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WO2006062112A1 - 人体経由情報伝達システム及び送受信器 - Google Patents

人体経由情報伝達システム及び送受信器 Download PDF

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Publication number
WO2006062112A1
WO2006062112A1 PCT/JP2005/022423 JP2005022423W WO2006062112A1 WO 2006062112 A1 WO2006062112 A1 WO 2006062112A1 JP 2005022423 W JP2005022423 W JP 2005022423W WO 2006062112 A1 WO2006062112 A1 WO 2006062112A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
human body
heart rate
electrode
signal
communication means
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/022423
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tomoharu Tsuji
Original Assignee
Seiko Instruments Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc. filed Critical Seiko Instruments Inc.
Priority to EP05814680A priority Critical patent/EP1821432B1/en
Priority to JP2006546724A priority patent/JP4234177B2/ja
Priority to US11/663,104 priority patent/US20080045843A1/en
Publication of WO2006062112A1 publication Critical patent/WO2006062112A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/005—Transmission systems in which the medium consists of the human body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0006—ECG or EEG signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0026—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the transmission medium
    • A61B5/0028—Body tissue as transmission medium, i.e. transmission systems where the medium is the human body

Definitions

  • the present invention relates to a human body information transmission system and a transmitter / receiver that perform information transmission via a human body.
  • Patent Documents 1 to 3 In recent years, communication using a human body as a transmission path has been actively proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • FIG. 6 is a system configuration diagram of the information transmission system via the human body described in Patent Document 1.
  • a transmitter 402 is attached to one arm of a human body 401, and a receiver 405 is attached to the other arm.
  • One electrode 403 of the transmitter 402 is in contact with or capacitively coupled to the human body 401, and the other electrode 404 is attached to the outside of the human body 401.
  • one electrode 406 of the receiver 405 is in contact with or capacitively coupled to the human body 401, and the other electrode 407 is attached to the outside of the human body 401!
  • the transmitter 402 is connected to the receiver 405 via the electrode 403, the human body 401, and the electrode 406.
  • the receiver 405 transmits via the electrode 407, the reference potential point (for example, ground), and the electrode 404 by a capacitive coupling path as indicated by a broken line.
  • the reference potential line for example, ground potential
  • a signal transmitted from the transmitter 402 is transmitted to the receiver 405 via the electrode 403, the human body 401, and the electrode 406.
  • the signal output from the transmitter 402 can be transmitted to the receiver 405, but the signal transmission operation is unstable due to the long distance using the capacitive coupling, and the electrode 403 , 404, 406, 407 Because there is a necessary force to increase the area S / J ⁇ type force S There is a problem that it is difficult.
  • FIG. 7 is a system configuration diagram of a human body information transmission system described in Patent Document 2.
  • a transmitter 502 is attached to the arm of a human body 501, and a receiver 505 is attached to a finger.
  • One electrode 503 of the transmitter 502 is in contact with or electrostatically
  • the other electrode 504 is attached to the outside of the human body 501 by capacitive coupling.
  • One electrode 506 of the receiver 505 is in contact with or capacitively coupled to the human body 501, and the other electrode 507 is attached to the outside of the human body 501.
  • the transmitter 502 is electrically connected to the receiver 505 via the electrode 504 and the electrode 507 through a capacitive coupling path as indicated by a broken line.
  • the receiver 505 is connected to the transmitter 502 via the electrode 506, the human body 501, and the electrode 503.
  • the signal transmitted from the transmitter 502 is transmitted to the receiver 505 via the electrode 504 and the electrode 507 through a path by capacitive coupling. Is done.
  • both the force electrode 504 and the electrode 507 capable of transmitting the signal output from the transmitter 502 to the receiver 505 are attached to the outside of the human body 501,
  • the signal transmission operation becomes unstable due to changes in the strength of capacitive coupling caused by human actions.
  • the distance between the transmitter 502 and the receiver 505 cannot be increased.
  • FIG. 8 is a system configuration diagram of a human body information transmission system described in Patent Document 3.
  • a first communication device 602 is attached to one arm of a human body 601.
  • a second communicator 605 is attached to a support post 608 connected to a reference potential (eg, ground potential).
  • the two electrodes 603 and 604 of the communication device 602 are in contact with or capacitively coupled to the human body 601.
  • one electrode 606 of the communication device 605 is attached toward the space, and the other electrode 607 is attached so as to be electrically connected to the column 608! /
  • the communication device 605 is connected to the communication device 602 via the electrode 606, the human body 601, and the electrode 604.
