JPWO2007086422A1 - 受信器、トランシーバ、および電界通信システム - Google Patents

Abstract

送信器（２）は、送信すべき情報を所定の周波数の交流信号で変調し、大地グランド（２０）から浮遊した、送信器（２）の回路グランド（１７）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１８）と、人体（３）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１９）とで共振を起こす可変リアクタンス部（１６）を有し、送信器（２）から誘起された電界を受信する受信器（１）は、人体（３）と電界の授受を行う電極（１２）と、電極（１２）に検出用信号を印加する検出用信号源（１０）と、検出用信号を検出し、その振幅に基づいて、電極（１２）に近接する人体（３）が保有する送信器（２）の可変リアクタンス部（１６）と、人体（３）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１９）、および送信器（２）のグランド（１７）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１８）との共振状態を検出し、共振状態である場合に信号を出力する検波部（９）を有する。

Description

本発明は、電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行う通信で用いる受信器、トランシーバ、および電界通信システムに関する。

携帯端末の小型化および高性能化により、人体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。従来、このようなウェアラブルコンピュータ間の情報通信として、コンピュータに電界通信トランシーバを接続して装着し、この電界通信トランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である人体を介して伝達させることによって、情報の送受信を行う方法が提案されている。

図１に従来の技術による電界通信システムを示す。
携帯端末２００の送信器２０１では小型コンピュータ２０６から出力された送信すべき情報（データ）を所定の周波数ｆの搬送波に基づいて変調し出力する。送信器２０１は大地グランド２０９から離れており、回路グランド２０５と大地グランド２０９との間には浮遊容量Ｃｇ２０７が生じる。また、人体２１０と大地グランド間には浮遊容量Ｃｂ２０８が生じる。

従来の技術では、リアクタンス部２０３を送信回路（変調・出力部２０２）と送受信電極２０４の間に挿入し、浮遊容量との共振現象により人体２１０に印加される電圧信号を大きくして、電界通信を実現していた（例えば、特開２００４−１５３７０８号公報、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｐｕｂ．Ｎｏ．：ＵＳ２００４／００９２２６Ａ１ Ｐｕｂ．Ｄａｔｅ：Ｍａｙ １３，２００４参照）。

しかしながら、媒体である人体２１０に電界を誘起し、その電界を送受信電極１０４に触れた人体２１０から検出することで通信を行う電界通信システムにおいては、受信器（設置型装置１０２）に接触していない他の機器１０５から放射された電界信号も検出する。図１に他の機器（放射源）１０５からの放射信号（雑音）１０６に曝された電界通信システムの模式図を示す。なお上記の他の機器とは、通信をさせるつもりのない他の電界通信システムが備える送信器でもよい。

放射源１０５からの放射信号１０６が、送信器２０１の信号の周波数と同じであり同じ変調方式で変調されたデータである場合、受信側では、受信したデータが放射源１０５からのデータか送信器２０１からのデータかは、受信部１０３およびコンピュータ１０１にて区別することは難しかった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、寄生的な通信経路からのデータを遮断できる独立性（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の高い通信に必要な受信器、トランシーバ、および電界通信システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求の範囲第１項に記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムにおいて、送信すべき情報を所定の周波数の交流信号で変調し、大地グランドから浮遊した、送信器またはトランシーバの回路グランドと大地グランドとの間の浮遊容量と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンスとで共振を起こす可変リアクタンス部を有する送信器またはトランシーバから誘起された電界を受信する受信器であって、前記電界伝達媒体と電界の授受を行う電極と、前記電極に検出用信号を印加する検出用信号源と、前記検出用信号を検出し、その振幅に基づいて、前記電極に近接する前記電界伝達媒体が保有する前記送信器またはトランシーバの前記可変リアクタンス部と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記送信器またはトランシーバのグランドと大地グランドとの間の浮遊容量との共振状態を検出し、共振状態である場合に信号を出力する検出部と、を備えることを要旨とする。

請求の範囲第２項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載の受信器において、前記検出部から信号が出力されている場合には、所定の周波数以外の信号を低減するフィルタ部から出力された信号を復調して情報を出力し、それ以外では処理を停止するための復調部を更に備えることを要旨とする。

