(57)【要約】【課題】高周波数を有する搬送波を用いる場合に、電界伝達媒体に印加する電圧の減少を防止し、良好な通信状態を維持することのできるトランシーバを提供する。【解決手段】送信すべき情報を変調した変調信号を送信する送信手段と、送信すべき情報に基づく電界の誘起および受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、電界伝達媒体を介して受信する電界を検出して電気信号に変換する電界検出手段と、この変換した電気信号および前記変調信号に基づく基準信号のいずれか一方の信号の位相を調整して他方の信号の位相に一致させる位相調整手段と、位相が一致した電気信号と基準信号を用いて前記共振手段が有する特性を制御する制御信号を出力する制御手段とを備える。【選択図】      図１
2005020293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、
所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、
前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、
前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、
前記受信すべき情報に基づく電界を検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、
この電界検出手段で変換した電気信号および前記変調信号に基づく基準信号のいずれか一方の信号の位相を調整して他方の信号の位相に一致させる位相調整手段と、
この位相調整手段で位相が一致した前記電気信号および前記基準信号を用いて前記共振手段が有する特性を制御する制御信号を出力する制御手段と、
前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段と
を備えたことを特徴とするトランシーバ。
【請求項２】
送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、
所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、
前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、
前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、
前記受信すべき情報に基づく電界を前記送受信電極を介して検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、
この電界検出手段で変換した電気信号および前記変調信号に基づく基準信号のいずれか一方の信号の位相を調整して他方の信号の位相に一致させる位相調整手段と、
この位相調整手段で位相が一致した前記電気信号および前記基準信号を用いて前記送信手段が出力する交流信号の周波数を制御する制御信号を出力する制御手段と、
前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段と
を備えたことを特徴とするトランシーバ。
【請求項３】
前記位相調整手段は、
前記電界検出手段で変換した電気信号および前記変調信号に基づく基準信号の位相を比較した結果、前記電気信号と前記基準信号に位相差がある場合に当該位相差を調整する調整信号を発生する位相比較器と、
この位相比較器で発生された調整信号を受信して、前記電気信号および前記基準信号のいずれか一方の信号の位相を調整する移相器と
を有することを特徴とする請求項１または２記載のトランシーバ。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記電気信号を増幅する増幅器と、
この増幅器の出力信号と前記基準信号の差を求め、この差を増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力信号と前記基準信号の積を求める乗算器と、
この乗算器で求めた前記差動増幅器の出力信号と前記基準信号の積を与える信号の高調波成分を除去するフィルタと、
このフィルタからの出力信号を積分した結果に基づいて前記制御信号を発生する積分器と
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトランシーバ。
【請求項５】
前記電界伝達媒体に電界を誘起して情報の送信を行うときには前記送信手段と前記共振手段を接続する一方で、前記送受信電極を介して前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記送信手段と前記共振手段の接続を切断する第１の接続手段と、
前記情報の送信を行うときには前記電界検出手段と前記位相調整手段または前記制御手段とを接続する一方で、前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記電界検出手段と前記復調手段を接続する第２の接続手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のトランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界を伝達する電界伝達媒体に誘起する電界を用いて情報の送受信を行うトランシーバに関し、より具体的には、人間の身体に装着可能なウェアラブルコンピュータを用いたデータ通信において使用されるトランシーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末の小型化および高性能化により、生体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。
