JP3878171B2 - トランシーバ - Google Patents

Description

本発明は、電界を伝達可能な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、電界伝達媒体の一例である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。

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。

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ことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０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７は、信号の入出力を行うＩ／Ｏ回路７１を介してウェアラブルコンピュータ１に接続されるとともに、送受信電極７３が絶縁体７４を介して生体５に近接して設けられている。ウェアラブルコンピュータ１から送信される情報（データ）は、送信回路７２から送受信電極７３に供給され、送受信電極７３から絶縁体７４を介して生体５に電界を誘起し、この電界が、生体５内部を伝達して生体５の他の部位に設けられたトランシーバ７や、生体５からの接触によって電気的に接続されるトランシーバ７に情報を伝達する。

このようにトランシーバ７を介して伝達されてくる電界を別のトランシーバ７が受信する際には、絶縁体７４を介して送受信電極７３で受信した電界を電界検出光学部７６で電気信号に変換する。

この電界検出光学部７６には、レーザ光を発生するレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）と電気光学結晶から成る電気光学素子が少なくとも具備されている。レーザダイオードから発射されるレーザ光は電気光学素子に入射する一方、生体５に誘起されて伝達されてくる電界が送受信電極７３を介して電気光学素子に印加されることにより、電気光学素子の光学特性は変化する。この結果、入射されたレーザ光の偏光状態も変化する（電気光学効果）。電界検出光学部７６では、この偏光状態の変化を適当な手段によって電気信号に変換し、変換した電気信号を信号処理回路７８へ送る。

信号処理回路７８では、電界検出光学部７６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、さらにデータの波形整形が波形整形回路７９で行われ、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１の受信データとしてＩ／Ｏ回路７１からウェアラブルコンピュータ１に送信される。

以上説明した電界検出光学部７６、信号処理回路７８、および波形整形回路７９の各々は、生体５を介して伝達されてくるデータを受信する受信回路７５の一部を構成している。

図１１は、ウェアラブルコンピュータ１を生体５の例である人間に装着して使用する場合の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１−１、１−２、および１−３は、それぞれ対応して接続されるトランシーバ３−１、３−２、および３−３を介して人間の腕、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５の手足の先端が、外部機器である外部端末８１にケーブル９１を介して接続されるトランシーバ３'−１や３'−２に接触する場合には、ウェアラブルコンピュータ１−１、１−２、および１−３と外部端末８１との間でデータの送受信を行うことができる。
特開２００１−３５２２９８号公報

上述したトランシーバ７では、レーザダイオードから発射されるレーザ光の光量は、送受信電極７３に入力される信号の大きさに関わらず一定であった。このため、レーザ光の光量を予め大きな値に設定すると、電界検出光学部７６の感度は大きくなり、受信回路７５を構成する増幅器全体の増幅率（または利得または感度）は大きくなる。

図１２は、受信回路７５における入力信号振幅と出力信号振幅の関係を示す図である。同図において、横軸が入力信号振幅を、縦軸が出力信号振幅を与える。また、点Ｐは増幅器全体に印加できる信号振幅の上限値、点Ｑは出力できる信号振幅の上限値をそれぞれ表している。増幅器全体の増幅率は一定であり、その増幅率が適正な場合、出力できる信号振幅の上限値Ｑに達するまでの入出力信号振幅の関係は直線１０１で与えられる。

これに対して、増幅率が大きすぎると、入力信号振幅が点Ｐの値より小さい値で出力信号振幅の上限値Ｑに達するので（図１２の直線１０２を参照）、実質的に増幅率が減少してしまう。また、受信回路７５では、入力信号だけでなく、他の電子機器から発生した雑音や受信回路７５内の電子回路から発生した雑音も増幅されて出力されるので、増幅率が大きすぎると、雑音も大きく増幅されて出力されることになる。これらの事実からも明らかなように、増幅率が過度に大きい場合には、信号電力対雑音電力比（Ｓ／Ｎ比）が劣化し、情報読み取りの誤り率が増加するという問題があった。

したがって、たとえレーザ光の光量を大きな値に設定しても、受信回路７５全体の増幅率を適切に制御しなければ、良好な通信状態を保つことは難しかった。加えてこの場合には、レーザ光の光量を大きくするために、多くの電力を消費せざるを得なかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、良好な通信状態を保ちつつ、消費電力を低く抑えてデータの送受信を行うことのできるトランシーバを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電界を伝達可能な電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、この検出した電界に含まれる情報の受信を少なくとも行うトランシーバであって、電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、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、この電界検出手段から出力される電気信号に基づいて当該電界検出手段の増幅率を制御する制御信号を前記電界検出手段に送信する増幅率制御手段とを備えたことを特徴とする。

