JP4396739B2

JP4396739B2 - 情報伝達方法、情報伝達システム、情報受信装置及び情報送信装置

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Publication number: JP4396739B2
Application number: JP2007193623A
Authority: JP
Inventors: 研一川崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: US20090029648A1; JP2009033343A; US8260194B2

Description

本発明は、ミリ波帯域（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）の電波を用いた情報伝達方法、情報伝達システム、情報受信装置及び情報送信装置に関する。

一般に、電磁波による情報の伝達は、マイクロ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）以下の周波数で行われている。マイクロ波帯以下の周波数では、例えば送信装置の変調回路を用いて信号を電気的に変調し、変調した信号を送信アンテナで受信装置に送信し、受信装置の受信アンテナで受信し復調回路を用いて復調する。

ミリ波帯域以上の電波は、例えば特許文献１にも記載されているように、「光と異なり、物体を透過する能力が優れており、霧、布、紙などで遮蔽された物体の映像を得るために利用され」ている。
特開２００３−０５０２７７号公報（段落［０００２］）

しかしながら、「ミリ波の映像を得るためには技術的に多くの困難がある。特に、高周波の回路技術は現状で実現のための大きな障壁である」と特許文献１にも記載されているように、マイクロ波帯以下の周波数で行われている上記の従来どおりの通信方法をミリ波帯域に適用しても、ミリ波帯域の電波の特質のメリットと技術上のデメリットとを比較するとデメリットの方が大きくなると思われる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ミリ波帯域における技術上のデメリットを極力なくし、ミリ波帯域の電波の特質を生かした全く新規な通信方式を用いた情報伝達方法、情報伝達システム、情報受信装置及び情報送信装置を提供することにある。

近年デバイスの性能の向上から、ミリ波帯での通信の実現も一般的になる可能性が強くなってきた。このようなミリ波帯の波長は空気中で約１ｍｍ〜１０ｍｍと短い。したがって電波の指向性を所望の方向に絞ったり、ドップラーレーダを構成することで、送信側の小さい振動を検知したりすることが可能になってきている。たとえば２７ＧＨｚ程度の信号でも１０μｍ程度の振動も検知できることが報告されており、周波数を上げればもっと感度が上がる。本発明はこのようなミリ波帯域の電波の特質を生かした全く新規な情報伝達方法である。

すなわち、本発明に係る情報伝達方法は、受信側がミリ波帯域の電波を送信し、送信側が送信する第１の情報に応じて前記送信された電波を振動させつつ反射し、前記受信側が前記反射された電波を受信し、ドップラーレーダ機能、すなわち前記送信した電波と前記受信した電波との位相差に基づき前記第１の情報を復元するものである。

本発明では、ドップラーレーダ機能を利用することで、送信側はミリ波帯域の電波の反射及び振動以外にミリ波特有の回路を持つ必要なく、防音壁などを介してもミリ波が伝播すれば情報の伝達が可能となる、波長の短いミリ波を用いるので指向性の高い通信が可能となる、などのミリ波帯域の電波の特質を生かしつつ情報の伝達が可能となる。

前記送信側は、スピーカ上にミリ波帯域の電波を反射する反射構造を設け、前記第１の情報に応じて前記スピーカにより前記反射構造を振動させることで、前記第１の情報に応じて前記送信された電波を振動させつつ反射することが特に好ましい形態である。

これにより、特にスピーカを有する従来の機器に本発明を適用することで、新たにスペースを確保することなく、ミリ波帯での独立した情報伝達手段を追加することができる。一方、反射構造はスピーカの表面近くに設けることができるため、スピーカ内の構造の制約を受けない。

前記送信側は、前記送信する第１の情報に少なくとも前記スピーカから出力される可聴音を再生することを可能とする可聴音情報を含めてもよい。

これにより、スピーカからの通常の音声の情報も受信側へ伝送することも可能である。

前記送信側は、前記第１の情報に応じて所定の振動周波数にマッピングされた信号を前記スピーカに送り、前記スピーカを前記振動周波数で機械的に振動させることが好ましい形態である。

