JP2005020295A

JP2005020295A - トランシーバ

Info

Publication number: JP2005020295A
Application number: JP2003181555A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Minoya; 直志美濃谷; Shintaro Shibata; 信太郎柴田; Mitsuru Shinagawa; 満品川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP3842762B2

Abstract

【課題】電界伝達媒体に印加する電圧の変化を防止して、通信品質の向上を図ることのできる安価なトランシーバを提供する。
【解決手段】送信すべき情報を変調した変調信号を送信する送信手段と、送信すべき情報に基づく電界の誘起および受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、電界伝達媒体を介して受信する電界を検出して電気信号に変換する電界検出手段と、一定の振幅を有する信号である基準信号を発生し、この基準信号および前記電界検出手段で変換した電気信号を用いて前記共振手段が有する特性を制御する制御信号を出力する制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界を伝達する電界伝達媒体に誘起する電界を用いて情報の送受信を行うトランシーバに関し、より具体的には、人間の身体に装着可能なウェアラブルコンピュータを用いたデータ通信において使用されるトランシーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯端末の小型化および高性能化により、生体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。
【０００３】
従来、このようなウェアラブルコンピュータ間のデータ通信として、コンピュータにトランシーバを接続し、このトランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である生体の内部を伝達することによってデータの送受信を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９は、従来のトランシーバの構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ５は、信号の入出力を行うＩ／Ｏ回路５０１を介してウェアラブルコンピュータ７に接続されるとともに、送受信電極５０５が絶縁体５０６を介して生体８に近接して設けられている。ウェアラブルコンピュータ７から送信される情報（データ）は、送信回路５０２において、発振器５０３で発生する交流信号を搬送波として変調回路５０４で変調される。この変調された変調信号は、送受信電極５０５から絶縁体５０６を介して生体８に電界を誘起し、この電界が生体８内部を伝達して生体８の他の部位に設けられたトランシーバ５や、生体８からの接触によって電気的に接続されるトランシーバ５にウェアラブルコンピュータ７から送信される情報を伝達する。
【０００５】
トランシーバ５を介して伝達されてくる電界を別のトランシーバ５が受信する際には、絶縁体５０６を介して送受信電極５０５で受信した電界を電界検出光学部５０７で電気信号に変換し、信号処理回路５０８に供給する。信号処理回路５０８は、電界検出光学部５０７からの電気信号に対してフィルタリングや増幅等の信号処理を施す。信号処理の後、さらにデータの復調および波形整形が復調回路５０９および波形整形回路５１０でそれぞれ行われ、これら一連の処理が施された信号がウェアラブルコンピュータ７の受信データとしてＩ／Ｏ回路５０１からウェアラブルコンピュータ７に送信される。
【０００６】
このように、ウェアラブルコンピュータ７間のデータ通信に使用されるトランシーバ５は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体８に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、情報を受信する際には、生体８に誘起された電界を用いてトランシーバ５が信号を受信する。
【０００７】
図１０は、ウェアラブルコンピュータ７を生体８としての人間に装着して使用する場合の一例を示す説明図である。同図に示すウェアラブルコンピュータ７−１、７−２、および７−３は、それぞれに対応して接続されるトランシーバ５−１、５−２、および５−３を介して生体８の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行う。さらに、生体８の手足の先端が、外部機器である外部端末１０にケーブル２０を介して接続されるトランシーバ５’−１や５’−２に接触する場合には、ウェアラブルコンピュータ７−１、７−２、および７−３と外部端末１０との間でデータの送受信を行うことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３５２２９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したトランシーバ５において、ＡＣ電源を用いずに駆動する送信回路５０２は、図１１に示すように大地グランド５１から離れており、送信回路のグランド４１と大地グランド５１間には浮遊容量４３が発生する。また、生体８と大地グランド５１間にも浮遊容量５３が存在し、これら二つの浮遊容量（を有する仮想的コンデンサ）は、変調回路５０４から見て、見かけ上直列に接続されている。
【００１０】
このため、送信回路５０２と送信回路のグランド４１間の電圧Ｖ_ｓは、二つの浮遊容量４３および５３に分割して印加される。したがって、生体８に印加される電圧Ｖ_ｂは、浮遊容量４３および５３の値をそれぞれＣ_ｇおよびＣ_ｂとおくと、
