JP3898418B2

JP3898418B2 - Communications system

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Publication number: JP3898418B2
Application number: JP2000112647A
Authority: JP
Inventors: 雅朗福本; 利明杉村
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JP2001298425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、人体等の媒体を介して信号の伝達を行う通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の通信においては、通信線を接続して行う有線通信や、電波等を用いた無線通信が一般的であった。しかし、近年の技術発達に伴い、全く新しい通信方法として人体等に誘導される電界を用いる通信方法が提案されている。このような、誘導電界を用いる通信方法としては、T.G.Zimmermanによる“Personal Area Networks : Near-Field intrabody Communication.”（IBM System Journal Vol.35、No3&4、1996-MIT Media Laboratory）にて紹介されている通信方法（以下、「ＰＡＮ」という）がある。
【０００３】
図１１にこのＰＡＮによる通信システムの摸式図を示す。なお、これは、上述した文献（IBM System Journal Vol.35、No3&4、1996-MIT Media Laboratory）より抜粋したものである。一般に、人体は、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数に対して良い導電性を示す。このため、搬送波周波数によっては、人体を伝送路として用いることができる。そこで、このＰＡＮにおいては、送信機から送信すべき信号によって、人体が良い導電性を示す搬送波を変調して、送信機から出力し、人体に電界を発生せしめることによって、人体を信号伝送路として用いることを可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１に示すようにＰＡＮは、大地アース（Earth Ground）を帰還伝送路として利用するものである。このため、送信機と受信機の間において大地アースを介して静電結合が確立されていることが必要となる。従って、送信機や受信機を大地から離れた位置に設置してしまうと大地アースとの静電結合が弱まってしまい、安定した通信を行うことが出来なくなってしまう。この結果、大地アースを介して静電結合可能な位置に送信機及び受信機を設置することが必要となり、送信機及び受信機の設置手法に多くの制限が課されてしまうという問題があった。
【０００５】
また、このＰＡＮは、「人体と大地アースとの接触時の通信不能」というもう一つの問題点を有している。ＰＡＮにおいては、人体と大地アースとを一対の信号伝送路として用いている。従って、人体と大地アースとが接触した場合には、回路がショート状態となり、通信が行なえなくなってしまうという問題があった。
実際に機器を装着して生活する場合を考えると、素手で机や壁面に接触することは多々ある。これら机や壁面等の物体は、通常、大地アースとして考えられるので、大地アースとの接触時にショートが発生してしまうＰＡＮにおいては、日常生活で使用可能な携帯（装着）型通信機器の実現は現状では困難である。
【０００６】
一方、特開平１０−２２９３５７号公報には、送信機側の帰還電極と受信機側の帰還電極とを対向接近させることにより、大地アースに代えて、双方の帰還電極間に帰還伝送路として空気を介した直接結合を確保する手法が提案されている。同公報に記載された発明によれば、一見、ＰＡＮにおける問題点を解決しているように見える。しかし、送信機と受信機の帰還電極との間に空気を介して直接結合を行うためには、必然的に送信機と受信機に設けられた帰還電極の間に長い距離をとることは不可能であるという問題があった。従って、例えば、頭部に設置された送信機と、腰部に設置された受信機との間において通信を行うことは事実上不可能であった。
また、同公報に記載の方法では、送信機及び受信機の帰還電極のサイズを小さくした場合、送信機及び受信機の帰還電極間における空気を介した直接結合は弱くなってしまうため、帰還電極のサイズを小さくすることは事実上困難である。従って、機器のサイズを小さくすることができないという問題があった。この問題は、ＰＡＮにも共通するものであり、ＰＡＮにおいても帰還電極を小さくしてしまうと通信を行うことが事実上不可能である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、伝送媒体に誘導される電界を直接検出することで、従来の方式において必要であった帰還電極を無くし、伝送媒体と大地アースとの関係や送信機及び受信機の設置間隔によらず、安定した通信を行うことが可能な通信システムを提供することを目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上述べてきた課題を解決するために、請求項１に記載の通信システムは、伝送媒体に対し、送信信号により変調された電界を付与する送信機と、前記伝送媒体を介して前記電界の一部を検出し、前記送信信号に対応した復調信号を生成する受信機であって、当該受信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の表面に設けられた電極と、前記筐体の内部に設けられ、前記電極に接続された電気光学結晶と、前記電気光学結晶の屈折率の変化に応じて前記復調信号を生成する復調信号生成手段とを有する受信機とを具備することを特徴とする。請求項２に記載の通信システムは、請求項１に記載の特徴に加えて、前記送信機は、当該送信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記送信信号から変調信号を生成する変調器と、前記変調信号を増幅した電圧を信号出力端子および基準端子間に発生する増幅器と、前記絶縁体によって前記筐体の内部と隔離されるとともに、前記増幅器の信号出力端子に接続された電極とを具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の通信システムは、請求項２に記載の特徴に加えて、前記伝送媒体は、所定の周波数に対して導電性を示す誘電体からなり、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記誘電体が導電性を示す搬送波を変調して前記変調信号を生成することを特徴とする。
請求項４に記載の通信システムは、請求項３に記載の特徴に加えて、前記誘電体として人体を用い、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記人体が導電性を示す数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数の搬送波を変調することによって前記変調信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の通信システムは、請求項３に記載の特徴に加えて、前記誘電体として地球を用い、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記地球が導電性を示すの周波数の搬送波を変調することによって前記変調信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の通信システムは、送信元及び送信先となるコンピュータと、各々の前記コンピュータに接続され当該接続されたコンピュータのインターフェイスとなる通信装置とから構成される通信システムにおいて、前記送信元となるコンピュータは、前記送信先となるコンピュータ宛に送信すべき情報を含む送信信号を生成して、当該送信元となるコンピュータに接続された通信装置宛に送り、前記送信元となるコンピュータに接続された通信装置は、当該コンピュータから送られてきた送信信号により変調された電界を伝送媒体に付与し、前記送信先となるコンピュータに接続された通信装置は、当該通信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の表面に設けられた電極と、前記筐体の内部に設けられ、前記電極に接続された電気光学結晶とを有し、前記電気光学結晶の屈折率の変化に応じて前記電界の一部を検出し、前記送信信号に対応した復調信号を生成し、当該復調信号を前記送信先となるコンピュータに送ることを特徴とする。
【００１３】
【実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明するが、かかる実施形態は、この発明を特定するものではなく、この発明の範囲内で任意に変更可能である。
【００１４】
［１］第１実施形態
［１．１］第１実施形態の構成
図１は、本実施形態にかかる通信システムの一例を示したブロック図である。
図１に示すように本実施形態にかかる通信システムは、人体ＨＢの近傍に通信装置ＴＲＸ１及びＴＲＸ２（以下、特に特定する必要のない場合「通信装置ＴＲＸ」という）が設置されている構成となっている。そして、この通信システムにおいては、人体ＨＢを伝送路として、通信装置ＴＲＸ１とＴＲＸ２との間において通信が行われるのである。
【００１５】
通信装置ＴＲＸは、人体ＨＢを介してデータの送受信を行う装置である。この通信装置ＴＲＸは、他の通信装置ＴＲＸに送信すべきデータに対応した信号により、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を変調し、人体ＨＢに出力する機能を有する。
