(57)【要約】【課題】センサ電極のコイルのコア上への配置の精度を向上する。【解決手段】センサ電極２１２２は上部にフランジを有する円筒形状を有している。また、コイル２１２１が備えるコア２１２０の一方の端面（円筒形状の底面）にはセンサ電極２１２２の下部と嵌合する形状を有する穴２１２５が設けられている。そして、センサ電極２１２２の下部を、このコア２１２０の穴２１２５に嵌合させた状態で、センサ電極２１２２はコア２１２０に固定される。したがって、センサ電極２１２２は、この穴２１２５との嵌合による位置決め作用により、常に、コア２１２０上の適正位置に精度よく配置、固定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置において、前記伝送媒体が当該伝送媒体周辺に誘起した前記信号を表す電界または電磁界を検出するために用いられる受信素子であって、
磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、
前記磁性体コアに密着させて配置したセンサ電極とを有し、
前記磁性体コアは端面に穴を有し、
前記センサ電極の少なくとも一部は、前記磁性体コアの端面の前記穴と嵌合していることを特徴とする受信素子。
【請求項２】
請求項１記載の受信素子であって、
前記センサ電極の全体または前記センサ電極の周縁部を前記磁性体コア上に封止する、空気よりも透磁率の大きい封止体を有することを特徴とする受信素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の受信素子を備えた受信装置であって、
前記センサ電極はプリント基板に実装され、前記コイルが巻き回された磁性体コアは前記穴を、前記プリント基板に実装されたセンサ電極に嵌合した形態で、前記プリント基板に固定されていることを特徴とする受信装置。
【請求項４】
伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置において、前記伝送媒体が周辺に誘起した前記信号を表す電界または電磁界を検出するために用いられる受信素子であって、
磁性体コアと、
前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、
前記磁性体コアの内部に配置されたセンサ電極とを有することを特徴とする受信素子。
【請求項５】
伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置において、前記伝送媒体が当該伝送媒体周辺に誘起した前記信号を表す電界または電磁界を検出するために用いられる受信素子であって、
磁気抵抗素子と、
前記磁気抵抗素子に密着させて配置したセンサ電極とを有することを特徴とする受信素子。
【請求項６】
請求項５記載の受信素子であって、
前記センサ電極の全体または前記センサ電極の周縁部を前記磁気抵抗素子上に封止する、空気よりも透磁率の大きい封止体を有することを特徴とする受信素子。
【請求項７】
請求項１、２、４、５または６記載の受信素子を備えた受信装置であって、
前記伝送媒体が近接または接触される受信電極と、
前記受信電極と前記センサ電極とを接続する導電線とを有することを特徴とする受信装置。
【請求項８】
請求項１、２、４、５または６記載の受信素子であって、
前記伝送媒体は、人体または生物体であることを特徴とする受信素子。
【請求項９】
請求項３または７記載の受信装置であって、
前記伝送媒体は、人体または生物体であることを特徴とする受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁界を用いて通信を行う通信システムに関し、特に、人体に誘起させた電磁界用いて通信を行う通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人体に誘起させた電磁界用いて通信を行う通信システムとしては、送信機において、送信情報で変調した電位信号を容量結合などにより人体に印加することにより、人体周りに電界を誘起させると共に、受信機において、人体が誘起した電界を検出し、検出した電界から受信情報を復調するシステムが知られている（たとえば、特許文献１、２、３）。
【０００３】
ここで、これらのシステムでは、受信機における電界の検出は、人体近傍に配置した電極を介して人体周りの電界を電気光学結晶に結合し、電界強度を電気光学結晶の偏光特性の変化として検出（特許文献１、特許文献２）したり、人体近傍に配置した電極に人体周りの電界下に配置した電極にゲートを接続したFETを設け、当該FETの出力から電界強度を検出（特許文献３）することにより行われている。
【特許文献１】特開2001-298425号公報