【数１】

と表される。ここで、ｊは虚数単位（−１）^１／２、ωは印加電圧の角周波数を表している。
【００１１】
ＡＣ電源を利用する場合には、浮遊容量４３（Ｃ_ｇ）を無限大とみなすことができるので、式（１）からも明らかなようにＶ_ｂ＝Ｖ_ｓとなり、信号は減衰することなく生体８に印加される。他方、ＡＣ電源を利用しない場合には、式（１）よりＶ_ｂ＜Ｖ_ｓとなるため、生体８に印加される信号の印加電圧が減少するという問題があった。
【００１２】
図１２は、このような従来技術の問題点を解決し得るトランシーバの一構成例を示すブロック図である。同図においては、トランシーバ６から生体８を介してデータを送信するときの状態を示しており、送信回路６０２と送受信電極６０５との間に、インダクタやコンデンサ等の複数の回路素子から構成され、リアクタンスの値が可変である可変リアクタンス部６１１が挿入されている。
【００１３】
また、トランシーバ６には、振幅モニタ部６２１と制御信号発生部６３１を用いて負帰還回路が構成されている。このとき、振幅モニタ部６２１では、送信回路６０２から出力される基準信号と信号処理回路６０８から出力される信号との差分を抽出し、その抽出結果を制御信号発生部６３１へ送信する。制御信号発生部６３１では、振幅モニタ部６２１からの出力信号に基づいて、可変リアクタンス部６１１のリアクタンスを制御するための制御信号を発生する。
【００１４】
このトランシーバ６に対して、ウェアラブルコンピュータ７から送信され、Ｉ／Ｏ回路６０１から出力されたデータは、発振器６０３から発生する交流信号を搬送波として変調回路６０４で変調された後、可変リアクタンス部６１１から送受信電極６０５に達し、絶縁体６０６を介して生体８に誘起される電界を介して伝達される。
【００１５】
図１３に示すように、可変リアクタンス部６１１、浮遊容量４３（Ｃ_ｇ）、および生体と大地グランド間に生じる浮遊容量５３（Ｃ_ｂ）は変調回路６０４から見て直列に接続されているので、生体８に印加される電圧Ｖ_ｂは、
【数２】

と表される。ここでＸは、可変リアクタンス部６１１が有するインピーダンスの虚数成分であるリアクタンス値である。この式（２）より、リアクタンスＸが、
【数３】

を満たすときにＶ_ｂ＝Ｖ_ｓとなり、生体８に印加される電圧Ｖ_ｂは減衰しないで済むことがわかる。ここで、ｆは発振器６０３の発振周波数を、πは円周率をそれぞれ表している。
【００１６】
このように、トランシーバ６では、式（３）のリアクタンスＸを可変とすることにより、可変リアクタンス部６１１と浮遊容量４３が直列共振を生じるように適宜制御を行い、生体８に印加される電圧Ｖ_ｂの減少を防止して通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００１７】
ところで、トランシーバ６では、如何なる変調方式にも適用できるように、送信回路６０２の出力電圧Ｖ_ｓと生体８に印加されている電圧Ｖ_ｂの瞬時値を比較しているが、この比較方法には、回路内で発生する遅延や信号歪に弱いという問題があった。このため、信号の遅延や波形の歪なく処理を行うには、振幅モニタ部６２１だけでなく、信号処理回路６０８内の増幅器等に広帯域性や高い線形性が要求され、それらを構成するためには高価な部品が必要であった。
【００１８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電界伝達媒体に印加する電圧の変化を防止して、通信品質の向上を図ることのできる安価なトランシーバを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、前記受信すべき情報に基づく電界を検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、一定の振幅を有する信号である基準信号を発生し、この基準信号および前記電界検出手段で変換した電気信号を用いて前記共振手段が有する特性を制御する制御信号を出力する制御手段と、前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段とを備えたことを要旨とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、前記受信すべき情報に基づく電界を前記送受信電極を介して検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、一定の振幅を有する信号である基準信号を発生し、この基準信号および前記電界検出手段で変換した電気信号を用いて前記送信手段で発振する交流信号の周波数を制御する制御信号を出力する制御手段と、前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段とを備えたことを要旨とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、前記制御手段は、前記電界検出手段で変換した電気信号の振幅を検出する検波器と、この検波器の出力信号の高調波成分を除去するフィルタと、前記基準信号を発生する固定電圧源と、この固定電圧源で発生する基準信号と前記フィルタの出力信号の差を求め、この差を増幅する差動増幅器と、この差動増幅器からの出力信号を積分した結果に基づいて前記制御信号を発生する第１の積分器とを有することを要旨とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、前記電界伝達媒体に電界を誘起して情報の送信を行うときには前記送信手段と前記共振手段を接続する一方で、前記送受信電極を介して前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記送信手段と前記共振手段の接続を切断する第１の接続手段と、前記情報の送信を行うときには前記電界検出手段と前記制御手段を接続する一方で、前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記電界検出手段と前記復調手段を接続する第２の接続手段とを備えたことを要旨とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、前記制御手段は、前記基準信号を調整するための制御信号を発生する第２の積分器をさらに有することを要旨とする。
