JP2011250081A

JP2011250081A - 通信装置

Info

Publication number: JP2011250081A
Application number: JP2010120504A
Authority: JP
Inventors: Daichi Inoue; 大地井上; Kiyoto Kusano; 清人草野; Hideyuki Nebiya; 英之根日屋
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-12-08
Also published as: WO2011148757A1

Abstract

【課題】人体等の伝送媒体の表面電界を使って通信を行う通信システムにおいて、消費電力を十分に低減させることができる通信装置を提供すること。
【解決手段】通信装置１は、電界通信用電極２を介して伝送媒体側の通信装置との間で電界通信する電界通信変復調部６と、電界通信変復調部６の動作を制御する制御部１３と、制御部１３へ電源を供給する電源部４と、電源部４から制御部１３への電源を投入又は遮断するスイッチ５と、スイッチ５が遮断状態にある場合は伝送媒体の一部が電界通信用電極２に接触又は所定距離以下で近接した際に電界通信用電極２で受ける伝送媒体の電界の変位によりスイッチを投入状態に切り替える検出部３と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体等の伝送媒体の表面電界を使って通信（以下、「電界通信」という）する通信装置に関する。

従来、人体に装着された電子キーと電子錠装置との間で人体を介して通信を行う電子鍵システムが知られている（特許文献１参照）。この電子鍵システムの電子キーには、電子キー全体を通常に動作させる通常モードと、電子キーの一部の機能のみを動作させる待機モードとが設けられ、電子錠装置に設けられた接触電極に人体が接触しない場合には、待機モードに切り替えられて電力消費を抑えるように構成されている。待機モードでは、接触電極に接触した際に電子錠装置からのスタート信号を検出するスタート信号検出部及び電子キー各部を起動させる電子キー制御部以外の各部の機能は停止される。この待機モードの状態で接触電極に人体が接触した際には、スタート信号検出部でスタート信号が受信され、電子キー制御部が起動されて通常モードに切り替えられる。通常モードに切り替えられると電子キー制御部内のタイマが起動され、タイマが停止した一定時間後に再び待機モードに切り替えられる。

特許第４１０３５８９号公報

しかしながら、従来の電子鍵システム（通信システム）では、待機モードであっても電子錠装置との接触を検知するためにスタート信号検出部及び電子キー制御部を常時起動させておく必要があるので、非通信状態でも常に電力を供給する必要があり、電子キー（通信装置）の消費電力を十分に低減することができない問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、人体等の伝送媒体の表面電界を使って通信する通信システムにおいて、消費電力を十分に低減することができる通信装置を提供することを目的とする。

本発明の通信装置は、電界通信用電極と、前記電界通信用電極を介して伝送媒体側の通信装置との間で電界通信する電界通信部と、前記電界通信部の動作を制御する制御部と、前記制御部へ電源を供給する電源部と、前記電源部から前記制御部への電源を投入又は遮断するスイッチと、前記スイッチが遮断状態にある場合は前記伝送媒体の一部が前記電界通信用電極に接触又は所定距離以下で近接した際に前記電界通信用電極で受ける前記伝送媒体の電界の変位により前記スイッチを投入状態に切り替える検出部と、を具備したことを特徴とする。

この構成によれば、スイッチが電源供給を遮断する状態にあり、伝送媒体が電界通信用電極に接触又は所定距離以下で近接すると、電界通信用電極で受ける伝送媒体の電界の変位を検出し、スイッチが投入状態に切り替えられ、制御部に電力が供給される。したがって、電源供給を遮断している状態では、伝送媒体が電界通信用電極に接触又は所定距離以下で近接するまで電力消費が抑えられ、消費電力を十分に低減することができる。ここで、電界の変位とは、伝送媒体がアンテナとなって受ける電界の変位のことであり、ある所定の信号だけではなく、周囲雑音も含むものである。

上記通信装置において、前記検出部は、前記伝送媒体の一部が前記電界通信用電極に接触又は所定距離以下で近接した際にインピーダンスが低下することにより前記電界通信用電極で受ける前記伝送媒体の電界の変位を検出する。

上記通信装置において、近距離無線通信を行う近距離無線通信部を有し、前記制御部は、前記電界通信用電極から受信する所定の信号の電界強度が所定レベル以下になった場合に、前記電界通信部による通信から前記近距離無線通信部による通信に切り替えることを特徴とする。

