JP4653241B2

JP4653241B2 - 情報端末装置

Info

Publication number: JP4653241B2
Application number: JP2009537037A
Authority: JP
Inventors: 広行蛇口; 真佐々木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: US20100184373A1; JPWO2009048127A1; WO2009048127A1; CN102047589A

Description

本発明は、人体通信を応用した情報端末装置に関する。

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。

また、この通信システムにおいては、図５に示すように、電極対５１、すなわち人体５２に密接に容量結合する人体側（内部）電極５１ａと、ルームアース５３に対する結合が人体側（内部）電極５１ａよりも大きくなるように配向された外側（外部）電極５１ｂとの対を、送信機及び受信機がそれぞれ１対ずつ持っている。この対は平行平板の配置をとる。
特表平１１−５０９３８０号公報

図５に示すように人体側電極５１ａと外側電極５１ｂの対を平行平板電極とした特許文献１のような構成では、人体側電極−外側電極間の容量結合も大きいため、その容量の充放電に起因するロスが大きく通信品質が不十分である。これに対して、通信品質を向上させるために電極面積を大きくすると、平行平板電極では人体側電極−外側電極間の容量結合も大きくなるため、送信効率が悪くなり、受信感度が向上しないという問題がある。

また、人体通信専用の送受信電極を新たに設ける構成を採ると、通信に使用する際には情報端末装置から送受信電極が大きくはみ出す構造になるため、回転あるいはスライドできる連結機構を新たに追加して、送受信電極を使用しないときは仕舞い込む構造とする必要がある。この場合、装置の厚みが増えてデザイン上の影響は避けられず、またコスト、重量も増加してしまう問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、情報端末装置の本来のデザインを変えることなく、人体側電極−外側電極間の結合容量を減らしてロスを減して、通信品質を向上することができる情報端末装置を提供することを目的とする。

本発明の情報端末装置は、人体通信用の人体側電極及び外側電極を有する電極対を備えた情報端末装置であって、前記情報端末装置は、情報を視認するための表示素子を備えた表示部と、情報を入力する入力素子を備えた入力部と、を具備し、前記外側電極が前記表示部に配設され、前記人体側電極が前記入力部に配設されているとともに、前記外側電極が、前記表示素子に含まれる電極を兼ねることを特徴とする。

この構成によれば、人体側電極−外側電極間の結合容量を減らしてロスを減ずることができるので、通信品質を向上することができる。また、このような構成を送信機に採用すると、送信効率が向上するため、通信品質を同程度に抑えて送信機の消費電力を小さくしてバッテリー寿命を長くすることができる。また、部品の追加や、情報端末装置のデザインを変更なしに外側電極の面積を大きく確保することができるため、デザイン性と通信品質の向上の両立を図ることができる。しかも、人体側電極は表示部ではなく入力部に配設するため、外側電極を大きくしても人体側電極との結合容量は増えず、通信品質を確実に向上することができる。また、この構成によれば、人体通信専用の電極を追加する必要がなくコストが抑えられ、重量の増加もない。

本発明の情報端末装置においては、前記人体側電極が、前記入力部の操作面又は側面の少なくとも一つの面に設けられていることが好ましい。

本発明の情報端末装置は、人体通信用の人体側電極及び外側電極を有する電極対を備えた情報端末装置であって、前記情報端末装置は、情報を視認するための表示素子を備えた表示部と、情報を入力する入力素子を備えた入力部と、を具備し、前記外側電極が前記表示部に配設され、前記人体側電極が前記入力部に配設されているとともに、前記人体側電極が、前記入力素子に含まれる電極を兼ねることを特徴とする。この構成によれば、入力操作する際には人体（指）が圧力をもって入力素子に押し付けられるため、人体と人体側電極の容量結合が安定して強化される。このため、人体側電極と人体とが確実に容量結合して通信品質が向上する。また、デザインの変更が不要であり、重量の増加もなく、コストも増えない。

本発明の情報端末装置においては、前記外側電極が、前記表示部の表示面、背面、又は側面の少なくとも一つの面に設けられていることが好ましい。

本発明の情報端末装置は、人体通信用の人体側電極及び外側電極を有する電極対を備え、情報を視認するための表示素子を備えた表示部と、情報を入力する入力素子を備えた入力部と、を具備し、前記外側電極が前記表示部に配設され、前記人体側電極が前記入力部に配設されている構成を採るので、情報端末装置の本来のデザインを変えることなく、人体側電極−外側電極間の結合容量を減らしてロスを減して、通信品質を向上することができる。

