JP2004282733A - 通信システム - Google Patents
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Abstract
本発明は、準静電界を用いた通信の際における自由度を向上できるようにする。
【解決手段】
本発明は、通信システム1においては、カード装置3(改札機2)側では識別情報S4(通知情報S8)に応じて変調した識別信号S5(通知信号S9)に応じた準静電界を内部電極8(側面電極7)から発生することにより人体を帯電させ、改札機2(カード装置3)では人体近傍へ等方に形成される情報伝送準静電界DTDの強度の変位を側面電極7(内部電極8)及びFET28(FET37)を順次介して検出し、当該検出結果に基づいて識別情報S4(通知情報S8)を復調するようにしたことにより、人体近傍において方向性の制約もなく秘匿性を確保した状態で、かつ人体に所定の動作を強要もせずに情報の送受信を実現することができ、かくして、通信の際における自由度を向上することができる。
【選択図】 図7
Description
本発明は、電界を用いて情報を送受信する。以下、電界との関係において本発明の概要を述べる。
一般に、電気双極子(ダイポールアンテナ)に電流を流した場合、当該アンテナからの距離rに従って発生する電界Eは、次式
かかる準静電界について更に詳しく述べる。まず、上述の(1)式に表した電界Eを、図1に示すように、原点から所定間隔だけ離れた位置P(r,θ,φ)における電界として表してみる。
ところで、人体に放射電界や誘導電磁界を発生させようとするならば当該人体に電流を流す必要があるが、人体はインピーダンスが非常に高いので、当該人体に電流を効率的に流すことは物理的に困難であり、また生理的にも好ましくない。しかしながら静電気については全く様相が異なってくる。
(2−1)第1の実施の形態による通信システムの全体構成
図5において、1は全体として第1の実施の形態による通信システムの全体構成を示し、所定の駅に設けられた改札機2と、改札機2を利用する人体(以下、これを利用者と呼ぶ)の着衣のポケットに挿入されたカード形状でなる可搬型の装置(以下、これをカード装置と呼ぶ)3とによって構成される。
かかる通信システム1における近接場通信について、改札機2の内部構成と、カード装置3の内部構成とを示す図面を用いながら以下詳細に述べる。
図6に示すように、改札機2の制御部20は、所定の通信処理プログラムに従って改札機2を統括的に制御するようになされており、予め情報格納メモリに格納された所定の通信クロックに基づいて経路切換器21の切換切片21aを送信用接続端21b又は受信用接続端21cに切り換えるようになされている。
制御部30は、同期クロックS3に基づく送信タイミングの際に、例えば駅を入出場する際の駅名や料金情報等、利用者の入出場の可否を識別する識別情報S4を内部の情報格納メモリ(図示せず)から読み出し、これを送信部35に与える。
情報提供部27は、通過判定部25から通過許可命令又は通過不許可命令を受けると、当該通過許可又は通過不許可やその他利用者に通知する通知情報S8を生成した後、通信クロックに基づく送信タイミングの際に通知情報を送信部23に与える。
かかる構成に加えて、通信システム1においては、図10に示すように、入出用通路部4の床面(以下、これを経路床面と呼ぶ)Y1をアース(以下、これを建物床面と呼ぶ)Y2へ接地せずに、当該建物床面Y2から所定の空間dx(空隙)だけ隔てた状態で、経路床面Y1を設けるようになされている。
以上の構成において、通信システム1においては、準静電界の性質と利用者(人体)の性質とを利用し、利用者を帯電させることによりアンテナとして作用させ、この結果利用者近傍に形成される準静電界を情報伝送媒体として用いるようにした。
上述の第1の実施の形態においては、第1の通信装置としてのカード装置3を利用者の着衣のポケットに挿入するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図14に示すように腕に装着するようにしても良く、或いは携帯電話機や歩数計内に組み込みんだり、鞄に入れる等、上述したようにカード装置3における保持の仕方や装着の仕方等に依存することなく、カード装置3における内部電極8の利用者への接触又は非接触に依存することもなく送受信人体の近傍に設けることができるので、要は利用者の近傍にあれば良い。
(3−1)第2の実施の形態による通信システムの全体構成
図20において、100は全体として第2の実施の形態による通信システムを示し、人体の着衣における尻ポケットに挿入された音声再生装置102と、当該人体の頭部に装着されたヘッドホン装置103とによって構成される。
音声再生装置102は、図21に示すように、音声再生部111、変調部112、増幅アンプ113及び送信電極部105によって構成される。
ヘッドホン装置103は、図22に示すように、受信電極部106、プリアンプ121、復調部122、音声増幅部123(123L、123R)及びスピーカ124(124L、124R)によって構成される。
次に、送信機としての音声再生装置102及び受信機としてのヘッドホン装置103の設計手法について説明する。
まず、送受信機(音声再生装置102及びヘッドホン装置103)を設計する際の設計パラメータについて説明する。
次に、受信電極部106における受信電極106a、参照電極106b間に生じる電位(以下、これを電極間電位と呼ぶ)について説明する。
従って、このパラメータ依存定数αは、(b)及び(c)の設定パラメータが選定されていれば、図23で示したようなシミュレーションを所定の電界シミュレータによって実行することにより決定することができる。
次に、(a)〜(c)の設定パラメータで送受信機を設計した際に、送信電極部105から発生する電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなるように、(d)の設計パラメータ(送信電極部105に与える印加電位)を決定するが、ここでは、送信電極部105に印加可能な最大電位について説明する。
