JP5138092B2

JP5138092B2 - 通信システム

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Publication number: JP5138092B2
Application number: JP2011505799A
Authority: JP
Inventors: 広行蛇口; 重俊松田; 勝小石; 英之根日屋
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: WO2010109698A1; EP2413521A1; US8639185B2; US20110294420A1; JPWO2010109698A1; EP2413521A4

Description

本発明は、人体のような伝送媒体を介して送受信を行う通信システムに関する。

近年の技術発達に伴い、全く新しい通信方法として人体などの伝送媒体に誘導される電界を用いる通信方法が提案されている。このような通信システムとしては、特許文献１に開示されているものがある。

特許文献１に開示されている方式では、容量結合で信号が伝わるため、薄い絶縁体を介しても通信が可能という特徴があるが、その反面、伝送媒体や電極が大きな面積を持っている場合は、接触しなくてもある距離まで近づくと信号が伝わってしまうという側面もある。

特表平１１−５０９３８０号公報

しかしながら、狭いエリア内で大勢の人が同一の上記通信システムを使う場合には、接触しなくても信号が伝わるという特徴のため、混信してしまうという問題が起こる。また、各種の鍵として、ＩＤ情報を通信するようなアプリケーションの場合、近付いただけで意に反して信号が伝わるというのはセキュリティー上好ましくないと考えられる。

また、この電界通信技術では、送信機も受信機もウェアラブル機器同士である場合においては、非常に微弱な信号しか受信できないためノイズに弱くなることが知られており、特許文献１では、ノイズ耐性を高めるためにスペクトル拡散を用いることが提案されている。スペクトル拡散を用いると、ノイズ耐性は向上し、信号が少々減衰しても復調できるようになるが、接触しなくても信号が伝わるという特徴も強化されるため、混信によるエラーなどの問題や、意に反して信号が伝わってしまうことがより強調されてしまう。そのため、電界通信においてはスペクトル拡散を実用化した例はなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電極に接触しているときはノイズ耐性を高めて通信品質を高めつつ、電極に触れていないときには意に反して信号が伝わってしまうことのない、使いやすい通信システムを提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、伝送媒体に対して広帯域通信用の情報信号を変調してなる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を検出して前記広帯域通信用の情報信号に対応した復調信号を得る受信機と、を具備する通信システムであって、前記送信機は、送信電極と、前記広帯域通信用の情報信号を出力する送信回路と、前記広帯域通信用の情報信号を送信する帯域送信部と、を有し、前記帯域送信部は、前記伝送媒体が前記送信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極とが容量結合している場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域で送信し、前記伝送媒体が前記送信電極に接触していない場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域で送信することを特徴とする。

この構成によれば、伝送媒体が送信電極に接触していない場合に、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域の信号になるため、仮に隣接する電界通信システムとの干渉が起こったとしても、隣接する電界通信システムで通信された信号が復調されず、自システムの通信にほとんど影響を与えることがない。

本発明の通信システムにおいては、前記受信機は、受信電極と、前記広帯域通信用の情報信号を受信する帯域受信部と、前記広帯域通信用の情報信号を復調する受信回路と、を有し、前記帯域受信部は、前記伝送媒体が前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記受信電極とが容量結合している場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域で受信し、前記伝送媒体が前記受信電極に接触していない場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域で受信することが好ましい。

本発明の通信システムは、伝送媒体に対して広帯域通信用の情報信号を変調してなる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を検出して前記広帯域通信用の情報信号に対応した復調信号を得る受信機と、を具備する通信システムであって、前記受信機は、受信電極と、前記広帯域通信用の情報信号を受信する帯域受信部と、前記広帯域通信用の情報信号を復調する受信回路と、を有し、前記帯域受信部は、前記伝送媒体が前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記受信電極とが容量結合している場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域で受信し、前記伝送媒体が前記受信電極に接触していない場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域で受信することを特徴とする。

この構成によれば、受信機において、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域の信号にしているので、隣接する電界通信システムに対して干渉を起こす可能性が低くなる。

本発明の通信システムにおいては、前記帯域送信部又は帯域受信部は共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、前記共振部のＱ値が相対的に低く、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記共振部のＱ値が相対的に高くなることが好ましい。この構成によれば、伝送媒体が送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、共振部のＱ値が高くなるので、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。

本発明の通信システムにおいては、前記帯域送信部又は帯域受信部は共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、共振周波数が、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域から相対的に遠く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が広くなり、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記共振周波数が、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域から相対的に近く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が狭いことが好ましい。この構成によれば、伝送媒体が送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、共振周波数が、広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に近くなり、周波数変化に対する出力の減衰曲線の傾きが急峻な領域になるため、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。