また、上記の目的を達成するために、請求の範囲第３項に記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムにおいて、送信すべき情報を所定の周波数の交流信号で変調し、大地グランドから浮遊した、送信器またはトランシーバの回路グランドと大地グランドとの間の浮遊容量と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンスとで共振を起こす可変リアクタンス部を有する送信器またはトランシーバから誘起された電界を受信する受信器であって、前記電界伝達媒体と電界の授受を行う電極と、前記電極に、前記送信器またはトランシーバの交流信号と異なる周波数を有する検出用信号を印加する検出用信号源と、前記検出用信号を検出し、その振幅に基づいて、前記電極に近接する前記電界伝達媒体が保有する前記送信器またはトランシーバの前記可変リアクタンス部と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記送信器またはトランシーバのグランドと大地グランドとの間の浮遊容量との共振状態を検出し、共振状態である場合に信号を出力する検出部と、を備えることを要旨とする。

請求の範囲第４項に記載の発明は、請求の範囲第３項に記載の受信器において、前記検出部から信号が出力されている場合には、前記送信器またはトランシーバの交流信号の周波数を持つ信号を低減するフィルタ部から出力された信号を復調して情報を出力し、それ以外では処理を停止するための復調部を更に備えることを要旨とする。

請求の範囲第５項に記載の発明は、請求の範囲第３項または第４項に記載の受信器において、前記電極と前記フィルタ部との間に、前記可変リアクタンス部と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記送信器またはトランシーバのグランドと大地グランドとの間の浮遊容量とが共振状態にある場合に、前記検出用信号源が出力する前記検出用信号の周波数で、前記電極と大地グランドとの間のインピーダンスと直列共振を生じる検出信号低減リアクタンス部を更に備えることを要旨とする。

請求の範囲第６項に記載の発明は、請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の受信器において、前記受信すべき情報に基づく電界を受信する受信状態時に使用する第１の入力リアクタンス部と、前記共振状態を検知する検知状態時に使用する第２の入力リアクタンス部と、前記検出部から出力される信号に応じて、前記電極と受信器のグランドの間に、前記第１の入力リアクタンス部を接続するか、前記第２の入力リアクタンス部を接続するかを切り替える入力リアクタンス切替部と、を備えることを要旨とする。

請求の範囲第７項に記載の発明は、請求の範囲第２項、第４項乃至第６項のいずれかに記載の受信器において、前記フィルタ部の前段に、前記検出部から出力される信号に応じて利得を変化させる利得可変増幅部を更に備えることを要旨とする。

上記の目的を達成するために、請求の範囲第８項に記載の発明は、請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の受信器と、送信すべき情報に基づく電界を前記電極に送信する送信器と、切替信号に応じて、前記電極に、前記受信器を接続するか、前記送信器を接続するかを切り替える送受信切替部と、を備えることを要旨とする。

上記の目的を達成するために、請求の範囲第９項に記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムであって、所定の周波数を有する交流信号で送信すべき情報を変調し出力する変調・出力部と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起を行う送信電極と、電界を誘起する場合には前記送信電極に近接した電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記変調・出力部のグランドと大地グランドとの間の浮遊容量とで共振を起こし、電界を誘起しない場合には共振を起こさない可変リアクタンス部と、を有する送信器と、請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の受信器または請求の範囲第８項に記載のトランシーバと、を備えることを要旨とする。

請求の範囲第１０項に記載の発明は、請求の範囲第９項に記載の電界通信システムにおいて、前記可変リアクタンス部のリアクタンス値は、電界を誘起する場合と電界を誘起しない場合で、変化することを要旨とする。

図１は、従来の技術による電界通信システムを説明するための説明図を示す。 図２は、第１の実施の形態に係る、基本構成を説明するためのブロック図を示す。 図３は、第１の実施の形態に係る、通信システムの回路モデルの一例を示す。 図４は、第１の実施の形態に係る、等価回路の一例を示す。 図５は、第１の実施の形態に係る、検波回路の構成の一例を示す。 図６は、第１の実施の形態に係る、可変リアクタンスの構成の一例を示す。 図７は、第２の実施の形態に係る、基本構成を説明するためのブロック図を示す。 図８は、第３の実施の形態に係る、基本構成を説明するためのブロック図を示す。 図９は、第４の実施の形態に係る、基本構成を説明するためのブロック図を示す。 図１０は、第４の実施の形態に係る、変形例を説明するためのブロック図を示す。 図１１は、第４の実施の形態に係る、他の変形例を説明するためのブロック図を示す。 図１２は、第５の実施の形態に係る、基本構成を説明するためのブロック図を示す。

