JP5352498B2 - インターホン装置 - Google Patents

Description

本発明は、コードレスのハンドセットを備えたインターホン装置に関する。

来訪者が居住者を呼び出すためのインターホン装置は、玄関等に設置されて来訪者が居住者を呼び出すための玄関子機と、居住者が室内で応答するための居室親機を備えている。この居室親機は、ハンドセットを持たないハンズフリー対応のもが近年普及しているが、ハンドセットを使用して応答するものも周囲の騒音が大きい環境では有利であるし、双方向でスムーズに会話できるため、根強い需要がある。
このような背景から、ハンドセットを備えたものも更に使い易くするための改良が成され、例えば絡まり易いカールコードを無くしてコードレスのハンドセットとしたものがある。コードレスにした場合、ハンドセットの電源は、乾電池を用いたりハンドセットを固定する充電部（親機本体）から電磁誘導によりハンドセットに内蔵した電池を充電する等で対応していた。
ハンドセットを電磁誘導を利用して充電する構成としては、例えば特許文献１に示す電話装置がある。

特開平８−４６６７１号公報

上記特許文献１のコードレスハンドセットの構成は電磁誘導により充電するため、親機本体とハンドセットの間で電極を設けて接触させる必要がなく、ハンドセットの扱いに気を遣う必要が無かった。また、二次電池を使用するため、乾電池を使用する形態ほど電池交換を頻繁に行う必要がなかった。
しかし、二次電池を電磁誘導により充電する形態は、エネルギーの伝送効率を考えると有線で電力を供給する形態に比べて大きく低下したし、親機本体には充電するための回路に加えてハンドセットと音声信号を送受する回路も必要であるためコスト高な構成となっていた。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、ハンドセットがコードレスであってもハンドセットへの電源供給を効率良く実施でき、また音声信号の送受信回路を低コストで実現できるインターホン装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、居住者を呼び出して通話する機能を備えた玄関子機と、玄関子機からの呼び出しに応答する機能を備えた居室親機とを有し、居室親機がコードレスのハンドセットと、ハンドセットと通信を実施する親機本体とで構成されるインターホン装置であって、親機本体は、電力と音声信号をハンドセットに送信する電力・音声送信回路と、ハンドセットから送信された音声信号を受信する親機受信回路を具備する一方、ハンドセットは、親機本体から電力と音声信号を受信する電力・音声受信回路と、受信した電力を蓄電する蓄電手段と、親機本体へ音声信号を送信するハンドセット送信回路とを具備し、電力・音声送信回路及び電力・音声受信回路は、ループコイルアンテナを備えた並列共振回路を有して、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの間の特定の周波数の電磁波による電磁界結合で電力の送信及び受信を実施して電磁波を振幅変調して音声信号の送信を行い、更に電力・音声送信回路は、特定の周波数のパルス信号を生成する信号生成回路と、生成したパルス信号にパルス幅変調により音声信号を重畳させるＰＷＭ変調部と、並列共振回路と協調してＰＷＭ変調信号を振幅変調信号に変換するフィルタ回路とを有することを特徴とする。
この構成によれば、電力送電のための信号を用いて音声信号を送信するので、別途音声信号をハンドセットへ送信する回路が必要ない。よって、ハンドセットへの送信回路を低コストで構成できる。また、電磁界結合により電力伝送を行うことで高効率な電力伝送が可能となるし、親機本体とハンドセット双方のループコイルを電磁誘導を利用する形態ほど近接させなくても電力の伝送が可能であり、居室親機のデザインの自由度を広げることができる。
更に、ループコイルアンテナを使用した電磁界結合で送信された信号は、距離の三乗で減衰するため、通信距離を１ｍ程度に制限することができ、周辺に設置された電子機器に電波干渉しないよう構成できる。
また、パルス信号を基にＡＭ変調波を作成するため、増幅電力効率を高くでき、電力伝送の効率を上げることができる。また、フィルタ回路と並列共振回路を使用してＡＭ変調波を作成するので専用の変調回路が必要無く、簡易な回路構成で振幅変調信号を生成できる。

