JP2012244470A - 電界通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電界通信の通信品質を向上させること。
【解決手段】電界伝達媒体としての人体Ｈが設置用電界通信装置１００の通信電極１０に接触した際に、携帯用電界通信装置３００との間で形成される通信経路上の環境雑音Ａを有する通信信号を受信し、他の通信経路を経由して他の環境雑音Ｂの信号を受信して、通信信号に含まれる環境雑音Ａを他の環境雑音Ｂの信号でキャンセルする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極から電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行う技術に関する。

従来より、電界伝達媒体に対して送信すべき情報に基づく電界を電極から誘起させ、また、電界伝達媒体に誘起された電界を電極で検出して通信を行う電界通信装置が提案されている（特許文献１参照）。

このような電界通信装置は用途に応じて様々な場面で利用されるが、一般的には、例えば図８に示すように、人Ｈにより所持される携帯用電界通信装置３００や、床や壁等の所定エリアに設置される設置用電界通信装置１００として利用される。

携帯用電界通信装置３００を所持した人Ｈが上記所定エリアに配置された設置用電界通信装置１００の通信電極１０に接触した場合、電界伝達媒体としての人体Ｈを介して、携帯用電界通信装置３００と設置用電界通信装置１００との間に通信経路Ｗが形成され、電界により通信が行われる。

具体的には、人体Ｈと、通信電極１０と、通信電極１０と設置用電界通信装置１００との間を電気的に接続するケーブル１１とを介して両装置間で電界により通信信号が送受される。

このとき、その通信経路上には、その設置環境において放射又は誘導された環境雑音が流れているため、その環境雑音が重畳された状態の通信信号が相手の装置に伝達される。すなわち、人体Ｈと通信電極１０とケーブル１１とに放射又は誘導されたそれぞれの環境雑音Ａ１〜Ａ３が、携帯用電界通信装置３００から出力された通信信号と共に伝達される。

特開２００４−２７４４５２号公報

ここで、電界通信は人体を通信経路とすることから、両装置間で送受される通信信号の強度は極めて小さいため、環境雑音の影響を受け易く、環境雑音の大きい場所では十分なＳＮ比が得られずに一定の通信品質を確保できないという課題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、電界通信の通信品質を向上させることにある。

請求項１記載の電界通信装置は、電極から電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能な電界通信装置において、前記電界伝達媒体が前記電極に接触した際に他の電界通信装置との間で形成される通信経路上の環境雑音を有する通信信号を受信する通信信号受信手段と、前記環境雑音を収集する雑音収集媒体により環境雑音の信号を受信する雑音信号受信手段と、前記通信信号受信手段で受信した前記通信信号に含まれる環境雑音を、前記雑音信号受信手段で受信した前記環境雑音の信号で相殺する雑音相殺手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、電界伝達媒体が電界通信装置の電極に接触した際に他の電界通信装置との間で形成される通信経路上の環境雑音を有する通信信号を受信し、環境雑音を収集する雑音収集媒体により環境雑音の信号を受信して、通信信号に含まれる環境雑音を環境雑音の信号で相殺するため、電界通信の通信品質を向上させることができる。

請求項２記載の電界通信装置は、請求項１記載の電界通信装置において、前記電界通信装置の電極は壁面又は床面に設置され、前記雑音収集媒体は、前記壁面若しくは前記床面に対して前記電界伝達媒体の位置に対称となるように配置、又は、前記電界伝達媒体の位置に隣接するように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、電界通信装置の電極は壁面又は床面に設置され、雑音収集媒体は、環境雑音の放射、誘導源となる壁面若しくは床面に対して電界伝達媒体の位置に対称となるように配置、又は、電界伝達媒体の位置に隣接するように配置されているため、他の環境雑音の信号のレベルを通信信号に含まれる環境雑音のレベルに近づけることができ、電界通信の通信品質をより向上させることができる。

