JP2008147970A

JP2008147970A - 受信器およびトランシーバ、制御方法

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Publication number: JP2008147970A
Application number: JP2006332522A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Minoya; 直志美濃谷; Mitsuru Shinagawa; 満品川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: JP4460568B2

Abstract

【課題】送信時の送信器またはトランシーバの消費電力や周囲に放射される電磁波を低減し、外部環境の変化による受信器の入力インピーダンスまたは検出する成分の変化を補正可能とし、より広い適用範囲で安定な通信を可能とする。
【解決手段】通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知する受信用電極と、接触または近接した通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出を行う検出信号を出力する検出用信号源と、前記検出信号を増幅しフィルタリングを行う増幅・フィルタ手段と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスから受信すべき情報を復元し、検出する信号成分の補正を行うインピーダンス検出復調・制御手段と、前記インピーダンス検出復調・制御手段からの入力リアクタンス制御信号により受信器の入力リアクタンスを変化させる可変入力リアクタンス手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

人体や大地グランドから浮遊した導電体等の通信媒体に接触させて情報を伝送するための受信器およびトランシーバ、制御方法に関する。

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１０に従来の技術による電界通信システムを示す。携帯端末２２４に接続した携帯側装置２２０の送信器２２１では、図示しない小型コンピュータから出力された送信すべき情報（データ）を変調・出力部２２２により所定の周波数ｆの搬送波で変調し出力する。出力されたデータは人体２００を電界伝達媒体として設置型装置２１０へ送信される。設置型装置２１０では、受信電極２１４に接触している人体２００からのデータを受信器２１２の内部の受信部２１３で受信する。受信器２１２からは受信したデータがコンピュータ２１１へ出力される。

なお、送信器２２１は大地グランドから離れており、回路グランド２２５と大地グランド間には浮遊容量Ｃ_g２２７が生じる。また、人体２００と大地グランド間には浮遊容量Ｃ_b２２６が生じる。従来の技術では、リアクタンス部２２３を送信回路（変調・出力部２２２）と送受信電極２２８の間に挿入し、浮遊容量（浮遊容量Ｃ_g２２７、浮遊容量Ｃ_b２２６）と共振現象により人体２００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、特許文献１、２を参照）。
特開２００４−１５３７０８号公報（特許第３７５０９９号） United States Patent Application Publication, Pub, No.：US2004／009226A1 Pub, Date：May 13. 2004（Patent No,：US 7069062 Pub, Date：Jun. 27. 2006）

しかしながら従来の技術において、電界伝達媒体である人体に電気信号を誘起し、その電気信号を検出することで通信を行う通信システムでは、電気信号が著しく減衰するため、送信器出力を大きくする必要があり送信器の消費電力が大きかった。

また、人体等の電界伝達媒体は電気的に遮蔽されていないため、その周囲に電磁波を放射する可能性があった。

また、人体と大地グランド間のインピーダンスを変調する送信器と、この変調分を検出する受信器を用いる構成が知られているが、用いる受信器の入力インピーダンスが人体との接触や周囲の環境で著しく変化する場合には、検出する成分が変化し正常に復調できない可能性があった。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、送信時の送信器またはトランシーバの消費電力や周囲に放射される電磁波を低減し、外部環境の変化による受信器の入力インピーダンスまたは検出する成分の変化を補正可能とし、より広い適用範囲で安定な通信を可能とすることにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器において、前記通信を受信するための受信手段と、前記受信手段と並列に接続されて自身のリアクタンス値を変更し前記受信手段の受信感度を向上させるための可変入力リアクタンスと、を備える。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記可変入力リアクタンスは、前記受信手段から出力される制御信号によって前記リアクタンス値の変更が制御される。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかにおいて、前記制御信号は、前記通信媒体と前記通信装置との接触または近接のそれぞれにおけるインピーダンス値の変化を補正する。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の受信器を備えることを特徴とするトランシーバである。

また、請求項５に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器の制御方法において、受信手段において前記通信を受信するステップと、前記受信手段と並列に接続された可変入力リアクタンスにおいて自身のリアクタンス値を変更し前記受信手段の受信感度を向上させるステップと、を有する。

また、請求項６に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器において、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検出するための電極と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うための増幅・フィルタ部と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するためのインピーダンス検出復調・制御部と、前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンスを可変させるための可変入力リアクタンス部と、を備える。