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、電界を伝達可能な電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、この検出した電界に含まれる情報の受信を行うトランシーバであって、前記送信すべき情報に基づく電界を前記電界伝達媒体に誘起するための信号を送信する送信手段と、前記送信すべき情報の送信および前記電界伝達媒体を介して伝達されてくる情報の受信を行う送受信電極と、電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、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、この電界検出手段から出力される電気信号に基づいて当該電界検出手段の増幅率を制御する制御信号を前記電界検出手段に送信する増幅率制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記電界検出手段は、単一波長の光を発生する光源と、前記増幅率制御手段から送信されてくる制御信号に基づいて前記光源から発生する光の強度を調整するための電流を生じる電流源と、前記光源で発生した光が入射される一方、電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界が印加されるとき、自身の光学特性が変化することによって入射された光の偏光状態を変化させる電気光学素子と、この電気光学素子を通過した単一波長の光を二つの直交する直線偏光成分に分光して光の強度変化に変換する検光子と、この検光子で分光された二つの直交する直線偏光成分の各々を電気信号に変換する第１および第２の受光素子と、この第１および第２の受光素子からそれぞれ出力される電気信号を用いて差動増幅を行う差動増幅器とを有することを特徴とする。

なお、本発明を実施する上で想定される光源は、例えばレーザダイオードや発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記増幅率制御手段は、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、一定の振幅を有する基準信号を出力する固定電源と、この固定電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積分器とを有することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記増幅率制御手段は、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、一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、前記第１の固定電源で発生する第１の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、前記電界検出手段から電気信号が入力されているときは前記差動増幅器からの出力信号を積分する一方、前記電界検出手段から電気信号が入力されていないときは積分動作を行わない積分器と、前記フィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、前記第２の固定電源と前記積分器の出力信号を加算して前記制御信号を発生する加算器とを有することを特徴とする。

請求項６記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記増幅率制御手段は、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、一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、前記第１の固定電源で発生する第１の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、前記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積分器と、前記フィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、前記フィルタの出力信号が前記所定値を超えている場合には前記積分器と前記電界検出手段を接続する一方、前記フィルタの出力信号が前記所定値を超えていない場合には前記第２の固定電源と前記電界検出手段を接続して前記積分器からの出力に代えて前記第２の固定電源からの基準信号を制御信号として供給するためのスイッチとを有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記増幅率制御手段は、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第１のフィルタと、前記検波器の出力信号の高調波成分を除去し、前記第１のフィルタよりも帯域幅の狭い信号を出力する第２のフィルタと、一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、前記第１の固定電源で発生する第１の基準信号と前記第１の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、前記電界検出手段から電気信号が入力されているときは前記差動増幅器からの出力信号を積分する一方、前記電界検出手段から電気信号が入力されていないときは積分動作を行わない積分器と、前記第２のフィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、前記第２の固定電源と前記積分器の出力信号を加算して前記制御信号を発生する加算器とを有することを特徴とする。

請求項８記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記増幅率制御手段は、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第１のフィルタと、前記検波器の出力信号の高調波成分を除去し、前記第１のフィルタよりも帯域幅の狭い信号を出力する第２のフィルタと、一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、前記第１の固定電源で発生する第１の基準信号と前記第１の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、前記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積分器と、前記第２のフィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、前記第２のフィルタの出力信号が前記所定値を超えている場合には前記積分器と前記電界検出手段を接続する一方、前記第２のフィルタの出力信号が前記所定値を超えていない場合には前記第２の固定電源と前記電界検出手段を接続して前記積分器からの出力に代えて前記第２の固定電源からの基準信号を制御信号として供給するためのスイッチとを有することを特徴とする。

本発明によれば、電界検出光学部に具備される単一波長光の光源に流す電流を制御することによって、良好な通信状態を保ちつつ、消費電力を低く抑えてデータの送受信を行うことのできるトランシーバを提供することができる。

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。

（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、ウェアラブルコンピュータ１に接続され、このトランシーバ３が誘起する電界を、電界伝達媒体である生体５の内部を伝達することによってデータの送受信を行う。

