(57)【要約】【課題】送信装置でのデータ搬送に関る消費電力を最大限削減したデータ転送システムを提供することを課題とする。【解決手段】輻射信号を発生させる発信装置及び、前記輻射信号を非接触で受信する受信装置を備えたデータ転送システムであって、前記発信装置は、２値のデジタル信号系列のデータ信号を生成する生成部と、前記生成部によって生成された前記２値のデジタル信号の電圧変化に伴って輻射信号を発生させる輻射部と、を備え、前記受信装置は、前記生成部の動作周波数と同一の周波数単位で、前記輻射信号を受信する受信部と、前記周波数単位で受信した単位信号から、前記データ信号を復元する復元部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輻射信号を発生させる発信装置及び、前記輻射信号を非接触で受信する受信装置を備えたデータ転送システムであって、
前記発信装置は、２値のデジタル信号系列のデータ信号を生成する生成部と、
前記生成部によって生成された前記２値のデジタル信号の電圧変化に伴って輻射信号を発生させる輻射部と、を備え、
前記受信装置は、前記生成部の動作周波数と同一の周波数単位で、前記輻射信号を受信する受信部と、
前記周波数単位で受信した単位信号から、前記データ信号を復元する復元部と、を備えることを特徴とするデータ転送システム。
【請求項２】
前記輻射部で発生する輻射信号は、不足制動の過渡応答であることを特徴とする請求項１に記載のデータ転送システム。
【請求項３】
前記復元部は、前記単位信号の少なくとも一部に対して周波数成分解析を行い、解析データを出力する解析手段と、
前記解析データを用いて前記データ信号の信号値を復元する復元手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデータ転送システム。
【請求項４】
前記復元部は、前記解析データが、前記輻射信号によるものであるかを判定し、判定データを出力する判定手段を備え、
前記復元手段は、前記解析データ及び前記判定データを用いて前記データ信号の復元を行い、
前記判定データが無効の場合、復元対象の単位信号に対する信号値として、一つ前の単位信号に対する信号値が保持されることを特徴とする請求項３に記載のデータ転送システム。
【請求項５】
前記復元部は、前記輻射信号の応答範囲を有する有効データ範囲を前記単位信号から検索する検索手段と、
前記単位信号から有効データ範囲のデータを抽出する抽出手段と、を備え、
前記解析手段は、前記抽出手段で抽出したデータに対して周波数成分解析を行うこと、を特徴とする請求項３又は請求項４に記載のデータ転送システム。
【請求項６】
前記復元部は、前記有効データ範囲の再検索要求を行う再検索手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のデータ転送システム。
【請求項７】
２値のデジタル信号系列のデータ信号の電圧変化に伴って発生する輻射信号から、データ信号の復元を行う為の受信装置であって、
前記データ信号の生成時の動作周波数と同一の周波数単位で、前記輻射信号を受信する受信部と、
前記周波数単位で受信した単位信号から、前記データ信号を復元する復元部と、を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項８】
２値のデジタル信号系列の電圧変化に伴って輻射信号を発生させるステップと、
前記輻射信号を検出し、周波数成分解析を行うことで、前記輻射信号から前記２値のデジタル信号系列を復元するステップと、を備えることを特徴とするデータ転送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ信号の生成に伴って発生した輻射信号を受信し、輻射信号を処理する為のデータ転送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物上や対象物内、対象の発生場所に設置されてデータを取得したり、対象物内を移動しながらデータを取得して、非接触でデータ送信を行う送信装置が利用されている。このように非接触でデータ送信を行う送信装置として、例えば、コンタクトレンズ型の計測装置や、義歯型の計測装置、体内埋め込み型の計測装置、医療用に利用されるカプセル内視鏡などが挙げられる。
【０００３】
カプセル内視鏡は、対象の画像（連続画像）を撮影して画像データ化し、符号化された画像データを変調回路によって搬送波に乗せ、カプセル内視鏡本体に設けられたアンテナから出力する。受信装置は、受信した符号化された画像データを復調回路によって復調して、復調された符号化画像データを更に復号化することで、撮影された画像データを復元する（例えば特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、撮影開始信号を受信後に撮影を開始させる構成を備えた、カプセル内視鏡に関る技術が記載されている。このような構成を備えることによって、不要な撮影位置での画像データの生成を無くし、小型の送信装置における電力利用の効率化が達成された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０８２６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のような送信装置では、画像撮影部や集音部等のデータ情報の生成を行うデータ生成部分と、生成したデータを搬送波に乗せて出力するデータ搬送部分と、で電力が消費されている。
