JP3997099B2 - 信号波生成方法、信号波生成装置及び送信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から信号レベルの高い所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成方法及び信号波生成装置、並びに、この信号波生成装置を備える送信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信に利用する電波は、その送信レベルに応じて電波法によって規制を受け、所定レベルより大きい出力を伴う電波出力を発射するには免許を受ける必要がある。したがって、近距離で簡便な無線通信を行いたい場合には、電波法によって規制を受けない送信レベルを有する微弱電波を用いるのがよい。このように微弱電波を用いた近距離無線通信を利用すれば、電波法によって規制を受けないで無線通信を行うことができるため、市街地等に配置された送信機から送信される電波を視覚障害者が所持する受信機で受信することで所定の情報を案内する視覚障害者用情報案内システムをはじめ、玩具、ホームオートメーション、アラーム機器、医用テレメータリングなど、広範囲な応用分野での利用を期待できる。
【０００３】
微弱電波を用いた近距離無線通信の実現のため、特開平５−６３６１６号公報には、互いに近接した複数の周波数の電波が同一情報により変調されてなる複数の微弱電波を同時に送出し、これら電波を受信して合成し上記情報を再生する多波送受信式通信方法が開示されている。この通信方法によれば、受信側で同一情報を有する複数の微弱電波を合成して該情報を再生するので、個々の電波が微弱であっても合成によって大レベルの電波と同等の通信能力をもって無線通信を行うことができるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、本発明者は、特願２０００−３５２２５５号において、所定情報により変調して得られた基本周波数を有する被変調波と、その所定情報により変調して得られた該基本周波数を整数倍した高調波周波数を有する被変調波とを、同時に送信する送信機を提案している。上記公報の通信方法は、同時に送出される複数の電波（以下、「多波電波」という。）の周波数が互いに近接しているため、その使用周波数がラジオやテレビ等の強力な電波と重複してしまうと、この強力な電波によって多波電波による無線通信が妨害されるという問題があるが、特願２０００−３５２２５５号の送信機によれば、この問題を解決することができる。
【０００５】
ここで、微弱電波を用いて安定した通信を行うためには、広い周波数帯域で所望の送信レベルを得ることが望ましい。しかし、上記特願２０００−３５２２５５号の送信機は、例えば９ｋＨｚの所定信号である比較的微弱なパルス信号を所定情報により変調したものから、基本周波数（５３１ｋＨｚ）を有する被変調波と、その３倍高調波（１５９３ｋＨｚ）である被変調波とを、それぞれＱが高く設定された同調回路（共振手段）を使って抽出する。そのため、この送信機では、所望の送信レベルを得ることができる周波数帯域が狭いものとなる。以下、具体的に説明する。
【０００６】
図８（ａ）及び（ｂ）は、上記２つの被変調波の送信スペクトラムを示すグラフである。尚、図８（ａ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、０〜２０００ｋＨｚであり、図８（ｂ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、５００〜１０００ｋＨｚである。上記送信機では、図８（ａ）に示すように、所望の送信レベルが得られる周波数は、各同調回路のほぼ共振周波数と同じである。
【０００７】
尚、所望の送信レベルが得られる周波数帯域を広げる効果は、上述した微弱電波を用いた近距離無線通信だけでなく、送信レベルの大きな電波を用いた無線通信あるいは有線通信についても同様に有益である。
【０００８】
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、所定情報を送信するための信号波において所望の送信レベルが得られる周波数帯域を広げることができる信号波生成方法、信号波生成装置及び送信機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成方法において、上記所定信号の半周期中に、該所定信号を共振させる共振周波数を変更することを特徴とするものである。
この信号波生成方法においては、所定の周波数を有する所定信号を所定の共振周波数で共振させて、所定情報を送信するための信号波を生成する。ここでいう信号波とは、所定情報により変調される前の搬送波又は所定情報により変調された後の被変調波をいう。また、上記所定信号としては、互いに異なる周波数をもつ複数の正弦波が合成された信号などが挙げられ、例えば、所定周期で繰り返される繰り返しパルス信号などを用いることができる。この場合、その所定信号は、その所定信号における周波数の高調波周波数をもつ多数の正弦波が合成されたものであるので、その所定信号から生成される信号の周波数はその所定信号に含まれる複数の正弦波がもつ周波数に限られ、共振周波数としてはその所定信号に含まれる複数の正弦波がもつ周波数と共振できる周波数に設定される。ここで、その所定信号から生成される信号の周波数は、その共振周波数及びその共振周波数を整数倍した周波数となる。したがって、その所定信号からは、その共振周波数と同じ周波数部分と、その共振周波数を基本周波数とする高調波周波数と同じ周波数部分にのみ高い信号レベルをもつ信号波が生成されることになる。
そこで、本信号波生成方法では、上記所定信号の半周期中に、その所定信号を共振させる共振周波数を変更する。これにより、その所定信号の半周期中に複数の共振周波数が存在することになる。よって、所定信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い信号を、その所定信号から抽出することができる。
また、本請求項の信号波生成方法により生成した信号波の共振周波数部分を基本周波数とする高調波周波数部分における変更前後の共振周波数の間隔は、その共振周波数部分（基本周波数部分）における変更前後の共振周波数の間隔よりも広くなる。したがって、高調波周波数部分における変更前後の共振周波数を含む周波数帯域を利用して所定情報を送信すれば、広い周波数帯域で高い信号レベルをもつ信号波による通信を実現できる。これは、例えば、所定情報を特定の周波数帯域内で通信する必要がある場合、一部の周波数が他の電波で使用されていて通信が妨害されたとしても、他の周波数部分により通信を行うことができ、安定した通信を実現できるので非常に有益である。
【００１０】
請求項２の発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成するための共振手段を備え、上記共振手段により生成された信号に基づいて、所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成装置において、上記所定信号の半周期中に、上記共振手段の共振周波数を変更する共振周波数変更手段を備えることを特徴とするものである。
この信号波生成装置は、各手段により請求項１の信号波生成方法を実行することができるので、上記所定信号の半周期中に複数の共振周波数を存在させることができる。よって、上記所定信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い信号を、その所定信号から抽出することができる。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項２の信号波生成装置において、上記所定信号よりも高い周波数を有する信号を分周して、該所定信号を生成する分周手段を備えており、上記共振周波数変更手段は、上記分周手段により分周される前の信号の周期に応じたタイミングで、上記共振手段の共振周波数を変更することを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、上記所定信号よりも高い周波数を有する信号を分周手段で分周することにより上記所定信号を生成する。そして、その所定信号の半周期中に共振周波数変更手段により共振手段の共振周波数を変更して、その所定信号から信号レベルの高い所定周波数の信号を生成する。ここで、上記分周手段により分周される前の信号は、上記共振手段の共振周波数を変更するタイミングを決定するパラメータとして利用する。例えば、９ｋＨｚの所定信号を生成する場合、３６ｋＨｚの信号を１８ｋＨｚの信号に分周し、更に１８ｋＨｚの信号を分周する。そして、共振周波数の切換タイミングのパラメータとして、３６ｋＨｚの信号又は１８ｋＨｚの信号あるいはその両方を利用する。例えば、１８ｋＨｚの信号の周期に応じたタイミングで共振周波数を変更する場合、共振周波数が上記所定信号の１／４周期ごとに変更されることになる。このように分周前の信号の周期に応じたタイミングで共振周波数を変更することで、そのタイミングを制御するための新たな発振回路等を設けなくても済む。また、上記所定信号と共振周波数の切換タイミングとの同期を取りやすくなるという利点もある。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項２の信号波生成装置において、所定の共振周波数での共振により、所定の信号から上記所定信号を生成する所定信号生成手段を有し、上記共振周波数変更手段は、上記所定信号生成手段により生成された上記所定信号が有する周波数のうち信号レベルが所望の信号レベルを越える周波数の範囲内で、上記共振手段の共振周波数を変更することを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、所定信号生成手段により共振する前の信号を所定の共振周波数で共振させて得た上記所定信号を、上記共振手段により共振させて信号波を生成する。そして、共振周波数変更手段により共振手段の共振周波数の変更するとき、所定信号生成手段により生成された所定の信号レベルをもつ所定信号の周波数範囲内で、その共振手段の共振周波数を変更する。この場合、上記所定信号の周波数帯域のうち信号レベルが所定値以上である周波数帯域から、共振手段により周波数帯域が広い信号を抽出できるので、高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができる。