また、通信装置ＴＲＸは、人体ＨＢに発生した電界の変化を測定することによって、人体ＨＢを介して他の通信装置ＴＲＸから送信されてきたデータを受信する機能を有する。
【００１６】
図２は、通信装置ＴＲＸの外観の一例を示した斜視図である。
図２に示すように本実施形態にかかる通信装置ＴＲＸは、絶縁体ＩＳによって覆われた、箱形形状を有する筐体ＣＳを有している。また、この筐体ＣＳの下面側には、絶縁体ＩＳを介して電極ＥＲが設けられている。この結果、本実施形態にかかる通信装置ＴＲＸにおいて、筐体ＣＳは、他の部位及び人体ＨＢとは、完全に絶縁された構成となっている。なお、筐体ＣＳが他の部位と絶縁されている理由については、後に詳細を説明する。
ここで、電極ＥＲは、人体ＨＢに電界を付与し或いは、人体ＨＢ上に発生した電界の変化を検出するためのものである。従って、通信装置ＴＲＸを用いて信号の送受信を行う場合には、電極ＥＲは、人体ＨＢに直接接触させるか、若しくは衣服の上や若干の空間を開けて設置されていることが必要となる。例えば、ベルトによって電極ＥＲが人体ＨＢ側にくるように腰部や手首に装着したり、電極ＥＲが直接手に接触するように把持しても構わない。
なお、図２に示す通信装置ＴＲＸの外観は、あくまで、一つの例であり、筐体ＣＳが人体ＨＢ及び電極ＥＲと完全に絶縁されていれば、どのような構成としても構わない。従って、通信装置ＴＲＸは、図３に示すように筐体ＣＳの底面に電極ＥＲを配置して、絶縁体ＩＳの一部に厚みを持たせ、筐体ＣＳを人体ＨＢから遠ざけることによって、筐体ＣＳを人体ＨＢ及び電極ＥＲと絶縁する構成としても構わない。
【００１７】
次に、図４は、通信装置ＴＲＸの内部構成を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態にかかる通信装置ＴＲＸは、筐体ＣＳ内に、マイクロコントローラＭＰＵと、変調装置ＥＣと、送信アンプＡＰと、屈折率検出器ＤＴと、電気光学結晶ＥＯと、復調装置ＤＣとを具備している。なお、本発明の要旨とは関係ないため、図４からは省略しているが、この通信装置ＴＲＸは、これら構成要素の他に、作動電源を供給するバッテリや、マイクロコントローラＭＰＵの作業領域となるメモリ、受信したデータの処理結果を出力するための表示装置やスピーカ等を有している。
【００１８】
マイクロコンピュータＭＰＵは、他の通信装置ＴＲＸとの間のデータＤの送受信を制御するための手段である。より具体的には、マイクロコンピュータＭＰＵは、他の通信装置ＴＲＸに送信すべきデータに対応した信号Ｄを変調装置ＥＣへと送る。また、マイクロコントローラＭＰＵは、他の通信装置ＴＲＸから人体ＨＢを介して受信した信号Ｄに対応した処理を行う。例えば、受信した信号Ｄが画像データに対応した信号である場合、マイクロコントローラＭＰＵは、当該データに対応した画像を表示装置上（図示は省略）に表示したり、当該データに対応した音声をスピーカ（図示は省略）から再生するのである。
【００１９】
変調装置ＥＣは、マイクロコントローラＭＰＵから出力された信号Ｄを用いて、人体ＨＢが良い導電性を示す周波数の搬送波（数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波）を変調信号Ｄ’へと変調する装置である。この際、搬送波の周波数は、周囲からのノイズが入りにくい周波数を選択すれば通信品質を安定したものとすることが可能となる。なお、変調装置ＥＣにおける変調方式としては、どのような方式を用いても良い。
【００２０】
送信アンプＡＰは、差動アンプであり、変調装置ＥＣから送られた変調信号Ｄ’を増幅し、端子ＰとＱの間に発生する装置である。この送信アンプＡＰの端子Ｐは、電極ＥＲと接続されている。従って、送信アンプＡＰに変調信号Ｄ’が送られると、人体ＨＢに端子Ｐからの出力電圧に対応した電界が発生する。
ここで、端子Ｑは、送信アンプＡＰの基準電位を供給する端子である。従って、この端子Ｑをグランド電位に接続して且つ、このグランド電位を筐体ＣＳに接続する構成とすれば端子Ｐからの出力信号の安定化と内部回路のシールド効果を得ることが可能となる。この場合、筐体ＣＳが基準電位となるため、筐体ＣＳは、人体ＨＢや電極ＥＲと絶縁されていなければ、端子Ｑとの間においてショートを起こしてしまう。このため、本実施形態においては、上述したように、筐体ＣＳの表面が絶縁体によって覆われており、筐体ＣＳは、完全に人体ＨＢや電極ＥＲとは絶縁されているのである。なお、端子Ｑを安定した電位に接続することができない場合、端子Ｑは、いずれにも接続せず、大気に基準電位をとっても構わない。
【００２１】
電気光学結晶ＥＯ及び屈折率検出器ＤＴは、電界センサを構成する構成要素である。この電界センサは、非常に微弱な電界を検出するためのセンサである。
ここで、電気光学結晶ＥＯは、例えばＢＳＯ（Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀）、ＢＴＯ（Ｂｉ₁₂ＴｉＯ₂₀）、ＣｄＴｉ、ＣｄＴｅ、ＤＡＳＴ（ジメチルアミノスルチバゾリウム−トシレート）等の結晶であり、所謂ポッケルス効果に従い、印加された電界によって結晶の屈折率が変化する結晶である。このため、他の通信装置ＴＲＸから変調信号Ｄ’が出力されることによって人体ＨＢ上に電界が発生し、電極ＥＲに電界が誘起された場合、電気光学結晶ＥＯは、この電極ＥＲに誘起された電界と結合して、その屈折率を変化させる。
【００２２】
また、屈折率検出器ＤＴは、電気光学結晶ＥＯにレーザー光線を照射する光線源と、この光線源から照射されたレーザー光線を受光する受光部（いずれも、図示は省略）とを有している。この受光部は、例えば、光線源からレーザー光線が電気光学結晶ＥＯへと照射されている状態において、レーザー光線が電気光学結晶ＥＯを透過して、その透過光が反射された場合にその反射光を受光することができる位置に設けられている。従って、電気光学結晶ＥＯの屈折率に変化が生じた場合、受光部においては、その屈折率の変化に伴って、受光量が変化する。この結果、屈折率検出器ＤＴは、この受光量の変化に基づいて電気光学結晶ＥＯの屈折率の変化を検出することができる。
例えば、他の通信装置ＴＲＸから変調信号Ｄ’が出力されることによって、電極ＥＲ上に変調信号Ｄ’に対応した電界が誘起され電気光学結晶ＥＯの屈折率に変化が発生することがある。かかる場合に、屈折率検出器ＤＴは、電気光学結晶ＥＯの屈折率の変化を検出し、この検出結果に基づいて他の通信装置ＴＲＸから出力された変調信号Ｄ’を取得する。
なお、これら電気光学結晶ＥＯ及び屈折率検出器ＤＴから構成された電界センサは、公知のものであり、特開平８−２６２１１７号公報等に開示されているものと同一であるため詳細な説明は省略する。
【００２３】
復調装置ＤＣは、屈折率検出器ＤＴから送られてきた変調信号Ｄ’から、信号Ｄを取り出す装置である。この復調装置ＤＣにおいて復調を行う際には、他の通信装置ＴＲＸにおいて変調した際と同一の信号が用いられる。
【００２４】
［１．２］第１実施形態の動作
以下、本実施形態の動作について、通信装置ＴＲＸ１から通信装置ＴＲＸ２宛に信号Ｄ１の送信を行った場合を例に本実施形態の動作の説明を行う。なお、以下の説明では、通信装置ＴＲＸ１の構成要素については図４において使用される各符号に“１”を付加した符号を各々を特定するために使用し、通信装置ＴＲＸ２の構成要素については図４において使用される各符号に“２”を付加した符号を各々を特定するために使用する。
【００２５】
＜動作例１＞
以下、図１に従って、本実施形態の動作例について説明する。
まず、送信機ＴＲＸ１においては、マイクロコントローラＭＰＵ１が通信装置ＴＲＸ２に送信すべきデータに対応した信号Ｄ１を生成して、変調装置ＥＣ１に出力する。変調装置ＥＣ１においては、この信号Ｄ１を用いることによって、人体が導電性を示す周波数（数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の搬送波が変調信号Ｄ１’へと変調される。
次に、変調装置ＥＣ１において得られた変調信号Ｄ１’は、送信アンプＡＰ１において増幅され、端子ＰとＱの間の電圧の変化に変換されて電極ＥＲ１へと出力される。この結果、人体ＨＢに変調信号Ｄ１’に対応した電界が付与される。
【００２６】
一方、通信装置ＴＲＸ２においては、人体ＨＢに付与された電界が電極ＥＲ２を介して、電気光学結晶ＥＯ２へと伝えられ、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、屈折率検出器ＤＴ２の受光部においては、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率の変化に伴って、受光量が変化する。屈折率検出器ＤＴ２は、この受光量の変化に基づいて、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ１’を取得する。そして、屈折率検出器ＤＴ２おいて取得された変調信号Ｄ１’が復調装置ＤＣ２へと出力される。
【００２７】
次に、復調装置ＤＣ２は、屈折率検出器ＤＴ２から出力された変調信号Ｄ１’を復調して、変調信号Ｄ１’に対応した信号Ｄ１を取り出す。この際、復調装置ＤＣ２においては、変調装置ＥＣ１における搬送波と同一の信号が用いられる。そして、復調装置ＤＣ２は、変調信号Ｄ１’から取り出した信号Ｄ１をマイクロコントローラＭＰＵ２へと出力する。この結果、マイクロコントローラＭＰＵ２においては、復調装置ＤＣ２から送られてきた信号Ｄ１に対応した処理が実行されるのである。
【００２８】
ここで、図５及び図１１を用いて本実施形態にかかる通信方法とＰＡＮとの違いについて説明する。なお、図５においては、図面が煩雑となることを避けるため、図３に示す各部において、図１１に示すＰＡＮとの相違を説明するために必要な部分のみを図示している。
