JP4082125B2 - データ通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ通信装置に係り、具体的には、人体に取着されたデータ送信装置と人体の接触が予定されているデータ受信装置との間でデータの授受を行うデータ通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人が携帯するデータ送信装置とその近くに設置されるデータ受信装置との間のデータ通信の方法としては、ケーブル接続による有線通信を用いる方法や、光、電波等による無線通信を用いる方法がある。
【０００３】
データ送信装置からデータ受信装置に対してデータを送信する場合を考える。この場合、有線通信を用いる方法にあっては、装置自身は比較的安価かつ小型に構成することができる。しかしながら、データの送受信を開始する前にデータ送信装置とデータ受信装置とをケーブルで接続したり、データの送受信が終わったところでケーブルを外したりしなければならず、利用者にとって必ずしも利便性に優れるものではないという問題点を有していた。これに対し、無線通信を用いる方法にあっては、ケーブルを接続するという動作が不要であるため容易にデータ通信を行うことができるものの、データ通信装置としては高価且つ大型になってしまうという問題点を有していた。
【０００４】
このような従来の問題点を解決する手段として、例えば、特開平１０−２２８５２４号公報や特開平１０−２２９３５７号公報に記載のものがある。これらのものにあっては、人体に取着したデータ送信装置から人体を伝送路としてデータ受信装置に対してデータを送信するデータ通信装置が提案されており、これにより無線通信を用いたものに比して安価かつ小型な装置を用いることが可能になるとともに、ケーブルの接続等が不要なため容易にデータの送受信が可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平１０−２２８５２４号公報に開示されているデータ通信装置にあっては、データ送信装置及びデータ受信装置間の基準電位の伝達を、データ送信装置の外向電極とデータ受信装置の外向電極とをそれぞれ大地アースに静電場結合させることで実現しているため、例えば、データ送信装置を人体の比較的高い位置（例えば、腕や頭等）に取り付けた場合、静電場結合が安定せず、通信が不安定になるという問題点を有していた。これを解決するためには、データ送信装置の外向電極の面積を大きくすれば良いが、そうするとデータ送信装置が必然的に大型化してしまうことになる。
【０００６】
また、特開平１０−２２９３５７号公報に開示されているデータ通信装置にあっては、データ送信装置及びデータ受信装置間の基準電位の伝達を、データ送信装置の外向電極とデータ受信装置の外向電極とを直接静電場結合させることで実現しているため、人体への取り付け位置にかかわらず安定したデータ通信が可能になっているが、データ受信装置とデータ送信装置の距離を広くすることができないという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、小型かつ低コストな装置を用いて容易にデータの送受信が可能になるとともに、データ送信装置の取り付け位置の制約やデータ受信装置とデータ送信装置との距離の制約を受けることなく安定したデータ通信が可能となるデータ通信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、データ送信装置にあって、人体に接する２つの送信電極と、交流信号を生成する発振部と、送信するデータに基づいて前記交流信号を変調する変調部と、変調部により変調された変調信号に対応する電圧を前記２つの送信電極間に印加する電圧印加部とを備え、前記２つの送信電極は外部へのデータ通信方向に沿って互いに離間して配置するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、人体を介してデータ伝送が行われるため無線送受信装置に比して小型かつ低コストな装置により容易にデータの送受信が可能になるとともに、データ送信装置の取り付け位置の制約やデータ受信装置とデータ送信装置との距離の制約を受けることなく安定したデータ通信が可能となるデータ通信装置を提供することが可能になる。
【００１０】
前記電圧印加部が、入力インピーダンス及び出力インピーダンスを調整するインピーダンス調整部を備えることが好ましい。これにより、装置の取り付け部位や利用者の個人特性、利用者のその日の状態等により伝送路となる人体のインピーダンスが変化したとしても、その影響を受けることなく安定的に所定の電圧が印加できるようにすることが可能になる。
【００１１】
前記送信電極及び前記受信電極の少なくとも１つを絶縁材料により構成するようにすれば、分極電圧に基づくノイズを防ぐことが可能になるため、通信エラーを低減することが可能になる。
【００１２】
前記データ送信装置に、前記送信電極間に流れる電流量を検出する電流検出部と、前記電圧印加部において印加する電圧を制御する制御部とを付加し、前記制御部は、前記電流検出部により検出された電流量が予め定めた値となるように制御することが好ましい。これにより、人体の導体特性の差にかかわらず、予め定められた所定の電流量を流すことができるため、取り付け場所毎、個人毎、使用状況毎に出力調整することが可能になり望ましい。