【特許文献２】特開2001-352298号公報
【特許文献３】特開2004-282733号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記電気光学結晶を電界強度の検出に用いる技術によれば、電気光学結晶の他に電気光学結晶の偏光特性を測定するためのレーザ装置などが必要となるため、受信機が複雑、高コストになる。
一方、人体近傍に配置した電極に人体周りの電界下に配置した電極にゲートを接続したFETを設ける技術によれば、ゲート電圧がFETのグランドから浮遊し、その動作範囲が保証されないために、安定した通信動作は望めない。
また、一般環境では各種電気製品の発生する電界ノイズが比較的大きいために、人体に誘起した電界を検出する前記各技術によれば、安定した通信を行えない場合が生じる。
そこで、本出願人は、先に行った特許出願（特願2005-32527）において、図５に示すような受信部を備えた受信装置を提案した。
図示するように、この受信部は、導電体である受信電極５０とコイルセンサ５１とより構成される。なお、図５ａは上方より見た受信部の構成を模式的に表し、図５ｂは測方より見た受信部の構成を模式的に表している。また、図５ｃは、図５ａの断面線A-Aによるコイルセンサ５１の断面を表している。
【０００５】
図示するように、コイルセンサ５１は、フェライト製のコア５１１を有するコイル５１２と、コアの上部に固定した銅性のセンサ電極５１３と、センサ電極５１３をコア５１１に封止する比較的透磁率の大きな封止体５１４を有している。ここで、センサ電極は導線を介して受信電極５０に接続されている。なお、封止体５１４としては、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。
【０００６】
そして、このような構成において、人体が受信電極に接近すると、人体周りの電界が、受信電極５０からコイルセンサ５１のセンサ電極５１３に結合され、センサ電極５１３やコイルセンサ５１のコア５１１に交流が発生し、この交流によりコイル５１２の中央孔中に、人体周りの電界の強さに応じた磁束が発生する。そして、この磁束の変化に応じてコイル５１２に電流が流れる。
【０００７】
したがって、このような受信部を用い、コイルに流れる電流を電圧信号に変換することにより、人体が誘起した電界を電界強度を電圧信号として検出することができる。
しかし、このような受信部によれば、コイルセンサ５１の製造に際して、センサ電極５１３をコア５１１上の適正位置に正確に固定することが比較的難しく、その製造精度を充分に良好に確保することが困難であった。
そこで、本発明は、コイルのコア上にセンサ電極を備えた受信素子の製造精度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題達成のために、本発明は、伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置において、前記伝送媒体が当該伝送媒体周辺に誘起した前記信号を表す電界または電磁界を検出するために用いられる受信素子として、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、前記磁性体コアに密着させて配置したセンサ電極とを備えた受信素子を提供する。ここで、前記磁性体コアは端面に穴を有し、前記センサ電極の少なくとも一部は、前記磁性体コアの端面の前記穴と嵌合しているものである。
【０００９】
このような受信素子によれば、センサ電極の少なくとも一部を磁性体コアに設けた穴に嵌合させて当該センサ電極を磁性体コアに装着するので、この穴との嵌合による位置決め作用により、常に、センサ電極を、磁性体コア上の適正位置に精度よく安定的に配置、固定することができるようになる。
【００１０】
なお、このような受信素子には、前記センサ電極の全体または前記センサ電極の周縁部を前記磁性体コア上に封止する、空気よりも透磁率の大きい封止体を、センサ電極の発する磁束を効率よくコイル内に導入するために設けるようにしてもよい。
【００１１】
また、このような受信装置において、前記コイルをプリント基板への実装は、前記センサ電極をプリント基板に実装し、前記コイルが巻き回された磁性体コアを、前記穴を、前記プリント基板に実装されたセンサ電極に嵌合させた形態で、前記プリント基板に固定することにより行うようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明は、前記課題達成のために、伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置において、前記伝送媒体が周辺に誘起した前記信号を表す電界または電磁界を検出するために用いられる受信素子を、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻き回されたコイルと、前記磁性体コアの内部に配置されたセンサ電極とより構成したものである。