また、請求項５の発明は、請求項４の信号波生成装置において、上記所定信号生成手段により共振する前の信号の半周期中に、該所定信号生成手段の共振周波数を変更する第２の共振周波数変更手段を備えることを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、第２の共振周波数変更手段により、所定信号生成手段により共振する前の信号を共振させる共振周波数を、その共振前の信号の半周期中に変更する。これにより、上述と同様に、共振前の信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い上記所定信号を抽出することができる。よって、本請求項の信号波生成装置によれば、このような所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い所定信号から共振手段により信号を生成できるので、より広い周波数帯域で高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができる。
また、請求項６の発明は、請求項２、３、４又は５の信号波生成装置において、上記共振手段は、キャパシタンス素子とインダクタンス素子とからなる共振回路を有しており、上記共振周波数変更手段は、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子の少なくとも一方の素子と、上記少なくとも一方の素子及び上記共振回路が電気的に接続した状態と電気的に離間した状態とを切り換えるスイッチング手段とを有することを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、上記所定信号を、キャパシタンス素子とインダクタンス素子とからなる共振回路で共振させて信号波を生成する。この共振回路としては、例えば、キャパシタンス素子としてコンデンサを使用し、インダクタンス素子としてコイルを使用したＬＣ共振回路が挙げられる。このＬＣ共振回路は、直列共振回路であっても、並列共振回路であってもよい。ここで、信号波生成装置においては、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子の少なくとも一方（以下、適宜「共振周波数変更素子」という。）が、スイッチング手段を介して上記共振回路に接続されている。このスイッチング手段は、その共振周波数変更素子を、上記共振回路に対して電気的に接続した状態又は電気的に離間した状態に切り換えることができる。このとき、スイッチング手段がＯＦＦ状態になっているとき、共振周波数変更素子は共振回路と電気的に離間した状態にあるので、その共振回路の共振周波数は、この共振回路を構成するキャパシタンス素子とインダクタンス素子によって決まる共振周波数となる。一方、スイッチング手段がＯＮ状態になっているとき、共振周波数変更素子は共振回路と電気的に接続した状態となるので、その共振回路の共振周波数は、この共振回路を構成するキャパシタンス素子及びインダクタンス素子と、その共振周波数変更素子とによって決まる共振周波数となる。
【００１５】
請求項７の発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成手段と、上記信号波生成手段により生成される信号波を、所定情報により変調された状態で送信する送信手段とを備える送信機において、上記信号波生成手段として、請求項２、３、４、５又は６の信号波生成装置を用いたことを特徴とするものである。
この送信機においては、請求項２、３、４、５又は６の信号波生成装置により生成される信号波を、所定情報により変調された状態で送信するので、上記所定信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い信号波を利用して、所定情報を送信することができる。よって、例えば、一部の周波数による通信が他の電波により妨害されたとしても、他の周波数部分により通信を行うことができる。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項７の送信機において、上記信号波生成手段により生成される信号波の中から、上記所定信号の周波数を整数倍した基本周波数を有する信号波と、該基本周波数を整数倍した高調波周波数を有する信号波とを抽出する抽出手段を備え、上記送信手段は、上記抽出手段により抽出される複数の信号波を、同一情報により変調された状態で送信することを特徴とするものである。
この送信機においては、抽出手段により、信号波生成手段で生成される信号波の中から、上記所定信号の周波数を整数倍した基本周波数を有する信号波とその基本周波数を整数倍した高調波周波数を有する信号波とを抽出する。そして、抽出手段により抽出される複数の信号波は、送信手段により同一情報により変調された状態で送信される。これにより、受信機側では、基本周波数を有する信号波を受信したときでも、その高調波周波数を有する信号波を受信したときでも、同じ情報を得ることができる。よって、受信機周辺において、例えば、その基本周波数帯域が他の電波で使用されていて、その無線通信が妨害されたとしても、受信機の受信周波数を高調波周波数に切り換えれば、上記送信機から送信された情報を入手することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、位置情報等の視覚障害者に有用な情報を無線通信により案内する位置情報案内システムに適用した一実施形態について説明する。本実施形態における送信機は、上記位置情報等の音声信号を変調信号とし、基本周波数を有する搬送波を該変調信号によって変調することで生成された被変調波を電波として送信するものである。尚、この電波の送信レベルは、法規制範囲内の微弱なものである。
【００１８】
まず、本実施形態における送信機の構成及び動作について説明する。
図１は、本実施形態における送信機の概略構成を示すブロック図である。この送信機は、３６ｋＨｚの周波数を有する分周前の信号である繰り返しパルス信号（以下、単に「パルス信号」という。）を発生させるパルス信号発生部１と、このパルス信号発生部１から出力されるパルス信号を分周する分周手段としての第１分周部２ａ及び第２分周部２ｂと、その第２分周部２ｂにより分周された後の所定信号となるパルス信号を所定の共振周波数で共振させる共振手段としての共振部３と、位置情報等を案内する音声信号を生成する変調信号発生手段としての音声信号生成部４と、共振部３から出力される搬送波となる信号を音声信号生成部４から出力される音声信号からなる変調信号により変調する変調部５と、変調部５から出力される被変調波の信号レベルを増幅する増幅部６と、増幅された被変調波を送信するためのアンテナ７とから構成されている。
【００１９】
上記音声信号生成部４は、位置情報等を音声で入力するためのマイク４ａと、マイクから入力された音声信号を増幅するプリアンプ４ｂと、プリアンプによって増幅された音声信号を録音して再生する音声信号録音再生部４ｃとを備えている。位置情報等を録音する場合、マイク４ａから入力された音声信号は、プリンアンプ４ｂで増幅された後、音声信号録音再生部４ｃに設けられた図示しない記憶部に記憶される。この記憶部としては、メモリー、磁気テープ、磁気ディスク、光ディスク等を利用することができる。本実施形態においては、その記憶部に記憶された音声信号が常に再生されている状態となっているが、記憶部に記憶された音声信号を任意のタイミングで再生できるように構成してもよい。また、本実施形態においては、音声信号生成部４にマイク４ａを設けて、送信機で音声情報を録音できる構成としているが、例えば、音声信号生成部４にマイク４ａを設けず、音声信号を記憶する記憶部と、記憶部に音声信号を入力するための入力インターフェース部とを設けて、別の場所で一旦録音した位置情報等の音声信号をその入力インターフェースを介して記憶部に入力するように構成してしてもよい。
【００２０】
図２は、パルス信号発生回路部１を構成するパルス発生回路の回路図である。このパルス発生回路を構成する３つのインバータＩｎｖ１，Ｉｎｖ２，Ｉｎｖ３は、安価で入手が容易な汎用ディジタルＩＣ（例えば、ＣＭＯＳタイプの７４ＨＣ０４）を用いることができる。このパルス発生回路からは、３６ｋＨｚの周波数をもつ分周前の信号であるパルス信号Ｖ1が出力される。尚、パルス信号発生部１には、例えば、図３に示すように、インバータＩｎｖ４と、水晶振動子ＸＴＡＬやコンデンサＣからなる帰還回路とを備えた発振回路を用いることもできる。
【００２１】
パルス信号発生回路部１から出力されたパルス信号Ｖ1は、第１分周部２ａに入力される。この第１分周部２ａでは、そのパルス信号Ｖ1の周波数（３６ｋＨｚ）を１／２に分周して、１８ｋＨｚの周波数をもつ分周前の信号であるパルス信号Ｖ2を出力する。このパルス信号Ｖ2は、次に、第２分周部２ｂに入力され、更に１／２に分周される。これにより、第２分周部２ｂからは、９ｋＨｚの周波数をもつ所定信号としてのパルス信号Ｖ2を出力する。これら第１分周部２ａ及び第２分周部２ｂは、フリップフロップ回路素子（４０１３、７４ＨＣ７４など）を用いて構成することができる。このようにして得られた９ｋＨｚのパルス信号は、共振部３に送られる。
