JP5222873B2

JP5222873B2 - 電極およびゲートシステム

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Publication number: JP5222873B2
Application number: JP2010062507A
Authority: JP
Inventors: 彰教古谷; 直志美濃谷; 文晴森澤; 満品川; 公久相原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011199472A

Description

本発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行うトランシーバに接続される電極に関する。

携帯端末の小型化および高性能化によりウェアラブルコンピュータが注目されているが、図１０はこのようなウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ７はそれぞれトランシーバ９を介して人間の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行うとともに、更に手足の先端で触れられるよう壁や床に設けられたトランシーバ９ａ、９ｂとケーブルとを介して外部に設けられたコンピュータ８と通信を行っている。

ここで、このようなウェアラブルコンピュータ７間、およびウェアラブルコンピュータ７とコンピュータ８間とのデータ通信に使用されるトランシーバ９は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。なお、トランシーバ９については、特許文献１および特許文献２に記載されている。

特開２００１−３５２２９８号公報特開２００６−０８１１１１号公報

さて、上記のような携帯端末を携帯したユーザが、例えば床に設けられた電極に接触することなどにより、当該電極に接続されたトランシーバを介して、携帯端末とコンピュータとが通信する。このトランシーバに接続される電極から、電極面に対して垂直に電界が放射され、また放射された電界は広がりをもつ。そのため、大型の電極を床に設置した場合、当該電極から放射される電界は、広範囲に広がり、対象とするユーザ以外の近傍の他ユーザに不要な電界が放射され、意図しない電界カップリング（静電結合）により、誤認識および誤動作が発生する場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電界伝達媒体を介して情報の送受信を行うトランシーバに接続される電極において、放射される電界を所定の対象に収束させ、誤認識および誤動作を防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行うトランシーバに接続される電極であって、信号電極と、グランド電極とを有し、前記信号電極は、当該信号電極から放射される電界を収束させる、曲面形状である。

また、本発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行うトランシーバに接続される電極であって、信号電極と、グランド電極とを有し、前記信号電極は、当該信号電極から放射される電界を収束させる、尖形である。

また、発明は、ユーザが携帯する携帯端末と電界通信を行うゲートシステムであって、一対のゲートの内の一方のゲートに設置され、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行うトランシーバに接続される第１の電極と、一対のゲートの内の他方のゲートに設置され、電位固定された第２の電極とを有し、前記第１の電極が備える信号電極およびグランド電極は、当該信号電極から放射される電界を前記一対のゲートの間を通過するユーザに収束させる、曲面形状、円柱面形状、および尖形のいずれかである。

本発明によれば、電界伝達媒体を介して情報の送受信を行うトランシーバに接続される電極において、放射される電界を所定の対象に、より収束させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るゲートシステムの全体構成図である。第１の実施形態の一対のゲートをそれぞれ横から見た側面図である。曲面形状の電極を示す図である。トランシーバの構成例を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係るゲートシステムの全体構成図である。本発明の第３の実施形態に係るゲートシステムの全体構成図である。本発明の第４の実施形態に係るゲートシステムの全体構成図である。第４の実施形態のゲートを横から見た側面図である。円柱面形状の電極を示す図である。トランシーバを介してウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示す図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態である電界通信を用いたゲートシステムを説明するための説明図であって、当該ゲートシステムを上からみた上面図である。図示するゲートシステムは、電界通信を行うトランシーバ５と、トランシーバ５に接続される第１の電極（グランド電極１１および信号電極１２）と、第２の電極（グランド電極）２１と、トランシーバ５に接続されるコンピュータ６と、ユーザ４が携帯する携帯端末３と、を有する。第１の電極１１、１２は、一対のゲートＡ、Ｂの内の一方のゲートＡに設置され、第２の電極２１は、他方のゲートＢに設置される。

