(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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な電界通信用ベルトにおいて、
バックルの内側表面に設けられた電界通信用の通信電極と、
ベルト穴からベルトの先端までの表張り領域に設けられた電界通信用のグランド電極と、
を有することを特徴とする電界通信用ベルト。
【請求項２】
前記電界通信用ベルトを締めた状態において、前記通信電極と前記グランド電極との間隔が少なくとも１０［ｍｍ］であることを特徴とする請求項１に記載の電界通信用ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界を電界伝達媒体に誘起して通信を行う電界通信装置の通信品質を向上する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界を伝達する電界伝達媒体に対して送信すべきデータに基づく電界を誘起させ、また電界伝達媒体に誘起された電界を検出してデータ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】
従来の電界通信装置は、情報端末が備えるカードスロットへの接続を容易可能とするため、図９に示すようなカード型の形状であった。この電界通信装置は、スロットインされた状態において、データの送受信を行う通信電極３０を下部に配置し、ノイズ等を除去するためのグランド電極５０を上部に配置して、通信電極とグランド電極との間に設けられた回路基板上に、通信電極３０を介して電界を電界伝達媒体に誘起する通信回路２０を配置する構造となっていた。
【０００４】
そして、人間が持ち運び可能な携帯用電界通信装置の場合であっても、図９に示す形状と同様のカード型の電界通信装置を用いて、電界伝達媒体としての人体に電界を誘起し、又誘起されて伝達されてくる電界を検出してデータの送受信を行うものであった。
【特許文献１】特開２００３−３２４３９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなカード型の電界通信装置の場合には、通信電極とグランド電極との間隔（電極間ギャップ）が非常に狭いため、グランド電極から出力された通信回路で発生した不要な電磁波や逆位相の電界が通信電極や電界伝達媒体に混入し、通信電極から誘起される電界が電界伝達媒体に結合する力が弱くなるという問題があった。
【０００６】
また、このようなカード型の携帯用電界通信装置を人間が所持した場合あっては、通信電極と人体との間隔が人間の動作状況により変化するため、通信品質が安定しないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電界通信の通信品質を向上し、且つ電界通信の通信状態をより安定化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、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ことが可能な電界通信用ベルトにおいて、バックルの内側表面に設けられた電界通信用の通信電極と、ベルト穴からベルトの先端までの表張り領域に設けられた電界通信用のグランド電極と、を有することを要旨とする。
【０００９】
本発明にあっては、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な電界通信用ベルトにおいて、バックルの内側表面に設けられた電界通信用の通信電極と、ベルト穴からベルトの先端までの表張り領域に設けられた電界通信用のグランド電極とを有するため、電界通信の通信品質を向上し、且つ電界通信の通信状態をより安定化することができる。
【００１０】
即ち、通常、ベルトは腰に巻いて締めた状態で使用されるため、バックルの内側表面に通信電極を設けることで、通信電極を電界伝達媒体としての人体に近接可能とするため、通信電極から誘起される電界をより確実に人体に誘起することができる。従って、電界通信の通信状態をより安定化することができる。
【００１１】
また、グランド電極をベルト穴からベルトの先端までの表張り領域に設けることで、通信電極とグランド電極との間の距離を少なくともベルトの厚さの２倍以上確保可能とするため、グランド電極から出力された通信回路で発生する不要な電磁波や逆位相の電界が通信電極に混入することを防止することができる。従って、電界通信の通信品質を向上することができる。