第１の情報に応じて所定の振動周波数にマッピングとは、例えば「０」「１」の情報を伝達する場合に、「０」のときには振動周波数がｆ０Ｈｚからｆ１Ｈｚへ可変し、「１」のときには振動周波数がｆ１Ｈｚからｆ０Ｈｚへ可変することを定義して情報を伝達することである。

前記送信側と前記受信側とは、第２の情報をミリ波帯域の電波に変復調して送受信し、前記第２の情報を伝達してもよい。

これにより、高速のミリ波双方向通信も同時に行うことができる。例えば、第１の情報については情報の伝送速度が遅い反面、秘話性が高いことから、セキュリティのための鍵情報とし、第２の情報を前記鍵情報により解読可能となる実体の情報としてもよい。

ここで、前記受信側は、前記第１の情報を受信するために用いる第１のアンテナを用いて前記第２の情報に応じた電波を送受信しても良いし、前記受信側は、前記第１の情報を受信するために用いる第１のアンテナとは別の第２のアンテナを用いて前記第２の情報に応じた電波を送受信しても良い。

本発明の別の観点に係る情報伝達方法は、送信側が、スピーカ上にミリ波帯域の電波を反射する反射構造を有し、前記反射構造に対して前記電波を放射しつつ、送信する第１の情報に応じて前記スピーカにより前記反射構造を振動させ、前記受信側が前記反射構造により反射された電波を受信して前記第１の情報を復調するものである。

本発明では、スピーカ上の反射構造を反射レンズとして用いたことで、非常に簡単な構成で、防音壁などを介してもミリ波が伝播すれば情報の伝達が可能となる、波長の短いミリ波を用いるので指向性の高い通信が可能となる、などのミリ波帯域の電波の特質を生かしつつ情報の伝達が可能となる。

本発明に係る情報伝達システムは、ミリ波帯域の電波を送受信する送受信手段と、前記送受信手段により送信された電波と受信された電波との位相差を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された位相差に基づき情報を復元する復元手段とを有する情報受信装置と、前記電波を反射する反射層と、前記送信する情報に応じて前記反射層を振動させる振動手段とを有する情報送信装置とを具備するものである。

前記振動手段が、スピーカが特に好ましい形態である。

前記情報送信装置は、前記送信する情報に応じて所定の振動周波数にマッピングされた信号を前記スピーカに送り、前記スピーカを前記振動周波数で機械的に振動させる手段を具備することが好ましい形態である。

本発明の別の観点に係る情報伝達システムは、スピーカと、前記スピーカ上に設けられ、ミリ波帯域の電波を反射し、送信する情報に応じて前記スピーカにより振動される反射構造と、前記反射構造に対して前記電波を放射する放射器とを有する情報送信装置と、前記反射構造により反射された電波を受信する手段と、前記受信した電波から前記情報を復調する手段とを有する情報受信装置とを具備するものである。

本発明に係る情報受信装置は、ミリ波帯域の電波を送受信する送受信手段と、前記送受信手段により送信された電波と受信された電波との位相差を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された位相差に基づき情報を復元する復元手段とを有する情報受信装置とを具備するものである。

本発明に係る情報送信装置は、ミリ波帯域の電波を反射する反射層と、送信する情報に応じて前記反射層を振動させる振動手段（例えばスピーカ）とを具備するものである。

本発明の別の観点に係る情報送信装置は、スピーカと、前記スピーカ上に設けられ、ミリ波帯域の電波を反射し、送信する情報に応じて前記スピーカにより振動される反射構造と、前記反射構造に対して前記電波を放射する放射器とを具備するものである。

本発明によれば、ミリ波帯域における技術上のデメリットを極力なくし、ミリ波帯域の電波の特質を生かした全く新規な通信方式を用いた情報伝達方法、情報伝達システム、情報受信装置及び情報送信装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る情報伝達システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、情報伝達システム１は、ミリ波帯域の電波を介して情報を受信する情報受信装置２と、情報受信装置２に情報を送信する情報送信装置３とを備えている。