【０００３】
従来、このようなウェアラブルコンピュータ間のデータ通信として、コンピュータにトランシーバを接続し、このトランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である生体の内部を伝達することによってデータの送受信を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、従来のトランシーバの構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ５は、信号の入出力を行うＩ／Ｏ回路５０１を介してウェアラブルコンピュータ７に接続されるとともに、送受信電極５０５が絶縁体５０６を介して生体８に近接して設けられている。ウェアラブルコンピュータ７から送信される情報（データ）は、送信回路５０２において、発振器５０３で発生する交流信号を搬送波として変調回路５０４で変調される。この変調された変調信号は、送受信電極５０５から絶縁体５０６を介して生体８に電界を誘起し、この電界が生体８内部を伝達して生体８の他の部位に設けられたトランシーバ５や、生体８からの接触によって電気的に接続されるトランシーバ５にウェアラブルコンピュータ７から送信される情報を伝達する。
【０００５】
トランシーバ５を介して伝達されてくる電界を別のトランシーバ５が受信する際には、絶縁体５０６を介して送受信電極５０５で受信した電界を電界検出光学部５０７で電気信号に変換し、信号処理回路５０８に供給する。信号処理回路５０８は、電界検出光学部５０７からの電気信号に対してフィルタリングや増幅等の信号処理を施す。信号処理の後、さらにデータの復調および波形整形が復調回路５０９および波形整形回路５１０でそれぞれ行われ、これら一連の処理が施された信号がウェアラブルコンピュータ７の受信データとしてＩ／Ｏ回路５０１からウェアラブルコンピュータ７に送信される。
【０００６】
このように、ウェアラブルコンピュータ７間のデータ通信に使用されるトランシーバ５は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体８に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、情報を受信する際には、生体８に誘起された電界を用いてトランシーバ５が信号を受信する。
【０００７】
図８は、ウェアラブルコンピュータ７を生体８としての人間に装着して使用する場合の一例を示す説明図である。同図に示すウェアラブルコンピュータ７−１、７−２、および７−３は、それぞれに対応して接続されるトランシーバ５−１、５−２、および５−３を介して生体８の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行う。さらに、生体８の手足の先端が、外部機器である外部端末１０にケーブル２０を介して接続されるトランシーバ５’−１や５’−２に接触する場合には、ウェアラブルコンピュータ７−１、７−２、および７−３と外部端末１０との間でデータの送受信を行うことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したトランシーバ５において、ＡＣ電源を用いずに駆動する送信回路５０２は、図９に示すように大地グランド５１から離れており、送信回路のグランド４１と大地グランド５１間には浮遊容量４３が発生する。また、生体８と大地グランド５１間にも浮遊容量５３が存在し、これら二つの浮遊容量（を有する仮想的コンデンサ）は、変調回路５０４から見て、見かけ上直列に接続されている。
【００１０】
このため、送信回路５０２と送信回路のグランド４１間の電圧Ｖｓは、二つの浮遊容量４３および５３に分割して印加される。したがって、生体８に印加される電圧Ｖｂは、浮遊容量４３および５３の値をそれぞれＣｇおよびＣｂとおくと、
【数１】
2005020293.tif 000003
と表される。ここで、ｊは虚数単位（−１）１／２  、ωは印加電圧の角周波数を表している。
【００１１】
ＡＣ電源を利用する場合には、浮遊容量４３（Ｃｇ）を無限大とみなすことができるので、式（１）からも明らかなようにＶｂ＝Ｖｓとなり、信号は減衰することなく生体８に印加される。他方、ＡＣ電源を利用しない場合には、式（１）よりＶｂ＜Ｖｓとなるため、生体８に印加される信号の印加電圧が減少するという問題があった。
【００１２】
図１０は、このような従来技術の問題点を解決し得るトランシーバの一構成例を示すブロック図である。同図においては、トランシーバ６から生体８を介してデータを送信するときの状態を示しており、送信回路６０２と送受信電極６０５との間に、インダクタやコンデンサ等の複数の回路素子から構成され、リアクタンスの値が可変である可変リアクタンス部６１１が挿入されている。
【００１３】
また、トランシーバ６には、振幅モニタ部６２１と制御信号発生部６３１を用いて負帰還回路が構成されている。このとき、振幅モニタ部６２１では、送信回路６０２から出力される基準信号と信号処理回路６０８から出力される信号との差分を抽出し、その抽出結果を制御信号発生部６３１へ送信する。制御信号発生部６３１では、振幅モニタ部６２１からの出力信号に基づいて、リアクタンス部６１１のリアクタンスを制御するための制御信号を発生する。
【００１４】
