体の性質上極めて良好に帯電するため、人体の動作の有無に係わらず当該人体表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができる。
【００１３】
さらに本発明においては、基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として、準静電界を発生する送信用平行平板電極を形成したことにより、準静電界通信に不要な誘導電磁界成分や放射電界成分を抑制した分だけ通信に必要なエネルギーを低くできると共に、不要伝播を抑制して空間分解能を向上させることができため、通信の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させ、識別対象の帯電状態の変化に基づいて情報を復調するようにしたことにより、所定の情報に応じた識別対象の帯電により当該識別対象表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができるため、送信側の電極の位置に応じて通信方向が制約されることなく、当該通信の強度が電極面積に依存することなく通信することができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【００１５】
また本発明によれば、識別対象が人体であっても、人体の性質上極めて良好に帯電するので、人体の動作の有無に係わらず当該人体表面からその周囲等方へ準静電界におけるアンテナとして作用させることができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【００１６】
さらに本発明によれば、基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として、準静電界を発生する送信用平行平板電極を形成したことにより、準静電界通信に不要な誘導電磁界成分や放射電界成分を抑制した分だけ通信に必要なエネルギーを低くできると共に、不要伝播を抑制して空間分解能を向上させることができるため、通信の安定化を図ることができ、かくして通信の際における自由度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面について本発明について詳述する。
【００１８】
（１）本発明の概要
本発明は、電界を用いて情報を送受信する。以下、電界との関係において本発明の概要を述べる。
【００１９】
（１−１）電界
一般に、電気双極子（ダイポールアンテナ）に電流を流した場合、当該アンテナからの距離ｒに従って発生する電界Ｅは、次式
【００２０】
【数１】
2004282733.tif 000004
【００２１】
のように簡略化して表すことができる。
【００２２】
（１）式に示されるように、電界Ｅは、距離ｒの３乗に反比例する成分（以下、これを準静電界と呼ぶ）と、距離ｒの２乗に反比例する成分（以下、これを誘導電磁界と呼ぶ）と、距離ｒに線形に反比例する成分（以下、これを放射電界と呼ぶ）とに大別される。
【００２３】
放射電界は、距離ｒに線形に反比例するだけである分、当該距離ｒが長い場合であっても急速に減衰しない伝搬性に優れた成分であるため、従来における情報通信の分野では一般的な情報伝送媒体として用いられている。
【００２４】
誘導電磁界は、距離ｒが長くなるとその２乗に反比例して減衰する伝搬性に乏しい成分であるが、近年における一部の情報通信の分野では情報伝送媒体として用いられている。
【００２５】
準静電界は、距離ｒの３乗に反比例して急速に減衰するので伝搬性はなく、単に振動として振動源のごく近傍に現れるだけの成分であるため、放射電界や誘導電磁界を前提とした情報通信の分野では利用されていない。
【００２６】
本発明は、電界のうち準静電界を用いた近傍通信（以下、これを近接場通信と呼ぶ）手法により、ごく近傍の通信範囲内で情報を送受信するようになされている。
【００２７】
（１−２）準静電界
かかる準静電界について更に詳しく述べる。まず、上述の（１）式に表した電界Ｅを、図１に示すように、原点から所定間隔だけ離れた位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における電界として表してみる。
【００２８】
このとき距離δだけ離れた位置に電荷ｑと、電荷−ｑとが存在し、時刻ｔで電荷ｑが「Ｑｃｏｓωｔ」と変化すると仮定した場合に、電荷ｑの位置を原点とすると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における各電界Ｅｒ、Ｅθ及びＥφは、次式
【００２９】
【数２】
2004282733.tif 000005
【００３０】
と表すことができる。
【００３１】
因みに、（２）式において電界Ｅφが「０」となるが、これは位置Ｐ（図１）からφ方向には電界が発生しないことを意味している。
【００３２】
ここで、（２）式に表される電界Ｅｒ及びＥθから、距離ｒに線形に反比例する成分（即ち放射電界）を分離すると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における放射電界Ｅ１ｒ及びＥ１θは、次式
【００３３】
【数３】
2004282733.tif 000006
【００３４】
と表すことができ、また（２）式に表される電界Ｅｒ及びＥθから、距離ｒの２乗に反比例する成分（即ち誘導電磁界）を分離すると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における誘導電磁界Ｅ２ｒ及びＥ２θは、次式
【００３５】
【数４】
2004282733.tif 000007
【００３６】
と表すことができ、さらに（２）式に表される電界Ｅｒ及びＥθから、距離ｒの３乗に反比例する成分（即ち準静電界）を分離すると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における準静電界Ｅ３ｒ及びＥ３θは、次式
【００３７】
【数５】
2004282733.tif 000008
【００３８】
と表すことができる。
【００３９】
因みに（３）式において放射電界Ｅ１ｒのみ「０」となるが、これは位置Ｐ（図１）から接線方向には放射電界が発生しないことを意味している。
【００４０】
次に、距離ｒに関する放射電界、誘導電磁界及び準静電界における成分別電界強度を表すために、かかる（３）式〜（５）式のうち放射電界Ｅ１θ、誘導電磁界Ｅ２θ及び準静電界Ｅ３θについてもう少し整理してみる。
【００４１】
すなわち、波数ｋ〔ｍ−１〕は、角周波数をωとし、光速をｃとすると、次式
【００４２】
【数６】
2004282733.tif 000009
【００４３】
に示す関係にあるので、波数ｋを（６）式に置き換えると共に、距離ｒによる周期的な電界強度変化に相当する「j・exp(-jkr)」については議論の本質とはならないので取り除き、また電荷ｑと電荷−ｑとの時間的変化の最大時を扱うため「ｃｏｓωｔ」を１とすると、次式
【００４４】
【数７】
2004282733.tif 000010
【００４５】
となり、次いで、（７）式について距離δを１とし、電荷ｑ（＝Ｑ）を０．００１〔Ｃ〕とし、θをπ／２として整理すると、次式
【００４６】
【数８】
2004282733.tif 000011
【００４７】
となる。
【００４８】
かかる（８）式に基づいて放射電界Ｅ１θ、誘導電磁界Ｅ２θ及び準静電界Ｅ３θにおける成分別電界強度を定性的にプロットした結果を図２及び図３に示す。
【００４９】
但し、図２及び図３においては、周波数１〔ＭＨｚ〕における成分別電界強度を示し、また図３においては、図２に示した成分別電界強度を指数（指数尺度）に置き換えて示している。
【００５０】
特に図３から明らかなように、放射電界Ｅ１θ、誘導電磁界Ｅ２θ及び準静電界Ｅ３θにおける成分別電界強度の等しくなる距離ｒ（以下、これを境界点と呼ぶ）が存在しており、当該境界点よりも遠方では放射電界Ｅ１θが支配的となり、これに対して境界点から近傍では準静電界Ｅ３θが支配的となっていることが分かる。
【００５１】
ところで境界点においては、上述の（８）式よれば、次式
【００５２】
【数９】
2004282733.tif 000012
【００５３】
となるときであり、光速ｃは波長をλとし、周波数をｆとすると、次式
【００５４】
【数１０】
2004282733.tif 000013
【００５５】
に示す関係にあり、一方、角周波数ωは次式
【００５６】
【数１１】
2004282733.tif 000014
【００５７】
に示す関係にあるので、（１０）式と（１１）式とを（９）式に代入して整理すると、次式
【００５８】
【数１２】
2004282733.tif 000015
【００５９】
となる。
【００６０】
（１２）式によれば、原点から境界点までの距離ｒについては波長λによって異なり、図４に示すように、波長λが長いほど準静電界Ｅ３θが支配的となる範囲（原点から境界点までの距離ｒ）は広くなる。
【００６１】
以上に述べたことをまとめてみると、空気の比誘電率εを１とし、空気中の波長をλとして仮定した場合、原点からの距離ｒが「ｒ＜λ／２π」である範囲内では、準静電界Ｅ３θは支配的となる。
【００６２】
本発明は、近接場通信手法により情報を送受信する際に、かかる（１２）式を充足する範囲を選定することにより、準静電界Ｅ３θが支配的となる空間上で当該情報を送受信するようになされている。
【００６３】
（１−３）準静電界と人体
ところで、人体に放射電界や誘導電磁界を発生させようとするならば当該人体に電流を流す必要があるが、人体はインピーダンスが非常に高いので、当該人体に電流を効率的に流すことは物理的に困難であり、また生理的にも好ましくない。しかしながら静電気については全く様相が異なってくる。
【００６４】
