(57)【要約】【課題】電力を効率的に消費する水中通信装置を提供する。【解決手段】通信装置Ａ（１０Ａ）は、超音波を介して相手局と通信する通信装置であって、通信信号を生成し、生成した前記通信信号を前記相手局に送信する送信部１４と、送信した前記通信信号が前記相手局で反射された反射信号を受信する受信部２２と、前記通信信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間に基づき、前記相手局までの距離を検出する距離計測部２０と、検出した前記距離に応じて前記送信部１４が送信する出力を制御する送信電力決定部３８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】
超音波を介して相手局と通信する通信装置であって、
通信信号を生成し、生成した前記通信信号を前記相手局に送信する送信部と、
送信した前記通信信号が前記相手局で反射された反射信号を受信する受信部と、
前記通信信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間に基づき、前記相手局までの距離を検出する検出部と、
検出した前記距離に応じて前記送信部が送信する出力を制御する制御部と、を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置において、
前記制御部は、前記送信部が送信する送信電力を、前記相手局までの距離に応じて決定し、
前記送信部は、決定した前記送信電力で前記通信信号を送信することを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の通信装置において、
前記制御部は、前記送信電力を所定の頻度で決定することを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信装置において、
前記検出部は、前記送信部が前記通信信号を送信し、前記受信部が前記反射信号を受信するまでに要する時間に基づき、前記相手局との距離を検出することを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信装置において、
前記受信部は、前記相手局から送信される通信信号を更に受信することを特徴とする通信装置。
【請求項６】
超音波を介して一方の通信装置と他方の通信装置間で通信する通信システムであって、
前記一方の通信装置は、
１の通信信号を生成し、生成した前記１の通信信号を前記他方の通信装置に送信する送信部と、
送信した前記１の通信信号が前記他方の通信装置で反射された反射信号を受信する受信部と、
前記１の通信信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間に基づき、前記他方の通信装置までの距離を検出する検出部と、
検出した前記距離に応じて、前記送信部が送信する出力を制御する制御部と、を備え、前記送信部は、前記制御部の制御に関する情報を３の通信信号に含めると共に、前記３の通信信号を前記他方の通信装置に送信し、
前記他方の通信装置は、
２の通信信号を生成し、生成した前記２の通信信号を前記一方の通信装置に送信する送信部と、
前記一方の通信装置から送信される前記３の通信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信する前記３の通信信号から、前記制御に関する情報を抽出する抽出部と、
前記抽出部が抽出する前記情報に応じて、前記送信部が送信する出力を制御する制御部と、を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項７】
超音波を介して相手局と通信する通信方法であって、
通信信号を生成し、生成した前記通信信号を前記相手局に送信する送信工程と、
送信した前記通信信号が前記相手局で反射された反射信号を受信する受信工程と、
前記通信信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間に基づき、前記相手局までの距離を検出する検出工程と、
検出した前記距離に応じて、前記送信工程で送信する出力を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で通信する通信装置、通信システムおよび通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜水中のダイバーは、潜水中の他のダイバーや母船と通信することにより、水中での安全を確保したり情報の交換を行っている。このような水中において互いに通信するための装置として、下記特許文献１に示すような超音波による水中通信装置が提案されている。このような水中通信装置は、電源として電池を使用するため、低消費電力であることが望まれている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７４８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、開示された水中通信装置は、通信相手との距離に依らず、通信信号が一定の出力で送信されることから、電力を効率的に消費することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］