図２は、一対のゲートのそれぞれを横から見た側面図である。図２（ａ）は、一方のゲートＡの側面図であり、グランド電極１１と信号電極１２とが埋め込まれている。図２（ｂ）は、他方のゲートＢの側面図であり、グランド電極２１が埋め込まれている。また、本実施形態の各電極１１、１２、２１は、平らな平面ではなく、ゲートを通過するユーザ４に対して開口した、曲面形状（例えば、球の一部の球面形状、半球の球面形状、凹面形状、お椀型など）の電極である。図３は、曲面形状の信号電極１２およびグランド電極１１、２１の一例を立体的に示した斜視図である。

ユーザ４が携帯する携帯端末３は、コンピュータと、トランシーバとを備える。携帯端末３のコンピュータは、メモリなどの記憶手段に記憶されたＩＤなどを、トランシーバを用いて送信する。携帯端末３のトランシーバは、ユーザ４の人体を電界伝達媒体として、トランシーバ５と電界通信を行う。

ユーザ４は、携帯端末３を携帯し、例えば駅の改札や所定のエリアに入場するための通路に設けられたゲートＡ、Ｂの間を通過する。携帯端末３を携帯したユーザ４がゲートＡ、Ｂを通過することにより、携帯端末３のトランシーバ、ユーザ４の人体、ゲートＡに設置された第１の電極１１、１２およびトランシーバ５の間で通信路が形成される。この通信路を介して、携帯端末３のコンピュータと、コンピュータ６との間で通信が可能となる。これにより、例えば携帯端末３のコンピュータが前記通信路を介してＩＤ等の認証情報をコンピュータ６に送信し、コンピュータ６がユーザ認証等を行い、認証結果に応じてゲートＡ、Ｂに付属された扉（不図示）の開閉を行うことが考えられる。

なお、本実施形態では、ユーザ４は第１の電極１１、１２に接触することなく、第１の電極１１、１２から放射される電界がユーザ４の人体にカップリング（静電結合）することにより、前記通信路が確立される。

トランシーバ５は、電界信号検出技術を利用していて、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。トランシーバ５は、例えば、図４に示す構成をしており、コンピュータ６からの送信データを入出力（Ｉ／Ｏ）回路９０１を介して受け取ると、この送信データを送信部９０２を介して信号電極１２に供給し、当該信号電極１２を介して電界伝達媒体に電界を誘起させ、この電界を電界伝達媒体の他の部位に伝達させる。また、トランシーバ５は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を信号電極１２で検出し、この電界を電界検出部９０５に結合して電気信号に変換する。そして、この電気信号は、信号処理回路９０６で増幅、ノイズ除去などの信号処理を施され、更に波形整形回路９０７で波形整形がなされ、入出力回路９０１を介してコンピュータ６に出力するようになっている。

第１の電極の信号電極１２は、前述のように、トランシーバ５から供給された送信データの電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、電界伝達媒体に誘起された電界を検出する。信号電極１２は、人体などの電界伝達媒体と対向する通路側に配置される。

第１の電極のグランド電極１１は、人体などの電界伝達媒体と接しないように、電界伝達媒体の逆側に配置され、トランシーバ５の基準電位となる位置（例えばグランド、マイナス電源、プラス電源など）に接続されている。

また、他方のゲートＢに設置された第２の電極は、グランド電極１１であって、グランドなどに接続され、電位固定されている。

携帯端末３が備えるトランシーバについても、上記説明したトランシーバ５と同様であり、信号電極およびグランド電極を有する。

次に、本実施形態の第１の電極１１、１２について説明する。

トランシーバ５に接続される第１の電極は、図１および図２に示すように、一方のゲートＡに埋め込まれ、ゲートＡ、Ｂの間を通過するユーザ４の側面に設置される。そして、信号電極１２およびグランド電極１１は、図３に示すように、曲面形状（例えば、球の一部の球面形状、半球の球面形状、凹面形状、お椀型など）の電極である。信号電極１２は、ゲートの内側（ユーザ４側）に配置され、グランド電極１１は、信号電極１２より大きな曲面形状で、信号電極１２を覆うように配置されている。

