JP3898418B2

JP3898418B2 - 通信システム

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Publication number: JP3898418B2
Application number: JP2000112647A
Authority: JP
Inventors: 雅朗福本; 利明杉村
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2020-04-13
Also published as: JP2001298425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、人体等の媒体を介して信号の伝達を行う通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の通信においては、通信線を接続して行う有線通信や、電波等を用いた無線通信が一般的であった。しかし、近年の技術発達に伴い、全く新しい通信方法として人体等に誘導される電界を用いる通信方法が提案されている。このような、誘導電界を用いる通信方法としては、T.G.Zimmermanによる“Personal Area Networks : Near-Field intrabody Communication.”（IBM System Journal Vol.35、No3&4、1996-MIT Media Laboratory）にて紹介されている通信方法（以下、「ＰＡＮ」という）がある。
【０００３】
図１１にこのＰＡＮによる通信システムの摸式図を示す。なお、これは、上述した文献（IBM System Journal Vol.35、No3&4、1996-MIT Media Laboratory）より抜粋したものである。一般に、人体は、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数に対して良い導電性を示す。このため、搬送波周波数によっては、人体を伝送路として用いることができる。そこで、このＰＡＮにおいては、送信機から送信すべき信号によって、人体が良い導電性を示す搬送波を変調して、送信機から出力し、人体に電界を発生せしめることによって、人体を信号伝送路として用いることを可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１に示すようにＰＡＮは、大地アース（Earth Ground）を帰還伝送路として利用するものである。このため、送信機と受信機の間において大地アースを介して静電結合が確立されていることが必要となる。従って、送信機や受信機を大地から離れた位置に設置してしまうと大地アースとの静電結合が弱まってしまい、安定した通信を行うことが出来なくなってしまう。この結果、大地アースを介して静電結合可能な位置に送信機及び受信機を設置することが必要となり、送信機及び受信機の設置手法に多くの制限が課されてしまうという問題があった。
【０００５】
また、このＰＡＮは、「人体と大地アースとの接触時の通信不能」というもう一つの問題点を有している。ＰＡＮにおいては、人体と大地アースとを一対の信号伝送路として用いている。従って、人体と大地アースとが接触した場合には、回路がショート状態となり、通信が行なえなくなってしまうという問題があった。
実際に機器を装着して生活する場合を考えると、素手で机や壁面に接触することは多々ある。これら机や壁面等の物体は、通常、大地アースとして考えられるので、大地アースとの接触時にショートが発生してしまうＰＡＮにおいては、日常生活で使用可能な携帯（装着）型通信機器の実現は現状では困難である。
【０００６】
一方、特開平１０−２２９３５７号公報には、送信機側の帰還電極と受信機側の帰還電極とを対向接近させることにより、大地アースに代えて、双方の帰還電極間に帰還伝送路として空気を介した直接結合を確保する手法が提案されている。同公報に記載された発明によれば、一見、ＰＡＮにおける問題点を解決しているように見える。しかし、送信機と受信機の帰還電極との間に空気を介して直接結合を行うためには、必然的に送信機と受信機に設けられた帰還電極の間に長い距離をとることは不可能であるという問題があった。従って、例えば、頭部に設置された送信機と、腰部に設置された受信機との間において通信を行うことは事実上不可能であった。
また、同公報に記載の方法では、送信機及び受信機の帰還電極のサイズを小さくした場合、送信機及び受信機の帰還電極間における空気を介した直接結合は弱くなってしまうため、帰還電極のサイズを小さくすることは事実上困難である。従って、機器のサイズを小さくすることができないという問題があった。