JPH11509380A - 信号伝送媒体として人体を用いた非接触検知及び信号システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 無線システムには、ユーザ（１０）及びルーム・アース（１１）を介して結合された送信器（１４）及び受信器（２２）が含まれている。送信器は、容量結合によって、変位電流としてユーザの身体に送り込まれ、ユーザの身体から送られてくる、低周波低電力信号を発生する。共用ルーム・アースによって電流の帰路が形成される。送信器には、内部電極（１８）及び外部電極と、電極間において電圧を変動させる被変調信号を発生する信号発生器（１６）とが含まれている。内部電極は、ユーザの身体に密接に容量結合されるため、電極の電位から生じる「準静電」界によって、変位電流がユーザの身体に送られる。外部電極は、そのルーム・アースに対する結合が、内部電極よりも強くなるように配向が施されるため、ルーム・アースが、受信器からの電流のための帰路として働く。受信器には、同様に、１対の電極（２４、２６）と、さらには、伝送信号を捕捉し、追跡する検出器／復調器（２８）とが含まれている。受信器電極の一方（２４）は、ユーザの身体に密接に容量結合されるため、身体から送られてくる変位電流が、該電極に送られる。電流は、さらに、検出回路要素を通って、ルーム・アースに非対称に容量結合されたもう一方の電極（２６）に流れて、電流の経路が完成する。検出回路要素は、電流を検出し、従来のやり方で、その電流から伝送情報を回復するよう働く。１つ以上の受信器が、他のユーザによって携行されることもあれば、あるいは、部屋の周囲の固定位置に配置される場合もあり、帰路は、大気と大地アースの組み合わせとすることが可能である。従って、ユーザは、受信器に物理的に接触して、情報を受け渡す必要はない。代替案として、コンピュータ・スクリーン上に受信器をアレイをなすように取り付け、キーボード上に送信器を配置することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 信号伝送媒体として人体を用いた非接触検知及び信号システム 技術分野 本発明は、一般に、静電界結合によって外部から人間に誘導される小電流の利 用に関するものであり、とりわけ、近接装置間における無線通信、及び制御タス クに用いられる人の位置の検知に利用可能なシステムに関するものである。 背景技術 人間が携帯して、互いに、及び固定位置装置と通信を行う、ページャ、電話、 コンピュータ端末装置等のような携帯用装置を可能にする個人用通信システムが 必要とされている。例えば、ユーザは、ページング端末装置によって無線で受信 したメッセージをパーソナル・コンピュータに記憶したいと考える場合がある。 既知の先行個人用通信システムは、一般に、これら２つの装置をワイヤで相互接 続する必要があり、このため、これらの装置をユーザに携行させ、かつ、装置間 の相互接続を行わせるか、あるいは、その一方を行わせるのは厄介であり、従っ て、利用するのに不便である。 医療環境の場合、血圧、ＥＫＧ読み取り値等のような情報を収集するためのシ ステムは、一般に、患者から読み取りを行う計器と、情報をモニタまたは記憶す る患者携帯システム・コンポーネントをワイヤで接続しなければならない。これ らのシステムもユーザに携行させるのが厄介である。 他の用途の場合、現在では、無線システムを利用し、例えば、無 線波、マイクロ波、赤外線信号等によって、システム・コンポーネント間におけ る情報の伝送が行われている。これらのシステムは、すぐ隣接した環境における 妨害、または、さまざまな装置から伝送される信号間における妨害に関する問題 のため、上述のユーザ装着システム間における情報の送信には適合しない可能性 がある。 例えば、赤外線信号を用いるシステムの装置は、ユーザが携帯している装置間 において必ずしも可能であるとは限らない、見通し線伝送との通信が最適のはず である。さらに、赤外線システムは、ユーザによる制御が必ずしも可能とは限ら ない周囲光による妨害も受ける。また、高周波で信号を伝送するシステムの場合 、ユーザの身体が放射エネルギを吸収し、このため、信号が劣化する。 さらに、こうしたシステムは、その信号がかなりの放射を行うため、政府によ る規制を受ける。また、これらのシステムは、他人による伝送の盗聴を可能にす る。 無線通信システムは、相対位置の決定にも利用されてきた。こうしたシステム は、個々の受信器が受信する信号のタイミングまたは強度に基づいて、送信器の 位置を決定する。これらのシステムは、近距離における位置及び配向の決定には あまり適さないし、信頼できない可能性がある。 発明の摘要 本発明は、送信器及び受信器が、ワイヤ、あるいは、光または高周波伝送信号 によってではなく、ユーザ及びルーム・アースを介して結合される無線システム である。該送信器は、容量結合によって、 変位電流としてユーザの身体に送り込まれ、ユーザの身体から送られてくる、低 周波低電力信号を発生する。ユーザの身体が、導電性ノードの働きをし、ユーザ の身体に容量結合された受信器が、身体から送られてくる変位電流に応答して、 低周波信号を検出する。