また、請求項７に記載の本発明は、請求項６において、前記インピーダンス検出復調・制御部は、前記電極からの信号と前記検出用信号源の基準信号を混合するためのミキサと、前記ミキサの出力から受信すべき情報に基づく信号の復調と前記入力リアクタンス制御信号の出力を行うための制御・判定部と、を備える。

また、請求項８に記載の本発明は、請求項６または７において、前記インピーダンス検出復調・制御部は、前記入力リアクタンス制御信号により前記可変入力リアクタンス部の制御を行うとともに、検出すべき信号成分の補正を行うための調整信号を前記検出用信号源と前記ミキサに出力する。

また、請求項９に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器において、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信するための電極と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、前記検出信号と前記受信用電極に印加された前記受信すべき情報に基づく信号電界を増幅するための前置増幅部と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて共振状態を検知して前記受信すべき情報に基づく信号の復調と出力を開始させるためのデータ出力開始信号を出力し、検出する信号成分の補正を行うためのインピーダンス検出復調・制御部と、前記受信すべき情報に基づく信号のみを通過させるための第１のフィルタ部と、前記検出信号のみを通過させるための第２のフィルタ部と、前記データ出力開始信号が入力されたときに前記受信すべき情報に基づく信号を復調して出力するための復調部と、前記受信すべき情報に基づく信号を送信している送信器の共振状態の検知時において機能し、前記インピーダンス検出復調・制御部から出力された入力リアクタンス制御信号によりリアクタンス値を変化させるための可変入力リアクタンス部と、前記データ出力開始信号に応じて、前記受信状態に前記電極と前記入力リアクタンス部を相互に接続し、前記検知時に前記電極と前記可変入力リアクタンス部を相互に接続するための接続部と、を備える。

また、請求項１０に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバにおいて、前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するための電極と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とすべく、前記電極に接続されて自己のリアクタンス値を可変可能な可変リアクタンス部の該リアクタンス値を変調して前記送信を行うためのインピーダンス変調送信部と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うための増幅・フィルタ部と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するためのインピーダンス検出復調・制御部と、前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンス値を可変させるための可変入力リアクタンス部と、前記送信において前記電極と前記インピーダンス変調送信部を接続し、前記受信において前記電極と前記可変入力リアクタンス部を接続するための送受切替え部と、を備える。

また、請求項１１に記載の本発明は、請求項１０において、前記インピーダンス検出復調・制御部は、前記電極からの信号と前記検出用信号源の基準信号を混合するためのミキサと、前記ミキサの出力から受信すべき情報に基づく信号の復調と前記入力リアクタンス制御信号の出力を行うための制御・判定部と、を備える。

また、請求項１２に記載の本発明は、請求項１０または１１において、前記インピーダンス検出復調・制御部は、前記入力リアクタンス制御信号により前記可変入力リアクタンス部の制御を行うとともに、検出すべき信号成分の補正を行うための調整信号を前記検出用信号源と前記ミキサに出力する。

また、請求項１３に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバにおいて、前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するための電極と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うための増幅・フィルタ部と、前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するためのインピーダンス検出復調・制御部と、前記受信において前記インピーダンス検出復調・制御部からのリアクタンス制御信号に基づいて自己のリアクタンス値を変化させ、前記送信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とするべく前記リアクタンス値を変化させるための可変リアクタンス部と、前記送信において前記送信すべき情報に応じたインピーダンス値にするための制御信号を前記可変リアクタンス部に出力するためのデータ・変調信号変換部と、前記受信において前記電極と前記検出用信号源を接続し、前記送信において前記接続を切断するための送受切替え部と、を備える。

また、請求項１４に記載の本発明は、請求項１０〜１３のいずれかにおいて、前記インピーダンス検出復調・制御部は、前記送信において前記可変リアクタンス部のリアクタンス値を調整して回路グランドと大地グランド間の浮遊容量とで共振させるためのリアクタンス調整機能部を備える。

また、請求項１５に記載の本発明は、請求項１０〜１３のいずれかにおいて、前記インピーダンス検出復調・制御部は、前記送信において前記可変リアクタンス部のリアクタンス値を調整して回路グランドおよび通信媒体と大地グランド間の浮遊容量とで共振させるためのリアクタンス調整機能部を備える。

また、請求項１６に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器の制御方法において、電極において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検出するステップと、検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、増幅・フィルタ部において前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うステップと、インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するステップと、可変入力リアクタンス部において前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンスを可変させるステップと、を有する。

