JP4524647B2 - 通信装置、通信方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、通信方法、およびプログラムに関し、特に、人体を通信媒体とする通信技術が適用された通信端末と通信する場合に用いて好適な通信装置、通信方法、に関する。

従来、送信装置と通信媒体及び受信装置から成る通信システムにおいて、通信信号を伝達するための物理的な通信信号伝達経路と、その通信信号の高低差を判定するための基準点を送信装置と受信装置の間で共有するための、通信信号伝達経路とは別の物理的な基準点経路を設けることで通信を成していた（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。

例えば、特許文献１や特許文献２では、人体を通信媒体とする通信技術に関して記述されており、いずれの方法においても、人体を第１の通信路とする以外に、大地や、空間における電極間同士の直接的静電結合を第２の通信路として設け、第１の通信路と第２の通信路からなる全体の通信経路が閉回路を形成するように成されている。

しかしながら、このような通信システムにおいては、送信装置と受信装置間で、通信信号伝達経路と基準点経路（第１の通信路と第２の通信路）の２つの通信路を、閉回路として設ける必要があるが、両経路は異なる経路であるため、これら２つの経路を安定的に両立しなければいけないことが、通信を行うための利用環境の制約となる恐れがあった。

例えば、基準点経路における送信装置と受信装置との静電結合の強さは、装置間の距離に依存するので、その距離によって経路の安定度も異なってくる。つまり、この場合、通信の安定度が送信装置と受信装置との間の距離に依存する恐れがあった。また、送信装置と受信装置との間の遮蔽物等の存在によっても、通信の安定度が変化する恐れがあった。

したがって、通信信号伝達経路と基準点経路の２つの経路を閉回路として形成する通信方法では、利用環境が大きく通信の安定度に影響するため、安定した通信を行うことが困難であった。

特開平１０−２２９３５７号公報 特表平１１−５０９３８０号公報

以上説明したように、人体を通信媒体とする通信技術は実用化に向けて改良が進められており、その利用方法について現在様々な分野への適用が検討されている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、人体を通信媒体とする通信技術が適用された通信端末と、当該通信端末を装着している人との対応関係を明確に特定できるようにするものである。

本発明の通信装置は、通信媒体が接触または近接する位置に配置され、接触または近接した通信媒体を介して通信端末と通信する複数の通信手段と、複数の通信手段に対して所定の順序でスタートコマンドを送信させ、送信させたスタートコマンドに応じて通信端末が返信する通信端末の識別情報を受信させる通信制御手段と、各通信手段が通信端末から送信された識別情報を受信したときの受信レベルを検出する検出手段と、同一の通信端末から送信された識別情報が異なる複数の通信手段によってそれぞれ受信された場合、検出された受信レベルが最大である通信手段に対して、受信された通信端末の識別情報を対応付ける対応付け手段とを含む。

本発明の通信方法は、複数の通信手段に対して所定の順序でスタートコマンドを送信させ、送信させたスタートコマンドに応じて通信端末が返信する通信端末の識別情報を受信させる通信制御ステップと、各通信手段が通信端末から送信された識別情報を受信したときの受信レベルを検出する検出ステップと、同一の通信端末から送信された識別情報が異なる複数の通信手段によってそれぞれ受信された場合、検出された受信レベルが最大である通信手段に対して、受信された通信端末の識別情報を対応付ける対応付けステップとを含む。

本発明のプログラムは、複数の通信手段に対して所定の順序でスタートコマンドを送信させ、送信させたスタートコマンドに応じて通信端末が返信する通信端末の識別情報を受信させる通信制御ステップと、各通信手段が通信端末から送信された識別情報を受信したときの受信レベルを検出する検出ステップと、同一の通信端末から送信された識別情報が異なる複数の通信手段によってそれぞれ受信された場合、検出された受信レベルが最大である通信手段に対して、受信された通信端末の識別情報を対応付ける対応付けステップとを含む処理を通信装置のコンピュータに実行させる。

本発明においては、複数の通信手段に対して所定の順序でスタートコマンドが送信され、送信されたスタートコマンドに応じて通信端末が返信する通信端末の識別情報が受信され、各通信手段が通信端末から送信された識別情報を受信したときの受信レベルが検出される。さらに、同一の通信端末から送信された識別情報が異なる複数の通信手段によってそれぞれ受信された場合、検出された受信レベルが最大である通信手段に対して、受信された通信端末の識別情報が対応付けられる。

本発明によれば、人体を通信媒体とする通信技術が適用された通信端末と、当該通信端末を装着している人との対応関係を明確に特定することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の基礎となる通信システムの構成例を示す図である。

図１において、通信システム１００は、送信装置１１０、受信装置１２０、および通信媒体１３０により構成され、送信装置１１０と受信装置１２０が通信媒体１３０を介して信号を送受信するシステムである。つまり、通信システム１００において、送信装置１１０より送信された信号は、通信媒体１３０を介して伝送され、受信装置１２０により受信される。

送信装置１１０は、送信信号電極１１１、送信基準電極１１２、および送信部１１３を有している。送信信号電極１１１は、通信媒体１３０を介して伝送させる信号を送信するための電極であり、信号の高低差を判定するための基準点を得るための電極である送信基準電極１１２よりも通信媒体１３０に対して静電結合が強くなるように設けられる。送信部１１３は、送信信号電極１１１と送信基準電極１１２との間に設けられ、これらの電極間に受信装置１２０へ伝達したい電気信号（電位差）を与える。

受信装置１２０は、受信信号電極１２１、受信基準電極１２２、および受信部１２３を有している。受信信号電極１２１は、通信媒体１３０を介して伝送される信号を受信するための電極であり、信号の高低差を判定するための基準点を得るための電極である受信基準電極１２２よりも通信媒体１３０に対して静電結合が強くなるように設けられる。受信部１２３は、受信信号電極１２１と受信基準電極１２２との間に設けられ、これらの電極間に生じた電気信号（電位差）を所望の電気信号に変換し、送信装置１１０の送信部１１３で生成された電気信号を復元する。

通信媒体１３０は、電気信号を伝達可能な物理的特性を有する物質、例えば、導電体や誘電体等により構成される。例えば、通信媒体１３０は、金属に代表される導電体（例えば、銅、鉄、またはアルミ等）により構成される。また例えば、通信媒体１３０は、純水、ゴム、ガラス、若しくは食塩水等の電解液、または、これらの複合体である人体等の誘電体により構成される。この通信媒体１３０はどのような形状であってもよく、例えば、線状、板状、球状、角柱、または円柱等、任意の形状であってもよい。

このような通信システム１００において、最初に、各電極と、通信媒体または装置周辺空間との関係について説明する。なお、以下において、説明の便宜上、通信媒体１３０が完全導体であるものとする。また、送信信号電極１１１と通信媒体１３０との間、および、受信信号電極１２１と通信媒体１３０との間には空間が存在し、電気的な結合はないものとする。すなわち、送信信号電極１１１または受信信号電極１２１と、通信媒体１３０との間には、それぞれ、静電容量が形成される。

また、送信基準電極１１２は送信装置１１０周辺の空間に向くように設けられており、受信基準電極１２２は受信装置１２０周辺の空間に向くように設けられている。一般的に、導体が空間に存在する場合、その導体の表面近傍の空間に静電容量が形成される。例えば、導体の形状を半径ｒ［ｍ］の球としたとき、その静電容量Ｃは、以下の式（１）のように求められる。

式（１）において、πは円周率を示す。また、εは当該導体を取り囲む空間の誘電率を示し、以下の式（２）のように求められる。

ただし、式（２）において、ε₀は、真空中の誘電率を示し、８．８５４×１０^-12［Ｆ／ｍ］である。また、ε_rは比誘電率を示し、真空の誘電率ε₀に対する比率を示す。

上述した式（１）に示されるように半径ｒが大きい程、静電容量Ｃは大きくなる。なお、球以外の複雑な形状の導体の静電容量Ｃの大きさは、上述した式（１）のように、簡単に表現することはできないが、その導体の表面積の大きさに応じて変化することは明らかである。

以上のように、送信基準電極１１２は、送信装置１１０周辺の空間に対して静電容量を形成し、受信基準電極１２２は、受信装置１２０周辺の空間に対して静電容量を形成する。すなわち、送信装置１１０および受信装置１２０の外部の仮想無限遠点からみたとき、送信基準電極１１２や受信基準電極１２２の電位は固定的であり、変動しにくいことを示している。

次に、通信システム１００における通信の仕組みの原理について説明する。なお、以下において、説明の便宜上、または前後関係等から、コンデンサを単に静電容量と表現する場合もあるが、これらは同意である。

また、以下において、図１の送信装置１１０と受信装置１２０は、装置間が十分な距離を保つように配置されており、相互の影響を無視できるものとする。また、送信装置１１０において、送信信号電極１１１は通信媒体１３０とのみ静電結合し、送信基準電極１１２は送信信号電極１１１に対して十分な距離が置かれ、相互の影響は無視できる（静電結合しない）ものとする。同様に、受信装置１２０において、受信信号電極１２１は通信媒体１３０とのみ静電結合し、受信基準電極１２２は受信信号電極１２１に対して十分な距離が置かれ、相互の影響は無視できる（静電結合しない）ものとする。さらに、実際には、送信信号電極１１１、受信信号電極１２１、および通信媒体１３０も、空間内に配置されている以上、それぞれ空間に対する静電容量を有することになるが、ここでは、説明の便宜上、それらを無視できるものとする。

図２は、図１の通信システム１００を等価回路で表した図である。通信システム２００は、通信システム１００を等価回路で表したものであり、実質的に通信システム１００と等価である。

すなわち、通信システム２００は、送信装置２１０、受信装置２２０、および接続線２２３０を有しているが、この送信装置２１０は図１に示される通信システム１００の送信装置１１０に対応し、受信装置２２０は図１に示される通信システム１００の受信装置１２０に対応し、接続線２３０は図１に示される通信システム１００の送信媒体１３０に対応する。

図２の送信装置２１０において、信号源２１３−１および接地点２１３−２は、図１の送信部１１３に対応する。信号源２１３−１は、送信用の信号として、特定周期ω×ｔ［rad］の正弦波を生成する。ここで、ｔ［ｓ］は時間を示す。また、ω［rad/s］は角周波数を示し、以下の式（３）のように表すことができる。

式（３）において、πは円周率、ｆ［Hz］は信号源２１３−１が生成する信号の周波数を示す。接地点２１３−２は、送信装置２１０内における回路のグランドに接続される点である。つまり信号源２１３の端子の一方は、送信装置２１０内における回路の、所定の基準電位に設定される。

Cte２１４は、コンデンサであり、図１の送信信号電極１１１と通信媒体１３０との間の静電容量を表すものである。つまり、Cte２１４は、信号源２１３−１の接地点２１３−２と反対側の端子と、接続線２３０との間に設けられている。また、Ctg２１５は、コンデンサであり、図１の送信基準電極１１２の空間に対する静電容量を表すものである。Ctg２１５は、信号源２１３−１の設置点２１３−２側の端子と、空間上の、送信装置１１０を基準とした無限遠点（仮想点）を示す接地点２１６との間に設けられている。

図２の受信装置２２０において、Rr２２３−１、検出器２２３−２、および接地点２２３−３は、図１の受信部１２３に対応する。Rr２２３−１は、受信信号を取り出すための負荷抵抗（受信負荷）であり、増幅器により構成される検出器２２３−２は、このRr２２３−１の両側の端子間の電位差を検出して増幅する。接地点２２３−３は、受信装置２２０内における回路のグランドに接続される点である。つまりRr２２３−１の端子の一方（検出器２２３−２の入力端子の一方）は、受信装置２２０内における回路の、所定の基準電位に設定される。

なお、検出器２２３−２が、さらに、例えば、検出した変調信号を復調したり、検出された信号に含まれる符号化された情報を復号したりする等、その他の機能を備えるようにしてもよい。

Cre２２４は、コンデンサであり、図１の受信信号電極１２１と通信媒体１３０との間の静電容量を表すものである。つまり、Cre２２４は、Rr２２３−１の接地点２２３−３と反対側の端子と、接続線２３０との間に設けられている。また、Crg２２５は、コンデンサであり、図１の受信基準電極１２２の空間に対する静電容量を表すものである。Crg２２５は、Rr２２３−１の設置点２２３−３側の端子と、空間上の、受信装置１２０を基準とした無限遠点（仮想点）を示す接地点２２６との間に設けられている。

接続線２３０は、完全導体である通信媒体１３０を表している。なお、図２の通信システム２００において、Ctg２１５とCrg２２５は、等価回路上、接地点２１６と接地点２２６を介して、互いに電気的に接続されているように表現されているが、実際には、これらは互いに電気的に接続されている必要はなく、それぞれが、送信装置２１０または受信装置２２０周辺の空間に対して静電容量を形成していればよい。つまり、接地点２１６と接地点２２６が電気的に接続されている必要はなく、互いに独立であってもよい。

なお、導体があれば、周囲の空間に対して、必ずその表面積の大きさに比例した静電容量が形成される。つまり、例えば、送信装置２１０と受信装置２２０は、互いにどんなに離れていてもよい。例えば、図１の通信媒体１３０が完全導体である場合、接続線２３０の導電率は無限大とみなせるので、接続線２３０の長さは通信に影響しない。なお、通信媒体１３０が導電率の十分な導体であれば、実用上、送信装置と受信装置間との距離は通信の安定性に影響しない。

通信システム２００において、信号源２１３−１、Rr２２３−１、Cte２１４、Ctg２１５、Creコンデンサ２２４、およびCrg２２５から成る回路が形成されている。直列接続された４つのコンデンサ（Cte２１４、Ctg２１５、Creコンデンサ２２４、およびCrg２２５）の合成容量Ｃ_xは以下の式（４）で表すことができる。