本適用例にかかる通信装置は、超音波を介して相手局と通信する通信装置であって、通信信号を生成し、生成した前記通信信号を前記相手局に送信する送信部と、送信した前記通信信号が前記相手局で反射された反射信号を受信する受信部と、前記通信信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間に基づき、前記相手局までの距離を検出する検出部と、検出した前記距離に応じて、前記送信部が送信する出力を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、通信する相手局との距離を検出し、検出した距離に応じて、送信部の送信出力が制御されるため、通信装置は電力を効率的に消費できる。
【０００８】
［適用例２］
上記適用例にかかる通信装置において、前記制御部は、前記送信部が送信する送信電力を、前記相手局までの距離に応じて決定し、前記送信部は、決定した前記送信電力で前記通信信号を送信することが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、通信相手までの距離が短い場合は、送信電力が低いため消費電力を抑えることができる。
【００１０】
［適用例３］
上記適用例にかかる通信装置において、前記制御部は、前記送信電力を所定の頻度で決定することが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、通信相手までの距離に応じた送信電力が所定の頻度で決定されるため、電力をより効率良く消費できる。
【００１２】
［適用例４］
上記適用例にかかる通信装置において、前記検出部は、前記送信部が前記通信信号を送信し、前記受信部が前記反射信号を受信するまでに要する時間に基づき、前記相手局との距離を検出しても良い。
【００１３】
［適用例５］
上記適用例にかかる通信装置において、前記受信部は、前記相手局から送信される通信信号を更に受信しても良い。
【００１４】
［適用例６］
本適用例にかかる通信システムは、超音波を介して一方の通信装置と他方の通信装置間で通信する通信システムであって、前記一方の通信装置は、１の通信信号を生成し、生成した前記１の通信信号を前記他方の通信装置に送信する送信部と、送信した前記１の通信信号が前記他方の通信装置で反射された反射信号を受信する受信部と、前記１の通信信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間に基づき、前記他方の通信装置までの距離を検出する検出部と、検出した前記距離に応じて、前記送信部が送信する出力を制御する制御部と、を備え、前記送信部は、前記制御部の制御に関する情報を３の通信信号に含めると共に、前記３の通信信号を前記他方の通信装置に送信し、前記他方の通信装置は、２の通信信号を生成し、生成した前記２の通信信号を前記一方の通信装置に送信する送信部と、前記一方の通信装置から送信される前記３の通信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信する前記３の通信信号から、前記制御に関する情報を抽出する抽出部と、前記抽出部が抽出する前記情報に応じて、前記送信部が送信する出力を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、通信する相手局との距離を検出し、検出した距離に応じて、送信部の送信出力が制御されるため、通信装置は電力を効率的に消費できる。
【００１６】
［適用例７］
本適用例にかかる通信方法は、超音波を介して相手局と通信する通信方法であって、通信信号を生成し、生成した前記通信信号を前記相手局に送信する送信工程と、送信した前記通信信号が前記相手局で反射された反射信号を受信する受信工程と、前記通信信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間に基づき、前記相手局までの距離を検出する検出工程と、検出した前記距離に応じて、前記送信工程で送信する出力を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
