特許 7311799 電界式人体通信システム、送信装置及び受信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-11

(45)【発行日】2023-07-20

(54)【発明の名称】電界式人体通信システム、送信装置及び受信装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 13/00 20060101AFI20230712BHJP

【ＦＩ】

H04B13/00 500

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021161549

(22)【出願日】2021-09-30

(65)【公開番号】P2023051089

(43)【公開日】2023-04-11

【審査請求日】2022-02-25

(73)【特許権者】

【識別番号】391016358

【氏名又は名称】東芝情報システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090169

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100074147

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 崇

(74)【代理人】

【識別番号】100124497

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】永井 辰憲

【審査官】佐藤 敬介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００９／１２３０８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／１２０６０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２６６３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１２７８２０２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

人体と容量結合する電界式人体通信用の送信電極に接続され、複数の周波数のいずれか１つの周波数を用いて送信信号を前記送信電極へ送信する信号送信部を有した送信装置と、人体と容量結合する電界式人体通信用の受信電極に接続された受信装置と、を備える電界式人体通信システムにおいて、
前記送信装置には、
放電用電極が接続され、
基準の電圧とされた電圧が得られる基準電圧ポイントと、
前記放電用電極と前記基準電圧ポイントとの間の放電経路を導通・非導通とする放電経路導通・非導通回路と、
前記送信電極を介して、静電気で帯電した人体の帯電電圧を検出する帯電電圧検出手段と、
前記帯電電圧検出手段により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、前記放電経路導通・非導通回路の放電経路を導通にして強制放電させる放電制御手段と
を具備することを特徴とする電界式人体通信システム。

【請求項2】

前記送信装置には、
前記放電用電極または前記送信電極を介して前記人体の帯電電圧の周波数を検出する帯電電圧周波数検出手段と、
前記放電制御手段の動作後に前記帯電電圧周波数検出手段を動作させて前記人体の帯電電圧の周波数を検出させると共に、前記信号送信部を制御し、前記帯電電圧周波数検出手段により検出された周波数を除く１周波数で送信信号を送信させる送信周波数制御手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の電界式人体通信システム。

【請求項3】

前記送信装置には、
人体と容量結合する試験用受信電極と、
前記試験用受信電極からの信号を入力する入力端子と、
前記信号送信部から所定周波数の送信信号を送信させ、前記入力端子から信号を入力して、この入力信号の周波数成分から前記信号送信部から送信した送信信号の周波数成分を除去して前記帯電電圧周波数検出手段へ与えて人体の帯電電圧の周波数を検出させる帯電電圧周波数検出補助手段と
を具備し、
前記送信周波数制御手段は、前記帯電電圧周波数検出補助手段の制御下で前記帯電電圧周波数検出手段により検出された周波数を除く１周波数で送信信号を送信させることを特徴とする請求項２に記載の電界式人体通信システム。

【請求項4】

前記信号送信部から前記送信電極へ到る信号線と前記入力端子の間に接続されたコンデンサを有し、
前記試験用受信電極からの信号と前記信号送信部から送信された信号が合成された合成信号が前記入力端子へ入力されるように構成され、
前記帯電電圧周波数検出補助手段は、前記入力端子から前記合成信号を入力して、この合成信号の周波数成分から前記信号送信部から送信した送信信号の周波数成分を除去して前記帯電電圧周波数検出手段へ与えて人の帯電電圧の周波数を検出させることを特徴とする請求項３に記載の電界式人体通信システム。

【請求項5】

前記受信装置には、
人体と容量結合する試験用送信電極と、
所定の周波数を用いて試験用送信信号を前記試験用送信電極へ送信する試験用信号送信部と
前記受信電極からの信号を入力する入力端子と、
前記試験用信号送信部から所定周波数の送信信号を送信させ、前記入力端子から信号を入力して、この入力信号の周波数成分から前記試験用信号送信部から送信した試験用送信信号の周波数成分を除去して人体の帯電電圧の周波数を検出する帯電電圧周波数検出手段と、
前記帯電電圧周波数検出手段に検出された帯電電圧周波数信号を記憶する記憶手段と、
前記送信装置の前記信号送信部から送信された送信信号を復元する場合に、前記記憶された帯電電圧周波数信号を用いて前記受信電極からの信号の周波数成分から不要周波数成分の除去を行うことを特徴とする請求項１に記載の電界式人体通信システム。

【請求項6】

前記試験用信号送信部から前記試験用送信電極へ到る信号線と前記入力端子の間に接続されたコンデンサを有し、
前記受信電極からの信号と前記試験用信号送信部から送信された信号が合成された合成信号が前記入力端子へ入力されるように構成され、
前記帯電電圧周波数検出手段は、前記入力端子から前記合成信号を入力して、この合成信号の周波数成分から前記試験用信号送信部から送信した送信信号の周波数成分を除去して前記帯電電圧周波数信号を作成することを特徴とする請求項５に記載の電界式人体通信システム。

【請求項7】

前記受信装置には、
放電用電極が接続され、
基準の電圧とされた電圧が得られる基準電圧ポイントと、
前記放電用電極と前記基準電圧ポイントとの間の放電経路を導通・非導通とする放電経路導通・非導通回路と、
前記受信電極を介して、静電気で帯電した人体の帯電電圧を検出する帯電電圧検出手段と、
前記帯電電圧検出手段により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、前記放電経路導通・非導通回路の放電経路を導通にして強制放電させる放電制御手段と
を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界式人体通信システム。

【請求項8】

前記受信装置には、
複数の受信電極が接続され、
高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段と、
を具備し、
全ての前記受信電極から信号を受信して時系列に蓄積し、前記フーリエ変換手段に前記受信電極毎の蓄積した信号を与えて高速フーリエ変換し、高速フーリエ変換した結果に基づき前記送信装置の前記信号送信部から送信された送信信号を復元することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界式人体通信システム。