【００１３】
このような受信素子によれば、磁性体コア内にセンサ電極と嵌合するセンサ電極収容用の空間を設け、当該空間にセンサ電極を配置するようにすれば、センサ電極と磁性体コア内のセンサ電極配置用の空間との嵌め合いによる位置決作用によって、常に、センサ電極を、磁性体コアの適正位置に精度よく安定的に配置、固定することができるようになる。また、磁束をコイル内に効率的に誘導できるので、受信素子の感度向上も図ることができる。
【００１４】
また、併せて本発明は、伝送媒体を介して信号を送受する通信システムに用いられる受信装置において、前記伝送媒体が当該伝送媒体周辺に誘起した前記信号を表す電界または電磁界を検出するために用いられる受信素子として、磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に密着させて配置したセンサ電極とを備えた受信素子を提供する。なお、この受信素子においても、前記センサ電極の全体または前記センサ電極の周縁部を前記磁気抵抗素子上に封止する、空気よりも透磁率の大きい封止体を、センサ電極の発する磁束を効率よく磁気抵抗素子に加えるために設けるようにしてもよい。
ここで、以上の各受信素子を用いた通信装置は、前記伝送媒体が近接または接触される受信電極と、前記受信電極と前記センサ電極とを備えて構成するようにしてもよい。
【００１５】
なお、以上の各受信素子や受信装置において、前記伝送媒体は、人体または生物体であってよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、コイルのコア上にセンサ電極を備えた受信素子の製造精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の通信システムの一実施形態について人体通信への適用を例にとり説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係る通信システムの機能構成を示す。
図示するように、通信システムは、アンテナ体３を介して通信を行う送信機１と受信機２とを含んで構成される。なお、本実施形態ではアンテナ体３は人体となる。
また、送信機１は、受信機２に送信する情報である通信情報を生成する送信側データ処理部１１、通信情報を変調し送信信号として出力する変調器１２、送信信号をアンテナ体３に印加する送信電極１３とを有する。そして、受信機２は、アンテナ体３が誘起した電界強度を検出し受信信号として出力する信号受信部２１、受信信号から通信情報を復調する復調器２２、通信情報を処理する受信側データ処理部２３とを有する。また、受信機２の信号受信部２１は、受信電極２１１とコイルセンサ２１２とを含む。
【００１８】
ここで、図１ｂに送信機１の外観を示す。
図示するように、送信機１は、送信側データ処理部１１と変調器１２と送信電極１３を収容した送信機本体部１０１と、送信機本体部１０１を図１ｃに示すように人体腕に装着するためのバンド１０２を有している。そして、送信電極１３は、図１ｄの送信機本体部１０１の断面図に示すように、送信機本体部１０１を人体腕に装着したときに、人体腕に近接するように本体部裏面側に、非導電性のカバー１０３で覆われた形態で設けられている。そして、このような構造によって、送信機本体部１０１を人体腕に装着したとき、送信電極１３と人体とが容量結合するようになっている。
【００１９】
次に、図１ｅに、受信機２の外観を示す。
図示するように、受信機２は、受信電極２１１を収容したパネル部２０１と、コイルセンサ２１２と復調器２２と受信側データ処理部２３を収容した受信機本体部２０２とを有する。そして、受信電極２１１は、図１ｆのパネル部２０１の上面図と図１ｇのパネル部２０１の断面図に示すように、人体手をその上に近接することができるように、パネル部２０１の表側に非導電性のカバー２０３で覆われた形態で設けられている。そして、このような構造によって、人体手がパネル部２０１上にかざされたときに、受信電極２１１に人体周りの電界が作用するようになっている。
【００２０】
次に、図２ａ、ｂ、ｃ、ｄに受信機２の信号受信部２１のコイルセンサ２１２の構成を模式的に示す。
なお、図２ａは上方より見たコイルセンサ２１２の構成を模式的に表し、図２ｂは測方より見たコイルセンサ２１２の構成を模式的に表している。