【００２４】
請求項６記載の発明は、前記電界伝達媒体に電界を誘起して情報の送信を行うときには前記送信手段と前記共振手段を接続し、前記基準信号を調整するときには前記共振手段を介さずに前記送信手段と前記電界検出手段を接続し、前記送受信電極を介して前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには接続を行わない第１の接続手段と、前記情報の送信を行うとき並びに前記基準信号を調整するときには前記電界検出手段と前記制御手段を接続する一方で、前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記電界検出手段と前記復調手段を接続する第２の接続手段と、前記基準信号を調整するときには前記送信手段と前記電界検出手段を接続する一方で、前記情報の送信を行うとき並びに前記電界の受信を行うときには前記送受信電極と前記電界検出手段を接続する第３の接続手段と、前記情報の送信を行うとき並びに前記電界の受信を行うときには前記差動増幅器と前記第１の積分器とを接続するとともに前記固定電圧源と前記第２の積分器を接続する一方で、前記基準信号を調整するときには前記差動増幅器と前記第２の積分器を接続する第４の接続手段とを備えたことを要旨とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
なお、以後の説明においては、ウェアラブルコンピュータがトランシーバを介して生体に電界を誘起してデータを送信する場合を「データ送信時」とし、生体に誘起された電界から検出されるデータを、トランシーバを介してウェアラブルコンピュータが受信する場合を「データ受信時」とする。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ１は、ウェアラブルコンピュータ７から受信するデータ（情報）を出力するとともに、電界伝達媒体である生体８を介して受信した信号を受け取るＩ／Ｏ回路１０１、Ｉ／Ｏ回路１０１から出力されたデータ（情報）を変調して送信する送信回路１０２、電界伝達媒体である生体８に電界を誘起するために導電性部材からなる送受信電極１０５、および生体８に電流が流れるのを防止するとともに送受信電極１０５による生体８の金属アレルギの危険性を除去するために送受信電極１０５と生体８の間に配置される絶縁体１０６を有する。このうち、送信手段としての送信回路１０２は、所定の周波数の交流信号を発生する発振器１０３と、発振器１０３で発生した交流信号を搬送波としてＩ／Ｏ回路１０１からの信号（データ）を変調する変調回路１０４とから構成される。発振器１０３から発生する交流信号の周波数は、１０ｋＨｚ（キロヘルツ）〜１００ＭＨｚ（メガヘルツ）程度の値が想定されるが、１０ＭＨｚ程度であればより好ましい。しかしながら、これはあくまでも一例であり、例えば１００ＭＨｚより大きな高周波数、さらには３ＧＨｚ（ギガヘルツ）よりも大きな超高周波数を発生させることも可能である。ここで、１ｋＨｚ＝１０^３Ｈｚ、１ＭＨｚ＝１０^６Ｈｚ、１ＧＨｚ＝１０^９Ｈｚである。
【００２８】
送信回路１０２と送受信電極１０５との間には、共振手段である可変リアクタンス部１１１が設けられている。この可変リアクタンス部１１１は、インダクタ（コイル）やコンデンサ等の複数の回路素子を接続して構成される回路網であり、浮遊容量Ｃ_ｇが変化しても発振周波数ｆにおいて浮遊容量Ｃ_ｇとリアクタンスＸの直列共振状態を保つようにしている。
【００２９】
可変リアクタンス部１１１と送信回路１０２の間には、スイッチＳＷ１１（第１の接続手段）が設けられており、データ送信時とデータ受信時で、端子間の接続形態が変わる。具体的には、図１に示すデータ送信時では、二つの端子１１ａ−１１ｂ間が接続される一方、データ受信時には、生体８から送られてくる信号が送信回路１０２に混入するのを防止するために端子間の接続を切断する。
【００３０】
なお、送受信電極１０５を、送信用電極および受信用電極に分割して設けることも勿論可能である。その場合には、絶縁体もそれぞれの電極に対応して二つ設けられる。
【００３１】
トランシーバ１は、以上の構成に加えて、絶縁体１０６および送受信電極１０５を介して生体８から受信する電界を光学的に検出し、電気信号に変換する電界検出光学部１０７と、低雑音増幅、雑音除去、および波形整形等の処理を行う信号処理回路１０８とを有し、これらが電界検出手段を構成している。なお、電界検出手段が、少なくとも電界検出光学部と信号処理回路を用いて構成されている点は、後述する実施形態においても同様である。
【００３２】
電界検出光学部１０７は、例えばレーザ光と電気光学結晶を用いた電気光学的手法により電界を検出するものが想定される。この場合の電界検出光学部１０７は、レーザ光源を構成するレーザダイオード、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３等の電気光学結晶（ＥＯ結晶：ＥｌｅｃｔｒｏＯｐｔｉｃ結晶）から構成され、受信した電界強度に応じて複屈折率が変化する電気光学素子、この電気光学素子を通過して偏光状態が変化したレーザ光の偏光状態を調整する波長板、および波長板を通過したレーザ光の強度を電気信号に変換するフォトダイオードを少なくとも用いることによって構成される。