この構成によれば、電界通信用電極で受信される信号の電界強度が所定レベル以下になった際に、電界通信部による通信から近距離無線通信部による通信に切り替えるので、使用環境や用途に応じて電界通信と近距離無線通信とを使い分けることができる。

上記通信装置において、前記所定レベルは、前記電界通信部が通信可能なレベルであり、前記制御部は、前記電界通信用電極から受信する所定の信号の電界強度が前記所定レベルになる前に、前記近距離無線通信部の動作を開始させることが好ましい。

この構成によれば、電界通信部が通信不可能な所定レベル以下になる前に、近距離無線通信部の動作が開始されるので、電界通信から近距離無線通信への切り替えの際において、双方の通信が行われない非通信期間を発生させずに、電界通信から近距離無線通信に通信を切り替えることができる。

本発明によれば、人体等の伝送媒体の表面電界を使って通信を行う通信システムにおいて、消費電力を十分に低減させることができる通信装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る通信装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態に係る検出部のインピーダンス変化を説明するための図である。本実施の形態に係る検出部での入力信号レベルを示す図である。本実施の形態に係る通信装置の検出部の一例を示す回路構成図である。本実施の形態に係る通信装置の電界通信から近距離無線通信への通信切り替えを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の実施の形態に係る通信装置は、人体等の伝送媒体の周囲の静電界を利用して、いわゆる電界通信を行う通信システムに用いられる通信装置であり、例えば、伝送媒体側の通信装置と電界通信を行うホスト側装置として適用可能なものである。ここで静電界には、準静電界を含む。以下では、本実施の形態に係る通信装置をホスト側の通信装置として用いた場合を例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではなく、用途等に応じて人体等の伝送媒体側の通信装置として用いることも可能である。

図１は、本実施の形態に係る通信装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示す通信装置１は、電界通信用電極２と、検出部３と、電源部４と、スイッチ５と、電界通信変復調部６と、受信電界強度保持部７と、近距離無線通信用アンテナ８と、無線通信変復調部９と、受信電界強度保持部１０と、データメモリ１１と、グランド（ＧＮＤ）電極１２と、制御部１３と、を備えており、電界通信機能と近距離無線通信機能を実現している。データメモリ１１には、電界通信及び近距離無線通信で取得したデータ等が格納される。この通信装置１では、電源部４から制御部１３への電源が遮断された状態で、伝送媒体が電界通信用電極２へ接触又は近接（電界通信可能な距離に接近）した場合、スイッチ５がオフからオンに切り替えられ電源部４から制御部１３へ電源供給が開始されると共に、電界通信用電極２から入力された受信信号の受信電界強度に基づいて電界通信と近距離無近距離無線通信とが切り替えられるように構成されている。

検出部３は、スイッチ５がオフ（遮断状態）の場合、伝送媒体の一部が電界通信用電極２に接触又は所定距離以下で近接してインピーダンスが低下することにより電界通信用電極２で受ける伝送媒体の電界の変位を検出し、スイッチ５をオフからオンに切り替える。ここで、所定距離以下で近接とは、伝送媒体と電界通信用電極２とが容量結合可能な距離と言っても良い。また、電界の変位とは、伝送媒体がアンテナとなって受ける電界の変位のことであり、ある所定の信号だけではなく周囲雑音も含むものである。

図２は、検出部３でのインピーダンス変化を説明するための図であり、図３は、検出部３における入力信号レベルを示す図である。図２（ａ）に示すように、電界通信用電極２から伝送媒体が所定距離以上離れた非接触状態では、検出部３の電極端におけるインピーダンスＲ０は高くなっている。この場合、モジュールの終端負荷ＲＬは、電界通信変復調部６と検出部３の負荷の和であり、ハイインピーダンスとする。このとき、検出部３での入力信号レベルは、図３（ｂ）に比べて非常に小さくなるため（図３（ａ））、スイッチ５はオン（電源投入状態）にならない。

一方、図２（ａ）に示す状態から電界通信用電極２に伝送媒体が接触又は所定距離以下で近接した際には、図２（ｂ）に示すように、検出部３の電極端におけるインピーダンスＲ０が低くなり、電界通信用電極２で受ける伝送媒体の電界の変位が検出される。このとき、検出部３での入力信号レベルは、図３（ａ）に比べて非常に高くなる（図３（ｂ））。このように検出部３は、伝送媒体が電界通信用電極２に接触又は所定距離以下で近接した際にインピーダンスが低下することで、電界通信用電極２で受ける伝送媒体の電界の変位を検出し、スイッチ５をオフ（電源遮断状態）からオン（電源投入状態）に切り替える。