この問題は、ＰＡＮにも共通するものであり、ＰＡＮにおいても帰還電極を小さくしてしまうと通信を行うことが事実上不可能である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、伝送媒体に誘導される電界を直接検出することで、従来の方式において必要であった帰還電極を無くし、伝送媒体と大地アースとの関係や送信機及び受信機の設置間隔によらず、安定した通信を行うことが可能な通信システムを提供することを目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上述べてきた課題を解決するために、請求項１に記載の通信システムは、伝送媒体に対し、送信信号により変調された電界を付与する送信機と、前記伝送媒体を介して前記電界の一部を検出し、前記送信信号に対応した復調信号を生成する受信機であって、当該受信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の表面に設けられた電極と、前記筐体の内部に設けられ、前記電極に接続された電気光学結晶と、前記電気光学結晶の屈折率の変化に応じて前記復調信号を生成する復調信号生成手段とを有する受信機とを具備することを特徴とする。請求項２に記載の通信システムは、請求項１に記載の特徴に加えて、前記送信機は、当該送信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記送信信号から変調信号を生成する変調器と、前記変調信号を増幅した電圧を信号出力端子および基準端子間に発生する増幅器と、前記絶縁体によって前記筐体の内部と隔離されるとともに、前記増幅器の信号出力端子に接続された電極とを具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の通信システムは、請求項２に記載の特徴に加えて、前記伝送媒体は、所定の周波数に対して導電性を示す誘電体からなり、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記誘電体が導電性を示す搬送波を変調して前記変調信号を生成することを特徴とする。
請求項４に記載の通信システムは、請求項３に記載の特徴に加えて、前記誘電体として人体を用い、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記人体が導電性を示す数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数の搬送波を変調することによって前記変調信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の通信システムは、請求項３に記載の特徴に加えて、前記誘電体として地球を用い、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記地球が導電性を示すの周波数の搬送波を変調することによって前記変調信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の通信システムは、送信元及び送信先となるコンピュータと、各々の前記コンピュータに接続され当該接続されたコンピュータのインターフェイスとなる通信装置とから構成される通信システムにおいて、前記送信元となるコンピュータは、前記送信先となるコンピュータ宛に送信すべき情報を含む送信信号を生成して、当該送信元となるコンピュータに接続された通信装置宛に送り、前記送信元となるコンピュータに接続された通信装置は、当該コンピュータから送られてきた送信信号により変調された電界を伝送媒体に付与し、前記送信先となるコンピュータに接続された通信装置は、当該通信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の表面に設けられた電極と、前記筐体の内部に設けられ、前記電極に接続された電気光学結晶とを有し、前記電気光学結晶の屈折率の変化に応じて前記電界の一部を検出し、前記送信信号に対応した復調信号を生成し、当該復調信号を前記送信先となるコンピュータに送ることを特徴とする。
【００１３】
【実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明するが、かかる実施形態は、この発明を特定するものではなく、この発明の範囲内で任意に変更可能である。
【００１４】
［１］第１実施形態
［１．１］第１実施形態の構成
図１は、本実施形態にかかる通信システムの一例を示したブロック図である。
図１に示すように本実施形態にかかる通信システムは、人体ＨＢの近傍に通信装置ＴＲＸ１及びＴＲＸ２（以下、特に特定する必要のない場合「通信装置ＴＲＸ」という）が設置されている構成となっている。そして、この通信システムにおいては、人体ＨＢを伝送路として、通信装置ＴＲＸ１とＴＲＸ２との間において通信が行われるのである。
【００１５】
通信装置ＴＲＸは、人体ＨＢを介してデータの送受信を行う装置である。この通信装置ＴＲＸは、他の通信装置ＴＲＸに送信すべきデータに対応した信号により、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を変調し、人体ＨＢに出力する機能を有する。
また、通信装置ＴＲＸは、人体ＨＢに発生した電界の変化を測定することによって、人体ＨＢを介して他の通信装置ＴＲＸから送信されてきたデータを受信する機能を有する。
【００１６】
図２は、通信装置ＴＲＸの外観の一例を示した斜視図である。
図２に示すように本実施形態にかかる通信装置ＴＲＸは、絶縁体ＩＳによって覆われた、箱形形状を有する筐体ＣＳを有している。また、この筐体ＣＳの下面側には、絶縁体ＩＳを介して電極ＥＲが設けられている。この結果、本実施形態にかかる通信装置ＴＲＸにおいて、筐体ＣＳは、他の部位及び人体ＨＢとは、完全に絶縁された構成となっている。なお、筐体ＣＳが他の部位と絶縁されている理由については、後に詳細を説明する。
