JP3977830B2 - Electric field communication transmitter - Google Patents
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Description
本発明は、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電界通信発信器に関する。 The present invention relates to an electric field communication transmitter that induces an electric field in an electric field transmission medium and transmits information using the induced electric field.
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情報通信として、コンピュータに電界通信発信器を構成に含む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に伝達させることによって、情報の送受信を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 Due to the miniaturization and high performance of portable terminals, wearable computers that can be attached to a living body have attracted attention. Conventionally, as information communication between such wearable computers, a transceiver including an electric field communication transmitter is connected to a computer, and an electric field induced by the transceiver is transmitted to the inside of a living body which is an electric field transmission medium. A method for transmitting and receiving information has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
このようなトランシーバ110の構成は、例えば図10に示すように、大地グランド113との間の浮遊容量Cb127および浮遊容量Cg128と共振現象を起こすための可変リアクタンス部118と、送信すべき情報を搬送波で変調し出力するための送信回路115と、人体112に信号である電界を誘起し、誘起された電界を検出するための送受信電極116と、送受信電極116と人体112の間を絶縁するための絶縁体117と、を備えている。
For example, as shown in FIG. 10, the structure of the
さらに、電界を検出し電気信号に変換するための電界検出光学部125と、信号処理部124と、送信と受信で接続を変えるためのスイッチ123と、可変リアクタンス部118を制御する際に人体112に誘起された電界振幅をモニタするための振幅モニタ部121と、を備えている。
Furthermore, when controlling the electric field detecting
また、振幅モニタ部121の信号をもとに可変リアクタンス部118を制御する信号を発生させるための制御信号発生部122と、受信した信号を復調し情報を再生するための復調回路120と、再生した情報の波形を整えるための波形整形部119と、端末111とトランシーバ110間で情報を送受するためのI/O回路114とを備えている。
Also, a
また、上記の電界通信発信器に係る技術を生かした応用例としては、例えば、交通機関での料金支払いやセキュリティでのIDカードがある。 Examples of applications that make use of the technology relating to the above-mentioned electric field communication transmitter include, for example, payment of charges at transportation facilities and ID cards for security.
こうした技術は、例えば図9に参照されるように、IDなどの固有の情報を送信するための発信器101と、人体100を介して情報を検出するために大地106に設置のシート105と、受信器104からの信号を予め登録された情報と照合してゲート102の開閉を行うコンピュータ103と、検出した信号をコンピュータ103に出力するための受信器104と、人体100の出入りを制御するゲート102とを備えて構成されている。
For example, as shown in FIG. 9, such a technique includes a transmitter 101 for transmitting unique information such as an ID, a sheet 105 installed on the
従来では、IDカードとして近距離無線通信技術を用いた非接触ICカードが用いられていた。 Conventionally, a non-contact IC card using near field communication technology has been used as an ID card.
電車の改札口や部屋のドアの前で取り出す必要のあるこれらのIDカードに対し、物体や人体に電界を誘起し、誘起された電界を検出することで通信を行う電界通信発信器を用いるので、カードを取り出す必要なく改札口やドアを通ることができる。 For these ID cards that need to be taken out in front of the ticket gate of a train or in a room door, an electric field communication transmitter is used that induces an electric field on an object or a human body and communicates by detecting the induced electric field. , You can go through the ticket gate and door without having to take out the card.
また、大地グランドから浮遊した電界通信トランシーバでは、人体に電界を効率よく誘起するために、送受信電極と送信回路の間に可変リアクタンスを挿入し人体や回路グランドと大地グランド間の浮遊容量との共振現象を利用している。 Also, in an electric field communication transceiver that floats from the earth ground, a variable reactance is inserted between the transmitting and receiving electrodes and the transmitter circuit to efficiently induce an electric field in the human body, and resonance of stray capacitance between the human body and circuit ground and the earth ground The phenomenon is used.