また、信号源２１３−１が生成する正弦波ｖ_t（ｔ）を、以下の式（５）のように表す。

ここで、Ｖ_m［Ｖ］は信号源電圧の最大振幅電圧を表しており、θ［rad］は初期位相角を表している。つまり、信号源２１３−１による電圧の実効値Ｖ_trms［Ｖ］は以下の式（６）のように求めることができる。

回路全体での合成インピーダンスＺは、次の式（７）のように求めることができる。

つまり、Rr２２３−１の両端に生じる電圧の実効値Ｖ_rrmsは式（８）のように求めることができる。

従って、式（８）に示されるように、Rr２２３−１の抵抗値が大きい程、また、静電容量Ｃ_xが大きく、信号源２１３−１の周波数ｆ［Hz］が高い程、１/((２×π×ｆ×Ｃ_x)²)の項が小さくなり、Rr２２３−１の両端に、より大きな信号を生じさせることができる。

例えば、送信装置２１０の信号源２１３−１による電圧の実効値Ｖ_trmsを２［Ｖ］に固定し、信号源２１３−１が生成する信号の周波数ｆを１［MHz］、１０［MHz］、または１００［MHz］とし、Rr２２３−１の抵抗値を１０Ｋ［Ω］、１００Ｋ［Ω］、または１Ｍ［Ω］とし、回路全体の静電容量Ｃ_xを０．１［ｐＦ］、１［ｐＦ］、または１０［ｐＦ］としたときの、Rr２２３−１の両端に生じる電圧の実効値Ｖ_rrmsの計算結果は図３に示される表２５０のようになる。

表２５０に示されるように、実効値Ｖ_rrmsの計算結果は、その他の条件が同じ場合、周波数ｆが１［MHz］のときよりも１０［MHz］のときの方が大きくなり、受信負荷であるRｒ２５３−１の抵抗値が１０Ｋ［Ω］のときよりも１Ｍ［Ω］の時のほうが大きくなり、静電容量Ｃ_xが０．１［ｐＦ］のときよりも１０［ｐＦ］の時のほうが大きな値をとる。すなわち、周波数ｆの値、Rr２５３−１の抵抗値、および静電容量Ｃ_xが大きいほど、大きな実効値Ｖ_rrmsが得られる。

また、表２５０より、ピコファラド以下の静電容量でも、Rr２２３−１には電気信号が発生することが分かる。すなわち、伝送される信号の信号レベルが微小な場合、受信装置２２０の検出器２２３−２によって検出した信号を増幅する等すれば、通信が可能となる。

次に、以上に示した等価回路の通信システム２００の各パラメータの算出例を、図４を参照して具体的に説明する。図４は、通信システム１００の物理的な構成による影響も含めて演算例を説明するための図である。

図４に示される通信システム３００は、図１の通信システム１００に対応するシステムであり、図２の通信システム２００に通信システム１００の物理的な構成に関する情報を付加したものである。つまり、通信システム３００は、送信装置３１０、受信装置３２０、および通信媒体３３０を有している。図１の通信システム１００と対比して説明すると、送信装置３１０は送信装置１１０に対応し、受信装置３２０は受信装置１２０に対応し、通信媒体３３０は、通信媒体１３０に対応する。

送信装置３１０は、送信信号電極１１１に対応する送信信号電極３１１、送信基準電極１１２に対応する送信基準電極３１２、および送信部１１３に対応する信号源３１３−１を有している。つまり、信号源３１３−１の両側の端子の一方に送信信号電極３１１が接続され、他方に送信基準電極３１２が接続されている。送信信号電極３１１は、通信媒体３３０に近接するように設けられている。送信基準電極３１２は、通信媒体３３０に影響されない程度に通信媒体３３０から離されて設けられており、送信装置３１０の外部の空間に対して静電容量を有するように構成されている。なお、図２においては、送信部１１３には、信号源２１３−１および接地点２１３−２が対応するように説明したが、図４の場合、説明の便宜上、この接地点は省略している。

受信装置３２０も、送信装置３１０の場合と同様に、受信信号電極１２１に対応する受信信号電極３２１、受信基準電極１２２に対応する受信基準電極３２２、および受信部１２３に対応するRr３２３−１および検出器３２３−２を有している。つまり、Rr３２３−１の両側の端子の一方に受信信号電極３２１が接続され、他方に受信基準電極３２２が接続されている。受信信号電極３２１は、通信媒体３３０に近接するように設けられている。受信基準電極３２２は、通信媒体３３０に影響されない程度に通信媒体３３０から離されて設けられており、受信装置３２０の外部の空間に対して静電容量を有するように構成されている。なお、図２において受信部１２３には、Rr２２３−１、検出器２２３−２、および接地点２２３−３が対応するように説明したが、図４の場合、説明の便宜上、この接地点は省略している。

なお、通信媒体３３０は、図１や図２の場合と同様に完全導体であるものとする。送信装置３１０と受信装置３２０は、互いに十分な距離をおいて配置されており、相互の影響は無視できるものとする。また、送信信号電極３１１は通信媒体３３０とのみ静電結合している。また、送信基準電極３１２は送信信号電極３１１に対して十分な距離をおいて配置されており、相互の影響は無視できるものとする。同様に、受信信号電極３２１は通信媒体３３０とのみ静電結合している。また、受信基準電極３２２は受信信号電極３２１に対して十分な距離をおいて配置されており、相互の影響は無視できるものとする。なお厳密には、送信信号電極３１１、受信信号電極３２１、および通信媒体３３０は、空間に対する静電容量を有するが、ここでは、説明の便宜上、これらについて無視できるものとする。

図４に示されるように、通信システム３００において、通信媒体３３０の一方の端に送信装置３１０が配置され、もう一方の端に受信装置３２０が配置されている。

送信信号電極３１１と通信媒体３３０の間には距離dte［ｍ］の間隔があるものとする。また、送信信号電極３１１が、片面の表面積がSte［ｍ²］である導体円板とすると、通信媒体３３０との間で形成される静電容量Cte３１４は次の式（９）のように求めることができる。

式（９）は、平行平板の静電容量として一般に知られている算出式である。なお、式（９）は平行平板の面積が同じ場合に成立する算出式であるが、平行平板の面積が異なる場合において適用しても大きく結果を損ねることがないので、式（９）を用いることにする。上式で、εは誘電率を示すが、いま、通信システム３００は空気中に置かれているものとすると、比誘電率ε_rはほぼ１とみなせるので、誘電率εは、真空における誘電率ε₀と等価とみなすことができる。送信信号電極３１６の表面積Steを２×１０^-3［ｍ²］（直径約５［cm］）とし、間隔dteを５×１０^-3［ｍ］（５［mm］）として、静電容量Cte３１４を求めると、以下の式（１０）のようになる。

なお、実際の物理現象として上述した式（９）が厳密に成立するのは、Ｓｔｅ＞＞ｄｔｅの関係を満足している場合であるが、ここでは、式（９）で近似できるものとする。

次に、送信基準電極３１２と空間から成る静電容量Ctg３１５について説明する。一般に、半径ｒ［ｍ］の円板が空間に置かれていた場合、その円板と空間との間に形成される静電容量Ｃ［Ｆ］は次の式（１１）で求めることができる。

送信基準電極３１２が半径rtg＝２．５×１０^-2［ｍ］（半径２．５［ｃｍ］）の導体円板であるとすると、送信基準電極３１７と空間から成る静電容量Ctg３１５は、上述した式（１１）を用いて、次の式（１２）のように求められる。なお、通信システム３００は空気中に置かれ、その空間の誘電率は真空の誘電率ε₀で近似できるものとする。

受信信号電極３２１の大きさを送信信号電極３１１と同じとし、通信媒体３３０との間隔も同じとすれば、受信信号電極３２１と通信媒体３３０から成る静電容量Cre３２４は、送信側と同じく３．５［ｐＦ］となる。また、受信基準電極３２２の大きさを送信基準電極３１２と同じとすれば、受信基準電極３２２と空間から成る静電容量Crg３２５は、送信側と同じく１．８［ｐＦ］となる。以上から、Cte３１４、Ctg３１５、Cre３２４、およびCrg３２５の４つの静電容量から成る合成静電容量Ｃ_xは上述した式（４）を用いて次の式（１３）のように求めることができる。

なお、より厳密には、
Ｃ_x＝０．５２５ ［ｐＦ］
となる。

信号源３１３−１の周波数ｆを１［MHz］とし、電圧の実効値Ｖ_trmsを２［Ｖ］とし、Rr３２３−１を１００Ｋ［Ω］とすると、Rr３２３−１の両端に生じる電圧Ｖ_rrmsは、以下の式（１４）のように求めることができる。

以上の結果から、基本原理として、空間と成す静電容量を利用することによって、送信装置から受信装置への信号の受け渡しが可能である。

以上において説明した送信基準電極や受信基準電極の空間に対する静電容量は、各電極の位置に空間が存在すれば形成可能である。従って、上述した送信装置および受信装置は、通信媒体によって送信信号電極と受信信号電極が結合されていれば、互いの距離に依存せずに通信の安定性を得ることができる。

次に、実際に本通信システムを物理的に構成する場合について説明する。図５は、以上において説明した通信システムの、実際に物理的に構成する場合における、システム上に発生する各パラメータの演算用モデルの例を示す図である。

つまり、通信システム４００は、送信装置４１０、受信装置４２０、および通信媒体４３０を有しており、上述した通信システム１００（通信システム２００および通信システム３００）に対応するシステムであり、評価するパラメータが異なるだけで、その構成は、通信システム１００乃至通信システム３００と基本的に同様である。

つまり、通信システム３００と対比して説明すると、送信装置４１０は送信装置３１０に対応し、送信装置４１０の送信信号電極４１１は送信信号電極３１１に対応し、送信基準電極４１２は送信基準電極３１２に対応し、信号源４３１−１は信号源３３１−１に対応する。また、受信装置４２０は受信装置３２０に対応し、受信装置４２０の受信信号電極４２１は受信信号電極３２１に対応し、受信基準電極４２２は受信基準電極３２２に対応し、Rr４２３−１はRr３２３−１に対応し、検出器４２３−２は検出器３２３−２に対応する。さらに、通信媒体４３０は通信媒体３３０に対応する。

また、パラメータについて説明すると、送信信号電極４１１と通信媒体４３０との間の静電容量Cte４１４は通信システム３００のCte３１４に対応し、送信基準電極４１２の空間に対する静電容量Ctg４１５は通信システム３００のCtg３１５に対応し、送信装置４１０からの空間上の仮想的な無限遠点を示す接地点４１６−１は通信システム３００の接地点３１６に対応する。また、送信信号電極４１１は、面積Ste［ｍ²］の円盤状の電極であり、通信媒体４３０から微小距離dte［ｍ］だけ離れた位置に設けられる。送信基準電極４１２も円盤状の電極であり、その半径は、rtg［ｍ］である。

受信装置４２０側では、受信信号電極４２１と通信媒体４３０との間の静電容量Cre４２４は通信システム３００のCre３２４に対応し、受信基準電極４２２の空間に対する静電容量Crg４２５は通信システム３００のCrg３２５に対応し、受信装置４２０からの空間上の仮想的な無限遠点を示す接地点４２６−１は通信システム３００の接地点３２６に対応する。また、受信信号電極４２１は、面積Sre［ｍ²］の円盤状の電極であり、通信媒体４３０から微小距離dre［ｍ］だけ離れた位置に設けられる。受信基準電極４２２も円盤状の電極であり、その半径は、rrg［ｍ］である。

図５の通信システム４００は、以上のパラメータに加えて、以下のような新たなパラメータが追加されたモデルである。

例えば、送信装置４１０については、送信信号電極４１１と送信基準電極４１２との間に形成される静電容量Ctb４１７−１、送信信号電極４１１と空間との間に形成される静電容量Cth４１７−２、および、送信基準電極４１２と通信媒体４３０との間に形成される静電容量Cti４１７−３が新たなパラメータとして追加されている。

また、受信装置４２０については、受信信号電極４２１と受信基準電極４２２との間に形成される静電容量Crb４２７−１、受信信号電極４２１と空間との間に形成される静電容量Crh４２７−２、および、受信基準電極４２２と通信媒体４３０との間に形成される静電容量Cri４２７−３が新たなパラメータとして追加されている。

さらに、通信媒体４３０については、通信媒体４３０と空間との間に形成される静電容量Cm４３２が新たなパラメータとして追加されている。また、実際には、通信媒体４３０は、その大きさや材質等によって電気抵抗を有するので、その抵抗成分として抵抗値Rm４３１およびRm４３３が新たなパラメータとして追加されている。

なお、図５の通信システム４００においては省略されているが、通信媒体が導電性だけでなく、誘電性を有する場合には、その誘電率に従った静電容量も併せて形成される。また、通信媒体に導電性がなく、誘電性のみで形成される場合には、送信信号電極４１１と受信信号電極４２１の間に、誘電体の誘電率、距離、大きさ、配置で決まる静電容量で結合されることになる。

また、ここでは、送信装置４１０と受信装置４２０が、互いに静電結合的な要素が無視できる程度に距離が離れている場合（送信装置４１０と受信装置４２０との間の静電結合の影響を無視することができる場合）を想定している。仮に、距離が近い場合には、上述した考え方に従い、送信装置４１０内の各電極と受信装置４２０内の各電極の位置関係によっては、それら電極同士の静電容量も考慮する必要が生じることもある。

次に、図５の通信システム４００の動作を、電気力線を用いて説明する。通信システム４００の送信装置４１０の、電極同士、または電極と通信媒体４３０との関係を、電気力線を用いて表現した模式図を図６および図７に示す。

図６は、通信媒体４３０が存在しない場合の電気力線の分布の例を示す模式図である。いま、送信信号電極４１１は正の電荷を有し（正に帯電し）、送信基準電極４１２は負の電荷を有している（負に帯電している）ものとする。図中の矢印は電気力線を示し、その方向は、正の電荷から負の電荷へ向いている。電気力線は、途中で突然消滅することはなく、異符号の電荷を持つ物体に到達するか、仮想無限遠点に到達するかのいずれかの性質を持つ。