ユーザの身体は、従って、信号伝搬に対する障害ではな く、システムの一部になる。また、送信器及び受信器は、互いに直接結合しない ので、共用のルーム・アースによって電流の帰路が形成される。 送信器には、信号発生器、及び、以降では内部電極及び外部電極と呼ぶ、１対 の電極が含まれている。信号発生器は、電極間において電圧を変動させる被変調 信号を発生する。内部電極は、ユーザの身体に密接に容量結合され、電極の電位 から生じる「準静電」界によって、変位電流がユーザの身体に送られるようにな っている。外部電極は、そのルーム・アースに対する結合が、内部電極よりも強 くなるような配向が施されており、ルーム・アースが、受信器からの電流のため の帰路として働くようになっている。 信号発生器は、例えば、擬似ランダム・コードを利用して伝送される情報を変 調し、スペクトル拡散信号が生じるようにすることが可能である。これによって 、ノイズ耐性が強化され、それぞれ、異なる変調コードを利用する複数の送信器 が同時に動作可能になる。 受信器には、１対の電極、及びスペクトル拡散信号を捕捉し、追跡する検出器 ／復調器が含まれている。電極の一方は、ユーザの身体に密接に容量結合されて おり、身体から送られてくる変位電流が、該電極に送られるようになっている。 電流は、さらに、検出回路要 素を通って、ルーム・アースに非対称に容量結合されたもう一方の電極に流れ、 電流の経路が完成する。電流は、送信器から身体に送られる電流に応じて、従っ て、信号発生器によって生じる信号に応じて変動する。 検出回路要素は、電流を検出し、従来のやり方で、その電流から伝送情報を回 復する働きをする。 「体内」と「体間」の両方において、ユーザに容量結合された受信器と情報通 信を行うためのシステムには、いくつかの用途が存在する。本システムは、位置 センサとしても利用可能であり、アレイをなす複数の受信器によって、人間から 結合される受信信号の相対強度に基づいて人間の位置が決定される。信号は放射 エネルギとして伝送されないので、小型で（波長に比較して）、ほぼフラットな 電極を送信器及び受信器に用いることができる。これらの電極は、その表面積の おかげでユーザに対する結合効率がよく、例えば、腕時計、クレジット・カード ・サイズのコンポーネント、靴等に簡単に組み込むことが可能である。これらの 電極は、放射エネルギを効率よく送信し、受信するのに必要なアンテナとは対照 的である。さらに、電極から放射される電磁エネルギは無視できるほどしかない ので、本システムが、伝送システムを対象とした政府の規制を受けることはない 。さらに、介在する接地面によって伝送する場合に平面容量検知システムに生じ る問題が、本システムには生じない。 ある構成の場合、本システムは、例えば、ページング・システムの携行または 装着コンポーネント間において情報の受け渡しを行う。 この構成の場合、ユーザは、送信器を含むページング端末装置をポケットに入れ て持ち運ぶ。ユーザは、ディスプレイ及び受信器を含む腕時計も装着する。送信 器と受信器が、両方とも、ユーザ及びルーム・アースに容量結合されており、送 信器からの信号は、それぞれ、変位電流として、ユーザに、さらに、ユーザから 受信器に受け渡されるようになっている。ページング端末装置が、無線でページ ング・メッセージを受信すると、送信器は、そのメッセージを受信器に送って、 表示する。送信器は、変位電流としてユーザにメッセージを受け渡し、受信器は 、ユーザから変位電流としてメッセージを受け取る。 代替構成の場合、本システムは、ユーザの生理状態をモニタしている医療計器 からの情報を、ユーザが装着または携行する受信器に送る。この構成の場合、医 療計器は、それぞれ、ユーザが装着する関連送信器に直接接続される。これらの 送信器は、それぞれ、ユーザ及びルーム・アースに容量結合されており、信号は 、ユーザに、さらに、ユーザから受信器に受け渡されるようになっている。 代替実施例において、ユーザが携行する送信器は、他のユーザが携行する、ま たは、固定位置に配置された１つ以上の近接受信器に信号を送る。送信器によっ て生じる準静電界内において、ユーザは、大気を介して受信器に容量結合されて いる。従って、ユーザは、物理的に受信器と接触して、それらに情報を受け渡す 必要がない。例えば、握手する２人のユーザは、彼らがそれぞれ携行する送信器 と受信器の間で情報を転送することが可能である。手が近接すること によって、信号電流の導通経路が形成される。帰路は、大気と大地アースの組み 合わせとすることが可能である。金属キャビネット、強化スタッド等のような、 送信器及び受信器に近接した材料も、帰路の一助となる。 代替システムを汎用コンピュータに組み込むことによって、ユーザに、多次元 入力装置を提供することも可能である。こうしたシステムには、受信器アレイと １つ以上の送信器が含まれる。受信器アレイは、コンピュータ・スクリーンの周 囲に取り付けられ、送信器は、ユーザが携行することもできるし、あるいは、例 えば、キーボードの側面に取り付けることも可能である。 