JP2001223649A

JP2001223649A - データ通信装置

Info

Publication number: JP2001223649A
Application number: JP2000332628A
Authority: JP
Inventors: 謙之 ▲土▼井; Kaneyuki Doi; Masaru Hashimoto; 勝橋本; Masaki Koyama; 正樹小山; Yoshiko Suzuki; 佳子鈴木; Atsuhisa Nishimura; 篤久西村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2001-08-17
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP3337025B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型かつ低コストな装置を用いて容易にデー
タの送受信が可能になるとともに、データ送信装置の取
付位置の制約やデータ受信装置とデータ送信装置との距
離の制約を受けることなく安定したデータ通信が可能と
なるデータ通信装置を提供する。【解決手段】人体が触れることのできるように配置さ
れた電極１０と、交流信号を発生する発振部２０と、送
信するデータに基づいて発振部２０が発生する信号を変
調する変調部３０と、変調部３０が変調した変調信号に
対応した電圧を電極１０と回路グランドとの間に印加す
る電圧印加部４０とを備えたデータ送信装置１と、人体
に面するように配置された２つの電極５０、６０と、２
つの電極５０、６０間の電圧を検出する電圧検出部７０
と、電圧検出部７０により検出された前記変調信号に基
づく電圧変動を復調する復調部８０とを備えたデータ受
信装置２と、を有するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データ通信装置に
係り、具体的には、人体に取着されたデータ受信装置と
人体の接触が予定されているデータ送信装置との間でデ
ータの授受を行うデータ通信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、人が携帯するデータ受信装置とそ
の近くに設置されるデータ送信装置との間のデータ通信
の方法としては、ケーブル接続による有線通信を用いる
方法や、光、電波等による無線通信を用いる方法があ
る。

【０００３】データ送信装置からデータ受信装置に対し
てデータを送信する場合を考える。この場合、有線通信
を用いる方法にあっては、装置自身は比較的安価かつ小
型に構成することができる。しかしながら、データの送
受信を開始する前にデータ送信装置とデータ受信装置と
をケーブルで接続したり、データの送受信が終わったと
ころでケーブルを外したりしなければならず、使用者に
とって必ずしも利便性に優れるものではないという問題
点を有していた。これに対し、無線通信を用いる方法に
あっては、ケーブルを接続するという動作が不要である
ため容易にデータ通信を行うことができるものの、デー
タ通信装置としては高価且つ大型になってしまうという
問題点を有していた。

【０００４】このような従来の問題点を解決する手段と
して、例えば、特開平１０−２２８５２４号公報や特開
平１０−２２９３５７号公報に記載のものがある。これ
らのものにあっては、人体に取着したデータ送信装置か
ら人体を伝送路としてデータ受信装置に対してデータを
送信するデータ通信装置が提案されており、これにより
無線通信を用いたものに比して安価かつ小型な装置を用
いることが可能になるとともに、ケーブルの接続等が不
要なため容易にデータの送受信が可能になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平１０
−２２８５２４号公報に開示されているデータ通信装置
にあっては、データ送信装置及びデータ受信装置間の基
準電位の伝達を、データ送信装置の外向電極とデータ受
信装置の外向電極とをそれぞれ大地アースと静電電場結
合させることにより行っているため、例えば、データ送
信装置を人体の比較的高い位置（例えば、腕や頭等）に
取り付けた場合、静電電場結合が安定せず、通信が不安
定になるという問題点を有していた。これを解決するた
めには、データ送信装置の外向電極の面積を大きくすれ
ば良いが、そうするとデータ送信装置が必然的に大型化
してしまうことになる。

【０００６】また、特開平１０−２２９３５７号公報に
開示されているデータ通信装置にあっては、データ送信
装置及びデータ受信装置間の基準電位の伝達を、データ
送信装置の外向電極とデータ受信装置の外向電極とを直
接静電場結合させることにより行っているため、人体へ
の取り付け位置にかかわらず安定したデータ通信が可能
になっているが、データ受信装置とデータ送信装置の距
離を広くすることができないという問題点を有してい
た。