請求項３記載の電界通信装置は、請求項１又は２記載の電界通信装置において、前記雑音収集媒体は、雑音収集電極及び／又は雑音収集ファントムであることを特徴とする。

請求項４記載の電界通信装置は、請求項３記載の電界通信装置において、前記雑音収集ファントムは、前記電界伝達媒体としての人体で収集される環境雑音と同レベルの環境雑音を収集することを特徴とする。

本発明によれば、雑音収集ファントムは、電界伝達媒体としての人体で収集される環境雑音と同レベルの環境雑音を収集するため、他の環境雑音の信号のレベルを通信信号に含まれる環境雑音のレベルに更に近づけることができ、電界通信の通信品質をより更に向上させることができる。

請求項５記載の電界通信装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の電界通信装置において、前記雑音相殺手段は、前記通信信号に前記他の環境雑音の信号の逆相信号を加える、又は、前記通信信号から前記他の環境雑音の信号を引くことを特徴とする。

本発明によれば、電界通信の通信品質を向上させることができる。

第１の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。 設置用電界通信装置の雑音キャンセル機構を示す図である。 携帯用電界通信装置の機能構成を示す図である。 第２の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。 第３の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。 第４の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。 第５の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。 従来の電界通信装置の利用形態を示す図である。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる様態で実施することが可能であり、本実施の形態の記載内容に限定して解釈すべきではない。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る電界通信装置の利用形態を示す図である。本電界通信装置は、ゲートのドア周辺に設置された設置用電界通信装置１００と、人Ｈにより所持された携帯用電界通信装置３００とで構成される。

最初に、設置用電界通信装置１００の構成および機能について説明する。

設置用電界通信装置１００は、電極から電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能であり、図１及び図２に示すように、第１通信電極１０と、第２通信電極１１と、第１ケーブル１２と、第２ケーブル１３と、第３ケーブル１４と、雑音収集ファントム１５と、通信信号受信部１６と、第１可変増幅部１７と、雑音信号受信部１８と、第２可変増幅部１９と、逆相信号生成部２０と、合成部２１と、復調部２２とで主に構成される。

図２に示した各部は、抵抗，インダクタ，コンデンサ，スイッチ，ダイオード，トランジスタ等の電気的素子が電気伝導体でつながった電気回路により構成される。

第１通信電極１０は、ゲートであるドア横の壁面の表側に設置され、電界伝達媒体としての人体Ｈにより接触された際に、その人Ｈが所持する携帯用電界通信装置３００から出力された通信信号を電界により受信する。

第２通信電極１１は、第１通信電極１０と同サイズ・同形状・同材料で形成され、絶縁体や壁面を挟んで第１通信電極１０に対向するように壁面の裏側に配置されている。第１通信電極１０と同サイズ・同形状・同材料で形成され、絶縁体を介して壁面に対して第１通信電極１０の位置に対称となるように配置されているため、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対し等価な条件となり、電界通信時に第１通信電極１０で収集される環境雑音Ａ２と同レベル（同等の信号強度）の環境雑音Ｂ２が収集される。

第１ケーブル１２は、第１通信電極１０と通信信号受信部１６との間を電気的に接続し、第１通信電極１０で受信した通信信号を通信信号受信部１６に伝達する。

第２ケーブル１３は、第１ケーブル１２と同じ長さ・同形状・同材料で形成され、壁面を挟んで第１ケーブル１２に対向するように壁面の裏側に配置されており、第２通信電極１１と雑音信号受信部１８との間を電気的に接続する。第１ケーブル１２と同じ長さ・同形状・同材料で形成され、壁面に対して第１ケーブル１２の位置に対称となるように配置されているため、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対し等価な条件となり、電界通信時に第１ケーブル１２で収集される環境雑音Ａ３と同レベルの環境雑音Ｂ３が収集される。