＜第１の実施の形態＞
図２に第１の実施の形態のブロック図を示す。
送信器２は電界伝達媒体である人体３に接触しており、コンピュータなどの情報処理を行う端末から出力されたデータを変調・出力部１５で所定の周波数の信号で変調し出力する。可変リアクタンス部１６では、回路グランド１７と大地グランド２０間の浮遊容量Ｃｇ１８、人体３と回路グランド１７間の浮遊容量Ｃｂ１９、および受信器１の入力インピーダンス等で構成される回路が上述の所定の周波数で共振状態となるようにリアクタンス値が設定され、電界伝達媒体である人体に効率よく信号が印加される。

人体３に印加された信号は、受信電極１２を介して受信器１の前置増幅部６で増幅される。この後、フィルタ部７で不要な雑音は除去され、復調部８で復調されデータが復元される。これとともに、受信器１内の検出用信号源１０から、検出信号源出力インピーダンス５を介して、入力リアクタンス部４側に送信側と同じ周波数の信号を出力する。この信号は、前置増幅部６およびフィルタ部７を介して、受信信号と同じ経路を辿る。フィルター部７から出力された信号を検波部９で検出して受信電極１２に共振している送信器２を持った人体３が接触していることをモニタする。

次に、図３および図４の回路モデルを使用して、共振状態を生じさせる送信器２を持った人体３を検出する原理を説明する。この回路モデルでは解析を簡単にするために人体３と電極間の容量を無視している。受信電極１２には信号源Ｖｓ２１からの電圧Ｖｒｃｖ，ｓと信号源Ｖｄｒｖ２６からの電圧Ｖｒｃｖ，ｄが印加される。

はじめに信号源Ｖｄｒｖ２６を無視してＶｒｃｖ，ｓについて解析する。Ｖｒｃｖ，ｓは送信部の可変リアクタンスＸｖ２３と、受信部の入力リアクタンスＸｉｎ２４と、信号源２１の出力抵抗Ｒｓ２２と、浮遊容量Ｃｂ１９、Ｃｇ１８とを用いて以下の式で表される。

この解析ではＺｄｒｖ２５は十分大きいとして無視した。式（１）において、次の式（２）が成立するとき共振が発生しＶｒｃｖ，ｓが最大となる。

次に信号源Ｖｓ２１を無視してＶｒｃｖ，ｄについて解析する。Ｖｄｒｖ２６とＺｄｒｖ２５からみたアドミタンスＹは以下の式で表される。

送信側で共振が発生しておらず１＞＞ωＣｇＸｖである場合は、Ｃｇ１８が非常に小さく１＞＞ωＣｇＲｓでもあるため式（３）で第３項は無視できる。送信側で共振となり式（２）が満たされる場合、アドミタンスＹは以下のようになる。

式（４）で、ωＣｂ−１／Ｘｉｎは、共振が発生していないときのアドミタンスとほぼ同等である。したがって、共振した場合と共振していない場合でアドミタンスは変化し、その変化率は、式（４）におけるｊ（ωＣｂ−１／Ｘｉｎ）を除いた部分になる。この変化をモニタすることにより受信電極１２に接触している人体３の送信器２が共振した場合にのみデータを受信する構成が構築できる。

図２の構成図では、アドミタンスＹが変化した場合の検出用信号源１０から入力リアクタンス部４に印加される電圧振幅の変化を検波部９でモニタし、共振した場合の電圧振幅が入力されるとデータ出力部にデータを出力するためのデータ出力開始信号を出力する構成となっている。復調部８では、検波部９からデータを出力させるデータ出力開始信号が入力された場合にのみデータを出力し、それ以外はデータを出力しない。

図２では解析を分かりやすくするために入力リアクタンス部４を設けたが、入力リアクタンス部４を削除して前置増幅部６の入力インピーダンスを代わりに用いてもよい。このとき抵抗成分よりもリアクタンス成分の大きな入力インピーダンスにするほうが好ましい。

また、アドミタンスＹは、人体３が受信電極１２に接触した場合としない場合でも変化する。このときのアドミタンスＹの変化を緩慢にするために、Ｘｉｎ２４を人体３と大地グランド２０間の浮遊容量Ｃｂ１９のインピーダンスよりも小さくすることが望ましい。