ここで、電気力線４５１は、送信信号電極４１１から放出された電気力線のうち無限遠点に到達しているものを示す。電気力線４５２は、送信基準電極４１２に向かっている電気力線のうち仮想無限遠点より到達しているものを示す。電気力線４５３は、送信信号電極４１１と送信基準電極４１２との間で生じている電気力線を示す。図６に示されるように、正または負に帯電した送信装置４１０の各電極には、それぞれ電気力線が入出力する。この電気力線の分布は、各電極の大きさや位置関係によって影響を受ける。

図７は、このような送信装置４１０に通信媒体４３０を近づけた場合の電気力線の分布の例を示す模式図である。送信信号電極４１１に通信媒体４３０が近づいたため、両者間の結合が強まり、図６で無限遠点に到達していた電気力線４５１の多くが、通信媒体４３０に到達する電気力線４６１となり、無限遠点への電気力線４６３（図６における電気力線４５１）は減少する。これに伴って、通信信号電極４１１からみたときの無限遠点に対する静電容量（図５のCth４１７−２）は弱まり、通信媒体４３０との間の静電容量（図５のCte４１４）が増す。なお、実際には、送信基準電極４１２と、通信媒体４３０間の静電結合（図５のCti４１７−３）も存在するが、ここでは無視できるものとする。

ガウスの法則によれば、任意の閉曲面Ｓを通って出て行く電気力線の数Ｎ［本］は、その閉曲面Ｓ内に含まれる全電荷を誘電率εで割ったものに等しく、閉曲面Ｓの外にある電荷には影響を受けない。いま閉曲面Ｓにｎ個の電荷が存在するとき、次式が成立する。

ここで、ｉは整数とする。変数ｑ_iは各電極に蓄積される電荷の電荷量を示す。この式（１５）は、送信信号電極４１１の閉曲面Ｓから湧き出す電気力線は、この閉曲面Ｓ内に存在する電荷から発せられる電気力線のみで決まり、送信基準電極４１２の外側から入ってくる電気力線の全ては、別の場所から出て行くことを示している。

この法則に従えば、図７において、通信媒体４３０が接地されていないものとすると、この通信媒体４３０近傍の閉曲面４７１には電荷の発生源は存在しないから、電気力線４６１近傍の通信媒体の領域４７２では、静電誘導により電荷Ｑ３が誘起される。通信媒体４３０は接地されていないため、通信媒体４３０が持つ総電荷量は変わらないから、電荷Ｑ３が誘起された領域４７２の外の領域４７３では、電荷Ｑ３と等量で異符号の電荷Ｑ４が誘起され、これによって生じる電気力線４６４が閉曲面４７１から出て行くことになる。電荷Ｑ４は通信媒体が大きい程、より拡散することになり、電荷密度も減少するから、これに伴って単位面積当たりの電気力線の本数も減少する。

通信媒体４３０が完全導体である場合、完全導体の性質から、部位によらず電位が同一になる特性上、部位によらず電荷密度もほぼ等しくなる性質がある。通信媒体４３０が抵抗分を持った導電体である場合には、その抵抗分に応じ、距離に応じて電気力線の数も減少する。また通信媒体４３０が導電性を持たない誘電体である場合には、その分極作用により、電気力線は拡散され、伝播される。いま空間にｎ個の導電体が存在しているとき、各導電体の電荷Ｑ_iは、次式で求めることができる。

ここで、ｉ、ｊは整数であり、Ｃ_ijは導電体ｉと導電体ｊから成る容量係数を示し、静電容量と同じ性質と考えてよい。容量係数は、導電体の形状とそれらの位置関係からのみ決まる。容量係数Ｃ_iiは、導電体ｉ自身が空間に対して形成する静電容量となる。また、Ｃ_ij＝Ｃ_jiである。式（１６）においては、複数の導電体から成る系が重ねの理に基づいて動作することが示されており、導電体間の静電容量と各導電体の電位との積の総和によって該当する導電体の電荷が定まることが示されている。

いま、図７と式（１６）において互いに関連する各パラメータを以下のように定める。例えば、Ｑ１は、送信信号電極４１１に誘起される電荷を示し、Ｑ２は、送信基準電極４１２に誘起される電荷を示し、Ｑ３は、送信信号電極４１１によって通信媒体４３０に誘起される電荷を示し、Ｑ４は、通信媒体４３０上の、電荷Ｑ３と異符号等量の電荷を示しているものとする。

また、Ｖ１が送信信号電極４１１の、無限遠点を基準としたときの電位を示し、Ｖ２が送信基準電極４１２の、無限遠点を基準としたときの電位を示し、Ｖ３が通信媒体４３０の、無限遠点を基準としたときの電位を示し、Ｃ１２が送信信号電極４１１と送信基準電極４１２間の容量係数を示し、Ｃ１３が送信信号電極４１１と通信媒体４３０間の容量係数を示し、Ｃ１５が送信信号電極４１１と空間の容量係数を示し、Ｃ２５が送信信号電極４１２と空間の容量係数を示し、さらにＣ３５が通信媒体４３０と空間の容量係数を示しているものとする。

このとき電荷Ｑ₃は次式のように求めることができる。

なお、厳密には式（１７）は、次式（１７’）であるが、右辺の第２項および第３項のＣ２３×Ｖ２＋Ｃ５３×Ｖ５が微少であるので、式（１７）を用いている。
Ｑ₃＝Ｃ１３×Ｖ１＋Ｃ２３×Ｖ２＋Ｃ５３×Ｖ５ …（１７’）

通信媒体４３０により多くの電界を注入するためには、電荷Ｑ３を大きくすればよいが、そのためには、送信信号電極４１１と通信媒体４３０間の容量係数Ｃ１３を高め、且つ、十分な電位Ｖ１を与えればよい。容量係数Ｃ１３は、形状と位置関係のみで決まるが、相互間の距離が近く、対向面積が大きい程、静電容量が高まる。次に、電位Ｖ１であるが、この電位は無限遠点からみたとき十分な電位が生じている必要がある。送信装置４１０からみると信号源によって、送信信号電極４１１と送信基準電極４１２の間に電位差が与えられているが、この電位差が無限遠点からみたときにも十分な電位差として生じるためには、送信基準電極４１２の振る舞いが重要になる。

仮に送信基準電極４１２が微小で、送信信号電極４１１が十分な大きさであるとすると、容量係数Ｃ１２及びＣ２５が小さくなる。一方で、容量係数Ｃ１３、Ｃ１５、Ｃ４５は大きな静電容量を持つから、電気的により変動しにくくなり、信号源で発生させている電位差のほとんどは、送信基準電極Ａｂ０２の電位Ｖ２として現れ、送信信号電極４１１の電位Ｖ１は小さくなってしまう。

この様子を図８に示す。送信基準電極４８１は微小なため、どの導電体や無限遠点とも結合しない。送信信号電極４１１は、通信媒体４３０との間で静電容量Cteを形成するとともに、空間に対して静電容量Cth４１７−２を形成する。また、通信媒体４３０は空間に対して静電容量Cm４３２を形成する。送信信号電極４１１と送信基準電極４１２に電位が生じても、送信信号電極４１１に関わる静電容量Cte４１４、Cth４１７−２、およびCm４３２が圧倒的に大きいため、この電位を変動させるためには、大きなエネルギーが必要となるが、信号源４１３−１の対向側の送信基準電極４８１の静電容量が小さいため、送信信号電極４１１の電位はほとんど変化せず、信号源４１３−１の電位変動のほとんどは、送信基準電極４８１側に現れることになる。

逆に、送信信号電極４１１が微小で、送信基準電極４８１が十分な大きさであるとすると、送信基準電極４８１の空間に対する静電容量が高まって、電気的に変動しにくくなり、送信信号電極４１１に十分な電位Ｖ１は生じるが、通信媒体４３０との静電結合が弱まるため、十分な電界を注入できない。

従って、全体のバランスの中で、通信に必要な電界を送信信号電極から通信媒体に注入しながらも、十分な電位を与えることができるだけの送信基準電極を設ける必要がある。ここでは、送信側のみを考えたが、図５における受信装置４２０の電極と通信媒体４３０の間に関しても同様に考えることができる。

無限遠点は、物理的に遠距離でなければならないものではなく、実用上は装置周辺の空間を考えればよいが、より理想としては、システム全体の系の中で、より安定して電位変動が少ないことが望ましい。実際の利用環境下では、ＡＣ電源ラインや照明器具、その他電気機器等から発生するノイズが存在するが、少なくとも信号源が利用する周波数帯域にこれらのノイズが重ならないか、無視できるレベルであればよい。

図９は、図５に示されるモデル（通信システム４００）を等価回路で示した図である。つまり、図２と図４の関係のように、図９に示される通信システム５００は図５に示される通信システム４００に対応し、通信システム５００の送信装置５１０は通信システム４００の送信装置４１０に対応し、通信システム５００の受信装置５２０は通信システム４００の受信装置４２０に対応し、通信システム５００の接続線５３０は通信システム４００の通信媒体４３０に対応する。

同様に、図９の送信装置５１０において、信号源５１３−１は信号源４１３−１に対応する。なお、図９の送信装置５１０においては、図５において省略された、図２の接地点２１３−２に対応する、図１の送信部１１３内部の回路におけるグランドを示す接地点５１３−２が示されている。

また、図９のCte５１４は、図５のCte４１４に対応する静電容量であり、Ctg５１５は、図５のCtg４１５に対応する静電容量であり、接地点５１６−１および接地点５１６−２は、それぞれ、接地点４１６−１および接地点４１６−２に対応する。さらにCtb５１７−１はCtb４１７−１に、Cth５１７−２はCth４１７−２に、Cti５１７−３はCti４１７−３にそれぞれ対応する静電容量である。

受信装置５２０の各部も同様であり、受信抵抗であるRr５２３−１および検出器５２３−２は、それぞれ、図５のRr４２３−１および検出器４２３−２に対応する。なお、図９の受信装置５２０においては、図５において省略された、図２の接地点２２３−３に対応する、図１の受信部１２３内部の回路におけるグランドを示す接地点５２３−３が示されている。

また、図９のCre５２４は、図５のCre４２４に対応する静電容量であり、Crg５２５は、図５のCrg４２５に対応する静電容量であり、接地点５２６−１および接地点５２６−２は、それぞれ、接地点４２６−１および接地点４２６−２に対応する。さらにCrb５２７−１はCrb４２７−１に、Crh５２７−２はCrh４２７−２に、Cri５２７−３はCri４２７−３にそれぞれ対応する静電容量である。

接続線５３０に接続される各部も同様であり、接続線の抵抗成分であるRm５３１とRm５３３は、それぞれ、Rm４３１とRm４３３に対応し、Cm５３２はCm４３２に対応し、接地点５３６は、接地点４３６に対応する。

このような通信システム５００は、以下のような性質を有する。

例えば、送信装置５１０は、Cte５１４の値が大きい（容量が高い）程、通信媒体４３０に対応する接続線５３０へ大きな信号を印加することができる。また、送信装置５１０は、Ctg５１２の値が大きい（容量が高い）程、接続線５３０へ大きな信号を印加することができる。さらに、送信装置５１０は、Ctb５１７−１の値が小さい（容量が低い）程、接続線５３０へ大きな信号を印加することができる。また、送信装置５１０は、Cth５１７−２の値が小さい（容量が低い）程、接続線５３０へ大きな信号を印加することができる。さらに、送信装置５１０は、Cti５１７−３の値が小さい（容量が低い）程、接続線５３０へ大きな信号を印加することができる。

受信装置５２０は、Cre５２４の値が大きい（容量が高い）程、通信媒体４３０に対応する接続線５３０から大きな信号を取り出すことができる。また、受信装置５２０は、Crg５２５の値が大きい（容量が高い）程、接続線５３０から大きな信号を取り出すことができる。さらに、受信装置５２０は、Crb５２７−１の値が小さい（容量が低い）程、接続線５３０から大きな信号を取り出すことができる。また、受信装置５２０は、Crh５２７−２の値が小さい（容量が低い）程、接続線５３０から大きな信号を取り出すことができる。さらに、受信装置５２０は、Cri５２７−３の値が小さい（容量が低い）程、接続線５３０から大きな信号を取り出すことができる。また、受信装置５２０は、Rr５２３の値が低い（抵抗が高い）程、接続線５３０から大きな信号を取り出すことができる。

接続線５３０の抵抗成分であるRm５３１およびRm５３３の値が低い（抵抗が低い）程、送信装置５１０は、接続線５３０へ大きな信号を印加することができる。また、接続線５３０の空間に対する静電容量であるCm５３２の値が小さい（容量が低い）程、送信装置５１０は、接続線５３０へ大きな信号を印加することができる。

コンデンサ容量の大小は、電極の表面積の大きさに略比例するから、一般には各電極の大きさが大きい程よいが、単純に電極の大きさを大きくすると、電極同士の間の静電容量も増加してしまう恐れもある。また、電極の大きさ比が極端な場合も効率が低下する恐れがある。従って、電極の大きさやその配置場所等は、全体のバランスの中で決定する必要がある。

なお、上述した通信装置５００の性質は、信号源５１３−１の周波数が高い周波数帯域では、インピーダンス・マッチングの考え方で本等価回路を捉え、各パラメータを決定することで効率的な通信が可能となる。周波数を高めることにより、小さい静電容量でもリアクタンスが確保できるため、各装置を容易に小型化することができる。

また、一般的にコンデンサのリアクタンスは周波数の減少とともに上昇する。これに対して、通信システム５００は静電容量結合に基づく動作をするので、信号源５１３−１が生成する信号の周波数の下限は、これによって決定される。また、Rm５３１、Cm５３２、およびRm５３３は、その配置から低域通過フィルタを形成することになるので、この特性により周波数の上限が定まる。