第３ケーブル１４は、第２通信電極１１と雑音収集ファントム１５との間を電気的に接続する。

雑音収集ファントム１５は、直径約２０ｃｍ×高さ約１００ｃｍの大きさを持つ円柱状の形状を有する模擬生体であり、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対して人体Ｈの位置に対称となるように壁面の裏側に配置され、人体Ｈで収集される環境雑音Ａ１と同レベルの環境雑音Ｂ１を収集するように作製されている。

なお、生理食塩水やゲルが注入されたファントムや、セラミック製のファントム、人型形状のファントムも利用できる。サイズ・形状・材料・配置位置により収集する環境雑音のレベル（受信雑音強度）が変化するため、電磁的特性が人体に近く、全身人型のファントムが望ましいが、電場や磁場に対して人体と同様の環境雑音収集特性を有する雑音収集媒体であればよい。

通信信号受信部１６は、第１ケーブル１２を経由して、第１通信電極１０により受信された通信信号を受信する。なお、受信した通信信号には、人体Ｈで収集された環境雑音Ａ１と、第１通信電極１０で収集された環境雑音Ａ２と、第１ケーブル１２で収集された環境雑音Ａ３とが重畳されている。以下、それら全ての環境雑音Ａ１〜Ａ３については環境雑音Ａと略称する。

第１可変増幅部１７は、通信信号受信部１６で受信した環境雑音Ａを含む通信信号を所定の強度に増幅する。

雑音信号受信部１８は、雑音収集ファントム１５と第３ケーブル１４と第２通信電極１１と第２ケーブル１３とを経由して、雑音収集ファントム１５で収集された環境雑音Ｂ１と、第２通信電極１１で収集された環境雑音Ｂ２と、第２ケーブル１３で収集された環境雑音Ｂ３とを有する環境雑音Ｂの信号を受信する。

第２可変増幅部１９は、第１可変増幅部１７による、環境雑音Ａの増幅された強度量に合わせるため、雑音信号受信部１８で受信した環境雑音Ｂの信号を、第１可変増幅部１７で増幅された強度と同じ強度に増幅する。

逆相信号生成部２０は、第２可変増幅部１９で増幅された環境雑音Ｂの信号の逆相信号を生成する。

合成部２１は、第１可変増幅部１７で増幅された通信信号（環境雑音Ａを含む）に、逆相信号生成部２０で生成された逆相信号（環境雑音Ｂの信号の逆相信号）を合成する。この合成により、通信信号に含まれる環境雑音Ａが、他の通信経路を経由して受信した環境雑音Ｂによりキャンセル（相殺）される。なお、合成部２１の出力のＳＮ比を観測しながら第２可変増幅部１９による増幅量を微調整することにより、逆相信号生成部２０による雑音信号損失や個々の回路やその接続部による信号損失も含めて雑音信号を最適にキャンセルでき、ＳＮ比を最大とすることができる。

復調部２２は、合成部２１で合成された合成信号から受信すべき情報を復調し、上位の情報処理装置（不図示）に送信する。

以上、設置用電界通信装置１００の構成等について説明した。なお、設置用電界通信装置１００は第１通信電極１０から電界により通信信号を送信（出力）する送信部も具備しているが、本実施の形態での説明は省略する。

次に、携帯用電界通信装置３００の構成および機能について説明する。

携帯用電界通信装置３００は、電極から電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能であり、図３に示すように、電界を電界伝達媒体に誘起する第１電極３２と第２電極３３とを携帯用電界通信装置３００の外形を形成している筐体の対向表面にそれぞれ配置し、内部に格納されたトランシーバ回路３１により、送信すべき情報に基づく電界を人体等の電界伝達媒体に誘起して電界通信を行う。

以上、携帯用電界通信装置３００の構成等について説明した。なお、設置用電界通信装置１００および携帯用電界通信装置３００において、第１，第２通信電極１０，１１や第１，第２電極３２，３３から電界を電界伝達媒体に誘起して情報の送受を行う処理（すなわち、各装置内に具備されたトランシーバ回路等による電界通信処理）については特許文献１で説明されたものと同様であるため、説明は省略する。

