WO2009145142A1 - データ通信システム - Google Patents

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WO2009145142A1
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user
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広行 蛇口
Original Assignee
アルプス電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/005—Transmission systems in which the medium consists of the human body

Definitions

  • the present invention relates to a data communication system that transmits and receives via a transmission medium such as a human body.
  • Patent Document 1 an electric field corresponding to a modulation signal obtained by modulating an information signal is applied from a transmitter to a human body as a transmission medium, and the electric field transmitted through the human body is detected by a receiver, Demodulate the corresponding signal.
  • the present applicant has filed a patent application as Japanese Patent Application No. 2007-137580 for a data communication system in which a signal sent from a transmitter for electric field communication to the human body is prevented from leaking to the ground.
  • the impedance of the floor with which a part of the human body (mainly the foot) is in contact is set to be high impedance with respect to the communication frequency.
  • crosstalk a phenomenon that is transmitted to the communication target person via the other person and that the receiver receives a signal from another person from the communication target person.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is possible to improve the sensitivity of a receiver by suppressing leakage of a signal sent from a transmitter for electric field communication to the human body from the human body to the ground, and transmission for electric field communication.
  • An object of the present invention is to provide a data communication system in which crosstalk does not occur even when another person carrying the machine is in the vicinity.
  • the data communication system includes a user-side communication device that is electrically coupled to a part of the user's human body and performs electric field communication via the human body while being carried by the user, and is installed at a predetermined location.
  • a fixed-side communication device that is electrically coupled to a part of the user's human body approaching the network and exchanges information signals with the user-side communication device using the user's human body as a transmission path;
  • a first floor portion that is installed in a nearby region including a standing position of a user electrically coupled with a part of the first floor portion and has a high impedance with respect to a communication frequency used for the electric field communication, and provided in a peripheral region of the nearby region
  • a second floor portion having a low impedance with respect to the communication frequency.
  • a user who communicates between the user-side communication device and the fixed-side communication device that he / she forms by joining a part of the human body to the fixed-side communication device is on the first floor.
  • Other users who are close to the communication target person are on the second floor installed around the vicinity area. Accordingly, since the user who communicates with the fixed-side communication device is on the first floor portion having a high impedance with respect to the communication frequency, it is possible to suppress the leakage of the signal from the human body to the ground (floor). The transmission efficiency at which the signal reaches the fixed-side communication device can be improved.
  • the neighbor who has caused the crosstalk in the past is on the second floor portion having a low impedance with respect to the communication frequency, the signal leaks from the human body to the ground (floor) and the transmission efficiency to the communication target person is increased. This significantly reduces the occurrence of crosstalk.
  • the first floor portion has a floor electrode provided in the vicinity region connected to the ground via a resistor and to the ground via a capacitor.
  • a resistor provided in the vicinity region connected to the ground via a resistor and to the ground via a capacitor.
  • a capacitor are preferably constituted by a low-pass filter formed by parallel connection. According to this configuration, noise at least on the lower frequency side than the communication frequency can be suppressed, and when the human body is charged, the charge can be released to the ground. Discomfort caused by static electricity can be eliminated, and malfunction of electronic devices can also be prevented.
  • the first floor portion has a floor electrode provided in the vicinity region connected to the ground via an inductor and connected to the ground via a capacitor.
  • a floor electrode provided in the vicinity region connected to the ground via an inductor and connected to the ground via a capacitor.
  • a capacitor are preferably constituted by a parallel resonant circuit formed by parallel connection.
  • the first floor portion may be formed of a material including a void provided between the floor electrode and the ground or a structure including a void, and the capacitance is formed. preferable. According to this configuration, since the average dielectric constant is reduced, there is an effect that the thickness of the dielectric can be reduced.
  • a floor electrode provided in the peripheral region is directly connected to the ground in the second floor portion. According to this configuration, the low impedance floor can be configured with a simple configuration.
  • the second floor portion is characterized in that a floor electrode provided in the peripheral region is connected to the ground via a series resonance circuit composed of an inductor and a capacitor.
  • a series resonance circuit composed of an inductor and a capacitor.
  • the data communication system of the present invention it is possible to improve the sensitivity of the receiver by suppressing the signal sent from the transmitter for electric field communication to the human body from leaking to the ground, and to carry the transmitter for electric field communication. Crosstalk from another person can be suppressed.
  • FIG. 8A is a schematic diagram of a gate system according to a comparative example
  • FIG. 7B is an equivalent circuit diagram of FIG.
  • the gate system can be applied to a ticket gate of a station and an entrance / exit gate of a facility, and it is assumed that a plurality of people pass continuously.
  • FIG. 1 is a schematic diagram when the data communication system of the present invention is applied to a gate system. A state is shown in which the user reads data from the hand by holding the hand over the fixed device 3 such as a data reader while the user is carrying the mobile device 1a in a chest pocket or the like.
  • the fixed device 3 such as a data reader
  • the data communication system shown in FIG. 1 is used for electric field communication as a human body 2 that is a transmission medium that transmits an information signal via an electric field, and a user-side communication device that applies an electric field whose carrier frequency is modulated by an information signal to the human body 2.
  • a user-side communication device that applies an electric field whose carrier frequency is modulated by an information signal to the human body 2.
  • the impedance adjustment floor 4 through which the user passes when performing data transmission and reception.
  • examples of the portable device 1a include an IC card and a mobile phone provided with a communication module for electric field communication.
  • Examples of the fixed device 3 include reader / writers such as electronic money and various IC cards.
  • the fixed device 3 is provided with a communication electrode 3a for performing data communication when the human body 2 approaches. Since the human body 2 and the fixed device 3 may be electrically coupled by direct contact or capacitive coupling, the surface of the communication electrode 3a may be covered with an insulating material.
  • a modulation signal is obtained by modulating a carrier frequency of a frequency (several tens of kHz to several tens of MHz) at which the human body 2 exhibits conductivity in the portable device 1a with an information signal.
