(57)【要約】【課題】グランドへの信号の流出を防ぎながら、人体を媒介としてデータ通信を高い通信効率で行なう。【解決手段】人体側通信装置は、ユーザーが所持した状態で信号端子が人体表皮に当接し、機器側通信装置は床に固定されている。床自体は導電性であるが、床のうち人体と接触する場所は絶縁が施されている。人体側通信装置は人体に触れており、人は床の上に立っているが、床のうち人体と接触する場所は絶縁が施されているので、人体側通信装置のＨＯＴ端子から出力された信号の一部インピーダンスＺＲの経路を通して人体側通信装置のＣＯＬＤ端子に向かうことはない。【選択図】  図１
2012065122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人が身に付けて用いられ、前記人の体の近いところに配置されたときに前記人の体を介して信号を入出力する信号端子と、グランド端子を備えた人体側通信装置と、
導電性を有するとともに、通信時に前記人が接床するエリアの表面は導電性を有しない床と、
前記床に設置され、前記人が指又はその他の部位で触れたときに前記人の体を介して信号を入出力する信号端子と、銅線を介して前記床の導電性を有する部分に接続されたグランド端子を備えた機器側通信装置と、
を具備し、
前記人体側通信装置の前記信号端子と前記機器側通信装置の前記信号端子をつなぐ前記人の体が信号の経路になるとともに、前記床の導電性を有する部分及び所定のインピーダンスを持つ空中を介して前記人体側通信装置の前記グランド端子と前記機器側通信装置の前記グランド端子間で戻りの信号を伝える、
通信システム。
【請求項２】
前記床は、絶縁物質からなり、通信時に前記人が接地することができるエリア以外の部分に導電性の物質が重ねられている、
請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記人体側通信装置は、椅子に座っている前記人の身に付けられ、
前記機器側通信装置の接地部は、前記人が通信する体勢になったときに前記椅子又は前記人の足若しくはその他の部位が接することができるところが絶縁を施され、前記人の体が接しないところが電気的に導電性を有する、
請求項１に記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体を媒体としてデータ通信を行なう通信システムに係り、特に、主に人体の誘電体としての性質を利用して電界通信方式の人体通信を行なう通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２台以上の情報機器間で、有線、無線などさまざまな媒体を介して通信を行なうことができる。最近では、人体を伝送路に組み込んだ人体通信技術が脚光を浴び始めている。人体通信は、通信ケーブルを必要としないことから、例えば携帯型音楽再生機器とヘッドフォンの間の音楽データ伝送に利用すると便利である。また、人体通信は、通信信号がユーザーの身体を通過し、漏えいが難しいことから、個人認証や会計精算など秘匿通信にも利用することかができる。
【０００３】
人体は導体としての性質と誘電体としての性質を備えている。前者の性質を利用した人体通信システムは電流方式と呼ばれるものであるが、送受信電極が常に人体に接触している必要があるため、ユーザーに違和感若しくは不快感を与えてしまうなど、使い勝手に問題がある。また、人体の誘電体としての性質を利用した人体通信システムは、電界方式と呼ばれるものである。この場合、人体を挟むようにして配置された送受信電極間では、空間を伝わる放射電界、誘電性電磁界、人体の帯電を利用した（伝搬ではない）準静電界のいずれかが形成され、かかる電界で作用する電位差に基づいて信号を伝送することができる。
【０００４】
人体通信システムは、一般に、人体の表皮に当接された状態で装着される人体側通信装置と、人体の近傍に設置された機器側通信装置で構成される。人体側通信装置は、携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末であり、ユーザーが所持した状態で携帯端末の電極が人体表皮に当接している。そして、ユーザーの指先などの所定の部位が機器側通信装置の電極に触れたときに、データ伝送が行なわれる。
【０００５】
例えば、タッチパネルを備えるとともに、タッチパネルのデータ表示部に透明電極を重畳し、又は、指先がタッチする表面の周囲を取り囲むように低抵抗の周囲電極を密着配設し、ユーザーが指先でタッチパネルに入力操作を行なうときを利用して人体通信を行なう、人体通信における機器側に通信装置について提案がなされている（例えば、特許文献１、２を参照のこと）。このようなタッチパネル式の機器側通信装置を用いた人体通信システムによれば、ユーザーがディスプレイの表示に従って指先でタッチパネル操作しながら人体通信して、効率よくデータを処理することができる。
