JP5156779B2 - 電界通信システムおよび通信制御方法 - Google Patents

Description

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させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行う電界通信システムに関する。

近年、電界通信を行うウェアラブルコンピュータとしてのマイクロチップＣＰＵと、電界通信を行うトランシーバとを１枚のカードに組み込んだＩＣカード型の携帯端末が開発されている（特許文献１参照）。

ユーザが、このような携帯端末を携帯している場合、ユーザの体の一部が別の電界通信装置の電界通信電極に触れることで伝送経路が形成され、電界通信を開始することができる。また、ユーザが、電界通信電極から離れることで、電界通信を終了することができる。

特開２００６−８６５８４号公報

さて、電界通信を行う携帯端末を携帯したユーザに誘起された電界が、このような携帯端末を持っていない近傍の第三者に浮遊容量を介して結合（カップリング）し、第三者が別の電界通信装置の電界通信電極に触れることで、携帯端末が送信するデータが誤って別の電界通信装置に受信されてしまう場合がある。

この場合、別の電界通信装置は、携帯端末を携帯したユーザからのデータであると誤認識し、第三者に対して入室者が限定された部屋の扉を開けるなど誤動作を実行してしまう可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電界通信システムにおいて、浮遊容量による誤認識および誤動作を防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ユーザが携帯する電界通信端末と、電極に接続されたトランシーバとの間で伝送路が確立される電界通信システムであって、電界通信用の１対の電極を備える前記電界通信端末と、電界通信を行う前記トランシーバと、前記トランシーバに接続された第１の電極と、前記第１の電極の近傍に設置され、電位固定された第２の電極と、を有し、前記電界通信端末の一対の電極の内、一方の電極が電界伝達媒体である前記ユーザと接した第２電極により電位固定され、他方の電極が浮遊容量を介して前記第１の電極と結合されることで通信することを要旨とする。

また、本発明は、電界通信システムであって、電界通信用の１対の電極を備える電界通信端末と、電界通信を行うトランシーバと、第１の電極、および、前記第１の電極の近傍に設置された第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極の一方を固定電位に、他方を前記トランシーバに、接続先を切替える切替えスイッチと、前記トランシーバに接続された制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記トランシーバを介して前記電界通信端末から第１の信号を受信した後、前記第１の電極および前記第２の電極の接続先を切替えさせる制御信号を前記切替えスイッチに送信する切替えスイッチ制御手段と、前記制御信号を送信してから所定の時間内に、前記トランシーバを介して第２の信号を受信したか否かに基づいて、前記電界通信端末を携帯する有資格者が前記第１の電極または前記第２の電極に接触しているかを判別する判別手段と、を有し、前記電界通信端末を携帯する有資格者が前記第１の電極に接触した場合、または前記有資格者が前記第２の電極に接触し、かつ、前記電界通信端末を携帯しない無資格者が前記第１の電極に接触した場合、当該電界通信端末に記憶されたＩＤを含む第１の信号が前記トランシーバを介して前記制御装置に送信され、前記制御装置は、前記トランシーバを介して前記電界通信端末から第１の信号を受信した後、前記第１の電極および前記第２の電極の接続先を切替えさせる制御信号を前記切替えスイッチに送信する切替えスイッチ制御手段と、前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信した場合、前記第１の信号は、前記第２の電極に接触している前記有資格者の電界通信端末から出力される電界が浮遊容量を介して前記第１の電極に接触している前記無資格者に伝達され、当該無資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別し、前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信しない場合、前記有資格者は前記第１の電極に接触しており、前記第１の信号は、前記有資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別する判別手段と、を有することを要旨とする。

また、本発明は、電界通信用の１対の電極を備える電界通信端末と、電界通信を行うトランシーバと、第１の電極、および、前記第１の電極の近傍に設置された第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極の一方を固定電位に、他方を前記トランシーバに接続先を切替える切替えスイッチと、前記トランシーバに接続された制御装置と、を有する電界通信システムにおける通信制御方法であって、前記制御装置は、前記電界通信端末を携帯する有資格者が前記第１の電極に接触した場合、または前記有資格者が前記第２の電極に接触し、かつ、前記電界通信端末を携帯しない無資格者が前記第１の電極に接触した場合、当該電界通信端末に記憶されたＩＤを含む第１の信号を前記トランシーバを介して受信する受信ステップと、前記第１の信号を受信した後、前記第１の電極および前記第２の電極の接続先を切替えさせる制御信号を前記切替えスイッチに送信する切替えステップと、前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信した場合、前記第１の信号は、前記第２の電極に接触している前記有資格者の電界通信端末から出力される電界が浮遊容量を介して前記第１の電極に接触している前記無資格者に伝達され、当該無資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別し、前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信しない場合、前記有資格者は前記第１の電極に接触しており、前記第１の信号は、前記有資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別する判別ステップとを行うことを要旨とする。