【００２２】
次に、本発明の特徴部分である共振部３の構成及び動作について説明する。
図４は、本実施形態における共振部３の回路構成を示す回路図である。この共振部３は、図示のように、共振手段としての共振回路３ａと、共振周波数変更手段としての第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃとから構成されている。共振回路３ａは、インダクタンス素子としてのコイルＬとキャパシタンス素子としてのコンデンサＣとからなるＬＣ直列共振回路である。また、第１共振周波数変更部３ｂは、キャパシタンス素子としてのコンデンサＣ1と、これに直列に接続されたトランジスタＴｒ1とから構成されている。また、第２共振周波数変更部３ｃも、キャパシタンス素子としてのコンデンサＣ2と、これに直列に接続されたトランジスタＴｒ2とから構成されている。これら第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃは、共振回路３ａの出力端子に並列接続されている。
【００２３】
共振回路３ａを構成するコイルＬ及びコンデンサＣの値は、その共振周波数が５５８ｋＨｚとなるように設定されている。よって、第２分周部から出力された９ｋＨｚのパルス信号Ｖ3は、この共振回路３ａによって、基本周波数である５５８ｋＨｚ付近と、その高調波周波数である１６７４ｋＨｚ等の付近に信号レベルのピークをもつ搬送波信号Ｖ4に変換されることになる。
【００２４】
第１共振周波数変更部３ｂを構成するトランジスタＴｒ1がＯＦＦ状態にあると、コンデンサＣ1は、共振回路３ａのコンデンサＣに対して電気的に離間した状態になる。一方、トランジスタＴｒ1がＯＮ状態になると、コンデンサＣ1は、共振回路３ａのコンデンサＣに対して電気的に並列接続されることになる。よって、トランジスタＴｒ1は、コンデンサＣ1の共振回路３ａに対する電気的な接続状態を切り換えるスイッチング手段として機能している。また、トランジスタＴｒ1のベース端子は、第１分周部２ａの出力端子に接続されており、そのベース端子には、第２分周部２ｂにより分周される前の分周前の信号であるパルス信号Ｖ2が入力されることになる。したがって、トランジスタＴｒ1のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングは、パルス信号Ｖ2の信号レベルにより決まる。尚、本実施形態では、パルス信号Ｖ2がＨレベルのときに、トランジスタＴｒ1がＯＮ状態となり、パルス信号Ｖ2がＬレベルのときに、トランジスタＴｒ1がＯＦＦ状態となる。
【００２５】
また、第２共振周波数変更部３ｃを構成するトランジスタＴｒ2も、上記第１共振周波数変更部３ｂのトランジスタＴｒ1と同様に、コンデンサＣ2の共振回路３ａに対する電気的な接続状態を切り換えるスイッチング手段として機能している。このトランジスタＴｒ2のベース端子は、パルス信号発生部１の出力端子に接続されており、そのベース端子には、第２分周部２ａにより分周される前の信号としてのパルス信号Ｖ1が入力されることになる。したがって、トランジスタＴｒ2のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングは、パルス信号Ｖ1の信号レベルにより決まる。尚、本実施形態では、パルス信号Ｖ1がＨレベルのときに、トランジスタＴｒ2がＯＮ状態となり、パルス信号Ｖ1がＬレベルのときに、トランジスタＴｒ2がＯＦＦ状態となる。
【００２６】
図５は、パルス信号発生部１から出力されるパルス信号Ｖ1の波形、第１分周部２ａから出力されるパルス信号Ｖ2の波形及び第２分周部２ｂから出力されるパルス信号Ｖ3の波形を示す説明図である。各横軸は、時間軸であり互いに一致している。パルス信号Ｖ1及びパルス信号Ｖ2がＬレベルのとき、すなわち、図中符号Ａで示す期間においては、第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ1，Ｔｒ2がいずれもＯＦＦ状態となるので、それぞれのコンデンサＣ1，Ｃ2は、共振回路３ａから電気的に離間した状態にある。よって、このときの共振部３の共振周波数ｆ1は、共振回路３ａがもつ共振周波数と同じであり、１／２π（Ｌ×Ｃ）1/2から求められ、５５８ｋＨｚとなる。
【００２７】
そして、その状態から図中符号Ｂで示す期間に移行すると、パルス信号Ｖ1がＨレベルとなり、第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2がＯＮ状態に切り替わる。これにより、第２共振周波数変更部３ｃのコンデンサＣ2は、共振回路３ａに電気的に接続された状態となる。このときの共振部３の共振周波数ｆ2は、期間Ａの共振周波数とは異なるものとなる。具体的には、共振周波数ｆ2は、１／２π｛Ｌ×（Ｃ＋Ｃ1）｝1/2となり求められ、本実施形態では５４９ｋＨｚとなる。
【００２８】
次に、その状態から図中符号Ｃで示す期間に移行すると、パルス信号Ｖ1がＬレベルとなるとともにパルス信号Ｖ2がＨレベルとなる。よって、第１共振周波数変更部３ｂのトランジスタＴｒ1がＯＮ状態に切り替わるとともに、第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2がＯＦＦ状態に切り替わる。これにより、第１共振周波数変更部３ｂのコンデンサＣ1は、共振回路３ａに電気的に接続された状態となり、第２共振周波数変更部３ｃのコンデンサＣ2は、共振回路３ａから再び電気的に離間した状態となる。このときの共振部３の共振周波数ｆ3は、期間Ａ及び期間Ｂの共振周波数とは異なるものとなる。具体的には、共振周波数ｆ3は、１／２π｛Ｌ×（Ｃ＋Ｃ2）｝1/2となり求められ、本実施形態では５４０ｋＨｚとなる。
【００２９】
更に、その状態から図中符号Ｄで示す期間に移行すると、パルス信号Ｖ1が再びＨレベルとなり、第１共振周波数変更部３ｂのトランジスタＴｒ1及び第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2とも、ＯＮ状態になる。これにより、第１共振周波数変更部３ｂのコンデンサＣ1及び第２共振周波数変更部３ｃのコンデンサＣ2とも、共振回路３ａに電気的に接続された状態となる。このときの共振部３の共振周波数ｆ4は、期間Ａ、期間Ｂ及び期間Ｃの共振周波数とは異なるものとなる。具体的には、共振周波数ｆ3は、１／２π｛Ｌ×（Ｃ＋Ｃ1＋Ｃ2）｝1/2となり求められ、本実施形態では５３１ｋＨｚとなる。
【００３０】
このように、本実施形態では、共振部３に入力される所定信号としてのパルス信号Ｖ3の半周期中に、共振周波数がｆ1＝５５８、ｆ2＝５４９、ｆ3＝５４０、ｆ4＝５３１と変化する。よって、パルス信号Ｖ3は、各期間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、それぞれの共振周波数で共振し、パルス信号Ｖ3の半周期中に共振周波数がｆ1＝５５８のみである場合に比べて、その場合の信号レベルと同程度の信号レベルをもつ周波数帯域が広がることになる。
【００３１】
図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態における共振部３から出力されるスペクトラムを示すグラフである。一方、図８（ａ）及び（ｂ）は、パルス信号Ｖ3の半周期中に共振周波数がｆ1＝５５８のみである従来の場合、すなわち、第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ1，Ｔｒ2を、常時ＯＦＦ状態にしたときの共振部３から出力されるスペクトラムを示すグラフである。尚、図６（ａ）及び図８（ａ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、０〜２０００ｋＨｚであり、図６（ｂ）及び図８（ｂ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、５００〜１０００ｋＨｚである。
【００３２】
図６と図８が示すスペクトラムを比較すると、本実施形態における搬送波信号は、図６（ｂ）に示すように、５３０ｋＨｚ〜５６０ｋＨｚの周波数帯域にわたって、ある程度均一に信号レベルが高くとなっている。一方、共振周波数を変化させない従来の場合では、図８（ｂ）に示すように、その共振周波数である５５８ｋＨｚで高い信号レベルを示すが、その両側帯域での信号レベルの落ち込みがかなり大きいことがわかる。特に、５３０ｋＨｚ〜５６０ｋＨｚの周波数帯域を基本周波数としたときの３倍高調波の周波数帯域である１６００ｋＨｚ付近について観察すると、図８（ａ）では１つのピークしか存在しないが、図６（ａ）では複数のピークが存在するという事実から明らかである。
【００３３】
この結果、パルス信号Ｖ3の半周期中に共振周波数を変化させて４つの共振周波数を存在させたことで、パルス信号Ｖ3が共振部３において各共振周波数でそれぞれ共振し、搬送波信号の信号レベルが各共振周波数を含む周波数帯域内で高くなったものと考えられる。また、この結果を確かめるため、第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2を常時ＯＦＦ状態にし、第１共振周波数変更部３ｂだけで共振周波数の変更を行ったときのグラフを、図７に示す。この場合、パルス信号Ｖ3の半周期中には２つの共振周波数しか存在せず、図７（ａ）に示すように、３倍高調波の周波数帯域である１６００ｋＨｚ付近において、２つのピークが存在することから明らかである。