信号電極１２から大気に放射される放射電界は、信号電極面に対して垂直に放射される。したがって、信号電極に平らな平板を用いた場合、平面の信号電極面に対して垂直に電界が放射され、また、放射された電界は広がりをもつ。このため、平面の信号電極では、信号電極の面積（大きさ）に比例して、広範囲に電界が放射されてしまい、特に大型の電極を電界通信に用いる場合、対象とするユーザ４以外の近傍の他ユーザに不要な電界が放射され、意図しないカップリング（静電結合）により、誤認識および誤動作が発生する場合がある。

そのため、本実施形態では、信号電極１２を曲面形状にすることにより、信号電極１２から放射される電界は曲面の中心へ向かって収束し、ゲートＡ、Ｂの間を通過するユーザ４の人体に収束・局所化する。具体的には、信号電極１２から放射される電界は、図１および図２の矢印１２１で示すように、ユーザ４に向かって局所化し、収束する。例えば、信号電極１２がユーザ４に対して開口した曲面形状の場合、当該信号電極１２から放射される電界は、球の中心に向かって収束する。例えば、ゲートＡ、Ｂの中間位置（焦点）に収束するように曲面の曲率を設計する。

グランド電極１１は、信号電極１２からリークした電界１２２が、一方のゲートＡを通過して、当該ゲートＡの外に放射されるのを防止する。これにより、一方のゲートＡの外側に、本実施形態のゲートシステムと同様の他のゲートシステムが並列して設置されている場合であっても、信号電極１２からリークした電界１２２が他のゲートシステムを通過するユーザに伝達されない。

次に、本実施形態の第２の電極２１について説明する。

他方のゲートＢに設置された第２の電極であるグランド電極２１は、一方のゲートＡのグランド電極１１または信号電極１２と同様に、ゲートを通過するユーザ４に対して開口した曲面形状（図３参照）の電極であって、グランドなどに接続され、電位固定されている。

ゲートＡに対向する他方のゲートＢにグランド電極２１を設けることにより、図１に示すように、信号電極１２から放射され、ユーザ４に収束された電界１２１が、その後、他方のゲートＢの外部まで放射されるのを防止する。これにより、他方のゲートＢの外側に、本実施形態のゲートシステムと同様の他のゲートシステムが並列して設置されている場合であっても、信号電極１２から放射された電界１２１が他のゲートシステムを通過するユーザに伝達されるのを防止することができる。

以上説明した本実施形態の信号電極１２は、ユーザ４に対して開口した曲面形状であるため、当該信号電極１２から放射される電界を、ユーザに収束させることができる。これにより、本実施形態では、信号電極１２から放射される電界が意図しない他ユーザに放射され、当該他ユーザと携帯端末３を携帯するユーザ４とがカップリング（静電結合）することに起因するトランシーバ５およびコンピュータ６で発生する誤認識および誤動作を、効果的に防止することができる。すなわち、携帯端末を持たない他ユーザを介して携帯端末３が送信する信号がトランシーバ５およびコンピュータ６に送信され、コンピュータが誤ってゲートの扉を開けてしまう誤動作（共連れなど）を防止することができる。

また、本実施形態では、第１の電極のグランド電極１１を、信号電極１２より大きな曲面形状で、信号電極１２を覆うように配置した。これにより、信号電極１２からリークした電界１２２が、ゲートＡの外部に広がるのを防止することができる。

また、本実施形態では、他方のゲートＢに、ユーザ４に対して開口した曲面形状のグランド電極２１（第２の電極）を配置した。これにより、信号電極１２から放射される電界１２１が、他方のゲートＢの外部に広がるのを防止することができる。

また、本実施形態では、ユーザ４は、電界通信可能な携帯端末３を携帯し、ゲートＡ、Ｂを通過するだけで、第１の電極１１、１２に接触することなく、携帯端末３とコンピュータ６との間でトランシーバ５を介した通信路が形成されるため、ユーザの利便性をより向上させることができる。

なお、本実施形態では、信号電極１２だけでなく、グランド電極１１、２１についても曲面形状としたが、グランド電極１１、２１は、曲面形状に限定されず、例えば各ゲートＡ、Ｂと同じ大きさ（面積）の平面電極としてもよい。この場合においても、ゲートＡ、Ｂの外に電界が放射されるのを防止することができる。

