(57)【要約】【課題】雑音の大きい環境下であっても、通信品質の低下を防止する。【解決手段】ユーザ２が携帯する携帯端末１と設置端末５、６とで電界通信を行う電界通信システムであって、床１７に設置した床電極３と、床電極３と床１７の導電性部材との間に形成される寄生容量を利用して、床電極３と前記床１７の導電性部材との間にインダクタを接続した反共振回路４と、を有する。【選択図】図１
2012244516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザが携帯する携帯端末と設置端末とで電界通信を行う電界通信システムであって、
床に設置した床電極と、
前記床電極と前記床の導電性部材との間に形成される寄生容量を利用して、前記床電極と前記床の導電性部材との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有すること
を特徴とする電界通信システム。
【請求項２】
ユーザが携帯する携帯端末と設置端末とで電界通信を行う電界通信システムであって、
床に設置された、第１の床電極と第２の床電極とを備える一対の床電極と、
前記一対の床電極の間に形成される寄生容量を利用して、前記第１の床電極と前記第２の床電極との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有すること
を特徴とする電界通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともにこの誘起した電界を検出して情報の送受信を行う電界通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末の小型化および高性能化によりウェアラブルコンピュータが注目されているが、図９はこのようなウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ７はそれぞれトランシーバ９を介して人間の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行うとともに、更に手足の先端で触れられるよう壁や床に設けられたトランシーバ９ａ、９ｂとケーブルとを介して外部に設けられたコンピュータ８と通信を行っている。
【０００３】
ここで、このようなウェアラブルコンピュータ７間、およびウェアラブルコンピュータ７とコンピュータ８間とのデータ通信に使用されるトランシーバ９は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。なお、トランシーバ９については、特許文献１および特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５２２９８号公報
【特許文献２】特開２００６−０８１１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、オフィス、実験室、工場等の床には、配管の他に、電力や通信ケーブルが埋設される場合がある。また、床は、強度の理由により、その内部もしくは裏面が鉄製であることが多く、放射による誘導雑音や埋設ケーブルからの静電性の雑音を拾いやすい。
【０００６】
このような雑音を拾いやすい床の上にユーザが立って、ユーザが携帯する携帯端末と、壁に設置された設置型トランシーバとの間で、ユーザの人体を通信媒体とした電界通信を行う場合、床面から人体に混入する雑音の影響で、Ｓ／Ｎ比が悪化（Ｎが増大）し、通信品質が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、雑音の大きい環境下であっても、通信品質の低下を防止する電界通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、ユーザが携帯する携帯端末と設置端末とで電界通信を行う電界通信システムであって、床に設置した床電極と、前記床電極と前記床の導電性部材との間に形成される寄生容量を利用して、前記床電極と前記床の導電性部材との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有する。
【０００９】
また、本発明は、ユーザが携帯する携帯端末と設置端末とで電界通信を行う電界通信システムであって、床に設置された、第１の床電極と第２の床電極とを備える一対の床電極と、前記一対の床電極の間に形成される寄生容量を利用して、前記第１の床電極と前記第２の床電極との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、雑音の大きい環境下であっても、通信品質の低下を防止する電界通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る電界通信システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す電界通信システムの等価回路である。
【図３】共振周波数で、雑音電圧が減少することを示すグラフである。
【図４】床電極の変形例を示す図である。
【図５】トランシーバの構成例である。
【図６】携帯端末の構成を示すブロック図である。
【図７】比較例の電界通信システムの全体構成図である。
【図８】図７に示す比較例の電界通信システムの等価回路である。
【図９】トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態である電界通信システムの全体構成図である。図示する電界通信システムは、ユーザ２が携帯する携帯端末１と、床電極３と、反共振回路４と、設置端末（壁電極５と当該壁電極５に接続されたトランシーバ６）と、コンピュータ７とを有する。携帯端末１と、設置端末のトランシーバ６とは、ユーザ２の人体および壁電極５を介して電界通信が可能である。トランシーバ６と、コンピュータ７とは、例えばＬＡＮなどのネットワークにより接続されている。