ここで、電極ＥＲは、人体ＨＢに電界を付与し或いは、人体ＨＢ上に発生した電界の変化を検出するためのものである。従って、通信装置ＴＲＸを用いて信号の送受信を行う場合には、電極ＥＲは、人体ＨＢに直接接触させるか、若しくは衣服の上や若干の空間を開けて設置されていることが必要となる。例えば、ベルトによって電極ＥＲが人体ＨＢ側にくるように腰部や手首に装着したり、電極ＥＲが直接手に接触するように把持しても構わない。
なお、図２に示す通信装置ＴＲＸの外観は、あくまで、一つの例であり、筐体ＣＳが人体ＨＢ及び電極ＥＲと完全に絶縁されていれば、どのような構成としても構わない。従って、通信装置ＴＲＸは、図３に示すように筐体ＣＳの底面に電極ＥＲを配置して、絶縁体ＩＳの一部に厚みを持たせ、筐体ＣＳを人体ＨＢから遠ざけることによって、筐体ＣＳを人体ＨＢ及び電極ＥＲと絶縁する構成としても構わない。
【００１７】
次に、図４は、通信装置ＴＲＸの内部構成を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態にかかる通信装置ＴＲＸは、筐体ＣＳ内に、マイクロコントローラＭＰＵと、変調装置ＥＣと、送信アンプＡＰと、屈折率検出器ＤＴと、電気光学結晶ＥＯと、復調装置ＤＣとを具備している。なお、本発明の要旨とは関係ないため、図４からは省略しているが、この通信装置ＴＲＸは、これら構成要素の他に、作動電源を供給するバッテリや、マイクロコントローラＭＰＵの作業領域となるメモリ、受信したデータの処理結果を出力するための表示装置やスピーカ等を有している。
【００１８】
マイクロコンピュータＭＰＵは、他の通信装置ＴＲＸとの間のデータＤの送受信を制御するための手段である。より具体的には、マイクロコンピュータＭＰＵは、他の通信装置ＴＲＸに送信すべきデータに対応した信号Ｄを変調装置ＥＣへと送る。また、マイクロコントローラＭＰＵは、他の通信装置ＴＲＸから人体ＨＢを介して受信した信号Ｄに対応した処理を行う。例えば、受信した信号Ｄが画像データに対応した信号である場合、マイクロコントローラＭＰＵは、当該データに対応した画像を表示装置上（図示は省略）に表示したり、当該データに対応した音声をスピーカ（図示は省略）から再生するのである。
【００１９】
変調装置ＥＣは、マイクロコントローラＭＰＵから出力された信号Ｄを用いて、人体ＨＢが良い導電性を示す周波数の搬送波（数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波）を変調信号Ｄ’へと変調する装置である。この際、搬送波の周波数は、周囲からのノイズが入りにくい周波数を選択すれば通信品質を安定したものとすることが可能となる。なお、変調装置ＥＣにおける変調方式としては、どのような方式を用いても良い。
【００２０】
送信アンプＡＰは、差動アンプであり、変調装置ＥＣから送られた変調信号Ｄ’を増幅し、端子ＰとＱの間に発生する装置である。この送信アンプＡＰの端子Ｐは、電極ＥＲと接続されている。従って、送信アンプＡＰに変調信号Ｄ’が送られると、人体ＨＢに端子Ｐからの出力電圧に対応した電界が発生する。
ここで、端子Ｑは、送信アンプＡＰの基準電位を供給する端子である。従って、この端子Ｑをグランド電位に接続して且つ、このグランド電位を筐体ＣＳに接続する構成とすれば端子Ｐからの出力信号の安定化と内部回路のシールド効果を得ることが可能となる。この場合、筐体ＣＳが基準電位となるため、筐体ＣＳは、人体ＨＢや電極ＥＲと絶縁されていなければ、端子Ｑとの間においてショートを起こしてしまう。このため、本実施形態においては、上述したように、筐体ＣＳの表面が絶縁体によって覆われており、筐体ＣＳは、完全に人体ＨＢや電極ＥＲとは絶縁されているのである。なお、端子Ｑを安定した電位に接続することができない場合、端子Ｑは、いずれにも接続せず、大気に基準電位をとっても構わない。
【００２１】
電気光学結晶ＥＯ及び屈折率検出器ＤＴは、電界センサを構成する構成要素である。この電界センサは、非常に微弱な電界を検出するためのセンサである。
ここで、電気光学結晶ＥＯは、例えばＢＳＯ（Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀）、ＢＴＯ（Ｂｉ₁₂ＴｉＯ₂₀）、ＣｄＴｉ、ＣｄＴｅ、ＤＡＳＴ（ジメチルアミノスルチバゾリウム−トシレート）等の結晶であり、所謂ポッケルス効果に従い、印加された電界によって結晶の屈折率が変化する結晶である。このため、他の通信装置ＴＲＸから変調信号Ｄ’が出力されることによって人体ＨＢ上に電界が発生し、電極ＥＲに電界が誘起された場合、電気光学結晶ＥＯは、この電極ＥＲに誘起された電界と結合して、その屈折率を変化させる。
【００２２】
また、屈折率検出器ＤＴは、電気光学結晶ＥＯにレーザー光線を照射する光線源と、この光線源から照射されたレーザー光線を受光する受光部（いずれも、図示は省略）とを有している。この受光部は、例えば、光線源からレーザー光線が電気光学結晶ＥＯへと照射されている状態において、レーザー光線が電気光学結晶ＥＯを透過して、その透過光が反射された場合にその反射光を受光することができる位置に設けられている。従って、電気光学結晶ＥＯの屈折率に変化が生じた場合、受光部においては、その屈折率の変化に伴って、受光量が変化する。この結果、屈折率検出器ＤＴは、この受光量の変化に基づいて電気光学結晶ＥＯの屈折率の変化を検出することができる。