【００３４】
このようにして共振して共振部３から出力された搬送波信号は、変調部５に入力される。変調部５では、その搬送波信号を、音声信号生成部４から出力される音声信号からなる変調信号によって変調する。このようにして変調された被変調波信号は、増幅部６により増幅され、アンテナ７から電波として空中に放射される。
【００３５】
以上、本実施形態によれば、所定信号となる９ｋＨｚのパルス信号Ｖ3の半周期中に、そのパルス信号Ｖ3を共振させる共振部３の共振周波数ｆを変更するので、パルス信号Ｖ3の半周期中に複数の共振周波数が存在し、高い信号レベルの周波数帯域が共振周波数が１つである場合に比べて広い搬送波信号を生成することができる。そして、このような搬送波信号に基づいて生成された信号波である被変調波を視覚障害者が所持する受信機で受信することで、視覚障害者等は、位置情報等の音声信号を音声で聴くことができる。よって、受信時に、ラジオ放送局等からの強力な電波により、例えば５３１ｋＨｚ帯域付近の電波が妨害されたとしても、視覚障害者が受信機を５４０ｋＨｚ〜５５８ｋＨｚ帯域の周波数にチューニングすれば、送信機からの情報を入手することができる。
【００３６】
また、本実施形態の送信機から送信される電波を、共振部３の各共振周波数に対応する周波数でそれぞれ同時に受信し、その受信した各受信信号を合成すれば、受信レベルを高めることができる。本実施形態では、互いに近接する周波数の信号レベルが高いので、これらを合成すれば、共振周波数を変更しない場合に比べて高い受信レベルを得ることができる。尚、複数の共振部を用いれば、搬送波信号の信号レベルが高い周波数帯域を広げることは可能であるが、本実施形態では、１つの共振部３でこれを実現できるので、コスト面で優れている。
【００３７】
尚、本実施形態では、変調部５により変調される前の搬送波信号を得るときに使用される共振部３の共振周波数を変更する場合について説明したが、共振回路を備えた他の部分の共振周波数を変更するように構成することも可能である。例えば、搬送波信号を得るための共振部３は、固定された共振周波数（例えば５４０ｋＨｚ）をもつ共振回路で構成し、上記増幅部６を本実施形態の共振部３と同様に共振回路の共振周波数が変更される構成とする。この場合、増幅部６において上述と同様に共振周波数が変更されるため、高い信号レベルの周波数帯域が共振周波数が１つである場合に比べて広い被変調波を生成することができる。このような構成であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、増幅部６で変更される共振周波数の範囲は、所定レベルを越える搬送波信号の周波数帯域内とするのが望ましい。このとき、その共振部３の共振回路は所定信号生成手段として機能し、その増幅部６の共振回路は共振手段として機能する。この場合、搬送波信号の周波数帯域のうち信号レベルが所定値以上である周波数帯域から、増幅部６により周波数帯域が広い被変調波を抽出できるので、高い信号レベルをもつ被変調波を安定して生成することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、共振周波数が変更される共振手段が共振部３の共振回路３ａのみの場合について説明したが、このような共振手段を２以上設けてもよい。例えば、共振部３だけでなく、上記増幅部６もその共振部３と同様の構成とする。この場合、共振部３において、共振回路が所定信号生成手段として、第１共振周波数変更部及び第２共振周波数変更部が第２の共振周波数変更手段として機能し、増幅部６において、共振回路が共振手段として、第１共振周波数変更部及び第２共振周波数変更部が共振周波数変更手段として機能する。この場合、共振部３により高い信号レベルをもつ周波数帯域が広い搬送波信号が生成され、その搬送波信号に基づいて得られた被変調波信号における高い信号レベルをもつ周波数帯域を広げることができる。これにより、例えば、共振部３において５３１ｋＨｚ〜５５８ｋＨｚの周波数帯域で高い信号レベルの搬送波信号を得た後、増幅部６において５１３ｋＨｚ〜５７６ｋＨｚの周波数帯域で高い信号レベルの被変調波を得ることができる。したがって、高い信号レベルをもつ被変調波を、より広い周波数帯域で安定して得ることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、位置情報案内システムが単方向通信システムであるため、送信機能のみ有する送信機について説明したが、本発明を双方向通信システムに適用する場合には、上記送信機に受信機能を付加した送受信機とした構成にしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、送信する情報として音声情報を送信する場合について説明したが、本発明は、音声情報以外にも、他のアナログ情報又はディジタル情報なども通信することが可能である。また、その通信方式も、無線通信に限らず、有線通信にも適用することが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１乃至８の発明によれば、所望の信号レベルに達する周波数帯域がより広い信号を所定信号から生成できるので、所望の送信レベルが得られる信号波の周波数帯域を広げることが可能となるという優れた効果がある。
特に、請求項３の発明によれば、共振周波数の変更タイミングを制御するための新たな発振回路等を設けなくても済み、かつ、所定信号と共振周波数の切換タイミングとの同期を取りやすくなるので、構成を簡略化でき、低コスト化を図ることができるという優れた効果がある。
また、請求項４の発明によれば、高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができるので、所望の送信レベルが得られる信号波の周波数帯域を安定して広げることが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項５の発明によれば、より広い周波数帯域で高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができるので、所望の送信レベルが得られる信号波の周波数帯域を安定してより広げることが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項６の発明によれば、スイッチング手段の切換動作を制御するだけで共振周波数を変更できるので、構成の簡易化及び低コスト化を図ることができるという優れた効果がある。
また、請求項７の発明によれば、一部の周波数による通信が他の電波により妨害されたとしても、他の周波数部分により通信を行うことができるという優れた効果がある。
また、請求項８の発明によれば、他の電波や信号等によって通信が妨害されても所定の情報を確実に通信し、安定した通信が可能となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における送信機の概略構成を示すブロック図。
【図２】同送信機におけるパルス信号発生回路部を構成するパルス発生回路の回路図。
【図３】同パルス信号発生部の変形例を示す回路図。
【図４】同送信機における共振部の回路構成を示す回路図。
【図５】同パルス信号発生部から出力されるパルス信号Ｖ1の波形、第１分周部から出力されるパルス信号Ｖ2の波形及び第２分周部から出力されるパルス信号Ｖ3の波形を示す説明図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、共振周波数を３回変更されるときに、同共振部から出力されるスペクトラムを示すグラフ。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、共振周波数を１回変更されるときに、同共振部から出力されるスペクトラムを示すグラフ。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、同共振部の共振周波数を固定したときの送信スペクトラムを示すグラフ。
【符号の説明】
１ パルス信号発生部
２ａ 第１分周部
２ｂ 第２分周部
３ 共振部
３ａ 共振回路
３ｂ 第１共振周波数変更部
３ｃ 第２共振周波数変更部
４ 音声信号生成部
５ 変調部
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から信号レベルの高い所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成方法及び信号波生成装置、並びに、この信号波生成装置を備える送信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信に利用する電波は、その送信レベルに応じて電波法によって規制を受け、所定レベルより大きい出力を伴う電波出力を発射するには免許を受ける必要がある。したがって、近距離で簡便な無線通信を行いたい場合には、電波法によって規制を受けない送信レベルを有する微弱電波を用いるのがよい。このように微弱電波を用いた近距離無線通信を利用すれば、電波法によって規制を受けないで無線通信を行うことができるため、市街地等に配置された送信機から送信される電波を視覚障害者が所持する受信機で受信することで所定の情報を案内する視覚障害者用情報案内システムをはじめ、玩具、ホームオートメーション、アラーム機器、医用テレメータリングなど、広範囲な応用分野での利用を期待できる。
【０００３】