本発明の通信システムにおいては、前記帯域送信部又は帯域受信部は複数の共振ピークを持つ共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域近傍に前記複数の共振ピークを持ち、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域近傍に存在する共振ピークの数が減ることが好ましい。この構成によれば、伝送媒体が送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、広帯域通信の復調に必要な周波数帯域近傍に存在する共振ピークの数が減るため、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。

本発明の通信システムにおいては、前記帯域送信部又は帯域受信部は複数の共振ピークを持つ共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域内の複数の共振ピークの共振周波数が相対的に遠く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が広くなり、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域内の前記複数の共振ピークの共振周波数が相対的に近く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が狭いことが好ましい。この構成によれば、伝送媒体が送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、広帯域通信の復調に必要な周波数帯域内の複数の共振ピークの共振周波数が近くなるため、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。

本発明の通信システムにおいては、前記送信機は、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に制御されたウェイクアップ信号を送信するウェイクアップ信号送信回路を有し、前記受信機は、前記ウェイクアップ信号の受信電界強度が所定の閾値を超えるかどうかを監視し、前記受信電界強度が前記所定の閾値を超えたときに前記受信回路を起動するウェイクアップ受信回路を有することが好ましい。

本発明の通信システムは、伝送媒体に対して広帯域通信用の情報信号を変調してなる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を検出して前記広帯域通信用の情報信号に対応した復調信号を得る受信機と、を具備する通信システムであって、前記送信機は、送信電極と、前記広帯域通信用の情報信号を出力する送信回路と、前記広帯域通信用の情報信号を送信する帯域送信部と、を有し、前記帯域送信部は、前記伝送媒体が前記送信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極とが容量結合している場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域で送信し、前記伝送媒体が前記送信電極に接触していない場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域で送信するので、電極に接触しているときはノイズ耐性を高めて通信品質を高めつつ、電極に触れていないときには意に反して信号が伝わってしまうことのない、使いやすいシステムである。

本発明の実施の形態１に係る通信システムを示す概略構成図である。本発明に係る通信システムの特徴を説明するための図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係る通信システムにおいて、伝送媒体との接触状態における受信電界強度と周波数との間の関係を示す図である。（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。（ａ）は、本発明の実施の形態３に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態４に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。本発明の実施の形態５に係る通信システムを示す概略構成図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態５に係る通信システムにおいて、伝送媒体との接触状態における受信電界強度と周波数との間の関係を示す図である。本発明の実施の形態６に係る通信システムを示す概略構成図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態６に係る通信システムにおいて、伝送媒体との接触状態における受信電界強度と周波数との間の関係を示す図である。本発明の実施の形態６に係る通信システムにおけるウェイクアップ機能を説明するためのフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態においては、広帯域通信としてスペクトル拡散を利用した広帯域通信について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る通信システムを示す概略構成図である。図１に示す通信システムは、電界を介して情報信号を伝送する人体などの伝送媒体２と、伝送媒体２に対して情報信号を変調した電界を付与する送信機１と、伝送媒体２を介して電界を検出し、その電界を情報信号に復調する受信機３とから主に構成されている。

この通信システムにおいては、送信機１と伝送媒体（ここでは人体）２との間、及び受信機３と伝送媒体（ここでは人体）２との間は容量結合しており、情報信号を変調した電界により情報信号を伝送するようになっている。この場合、伝送媒体には、変位電流は流れるが定常電流は流れないので、電気的に導通している必要が無い。したがって、例えば送信機をポケットに入れたままでも、薄い布を介して送信機と伝送媒体との間が容量結合するので、情報信号の伝送が可能である。

送信機１は、伝送媒体２に対して情報信号を変調してなる電界を付与する。送信機１は、伝送媒体２に面しており、伝送媒体２に電界を与える送信電極１１と、帯域制御部１２と、広帯域通信送信回路１３とから主に構成されている。広帯域通信送信回路１３は、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＢＰＳＫ等の搬送波を情報信号で変調する変調回路と、この変調信号を増幅し、電圧変化に変換する変換回路とを含む。また、変調回路は、情報信号をスペクトル拡散変調する拡散変調回路を含む。このように情報信号をスペクトル拡散変調することにより、図２に示すように、広帯域通信用の情報信号を生成することができる。また、搬送波を用いた変調をせずにベースバンド信号をスペクトル拡散変調し、広帯域通信用の信号を生成することも可能である。