このトランシーバ６に対して、ウェアラブルコンピュータ７から送信され、Ｉ／Ｏ回路６０１から出力されたデータは、発振器６０３から発生する交流信号を搬送波として変調回路６０４で変調された後、リアクタンス部６１１から送受信電極６０５に達し、絶縁体６０６を介して生体８に誘起される電界を介して伝達される。
【００１５】
図１１に示すように、可変リアクタンス部６１１、浮遊容量４３（Ｃｇ）、および生体と大地グランド間に生じる浮遊容量５３（Ｃｂ）は変調回路６０４から見て直列に接続されているので、生体８に印加される電圧Ｖｂは、
【数２】
2005020293.tif 000004
と表される。ここでＸは、可変リアクタンス部６１１が有するインピーダンスの虚数成分であるリアクタンス値である。この式（２）より、リアクタンスＸが、
【数３】
2005020293.tif 000005
を満たすときにＶｂ＝Ｖｓとなり、生体８に印加される電圧Ｖｂは減衰しないで済むことがわかる。ここで、ｆは発振器６０３の発振周波数を、πは円周率をそれぞれ表している。
【００１６】
このように、トランシーバ６では、式（３）のリアクタンスＸを可変とすることにより、リアクタンス部６１１と浮遊容量４３が直列共振を生じるように適宜制御を行い、生体８に印加される電圧Ｖｂの減少を防止して通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
しかしながら、トランシーバ６においては、送信回路６０２から出力される基準信号と信号処理回路６０８の出力信号の位相が一致していることが前提とされているため、電界検出光学部６０７や信号処理回路６０８で生じる遅延が搬送波の周期に対して無視できない場合には、両者の位相に差が生じてしまう恐れがあった。実際、搬送波の周波数が高くなる場合などでは、この位相差の問題が顕著になり、無視できない影響を及ぼす可能性があった。
【００１８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波数を有する搬送波を用いる場合に、電界伝達媒体に印加する電圧の減少を防止し、良好な通信状態を維持することのできるトランシーバを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、前記受信すべき情報に基づく電界を検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、この電界検出手段で変換した電気信号および前記変調信号に基づく基準信号のいずれか一方の信号の位相を調整して他方の信号の位相に一致させる位相調整手段と、この位相調整手段で位相が一致した前記電気信号および前記基準信号を用いて前記共振手段が有する特性を制御する制御信号を出力する制御手段と、前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段とを備えたことを要旨とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、前記受信すべき情報に基づく電界を前記送受信電極を介して検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、この電界検出手段で変換した電気信号および前記変調信号に基づく基準信号のいずれか一方の信号の位相を調整して他方の信号の位相に一致させる位相調整手段と、この位相調整手段で位相が一致した前記電気信号および前記基準信号を用いて前記送信手段が出力する交流信号の周波数を制御する制御信号を出力する制御手段と、前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段とを備えたことを要旨とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、前記位相調整手段は、前記電界検出手段で変換した電気信号および前記変調信号に基づく基準信号の位相を比較した結果、前記電気信号と前記基準信号に位相差がある場合に当該位相差を調整する調整信号を発生する位相比較器と、この位相比較器で発生された調整信号を受信して、前記電気信号および前記基準信号のいずれか一方の信号の位相を調整する移相器とを有することを要旨とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、前記制御手段は、前記電気信号を増幅する増幅器と、この増幅器の出力信号と前記基準信号の差を求め、この差を増幅する差動増幅器と、この差動増幅器の出力信号と前記基準信号の積を求める乗算器と、この乗算器で求めた前記差動増幅器の出力信号と前記基準信号の積を与える信号の高調波成分を除去するフィルタと、このフィルタからの出力信号を積分した結果に基づいて前記制御信号を発生する積分器とを有することを要旨とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、前記電界伝達媒体に電界を誘起して情報の送信を行うときには前記送信手段と前記共振手段を接続する一方で、前記送受信電極を介して前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記送信手段と前記共振手段の接続を切断する第１の接続手段と、前記情報の送信を行うときには前記電界検出手段と前記位相調整手段または前記制御手段とを接続する一方で、前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記電界検出手段と前記復調手段を接続する第２の接続手段とを備えたことを要旨とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