  • the communication device 602 On the reference potential line (for example, ground potential) side, the communication device 602 is connected via the electrode 603, the human body 601, the path by capacitive coupling indicated by the broken line, the reference potential (ground potential), the support 608, and the electrode 607. Connected to communicator 605.
  • the reference potential line for example, ground potential
  • the communication device 602 On the reference potential line (for example, ground potential) side, the communication device 602 is connected via the electrode 603, the human body 601, the path by capacitive coupling indicated by the broken line, the reference potential (ground potential), the support 608, and the electrode 607. Connected to communicator 605.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 5,914,701, column 1, line 60 to column 6, line 37, FIGS. 1 to 4
  • Patent Document 2 Paragraphs [0034] to [0046] of Japanese Patent No. 3425347, FIG. 1 to FIG. 3
  • Patent Document 3 Paragraphs [0019] to [0030] of Japanese Patent Laid-Open No. 2001-308803, FIG. 1 to FIG. Disclosure
  • the present invention provides a human body-mediated information transmission system for transmitting information between a plurality of communication means via a human body so that the plurality of communication means are attached to a human body and used for information transmission.
  • the challenge is to make it more stable.
  • Another object of the present invention is to simplify the configuration of the human body information transmission system.
  • Another object of the present invention is to provide a transceiver suitable for constructing the human body routed information transmission system.
  • the first and second electrodes that contact or capacitively couple to the human body are included.
  • the first communication means used by being attached to the human body, the third electrode that is in contact with or capacitively coupled to the human body, and the fourth electrode disposed toward the outside of the human body are attached to the human body.
  • Second communication means used, and the first electrode and the third electrode are electrically connected via the human body, and the second electrode and the fourth electrode are statically connected.
  • an information transmission system via a human body characterized in that communication is performed between the first and second communication means by being electrically connected by capacitive coupling.
  • a first communication means having first and second electrodes that are in contact with or capacitively coupled to the human body, a third electrode that is in contact with or capacitively coupled to the human body, and the outside of the human body
  • the second communication means having the fourth electrode arranged in this manner is used by being attached to the human body.
  • the first electrode and the third electrode are electrically connected via the human body, and the second electrode and the fourth electrode are electrically connected by capacitive coupling. Communication is performed between the first and second communication means.
  • the biological information of the human body is transmitted between the first communication unit and the second communication unit, and the first and second electrodes of the first communication unit are connected to the human body. It may be configured to be used both as an electrode for detecting biological information of the patient and an electrode for transmitting the biological information.
  • the frequency of the carrier signal used for communication between the first communication means and the second communication means may be set to be different from the frequency of the biological information of the human body. .
  • the frequency of the carrier signal may be configured to be within a range of 5 MHz to 45 MHz.
  • the biological information may be configured to be heartbeat information.
  • the first communication means may be configured to be attached to the human body by a chest band.
  • the first communication means includes a filter that passes and outputs a signal having a predetermined frequency in the signal received by the first electrode, and a heartbeat signal that detects a heartbeat signal from the output signal of the filter.
  • a detection unit a first arithmetic processing unit that calculates a heart rate based on the heart rate signal detected by the heart rate detection unit and outputs a heart rate data signal representing the heart rate; and modulates the heart rate data signal
  • a data transmission unit that outputs a heart rate data signal modulated by the modulation unit, and the second communication means receives the heart rate data received by the third electrode.
  • a heart rate data obtained from a heart rate data signal demodulated by the demodulator, a storage unit, a display unit, and a demodulator is stored in the storage unit, and the heart rate is stored in the display unit.
  • a filter that passes and outputs a signal of a predetermined frequency in a signal received by an electrode that contacts or capacitively couples to a human body, and a heartbeat signal is output from the output signal of the filter.
  • a heart rate detection unit to detect, a calculation processing unit for calculating a heart rate based on the heart rate signal detected by the heart rate detection unit and outputting a heart rate data signal representing the heart rate, and modulating the heart rate data signal
  • a transmitter / receiver comprising: a modulator for outputting; and a data transmitter for outputting a heart rate data signal modulated by the modulator from the first electrode.
  • the filter passes and outputs a signal of a predetermined frequency in a signal received by an electrode that contacts or capacitively couples to the human body.
  • the heartbeat detection unit detects a heartbeat signal from the output signal of the filter.
  • the arithmetic processing unit calculates a heart rate based on the heart rate signal detected by the heart rate detection unit, and outputs a heart rate data signal representing the heart rate.
  • the modulation unit modulates and outputs the heart rate data signal.