帯域制御部１２は、広帯域通信用の情報信号の帯域を制御する。具体的には、帯域制御部１２は、伝送媒体２が送信電極１１に接触して伝送媒体２と送信電極１１とが容量結合している場合に、受信機３において広帯域通信の復調に必要な帯域に制御し、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、受信機３において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に制御する。すなわち、帯域制御部１２では、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、広帯域通信送信回路１３で生成された、図２に示すような広帯域信号を狭帯域信号（受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号）にする。

受信機３は、伝送媒体２を介して電界を検出して情報信号に対応した復調信号を得る。受信機３は、伝送媒体２に面しており、伝送媒体２からの電界を受ける受信電極３１と、電界を増幅して検出する検出回路や検出された物理量を用いて情報信号を復調する復調回路を含む広帯域通信受信回路３２とを有する。

上記構成を有する通信システムで通信を行う場合、伝送媒体２が送信電極１１に接触している場合には、送信機１の広帯域通信送信回路１３において、伝送媒体２である人体が導電性を示す周波数（数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ）の搬送波を情報信号で変調して変調信号とし、これをさらにスペクトル拡散変調して広帯域通信用の信号とする。この信号は、増幅され、電圧変化に変換される。この電圧変化を送信機１の送信電極１１に印加することにより、この送信電極１１の周囲に変調信号に対応する電界を発生する。そして、この電界が人体に付与される。人体に付与された電界は、受信機３の受信電極３１で受けられる。受信電極３１に電界が加わると、広帯域通信受信回路３２で前記変調信号を検出し、送信機１で使用した搬送波を用いて復調して情報信号を取得する。このようにして、人体を伝送媒体２として情報信号の送受信を行うことができる。なお、送信電極１１については、表面が絶縁体で覆われていても通信を行うことが可能である。

一方、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合には、送信機１の広帯域通信送信回路１３において、伝送媒体２である人体が導電性を示す周波数（数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の搬送波を情報信号で変調して変調信号とし、この変調信号を帯域制御部１２において、図２に示すような、受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号にする。この信号は、増幅され、電圧変化に変換される。この電圧変化を送信機１の送信電極１１に印加することにより、この送信電極１１の周囲に変調信号に対応する電界を発生する。そして、この電界が人体に付与される。人体に付与された電界は、受信機３の受信電極３１で受けられる。受信電極３１に電界が加わると、広帯域通信受信回路３２で前記変調信号を検出し、送信機１で使用した搬送波を用いて復調する。しかしながら、この変調信号は、受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号となっている。このため、受信機３では、情報信号を再生することはできない。また、ベースバンド信号をスペクトル拡散変調した場合にも同様に、復調（逆拡散）できないレベルの狭い帯域の信号となっているので信号は再生されず、情報信号を取得することができない。

このように、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合には、送信機１において、受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制御しているので、近い距離で複数の電界通信システムを設置している場合でも、伝送媒体２が送信電極１１から離れていれば、隣接する電界通信システムの信号を復調できないので、隣接する電界通信システムと干渉したり、エラーや誤作動することを防止することができる。すなわち、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域の信号になるため、仮に隣接する電界通信システムとの干渉が起こったとしても、隣接する電界通信システムで通信された信号が復調されず、自システムの通信にほとんど影響を与えることがない。

本通信システムにおいては、送信電極１１及び受信電極３１の両方に伝送媒体２が触れた場合には、送信機１において、受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制御していないので、図３（ａ）に示すように、送信機１及び受信機３で広帯域通信用の信号の送受信が行われ、広帯域通信が可能となる（○印）。また、送信電極１１及び受信電極３１のいずれもから伝送媒体２が離れた場合には、送信機１の帯域制限部１２において受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制限されるので、図３（ｂ）に示すように、受信機３において広帯域通信用の信号の復調ができず、広帯域通信ができない（×印）。また、送信電極１１のみから伝送媒体２が離れた場合には、送信機１の帯域制限部１２において受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制限されるので、図３（ｃ）に示すように、受信機３において広帯域通信用の信号の復調ができず、広帯域通信ができない（×印）。また、受信電極３１のみから伝送媒体２が離れた場合には、送信機１及び受信機３で帯域制限はされないので、図３（ｄ）に示すように、広帯域通信は可能であるが、情報信号を実質的に伝送できるレベルではない（△印）。

このような通信システムでは、送信機１から伝送媒体２が離れたときに効率良く広帯域通信を切断することができる。また、このような通信システムでは、受信機側は帯域制限部がないので、受信機３が伝送媒体２からある程度離れていても広帯域通信が可能となる。なお、図３（ａ）〜（ｄ）において、縦軸は送受信の信号強度を示し、横軸は周波数を示す。

