JP2008027219A - Information processing system, receiving device and method, recording medium, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、情報処理システム、受信装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、静電界を利用して、空間中の人体の位置の特定を行うユーザインタフェースを実現することができるようにした情報処理システム、受信装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。 The present invention relates to an information processing system, a receiving apparatus and method, a recording medium, and a program, and more particularly, to realize a user interface for specifying the position of a human body in space using an electrostatic field. The present invention relates to an information processing system, a receiving apparatus and method, a recording medium, and a program.
従来、静電界を利用したユーザインタフェースの技術として、例えば、エレベータの停止階の指定を受け付ける操作ボタン、パーソナルコンピュータのタッチパッドなどがあった。 Conventionally, as a user interface technique using an electrostatic field, for example, there are an operation button for accepting designation of an elevator stop floor, a touch pad of a personal computer, and the like.
また、三次元的な操作を受け付ける入力デバイスとして、例えば、加速度センサを用いたものや、光を用いるものがある。(例えば、特許文献1、および特許文献2参照)。
In addition, as an input device that accepts a three-dimensional operation, for example, there are devices using an acceleration sensor and devices using light. (For example, refer to
しかしながら、以上のような静電界を利用したインタフェースでは、ユーザの一次元、若しくは二次元的な動きを検出する(ユーザによる一次元、若しくは二次元的な操作を受け付ける)ことはできるものの、三次元的な動作を検出する(三次元的な操作を受け付ける)ことができず、より多様な操作入力を受け付けることができない恐れがあった。 However, the interface using the electrostatic field as described above can detect a one-dimensional or two-dimensional movement of the user (accepts a one-dimensional or two-dimensional operation by the user), but is three-dimensional. Cannot detect a typical motion (accept a three-dimensional operation), and may not accept more various operation inputs.
また、特許文献1に記載の方法の場合、入力操作を行うユーザが、加速度センサを内蔵する入力デバイスを携帯する必要があり、例えば素手で入力操作が可能なタッチパッド等と比較して、入力デバイスを把持したり、入力デバイスを入力可能な状態にセットしたり、入力操作が煩雑になる恐れがあった。また、入力デバイスの電源の確保等も考慮しなければならなかった。さらに、この場合、入力デバイスをユーザが動かすことになるので、入力デバイスの耐久性が低くなる恐れがあった。
In the case of the method described in
さらに特許文献2に記載の方法の場合、光を用いてトラックボールの回転を検出するので、外部環境の影響を受けやすく誤差が生じてしまう恐れがあった。また、この光を用いてトラックボールの回転を検出する方法では、光を反射する多角形の鏡面が必要になり、ユーザ自身の人体だけでは、その位置の特定は困難である恐れがあった。 Further, in the case of the method described in Patent Document 2, since the rotation of the trackball is detected using light, there is a risk that an error is likely to occur due to the influence of the external environment. In addition, the method of detecting the rotation of the trackball using this light requires a polygonal mirror surface that reflects the light, and it may be difficult to specify the position only by the user's own human body.
操作性の向上はユーザインタフェースの重要な課題であり、より多様な情報をより容易に入力することができるようにすることは、常に求められる。 Improvement of operability is an important issue for a user interface, and it is always required to be able to input more diverse information more easily.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、静電界を利用して、空間中の人体の位置の特定を行うユーザインタフェースを実現することにより、より多様な情報をより容易に入力することができるようにするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and by realizing a user interface for specifying the position of a human body in a space by using an electrostatic field, it is possible to make more diverse information easier. It allows you to enter.
本発明の一側面は、送信装置、受信装置、通信媒体から成る情報処理システムであって、送信装置は、第一の電極および第二の電極よりなる電極対であって、第一の電極が、空間との静電結合を第二の電極より強く形成し、第二の電極が、通信媒体の第一の部位との静電結合を第一の電極より強く形成する第一の電極対と、送信信号を第一の電極と第二の電極への電位差として供給する送信部とを備え、受信装置は、第三の電極および第四の電極よりなる電極対であって、第三の電極が、空間との静電結合を第四の電極より強く形成し、第四の電極が、通信媒体の第二の部位との静電結合を第三の電極より強く形成する第二の電極対と、第三の電極と第四の電極との間の電位差から受信信号を生成する少なくとも二組の受信部と、少なくとも二組の受信部から得られた受信信号の信号強度を測定する信号強度測定手段と、信号強度測定手段により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、通信媒体の位置を特定する位置特定手段とを備える情報処理システムである。 One aspect of the present invention is an information processing system including a transmission device, a reception device, and a communication medium, wherein the transmission device is an electrode pair including a first electrode and a second electrode, and the first electrode is A first electrode pair that forms a stronger electrostatic coupling with the space than the second electrode, wherein the second electrode forms a stronger electrostatic coupling with the first portion of the communication medium than the first electrode; A transmission unit that supplies a transmission signal as a potential difference between the first electrode and the second electrode, and the reception device is an electrode pair including a third electrode and a fourth electrode, and the third electrode Forming a stronger electrostatic coupling with the space than the fourth electrode, and the fourth electrode forming a stronger electrostatic coupling with the second portion of the communication medium than the third electrode. And at least two sets of reception units that generate reception signals from the potential difference between the third electrode and the fourth electrode, and at least Signal strength measuring means for measuring the signal strength of the received signal obtained from the pair of receiving units, and position specifying means for specifying the position of the communication medium based on the signal strength of each received signal measured by the signal strength measuring means Is an information processing system.
前記送信装置および受信装置の間で伝達される信号は情報信号を含むことができる。 The signal transmitted between the transmitting device and the receiving device may include an information signal.
それぞれ、受信部の集合である第一の受信部群と第二の受信部群において、第一受信部群の第四の電極、および、第二受信部群の第四の電極は、互いに垂直となるように配置されることができる。 In each of the first receiving unit group and the second receiving unit group that are sets of receiving units, the fourth electrode of the first receiving unit group and the fourth electrode of the second receiving unit group are perpendicular to each other. Can be arranged.
それぞれ、受信部の集合である第一の受信部群と第二の受信部群において、第一受信部群の第四の電極、および、第二受信部群の第四の電極は、通信媒体を挟むように配置されることができる。 In the first receiving unit group and the second receiving unit group, which are sets of receiving units, respectively, the fourth electrode of the first receiving unit group and the fourth electrode of the second receiving unit group are communication media. It can arrange | position so that it may be pinched | interposed.
前記第二の電極および第四の電極が、通信媒体が存在しない状態においても信号伝達が可能となるように配置され、位置特定手段は、通信媒体が存在しない場合の信号伝達特性と、通信媒体が存在する場合の信号伝達特性との差分によって、通信媒体の位置を特定することができる。 The second electrode and the fourth electrode are arranged so that signal transmission is possible even in the absence of a communication medium, and the position specifying means includes a signal transmission characteristic when there is no communication medium, and a communication medium. The position of the communication medium can be specified based on the difference from the signal transfer characteristic in the case where there is.
本発明の他の側面は、第一の電極および第二の電極よりなる電極対であって、第一の電極が、空間との静電結合を第二の電極より強く形成し、第二の電極が、通信媒体の所定の部位との静電結合を第二の電極より強く形成する電極対と、第一の電極と第二の電極との間の電位差から、送信装置より通信媒体を介して送信された信号の受信結果である受信信号を生成する少なくとも二組の受信部と、少なくとも二組の受信部において得られた受信信号の信号強度を測定する信号強度測定手段と、信号強度測定手段により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、通信媒体の位置を特定する位置特定手段とを備える受信装置である。 Another aspect of the present invention is an electrode pair comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode forms a stronger electrostatic coupling with the space than the second electrode, From the potential difference between the first electrode and the second electrode, the electrode pair forming the electrostatic coupling with the predetermined part of the communication medium stronger than the second electrode, and from the transmitter via the communication medium At least two sets of reception units that generate reception signals that are reception results of the signals transmitted in this manner, signal strength measurement means that measures the signal strength of the reception signals obtained in at least two sets of reception units, and signal strength measurement And a position specifying means for specifying the position of the communication medium based on the signal strength of each received signal measured by the means.
前記少なくとも二組の受信部において得られた受信信号に含まれる、送信装置より伝送される情報を抽出する情報抽出手段をさらに備えることができる。 Information extraction means for extracting information transmitted from the transmission device included in the reception signals obtained by the at least two sets of reception units may be further provided.
前記少なくとも二組の受信部を二つのグループにグループ分けし、一方のグループである第一の受信部群の第二の電極と、他方のグループである第二の受信部群の第二の電極とは、互いに垂直となるように配置されることができる。 The at least two sets of receiving units are grouped into two groups, the second electrode of the first receiving unit group as one group and the second electrode of the second receiving unit group as the other group Can be arranged perpendicular to each other.
前記少なくとも二組の受信部を二つのグループにグループ分けし、一方のグループである第一の受信部群の第二の電極と、他方のグループである第二の受信部群の第二の電極とは、前記通信媒体の動作領域を挟むように配置されることができる。 The at least two sets of receiving units are grouped into two groups, the second electrode of the first receiving unit group as one group and the second electrode of the second receiving unit group as the other group Can be arranged so as to sandwich the operation area of the communication medium.
前記第二の電極は、送信装置が有する電極対の一方の電極であって、通信媒体の所定の部位との静電結合を電極対の他方の電極より強く形成し、信号を通信媒体に送信する信号電極の近傍に配置され、位置特定手段は、通信媒体が存在しない場合の信号伝達特性と、通信媒体が存在する場合の信号伝達特性との差分によって、通信媒体の位置を特定することができる。 The second electrode is one electrode of the electrode pair of the transmission device, and forms a stronger electrostatic coupling with a predetermined part of the communication medium than the other electrode of the electrode pair, and transmits a signal to the communication medium. The position specifying means may determine the position of the communication medium based on a difference between the signal transfer characteristic when the communication medium is not present and the signal transfer characteristic when the communication medium is present. it can.
本発明の他の側面は、第一の電極および第二の電極よりなる電極対であって、第一の電極が、空間との静電結合を第二の電極より強く形成し、第二の電極が、通信媒体の所定の部位との静電結合を第二の電極より強く形成する電極対と、第一の電極と第二の電極との間の電位差から、送信装置より通信媒体を介して送信された信号の受信結果である受信信号を生成する少なくとも二組の受信部とを有し、送信装置より送信される信号を受信する受信装置の受信方法であって、少なくとも二組の受信部において得られた受信信号の信号強度を測定し、信号強度測定ステップの処理により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、通信媒体の位置を特定するステップを含む受信方法である。 Another aspect of the present invention is an electrode pair comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode forms a stronger electrostatic coupling with the space than the second electrode, From the potential difference between the first electrode and the second electrode, the electrode pair forming the electrostatic coupling with the predetermined part of the communication medium stronger than the second electrode, and from the transmitter via the communication medium And a reception method for receiving a signal transmitted from a transmission device, the reception method including at least two sets of reception units that generate reception signals that are reception results of the signals transmitted in the reception method. The reception method includes a step of measuring the signal strength of the reception signal obtained in the section and specifying the position of the communication medium based on the signal strength of each reception signal measured by the processing of the signal strength measurement step.
本発明の他の側面は、第一の電極および第二の電極よりなる電極対であって、第一の電極が、空間との静電結合を第二の電極より強く形成し、第二の電極が、通信媒体の所定の部位との静電結合を第二の電極より強く形成する電極対と、第一の電極と第二の電極との間の電位差から、送信装置より通信媒体を介して送信された信号の受信結果である受信信号を生成する少なくとも二組の受信部とを有し、送信装置より送信される信号を受信する受信装置の処理を行うプログラムであって、少なくとも二組の受信部において得られた受信信号の信号強度を測定し、信号強度測定ステップの処理により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、通信媒体の位置を特定するステップをコンピュータに実行させるプログラムである。 Another aspect of the present invention is an electrode pair comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode forms a stronger electrostatic coupling with the space than the second electrode, From the potential difference between the first electrode and the second electrode, the electrode pair forming the electrostatic coupling with the predetermined part of the communication medium stronger than the second electrode, and from the transmitter via the communication medium And at least two sets of receiving units that generate reception signals that are reception results of the signals transmitted by the receiver, and a program that performs processing of the reception device that receives signals transmitted from the transmission device. Measures the signal strength of the received signal obtained at the receiving section of the computer, and causes the computer to execute a step of specifying the position of the communication medium based on the signal strength of each received signal measured by the signal strength measuring step processing It is.
本発明の一側面においては、少なくとも二組の受信部において得られた受信信号の信号強度が測定され、その測定された各受信信号の信号強度に基づいて、通信媒体の位置が特定される。 In one aspect of the present invention, signal strengths of received signals obtained by at least two sets of receiving units are measured, and a position of a communication medium is specified based on the measured signal strengths of the received signals.
本発明の側面によれば、情報を受信することができる。特に、静電界を利用して、空間中の人体の位置の特定を行うユーザインタフェースを実現し、より多様な情報をより容易に入力することができる。 According to an aspect of the present invention, information can be received. In particular, it is possible to realize a user interface for specifying the position of a human body in a space using an electrostatic field, and to input more diverse information more easily.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。最初に、図1乃至図33を参照して、本発明を適用する通信システムの例として、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することによって、利用環境の制約を受けない通信システムについて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, referring to FIG. 1 to FIG. 33, as an example of a communication system to which the present invention is applied, a physical reference point path is not required and communication using only a communication signal transmission path is realized. A communication system that is not restricted will be described.
図1は、物理的な基準点経路を用いずに通信信号伝達経路のみによって通信を行う通信システムの一実施形態に係る構成例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example according to an embodiment of a communication system that performs communication using only a communication signal transmission path without using a physical reference point path.
図1において、通信システム100は、送信装置110、受信装置120、および通信媒体130により構成され、送信装置110と受信装置120が通信媒体130を介して信号を送受信するシステムである。つまり、通信システム100において、送信装置110より送信された信号は、通信媒体130を介して伝送され、受信装置120により受信される。
In FIG. 1, the communication system 100 includes a
送信装置110は、送信信号電極111、送信基準電極112、および送信部113を有している。送信信号電極111は、通信媒体130を介して伝送させる信号を送信するために設けられた電極対の一方の電極であり、その電極対の他方の電極である送信基準電極112よりも通信媒体130に対して静電結合が強くなるように設けられる。送信部113は、送信信号電極111と送信基準電極112との間に設けられ、これらの電極間に受信装置120へ伝達したい電気信号(電位差)を与える。
The
受信装置120は、受信信号電極121、受信基準電極122、および受信部123を有している。受信信号電極121は、通信媒体130を介して伝送される信号を受信するために設けられた電極対の一方の電極であり、その電極対の他方の電極である受信基準電極122よりも通信媒体130に対して静電結合が強くなるように設けられる。受信部123は、受信信号電極121と受信基準電極122との間に設けられ、通信媒体130を介して伝送される信号によってこれらの電極間に生じた電気信号(電位差)を検知し、その電気信号を所望の電気信号に変換し、送信装置110の送信部113で生成された電気信号を復元する。
The
通信媒体130は、電気信号を伝達可能な物理的特性を有する物質、例えば、導電体や誘電体等により構成される。例えば、通信媒体130は、銅、鉄、またはアルミ等の金属に代表される導電体、純水、ゴム、ガラス等に代表される誘電体、または、これらの複合体である生体や、食塩水等の電解液のように、導体としての性質と誘電体としての性質を併せ持つ素材により構成される。また、この通信媒体130の形状はどのようなものであってもよく、例えば、線状、板状、球状、角柱、または円柱等であってもよく、さらにこれら以外の任意の形状であってもよい。
The
このような通信システム100において、はじめに、各電極と、通信媒体または装置周辺空間との関係について説明する。なお、以下において、説明の便宜上、通信媒体130が完全導体であるものとする。また、送信信号電極111と通信媒体130との間、および、受信信号電極121と通信媒体130との間には空間が存在し、電気的な結合はないものとする。すなわち、送信信号電極111または受信信号電極121と、通信媒体130との間には、それぞれ、静電容量が形成される。
In such a communication system 100, first, the relationship between each electrode and the communication medium or the space around the apparatus will be described. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that the
また、送信基準電極112は送信装置110周辺の空間に向くように設けられており、受信基準電極122は受信装置120周辺の空間に向くように設けられている。一般的に、導体球が空間に存在する場合、その導体球と空間との間には静電容量が形成される。例えば、導体の形状を半径r[m]の球としたとき、その静電容量Cは、以下の式(1)のように求められる。
The
式(1)において、πは円周率を示す。また、εは誘電率を示し、以下の式(2)のように求められる。 In the formula (1), π represents a circumference ratio. Further, ε represents a dielectric constant and is obtained as in the following formula (2).
ただし、式(2)において、ε0は、真空中の誘電率を示し、8.854×10-12[F/m]である。また、εrは比誘電率を示し、真空の誘電率ε0に対する比率を示す。 However, in Formula (2), ε 0 indicates a dielectric constant in a vacuum, and is 8.854 × 10 −12 [F / m]. Further, ε r represents a relative dielectric constant, and represents a ratio to a vacuum dielectric constant ε 0 .
上述した式(1)に示されるように半径rが大きい程、静電容量Cは大きくなる。なお、球以外の複雑な形状の導体の静電容量Cの大きさは、上述した式(1)のように、簡単に表現することはできないが、その導体の表面積の大きさに応じて変化することは明らかである。 As shown in the above formula (1), the larger the radius r, the larger the capacitance C. In addition, although the magnitude | size of the electrostatic capacitance C of a conductor of complicated shape other than a sphere cannot be expressed simply like Formula (1) mentioned above, it changes according to the magnitude | size of the surface area of the conductor. It is clear to do.
以上のように、送信基準電極112は、送信装置110周辺の空間に対して静電容量を形成し、受信基準電極122は、受信装置120周辺の空間に対して静電容量を形成する。すなわち、送信装置110および受信装置120の外部の仮想無限遠点からみたとき、送信基準電極112や受信基準電極122の電位は、静電容量の増加に伴って変動のしにくさも増加することを示している。
As described above, the
次に、通信システム100における通信の原理について説明する。なお、以下において、説明の便宜上、または前後関係等から、コンデンサを単に静電容量と表現する場合もあるが、これらは同意である。 Next, the principle of communication in the communication system 100 will be described. In the following description, a capacitor may be simply expressed as a capacitance for convenience of explanation or from the context, etc., but these are consents.
また、以下において、図1の送信装置110と受信装置120は、装置間が十分な距離を保つように配置されており、相互の影響を無視できるものとする。また、送信装置110において、送信信号電極111は通信媒体130とのみ静電結合し、送信基準電極112は送信信号電極111に対して十分な距離が置かれ、相互の影響は無視できる(静電結合しない)ものとする。同様に、受信装置120において、受信信号電極121は通信媒体130とのみ静電結合し、受信基準電極122は受信信号電極121に対して十分な距離が置かれ、相互の影響は無視できる(静電結合しない)ものとする。さらに、実際には、送信信号電極111、受信信号電極121、および通信媒体130も、空間内に配置されている以上、それぞれ空間に対する静電容量を有することになるが、ここでは、説明の便宜上、それらを無視できるものとする。
In the following description, it is assumed that the
図2は、図1の通信システム100を等価回路で表した図である。通信システム200は、通信システム100を等価回路で表したものであり、実質的に通信システム100と等価である。 FIG. 2 is a diagram illustrating the communication system 100 of FIG. 1 with an equivalent circuit. The communication system 200 is an equivalent circuit of the communication system 100 and is substantially equivalent to the communication system 100.