【００３３】
信号処理回路１０８は、電界検出光学部１０７と接続される一方で、スイッチＳＷ１２（第２の接続手段）に接続される。このスイッチＳＷ１２は、データ受信時には、端子１２ｂと端子１２ｃが接続される（図示せず）。このとき、信号処理回路１０８から出力される信号は、復調回路１０９（復調手段）で復調され、波形整形回路１１０で波形の整形が行われてＩ／Ｏ回路１０１に達し、ウェアラブルコンピュータ７にデータが送られる。これに対して、データ送信時、スイッチＳＷ１２では、図１に示すように端子１２ａ−１２ｃ間が接続される。
【００３４】
本実施形態におけるトランシーバ１は、以上説明した構成に加えて、データ送信時に、信号処理回路１０８から出力される信号と内部で発生する基準信号との差分を抽出する振幅モニタ部１２１と、振幅モニタ部１２１からの出力信号に基づいて、可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸを制御するための制御信号を発生する制御信号発生部としての積分器１３１（第１の積分器）とを有する。
【００３５】
このうち、振幅モニタ部１２１は、信号処理回路１０８からの信号の振幅を検出するためにダイオードと電気抵抗等を用いて構成される検波器１２２、検波器１２２の出力信号の高調波成分を除去して平滑化を行うフィルタ１２３、一定の基準信号を発生する固定電圧源１２４、フィルタ１２３の出力信号と基準信号の差を取り、この差を増幅する差動増幅器１２５から構成される。
【００３６】
固定電圧源１２４から出力される基準信号は、送信回路１０２の出力電圧Ｖ_ｓと生体８に印加される電圧Ｖ_ｂが等しいときにフィルタ１２３に出力される信号の振幅と等しくなるように予め調整されているものとする。
【００３７】
積分器１３１は、振幅モニタ部１２１（内の差動増幅器１２５）から送られてくる出力信号を積分することにより、可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸを制御する制御信号を発生する。より具体的には、送信回路のグランド４１と大地グランド５１の間に発生する浮遊容量４３（Ｃ_ｇ）の変化に伴って変化した分を可変リアクタンス部１１１への制御信号によって補償することにより、発振周波数ｆで送信回路のグランド４１と大地グランド５１の間に発生する浮遊容量４３（Ｃ_ｇ）とリアクタンス値Ｘの直列共振状態を保持できる。
【００３８】
これら振幅モニタ部１２１と積分器１３１が、データ送信時に負帰還回路を構成することにより、可変リアクタンス部１１１（共振手段）が有する特性としてのリアクタンスＸを制御する制御手段をなしている。
【００３９】
なお、スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２の各々の端子間の接続は連動して切り替わる。図１では、この切替を制御する切替制御手段として制御回路１４１をＩ／Ｏ回路１０１に接続することにより、制御信号を各スイッチに出力する構成を取る場合を示している。同図において、Ａの丸印で記載されている箇所同士は配線によって接続していることを示している。制御回路１４１から発せられるスイッチ切替のための制御信号は、ウェアラブルコンピュータ７から送信するようにしてもよいし、トランシーバ１に入力手段を設けてこの入力手段から送信するようにしてもよいが、接続切替手段としての各スイッチおよび制御回路の構成がここで説明したものに限られるわけでない。
【００４０】
また、振幅モニタ部１２１や、その中に設けられる検波器１２２の具体的な構成が、必ずしも図１に示したものに限定されるわけでないことも勿論である。
【００４１】
以上の構成を有するトランシーバ１の作用について説明する。
【００４２】
図８は、信号処理回路１０８から出力される信号に基づいて積分器１３１から制御信号が発生するまでの各構成ユニットの出力信号の波形を示す図である。
【００４３】
このうち、図８（ａ）は、浮遊容量４３（Ｃ_ｇ）が変化して生体８に印加されている電圧Ｖ_ｂの振幅が瞬間的に小さくなった場合（波形６１）について、各構成ユニットから出力される信号波形を示すものである。この場合、検波器１２２で正方向の成分のみ取り出した後（波形６２）、フィルタ１２３で高調波成分が平滑化された信号（波形６３）が差動増幅器１２５に入力される。フィルタ１２３の出力信号は、負の入力信号として差動増幅器１２５に入力されるので、固定電圧源１２４からの一定信号との差分を取った後の差動増幅器１２５からの出力信号（波形６４）は、電圧Ｖ_ｂの振幅が小さくなった時点を正の出力とする信号波形となる。
【００４４】
積分器１３１では、差動増幅器１２５の出力信号がゼロになるまで、すなわち送信回路１０２の出力電圧と生体８に印加される電圧が等しくなるまで制御信号が増加し続け（波形６５）、この結果、可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸが最適な値をとるように制御される。
【００４５】
図８（ｂ）は、浮遊容量４３（Ｃ_ｇ）が変化して生体８に印加されている電圧Ｖ_ｂの振幅が大きくなった場合（波形７１）について、各構成ユニットから出力される信号波形を示すものである。この場合、検波器１２２で正方向の成分のみ取り出した後（波形７２）、フィルタ１２３で高調波成分が平滑化された信号（波形７３）が差動増幅器１２５に入力される。フィルタ１２３の出力信号は、負の入力信号として差動増幅器１２５に入力されるので、固定電圧源１２４からの一定信号との差分を取った後の差動増幅器１２５からの出力信号（波形７４）は、電圧Ｖ_ｂの振幅が大きくなった時点を負の出力とする信号波形となる。
【００４６】
積分器１３１では差動増幅器１２５の出力信号がゼロになるまで、すなわち送信回路１０２の出力電圧と生体８に印加される電圧が等しくなるまで制御信号が減少し続け（波形７５）、この結果、可変リアクタンス部１１１のリアクタンスＸが最適な値をとるように制御される。