本発明によれば、電界通信システムにおいて、浮遊容量による誤認識および誤動作を防止し、例えば電界通信端末を携帯しない第三者に対してセキュリティ扉を開錠するなど誤動作を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電界通信システムの全体構成図である。 携帯端末の構成を示すブロック図である。 携帯端末の断面図である。 トランシーバおよび制御装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の制御装置の動作を示すフローチャートである。 比較例の電界通信システムの全体構成図である。 比較例の電界通信システムの全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る電界通信システムの全体構成図である。 トランシーバおよび制御装置の構成を示すブロック図である。 第１の床電極に有資格者が立っている場合に、携帯端末からトランシーバに送信されるＩＤ信号の伝達経路を示したものである。 第１の床電極に有資格者が立っている場合に、携帯端末から送信されるＩＤ信号がトランシーバに届かない状況を示したものである。 第２の床電極に有資格者が立っている場合に、携帯端末からトランシーバに送信されるＩＤ信号の伝達経路を示したものである。 第２の床電極に有資格者が立っている場合に、携帯端末からトランシーバに送信されるＩＤ信号の伝達経路を示したものである。 第２の実施形態の電界通信システムの動作を示すシーケンス図である。 第２の実施形態の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る電界通信システムの全体構成図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態である電界通信システムの全体構成図である。図示する電界通信システムは、ユーザ２が携帯する携帯端末（電界通信端末）１と、電位固定された床電極（第２の電極）３と、セキュリティ扉８の近傍に設置された壁電極（第１の電極）５と、当該壁電極５に接続されたトランシーバ６と、制御装置７とを有する。携帯端末１は、正当なユーザである有資格者のみが所有する端末であって、トランシーバ６と電界通信が可能な通信端末である。トランシーバ６と、制御装置７とは、例えばＬＡＮなどのネットワークにより接続されている。

制御装置７は、携帯端末１が送信した信号（情報、データ）を、トランシーバ６を介して受信して、所定の制御を行う。本実施形態の制御装置７は、携帯端末１からの信号に応じてセキュリティ扉（ドア）８の開錠および施錠を行うことを例として以下説明する。なお、制御装置７が制御する対象はセキュリティ扉８に限定されず、例えば改札機などのゲート装置とすることも考えられる。

トランシーバ６は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。なお、電界通信信号の送受信方式は、電気式、光学式、あるいはその他の方法であってもよく、いずれかに限定されるものではない。

トランシーバ６に接続された壁電極５は、携帯端末１と電界通信を行うために、制御装置７の制御対象の近傍に設置されている。図示する例では、セキュリティ扉８の近傍の壁に設置されており、セキュリティ扉８の前でユーザが扉が開くのを待つのに適切な場所に立った場合、ユーザが携帯する携帯端末１と近接する所定の位置に設置される。

床電極３は、制御対象の近傍の床（図示する例では、セキュリティ扉８の前でユーザが扉が開くのを待つのに適切な位置）に設置されている。また、床電極３は、グランド４に接地されており、電位固定されている。

図２は、携帯端末１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、携帯端末１は、一対の電界通信用の電極（Ｓ＋）１０１および電極（Ｓ−）１０２と、電源としての電池１０５と、電界通信を行うトランシーバ１０３と、コンピュータ（マイコン）１０４とを備える。一対の電極１０１、１０２は、トランシーバ１０３に接続されている。

携帯端末１のトランシーバ１０３は、トランシーバ６と同様に、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものであり、電界通信信号の送受信方式は、電気式、光学式、あるいはその他の方法であってもよい。

本実施形態のコンピュータ１０４は、メモリなどの記憶部に当該携帯端末１を携帯するユーザのＩＤまたは携帯端末ＩＤなどのＩＤがあらかじめ記憶され、トランシーバ１０３を用いて、常に所定のタイミングで当該ＩＤを含むＩＤ信号を送信するものとする。

図３は、携帯端末１の断面図を模式的に示した図である。図３に示すように、携帯端末１は、絶縁膜１０９、電界通信用の電極（Ｓ＋）１０１、回路基板１０８、電界通信用の電極（Ｓ−）１０２、および絶縁膜１０９を備える。なお、回路基板１０８は、図２に示すトランシーバ１０３、コンピュータ１０４および電池１０５を含むものである。

電界伝達媒体（人体）側の電極（Ｓ＋）１０１は、絶縁膜１０９を介して電界伝達媒体（人体）であるユーザと、交流的に短絡状態にある。そのため、電界伝達媒体（人体）を導体と見做せる周波数領域（人体の場合、数十ＭＨｚ以下）において、電界伝達媒体（人体）を接地することで電極（Ｓ＋）１０１が電位固定され、他方の電極（Ｓ−）１０２から空間への近傍電磁界（電界）の放射が強まる。近傍電磁界は、信号源が停止すると直ちに消滅する電磁界のことで、信号源との容量結合、誘導結合による現象がこれにあたる。

本実施形態では、携帯端末１を携帯する電界伝達媒体であるユーザが床電極３の上に乗る（接触する）ことで、携帯端末１の一対の電極の内、一方の電極（図示する例では、電極（Ｓ＋）１０１）が、絶縁膜１０９および電界伝達媒体であるユーザの人体を介して、グランドに交流的に接地され、電位固定される。このとき、他方の電極（図示する例では、電極（Ｓ−）１０２）により、空間へ放射される近傍電磁界の強度は強くなる。

これにより、図１に示すように、浮遊容量を介して、携帯端末１の他方の電極と壁電極５とが結合し、携帯端末１から壁電極５に接続されたトランシーバ６に至る伝送路が形成される。すなわち、他方の電極から放射される電界が近傍の壁電極５にカップリング（静電結合）する。このように、携帯端末１の一対の電極の内、一方の電極を電界伝達媒体（人体）を介して電位固定することで、他方の電極から空間への近傍電磁界の放射強度が強まり、携帯端末１と壁電極５との間の浮遊容量を伝送路に利用した通信を行うことができる。