【０００７】本発明は、上記の問題点に鑑みて成された
ものであり、その目的とするところは、小型かつ低コス
トな装置を用いて容易にデータの送受信が可能になると
ともに、データ受信装置の取付位置の制約やデータ受信
装置とデータ送信装置との距離の制約を受けることなく
安定したデータ通信が可能となるデータ通信装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明におけるデータ送
信装置は、人体が触れることのできるように配置された
電極と、交流信号を発生する発振部と、送信するデータ
に基づいて発振部が発生する信号を変調する変調部と、
大地アースと電気的に結合される回路グランドと、変調
部が変調した変調信号に対応した電圧を電極と回路グラ
ンドとの間に印加する電圧印加部とを備える。また、デ
ータ受信装置は、人体に面するように配置された２つの
電極と、２つの電極間の電圧を検出する電圧検出部と、
電圧検出部により検出された変調信号に基づく電圧変動
を復調する復調部とを備える。

【０００９】これにより、人体を介してデータ伝送が行
われるため無線送受信装置に比して小型かつ低コストな
装置により容易にデータの送受信が可能になるととも
に、データ受信装置の取り付け位置の制約やデータ受信
装置とデータ送信装置との距離の制約を受けることなく
安定したデータ通信が可能となるデータ通信装置を提供
することが可能になる。

【００１０】データ受信装置は、２つの電極間のインピ
ーダンスを測定するインピーダンス測定部と、インピー
ダンス測定部により測定されたインピーダンスの値に基
づき、電圧検出部における検出信号の増幅率を変動させ
る増幅率調整手段とを有するようにすることは望まし
い。これにより、装置の取り付け部位や利用者の個人特
性、利用者のその日の状態等により伝送路となる人体の
インピーダンスが変化したとしても、その影響を受ける
ことなく安定的に所定の電圧が印加できるようにするこ
とが可能になる。なお、増幅率調整手段は、間欠的に増
幅率の調整を行うようにしてもよい。また、データ受信
時に増幅率の調整を行うようにしてもよい。

【００１１】人体が触れることのできるように配置され
た電極と、交流信号を発生する発振部と、送信するデー
タに基づいて発振部が発生する信号を変調する変調部
と、大地アースと電気的に結合される第１の回路グラン
ドと、変調部が変調した変調信号に対応した電圧を電極
と第１の回路グランドとの間に印加する電圧印加部とを
備えたデータ送信装置と、人体に面するように配置され
た１つの電極と、大地アースと電気的に結合される第２
の回路グランドと、１つの電極と第２の回路グランド間
の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出
された変調信号に基づく電圧変動を復調する復調部とを
備えたデータ受信装置と、を有するデータ通信装置であ
ればなお好ましい。

【００１２】送信電極及び受信電極の少なくとも１つを
絶縁材料により構成するようにすれば、分極電圧に基づ
くノイズを防ぐことが可能になるため、通信エラーを低
減することが可能になる。

【００１３】なお、データ伝送を安定かつ確実に行うた
め、データ送信装置の回路グランドと大地アースとを導
電性のグランド線にて直接結合するようにすることが好
ましい。また、データ送信装置が導電性の筐体を備え、
この筐体と回路グランドとを接続するようにしてもよ
い。さらに、データ受信装置を装着した利用者が立つこ
とができる導電性シートと回路グランドとを接続するよ
うにすれば、データ送信装置とデータ受信装置との電気
的結合を強めることができ好ましい。

【００１４】データ受信装置に、受信したデータを表示
するための表示部を備えるようにすれば、データ受信時
にどのようなデータを受信したのかを確認できて至便で
ある。また、データ受信装置に受信状態を示す表示計を
備えるようにすれば、データの送受信を行おうとする際
に安定した受信が可能かどうかを利用者が確認できて至
便である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
るデータ通信装置について図１乃至図１０に基づき詳細
に説明する。

