(57)【要約】【課題】  特に携帯に適したデータ送受信用アンテナ、及びデータ送受信システムを提供する。【解決手段】  データ送受信装置１として、所定の間隔で対向する第１、第２の電極２ａ、２ｂ、及び各電極２ａ、２ｂ間に接続される外付けコイル３からなるアンテナ６と、ＩＣチップ４から構成し、第１、第２の電極２ａ、２ｂ間を空気層等の空間部にするとともに、第１、第２の電極２ａ、２ｂをメッシュ部材から構成する。そして、高周波電力を発生する第２のデータ送受信装置７の電極８をドアのノブ等に設定し、第１のデータ送受信装置１を携帯した人Ｍが、ノブ等の電極８に触ると、ＩＣチップ４に起動電力が生じてＩＣチップ４に記憶するデータが第２の送受信装置７に伝送されるようにする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で対向する一対の電極と、各電極間に接続されるコイルを備えたことを特徴とするデータ送受信用アンテナ。
【請求項２】
前記データ送受信用アンテナは、前記一対の電極のうち、一方側の電極に人体が接し人体を介して高周波電圧が伝達されると、他方側の電極との間に電位差を生じるようにされることを特徴とする請求項１に記載のデータ送受信用アンテナ。
【請求項３】
前記一対の電極間は、空気層または真空層の空間部であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデータ送受信用アンテナ。
【請求項４】
前記電極は、導電性のあるメッシュ部材から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のデータ送受信用アンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載のデータ送受信用アンテナ及びデータを記憶制御するＩＣチップが組み込まれ且つ人が携帯する第１のデータ送受信装置と、データ送受信用の電極を有する第２のデータ送受信手段からなり、前記第１のデータ送受信装置を携帯した人が前記第２のデータ送受信装置の電極に触れると、前記第２のデータ送受信装置より前記第１のデータ送受信装置に対し制御データを送り、前記第１のデータ送受信装置の記憶データが前記第２のデータ送受信装置に伝送されるようにしたことを特徴とするデータ送受信システム。
【請求項６】
前記第１のデータ送受信装置には、前記ＩＣチップを起動させるための電池が組み込まれ、前記第２のデータ送受信装置より前記第１のデータ送受信装置に対しＩＣ起動信号を送ってＩＣチップを起動し、このとき以外には電池の消耗が無いようにしたことを特徴とする請求項５に記載のデータ送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば人が携帯するようなデータ送受信装置に組み込まれると好適なデータ送受信用アンテナ、及び同アンテナを利用したデータ送受信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体に装着するデータ通信装置と、人体との接触が予定されている別のデータ通信装置との間でデータ伝送を行う技術として、例えば人に接触する一対の電極を備えた装着用のデータ通信装置と、機器上に人が接触できる一対の電極を備えた別のデータ通信装置を設け、それぞれの電極間に、電圧を印加する電圧印加部と、電極間若しくは一方の電極と基準電位間の電圧を検出する電圧検出部と、検出した電圧を復調して信号出力部に出力し、データ信号を変調して電圧印加部に出力する変復調部を設けるような技術（例えば、特許文献１参照。）や、人に装着される第１の送受信器と、データ処理装置に接続される第２の送受信器を設け、第１の送受信器に、人体に接触する信号電極と接地電極を設けるとともに、第２の送受信器に、人の体が接触するタッチ電極を設け、第１の送受信器は、第２の送受信器に人体が接触した際に第２の送受信器から出力されるスタート信号を受信すると、回路に電力を供給して第１の送受信器から第２の送受信器にデータ伝送を行うような技術（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０８８０３号公報
