JP4430644B2

JP4430644B2 - 電界通信システム

Info

Publication number: JP4430644B2
Application number: JP2006269158A
Authority: JP
Inventors: 直志美濃谷; 信太郎柴田; 門　　勇一; 満品川; 利彰朝日; 亮一松本; 賢鈴木
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008092156A

Description

本発明は、電界通信システムに関する。

従来において、電界を人体などの電界伝達媒体に誘起させて、この誘起した電界を介して様々な情報通信を行う電界通信システムが提案されている。この電界通信システムは送信手段と受信手段あるいはそのいずれか一方を備えた電界通信システムを人間が所持し、他の人間や設備（ＰＣ、駅の改札、自動販売機、ドアや門扉など）に同様の電界通信システムを所持あるいは設置し、目的に応じた情報通信を行っている。この情報通信によりセキュリティ認証や課金、位置などのデータ収集などが可能になっている。

このような電界通信システムの使用において、その機能を発揮させるためには電界通信を行うための通信電極の設置が必要である。たとえば、人体を電界伝達媒体として電界通信を行い、様々な情報伝達を行う場合には、床面に送信電極と受信電極を配置している。人体がこの送信電極と受信電極の両方に接触（乗った）ときに人体を介して情報通信が実行される。

こうした電極の配置においては、一対の送信電極と受信電極を配置する以外に、たとえば複数の送信電極と受信電極を床面に広く配置し、一対の送信電極と受信電極の組を複数で構成している。複数で構成した一対の送信電極と受信電極について電界通信システムを配置して接続し、人体が送信電極と受信電極をまたいで接触した場合に情報通信を行う。この情報通信により、たとえば人体に装着された別の電界通信システムとの間で個体識別のためのＩＤ情報の受取を行ったり、認証などに必要な情報の送受信を行う。

また、類似の技術として、ある程度の規模の広さをもつ空間において無線ＬＡＮなどの電波を介した情報通信を行う場合には、１台の無線基地局装置に漏洩導波管を接続し、対象となる空間に引き回して配置する。この漏洩導波管の途中にはスロット群が設けられており、このスロット群を設けた付近にて無線ＬＡＮによる情報通信が可能になっている（特許文献１参照）。
特開２００４−１３５１５９

しかしながら上述のような従来の電界通信システムにおいて、複数の電界通信システムを用いて、それぞれに一対の送信電極と受信電極を接続する構成にすると、広い面積で人体などの検知分解能の向上が可能になるものの、複数台の電界通信システムが必要となっていた。

また、複数の電界通信システムに接続されたそれぞれの送信電極と受信電極の間で電気的な干渉が生じる可能性もあった。この干渉は図１４に示すように、複数で配置された電界通信システム５０において、それぞれが備える送信電極８（送信回路部５４）と受信電極７（受信回路部５３）の相互間で干渉が生じてしまう。この干渉が生じると、たとえば隣接する電界通信システム５０の送信電極８から送信されたデータが別の電界通信システム５０の備える受信電極７に人体などの電界伝達媒体を介さずに直接に受信されてしまい、図１５に示す人体２５が装着した電界送信機（Ｔｘ）２６からの送信データを正しく受信することが難しくなってしまっていた。

また、こうした干渉を生じさせないためには、検知床１０に配置される送信電極８と受信電極７の配置間隔を干渉が起きない程度に広い間隔で設定する必要がある。図１５に示すように、人体２５の足１１の位置を検知するためには送信電極８と受信電極７の間隔を狭く、かつ数多く設置する必要があるものの、干渉を避けるために限界があり、足１１（人体２５）の位置検知の分解能を上げることへの障害となっていた。