すなわち、日常我々が静電気を体感するという経験的事実からも示唆されるように、人体は非常に良く帯電する。また動作に応じた人体表面の帯電により準静電界が発生することも知られていることから、人体へ準静電界を発生させる場合には当該人体に通電する必要はなく帯電させればよい。
【００６５】
つまり、人体では極めて少ない電荷の移動（電流）により帯電し、当該帯電変化が瞬間的に人体表面周囲に伝わってその周囲からほぼ等方向へ準静電界の等電位面として形成されると共に、準静電界が支配的となる上述の（１２）式を充足する範囲内では放射電界や誘導電磁界の影響も少ないのでアンテナとして効率的に機能する。このことは本出願人による実験結果により既に確認されている。
【００６６】
本発明は、近接場通信手法として、所定の情報に応じて人体を帯電させることにより当該人体近傍の周囲へ等方に形成される準静電界を変調し、その結果人体近傍に情報を有する準静電界を形成させて当該情報を送受信するようになされている。
【００６７】
このように本発明の概要としては、準静電界の性質と人体の性質とを利用したものであって、当該準静電界が支配的となる範囲内において当該人体を帯電させることによりアンテナとして作用させ、その結果人体近傍に形成される準静電界を情報伝送媒体として用いるようにするものであり、以下、本発明を適用した一実施の形態について述べる。
【００６８】
（２）第１の実施の形態
（２−１）第１の実施の形態による通信システムの全体構成
図５において、１は全体として第１の実施の形態による通信システムの全体構成を示し、所定の駅に設けられた改札機２と、改札機２を利用する人体（以下、これを利用者と呼ぶ）の着衣のポケットに挿入されたカード形状でなる可搬型の装置（以下、これをカード装置と呼ぶ）３とによって構成される。
【００６９】
改札機２においては、利用者の通過経路として駅における所定の場所へ設置された入出用通路部４と、当該入出用通路部４の出口側へ開閉自在に設けられた出口扉５とを有し、当該入出用通路部４の入口側の側面には電極（以下、これを側面電極と呼ぶ）７が設けらている。
【００７０】
カード装置３は、一方の表面には電極（以下、これを内部電極と呼ぶ）８が設けられると共に、他方の表面にも電極（以下、これを外部電極と呼ぶ）９が設けられている。
【００７１】
かかる通信システム１は、入出用通路部４上を通過しようとする利用者のカード装置３を起動した後、当該カード装置３と改札機２との間で近接場通信し、必要に応じて閉鎖状態の出口扉５を開放するようになされている。
【００７２】
（２−２）近接場通信
かかる通信システム１における近接場通信について、改札機２の内部構成と、カード装置３の内部構成とを示す図面を用いながら以下詳細に述べる。
【００７３】
（２−２−１）カード装置の起動
図６に示すように、改札機２の制御部２０は、所定の通信処理プログラムに従って改札機２を統括的に制御するようになされており、予め情報格納メモリに格納された所定の通信クロックに基づいて経路切換器２１の切換切片２１ａを送信用接続端２１ｂ又は受信用接続端２１ｃに切り換えるようになされている。
【００７４】
送信部２３は、通信クロックに基づく送信タイミングの際に、交流電源１５に基づいて生成した所定の周波数でなる交流信号Ｓ１を経路切換器２１を介して側面電極７に与え、当該側面電極７を介して交流信号Ｓ１に応じて振動する準静電界を発生する。
【００７５】
具体的に送信部２３は、空気の比誘電率εを１とし、空気中の波長をλとし、カード装置３と改札機２とが通信する際における外部電極９と側面電極７との間での最大の距離をｒとし、交流信号Ｓ１の周波数をｆとして上述の（１２）式に（１０）式を代入して整理すると、次式
【００７６】
【数１３】
2004282733.tif 000016
【００７７】
を充足する周波数ｆでなる交流信号Ｓ１を生成して側面電極７に与えることにより、図２及び図３について上述したように、放射電界及び誘導電磁界を抑制した状態で、準静電界を側面電極７から発生し得るようになされている。
【００７８】
この状態において、側面電極７から発生される準静電界の内部に利用者が入ると（即ち、入出場通路部４上を利用者が通過しようとすると）、当該準静電界内部の利用者は側面電極７の変位に応じて帯電することによりアンテナとして作用し、利用者表面周囲にはほぼ等方向へ当該変位に応じた準静電界（以下、これを交番準電界と呼ぶ）ＴＤが広がる。
【００７９】
この場合、図７に示すように、利用者に携帯されるカード装置３の内部電極８は、当該利用者と静電結合してコンデンサＣ２を形成し、その一方で外部電極９は、接地と結合してコンデンサＣ３を形成すると共に、当該利用者を経由して側面電極７（接地と等価電位でなる）と結合してコンデンサＣ１を形成する。
【００８０】
この結果、図８に示すように側面電極７、利用者、内部電極８及び外部電極９を順次経由してなる電気的な経路が形成され、当該外部電極９は帯電する利用者を経由してカード装置３内の交流電源１５の基準電位となる。これによりカード装置３における内部電極８と外部電極９との間には、帯電する利用者を経由して改札機２側の交流電源１５の電圧が加わる。
【００８１】
このときカード装置３は、図９に示すように、内部電極８側の切換切片３１ａを受信用接続端３１ｃに接続すると共に、外部電極９側の切換切片３１ｂを受信用接続端３１ｅに接続しており、外部電極９及び内部電極８間に生じる交流信号（電流）Ｓ１を整流回路３３により全波整流し、その結果得られる直流電流Ｓ２を平滑コンデンサＨＣに電力として蓄積する。
【００８２】
電源制御部３２は、平滑コンデンサＨＣに蓄積される電力が所定の電圧レベルにまで達したことを検出するとカード装置３を起動するようになされている。
【００８３】
このようにして通信システム１においては、利用者を帯電させることにより巨大なアンテナ（電極）として機能する当該利用者からカード装置３の電力を得るようにしたことにより、改札機２側からの電力供給を補助することができると共に、カード装置３側では、内部電極８及び外部電極９の電極面積に依存することなくかつ電池を設けることもなく電力を得ることができるようになされている。
【００８４】
かくするにつき、通信システム１では、改札機２からカード装置３への電力供給の効率化を図りつつ、システム全体及びカード装置３自体の小型化を図ることができるようになされている。
【００８５】
一方、カード装置３は、改札機２から与えられる交流信号Ｓ１の周波数ｆに基づいて、クロックジェネレータ３４により改札機２側の通信クロックに対応する同期クロックＳ３を生成し、これを制御部３０に与える。
【００８６】
制御部３０は、所定の通信処理プログラムに従ってカード装置３を統括的に制御するようになされており、クロックジェネレータ３４から与えられる同期クロックＳ３に基づいて経路切換器３１の切換切片３１ａ及び３１ｂを切り換える。
【００８７】
因みに制御部３０は、同期クロックＳ３に基づく送信タイミングの際には切換切片３１ａを送信用接続端３１ｄに接続すると共に切換切片３１ｂをアース接続端３１ｆに接続し、これに対して受信タイミングの際には切換切片３１ａを受信用接続端３１ｃに接続すると共に切換切片３１ｂを受信用接続端３１e に接続するようになされている。
【００８８】
（２−２−２）カード装置から改札機への近接場通信
制御部３０は、同期クロックＳ３に基づく送信タイミングの際に、例えば駅を入出場する際の駅名や料金情報等、利用者の入出場の可否を識別する識別情報Ｓ４を内部の情報格納メモリ（図示せず）から読み出し、これを送信部３５に与える。
【００８９】
送信部３５は、平滑コンデンサＨＣに蓄積された電力に基づいて改札機２側と同一の周波数でなる交流信号を生成し、当該交流信号に対して所定の変調方式に従った変調処理を施して識別情報Ｓ４を重畳し、その結果得られる識別信号Ｓ５を経路切換器３１を介して内部電極８と外部電極９との間に与える。
【００９０】
この場合、内部電極８は識別信号Ｓ５の周波数に応じて振動し、当該振動に応じた準静電界（識別信号Ｓ５）を発生する。この結果、利用者は内部電極８の振動に応じて帯電し、当該利用者周囲にはほぼ等方へ当該振動に応じて識別信号Ｓ５の有する準静電界（以下、これを情報伝送準静電界と呼ぶ）ＤＴＤが形成される。
【００９１】
この場合、図７及び図８について上述した場合と同様の作用により、利用者と側面電極７とが結合し、情報伝送準静電界ＤＴＤは、側面電極７で検出されるようになされている。
【００９２】
このようにして送信部３５においては、（１２）式について上述したように放射電界及び誘導電磁界を抑制した空間上で、内部電極８から発生する準静電界（識別信号Ｓ５）に応じて利用者の帯電状態を変化させることにより当該利用者をアンテナとして作用させ、情報伝送準静電界ＤＴＤを形成し得るようになされている。
【００９３】
このとき改札機２（図６）では通信クロックに基づく受信タイミングとなっており、電界効果トランジスタ（以下、これをＦＥＴと呼ぶ）２８は、側面電極７により検出された情報伝送準静電界ＤＴＤの強度変位を当該ＦＥＴ２８のゲートを介して電位変化として検出し、これをアンプ（図示せず）を介して識別信号Ｓ６として受信部２４に与える。
【００９４】
受信部２４は、識別信号Ｓ６に対して所定の復調方式に従って復調処理を施すことにより識別情報Ｓ７を抽出し、これを制御部２０の通過判定部２５に与える。
【００９５】
通過判定部２５は、受信部２４から識別情報Ｓ７を受けると、当該識別情報Ｓ７と、予め情報格納メモリに格納された判定情報とに基づいて所定の判定処理を実行し、入出用通路部４（図５）を通過しようとする利用者を通すべきか否かを判定する。
【００９６】
そして通過判定部２５は、利用者を通すべき肯定結果を得た場合には通過許可命令を出口扉制御部２６及び情報提供部２７に与え、これに対して当該利用者を通すべきではない否定結果を得た場合には通過不許可命令を出口扉制御部２６及び情報提供部２７に与える。