【特許文献２】特開２００２−９７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のような技術は、いずれの場合も、人体に装着するデータ通信装置または送受信器の一対の電極を両方とも人体に接触させるようにしているため、装着場所や装着態様などに制約を受け易く、また、人体に接触する一対の電極間の検出電位差が小さいため、例えば、人体を介して高周波電圧を送っても、ＲＦＩＤ（Radio  Frequency  Identification）カード等に用いられるＩＣチップなどの電源部を起動させることができなかった。
【０００５】
そこで本発明は、特に携帯に適したデータ送受信用アンテナ、及びデータ送受信システム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】
上記目的を達成するため本発明は、データ送受信用アンテナとして、所定の間隔で対向する一対の電極と、各電極間に接続されるコイルから構成するようにした。
【０００７】
そして、対向する一対の電極において、例えば請求項２のように、一方側の電極に高周波電圧を伝達した際、電極間の容量リアクタンスをコイルの誘導リアクタンスで打ち消して、他方側の電極との間に電位差を生じさせることができるようになり、例えば、適切なコイルを選定してアドミタンスを殆どゼロに近づければ、理論上、インピーダンスを無限大にできるため、電位差を大きくしてアンテナ効率を高めることができる。
また、人体を介して一方側の電極に高周波電圧を伝達する際、他方側の電極を人体に接触させる必要がなくなるため、装着場所や携帯の態様などに自由度が高まるとともに、両方の電極を人体に接触させることに較べて、両電極間の電位差を大きくすることができる。
【０００８】
また本発明では、前記一対の電極間を、空気層または真空層の空間部であるようにした。
このように、一対の電極間を空気層または真空層の空間部とすれば、電極と電極の間の比誘電率が小さくなり、通常の絶縁体をスペーサとして用いる場合より、電極間の電位差を高めることができて、アンテナ効率の向上を図ることができる。
また、前記電極を、導電性のあるメッシュ部材から構成しても、電極の対向面積が少なくなり、静電容量を減らして電極間の電位差を一層高めることができる。
【０００９】
また本発明では、データ送受信システムとして、データ送受信用アンテナ及びデータを記憶制御するＩＣチップが組み込まれ且つ人が携帯する第１のデータ送受信装置と、データ送受信用の電極を有する第２のデータ送受信装置から構成し、第１のデータ送受信装置を携帯した人が第２のデータ送受信装置の電極に触れると、前記第２のデータ送受信装置より前記第１のデータ送受信装置に対し制御データを送り、前記第１のデータ送受信装置の記憶データが第２のデータ送受信装置に伝送されるようにした。
【００１０】
このように、第１のデータ送受信装置を携帯した人が第２のデータ送受信装置の電極に触れると、第１のデータ送受信装置の記憶データが第２のデータ送受信装置に伝送されるようにすれば、第１のデータ送受信装置をポケット等から取出さなくてもデータのやりとりが行われるようになるため便利である。
ここで、ＩＣチップとしては、例えば、電極間に電位差が生じると起電力を発生させることのできる電源部や、記憶部や、信号化処理されたデータを送信する送信部等を備えたＲＦＩＤカード用のＩＣチップも適用可能であるが、その他の電源部等のないＩＣチップの適用も可能である。
【００１１】
また本発明では、前記第１のデータ送受信装置に、ＩＣチップを起動させるための電池を組み込むようにし、前記第２のデータ送受信装置より前記第１のデータ送受信装置に対しＩＣ起動信号を送って、ＩＣチップを起動するとともに、このとき以外には、電池の消耗がないようにした。
このように第１のデータ送受信装置に電池を組み込めば、ＩＣチップを起動させるために第２のデータ送受信装置の電源を使用する必要がなくなり、第２のデータ送受信装置の電力を小さくすることが可能となるとともに受信感度を向上させることが可能となり、前記第１のデータ送受信装置の様々な形態状況に対応できるようになる。
また、電池をＩＣチップの起動だけに使用することで、電池の効率的な使用が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
データ送受信用アンテナとして、所定の間隔で対向する一対の電極と、各電極間に接続されるコイルから構成し、例えば一方側の電極に高周波電圧を伝達して、他方側の電極との間に電位差が生じるようにすればアンテナ効率を高めることができ、また、人体を介して一方側の電極に高周波電圧を伝達する際、他方側の電極を人体に接触させる必要がなくなって、装着場所や携帯の態様等の制約が少なくなる。