【００１４】
コンピュータ７は、携帯端末１が送信した信号（情報、データ）を、トランシーバ６を介して受信して、所定の制御を行う。例えば、コンピュータ７は、携帯端末１からの信号を用いてユーザ認証を行い、認証結果に応じてセキュリティ扉（不図示）の開錠／施錠や、改札機などのゲートの開閉などを行うものとする。
【００１５】
トランシーバ６は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である人体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。
【００１６】
トランシーバ６に接続される壁電極５は、携帯端末１と電界通信を行うために、コンピュータ７の制御対象（例えば扉、ゲート等）の近傍の壁に設置されている。壁電極５は、表面が絶縁シートで覆われている。図示する電界通信システムでは、トランシーバ６に接続される電極は、壁に設置された壁電極６としたが、壁電極６に限定されるものではない。トランシーバ６に接続される電極は、壁以外の場所（例えば、改札機など）に配置されていてもよい。
【００１７】
本実施形態の床は、２重床構造となっており、鉄筋コンクリート床１８の上に２重床１７が配置されている。２重床１７とコンクリート床１８との間には、電力ケーブル、通信ケーブルなどの埋設ケーブル１９が配置されている。２重床１７には鉄などの導電性材料が使用されるため、２重床１７は、埋設ケーブル１９からの静電性の雑音や、放射による誘導雑音などの床雑音を拾ってしまう。図１では、このような床雑音を、雑音電圧ＶＮ１６で示している。
【００１８】
本実施形態の床電極３は、２重床１７から浮かせて（離して）設置され、また、ユーザ２が壁電極５に接触（タッチ）するのに適切な位置に設置されている。床電極３は、表面が絶縁シートで覆われている。
【００１９】
反共振回路（並列共振回路）４は、床電極３と２重床１７との間に形成される寄生容量Ｃ０を利用して、床電極３と２重床１７との間にインダクタＬ０を接続して構成される。本実施形態では、この反共振回路４を用いることにより、ユーザの人体を２重床１７の床面から十分離すのと等価な状況を作り出し、床雑音がユーザの人体を介して壁電極５およびトランシーバ６に混入することを防止する。すなわち、導電性の床電極３（踏み板）を、２重床１７から絶縁して、２重床１７との容量結合による雑音がユーザの人体に混入されることを防止する。
【００２０】
図２に、図１に示す電界通信システムの等価回路を示す。
【００２１】
Ｚ１は、床電極３と人体２との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Ｚ２は、壁電極５と人体２との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Ｚ３は、携帯端末１と壁（導電性）との容量結合によるインピーダンスであって、比較的大きい。Ｚ４は、トランシーバ６の受信回路の入力インピーダンスであって、例えば１ｋΩ程度である。Ｚ０は、反共振回路４によるインピーダンスである。
【００２２】
ここで、Ｚ１とＺ２をゼロと近似して、かつ（Ｚ３≫Ｚ４）の関係を適用すると、Ｚ４に誘起される雑音電圧Ｖ４は、次のように近似できる。
【数１】
2012244516.tif 000003
【００２３】
これにより、反共振回路４のインピーダンスＺ０を大きくすることで、Ｚ４に誘起される雑音電圧Ｖ４を小さくすることができる。
【００２４】
したがって、反共振回路４を用いて、電界通信で使用されるキャリア周波数ｆ０において、Ｚ０が最大になるようにインダクタＬ０を設定（設計）する。
【００２５】
すなわち、トランシーバ６で使用する電界通信のキャリア周波数を、反共振回路４の共振周波数Ｆ０とし、以下の式を満たすインダクタＬ０を算出し、設定する。
【数２】
2012244516.tif 000004
【００２６】
なお、床電極３と２重床１７との間に形成される寄生容量Ｃ０は、物理的な構造により定まる値である。また、電界通信のキャリア周波数ｆ０も、予め定められた所定の周波数（人体を伝送路とする通信の場合、例えば、数十ＭＨｚ以下）である。したがって、上記式によりインダクタＬ０を算出することができる。
【００２７】
図３は、雑音電圧Ｖ４と周波数ｆとの関係を示すグラフであって、キャリア周波数（共振周波数）ｆ０において雑音電圧Ｖ４が減少することを示している。
【００２８】
このようなインダクタＬ０を設定した反共振回路４を備えることで、反共振回路４が無限大のインピーダンスとなるため、２重床１７からの床雑音を遮断する。すなわち、共振周波数ｆ０において、２重床１７から浮かせて設置した床電極３は、２重床１７から電気的に切り離されるため、床雑音を遮断することができる。
【００２９】
次に、床電極の変形例について説明する。
【００３０】
図４は、床電極の変形例を示すものである。図１に示す床電極３は、２重床１７から浮かせて設置し、床電極３と２重床１７とをインダクタＬ０で接続した反共振回路４を用いた。これに対し、図４の床電極は、第１の床電極３Ａと第２の床電極３Ｂとを備える一対の床電極であり、反共振回路４Ａは、第１の床電極３Ａと第２の床電極３Ｂとの間に形成される寄生容量Ｃ０を利用して、第１の床電極３Ａと第２の床電極３Ｂとの間にインダクタＬ０を接続する。
【００３１】
図４に示す床電極を用いることで、２重床１７に対する施工が不要になり、任意の場所に床電極を容易に設置することができる。また、図４に示す床電極においても、図１と同様に、２重床１７から電気的に切り離されるため、床雑音を遮断することができる。
【００３２】