ＰＡＮにおいては、図１１に示すように、送信機と受信機のそれぞれに大地アースによる静電結合を確立するための帰還電極が設けられている。また、特開平１０−２２９３５７号公報に記載の発明においても、全く同様に空気を介した直接結合を確立するための帰還電極が設けられている（図示は省略）。
これに対して、本実施形態にかかる通信システムにおいては、例えば、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ’によって人体ＨＢに電界が付与されると、通信装置ＴＲＸ２の電界センサ（電気光学結晶ＥＯ２及び屈折率検出器ＤＴ２から構成されてる）は人体ＨＢに付与された電界の一部を直接検出し、変調信号Ｄ１’を取得する構成となっている。この結果、本実施形態にかかる通信システムは、図５に示すように、送信先となる通信装置ＴＲＸからの帰還を受けるための帰還電極を特別に設ける必要がない。また、図５に示すように、本実施形態にかかる通信システムにおいては、通信装置ＴＲＸ１とＴＲＸ２との間には大地アースによる静電結合が確立されることもない。
【００２９】
＜動作例２＞
以下、図６に従って本実施形態の第２の動作例について説明する。本動作例は、ユーザａが所持している通信装置ＴＲＸ１からユーザｂの所持している通信装置ＴＲＸ２宛に信号Ｄを送信するものである。
【００３０】
まず、通信装置ＴＲＸ１の電極ＥＲ１から出力された変調信号Ｄ１’により、ユーザａの体（以下「人体ＨＢａ」という）には、電界が付与される。このとき、人体ＨＢａとユーザｂの体（以下、「人体ＨＢｂ」という）が接触している状態（例えば、握手をしている状態）、或いは、人体ＨＢａと人体ＨＢｂが非常に近接している状態にあると、人体ＨＢａに付与された電界が人体ＨＢｂに伝達される。
【００３１】
一方、通信装置ＴＲＸ２においては、この人体ＨＢｂに伝達された電界に従って、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ１’が通信装置ＴＲＸ２によって取得されるのである。なお、通信装置ＴＲＸ１から変調信号Ｄ１’が人体ＨＢに出力される過程及び通信装置ＴＲＸ２において変調信号Ｄ１’が取得される際の動作については、第１の動作例と全く同様であるため説明を省略する。
【００３２】
＜動作例３＞
以下、図７に従って本実施形態の第３の動作例について説明する。本動作例は、ユーザが、通信装置ＴＲＸ１を所持している場合に、建物の壁面等に設置された通信装置ＴＲＸ２宛にデータＤ１を送信するものである。
【００３３】
まず、ユーザが通信装置ＴＲＸ２に接触している状態において、ユーザの所持している通信装置ＴＲＸ１の電極ＥＲ１から変調信号Ｄ１’が出力されると、人体ＨＢには変調信号Ｄ１’に対応した電界が付与される。
一方、通信装置ＴＲＸ２においては、この人体ＨＢに付与された電界によって電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ１’が通信装置ＴＲＸ２において取得されるのである。
【００３４】
このようにして、本実施形態にかかる通信システムは、帰還伝送路として大地アースを用いた構成となっていない。このため、ＰＡＮのように通信装置と大地アースとの間において静電結合が確立されることが必要なくなる。従って、設置手法に多くの制限が課されてしまうことはなく、また、人体と大地アースとが接触した場合であっても、ショートを起こして通信不能な状態になることはない。また、本実施形態にかかる通信装置によれば、送信元の通信装置から出力された変調信号によって人体に電界が付与された場合、送信先の通信装置の電界センサが人体ＨＢに付与された電界の一部を直接検出し、変調信号を取得することが可能である。この結果、送信元の通信装置と送信先の通信装置との間の距離を長くとった場合であっても、通信を行うことが可能となる。
更には、本実施形態にかかる通信システムは、送信先となる通信装置ＴＲＸからの帰還を受けるための帰還電極を設ける必要がない。このため、帰還電極を大きくするために通信装置のサイズが大きくなってしまうという弊害も発生しない。
【００３５】
［１．３］変形例
＜変形例１＞
上記第１の実施形態においては、送受間において一つの周波数の搬送波のみを用いることによって、１体１の通信を行う構成となっている。しかし、搬送波の周波数を複数用いることによって、１対Ｎ或いは、Ｎ対Ｎの通信を行うことも可能である。
また、ＣＳＭＡ（Carrier Sence Multiple Access）方式または同等の手段を用いることによって、一つの周波数の搬送波を用いて複数の送受信機がバス状のネットワークを構成することも可能である。ただし、ＣＳＭＡ方式を用いた場合、搬送波周波数を複数用いた場合と異なり、バス上に送信できる通信装置ＴＲＸは、一つのみとなる。
【００３６】
＜変形例２＞
上記第１の実施形態においては、送信元の通信装置ＴＲＸ１によって人体ＨＢに電界を付与し、人体ＨＢを伝送路として用いる構成としている。しかし、人体のように所定の周波数に対して導電性を有する誘電体であれば、何を伝送路として用いても構わない。例えば、他の動植物を伝送路として用いても構わない。
また、地球も伝送路として用いることが可能である。この場合、電界センサの検出感度を向上させることによって、建物の離れた場所に置かれた通信装置ＴＲＸ１とＴＲＸ２との間の通信や、複数の建物間の通信も可能となる。また、理論的には、図８のように地球の反対側との通信も可能である。
【００３７】
［２］第２実施形態
［２．１］第２実施形態の構成
図９は、本実施形態にかかる通信システムの構成を示した図である。
図９に示すように本実施形態にかかる通信システムは、小型コンピュータＰＣ１及びＰＣ２（以下、特に特定する必要のない場合「小型コンピュータＰＣ」という）と、ネットワークカードＴＲＸＣ１及びＴＲＸＣ２（以下、特に特定する必要のない場合「ネットワークカードＴＲＸＣ」という）と、人体ＨＢとから構成されている。ここで、本実施形態にかかる通信システムにおいては、人体ＨＢ（本実施形態において人体ＨＢは、バスとなる）と小型コンピュータＰＣによって、ＬＡＮ（Local Area Network）が構成されている。そして、このＬＡＮがイーサネットに準拠しているのである。
【００３８】
図９において、小型コンピュータＰＣは、例えば、ノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等であり、その一側面には、ＰＣカードスロットＰＣＣＳを有している。そして、このＰＣカードスロットＰＣＣＳの内部には、ＰＣカード用の雌型コネクタが設けられている。
また、小型コンピュータＰＣには、ネットワークカードＴＲＸＣのドライバソフトウェアがインストールされており、ネットワークカードＴＲＸＣをドライブする機能を有している。すなわち、小型コンピュータＰＣは、他の小型コンピュータＰＣに送信すべきデータが有る場合、当該データをイーサネットに対応した形式の信号Ｄに変換して、ネットワークカードＴＲＸＣに送る機能を有する。また、ネットワークカードＴＲＸＣによって他の小型コンピュータＰＣから送信されてきた信号Ｄが受信されると、小型コンピュータＰＣは、当該信号ＤをネットワークカードＴＲＸＣから受け取って、対応した処理を行う。
ここで、ＩＥＥＥ８０２．３においては、10BASE-5、10 BASE -2、10 BASE -T、100 BASE -TXの４つの規格が存在するが、これらの規格においては、全て、ベースバンド方式を採用している（ただし、符号化方式は、各規格によって異なる。）。このため、以下の説明において小型コンピュータＰＣとネットワークカードＴＲＸＣとの間において授受される信号Ｄは、全て、ベースバンド方式のものである。
【００３９】
ネットワークカードＴＲＸＣは、従来のイーサネットカードと同様に小型コンピュータＰＣとＬＡＮとのインターフェイスとしての機能に加え、第１実施形態と同様に、人体ＨＢを介して信号Ｄの送受信を行う機能を有する。すなわち、ネットワークカードＴＲＸＣは、小型コンピュータＰＣから他の小型コンピュータＰＣ宛に送信すべきデータに対応した信号Ｄが送られてくると、この信号Ｄを用いて、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を周波数変換して、当該周波数変換後の信号（以下、「変換信号Ｄ”」という）を人体ＨＢに出力する機能を有する。
また、ネットワークカードＴＲＸＣは、人体ＨＢに発生した電界を検出することによって、人体ＨＢを介して他のネットワークカードＴＲＸＣから送信されてきた変換信号Ｄ”を取得する機能を有する。
【００４０】
また、このネットワークカードＴＲＸＣは、ＰＣＭＣＩＡ／ＪＥＩＤＡ規格に定められた形状の筐体ＣＳを有している。この筐体ＣＳの表面は、絶縁体によって覆われており、一側面にはＰＣカード用の雄型コネクタＰＣＣＩＭが設けられている。従って、ネットワークカードＴＲＸＣは、小型コンピュータＰＣのＰＣカードスロットＰＣＣＳに挿入して、ＰＣカード用の雌型コネクタに接続することが可能である。また、筐体ＣＳにおいて雄型コネクタＰＣＣＩＭが設けられた反対側の側面には、ケーブルを介してアンテナＡＮＴが接続されている。ここで、アンテナＡＮＴは、人体ＨＢに電界を付与し或いは、人体ＨＢ上に発生した電界の変化を検出するためのものである。従って、本実施形態にかかる通信システムを用いて通信を行う場合、アンテナＡＮＴを人体ＨＢに直接接触させるか、若しくは衣服の上や若干の空間を開けて設置されていることが必要となる。また、アンテナＡＮＴを小型コンピュータＰＣの筐体に張り付けて、当該小型コンピュータＰＣをユーザが把持することによって、アンテナＡＮＴを人体の近傍に設置するようにしても構わない。
【００４１】
次に、図１０は、ネットワークカードＴＲＸＣの内部構成を示したブロック図である。なお、図１０において上述した図４と対応した部分には同一の符号が付してある。