【請求項9】

前記受信装置には、
複数の受信電極が接続され、
前記複数の受信電極からそれぞれ異なるタイミングで所定期間、信号を受信する前記複数の受信電極と同数のサンプリング回路と、
前記複数のサンプリング回路で受信した信号の全ての和信号または積信号を求める信号変形手段と、
前記和信号または積信号を所定波高閾値によりＨレベルとＬレベルに２値化する２値化回路と、
２値化のＨレベルが概ね連続する期間の長さと２値化のＬレベルが連続する長さに基づき、１と０のデータを取り出すデータ取出手段と
が備えられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界式人体通信システム。

【請求項10】

前記受信装置には、
複数の受信電極が接続され、
前記複数の受信電極から所定時間毎のサンプリングをそれぞれ異なる周波数で行って信号を受信する前記複数の受信電極と同数の周波数受信回路と、
前記複数の周波数受信回路で受信した信号の全ての和信号または積信号を求める信号変形手段と、
前記和信号または積信号を所定波高閾値によりＨレベルとＬレベルに２値化する２値化回路と、
２値化のＨレベルが概ね連続する期間の長さと２値化のＬレベルが連続する長さに基づき、１と０のデータを取り出すデータ取出手段と
が備えられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界式人体通信システム。

【請求項11】

人体と容量結合する電界式人体通信用の送信電極に接続され、複数の周波数のいずれか１つの周波数を用いて送信信号を前記送信電極へ送信する信号送信部を有した送信装置と、人体と容量結合する電界式人体通信用の受信電極に接続された受信装置と、を備える電界式人体通信システムの前記送信装置において、
放電用電極が接続され、
基準の電圧とされた電圧が得られる基準電圧ポイントと、
前記放電用電極と前記基準電圧ポイントとの間の放電経路を導通・非導通とする放電経路導通・非導通回路と、
前記送信電極を介して、静電気で帯電した人体の帯電電圧を検出する帯電電圧検出手段と、
前記帯電電圧検出手段により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、前記放電経路導通・非導通回路の放電経路を導通にして強制放電させる放電制御手段と
を具備することを特徴とする電界式人体通信システムの送信装置。

【請求項12】

前記放電用電極または前記送信電極を介して前記人体の帯電電圧の周波数を検出する帯電電圧周波数検出手段と、
前記放電制御手段の動作後に前記帯電電圧周波数検出手段を動作させて前記人体の帯電電圧の周波数を検出させると共に、前記信号送信部を制御し、前記帯電電圧周波数検出手段により検出された周波数を除く１周波数で送信信号を送信させる送信周波数制御手段と
を具備することを特徴とする請求項１１に記載の電界式人体通信システムの送信装置。

【請求項13】

人体と容量結合する試験用受信電極と、
前記試験用受信電極からの信号を入力する入力端子と、
前記信号送信部から所定周波数の送信信号を送信させ、前記入力端子から信号を入力して、この入力信号の周波数成分から前記信号送信部から送信した送信信号の周波数成分を除去して前記帯電電圧周波数検出手段へ与えて人体の帯電電圧の周波数を検出させる帯電電圧周波数検出補助手段と
を具備し、
前記送信周波数制御手段は、前記帯電電圧周波数検出補助手段の制御下で前記帯電電圧周波数検出手段により検出された周波数を除く１周波数で送信信号を送信させることを特徴とする請求項１２に記載の電界式人体通信システムの送信装置。

【請求項14】

前記信号送信部から前記送信電極へ到る信号線と前記入力端子の間に接続されたコンデンサを有し、
前記試験用受信電極からの信号と前記信号送信部から送信された信号が合成された合成信号が前記入力端子へ入力されるように構成され、
前記帯電電圧周波数検出補助手段は、前記入力端子から前記合成信号を入力して、この合成信号の周波数成分から前記信号送信部から送信した送信信号の周波数成分を除去して前記帯電電圧周波数検出手段へ与えて人体の帯電電圧の周波数を検出させることを特徴とする請求項１３に記載の電界式人体通信システムの送信装置。

【請求項15】

人体と容量結合する電界式人体通信用の送信電極に接続され、複数の周波数のいずれか１つの周波数を用いて送信信号を前記送信電極へ送信する信号送信部を有した送信装置と、人体と容量結合する電界式人体通信用の受信電極に接続された受信装置と、を備える電界式人体通信システムの前記受信装置において、
放電用電極が接続され、
基準の電圧とされた電圧が得られる基準電圧ポイントと、
前記放電用電極と前記基準電圧ポイントとの間の放電経路を導通・非導通とする放電経路導通・非導通回路と、
前記受信電極を介して、静電気で帯電した人体の帯電電圧を検出する帯電電圧検出手段と、
前記帯電電圧検出手段により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、前記放電経路導通・非導通回路の放電経路を導通にして強制放電させる放電制御手段と
を具備することを特徴とする電界式人体通信システムの受信装置。

【請求項16】

人体と容量結合する試験用送信電極と、
所定の周波数を用いて試験用送信信号を前記試験用送信電極へ送信する試験用信号送信部と
前記受信電極からの信号を入力する入力端子と、
前記試験用信号送信部から所定周波数の送信信号を送信させ、前記入力端子から信号を入力して、この入力信号の周波数成分から前記試験用信号送信部から送信した試験用送信信号の周波数成分を除去して人体の帯電電圧の周波数を検出する帯電電圧周波数検出手段と、
前記帯電電圧周波数検出手段に検出された帯電電圧周波数信号を記憶する記憶手段と、
前記送信装置の前記信号送信部から送信された送信信号を復元する場合に、前記記憶された帯電電圧周波数信号を用いて前記受信電極からの信号の周波数成分から不要周波数成分の除去を行うことを特徴とする請求項１５に記載の電界式人体通信システムの受信装置。