また、請求項１７に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器の制御方法において、電極において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信するステップと、検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、前置増幅部において前記検出信号と前記受信用電極に印加された前記受信すべき情報に基づく信号電界を増幅するステップと、インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて共振状態を検知して前記受信すべき情報に基づく信号の復調と出力を開始させるためのデータ出力開始信号を出力し、検出する信号成分の補正を行うステップと、第１のフィルタ部において前記受信すべき情報に基づく信号のみを通過させるステップと、第２のフィルタ部において前記検出信号のみを通過させるステップと、復調部において前記データ出力開始信号が入力されたときに前記受信すべき情報に基づく信号を復調して出力するステップと、可変入力リアクタンス部において前記受信すべき情報に基づく信号を送信している送信器の共振状態の検知時において機能し、前記インピーダンス検出復調・制御部から出力された入力リアクタンス制御信号によりリアクタンス値を変化させるステップと、接続部において前記データ出力開始信号に応じて、前記受信状態に前記電極と前記入力リアクタンス部を相互に接続し、前記検知時に前記電極と前記可変入力リアクタンス部を相互に接続するステップと、を有する。

また、請求項１８に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバの制御方法において、電極において前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するステップと、インピーダンス変調送信部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とすべく、前記電極に接続されて自己のリアクタンス値を可変可能な可変リアクタンス部の該リアクタンス値を変調して前記送信を行うステップと、検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、増幅・フィルタ部において前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うステップと、インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するステップと、可変入力リアクタンス部において前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンス値を可変させるステップと、送受切替え部において前記送信において前記電極と前記インピーダンス変調送信部を接続し、前記受信において前記電極と前記可変入力リアクタンス部を接続するステップと、を有する。

また、請求項１９に記載の本発明は、通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバの制御方法において、電極において前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するステップと、検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、増幅・フィルタ部において前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うステップと、インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するステップと、可変リアクタンス部において前記受信において前記インピーダンス検出復調・制御部からのリアクタンス制御信号に基づいて自己のリアクタンス値を変化させ、前記送信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とするべく前記リアクタンス値を変化させるステップと、データ・変調信号変換部において前記送信において前記送信すべき情報に応じたインピーダンス値にするための制御信号を前記可変リアクタンス部に出力するステップと、送受切替え部において前記受信において前記電極と前記検出用信号源を接続し、前記送信において前記接続を切断するステップと、を有する。

本発明によれば、送信時の送信器またはトランシーバの消費電力や周囲に放射される電磁波を低減し、外部環境の変化による受信器の入力インピーダンスまたは検出する成分の変化を補正可能とし、より広い適用範囲で安定な通信を可能とすることができる。

＜第１の実施の形態＞
図１に、第１の実施の形態を説明するための構成図を示す。

この図１には、受信器１と、この受信器１と一体に接続されたコンピュータ２と、絶縁体１１と受信用電極１２が組合されて構成された電極１０と、増幅・フィルタ部３と、検出用信号源４と、検出信号源出力インピーダンス５と、インピーダンス検出復調・制御部６と、受信器制御・データ判定部７と、ミキサ８と、が示されている。

この図１の構成では、受信器１への外部入力である電極１０に可変入力リアクタンス部９を接続し、これを調整することにより図示しない送信器との間で良好な通信を行う。この調整は、インピーダンス検出復調・制御部６が検出した成分を補正するために受信器制御・データ判定部７にて入力リアクタンス制御信号を生成し、この入力リアクタンス制御信号を可変入力リアクタンス部９へ入力して可変に補正を行っている。

次に、図２に、第１の実施の形態に係る通信システム全体の構成図を示し、通信システムの動作を説明する。

インピーダンスを変調するインピーダンス変調送信器２０を携帯した人体等の通信媒体１５が電極１０に接触した場合、電極１０と大地グランド間のアドミタンスＹ₁は以下の式で表される。

式（１）でＸ_v、Ｒ_rctはそれぞれインピーダンス変調送信器２０内の可変リアクタンス部２３のリアクタンス成分と抵抗成分である。１／Ｂ_rcvはインピーダンス検出受信器１の可変入力リアクタンス部９のリアクタンスである。Ｃ_b１７、Ｃ_g１８はそれぞれ通信媒体１５と大地グランド間、回路グランド２７と大地グランド間の浮遊容量である。また、ωは検出用信号源４から出力される検出信号の各周波数であり、ｊは(-1)^1/2を表す。