請求項２の発明は請求項１に記載の構成において、蓄電手段が、電気二重層コンデンサであることを特徴とする。
この構成によれば、乾電池やニッケル水素電池等の蓄電池に比べて寿命が長く、電源交換の必要が殆ど発生しない。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、電力・音声受信回路は、蓄電手段を充電するために、受信した電力信号を直流に変換する整流回路を並列共振回路中に具備したことを特徴とする。
この構成によれば、並列共振回路はインピーダンスが高いため、インピーダンス変換のための回路を設けることなく簡易な回路構成で蓄電手段を充電することができる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の構成において、整流回路が、発光ダイオードを使用したダイオードブリッジ回路で構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、別途表示回路を設けること無く充電中であることを表示できる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の構成において、ハンドセット送信回路から親機受信回路への音声信号の送信は、電力を伝送する特定の周波数とは異なる２０ＭＨｚ以下の所定の周波数のＦＭ変調波により実施することを特徴とする。
この構成によれば、送受信で変調方式が異なるため、信号分離回路を設けることなく互いの電波干渉を防止できる。また、双方向同時通話を実施でき、スムーズに通話することができる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の構成において、親機本体は、ハンドセットが所定の位置に保持された待機状態にあることを検知する待機状態検知手段を有し、電力・音声送信回路は、待機状態検知手段の検知信号を基に、ハンドセットが待機状態にある場合と、通話に使用されている場合とで、送信電力の大きさを変更することを特徴とする。
この構成によれば、ハンドセットの状態により送信電力を変更でき、待受時に大きな電力とすれば蓄電手段を短時間で充電することができる。一方、逆に通話状態に時に大きな電力とすれば、通話状態でも電力の送電を継続させることができるし、殆どの時間は待機状態であるため、その間の電力を削減することができる。

本発明によれば、電力を送電するための信号を用いて音声信号を伝送するので、別途音声信号をハンドセットへ送信する回路が必要なく、ハンドセットへの送信回路を低コストで構成できる。また、電磁界結合により電力伝送を行うことで高効率な電力伝送が可能となるし、親機本体とハンドセット双方のループコイルを電磁誘導を利用する形態ほど近接させなくても電力の伝送ができるため、居室親機のデザインの自由度を広げることができる。

本発明に係るインターホン装置の実施形態の一例を示す構成図である。 電力・音声送信回路の回路ブロック図である。 親機受信回路の回路ブロック図である。 電力・音声受信回路の回路ブロック図である。 ハンドセット送信回路の回路ブロック図である。 電力・音声送信回路内の並列共振回路の説明図である。 電力・音声受信回路内の並列共振回路の説明図である。 ループコイルアンテナの説明図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るインターホン装置の一例を示す構成図であり、玄関子機１と居室親機２とを備えている。居室親機２は、親機本体２ａとコードレスのハンドセット２ｂとで構成され、玄関子機１と親機本体２ａは伝送線Ｍ１で接続されている。

親機本体２ａは、玄関子機１との間で音声信号の送受を制御するインターホン回路１０と、ハンドセット２ｂに電力及び音声信号を送信する電力・音声送信回路１１と、ハンドセット２ｂから送信された音声信号を受信する親機受信回路１２と、商用電源に接続されて居室親機２の各部に電力を供給する電源部１３とを備えている。

ハンドセット２ｂは、マイク及びスピーカを備えて音声の入力及び出力を制御するハンドセット通話回路１５、親機本体２ａから送信された電力及び音声信号を受信する電力・音声受信回路１６、親機本体２ａへ音声信号を送信するハンドセット送信回路１７、蓄電手段としての電気二重層コンデンサ１８を備えている。

図２は親機本体２ａの電力・音声送信回路１１を示している。図２に示すように、発振部２１、緩衝増幅部２２、パルス幅変調により音声信号を重畳するＰＷＭ変調部２３、高周波増幅部２４、フィルタ部２５、整合部２６、並列共振器２７、玄関子機１からの音声信号を増幅する音声増幅部３０、出力電力を変化させるための動作電圧制御部３１等を備えている。

発振部２１は、周波数ｆ１（例えば、４５５ｋＨｚ）の矩形波（パルス信号）を生成して出力する。この信号が、緩衝増幅部２２で所定のレベルに増幅され、ＰＷＭ変調部２３において玄関子機１から伝送された音声信号がパルス幅変調により重畳される。音声信号が重畳されたＰＷＭ変調信号は、Ｄ級動作により増幅する高周波増幅部２４で増幅され、バンドパスフィルタで構成されるフィルタ部２５と並列共振器２７とでＡＭ変調信号に変換され、並列共振器２７内に設けられたループコイルアンテナからハンドセット２ｂに無線送信される。
こうして、パルス信号を生成してＰＷＭ変調した後、フィルタ部２５と並列共振器２７でＡＭ変調波に変換するので、増幅電力効率を高くでき、電力伝送の効率を上げることができる。また、フィルタ部２５と並列共振回路２７を使用してＡＭ変調波を作成するので専用の変調回路が必要無く、簡易な回路構成で振幅変調信号を生成できる。