なお、本実施形態のトランシーバ１０３は、一対の電極（Ｓ＋）１０１、電極（Ｓ＋）１０２から信号を入力し、差動アンプで同相雑音を除去するものであるが、信号電極およびグランド電極を用いる構成であってもよい。

また、図１および図３では、床電極３を接地することにより電位固定しているが、接地に限定されない。固定電位の床電極であれば、接地以外であっても、携帯端末１を携帯したユーザが当該床電極に接触した際に、空間への電磁放射が強くなることに関して同等の効果がある。また、床電極３は、絶縁性の材料で被覆されていてもよく、被覆厚が極端に厚くない限り、空間への近傍電磁界の放射強度が強まる効果は、変わらない。

図４は、トランシーバ６および制御装置７の構成を示すブロック図である。図示するように、トランシーバ６は、制御装置７からの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路６１を介して受け取ると、この送信データを送信部６２を介して壁電極５に供給し、当該壁電極５及び絶縁膜を介して電界伝達媒体であるユーザの人体に電界を誘起させ、この電界を電界伝達媒体の他の部位に伝達させる。

また、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界（本実施形態では、浮遊容量を介した電界）を絶縁膜を介して壁電極５で検出し、この電界の変化に対して信号処理回路６３で増幅、雑音除去などの信号処理を施し、さらに波形整形回路６４で波形整形してから、入出力（Ｉ／Ｏ）回路６１を介して制御装置７に出力する。なお、図示するトランシーバ６は、送受信可能なトランシーバであるが、送信部６２を有しない、受信動作のみを行うものであってもよい。

制御装置７は、ＩＤ照合、セキュリティ扉の制御等の所定の制御を行う制御部７１と、信号送受信部７２と、正規の有資格者が所有する携帯端末１それぞれのＩＤを記憶するＩＤ記憶部７３と、複数の携帯端末１との電界通信のログ、セキュリティ扉８の開錠・施錠などの制御ログ等を記憶するログ情報記憶部７４と、を備える。

なお、制御装置７および携帯端末１のコンピュータ１０４は、少なくともＣＰＵと、メモリと、記憶装置と、通信制御装置と、これらの各装置を接続するバスと、を備えた汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。このコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵがメモリ上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、制御装置７および携帯端末１のコンピュータ１０４の各機能が実現される。

次に、本実施形態の電界通信システムの動作について説明する。図１に示すように、通常の状態では、有資格者が正規のＩＤが記憶されている携帯端末１を携帯し、セキュリティ扉８の前に立つことにより床電極３に接触する。これにより、携帯端末１の一方の電極１０１が電位固定され、他方の電極１０２から空間へ放射される電界強度が強くなり、浮遊容量を介して携帯端末１の他方の電極１０２と壁電極５とが結合する。したがって、携帯端末１内のコンピュータ１０４と制御装置７との間で、携帯端末１に内蔵されたトランシーバ１０３、壁電極５およびトランシーバ６を介した通信路が確立される。

図５は、本実施形態の制御装置７の動作を示すフローチャートである。携帯端末１を携帯する有資格者が床電極３の上に立って接触することにより、携帯端末１のコンピュータ１０４は、前記通信路を介してＩＤ信号を制御装置７に送信する。すなわち、携帯端末１のコンピュータ１０４は、当該コンピュータ１０４が備える記憶部にあらかじめ記憶されたＩＤを含むＩＤ信号を生成し、前記通信路を介して送信する。

これにより、制御装置７の制御部７１は、信号送受信部７２を用いてＩＤ信号を受信し（Ｓ１１：ＹＥＳ）、当該ＩＤ信号のＩＤがＩＤ記憶部７３に記憶された正当なＩＤか否かを判別する（Ｓ１２）。受信したＩＤがＩＤ記憶部７３に存在しない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、制御部７１は、不正なＩＤであるとして、セキュリティ扉８を開錠させることなく処理を終了する。

一方、ＩＤ記憶部７３に記憶されたいずれかのＩＤと一致する場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、制御部７１は、セキュリティ扉８を開錠させる開錠信号（制御信号）をセキュリティ扉８に送信する（Ｓ１３）。セキュリティ扉８は、開錠信号を受信すると、当該セキュリティ扉８を施錠状態から開錠し、扉を開ける。これにより、携帯端末１を携帯する有資格者は、セキュリティ扉８の内部に入室することができる。

そして、制御部７１は、携帯端末１との通信ログ（ＩＤ信号の受信時刻、ＩＤ等）、制御ログ（開錠信号の送信時刻等）などのログ情報をログ情報記憶部７４に格納する（Ｓ１５）。そして、制御部７１は、Ｓ１４で開錠信号を送信してから所定の時間が経過すると（Ｓ１６：ＹＥＳ）、セキュリティ扉８を施錠させる施錠信号（制御信号）を送信する（Ｓ１７）。セキュリティ扉８は、施錠信号を受信すると、当該セキュリティ扉８を開錠状態から施錠し、扉を閉める。これにより、携帯端末１を携帯しない無資格者が、セキュリティ扉８の前の床電極３の上に立っても、セキュリティ扉８の内部に入室することができない。