微弱電波を用いた近距離無線通信の実現のため、特開平５−６３６１６号公報には、互いに近接した複数の周波数の電波が同一情報により変調されてなる複数の微弱電波を同時に送出し、これら電波を受信して合成し上記情報を再生する多波送受信式通信方法が開示されている。この通信方法によれば、受信側で同一情報を有する複数の微弱電波を合成して該情報を再生するので、個々の電波が微弱であっても合成によって大レベルの電波と同等の通信能力をもって無線通信を行うことができるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、本発明者は、特願２０００−３５２２５５号において、所定情報により変調して得られた基本周波数を有する被変調波と、その所定情報により変調して得られた該基本周波数を整数倍した高調波周波数を有する被変調波とを、同時に送信する送信機を提案している。上記公報の通信方法は、同時に送出される複数の電波（以下、「多波電波」という。）の周波数が互いに近接しているため、その使用周波数がラジオやテレビ等の強力な電波と重複してしまうと、この強力な電波によって多波電波による無線通信が妨害されるという問題があるが、特願２０００−３５２２５５号の送信機によれば、この問題を解決することができる。
【０００５】
ここで、微弱電波を用いて安定した通信を行うためには、広い周波数帯域で所望の送信レベルを得ることが望ましい。しかし、上記特願２０００−３５２２５５号の送信機は、例えば９ｋＨｚの所定信号である比較的微弱なパルス信号を所定情報により変調したものから、基本周波数（５３１ｋＨｚ）を有する被変調波と、その３倍高調波（１５９３ｋＨｚ）である被変調波とを、それぞれＱが高く設定された同調回路（共振手段）を使って抽出する。そのため、この送信機では、所望の送信レベルを得ることができる周波数帯域が狭いものとなる。以下、具体的に説明する。
【０００６】
図８（ａ）及び（ｂ）は、上記２つの被変調波の送信スペクトラムを示すグラフである。尚、図８（ａ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、０〜２０００ｋＨｚであり、図８（ｂ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、５００〜１０００ｋＨｚである。上記送信機では、図８（ａ）に示すように、所望の送信レベルが得られる周波数は、各同調回路のほぼ共振周波数と同じである。
【０００７】
尚、所望の送信レベルが得られる周波数帯域を広げる効果は、上述した微弱電波を用いた近距離無線通信だけでなく、送信レベルの大きな電波を用いた無線通信あるいは有線通信についても同様に有益である。
【０００８】
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、所定情報を送信するための信号波において所望の送信レベルが得られる周波数帯域を広げることができる信号波生成方法、信号波生成装置及び送信機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成方法において、上記所定信号の半周期中に、該所定信号を共振させる共振周波数を変更することを特徴とするものである。
この信号波生成方法においては、所定の周波数を有する所定信号を所定の共振周波数で共振させて、所定情報を送信するための信号波を生成する。ここでいう信号波とは、所定情報により変調される前の搬送波又は所定情報により変調された後の被変調波をいう。また、上記所定信号としては、互いに異なる周波数をもつ複数の正弦波が合成された信号などが挙げられ、例えば、所定周期で繰り返される繰り返しパルス信号などを用いることができる。この場合、その所定信号は、その所定信号における周波数の高調波周波数をもつ多数の正弦波が合成されたものであるので、その所定信号から生成される信号の周波数はその所定信号に含まれる複数の正弦波がもつ周波数に限られ、共振周波数としてはその所定信号に含まれる複数の正弦波がもつ周波数と共振できる周波数に設定される。ここで、その所定信号から生成される信号の周波数は、その共振周波数及びその共振周波数を整数倍した周波数となる。したがって、その所定信号からは、その共振周波数と同じ周波数部分と、その共振周波数を基本周波数とする高調波周波数と同じ周波数部分にのみ高い信号レベルをもつ信号波が生成されることになる。
そこで、本信号波生成方法では、上記所定信号の半周期中に、その所定信号を共振させる共振周波数を変更する。これにより、その所定信号の半周期中に複数の共振周波数が存在することになる。よって、所定信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い信号を、その所定信号から抽出することができる。
また、本請求項の信号波生成方法により生成した信号波の共振周波数部分を基本周波数とする高調波周波数部分における変更前後の共振周波数の間隔は、その共振周波数部分（基本周波数部分）における変更前後の共振周波数の間隔よりも広くなる。したがって、高調波周波数部分における変更前後の共振周波数を含む周波数帯域を利用して所定情報を送信すれば、広い周波数帯域で高い信号レベルをもつ信号波による通信を実現できる。これは、例えば、所定情報を特定の周波数帯域内で通信する必要がある場合、一部の周波数が他の電波で使用されていて通信が妨害されたとしても、他の周波数部分により通信を行うことができ、安定した通信を実現できるので非常に有益である。
【００１０】
請求項２の発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成するための共振手段を備え、上記共振手段により生成された信号に基づいて、所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成装置において、上記所定信号の半周期中に、上記共振手段の共振周波数を変更する共振周波数変更手段を備えることを特徴とするものである。
この信号波生成装置は、各手段により請求項１の信号波生成方法を実行することができるので、上記所定信号の半周期中に複数の共振周波数を存在させることができる。よって、上記所定信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い信号を、その所定信号から抽出することができる。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項２の信号波生成装置において、上記所定信号よりも高い周波数を有する信号を分周して、該所定信号を生成する分周手段を備えており、上記共振周波数変更手段は、上記分周手段により分周される前の信号の周期に応じたタイミングで、上記共振手段の共振周波数を変更することを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、上記所定信号よりも高い周波数を有する信号を分周手段で分周することにより上記所定信号を生成する。そして、その所定信号の半周期中に共振周波数変更手段により共振手段の共振周波数を変更して、その所定信号から信号レベルの高い所定周波数の信号を生成する。ここで、上記分周手段により分周される前の信号は、上記共振手段の共振周波数を変更するタイミングを決定するパラメータとして利用する。例えば、９ｋＨｚの所定信号を生成する場合、３６ｋＨｚの信号を１８ｋＨｚの信号に分周し、更に１８ｋＨｚの信号を分周する。そして、共振周波数の切換タイミングのパラメータとして、３６ｋＨｚの信号又は１８ｋＨｚの信号あるいはその両方を利用する。例えば、１８ｋＨｚの信号の周期に応じたタイミングで共振周波数を変更する場合、共振周波数が上記所定信号の１／４周期ごとに変更されることになる。このように分周前の信号の周期に応じたタイミングで共振周波数を変更することで、そのタイミングを制御するための新たな発振回路等を設けなくても済む。また、上記所定信号と共振周波数の切換タイミングとの同期を取りやすくなるという利点もある。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項２の信号波生成装置において、所定の共振周波数での共振により、所定の信号から上記所定信号を生成する所定信号生成手段を有し、上記共振周波数変更手段は、上記所定信号生成手段により生成された上記所定信号が有する周波数のうち信号レベルが所望の信号レベルを越える周波数の範囲内で、上記共振手段の共振周波数を変更することを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、所定信号生成手段により共振する前の信号を所定の共振周波数で共振させて得た上記所定信号を、上記共振手段により共振させて信号波を生成する。そして、共振周波数変更手段により共振手段の共振周波数の変更するとき、所定信号生成手段により生成された所定の信号レベルをもつ所定信号の周波数範囲内で、その共振手段の共振周波数を変更する。この場合、上記所定信号の周波数帯域のうち信号レベルが所定値以上である周波数帯域から、共振手段により周波数帯域が広い信号を抽出できるので、高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができる。
また、請求項５の発明は、請求項４の信号波生成装置において、上記所定信号生成手段により共振する前の信号の半周期中に、該所定信号生成手段の共振周波数を変更する第２の共振周波数変更手段を備えることを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、第２の共振周波数変更手段により、所定信号生成手段により共振する前の信号を共振させる共振周波数を、その共振前の信号の半周期中に変更する。これにより、上述と同様に、共振前の信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い上記所定信号を抽出することができる。よって、本請求項の信号波生成装置によれば、このような所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い所定信号から共振手段により信号を生成できるので、より広い周波数帯域で高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができる。
