JP4231546B2 - データ通信システム - Google Patents

Description

本発明は、人体のような伝送媒体を介して送受信を行うデータ通信システムに関する。

近年の技術発達に伴い、全く新しい通信方法として人体などに誘導される電界を用いる通信方法が提案されている。このような通信システムとしては、特許文献１に開示されているものがある。この通信システムにおいては、情報信号を変調して得られた変調信号に対応した電界を送信機から伝送媒体である人体に付与して、人体を伝送した電界を受信機において検出し、その電界に対応する信号を復調する。
特表平１１−５０９３８０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された通信システムにおいては、送信機から人体に送られた電界の多くが人体からグランドに流れてしまうので、受信機における受信感度が悪いという問題があり、通信を実現させるためには、十分に高感度な受信機を用いるか、送信機の送信パワーを大きくする必要があり、実用化に適していない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、実用的な受信機を用いつつ、かつ、比較的小さい送信パワーで通信を行うことができるデータ通信システムを提供することを目的とする。

本発明のデータ通信システムは、情報信号を電界に変調する変調手段を有する送信機と、前記電界を前記情報信号に復調する復調手段を有する受信機と、前記電界を介して前記情報信号を伝送し、前記送信機又は前記受信機を携帯する伝送媒体と、前記送信機又は前記受信機を固定機器として設置すると共に前記伝送媒体が接触する床材と、を具備し、前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際に前記伝送媒体が接触する通信領域を有し、前記通信領域が前記床材のグランドに対して電気的に浮かせた状態であると共に、前記伝送媒体が接触する前記通信領域とグランドとの静電容量が、前記受信機と前記伝送媒体との間の静電容量と同じ又はそれ以下であることを特徴とする。

この構成によれば、伝送媒体が接触して、送信機と受信機との間でデータ通信を行う通信領域が床材のグランドに対して電気的に浮かせた状態であるので、送信機から伝送媒体に送られた電界の多くが伝送媒体から床材のグランドに流れてしまうことを抑制する。このため、情報信号に対応する電界が受信機に達する伝送効率を高めることができる。その結果、実用的な受信機を用いつつ、かつ、比較的小さい送信パワーで通信を行うことができる。また、この構成によれば、送信機の送信パワーを抑えることができ、携帯機器のバッテリ寿命を延ばすことができる。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記伝送媒体が接触する前記通信領域とグランドとの間の静電容量が１０ｐＦ以下であることが好ましい。この構成によれば、送信機の送信パワーを抑えることができ、携帯機器のバッテリ寿命を延ばすことができる。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記通信領域は、前記床材を貫通するように設けられた排水領域と、前記排水領域を覆う網目状部材と、を有することが好ましい。この構成によれば、床材に水分が持ち込まれる場合であっても、水分を迅速に排水して、送信機から伝送媒体に送られた電界が伝送媒体から床材のグランドに流れてしまうことを抑制することができる。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記伝送媒体が前記通信領域に進入したとき又は進入する前に前記伝送媒体の帯電を中和する除電手段をさらに具備することが好ましい。この構成によれば、帯電した伝送媒体が固定機器に近づいたときの放電を防止することができる。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記床材を乾燥する乾燥手段をさらに具備することが好ましい。この構成によれば、床材や伝送媒体に結露があっても、これを乾燥して安定した通信状態を維持することができる。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記床材は、前記通信領域が前記床材のグランドに対して電気的に浮かせた状態であることを監視する監視手段をさらに具備することが好ましい。この構成によれば、システムの異常を迅速に利用者に通知することが可能となる。