次に、電圧ノイズがn[V/√Hz]であるプリアンプ121をヘッドホン装置103に搭載した場合、このプリアンプ121は、通信帯域B[Hz]に対して電位n/√B [V]の信号を検出可能である。
以上のように上述した事項をまとめると、送受信機(音声再生装置102及びヘッドホン装置103)の設計は、図31の設計手順RTに従って行うことができる。
以上の構成において、通信システム100においては、電界の誘導電磁界成分が通信帯域に応じて規定されるノイズフロアよりも小さくなるように、基準周波数に応じた構造に送信電極部105を形成する。
上述の第2の実施の形態においては、プリアンプ121における電圧ノイズを考慮して送信電極部105及び受信電極部106を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該送信電極部105に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくするようにすれば、必ずしも電圧ノイズを考慮しなくとも良い。
Claims (34)
- 送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させる第1の通信装置と、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて上記情報を復調する第2の通信装置と
を具えることを特徴とする通信システム。 - 上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 上記第1の通信装置及び上記第2の通信装置はそれぞれ可搬型でなり、上記第1の通信装置と、上記第2の通信装置とはそれぞれ異なる上記人体の近傍に設けられる
ことを特徴とする請求項2に記載の通信システム。 - 上記第1の通信装置は、可搬型であって上記人体の近傍に設けられ、
上記第2の通信装置は、所定の制御対象物又はその近傍に設けられる
ことを特徴とする請求項2に記載の通信システム。 - 上記第1の通信装置は、
上記情報に応じて変調されてなる変調信号を生成する変調手段と、
上記変調信号に応じた上記準静電界を発生することにより、上記識別対象を帯電させる帯電誘導電極とを具え、
上記変調手段は、
上記帯電誘導電極に与える上記変調信号における電力又は電荷の少なくとも一方を制限する
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 上記第1の通信装置は、
上記情報に応じて変調されてなる変調信号を生成する変調手段と、
上記変調信号に応じた上記準静電界を発生することにより、上記識別対象を帯電させる帯電誘導電極とを具え、
上記第2の通信装置は、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出する検出電極とを具え、
上記帯電誘導電極と上記検出電極との間における距離と、上記帯電誘導電極に与える上記変調信号の波長とを、電界のうちの上記準静電界が支配的となるように選定した
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 上記第1の通信装置及び上記第2の通信装置とが通信する際の最大の上記距離をrとし、上記波長をλとした場合に、r=λ/2πの関係を充足するように選定した
ことを特徴とする請求項6に記載の通信システム。 - 上記第2の通信装置は、
上記識別対象の帯電状態の変化を信号として検出する検出手段と、
上記検出手段により検出された上記信号に基づいて上記情報を復調する復調手段と、
上記検出手段から上記復調手段までにわたる経路からの電気的な漏洩を抑制する漏洩抑制手段と
を具えることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 上記漏洩抑制手段は、
上記検出手段から上記復調手段を介して接地するまでの静電容量を、上記検出手段と接地との間における静電容量に比して大きくする
ことを特徴とする請求項8に記載の通信システム。 - 上記電気的漏洩抑制手段は、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出して上記検出手段に誘導する検出電極と、
上記検出手段の周囲を覆う筐体とを具え、
上記検出電極と上記筐体とを物理的に分離する
ことを特徴とする請求項8に記載の通信システム。 - 上記電気的漏洩抑制手段は、
上記検出手段から上記復調手段までにわたる経路のうち、上記復調手段のみ接地する
ことを特徴とする請求項8に記載の通信システム。 - 上記第2の通信装置は、
上記第1の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記識別対象の通過経路に設けられ、上記識別対象とアースとの電気的結合を抑制する結合抑制手段と
を具えることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 上記結合抑制手段は、
上記アースから所定の空間だけ隔てて設けられた床面でなる
ことを特徴とする請求項12に記載の通信システム。 - 上記結合抑制手段は、
上記通過経路に敷設され、上記アースに接地された低誘電率の部材でなる
ことを特徴とする請求項12に記載の通信システム。 - 上記第2の通信装置は、
上記第1の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記人体の歩行に応じて当該人体に形成される帯電状態の変化を検出する検出電極と、
上記検出電極により帯電状態の変化が検出されている間のみ上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段と