【０００６】
通信は、送信側から受信側への信号を伝送することであるが、その信号の戻りは通常、接地として表現される。図５には、人体通信システムにおいて、人体側通信装置から機器側通信装置へ信号を伝送する場合の信号経路を図解している。人体側通信装置の信号端子が人体に接しており、その信号端子から出力される信号が人体を伝搬し、床に固定された機器側通信装置に指先で触れることで信号が伝わる。このとき、伝わった信号の戻りの信号が機器側通信装置から人体側通信装置に伝わる。戻りの信号は、人体側通信装置及び機器側通信装置の各接地端を通して伝わる。この接地の経路は、指で接触して伝わる信号と同様に重要である。
【０００７】
以下では、各通信装置の信号入出力端子をＨＯＴ端子、ＧＮＤ端子をＣＯＬＤ端子とも呼ぶことにする。図５において、人体側通信装置のＨＯＴ端子は、人体に密着しているか、離れていてもＣＯＬＤ端子よりは人体に近い所に位置する。機器側通信装置は床に固定されている。人の指が機器側通信装置のＨＯＴ端子に触れると、人体側通信装置と機器側通信装置のＨＯＴ端子同士が、人体のインピーダンスＺ１を介してつながる。一方、機器側通信装置のＣＯＬＤ端子が導線で導電性の床につながり、それが空中のインピーダンスＺ２を通して人体側通信装置のＣＯＬＤ端子に達し、これが戻りの信号の経路となる。
【０００８】
ところが、人体側通信装置は人体に触れているので、人体通信装置のＨＯＴ端子からの信号は、人体を通して導電性の床に接続されている。このインピーダンスをＺＲとする。人体側通信装置のＨＯＴ端子から出力された信号の一部は、機器側通信装置のＨＯＴ端子には向かわずに、インピーダンスＺＲ及びＺ２の経路を通して人体側通信装置のＣＯＬＤ端子に向かう。インピーダンスＺＲの経路は、伝送ロスの経路である。その分、人体側通信装置から機器側通信装置への通信効率は低くなる。
【０００９】
人体通信は、ただでさえ微弱で不安定な信号で通信を行なうものである。人体側通信装置のＨＯＴ端子から出力された信号の一部がグランドに流出することによる悪影響は無視し難いものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３１８０６７号公報
【特許文献２】特開２００９−２４５４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、グランドへの信号の流出を防ぎながら、人体を媒介としてデータ通信を高い通信効率で行なうことができる、優れた通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
人が身に付けて用いられ、前記人の体の近いところに配置されたときに前記人の体を介して信号を入出力する信号端子と、グランド端子を備えた人体側通信装置と、
導電性を有するとともに、通信時に前記人が接床するエリアの表面は導電性を有しない床と、
前記床に設置され、前記人が指又はその他の部位で触れたときに前記人の体を介して信号を入出力する信号端子と、銅線を介して前記床の導電性を有する部分に接続されたグランド端子を備えた機器側通信装置と、
を具備し、
前記人体側通信装置の前記信号端子と前記機器側通信装置の前記信号端子をつなぐ前記人の体が信号の経路になるとともに、前記床の導電性を有する部分及び所定のインピーダンスを持つ空中を介して前記人体側通信装置の前記グランド端子と前記機器側通信装置の前記グランド端子間で戻りの信号を伝える、
通信システムである。
【００１３】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００１４】
本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信システムにおいて、前記床は、絶縁物質からなり、通信時に前記人が接地することができるエリア以外の部分に導電性の物質が重ねられている。
【００１５】
本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信システムにおいて、前記人体側通信装置は、椅子に座っている前記人の身に付けられている。また、前記機器側通信装置の接地部は、前記人が通信する体勢になったときに前記椅子又は前記人の足若しくはその他の部位が接することができるところが絶縁を施され、前記人の体が接しないところが電気的に導電性を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、グランドへの信号の流出を防ぎながら、人体を媒介としてデータ通信を高い通信効率で行なうことができる、優れた通信システムを提供することができる。