例えば、他の通信装置ＴＲＸから変調信号Ｄ’が出力されることによって、電極ＥＲ上に変調信号Ｄ’に対応した電界が誘起され電気光学結晶ＥＯの屈折率に変化が発生することがある。かかる場合に、屈折率検出器ＤＴは、電気光学結晶ＥＯの屈折率の変化を検出し、この検出結果に基づいて他の通信装置ＴＲＸから出力された変調信号Ｄ’を取得する。
なお、これら電気光学結晶ＥＯ及び屈折率検出器ＤＴから構成された電界センサは、公知のものであり、特開平８−２６２１１７号公報等に開示されているものと同一であるため詳細な説明は省略する。
【００２３】
復調装置ＤＣは、屈折率検出器ＤＴから送られてきた変調信号Ｄ’から、信号Ｄを取り出す装置である。この復調装置ＤＣにおいて復調を行う際には、他の通信装置ＴＲＸにおいて変調した際と同一の信号が用いられる。
【００２４】
［１．２］第１実施形態の動作
以下、本実施形態の動作について、通信装置ＴＲＸ１から通信装置ＴＲＸ２宛に信号Ｄ１の送信を行った場合を例に本実施形態の動作の説明を行う。なお、以下の説明では、通信装置ＴＲＸ１の構成要素については図４において使用される各符号に“１”を付加した符号を各々を特定するために使用し、通信装置ＴＲＸ２の構成要素については図４において使用される各符号に“２”を付加した符号を各々を特定するために使用する。
【００２５】
＜動作例１＞
以下、図１に従って、本実施形態の動作例について説明する。
まず、送信機ＴＲＸ１においては、マイクロコントローラＭＰＵ１が通信装置ＴＲＸ２に送信すべきデータに対応した信号Ｄ１を生成して、変調装置ＥＣ１に出力する。変調装置ＥＣ１においては、この信号Ｄ１を用いることによって、人体が導電性を示す周波数（数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の搬送波が変調信号Ｄ１’へと変調される。
次に、変調装置ＥＣ１において得られた変調信号Ｄ１’は、送信アンプＡＰ１において増幅され、端子ＰとＱの間の電圧の変化に変換されて電極ＥＲ１へと出力される。この結果、人体ＨＢに変調信号Ｄ１’に対応した電界が付与される。
【００２６】
一方、通信装置ＴＲＸ２においては、人体ＨＢに付与された電界が電極ＥＲ２を介して、電気光学結晶ＥＯ２へと伝えられ、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、屈折率検出器ＤＴ２の受光部においては、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率の変化に伴って、受光量が変化する。屈折率検出器ＤＴ２は、この受光量の変化に基づいて、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ１’を取得する。そして、屈折率検出器ＤＴ２おいて取得された変調信号Ｄ１’が復調装置ＤＣ２へと出力される。
【００２７】
次に、復調装置ＤＣ２は、屈折率検出器ＤＴ２から出力された変調信号Ｄ１’を復調して、変調信号Ｄ１’に対応した信号Ｄ１を取り出す。この際、復調装置ＤＣ２においては、変調装置ＥＣ１における搬送波と同一の信号が用いられる。そして、復調装置ＤＣ２は、変調信号Ｄ１’から取り出した信号Ｄ１をマイクロコントローラＭＰＵ２へと出力する。この結果、マイクロコントローラＭＰＵ２においては、復調装置ＤＣ２から送られてきた信号Ｄ１に対応した処理が実行されるのである。
【００２８】
ここで、図５及び図１１を用いて本実施形態にかかる通信方法とＰＡＮとの違いについて説明する。なお、図５においては、図面が煩雑となることを避けるため、図３に示す各部において、図１１に示すＰＡＮとの相違を説明するために必要な部分のみを図示している。
ＰＡＮにおいては、図１１に示すように、送信機と受信機のそれぞれに大地アースによる静電結合を確立するための帰還電極が設けられている。また、特開平１０−２２９３５７号公報に記載の発明においても、全く同様に空気を介した直接結合を確立するための帰還電極が設けられている（図示は省略）。
これに対して、本実施形態にかかる通信システムにおいては、例えば、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ’によって人体ＨＢに電界が付与されると、通信装置ＴＲＸ２の電界センサ（電気光学結晶ＥＯ２及び屈折率検出器ＤＴ２から構成されてる）は人体ＨＢに付与された電界の一部を直接検出し、変調信号Ｄ１’を取得する構成となっている。この結果、本実施形態にかかる通信システムは、図５に示すように、送信先となる通信装置ＴＲＸからの帰還を受けるための帰還電極を特別に設ける必要がない。また、図５に示すように、本実施形態にかかる通信システムにおいては、通信装置ＴＲＸ１とＴＲＸ２との間には大地アースによる静電結合が確立されることもない。
【００２９】
＜動作例２＞
以下、図６に従って本実施形態の第２の動作例について説明する。本動作例は、ユーザａが所持している通信装置ＴＲＸ１からユーザｂの所持している通信装置ＴＲＸ２宛に信号Ｄを送信するものである。
【００３０】