また、漏洩導波管の途中にスロット群を設けて広い範囲の複数箇所で通信を可能にする技術では、無線基地局装置を複数設けた場合に相互の干渉が生じる可能性があり、そもそも電界通信とは異なる技術でもあり、この技術を電界通信に適用することは困難であった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、１台の電界通信システムで広範囲での電界通信を可能とし、送信電極と受信電極間の干渉を生じさせることなく、対象範囲における検知分解能を向上させることにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、送信すべき情報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情報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情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行う電界通信トランシーバにおいて、所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信するための送信手段と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起を行うための複数の送信電極と、前記受信すべき情報に基づく電界を検出し、この検出した電界を電気信号に変換して受信するための受信手段と、前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行うための複数の受信電極と、前記送信電極のうちのいずれかを選択して前記送信手段との接続を確立し、前記受信電極のうちのいずれかを選択して前記受信手段との接続を確立するための接続電極選択手段と、を備え、前記接続電極選択手段は、あらかじめ設定されたタイミングでもって前記接続の確立を行うための接続タイミング制御手段を備え、当該接続タイミング制御手段は、前記接続電極選択手段による前記接続に伴って前記受信手段と前記送信手段の間に干渉が生じないように前記タイミングが段階的に短かくなるように制御する。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記受信手段とそれぞれの前記受信電極との間に、前記受信した前記電気信号の強度をあらかじめ設定した値にゲイン制御するためのゲイン調整手段をそれぞれ備える。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項２において、前記ゲイン調整手段は、前記受信した前記電気信号のＳＮ比に応じて前記受信した前記電気信号の強度をあらかじめ設定した値にゲイン制御する。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項２又は３において、前記ゲイン調整手段は、前記接続電極選択手段とそれぞれの前記受信電極との間における電気的整合のための調整を、それぞれの前記受信電極ごとに実行する。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記接続タイミング制御手段は、前記タイミングの前記制御において過去の制御において設定したタイミングの履歴を記憶しておくための設定タイミング履歴記憶手段を備え、前記送信電極と前記受信電極の間で干渉が生じた場合は、この干渉が生じたタイミングよりも遅くかつ最も近いタイミングを前記設定タイミング履歴記憶手段から取得し、この取得したタイミングでもって前記接続の確立を実行する。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記接続タイミング制御手段は、前記送信電極と前記受信電極のそれぞれについて個々に接続配置され個別に最適なタイミングが設定されている。

本発明によれば、１台の電界通信システムで広範囲での電界通信を可能とし、送信電極と受信電極間の干渉を生じさせることなく、対象範囲における検知分解能を向上させることができる。

図１には、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の説明図を示す。この図１には、電界通信システム１と、主制御部（ＣＰＵ）２と、送受信信号（変調／復調）制御部（ＴＲＸＣｈｉｐ）３と、受信回路部（ＲＸ）（受信手段）４と、送信回路部（ＴＸ）（送信手段）５と、切替ＳＷ（スイッチ）（接続電極選択手段）６と、受信電極７と、送信電極８が示されている。

また、受信電極７と送信電極８は図２に示すように検知床１０上に交互に配置されており、図示しない検知対象となる人体の足１１が踏むことにより接触して、この人体を電界伝達媒体として電界通信が行われる。

この図１の構成において、図１中の（１）〜（３）に示す順序で切替ＳＷ６が受信電極８と送信電極７を順次に選択して切替ていく。すなわち、（１）〜（３）のいずれのタイミングにおいても送信回路部５に切替ＳＷ６を介して接続されているのは１つの送信電極８のみである。同様に、（１）〜（３）のいずれのタイミングにおいても受信回路部４に切替ＳＷ６を介して接続されているのは１つの受信電極７のみである。

このようにして切替ＳＷ６が複数の受信電極８の中からあらかじめ設定されたタイミングでもって選択して切り替え、受信回路部４への接続を確立している。同様に受信電極８の切替接続に同期して、切替ＳＷ６が複数の送信電極７の中からあらかじめ設定されたタイミングでもって選択して切り替え、送信回路部５への接続を確立している。