図１０に示すように、本実施形態にかかるネットワークカードＴＲＸＣは、ＰＣカードコネクタＰＣＣＩＭと、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭと、送信モジュールＴＸＭと、受信モジュールＲＸＭと、アンテナＡＮＴとを有する。
【００４２】
イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、イーサネットに対応した物理層のインターフェイスである。より具体的には、このイーサネットトランシーバＥＴＭは、小型コンピュータＰＣから出力された信号Ｄを用いて、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を変換信号Ｄ”へと周波数変換した後、送信モジュールＴＸＭに送る。また、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、受信モジュールＲＸＭから変換信号Ｄ”が入力された場合に、その変換信号Ｄ”の周波数を所定に周波数へと周波数変換してＰＣカードコネクタＰＣＣＩＭを介して小型コンピュータＰＣ宛に送るのである。なお、このイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、100BASE-TXのいずれを利用するのかによって、異なったものを利用しなければならない。しかし、いずれの規格に合わせたイーサネットトランシーバモジュールを用いた場合であっても、従来のイーサネットトランシーバモジュールと全く同様のものであるので説明な詳細は省略する。
【００４３】
送信モジュールＴＸＭは、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭから送られてきた変換信号Ｄ”をアンテナＡＮＴを介して人体ＨＢに出力する装置である。この送信モジュールＴＸＭは、送信アンプＡＰを有しており、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭから送られてきた変換信号Ｄ”を増幅し、端子ＰとＱの間に発生する機能を有する。この送信アンプＡＰの端子Ｐは、アンテナＡＮＴと接続されている。従って、送信アンプＡＰは、アンテナＡＮＴを介して端子Ｐからの出力を人体ＨＢに送出することができる。
【００４４】
受信モジュールＲＸＭは、電気光学結晶ＥＯ及び屈折率検出器ＤＴを有しており、人体ＨＢの電界を検出することによって、他の小型コンピュータＰＣから出力された変換信号Ｄ”を取得するための装置である。
【００４５】
［２．２］第２実施形態の動作
以下、図９においてネットワークカードＴＲＸＣ１及びＴＲＸＣ２を介して、小型コンピュータＰＣ１からＰＣ２宛に送信すべきデータに対応した信号Ｄ１を送信した場合を例に本実施形態の動作の説明を行う。なお、以下の説明では、ネットワークカードＴＲＸＣ１の構成要素については図１０において使用される各符号に“１”を付加した符号を各々を特定するために使用し、ネットワークカードＴＲＸＣ２の構成要素については図９において使用される各符号に“２”を付加した符号を各々を特定するために使用する。
【００４６】
まず、小型コンピュータＰＣ１において、所定の処理が行われることによって、小型コンピュータＰＣ２宛に送信すべきデータに対応した信号Ｄ１が生成される。そして、この信号Ｄ１がネットワークカードＴＲＸＣ１のイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ１へと送られる。
次に、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ１は、この信号Ｄ１を用いて、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を周波数変換する。このようにして、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ１において得られた、変換信号Ｄ１”は、送信モジュールＴＸＭ１の送信アンプＡＰ１において、端子Ｑと端子Ｐとの間の電圧の変化に変換され、アンテナＡＮＴ１を介して人体ＨＢへと出力される。この結果、人体ＨＢに変換信号Ｄ１”に対応した電界が付与されるのである。
【００４７】
一方、ネットワークカードＴＲＸＣ２においては、人体ＨＢに付与された電界がアンテナＡＮＴ２を介して、受信モジュールＴＸＭ２の電気光学結晶ＥＯ２へと伝えられ、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、受信モジュールＴＸＭ２の屈折率検出器ＤＴ２の受光部においては、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率に変化に伴って、受光量が変化する。屈折率検出器ＤＴ２は、この受光量の変化に基づいて、ネットワークカードＴＲＸＣ１から出力された変換信号Ｄ１”を取得する。そして、屈折率検出器ＤＴ２おいて取得された変換信号Ｄ１”がイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ２へと出力される。
【００４８】
次に、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ２は、屈折率検出器ＤＴ２から出力された変換信号Ｄ１”を復調して、変換信号Ｄ１”に対応した信号Ｄ１を取り出す。そして、この信号Ｄ１がイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ２から小型コンピュータＰＣ２宛に送られるのである。
【００４９】
このようにして、本実施形態にかかるネットワークカードによれば、小型コンピュータ間の通信が人体を介して行うことが可能となる。また、本実施形態にかかるネットワークカードは、小型コンピュータから見れば従来のイーサネットカードと同様に動作するため、小型コンピュータ側に特別な変更を行うことなくデータ通信を行うことが可能となる。更には、イーサネットトランシーバモジュールは、従来のイーサネットカードと同じ物を使うことが可能なため、製造コストを削減することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、小型コンピュータＰＣとネットワークカードＴＲＸＣとを別々の装置とした構成としているが、これらの機能を全てネットワークカードＴＲＸＣに全て持たせた構成としても構わない。
【００５１】
＜変形例１＞
上記第２実施形態においては、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、ベースバンド方式の信号Ｄを周波数変換する構成となっている。しかし、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭにおいて、例えば、ＦＭ（Frequency Modulation）、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の変調方式を用いて変復調を行う構成としても構わない。この場合、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、小型コンピュータＰＣから送られた信号Ｄを用いて人体ＨＢが良い導電性を示す数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を変調する。このように、ベースバンド方式の信号Ｄを、他の変調方式によって変調して送受信を行うようにすれば、伝送過程における伝送エラーの削減や伝送距離の向上を図ることも可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、伝送媒体に誘導される電界を直接検出することで、帰還電極を必要とせず、伝送媒体と大地アースとの関係や送信機及び受信機の設置間隔によらず、安定した通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる通信システムの一例を示したブロック図である。
【図２】通信装置ＴＲＸの外観の一例を示した斜視図である。
【図３】通信装置ＴＲＸの他の外観の一例を示した斜視図である。
【図４】通信装置ＴＲＸの内部構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態にかかる通信システムの等価回路図である。
【図６】第１実施形態にかかる通信装置ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を用いて、複数の人体を伝送路として通信を行う状態を示した図である。
【図７】壁面に通信装置ＴＲＸ１を設置し、ユーザが所持している通信装置ＴＲＸ２と、通信装置ＴＲＸ１との間で通信を行う状態を示した図である。
【図８】本実施形態かかる通信装置ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を用いて地球を介して通信を行う状態を示した図である。
【図９】第２実施形態にかかる通信システムの構成を示した図である。
【図１０】第２実施形態にかかるネットワークカードの構成を示した図である。
【図１１】従来のＰＡＮによる通信システムを示す摸式図である。
【符号の説明】
ＴＲＸ……通信装置ＣＳ……筐体ＥＲ……電極ＨＢ……人体
ＭＰＵ……マイクロコントローラＥＣ……変調装置ＡＰ……送信アンプ
ＥＯ……電気光学結晶ＤＴ……屈折率検出器ＤＣ……復調装置
ＴＲＸＣ……ネットワークカードＰＣ……小型コンピュータ
ＥＴＭ……イーサネットトランシーバモジュールＡＮＴ……アンテナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to a communication system that transmits signals through a medium such as a human body.