本発明のデータ通信システムでは、前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高いインピーダンスを有し、前記キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するインピーダンス部材を介してグランドと接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、インピーダンス素子はデータ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高いインピーダンスを有するので、伝送媒体表面の電位が大きくなり、送信機から伝送媒体に送られた電界の多くが伝送媒体から床材のグランドに流れてしまうことを抑制する。このため、情報信号に対応する電界が受信機に達する伝送効率を高めることできる。また、さらにインピーダンス素子は、キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するので、静電気による電荷をグランドに逃がすことができる。したがって、この構成によれば、送信電力を抑えて、安価な受信機でも確実な通信を行うことができると共に、静電気対策を講じることができる。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記インピーダンス部材は、前記床材と前記グランド間に配置される容量素子と、前記容量素子と並列接続される抵抗またはインダクタとからなることが好ましい。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際に前記伝送媒体が接触する通信領域と、前記通信領域と略並行に配置されたグランド電極とを備え、前記容量素子は前記通信領域と前記グランド電極間に形成される静電容量であることが好ましい。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記通信領域と前記グランド電極の間に多孔質の誘電体を配置することが好ましい。この構成によれば、多孔質部材の平均の誘電率が小さくなるため、床材とグランドとの間の静電容量を所定の値にする際に、同じ面積であれば、多孔質部材の厚さを薄くすることができる。

本発明のデータ通信システムにおいては、前記インピーダンス部材のインピーダンスが、前記キャリア周波数において最大となることが好ましい。

本発明のデータ通信システムは、情報信号を電界に変調する変調手段を有する送信機と、前記電界を前記情報信号に復調する復調手段を有する受信機と、前記電界を介して前記情報信号を伝送し、前記送信機又は受信機を携帯する伝送媒体と、前記送信機又は前記受信機を固定機器として設置すると共に前記伝送媒体が接触する床材と、を具備し、前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際に前記伝送媒体が接触する通信領域を有し、前記通信領域が前記床材のグランドに対して電気的に浮かせた状態であるので、送信機から人体に送られた電界が人体からグランドに流れてしまうことを抑制して、比較的小さい送信パワーで通信を行うことができる。このため、ＩＣカードなどの送信モジュールを搭載した機器の消費電力を抑えて、バッテリ寿命を延ばすことができる。

また、前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高いインピーダンスを有し、前記キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するインピーダンス素子を介してグランドに接続されているので、送信機から人体に送られた電界が人体からグランドに流れてしまうことを抑制して、実用的な受信機を用いつつ、かつ、比較的小さい送信電力で通信を行うことができ、しかも静電気対策を講じることができる。

本発明の実施の形態１に係るデータ通信システムを示す図である。 図１に示す通信システムの等価回路を示す図である。 人体表面電位振幅と人体−グランド間容量との間の関係を示す図である。 人体表面電位振幅と人体−グランド間容量との間の関係を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２にデータ通信システムを示す概略構成図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は側面図を示す。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３にデータ通信システムを示す概略構成図である。 本発明の実施の形態４にデータ通信システムを示す概略構成図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態５にデータ通信システムを示す概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すデータ通信システムのモニターの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るデータ通信システムを示す図である。 図９に示す通信システムの等価回路を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、床材構成の例を示す図である。 人体表面電位と周波数との間の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、本発明に係るデータ通信システムを電子マネーシステムに応用する場合について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るデータ通信システムを示す概略構成図である。また、図２は、図１に示すデータ通信システムの等価回路を示す図である。

図１は、携帯機器１をユーザが胸のポケットなどに入れて携帯した状態で、データ読み取り器などの固定機器３に手をかざして、手からデータを読み取っている場合を示す。すなわち、図１に示すデータ通信システムは、電界を介して情報信号を伝送する伝送媒体である人体２と、情報信号を変調した電界を付与する送信機を搭載した携帯機器１と、人体２を介して電界を検出し、その電界を情報信号に復調する受信機を備えた固定機器３と、固定機器３の近傍に設置すると共に人体２と接触する床材４Ａとから主に構成されている。

本発明に係るデータ通信システムにおいては、携帯機器１としては、通信モジュールを備えたＩＣカードや携帯電話などを挙げることができる。また、固定機器３としては、ＡＴＭ、電子マネー、各種ＩＣカードなどのリーダライタなどを挙げることができる。また、固定機器３には、人体２が近づくことによりデータ通信を行うための通信用電極３１が設けられている。なお、人体２と固定機器３との間は静電結合されていれば良いので、通信用電極３１の表面は絶縁材料で被覆されていても良い。

