JP3353779B2

JP3353779B2 - データ通信装置

Info

Publication number: JP3353779B2
Application number: JP2000191570A
Authority: JP
Inventors: 謙之 ▲土▼井; 光英前田; 仁榊原; 勝橋本; 恵一吉田; 正樹小山; 治西村; 佳子鈴木; 篤久西村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2020-06-26
Also published as: JP2001077735A

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送信装置と
人体の接触が予定されているデータ受信装置との間でデ
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送信装置とそ
の近くに設置されるデータ受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、利用者に
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に静電場結合
させることで実現しているため、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で実現しているため、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
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、人体に接する
２つの送信電極と、交流信号を生成する発振部と、送信
するデータに基づいて前記交流信号を変調する変調部
と、変調部により変調された変調信号に対応する電圧を
前記２つの送信電極間に印加する電圧印加部とを備えた
データ送信装置と、大地アースと結合される回路グラン
ドと、前記データ送信装置を取着した人体が接触する受
信電極と、該受信電極と前記回路グランドとを介して受
信した変調信号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ものであ
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。

【００１０】前記電圧印加部が、入力インピーダンス及
び出力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部
を備えることが好ましい。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。

【００１１】前記送信電極及び前記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。

【００１２】前記データ送信装置に、前記送信電極間に
流れる電流量を検出する電流検出部と、前記電圧印加部
において印加する電圧を制御する制御部とを付加し、前
記制御部は、前記電流検出部により検出された電流量が
予め定めた値となるように制御することが好ましい。こ
れにより、人体の導体特性の差にかかわらず、予め定め
られた所定の電流量を流すことができるため、取り付け
場所毎、個人毎、使用状況毎に出力調整することが可能
になり望ましい。

【００１３】前記制御部は、印加する電圧の制御で電流
量が定められた値にならない場合、電圧の印加を中断す
るようにすれば、装置の破損を防止することが可能にな
り望ましい。

【００１４】前記データ送信装置をディスク形状にて構
成し、前記２つの送信電極を前記ディスクの一面に離間
して配置するようにしてもよいし、リング形状にて構成
し、前記２つの送信電極を前記リングの内面に離間して
配置されるようにしてもよい。これにより、前記データ
送信装置を簡易に人体に装着することが可能になる。

【００１５】前記データ送信装置に送信しようとするデ
ータを表示するための表示部を備えるようにすれば、デ
ータ送信前にどのようなデータを送信しようとしている
かを確認できて至便である。また、前記データ送信装置
に送信状態を示す表示計を備えるようにすれば、データ
伝送を行おうとする際に安定した送信が可能かどうかを
利用者が確認できて至便である。

【００１６】なお、データ伝送を安定かつ確実に行うた
め、前記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、データ受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、
データ送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。

【００１７】

【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。

【００１８】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、人体に
面するように配置された基準電位用電極１０及び送信用
電極２０の２つの送信電極と、交流信号を生成する発振
部３０と、送信するデータに基づいて前記交流信号を変
調する変調部４０と、変調部により変調された変調信号
に対応する電圧を前記２つの電極間に印加する電圧印加
部５０とを備えてなる。送信するデータは、データ送信
装置１が備えるマイコン（図示せず）やＲＯＭ（図示せ
ず）から出力するようにしても良いし、データ送信装置
１にセンサを備え、検出したセンサデータを送信するよ
うにしてもよい。データ受信装置２は、図１（ｂ）に示
すように、データ送信装置１を装着した人体の一部が接
触する受信電極６０と、大地グランドに結合される回路
グランド６１と、データ送信装置１から送信される変調
信号を受信電極６０と回路グランド６１との間で検出
し、受信した変調信号を復調してデータを取り出す復調
部７０とを備えてなる。

【００１９】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はデータ送信
装置１を上腕部に取り付けた人がデータ受信装置２の受
信電極６０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、データ受信装置２は、大地ア
ースに設置されているものとする。

