(57)【要約】【課題】送信器と受信器の間の信号伝送を安定させ、受信器でデータ受信ができなくなることを防止する。【解決手段】送信器本体４より突出し先端に第１及び第２の電極２，３を保持する一対の保持部５が設けてある。これにより、従来例に比較して等価回路のインピーダンス成分Ｚ４，Ｚ５を減少させて送信器１と受信器１０の間の信号伝送を安定化させることができ、その結果、受信器１０でデータ受信ができなくなることが防止できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号伝送路として人体を利用するデータ通信装置であって、人体に装着される送信器と、送信器から送信されるデータを受信するとともに当該データを利用する外部機器にデータを伝送する受信器とで構成され、送信器は、人体に接触する第１及び第２の電極と、第１及び第２の電極間に信号電圧を印加してデータを送信するデータ送信手段と、第１の電極、第２の電極並びにデータ送信手段を保持する送信器本体とを具備し、受信器は、人体が接触する受信電極と、人体を介して受信電極に印加される信号電圧を受けてデータを受信するデータ受信手段とを具備するデータ通信装置において、送信器と受信器の間の信号伝送を安定化する信号伝送安定化手段を備えたことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項２】
前記信号安定化手段は、送信器本体より突出し先端に第１及び第２の電極を保持する保持部からなることを特徴とする請求項１記載のデータ通信装置。
【請求項３】
前記保持部の送信器本体からの突出距離を０．８〜１ｍｍとしたことを特徴とする請求項２記載のデータ通信装置。
【請求項４】
前記信号安定化手段は、人体との接触面が人体の方へ凸となる曲面形状に形成された第１又は第２の電極の少なくとも何れか一方と、曲面形状に形成された当該電極を人体に押圧する押圧部とからなることを特徴とする請求項１記載のデータ通信装置。
【請求項５】
前記押圧部は、およそ５８８ニュートン毎平方メートル以上の圧力で押圧可能であることを特徴とする請求項４記載のデータ通信装置。
【請求項６】
第１及び第２の電極を人体の指に接触させることを特徴とする請求項１記載のデータ通信装置。
【請求項７】
絶縁材料からなるフィルムで受信電極の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１記載のデータ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号伝送路として人体を利用するデータ通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
信号伝送路として人体を利用するデータ通信装置として、本出願人は図８に示すものを既に提案している（特許文献１参照）。このデータ通信装置は、人体Ｈに装着される送信器１と、送信器１から送信されるデータを受信するとともに当該データを利用する外部機器２０にデータを伝送する受信器１０とで構成される。送信器１は、人体Ｈの皮膚に接触する第１の電極２及び第２の電極３と、第１及び第２の電極２，３間に信号電圧を印加してデータを送信するデータ送信手段（図示せず）と、第１の電極２、第２の電極３並びにデータ送信手段を保持する送信器本体４とを具備し、例えば、人体Ｈの上腕部に装着される。一方、受信器１０は、人体Ｈ（例えば、指）が接触する受信電極１１と、人体Ｈを介して受信電極１１に印加される信号電圧を受けてデータを受信するデータ受信手段（図示せず）とを具備する。
【０００３】
ここで、送信器１を装着した人Ｈが受信器１０の受信電極１１に指を触れている状態の等価回路を図９に示す。図９において、Ｚ１は送信器１の第１の電極２と第２の電極３の間における人体Ｈのインピーダンス成分、Ｚ２は送信器１の第２の電極３と受信器１０の受信電極１１の間における人体Ｈのインピーダンス成分、Ｚ３は送信器１の第１の電極２と大地アースの間における人体Ｈのインピーダンス成分、Ｚ４は送信器１の第１の電極２と人体Ｈとの界面におけるインピーダンス成分、Ｚ５は送信器１の第２の電極３と人体Ｈとの界面におけるインピーダンス成分、Ｚ６は受信器１０の受信電極１１と人体Ｈとの界面におけるインピーダンス成分をそれぞれ表している。また、送信器１から受信器１０に送信される交流信号に対しては、大地アース間及び大地アースと人体Ｈ間がそれぞれ容量結合されるため、その容量成分を各々Ｚ７，Ｚ８で表している。さらに、Ｖhsは送信器１における送信電圧、Ｖdrは受信器１０における受信電圧、Ｚｄは受信器１０の入力インピーダンスを表している。尚、送信電圧Ｖhsはデータ送信手段により信号電流が一定になるように定電流制御される。