また、請求項６の発明は、請求項２、３、４又は５の信号波生成装置において、上記共振手段は、キャパシタンス素子とインダクタンス素子とからなる共振回路を有しており、上記共振周波数変更手段は、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子の少なくとも一方の素子と、上記少なくとも一方の素子及び上記共振回路が電気的に接続した状態と電気的に離間した状態とを切り換えるスイッチング手段とを有することを特徴とするものである。
この信号波生成装置においては、上記所定信号を、キャパシタンス素子とインダクタンス素子とからなる共振回路で共振させて信号波を生成する。この共振回路としては、例えば、キャパシタンス素子としてコンデンサを使用し、インダクタンス素子としてコイルを使用したＬＣ共振回路が挙げられる。このＬＣ共振回路は、直列共振回路であっても、並列共振回路であってもよい。ここで、信号波生成装置においては、キャパシタンス素子及びインダクタンス素子の少なくとも一方（以下、適宜「共振周波数変更素子」という。）が、スイッチング手段を介して上記共振回路に接続されている。このスイッチング手段は、その共振周波数変更素子を、上記共振回路に対して電気的に接続した状態又は電気的に離間した状態に切り換えることができる。このとき、スイッチング手段がＯＦＦ状態になっているとき、共振周波数変更素子は共振回路と電気的に離間した状態にあるので、その共振回路の共振周波数は、この共振回路を構成するキャパシタンス素子とインダクタンス素子によって決まる共振周波数となる。一方、スイッチング手段がＯＮ状態になっているとき、共振周波数変更素子は共振回路と電気的に接続した状態となるので、その共振回路の共振周波数は、この共振回路を構成するキャパシタンス素子及びインダクタンス素子と、その共振周波数変更素子とによって決まる共振周波数となる。
【００１５】
請求項７の発明は、所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成手段と、上記信号波生成手段により生成される信号波を、所定情報により変調された状態で送信する送信手段とを備える送信機において、上記信号波生成手段として、請求項２、３、４、５又は６の信号波生成装置を用いたことを特徴とするものである。
この送信機においては、請求項２、３、４、５又は６の信号波生成装置により生成される信号波を、所定情報により変調された状態で送信するので、上記所定信号の半周期中に共振周波数が１つである場合に比べて所望の信号レベルに達する周波数帯域が広い信号波を利用して、所定情報を送信することができる。よって、例えば、一部の周波数による通信が他の電波により妨害されたとしても、他の周波数部分により通信を行うことができる。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項７の送信機において、上記信号波生成手段により生成される信号波の中から、上記所定信号の周波数を整数倍した基本周波数を有する信号波と、該基本周波数を整数倍した高調波周波数を有する信号波とを抽出する抽出手段を備え、上記送信手段は、上記抽出手段により抽出される複数の信号波を、同一情報により変調された状態で送信することを特徴とするものである。
この送信機においては、抽出手段により、信号波生成手段で生成される信号波の中から、上記所定信号の周波数を整数倍した基本周波数を有する信号波とその基本周波数を整数倍した高調波周波数を有する信号波とを抽出する。そして、抽出手段により抽出される複数の信号波は、送信手段により同一情報により変調された状態で送信される。これにより、受信機側では、基本周波数を有する信号波を受信したときでも、その高調波周波数を有する信号波を受信したときでも、同じ情報を得ることができる。よって、受信機周辺において、例えば、その基本周波数帯域が他の電波で使用されていて、その無線通信が妨害されたとしても、受信機の受信周波数を高調波周波数に切り換えれば、上記送信機から送信された情報を入手することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、位置情報等の視覚障害者に有用な情報を無線通信により案内する位置情報案内システムに適用した一実施形態について説明する。本実施形態における送信機は、上記位置情報等の音声信号を変調信号とし、基本周波数を有する搬送波を該変調信号によって変調することで生成された被変調波を電波として送信するものである。尚、この電波の送信レベルは、法規制範囲内の微弱なものである。
【００１８】
まず、本実施形態における送信機の構成及び動作について説明する。
図１は、本実施形態における送信機の概略構成を示すブロック図である。この送信機は、３６ｋＨｚの周波数を有する分周前の信号である繰り返しパルス信号（以下、単に「パルス信号」という。）を発生させるパルス信号発生部１と、このパルス信号発生部１から出力されるパルス信号を分周する分周手段としての第１分周部２ａ及び第２分周部２ｂと、その第２分周部２ｂにより分周された後の所定信号となるパルス信号を所定の共振周波数で共振させる共振手段としての共振部３と、位置情報等を案内する音声信号を生成する変調信号発生手段としての音声信号生成部４と、共振部３から出力される搬送波となる信号を音声信号生成部４から出力される音声信号からなる変調信号により変調する変調部５と、変調部５から出力される被変調波の信号レベルを増幅する増幅部６と、増幅された被変調波を送信するためのアンテナ７とから構成されている。
【００１９】
上記音声信号生成部４は、位置情報等を音声で入力するためのマイク４ａと、マイクから入力された音声信号を増幅するプリアンプ４ｂと、プリアンプによって増幅された音声信号を録音して再生する音声信号録音再生部４ｃとを備えている。位置情報等を録音する場合、マイク４ａから入力された音声信号は、プリンアンプ４ｂで増幅された後、音声信号録音再生部４ｃに設けられた図示しない記憶部に記憶される。この記憶部としては、メモリー、磁気テープ、磁気ディスク、光ディスク等を利用することができる。本実施形態においては、その記憶部に記憶された音声信号が常に再生されている状態となっているが、記憶部に記憶された音声信号を任意のタイミングで再生できるように構成してもよい。また、本実施形態においては、音声信号生成部４にマイク４ａを設けて、送信機で音声情報を録音できる構成としているが、例えば、音声信号生成部４にマイク４ａを設けず、音声信号を記憶する記憶部と、記憶部に音声信号を入力するための入力インターフェース部とを設けて、別の場所で一旦録音した位置情報等の音声信号をその入力インターフェースを介して記憶部に入力するように構成してしてもよい。
【００２０】
図２は、パルス信号発生回路部１を構成するパルス発生回路の回路図である。このパルス発生回路を構成する３つのインバータＩｎｖ１，Ｉｎｖ２，Ｉｎｖ３は、安価で入手が容易な汎用ディジタルＩＣ（例えば、ＣＭＯＳタイプの７４ＨＣ０４）を用いることができる。このパルス発生回路からは、３６ｋＨｚの周波数をもつ分周前の信号であるパルス信号Ｖ1が出力される。尚、パルス信号発生部１には、例えば、図３に示すように、インバータＩｎｖ４と、水晶振動子ＸＴＡＬやコンデンサＣからなる帰還回路とを備えた発振回路を用いることもできる。
【００２１】
パルス信号発生回路部１から出力されたパルス信号Ｖ1は、第１分周部２ａに入力される。この第１分周部２ａでは、そのパルス信号Ｖ1の周波数（３６ｋＨｚ）を１／２に分周して、１８ｋＨｚの周波数をもつ分周前の信号であるパルス信号Ｖ2を出力する。このパルス信号Ｖ2は、次に、第２分周部２ｂに入力され、更に１／２に分周される。これにより、第２分周部２ｂからは、９ｋＨｚの周波数をもつ所定信号としてのパルス信号Ｖ2を出力する。これら第１分周部２ａ及び第２分周部２ｂは、フリップフロップ回路素子（４０１３、７４ＨＣ７４など）を用いて構成することができる。このようにして得られた９ｋＨｚのパルス信号は、共振部３に送られる。
【００２２】
次に、本発明の特徴部分である共振部３の構成及び動作について説明する。
図４は、本実施形態における共振部３の回路構成を示す回路図である。この共振部３は、図示のように、共振手段としての共振回路３ａと、共振周波数変更手段としての第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃとから構成されている。共振回路３ａは、インダクタンス素子としてのコイルＬとキャパシタンス素子としてのコンデンサＣとからなるＬＣ直列共振回路である。また、第１共振周波数変更部３ｂは、キャパシタンス素子としてのコンデンサＣ1と、これに直列に接続されたトランジスタＴｒ1とから構成されている。また、第２共振周波数変更部３ｃも、キャパシタンス素子としてのコンデンサＣ2と、これに直列に接続されたトランジスタＴｒ2とから構成されている。これら第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃは、共振回路３ａの出力端子に並列接続されている。
【００２３】