【００２０】この状態において、Ｚ１はデータ送信装置
１の基準電位用電極１０と送信用電極２０間の人体のイ
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２０とデータ受信装置２の受信電極６０間にお
ける人体のインピーダンス成分であり、Ｚ３はデータ送
信装置１の基準電位用電極１０と大地アース間の人体イ
ンピーダンス成分である。また、Ｚ４はデータ送信装置
１の基準電位用電極１０と人体との界面のインピーダン
ス成分であり、Ｚ５はデータ送信装置１の送信用電極２
０と人体との界面のインピーダンス成分であり、Ｚ６は
データ受信装置２の受信電極６０と人体との界面のイン
ピーダンス成分である。また、交流信号に対しては、大
地アース間及び大地アースと人体間はそれぞれ容量成分
で結合されるため、その成分をそれぞれＺ７、Ｚ８とし
ている。

【００２１】図３に示す等価回路において、データ送信
装置１が電極１０、２０を介して印加する変調信号は、
ポイントＡ・Ｂ間に印加される電圧信号Ｖで示される。
この電圧信号Ｖは、Ｚ４、Ｚ５のために減衰し、減衰し
た電圧信号Ｖ’がポイントＣ・Ｄ間にかかることにな
る。ここでデータ受信装置２の入力インピーダンスをＺ
ｒとすると、データ受信装置２が検出する受信信号Ｖｒ
は、等価回路の構成より［数１］として検出される。こ
の受信信号Ｖｒを、データ受信装置２の復調部７０でデ
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。

【００２２】

【数１】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、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、無線
通信を用いた通信装置に比べて安価且つ小型なものにす
ることが可能になる。

【００２３】さらに、上述したデータ通信装置にあって
は、まずデータ送信装置１と人体との間で電気的な結合
を行い、その人体と大地アースとを静電場結合させるよ
うにしている。そして、基準電位の結合を、基準電位用
電極１０と大地アースとの間で人体のインピーダンス成
分Ｚ３を介してとるようにしているため、データ送信装
置１の人体への取り付け位置やデータ受信装置２との距
離に関係なく、安定した通信を行うことが可能になるの
である。

【００２４】上述したデータ送受信の方法にあっては、
データ受信装置２は大地アースに接地されているものと
したが、必ずしも接地されている必要はない。すなわ
ち、データ受信装置２と大地アースとが何らかの形で結
合していればよく、例えば、図４及び図５に示すよう
に、データ受信装置２の回路グランド６１を接続した筐
体が大地アースと容量結合するようにしてもよい。ま
た、必ずしも大地アースを使用する必要はなく、基準電
位の伝達を果たすもので置き換えることが可能であり、
図６及び図７に示すように、床面に金属板９０等を敷い
て、その金属板９０とデータ受信装置２を接続するよう
にしてもよい。

【００２５】なお、図８に示すように、伝送路となる人
体のインピーダンス変化の影響を受けないようにするた
めに、入力インピーダンス及び出力インピーダンスの調
整が可能なインピーダンス調整部１００を付加するよう
にしてもよい。すなわち、人体のインピーダンスは、各
個人によっても異なるが、同じ人であってもその部位や
その日の状態で異なった値を示し、特にデータ送信装置
１の取り付け部分のインピーダンスが低い場合、その影
響により電圧印加部５０による送信電極１０、２０間へ
の電圧印加が所定の値にならない場合がある。このよう
な状態にある場合、インピーダンス調整部１００によ
り、入力インピーダンスが非常に高く、出力インピーダ
ンスが低いという特性をもたすように調整するのであ
る。なお、本実施の形態のインピーダンス調整部１００
にあっては、上述した特性をボルテージフォロア回路に
より実現するようになっている。これにより、伝送路と
なる人体のインピーダンス変化の影響を受けることな
く、すなわち、個人特性や部位等の影響を受けることな
く、所定の電圧が送信電極１０、２０間へ印加できるよ
うになるのである。

【００２６】また、データ送信装置１及びデータ受信装
置２が備える電極１０、２０、６０の少なくとも１つを
絶縁材料により構成した絶縁物電極とするようにしても
よい。すなわち、一般に金属と電解質との境界面を電流
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。人体等の生体組織は電解質で構成されているた
め、データ送信装置１やデータ受信装置２の電極１０、
２０、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、電極材料と
して誘電体材料からなる絶縁物電極を用いるようにすれ
ば、絶縁物電極は生体組織と容量結合のみで結ばれるこ
とになるため、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可能になる。