検出信号源出力インピーダンス５は受信した信号が検出用信号源１０に入力するのを防ぐためのもので、受信電極１２と大地グランド２０間のインピーダンスに影響を与えない程度に大きいほうがよい。さらに、検出信号源出力インピーダンス５を削除して検出用信号源１０自身の出力インピーダンスを高くしてもよい。

上記の構成では送信側の共振をモニタしてデータ出力の開始・停止を行っていたが、共振のモニタには必要ない復調部８の電源のオン・オフにより、データの復調を開始・停止してもよい。この場合は受信器１の低消費電力化できる。

図５に検波部９の構成例を示す。本構成例では、同期検波により検出用信号源１０と同相の信号のみをモニタしている。固定電圧源３２で比較回路３１に与えるしきい値を、共振した場合の電圧振幅値に予め設定し、同期検波回路３０でモニタした電圧振幅値がそのしきい値を超えたらデータ出力開始信号を復調部８に出力する。

以上の構成により受信電極１２に近接する人体３に携帯された受信すべき情報に基づく電界を誘起する送信器２との共振が発生した場合にのみデータを受信し出力することができる。受信電極１２から離れた放射源や送信器からの寄生的な通信経路からのデータを遮断できるため、本実施の形態により独立性（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の高い通信が提供できる。

本実施の形態では送信器２の可変リアクタンス部１６の設定について触れなかったが、データを含むパケットを出力する場合に可変リアクタンス部１６のリアクタンス値を共振が生じる値もしくはその近傍に設定し、それ以外は共振が生じない値にすることにより、さらに独立性の高い通信を実現できる。

図６に可変リアクタンス部１６の構成例を示す。リアクタンス部３６のリアクタンス値は固定であり、スイッチ３５が閉じたときに共振が生じる値に設定する。この構成では設定信号が入力されスイッチ３５が閉じた場合には送信器２と浮遊容量との間で共振状態が生じ、スイッチ３５が開かれた場合には共振が生じない。パケットを出力する場合にスイッチ３５を閉じ、出力しない場合にはスイッチ３５を開くことで、上述の独立性の高い通信が提供できる。

本構成例では固定値のリアクタンス部３６を使用したが、インダクタと可変容量ダイオードと抵抗で構成される自己調整可変リアクタンス部を用いてもよい。自己調整可変リアクタンス部では、ダイオードの整流特性で生じた直流電流が抵抗を流れることにより可変容量ダイオードにバイアス電圧が生じる。このため交流信号を入力するだけで共振状態近傍にリアクタンス値が変化する。

また、スイッチ３５で等価的にリアクタンス値を変えたが、外部からの電圧値でリアクタンス値を変える可変リアクタンス部を用いてもよい。この場合には連続的に変化する設定信号を用いてその値でリアクタンス値を設定する。また、自動制御により共振が生じるリアクタンス値に調整する場合には、パケットを出力する際に調整を行い、出力しないときには最適値からずらすようにする。以上の機能を持つ送信器を図２の構成図に示すような通信システムに適用することにより、より独立性の高い通信システムを提供できる。

＜第２の実施の形態＞
図７に第２の実施の形態のブロック図を示す。第１の実施の形態では通信と検出信号の周波数を同じにしていたが、本実施の形態では検出用信号に通信信号と異なる周波数を有する信号を用いている。受信した受信信号ｆ１は前置増幅部６で増幅された後、バッファアンプ・ＢＰＦ部４０を通過して復調部８に入力され、データに復調される。検出用信号源１０から出力された信号ｆ２は前置増幅部６で増幅された後、バッファアンプ・ＢＰＦ部４１を通過して検波部９に入力する。

この場合のアドミタンスＹについて考察する。通信と検出信号の各周波数をそれぞれωｃ、ωｓ＝ωｃ＋Δωとすると、式（３）からアドミタンスは以下の式で表される。

送信側で共振が生じている場合のリアクタンスＸｖ，ｃ＝Ｘｖ（ωｃ）は、以下の式で表される。

式（６）でＸｉｎ，ｃ＝Ｘｉｎ（ωｃ）とした。Ｘｖ（ωｓ）とＸｖ，ｃ、Ｘｉｎ（ωｓ）とＸｉｎ，ｃには近似的に以下の関係式が成り立つ。

Ｘｖ（ωｓ）＝Ｘｖ，ｃ＋ΔωＸｖ’（ωｃ） （７）
１／Ｘｉｎ（ωｓ）＝１／Ｘｉｎ，ｃ−ΔωＸｉｎ’（ωｃ）／Ｘｉｎ，ｃ２ （８）
Ｘｖ’（ω）とＸｉｎ’（ω）は、それぞれＸｖ（ω）とＸｉｎ（ω）の１階微分を表す。式（７）と式（８）を式（５）に代入してまとめると以下の式になる。