ユーザは、片手、例えば、左手を送信器に接触させ、スクリーン前方を右に移 動することによって、スクリーン上に表示される２次元空間または３次元仮想空 間において、オン・スクリーン・オブジェクトの再位置決めを行う。アレイをな す受信器に接続されたプロセッサが、受信信号の相対強度に基づいて、ユーザの 右手の相対位置を判定し、オブジェクトを対応するオン・スクリーン位置まで移 動させる。 ユーザが、特定のオン・スクリーン・オブジェクトを選択または「クリック・ オン」することができるように、キーボードの、例えば、スペース・バーの下に １つ以上の補助受信器を取り付けることが可能である。ユーザは、スクリーン前 方で右手を移動させることによって、オブジェクトを所望の位置まで案内し、キ ーボードにおける補助受信器に左手の親指を近づけることによって、その位置を クリック・オンする。ユーザは補助受信器と接触する必要がないので、受信器は 、キーボードのスペース・バーまたは１つ以上のキーと組み合わせることもでき るし、あるいは、それらに直接組み込むことも可能である。 本システムが、３次元仮想空間において、３次元オブジェクトを移動させるた めに、または、ユーザすなわちユーザの視点を移動させるために用いられる場合 、さらに詳細に後述するように、受信器アレイは、スクリーン前方におけるユー ザの手の相対位置を検知して、その位置に基づき、ユーザが仮想空間における前 後、上下、あるいは、左右への移動を所望しているか否か、及び、ユーザがどの 程度の速さによる移動を所望しているかについても判定する。さらに、アクセラ レータとして足踏みペダルを利用すれば、後述のように、仮想空間におけるユー ザの移動の「細分性」についても制御することが可能である。 本システムには、それぞれ、３つの受信器に接続された、アレイをなす３つの 直交電極から構成される、携帯用のスケーリング可能な受信装置を含むことが可 能である。３つの受信器に接続されたプロセッサが、個々の受信器が受信した信 号に基づいて、ユーザの相対位置を決定する。電極は、例えば、関連スクリーン 上に表示される３次元仮想空間内におけるユーザの移動に対して、ユーザの物理 的移動の相対スケールを適応させるため、必要に応じて、伸張または収縮させら れる。 図面の簡単な説明 本発明の以上の及び更なる利点については、添付の図面と併せて下記の説明を 参照することによって、さらに理解を深めることが可能である。 図１は、本発明に従って構成されたシステムの機能ブロック図である。 図２は、キャパシタンスに関する典型的な数値を示す、図１のシステムの単純 化された概要図である。 図３は、図１の送信器及び受信器の機能ブロック図である。 図４は、複数の送信器を備えたシステムの例示としての利用法を示す図である 。 図５は、システムの代替利用法を示す。 図６は、システムの代替構成を示す。 図７は、パーソナル・コンピュータの一部としてシステムの利用法を示す。 図８は、ラップ・トップ・コンピュータの一部としてシステムの利用法を示す 。 図９は、スケーリング可能な受信器を示す。 図１０は、代替システムを示す。 例示的な実施例の詳細な説明 図１には、それぞれ、内部電極１８及び外部電極２０と呼ぶ、１対の電極１８ 及び２０間に接続された信号発生器１６から構成される送信器１４を、一方の腕 １２に取り付けたユーザ１０が示されている。さらに詳細に後述するように、内 部電極１８及び外部電極２ ０は、それぞれ、ユーザ１０に、及び、図面に符号１１で示したルーム・アース に非対称に容量結合されている。信号発生器１６は、これらの電極１８と２０の 間において、図面に実線１５で描かれた準静電界を生じる電圧を発生する。結果 得られる変位電流が、内部電極１８とユーザ１０の間に通ることになる。この電 流の一部が、図面に点線で示された経路１３を通ってユーザに流れ、変位電流と して、ユーザのもう一方の腕１２に取り付けられた受信器２２に到達する。 受信器２２には、検出器２８、及び、それぞれ、内部電極及び外部電極と呼ぶ 、１対の電極２４及び２６が含まれている。内部電極２４は、ユーザ１０に対し て密接に容量結合され、外部電極２６は、ルーム・アースに容量結合されていて 、変位電流が、ユーザ１０から内部電極２４に受け渡されるようになっている。 電流は、さらに、検出器２８を通って、アースに流れ、こうして、送信器１４に 戻される。検出器２８は、電流を検出して、そこから伝送情報を抽出する。 電流はまた、他の経路（不図示）に沿ってユーザに流れる。電流がユーザから ルーム・アースに流れるのが、最も顕著である。この結果、受信器２２に送られ る電流に減衰が生じる。従って、受信器は、比較的少ない電流も検出または測定 できなければならない。 送信器１４は、例えば、直接シーケンス・スペクトル拡散変調を利用して、信 号を変調することができる。これによって、システムのノイズ耐性が向上する。 また、それによって、それぞれ異なる変 調コードを利用する複数の送信器が、さらに詳細に後述するように、同時に情報 を送信することが可能になる。代替案として、変調は、単純に２進オン／オフ変 調とすることも可能であり、複数の送信器が用いられる場合には、それぞれが、 異なる周波数で送信する。 図２には、無線システムの単純化された電気モデルが示されている。