まず、通信装置ＴＲＸ１の電極ＥＲ１から出力された変調信号Ｄ１’により、ユーザａの体（以下「人体ＨＢａ」という）には、電界が付与される。このとき、人体ＨＢａとユーザｂの体（以下、「人体ＨＢｂ」という）が接触している状態（例えば、握手をしている状態）、或いは、人体ＨＢａと人体ＨＢｂが非常に近接している状態にあると、人体ＨＢａに付与された電界が人体ＨＢｂに伝達される。
【００３１】
一方、通信装置ＴＲＸ２においては、この人体ＨＢｂに伝達された電界に従って、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ１’が通信装置ＴＲＸ２によって取得されるのである。なお、通信装置ＴＲＸ１から変調信号Ｄ１’が人体ＨＢに出力される過程及び通信装置ＴＲＸ２において変調信号Ｄ１’が取得される際の動作については、第１の動作例と全く同様であるため説明を省略する。
【００３２】
＜動作例３＞
以下、図７に従って本実施形態の第３の動作例について説明する。本動作例は、ユーザが、通信装置ＴＲＸ１を所持している場合に、建物の壁面等に設置された通信装置ＴＲＸ２宛にデータＤ１を送信するものである。
【００３３】
まず、ユーザが通信装置ＴＲＸ２に接触している状態において、ユーザの所持している通信装置ＴＲＸ１の電極ＥＲ１から変調信号Ｄ１’が出力されると、人体ＨＢには変調信号Ｄ１’に対応した電界が付与される。
一方、通信装置ＴＲＸ２においては、この人体ＨＢに付与された電界によって電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、通信装置ＴＲＸ１から出力された変調信号Ｄ１’が通信装置ＴＲＸ２において取得されるのである。
【００３４】
このようにして、本実施形態にかかる通信システムは、帰還伝送路として大地アースを用いた構成となっていない。このため、ＰＡＮのように通信装置と大地アースとの間において静電結合が確立されることが必要なくなる。従って、設置手法に多くの制限が課されてしまうことはなく、また、人体と大地アースとが接触した場合であっても、ショートを起こして通信不能な状態になることはない。また、本実施形態にかかる通信装置によれば、送信元の通信装置から出力された変調信号によって人体に電界が付与された場合、送信先の通信装置の電界センサが人体ＨＢに付与された電界の一部を直接検出し、変調信号を取得することが可能である。この結果、送信元の通信装置と送信先の通信装置との間の距離を長くとった場合であっても、通信を行うことが可能となる。
更には、本実施形態にかかる通信システムは、送信先となる通信装置ＴＲＸからの帰還を受けるための帰還電極を設ける必要がない。このため、帰還電極を大きくするために通信装置のサイズが大きくなってしまうという弊害も発生しない。
【００３５】
［１．３］変形例
＜変形例１＞
上記第１の実施形態においては、送受間において一つの周波数の搬送波のみを用いることによって、１体１の通信を行う構成となっている。しかし、搬送波の周波数を複数用いることによって、１対Ｎ或いは、Ｎ対Ｎの通信を行うことも可能である。
また、ＣＳＭＡ（Carrier Sence Multiple Access）方式または同等の手段を用いることによって、一つの周波数の搬送波を用いて複数の送受信機がバス状のネットワークを構成することも可能である。ただし、ＣＳＭＡ方式を用いた場合、搬送波周波数を複数用いた場合と異なり、バス上に送信できる通信装置ＴＲＸは、一つのみとなる。
【００３６】
＜変形例２＞
上記第１の実施形態においては、送信元の通信装置ＴＲＸ１によって人体ＨＢに電界を付与し、人体ＨＢを伝送路として用いる構成としている。しかし、人体のように所定の周波数に対して導電性を有する誘電体であれば、何を伝送路として用いても構わない。例えば、他の動植物を伝送路として用いても構わない。
また、地球も伝送路として用いることが可能である。この場合、電界センサの検出感度を向上させることによって、建物の離れた場所に置かれた通信装置ＴＲＸ１とＴＲＸ２との間の通信や、複数の建物間の通信も可能となる。また、理論的には、図８のように地球の反対側との通信も可能である。
【００３７】
［２］第２実施形態
［２．１］第２実施形態の構成
図９は、本実施形態にかかる通信システムの構成を示した図である。
図９に示すように本実施形態にかかる通信システムは、小型コンピュータＰＣ１及びＰＣ２（以下、特に特定する必要のない場合「小型コンピュータＰＣ」という）と、ネットワークカードＴＲＸＣ１及びＴＲＸＣ２（以下、特に特定する必要のない場合「ネットワークカードＴＲＸＣ」という）と、人体ＨＢとから構成されている。ここで、本実施形態にかかる通信システムにおいては、人体ＨＢ（本実施形態において人体ＨＢは、バスとなる）と小型コンピュータＰＣによって、ＬＡＮ（Local Area Network）が構成されている。そして、このＬＡＮがイーサネットに準拠しているのである。
【００３８】
図９において、小型コンピュータＰＣは、例えば、ノート型パソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等であり、その一側面には、ＰＣカードスロットＰＣＣＳを有している。そして、このＰＣカードスロットＰＣＣＳの内部には、ＰＣカード用の雌型コネクタが設けられている。