すなわち、通信システム200は、送信装置210、受信装置220、および接続線230を有しているが、この送信装置210は図1に示される通信システム100の送信装置110に対応し、受信装置220は図1に示される通信システム100の受信装置120に対応し、接続線230は図1に示される通信システム100の通信媒体130に対応する。
That is, the communication system 200 includes a transmission device 210, a reception device 220, and a connection line 230. The transmission device 210 corresponds to the
図2の送信装置210において、信号源213−1および送信装置内基準点213−2は、図1の送信部113に対応する。信号源213−1は、送信用の信号として、特定周期ω×t[rad]の正弦波を生成する。ここで、t[s]は時間を示す。また、ω[rad/s]は角周波数を示し、以下の式(3)のように表すことができる。
In the transmission device 210 of FIG. 2, the signal source 213-1 and the reference point 213-2 within the transmission device correspond to the
式(3)において、πは円周率、f[Hz]は信号源213−1が生成する信号の周波数を示す。送信装置内基準点213−2は、送信装置210内における回路のグランドに接続される点である。つまり信号源213−1の端子の一方は、送信装置210内における回路の、所定の基準電位に設定される。 In Expression (3), π represents a circular ratio, and f [Hz] represents a frequency of a signal generated by the signal source 213-1. The reference point 213-2 in the transmission device is a point connected to the circuit ground in the transmission device 210. That is, one of the terminals of the signal source 213-1 is set to a predetermined reference potential of a circuit in the transmission device 210.
Cte214は、コンデンサであり、図1の送信信号電極111と通信媒体130との間の静電容量を表すものである。つまり、Cte214は、信号源213−1の送信装置内基準点213−2と反対側の端子と、接続線230との間に設けられている。また、Ctg215は、コンデンサであり、図1の送信基準電極112の空間に対する静電容量を表すものである。Ctg215は、信号源213−1の送信装置内基準点213−2側の端子と、空間上の、送信装置210を基準とした無限遠点(仮想点)を示す基準点216との間に設けらている。
図2の受信装置220において、Rr223−1、検出器223−2、および受信装置内基準点223−3は、図1の受信部123に対応する。Rr223−1は、受信信号を取り出すための負荷抵抗(受信負荷)である。増幅器により構成される検出器223−2は、このRr223−1の両側の端子間の電位差を検出して増幅する。受信装置内基準点223−3は、受信装置220内における回路のグランドに接続される点である。つまりRr223−1の端子の一方(検出器223−2の入力端子の一方)は、受信装置220内における回路の、所定の基準電位に設定される。
In the receiving device 220 of FIG. 2, Rr 223-1, detector 223-2, and in-receiving device reference point 223-3 correspond to the receiving
なお、検出器223−2が、さらに、例えば、検出した変調信号を復調したり、検出された信号に含まれる符号化された情報を復号したりする等、その他の機能を備えるようにしてもよい。 The detector 223-2 may further have other functions such as demodulating the detected modulated signal and decoding encoded information included in the detected signal. Good.
Cre224は、コンデンサであり、図1の受信信号電極121と通信媒体130との間の静電容量を表すものである。つまり、Cre224は、Rr223−1の受信装置内基準点223−3と反対側の端子と、接続線230との間に設けられている。また、Crg225は、コンデンサであり、図1の受信基準電極122の空間に対する静電容量を表すものである。Crg225は、Rr223−1の受信装置内基準点223−3側の端子と、空間上の、受信装置120を基準とした無限遠点(仮想点)を示す基準点226との間に設けらている。
接続線230は、完全導体である通信媒体130を表している。なお、図2の通信システム200において、Ctg215とCrg225は、等価回路上、基準点216と基準点226を介して、互いに電気的に接続されているように表現されているが、実際には、これらは互いに電気的に接続されている必要はなく、それぞれが、送信装置210または受信装置220周辺の空間に対して静電容量を形成していればよい。導体があれば、周囲の空間に対して、必ずその表面積の大きさに比例した静電容量が形成されることが重要である。なお、基準点216と基準点226が電気的に接続されている必要はなく、互いに独立であってもよい。
The connection line 230 represents the
また、図1の通信媒体130が完全導体である場合、接続線230の導電率は無限大とみなせるので、図2の接続線230の長さは通信に影響しない。なお、通信媒体130が導電率の十分な導体であれば、実用上、送信装置と受信装置間との距離は通信の安定性に影響しない。従って、このような場合、送信装置210と受信装置220との距離はどんなに長くてもよい。
Further, when the
通信システム200において、信号源213−1、Rr223−1、Cte214、Ctg215、Cre224、およびCrg225から成る回路が形成されている。直列接続された四つのコンデンサ(Cte214、Ctg215、Creコンデンサ224、およびCrg225)の合成容量Cxは以下の式(4)で表すことができる。
In the communication system 200, a circuit including a signal source 213-1, Rr 223-1,
また、信号源213−1が生成する正弦波vt(t)を、以下の式(5)のように表す。 Further, the sine wave v t (t) generated by the signal source 213-1 is expressed as the following equation (5).
ここで、Vm[V]は信号源電圧の最大振幅電圧を表しており、θ[rad]は初期位相角を表している。このとき、信号源213−1による電圧の実効値Vtrms[V]は以下の式(6)のように求めることができる。 Here, V m [V] represents the maximum amplitude voltage of the signal source voltage, and θ [rad] represents the initial phase angle. At this time, the effective value V trms [V] of the voltage by the signal source 213-1 can be obtained as in the following equation (6).
回路全体での合成インピーダンスZは、次の式(7)のように求めることができる。 The synthetic impedance Z in the entire circuit can be obtained as in the following equation (7).
つまり、Rr223−1の両端に生じる電圧の実効値Vrrmsは式(8)のように求めることができる。 That is, the effective value V rrms of the voltage generated at both ends of Rr 223-1 can be obtained as shown in Expression (8).
従って、式(8)に示されるように、Rr223−1の抵抗値が大きい程、また、静電容量Cxが大きく、信号源213−1の周波数f[Hz]が高い程、1/((2×π×f×Cx)2)の項が小さくなり、Rr223−1の両端に、より大きな信号を生じさせることができる。 Therefore, as shown in the equation (8), as the resistance value of Rr 223-1 is larger, the capacitance C x is larger, and the frequency f [Hz] of the signal source 213-1 is higher, 1 / ( The term (2 × π × f × C x ) 2 ) is reduced, and a larger signal can be generated at both ends of Rr 223-1.
例えば、送信装置210の信号源213−1による電圧の実効値Vtrmsを2[V]に固定し、信号源213−1が生成する信号の周波数fを1[MHz]、10[MHz]、または100[MHz]とし、Rr223−1の抵抗値を10[KΩ]、100[KΩ]、または1[MΩ]とし、回路全体の静電容量Cxを0.1[pF]、1[pF]、または10[pF]としたときの、Rr223−1の両端に生じる電圧の実効値Vrrmsの計算結果は図3に示される表250のようになる。 For example, the effective value V trms of the voltage by the signal source 213-1 of the transmission device 210 is fixed to 2 [V], and the frequency f of the signal generated by the signal source 213-1 is 1 [MHz], 10 [MHz], Or 100 [MHz], the resistance value of Rr 223-1 is 10 [KΩ], 100 [KΩ], or 1 [MΩ], and the capacitance C x of the entire circuit is 0.1 [pF], 1 [pF ] Or 10 [pF], the calculation result of the effective value V rrms of the voltage generated at both ends of Rr 223-1 is as shown in Table 250 shown in FIG.
表250に示されるように、電圧の実効値Vrrmsの計算結果は、その他の条件が同じ場合、周波数fが1[MHz]のときよりも10[MHz]のときの方が大きくなり、受信負荷であるRr223−1の抵抗値が10[KΩ]のときよりも1[MΩ]の時のほうが大きくなり、静電容量Cxが0.1[pF]のときよりも10[pF]の時のほうが大きな値をとる。すなわち、周波数fの値、Rr223−1の抵抗値、および静電容量Cxが大きいほど、大きな電圧の実効値Vrrms得られる。 As shown in Table 250, when the other conditions are the same, the calculation result of the voltage effective value V rrms is larger when the frequency f is 10 [MHz] than when the frequency f is 1 [MHz]. The resistance value of the load Rr 223-1 is larger when the resistance value is 1 [MΩ] than when the resistance value is 10 [KΩ], and is 10 [pF] than when the capacitance C x is 0.1 [pF]. Time takes a larger value. That is, the larger the value of frequency f, the resistance value of Rr 223-1, and the capacitance C x , the larger the effective value V rrms of the voltage.
また、表250より、ピコファラド以下の静電容量でも、Rr223−1には電気信号が発生することが分かる。すなわち、伝送される信号の信号レベルが微小な場合、受信装置220の検出器223−2によって検出した信号を増幅する等すれば、通信が可能となる。 Further, it can be seen from Table 250 that an electrical signal is generated in Rr 223-1 even with a capacitance of picofarad or less. That is, when the signal level of the transmitted signal is very small, communication can be performed by amplifying the signal detected by the detector 223-2 of the receiving device 220.
次に、以上に示した等価回路の通信システム200の各パラメータの算出例を、図4を参照して具体的に説明する。図4は、通信システム100の物理的な構成による影響も含めて演算例を説明するための図である。 Next, a calculation example of each parameter of the communication system 200 having the equivalent circuit described above will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a calculation example including the influence of the physical configuration of the communication system 100.
図4に示される通信システム300は、図1の通信システム100に対応するシステムであり、図2の通信システム200に通信システム100の物理的な構成に関する情報を付加したものである。つまり、通信システム300は、送信装置310、受信装置320、および通信媒体330を有している。図1の通信システム100と対比して説明すると、送信装置310は送信装置110に対応し、受信装置320は受信装置120に対応し、通信媒体330は、通信媒体130に対応する。
A communication system 300 shown in FIG. 4 is a system corresponding to the communication system 100 of FIG. 1, and is obtained by adding information related to the physical configuration of the communication system 100 to the communication system 200 of FIG. That is, the communication system 300 includes a transmission device 310, a reception device 320, and a communication medium 330. In comparison with the communication system 100 in FIG. 1, the transmission device 310 corresponds to the
送信装置310は、送信信号電極111に対応する送信信号電極311、送信基準電極112に対応する送信基準電極312、および送信部113に対応する信号源313−1を有している。つまり、信号源313−1の両側の端子の一方に送信信号電極311が接続され、他方に送信基準電極312が接続されている。送信信号電極311は、通信媒体330に近接するように設けられている。送信基準電極312は、通信媒体330に影響されない程度に通信媒体330から離されて設けられており、送信装置310の外部の空間に対して静電容量を有するように構成されている。なお、図2においては、送信部113には、信号源213−1および送信装置内基準点213−2が対応するように説明したが、図4の場合、説明の便宜上、この送信装置内基準点は省略している。
The transmission device 310 includes a transmission signal electrode 311 corresponding to the
受信装置320も、送信装置310の場合と同様に、受信信号電極121に対応する受信信号電極321、受信基準電極122に対応する受信基準電極322、および受信部123に対応するRr323−1および検出器323−2を有している。つまり、Rr323−1の両側の端子の一方に受信信号電極321が接続され、他方に受信基準電極322が接続されている。受信信号電極321は、通信媒体330に近接するように設けられている。受信基準電極322は、通信媒体330に影響されない程度に通信媒体330から離されて設けられており、受信装置320の外部の空間に対して静電容量を有するように構成されている。なお、図2において受信部123には、Rr223−1、検出器223−2、および受信装置内基準点223−3が対応するように説明したが、図4の場合、説明の便宜上、この受信装置内基準点は省略している。
Similarly to the case of the transmission device 310, the reception device 320 also includes the reception signal electrode 321 corresponding to the
なお、通信媒体330は、図1や図2の場合と同様に完全導体であるものとする。送信装置310と受信装置320は、互いに十分な距離をおいて配置されており、相互の影響は無視できるものとする。また、送信信号電極311は通信媒体330とのみ静電結合している。また、送信基準電極312は送信信号電極311に対して十分な距離をおいて配置されており、相互の影響は無視できるものとする。同様に、受信信号電極321は通信媒体330とのみ静電結合している。また、受信基準電極322は受信信号電極321に対して十分な距離をおいて配置されており、相互の影響は無視できるものとする。なお厳密には、送信信号電極311、受信信号電極321、および通信媒体330は、空間に対する静電容量を有するが、ここでは、説明の便宜上、これらについて無視できるものとする。
It is assumed that the communication medium 330 is a complete conductor as in the case of FIGS. The transmitting device 310 and the receiving device 320 are arranged at a sufficient distance from each other, and the mutual influence can be ignored. The transmission signal electrode 311 is electrostatically coupled only to the communication medium 330. Further, the
図4に示されるように、通信システム300において、通信媒体330の一方の端に送信装置310が配置され、もう一方の端に受信装置320が配置されている。 As shown in FIG. 4, in the communication system 300, the transmission device 310 is disposed at one end of the communication medium 330 and the reception device 320 is disposed at the other end.
送信信号電極311と通信媒体330の間には距離dte[m]の間隔があるものとする。また、送信信号電極311が、片面の表面積がSte[m2]である導体円板とすると、通信媒体330との間で形成される静電容量Cte314は次の式(9)のように求めることが出来る。
It is assumed that there is a distance dte [m] between the transmission signal electrode 311 and the communication medium 330. Further, when the transmission signal electrode 311 is a conductor disk having a surface area of Ste [m 2 ] on one side, a
式(9)は、一般に平行平板の静電容量として知られている算出式である。上式で、εは誘電率を示すが、いま、通信システム300は空気中に置かれているものとすると、比誘電率εrはほぼ1とみなせるので、誘電率εは、真空における誘電率ε0と等価とみなすことができる。送信信号電極311の表面積Steを2×10-3[m2](直径約5[cm])とし、間隔dteを5×10-3[m](5[mm])として、静電容量Cte314を求めると、以下の式(10)のようになる。 Formula (9) is a calculation formula generally known as the capacitance of a parallel plate. In the above equation, ε represents a dielectric constant. Now, assuming that the communication system 300 is placed in the air, the relative dielectric constant ε r can be regarded as approximately 1. Therefore, the dielectric constant ε is a dielectric constant in a vacuum. It can be regarded as equivalent to ε 0 . The transmission signal electrode 311 has a surface area Ste of 2 × 10 −3 [m 2 ] (diameter of about 5 [cm]) and an interval dte of 5 × 10 −3 [m] (5 [mm]). Is obtained as shown in the following equation (10).
なお、実際の物理現象として上述した式(9)が厳密に成立するのは、Ste>>dteの関係を満足している場合であるが、ここでは、式(9)で近似できるものとする。 Note that the above equation (9) is strictly established as an actual physical phenomenon when the relationship of Ste >> dte is satisfied, but here it can be approximated by the equation (9). .
次に、送信基準電極312と空間から成る静電容量(送信基準電極312と、送信基準電極312からの仮想的な無限遠点を示す基準点316との間の静電容量)Ctg315について説明する。一般に、半径r[m]の円板が空間に置かれていた場合、その円板と空間との間に形成される静電容量C[F]は次の式(11)で求めることができる。
Next, the
送信基準電極312が半径rtg=2.5×10-2[m](半径2.5[cm])の導体円板であるとすると、送信基準電極317と空間から成る静電容量Ctg315は、上述した式(11)を用いて、次の式(12)のように求められる。なお、通信システム300は空気中に置かれ、その空間の誘電率は真空の誘電率ε0で近似できるものとする。
If the
受信信号電極321の大きさを送信信号電極311と同じ(Sre[m2]=Ste[m2]の導体円板)とし、通信媒体330との間隔も同じ(dre[m]=dte[m])とすれば、受信信号電極321と通信媒体330から成る静電容量Cre324は、送信側と同じく3.5[pF]となる。また、受信基準電極322の大きさを送信基準電極312と同じ(半径rrg[m]=rtg[m]の導体円板)とすれば、受信基準電極322と空間から成る静電容量(受信基準電極322と、受信基準電極322からの仮想的な無限遠点を示す基準点326との間の静電容量)Crg325は、送信側と同じく1.8[pF]となる。以上から、Cte314、Ctg315、Cre324、およびCrg325の四つの静電容量から成る合成静電容量Cxは上述した式(4)を用いて次の式(13)のように求めることができる。
The size of the reception signal electrode 321 is the same as that of the transmission signal electrode 311 (conductor disk of Sre [m 2 ] = Ste [m 2 ]), and the distance from the communication medium 330 is also the same (dre [m] = dte [m ]), The
信号源313−1の周波数fを1[MHz]とし、電圧の実効値Vtrmsを2[V]とし、Rr323−1を100K[Ω]とすると、Rr323−1の両端に生じる電圧Vrrmsは、以下の式(14)のように求めることができる。 When the frequency f of the signal source 313-1 is 1 [MHz], the effective value V trms of the voltage is 2 [V], and Rr323-1 is 100 K [Ω], the voltage V rrms generated at both ends of the Rr323-1 is The following equation (14) can be obtained.
以上の結果から、基本原理として、空間と成す静電容量を利用することによって、送信装置から受信装置への信号の受け渡しが可能である。 From the above results, as a basic principle, it is possible to transfer a signal from the transmission device to the reception device by using the capacitance formed with the space.
以上において説明した送信基準電極や受信基準電極の空間に対する静電容量は、各電極の位置に空間が存在すれば形成可能である。従って、上述した送信装置および受信装置は、通信媒体によって送信信号電極と受信信号電極が結合されていれば、互いの距離に依存せずに通信の安定性を得ることができる。 The capacitance with respect to the space of the transmission reference electrode and the reception reference electrode described above can be formed if there is a space at the position of each electrode. Therefore, if the transmission signal electrode and the reception signal electrode described above are coupled by a communication medium, the transmission device and the reception device described above can obtain communication stability without depending on the distance between each other.
次に、実際に本通信システムを物理的に構成する場合について説明する。図5は、以上において説明した通信システムの、実際に物理的に構成する場合における、システム上に発生する各パラメータの演算用モデルの例を示す図である。 Next, the case where this communication system is actually configured will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a calculation model for each parameter generated on the system when the communication system described above is actually physically configured.