  • the modulated signal is amplified and then converted into a voltage change, thereby forming an electric field corresponding to the modulated signal. This electric field is applied to the human body 2.
  • the modulation method in the portable device 1a is not particularly limited, and may be baseband transmission without modulation.
  • the electric field applied to the human body 2 is received by the communication electrode 3 a of the fixed device 3.
  • the electric field received by the communication electrode 3a is detected by a signal detection circuit (not shown) of the receiver and sent to a demodulation circuit (not shown).
  • An information signal is acquired by demodulating using the carrier frequency used in the portable device 1a in the demodulation circuit. In this way, data can be transmitted and received using the human body 2 as a transmission medium.
  • a user who performs data transmission / reception by holding a hand over the communication electrode 3a of the fixed device 3 in FIG. 1 is called a communication target person 2 and enters the gate in the vicinity of the communication target person 2.
  • the user and the mobile device are called a neighbor 10 and the mobile device 1b to distinguish them.
  • the impedance adjustment floor 4 constitutes a part of a user passage through which the user passes the hand while holding the hand over the communication electrode 3a, and includes an area per user including a user standing position when the hand is held over the communication electrode 3a.
  • a high impedance floor portion 5 which is a first floor portion laid on R1, and low impedance floor portions 6a and 6b which are second floor portions laid on front and rear regions R2 and R3 adjacent to the region R1.
  • R1 which is a nearby region where a user holds his / her hand on the communication electrode 3a and performs data transmission / reception
  • a peripheral region R2 and 3 which is a peripheral region of the nearby region, and the impedance with respect to the communication frequency is different. It is
  • the high-impedance floor 5 has a high impedance with respect to a communication frequency when data communication is performed between the portable device 1a and the fixed device 3, and acts to prevent a signal in the communication frequency band from leaking to the ground. To do.
  • the present invention is not limited to the case where leakage is completely prevented, but a certain degree of suppression effect may be obtained.
  • the low impedance floor portions 6a and 6b have a low impedance with respect to the communication frequency, and act to flow at least a signal in the communication frequency band to the floor side (earth).
  • the dimensions of the high-impedance floor 5 are such that when the person 2 to be communicated holds his / her hand over the communication electrode 3a, the high-impedance floor 5 is occupied, and the neighbor 10 steps on the high-impedance floor 5 at the same time. It is desirable to have a size that cannot be used. An area where a plurality of persons do not step on the high-impedance floor 5 at the same time or a structure where the person does not stand is set.
  • a passage wall 7 is provided along the impedance adjustment floor 4, and a part of the passage wall 7 also serves as a support body in which the fixed device 3 is incorporated.
  • the passage wall 7 is provided with a high impedance wall portion 8 in a side wall region facing the user on the high impedance floor portion 5, and low impedance wall portions 9 a and 9 b are provided on the front and rear side walls of the high impedance wall portion 8. Yes.
  • the high impedance wall portion 8 has a high impedance with respect to the communication frequency, and the low impedance wall portions 9a and 9b have a low impedance with respect to the communication frequency.
  • the high impedance wall portion 8 is set to have low impedance in a band other than the communication frequency, and the low impedance wall portions 9a and 9b are set to have high impedance in a band other than the communication frequency.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a state where attention is paid only to the communication target person 2 standing on the high impedance floor 5 and holding his / her hand over the communication electrode 3a of the fixed device 3.
  • FIG. The impedance between the high impedance floor 5 and the ground is Zgf.
  • the capacitance between the portable device 1a as the electric field communication transmitter and the communication subject person 2 is Cth
  • the capacitance between the fixed device 3 as the electric field communication receiver and the communication subject person 2 is Cth. Is set to Crh
  • the capacitance between the high impedance floor 5 and the communication subject person 2 is set to Cfh
  • the capacitance between the portable device 1a and the ground is set to Ctg
  • the fixed device 3 is connected to the ground.
  • the electrostatic capacity is Crg.
  • the portable device 1a is an AC signal source having a communication frequency of 10 MHz, for example, and treats the communication target person 2 as a conductor, and the fixed device 3 is electrically connected to the ground of the high impedance floor 5.
  • a person skilled in the art can easily understand that the equivalent circuit is the same even when the fixed device 3 is a transmitter and the portable device 1a is a receiver.
  • FIG. 3 (a) to 3 (c) are diagrams showing the configuration of the high impedance floor portion 5.
  • FIG. The high impedance floor 5 preferably has a high impedance at a communication frequency when performing data communication, and has a low impedance at a frequency lower than the communication frequency.
  • a dielectric member 13 made of a dielectric is disposed between the floor electrode 11 and the ground electrode 12, and the floor electrode 11 and the ground electrode are disposed. It is preferable that a capacitance is formed between the first and second capacitors.
  • the high impedance wall portion 8 is configured in the same manner as the high impedance floor portion 5.
  • the capacity of the high-impedance floor portion 5 can be configured by a material including voids or a structure including voids provided between the floor electrode 11 and the ground.
  • the dielectric member 13 is preferably a porous member. As a result, the average dielectric constant of the porous member is reduced. Therefore, when the capacitance between the floor electrode 11 and the ground electrode 12 is set to a predetermined value, if the area is the same, the thickness of the porous member is reduced. The thickness can be reduced.
  • a porous body made of a resin material such as Teflon (registered trademark) resin or ABS resin, or a ceramic material can be used.
  • a connected low-pass filter can be configured.
  • the constant of the low-pass filter is adjusted so that a signal on the lower frequency side than the communication frequency (for example, 10 MHz) is passed.
  • the communication frequency is high impedance
  • the impedance is low on the lower frequency side than the communication frequency
  • the surface potential of the communication subject body 2 can be lowered at least on the lower frequency side than the communication frequency. It can escape efficiently and can take measures against static electricity.
  • a similar effect can be obtained by using a passive filter such as a ⁇ (pi) type or a T type combining an inductor and a capacitance, an active filter using an OP amplifier, or the like.
