JP4028546B2 - 電界通信システム - Google Patents

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システムに関する。

携帯端末の小型化および高性能化により、生体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。従来、このようなウェアラブルコンピュータ間の情報通信として、コンピュータに電界通信システムを接続して一体に構成し、この電界通信システムが誘起する電界を、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）。

このような、大地グランドから浮遊した電界通信用の電界通信システムでは、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。可変リアクタンスを共振状態にするために、振幅モニタ部、制御信号発生部、電界検出光学部、信号処理部を用いてリアクタンス値を調整している。

また、図４に示すようなポータブルオーディオプレーヤ３にトランシーバ１を組み合わせて、人体５を介した電界通信システムを応用する場合、ヘッドフォン４側の装置を軽くするために容量の小さな電池を使用する必要がある。このためには、ヘッドフォン４側の電界通信トランシーバ２の消費電力を低減する必要がある。

この場合、ヘッドフォン４側のトランシーバ２と、ポータブルオーディオプレーヤ３側のトランシーバ１では、データの送・受信を行っていない時でも、送信部や受信部、もしくはこの両方の電源をオンにしている。
特開２００４−１５３７０８号公報

上述した従来技術による電界通信システムにおいては、データの送・受信していない時でも、送信部や受信部、もしくはこの両方の電源をオンにしている必要があり、そのため消費電力が大きくなってしまっていた。

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、データの送・受信をしていない場合に送受信部の電源をオフにすることができ、もって、消費電力を低減することが可能な電界通信システムを提供することにある。

課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、送信すべきデータに基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて前記データの送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき前記データに基づく電界を受信することによって前記データの受信を行う構成を備えたトランシーバ同士において相互に通信を行うための電界通信システムであって、前記通信システムは、送信部と受信部とをそれぞれ備えた第１の電界通信トランシーバと第２の電界通信トランシーバとの組み合わせによって構成されて前記通信を行い、前記第１の電界通信トランシーバは、受信した前記データを予め設定された所定容量で記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記データのデータ量が前記所定容量に満たない場合において、前記データの送信を前記第２の電界通信トランシーバに要求するための処理手段と、前記第２の電界通信トランシーバに対して前記データの送信を要求するための送信要求信号を送信する際において、予め設定された複数のリアクタンス値の中から順次に前記リアクタンス値を選択するための可変リアクタンス手段と、を備え、前記第２の電界通信トランシーバは、前記データを前記処理手段からの要求に応じて出力可能に格納しているデータ格納手段を備える。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記処理手段は、前記第１の電界通信トランシーバが前記第２の電界通信トランシーバに対して前記データの送信を要求するための送信要求信号を送信した後に、予め設定された所定時間を経過しても前記データが受信されない場合において、前記送信要求信号を再送信するための制御を実行する。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または２において、前記処理手段は、前記第１の電界通信トランシーバが前記第２の電界通信トランシーバに対して前記データの送信を要求するための送信要求信号を送信した後、前記記憶手段に記憶されている前記データのデータ量が０になるまで受信されない場合において、前記送信部と前記受信部への電源の供給をオフにするための制御を実行する。

本発明によれば、データの送・受信をしていない場合に送受信部の電源をオフにすることができ、もって、消費電力を低減することが可能な電界通信システムを提供することができる。

図１に、本発明の電界通信システムの実施の形態に係る、全体構成を説明するための構成図を示す。なお、ここで、本発明の実施の形態の説明のために、既に図４に示したポータブルオーディオプレーヤの構成を参照する。

この図１には、人体などの生体５と、第１の電界通信トランシーバ２と、第２の電界通信トランシーバ１と、ＣＤやＭＤもしくはＭＰ３などの記録媒体に記録されたデータを再生するためのプレーヤ（データ格納手段）３と、プレーヤ３で再生されたデータを音として再生するヘッドフォン４と、処理部（処理手段）３０と、記憶部（記憶手段）３１と、生体５に対して第１の電界通信トランシーバ２と第２の電界通信トランシーバ１との間にそれぞれ介在する送受信電極２６および絶縁体２７と、が示されている。

さらに、第２の電界通信トランシーバ１には、受信部６と、送信部７と、が備わる。受信部６には、電界検出光学部・信号処理部１０と、スイッチＡ１１と、復調回路１２と、波形整形部１３とが備わる。送信部７には、送信回路１７と、スイッチＢ１６と、可変リアクタンス部１５と、制御部１４とが備わる。

