(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行う通信システムであって、
前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスを含む要素から成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、
前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、
前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを検知するための受信用電極と、
前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行う通信システムであって、
前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスから成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、
前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、
前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを検知するための受信用電極と、
受信すべき情報に基づく電界を電気信号に変換して受信する受信手段と、
を備えた電界受信トランシーバと、
前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、
前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、
送信すべき情報に基づく電界を通信媒体に誘起するために電気信号を出力する送信手段と、
前記インピーダンス検出受信手段と前記送信手段のいずれか一方が動作するように切替えるための送受切替手段と、
を備えた電界送信トランシーバと、
の組み合わせにより相互に通信を行うことを特徴とする通信システム。
【請求項３】
通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行う通信システムであって、
前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスから成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、
送信時に前記可変リアクタンス手段の変化を通信媒体に伝達し、受信時に前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを受信手段内に伝達する電極と、
前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、
前記送信時に前記電極と前記インピーダンス変調送信手段を接続し、前記受信時に前記電極と前記インピーダンス検出手段を接続する送受切替え手段と、
を備えたインピーダンス変調・検出トランシーバによって構成されていることを特徴とする通信システム。
【請求項４】
前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、
大地グランドから浮遊している前記インピーダンス変調送信手段の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量と共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信システム。
【請求項５】
前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスが共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信システム。
【請求項６】
前記インピーダンス検出受信手段は、
前記接触または近接した通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出を行う検出信号を出力するための検出用信号源と、
前記検出信号を増幅しフィルタリングを行うための増幅・フィルタ手段と、
前記増幅・フィルタ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するための復調手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通信システム。
【請求項７】
前記復調手段は、
前記検出信号源から出力される基準信号と前記増幅・フィルタ手段の出力信号を乗算するためのミキサ手段と、
前記ミキサ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するためのデータ判定手段と、
を備える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】
前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、
前記復調手段は、
前記増幅・フィルタ手段の出力信号をデジタル信号に変換するためのＡＤコンバータと、
前記変換されたデジタル信号から周波数成分を抽出して得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の通信システム。
【請求項９】
前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、
前記復調手段は、
前記増幅・フィルタ手段の出力から所定の複数の周波数成分を抽出し出力するための周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分抽出手段の各周波数成分の信号を入力してデジタル信号に変換するための多チャンネルＡＤコンバータと、
前記変換されたデジタル信号から得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１０】
前記復調手段は、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスから受信すべき情報を復元する際に、共振周波数または共振周波数近傍の周波数のいずれかを検出して受信すべき情報を復元することを特徴とする請求項８または９に記載の通信システム。
【請求項１１】
前記可変リアクタンス手段は、
共振周波数の異なる複数の共振手段と、
前記共振手段の共振の有無を制御するための共振制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１２】
前記インピーダンス検出受信手段は、前記復調手段からの信号を基に前記検出信号の強度と前記増幅・フィルタ手段の利得を調整するための検出信号制御手段を備え、
前記検出用信号源または前記検出用広帯域信号源が前記検出信号制御手段からの切替信号によって前記検出信号の強度を切替える可変出力検出用信号源であって、
前記増幅・フィルタ手段が前記検出信号制御手段からの切替信号によって利得を切替えるための可変利得増幅・フィルタ手段
を構成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１３】
前記インピーダンス変調送信手段は、
前記可変リアクタンス手段を含み、
前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値を共振する値に調整するためのリアクタンス調整手段と、
リアクタンス調整時に前記リアクタンス調整手段による調整用の状態にし、送信時に送信用の状態にするための調整・送信切替え手段と、
を備えることを特徴とする請求項４〜１２のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１４】
前記インピーダンス変調送信手段にトランスを備えて前記リアクタンスの前記調整時に該トランスを通して調整用信号を印加することを特徴とする請求項１３に記載の通信システム。
【請求項１５】
前記リアクタンス調整手段は、
前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値調整時において前記可変リアクタンスへ所定の周波数の調整用信号を入力するための調整用励振信号源と、
前記送信器電極に印加される信号をモニタするためのモニタ手段と、
前記モニタ手段の出力から前記可変リアクタンスのリアクタンス値を調整して共振状態にするための調整制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の通信システム。