  • the inductor and A resonant circuit in which capacitors are connected in parallel can be configured.
  • the resonance circuit parameters and adjusting the resonance frequency to the communication frequency for example, 10 MHz
  • the communication frequency becomes high impedance
  • the low frequency side and high frequency side of the communication frequency become low impedance.
  • an inductor element is used as the inductor 15
  • an inductor pattern formed so as to surround the outer periphery of the floor electrode 11 is used as the inductor 15.
  • the impedance Zgf between the high impedance floor 5 and the ground is adjusted so as to be high at the communication frequency when performing data communication. Signal leakage to the ground via the floor 5 is suppressed, the surface potential of the communication subject person 2 can be increased, and the signal from the portable device 1a can be transmitted efficiently.
  • the impedance by adjusting the impedance to be low at a frequency lower and / or higher than the communication frequency band, the surface potential of the communication subject person 2 can be lowered at a frequency other than the communication frequency, and the charge is efficiently grounded. You can escape and take measures against static electricity.
  • the neighbor 10 when the neighbor 10 approaches to the extent that it can communicate with the communication subject person 2 via the electrostatic capacity, the neighbor 10 is laid adjacent to the high impedance floor 5. It exists on the impedance floor 6a or 6b (in FIG. 1, the state standing on the low impedance floor 6a is illustrated).
  • the low-impedance floor 6a or 6b can have a configuration in which the floor electrode is directly grounded to the ground as the simplest method. All communication frequency components applied to the human body from the portable device 1b possessed by the neighbor 10 standing on the low impedance floors 6a and 6b can be actively sent to the ground.
  • the low impedance floor portions 6a and 6b are configured by an LC series resonance circuit composed of a series connection of an inductor and a capacitor, and the resonance frequency of the LC series resonance circuit is adjusted to the frequency for electric field communication.
  • the impedance for electric field communication is very low, but the impedance other than the frequency for electric field communication is high. It is possible to simultaneously execute communication by another communication method.
  • the communication target person 2 stands on the high-impedance floor 5 and holds his hand over the fixed device 3 as shown in FIG. 1, and is in a position (peripheral region) close to the communication target person 2.
  • the low impedance floor 6b is assumed to have a structure in which the floor electrode is directly connected to the ground.
  • the capacitance Chh between the communication subject person 2 and the neighbor 10 is 10 pF.
  • the capacitance of 10 pF corresponds to the capacitance when parallel plate electrodes having a height of 170 cm and a width of 40 cm are opposed to each other with a distance of 60 cm.
  • the capacitance Crh between the communication subject person 2 and the fixed device 3 is 10 pF, and the shoe sole in which a part (foot) of the communication subject person 2 and the neighbor 10 is in contact with the floor is made of rubber or the like.
  • the capacitance Cfh between the communication target person 2 and part of the neighbors 10 (legs) and the floors 5 and 6 is 110 pF.
  • the capacitance Cth between the portable device 1b of the neighbor 10 and the neighbor 10 is 10 pF
  • the capacitance Ctg between the portable device 1b of the neighbor 10 and the ground is 10 fF.
  • the communication frequency of the portable device 1b serving as an AC signal source is assumed to be 10 MHz.
  • the electrode area of the floor electrode 11 of the high impedance floor 5 is 900 cm 2 (30 cm ⁇ 30 cm), and the dielectric member 13 has a porous member (thickness 9 cm and relative dielectric constant).
  • the inductor pattern Lf was arranged around the floor electrode 11 to 12.5 ⁇ H.
  • FIG. 5 shows the result of simulating the current flowing into the receiver of the fixed device 3 based on the equivalent circuit of FIG.
  • a characteristic curve A shown in the figure is a crosstalk current flowing from the neighbor 10 to the receiver through the communication subject person 2 and is understood to be suppressed to 0.05 ⁇ A.
  • the characteristic curve B is a result of simulating the current flowing into the receiver of the fixed device 3 based on the equivalent circuit shown in FIG. 6, and is a personal signal that is a signal only for the communication target person 2. Since the personal signal is prevented from leaking to the ground by the resonance circuit constituting the high-impedance floor portion 5, 2.0 ⁇ A can be secured, which is sufficiently larger than the crosstalk current and enables stable communication.
  • FIG. 7 (b) is an equivalent circuit of the comparative example of FIG. 7 (a).
  • a difference from the equivalent circuit shown in FIG. 4 is that the neighbor 10 is connected to the ground via a resonance circuit composed of the high impedance floor 5.
  • the neighbor 10 is also grounded to the ground via a high-impedance resonance circuit at the communication frequency, like the communication subject person 2.
  • FIG. 8 shows the result of simulating the current flowing into the receiver of the fixed device 3 based on the equivalent circuit of FIG.
  • a characteristic curve A shown in the figure is a crosstalk current flowing into the receiver from the neighbor 10 via the communication subject person 2 and is 0.6 ⁇ A. Compared with the simulation result of FIG. 5, it can be seen that a large amount of current flows from the neighbor 10 side.
  • the characteristic curve B is the result of simulating the current flowing into the receiver of the fixed device 3 based on the equivalent circuit shown in FIG.
  • the operation of the high impedance wall portion 8 and the low impedance wall portions 9a and 9b provided on the passage wall 7 is not described.
  • a part of the human body of the communication subject 2 and the neighbor 10 has a high impedance.
  • the wall 8 or the low impedance walls 9a and 9b are brought into contact with each other, the effect of suppressing the crosstalk can be obtained in the same manner as the high impedance floor 5 and the low impedance floors 6a and 6b.
  • an impedance adjusting portion may be provided also on the upper surface 21 of the passage wall 7.
  • a region surrounding the communication electrode 3a of the fixed device 3 is provided with a high impedance portion 22 having a high impedance with respect to the communication frequency, and a low impedance portion 23a having a low impedance with respect to the communication frequency before and after the periphery of the high impedance portion 22. , 23b.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram when the data communication system of the present invention is applied to an ATM (automated teller machine).