【００１６】本実施の形態に係るデータ通信装置は、デ
ータ送信装置１と、データ受信装置２とを備えてなる。
データ送信装置１は、図１（ａ）に示すように、人体が
触れることができるように配置された送信用電極１０
と、交流信号を生成する発振部２０と、送信するデータ
に基づいて交流信号を変調する変調部３０と、変調信号
に対応した電圧を送信用電極１０と大地グランドに電気
的に結合される回路グランドとの間に印加する電圧印加
部４０とを備えてなる。送信するデータはＩＤ等の固定
データでもよいし、他の機器からデータ送信装置１に送
られてきたデータでもよいし、あるいは検知したセンサ
データでもよく、その種類や内容に特に制限はない。

【００１７】データ受信装置２は、図１（ｂ）に示すよ
うに、人体に面するように配置された受信用電極５０及
び基準電位用電極６０の２つの送信電極と、送信電極間
の電圧を検出する電圧検出部７０と、電圧検出部７０に
より検出された変調信号に基づく電圧変動を復調し、デ
ータを取り出す復調部８０とを備えてなる。データを取
りだした後の構成については特に制限はなく、受信した
データの種類や内容により異なる。

【００１８】上述したデータ通信装置におけるデータ送
受信の方法について以下に説明する。図２はデータ受信
装置２を上腕部に取り付けた人がデータ送信装置１の送
信用電極１０に触れた状態を示す説明図であり、図３は
その等価回路である。なお、データ送信装置１は、大地
アースに接地されているものとする。

【００１９】この状態において、Ｚ１はデータ送信装置
１の送信用電極１０とデータ受信装置２を装着した人体
との界面のインピーダンス成分であり、Ｚ２はデータ送
信装置１の送信用電極１０とデータ受信装置２の受信用
電極５０との間の人体のインピーダンス成分であり、Ｚ
３はデータ受信装置２の受信用電極５０と基準電位用電
極６０との間の人体のインピーダンス成分であり、Ｚ４
はデータ受信用装置２の基準電位用電極６０と大地アー
ス間との人体のインピーダンス成分である。また、交流
信号に対しては大地アースと人体との間及び大地アース
間はそれぞれ容量成分で結合されているため、その成分
をそれぞれＺ５及びＺ６としている。

【００２０】図３に示す等価回路において、データ送信
装置１が発する変調信号は、ポイントＡ・Ｂ間に印加さ
れる電圧信号Ｖである。この電圧信号Ｖは、単純に各イ
ンピーダンス成分Ｚ１〜Ｚ６に電圧分配されて印加され
ることになる。したがって、データ受信装置２の受信用
電極５０と基準電位用電極６０との間の人体のインピー
ダンス成分Ｚ３部分には、［数１］のＶ３に示す電圧信
号が印加されることになる。

【００２１】

【数１】この電圧信号Ｖ３をデータ受信装置２の電圧検出部７０
及び復調部８０を通してデータとして取り出すことによ
り、データ送信装置１からデータ受信装置２へのデータ
通信が達成される。

【００２２】このような原理に基づく人体を伝送路とす
るデータ通信装置にあっては、基本的には、データ受信
装置２を携帯する人体がデータ送信装置１の送信用電極
１０に触れる通信時に図３に示す回路を形成する有線通
信を用いた通信装置であるので、安価且つ小型なものに
することが可能になる。さらには、データ受信装置２が
基準電位の結合を基準電位用電極６０と大地アース間の
人体のインピーダンス成分Ｚ４を介して大地アースとと
るようにしているため、データ受信装置２の人体への取
り付け位置やデータ送信装置１との距離に関係なく、安
定した通信を達成することが可能になる。

【００２３】なお、図４に示すように、データ受信装置
２に、受信用電極５０と基準電位用電極６０との間のイ
ンピーダンスを測定するインピーダンス測定部９０を付
加し、インピーダンス測定部９０により測定されたイン
ピーダンスの値に基づき、電圧検出部７０における検出
信号増幅率を変動させる増幅率調整手段１００を設ける
ようにしてもよい。