床材４Ａは、携帯機器１と固定機器３との間でデータ通信を行う際に人体２が接触する通信領域４１を有し、通信領域４１が床材４Ａのグランドに対して電気的に浮かせた状態である。床材４Ａの通信領域４１は、床材４Ａのグランドに対して電気的に浮かせた状態にするために、床材４Ａをコンクリートや強化プラスチックなどで構成し、その上に通信領域４１として平板状の絶縁性部材を配置することが好ましい。また、通信領域４１に導電性部材を用いる場合は、通信領域４１が床材４Ａのグランドに電気的に接続されないように、通信領域４１と床材４Ａの間に絶縁材などを配置する構成が好ましい。なお、床材４Ａのグランドと導通しないのであれば、通信領域４１上にカーペットなどを敷設しても良い。

このように、通信領域４１が床材４Ａのグランドに対して電気的に浮かせた状態にすること、すなわち通信領域４１を床材４Ａのグランドから絶縁状態とすることにより、携帯機器１から人体２に送られた信号が、人体２から床材４Ａを経由してグランドに流れることを抑制し、信号が固定機器３に到達する伝送効率を向上させることができる。その結果、情報信号に対応する電界が固定機器３に達する伝送効率を高めることできる。その結果、実用的な受信機を用いつつ、かつ、比較的小さい送信パワーで通信を行うことができる。

この通信システムにおいては、図２に示すように、送信機を備えた携帯機器１と伝送媒体である人体２との間、及び受信機を備えた固定機器３と人体２との間は、コンデンサを介して電気的に容量結合しており、情報信号を変調した電界により情報信号を伝送するようになっている。この場合、人体２には、変位電流は流れるが定常電流は流れないので、電気的に導通している必要が無い。したがって、例えば携帯機器１をポケットに入れたままでも、薄い布を介して携帯機器１と人体２との間が容量結合するので、情報信号の伝送が可能である。

上記構成を有するデータ通信システムにおいて、データ通信を行う場合の動作について説明する。まず、携帯機器１において、人体２が導電性を示す周波数（数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の搬送波を情報信号で変調して変調信号を得る。この変調信号は、増幅され、電圧変化に変換されることにより、変調信号に対応する電界となる。そして、この電界が人体２に付与される。なお、携帯機器１における変調方式については特に制限はない。

人体２に付与された電界は、固定機器３の通信用電極３１で受けられる。通信用電極３１に電界が加わると、物理量（誘導起電力、誘導電流）が誘起され、物理量が信号検出回路（図示せず）で検出される。信号検出回路で検出された物理量は、復調回路（図示せず）に送られ、復調回路において携帯機器１で使用した搬送波を用いて復調して情報信号を取得する。このようにして、人体を伝送媒体としてデータの送受信を行うことができる。

図２に示す等価回路において、送信機としての携帯機器１と人体２との間の静電容量をＣthとし、受信機としての固定機器３と人体２との間の静電容量をＣrhとし、床材４Ａのグランドと人体２との間の静電容量をＣghとし、携帯機器１と床材４Ａのグランドとの間の静電容量をＣtgとし、固定機器３とグランドとの間の静電容量をＣrgとする。また、携帯機器１は信号源であり交流源として示し、人体２を導電体として扱い、固定機器３が床材４Ａのグランドに電気的に接続されているとしている。なお、固定機器３を送信機とし、携帯機器１を受信機とした場合でも、等価回路は同様となることは当業者であれば容易に理解できる。

このような構成において、携帯機器１からの信号を効率良く伝送するためには、固定機器３とグランドとの間の静電容量Ｃrgや、携帯機器１とグランドとの間の静電容量Ｃtgは大きい方が好ましく、人体２とグランドとの間の静電容量をＣghは小さい方が好ましい。すなわち、人体２を介したデータ通信の際には、人体とグランドとの間の静電容量をＣghを小さくし、それ以外の場合に人体とグランドとの間の静電容量ＣrgやＣghを大きくすることにより、信号の漏れを小さくすることができる。

ここで、図２に示す等価回路における実際の数値は、携帯機器１と人体２との間の静電容量Ｃthが約１０ｐＦ、固定機器３と人体２との間の静電容量Ｃrhが約１０ｐＦないし３０ｐＦ、携帯機器１とグランドとの間の静電容量Ｃtgが約１０ｆＦ、固定機器３とグランドとの間の静電容量Ｃrgが約１ｎＦと想定した。また、携帯機器１、すなわち信号源からの信号を周波数１０ＭＨｚ、振幅±１Ｖとした場合の、人体２の表面に誘起される表面電位振幅Ｖ（Ｖｐｐ）と、人体−グランド間の静電容量Ｃghとの関係をシミュレーションした。その結果を図３に示す。