  • the communication electrode 3 a of the fixed device 3 Near the operation screen of the ATM housing 31, the communication electrode 3 a of the fixed device 3 is provided.
  • a high impedance floor 32 is provided on the floor where the communication subject person 2 stands toward the operation screen of the ATM housing 31.
  • the area of the high-impedance floor portion 32 is large enough to be occupied by the person 2 to be communicated, and at the same time, is designed so that the neighbor 10 who is waiting behind is not stepped on.
  • a low impedance floor 33 is provided at the feet of the neighbor 10 waiting behind the person 2 to be communicated.
  • a high impedance wall 34 is provided on the side wall of the ATM casing 31 and in the region facing the communication subject person 2.
  • the high impedance floor 32 and the high impedance wall 34 can be configured in the same manner as in FIGS. 3A, 3B, and 3C, and the low impedance floor 33 is configured in the same manner as the low impedance floors 6a and 6b. can do.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
  • bidirectional communication may be performed by incorporating a transmitter / receiver in each of the portable device and the fixed device.
  • a porous member is used as the dielectric member.
  • a hole may be provided on the lower side of the flooring to adjust the impedance.
  • Other modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

　電界通信用送信機から人体に送られた電界が人体からグランドに流れ出ることを抑制して受信機の感度を改善できると共に、電界通信用送信機を携帯した隣人とのクロストークの発生を抑制できるデータ通信システムを提供すること。このデータ通信システムは、ユーザ側通信機器となる携帯機器（１ａ）と、所定場所に設置され人体（２）を伝送路として携帯機器（１ａ）との間で情報信号を交換する固定側通信機器となる固定機器（３）と、固定機器（３）に手をかざすユーザの近傍領域（Ｒ１）に設置された高インピーダンス床部（５）と、周辺領域（Ｒ２，３）に設けられた低インピーダンス床部（６ａ，６ｂ）とを具備する。

Description

データ通信システム
　本発明は、人体のような伝送媒体を介して送受信を行うデータ通信システムに関する。
　近年の技術発達に伴い、全く新しい通信方法として人体などに誘導される電界を用いる通信方法が提案されている。このような通信システムとしては、特許文献１に開示されているものがある。この通信システムにおいては、情報信号を変調して得られた変調信号に対応した電界を送信機から伝送媒体である人体に付与して、人体を伝送した電界を受信機において検出し、その電界に対応する信号を復調する。
特表平１１－５０９３８０号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された通信システムにおいては、送信機から人体に送られた信号の多くが人体からアースに漏れてしまうので、受信機における受信感度が悪いという問題があり、通信を実現させるためには、十分に高感度な受信機を用いるか、送信機の送信パワーを大きくする必要があり、実用化に適していない。
　本出願人は、電界通信用送信機から人体に送られた信号が人体からアースに漏れることを抑制したデータ通信システムを特願２００７－１３７５８０として特許出願済みである。この特許出願に係る発明は、人体の一部（主に足）が接する床のインピーダンスを、通信周波数に対して高インピーダンスとなるように設定している。これにより、人体に送られた信号がアースに漏れることを抑制して、送信パワーを大きくすることなく高感度な受信機を実現することができる。
　ところが、通信対象者本人の近傍に電界通信用送信機を携帯した別の人が存在すると、通信対象本人と近傍の別人とが容量結合し、近傍の別人の電界通信用送信機からの信号が当該別人を介して通信対象者本人に伝わり、さらに他人からの信号を通信対象者本人から受信機が受ける現象（以下、クロストークという）が発生する可能性がある。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電界通信用送信機から人体に送られた信号が人体からアースに漏れることを抑制して受信機の感度を改善できると共に、電界通信用送信機を携帯した別人が近傍に居てもクロストークの発生しないデータ通信システムを提供することを目的とする。
