JP2010177767A - 電極調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】信号強度やノイズレベルの変化に容易に対応する。
【解決手段】多層に構成された複数の電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを備え、判定回路１５により、信号強度、ノイズレベルを判定して、その判定結果を選択回路１３にフィードバックし、選択回路１３が適切な信号強度、ノイズレベルが得られる電極を選択する。これにより、電極を取り替えたり、受信感度の調節を行う必要がなくなり、信号強度やノイズレベルの変化に容易に対応できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電界伝達媒体を伝達する送信すべき情報に基づく電界を検出して情報の送受信を行う技術に関する。

人体などの電界伝達媒体に電界を誘起し、この誘起された電界を用いてデータ通信を行う電界通信装置が提案されている（特許文献１参照）。

図１１は、従来の電界通信装置の電極の構成を示す図であり、電界通信用の電極１０１，１０２と、差動増幅回路１０３を示す。差動増幅回路１０３を用いることにより、信号成分の差を増幅し、雑音成分をキャンセルすることができる。

特開２００１−３５２２９０号公報

しかしながら、設置条件や設置場所の変化によって、信号強度やノイズレベルが変化し、ノイズ（雑音成分）が相殺されずに増幅される場合は、電極のサイズや構成の変更、電界通信装置の受信感度の調整などを行うことにより対応する必要があり、費用や時間を要するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、電界通信装置において、信号強度やノイズレベルの変化に容易に対応することにある。

本発明に係る電極調整システムは、電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行う電界通信装置に配置される電極調整システムであって、電界通信用の第１、第２の電極と、第１、第２の電極それぞれから入力した信号の差分を増幅する差動増幅回路と、第１の電極に信号を入力していないときの差動増幅回路の出力に基づいてノイズレベルを判定し、第１の電極に信号を入力したときの差動増幅回路の出力に基づいて信号レベルを判定する判定手段と、ノイズレベル及び信号レベルが所定の基準を満たさないときに、第１、第２の電極間の容量を変更する変更手段と、を有することを特徴とする。

上記電極調整システムにおいて、多層に構成された複数の電極を有し、変更手段は、複数の電極のなかから第１、第２の電極をそれぞれ選択することを特徴とする。

上記電極調整システムにおいて、第１、第２の電極は、複数の部分に分割されているものであって、変更手段は、複数の部分から第１、第２の電極として利用する部分を選択することを特徴とする。

上記電極調整システムにおいて、第１、第２の電極の間に可変容量を備え、変更手段は、可変容量を調節することを特徴とする。

上記電極調整システムにおいて、変更手段は、第１、第２の電極の少なくとも一方の電極を移動させることを特徴とする。

上記電極調整システムにおいて、第１、第２の電極のいずれか一方の電極の近辺に配置された第３の電極と、第３の電極に所定の電位を印加する印加手段と、差動増幅回路の出力に基づいて所定の電位を調節する調節手段と、を有することを特徴とする。

上記電極調整システムにおいて、第１、第２の電極と差動増幅回路とを接続する伝送路に所定の電位が印加されるシールドを備えたことを特徴とする。

本発明にあっては、電界通信用の第１、第２の電極を差動増幅回路に接続し、差動増幅回路の出力に基づいてノイズレベル、信号レベルを判定し、ノイズレベル、信号レベルが所定の基準を満たさないときに第１、第２の電極間の容量を変更することで、電極を取り替えたり、受信感度の調節を行うことなく、適切なノイズレベル、信号レベルを得ることができる電極調整システムを提供することができる。

第１、第２の電極間の容量を変更する手段としては、多層に構成された複数の電極から第１、第２の電極として用いる電極を選択する、複数の部分に分割した電極から利用する部分を選択する、第１、第２の電極間に可変容量を備える、第１、第２の電極を物理的に移動させる、などの手段がある。