また、第１の電界通信トランシーバ２には、第２の電界通信トランシーバ２と同様に、受信部８と、送信部９と、が備わる。受信部８には、電界検出光学部・信号処理部２０と、復調回路２１と、波形整形部２２とが備わる。送信部９には、送信回路２３と、スイッチＣ２４と、可変リアクタンス部２５とが備わる。

第１の電界通信トランシーバ２と第２の電界通信トランシーバ１との構成上の差異は、第２の電界通信トランシーバ１において、受信部６にスイッチＡ１１を備え、また送信部７に制御部１４（制御手段）を備えた点である。

このような構成において、プレーヤ３では、可変リアクタンス部１５を調整した後、プレーヤ３からデータｆ２を第２のトランシーバ１の送信部７に出力し、送信回路１７で変調したデータｆ２を生体５に送信する。リアクタンス調整時は、スイッチＡ１１のａ１とｂ１およびスイッチＢ１６を接続し、生体に誘起されている電界をモニタしながら制御部１４で適宜に可変リアクタンス部１５におけるリアクタンス値を可変調整する。

ヘッドフォン４では、スイッチＣ２４を開放して送信部９の送信を停止し、電界検出光学部・信号処理部２０で生体５に誘起された電界を検出し、復調回路２１でデータｆ２を再生した後、処理部３０に出力する。処理部３０では入力されたデータｆ２を、一旦、記憶部３１に蓄積してから適宜にデータｆ２をヘッドフォン４に出力する。

次に、図２において、本発明の電界通信システムの実施の形態に係る、ヘッドフォン４と組み合わされた第１の電界通信トランシーバ２の動作をフロー図を参照して説明する。

まず、プレーヤ３の電源がオンされてデータｆ２の再生が開始される（ステップ１：Ｓ１）。

次に、記憶部（記憶装置）３１に記憶されているデータ量ｎが予め設定された規定のデータ量Ｎｔに対して、「記憶装置データ量ｎ＞Ｎｔ」であるか否か（Ｙｅｓ／Ｎｏ）についての監視が続行される。この監視において、「記憶装置データ量ｎ＞Ｎｔ」の関係である（Ｙｅｓ）限り、プレーヤ３によるデータｆ２の再生が進む（ステップ２：Ｓ２）。

また、プレーヤ３によるデータｆ２の再生が進み、「記憶装置データ量ｎ＜Ｎｔ」となったことが確認され（Ｎｏ）、予め設定された規定のデータ量Ｎｔより小さくなった場合、ヘッドフォン４の送信部９の電源をオンにし、データｆ２の送信要求信号ｆ１をプレーヤ３の第２の電界通信トランシーバ１へ送信する。この送信が実行されるのと同時に図示しないタイマーが計時開始する（ｔ１＝０）。この後、送信部９の電源をオフ、受信部８の電源をオンにしてプレーヤ３からデータｆ２が送信されてくるのを待つ（ステップ３：Ｓ３）。

ヘッドフォン４の送信部９の可変リアクタンス部２５では、帰還制御による調整をせずに予め設定された値に順次変えながら送信要求信号ｆ１を送信する。これにより可変リアクタンス部２５を制御するための制御部が不要となり、ヘッドフォン４側の送信部９の回路規模が小さくなる。

プレーヤ３側では送信要求信号ｆ１を受信した後、データｆ２をヘッドフォン４側に送信し、ヘッドフォン４側の第１の電界通信トランシーバ１で受信の有無が判断される（Ｙｅｓ／Ｎｏ）（ステップ４：Ｓ４）。

プレーヤ３側の第２の電界通信トランシーバ１が備える受信部６の電源は、送信部７の可変リアクタンス部１５におけるリアクタンス調整時と、および送信回路１７によるデータｆ２の送信時にオフにし、それ以外ではオンのままにする。プレーヤ３側の送信部７は、送信部７の可変リアクタンス部１５におけるリアクタンス調整時と、および送信回路１７によるデータｆ２の送信時にのみオンにする。ヘッドフォン４側でデータｆ２の送信要求信号ｆ１を送信してから、既に開始されている計時において、予め設定された所定の期間内（Ｔ１）にデータｆ２を受信した場合（ステップ５：Ｓ５）、受信したデータｆ２を記憶部３１に記憶し、受信部８の電源をオフにする（ステップ８：Ｓ８）。

