JP5417376B2

JP5417376B2 - 受信装置

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Publication number: JP5417376B2
Application number: JP2011113272A
Authority: JP
Inventors: 信太郎柴田; 龍介川野; 満品川; 文晴森澤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: JP2012244457A

Description

本発明は、電界伝達媒体を介して伝達される信号の中の電界成分のみを受信するための受信装置に関するものである。

従来において、電界伝達媒体を介して通信を行う通信システムでは、電極に信号を印加したときに人体近傍に発生する電界成分には電極からの距離に依存する３つの電界成分がある。これらは、距離の３乗に逆比例する準静電界、距離の２乗に逆比例する誘導電界、および距離に逆比例する放射電界である（非特許文献１参照）。受信装置は、これら電界成分を検出することで信号を受信する。

図１１は、電界伝達媒体を介して通信を行う通信システムの利用形態の一例を示す図である。

図１１（ａ）に示すように、受信装置１００は壁などに埋め込まれ、リード線などを介して平板状の電極１０１に接続される。一方、送信装置２００は電界伝達媒体であるユーザＵに携帯され、例えば、２枚の平板状の電極２０１を備える。

送信装置２００が電極２０１間に電界を印加し、ユーザＵが電極１０１に触れると、ユーザＵの人体と腕を介して、電界が受信装置１００に送信される。これにより、ユーザＵが電極１０１に触れると、例えば、ドア（図示せず）が自動で開くようになっている。

特開２０１０−６２８１８号公報

門勇一、品川満、"人体近傍電界通信技術「レッドタクトン」とその応用"、ＮＴＴ技術ジャーナル、２０１０．１吉本猛夫、CQ出版社、"基礎から学ぶアンテナ入門" 第３章ローバンドのアンテナ、３−１２中短波帯の試験用ループ"、ｐ５８, ２００７年

しかしながら、図１１（ｂ）に示すようにユーザＵが電極１０１に触れていなくても、電極１０１がアンテナとして動作し、つまり、ユーザＵからの放射電磁界などを受信してしまうことで、誤動作が発生する可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電界伝達媒体を介して伝達される信号の中の準静電界成分のみを受信するための受信装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の受信装置は、電界伝達媒体を介して伝達される信号の中の準静電界成分のみを受信するための受信装置であって、前記電界伝達媒体から準静電界成分を含む信号を受信するためのループアンテナと、前記電界伝達媒体から準静電界成分以外の信号を受信するためのシールデッドループアンテナと、前記ループアンテナで受信した信号成分と前記シールデッドループアンテナで受信した信号成分の差分を検出する差分検出部とを備え、前記受信装置に信号を伝達する送信装置に設けられた電極から発生する準静電界の前記受信装置における受信強度が予め定められたしきい値未満なら、前記差分検出部により検出された差分信号を雑音として認識する一方、当該受信強度が前記しきい値以上なら、当該差分信号を信号として認識するように構成され、前記しきい値は、前記電極から電界伝達媒体までの距離と、前記電極から発生する準静電界の前記受信装置における受信強度との関係を示すグラフ、前記距離と、前記電極から発生する誘導電磁界の前記受信装置における受信強度との関係を示すグラフ、ならびに、前記距離と、前記電極から発生する放射電磁界の前記受信装置における受信強度との関係を示すグラフの交点における受信強度よりも低いことを特徴とする。

本発明の受信装置によれば、電界伝達媒体を介して伝達される信号の中の準静電界成分のみを受信することができる。

本実施の形態に係る受信装置の概略構成を示すブロック図である。ループアンテナ１１、シールデッドループアンテナ１２の形状の一例を示す図である。受信装置１を有するカード型端末の内部構造の一例を示す斜視図である。受信装置１を埋め込んだ壁の内部構造の一例を示す図である。ユーザＵが携帯するカード型の受信装置１に送信装置２００から信号が送信される様子を示す図である。図５における距離Ｌと、差分検出部１３から出力される差分信号の強度１３ａとの関係、ならびに、距離Ｌと、受信装置１を従来の受信装置に置き換えた場合の強度１４ａとの関係を示す図である。図５における距離Ｌと、電極２０１から発生する準静電界の受信装置１における受信強度１３ａ’との関係、距離Ｌと、電極２０１から発生する誘導電磁界の受信装置１における受信強度２１ａとの関係、ならびに、距離Ｌと、電極２０１から発生する放射電磁界の受信装置１における受信強度２２ａとの関係を示す図である。図５における距離Ｌと、ループアンテナ１１による信号の受信強度１１ａ、シールデッドループアンテナ１２による信号の受信強度１２ａ、差分検出部１３から出力される差分信号の強度１３ａとの関係を示す図である。カード型の受信装置１におけるループアンテナ１１とシールデッドループアンテナ１２の位置関係や形状の例を示す図である。所定の位置に設置される受信装置１におけるループアンテナ１１とシールデッドループアンテナ１２の配置や位置関係や形状の例を示す図である。従来の電界伝達媒体を介して通信を行う通信システムの利用形態の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る受信装置の概略構成を示すブロック図である。