を具えることを特徴とする請求項2に記載の通信システム。 - 上記第2の通信装置は、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出する検出電極と、
上記第1の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極とを具え、
上記電力供給用電極と上記検出電極とは同一の電極でなる
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 上記第2の通信装置は、
上記第1の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段とを具え、
上記電力供給手段は、
上記電力供給用の信号を、上記第1の通信装置へ送信するための搬送用の信号と兼用する
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 上記第2の通信装置は、
上記第1の通信装置に対する電力供給用としての上記準静電界を発生する電力供給用電極と、
上記電力供給用の信号を上記電力供給用電極に与える電力供給手段とを具え、
上記第1の通信装置は、
上記電力供給用電極から発生する上記準静電界によって帯電させられた上記識別対象を経由して電力を得る
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 - 第1の通信装置と、第2の通信装置とが準静電界を介して情報を送受信する通信方法において、
送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させる第1のステップと、
上記識別対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて上記情報を復調する第2のステップと
を具えることを特徴とする通信方法。 - 上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項19に記載の通信方法。 - 送信すべき情報に応じて変調した準静電界を発生することにより、帯電性を有する識別対象を帯電させる帯電誘導手段を具え、
当該識別対象を準静電界におけるアンテナとして作用させる
ことを特徴とする通信装置。 - 上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項21に記載の通信装置。 - 上記帯電誘導手段は、
上記準静電界を発生する送信用平行平板電極を有し、
上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする請求項21に記載の通信装置。 - 上記帯電誘導手段は、
上記準静電界を発生する送信用平行平板電極を有し、
上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ上記電界を検出する受信側の検出手段における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする請求項21に記載の通信装置。 - 準静電界におけるアンテナとして作用させられた結果、ほぼ等方に情報の有する準静電界を形成する識別対象の帯電状態の変化を検出し、当該変化に基づいて上記情報を復調する復調手段
を具えることを特徴とする通信装置。 - 上記識別対象は人体である
ことを特徴とする請求項25に記載の通信装置。 - 上記復調手段は、
上記帯電状態の変化を受信用平行平板電極を介して検出する検出手段を有し、
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項25に記載の通信装置。 - 上記復調手段は、
上記帯電状態の変化を受信用平行平板電極を介して検出する検出手段を有し、
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項25に記載の通信装置。 - 所定の通信相手と通信する通信装置において、
電界を発生する送信用平行平板電極を具え、
上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする通信装置。 - 上記送信用平行平板電極は、
基準周波数でなる電位が与られた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ上記電界を検出する受信側の検出手段における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極面積及び電極間距離として形成された
ことを特徴とする請求項29に記載の通信装置。 - 上記電極面積及び上記電極間距離として形成された上記送信用平行平板電極に対して印加する信号を使用周波数に応じて生成する生成手段
を具えることを特徴とする請求項29に記載の通信装置。 - 所定の通信相手と通信する通信装置において、
上記通信相手から発生された電界を受信用平行平板電極を介して検出する検出手段を具え、
上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする通信装置。 - 上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項32に記載の通信装置。 - 上記受信用平行平板電極は、
所定の位置に有する所定電極面積及び所定電極間距離の送信用平行平板電極に対して基準周波数でなる電位が与えられた場合に、当該送信用平行平板電極に相当する微笑ダイポールの近傍における所定位置での電界の誘導電磁界成分がノイズフロアよりも小さく、かつ上記検出手段における電圧ノイズよりも大きくなる関係を満たす電極間距離として、電極面積に依存することなく形成された
ことを特徴とする請求項32に記載の通信装置。
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