つまり、通信システム400は、送信装置410、受信装置420、および通信媒体430を有しており、上述した通信システム100(通信システム200および通信システム300)に対応するシステムであり、評価するパラメータが異なるだけで、その構成は、通信システム100乃至通信システム300と基本的に同様である。
That is, the communication system 400 includes the
つまり、通信システム300と対比して説明すると、送信装置410は送信装置310に対応し、送信装置410の送信信号電極411は送信信号電極311に対応し、送信基準電極412は送信基準電極312に対応し、信号源431−1は信号源331−1に対応する。また、受信装置420は受信装置320に対応し、受信装置420の受信信号電極421は受信信号電極321に対応し、受信基準電極422は受信基準電極322に対応し、Rr423−1はRr323−1に対応し、検出器423−2は検出器323−2に対応する。さらに、通信媒体430は通信媒体330に対応する。
That is, in comparison with the communication system 300, the
また、パラメータについて説明すると、送信信号電極411と通信媒体430との間の静電容量Cte414は通信システム300のCte314に対応し、送信基準電極412の空間に対する静電容量Ctg415は通信システム300のCtg315に対応し、送信装置410からの空間上の仮想的な無限遠点を示す基準点416−1および基準点416−2は通信システム300の基準点316に対応する。また、送信信号電極411は、面積Ste[m2]の円板状の電極であり、通信媒体430から微小距離dte[m]だけ離れた位置に設けられる。送信基準電極412も円板状の電極であり、その半径は、rtg[m]である。
The
受信装置420側では、受信信号電極421と通信媒体430との間の静電容量Cre424は通信システム300のCre324に対応し、受信基準電極422の空間に対する静電容量Crg425は通信システム300のCrg325に対応し、受信装置420からの空間上の仮想的な無限遠点を示す基準点426−1および基準点426−2は通信システム300の基準点326に対応する。また、受信信号電極421は、面積Sre[m2]の円板状の電極であり、通信媒体430から微小距離dre[m]だけ離れた位置に設けられる。受信基準電極422も円板状の電極であり、その半径は、rrg[m]である。
On the receiving device 420 side, the
図5の通信システム400は、以上のパラメータに加えて、以下のような新たなパラメータが追加されたモデルである。 The communication system 400 of FIG. 5 is a model in which the following new parameters are added to the above parameters.
例えば、送信装置410については、送信信号電極411と送信基準電極412との間に形成される静電容量Ctb417−1、送信信号電極411と空間との間に形成される静電容量Cth417−2、および、送信基準電極412と通信媒体430との間に形成される静電容量Cti417−3が新たなパラメータとして追加されている。
For example, with respect to the
また、受信装置420については、受信信号電極421と受信基準電極422との間に形成される静電容量Crb427−1、受信信号電極421と空間との間に形成される静電容量Crh427−2、および、受信基準電極422と通信媒体430との間に形成される静電容量Cri427−3が新たなパラメータとして追加されている。
As for the receiving device 420, an electrostatic capacitance Crb 427-1 formed between the reception signal electrode 421 and the
さらに、通信媒体430については、通信媒体430と空間との間に形成される静電容量(通信媒体430と、通信媒体430からの仮想的な無限遠点を示す基準点436との間の静電容量)Cm432が新たなパラメータとして追加されている。また、実際には、通信媒体430は、その大きさや材質等によって電気抵抗を有するので、その抵抗成分として抵抗値Rm431およびRm433が新たなパラメータとして追加されている。
Further, with respect to the
なお、図5の通信システム400においては省略されているが、通信媒体が導電性だけでなく、誘電性を有する場合には、その誘電率に従った静電容量も併せて形成される。また、通信媒体に導電性がなく、誘電性のみで形成される場合には、送信信号電極411と受信信号電極421の間に、誘電体の誘電率、距離、大きさ、配置で決まる静電容量で結合されることになる。
Although omitted in the communication system 400 of FIG. 5, when the communication medium has not only conductivity but also dielectric properties, a capacitance according to the dielectric constant is also formed. In addition, when the communication medium is not conductive and is formed only of dielectric, an electrostatic capacitance determined by the dielectric constant, distance, size, and arrangement of the dielectric between the
また、ここでは、送信装置410と受信装置420が、互いに静電結合的な要素が無視できる程度に距離が離れている場合(送信装置410と受信装置420との間の静電結合の影響を無視することができる場合)を想定している。仮に、距離が近い場合には、上述した考え方に従い、送信装置410内の各電極と受信装置420内の各電極の位置関係によっては、それら電極同士の静電容量も考慮する必要が生じることもある。
In addition, here, when the
次に、図5の通信システム400の動作を、電気力線を用いて説明する。通信システム400の送信装置410の、電極同士、または電極と通信媒体430との関係を、電気力線を用いて表現した模式図を図6および図7に示す。
Next, the operation of the communication system 400 of FIG. 5 will be described using electric lines of force. FIG. 6 and FIG. 7 are schematic diagrams expressing the relationship between the electrodes of the
図6は、通信システム400の送信装置410について、通信媒体430が存在しない場合の電気力線の分布の例を示す模式図である。いま、送信信号電極411は正の電荷を有し(正に帯電し)、送信基準電極412は負の電荷を有している(負に帯電している)ものとする。図中の矢印は電気力線を示し、その方向は、正の電荷から負の電荷へ向いている。電気力線は、途中で突然消滅することはなく、異符号の電荷を持つ物体に到達するか、仮想無限遠点に到達するかのいずれかの性質を持つ。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of the distribution of lines of electric force when the
ここで、電気力線451は、送信信号電極411から放出された電気力線のうち無限遠点に到達しているものを示す。電気力線452は、送信基準電極412に向かっている電気力線のうち仮想無限遠点より到達しているものを示す。電気力線453は、送信信号電極411と送信基準電極412との間で生じている電気力線を示す。これらの電気力線の分布は、各電極の大きさや位置関係によって影響を受ける。
Here, the electric lines of
図7は、このような送信装置410に通信媒体430を近づけた場合の電気力線の分布の例を示す模式図である。送信信号電極411に通信媒体430が近づいたため、両者間の結合が強まり、図6で無限遠点に到達していた電気力線451の多くが、通信媒体430に到達する電気力線461となり、無限遠点への電気力線463(図6における電気力線451)は減少する。これに伴って、通信信号電極411からみたときの無限遠点に対する静電容量(図5のCth417−2)は弱まり、通信媒体430との間の静電容量(図5のCte414)が増す。なお、実際には、送信基準電極412と、通信媒体430間の静電結合(図5のCti417−3)も存在するが、ここでは無視出来るものとする。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of the distribution of lines of electric force when the
ガウスの法則によれば、任意の閉曲面Sを通って出て行く電気力線の数N[本]は、その閉曲面S内に含まれる全電荷を誘電率εで割ったものに等しく、閉曲面Sの外にある電荷には影響を受けない。いま閉曲面Sにn個の電荷が存在するとき、次式が成立する。 According to Gauss's law, the number N of lines of electric force exiting through any closed surface S is equal to the total charge contained in the closed surface S divided by the dielectric constant ε. The charge outside the closed curved surface S is not affected. When n charges are present on the closed curved surface S, the following equation is established.
ここで、iは整数とする。変数qiは個々の電荷の電荷量を示す。この法則は、閉曲面Sから湧き出す電気力線は、この閉曲面S内に存在する電荷から発せられる電気力線のみで決まり、外側から入ってくる電気力線の全ては、別の場所から出て行くことを示している。 Here, i is an integer. The variable q i indicates the charge amount of each charge. According to this law, the electric lines of force that spring out from the closed curved surface S are determined only by the electric lines of force generated from the charges existing in the closed curved surface S, and all the electric lines of force that enter from the outside are from different places. Indicates going out.
この法則に従えば、図7において、通信媒体430が接地されていないものとすると、この通信媒体430近傍の閉曲面471には電荷の発生源は存在しないから、電気力線461近傍の通信媒体の領域472では、静電誘導により電荷Q3が誘起される。通信媒体430は接地されていないため、通信媒体430が持つ総電荷量は変わらないから、電荷Q3が誘起された領域472の外の領域473では、電荷Q3と等量で異符号の電荷Q4が誘起され、これによって生じる電気力線464が閉曲面471から出て行くことになる。電荷Q4は通信媒体が大きい程、より拡散することになり、電荷密度も減少するから、これに伴って単位面積当たりの電気力線の本数も減少する。
According to this law, if the
通信媒体430が完全導体である場合、完全導体の性質から、部位によらず電位が同一になる特性上、部位によらず電荷密度もほぼ等しくなる性質がある。通信媒体430が抵抗分を持った導電体である場合には、その抵抗分に応じ、距離に応じて電気力線の数も減少する。また通信媒体430が導電性を持たない誘電体である場合には、その分極作用により、電気力線は拡散され、伝播される。いま空間にn個の導電体が存在しているとき、各導電体の電荷Qiは、次式で求めることが出来る。
In the case where the
ここで、i、jは整数であり、Cijは導電体iと導電体jから成る容量係数を示し、静電容量と同じ性質と考えてよい。容量係数は、導電体の形状とそれらの位置関係からのみ決まる。容量係数Ciiは、導電体i自身が空間に対して形成する静電容量となる。また、Cij=Cjiである。式(16)においては、複数の導電体から成る系が重ねの理に基づいて動作することが示されており、導電体間の静電容量と各導電体の電位との積の総和によって該当する導電体の電荷が定まることが示されている。 Here, i and j are integers, and C ij represents a capacitance coefficient composed of the conductor i and the conductor j, and may be considered to have the same property as the capacitance. The capacitance coefficient is determined only from the shapes of the conductors and their positional relationship. The capacitance coefficient C ii is a capacitance that the conductor i itself forms with respect to the space. Also, C ij = C ji . In equation (16), it is shown that a system composed of a plurality of conductors operates based on the principle of superposition, and corresponds to the sum of products of the capacitance between conductors and the potential of each conductor. It is shown that the electric charge of the conductor is determined.
いま、図7と式(16)において互いに関連する各パラメータを以下のように定める。例えば、Q1は、送信信号電極411に誘起される電荷を示し、Q2は、送信基準電極412に誘起される電荷を示し、Q3は、送信信号電極411によって通信媒体430に誘起される電荷を示し、Q4は、通信媒体430上の、電荷Q3と異符号等量の電荷を示しているものとする。
Now, parameters related to each other in FIG. 7 and Expression (16) are determined as follows. For example, Q1 represents the charge induced in the
また、V1が送信信号電極411の、無限遠点を基準としたときの電位を示し、V2が送信基準電極412の、無限遠点を基準としたときの電位を示し、V3が通信媒体430の、無限遠点を基準としたときの電位を示し、C12が送信信号電極411と送信基準電極412間の容量係数を示し、C13が送信信号電極411と通信媒体430間の容量係数を示し、C15が送信信号電極411と空間の容量係数を示し、C25が送信信号電極411と空間の容量係数を示し、さらにC45が通信媒体430と空間の容量係数を示しているものとする。
In addition, V1 represents the potential of the
このとき電荷Q3は次式のように求めることができる。 At this time, the charge Q3 can be obtained as follows.
通信媒体430により多くの電界を注入するためには、電荷Q3を大きくすればよいが、そのためには、送信信号電極411と通信媒体430間の容量係数C13を高め、且つ、十分な電位V1を与えればよい。容量係数C13は、形状と位置関係のみで決まるが、相互間の距離が近く、対向面積が大きい程、静電容量が高まる。次に、電位V1であるが、この電位は無限遠点からみたとき十分な電位が生じている必要がある。送信装置410からみると信号源によって、送信信号電極411と送信基準電極412の間に電位差が与えられているが、この電位差が無限遠点からみたときにも十分な電位差として生じるためには、送信基準電極412の振る舞いが重要になる。
In order to inject more electric field into the
仮に送信基準電極412が微小で、送信信号電極411が十分な大きさであるとすると、容量係数C12及びC25が小さくなる。一方で、容量係数C13、C15、C45は大きな静電容量を持つから、電気的により変動しにくくなり、信号源で発生させている電位差のほとんどは、送信基準電極412の電位V2として現れ、送信信号電極411の電位V1は小さくなってしまう。
If the
この様子を図8に示す。送信基準電極481は微小なため、どの導電体や無限遠点とも結合しない。送信信号電極411は、通信媒体430との間で静電容量Cteを形成するとともに、空間に対して静電容量Cth417−2を形成する。また、通信媒体430は空間に対して静電容量Cm432を形成する。送信信号電極411と送信基準電極412に電位が生じても、送信信号電極411に関わる静電容量Cte414、Cth417−2、およびCm432が圧倒的に大きいため、この電位を変動させるためには、大きなエネルギーが必要となるが、信号源413−1の対向側の送信基準電極481の静電容量が弱いため、送信信号電極411の電位はほとんど変化せず、信号源413−1の電位変動のほとんどは、送信基準電極481側に現れることになる。
This is shown in FIG. Since the transmission reference electrode 481 is minute, it does not couple with any conductor or infinity point. The
逆に、送信信号電極411が微小で、送信基準電極481が十分な大きさであるとすると、送信基準電極481の静電容量が高まって、電気的に変動しにくくなり、送信信号電極411に十分な電位V1は生じるが、通信媒体430との静電結合が弱まるため、十分な電界を注入できない。
On the other hand, if the
従って、全体のバランスの中で、通信に必要な電界を送信信号電極から通信媒体に注入しながらも、十分な電位を与えることが出来るだけの送信基準電極を設ける必要がある。ここでは、送信側のみを考えたが、図5における受信装置420の電極と通信媒体430の間に関しても同様に考えることが出来る。
Therefore, it is necessary to provide a transmission reference electrode that can provide a sufficient potential while injecting an electric field necessary for communication from the transmission signal electrode into the communication medium in the overall balance. Here, only the transmission side is considered, but the same can be considered between the electrode of the reception device 420 and the
無限遠点は、物理的に遠距離でなければならないものではなく、実用上は装置周辺の空間を考えればよいが、より理想としては、システム全体の系の中で、より安定して電位変動が少ないことが望ましい。実際の利用環境下では、AC電源ラインや照明器具、その他電気機器等から発生するノイズが存在するが、少なくとも信号源が利用する周波数帯域にこれらのノイズが重ならないか、無視出来るレベルであればよい。 The infinity point does not have to be physically far away, and in practice it is only necessary to consider the space around the device, but more ideally, the potential fluctuation is more stable in the system as a whole. It is desirable that there is little. Under actual usage conditions, there are noises generated from AC power lines, lighting equipment, and other electrical equipment, but these noises do not overlap at least in the frequency band used by the signal source or can be ignored. Good.
図9は、図5に示されるモデル(通信システム400)を等価回路で示した図である。つまり、図2と図4の関係のように、図9に示される通信システム500は図5に示される通信システム400に対応し、通信システム500の送信装置510は通信システム400の送信装置410に対応し、通信システム500の受信装置520は通信システム400の受信装置420に対応し、通信システム500の接続線530は通信システム400の通信媒体430に対応する。
FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of the model (communication system 400) shown in FIG. That is, as in the relationship between FIGS. 2 and 4, the communication system 500 illustrated in FIG. 9 corresponds to the communication system 400 illustrated in FIG. 5, and the transmission device 510 of the communication system 500 is connected to the
同様に、図9の送信装置510において、信号源513−1は信号源413−1に対応する。なお、図9の送信装置510においては、図5において省略された、図2の送信装置内基準点213−2に対応する、図1の送信部113内部の回路におけるグランドを示す送信装置内基準点513−2が示されている。
Similarly, in the transmission apparatus 510 of FIG. 9, the signal source 513-1 corresponds to the signal source 413-1. In the transmission apparatus 510 of FIG. 9, the transmission apparatus internal reference indicating the ground in the circuit inside the
また、図9のCte514は、図5のCte414に対応する静電容量であり、Ctg515は、図5のCtg415に対応する静電容量であり、基準点516−1および基準点516−2は、それぞれ、基準点416−1および基準点416−2に対応する。さらにCtb517−1はCtb417−1に、Cth517−2はCth417−2に、Cti517−3はCti417−3にそれぞれ対応する静電容量である。
Further,
受信装置520の各部も同様であり、受信抵抗であるRr523−1および検出器523−2は、それぞれ、図5のRr423−1および検出器423−2に対応する。なお、図9の受信装置520においては、図5において省略された、図2の受信装置内基準点223−3に対応する、図1の受信部123内部の回路におけるグランドを示す受信装置内基準点523−3が示されている。
The same applies to each part of the receiving device 520, and Rr 523-1 and detector 523-2, which are reception resistors, correspond to Rr 423-1 and detector 423-2 in FIG. 5, respectively. In the receiving apparatus 520 in FIG. 9, the reference in the receiving apparatus that indicates the ground in the circuit in the receiving
また、図9のCre524は、図5のCre424に対応する静電容量であり、Crg525は、図5のCrg425に対応する静電容量であり、基準点526−1および基準点526−2は、それぞれ、基準点426−1および基準点426−2に対応する。さらにCrb527−1はCrb427−1に、Crh527−2はCrh427−2に、Cri527−3はCri427−3にそれぞれ対応する静電容量である。
In addition,
接続線530に接続される各部も同様であり、接続線の抵抗成分であるRm531とRm533は、それぞれ、Rm431とRm433に対応し、Cm532はCm432に対応し、基準点536は、基準点436に対応する。
The same applies to each part connected to the
このような通信システム500は、以下のような性質を有する。 Such a communication system 500 has the following properties.
例えば、送信装置510は、Cte514の値が大きい(容量が高い)程、通信媒体430に対応する接続線530へ大きな信号を印加することができる。また、送信装置510は、Ctg515の値が大きい(容量が高い)程、接続線530へ大きな信号を印加することができる。さらに、送信装置510は、Ctb517−1の値が小さい(容量が低い)程、接続線530へ大きな信号を印加することが出来る。また、送信装置510は、Cth517−2の値が小さい(容量が低い)程、接続線530へ大きな信号を印加することが出来る。さらに、送信装置510は、Cti517−3の値が小さい(容量が低い)程、接続線530へ大きな信号を印加することが出来る。
For example, the transmission device 510 can apply a larger signal to the
受信装置520は、Cre524の値が大きい(容量が高い)程、通信媒体430に対応する接続線530から大きな信号を取り出すことが出来る。また、受信装置520は、Crg525の値が大きい(容量が高い)程、接続線530から大きな信号を取り出すことが出来る。さらに、受信装置520は、Crb527−1の値が小さい(容量が低い)程、接続線530から大きな信号を取り出すことが出来る。また、受信装置520は、Crh527−2の値が小さい(容量が低い)程、接続線530から大きな信号を取り出すことが出来る。さらに、受信装置520は、Cri527−3の値が小さい(容量が低い)程、接続線530から大きな信号を取り出すことが出来る。また、受信装置520は、Rr523−1の値が低い(抵抗が高い)程、接続線530から大きな信号を取り出すことが出来る。
The reception device 520 can extract a larger signal from the
接続線530の抵抗成分であるRm531およびRm533の値が低い(抵抗が低い)程、送信装置510は、接続線530へ大きな信号を印加することが出来る。また、接続線530の空間に対する静電容量であるCm532の値が小さい(容量が低い)程、送信装置510は、接続線530へ大きな信号を印加することが出来る。
The transmission device 510 can apply a larger signal to the
コンデンサ容量の大小は、電極の表面積の大きさに略比例するから、一般には各電極の大きさが大きい程よいが、単純に電極の大きさを大きくすると、電極同士の間の静電容量も増加してしまう恐れもある。また、電極の大きさ比が極端な場合も効率が低下する恐れがある。従って、電極の大きさやその配置場所等は、全体のバランスの中で決定する必要がある。 Since the size of the capacitor is roughly proportional to the surface area of the electrode, it is generally better to increase the size of each electrode. However, simply increasing the size of the electrode also increases the capacitance between the electrodes. There is also a risk of it. In addition, the efficiency may decrease even when the size ratio of the electrodes is extreme. Therefore, it is necessary to determine the size of the electrode and the location of the electrode within the overall balance.