一方、ステップ５：Ｓ５において、データｆ２をＴ１の期間内に受信しない場合（ｔ１＜Ｔ１）は、一旦、受信部８の電源をオフ（ステップ６：Ｓ６）にした後、送信部９の電源をオンにしてもう一度送信要求信号ｆ１を送信する。

また、記憶部３１に記憶されているデータｆ２が「０」になるまで（ステップ７：Ｓ７）データｆ２が受信されない場合は、プレーヤ３が接続されていないとみなして、第１の電界通信トランシーバ２の全ての電源をオフにする（ステップ９：Ｓ９）。

処理部３０では、この処理と並列に記憶部３１のデータｆ２をヘッドフォン４に出力する処理を行う。このような処理を行うことにより、ヘッドフォン４側の第１の電界通信トランシーバ２では、データｆ２の要求があったときのみ第１の電界通信トランシーバ２の電源をオンにするので、実質的な消費電力を低減することができる。

次に、図３には、本発明の電界通信システムの実施の形態に係る、キャリア周波数について説明するための説明図を示す。

図３に参照されるように、大地グランドから浮遊したトランシーバ３５から電界伝達媒体である生体５に電界を誘起する場合、送信側にリアクタンスＸ４１を挿入し、生体５と大地グランド間の浮遊容量Ｃｂ３８と、および、トランシーバ３５のグランドと大地グランド間の浮遊容量Ｃｇ３７と共振させることにより、誘起電界を大きくすることができる。この共振状態における生体５と大地グランド間の電圧であるＶｂ３９は、以下の式で表される。

（式）・・・Ｖｂ＝Ｖｓ／（２πｆＲｓＣｂ）
ここで、信号源Ｖｓ４３と抵抗Ｒｓ４２は、それぞれトランシーバ３５に備わる信号源の電圧振幅（Ｖｓ）と出力抵抗（Ｒｓ）であり、ｆはトランシーバ３５のキャリア周波数、Ｃｂ３８は生体５と大地グランド間の浮遊容量である。

上式から、キャリア周波数ｆは低い方が誘起される電界に比例するＶｂ３９は大きくなる。キャリア周波数ｆが低くなると、単位時間当たりに伝送できる情報量（ビットレート）は低下する。このため、ビットレートが低くてもよい通信システムにおいて、キャリア周波数ｆを低くしてＶｂ３９を大きくする方法がとれる。Ｖｂ３９が大きくなれば、受信側において電界検出光学部の図示しないレーザーの光量（電流）を低減することができ、もって低消費電力化することができる。また、キャリア周波数ｆを小さくすると、送信・受信部での電子回路で信号処理に要する消費電力も低減できる。

比較的伝送する情報量の少ないヘッドフォン４側の第１の電界通信トランシーバ２からプレーヤ３側の第２の電界通信トランシーバ１への伝送では、キャリア周波数ｆを低くすることによりヘッドフォン４側の送信部９と、プレーヤ３側の受信部６を低消費電力化できる。プレーヤ３側の受信部６はヘッドフォン４側の信号を受信している間だけでなく、ヘッドフォン４側の信号が来るのを待っている間も電源がオンになっている。このため、プレーヤ３側の受信部６の消費電力を低減することにより、電界通信システム全体の実質的な消費電力を低減できる。

なお、本実施の形態ではプレーヤ３に音楽用のポータブルオーディオプレーヤを例としてあげたが、映像を映す機器（例えば、ヘッドマウントディスプレィ）にも本発明の電界通信システムを適用できる。

以上説明した本発明の実施の形態の構成は、送信すべきデータに基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いてデータの送信を行う一方で、電界伝達媒体に誘起された受信すべきデータに基づく電界を受信することによってデータの受信を行う構成を備えたトランシーバ同士において相互に通信を行うための電界通信システムであって、通信システムは、送信部と受信部とをそれぞれ備えた第１の電界通信トランシーバと第２の電界通信トランシーバとの組み合わせによって構成されて通信を行い、第１の電界通信トランシーバは、受信したデータを予め設定された所定容量で記憶するための記憶手段と、記憶部に記憶されたデータのデータ量が所定容量に満たない場合において、データの送信を第２の電界通信トランシーバに要求するための処理手段と、を備え、第２の電界通信トランシーバは、データを処理部からの要求に応じて出力可能に格納しているデータ格納手段を備えている。