より具体的なトランシーバ３の構成を説明する。トランシーバ３は、ウェアラブルコンピュータ１から送信される情報（データ）を出力するとともに受信した信号を受け取ってウェアラブルコンピュータ１へ出力するＩ／Ｏ回路３１、データを送信する送信手段である送信回路３２、電界伝達媒体である生体５に電界を誘起するために導電性部材から成る送受信電極３３、生体５に電流が流れるのを防止するとともに送受信電極３３による生体５の金属アレルギの危険性を除去するために送受信電極３３と生体５の間に配置される絶縁体３４を有する。なお、送受信電極３３の代わりに送信用電極と受信用電極を分割して設けることも可能である。この場合には、絶縁体もそれぞれの電極に対応して二つ設けられる。

次に、生体５に誘起された電界を受信し、この電界に基づく情報（データ）をウェアラブルコンピュータ１へ送る受信回路３５の構成を説明する。

受信回路３５は、生体５に誘起された電界を受信してこの電界を光学的に検出した後、電気信号に変換する電界検出光学部３６、この電界検出光学部３６に具備される単一波長光源のレーザダイオード（ＬＤ）に対して流す電流を制御するためのＬＤ制御信号を出力するＬＤ制御部３７、電界検出光学部３６から入力される信号に対して低雑音増幅、雑音除去、および波形整形等の信号処理を施す信号処理回路３８、受信する信号の波形整形を行ってＩ／Ｏ回路３１へ出力する波形整形回路３９を有している。

図２は、本実施形態に係るトランシーバ３内部の電界検出光学部３６とＬＤ制御部３７の更に詳細な構成を示すブロック図である。

電界検出光学部３６において、単一波長のレーザ光を発生するレーザ光源は、レーザダイオード４２から構成される。なお、本実施形態および後述する実施形態では、レーザダイオード４２から出力されるレーザ光を用いているが、単一波長の光を発生するものであれば何でもよく、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いることもできる。

このレーザダイオード４２には、ＬＤ制御部３７から送られてくるＬＤ制御信号に応じて発射すべきレーザ光の強度を制御するための電流を生じる電流源４１が接続されている。

レーザダイオード４２から出力されるレーザ光は、コリメートレンズ４３を介して平行光にされる。平行光となったレーザ光は、第１波長板４４で偏光状態が調整されて電気光学素子４５に入射する。

電気光学素子４５は、角柱形状をなす電気光学結晶（ＥＯ結晶：Electro Optic結晶）から構成される。電気光学素子４５のレーザ光入射方向に平行な二つの側面（図２でレーザ光の入射方向を鉛直方向とするときの水平方向左右に対向する両側面）には電極４６および４７がそれぞれ設けられている。このうち、電極４６は送受信電極３３に接続され、この送受信電極３３で発生した信号、すなわち生体５を介して受信した電圧（電界）が印加される。そして電極４６に信号が印加されると、この印加された信号によって生じる電極４７との電位差に応じた電界が、電気光学素子４５内部のレーザ光入射方向と直行する方向に誘起される。

ちなみに、図２では電極４７がグランド電極４８に接続されているが、このグランド電極４８は必ずしも必要ではない。また、電気光学素子４５の形状は上述した角柱以外にも、円柱等の形状であっても構わない。これらの点は、本発明の全ての実施形態に共通する事項である。

電気光学素子４５に入射したレーザ光は、電極４６〜４７間に生じる電界によって偏光状態が変化する。これは、電気光学素子４５を構成する電気光学結晶が、印加される電界によって自身の光学特性である複屈折率が変化し、この複屈折率の変化によって入射したレーザ光の偏光状態を変化させるからである（電気光学効果）。このような電気光学結晶としては、レーザ光の進行方向に対して垂直な方向の電界成分のみに感度を有するものや、印加される電界に応じて結晶自体の歪みを生じる逆圧電効果を有するものを用いることができる。これらのいずれかの性質を備えた電気光学結晶の例として、ＬｉＮｂＯ₃ やＬｉＴａＯ₃ を挙げることができる。

電気光学素子４５を通過して偏光状態が変化したレーザ光は、第２波長板４９で偏光状態が調整され、検光子である偏光ビームスプリッタ５０に入射される。

この偏光ビームスプリッタ５０では、第２波長板４９から入射されたレーザ光を互いに直交する二つの直線偏光成分、すなわちＰ波成分とＳ波成分に分光して光の強度変化に変換する。

偏光ビームスプリッタ５０において分光されたＰ波成分とＳ波成分は、コリメートレンズ５１および５２でそれぞれ集光された後、フォトダイオード５３および５４にそれぞれ供給される。これらのフォトダイオード５３および５４は、偏光ビームスプリッタ５０で二つの信号成分に分離されたレーザ光をそれぞれ受光すると、各レーザ光の強度に応じて光電流を発生する。この意味で、フォトダイオード５３および５４が、第１および第２の受光素子のいずれかに対応していることはいうまでもない。

