(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリアル通信線に接続可能なシリアル通信端子と、
近接通信用のコイルアンテナと、
シリアル通信器と、
前記シリアル通信端子に接続されている第１端子と、前記コイルアンテナに接続されている第２端子と、前記シリアル通信器と接続されている第３端子を備えている信号中継器であって、前記第１端子と前記第３端子の間および前記第２端子と前記第３端子の間では信号を伝達し、前記第１端子と前記第２端子の間がアイソレーションされている信号中継器と、
を備えている、２ウェイ通信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、一対の通信線を介した通信と無線近距離通信の２種類の通信方式で通信可能な２ウェイ通信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
衣服の表裏に導電シートを貼着するとともに、その衣服に複数の小型デバイスを分散配置した装置が知られている（例えば特許文献１、２）。衣服の表裏に貼着された導電シートはシリアル通信線として利用される。夫々の小型デバイスは、温度センサやＬＥＤなどである。小型デバイスが温度センサの場合、導電シートに接続された親機がそれぞれの小型デバイスから温度データを取得する。小型デバイスがＬＥＤの場合、親機からの指令で特定のＬＥＤが点灯する。小型デバイスは、導電シート（シリアル通信線）を介した通信が可能な通信器を備えており、その通信器で親機と通信する。特許文献１、２には、衣服に取り付ける小型デバイスに好適な小型低コストの通信器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３７７２９０号
【特許文献２】特開２０２０−１９５０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２のように衣服上のすべての小型デバイスが電気的に並列接続されている系において、それぞれの小型デバイスに個別のデータ伝送を行うためには、それぞれの小型デバイスに固有の識別子を付与した上で、宛先となる識別子を含めてデータを送信することが必要となる。特に、小型デバイスの位置と対応付けられた個別の情報を伝送する目的においては、それぞれの小型デバイスの位置と識別子とを関連付ける必要がある。一例として、それぞれの小型デバイスが一つのＬＥＤを有しており、これを縦横にマトリクス状に配置したＬＥＤディスプレイを衣服上に形成するといった用途においては、ＬＥＤの点灯・消灯状態をその位置と対応させて制御する必要があり、小型デバイスの位置と識別子との対応関係が、制御装置（親機）において既知である必要がある。
【０００５】
予め識別子を割り当てた複数の小型デバイスを衣服に分散配置することが考えられる。しかしその場合、衣服に取り付ける前の同一外観の複数の小型デバイスのそれぞれに識別子を記したタグを付すなどして識別できるようにしておかなければならないという煩雑さが伴う。このことは、工業的な製造工程において大きな制約となり得る。例えば、大量生産される工業製品において、ねじのような共通の部品は、当然、その一つ一つを区別することなく、同一品種のねじならばどの個体をどのねじ穴に挿入してもよい。同一外観の複数の小型デバイスを、不可視の内部的な識別子情報に応じて所定の位置に正しく固定しなければならないという状況は、ねじを一つ一つ見分けて所定の位置に挿入しなければならない状況に例えることができ、工業的な製造工程におけるその制約は大きい。
【０００６】
上記の課題解決の一案は、識別子を割り当てる前の複数の小型デバイスを衣服に取り付けた後に、それぞれの小型デバイスに対してローカル通信により識別子を割り当てることである。識別子の送信器が、非常に密に近接したただ一つの小型デバイスに対してのみ識別子を送信／書き込みできるものとし、隣接した小型デバイスとの混同が生じ得ないことを仮定する。送信器を近接させる作業を行う作業者は、目視により近接した送信対象の小型デバイスの位置を認識することができ、その位置に対して所定の識別子を送信するように作業者が送信器を操作することで、小型デバイスの位置と識別子の間の所定の対応関係が実現されることになる。あるいは、手先に送信器を有するロボットが、手先の座標と識別子を対応させながら識別子の書き込みを行うなどにより自動化された工程でも同様である。
【０００７】