　本発明のデータ通信システムは、ユーザに携帯された状態で当該ユーザの人体の一部と電気的に結合し人体を介した電界通信を行うユーザ側通信機器と、所定場所に設置され当該設置場所に接近したユーザの人体の一部と電気的に結合し当該ユーザの人体を伝送路として前記ユーザ側通信機器との間で情報信号を交換する固定側通信機器と、前記固定側通信機器に人体の一部を電気的に結合させたユーザの立ち位置を含む近傍領域に設置され前記電界通信に用いる通信周波数に対して高インピーダンスを有する第１の床部と、前記近傍領域の周辺領域に設けられ前記通信周波数に対して低インピーダンスを有する第２の床部とを具備したことを特徴とする。
　この構成によれば、固定側通信機器に人体の一部を結合させて自身の形態するユーザ側通信機器と固定側通信機器との間で通信を行うユーザは第１の床部上に居る一方、当該通信対象者に近接している他のユーザは近傍領域の周辺に設置された第２の床部上にいることとなる。したがって、固定側通信機器との間で通信を行うユーザは通信周波数に対して高インピーダンスの第１の床部上に居るので、人体からアース（床）に信号が漏れ出すのを抑制でき、情報信号が固定側通信機器に到達する伝送効率を向上することができる。しかも、従来はクロストークを生じていた隣人は通信周波数に対して低インピーダンスの第２の床部上に居るので、人体からアース（床）に信号が漏れ出して通信対象者への伝送効率が著しく下がり、クロストークの発生を抑えることができる。
　本発明のデータ通信システムにおいては、前記第１の床部は、前記近傍領域に設けた床電極が抵抗を介してアースに接続されると共に容量を介してアースに接続され、前記抵抗と容量とが並列接続してなるローパスフィルタで構成されることが好ましい。この構成によれば、通信周波数より少なくとも低域側の雑音を抑制でき、人体が帯電している場合には電荷をグラウンドに逃がすことができる。静電気による不快感を解消でき、電子機器の誤動作を防止することもできる。
　本発明のデータ通信システムにおいては、前記第１の床部は、前記近傍領域に設けた床電極がインダクタを介してアースに接続されると共に容量を介してアースに接続され、前記インダクタと容量とが並列接続されてなる並列共振回路で構成されることが好ましい。この構成によれば、通信周波数の低域側及び高域側の雑音を抑制でき、人体が帯電している場合には電荷をアースに逃がすことができる。静電気による不快感を解消でき、電子機器の誤動作を防止することもできる。
　本発明のデータ通信システムにおいては、前記第１の床部は、前記床電極とアースとの間に設けられた空孔を含む材料又は空隙を含む構造体で前記容量が形成されていることが好ましい。この構成によれば、平均の誘電率が小さくなるので、誘電体の厚さを薄くできる効果がある。
　本発明のデータ通信システムにおいては、前記第２の床部は、前記周辺領域に設けた床電極が直接アースに接続されていることが好ましい。この構成によれば、簡易な構成で低インピーダンス床を構成することができる。
　本発明のデータ通信システムにおいては、前記第２の床部は、前記周辺領域に設けた床電極がインダクタと容量とからなる直列共振回路を介してアースに接続されていることを特徴とする。この構成によれば、直列共振回路の共振周波数を通信周波数に調節することで、前記周辺領域から前記近傍領域に漏れ込んでくる電界通信で用いる通信周波数の帯域の雑音を抑えることができる。一方、周辺領域に他の通信方式の通信機器が設置される場合、他の通信方式の通信機器との通信への影響を防止することができる。
　本発明のデータ通信システムによれば、電界通信用送信機から人体に送られた信号が人体からアースに漏れ出ることを抑制して受信機の感度を改善できると共に、電界通信用送信機を携帯した別人からのクロストークを抑制することができる。
本発明のデータ通信システムをゲートシステムに応用した模式図である。 図１のゲートシステムにおいて通信対象者本人と周辺部との結合状況を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、高インピーダンス床部の構成例を示す図である。 図１に示す通信対象者本人及び隣人を含んだ状態の等価回路図である。 図４の等価回路に基づいたクロストーク電流及び本人電流のシミュレーション結果を示す図である。 図１に示す通信対象者本人だけを抜き出した等価回路図である。 （ａ）比較例に係るゲートシステムの模式図、（ｂ）図７（ａ）の等価回路図である。 図７（ｂ）の等価回路に基づいたクロストーク電流及び本人電流のシミュレーション結果を示す図である。 本発明のデータ通信システムを応用したゲートシステムの変形例の模式図である。 本発明のデータ通信システムを応用したＡＴＭ装置の模式図である。
　以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
　本発明に係るデータ通信システムを電子マネーシステムの一つであるゲートシステムに応用した例について説明する。ゲートシステムは、駅の改札ゲート、施設の入退出ゲートに適用することができ、複数人が連続して通過することが想定される。
　図１は、本発明のデータ通信システムをゲートシステムに応用した場合の模式図である。携帯機器１ａをユーザが胸のポケットなどに入れて携帯した状態で、データ読み取り器などの固定機器３に手をかざして、手からデータを読み取っている様子を示している。
　図１に示すデータ通信システムは、電界を介して情報信号を伝送する伝送媒体である人体２と、キャリア周波数を情報信号で変調した電界を人体２に付与するユーザ側通信機器となる電界通信用送信機を搭載した携帯機器１ａと、人体２を介して検出される電界を情報信号に復調する固定側通信機器となる電界通信用受信機を備えた固定機器３と、固定機器３との間でデータ送受信を行う際にユーザが通過するインピーダンス調整床４とから主に構成されている。
　本発明に係るデータ通信システムにおいては、携帯機器１ａとしては、電界通信用の通信モジュールを備えたＩＣカードや携帯電話などを挙げることができる。また、固定機器３としては、電子マネー、各種ＩＣカードなどのリーダライタなどを挙げることができる。また、固定機器３には、人体２が近づくことによりデータ通信を行うための通信用電極３ａが設けられている。人体２と固定機器３との間は、直接接触または容量結合により電気的に結合されていれば良いので、通信用電極３ａの表面は絶縁材料で被覆されていても良い。