なお、従来では変動する浮遊容量に合わせて共振現象を保つために、人に誘起されている電界をモニタして可変リアクタンス部のリアクタンス値を制御している。
上述した従来技術による電界通信発信器において、受信部の一部が必要となる可変リアクタンス部を適宜制御する方法では、回路規模が大きく送信器の小型化が困難であった。 In the above-described conventional electric field communication transmitter, the method of appropriately controlling the variable reactance unit, which requires a part of the receiving unit, has a large circuit scale and it is difficult to reduce the size of the transmitter.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、情報などの信号を送信するための発信器において、リアクタンス値を変えながら送信することによって変動する浮遊容量に対応し、かつ回路規模の小型化も可能な電界通信発信器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to cope with a floating capacitance that varies by changing a reactance value in a transmitter for transmitting a signal such as information. An object of the present invention is to provide an electric field communication transmitter capable of reducing the circuit scale.
課題を解決するために、請求項1に記載の本発明は、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電界通信発信器であって、前記情報を記憶するための情報記憶手段と、前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調して送信するための送信手段と、前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるようにリアクタンス値を変化させて発信器のグランドと大地グランド間の浮遊容量および電界伝達媒体と大地グランド間の浮遊容量との共振状態を制御するための可変リアクタンス手段と、前記可変リアクタンス手段における前記リアクタンス値の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、を備える。
In order to solve the problem, the present invention according to
また、請求項2に記載の本発明は、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電界通信発信器であって、前記情報を記憶するための情報記憶手段と、前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調し、前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるように前記搬送波の周波数を変化させて共振を制御し送信するための送信手段と、固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、前記送信手段における前記搬送波の周波数の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、を備える。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electric field communication transmitter for inducing an electric field in an electric field transmission medium and transmitting information using the induced electric field, wherein the information storage stores the information. And the information output from the information storage means are modulated with a carrier wave, and the frequency of the carrier wave is changed so that the voltage of the transmission applied to the electric field transmission medium becomes maximum, and the resonance is controlled and transmitted. Transmitting means for performing, reactance means for inducing the electric field in the electric field transmission medium having a fixed reactance value, control of the frequency of the carrier wave in the transmitting means, and the information output by the information storage means Transmitter control means for performing the above control.
また、請求項3に記載の本発明は、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電界通信発信器であって、前記情報を記憶するための情報記憶手段と、前記情報記憶手段から出力された前記情報を同時に複数の搬送波で変調し送信するための送信手段と、固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、を備える。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric field communication transmitter for inducing an electric field in an electric field transmission medium and transmitting information using the induced electric field, wherein the information storage stores the information. Means for transmitting the information output from the information storage means simultaneously with a plurality of carrier waves, and reactance means for inducing the electric field in the electric field transmission medium having a fixed reactance value And transmitter control means for controlling the information output by the information storage means.
また、請求項4に記載の本発明は、請求項3において、前記送信手段は、複数の前記搬送波を生成し送信するための広帯域な交流信号源を備える。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the transmission means includes a wide-band AC signal source for generating and transmitting a plurality of the carrier waves.
本発明によれば、情報などの信号を送信するための発信器において、リアクタンス値を変えながら送信することによって変動する浮遊容量に対応し、かつ回路規模の小型化も可能な電界通信発信器を提供することができる。 According to the present invention, in an oscillator for transmitting a signal such as information, an electric field communication oscillator that can cope with a stray capacitance that varies by transmitting while changing a reactance value and can be reduced in circuit scale. Can be provided.
<第1の実施の形態>
本発明の電界通信発信器の第1の実施の形態に係る、全体構成図を図1に示す。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows an overall configuration diagram according to the first embodiment of the electric field communication transmitter of the present invention.