【００４７】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、振幅値のみを振幅モニタ部内に設けられる検波器で検出すればよいので、信号の遅延が問題になることはなく、波形の歪に対する要求精度も緩和されることになる。
【００４８】
したがって、このような非同期検波を用いることにより、振幅モニタ部および信号処理回路に比較的安価な部品を使用してトランシーバを構成することが可能となる。
【００４９】
ちなみに、本実施形態の非同期検波を用いた制御を実行することができる方式としては、例えば、ＰＳＫ（ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）やＦＳＫ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）等の方式を想定することができる。この点は、本発明の全ての実施形態に共通する事項である。
【００５０】
また、本実施形態に係るトランシーバの具体的な利用形態として、図１０に示した従来技術と同様の利用形態が想定されることはいうまでもない。この点についても、本発明の全ての実施形態に共通である。
【００５１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るトランシーバは、送信回路と送受信電極の間に設けられるリアクタンス部のリアクタンスＸを一定とし、その代わりに、発振器の発振周波数ｆを可変として、生体８に印加される電圧の変化を防止するものである。
【００５２】
上述した式（２）からも明らかなように、浮遊容量４３（Ｃ_ｇ）の変化に応じて変化する生体８への印加電圧Ｖ_ｂを送信回路からの出力電圧Ｖ_ｓに等しくするには、前述した実施形態のようにリアクタンス部が有するリアクタンスを可変とする代わりに、発振器から発生する交流信号の周波数ｆを変化させることによっても実現することができる。
【００５３】
図２は、以上の特徴を備えた本実施形態に係るトランシーバの構成（データ通信時）を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ２では、一定のリアクタンスＸを有するリアクタンス部２１１が、送信回路２０２と送受信電極２０５の間に設けられる一方で、発振する交流信号の周波数ｆを変更可能な周波数可変発振器２０３が、変調回路２０４に接続して設けられる。
【００５４】
同図に示すトランシーバ２では、積分器２３１（第１の積分器）が振幅モニタ部２２１と発振周波数ｆを変更可能な周波数可変発振器２０３との間に設けられ、この積分器２３１からの制御信号によって周波数可変発振器２０３から発振される交流信号の発振周波数ｆを制御する一方、リアクタンス部２１１が有するリアクタンスは一定値をとることにより、生体８に印加される電圧の変化を防止する。
【００５５】
差動増幅器２２５には、この他に固定電圧源２２４から一定値を取る基準信号が入力され、この基準信号とフィルタ２２３からの出力信号の差分が抽出され、積分器２３１に出力される。なお、本実施形態においても、固定電圧源２２４から出力される基準信号は、送信回路２０２の出力電圧Ｖ_ｓと生体８に印加される電圧Ｖ_ｂが等しいときにフィルタ２２３に出力される信号の振幅と等しくなるように予め調整されているものとする。
【００５６】
積分器２３１では、振幅モニタ部２２１からの出力信号を積分し、周波数可変発振器２０３への制御信号を出力する。これらの振幅モニタ部２２１と積分器２３１が制御手段をなしていることはいうまでもない。
【００５７】
この結果、浮遊容量４３の変化に伴って生体８への印加電圧Ｖ_ｂの振幅が変化したとき、信号処理回路２０８から出力される信号に基づいて振幅モニタ部２２１の各構成ユニットを経由し、積分器２３１から周波数可変発振器２０３に制御信号が出力されるまでの各構成ユニットにおける信号波形は、図８に示したものと本質的に同じになる。ただし本実施形態においては、積分器２３１で発生する制御信号が周波数可変発振器２０３に出力され、リアクタンス部２１１と直列共振を起こす周波数ｆに変更されることはいうまでもない（式（３）を参照）。
【００５８】
図２に示すデータ送信時の具体的なスイッチの接続状態は、スイッチＳＷ２１（第１の接続手段）が端子２１ａ−２１ｂ間、スイッチＳＷ２２（第２の接続手段）が端子２２ａ−２２ｃ間の接続となる。
【００５９】
データ受信時については図示しないが、スイッチＳＷ２１の端子２１ａ−２１ｂ間の接続が切断される一方で、スイッチＳＷ２２の接続が端子２２ｂ−２２ｃ間の接続に切り替わる。これら二つのスイッチの切替が、制御回路２４１からの切替制御信号を通じて行われる点については、第１の実施形態と同じである。
【００６０】
上述した以外のトランシーバ２の構成および作用は、第１の実施形態と同じである。このため、図２では、トランシーバ２が具備する部位に対応する部位の符号については、下２桁を図１の符号と揃えて記載してある。
【００６１】
以上説明した本発明の第２の実施形態が、上記第１の実施形態と同じ効果を奏することはいうまでもない。
【００６２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るトランシーバは、振幅モニタ部内に設けられる固定電圧源から出力される基準信号を自動的に調整する機能を有することを特徴とする。
【００６３】