[0002]
[Prior art]
In conventional communication, wired communication performed by connecting communication lines, and wireless communication using radio waves or the like are common. However, with recent technological development, a communication method using an electric field induced in a human body or the like has been proposed as a completely new communication method. Such a communication method using an induced electric field is introduced in “Personal Area Networks: Near-Field intrabody Communication.” (IBM System Journal Vol.35, No3 & 4, 1996-MIT Media Laboratory) by TGZimmerman. There is a communication method (hereinafter referred to as “PAN”).
[0003]
FIG. 11 shows a schematic diagram of a communication system using this PAN. This is an excerpt from the above-mentioned document (IBM System Journal Vol.35, No3 & 4, 1996-MIT Media Laboratory). In general, the human body exhibits good conductivity with respect to frequencies of several tens of kHz to several MHz. For this reason, depending on the carrier frequency, the human body can be used as a transmission path. Therefore, in this PAN, the human body is used as a signal transmission path by modulating a carrier wave showing good conductivity by the signal to be transmitted from the transmitter, outputting from the transmitter, and generating an electric field in the human body. It can be used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as shown in FIG. 11, the PAN uses the earth ground as a return transmission path. For this reason, it is necessary that electrostatic coupling be established between the transmitter and the receiver via the earth ground. Therefore, if the transmitter or the receiver is installed at a position away from the ground, the electrostatic coupling with the ground is weakened, and stable communication cannot be performed. As a result, it is necessary to install a transmitter and a receiver at a position that can be electrostatically coupled through a ground, and there is a problem that many restrictions are imposed on the installation method of the transmitter and the receiver. .
[0005]
In addition, this PAN has another problem that “communication is impossible when the human body is in contact with the earth ground”. In PAN, the human body and the earth ground are used as a pair of signal transmission paths. Therefore, when the human body comes in contact with the earth ground, there is a problem that the circuit is short-circuited and communication cannot be performed.
Considering the case where people actually wear equipment, they often come into contact with their desks and walls with bare hands. Since objects such as desks and wall surfaces are usually considered as earth ground, in PAN where short-circuiting occurs when contacted with earth earth, it is not possible to realize portable communication devices that can be used in daily life. It is difficult at present.
[0006]
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-229357, the return electrode on the transmitter side and the return electrode on the receiver side are brought close to each other, so that air instead of the earth ground is used as a return transmission path between the two return electrodes. A method for ensuring direct coupling via a network has been proposed. According to the invention described in the publication, it seems that the problem in PAN is solved. However, in order to perform direct coupling between the transmitter and the feedback electrode of the receiver via air, it is inevitably necessary to take a long distance between the feedback electrode provided in the transmitter and the receiver. There was a problem that it was possible. Therefore, for example, it has been virtually impossible to perform communication between a transmitter installed on the head and a receiver installed on the waist.
Further, in the method described in the publication, when the size of the feedback electrode of the transmitter and the receiver is reduced, the direct coupling via air between the feedback electrode of the transmitter and the receiver is weakened. It is practically difficult to reduce the size. Therefore, there is a problem that the size of the device cannot be reduced. This problem is also common to PAN, and even in PAN, if the feedback electrode is made small, it is practically impossible to perform communication.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by directly detecting the electric field induced in the transmission medium, the feedback electrode required in the conventional method is eliminated, and the transmission medium and the earth ground are provided. An object of the present invention is to provide a communication system capable of performing stable communication regardless of the relationship and the installation interval of the transmitter and the receiver.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the problems described above, a communication system according to claim 1BiographyA transmitter for applying an electric field modulated by a transmission signal to a transmission medium, and a receiver for detecting a part of the electric field via the transmission medium and generating a demodulated signal corresponding to the transmission signalA housing that houses the receiver, an insulator that covers the housing, an electrode that is provided on a surface of the insulator, and that is provided inside the housing and connected to the electrode A receiver having an electro-optic crystal and demodulated signal generating means for generating the demodulated signal in accordance with a change in the refractive index of the electro-optic crystalIt is characterized by comprising. The communication system according to claim 2 is characterized in that, in addition to the feature according to claim 1, the transmitter is modulated from the transmission signal, a housing that houses the transmitter, an insulator that covers the housing, and the transmission signal. A modulator that generates a signal; an amplifier that generates a voltage obtained by amplifying the modulated signal between a signal output terminal and a reference terminal; and an insulator that is isolated from the inside of the housing by the insulator, and a signal output terminal of the amplifier And an electrode connected to the electrode.
[0009]
In the communication system according to claim 3, in addition to the feature according to claim 2, the transmission medium is made of a dielectric that exhibits conductivity with respect to a predetermined frequency, and the modulator in the transmitter includes: The modulated signal is generated by modulating a carrier wave in which the dielectric has conductivity according to the transmission signal.
The communication system according to claim 4 uses the human body as the dielectric in addition to the feature according to claim 3, and the modulator in the transmitter is a number indicating the conductivity of the human body by the transmission signal. The modulated signal is generated by modulating a carrier wave having a frequency of 10 kHz to several MHz.
[0010]
  The communication system according to claim 5 uses the earth as the dielectric in addition to the feature according to claim 3, and the modulator in the transmitter shows that the earth is conductive by the transmission signal. Generating the modulated signal by modulating a carrier of frequency.
[0012]
  Claim6The communication system described inSource and destinationA computer,Each saidComputerToIn a communication system comprising a communication device connected and serving as an interface of the connected computer,Said sendingThe source computerThe aboveGenerate a transmission signal containing information to be transmitted to the destination computer, andBecome the senderThe communication device connected to the computer connected to the computer and connected to the computer that is the transmission source,ConcernedA communication device that applies an electric field modulated by a transmission signal sent from a computer to a transmission medium, and is connected to the computer as the transmission destination.A housing for housing the communication device, an insulator covering the housing, an electrode provided on a surface of the insulator, and an electro-optic crystal provided in the housing and connected to the electrode And according to the change in the refractive index of the electro-optic crystalDetecting a part of the electric field, generating a demodulated signal corresponding to the transmission signal,demodulationA signal is sent to the destination computer.
[0013]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments do not specify the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.
[0014]
[1] First embodiment
[1.1] Configuration of the first embodiment
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a communication system according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the communication system according to the present embodiment has a configuration in which communication devices TRX1 and TRX2 (hereinafter referred to as “communication device TRX” unless otherwise specified) are installed in the vicinity of the human body HB. ing. In this communication system, communication is performed between the communication devices TRX1 and TRX2 using the human body HB as a transmission path.
[0015]
The communication device TRX is a device that transmits and receives data via the human body HB. This communication device TRX has a function of modulating a carrier wave of several tens of kHz to several MHz with a signal corresponding to data to be transmitted to another communication device TRX, and outputting it to the human body HB.
The communication device TRX has a function of receiving data transmitted from another communication device TRX via the human body HB by measuring a change in the electric field generated in the human body HB.
[0016]
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the appearance of the communication device TRX.