本通信システムの用途としては、ポケットなどに入れて身につけている機器（受信機）のメモリに、自分が欲しい情報を提供する情報提供機器（送信機）から受信するような用途が挙げられる。このような用途においては、例えば、受信機を身につけた状態で送信機である情報提供機器の電極に手で触れる、あるいは、受信機を身につけた状態で床に設置した送信機である情報提供機器の電極に乗ることで、情報をメモリに蓄えることができる。具体的には、美術館などでの絵に関する情報を取得したり、展示会などで製品説明やパンフレットの情報を取得したりする場合に有効である。

次に、本発明の実施の形態に係る通信システムの送信機における帯域制御部１２について説明する。図４（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、図４（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。

伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した際に、負荷として抵抗が支配的に見える場合は、帯域制御部１２を図４（ａ）に示す構成にすることできる。このような構成においては、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、共振部のＱ値が高くなるので、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。すなわち、このような構成においては、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合していない場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合）は、インダクタＬ_１とキャパシタＣ_１とで共振し、帯域制御部１２のＱ値が高くなり、送信信号の帯域は狭くなる（図４（ｂ）における非接触（破線）：帯域幅Ｗ_２）。一方、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触している場合）は、伝送媒体２の抵抗によって帯域制御部１２のＱ値が小さくなり、送信信号の帯域は広くなる（図４（ｂ）における接触（実線）：帯域幅Ｗ_１）。

（実施の形態２）
図５（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、図５（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。

伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した際に、負荷として容量が支配的に見える場合は、帯域制御部１２を図５（ａ）に示す構成にすることできる。このような構成においては、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、共振部のＱ値が高くなるので、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。すなわち、このような構成においては、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合していない場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合）は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とで直列共振し、帯域制御部１２のＱ値が高くなり、送信信号の帯域は狭くなる（図５（ｂ）における非接触（破線）：帯域幅Ｗ_２）。一方、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触している場合）は、伝送媒体２の容量によって帯域制御部１２のＱ値が小さくなり、送信信号の帯域は広くなる（図５（ｂ）における接触（実線）：帯域幅Ｗ_１）。

（実施の形態３）
図６（ａ）は、本発明の実施の形態３に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。

伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した際に、負荷として容量が支配的に見える場合は、帯域制御部１２を図６（ａ）に示す構成にすることできる。このような構成においては、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、共振周波数が、広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に近くなり、周波数変化に対する出力の減衰曲線の傾きが急峻な領域になるため、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。すなわち、このような構成においては、伝送媒体２が送信電極と容量結合していない場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合）は、インダクタＬ_１とキャパシタＣ_１で並列共振し、必要な帯域の近くに共振周波数があり、出力が周波数に依存して減衰する傾きの急峻な領域となるため、出力が所定の範囲に入る帯域は狭くなる（図６（ｂ）における非接触（破線）：帯域幅Ｗ_２）。一方、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触している場合）は、伝送媒体２の容量によって共振周波数が必要な帯域から遠くなり、出力が周波数に依存して減衰する傾きがなだらかな領域となるため、出力が所定の範囲に入る帯域が広くなる（図６（ｂ）における接触（実線）：帯域幅Ｗ_１）。

（実施の形態４）
図７（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る通信システムの送信機側の一部の等価回路を示す図であり、図７（ｂ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態４に係る通信システムの送信機における周波数と出力との間の関係を示す図である。

伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した際に、負荷として容量が支配的に見える場合は、帯域制御部１２を図７（ａ）に示す構成にすることができる。このような構成において、左の共振がインダクタＬ_１とキャパシタＣ_１によるものであり、右の共振がインダクタＬ_２とキャパシタＣ_２によるものである。このような構成においては、図７（ｂ）に示すように、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、広帯域通信の復調に必要な周波数帯域近傍に存在する共振ピークの数が減るため、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。すなわち、このような構成においては、図７（ｂ）に示すように、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合していない場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合）は、破線で示すように、インダクタＬ_２、キャパシタＣ_２による共振は必要な帯域より高周波側に大きくずれる（図７（ｂ）における非接触（破線）：帯域幅Ｗ_２）。一方、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触している場合）は、実線で示すように、伝送媒体２の容量によってインダクタＬ_２、キャパシタＣ_２の共振周波数が低くなり、必要な帯域内に入ってくる（図７（ｂ）における接触（実線）：帯域幅Ｗ_１）。このように、広帯域通信の復調に必要な周波数帯域近傍に存在する共振ピークの数の増減を制御することができる。

同様に、帯域制御部１２を図７（ａ）に示すような構成で回路定数を変えることにより、次のような動作も可能である。例えば、図７（ｃ）に示すように、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合していない場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合）は、破線で示すように、二つの共振周波数が重なって一つのピークに見える（図７（ｃ）における非接触（破線）：帯域幅Ｗ_２）。一方、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合した場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触している場合）は、実線で示すように、伝送媒体２の容量によってインダクタＬ_２、キャパシタＣ_２の共振周波数が低くなり、必要な帯域内に２つのピークができる（図７（ｃ）における接触（実線）：帯域幅Ｗ_１）。

