(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能な設置用電界通信装置において、
前記電界伝達媒体に具備された携帯用電界通信装置から送信される信号を、当該電界伝達媒体を介して電界により受信する通信電極と、
前記通信電極に隣接して配置、又は前記通信電極を囲むように配置され、前記携帯用電界通信装置から空間に放射される放射電界を受信する補助電極と、を有し、
前記通信電極は、前記電界伝達媒体が通過する通過路の床に配置され、
前記補助電極は、当該通過路の側面に前記通信電極に隣接して配置されていることを特徴とする設置用電界通信装置。
【請求項２】
電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能な設置用電界通信装置において、
前記電界伝達媒体に具備された携帯用電界通信装置から送信される信号を、当該電界伝達媒体を介して電界により受信する通信電極と、
前記通信電極に隣接して配置、又は前記通信電極を囲むように配置され、前記携帯用電界通信装置から空間に放射される放射電界を受信する補助電極と、を有し、
前記通信電極は、前記電界伝達媒体が通過するドアのドアノブに配置され、
前記補助電極は、当該ドアノブ側のドア表面に前記通信電極に隣接して配置されていることを特徴とする設置用電界通信装置。
【請求項３】
前記補助電極は、
前記ドアノブを挟むように配置された２つの補助電極であることを特徴とする請求項２記載の設置用電界通信装置。
【請求項４】
前記携帯用電界通信装置は、送信すべき情報に基づく極性の異なる２つの前記信号を出力するものであって、
当該２つの信号の差の信号から受信すべき情報を復調する復調手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の設置用電界通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極から電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電界伝達媒体に対して送信すべき情報（以下、データ）に基づく電界を電極から誘起させ、また、電界伝達媒体に誘起された電界を電極で検出して通信を行う電界通信装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この電界通信装置は、データに応じて変調された交流信号を電極から発生する送信回路と、この交流信号で誘起される人体近傍の微弱な交流電界を電極で読み取りデータを復調する受信回路とにより構成される。
【０００４】
このような電界通信装置は用途に応じて様々な場面で利用されるが、一般的には、例えば図７に示すように、人Ｈにより所持される携帯用電界通信装置３００や、床や壁等の所定エリアに設置される設置用電界通信装置１００として利用される。
【０００５】
携帯用電界通信装置３００は、図８に示すように、電界を電界伝達媒体に誘起する第１電極３２および第２電極３３を携帯用電界通信装置３００を形成する筐体の対向表面にそれぞれ配置し、上述した送信回路および受信回路に相当する筐体内のトランシーバ回路３１により、データに基づく電界を人体等の電界伝達媒体に誘起して電界通信を行う。
【０００６】
一方、設置用電界通信装置１００は、図７や図９に示すように、電界を電界伝達媒体に誘起する第１電極１０および第２電極１１を人Ｈの通過路等に絶縁体を挟んで層状に重ねて配置し、Ｉ／Ｏ回路１４を介してＣＰＵ１３から送信されたデータに基づく電界を送信回路１５により第１電極１０から人体等の電界伝達媒体に誘起して出力する。また、第２電極１１で受信した電界を電界検出回路１６１で検出し、信号処理回路１６２でデータを復調して、波形整形回路１７でデータの波形を整えた後に、Ｉ／Ｏ回路１４を介してＣＰＵ１３に出力する。
【０００７】
その後、ＣＰＵ１３により、受信したデータに基づいて認証等の処理が実行される。なお、電界検出回路１６１および信号処理回路１６２は、設置用電界通信装置１００において受信回路１６を構成している。
【０００８】
このような電界通信装置は、通常の無線システムのアンテナに相当する電極で電界伝達媒体としての人体と容量的に結合しており、この結合を介して人体近傍の電界を読み取って復調している。容量的な結合により人体表面に信号が伝わるため、電界通信装置が衣服のポケットに入っていたり、床のカーペット下に設置されていても、人体表面を介して信号が伝わり、両装置の送信回路と受信回路との間で通信できる。
【０００９】
ここで、電界通信技術のポイントは、図１０に示すように、人体Ｈにより所持された携帯用電界通信装置３００の第１電極３２から空間に放射される放射電界を抑制して相互干渉を抑制し、人体表面を伝播する準静電界を利用して、接触によりつながるという直感的な通信を実現することにある（非特許文献１参照）。
【００１０】
放射電界とは、携帯用電界通信装置３００から空間に放射される電界であり、アースグランドに逃げる前に設置用電界通信装置１００により検出される。携帯用電界通信装置３００の第１電極３２と設置用電界通信装置１００の第２電極１１との間には浮遊容量Ｃ１が形成され、当該浮遊容量Ｃ１は、人体表面に形成される電界通信経路において電界を設置用電界通信装置１００に戻してループを形成する通信経路上の容量として作用している。この放射電界を検知することにより、両装置間で電界通信が実現される（非特許文献２参照）。