【請求項17】

前記試験用信号送信部から前記試験用送信電極へ到る信号線と前記入力端子の間に接続されたコンデンサを有し、
前記受信電極からの信号と前記試験用信号送信部から送信された信号が合成された合成信号が前記入力端子へ入力されるように構成され、
前記帯電電圧周波数検出手段は、前記入力端子から前記合成信号を入力して、この合成信号の周波数成分から前記試験用信号送信部から送信した送信信号の周波数成分を除去して前記帯電電圧周波数信号を作成することを特徴とする請求項１６に記載の電界式人体通信システムの受信装置。

【請求項18】

複数の受信電極が接続され、
高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段と、
を具備し、
全ての前記受信電極から信号を受信して時系列に蓄積し、前記フーリエ変換手段に前記受信電極毎の蓄積した信号を与えて高速フーリエ変換し、高速フーリエ変換した結果に基づき前記送信装置の前記信号送信部から送信された送信信号を復元することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の電界式人体通信システムの受信装置。

【請求項19】

複数の受信電極が接続され、
前記複数の受信電極からそれぞれ異なるタイミングで所定期間、信号を受信する前記複数の受信電極と同数のサンプリング回路と、
前記複数のサンプリング回路で受信した信号の全ての和信号または積信号を求める信号変形手段と、
前記和信号または積信号を所定波高閾値によりＨレベルとＬレベルに２値化する２値化回路と、
２値化のＨレベルが概ね連続する期間の長さと２値化のＬレベルが連続する長さに基づき、１と０のデータを取り出すデータ取出手段と
が備えられていることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の電界式人体通信システムの受信装置。

【請求項20】

複数の受信電極が接続され、
前記複数の受信電極から所定時間毎のサンプリングをそれぞれ異なる周波数で行って信号を受信する前記複数の受信電極と同数の周波数受信回路と、
前記複数の周波数受信回路で受信した信号の全ての和信号または積信号を求める信号変形手段と、
前記和信号または積信号を所定波高閾値によりＨレベルとＬレベルに２値化する２値化回路と、
２値化のＨレベルが概ね連続する期間の長さと２値化のＬレベルが連続する長さに基づき、１と０のデータを取り出すデータ取出手段と
が備えられていることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の電界式人体通信システムの受信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電界式人体通信システム、送信装置及び受信装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

人体通信とは、人体を通信の媒体として扱う通信技術のことである。この人体通信には２つの伝送方式がある。１つは「電流通信方式」であり、もう１つは「電界通信方式」である。

【0003】

「電流通信方式」は、一般的に利用面での制約があるとされている。即ち、送信機及び受信機のそれぞれの電極を人体に直接接触させる必要があるため、ユーザに不快感を与える。また、発汗などにより皮膚と電極の接触状態が変化し、通信が安定しない、などの欠点がある。

【0004】

一方の電界方式は、人の周りに存在している静電気のようなごく微弱な電気の膜と考えることができる“電界”を用い、人体の表面に発生する電界の変化を利用して情報を伝達するものである。この電界方式の問題点は、物理的な通信線を使用しないがために、基準電位を合わせられないといった点にある。本発明は後者の電界式通信を用いた通信システム、送信装置及び受信装置である。それが故に、外界からのノイズを多く受けるため、ノイズ除去が課題である。

【0005】

特許文献１には、電極同士の電界結合を高効率化し、装置の小型化を実現した、電界結合方式の優れた通信装置、通信システムが開示されている。この特許文献１の通信装置は、２枚の導体平板により構成される電極部に対して、直列に接続される第１の共振回路と、直列接続された電極部及び上記第１の共振回路に対して並列接続される第２の共振回路を備える。上記電極部に印加される電圧が直列接続された電極部及び第１の共振回路に印加される電圧よりも大きくなるように、共振回路の定数が決定されている。これにより、目的の周波数で非常に結合強度の大きい電界結合用電極を得ている。即ち、電極同士の電界結合を高効率化するための優れた電界結合用電極を用いてノイズ対策を行うという提案である。ソフトウェアによるノイズ除去には言及されていない。

【0006】

特許文献２では、高通信感度と低電力消費量の両立を図った人体通信システムが開示されている。この人体通信システムは、第１の通信端末及び第２の通信端末が人体等を介して通信する。第１の通信端末と第２の通信端末のそれぞれには、人体等と近接又は接触する電極が備えられている。この電極は、一対の電極材料で絶縁材料を挟み込んで構成される。電極材料は、金属や樹脂等の基材に対して、カーボンナノチューブやカーボンナノファイバや炭素繊維強化プラスチック等の繊維状炭素を含有して形成されるものである。
高通信感度と低電力消費量の両立を図った電極及び電極材料を用いてノイズ対策を提案しているが、やはりソフトウェアによるノイズ除去には言及されていない。

【0007】

特許文献３は、経路案内に必要な情報を転送する際のユーザの負担を軽減することができる情報転送システムを開示する。
このシステムは、経路案内に必要な情報を保持する携帯端末から車載情報端末へ該情報を転送する情報転送システムであって、前記情報の転送は、前記車載情報端末の受信部に、前記携帯端末を携帯するユーザの体の一部が触れたときに、該ユーザの人体を介する電界通信を介して実現されるものである。
信号処理に関しては、人体に誘起されて伝達されてくる電界を、人体通信部において絶縁膜を介して送受信電極で検出し、この電界を電界検出光学部において電気信号に変換する。この電気信号は、信号処理回路で増幅、ノイズ除去などの信号処理を施される。更に波形整形回路で波形整形がなされ、入出力回路を介して降車地点通知部及び情報翻訳部等に出力される。しかしながら、静電気で帯電した人体の帯電電圧に基づくノイズの処理については特に行われていない。

【0008】

特許文献４に記載の人体通信では、近傍の電力線や電子機器から誘起される高度の環境ノイズが存在して、有意な電界搬送波を弁別する為に高度の環境ノイズ除去特性が求められることに鑑み、電極構成の選択と接続方法により簡易な受信回路を提供している。即ち、受信電極として三層の導電層を設けて、その二層目の電極を受信回路の電気的基準電位点に接続する構成を採用している。そして、人体に接する側の第１の導電層と第２の導電層との間隔を、２層目電極と第３の導電層との間隔より広くしている。また、第１の導電層と第３の導電層により構成される静電容量と搬送周波数に対応する共振インダクタンスを接続して、共振信号を増幅している。