本実施の形態による電界通信発信器である発信器1には、情報を搬送波で変調して出力するための送信回路5と、固定情報を記憶して送信回路5に出力する情報記憶部6と、可変リアクタンス部4のリアクタンス値の設定や情報記憶部6に情報を出力する信号の出力を行う発信器制御部7と、可変リアクタンス部4に接続されて情報を送信するための送信電極8と、を備えて構成されている。
The
なお、発信器1の備える送信電極8は絶縁体9を介して人体2に接している。また、人体2は大地グランド3との間で電位Vbを有している。
The transmitter electrode 8 provided in the
次に、図2〜図4を参照して、本発明の第1の実施の形態による発信器1の動作を説明する。なお、図2には、本発明の電界通信発信器の第1の実施の形態に係る、リアクタンス値制御のタイミングチャートを示している。また、図3には、本発明の電界通信発信器の第1の実施の形態に係る、電圧Vbのリアクタンス値依存性を説明するための図を示している。また、図4には、本発明の電界通信発信器の第1の実施の形態に係る、動作を説明するためのフローチャートを示している。
Next, the operation of the
発信器1は発信器制御部7から一定間隔Wで固定情報であるIDデータなどの情報の送信を行う。この情報の送信は、図2に参照されるリアクタンス値タイミングチャート10に示すようにリアクタンス値を変えて実行される。
The
なお、ここではリアクタンス値を段階に分割しており、リアクタンス値タイミングチャート10においては固定情報を5回送信している。また、可変リアクタンス部4において実行されるリアクタンス値の可変は、発信器制御部7から出力される制御信号に従ってリアクタンス値が可変制御されている。
Here, the reactance value is divided into stages, and in the reactance
こうしたリアクタンス値を可変しつつ送信を行うことによって、図2および図3に参照されるように、人体2と大地グランド3の間の電圧Vb はVb値タイミングチャート11に示すように3回目のリアクタンス値(リアクタンス値タイミングチャート10に示す(3)のタイミングのリアクタンス値に相当)にて最大値を示す。
By performing transmission while varying the reactance value, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the voltage V b between the
なお、リアクタンス値と電圧Vb の関係は、図3に示すVb値/リアクタンス値の関係図12のように(3)回目のリアクタンス値の値において、電圧Vb の振幅が共振により最大値となる。すなわち、発信器1の可変リアクタンス部4が、あるリアクタンス値(例えば図2では(3)に示すリアクタンス値)になった場合に人体2に印加される電圧Vbは最大となる。
Note that the relationship between the reactance value and the voltage V b is the relationship between the V b value / reactance value shown in FIG. 3 and (3) the value of the reactance value at the third time, the amplitude of the voltage V b is the maximum value due to resonance. It becomes. That is, the
ここで、図4を参照して説明するならば、ステップS1において、リアクタンス値の設定がリアクタンス部4にて実行される。このリアクタンス値は発信器制御部7からの設定信号に基づいて決定される。
Here, if it demonstrates with reference to FIG. 4, the setting of the reactance value is performed in the
次に、ステップS2において、情報出力が実行される。この情報出力とは、情報記憶部6に記憶されているIDデータなどの固定された情報が、送信回路5を経て可変リアクタンス部4に送られて送信電極8を介し、最終的に人体2へ到達する出力である。情報出力は発信器制御部7から出力される情報出力命令により実行される。
Next, in step S2, information output is executed. In this information output, fixed information such as ID data stored in the
次に、ステップS3において、可変リアクタンスの次の設定値は可変範囲内であるか否かが判断される。この判断は可変リアクタンス部4が可変し得るリアクタンス値の範囲と、発信器制御部7が制御可能なリアクタンス値の設定値の範囲とを勘案して、発信器制御部7において判断される。
Next, in step S3, it is determined whether or not the next set value of the variable reactance is within the variable range. This determination is made by the
このステップS3の判断で、現在のリアクタンス値の次の設定値が可変範囲内であると判断されると、再びステップS1に戻り可変リアクタンスの設定が実行される。 If it is determined in step S3 that the next set value of the current reactance value is within the variable range, the process returns to step S1 and variable reactance is set.
また、このステップS3の判断で、現在のリアクタンス値の次の設定値が可変範囲外であると判断されると、リアクタンス値の変更は終了する。 If it is determined in step S3 that the next set value of the current reactance value is outside the variable range, the change of the reactance value ends.
次に、ステップS4において、リアクタンス値の変更が設定可能範囲内を一巡した後に、リアクタンス値を初期値にリセットする。 Next, in step S4, the reactance value is reset to the initial value after the change of the reactance value goes through the settable range.
次に、ステップS5において、時間Wの間で待機状態(時間Wウェイト)となり、この待機が終了すると再びステップS1から動作を繰り返す。 Next, in step S5, a standby state (time W wait) is entered during time W. When this standby is completed, the operation is repeated from step S1.