このような方法によれば、通信する相手局との距離を検出し、検出した距離に応じて、送信工程での送信出力が制御されるため、このような通信方法を採用する通信装置は、電力を効率的に消費できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、２台の通信装置で構成される通信システムについて図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、通信システム５の機能構成を説明する図である。この通信システム５は、一方の通信装置Ａ（１０Ａ）と他方の通信装置Ｂ（１０Ｂ）を備え、これらは超音波を用いて互いに通信することで、水中における半二重通信を想定する。尚、本実施形態１では、通信装置Ａ（１０Ａ）と通信装置Ｂ（１０Ｂ）は、機能構成やハードウェア構成は同一であるため、代表して通信装置Ａ（１０Ａ）の各機能部を説明する。また、図２は、通信装置１０Ａのハードウェア構成を示す図であり、この図も参照して説明する。
通信装置Ａ（１０Ａ）は、データ入力部１２、送信部１４、圧電素子部１８Ａ，１８Ｂ、距離計測部２０、受信部２２、データ出力部２４、操作部３０および制御部３５を備え、防水機能および耐水圧機能を備えるケース（図示は略す。）に実装されている。また、制御部３５は、送信電力決定部３８を備える。この通信装置Ａ（１０Ａ）は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５２、メモリ５４、送信回路６０、受信回路６２およびＩ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒ  Ｆａｃｅ）６４を備え、これらはバス７４によりデータを授受可能に接続されている。また、送信回路６０および受信回路６２には、超音波振動子５８Ａ，５８Ｂがそれぞれ接続され、Ｉ／Ｆ６４には、マイクロフォン６６、イヤフォン６８、表示部７０および操作ボタン７２が接続されている。
【００２０】
データ入力部１２は、通信相手である通信装置Ｂ（１０Ｂ）に送信すべきデータが入力される。本実施形態１では、データ入力部１２は、通信装置Ａ（１０Ａ）を保持する人物の口元に配置されたマイクロフォン６６である。この人物が発する音声は、情報信号に変換されて送信部１４に送られる。尚、データ入力部１２に入力されるデータは、音声データに限定されるものではなく、通信装置Ａ（１０Ａ）を保持する人物の脈拍や血圧等の生体に関するデータであっても良く、また、この人物が入力した種々の情報データであっても良い。
送信部１４は、データ入力部１２から送られる情報信号に基づいて、所定の送信周波数（ｆ１）の通信信号を生成し、生成した通信信号を圧電素子部１８Ａから送信する。より詳細には、送信部１４は、データ入力部１２から送られる情報信号に所定の変調処理を施し、この変調信号を周波数変換し、所定の出力まで増幅して周波数ｆ１の高周波信号として圧電素子部１８に送る。この際、高周波信号は、送信電力決定部３８が決定した送信電力に従い増幅される。尚、変調方式は限定されるものではなく、例えば、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式を採用できる。
加えて、送信部１４は、通信相手である通信装置Ｂ（１０Ｂ）との間の距離を計測すべく、所定のタイミングで距離計測用パルスを生成して送信する。この際、送信部１４は、距離計測用パルスの送信に関する情報を生成し、生成した情報を距離計測部２０に送る。
本実施形態１では、送信部１４は送信回路６０により実現している。また、図示は略すが、所定の周波数帯域の高周波信号を選択的に透過させ、不要な周波数成分を除去するバンドパスフィルタやインピーダンスを整合するための整合部を、送信部１４と圧電素子部１８Ａとの間に配置しても良い。
【００２１】
圧電素子部１８Ａ，１８Ｂは、所定の共振周波数を有する超音波振動部である。本実施形態では、圧電素子部１８Ａ，１８Ｂとして、弾性振動により超音波を送受信する超音波振動子５８Ａ，５８Ｂを採用する。これらの超音波振動子５８Ａ，５８Ｂは、セラミック材の圧電体を２枚の電極で挟んだピエゾ素子を有し、超音波振動子５８Ａは、高周波信号が入力された場合、この高周波信号に応じた超音波振動を生成して放射する。従って、送信部１４から出力される周波数ｆ１の高周波信号は、通信信号として情報を含む超音波に変換され、通信装置Ａ（１０Ａ）の外部の水中に放射される。
また、超音波振動子５８Ｂは、超音波振動を検出した場合、高周波信号に変換して出力する。従って、通信信号として情報を含み、通信装置Ｂ（１０Ｂ）から周波数ｆ１で放射される超音波は、圧電素子部１８Ａに検出されて高周波信号に変換され、データ出力部２４に送られる。尚、これらの超音波振動子５８Ａ，５８Ｂの共振周波数は、圧電体の形状に応じた弾性固有振動により決定され、本実施形態１では、同一の共振周波数を想定する。
【００２２】
受信部２２は、圧電素子部１８Ｂから送られる周波数ｆ１の高周波信号を受信する。より詳細には、受信部２２は、圧電素子部１８Ｂから送られる高周波信号ｆ１から変調信号を抽出し、抽出した変調信号を復調することにより変調信号に重畳された情報信号を取得する。取得した情報信号は、データ出力部２４に送られる。
加えて、受信部２２は、送信部１４により送信された後、通信装置Ｂ（１０Ｂ）に反射されて戻った距離計測用パルスを受信する。距離計測用パルスの受信に関する情報は距離計測部２０に送られる。