【特許文献１】特開２００１−７７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで図９の等価回路によれば、送信器１の送信電圧ＶhsはＺ４及びＺ５のインピーダンス成分によって減衰するから、これらのインピーダンス成分Ｚ４，Ｚ５が大きくなると定電流制御により送信電圧Ｖhsが上昇する。しかしながら、送信電圧Ｖhsには送信器１の供給電源（例えば、電池）によって決まる上限値が存在し、送信電圧Ｖhsがその上限値を超えてしまうと送信器１と受信器１０の間の信号伝送が不安定になり、最悪の場合には送信器１から送信されるデータが受信器１０で受信できなくなってしまう虞があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、送信器と受信器の間の信号伝送を安定させ、受信器でデータ受信ができなくなることを防止したデータ通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、信号伝送路として人体を利用するデータ通信装置であって、人体に装着される送信器と、送信器から送信されるデータを受信するとともに当該データを利用する外部機器にデータを伝送する受信器とで構成され、送信器は、人体に接触する第１及び第２の電極と、第１及び第２の電極間に信号電圧を印加してデータを送信するデータ送信手段と、第１の電極、第２の電極並びにデータ送信手段を保持する送信器本体とを具備し、受信器は、人体が接触する受信電極と、人体を介して受信電極に印加される信号電圧を受けてデータを受信するデータ受信手段とを具備するデータ通信装置において、送信器と受信器の間の信号伝送を安定化する信号伝送安定化手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、信号伝送安定化手段によって送信器と受信器の間の信号伝送を安定化させて受信器でデータ受信ができなくなることが防止できる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記信号安定化手段は、送信器本体より突出し先端に第１及び第２の電極を保持する保持部からなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、保持部によって第１及び第２の電極を送信器本体から離すことにより、送信器の第１の電極と人体との界面におけるインピーダンス成分と、送信器の第２の電極と人体との界面におけるインピーダンス成分とを減少させて信号電圧の減衰を抑制して信号伝送が安定化できる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記保持部の送信器本体からの突出距離を０．８〜１ｍｍとしたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、保持部の突出距離を抑えつつ信号伝送の安定化が図れる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記信号安定化手段は、人体との接触面が人体の方へ凸となる曲面形状に形成された第１又は第２の電極の少なくとも何れか一方と、曲面形状に形成された当該電極を人体に押圧する押圧部とからなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、送信器の第１の電極と人体との界面におけるインピーダンス成分と、送信器の第２の電極と人体との界面におけるインピーダンス成分とを減少させて信号電圧の減衰を抑制して信号伝送が安定化できる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記押圧部は、およそ５８８ニュートン毎平方メートル以上の圧力で押圧可能であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、第１及び第２の電極を人体の指に接触させることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、第１の電極と第２の電極の間における人体のインピーダンス成分が大きくなるとともに、送信器の第２の電極と受信器の受信電極の間における人体のインピーダンス成分が小さくなって受信器における受信電圧が増大し、結果的にＳ／Ｎ比の向上が図れる。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、絶縁材料からなるフィルムで受信電極の少なくとも一部を覆うことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、受信電極を覆うフィルムで人体から受信器へのノイズの伝搬を阻止してＳ／Ｎ比の向上が図れる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、信号伝送安定化手段によって送信器と受信器の間の信号伝送を安定化させて受信器でデータ受信ができなくなることが防止できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。但し、実施形態の基本構成は従来例と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。