切替ＳＷ６による各電極を切り替えることににより、図２に示すように検知床１０に配置された複数組の受信電極７と送信電極８とを狭間隔に交互に配置しても、１台の電界通信システム１に接続されているのは常に一組の受信電極７と送信電極８であるので、他の電界通信システムや送信／受信電極との干渉は生じ得ない。

また、１台の電界通信システム１に複数の受信電極７と送信電極８の組が接続可能なので、検知床１０が広範囲であっても足１１の位置検出に係る分解能を上げることができる。

次の図３に示すのは、主制御部２による切替ＳＷ６の制御を説明するためのフロー図である。この図３に示すフロー図において、まず切替ＳＷ６の制御が開始されると、あらかじめ設定された一定時間が経過したか否かが判断される（Ｓ１）。この判断の対象となる切替ＳＷ６には、その設置位置と切替ＳＷ６との対応付けを識別するための識別記号が付与されている。この図３においては、切替ＳＷ６の数や位置にかかわらず全ての切替ＳＷ６を一種類のタイミング（あらかじめ設定された一定時間）でもって制御している。

Ｓ１の処理ステップにおいては、この識別記号と切替ＳＷ６との関係を示す情報である対応テーブル１２を参照して、あらかじめ設定されているタイミングの情報「ａ」を取得する。

そして、Ｓ１の処理ステップにおいて一定時間経過がＮｏ（経過していない）の場合は繰返し監視を続行するが、Ｙｅｓ（経過した）場合は切替ＳＷ６の制御を送信電極８側と受信電極７側の両方で同時に実行する（Ｓ２、Ｓ３）。このようにして、切替ＳＷ６はあらかじめ設定された所定のタイミング「ａ｝でもって動作制御され、複数の送信電極８と受信電極７が同時に切り替わる。

次の図４は、主制御部２による切替ＳＷ６の制御を説明するためのフロー図を示している。この図４に示すフロー図において、まず切替ＳＷ６の制御が開始されると、最初に切替タイミング情報取得が実行される。この情報取得は管理テーブル１３にあらかじめ設定され記憶されている切替タイミングを読み込むことにより実行される（Ｓ１０）。なお、管理テーブル１３には複数の切替ＳＷ６について識別のための番号が付与されており、１〜ｎ（ｎは整数であって、任意に設置した切替ＳＷ６の総数を示す）の切替ＳＷ６についてそれぞれのタイミングがａ、ｂ、ｃ〜といったように対応付けて設定されている。

次に、番号によって識別される切替ＳＷ６のそれぞれについて設定されたタイミングに基づき、そのタイミング（一定時間）が経過したか否かが判断される（Ｓ１１）。

次に、一定時間が経過したことが判断されると、切替ＳＷ６が切替動作し、送信電極８と受信電極７が同時に切り替る（Ｓ１２、Ｓ１３）。なお、この切り替り動作は管理テーブル１３に記載されたそれぞれの切替ＳＷ６の管理番号「１〜ｎ」のそれぞれについて実行され、それぞれの制御タイミングは「１〜ｎ」に対応する「ａ〜ｄ（ただし、ｎに対応するのはｄに限らず）」である。

次の図５には、図４にて示した制御においてタイミング履歴情報を用いた制御の一例を説明するためのフロー図を示している。

この図５に示すフロー図において、まず切替ＳＷ６の制御が開始されると、最初に切替タイミング情報取得が実行される。この情報取得は管理テーブル１４にあらかじめ設定され記憶されている切替タイミングを読み込むことにより実行される（Ｓ２０）。なお、管理テーブル１４には複数の切替ＳＷ６について識別のための番号が付与されており、１〜ｎ（ｎは整数であって、任意に設置した切替ＳＷ６の総数を示す）の切替ＳＷ６についてそれぞれのタイミングがｃ、ｄ、ｅ〜といったように対応付けて設定されている。さらに「識別フラグ」のデータが各切替ＳＷごとに対応付けて記憶されており、識別フラグが「１」の場合は干渉検知実績（制御実績）があり、「０」の場合は干渉検知実績が無い場合を示している。