As shown in FIG. 2, the communication device TRX according to the present embodiment includes a housing CS having a box shape and covered with an insulator IS. In addition, an electrode ER is provided on the lower surface side of the casing CS via an insulator IS. As a result, in the communication device TRX according to the present embodiment, the housing CS is configured to be completely insulated from other parts and the human body HB. The reason why the casing CS is insulated from other parts will be described later in detail.
Here, the electrode ER is for applying an electric field to the human body HB or detecting a change in the electric field generated on the human body HB. Therefore, when transmitting and receiving signals using the communication device TRX, the electrode ER needs to be in direct contact with the human body HB or installed on clothing or with some space open. For example, the belt may be attached to the waist or wrist so that the electrode ER is on the human body HB side, or may be gripped so that the electrode ER directly contacts the hand.
The appearance of the communication device TRX shown in FIG. 2 is merely an example, and any configuration may be used as long as the casing CS is completely insulated from the human body HB and the electrode ER. Accordingly, the communication device TRX has an electrode ER disposed on the bottom surface of the casing CS as shown in FIG. 3 to increase the thickness of a part of the insulator IS and keep the casing CS away from the human body HB. The body CS may be insulated from the human body HB and the electrode ER.
[0017]
Next, FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of the communication device TRX.
As shown in FIG. 4, the communication device TRX according to the present embodiment includes a microcontroller MPU, a modulation device EC, a transmission amplifier AP, a refractive index detector DT, and an electro-optic crystal EO in a housing CS. And a demodulator DC. Although omitted from FIG. 4 because it is not related to the gist of the present invention, this communication device TRX includes, in addition to these components, a battery that supplies operating power, a work area of the microcontroller MPU, A memory, a display device for outputting the processing result of the received data, a speaker, and the like.
[0018]
The microcomputer MPU is means for controlling transmission / reception of data D to / from another communication device TRX. More specifically, the microcomputer MPU sends a signal D corresponding to data to be transmitted to the other communication device TRX to the modulation device EC. Further, the microcontroller MPU performs processing corresponding to the signal D received from the other communication device TRX via the human body HB. For example, when the received signal D is a signal corresponding to the image data, the microcontroller MPU displays an image corresponding to the data on a display device (not shown), or outputs a sound corresponding to the data to the speaker. It is reproduced from (illustration is omitted).
[0019]
The modulation device EC is a device that modulates a carrier wave (frequency carrier wave of several tens of kHz to several MHz) having a good conductivity of the human body HB into a modulation signal D ′ using the signal D output from the microcontroller MPU. is there. At this time, if the frequency of the carrier wave is selected such that the noise from the surroundings is difficult to enter, the communication quality can be stabilized. Note that any method may be used as a modulation method in the modulation device EC.
[0020]
The transmission amplifier AP is a differential amplifier and is a device that amplifies the modulation signal D ′ sent from the modulation device EC and generates between the terminals P and Q. A terminal P of the transmission amplifier AP is connected to the electrode ER. Therefore, when the modulation signal D ′ is sent to the transmission amplifier AP, an electric field corresponding to the output voltage from the terminal P is generated in the human body HB.
Here, the terminal Q is a terminal for supplying a reference potential of the transmission amplifier AP. Therefore, if the terminal Q is connected to the ground potential and the ground potential is connected to the housing CS, the output signal from the terminal P can be stabilized and the shielding effect of the internal circuit can be obtained. . In this case, since the casing CS is at the reference potential, the casing CS is short-circuited with the terminal Q unless it is insulated from the human body HB and the electrode ER. Therefore, in the present embodiment, as described above, the surface of the housing CS is covered with an insulator, and the housing CS is completely insulated from the human body HB and the electrode ER. Note that if the terminal Q cannot be connected to a stable potential, the terminal Q may not be connected to any of the terminals and may take a reference potential in the atmosphere.
[0021]
The electro-optic crystal EO and the refractive index detector DT are components constituting the electric field sensor. This electric field sensor is a sensor for detecting a very weak electric field.
Here, the electro-optic crystal EO is, for example, BSO (Bi₁₂SiO₂₀), BTO (Bi₁₂TiO₂₀), CdTi, CdTe, DAST (dimethylaminosultivazolium-tosylate), etc., and a crystal whose refractive index changes according to an applied electric field in accordance with the so-called Pockels effect. For this reason, when the modulation signal D ′ is output from another communication device TRX, an electric field is generated on the human body HB, and when an electric field is induced on the electrode ER, the electro-optic crystal EO is induced on the electrode ER. Combined with the applied electric field, the refractive index is changed.
[0022]
The refractive index detector DT includes a light source that irradiates the electro-optic crystal EO with a laser beam, and a light receiving unit that receives the laser beam irradiated from the light source (all of which are not shown). For example, the light receiving unit receives the reflected light when the laser beam passes through the electro-optic crystal EO and the transmitted light is reflected in a state where the laser beam is applied to the electro-optic crystal EO from the light source. It is provided at a position where it can be done. Therefore, when a change occurs in the refractive index of the electro-optic crystal EO, the amount of received light changes in the light receiving unit as the refractive index changes. As a result, the refractive index detector DT can detect a change in the refractive index of the electro-optic crystal EO based on the change in the amount of received light.
For example, when the modulation signal D ′ is output from another communication device TRX, an electric field corresponding to the modulation signal D ′ may be induced on the electrode ER, and the refractive index of the electro-optic crystal EO may change. In such a case, the refractive index detector DT detects a change in the refractive index of the electro-optic crystal EO, and acquires a modulation signal D ′ output from another communication device TRX based on the detection result.
The electric field sensor composed of the electro-optic crystal EO and the refractive index detector DT is a known one and is the same as that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-262117 and the like. Omitted.
[0023]
The demodulator DC is a device that extracts the signal D from the modulation signal D ′ sent from the refractive index detector DT. When demodulating in this demodulator DC, the same signal as that used in the modulation in other communication device TRX is used.
[0024]
[1.2] Operation of the first embodiment
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described by taking as an example the case where the signal D1 is transmitted from the communication device TRX1 to the communication device TRX2. In the following description, the constituent elements of the communication apparatus TRX1 are used to identify each of the reference numerals used in FIG. 4 with “1” added, and the constituent elements of the communication apparatus TRX2 are illustrated in FIG. A code obtained by adding “2” to each code used in 4 is used to specify each code.
[0025]
<Operation example 1>
Hereinafter, an operation example of the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, in the transmitter TRX1, the microcontroller MPU1 generates a signal D1 corresponding to data to be transmitted to the communication device TRX2, and outputs the signal D1 to the modulation device EC1. In the modulation device EC1, by using the signal D1, a carrier wave having a frequency (several tens of kHz to several MHz) at which the human body exhibits conductivity is modulated into the modulation signal D1 '.
Next, the modulation signal D1 'obtained in the modulation device EC1 is amplified in the transmission amplifier AP1, converted into a change in voltage between the terminals P and Q, and output to the electrode ER1. As a result, an electric field corresponding to the modulation signal D1 'is applied to the human body HB.
[0026]
On the other hand, in the communication device TRX2, the electric field applied to the human body HB is transmitted to the electro-optic crystal EO2 via the electrode ER2, and the refractive index of the electro-optic crystal EO2 changes. As a result, in the light receiving portion of the refractive index detector DT2, the amount of received light changes as the refractive index of the electro-optic crystal EO2 changes. The refractive index detector DT2 acquires the modulation signal D1 'output from the communication device TRX1 based on the change in the amount of received light. Then, the modulation signal D1 'acquired by the refractive index detector DT2 is output to the demodulation device DC2.
[0027]
Next, the demodulator DC2 demodulates the modulation signal D1 'output from the refractive index detector DT2, and extracts a signal D1 corresponding to the modulation signal D1'. At this time, the demodulator DC2 uses the same signal as the carrier wave in the modulator EC1. Then, the demodulator DC2 outputs the signal D1 extracted from the modulation signal D1 'to the microcontroller MPU2. As a result, in the microcontroller MPU2, processing corresponding to the signal D1 sent from the demodulator DC2 is executed.
[0028]
Here, the difference between the communication method according to the present embodiment and the PAN will be described with reference to FIGS. 5 and 11. In FIG. 5, only parts necessary for explaining the differences from the PAN shown in FIG. 11 are shown in each part shown in FIG. 3 in order to avoid the drawing from becoming complicated.