情報受信装置２は、ミリ波発振器４、ミリ波送受信機５、アンテナ６、位相差検出回路７、振動周波数検出回路８及び受信情報の復元部９を備えている。

ミリ波発振器４は、例えば３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのミリ波を発振する。このミリ波は、位相差検出回路７を介してミリ波送受信機５に送られる。

ミリ波送受信機５は、ミリ波発振器４からのミリ波を増幅してアンテナ６に出力すると共に、アンテナ６を介してミリ波を受信する。

アンテナ６は、ミリ波送受信機５からミリ波を送信する。

位相差検出回路７は、ミリ波発振器４から発振されたミリ波（基準信号）と、情報送信装置３の反射層１４で反射されアンテナ６及びミリ波送受信機５により受信されたミリ波との位相差を検出し、位相差に応じた信号を振動周波数検出回路８に出力をする。

振動周波数検出回路８は、位相差検出回路７から出力された信号に基づき、つまりドップラーレーダ機能により反射層１４の振動周波数を検出し、検出した振動周波数に応じた信号を復元部９に出力する。

受信情報の復元部９は、振動周波数検出回路８から出力された信号に基づきマッピングされている情報を復元する。

情報送信装置３は、スピーカ１０、スピーカ駆動回路１１及び情報源１２を備えている。

スピーカ１０は、振動板１３と、振動板１３上に設けられた反射層１４とを備えている。

振動板１３は、スピーカ駆動回路１１からの駆動信号により振動し、また音声も出力する。

反射層１４は、振動板１３に設けられ、情報受信装置２から送信されたミリ波帯域の電波を反射する。反射層１４は、ミリ波帯域の電波の反射方向を整えるために所定の形状とされている。

スピーカ駆動回路１１は、情報源１２からの情報に係る信号を増幅してスピーカ１０の振動板１３を振動させる。また、入力端子１５から入力された可聴声信号は、スピーカ駆動回路１１を介して増幅されてスピーカ１０の振動板１３を振動させて可聴音をスピーカ１０から出力させる。

情報源１２は、情報を出力する。情報は、情報源１２でマッピングされても良いし、スピーカ駆動回路１１でマッピングされても良い。

マッピングとは、例えば「０」「１」の情報を伝達する場合に、「０」のときには振動周波数がｆ０Ｈｚからｆ１Ｈｚへ可変し、「１」のときには振動周波数がｆ１Ｈｚからｆ０Ｈｚへ可変することである。しかしながら、本発明はこれに限定されず、種々の態様が考えられる。

図２は図１に示すスピーカ１０の平面図、図３は図１に示すスピーカ１０の側面図である。

図２、図３に示すように、スピーカ１０は、筐体１６内に収容されている。反射層１４は、例えば振動板１３上に同心円状に配設された複数の円環状の反射部材１４ａにより構成されている。しかしながら、本発明ではなお、反射部材１４ａの数や形状などはこの例に限定されるものではない。

次に、情報受信装置２及び情報送信装置３の間で情報を送受信するときの動作について説明する。
情報受信装置２のミリ波発振器４により発振されたミリ波は、位相差検出回路７を介してミリ波送受信機５に入力され、ミリ波送受信機５により増幅され、アンテナ６よりミリ波帯域の電波として送信される。

情報送信装置３の情報源１２から出力される情報に応じた信号は、スピーカ駆動回路１１を介してスピーカ１０に出力される。これにより、振動板１３と共に反射層１４が情報源１２の情報に応じた振動周波数で振動する。

情報受信装置２から送信されたミリ波帯域の電波は、反射層１４により上記の振動周波数に応じて振動されつつ反射される。

反射層１４で反射されたミリ波帯域の電波は、情報受信装置２のアンテナ６を介してミリ波送受信機５で受信される。

受信されたミリ波帯域の電波は、位相差検出回路７により、ミリ波発振器４から発振されたミリ波帯域の電波（基準信号）と受信した電波との間の位相差を検出し、位相差に応じた信号は振動周波数検出回路８に出力される。

振動周波数検出回路８では、位相差検出回路７で検出された位相差に基づき反射層１４の振動周波数が検出される。

そして、受信情報の復元部９では、振動周波数検出回路８で検出された振動周波数に基づき情報源１２の情報が復元される。例えば、振動周波数がｆ０Ｈｚからｆ１Ｈｚへ可変したときには「０」、振動周波数がｆ１Ｈｚからｆ０Ｈｚへ可変したときには「１」、のように情報を復元する。

