JP5947244B2 - 音波通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯端末との間で音波通信を行う音波通信装置に関する。

従来、スピーカとマイクロフォン（以下、マイクという）、若しくは、マイク兼用ダイナミックスピーカを利用して音波通信を行う、音波通信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この音波通信装置は、送信データにて変調した音波若しくは超音波をスピーカから出力させることにより送信を行う。また、データの受信は、通信相手のスピーカから出力された音波をマイクにて受信し、その受信信号からデータを復調することにより行う。

このため、この種の音波通信装置によれば、通信データの伝送媒体として電磁波を利用する一般的な通信装置に比べ、通信可能距離が短くなるものの、他の通信用の電磁波の影響を受けることなく通信を行うことができる。

特開平９−２２４００５号公報

このように、音波通信は、電磁波の影響を受けることなく通信を行うことができるので、スマートフォンやタブレットＰＣ等、電磁波を利用した無線通信機能を有する携帯端末に対し、新たな無線通信機能として追加することができる。

また、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯端末には、通常、音波の送受信に必要なマイクとスピーカが備えられているため、音波通信用のアプリケーションソフトをインストールするだけで、携帯端末を音波通信装置として機能させることができる。

ところで、携帯端末は、機種によってスピーカの位置が異なる。つまり、携帯端末において、音声入力用のマイクの位置は略同じであるが、スピーカの位置は、携帯端末の裏面・表面・側面、各面の上方・下方、というように、機種によって大きく異なる。

このため、スピーカの位置が異なる各種携帯端末との間で音波通信を実施できるようにするには、各携帯端末のスピーカから出力される音波を受信できるように、多数のマイクを分散して配置する必要がある。

しかし、このような対策では、多数のマイクが必要になるだけでなく、マイク毎に音声信号を処理する信号処理回路が必要になる。
つまり、多数のマイクから入力される音声信号の中から通信データを復元するには、各マイクからの音声信号を同時に信号処理し、ＣＲＣチェック等の誤りチェックを行う必要がある。

このため、音波通信装置において、各種携帯端末との間で音波通信ができるように多数のマイクを分散配置した場合には、各マイクからの音声信号を信号処理するための回路構成が複雑になり、延いては、音波通信装置のコストアップを招くという問題がある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、携帯端末との間で音波通信を行う音波通信装置において、多数のマイクを用いることなく、スピーカの位置が異なる各種携帯端末からの音波信号を受信できるようにすることを目的とする。

本発明の音波通信装置は、携帯端末のスピーカから出力された音波信号を受信する受信手段と、受信手段にて受信された音波信号から、携帯端末が音波送信した送信データを復元する復元手段とを備える。そして、受信手段は、携帯端末のスピーカのボイスコイルから漏洩する磁束を音波信号として検出する、ピックアップコイルにて構成されている。

ピックアップコイルは、スピーカのボイスコイルから漏洩する磁束を検出するものであるため、携帯端末近傍に配置すれば音波信号を検出でき、通信対象となる携帯端末におけるスピーカの位置やスピーカからの音波の放射方向が異なっていても、音波信号を検出できる。

よって、本発明の音波通信装置によれば、従来のように、スピーカの位置が異なる各種携帯端末からの音波信号を受信できるように、多数のマイクを分散して配置する必要がなく、装置構成を簡単にすることができる。また、多数のマイクから入力される音声信号を信号処理する必要がないので、受信信号からデータを復元する復元手段の構成も簡単にすることができる。

また、本発明では、携帯端末からの音波信号を受信するに当たって、携帯端末のスピーカから出力される音波をマイクで受信するのではなく、スピーカのボイスコイルに流れる音声信号をピックアップコイルにて検出することから、携帯端末からの音波信号を効率よく受信できるようになる。

従って、本発明の音波通信装置によれば、携帯端末から当該音波通信装置への通信データの伝送効率、延いては、通信速度を高めることができる。
また、音波信号を検出するに当たって、外部の音からの影響を受けることがないので、検出した音波信号のＳＮ比（信号対雑音比）を向上することができる。よって、本発明の音波通信装置によれば、通信品質を向上することもできる。

ここで、ピックアップコイルは、携帯端末からの漏洩磁束を検出するものであることから、通信対象となる携帯端末近傍に配置できるようにすることが望ましい。
そして、このためには、音波通信装置本体から信号線を介してピックアップコイルを引き出し、ピックアップコイルを所望の場所に配置できるようにしてもよいが、より好ましくは、次のように構成するとよい。