図４は検出部３の回路構成の一例を示す回路図である。
この検出部（検出回路）３は、第１のトランジスタＴＲ１のベースが抵抗Ｒ１を介して電界通信用電極２に接続されている。第１のトランジスタＴＲ１は、コレクタが電源Ｖｃｃに接続され、エミッタが第２のトランジスタＴＲ２のベースに接続されている。第２のトランジスタＴＲ２は、コレクタが電源Ｖｃｃに接続され、エミッタが第３のトランジスタＴＲ３のベースに接続されている。第３のトランジスタＴＲ３は、コレクタが抵抗Ｒ２を介して電源Ｖｃｃに接続され、エミッタが抵抗Ｒ３を介して接地されている。第３のトランジスタＴＲ３のエミッタは抵抗Ｒ４を介して第４のトランジスタＴＲ４のベースに接続されている。第３のトランジスタＴＲ３のエミッタと抵抗Ｒ４との中間接続点と電源Ｖｃｃとの間にはコンデンサＣ１が接続されている。また、第４のトランジスタＴＲ４は、エミッタが電源Ｖｃｃに接続され、コレクタが負荷ＲＬを介して接地される。本実施の形態では、負荷ＲＬは制御部１３である。

以上のように構成された検出部３では、第１のトランジスタＴＲ１のベースに所定レベル以上の信号が印加されると、第１のトランジスタＴＲ１がオンする。第１のトランジスタＴＲ１がオンすることにより、第２のトランジスタＴＲ２のベースに電源Ｖｃｃからバイアス電圧が印加されて第２のトランジスタＴＲ２がオンする。第２のトランジスタＴＲ２がオンすることにより、第３のトランジスタＴＲ３のベースに電源Ｖｃｃからバイアス電圧が印加されて第３のトランジスタＴＲ３がオンする。第３のトランジスタＴＲ３がオンすると、電源Ｖｃｃが、抵抗Ｒ２、第３のトランジスタＴＲ３のコレクタ−エミッタ、抵抗Ｒ３を介して接地される。第４のトランジスタＴＲ４のベースに印加される電圧はコンデンサＣ１によりある程度平滑化される。第４のトランジスタＴＲ４がオンすると、電源Ｖｃｃが第４のトランジスタＴＲ４のエミッタ-コレクタを介して負荷ＲＬとなる制御部１３へ供給される。この結果、制御部１３へ電源が供給されることとなる。

電源部４は、スイッチ５を介して制御部１３へ電源を供給する。スイッチ５は、電源部４から制御部１３への電源を投入又は遮断するものである。スイッチ５がオフの場合には、検出部３での所定レベル以上の電圧検出をトリガとしてスイッチ５がオンに切り替えられ、制御部１３に電源が投入されて各部に電源が供給される。なお、スイッチ５がオンされ制御部１３に電源が投入された後は、制御部１３によりスイッチ５のオンオフが制御される。電界通信及び近距離無線通信が終了したところでスイッチ５をオフする。

電界通信変復調部６は、電界通信用電極２を介して伝送媒体側の通信装置との間で電界通信を行うものであり、送受信信号に対して所定の変復調処理を行う。電界通信変復調部６は、電界通信用電極２から受信信号を受けると所定の復調処理を施し、復調後の受信信号を制御部１３に送る。このとき、受信信号の受信電界強度を示す受信電界強度情報が、受信電界強度保持部７に保持される。この受信電界強度のレベルに基づいて、電界通信から近距離無線通信への通信切り替え要否が判断される。

無線通信変復調部９は、ブルートゥース（登録商標）等の近距離無線通信用アンテナ８を介して近距離無線通信を行うものであり、送受信信号に対して所定の変復調処理を行う。無線通信変復調部９は、近距離無線通信用アンテナ８から受信信号を受けると所定の復調処理を施し、復調後の受信信号を制御部１３に送る。このとき、受信信号の受信電界強度を示す受信電界強度情報が、受信電界強度保持部１０に保持される。

制御部１３は、通信装置１の各部を制御するものであり、電界通信用電極２から入力する受信信号の受信電界強度が所定レベル以下になった際に、電界通信変復調部６による電界通信から無線変復調部９による近距離無線通信に切り替える。