図示するように、コイルセンサ２１２は、フェライト製のコア２１２０を有するコイル２１２１と、コア２１２０の上部に固定した銅性のセンサ電極２１２２と、センサ電極２１２２をコア２１２０上に封止した比較的透磁率の大きな封止体２１２３を有している。ここで、センサ電極２１２２は導線を介して受信電極２１１に接続されている。また、コイルセンサ２１２は、コイル２１２１に流れる電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路２１２４も含んでいる。
【００２１】
ここで、図２ｃに、図２ａの断面線B-Bによるコイルセンサ２１２の断面を、図２ｄにセンサ電極２１２２とコイル２１２１との分解図を示す。
図示するように、本実施形態に係るセンサ電極２１２２は上部にフランジを有する円筒形状を有している。また、コイル２１２１が備えるコア２１２０の一方の端面（円筒形状の底面）にはセンサ電極２１２２の下部と嵌合する形状を有する穴２１２５が設けられている。そして、センサ電極２１２２の下部を、このコア２１２０の穴２１２５に嵌合させた状態で、センサ電極２１２２はコア２１２０に固定される。したがって、センサ電極２１２２は、この穴２１２５との嵌合による位置決め作用により、常に、コア２１２０上の適正位置に精度よく配置、固定される。また、このようにコア２１２０にセンサ電極２１２２を埋め込んだ構造により、センサ電極２１２２が誘起する磁束をコイル２１２１の中央孔中に効率よく導入できるようになる。
【００２２】
なお、以上のようなコイルセンサ２１２における封止体２１２３は、センサ電極２１２２から上方に進む磁束を図２ｂの矢印で示すようにコイル２１２１中に導き、コイル２１２１における磁束の検出感度を向上するために設けており、このような封止体２１２３としては、その透磁率が少なくとも空気の透磁率よりも大きなもの、たとえば、磁性粉末を混合したエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００２３】
以下、このような通信システムの動作について説明する。
送信側データ処理部１１が生成した通信情報は、変調器１２によってAM変調され送信信号として送信電極１３に出力される。そして、送信信号は、送信電極１３から容量結合を介して人体に印可され、人体はアンテナ体３として機能し、送信信号に応じた強さの静電磁界または誘電電磁界を人体周りに誘起する。
【００２４】
一方、受信機２において、人体手がパネル部２０１にかざされると、人体周りの電界が、パネル部２０１の受信電極２１１からコイルセンサ２１２のセンサ電極２１２２に結合され、センサ電極２１２２やコイルセンサ２１２のコア２１２０に交流が発生し、この交流によりコイル２１２１の中央孔中に、人体周りの電界の強さに応じた磁束が発生する。そして、この磁束の変化に応じてコイル２１２１に電流が流れ、このコイル２１２１に流れた電流が、コイルセンサ２１２の電流電圧変換回路２１２４によって電圧信号に変換され、受信信号として復調器２２に送られる。結果、受信信号として、人体周りの電界、したがって送信機１の送信信号に追従する信号が得られる。
【００２５】
復調器２２では、受け取った受信信号をＡＭ復調して通信情報を復調し、受信側データ処理部２３に引き渡す。また、受信側データ処理部２３は、渡された通信情報を処理する。
以上、本発明の実施形態に係る通信システムの動作について説明した。
ところで、コイルセンサ２１２のセンサ電極２１２２や、センサ電極２１２２と嵌合するコア２１２０の穴２１２５の形状は図２に示した形状以外の形状とするようにしてもよい。すなわち、たとえば、図３ａの断面図に示すように、センサ電極２１２２の下端を丸みを帯びた形状とすると共に、コア２１２０の穴２１２５の形状を当該センサ電極２１２２の形状に合わせた形状とするようにしてもよい。または、図３ｂの断面図に示すように、センサ電極２１２２の下部を雄ねじとし、コア２１２０の穴２１２５を当該雄ねじと螺号する雌ネジとして形成するようにしてもよい。
【００２６】
また、以上のコイルセンサ２１２のセンサ電極２１２２は、図３ｃの断面図に示すように、コア２１２０中に配置するようにしてもよい。なお、このような構造は、たとえば、図３ｄの断面図に示すように、コア２１２０の上部に設けた穴２１２５に全体を埋め込んだセンサ電極２１２２を、フェライト製のプレート２１２６により封止することなどにより実現できる。このようにしても穴２１２５とセンサ電極２１２２との嵌合による位置決め作用によって、常に、センサ電極２１２２を、コア２１２０内の適正位置に精度よく安定的に配置、固定することができるようになる。また、これらのようにコア２１２０内にセンサ電極２１２２を配置することにより、図中に矢印で示すように、センサ電極２１２２が発する磁束をコイル２１２１中に効率よく誘導することができるようになる。
【００２７】
ところで、以上のようなコイルセンサ２１２をプリント基板上に実装する場合には、以下ように行うことが好ましい。