続いて、このような機能を有する設置用電界通信装置１００および携帯用電界通信装置３００の全体動作について説明する。

携帯用電界通信装置３００は、対向配置された第１電極３２と第２電極３３とから、所定の周波数で変調された送信すべき情報（例えば、所持者の識別情報等）を通信信号としてそれぞれ出力している。人Ｈにより所持されているため、電界伝達媒体である人体Ｈに対して通信信号が出力されている。

このとき、その人Ｈがドア横の第１通信電極１０に触れると、電界伝達媒体としての人Ｈと、第１通信電極１０と、第１ケーブル１２とを経由して、携帯用電界通信装置３００から出力されている通信信号が設置用電界通信装置１００の通信信号受信部１６に伝達される。

その伝達の際、人体Ｈには環境から放射又は誘導された環境雑音Ａ１が収集され、第１通信電極１０には同様の環境雑音Ａ２が収集され、第１ケーブル１２には同様の環境雑音Ａ３が収集されているため、通信信号受信部１６は、環境雑音Ａを含む通信信号を受信する。

一方、設置用電界通信装置１００の雑音信号受信部１８は、雑音収集ファントム１５で収集された環境雑音Ｂ１と、第２通信電極１１で収集された環境雑音Ｂ２と、第２ケーブル１３で収集された環境雑音Ｂ３とを含む環境雑音Ｂの信号を受信する。

ここで、第２通信電極１１は、第１通信電極１０と同サイズ・同形状・同材料で形成され、絶縁体を介して壁面に対して第１通信電極１０の位置に対称となるように配置されているため、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対し等価な条件となり、雑音信号受信部１８は、環境雑音Ａ２と同レベルの環境雑音Ｂ２を受信する。

また、第２ケーブル１３は、第１ケーブル１２と同じ長さ・同形状・同材料で形成され、壁面に対して第１ケーブル１２の位置に対称となるように配置されているため、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対し等価な条件となり、雑音信号受信部１８は、環境雑音Ａ３と同レベルの環境雑音Ｂ３を受信する。

また、雑音収集ファントム１５は、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対して人体Ｈの位置に対称となるように壁面の裏側に配置され、人体Ｈで収集される環境雑音Ａ１と同レベルの環境雑音Ｂ１を収集するように作製されているため、環境雑音Ａ１と同レベルの環境雑音Ｂ１を受信する。

すなわち、雑音信号受信部１８は、環境雑音Ａと同レベルの環境雑音Ｂの信号を受信することになる。

その後、逆相信号生成部２０が、増幅後の環境雑音Ｂの信号の逆相信号を生成し、合成部２１が、増幅後の通信信号（環境雑音Ａを含む）と、逆相信号（環境雑音Ｂの信号の逆相信号）とを合成する。この合成により、通信信号に含まれる環境雑音Ａが、他の通信経路を経由して受信した環境雑音Ｂによりキャンセルされる。

最後に、復調部２２が、合成された合成信号から受信すべき情報（例えば、所持者の識別情報等）を復調し、上位の情報処理装置に送信する。

なお、情報処理装置は、送信された識別情報等を用いて認証し、ゲート通過に対する許可不許可を判定（認証成功の場合には許可と判定し、認証不成功の場合には不許可と判定）し、許可の場合には解錠信号をドアノブ等に設置された開錠機構等に出力し、不許可の場合には施錠信号を出力する。これにより、ゲートを通過している通過人の通過可・不可を制御する。

すなわち、本実施の形態によれば、電界伝達媒体としての人体Ｈが設置用電界通信装置１００の通信電極１０に接触した際に、携帯用電界通信装置３００との間で形成される通信経路上の環境雑音Ａを有する通信信号を受信し、他の通信経路を経由して他の環境雑音Ｂの信号を受信して、通信信号に含まれる環境雑音Ａを他の環境雑音Ｂの信号でキャンセルするので、環境雑音を抑制してＳＮ比を改善し、電界通信の通信品質を向上させることができる。これにより、通信が困難なレベルの環境雑音が存在する場所であっても、通信品質を確保することができる。

