JP5170791B2 - 電極及び電極構造体 - Google Patents

Description

本発明は、人体を伝送経路として情報を送受信する通信装置に接続される電極に関する。

人体などの電界伝達媒体に電界を誘起してデータの送受信を行う電界通信装置が開発されている（非特許文献１参照）。人体を伝送経路とする人体通信は、例えば特許文献１に示すように、入退室を管理するドア制御システムに利用される。受信器の電極をドアに設置し、ＩＤを送信する送信器を利用者が保持する。利用者がドアに設置された電極に接触することで、送信器と受信器との間に利用者を介した伝送経路が形成され、受信器は利用者に誘起された電界を受信してＩＤ認証を行い、ドアの電子錠を解錠する。

特開２００７−１８２７３３号公報

「人の体を信号経路としたヒューマンエリア・ネットワーク技術"レッドタクトン"」、ＮＴＴ技術ジャーナル、２００５年、第１７巻、第３号、p.34-38

図１０は、従来の平面状の電界通信用電極に利用者が接触する様子を示す模式図であり、図１０（ａ）は、指１本で電極に接触した様子、図１０（ｂ）は、指３本で電極に接触した様子、図１０（ｃ）は、手のひらで電極に接触した様子をそれぞれ示している。電極５０Ａ，５０Ｂは、差動増幅回路（図示せず）に接続され、電極５０Ａに接触した利用者に誘起された電界を受信して信号を伝送する。

図１１に示すように、信号の受信強度は電極５０Ａに接する面積に応じて変化する。指１本で電極５０Ａに接する場合よりも、指３本で電極５０Ａに接する場合の方が受信強度が大きく、手のひらで電極５０Ａに接する場合はさらに受信強度が大きくなる。また、信号の受信強度だけでなく、利用者を介して電極に入力される雑音の受信強度も接触面積に応じて変化する。

そのため、利用者の電極の接触の仕方によって電極５０Ａ，５０Ｂから入力される信号及び雑音の強度差が大きくなり、信号と雑音を切り分けるしきい値のマージンは、図１１に示すように小さくなり、通信エラーが発生しやすいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、入力される信号の受信強度のバラツキを抑制し、通信品質の向上を図る電極を提供することを目的とする。

第１の本発明に係る電極は、利用者が指先または手のひらで接触することにより前記利用者に電界が誘起されて、前記利用者を介した伝送経路が形成される人体通信装置に接続される電極であって、絶縁材料で被覆され、前記利用者が接触する面が曲面で構成され、手のひらと同程度の大きさを有していることを特徴とする。

上記電極において、前記曲面が凹状曲面であることを特徴とする。

上記電極において、前記曲面が半円筒状であることを特徴とする。

上記電極において、前記曲面が半球状であることを特徴とする。

第２の本発明に係る電極構造体は、上記いずれかの電極と、前記電極を中央部に配置し、当該電極の配置面が曲面で構成された筐体と、を有することを特徴とする。

上記電極構造体において、前記電極に対応する接触面表示を有することを特徴とする。

本発明によれば、入力される信号の受信強度のバラツキを抑制し、通信品質の向上を図る電極を提供することができる。

第１の実施の形態における電極の構成を示す斜視図である。 上記電極の断面図である。 上記電極の接続例を示す概略図である。 上記電極を利用者が接触する様子を示す模式図である。 信号及び雑音の受信強度と接触面積との関係を示すグラフである。 第１の実施の形態における別の電極の構成を示す図である。 第１の実施の形態におけるさらに別の電極の構成を示す図である。 第２の実施の形態における電極の構成を示す図である。 第２の実施の形態における別の電極の構成を示す図である。 従来の平面状の電極を利用者が接触する様子を示す模式図である。 信号及び雑音の受信強度と接触面積との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における電極の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態における電極構造体１の外形は半円柱である。電極構造体１は、利用者が電極構造体１に接触することにより利用者を伝達経路の一部としてデータを送受信する通信装置（図示せず）に接続される。例えば、電極構造体１はＩＤ情報を受信して入退室を管理する受信器に接続されて、ドアやゲートなどに配置される。電界伝達媒体に電界を誘起してＩＤ情報を送信する送信器は利用者が保持する。利用者が電極構造体１に接触することで送信器と受信器との間に伝送経路が形成され、送信器の送信するＩＤ情報が受信器で受信され、受信器はＩＤ情報に基づいて認証を行いドアやゲートの電子錠を制御する。もちろん、電極構造体１の配置場所はドアやゲートなどに限るものではなく、電子決済の課金処理を行う装置などにも適用でき、送受信するデータもＩＤ情報に限らない。