なお、以後の説明においては、ウェアラブルコンピュータがトランシーバを介して生体に電界を誘起してデータを送信する場合を「データ送信時」とし、生体に誘起された電界から検出されるデータを、トランシーバを介してウェアラブルコンピュータが受信する場合を「データ受信時」とする。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ１は、ウェアラブルコンピュータ７から受信するデータ（情報）を出力するとともに、電界伝達媒体である生体８を介して受信した信号を受け取るＩ／Ｏ回路１０１、Ｉ／Ｏ回路１０１から出力されたデータ（情報）を変調して送信する送信回路１０２、電界伝達媒体である生体８に電界を誘起するために導電性部材からなる送受信電極１０５、および生体８に電流が流れるのを防止するとともに送受信電極１０５による生体８の金属アレルギの危険性を除去するために送受信電極１０５と生体８の間に配置される絶縁体１０６を有する。このうち、送信手段としての送信回路１０２は、所定の周波数の交流信号を発生する発振器１０３と、発振器１０３で発生した交流信号を搬送波としてＩ／Ｏ回路１０１からの信号（データ）を変調する変調回路１０４とから構成される。
【００２７】
送信回路１０２と送受信電極１０５との間には、共振手段である可変リアクタンス部１１１が設けられている。この可変リアクタンス部１１１は、インダクタ（コイル）やコンデンサ等の複数の回路素子を接続して構成される回路網であり、浮遊容量Ｃｇが変化しても発振周波数ｆにおいて浮遊容量ＣｇとリアクタンスＸの直列共振状態を保つようにしている。
【００２８】
可変リアクタンス部１１１と送信回路１０２の間には、スイッチＳＷ１（第１の接続手段）が設けられており、データ送信時とデータ受信時で、端子間の接続形態が変わる。具体的には、図１に示すデータ送信時では、二つの端子１ａ−１ｂ間が接続される一方、データ受信時には、生体８から送られてくる信号が送信回路１０２に混入するのを防止するために端子間の接続を切断する。
【００２９】
なお、送受信電極１０５を、送信用電極および受信用電極に分割して設けることも勿論可能である。その場合には、絶縁体もそれぞれの電極に対応して二つ設けられる。
【００３０】
トランシーバ１は、以上の構成に加えて、絶縁体１０６および送受信電極１０５を介して生体８から受信する電界を光学的に検出し、電気信号に変換する電界検出光学部１０７と、低雑音増幅、雑音除去、および波形整形等の処理を行う信号処理回路１０８とを有し、これらが電界検出手段を構成している。なお、電界検出手段が、少なくとも電界検出光学部と信号処理回路を用いて構成されている点は、後述する実施形態においても同様である。
【００３１】
電界検出光学部１０７は、例えばレーザ光と電気光学結晶を用いた電気光学的手法により電界を検出するものが想定される。この場合、電界検出光学部１０７は、レーザ光源を構成するレーザダイオード、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３等の電気光学結晶（ＥＯ結晶：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｏｐｔｉｃ  結晶）から構成され、受信した電界強度に応じて複屈折率が変化する電気光学素子、この電気光学素子を通過して偏光状態が変化したレーザ光の偏光状態を調整する波長板、および波長板を通過したレーザ光の強度を電気信号に変換するフォトダイオードを少なくとも用いることによって構成される。
【００３２】
信号処理回路１０８は、電界検出光学部１０７と接続される一方で、スイッチＳＷ２（第２の接続手段）に接続される。このスイッチＳＷ２は、データ受信時には、端子２ｂと端子２ｃが接続される（図示せず）。このとき、信号処理回路１０８から出力される信号は、復調回路１０９（復調手段）で復調され、波形整形回路１１０で波形の整形が行われてＩ／Ｏ回路１０１に達し、ウェアラブルコンピュータ７にデータが送られる。これに対して、データ送信時、スイッチＳＷ２では、図１に示すように端子２ａ−２ｃ間が接続される。
【００３３】
本実施形態におけるトランシーバ１は、以上説明した構成に加えて、データ送信時に、送信回路１０２から出力される基準信号と信号処理回路１０８から出力される信号の位相を比較して、この二つの信号の位相差を調整する位相調整部１５１と、位相調整部１５１を介して位相差が揃えられた二つの信号（送信回路１０２から出力される基準信号と信号処理回路１０８から出力される信号）の差分を抽出する振幅モニタ部１２１と、振幅モニタ部１２１からの出力信号に基づいて、可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸを制御するための制御信号を発生する制御信号発生部としての積分器１３１とを有する。
【００３４】
このうち位相調整部１５１は、送信回路１０２から発信される基準信号と振幅モニタ部１２１から出力される位相比較用信号を入力して両者の位相の比較を行い、この二つの信号の位相が異なる場合（位相差がある場合）には、位相を揃えるための調整信号を発生する位相比較器１５２と、位相比較器１５２からの調整信号に基づいて、基準信号の位相を実際に調整して位相比較用信号の位相に揃え、振幅モニタ部１２１に出力する移相器１５３とを有する。
【００３５】
振幅モニタ部１２１は、信号処理回路１０８からの信号を増幅する増幅器１２２、送信回路１０２から位相調整部１５１を介して入力される基準信号と増幅器１２２で増幅した出力信号の差分を取り、この差分を増幅する差動増幅器１２３、差動増幅器の出力信号と基準信号との乗算をとる乗算器１２４、乗算器１２４の出力信号の高調波成分を除去し、平滑化するフィルタ１２５から構成される。