また、小型コンピュータＰＣには、ネットワークカードＴＲＸＣのドライバソフトウェアがインストールされており、ネットワークカードＴＲＸＣをドライブする機能を有している。すなわち、小型コンピュータＰＣは、他の小型コンピュータＰＣに送信すべきデータが有る場合、当該データをイーサネットに対応した形式の信号Ｄに変換して、ネットワークカードＴＲＸＣに送る機能を有する。また、ネットワークカードＴＲＸＣによって他の小型コンピュータＰＣから送信されてきた信号Ｄが受信されると、小型コンピュータＰＣは、当該信号ＤをネットワークカードＴＲＸＣから受け取って、対応した処理を行う。
ここで、ＩＥＥＥ８０２．３においては、10BASE-5、10 BASE -2、10 BASE -T、100 BASE -TXの４つの規格が存在するが、これらの規格においては、全て、ベースバンド方式を採用している（ただし、符号化方式は、各規格によって異なる。）。このため、以下の説明において小型コンピュータＰＣとネットワークカードＴＲＸＣとの間において授受される信号Ｄは、全て、ベースバンド方式のものである。
【００３９】
ネットワークカードＴＲＸＣは、従来のイーサネットカードと同様に小型コンピュータＰＣとＬＡＮとのインターフェイスとしての機能に加え、第１実施形態と同様に、人体ＨＢを介して信号Ｄの送受信を行う機能を有する。すなわち、ネットワークカードＴＲＸＣは、小型コンピュータＰＣから他の小型コンピュータＰＣ宛に送信すべきデータに対応した信号Ｄが送られてくると、この信号Ｄを用いて、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を周波数変換して、当該周波数変換後の信号（以下、「変換信号Ｄ”」という）を人体ＨＢに出力する機能を有する。
また、ネットワークカードＴＲＸＣは、人体ＨＢに発生した電界を検出することによって、人体ＨＢを介して他のネットワークカードＴＲＸＣから送信されてきた変換信号Ｄ”を取得する機能を有する。
【００４０】
また、このネットワークカードＴＲＸＣは、ＰＣＭＣＩＡ／ＪＥＩＤＡ規格に定められた形状の筐体ＣＳを有している。この筐体ＣＳの表面は、絶縁体によって覆われており、一側面にはＰＣカード用の雄型コネクタＰＣＣＩＭが設けられている。従って、ネットワークカードＴＲＸＣは、小型コンピュータＰＣのＰＣカードスロットＰＣＣＳに挿入して、ＰＣカード用の雌型コネクタに接続することが可能である。また、筐体ＣＳにおいて雄型コネクタＰＣＣＩＭが設けられた反対側の側面には、ケーブルを介してアンテナＡＮＴが接続されている。ここで、アンテナＡＮＴは、人体ＨＢに電界を付与し或いは、人体ＨＢ上に発生した電界の変化を検出するためのものである。従って、本実施形態にかかる通信システムを用いて通信を行う場合、アンテナＡＮＴを人体ＨＢに直接接触させるか、若しくは衣服の上や若干の空間を開けて設置されていることが必要となる。また、アンテナＡＮＴを小型コンピュータＰＣの筐体に張り付けて、当該小型コンピュータＰＣをユーザが把持することによって、アンテナＡＮＴを人体の近傍に設置するようにしても構わない。
【００４１】
次に、図１０は、ネットワークカードＴＲＸＣの内部構成を示したブロック図である。なお、図１０において上述した図４と対応した部分には同一の符号が付してある。
図１０に示すように、本実施形態にかかるネットワークカードＴＲＸＣは、ＰＣカードコネクタＰＣＣＩＭと、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭと、送信モジュールＴＸＭと、受信モジュールＲＸＭと、アンテナＡＮＴとを有する。
【００４２】
イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、イーサネットに対応した物理層のインターフェイスである。より具体的には、このイーサネットトランシーバＥＴＭは、小型コンピュータＰＣから出力された信号Ｄを用いて、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を変換信号Ｄ”へと周波数変換した後、送信モジュールＴＸＭに送る。また、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、受信モジュールＲＸＭから変換信号Ｄ”が入力された場合に、その変換信号Ｄ”の周波数を所定に周波数へと周波数変換してＰＣカードコネクタＰＣＣＩＭを介して小型コンピュータＰＣ宛に送るのである。なお、このイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、100BASE-TXのいずれを利用するのかによって、異なったものを利用しなければならない。しかし、いずれの規格に合わせたイーサネットトランシーバモジュールを用いた場合であっても、従来のイーサネットトランシーバモジュールと全く同様のものであるので説明な詳細は省略する。
【００４３】
送信モジュールＴＸＭは、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭから送られてきた変換信号Ｄ”をアンテナＡＮＴを介して人体ＨＢに出力する装置である。この送信モジュールＴＸＭは、送信アンプＡＰを有しており、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭから送られてきた変換信号Ｄ”を増幅し、端子ＰとＱの間に発生する機能を有する。この送信アンプＡＰの端子Ｐは、アンテナＡＮＴと接続されている。従って、送信アンプＡＰは、アンテナＡＮＴを介して端子Ｐからの出力を人体ＨＢに送出することができる。