図１（ａ）に示すように、受信装置１は、電界伝達媒体Ｍを介して伝達される信号の中の準静電界成分のみを受信するための受信装置であって、電界伝達媒体Ｍから準静電界成分を含む信号を受信するためのループアンテナ１１と、電界伝達媒体Ｍから準静電界成分以外の信号を受信するためのシールデッドループアンテナ１２と、ループアンテナ１１で受信した信号成分とシールデッドループアンテナ１２で受信した信号成分の差分を検出する差分検出部１３とを備える。差分検出部１３は、例えば、信号処理回路２に接続される。

受信装置１は、例えば、携帯可能なカード型に構成される。または、受信装置１は、所定の位置に設置され、カード型の送信装置から信号を受信するように構成される。

図１（ｂ）に示すように、ループアンテナ１１、シールデッドループアンテナ１２と差分検出部１３の間にアンプＡ１、Ａ２を設け、信号を増幅してもよい。

図２（ａ）は、ループアンテナ１１の形状の一例を示す図である。

ループアンテナ１１は、線状の給電線１１１の中間部分をループ状に形成してなるものである。給電線１１１は、例えば、図示しない絶縁材により覆われる。

図２（ｂ）は、シールデッドループアンテナ１２の構造の一例を示す図である。

シールデッドループアンテナ１２は、線状の給電線１２１の先端部分をループ状に形成し、ループ状の部分の一部（解放部）を除いて、給電線１２１をシールド材１２２で覆ったものである。給電線１２１の先端部分は、シールド材１２２に短絡している（吉本猛夫、CQ出版社、”基礎から学ぶアンテナ入門” 第３章ローバンドのアンテナ、３−１２中短波帯の試験用ループ”、ｐ５８, ２００７年）。シールデッドループアンテナ１２は、シールド材１２２のある箇所においては、同軸ケーブルのような断面構造を有している。

図３は、受信装置１を有するカード型端末の内部構造の一例を示す斜視図である。

筐体５０（天板は図示せず）には、絶縁材１１２で覆われたループアンテナ１１と、シールド材１２２で覆われたシールデッドループアンテナ１２と、図１の差分検出部１３と信号処理回路２（図３では不図示）を備えた通信回路５１が収納される。ループアンテナ１１、シールデッドループアンテナ１２は、例えば、通信回路５１を取り囲むように配置される。図３では、ループアンテナ１１が外側、シールデッドループアンテナ１２が内側だが、逆の配置でもよい。

図４は、受信装置１を埋め込んだ壁の内部構造の一例を示す図である。図４は、送信装置を携帯したユーザについても示す。

受信装置１の本体１０には、図１に記載の差分検出部１３（図４では不図示）が含まれる。本体１０は壁などに埋め込まれ、リード線などを介してループアンテナ１１、シールデッドループアンテナ１２に接続される。図１の電界伝達媒体Ｍに相当するユーザ（以下、ユーザとその人体をユーザＵと総称する）は、送信装置２００を携帯する。ループアンテナ１１、シールデッドループアンテナ１２は、ユーザＵ側に露出した電極１０１の背後などに配置される。

送信装置２００が、その電極２０１間に電界を印加し、ユーザＵが電極１０１に触れると、ユーザＵの人体と腕を介して、準静電界が受信装置１に送信される。また、準静電界に伴い、雑音として、放射電磁界、誘導電磁界も受信装置１に送信される。

ここで、受信装置１では、図１などに示すループアンテナ１１が、ユーザＵの人体から準静電界成分を含む信号を受信し、シールデッドループアンテナ１２が、準静電界成分以外の信号、つまり、放射電磁界、誘導電磁界を受信する。