In the PAN, as shown in FIG. 11, a feedback electrode for establishing electrostatic coupling due to earth ground is provided in each of the transmitter and the receiver. Also in the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-229357, a feedback electrode for establishing direct coupling via air is provided in the same manner (not shown).
On the other hand, in the communication system according to the present embodiment, for example, when an electric field is applied to the human body HB by the modulation signal D ′ output from the communication device TRX1, the electric field sensor (electro-optic crystal EO2) of the communication device TRX2. And a refractive index detector DT2) is configured to directly detect a part of the electric field applied to the human body HB and acquire the modulation signal D1 ′. As a result, as shown in FIG. 5, the communication system according to the present embodiment does not require a special return electrode for receiving feedback from the communication device TRX as a transmission destination. Further, as shown in FIG. 5, in the communication system according to the present embodiment, electrostatic coupling due to earth ground is not established between the communication devices TRX1 and TRX2.
[0029]
<Operation example 2>
Hereinafter, a second operation example of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this operation example, the signal D is transmitted from the communication device TRX1 possessed by the user a to the communication device TRX2 possessed by the user b.
[0030]
First, an electric field is applied to the body of the user a (hereinafter referred to as “human body HBa”) by the modulation signal D1 ′ output from the electrode ER1 of the communication device TRX1. At this time, the human body HBa and the body of the user b (hereinafter referred to as “human body HBb”) are in contact (for example, in a state of shaking hands), or the human body HBa and the human body HBb are very close to each other. In the state, the electric field applied to the human body HBa is transmitted to the human body HBb.
[0031]
On the other hand, in the communication device TRX2, the refractive index of the electro-optic crystal EO2 changes according to the electric field transmitted to the human body HBb. As a result, the modulation signal D1 'output from the communication device TRX1 is acquired by the communication device TRX2. Note that the process in which the modulation signal D1 ′ is output from the communication device TRX1 to the human body HB and the operation when the modulation signal D1 ′ is acquired in the communication device TRX2 are exactly the same as in the first operation example, and thus will be described. Omitted.
[0032]
<Operation example 3>
Hereinafter, a third operation example of the present embodiment will be described with reference to FIG. In this operation example, when the user possesses the communication device TRX1, the data D1 is transmitted to the communication device TRX2 installed on the wall surface of the building or the like.
[0033]
First, when the modulation signal D1 ′ is output from the electrode ER1 of the communication device TRX1 possessed by the user while the user is in contact with the communication device TRX2, the electric field corresponding to the modulation signal D1 ′ is applied to the human body HB. Is granted.
On the other hand, in the communication device TRX2, the refractive index of the electro-optic crystal EO2 changes due to the electric field applied to the human body HB. As a result, the modulation signal D1 'output from the communication device TRX1 is acquired by the communication device TRX2.
[0034]
Thus, the communication system according to the present embodiment does not have a configuration using the earth ground as the feedback transmission path. For this reason, it is not necessary to establish electrostatic coupling between the communication device and the earth ground like PAN. Therefore, many restrictions are not imposed on the installation method, and even when the human body and the earth ground come into contact with each other, a short circuit is not caused and communication is not disabled. Further, according to the communication device according to the present embodiment, when an electric field is applied to the human body by the modulated signal output from the transmission source communication device, the electric field sensor of the transmission destination communication device is applied to the human body HB. It is possible to directly detect a part of the signal and obtain a modulated signal. As a result, communication can be performed even when the distance between the transmission source communication device and the transmission destination communication device is long.
Furthermore, the communication system according to the present embodiment does not need to provide a feedback electrode for receiving feedback from the communication device TRX as a transmission destination. For this reason, the adverse effect of increasing the size of the communication device in order to increase the feedback electrode does not occur.
[0035]
[1.3] Modification
<Modification 1>
In the said 1st Embodiment, it becomes the structure which performs communication of 1 body 1 by using only the carrier wave of one frequency between transmission / reception. However, it is also possible to perform 1-to-N or N-to-N communication by using a plurality of carrier wave frequencies.
Further, by using a CSMA (Carrier Sence Multiple Access) system or equivalent means, it is possible to form a bus-like network with a plurality of transceivers using a carrier wave of one frequency. However, when the CSMA method is used, unlike the case where a plurality of carrier frequencies are used, only one communication device TRX can be transmitted on the bus.
[0036]
<Modification 2>
In the first embodiment, an electric field is applied to the human body HB by the transmission device TRX1 as a transmission source, and the human body HB is used as a transmission path. However, as long as it is a dielectric having conductivity with respect to a predetermined frequency such as a human body, anything may be used as the transmission line. For example, other animals and plants may be used as the transmission path.
The earth can also be used as a transmission path. In this case, by improving the detection sensitivity of the electric field sensor, communication between the communication devices TRX1 and TRX2 placed in a place away from the building and communication between a plurality of buildings can be performed. Theoretically, communication with the other side of the earth is possible as shown in FIG.
[0037]
[2] Second embodiment
[2.1] Configuration of the second embodiment
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a communication system according to the present embodiment.
As shown in FIG. 9, the communication system according to the present embodiment includes small computers PC1 and PC2 (hereinafter referred to as “small computer PC” unless otherwise specified) and network cards TRXC1 and TRXC2 (hereinafter specifically specified). When it is not necessary, it is called “network card TRXC”) and human body HB. Here, in the communication system according to the present embodiment, a local area network (LAN) is configured by the human body HB (in this embodiment, the human body HB becomes a bus) and the small computer PC. This LAN is compliant with Ethernet.
[0038]
In FIG. 9, a small computer PC is, for example, a notebook personal computer or a PDA (Personal Digital Assistant), and has a PC card slot PCCS on one side thereof. A PC card female connector is provided inside the PC card slot PCCS.
The small computer PC is installed with driver software for the network card TRXC and has a function of driving the network card TRXC. That is, when there is data to be transmitted to another small computer PC, the small computer PC has a function of converting the data into a signal D in a format corresponding to Ethernet and transmitting the data to the network card TRXC. When the signal D transmitted from another small computer PC is received by the network card TRXC, the small computer PC receives the signal D from the network card TRXC and performs corresponding processing.
Here, in IEEE802.3, there are four standards, 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T, and 100BASE-TX, but these standards all adopt the baseband system. (However, the encoding method differs depending on each standard.) For this reason, in the following description, all signals D exchanged between the small computer PC and the network card TRXC are of the baseband system.
[0039]
The network card TRXC has a function of transmitting and receiving a signal D through the human body HB, as in the first embodiment, in addition to the function as an interface between the small computer PC and the LAN as in the conventional Ethernet card. That is, when a signal D corresponding to data to be transmitted from a small computer PC to another small computer PC is sent from the small computer PC, the network card TRXC uses this signal D to generate a carrier wave of several tens of kHz to several MHz. It has a function of performing frequency conversion and outputting the signal after frequency conversion (hereinafter referred to as “converted signal D” ”) to the human body HB.
The network card TRXC has a function of acquiring a conversion signal D ″ transmitted from another network card TRXC via the human body HB by detecting an electric field generated in the human body HB.
[0040]
The network card TRXC has a housing CS having a shape defined by the PCMCIA / JEIDA standard. The surface of the casing CS is covered with an insulator, and a male connector PCCIM for a PC card is provided on one side surface. Therefore, the network card TRXC can be inserted into the PC card slot PCCS of the small computer PC and connected to the female connector for the PC card. An antenna ANT is connected to the opposite side surface of the housing CS where the male connector PCCIM is provided via a cable. Here, the antenna ANT is for applying an electric field to the human body HB or detecting a change in the electric field generated on the human body HB. Therefore, when communication is performed using the communication system according to the present embodiment, it is necessary that the antenna ANT be in direct contact with the human body HB, or that the antenna ANT be installed on clothing or with some space open. Further, the antenna ANT may be installed in the vicinity of the human body by attaching the antenna ANT to the housing of the small computer PC and holding the small computer PC by the user.
[0041]
Next, FIG. 10 is a block diagram showing the internal configuration of the network card TRXC. In FIG. 10, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 4 described above.
As shown in FIG. 10, the network card TRXC according to the present embodiment includes a PC card connector PCCIM, an Ethernet transceiver module ETM, a transmission module TXM, a reception module RXM, and an antenna ANT.