この場合、小型デバイスに、シリアル通信線によるマルチ通信機能と、一対一のローカル通信機能が必要になる。マルチ通信機能を有するデバイスも、近接通信などの一対一のローカル通信機能を有するデバイスも既知である。しかしながら、衣服に取り付けるような小型デバイスに２種類の通信器を搭載することは現実的ではない。本明細書は、シリアル通信線を用いた通信と一対一のローカルな無線通信の２種類の通信機能を同時に備えた通信器を小型低コストで実現する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書は、２種類の異なる通信方式で通信可能な２ウェイ通信装置を開示する。その通信装置は、シリアル通信線に接続可能なシリアル通信端子と、近接通信用のコイルアンテナと、シリアル通信器と、信号中継器を備える。信号中継器には、シリアル通信端子とコイルアンテナとシリアル通信器が接続される。信号中継器は、シリアル通信端子に接続されている第１端子と、コイルアンテナに接続されている第２端子と、シリアル通信器と接続されている第３端子を備えており、第１端子と第３端子の間および第２端子と第３端子の間では信号を伝達し、第１端子と第２端子の間がアイソレーションされている。信号中継器は、シリアル通信端子とシリアル通信器の間、および、コイルアンテナとシリアル通信器の間では信号を伝達する。一方、信号中継器は、シリアル通信端子とコイルアンテナの間では信号を遮断する。上記した信号中継器には、パワーコンバイナあるいはパワーディバイダと呼ばれる素子を用いることができる。この２ウェイ通信装置は、シリアル通信端子とコイルアンテナとシリアル通信器を上記した信号中継器で接続することで、シリアル通信器が、シリアル通信端子を通じて送られてくる信号と、コイルアンテナを通じて送られる信号の両方を扱うことができる。コイルアンテナを通じて送られてくる信号は、信号中継器で遮断されるのでシリアル通信端子へは伝達されない。すなわち、コイルアンテナを通じて送られてくる信号は、シリアル通信線に接続された別の通信器には届かない。コイルアンテナを用いたローカル通信が実現する。本明細書が開示する技術は、２種類の通信方法を、シンプルかつ低コストで実現することができる。
【０００９】
なお、シリアル通信線を用いた通信機能とローカルな通信機能を有する小型低コストの２ウェイ通信器は、識別子の割り当て以外にも利用価値がある。それゆえ、本明細書が開示する技術は、識別子の割り当て以外の目的にも利用することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の２ウェイ通信器を含むウエアラブルセンサシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図を参照して実施例の２ウェイ通信器１００を説明する。２ウェイ通信器１００は、人体各所の温度を計測するウエアラブルセンサシステム２に組み込まれている。ウエアラブルセンサシステム２は、多数のセンサモジュール１０、１０ａ、１０ｂ等と、親機３０とシリアル通信線３を備える。シリアル通信線３は、衣服の表裏に貼着された導電シートであり、複数のセンサモジュール１０、１０ａ、１０ｂ等は、衣服の各所に取り付けられており、人体各所の温度を計測する。それぞれのセンサモジュールが計測した温度はシリアル通信線３を介して親機３０に送られる。
【００１２】
シリアル通信線３は、信号線３ａとグランド線３ｂの２線の通信線である。グランド線３ｂは、ウエアラブルセンサシステム２に接続された複数のデバイスに共通のグランド電位を与える。シリアル通信線３は、親機３０とそれぞれのセンサモジュール１０、１０ａ、１０ｂ等との間で信号を伝送するだけでなく、不図示の電源からセンサモジュール１０、１０ａ、１０ｂ等へ電力を供給する電力線としても機能する。２線の通信線で電力と信号を送る方法は、例えば文献（特許第６３７７２９０号）を参照されたい。
【００１３】
センサモジュール１０、１０ａ、１０ｂ等はすべて同じ構造を有している。以下、センサモジュール１０について説明する。
【００１４】
センサモジュール１０は、温度センサ２０と２ウェイ通信器１００を備えている。温度センサ２０は、入出力端子２１とグランド端子２２を備えている。入出力端子２１は２ウェイ通信器１００の第２信号端子１１３に接続されており、グランド端子２２はシリアル通信線３のグランド線３ｂに接続されている。先に述べたように、シリアル通信線３は電力も伝送する。温度センサ２０は、シリアル通信線３を通じて供給される電力で動作する。電力伝送系の回路は図示を省略した。
【００１５】
２ウェイ通信器１００は、シリアル通信線３に接続されており、親機３０と通信することができる。温度センサ２０が計測した温度が２ウェイ通信器１００とシリアル通信線３を介して親機３０へ送信される。
【００１６】