【請求項１６】
前記受信すべき情報は、
該情報と共に異なる周波数の信号を含み、この信号を整流して得た電力でもって動作することを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の通信システム。
【請求項１７】
通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行うための送信器であって、
前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスから成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、
前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、
を備えることを特徴とする送信器。
【請求項１８】
前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、
大地グランドから浮遊している前記インピーダンス変調送信手段の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量と共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値であることを特徴とする請求項１７に記載の送信器。
【請求項１９】
前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスが共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値であることを特徴とする請求項１７に記載の送信器。
【請求項２０】
前記可変リアクタンス手段は、
共振周波数の異なる複数の共振手段と、
前記共振手段の共振の有無を制御するための共振制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の送信器。
【請求項２１】
前記インピーダンス変調送信手段は、
前記可変リアクタンス手段を含み、
前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値を共振する値に調整するためのリアクタンス調整手段と、
リアクタンス調整時に前記リアクタンス調整手段による調整用の状態にし、送信時に送信用の状態にするための調整・送信切替え手段と、
を備えることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の送信器。
【請求項２２】
前記インピーダンス変調送信手段にトランスを備えて前記リアクタンスの前記調整時に該トランスを通して調整用信号を印加することを特徴とする請求項２１に記載の送信器。
【請求項２３】
前記リアクタンス調整手段は、
前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値調整時において前記可変リアクタンスへ所定の周波数の調整用信号を入力するための調整用励振信号源と、
前記送信器電極に印加される信号をモニタするためのモニタ手段と、
前記モニタ手段の出力から前記可変リアクタンスのリアクタンス値を調整して共振状態にするための調整制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項２１または２２に記載の送信器。
【請求項２４】
通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行うための受信器であって、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知するための受信用電極と、
前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、
を備えることを特徴とする受信器。
【請求項２５】
前記インピーダンス検出受信手段は、
前記接触または近接した通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出を行う検出信号を出力するための検出用信号源と、
前記検出信号を増幅しフィルタリングを行うための増幅・フィルタ手段と、
前記増幅・フィルタ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するための復調手段と、
を備えることを特徴とする請求項２４に記載の受信器。
【請求項２６】
前記復調手段は、
前記検出信号源から出力される基準信号と前記増幅・フィルタ手段の出力信号を乗算するためのミキサ手段と、
前記ミキサ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するためのデータ判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２５に記載の受信器。
【請求項２７】
前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、
前記復調手段は、
前記増幅・フィルタ手段の出力信号をデジタル信号に変換するためのＡＤコンバータと、
前記変換されたデジタル信号から周波数成分を抽出して得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２５または２６に記載の受信器。
【請求項２８】
前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、
前記復調手段は、
前記増幅・フィルタ手段の出力から所定の複数の周波数成分を抽出し出力するための周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分抽出手段の各周波数成分の信号を入力してデジタル信号に変換するための多チャンネルＡＤコンバータと、
前記変換されたデジタル信号から得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載の受信器。
【請求項２９】
前記復調手段は、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスから受信すべき情報を復元する際に、共振周波数または共振周波数近傍の周波数のいずれかを検出して受信すべき情報を復元することを特徴とする請求項２７または２８に記載の受信器。
【請求項３０】
前記インピーダンス検出受信器または前記インピーダンス検出受信手段は、前記復調手段からの信号を基に前記検出信号の強度と前記増幅・フィルタ手段の利得を調整するための検出信号制御手段を備え、
前記検出用信号源または前記検出用広帯域信号源が前記検出信号制御手段からの切替信号によって前記検出信号の強度を切替える可変出力検出用信号源であって、
前記増幅・フィルタ手段が前記検出信号制御手段からの切替信号によって利得を切替えるための可変利得増幅・フィルタ手段
を構成することを特徴とする請求項２７または２８に記載の受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
送信機またはトランシーバを人体や大地グランドから浮遊した導電体等の通信媒体に接触させ、通信媒体に接触した受信器またはトランシーバに情報を伝送する通信システムおよび送信器、受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末の小型化および高性能化により、人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。従来、このようなウェアラブルコンピュータ間の情報通信として、コンピュータに電界通信トランシーバを接続して装着し、この電界通信トランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である人体を介して伝達させることによって、情報の送受信を行う方法が提案されている。
【０００３】
図３３に従来の技術による電界通信システムを示す。携帯側装置３１０の送信器３１２では小型コンピュータから出力された送信すべき情報（データ）を所定の周波数ｆの搬送波で変調し出力する。送信器３１２は大地グランドから離れており、回路グランドと大地グランド間には浮遊容量Ｃg ３１６が生じる。また、人体３００と大地グランド間には浮遊容量Ｃb ３１５が生じる。従来の技術では、リアクタンス部３１３を送信回路と送受信用電極の間に挿入し、浮遊容量と共振現象により人体３００に印加される電圧信号を大きくして、電界通信を実現していた（例えば、特許文献１、２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−１５３７０８号公報