すなわち、ピックアップコイルは、携帯端末を当接若しくは載置可能な支持台に設けるようにするとよい。つまり、このようにすれば、通信対象となる携帯端末を支持台に当接若しくは載置すれば、ピックアップコイルを介して、携帯端末から送信された音波信号を極めて効率よく受信できるようになり、携帯端末との間の通信品質を向上できる。

また、支持台に対し、携帯端末のマイクロフォンに向けて音波を送信するための送信手段を設けるようにすれば、音波通信装置から携帯端末への音波送信を行うことができるようになる。

音波通信装置及び携帯端末の正面図である。 音波通信装置及び携帯端末の側面図である。 音波通信装置の通信部の構成を表すブロック図である。 音波通信装置と携帯端末との間で送受信される音波信号を表す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１、図２に示すように、本実施形態の音波通信装置２は、携帯端末４との間で音波通信を行うためのものであり、携帯端末４を載置可能な板状の支持台６と、支持台６の一端に固定された通信部８とを備える。

携帯端末４は、表面にＬＣＤ等からなる表示部１２と入力部１４と備えたスマートフォンである。携帯端末４において、入力部１４が設けられた下方内部には、通話及び音波通信に用いられるマイク１６が設けられ、マイク１６とは反対側の上方内部には、通話及び音波通信に用いられるスピーカ１８が設けられている。

支持台６は、携帯端末４を載置可能な大きさに形成された矩形形状の板状部材にて構成されている。また、支持台６は、磁束が透過可能な合成樹脂にて構成されており、その内部には、磁束検出用のピックアップコイル２４が埋設されている。

ピックアップコイル２４は、携帯端末４のスピーカ１８を構成するボイスコイルからの漏洩磁束を検出するためのものであり、支持台６に載置された携帯端末４におけるスピーカ１８の設置位置が異なっていても漏洩磁束を検知できるように、支持台６中央の携帯端末４の載置領域２２を囲むように設けられている。

一方、通信部８は、支持台６の長手方向一端側に、音波送信用のスピーカ２６と共に固定されている。
図３に示すように、通信部８は、スピーカ２６を介して通信用の音波を送信する送信部３０と、ピックアップコイル２４を介して携帯端末４のスピーカ１８から出力された音波（詳しくは音波に対応した磁束）を検出し、その検出した音波信号から携帯端末４からの送信データを復元する受信部４０と、通信制御部５０とを備える。

送信部３０は、音波通信用として予め設定された周波数帯（例えば可聴周波数帯域よりも高い超音波周波数帯）の搬送波（正弦波）を発生する数値制御発振部３４と、この数値制御発振部３４における加算値を、通信制御部５０から出力される送信データに応じて設定することで、数値制御発振部３４からの出力を周波数変調（ＦＭ）させる加算値設定部３２とを備える。

加算値設定部３２及び数値制御発振部３４は、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理にて実現されるものである。
つまり、数値制御発振部３４は、加算値設定部３２で設定される加算値を一定周期で繰り返し加算し、その加算結果を用いて正弦波テーブルから正弦波の振幅値を読み出すことで、加算値設定部３２で設定される加算値に対応した周期（換言すれば周波数）の正弦波を生成する。

また、加算値設定部３２は、送信データの各ビット値（「０」ｏｒ「１」）に応じて加算値を設定することで、数値制御発振部３４に対し、送信データに応じて周波数が変化する周波数変調信号（図４参照）を生成させる。

次に、数値制御発振部３４にて生成された周波数変調信号（デジタル値）は、Ｄ／Ａ変換器３６にてアナログ信号に変換された後、ノイズ除去用のローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと記載する）３８を介して、増幅回路３９に出力され、増幅回路３９にて所定レベルまで増幅された後、スピーカ２６から音波として出力される。

一方、受信部４０では、ピックアップコイル２４にて検出された音波信号が、増幅回路４２にて所定レベルまで増幅される。
そして、その増幅された音波信号は、Ａ／Ｄ変換器４４にてデジタルデータに変換された後、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）４６に入力される。

ＤＳＰ４６は、Ａ／Ｄ変換器４４から入力されるデジタルデータ（音波信号）を処理して受信データを復元するものであり、その復元された受信データは、通信制御部５０に入力される。

通信制御部５０は、パーソナルコンピュータ等の外部装置に接続されて、外部装置と携帯端末４との間のデータ通信を中継するためのものであり、マイクロコンピュータにて構成されている。