本発明の実施の形態に係る情報端末装置である携帯電話を示す斜視図であり、（ａ）はストレート型の携帯電話を示す図であり、（ｂ）は折り畳み型の携帯電話を示す図である。図１に示す携帯電話１の表示素子である液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。図１に示す携帯電話１の入力素子である操作ボタンの構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る情報端末装置であるラップトップコンピュータを示す斜視図である。人体通信を説明するための図である。

電界を使った人体通信においては、送信機−人体−受信機の容量結合を介して信号が流れる往路（図５における経路Ａ）と、受信機−空気などの誘電体又はアースなどの導体−受信機の容量結合を介して信号が流れる復路（図５における経路Ｂ）と、が必要である。往路を形成する人体側電極５１ａ（送信側及び受信側）は、人体５２との間の容量結合を大きくし、人体５２を介した人体側電極５１ａ（送信側及び受信側）間の容量結合を大きくすることが望ましい。また、復路を形成する外側電極５１ｂ（送信側及び受信側）は、人体５２との容量結合を小さくし、外側電極５１ｂ（送信側及び受信側）間の容量結合を大きくすることが望ましい。これにより、信号を効率よく伝送することができる。さらに、人体側電極５１ａと外側電極５１ｂとの間の容量結合を小さくすることで信号のロスを減らしてより効率よく伝送することができる。

本発明者らは、人体通信での上記のような電極間における容量結合の状態に着目し、さらに、情報端末装置が表示部と入力部が分かれた構造となっていること、特に開閉式の情報端末装置、例えばラップトップパソコンや折り畳み式携帯電話の構造を考慮して、人体側電極及び外側電極の配置を特定することにより、本来のデザインを変えることなく、通信品質を向上することができることを見出し本発明をするに至った。

すなわち、本発明の骨子は、人体通信用の人体側電極及び外側電極を有する電極対を備え、情報を視認するための表示部と、情報を入力する入力部と、を具備する情報端末装置において、前記外側電極が前記表示部に配設され、前記人体側電極が前記入力部に配設されている構成を採ることにより、情報端末装置の本来のデザインを変えることなく、人体側電極−外側電極間の結合容量を減らしてロスを減して、通信品質を向上することである。

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。
図１は、本発明の実施の形態に係る情報端末装置である携帯電話を示す斜視図であり、（ａ）はストレート型の携帯電話を示す図であり、（ｂ）は折り畳み型の携帯電話を示す図である。

図１に示す携帯電話１Ａ，１Ｂは、情報を視認するための表示部１１と、情報を入力する入力部１２とを備えている。表示部１１は、ＬＣＤ（液晶表示素子）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子などの表示素子１１ａを有する。また、入力部１２は、操作ボタン１２ａを有する。

携帯電話１Ａ，１Ｂは、その筺体の内部に人体通信用の人体側電極及び外側電極を有する電極対を内蔵している。表示部１１及び入力部１２は、携帯電話１Ａのように棒状の筐体の上下にそれぞれ設けられてもよく、また携帯電話１Ｂのように開閉可能又は折り畳み可能な一体の筺体内に設けられていても良い。また、表示部１１と入力部１２とが別体で作製され、両者が連結されていても良い。

この携帯電話１においては、外側電極が表示部１１に配設される。ここで、表示部１１に外側電極を配設する形態としては、表示部１１の筺体表面、背面、側面及び／又は内部などに配置しても良い。外側電極を、表示部１１を含む筺体の内部に配設する場合には、表示部１１内の各種回路基板の一部を外側電極としても良い。すなわち、外側電極が、表示部１１を構成する表示素子に含まれる電極を兼ねても良い。また、表示素子の駆動回路や各種の通信用回路などの回路基板内のグランド層を外側電極とすることもできる。

図２は、図１に示す携帯電話１Ａ，１Ｂの表示素子１１ａである液晶表示素子の構成を示す分解斜視図である。図２に示す液晶表示素子は、アクティブマトリクス型液晶表示素子であり、画素電極２１ａ及びＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２１ｂを有するアレイ基板２１と、コモン電極２２ａを有する対向基板２２と、アレイ基板２１及び対向基板２２に挟持された液晶層２３とから主に構成されている。

この中で特に外側電極との兼用に適しているのは、画面全体が一枚の電極になっているコモン電極２２ａである。コモン電極２２ａは、面積が大きいことに加え、電位変動も非常に小さく、まさに外側電極向きの電極といえる。なお、画面全体に張り巡らされたバス電極を外側電極と兼用しても良い。また、対向基板の上面（コモン電極側と反対側）に透明導電膜を設けて外側電極としても良い。