インピーダンス変調送信器２０内の可変リアクタンス部２３のＸ_vは変調信号により変化する。インピーダンス変調送信器２０にデータが入力されるとデータに基づいた変調信号が可変リアクタンス部２３に入力され、電極１０と大地グランド間のアドミタンスＹ₁がデータに伴い変化する。インピーダンス検出受信器１で検出したＹ₁の変化を基にデータを復元することでインピーダンス変調送信器２０からインピーダンス検出受信器１へデータが伝送される。

通信媒体１５が接触していない場合でのアドミタンスはＹ₁＝ｊＢ_rcvであり、電極１０に通信媒体１５が接触する前後でインピーダンス変調送信器２０の可変リアクタンス部２３の変化による変動とは別にＹ₁が変動する。このとき検出信号源出力インピーダンス５から電極１０に印加される信号の強度や位相が変化するため、精度よくアドミタンス（またはインピーダンス）の変化を検出するためには通信媒体１５が接触したときの信号の強度や位相を補正する必要がある。

図３に、補正しない場合のアドミタンス｜Ｙ₁｜の変化と各部分の信号を示す。この図３（ａ）において、通信媒体１５である人体が電極１０に触れようとして近づいている期間で｜Ｙ₁｜が変化する。なお、この図３（ａ）では大きさのみを記載しているが位相も変化する。

高感度にデータによるインピーダンスの変化を検出することを期待してインピーダンス検出の感度を高く設計した場合では、図３（ｃ）のようにミキサ８の出力範囲が限られているためにインピーダンス検出の範囲が狭くなり、ミキサ８の出力が飽和してデータの復元ができなくなる。

また、触れたときの変化に対応するために図３（ｂ）のようにインピーダンス検出の範囲を広く（感度を低く）した場合では、データによるインピーダンスの変化を検出するのが難しくなる。

そこで、第１の実施の形態では可変入力リアクタンス部９を補正して通信媒体１５の接触による電極１０に印加される信号（増幅・フィルタ部３に入力される信号）の変化を補正している。通信媒体１５の接触の前後でインピーダンス検出復調・制御部６内のミキサ８の出力が変化し、この変化を打ち消すためにインピーダンス検出復調・制御部６内の受信器制御・データ判定部７から出力される入力リアクタンス制御信号により可変入力リアクタンス部９のリアクタンスを調整している。

次の図４に、補正した場合の｜Ｙ₁｜と各部分の信号を示す。

まず、図４（１）に示すように｜Ｙ₁−Ｂ_rct｜が変化すると、図４（２）に示すようにその変化を打ち消す（図４（４）に示すようにミキサ８の出力が一定になる）ためにリアクタンス制御信号がＢ_rctを変化させて図４（３）に示すように｜Ｙ₁｜を一定にする。このためインピーダンス検出の感度を高くしても、通信媒体１５が電極１０に触れた際にミキサ８出力が飽和することなくデータを復元できる。この構成では通信媒体１５が電極１０に接触中に通信媒体１５や送・受信器周辺の電気的な環境の変化により浮遊容量Ｃ_b等が変化しても、その変化を補正することが可能である。

従来の電界通信では、電気信号が著しく減衰するため、送信器出力を大きくする必要があり送信器の消費電力が大きく、人体等の通信媒体１５は電気的に遮蔽されていないため周囲に電磁波を放射する可能性があり、その対策が課題となっていた。そこで、本実施の形態の構成を提供することにより、こうした課題を解決できるとともに、通信媒体１５の接触で受信器の入力インピーダンスの変化が大きい場合や、あるいは通信媒体１５や送・受信器周辺の電気的な環境の変化が無視できない場合でも、インピーダンス検出範囲が広く高感度な受信器、すなわち安定な通信が可能な受信器を提供できる。

なお、抵抗成分を検出する場合においても、実際には正確に抵抗成分のみを検出することは難しいため本実施の形態の構成は有効である。

また、データの復調に関しては次の２通りが可能である。データの伝達速度が低い場合では検出すべきデータによるアドミタンスの変調も補正するため、入力リアクタンス制御信号からデータの復調ができる。一方、データの伝送速度が高い場合では、入力リアクタンス制御信号の変化が検出すべきデータによるアドミタンスの変調に追従できないためミキサ８出力からデータが復調できる（図４（５）、（６）ではこの場合を記載）。