上式に式（６）を代入すると送信側で共振が発生した場合のアドミタンスが求められる。

式（９）と式（１０）より、本構成においても送信側で共振が発生したことを、アドミタンスの変化で検出できることが分かる。特に以下の式（１１）が成立すると仮定する。

そのとき、式（１０）は、以下の式で表される。

この場合、送信側で共振が発生するとアドミタンスＹは共振が発生していない場合に比べ大きくなる。検出信号に通信の周波数と異なる周波数を有する信号を用いる場合には、共振が発生した場合としない場合とでのアドミタンスＹの変化の符号をパラメータの選び方で変えることができる。

送信側で共振が生じた場合には、アドミタンスＹの変化に伴って検波部９に入力される電圧振幅が変化し、復調部８にデータ出力開始信号が出力される。本実施の形態での検波は第１の実施の形態のような同期検波でなくてもよい。復調部８はデータ出力開始信号が入力されるとデータを出力し、それ以外はデータを出力しない。本構成においても送信器２で共振が発生した場合にのみデータを受信し出力することができ、寄生的な通信経路からのデータを遮断できる独立性（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の高い通信システムを提供できる。

本実施の形態においてもデータを含むパケットを出力する場合に可変リアクタンスのリアクタンス値を共振が生じる値もしくはその近傍に設定し、それ以外は共振が生じない値にすることにより、さらに独立性の高い通信を実現できる。

また、図６に示す可変リアクタンス部や外部からの電圧値でリアクタンス値を変える可変リアクタンス部を用いてもよい。自動制御により共振が生じるリアクタンス値に調整する場合には、パケットを出力する際に調整を行い、出力しないときには最適値からずらすようにする。

図７では入力リアクタンス部４に印加される電圧を検波部９に入力したが、検出信号源出力インピーダンス５の両端の電位差を入力してもよい。さらに、共振のモニタには必要ない復調部８の電源のオン・オフを行う構成にしてもよい。

＜第３の実施形態の変形＞
図８に第３の実施の形態のブロック図を示し、受信電極１２と前置増幅器６の間に検出信号低減リアクタンス部４２を挿入している。検出信号低減リアクタンス部４２のリアクタンス値を周波数ｆｓ＝ωｓ／２πで式（１０）で表されるアドミタンスと直列共振をする値に設定すると、送信側で共振が発生した場合に前置増幅部６に入力される周波数ｆｓの検出信号の振幅が小さくなる。

Δωが小さくバッファアンプ・ＢＰＦ部４０で検出信号の除去が十分でない場合には検出信号が復調の妨げになるが、図８の構成にして送信側で共振が発生した場合に前置増幅部６に入力される検出信号を小さくすることでデータの復調を正常に行うことができる。なお、本実施の形態では前置増幅器６の入力インピーダンスをＸｉｎとして使用することはなく、受信器１のグランドと受信電極１２の間に入力リアクタンス部４を接続する。

また、本構成では通信と検出信号に異なる周波数を用いていたが、検出信号低減リアクタンス部４２を使用する場合には、送信側で共振が発生した場合に前置増幅部６に入力される検出信号の振幅が小さくなるため同じ周波数でもよい。

＜第４の実施の形態＞
図９に第４の実施の形態を説明するための構成図を示す。
受信時に放射雑音で受信データに誤りが生じるのを防ぐためには入力リアクタンスを低くするのが望ましいが、データ受信前に送信側の共振状態を検知する場合には入力リアクタンスが低すぎると検知するのが困難になる。

これを防ぐためにデータを受信する受信状態時の入力リアクタンスと送信側の共振状態を検知する検知状態時の入力リアクタンスを別々に設けた。図９で入力リアクタンス部４が受信状態時の入力リアクタンスであり、入力リアクタンス部４３が検知状態時の入力リアクタンスである。通信を行っていない場合や通信のはじめでは受信器１は検知状態であり、スイッチ４４はａ１とｃ１が接続されている（図９に示す）。送信側で共振が生じ検波部９で検知した場合では復調部８にデータ出力開始信号を出力するとともに切替信号によりスイッチ４４のａ１とｂ１を接続する。