【特許文献２】United States Patent Application Publication,  Pub.No.;US2004/009226A1 Pub.Date:May13,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、媒体である人体に電気信号を誘起し、その電気信号を検出することで通信を行う通信システムでは、電気信号が著しく減衰するため、送信器出力を大きくする必要があり送信器の消費電力が大きかった。
【０００５】
また人体等の通信媒体や送信器は電気的に遮蔽されていないため、周囲に電磁波を放射していた。
【０００６】
このような課題に鑑み本発明が解決しようとする課題は、送信器の消費電力を低減し、送信器から周囲へ放射される電磁波を減少させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行う通信システムであって、前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスを含む要素から成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを検知するための受信用電極と、前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、を備える。
【０００８】
また、請求項２に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行う通信システムであって、前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスから成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを検知するための受信用電極と、受信すべき情報に基づく電界を電気信号に変換して受信する受信手段と、を備えた電界受信トランシーバと、前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、送信すべき情報に基づく電界を通信媒体に誘起するために電気信号を出力する送信手段と、前記インピーダンス検出受信手段と前記送信手段のいずれか一方が動作するように切替えるための送受切替手段と、を備えた電界送信トランシーバと、の組み合わせにより相互に通信を行うことを特徴とする通信システム。
【０００９】
また、請求項３に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行う通信システムであって、前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスから成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、送信時に前記可変リアクタンス手段の変化を通信媒体に伝達し、受信時に前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを受信手段内に伝達する電極と、前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、前記送信時に前記電極と前記インピーダンス変調送信手段を接続し、前記受信時に前記電極と前記インピーダンス検出手段を接続する送受切替え手段と、を備えたインピーダンス変調・検出トランシーバによって構成されている。
【００１０】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、大地グランドから浮遊している前記インピーダンス変調送信手段の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量と共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値である。
【００１１】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスが共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値である。
【００１２】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記インピーダンス検出受信手段は、前記接触または近接した通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出を行う検出信号を出力するための検出用信号源と、前記検出信号を増幅しフィルタリングを行うための増幅・フィルタ手段と、前記増幅・フィルタ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するための復調手段と、を備える。
【００１３】
また、請求項７に記載の本発明は、請求項６において、前記復調手段は、前記検出信号源から出力される基準信号と前記増幅・フィルタ手段の出力信号を乗算するためのミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するためのデータ判定手段と、を備える。
【００１４】
また、請求項８に記載の本発明は、請求項６または７において、前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、前記復調手段は、前記増幅・フィルタ手段の出力信号をデジタル信号に変換するためのＡＤコンバータと、前記変換されたデジタル信号から周波数成分を抽出して得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、を備える。
【００１５】
また、請求項９に記載の本発明は、請求項６〜８のいずれかにおいて、前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、前記復調手段は、前記増幅・フィルタ手段の出力から所定の複数の周波数成分を抽出し出力するための周波数成分抽出手段と、前記周波数成分抽出手段の各周波数成分の信号を入力してデジタル信号に変換するための多チャンネルＡＤコンバータと、前記変換されたデジタル信号から得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、を備える。
【００１６】
また、請求項１０に記載の本発明は、請求項８または９において、前記復調手段は、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスから受信すべき情報を復元する際に、共振周波数または共振周波数近傍の周波数のいずれかを検出して受信すべき情報を復元する。
【００１７】
また、請求項１１に記載の本発明は、請求項８〜１０のいずれかにおいて、前記可変リアクタンス手段は、共振周波数の異なる複数の共振手段と、前記共振手段の共振の有無を制御するための共振制御手段と、を備える。
【００１８】
また、請求項１２に記載の本発明は、請求項１〜１１のいずれかにおいて、前記インピーダンス検出受信手段は、前記復調手段からの信号を基に前記検出信号の強度と前記増幅・フィルタ手段の利得を調整するための検出信号制御手段を備え、前記検出用信号源または前記検出用広帯域信号源が前記検出信号制御手段からの切替信号によって前記検出信号の強度を切替える可変出力検出用信号源であって、前記増幅・フィルタ手段が前記検出信号制御手段からの切替信号によって利得を切替えるための可変利得増幅・フィルタ手段を構成する。
【００１９】
また、請求項１３に記載の本発明は、請求項４〜１２のいずれかにおいて、前記インピーダンス変調送信手段は、前記可変リアクタンス手段を含み、前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値を共振する値に調整するためのリアクタンス調整手段と、リアクタンス調整時に前記リアクタンス調整手段による調整用の状態にし、送信時に送信用の状態にするための調整・送信切替え手段と、を備える。
【００２０】
また、請求項１４に記載の本発明は、請求項１３において、前記インピーダンス変調送信手段にトランスを備えて前記リアクタンスの前記調整時に該トランスを通して調整用信号を印加する。
【００２１】