信号発生 器１６は、１００〜１０００キロヘルツが望ましい、低周波信号を発生する。こ れらの周波数で、回路内に相対インピーダンスを伴う場合、ユーザは導電性ノー ド４０とみなすことができる。 信号発生器１６は、それぞれ、内部電極１８及び外部電極２０を表す２つのノ ード３０及び３１間に接続されている。信号発生器１６によって生じた信号は、 電流となって、この電流は、ノード３０からノード４０に送られるが、ノード４ ０には、キャパシタンス３６によって結合される。電流は、ユーザ・ノード４０ から、受信器２２の内部電極２４を表すノード４３に送られる。キャパシタンス ４６は、これら２つのノード間における結合を表す。次に、電流は、受信器２２ を通り、すなわち、検出器４７及びノード４４を通り、キャパシタンス４８で表 された結合によってアースに流れる。送信器のノード３１は、キャパシタンス３ ４によって表される、電流の帰路を形成する。 ノード３０と３１の間のキャパシタンス３５によって表されるような、直接容 量結合が、送信器１４の電極１８と２０の間に存在する。ノード３０は、大気を 介して、キャパシタンス３８によって受 信器２２にも容量結合される。しかし、この結合は、送信器と受信器との間の距 離のために比較的弱い。 ノード３１は、キャパシタンス３２によって表されるように、大気を介してユ ーザ・ノード４０に結合される。この結合によって、伝送される信号がユーザ・ ノード４０を通るための付加電流経路が形成される。 ユーザ・ノード４０は、キャパシタンス４２で表されるように、アースに結合 される。この結合によって、電流の比較的多くの部分がアースに対して短絡し、 このため、ユーザから受信器に受け渡される電流が大幅に減衰する。 内部電極２４から受信器の外部電極２６への結合が、キャパシタンス４５によ って表されている。検出器４７が電流を検出している場合、図面においてＲで表 示された、増幅器４７の電流測定抵抗は、一般に、キャパシタンス４５のインピ ーダンスより小さいので、この結合はほとんど影響がない。検出器４７が電位を 検出している場合、ノード間の結合によって、受信器２２を介してアースに達す る電流の漏出経路が形成される。 次に図３を参照すると、送信器には、信号発生器１６と、直接シーケンス・ス ペクトル拡散変調器２９を含んでいるのが望ましい。変調器は、擬似ランダム・ コードに従って、信号発生器によって生じた信号に変調を施し、被変調信号をタ ンク共振器５０を介して電極１８及び２０に供給する。タンク共振器５０は、問 題となる周波数の方形波を正弦波に変換し、方形波のより高い周波数成分のエネ ルギを放射しないようにする。 受信器２２には、ユーザから内部電極２４に受け渡される変位電流に相当する 信号を増幅し、外部電極２６に対する同期検出器５２に通す、増幅器４７が含ま れている。従来のやり方で動作する同期検出器５２は、信号を復調し、伝送情報 を再生する。 既述のように、本システムには、複数の送信器１４を含むことが可能である。 各送信器は、その変調器２９において異なる擬似ランダム・コードを利用する。 これにより、受信器は、コードに基づいて、個々の送信器によって同時に送信さ れた信号を弁別することが可能になる。代替案として、送信器は、異なる搬送波 周波数で、または、異なる時間に送信することも可能であるが、この場合、受信 器は、該伝送周波数または時間に基づいて個々の信号を弁別する。 図４には、本システムに関する１つの応用例が示されている。この構成の場合 、本システムは、ユーザが着用または携行するページング・システムのさまざま なコンポーネントに組み込まれる。ユーザは、例えば、従来のやり方で無線でペ ージング・メッセージを受信するページング端末装置６０をポケットに入れて携 行する。ページング端末装置には、ユーザ及びアースに容量結合される送信器１ ４が含まれている。送信器は、受信メッセージからの情報を含む信号を発生し、 該信号を変位電流としてユーザに受け渡す。 ディスプレイ装置６２が、例えば、ユーザの腕時計６４に組み込まれているが 、これには、ユーザに容量結合される受信器２２が含まれている。受信器２２は 、それに受け渡された変位電流から信号 を再生し、次に、ディスプレイが、内部に含まれた情報をユーザに提示する。腕 時計６４には、ユーザが、例えば、ページング・メッセージに関する記憶オプシ ョンの選択に利用することが可能な、１つ以上のボタン（不図示）を含めること も可能である。代わりに、ユーザの眼鏡６６、靴６８、ベルトのバックル７０等 に、各種システム・コンポーネントを組み込むことも可能である。 受信器及び送信器は、それぞれ、ユーザ及びルーム・アースに容量結合されて おり、従って、ユーザの身体を介して通信を行うので、受信器と送信器の間には 、ワイヤ接続は存在しない。従って、本システムが、ユーザの衣類の邪魔になっ たり、あるいは、ユーザの動きを制限することはない。 無線システムに関するもう１つの応用例は、それぞれ、ユーザに容量結合した 複数の送信器及び受信器間において、ユーザの生理的状態を表す情報を受け渡す ことである。次に、図５を参照すると、複数の送信器１４₁、１４₂、１４₃．． ．