次に、番号によって識別される切替ＳＷ６のそれぞれについて設定されたタイミングに基づき、そのタイミング（一定時間）が経過したか否かが判断される（Ｓ２１）。

次に、一定時間が経過したことが判断されると、切替ＳＷ６が切替動作し、送信電極８と受信電極７が同時に切り替る（Ｓ２２、Ｓ２３）。なお、この切り替り動作は管理テーブル１４に記載されたそれぞれの切替ＳＷ６の管理番号「１〜ｎ」のそれぞれについて実行され、それぞれの制御タイミングは「１〜ｎ」に対応する「ｃ〜ｄ（ただし、ｎに対応するのはｄに限らず）」である。

次に、それぞれの切替ＳＷ６について干渉検知の実績があるか否かが判断される（Ｓ２４）。この干渉とは複数で配置された受信電極７と送信電極８の間において、図２に示した足１１による接触が無いにもかかわらず、隣り合った受信電極７かあるいは送信電極８との間で信号が直接に飛び込んでしまい、たとえば誤検知などを引き起こす状態を指す。

この処理ステップＳ２４において判断される干渉検知の実績の有無は、管理テーブル１４に記載された識別フラグの情報に基づいて判断され、識別フラグの値が「１」の場合は実績が有り、「０」の場合は実績が無い。

この処理ステップＳ２４の判断において、干渉検知実績が有り（Ｙｅｓ）と判断されると、次に現在の設定のタイミングで干渉が生じているか否かが判断され（Ｓ２５）、生じていなければそのままのタイミングが保持される。一方、処理ステップＳ２５において、現在のタイミングの設定で干渉が生じていることが検知されると、現在設定のタイミング情報をたとえば１０ｍ秒だけ加算し、管理テーブル１４のタイミングの項目に書き込む。この書き込みは現在の設定値に上書き（更新）され最適値となる。

一方、処理ステップＳ２４において干渉検知の実績の識別フラグが「０」であり実績無しと判断されると、現在の設定によるタイミングにおいて干渉が検知されているか否かが判断され（Ｓ２７）、干渉が生じていることが検知されると処理ステップＳ２６へ進む。干渉が生じていないことが検知されると、現在設定されているタイミングについてたとえば１０ｍ秒だけ減算して管理テーブル１４に上書きされ最適値となる。

このようにして、タイミング設定値と干渉の有無を履歴として識別フラグにて記憶しておき、現在の設定値のタイミングで干渉が生じた場合に対応して、そのタイミングを変更して干渉を解消することができる。

なお、干渉検知方法を図１１に示す説明図を参照して説明する。図１１に示すように受信電極７と送信電極８の組が３組ある場合に、第１組目（１）から第３組目（３）までを所定のタイミングで切替制御していることを説明の前提とする。

この構成において、まず、切り替える送信電極８ごとに別ＩＤ（ＩＤ＿１）を一回送信する。次に、すべての受信電極７においてＩＤ＿１が受信されるか否かを監視する。受信したＩＤがＩＤ＿１であれば、先の送信電極８からのＩＤ送信であることがわかる。また同時に、ＩＤ＿１の受信回数をカウントする。このカウントにより幾つの受信電極７が干渉を受けているかがわかる。

干渉している場合には、送信電極８を固定したままで受信電極７を順次に切り替えてＩＤを監視し、受信ＩＤの有無を確認する。これにより干渉が生じている受信電極７を特定することができる。そして、次の送信電極８に切り替えて同様の干渉検知を繰り返す。なお、送信レベルを最も効率よくするために送信回路部５の内部に備わる図示しないリアクタンス調整を行い、検知床１０などとのマッチングをはかりつつ、干渉の有無の確認を繰り返すことが尚好ましい。