【０００７】
特許文献１に記載の技術によって、データ生成の開始タイミング等を調節することが可能となり、不要なデータの生成並びにその搬送を防ぐことができる。これにより、送信装置の消費電力を抑え、重要な撮影位置での撮影量を増加させることが可能となった。
【０００８】
しかしながら、従来の技術では、送信装置に設けられたバッテリーから、データ生成部分に割り当て可能な電力の量そのものを増加させることは出来ない。そのため、バッテリーの限られた電池容量で、データ生成に関る電力とデータ搬送に関る電力を供給する必要があり、データ生成部分で生成可能なデータの量や質が制限されていた。
【０００９】
本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであり、送信装置でのデータ搬送に関る消費電力を最大限削減したデータ転送システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、輻射信号を発生させる発信装置及び、前記輻射信号を非接触で受信する受信装置を備えたデータ転送システムであって、前記発信装置は、２値のデジタル信号系列のデータ信号を生成する生成部と、前記生成部によって生成された前記２値のデジタル信号の電圧変化に伴って輻射信号を発生させる輻射部と、を備え、前記受信装置は、前記生成部の動作周波数と同一の周波数単位で、前記輻射信号を受信する受信部と、前記周波数単位で受信した単位信号から、前記データ信号を復元する復元部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このような構成とすることで、データ信号の生成に伴って発生する輻射信号を検出し、この輻射信号から前記データ信号を復元するデータ転送システムを構成することができる。これにより、発信装置においてデータ信号の搬送のために変調処理等を行う必要がなくなる。そのため、データ信号の転送のために必要となる電力を最大限削減することが可能となり、発信装置のバッテリーからデータ信号の生成部に対して最大限の電力を供給して、データ生成を行わせることができる。
【００１２】
本発明の好ましい形態では、前記輻射部で発生する輻射信号は、不足制動の過渡応答であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい形態では、前記復元部は、前記単位信号の少なくとも一部に対して周波数成分解析を行い、解析データを出力する解析手段と、前記解析データを用いて前記データ信号の信号値を復元する復元手段と、を備えることを特徴とする。
このような構成とすることで、輻射信号からデータ信号を効果的に復元することができる。
【００１４】
本発明の好ましい形態では、前記復元部は、前記解析データが、前記輻射信号によるものであるかを判定し、判定データを出力する判定手段を備え、前記復元手段は、前記解析データ及び前記判定データを用いて前記データ信号の復元を行い、前記判定データが無効の場合、復元対象の単位信号に対する信号値として、一つ前の単位信号に対する信号値が保持されることを特徴とする。
データ信号において、同値の信号値が連続して発生する場合には、輻射信号は発生しない。このような構成とすることで、輻射信号からデータ信号を効果的に復元することができる。
【００１５】
本発明の好ましい形態では、前記復元部は、前記輻射信号の応答範囲を有する有効データ範囲を前記単位信号から検索する検索手段と、前記単位信号から有効データ範囲のデータを抽出する抽出手段と、を備え、前記解析手段は、前記抽出手段で抽出したデータに対して周波数成分解析を行うこと、を特徴とする。
このような構成とすることで、受信装置でのデータの処理量を削減し、高速な復元処理を実現することができる。また、受信部によって前記周波数単位で受信した単位信号から有効データのみを抜き出して処理することで、不要輻射による復元精度の低下を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の好ましい形態では、前記復元部は、前記有効データ範囲の再検索要求を行う再検索手段を備えることを特徴とする。
このような構成とすることで、発信装置と受信装置の位置関係の変化等によって、前記単位信号中における輻射信号の検出位置にずれが生じた場合であっても、その有効データ範囲を補正することができる。そのため、輻射信号の応答を有する適切な範囲で、有効データの抽出を行うことができる。
【００１７】