【００９７】
出口扉制御部２６は、通過判定部２５から通過許可命令を受けた場合には入出用通路部４（図５）の出口扉５を開放することにより当該利用者を通し、これに対して通過判定部２５から通過不許可命令を受けた場合には入出用通路部４の出口扉５を閉塞状態のまま維持することにより当該利用者の通過を阻止するようになされている。
【００９８】
（２−２−３）改札機からカード装置への近接場通信
情報提供部２７は、通過判定部２５から通過許可命令又は通過不許可命令を受けると、当該通過許可又は通過不許可やその他利用者に通知する通知情報Ｓ８を生成した後、通信クロックに基づく送信タイミングの際に通知情報を送信部２３に与える。
【００９９】
送信部２３は、交流信号Ｓ１に対して所定の変調方式に従った変調処理を施して通知情報Ｓ８を重畳し、この結果得られる通知信号Ｓ９を経路切換器２１を介して側面電極７に与え、当該通知信号Ｓ９に応じて振動する準静電界を側面電極７から発生する。
【０１００】
これにより送信部２３においては、図７及び図８で上述したような準静電界の誘導により、放射電界及び誘導電磁界を抑制した空間上で、側面電極７から発生する準静電界（通知信号Ｓ９）に応じて利用者の帯電状態を変化させて当該利用者をアンテナとして作用させ、利用者近傍に情報伝送準静電界ＤＴＤを形成し得るようになされている。
【０１０１】
このときカード装置３（図９）では同期クロックＳ３に基づく受信タイミングとなっており、内部電極８は利用者近傍に形成される情報伝送準静電界ＤＴＤを検出し、ＦＥＴ３７は、内部電極８により検出された情報伝送準静電界ＤＴＤの強度変位を当該ＦＥＴ３７のゲートを介して電位変化として検出し、これをアンプ（図示せず）を介して通知信号Ｓ９として受信部２４に与える。
【０１０２】
受信部２４は、通知信号Ｓ９に対して所定のパルス変調方式により復調処理を施すことにより通知情報Ｓ１０を抽出し、これを制御部３０に与える。
【０１０３】
このとき制御部３０は、例えば通知情報Ｓ１０に基づいてその内容を表示部（図示せず）を介して表示することにより、当該内容を利用者に通知するようになされている。
【０１０４】
このように改札機２（カード装置３）は、通信クロック（同期クロックＳ３）に基づいて送信経路と受信経路とを交互に切り換えて情報を送受信する半２重方式を実行することにより、側面電極７（内部電極８）を介して送信した通知信号Ｓ９（識別信号Ｓ５）を、当該側面電極７（内部電極８）を介して受信してしまうこと（いわゆる回り込み）を回避し得るようになされている。
【０１０５】
この場合、改札機２（カード装置３）は、１つの側面電極７（内部電極８）で、利用者を帯電させる帯電誘導電極としての機能と、カード装置３（改札機２）によって変化させられた利用者の帯電状態の変化を検出する検出電極としての機能とを兼用することができ、その分だけ小型化できるようになされている。
【０１０６】
さらに、改札機２は、１つの交流信号Ｓ１を電力供給用又は情報通信用として兼用することにより、当該電力供給用の信号に係る送信用電極と情報通信用信号の送信用電極とを別々に設けることなく１つの側面電極７で共用することができ、その分小型化し得るようになされている。
【０１０７】
（２−３）近接場通信における補助手段
かかる構成に加えて、通信システム１においては、図１０に示すように、入出用通路部４の床面（以下、これを経路床面と呼ぶ）Ｙ１をアース（以下、これを建物床面と呼ぶ）Ｙ２へ接地せずに、当該建物床面Ｙ２から所定の空間ｄｘ（空隙）だけ隔てた状態で、経路床面Ｙ１を設けるようになされている。
【０１０８】
この場合、経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間における空間ｄｘの分だけ利用者の足と建物床面Ｙ２との間の静電容量を、当該利用者と側面電極７との間の静電容量よりも小さくすることができ、当該利用者足元から建物床面Ｙ２への情報伝送準静電界ＤＴＤ（交番準電界ＴＤ）の漏洩を抑制し得るようになされている。
【０１０９】
これに加えて例えば建物床面Ｙ２における鉄骨同士の接合面の隙間や、当該鉄骨の錆による電気的に不安定な状態から生じる放電ノイズ等、建物床面Ｙ２の不整合により生じるノイズ（以下、これを環境ノイズと呼ぶ）ＫＮが、経路床面Ｙ１から利用者へ誘導されることをも回避し得るようになる。
【０１１０】
従って通信システムでは、利用者を帯電させた際に、当該帯電変化が瞬間的に利用者表面周囲に伝わってその周囲からほぼ等方向へ形成される情報伝送準静電界ＤＴＤ（交番準電界ＴＤ）の等電位面を、一段と安定した状態で形成させることができ、かくして、近接場通信の安定化を図り得るようになされている。
【０１１１】
このことは人体が理想的なものダイポールアンテナとして機能した際の準静電界の等電位面を示す図１１と、本実施の形態による実験結果を示す図１２とを比較すれば視覚的にも分かる。
【０１１２】
さらに、通信システム１の改札機２は、図１３に示すように、側面電極７からＦＥＴ２８を介して受信部２４までにわたる経路の途中での信号の漏洩を抑制するようになされており、具体的には第１にＦＥＴ２８とは電気的に分離した状態で当該ＦＥＴ２８の周囲を覆う導体の筐体２８Ａを設け、第２に当該受信経路における接地を受信部２４だけにする。
【０１１３】
また改札機２は、かかる漏洩を抑制する手段として、第３にＦＥＴ２８と接地との間における静電容量ＳＣ１を、当該ＦＥＴ２８から受信部２４を介して接地するまでの間における静電容量ＳＣ２に比して低減するようになされており、例えばＦＥＴ２８と接地との間隔（高さ）を大きくする。
【０１１４】
これにより改札機２は、側面電極７により検出された情報伝送準静電界ＤＴＤ（交番準電界ＴＤ）をＦＥＴ２８を介して受信部２４にまで効率よく誘導することができ、かくして、利用者に形成される情報伝送準静電界ＤＴＤ（図５）を感度良く受信することができるようになされている。
【０１１５】
（２−４）動作及び効果
以上の構成において、通信システム１においては、準静電界の性質と利用者（人体）の性質とを利用し、利用者を帯電させることによりアンテナとして作用させ、この結果利用者近傍に形成される準静電界を情報伝送媒体として用いるようにした。
【０１１６】
具体的に通信システム１においては、図６及び図９で上述したように、カード装置３（改札機２）側では識別情報Ｓ４（通知情報Ｓ８）に応じて変調した識別信号Ｓ５（通知信号Ｓ９）に応じた準静電界を内部電極８（側面電極７）から発生することにより利用者を帯電させ、改札機２（カード装置３）では利用者近傍へ等方に形成される情報伝送準静電界ＤＴＤ（図５）の強度の変位を側面電極７（内部電極８）及びＦＥＴ２８（ＦＥＴ３７）を順次介して検出し、当該検出結果に基づいて識別情報Ｓ４（通知情報Ｓ８）を復調するようにした。
【０１１７】
従って通信システム１では、極めて良好に帯電する利用者をアンテナとして、識別信号Ｓ５（通知信号Ｓ９）に応じて当該利用者表面からほぼ等方へ広がる情報伝送準静電界ＤＴＤを形成させることができ、またカード装置３における保持の仕方や装着の仕方等に依存することなく、カード装置３における内部電極８の利用者への接触又は非接触に依存することもなく送受信することができる。
【０１１８】
また通信システム１では、帯電する利用者をアンテナとして作用させるので、当該利用者の動作に係わらず利用者表面からその周囲等方へ広がる情報伝送準静電界ＤＴＤを形成させることもでき、従って通信の際に所定の動作を利用者に強要させることなく情報を送受信することもできる。
【０１１９】
さらに通信システム１では、帯電する利用者をアンテナとして作用させ、その結果利用者近傍に形成される非伝搬性の情報伝送準静電界ＤＴＤを介して情報を送受信するので、他の電波（誘導電磁界又は放射電界）との混信を回避することができると共に、当該通信空間外からの傍受を回避して通信内容の秘匿性を確保することができる。
【０１２０】
このように通信システム１では、従来のように送受信用の電極間に介在させる利用者を媒質として扱うのではなくアンテナとして作用させるようにしたことにより、利用者近傍において方向性の制約もなく秘匿性を確保した状態で、かつ利用者に所定の動作を強要もせずに情報の送受信を実現することができる。
【０１２１】
かかる構成に加えて、通信システム１では、（１２）式について上述したように、最大の距離ｒと、当該側面電極７に与える信号の周波数ｆとの関係として、上述の（１３）式を充足するように選定している。
【０１２２】
従って通信システム１においては、入出用通路部４上を通過しようとする利用者をアンテナとして作用させて近接場通信する際には、当該通信空間を常に非伝搬性の準静電界Ｅ３θが支配的となる空間（実質的に閉じた空間）として形成することができ、その結果、当該通信空間外に通信内容が伝わらない程度に通信出力を弱めることができ、通信内容の秘匿性を一段と確保することができるようになされている。
【０１２３】
以上の構成によれば、通信システム１においては、準静電界の性質と利用者の性質とを利用し、当該利用者を帯電させることによりアンテナとして作用させ、その結果利用者近傍に形成される準静電界ＤＴＤを情報伝送媒体として用いるようにしたことにより、利用者近傍において方向性の制約もなく秘匿性を確保した状態で、かつ利用者に所定の動作を強要もせずに情報の送受信を実現することができ、かくして、準静電界を用いた通信の際における自由度を向上することができる。
【０１２４】
（２−５）他の実施の形態
上述の第１の実施の形態においては、第１の通信装置としてのカード装置３を利用者の着衣のポケットに挿入するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１４に示すように腕に装着するようにしても良く、或いは携帯電話機や歩数計内に組み込みんだり、鞄に入れる等、上述したようにカード装置３における保持の仕方や装着の仕方等に依存することなく、カード装置３における内部電極８の利用者への接触又は非接触に依存することもなく送受信人体の近傍に設けることができるので、要は利用者の近傍にあれば良い。