が、それぞれ、血圧測定、ＥＫＧの読み取り等を行う計器７４₁、７４₂、７４₃ ．．．に接続されている。各送信器は、関連計器からデータを受信し、データ を含む被変調信号を発生する。これらの信号によって、変位電流が生じ、この電 流が、送信器とユーザ１０の間、さらに、ユーザ１０から、データを記録するレ コーダ７６に接続された受信器２２に受け渡される。 次に図６を参照すると、本システムは、ユーザの身体に近接しているが、ユー ザの身体に取り付けられたり、あるいは、ユーザの身 体によって運ばれない受信器に対して、身体を介して信号を受け渡すために利用 することも可能である。上述のように、電流の帰路は、ルーム・アースによるも のであり、ワイヤ接続は必要とされない。ユーザは、例えば、腕時計６４の一部 として送信器１４を装着し、受信器２２は、ドア（不図示）に、または、ドアの 開放を制御するドア・ノブ８０内に取り付けられる。送信器１４は、個人識別番 号を含む被変調信号を発生する。この信号は、ユーザがドア・ノブをつかむか、 あるいは、ドア・ノブに十分に接近すると、受信器２２に容量結合される。受信 器２２は、前記番号が認められるか否かを判定し、認められる場合には、適宜、 ドアをロックするか、あるいは、ロックを解除する。 同様に、握手する２人のユーザは、それぞれ、携行している受信器と送信器の 間で情報を交換して、例えば、電子ビジネス・カードを交換することが可能であ る。 本システムの他の応用例については、図７及び８に関連して後述することにす る。これらの応用例において、受信器２２のアレイ１０２が、固定位置にある。 受信器２２は、受信信号の相対強度から、ユーザの携行する送信器の相対位置を 決定する。 図７には、パーソナル・コンピュータ１００に組み込まれた無線システムが示 されている。本システムによって、ユーザが、手振りで、スクリーン上に表示さ れる仮想空間において、カーソルのようなオン・スクリーン・オブジェクトを２ 次元に移動させることができるようにする、あるいは、３次元オン・スクリーン ・オブジェク ト、またはユーザ自身すなわちユーザの視点を３次元に移動させることができる ようにする、多次元入力装置がユーザに与えられる。 本システムには、モニタ１０６のスクリーン１０４に近接して取り付けられた 受信器２２のアレイ１０２が含まれている。送信器１４は、ユーザが、オン・ス クリーン・オブジェクトまたはユーザの仮想空間における視点を移動させたいと 思う時に接触する足踏みペダル１０８に組み込まれる。 ユーザは、足踏みペダル１０８上に足１１０を載せ、スクリーン１０４の前方 で両手の一方１１２を移動させる。上述のように、送信器１４は、ユーザ１０及 びアースに容量結合される。送信器１４によって生じる信号は、電流としてユー ザに通され、ユーザの手１１２から受信器２２のアレイ１０２に受け渡される。 アレイ１０２から信号を受信するように接続されたプロセッサ（不図示）が、個 々の受信器が受信した信号の相対強度に基づいて、ユーザの片手または両手の相 対位置を決定する。プロセッサは、次に、例えば、オン・スクリーン・オブジェ クトをスクリーン上における対応する位置まで移動させる。 本システムが、スクリーン上に表示された３次元仮想空間において、ユーザま たはオブジェクトを移動させるために用いられる場合、ユーザの手が、受信器が 応答する移動範囲の中央点に対応する所定の「中立」位置に対して、どこに位置 するかを判定する。例えば、ユーザの手が、スクリーンから長くても１メートル で、スクリーンの左右上下のいずれかに１０センチメートルの位置にある時に、 受 信器がユーザの手の動きに応答する場合、中立位置は、スクリーンとそれから１ メートルの位置との間にあって、受信器の動作範囲の中央に対応する距離だけ離 れた、スクリーンの中心である。 ユーザが、その一方の手を中立位置とスクリーンの間に動かすと、本システム は、仮想空間においてユーザを前進させる。また、ユーザが、その一方の手を中 立位置の左へ動かすと、本システムは、仮想空間内において対応する角度で左へ ユーザを移動させるといったことも行う。ユーザが、片手または両手を中立位置 からどんどん遠くへ移動させると、本システムは、仮想空間内において、ユーザ の手の相対位置に対応する方向に、ユーザをますます速く移動させる。 このシステムの代替構成では、送信器１４は、足踏みペダル１０８の代わりに 、キーボード１１６または椅子クッション１１４に含まれている。この構成の場 合、足踏みペダルをオプションで利用し、仮想空間におけるユーザの移動の「細 分性」を制御する、すなわち、仮想空間における移動のスケールを制御すること も可能である。ユーザは、足踏みペダルを押し下げて、仮想空間におけるユーザ の移動全体を加速し、足踏みペダルを離して、該移動を減速する。例えば、ユー ザは、仮想空間内の建物間を移動している場合、足踏みペダルを押し下げて、仮 想空間内での進行を加速し、手の位置を直して、加速された移動の調整及び方向 づけを行う。ユーザが、建物内の部屋に入ると、足踏みペダルを離して、移動を 減速し、再び、手を使って、減速された移動の調整及び方向づけを行う。 無線システムは、ユーザの手の３次元移動を、３次元仮想空間に おけるユーザの移動に簡単に変換する。