並列共振器２７は図６の説明図に示すように構成され、一次コイルＬ１１と二次コイルＬ１２とコンデンサＣ１とを有している。一次コイルＬ１１と二次コイルＬ１２とは磁気結合し、二次コイルＬ１２とコンデンサＣ１とが接続されて共振回路を構成している。そして、この二次コイルＬ１２がループコイルアンテナＮとなっている。ＡＭ変調波がこのループコイルアンテナＮからハンドセット２ｂへ送信される。
ループコイルアンテナ（二次コイルＬ１２）Ｎは、断面積２５平方センチメートル程度であり、図８に示すように複数巻した円型または角型のループコイルが使用される。

尚、並列共振器２７は高効率のエネルギー伝送を行うことが可能であるが、共振時は無線通信の特性インピーダンスと比較して、数ｋオーム以上と非常に高いインピーダンスで動作するため、無線通信の特性インピーダンス（例えば５０オーム）に合わせるために、整合部２６が設けられている。

図３は親機本体２ａの親機受信回路１２を示している。図３に示すように、ハンドセット２ｂから送信された音声信号を受信する受信アンテナ３５、整合部３６、増幅部３７、フィルタ部３８、復調部３９、増幅部４０等を備えている。
受信アンテナ３５はループコイルアンテナであり、ハンドセット２ｂから受信した信号が整合部３６、増幅部３７、フィルタ部３８を介して復調部３９に伝送され、復調部３９においてＦＭ変調信号が復調される。復調された信号は、増幅部４０、インターホン回路１０を介して玄関子機１へ伝送される。

図４はハンドセット２ｂの電力・音声受信回路１６とハンドセット２ｂの電源回路を示している。図４に示すように、電力・音声受信回路１６は、並列共振器４３、整流部４４、音声信号をハンドセット通話回路１５のスピーカ１５ａへ伝送するための音声信号受信部４７等を有し、電源回路は電気二重層コンデンサ１８に加え、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ部４６等を備えている。

並列共振器４３は図７に示すように構成され、一次コイルＬ２１と二次コイルＬ２２とコンデンサＣ２と整流回路（整流部）４４とを備えている。一次コイルＬ２１とコンデンサＣ２と整流回路４４とが環状に接続され、二次コイルＬ２２は一次コイルＬ２１に磁気結合している。そして、一次コイルＬ２１がループコイルアンテナＮで形成されている。
親機本体２ａから送信されたＡＭ波が、電磁界結合によりこの並列共振器４３のループコイルアンテナＮで受信される。厳密には、電力の伝送に関しては並列共振器２７，４３同士の共振時の電磁界結合により実施される。
一次コイルＬ２１で受信したＡＭ波は二次コイルＬ２２へ伝送され、音声通信受信部４７で復調されてハンドセット通話回路１５のスピーカ１５ａから音声が出力される。

整流部４４は、４個のダイオードＤ１１〜Ｄ１４から成るダイオードブリッジ回路で構成されている。受信した周波数ｆ１の正弦波が整流されて取り出され、この信号電力により電気二重層コンデンサ１８は充電される。また、各ダイオードＤ１〜Ｄ４は発光ダイオードで構成され、充電時は発光動作することにより充電していることを確認可能となっている。
電気二重層コンデンサ１８に充電された電力は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ部４６で昇圧されてハンドセット２ｂの各回路に供給される。

こうして、並列共振器４３内に整流部４４を設けて共振電流を直接取り出すため、簡便な方法で電力を高効率に取り出すことができ、簡易な回路で充電できる。また、並列共振器４３を備えることでインピーダンスを高くでき、インピーダンス変換のための回路を持たずに充電することができる。
また、電気二重層コンデンサ１８に蓄電することで、乾電池やニッケル水素電池等の蓄電池に比べて寿命が長く、電源交換の必要が殆ど発生しない。

図５はハンドセット２ｂのハンドセット送信回路１７を示している。図５に示すように、ハンドセット通話回路１５のマイク１５ｂで収音された音声信号を増幅する増幅部５０、周波数変調を行うＦＭ変調部５１、ＲＦ増幅部５２、整合部５３、送信アンテナ５４等を備えている。
マイク１５ｂで収音した音声は、ＦＭ変調部５１において周波数ｆ２（例えば、６．５ＭＨｚ）で周波数変調され、送信アンテナ５４から親機本体２ａへ送信される。
送信アンテナ５４はループコイルアンテナであり、親機本体２ａの受信アンテナ３５との間で電磁界結合によりＦＭ波の送受を行う。