　このデータ通信システムにおいては、図２に示すように、電界通信用送信機を備えた携帯機器１ａと伝送媒体である人体２との間、及び電界通信用受信機を備えた固定機器３と人体２との間は、電気的に容量結合しており、電界により情報信号を伝送するようになっている。この場合、人体２には、変位電流は流れるが定常電流は流れないので、電気的に導通している必要が無い。したがって、例えば携帯機器１ａをポケットに入れたままでも、薄い布を介して携帯機器１ａと人体２との間が容量結合するので、情報信号の伝送が可能である。なお、固定機器３から携帯機器１ａへ情報信号を送信する場合は、固定機器３に送信機を、携帯機器１ａに受信機を備えればよい。
　上記データ通信システムにおいて、データ通信を行う場合は、携帯機器１ａにおいて、人体２が導電性を示す周波数（数十ｋＨｚ～数十ＭＨｚ）のキャリア周波数を情報信号で変調して変調信号を得る。この変調信号は、増幅されてから電圧変化に変換されることにより、変調信号に対応する電界となる。そして、この電界が人体２に付与される。なお、携帯機器１ａにおける変調方式については特に制限はなく、変調をしないベースバンド伝送でもよい。
　人体２に付与された電界は、固定機器３の通信用電極３ａで受けられる。通信用電極３ａで受けた電界は受信機の信号検出回路（図示せず）で検出され、復調回路（図示せず）に送られる。復調回路において携帯機器１ａで使用したキャリア周波数を用いて復調して情報信号を取得する。このように、人体２を伝送媒体としてデータの送受信を行うことができる。
　以下の説明では、図１において固定機器３の通信用電極３ａに手をかざしてデータ送受信を行うユーザを通信対象者本人２と呼び、通信対象者本人２に近接して当該ゲートに入っているユーザおよびその携帯機器を、隣人１０、携帯機器１ｂと呼んで、区別するものとする。
　インピーダンス調整床４は、ユーザが通信用電極３ａに手をかざして通過するユーザ通路の一部を構成しており、通信用電極３ａに手をかざす際のユーザ立ち位置を含むユーザ一人当たりの領域Ｒ１に敷設された第１の床部となる高インピーダンス床部５と、領域Ｒ１に隣接する前後の領域Ｒ２，Ｒ３に敷設された第２の床部となる低インピーダンス床部６ａ、６ｂとを有する。すなわち、ユーザが通信用電極３ａに手をかざしてデータ送受信を行う近傍領域となる領域Ｒ１と、近傍領域の周辺領域となる周辺領域Ｒ２，３とに分けられており、通信周波数に対するインピーダンスを異ならせている。
　高インピーダンス床部５は、携帯機器１ａと固定機器３との間でデータ通信する際の通信周波数に対して高インピーダンスであり、当該通信周波数帯域の信号がアースに漏れるのを阻止するように作用する。ただし、本発明は漏れ出しを完全に阻止する場合だけでなく、ある程度の抑制効果が得られれば良い。また、低インピーダンス床部６ａ、６ｂは、通信周波数に対して低インピーダンスであり、少なくとも通信周波数帯域の信号を床側（アース）に流すように作用する。高インピーダンス床部５の寸法は、通信対象者本人２が通信用電極３ａに手をかざしている状態では当該高インピーダンス床部５を占有し、隣人１０が同時にその高インピーダンス床部５を踏むことができない大きさとすることが望ましい。複数人が同時に高インピーダンス床部５を踏まないような面積又は立てないような構成としている。
　また、インピーダンス調整床４に沿って通路壁７が設けられており、通路壁７の一部が固定機器３の組み込まれる支持体を兼ねている。通路壁７には、高インピーダンス床部５上のユーザが対向する側壁領域に高インピーダンス壁部８が設けられ、高インピーダンス壁部８の前後の側壁に低インピーダンス壁部９ａ，９ｂが設けられている。高インピーダンス壁部８は、通信周波数に対して高インピーダンスであり、低インピーダンス壁部９ａ，９ｂは通信周波数に対して低インピーダンスである。好ましくは、高インピーダンス壁部８は、通信周波数以外の帯域では低インピーダンスとなり、低インピーダンス壁部９ａ，９ｂは通信周波数以外の帯域では高インピーダンスとなるように設定する。
　図２は高インピーダンス床部５上に立って固定機器３の通信用電極３ａに手をかざしている通信対象者本人２だけに着目した状態の概念図である。高インピーダンス床部５とアースとの間のインピーダンスをＺｇｆとする。電界通信用送信機としての携帯機器１ａと通信対象者本人２との間の静電容量をＣｔｈとし、電界通信用受信機としての固定機器３と通信対象者本人２との間の静電容量をＣｒｈとし、高インピーダンス床部５と通信対象者本人２との間の静電容量をＣｆｈとし、携帯機器１ａとアースとの間の静電容量をＣｔｇとし、固定機器３とアースとの間の静電容量をＣｒｇとしている。携帯機器１ａは、例えば１０ＭＨｚの通信周波数の交流信号源であり、通信対象者本人２を導電体として扱い、固定機器３が高インピーダンス床部５のアースに電気的に接続されているとしている。なお、固定機器３を送信機とし、携帯機器１ａを受信機とした場合でも、等価回路は同様となることは当業者であれば容易に理解できる。
　図３（ａ）～（ｃ）は、高インピーダンス床部５の構成を示す図である。高インピーダンス床部５は、データ通信を行う際の通信周波数において高インピーダンスを有し、通信周波数よりも低い周波数において低いインピーダンスを有することが望ましい。このために、図３（ａ）～（ｃ）に示すように、床電極１１とグランド電極１２との間に誘電体で構成された誘電部材１３を配設して、床電極１１とグランド電極１２との間に静電容量が形成される構成にすることが好ましい。高インピーダンス壁部８も高インピーダンス床部５と同様に構成する。
　高インピーダンス床部５の容量は、床電極１１とアースとの間に設けられた空孔を含む材料又は空隙を含む構造体で構成することができる。たとえば、誘電部材１３を多孔質部材であることが好ましい。これにより、多孔質部材の平均の誘電率が小さくなるため、床電極１１とグランド電極１２との間の静電容量を所定の値にする際に、同じ面積であれば、多孔質部材の厚さを薄くすることができる。誘電部材１３としては、例えば、テフロン（登録商標）樹脂やＡＢＳ樹脂などの樹脂材料、あるいはセラミックス材料で構成された多孔体を用いることができる。
　図３（ａ）に示すように、抵抗素子１４を介して床電極１１とグランド電極１２とを接続すると共に誘電部材１３による容量を介してグランド電極１２と接続することにより、抵抗及び容量が並列接続されたローパスフィルタを構成することができる。ローパスフィルタの定数を調整して通信周波数（例えば１０ＭＨｚ)よりも低域側の信号を通過させるようにする。これにより、通信周波数では高インピーダンスであるが、通信周波数より低域側では低インピーダンスとなり、少なくとも通信周波数より低域側では通信対象者体２の表面電位を低くすることができ、電荷をアースに効率良く逃がすことができ、静電気対策を講じることができる。これ以外にも、ローパスフィルタの構成例として、インダクタと容量を組み合わせたπ（パイ）型やＴ型などのパッシブフィルタや、ＯＰアンプを使ったアクティブフィルタなどでも同様の効果が得られる。