  • the data transmission unit outputs the heart rate data signal modulated by the modulation unit from the electrode.
  • the frequency of the carrier signal used by the modulation unit to modulate the heart rate data signal may be configured to be a frequency within a range of 5 MHz to 45 MHz.
  • the distance for capacitive coupling can be shortened, so that the information transmission operation can be made more stable.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an information transmission system via a human body according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a transceiver used in the information transmission system via the human body according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed block diagram of a receiver used in the information transmission system via a human body according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram when measuring the characteristics of the information transmission system via the human body according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing characteristics of the information transmission system via the human body according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a system configuration diagram of a conventional human body information transmission system.
  • FIG. 7 is a system configuration diagram of a conventional human body information transmission system.
  • FIG. 8 is a system configuration diagram of a conventional human body information transmission system.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an information transmission system via a human body according to an embodiment of the present invention, showing an example of a heart rate monitor system as an information transmission system via a human body.
  • FIG. 2 is a detailed block diagram of the transceiver 102
  • FIG. 3 is a detailed block diagram of the receiver 106. 1 to 3, the same reference numerals are given to the same parts.
  • a transmitter / receiver 102 as a first communication means and a receiver 106 as a second communication means are both attached to a human body 101 and used.
  • a transceiver 102 is attached to the chest of the human body 101 by a chest band 110.
  • a receiver 106 is attached to one arm of the human body 101 (for example, the wrist of the left arm).
  • the transceiver 102 includes a transceiver body 103, a first electrode 104 that is in contact with or capacitively coupled to the human body 101, and a second electrode 105 that is in contact with or capacitively coupled to the human body 101.
  • the receiver 106 includes a receiver main body 107, a third electrode 108 that contacts or capacitively couples to the human body 101, and a fourth electrode disposed toward the outside of the human body 101 (on the side opposite to the human body 101). Has 109.
  • the first electrode 104 and the third electrode 108 are electrically connected via a human body 101 (mainly the left arm, which is the arm to which the chest and the receiver 106 are attached), and the second electrode 105 and The fourth electrode 109 is electrically connected by capacitive coupling as indicated by a broken line.
  • a human body 101 mainly the left arm, which is the arm to which the chest and the receiver 106 are attached
  • the fourth electrode 109 is electrically connected by capacitive coupling as indicated by a broken line.
  • the receiver 106 On the reference potential line (for example, ground potential) side, the receiver 106 is connected to the transmitter / receiver 102 via the electrodes 109, the human body 101, and the electrode 105 through a capacitive coupling path as indicated by a broken line. It is connected. Electrode 104 and electrode 105 are short-circuited between electrode 104 and electrode 105, regardless of whether they are installed in contact with the human body or capacitively coupled to the human body. Since there is an impedance that does not match, signal transmission between the transceiver 102 and the receiver 106 becomes possible.
  • the reference potential line for example, ground potential
  • the transmitter / receiver body 103 amplifies the signal received by the first electrode 104 and outputs it, and a filter that passes a signal of a predetermined frequency in the output signal of the amplifier 201 (in this embodiment) (Low-pass filter) 202, heart rate detection unit 203 that detects the heart rate signal as well as the output signal power of filter 202, and a heart rate data signal representing the heart rate by calculating the heart rate based on the heart rate signal detected by heart rate detection unit 203
  • a filter that passes a signal of a predetermined frequency in the output signal of the amplifier 201 (in this embodiment) (Low-pass filter) 202
  • heart rate detection unit 203 that detects the heart rate signal as well as the output signal power of filter 202
  • the filter 202 is a filter for removing noise signals other than the heartbeat signal.
  • the frequency of the carrier signal used by the modulation unit 205 to modulate the heart rate data signal that is, the frequency of the carrier signal used for communication between the transceiver 102 and the receiver 106 is different from the frequency of the heart signal. Is set to Thus, the signal communicated between the transceiver 102 and the receiver 106 and the heartbeat signal are configured not to interfere with each other. A method for determining the frequency of the carrier signal will be described later.
  • the receiver body 107 includes an amplifying unit 301 that amplifies and outputs the heart rate data signal received by the third electrode 108, a demodulating unit 302 that demodulates the output signal of the amplifying unit 301, and a memory 304 as a storage unit.
  • the display unit 305 as a display means and the heart rate data signal demodulated by the demodulator 302 also obtains the heart rate, stores the heart rate in the memory 304, and displays the heart rate on the display unit 305.
  • the arithmetic processing unit 303 is included.
  • the amplification unit 201 amplifies and outputs the heartbeat signal received (detected) by the electrode 104.