また、請求項１５に記載の本発明は、請求項１３または１４において、前記リアクタンス調整手段は、前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値調整時において前記可変リアクタンスへ所定の周波数の調整用信号を入力するための調整用励振信号源と、前記送信器電極に印加される信号をモニタするためのモニタ手段と、前記モニタ手段の出力から前記可変リアクタンスのリアクタンス値を調整して共振状態にするための調整制御手段と、を備える。
【００２２】
また、請求項１６に記載の本発明は、請求項１〜１５のいずれかにおいて、前記受信すべき情報は、該情報と共に異なる周波数の信号を含み、この信号を整流して得た電力でもって動作する。
【００２３】
また、請求項１７に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行うための送信器であって、前記通信媒体と大地グランド間および大地グランドから浮遊している通信装置の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、送信手段の出力端子に接続された可変リアクタンス手段のリアクタンスから成る前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを、前記可変リアクタンス手段のリアクタンス値を変調し送信すべき情報に基づいたインピーダンスと同値にして送信を行うためのインピーダンス変調送信手段と、前記通信媒体と結合して前記インピーダンス変調送信手段の前記リアクタンス値により前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスを変化させるための送信器電極と、を備える。
【００２４】
また、請求項１８に記載の本発明は、請求項１７において、前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、大地グランドから浮遊している前記インピーダンス変調送信手段の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量と共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値である。
【００２５】
また、請求項１９に記載の本発明は、請求項１７において、前記可変リアクタンス手段の送信すべき情報に基づく前記リアクスタンス値は、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスが共振する値であって、それ以外のリアクスタンス値は前記共振が発生しない値である。
【００２６】
また、請求項２０に記載の本発明は、請求項１７〜１９のいずれかにおいて、前記可変リアクタンス手段は、共振周波数の異なる複数の共振手段と、前記共振手段の共振の有無を制御するための共振制御手段と、を備える。
【００２７】
また、請求項２１に記載の本発明は、請求項１７〜１９のいずれかにおいて、前記インピーダンス変調送信手段は、前記可変リアクタンス手段を含み、前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値を共振する値に調整するためのリアクタンス調整手段と、リアクタンス調整時に前記リアクタンス調整手段による調整用の状態にし、送信時に送信用の状態にするための調整・送信切替え手段と、を備える。
【００２８】
また、請求項２２に記載の本発明は、請求項２１において、前記インピーダンス変調送信手段にトランスを備えて前記リアクタンスの前記調整時に該トランスを通して調整用信号を印加する。
【００２９】
また、請求項２３に記載の本発明は、請求項２１または２２において、前記リアクタンス調整手段は、前記可変リアクタンス手段のリアクスタンス値調整時において前記可変リアクタンスへ所定の周波数の調整用信号を入力するための調整用励振信号源と、前記送信器電極に印加される信号をモニタするためのモニタ手段と、前記モニタ手段の出力から前記可変リアクタンスのリアクタンス値を調整して共振状態にするための調整制御手段と、を備える。
【００３０】
また、請求項２４に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接した通信装置間で通信を行うための受信器であって、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知するための受信用電極と、前記通信媒体と大地グランド間の前記インピーダンスから受信すべき情報を復元するためのインピーダンス検出受信手段と、を備える。
【００３１】
また、請求項２５に記載の本発明は、請求項２４において、前記インピーダンス検出受信手段は、前記接触または近接した通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出を行う検出信号を出力するための検出用信号源と、前記検出信号を増幅しフィルタリングを行うための増幅・フィルタ手段と、前記増幅・フィルタ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するための復調手段と、を備える。
【００３２】
また、請求項２６に記載の本発明は、請求項２５において、前記復調手段は、前記検出信号源から出力される基準信号と前記増幅・フィルタ手段の出力信号を乗算するためのミキサ手段と、前記ミキサ手段の出力信号から受信すべき情報を復元するためのデータ判定手段と、を備える。
【００３３】
また、請求項２７に記載の本発明は、請求項２５または２６において、前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、前記復調手段は、前記増幅・フィルタ手段の出力信号をデジタル信号に変換するためのＡＤコンバータと、前記変換されたデジタル信号から周波数成分を抽出して得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、を備える。
【００３４】
また、請求項２８に記載の本発明は、請求項２５〜２７のいずれかにおいて、前記検出用信号源は広帯域な信号を出力するための検出用広帯域信号源であって、前記復調手段は、前記増幅・フィルタ手段の出力から所定の複数の周波数成分を抽出し出力するための周波数成分抽出手段と、前記周波数成分抽出手段の各周波数成分の信号を入力してデジタル信号に変換するための多チャンネルＡＤコンバータと、前記変換されたデジタル信号から得られる前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの周波数特性から、受信すべき情報を復元するための制御・処理・記憶・判定手段と、を備える。
【００３５】
また、請求項２９に記載の本発明は、請求項２７または２８において、前記復調手段は、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスから受信すべき情報を復元する際に、共振周波数または共振周波数近傍の周波数のいずれかを検出して受信すべき情報を復元する。
【００３６】
また、請求項３０に記載の本発明は、請求項２７または２８において、前記インピーダンス検出受信器または前記インピーダンス検出受信手段は、前記復調手段からの信号を基に前記検出信号の強度と前記増幅・フィルタ手段の利得を調整するための検出信号制御手段を備え、前記検出用信号源または前記検出用広帯域信号源が前記検出信号制御手段からの切替信号によって前記検出信号の強度を切替える可変出力検出用信号源であって、前記増幅・フィルタ手段が前記検出信号制御手段からの切替信号によって利得を切替えるための可変利得増幅・フィルタ手段を構成する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、送信器の消費電力を低減し、送信器から周囲へ放射される電磁波を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
＜第１の実施の形態＞
図１に、第１の実施の形態の通信システムのブロック図を示す。
【００３９】
本通信システムは、送信器と受信器に接触または近接した通信媒体３と大地グランド間や回路グランド１５と大地グランド間の浮遊容量Ｃｇ１６や送信機の出力インピーダンス、受信器の入力インピーダンスから成る通信媒体３と大地グランドのインピーダンスＣｂ１７を変調してデータを送信するインピーダンス変調送信器（送信器）２と、インピーダンスを検出してデータを受信するインピーダンス検出受信器（受信器）１、および人体等の通信媒体３から構成される。
【００４０】