図３は、本実施形態に係るトランシーバの基準信号調整時の構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ３は、振幅モニタ部３２１の詳細な構成、基準信号調整時に変調回路３０４と電界検出光学部３０７を可変リアクタンス部３１１を介さずに直接的に接続するための配線、およびこの配線に伴う新たなスイッチＳＷ３３（第３の接続手段）が設けられている点を除けば、上記第１の実施形態と同様である。すなわち、基準信号調整時には、スイッチＳＷ３３の端子３３ａと端子３３ｂを接続することで、変調回路３０４と電界検出光学部３０７を直接的に接続し、変調回路３０４の出力電圧Ｖ_ｓを減衰させずに電界検出光学部３０７に印加することが可能となる。このときフィルタ３２３から出力される電気信号の大きさを基準として用いれば、可変リアクタンス部３１１のリアクタンス値を制御する際に、変調回路３０４の出力電圧Ｖ_ｓと生体８に印加される電圧Ｖ_ｂが等しくなるようにリアクタンス値を制御できる。この基準信号調整時において、スイッチＳＷ３１（第１の接続手段）では、端子３１ａ−３１ｂ間が接続されている。また、スイッチＳＷ３２（第２の接続手段）は、端子３２ａ−３２ｃ間が接続されている。
【００６４】
振幅モニタ部３２１には、検波器３２２、フィルタ３２３、固定電圧源３２４、差動増幅器３２５に加えて、差動増幅器３２５と積分器３３１（第１の積分器）の間に設けられるスイッチＳＷ３４、このスイッチＳＷ３４と固定電圧源３２４の間に設けられるスイッチＳＷ３５、およびスイッチＳＷ３５と差動増幅器３２５の間に設けられる積分器３２６（第２の積分器）が設けられる。
【００６５】
振幅モニタ部３２１に設けられる二つのスイッチＳＷ３４およびＳＷ３５は、全体で第４の接続手段を構成しており、図３に示す基準信号調整時には、スイッチＳＷ３４では端子３４ｂ−３４ｃ間が接続されるとともに、スイッチＳＷ３５では端子３５ａ−３５ｃ間が接続される。この結果、差動増幅器３２５からの出力信号は積分器３２６で積分される。その後、積分器３２６からは、フィルタ３２３からの出力信号と等しくなるような制御信号が出力され、最終的に差動増幅器３２５からの出力信号がゼロとなるような調整が行われる。
【００６６】
次に、基準信号調整後のデータ送受信時について説明する。
【００６７】
図４は、基準信号調整後のデータ送信時のスイッチの接続状態を示すブロック図である。同図に示す場合、スイッチＳＷ３１では、送信回路３０２からの出力を可変リアクタンス部３１１を介して生体８へ印加するように端子３１ｂ−３１ｃ間が接続される。スイッチＳＷ３２は、基準信号調整時と同様に振幅モニタ部３２１側に接続されて負帰還回路を構成する（端子３２ａ−３２ｃ間の接続）。スイッチＳＷ３３は、生体８からの信号を受信するために送受信電極３０５側に接続する（端子３３ｂ−３３ｃ間の接続）。スイッチＳＷ３４は、差動増幅器３２５からの出力信号を積分して可変リアクタンス部３１１のリアクタンスＸを制御するために積分器３３１側に接続する（端子３４ａ−３４ｃ間の接続）。スイッチＳＷ３５は、積分器３２６と固定電圧源３２４を接続することにより（端子３５ｂ−３５ｃ間の接続）、基準信号を調整時の値に一定に保つ。
【００６８】
そして、浮遊容量４３の変化に伴って生体８への印加電圧Ｖ_ｂの振幅が変化したときには、積分器３３１からの制御信号によって可変リアクタンス部３１１（共振手段）の特性であるリアクタンスＸが制御されることにより、生体８に印加される電圧の変化を防止する。このときに、信号処理回路３０８から振幅モニタ部３２１を経由して積分器３３１に至るまでに各構成ユニットから出力される出力信号の波形が、それぞれ図８に示すものと本質的に同じであることはいうまでもない。
【００６９】
図５は、基準信号調整後のデータ受信時のスイッチの接続状態を示すブロック図である。同図に示すように、スイッチＳＷ３１では、送信回路３０２への逆流を防止するために、端子間の接続を切断しておく。スイッチＳＷ３２では、信号処理回路３０８から出力される信号を復調回路３０９に出力するように端子３２ｂ−３２ｃ間を接続する。このデータ受信時において、振幅モニタ部３２１は回路的に意味をなさないので、スイッチＳＷ３４およびＳＷ３５の接続は任意である。
【００７０】
なお、各スイッチの接続が、基準信号調整時、データ送信時、およびデータ受信時に応じた制御回路３４１からの切替制御信号によって連動して切り替えられる点については、上述した二つの実施形態と同様である。
【００７１】
また、上述した以外のトランシーバ３の構成および作用は、上記二つの実施形態のトランシーバと同様なので、各部位の符号は、トランシーバ１または２の対応部位と下２桁が同じになるように付与している。
【００７２】
以上説明した本発明の第３の実施形態が、第１および第２の実施形態と同様の効果を有するのは勿論である。加えて本実施形態によれば、振幅モニタ部３２１内に設けられる積分器３２６を用いて基準信号を自動的に調整することにより、状況に応じて最適な基準信号を得るように設定し、さらに安定した生体８への電圧の印加を行うことができる。
【００７３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るトランシーバは、送信回路内に設けられる発振器から出力される交流信号の発振周波数ｆを可変とする一方で、リアクタンス部が有するリアクタンスＸを一定とし、振幅モニタ部内に設けられる固定電圧源から出力される基準信号を自動的に調整する機能を有するものである。
【００７４】
図６は、本実施形態のトランシーバの基準信号調整時の構成を示すブロック図である。同図に示すトランシーバ４において、振幅モニタ部４２１を構成する構成ユニットおよびリアクタンス部４１１を介さずに送信回路４０２と電界検出光学部４０７を直接的に接続するための配線を施す点は、第３の実施形態と同じである（図３を参照）。また、スイッチＳＷ４１（第１の接続手段）、ＳＷ４２（第２の接続手段）、ＳＷ４３（第３の接続手段）、ＳＷ４４およびＳＷ４５（第４の接続手段）の各々に設けられる端子にそれぞれ付される符号は、第３の実施形態の各スイッチの端子に付される符号と下二桁（数＋アルファベット）を揃えて記載してある。
【００７５】