なお、上述した通信装置500の性質は、信号源513−1の周波数が高い周波数帯域では、インピーダンス・マッチングの考え方で本等価回路を捉え、各パラメータを決定することで効率的な通信が可能となる。周波数を高めることにより、小さい静電容量でもリアクタンスが確保できるため、各装置を容易に小型化することができる。 Note that the property of the communication device 500 described above is that, in the frequency band where the frequency of the signal source 513-1 is high, efficient communication is possible by capturing the equivalent circuit based on the concept of impedance matching and determining each parameter. Become. By increasing the frequency, reactance can be ensured even with a small capacitance, so that each device can be easily downsized.
また、一般的にコンデンサのリアクタンスは周波数の減少とともに上昇する。これに対して、通信システム500は静電容量結合に基づく動作をするので、信号源513−1が生成する信号の周波数の下限は、これによって決定される。また、Rm531、Cm532、およびRm533は、その配置から低域通過フィルタを形成することになるので、この特性により周波数の上限が定まる。 In general, the reactance of a capacitor increases as the frequency decreases. On the other hand, since the communication system 500 operates based on capacitive coupling, the lower limit of the frequency of the signal generated by the signal source 513-1 is determined thereby. Since Rm531, Cm532, and Rm533 form a low-pass filter based on the arrangement, the upper limit of the frequency is determined by this characteristic.
つまり、通信システム500の周波数特性は、図10に示されるグラフの曲線551のようになる。図10において、横軸は周波数を、縦軸は系全体の利得を示している。
That is, the frequency characteristic of the communication system 500 is as shown by a
次に、図5の通信システム400、および図9の通信システム500の各パラメータの具体的な数値を検討する。なお、以下において、説明の便宜上、通信システム400(通信システム500)は空気中に設置されているものとする。また、通信システム400の送信信号電極411、送信基準電極412、受信信号電極421、および受信基準電極422(通信システム500の送信信号電極511、送信基準電極512、受信信号電極521、および受信基準電極522)は、いずれも、直径5cmの導体円板とする。
Next, specific numerical values of the parameters of the communication system 400 in FIG. 5 and the communication system 500 in FIG. 9 will be considered. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that the communication system 400 (communication system 500) is installed in the air. Further, the
図5の通信システム400において、送信信号電極411と通信媒体430からなる静電容量Cte414(図9のCte514)は、互いの間隔dteが5mmとすると、その値は、上述した式(9)を用いて、以下の式(18)ように求められる。
In the communication system 400 of FIG. 5, the capacitance Cte 414 (
電極間の静電容量であるCtb417−1(図9のCtb517−1)については、式(9)を適応することができるものとする。本来は上述したように電極の面積が間隔に比べて十分に大きい場合に成立する式であるが、ここでは、これで近似できるとして差し支えない。電極間の間隔を5cmとすると、Ctb417−1(図9のCtb517−1)は以下の式(19)ようになる。 For Ctb 417-1 (Ctb 517-1 in FIG. 9), which is the capacitance between the electrodes, equation (9) can be applied. Originally, as described above, the equation is established when the area of the electrode is sufficiently larger than the interval, but here it may be approximated. When the distance between the electrodes is 5 cm, Ctb 417-1 (Ctb 517-1 in FIG. 9) is expressed by the following equation (19).
ここでの想定は、送信信号電極411と通信媒体430の間隔が狭いとすれば、空間との結合は弱くなるので、Cth417−2(図9のCht517−2)の値は、Cte414(Cte514)の値よりも十分小さく、式(20)のようにCte414(Cte514)の値の十分の一に設定されるものとする。
The assumption here is that if the distance between the
送信基準電極412と空間で形成される静電容量を示すCtg415(図9のCtg515)は図4の場合(式(12))と同様であり、次式(21)のように求めることができる。
Ctg 415 (
Cti417−3(図9のCti517−3)の値は、以下のように、Ctb417−1(図9のCtb517−1)と同等と考える。 The value of Cti417-3 (Cti517-3 in FIG. 9) is considered to be equivalent to Ctb417-1 (Ctb517-1 in FIG. 9) as follows.
Cti=Ctb=0.35[pF] Cti = Ctb = 0.35 [pF]
受信装置420(図9の受信装置520)の各パラメータに関しても、各電極の構成(大きさや設置位置等)を送信装置410の場合と同様にすれば、以下のように、送信装置410の各パラメータと同様に設定される。
Regarding each parameter of the receiving device 420 (receiving device 520 in FIG. 9), if the configuration (size, installation position, etc.) of each electrode is the same as that of the transmitting
Cre=Cte=3.5[pF] Crb=Ctb=0.35[pF] Crh=Cth=0.35[pF] Crg=Ctg=1.8[pF] Cri=Cti=0.35[pF] Cre = Cte = 3.5 [pF] Crb = Ctb = 0.35 [pF] Crh = Cth = 0.35 [pF] Crg = Ctg = 1.8 [pF] Cri = Cti = 0.35 [pF]
また、説明の便宜上、以下において、通信媒体430(図9の接続線530)は人体のサイズ程度の生体に近い特性を有する物体であるとする。そして、通信媒体430の送信信号電極411の位置から受信信号電極421の位置(図9の送信信号電極511の位置から受信信号電極521の位置)までの電気抵抗が1[MΩ]であるとし、Rm431およびRm433(図9のRm531およびRm533)の値をそれぞれ500[KΩ]とする。また、通信媒体430と空間との間で形成する静電容量Cm432(図9のCm532)の値を100[pF]とする。
For convenience of explanation, it is assumed below that the communication medium 430 (
さらに、信号源413−1(図9の信号源513−1)は、最大値1[V]で周波数が10[MHz]の正弦波とする。 Further, the signal source 413-1 (the signal source 513-1 in FIG. 9) is a sine wave having a maximum value of 1 [V] and a frequency of 10 [MHz].
以上のパラメータを使ってシミュレーションを行うと、図11に示されるような波形の受信信号がシミュレーション結果として得られる。図11に示されるグラフは、縦軸が、受信装置420(図9の受信装置520)の受信負荷であるRr423−1(Rr523−1)の両端電圧を表し、横軸が時間を表している。図11の両矢印552により示されるように、受信信号の波形の最大値Aと最小値Bとの差(ピーク値の差)が約10[μV]程度で観測される。従って、これを十分なゲインを持つ増幅器(検出器423−2)で増幅することによって、送信側の信号(信号源413−1において生成された信号)を受信側で復元することができる。
When simulation is performed using the above parameters, a reception signal having a waveform as shown in FIG. 11 is obtained as a simulation result. In the graph shown in FIG. 11, the vertical axis represents the voltage across Rr 423-1 (Rr 523-1), which is the reception load of the receiving device 420 (the receiving device 520 in FIG. 9), and the horizontal axis represents time. . As indicated by a double-headed
このように、以上において説明した、本発明を適用した通信システムは、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を容易に提供することができる。 As described above, the communication system to which the present invention is applied as described above does not require a physical reference point path and can realize communication using only the communication signal transmission path, and thus is not restricted by the use environment. A communication environment can be easily provided.
次に、各装置における各電極の配置について説明する。上述したように、各電極は、互いに異なる役目を担っており、通信媒体や空間等に対して静電容量を形成する。つまり、各電極はそれぞれ互いに異なる相手と静電結合し、その静電結合を用いて作用する。従って、各電極の配置方法は、そのように各電極を目的の対象物に有効に静電結合させるために非常に重要な要因となる。 Next, the arrangement of each electrode in each device will be described. As described above, each electrode has a different role and forms a capacitance with respect to a communication medium, space, or the like. In other words, each electrode is electrostatically coupled to a different partner, and acts using the electrostatic coupling. Therefore, the arrangement method of each electrode is a very important factor for effectively electrostatically coupling each electrode to the target object.
例えば、図5の通信システム400において、送信装置410と受信装置420の間において効率よく通信を行うためには、以下の条件のように各電極を配置する必要がある。すなわち、各装置は、例えば、送信信号電極411と通信媒体430の間の静電容量、並びに、受信信号電極421と通信媒体422の間の静電容量の大きさがともに十分であること、送信基準電極412と空間の静電容量、並びに、受信基準電極422と空間の静電容量の大きさがともに十分であること、送信信号電極411と送信基準電極412の間、並びに、受信信号電極421と受信基準電極422の間の静電容量の大きさがより小さいこと、そして、送信信号電極411と空間の静電容量、並びに、受信信号電極421と空間の静電容量の大きさがより小さいことを満たす。必要がある。
For example, in the communication system 400 of FIG. 5, in order to efficiently communicate between the
各電極の配置例を図12乃至図18に示す。なお、以下に説明する電極配置の例は、送信装置および受信装置のいずれにも適用することができる。従って、以下においては、受信装置についての説明を省略し、送信装置についてのみ説明する。なお、以下に示す例を受信装置に適用する場合、送信信号電極を受信信号電極に対応させ、送信基準電極を受信信号電極に対応させる。 Examples of the arrangement of the electrodes are shown in FIGS. Note that the electrode arrangement examples described below can be applied to both the transmission device and the reception device. Therefore, in the following, description of the receiving device is omitted, and only the transmitting device is described. When the example shown below is applied to a receiving device, the transmission signal electrode is made to correspond to the reception signal electrode, and the transmission reference electrode is made to correspond to the reception signal electrode.
図12において、送信信号電極554と送信基準電極555の二つの電極は、筐体553の同一平面上に配置されている。この構成によれば、二つの電極(送信信号電極554と送信基準電極555)が互いに対向するように配置された場合と比較して、電極間の静電容量を小さくすることが出来る。このような構成の送信装置を用いる場合、二つの電極のうち、一方の電極のみを通信媒体に近づけるようにする。例えば、筐体553が二つのユニットとヒンジ部により構成され、その二つのユニットの相対的な角度が可変となるように、ヒンジ部を介して接続され、筐体553の全体で見た場合、そのヒンジ部によって、筐体553がその長手方向中央付近において折りたたむことができるようになされた折り畳み型携帯型電話機であるとする。このような折り畳み型携帯型電話機に対して、図12に示されるような電極配置を応用することにより、一方の電極は操作ボタン側のユニット背面に配置し、他方の電極は表示部が設けられたユニットの背面に配置することができる。このように配置することにより、操作ボタン側のユニットに配置された電極はユーザの手によって覆われ、表示部背面に設けられた電極は空間に向いて配置されることになる。つまり、上述した条件を満たすように二つの電極を配置することができる。
In FIG. 12, two electrodes of the
図13は、筐体553において、二つの電極(送信信号電極554と送信基準電極555)を対向するように配置したものである。この場合、図12の配置と比較し、2電極間の静電結合は強まるものの、筐体553が比較的小さい場合に適する。この場合二つの電極は、筐体553内の出来るだけ、距離が離れるような方向に配置されることが望ましい。
FIG. 13 shows a
図14は、筐体553において、二つの電極(送信信号電極554と送信基準電極555)を直接対向しないように配置し、かつ、筐体553の、互いに対向する面に配置したものである。この構成の場合、二つの電極の静電結合は、図13より小さいものとなる。
FIG. 14 shows a case in which two electrodes (a
図15は、筐体553において、二つの電極(送信信号電極554と送信基準電極555)を、互いに垂直となるように配置したものである。この構成によれば、送信信号電極554の面とその対向面が通信媒体に近づく用途において、側面(送信基準電極555が配置される面)は、空間との静電結合が残されるため、通信が可能となる。
FIG. 15 shows a case in which two electrodes (a
図16は、図13に示される配置において、電極の一方である送信基準電極555を筐体553内部に配置したものである。つまり、図16Aに示されるように、送信基準電極555のみが筐体553の内部に設けられる。図16Bは、図16Aの面556より見た場合の電極位置の例を示す図である。図16Bに示されるように、送信信号電極554は、筐体553の表面に配置され、送信基準電極555のみが筐体553の内部に設置されている。この構成によれば、筐体553が通信媒体で広く覆れてしまっても、一方の電極周辺には筐体553の内部の空間があるため、通信が可能となる。
FIG. 16 shows an arrangement in which the
図17は、図12または図14に示される配置において、電極の一方である送信基準電極555を筐体553内部に配置したものである。つまり、図17Aに示されるように、送信基準電極555のみが筐体553の内部に設けられる。図17Bは、図17Aの面556より見た場合の電極位置の例を示す図である。図17Bに示されるように、送信信号電極554は、筐体553の表面に配置され、送信基準電極555のみが筐体553の内部に設置されている。この構成によれば、筐体553が通信媒体で広く覆れてしまっても、一方の電極周辺には筐体内部の空間余裕があるため、通信が可能となる。
FIG. 17 shows an arrangement in which the
図18は、図15に示される配置において、電極の一方を筐体内部に配置したものである。つまり、図18Aに示されるように、送信基準電極555のみが筐体553の内部に設けられる。図18Bは、図18Aの面556より見た場合の電極位置の例を示す図である。図18Bに示されるように、送信信号電極554は、筐体553の表面に配置され、送信基準電極555のみが筐体553の内部に設置されている。この構成によれば、筐体が通信媒体で広く覆れてしまっても、一方の電極である送信基準電極555を周辺には筐体内部の空間余裕があるため、通信が可能となる。
FIG. 18 shows an arrangement in which one of the electrodes is arranged inside the housing in the arrangement shown in FIG. That is, as shown in FIG. 18A, only the
以上に説明したいずれの電極配置も、一方の電極よりも他方の電極の方が通信媒体に近く、他方はより空間との静電結合が強まるような配置となるように成されている。また、各配置においては、二つの電極間の静電的結合がより弱まるように配置することが望ましい。 In any of the electrode arrangements described above, the other electrode is closer to the communication medium than the one electrode, and the other electrode is arranged such that electrostatic coupling with the space is further enhanced. In each arrangement, it is desirable that the electrostatic coupling between the two electrodes be weakened.
送信装置あるいは受信装置は何らかの筐体に組み込まれるようにしてもよい。本発明の機器では、少なくとも二つの電極が存在し、それらは電気的に絶縁状態にあるので、筐体もある厚さを持った絶縁体で構成される。図19は、送信信号電極周辺の断面図を示したものである。送信基準電極、受信信号電極、および受信基準電極のいずれも、送信信号電極と同様の構成であるので、以下の説明を適用することができる。従って、それらについての説明は省略する。 The transmission device or the reception device may be incorporated in some case. In the device of the present invention, there are at least two electrodes, and since these are electrically insulated, the casing is also made of an insulator having a certain thickness. FIG. 19 shows a sectional view around the transmission signal electrode. Since all of the transmission reference electrode, the reception signal electrode, and the reception reference electrode have the same configuration as the transmission signal electrode, the following description can be applied. Therefore, the description about them is omitted.
図19Aは、電極周辺の断面図を示したものである。筐体563および筐体564は、必ず両矢印565により示される物理的な厚さ(d[m])を有するので、電極と通信媒体(例えば、送信電極561と通信媒体562)、あるいは電極と空間との間には、最低でもこの厚さ分の間隔を生じることになる。これまでの説明から明らかなように、電極と通信媒体、あるいは電極と空間との間は、静電容量を高めた方が一般的に都合がよい。
FIG. 19A shows a cross-sectional view around the electrode. Since the
いま、筐体563および筐体564に通信媒体562が密着している場合を考える。この場合の送信基準電極561と通信媒体562との間の静電容量Cは(式9)によって求められるから、次の式(22)のようになる。
Consider a case where the
ここで、ε0は真空の誘電率で8.854×10-12[F/m]という固定値である。εrはその場所の比誘電率、Sは送信信号電極561の表面積である。送信信号電極561の上側に形成される空間566に、高い比誘電率を有する誘電体を配置することによって、静電容量を増加させ、性能の向上を図ることができる。
Here, ε 0 is a vacuum dielectric constant and is a fixed value of 8.854 × 10 −12 [F / m]. ε r is the relative dielectric constant of the place, and S is the surface area of the
同様に周囲の空間に対しても静電容量の増加を図ることが出来る。尚、図19Aの場合、筐体の厚み(両矢印565)の部分に誘電体を挿入したが、必ずしもこの必要はなく、任意の位置にあればよい。 Similarly, the capacitance can be increased with respect to the surrounding space. In the case of FIG. 19A, the dielectric is inserted into the thickness (double arrow 565) portion of the housing, but this is not always necessary, and it may be at an arbitrary position.
これに対して図19Bは、電極を筐体に埋め込んだ場合の例である。図19Bにおいて送信信号電極561は、筐体567に埋め込まれて(筐体567の一部となるように)配置されている。こうすることで、通信媒体562は、筐体567に接触すると同時に、送信信号電極561にも接触する。また、送信信号電極561の表面に絶縁層を形成することで、通信媒体562と送信信号電極561とが非接触となるようにすることもできる。
On the other hand, FIG. 19B shows an example in which the electrode is embedded in the housing. In FIG. 19B, the
図19Cは、図19Bの場合に対し、筐体567を電極の表面積且つ厚さd’で凹状にえぐり、送信信号電極561を埋め込んだものである。筐体が一体成型の場合には、本手法により、製造コストや部品コストを抑え、簡単に静電容量を高めることが出来る。
FIG. 19C shows a case in which the
以上の説明に従えば、例えば、図12のように同一平面上に複数の電極を配置した場合に、送信信号電極554側に誘電体を挿入することによって(または、送信基準電極555側よりも高い誘電率を有する誘電体を送信信号電極554側に挿入することによって)、送信信号電極554と送信基準電極555の両方が通信媒体と結合してしまうような状況であっても、送信信号電極554の方が通信媒体との結合が強いために電極間に電位差を生じ通信することが可能である。
According to the above description, for example, when a plurality of electrodes are arranged on the same plane as shown in FIG. 12, by inserting a dielectric on the
次に電極の大きさに関して説明する。少なくとも、送信基準電極及び受信基準電極は、通信媒体が十分な電位を得るために、十分な空間との静電容量を形成する必要があるが、送信信号電極及び受信信号電極は、通信媒体との静電的結合や通信媒体に流す信号の性質を踏まえたうえで、最適な大きさにすればよい。従って、通常、送信基準電極の大きさを送信信号電極の大きさより大きくするとともに、受信基準電極の大きさを受信信号電極の大きさより大きくする。しかしながら、通信を行うために十分な信号が得られれば、これ以外の関係であってももちろんよい。 Next, the size of the electrode will be described. At least the transmission reference electrode and the reception reference electrode need to form a capacitance with a sufficient space in order for the communication medium to obtain a sufficient potential, but the transmission signal electrode and the reception signal electrode are connected to the communication medium. In consideration of the electrostatic coupling and the nature of the signal to be sent to the communication medium, the optimum size may be set. Therefore, normally, the size of the transmission reference electrode is made larger than the size of the transmission signal electrode, and the size of the reception reference electrode is made larger than the size of the reception signal electrode. However, as long as sufficient signals are obtained for communication, other relationships may be used.