このように、本発明によれば、電界通信装置において、信号強度やノイズレベルの変化に容易に対応することができる。

第１の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。 同図（ａ）は閾値Ｖｔｈにおいてノイズが検出されない場合の様子を説明するグラフであり、同図（ｂ）は閾値Ｖｔｈにおいて信号が検出される場合の様子を説明するグラフである。 第２の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。 図５の電極の側面図である。 第５の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。 第５の実施の形態における別の電極調整システムの構成を示すブロック図である。 電極の形状の例を示す模式図である。 電極の形状の別の例を示す模式図である。 従来の電界通信装置の電極の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。同図に示す電極調整システムは多層に構成された複数の電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ、選択回路１３、差動増幅回路１４、判定回路１５、およびＭＰＵ（microprocessing unit）１６を備える。本電極調整システムは、電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂに近接する電界伝達媒体に誘起された電界を検出してデータを受信する電界通信装置に配置される。

選択回路１３は、電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂのなかから第１、第２の電極をそれぞれ選択する。選択された第１、第２の電極により電界伝達媒体に誘起された電界を検出し、差動増幅回路１４へ信号を平衡伝送する。差動増幅回路１４の出力は、図示しない電界通信装置の受信部へ入力される。

判定回路１５は、差動増幅回路１４の出力が所望の信号強度、ノイズレベルを満たすか否か判定する。判定回路１５の判定結果に基づいて、ＭＰＵ１６が選択回路１３を制御して、所望の信号強度とノイズレベルとを満たすように、第１、第２の電極として利用する電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを決定する。選択回路１３が電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの組み合わせを変更することで、利用する電極間の距離が変わって、電極間の容量が変わるので、それに伴って信号強度、ノイズレベルが変化する。

次に、判定回路が信号強度とノイズレベルを判定する動作について説明する。

まず、判定回路１５は、無信号時にノイズレベルを判定する。ノイズレベルの判定は、無信号時の差動増幅回路１４の出力をコンパレータで比較し、閾値Ｖｔｈにおいてノイズが検出されるか否かを調べることにより行う。図２（ａ）は、閾値Ｖｔｈにおいてノイズが検出されない場合の様子を示す図である。同図に示すように、ノイズの振幅が閾値Ｖｔｈより小さい場合は、閾値Ｖｔｈに対するノイズレベルを満たしていると判定する。ノイズの振幅が閾値Ｖｔｈ以上の場合は、ノイズレベルの基準を満たさないので、選択回路１３にフィードバックして別の電極の組み合わせを選択し、再びノイズレベルを判定する。

閾値Ｖｔｈにおいてノイズが検出されない場合は、信号強度を判定する。信号強度の判定は、標準信号入力時の差動増幅回路１４の出力をコンパレータで比較し、閾値Ｖｔｈにおいて標準信号が検出できるか否か調べることにより行う。標準信号は、例えば、何発かのパルスであり、選択した電極に近接する電界伝達媒体にそのパルスを入力する。標準信号が検出できない場合は、別の電極の組み合わせを選択して、再びノイズレベル判定に戻る。図２（ｂ）に示すように、閾値Ｖｔｈにおいて標準信号が検出できた場合、そのときの電極の組み合わせを採用する。

したがって、本実施の形態によれば、多層に構成された複数の電極１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを備え、判定回路１５により、信号強度、ノイズレベルを判定して、その判定結果を選択回路１３にフィードバックすることにより、選択回路１３は、適切な信号強度、ノイズレベルが得られる電極を選択でき、電極を取り替えたり、受信感度の調節を行う必要がなくなる。

［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。第２の実施の形態における電極調整システムは、第１の実施の形態における電極調整システムとは電極の構成が異なる。同図に示す電極調整システムは、対向して配置された電極を複数の部分に分割した第１の電極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄと第２の電極３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄとを有する。

第２の実施の形態における電極調整システムも第１の実施の形態と同様に、判定回路３５が差動増幅回路３４の出力に基づいて信号強度、ノイズレベルを判定し、その判定結果をＭＰＵ３６にフィードバックして、信号強度、ノイズレベルが所定の基準を満たすように、選択回路３３が第１の電極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄと第２の電極３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを選択する。選択する電極は、第１、第２の電極から一部分づつとは限らず、複数の部分を選択するものでもよい。