つまり、通信システム５００の周波数特性は、図１０に示されるグラフの曲線５５１のようになる。図１０において、横軸は周波数を、縦軸は系全体の利得を示している。

次に、図５の通信システム４００、および図９の通信システム５００の各パラメータの具体的な数値を検討する。なお、以下において、説明の便宜上、通信システム４００（通信システム５００）は空気中に設置されているものとする。また、通信システム４００の送信信号電極４１１、送信基準電極４１２、受信信号電極４２１、および受信基準電極４２２は、いずれも、直径５ｃｍの導体円板とする。

図５の通信システム４００において、送信信号電極４１１と通信媒体４３０からなる静電容量Cte４１４（図９のCte５１４）は、互いの間隔ｄが５ｍｍとすると、その値は、上述した式（９）を用いて、以下の式（１８）ように求められる。

電極間の静電容量であるCtb４１７−１（図９のCtb５１７−１）については、（式９）を適応することができるものとする。本来は上述したように電極の面積が間隔に比べて十分に大きい場合に成立する式であるが、ここでは、式（９）を適用することにより求められた、送信信号電極４１１と送信基準電極４１２の間の静電容量Ctb４１７−１の値が本来の正しい値に十分近似し、原理の説明において不都合を生じることがないので、式（９）を用いてCtb４１７−１の値を求めることができるものとする。電極間の間隔を５ｃｍとすると、Ctb４１７−１（図９のCtb５１７−１）は以下の式（１９）ようになる。

ここでの想定は、送信信号電極４１１と通信媒体４３０の間隔が狭いとすれば、空間との結合は弱くなるので、Cth４１７−２（図９のCht５１７−２）の値は、Cte４１４（Cte５１４）の値よりも十分小さいので、式（２０）のようにCte４１４（Cte５１４）の値の１０分の１に設定する。

送信基準電極４１２と空間で形成される静電容量を示すCtg４１５（図９のCtg５１５）は図４の場合（式（１２））と同様であり、次式（２１）のように求めることができる。

Cti４１７−３（図９のCti５１７−３）の値は、以下のように、Ctb４１７−１（図９のCtb５１７−１）と同等と考える。

Cti＝Ctb＝０．３５［ｐＦ］

受信装置４２０（図９の受信装置５２０）の各パラメータに関しても、各電極の構成（大きさや設置位置等）を送信装置４１０の場合と同様にすれば、以下のように、送信装置４１０の各パラメータと同様に設定される。

Cre＝Cte＝３．５［ｐＦ］
Crb＝Ctb＝０．３５［ｐＦ］
Crh＝Cth＝０．３５［ｐＦ］
Crg＝Ctg＝１．８［ｐＦ］
Cri＝Cti＝０．３５［ｐＦ］

また、説明の便宜上、以下において、通信媒体４３０（図９の接続線５３０）は人体のサイズ程度の生体に近い特性を有する物体であるとする。そして、通信媒体４３０の送信信号電極４１１の位置から受信信号電極４２１の位置（図９の送信信号電極５１１の位置から受信信号電極５２１の位置）までの電気抵抗が１Ｍ［Ω］であるとし、Rm４３１およびRm４３３（図９のRm５３１およびRm５３３）の値をそれぞれ５００Ｋ［Ω］とする。また、通信媒体４３０と空間との間で形成する静電容量Cm４３２（図９のCm５３２）の値を１００［ｐＦ］とする。

さらに、信号源４１３−１（図９の信号源５１３−１）は、最大値１［Ｖ］で周波数が１０Ｍ［Ｈｚ］の正弦波とする。

以上のパラメータを使ってシミュレーションを行うと、図１１に示されるような波形の受信信号がシミュレーション結果として得られる。図１１に示されるグラフは、縦軸が、受信装置４２０（図９の受信装置５２０）の受信負荷であるRr４２３−１（Rr５２３−１）の両端電圧を表し、横軸が時間を表している。図１１の両矢印５５２により示されるように、受信信号の波形の最大値Ａと最小値Ｂとの差（ピーク値の差）が約１０［μＶ］程度で観測される。従って、これを十分なゲインを持つ増幅器（検出器４２３−２）で増幅することによって、送信側の信号（信号源４１３−１において生成された信号）を受信側で復元することができる。

このように、以上において説明した通信システムは、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を容易に提供することができる。

次に、各装置における各電極の配置について説明する。上述したように、各電極は、互いに異なる役目を担っており、通信媒体や空間等に対して静電容量を形成する。つまり、各電極はそれぞれ互いに異なる相手と静電結合し、その静電結合を用いて作用する。従って、各電極の配置方法は、そのように各電極を目的の対象物に有効に静電結合させるために非常に重要な要因となる。

例えば、図５の通信システム４００において、送信装置４１０と受信装置４２０の間において効率よく通信を行うためには、以下の条件のように各電極を配置する必要がある。すなわち、各装置は、例えば、送信信号電極４１１と通信媒体４３０の間の静電容量、並びに、受信信号電極４２１と通信媒体４３０の間の静電容量の大きさがともに十分であること、送信基準電極４１２と空間の静電容量、並びに、受信基準電極４２２と空間の静電容量の大きさがともに十分であること、送信信号電極４１１と送信基準電極４１２の間、並びに、受信信号電極４２１と受信基準電極４２２の間の静電容量の大きさがより小さいこと、そして、送信信号電極４１１と空間の静電容量、並びに、受信信号電極４２１と空間の静電容量の大きさがより小さいことを満たす必要がある。

各電極の配置例を図１２乃至図１８に示す。なお、以下においては送信装置について説明する。図１２において、送信信号電極５５４と送信基準電極５５５の２つの電極は、筐体５５３の同一平面上に配置されている。この構成によれば、２つの電極（送信信号電極５５４と送信基準電極５５５）が互いに対向するように配置された場合と比較して、電極間の静電容量を小さくすることができる。このような構成の送信装置を用いる場合、２つの電極のうち、一方の電極のみを通信媒体に近づけるようにする。例えば、筐体５５３が２つのユニットとヒンジ部により構成され、その２つのユニットの相対的な角度が可変となるように、ヒンジ部を介して接続され、筐体５５３の全体で見た場合、そのヒンジ部によって、筐体５５３がその長手方向中央付近において折りたたむことができるようになされた折り畳み型携帯型電話機であるとする。このような折り畳み型携帯型電話機に対して、図１２に示されるような電極配置を応用することにより、一方の電極は操作ボタン側のユニット背面に配置し、他方の電極は表示部が設けられたユニットの背面に配置することができる。このように配置することにより、操作ボタン側のユニットに配置された電極はユーザの手によって覆われ、表示部背面に設けられた電極は空間に向いて配置されることになる。つまり、上述した条件を満たすように２つの電極を配置することができる。

図１３は、筐体５５３において、２つの電極（送信信号電極５５４と送信基準電極５５５）を対向するように配置したものである。この場合、図１２の配置と比較し、２電極間の静電結合は強まるものの、筐体５５３が比較的小さい場合に適する。この場合２つの電極は、筐体５５３内のできるだけ、距離が離れるような方向に配置されることが望ましい。

図１４は、筐体５５３において、２つの電極（送信信号電極５５４と送信基準電極５５５）を直接対向しないように配置し、かつ、筐体５５３の、互いに対向する面に配置したものである。この構成の場合、２つの電極の静電結合は、図１３より小さいものとなる。

図１５は、筐体５５３において、２つの電極（送信信号電極５５４と送信基準電極５５５）を、互いに垂直となるように配置したものである。この構成によれば、送信信号電極５５４の面とその対向面が通信媒体に近づく用途において、側面（送信基準電極５５５が配置される面）は、空間との静電結合が残されるため、通信が可能となる。

図１６は、図１３に示される配置において、電極の一方である送信基準電極５５５を筐体５５３内部に配置したものである。つまり、図１６Ａに示されるように、送信基準電極５５５のみが筐体５５３の内部に設けられる。図１６Ｂは、図１６Ａの面５５６より見た場合の電極位置の例を示す図である。図１６Ｂに示されるように、送信信号電極５５４は、筐体５５３の表面に配置され、送信基準電極５５５のみが筐体５５３の内部に設置されている。この構成によれば、筐体５５３が通信媒体で広く覆れてしまっても、一方の電極周辺には筐体５５３の内部の空間があるため、通信が可能となる。

図１７は、図１２または図１４に示される配置において、電極の一方である送信基準電極５５５を筐体５５３内部に配置したものである。つまり、図１７Ａに示されるように、送信基準電極５５５のみが筐体５５３の内部に設けられる。図１７Ｂは、図１７Ａの面５５６より見た場合の電極位置の例を示す図である。図１７Ｂに示されるように、送信信号電極５５４は、筐体５５３の表面に配置され、送信基準電極５５５のみが筐体５５３の内部に設置されている。この構成によれば、筐体５５３が通信媒体で広く覆れてしまっても、一方の電極周辺には筐体内部の空間余裕があるため、通信が可能となる。

図１８は、図１５に示される配置において、電極の一方を筐体内部に配置したものである。つまり、図１８Ａに示されるように、送信基準電極５５５のみが筐体５５３の内部に設けられる。図１８Ｂは、図１８Ａの面５５６より見た場合の電極位置の例を示す図である。図１８Ｂに示されるように、送信信号電極５５４は、筐体５５３の表面に配置され、送信基準電極５５５のみが筐体５５３の内部に設置されている。この構成によれば、筐体が通信媒体で広く覆れてしまっても、一方の電極である送信基準電極５５５を周辺には筐体内部の空間余裕があるため、通信が可能となる。

以上に説明したいずれの電極配置も、一方の電極よりも他方の電極の方が通信媒体に近く、他方はより空間との静電結合が強まるような配置となるように成されている。また、各配置においては、２つの電極間の静電的結合がより弱まるように配置することが望ましい。

送信装置あるいは受信装置は何らかの筐体に組み込まれるようにしてもよい。本発明の機器では、少なくとも２つの電極が存在し、それらは電気的に絶縁状態にあるので、筐体もある厚さを持った絶縁体で構成される。図１９は、送信信号電極周辺の断面図を示したものである。送信基準電極、受信信号電極、および受信基準電極のいずれも、送信信号電極と同様の構成であるので、上述した説明を適用することができる。従って、それらについての説明は省略する。

図１９Ａは、送信信号電極５６１と通信媒体５６２がある程度の距離を保つように構成された場合の例を示している。つまり、送信信号電極５６１の周囲にはスペーサ５６３およびスペーサ５６４が設けられている。これにより、送信信号電極５６１を含む筐体が通信媒体５６２に接触させられたとしても、送信信号電極５６１と通信媒体５６２の間には、両矢印５６５により示されるような距離ｄ［ｍ］が保たれる。つまり、送信信号電極５６１と通信媒体５６２の間に、空間５６６が形成される。

この場合の送信信号電極５６１と通信媒体５６２の間の静電容量Ｃは式（９）によって求めらることができるので、次の式（２２）のように表すことができる。ただし、上述したように式（９）は平行平板の面積が同じ場合に成立する算出式であるが、平行平板の面積が異なる場合において適用しても大きく結果を損ねることがないので、次式（２２）が導出される。

ここで、ε₀は真空の誘電率で８．８５４×１０^-12［Ｆ／ｍ］という固定値である。ε_rはその場所の比誘電率、Ｓは送信信号電極５６１の表面積である。送信信号電極５６１の上側に形成される空間５６６に、高い比誘電率を有する誘電体を配置することによって、静電容量を増加させ、性能の向上を図ることができる。

同様に、周囲の空間に対しても静電容量の増加を図ることができる。また、スペーサ５６３およびスペーサ５６４を筐体により構成されるようにしてもよい。

これに対して図１９Ｂは、送信信号電極５６１を筐体５６７に埋め込んだ場合の例を示している。こうすることで、通信媒体５６２は、筐体５６７に接触すると同時に、送信信号電極５６１にも接触する。また、送信信号電極５６１の表面に絶縁層を形成することで、通信媒体５６２と送信信号電極５６１とが非接触となるようにすることもできる。

図１９Ｃは、図１９Ｂの場合に対し、筐体５６７を電極の表面積且つ厚さｄ’で凹状にえぐり、送信信号電極５６１を埋め込んだものである。筐体が一体成型の場合には、本手法により、製造コストや部品コストを抑え、簡単に静電容量を高めることができる。

次に、電極の大きさに関して説明する。少なくとも、送信基準電極及び受信基準電極は、通信媒体が十分な電位を得るために、十分な空間との静電容量を形成する必要があるが、送信信号電極及び受信信号電極は、通信媒体との静電的結合や通信媒体に流す信号の性質を踏まえたうえで、最適な大きさにすればよい。従って、通常、送信基準電極の大きさを送信信号電極の大きさより大きくするとともに、受信基準電極の大きさを受信信号電極の大きさより大きくする。しかしながら、通信を行うために十分な信号が得られれば、これ以外の関係であってももちろんよい。

特に、送信基準電極の大きさと送信信号電極の大きさを一致させ、かつ、受信基準電極の大きさと受信信号電極の大きさとを一致させた場合、無限遠点の基準点からみれば、これらの電極は互いに同等の特性にみえる。このため、どちらの電極を基準電極（信号電極）として使用するようにしても（基準電極と信号電極を入れ替えることができるようにしても）、同等の通信性能を得られる特徴がある。

換言すると、基準電極と信号電極の大きさが互いに異なるように設計された場合、一方の電極（信号電極として設定された電極）を通信媒体に近づけた場合にのみ通信可能とすることができる特徴を有する。

次に、回路のシールドについて説明する。以上においては、電極以外の送信部や受信部等は通信システムの物理的な構成を考える上で透明な存在として考えてきたが、実際にこの通信システムを実現するためには電子部品等から構成されるのが一般的である。電子部品は、その性質上、導電性、誘電性等の何らかの電気的な性質を有する物質から構成されるが、これらが電極周辺に存在する以上、動作に影響を与えることになる。本発明では、空間中の静電容量等が様々な影響を与えるため、基板上に実装されている電子回路自身もこの影響を授受ことになる。従って、より安定化した動作を期待する場合には、全体を導体でシールドすることが望ましい。