【0009】

特許文献５の通信システムは、ユーザによって携帯される第１の通信装置と、上記第１の通信装置との間で前記ユーザの人体を介してデータ通信を行う第２の通信装置とを備える。上記第１の通信装置は、上記第２の通信装置との間で上記人体を介してデータ通信を行う第１の人体通信部と、上記人体の表面における荷電量を制御する荷電制御手段とを有し、上記第２の通信装置は、静電容量方式のタッチパネルと、上記人体に近接するように配置される人体通信アンテナと、上記第１の通信装置と上記人体との第１の近接部分における静電電界、および上記人体と上記人体通信アンテナとの第２の近接部分における静電電界を利用して、上記第１の通信装置との間で上記人体を介してデータ通信を行う第２の人体通信部と、上記ユーザによる上記タッチパネルに対するタッチ操作が開始されたことを条件として、上記第２の人体通信部における受信信号の信号強度の測定値が所定の閾値より小さい場合に上記信号強度を増大させる信号強度増大制御を実行する人体通信制御手段とを備えている。そして、上記信号強度増大制御は、上記第１の通信装置の上記荷電制御手段における荷電量制御用の電圧を上記所定の閾値と上記測定値との相違に応じて増大させることにより、上記第２の人体通信部における受信信号の上記信号強度を増大させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】国際公開第２０１４／０８７７４８号

【文献】国際公開第２０１５／１２９０４８号

【文献】特開２０１０－２８３９４号公報

【文献】特開２０１４－１３５６３３号公報

【文献】特開２０１５－１０３９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明において、電界式人体通信において送信側では、帯電電圧の低減や帯電電圧の周波数の少ない周波数の利用を図ることによりノイズの低減を目指す。また、本発明において、電界式人体通信において受信側では、人体による伝送路で重畳されたノイズを含んだ受信信号から真の信号を的確に取り出せるようにする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の実施形態に係る電界式人体通信システムは、人体と容量結合する電界式人体通信用の送信電極に接続され、複数の周波数のいずれか１つの周波数を用いて送信信号を前記送信電極へ送信する信号送信部を有した送信装置と、人体と容量結合する電界式人体通信用の受信電極に接続された受信装置と、を備える電界式人体通信システムにおいて、前記送信装置には、放電用電極が接続され、基準の電圧とされた電圧が得られる基準電圧ポイントと、前記放電用電極と前記基準電圧ポイントとの間の放電経路を導通・非導通とする放電経路導通・非導通回路と、前記送信電極を介して、静電気で帯電した人体の帯電電圧を検出する帯電電圧検出手段と、前記帯電電圧検出手段により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、前記放電経路導通・非導通回路の放電経路を導通にして強制放電させる放電制御手段とを具備することを特徴とする。

【0013】

本発明の実施形態に係る送信装置は、人体と容量結合する電界式人体通信用の送信電極に接続され、複数の周波数のいずれか１つの周波数を用いて送信信号を前記送信電極へ送信する信号送信部を有した送信装置と、人体と容量結合する電界式人体通信用の受信電極に接続された受信装置と、を備える電界式人体通信システムの前記送信装置において、放電用電極が接続され、基準の電圧とされた電圧が得られる基準電圧ポイントと、前記放電用電極と前記基準電圧ポイントとの間の放電経路を導通・非導通とする放電経路導通・非導通回路と、前記送信電極を介して、静電気で帯電した人体の帯電電圧を検出する帯電電圧検出手段と、前記帯電電圧検出手段により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、前記放電経路導通・非導通回路の放電経路を導通にして強制放電させる放電制御手段とを具備することを特徴とする。

【0014】

本発明の実施形態に係る受信装置は、人体と容量結合する電界式人体通信用の送信電極に接続され、複数の周波数のいずれか１つの周波数を用いて送信信号を前記送信電極へ送信する信号送信部を有した送信装置と、人体と容量結合する電界式人体通信用の受信電極に接続された受信装置と、を備える電界式人体通信システムの前記受信装置において、放電用電極が接続され、基準の電圧とされた電圧が得られる基準電圧ポイントと、前記放電用電極と前記基準電圧ポイントとの間の放電経路を導通・非導通とする放電経路導通・非導通回路と、前記受信電極を介して、静電気で帯電した人体の帯電電圧を検出する帯電電圧検出手段と、前記帯電電圧検出手段により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、前記放電経路導通・非導通回路の放電経路を導通にして強制放電させる放電制御手段とを具備することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る電界式人体通信システムの実施形態の構成図。

【図2】本発明の各実施形態に係る送信装置の構成図。

【図2A】本発明の各実施形態に係る送信装置や送信装置により用いられるＦＦＴ変換の概略を説明するための図。

【図2B】本発明の各実施形態に係る送信装置によりデータから送信信号を作成する過程を示す波形図。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る受信装置の構成図。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る送信装置の構成図。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る送信装置の変形例を示す構成図。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る受信装置の構成図。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る受信装置の変形例を示す構成図。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る受信装置の構成図。