本実施形態によれば、情報送信する側である情報送信装置３が発振器や変調器などを持たずに、スピーカ１０に振動機構を設けるだけで情報を送信することができるので、構成が非常に簡単なものとなる。特に、ミリ波帯域の電波は、マイクロ波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）以下の周波数の電波と比べて通常はデバイスの構成が技術的に困難であるが、そのようことを極力回避しつつミリ波帯域の電波の特質、すなわち防音壁などを介してもミリ波が伝播すれば情報の伝達が可能となる、波長の短いミリ波を用いるので指向性の高い通信が可能となる、などのミリ波帯域の電波の特質を生かしつつ情報の伝達が可能となる。
なお、反射層１４に給電するための伝送線路が必要なく、その結果、反射層１４への伝送線路でミリ波帯域の信号の損失が発生することもなく、また伝送線路の振動により情報送受信の信頼性が低下することもない。

また、スピーカ１０は音質を確保するために、ユーザーに対して見通しの位置に配置される場合が多く、少なくとも情報送信装置３外部に近い位置に配置されている。したがって、スピーカ１０は、ミリ波を反射する反射層１４を配置する位置に適している。反射層１４を振動板１３に配置することで、新たに反射層１４を配置する位置を確保する必要もなく情報伝達システムを構築できる。

なお、ミリ波帯域の電波を用いて情報を送受信するときに、情報受信装置２を情報送信装置３に（非接触で）近づけることで、情報の送受信の確実性を向上させることができる。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。
図４は情報送信装置３が防音室内に配置された場合の情報伝達システムの構成を示すブロック図である。
図４に示すように、この情報伝達システム２０においては、情報送信装置３が防音室１７内に配置されている。防音室１７は、情報受信装置２からのミリ波帯域の電波及び反射層１４で反射された情報を含むミリ波帯域の電波が通過できる。このため、防音室１７外ではスピーカ１０からの音声を聴くことはできないが、情報を含むミリ波帯域の電波などは防音室１７の壁を通過するので、情報を伝達することができる。ここで、情報をスピーカ１０から出力される可聴音に応じた情報とすれば、可聴音を実質的に防音室１７を通過させることが可能となる。

なお、情報送信装置３だけでなく情報受信装置２が図示しない防音室内に配置されている場合や情報受信装置２のみが図示しない防音室内に配置されている場合にも同様に情報を伝達することができる。

図５は情報受信装置２及び情報送信装置３が別のミリ波送受信機能（ミリ波高速通信機能）を有する場合の情報伝達システム３０の構成を示すブロック図である。

本実施形態の情報受信装置２は、図１に示す情報受信装置２に比べて、点線２Ａで囲まれた情報源／出力先１２´、通信制御回路２１及びミリ波高速通信変復調回路２２を更に備えている。

情報源／出力先１２´は、例えば情報伝達システム３０により伝達を行うための情報を含んでいる。

通信制御回路２１は、情報源／出力先１２´からの信号に応じてミリ波高速通信変復調回路２２に信号を出力したり、ミリ波高速通信変復調回路２２からの信号を情報源／出力先１２´に出力したりする。

ミリ波高速通信変復調回路２２は、通信制御回路２１からの信号を変調してミリ波送受信機５に出力したり、ミリ波送受信機５からの信号を復調して通信制御回路２１に出力したりする。

情報送信装置３は、図１に示す情報送信装置３に比べて、点線３Ａで囲まれたアンテナ６´、ミリ波送受信機５´、ミリ波高速通信変復調回路２２´及び通信制御回路２１´を更に備えている。また、情報送信装置３は、情報源１２の代わりに情報の出力先ともなる情報源／出力先１２´を備えている。

次に、情報受信装置２及び情報送信装置３の間でセキュリティ情報と共に通信情報（実体の情報）を送受信するときの動作について説明する。
情報送信装置３の情報源／出力先１２´は、例えばセキュリティ情報を通信制御回路２１´に出力する。