表示素子は、一般に情報端末装置の中で大きな面積を占めているので、上記のように表示素子が外側電極を兼ねることによって、部品の追加や、情報端末装置のデザインを変更なしに外側電極の面積を大きく確保することができる。このため、デザイン性と通信品質の向上の両立を図ることができる。しかも、人体側電極は表示部１１ではなく入力部１２に配設するため、外側電極を大きくしても人体側電極との結合容量は増えず、通信品質を確実に向上することができる。また、この構成によれば、人体通信専用の電極を追加する必要がなくコストが抑えられ、重量の増加もない。

情報を表示するための画像信号の周波数は、表示画素数やフレームレートにもよるが、数ＭＨz以上が一般的であり、人体通信はその周波数とは異なる周波数を選択することができるので、上述したように電極を兼用しても画像信号と人体通信信号が干渉しないようにすることができる。なお、それぞれの信号は、バンドパスフィルタなどを通して必要な信号のみを取り出すことで分離することができる。

この携帯電話１Ａ，１Ｂにおいては、人体側電極は入力部１２に配設される。ここで、入力部１２に人体側電極を配設する形態としては、ユーザが手で触れる可能性のある領域、例えば、入力部１２の筺体表面、背面、側面及び／又は内部が考えられる。また、人体側電極は、携帯電話１の左右の側面及びその稜線部や手前のコーナー部など、想定される使用状態に応じて最適な場所に配設することができる。

音声入力は別として、一般に普及している入力素子は手で触れて操作するものが多い。例えば、キーボード、ジョイスティック、トラックボール、タッチパネル、マウス、ゲームパッド、十字キー、各種スイッチ類、各種ボリューム類、指紋センサなどが挙げられる。本発明においては、このようにユーザが手で触れる可能性のあるこれらの部分に人体側電極を配設することが好ましい。例えば、ジョイスティックのようなものであれば芯材に金属を用い、それを人体側電極とすることができる。また、十字キーや各種スイッチも指が接触する部分の近傍に人体側電極を形成するか、スイッチ用の電極を延伸させることで人体側電極と兼用することができる。

人体側電極は、図３に示すように、入力部１２の内部に配設しても良い。図３は、図１に示す携帯電話１Ａ，１Ｂの入力素子である操作ボタン１２ａの構成を示す断面図である。図３に示す操作ボタンは、いわゆるメタルドームシートスイッチである。このメタルドームスイッチは、配線パターン３１ａを有する基板３１と、配線パターン３１ａ上に絶縁層３１ｂを介して設けられたメタルドーム３２と、メタルドーム３２を覆うように設けられた押えシート３３と、基板３１とスペーサ３４を介して配設されたラバーシート３５と、ラバーシート３５の内側に配設された人体側電極３６とから主に構成されている。なお、メタルドーム３２から配線を引き出してメタルドームを人体側電極と兼用して、人体側電極が、入力部１２を構成する入力素子に含まれる電極を兼ねるようにしても良い。

また、タッチパネル、ＬＣＤ、電子ペーパなどのように表面近傍に電極がある素子を入力素子とする場合は、その電極を人体側電極と兼用することができる。この場合においては、入力信号で用いる周波数と、人体通信で用いる周波数とを変えておくことで信号の干渉を防ぐことができる。

このように人体側電極が、ユーザが手で触れる入力部に形成される、あるいは入力素子の部材が人体側電極を兼ねることによって、入力操作する際には人体（指）が圧力をもって入力素子に押し付けられるため、人体と人体側電極の容量結合が安定して強化される。このため、人体側電極と人体とが確実に容量結合して通信品質が向上する。また、デザインの変更が不要であり、重量の増加もなく、特に入力素子の一部の電極と人体側電極とを兼用した場合はコストも増えない。

このように外側電極を表示部１１に配設し、人体側電極を入力部１２に配設して、位置的に分けた配置にすることにより、従来の平行平板状に人体側電極と外側電極とを対向配置する場合に比べて、外側電極と人体電極との間の結合容量は大幅に低減される。これにより、結合容量によって生じていたロスが抑えられて通信品質が改善する。また、このような構成を送信機に採用すると、送信効率が向上するため、通信品質を同程度に抑えて送信機の消費電力を小さくしてバッテリー寿命を長くすることができる。

上記構成を有する情報端末装置において、人体通信を行う場合の動作について説明する。まず、図１に示す携帯電話１Ａ，１Ｂの入力部１２の操作ボタン１２ａを押すと、特定の周波数（数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ）の搬送波を情報信号で変調して得られた変調信号に対応する電界がユーザ（人体）に付与される。なお、携帯電話１Ａ，１Ｂにおける変調方式については特に制限はない。

ユーザに付与された電界は、受信機（図示せず）の通信用電極で受けられる。通信用電極に電界が加わると、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電話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通信を行うことができる。なお、ここでは、本発明に係る情報端末装置（携帯電話１）を人体通信システムの送信機として使用した場合について説明しているが、本発明に係る情報端末装置（携帯電話１）を人体通信システムの受信機として使用しても良い。