図３から分かるように、固定機器３と人体２との間の静電容量Ｃrhが１０ｐＦでも３０ｐＦでも、人体−グランド間の静電容量Ｃghが小さいほど人体の表面電位振幅は大きくなり、信号を読み取り易くなっている。また、図３から分かるように、データを読み取る固定機器３と人体２との間の静電容量Ｃrhが３０ｐＦについてはＣghが３０ｐＦ付近で、静電容量Ｃrhが１０ｐＦについては静電容量Ｃghが１０ｐＦ付近で、特性曲線の傾き（特性曲線の接線の傾き）が変っている。このことから、静電容量Ｃghを削減するためには、その値を静電容量Ｃrh以下に設定することが好ましい。すなわち、人体２が接触する床材４Ａの通信領域４１のグランドに対する静電容量が、固定機器３と人体２との間の静電容量と同じ又はそれ以下であることが好ましい。これにより、携帯機器１における送信機の送信パワーを抑えることができ、携帯機器１のバッテリ寿命を延ばすことができる。

また、上記の条件で、固定機器３と人体２との間の静電容量Ｃrhを１０ｐＦに固定し、信号源の振幅を±３Ｖから±０．３Ｖまで振って、図２と同様に人体の表面電位振幅と人体−グランド間の静電容量Ｃghとの関係をシミュレーションした。その結果を図４に示す。なお、図４において、安価な受信機でも受信し易い表面電位振幅が０．３ｍＶのところを点線で示した。

床材４Ａの通信領域４１がグランドに電気的に接続されている場合の人体２とグランドとの間の静電容量Ｃghは、靴底がゴムなどであることを想定すると１００ｐＦ〜１３０ｐＦ程度と見積もられる。図４から分かるように、本発明に係る構成ではなく、床材４Ａの通信領域４１がグランドに電気的に接続された場合には、信号源の振幅は±１Ｖでは表面電位振幅が０．３ｍＶには届かず、３Ｖ近くまで大きくする必要がある。一方、本発明に係る構成で、静電容量Ｃghを１０ｐＦ以下にすれば、信号源の振幅は±０．３Ｖでも表面電位振幅が０．３ｍＶに到達する。したがって、静電容量Ｃghを１０ｐＦ以下とすることにより、すなわち、人体２が接触する床材４Ａの通信領域４１のグランドに対する静電容量が１０ｐＦ以下にすることにより、安価な受信機を使って実用的なシステムを組むことができ、また携帯機器側の消費電力も低く抑えることができる。

なお、本実施の形態においては、携帯機器１を送信機とし、固定機器３を受信機とした場合について説明しているが、本発明においては、携帯機器を受信機とし、固定機器を送信機としても良い。この場合でも、上記の等価回路や効果は同様である。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、本発明に係るデータ通信システムを自動改札口や入退場ゲートに応用した場合について説明する。

図５（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２にデータ通信システムを示す概略構成図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は側面図を示す。例えば、本発明に係るデータ通信システムを自動改札口などのゲートに応用する場合、図５（ａ）に示すように、通信用電極３１を有する固定機器３（受信機）がゲートであり、そのゲートが設置された床材４Ａには通信領域４１が設けられている。そして、このゲートを携帯機器１（送信機）を携帯した人体２が通過することになる。

このゲートは、屋根はあってもほとんど屋外と同様な環境であるため、雨や雪などの天候の影響も考慮する必要がある。この場合、図５（ｂ）に示すように、通信領域４１を、床材４Ａを貫通するように設けられた排水領域４３と、排水領域４３を覆う網目状部材４２とで構成することが好ましい。この場合、網目状部材４２は絶縁性材料で構成してもよく、また一般的な金属材で構成し、絶縁性金具等により床材４Ａに取り付けても良い。このように、排水領域４３と網目状部材４２を用いることにより、通信領域４１の下方に空間を設けて通信領域４１の表面に水分が溜まることを防止している。これにより、水分で床材４Ａの通信領域４１がグランドと電気的に導通してしまうことを防止できる。このため、床材４Ａに水分が持ち込まれる場合であっても、水分を迅速に排水して、携帯機器１から人体２に送られた電界が人体２から床材４Ａのグランドに流れてしまうことを抑制することができる。