【図9】本発明の本実施形態に係る受信装置の受信部が行う処理の一例を示すフローチャート。

【図10】本発明の第４の実施形態に係る受信装置の構成図。

【図11】本発明の第４の実施形態に係る受信装置が有する第１のサンプリング回路と第２のサンプリング回路とにより用いられるクロックの一例を示す図。

【図12】本発明の第４の実施形態に係る受信装置要部の動作を説明するための波形図。

【図13】本発明の第５の実施形態に係る受信装置の構成図。

【図14】本発明の第５の実施形態に係る受信装置が有する第１の周波数受信回路と第２の周波数受信回路との動作を説明するための波形図。

【図15】本発明の第５の実施形態に係る受信装置要部の動作を説明するための波形図。

【図16】本発明の第５の実施形態の受信装置によって採用した手法で、４個の受信電極とその受信信号を用いてデータを取得した場合の動作時の波形例を示す図。

【図17】本発明の各実施形態の受信装置において、受信電極から受信した信号の、ローパスフィルタを通過させる前の波形を示す図。

【図18】本発明の各実施形態の受信装置において、受信電極から受信した信号の、ローパスフィルタを通過させた後の波形を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下添付図面を参照して本発明に係る電界式人体通信システム、送信装置及び受信装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0017】

図１に、本発明に係る電界式人体通信システムの実施形態の構成図を示す。このシステムは、人１００の表面の静電電界を用いた電界式人体通信システムである。このシステムでは、送信装置２００と受信装置３００とを備える。送信装置２００は、人１００と容量結合する電界式人体通信用の送信電極２０１に接続されている。受信装置３００は、人１００と容量結合する電界式人体通信用の受信電極３０１に接続されている。

【0018】

送信装置２００は、複数の周波数のいずれか１つの周波数を用いて送信信号を上記送信電極２０１へ送信する信号送信部２０２を有している。受信装置３００は受信電極３０１を介して受信した受信信号の復元化等を行う受信部３０２を有している。

【0019】

第１の実施形態に係る送信装置２００は、図２に示されるように構成されている。即ち、送信装置２００には、放電用電極２０３が接続され、基準電圧ポイント２０４、放電経路導通・非導通回路２０５、帯電電圧検出手段２０６、放電制御手段２０７を備える。基準電圧ポイント２０４は、基準の電圧とされた電圧が得られる導電性の端子などである。基準電圧ポイント２０４は、商用交流電源のアース側線に接続されてアース電位を供給するポイント、送信装置２００がバッテリー駆動である場合、そのバッテリーの負極側に接続されて所定電圧を供給するポイント、或いは、送信装置２００の導体シャーシに接続されて電気的に所定電圧を供給するポイントなど、とすることができる。

【0020】

放電経路導通・非導通回路２０５は、上記放電用電極２０３と上記基準電圧ポイント２０４との間の放電経路を導通・非導通とするスイッチング素子などの回路である。帯電電圧検出手段２０６は、上記送信電極２０１を介して、静電気で帯電した人１００の帯電電圧を検出するものである。送信電極２０１と受信電極３０１は、人１００と静電結合するために表面が絶縁されているのに対し、放電用電極２０３は人１００が触れて放電を行うための電極であり、導体により構成することができる。

【0021】

放電制御手段２０７は、上記帯電電圧検出手段２０６により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、上記放電経路導通・非導通回路２０５の放電経路を導通にして強制放電させるものである。以上の構成によって、人１００が所定閾値を超えて帯電電圧を有した状態で帯電している場合には、送信路が帯電の電荷により不安定な電界状態であろうから、強制放電により安定した状態とすることができ、ノイズを低減させた状態で通信を行うことが可能である。

【0022】

第１の実施形態に係る受信装置３００は、図３に示されるように構成することができる。即ち、受信装置３００には、放電用電極３０３が接続され、基準電圧ポイント３０４、放電経路導通・非導通回路３０５、帯電電圧検出手段３０６、放電制御手段３０７を備える。基準電圧ポイント３０４は、基準の電圧とされた電圧が得られる導電性の端子などである。基準電圧ポイント３０４は、商用交流電源のアース側線に接続されてアース電位を供給するポイント、受信装置３００がバッテリー駆動である場合、そのバッテリーの負極側に接続されて所定電圧を供給するポイント、或いは、受信装置３００の導体シャーシに接続されて電気的に所定電圧を供給するポイントなど、とすることができる。

【0023】

放電経路導通・非導通回路３０５は、上記放電用電極３０３と上記基準電圧ポイント３０４との間の放電経路を導通・非導通とするスイッチング素子などの回路である。帯電電圧検出手段３０６は、上記受信電極３０１を介して、静電気で帯電した人１００の帯電電圧を検出するものである。送信電極２０１と受信電極３０１は、人１００と静電結合するために表面が絶縁されているのに対し、放電用電極３０３は人１００が触れて放電を行うための電極であり、導体により構成することができる。

【0024】

放電制御手段３０７は、上記帯電電圧検出手段３０６により検出された電圧が所定閾値を超えているかを検出し、所定閾値を超えている場合には、上記放電経路導通・非導通回路３０５の放電経路を導通にして強制放電させるものである。以上の構成によって、人１００が所定閾値を超えて帯電電圧を有した状態で帯電している場合には、受信路が帯電の電荷により不安定な電界状態であろうから、強制放電により安定した状態とすることができ、ノイズを低減させた状態で通信を行うことが可能である。

【0025】

本実施形態では、送信装置には、図２に示されるように、帯電電圧周波数検出手段２０８、送信周波数制御手段２０９が備えられている。帯電電圧周波数検出手段２０８は、上記放電用電極２０３または上記送信電極２０１を介して上記人１００の帯電電圧の周波数を検出するものである。送信周波数制御手段２０９は、上記放電制御手段２０７の動作後に上記帯電電圧周波数検出手段２０８を動作させて上記人１００の帯電電圧の周波数を検出させると共に、上記信号送信部２０２を制御し、上記帯電電圧周波数検出手段２０８により検出された周波数を除く１周波数で送信信号を送信させるものである。なお、上記帯電電圧周波数検出手段２０８では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数解析を行い、含まれる信号の周波数を求めることができる。

【0026】

図２Ａは、ＦＦＴ変換を示す。帯電電圧周波数検出手段２０８に到来する信号（図２Ａ（ａ））を図２Ａ（ｂ）に示されるようにフーリエ級数展開して、図２Ａ（ｃ）に示す周波数スペクトルを得ることができる。本実施形態では、帯電電圧周波数検出手段２０８に到来する信号（図２Ａ（ａ））をディジタル化して蓄積し、蓄積したデータを用いてＦＦＴ変換を行い、周波数スペクトルを得る。