　図３（ｂ），（ｃ）に示すように、インダクタ１５を介して床電極１１とグランド電極１２とを接続すると共に誘電部材１３による容量を介してグランド電極１２と接続することにより、インダクタ及び容量が並列接続された共振回路を構成することができる。共振回路のパラメータを調整して通信周波数（例えば１０ＭＨｚ)に共振周波数を合わせることで、通信周波数で高インピーダンスになると共に、通信周波数よりも低域側及び高域側で低インピーダンスとなる。なお、図３（ｂ）ではインダクタ１５としてインダクタ素子を用いているが、図３（ｃ）ではインダクタ１５として床電極１１の外周を囲むように形成したインダクタパターンを用いている。
　このように、高インピーダンス床部５とアースとの間のインピーダンスＺｇｆが、データ通信を行う際の通信周波数において高くなるように調整するので、通信周波数に対しては通信対象者本人２から高インピーダンス床部５を経由してアースへの信号の漏れが抑制され、通信対象者本人２の表面電位を高くすることができ、携帯機器１ａからの信号を効率良く伝送することができる。また、通信周波数帯域よりも低い周波数及び又は高い周波数において低インピーダンスとなるように調整することにより、通信周波数以外では通信対象者本人２の表面電位を低くすることができ、電荷をアースに効率良く逃がすことができ、静電気対策を講じることができる。
　次に、通信対象者本人２の近傍に、電界通信用の携帯機器を持った隣人１０が存在する場合における本データ通信システムの動作について説明する。
　図１に示すように、隣人１０が通信対象者本人２との間で静電容量を介して通信可能な程度まで接近した場合、当該隣人１０は高インピーダンス床部５に隣接して敷設した低インピーダンス床部６ａ又は６ｂ（図１では低インピーダンス床部６ａ上に立っている状態を例示）上に存在する。
　低インピーダンス床部６ａ又は６ｂは、最も簡易な方式として床電極をアースに直接接地した構成と採ることができる。低インピーダンス床部６ａ、６ｂ上に立っている隣人１０が所持している携帯機器１ｂから自身の人体に付与されるすべての通信周波数成分を積極的にアースへ流すことができる。
　また、電界通信用の携帯機器１ｂで使用している通信周波数だけを、低インピーダンス床部６ａ、６ｂを使ってアースへ流し、当該電界通信用周波数以外は減衰させないようにすることも可能である。たとえば、携帯機器を他の通信方式（例えば、近距離通信方式）と併用する場合、併用される通信方式で用いる周波数でのインピーダンスは高いことが望まれる。そこで、低インピーダンス床部６ａ、６ｂをインダクタと容量の直列接続からなるＬＣ直列共振回路で構成し、ＬＣ直列共振回路の共振周波数を電界通信用周波数に合わせる。このように、低インピーダンス床部６ａ、６ｂをＬＣ直列共振回路で構成することにより、電界通信用周波数に対しては非常に低いインピーダンスとなるが、電界通信用周波数以外は高いインピーダンスを示すことができ、別方式の通信方式による通信を同時に実行することができる。
　図４は、図１に示すように通信対象者本人２が高インピーダンス床部５上に立って固定機器３に手をかざしており、通信対象者本人２に近接した位置（周辺領域）にいる隣人１０が低インピーダンス床部６ｂに立っている場合の等価回路図である。図４の等価回路では、隣人１０の所持する携帯機器１ｂは図示しているが、通信対象者本人２の所持する携帯機器１ａは図示していない。また、低インピーダンス床部６ｂは床電極を直接アースに接続する構造を想定している。
　図４に示す等価回路に基づいて固定機器３内の受信機に流れ込む電流をシミュレーションした。等価回路では、通信対象者本人２と隣人１０との間の静電容量Ｃｈｈを１０ｐＦとした。１０ｐＦの静電容量は高さ１７０ｃｍ、幅４０ｃｍの平行平板電極を６０ｃｍの距離で離して対向させた場合の容量に相当する。また、通信対象者本人２と固定機器３との間の静電容量Ｃｒｈを１０ｐＦとし、通信対象者本人２及び隣人１０の一部（足）が床と接する靴底がゴムなどであることを想定して、通信対象者本人２及び隣人１０の一部（足）と床部５、６との間の静電容量Ｃｆｈを１１０ｐＦとした。また、隣人１０の携帯機器１ｂと隣人１０との間の静電容量Ｃｔｈを１０ｐＦとし、隣人１０の携帯機器１ｂとアースとの間の静電容量Ｃｔｇを１０ｆＦとした。また、交流信号源となる携帯機器１ｂの通信周波数を１０ＭＨｚと想定した。
　高インピーダンス床部５を構成する共振回路は、図３（ｂ）に示す構造又は図３（ｃ）に示す構造を用いた。図３（ｂ）に示す構造においては、高インピーダンス床部５の床電極１１の電極面積を９００ｃｍ2（３０ｃｍ×３０ｃｍ）とし、誘電部材１３には多孔質部材（厚さ９ｃｍで比誘電率１．３＝１１．５ｐＦ）を用い、インダクタ素子Ｌｆには１２．５μＨのものを用いた。また、図３（ｃ）に示す構造においては、高インピーダンス床部５の床電極１１の電極面積を９００ｃｍ2（３０ｃｍ×３０ｃｍ）とし、誘電部材１３には多孔質部材（厚さ９ｃｍで比誘電率１．３＝１１．５ｐＦ）を用い、インダクタパターンＬｆは、床電極１１の周りに配設して１２．５μＨとした。
　なお、高インピーダンス床部５をローパスフィルタで構成する場合は、図３（ａ）に示す構造において、床電極１１の電極面積を９００ｃｍ2（３０ｃｍ×３０ｃｍ）とし、誘電部材１３には多孔質部材（厚さ１０ｃｍで比誘電率１．３＝１０ｐＦ）を用い、抵抗素子１４には３０ｋΩのものを用いる。
　図５は図４の等価回路に基づいて固定機器３の受信機に流れ込む電流をシミュレーションした結果を示している。同図に示す特性曲線Ａは隣人１０から通信対象者本人２を介して受信機に流れ込むクロストーク電流であり、０．０５μＡに抑えられていることが分かる。特性曲線Ｂは、図６に示す等価回路に基づいて固定機器３の受信機に流れ込む電流をシミュレーションした結果であり、通信対象者本人２のみの信号となる本人信号である。本人信号は高インピーダンス床部５を構成する共振回路によってアースへの漏れ出しが抑制されているので、クロストーク電流に比べて十分に大きく安定した通信が可能な２．０μＡを確保できている。