なお、本実施の形態における構造において、水分がグランドと電気的に導通することを防止するため、排水領域４３における壁面を絶縁体としても良い。また、本実施の形態においても、携帯機器１を受信機とし、固定機器３を送信機としても良い。

（実施の形態３）
本実施の形態においては、本発明に係るデータ通信システムを自動改札口や入退場ゲートに応用し、静電気対策を施した場合について説明する。

図６（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態３にデータ通信システムを示す概略構成図である。冬などの空気の乾燥した時期には、人体２が帯電しやすくなっている。特に、本発明に係るデータ通信システムにおいては、人体２をグランドから浮いた状態にするため、帯電している人体２とグランドとの間の電位差は通常よりも大きくなるため、手などを固定機器３の通信用電極３１に近づけた際に、放電する可能性が高い。

そこで、本実施の形態においては、図６（ａ）に示すように、人体２の帯電を中和する除電ブロワ３２を固定機器３に設ける。これにより、人体２が自動改札口のゲートの通信領域４１に進入したとき又は進入する前に人体２の除電を行う。したがって、除電ブロワ３２を設置する位置は、人体２の進行方法（矢印方向）に向かって通信用電極３１の手前に設ける。また、図６（ｂ）に示すように、双方向通行可能なゲートにおいては、いずれの進行方向でもデータ通信を行う前に人体２の除電を行うことができるように、ゲートの両側に除電ブロワ３２を設ける。このような構成により、帯電した人体２が固定機器３に近づいたときの放電を防止することができる。

なお、除電効果を高めるためには、除電エリアの床材４Ａも通信用の電極領域と同様にグランドから浮かせた方が望ましい。また、除電ブロワ３２については、人体２を介した通信に使う周波数のノイズを発生させないように、通信に使用する周波数と異なる周波数で駆動したり、除電ブロワ３２自体をシールドすることが好ましい。

（実施の形態４）
本実施の形態においては、本発明に係るデータ通信システムを自動改札口や入退場ゲートに応用し、結露防止対策を施した場合について説明する。

図７は、本発明の実施の形態４のデータ通信システムを示す概略構成図である。図７に示す構成においては、床材４Ａを乾燥する乾燥手段であるランプヒータ３３を設ける。これにより、床材４Ａや人体２に結露があっても、これを乾燥して安定した通信状態を維持することができる。

図７に示す構成においては、結露が予測される状態を感知し、その場合にランプヒータ３３を作動させることが好ましい。この場合、結露を予測する方法としては、例えば、ゲート付近や通信領域４１の温度や湿度を監視し、その温度や湿度に応じて結露を予測するなどの方法を挙げることができる。また、乾燥手段としてランプヒータ３３の代わりに、送風機を用いても良い。なお、乾燥手段として送風機を用いる場合には、上記実施の形態３のように除電ブロワ３２を設けて、その風を利用しても良い。

（実施の形態５）
本実施の形態においては、本発明に係るデータ通信システムを自動改札口や入退場ゲートに応用し、床材Ａの通信領域がグランドに対して浮いている状態であるかを監視する場合について説明する。

図８（ａ）は、本発明の実施の形態５のデータ通信システムを示す概略構成図であり、図８（ｂ）は、（ａ）に示すデータ通信システムのモニターの概略構成を示す図である。図８（ａ）に示す構成においては、床材４Ａは、通信領域４１が床材４Ａのグランドに対して電気的に浮かせた状態であることを監視する監視手段であるモニター４４を備える。この場合、通信領域４１は網目状部材４２からなり、その一部が金属などの導電体で構成されている。また、この導電体にモニター４４が電気的に接続される。このとき、モニター４４は、床材４Ａのグランドから電気的に浮いた状態になるように絶縁体で支持される。これにより、システムの異常を迅速に利用者に通知することが可能となる。