【００１２】
請求項２に記載の本発明は、前記電界通信用ベルトを締めた状態において、前記通信電極と前記グランド電極との間隔が少なくとも１０［ｍｍ］であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電界通信の通信品質を向上し、且つ電界通信の通信状態をより安定化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態における電界通信用ベルトの構成を示す構成図である。この電界通信用ベルトは、電界を通信電極３０から電界伝達媒体に誘起する通信回路を備えた携帯用電界通信装置１０と、バックル（留め金具）の内側表面に設けられた電界通信用の通信電極３０と、ベルト穴からベルトの先端までの表張り領域に設けられた電界通信用のグランド電極５０と、を備えた構成である。なお、図示は省略するが、携帯用電界通信装置１０と通信電極３０とを電気的に接続可能とするリード線や、携帯用電界通信装置１０とグランド電極５０とを電気的に接続可能とするリード線も具備されている。
【００１６】
図２は、図１に示す電界通信用ベルトを電界伝達媒体としての人体の腰に巻いて締めた状態を頭上から見た場合の断面図である。同図に示すように、バックルの内側表面に通信電極３０を設けることで、通信電極３０を電界伝達媒体７０としての人体に近接可能とするため、通信電極３０から誘起される電界をより確実に人体に誘起することができる。また、グランド電極５０をベルト穴からベルトの先端までの表張り領域に設けることで、通信電極３０とグランド電極５０との間隔（電極間ギャップ）を少なくともベルトの厚さの２倍以上確保可能とするため、グランド電極５０から出力された通信回路２０で発生する不要な電磁波や逆位相の電界が通信電極３０や電界伝達媒体７０に混入することを防止することができる。
【００１７】
次に、通信電極３０の作用について説明する。図３は、通信電極３０を用いて電界通信を行う電界通信装置の回路構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、情報端末１５と通信電極３０との間を接続する通信回路２０は、インタフェース回路２１を介して情報端末１５に接続される。通信回路２０は、この情報端末１５からインタフェース回路２１を介して他の情報端末１５に送信するための送信データを受け取ると、レベル調整回路２２で送信データの信号振幅を調整してから、送信回路２３を介して送信電極３０ａに供給するようになっている。
【００１８】
送信電極３０ａは、送信回路２３から送信データが供給されると、この送信データに対応する電界を電界伝達媒体７０に誘起する。この誘起された電界は、電界伝達媒体７０を伝達して、他の情報端末１５における電界通信装置の受信電極３０ｂで受信される。
【００１９】
電界検出光学部２４は、受信電極３０ｂで受信した電界が供給され、電界光学手法を利用した電界検出光学部２４内で別途発生するレーザ光を偏光変化させた後、電気信号に変換する。この電気信号は、信号処理回路２５での帯域制限により不要な雑音が除去され、更に波形整形回路２６で波形が整形されてから、インタフェース回路２１を介して情報端末１５に供給されるようになっている。
【００２０】
なお、送信電極３０ａと受信電極３０ｂは、一体化して１つの通信電極３０で各電極を構成してもよいものであるが、送信または受信どちらか一方の構成のみを有するものとしてもよい。
【００２１】
ここで、図２に示すグランド電極５０は、図３を用いて説明した電界検出光学部２４に設けられている。図４は、図３に示した通信回路２０に使用されている電界検出光学部２４の構成を示すブロック図である。電界検出光学部２４は、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であり、レーザ光源を構成するレーザダイオード１０１および電気光学結晶からなる電気光学素子１０２を有する。なお、電気光学素子１０２は、レーザダイオード１０１からのレーザ光の進行方向に対して直角方向に結合される電界に感度を有し、この電気強度によって光学特性、すなわち複屈折率が変化し、この複屈折率の変化によりレーザ光の偏光が変化するようになっている。
【００２２】
電気光学素子１０２の図上で上下方向に対向する両側面には第１電極１０３及び第２電極１０４が設けられている。なお、この第１電極１０３及び第２電極１０４は、レーザダイオード１０１からのレーザ光の電気光学素子１０２内における進行方向を両側から挟み、レーザ光に対して電界を直角に結合させるようになっている。