  • the filter 202 passes and outputs a signal having a predetermined frequency in the output signal of the amplifying unit 201.
  • the heartbeat detection unit 203 also detects and outputs a heartbeat signal as an output signal force of the filter 202.
  • the arithmetic processing unit 204 calculates a heart rate based on the heartbeat signal detected by the heartbeat detection unit 203.
  • the arithmetic processing unit 204 outputs a heart rate data signal representing the heart rate calculated based on the heart rate signal detected by the heart rate detecting unit 203 to the modulation unit 205.
  • Modulation section 205 modulates the heart rate data signal from arithmetic processing section 204 with a carrier signal having a predetermined frequency and outputs the modulated signal.
  • the data transmission unit 206 outputs the heart rate data signal modulated by the modulation unit 205 from the electrode 104.
  • the heart rate data signal output from the electrode 104 is received by the third electrode 108 of the receiver 106 through the human body 101 (mainly the chest and the left arm).
  • the receiver body 107 amplifies the heart rate data signal received by the electrode 108 by the amplifier 301 and outputs the amplified signal.
  • Demodulation section 302 demodulates and outputs the heart rate data signal output from amplification section 301.
  • the second arithmetic processing unit 303 obtains a heart rate from the heart rate data signal output from the demodulation unit 302, and stores the heart rate in the memory 304 in the order in which the heart rate data signal is received.
  • the heart rate is displayed on the display unit 305.
  • the information transmission system via the human body has the two electrodes 104, 105 that are in contact with or capacitively coupled to the human body 101, and are attached to the human body 101.
  • the human body 101 has a transceiver 102 as a first communication means to be used, one electrode 108 that contacts or capacitively couples to the human body 101, and one electrode 109 arranged to the outside of the human body 101.
  • a receiver 106 as a second communication means to be installed and used.
  • the distance for capacitive coupling can be configured to be somewhat short, the communication operation between the transceiver 102 and the receiver 106 becomes more stable.
  • the transmitter / receiver 102 and the receiver 106 are attached to the chest and the arm, respectively, and the signal path passing through the human body 101 is long, compared with the case where the transmission path by capacitive coupling is long, It is possible to reduce the influence of the posture and the like.
  • the two electrodes 104 and 105 of the transmitter / receiver 102 are used both as an electrode for transmitting and receiving signals and an electrode for detecting biological information of the human body 101, signal communication and biological information can be performed with a simple configuration. Detection is possible. In addition, it is not necessary to newly provide a communication circuit such as an RF circuit, and the cost can be greatly reduced.
  • the carrier frequency of the transceiver 102 and the frequency of biological information are different. As a result, it is possible to suppress interference between the transmission signal and the biological information signal.
  • the transceiver 102 is attached to the chest of the human body 101 and the receiver 106 is attached to the arm of the human body 101 so that the distance between the transceiver 102 and the receiver 106 can be increased. It is.
  • the information transmission system via the human body can be constructed, and in particular, since the electrodes are used both for communication and for detection of biological information, the configuration is simplified. There is an effect that it becomes possible to make it.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram when determining the carrier frequency of the transceiver 102 in the embodiment. 4, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a measurement antenna (not shown) is disposed at a measurement point 111 that is a predetermined distance away from the transceiver 102.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the frequency characteristics of the embodiment.
  • the solid line represents the received intensity of the signal received from the transmitter / receiver 102 by the electrode 108 of the receiver 106, and the broken line represents the measurement point 111. It represents the received strength of the signal received by the antenna.
  • a receiver 106 receives signals from the transceiver 102 mainly through the human body.
  • the signal propagated in the air from the transceiver 102 is received by the antenna and measured. From the viewpoint of performing good signal transmission and reducing unnecessary radiation, it is preferable that the intensity of the signal received by the receiver 106 from the transceiver 102 is large and the intensity at the measurement point 111 is small.
  • the frequency at which the intensity of the signal measured at the measurement point 111 is greatly reduced without the intensity of the signal received by the receiver 106 from the transceiver 102 being reduced. From 5 MHz, the intensity of the signal received by the receiver 106 from the transceiver 102 starts to decrease and the intensity of the signal measured at the measurement point 111 does not increase so much, and the frequency is within the range of 45 MHz. Use a carrier signal.
  • the frequency of the carrier signal used by the modulation unit 205 of the transmission / reception unit 102 to modulate the heart rate data signal is set to a frequency within the range of 5 MHz to 45 MHz.
  • the receiver 106 can receive a signal having a constant intensity from the transceiver 102, it is possible to transmit a good signal and to suppress unnecessary radiation.