検出信号の周波数は、１０kHz（キロヘルツ）〜１００MHz（メガヘルツ）程度の値が想定されるが、５MHz〜１０MHz程度であれば望ましい。ここで、１kHz＝１０³Hz 、１MHz ＝１０⁶Hz である。また、文献「“Personal Area Networks. Near-field intrabody communication”,T.G.Zimmerman. IBM SYSTEMS JOURNAL VOL 35(1996),pp.609-617」によればＣ_bは１００pF 、Ｃ_gは１０fF 〜１pF のオーダーである。通信媒体１５の接触の前後ではＣ_b１７の影響が大きくＢ_rcvの可変範囲は検出信号の周波数でＣ_b１７によるアドミタンスの変化が含まれるように設計する。さらに、Ｂ_rcvには電極１０と大地グランド間の浮遊容量や、電極１０を接続している配線またはケーブルのサセプタンスが含まれる。これとＣ_b１７を含めたjＢ_rcv＋j ωＣ_bが小さくするほうがインピーダンス変調送信器２０内の可変入力リアクタンス部９のリアクタンス成分Ｘ_vの変調によるＹ₁の変化を大きくでき、インピーダンス検出復調・制御部６の感度が低くてもデータが復元できる。

＜第２の実施の形態＞
図５に、第２の実施の形態のブロック図を示す。

本実施の形態では通信媒体１５が接触したときの信号の強度や位相の補正の余裕を持たせるために、検出用信号源４やミキサ８にもパラメータ調整信号３０により補正を行う機構を備えている。パラメータ調整信号３０により検出用信号源４から出力される基準信号の位相や可変入力リアクタンス部９に出力される検出信号の振幅を調整することとミキサ８の変換利得を調整することにより、可変入力リアクタンス部９のみで補正した場合よりも大きなインピーダンスの変動に対応できる。

なお、インピーダンス検出受信器１の回路のグランドが大地グランドに接続された場合について説明したが、インピーダンス検出受信器１の回路のグランドが大地グランドから浮遊している場合でもインピーダンスの補正は可能である。この場合では、インピーダンス検出受信器１の回路のグランドと大地グランド間のインピーダンスの変動が補正される。インピーダンス変調送信器２０側で可変リアクタンス部２３が変調されると人体等の通信媒体１５と大地グランド間のインピーダンスが変化するもので、インピーダンス検出受信器１の回路のグランドが大地グランドから浮遊している場合でも通信は可能である。

＜第３の実施の形態＞
図６に、第３の実施の形態を示す。

本実施の形態ではインピーダンス検出受信器１００に送受切替部３１を備え、人体などの通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを変調することによりデータを送信するインピーダンス変調送信部３２を付加してトランシーバを構成している。

受信時には送受切替信号３５により送受切替部３１のａ２とｃ２を接続して、電極１０と可変入力リアクタンス部９を接続する。送信時では送受切替部３１のａ２とｂ２を接続して電極１０とインピーダンス変調送信部３２を接続する。送信時にコンピュータ２から出力されたデータをデータ・変調信号変換部３３で変調信号に変換して可変リアクタンス部３４に入力し、可変リアクタンス部３４のリアクタンスを変化させる。

この変化を通信媒体である人体の別の箇所に接触している図示しない別の受信器またはトランシーバの受信部で検知しデータを復元する。本構成においても回路グランドを大地グランドから浮遊させても通信は可能である。

また、可変入力リアクタンス部９のリアクタンス値を回路グランドの浮遊容量や電極１０に接触している通信媒体の浮遊容量と共振を生じさせる値に調整するために、インピーダンス変調送信部３２内にリアクタンス調整部を付加してもよい。

さらに、図７に第３の実施の形態の変形例を示す。

本変形例では可変リアクタンス部３８が受信時において図６に示した可変入力リアクタンス９と送信時の変調用の可変リアクタンス３４とを兼ねている。受信時では、変調信号を一定にして通信媒体に接触前後でのインピーダンス検出復調・制御部６内のミキサ８の出力の変化を打ち消すように、リアクタンス制御信号で可変リアクタンス部３８のリアクタンスを調整する。データに関してはインピーダンス検出復調・制御部６で復元してコンピュータ２に出力する。