図２は、半円柱の電極構造体１を輪切りにした断面図である。同図に示すように、電極１１Ａ，１１Ｂは半円筒状に配置され、電極１１Ａ，１１Ｂの曲面により半円柱の曲面が形成される。電極１１Ａ，１１Ｂ間には電極１１Ａ，１１Ｂが互いに接触しないように絶縁層１２を配置する。電極１１Ａ，１１Ｂ間に支柱を配置して隙間を作り、空気の層を絶縁層１２としてもよい。利用者が接触する電極構造体１の表面、つまり電極１１Ａの外側面に絶縁層１３を配置し、電極構造体１に接触する利用者に電流が流れないようにする。なお、図２では、電極１１Ｂの内側は中空であるが、電極１１Ｂの内側に、電極１１Ａ，１１Ｂを沿わせて曲面状に配置するための部材を配置してもよい。

電極１１Ａ，１１Ｂは、図３に示すように、差動増幅回路１４に接続され、電極構造体１に接触した利用者に誘起された電界を受信して信号を差動増幅回路１４に平衡伝送する。

次に、利用者の電極構造体１への接触の仕方と信号強度について説明する。

図４は、本実施の形態における電極構造体１に利用者が接触する様子を示す模式図であり、図４（ａ）は、指１本で電極構造体１に接触した様子、図４（ｂ）は、指３本で電極構造体１に接触した様子、図４（ｃ）は、手のひらで電極構造体１に接触した様子をそれぞれ示している。それぞれの場合で利用者と電極構造体１との接触面積は異なるが、電極構造体１の接触面が曲面状であることから、従来の平面状の電極に比べて接触面積のバラツキが抑制される。特に、図４（ｃ）のように、手のひらで電極構造体１に接触する場合、従来の平面状の電極に手のひらで接触するときのように指先から手首まで電極に接触することがなく、従来の平面状の電極の場合より接触面積が小さくなる。

図５に信号及び雑音の受信強度と接触面積との関係を示す。信号及び雑音の受信強度と接触面積との関係は従来と変化しないが、利用者が手のひらで電極構造体１に接触する場合の接触面積が小さくなるので、図５に示すように、考慮すべき雑音の最大受信強度が小さくなり、信号と雑音を切り分けるしきい値のマージンがより大きくなる。その結果、通信品質を向上させることが可能になる。

図６は、第１の実施の形態における別の電極の構成を示す図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は断面図である。

図６に示す電極構造体２の外形は半球状の凸型である。電極構造体２も電極構造体１と同様に、利用者が電極構造体２に接触することにより利用者を伝達経路の一部としてデータを送受信する通信装置に接続される。

図６（ｂ）の断面図に示すように、電極構造体２は、半球状に配置された１組の電極２１Ａ，２１Ｂで構成される。電極２１Ａ，２１Ｂにより半球面が形成される。電極２１Ａ，２１Ｂ間には電極２１Ａ，２１Ｂが互いに接触しないように絶縁層２２を配置する。利用者が接触する電極２１Ａの外側面に絶縁層２３を配置する。

図６に示す電極構造体２も曲面状に形成されているので、従来の平面状の電極に比べて接触面積のバラツキが抑制される。その結果、信号と雑音を切り分けるしきい値のマージンがより大きくなり、通信品質を向上させることが可能になる。

図７は、第１の実施の形態におけるさらに別の電極の構成を示す図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は断面図である。

図７（ｂ）に示すように、図７に示す電極構造体２は、図６に示したものにおいて、利用者が接触する電極２１Ａを筐体の曲面の中央部に配置したものである。電極２１Ａの接触面の広さは、統計的な手の平の平均値よりも小さくする。さらに、図７（ａ）に示すように、電極構造体２の表面の電極２１Ａに対応する箇所２Ａを塗装した。

筐体の曲面の中央部に、手の平よりも小さな電極２１Ａを配置することで、利用者は、電極２１Ａのほぼ全体に接触するので、接触面積のバラツキが小さくなり、信号の振幅、雑音の振幅が一定となり、閾値の設定が容易である。また、電極２１Ａに対応する箇所２Ａを塗装することにより、利用者は接触しなければならない部分を認識し易くなり、接触面積のバラツキがより抑制される。