このように構成されたインターホン装置は、次のように動作する。最初に、ハンドセット２ｂの充電を説明する。親機本体２ａでは、待受時や通話時を問わず、発振部２１で周波数ｆ１の矩形波信号が作られて出力される。この信号はフィルタ部２５、並列共振器２７により正弦波信号としてハンドセット２ｂに送信される。
尚、この信号は、通話時にはＰＷＭ変調部２３で音声信号が重畳され、並列共振器２７の二次コイルＬ１２からハンドセット２ｂに送信されるが、音声信号が重畳されない待受時は、周波数ｆ１の正弦波信号が送信される。

ハンドセット２ｂでは、並列共振器４３で周波数ｆ１の正弦波信号を受信し、並列共振回路４３に設けられている整流部４４で整流され、電気二重層コンデンサ１８に供給されて充電される。この充電は、双方のループコイルアンテナ（Ｌ１２，Ｌ２１）が接近している待受状態で効率よく実施され、双方の並列共振器２７，４３の間の電磁界結合により電力の送受が実施される。例えば、双方のループコイルアンテナを６０ｍｍの距離に接近さると、８２％の電力の伝送効率を得ることができる。

玄関子機１からの呼び出し、その応答動作は以下のようである。来訪者が玄関子機１を呼出操作すると、呼出信号が居室親機２に伝送されて親機本体２ａのインターホン回路１０に設けられている報音部（図示せず）から呼出音が報音される。この報音により、来訪者が来たことを認識した居住者によりハンドセット２ｂが取り上げられると、ハンドセット２ｂと玄関子機１との間で通話路が形成され、通話が可能となる。
また、ハンドセット２ｂを取り上げることで、親機本体２ａの動作電圧制御部３１に設けられているセンサスイッチ３１ａがそれを検知して、高周波増幅部２４の出力を下げて電気二重層コンデンサ１８へ供給する電力を低下させる。同時にインターホン回路１０は、玄関子機１とハンドセット２ｂの間の通話路を形成する。

こうして取り上げたハンドセット２ｂにより居住者が応答すると、ハンドセット２ｂから玄関子機１に音声信号が伝送される。具体的に、ハンドセット通話回路１５のマイク１５ｂが収音した音声は、ＦＭ変調部５１でＦＭ変調されて送信アンテナ５４から親機本体２ａへ送信される。この音声信号を受信アンテナ３５で電磁界結合により受信した親機本体２ａは、復調部３９で復調し、インターホン回路１０、伝送線Ｍ１を介して玄関子機１へ伝送され、玄関子機１の図示しないスピーカから報音される。
尚、親機本体２ａとハンドセット２ｂとの通話時の通信は、約１メートル以内の距離でのみ実施される程度の弱い電波で実施される。

一方、この居住者の音声を聞いた来訪者の音声は、玄関子機１の図示しないマイクで収音され、伝送線Ｍ１を介して居室親機２へ伝送される。親機本体２ａは、この音声信号を電力・音声送信回路１１でＡＭ変調してハンドセット２ｂに送信する。具体的に、玄関子機１から伝送された音声信号が、ＰＷＭ変調部２３で電力伝送のための周波数ｆ１のパルス信号に重畳された後、フィルタ部２５と並列共振器２７でＡＭ変調に変換され、二次コイルＬ１２からハンドセット２ｂに送信される。

このＡＭ変調信号は、ハンドセット２ｂの電力・音声受信回路１６で受信され、音声信号が抽出されてスピーカ１５ａから報音される。詳しくは、並列共振器４３の一次コイルＬ２１でＡＭ変調信号が受信され、音声通信受信部４７で復調されてハンドセット通話回路１５のスピーカ１５ａから報音される。

通話が終了してハンドセット２ｂが親機本体２ａの所定の位置に戻されると、動作電圧制御部３１のセンサスイッチ３１ａがそれを検知し、高周波増幅部２４は出力を上げて電気二重層コンデンサ１８の充電を再開する。また、インターホン回路１０が通話路を切断する。こうして、玄関子機１及び居室親機２は待受状態に戻る。