【００１１】
一方、準静電界とは、携帯用電界通信装置３００の第２電極３３と設置用電界通信装置１００の第１電極１０との間の容量Ｃ５や人体Ｈを介する電界である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２７４４５２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】佐々木、外３名、「人体近傍電界通信のモデル化と通信品質評価」、ＮＴＴ技術ジャーナル、2010年1月、p.23-27
【非特許文献２】門、外１名、「人体近傍電界通信技術「レッドタクトン」とその応用」、ＮＴＴ技術ジャーナル、2010年1月、p.16-19
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、携帯用電界通信装置３００の空間側（人体に非接触側）の第１電極３２と設置用電界通信装置１００との間の通信経路は距離が長く、当該間には誘電率の低い空気のみの存在により、通信経路上の浮遊容量Ｃ１が数ｐＦと非常に小さいため、インピーダンスが大きく、微弱な電界変位しか生じず、携帯用電界通信装置３００からの信号強度が大きく取れないという課題があった。
【００１５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、信号強度を増大させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の設置用電界通信装置は、電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能な設置用電界通信装置において、前記電界伝達媒体に具備された携帯用電界通信装置から送信される信号を、当該電界伝達媒体を介して電界により受信する通信電極と、前記通信電極に隣接して配置、又は前記通信電極を囲むように配置され、前記携帯用電界通信装置から空間に放射される放射電界を受信する補助電極と、を有し、前記通信電極は、前記電界伝達媒体が通過する通過路の床に配置され、前記補助電極は、当該通過路の側面に前記通信電極に隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、携帯用電界通信装置から空間に放射される放射電界を受信する補助電極を有するため、通信経路上の浮遊容量が増加し、インピーダンスが減少し、携帯用電界通信装置からの信号強度を増大できる。
【００１８】
請求項２記載の設置用電界通信装置は、電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能な設置用電界通信装置において、前記電界伝達媒体に具備された携帯用電界通信装置から送信される信号を、当該電界伝達媒体を介して電界により受信する通信電極と、前記通信電極に隣接して配置、又は前記通信電極を囲むように配置され、前記携帯用電界通信装置から空間に放射される放射電界を受信する補助電極と、を有し、前記通信電極は、前記電界伝達媒体が通過するドアのドアノブに配置され、前記補助電極は、当該ドアノブ側のドア表面に前記通信電極に隣接して配置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の設置用電界通信装置は、請求項２記載の設置用電界通信装置において、前記補助電極は、前記ドアノブを挟むように配置された２つの補助電極であることを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の設置用電界通信装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の設置用電界通信装置において、前記携帯用電界通信装置は、送信すべき情報に基づく極性の異なる２つの前記信号を出力するものであって、当該２つの信号の差の信号から受信すべき情報を復調する復調手段を更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、信号強度を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。
【図２】設置用電界通信装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図３】本発明の特徴を概略的に示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。
【図５】第３の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。
【図６】補助電極の効果を示すグラフである。
【図７】一般的な電界通信装置の利用形態を示す図である。
【図８】携帯用電界通信装置の構成を示す図である。
【図９】設置用電界通信装置の構成を示す図である。
【図１０】電界通信装置の容量結合モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる様態で実施することが可能であり、本実施の形態の記載内容に限定して解釈すべきではない。
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。本電界通信装置は、電界伝達媒体としての人Ｈが通過する通過路の周辺に設置された設置用電界通信装置１００と、人Ｈにより所持（具備）された携帯用電界通信装置３００とで構成される。