以上説明したように、共振の起きるリアクタンス値は、回路のグランドや人体2と大地グランド3の間の浮遊容量により変化する。そこで、このリアクタンス値の変化範囲を可変可能範囲内とし、この範囲内であれば設定したリアクタンス値でもって大きな信号(電圧Vb )を印加することができる。
As described above, the reactance value at which resonance occurs varies depending on the circuit ground and the stray capacitance between the
固定情報を1回でも受信できればよいシステムに適用する発信器1の場合では、リアクタンス値を確実に調整して逐次送信する方法に限定されることなく、例えばリアクタンス値を予め設定したいくつかの値に順次変えてから固定情報を送信しても通信は可能である。
In the case of the
この場合は、発信器1の回路規模も小さくできるので、リアクタンス値を変えながら送信することによって変動する浮遊容量に対応でき、かつ電界通信発信器の全体を小型化できる。
In this case, since the circuit scale of the
なお、本第1の実施の形態では、リアクタンス値を順次変える時間間隔は0秒に設定していたが、この時間間隔を任意に設定してもよい。リアクタンス値を変える順序も、小から大だけでなく、その逆やランダムでもよい。また、送信しない時間に送信回路5等の電源をオフにすれば低消費電力化できる。
In the first embodiment, the time interval for sequentially changing the reactance value is set to 0 seconds, but this time interval may be arbitrarily set. The order of changing the reactance value is not limited to small to large, but may be reversed or random. Further, the power consumption can be reduced by turning off the power supply of the
<第2の実施の形態>
図5には、本発明の電界通信発信器の第2の実施の形態に係る、概略の全体構成を示す。
<Second Embodiment>
FIG. 5 shows a schematic overall configuration according to the second embodiment of the electric field communication transmitter of the present invention.
図5に示す発信器1は、本発明の電界通信発信器の第2の実施の形態であり、その構成として、浮遊容量と共振現象を起こすためのリアクタンス部13と、設定信号をもとに出力すべき搬送波の周波数を設定し、送信すべき情報を搬送波で変調し出力するための送信回路5と、人体に信号である電界を誘起する送信電極8と、絶縁体9と、送信すべき情報を記憶しておきそれを送信回路5に出力する情報記憶部6と、情報記憶部6と送信回路5を制御する発信器制御部7とを備えている。
A
こうした構成の発信器1は、既に説明した本発明の第1の実施の形態の構成(図1を参照)と比較して、可変リアクタンス部4に替えてリアクタンス部13が備わり、発信器制御部7は送信回路5に接続され設定信号を与えている点が異なっている。
The
リアクタンス部13に設定されたリアクタンス値は、可変ではなく固定された一定の値を示す。一方、送信回路5が送出する搬送波は、送信回路5内の搬送波の周波数を予め設定したいくつかの値に順次変えて情報記憶部6の固定情報を送信する。
The reactance value set in the
送信回路5から送出される搬送波の周波数を、例えば図2に参照されるように5種類の周波数(図中のリアクタンス値を周波数に読み替える)によって時系列順に変化させる。搬送波の周波数が変化するので、リアクタンス部13のリアクタンス値と浮遊容量の関係から共振する周波数と搬送波の周波数が合致あるいは近値となった場合に電圧Vbが最大値を示す。
The frequency of the carrier wave transmitted from the
<第3の実施の形態>
図6には、本発明の電界通信発信器の第3の実施の形態に係る、概略の全体構成を示す。
<Third Embodiment>
FIG. 6 shows a schematic overall configuration according to the third embodiment of the electric field communication transmitter of the present invention.
図6に示す発信器1は、本発明の電界通信発信器の第3の実施の形態であり、その構成として、浮遊容量と共振現象を起こすためのリアクタンス部13と、広帯域の周波数の搬送波を出力するための広帯域交流信号源17と、設定信号をもとに出力すべき搬送波の周波数を設定し、送信すべき情報を搬送波で変調し出力するための変調回路16および送信回路15と、人体に信号である電界を誘起する送信電極8と、絶縁体9と、送信すべき情報を記憶しておきそれを送信回路5に出力する情報記憶部6と、情報記憶部6を制御する発信器制御部7とを備えている。
A
こうした構成の発信器1は、既に説明した本発明の第2の実施の形態の構成(図5を参照)と比較して、発信器制御部7は情報記憶部6の制御のみを行っており、送信回路15内に変調回路16および広帯域交流信号源17を備えている点が異なっている。
In the
この第3の実施の形態による発信器1では、図7に参照されるように、広帯域の周波数から構成される搬送波を一度に出力する。送信される搬送波が広帯域なので、この帯域の中で共振が生じる周波数が存在しており、例えば図7中の矢印で示した共振周波数などで共振する。
In the
この共振により、図8に参照されるように、共振周波数に近い周波数成分が人体に大きく印加されることになる。このように、1度の送信だけで共振現象を起こすことができ、人体に大きな信号を印加できるので、搬送波の周波数を順次変える必要がなく送信の制御を簡潔にすることができる。 Due to this resonance, as shown in FIG. 8, a frequency component close to the resonance frequency is largely applied to the human body. In this way, a resonance phenomenon can be caused by only one transmission, and a large signal can be applied to the human body, so that it is not necessary to sequentially change the frequency of the carrier wave, and transmission control can be simplified.