【０１２５】
また上述の第１の実施の形態においては、カード装置３をカード形状とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の形状にすることができる。
【０１２６】
さらに上述の第１の実施の形態においては、建物床面Ｙ２（図１０）から所定の空間ｄｘだけ隔てて経路床面Ｙ１を入出用通路部４に設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間に比誘電率の低い部材を充填するようにしても良い。
【０１２７】
この場合、経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間に充填される部材の比誘電率をεとし、当該経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間における隙間をｄｘとし、真空の誘電率をε0 とし、利用者の足裏面積をS とすると、利用者の足と建物床面Ｙ２との間の静電容量ＣＹ２は、次式
【０１２８】
【数１４】
2004282733.tif 000017
【０１２９】
の関係に近似するので、かかる関係を考慮して経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間における距離ｄｘと、経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間に充填する部材との比誘電率をεを選定すれば、利用者と側面電極７との間の静電容量よりも利用者の足と建物床面Ｙ２との間の静電容量ＣＹ２を確実に小さくすることができ、かくして、当該利用者足元から建物床面Ｙ２への情報伝送準静電界ＤＴＤ（交番準電界ＴＤ）の漏洩を一段と抑制して近接場通信の安定化をより一層図ることができる。
【０１３０】
また上述の実施の第１の形態においては、識別対象と建物床面との電気的結合を抑制する結合抑制手段として、建物床面Ｙ２（図１０）から所定の空間ｄｘだけ隔てて経路床面Ｙ１を入出用通路部４に設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１６に示すように、経路床面Ｙ１に敷設され、当該建物床面Ｙ２に接地されたノイズ吸収接地ライン４０を設けるようにしても良い。
【０１３１】
この場合、上述の第１の実施の形態と同様に、建物床面Ｙ２の不整合により生じるノイズ（以下、これを環境ノイズと呼ぶ）ＫＮが、経路床面Ｙ１から利用者へ誘導されることをも回避でき、近接場通信の安定化を図ることができる。また経路床面Ｙ１（図１０）と建物床面Ｙ２との間に空間ｄｘを設けると共にノイズ吸収接地ライン４０を設けるようにすれば、近接場通信の安定化を一段と図ることができる。
【０１３２】
さらに上述の第１の実施の形態においては、検出電極及び電力供給用電極としての側面電極７によって１つの交流信号Ｓ１を電力供給用の信号又は搬送用の信号として兼用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該電力供給用としての電極と、情報通信用としての電極とを別々に設けるようにしても良い。
【０１３３】
具体的には図６、図８及び図９の対応する部分にそれぞれ同一符号を付した図１６、図１７及び図１８に示すように、改札機２では、入出用通路部４の入り口側の内側面に側面電極７とは別に電力供給用電極５１を新たに設けると共に、当該電力供給用電極５１と接地との間に交流電源１５を設け、側面電極７については近接場通信の際にのみ用いるようにする。またカード装置３では、経路切換器３１に代えて、一方の表面に受信用内部電極５２と送信用内部電極５３とを設けると共に、他方の表面に受信用外部電極５４と送信用外部電極５５とを設ける。このようにして改札機２とカード装置３との間における電力供給用の経路と、情報通信用の経路とを別々に送受信するようにしても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３４】
さらに上述の第１の実施の形態においては、検出電極としての側面電極７により検出された利用者の帯電状態の変化（情報伝送準静電界ＤＴＤ）を、検出手段としてのＦＥＴ２８により識別情報Ｓ７として検出し、復調手段としての受信部２４により識別情報Ｓ７を復調するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該情報伝送準静電界ＤＴＤのインピーダンスの変化を測定することにより識別情報Ｓ７を復調するようにしても良い。
【０１３５】
具体的には図６の対応する部分にそれぞれ同一符号を付した図１９に示すように、改札機２は、送信部２３により、交流電源１５に基づいて生成した所定の周波数でなる交流信号Ｓ１を経路切換器２１を介して側面電極７に与えて準静電界を発生する。このとき復調手段及びインピーダンス測定手段としての受信部６０は、このようにすれば、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
さらに上述の第１の実施の形態においては、検出手段としてのＦＥＴ２８又は３７により利用者の帯電変化を識別信号Ｓ６（通知信号Ｓ９）として検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば誘導電圧に誘起された電圧をトランジスタやＦＥＴで構成されるものによって測定する誘導電極型電界強度計や、誘導電極から得られる直流信号をチョッパ回路や振動容量等を用いて交流変換する誘導電極型変調増幅方式電界強度計や、電気光学効果を有する物質に電界を加えることにより当該物質内に生じる光伝播特性の変化を測定する電気光学効果型電界強度計、またカード装置３に限ってはエレクトロメータ、シャント抵抗型電界強度計又は集電型電界強度計等、この他種々の検出手段によって利用者の帯電変化を検出するようにしても良い。
【０１３７】
さらに上述の実施の第１の形態においては、変調手段及び電力供給手段としての送信部２３により交流信号Ｓ１を常時側面電極７に与えるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、利用者が入出用通路部４に近づいてきた際に当該歩行運動に応じて利用者に形成される電界変位を検出電極としての側面電極７により検出している間のみ交流信号Ｓ１を側面電極７に与えるようにしても良い。
【０１３８】
具体的に改札機２は、制御部２０の制御の基、入出用通路部４（図５）を通過しようとする利用者を検出するまでは経路切換器２１の切換切片２１a を受信用接続端２１ｃに接続しておき、入出用通路部４に近づいてくる利用者に形成されている歩行準電界変位を側面電極７及びＦＥＴ２８を順次介して検出し、当該検出結果を送信部２３に送出したとき、制御部２０により切換切片２１a を送信用接続端２１ｂに接続して交流信号Ｓ１を側面電極７に与える。一方、改札機２は、入出用通路部４を遠ざかる利用者に形成されている歩行準電界変位を側面電極７及びＦＥＴ２８を順次介して検出できず、当該検出結果を送信部２３に送出しなくなったとき、制御部２０により切換切片２１a を再び受信用接続端２１ｃに接続すると共に交流信号Ｓ１の側面電極７への供給を停止する。このようにすれば、改札機２は、利用者の歩行による歩行準電界変位（帯電）を側面電極７により検出している間以外には交流信号Ｓ１を側面電極７に与えない分だけ、上述の実施の形態に比して一段と省エネルギー化を図ることができる。
【０１３９】
さらに上述の第１の実施の形態においては、利用者の近傍に設けられた可搬型でなる第１の通信装置としてのカード装置３と、所定の制御対象物に設けられた第２通信装置としての改札機２との間で近接場通信するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該一方の利用者に設けられたカード装置３と、他方の利用者に設けられたカード装置３との間で当該一方及び又は他方の利用者を経由して近接場通信するようにして良い。この場合、一方の利用者に設けられたカード装置３から他方の利用者に設けられたカード装置３までに経由する際の利用者（人体）の経由人数は何人であっても良い。このようにしても上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
さらに上述の第１の実施の形態においては、所定の制御対象物に設けられた第２の通信装置として改札機２を本発明に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばビデオテープレコーダ、テレビジョン装置、携帯電話機又はパーソナルコンピュータ等の電子機器や、医療機器、車、机、その他制御を目的とする制御対象物又はその近傍に設けられた第２の通信装置を本発明に幅広く適用することができる。この場合、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
さらに上述の第１の実施の形態においては、識別対象として人体を本発明に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ほ乳類やは虫類あるいは植物等の生体、さらには所定の導電性の物、その他識別を目的とする帯電性を有する対象を識別対象として本発明に幅広く適用することができる。
【０１４２】