選択回路３３が選択した電極の組み合わせにより、第１の電極と第２の電極の面積が変わって、電極間の容量が変わるので、それに伴って信号強度、ノイズレベルが変化する。

選択した電極が信号強度、ノイズレベルの基準を満たすか否かは、第１の実施の形態と同様に判定回路３５が閾値Ｖｔｈと信号強度、ノイズレベルとを比較することにより行う。

したがって、本実施の形態によれば、対向して配置された電極を複数の部分に分割した第１の電極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄと第２の電極３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄとを備え、判定回路３５により、信号強度、ノイズレベルを判定して、その判定結果を選択回路３３にフィードバックすることにより、選択回路３３は、適切な信号強度、ノイズレベルが得られる電極を選択できる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態における電極調整システムは、第１，２の実施の形態とは、利用する電極を選択しない点で異なる。電極を選択して電極間の容量を変える代わりに、電極間に可変容量を接続して電極間の容量を調節する。

図４は、第３の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。同図に示す電極調整システムは、対向して配置された第１の電極４１と第２の電極４２とを備え、第１の電極４１と第２の電極４２との間に可変容量４７を接続する。第１の電極４１、第２の電極４２は、差動増幅回路４４に接続される。判定回路４５は、差動増幅回路４４の出力に基づいて信号強度、ノイズレベルを判定する。判定回路４５の判定結果はＭＰＵ４６にフィードバックされ、ＭＰＵ４６は、その判定結果に基づいて、信号強度、ノイズレベルが所定の基準を満たすように調整回路４３を制御し、可変容量４７を変更する。可変容量４７を変更することにより、信号強度、ノイズレベルが変化する。

信号強度、ノイズレベルの基準を満たすか否かは、第１の実施の形態と同様に判定回路４５が閾値Ｖｔｈと信号強度、ノイズレベルとを比較することにより行う。

したがって、本実施の形態によれば、第１、第２の電極４１，４２間に可変容量４７を備え、判定回路４５により、信号強度、ノイズレベルを判定し、その判定結果を調整回路４３にフィードバックすることにより、調整回路４３は、適切な信号強度、ノイズレベルが得られる可変容量を設定できる。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態における電極調整システムは、電極を物理的に移動して電極間の容量を調節する。

図５は、第４の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。同図に示す電極調整システムは、対向して配置された第１の電極５１と第２の電極５２とを備え、第１の電極５１の位置を図上で左右に移動させる制御回路５３を有する。第１の電極５１、第２の電極５２は、差動増幅回路５４に接続される。判定回路５５は、差動増幅回路５４の出力に基づいて信号強度、ノイズレベルを判定する。判定回路５５の判定結果は、ＭＰＵ５６にフィードバックされ、ＭＰＵ５６は、制御回路５３を制御して第１の電極５１の位置を変更する。

図６は、第１、第２の電極５１，５２を横から見た図である。制御回路５３は、第１の電極５１を水平方向に動かして第２の電極５２との重なる面積を調整する。第１の電極５１を動かすことにより、第１、第２の電極５１，５２の重なる面積が変わって、電極間の容量が変わるので、それに伴って信号強度、ノイズレベルが変化する。

信号強度、ノイズレベルの基準を満たすか否かは、第１の実施の形態と同様に判定回路５５が閾値Ｖｔｈと信号強度、ノイズレベルとを比較することにより行う。

なお、第１の電極５１をロールスクリーンのように巻き取ることにより、第１、第２の電極５１，５２の重なる面積を調整するものでもよい。また、第１の電極５１を垂直方向に移動させて、第１、第２の電極５１，５２間の距離を調整して電極間の容量を変更するものでもよい。もちろん、第２の電極５２を移動させるものでも、第１、第２の電極５１，５２の両方を移動させるものでもよい。