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態のゲートシステムを説明するための説明図であって、当該ゲートシステム全体を横からみた側面図である。本実施形態のゲートシステムでは、第１の実施形態のゲートシステム（図１参照）においてユーザが通過する通路の左右側面に配置された各ゲートＡ、Ｂを、床および天井に配置したものである。

具体的には、本実施形態のゲートシステムは、第１の実施形態と同様に、電界通信を行うトランシーバ５と、トランシーバ５に接続される第１の電極１１、１２と、第２の電極２１と、コンピュータ６と、ユーザ４が携帯する携帯端末３と、を有する。また、本実施形態の各電極１１、１２、２１は、第１の実施形態と同様に、ゲートを通過するユーザ４に対して開口した曲面形状の電極である（図３参照）。

そして、図５に示す本実施形態では、第１の電極１１、１２が埋め込まれる一方のゲート５Ａが床に設置され、第２の電極２１が埋め込まれる他方のゲート５Ｂが天井に設置されている点において、第１の実施形態と異なり、その他については第１の実施形態と同様である。

本実施形態の信号電極１２も、ユーザ４に対して開口した曲面形状であるため、第１の実施形態と同様に、当該信号電極１２から放射される電界をユーザ４に収束させることができる。

また、本実施形態においても、第１の電極のグランド電極１１を、信号電極１２の曲面形状より大きな曲面形状で、信号電極１２を覆うように配置したことにより、信号電極１２からリークした電界１２２が、ゲートＡの外部に広がるのを防止することができる。

また、本実施形態においても、他方のゲート５Ｂに、ユーザ４に対して開口した曲面形状のグランド電極２１（第２の電極）を配置したことにより、信号電極１２から放射される電界１２１が、他方のゲート５Ｂの外部に広がるのを防止することができる。

また、本実施形態では、床に設置されるゲート５Ａに第１の電極１１、１２を埋め込み、天井に設置されるゲート５Ｂに第２の電極２１を埋め込んだが、天井に設置されるゲート５Ｂに第１の電極１１、１２を埋め込み、床に設置されるゲート５Ａに第２の電極２１を埋め込むこととしてもよい。

［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態のゲートシステムを説明するための説明図であって、当該ゲートシステムを上からみた上面図である。本実施形態のゲートシステムでは、第１の実施形態のゲートシステム（図１参照）の第１の電極および第２の電極を、尖形（先端が尖った形状）にしたものである。

すなわち、本実施形態のゲートシステムは、第１の実施形態と同様に、電界通信を行うトランシーバ５と、トランシーバ５に接続される第１の電極１１、１２と、第２の電極２１と、コンピュータ６と、ユーザ４が携帯する携帯端末３と、を有する。図６に示す本実施形態では、各電極１１、１２、２１の形状が第１の実施形態と異なり、その他については第１の実施形態と同様である。

ゲート６Ａに設置される本実施形態の第１の電極の信号電極１２は、図６に示すように、ゲートを通過するユーザ４に向けて、尖形の電極である。信号電極１２から放射される電界１２３は、信号電極１２の尖った先端部分からユーザ４に向けて局所化して放射される。これにより、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、信号電極１２から放射される電界をユーザ４に収束させることができる。なお、尖形の信号電極１２は、例えば、平板を三角柱や円錐の形状に折り曲げることにより作製することができる。

また、本実施形態の第１の電極のグランド電極１１は、例えば三角柱や円錐の形状であって、尖った信号電極１２の先端部の下に配置されている。これにより、信号電極１２からリークした電界が、ゲート６Ａの外部に広がるのを防止することができる。

また、他方のゲート６Ｂに配置される本実施形態の第２の電極（グランド電極２１）は、本実施形態の第１の電極のグランド電極１１と同様の形状であって、ユーザ４に対して尖形の電極である。これにより、信号電極１２から放射される電界が、他方のゲート６Ｂの外部に広がるのを防止することができる。

［第４の実施形態］
図７は、第４の実施形態のゲートシステムを説明するための説明図であって、当該ゲートシステムを上からみた上面図である。本実施形態のゲートシステムでは、第１の電極および第２の電極を円柱面形状（例えば、かまぼこ型の形状）としたものである。