差分検出部１３は、ループアンテナ１１で受信した信号成分とシールデッドループアンテナ１２で受信した信号成分の差分つまり準静電界成分を検出する。

これにより、ユーザＵが電極１０１に触れると、例えば、ドア（図示せず）が自動で開く。

一方、ユーザＵが電極１０１に触れておらず、準静電界成分が受信装置１に到達しない場合であっても、ユーザＵからの放射電磁界、誘導電磁界は、受信装置１に到達する。しかし、差分検出部１３は電界成分を検出するので、放射電磁界、誘導電磁界は共に認識されない。これにより、動作はなされず、誤動作を防止することができる。

さて、ここで、図５に示すように、ユーザＵがカード型の受信装置１を携帯し、壁に埋め込んだ送信装置２００から電極２０１を介して、受信装置１に信号が送信される態様を考える。

図６は、図５における電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌと、差分検出部１３から出力される差分信号の強度１３ａとの関係、ならびに、距離Ｌと、受信装置１を従来の受信装置に置き換えた場合の強度１４ａとの関係を示す図である。距離Ｌは、リニアスケールとなっている。強度１３ａ、強度１４ａは、距離Ｌ＝０の場合の値を同じ値とした場合の当該値に対する割合で示している。

図６に示すように、強度１４ａは、距離Ｌが大きくなるにしたがって、緩やかにつまり直線的に減少するのに対し、強度１３ａは、距離Ｌが小さいうちに急激に減少し、距離Ｌが大きくなると緩やかに減少する。

受信装置１では、強度１３ａが、しきい値ＴＨ以上なら、差分信号を信号として認識し、強度１３ａが、しきい値ＴＨ未満なら、差分信号を雑音として認識する。

図６に示すように、電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌが距離Ｌ１以下となったら、受信装置１は差分信号を信号として認識する。

一方、受信装置１を従来の受信装置に置き換えた場合、電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌが距離Ｌ２以下となったら、従来の受信装置は信号を認識する。

距離Ｌ１は、距離Ｌ２よりも小さく、つまり、受信装置１が信号を認識する距離Ｌを、従来の受信装置の場合に比べて、短くすることができるのである。

図７は、図５における電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌと、電極２０１から発生する準静電界の受信装置１における受信強度１３ａ’との関係、距離Ｌと、電極２０１から発生する誘導電磁界の受信装置１における受信強度２１ａとの関係、ならびに、距離Ｌと、電極２０１から発生する放射電磁界の受信装置１における受信強度２２ａとの関係を示す図である。距離Ｌは、リニアスケールとなっている。

図７に示すように、強度１３ａ、受信強度２１ａ、２２ａは、距離Ｌが大きくなるにしたがって、減少するのだが、減少率（グラフの傾き）は、強度１３ａにおいて最大であり、受信強度２１ａ、２２ａの順で小さくなる。

図７に示すように、電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌが距離Ｌ１以下となったら、受信装置１は差分信号を信号として認識する。

一方、仮に、受信装置１が誘導電磁界、放射電磁界により信号を認識するものならば、電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌが、距離Ｌ２１、Ｌ２２以下となったら、誘導電磁界、放射電磁界は信号として認識されてしまう。

しかし、実際には、受信装置１は、誘導電磁界、放射電磁界により信号を認識するものでなく、距離Ｌ２１、Ｌ２２では信号は認識されない。

受信装置１が信号を認識する距離Ｌ１は、距離Ｌ２１、Ｌ２２よりも小さく、つまり、受信装置１では、誘導電磁界、放射電磁界により信号を認識する場合よりも短い距離でしか信号を認識しないようにすることができる。

図８は、図５における電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌと、ループアンテナ１１による信号の受信強度１１ａ、シールデッドループアンテナ１２による信号の受信強度１２ａ、差分検出部１３から出力される差分信号の強度１３ａとの関係を示す図である。なお、図８（ａ）は、イラストに示すように、ユーザＵの胴体と受信装置１の距離が近い場合の図であり、図８（ｂ）は、イラストに示すように、ユーザＵの胴体と受信装置１の距離が遠い場合の図である。距離Ｌは、リニアスケールとなっている。

図８（ａ）に示すように、受信強度１１ａ、１２ａは、距離Ｌによらず、図７（ｂ）に示す受信強度１１ａ、１２ａよりも大きくなっている。

図８（ａ）に示すように、ユーザＵの胴体と受信装置１の距離が近い場合、電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌが距離Ｌ１１以下となったら、受信装置１は差分信号を信号として認識する。