したがって、本実施の形態によれば、第１の電極５１をスライドさせる制御回路５３を備え、判定回路５５により、信号強度、ノイズレベルを判定し、その判定結果を制御回路５３にフィードバックすることにより、制御回路５３は、適切な信号強度、ノイズレベルが得られる第１、第２の電極５１，５２の重なり具合を調節できる。

［第５の実施の形態］
図７は、第５の実施の形態における電極調整システムの構成を示すブロック図である。同図に示す電極調整システムは、第３の実施の形態における電極調整システムの第２の電極７２の下面に第３の電極７８を備えたものであり、第３の電極７８には、調整回路７３により固定電位が与えられる。ここでは、第３の実施の形態において、電極の下面に固定電位を与える電極７８を配置したが、もちろん、他の実施の形態における電極調整システムに同様に適用することが可能である。

第１、第２の電極７１，７２により信号を差動増幅回路７４へ平衡伝送する場合、設置環境によっては差動増幅回路７４に入力される信号が大きく変動して許容範囲を超えることがある。そこで、本実施の形態では、第３の電極７８に固定電位を与えることで、第１、第２の電極７１，７２の電位のゆれを抑えて、差動増幅回路７４に入力される信号の変動を緩和する。調整回路７３は判定回路７５の判定結果を参照し、第１、第２の電極７１，７２に結合する不要信号強度が最小となるように、第３の電極７８に固定電位を与える。

また、図８に示すように、電極７１，７２と差動増幅回路７４とを接続するケーブルにシールド７９を取り付け、上記のように調整回路７３により固定電位を与えてもよい。

以上、第１〜第５の実施の形態まで平面電極を用いて説明したが、図９に示すように、格子状の電極を用いるものでもよく、あるいは、図１０に示すように、線あるいは帯状の電極を用いるものでもよい。また、異なる形状の電極を選択して信号強度、ノイズレベルを調整するものでもよい。

１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，４１，４２，５１，５２，７１，７２，７８…電極
１３，３３…選択回路
４３，７３…調整回路
４７…可変容量
５３…制御回路
１４，３４，４４，５４，７４…差動増幅回路
１５，３５，４５，５５，７５…判定回路
１６，３６，４６，５６…ＭＰＵ
７９…シールド
１０１，１０２…電極
１０３…差動増幅回路

Claims (7)

1. 電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行う電界通信装置に配置される電極調整システムであって、
   電界通信用の第１、第２の電極と、
   前記第１、第２の電極それぞれから入力した信号の差分を増幅する差動増幅回路と、
   前記第１の電極に信号を入力していないときの前記差動増幅回路の出力に基づいてノイズレベルを判定し、前記第１の電極に信号を入力したときの前記差動増幅回路の出力に基づいて信号レベルを判定する判定手段と、
   前記ノイズレベル及び前記信号レベルが所定の基準を満たさないときに、前記第１、第２の電極間の容量を変更する変更手段と、
   を有することを特徴とする電極調整システム。
2. 多層に構成された複数の電極を有し、
   前記変更手段は、前記複数の電極のなかから前記第１、第２の電極をそれぞれ選択することを特徴とする請求項１記載の電極調整システム。
3. 前記第１、第２の電極は、複数の部分に分割されているものであって、
   前記変更手段は、前記複数の部分から前記第１、第２の電極として利用する部分を選択することを特徴とする請求項１記載の電極調整システム。
4. 前記第１、第２の電極の間に可変容量を備え、
   前記変更手段は、前記可変容量を調節することを特徴とする請求項１記載の電極調整システム。
5. 前記変更手段は、前記第１、第２の電極の少なくとも一方の電極を移動させることを特徴とする請求項１記載の電極調整システム。
6. 前記第１、第２の電極のいずれか一方の電極の近辺に配置された第３の電極と、
   前記第３の電極に所定の電位を印加する印加手段と、
   前記差動増幅回路の出力に基づいて前記所定の電位を調節する調節手段と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電極調整システム。
7. 前記第１、第２の電極と前記差動増幅回路とを接続する伝送路に前記所定の電位が印加されるシールドを備えたことを特徴とする請求項６記載の電極調整システム。

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