【００２３】
図４に示す電界検出光学部２４は、図２又は図３に示したのと同じ通信電極３０を有し、この通信電極３０は第１電極１０３に接続されている。また、第１電極１０３に対向する第２電極１０４は、図２に示したのと同じグランド電極５０に接続され、第１電極１０３に対してグランド電極として機能するように構成されている。即ち、このグランド電極５０は、通信回路２０で発生する不要な電磁波や逆位相の電界などを外部に逃がして電界通信の品質を向上するために設けられている。通信電極３０は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を検出すると、この電界を第１電極１０３に伝達し、第１電極１０３を介して電気光学素子１０２に結合するようになっている。
【００２４】
レーザダイオード１０１から出力されるレーザ光は、コリメートレンズ１０５を介して平行光にされ、平行光となったレーザ光は第１波長板１０６で偏光状態を調整されて電気光学素子１０２に入射する。電気光学素子１０２に入射したレーザ光は、電気光学素子１０２内で第１電極１０３と第２電極１０４との間を伝播するが、このレーザ光の伝播中において上述したように通信電極３０が電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を受け、この電界が第１電極１０３を介して電気光学素子１０２に結合すると、この電界は第１電極１０３からグランド電極５０に接続されている第２電極１０４に向かって形成されて、レーザダイオード１０１から電気光学素子１０２に入射したレーザ光の進行方向に直角であるため、電気光学素子１０２の光学特性である複屈折率が変化し、これによりレーザ光の偏光が変化する。
【００２５】
このように電気光学素子１０２において第１電極１０３からの電界によって偏光が変化したレーザ光は、第２波長板１０７で偏光状態を調整されて偏光ビームスプリッタ１０８に入射する。偏光ビームスプリッタ１０８は、第２波長板１０７から入射されたレーザ光をＰ波およびＳ波に分離して、光の強度変化に変換する。この偏光ビームスプリッタ１０８でＰ波成分およびＳ波成分に分離されたレーザ光は、それぞれ第１集光レンズ１０９ａ及び第２集光レンズ１０９ｂで集光されてから、第１フォトダイオード１１０ａ及び第２フォトダイオード１１０ｂに供給され、第１フォトダイオード１１０ａ及び第２フォトダイオード１１０ｂにおいてＰ波光信号とＳ波光信号をそれぞれの電気信号に変換して出力するようになっている。
【００２６】
上述したように第１フォトダイオード１１０ａ及び第２フォトダイオード１１０ｂから出力される電気信号は、図３に示す信号処理回路２５で増幅、雑音除去などの信号処理を施されてから、波形整形回路２６で波形整形され、インタフェース回路２１を介して情報端末１５に供給されることになる。
【００２７】
図５は、通信電極３０を用いて電界通信を行う電界通信装置の回路構成の他の一例を示すブロック図である。図５に示すブロック図には、情報端末１５が接続された通信回路２０と、通信を媒介する電界伝達媒体７０と、通信回路２０’と、この通信回路２０’に接続された情報端末１５’とが示されている。通信回路２０と通信回路２０’との間で通信を行い、通信回路２０からデータを送信して通信回路２０’で受信する場合を例にするものである。
【００２８】
通信回路２０と通信回路２０’とは同じ構成を有している。両者に構成上の相違点はないものの、説明するための便宜上、同一の構成部には同一の番号を付し、通信回路２０’の備える構成部については「’」を付して識別している。
【００２９】
なお、情報端末１５は、通信回路２０に対して送信データと送受信切替信号を送る。送信データとは、通信相手の情報端末１５’へ伝達される任意のデータである。送受信切替信号とは、通信回路２０に対して送信と受信との動作の切替を指示するための信号である。
【００３０】
また、通信回路２０からは情報端末１５に対して受信データを送る。この受信データは、通信相手の情報端末１５’が情報端末１５に対し、通信回路２０’と通信回路２０とを介して送信したデータを受信して得た受信データである。なお、情報端末１５’と通信回路２０’との間においても、情報端末１５と通信回路２０との間と同じく送信データや送受信切替信号、受信データのやり取りが行われている。
【００３１】