セキュリティ情報は、情報送信装置３から情報受信装置２へスピーカ１３−アンテナ６の経路を通って伝達される。情報受信装置２は、セキュリティ情報がセキュリティ条件を満たすときに情報送信装置３と情報受信装置２との間の情報の送受信を許可する。

情報送信装置３と情報受信装置２との間の情報の送受信が許可されると、アンテナ６´−アンテナ６の経路を介して情報送信装置３と情報受信装置２との間で通信情報の伝達が可能となる。

図６は情報受信装置２及び情報送信装置３が共に振動機構に設けられた反射層１４、１４´を用いた通信機能と、ミリ波高速通信機能とを有する場合の情報伝達システム４０の構成を示すブロック図である。

図６に示す情報受信装置２は、図５の情報受信装置２に比べて、点線２Ｂで囲まれたスピーカ駆動回路１１´及び反射層１４´を有するスピーカ１０´を更に備えている。

情報送信装置３は、図５の情報送信装置３に比べて、点線３Ｂで囲まれたミリ波発振器４´、位相差検出回路７´及び振動周波数検出回路８´を更に備えている。

このような構成によれば、スピーカ１０−スピーカ１０´を介した双方向のセキュリティ情報の送受信、アンテナ６−アンテナ６´を介した双方向の通信情報（実体の情報）の送受信を行うことができる。

図７はスピーカ１０を収容する筐体１６に放射器を設ける場合のスピーカ１０の平面図、図８は図７に示すスピーカ１０の側面図である。

これらの図に示すように、情報送信装置３は、振動板１３及び反射層１４を有するスピーカ１０を収容する筐体１６と、反射層１４に対向して筐体１６に設けられた放射器５１とを備えている。

筐体１６は、放射器５１を支持する。放射器５１は、反射層１４にミリ波帯域の電波を放射する。放射器５１は、筐体１６上に引き回された図示しない給電配線に接続されている。また、スピーカ１０の振動板１３上には給電配線は引き回されていない。つまり、スピーカ１０側の構造は、図１に示すスピーカ１０の構造と同様である。

放射器５１がミリ波帯域の電波を放射すると、この放射された電波は、情報源１２の情報に応じて振動板１３と一体的に振動する反射層１４により反射される。これにより、情報源１２の情報を含むミリ波帯域の電波を情報受信装置２に送信することができる。

このような構成によれば、放射器５１に給電するための図示しない給電配線を筐体１６上に引き回し、放射器５１から反射層１４にミリ波帯域の電波を放射し、反射層１４で情報を含んだミリ波帯域の電波を反射すことができるので、振動板１３上などに反射層１４に給電するための給電配線を引き回す必要がない。

また、スピーカ１０の構造を変更することなく、従来とほぼ同じスピーカを用いることができるので、スピーカ１０の構造による制約を受けることなく反射構造を設けることができる。

なお、図８に示したように、放射器５１を筐体１６に配置する例を示したが、放射器５１を配置する位置は限定されず、反射層１４に電波を放射できる振動板１３上と異なる位置であればよい。

なお、本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。

本発明は、例えばテレビジョン、ラジオ、パーソナルコンピュータなどのスピーカを備えた電子機器に適用可能であるが、スピーカを備えない電子機器に積極的に本発明に係るスピーカを設けても勿論構わない。

また、上記実施形態では、スピーカ上にミリ波帯域の電波を反射する反射構造を設けた構成を例にして説明したが、情報に応じて送信されたミリ波帯域の電波を振動させつつ反射させる反射構造であればスピーカ以外に本発明を適用しても勿論構わない。

更に、図４に示したように、例えば防音室１７内に情報送信装置３が１個配置され、防音室１７外に情報受信装置２が配置され、情報の送受信を行う例を示した。しかし、ミリ波帯域の電波は指向性に優れているので、例えば防音室１７などの室内に複数の情報送信装置３を配置し、この室外に複数の情報受信装置２を配置し、それぞれ情報受信装置２と情報送信装置３との間で情報を送受信することも可能である。