【００２４】受信信号Ｖ３の大きさは、［数１］に示す
ように、受信用電極５０と基準電位用電極６０との間に
おける人体のインピーダンスＺ３の大きさに比例してい
る。このインピーダンスＺ３の大きさは、個人差がある
ため、必然的に受信信号Ｖ３の大きさにも個人差が生
じ、使用する人によっては正確にデータを受信できない
可能性がある。そこで、使用する人体のインピーダンス
Ｚ３をインピーダンス測定部９０により測定し、その値
に基づき電圧検出部７０における検出信号の増幅率を増
幅率調整手段１００により変動させるのである。具体的
には、使用する人のインピーダンスＺ３が予め設定され
ている標準のインピーダンスＺ３よりも小さい場合は増
幅率を上げるようにし、逆に使用する人のインピーダン
スＺ３が予め設定されている標準のインピーダンスＺ３
より大きい場合は、増幅率を下げるようにするのであ
る。

【００２５】このような信号増幅率の調整は、使用者が
データ受信装置２を装着した時に、専用ボタンを押して
行わせるようにしてもよいし、データ受信装置２の稼働
中に間欠的に自動で行わせるようにしてもよいし、使用
者がデータ送信装置１の送信用電極１０に触れたことを
検知した時、すなわちデータ受信開始時に自動で行わせ
るようにしてもよい。

【００２６】また、図５に示すように、データ受信装置
２を、人体に面するように配置された受信用電極５２
と、受信用電極５２と大地アースと電気的に結合される
回路グランドとの間の電圧を検出する電圧検出部７２
と、電圧検出部７２により検出された変調信号に基づく
電圧変動を復調し、データを取り出す復調部８２とを備
えたものとしてもよい。

【００２７】図６は、図５に示すデータ受信装置２を装
着した人体が、データ送信装置１の送信用電極１０に触
れている状態を示しており、図７はこの状態の等価回路
を示す。

【００２８】図６及び図７において、Ｚ１はデータ送信
装置１の送信用電極１０と人体との界面のインピーダン
ス成分であり、Ｚ２はデータ送信装置１の送信用電極１
０とデータ受信装置２の受信用電極５２との間の人体の
インピーダンス成分であり、Ｚ３’はデータ受信装置２
の受信用電極５２とデータ受信装置２の回路グランドが
人体と静電場結合しているポイント間のインピーダンス
成分であり、Ｚ４はデータ受信装置２の基準電位用電極
６０と大地アースとの間の人体のインピーダンス成分で
ある。また、交流信号に対しては、大地アースと人体と
の間及び大地アース間はそれぞれ容量成分で結合されて
いるため、その成分をそれぞれＺ５及びＺ６としてい
る。

【００２９】上述した構成にあっては、前述した基準電
位用電極６０に代えて、データ受信装置２の回路グラン
ドの回路パターンを用いているのである。この回路パタ
ーンが人体と静電電場結合することによって、基準電位
用電極６０が人体と結合するのと同様の状態を作り出す
ようにしている。

【００３０】図７に示す等価回路において、データ送信
装置１が発する変調信号は、ポイントＡ・Ｂ間に印加さ
れる電圧信号Ｖである。この電圧信号Ｖは、単純に各イ
ンピーダンス成分Ｚ１〜Ｚ６に電圧分配されて印加され
ることになる。したがって、データ受信装置２の受信用
電極５２とデータ受信装置２の回路グランドが人体と静
電結合しているポイント間のインピーダンス成分Ｚ３’
部分には、［数２］のＶ３’に示す電圧信号が印加され
ていることになる。

【００３１】

【数２】この電圧信号Ｖ３’をデータ受信装置２の電圧検出部７
２及び復調部８２を通してデータとして取り出すことに
より、データ送信装置１からデータ受信装置２へのデー
タ通信が達成されるのである。本実施の形態にあって
は、データ受信装置２に必要とする電極は１つであるた
め、より小型化及び低コスト化を図ることが可能にな
る。