また、次のような動作も可能である。図７（ｄ）に示すように、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合していない場合（伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合）でも、必要な帯域内に２つのピークがあり（図７（ｄ）における非接触（破線）：帯域幅Ｗ_２）、伝送媒体２が送信電極１１と容量結合することで（伝送媒体２が送信電極１１に接触している場合）、２つのピークの間隔が広がる（図７（ｄ）における接触（実線）：帯域幅Ｗ_１）。

図７（ｃ）や（ｄ）のような場合でも、伝送媒体２が送信電極１１に接触していない場合に、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に帯域制御することが可能となる。

（実施の形態５）
上記実施の形態１から実施の形態４においては、送信機で帯域制御を行う場合について説明しているが、本発明においては、受信機でも、伝送媒体が離れたときに受信電極を含むフィルタ部の通過帯域を、スペクトル拡散復調に必要な帯域よりも狭くするように構成しても良い。

図８は、本発明の実施の形態５に係る通信システムを示す概略構成図である。図８に示す通信システムは、電界を介して情報信号を伝送する人体などの伝送媒体２と、伝送媒体２に対して情報信号を変調した電界を付与する送信機１と、伝送媒体２を介して電界を検出し、その電界を情報信号に復調する受信機３とから主に構成されている。

送信機１は、伝送媒体２に対して情報信号を変調してなる電界を付与する。送信機１は、伝送媒体２に面しており、伝送媒体２に電界を与える送信電極１１と、広帯域通信送信回路１３とから主に構成されている。なお、広帯域通信送信回路１３は、実施の形態１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

受信機３は、伝送媒体２を介して電界を検出して情報信号に対応した復調信号を得る。受信機３は、伝送媒体２に面しており、伝送媒体２からの電界を受ける受信電極３１と、広帯域通信用の情報信号の帯域を制御する帯域制御部３３と、電界を増幅して検出する検出回路や検出された物理量を用いて情報信号を復調する復調回路を含む広帯域通信受信回路３２とを有する。なお、広帯域通信受信回路３２は、実施の形態１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

帯域制御部３３は、広帯域通信用の情報信号の帯域を制御する。具体的には、帯域制御部３３は、伝送媒体２が受信電極３１に接触して伝送媒体２と受信電極３１とが容量結合している場合に、受信機３において広帯域通信の復調に必要な帯域に制御し、伝送媒体２が受信電極３１に接触していない場合に、受信機３において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に制御する。すなわち、帯域制御部３３では、伝送媒体２が受信電極３１に接触していない場合に、図２に示すような狭帯域にフィルタ部を設定する（受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号にする）。

一方、伝送媒体２が受信電極３１に接触していない場合には、受信機３の帯域制限部３３で広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に制御する。すなわち、送信機１から送られた広帯域信号を帯域制御部３３において、図２に示すような、受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号にする。このため、受信機３では、情報信号を再生することはできない。また、ベースバンド信号をスペクトル拡散変調した場合にも同様に、復調（逆拡散）できないレベルの狭い帯域の信号となっているので信号は再生されず、情報信号を取得することができない。

このように、伝送媒体２が受信電極３１に接触していない場合には、受信機３において、復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制御しているので、近い距離で複数の電界通信システムを設置している場合でも、隣接する電界通信システムと干渉したり、エラーや誤作動することを防止することができる。

本通信システムにおいては、送信電極１１及び受信電極３１の両方に伝送媒体２が触れた場合には、送信機１において、受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制御していないので、図９（ａ）に示すように、送信機１及び受信機３で広帯域通信用の信号の送受信が行われ、広帯域通信が可能となる（○印）。また、送信電極１１及び受信電極３１のいずれもから伝送媒体２が離れた場合には、受信機３の帯域制限部３３において復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制限されるので、図９（ｂ）に示すように、受信機３において広帯域通信用の信号の復調ができず、広帯域通信ができない（×印）。また、送信電極１１のみから伝送媒体２が離れた場合には、送信機１及び受信機３で帯域制限はされないので、図９（ｃ）に示すように、広帯域通信は可能であるが、情報信号を実質的に伝送できるレベルではない（△印）。また、受信電極３１のみから伝送媒体２が離れた場合には、受信機３の帯域制限部３３において復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制限されるので、図９（ｄ）に示すように、受信機３において広帯域通信用の信号の復調ができず、広帯域通信ができない（×印）。