【0027】

信号送信部２０２は、図２Ｂ（ｂ）に示すような０１により構成されるデータを送信する場合、搬送波を図２Ｂ（ａ）に示す変調信号で変調して図２Ｂ（ｃ）に示す被変調信号として送信する。即ち、搬送波は図２Ｂ（ｃ）のパルスが連続した信号である。従って、データ（図２Ｂ（ｂ））については、１の場合に１周期（１Ｈ）にＨとＬとが続く信号とし、０の場合に１周期（１Ｈ）に全てＬが続く信号として、変調信号（図２Ｂ（ａ））を作成し、変調信号（図２Ｂ（ａ））により搬送波を変調して被変調信号（図２Ｂ（ｃ））を得て送信する。

【0028】

信号送信部２０２は、３３ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１２３ＭＨｚ、・・・などの複数の周波数で送信可能であり、送信周波数制御手段２０９の指示により、人１００の帯電電圧の周波数と重ならない周波数を用いて送信でき、送信信号がノイズと混合するなどの通信状態の悪化を避けることが可能である。

【0029】

図４には、第２の実施形態に係る送信装置２００の構成図が示されている。本実施形態に係る前記送信装置には、図２に示した第１の実施形態の構成に加えて、試験用受信電極２１１、帯電電圧周波数検出補助手段２１２が備えられている。帯電電圧周波数検出補助手段２１２では、試験用受信電極２１１からの信号を入力する位置が入力端子２１３となっている。

【0030】

上記の帯電電圧周波数検出補助手段２１２は、上記信号送信部２０２から所定周波数の送信信号を送信させ、上記入力端子２１３から信号を入力して、この入力信号の周波数成分から上記信号送信部２０２から送信した送信信号の周波数成分を除去して上記帯電電圧周波数検出補助手段２１２へ与えて人体の帯電電圧の周波数を検出させるものである。この帯電電圧周波数検出補助手段２１２は、上記信号送信部２０２から送信した所定周波数の送信信号の提供を受けており、入力信号の周波数成分から上記信号送信部２０２から送信した送信信号の周波数成分を除去することが可能である。

【0031】

上記送信周波数制御手段２０９は、上記帯電電圧周波数検出補助手段２１２の制御下で上記帯電電圧周波数検出手段２０８により検出された周波数を除く１周波数で送信信号を送信させる。

【0032】

図５には、第２の実施形態に係る送信装置２００の変形例が示されている。本実施形態
では、上記信号送信部２０２から上記送信電極２０１へ到る信号線と上記入力端子２１３の間に接続されたコンデンサＣを有している。上記試験用受信電極２１１からの信号と上記信号送信部２０２から送信されコンデンサＣを介した信号が合成された合成信号が上記入力端子２１３へ入力されるように構成されている。本実施形態は人１００がいない場合に、試験用受信電極２１１からは、信号送信部２０２から送信した信号と帯電電圧に係る信号が合成された信号が受信できないことに対応するものである。

【0033】

本実施形態において上記帯電電圧周波数検出補助手段２１２は、上記入力端子２１３から上記合成信号を入力して、この合成信号の周波数成分から上記信号送信部２０２から送信した送信信号の周波数成分を除去して上記帯電電圧周波数検出手段２０８へ与えて人１００の帯電電圧の周波数を検出させる。

【0034】

上記構成によれば、上記帯電電圧周波数検出補助手段２１２は、上記信号送信部２０２から送信した送信信号をまたはその送信信号の周波数や振幅などの情報を取得しているので、図４の実施形態と異なり、実際に上記信号送信部２０２から送信した送信信号と上記帯電電圧の信号が合成された信号を試験用受信電極２１１から実際に得ることなく、合成したものを上記入力端子２１３から取り込むことができる。合成信号を得た以降の処理は、図４の実施形態と同様に行うことができる。

【0035】

図６には、第２の実施形態に係る受信装置３００の構成図が示されている。この第２の実施形態に係る受信装置３００は、図３に示した受信装置３００の実施形態に対し、人体と容量結合する試験用送信電極３１１と、試験用信号送信部３０９と、帯電電圧周波数検出手段３１２と、記憶手段３０８とを追加して備えさせたものである。帯電電圧周波数検出手段３１２では、受信電極３０１からの信号を入力する位置が入力端子３１３となっている。

【0036】

上記において、試験用信号送信部３０９は、所定の周波数を用いて試験用送信信号を上記試験用送信電極３１１へ送信するものである。帯電電圧周波数検出手段３１２は、上記試験用信号送信部３０９から所定周波数の送信信号を送信させ、人１００を介した通信で帯電電圧周波数信号と合成されたものを上記入力端子３１３から信号を入力して、この入力信号の周波数成分から上記試験用信号送信部３０９から送信した試験用送信信号の周波数成分を除去して人体の帯電電圧周波数信号を検出するものである。記憶手段３０８は、上記検出された帯電電圧周波数信号を（ディジタル化して）記憶するものである。受信部３０２は、上記送信装置２００の上記信号送信部２０２から送信された送信信号を復元する場合に、上記記憶手段３０８に記憶された帯電電圧周波数検出用信号（ディジタルデータをアナログ信号として）を用いて上記受信電極３０１からの信号の周波数成分から不要周波数成分の除去を行う。具体的には、受信部３０２がフィルタなどを用いて不要周波数成分の除去を行う。本実施形態の試験用信号送信部３０９と帯電電圧周波数検出手段３１２は、通常の信号受信時の前に動作させて記憶手段３０８へ帯電電圧周波数信号を記憶し、通常の信号受信時には動作を休止した状態とする。