上記各実施形態と同様にして、制御回路４４１により切替が行われる各スイッチの接続状態を説明する。送信回路４０２からの出力信号をリアクタンス部４１１を介さずに直接電界検出光学部４０７に出力するために、スイッチＳＷ４１では端子４１ａ−４１ｂ間を接続するとともに、スイッチＳＷ４３では端子４３ａ−４３ｂ間を接続する。スイッチＳＷ４２では、信号処理回路４０８からの出力を振幅モニタ部４２１へ送るために端子４２ａ−４２ｃ間を接続する。スイッチＳＷ４４およびＳＷ４５は、差動増幅器４２５からの出力を積分器４２６（第２の積分器）へ出力するために、それぞれ端子４４ｂ−４４ｃ間および端子４５ａ−４５ｃ間を接続する。
【００７６】
以上の接続に基づいて、差動増幅器４２５からの出力信号をゼロとするような制御信号が積分器４２６（第２の積分器）から出力され、基準信号が調整される。
【００７７】
図７は、基準信号調整後のトランシーバ４のデータ送信時におけるスイッチの接続状態を示すブロック図である。同図における各スイッチの接続状況は次の通りである。スイッチＳＷ４１は、送信回路４０２からの出力をリアクタンス部４１１に送信するために、端子４１ｂ−４１ｃ間を接続する。スイッチＳＷ４３は、送受信電極４０５から信号を受信するために、端子４３ｂ−４３ｃ間を接続する。スイッチＳＷ４２は基準信号調整時と同様である（端子４２ａ−４２ｃ間の接続）。スイッチＳＷ４４は、差動増幅器４２５からの出力を積分器４３１へ送るために端子４４ａ−４４ｃ間の接続とする。スイッチＳＷ４５は、積分器４２６と固定電圧源４２４を接続することにより（端子４５ｂ−４５ｃ間の接続）、基準信号を調整時の値に一定に保つ。
【００７８】
そして、振幅モニタ部４２１と発振周波数ｆを変更可能な周波数可変発振器４０３の間に設けられる積分器４３１（第１の積分器）からの制御信号によって周波数可変発振器４０３から出力される交流信号の発振周波数ｆを制御する一方、リアクタンス部４１１が有するリアクタンスは一定値をとることにより、生体８に印加される電圧の変化を防止する。
【００７９】
本実施形態においても、浮遊容量４３の変化に伴って生体８への印加電圧Ｖ_ｂの瞬時値が変化したときに、信号処理回路４０８から振幅モニタ部４２１を経由して積分器４３１に至るまでに各構成ユニットから出力される出力信号の波形は、図８にそれぞれ示されるものと同様である。
【００８０】
データ受信時に、逆流防止のためにスイッチＳＷ４１の端子間の接続を切断することも上記実施形態と同様である（図示せず）。このデータ受信時では、スイッチＳＷ４２およびＳＷ４３は、生体８に誘起された電界を電気信号に変換後、受信データとしてウェアラブルコンピュータ７に送信するために、それぞれ端子４３ｂ−４３ｃ間および端子４２ｂ−４２ｃ間が接続される．。この場合、振幅モニタ部４２１は回路的に意味を持たないので、スイッチＳＷ４４およびＳＷ４５の接続は任意である。
【００８１】
上述した以外のトランシーバ４の構成および作用は、他の実施形態と同じなので、他のトランシーバと対応する部位には、下二桁が同じ符号を付してある。
【００８２】
以上説明した本発明の第４の実施形態が、上述した実施形態、特に第３の実施形態と同じ効果を奏するものであることはいうまでもない。
【００８３】
（その他の実施形態）
ところで、本発明は、上述した実施の形態においてのみ特有の効果を奏するものと理解されるべきではない。
【００８４】
例えば、各実施形態で説明した振幅モニタ部に、信号処理回路から出力される信号を増幅する増幅器を設け、この増幅器で増幅した信号を検波器に出力するような構成にしてもよい。この増幅器の増幅率（利得）は、既に調整しておいてもよいし、増幅率を可変とし、トランシーバに増幅率を自動的に調整する機能を付加することも可能である。
【００８５】
また、本発明のトランシーバに具備される電界検出光学部を、導線で短絡された２枚の電極板とレーザ光と磁気光学結晶とを用いて構成することも可能である。
【００８６】
さらに、上述した実施の形態では、電界伝達媒体として生体を例に取り説明を行ったが、本発明に係るトランシーバの送受信時にデータに基づく電界を生じて伝達する電界伝達媒体は、必ずしも生体に限定されるわけではない。
【００８７】
このように、本発明は上記実施形態と同様の効果を奏する様々な実施の形態等を含みうるものである。
【００８８】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、電界伝達媒体に印加する電圧の変化を防止して、通信品質の向上を図ることのできる安価なトランシーバを提供することができる。
【００８９】
これにより、ウェアラブルコンピュータがさらに実現性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るトランシーバの基準信号調整時の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るトランシーバのデータ受信時の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るトランシーバの基準信号調整時の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図８】信号出力回路から出力される信号に応じて積分器から出力される制御信号発生までに経由する各構成ユニットから出力される信号波形を示す図である。
【図９】従来法によるトランシーバの構成を示すブロック図である。
【図１０】トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用するときの例を示す説明図である。
【図１１】図９のトランシーバにおいて生体に印加される電圧を概念的に示す図である。