モニター４４は、例えば、図８（ｂ）に示すように、スイッチ４４１と、タイマー４４２と、計測器４４３と、判定部４４４とから主に構成されている。スイッチ４４１は、床材４Ａの通信領域４１が計測時以外にグランドから電気的に浮いた状態となるように切り替える。タイマー４４２は、間欠的に通信領域４１の電気的な状態を測定する際の時間間隔を計測する。計測器４４３は、通信領域４１とグランドとの間の電気抵抗、静電容量、あるいはインピーダンスなどを計測する。判定部４４４は、計測器４４３での計測結果に基づいて異常であるかどうかを判定する。判定部４４４からの判定結果信号は、データ通信に影響するかどうかの判定結果であるので、システムの管理者などに通知される。また、システム異常と判定されたときに、警告音を鳴らすように制御しても良い。なお、モニター４４における構成及びその制御については一例であり、適宜変更して実施することができる。

なお、通信領域については、床材のグランドに対して電気的に浮かせた状態であれば良く、上記実施の形態１〜５に記載した構成以外の構成であっても良い。また、上記実施の形態１〜５は、適宜組み合わせて実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態においては、人体２が接触する床材４Ｂの通信領域を、データ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高いインピーダンスを有し、キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するようにした場合について説明する。

図９は、図1と同様に、電界を介して情報信号を伝送する伝送媒体である人体２と、情報信号を変調した電界を付与する送信機を搭載した携帯機器１と、人体２を介して電界を検出し、その電界を情報信号に復調する受信機を備えた固定機器３と、固定機器３の近傍に配置すると共に人体２と接触する床材４Ｂとから主に構成されたデータ通信システムを示す。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、具体的な床材４Ｂの構成を示す図である。データ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高いインピーダンスを有し、キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するためには、例えば、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、床材４Ｂは、電極（通信領域）４５、グランド電極５、およびそれらの間に配置された誘電体で構成された部材（誘電部材）６で構成される。この構成により、床材４Ｂの電極４５とグランド電極５との間に静電容量が形成される。

この誘電部材６は、例えば多孔質部材であることが好ましい。誘電部材６を多孔質部材とすることにより、誘電部材６の平均の誘電率が小さくなる。このため、多孔質部材では無い誘電部材を使用する場合に比べて、誘電部材６の厚さを薄くすることができる。誘電部材６としては、例えば、テフロン（登録商標）樹脂やＡＢＳ樹脂などの樹脂材料、あるいはセラミックス材料で構成された多孔体を用いることができる。

さらに、図１１（ａ）では、電極４５が抵抗素子７を介してグランド電極５と接続されると共に誘電部材６による容量を介してグランド電極５と接続されている。これにより、抵抗及び容量が並列接続されて、ローパスフィルタが構成される。

また、図１１（ｂ），（ｃ）では、インダクタ素子８を介してグランド電極５と接続されると共に誘電部材６による容量を介してグランド電極５と接続されている。これにより、インダクタンス及び容量が並列接続されて、共振回路が構成される。共振回路を構成するインダクタとしては、図１１（ｂ）に示すように、インダクタ素子８ａを用いても良く、図１１（ｃ）に示すように、電極４５上にパターン形成されたインダクタパターン８ｂを用いても良い。

この通信システムにおいては、実施の形態１と同様に、携帯機器１から人体２に付与された電界は、固定機器３の通信用電極３１で受けられる。通信用電極３１で受けた電界は信号検出回路（図示せず）で検出され、復調回路（図示せず）に送られる。復調回路において携帯機器１で使用した搬送波を用いて復調して情報信号を取得する。

本実施の形態６における等価回路を図１０に示す。図１０において、送信機としての携帯機器１と人体２との間の静電容量をＣthとし、受信機としての固定機器３と人体２との間の静電容量をＣrhとし、床材４Ｂの電極４５と人体２との間の静電容量をＣfhとし、携帯機器１と床材４Ｂのグランドとの間の静電容量をＣtgとし、固定機器３とグランドとの間の静電容量をＣrgとし、床材４Ｂの電極４５とグランドとの間のインピーダンスをＺgfとする。また、携帯機器１は、信号源であり、交流源として示し、人体２を導電体として扱い、固定機器３が床材４Ｂのグランドに電気的に接続されているとしている。なお、固定機器３を送信機とし、携帯機器１を受信機とした場合でも、等価回路は同様となることは当業者であれば容易に理解できる。