【００３６】
増幅器１２２の増幅率（利得）は、生体８に印加される電圧が送信回路１０２の出力電圧に等しいときに、増幅器１２２の出力が送信回路１０２の出力電圧に等しくなるように予め調整されているものとする。
【００３７】
積分器１３１は、振幅モニタ部１２１のフィルタ１２５からの出力信号を積分することにより、可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸを制御する制御信号を発生する。より具体的には、送信回路のグランド４１と大地グランド５１の間に発生する浮遊容量４３（Ｃｇ）の変化に伴って変化した分を可変リアクタンス部１１１への制御信号によって補償することにより、発振周波数ｆで送信回路のグランド４１と大地グランド５１の間に発生する浮遊容量４３（Ｃｇ）とリアクタンスＸの直列共振状態を保持できる。
【００３８】
これらの振幅モニタ部１２１と積分器１３１が、データ送信時に負帰還回路を構成することにより、可変リアクタンス部１１１（共振手段）が有する特性であるリアクタンスＸの値を制御する制御手段をなしている。
【００３９】
なお、上述した振幅モニタ部１２１および位相調整部１５１の詳細な構成はあくまでも一例であり、本発明を逸脱しない範囲内での設計変更が適宜可能であることはいうまでもない。
【００４０】
ところで、スイッチＳＷ１およびＳＷ２の各々の端子間の接続は連動して切り替わる。図１では、この切替を制御する切替制御手段として制御回路１４１をＩ／Ｏ回路１０１に接続することにより、制御信号を各スイッチに出力する構成を取る場合を示している。同図において、Ａの丸印で記載されている箇所同士は配線によって接続していることを示している。制御回路１４１から発せられるスイッチ切替のための制御信号は、ウェアラブルコンピュータ７から送信するようにしてもよいし、トランシーバ１に入力手段を設けてこの入力手段から送信するようにしてもよいが、接続切替手段としての各スイッチおよび制御回路の構成がここで説明したものに限られるわけでないことは勿論である。
【００４１】
以上の構成を有するトランシーバ１の作用について説明する。
【００４２】
＜位相差の調整＞
まず、位相調整部１５１で行われる位相差の調整処理について説明する。ここでは、位相差を調整する処理を説明することが主眼のため、生体８への印加電圧Ｖｂには変化がないものと仮定する。
【００４３】
送信回路１０２から出力される信号と増幅器１２２から出力される信号は、ともに位相比較器１５２に入力され、それら二つの信号の位相が比較される。この比較の結果、両者に位相差がある場合には、その位相差をなくして位相を揃えるための調整信号が移相器１５３に出力される。
【００４４】
移相器１５３では、調整信号に基づいて送信回路１０２からの出力信号の位相を増幅器１２２の出力信号の位相と揃え、この位相調整済みの信号を基準信号ととして振幅モニタ部１２１に出力する。
【００４５】
なお、以上説明した位相差の調整処理は、常時行われている。
【００４６】
図５（ａ）は、位相調整が行われた場合に、振幅モニタ部１２１の各構成ユニットおよび積分器１３１から出力される出力信号の波形を示す図である。同図においても、生体８に印加されている電圧が送信回路１０２の出力電圧と同じであること（Ｖｂ＝Ｖｓ）を仮定している。
【００４７】
この場合、増幅器１２２の出力信号６１と基準信号６３は位相が揃っているため、差動増幅器１２３からの出力信号６５はゼロとなる。したがって、この出力信号６５に基準信号６３を乗算し、その結果を平滑化して得られるフィルタの出力信号６７もゼロとなる。よって、積分器１３１からは一定値の出力信号６９のみが発生し、リアクタンスＸを変化させる制御信号は発生しない。
【００４８】
これに対して、図５（ｂ）は、位相調整を行わない場合の振幅モニタ部１２１の各構成ユニットおよび積分器１３１から出力される出力信号の波形を示す図である。この場合、増幅器１２２の出力信号７１と基準信号７３との間の位相差が解消されず、差動増幅器１２３の出力信号７５はゼロとはならないため、この出力信号７５と基準信号７３の乗算結果を平滑化して得られるフィルタ出力信号７７もゼロとはならない。したがって、積分器１３１からの出力信号７９もゼロとはならず、リアクタンスＸを変化させる制御信号が出力されることになる。この結果、位相調整を行わない場合には、浮遊容量４３の変化がないような場合にも制御を行う必要が生じてしまう。
【００４９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、トランシーバ１に設けられる位相調整部１５１で位相の調整を行っているので、生体８に印加されている電圧が送信回路１０２の出力電圧と同じであれば、可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸは一定となり、正常な制御を実現することができる。
【００５０】
＜生体への印加電圧変化時の制御＞
次に、トランシーバ１において、生体への印加電圧Ｖｓが変化するときの振幅モニタ部１２１および積分器１３１の制御について説明する。ここでは、差動増幅器１２３および乗算器１２４に入力する基準信号は、位相調整部１５１における位相差の調整処理よって位相が調整され（上記処理内容を参照）、増幅器１２２の出力信号と位相が揃っているものとする。
【００５１】
図６は、データ送信時の制御信号発生までの振幅モニタ部１２１の各構成ユニットおよび積分器１３１の各々から出力される信号波形の例を示す説明図である。