【００４４】
受信モジュールＲＸＭは、電気光学結晶ＥＯ及び屈折率検出器ＤＴを有しており、人体ＨＢの電界を検出することによって、他の小型コンピュータＰＣから出力された変換信号Ｄ”を取得するための装置である。
【００４５】
［２．２］第２実施形態の動作
以下、図９においてネットワークカードＴＲＸＣ１及びＴＲＸＣ２を介して、小型コンピュータＰＣ１からＰＣ２宛に送信すべきデータに対応した信号Ｄ１を送信した場合を例に本実施形態の動作の説明を行う。なお、以下の説明では、ネットワークカードＴＲＸＣ１の構成要素については図１０において使用される各符号に“１”を付加した符号を各々を特定するために使用し、ネットワークカードＴＲＸＣ２の構成要素については図９において使用される各符号に“２”を付加した符号を各々を特定するために使用する。
【００４６】
まず、小型コンピュータＰＣ１において、所定の処理が行われることによって、小型コンピュータＰＣ２宛に送信すべきデータに対応した信号Ｄ１が生成される。そして、この信号Ｄ１がネットワークカードＴＲＸＣ１のイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ１へと送られる。
次に、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ１は、この信号Ｄ１を用いて、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を周波数変換する。このようにして、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ１において得られた、変換信号Ｄ１”は、送信モジュールＴＸＭ１の送信アンプＡＰ１において、端子Ｑと端子Ｐとの間の電圧の変化に変換され、アンテナＡＮＴ１を介して人体ＨＢへと出力される。この結果、人体ＨＢに変換信号Ｄ１”に対応した電界が付与されるのである。
【００４７】
一方、ネットワークカードＴＲＸＣ２においては、人体ＨＢに付与された電界がアンテナＡＮＴ２を介して、受信モジュールＴＸＭ２の電気光学結晶ＥＯ２へと伝えられ、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率が変化する。この結果、受信モジュールＴＸＭ２の屈折率検出器ＤＴ２の受光部においては、電気光学結晶ＥＯ２の屈折率に変化に伴って、受光量が変化する。屈折率検出器ＤＴ２は、この受光量の変化に基づいて、ネットワークカードＴＲＸＣ１から出力された変換信号Ｄ１”を取得する。そして、屈折率検出器ＤＴ２おいて取得された変換信号Ｄ１”がイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ２へと出力される。
【００４８】
次に、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ２は、屈折率検出器ＤＴ２から出力された変換信号Ｄ１”を復調して、変換信号Ｄ１”に対応した信号Ｄ１を取り出す。そして、この信号Ｄ１がイーサネットトランシーバモジュールＥＴＭ２から小型コンピュータＰＣ２宛に送られるのである。
【００４９】
このようにして、本実施形態にかかるネットワークカードによれば、小型コンピュータ間の通信が人体を介して行うことが可能となる。また、本実施形態にかかるネットワークカードは、小型コンピュータから見れば従来のイーサネットカードと同様に動作するため、小型コンピュータ側に特別な変更を行うことなくデータ通信を行うことが可能となる。更には、イーサネットトランシーバモジュールは、従来のイーサネットカードと同じ物を使うことが可能なため、製造コストを削減することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、小型コンピュータＰＣとネットワークカードＴＲＸＣとを別々の装置とした構成としているが、これらの機能を全てネットワークカードＴＲＸＣに全て持たせた構成としても構わない。
【００５１】
＜変形例１＞
上記第２実施形態においては、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、ベースバンド方式の信号Ｄを周波数変換する構成となっている。しかし、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭにおいて、例えば、ＦＭ（Frequency Modulation）、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の変調方式を用いて変復調を行う構成としても構わない。この場合、イーサネットトランシーバモジュールＥＴＭは、小型コンピュータＰＣから送られた信号Ｄを用いて人体ＨＢが良い導電性を示す数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの搬送波を変調する。このように、ベースバンド方式の信号Ｄを、他の変調方式によって変調して送受信を行うようにすれば、伝送過程における伝送エラーの削減や伝送距離の向上を図ることも可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、伝送媒体に誘導される電界を直接検出することで、帰還電極を必要とせず、伝送媒体と大地アースとの関係や送信機及び受信機の設置間隔によらず、安定した通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる通信システムの一例を示したブロック図である。