次の図１２は、干渉が生じた場合のタイミング調整を説明するための説明図を示している。図中（１）〜（３）の順で切替制御がされている状態において、切り替える送信電極８ごとに個別のＩＤを送信する。たとえばこの図１２においては、送信する個別のＩＤとしてＩＤ＿１、ＩＤ＿２、ＩＤ＿３が示されている。そして、受信電極７側では直近に送信された最新のＩＤ以外の旧いＩＤが受信されたか否かをチェックする。ここで、旧いＩＤが受信されたとすると、切替タイミングが早すぎて干渉を起こし、旧いＩＤが受信されてしまっている。この受信した旧いＩＤは個別のＩＤであり、このＩＤを送信した送信電極８は自明であるので、該当する送信電極８のタイミングを遅らせるように調整する。

次の図６は、切替ＳＷ６を電界通信システム１の外部に設けた場合の構成図を示しており、図７には切替ＳＷ６を電界通信システム１の内部に設けた場合の構成図を示している。このいずれの構成においても切替ＳＷ６を主制御部２で切替制御することにより、干渉を生じさせることなく、図示しない受信電極７と送信電極８の切替を行うことができる。

図８には、電界通信システム１の構成にゲインコントロール部１５を設けた構成例を示している。この構成において、ゲインコントロール部１５は切替ＳＷ６と受信電極７あるいは送信電極８との間に配置されている。ゲインコントロール部１５は、受信した信号の増幅や減衰、あるいは送信する信号の増幅や減衰を行う。

受信回路部４側においては、大きな信号を感度の高い受信回路に直接接続すると、信号が飽和するので、この飽和を防ぐために信号を適切なレベルにまで減衰させるためのアッテネータとして動作する。

また、送信回路部５側においては、信号品質（Ｓ／Ｎ比）を向上させるために使用する。たとえば、送信信号がＤＣオフセット（直流成分）を含んでいたり、出力部以降で外部からノイズが入る可能性もある場合に、出力信号を増幅するためのアンプとして機能する（出力直前で適切なレベルに減衰するレベル再調整も実施可能）。

このようなゲインコントロール部１５を備えることにより、複数の受信電極７や送信電極８を広範囲に配置する場合や、電界通信システム１との距離の差による信号の減衰などに起因する感度ムラの発生を防止することができる。

図９は、図１に示した電界通信システム１の構成にゲインコントロール部１５を備えた例を示している。ゲインコントロール部１５は電界通信システム１の内部に配置されており、さらには送信電極８のそれぞれに近い位置に挿入しても良い。この場合、送信電極８の設置において、設置場所の条件の違いによる送信出力の差を個別に調整することができる。なお、図９における電極切替の動作は図１において説明した動作と同様である。

図１０は、本実施の形態の電界通信システム１をネットワークにより接続した構成例を示している。複数の電界通信システム１をそれぞれエリアＡ〜Ｃに配置し、また別のエリアＤ〜Ｆにも複数の電界通信システム１’をそれぞれ配置する。各エリアの電界通信システム１、１’はＥｔｈｅｒ（登録商標）ネットワーク２１を介してＨＵＢ２０に接続され、最終的にはホストＰＣ２２等へ接続されている。このようなネットワーク構成により、多数のエリアが遠距離に散在している場合においても、ホストＰＣ２２により各エリアの状況を把握することができる。

以上説明した実施の形態によれば、図１３に示すように、検知床１０に多数の受信電極７や送信電極８を高密度に配置して検知分解能を高めることができる。さらに人体２５が持つ電界送信機２６との間を足１１が接触した送信電極８と受信電極７とを正確に検知でき、切替ＳＷ６を備えるので送信電極８と受信電極７との間で相互干渉が生じることもない。