そして、一対の電極間を、空気層または真空層の空間部とし、また、各電極を、導電性のあるメッシュ部材から構成すれば、電極間の電位差を一層高めることができて好適である。
また、上記のようなデータ送受信用アンテナを組み込んだデータ送受信システムにすれば、例えば認証データなどを記憶させておくことにより、第１のデータ送受信装置を携帯する人が、所定の箇所に触れるだけで認証などが行われるようになり便利である。
この際、第１のデータ送受信装置に、ＩＣチップを起動させるための電池を組み込めば、第２のデータ送受信装置の電力を小さくすることが可能となるとともに電気的により過酷な携帯状況にも対応できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで、図１は本発明に係るデータ送受信システムの概要を示すイメージ図、図２はデータ送受信用アンテナの基本構成を説明するための説明図、図３はデータ送受信システムの電気路の等価回路図、図４は外付けコイルの作用を説明する理論図、図５はデータ送受信システムの作動概要等のブロック図、図６、図７は本データ送受信システムの具体的構成例図、図８乃至図１０は本データ送受信システムの別構成例図である。
【００１４】
本発明に係るデータ送受信用アンテナは、例えば、高周波電力供給部から送られる高周波電力を人体を介して伝達し、データのやりとりを行うデータ送受信システムなどに適用可能であり、例えば、認証データのやりとりに適用すれば、認証のためＩＤカードを出し入れする必要がなく、ポケット等に携帯したままでも認証などを行うことができるようになって好適である。以下、このような認証データをやりとりするデータ送受信システムを例にとって説明する。
【００１５】
すなわち、このデータ送受信システムは、図１に示すように、人Ｍが携帯する第１のデータ送受信装置１と、高周波電力を供給し且つ電極８に接続される第２のデータ送受信装置７を備えており、第１のデータ送受信装置１を携帯する人Ｍが電極８に触るだけで、第１のデータ送受信装置１に記憶させた認証データを第２のデータ送受信装置７に伝送し、コンピュータ等のデータ処理装置９で処理できるようにされている。
【００１６】
前記第１のデータ送受信装置１には、本発明に係るデータ送受信用アンテナ６が組み込まれており、その基本構成は、図２に示すように、スペーサ部材５を介して所定間隔で対向する一対の第１、第２電極２ａ、２ｂと、各電極２ａ、２ｂ間に接続される外付けコイル３と、この外付けコイル３を通じて各電極２ａ、２ｂ間に接続されるＩＣチップ４を備えており、一対の電極２ａ、２ｂと外付けコイル３によってアンテナ６を形成している。
そして、この第１のデータ送受信装置１をシャツのポケット等に収納する際、一方側の電極２ａ、２ｂが直接的または衣服等を介して間接的に人体に接触するようにしておく。
また、実施例のＩＣチップ４は、例えば、アンテナ６から高周波電力が送られると起電力を発生させて直流に変換することのできる電源整流部や、記憶部や、信号化処理されたデータを送信する送信部などを備えたものとしている。
【００１７】
そこで、高周波電力が第２のデータ送受信装置７の電極８から人体を経由して第１のデータ送受信装置１のＩＣチップ４に送り込まれるまでの電気路の等価回路について図３に基づき説明する。
【００１８】
ここで、第２のデータ送受信装置７の等価回路をＡとし、人体Ｍ部分の等価回路をＢとし、第１電極２ａ部分の等価回路をＣとし、各電極２ａ、２ｂ間部分の等価回路をＤとし、第２電極２ｂ部分の等価回路をＥとし、外付けコイル３部分の等価回路をＦとし、ＩＣチップ部分をＧ（細部は省略）とすると、理論上、図３に示すような等価回路が構成される。
尚、説明上、第１電極２ａを人体Ｍに接触させるように示しているが、反対側の第２電極２ｂを人体Ｍに接触させる場合も同様の等価回路図となる。
【００１９】
そしてこのような等価回路において、第２のデータ送受信装置７部分Ａから送られる高周波電力のアンテナ効率を高めるためには、電極２ａ、２ｂ間の比誘電率を小さくし絶縁性を高めて、可能であれば電極２ａ、２ｂ間のアドミタンスをゼロ（インピーダンスを無限）近くにして両電極２ａ、２ｂ間の電位差を大きくするとともに、第２電極２ｂ部分Ｅのグランド回路のインピーダンスを低くすることにより、ＩＣチップ４部分Ｇに流れる電流を増大させる必要がある。