【００１３】
前記制御部は、印加する電圧の制御で電流量が定められた値にならない場合、電圧の印加を中断するようにすれば、装置の破損を防止することが可能になり望ましい。
【００１４】
前記データ送信装置をディスク形状にて構成し、前記２つの送信電極を前記ディスクの一面に離間して配置するようにしてもよいし、リング形状にて構成し、前記２つの送信電極を前記リングの内面に離間して配置されるようにしてもよい。これにより、前記データ送信装置を簡易に人体に装着することが可能になる。
【００１５】
前記データ送信装置に送信しようとするデータを表示するための表示部を備えるようにすれば、データ送信前にどのようなデータを送信しようとしているかを確認できて至便である。
【００１６】
なお、データ伝送を安定かつ確実に行うため、前記回路グランドと大地アースとを導電性のグランド線にて直接結合するようにすることが好ましい。また、データ受信装置が導電性の筐体を備え、この筐体と回路グランドとを接続するようにしてもよい。さらに、データ送信装置を装着した利用者が立つことができる導電性シートと回路グランドとを接続するようにすれば、データ送信装置とデータ受信装置との電気的結合を強めることができ好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係るデータ通信装置について図１乃至図１０に基づき詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１と、データ受信装置２とを備えてなる。データ送信装置１は、図１（ａ）に示すように、人体に面するように配置された基準電位用電極１０及び送信用電極２０の２つの送信電極と、交流信号を生成する発振部３０と、送信するデータに基づいて前記交流信号を変調する変調部４０と、変調部により変調された変調信号に対応する電圧を前記２つの電極間に印加する電圧印加部５０とを備えてなる。送信するデータは、データ送信装置１が備えるマイコン（図示せず）やＲＯＭ（図示せず）から出力するようにしても良いし、データ送信装置１にセンサを備え、検出したセンサデータを送信するようにしてもよい。データ受信装置２は、図１（ｂ）に示すように、データ送信装置１を装着した人体の一部が接触する受信電極６０と、大地グランドに結合される回路グランド６１と、データ送信装置１から送信される変調信号を受信電極６０と回路グランド６１との間で検出し、受信した変調信号を復調してデータを取り出す復調部７０とを備えてなる。
【００１９】
上述したデータ通信装置におけるデータ送受信の方法について以下に説明する。図２はデータ送信装置１を上腕部に取り付けた人がデータ受信装置２の受信電極６０に触れた状態を示す説明図であり、図３はその等価回路である。なお、データ受信装置２は、大地アースに設置されているものとする。
【００２０】
この状態において、Ｚ１はデータ送信装置１の基準電位用電極１０と送信用電極２０間の人体のインピーダンス成分であり、Ｚ２はデータ送信装置１の送信用電極２０とデータ受信装置２の受信電極６０間における人体のインピーダンス成分であり、Ｚ３はデータ送信装置１の基準電位用電極１０と大地アース間の人体インピーダンス成分である。また、Ｚ４はデータ送信装置１の基準電位用電極１０と人体との界面のインピーダンス成分であり、Ｚ５はデータ送信装置１の送信用電極２０と人体との界面のインピーダンス成分であり、Ｚ６はデータ受信装置２の受信電極６０と人体との界面のインピーダンス成分である。また、交流信号に対しては、大地アース間及び大地アースと人体間はそれぞれ容量成分で結合されるため、その成分をそれぞれＺ７、Ｚ８としている。
【００２１】
図３に示す等価回路において、データ送信装置１が電極１０、２０を介して印加する変調信号は、ポイントＡ・Ｂ間に印加される電圧信号Ｖで示される。この電圧信号Ｖは、Ｚ４、Ｚ５のために減衰し、減衰した電圧信号Ｖ’がポイントＣ・Ｄ間にかかることになる。ここでデータ受信装置２の入力インピーダンスをＺｒとすると、データ受信装置２が検出する受信信号Ｖｒは、等価回路の構成より［数１］として検出される。この受信信号Ｖｒを、データ受信装置２の復調部７０でデータとして取り出すことにより、データ送信装置１からデータ受信装置２へのデータ通信が達成されるのである。
【００２２】
【数１】

このような原理に基づく人体を伝送路とするデータ通信装置にあっては、基本的には、通信時に図３に示す回路を形成する有線通信を用いた通信装置であるので、無線通信を用いた通信装置に比べて安価且つ小型なものにすることが可能になる。
【００２３】
さらに、上述したデータ通信装置にあっては、まずデータ送信装置１と人体との間で電気的な結合を行い、その人体と大地アースとを静電場結合させるようにしている。そして、基準電位の結合を、基準電位用電極１０と大地アースとの間で人体のインピーダンス成分Ｚ３を介してとるようにしているため、データ送信装置１の人体への取り付け位置やデータ受信装置２との距離に関係なく、安定した通信を行うことが可能になるのである。
【００２４】