センサモジュール１０に組み込まれた２ウェイ通信器１００について説明する。２ウェイ通信器１００は、シリアル通信端子１０１、グランド端子１０２、コンデンサ１０３、シリアル通信器１１０、信号中継器１３０、コイルアンテナ１２０を備えている。
【００１７】
シリアル通信端子１０１はシリアル通信線３の信号線３ａに接続され、グランド端子１０２はシリアル通信線３のグランド線３ｂに接続される。
【００１８】
シリアル通信器１１０は、例えばＲＳ４８５などの既知の規格に準拠したシリアル通信を行うことができるデバイスである。シリアル通信器１１０は、第１信号端子１１１、第２信号端子１１３、グランド端子１１２を備える。ＲＳ４８５規格の通信器は、他にも端子を備えるが、ここでは、説明に必要な端子だけに注目する。なお、温度センサ２０と同様に、シリアル通信器１１０も、シリアル通信線３を通じて供給される電力で動作する。
【００１９】
第１信号端子１１１は、信号中継器１３０を介してシリアル通信線３の信号線３ａとコイルアンテナ１２０の一端１２０ａに接続されている。信号中継器１３０については後述する。グランド端子１１２は、シリアル通信線３のグランド線３ｂに接続される。シリアル通信器１１０は、第１信号端子１１１で受けた信号を受信するとともに、第１信号端子１１１へ信号を出力することができる。先に述べたように、シリアル通信器１１０は、シリアル通信線３を介して親機３０と通信することができる。
【００２０】
第２信号端子１１３は温度センサ２０の入出力端子２１に接続されている。先に述べたように、シリアル通信器１１０は、温度センサ２０が計測した温度データを、第２信号端子１１３を通じて取得する。シリアル通信器１１０は、温度センサ２０から取得した温度データを既知の通信プロトコルに則って親機３０へ送信する。
【００２１】
信号中継器１３０は、第１端子１３１、第２端子１３２、第３端子１３３を備えている。第１端子１３１は、コンデンサ１０３を介してシリアル通信端子１０１に接続されている。別言すれば、第１端子１３１は、コンデンサ１０３を介してシリアル通信線３の信号線３ａに接続される。コンデンサ１０３は、信号線３ａを通じて送られる信号の直流成分（より正確には、所定の遮断周波数よりも低い帯域成分）を遮断する。第２端子１３２はコイルアンテナ１２０の一端１２０ａに接続されており、第３端子１３３はシリアル通信器１１０の第１信号端子１１１に接続されている。
【００２２】
信号中継器１３０は、第１端子１３１と第３端子１３３の間、および、第２端子１３２と第３端子１３３の間では信号を伝達し、第１端子１３１と第２端子１３２の間では信号を遮断する。より具体的には、第１端子１３１と第３端子１３３の間、および、第２端子１３２と第３端子１３３の間は、低損失（例えば損失５ｄＢ以下）で接続されているので信号が伝達される。第１端子１３１と第２端子１３２の間は損失が大きく（例えば損失２５ｄＢ以上）、アイソレーションされている。信号中継器１３０には、既存のパワーディバイダあるいはパワーコンバイナと呼ばれているデバイスの原理を適用することができる。パワーディバイダあるいはパワーコンバイナは電力を要しない受動素子だけで構成される。信号中継器も電力を要しない。
【００２３】
コイルアンテナ１２０の他端１２０ｂは、グランド端子１０２に接続されている。コイルアンテナ１２０は、近接通信用のアンテナであり、他の近接通信器のアンテナとの間で信号を授受することができる。
【００２４】
信号中継器１３０の役割を説明する。信号中継器１３０は、シリアル通信端子１０１とシリアル通信器１１０の間で信号を伝達するとともに、コイルアンテナ１２０とシリアル通信器１１０の間で信号を伝達するが、シリアル通信端子１０１とコイルアンテナ１２０の間では信号を遮断する。
【００２５】
シリアル通信線３（信号線３ａ）を通じて送られる信号は、信号中継器１３０を介してシリアル通信器１１０に届く。しかし、シリアル通信線３を通じて送られる信号は、コイルアンテナ１２０には流れない。一方、コイルアンテナ１２０に相手側の近接通信装置を近づけ、近接通信装置がコイルアンテナ１２０に送った信号は、信号中継器１３０を介してシリアル通信器１１０に届く。しかし、コイルアンテナ１２０を通じて送られる信号は、シリアル通信線３の信号線３ａには流れない。このように、シリアル通信器１１０はシリアル通信線３を通じて送られてくる信号と、コイルアンテナ１２０を通じて送られてくる信号のいずれも受信することができる。
【００２６】
なお、コイルアンテナ１２０が伝送することのできる信号レベルと周波数には制限がある。より具体的には、コイルアンテナ１２０は、所定の遮断周波数以下の信号は遮断する。シリアル通信器１１０には、コイルアンテナ１２０の特性に対応した信号を受信可能なデバイスが選定されればよい。この点については後に詳しく説明する。