送信時では送受切替信号３５により送受調整切替部３９の接続を切離して、可変リアクタンス部３８のリアクタンス値を回路グランドの浮遊容量や電極に接触している通信媒体の浮遊容量と共振を生じさせる値にリアクタンス制御信号により調整する。この後、コンピュータ２から出力された送信データをデータ・変調信号変換部３３で変調信号に変換して可変リアクタンス部３８に入力し、可変リアクタンス部３８のリアクタンス値を変化させる。

以上の動作でインピーダンス検出復調・制御部６では、受信時では出力の変化を打ち消すように調整する受信器制御とデータ判定を行い、および送信時では可変リアクタンス部３８のリアクタンス値を共振の生じる値に調整するリアクタンス調整を行う受信器制御・データ判定・リアクタンス調整部３７を有する。可変リアクタンス部３８のリアクタンス値は回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、または回路グランドおよび通信媒体と大地グランド間の浮遊容量と共振する値に調整する。

＜第４の実施の形態＞
図８、図９に、第４の実施形態の構成図を示す。

本実施の形態では電界通信トランシーバの受信器と組み合わせており、電極１０に接触している人体５０等の通信媒体に装着されている送信器が周囲の浮遊容量Ｃ_b１７、Ｃ_g１８と共振した場合にのみ電界通信復調部４１からデータが出力される。

図９に図８の構成を適用した第４の実施の形態の通信システムの構成図を示す。

電界通信送信器１２０の変調・出力部１２２では所定の周波数の信号を端末から入力されるデータで変調して可変リアクタンス部１２１に出力する。可変リアクタンス部１２１は信号を出力するときのみ浮遊容量Ｃ_b１７、Ｃ_g１８と共振状態になるリアクタンス値になり、信号を効率よく人体５０等の通信媒体に印加する。受信器１１０では電界通信送信器１２０の共振状態をインピーダンス検出・制御部６でモニタしており、電界通信送信器１２０が共振状態になったときにデータ出力開始信号を電界通信復調部４１に出力し、データの復調を開始する。

受信器１１０側で電界通信送信器１２０の共振状態を検知していない場合では、スイッチ４５のａ１とｃ１が接続され、電極１０と可変入力リアクタンス部９が接続される。可変入力リアクタンス部９に入力された検出信号を前置増幅部４０と第２のフィルタ部４３に通してインピーダンス検出・制御部６のミキサ８で検波し、受信用電極と大地グランド間のインピーダンスの変化をモニタしている。このときの通信媒体が接触したときの信号の強度や位相の補正を受信器制御・判定部７で行っている。

共振状態を検知した場合ではデータ出力開始信号によりスイッチ４５のａ１とｂ１を接続し、電極１０と入力リアクタンス部４４を接続する。電極１０に伝達された電界通信送信器１２０からの信号は前置増幅器４０と第１のフィルタ部４２を通過した後、電界通信復調部４１で復調されデータが復元される。

このような構成により、通信媒体の接触で受信器１１０の入力インピーダンスの変化が大きい場合や、通信媒体や送・受信器周辺の電気的な環境の変化が無視できない場合でも安定な通信が可能で、寄生的な通信経路からのデータを遮断できる独立性（Isolation）の高い受信器を提供できる。

以上説明した実施の形態によれば、送信時の送信器またはトランシーバの消費電力や周囲に放射される電磁波を低減し、外部環境の変化による受信器の入力インピーダンスまたは検出する成分の変化を補正可能とし、より広い適用範囲で安定な通信を可能とすることができる。

第１の実施の形態を説明するための構成図を示す。第１の実施の形態に係る通信システム全体の構成図を示す。補正しない場合の｜Ｙ₁｜および各部分の信号波形を示す。補正した場合の｜Ｙ₁｜および各部分の信号波形を示す。第２の実施の形態のブロック図を示す。第３の実施の形態のブロック図を示す。第３の実施の形態の変形例を示す。第４の実施の形態のブロック図を示す。第４の実施の形態の通信システムの構成図を示す。従来の電界通信システムを説明するための説明図を示す。

符号の説明

１…インピーダンス検出受信器
２…コンピュータ
３…増幅・フィルタ部
４…検出用信号源
５…検出信号源出力インピーダンス
６…インピーダンス検出復調・制御部
７…受信器制御・データ判定部
８…ミキサ
９…可変入力リアクタンス部
１０…電極
１５…通信媒体
２０…インピーダンス変調送信器