図８（ｂ）に示すように、ユーザＵの胴体と受信装置１の距離が遠い場合、電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌが距離Ｌ１２以下となったら、受信装置１は差分信号を信号として認識する。

距離Ｌ１１、Ｌ１２は、しきい値ＴＨを高めに設定することで、小さく設定できるのだが、その差も小さい。つまり、ユーザＵの胴体と受信装置１の距離が変動しても、距離Ｌ１１、Ｌ１２の差、つまり受信装置１が信号を認識するときの電極２０１からユーザＵまでの距離Ｌの変動は小さい。

よって、受信装置１が信号を認識する距離Ｌを、ユーザＵの胴体と受信装置１の距離によらず、小さいままとすることができる。

すなわち、ループアンテナ１１で受信した信号成分とシールデッドループアンテナ１２で受信した信号成分の差分を検出することは、ユーザＵが受信装置１を携帯する場合において、特段の効果を奏する。

図９は、カード型の受信装置１におけるループアンテナ１１とシールデッドループアンテナ１２の位置関係や形状の例を示す図である。

各アンテナは、重なっていてもよく（図９（ａ））、離れていてもよい（図９（ｂ））。

各アンテナは、円形、楕円形に限らず、四角形でもよい（図９（ｃ））。

各アンテナは、大きくし、重ねてもよい（図９（ｄ））。

なお、各アンテナを重ねることで結合を強くし、これにより、信号雑音比を高めることが好ましい。また、より信号雑音比を高めるべく、重なっている部分の面積を大きくすることが好ましい。

図１０は、所定の位置に設置される受信装置１におけるループアンテナ１１とシールデッドループアンテナ１２の配置や位置関係や形状の例を示す図である。

ループアンテナ１１とシールデッドループアンテナ１２は、例えば、筐体１００などに収められる。各アンテナは、リード線で受信装置１の本体１０に接続される。本体１０には、図１に記載の差分検出部１３（図１０では不図示）が含まれ、リード線を介して、各アンテナに接続される。

筐体１００に収められた各アンテナは、重なっていてもよく（図１０（ｂ））、離れていてもよい（図１０（ｃ））。

各アンテナは、円形、楕円形に限らず、四角形でもよい（図１０（ｄ））。

各アンテナは、大きくし、重ねてもよい（図１０（ｅ））。

なお、受信装置１が設置されている場合であっても、各アンテナを重ねることで結合を強くし、これにより、信号雑音比を高めることが好ましい。また、より信号雑音比を高めるべく、重なっている部分の面積を大きくすることが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係る受信装置によれば、電界伝達媒体から準静電界成分を含む信号を受信するためのループアンテナと、電界伝達媒体から準静電界成分以外の信号を受信するためのシールデッドループアンテナと、ループアンテナで受信した信号成分とシールデッドループアンテナで受信した信号成分の差分を検出する差分検出部とを備えることで、差分検出部から出力される差分信号の強度は、準静電界成分を反映し、よって、電界伝達媒体を介して伝達される信号の中の準静電界成分のみを受信することが可能となる。その結果、放射電磁界などを受信してしまうことによる誤動作等の発生を防止することができる。

１…受信装置
２…信号処理回路
１０…本体
１１…ループアンテナ
１２…シールデッドループアンテナ
１３…差分検出部
Ｍ…電界伝達媒体

Claims

電界伝達媒体を介して伝達される信号の中の準静電界成分のみを受信するための受信装置であって、
前記電界伝達媒体から準静電界成分を含む信号を受信するためのループアンテナと、
前記電界伝達媒体から準静電界成分以外の信号を受信するためのシールデッドループアンテナと、
前記ループアンテナで受信した信号成分と前記シールデッドループアンテナで受信した信号成分の差分を検出する差分検出部と
を備え、
前記受信装置に信号を伝達する送信装置に設けられた電極から発生する準静電界の前記受信装置における受信強度が予め定められたしきい値未満なら、前記差分検出部により検出された差分信号を雑音として認識する一方、当該受信強度が前記しきい値以上なら、当該差分信号を信号として認識するように構成され、
前記しきい値は、
前記電極から電界伝達媒体までの距離と、前記電極から発生する準静電界の前記受信装置における受信強度との関係を示すグラフ、前記距離と、前記電極から発生する誘導電磁界の前記受信装置における受信強度との関係を示すグラフ、ならびに、前記距離と、前記電極から発生する放射電磁界の前記受信装置における受信強度との関係を示すグラフの交点における受信強度よりも低い
ことを特徴とする受信装置。