1 発信器
2 人体
3 大地グランド
4 可変リアクタンス部
5 送信回路
6 情報記憶部
7 発信器制御部
8 送信電極
10 リアクタンス値タイミングチャート
11 Vb値タイミングチャート
12 Vb値/リアクタンス値の関係図
13 リアクタンス部
15 送信回路
16 変調回路
17 広帯域交流信号源
20 広帯域交流信号源出力図
21 広帯域交流信号源出力図
22 印加値
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記情報を記憶するための情報記憶手段と、
前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調して送信するための送信手段と、
前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるようにリアクタンス値を変化させて発信器のグランドと大地グランド間の浮遊容量および電界伝達媒体と大地グランド間の浮遊容量との共振状態を制御するための可変リアクタンス手段と、
前記可変リアクタンス手段における前記リアクタンス値の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、
を備えることを特徴とする電界通信発信器。 An electric field communication transmitter that induces an electric field in an electric field transmission medium and transmits information using the induced electric field,
Information storage means for storing the information;
Transmitting means for modulating and transmitting the information output from the information storage means with a carrier wave;
Resonance state between the stray capacitance between the transmitter ground and the ground ground and the stray capacitance between the electric field transmission medium and the ground ground by changing the reactance value so that the transmission voltage applied to the electric field transmission medium is maximized. Variable reactance means for controlling
Transmitter control means for controlling the reactance value in the variable reactance means and controlling the information output by the information storage means;
An electric field communication transmitter comprising:
前記情報を記憶するための情報記憶手段と、
前記情報記憶手段から出力された前記情報を搬送波で変調し、前記電界伝達媒体に印加される前記送信の電圧が最大となるように前記搬送波の周波数を変化させて共振を制御し送信するための送信手段と、
固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、
前記送信手段における前記搬送波の周波数の制御と前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、
を備えることを特徴とする電界通信発信器。 An electric field communication transmitter that induces an electric field in an electric field transmission medium and transmits information using the induced electric field,
Information storage means for storing the information;
Modulating the information output from the information storage means with a carrier wave, changing the frequency of the carrier wave so as to maximize the transmission voltage applied to the electric field transmission medium, and controlling resonance to transmit A transmission means;
Reactance means for inducing the electric field in the electric field transmission medium having a fixed reactance value;
Transmitter control means for controlling the frequency of the carrier wave in the transmission means and controlling the information output by the information storage means;
An electric field communication transmitter comprising:
前記情報を記憶するための情報記憶手段と、
前記情報記憶手段から出力された前記情報を同時に複数の搬送波で変調し送信するための送信手段と、
固定のリアクタンス値を有し前記電界を前記電界伝達媒体に誘起するためのリアクタンス手段と、
前記情報記憶手段が出力する前記情報の制御を行うための発信器制御手段と、
を備えることを特徴とする電界通信発信器。 An electric field communication transmitter that induces an electric field in an electric field transmission medium and transmits information using the induced electric field,
Information storage means for storing the information;
Transmitting means for simultaneously modulating and transmitting the information output from the information storage means with a plurality of carrier waves;
Reactance means for inducing the electric field in the electric field transmission medium having a fixed reactance value;
Transmitter control means for controlling the information output by the information storage means;
An electric field communication transmitter comprising:
複数の前記搬送波を生成し送信するための広帯域な交流信号源を備えることを特徴とする請求項3に記載の電界通信発信器。
The transmission means includes
The electric field communication transmitter according to claim 3, further comprising a broadband AC signal source for generating and transmitting a plurality of the carrier waves.
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