上述したデータ送受信の方法にあっては、データ受信装置２は大地アースに接地されているものとしたが、必ずしも接地されている必要はない。すなわち、データ受信装置２と大地アースとが何らかの形で結合していればよく、例えば、図４及び図５に示すように、データ受信装置２の回路グランド６１を接続した筐体が大地アースと容量結合するようにしてもよい。また、必ずしも大地アースを使用する必要はなく、基準電位の伝達を果たすもので置き換えることが可能であり、図６及び図７に示すように、床面に金属板９０等を敷いて、その金属板９０とデータ受信装置２を接続するようにしてもよい。
【００２５】
なお、図８に示すように、伝送路となる人体のインピーダンス変化の影響を受けないようにするために、入力インピーダンス及び出力インピーダンスの調整が可能なインピーダンス調整部１００を付加するようにしてもよい。すなわち、人体のインピーダンスは、各個人によっても異なるが、同じ人であってもその部位やその日の状態で異なった値を示し、特にデータ送信装置１の取り付け部分のインピーダンスが低い場合、その影響により電圧印加部５０による送信電極１０、２０間への電圧印加が所定の値にならない場合がある。このような状態にある場合、インピーダンス調整部１００により、入力インピーダンスが非常に高く、出力インピーダンスが低いという特性をもたすように調整するのである。なお、本実施の形態のインピーダンス調整部１００にあっては、上述した特性をボルテージフォロア回路により実現するようになっている。これにより、伝送路となる人体のインピーダンス変化の影響を受けることなく、すなわち、個人特性や部位等の影響を受けることなく、所定の電圧が送信電極１０、２０間へ印加できるようになるのである。
【００２６】
また、データ送信装置１及びデータ受信装置２が備える電極１０、２０、６０の少なくとも１つを絶縁材料により構成した絶縁物電極とするようにしてもよい。すなわち、一般に金属と電解質との境界面を電流が横切る場合、電気二重層の形成により分極電圧が発生する。人体等の生体組織は電解質で構成されているため、データ送信装置１やデータ受信装置２の電極１０、２０、６０と人体との界面では分極電圧が発生し、これがノイズの原因となる場合がある。そこで、電極材料として誘電体材料からなる絶縁物電極を用いるようにすれば、絶縁物電極は生体組織と容量結合のみで結ばれることになるため、分極電位の影響を受けにくくなり、通信エラーを低減することが可能になる。
【００２７】
また、図９に示すように、データ送信装置１に２つの送信電極１０、２０間に流れる電流量を検出する電流検出部１１０と電圧印加部５０を制御する制御部１２０とを付加し、制御部１２０により電流検出部１１０で検出される電流量が予め定めた値となるように印加する電圧を制御するようにしてもよい。すなわち、人体の導体特性は個人特性や部位によって異なり、また同一人の同一部位であったとしてもそのときの皮膚の状態によって異なる。これによりデータ送信装置１において、同じ電圧印加を行ったとしても、流れる電流量が変わってしまうことがあり、その電流量があまりにも少ない場合にはデータ通信ができなくなる恐れがある。そこで、電流検出部１１０により送信電極１０、２０間に流れる電流量を検出し、制御部１２０によりその電流量を定められた値に保つように印加する電圧を制御するようにすれば、個人特性や部位、皮膚の状態等による差を低減することが可能となり、取り付け場所毎、個人毎、使用状況毎に出力調整する必要がなくなり至便である。
【００２８】
また、制御部１２０は、印加する電圧の制御で電流量が定められた値にならない場合、電圧の印加を中断するようにしてもよい。これにより、例えば、データ送信装置１を取り付けた部位に水などがかかっていて、通常よりも電流が流れ易くなっている状況において、人体に通常よりも大きな電流が流れることを防止することが可能になる。
【００２９】
次に、本実施の形態に係るデータ通信装置の具体的な構成について説明する。データ送信装置１は、図１０に示すように、指輪型に構成されている。データ送信装置１を構成する、発振部３０、変調部４０、電圧印加部５０といった各ブロックは、集積回路により構成されてリング内にＩＣ８０として埋め込まれ、ボタン電池９０により駆動されるようになっている。基準電位用電極１０と送信用電極２０は、人体に面するようにそれぞれ指輪のリング内側に形成されており、互いの間は絶縁材料で隔てられている。そして、このデータ送信装置１からは、各々のデータ送信装置１に割り当てられた固有のＩＤデータが送信されるようになっている。なお、データ送信装置１の形状はこれに限られる物ではなく、腕時計型やブレスレット型になすようにしてもよい。この場合、ディスク形状に形成したデータ送信装置１を電極１０、２０が人体側に露出するように時計の裏面に設けることになる。
【００３０】
また、データ送信装置１に送信しようとするデータを表示する表示部（図示せず）を設けるようにすれば、送信前にデータの内容を確認することができ至便である。
【００３１】