特に、送信基準電極の大きさと送信信号電極の大きさを一致させ、かつ、受信基準電極の大きさと受信信号電極の大きさとを一致させた場合、無限遠点の基準点からみれば、これらの電極は互いに同等の特性にみえる。このため、どちらの電極を基準電極(信号電極)として使用するようにしても(基準電極と信号電極を入れ替えることができるようにしても)、同等の通信性能を得られる特徴がある。 In particular, when the size of the transmission reference electrode and the size of the transmission signal electrode are matched, and the size of the reception reference electrode and the size of the reception signal electrode are matched, these are seen from the reference point at the infinity point. The electrodes appear to have similar characteristics. For this reason, even if which electrode is used as the reference electrode (signal electrode) (even if the reference electrode and the signal electrode can be interchanged), there is a feature that an equivalent communication performance can be obtained.
換言すると、基準電極と信号電極の大きさが互いに異なるように設計された場合、一方の電極(信号電極として設定された電極)を通信媒体に近づけた場合にのみ通信可能とすることが出来る特徴を有する。 In other words, when the size of the reference electrode and the signal electrode is designed to be different from each other, the communication can be performed only when one electrode (the electrode set as the signal electrode) is brought close to the communication medium. Have
次に、回路のシールドについて説明する。以上においては、電極以外の送信部や受信部等は通信システムの物理的な構成を考える上で透明な存在として考えてきたが、実際にこの通信システムを実現するためには電子部品等から構成されるのが一般的である。電子部品は、その性質上、導電性、誘電性等の何らかの電気的な性質を有する物質から構成されるが、これらが電極周辺に存在する以上、動作に影響を与えることになる。本発明では、空間中の静電容量等が様々な影響を与えるため、基板上に実装されている電子回路自身もこの影響を授受ことになる。従って、より安定化した動作を期待する場合には、全体を導体でシールドすることが望ましい。 Next, circuit shielding will be described. In the above, the transmitting unit and receiving unit other than the electrodes have been considered to be transparent in considering the physical configuration of the communication system. However, in order to actually realize this communication system, it is configured with electronic components and the like. It is common to be done. The electronic component is composed of a substance having some electrical properties such as conductivity and dielectric property. However, as long as these components exist around the electrodes, the operation is affected. In the present invention, the electrostatic capacity in the space has various influences, so the electronic circuit mounted on the substrate itself also gives and receives this influence. Therefore, when a more stable operation is expected, it is desirable to shield the whole with a conductor.
シールドした導体は、通常は、送受信装置の基準電位ともなっている送信基準電極または受信基準電極へ接続することが考えられるが、動作に問題がなければ、送信信号電極または受信信号電極へ接続してもよい。本シールドの導体自体も物理的な大きさを持つので、これまで説明してきた原理に従い、他の電極や、通信媒体、空間との相互関係で動作することを考慮する必要がある。 Normally, the shielded conductor can be connected to the transmission reference electrode or the reception reference electrode, which is also the reference potential of the transmitter / receiver, but if there is no problem in operation, connect the shielded conductor to the transmission signal electrode or the reception signal electrode. Also good. Since the conductor of the shield itself has a physical size, it is necessary to consider that it operates in the interrelationship with other electrodes, communication media, and space in accordance with the principle described so far.
図20に、この実施例を示す。本例は、機器がバッテリーで動作することを想定しており、バッテリーを含めた電子部品がシールドケース571内に収められており、基準電極も兼ねている。電極572は信号電極である。
FIG. 20 shows this embodiment. In this example, it is assumed that the device operates with a battery, and an electronic component including the battery is housed in a
次に、通信媒体について説明する。通信媒体に関しては、これまでの例では、導電体を主な例に挙げたが、導電性を持たない誘電体であっても通信が可能である。誘電体中では、送信信号電極から通信媒体へ注入された電界が、誘電体の分極作用によって伝播するためである。 Next, the communication medium will be described. As for the communication medium, in the examples so far, the conductor has been exemplified as the main example, but communication is possible even with a dielectric having no conductivity. This is because in the dielectric, the electric field injected from the transmission signal electrode to the communication medium propagates due to the polarization action of the dielectric.
具体的に、導電体としては電線等の金属物が、また誘電体としては純水等が考えられるが、両方の性質を併せ持った生体、整理食塩水等でも通信は可能である。また、真空中や空気中も誘電率を持つため、通信媒体として通信可能である。 Specifically, a metal such as an electric wire can be used as the conductor, and pure water or the like can be used as the dielectric. However, communication is possible even with a living body having both properties, or a saline solution. In addition, since it has a dielectric constant in vacuum and air, it can communicate as a communication medium.
次にノイズについて説明する。空間中は、AC電源からのノイズ、蛍光灯や各種家電機器、電気機器からのノイズ、空気中の帯電微粒子の影響等様々な要因によって電位が変動している。これまでは、これら電位変動を無視してきたが、これらのノイズは送信装置、通信媒体、受信装置の各部に重々することになる。 Next, noise will be described. In the space, the potential fluctuates due to various factors such as noise from an AC power source, noise from fluorescent lamps, various home appliances, electrical equipment, and influence of charged fine particles in the air. Until now, these potential fluctuations have been ignored, but these noises overlap each part of the transmission device, communication medium, and reception device.
図21は、図1の通信システム100を、ノイズ成分を含めた等価回路により表した模式図である。すなわち、図21の通信システム600は、図9の通信システム500に対応し、通信システム600の送信装置610は、通信システム500の送信装置510に対応し、受信装置620は受信装置520に対応し、接続線630は接続線630に対応する。
FIG. 21 is a schematic diagram showing the communication system 100 of FIG. 1 as an equivalent circuit including a noise component. That is, the communication system 600 of FIG. 21 corresponds to the communication system 500 of FIG. 9, the
送信装置610において、信号源613−1、送信装置内基準点613−2、Cte614、Ctg615、基準点616−1、基準点616−2、Ctb617−1、Cth617−2、およびCti617−3は、それぞれ、送信装置510の、信号源513−1、送信装置内基準点513−2、Cte514、Ctg515、基準点516−1、基準点516−2、Ctb517−1、Cth517−2、およびCti517−3に対応する。ただし、図9の場合と異なり、送信装置610には、ノイズ641およびノイズ642の二つの信号源が、それぞれ、Ctg615と基準点616−1との間、およびCth617−2と基準点616−2との間に設けられている。
In the
受信装置620において、Rr623−1、検出器623−2、受信装置内基準点623−3、Cre624、Crg625、基準点626−1、基準点626−2、Crb627−1、Crh627−2、およびCri627−3は、それぞれ、受信装置520の、Rr523−1、検出器523−2、受信装置内基準点523−3、Cre524、Crg525、基準点526−1、基準点526−2、Crb527−1、Crh527−2、およびCri527−3に対応する。ただし、図9の場合と異なり、受信装置620には、ノイズ644およびノイズ645の二つの信号源が、それぞれ、Crh627−2と基準点626−2との間、およびCrg625と基準点626−1との間に設けられている。
In the receiving device 620, Rr 623-1, detector 623-2, reference point 623-3 in the receiving device,
接続線630において、Rm631、Cm632、Rm633、および基準点636は、それぞれ、接続線530の、Rm531、Cm532、Rm533、および基準点536に対応する。ただし、図9の場合と異なり、接続線630には、信号源により構成されるノイズ643が、Cm532と基準点536との間に設けられている。
In
各装置は、自らが有するグランド電位である送信装置内基準点613−2、または受信装置内基準点623−3を基準に動作しているため、これらに重々するノイズが、送信装置、通信媒体、および受信装置に対して相対的に同成分であれば、動作上は影響しない。一方で、特に装置間の距離が離れている場合やノイズの多い環境下では、各装置間でノイズの相対的な差異を生じる可能性が高まる。つまり、ノイズ641乃至ノイズ645の動きが互いに異なる。この差異も、時間的な変動がない場合には、使用する信号レベルの相対差が伝達されればよいので、問題ないが、ノイズの変動周期が使用する周波数帯に重なるような場合には、そのノイズ特性を考慮して、利用する周波数や信号レベルを定める必要があるが、換言すれば、ノイズ特性を考慮しながら利用する周波数や信号レベルを定めるだけで、通信システム600は、ノイズ成分に対する耐性も有し、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、容易に利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。 Since each device operates based on the reference point 613-2 in the transmission device or the reference point 623-3 in the reception device, which is the ground potential of the device itself, noise that overlaps with the reference point 613-2 in the transmission device and the communication medium As long as the components are relatively the same with respect to the receiving device, the operation is not affected. On the other hand, particularly when the distance between the devices is large or in a noisy environment, there is a high possibility that a relative difference in noise occurs between the devices. That is, the movements of noise 641 to noise 645 are different from each other. If there is no temporal variation, this difference is not a problem as long as the relative difference in signal level to be used is transmitted, but when the noise fluctuation period overlaps the frequency band used, It is necessary to determine the frequency and signal level to be used in consideration of the noise characteristics. In other words, the communication system 600 can determine the frequency and signal level to be used while considering the noise characteristics. It also has tolerance, can eliminate the need for a physical reference point path, and can realize communication using only the communication signal transmission path, so that it is possible to provide a communication environment that is not easily restricted by the use environment.
次に、送信装置と受信装置の間の距離の大きさによる通信への影響について説明する。上述したように、本発明の原理によれば、送信基準電極と受信基準電極の空間に十分な静電容量を形成できていれば、送受信装置間近辺の大地による経路や、その他の電気的な経路を必要とせず、送信信号電極と受信信号電極の距離に依存しない。従って、例えば、図22に示される通信システム700のように、送信装置710と受信装置720を遠距離におき、十分な導電性あるいは誘電性を持った通信媒体730により送信信号電極711、受信信号電極721を静電的に結合することによって通信が可能である。このとき、送信基準電極712は送信装置710の外部の空間と静電結合し、受信基準電極722は受信装置720の外部の空間と静電結合する。従って、送信基準電極712と受信基準電極722は、互いに静電結合する必要がない。但し、通信媒体730がより長く、大きくなることによって空間に対する静電容量も増加するため、各パラメータを決定する際にこれらについて考慮する必要がある。
Next, the influence on communication due to the distance between the transmission device and the reception device will be described. As described above, according to the principle of the present invention, if a sufficient capacitance can be formed in the space between the transmission reference electrode and the reception reference electrode, a path by the ground in the vicinity between the transmission / reception device and other electrical It does not require a path and does not depend on the distance between the transmission signal electrode and the reception signal electrode. Therefore, for example, as in the communication system 700 shown in FIG. 22, the
なお、図22の通信システム700は、図1の通信システム100に対応するシステムであり、送信装置710は送信装置110に対応し、受信装置720は受信装置120に対応し、通信媒体730は通信媒体130に対応する。
22 is a system corresponding to the communication system 100 in FIG. 1. The
送信装置710において、送信信号電極711、送信基準電極712、および信号源713−1は、それぞれ、送信信号電極111、送信基準電極112、および送信部113(またはその一部)に対応する。同様に、受信装置720において、受信信号電極721、受信基準電極722、および信号源723−1は、それぞれ、受信信号電極121、受信基準電極122、および受信部123(またはその一部)に対応する。
In the
従って、これらの各部についての説明は省略する。 Therefore, the description about each of these parts is omitted.
以上のように通信システム700は、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。 As described above, the communication system 700 eliminates the need for a physical reference point path and can realize communication using only the communication signal transmission path, so that it is possible to provide a communication environment that is not restricted by the use environment.
なお、以上においては、送信信号電極および受信信号電極が通信媒体と非接触であるように説明したが、これに限らず、送信基準電極および受信基準電極がそれぞれの装置周辺空間との間で十分な静電容量が得られるのであれば、送信信号電極と受信信号電極の間を、導電性を有する通信媒体で接続するようにしてもよい。 In the above description, the transmission signal electrode and the reception signal electrode are described as being in non-contact with the communication medium. However, the present invention is not limited thereto, and the transmission reference electrode and the reception reference electrode are sufficient between the surrounding spaces of the respective devices. If a sufficient electrostatic capacity can be obtained, the transmission signal electrode and the reception signal electrode may be connected by a conductive communication medium.
図23は、送信基準電極および受信基準電極を、通信媒体を介して接続する場合の通信システムの例について説明する模式図である。 FIG. 23 is a schematic diagram illustrating an example of a communication system in a case where a transmission reference electrode and a reception reference electrode are connected via a communication medium.
図23において、通信システム740は、図22の通信システム700に対応するシステムである。ただし、通信システム740の場合、送信装置710に送信信号電極711が存在せず、送信装置710と通信媒体730は、接点741において接続される。同様に、通信システム740における受信装置720には受信信号電極721が存在せず、受信装置710と通信媒体730は、接点742において接続される。
In FIG. 23, a communication system 740 is a system corresponding to the communication system 700 of FIG. However, in the case of the communication system 740, the
通常の有線通信システムでは、少なくとも二つの信号線があり、これらの信号レベルの相対差を利用して通信を行うように成されているが、本発明に従えば、一本の信号線で通信を行うことができる。 In a normal wired communication system, there are at least two signal lines, and communication is performed using a relative difference between these signal levels. However, according to the present invention, communication is performed with one signal line. It can be performed.
つまり、通信システム740も、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。 That is, the communication system 740 can also provide a communication environment that is not restricted by the use environment, because a physical reference point path is unnecessary and communication can be realized only by the communication signal transmission path.
次に、以上のような通信システムの具体的な適用例について説明する。例えば、以上のような通信システムは、生体を通信媒体とすることもできる。図24は、人体を介して通信を行う場合の通信システムの例を示す模式図である。図24において、通信システム750は、人体の腕部に取り付けられた送信装置760から音楽データを送信し、人体の頭部に取り付けられた受信装置770によってその音楽データを受信して音声に変換し、出力してユーザに視聴させるシステムである。この通信システム750は、上述した通信システム(例えば、通信システム100)に対応したシステムであり、送信装置760や受信装置770は、それぞれ、送信装置110や受信装置120に対応する。また、通信システム750において人体780は、通信媒体であり、図1の通信媒体130に対応する。
Next, a specific application example of the communication system as described above will be described. For example, the communication system as described above can use a living body as a communication medium. FIG. 24 is a schematic diagram illustrating an example of a communication system when communication is performed via a human body. In FIG. 24, the communication system 750 transmits music data from a
つまり、送信装置760は、送信信号電極761、送信基準電極762、および送信部763を有しており、それぞれ、図1の送信信号電極111、送信基準電極112、および送信部113に対応する。また、受信装置770は、受信信号電極771、受信基準電極772、および受信部773を有しており、それぞれ、図1の受信信号電極121、受信基準電極122、および受信部123に対応する。
That is, the
従って、通信媒体である人体780に、送信信号電極761および受信信号電極771が接触または近接されるように、送信装置760および受信装置770が設置される。送信基準電極762および受信基準電極772は、空間に接していればよいので、周辺に大地との結合や、送受信装置(または電極)同士の結合も不要である。
Therefore, the
図25は、通信システム750を実現する他の例について説明する図である。図25において、受信装置770は、人体780に対して足裏部において接触(または近接)し、人体780の腕部に取り付けられた送信装置760との間で通信を行う。この場合も、通信媒体である人体780に接触(または近接)されるように、送信信号電極761と受信信号電極771が設けられ、空間に向けて送信基準電極762と受信基準電極772が設けられている。特に、大地を通信経路の一つとしていた従来技術では実現不可能な応用例である。
FIG. 25 is a diagram for explaining another example for realizing the communication system 750. In FIG. 25, the receiving
つまり、以上のような通信システム750は、物理的な基準点経路を不要とし、通信信号伝達経路のみによる通信を実現することができるので、利用環境の制約を受けない通信環境を提供することができる。 That is, the communication system 750 as described above eliminates the need for a physical reference point path and can realize communication using only the communication signal transmission path, so that it is possible to provide a communication environment that is not restricted by the use environment. it can.
以上のような通信システムにおいて、通信媒体に流す信号の変調方式としては、送信装置と受信装置の両方において対応可能であれば、特に制限はなく、通信システム全体の系の特性を踏まえた上で、最適な方式を選択することが出来る。具体的に変調方式としては、ベースバンド、または振幅変調、または周波数変調されたアナログ信号か、ベースバンド、または振幅変調、または周波数変調、または位相変調されたデジタル信号のうちのいずれか一つ、または複数の混合であってもよい。 In the communication system as described above, there is no particular limitation on the modulation method of the signal flowing in the communication medium as long as it can be handled by both the transmission device and the reception device. Based on the characteristics of the entire communication system, , The most suitable method can be selected. Specifically, the modulation method includes any one of a baseband, amplitude-modulated, or frequency-modulated analog signal, a baseband, amplitude-modulated, frequency-modulated, or phase-modulated digital signal, Alternatively, a plurality of mixtures may be used.
さらに、以上のような通信システムにおいて、一つの通信媒体を利用して、複数の通信を成立させ、全二重通信や、単一の通信媒体による複数の装置同士による通信等を実行することができるようにしてもよい。 Furthermore, in the communication system as described above, it is possible to establish a plurality of communications by using a single communication medium, and execute full-duplex communication, communication between a plurality of devices using a single communication medium, or the like. You may be able to do it.
このような多重通信を実現する方法の例を説明する。一つ目は、スペクトラム拡散方式を適用させる方法である。この場合、送信装置と受信装置の間で互いに周波数帯域幅と特定の時系列コードを取り決めておく。そして送信装置は、この周波数帯域幅の中で、もとの信号を時系列コードによって周波数的に変化させ、周波数帯域全体に拡散させてから送信する。受信装置は、この拡散した成分を受信した後、その受信した信号を積分することで受信信号を復号する。 An example of a method for realizing such multiplex communication will be described. The first is a method of applying a spread spectrum method. In this case, a frequency bandwidth and a specific time series code are negotiated between the transmission device and the reception device. Then, the transmission apparatus changes the frequency of the original signal in accordance with the time-series code within this frequency bandwidth, spreads it over the entire frequency band, and transmits it. After receiving the spread component, the receiving device decodes the received signal by integrating the received signal.
周波数の拡散によって得られる効果を説明する。シャノンとハートレーのチャネル容量の定理によれば、次の式が成り立つ。 The effect obtained by frequency spreading will be described. According to the channel capacity theorem of Shannon and Hartley, the following equation holds.
ここで、C[bps]はチャネル容量を示し、通信路に流すことの出来る理論上の最大データレートを示す。B[Hz]はチャネル帯域幅を示す。S/Nは信号対ノイズ電力比(SN比)を示す。さらに、上式をマクローリン展開し、S/Nが低いものとすると、上述した式(23)は、次の式(24)のように近似することができる。 Here, C [bps] indicates the channel capacity, and indicates the theoretical maximum data rate that can be sent to the communication path. B [Hz] indicates the channel bandwidth. S / N indicates a signal-to-noise power ratio (SN ratio). Further, if the above equation is expanded by Macrolin and S / N is low, the above equation (23) can be approximated as the following equation (24).