次に、本発明の比較例である電界通信システムについて説明する。

図６は、比較例の電界通信システムを模式的に示した図である。比較例の電界通信システムでは、有資格者６０２Ａが携帯する携帯端末６０１と、セキュリティ扉６０８の近傍の床に設置された床電極６０３と、当該床電極６０３に接続された電界通信用のトランシーバ６０６と、セキュリティ扉６０８を制御する制御装置６０７とを有する。携帯端末６０１は、電界通信が可能な端末であって、電界通信媒体である有資格者６０２Ａの人体を介してトランシーバ６０６と電界通信を行う。

また、携帯端末６０１には、当該携帯端末６０１を携帯する有資格者のＩＤが記憶され、携帯端末６０１を携帯する有資格者６０２Ａがセキュリティ扉６０８の床電極６０３に接触することにより、携帯端末６０１とトランシーバ６０６との間で有資格者６０２Ａの人体および床電極６０３を介した伝送路が形成される。これにより、携帯端末６０１に記憶されたＩＤを含むＩＤ信号が、携帯端末６０１からトランシーバ６０６に送信され、そして、トランシーバ６０６から制御装置６０７に送信される。制御装置６０７は、受信したＩＤ信号のＩＤ認証を行い、認証に成功した場合、セキュリティ扉６０８に開錠信号を送信し、認証に失敗した場合、セキュリティ扉６０８に開錠信号を送信することなく、施錠したままにする。

しかしながら、このような比較例の電界通信システムでは、図７に示すような問題がある。すなわち、携帯端末６０１を携帯していない無資格者６０２Ｂが床電極６０３の上に立ち、この状態で携帯端末６０１を携帯する有資格者６０２Ａが無資格者６０２Ｂの近傍にいる場合（例えば、無資格者６０２Ｂの近くを通りすぎる場合）、携帯端末６０１を携帯した有資格者６０２Ａの携帯端末６０１から出力される電界は、浮遊容量を介して近傍の無資格者６０２Ｂに伝達される。携帯端末６０１を持たない無資格者６０２Ｂが床電極６０３に接触することにより、携帯端末６０１は、無資格者６０２Ｂの人体、床電極６０３およびトランシーバ６０６を介してＩＤ信号を制御装置６０７に送信してしまう。そして、制御装置６０７は、受信したＩＤ信号が記憶部に記憶された正当なＩＤの場合、セキュリティ扉６０８に開錠信号をセキュリティ扉６０８に送信し、セキュリティ扉６０８を開けてしまう。

すなわち、図６および図７に示す比較例の電界通信システムでは、無資格者６０２Ｂは携帯端末６０１を持っていないにも関わらず、近傍に携帯端末６０１を携帯する有資格者６０２Ａが存在すると、制御装置６０７は有資格者６０２ＡからのＩＤ信号であると誤認識し、セキュリティ扉６０８を誤動作してしまう。この結果、携帯端末６０１を携帯する有資格者６０２Ａは、無資格者６０２Ｂを、意図せずに共連れして入場してしまう。

これに対し、図１に示す第１の実施形態の電界通信システムでは、電界通信用の壁電極５と、当該壁電極５の近傍に電位固定された床電極３とを設置する。そして、携帯端末１を携帯する正当な有資格者が床電極の上に立つ（床電極に接触する）ことで、携帯端末１の一対の電極の内、一方の電極が電界伝達媒体（有資格者）を介して電位固定され、他方の電極が浮遊容量を介して壁電極５と結合し、携帯端末１から壁電極５に接続されたトランシーバ６に至る伝送路が形成される。すなわち、本実施形態の電界通信システムでは、比較例のように電界伝達媒体（人体）を介してＩＤ信号が携帯端末１からトランシーバ６に送信されるのではなく、浮遊容量を介してＩＤ信号が携帯端末１からトランシーバ６に送信される。換言すると、本実施形態では、有資格者は、トランシーバ６に接続された壁電極５に接触することなく、ＩＤ信号がトランシーバ６に送信される。

これにより、本実施形態では、携帯端末１を携帯する有資格者の携帯端末１から出力される電界（ＩＤ信号）が、近傍の携帯端末１を持たない無資格者に浮遊容量を介して伝達したとしても、無資格者から２次放射される電界強度は携帯端末１から直接放射される電界強度に比べて弱いため、浮遊容量を介した壁電極５との結合は発生しない。すなわち、携帯端末１を携帯しない無資格者が床電極３に接触した場合であっても、携帯端末１から出力されるＩＤ信号はトランシーバ６および制御装置７に届かない。したがって、本実施形態では、図７の比較例のように、携帯端末１を携帯する有資格者が携帯端末１を持たない無資格者（第三者）を意図せず共連れして入場してしまうなどの誤認識および誤動作することを防止することができる。

また、本実施形態の制御装置７は、開錠信号（制御信号）をセキュリティ扉８に送信した後、携帯端末のＩＤ、開錠信号の送信時刻などのログ情報をログ情報記憶部７４に記憶する。これにより、セキュリティ扉８を開けた有資格者の入退出を一元的に管理することができる。