本発明の一実施形態に係る情報伝達システムの構成を示すブロック図である。図１に示す反射層の平面図である。図１に示す反射層の側面図である。情報送信装置が防音室内に配置された場合の情報伝達システムの構成を示すブロック図である。情報送受信装置がミリ波送受信機能を有する場合の情報伝達システムの構成を示すブロック図である。情報送受信装置が共に反射層とミリ波高速送受信機能とを有する場合の情報伝達システムの構成を示すブロック図である。スピーカを支持する筐体に放射器を設ける場合のスピーカの平面図である。図７に示すスピーカの側面図である。

符号の説明

１、２０、３０、４０情報伝達システム
２情報送信装置
３情報送信装置
４ミリ波発振器
５ミリ波送受信機
６、６´ アンテナ
７位相差検出回路
８振動周波数検出回路
９復元部
１０スピーカ
１１スピーカ駆動回路
１２情報源
１２´ 情報源／出力先
１３振動板
１４反射層
１４ａ反射部材
２１通信制御回路
２２ミリ波高速通信変復調回路
５１放射器

Claims

情報送信装置と情報受信装置との間で、実体情報と、前記実体情報の伝達が許可されるために必要なセキュリティ情報とを伝達する情報伝達システムであって、
前記情報送信装置は、
前記実体情報及び前記セキュリティ情報を発生する情報発生源と、
振動板と、前記振動板に設けられ前記情報受信装置から送信されたミリ波帯域の第１の電波信号を第２の電波信号として反射する反射層とを有するスピーカと、
前記情報発生源より発生された前記セキュリティ情報に応じて前記スピーカを駆動することによって前記第１の電波信号に前記セキュリティ情報を重畳した第２の電波信号を前記反射層より反射させる駆動手段と、
前記情報発生源より発生された前記実体情報をミリ波帯域の第３の電波信号に変調する変調手段と、
前記変調手段により変調された前記第３の電波信号を前記情報受信装置に送信する第１の送信手段とを有し、
前記情報受信装置は、
前記第１の電波信号を送信する第２の送信手段と、
前記反射層にて反射された前記第２の電波信号を受信しかつ前記情報送信装置の前記第１の送信手段より送信された第３の電波信号を受信する受信手段と、
前記第２の送信手段により送信された第１の電波信号と前記受信手段により受信された前記第２の電波信号との位相差を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された位相差に基づき前記セキュリティ情報を復元する復元手段と、
前記復元手段により復元された前記セキュリティ情報に基づき前記実体情報の伝達の可否を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記実体情報の伝達の可が判定されたとき、前記受信手段により受信された前記第３の電波信号から前記実体情報を復調する復調手段とを有する
を具備する情報伝達システム。
請求項１に記載の情報伝達システムであって、
前記駆動手段は、前記送信するセキュリティ情報に応じて所定の振動周波数にマッピングされた信号を前記スピーカに送り、前記スピーカを前記振動周波数で機械的に振動させる手段を具備することを特徴とする情報伝達システム。
情報送信装置と情報受信装置との間で、実体情報と、前記実体情報の伝達が許可されるために必要なセキュリティ情報とを伝達する情報伝達方法であって、
前記情報受信装置が、ミリ波帯域の第１の電波信号を前記情報送信装置に送信し、
前記情報送信装置が、前記セキュリティ情報に応じて前記情報送信装置のスピーカを駆動することによって前記第１の電波信号に前記セキュリティ情報を重畳した第２の電波信号を前記スピーカの振動膜に設けられた反射層により反射する一方で、前記実体情報をミリ波帯域の第３の電波に変調し、前記第３の電波を前記情報受信装置に送信し、
前記情報受信装置が、前記反射層で反射した前記第２の電波信号を受信する一方で、前記情報送信装置により送信された前記第３の電波を受信し、前記送信した第１の電波信号と前記受信した第２の電波信号との位相差を検出し、前記検出された位相差に基づき前記セキュリティ情報を復元し、前記復元された前記セキュリティ情報に基づき前記実体情報の伝達の可否を判定し、前記実体情報の伝達の可が判定されたとき、前記受信した第３の電波信号から前記実体情報を復調する
ことを特徴とする情報伝達方法。