また、通信回路２０には、データを送信するための送信部と、データを受信する受信部とを備えている。送信部には、送信データを発振器４１から出力される搬送波で変調するための変調回路４０と、搬送波を出力するための発振器４１とを備えている。更に、受信部には、復調信号のＨレベルとＬレベルの反転が起きていないかを判定して補正するための補正回路４２と、搬送波再生回路４４で再生された搬送波と受信した信号をもとにデータを再生する復調回路４３と、受信した信号から搬送波を抽出する搬送波再生回路４４とを備えている。
【００３２】
なお、通信電極３０は、図３を用いて説明した場合と同様に、通信回路２０から伝達されたデータを通信回路２０’に送信する機能と、通信回路２０’から送信されたデータを受信する機能とを有している。図５で示す通信回路２０を有する電界通信装置の場合であっても、送信電極３０ａと受信電極３０ｂは、一体化して１つの通信電極３０で各電極を構成してもよいし、送信または受信どちらか一方の構成のみを有するものとしてもよい。
【００３３】
また、図６には、図５で示した補正回路４２，補正回路４２’の構成を説明するための構成図が示されている。図５で示す通信回路２０と通信回路２０’においては、受信部の出力でのＨレベルとＬレベルの反転を防ぐことを目的として、この受信部に補正回路４２，補正回路４２’が備えられている。なお、通信回路２０の補正回路４２と通信回路２０’の補正回路４２’とは同様のものであるので、ここでは通信回路２０’が備える補正回路４２’の説明のみを行う。
【００３４】
補正回路４２’は、復調信号のＨレベルとＬレベルの反転が起きていた場合に信号を反転させるための反転・非反転切替回路６１と、復調信号のＨレベルとＬレベルの反転が起きていないかを判定して切替信号を出力するためのサンプリング回路６２と、再生搬送波を検出しサンプリング信号を生成するための検波器６３と、復調信号のＨレベルとＬレベルの判定が十分区別できるまでサンプリング信号を遅らせるための遅延器６４とを備えている。
【００３５】
ここで、図２に示すグランド電極５０は、図５を用いて説明した変調回路４０及び復調回路４３に接続されている。図７は、変調回路４０とグランド電極５０との接続構成を示す構成図である。変調回路４０には、送信電極３０ａと受信電極３０ｂとを備える通信電極３０が接続されると共に、図４を用いて説明した機能を有するグランド電極５０が接続されている。データの送信時には、変調回路４０に接続されたグランド電極５０が機能し、データの受信時には、復調回路４３に接続されたグランド電極５０が機能する。１つのグランド電極５０が変調回路４０と復調回路４３とに接続される構成でもよく、各回路に異なるグランド電極５０を接続してもよい。
【００３６】
続いて、図１乃至図７を用いて説明した本実施の形態における電界通信用ベルトと、図９を用いて説明した従来の電界通信装置とにおける通信性能の測定結果について説明する。電界通信用ベルトの通信性能の測定は、図８（ａ）に示すように、この電界通信用ベルトを腰に巻いて締めた電界伝達媒体７０としての人体を床電極１３０の上に載せ、床電極１３０に接続されたスペクトラムアナライザ９０を用いて電界通信用ベルトから送出された信号の強度を測定するものとする。また、通信電極３０の電極面積は、１８［ｃｍ２］（＝縦幅３．０［ｃｍ］×横幅６．０［ｃｍ］）であって、グランド電極５０の電極面積も同様とする。そして、ベルトの幅を３［ｃｍ］とし、厚さを約５［ｍｍ］としている。従って、ベルトを締めた状態においては、通信電極３０とグランド電極５０との電極間ギャップは約１０［ｍｍ］（ベルトの厚さの約２倍に相当）となっている。
【００３７】
一方、従来の電界通信装置の通信性能の測定は、図８（ｂ）に示すように、従来の電界通信装置を胸ポケットに入れた電界伝達媒体７０としての人体を床電極１３０の上に載せて、床電極１３０に接続されたスペクトラムアナライザ９０を用いて電界通信装置から送出された信号の強度を測定するものとする。また、通信電極の電極面積は、電界通信用ベルトの通信電極３０の電極面積と同様に、１８［ｃｍ２］（＝縦幅４．５［ｃｍ］×横幅４．０［ｃｍ］）であって、グランド電極の電極面積も同様とする。そして、図９に示す電極間ギャップは４［ｍｍ］としている。
【００３８】
上記のような測定条件下において得られた電界通信用ベルトにおける信号の強度は−５７．８［ｄＢｍ］であり、従来の電界通信装置における信号の強度は−６２．３［ｄＢｍ］であった。この測定結果から、本実施の形態における電界通信用ベルトは、従来の電界通信装置よりも信号の強度が＋４．５［ｄＢｍ］向上するので、電界通信の通信品質を向上し、且つ電界通信の通信状態をより安定化することができる。