また、本実施形態では、有資格者は、電界通信可能な携帯端末１を携帯し、セキュリティ扉８の前の床電極３に立つだけでＩＤ信号が送信されるため、ＩＤの入力操作などのユーザの操作負荷を低減することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態である電界通信システムの全体構成図である。図示する電界通信システムは、有資格者が携帯する図示しない携帯端末１（電界通信端末）と、第１の床電極３Ａと、第２の床電極３Ｂと、第１の床電極３Ａまたは第２の床電極３Ｂに接続されるトランシーバ６と、制御装置７Ａと、切替えスイッチ９とを有する。携帯端末１は、正当なユーザである有資格者のみが所有する端末であり、トランシーバ６と電界通信が可能な通信端末である。本実施形態の携帯端末１は、第１の実施形態の携帯端末１と同様であるため、ここでは説明を省略する。制御装置７Ａは、例えばＬＡＮなどのネットワークにより、トランシーバ６および切替えスイッチ９と接続されている。

制御装置７Ａは、携帯端末１が送信した信号（情報、データ）を、トランシーバ６を介して受信して、所定の制御を行う。本実施形態の制御装置７Ａは、携帯端末１からの信号に応じてセキュリティ扉８の開錠および施錠を行うことを例として以下説明する。なお、制御装置７Ａが制御する対象はセキュリティ扉８に限定されず、例えば改札機などのゲート装置とすることも考えられる。また、制御装置７Ａは、切替えスイッチ９に切替え制御信号を送信し、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの接続先を、トランシーバ６または固定電位４に切替える。

トランシーバ６は、第１の実施形態のトランシーバ６と同様に、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。なお、電界通信信号の送受信方式は、電気式、光学式、あるいはその他の方法であってもよく、いずれかに限定されるものではない。

第１の床電極３Ａは、制御対象の近傍の床（図示する例では、セキュリティ扉８の前でユーザが扉が開くのを待つのに適切な位置）に設置されている。第２の床電極３Ｂは、第１の床電極３Ａの近傍に設置され、第１の床電極３Ａを取り囲むように、第１の床電極３Ａの周囲に設置する。

切替えスイッチ９は、制御装置７Ａの制御により、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの接続先を、一方はトランシーバ６に、他方は固定電位４に切替える。具体的には、第１の床電極３Ａがトランシーバ６に接続され、第２の床電極３Ｂが固定電位４に接続され電位固定されている通常の接続状態と、第１の床電極３Ａが固定電位４に接続されて電位固定され、第２の床電極３Ｂがトランシーバ６に接続されている判定用の接続状態とが、切替えスイッチ９により切り替わる。なお、固定電位４は、接地に限定されない。

図９は、トランシーバ６および制御装置７Ａの構成を示すブロック図である。図示すように、トランシーバ６は、制御装置７Ａからの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路６１を介して受け取ると、この送信データを送信部６２を介して第１の床電極３Ａまたは第２の床電極３Ｂに供給し、当該床電極３Ａ、３Ｂ及び絶縁膜を介して電界伝達媒体であるユーザの人体に電界を誘起させ、この電界を電界伝達媒体の他の部位に伝達させる。

また、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を絶縁膜を介して第１の床電極３Ａまたは第２の床電極３Ｂで検出し、この電界の変化に対して信号処理回路６３で増幅、雑音除去などの信号処理を施し、さらに波形整形回路６４で波形整形してから、入出力（Ｉ／Ｏ）回路６１を介して制御装置７に出力する。なお、図示するトランシーバ６は、送受信可能なトランシーバであるが、送信部６２を有しない、受信動作のみを行うものであってもよい。

制御装置７は、ＩＤ照合、セキュリティ扉の制御等の所定の制御を行う制御部７１と、信号送受信部７２と、正規の有資格者が所有する携帯端末１それぞれのＩＤを記憶するＩＤ記憶部７３と、複数の携帯端末１との電界通信のログ、セキュリティ扉８の開錠・施錠などの制御ログ等を記憶するログ情報記憶部７４と、切替えスイッチ９に切替え制御信号を送信する切替えスイッチ制御部７５と、携帯端末１を携帯する有資格者が前記第１の電極または前記第２の電極に接触しているかを判別する判定部７６とを備える。

次に、携帯端末１を携帯する有資格者の立ち位置および切替えスイッチ９の切替え状況に応じた、ＩＤ信号の伝達パターンについて、図１０から図１４を用いて説明する。

図１０および図１１は、セキュリティ扉８の前の第１の床電極３Ａに携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが立っている場合における、携帯端末１から送信されるＩＤ信号の伝達経路を示したものである。

図１０では、切替えスイッチ９により、第１の床電極３Ａがトランシーバ６に接続され、第２の床電極３Ｂが固定電位４に接続されている。これにより、携帯端末１とトランシーバ６との間で有資格者Ａの人体および第１の床電極３Ａを介した伝送路が形成される。この伝送路を介して、携帯端末１に記憶されたＩＤを含むＩＤ信号が、携帯端末１からトランシーバ６に送信され、そして、トランシーバ６から制御装置７に送信される。

図１１では、切替えスイッチ９により、第１の床電極３Ａが固定電位４に接続され、第２の床電極３Ｂがトランシーバ６に接続されている。この場合、携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが接触している第１の床電極３Ａは、固定電位４に接続されているため、携帯端末１とトランシーバ６との間には電界通信の伝送路が形成されず、トランシーバ６は携帯端末１が送信するＩＤ信号を受信することができない。

図１２および図１３は、セキュリティ扉８の前の第１の床電極３Ａに携帯端末１を持たない無資格者２Ｂが立っており、第２の床電極３Ｂに携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが立っている場合における、携帯端末１から送信されるＩＤ信号の伝達経路を示したものである。