【００２７】
２ウェイ通信器１００では、シリアル通信線３を介した通信のプロトコルとして従来のプロトコルを採用することができる。ＲＳ４８５、ＲＳ４２２などのデジタルの通信プロトコルであってもよいし、振幅偏移変調（ＡＳＫ）方式や、周波数偏移変調（ＦＳＫ）方式などのプロトコルであってもよい。すなわち、ＲＳ４８５、ＲＳ４２２などの通信プロトコルに準拠した既存の通信チップ、あるいは、振幅偏移変調（ＡＳＫ）方式や周波数偏移変調（ＦＳＫ）方式に準拠した既存の通信チップをシリアル通信器１１０に利用することができる。
【００２８】
厳密には、シリアル通信器１１０には、既知の規格に準拠しつつ、所定の遮断周波数よりも低い成分が遮断された信号に対応する通信デバイスが利用可能である。ＲＳ４８５、ＲＳ４２２などの通信プロトコルに準拠した既存の通信チップを利用する場合、所定の遮断周波数よりも低い帯域の成分が遮断された信号に対応するようにアレンジが必要とされる。これは次の理由による。コイルアンテナ１２０は、所定の遮断周波数よりも低い帯域の信号は通さない。信号線３ａを介して送られる信号は、コンデンサ１０３によって遮断周波数よりも低い帯域は遮断される。別言すれば、コンデンサ１０３の容量は、シリアル通信端子１０１を通じて信号中継器１１０に送られる信号の帯域が、コイルアンテナ１２０が通す信号の帯域と同じになるように選定される。コンデンサ１０３を備えることで、コイルアンテナ１２０を介して送られる信号と、信号線３ａを介して送られる信号の帯域が統一される。シリアル通信器１１０には、統一された帯域の信号に対応する通信デバイスが採用される。逆にいえば、コンデンサ１０３によって信号線３ａを介して送られてくる信号の帯域をコイルアンテナ１２０が伝える信号帯域と揃えることで、シリアル通信器１１０は、信号線３ａとコイルアンテナ１２０のどちらからの信号も受信できるようになる。ＲＳ４８５、ＲＳ４２２などの通信プロトコルに準拠した既存の通信チップを本実施例のシリアル通信器１１０に対応させるアレンジは、容易に実現できるので詳しい説明は割愛する。シリアル通信端子１０１と信号中継器１１０の間には、コイルアンテナ１２０と同じ信号通過帯域を有するフィルタ（コンデンサ１０３を含むフィルタ）を接続してもよい。
【００２９】
シリアル通信器１１０の中にフィルタ１０３の機能が含まれていれば、フィルタ１０３は不要である。あるいは、親機３０とシリアル通信器１１０との間の通信プロトコルの仕様によっては、フィルタ１０３が不要な場合もある。コイルアンテナ１２０を通じて送られてくる信号の帯域が、親機３０とシリアル通信器１１０の間の通信プロトコルの物理層の仕様の許容範囲であれば、シリアル通信器１１０はコイルアンテナ１２０を通じた信号を受信することができる。別言すれば、シリアル通信器１１０が受信可能な信号レベルと周波数には制限があるが、親機３０、および、コイルアンテナ１２０に対応した近接通信装置には、シリアル通信器１１０の性能に対応した信号を出力可能なデバイスが選定されればよい。図１のコンデンサ１０３は、シリアル通信器１１０の性能に対応するようにシリアル通信線３の信号を調整する工夫の一例である。
【００３０】
シリアル通信器１１０が第１信号端子１１１を通じて発信する信号は、シリアル通信線３（信号線３ａ）とコイルアンテナ１２０のいずれにも流れる。シリアル通信器１１０が発する信号は、シリアル通信線３を通じて親機３０が受信することができるし、コイルアンテナ１２０に近づけた近接通信装置でも受信することができる。ただし、シリアル通信器１１０が発する信号は、コンデンサ１０３を介して信号線３ａに流れるので、親機３０は、遮断周波数よりも低い帯域が遮断された信号に対応する仕様である。
【００３１】
コイルアンテナ１２０を介して近接通信装置に信号（データ）を送ることを望まない場合は、近接通信装置をコイルアンテナ１２０に近づけなれなければよい。コイルアンテナ１２０を介して信号を送りたいが親機３０へは信号（データ）を送信することを望まない場合は、信号（データ）にヘッダ領域を設け、そのヘッダ領域に信号（データ）の送り先を指定するようにプロトコルを構築すればよい。
【００３２】
上記したように、実施例の２ウェイ通信器１００は、シリアル通信線３を介した通信と、コイルアンテナ１２０を介した無線近接通信の２つの通信方式を実現することができる。シリアル通信線を通して通信を行う通信器（例えばネットワーク通信器）も、コイルアンテナを通して通信を行う通信器（例えばカードリーダ）も既に存在する。しかし、実施例の２ウェイ通信器１００は、独立した２個の通信器（例えば、ネットワーク通信器とカードリーダ）を要しないので、２種類の通信方式を小型低コストで実現することができる。