これにより、例えばS/Nがノイズフロア以下のレベルであったとすると、S/N<<1となるが、チャネル帯域幅Bを広げることで、チャネル容量Cを所望のレベルに引き上げることが出来る。 Thus, for example, if S / N is a level below the noise floor, S / N << 1, but by increasing the channel bandwidth B, the channel capacity C can be raised to a desired level.
時系列コードを通信路毎に異なるようし、周波数拡散の動きを異なるようにすれば、相互に干渉することなく周波数が拡散し、相互の混信がなくなることで、同時に複数の通信を行うことができる。 If the time-series code is different for each communication channel and the frequency spread behavior is different, the frequency spreads without interfering with each other and mutual interference is eliminated, so that multiple communications can be performed simultaneously. it can.
図26は、本発明を適用した通信システムの他の構成例を示す図である。図26に示される通信システム800においては、四つの送信装置810−1乃至810−4と、五つの受信装置820−1乃至820−5が、スペクトラム拡散方式を用いて、通信媒体830を介して多重通信を行う。 FIG. 26 is a diagram showing another configuration example of the communication system to which the present invention is applied. In the communication system 800 shown in FIG. 26, four transmission apparatuses 810-1 to 810-4 and five reception apparatuses 820-1 to 820-5 are transmitted via a communication medium 830 using a spread spectrum method. Perform multiplex communication.
送信装置810−1は、図1の送信装置110に対応しており、送信信号電極811、送信基準電極812を有し、さらに、送信部113に対応する構成として、原信号供給部813、乗算器814、拡散信号供給部815、および増幅器816を有している。
The transmission device 810-1 corresponds to the
原信号供給部813は、周波数を拡散する前の信号である原信号を乗算器814に供給する。また、拡散信号供給部815は、周波数を拡散させるための拡散信号を乗算器814に供給する。なお、この拡散信号による拡散の方式には、代表的なものとして、ダイレクトシーケンス方式(以下、DS方式と称する)と周波数ホッピング方式(以下、FH方式と称する)の二種類の方法がある。DS方式は、少なくとも原信号よりも高い周波数成分を持った上記の時系列コードを乗算器814において乗算させ、その乗算結果を所定の搬送波に乗せて、増幅器815において増幅した後出力する方式である。
The original
また、FH方式は、上記の時系列コードによって搬送波の周波数を変化させて拡散信号とし、原信号供給部813より供給される原信号と乗算器814によって乗算し、増幅器815において増幅した後出力する方式である。増幅器815の一方の出力は、送信信号電極811に接続され、他方は、送信基準電極812に接続される。
In the FH system, the carrier wave frequency is changed by the above time-series code to obtain a spread signal, multiplied by the original signal supplied from the original
送信装置810−2乃至送信装置810−4も同様の構成であり、上述した送信装置810−1に対する説明を適用可能であるのでその説明を省略する。 The transmission apparatus 810-2 to the transmission apparatus 810-4 have the same configuration, and the description of the transmission apparatus 810-1 described above can be applied.
受信装置820−1は、図1の受信装置120に対応しており、受信信号電極821、受信基準電極822を有し、さらに、受信部123に対応する構成として、増幅器823、乗算器824、拡散信号供給部825、および原信号出力部826を有している。
The receiving device 820-1 corresponds to the receiving
受信装置820−1は、まず、本発明の方法に基づいて電気信号を復元した後、送信装置810−1と逆の信号処理によって元の原信号(原信号供給部813が供給する信号)を復元する。 The receiving device 820-1 first restores the electrical signal based on the method of the present invention, and then performs the original signal (the signal supplied by the original signal supply unit 813) by signal processing opposite to that of the transmitting device 810-1. Restore.
この方式による周波数スペクトルを図27に示す。横軸は周波数を、縦軸はエネルギーを示している。スペクトル841は周波数を固定した方式のスペクトルであるが、特定の周波数にエネルギーが集中している。この方式では、ノイズフロア843以下にエネルギーが低下してしまうと信号を復元することは出来ない。一方、スペクトル842はスペクトラム拡散方式のスペクトルを示しているが、広い周波数帯域に渡ってエネルギーが分散している。図の長方形の面積が全体のエネルギーを示していると考えることが出来るので、スペクトル842の信号は、各周波数成分がノイズフロア843以下にも関わらず、周波数帯域全体に渡ってエネルギーを積分することで元の信号を復元でき、通信が可能となる。
A frequency spectrum by this method is shown in FIG. The horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents energy. The
以上のようなスペクトラム拡散方式を用いて通信を行うことにより、通信システム800は、図26に示されるように、同一の通信媒体830を利用して同時通信を行うことができる。図26において、経路831乃至経路835は通信媒体830上の通信経路を示している。また、スペクトラム拡散方式を用いることにより、通信システム800は、経路831と経路832に示されるような多対一通信や、多対多通信も行うことができる。
By performing communication using the spread spectrum system as described above, the communication system 800 can perform simultaneous communication using the same communication medium 830 as shown in FIG. In FIG. 26,
二つ目は、送信装置と受信装置の間で互いに周波数帯域幅を決め、それをさらに複数の領域に分割する周波数分割方式を適用させる方法である。この場合、送信装置(または受信装置)は、特定の周波数帯域割り振りの規則に従うか、通信開始時に空いている周波数帯域を検出し、その検出結果に基づいて周波数帯域の割り振りを行う。 The second is a method of applying a frequency division method in which a frequency bandwidth is determined between a transmission device and a reception device and is further divided into a plurality of regions. In this case, the transmission device (or the reception device) follows a specific frequency band allocation rule or detects a free frequency band at the start of communication, and performs frequency band allocation based on the detection result.
図28は、本発明を適用した通信システムの他の構成例を示す図である。図28に示される通信システム850においては、四つの送信装置860−1乃至860−4と、五つの受信装置870−1乃至870−5が、周波数分割方式を用いて、通信媒体880を介した多重通信を行う。 FIG. 28 is a diagram showing another configuration example of a communication system to which the present invention is applied. In the communication system 850 shown in FIG. 28, four transmission apparatuses 860-1 to 860-4 and five reception apparatuses 870-1 to 870-5 are connected via a communication medium 880 using a frequency division method. Perform multiplex communication.
送信装置860−1は、図1の送信装置110に対応しており、送信信号電極861、送信基準電極862を有し、さらに、送信部113に対応する構成として、原信号供給部863、乗算器864、周波数可変型発信源865、および増幅器866を有している。
The transmission device 860-1 corresponds to the
周波数可変型発振源865によって生成された特定の周波数成分を持った発振信号は、乗算器864において原信号供給部863より供給された原信号と乗算され、増幅器866において増幅された後、出力される(適宜フィルタリングを行うものとする)。増幅器866の一方の出力は送信信号電極861に接続され、他方は送信基準電極862に接続される。
The oscillation signal having a specific frequency component generated by the variable
送信装置860−2乃至送信装置860−4も同様の構成であり、上述した送信装置860−1に対する説明を適用可能であるのでその説明を省略する。 The transmission apparatuses 860-2 to 860-4 have the same configuration, and the description of the transmission apparatus 860-1 described above can be applied, and thus the description thereof is omitted.
受信装置870−1は、図1の受信装置120に対応しており、受信信号電極871、受信基準電極872を有し、さらに、受信部123に対応する構成として、増幅器873、乗算器874、周波数可変型発信源875、および原信号出力部876を有している。
The receiving device 870-1 corresponds to the receiving
受信装置870−1は、まず、本発明の方法に基づいて電気信号を復元した後、送信装置860−1と逆の信号処理によって元の原信号(原信号供給部863が供給する信号)を復元する。 The receiving device 870-1 first restores the electrical signal based on the method of the present invention, and then performs the original signal (the signal supplied by the original signal supply unit 863) by signal processing opposite to that of the transmitting device 860-1. Restore.
この方式による周波数スペクトルの例を図29に示す。横軸は周波数を、縦軸はエネルギーを示している。なお、ここでは、説明の便宜上、図29に示されるように、全体の周波数帯域幅890(BW)を、五つの帯域幅891乃至895(FW)に分割した例を示している。このように分割された各周波数帯域は、互いに異なる通信経路の通信に利用される。つまり、通信システム850の送信装置860(受信装置870)は、通信経路毎に異なる周波数帯域を利用することにより、図28に示されるように、相互の混信を抑制し、一つの通信媒体880において、同時に複数の通信を行うことができる。図28において、経路881乃至経路885は通信媒体880上の通信経路を示している。また、周波数分割方式を用いることにより、通信システム850は、経路881と経路882に示されるような多対一通信や、多対多通信も行うことができる。
An example of a frequency spectrum by this method is shown in FIG. The horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents energy. Here, for convenience of explanation, as shown in FIG. 29, an example is shown in which the entire frequency bandwidth 890 (BW) is divided into five
なお、ここでは、通信システム850(送信装置860または受信装置870)が、全帯域幅890を五つの帯域幅891乃至895に分割するように説明したが、分割数はいくつであってもよいし、各帯域幅の大きさが互いに異なるようにしてもよい。
Here, the communication system 850 (the transmission device 860 or the reception device 870) has been described as dividing the
三つ目は、送信装置と受信装置の間で互いに通信時間を複数に分割する時分割方式を適用させる方法である。この場合、送信装置(または受信装置)は、特定の時間分割規則に従うか、通信開始時に空いている時間領域を検出し、その検出結果に基づいて通信時間の分割を行う。 The third is a method of applying a time division method in which the communication time is divided into a plurality of times between the transmission device and the reception device. In this case, the transmission device (or the reception device) follows a specific time division rule or detects a free time region at the start of communication, and divides the communication time based on the detection result.
図30は、本発明を適用した通信システムの他の構成例を示す図である。図30に示される通信システム900においては、四つの送信装置910−1乃至910−4と、五つの受信装置920−1乃至920−5が、時分割方式を用いて、通信媒体930を介した多重通信を行う。 FIG. 30 is a diagram showing another configuration example of the communication system to which the present invention is applied. In the communication system 900 shown in FIG. 30, four transmission apparatuses 910-1 to 910-4 and five reception apparatuses 920-1 to 920-5 are connected via a communication medium 930 using a time division method. Perform multiplex communication.
送信装置910−1は、図1の送信装置110に対応しており、送信信号電極911、送信基準電極912を有し、さらに、送信部113に対応する構成として、時間制御部913、乗算器914、発信源915、および増幅器916を有している。
The transmission device 910-1 corresponds to the
時間制御部913によって所定時間に原信号が出力される。乗算器914は、原信号と、発振源915により供給される発振信号を乗算し、増幅器916から出力する(適宜フィルタリングを行うものとする)。増幅器916の一方の出力は、送信信号電極911に接続され、他方は、送信基準電極912に接続される。
The
送信装置910−2乃至送信装置910−4も同様の構成であり、上述した送信装置910−1に対する説明を適用可能であるのでその説明を省略する。 The transmission apparatuses 910-2 to 910-4 have the same configuration, and the description of the transmission apparatus 910-1 described above can be applied.
受信装置920−1は、図1の受信装置120に対応しており、受信信号電極921、受信基準電極922を有し、さらに、受信部123に対応する構成として、増幅器923、乗算器924、発信源925、および原信号出力部926を有している。
The reception device 920-1 corresponds to the
受信装置920−1は、まず、本発明の方法に基づいて電気信号を復元した後、送信装置920−1と逆の信号処理によって元の原信号(時間制御部913が供給する原信号)を復元する。 The receiving device 920-1 first restores the electrical signal based on the method of the present invention, and then performs the original signal (original signal supplied by the time control unit 913) by signal processing reverse to that of the transmitting device 920-1. Restore.
この方式によるる時間軸上のスペクトルの例を図31に示す。横軸は時間を、縦軸はエネルギーを示している。なお、ここでは、説明の便宜上、五つの時間帯域941乃至945を示しているが、実際には、時間帯域は、これ以降同様に継続する。このように分割された各時間帯域は、互いに異なる通信経路の通信に利用される。つまり、通信システム900の送信装置910(受信装置920)は、通信経路毎に異なる時間帯域において通信を行うことにより、図30に示されるように、相互の混信を抑制し、一つの通信媒体930において、同時に複数の通信を行うことができる。図30において、経路931乃至経路935は通信媒体930上の通信経路を示している。また、時分割方式を用いることにより、通信システム900は、経路931と経路932に示されるような多対一通信や、多対多通信も行うことができる。
An example of the spectrum on the time axis according to this method is shown in FIG. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates energy. Here, for convenience of explanation, five
なお、ここでは、通信システム900(送信装置910または受信装置920)が分割する各時間帯の時間幅の大きさが互いに異なるようにしてもよい。 Here, the time widths of the respective time zones divided by the communication system 900 (the transmission device 910 or the reception device 920) may be different from each other.
さらに、上述した以外の方法として、一つ目から三つ目までの通信方式のうちの二つ以上を組み合わせるようにしてもよい。 Furthermore, as a method other than those described above, two or more of the first to third communication methods may be combined.
送信装置および受信装置が、同時に複数の他の装置と通信を行うことができるということは、特定のアプリケーションにおいては、特に重要になる。例えば、交通機関のチケットへの応用を想定すると、定期券の情報を有する装置Aと電子マネー機能を有する装置Bの両方を所持した利用者が、自動改札機を利用する際、上記のような方式を使用することで、装置A及び装置Bと同時に通信することで、例えば、利用区間が定期券外の区間も含まれていた場合に、不足金額分を装置Bの電子マネーから差し引くといった便利な用途に利用することが出来る。 The ability of a transmitting device and a receiving device to communicate with multiple other devices at the same time is particularly important in certain applications. For example, assuming application to a ticket for transportation facilities, when a user who possesses both a device A having commuter pass information and a device B having an electronic money function uses an automatic ticket gate, By using the method, communication is performed simultaneously with the devices A and B. For example, when the use section includes a section other than the commuter pass, the shortage amount is deducted from the electronic money of the apparatus B. It can be used for various purposes.
以上のような送信装置と受信装置との間の通信において実行される通信処理の流れについて、図1の通信システム100の送信装置110と受信装置120との通信の場合を例に、図32のフローチャートを参照して説明する。
The flow of communication processing executed in the communication between the transmission apparatus and the reception apparatus as described above, taking the case of communication between the
送信装置110の送信部113は、ステップS1において、送信対象となる信号を発生し、ステップS2において、その発生した信号を、送信信号電極111を介して、通信媒体130上に送信する。信号を送信すると送信装置の送信部113は、通信処理を終了する。送信装置110より送信された信号は、通信媒体130を介して受信装置120に供給される。受信装置120の受信部123は、ステップS21において、受信信号電極121を介して、その信号を受信し、ステップS22において、その受信した信号を出力する。受信した信号を出力した受信部123は、通信処理を終了する。
The
以上のように、送信装置110および受信装置120は、基準電極を用いて閉回路を構築する必要がなく、信号電極を介して信号を送受信するのみで、環境に影響されずに安定した通信処理を容易に行うことができる。なお、通信処理の構造が単純であるので、通信システム100は、変調、符号化、暗号化、または多重化など、多様な通信方式を容易に併用することができる。
As described above, the
なお、以上の通信システムにおいては、送信装置と受信装置を別体として構成するように説明したが、これに限らず、上述した送信装置と受信装置の両方の機能を有する送受信装置を用いて通信システムを構築するようにしてもよい。 In the communication system described above, the transmission device and the reception device are described as separate units. However, the present invention is not limited to this, and communication is performed using a transmission / reception device having the functions of both the transmission device and the reception device described above. A system may be constructed.
図33は、本発明を適用した通信システムの他の構成例を示す図である。 FIG. 33 is a diagram showing another configuration example of a communication system to which the present invention is applied.
図33において、通信システム950は、送受信装置961、送受信装置962、および通信媒体130を有する。通信システム950は、送受信装置961と送受信装置962が通信媒体130を介して双方向に信号を送受信するシステムである。
In FIG. 33, the communication system 950 includes a transmission / reception device 961, a transmission / reception device 962, and a
送受信装置961は、図1の送信装置110と同様の送信部110と、受信装置120と同様の受信部120の両方の構成を有している。すなわち、送受信装置961は、送信信号電極111、送信基準電極112、送信部113、受信信号電極121、受信基準電極122、および受信部123を有している。
The transmission / reception device 961 has both the configuration of the
つまり送受信装置961は、送信部110を用いて通信媒体130を介して信号を送信し、受信部120を用いて通信媒体130を介して供給される信号を受信する。上述したように、本発明の通信方式においては多重通信が可能であるので、この場合の送受信装置961においても、送信部110による通信と、受信部120による通信とを同時に(時間的に重なるように)行われるようにしてもよい。
That is, the transmission / reception device 961 transmits a signal via the
送受信装置962は、送受信装置961と同様の構成を有し、同様に動作するのでその説明を省略する。つまり送受信装置961と送受信装置962は、互いに同様の方法で、通信媒体130を介して、双方向に通信を行う。
The transmission / reception device 962 has the same configuration as that of the transmission / reception device 961 and operates in the same manner, and thus the description thereof is omitted. That is, the transmission / reception device 961 and the transmission / reception device 962 perform bidirectional communication via the
このようにすることにより、通信システム950(送受信装置961および送受信装置962)は、利用環境に制約を受けない双方向通信を容易に実現することができる。 In this way, the communication system 950 (the transmission / reception device 961 and the transmission / reception device 962) can easily realize bidirectional communication that is not restricted by the usage environment.
なお、この送受信装置961や送受信装置962の場合も、図23を参照して説明した送信装置や受信装置の場合と同様に、送信信号電極や受信信号電極を通信媒体に電気的に接続する(接点741または接点742として設ける)ようにしてももちろんよい。また、以上においては送信信号電極111、送信基準電極112、受信信号電極121、および受信基準電極122を互いに別体として構成するように説明したが、これに限らず、例えば、送信信号電極111と受信信号電極121を一つの電極により構成するようにしてもよいし、また、送信基準電極112と受信基準電極122を一つの電極により構成する(送信部113および受信部123が信号電極または基準電極を共有する)ようにしてもよい。
In the case of the transmission / reception device 961 and the transmission / reception device 962, the transmission signal electrode and the reception signal electrode are electrically connected to the communication medium as in the case of the transmission device and the reception device described with reference to FIG. Of course, the contact 741 or the contact 742 may be provided. In the above description, the
尚、以上において、本発明を適用した通信システムの各装置(送信装置、受信装置、および通信装置)は、各装置内の基準電位が基準電極と接続されるように説明したが、これに限らず、例えば、互いに位相が異なる二つの信号で動作する差動回路により構成してもよく、差動回路の一方の信号を信号電極に接続して通信媒体中に伝送し、差動回路の他方の信号を基準電極に接続することによっても情報の伝送が可能である。 In the above description, each device (transmitting device, receiving device, and communication device) of the communication system to which the present invention is applied has been described so that the reference potential in each device is connected to the reference electrode. For example, a differential circuit that operates with two signals having different phases from each other may be configured. One signal of the differential circuit is connected to the signal electrode and transmitted to the communication medium, and the other of the differential circuit is Information can also be transmitted by connecting the above signal to the reference electrode.