図１２では、切替えスイッチ９により、第１の床電極３Ａがトランシーバ６に接続され、第２の床電極３Ｂが固定電位４に接続されている。この場合、携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが無資格者２Ｂの近傍にいるため、有資格者２Ａの携帯端末１から出力される電界（ＩＤ信号）は、浮遊容量を介して近傍の無資格者２Ｂに伝達される。このため、携帯端末１を持たない無資格者２Ｂが第１の床電極３Ａに接触することにより、携帯端末１とトランシーバ６との間で無資格者２Ｂの人体および第１の床電極３Ａを介した伝送路が形成される。この伝送路を介して、携帯端末１に記憶されたＩＤを含むＩＤ信号が、携帯端末１からトランシーバ６に送信され、そして、トランシーバ６から制御装置７に送信される。

また、携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが接触している第２の床電極３Ｂは固定電位４に接続されている。このため、第１の実施形態で説明したように、当該携帯端末１が内蔵するトランシーバの一対の電極（Ｓ＋、Ｓ−）の内、一方の電極を電界伝達媒体（人体）を介して電位固定することで、他方の電極から空間への近傍電磁界の放射強度が強まり、携帯端末１と無資格者２Ｂとの間の浮遊容量を伝送路に利用した通信が行われる。これにより、携帯端末１から送信されるＩＤ信号を、より確実に、トランシーバ６に伝送することができる。なお、図３に示す携帯端末１の場合、電極Ｓ＋１０１が電位固定される。

図１３では、切替えスイッチ９により、第１の床電極３Ａが固定電位４に接続され、第２の床電極３Ｂがトランシーバ６に接続されている。この場合、携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが接触している第２の床電極３Ｂは、トランシーバ６に接続されているため、携帯端末１とトランシーバ６との間で有資格者Ａの人体および第２の床電極３Ｂを介した伝送路が形成される。この伝送路を介して、携帯端末１からのＩＤ信号がトランシーバ６に送信され、そして、トランシーバ６から制御装置７に送信される。

また、無資格者２Ｂが接触している第１の床電極３Ａは固定電位４に接続されている。このため、当該携帯端末１が内蔵するトランシーバの一対の電極（Ｓ＋、Ｓ−）の内、一方の電極を無資格者２Ｂとの浮遊容量を介して電位固定することで、他方の電極からの電界強度が強まる。これにより、携帯端末１から送信されるＩＤ信号を、より確実に、トランシーバ６に伝送することができる。なお、図３に示す携帯端末１の場合、電極Ｓ−１０２が電位固定される。

次に、本実施形態における電界通信システムの動作について説明する。

図１４は、携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが図１０および図１１の状態における、電界通信システムの動作を示すシーケンス図である。図１０の状態において、携帯端末１からのＩＤ信号が、トランシーバ６を介して制御装置７Ａに送信される（Ｓ２１）。制御装置７Ａは、ＩＤ信号を受信すると、切替えスイッチ９に切替え制御信号を送信し、判定用の接続状態に切替えさせる（Ｓ２２）。これにより、切替えスイッチ９は、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの接続先を、図１０に示す通常の接続状態から、図１１に示す判定用の接続状態に切替える。

通常の接続状態は、第１の床電極３Ａがトランシーバ６に接続され、第２の床電極３Ｂが固定電位４に接続されている状態である。判定用の接続状態は、第１の床電極３Ａが固定電位４に接続され、第２の床電極３Ｂがトランシーバ６に接続されている状態である。

そして、制御装置７Ａは、所定の時間、Ｓ２１で受信したＩＤ信号のＩＤと同一ＩＤのＩＤ信号が送信されるのを待つ。図１１の場合、前述のようにＩＤ信号は送信されない。そのため、制御装置７Ａは、所定の時間が経過した後、Ｓ２１で受信したＩＤ信号のＩＤを、ＩＤ記憶部７３を参照して認証し（Ｓ２３）、認証に成功した場合、セキュリティ扉８に開錠信号を送信し、セキュリティ扉８を開ける（Ｓ２４）。

そして、制御装置７Ａは、通信ログ、制御ログなどのログ情報をログ情報記憶部７４に格納し（Ｓ２６）、切替えスイッチ９に切替え制御信号を送信し、通常の接続状態に切替えさせる（Ｓ２７）。これにより、切替えスイッチ９は、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの接続先を、図１１に示す判定用の接続状態から、図１０に示す通常の接続状態に切替える。

なお、携帯端末１を携帯する有資格者２Ａが図１２および図１３の場合、Ｓ２２で切替え制御信号を送信し、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの接続先を、図１２に示す通常の接続状態から、図１３に示す判定用の接続状態に切替えた場合、同一ＩＤのＩＤ信号が制御装置７Ａに送信されるため、制御装置７ＡはＳ２３からＳ２７の処理を行わない。

図１５は、図１４の制御装置７Ａの動作を、より詳細に説明するためのフローチャートである。図１０および図１２に示すように、切替えスイッチ９が通常の接続状態となっている状態において、携帯端末１を携帯する有資格者２Ａ、または有資格者Ａの近傍の無資格者２Ｂが、第１の床電極３Ａの上に立って接触する。これにより、携帯端末１は、図１０または図１２に示す通信路を介してＩＤ信号を制御装置７に送信する。すなわち、携帯端末１のコンピュータ１０４は、当該コンピュータ１０４が備える記憶部にあらかじめ記憶されたＩＤを含むＩＤ信号を生成し、第１の床電極３Ａを含む前記通信路を介して送信する。