【００３２】なお、上述したデータ送信装置１は、大地
アースに接地されているものであったが、必ずしも接地
されている必要はなく、同じ機能（基準電位の伝達）を
果たすもので置き換えるようにしてもよい。例えば、床
に金属や導電性フィルム等からなる導電性のシートを敷
いて、そのシートとデータ送信装置１のグランドを接続
するようにしても良い。このような状態を、図８及び図
９に示す。この場合、通信の原理的には、上述したもの
と同様であるが、大地アースを用いた場合に比べて基準
電位の伝達をより安定して行うことができるため、通信
の信頼性を高めることが可能になる。

【００３３】また、前述した各々の実施の形態における
データ受信装置２の電極５０、５２、６０の表面を絶縁
物皮膜でコーティングするようにしてもよい。一般に金
属と電解質の境界面を電流が横切る場合、電気二重層の
形成により分極電圧が発生する。人体との生体組織も電
解質であるため、データ受信装置２の電極５０、５２、
６０と人体との界面では、分極電圧が発生し、これがノ
イズの原因となる場合がある。そこで、電極の表面を絶
縁物皮膜でコーティングすることにより、このノイズを
防ぐことが可能になる。このような電極を絶縁物電極と
いう。絶縁物電極は、生体組織と容量結合のみで結ばれ
るため分極電位の影響を受けにくくなり、通信エラーを
低減することができるようになる。

【００３４】上述した装置を用いた通信の安定性は、基
準電位の結合状態によって変化するが、人体に装着され
たデータ受信装置２にこの結合状態を検出してその結果
を表示する表示計（図示せず）を設けるようにしてもよ
い。これにより、安定した通信が行える状態にあるか否
かを利用者が容易に判断することが可能になる。また、
データ受信装置２に受信したデータを表示する表示部
（図示せず）を設けるようにすれば、受信後にデータの
内容を確認することができ至便である。

【００３５】次に、本発明の具体的な実施の形態につい
て説明する。図１０はコイン型に構成したデータ受信装
置２である。図１０に示すように、データ受信装置２の
各ブロックは、ＩＣ化されて（図１０のＩＣ１１０参
照）コイン内に埋め込まれており、ボタン電池１２０で
駆動させることができるようになっている。受信用電極
５０と基準電位用電極６０は、それぞれコインの一方の
面に互いに隔てられて形成されている。このコイン型の
データ受信装置２は、腕時計の裏に張り付けて使用する
ようになっている。その際、電極のある面を人体に面す
るように取り付けることはいうまでもない。

【００３６】このようなデータ受信装置２を用いた人体
を伝送路とするデータ通信装置は、ガスや水道メータの
データ収集装置に用いることができる。すなわち、デー
タ送信装置１は、各メータに内蔵させておき、データ受
信装置２を装着した人がメータ上に設けられた送信用電
極１０に触れたとき、メータが示す数値データを送信す
るようにしておく。このようにすることにより、従来の
数値を黙視で読み取り、用紙に記入する、あるいは専用
端末に入力するといった面倒な作業がいらなくなり、メ
ータの送信用電極１０に触れるという作業だけで検収が
終了することになる。受信したデータはデータ受信装置
２内のメモリー１３０に蓄積され、後にパソコン等を用
いて蓄積されたデータを読み出せるようになっている。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、小型か
つ低コストな装置を用いて容易にデータの送受信が可能
になるとともに、データ送信装置の取り付け位置の制約
やデータ受信装置とデータ送信装置との距離の制約を受
けることなく安定したデータ通信が可能となるデータ通
信装置を提供することが可能になるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】データ通信装置のブロック図であり、（ａ）は
データ送信装置を示し、（ｂ）はデータ受信装置を示
す。