さらに上述の第１の実施の形態においては、通信経路としての入出用通路部４への入出場の際に必要に応じて出口扉５を開放する通信システム１に本発明を適用するようにした場合について述べたが、これに限らず、例えば会社の入出用通路への入出場の際に必要に応じて扉を開放する通信システム、机の近傍を通信経路とし当該机に近づいた際に必要に応じて机の扉を開放する通信システム、パーソナルコンピュータの近傍を通信経路とし当該パーソナルコンピュータに近づいた際に必要に応じて電源をオン状態にする通信システム、所定の識別対象物を搬送する搬送路を通信経路とし所定の位置へ当該識別対象物が搬送された際に必要に応じて搬送路を切り換える通信システム等、要は、人体を情報に応じて帯電させてアンテナとして作用させ、当該人体近傍に形成される準静電界を情報伝達媒体として情報を送受信する通信システムであれば、この他種々の用途でなる通信システムに本発明を幅広く適用することができる。
【０１４３】
（３）第２の実施の形態
（３−１）第２の実施の形態による通信システムの全体構成
図２０において、１００は全体として第２の実施の形態による通信システムを示し、人体の着衣における尻ポケットに挿入された音声再生装置１０２と、当該人体の頭部に装着されたヘッドホン装置１０３とによって構成される。
【０１４４】
この音声再生装置１０２はカード形状でなり、当該音声再生装置１０２の内部には、送信電極１０５ａと、当該送信電極１０５ａと対をなす参照電極１０５ｂとからなる平行平板電極部（以下、これを送信電極部と呼ぶ）１０５が設けられている。
【０１４５】
この場合、音声再生装置１０２は、音声記憶媒体から音声信号を再生し、当該再生した音声信号に応じて変調した準静電界を送信電極部１０５から発生することにより人体を帯電させるようになされている。
【０１４６】
一方、ヘッドホン装置１０３は、ヘアバンド部１０３Ａと、当該ヘアバンド部１０３Ａの先端に設けられた１対のイヤパッド部１０３Ｌ、１０３Ｒとによって構成される。そしてこのヘアバンド部１０３Ａには、その略中心位置に受信電極１０６ａと、当該受信電極１０６ａと対をなす参照電極１０６ｂとからなる平行平板電極部（以下、これを受信電極部と呼ぶ）１０６が設けられている。
【０１４７】
この場合、ヘッドホン装置１０３は、音声再生装置１０２によって帯電させられた人体の帯電状態の変化を受信電極部１０６付近の電界の変化、具体的には受信電極部１０６の電極１０６ａ、１０６ｂ間の電位差を検出し復調した後、この結果得られる音声信号に基づく音声をイヤパッド部１０２Ｌ、１０２Ｒに内蔵されるスピーカ（図示せず）から出力するようになされている。
【０１４８】
このようにしてこの通信システム１００は、音声再生装置１０２の送信電極部１０５から発生させた準静電界をヘッドホン装置１０３の受信電極部１０６の電極１０６ａ、１０６ｂ間の電位差として検出するようにして、音声信号を人体を経由して近接場通信することができるようになされている。
【０１４９】
ここで、上述の第１の実施の形態では、人体に設けられた電極（内部電極８）と、所定の場所（入出場通路部４上）に設けられた電極（側面電極７）との双方の電極間の電位差を利用して近接場通信したが、当該人体を経由して受信側の装置に到達する信号と、空中に形成された電界を経由して受信側の装置の電極から受信される信号との位相が物理的に逆となるため、相互に打ち消しあう結果、当該信号を受信できないことがあった。
【０１５０】
特に送信側において、準静電界と比較して距離に対して減衰しにくい誘導電磁界や放射電界は、送信電力の無駄であり、また近接場通信の特徴である「遠隔には伝わりにくい」というメリットが得られなくなる。
【０１５１】
そこでこの実施の形態の場合、通信システム１００においては、放射電界及び誘導電磁界がノイズフロアレベル以下となるように、かつ使用を想定した位置での受信電極部１０６の電極１０６ａ、１０６ｂ間の電位差がプリアンプ１２１で検出可能なレベルを上回るように、送信機としての音声再生装置１０２及び受信機としてのヘッドホン装置１０３が設計されている。
【０１５２】
これによりこの通信システム１００は、送受信機（音声再生装置１０２及びヘッドホン装置１０３）による近接場通信に要するエネルギーを最適化することができると共に、不要伝播を抑制して空間分解能を向上させ、通信時の安定化を図ることができるようになされている。
【０１５３】
（３−２）音声再生装置の構成
音声再生装置１０２は、図２１に示すように、音声再生部１１１、変調部１１２、増幅アンプ１１３及び送信電極部１０５によって構成される。
【０１５４】
この送信電極部１０５は、後述する送受信機の設計手法に従って選定された電極構造（電極形状、電極面積及び電極間距離）でなり、具体的には基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信電極部１０５に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ当該電界を検出する受信側のプリアンプ１２１における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成されている。
【０１５５】
音声再生部１１１は、図示しない装填部に装填された音声記憶媒体から音声信号Ｓ１を再生し、当該再生した音声信号Ｓ１を変調処理部１１２に送出する。
【０１５６】
変調処理部１１２は、信号供給部１１２ａ及び変調部１１２ｂを有し、この信号供給部１１２ａでは、送信電極部１０５に印加する電圧信号の電位として、予め規定された発信周波数（使用周波数）に対応する電位が設定されている。
【０１５７】
そして信号供給部１１２ａは、このとき規定された発信周波数かつ電位でなる電圧信号を所定のタイミングで変調部１１２ｂに与えるようになされており、変調部１１２ｂは、電圧信号に対して所定の変調方式に従った変調処理を施して音声信号Ｓ１を重畳し、この結果得られる変調信号Ｓ２を増幅アンプ１１３を介して送信電極部１０５の送信電極１０５ａに印加するようになされている。
【０１５８】
この場合、送信電極１０５ａは変調信号Ｓ２の発信周波数に応じて振動し、当該振動に応じて発生する準静電界に対応して人体が帯電し、この結果、人体周囲にはほぼ等方へ当該振動に応じた準静電界が形成されることとなる。
【０１５９】
このようにして音声再生装置１０２は、人体を経由して情報（音声信号)を送信することができるようになされている。
【０１６０】
（３−３）ヘッドホン装置の構成
ヘッドホン装置１０３は、図２２に示すように、受信電極部１０６、プリアンプ１２１、復調部１２２、音声増幅部１２３（１２３Ｌ、１２３Ｒ）及びスピーカ１２４（１２４Ｌ、１２４Ｒ）によって構成される。
【０１６１】
この受信電極部１０６は、後述する送受信機の設計手法に従って選定された電極構造でなり、具体的には送信電極部１０５に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極１０５に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつプリアンプ１２１における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成されている。
【０１６２】
プリアンプ１２１は、受信電極部１０６の電極１０６ａ、１０６ｂ間の電位差を検出し、これを変調信号Ｓ２として復調部１２２に送出する。なお、一般にプリアンプの入力信号は微弱であるので、このプリアンプ１２１は、入力抵抗が高いものを用いると良い。
【０１６３】
復調部１２２は、復調部１２２から供給される変調信号Ｓ２に対して所定の復調方式に従って復調処理を施すことにより音声信号Ｓ１を生成し、これを音声増幅部１２３（１２３Ｌ、１２３Ｒ）を介してスピーカ１２４（１２４Ｌ、１２４Ｒ）に送出する。
【０１６４】
この結果、この音声信号Ｓ１に基づく音声がスピーカ１２４（１２４Ｌ、１２４Ｒ）から出力されることとなる。
【０１６５】
このようにしてヘッドホン装置１０３は、音声再生装置１０２から送信される音声信号Ｓ１に基づく音声を放音することができるようになされている。
【０１６６】
（３−４）送受信機の設計手法
次に、送信機としての音声再生装置１０２及び受信機としてのヘッドホン装置１０３の設計手法について説明する。
【０１６７】
（３−４−１）設計パラメータ
まず、送受信機（音声再生装置１０２及びヘッドホン装置１０３）を設計する際の設計パラメータについて説明する。
【０１６８】
この送受信機おいては、（Ａ）送信電極部１０５から発生される誘導電磁界をノイズフロア以下に抑えること、（Ｂ）受信機（ヘッドホン装置１０３）に搭載されるプリアンプ１２１（図１６）自体のノイズよりも受信電極部１０６の各電極１０６ａ、１０６ｂ間の電位が高く得られることを指針（以下、これを設計指針と呼ぶ）として設計される。
【０１６９】
かかる設計指針を充足するように送受信機を設計する場合、設計前処理として、重要度の高いものから順に、（ａ）発信周波数及び通信帯域、（ｂ）送信電極部１０５における電極面積（その形状も含む。以下同じ）及び電極間距離と、受信電極部１０６における電極面積及び電極間距離、（ｃ）人体に配置する送信電極部１０５及び受信電極部１０６の位置、（ｄ）プリアンプ１２１の各種設計パラメータの選定が行われる。
【０１７０】
実際上、これら（ａ）〜（ｄ）の各種設計パラメータの選定には、例えば通信システムの用途や、当該通信時に用いる通信アプリケーション、さらには音声再生装置１０２（ヘッドホン装置１０３）において送信電極部１０５（受信電極部１０６）を搭載し得る空間面積等の諸事情（以下、これを設計事情と呼ぶ）が考慮されることになる。
【０１７１】
（３−４−２）受信電極部における電極間電位
次に、受信電極部１０６における受信電極１０６ａ、参照電極１０６ｂ間に生じる電位（以下、これを電極間電位と呼ぶ）について説明する。
【０１７２】
この受信電極部１０６における電極間電位はいわば通信性能を意味する重要な要素であり、当該電極間電位について、ＦＤＴＤ手法（Finite Difference Time Domain：電磁気の基本方程式であるMaxwell方程式を差分化(Finite Difference)し、時間領域(Time Domain)で解く手法）によりシミュレーションしてみた。