インピーダンス変調送信器２では携帯端末４から出力されたデータをデータ・変調信号変換部１４で変調信号に変換し、可変リアクタンス部１３に出力する。可変リアクタンス部１３は送信器電極１９と回路グランド１５間に接続され、可変リアクタンス部１３のリアクタンス値をコントロールする端子に変調信号を入力する。
【００４１】
インピーダンス検出受信器１では、検出用信号源７から出力インピーダンスを介して受信用電極２１とグランド間に接続された入力リアクタンス部６に所定の周波数の検出用信号を入力する。受信用電極２１に上記送信器を携帯した通信媒体３が接触または近接しておりインピーダンス変調送信器２内の可変リアクタンス部１３のリアクタンス値が変調されている場合には、入力リアクタンス部６に印加された検出用信号の振幅および位相はリアクタンス値の変調に伴い変化する。
【００４２】
そして、入力リアクタンス部６に印加された信号を増幅・フィルタ部９で増幅しフィルタリングして、外部から受信用電極２１に印加された雑音を除去する。復調部１０ではミキサ１２で増幅・フィルタ部９の出力信号と検波用信号源の基準信号をミキシングして入力リアクタンス部６に印加された信号を抽出する。
【００４３】
この時、検出用信号と同相の信号を基準信号とすれば、ミキサ１２で受信用電極・大地グランド間のインピーダンスの抵抗成分が抽出され、９０°位相をずらした信号を基準信号とすれば、リアクタンス成分が抽出される。ミキサ出力の高調波成分をフィルタで除去した後波形整形を行いデータとして出力する。
【００４４】
図２の等価回路を用いてより詳細に動作を説明する。図中のＸv は可変リアクタンス部のリアクタンス値であり、Ｒrct は寄生的な抵抗を表す。また、Ｃb １７は通信媒体３と大地グランド間の浮遊容量、Ｃg １６は回路グランド１５と大地グランド間の浮遊容量を表す。Ｂrcv は入力リアクタンス部６のサセプタンスである。受信用電極２１と大地グランド間のアドミタンスＹ1 は以下の式で表される。
【数１】
0004460546.tif 000002
【００４５】
上式でωは検出用信号の角周波数を表す。式（１）よりＸv を変調することにより、Ｙ1 も変調されることがわかる。検出用信号源に電圧源を用いた場合では、Ｙ1 -1に印加される信号電圧Ｖdctは出力インピーダンスＺOUTを用いて以下の式で表される。
【数２】
0004460546.tif 000003
【００４６】
また、電流源を用いた場合では以下のようになる。
【数３】
0004460546.tif 000004
【００４７】
式（２）および（３）より、いずれの場合もＹ1 が変化するとＶdct も変化する。したがって、インピーダンス変調送信器２のＸv の変調によるＶdct の変化をインピーダンス検出受信器１側で検出することにより、インピーダンス変調送信器２からインピーダンス検出受信器１への通信が可能となる。
【００４８】
次に、データ変調と復調の単純な構成例を図３に示す。
【００４９】
この図３の構成においては、データの変調を変調スイッチ３０で行う。変調スイッチ３０が開いているときは送信器電極１９と回路グランドの容量がリアクタンスになり、閉じているときは短絡になる。
【００５０】
インピーダンス検出受信器１では直流の電気信号を受信用電極２１に与え、受信用電極２１の電気信号を測定する。この場合Ｙ1 は容量のみの構成となり、変調スイッチ３０の開閉は容量値の変化として見える。容量値が変化すると過渡的に受信用電極２１の電気信号が変化（パルス波形）するため、それを増幅・フィルタ部９を通してデータ判定部１１で復元する。
【００５１】
次により一般的にデータによりＸv をＸv.c とＸv.c ＋ΔＸの２値に変調した場合を考察する。データによりＸv が変調されるとＹ1 は以下の式で表されるＹT,c 、ＹT,Δになる。
【数４】
0004460546.tif 000005
【００５２】
Ｙ1 が変調されるとＶdct の振幅および位相が変化するため、Ｙ1 （Ｘv ）の変化に伴い検出部のミキサ１２の出力も変化する。ミキサ１２後段のデータ判定回部１１を電圧比較器としきい値電圧を与える固定電圧源で構成することにより、データを復元できる。
【００５３】
式（１）においてＸv とＣg が共振する
Ｘv ＝１／ωＣg                                   （６）
が成立する時、Ｙ1 は最大となる。
【００５４】
Ｙ1 ＝ｊＢrcv ＋ｊωＣb ＋１／Ｒrct                   （７）
この場合、共振が生じたときに検出用信号の振幅は最小となる。データを２値として一方を共振が生じるＸv ＝１／ωＣg とし他方をそれ以外の値にしておけば、検出信号の振幅を検波するだけででたが復元できる。振幅を検波する場合では基準信号を使用しないで検波することができ、増幅・フィルタ部９で信号の遅延を考慮する必要がなく回路構成が簡単になる。
【００５５】
また、以下の式が成立する場合では、Ｙ1 -1の抵抗成分は最大となる。
【００５６】
Ｘv ＝１／ωＣg ＋１／（Ｂrcv ＋ωＣb ）              （８）
これを利用する場合では、２値のデータの一方を式（８）の値とし他方を別の値にして復調部で抵抗成分のみを検出してデータを復元する。
【００５７】
従来では送信器から大きな電気信号を出力して出力バッファ回路（インバータないしはパワーアンプ等）の消費電力が大きく周囲に不要な電磁波を放射していた。本実施の形態のインピーダンス変調送信器２では電気信号を出力しないため、出力バッファ回路が不要で消費電力は小さく、電磁波の放射も小さい。
【００５８】
また、電界通信のように通信媒体３である人体等が送信器を携帯した状態で通信が可能である。磁気を結合させて通信を行う非接触ＩＣカードでは、カードをリーダー（受信器）が放射する十分な大きさの磁気の領域に近づける必要がある。
【００５９】
これに対し本実施の形態では通信媒体３と大地グランド間のインピーダンスを変調するため、検出信号は増幅・フィルタ部の入力雑音よりも十分大きければ通信は可能である。周囲に検出信号と同じ周波数成分の雑音がある場合にはその雑音よりも大きければよい。
【００６０】
次に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に可変リアクタンス部の構成例をそれぞれ示す。
【００６１】
図４（ａ）では端子Ａを送信器電極１９に接続し、端子Ｂを回路グランド１５に接続する。インダクタ３５と容量（１）３６でリアクタンスＸv,c を構成し容量（２）３８でΔＸを構成する。変調信号入力端子から変調信号を入力してスイッチ４０を開閉しリアクタンス値を変調する。
【００６２】
本構成例では容量のみでΔＸを構成したがインダクタ３５を含めて構成してもよい。また、データが２値である場合にはデータ・変調信号変換部１４を使用しなくてもよい。データが多値である場合には、並列にスイッチ４０とリアクタンスを構成する素子を接続する。
【００６３】
図４（ｂ）ではリアクタンスＸv.c を構成するインダクタ３５と容量（１）３６と直列にリアクタンス変調用のスイッチ４０を接続している。この場合ΔＸ＝−Ｘv,c となる。スイッチ４０と並列に容量やインダクタを挿入してもよい。
【００６４】
図４（ｃ）ではインダクタ３５と可変容量ダイオード４１でリアクタンスを構成し、可変容量ダイオード４１のバイアス電圧を変えてリアクタンス値を変調する。固定電圧源４２は可変容量ダイオード４１のアノード側の電位を固定するためのものである。
【００６５】
バイアス電圧がインダクタ３５で短絡させないために容量（３）３７、容量（４）３９を使用し、変調信号入力端子側に接続されるデータ・変調信号変換部１４や固定電圧源４２をアイソレーションするために抵抗（１）４３、抵抗（２）４４を使用している。この場合、データ・変調信号変換部１４ではデータの値をバイアス電圧に変換する。同図ではカソード側に変調信号入力端子をとりアノード側に固定電圧源４２を接続したが逆でもよい。
【００６６】
本実施の形態ではインピーダンス変調送信器２から電気信号を出力して通信していないが、人体等に携帯されたインピーダンス変調送信器２をインピーダンス検出受信器１に近づけると通信が行われる場合がある。本方式ではできるだけ本来の通信形態におけるＹ1 の変化と、意図しない通信形態でのアドミタンスの変化の比を大きくする必要がある。以下で設計指針を説明する。
【００６７】
はじめにＹ1 の変調度ΔＹ1 を求める。データが２値でＸv がＸv.c とＸv.c ＋ΔＸになる場合、ΔＹ1 は式（５）と（６）から以下の式で表される。
【数５】
0004460546.tif 000006
【００６８】