【００５２】
このうち図６（ａ）は送信回路と大地グランド間の浮遊容量４３が減少したときの信号波形の変化を示すものである。この場合、式（２）より生体８に印加される電圧Ｖｂも減少するため、差動増幅器１２３の出力信号８１は、送信回路１０２から出力される基準信号８３と同位相になる。このため、両者を乗算することによって得られる乗算器１２４の出力信号８５は正方向のみの変位を有する波形になる。この出力信号８５の高調波成分をフィルタ１２５によって除去したものが信号８７である。フィルタ１２５から出力される信号８７は、積分器１３１で積分された結果、Ｖｂ＝Ｖｓとするために可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸを増加させる制御信号８９として積分器１３１から可変リアクタンス部１１１に出力され、この結果、Ｖｂ＝Ｖｓの状態が保持される。
【００５３】
図６（ｂ）は、浮遊容量４３が増加したときの信号波形の変化を示す説明図である。この場合には浮遊容量４３の増加に伴って生体８に印加される電圧Ｖｂ  も増加するので、差動増幅器１２３の出力信号９１は基準信号９３と逆相になる。このため、両者を乗算して得られる乗算器１２４の出力信号９５は負方向のみの変位を有し、この出力信号９５の高調波成分をフィルタ１２５によって除去した信号９７を積分器１３１で積分した結果、Ｖｂ＝Ｖｓとするために可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸを減少させる制御信号９９が積分器１３１から可変リアクタンス部１１１に出力されることになる。
【００５４】
このような制御を行うことにより、浮遊容量４３の変化による生体８への印加電圧Ｖｂの減衰を防止することが可能となる。
【００５５】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、位相の調整を行うことにより、電界検出光学部や信号処理回路での遅延が搬送波の周期に対して無視できない場合に生じる位相差を調整し、高周波の搬送波を用いた場合でも生体に強い電界を誘起することができ、良好な通信状態を維持することが可能となる。
【００５６】
ちなみに、本実施形態における位相差調整機能が特に顕著な効果を奏すると想定される高周波数帯域は、１００ＭＨｚ（メガヘルツ）程度よりも大きな周波数帯域である（１ＭＨｚ＝１０６  Ｈｚ）。この点は、本発明の全ての実施形態に共通する事項である。
【００５７】
また、本実施形態に係るトランシーバの具体的な利用形態として、図８に示した従来技術と同様の利用形態が想定されることはいうまでもない。この点についても、本発明の全ての実施形態に共通である。
【００５８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るトランシーバは、信号処理回路から出力される信号の位相を調整して、信号処理回路の出力信号と基準信号の位相を一致させることを特徴とするものである。
【００５９】
図２は、本実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ２では、位相調整部２５１が、スイッチＳＷ２（第２の接続手段）と振幅モニタ部２２１の間に設けられる。
【００６０】
この場合には、位相比較器２５２からの調整信号が信号処理回路２０８の出力信号の位相を調整する移相器２５３に出力され、この出力信号の位相が送信回路２０２から出力される基準信号の位相と一致するように調整される。すなわち、上記第１の実施形態とは異なり、基準信号の方は位相の調整を受けない。
【００６１】
移相器２５３の出力信号は、振幅モニタ部２２１の増幅器２２２に出力される。増幅器２２２から出力される信号は、差動増幅器２２３へ送られるとともに、位相比較用信号として位相比較器２５２に出力される。
【００６２】
差動増幅器２２３には、増幅器２２２の出力信号に加えて送信回路２０２から送られる基準信号が入力され、この両者の差分が抽出された後、この差分の抽出結果と基準信号との乗算を乗算器２２４でとり、フィルタ２２５で平滑化して積分器２３１に出力する。この積分器２３１は可変リアクタンス部２１１のリアクタンスＸを制御する制御信号を発生する。この意味で、積分器２３１と振幅モニタ部２２１が、第１の実施形態と同様に制御手段をなす。
【００６３】
上述した以外のトランシーバ２の部位の構成および作用は、第１の実施形態と同じである。このため、図２では、トランシーバ２が具備する部位に対応する部位の符号については、下２桁を図１の符号と揃えて記載してある。また、二つのスイッチＳＷ１（第１の接続手段）およびＳＷ２については、第１の実施形態と同じ符号を用いている。
【００６４】
制御手段の各構成ユニットから出力される信号波形についても、図５（ａ）（浮遊容量４３の変化に伴う生体８への印加電圧の変化がない場合）および図６（位相調整済みの場合の印加電圧変化時の制御信号の発生）に示したものと同様になる。
【００６５】
このような本発明の第２の実施形態が、上記第１の実施形態と同じ効果を奏することはいうまでもない。
【００６６】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るトランシーバは、送信回路と送受信電極の間に設けられるリアクタンス部のリアクタンスＸを一定とし、その代わりに、発振器の発振周波数ｆを可変として、生体８に印加される電圧の変化を防止するものである。
【００６７】