このような構成において、床材４Ｂとグランドとの間のインピーダンスＺgfを、データ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高く調整するので、人体２の表面電位を高くすることができ、携帯機器１からの信号を効率良く伝送することができる。また、キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いように調整することにより、人体２の表面電位を低くすることができ、静電気等の電荷をグランドに効率良く逃がすことができる。

ここで、図１０に示す等価回路に基づいて、交流電源から１Ｖp-pの振幅で信号を供給し、インピーダンスＺgfをローパスフィルタで構成した場合の人体表面電位と周波数との間の関係をシミュレーションした。その結果を図１２に示す。また、交流電源から１Ｖp-pの振幅で信号を供給し、インピーダンスＺgfを共振回路で構成した場合の人体表面電位と周波数との間の関係をシミュレーションした。その結果を図１２に併記する。なお、この場合、携帯機器１と人体２との間の静電容量Ｃthを１０ｐＦとし、固定機器３と人体２との間の静電容量Ｃrhを１０ｐＦとし、携帯機器１と人体２との間の静電容量Ｃtgを１０ｆＦとし、固定機器３とグランドとの間の静電容量Ｃrgを１ｎＦとした。また、キャリア周波数を１０ＭＨｚと想定した。

ここで、ローパスフィルタの具体的な構成を図１１（ａ）に示す。床材４Ｂはその表面を導電材による電極（通信領域）４５とし、面積を９００ｃｍ2（３０ｃｍ×３０ｃｍ）とする。そして、誘電部材６には多孔質部材（厚さ１０ｃｍで比誘電率１．３＝１０ｐＦ）を用い、抵抗素子７には３０ｋΩのものを用いた。また、３０ｋΩの抵抗と１０ｐＦの容量とは並列接続した。

また共振回路の具体的な構成を、図１１（ｂ）又は図１１（ｃ）に示す。図１１（ｂ）に示す構造においては、床材４Ｂは電極４５の面積を９００ｃｍ2（３０ｃｍ×３０ｃｍ）とし、誘電部材６には多孔質部材（厚さ９ｃｍで比誘電率１．３＝１１．５ｐＦ）を用い、インダクタ素子８ａには２２μＨのものを用いた。また、２２μＨのインダクタンスと１１．５ｐＦの容量とは並列接続した。また、図１１（ｃ）に示す構造においては、床材４Ｂは電極４５の面積を９００ｃｍ2（３０ｃｍ×３０ｃｍ）とし、誘電部材６には多孔質部材（厚さ９ｃｍで比誘電率１．３＝１１．５ｐＦ）を用い、インダクタパターン８ｂは、床材４Ｂの電極４５の周りに配設した。また、２２μＨのインダクタンスと１１．５ｐＦの容量とは並列接続した。

グランドに電気的に接続された床材４Ｂの静電容量（床材４Ｂと人体２との間の静電容量Ｃfh）は、靴底がゴムなどであることを想定すると１１０ｐＦ程度と見積もられる。本発明に係る構成ではなく、グランドに電気的に接続された床材４Ｂの場合には、表面電位が０．０９ｍＶ程度である。一方、本発明に係る構成では、図１２から分かるように、インピーダンスＺgfをローパスフィルタで構成した場合は表面電位が１ｍＶ程度であり、インピーダンスＺgfを共振回路で構成した場合は表面電位が１２ｍＶ程度である。

このように、本実施の形態では、床材４Ｂとグランドとの間のインピーダンスを適切に調整する。具体的には、データ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高いインピーダンスを有し、かつキャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するように調整する。この為、キャリア周波数において、伝送媒体である人体２表面の電位が大きくなり、送信機から人体２に送られた電界の多くが人体２から床材４Ｂのグランドに流れてしまうことが抑制され、情報信号に対応する電界が受信機に達する伝送効率を高めることできる。また、キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するので、静電気による電荷をグランドに逃がすことができる。したがって、この構成によれば、送信電力を抑えて、安価な受信機でも確実な通信を行うことができると共に、静電気対策を講じることができる。