【００２７】
最初に、設置用電界通信装置１００の構成および機能について説明する。
【００２８】
設置用電界通信装置１００は、電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能であり、図１及び図２に示すように、通信電極１１と、補助電極１１’と、第１信号受信部２０と、第２信号受信部２１と、差動増幅部２２と、復調部２３とで主に構成される。図２に示した各部は、抵抗、インダクタ、コンデンサ、スイッチ、ダイオード、トランジスタ等の電気的素子が電気伝導体でつながった電気回路により構成される。
【００２９】
通信電極１１は、人Ｈが通過する通過路の床に配置され、電界伝達媒体としての人体Ｈによって接触された際に、その人Ｈが所持する携帯用電界通信装置３００から出力される一方の極性の信号を、当該人Ｈを介して電界により受信する。なお、この通信電極１１は、図９に示した第２電極１１に相当する。
【００３０】
補助電極１１’は、同通過路の側面（壁面）に通信電極１１に隣接して配置され、携帯用電界通信装置３００から空間に放射される放射電界を受信すると共に、携帯用電界通信装置３００から出力される他方の極性の信号を電界により受信する。
【００３１】
補助電極１１’は、図１に示すように、携帯用電界通信装置３００の所持位置の高さに近い高さや同じ高さに配置されることが好ましい。これにより、携帯用電界通信装置３００と補助電極１１’との間の距離を近接できるので、図１０に示した通信経路上の浮遊容量Ｃ１が更に増加し、携帯用電界通信装置３００からの信号強度を確実に増大できる。
【００３２】
また、前ポケットや後ポケット等、携帯用電界通信装置３００が所持される場所の任意性を考慮して、人Ｈが通信電極１１に立って接触した際に当該人Ｈを挟むように２つの補助電極を側面に配置してもよい。更には、側面の一領域ではなく、全領域に配置する等、補助電極１１’の面積を大きくしてもよい。これらにより、浮遊容量Ｃ１が更に増加し、携帯用電界通信装置３００からの信号強度をより確実に増大できる。
【００３３】
第１信号受信部２０は、接続ケーブルを通じて通信電極１１に電気的に接続されており、通信電極１１により受信された一方の極性の信号を受信する。
【００３４】
第２信号受信部２１は、接続ケーブルを通じて補助電極１１’に電気的に接続されており、補助電極１１’により受信された放射電界や他方の極性の信号を受信する。これらの極性が異なる信号は、互いに信号の位相が１８０度異なる。
【００３５】
差動増幅部２２は、第１信号受信部２０および第２信号受信部２１でそれぞれ受信された極性の異なる２つの信号の差をとり、その差の信号を増幅する。
【００３６】
復調部２３は、差動増幅部２２により増幅された差の信号から受信すべき情報（以下、データ）を復調し、図９に示したＣＰＵ１３に送信する。なお、この復調部２３は、図９に示した信号処理回路１６２に相当する。
【００３７】
以上、設置用電界通信装置１００の構成等について説明した。なお、設置用電界通信装置１００は、図９に示したように、電界により信号を送信する送信回路１５も具備しているが、本実施の形態での説明は省略する。また、補助電極１１’で受信した放射電界を利用して、それら２つの信号を電界により受信する電界通信処理技術については、背景技術や特許文献１で説明されたものと同様であるため、説明は省略する。
【００３８】
次に、携帯用電界通信装置３００の構成および機能について説明する。
【００３９】
携帯用電界通信装置３００は、電極から電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能であり、図８に示したように、電界を電界伝達媒体に誘起する第１電極３２と第２電極３３とを携帯用電界通信装置３００の外形を形成している筐体の対向表面にそれぞれ配置し、内部に格納されたトランシーバ回路３１により、データに基づく電界を人体等の電界伝達媒体に誘起して、極性の異なる２つの信号として第１電極３２と第２電極３３とからそれぞれ出力する。
【００４０】
以上、携帯用電界通信装置３００の構成等について説明した。なお、トランシーバ回路３１による電界通信処理技術については、特許文献１で説明されたものと同様であるため、説明は省略する。
【００４１】
続いて、このような機能を有する設置用電界通信装置１００および携帯用電界通信装置３００の全体動作について説明する。但し、携帯用電界通信装置３００の第１電極３２は空間側に向き、第２電極３３は人体側に向いているものとする。
【００４２】
携帯用電界通信装置３００は、対向配置された第１電極３２と第２電極３３とから、所定の周波数で変調されたデータに基づく正極性の信号と負極性の信号とをそれぞれ出力している。また、第１電極３２からは、図３に示すように、放射電界が空間に放射されている。
【００４３】
このとき、人Ｈが通信電極１１に触れると、携帯用電界通信装置３００から放射されている放射電界が設置用電界通信装置１００の補助電極１１’により受信されるので、設置用電界通信装置１００は、携帯用電界通信装置３００との間で電界通信を行うことが可能となる。
【００４４】
これにより、電界伝達媒体としての人Ｈと通信電極１１とを介して、携帯用電界通信装置３００の第２電極３３から出力されている負極性の信号が、設置用電界通信装置１００の第１信号受信部２０で受信され、補助電極１１’を介して第１電極３２から出力されている正極性の信号が、第２信号受信部２１で受信される。