　一方、比較例として、図７（ａ）に示すように高インピーダンス床部５上に二人のユーザが同時に存在し、一人のユーザが通信対象者本人２として固定機器３との間でデータ送受信を行う場合の受信機への流れ込み電流についてシミュレーションした。
　図７（ｂ）は図７（ａ）の比較例の等価回路である。図４に示す等価回路と異なる点は、隣人１０が高インピーダンス床部５で構成される共振回路を介してアースに接続されていることである。隣人１０も通信対象者本人２と同様に通信周波数では高インピーダンスの共振回路を介してアースに接地される。
　図８は図７（ｂ）の等価回路に基づいて固定機器３の受信機に流れ込む電流をシミュレーションした結果を示している。同図に示す特性曲線Ａは隣人１０から通信対象者本人２を介して受信機に流れ込むクロストーク電流であり、０．６μＡである。図５のシミュレーション結果と比べて、多くの電流が隣人１０側から流れ込んでいることが分かる。特性曲線Ｂは、図６に示す等価回路に基づいて固定機器３の受信機に流れ込む電流をシミュレーションした結果である。
　なお、以上の説明では、通路壁７に設けた高インピーダンス壁部８及び低インピーダンス壁部９ａ，９ｂの動作について説明していないが、通信対象者２、隣人１０の人体の一部が高インピーダンス壁部８又は低インピーダンス壁部９ａ，９ｂに接触した場合にも、高インピーダンス床部５及び低インピーダンス床部６ａ、６ｂと同様にクロストークを抑制する作用効果を奏することができる。
　また、図９に示すように、通路壁７の上面２１にもインピーダンス調整部を設けるようにしても良い。固定機器３の通信電極３ａを囲む領域には通信周波数に対して高インピーダンスとなる高インピーダンス部２２を設け、高インピーダンス部２２の周辺となる前後に通信周波数に対して低インピーダンスの低インピーダンス部２３ａ，２３ｂを設ける。
　通路壁７の上面２１は通信対象者本人２が通信電極３ａに対して手をかざす際に人体の一部（袖等の衣服の一部を含む）が接触する可能性がある。通路壁７の上面２１が通信周波数について低インピーダンスであると、通路床と同様に電界が通路壁７側へ逃げてしまう。また、高インピーダンス部２２に対して同時に隣人１０までも接触するようであると、クロストークが発生する。そこで、通路壁７の上面２１にも高インピーダンス部２２及び低インピーダンス部２３ａ，２３ｂを設けることで、信号の漏れ出しを防止すると共に、クロストークの抑制を図ることができる。
　以上の説明では、本発明のデータ通信システムをゲートシステムに適用した実施の形態を例示したが、その他の分野にも適用可能である。
　図１０は本発明のデータ通信システムをＡＴＭ（現金自動預け払い機）に応用した場合の概念図である。ＡＴＭ筺体３１の操作画面近傍に固定機器３の通信用電極３ａが設けられている。ＡＴＭ筺体３１の操作画面に向かった通信対象者本人２が立つ位置の床に、高インピーダンス床部３２を設けている。高インピーダンス床部３２の面積は、通信対象者本人２が占有する程度の大きさであり、同時には背後で待っている待人たる隣人１０が踏むことがないように設計されている。通信対象者本人２の背後で待っている隣人１０の足元には低インピーダンス床部３３が設けられている。また、ＡＴＭ筺体３１の側壁であって通信対象者本人２と対向する領域には高インピーダンス壁３４が設けられている。高インピーダンス床部３２及び高インピーダンス壁３４は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）と同様の構成とすることができ、低インピーダンス床部３３は低インピーダンス床部６ａ、６ｂと同様に構成することができる。
　本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、携帯機器と固定機器に送信機／受信機をそれぞれ組み込むことにより、双方向通信ができるようにしても良い。上記実施の形態においては、誘電部材として多孔質部材を用いた場合について説明しているが、本発明においては、床材の下側に穴を設けてインピーダンスを調整するようにしても良い。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

Claims (6)

  1. 　ユーザに携帯された状態で当該ユーザの人体の一部と電気的に結合し人体を介した電界通信を行うユーザ側通信機器と、所定場所に設置され当該設置場所に接近したユーザの人体の一部と電気的に結合し当該ユーザの人体を伝送路として前記ユーザ側通信機器との間で情報信号を交換する固定側通信機器と、前記固定側通信機器に人体の一部を電気的に結合させたユーザの立ち位置を含む近傍領域に設置され前記電界通信に用いる通信周波数に対して高インピーダンスを有する第１の床部と、前記近傍領域の周辺領域に設けられ前記通信周波数に対して低インピーダンスを有する第２の床部と、を具備したことを特徴とするデータ通信システム。
  2. 　前記第１の床部は、前記近傍領域に設けた床電極が抵抗を介してアースに接続されると共に容量を介してアースに接続され、前記抵抗と容量とが並列接続してなるローパスフィルタで構成されたことを特徴とする請求項１記載のデータ通信システム。
  3. 　前記第１の床部は、前記近傍領域に設けた床電極がインダクタを介してアースに接続されると共に容量を介してアースに接続され、前記インダクタと容量とが並列接続されてなる並列共振回路で構成されたことを特徴とする請求項１記載のデータ通信システム。
  4. 　前記第１の床部は、前記床電極とアースとの間に設けられた空孔を含む材料又は空隙を含む構造体で前記容量が形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のデータ通信システム。
  5. 　前記第２の床部は、前記周辺領域に設けた床電極が直接アースに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のデータ通信システム。
  6. 　前記第２の床部は、前記周辺領域に設けた床電極がインダクタと容量とからなる直列共振回路を介してアースに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のデータ通信システム。
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