【００１７】
人体通信は、ただでさえ微弱で不安定な信号で通信を行なうものである。本発明によれば、有効な信号の経路をショートする回路をなくすことにより、より大きな信号を伝送することができるので、より安定で確実な人体通信が可能になる。
【００１８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る人体通信システム１０の構成を、人体側通信装置１１から機器側通信装置１２の方向へ信号伝送する場合の信号経路とともに示した図である。
【図２】図２は、図１に示した人体通信システム１０において、人体側通信装置１１から機器側通信装置１２の方向へ信号伝送する場合の等価回路を示した図である。
【図３】図３は、図１に示した通信システム１０において、機器側通信装置１２から人体側通信装置１１の方向へ信号伝送する場合の信号経路を示した図である。
【図４】図４は、図１に示した人体通信システム１０において、機器側通信装置１２から人体側通信装置１１の方向へ信号伝送する場合の等価回路を示した図である。
【図５】図５は、人体通信システムにおいて、人体側通信装置から機器側通信装置へ信号を伝送する場合の信号経路を示した図（従来例）である。
【図６】図６は、図５に示した人体通信システムにおいて、人体側通信装置から機器側通信装置の方向へ信号伝送する場合の等価回路を示した図である。
【図７】図７は、図５に示した人体通信システムにおいて、機器側通信装置から人体側通信装置へ信号を伝送する場合の信号経路を示した図（従来例）である。
【図８】図８は、図７に示した人体通信システムの信号経路で機器側通信装置から人体側通信装置へ信号を伝送する場合の等価回路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１には、本発明の一実施形態に係る人体通信システムの構成を示している。図示の人体通信システム１０は、一般に、人体の表皮に当接された状態で装着される人体側通信装置１１と、人体の近傍に設置された機器側通信装置１２で構成される。図示の例では、人体側通信装置１１から機器側通信装置１２の方向へ信号伝送する場合の信号経路を併せて示している。以下では、各通信装置１１、１２の信号入出力端子をＨＯＴ端子、ＧＮＤ端子をＣＯＬＤ端子と呼ぶことにする。
【００２２】
人体側通信装置１１は、例えば携帯電話機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末であり、ユーザーが所持した状態で信号端子が人体表皮に当接している。一方、機器側通信装置１２は床に固定されている。但し、本実施形態では、床自体は導電性であるが、床のうち人体（例えば、図示のように人の足）と接触する場所は絶縁が施されている（図中、縁の部分のみ導電性の床である）。
【００２３】
床は基本的には絶縁物質からなる。したがって、人体通信時に人が立つことができるエリア以外の部分に導電性の物質を重なるようにする、と上記を言い換えることもできる。
【００２４】
また、人体側通信装置１１を身に付けている人が椅子に座っている場合には、機器側通信装置１２の接地部が、人が通信する体勢になったときに椅子や人の足や手などが接することができるところは絶縁を施し、逆に人の体が接しないところは電気的に導電性とするように人体通信システム１０を構成してもよい（図示しない）。
【００２５】
人の指が機器側通信装置１２のＨＯＴ端子に触れると、人体側通信装置１１と機器側通信装置１２のＨＯＴ端子同士が、人体のインピーダンスＺ１を介してつながる。このとき、機器側通信装置１２のＣＯＬＤ端子が導線で導電性の床につながり、それが空中のインピーダンスＺ２を通して人体側通信装置１１のＣＯＬＤ端子に達し、これが戻りの信号の経路となる。
【００２６】
人体側通信装置１１は人体に触れており、人は床の上に立っているが、床のうち人体（例えば、図示のように人の足）と接触する場所は絶縁が施されているので、図５に示した場合のように、人体側通信装置１１のＨＯＴ端子から出力された信号の一部が機器側通信装置１２のＨＯＴ端子には向かわずに、インピーダンスＺＲの経路を通して人体側通信装置１１のＣＯＬＤ端子に向かう、ということはないので、通信効率が低くなることはなくなる。
【００２７】