【０１７３】
具体的には図２３に示すように、人体モデルに対して、送信電極部１０５を尻ポケットに相当する位置に配置すると共に、受信電極部１０６を頭頂部に相当する位置に配置した状態において、送信電極部１０５の電極間に１００［MHz］で１［V］の電圧を印加することを前提とし、その他各種条件の下でシミュレーションした。このシミュレーション結果を図２４〜図２７に示す。
【０１７４】
図２４は、受信電極部１０６の電極面積と、受信電極部１０６の電極間電位との関係を示したものであり、このとき送信電極部１０５の電極面積は８×４[cm2]、送信電極部１０５の電極間距離は２[cm]、受信電極部１０６の電極間距離は１[cm]でそれぞれ固定とした。
【０１７５】
この図２４からも明らかなように、受信電極部１０６の電極面積が変わっても、当該電極間電位はほぼ一定であることが分かる。このことは、送受信機を設計する際に受信機側の受信電極部１０６の電極面積を小さくしても、通信時の安定化を図り得ることを意味する。
【０１７６】
また図２５は、受信電極部１０６の電極間距離と、受信電極部１０６の電極間電位との関係を示したものであり、このとき送信電極部１０５の電極面積は８×４[cm2]、送信電極部１０５の電極間距離は２[cm]、受信電極部１０６の電極面積は４×４[cm2]でそれぞれ固定とした。
【０１７７】
この図２５からも明らかなように、受信電極部１０６の電極間距離をｄＲ[m]とし、受信電極部１０６の電極間電位をＶＲ[V]とすると、当該電極間距離ｄＲと電極間電位ＶＲとは、次式
【０１７８】
【数１５】
2004282733.tif 000018
【０１７９】
の関係にあることが分かる。
【０１８０】
さらに図２６は、送信電極部１０５の電極面積と、受信電極部１０６の電極間電位との関係を示したものであり、このとき送信電極部１０５の電極間距離は２[cm]、受信電極部１０６の電極面積は４×４[cm2]、受信電極部１０６の電極間距離は１[cm] でそれぞれ固定とした。
【０１８１】
この図２６からも明らかなように、受信電極部１０６の電極間電位は、送信電極部１０５の電極面積に比例することが分かる。
【０１８２】
さらに図２７は、送信電極部１０５の電極間距離と、受信電極部１０６の電極間電位との関係を示したものであり、このとき送信電極部１０５の電極面積は８×４[cm2]、受信電極部１０６の電極面積は４×４[cm2]、受信電極部１０６の電極間距離は１[cm] でそれぞれ固定とした。
【０１８３】
この図２７からも明らかなように、受信電極部１０６の電極間電位は、送信電極部１０５の電極間距離に比例することが分かる。
【０１８４】
以上のシミュレーション結果（図２４〜図２７）より、受信電極部１０６の電極間電位ＶＲ[V]は、受信電極部１０６の電極間距離をｄＲ[m]、送信電極部１０５の電極面積をＡＳ[m2]、送信電極部１０５の電極間距離をｄＳ[m]、送信電極部１０５の送信電極１０５ａ、参照電極１０５ｂ間に印加する電位（以下、これを印加電位と呼ぶ）をＶＳ[V]とすると、次式
【０１８５】
【数１６】
2004282733.tif 000019
【０１８６】
と表すことができる。
【０１８７】
この（１６）式において受信電極部１０６の電極面積が考慮されていない理由は、図２４に示したように、受信電極部１０６の電極間電位ＶＲ[V]は、当該電極面積に依存しないからである。
【０１８８】
またこの（１６）式において定数αは、送信電極部１０５の印加電位に対する受信電極部１０６の電極間電位の傾きであって、設計事情を考慮して選定された（ｂ）及び（ｃ）の設定パラメータに依存する定数（以下、これをパラメータ依存定数と呼ぶ）である。
【０１８９】
なお、送信電極部１０５における印加電位ＶＳは、周波数ｆに依存するため、（１６）式は、実際には次式
【０１９０】
【数１７】
2004282733.tif 000020
【０１９１】
となる。
【０１９２】
このように受信電極部１０６における電極間電位は、送信電極部１０５の印加電位に対する、（ｂ）の設計パラメータに応じた相対的な電位として、（１７）式のように定式化することができる。
【０１９３】
（３−４−３）パラメータ依存定数の決定
従って、このパラメータ依存定数αは、（ｂ）及び（ｃ）の設定パラメータが選定されていれば、図２３で示したようなシミュレーションを所定の電界シミュレータによって実行することにより決定することができる。
【０１９４】
すなわち、電磁界シミュレータにおいて人体モデルと、（ｂ）及び（ｃ）の設計パラメータの内容とをそれぞれ定義し、この後、送信電極部１０５の電極１０５ａ、１０５ｂ間をある周波数でなる所定振幅の信号により励振させることにより、このとき受信電極部１０６に生じる電極間電位ＶＲ(ｆ)をシミュレーションにより計算させる。
【０１９５】
この状態において（１７）式におけるパラメータ依存定数α以外はすべて既知となっているため、当該既知の値を（１７）式に代入してパラメータ依存定数αを求めることができる。
【０１９６】
因みに、図２４〜図２７におけるシミュレーションでの各種条件として、送信電極部１０５の電極面積ＡＳが８×４[cm2]、送信電極部１０５の電極間距離ｄＳが２[cm]、受信電極部１０６の電極間距離ｄＲが２[cm]、送信電極部１０５に印加する電位ＶＳ(ｆ)がある単一周波数でなる１[V]、送信電極部１０５の配置位置が尻ポケット、受信電極部１０６の配置位置が人体の頭頂部を例にした場合、受信電極部１０６に生じる電極間電位ＶＲ(ｆ)は、図２５のシミュレーション結果及び（１５）式にも示したように、0.0005[V]となる。そして（１７）式に対応する各値を代入すると、0.0005=α×1×0.0032×0.02×0.01となるから、パラメータ依存定数αは781.25と決定することができる。
【０１９７】
このようにして電界シミュレータ及び（１７）式により、このとき選定された（ｂ）及び（ｃ）の設定パラメータに応じたパラメータ依存定数αを決定することができる。但し、周波数と送受間の距離とは一定の対応関係にあることから、（ａ）の設定パラメータにおける発信周波数が決まれば、（ｃ）の設定パラメータもある程度決まることになる。
【０１９８】
（３−４−４）送信電極部に印加可能な最大電位
次に、（ａ）〜（ｃ）の設定パラメータで送受信機を設計した際に、送信電極部１０５から発生する電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなるように、（ｄ）の設計パラメータ（送信電極部１０５に与える印加電位）を決定するが、ここでは、送信電極部１０５に印加可能な最大電位について説明する。
【０１９９】
自由空間上における電界発生源（送信電極部１０５）から近傍位置ｒの時刻ｔの電界強度Ｅは、当該電界強度Ｅが最大になる「cosωｔ＝１」の場合かつ議論を単純化するためにθ＝π/２の場合を取り扱って（２）式を整理すると、次式
【０２００】
【数１８】
2004282733.tif 000021
【０２０１】
として表わすことができる。
【０２０２】
そして開口面積Ｋ[m2]のアンテナ（受信電極部１０６）で受信した場合の受信電力ｐ[W]は、受信電力密度をＳ[W/m2]とすると、次式
【０２０３】
【数１９】
2004282733.tif 000022
【０２０４】
であり、この受信電力密度Ｓ[W/m2]は、当該受信される電界強度Ｅとの関係では、次式
【０２０５】
【数２０】
2004282733.tif 000023
【０２０６】
となる。
【０２０７】
従って受信電力ｐ[mW]は、（１９）式に（２０）を代入して、次式
【０２０８】
【数２１】
2004282733.tif 000024
【０２０９】
となる。
【０２１０】
この（２１）式の「Ｅ」に（１８）式を代入し、電界発生源（送信電極部１０５）から近傍位置ｒでノイズフロアｎｆ[dBm]より１０［dB］小さくなるように電荷ｑと微小ダイポールの電荷との間における距離ｌの積ｑｌを求めようとすると、次式
【０２１１】
【数２２】
2004282733.tif 000025
【０２１２】
となるから、当該積ｑｌの最大値（以下、これを最大値積と呼ぶ）ｑｌｍａｘは、次式
【０２１３】
【数２３】
2004282733.tif 000026
【０２１４】
となり、これを整理した次式
【０２１５】
【数２４】
2004282733.tif 000027
【０２１６】
に従って求めることができる。
【０２１７】
なお、ノイズフロアｎｆは、雑音指数をＮＦ、通信帯域をＢとすると、次式
【０２１８】
【数２５】
2004282733.tif 000028
【０２１９】
によって定義される。
【０２２０】
実際上、周波数ｆが４[MHz]、雑音指数ＮＦが１０[dB]、通信帯域Ｂが１００[kHz]、受信電極部１０６の開口面積Ｋが０．０３[m2]、θ＝π/２のときを例として、送信電極部１０５から０．０５［m］隔てた位置での誘導電磁界の出力がノイズフロアｎｆ（＝-174+10+10log(1000000)＝-114［dBm］）よりも小さくなるようにするならば、最大値積ｑｌｍａｘを（２４）式により１．５×１０−１６にすれば良いことになる。但し、実際には、「ｑｌ＜ｑｌｍａｘ」であるような積ｑｌにすれば、送信電極部１０５から０．０５［m］隔てた近傍位置ｒでの誘導電磁界成分がノイズフロアｎｆ以下となる。
【０２２１】
ここで、この例における通信距離と、準静電界、誘導電磁界及び放射電界の合成電界の電界強度及び誘導電磁界のみの電界強度との関係を確認してみる。
【０２２２】
すなわち、（１８）式にθ＝π/２、ｑｌｍａｘ＝１．５×１０−１６を代入すると、合成電界の電界強度Ｅ（Ｅθ）は、次式
【０２２３】
【数２６】
2004282733.tif 000029