これは、２次元で動作し、オン・スクリ ーン・オブジェクトに対して、後方または前方、上方または下方、及び左または 右への移動を同時に伝えることが簡単には行えない入力装置とは対照的である。 さらに、ユーザは、適宜、片手または両手を用いて、移動の方向づけを行うこと も可能である。 次に図８を参照すると、ラップ・トップ・コンピュータ１２０には、マウスに 取って代わり、かつ、３次元仮想空間においてユーザの移動を制御するか、ある いは、そのいずれかを行う無線システムが組み込まれている。受信器２２のアレ イ１０２が、ラップ・トップ・コンピュータのふた１２１に、スクリーン１０４ に隣接して取り付けられている。送信器１４は、ラップ・トップ・コンピュータ のベース１２２の、キーボード１１６の片側に、または、キーボードに隣接して 組み込まれている。ユーザが、片手で、例えば、左手で送信器１４に触れ、図７ に関連して上述のように、スクリーン前方において右手の位置決めを行って、ス クリーンに表示されるオブジェクトの移動を制御する。 キーボード１１６に、１つ以上の補助受信器２２ａを取り付けることによって 、ユーザによる特定のオン・スクリーン・オブジェクトの選択、すなわち、「ク リック・オン」が可能になる。ユーザは、左手の親指を動かして、適合する補助 受信器２２ａに近接させることによって選択を行う。 図９には、受信器２２のアレイ２０１から構成される携帯用で、スケーリング 可能な入力装置２００が示されている。このアレイに は、３つの受信器の一部をなす、電気的に分離された３つの直交電極２０２〜２ ０４が含まれている。各電極は、大気及びルーム・アースを介して、近接するユ ーザ（不図示）に容量結合される。電極によって受信した信号に処理を施すため に接続されたプロセッサ（不図示）が、各電極によって受信された信号の強度に 基づいて、ユーザの相対位置を決定する。このアレイは、図７及び８に示すアレ イ１０２の代わりに利用することが可能である。 例えば、３次元仮想空間におけるオン・スクリーン・オブジェクトの移動範囲 に合わせて、単一又は複数のユーザの予測される移動範囲のスケーリングを行う ため、電極２０２〜２０４は、必要に応じて数インチ〜２フィートの範囲にわた って伸張または収縮が可能である。電極を選択的に伸張または収縮させることに よって、予測される移動範囲に完全に適応することが可能になる。収縮時、該装 置２００は、ポケットにぴったりと納まるので、持ち運びが容易である。 図１０には、ライン２０４に接続された複数の受信器２２を含む代替無線シス テムが示されている。このラインは、グリッド２０６をなすように構成されてお り、敷物または床に含めることが可能である。ユーザは、靴に取り付けて、送信 器１４を携行するのが好ましい。該無線システムは、送信器から最強の信号を受 信するのがどの受信器であるかを判定することによって、ユーザの位置を決定す る。受信器は、それぞれの送信器に関連した変調コードに基づいて個々のユーザ を弁別する。電流の帰路は、やはり、ルーム・アース によるものであり、従って、送信器及び受信器の電極は、放射エネルギとしてで はなく、容量的に信号の受け渡しを行う。 以上の説明は、本発明の特定の実施例に限定した。しかし、本発明に変更及び 修正を施して、その利点の一部または全てを達成することができるのは明白であ る。従って、付属の請求項の目的は、本発明の真の精神及び範囲内に含れる全て の変更及び修正を包含することにある。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１２月１５日 【補正内容】 請求の範囲 １．無線通信システムにおいて、 Ａ．データを含む低周波信号を発生し、ユーザ及びアースに容量結合されて 、低周波信号に関連した電流をユーザに送る送信器と、 Ｂ．ユーザから変位させられ、アースに容量結合されて、ユーザに容量結合 された場合に、送信器によって発生された信号に関連する電流を受け取り、伝送 信号を再生して、データを回復する受信器と、 を含む無線システム。 ２．前記送信器は、 ｉ．１対の電極と、 ii．電極間に接続されて、電極とユーザの間に関連する変位電流を生じるこ とになる低周波信号を発生する信号発生器と、 を含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システム。 ４．ａ．複数の受信器と、 ｂ．受信器が再生した信号から、１つ以上の受信器に相対するユーザの位置 を決定するためのプロセッサと、 を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システム。 ５．前記受信器は、コンピュータ・スクリーンの周囲に取り付けられ、また前 記プロセッサは、１つ以上の受信器に相対するユ ーザの位置に関連した、スクリーン上の位置までカーソルを移動させることを特 徴とする、請求項４に記載の無線通信システム。 ７．前記無線通信システムは更に、複数の送信器を含み、該送信器の各々は、 システム内の他の送信器に関連したコードとは異なる所定のコードに関連し、前 記受信器は、前記コードを利用して、複数の送信器における各送信器から受け渡 される信号間の弁別を行うことを特徴とする、請求項６に記載の無線通信システ ム。 ８．前記複数の送信器における各送信器は、異なるユーザと容量結合され、ま た前記受信器は、該受信器が個々の送信器に容量結合された場合に、個々の送信 器からそれぞれ信号を受け取ることを特徴とする、請求項７に記載の無線通信シ ステム。 １０．前記受信器は、コンピュータ・スクリーンの周囲に取り付けられ、また前 記プロセッサは、１つ以上の受信器に相対する１人以上のユーザの位置に関連し た、スクリーン上の位置まで１つ以上のオブジェクトを移動させることを特徴と する、請求項９に記載の無線通信システム。 １１．コンピュータ・システムにおいて、 Ａ．オン・スクリーン・オブジェクトを表示するためのスクリーンと、 Ｂ．システムにデータを入力するためのキーボードと、 Ｃ．低周波信号を発生し、ユーザに容量結合されて、低周波信 号に関連した電流をユーザに送るための送信器と、 Ｄ．スクリーンの周囲に取り付けられ、それぞれ、ユーザとの容量結合を介 して、ユーザから、送信器によって発生された信号に関連する電流を受け取り、 １つ以上の受信器に相対するユーザの身体の最も近い四肢の位置を判定するため の複数の受信器と、 Ｅ．スクリーン表示に制御を施し、スクリーンに命じて、受信器によって判 定されたユーザの四肢の位置に対応する位置にオブジェクトを表示させるプロセ ッサと、 を含むコンピュータ・システム。 １２．前記送信器はキーボードに組み込まれていることを特徴とする、請求項１ １に記載のコンピュータ・システム。 １４．無線通信システムにおいて、 Ａ．低周波信号を発生するための送信器であって、該送信器は、１人以上の ユーザ及びアースに容量結合され、それぞれ、１対の電極と、該電極間に接続さ れて低周波信号を発生する信号発生器とを含み、各送信器は、低周波信号に関連 した電流を関連したユーザに送る、複数の送信器と、 Ｂ．アースに結合された複数の受信器であって、該受信器が容量結合する１ 人以上のユーザから、それぞれ、送信器により発生される信号に関連した１つ以 上の電流を受け取り、伝送信号を再生する、複数の受信器と、 Ｃ．受信器により再生される信号から、１つ以上の受信器に相 対するユーザの個々の位置を判定するためのプロセッサと、 を含む無線通信システム。 １５．ｉ．前記送信器は各々、異なる所定のコードに関連した信号をそれぞれ送 信し、 ii．前記受信器は、上記コードに基づいて、個々の送信器により発生された 信号間の弁別を行うことを特徴とする、請求項１４に記載の無線通信システム。 １６．前記受信器は、信号が伝送される時間に基づいて、個々の送信器により発 生された信号間の弁別を行うことを特徴とする、請求項１４に記載の無線通信シ ステム。 １７．ｉ．前記送信器は各々、異なる所定の周波数に関連した信号をそれぞれ送 信し、 ii．前記受信器は、上記周波数に基づいて、個々の送信器により発生された 信号間の弁別を行うことを特徴とする、請求項１４に記載の無線通信システム。 １８．システムにおいて、 Ａ．カーソルを含む１つ以上のオン・スクリーン・オブジェクトを表示する ためのスクリーンと、 Ｂ．システムにデータを入力するためのキーボードと、 Ｃ．低周波信号を発生し、ユーザに容量結合されて、低周波信号に関連した 電流をユーザに送るための送信器と、 Ｄ．スクリーンの周囲に取り付けられ、それぞれ、ユーザとの容量結合を介 して、ユーザから、送信器によって発生された 信号に関連する電流を受け取り、１つ以上の受信器に相対するユーザの身体の最 も近い四肢の位置を判定する複数の受信器と、 Ｅ．システムに取り付けられた選択受信器であって、受信した信号の強度に 基づいて、ユーザがカーソルの下に表示される情報を選択しているか否かを判定 し、また、選択受信器により受信された信号の強度が所定のしきい値を超える場 合、ユーザがその情報を選択しているものと判定する、選択受信器と、 Ｆ．スクリーン表示に制御を施し、スクリーンに命じて、複数の受信器のう ちの１つ以上によって判定されたユーザの四肢の位置に対応する位置に、１つ以 上のオブジェクトを表示させるプロセッサと、 を含むシステム。 １９．前記選択受信器は、キーボードに取り付けられることを特徴とする、請求 項１８に記載のシステム。 ２０．前記システムは更に、複数の選択受信器を含むことを特徴とする、請求項 １９に記載のシステム。 ２１．前記受信器は、１つのオブジェクト上に取り付けられることを特徴とする 、請求項１に記載の無線通信システム。 ２２．前記受信器は、別のユーザに結合されることを特徴とする、請求項１に記 載の無線通信システム。 ２３．前記システムは更に、 ａ．１人以上のユーザに容量結合される複数の送信器と、 ｂ．上記ユーザから変位させられる複数の受信器と、 ｃ．受信器により再生される信号から、１つ以上の受信器に相対する１人以 上のユーザの位置を判定するためのプロセッサと、 を含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システム。 ２４．ｉ．前記送信器は又信号を受信し、 ii．