そして、通信制御部５０は、受信部４０からの受信データを外部装置に出力し、外部装置からの入力データを送信データとして送信部３０に出力すると共に、送信部３０の送信動作及び受信部４０の受信動作を制御する。

以上説明したように、本実施形態の音波通信装置２には、音波を受信するのに通常用いられるマイクに代えて、ピックアップコイル２４が備えられており、ピックアップコイル２４を介して、携帯端末４のスピーカ１８からの漏洩磁束を音波信号として検出（受信）するようにされている。

このため、本実施形態の音波通信装置２によれば、通信対象となる携帯端末４が多機種であり、機種毎にスピーカ１８の位置が異なっていても、携帯端末４を支持台６に載置すれば、その携帯端末４から送信された音波信号を受信できるようになる。

従って、本実施形態の音波通信装置２によれば、従来のように、スピーカ１８の位置が異なる各種携帯端末４からの音波信号を受信できるように、多数のマイクを分散して配置する必要がなく、装置構成を簡単にすることができる。

また、多数のマイクからの入力信号を同時に信号処理する必要がないので、受信した音波信号からデータを復元する受信部４０の構成も簡単にすることができる。
よって、本実施形態の音波通信装置２によれば、装置の大型化やコストアップを招くことなく、各種携帯端末４から送信された音波信号を受信できることになる。

また、携帯端末４のスピーカから出力される音波をマイクで受信する際には、反射波等の影響を受け易い。これに対し、本実施形態では、ピックアップコイル２４にてスピーカ１８からの漏洩磁束を検出することから、携帯端末４からの音波信号を効率よく受信することができる。

また、本実施形態のように、ピックアップコイル２４により音波信号を検出する場合、外部の音からの影響を受けることがないので、検出した音波信号のＳＮ比（信号対雑音比）を向上することができる。

従って、本実施形態の音波通信装置２によれば、従来装置に比べ、携帯端末４から当該音波通信装置２への通信データの伝送効率、延いては、通信速度を高めることができると共に、通信品質を向上することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、ピックアップコイル２４が埋め込まれた支持台６は、携帯端末４を載置するためのものであるとして説明したが、例えば、支持台６を壁面等に固定した場合には、携帯端末４を支持台６に当接するようにすればよい。

また、ピックアップコイル２４は、携帯端末４のスピーカ１８からの漏洩磁束を検出できればよいため、必ずしも携帯端末４を載置可能（若しくは当接可能）な支持台６に組み込む必要はなく、携帯端末４の近傍に配置できればよい。

また、ピックアップコイル２４と通信部８とは必ずしも一体化する必要はなく、信号線で接続することができれば、別体で構成されていてもよい。そして、この場合、音波送信用のスピーカ２６は、通信部８に設けてもよいし、ピックアップコイル２４と共に支持台６に設けてもよい。

また、上記実施形態では、音波通信装置２との間で音波通信を行う携帯端末は、スマートフォンであるものとして説明したが、携帯電話であっても、タブレットＰＣであってもよい。なお、この場合、ピックアップコイル２４の大きさは、これら各携帯端末において、スピーカ位置が変化しても各携帯端末からの漏洩磁束を効率よく検出できるように、適宜設定する必要はある。

２…音波通信装置、４…携帯端末、６…支持台、８…通信部、１２…表示部、１４…入力部、１６…マイク、１８…スピーカ、２２…載置領域、２４…ピックアップコイル、２６…スピーカ、３０…送信部、３２…加算値設定部、３４…数値制御発振部、３６…Ｄ／Ａ変換器、３８…ＬＰＦ、３９…増幅回路、４０…受信部、４２…増幅回路、４４…Ａ／Ｄ変換器、４６…ＤＳＰ、５０…通信制御部。

Claims (2)

1. 携帯端末を当接若しくは載置可能な支持台と、
   前記支持台に設けられ、前記携帯端末のスピーカから出力された音波信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段にて受信された前記音波信号から、前記携帯端末が音波送信した送信データを復元する復元手段と、
   を備え、
   前記受信手段は、前記スピーカのボイスコイルから漏洩する磁束を前記音波信号として検出するピックアップコイルにて構成され、
   前記ピックアップコイルは、前記支持台において前記携帯端末が当接若しくは載置される領域を囲むように設けられている、ことを特徴とする音波通信装置。
2. 前記支持台には、前記携帯端末のマイクロフォンに向けて音波を送信するための送信手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の音波通信装置。

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