すなわち、図３ｅに示すように、プリント基板２４にセンサ電極２１２２のコア２１２０の穴２１２５と嵌合する方と逆の端部を固定し、固定したセンサ電極２１２２にコア２１２０の穴２１２５を嵌合させてコイル２１２１をセンサ電極２１２２に固定する。
ここで、センサ電極２１２２のプリント基板２４への固定は、たとえば、図３ｆ１に示すように、センサ電極２１２２に設けたピン２１２２１を、プリント基板２４に形成したスルーホール２４１に挿入すると共に、センサ電極２１２２のピン２１２２１を、スルーホール２４１周辺に設けた、受信電極２１１との接続用の配線パターンに連結したランドにハンダづけすることにより行う。または、たとえば、図３ｆ２に示すように、センサ電極２１２２の端面をプリント基板２４上に形成した、受信電極２１１との接続用の配線パターンに連結したパッド２４２にソルダーペーストで表面実装することにより行う。
【００２８】
ところで、以上の実施形態では、送信電極１３から容量結合を介して人体に送信信号を印可したが、これは、送信電極１３を直接人体に接触させて、送信電極１３から人体に送信信号を印可するようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、人体手を受信電極２１１やコイルセンサ２１２上にかざさせることにより受信機２における受信を行うようにしたが、これは、人体手を受信電極２１１やセンサ電極２１２２に直接接触させるように受信機２における受信を行うようにしてもよい。
また、以上の実施形態は、アンテナ体３として動物や植物などの生物や、その他の導電体などの人体以外の物体を使用するようにしてもよい。
なお、以上のような通信システムの受信機２は、以上で示したコイルセンサ２１２に代えて、図４ａに示すように、受信電極２１１と接続したセンサ電極２１２２と、センサ電極２１２２が端面に密着固定された磁気抵抗（ＭＲ）素子２１２７と、磁気抵抗素子２１２７の抵抗値の変化を電圧値に変換する抵抗値電圧変換回路２１２８より構成されるセンサを用いるようにしてもよい。
【００２９】
このようなセンサによれば、人体周りの電界が受信電極２１１からコイルセンサ２１２のセンサ電極２１２２に結合されると、センサ電極２１２２に交流が発生し、この交流により人体周りの電界の強さに応じた磁束が発生し、磁気抵抗素子２１２７に加えられる。そして、この磁束の変化に応じてコイル２１２１に磁気抵抗素子２１２７の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化が、抵抗値電圧変換回路２１２８によって電圧信号に変換され、受信信号として復調器２２に送られる。結果、このようなセンサによっても、コイルセンサ２１２を用いた場合と同様に、受信信号として、人体周りの電界、したがって送信機１の送信信号に追従する信号が得られる。
【００３０】
また、このようなセンサは、図４ｂに示すように、比較的透磁率の大きな封止体２１２３でセンサ電極２１２２を磁気抵抗素子２１２７の端面上に封止したり、図４ｃに示すように二つの磁気抵抗素子２１２７でセンサ電極２１２２を挟み込むようにして、センサ電極２１２２が発する磁束が図中の矢印で示すように効率よく、磁気抵抗素子２１２７に加えられるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコイルセンサの構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るコイルセンサの構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電界検出用素子の構成を示す図である。
【図５】本出願人の先行特許出願に係る通信部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…送信機、２…受信機、３…アンテナ体、１１…送信側データ処理部、１２…変調器、１３…送信電極、２１…信号受信部、２２…復調器、２３…受信側データ処理部、２４…プリント基板、１０１…送信機本体部、１０２…バンド、２０１…パネル部、２０２…受信機本体部、２１１…受信電極、２１２…コイルセンサ、２４１…スルーホール、２１２０…コア、２１２１…コイル、２１２２…センサ電極、２１２３…封止体、２１２４…電流電圧変換回路、２１２７…磁気抵抗素子、２１２８…抵抗値電圧変換回路、２１２５…穴、２１２２１…ピン。
【図１】
2007243603.tif 000003
【図２】
2007243603.tif 000004
【図３】
2007243603.tif 000005
【図４】
2007243603.tif 000006
【図５】
2007243603.tif 000007