これにより、制御装置７Ａの切替えスイッチ制御部７５は、信号送受信部７２を用いてＩＤ信号を受信し（Ｓ３１：ＹＥＳ）、切替えスイッチ９に切替え制御信号を送信し、判定用の接続状態に切替えさせる（Ｓ３２）。これにより、切替えスイッチ９は、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの接続先を、図１０、図１２に示す通常の接続状態から、図１１、図１３に示す判定用の接続状態に切替える。

そして、制御装置７Ａの判定部７６は、Ｓ３２で切替え制御信号を送信してから所定の時間、Ｓ３１で第１の床電極３Ａを介して受信したＩＤ信号のＩＤと同一ＩＤのＩＤ信号が第２の床電極３Ｂを介して受信されるのを待つ（Ｓ３３）。なお、判定部７６は、図１１の場合はＩＤ信号を受信せず、図１３の場合は携帯端末１が送信する同一ＩＤのＩＤ信号を第２の床電極３Ｂおよびトランシーバ６を介して受信する。

これにより、判定部７６は、所定の時間内に同一ＩＤのＩＤ信号を受信しない場合は（Ｓ３３：ＮＯ）、図１０および図１１に示すように携帯端末１を有する有資格者Ａが第１の床電極３Ａに立っていると判別し、Ｓ３５以降の処理を行う。一方、判定部７６は、所定の時間内に同一ＩＤのＩＤ信号を受信した場合は（Ｓ３３：ＹＥＳ）、図１２および図１３に示すように有資格者２Ａの近傍の無資格者２Ｂが第１の床電極３Ａに立っていると判別し、Ｓ３５以降の処理を行うことなく、処理を終了する。

同一ＩＤのＩＤ信号を受信することなく（Ｓ３３：ＮＯ）、所定の時間の経過した場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、制御装置７Ａの制御部７１は、Ｓ３１で受信したＩＤ信号のＩＤを認証し（Ｓ３５）、当該ＩＤがＩＤ記憶部７３に登録されている場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、正当な有資格者であると判別し、セキュリティ扉８に開錠信号を送信し（Ｓ３７）、セキュリティ扉８を開ける。

そして、制御部７１は、ログ情報記憶部７４にログ情報を記憶し、所定の時間の経過後（Ｓ３９：ＹＥＳ）、セキュリティ扉８に施錠信号を送信し（Ｓ４０）、切替えスイッチ９に切替え制御信号を送信し、通常の接続状態に切替えさせる（Ｓ４１）。これにより、切替えスイッチ９は、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの接続先を、図１１、図１３に示す判定用の接続状態から、図１０、図１２に示す通常の接続状態に切替える。

一方、Ｓ３１で受信したＩＤ信号のＩＤがＩＤ記憶部７３に登録されていない場合（Ｓ３６：ＮＯ）、正当な有資格者でないと判別し、セキュリティ扉８に開錠信号を送信することなく処理を終了する。なお、Ｓ３５からＳ４０の処理は、第１の実施形態の図５のＳ１２からＳ１７の処理と同様である。

以上説明した本実施形態では、セキュリティ扉８から近い方に設置された第１の床電極３Ａ、およびセキュリティ扉８から遠い方に設置された第２の床電極３Ｂの接続先を、トランシーバ６または固定電位４に切替えて、所定の時間内に同一ＩＤのＩＤ信号の受信の有無により、携帯端末１を携帯する有資格者の立ち位置を特定する。これにより、本実施形態では、セキュリティ扉８の前の第１の床電極３Ａに接触している者が、有資格者か無資格者かを判別することができるため、誤ってセキュリティ扉８を開錠してしまう誤動作を防止しすることができる。

すなわち、図７の比較例のように、携帯端末１を携帯する有資格者が携帯端末１を持たない無資格者（第三者）を意図せず共連れして入場してしまうなどの誤認識および誤動作することを防止することができる。

また、本実施形態の制御装置７Ａは、開錠信号（制御信号）をセキュリティ扉８に送信した後、携帯端末のＩＤ、開錠信号の送信時刻などのログ情報をログ情報記憶部７４に記憶するため、セキュリティ扉８を開けた有資格者の入退出を一元的に管理することができる。

また、本実施形態では、有資格者２Ａは、電界通信可能な携帯端末１を携帯し、セキュリティ扉８の前の床電極３に立つだけでＩＤ信号が送信されるため、ＩＤの入力操作などの操作負荷を低減することができる。

＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態の変形例であって、交通機関の改札機などのゲート装置をイメージしたものである。

図１６は、第３の実施形態である電界通信システムを天井などの上から見下ろした全体構成図である。第３の実施形態は、第１の床電極３Ａおよび第２の床電極３Ｂの両側に、人が立ち入れないようにするための衝立１０を設けた点において、第２の実施形態と異なり、その他については、第２の実施形態と同様である。

本実施形態では、衝立１０を設けたことにより、第１の床電極３Ａに近接可能な方向は、進入方向Ｙの一方向に限定されるため、第２の床電極３Ｂの設置面積を小さくすることができる利点がある。