[0042]
The Ethernet transceiver module ETM is a physical layer interface corresponding to Ethernet. More specifically, the Ethernet transceiver ETM frequency-converts a carrier wave of several tens of kHz to several MHz into a converted signal D ″ using the signal D output from the small computer PC, and then sends it to the transmission module TXM. Further, when the conversion signal D ″ is input from the reception module RXM, the Ethernet transceiver module ETM converts the frequency of the conversion signal D ″ to a predetermined frequency and converts it to a small computer via the PC card connector PCCIM. This Ethernet transceiver module ETM must be used differently depending on whether 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T, or 100BASE-TX is used. This is the case when using an Ethernet transceiver module that matches any standard. However, since it is exactly the same as the conventional Ethernet transceiver module, detailed description is omitted.
[0043]
The transmission module TXM is a device that outputs the converted signal D ″ sent from the Ethernet transceiver module ETM to the human body HB via the antenna ANT. The transmission module TXM has a transmission amplifier AP, and is an Ethernet transceiver. It has a function of amplifying the conversion signal D ″ sent from the module ETM and generating it between the terminals P and Q. A terminal P of the transmission amplifier AP is connected to the antenna ANT. Therefore, the transmission amplifier AP can send the output from the terminal P to the human body HB via the antenna ANT.
[0044]
The receiving module RXM includes an electro-optic crystal EO and a refractive index detector DT, and a device for obtaining a conversion signal D ″ output from another small computer PC by detecting the electric field of the human body HB. It is.
[0045]
[2.2] Operation of the second embodiment
Hereinafter, the operation of this embodiment will be described by taking as an example the case where the signal D1 corresponding to the data to be transmitted to the PC2 is transmitted from the small computer PC1 via the network cards TRXC1 and TRXC2 in FIG. In the following description, the constituent elements of the network card TRXC1 are used to identify the reference numerals with “1” added to the reference numerals used in FIG. 10, and the constituent elements of the network card TRXC2 are shown in FIG. 9 is used to identify each code used by adding “2” to each code used.
[0046]
First, a predetermined process is performed in the small computer PC1, thereby generating a signal D1 corresponding to data to be transmitted to the small computer PC2. This signal D1 is sent to the Ethernet transceiver module ETM1 of the network card TRXC1.
Next, the Ethernet transceiver module ETM1 uses this signal D1 to frequency-convert a carrier wave of several tens of kHz to several MHz. In this way, the conversion signal D1 ″ obtained in the Ethernet transceiver module ETM1 is converted into a change in voltage between the terminal Q and the terminal P in the transmission amplifier AP1 of the transmission module TXM1, and via the antenna ANT1. As a result, an electric field corresponding to the conversion signal D1 ″ is applied to the human body HB.
[0047]
On the other hand, in the network card TRXC2, the electric field applied to the human body HB is transmitted to the electro-optic crystal EO2 of the reception module TXM2 via the antenna ANT2, and the refractive index of the electro-optic crystal EO2 changes. As a result, in the light receiving unit of the refractive index detector DT2 of the receiving module TXM2, the amount of received light changes with the change in the refractive index of the electro-optic crystal EO2. The refractive index detector DT2 acquires the converted signal D1 ″ output from the network card TRXC1 based on the change in the amount of received light. The converted signal D1 ″ acquired by the refractive index detector DT2 is the Ethernet transceiver. Output to module ETM2.
[0048]
Next, the Ethernet transceiver module ETM2 demodulates the converted signal D1 ″ output from the refractive index detector DT2, and extracts a signal D1 corresponding to the converted signal D1 ″. The signal D1 is sent from the Ethernet transceiver module ETM2 to the small computer PC2.
[0049]
Thus, according to the network card according to the present embodiment, communication between small computers can be performed via the human body. In addition, since the network card according to the present embodiment operates in the same manner as a conventional Ethernet card when viewed from a small computer, it is possible to perform data communication without special changes on the small computer side. Furthermore, since the Ethernet transceiver module can use the same thing as the conventional Ethernet card, it becomes possible to reduce manufacturing cost.
[0050]
In the present embodiment, the small computer PC and the network card TRXC are configured as separate devices. However, the network card TRXC may have all these functions.
[0051]
<Modification 1>
In the second embodiment, the Ethernet transceiver module ETM is configured to frequency-convert the baseband signal D. However, the Ethernet transceiver module ETM may be configured to perform modulation / demodulation using a modulation scheme such as FM (Frequency Modulation), PWM (Pulse Width Modulation), or QAM (Quadrature Amplitude Modulation). In this case, the Ethernet transceiver module ETM modulates a carrier wave of several tens of kHz to several MHz indicating good conductivity of the human body HB using the signal D sent from the small computer PC. In this way, if the baseband signal D is modulated by another modulation method and transmitted / received, transmission errors in the transmission process can be reduced and the transmission distance can be improved.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by directly detecting the electric field induced in the transmission medium, the feedback electrode is not required, and the relationship between the transmission medium and the earth ground and the installation of the transmitter and the receiver. Stable communication can be performed regardless of the interval.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a communication system according to an embodiment.
FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of an appearance of a communication device TRX.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of another appearance of the communication device TRX.
FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of a communication device TRX.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the communication system according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which communication is performed using a plurality of human bodies as transmission paths using the communication apparatuses TRX1 and TRX2 according to the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a communication device TRX1 is installed on a wall surface and communication is performed between the communication device TRX2 possessed by a user and the communication device TRX1.
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which communication is performed via the earth using the communication devices TRX1 and TRX2 according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a communication system according to a second embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a network card according to a second embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a communication system using a conventional PAN.
[Explanation of symbols]
TRX …… Communication device CS …… Case ER …… Electrode HB …… Human body
MPU …… Microcontroller EC …… Modulator AP …… Transmitting amplifier
EO ... Electro-optic crystal DT ... Refractive index detector DC ... Demodulator
TRXC …… Network card PC …… Small computer
ETM …… Ethernet transceiver module ANT …… Antenna

Claims

To heat transmission medium, a transmitter for applying an electric field which is modulated by the transmission signal,
A receiver that detects a part of the electric field through the transmission medium and generates a demodulated signal corresponding to the transmission signal, a housing that houses the receiver, and an insulator that covers the housing; , An electrode provided on the surface of the insulator, an electro-optic crystal provided in the housing and connected to the electrode, and generating the demodulated signal according to a change in refractive index of the electro-optic crystal And a receiver having a demodulated signal generating means .

The transmitter is
A housing that houses the transmitter;
An insulator covering the housing;
A modulator for generating a modulation signal from the transmission signal;
An amplifier that generates a voltage obtained by amplifying the modulation signal between a signal output terminal and a reference terminal;
The communication system according to claim 1, further comprising: an electrode that is isolated from the inside of the housing by the insulator and connected to a signal output terminal of the amplifier.

The transmission medium is made of a dielectric that exhibits conductivity with respect to a predetermined frequency,
3. The communication system according to claim 2, wherein the modulator in the transmitter modulates a carrier wave in which the dielectric is conductive by the transmission signal to generate the modulation signal. 4.

The human body is used as the dielectric, and the modulator in the transmitter generates the modulation signal by modulating a carrier wave having a frequency of several tens of kHz to several MHz at which the human body is conductive by the transmission signal. The communication system according to claim 3.

The earth is used as the dielectric, and the modulator in the transmitter generates the modulation signal by modulating a carrier wave having a frequency at which the earth is conductive by the transmission signal. The communication system according to 1.

A source and destination computer;
A communication system constituted by a communication device to be connected to each of the computers of the connected computer interface,
Computer serving as the feed Xinyuan, the transmission signal containing the information to be transmitted and becomes addressed computer destination and generates and sends to the addressed communication device connected to a computer serving as the transmission source,
The connected communication device to the sender to become computer imparts an electric field which is modulated by the transmission signal transmitted from the computer to the transmission medium,
A communication device connected to the computer that is the transmission destination includes a housing that houses the communication device , an insulator that covers the housing, an electrode provided on a surface of the insulator, and an interior of the housing An electro-optic crystal connected to the electrode, and detecting a part of the electric field according to a change in a refractive index of the electro-optic crystal and generating a demodulated signal corresponding to the transmission signal A communication system, wherein the demodulated signal is sent to the transmission destination computer.

The communication system according to claim 6 , wherein the transmission source computer generates the transmission signal in a format compliant with Ethernet (registered trademark).