本実施形態１では、受信部２２は受信回路６２により実現している。また、図示は略すが、所定の周波数帯域の高周波信号を選択的に透過させ、不要な周波数成分を除去するバンドパスフィルタや特性インピーダンスを整合するための整合部を、受信部２２と圧電素子部１８Ｂとの間に配置しても良い。
【００２３】
データ出力部２４は、受信部２２が取得した情報信号が出力される。本実施形態１では、データ出力部２４は、情報信号を音声に変換するイヤフォン６８を想定する。このイヤフォン６８は、通信装置Ａ（１０Ａ）を保持する人物の耳に装着される。尚、音声による出力には限定されず、情報信号に含まれる情報によっては、表示部７０により画像で出力されても良い。
距離計測部２０は、送信部１４から送信されて受信部２２で受信された距離計測用パルスの情報に基づいて、通信相手（通信装置Ｂ）との距離を検出する検出部として機能する。本実施形態１では、距離計測部２０は、距離計測用パルスの送信に関する情報が送信部１４から送られる時刻と、距離計測用パルスの受信に関する情報が受信部２２から送られる時刻との差分に基づいて、通信相手（通信装置Ｂ）との距離を計測する。ここで計測された距離に関する情報は、送信電力決定部３８に送られる。
【００２４】
制御部３５は、送信部１４での送信および受信部２２での受信を制御する。より詳細には、ＣＰＵ５２がメモリ５４に保持された所定のプログラムを実行することで、送信回路６０および受信回路６２の動作を制御する。本実施形態１では、通信システム５は半二重通信を想定し、送信部１４での送信と受信部２２での受信は交互に行われる。
送信電力決定部３８は、距離計測部２０から送られる通信相手（通信装置Ｂ）との距離に関する情報に応じて、送信部１４の送信出力を決定する。本実施形態１では、送信電力は、通信相手（通信装置Ｂ）との距離に比例して、所定の時間毎に決定される。即ち、通信距離が短くなる程、送信電力が低減され、通信距離が長くなる程、送信電力が増大される。この場合、通信距離に応じて必要な送信電力（必要最小電力）は、実験やシミュレーション等で求め、この関係をテーブルとしてメモリ５４に記憶させても良い。この際、距離に応じた必要最小電力には、マージンとして所定の電力分が付加されても良い。
【００２５】
操作部３０は、通信装置Ａ（１０Ａ）を保持する人物により操作され、通信装置Ａ（１０Ａ）の各動作を制御する。本実施形態１では、操作部３０として操作ボタン７２が通信装置Ａ（１０Ａ）上に配置され、通信装置Ａ（１０Ａ）を保持する人物は、表示部７０に表示される情報に応じて操作ボタン７２を操作する。
【００２６】
図３は、通信相手との距離に応じた送信出力の制御の流れを説明する図であり、この図に従い説明する。最初に、通信装置Ａ（１０Ａ）の送信部１４から、パルス１００Ａが所定のタイミングで送信される。このパルス１００Ａは、通信相手（通信装置Ｂ）に反射され、反射された反射パルス１１０Ａは、通信装置Ａ（１０Ａ）の受信部２２に受信される。距離計測部２０は、送信部１４がパルス１００Ａを送信した時刻と、受信部２２が反射パルス１１０Ａを受信した時刻とに基づき、通信装置Ａ（１０Ａ）と通信相手（通信装置Ｂ）との通信距離を計測する。続いて、送信電力決定部３８は、計測した通信距離に従い送信電力Ｐ１を決定し、通信装置Ａ（１０Ａ）の送信部１４は、決定された送信電力Ｐ１で通信信号１０５Ａを送信する。その後、受信部２２は、通信相手（通信装置Ｂ）から送信される通信信号を受信する。
【００２７】
このようにして、通信装置Ａ（１０Ａ）と通信装置Ｂ（１０Ｂ）との間で、半二重で通信され、所定のタイミングで、通信装置Ａ（１０Ａ）の送信部１４からパルス１００Ｂが送信される。この場合、通信装置Ａ（１０Ａ）と通信相手（通信装置Ｂ）との通信距離は、パルス１００Ａの場合よりも長くなっている。従って、送信電力決定部３８は、計測した通信距離に従い、送信電力Ｐ１よりも大きい送信電力Ｐ２を決定し、通信装置Ａ（１０Ａ）の送信部１４は、決定された送信電力Ｐ２で通信信号１０５Ｂを送信する。
また、次に距離計測するタイミングでは、通信装置Ａ（１０Ａ）と通信相手（通信装置Ｂ）との通信距離が、パルス１００Ａの場合よりも短くなっている。従って、送信電力決定部３８は、計測した通信距離に従い、送信電力Ｐ１よりも小さい送信電力Ｐ３を決定し、通信装置Ａ（１０Ａ）の送信部１４は、決定された送信電力Ｐ３で通信信号１０５Ｃを送信する。この場合、通信装置Ｂ（１０Ｂ）は、通信装置Ａ（１０Ａ）と同一の機能を有することから、通信装置Ｂ（１０Ｂ）も通信装置Ａ（１０Ａ）との通信距離を計測して送信出力を制御する。
【００２８】
以上述べた実施形態１によれば、以下のような効果を奏する。
（１）水中で通信する装置間の距離に応じて、適切な送信電力で通信信号が送信されるため、通信装置Ａ（１０Ａ）と通信装置Ｂ（１０Ｂ）の消費電力を低減できることから、装置の小型化や軽量化が図れる。