再び検知状態に戻す手段としては、検波部９にタイマを設け一定期間経過後に切替信号を変化させて検知状態に戻す方法や、復調部８に搬送波検出回路やデータ検出回路を設け、搬送波やデータを検出しなくなったら切替信号を変化させて検知状態に戻す方法があり、どちらを用いても良い（図示せず）。

この第４の実施の形態においても、前記第１〜３の実施の形態と同様にデータを含むパケットを出力する場合に可変リアクタンスのリアクタンス値を共振が生じる値もしくはその近傍に設定し、それ以外は共振が生じない値にすることにより、さらに独立性の高い通信を実現できる。

また、図６に示すリアクタンス部３６や外部からの電圧値でリアクタンス値を変える可変リアクタンス部を用いてもよい。自動制御により共振が生じるリアクタンス値に調整する場合には、パケットを出力する際に調整を行い、出力しないときには最適値からずらすようにする。

さらに、受信状態時と検知状態時での前置増幅部６の最適な利得が異なる場合には利得が切り替えられる利得可変・前置増幅部４５を使用する。この場合のブロック図を図１０に示す。

受信感度を上げるために低雑音で高利得な増幅器が必要な受信状態と比較的雑音が高いが低消費電力な増幅器の使用可能な検知状態を切り替えられる構成にすることにより、データを受信していない時の消費電力を低減することができる。

なお、図１０では検出信号に通信と異なる周波数を用いていたが、同じ周波数を用いてもよい。この場合のブロック図を図１１に示す。

＜第５の実施の形態＞
以上の第１〜４の実施の形態では携帯端末には送信器のみを、設置型装置には受信器のみを用いていたが、双方向通信を行うために送受信を備えたトランシーバにしてもよい。

図１２に第５の実施の形態であるトランシーバの構成図を示す。同図において、送信と受信の切り替えは、送受切替スイッチ５３を送受切替信号により切り替えることにより行われる。受信時においては、ａ２とｂ２を接続して電極１２と受信部１ａを接続する。一方、送信時においては、ａ２とｃ２を接続して電極１２と送信部５１を接続する。この送受切替スイッチ５３によれば、受信時に受信信号が送信部５１に漏洩するのを防ぐことができる。

なお、図５においては、受信部として、第１の実施の形態で示した受信部を採用したが、第２乃至第４の実施の形態で示した受信部を採用してもよい。

本発明によれば、受信器の受信電極に接触し送信器のリアクタンス部と送信器や人体の浮遊容量が共振した場合にのみデータを受信する機構を備えることにより、寄生的な通信経路からのデータを遮断できる独立性（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の高い通信に必要な受信器、トランシーバ、および電界通信システムを提供できる。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムにおいて、送信すべき情報を所定の周波数の交流信号で変調し、大地グランドから浮遊した、送信器またはトランシーバの回路グランドと大地グランドとの間の浮遊容量と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンスとで共振を起こす可変リアクタンス部を有する送信器またはトランシーバから誘起された電界を受信する受信器であって、前記電界伝達媒体と電界の授受を行う電極と、前記電極に検出用信号を印加する検出用信号源と、前記検出用信号を検出し、その振幅に基づいて、前記電極に近接する前記電界伝達媒体が保有する前記送信器またはトランシーバの前記可変リアクタンス部と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記送信器またはトランシーバのグランドと大地グランドとの間の浮遊容量との共振状態を検出し、共振状態である場合に、所定の周波数以外の信号を低減するフィルタ部から出力された信号を復調して出力すべき旨を示す出力開始信号を出力する検出部と、を備えることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の受信器において、前記検出部から前記出力開始信号が出力されている場合には、前記フィルタ部から出力された信号を復調して情報を出力し、それ以外では処理を停止するための復調部を更に備えることを要旨とする。