【図１２】可変リアクタンス部を加えたトランシーバのデータ送信時の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２のトランシーバにおいて生体に印加される電圧を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４、５、６トランシーバ
７ウェアラブルコンピュータ
８生体
４１送信回路のグランド
４３、５３浮遊容量
５１大地グランド
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２送信回路（送信手段）
１０３、３０３、５０３、６０３発振器
１１１、３１１、６１１可変リアクタンス部（共振手段）
１２１、２２１、３２１、４２１、６２１振幅モニタ部（制御手段の一部）
１２２、２２２、３２２、４２２検波器
１２３、２２３、３２３，４２３フィルタ
１２４、２２４、３２４、４２４固定電圧源
１２５、２２５、３２５、４２５差動増幅器
１３１、２３１、３３１、４３１積分器（制御手段の一部）
２０３、４０３周波数可変発振器
２１１、４１１リアクタンス部（共振手段）

Claims

送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、
所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、
前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、
前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、
前記受信すべき情報に基づく電界を検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、
一定の振幅を有する信号である基準信号を発生し、この基準信号および前記電界検出手段で変換した電気信号を用いて前記共振手段が有する特性を制御する制御信号を出力する制御手段と、
前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段と
を備えたことを特徴とするトランシーバ。
送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行うトランシーバであって、
所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信する送信手段と、
前記送信すべき情報に基づく電界の誘起および前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行う送受信電極と、
前記送信手段のグランドと大地グランドの間に生じる浮遊容量と直列共振を起こすために前記送信手段および前記送受信電極と直列に接続される共振手段と、
前記受信すべき情報に基づく電界を前記送受信電極を介して検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段と、
一定の振幅を有する信号である基準信号を発生し、この基準信号および前記電界検出手段で変換した電気信号を用いて前記送信手段で発振する交流信号の周波数を制御する制御信号を出力する制御手段と、
前記電界検出手段で変換した電気信号を復調する復調手段と
を備えたことを特徴とするトランシーバ。
前記制御手段は、
前記電界検出手段で変換した電気信号の振幅を検出する検波器と、
この検波器の出力信号の高調波成分を除去するフィルタと、
前記基準信号を発生する固定電圧源と、
この固定電圧源で発生する基準信号と前記フィルタの出力信号の差を求め、この差を増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器からの出力信号を積分した結果に基づいて前記制御信号を発生する第１の積分器と
を有することを特徴とする請求項１または２記載のトランシーバ。
前記電界伝達媒体に電界を誘起して情報の送信を行うときには前記送信手段と前記共振手段を接続する一方で、前記送受信電極を介して前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記送信手段と前記共振手段の接続を切断する第１の接続手段と、
前記情報の送信を行うときには前記電界検出手段と前記制御手段を接続する一方で、前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記電界検出手段と前記復調手段を接続する第２の接続手段と
を備えたことを特徴とする請求項３記載のトランシーバ。
前記制御手段は、前記基準信号を調整するための制御信号を発生する第２の積分器をさらに有することを特徴とする請求項３記載のトランシーバ。
前記電界伝達媒体に電界を誘起して情報の送信を行うときには前記送信手段と前記共振手段を接続し、前記基準信号を調整するときには前記共振手段を介さずに前記送信手段と前記電界検出手段を接続し、前記送受信電極を介して前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには接続を行わない第１の接続手段と、
前記情報の送信を行うとき並びに前記基準信号を調整するときには前記電界検出手段と前記制御手段を接続する一方で、前記電界伝達媒体に誘起された電界の受信を行うときには前記電界検出手段と前記復調手段を接続する第２の接続手段と、
前記基準信号を調整するときには前記送信手段と前記電界検出手段を接続する一方で、前記情報の送信を行うとき並びに前記電界の受信を行うときには前記送受信電極と前記電界検出手段を接続する第３の接続手段と、
前記情報の送信を行うとき並びに前記電界の受信を行うときには前記差動増幅器と前記第１の積分器とを接続するとともに前記固定電圧源と前記第２の積分器を接続する一方で、前記基準信号を調整するときには前記差動増幅器と前記第２の積分器を接続する第４の接続手段と
を備えたことを特徴とする請求項５記載のトランシーバ。