シールドした導体は、通常は、送受信装置の基準電位ともなっている送信基準電極または受信基準電極へ接続することが考えられるが、動作に問題がなければ、送信信号電極または受信信号電極へ接続してもよい。本シールドの導体自体も物理的な大きさを持つので、これまで説明してきた原理に従い、他の電極や、通信媒体、空間との相互関係で動作することを考慮する必要がある。

図２０に、この実施例を示す。本例は、機器がバッテリーで動作することを想定しており、バッテリーを含めた電子部品がシールドケース５７１内に収められており、基準電極も兼ねている。電極５７２は信号電極である。

次に、伝送媒体について説明する。通信媒体に関しては、これまでの例では、導電体を主な例に挙げたが、導電性を持たない誘電体であっても通信が可能である。誘電体中では、送信信号電極から通信媒体へ注入された電界が、誘電体の分極作用によって伝播するためである。

具体的に、導電体としては電線等の金属物が、また誘電体としては純水等が考えられるが、両方の性質を併せ持った生体、整理食塩水等でも通信は可能である。また、真空中や空気中も誘電率を持つため、通信媒体として通信可能である。

次にノイズについて説明する。空間中は、ＡＣ電源からのノイズ、蛍光灯や各種家電機器、電気機器からのノイズ、空気中の帯電微粒子の影響等様々な要因によって電位が変動している。これまでは、これら電位変動を無視してきたが、これらのノイズは送信装置、通信媒体、受信装置の各部に重々することになる。

図２１は、図１の通信システム１００を、ノイズ成分を含めた等価回路により表した模式図である。すなわち、図２１の通信システム６００は、図９の通信システム５００に対応し、通信システム６００の送信装置６１０は、通信システム５００の送信装置５１０に対応し、受信装置６２０は受信装置５２０に対応し、接続線６３０は接続線６３０に対応する。

送信装置６１０において、信号源６１３−１、接地点６１３−２、Cte６１４、Ctg６１５、接地点６１６−１、接地点６１６−２、Ctb６１７−１、Cth６１７−２、およびCti６１７−３は、それぞれ、送信装置５１０の、信号源５１３−１、接地点５１３−２、Cte５１４、Ctg５１５、接地点５１６−１、接地点５１６−２、Ctb５１７−１、Cth５１７−２、およびCti５１７−３に対応する。ただし、図９の場合と異なり、送信装置６１０には、ノイズ６４１およびノイズ６４２の２つの信号源が、それぞれ、Ctg６１５と接地点６１６−１との間、およびCth６１７−２と接地点６１６−２との間に設けられている。

受信装置６２０において、Ｒｒ６２３−１、検出器６２３−２、接地点６２３−３、Cre６２４、Crg６２５、接地点６２６−１、接地点６２６−２、Crb６２７−１、Crh６２７−２、およびCri６２７−３は、それぞれ、受信装置５２０の、Ｒｒ５２３−１、検出器５２３−２、接地点５２３−３、Cre５２４、Crg５２５、接地点５２６−１、接地点５２６−２、Crb５２７−１、Crh５２７−２、およびCri５２７−３に対応する。ただし、図９の場合と異なり、受信装置６２０には、ノイズ６４４およびノイズ６４５の２つの信号源が、それぞれ、Crh６２７−２と接地点６２６−２との間、およびCrg６２５と接地点６２６−１との間に設けられている。

接続線６３０において、Rm６３１、Cm６３２、Rm６３３、および接地点６３６は、それぞれ、接続線５３０の、Rm５３１、Cm５３２、Rm５３３、および接地点５３６に対応する。ただし、図９の場合と異なり、接続線６３０には、ノイズ６４３の信号源が、Cm６３２と接地点６３６との間に設けられている。

各装置は、自らが有するグランド電位である接地点６１３−２、または６２３−３を基準に動作しているため、これらに重々するノイズが、送信装置、通信媒体、および受信装置に対して相対的に同成分であれば、動作上は影響しない。一方で、特に装置間の距離が離れている場合やノイズの多い環境下では、各装置間でノイズの相対的な差異を生じる可能性が高まる。つまり、ノイズ６４１乃至ノイズ６４５の動きが互いに異なる。この差異も、時間的な変動がない場合には、使用する信号レベルの相対差が伝達されればよいので問題ないが、ノイズの変動周期が使用する周波数帯に重なるような場合には、そのノイズ特性を考慮して、利用する周波数や信号レベルを定める必要があるが、換言すれば、ノイズ特性を考慮しながら利用する周波数や信号レベルを定めるだけで、通信システム６００は、ノイズ成分に対する耐性も有し、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、容易に利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。

次に、送信装置と受信装置の間の距離の大きさによる通信への影響について説明する。上述したように、本発明の原理によれば、送信基準電極と受信基準電極の空間に十分な静電容量を形成できていれば、送受信装置間近辺の大地による経路や、その他の電気的な経路を必要とせず、送信信号電極と受信信号電極の距離に依存しない。従って、例えば、図２２に示される通信システム７００のように、送信装置７１０と受信装置７２０を遠距離におき、十分な導電性あるいは誘電性を持った通信媒体７３０により送信信号電極７１１、受信信号電極７２１を静電的に結合することによって通信が可能である。このとき、送信基準電極７１２は送信装置７１０の外部の空間と静電結合し、受信基準電極７２２は受信装置７２０の外部の空間と静電結合する。従って、送信基準電極７１２と受信基準電極７２２は、互いに静電結合する必要がない。但し、通信媒体７３０がより長く、大きくなることによって空間に対する静電容量も増加するため、各パラメータを決定する際にこれらについて考慮する必要がある。

なお、図２２の通信システム７００は、図１の通信システム１００に対応するシステムであり、送信装置７１０は送信装置１１０に対応し、受信装置７２０は受信装置１２０に対応し、通信媒体７３０は通信媒体１３０に対応する。

送信装置７１０において、送信信号電極７１１、送信基準電極７１２、および信号源７１３−１は、それぞれ、送信信号電極１１１、送信基準電極１１２、および送信部１１３（またはその一部）に対応する。同様に、受信装置７２０において、受信信号電極７２１、受信基準電極７２２、およびＲｒ７２３−１は、それぞれ、受信信号電極１２１、受信基準電極１２２、および受信部１２３（またはその一部）に対応する。

従って、これらの各部についての説明は省略する。

以上のように通信システム７００は、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。

なお、以上においては、送信信号電極および受信信号電極が通信媒体と非接触であるように説明したが、これに限らず、送信基準電極および受信基準電極がそれぞれの装置周辺空間との間で十分な静電容量が得られるのであれば、送信信号電極と受信信号電極の間を、導電性を有する通信媒体で接続するようにしてもよい。

図２３は、送信基準電極および受信基準電極を、通信媒体を介して接続する場合の通信システムの例について説明する模式図である。

図２３において、通信システム７４０は、図２２の通信システム７００に対応するシステムである。ただし、通信システム７４０の場合、送信装置７１０に送信信号電極７１１が存在せず、送信装置７１０と通信媒体７３０は、接点７４１において接続される。同様に、通信システム７４０における受信装置７２０には受信信号電極７２１が存在せず、受信装置７２０と通信媒体７３０は、接点７４２において接続される。

通常の有線通信システムでは、少なくとも２つの信号線があり、これらの信号レベルの相対差を利用して通信を行うように成されているが、本発明に従えば、１本の信号線で通信を行うことができる。

つまり、通信システム７４０も、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。

次に、以上のような通信システムの具体的な適用例について説明する。例えば、以上のような通信システムは、生体を通信媒体とすることもできる。図２４は、人体を介して通信を行う場合の通信システムの例を示す模式図である。図２４において、通信システム７５０は、人体の腕部に取り付けられた送信装置７６０から音楽データを送信し、人体の頭部に取り付けられた受信装置７７０によってその音楽データを受信して音声に変換し、出力してユーザに視聴させるシステムである。この通信システム７５０は、上述した通信システム（例えば、通信システム１００）に対応したシステムであり、送信装置７６０や受信装置７７０は、それぞれ、送信装置１１０や受信装置１２０に対応する。また、通信システム７５０において人体７８０は、通信媒体であり、図１の通信媒体１３０に対応する。

つまり、送信装置７６０は、送信信号電極７６１、送信基準電極７６２、および送信部７６３を有しており、それぞれ、図１の送信信号電極１１１、送信基準電極１１２、および送信部１１３に対応する。また、受信装置７７０は、受信信号電極７７１、受信基準電極７７２、および受信部７７３を有しており、それぞれ、図１の受信信号電極１２１、受信基準電極１２２、および受信部１２３に対応する。

従って、通信媒体である人体７８０に、送信信号電極７６１および受信信号電極７７１が接触または近接されるように、送信装置７６０および受信装置７７０が設置される。送信基準電極７６２および受信基準電極７７２は、空間に接していればよいので、周辺に大地との結合や、送受信装置（または電極）同士の結合も不要である。

図２５は、通信システム７５０を実現する他の例について説明する図である。図２５において、受信装置７７０は、人体７８０に対して足裏部において接触（または近接）し、人体７８０の腕部に取り付けられた送信装置７６０との間で通信を行う。この場合も、通信媒体である人体７８０に接触（または近接）されるように、送信信号電極７６１と受信信号電極７７１が設けられ、空間に向けて送信基準電極７６２と受信基準電極７７２が設けられている。特に、大地を通信経路の１つとしていた従来技術では実現不可能な応用例である。

つまり、以上のような通信システム７５０は、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。

以上のような通信システムにおいて、通信媒体に流す信号の変調方式としては、送信装置と受信装置の両方において対応可能であれば、特に制限はなく、通信システム全体の系の特性を踏まえた上で、最適な方式を選択することができる。具体的に変調方式としては、ベースバンド、または振幅変調、または周波数変調されたアナログ信号か、ベースバンド、または振幅変調、または周波数変調、または位相変調されたデジタル信号のうちのいずれか１つ、または複数の混合であってもよい。

さらに、以上のような通信システムにおいて、１つの通信媒体を利用して、複数の通信が成立させ、全二重通信や、単一の通信媒体による複数の装置同士による通信等を実行することができるようにしてもよい。

このような多重通信を実現する方法の例を説明する。１つ目は、スペクトラム拡散方式を適用させる方法である。この場合、送信装置と受信装置の間で互いに周波数帯域幅と特定の時系列コードを取り決めておく。そして送信装置は、この周波数帯域幅の中で、もとの信号を時系列コードによって周波数的に変化させ、周波数帯域全体に拡散させてから送信する。受信装置は、この拡散した成分を受信した後、その受信した信号を積分することで受信信号を復号する。

周波数の拡散によって得られる効果を説明する。シャノンとハートレーのチャネル容量の定理によれば、次の式が成り立つ。

ここで、Ｃ［bps］はチャネル容量を示し、通信路に流すことのできる理論上の最大データレートを示す。Ｂ［Hz］はチャネル帯域幅を示す。Ｓ／Ｎは信号対ノイズ電力比（SN比）を示す。さらに、上式をマクローリン展開し、Ｓ／Ｎが低いものとすると、上述した式（２３）は、次の式（２４）のように近似することができる。

これにより、例えばＳ／Ｎがノイズフロア以下のレベルであったとすると、Ｓ／Ｎ＜＜１となるが、チャネル帯域幅Ｂを広げることで、チャネル容量Ｃを所望のレベルに引き上げることができる。

時系列コードを通信路毎に異なるようし、周波数拡散の動きを異なるようにすれば、相互に干渉することなく周波数が拡散し、相互の混信がなくなることで、同時に複数の通信を行うことができる。

図２６は、本発明の基礎となる通信システムの他の構成例を示す図である。図２６に示される通信システム８００においては、４つの送信装置８１０−１乃至８１０−４と、５つの受信装置８２０−１乃至８２０−５が、スペクトラム拡散方式を用いて、通信媒体８３０を介して多重通信を行う。

送信装置８１０−１は、図１の送信装置１１０に対応しており、送信信号電極８１１、送信基準電極８１２を有し、さらに、送信部１１３に対応する構成として、原信号供給部８１３、乗算器８１４、拡散信号供給部８１５、および増幅器８１６を有している。

原信号供給部８１３は、送信対象の信号である原信号を生成する等して、それを乗算器８１４に供給する。また、拡散信号供給部８１５は、伝送対象の信号を、所定の周波数帯域全体に拡散させる搬送波である拡散信号を生成する等して、それを乗算器８１４に供給する。なお、この拡散信号による拡散の方式には、代表的なものとして、ダイレクトシーケンス方式（以下、DS方式と称する）と周波数ホッピング方式（以下、FH方式と称する）の２種類の方法がある。DS方式は、少なくとも原信号よりも高い周波数成分を持った上記の時系列コードを乗算器８１４において乗算させる方式である。その乗算結果は、所定の搬送波に乗せられ、増幅器８１６において増幅された後出力される。

また、FH方式は、上記の時系列コードによって搬送波の周波数を変化させて拡散信号を生成する方式である。その拡散信号は、乗算器８１４において、原信号に乗算され、増幅器８１６において増幅された後出力される。増幅器８１６の一方の出力は、送信信号電極８１１に接続され、他方は、送信基準電極８１２に接続される。

送信装置８１０−２乃至送信装置８１０−４も同様の構成であり、上述した送信装置８１０−１に対する説明を適用可能であるのでその説明を省略する。

受信装置８２０−１は、図１の受信装置１２０に対応しており、受信信号電極８２１、受信基準電極８２２を有し、さらに、受信部１２３に対応する構成として、増幅器８２３、乗算器８２４、拡散信号供給部８２５、および原信号出力部８２６を有している。

受信装置８２０−１は、まず、本発明の方法に基づいて電気信号を復元した後、送信装置８１０−１と逆の信号処理によって元の原信号（原信号供給部８１３が供給する信号）を復元する。