【００３９】
このような効果を有する電界通信用ベルトは、高い確実性を持ってデータ送受信を行う必要のある処理システムに用いられる。例えば、ＪＲ（Japan Reilwayの略）や地下鉄の改札への適用が好適な一例である。具体的には、電界通信用ベルトは、本実施の形態で説明した構成に加えて、電界通信用ベルトを所持している利用者を識別するＩＤを格納しておく格納部と、人体を介して格納部に格納されたＩＤを前述の通信電極３０から送信する送信部とを更に備えておく。また、改札用電界通信装置は、予め登録された複数のＩＤを蓄積しておく蓄積部と、ゲートが設けられた通路に配置された受信電極を介してＩＤを受信する受信部と、図３又は図５を用いて説明した通信回路２０と、受信したＩＤが蓄積部に蓄積された複数のＩＤに一致するか否かを認証する認証部と、受信したＩＤが蓄積部に蓄積された複数のＩＤに一致する場合（認証ＯＫの場合）に、ゲートを開く制御部とを備えておく。そして、このような電界通信用ベルトを締めた利用者が改札を通る場合に、利用者を介して電界通信用ベルトの通信電極３０から送信されたＩＤが、改札用電界通信装置の受信電極で受信され、蓄積部に蓄積されたＩＤとの認証がＯＫの場合には、ゲートが開くことになる。
【００４０】
多くの会社員や学生等が交通手段として電車を利用しているが、改札で翳した非接触媒体としてのＰＡＳＭＯ（パスモ）やＳｕｉｃａ（スイカ）がうまく認識されないとゲートが閉まり、後続の人を塞き止めてしまい、タイミングによってはホームが混在する可能性がある。そのような場合に、前述の電界通信用ベルトを用いることで、電界通信用ベルトと改札用電界通信装置との間の通信の確実性が高くなるので、改札での渋滞をより確実に緩和することが可能となる。
【００４１】
本実施の形態によれば、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な電界通信用ベルトにおいて、バックルの内側表面に設けられた電界通信用の通信電極３０と、ベルト穴からベルトの先端までの表張り領域に設けられた電界通信用のグランド電極５０とを有するので、電界通信の通信品質を向上し、且つ電界通信の通信状態をより安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施の形態における電界通信用ベルトの構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す電界通信用ベルトを電界伝達媒体としての人体の腰に巻いて締めた状態を頭上から見た場合の断面図である。
【図３】通信電極を用いて電界通信を行う電界通信装置の回路構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図３に示した通信回路に使用されている電界検出光学部の構成を示すブロック図である。
【図５】通信電極を用いて電界通信を行う電界通信装置の回路構成の他の一例を示すブロック図である。
【図６】図５で示した補正回路の構成を説明するための構成図である。
【図７】変調回路とグランド電極との接続構成を示す構成図である。
【図８】本実施の形態における電界通信用ベルトと従来の電界通信装置とにおえる通信性能の測定構成を説明するための説明図である。
【図９】従来の電界通信装置の断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…携帯用電界通信装置
１５…情報端末
２０…通信回路
２１…インタフェース回路
２２…レベル調整回路
２３…送信回路
２４…電界検出光学部
２５…信号処理回路
２６…波形整形回路
３０…通信電極
３０ａ…送信電極
３０ｂ…受信電極
４０…変調回路
４１…発振器
４２…補正回路
４３…復調回路
４４…搬送波再生回路
５０…グランド電極
６１…反転・非反転切替回路
６２…サンプリング回路
６３…検波器
６４…遅延器
７０…電界伝達媒体
９０…スペクトラムアナライザ
１０１…レーザダイオード
１０２…電気光学素子
１０３…第１電極
１０４…第２電極
１０５…コリメートレンズ
１０６…第１波長板
１０７…第２波長板
１０８…偏光ビームスプリッタ
１０９ａ…第１集光レンズ
１０９ｂ…第２集光レンズ
１１０ａ…第１フォトダイオード
１１０ｂ…第２フォトダイオード
１３０…床電極
【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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