フォトダイオード５３および５４でそれぞれ発生する光電流は、適宜設けられる負荷を流れることによって発生する電圧降下として電圧に変換されて差動増幅器５５に出力される。差動増幅器５５では、入力された二つの電気信号の差分が求められ、増幅されて出力される。

以上の過程を経て電界検出光学部３６から出力された信号は、ＬＤ制御部３７に入力される。

ＬＤ制御部３７では、まず、検波器５６、フィルタ５７で信号振幅を抽出した後、差動増幅器５９において、一定振幅を有する固定電源５８の出力値（基準信号）と電界検出光学部３６から受信した信号の振幅の差分をとり、その結果を後段の積分器６０へ出力する。

積分器６０では、固定電源５８の出力値と電界検出光学部３６の出力信号の差分を積分し、この積分値をＬＤ制御信号として電界検出光学部３６内の電流源４１に出力する。ここで本実施形態の積分器６０としては、キャパシタや差動増幅器を用いた通常の積分回路を用いることができる。

以上説明した受信回路３５のうち、電界検出光学部３６および信号処理回路３８は、電界伝達媒体の例である生体５を介して伝達されてくる電界を検出し、この検出した電界を電気信号に変換する電界検出手段をなしている。また、ＬＤ制御部３７から出力されるＬＤ制御信号は、最終的に電界検出手段における増幅率（または利得または感度）を制御することになる。この意味で、ＬＤ制御部３７が、電界検出手段から出力される電気信号に基づいてその電界検出手段の増幅率を制御する増幅率制御手段としての機能を有することはいうまでもない。

トランシーバ３の作用について、引き続き説明する。電界検出光学部３６から出力された信号は、上述したようにＬＤ制御部３７に入力される一方で、信号処理回路３８にも供給される。信号処理回路３８では、電界検出光学部３６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。その後、さらにデータの波形整形が波形整形回路３９で行われ、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１の受信データとしてＩ／Ｏ回路３１からウェアラブルコンピュータ１に送信される。

このように、ウェアラブルコンピュータ１間のデータ通信に使用されるトランシーバ３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５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５に誘起されて伝達されてくる電界を用いてトランシーバ３が信号を受信するものである。

ちなみに、本実施形態においても、ウェアラブルコンピュータ１を生体５の例である人間に装着してデータの送受信を行うことが想定される（図１１を参照）。この点は、後述する各実施形態のみならず、本発明の全ての実施形態において共通する事項である。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、電界検出光学部内のレーザダイオードに流す電流を制御して発射されるレーザ光の強度を調整することにより、出力でのＳ／Ｎ比の劣化を防止しつつ信号を増幅することが可能となる。

また、本実施形態によれば、生体を介して受信する信号が大きい場合には、レーザダイオードに流す電流を制御してレーザ光の光量を抑えることもできるので、従来のようにレーザダイオードに流す電流が一定の場合に比べて省電力化を図ることが可能になる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るトランシーバの電界検出光学部とＬＤ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ＬＤ制御部の構成および作用である。すなわち、本実施形態に係るトランシーバ３−２に具備されるＬＤ制御部３７−２は、信号が入力されずに信号振幅がゼロになる場合にも、消費電力の増加を抑えることができる機構を有することを特徴としている。

ＬＤ制御部以外のトランシーバ３−２の構成は第１の実施形態と同じなので、対応する部位については同一の符号を付している。

以下、図３に示すＬＤ制御部３７−２の構成のうち、第１の実施形態におけるＬＤ制御部３７と異なる点について説明する。

ＬＤ制御部３７−２には、信号が入力されているかどうかを判定するために、その値を超えない限りは信号が入力されていないと判定する所定のしきい値を与える一定振幅の基準信号（第３の基準信号）を出力する固定電源６１（第３の固定電源）と、フィルタ５７から出力される信号振幅と前述したしきい値の大小を比較・判定する電気信号比較器６２が設けられている。

また、ＬＤ制御部３７−２には、信号が入力されていないときに電流源４１から流れる電流値を一定にするために、ゼロでない一定振幅の基準信号（第２の基準信号）を発生する固定電源６３（第２の固定電源）が設けられている。レーザダイオード４２から発射されるレーザ光の強度をゼロにすると、電界検出光学部３６に信号が入力されているかどうかわからなくなってしまう。この意味で、固定電源６３から出力される基準信号は、電界検出光学部３６に生体５から信号が入力されていないという状態を検出するために不可欠である。