このような通信システムでは、受信機３から伝送媒体２が離れたときに効率良く広帯域通信を切断することができる。また、このような通信システムでは、送信機側は帯域制限部がないので、送信機１が伝送媒体２からある程度離れていても広帯域通信が可能となる。なお、図９（ａ）〜（ｄ）において、縦軸は送受信の信号強度を示し、横軸は周波数を示す。

本通信システムの用途としては、カードやＩＤ情報を発信する機器（送信機）をポケットなどに入れて持ち歩き、ＩＤ情報を確認するための機器（受信機）の電極に触れたときのみ、ＩＤ情報を送信する用途などが挙げられる。本通信システムにおいては、上述したように、受信機３から伝送媒体２が離れたときに効率良く広帯域通信を切断することができるので、手を近付けただけでは通信せずセキュリティー性が向上する。また、送信側は少々離れてもよいので、ポケットなどにいれて、伝送媒体との結合が少々弱くなっても通信が可能であり、ユーザにとって使い勝手が良い。このような用途においては、例えば、電子改札、ＡＴＭ、クレジットカード、オフィスの入退室管理、各種鍵などが考えられる。

（実施の形態６）
本実施の形態においては、送信機及び受信機で帯域制御を行う場合について説明する。図１０は、本発明の実施の形態６に係る通信システムを示す概略構成図である。図１０に示す通信システムは、電界を介して情報信号を伝送する人体などの伝送媒体２と、伝送媒体２に対して情報信号を変調した電界を付与する送信機１と、伝送媒体２を介して電界を検出し、その電界を情報信号に復調する受信機３とから主に構成されている。

送信機１は、伝送媒体２に対して情報信号を変調してなる電界を付与する。送信機１は、伝送媒体２に面しており、伝送媒体２に電界を与える送信電極１１と、広帯域通信用の情報信号の帯域を制御する帯域制御部１２と、広帯域通信送信回路１３とから主に構成されている。送信機１は、広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域に制御されたウェイクアップ信号を生成するウェイクアップ信号送信回路１４を有する。なお、広帯域通信送信回路１３は、実施の形態１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

受信機３は、伝送媒体２を介して電界を検出して情報信号に対応した復調信号を得る。受信機３は、伝送媒体２に面しており、伝送媒体２からの電界を受ける受信電極３１と、広帯域通信用の情報信号の帯域を制御する帯域制御部３３と、電界を増幅して検出する検出回路や検出された物理量を用いて情報信号を復調する復調回路を含む広帯域通信受信回路３２とを有する。受信機３は、ウェイクアップ信号の受信電界強度が所定の閾値を超えるかどうかを監視し、受信電界強度が所定の閾値を超えたときに広帯域通信受信回路３２を起動するウェイクアップ受信回路３４を有する。なお、広帯域通信受信回路３２は、実施の形態１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

送信機１の帯域制御部１２は実施の形態１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。また、受信機３の帯域制御部３３は実施の形態５と同じであるので、その詳細な説明は省略する。また、送信機１の動作については実施の形態１と同じであり、受信機３の動作については実施の形態５と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

送信機１及び受信機３の両方に帯域制御部１２，３３を設けた場合、人体などの伝送媒体２が送信電極１１又は受信電極３１から離れた状態では、送信機１及び受信機３ともに狭帯域化され、広帯域通信は成立しない。このように伝送媒体２から離れた状態で送信機１及び受信機３の両方の帯域制御部１２，３３が、ほとんど同じ周波数帯域に収束するようにすると、受信機１側で受信電界強度を監視するだけで、送信機３が近づいてきたことを認識することができる。このため、送信機１及び／又は受信機３にウェイクアップ機能（帯域制限された信号（ウェイクアップ信号）の受信電界強度に基づいて広帯域通信回路を起動させる機能）を持たせることができる。これにより、消費電力が大きい広帯域通信回路を必要なときのみ作動させることができ、バッテリ寿命を長くさせることができる。

また、帯域制限部１２，３３が共振部を有している場合には、狭帯域化、つまり共振部のＱ値が高くなっており、送信機１側では送信効率が高く、また、受信機３側では受信感度が高くなるため、送信機１と受信機３との間の距離がある程度離れていてもウェイクアップ信号を検知することができる。このため、人体などの伝送媒体２が送信電極１１又は受信電極３１ｂに触れる前に広帯域通信回路の起動を完了させることができる。その結果、バッテリ寿命を長くすると共に、ユーザにストレスを感じさせずに作動することができる。