【0037】

図７には、第２の実施形態に係る受信装置３００の変形例に係る構成図が示されている。本実施形態では、上記試験用信号送信部３０９から上記試験用送信電極３１１へ到る信号線と、受信電極３０１から上記入力端子３１３の間に接続されたコンデンサＣを有し、上記受信電極３０１からの信号と上記信号送信部２０２から送信されコンデンサＣを介した信号が合成された合成信号が上記入力端子３１３へ入力されるように構成されている。本実施形態は人１００がいない場合に、受信電極３０１からは、試験用信号送信部３０９から送信した信号と帯電電圧に係る信号が合成された信号が受信できないことに対応するものである。

【0038】

本実施形態においては、上記受信電極３０１からの信号と上記試験用信号送信部３０９から送信されコンデンサＣを介した信号が合成された合成信号が上記入力端子３１３へ入力されるように構成されていることから、帯電電圧周波数検出手段３１２は、上記入力端子３１３から信号を入力して、この入力信号の周波数成分から上記試験用信号送信部３０９から送信した試験用送信信号の周波数成分を除去して人体の帯電電圧周波数信号を検出する。
人体の帯電電圧周波数信号は記憶手段３０８へ記憶され、図６の第２の実施形態に係る受信装置３００と同様に処理が行われる。

【0039】

図８には、第３の実施形態に係る受信装置３００の構成図が示されている。本実施形態の受信装置３００には、複数（ここでは、４つ）の受信電極３０１－１～３０１－４が接続され、高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換手段であるＦＦＴ手段３１４－１～３１４－４を具備する。

【0040】

既に説明した実施形態の技術を用いてノイズ除去を行い、受信部３０２では、全ての上記受信電極３０１－１～３０１－４から信号を受信して時系列に（ディジタル化して）蓄積し、上記ＦＦＴ手段３１４－１～３１４－４に上記受信電極３０１－１～３０１－４毎の蓄積した信号を与えて高速フーリエ変換し、高速フーリエ変換した結果に基づき上記送信装置２００の上記信号送信部２０２から送信された送信信号を復元する。

【0041】

図９は、本実施形態に係る受信装置３００の受信部３０２が行う処理の一例を示す。本実施形態では、「認証」のデータを受信する場合を例とする。まず、全ての受信電極で同時に信号の受信処理を行い、フィルタなどによりノイズ除去をして、受信した通常のアナログ信号とする（Ｓ１１）。次に、電極毎に信号をディジタル化して電極毎に時系列に並べて蓄積する（Ｓ１２）。電極毎の時系列データをＦＦＴ変換する（Ｓ１３）。更に、電極毎のＦＦＴ変換結果を積算し、最大の周波数を送信信号の周波数と特定する（Ｓ１４）。

【0042】

次に、蓄積された電極毎の時系列データを所定時間毎にＦＦＴ変換する（Ｓ１５）。更に、時間単位で電極毎のＦＦＴ変換結果を積算し、送信信号の周波数と特定された周波数成分の大きさを閾値と比較し、時間単位で０または１に変換する（Ｓ１６）。０と１のデータ列を所定ビット単位で文字化して保存する（Ｓ１７）。保存された文字列が認証データと一致しているかを検出する（Ｓ１８）。ここで、認証データと一致している場合には、認証完了として次の処理へ進む（Ｓ１９）。一方、このステップＳ１８においてＮＯとなるとステップＳ１１へ戻って処理を続ける。

【0043】

図１０には、第４の実施形態に係る受信装置３００の構成図が示されている。この第４の実施形態に係る受信装置３００は、第１の受信電極３０１－１と第２の受信電極３０１－２との２つの電極が接続され、第１のサンプリング回路３１５、第２のサンプリング回路３１６、信号変形手段３１７、２値化回路３１８、データ取出手段３１９が備えられている。第１のサンプリング回路３１５は、上記第１の電極３０１－１から第１のタイミングで所定期間信号を受信するものである。第２のサンプリング回路３１６は、上記第２の電極３０１－２から上記第１のタイミングと異なる第２のタイミングで上記所定期間信号を受信するものである。

【0044】

更に、信号変形手段３１７は、上記第１のサンプリング回路３１５で受信した信号と上記第２のサンプリング回路３１６で受信した信号の和信号または積信号を求めるものである。また、２値化回路３１８は、上記和信号または積信号を所定波高閾値によりＨレベルとＬレベルに２値化するものである。更に、データ取出手段３１９は、２値化のＨレベルが概ね連続する期間の長さと２値化のＬレベルが連続する長さに基づき、１と０のデータを取り出すものである。

【0045】

具体例で示すと、図１１に示すようである。第１のサンプリング回路３１５は、第１の電極３０１－１から（ａ）により示すクロックの立ち上がりである第１のタイミングで所定期間、信号を受信するものである。第２のサンプリング回路３１６は、第２の電極３０１－２から（ｂ）により示すクロックの立ち上がりである第２のタイミングで所定期間、信号を受信するものである。

【0046】

第１のサンプリング回路３１５により受信した信号が図１２（ｃ）のようであり、第２のサンプリング回路３１６により受信した信号が図１２（ｄ）のようであった場合に、信号変形手段３１７が信号の和算を行った場合には、図１２（ｅ）の如き和信号が得られる。これを波高閾値ＴＨにより２値化回路３１８で２値化すると、図１２（ｆ）のようにＨレベルとＬレベルの信号とが存在する信号となる。データ取出手段３１９は、これを所定の時間幅で０と１へ変換し、図１２（ｆ）の波形の下に示すように、１０１０１１１００００・・・の如きデータを取得することができる。

【0047】

図１３には、第５の実施形態に係る受信装置３００の構成図が示されている。この第５の実施形態に係る受信装置３００は、第１の受信電極３０１－１と第２の受信電極３０１－２との２つの電極が接続され、第１の周波数受信回路３２１、第２の周波数受信回路３２２、信号変形手段３１７、２値化回路３１８、データ取出手段３１９が備えられている。第１の周波数受信回路３２１は、上記第１の電極３０１－１から所定時間毎のサンプリングを第１の周波数で行って信号を受信するものである。第２の周波数受信回路３２２は、上記第２の電極３０１－２から所定時間毎のサンプリングを第２の周波数で行って信号を受信するものである。