図５は、制御部１３の電界通信から近距離無線通信への通信方式の切り替えを説明するための図である。図５に示すように、制御部１３には、電界通信変復調部６が電界通信可能な受信電界強度に対応する最低受信レベルＬ１が設定され、この最低受信レベルＬ１よりも所定レベルだけ受信電界強度の高い受信レベルＬ２が設定されている。また、制御部１３には、無線通信変復調部９が近距離無線通信可能な受信電界強度に対応する最低受信レベルＬ３が設定されている。電界通信変復調部６が受信する所定の信号の受信電界強度が受信レベルＬ２になったタイミングｔ１で、制御部１３により無線通信変復調部９が起動され、受信信号の受信電界強度が最低受信レベルＬ３になったタイミングｔ２で、電界通信変復調部６による電界通信から無線通信変復調部９による近距離無線通信に通信方式が切り替えられる。なお、図５では、電界通信可能な最低受信レベルＬ１と近距離無線通信可能な最低受信レベルＬ３を同一レベルにしているが、受信レベルＬ１〜Ｌ３は使用環境や用途等に応じて任意の値に設定可能である。

これにより、電界通信での受信信号の受信電界強度が所定レベル以下になった際に、電界通信変復調部６による電界通信から無線通信変復調部９による近距離無線通信に切り替えるので、使用環境や用途に応じて電界通信と近距離無線通信とを使い分けすることができる。特に、電界通信変復調部６が通信可能な最低受信レベルＬ１になる前に、無線通信変復調部９の起動が開始されるので、電界通信から近距離無線通信への切り替えの際において、双方の通信が行われない非通信期間を発生させずに、電界通信から近距離無線通信に効率的に通信を切り替えることができる。

次に、電界通信用電極２に伝送媒体が非接触の状態から接触した場合における通信装置１の動作について説明する。まず、電界通信用電極２に伝送媒体が接触又は所定距離以下で近接すると、検出部３の電極端における入力インピーダンスが低くなり、電界通信用電極２で受けている伝送媒体の電界の変位を検出部３に電気信号として伝える。検出部３では、この電気信号を検出して電界通信用電極２への伝送媒体の接触又は近接があったと判断し、スイッチ５をオフからオンに切り替える。スイッチ５がオンに切り替えられると、電源部４からの電源が制御部１３に与えられ、制御部１３を介して通信装置１の各部に電源が供給される。

このように、本実施の形態によれば、スイッチ５が遮断状態にある場合、伝送媒体が電界通信用電極２に接触又は所定距離以下で近接した際に電界通信用電極２で受ける伝送媒体の電界の変位により、スイッチ５を投入状態に切り替えられるので、電源供給を遮断している状態では、伝送媒体が電界通信用電極２に接触又は所定距離以下で近接するまで電力消費が抑えられ、消費電力を十分に低減することができる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明は、人体等の伝送媒体の表面電界を使って通信を行う通信システムの通信装置として有用である。

１通信装置
２電界通信用電極
３検出部
４電源部
５スイッチ
６電界通信変復調部（電界通信部）
７受信電界強度保持部
８近距離無線通信用アンテナ
９無線通信変復調部(近距離無線通信部)
１０受信電界強度保持部
１１データメモリ
１２グランド（ＧＮＤ）電極
１３制御部

Claims

電界通信用電極と、
前記電界通信用電極を介して伝送媒体側の通信装置との間で電界通信する電界通信部と、
前記電界通信部の動作を制御する制御部と、
前記制御部へ電源を供給する電源部と、
前記電源部から前記制御部への電源を投入又は遮断するスイッチと、
前記スイッチが遮断状態にある場合は前記伝送媒体の一部が前記電界通信用電極に接触又は所定距離以下で近接した際に前記電界通信用電極で受ける前記伝送媒体の電界の変位により前記スイッチを投入状態に切り替える検出部と、を具備したことを特徴とする通信装置。
前記検出部は、前記伝送媒体の一部が前記電界通信用電極に接触又は所定距離以下で近接した際にインピーダンスが低下することにより、前記電界通信用電極で受ける前記伝送媒体の電界の変位を検出することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
近距離無線通信を行う近距離無線通信部を有し、
前記制御部は、前記電界通信用電極から受信する所定の信号の電界強度が所定レベル以下になった場合に、前記電界通信部による通信から前記近距離無線通信部による通信に切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信装置。
前記所定レベルは、前記電界通信部が通信可能なレベルであり、
前記制御部は、前記電界通信用電極から受信する所定の信号の電界強度が前記所定レベルになる前に、前記近距離無線通信部の動作を開始させることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。