【００４５】
その後、差動増幅部２２により、第１信号受信部２０および第２信号受信部２１でそれぞれ受信された正極性の信号と負極性の信号との差がとられ、増幅される。
【００４６】
最後に、復調部２３により、増幅後の差の信号からデータが復調されてＣＰＵ１３に送信される。
【００４７】
なお、ＣＰＵ１３は、例えば、送信されたデータ内の識別情報等を用いて認証し、通過路に対する許可不許可を判定（認証成功の場合には許可と判定し、認証不成功の場合には不許可と判定）し、許可の場合には許可信号を通過路やドアノブ等に設置されたゲート機構等に出力し、不許可の場合には不許可信号を出力する。これにより、通過路を通過している通過人の通過可・不可を制御する。
【００４８】
すなわち、本実施の形態によれば、携帯用電界通信装置３００から空間に放射される放射電界を受信する補助電極１１’を設置用電界通信装置１００に具備するので、通信経路上の浮遊容量が増加し、携帯用電界通信装置３００からの信号強度を増大できる。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
図４は、第２の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。設置用電界通信装置１００の補助電極１１’を通過路の側面（壁面）に配置するのに代えて、ギャップＧを挟んで、同通過路の床に配置された通信電極１１を囲むように配置している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
なお、通信電極１１は、楕円状の形状を有しているが、正円状・長方形状・正方形状・ひし形状・台形状等であってもよく、電極の形状には何ら限定されない。また、補助電極１１’は、ドーナツ状の形状を有しているが、通信電極１１を囲むような形状であればよい。
【００５１】
本実施の形態であっても、携帯用電界通信装置３００から空間に放射される放射電界を受信する補助電極１１’を設置用電界通信装置１００に具備する構成は共通なので、通信経路上の浮遊容量が増加し、携帯用電界通信装置３００からの信号強度を増大できる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、通信電極１１と補助電極１１’とを同一面上（同一通路上）に配置するので、２つの電極を容易に設置できる。
【００５３】
〔第３の実施の形態〕
図５は、第３の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。設置用電界通信装置１００の通信電極１１を通過路の床に配置するのに代えて、電界伝達媒体である人Ｈが通過するドアのドアノブに配置している。
【００５４】
また、補助電極１１’を通過路の床や側面（壁面）に配置するのに代えて、上記ドアノブ側のドア表面に、通信電極１１’に隣接して配置している。
【００５５】
本実施の形態であっても、携帯用電界通信装置３００から空間に放射される放射電界を受信する補助電極１１’を設置用電界通信装置１００に具備する構成は共通なので、通信経路上の浮遊容量が増加し、携帯用電界通信装置３００からの信号強度を増大できる。
【００５６】
なお、携帯用電界通信装置３００が所持される場所の任意性を考慮して、ドアノブを挟むように２つの補助電極１１’を配置してもよい。その場合、ドアノブの左右に配置してもよいし、上下に配置してもよい。
【００５７】
また、第２の実施の形態で説明したように、ドアノブに配置された通信電極１１を囲むようにドーナツ状の１つの補助電極１１’をドア表面に配置してもよい。通信電極１１および補助電極１１’の形状には何ら制限されない。
【００５８】
最後に、第１〜第３の実施の形態で説明した補助電極１１’の効果について説明する。図６は、通信経路上の浮遊容量Ｃ１の変化に対する設置用電界通信装置１００での受信信号強度を示している。
【００５９】
実験の結果、補助電極１１’がない場合には、その通信経路上の浮遊容量Ｃ１は、約０．０１〜０．１ｐＦであった。一方、補助電極１１’がある場合には、約０．６〜８ｐＦであった。この実験結果から、補助電極１１’を設けたことにより、信号強度が約１５ｄＢ（６倍）強化されたことが把握できる。
【符号の説明】
【００６０】
１００…設置用電界通信装置
１０…第１電極
１１…第２通信、通信電極
１１’…補助電極
１３…ＣＰＵ
１４…Ｉ／Ｏ回路
１５…送信回路
１６…受信回路
１６１…電界検出回路
１６２…信号処理回路
１７…波形整形回路
２０…第１信号受信部
２１…第２信号受信部
２２…差動増幅部
２３…復調部
３００…携帯用電界通信装置
３１…トランシーバ回路
３２…第１電極
３３…第２電極
Ｃ１…浮遊容量
Ｇ…ギャップ
Ｈ…人体
【図１】
0005300913.tif 000002
【図２】
0005300913.tif 000003
【図３】
0005300913.tif 000004
【図４】
0005300913.tif 000005
【図５】
0005300913.tif 000006
【図６】
0005300913.tif 000007
【図７】
0005300913.tif 000008
【図８】
0005300913.tif 000009
【図９】
0005300913.tif 000010
【図１０】
0005300913.tif 000011