図４は、ＬＤ制御部３７−２に具備される積分器６０−２の一構成例を示す回路ブロック図である。同図に示す積分器６０−２は、通常の積分器の構成、すなわち抵抗６０１、キャパシタ６０７、および差動増幅器６０９に加えて、抵抗６０３とスイッチ６０５を直列に接続したものをキャパシタ６０７に並列に接続している。

積分器６０−２に電気信号比較器６２から信号が入力されていない場合には、スイッチ６０５の端子間が接続されて積分値がリセットされる。したがって、積分器６０−２からは信号が出力されない。

他方、電気信号比較器６２から信号が入力されている場合には、スイッチ６０５の端子は切断されてオフ状態を保持し、キャパシタ６０７に電荷が蓄えられて信号が積分されていく。

積分器６０−２の出力信号は、固定電源６３の出力と加算器６４で加算され、この加算された信号がＬＤ制御信号として電界検出光学部３６（の電流源４１）に出力される。

この結果、積分器６０−２に電気信号比較器６２から信号が入力されていない場合、上述したように積分器６０−２の出力はゼロとなるので、加算器６４からは固定電源６３の出力のみが出力されて電流源４１に入力されるため、レーザダイオード４２に流れる電流を一定にすることができる。なお、本実施形態のＬＤ制御部３７−２に用いる積分器は、図４に示す積分器６０−２に限られるわけではなく、リセット動作を具備したチャージポンプ等の積分器を用いてもよい。

図５は、電界検出光学部３６から信号が入力されなくなる前後において、ＬＤ制御部３７−２の各構成ブロックの出力波形の変化の様子を示す図である。

電界検出光学部３６の出力信号が、図５の波形Ｗ１に示すように、ある時刻ｔ₀においてゼロとなると、検波器５６ではこの信号の信号振幅を検出する（波形Ｗ２）。検波器５６から出力される信号の高調波成分を除去してこの波形を平滑化したフィルタ５７の出力（波形Ｗ３）は、帯域幅の影響により若干遅れてゼロとなる。検波器５６およびフィルタ５７によって整流された信号は、電気信号比較器６２と差動増幅器５９に出力される。

電気信号比較器６２では、信号が入力されている間は積分器６０−２のスイッチをオフ（端子間の接続を切断）にする信号を出力する。その後、ある時刻ｔ₁で信号が固定電源６１から出力される基準信号振幅（しきい値）よりも小さくなると、電気信号比較器６２は積分器６０−２のスイッチ６０５をオン（端子間を閉成）にする一定振幅の信号を出力して積分値をゼロにリセットする（波形Ｗ４）。

これに対して、差動増幅器５９の出力においては、フィルタ５７の出力がゼロとなったことに伴って、固定電源５８（第１の固定電源）から出力される第１の基準信号の占める割合が徐々に増加していく（波形Ｗ５）。

積分器６０−２では、時刻ｔ₁以降は積分動作を行っていないため、電気信号比較器６２と差動増幅器５９の出力信号が一致するまで減少し、両者が一致した後は出力がゼロとなる（波形Ｗ６）。この結果、加算器６４から出力されて電界検出光学部３６の電流源４１に入力されるＬＤ制御信号（波形Ｗ７）は、最終的に固定電源６３から出力される基準信号の分のみ（一定値）となる。

次に、図６を用いることにより、電界検出光学部３６に信号が入力され始める前後において、ＬＤ制御部３７−２の動作を説明する。ここでは、固定電源５８から出力される基準信号振幅は、固定電源６３から出力される基準信号振幅より大きいものとする。

電界検出光学部３６から、時刻ｔ₂以降、徐々に大きくなる信号が入力される（波形Ｗ１１）と、検波器５６およびフィルタ５７の出力も徐々に大きくなる（波形Ｗ１２およびＷ１３）。

フィルタ５７の出力がしきい値である固定電源６１の出力信号振幅を超えると（この時刻ｔ₃とする）、電気信号比較器６２からの出力はゼロとなって積分器６０−２のスイッチ６０５をオフにする信号を送り、制御が開始される（波形Ｗ１４）。

他方、差動増幅器５９の出力は、フィルタ５７の出力信号の増加に伴って小さくなる（波形Ｗ１５）。したがって、スイッチオフとなった積分器６０−２の出力は、フィルタ５７の出力が固定電源５８と同等になるまで増加し続ける（波形Ｗ１６）。