この方式による周波数スペクトルを図２７に示す。横軸は周波数を、縦軸はエネルギーを示している。スペクトル８４１は周波数を固定した方式のスペクトルであるが、特定の周波数にエネルギーが集中している。この方式では、ノイズフロア８４３以下にエネルギーが低下してしまうと信号を復元することはできない。一方、スペクトル８４２はスペクトラム拡散方式のスペクトルを示しているが、広い周波数帯域に渡ってエネルギーが分散している。図の長方形の面積が全体のエネルギーを示していると考えることができるので、スペクトル８４２の信号は、各周波数成分がノイズフロア８４３以下にも関わらず、周波数帯域全体に渡ってエネルギーを積分することで元の信号を復元でき、通信が可能となる。

以上のようなスペクトラム拡散方式を用いて通信を行うことにより、通信システム８００は、図２６に示されるように、同一の通信媒体８３０を利用して同時通信を行うことができる。図２６において、経路８３１乃至経路８３５は通信媒体８３０上の通信経路を示している。また、スペクトラム拡散方式を用いることにより、通信システム８００は、経路８３１と経路８３２に示されるような多対一通信や、多対多通信も行うことができる。

２つ目は、送信装置と受信装置の間で互いに周波数帯域幅を決め、それをさらに複数の領域に分割する周波数分割方式を適用させる方法である。この場合、送信装置（または受信装置）は、特定の周波数帯域割り振りの規則に従うか、通信開始時に空いている周波数帯域を検出し、その検出結果に基づいて周波数帯域の割り振りを行う。

図２８は、本発明の基礎となる通信システムの他の構成例を示す図である。図２８に示される通信システム８５０においては、４つの送信装置８６０−１乃至８６０−４と、５つの受信装置８７０−１乃至８７０−５が、周波数分割方式を用いて、通信媒体８８０を介した多重通信を行う。

送信装置８６０−１は、図１の送信装置１１０に対応しており、送信信号電極８６１、送信基準電極８６２を有し、さらに、送信部１１３に対応する構成として、原信号供給部８６３、乗算器８６４、周波数可変型発信源８６５、および増幅器８６６を有している。

周波数可変型発振源８６５によって生成された特定の周波数成分を持った発振信号は、乗算器８６４において原信号供給部８６３より供給された原信号と乗算され、増幅器８６６において増幅された後、出力される（適宜フィルタリングを行うものとする）。増幅器８６６の一方の出力は送信信号電極８６１に接続され、他方は送信基準電極８６２に接続される。

送信装置８６０−２乃至送信装置８６０−４も同様の構成であり、上述した送信装置８６０−１に対する説明を適用可能であるのでその説明を省略する。

受信装置８７０−１は、図１の受信装置１２０に対応しており、受信信号電極８７１、受信基準電極８７２を有し、さらに、受信部１２３に対応する構成として、増幅器８７３、乗算器８７４、周波数可変型発信源８７５、および原信号出力部８７６を有している。

受信装置８７０−１は、まず、本発明の方法に基づいて電気信号を復元した後、送信装置８６０−１と逆の信号処理によって元の原信号（原信号供給部８６３が供給する信号）を復元する。

この方式による周波数スペクトルの例を図２９に示す。横軸は周波数を、縦軸はエネルギーを示している。なお、ここでは、説明の便宜上、図２９に示されるように、全体の周波数帯域幅８９０（ＢＷ）を、５つの帯域幅８９１乃至８９５（ＦＷ）に分割した例を示している。このように分割された各周波数帯域は、互いに異なる通信経路の通信に利用される。つまり、通信システム８５０の送信装置８６０（受信装置８７０）は、通信経路毎に異なる周波数帯域を利用することにより、図２８に示されるように、相互の混信を抑制し、１つの通信媒体８８０において、同時に複数の通信を行うことができる。図２８において、経路８８１乃至経路８８５は通信媒体８８０上の通信経路を示している。また、周波数分割方式を用いることにより、通信システム８５０は、経路８８１と経路８８２に示されるような多対一通信や、多対多通信も行うことができる。

なお、ここでは、通信システム８５０（送信装置８６０または受信装置８７０）が、全帯域幅８９０を５つの帯域幅８９１乃至８９５に分割するように説明したが、分割数はいくつであってもよいし、各帯域幅の大きさが互いに異なるようにしてもよい。

３つ目は、送信装置と受信装置の間で互いに通信時間を複数に分割する時分割方式を適用させる方法である。この場合、送信装置（または受信装置）は、特定の時間分割規則に従うか、通信開始時に空いている時間領域を検出し、その検出結果に基づいて通信時間の分割を行う。

図３０は、本発明の基礎となる通信システムの他の構成例を示す図である。図３０に示される通信システム９００においては、４つの送信装置９１０−１乃至９１０−４と、５つの受信装置９２０−１乃至９２０−５が、時分割方式を用いて、通信媒体９３０を介した多重通信を行う。

送信装置９１０−１は、図１の送信装置１１０に対応しており、送信信号電極９１１、送信基準電極９１２を有し、さらに、送信部１１３に対応する構成として、時間制御部９１３、乗算器９１４、発信源９１５、および増幅器９１６を有している。

時間制御部９１３によって所定時間に原信号が出力される。乗算器９１４は、原信号と、発振源９１５により供給される発振信号を乗算し、増幅器９１６から出力する（適宜フィルタリングを行うものとする）。増幅器９１６の一方の出力は、送信信号電極９１１に接続され、他方は、送信基準電極９１２に接続される。

送信装置９１０−２乃至送信装置９１０−４も同様の構成であり、上述した送信装置９１０−１に対する説明を適用可能であるのでその説明を省略する。

受信装置９２０−１は、図１の受信装置１２０に対応しており、受信信号電極９２１、受信基準電極９２２を有し、さらに、受信部１２３に対応する構成として、増幅器９２３、乗算器９２４、発信源９２５、および原信号出力部９２６を有している。

受信装置９２０−１は、まず、本発明の方法に基づいて電気信号を復元した後、送信装置９２０−１と逆の信号処理によって元の原信号（時間制御部９１３が供給する原信号）を復元する。

この方式による時間軸上のスペクトルの例を図３１に示す。横軸は時間を、縦軸はエネルギーを示している。なお、ここでは、説明の便宜上、５つの時間帯域９４１乃至９４５を示しているが、実際には、時間帯域は、これ以降同様に継続する。このように分割された各時間帯域は、互いに異なる通信経路の通信に利用される。つまり、通信システム９００の送信装置９１０（受信装置９２０）は、通信経路毎に異なる時間帯域において通信を行うことにより、図３０に示されるように、相互の混信を抑制し、１つの通信媒体９３０において、同時に複数の通信を行うことができる。図３０において、経路９３１乃至経路９３５は通信媒体９３０上の通信経路を示している。また、時分割方式を用いることにより、通信システム９００は、経路９３１と経路９３２に示されるような多対一通信や、多対多通信も行うことができる。

なお、ここでは、通信システム９００（送信装置９１０または受信装置９２０）が分割する各時間帯の時間幅の大きさが互いに異なるようにしてもよい。

さらに、上述した以外の方法として、１つ目から３つ目までの通信方式のうちの２つ以上を組み合わせるようにしてもよい。

送信装置および受信装置が、同時に複数の他の装置と通信を行うことができるということは、特定のアプリケーションにおいては、特に重要になる。例えば、交通機関のチケットへの応用を想定すると、定期券の情報を有する装置Ａと電子マネー機能を有する装置Ｂの両方を所持した利用者が、自動改札機を利用する際、上記のような方式を使用することで、装置Ａ及び装置Ｂと同時に通信することで、例えば、利用区間が定期券外の区間も含まれていた場合に、不足金額分を装置Ｂの電子マネーから差し引くといった便利な用途に利用することができる。

以上のような送信装置と受信装置との間の通信において実行される通信処理の流れについて、図１の通信システム１００の送信装置１１０と受信装置１２０との通信の場合を例に、図３２のフローチャートを参照して説明する。

送信装置１１０の送信部１１３は、ステップＳ１１において、送信対象となる信号を発生し、ステップＳ１２において、その発生した信号を、送信信号電極１１１を介して、通信媒体１３０上に送信する。信号を送信すると送信装置の送信部１１３は、通信処理を終了する。送信装置１１０より送信された信号は、通信媒体１３０を介して受信装置１２０に供給される。受信装置１２０の受信部１２３は、ステップＳ２１において、受信信号電極１２１を介して、その信号を受信し、ステップＳ２２において、その受信した信号を出力する。受信した信号を出力した受信部１２３は、通信処理を終了する。

以上のように、送信装置１１０および受信装置１２０は、通信媒体１３０を介して、複雑な処理を必要とせずに、単純な処理により、基本的な通信を行うことができる。つまり、送信装置１１０および受信装置１２０は、基準電極を用いて閉回路を構築する必要がないため、信号電極を介して送受信するのみで、環境に影響されずに安定した通信処理を容易に行うことができる。これにより送信装置１１０および受信装置１２０（通信システム１００）は、環境に影響されずに安定した通信を行うための通信処理の負荷を軽減し、製造コストを削減することもできる。また、通信処理の構造が単純化されることにより、通信システム１００は、変調、符号化、暗号化、または多重化など、多様な通信方式を容易に併用することができる。

なお、以上の通信システムにおいては、送信装置と受信装置を別体として構成するように説明したが、これに限らず、上述した送信装置と受信装置の両方の機能を有する送受信装置を用いて通信システムを構築するようにしてもよい。

図３３は、本発明の基礎となる通信システムの他の構成例を示す図である。

図３３において、通信システム９５０は、送受信装置９６１、送受信装置９６２、および通信媒体１３０を有する。通信システム９５０は、送受信装置９６１と送受信装置９６２が通信媒体１３０を介して双方向に信号を送受信するシステムである。

送受信装置９６１は、図１の送信装置１１０と同様の送信部１１０と、受信装置１２０と同様の、受信部１２０の両方の構成を有している。すなわち、送受信装置９６１は、送信信号電極１１１、送信基準電極１１２、送信部１１３、受信信号電極１２１、受信基準電極１２２、および受信部１２３を有している。

つまり送受信装置９６１は、送信部１１０を用いて通信媒体１３０を介して信号を送信し、受信部１２０を用いて通信媒体１３０を介して供給される信号を受信する。このとき、送受信装置９６１は、送信部１１０による通信と、受信部１２０による通信とが混信しないように構成されている。

送受信装置９６２は、送受信装置９６１と同様の構成を有し、同様に動作するのでその説明を省略する。つまり送受信装置９６１と送受信装置９６２は、互いに同様の方法で、通信媒体１３０を介して、双方向に通信を行う。

このようにすることにより、通信システム９５０（送受信装置９６１および送受信装置９６２）は、利用環境に制約を受けない双方向通信を容易に実現することができる。

なお、上述した構成例では、送受信で異なる電極を用いているが、信号電極、基準電極を一組だけ設け、送受信を切り換えるようにしてもよい。

次に、上述した通信システムを基盤とし、本発明を適用した改札装置の構成例について、図３４および図３５を参照して説明する。図３４は、当該改札装置を改札の入り口側（または出口側）の側方から見た図である。図３５は、当該改札装置を上方から見た図である。

この改札装置１０００は、例えば駅の改札口に設けられ、改札を通過しようとする人の腕等に装着されているユーザデバイス（ＵＤ）１１００（図３３の送受信装置９６２に相当する）と通信し、ユーザデバイス１１００に記録されている乗車切符や定期券等に相当する情報を読み出して、その情報の正当性に基づいてゲート１０１０を開閉するものである。

改札装置１０００は、基準電極１００１、送受信部１００２、信号電極１００３、およびゲート駆動部１００４から構成される。基準電極１００１は、例えば図３３の送信基準電極１１２と受信基準電極１２２を一体化したものであり、送受信部１００２は、例えば図３３の送信部１１３と受信部１２３を一体化したものであり、信号電極１００３は、例えば図３３の送信信号電極１１１と受信信号電極１２１を一体化したものである。信号電極１００３は、人が改札を通過するときに歩行する床面に設置される。なお、信号電極１００３は、床面にむき出しで配置されてもよいし、絶縁体等により覆われた状態で床面に配置されてもよい。これに対して、基準電極１００１の設置位置は任意である。したがって、送受信部１００２は、図３３の通信媒体１３０に相当する人体を介して、ユーザデバイス１１００と双方向に信号を通信することができる。

また送受信部１００２は、ユーザデバイス１１００との通信結果に基づいて、ゲート駆動部１００４を制御する。ゲート駆動部１００４は、送受信部１００２からの制御に従ってゲート１０１０を開放または閉鎖する。

信号電極１００３は、複数に分割されており（図３５の例では、信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅの５つの分割されており）、信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅのうちの１つだけが送受信部１００２に内蔵された信号電極切換部１０３１によって選択され、送受信部１００２と信号を通信できるようになされている。以下、信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅを個々に区別する必要がない場合、信号電極１００３Ｘと記述する。

なお、信号電極１００３Ｘには、それぞれ図３６に示すように、複数のセンサ１０２１が内蔵されている。このセンサ１０２１は、人の足のサイズに比較して充分に小さい圧力センサまたは光学式センサ等よりなり、信号電極１００３Ｘの上に人が存在していることを検知し、検知信号を送受信部１００２に出力する。ただし、信号電極１００３Ｘには一人だけしか存在しないと仮定する。また、一人が複数の信号電極１００３Ｘ（例えば、信号電極１００３Ａと１００３Ｂ）によって検知されることは起こり得る。

また、信号電極１００３に内蔵されたセンサ１０２１の代わりに、レーザ光等を用いて人を検出するようなセンサをゲート脇等に設置してもよい。このセンサは、レーザ光を使用するものに限らず、人の通過、存在を検知できるものであればどのようなものであってもよい。

信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅに内蔵されたセンサ１０２１からの全てのセンサ出力は、改札内に存在する人数を判定するときにも利用される（例えば、改札内に存在する足の数を数えて２で除算する等）。