本発明は、２値のデジタル信号系列のデータ信号の電圧変化に伴って発生する輻射信号から、データ信号の復元を行う為の受信装置であって、前記データ信号の生成時の動作周波数と同一の周波数単位で、前記輻射信号を受信する受信部と、前記周波数単位で受信した単位信号から、前記データ信号を復元する復元部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、データ転送方法であって、２値のデジタル信号系列の電圧変化に伴って輻射信号を発生させるステップと、前記輻射信号を検出し、周波数成分解析を行うことで、前記輻射信号から前記２値のデジタル信号系列を復元するステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、送信装置でのデータ搬送に関る消費電力を最大限削減したデータ転送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に関るデータ転送システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に関る輻射信号の波形例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に関る単位信号のサンプリング例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に関る有効データ範囲を検索する際の処理フローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に関る復元データを決定する際の処理例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に関るデータ転送システムについて説明する。以下に示す実施形態は一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。
【００２２】
図１は、本実施形態に関る信号処理システムの全体を示す機能ブロック図である。符号１はデータ転送システムを、符号２は発信装置を、符号３は受信装置をそれぞれ示している。次いでそれらの詳細について説明する。
【００２３】
発信装置２は、対象についてのデータ信号を生成する生成部２１と、前記データ信号の生成に伴って輻射信号を発生させる輻射部２２と、を備えている。生成部２１は、生成部２１の動作周波数で２値のデジタル信号系列のデータ信号を生成する。データ信号とは、画像データや音声データ、その他検出されたデータ等を表す２値のデジタル信号系列データである。
【００２４】
輻射部２２は、前記生成部２１と接続され、所定の周波数を有するアンテナ構造体によって構成されている。前記生成部２１において２値のデジタル信号系列のデータ信号が生成されると、２値のデジタル信号の電圧変化に伴って輻射信号を発生させる。前記輻射信号は、不足制動の過渡応答である。
【００２５】
図２は、生成部２１の動作周波数と、生成部２１で生成されるデータ信号の波形例、輻射信号の波形例である輻射信号(a)、輻射信号(b)を示す図である。輻射信号は、生成部２１によって生成されるデータ信号のデータ値の変化点において生じる電圧変化に伴って、不足制動の過渡応答が輻射されたものである。この輻射信号は、前記輻射部２２のアンテナ構造体によって特定される周波数成分を有し、時間と共に減衰していく。
【００２６】
データ信号の生成に伴って、輻射信号(a)又は輻射信号(b)の何れかの輻射信号が発生する。データ信号おいて0-1の変化（立ち上がり）が起こった際には、輻射信号(a)／輻射信号(b)何れかの変化点Aに現れるような、rise-fall／fall-rise何れかの過渡応答が生じる。一方、データ信号において1-0の変化（立ち下り）が起こった際には、変化点Bに現れるような、変化点Aと逆位相の過渡応答が生じる。0-1の変化が起こった際に、変化点Aの輻射信号(a)に現れるようなrise-fallの過渡応答が生じるか、変化点Aの輻射信号(b)に現れるようなfall-riseの過渡応答が生じるかは、輻射部２２の向きや受信アンテナの向き等の要因で変化するが、0-1の変化時の不足制動の過渡応答と、その後起こる1-0の変化時の不足制動の過渡応答と、は逆位相の関係となることが分かっている。
【００２７】
受信装置３は、前記輻射信号を検出するための受信アンテナ３１ａを有する受信部３１と、受信した輻射信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換して出力するADコンバータ(Analog Digital Convertor)３２と、出力されたデジタル信号を記憶するRAM３３（記憶部）と、データ信号の復元を行う復元部３４と、を備える。
【００２８】
ADコンバータ３２は、受信アンテナ３１ａで検出した輻射信号のサンプリングを行う。以下、生成部２１の動作周波数と同じ周波数単位で取得された輻射信号のデータを単位信号とする。図３に示すように、本実施形態における単位信号は、１６０個のサンプリングデータADC00~ADC159によって表現され、RAM３３及び後述する復元部３４の抽出手段４２に出力される。なお、図３に示すように、実施形態として、１６０個のサンプリングデータADC00~ADC159はパラレルに表現される場合もある。サンプリングデータは、必ずしもシリアルな順序でRAM３３に記録される必要はなく、サンプリングデータの並べ替え処理を経てパラレルにRAM３３に記録されてもよい。また、復元部３４における処理は、CPU及び復元プログラムによって実行される。更に、図中には現れていないが、RAM３３へのサンプリングデータ書込み回路や、位相同期回路(PLL)等の構成を備える。