上述した式（２）からも明らかなように、浮遊容量４３（Ｃｇ）の変化に応じて変化する生体８への印加電圧Ｖｂを送信回路からの出力電圧Ｖｓに等しくするには、前述した二つの実施形態のようにリアクタンス部が有するリアクタンスを可変とする代わりに、発振器から発生する交流信号の周波数ｆを変化させることによっても実現することができる。
【００６８】
図３は、以上の特徴を備えた本実施形態に係るトランシーバの構成（データ通信時）を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ３では、一定のリアクタンスＸを有するリアクタンス部３１１が、送信回路３０２と送受信電極３０５の間に設けられる一方で、出力する交流信号の周波数ｆを変更可能な周波数可変発振器３０３が、変調回路３０４に接続して設けられる。
【００６９】
これに応じて、振幅モニタ部３２１から出力される信号に基づいて制御信号を発生する積分器３３１が、周波数可変発振器３０３に接続される。すなわち、本実施形態における制御信号は、周波数可変発振器３０３の周波数を制御するためのものである。
【００７０】
信号処理回路３０８から出力される信号が、振幅モニタ部３２１を介して積分器３３１に出力され、この信号に基づいた制御信号が周波数可変発振器３０３に送られ、生体８への印加電圧Ｖｂが送信回路３０２の出力電圧Ｖｓと等しくなるように制御される。データ送信時の具体的なスイッチの接続状態は、スイッチＳＷ１（第１の接続手段）が端子１ａ−１ｂ間、スイッチＳＷ２（第２の接続手段）が端子２ａ−２ｃ間の接続となる。
【００７１】
データ受信時については図示しないが、スイッチＳＷ１の端子１ａ−１ｂ間の接続が切断される一方で、スイッチＳＷ２の接続が端子２ｂ−２ｃ間の接続に切り替わる。これら二つのスイッチの切替が、制御回路３４１からの切替制御信号を通じて行われる点については、上記各実施形態と同じである。
【００７２】
位相調整部３５１および振幅モニタ部３２１の詳細な構成も、図１に示す位相調整部１５１および振幅モニタ部１２１の構成とそれぞれ同じものが想定されるが、必ずしもそのような構成に限れられるわけでないのは勿論である。
【００７３】
以上の構成に基づく位相調整時の位相調整部３５１および振幅モニタ部３２１の作用は、第１の実施形態と同じである。すなわち、信号処理回路３０８からの出力信号は、振幅モニタ部３２１内に設けられる増幅器３２２に出力された後、増幅されて差動増幅器３２３に送られるとともに、位相調整部３５１内の位相比較器３５２に送られる。
【００７４】
位相比較器３５２では、増幅器３２２から受信する信号と変調回路３０４から受信する信号の位相を比較して、両者の位相を揃えるための調整信号を移相器３５３に出力する。移相器３５３では、変調回路３０４から受信する信号の位相を調整して振幅モニタ部３２１に出力する。
【００７５】
振幅モニタ部３２１では、位相調整部３５１から受信する位相調整済みの信号を基準信号として、第１の実施形態と同様の処理を行い、積分器３３１へ信号を出力する。ちなみに、本実施形態でも、振幅モニタ部３２１内に設けられる増幅器３２２の増幅率は、予め調整されているものとする。
【００７６】
積分器３３１では、振幅モニタ部３２１の出力信号を積分することにより、搬送波となる交流信号の周波数を制御する制御信号を周波数可変発振器３０３に対して発生する。
【００７７】
以上の結果、全体で制御手段をなす振幅モニタ部３２１の構成ユニットと積分器３３１から出力される信号波形についても、図５（ａ）（浮遊容量４３の変化に伴う生体８への印加電圧の変化がない場合）および図６（位相調整済みの場合の印加電圧変化時の制御信号の発生）に示したものと同様になる。ただし本実施形態においては、積分器３３１で発生する制御信号が周波数可変発振器３０３に出力され、リアクタンス部３１１と直列共振を起こす周波数ｆに変更されることはいうまでもない（式（３）を参照）。
【００７８】
なお、上述した以外のトランシーバ３の構成および作用は、上記二つの実施形態で説明したトランシーバと同様なので、各部位の符号は、トランシーバ１または２の対応部位と下２桁が同じになるように付与している。
【００７９】
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、リアクタンス部のリアクタンスを一定とする一方で、発振器から出力される交流信号の周波数を可変とすることによって、第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００８０】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るトランシーバは、周波数可変発振器に対する制御を行うために、信号処理回路の出力信号の位相を調整する構成にしたものである。
【００８１】
図４は、本実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ４では、位相調整部４５１がスイッチＳＷ２（第２の接続手段）と振幅モニタ部４２１の間に設けられており、上記第２の実施形態（図２を参照）と同様に、振幅モニタ部４２１内に設けられる増幅器４２２への出力信号の位相を、変調回路４０４から発生される基準信号の位相に揃えており、基準信号は位相の調整を受けない。
【００８２】
差動増幅器４２３には、増幅器４２２からの出力と基準信号とが入力され、両者の差分が抽出された後、この差分の結果と基準信号との乗算を乗算器４２４でとり、フィルタ４２５で平滑化して積分器４３１に出力する。
【００８３】
積分器４３１は、周波数可変発振器４０３に対して周波数ｆがリアクタンス部４１１と共振を生じるように制御する制御信号を出力する。
【００８４】