ウェイクアップ機能について、図１２を用いて説明する。図１０に示す構成においては、広帯域通信送信回路１３、広帯域通信受信回路３２よりも構成が簡単で消費電力の少ないウェイクアップ信号送信回路１４とウェイクアップ信号受信回路３４をそれぞれ送信機１、受信機３に設け、スリープ時には、消費電力の大きい広帯域通信送信回路１３、広帯域通信受信回路３２（合わせて広帯域通信回路）を休止させ（ＳＴ１１）、ウェイクアップ信号送信回路１４、ウェイクアップ受信回路３４と、パッシブ素子で構成される帯域制御部１２，３３と、送信電極１１、受信電極３１とで動作させる。そして、送信機１から送信されたウェイクアップ信号を受信機３で受信して監視する（ＳＴ１２）。そして、受信機３において、ウェイクアップ信号の受信電界強度が所定の閾値を超えるかどうかを判定する（ＳＴ１３）。ウェイクアップ信号の受信電界強度が所定の閾値を超えたときには、広帯域通信送信回路１３、広帯域通信受信回路３２を起動させる（ＳＴ１４）。通常、受信機３側でウェイクアップ信号の受信電界強度が所定の閾値を超えたかどうかを判定し、その結果でまず広帯域通信受信回路３２を起動させる。その後、受信機３側から制御信号（広帯域通信送信回路１３を起動させる旨の制御信号）を送信機１側に送信する（ＳＴ１５）。この制御信号を受信した送信機１は、制御信号にしたがって広帯域通信送信回路１３を起動させる。このような観点から、送信機１及び受信機３が双方向通信できることが望ましい。

図１０に示す構成においては、ウェイクアップ信号送信回路１４とウェイクアップ信号受信回路３４をそれぞれ送信機１、受信機３に設けているが、受信機３側でウェイクアップ信号の受信電界強度を監視できれば良いので、ウェイクアップ信号送信回路１４とウェイクアップ信号受信回路３４を別に設けずに、伝送媒体２が離れた状態で狭帯域化した信号をウェイクアップ信号として扱い、広帯域通信受信回路３２に狭帯域化した信号の受信電界強度を監視する機能を持たせても良い。この場合においては、狭帯域化した信号を送信する機能や狭帯域化した信号の受信電界強度を監視する機能部分のみを除いて広帯域通信送信回路１３、広帯域通信受信回路３２を休止させることで消費電力を削減することができる。

本通信システムにおいては、送信電極１１及び受信電極３１の両方に伝送媒体２が触れた場合には、送信機１において、受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制御していないので、図１１（ａ）に示すように、送信機１及び受信機３で広帯域通信用の信号の送受信が行われ、広帯域通信が可能となる（○印）。また、送信電極１１及び受信電極３１のいずれもから伝送媒体２が離れた場合には、送信機１の帯域制限部１２においてウェイクアップ信号を送信し、受信機でウェイクアップ信号を監視し、閾値判定するので、図１１（ｂ）に示すように、ウェイクアップ動作を行うことができる。この場合には、受信機３において広帯域通信用の信号の復調ができず、広帯域通信ができない（×印）。また、送信電極１１のみから伝送媒体２が離れた場合には、送信機１の帯域制限部１２において受信機３で復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制限されるので、図１１（ｃ）に示すように、受信機３において広帯域通信用の信号の復調ができず、広帯域通信ができない（×印）。また、受信電極３１のみから伝送媒体２が離れた場合には、受信機３の帯域制限部３３において復調できないレベルの狭い帯域の信号に帯域制限されるので、図１１（ｄ）に示すように、受信機３において広帯域通信用の信号の復調ができず、広帯域通信ができない（×印）。

このような通信システムでは、送信機１から伝送媒体２が離れたとき、受信機３から伝送媒体２が離れたとき、のいずれも効率良く広帯域通信を切断することができる。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）において、縦軸は送受信の信号強度を示し、横軸は周波数を示す。

本通信システムの用途としては、タッチパネル入力を持った機器間の通信に応用し、機器Ａから機器Ｂに情報をコピーするような用途などが挙げられる。この場合においては、機器Ａの複数あるファイルからコピーしたいものをタッチパネルで選択し、機器Ｂの複数あるフォルダから情報を入れたいフォルダを選択して人体を介して情報を移すことが可能となる。上述したように、送信機から伝送媒体が離れたとき、受信機から伝送媒体が離れたとき、のいずれも効率良く広帯域通信を切断することができるので、意に反した動作が起こりにくい。例えば、ＰＣやゲーム機器や携帯電話などの機器間のデータ転送、効率良く広帯域通信を切断する機能を生かしたゲームなどが考えられる。また、一つのタッチパネルや手書き入力デバイスを複数の機器で兼用し、右手で入力しながらその信号を伝えたい機器を左手で触れるなどの用途にも応用することができる。