【００２９】
また、本実施形態では、受信部３１によって検出された輻射信号を、ADコンバータ３２を用いてデジタル信号に変換して処理を行う場合を例示するが、アナログ信号のまま処理を行うように構成しても良い。また、本実施形態では、復元部３４はCPUを用いたソフトウェア処理によってデータ信号の復元を行うものであるが、ハードウェアによる処理のみで本発明に関わる受信装置３を構成するようにしても構わない。
【００３０】
復元部３４は、一時的にRAM３３に記憶させたサンプリング周波数でサンプリングした単位信号から有効データ範囲を検索する検索手段４１と、検索した有効データ範囲をもとに、サンプリング周波数でサンプリングした単位信号から有効データを抽出する抽出手段４２と、所定条件で検索手段４１による有効データ範囲の検索を再度行わせる再検索手段４３と、単位信号に対して周波数成分解析を行い、解析データを出力する解析手段５１と、前記解析データが輻射信号によるものであるかを判定する判定手段５２と、データ信号を復元する復元手段５３と、を備えている。
【００３１】
検索手段４１は、ADコンバータ３２によって取得された複数個のサンプリングデータからなる単位信号に対して、前記輻射信号の応答範囲を有する有効データ範囲を検索して決定する。本実施形態では、各単位信号の１６０個のサンプリングデータの中から、前記輻射信号の応答範囲を有する３２個の有効データを抽出する為の、有効データ範囲を検索する。有効データ範囲の検索には、一時的にRAM３３に記憶させた所定数k個の単位信号についてのサンプリングデータを用いる。
【００３２】
受信部３１によって検出され、生成部２１の動作周波数と同じ周波数単位で取得された単位信号には、生成部２１におけるデータ信号の生成に起因して発生する不足制動の過渡応答である輻射信号に加えて、周辺の機器などの動作に起因して発生する不要輻射が含まれている。この輻射信号は、前記生成部の動作周波数と同じ周波数単位で発生する為、単位信号中における発生位置に周期性が有る。一方、不要輻射は単位信号中のランダムな発生位置に、ランダムな値で発生する。そのため、検索手段４１を用いて、単位信号の中からこの輻射信号の応答を有するデータを有効データとして切り取るために、有効データ範囲を決定する。
【００３３】
図４は、有効データ範囲を検索する際の一例を示す処理フローチャートである。有効データ範囲を検索する手法は種々考えられるが、本実施形態では、所定数k個の単位信号の各サンプリングデータを積算して、振幅が最大値を取る位置を特定し、有効データ範囲を決定する。S1では、n=0の時の単位信号のサンプリングデータを対象に決定する。S2では、n番目の単位信号nのサンプリングデータをRAM３３から読み出す。単位信号nのサンプリングデータが全て読み出されたなら、単位信号nのそれぞれのサンプリングデータの値を二乗し、単位信号nのサンプリングデータの各値を正の値のみにする（S3）。
【００３４】
S4では、これまでS3で導出した単位信号nの二乗したサンプリングデータを、積算していく。n=0の場合は、積算を行わずにS5に進む。n≧1の場合は、これまでS2において読み出し、S3において二乗した単位信号0〜(n-1)のサンプリングデータを積算する。これにより、単位信号中にランダムに発生する不要輻射の成分を弱め、周期性を持って発生する輻射信号の成分を強めることができる。
【００３５】
S5では、所定数kの単位信号が積算されたか否かが判定される。所定数kの単位信号が積算されていない場合（S5でN）、nを一つ進め（S6）、次の時刻の輻射信号についてS2~S4の処理を行なう。所定数kの単位信号が積算された場合（S5でY）、S7に進む。本実施形態では、k=32を所定数として、一時的にRAM３３に記憶させた３２個の単位信号を用いて積算を行っている。
【００３６】
S7では、積算されたサンプリングデータの振幅最大値から、単位信号中における輻射信号の振幅最大値が検出される位置を導出する。これにより、単位信号中に周期的に現れる最も大きな振幅値が検出された位置が決定する。検索の対象となる不足制動の輻射信号は、生成部２１の動作周波数と同一の周波数単位で周期的に現れる。そのため、各単位信号をサンプリングした１６０個のサンプリングデータのうち、何番目のサンプリングデータに前記輻射信号の最大振幅が現れるのか判別することができる。
【００３７】
なお、積算する単位信号の数kは任意であるが、データ情報の信号値として同一の値が連続して現れる場合には、デジタル信号に電圧変化が生じず、単位信号中に輻射信号の応答が現れない為、生成部２１で決定される所定のデータビットの桁数以上の数の単位信号を積算するのが好ましい。S8では、S7で導出された最大値の発生位置に基づいて、有効データ範囲を決定する。
【００３８】
有効データ範囲はどのような範囲であってもよいが、有効データに対してFFT適用して周波数成分解析を行う場合には、2nの数の有効データを含む範囲とするのがよい。本実施形態では、有効データ範囲に含まれるデータ数を３２個として、S7で導出された振幅最大値の位置から−１６番目のサンプリングデータを、有効データ範囲の開始点としている。本実施形態では、S7で導出した積算されたサンプリングデータの最大値の位置を用いて有効データ範囲を決定しているが、その他の方法によって決定しても構わない。