図３７は送受信部１００２の詳細な構成例を示すブロック図である。

送受信部１００２において、信号切換部１０３１は、前段に存在する信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅとそれぞれ接続されており、信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅのうちの１つを通信先に選択して、後段に接続されているスタートコマンド出力部１０３２、デバイスＩＤ検出部１０３３、人検知部１０３４、およびデータ処理部１０３８と連結する。

スタートコマンド出力部１０３２は、ユーザデバイス１１００に対して通信の開始を通知するためのスタートコマンドを信号電極切換部１０３１に出力し、デバイスＩＤ検出部１０３３に対して、スタートコマンドを出力した旨を通知する。

デバイスＩＤ検出部１０３３は、信号電極切換部１０３１を介して連結されている信号電極１００３Ｘの受信結果から、ユーザデバイス１１００から送信されたデバイスＩＤとその受信レベルを検出して、検出したデバイスＩＤと受信レベルと当該デバイスＩＤを受信した信号電極１００３Ｘを示す情報を、管理テーブル１０３５に出力する。

ここで、受信レベルとは、通信される信号の変調方式に応じて、例えば信号の電波強度の平均値、最大値、最小値、あるいは、最も安定して受信可能な状態の値などのいずれかを採用するものとする。

人検知部１０３４は、信号電極切換部１０３１を介して連結されている信号電極１００３Ｘから供給されるセンサ出力に基づき、信号電極１００３Ｘ上に人が存在するか否かを判定し、判定結果をスタートコマンド１０３２に出力する。また、人検知部１０３４は、信号電極切換部１０３１を介して入力される信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅの全てのセンサ出力に基づき、改札内に存在する人を個々に識別して識別結果を管理テーブル１０３５および判定部１０３６に出力する。さらに、人検知部１０３４は、信号電極切換部１０３１を介して入力される信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅの全てのセンサ出力に基づき、改札内に存在する人数を計数して管理テーブル１０３５および判定部１０３６に出力する。

管理テーブル１０３５は、デバイスＩＤ検出部１０３３からの出力に基づき、信号電極１００３Ｘに対応付けて、信号電極１００３Ｘによって受信されたデバイスＩＤとその受信レベルを登録する。判定部１０３６は、管理テーブル１０３５に登録された情報や人検知部１０３４によって計数された改札内の人数等に基づき、ゲート１０１０を開放するか閉鎖するかを判定して判定結果をゲート制御部１０３７に出力する。ゲート制御部１０３７は、判定部１０３６から入力される判定結果に従ってゲート駆動部１００４を制御する。データ処理部１０３８は、信号電極切換部１０３１、信号電極１００３Ｘ、および人体を介して接続されたユーザデバイス１１００との間で、所定のデータの読み書きを実行する。

図３８は、改札を通過する人が装着するユーザデバイス１１００の構成例を示している。このユーザデバイス１１００は、図３３の送受信装置９６２に相当するものである。

ユーザデバイス１１００は、信号電極１１０１、送受信部１１０２、および基準電極１１０３から構成される。信号電極１１０１は、例えば図３３の送信信号電極１１１と受信信号電極１２１を一体化したものであり、送受信部１１０２は、例えば図３３の送信部１１３と受信部１２３を一体化したものであり、基準電極１１０３は、例えば図３３の送信基準電極１１２と受信基準電極１２２を一体化したものである。したがって、送受信部１１０２は、内部に記録されている乗車切符や定期券等に相当する情報等を、図３３の通信媒体１３０に相当する人体を介して、改札装置１０００と双方向に通信することができる。

次に、改札装置１０００とユーザデバイス１１００による、基本的な２種類の通信処理について、図３９および図４０を参照して説明する。図３９は、第１の通信処理を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、判定部１０３６は、通過不許可をゲート制御部１０３７に通知する。この通過不許可の通知に対応し、ゲート制御部１０３７は、ゲート１０１０を閉鎖するようにゲート駆動部１００４を制御する。ゲート駆動部１００４は、ゲート１０１０を閉鎖する。一方、信号電極切換部１０３１は、スタートコマンド出力部１０３２等の後段と連結する信号電極１００３Ｘを、信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅの順に切り換える。従って、第１回目のステップＳ１０１では、信号電極１００３Ａに切り換える。これにより、信号電極１００３Ａに内蔵されたセンサ１０２１からのセンサ出力が、人検知部１０３４に入力されることになる。

ステップＳ１０２において、人検知部１０３４は、連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）から入力されるセンサ入力に基づき、連結されている信号電極１００３Ｘ上に人が存在するか否かを判定し、人が存在すると判定した場合、処理はステップＳ１０３に進む。なお、ステップＳ１０２において、連結されている信号電極１００３Ｘ上に人が存在しないと判定された場合、処理はステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１以降の処理が繰り返されて、後段の連結が、例えば現状の信号電極１００３Ａから信号電極１００３Ｂに切り換えられる。

ステップＳ１０３において、スタートコマンド出力部１０３２が、スタートコマンドを発生し、信号電極切換部１０３１を介して連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）に出力する。連結されている信号電極１００３Ｘは、入力されたスタートコマンドを送信する。

いまの場合、連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）上には人が存在するので、送信されたスタートコマンドはその人体を介して、その人が装着しているユーザデバイス１１００に受信される。スタートコマンドを受信したユーザデバイス１１００は、自己の識別情報であるデバイスＩＤを、人体を介して返信する（ステップＳ１１１およびＳ１１２）。

ステップＳ１０４において、デバイスＩＤ検出部１０３３は、信号電極切換部１０３１を介して連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）の出力からデバイスＩＤを検出することにより、デバイスＩＤが返信されたか否かを判定する。デバイスＩＤが返信されていないと判定された場合、処理はステップＳ１０３に戻り、再びスタートコマンドが送信されることになる。ステップＳ１０４において、デバイスＩＤが返信されたと判定された場合、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、デバイスＩＤ検出部１０３３は、検出したデバイスＩＤと、当該デバイスＩＤを受信した信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）を示す情報を管理テーブル１０３５に出力する。管理テーブル１０３５は、デバイスＩＤを受信した信号電極１００３Ｘに対応付けて、受信されたデバイスＩＤを登録する。判定部１０３６は、管理テーブル１０３５にデバイスＩＤが登録されたことに対応して、通過許可をデータ処理部１０３８およびゲート制御部１０３７に通知する。

この通過許可の通知に対応し、ステップＳ１０６において、データ処理部１０３８は、信号電極切換部１０３１を介して連結された信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）、および人体を介して接続されたユーザデバイス１１００との間で、所定のデータの読み書きを実行する（ステップＳ１１３）。ゲート制御部１０３７は、ゲート１０１０を開放するように、ゲート駆動部１００４を制御する。ゲート駆動部１００４は、ゲート１０１０を開放する。そして、開放されたゲート１０１０を人が通過した後、当該第１の通信処理は終了され、直ちに当該第１の通信処理が先頭から開始される。以上で、改札装置１０００とユーザデバイス１１００による、基本的な第１の通信処理の説明を終了する。

次に、図４０のフローチャートを参照して、改札装置１０００とユーザデバイス１１００による、第２の通信処理について説明する。第２の通信処理では、信号電極１００３Ｘに内蔵されたセンサ１０２１のセンサ出力を利用しない。

まず、ステップＳ１２１において、判定部１０３６は、通過不許可をゲート制御部１０３７に通知する。この通過不許可の通知に対応し、ゲート制御部１０３７は、ゲート１０１０を閉鎖するようにゲート駆動部１００４を制御する。ゲート駆動部１００４は、ゲート１０１０を閉鎖する。一方、信号電極切換部１０３１は、スタートコマンド出力部１０３２等の後段と連結する信号電極１００３Ｘを、信号電極１００３Ａ乃至１００３Ｅの順に切り換える。従って、第１回目のステップＳ１２１では、信号電極１００３Ａに切り換える。

ステップＳ１２２において、スタートコマンド出力部１０３２が、スタートコマンドを発生し、信号電極切換部１０３１を介して、連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）に出力する。連結されている信号電極１００３Ｘは、入力されたスタートコマンドを送信する。

そして、連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）上には人が存在すれば、送信されたスタートコマンドはその人体を介して、その人が装着しているユーザデバイス１１００に受信される。スタートコマンドを受信したユーザデバイス１１００は、自己の識別情報であるデバイスＩＤを、人体を介して返信する（ステップＳ１３１およびＳ１３２）。

ステップＳ１２３において、デバイスＩＤ検出部１０３３は、信号電極切換部１０３１を介して連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）の出力からデバイスＩＤを検出することにより、デバイスＩＤが返信されたか否かを判定する。所定の時間待っていてもデバイスＩＤが検出されず、デバイスＩＤが返信されていないと判定された場合、処理はステップＳ１２１に戻り、それ以降の処理が繰り返されることになる。

ステップＳ１２３において、デバイスＩＤが返信されたと判定された場合、処理はステップＳ１２４に進む。ステップＳ１２４において、デバイスＩＤ検出部１０３３は、検出したデバイスＩＤと、当該デバイスＩＤを受信した信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）を示す情報を管理テーブル１０３５に出力する。管理テーブル１０３５は、デバイスＩＤを受信した信号電極１００３Ｘに対応付けて、受信されたデバイスＩＤを登録する。判定部１０３６は、管理テーブル１０３５にデバイスＩＤが登録されたことに対応して、通過許可をデータ処理部１０３８およびゲート制御部１０３７に通知する。

この通過許可の通知に対応し、ステップＳ１２５において、データ処理部１０３８は、信号電極切換部１０３１を介して連結された信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）、および人体を介して接続されたユーザデバイス１１００との間で、所定のデータの読み書きを実行する（ステップＳ１３３）。ゲート制御部１０３７は、ゲート１０１０を開放するように、ゲート駆動部１００４を制御する。ゲート駆動部１００４は、ゲート１０１０を開放する。そして、開放されたゲート１０１０を人が通過した後、当該第２の処理は終了され、直ちに当該第２の処理が先頭から開始される。以上で、改札装置１０００とユーザデバイス１１００による、基本的な第２の通信処理の説明を終了する。

ところで、以上説明した第１または第２の通信処理は、改札に人が一人ずつ進入し、改札内に一人しか存在しないことを前提としている。しかしながら、現実的には改札内に二人以上が存在することも起こり得るので、そのような状況についても考慮する必要がある。

例えば、図４１Ａに示すように、隣り合う信号電極Ｉ，II（例えば、信号電極１００３Ａと１００３Ｂ）上にそれぞれ、デバイスＩＤがＵＤ１またはＵＤ２であるユーザデバイス１１００を装着している人（Ｈ１とＨ２）が存在して両者に接触がない状況を考える。この状況では、信号電極Ｉは人Ｈ１、およびデバイスＩＤがＵＤ１であるユーザデバイス１１００（以下、単にＵＤ１とも記述する。ＵＤ２も同様とする）を認識することができる。同様に、信号電極IIは人Ｈ２、およびＵＤ２を認識することができる。よって、同図Ａの状況では、人Ｈ１がＵＤ１を装着しており、人Ｈ２がＵＤ２を装着していると把握することができる。人Ｈ１，Ｈ２に対してゲート１０１０の通過を許可できる。

しかしながら、例えば図４１Ｂに示すように、隣り合う信号電極Ｉ，II（例えば、信号電極１００３Ａと１００３Ｂ）上にそれぞれ、ＵＤ１またはＵＤ２を装着している人（Ｈ１とＨ２）が存在して、両者が接触している状況を考える。この状況では、信号電極Ｉは人Ｈ１、並びにＵＤ１およびＵＤ２を認識することができる。なお、信号電極Ｉが複数のユーザデバイス１１００（ＵＤ１とＵＤ２）を混信することなく認識するためには、スペクトラム拡散通信、周波数分割通信、時分割通信等を用いればよい。同様に、信号電極IIは人Ｈ２、並びにＵＤ１およびＵＤ２を認識することができる。

同図Ｂの状況では、人Ｈ１，Ｈ２がゲート１０１０を通過することについては問題ないが、ＵＤ１を装着しているのが人Ｈ１であるか、または人Ｈ２であるかを把握することができていない。同様に、ＵＤ２を装着しているのが人Ｈ１であるか、または人Ｈ２であるかを把握することができていない。

また例えば図４１Ｃに示すように、隣り合う信号電極Ｉ，II（例えば、信号電極１００３Ａと１００３Ｂ）上にそれぞれ、ＵＤ１を装着している人Ｈ１と、ユーザデバイス１１００を装着していない人Ｈ２が存在して、両者が接触している状況を考える。この状況では、信号電極Ｉは人Ｈ１、およびＵＤ１を認識することができる。信号電極IIは人Ｈ２、およびＵＤ１を認識することができる。同図Ｃに示された状況では、人Ｈ２によるゲート１０１０の通過を阻む必要があるが、ＵＤ１を装着しているのが人Ｈ１であるか、または人Ｈ２であるかを把握することができないので、結果的に人Ｈ１，Ｈ２によるゲート１０１０の通過を阻む必要があるという問題がある。

さらに例えば図４１Ｄに示すように、隣り合う信号電極Ｉ，II（例えば、信号電極１００３Ａと１００３Ｂ）上にそれぞれ、ＵＤ１とＵＤ２を装着している人Ｈ１と、ユーザデバイス１１００を装着していない人Ｈ２が存在して、両者が手を繋いでいる状況を考える。この状況では、信号電極Ｉは人Ｈ１、ＵＤ１、およびＵＤ２を認識することができる。信号電極IIは人Ｈ２、ＵＤ１、およびＵＤ２を認識することができる。

同図Ｄに示された状況では、人Ｈ１，Ｈ２がゲート１０１０を通過することについては問題ないが、ＵＤ１を装着しているのが人Ｈ１であるか、または人Ｈ２であるかを把握することができていない。同様に、ＵＤ２を装着しているのが人Ｈ１であるか、または人Ｈ２であるかを把握することができていない。