【０２２４】
となる。この（２６）式に真空の誘電率ε＝８．８５ｅ−１２、周波数ｆ＝４、波数ｋ＝２πｆ／ｃ（c:光速）を代入すると、合成電界の電界強度Ｅと、電界発生源からの近傍距離ｒとは図２８に示す関係でプロットすることができる。
【０２２５】
そして、次式
【０２２６】
【数２７】
2004282733.tif 000030
【０２２７】
により定義される誘導電磁界成分の電界強度Ｅと、電界発生源からの近傍距離ｒとは図２９に示す関係でプロットすることができる。
【０２２８】
この図２８と図２９とを比較してみても明らかなように、電界発生源（送信電極部１０５）の近傍位置ｒにおいて、誘導電磁界は準静電界に比べて十分小さいことが確認できる。なお、この図２８及び図２９において示していない放射電界は、近傍位置rでは誘導電磁界よりも小さいため、準静電界よりも小さいことは明らかである。
【０２２９】
このように周波数ｆ、雑音指数ＮＦ、通信帯域Ｂ、受信電極部１０６の開口面積Ｋ及び送信電極部１０５からの近傍位置ｒが具体的に定まれば、電荷ｑと微小ダイポールの電荷との間における距離ｌの最大値積ｑｌｍａｘは、（２４）式により求めることができる。
【０２３０】
ところで、かかる最大積ｑｌｍａｘは、送信電極部１０５に印加可能な最大電位に相当するものである。従って、（ｂ）の設計パラメータとして選定された電極面積ＡＳ及び電極間距離ｄＳでなる送信電極部１０５から発生する電界が、（２６）式に基づくプロット結果である図２８の曲線とほぼ一致するように、電界シミュレータを用いて送信電極部１０５に対する印加電位ＶＳ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ）を決定することができれば、送信電極部１０５を中心とした通信範囲の限界位置ｒneighbour（＝近傍距離ｒ）での誘導電磁界がノイズフロアｎｆよりも小さくなるようにすることができることになる。
【０２３１】
例えば、電界シミュレータにおいて電極面積ＡＳが４×４[cm2]、かつ当該電極間距離ｄＳが４［cm］でなる送信電極部１０５を自由空間中に配置した状態において、当該送信電極部１０５に単一周波数ｆ0で１[V]の印加電位を与えた場合、このとき送信電極部１０５から周囲に発生する電界を０．００２倍したものが、図２８の曲線とほぼ一致した。
【０２３２】
このことは、送信電極部１０５に対して０．００２[V]の印加電位ＶＳ（0.04×0.04,0.04,ｆ0）を送信電極部１０５に与えれば、送信電極部１０５を中心とした通信範囲の限界位置ｒneighbourでの誘導電磁界がノイズフロアｎｆよりも小さくなることを意味する。
【０２３３】
このことから、周波数ｆに依存する最大積ｑｌｍａｘ（ｆ）に対応した送信電極部１０５に印加可能な最大電位 (以下、これを印加可能最大電位と呼ぶ)ＡＶＳｍａｘ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ）は、電界シミュレータによるシミュレーションで用いた単一周波数をｆ0とし、当該シミュレーションに従って得られた印加電位をＶＳ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ0）とすると、次式
【０２３４】
【数２８】
2004282733.tif 000031
【０２３５】
となる。
【０２３６】
因みに、最大値積ｑｌｍａｘを（２４）式により１．５×１０−１６となるとした場合の条件（単一周波数ｆ0が４[MHz]、雑音指数ＮＦが１０[dB]、通信帯域Ｂが１００[kHz]、受信電極部１０６の開口面積Ｋが０．０３[m2]、θ＝π/２）に、電界シミュレータによるシミュレーション結果（電極面積ＡＳが４×４[cm2]、かつ当該電極間距離ｄＳが４［cm］でなる送信電極部１０５に印加電位ＶＳ（0.04×0.04,0.04,4）が0.002[V]）での条件を付加した場合を例として、（２８）式の対応する事項に代入すると、印加可能最大電位は、次式
【０２３７】
【数２９】
2004282733.tif 000032
【０２３８】
となり、この（２９）式に基づく、周波数ｆと印加可能最大電位ＡＶＳｍａｘ（0.04×0.04,0.04,ｆ）との関係は図３０に示す結果となる。この図３０からも明らかなように、どの周波数ｆに対しても、電界発生源（送信電極部１０５）から５[cm] 離れた位置での誘導電磁界の電界強度をノイズフロアより小さくできる。
【０２３９】
このようにして電界シミュレータ及び（２８）式により、このとき選定された（ａ）〜（ｃ）の設定パラメータに応じた印加可能最大電位ＡＶＳｍａｘ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ）を求めることができる。
【０２４０】
（３−４−５）プリアンプの選択
次に、電圧ノイズがｎ[V/√Hz]であるプリアンプ１２１をヘッドホン装置１０３に搭載した場合、このプリアンプ１２１は、通信帯域Ｂ[Hz]に対して電位ｎ／√Ｂ [V]の信号を検出可能である。
【０２４１】
従って、次式
【０２４２】
【数３０】
2004282733.tif 000033
【０２４３】
を満足するようにプリアンプ１２１を選定すれば良いこととなる。
【０２４４】
（３−４−６）まとめ
以上のように上述した事項をまとめると、送受信機（音声再生装置１０２及びヘッドホン装置１０３）の設計は、図３１の設計手順ＲＴに従って行うことができる。
【０２４５】
すなわち、まず、（ａ）発信周波数ｆ及び通信帯域Ｂ、（ｂ）送信電極部１０５における電極面積ＡＳ及び電極間距離ｄＳと、受信電極部１０６における電極間距離ｄＲ、（ｃ）人体に配置する送信電極部１０５及び受信電極部１０６の位置、（ｄ）プリアンプ１２１における電圧ノイズｎの選定を設計前処理として行う（ステップＳＰ１）。
【０２４６】
次いで、電磁界シミュレータにおいて人体モデルと、（ｂ）の設計パラメータからなる送信電極部１０５及び受信電極部１０６とを定義すると共に、当該人体モデルに対して送信電極部１０５及び受信電極部１０６を（ｃ）の設計パラメータに対応する位置に配置し、当該送信電極部１０５の電極１０５ａ、１０５ｂ間を、発信周波数ｆでなる所定の印加電位ＶＳ(ｆ)により励振させたときの受信電極部１０６の電極間電位ＶＲ(ｆ)を求める（ステップＳＰ２）。
【０２４７】
この後、このとき定義した事項を（１７）式の対応する部分に代入し、（ｂ）及び（ｃ）の設計パラメータで送受信機を設計した場合のパラメータ依存定数αを求める（ステップＳＰ３）。
【０２４８】
次に、受信電極部１０６の開口面積Ｋ、雑音指数ＮＦ及び送信電極部１０５を中心とした通信範囲の限界位置ｒneighbourを決定し、当該決定事項と、（ａ）の設計パラメータとを（２４）式の対応部分に代入して最大値積ｑｌｍａｘを求める。
【０２４９】
そして（ｂ）の設計パラメータとして選定された電極面積ＡＳ及び電極間距離ｄＳでなる送信電極部１０５から発生する電界が、このとき求めた最大値積ｑｌｍａｘに関する事項を（１８）式に代入した結果得られる合成電界の電界強度Ｅ（Ｅθ）とほぼ一致するように、電界シミュレータにおいて送信電極部１０５に対する印加電位ＶＳ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ０）を求める（ステップＳＰ４）。
【０２５０】
次に、このとき決定した印加電位ＶＳ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ０）を（２８）式に代入することにより、自由空間において送信電極部１０５を中心とした通信範囲の限界位置ｒneighbourでの誘導電磁界がノイズフロアｎｆよりも小さくなる印加可能最大電位ＡＶＳｍａｘ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ）を求める（ステップＳＰ５）。
【０２５１】
最後に、送信電極部１０５に与える印加電位ＶＳ(ｆ)として、印加可能最大電位ＡＶＳｍａｘ（ＡＳ,ｄＳ,ｆ）よりも小さく、かつ、受信電極部１０６の電極間電位ＶＲ(ｆ)がこのとき選択したプリアンプ１２１の電圧ノイズｎ以上であることを充足する印加電位ＶＳ(ｆ)があるか否かを確認する（ステップＳＰ６）。
【０２５２】
ここで、かかる条件を充足する印加電位ＶＳ(ｆ)がなければ、再度（ａ）〜（ｄ）の全て又は一部の設計パラメータを見直し、当該見直した設計パラメータに基づいてステップＳＰ２〜ＳＰ６までの手順を繰り返す。
【０２５３】
これに対して、かかる条件を充足する印加電位ＶＳ(ｆ)が存在すれば、送受信機を設計できたことを意味し、このときこの設定手順ＲＴを終了する。
【０２５４】
このようにして図３１に示す設計手順ＲＴを行うことにより、電界発生源から発生する所定範囲内の電界のうち誘導電磁界成分がノイズフロアレベルよりも小さくなるように、任意に選定される設計パラメータに応じた送信電極部１０５の印加電位ＶＳ(ｆ)を決定することができる。
【０２５５】
なお、送受信機の取り付け位置が複数の箇所で想定されている場合には、これら箇所全てについてステップＳＰ１〜ＳＰ６までの手順を順次行うようにすれば、当該箇所の送受信機ごとに設計パラメータに応じた送信電極部１０５の印加電位ＶＳ(ｆ)を決定することができる。
【０２５６】
（３−５）動作及び効果
以上の構成において、通信システム１００においては、電界の誘導電磁界成分が通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さくなるように、基準周波数に応じた構造に送信電極部１０５を形成する。
【０２５７】
具体的には基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信電極部１０５に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ当該電界を検出する受信側のプリアンプ１２１における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成する。