また、上記の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムにおいて、送信すべき情報を所定の周波数の交流信号で変調し、大地グランドから浮遊した、送信器またはトランシーバの回路グランドと大地グランドとの間の浮遊容量と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンスとで共振を起こす可変リアクタンス部を有する送信器またはトランシーバから誘起された電界を受信する受信器であって、前記電界伝達媒体と電界の授受を行う電極と、前記電極に、前記送信器またはトランシーバの交流信号と異なる周波数を有する検出用信号を印加する検出用信号源と、前記検出用信号を検出し、その振幅に基づいて、前記電極に近接する前記電界伝達媒体が保有する前記送信器またはトランシーバの前記可変リアクタンス部と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記送信器またはトランシーバのグランドと大地グランドとの間の浮遊容量との共振状態を検出し、共振状態である場合に、前記送信器（２）またはトランシーバの交流信号の周波数を持つ信号を通過させるフィルタ部から出力された信号を復調して出力すべき旨を示す出力開始信号を出力する検出部と、を備えることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の受信器において、前記検出部から前記出力開始信号が出力されている場合には、前記フィルタ部から出力された信号を復調して情報を出力し、それ以外では処理を停止するための復調部を更に備えることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の受信器において、前記電極と前記フィルタ部との間に、前記可変リアクタンス部と、前記電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記送信器またはトランシーバのグランドと大地グランドとの間の浮遊容量とが共振状態にある場合に、前記検出用信号源が出力する前記検出用信号の周波数で、前記電極と大地グランドとの間のインピーダンスと直列共振を生じる検出信号低減リアクタンス部を更に備えることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の受信器において、前記受信すべき情報に基づく電界を受信する受信状態時に使用する第１の入力リアクタンス部と、前記共振状態を検知する検知状態時に使用する第２の入力リアクタンス部と、前記検出部から出力される前記出力開始信号に応じて、前記電極と受信器のグランドの間に、前記第１の入力リアクタンス部を接続するか、前記第２の入力リアクタンス部を接続するかを切り替える入力リアクタンス切替部と、を備えることを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、請求項２、４、５、６のいずれかに記載の受信器において、前記フィルタ部の前段に、前記検出部から出力される前記出力開始信号に応じて利得を変化させる利得可変増幅部を更に備えることを要旨とする。

上記の目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の受信器と、送信すべき情報に基づく電界を前記電極に送信する送信器と、切替信号に応じて、前記電極に、前記受信器を接続するか、前記送信器を接続するかを切り替える送受信切替部と、を備えることを要旨とする。

上記の目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムであって、所定の周波数を有する交流信号で送信すべき情報を変調し出力する変調・出力部と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起を行う送信電極と、電界を誘起する場合には前記送信電極に近接した電界伝達媒体と大地グランドとの間のインピーダンス、および前記変調・出力部のグランドと大地グランドとの間の浮遊容量とで共振を起こし、電界を誘起しない場合には共振を起こさない可変リアクタンス部と、を有する送信器と、請求項１乃至７のいずれかに記載の受信器または請求項８に記載のトランシーバと、を備えることを要旨とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の電界通信システムにおいて、前記可変リアクタンス部のリアクタンス値は、電界を誘起する場合と電界を誘起しない場合で、変化することを要旨とする。

Claims (10)