このようなデータ送信装置１を用いたデータ通信装置にあっては、自動車のドア等においてキーレスエントリーに用いることが可能になる。データ受信装置２は、自動車に搭載され、受信電極６０をドアの把手に組み込んでおく。そして、データ受信装置２が、その自動車に合致するＩＤデータを受信したときのみ自動車のドアを解錠するようにしておく。この構成により、その自動車に合致するＩＤデータが記憶されている指輪型のデータ送信装置１を身につけている人だけが、ドアを開けることが可能になるのである。なお、データ受信装置２の受信電極６０をハンドルに組み込む等により、エンジンの始動もキーレス化するようにしてもよい。
【００３２】
同様に、本実施の形態に係るデータ通信装置は、建物や居室のドアに用いられる電気錠等においてキーレス化することが可能になる。すなわち、例えば、データ受信装置２をドアに組み込み、ドアノブを受信電極６０そのものになるようにしておき、データ受信装置２が予め登録されているＩＤデータを受信したときのみ電気錠が開くようにしておくのである。これにより、登録されたＩＤデータを保持する指輪型のデータ送信装置１を身につけている人だけがドアを開けることが可能になるのである。
【００３３】
また、体温や血圧等を計測可能なバイタルセンサをデータ送信装置１に備えるようにし、計測されたバイタルデータを蓄積／管理する管理装置をデータ受信装置２に備えるようにしてもよい。このものにあっては、バイタルセンサにより計測されたデータをデータ送信装置１からデータ受信装置２に送信し、送信されたバイタルデータを管理装置にて管理するのである。データ送信装置１は人体に接触しているため、バイタルデータの計測を容易に行うことが可能になるとともに、データ受信装置２に人体が触れるだけで計測したバイタルデータが管理装置に入力されることになるため、バイタルデータを管理装置に入力する手間を大幅に低減することが可能になる。
【００３４】
なお、本発明のデータ通信装置は、上述したもののみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、小型かつ低コストな装置を用いて容易にデータの送受信が可能になるとともに、データ送信装置の取り付け位置の制約やデータ受信装置とデータ送信装置との距離の制約を受けることなく安定したデータ通信が可能となるデータ通信装置を提供することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】データ通信装置のブロック図であり、（ａ）はデータ送信装置を示し、（ｂ）はデータ受信装置を示す。
【図２】データ通信装置の模式図である。
【図３】データ通信装置の等価回路である。
【図４】他のデータ通信装置の模式図である。
【図５】他のデータ通信装置の等価回路である。
【図６】他のデータ通信装置の模式図である。
【図７】他のデータ通信装置の等価回路である。
【図８】他のデータ送信装置のブロック図である。
【図９】他のデータ送信装置のブロック図である。
【図１０】データ送信装置の外観図である。
【符号の説明】
１ データ送信装置
２ データ受信装置
１０ 基準電位用電極（送信電極）
２０ 送信用電極（送信電極）
３０ 発振部
４０ 変調部
５０ 電圧印加部
６０ 受信電極
７０ 復調部

Claims (8)

1. 人体に接する２つの送信電極と、交流信号を生成する発振部と、送信するデータに基づいて前記交流信号を変調する変調部と、変調部により変調された変調信号に対応する電圧を前記２つの送信電極間に印加する電圧印加部とを備え、前記２つの送信電極は外部へのデータ通信方向に沿って互いに離間して配置するようにしたことを特徴とするデータ送信装置。
2. 前記送信電極を絶縁材料により構成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のデータ送信装置。
3. 前記送信電極間に流れる電流量を検出する電流検出部と、前記電圧印加部において印加する電圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電流検出部により検出された電流量が予め定めた値となるように制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のデータ送信装置。
4. 前記制御部は、印加する電圧の制御で電流量が定められた値にならない場合、電圧の印加を中断するようにしたことを特徴とする請求項３記載のデータ送信装置。
5. ディスク形状にて構成されており、前記２つの送信電極が前記ディスクの一面に離間して配置されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のデータ送信装置。
6. リング形状にて構成されており、前記２つの送信電極が前記リングの内面に離間して配置されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載のデータ送信装置。
7. 送信しようとするデータを表示するための表示部を備えるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６記載のデータ送信装置。
8. 装着された人体の状態を検出するセンサ部を備え、センサ部により検出されたデータを送信するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７記載のデータ送信装置。

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