【図２】通信装置ＴＲＸの外観の一例を示した斜視図である。
【図３】通信装置ＴＲＸの他の外観の一例を示した斜視図である。
【図４】通信装置ＴＲＸの内部構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態にかかる通信システムの等価回路図である。
【図６】第１実施形態にかかる通信装置ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を用いて、複数の人体を伝送路として通信を行う状態を示した図である。
【図７】壁面に通信装置ＴＲＸ１を設置し、ユーザが所持している通信装置ＴＲＸ２と、通信装置ＴＲＸ１との間で通信を行う状態を示した図である。
【図８】本実施形態かかる通信装置ＴＲＸ１及びＴＲＸ２を用いて地球を介して通信を行う状態を示した図である。
【図９】第２実施形態にかかる通信システムの構成を示した図である。
【図１０】第２実施形態にかかるネットワークカードの構成を示した図である。
【図１１】従来のＰＡＮによる通信システムを示す摸式図である。
【符号の説明】
ＴＲＸ……通信装置ＣＳ……筐体ＥＲ……電極ＨＢ……人体
ＭＰＵ……マイクロコントローラＥＣ……変調装置ＡＰ……送信アンプ
ＥＯ……電気光学結晶ＤＴ……屈折率検出器ＤＣ……復調装置
ＴＲＸＣ……ネットワークカードＰＣ……小型コンピュータ
ＥＴＭ……イーサネットトランシーバモジュールＡＮＴ……アンテナ

Claims

伝送媒体に対し、送信信号により変調された電界を付与する送信機と、
前記伝送媒体を介して前記電界の一部を検出し、前記送信信号に対応した復調信号を生成する受信機であって、当該受信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の表面に設けられた電極と、前記筐体の内部に設けられ、前記電極に接続された電気光学結晶と、前記電気光学結晶の屈折率の変化に応じて前記復調信号を生成する復調信号生成手段とを有する受信機と
を具備することを特徴とする通信システム。
前記送信機は、
当該送信機を収容する筐体と、
前記筐体を覆う絶縁体と、
前記送信信号から変調信号を生成する変調器と、
前記変調信号を増幅した電圧を信号出力端子および基準端子間に発生する増幅器と、
前記絶縁体によって前記筐体の内部と隔離されるとともに、前記増幅器の信号出力端子に接続された電極と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
前記伝送媒体は、所定の周波数に対して導電性を示す誘電体からなり、
前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記誘電体が導電性を示す搬送波を変調して前記変調信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
前記誘電体として人体を用い、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記人体が導電性を示す数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数の搬送波を変調することによって前記変調信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
前記誘電体として地球を用い、前記送信機における前記変調器は、前記送信信号により前記地球が導電性を示す周波数の搬送波を変調することによって前記変調信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
送信元及び送信先となるコンピュータと、
各々の前記コンピュータに接続され当該接続されたコンピュータのインターフェイスとなる通信装置とから構成される通信システムにおいて、
前記送信元となるコンピュータは、前記送信先となるコンピュータ宛に送信すべき情報を含む送信信号を生成して、当該送信元となるコンピュータに接続された通信装置宛に送り、
前記送信元となるコンピュータに接続された通信装置は、当該コンピュータから送られてきた送信信号により変調された電界を伝送媒体に付与し、
前記送信先となるコンピュータに接続された通信装置は、当該通信機を収容する筐体と、前記筐体を覆う絶縁体と、前記絶縁体の表面に設けられた電極と、前記筐体の内部に設けられ、前記電極に接続された電気光学結晶とを有し、前記電気光学結晶の屈折率の変化に応じて前記電界の一部を検出し、前記送信信号に対応した復調信号を生成し、当該復調信号を前記送信先となるコンピュータに送ることを特徴とする通信システム。
前記送信元となるコンピュータは、前記送信信号をイーサネット（登録商標）に準拠した形式で生成することを特徴とする請求項６に記載の通信システム。