次に意図しない通信形態でのアドミタンスの変化を求める。この場合の模式図を図５に示す。図中のＣr ５０はインピーダンス変調送信器２の回路グランド１５とインピーダンス検出受信器１の電極間の浮遊容量を表す。インピーダンス変調送信器２とインピーダンス検出受信器１が近づくとＣr ５０が大きくなってインピーダンス検出受信器１の電極とインピーダンス変調送信器２の可変リアクタンス部１３の結合が強くなり、Ｘv の変調が検出されるようになる。
【００６９】
次に、図６に等価回路を示す。この場合のアドミタンスとその変調度をそれぞれＹ2 、ΔＹ2 とする。ΔＹ2 は以下の式で表される。
【数６】
0004460546.tif 000007
【００７０】
式（９）と（１０）から本来の通信形態における変調度と、意図しない通信形態での変調度の比ΔＹ1 ／ΔＹ2 は以下の式で表される。
【数７】
0004460546.tif 000008
【００７１】
式（６）が成立する場合（Ｘv がＣg と共振する場合）にΔＹ1 ／ΔＹ2 が大きくなるため、データと対応したリアクタンス値に共振が生じる値を選んだほうがよい。また、式（８）が成立する場合でもＢrcv ＋ωＣb が大きければ同様にΔＹ1 ／ΔＹ2 が大きくなるため、入力リアクタンス部のサセプタンスは大きいほうがよい。また、共振状態でΔＹ1 ／ΔＹ2 を大きくするためにはＲrct を小さくする必要がある。
【００７２】
以上の構成にすることで、送信時のインピーダンス変調送信器２の消費電力や周囲に放射される電磁波を低減し、インピーダンス検出受信器１に接触していないときの通信を遮断できる通信システムを提供できる。
【００７３】
また、図１のブロック図では説明でＢrcv を定義するために入力リアクタンス部を用いたが、使用しなくても通信は可能である。また、出力インピーダンスＺOUT を定義するために検出信号源出力インピーダンスを記載しているが、検出信号源に備えられている出力インピーダンスでよい場合には省いてもよい。
【００７４】
次の図７に、第１の実施の形態の変形例を示す。増幅・フィルタ部９等の遅延が無視できない場合やＢrcv ＋ωＣb の変化による位相変化が無視できない場合には、ミキサ１２から同相と直交成分が混合された信号、すなわちデータに基づく信号にオフセットが加わった信号が受信器制御・データ判定部５１に入力されてデータの判定に誤りが生じる。
【００７５】
特に式（８）が成立する共振データのひとつに用いる場合では抵抗成分のみを検出する必要があるため、この問題は大きく影響する。この問題を解決するために基準信号の位相または増幅・フィルタ部９からミキサ１２に入力される信号の位相や、ミキサ１２のオフセット電圧または受信器制御・データ判定部５１で用いる比較信号を調整する必要がある。
【００７６】
位相の調整は基準信号または増幅・フィルタ部９からミキサ１２に入力される信号のいずれでもよい。また、ミキサ１２のオフセット電圧または受信器制御・データ判定部５１で用いる比較信号のいずれかを調整すればよい。図７のインピーダンス検出受信器１では、受信器制御・データ判定部５１によりデータ判定部に入力される信号のオフセット電圧をみて、ミキサ１２や検出用信号源７に位相やオフセット電圧を調整するパラメータ調整信号を出力し、受信器制御・データ判定部５１で用いる比較信号を調整する。
【００７７】
＜第２の実施の形態＞
図８に第２の実施の形態の構成を示す。
【００７８】
外部の電子機器等から放射される検出信号と同じ周波数の電磁波が受信用電極２１に暴露されると、増幅・フィルタ部を通して復調部に入力されデータを読み誤る可能性がある。これを防ぐために暴露された電磁波よりも大きな信号を受信用電極２１に与え、これに合わせて増幅・フィルタ部９の利得を減少させる必要がある。
【００７９】
第２の実施の形態では検出信号制御部５２を付加して信号強度および利得を切替える。復調部１０のデータ出力信号からデータを受信していないことを確認した後、検出用信号の出力を止めミキサ１２の出力の中間信号をモニタする。電磁波が暴露されているときには中間信号が基準値からずれる。これを検出して検出信号の強度と増幅・フィルタ部９の利得を切替え、再び検出信号を出力して受信状態に戻る。
【００８０】
＜第３の実施の形態＞
図９に第３の実施の形態を示す（受信器は図示せず）。
【００８１】
浮遊容量との共振をデータの値に対応させて通信する場合、環境やインピーダンス変調送信器２の持ち方・携帯のしかたで浮遊容量が変動しデータの値との対応がずれる。図８ではリアクタンス調整部５３を用いて可変リアクタンス部１３のリアクタンス値を浮遊容量との共振に調整する。
【００８２】
調整時の動作を説明する。ＳＷ（１）５４のａ（１）とｃ（１）を接続し調整用励振信号源５７から所定の周波数の信号を出力し、可変リアクタンス部１３や浮遊容量に電圧を印加する。回路グランド１５と送信器電極１９間の電圧Ｖtcg をモニタ部５５でモニタし、調整制御部５６でＶtcg が共振時の電圧振幅になるように可変リアクタンス部１３のリアクタンス値を制御する。
【００８３】
また、調整制御部５６は端末からの調整開始信号を受けて調整用振信信号源５７に信号出力の開始・停止とＳＷ（１）５４に接続の切替えをする信号を出力する。
【００８４】
図１０の等価回路を用いてより詳しく説明する。モニタ部５５でモニタするＶtcg は以下の式で表される。
【数８】
0004460546.tif 000009
【００８５】
上式でＲr,s は可変リアクタンス部の寄生的な抵抗と調整用信号源の出力抵抗を合成した抵抗であり、Ｖ8 は調整用信号源の出力電圧である。文献２に記載されている方法でリアクタンスを調整すればＸv とＣg １６が共振する条件である式（６）を満たすことができる。
【００８６】
もしくは、調整用振信信号の周波数ｆ１＝ω１／２πを受信器の検出用信号の周波数ｆ２＝ω２／２πと異なる信号にして以下の式を満たすように設定し、
【数９】
0004460546.tif 000010
【００８７】
Ｖｔｃｇの振幅が最大になるリアクタンス値である
【数１０】
0004460546.tif 000011
【００８８】
に調整しても式（６）を満たすことができる。
【００８９】
調整後はＳＷ（１）５４のａ（１）とｂ（１）を接続してデータを送信する。この時調整用信号を停止すれば受信側に雑音となる信号の混入を防ぐことができる。また、調整時での調整用信号の振幅はモニタ部５５で検出可能な程度に小さくてよく、小さいほうが外部に放射する不要な電磁波を低減できる。
【００９０】
図９の送信器とは異なる構成のリアクタンス調整部による可変リアクタンスの調整機能を持つインピーダンス変調送信器２のブロック図を図１１に示す。本送信器でのトランス付可変リアクタンス部６０では調整用信号によりリアクタンス値を調整し変調信号によりリアクタンス値を変調する可変リアクタンス部６２とリアクタンス調整時にのみ使用するトランスとで構成される。なお、トランスはＬ１６３とＬ２６４の巻線を有している。調整時にＳＷ（２）６１はａ（２）とｃ（２）が接続されその等価回路（図１２）から回路方程式は以下のようになる。
【数１１】
0004460546.tif 000012
【００９１】
式（１２）でＶL1はモニタする電圧、Ｒg は調整用励振信号源５７の出力抵抗を表す。式（１２）を解くと以下のようになる。
【数１２】
0004460546.tif 000013
【００９２】
式（１５）において式（６）の条件が成立するとＶL1は以下の式で表される。
【数１３】
0004460546.tif 000014
【００９３】
さらに、１<<ωＬ2(Ｂrcv ＋ωＣb )が成立する場合では、
【数１４】
0004460546.tif 000015
【００９４】
となり浮遊容量に依存しない値になる。
【００９５】
したがって、Ｌ2 ６４を大きくしてＶL1が式（１７）を満足するようにリアクタンス値を調整すれば式（６）を満たすことができる。調整後はＳＷ（２）６０のａ（２）とｂ（２）を接続してデータを送信する。
【００９６】
このとき調整用信号を停止すれば受信側に雑音となる信号の混入を防ぐことができる。また、調整時での調整用信号の振幅はモニタ部５５で検出可能な程度に小さくてよく、小さいほうが外部に放射する不要な電磁波を低減できる。この構成によりΔＹ1 ／ΔＹ2 を大きくしてインピーダンス検出受信器１に接触していないときの通信を遮断できる通信システムを提供できる。
【００９７】
次に、式（８）が成立するＸv とＣg 、Ｂrcv を共振させる場合の調整について説明する。この場合には図７のインピーダンス変調送信器２においてＶtcg が最大となるように可変リアクタンス部６２のリアクタンス値を調整する。式（６）と式（８）の比較から（Ｂrcv ＋ωＣb ）を大きくすればリアクタンス値はほとんど変わらないないため、Ｖtcg が最大となるようにリアクタンス値を調整してもΔＹ1 ／ΔＹ2 を大きくしてインピーダンス検出受信器１に接触していないときの通信を遮断できる通信システムを提供できる。