外付けコイル３の接続は、電極２ａ、２ｂ間の容量リアクタンスを打ち消してアドミタンスをゼロに近づけるためのものであり、MATHCADでのシュミレーションの結果、外付けコイル３のインダクタンス（Ｈ）を適切に選定すると、図４に示すように、両電極２ａ、２ｂ間の電位差をｘまで高めることができる。
【００２０】
またこの際、第２電極２ｂは直接地面にグランドされておらず、空中に浮いた状態であるが、電極２ａ、２ｂ間の容量リアクタンスを殆どゼロ付近まで打ち消すことにより、相対的に第２電極２ｂ部分Ｅのグランド回路のインピーダンスが有効性を増しより効果的にグランドと密接し、アンテナ効率が高まる。
【００２１】
また、実施例では、第１、第２電極２ａ、２ｂ間の間隔を設定するためのスペーサ部材５の占有面積を小さくして、第１、第２電極２ａ、２ｂ間の主体部が空気層になるようにして第１、第２電極２ａ、２ｂ間の電位差の増大を図るとともに、第１、第２電極２ａ、２ｂを導電性のあるメッシュ部材にして対向面積を小さくすることで、静電容量を減らして電極２ａ、２ｂ間の電位差を一層大きくするようにしている。そしてこの電極２ａ、２ｂ間の電位差は、例えば、一般的なＲＦＩＤカードに用いられるＩＣチップの電源部を起動させることのできるのに十分な電位差である。
【００２２】
一方、第２のデータ送受信装置７は、電極８を通して高周波信号を発振できるようにされており、このような第２のデータ送受信装置７を含めた本データ送受信システムのブロック図の概要は、図５の通りである。
【００２３】
次に、以上のようなデータ送受信システムの適用例について説明する。
図６はドアのノブを第２のデータ送受信装置７の電極８とし、第２のデータ送受信装置７にコンピュータ等のデータ処理装置９を接続するようにした構成例であり、第１のデータ送受信装置１を携帯した人Ｍがノブに触ると、第１のデータ送受信装置１をシャツ等のポケットなどに収納したままでも人体Ｍを介して高周波電圧が第１電極２ａを通ってＩＣチップ４に伝達され、ＩＣチップ４の記憶データが人体Ｍを経由して第２のデータ送受信装置７に送られ、データ処理装置９で認証を行うようにしたものである。そして、例えばデータ処理装置９で認証に合格すればドアが開くようにし、認証されなければドアが開かないようにしておく。
この場合、ドアを操作する人は第１のデータ送受信装置１をポケット等からわざわざ取出さなくても認証が行われるので便利である。
また、第１のデータ送受信装置１を携帯するにあたり、一方側の電極２ａ（２ｂ）だけを人体Ｍに接触させれば良いため、携帯の態様などに自由度が増すとともに、第１、第２電極２ａ、２ｂ間の電位差を増大させることができる。
【００２４】
次に、図７はタイムレコーダのタッチパネルを第２のデータ送受信装置７の電極８とした例であり、第１のデータ送受信装置１を携帯した人Ｍが、装置１をポケット等に収納したままタッチパネルに触っても認証が行われるようにしたものである。この場合も、カードを挿入して打刻したり、ＩＤカードを取出してリーダにタッチするなどの手間がかからないため便利である。
また、このようなタッチパネルとしては、例えば指紋照合器と併用するような応用例も考えられ、第１のデータ送受信装置１と指紋照合器を併用し、第１のデータ送受信装置１を携帯したまま、指紋照合器のタッチパネルに触れると、指紋照合器と第１のデータ送受信装置１の両方で認証できるようにすることで、誤認証の割合を大幅に改善することができる。
【００２５】
尚、以上のようなデータ送受信システムの適用例に関し、人体に対する安全性という面から検討すると、例えば第２のデータ送受信装置７側から１Ｗの電力がノブ等の電極８に送られるとすると、人が触った時の人体に伝達される電力は、等価回路により約７ｍＷと計算され、現行の携帯電話（８００ＭＨｚ帯）のアンテナから頭部に吸収される電力もその程度以上はあると推定されるとともに、周波数等のエネルギー面からも携帯電話より低いものと考えられる。このため、安全性に問題はない。
【００２６】
ところで、以上の実施例では、ＩＣチップの起動を第２のデータ送受信装置７側に依存した例を示しているが、ＩＣチップ起動用の電池を第１のデータ送受信装置１に組み込むことも可能である。この場合は、第２のデータ送受信装置の電力を下げることも可能となり、より実用的であり経済的である。尚、図２に示す第１のデータ送受信装置１の場合は、電池をＩＣチップ４と同じ収納ケース内に組み込むようにすれば好適である。