加算器６４では、積分器６０−２の出力に固定電源６３の出力を加えたＬＤ制御信号（波形Ｗ１７）が出力され、電流源４１に送られる。この結果、レーザダイオード４２から発射されるレーザ光の強度も、積分器６０−２の出力の増加に伴って増加し続けることになる。

なお、本実施形態の積分器６０−２では、レーザダイオード４２を保護する意味で、電流の変化を緩やかにするためにスイッチ６０５と直列に抵抗６０３を接続しているが、電流の急激な変化に耐えるレーザダイオード４２を使用する場合には、図４において抵抗６０３を設ける必要はない。このようなレーザダイオード４２を用いれば、制御の応答性を一段と向上させることも可能になる。

ちなみに、このように電流の急激な変化に対応可能なレーザダイオード４２を用いる場合、ＬＤ制御部として、図７に示すＬＤ制御部３７−３を適用することもできる（本実施形態の一変形例）。

このＬＤ制御部３７−３では、第１の実施形態で用いた通常の（スイッチ等を有さない）積分器６０を用いている。そして、積分器６０、電気信号比較器６２、固定電源６３、および電界検出光学部３６内の電流源４１の間に３つの接続端子ａ、ｂ、ｃを有するスイッチ６５を設けている。スイッチ６５に具備される接続端子のうち、接続端子ａは固定電源６３に、接続端子ｂは積分器６０に、接続端子ｃは電流源４１にそれぞれ接続されている。また、電気信号比較器６２は、このスイッチ６５を制御する信号を送信する。

図７に示すように端子ｂ−ｃ間が接続されている場合、フィルタ５７の出力が固定電源６１の出力（しきい値）よりも大きい場合に対応している。他方、端子ａ−ｃ間が接続される場合が、フィルタ５７の出力が固定電源６１の出力（しきい値）よりも小さい場合に対応する。

以上説明した本発明の第２の実施形態およびその一変形例によれば、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、ＬＤ制御部に信号が断続的に入力される場合などにおいて、信号が入力されていないときにレーザダイオードの電流を抑える機能を具備することにより、信号振幅がゼロになって電流源の電流値が最大になり、消費電力が増加するのを防止することが可能となる。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係るトランシーバの電界検出光学部とＬＤ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のＬＤ制御部３７−４では、電気信号比較器６２の前段に第２のフィルタ６６を挿入している。この点を除くトランシーバ３−３の各構成部位は第２の実施形態と同じなので、対応する構成要素には同一の符号をそれぞれ付している。

本実施形態で新たに設けられる第２のフィルタであるフィルタ６６は、フィルタ５７（第１のフィルタ）よりもカットオフ周波数が小さく、帯域幅が狭い。このようなフィルタ６６を設ける理由は次の通りである：
１）生体５を介して伝達されてくる電界のように、微小な信号を電気信号比較器６２で検出して積分器６０−２を作動させるためには、電気信号比較器６２に入力される雑音をできるだけ小さくする必要がある。雑音電力は帯域幅に比例するため、カットオフ周波数の小さなフィルタ６６によって帯域幅を制限することにより、電気信号比較器６２に入力される雑音を小さくすることができる。
２）フィルタ５７の帯域幅を制限すると制御の応答性が劣化するので、制御に用いる信号が通過するフィルタ５７の帯域幅を広くとった方が有利である。

以上の理由により、フィルタ６６を設けることにより、制御の応答性は保ったまま、より微小な信号で制御回路を起動することができる。さらに、消費電力を抑えて良好な通信状態を実現することが可能となる。

図９は、電界検出光学部３６から信号が入力された場合のＬＤ制御部３７−４の各構成ブロックの出力波形を示す図である。

ある時刻ｔ₄に、電界検出光学部３６から、波形Ｗ２１に示すような電気信号が出力され始めたものとする。

ＬＤ制御部３７−４に入力された信号は、検波器５６、フィルタ５７を介して整流される（それぞれ波形Ｗ２２、Ｗ２３）。

また、フィルタ６６でも検波器５６の出力信号の高調波成分が取り除かれて平滑化されるが、波形Ｗ２４に示すように、フィルタ６６は上述したようにフィルタ５７よりも帯域幅が狭いため、フィルタ５７に比べて出力信号の立ち上がりが遅れる。このフィルタ６６の出力振幅が固定電源６１から出力される基準信号の振幅（しきい値）を超えると（この時刻をｔ₅とする）、電気信号比較器６２の出力がゼロになる（波形Ｗ２５）。この結果、積分器６０−２にはスイッチ６０５をオフにする信号が送信されて制御が開始される。