【００９８】
図１３（ａ）、（ｂ）にこの場合に用いる可変リアクタンス部の構成例を示す。図１３（ａ）では可変容量ダイオード６６のバイアス電圧を調整して共振するリアクタンス値として変調信号をスイッチ６７に入力してリアクタンスを変調する。容量（２）７０はインダクタでもよい。図１３（ｂ）ではスイッチ６７を直列に接続しており、リアクタンスの変調を大きくできる。
【００９９】
＜第４の実施の形態＞
図１４に第４の実施の形態の構成図を示す（送信器は図示せず）。
【０１００】
本実施の形態ではインピーダンス検出受信器１の検出用信号源に広帯域な信号を使用してＹ1 の周波数特性を見てデータを復元する。検出用広帯域信号源８１から広帯域信号を検出信号源出力インピーダンス８を介して受信用電極２１に印加する。広帯域信号はパルス幅の短いパルス信号や擬似ランダム信号または複数の正弦波信号を重ね合わせた信号を使用する。
【０１０１】
増幅・フィルタ部９で受信用電極２１に印加されている信号を増幅して不要な雑音を除去しＡＤコンバータ８３に入力する。ＡＤコンバータ８３でデジタル信号に変換した後、離散フーリエ変換等で周波数成分を抽出する。
【０１０２】
広帯域信号の出力周期と周波数成分への変換の周期はタイミング信号でコントロールされる。周波数成分にすると共振で大きさが極大または極小となる周波数（共振周波数）があり、インピーダンス変調送信器２でリアクタンスが変調されると共振周波数が変化する。この共振周波数の変化をモニタしてデータを復元する。以上の処理および制御を行うため処理プログラムおよびデータの記憶や信号処理、タイミング制御を行う制御・処理・記憶・判定部８２を用いる。
【０１０３】
次に、図１５のインピーダンス変調送信器２可変リアクタンス部のタイミングチャートと、図１６の周波数特性を用いて詳しく説明する。インピーダンス変調送信器２で送信開始時に可変リアクタンス部のリアクタンス値を共振する値にした後、繰り返し変調を行う。リアクタンスが変調されると図１６のように共振周波数が変化する。
【０１０４】
インピーダンス検出受信器１側では極大値または極小値となる共振周波数をモニタし、共振周波数が一定であった後に繰り返し変化があると送信開始動作が行われたと認識してデータ取得の準備を行う。この後、インピーダンス変調送信器２で送られたデータを取得する。簡単に説明するために上記では可変リアクタンス部のリアクタンス値を共振する値に取ったが、インピーダンス検出受信器１側で広い範囲の周波数をモニタしているため、可変リアクタンス部のリアクタンス値が所定の周波数で共振する値になっていなくても、インピーダンス検出受信器１側で共振周波数を見つけることができる。したがって、浮遊容量の変化で共振周波数が変化してもデータを復元することができる。
【０１０５】
図１４のインピーダンス検出受信器１では増幅・フィルタ部の出力信号を直接ＡＤコンバータ８３に入力しているが、低消費電力化のためにある周波数近傍のみに着目しサンプリングレートの低いＡＤコンバータ８３を使用する場合には、ダウンコンバートした後にＡＤコンバータ８３に入力する。
【０１０６】
図１７と図１８に第４の実施の形態を変形したインピーダンス検出受信器１の構成を示す。
【０１０７】
本構成では複数の所定の周波数成分に着目し、その周波数の同相および直交成分の振幅を抽出した後データ復元の処理を行う。増幅・フィルタ部９の出力信号を周波数成分抽出部８４に入力し、複数の所定の周波数の同相および直交成分の振幅を抽出する。
【０１０８】
抽出した各成分を多チャンネルＡＤコンバータ８５の各チャンネルに入力してデジタル信号に変換した後、各成分の増減から制御・処理・判定部８６でデータを復元する。
【０１０９】
また、図１８の構成では、制御・処理・判定部８６から周波数成分抽出部８４に出力される周波数成分切替信号により多チャンネルＡＤコンバータ８５に出力する周波数成分を順次切替てデジタル信号に変換する。この後、各成分の増減から制御・処理・判定部８６でデータを復元する。
【０１１０】
図１７と図１８の構成では図１４のインピーダンス検出受信器１ほど共振周波数を正確に求められないが周波数特性の変化を検知でき、可変リアクタンス部のリアクタンス値が所定の周波数で共振する値になっていなくてもデータを復元できる。さらに、制御・処理・判定部８６に入力する前にリアルタイムにフーリエ級数展開しているため、データのボーレートを高速にできる。
【０１１１】
また、周波数成分抽出部８４において複数の所定の周波数成分を同相・直交成分に分けずに抽出して、サンプリング間隔Ｔgam の多チャンネルＡＤコンバータ８５に一定時間Ｔprd 入力した後フーリエ変換すれば、各周波数近傍±１／２Ｔgam までの周波数成分を１／Ｔprd 間隔で得ることができる。この方法を用いれば比較的詳しく周波数特性を得られるため、所定の周波数の間隔が広い場合や基準信号の周波数の精度が粗悪な場合でもデータの復元が可能である。
【０１１２】
図１４と図１７、図１８の通信システムでは送信器側でリアクタンスの調整に関する記載はないが、送信器側でリアクタンス調整を行えば浮遊容量の変化の影響を受けにくい通信システムになる。
【０１１３】
上記の通信システムの説明では共振周波数を１個にしているが、送信器で図１９に示す可変リアクタンスを用いれば複数の共振周波数をもつ特性（図２０参照）が得られ、多値変調を実現することができる。図２０は受信器側から見たインピーダンスの周波数特性を表す。
【０１１４】
図１９の可変リアクタンスでは共振周波数の異なる並列共振回路を直列に接続し、各共振回路の共振の制御をスイッチ（１）〜（４）（スイッチ９４〜９７）で行っている。各共振回路のスイッチ９４〜９７を１ビットのデータ（変調信号）で制御することにより、受信側で検出するインピーダンスの共振（ピーク）の有無が変化する。
【０１１５】
したがって、これを図１４または図１７、図１８の受信器を用いて検出すれば複数ビットの情報を一度に伝送することができる。図１９では容量と直列にスイッチを接続したが、インダクタと容量とスイッチを並列に接続してもよい。
【０１１６】
また、共振回路数を増やしてさらに多くのビットを伝送することも可能である。本構成では並列共振回路を直列に接続したが、図２１に示すように直列共振回路を並列に接続した可変リアクタンスでも複数の共振周波数を持つインピーダンスを作り出すことができる。
【０１１７】
図１７、図１８ではＡＤコンバータによりデジタル信号に変換しているが、電圧比較器で２値のデジタル信号に変換してもよい。図２２と図２３に第４の実施の形態の変形例を示す。
【０１１８】
図２２の構成では、周波数成分抽出部の出力信号を多チャンネル電圧比較部１１０でデジタル信号に変換して制御・処理・記憶・判定部８６に入力する。また、図２３の構成では制御・処理・記憶・判定部８６から周波数成分抽出部８４に出力される周波数成分切替信号により電圧比較部１１１に出力する周波数成分を順次切替えてデジタル信号に変換する。
【０１１９】
増幅・フィルタ部９等の遅延が無視できない場合やＢrcv ＋ωＣb の変化による位相変化が無視できない場合に、基準信号の位相または増幅・フィルタ部９から周波数成分抽出部８４に入力される信号の位相や、周波数成分抽出部８４のオフセット電圧または多チャンネル電圧比較器１１０で用いる比較信号の調整が必要になる。
【０１２０】
このために、制御・処理・記憶・判定部８６から周波数成分抽出部８４や検出用広帯域信号源８１に位相やオフセット電圧、および電圧比較部１１１で用いる比較信号を調整するパラメータ調整信号を出力する。この構成では制御・処理・記憶・判定部８６で行うデータ判定処理が軽減されるため、制御・処理・記憶・判定部８６に使用するプロセッサの処理速度が比較的遅くてもよい。この構成と多値変調を用いれば低スペックなプロセッサで高速なデータ変換が可能となる。
【０１２１】
以上の実施の形態ではインピーダンス変調送信器２を携帯しインピーダンス検出受信器１を大地グランドに接地したが、インピーダンス変調送信器２を大地グランドに接地しインピーダンス検出受信器１を携帯してもよい。この場合の模式図と等価回路を図２４、図２５に示す。インピーダンス変調送信器２とインピーダンス検出受信器１は前記の実施の形態のいずれの構成でもよい。等価回路よりこの場合のＹ1 は以下のようになる。
【数１５】
0004460546.tif 000016
【０１２２】
式（１３）よりこの構成でもインピーダンスは変調されることが分かる。
【０１２３】