本実施形態においても、全体で制御手段をなす振幅モニタ部４２１の構成ユニットと積分器４３１から出力される信号波形が、図５（ａ）（浮遊容量４３の変化に伴う生体８への印加電圧の変化がない場合）および図６（位相調整済みの場合の印加電圧変化時の制御信号の発生）で示されることは勿論である。このうち、制御信号が周波数可変発振器４０３の発振周波数ｆを制御することは、第３の実施形態と同じである。
【００８５】
また、データ受信時のスイッチＳＷ１（第１の接続手段）およびスイッチＳＷ２の接続形態も、上記３つの実施形態と全く同じである（図示せず）。さらに、これら二つのスイッチの切替が、制御回路４４１からの切替制御信号を通じて行われる点についても上記第１の実施形態で説明した通りである。
【００８６】
上述した以外のトランシーバ４の構成および作用は、第３の実施形態と同じである。このため、トランシーバ４が具備する部位に対応する部位の符号については、下２桁を図３のトランシーバ３の符号と揃えて記載してある。
【００８７】
このような本発明の第４の実施形態が、上述した各実施形態と同じ効果を奏するものであることはいうまでもない。
【００８８】
（その他の実施形態）
以上説明した各実施形態では、トランシーバに設けられる増幅器の増幅率（利得）が既に調整されているものとして説明したが、この増幅器の増幅率を可変とし、増幅率を自動的に調整する機能を付加することも可能である。
【００８９】
また、本発明のトランシーバに具備される電界検出光学部を、導線で短絡された２枚の電極板とレーザ光と磁気光学結晶とを用いて構成することも可能である。
【００９０】
さらに、上述した実施の形態では、電界伝達媒体として生体を例に取り説明を行ったが、本発明に係るトランシーバの送受信時にデータに基づく電界を生じて伝達する電界伝達媒体は、必ずしも生体に限定されるわけではない。
【００９１】
このように、本発明は上記実施形態と同様の効果を奏する様々な実施の形態等を含みうるものである。
【００９２】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、高周波数を有する搬送波を用いる場合に、電界伝達媒体に印加する電圧の減少を防止し、良好な通信状態を維持することのできるトランシーバを提供することができる。
【００９３】
これにより、ウェアラブルコンピュータがさらに実現性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトランシーバにおけるデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るトランシーバにおけるデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るトランシーバにおけるデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るトランシーバにおけるデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図５】振幅モニタ部の各構成ユニットから出力される信号波形について、従来法との差異を説明する図である。
【図６】データ送信時に振幅モニタ部の各構成ユニットおよび積分器からそれぞれ出力される信号波形を示す説明図である。
【図７】従来法によるトランシーバの構成を示すブロック図である。
【図８】トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用するときの例を示す説明図である。
【図９】図７のトランシーバにおいて生体に印加される電圧を概念的に示す図である。
【図１０】可変リアクタンス部を加えたトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０のトランシーバにおいて生体に印加される電圧を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４、５、６  トランシーバ
７  ウェアラブルコンピュータ
８  生体
４１  送信回路のグランド
４３、５３  浮遊容量
５１  大地グランド
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２  送信回路（送信手段）
１０３、２０３、５０３、６０３  発振器
１１１、２１１、６１１  可変リアクタンス部（共振手段）
１２１、２２１、３２１、４２１、６２１  振幅モニタ部（制御手段の一部）
１２２、２２２、３２２、４２２  増幅器
１２３、２２３、３２３，４２３  差動増幅器
１２４、２２４、３２４、４２４  乗算器
１２５、２２５、３２５、４２５  フィルタ
１３１、２３１、３３１、４３１  積分器（制御手段の一部）
１５１、２５１、３５１、４５１  位相調整部（位相調整手段）
１５２、２５２、３５２、４５２  位相比較器
１５３、２５３、３５３、４５３  移相器
３０３、４０３  周波数可変発振器
３１１、４１１  リアクタンス部（共振手段）
ＳＷ１、ＳＷ２  スイッチ
【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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【図７】
2005020293.tif 000012
【図８】
2005020293.tif 000013
【図９】
2005020293.tif 000014
【図１０】
2005020293.tif 000015
【図１１】
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