差動増幅器５９の出力は、フィルタ５７から出力される信号振幅が固定電源５８から出力される基準信号の振幅と等しくなり、出力がゼロとなるまで減少しつづける（波形Ｗ２６）。この差動増幅器５９の出力の変化に伴って、積分器６０−２の出力は、波形Ｗ２７に示すように、差動増幅器５９の出力がゼロとなるまで増加し続ける。

加算器６４では、積分器６０−２の出力信号に固定電源６３の出力（基準信号）を加えたＬＤ制御信号（波形Ｗ２８）が出力され、電流源４１に送られる。この結果、レーザダイオード４２から発射されるレーザ光の強度も、積分器６０−２の出力の増加に伴って増加し続けることになる。

なお、本実施形態においても、レーザダイオード４２として電流値の急激な変化に対応できるものを用いれば、制御の応答性を一段と向上させることができる。この場合には、第２の実施形態と同様に、積分器６０−２内部の抵抗６０３を接続しないでもよい。

また、第２の実施形態で説明した変形例と同様に、積分器６０、電気信号比較器６２、固定電源６３、電流源４１の間にスイッチ６５を接続する構成にしてもよい（この部位については、図７を参照のこと）。この場合のスイッチ６５の端子間の接続と制御の関係は、第２の実施形態と同じである。

以上説明した本発明の第３の実施形態（およびその変形例）が、上記二つの実施形態、と同様の効果を奏するものであることはいうまでもない。

加えて、本実施形態によれば、ＬＤ制御部内に帯域幅の異なるフィルタを二つ設けることにより、制御の応答性は保ちつつ、一段と消費電力を抑えて良好な通信状態を実現できる。

ところで、本発明は、上述した三つの実施形態においてのみ特有の効果を生じるものと理解されるべきではない。

例えば、上記各実施形態では、ＬＤ制御部３７（３７−２、３７−４）に電界検出光学部３６の出力信号が入力されていたが、これに代えて、信号処理回路３８からの出力をＬＤ制御部３７（３７−２、３７−４）に入力するようにトランシーバを構成しても得られる効果は同一である。

このように、本発明は、上記第１〜第３の実施形態と同様の効果を奏するさまざまな実施の形態等を含みうるものである。

本発明の第１の実施形態に係るトランシーバの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るトランシーバの電界検出光学部とＬＤ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るトランシーバの電界検出光学部とＬＤ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 図４に示すＬＤ制御部が有するスイッチの構成例を示す回路図である。 図４の電界検出光学部への入力信号がゼロとなる前後の電界検出光学部およびＬＤ制御部の各構成ユニットからそれぞれ出力される信号の出力波形を示す説明図である。 図４のＬＤ制御部起動時に電界検出光学部およびＬＤ制御部の各構成ユニットからそれぞれ出力される信号の出力波形を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係るトランシーバの電界検出光学部とＬＤ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るトランシーバの電界検出光学部とＬＤ制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 図９の電界検出光学部へ信号が入力される前後の電界検出光学部およびＬＤ制御部の各構成ユニットからそれぞれ出力される信号の出力波形を示す説明図である。 従来のトランシーバの構成を示すブロック図である。 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。 入力信号振幅と出力信号振幅の関係を示す図である。

符号の説明

１ ウェアラブルコンピュータ
３、７ トランシーバ
５ 生体
３１、７１ Ｉ／Ｏ回路
３２、７２ 送信回路
３３、７３ 送受信電極
３４、７４ 絶縁体
３５、７５ 受信回路
３６、７６ 電界検出光学部
３７、３７−２、３７−３、３７−４ ＬＤ制御部
３８、７８ 信号処理回路
３９、７９ 波形整形回路
４１ 電流源
４２ レーザダイオード
４３、５１、５２ コリメートレンズ
４４ 第１波長板
４５ 電気光学素子
４６、４７ 電極
４８ グランド電極
４９ 第２波長板
５０ 偏光ビームスプリッタ
５３、５４ フォトダイオード
５５ 差動増幅器
５６ 検波器
５７、６６ フィルタ
５８、６１、６３ 固定電源
６０、６０−２ 積分器
６４ 加算器
６５ スイッチ
８１ 外部端末
９１ ケーブル

Claims (8)