すなわち、本実施形態のゲートシステムは、第１の実施形態と同様に、電界通信を行うトランシーバ５と、トランシーバ５に接続される第１の電極１１、１２と、第２の電極２１と、コンピュータ６と、ユーザ４が携帯する携帯端末３と、を有する。図７に示す本実施形態では、各電極１１、１２、２１の形状が第１の実施形態と異なり、その他については第１の実施形態と同様である。

図８は、一方のゲート７Ａを横から見た側面図である。一方のゲート７Ａには、グランド電極１１と信号電極１２とが埋め込まれている。図示しないが、他方のゲート７Ｂには、グランド電極２１が埋め込まれている。本実施形態の各電極１１、１２、２１は、平らな平面ではなく、ゲートを通過するユーザ４に対して開口した、円柱面形状の電極である。図９は、円柱面の各電極１１、１２、２１の一例を立体的に示した斜視図である。

ゲート７Ａに設置される本実施形態の第１の電極の信号電極１２は、図７、図８に示すように、ゲートを通過するユーザ４に向けて開口した円柱面形状の電極である。これにより、信号電極１２から放射される電界を、ゲート７Ａ、７Ｂの間を通過するユーザ４の人体に収束させることができる。具体的には、信号電極１２から放射される電界は、図７および図８の矢印１２２で示すようにユーザ４に向かって局所化し、収束する。例えば、ゲート７Ａ、７Ｂの中間位置（焦点）に収束するように円柱面の曲率を設計する。

また、本実施形態の第１の電極のグランド電極１１は、信号電極１２より大きな円柱面形状で、信号電極１２を覆うように配置されている。これにより、信号電極１２からリークした電界１２２が、ゲート７Ａの外部に広がるのを防止することができる。

また、他方のゲート５Ｂに設置される本実施形態の第２の電極のグランド電極２１は、、ユーザ４に対して開口した円柱面形状の電極２１である。これにより、信号電極１２から放射される電界１２１が、他方のゲート７Ｂの外部に広がるのを防止することができる。

なお、本実施形態では、信号電極１２だけでなく、グランド電極１１、２１についても円柱面形状としたが、グランド電極１１、２１は、円柱面形状に限定されず、例えば各ゲートＡ、Ｂと同じ大きさ（面積）の平面電極としてもよい。この場合においても、ゲートＡ、Ｂの外に電界が放射されるのを防止することができる。

なお、本発明は上記第１から第４の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第１の電極および第２の電極を、ゲートシステムの各ゲートに設置し、コンピュータが携帯端末からの信号に応じてゲートの扉の開閉を行うことを例として説明したが、本発明は、ゲートシステムに限定されるものではなく、様々な用途のシステムで適用することができる。

Ａ、Ｂゲート
１１グランド電極
１２信号電極
２１グランド電極
３携帯端末
４ユーザ
５トランシーバ
６コンピュータ

Claims

送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行うトランシーバに接続される電極であって、
信号電極と、グランド電極とを有し、
前記信号電極は、当該信号電極から放射される電界を収束させる、曲面形状であること
を特徴とする電極。
送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行うトランシーバに接続される電極であって、
信号電極と、グランド電極とを有し、
前記信号電極は、当該信号電極から放射される電界を収束させる、尖形であること
を特徴とする電極。
ユーザが携帯する携帯端末と電界通信を行うゲートシステムであって、
一対のゲートの内の一方のゲートに設置され、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともに、この誘起した電界を検出して情報の送受信を行うトランシーバに接続される第１の電極と、
一対のゲートの内の他方のゲートに設置され、電位固定された第２の電極とを有し、
前記第１の電極が備える信号電極およびグランド電極は、当該信号電極から放射される電界を前記一対のゲートの間を通過するユーザに収束させる、曲面形状、円柱面形状、および尖形のいずれかであること
を特徴とするゲートシステム。
前記第２の電極が備えるグランド電極は、前記第１の電極と同一形状であること
を特徴とする請求項３に記載のゲートシステム。