このように、電力送電のための信号を用いて音声信号を伝送するので、別途音声信号をハンドセット２ｂへ送信する回路が必要ない。よって、ハンドセット２ｂへの送信回路を低コストで構成できる。また、共振時の電磁界結合により電力を伝送するので、高効率な電力伝送が可能となるし、親機本体２ａとハンドセット２ｂ双方のループコイルアンテナＮを電磁誘導を利用する形態ほど近接させなくても電力の伝送ができるため、居室親機２のデザインの自由度を広げることができる。
また、ループコイルアンテナＮを使用した電磁界結合で送信された信号は距離の三乗で減衰するため、通信距離を１ｍ程度に制限することができ、周辺に設置された電子機器に電波干渉を及ぼさないよう構成できる。
更に、送受信で変調方式が異なるため、信号分離回路を設けることなく互いの電波干渉を防止できるし、双方向通話をスムーズに実施できる。
また、ハンドセット２ｂの状態により送信電力を変更し、待受時に大きな電力とすることで電気二重層コンデンサ１８を短時間で充電することができる。

尚、上記実施形態では、周波数４５５ｋＨｚ及び６．５ＭＨｚの電磁波による電磁界結合により、電力及び音声信号の送受を実施しているが、この周波数に限定するものではなく、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲の周波数であれば電磁界結合を利用した通信を実施でき、伝送効率の良い通信を行うことが可能である。
また、パルス信号を生成してパルス幅変調した後フィルタ及び共振回路を通して振幅変調信号を作り出しているが、正弦波信号を生成して直接振幅変調信号を作り出しても良い。
更に、待受状態に比べて通話状態の送信電力を小さくしているが、逆に通話時に送信電力を大きくしても良く、通話状態でも電力の送電を継続させることが可能となるし、殆どの時間は待機状態であるため、その間の電力を削減することができる。

１・・玄関子機、２・・居室親機、２ａ・・親機本体、２ｂ・・ハンドセット、１１・・電力・音声送信回路、１２・・親機受信回路、１６・・電力・音声受信回路、１７・・ハンドセット送信回路、１８・・電気二重層コンデンサ、２１・・発振部（信号生成回路）、２３・・ＰＷＭ変調部、２５・・フィルタ部（フィルタ回路）、２７・・並列共振器（並列共振回路）、３１・・動作電圧制御部、３１ａ・・センサスイッチ（待機状態検知手段）、３５・・受信アンテナ、４３・・並列共振器（並列共振回路）、４４・・整流部、５１・・ＦＭ変調部、５４・・送信アンテナ、Ｎ・・ループコイルアンテナ。

Claims (6)

1. 居住者を呼び出して通話する機能を備えた玄関子機と、前記玄関子機からの呼び出しに応答する機能を備えた居室親機とを有し、前記居室親機がコードレスのハンドセットと、前記ハンドセットと通信を実施する親機本体とで構成されるインターホン装置であって、
   前記親機本体は、電力と音声信号を前記ハンドセットに送信する電力・音声送信回路と、前記ハンドセットから送信された音声信号を受信する親機受信回路を具備する一方、
   前記ハンドセットは、前記親機本体から電力と音声信号を受信する電力・音声受信回路と、受信した電力を蓄電する蓄電手段と、前記親機本体へ音声信号を送信するハンドセット送信回路とを具備し、
   前記電力・音声送信回路及び前記電力・音声受信回路は、ループコイルアンテナを備えた並列共振回路を有して、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの間の特定の周波数の電磁波による電磁界結合で電力の送信及び受信を実施して前記電磁波を振幅変調して音声信号の送信を行い、
   更に前記電力・音声送信回路は、前記特定の周波数のパルス信号を生成する信号生成回路と、生成したパルス信号にパルス幅変調により音声信号を重畳させるＰＷＭ変調部と、前記並列共振回路と協調してＰＷＭ変調信号を振幅変調信号に変換するフィルタ回路とを有することを特徴とするインターホン装置。
2. 前記蓄電手段が、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１記載のインターホン装置。
3. 前記電力・音声受信回路は、前記蓄電手段を充電するために、受信した電力信号を直流に変換する整流回路を前記並列共振回路中に具備したことを特徴とする請求項１又は２記載のインターホン装置。
4. 前記整流回路が、発光ダイオードを使用したダイオードブリッジ回路で構成されたことを特徴とする請求項３記載のインターホン装置。
5. 前記ハンドセット送信回路から前記親機受信回路への音声信号の送信は、前記電力を伝送する特定の周波数とは異なる２０ＭＨｚ以下の所定の周波数のＦＭ変調波により実施することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のインターホン装置。
6. 前記親機本体は、前記ハンドセットが所定の位置に保持された待機状態にあることを検知する待機状態検知手段を有し、
   前記電力・音声送信回路は、前記待機状態検知手段の検知信号を基に、前記ハンドセットが待機状態にある場合と、通話に使用されている場合とで、送信電力の大きさを変更することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のインターホン装置。

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