1. 電界を伝達可能な電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、この検出した電界に含まれる情報の受信を少なくとも行うトランシーバであって、
   電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、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、
   この電界検出手段から出力される電気信号に基づいて当該電界検出手段の増幅率を制御する制御信号を前記電界検出手段に送信する増幅率制御手段と
   を備えたことを特徴とするトランシーバ。
2. 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、電界を伝達可能な電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、この検出した電界に含まれる情報の受信を行うトランシーバであって、
   前記送信すべき情報に基づく電界を前記電界伝達媒体に誘起するための信号を送信する送信手段と、
   前記送信すべき情報の送信および前記電界伝達媒体を介して伝達されてくる情報の受信を行う送受信電極と、
   電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界を検出し、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、
   この電界検出手段から出力される電気信号に基づいて当該電界検出手段の増幅率を制御する制御信号を前記電界検出手段に送信する増幅率制御手段と
   を備えたことを特徴とするトランシーバ。
3. 前記電界検出手段は、
   単一波長の光を発生する光源と、
   前記増幅率制御手段から送信されてくる制御信号に基づいて前記光源から発生する光の強度を調整するための電流を生じる電流源と、
   前記光源で発生した光が入射される一方、電界伝達媒体を介して伝達されてくる電界が印加されるとき、自身の光学特性が変化することによって入射された光の偏光状態を変化させる電気光学素子と、
   この電気光学素子を通過した単一波長の光を二つの直交する直線偏光成分に分光して光の強度変化に変換する検光子と、
   この検光子で分光された二つの直交する直線偏光成分の各々を電気信号に変換する第１および第２の受光素子と、
   この第１および第２の受光素子からそれぞれ出力される電気信号を用いて差動増幅を行う差動増幅器と
   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。
4. 前記増幅率制御手段は、
   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、
   一定の振幅を有する基準信号を出力する固定電源と、
   この固定電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積分器と
   を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトランシーバ。
5. 前記増幅率制御手段は、
   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、
   一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、
   前記第１の固定電源で発生する第１の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、
   前記電界検出手段から電気信号が入力されているときは前記差動増幅器からの出力信号を積分する一方、前記電界検出手段から電気信号が入力されていないときは積分動作を行わない積分器と、
   前記フィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、
   この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、
   前記第２の固定電源と前記積分器の出力信号を加算して前記制御信号を発生する加算器と
   を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトランシーバ。
6. 前記増幅率制御手段は、
   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、
   一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、
   前記第１の固定電源で発生する第１の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、
   前記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積分器と、
   前記フィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、
   この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、
   前記フィルタの出力信号が前記所定値を超えている場合には前記積分器と前記電界検出手段を接続する一方、前記フィルタの出力信号が前記所定値を超えていない場合には前記第２の固定電源と前記電界検出手段を接続して前記積分器からの出力に代えて前記第２の固定電源からの基準信号を制御信号として供給するためのスイッチと
   を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトランシーバ。
7. 前記増幅率制御手段は、
   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第１のフィルタと、
   前記検波器の出力信号の高調波成分を除去し、前記第１のフィルタよりも帯域幅の狭い信号を出力する第２のフィルタと、
   一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、
   前記第１の固定電源で発生する第１の基準信号と前記第１の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、
   前記電界検出手段から電気信号が入力されているときは前記差動増幅器からの出力信号を積分する一方、前記電界検出手段から電気信号が入力されていないときは積分動作を行わない積分器と、
   前記第２のフィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、
   この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、
   前記第２の固定電源と前記積分器の出力信号を加算して前記制御信号を発生する加算器と
   を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトランシーバ。
8. 前記増幅率制御手段は、
   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第１のフィルタと、
   前記検波器の出力信号の高調波成分を除去し、前記第１のフィルタよりも帯域幅の狭い信号を出力する第２のフィルタと、
   一定の振幅を有する第１および第２の基準信号をそれぞれ出力する第１および第２の固定電源と、
   前記第１の固定電源で発生する第１の基準信号と前記第１の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、
   前記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積分器と、
   前記第２のフィルタの出力信号が所定値を超えるかどうかを判定し、この判定の結果、前記所定値を超えている場合には、前記積分器に対して積分した結果を出力させる電気信号比較器と、
   この電気信号比較器に対して前記所定値を与える第３の基準信号を出力する第３の固定電源と、
   前記第２のフィルタの出力信号が前記所定値を超えている場合には前記積分器と前記電界検出手段を接続する一方、前記第２のフィルタの出力信号が前記所定値を超えていない場合には前記第２の固定電源と前記電界検出手段を接続して前記積分器からの出力に代えて前記第２の固定電源からの基準信号を制御信号として供給するためのスイッチと
   を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のトランシーバ。

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