【図２】データ通信装置の模式図である。

【図３】データ通信装置の等価回路である。

【図４】他のデータ送信装置のブロック図である。

【図５】他のデータ送信装置のブロック図である。

【図６】他のデータ通信装置の模式図である。

【図７】他のデータ通信装置の等価回路である。

【図８】他のデータ通信装置の模式図である。

【図９】他のデータ通信装置の等価回路である。

【図１０】データ送信装置の外観図であり、（ａ）は表
面を示し、（ｂ）は裏面を示す。

【符号の説明】

１データ送信装置２データ受信装置１０送信用電極２０発振部３０変調部４０電圧印加部５０受信用電極６０基準電位用電極７０電圧検出部８０復調部９０インピーダンス測定部１００増幅率調整手段１１０ＩＣ１２０ボタン電池１３０メモリー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小山正樹大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者鈴木佳子大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者西村篤久大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 2F073 AA07 AA08 AA34 AB02 AB03 BB20 BC01 CC12 CC14 CD01 DD01 EE11 EF09 FF06 FG02 FG14 GG01 GG02 GG04 5K012 AB04 AB08 AB19 AC09 AC11 BA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人体が触れることのできるように配置さ
れた電極と、交流信号を発生する発振部と、送信するデ
ータに基づいて前記発振部が発生する信号を変調する変
調部と、大地アースと電気的に結合される回路グランド
と、前記変調部が変調した変調信号に対応した電圧を前
記電極と前記回路グランドとの間に印加する電圧印加部
とを備えたデータ送信装置と、人体に面するように配置された２つの電極と、前記２つ
の電極間の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出
部により検出された前記変調信号に基づく電圧変動を復
調する復調部とを備えたデータ受信装置と、を有するよ
うにしたことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項２】前記データ受信装置は、前記２つの電極
間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部
と、前記インピーダンス測定部により測定されたインピ
ーダンスの値に基づき、前記電圧検出部における検出信
号の増幅率を変動させる増幅率調整手段とを有するよう
にしたことを特徴とする請求項１記載のデータ通信装
置。
【請求項３】前記増幅率調整手段は、間欠的に増幅率
の調整を行うようにしたことを特徴とする請求項２記載
のデータ通信装置。
【請求項４】前記増幅率調整手段は、データ受信時に
増幅率の調整を行うようにしたことを特徴とする請求項
２又は請求項３記載のデータ通信装置。
【請求項５】人体が触れることのできるように配置さ
れた電極と、交流信号を発生する発振部と、送信するデ
ータに基づいて前記発振部が発生する信号を変調する変
調部と、大地アースと電気的に結合される第１の回路グ
ランドと、前記変調部が変調した変調信号に対応した電
圧を前記電極と第１の回路グランドとの間に印加する電
圧印加部とを備えたデータ送信装置と、人体に面するように配置された１つの電極と、大地アー
スと電気的に結合される第２の回路グランドと、前記１
つの電極と前記第２の回路グランド間の電圧を検出する
電圧検出部と、前記電圧検出部により検出された前記変
調信号に基づく電圧変動を復調する復調部とを備えたデ
ータ受信装置と、を有するようにしたことを特徴とする
データ通信装置。
【請求項６】前記電極は、絶縁材料により構成するよ
うにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の
データ通信装置。
【請求項７】前記データ送信装置の前記回路グランド
は、前記大地アースに直接接続されるグランド線に結合
されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項
６記載のデータ通信装置。
【請求項８】前記データ送信装置は、導電性の筐体を
備え、ここに前記データ送信装置の前記回路グランドを
接続するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求
項６記載のデータ通信装置。
【請求項９】前記データ送信装置の前記回路グランド
は、前記データ送信装置を取着した人体が載る導電性の
シートに接続されるようにしたことを特徴とする請求項
１乃至請求項６記載のデータ通信装置。
【請求項１０】前記データ受信装置は、受信したデー
タを表示するための表示部を備えるようにしたことを特
徴とする請求項１乃至請求項９記載のデータ通信装置。
【請求項１１】前記データ受信装置は、受信状態の良
否を示す表示計を備えるようにしたことを特徴とする請
求項１乃至請求項１０記載のデータ通信装置。