【００２１】
（実施形態１）
従来技術で説明したように送信器１の第１及び第２の電極２，３と人体Ｈとの界面におけるインピーダンス成分、すなわち第１及び第２の電極２，３と人体Ｈとの接触抵抗Ｚ４，Ｚ５が大きくなると信号伝送が不安定になるから、信号伝送を安定化するためにはこれらのインピーダンス成分（接触抵抗）Ｚ４，Ｚ５を減少させる必要がある。
【００２２】
そこで本実施形態では、図１に示すように送信器本体４より突出し先端に第１及び第２の電極２，３を保持する一対の保持部５が設けてある。一対の保持部５は送信器本体４の人体Ｈに対向する面に離間して突設されており、その先端面に第１及び第２の電極２，３が接着等の適宜方法で固定されている。尚、図示は省略しているが、送信器本体４には寸法調整が可能なベルトが設けられ、このベルトを人体Ｈの腕や手首等に巻回することで送信器１が人体Ｈに装着されるようになっている。さらにベルトの長さを変えることで第１及び第２の電極２，３が人体Ｈに押圧される圧力が調整可能であり、このベルトが第１及び第２の電極２，３を人体Ｈに押圧する押圧部となっている。
【００２３】
ここで、送信器本体４から保持部５の先端までの突出距離（以下、単に「距離」という）Ｌを変えながら、第１及び第２の電極２，３が人体Ｈに押圧される圧力と、送信器１の第１及び第２の電極２，３間における人体Ｈのインピーダンス成分Ｚ１及びＺ４，Ｚ５の合成インピーダンスＺ（＝Ｚ１＋Ｚ４＋Ｚ５）との関係を調べる実験を行ったので、その結果を図２に示す。図２における横軸は第１及び第２の電極２，３が人体Ｈに押圧される圧力［Ｎ／ｍ2］、縦軸は合成インピーダンスＺ［Ω］を示し、距離Ｌがそれぞれ０ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、１．５ｍｍのときの測定値を◇、□、△、○で示している。第１及び第２の電極２，３間における人体Ｈのインピーダンス成分Ｚ１は距離Ｌに関わらず一定と考えられるので、図２の結果からは距離Ｌを大きくするほど合成インピーダンスＺ、すなわち、接触抵抗Ｚ４，Ｚ５が減少することが判る。
【００２４】
一方、送信器１の使用状況を考慮すれば、送信器本体４から保持部５の先端までの距離Ｌが大きすぎることは問題である。そこで、第１及び第２の電極２，３が人体Ｈに押圧される圧力の標準値が略２９４〜５８８［Ｎ／ｍ2］であり、その中間値である４４１［Ｎ／ｍ2］の圧力において距離Ｌを０．５ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲で変化させたときの合成インピーダンスＺ［Ω］を調べた結果を図３に示す。図３から明らかなように、距離Ｌが０．８〜１ｍｍであれば距離Ｌ＝１．５ｍｍと同程度の合成インピーダンスＺ（接触抵抗Ｚ４，Ｚ５）が得られることが判った。
【００２５】
従って、突出距離Ｌを０．８〜１ｍｍとした保持部５を送信器本体４に設けて保持部５の先端に第１及び第２の電極２，３を保持させることにより、従来例に比較してインピーダンス成分（接触抵抗）Ｚ４，Ｚ５を減少させて送信器１と受信器１０の間の信号伝送を安定化させることができ、その結果、受信器１０でデータ受信ができなくなることが防止できるものである。
【００２６】
ところで、送信器１の第１及び第２の電極２，３を銅箔（幅５ｍｍ、長さ４０ｍｍ）で形成した場合、並びに銅線（直径４ｍｍ、長さ４０ｍｍ）で形成した場合における合成インピーダンスＺと第１及び第２の電極２，３が人体Ｈに押圧される圧力との関係を調べた結果を図４に示す。但し、図４においては●が銅箔の場合、□が銅線の場合をそれぞれ示している。図４から明らかなように、圧力が５８８「Ｎ／ｍ2］以上であれば、銅線の場合の方が合成インピーダンスＺ（接触抵抗Ｚ４，Ｚ５）が小さくなっている。すなわち、第１及び第２の電極２，３を人体Ｈとの接触面が人体Ｈの方へ凸となる曲面形状に形成する方が、銅箔のような平面形状の場合に比較して接触抵抗Ｚ４，Ｚ５が減少して信号伝送の安定化に有利であることが判る。
【００２７】
尚、本実施形態で示した何れの電極２，３の形態においても、人体Ｈに沿うように若干湾曲している形状（例えば、腕や手首に巻回する方向に電極の長手方向が湾曲する形状）とすれば、人体Ｈへの密着度が高くなって接触抵抗Ｚ４，Ｚ５の減少に寄与し、装着感も向上するという利点がある。
【００２８】
（実施形態２）