本発明は、情報端末装置がラップトップコンピュータ（ノートＰＣ）である場合にも適用することができる。図４は、本発明の実施の形態に係る情報端末装置であるラップトップコンピュータを示す斜視図である。図４に示すノートＰＣ４は、情報を視認するための表示部４１と情報を入力する入力部４２とを備えており、両者が開閉可能に連結されている。また、このノートＰＣ４においては、人体通信用の人体側電極４２ｂ及び外側電極４１ａを有しており、外側電極４１ａが表示部４１の表示素子４１ｂ近傍（ここでは、表示部４１における表示素子４１ｂと同じ面の上部及び表示部４１の側面）に配設され、人体側電極４２ｂが入力素子４２ａ近傍（ここでは、入力部４２における入力素子４２ａと同じ面及び入力部４２の側面）に配設されている。

外側電極４１ａ及び人体側電極４２ｂは、表示部４１や入力部４２が略直方体形状を有する場合には、それぞれの面や稜線部に電極を配置することができる。このような配置を採ることにより、装置のデザインを変更することなく、外側電極４１ａ及び人体側電極４２ｂを配設することができる。特に、人体側電極４２ｂについては、人体と確実に触れることが望ましので、ノートＰＣ４では、キーボードの手前の面や稜線部など、想定される使用状態に応じて最適な場所に配設することができる。

このような構成においても、従来の平行平板状に人体側電極と外側電極とを対向配置する場合に比べて、外側電極と人体電極との間の結合容量は大幅に低減される。これにより、結合容量によって生じていたロスが抑えられて通信品質が改善する。

なお、外側電極４１ａ及び／又は人体側電極４２ｂは、表示部４１や入力部４２の筐体から露出している必要は無く、表示部４１及び／又は入力部４２の筐体内部に配設しても良い。この場合、人体側電極４２ｂについては、できるだけ表面近くに配設したほうが通信品質を向上させることができる。

近年の携帯電話の高機能化により、電子マネーなどが普及して決裁操作時に暗証番号の入力や、指紋認証などのバイオメトリクスによる本人確認が必要になってきている。このような要求に対して、携帯電話とは別にＩＤ情報を内蔵したカードなどを携帯しておき、暗号化されたＩＤ情報が人体を介して携帯電話に送られるようにすると、例えば決裁時に暗証番号や指紋認証を行う動作と同時に人体を通じて入力素子から送られたＩＤ情報の確認も行うことができ、決済時のセキュリティ性を向上させることができる。そのような用途の場合には、暗証番号を入力するキーや指紋センサに人体側電極を形成しておくことで、ユーザにとって煩わしさを増やさずに操作が可能となる。特に、静電方式の指紋センサは、電界方式の人体通信システムと相性がよく、両者の電極を兼用し易いため望ましい組み合わせである。このように本人を確認する手段は、携帯電話に限らず、各種ゲームなどにも応用できる。さらに、本人確認以外にも人体通信を応用した操作をする際の入力素子に人体側電極を形成しておくことが望ましい。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、情報端末装置が携帯電話及びラップトップコンピュータである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、その他の表示部と入力部が離れている各種装置や開閉可能／折り畳み可能である情報端末装置に同様に適用することができる。また、上記実施の形態は、表示素子が液晶表示素子であり、入力素子がメタルドームスイッチである場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、その他の表示素子や入力素子にも同様に適用することができる。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

人体通信用の人体側電極及び外側電極を有する電極対を備えた情報端末装置であって、前記情報端末装置は、情報を視認するための表示素子を備えた表示部と、情報を入力する入力素子を備えた入力部と、を具備し、前記外側電極が前記表示部に配設され、前記人体側電極が前記入力部に配設されているとともに、前記外側電極が、前記表示素子に含まれる電極を兼ねることを特徴とする情報端末装置。
前記人体側電極が、前記入力部の操作面又は側面の少なくとも一つの面に設けられていることを特徴とする請求項１記載の情報端末装置。
人体通信用の人体側電極及び外側電極を有する電極対を備えた情報端末装置であって、前記情報端末装置は、情報を視認するための表示素子を備えた表示部と、情報を入力する入力素子を備えた入力部と、を具備し、前記外側電極が前記表示部に配設され、前記人体側電極が前記入力部に配設されているとともに、前記人体側電極が、前記入力素子に含まれる電極を兼ねることを特徴とする情報端末装置。
前記外側電極が、前記表示部の表示面、背面、又は側面の少なくとも一つの面に設けられていることを特徴とする請求項３記載の情報端末装置。