なお、図１に示した半円柱の電極構造体１の中央部だけに電極を配置するものでもよい。また、電極２１Ａに対応する箇所２Ａは、塗装により識別させる他にも、その箇所２Ａの表面の材質を変更したり、その箇所２Ａの周囲に線を引くなどして接触面表示を配置してもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、利用者を伝達経路の一部としてデータを送受信する通信装置に接続された利用者が接触する電極１１Ａを曲面状に形成することにより、利用者の電極構造体１への接触の仕方による接触面積のバラツキを抑制することができるので、信号と雑音を切り分けるしきい値のマージンがより大きくなり、通信品質を向上させることが可能になる。

［第２の実施の形態］
図８は、第２の実施の形態における電極の構成を示す図であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は断面図である。

図８に示す電極構造体３の外形は半円筒形状で、利用者を伝達経路の一部としてデータを受信する受信器に接続される。電極構造体３は、利用者が半円筒形状の内壁３Ａに接触するように配置される。例えば、電極構造体３の内壁３Ａが露出するように、電極構造体３をドアや壁などに埋め込む。送信器を保持する利用者が内壁３Ａに接触することで、送信器と受信器との間に伝送経路が形成される。

図８（ｂ）の断面図に示すように、電極構造体３は、曲面状に配置された１組の電極３１Ａ，３１Ｂで構成される。電極３１Ａ，３１Ｂにより半円筒形状が形成される。電極３１Ａ，３１Ｂ間には電極３１Ａ，３１Ｂが互いに接触しないように絶縁層３２を配置する。利用者が接触する電極３１Ａの外側面（半円筒形状の内壁面）に絶縁層３３を配置する。

図９は、第２の実施の形態における別の電極の構成を示す図であり、図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は断面図である。

図９に示す電極構造体４の外形は半球状の凹型、つまり、半球の内側をくり抜いたお椀型で、利用者を伝達経路の一部としてデータを受信する受信器に接続される。電極構造体４の内側面４Ａに利用者が接触することで、利用者の保持する送信器と受信器との間に伝送経路が形成される。

図９（ｂ）の断面図に示すように、電極構造体４は、曲面状に配置された１組の電極４１Ａ，４１Ｂで構成される。電極４１Ａ，４１Ｂにより半球が形成される。電極４１Ａ，４１Ｂ間には電極４１Ａ，４１Ｂが互いに接触しないように絶縁層４２を配置する。利用者が接触する電極４１Ａの外側面（半球の内側面）に絶縁層４３を配置する。

第１の実施の形態ではふくらんだ曲面（凸状曲面）を利用者の接触面としたが、第２の実施の形態では、窪んだ曲面（凹状曲面）を利用者の接触面とした。電極構造体３，４の接触面を凹状曲面とすることにより、利用者は、指先から手首まで手のひらの大部分を電極構造体３，４に接触させることが難しくなるので、利用者の電極構造体３，４への接触の仕方による接触面積のバラツキが抑制される。

また、電極構造体３，４のように接触面が凹状曲面の場合にも、凹状曲面の中央部に電極および電極に対応する接触面表示を配置してもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、利用者を伝達経路の一部としてデータを送受信する通信装置に接続された電極構造体３，４の接触面を凹型曲面状に形成することにより、利用者の電極構造体３，４への接触の仕方による接触面積のバラツキを抑制することができるので、信号と雑音を切り分けるしきい値のマージンがより大きくなり、通信品質を向上させることが可能になる。

１…電極構造体
１１Ａ，１１Ｂ…電極
１２，１３…絶縁層
１４…差動増幅回路
２…電極構造体
２１Ａ，２１Ｂ…電極
２２，２３…絶縁層
３…電極構造体
３Ａ…内壁
３１Ａ，３１Ｂ…電極
３２，３３…絶縁層
４…電極構造体
４Ａ…内側面
４１Ａ，４１Ｂ…電極
４２，４３…絶縁層
５０Ａ，５０Ｂ…電極

Claims (6)

1. 利用者が指先または手のひらで接触することにより前記利用者に電界が誘起されて、前記利用者を介した伝送経路が形成される人体通信装置に接続される電極であって、
   絶縁材料で被覆され、前記利用者が接触する面が曲面で構成され、手のひらと同程度の大きさを有していることを特徴とする電極。
2. 前記曲面が凹状曲面であることを特徴とする請求項１記載の電極。
3. 前記曲面が半円筒状であることを特徴とする請求項１又は２記載の電極。
4. 前記曲面が半球状であることを特徴とする請求項１又は２記載の電極。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電極と、
   前記電極を中央部に配置し、当該電極の配置面が曲面で構成された筐体と、
   を有することを特徴とする電極構造体。
6. 前記電極に対応する接触面表示を有することを特徴とする請求項５記載の電極構造体。

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