Claims

通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器において、
前記通信を受信するための受信手段と、
前記受信手段と並列に接続されて自身のリアクタンス値を変更し前記受信手段の受信感度を向上させるための可変入力リアクタンスと、
を備えることを特徴とする受信器。
前記可変入力リアクタンスは、
前記受信手段から出力される制御信号によって前記リアクタンス値の変更が制御されることを特徴とする請求項１に記載の受信器。
前記制御信号は、
前記通信媒体と前記通信装置との接触または近接のそれぞれにおけるインピーダンス値の変化を補正することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の受信器。
請求項１〜３のいずれかに記載の受信器を備えることを特徴とするトランシーバ。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器の制御方法において、
受信手段において前記通信を受信するステップと、
前記受信手段と並列に接続された可変入力リアクタンスにおいて自身のリアクタンス値を変更し前記受信手段の受信感度を向上させるステップと、
を有することを特徴とする受信器の制御方法。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器において、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検出するための電極と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、
前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うための増幅・フィルタ部と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するためのインピーダンス検出復調・制御部と、
前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンスを可変させるための可変入力リアクタンス部と、
を備えることを特徴とする受信器。
前記インピーダンス検出復調・制御部は、
前記電極からの信号と前記検出用信号源の基準信号を混合するためのミキサと、
前記ミキサの出力から受信すべき情報に基づく信号の復調と前記入力リアクタンス制御信号の出力を行うための制御・判定部と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の受信器。
前記インピーダンス検出復調・制御部は、
前記入力リアクタンス制御信号により前記可変入力リアクタンス部の制御を行うとともに、検出すべき信号成分の補正を行うための調整信号を前記検出用信号源と前記ミキサに出力することを特徴とする請求項６または７に記載の受信器。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器において、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信するための電極と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、
前記検出信号と前記受信用電極に印加された前記受信すべき情報に基づく信号電界を増幅するための前置増幅部と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて共振状態を検知して前記受信すべき情報に基づく信号の復調と出力を開始させるためのデータ出力開始信号を出力し、検出する信号成分の補正を行うためのインピーダンス検出復調・制御部と、
前記受信すべき情報に基づく信号のみを通過させるための第１のフィルタ部と、
前記検出信号のみを通過させるための第２のフィルタ部と、
前記データ出力開始信号が入力されたときに前記受信すべき情報に基づく信号を復調して出力するための復調部と、
前記受信すべき情報に基づく信号を送信している送信器の共振状態の検知時において機能し、前記インピーダンス検出復調・制御部から出力された入力リアクタンス制御信号によりリアクタンス値を変化させるための可変入力リアクタンス部と、
前記データ出力開始信号に応じて、前記受信状態に前記電極と前記入力リアクタンス部を相互に接続し、前記検知時に前記電極と前記可変入力リアクタンス部を相互に接続するための接続部と、
を備えることを特徴とする受信器。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバにおいて、
前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するための電極と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とすべく、前記電極に接続されて自己のリアクタンス値を可変可能な可変リアクタンス部の該リアクタンス値を変調して前記送信を行うためのインピーダンス変調送信部と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、
前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うための増幅・フィルタ部と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するためのインピーダンス検出復調・制御部と、
前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンス値を可変させるための可変入力リアクタンス部と、
前記送信において前記電極と前記インピーダンス変調送信部を接続し、前記受信において前記電極と前記可変入力リアクタンス部を接続するための送受切替え部と、
を備えることを特徴とするトランシーバ。
前記インピーダンス検出復調・制御部は、
前記電極からの信号と前記検出用信号源の基準信号を混合するためのミキサと、
前記ミキサの出力から受信すべき情報に基づく信号の復調と前記入力リアクタンス制御信号の出力を行うための制御・判定部と、
を備えることを特徴とする請求項１０に記載のトランシーバ。
前記インピーダンス検出復調・制御部は、
前記入力リアクタンス制御信号により前記可変入力リアクタンス部の制御を行うとともに、検出すべき信号成分の補正を行うための調整信号を前記検出用信号源と前記ミキサに出力することを特徴とする請求項１０または１１に記載のトランシーバ。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバにおいて、
前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するための電極と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するための検出用信号源と、
前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うための増幅・フィルタ部と、
前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するためのインピーダンス検出復調・制御部と、