【００２７】
次に、本発明に係るデータ送受信システムの別構成例について、図８乃至図１０に基づき説明する。ここで図８は別構成例の構成概要を示すブロック図、図９は別構成例のシステムを利用した具体的構成例図、図１０は同システムの等価回路図である。
【００２８】
前記データ送受信用アンテナは、第１のデータ送受信装置１の一対の電極２ａ、２ｂのうち、一方側の電極２ａ（２ｂ）を人体Ｍに接触させ、他方側の電極２ｂ（２ａ）を大地（グランド）を介して静電結合させることにより大地（グランド）を帰還伝送路として利用するようにしているが、この際、人体Ｍの近傍に帰還用電極ｚを設け、帰還伝送路側の静電結合を強めるようにしても良い。
【００２９】
そしてこの場合の具体的構成の一例としては、例えば、図５に示す第２のデータ送受信装置７の大地（グランド）側に接続される端子を、図８に示すように、帰還電極ｚに接続するとともに、この帰還電極ｚを人体Ｍに近傍に配設するようにすれば好適であり、この場合の帰還電極ｚの配設の一例としては、例えば図９に示すように、第２のデータ送受信装置７の電極８をドアのノブに設定する場合であれば、ドア自体に帰還電極ｚを設けるか又はドア自体を帰還電極ｚとし、第２のデータ送受信装置７と帰還電極ｚとを結合器１０などを介して接続することにより、結合器１０−電極８−人体Ｍ−第１のデータ送受信装置１−帰還電極ｚ−結合器１０と、閉ループが描かれるようにする。
【００３０】
なお、この場合の等価回路図は図１０の通りであり、人体Ｍと帰還電極ｚとの間の静電結合が強まって安定したデータ送受信が可能である。
【００３１】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、外付けコイル３の形状や、スペーサ部材５の具体的形状等は例示であり、また、ＩＣチップの種類も任意である。更に、ＩＣチップに記憶させるデータは認証データに限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、データ送受信アンテナとして、一対の電極と、各電極間に接続されるコイルから構成し、例えば、一方側の電極に人体を介して高周波電圧を伝達することで、他方側の電極との間に大きな電位差を生じさせることができるようになった。またこのようなデータ送受信用アンテナを利用したデータ送受信システムにおいて、第１のデータ送受信装置を携帯した人が、第２の送受信送受信装置の電極に触れるだけでデータを送受信できるため便利である。
この際、一対の電極間を空気層または真空層の空間部とし、また、電極をメッシュ部材から構成すれば、アンテナ効率を高めることができ、また、第１のデータ送受信装置に電池を組み込むようにすれば、第２のデータ送受信装置の電力を下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るデータ送受信システムの概要を示すイメージ図
【図２】データ送受信用アンテナの基本構成を説明するための説明図
【図３】データ送受信システムの電気路の等価回路図
【図４】外付けコイルの作用を説明する理論図
【図５】データ送受信システムの作動概要等のブロック図
【図６】本データ送受信用システムの具体的構成例図
【図７】本データ送受信用システムの他の具体的構成例図
【図８】本データ送受信用システムの更に別構成例の構成概要を示すブロック図
【図９】別構成例のシステムを利用した具体的構成例図
【図１０】同システムの等価回路図
【符号の説明】
【００３４】
１…第１のデータ送受信装置、２ａ…第１電極、２ｂ…第２電極、３…外付けコイル、４…ＩＣチップ、６…アンテナ、７…第２のデータ送受信装置、８…電極。
【図１】
2005123845.tif 000003
【図２】
2005123845.tif 000004
【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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【図１０】
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