特に、ウェイクアップ機能を生かした用途としては、消費電力を抑えてバッテリ寿命を延ばしたい各種カード、自動改札用カード、社員証を兼ねた入退室管理用カード、オフィスセキュリティーに関連した各種家具やその他機器のカギとしてのカード、ＡＴＭ、クレジットカードなどの用途が挙げられる。この場合において、広帯域通信回路を送受信可能な回路とし、送信機１と受信機３との間で双方向通信とすることで、どちらからでもウェイクアップ機能を発揮させることができる。このような構成は、自動改札などの用途ではより適した構成である。

このように、本発明に係る通信システムにおいては、送信機１及び／又は受信機３に広帯域通信用の情報信号の帯域を制御する帯域制限部を備えているので、電極に接触しているときはノイズ耐性が高く安定に通信し、電極に触れていないときは意に反した通信を防ぐことができる。

本発明は上記実施の形態１〜６に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１〜６においては、広帯域通信としてスペクトル拡散通信について説明しているが、本発明はこれに限定されず、広帯域通信としてＯＦＤＭ通信などのマルチキャリア伝送技術や、インパルスラジオなどのＵＷＢ（Ultra Wide Band）信号を用いても良く、また広帯域なアナログ信号（ＦＭなど）を用いても良い。

また、上記実施の形態における送信機の変調回路や変換回路、受信機の検出回路や復調回路などの構成については限定されず、適宜変更することができる。また、上記実施の形態における寸法、数値などについては特に限定されず、本発明の範囲内において変更することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。

Claims

伝送媒体に対して広帯域通信用の情報信号を変調してなる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を検出して前記広帯域通信用の情報信号に対応した復調信号を得る受信機と、を具備する通信システムであって、前記送信機は、送信電極と、前記広帯域通信用の情報信号を出力する送信回路と、前記広帯域通信用の情報信号を送信する帯域送信部と、を有し、前記帯域送信部は、前記伝送媒体が前記送信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極とが容量結合している場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域で送信し、前記伝送媒体が前記送信電極に接触していない場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域で送信することを特徴とする通信システム。
前記受信機は、受信電極と、前記広帯域通信用の情報信号を受信する帯域受信部と、前記広帯域通信用の情報信号を復調する受信回路と、を有し、前記帯域受信部は、前記伝送媒体が前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記受信電極とが容量結合している場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域で受信し、前記伝送媒体が前記受信電極に接触していない場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域で受信することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
伝送媒体に対して広帯域通信用の情報信号を変調してなる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を検出して前記広帯域通信用の情報信号に対応した復調信号を得る受信機と、を具備する通信システムであって、前記受信機は、受信電極と、前記広帯域通信用の情報信号を受信する帯域受信部と、前記広帯域通信用の情報信号を復調する受信回路と、を有し、前記帯域受信部は、前記伝送媒体が前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記受信電極とが容量結合している場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域で受信し、前記伝送媒体が前記受信電極に接触していない場合に、前記受信機において広帯域通信の復調に必要な帯域よりも狭い帯域で受信することを特徴とする通信システム。
前記帯域送信部又は帯域受信部は共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、前記共振部のＱ値が相対的に低く、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記共振部のＱ値が相対的に高くなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システム。
前記帯域送信部又は帯域受信部は共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、共振周波数が、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域から相対的に遠く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が広くなり、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記共振周波数が、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域から相対的に近く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が狭いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システム。
前記帯域送信部又は帯域受信部は複数の共振ピークを持つ共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域近傍に前記複数の共振ピークを持ち、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域近傍に存在する共振ピークの数が減ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システム。
前記帯域送信部又は帯域受信部は複数の共振ピークを持つ共振部を有しており、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触して前記伝送媒体と前記送信電極又は前記受信電極とが容量結合している場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域内の複数の共振ピークの共振周波数が相対的に遠く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が広くなり、前記伝送媒体が前記送信電極又は前記受信電極に接触していない場合に、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域内の前記複数の共振ピークの共振周波数が相対的に近く、かつ、前記広帯域通信の復調に必要な周波数帯域に入る前記送信信号の帯域が狭いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システム。
前記送信機は、広帯域通信の変調に必要な帯域よりも狭い帯域に制御されたウェイクアップ信号を送信するウェイクアップ信号送信回路を有し、前記受信機は、前記ウェイクアップ信号の受信電界強度が所定の閾値を超えるかどうかを監視し、前記受信電界強度が前記所定の閾値を超えたときに前記受信回路を起動するウェイクアップ受信回路を有することを特徴とする請求項２から請求項７のいずれかに記載の通信システム。