また、１台の電界通信システムで広範囲での電界通信を可能とし、送信電極と受信電極間の干渉を生じさせることなく、対象範囲における検知分解能を向上させることができる。

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の説明図を示す。検知床に配置された複数組の受信電極と送信電極とを狭間隔に交互に配置した例を示す。主制御部による切替ＳＷの制御を説明するためのフロー図を示す。主制御部による切替ＳＷの制御を説明するためのフロー図を示す。図４にて示した制御においてタイミング履歴情報を用いた制御の一例を説明するためのフロー図を示す。切替ＳＷを電界通信システムの外部に設けた場合の構成図を示す。切替ＳＷを電界通信システムの内部に設けた場合の構成図を示す。電界通信システムの構成にゲインコントロール部を備えた例を示す。電界通信システムの構成にゲインコントロール部を備えた例を示す。実施の形態の電界通信システムをネットワークにより接続した構成例を示す。干渉検知の方法を説明するための説明図を示す。干渉検知の方法を説明するための説明図を示す。実施の形態による検知床の構成例を示す。従来技術における干渉を説明するための説明図を示す。従来技術における干渉を説明するための説明図を示す。

符号の説明

１…電界通信システム
２…主制御部（ＣＰＵ）
３…送受信信号（変調／復調）制御部（ＴＲＸＣｈｉｐ）
４…受信回路部（ＲＸ）
５…送信回路部（ＴＸ）
６…切替ＳＷ（スイッチ）
７…受信電極
８…送信電極
１０…検知床
１１…足
１５…ゲインコントロール部

Claims

送信すべき情報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情報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情報に基づく電界を受信することによって情報の受信を行う電界通信トランシーバにおいて、
所定の周波数を有する交流信号を出力して前記送信すべき情報を変調し、この変調した前記送信すべき情報に係る変調信号を送信するための送信手段と、
前記送信すべき情報に基づく電界の誘起を行うための複数の送信電極と、
前記受信すべき情報に基づく電界を検出し、この検出した電界を電気信号に変換して受信するための受信手段と、
前記受信すべき情報に基づく電界の受信を行うための複数の受信電極と、
前記送信電極のうちのいずれかを選択して前記送信手段との接続を確立し、前記受信電極のうちのいずれかを選択して前記受信手段との接続を確立するための接続電極選択手段と、を備え、
前記接続電極選択手段は、
あらかじめ設定されたタイミングでもって前記接続の確立を行うための接続タイミング制御手段を備え、
当該接続タイミング制御手段は、
前記接続電極選択手段による前記接続に伴って前記受信手段と前記送信手段の間に干渉が生じないように前記タイミングが段階的に短かくなるように制御することを特徴とする電界通信トランシーバ。
前記受信手段とそれぞれの前記受信電極との間に、前記受信した前記電気信号の強度をあらかじめ設定した値にゲイン制御するためのゲイン調整手段をそれぞれ備えること
を特徴とする請求項１に記載の電界通信トランシーバ。
前記ゲイン調整手段は、
前記受信した前記電気信号のＳＮ比に応じて前記受信した前記電気信号の強度をあらかじめ設定した値にゲイン制御すること
を特徴とする請求項２に記載の電界通信トランシーバ。
前記ゲイン調整手段は、
前記接続電極選択手段とそれぞれの前記受信電極との間における電気的整合のための調整を、それぞれの前記受信電極ごとに実行すること
を特徴とする請求項２又は３に記載の電界通信トランシーバ。
前記接続タイミング制御手段は、
前記タイミングの前記制御において過去の制御において設定したタイミングの履歴を記憶しておくための設定タイミング履歴記憶手段を備え、
前記送信電極と前記受信電極の間で干渉が生じた場合は、この干渉が生じたタイミングよりも遅くかつ最も近いタイミングを前記設定タイミング履歴記憶手段から取得し、この取得したタイミングでもって前記接続の確立を実行すること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界通信トランシーバ。
前記接続タイミング制御手段は、
前記送信電極と前記受信電極のそれぞれについて個々に接続配置され個別に最適なタイミングが設定されていること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界通信トランシーバ。