さらに、インピーダンス変調送信器２とインピーダンス検出受信器１を携帯してもよい。この場合の通信システムの模式図と等価回路を図２６、図２７にそれぞれ示す。インピーダンス変調送信器２とインピーダンス検出受信器１は前記の実施の形態のいずれの構成でもよい。等価回路よりＺ1 ＝Ｙ1 -1は以下の式で表され、この構成でも同様にインピーダンスは変調されることが分かる。
【数１６】
0004460546.tif 000017
【０１２４】
インピーダンス検出受信器１に図１４、図１７、図２２の構成を使用すれば、送信器で受信器を大地グランドから浮遊した状態でもデータの受信が可能になる。
【０１２５】
上記の通信システムでは片方向の通信を行っているが、トランシーバにして双方向通信を行うことも可能である。図２８にこの構成例を示す。
【０１２６】
図２８に示す構成において、第１のトランシーバ２’’にはインピーダンス変調送信器２とデータに基づく電気信号を受信してデータを復元する受信器１２０を搭載しており、第２のトランシーバ１’’にはインピーダンス検出受信器１とデータに基づく電気信号を送信する送信器１２１を搭載している。第１のトランシーバ２’’から第２のトランシーバ１’’へのデータ伝送はインピーダンスを変調することにより行い、第２のトランシーバ１’’から第１のトランシーバ２’’へのデータ伝送は電気信号を用いて行う。
【０１２７】
図２９に第１のトランシーバ２’’から第２のトランシーバ１’’へと第２のトランシーバ２’’から第１のトランシーバ１’’への両方インピーダンスを変調して通信を行う場合の構成を示す。
【０１２８】
この図２９の構成において、送受の切換えを行うＴＲＳＷ１２２によりトランシーバ内のインピーダンス変調送信器２とインピーダンス検出受信器１が隔離されているため、トランシーバ内の漏話を防ぐことができる。また、送信時にインピーダンス検出受信器１内の検出信号の出力を停止すればより漏話を防ぐことができる。図２９では第２のトランシーバ１’’を大地グランドに接地しているが、浮遊させて携帯した状態で通信をすることも可能である。
【０１２９】
＜第５の実施の形態＞
図３０に第５の実施の形態の構成図を示す。本構成では、大地グランドに接地された第２の通信装置から第１の通信装置へ電力を送電し、インピーダンスの変調による通信を用いて第１の通信装置からデータを第１，第２の通信装置へ向けてデータを伝送する。第２の通信装置の電力送信器からフィルタ部を介して電極に交流信号（周波数ｆ1 ）を出力する。フィルタ部では、周波数ｆ1 の信号はｆil1 からｆil3 端子へ通過しｆil2 端子へは遮断される。また、インピーダンス検出受信器１の検出信号の周波数帯ではｆil2 端子からｆil1 端子への漏れを遮断する。電極に第１の通信装置を携帯した通信媒体３が接触すると第１の通信装置内の電源制御部に周波数ｆ1 の信号が入力される。電源制御部で周波数ｆ1 の信号を整流して直流成分に変化し、直流電圧を生成する。この直流電圧を電源としてインピーダンス変調送信器２と制御・処理・記憶部に配電し動作させる。通信の動作に関しては前記の実施の形態と同じである。
【０１３０】
図３０の通信システムでは第１の通信システムから第２の通信システムへの通信のみであったが、双方向通信にすることも可能である。図３１と図３２に双方向通信でのブロック図を示す。図３１では第２の通信装置から第１の通信装置への通信を電気信号を使用した通信で行うシステムである。この場合では周波数ｆ1 の信号を変調して通信を行う。図３２では第２の通信装置から第１の通信装置もインピーダンスを変調して通信を行うシステムである。この場合の第２の通信装置では電力送信器以外にインピーダンス変調送信器２を使用する。送受切替えはＴＲＳＷを使用して行う。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】第１の実施の形態のブロック図を示す。
【図２】第１の実施の形態の通信システムの等価回路図を示す。
【図３】第１の実施の形態の通信システムの構成図を示す。
【図４】可変リアクタンス部の構成例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）をそれぞれを示す。
【図５】意図しない通信を説明する模式図を示す。
【図６】意図しない通信の等価回路図を示す。
【図７】第１の実施の形態の変形例のブロック図を示す。
【図８】第２の実施の形態のブロック図を示す。
【図９】第３の実施の形態（受信器は図示せず）のブロック図を示す。
【図１０】第３の実施の形態の通信システムの等価回路を示す。
【図１１】第３の実施の形態の変形例（受信器は図示せず）のブロック図を示す。
【図１２】第３の実施の形態の等価回路図を示す。
【図１３】可変リアクタンス部の構成例（ａ）、（ｂ）をそれぞれ示す。
【図１４】第４の実施の形態（送信器は図示せず）のブロック図を示す。
【図１５】第４の実施の形態の動作を説明するタイミングチャートを示す。
【図１６】第４の実施の形態の動作を説明するインピーダンスの周波数特性を示す。
【図１７】第４の実施の形態の変形例のブロック図を示す。
【図１８】第４の実施の形態の変形例のブロック図を示す。
【図１９】可変リアクタンス部の構成例を示す。
【図２０】可変リアクタンス部の受信側から見たインピーダンスの周波数特性を表す図を示す。
【図２１】可変リアクタンス部の構成例を示す。
【図２２】第４の実施の形態の変形例のブロック図を示す。
【図２３】第４の実施の形態の変形例のブロック図を示す。
【図２４】送信器を接地し受信器を浮遊させた通信システムのブロック図を示す。
【図２５】送信器を接地し受信器を浮遊させた通信システムの等価回路を示す。
【図２６】大地グランドから浮遊させた通信システムのブロック図を示す。
【図２７】大地グランドから浮遊させた通信システムの等価回路を示す。
【図２８】トランシーバを用いた通信システムのブロック図を示す。
【図２９】トランシーバを用いた通信システムのブロック図を示す。
【図３０】第５の実施の形態を示すブロック図を示す。
【図３１】第５の実施の形態の第１の変形例のブロック図を示す。
【図３２】第５の実施の形態の第２の変形例のブロック図を示す。
【図３３】従来の電界を用いた通信システムのブロック図を示す。
【符号の説明】
【０１３２】
１…インピーダンス検出受信器
２…インピーダンス変調送信器
３…通信媒体
４…携帯端末
９…増幅・フィルタ部
１０…復調部
１１…データ判定部
１２…ミキサ
１３…可変リアクタンス部
１５…回路グランド
１６…Ｃｇ
１７…Ｃｂ
１９…送信器電極
２１…受信用電極
【図１】
0004460546.tif 000018
【図２】
0004460546.tif 000019
【図３】
0004460546.tif 000020
【図４】
0004460546.tif 000021
【図５】
0004460546.tif 000022
【図６】
0004460546.tif 000023
【図７】
0004460546.tif 000024
【図８】
0004460546.tif 000025
【図９】
0004460546.tif 000026
【図１０】
0004460546.tif 000027
【図１１】
0004460546.tif 000028
【図１２】
0004460546.tif 000029
【図１３】
0004460546.tif 000030
【図１４】
0004460546.tif 000031
【図１５】
0004460546.tif 000032
【図１６】
0004460546.tif 000033
【図１７】
0004460546.tif 000034
【図１８】
0004460546.tif 000035
【図１９】
0004460546.tif 000036
【図２０】
0004460546.tif 000037
【図２１】
0004460546.tif 000038
【図２２】
0004460546.tif 000039
【図２３】
0004460546.tif 000040
【図２４】
0004460546.tif 000041
【図２５】
0004460546.tif 000042
【図２６】
0004460546.tif 000043
【図２７】
0004460546.tif 000044
【図２８】
0004460546.tif 000045
【図２９】
0004460546.tif 000046
【図３０】
0004460546.tif 000047
【図３１】
0004460546.tif 000048
【図３２】
0004460546.tif 000049
【図３３】
0004460546.tif 000050