共振回路３ａを構成するコイルＬ及びコンデンサＣの値は、その共振周波数が５５８ｋＨｚとなるように設定されている。よって、第２分周部から出力された９ｋＨｚのパルス信号Ｖ3は、この共振回路３ａによって、基本周波数である５５８ｋＨｚ付近と、その高調波周波数である１６７４ｋＨｚ等の付近に信号レベルのピークをもつ搬送波信号Ｖ4に変換されることになる。
【００２４】
第１共振周波数変更部３ｂを構成するトランジスタＴｒ1がＯＦＦ状態にあると、コンデンサＣ1は、共振回路３ａのコンデンサＣに対して電気的に離間した状態になる。一方、トランジスタＴｒ1がＯＮ状態になると、コンデンサＣ1は、共振回路３ａのコンデンサＣに対して電気的に並列接続されることになる。よって、トランジスタＴｒ1は、コンデンサＣ1の共振回路３ａに対する電気的な接続状態を切り換えるスイッチング手段として機能している。また、トランジスタＴｒ1のベース端子は、第１分周部２ａの出力端子に接続されており、そのベース端子には、第２分周部２ｂにより分周される前の分周前の信号であるパルス信号Ｖ2が入力されることになる。したがって、トランジスタＴｒ1のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングは、パルス信号Ｖ2の信号レベルにより決まる。尚、本実施形態では、パルス信号Ｖ2がＨレベルのときに、トランジスタＴｒ1がＯＮ状態となり、パルス信号Ｖ2がＬレベルのときに、トランジスタＴｒ1がＯＦＦ状態となる。
【００２５】
また、第２共振周波数変更部３ｃを構成するトランジスタＴｒ2も、上記第１共振周波数変更部３ｂのトランジスタＴｒ1と同様に、コンデンサＣ2の共振回路３ａに対する電気的な接続状態を切り換えるスイッチング手段として機能している。このトランジスタＴｒ2のベース端子は、パルス信号発生部１の出力端子に接続されており、そのベース端子には、第２分周部２ａにより分周される前の信号としてのパルス信号Ｖ1が入力されることになる。したがって、トランジスタＴｒ2のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングは、パルス信号Ｖ1の信号レベルにより決まる。尚、本実施形態では、パルス信号Ｖ1がＨレベルのときに、トランジスタＴｒ2がＯＮ状態となり、パルス信号Ｖ1がＬレベルのときに、トランジスタＴｒ2がＯＦＦ状態となる。
【００２６】
図５は、パルス信号発生部１から出力されるパルス信号Ｖ1の波形、第１分周部２ａから出力されるパルス信号Ｖ2の波形及び第２分周部２ｂから出力されるパルス信号Ｖ3の波形を示す説明図である。各横軸は、時間軸であり互いに一致している。パルス信号Ｖ1及びパルス信号Ｖ2がＬレベルのとき、すなわち、図中符号Ａで示す期間においては、第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ1，Ｔｒ2がいずれもＯＦＦ状態となるので、それぞれのコンデンサＣ1，Ｃ2は、共振回路３ａから電気的に離間した状態にある。よって、このときの共振部３の共振周波数ｆ1は、共振回路３ａがもつ共振周波数と同じであり、１／２π（Ｌ×Ｃ）1/2から求められ、５５８ｋＨｚとなる。
【００２７】
そして、その状態から図中符号Ｂで示す期間に移行すると、パルス信号Ｖ1がＨレベルとなり、第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2がＯＮ状態に切り替わる。これにより、第２共振周波数変更部３ｃのコンデンサＣ2は、共振回路３ａに電気的に接続された状態となる。このときの共振部３の共振周波数ｆ2は、期間Ａの共振周波数とは異なるものとなる。具体的には、共振周波数ｆ2は、１／２π｛Ｌ×（Ｃ＋Ｃ1）｝1/2となり求められ、本実施形態では５４９ｋＨｚとなる。
【００２８】
次に、その状態から図中符号Ｃで示す期間に移行すると、パルス信号Ｖ1がＬレベルとなるとともにパルス信号Ｖ2がＨレベルとなる。よって、第１共振周波数変更部３ｂのトランジスタＴｒ1がＯＮ状態に切り替わるとともに、第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2がＯＦＦ状態に切り替わる。これにより、第１共振周波数変更部３ｂのコンデンサＣ1は、共振回路３ａに電気的に接続された状態となり、第２共振周波数変更部３ｃのコンデンサＣ2は、共振回路３ａから再び電気的に離間した状態となる。このときの共振部３の共振周波数ｆ3は、期間Ａ及び期間Ｂの共振周波数とは異なるものとなる。具体的には、共振周波数ｆ3は、１／２π｛Ｌ×（Ｃ＋Ｃ2）｝1/2となり求められ、本実施形態では５４０ｋＨｚとなる。
【００２９】
更に、その状態から図中符号Ｄで示す期間に移行すると、パルス信号Ｖ1が再びＨレベルとなり、第１共振周波数変更部３ｂのトランジスタＴｒ1及び第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2とも、ＯＮ状態になる。これにより、第１共振周波数変更部３ｂのコンデンサＣ1及び第２共振周波数変更部３ｃのコンデンサＣ2とも、共振回路３ａに電気的に接続された状態となる。このときの共振部３の共振周波数ｆ4は、期間Ａ、期間Ｂ及び期間Ｃの共振周波数とは異なるものとなる。具体的には、共振周波数ｆ3は、１／２π｛Ｌ×（Ｃ＋Ｃ1＋Ｃ2）｝1/2となり求められ、本実施形態では５３１ｋＨｚとなる。
【００３０】
このように、本実施形態では、共振部３に入力される所定信号としてのパルス信号Ｖ3の半周期中に、共振周波数がｆ1＝５５８、ｆ2＝５４９、ｆ3＝５４０、ｆ4＝５３１と変化する。よって、パルス信号Ｖ3は、各期間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、それぞれの共振周波数で共振し、パルス信号Ｖ3の半周期中に共振周波数がｆ1＝５５８のみである場合に比べて、その場合の信号レベルと同程度の信号レベルをもつ周波数帯域が広がることになる。
【００３１】
図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態における共振部３から出力されるスペクトラムを示すグラフである。一方、図８（ａ）及び（ｂ）は、パルス信号Ｖ3の半周期中に共振周波数がｆ1＝５５８のみである従来の場合、すなわち、第１共振周波数変更部３ｂ及び第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ1，Ｔｒ2を、常時ＯＦＦ状態にしたときの共振部３から出力されるスペクトラムを示すグラフである。尚、図６（ａ）及び図８（ａ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、０〜２０００ｋＨｚであり、図６（ｂ）及び図８（ｂ）のグラフにおける横軸の周波数範囲は、５００〜１０００ｋＨｚである。
【００３２】
図６と図８が示すスペクトラムを比較すると、本実施形態における搬送波信号は、図６（ｂ）に示すように、５３０ｋＨｚ〜５６０ｋＨｚの周波数帯域にわたって、ある程度均一に信号レベルが高くとなっている。一方、共振周波数を変化させない従来の場合では、図８（ｂ）に示すように、その共振周波数である５５８ｋＨｚで高い信号レベルを示すが、その両側帯域での信号レベルの落ち込みがかなり大きいことがわかる。特に、５３０ｋＨｚ〜５６０ｋＨｚの周波数帯域を基本周波数としたときの３倍高調波の周波数帯域である１６００ｋＨｚ付近について観察すると、図８（ａ）では１つのピークしか存在しないが、図６（ａ）では複数のピークが存在するという事実から明らかである。
【００３３】
この結果、パルス信号Ｖ3の半周期中に共振周波数を変化させて４つの共振周波数を存在させたことで、パルス信号Ｖ3が共振部３において各共振周波数でそれぞれ共振し、搬送波信号の信号レベルが各共振周波数を含む周波数帯域内で高くなったものと考えられる。また、この結果を確かめるため、第２共振周波数変更部３ｃのトランジスタＴｒ2を常時ＯＦＦ状態にし、第１共振周波数変更部３ｂだけで共振周波数の変更を行ったときのグラフを、図７に示す。この場合、パルス信号Ｖ3の半周期中には２つの共振周波数しか存在せず、図７（ａ）に示すように、３倍高調波の周波数帯域である１６００ｋＨｚ付近において、２つのピークが存在することから明らかである。
【００３４】
このようにして共振して共振部３から出力された搬送波信号は、変調部５に入力される。変調部５では、その搬送波信号を、音声信号生成部４から出力される音声信号からなる変調信号によって変調する。このようにして変調された被変調波信号は、増幅部６により増幅され、アンテナ７から電波として空中に放射される。
【００３５】
以上、本実施形態によれば、所定信号となる９ｋＨｚのパルス信号Ｖ3の半周期中に、そのパルス信号Ｖ3を共振させる共振部３の共振周波数ｆを変更するので、パルス信号Ｖ3の半周期中に複数の共振周波数が存在し、高い信号レベルの周波数帯域が共振周波数が１つである場合に比べて広い搬送波信号を生成することができる。そして、このような搬送波信号に基づいて生成された信号波である被変調波を視覚障害者が所持する受信機で受信することで、視覚障害者等は、位置情報等の音声信号を音声で聴くことができる。よって、受信時に、ラジオ放送局等からの強力な電波により、例えば５３１ｋＨｚ帯域付近の電波が妨害されたとしても、視覚障害者が受信機を５４０ｋＨｚ〜５５８ｋＨｚ帯域の周波数にチューニングすれば、送信機からの情報を入手することができる。
【００３６】
また、本実施形態の送信機から送信される電波を、共振部３の各共振周波数に対応する周波数でそれぞれ同時に受信し、その受信した各受信信号を合成すれば、受信レベルを高めることができる。本実施形態では、互いに近接する周波数の信号レベルが高いので、これらを合成すれば、共振周波数を変更しない場合に比べて高い受信レベルを得ることができる。尚、複数の共振部を用いれば、搬送波信号の信号レベルが高い周波数帯域を広げることは可能であるが、本実施形態では、１つの共振部３でこれを実現できるので、コスト面で優れている。