本発明に係るデータ通信装置では、輻射ノイズや電灯線からの伝導ノイズの影響で信号伝送のＳ／Ｎ比が低下してしまう虞がある。図９に示した等価回路によれば、Ｓ／Ｎ比を向上するためには、第１の電極２と第２の電極３の間における人体Ｈのインピーダンス成分Ｚ１を大きくする、若しくは送信器１の第２の電極３と受信器１０の受信電極１１の間における人体Ｈのインピーダンス成分Ｚ２を小さくする、といった対処が有効である。すなわち、インピーダンス成分Ｚ１を大きくすることにより受信電圧Ｖdrが増大してＳ／Ｎ比が向上し、インピーダンス成分Ｚ２を小さくすることでも受信電圧Ｖdrが増大してＳ／Ｎ比が向上するのである。
【００２９】
そこで、第１及び第２の電極２，３（例えば、日本光電工業株式会社製のディスポ電極）を指と手首にそれぞれ距離Ｒだけ離して接触させたときのインピーダンス成分Ｚ１を調べたところ、図５に示すような結果が得られた。但し、◆が指、■が手首の場合をそれぞれ表している。ここで各距離Ｒの測定点を結ぶ直線の傾きが単位長さ当たりのＺ１に相当し、図５からその傾きを求めると手首では１．４６［Ω／ｍｍ］、指では９．８８［Ω／ｍｍ］であった。従って、第１及び第２の電極２，３を指に接触させることにより、受信器１０における受信電圧Ｖdrを増大させてＳ／Ｎ比の向上が図れることになる。
【００３０】
一方、インピーダンス成分Ｚ２を小さくするには、送信器１の第２の電極３と受信器１０の受信電極１１との距離を近付ければよく、これは第２の電極３を人体Ｈの指に接触させることで実現可能である。
【００３１】
上述のように送信器１の第１及び第２の電極２，３を人体Ｈの指に接触させる構成とすれば、インピーダンス成分Ｚ１を大きくするとともにインピーダンス成分Ｚ２を小さくしてＳ／Ｎ比の向上が図れるものである。尚、第１の電極２と第２の電極３との距離を例えば指の長さ程度確保すれば、インピーダンス成分Ｚ１がその距離に比例して増加するので、Ｓ／Ｎ比の一層の向上が図れる。
【００３２】
また、絶縁材料からなるフィルムで受信電極１１の少なくとも一部を覆うことによってもＳ／Ｎ比の向上が図れる。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）等の絶縁材料で形成されたフィルムで受信電極１１の表面を覆い、図６に示すように人体Ｈから距離Ｋだけ離れた位置に輻射ノイズを発生する照明器具Ｍを設置した状態で、送信器１と受信器１０の通信可能限界における距離Ｋをフィルムの有無及びフィルムの厚みを変えて調べたところ、フィルム無しの場合の距離Ｋが１７ｃｍであったのに対し、厚みが５０［μｍ］のフィルムで覆った場合の距離Ｋは６ｃｍ、厚みが１００［μｍ］のフィルムで覆った場合の距離Ｋは０ｃｍであり、受信電極１１をフィルムで覆うことによって輻射ノイズに対するＳ／Ｎ比の向上が図れ、フィルムの厚みを厚くするほどＳ／Ｎ比の向上効果が高くなることが判った。
【００３３】
さらに、人体Ｈと照明器具Ｍの距離Ｋを１７ｃｍに固定した状態でフィルム無し、５０［μｍ］のフィルム有り、１００［μｍ］のフィルム有り、のそれぞれの場合について受信器１０における受信信号の波形を計測した結果を図７（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。但し、図７（ａ）〜（ｃ）における縦軸の目盛りは（ａ）が一番大きく、（ｃ）が一番小さくなっている。図７より明らかなように、受信電極１１をフィルムで覆うことによってノイズ成分が減少していることが判る。すなわち、受信電極１１を覆うフィルムで人体Ｈから受信器１０へのノイズの伝搬が阻止される一方、送信器１から受信器１０に送信されるデータ信号が人体Ｈと受信電極１１の接触点だけでなく空間を通しても伝搬されることからデータ信号の減衰が抑えられるために、Ｓ／Ｎ比が向上すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１における送信器の平面図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】実施形態２の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】従来例の模式図である。
【図９】同上の等価回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  送信器
２  第１の電極
３  第２の電極
４  送信器本体
５  保持部
１０  受信器
１１  受信電極
Ｈ  人体
【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】
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【図８】
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【図９】
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