【０２５８】
従ってこの通信システム１００では、準静電界通信に不要な誘導電磁界成分や放射電界成分を抑制した分だけ通信に必要なエネルギーを低くできると共に、不要伝播を抑制して空間分解能を向上させることができ、通信の安定化を図ることができる。
【０２５９】
これに加えて、通信システム１００においては、基準周波数に応じた送信電極間に印加する電圧を制限することにより、より通信の安定化を図ることができる。
【０２６０】
以上の構成によれば、電界の誘導電磁界成分が通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さくなるように、基準周波数に応じた構造に送信電極部１０５を形成したことにより、準静電界通信に不要な誘導電磁界成分や放射電界成分を抑制した分だけ通信に必要なエネルギーを低くできると共に、不要伝播を抑制して空間分解能を向上させることができるため、通信の安定化を図ることができ、通信時の自由度をより向上することができる。
【０２６１】
（３−６）他の実施の形態
上述の第２の実施の形態においては、プリアンプ１２１における電圧ノイズを考慮して送信電極部１０５及び受信電極部１０６を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該送信電極部１０５に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくするようにすれば、必ずしも電圧ノイズを考慮しなくとも良い。
【０２６２】
また上述の第２の実施の形態においては、電界の誘導電磁界成分が通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さくなるように基準周波数に応じた電極構造を（１６）式に基づいて選定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これを基本として改良した式等、（１６）式以外の式に基づいて選定するようにしても良い。
【０２６３】
さらに第２の実施の形態においては、かかる電極構造でなる電極に対して印加する信号を使用周波数に応じて生成する生成手段として、予め規定された発信周波数（使用周波数）に対応する電位を設定し、当該設定された電位の信号を生成して印加するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、複数の周波数と、当該周波数に対応する電位とをテーブルとして保持しておき、当該テーブルを参照してこのとき使用する周波数に対応する電位を決定し、当該決定した電位の信号を所定のタイミングで切り替えて順次生成しこれを印加するようにしても良い。
【０２６４】
この場合、複数の周波数を用いてヘッドホン装置１０３と通信することができるため、当該通信時の安定性を維持した状態で通信効率を高めることができる。
【０２６５】
さらに上述の第２の実施の形態においては、送受信機の配置位置として、音声再生装置１０２を人体の着衣における尻ポケットに配置し、ヘッドホン装置１０３を当該人体の頭頂部に配置するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の位置に送受信機（音声再生装置１０２及びヘッドホン装置１０３）を配置するようにしても良い。
【０２６６】
さらにかかる送受信機の組み合わせとして、例えば携帯電話機とパーソナルコンピュータとの間で通信する場合等、この他種々の送受信機の組み合わせを適用することができる。この場合、送信電極部１０５及び受信電極部１０６を一組として送信機及び受信機の双方に搭載すれば良い。
【０２６７】
さらにこの場合、送受信対象の情報については音声以外の情報を適用することができ、また人体の経由人数は何人であっても良く、当該人体に代えて、ほ乳類やは虫類あるいは植物等の生体、さらには所定の導電性の物、その他種々の対象を適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０２６８】
本発明は、送受信機における電極間における電位差を利用して近接場通信する場合であって、特に人体を経由して情報を送受信する場合に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２６９】
【図１】極座標系の説明に供する略線図である。
【図２】距離に対する各電界それぞれの相対的な強度の変化（１）を示すグラフである。
【図３】距離に対する各電界それぞれの相対的な強度の変化（２）を示すグラフである。
【図４】波長と距離との関係を示すグラフである。
【図５】第１の実施の形態による通信システムの全体構成を示す略線図である。
【図６】改札機の構成を示す略線かつブロック図である。
【図７】人体におけるアンテナとしての作用の説明に供する略線図である。
【図８】通信システムにおける電気的な接続関係を略線図である。
【図９】カード装置の構成を示す回路的ブロック図である。
【図１０】改札機の床面の説明に供する略線図である。
【図１１】人体を理想的なダイポールアンテンとして作用させた場合に形成される準静電界の等電位面を示す略線図である。
【図１２】本実施の形態により形成された準静電界の等電位面を示す略線図である。
【図１３】電気的漏洩の抑制の説明に供する略線図である。
【図１４】他の実施の形態におけるカード装置の装着例を示す略線図である。
【図１５】ノイズ吸収接地ラインの構成を示す略線図である。
【図１６】他の実施の形態における改札機の構成（１）を示す略線かつブロック図である。
【図１７】他の実施の形態における通信システムの電気的な接続関係（１）を示す略線図である。
【図１８】他の実施の形態におけるカード装置の構成を示す回路的ブロック図である。
【図１９】他の実施の形態における改札機の構成（２）を示す略線かつブロック図である。
【図２０】第２の実施の形態による通信システムの全体構成を示す略線図である。
【図２１】音声再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】ヘッドホン装置の構成を示すブロック図である。
【図２３】ＦＤＴＤ手法によるシミュレーションを行うための人体モデル例を示す略線図である。
【図２４】受信側の電極面積と電極間電位との関係を示す略線図である。
【図２５】受信側の電極間距離と電極間電位との関係を示す略線図である。
【図２６】送信側の電極面積と受信側の電極間電位との関係を示す略線図である。
【図２７】送信側の電極間距離と受信側の電極間電位との関係を示す略線図である。
【図２８】合成電解の電界強度と電界発生源からの距離との関係を示す略線図である。
【図２９】誘導電磁界の電界強度と電界発生源からの距離との関係を示す略線図である。
【図３０】印加電位と周波数との関係を示す略線図である。
【図３１】設計手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２７０】
１、１００……通信システム、２……改札機、３……カード装置、７……側面電極、８……内部電極、９……外部電極、２０、３０……制御部、２３、３５……送信部、２４、３６、６０……受信部、２８、３７……ＦＥＴ、３２……電源制御部、３４……クロックジェネレータ、５１……電力供給用電極、５２……受信用内部電極、５３……受信用外部電極、５４……送信用内部電極、５５……送信用外部電極、１０２……音声再生装置、１０３……ヘッドホン装置、１０５……送信電極部、１０６……受信電極部、１１１……音声再生部、１１２……変調処理部、１１２ａ……信号供給部、１１２ｂ……変調部、１１３……増幅アンプ、１２１……プリアンプ、１２２……復調部、１２３……音声増幅部、１２４……スピーカ。
【図１】
2004282733.tif 000034
【図２】
2004282733.tif 000035
【図３】
2004282733.tif 000036
【図４】
2004282733.tif 000037
【図５】
2004282733.tif 000038
【図６】
2004282733.tif 000039
【図７】
2004282733.tif 000040
【図８】
2004282733.tif 000041
【図９】
2004282733.tif 000042
【図１０】
2004282733.tif 000043
【図１１】
2004282733.tif 000044
【図１２】
2004282733.tif 000045
【図１３】
2004282733.tif 000046
【図１４】
2004282733.tif 000047
【図１５】
2004282733.tif 000048
【図１６】
2004282733.tif 000049
【図１７】
2004282733.tif 000050
【図１８】
2004282733.tif 000051
【図１９】
2004282733.tif 000052
【図２０】
2004282733.tif 000053
【図２１】
2004282733.tif 000054
【図２２】
2004282733.tif 000055
【図２３】
2004282733.tif 000056
【図２４】
2004282733.tif 000057
【図２５】
2004282733.tif 000058
【図２６】
2004282733.tif 000059
【図２７】
2004282733.tif 000060
【図２８】
2004282733.tif 000061
【図２９】
2004282733.tif 000062
【図３０】
2004282733.tif 000063
【図３１】
2004282733.tif 000064