図２には、図１に示した人体通信システム１０において、人体側通信装置１１から機器側通信装置１２の方向へ信号伝送する場合の等価回路を示している。ここで、人体側通信装置１１からの出力電圧をＶ１、機器側通信装置１２への入力電圧をＶ２とすると、Ｖ１とＶ２の割合は、下式（１）のように表わされる。但し、ＺＬは機器側通信装置１２の入力インピーダンスである。
【００２８】
【数１】
2012065122.tif 000003
【００２９】
参考のため、図６には、図５に示した人体通信システムにおいて、人体側通信装置から機器側通信装置の方向へ信号伝送する場合の等価回路を示している。既に述べたように、図５に示した人体通信システムは、インピーダンスＺＲを持つ伝送ロスの経路がある。この場合の人体側通信装置からの出力電圧Ｖ１と機器側通信装置への入力電圧Ｖ２の割合は、下式（２）のように表わされる。
【００３０】
【数２】
2012065122.tif 000004
【００３１】
上式（２）によると、Ｖ２／Ｖ１は１／５程度であるが、上式（１）によると、Ｖ２／Ｖ１は１／３程度である。つまり、本実施形態によれば、機器側通信装置１２への入力電圧ｖ２は５／３倍程度に大きくなり、通信効率が向上することが分かる。また、各インピーダンスＺ１、Ｚ２、ＺＬ、ＺＲの比によっては、もっと大きな効果を期待することができる。例えば、Ｚ１＝１ｅ４、Ｚ２＝１ｅ６、ＺＲ＝１ｅ４、ＺＬ＝１ｅ６と設定すると、図２に示した等価回路では、上式（１）よりＶ２／Ｖ１≒０．４９７５であるのに対し、図６に示した等価回路では、上式（２）よりＶ２／Ｖ１≒０．００９７であり、図６に対し、図２は約５０倍の伝送効率になる。
【００３２】
また、図３には、図１に示した通信システム１０において、機器側通信装置１２から人体側通信装置１１の方向へ信号伝送する場合の信号経路を示している。このときの等価回路は図４に示す通りとなる。この場合の機器側通信装置１２からの出力電圧Ｖ１と人体側通信装置１１への入力電圧Ｖ２の割合は、下式（３）のように表わされる。
【００３３】
【数３】
2012065122.tif 000005
【００３４】
図７には、図５に示した人体通信システムにおいて、機器側通信装置から人体側通信装置へ信号を伝送する場合の信号経路を示している。また、図８は、図７に示した人体通信システムの信号経路で機器側通信装置から人体側通信装置へ信号を伝送する場合の等価回路を示している。既に述べたように、図５に示した人体通信システムは、インピーダンスＺＲを持つ伝送ロスの経路がある。この場合の機器側通信装置からの出力電圧Ｖ１と人体側通信装置への入力電圧Ｖ２の割合は、下式（４）のように表わされる。
【００３５】
【数４】
2012065122.tif 000006
【００３６】
上式（３）を上式（４）と比較すると、本実施形態によれば、人体側通信装置１１への入力電圧ｖ２が大きくなり、通信効率が向上することが分かる。また、各インピーダンスＺ１、Ｚ２、ＺＬ、ＺＲの比によっては、もっと大きな効果を期待することができる。例えば、Ｚ１＝１ｅ４、Ｚ２＝１ｅ６、ＺＲ＝１ｅ４、ＺＬ＝１ｅ６と、Ｚ３＝９ｅ５、Ｚ４＝１ｅ５、Ｚ３＋Ｚ４＝Ｚ２になるように設定すると、図４に示した等価回路では、上式（３）よりＶ２／Ｖ１≒０．４９７５であるのに対し、図８に示した等価回路では、上式（４）よりＶ２／Ｖ１≒０．００８７であり、図８に対し、図４は約５０倍の伝送効率になる。
【００３７】
人体通信は、ただでさえ微弱で不安定な信号で通信を行なうものである。本実施形態によれば、有効な信号の経路をショートする回路をなくすことにより、より大きな信号を伝送することができるので、より安定で確実な人体通信が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００３９】
本明細書では、主に静電界を利用する電界方式の人体通信システムに本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。他の電界を利用した人体通信システムや、電流方式の人体通信システムにも、同様に本発明を適用することができる。
【００４０】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１０…人体通信システム
１１…人体側通信装置
１２…機器側通信装置
【図１】
2012065122.tif 000007
【図２】
2012065122.tif 000008
【図３】
2012065122.tif 000009
【図４】
2012065122.tif 000010
【図５】
2012065122.tif 000011
【図６】
2012065122.tif 000012
【図７】
2012065122.tif 000013
【図８】
2012065122.tif 000014