【００３３】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例では、２ウェイ通信器１００は、温度センサ２０の計測データを親機３０へ送信する。２ウェイ通信器１００は、温度センサを利用したウエアラブルセンサシステム２以外にも適用可能である。例えば温度センサ２０の代わりにＬＥＤ点灯回路をシリアル通信器１１０の第２信号端子１１３に接続してもよい。
【００３４】
ＬＥＤ点灯回路と２ウェイ通信器１００を備えた複数のＬＥＤモジュールを衣服に取り付けたシステムについて述べる。それぞれのＬＥＤモジュールの２ウェイ通信器１００に、近接通信装置からコイルアンテナ１２０を介して識別子を送る。すなわち、個々のＬＥＤモジュールにローカルな無線通信方式にて識別子を割り当てる。
【００３５】
コイルアンテナ１２０に近接通信装置を近づける際に作業者はＬＥＤモジュール（２ウェイ通信器１００）の位置と識別子を対応付けて把握することができる。全てのＬＥＤモジュールに識別子を割り当てた後、親機３０から特定の識別子とＬＥＤ点灯コマンドをシリアル通信線３へ流す。すなわち、シリアル通信線３を通じてデータを送る。特定の識別子が自己の識別子であることを検知したＬＥＤモジュールは、自己のＬＥＤを点灯させる。ＬＥＤモジュールの２ウェイ通信器１００は、無線通信方式とシリアル通信線を介した通信方式の２種類の通信方式を利用できる。
【００３６】
先に述べたように、２ウェイ通信器１００から親機３０あるいは近接通信装置へデータを送ることも可能である。
【００３７】
実施例の２ウェイ通信器１００は、多数のモジュールを衣服等に分散配置するシステムに適用できるほどに小型低コストで実現できる。そのようなシステムは、具体的には、衣服の表裏のそれぞれに貼着された、シリアル通信線として利用する導電シートと、導電シートに分散配置された複数のモジュールであって、実施例の２ウェイ通信器１００とセンサあるいはＬＥＤを備えた複数のモジュールと、導電シートに接続された親機を備える。各モジュールが備えるセンサは、人体各所の温度を計測する。コイルアンテナ１２０を通じたローカル通信で各２ウェイ通信器１００に個別に識別子を割り当てる。識別子を得た２ウェイ通信器１００は、センサの計測データに識別子を付して導電シートに送る。親機は、送られてくる識別子で温度測定箇所を特定することができる。あるいは、親機から識別子を含むコマンドを導電シートに送ると、その識別子を有する２ウェイ通信器１００が反応し、センサやＬＥＤにコマンドを実行させることができる。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
２：ウエアラブルセンサシステム      ３：シリアル通信線      ３ａ：信号線      ３ｂ：グランド線      １０、１０ａ、１０ｂ：センサモジュール      ２０：温度センサ      ２１：入出力端子      ２２：グランド端子      ３０：親機      １００：２ウェイ通信器      １０１：シリアル通信端子      １０２：グランド端子      １０３：コンデンサ      １１０：シリアル通信器      １１１：第１信号端子      １１２：グランド端子      １１３：第２信号端子      １２０：コイルアンテナ      １３０：信号中継器      １３１：第１端子      １３２：第２端子      １３３：第３端子
【要約】
【課題】本明細書は、一対の通信線を介した通信と無線近距離通信の２種類の通信方式で通信可能な通信器を低コストで実現する。
【解決手段】本明細書が開示する２ウェイ通信器、シリアル通信線に接続可能なシリアル通信端子と、近接通信用のコイルアンテナと、シリアル通信器と、信号中継器を備える。信号中継器には、シリアル通信端子とコイルアンテナとシリアル通信器が接続される。信号中継器は、シリアル通信端子とシリアル通信器の間、および、コイルアンテナとシリアル通信器の間では信号を伝達する。一方、信号中継器は、シリアル通信端子とコイルアンテナの間では信号を遮断する。この２ウェイ通信装置は、シリアル通信端子とコイルアンテナとシリアル通信器を上記した信号中継器で接続することで、１個のシリアル通信器が、シリアル通信端子を通じて送られてくる信号と、コイルアンテナを通じて送られる信号の両方を扱うことができる。
【選択図】図１【図１】
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