次に、本発明を適用した通信システムについて説明する。図34は、本発明を適用した通信システムの一実施形態に係る構成例を示す図である。 Next, a communication system to which the present invention is applied will be described. FIG. 34 is a diagram showing a configuration example according to an embodiment of a communication system to which the present invention is applied.
図34に示される通信システム1000は、データを送信する送信装置1001と、そのデータを受信する受信装置1002がユーザ1003(人体)を介して通信を行う情報処理システムであり、以上に説明したような、基準電極を用いて閉回路を構築する必要がなく、信号電極を介して信号を送受信するのみで、環境に影響されずに安定した通信処理を容易に行う通信システムである。つまり、通信システム1000は、図1の通信システム100と同様の方法により通信を行う通信システムである。
A
図34の通信システム1000は、例えば、所定の施設に設置され、ユーザ1003の指示入力受け付けながら、経路案内、施設案内、サービス案内、施設やイベントの紹介、展示物の説明、ユーザインタフェースの操作説明等のサービスをユーザ1003に提供するシステムである。もちろん、ユーザ1003に提供されるサービスの内容はどのようなものであってもよい。
The
例えば、受信装置1002は、所定の筐体内部に設置され、送信装置1001は、その筐体近傍の床下等に設置される。サービスを受けるユーザ1003は、送信装置1001上付近の、目印等で指定される所定の場所(送信装置1001が信号を送信可能な範囲内)に位置する。例えば、その位置は、床に文字、絵柄、凹凸等で明示されている。他にも、例えば、サービスを受けるユーザ1003が位置する台座を設け、その台座内部に送信装置1001を設置するようにしてもよいし、台座の代わりに椅子等を用いてももちろんよい。
For example, the
送信装置1001は、そのユーザ1003の人体に信号を送信する。サービスを受けるユーザ1003は、さらに、自分自身の体(例えば手や指等)を受信装置1002の複数の受信信号電極に近接または接触させる(受信装置1002が信号を受信可能な範囲内に位置させる)。受信装置1002は、その複数の受信信号電極のそれぞれにおいて、そのユーザ1003を介して伝送される信号を受信し、それらの受信信号から送信装置1001より送信されたデータを取得する。
The
また、受信装置1002は、各受信信号の信号強度を測定し、それらの信号強度に基づいて、受信信号電極に近接または接触されたユーザ1003の人体の、各受信信号電極からの距離をそれぞれ求め、さらに、それらの距離に基づいて、そのユーザ1003の人体の位置や位置変化を三次元的に特定する。この機能により、ユーザ1003は、受信装置1002の受信信号電極と、その受信信号電極に近接させた手や指との距離を制御することにより、受信装置1002に対してユーザ指示を入力することができる。
The receiving
すなわち、通信システム1000は、送信装置1001と受信装置1002の間で通信を行う通信システムであるとともに、その通信の媒体となるユーザ1003に対するユーザインタフェースでもある。
That is, the
送信装置1001は、通信処理部1011、送信部1012、および送信信号電極1013を有する。この送信装置1001は、例えば、図1の送信装置110に対応する装置である。つまり、送信部1012は、図1の送信部113に対応し、送信信号電極1013は、送信信号電極111に対応する。なお、図34において、送信基準電極112に対応する、送信電極1013と対になる(電極対を形成する)送信基準電極の図示は省略している(グランドに接続されているものとして説明する)。
The
通信処理部1011は、受信装置1002に送信するデータを生成し、送信部1012に供給する処理を行う。送信部1012は、送信信号電極1011とグランド(送信基準電極)との間に設けられ、これらの電極間に通信処理部1011より供給されたデータを含む信号(受信装置1002へ伝達したい電気信号(電位差))を与える。送信信号電極1013は、床面に向けて、床上に位置するユーザ1003に対して、送信基準電極よりも静電結合が強くなるように設けられる。
The
受信装置1002は、例えば、図示せぬ所定の筐体内部に設置され、例えば、図1の受信装置120に対応する装置である。すなわち、受信装置1002は、それぞれが、受信信号電極121、受信基準電極122、および受信部123に対応する、四つの電極対と受信部を有する。
The
電極対は、それぞれ、受信信号電極(受信信号電極1021−1乃至受信信号電極1021−4)と、受信基準電極(図示せず)により構成され、受信部は、それぞれ、抵抗(抵抗1022−1乃至1022−4)と検出器(検出器1023−1乃至1023−4)により構成される。なお、図34において、各受信基準電極の図示は省略している(グランドに接続されているものとして説明する)。 Each of the electrode pairs includes a reception signal electrode (reception signal electrode 1021-1 to reception signal electrode 1021-4) and a reception reference electrode (not shown), and each of the reception units has a resistance (resistance 1022-1). To 1022-4) and detectors (detectors 1023-1 to 1023-4). In FIG. 34, each reception reference electrode is not shown (it will be described as being connected to the ground).
受信信号電極1021−1乃至受信信号電極1021−4は、筐体上面に平行な平面上に、アレイ状に設置されており、それらの電極(筐体上面)に接触または近接されたユーザ1003の手や指に対して、受信基準電極よりも静電結合が強くなるようになされている。
The reception signal electrodes 1021-1 to 1021-4 are arranged in an array on a plane parallel to the upper surface of the housing, and the
抵抗1022−1は、その両端の一方が受信信号電極1021−1に、他方が受信基準電極に、それぞれ接続されている。検出器1023−1は、その抵抗1022−1の両端に生じる電気信号(電位差)V1を検出し、その値を通信処理部1024に出力する。
The resistor 1022-1 has one end connected to the reception signal electrode 1021-1 and the other end connected to the reception reference electrode. The detector 1023-1 detects an electric signal (potential difference) V1 generated at both ends of the resistor 1022-1 and outputs the value to the
同様に、抵抗1022−2乃至抵抗1022−4は、それぞれ、受信信号電極1021−2乃至受信信号電極1021−4と受信基準電極との間に接続され、検出器1023−2乃至検出器1023−4は、それぞれ、その抵抗1022−2乃至抵抗1022−4の両端に生じる電気信号(電位差)(V2、V3、またはV4)を検出し、その値を通信処理部1024に出力する。
Similarly, the resistors 1022-2 to 1022-4 are connected between the reception signal electrode 1021-2 to the reception signal electrode 1021-4 and the reception reference electrode, respectively, and the detectors 1023-2 to 1023- 4 detects an electric signal (potential difference) (V2, V3, or V4) generated at both ends of the resistors 1022-2 to 1022-4, and outputs the value to the
通信処理部1024は、それらの検出器1023−1乃至検出器1023−4より供給される電気信号(受信信号)より、送信装置1001の通信処理部1011が出力したデータ(受信データ)を抽出するとともに、各受信信号の信号強度を測定し、その値を信号強度情報として位置特定部1025に供給する。位置特定部1025は、通信処理部1024より供給される四つの信号強度情報に基づいて、筐体上部に近接されたユーザ1003の手や指等の位置を三次元的に特定し、その位置を示す三次元の位置情報を出力する。
The
なお、以下において、受信信号電極1021−1乃至受信信号電極1021−4を互いに区別して説明する必要の無い場合、受信信号電極1021と称し、抵抗1022−1乃至抵抗1022−4を互いに区別して説明する必要の無い場合、抵抗1022と称し、検出器1023−1乃至検出器1023−4を互いに区別して説明する必要の無い場合、検出器1023と称する。 In the following description, the reception signal electrode 1021-1 to the reception signal electrode 1021-4 are referred to as the reception signal electrode 1021, and the resistance 1022-1 to the resistance 1022-4 are distinguished from each other. When it is not necessary to do this, it is referred to as a resistor 1022, and when it is not necessary to distinguish between the detectors 1023-1 to 1023-4, they are referred to as a detector 1023.
以上のように、サービスを受けるユーザ1003が、送信装置1001および受信装置1002の設置場所に合わせて、自分自身を媒体として送信装置1001および受信装置1002が通信可能な位置および姿勢を形成することにより、送信信号電極1013に与えられた送信信号は、人体(ユーザ1003)を経由して受信信号電極1021−1乃至受信信号電極1021−4へ伝わる。この際、人体(ユーザ1003の手や指)と、受信信号電極1021−1乃至受信信号電極1021−4のそれぞれの間の位置関係(ベクトルd1乃至ベクトルd4)によって静電結合の状態が変化する。
As described above, the
図34の通信システム1000においては、図5を参照して説明したように、あらゆるところに寄生容量が存在する。例えば、受信装置1002側において、受信信号電極1021と通信媒体となるユーザ1003との間の静電容量、受信基準電極(図示せず)の空間に対する静電容量、受信信号電極1021と受信基準電極(図示せず)との間に形成される静電容量、受信信号電極1021と空間との間に形成される静電容量、および、受信基準電極(図示せず)と通信媒体となるユーザ1003との間に形成される静電容量などが存在する。
In the
受信信号電極1021および受信基準電極(図示せず)と通信媒体となるユーザ1003との間の静電容量は、筐体の上面(受信信号電極1021)に接触または近接されたユーザ1003の手や指と、受信信号電極1021および受信基準電極(図示せず)の相対位置(距離)によって変化する。受信信号電極1021および受信基準電極は、筐体に対して固定的であるので、ユーザ1003が、筐体に近接させた手や指をその上面付近において動かすことにより、これらの静電容量が変化する。
The capacitance between the reception signal electrode 1021 and the reception reference electrode (not shown) and the
図9を参照して説明したように、受信装置1002は、これらの静電容量が大きい程、通信媒体であるユーザ1003から大きな信号を取り出すことが出来る。つまり、ユーザ1003の手や指の位置が受信信号電極(受信基準電極)に近づけば近づくほど、それらの静電容量が大きくなり、結果として、検出器1023において得られる受信信号v1乃至v4の信号レベルが大きくなる。
As described with reference to FIG. 9, the
位置特定部1025は、これらの受信信号受信信号v1乃至v4の各信号レベルに基づいて、ベクトルd1乃至ベクトルd4を求め、ユーザの手または指の三次元的な位置を特定する。
The
この位置情報を利用することにより、例えば、コンピュータ画面のスクロールへの応用として、電極上の人体の三次元的な動きに意味を持たせ、人体が電極上の上から下へ移動したら下へスクロールし、逆に人体電極上の下から上へ移動したら上へスクロールするようなインタフェースを実現することが出来る。このとき、例えば、人体と電極の距離によってスクロールする速度を変化させるといった動作も可能になる。 By using this position information, for example, as an application to scrolling a computer screen, it makes sense to the three-dimensional movement of the human body on the electrode, and if the human body moves from top to bottom on the electrode, it scrolls down. On the other hand, it is possible to realize an interface that scrolls upward when the body electrode moves from the bottom to the top. At this time, for example, an operation of changing the scrolling speed depending on the distance between the human body and the electrode is also possible.
また、受信装置1002は、ユーザ1003の位置を特定するとともに、送信装置1001より送信されるデータを取得することができるので、例えば、送信装置1001がデータとして時刻情報を送信し、ユーザ1003の三次元的な動作の意味する指示入力が、その入力時刻に応じて変化するようにすることもできる。
In addition, since the
図35は、このような受信装置1002の内部の詳細な構成例を示すブロック図である。
FIG. 35 is a block diagram showing an example of the detailed configuration inside such a
図35において、受信部1031−1乃至受信部1031−4は、それぞれ、抵抗1022−1および検出器1023−1、抵抗1022−2および検出器1023−2、抵抗1022−3および検出器1023−3、抵抗1022−4および検出器1023−4を有し、受信信号v1乃至受信信号v4を出力する。 In FIG. 35, the receiving units 1031-1 to 1031-4 include a resistor 1022-1 and a detector 1023-1, a resistor 1022-2 and a detector 1023-2, a resistor 1022-3 and a detector 1023-, respectively. 3. It has a resistor 1022-4 and a detector 1023-4, and outputs reception signals v1 to v4.
通信処理部1024は、信号強度測定部1041および受信データ抽出部1042を有する。信号強度測定部1041は、受信部1031−1乃至受信部1031−4より供給される受信信号v1乃至受信信号v4のそれぞれの信号強度を測定し、それらの値を位置特定部1025に供給する。また、信号強度測定部1041は、受信信号v1乃至受信信号v4を受信データ抽出部1042に供給する。
The
受信データ抽出部1042は、受信信号v1乃至受信信号v4の全て、またはいずれかを用いてそれらの信号に含まれる受信データを抽出し、出力する。
The reception
位置特定部1025は、受信信号電極1021に近接された通信媒体(ユーザ1003の手や指)の位置と、受信部1031−1乃至受信部1031−4が受信する受信信号の信号強度の対応関係を示すテーブル情報である参照テーブル1051を有する。
The
尚、各受信信号電極1021の受信信号から得られる信号強度と距離の関係が、周辺環境による影響によって、非線形特性を有する場合には、信号強度より特定される位置に誤差が生じる場合がある。 If the relationship between the signal intensity and distance obtained from the received signal of each received signal electrode 1021 has nonlinear characteristics due to the influence of the surrounding environment, an error may occur at a position specified by the signal intensity.
そこで、予め、人体の位置を、適当な距離間隔単位で動かしながら(位置を変化させながら)各電極の受信信号から得られる信号強度を測定し、各位置と信号強度との対応関係を示す参照テーブル1051を生成し、位置特定部1025に保持させておく。
Therefore, measure the signal strength obtained from the received signal of each electrode while moving the position of the human body by an appropriate distance interval unit (changing the position) in advance, and refer to the correspondence between each position and the signal strength. A table 1051 is generated and held in the
そして、位置特定部1025は、実際の通信が行われる際に、この参照テーブル1051を参照し、受信信号v1乃至受信信号v4の各信号の信号強度に対応する距離範囲のデータを引き出し、直線近似等で中間値を補間して、測定距離として採用することができる。
Then, the
このようにすることにより、位置特定部1025は、参照テーブル1051を参照することにより、容易に人体の位置の誤差を補正することができる。
In this way, the
以上のような、受信装置1002により実行される受信処理の流れの例を、図36のフローチャートを参照して説明する。
An example of the flow of reception processing executed by the
受信処理が開始されると、ステップS1において、受信部1031−1乃至受信部1031−4は、それぞれ、近接されたユーザ1003の手や指より信号を受信する。信号強度測定部1041は、ステップS2において、受信部1031−1乃至受信部1031−4により受信された各受信信号の信号強度を測定する。受信データ抽出部1041は、ステップS3において、受信信号より受信データを抽出する。ステップS4において、位置特定部1025は、信号強度測定部1041において測定された各受信信号の信号強度に基づいて、ユーザ1003の位置(ユーザ1003の受信信号電極1021に近接された部分の位置)を特定する。
When the reception process is started, in step S1, the receiving units 1031-1 to 1031-4 each receive a signal from the hand or finger of the
図37を参照して、具体的な位置特定の方法を説明する。 A specific position specifying method will be described with reference to FIG.
図37に示されるように、x軸、y軸、およびz軸で表現される直交座標系において、xy平面上のa点、b点、およびc点のそれぞれに受信信号電極1021が配置され、p点に人体(ユーザ1003)が存在するものとする。尚、a点を原点とし、人体(p点)は常に、x軸、y軸、およびz軸が正の値となる空間上にのみ存在するものとして説明を進める。 As shown in FIG. 37, in the orthogonal coordinate system expressed by the x-axis, y-axis, and z-axis, the reception signal electrode 1021 is arranged at each of the points a, b, and c on the xy plane, It is assumed that a human body (user 1003) exists at point p. In the following description, it is assumed that the point a is the origin and the human body (point p) is always present only in a space where the x-axis, y-axis, and z-axis are positive values.
まず、受信信号の信号強度から上述の説明に従って、a点、b点、およびc点の各受信信号電極1021から点pまでの距離に変換する。a点からp点までの距離をrap、b点からp点までの距離をrbp、c点からp点までの距離をrcpとする。 First, the signal intensity of the received signal is converted into the distance from each received signal electrode 1021 to point p at points a, b, and c according to the above description. The distance from point a to point p is rap, the distance from point b to point p is rbp, and the distance from point c to point p is rcp.
次に、得られた測定距離から、p点のx軸、y軸、およびz軸における位置を特定する。この特定は、極座標系から直交座標系への変換を行うことによって実現する。
まず、余弦定理により、以下の式(25)および式(26)が成立する。
Next, from the obtained measurement distance, the positions of the p point on the x axis, the y axis, and the z axis are specified. This specification is realized by performing conversion from a polar coordinate system to an orthogonal coordinate system.
First, the following equations (25) and (26) are established by the cosine theorem.
この式(25)および式(26)より、p点、a点、およびb点から成る角θax及び、点p、点a、点cから成る角θayは以下の式(27)および式(28)のように求めることが出来る。 From the equations (25) and (26), the angle θax composed of the points p, a, and b and the angle θay composed of the points p, a, and c are expressed by the following equations (27) and (28). ) Can be obtained.
次に、p点からxy平面上に垂線を引き、その接点であるp’点までの距離をrzとし、p’点からa点までの距離をrrとし、p点からx軸へ垂線を引き、その接点であるpx点からp’点までの距離をryとし、p点からy軸へ垂線を引き、その接点であるpy点からp’点までの距離をrxとし、p’点、a点、b点から成る角をθxyとする。 Next, a perpendicular line is drawn from the point p on the xy plane, the distance from the contact point p 'to r' is rz, the distance from the point p 'to point a is rr, and a perpendicular line is drawn from the point p to the x-axis. The distance from the contact point px to the point p ′ is ry, a perpendicular line is drawn from the point p to the y-axis, the distance from the contact point py to the point p ′ is rx, the point p ′, a An angle formed by the points b and b is defined as θxy.
三角関数の定義から、rx、ry、およびθxyは、以下の式(29)および式(30)により求めることが出来る。 From the definition of the trigonometric function, rx, ry, and θxy can be obtained by the following equations (29) and (30).
また、ベクトルの長さの定義から、rzは以下の式(31)により求めることが出来る。 Also, from the definition of the length of the vector, rz can be obtained by the following equation (31).
以上から、求めるp点のx軸、y軸、およびz軸における位置であるxp、yp、およびzpは以下の式(32)乃至式(34)により求めることが出来る。 From the above, xp, yp, and zp, which are positions on the x-axis, y-axis, and z-axis of the obtained p point, can be obtained by the following equations (32) to (34).
以上のように、位置特定部1025は、ユーザ1003の人体の、各電極からの距離に基づいて、その位置を特定することができる。
As described above, the
図36に戻り、以上のように、受信データを抽出し、ユーザ1003の位置情報を生成すると、受信装置1002は、受信処理を終了するか否かを判定し、終了しないと判定した場合、処理をステップS1に戻し、それ以降の処理を繰り返す。また、ステップS5において、例えば電源切断時等、受信処理を終了すると判定した場合、受信装置1002は、受信処理を終了する。
Returning to FIG. 36, as described above, when the reception data is extracted and the position information of the
以上のように、通信システム1000は、静電界を利用して、空間中の人体の位置の特定を行うユーザインタフェースを実現し、これにより、ユーザは、より多様な情報をより容易に入力することができる。
As described above, the
なお、送信装置1001および受信装置1002は、人体を介して通信可能な位置であれば、上述した以外のどのような位置に設置するようにしてもよい。また、以上においては、通信システム1000が、一つの送信装置1001と一つの受信装置1002により構成されるように説明したが、通信システム1000を構成する送信装置1001と受信装置1002の数は、それぞれ、任意であり、単数でも複数でもよい。
Note that the
さらに、以上においては、受信装置1002が四つの受信信号電極1021を有するように説明したが、この受信信号電極1021の数はいくつであってもよい。また、各受信信号電極1021の配置位置は、上述したようにアレイ状でなくてもよく、また、一つの平面上でなくてもよい。
Further, in the above description, the
図38は、受信信号電極1021の配置の他の例を示す図である。 FIG. 38 is a diagram illustrating another example of the arrangement of the reception signal electrodes 1021.