1. 送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体（３）に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体（３）に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムにおいて、送信すべき情報を所定の周波数の交流信号で変調し、大地グランド（２０）から浮遊した、送信器（２）またはトランシーバの回路グランド（１７）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１８）と、前記電界伝達媒体（３）と大地グランド（２０）との間のインピーダンス（１９）とで共振を起こす可変リアクタンス部（１６）を有する送信器（２）またはトランシーバから誘起された電界を受信する受信器（１）であって、
   前記電界伝達媒体（３）と電界の授受を行う電極（１２）と、
   前記電極（１２）に検出用信号を印加する検出用信号源（１０）と、
   前記検出用信号を検出し、その振幅に基づいて、前記電極（１２）に近接する前記電界伝達媒体（３）が保有する前記送信器（２）またはトランシーバの前記可変リアクタンス部（１６）と、前記電界伝達媒体（３）と大地グランド（２０）との間のインピーダンス（１９）、および前記送信器（２）またはトランシーバのグランド（１７）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１８）との共振状態を検出し、共振状態である場合に信号を出力する検出部（９）と、
   を備えることを特徴とする受信器（１）。
2. 前記検出部（９）から信号が出力されている場合には、所定の周波数以外の信号を低減するフィルタ部（７）から出力された信号を復調して情報を出力し、それ以外では処理を停止するための復調部（８）を更に備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の受信器（１）。
3. 送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体（３）に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体（３）に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムにおいて、送信すべき情報を所定の周波数の交流信号で変調し、大地グランド（２０）から浮遊した、送信器（２）またはトランシーバの回路グランド（１７）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１８）と、前記電界伝達媒体（３）と大地グランド（２０）との間のインピーダンス（１９）とで共振を起こす可変リアクタンス部（１６）を有する送信器（２）またはトランシーバから誘起された電界を受信する受信器（１）であって、
   前記電界伝達媒体（３）と電界の授受を行う電極（１２）と、
   前記電極（１２）に、前記送信器（２）またはトランシーバの交流信号と異なる周波数を有する検出用信号を印加する検出用信号源（１０）と、
   前記検出用信号を検出し、その振幅に基づいて、前記電極（１２）に近接する前記電界伝達媒体（３）が保有する前記送信器（２）またはトランシーバの前記可変リアクタンス部（１６）と、前記電界伝達媒体（３）と大地グランド（２０）との間のインピーダンス（１９）、および前記送信器（２）またはトランシーバのグランド（１７）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１８）との共振状態を検出し、共振状態である場合に信号を出力する検出部（９）と、
   を備えることを特徴とする受信器（１）。
4. 前記検出部（９）から信号が出力されている場合には、前記送信器（２）またはトランシーバの交流信号の周波数を持つ信号を通過させるフィルタ部（４０）から出力された信号を復調して情報を出力し、それ以外では処理を停止するための復調部（８）を更に備えることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の受信器（１）。
5. 前記電極（１２）と前記フィルタ部（４０）との間に、前記可変リアクタンス部（１６）と、前記電界伝達媒体（３）と大地グランド（２０）との間のインピーダンス（１９）、および前記送信器（２）またはトランシーバのグランドと大地グランド（２０）との間の浮遊容量（１８）とが共振状態にある場合に、前記検出用信号源（１０）が出力する前記検出用信号の周波数で、前記電極（１２）と大地グランド（２０）との間のインピーダンスと直列共振を生じる検出信号低減リアクタンス部（４２）を更に備えることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載の受信器（１）。
6. 前記受信すべき情報に基づく電界を受信する受信状態時に使用する第１の入力リアクタンス部（４）と、
   前記共振状態を検知する検知状態時に使用する第２の入力リアクタンス部（４３）と、
   前記検出部（９）から出力される信号に応じて、前記電極（１２）と受信器（１）のグランドの間に、前記第１の入力リアクタンス部（４）を接続するか、前記第２の入力リアクタンス部（４３）を接続するかを切り替える入力リアクタンス切替部（４４）と、
   を備えることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の受信器（１）。
7. 前記フィルタ部（７，４０）の前段に、前記検出部（９）から出力される信号に応じて利得を変化させる利得可変増幅部（４５）を更に備えることを特徴とする請求の範囲第２項、第４項乃至第６項のいずれかに記載の受信器（１）。
8. 請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の受信器（１）と、
   送信すべき情報に基づく電界を前記電極に送信する送信器（５１）と、
   切替信号に応じて、前記電極（１２）に、前記受信器（１）を接続するか、前記送信器（５１）を接続するかを切り替える送受信切替部（５３）と、
   を備えることを特徴とするトランシーバ（７１）。
9. 送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体（３）に誘起し、この誘起した電界を用いて情報の送信を行う一方で、前記電界伝達媒体（３）に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって通信を行う電界通信システムであって、
   所定の周波数を有する交流信号で送信すべき情報を変調し出力する変調・出力部（１５）と、前記送信すべき情報に基づく電界の誘起を行う送信電極（１１）と、電界を誘起する場合には前記送信電極（１１）に近接した電界伝達媒体（３）と大地グランド（２０）との間のインピーダンス（１９）、および前記変調・出力部（１５）のグランド（１７）と大地グランド（２０）との間の浮遊容量とで共振を起こし、電界を誘起しない場合には共振を起こさない可変リアクタンス部（１６）と、を有する送信器（２）と、
   請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の受信器（１）または請求の範囲第８項に記載のトランシーバ（７１）と、
   を備えることを特徴とする電界通信システム。
10. 前記可変リアクタンス部（１６）のリアクタンス値は、電界を誘起する場合と電界を誘起しない場合で、変化することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電界通信システム。

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