【００２７】また、図９に示すように、データ送信装置
１に２つの送信電極１０、２０間に流れる電流量を検出
する電流検出部１１０と電圧印加部５０を制御する制御
部１２０とを付加し、制御部１２０により電流検出部１
１０で検出される電流量が予め定めた値となるように印
加する電圧を制御するようにしてもよい。すなわち、人
体の導体特性は個人特性や部位によって異なり、また同
一人の同一部位であったとしてもそのときの皮膚の状態
によって異なる。これによりデータ送信装置１におい
て、同じ電圧印加を行ったとしても、流れる電流量が変
わってしまうことがあり、その電流量があまりにも少な
い場合にはデータ通信ができなくなる恐れがある。そこ
で、電流検出部１１０により送信電極１０、２０間に流
れる電流量を検出し、制御部１２０によりその電流量を
定められた値に保つように印加する電圧を制御するよう
にすれば、個人特性や部位、皮膚の状態等による差を低
減することが可能となり、取り付け場所毎、個人毎、使
用状況毎に出力調整する必要がなくなり至便である。

【００２８】また、制御部１２０は、印加する電圧の制
御で電流量が定められた値にならない場合、電圧の印加
を中断するようにしてもよい。これにより、例えば、デ
ータ送信装置１を取り付けた部位に水などがかかってい
て、通常よりも電流が流れ易くなっている状況におい
て、人体に通常よりも大きな電流が流れることを防止す
ることが可能になる。

【００２９】次に、本実施の形態に係るデータ通信装置
の具体的な構成について説明する。データ送信装置１
は、図１０に示すように、指輪型に構成されている。デ
ータ送信装置１を構成する、発振部３０、変調部４０、
電圧印加部５０といった各ブロックは、集積回路により
構成されてリング内にＩＣ８０として埋め込まれ、ボタ
ン電池９０により駆動されるようになっている。基準電
位用電極１０と送信用電極２０は、人体に面するように
それぞれ指輪のリング内側に形成されており、互いの間
は絶縁材料で隔てられている。そして、このデータ送信
装置１からは、各々のデータ送信装置１に割り当てられ
た固有のＩＤデータが送信されるようになっている。な
お、データ送信装置１の形状はこれに限られる物ではな
く、腕時計型やブレスレット型になすようにしてもよ
い。この場合、ディスク形状に形成したデータ送信装置
１を電極１０、２０が人体側に露出するように時計の裏
面に設けることになる。

【００３０】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
たデータ送信装置１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、
データ送信装置１に送信しようとするデータを表示する
表示部（図示せず）を設けるようにすれば、送信前にデ
ータの内容を確認することができ至便である。

【００３１】このようなデータ送信装置１を用いたデー
タ通信装置にあっては、自動車のドア等においてキーレ
スエントリーに用いることが可能になる。データ受信装
置２は、自動車に搭載され、受信電極６０をドアの把手
に組み込んでおく。そして、データ受信装置２が、その
自動車に合致するＩＤデータを受信したときのみ自動車
のドアを解錠するようにしておく。この構成により、そ
の自動車に合致するＩＤデータが記憶されている指輪型
のデータ送信装置１を身につけている人だけが、ドアを
開けることが可能になるのである。なお、データ受信装
置２の受信電極６０をハンドルに組み込む等により、エ
ンジンの始動もキーレス化するようにしてもよい。

【００３２】同様に、本実施の形態に係るデータ通信装
置は、建物や居室のドアに用いられる電気錠等において
キーレス化することが可能になる。すなわち、例えば、
データ受信装置２をドアに組み込み、ドアノブを受信電
極６０そのものになるようにしておき、データ受信装置
２が予め登録されているＩＤデータを受信したときのみ
電気錠が開くようにしておくのである。これにより、登
録されたＩＤデータを保持する指輪型のデータ送信装置
１を身につけている人だけがドアを開けることが可能に
なるのである。