図38に示される例の場合、受信装置1002の受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3は、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4に対して垂直に配置されている。このとき、受信装置1002の筐体も、これらの受信信号電極1021の配置関係に合わせて、受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3の各平面が形成する平面に平行な垂直面と、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4の各平面が形成する平面に平行な水平面とを有する。つまり、送信装置1001と受信装置1002が通信可能な状態を保つことができる、ユーザ1003の指や手の可動範囲である動作領域1100は、実質的に、受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3の各平面が形成する垂直面と、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4の各平面が形成する水平面により、図38に示されるように限定される。
In the example shown in FIG. 38, the reception signal electrode 1021-1 and the reception signal electrode 1021-3 of the
図34の例の場合、同一平面状(水平面上)に四つの受信信号電極1021が配置されており、筐体の上面より上、すなわち、受信信号電極1021の上方方向の空間が全て人体の動作範囲となっていたが、図38に示されるように受信信号電極1021を配置することにより、動作領域1100を二平面で制限することができ、人体の他の部位が電極に近づくことによる誤検出を抑制することができる。 In the case of the example of FIG. 34, four reception signal electrodes 1021 are arranged on the same plane (on the horizontal plane), and the space above the upper surface of the housing, that is, above the reception signal electrode 1021, is all the action of the human body. Although it was in the range, by arranging the reception signal electrode 1021 as shown in FIG. 38, the operation region 1100 can be limited by two planes, and false detection due to other parts of the human body approaching the electrode Can be suppressed.
もちろん、受信信号電極1021を、三平面以上を形成するように配置し、その三平面以上により動作領域を制限するようにしてもよい。また、各平面が互いに垂直でなくてもよい。 Of course, the reception signal electrode 1021 may be arranged to form three or more planes, and the operation area may be limited by the three or more planes. Further, the planes do not have to be perpendicular to each other.
例えば、図39に示されるように、受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3の各平面が形成する平面が、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4の各平面が形成する平面と水平になるように、各受信信号電極1021を配置してもよい。図39の例の場合、受信信号電極1021−1は、その平面が水平となるように、受信信号電極1021−2と対向する位置に配置され、受信信号電極1021−3は、その平面が水平となるように、受信信号電極1021−4と対向する位置に配置されている。 For example, as shown in FIG. 39, the plane formed by each plane of the reception signal electrode 1021-1 and the reception signal electrode 1021-3 is formed by each plane of the reception signal electrode 1021-2 and the reception signal electrode 1021-4. Each of the reception signal electrodes 1021 may be arranged so as to be horizontal with the plane to be processed. In the case of the example of FIG. 39, the reception signal electrode 1021-1 is disposed at a position facing the reception signal electrode 1021-2 so that the plane is horizontal, and the reception signal electrode 1021-3 is horizontal. It is arranged at a position facing the reception signal electrode 1021-4 so as to be.
このとき、受信装置1002の筐体も、これらの受信信号電極1021の配置関係に合わせて、受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3の各平面が形成する平面に平行な水平面と、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4の各平面が形成する平面に平行な水平面とを有する。つまり、この場合の動作領域1120は、実質的に、受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3の各平面が形成する水平面と、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4の各平面が形成する水平面とにより挟まれており、少なくとも上下方向が制限される。もちろん、動作領域1120を挟んで対抗する受信信号電極1021が制限する方向は、上下方向以外にも、例えば左右方向や前後方向など、どのような2方向であってもよい。
At this time, the housing of the
図40は、通信システム1000のさらに他の構成例を示す図である。
FIG. 40 is a diagram illustrating still another configuration example of the
図40の例の場合、送信装置1001が床下ではなく、受信装置1002と同じ筐体内部に設けられており、送信信号電極1013は、受信装置1002の受信信号電極1021が図39に示されるように形成した、対向する二つの水平面に挟まれた空間をさらに水平方向に制限する垂直面を形成するように配置されている。
In the case of the example in FIG. 40, the
このとき、送信装置1001および受信装置1002を内蔵する筐体は、これらの受信信号電極1021および送信信号電極1013の配置関係に合わせて、受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3の各平面が形成する平面に平行な水平面と、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4の各平面が形成する平面に平行な水平面と、送信信号電極1013の平面に並行な垂直面とを有する。つまり、この場合の動作領域1130は、実質的に、受信信号電極1021−1および受信信号電極1021−3の各平面が形成する水平面と、受信信号電極1021−2および受信信号電極1021−4の各平面が形成する水平面とにより上下方向が制限され、さらに、送信信号電極1013の平面が形成する垂直面により水平方向の一方向が制限される。
At this time, the housing in which the
もちろん、この送信信号電極1013の配置位置は、図40に示される以外であってもよく、動作領域1130をどの方向に制限するようにしてもよい。
Of course, the arrangement position of the
尚、送信信号電極1013を受信信号電極1021に近づけ、受信信号電極1021だけでなく、送信信号電極1013も用いて動作領域を制限する手法は、上述した図34、図38、および図39に示される例に対しても適用可能である。もちろん、それらの例以外の受信信号電極1021の配置にも適用可能である。
A method of limiting the operation region by using the
また、図39および図40に示される例の場合、受信信号電極1021−1及び受信電極1021−3のグループと、受信電極1021−2及び受信電極1021−4のグループが、それぞれ対向して配置されているため、人体(ユーザ1003)の個体差によって信号レベルに差異を生じるようなときでも、それぞれの受信信号電極1021において得られる信号の信号強度の相対差を利用することにより、人体の位置をより正確に特定することができる。 In the example shown in FIGS. 39 and 40, the group of the reception signal electrode 1021-1 and the reception electrode 1021-3 and the group of the reception electrode 1021-2 and the reception electrode 1021-4 are arranged to face each other. Therefore, even when the signal level varies due to the individual difference of the human body (user 1003), the position of the human body can be obtained by utilizing the relative difference in signal intensity of the signals obtained at the respective reception signal electrodes 1021. Can be identified more accurately.
さらに、図40に示される例の場合、送信信号電極1013は、受信信号電極1021近傍に配置されている。すなわち、この場合、送信新装置1001は、ユーザ1003(通信媒体)が存在しないときでも(人体を介さずに)、互いに近接された送信信号電極1013と受信信号電極1021を介して、受信装置1002に信号(情報)を伝達することができる。
Furthermore, in the case of the example shown in FIG. 40, the
従って、この場合、位置特定部1025は、動作領域内にユーザ1003の手や指が無い状態(通信媒体が存在しない状態)のときの受信信号の信号強度(信号伝達特性)と、動作領域内にユーザ1003の手や指が有る状態(通信媒体が存在する状態)のときの受信信号の信号強度(信号伝達特性)との差分を求め、その差分に基づいて、通信媒体の位置を特定することもできる。
Therefore, in this case, the
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。この場合、例えば、上述した送信装置1001の通信処理部1011や、受信装置1002の通信処理部1024および位置特定部1025は、それぞれ、図41に示されるようなパーソナルコンピュータとして構成されるようにしてもよい。
The series of processes described above can be executed by hardware or can be executed by software. In this case, for example, the
図41において、パーソナルコンピュータ1200のCPU(Central Processing Unit)1201は、ROM(Read Only Memory)1202に記憶されているプログラム、または記憶部1213からRAM(Random Access Memory)1203にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM1203にはまた、CPU1201が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
In FIG. 41, a CPU (Central Processing Unit) 1201 of the personal computer 1200 performs various processes according to a program stored in a ROM (Read Only Memory) 1202 or a program loaded from a
CPU1201、ROM1202、およびRAM1203は、バス1204を介して相互に接続されている。このバス1204にはまた、入出力インタフェース1210も接続されている。
The
入出力インタフェース1210には、キーボード、マウスなどよりなる入力部1211、CRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal Display)などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部1212、ハードディスクなどより構成される記憶部1213、モデムなどより構成される通信部1214が接続されている。通信部1214は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
The input /
入出力インタフェース1210にはまた、必要に応じてドライブ1215が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア1221が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部1213にインストールされる。
A
上述した一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。 When the above-described series of processing is executed by software, a program constituting the software is installed from a network or a recording medium.
この記録媒体は、例えば、図41に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク(フレキシブルディスクを含む)、光ディスク(CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む)、光磁気ディスク(MD(Mini-Disk)(登録商標)を含む)、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア1221により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROM1202や、記憶部1213に含まれるハードディスクなどで構成される。
For example, as shown in FIG. 41, this recording medium is distributed to distribute the program to the user separately from the apparatus main body, and includes a magnetic disk (including a flexible disk) on which the program is recorded, an optical disk (
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。 In the present specification, the step of describing the program recorded on the recording medium is not limited to the processing performed in chronological order according to the described order, but is not necessarily performed in chronological order. It also includes processes that are executed individually.
また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス(装置)により構成される装置全体を表すものである。 Further, in this specification, the system represents the entire apparatus composed of a plurality of devices (apparatuses).
なお、以上において、一つの装置として説明した構成を分割し、複数の装置として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置として説明した構成をまとめて一つの装置として構成されるようにしてもよい。また、各装置の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置の構成の一部を他の装置の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 In the above description, the configuration described as one device may be divided and configured as a plurality of devices. Conversely, the configurations described above as a plurality of devices may be combined into a single device. Of course, configurations other than those described above may be added to the configuration of each device. Furthermore, if the configuration and operation of the entire system are substantially the same, a part of the configuration of a certain device may be included in the configuration of another device. That is, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明は、例えば通信システムに適用することが可能である。 The present invention can be applied to a communication system, for example.
1000 通信システム, 1001 送信装置, 1002 受信装置, 1003 ユーザ, 1011 通信処理部, 1012 送信部, 1013 送信信号基準電極, 1021 受信信号基準電極, 1022 抵抗, 1023 検出部, 1024 通信処理部, 1025 位置特定部, 1031 受信部, 1041 信号強度測定部, 1042 受信データ抽出部, 1051 参照テーブル 1000 communication system, 1001 transmission device, 1002 reception device, 1003 user, 1011 communication processing unit, 1012 transmission unit, 1013 transmission signal reference electrode, 1021 reception signal reference electrode, 1022 resistance, 1023 detection unit, 1024 communication processing unit, 1025 position Identification unit, 1031 reception unit, 1041 signal strength measurement unit, 1042 reception data extraction unit, 1051 reference table
Claims (13)
前記送信装置は、
第一の電極および第二の電極よりなる電極対であって、前記第一の電極が、空間との静電結合を前記第二の電極より強く形成し、前記第二の電極が、前記通信媒体の第一の部位との静電結合を前記第一の電極より強く形成する第一の電極対と、
送信信号を前記第一の電極と前記第二の電極への電位差として供給する送信部と
を備え、
前記受信装置は、
第三の電極および第四の電極よりなる電極対であって、前記第三の電極が、空間との静電結合を前記第四の電極より強く形成し、前記第四の電極が、前記通信媒体の第二の部位との静電結合を前記第三の電極より強く形成する第二の電極対と、
前記第三の電極と前記第四の電極との間の電位差から受信信号を生成する少なくとも二組の受信部と、
前記少なくとも二組の受信部から得られた受信信号の信号強度を測定する信号強度測定手段と、
前記信号強度測定手段により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、前記通信媒体の位置を特定する位置特定手段と
を備える情報処理システム。 An information processing system comprising a transmission device, a reception device, and a communication medium,
The transmitter is
An electrode pair comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode forms a stronger electrostatic coupling with a space than the second electrode, and the second electrode A first electrode pair that forms a stronger electrostatic coupling with the first portion of the medium than the first electrode;
A transmission unit for supplying a transmission signal as a potential difference between the first electrode and the second electrode;
The receiving device is:
An electrode pair comprising a third electrode and a fourth electrode, wherein the third electrode forms a stronger electrostatic coupling with the space than the fourth electrode, and the fourth electrode is the communication A second electrode pair that forms an electrostatic coupling with a second portion of the medium stronger than the third electrode;
At least two sets of receiving units for generating a reception signal from a potential difference between the third electrode and the fourth electrode;
Signal strength measuring means for measuring the signal strength of the received signals obtained from the at least two sets of receiving units;
An information processing system comprising: position specifying means for specifying the position of the communication medium based on the signal intensity of each received signal measured by the signal intensity measuring means.
請求項1に記載の情報処理システム。 The information processing system according to claim 1, wherein a signal transmitted between the transmission device and the reception device includes an information signal.
請求項1に記載の情報処理システム。 In each of the first receiving unit group and the second receiving unit group that are a set of the receiving units, the fourth electrode of the first receiving unit group, and the fourth electrode of the second receiving unit group are: The information processing system according to claim 1, wherein the information processing systems are arranged so as to be perpendicular to each other.
請求項1に記載の情報処理システム。 In each of the first receiving unit group and the second receiving unit group that are a set of the receiving units, the fourth electrode of the first receiving unit group, and the fourth electrode of the second receiving unit group are: The information processing system according to claim 1, wherein the information processing system is arranged so as to sandwich the communication medium.
前記位置特定手段は、前記通信媒体が存在しない場合の信号伝達特性と、前記通信媒体が存在する場合の信号伝達特性との差分によって、前記通信媒体の位置を特定する
請求項1に記載の情報処理システム。 The second electrode and the fourth electrode are arranged so as to enable signal transmission even in the absence of the communication medium,
The information according to claim 1, wherein the position specifying unit specifies a position of the communication medium based on a difference between a signal transmission characteristic when the communication medium is not present and a signal transmission characteristic when the communication medium is present. Processing system.
第一の電極および第二の電極よりなる電極対であって、前記第一の電極が、空間との静電結合を前記第二の電極より強く形成し、前記第二の電極が、通信媒体の所定の部位との静電結合を前記第二の電極より強く形成する電極対と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間の電位差から、前記送信装置より前記通信媒体を介して送信された信号の受信結果である受信信号を生成する少なくとも二組の受信部と、
前記少なくとも二組の受信部において得られた受信信号の信号強度を測定する信号強度測定手段と、
前記信号強度測定手段により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、前記通信媒体の位置を特定する位置特定手段と
を備える受信装置。 A receiving device for receiving a signal transmitted from a transmitting device,
An electrode pair comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode forms a stronger electrostatic coupling with the space than the second electrode, and the second electrode is a communication medium An electrode pair that forms an electrostatic coupling with a predetermined portion of the second electrode stronger than the second electrode;
From the potential difference between the first electrode and the second electrode, at least two sets of reception units that generate reception signals that are reception results of signals transmitted from the transmission device via the communication medium;
Signal strength measuring means for measuring the signal strength of the received signals obtained in the at least two sets of receiving units;
A receiving device comprising: position specifying means for specifying the position of the communication medium based on the signal strength of each received signal measured by the signal strength measuring means.
請求項6に記載の受信装置。 The receiving device according to claim 6, further comprising information extracting means for extracting information transmitted from the transmitting device, which is included in received signals obtained by the at least two sets of receiving units.
請求項6に記載の受信装置。 The at least two sets of receiving units are grouped into two groups, the second electrode of the first receiving unit group as one group and the second electrode of the second receiving unit group as the other group The receiving device according to claim 6, wherein the receiving devices are arranged so as to be perpendicular to each other.
請求項6に記載の受信装置。 The at least two sets of receiving units are grouped into two groups, the second electrode of the first receiving unit group as one group and the second electrode of the second receiving unit group as the other group The receiving apparatus according to claim 6, wherein the receiving apparatus is arranged so as to sandwich an operation area of the communication medium.
前記位置特定手段は、前記通信媒体が存在しない場合の信号伝達特性と、前記通信媒体が存在する場合の信号伝達特性との差分によって、前記通信媒体の位置を特定する
請求項6に記載の受信装置。 The second electrode is one electrode of an electrode pair included in the transmission device, and forms electrostatic coupling with a predetermined part of the communication medium stronger than the other electrode of the electrode pair, and the signal is Arranged in the vicinity of a signal electrode for transmitting to the communication medium;
The reception according to claim 6, wherein the position specifying unit specifies the position of the communication medium based on a difference between a signal transmission characteristic when the communication medium is not present and a signal transmission characteristic when the communication medium is present. apparatus.
前記第一の電極と前記第二の電極との間の電位差から、送信装置より前記通信媒体を介して送信された信号の受信結果である受信信号を生成する少なくとも二組の受信部と
を有し、
前記送信装置より送信される信号を受信する受信装置の受信方法であって、
前記少なくとも二組の受信部において得られた受信信号の信号強度を測定し、
前記信号強度測定ステップの処理により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、前記通信媒体の位置を特定する
ステップを含む受信方法。 An electrode pair comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode forms a stronger electrostatic coupling with the space than the second electrode, and the second electrode is a communication medium An electrode pair that forms an electrostatic coupling with a predetermined portion of the second electrode stronger than the second electrode;
There are at least two sets of reception units that generate reception signals that are reception results of signals transmitted from the transmission device via the communication medium from the potential difference between the first electrode and the second electrode. And
A receiving method of a receiving device for receiving a signal transmitted from the transmitting device,
Measuring the signal strength of the received signals obtained in the at least two sets of receiving units;
A receiving method including the step of identifying the position of the communication medium based on the signal strength of each received signal measured by the processing of the signal strength measuring step.
前記第一の電極と前記第二の電極との間の電位差から、送信装置より前記通信媒体を介して送信された信号の受信結果である受信信号を生成する少なくとも二組の受信部と
を有し、
前記送信装置より送信される信号を受信する受信装置の処理を行うプログラムにおいて、
前記少なくとも二組の受信部において得られた受信信号の信号強度を測定し、
前記信号強度測定ステップの処理により測定された各受信信号の信号強度に基づいて、前記通信媒体の位置を特定する
ステップをコンピュータに実行させるプログラム。 An electrode pair comprising a first electrode and a second electrode, wherein the first electrode forms a stronger electrostatic coupling with the space than the second electrode, and the second electrode is a communication medium An electrode pair that forms an electrostatic coupling with a predetermined portion of the second electrode stronger than the second electrode;
There are at least two sets of reception units that generate reception signals that are reception results of signals transmitted from the transmission device via the communication medium from the potential difference between the first electrode and the second electrode. And
In a program for processing a receiving device that receives a signal transmitted from the transmitting device,
Measuring the signal strength of the received signals obtained in the at least two sets of receiving units;
A program for causing a computer to execute a step of specifying the position of the communication medium based on the signal strength of each received signal measured by the processing of the signal strength measuring step.
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