（２）通信信号は適切な出力で送信されるため、この通信信号を受信する場合も過大入力を回避できることから、受信部２２における自動ゲインコントロール機能を簡略化できる。
（３）装置間が遠距離になった場合、高出力で通信信号が送信されるため、装置間の通信が途切れることなく維持される。
【００２９】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について、図４を参照して説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同じ部分については、同一符号を付してその説明を省略する。図４は通信装置Ｂ（１０Ｂ）の機能構成を説明する図である。実施形態１では、通信装置Ｂ（１０Ｂ）は、通信装置Ａ（１０Ａ）と同一の機能構成を有したが、実施形態２では、機能構成の一部が異なる。即ち、通信装置Ｂ（１０Ｂ）は、距離計測部２０に換えて距離情報抽出部２５を備える。また、通信装置Ａ（１０Ａ）の送信部１４は、距離計測部２０が計測した通信距離に関する情報を、通信信号に付加して送信する。従って、通信装置Ｂ（１０Ｂ）の距離情報抽出部２５は、受信した通信信号から通信距離に関する情報を抽出することにより、通信装置Ａ（１０Ａ）までの距離を得ることができる。このように抽出された距離に関する情報は、送信電力決定部３８に送られ、送信電力決定部３８は、距離に関する情報に応じて、送信部１４の送信出力を決定する。尚、通信装置Ａ（１０Ａ）から送信される情報は、通信距離に関する情報に限定されず、送信出力に関する情報であっても良い。
【００３０】
以上述べた実施形態２によれば、実施形態１で述べた効果に加え、以下のような効果を奏する。
（４）距離を計測する機能は、通信装置Ａ（１０Ａ）および通信装置Ｂ（１０Ｂ）の何れか一方に具備すれば良いため、距離を計測する機能を具備しない通信装置の構成を簡便にできる。
【００３１】
本発明の実施形態１および２について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、通信装置Ａ（１０Ａ）および通信装置Ｂ（１０Ｂ）の様態は、同一であっても良く、異なっても良い。図示は略すが、通信装置Ａ（１０Ａ）は、腕時計のようにダイバーが装着可能な大きさの様態であって、通信装置Ｂ（１０Ｂ）は母船に搭載され、圧電素子部１８Ｂが分離されて水中に露出するような様態であることも想定できる。この場合、腕時計の様態の通信装置Ａ（１０Ａ）は、送信する超音波を通信相手に指向すべく、圧電素子部１８Ａの姿勢を制御する機能を備えても良い。
【００３２】
また、本実施形態１および２では、通信システム５は半二重により通信したが、通信装置Ａ（１０Ａ）および通信装置Ｂ（１０Ｂ）が２つの周波数で送受信することにより、全二重により通信しても良い。この場合、通信相手との通信距離を計測する場合に限り、受信部２２の受信周波数を、自身の送信部１４の送信周波数に合わせる構成を備えても良い。
また、本実施形態１および２では、通信システム５は、通信装置Ａ（１０Ａ）および通信装置Ｂ（１０Ｂ）で構成されたが、２台に限定されるものではなく３台以上であっても良い。この場合、例えば、通信装置Ａ（１０Ａ）を親機とし、複数の通信装置Ｂ，Ｃ，・・・を子機として、１台の親機と複数の子機との間で通信しても良く、親機は最も遠い子機までの距離に合わせて送信電力を変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１に係る通信システムの機能構成を示す図。
【図２】本発明の実施例１に係る通信装置のハードウェア構成を示す図。
【図３】通信相手との距離に応じた送信出力の制御の流れを説明する図。
【図４】本発明の実施例２に係る通信装置の機能構成を説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
５…通信システム、１０Ａ…通信装置Ａ、１０Ｂ…通信装置Ｂ、１２…データ入力部、１４…送信部、１８Ａ，１８Ｂ…圧電素子部、２０…距離計測部、２２…受信部、２４…データ出力部、２５…距離情報抽出部、３０…操作部、３５…制御部、３８…送信電力決定部、５２…ＣＰＵ、５４…メモリ、５８Ａ，５８Ｂ…超音波振動子、６０…送信回路、６２…受信回路、６４…Ｉ／Ｆ、６６…マイクロフォン、６８…イヤフォン、７０…表示部、７２…操作ボタン、７４…バス、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…パルス、１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ…通信信号、１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ…反射パルス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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