また、本実施の形態によれば、第２通信電極１１，第２ケーブル１３のサイズ・形状・材料等をそれぞれ第１通信電極１０，第１ケーブル１２と同等とし、第２通信電極１１，第２ケーブル１３，雑音収集ファントム１５の配置位置を、それぞれ、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対して第２通信電極１１，第２ケーブル１３，人体Ｈに対称にしているので、環境雑音Ｂのレベルを通信信号に含まれる環境雑音Ａのレベルに近づけることができ、電界通信の通信品質をより向上させることができる。

なお、本実施の形態では、環境雑音Ｂの信号の逆相信号を、環境雑音Ａを含む通信信号に合成させてキャンセルする方法について説明したが、逆相信号生成部２０および合成部２１に代えて、環境雑音Ａを含む通信信号から環境雑音Ｂを引く差動構成を採用してもよい。

また、本実施の形態では、第１通信電極１０はドア横の壁面に設置された壁電極として説明したが、ドアノブに設置されたドアノブ電極としてもよい。

〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、主に環境雑音Ｂ１については、人体Ｈが拾う環境雑音をキャンセルする方法について説明した。

一方、第２の実施の形態では、図４に示すように、第１の実施の形態で用いた雑音収集ファントム１５に代えて、鉄筋や金属壁からの環境雑音を拾う雑音収集電極２３を利用している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

この雑音収集電極２３は、約４０ｃｍ四方の正方形銅板で構成され、人体Ｈに踏まれないように人Ｈの通路側の床上又はカーペット下等に人Ｈの立ち位置に隣接配置され、鉄筋や金属壁等から放射又は誘導される環境雑音Ｂ１を収集する。

雑音収集ファントム１５よりも環境雑音収集能力は低いが、通信信号に含まれる環境雑音Ａを他の環境雑音Ｂの信号でキャンセルする動作は共通しているため、雑音収集ファントム１５に代えて雑音収集電極２３を利用した場合であっても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、実験の結果、１０ｄＢ程度のＳＮ比が改善されたことを確認している。

なお、第１の実施の形態と同様に、雑音収集電極２３を、環境雑音の放射、誘導源となる壁面に対して人体Ｈの立ち位置に対称となるように壁面の裏側に配置してもよい。これにより、環境雑音Ｂのレベルを通信信号に含まれる環境雑音Ａのレベルに近づけることができ、電界通信の通信品質をより向上させることができる。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態では、図５に示すように、第１通信電極１０を人Ｈの通路側の床上又はカーペット下等に配置し、第２通信電極１１を絶縁体や床面を挟んで第１通信電極に対向配置している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

第１通信電極１０を壁電極に代えて床電極としているが、通信信号に含まれる環境雑音Ａを他の環境雑音Ｂの信号でキャンセルする動作は共通しているため、第１通信電極１０の利用形態、使用方法、用途等を変更した場合であっても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１の実施の形態と同様に、雑音収集ファントム１５を、環境雑音の放射、誘導源となる床面に対して人体Ｈの立ち位置に対称となるように床面内に配置してもよい。これにより、環境雑音Ｂのレベルを通信信号に含まれる環境雑音Ａのレベルに近づけることができ、電界通信の通信品質をより向上させることができる。

〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態では、図６に示すように、第３の実施の形態で用いた雑音収集ファントム１５に代えて、第２の実施の形態で用いた雑音収集電極２３を利用している。その他の構成は、第３の実施の形態と同様である。

本実施の形態であっても、通信信号に含まれる環境雑音Ａを他の環境雑音Ｂの信号でキャンセルする動作は共通しているため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１の実施の形態と同様に、雑音収集電極２３を、環境雑音の放射、誘導源となる床面に対して人体Ｈの立ち位置に対称となるように壁面内に配置してもよい。これにより、環境雑音Ｂのレベルを通信信号に含まれる環境雑音Ａのレベルに近づけることができ、電界通信の通信品質をより向上させることができる。

〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態では、図７に示すように、第２通信電極１１を第１通信電極１０に対向配置させるのに代えて、通路側に配置された第１通信電極１０の配置位置とは異なる同通路側に第２通信電極１１を配置し、当該第２通信電極１１の上に雑音収集ファントム１５を直接載置している。

すなわち、第３ケーブル１４を利用していないため、人体Ｈと第１通信電極１０と第１ケーブル１２とで構成される通信信号の通信経路により近い他の通信経路を形成することが可能となる。

これにより、環境雑音Ｂのレベルを通信信号に含まれる環境雑音Ａのレベルに更に近づけることができ、電界通信の通信品質をより向上させることができる。

勿論、本実施の形態であっても、通信信号に含まれる環境雑音Ａを他の環境雑音Ｂの信号でキャンセルする動作は共通しているため、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

最後に、本実施の形態により得られる効果について、実験結果に基づいて説明する。

人体Ｈが拾う環境雑音Ｂ１は、空間を放射してくる環境雑音と想定される。そこで、放射性のノイズが多いプラズマディスプレイの前に２枚の床電極を並べて配置し、一方の床電極に人体、もう一方の床電極に雑音収集ファントムを載置させて実験した。

一方の床電極上に人体を未載置状態から載置状態に変化させたことにより環境雑音レベルが２０ｄＢ近く増加し、雑音収集ファントム１５をもう片方の電極上に乗せることにより、７〜９ｄＢ程度のＳＮ比が改善された。この実験結果から、本実施の形態を採用することにより、プラズマディスプレイの前で環境雑音抑制効果を確認できたと言える。

１００…設置用電界通信装置
１０…第１通信電極
１１…第２通信電極
１２…第１ケーブル
１３…第２ケーブル
１４…第３ケーブル
１５…雑音収集ファントム（雑音収集媒体）
１６…通信信号受信部（通信信号受信手段）
１７…第１可変増幅部
１８…雑音信号受信部
１９…第２可変増幅部
２０…逆相信号生成部（雑音相殺手段）
２１…合成部（雑音相殺手段）
２２…復調部
２３…雑音収集電極（雑音収集媒体）
３００…携帯用電界通信装置
３１…トランシーバ回路
３２…第１電極
３３…第２電極
Ａ，Ａ１〜Ａ３，Ｂ，Ｂ１〜Ｂ３…環境雑音
Ｈ…人，人体
Ｗ…通信経路

Claims (5)

1. 電極から電界を電界伝達媒体に誘起して電界通信を行うことが可能な電界通信装置において、
   前記電界伝達媒体が前記電極に接触した際に他の電界通信装置との間で形成される通信経路上の環境雑音を有する通信信号を受信する通信信号受信手段と、
   前記環境雑音を収集する雑音収集媒体により環境雑音の信号を受信する雑音信号受信手段と、
   前記通信信号受信手段で受信した前記通信信号に含まれる環境雑音を、前記雑音信号受信手段で受信した前記環境雑音の信号で相殺する雑音相殺手段と、
   を有することを特徴とする電界通信装置。
2. 前記電界通信装置の電極は壁面又は床面に設置され、
   前記雑音収集媒体は、
   前記壁面若しくは前記床面に対して前記電界伝達媒体の位置に対称となるように配置、又は、前記電界伝達媒体の位置に隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の電界通信装置。
3. 前記雑音収集媒体は、
   雑音収集電極及び／又は雑音収集ファントムであることを特徴とする請求項１又は２記載の電界通信装置。
4. 前記雑音収集ファントムは、
   前記電界伝達媒体としての人体で収集される環境雑音と同レベルの環境雑音を収集することを特徴とする請求項３記載の電界通信装置。
5. 前記雑音相殺手段は、
   前記通信信号に前記他の環境雑音の信号の逆相信号を加える、又は、前記通信信号から前記他の環境雑音の信号を引くことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電界通信装置。

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