前記受信において前記インピーダンス検出復調・制御部からのリアクタンス制御信号に基づいて自己のリアクタンス値を変化させ、前記送信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とするべく前記リアクタンス値を変化させるための可変リアクタンス部と、
前記送信において前記送信すべき情報に応じたインピーダンス値にするための制御信号を前記可変リアクタンス部に出力するためのデータ・変調信号変換部と、
前記受信において前記電極と前記検出用信号源を接続し、前記送信において前記接続を切断するための送受切替え部と、
を備えることを特徴とするトランシーバ。
前記インピーダンス検出復調・制御部は、
前記送信において前記可変リアクタンス部のリアクタンス値を調整して回路グランドと大地グランド間の浮遊容量とで共振させるためのリアクタンス調整機能部
を備えることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のトランシーバ。
前記インピーダンス検出復調・制御部は、
前記送信において前記可変リアクタンス部のリアクタンス値を調整して回路グランドおよび通信媒体と大地グランド間の浮遊容量とで共振させるためのリアクタンス調整機能部
を備えることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のトランシーバ。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器の制御方法において、
電極において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検出するステップと、
検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、
増幅・フィルタ部において前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うステップと、
インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するステップと、
可変入力リアクタンス部において前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンスを可変させるステップと、
を有することを特徴とする受信器の制御方法。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で通信を行うための受信器の制御方法において、
電極において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信するステップと、
検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、
前置増幅部において前記検出信号と前記受信用電極に印加された前記受信すべき情報に基づく信号電界を増幅するステップと、
インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて共振状態を検知して前記受信すべき情報に基づく信号の復調と出力を開始させるためのデータ出力開始信号を出力し、検出する信号成分の補正を行うステップと、
第１のフィルタ部において前記受信すべき情報に基づく信号のみを通過させるステップと、
第２のフィルタ部において前記検出信号のみを通過させるステップと、
復調部において前記データ出力開始信号が入力されたときに前記受信すべき情報に基づく信号を復調して出力するステップと、
可変入力リアクタンス部において前記受信すべき情報に基づく信号を送信している送信器の共振状態の検知時において機能し、前記インピーダンス検出復調・制御部から出力された入力リアクタンス制御信号によりリアクタンス値を変化させるステップと、
接続部において前記データ出力開始信号に応じて、前記受信状態に前記電極と前記入力リアクタンス部を相互に接続し、前記検知時に前記電極と前記可変入力リアクタンス部を相互に接続するステップと、
を有することを特徴とする受信器の制御方法。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバの制御方法において、
電極において前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するステップと、
インピーダンス変調送信部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とすべく、前記電極に接続されて自己のリアクタンス値を可変可能な可変リアクタンス部の該リアクタンス値を変調して前記送信を行うステップと、
検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、
増幅・フィルタ部において前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うステップと、
インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するステップと、
可変入力リアクタンス部において前記インピーダンス検出復調・制御部から出力される入力リアクタンス制御信号によって入力リアクタンス値を可変させるステップと、
送受切替え部において前記送信において前記電極と前記インピーダンス変調送信部を接続し、前記受信において前記電極と前記可変入力リアクタンス部を接続するステップと、
を有することを特徴とするトランシーバの制御方法。
通信媒体に接触または近接する通信装置間で相互に送信と受信を行うためのトランシーバの制御方法において、
電極において前記受信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを検知して前記通信媒体に印加された受信すべき情報に基づく信号電界を受信し、前記送信において送信すべき情報に基づく信号電界を前記通信媒体に印加するステップと、
検出用信号源において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスの検出に用いる検出信号を生成し出力するステップと、
増幅・フィルタ部において前記検出信号を増幅してフィルタリングを行うステップと、
インピーダンス検出復調・制御部において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスに基づいて復元した受信すべき情報の信号成分を補正するステップと、
可変リアクタンス部において前記受信において前記インピーダンス検出復調・制御部からのリアクタンス制御信号に基づいて自己のリアクタンス値を変化させ、前記送信において前記通信媒体と大地グランド間のインピーダンスを前記送信すべき情報に基づいたインピーダンス値とするべく前記リアクタンス値を変化させるステップと、
データ・変調信号変換部において前記送信において前記送信すべき情報に応じたインピーダンス値にするための制御信号を前記可変リアクタンス部に出力するステップと、
送受切替え部において前記受信において前記電極と前記検出用信号源を接続し、前記送信において前記接続を切断するステップと、
を有することを特徴とするトランシーバの制御方法。