以上説明した第１から第３の実施形態では、セキュリティ扉などの近くの電界通信用の床電極の上に無資格者が立っている状況において、電界通信用の携帯端末を携帯する有資格者が当該無資格者の近くを通り過ぎても、誤認証により無資格者のために誤って扉のロックが解除されることがないという利点がある。その為、交通機関の改札等を含めて、人の往来で混雑するような場所に、上記実施形態の電界通信システムを適用することで、より高度なセキュリティを確保することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、第１から第３の実施形態では、床に設置した床電極３、３Ａ、３Ｂを用いたが、ユーザが接触可能な場所であれば、床以外の場所に設置してもよい。また、第１の実施形態では、壁に設置した壁電極５を用いたが、ユーザが携帯する携帯端末１と近接可能な場所であれば、壁以外の場所に設置してもよい。

１ 携帯端末
１０１ 電極Ｓ＋
１０２ 電極Ｓ−
１０３ トランシーバ６
１０４ コンピュータ
１０５ 電池
１０９ 絶縁膜
２Ａ 有資格者
２Ｂ 無資格者
３ 床電極
３Ａ 第１の床電極
３Ｂ 第２の床電極
４ 固定電位
５ 壁電極
６ トランシーバ
７ 制御装置
７１ 制御部
７２ 信号送受信部
７３ ＩＤ記憶部
７４ ログ情報記憶部
７５ 切替えスイッチ制御部
７６ 判定部
８ セキュリティ扉

Claims (4)

1. ユーザが携帯する電界通信端末と、電極に接続されたトランシーバとの間で伝送路が確立される電界通信システムであって、
   電界通信用の１対の電極を備える前記電界通信端末と、
   電界通信を行う前記トランシーバと、
   前記トランシーバに接続された第１の電極と、
   前記第１の電極の近傍に設置され、電位固定された第２の電極と、を有し、
   前記電界通信端末の一対の電極の内、一方の電極が電界伝達媒体である前記ユーザと接した第２電極により電位固定され、他方の電極が浮遊容量を介して前記第１の電極と結合されることで通信すること
   を特徴とする電界通信システム。
2. 請求項１記載の電界通信システムであって、
   前記トランシーバに接続された制御装置を、さらに有し、
   前記電界通信端末は、前記ユーザが前記第２の電極に接触した場合、当該電界通信端末に記憶されたＩＤを、前記伝送路を介して前記トランシーバに送信し、
   前記トランシーバは、前記伝送路を介してＩＤを受信すると、当該ＩＤを前記制御装置に送信し、
   前記制御装置は、前記トランシーバから前記ＩＤを受信すると、当該ＩＤを認証し、認証結果に応じて、所定の制御を行うこと
   を特徴とする電界通信システム。
3. 電界通信システムであって、
   電界通信用の１対の電極を備える電界通信端末と、
   電界通信を行うトランシーバと、
   第１の電極、および、前記第１の電極の近傍に設置された第２の電極と、
   前記第１の電極および前記第２の電極の一方を固定電位に、他方を前記トランシーバに、接続先を切替える切替えスイッチと、
   前記トランシーバに接続された制御装置と、を有し、
   前記電界通信端末を携帯する有資格者が前記第１の電極に接触した場合、または前記有資格者が前記第２の電極に接触し、かつ、前記電界通信端末を携帯しない無資格者が前記第１の電極に接触した場合、当該電界通信端末に記憶されたＩＤを含む第１の信号が前記トランシーバを介して前記制御装置に送信され、
   前記制御装置は、
   前記トランシーバを介して前記電界通信端末から第１の信号を受信した後、前記第１の電極および前記第２の電極の接続先を切替えさせる制御信号を前記切替えスイッチに送信する切替えスイッチ制御手段と、
   前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信した場合、前記第１の信号は、前記第２の電極に接触している前記有資格者の電界通信端末から出力される電界が浮遊容量を介して前記第１の電極に接触している前記無資格者に伝達され、当該無資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別し、
   前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信しない場合、前記有資格者は前記第１の電極に接触しており、前記第１の信号は、前記有資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別する判別手段と、を有すること
   を特徴とする電界通信システム。
4. 電界通信用の１対の電極を備える電界通信端末と、電界通信を行うトランシーバと、第１の電極、および、前記第１の電極の近傍に設置された第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極の一方を固定電位に、他方を前記トランシーバに接続先を切替える切替えスイッチと、前記トランシーバに接続された制御装置と、を有する電界通信システムにおける通信制御方法であって、
   前記制御装置は、
   前記電界通信端末を携帯する有資格者が前記第１の電極に接触した場合、または前記有資格者が前記第２の電極に接触し、かつ、前記電界通信端末を携帯しない無資格者が前記第１の電極に接触した場合、当該電界通信端末に記憶されたＩＤを含む第１の信号を前記トランシーバを介して受信する受信ステップと、
   前記第１の信号を受信した後、前記第１の電極および前記第２の電極の接続先を切替えさせる制御信号を前記切替えスイッチに送信する切替えステップと、
   前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信した場合、前記第１の信号は、前記第２の電極に接触している前記有資格者の電界通信端末から出力される電界が浮遊容量を介して前記第１の電極に接触している前記無資格者に伝達され、当該無資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別し、
   前記制御信号を送信してから所定の時間内に前記トランシーバを介して、前記第１の信号のＩＤと同一ＩＤを含む第２の信号を受信しない場合、前記有資格者は前記第１の電極に接触しており、前記第１の信号は、前記有資格者を電界伝達媒体として送信された信号であると判別する判別ステップとを行うこと
   を特徴とする通信制御方法。

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