また、図１２の例から分るように、インピーダンスＺgfが、キャリア周波数において最大となることが好ましい。このように調整することにより、データ通信の伝送効率が向上するために、送信電力をより抑えることができる。このため、ＩＣカードなどの送信モジュールを搭載した機器の消費電力を抑えて、バッテリ寿命を延ばすことができる。

なお、上記実施の形態においては、誘電部材として多孔質部材を用いた場合について説明しているが、本発明においては、床材の下側に穴を設けてインピーダンスを調整するようにしても良い。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

なお、上記の実施の形態１〜６においても、携帯機器１を送信機又は受信機とし、固定機器３を受信機又は送信機とすることができる。

本発明は上記実施の形態１〜６に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、携帯機器と固定機器に送信機／受信機をそれぞれ組み込むことにより、双方向通信ができるようにしても良い。また、上記実施の形態１〜６は、適宜組み合わせて実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

Claims (14)

1. 情報信号を電界に変調する変調手段を有する送信機と、前記電界を前記情報信号に復調する復調手段を有する受信機と、前記電界を介して前記情報信号を伝送し、前記送信機又は前記受信機を携帯する伝送媒体と、前記送信機又は前記受信機を固定機器として設置すると共に前記伝送媒体が接触する床材と、を具備し、前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際に前記伝送媒体が接触する通信領域を有し、前記通信領域が前記床材のグランドに対して電気的に浮かせた状態であると共に、前記伝送媒体が接触する前記通信領域とグランドとの静電容量が、前記受信機と前記伝送媒体との間の静電容量と同じ又はそれ以下であることを特徴とするデータ通信システム。
2. 前記伝送媒体が接触する前記通信領域とグランドとの間の静電容量が１０ｐＦ以下であることを特徴とする請求項１記載のデータ通信システム。
3. 前記通信領域は、前記床材を貫通するように設けられた排水領域と、前記排水領域を覆う網目状部材と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデータ通信システム。
4. 前記伝送媒体が前記通信領域に進入したとき又は進入する前に前記伝送媒体の帯電を中和する除電手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のデータ通信システム。
5. 前記床材を乾燥する乾燥手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のデータ通信システム。
6. 前記床材は、前記通信領域が前記床材のグランドに対して電気的に浮かせた状態であることを監視する監視手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のデータ通信システム。
7. 情報信号を電界に変調する変調手段を有する送信機と、前記電界を前記情報信号に復調する復調手段を有する受信機と、前記電界を介して前記情報信号を伝送し、前記送信機又は前記受信機を携帯する伝送媒体と、前記送信機又は前記受信機を固定機器として設置すると共に前記伝送媒体が接触する床材と、を具備し、前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際のキャリア周波数において相対的に高いインピーダンスを有し、前記キャリア周波数よりも低い周波数において相対的に低いインピーダンスを有するインピーダンス部材を介してグランドと接続されていることを特徴とするデータ通信システム。
8. 前記インピーダンス部材は、前記床材と前記グランド間に配置される容量素子と、前記容量素子と並列接続される抵抗とからなることを特徴とする請求項７記載のデータ通信システム。
9. 前記インピーダンス部材は、前記床材と前記グランド間に配置される容量素子と、前記容量素子と並列接続されるインダクタとからなることを特徴とする請求項７記載のデータ通信システム。
10. 前記床材は、前記送信機と受信機との間でデータ通信を行う際に前記伝送媒体が接触する通信領域と、前記通信領域と略並行に配置されたグランド電極とを備え、
    前記容量素子は前記通信領域と前記グランド電極間に形成される静電容量であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のデータ通信システム。
11. 前記通信領域と前記グランド電極の間に多孔質の誘電体を配置したことを特徴とする請求項１０記載のデータ通信システム。
12. 前記インピーダンス部材のインピーダンスが、前記キャリア周波数において最大となることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれかに記載のデータ通信システム。
13. 前記送信機が携帯機器であり、前記受信機が固定機器であることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載のデータ通信システム。
14. 前記送信機が固定機器であり、前記受信機が携帯機器であることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載のデータ通信システム。

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