図５は、図１に示すトランシーバ６の構成例である。トランシーバ６は、電界信号検出技術を利用していて、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。具体的には、コンピュータ７からの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路９０１を介して受け取ると、この送信データを送信回路９０２を介して壁電極（Ｓ＋、Ｓ−）５に供給し、当該電極を介して電界伝達媒体に電界を誘起させ、この電界を電界伝達媒体の他の部位に伝達させる。また、トランシーバ６は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を壁電極（Ｓ＋、Ｓ−）５で検出し、この電界を電界検出部９０５に結合して電気信号に変換する。そして、この電気信号は、信号処理回路９０６で増幅、ノイズ除去などの信号処理を施され、更に波形整形回路９０７で波形整形がなされ、入出力回路９０１を介してコンピュータ７に出力するようになっている。
【００３３】
図６は、携帯端末１の構成を示すブロック図である。図６に示すように、携帯端末１は、一対の電界通信用の電極（Ｓ＋）１０１Ａおよび電極（Ｓ−）１０１Ｂと、電源としての電池１０４と、電界通信を行うトランシーバ１０２と、コンピュータ（マイコン）１０３とを備える。一対の電極１０１Ａと１０１Ｂは、トランシーバ１０２に接続されている。携帯端末１のトランシーバ１０２は、図５に示すトランシーバ６と同様に、電界伝達媒体を介して電界通信を行うものである。また、コンピュータ１０３は、例えば、メモリなどの記憶部にＩＤが記憶され、トランシーバ１０２を用いて、当該ＩＤを含むＩＤ信号を送信するものとする。
【００３４】
次に、本発明の比較例である電界通信システムについて説明する。
【００３５】
図７は、比較例の電界通信システムを示す図である。図８は、図７に示す電界通信システムの等価回路である。
【００３６】
比較例の電界通信システムでは、床電極および反共振回路を設けていない。２重床１７の上にユーザ２が直接立っている（接触している）ため、２重床１７とコンクリート床１８との間の埋設ケーブルからの静電性の雑音や、放射による誘導雑音などの床雑音が、ユーザ２の人体を介して壁電極５およびトランシーバ６に伝達される。これにより、携帯端末１から送信される信号に床雑音が混入し、Ｓ／Ｎ比が悪化してしまい、通信品質が低下する。
【００３７】
また、図８に示す等価回路では、Ｚ１は、２重床１７と人体２との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Ｚ２は、壁電極５と人体２との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Ｚ３は、携帯端末１と壁（導電性）との容量結合によるインピーダンスであって、比較的大きい。Ｚ４は、トランシーバ６の受信回路の入力インピーダンスであって、例えば１ｋΩ程度である。
【００３８】
ここで、Ｚ１とＺ２をゼロと近似して、かつＺ３とＺ４が雑音源ＶＮに対して並列であることに着目すると、Ｚ４に誘起される雑音電圧Ｖ４は、Ｖ４＝ＶＮのように近似され、トランシーバ６の受信回路に床雑音が減衰することなく伝達される。
【００３９】
これに対し、図１に示す本実施形態の電界通信システムでは、２重床１７から浮かせて設置した床電極３と、当該床電極３と２重床１７との間に形成される寄生容量を利用して、床電極３と２重床１７との間にインダクタを接続した反共振回路４と、を備える。これにより、本実施形態では、床電極３は２重床１７から電気的に切り離され、床雑音のユーザへの混入を遮断することができる。具体的には、床雑音がユーザの人体を介して壁電極５およびトランシーバ６に伝達され、携帯端末１から送信される信号に床雑音が混入し、通信品質が低下することを防止することができる。
【００４０】
また、図４に示す床電極の変形例の電界通信システムでは、２重床１７に設置した一対の床電極３Ａ、３Ｂと、一対の床電極３Ａ、３Ｂの間に形成される寄生容量を利用して、一対の床電極３Ａ、３Ｂの間にインダクタを接続した反共振回路４Ａと、を備える。これにより、一対の床電極３Ａ、３Ｂは２重床１７から電気的に切り離され、床雑音のユーザへの混入を遮断することができる。具体的には、床雑音がユーザの人体を介して壁電極５およびトランシーバ６に伝達され、携帯端末１から送信される信号に床雑音が混入し、通信品質が低下することを防止することができる。  なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、本実施形態のトランシーバ６は、一対の電極（Ｓ＋）、電極（Ｓ−）から信号を入力し、差動アンプで同相雑音を除去するものであるが、信号電極およびグランド電極を用いる構成であってもよい。
【００４１】
また、本実施形態のトランシーバは、送受信可能なトランシーバとして記載しているが、送信回路を有しない、受信動作のみを行うトランシーバであってもよい。また、本実施形態の携帯端末１のトランシーバも、送受信可能なトランシーバとして記載しているが、受信回路を有しない、送信動作のみを行うトランシーバであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１    携帯端末
２    ユーザ
３    床電極
３Ａ  一対の床電極
４、４Ａ  反共振回路
５    壁電極
６    トランシーバ
７    コンピュータ
１７  ２重床
１８  コンクリート床
【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】
2012244516.tif 000011
【図８】
2012244516.tif 000012
【図９】
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