また、第２の電界通信トランシーバは、受信部への電源供給を送信部におけるリアクタンス調整時およびデータの送信時にのみオフにし、送信部への電源供給を送信部におけるリアクタンス調整時およびデータの送信時にのみオンに制御するための制御手段を備えている。

また、第１の電界通信トランシーバは、第２の電界通信トランシーバに対してデータの送信を要求するための送信要求信号を送信する際において、予め設定された複数のリアクタンス値の中から順次にリアクタンス値を選択するための可変リアクタンス手段を備えている。

また、処理手段は、第１の電界通信トランシーバが第２の電界通信トランシーバに対してデータの送信を要求するための送信要求信号を送信した後に、予め設定された所定時間を経過してもデータが受信されない場合において、送信要求信号を再送信するための制御を実行する。

また、処理手段は、第１の電界通信トランシーバが第２の電界通信トランシーバに対してデータの送信を要求するための送信要求信号を送信した後、記憶手段に記憶されているデータのデータ量が０になるまで受信されない場合において、送信部と受信部への電源の供給をオフにするための制御を実行する。

また、以上説明した本実施の形態によれば、データの送・受信をしていない場合に送受信部の電源をオフにすることができ、もって、消費電力を低減することが可能な電界通信システムを提供することができる。

本発明の電界通信システムの実施の形態に係る、全体構成を説明するための構成図を示す。 本発明の電界通信システムの実施の形態に係る、動作を説明するためフロー図を示す。 本発明の電界通信システムの実施の形態に係る、キャリア周波数について説明するための説明図を示す。 従来の技術によるトランシーバを用いたポータブルオーディオプレーヤの構成を示す。

符号の説明

１ 第２の電界通信トランシーバ
２ 第１の電界通信トランシーバ
３ プレーヤ
４ ヘッドフォン
５ 生体
６、８ 受信部
７、９ 送信部
１０、２０ 電界検出光学部・信号処理部
１１ スイッチＡ
１２、２１ 復調回路
１３、２２ 波形整形部
１４ 制御部
１５、２５ 可変リアクタンス部
１６ スイッチＢ
１７、２３ 送信回路
２０ サンプリング回路
２２ 論理回路
２４ スイッチＣ
２６ 送受信電極
２７ 絶縁体
３０ 処理部
３１ 記憶部
３５ トランシーバの送信部のモデル
３６ トランシーバのグランド
３７ トランシーバのグランドと大地グランド間の浮遊容量Ｃｇ
３８ 生体と大地グランド間の浮遊容量Ｃｂ
３９ 電位差Ｖｂ
４０ 送信電極
４１ リアクタンスＸ
４２ 抵抗Ｒｓ
４３ 信号源Ｖｓ

Claims (3)

1. 送信すべきデータに基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて前記データの送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき前記データに基づく電界を受信することによって前記データの受信を行う構成を備えたトランシーバ同士において相互に通信を行うための電界通信システムであって、
   前記通信システムは、送信部と受信部とをそれぞれ備えた第１の電界通信トランシーバと第２の電界通信トランシーバとの組み合わせによって構成されて前記通信を行い、
   前記第１の電界通信トランシーバは、
   受信した前記データを予め設定された所定容量で記憶するための記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記データのデータ量が前記所定容量に満たない場合において、前記データの送信を前記第２の電界通信トランシーバに要求するための処理手段と、
   前記第２の電界通信トランシーバに対して前記データの送信を要求するための送信要求信号を送信する際において、予め設定された複数のリアクタンス値の中から順次に前記リアクタンス値を選択するための可変リアクタンス手段と、
   を備え、
   前記第２の電界通信トランシーバは、
   前記データを前記処理手段からの要求に応じて出力可能に格納しているデータ格納手段を備えることを特徴とする電界通信システム。
2. 前記処理手段は、
   前記第１の電界通信トランシーバが前記第２の電界通信トランシーバに対して前記デー
   タの送信を要求するための送信要求信号を送信した後に、予め設定された所定時間を経過
   しても前記データが受信されない場合において、前記送信要求信号を再送信するための制
   御を実行することを特徴とする請求項１に記載の電界通信システム。
3. 前記処理手段は、
   前記第１の電界通信トランシーバが前記第２の電界通信トランシーバに対して前記データの送信を要求するための送信要求信号を送信した後、前記記憶手段に記憶されている前記データのデータ量が０になるまで受信されない場合において、前記送信部と前記受信部への電源の供給をオフにするための制御を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の電界通信システム。

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