【0048】

即ち、図１４の（ｇ）に示すような１受信区間に対し、第１の周波数受信回路３２１は、サンプリングを第１の周波数（図１４の（ｈ）に示す）で行って信号を受信する。第２の周波数受信回路３２２は、サンプリングを第２の周波数（図１４の（ｉ）に示す）で行って信号を受信する。別言すれば、第１の周波数受信回路３２１は、図１４の（ｈ）に示すパルスのパルス幅でサンプリングを行い、第２の周波数受信回路３２２は、図１４の（ｉ）に示すパルスのパルス幅でサンプリングを行う。この例では、第１の周波数受信回路３２１の周波数は、第２の周波数受信回路３２２の周波数の２倍である。

【0049】

第１の周波数受信回路３２１により受信した信号が図１５（ｊ）のようであり、第２の周波数受信回路３２２により受信した信号が図１５（ｋ）のようであった場合に、信号変形手段３１７が信号の和算を行った場合には、図１５（ｌ）の如き和信号が得られる。これを波高閾値ＴＨにより２値化回路３１８で２値化すると、図１５（ｍ）のようにＨレベルとＬレベルの信号とが存在する信号となる。データ取出手段３１９は、これを所定の時間幅で０と１へ変換し、図１５（ｍ）の波形の下に示すように、１０１０１１１００００・・・の如きデータを取得することができる。

【0050】

上記図１２と図１５のように２値化した場合であっても、正しい信号成分であるか否かを判断するため、次の手法を採用することができる。送信装置２００と受信装置３００を有する本実施形態の通信システムでは、受信装置３００において正しい信号の１ビット分のパルス幅（図１５に示す時間ｔ_bit）は既知である。このパルス幅（時間ｔ_bit）に対して“Ｈ”となっている信号成分の時間ｔ_Hを判断材料とする。即ち、時間ｔ_bitに対して時間ｔ_Hが８割以上の長さを有した場合に正しい信号成分と判断する。ここで８割とした理由を説明する。その理由は、５割では誤検出が１／２となり、正しい信号成分であると、確度の高い判断ができない。また、７割程度の場合には、ノイズの影響で信号の先頭が欠けたり、信号のない時間帯の部分でノイズによる信号が重畳したりという現象が生じた場合に、信号誤検出率が上がってしまう。一方、８割以上に設定することで、信号あり、信号なし、のそれぞれについて誤検出の要因は少なくなり、実際の検証においても、誤検出がほぼなくなることが確かめられた（ただし、７割以下であっても信号の有無は判断しなければならない）。

【0051】

図１６に第５の実施形態の受信装置３００によって採用した手法で、４個の受信電極とその受信信号を用いてデータを取得した場合の動作時の波形例を示す。図１６（ａ）は２値化された本来の信号を示し、図１６（ｂ）は０と１にデータ化したデータを示す。また、図１６（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、４個の受信電極毎で用いた周波数に対応するクロックである。図１６（ｇ）は４個の信号の和信号である。

【0052】

４個の信号の和信号（図１６（ｇ））に明らかな通り、データ１となるべき部分中のＨ部分が誇張され、正確なデータ取得ができるであろうことが判る。データ１となるべき部分においてもＨとＬが交互に繰り返される範囲があるが、このＨとＬが交互に繰り返される範囲中のＨとなっている幅（時間）の合計とＬとなっている幅（時間）の合計の比較から多数決でＨであるかＬであるかを判定してもよい。

【0053】

第４の実施形態に係る受信装置３００であっても、第５の実施形態に係る受信装置３００であっても、また、その他の受信装置３００においても、受信電極から受信した信号にローパスフィルタを用いて信号処理すると正確なデータ取得ができるであろうことが判る。即ち、受信電極から受信した信号（ローパスフィルタ使用前）を図１７に示し、受信電極から受信した信号（ローパスフィルタ使用後）を図１８に示す。これらの信号に付加した２値化する場合に波高閾値ＴＨによって２値化を行うことを考えると、ローパスフィルタを用いると好適であることが一目瞭然である。

【0054】

上記第４の実施形態に係る受信装置３００であっても、第５の実施形態に係る受信装置３００であっても、受信電極を２個用いたものを示したが、一般的には複数個とすることができ、各受信電極によって受信した信号についての処理手法は、上記第４の実施形態に係る受信装置３００の処理手法であっても、第５の実施形態に係る受信装置３００の処理手法であっても良い。

【符号の説明】

【0055】

１００ 人 ２００ 送信装置
２０１ 送信電極 ２０２ 信号送信部
２０３ 放電用電極 ２０４ 基準電圧ポイント
２０５ 放電経路導通・非導通回路 ２０６ 帯電電圧検出手段
２０７ 放電制御手段 ２０８ 帯電電圧周波数検出手段
２０９ 送信周波数制御手段 ２１１ 試験用受信電極
２１２ 帯電電圧周波数検出補助手段 ２１３ 入力端子
３００ 受信装置 ３０１、３０１－１～３０１－４ 受信電極 ３０２ 受信部 ３０３ 放電用電極
３０４ 基準電圧ポイント ３０５ 放電経路導通・非導通回路
３０６ 帯電電圧検出手段 ３０７ 放電制御手段
３０８ 記憶手段 ３０９ 試験用信号送信部
３１１ 試験用送信電極 ３１２ 帯電電圧周波数検出手段
３１３ 入力端子 ３１４－１～３１４－４ ＦＦＴ手段
３１５ 第１のサンプリング回路 ３１６ 第２のサンプリング回路
３１７ 信号変形手段 ３１８ ２値化回路
３１９ データ取出手段 ３２１ 第１の周波数受信回路
３２２ 第２の周波数受信回路

【図1】

【図2】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】