【００３３】また、体温や血圧等を計測可能なバイタル
センサをデータ送信装置１に備えるようにし、計測され
たバイタルデータを蓄積／管理する管理装置をデータ受
信装置２に備えるようにしてもよい。このものにあって
は、バイタルセンサにより計測されたデータをデータ送
信装置１からデータ受信装置２に送信し、送信されたバ
イタルデータを管理装置にて管理するのである。データ
送信装置１は人体に接触しているため、バイタルデータ
の計測を容易に行うことが可能になるとともに、データ
受信装置２に人体が触れるだけで計測したバイタルデー
タが管理装置に入力されることになるため、バイタルデ
ータを管理装置に入力する手間を大幅に低減することが
可能になる。

【００３４】なお、本発明のデータ通信装置は、上述し
たもののみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論
である。

【００３５】

【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】他のデータ通信装置の模式図である。

【図５】他のデータ通信装置の等価回路である。

【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】他のデータ送信装置のブロック図である。

【図９】他のデータ送信装置のブロック図である。

【図１０】データ送信装置の外観図である。

【符号の説明】

１データ送信装置２データ受信装置１０基準電位用電極（送信電極）２０送信用電極（送信電極）３０発振部４０変調部５０電圧印加部６０受信電極７０復調部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本勝大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者吉田恵一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)発明者西村治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 (56)参考文献特開昭61−46638（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−46639（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 13/00 H04B 5/02 G06K 17/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】人体に接する２つの送信電極と、交流信
号を生成する発振部と、送信するデータに基づいて前記
交流信号を変調する変調部と、変調部により変調された
変調信号に対応する電圧を前記２つの送信電極間に印加
する電圧印加部とを備えたデータ送信装置と、大地アースと電気的に結合される回路グランドと、前記
データ送信装置を取着した人体が接触する受信電極と、
該受信電極と前記回路グランドとを介して受信した変調
信号を復調する復調部とを備えたデータ受信装置と、を
有し、前記２つの送信電極は、前記人体が前記受信電極に接触
した際の前記データ送信装置から前記データ受信装置へ
のデータ通信方向に沿って互いに離間して配置するよう
にしたことを特徴とするデータ通信装置。
【請求項２】前記電圧印加部は、入力インピーダンス
及び出力インピーダンスを調整するインピーダンス調整
部を備えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
データ送信装置。
【請求項３】前記送信電極及び前記受信電極の少なく
とも１つを絶縁材料により構成するようにしたことを特
徴とする請求項１又は請求項２記載のデータ通信装置。
【請求項４】前記データ送信装置は、前記送信電極間
に流れる電流量を検出する電流検出部と、前記電圧印加
部において印加する電圧を制御する制御部とを備え、前
記制御部は、前記電流検出部により検出された電流量が
予め定めた値となるように制御するようにしたことを特
徴とする請求項１乃至請求項３記載のデータ通信装置。
【請求項５】前記制御部は、印加する電圧の制御で電
流量が定められた値にならない場合、電圧の印加を中断
するようにしたことを特徴とする請求項４記載のデータ
通信装置。
【請求項６】前記データ送信装置は、ディスク形状に
て構成されており、前記２つの送信電極が前記ディスク
の一面に離間して配置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５記載のデータ通信装置。
【請求項７】前記データ送信装置は、リング形状にて
構成されており、前記２つの送信電極が前記リングの内
面に離間して配置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５記載のデータ通信装置。
【請求項８】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７記載のデータ通信装
置。
【請求項９】前記データ受信装置は、導電性の筐体を
備え、ここに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７記載のデータ通信
装置。
【請求項１０】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７記載
のデータ通信装置。
【請求項１１】前記データ送信装置は、送信しようと
する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１０記載のデータ
通信装置。
【請求項１２】前記データ送信装置は、装着された人
体の状態を検出するセンサ部を備え、センサ部により検
出されたデータを送信するようにしたことを特徴とする
請求項１乃至請求項１１記載のデータ通信装置。