【００３９】
単位信号中に不足制動の過渡応答である輻射信号が現れる位置は、発信装置２と受信装置３の位置関係や距離の変化に伴って変化する可能性がある。そのため、再検索手段４３を用いて、検索手段４１で決定した有効データ範囲の更新を行う。再検索手段４３は、所定の間隔で、検索手段に再検索の要求を行う。この所定の間隔とは、例えば任意の時間間隔や、任意数の単位信号を処理した際などである。
【００４０】
検索手段４１によって有効データ範囲が決定したなら、抽出手段４２によってその有効データ範囲に含まれるデータを抽出し、解析手段５１で周波数成分解析を行う。抽出手段４２は、ADコンバータ３２から受け取った単位信号のサンプリングデータから、検索手段４１で検索した有効データ範囲のデータを抽出し、解析手段５１に渡す。
【００４１】
解析手段５１は、抽出手段４２から受け取った各単位信号の有効データに対して周波数成分解析を行い、解析データを出力する。本実施形態における方法では、有効データに対してFFTを適用して周波数分布を出力し、信号強度が最大となる周波数について実部と虚部の絶対値の大小比較を行い、大きい方の符号ビットを、解析データとして出力する。
【００４２】
本実施形態では、この出力された符号ビットを解析データとする。符号ビットが０の場合には、解析データを１、符号ビットが１の場合には、解析データを０としている。信号強度が最大となる周波数は、輻射部２２のアンテナ構造体の形状によって特定される周波数である。本実施形態では、出力された周波数成分から、その周波数に最も近い周波数の値を用いて解析データを導出している。その他の方法によって、単位信号の有効データに対して周波数成分解析を行い、解析データを出力するように構成しても構わない。
【００４３】
判定手段５２は、解析手段５１が出力した解析データが、不足制動の過渡応答である輻射信号に起因するか否かを判定するための判定データを出力する。本実施形態では、前記信号強度が最大となる周波数成分の値が、所定の範囲に含まれる場合には、この解析データは輻射信号に起因するものだと判定され、判定データとして判定フラグ１を出力する。所定の範囲に含まれない場合には、この解析データは不要輻射に起因するものだと判定され、判定データとして判定フラグ０を出力する。
【００４４】
復元手段５３では、前記解析手段５１において導出された解析データ及び、前記判定手段５２において導出された判定フラグに基づいて、復元データを導出する。図５は、解析データと判定フラグに基づいて復元データを決定する際の処理例を示す図である。
【００４５】
ｔ０では、解析データが１、判定フラグが１であり、ｔ０の単位信号における解析データは輻射信号に起因するものであるため、処理理後の復元データは１となる。ｔ１では、解析データが０、判定フラグが１であり、処理理後の復元データは０となる。ｔ３では、判定フラグが０であり、ｔ３の単位信号における解析データは不要輻射に起因するものであるため、ｔ２における復元データ１を保持する。判定フラグが０であることは、データ信号が０，０や１，１など、連続して同じ値を取ったことを意味する。この操作により、生成部２１によって生成されたデータ信号が、受信装置３において復元される。
【００４６】
不足制動の輻射は変化点の情報を表しているため、この復元データにおける２値データが実際には反転している場合がある。そのため、復元データのデータ値を、スイッチして反転可能であるのが好ましい。また、取得した復元データか正常か否かを判定し、自動でスイッチするように構成してもよい。
【００４７】
本発明によって、データ信号の生成に伴って発生する輻射信号を受信し、その輻射信号から前記データ信号を復元するデータ転送システムを構成することができる。これにより、発信装置においてデータ信号の搬送のために変調処理等を行う必要がなくなる。そのため、データ信号の転送のために必要となる電力を最大限削減することが可能となり、発信装置のバッテリーからデータ信号の生成部に対して最大限の電力を供給して、データ生成を行わせることができる。
【００４８】
また、発信装置に変調処理などを行う為の回路を設ける必要がなくなるため、必要最低限の回路構成にすることができ、発信装置の更なる小型化や、発信装置での発熱量を低減させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  データ転送システム
２  発信装置
２１  生成部
２２  輻射部
３  受信装置
３１  受信部
３１（ａ）  受信アンテナ
３２  ADコンバータ
３３  記憶部（RAM）
３４  復元部
４１  検索手段
４２  抽出手段
４３  再検索手段
５１  解析手段
５２  判定手段
５３  復元手段
【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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