そこで次に、改札装置１０００による、認識されたユーザデバイス１１００が誰に装着されているかを特定するユーザデバイス装着者特定処理について、図４２のフローチャートを参照して説明する。なお、ユーザデバイス１１００側の処理は、スタートコマンドを受信した場合、それに対応してデバイスＩＤを返信するものとする。

まず、ステップＳ１４１において、信号電極切換部１０３１は、スタートコマンド出力部１０３２等の後段と連結する信号電極１００３Ｘを、信号電極１００３Ａに初期化する。これにより、信号電極１００３Ａに内蔵されたセンサ１０２１からのセンサ出力が、人検知部１０３４に入力されることになる。

ステップＳ１４２において、人検知部１０３４は、連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）から入力されるセンサ入力に基づき、連結されている信号電極１００３Ｘ上に人が存在するか否かを判定し、人が存在すると判定した場合、処理はステップＳ１４３に進む。なお、ステップＳ１４２において、連結されている信号電極１００３Ｘ上に人が存在しないと判定された場合、処理はステップＳ１４５までスキップされる。

ステップＳ１４３において、スタートコマンド出力部１０３２は、所定の期間、所定の回数だけスタートコマンドを発生し、信号電極切換部１０３１を介して連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）に出力する。連結されている信号電極１００３Ｘは、入力されたスタートコマンドを送信する。いまの場合、連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）上に人が存在するので、この人体を介して通信可能な全てのユーザデバイス１１００によってスタートコマンドが受信される。そして、スタートコマンドを受信した全てのユーザデバイス１１００からそれぞれデバイスＩＤが返信される。

そして、当該信号電極１００３Ｘが、返信された全てのデバイスＩＤを受信できるように所定の期間受信を継続し、デバイスＩＤ検出部１０３３が、信号電極切換部１０３１を介して連結されている信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）の出力から、返信されたデバイスＩＤを全て検出し、さらに、それぞれの受信レベルを検出する。デバイスＩＤ検出部１０３３は、検出した全てのデバイスＩＤとその受信レベルと、当該デバイスＩＤを受信した信号電極１００３Ｘ（いまの場合、信号電極１００３Ａ）を示す情報を管理テーブル１０３５に出力する。

なお、連結されている信号電極１００３Ｘ上の人に装着されたユーザデバイス１１００が故障していたり、ユーザデバイス１１００を装着していなかったりした場合、デバイスＩＤが検出されないことも起こり得る。このときには、人が検出されたもののデバイスＩＤが検出されなかった旨を管理テーブル１０３５に通知する。

ステップＳ１４４において、管理テーブル１０３５は、デバイスＩＤを受信した信号電極１００３Ｘに対応付けて、受信された全てのデバイスＩＤとその受信レベルを登録する。例えば、いま、２つのデバイスＩＤが検出された場合、信号電極１００３Ａに対応付けて２つのデバイスＩＤとそれぞれの受信レベルが登録される。なお、人が検出されたもののデバイスＩＤが検出されなかった旨も登録される。

ステップＳ１４５において、信号電極切換部１０３１は、現在、信号電極１００３Ｅをスタートコマンド出力部１０３２等の後段と連結しているか否かを判定する。信号電極１００３Ｅを連結していないと判定された場合、処理はステップＳ１４６に進み、信号電極切換部１０３１は、スタートコマンド出力部１０３２等の後段との連結を、隣の信号電極１００３Ｘに切り換える。いまの場合、信号電極１００３Ａが連結されているので信号電極１００３Ｂに切り換える。例えば、信号電極１００３Ｂが連結されている場合、信号電極１００３Ｃに切り換える。また例えば、信号電極１００３Ｃが連結されている場合、信号電極１００３Ｄに切り換える。

この後、処理はステップＳ１４２に戻り、それ以降の処理が繰り返される。そして、ステップＳ１４５において、現在、信号電極１００３Ｅをスタートコマンド出力部１０３２等の後段と連結していると判定された場合、信号電極１００３Ａから信号電極１００３Ｅまで切り換えられたことになるので、処理はステップＳ１４７に進む。

ステップＳ１４７において、判定部１０３６は、管理テーブル１０３５を参照し、同一のユーザデバイス１１００から送信され、異なる複数の信号電極１００３Ｘによって受信されたデバイスＩＤの受信レベルを比較する。ステップＳ１４８において、判定部１０３６は、ステップＳ１４７の処理における比較結果に基づき、最大の受信レベルに対応する信号電極１００３Ｘの上に位置する人を、対応するユーザデバイス１１００の装着者に特定する。

具体的には、例えば図４１Ｂに示された状況においては、信号電極Ｉによって受信されたＵＤ１の受信レベルＬ１Ｉと信号電極IIによって受信されたＵＤ１の受信レベルＬ１IIとが比較される。通常、伝播経路が長ければ長いほど信号レベルの減衰が大きいので、受信レベルＬ１Ｉの方が受信レベルＬ１IIよりも大きいはずである。よって、ＵＤ１の装着者は信号電極Ｉ上の人Ｈ１に特定される。また、信号電極Ｉによって受信されたＵＤ２の受信レベルと信号電極IIによって受信されたＵＤ２の受信レベルとが比較される。受信レベルＬ２IIは受信レベルＬ２Ｉよりも大きいはずであるので、ＵＤ２の装着者は信号電極II上の人Ｈ２に特定される。

また例えば図４１Ｃに示された状況においては、信号電極Ｉによって受信されたＵＤ１の受信レベルＬ１Ｉと信号電極IIによって受信されたＵＤ１の受信レベルＬ１IIとが比較される。受信レベルＬ１Ｉは受信レベルＬ１IIよりも大きいはずであるので、ＵＤ１の装着者は信号電極Ｉ上の人Ｈ１に特定される。

さらに例えば図４１Ｄに示された状況においては、信号電極Ｉによって受信されたＵＤ１の受信レベルＬ１Ｉと信号電極IIによって受信されたＵＤ１の受信レベルＬ１IIとが比較される。受信レベルＬ１Ｉは受信レベルＬ１IIよりも大きいはずであるので、ＵＤ１の装着者は信号電極Ｉ上の人Ｈ１に特定される。また、信号電極Ｉによって受信されたＵＤ２の受信レベルＬ２Ｉと信号電極IIによって受信されたＵＤ２の受信レベルＬ２IIとが比較される。受信レベルＬ２Ｉは受信レベルＬ２IIよりも大きいはずであるので、ＵＤ２の装着者も信号電極Ｉ上の人Ｈ１に特定される。

なお、図４１Ｄの例のように、複数のユーザデバイス１１００の装着者が同一の人（いまの場合、人ＨＩ）に特定されたときには、さらに、同一の人に装着されていると判断された複数のユーザデバイス１１００の受信レベル（いまの場合、受信レベルＬ１ＩとＬ２Ｉ）を比較するようにし、これらがほぼ等しければ、例えば親（人Ｈ１）が自分のユーザデバイス１１００だけでなく、子供（人Ｈ２）のユーザデバイス１１００も装着していると判断することができる。

以上説明したユーザデバイス装着者特定処理によれば、認識されたユーザデバイス１１００が誰に装着されているかを特定することができるので、ユーザデバイス１１００を持っていない人の通過を阻むようにゲートの開閉を制御することができる。

さらに、例えば、ユーザデバイス１１００のユーザに個別のサービス（例えば、行き先に応じてプラットホームまでの道案内を視覚情報や音声によって実施する）を提供する場合に適用することができる。

さらに、ユーザデバイス装着者特定処理は、ユーザデバイス１１００を装着していない悪意をもった人がユーザデバイス１１００を装着している他人に触れて、他人のユーザデバイス１１００を利用してしまうような事態の発生を抑止することができる。

本発明は、駅の改札に限らず、通行証を有している人のみを通過させるようなゲートに適用できることは当然ながら、その他の、人を媒体として通信するあらゆる装置に適用することが可能である。

本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス（装置）により構成される装置全体を表すものである。なお、以上において、１つの装置として説明した構成を分割し、複数の装置として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置として説明した構成をまとめて１つの装置として構成されるようにしてもよい。また、各装置の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置の構成の一部を他の装置の構成に含めるようにしてもよい。

本発明の基礎となる通信システムの一実施形態に係る構成例を示す図である。 理想状態における、図１の通信システムの等価回路の例を示す図である。 図２のモデルにおいて、受信負荷抵抗の両端に生じる電圧の実効値の計算結果の例を示す図である。 図１の通信システムの物理的な構成のモデルの例を示す図である。 図４のモデルにおいて発生する各パラメータのモデルの例を示す図である。 電極に対する電気力線の分布の例を示す模式図である。 電極に対する電気力線の分布の、他の例を示す模式図である。 送信装置における電極のモデルの、他の例を説明する図である。 図５のモデルの等価回路の例を示す図である。 図９の通信システムの周波数特性の例を示す図である。 受信装置において受信された信号の例を示す図である。 電極の配置場所の例を示す図である。 電極の配置場所の、他の例を示す図である。 電極の配置場所の、さらに他の例を示す図である。 電極の配置場所の、さらに他の例を示す図である。 電極の配置場所の、さらに他の例を示す図である。 電極の配置場所の、さらに他の例を示す図である。 電極の配置場所の、さらに他の例を示す図である。 電極の構成例を示す図である。 電極の、他の構成例を示す図である。 図５のモデルの等価回路の、他の例を示す図である。 図１の通信システムの配置例を示す図である。 本発明の基礎となる通信システムの、他の構成例を示す図である。 本発明の基礎となる通信システムの一実施形態に係る実際の利用例を示す図である。 本発明の基礎となる通信システムの一実施形態に係る他の利用例を示す図である。 本発明の基礎となる通信システムの、さらに他の構成例を示す図である。 周波数スペクトルの分布例を示す図である。 本発明の基礎となる通信システムの、さらに他の構成例を示す図である。 周波数スペクトルの分布例を示す図である。 本発明の基礎となる通信システムの、さらに他の構成例を示す図である。 信号の時間分布の例を示す図である。 通信処理の流れの例を示すフローチャートである。 本発明の基礎となる通信システムの、さらに他の構成例を示す図である。 本発明を適用した改札装置の構成例を示す側面図である。 本発明を適用した改札装置の構成例を示す俯瞰図である。 信号電極に内蔵されたセンサを示す図である。 図３４の送受信部の構成例を示すブロック図である。 図３４のユーザデバイスの構成例を示すブロック図である。 図３４の改札装置とユーザデバイスとによる第１の通信処理を説明するフローチャートである。 図３４の改札装置とユーザデバイスとによる第２の通信処理を説明するフローチャートである。 複数の人が改札内に存在する状況を例を示す図である。 ユーザデバイス装着者特定処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０００ 改札装置， １００１ 基準電極， １００２ 送受信部， １００３ 信号電極， １００４ ゲート駆動部， １０１０ ゲート， １０２１ センサ， １０３１ 信号電極切換部， １０３２ スタートコマンド出力部， １０３３ デバイスＩＤ検出部， １０３４ 人検知部， １０３５ 管理テーブル， １０３６ 判定部， １０３７ ゲート制御部， １０３８ データ処理部， １１００ ユーザデバイス

Claims (3)

1. 人体を含む誘電体を通信媒体として通信し、かつ、前記通信媒体に装着された通信端末と通信する通信装置において、
   前記通信媒体が接触または近接する位置に配置され、接触または近接した前記通信媒体を介して前記通信端末と通信する複数の通信手段と、
   前記複数の通信手段に対して所定の順序でスタートコマンドを送信させ、送信させた前記スタートコマンドに応じて前記通信端末が返信する前記通信端末の識別情報を受信させる通信制御手段と、
   各通信手段が前記通信端末から送信された前記識別情報を受信したときの受信レベルを検出する検出手段と、
   同一の通信端末から送信された前記識別情報が異なる複数の前記通信手段によってそれぞれ受信された場合、検出された前記受信レベルが最大である前記通信手段に対して、受信された前記通信端末の識別情報を対応付ける対応付け手段と
   を含む通信装置。
2. 人体を含む誘電体を通信媒体として通信し、かつ、前記通信媒体に装着された通信端末と通信する通信装置であり、前記通信媒体が接触または近接する位置に配置され、接触または近接した前記通信媒体を介して前記通信端末と通信する複数の通信手段を備える前記通信装置の通信方法において、
   前記複数の通信手段に対して所定の順序でスタートコマンドを送信させ、送信させた前記スタートコマンドに応じて前記通信端末が返信する前記通信端末の識別情報を受信させる通信制御ステップと、
   各通信手段が前記通信端末から送信された前記識別情報を受信したときの受信レベルを検出する検出ステップと、
   同一の通信端末から送信された前記識別情報が異なる複数の前記通信手段によってそれぞれ受信された場合、検出された前記受信レベルが最大である前記通信手段に対して、受信された前記通信端末の識別情報を対応付ける対応付けステップと
   を含む通信方法。
3. 人体を含む誘電体を通信媒体として通信し、かつ、前記通信媒体に装着された通信端末と通信する通信装置であり、前記通信媒体が接触または近接する位置に配置され、接触または近接した前記通信媒体を介して前記通信端末と通信する複数の通信手段を備える前記通信装置を制御するためのプログラムであって、
   前記複数の通信手段に対して所定の順序でスタートコマンドを送信させ、送信させた前記スタートコマンドに応じて前記通信端末が返信する前記通信端末の識別情報を受信させる通信制御ステップと、
   各通信手段が前記通信端末から送信された前記識別情報を受信したときの受信レベルを検出する検出ステップと、
   同一の通信端末から送信された前記識別情報が異なる複数の前記通信手段によってそれぞれ受信された場合、検出された前記受信レベルが最大である前記通信手段に対して、受信された前記通信端末の識別情報を対応付ける対応付けステップと
   を含む処理を前記通信装置のコンピュータに実行させるプログラム。

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