前記受信器は又信号を送信することを特徴とする、請求項２３に記載の 無線通信システム。 ２５．ｉ．前記送信器は又信号を受信し、 ii．前記受信器は又信号を送信することを特徴とする、請求項１に記載の無 線通信システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 オルポート，デイヴィッド アメリカ合衆国マサチューセッツ州02116, ボストン，ビーコン・ストリート・ナンバ ー３・310 【要約の続き】 られる。電流は、さらに、検出回路要素を通って、ルー ム・アースに非対称に容量結合されたもう一方の電極 （２６）に流れて、電流の経路が完成する。検出回路要 素は、電流を検出し、従来のやり方で、その電流から伝 送情報を回復するよう働く。１つ以上の受信器が、他の ユーザによって携行されることもあれば、あるいは、部 屋の周囲の固定位置に配置される場合もあり、帰路は、 大気と大地アースの組み合わせとすることが可能であ る。従って、ユーザは、受信器に物理的に接触して、情 報を受け渡す必要はない。代替案として、コンピュータ ・スクリーン上に受信器をアレイをなすように取り付 け、キーボード上に送信器を配置することも可能であ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線システムにおいて、 Ａ．データを含む低周波信号を発生し、ユーザ及びアースに容量結合されて 、低周波信号に関連した電流をユーザに送る送信器と、 Ｂ．ユーザ及びアースに容量結合されて、送信器によって発生された信号に 関連する電流をユーザから受け取り、伝送信号を再生して、データを回復する受 信器と、 を含む無線システム。 ２．前記送信器は、 ｉ．１対の電極と、 ii．電極間に接続されて、電極とユーザの間に関連する変位電流を生じるこ とになる低周波信号を発生する信号発生器と、 を含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線システム。 ３．前記受信器は、 ｉ．１対の電極と、 ii．電極間に接続されて、電極とユーザの間に生じた変位電流から低周波信 号を再生する信号検出器と、 を含むことを特徴とする、請求項２に記載の無線通信システム。 ４．ａ．複数の受信器と、 ｂ．受信器が再生した信号からユーザの相対位置を決定するためのプロセッサ と、 を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システム。 ５．前記受信器は、コンピュータ・スクリーンの周囲に取り付けられ、また前 記プロセッサは、ユーザの相対位置に関連したスクリーン上の位置までカーソル を移動させることを特徴とする、請求項４に記載の無線通信システム。 ６．前記送信器は更に、所定の擬似ランダム・コードで信号のスペクトル拡散 変調を行うための信号変調器を含むことを特徴とする、請求項２に記載の無線通 信システム。 ７．前記無線通信システムは更に、複数の送信器を含み、該送信器の各々は、 システム内の他の送信器に関連したコードとは異なる所定のコードに関連し、前 記受信器は、前記コードを利用して、複数の送信器における各送信器から受け渡 される信号間の弁別を行うことを特徴とする、請求項６に記載の無線通信システ ム。 ８．前記複数の送信器における各送信器は、異なるユーザと容量結合されるこ とを特徴とする、請求項７に記載の無線通信システム。 ９．ａ．複数の受信器と、 ｂ．受信器によって再生される信号からユーザの相対位置を決定するための プロセッサと、 を更に含むことを特徴とする、請求項８に記載の無線通信システム。 １０．前記受信器は、コンピュータ・スクリーンの周囲に取り付けられ、また前 記プロセッサは、１人以上のユーザの相対位置に関連したスクリーン上の位置ま で１つ以上のオブジェクトを移動させることを特徴とする、請求項９に記載の無 線通信システム。 １１．Ａ．オン・スクリーン・オブジェクトを表示するためのスクリーンと、 Ｂ．システムにデータを入力するためのキーボードと、 Ｃ．低周波信号を発生し、ユーザに容量結合されて、低周波信号に関連した 電流をユーザに送るための送信器と、 Ｄ．スクリーンの周囲に取り付けられ、それぞれ、ユーザとの容量結合を介 して、ユーザから、送信器によって発生された信号に関連する電流を受け取り、 ユーザの身体の最も近い四肢の相対位置を判定するための複数の受信器と、 Ｅ．スクリーン表示に制御を施し、スクリーンに命じて、受信器によって判 定されたユーザの四肢の位置に対応する位置にオブジェクトを表示させるプロセ ッサと、 を含むシステム。 １２．前記送信器はキーボードに組み込まれていることを特徴とする、請求項１ １に記載のコンピュータ・システム。 １３．さらに、キーボードに取り付けられた受信器が含み、該受信器は、受信し た信号の強度に基づいて、ユーザがカーソルの下に表示された情報を選択してい るか否かを判定し、前記システ ムは、キーボードに取り付けられた受信器によって受信された信号の強度が所定 のしきい値を超える場合、ユーザがその情報を選択しているものと判定すること を特徴とする、請求項１１に記載のコンピュータ・システム。