【００３７】
尚、本実施形態では、変調部５により変調される前の搬送波信号を得るときに使用される共振部３の共振周波数を変更する場合について説明したが、共振回路を備えた他の部分の共振周波数を変更するように構成することも可能である。例えば、搬送波信号を得るための共振部３は、固定された共振周波数（例えば５４０ｋＨｚ）をもつ共振回路で構成し、上記増幅部６を本実施形態の共振部３と同様に共振回路の共振周波数が変更される構成とする。この場合、増幅部６において上述と同様に共振周波数が変更されるため、高い信号レベルの周波数帯域が共振周波数が１つである場合に比べて広い被変調波を生成することができる。このような構成であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、増幅部６で変更される共振周波数の範囲は、所定レベルを越える搬送波信号の周波数帯域内とするのが望ましい。このとき、その共振部３の共振回路は所定信号生成手段として機能し、その増幅部６の共振回路は共振手段として機能する。この場合、搬送波信号の周波数帯域のうち信号レベルが所定値以上である周波数帯域から、増幅部６により周波数帯域が広い被変調波を抽出できるので、高い信号レベルをもつ被変調波を安定して生成することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、共振周波数が変更される共振手段が共振部３の共振回路３ａのみの場合について説明したが、このような共振手段を２以上設けてもよい。例えば、共振部３だけでなく、上記増幅部６もその共振部３と同様の構成とする。この場合、共振部３において、共振回路が所定信号生成手段として、第１共振周波数変更部及び第２共振周波数変更部が第２の共振周波数変更手段として機能し、増幅部６において、共振回路が共振手段として、第１共振周波数変更部及び第２共振周波数変更部が共振周波数変更手段として機能する。この場合、共振部３により高い信号レベルをもつ周波数帯域が広い搬送波信号が生成され、その搬送波信号に基づいて得られた被変調波信号における高い信号レベルをもつ周波数帯域を広げることができる。これにより、例えば、共振部３において５３１ｋＨｚ〜５５８ｋＨｚの周波数帯域で高い信号レベルの搬送波信号を得た後、増幅部６において５１３ｋＨｚ〜５７６ｋＨｚの周波数帯域で高い信号レベルの被変調波を得ることができる。したがって、高い信号レベルをもつ被変調波を、より広い周波数帯域で安定して得ることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、位置情報案内システムが単方向通信システムであるため、送信機能のみ有する送信機について説明したが、本発明を双方向通信システムに適用する場合には、上記送信機に受信機能を付加した送受信機とした構成にしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、送信する情報として音声情報を送信する場合について説明したが、本発明は、音声情報以外にも、他のアナログ情報又はディジタル情報なども通信することが可能である。また、その通信方式も、無線通信に限らず、有線通信にも適用することが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１乃至８の発明によれば、所望の信号レベルに達する周波数帯域がより広い信号を所定信号から生成できるので、所望の送信レベルが得られる信号波の周波数帯域を広げることが可能となるという優れた効果がある。
特に、請求項３の発明によれば、共振周波数の変更タイミングを制御するための新たな発振回路等を設けなくても済み、かつ、所定信号と共振周波数の切換タイミングとの同期を取りやすくなるので、構成を簡略化でき、低コスト化を図ることができるという優れた効果がある。
また、請求項４の発明によれば、高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができるので、所望の送信レベルが得られる信号波の周波数帯域を安定して広げることが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項５の発明によれば、より広い周波数帯域で高い信号レベルをもつ信号波を安定して生成することができるので、所望の送信レベルが得られる信号波の周波数帯域を安定してより広げることが可能となるという優れた効果がある。
また、請求項６の発明によれば、スイッチング手段の切換動作を制御するだけで共振周波数を変更できるので、構成の簡易化及び低コスト化を図ることができるという優れた効果がある。
また、請求項７の発明によれば、一部の周波数による通信が他の電波により妨害されたとしても、他の周波数部分により通信を行うことができるという優れた効果がある。
また、請求項８の発明によれば、他の電波や信号等によって通信が妨害されても所定の情報を確実に通信し、安定した通信が可能となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における送信機の概略構成を示すブロック図。
【図２】同送信機におけるパルス信号発生回路部を構成するパルス発生回路の回路図。
【図３】同パルス信号発生部の変形例を示す回路図。
【図４】同送信機における共振部の回路構成を示す回路図。
【図５】同パルス信号発生部から出力されるパルス信号Ｖ1の波形、第１分周部から出力されるパルス信号Ｖ2の波形及び第２分周部から出力されるパルス信号Ｖ3の波形を示す説明図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、共振周波数を３回変更されるときに、同共振部から出力されるスペクトラムを示すグラフ。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、共振周波数を１回変更されるときに、同共振部から出力されるスペクトラムを示すグラフ。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、同共振部の共振周波数を固定したときの送信スペクトラムを示すグラフ。
【符号の説明】
１ パルス信号発生部
２ａ 第１分周部
２ｂ 第２分周部
３ 共振部
３ａ 共振回路
３ｂ 第１共振周波数変更部
３ｃ 第２共振周波数変更部
４ 音声信号生成部
５ 変調部
Claims (8)
- 所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成方法において、
上記所定信号の半周期中に、該所定信号を共振させる共振周波数を変更することを特徴とする信号波生成方法。 - 所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成するための共振手段を備え、
上記共振手段により生成された信号に基づいて、所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成装置において、
上記所定信号の半周期中に、上記共振手段の共振周波数を変更する共振周波数変更手段を備えることを特徴とする信号波生成装置。 - 請求項２の信号波生成装置において、
上記所定信号よりも高い周波数を有する信号を分周して、該所定信号を生成する分周手段を備えており、
上記共振周波数変更手段は、上記分周手段により分周される前の信号の周期に応じたタイミングで、上記共振手段の共振周波数を変更することを特徴とする信号波生成装置。 - 請求項２の信号波生成装置において、
所定の共振周波数での共振により、所定の信号から上記所定信号を生成する所定信号生成手段を有し、
上記共振周波数変更手段は、上記所定信号生成手段により生成された上記所定信号が有する周波数のうち信号レベルが所望の信号レベルを越える周波数の範囲内で、上記共振手段の共振周波数を変更することを特徴とする信号波生成装置。 - 請求項４の信号波生成装置において、
上記所定信号生成手段により共振する前の信号の半周期中に、該所定信号生成手段の共振周波数を変更する第２の共振周波数変更手段を備えることを特徴とする信号波生成装置。 - 請求項２、３、４又は５の信号波生成装置において、
上記共振手段は、キャパシタンス素子とインダクタンス素子とからなる共振回路を有しており、
上記共振周波数変更手段は、
キャパシタンス素子及びインダクタンス素子の少なくとも一方の素子と、
上記少なくとも一方の素子及び上記共振回路が電気的に接続した状態と電気的に離間した状態とを切り換えるスイッチング手段とを有することを特徴とする信号波生成装置。 - 所定の共振周波数での共振により、所定の周波数を有する所定信号から、所望の信号レベルに達する所定周波数の信号を生成し、その信号に基づいて所定情報を送信するための信号波を生成する信号波生成手段と、
上記信号波生成手段により生成される信号波を、所定情報により変調された状態で送信する送信手段とを備える送信機において、
上記信号波生成手段として、請求項２、３、４、５又は６の信号波生成装置を用いたことを特徴とする送信機。 - 請求項７の送信機において、
上記信号波生成手段により生成される信号波の中から、上記所定信号の周波数を整数倍した基本周波数を有する信号波と、該基本周波数を整数倍した高調波周波数を有する信号波とを抽出する抽出手段を備え、
上記送信手段は、上記抽出手段により抽出される複数の信号波を、同一情報により変調された状態で送信することを特徴とする送信機。
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