  • switching between the detection mode and the transmission mode in the transmitter / receiver 102 may be performed automatically every predetermined time, or an operation unit is provided in the transmitter / receiver 102 so that the user
  • an operation unit is provided in the transmitter / receiver 102 so that the user
  • various changes can be made, such as a configuration in which switching is performed when detection mode or transmission mode starts.
  • the transmitter / receiver 102 is given as an example of the first communication means
  • the force receiving part 106 is given as the second communication means by using the receiving unit 106.
  • Communicate between the first and second communication means such as configuring both the second communication means as transceivers, or configuring the first and second communication means as receivers and transceivers, respectively.
  • Various modifications are possible as long as the configuration can perform the above.

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Abstract

　人体経由情報伝達システムにおいて、より安定に信号を伝達できるようにする。 　人体（１０１）に接触又は静電容量結合する送受信器（１０２）の電極（１０４）と人体（１０１）に接触又は静電容量結合する受信器（１０６）の電極（１０８）は人体（１０１）（主として胸部及び左腕）を介して電気的に接続されている。人体（１０１）に接触又は静電容量結合する送受信器（１０２）の電極（１０５）と人体（１０１）の外側に向けて配置された受信器（１０６）の電極（１０９）は静電容量結合によって電気的に接続されている。送受信器（１０２）と受信器（１０６）間の通信は、電極（１０４、１０５、１０８、１０９）、人体（１０１）を通る経路及び静電容量結合による経路を介して行われる。

Description

明 細 書
人体経由情報伝達システム及び送受信器
技術分野
[0001] 本発明は、人体を介して情報伝達行う人体経由情報伝達システム及び送受信器に 関する。
背景技術
[0002] 近年、人体を伝送路として利用した通信が盛んに提案されている (例えば、特許文 献 1〜3参照)。
図 6は、特許文献 1に記載された人体経由情報伝達システムのシステム構成図であ る。図 6において、人体 401の一方の腕には、送信器 402が装着され、他方の腕に は受信器 405が装着されている。送信器 402の一方の電極 403は人体 401に接触 又は静電容量結合し、他方の電極 404は人体 401の外側に向けて取り付けられてい る。また、受信器 405の一方の電極 406は人体 401に接触又は静電容量結合し、他 方の電極 407は人体 401の外側に向けて取り付けられて!/、る。
信号線側においては、送信器 402は、電極 403、人体 401及び電極 406を介して 受信器 405に接続されている。また、基準電位線 (例えば接地電位)側においては、 受信器 405は、破線で示すような静電容量結合による経路によって、電極 407、基準 電位点（例えば、接地）、電極 404を介して送信器 402に接続されている。
[0003] 以上のように構成された人体経由情報伝達システムにおいては、送信器 402から 送信された信号は、電極 403、人体 401及び電極 406を介して受信器 405に伝達さ れる。このようにして、送信器 402から出力された信号を受信器 405に伝達させること が可能であるが、静電容量結合を利用する距離が長いため信号伝達動作が不安定 であり又、電極 403、 404、 406、 407の面積を大きくする必要力 Sあるため/ Jヽ型ィ匕力 S 困難という問題がある。
[0004] 図 7は、特許文献 2に記載された人体経由情報伝達システムのシステム構成図であ る。図 7において、人体 501の腕には、送信器 502が取り付けられ、指には受信器 50 5が取り付けられている。送信器 502の一方の電極 503は人体 501に接触又は静電 容量結合し、他方の電極 504は人体 501の外側に向けて取り付けられている。また、 受信器 505の一方の電極 506は人体 501に接触又は静電容量結合し、他方の電極 507は人体 501の外側に向けて取り付けられている。
信号線側においては、送信器 502は、破線で示すような静電容量結合の経路によ り、電極 504、電極 507を介して受信器 505に電気的に接続されている。また、基準 電位線 (例えば、接地電位)側においては、受信器 505は電極 506、人体 501及び 電極 503を介して送信器 502に接続されている。
[0005] 以上のように構成された人体経由情報伝達システムにおいては、送信器 502から 送信された信号は、静電容量結合による経路によって、電極 504及び電極 507を介 して受信器 505に伝達される。このようにして、送信器 502から出力された信号を受 信器 505に伝達させることが可能である力 電極 504及び電極 507の双方を人体 50 1の外側に向けて取り付けた構成であるため、人の動作によって静電容量結合の強 度が変化し信号伝達動作が不安定になるという問題がある。また、送信器 502及び 受信器 505間の距離を長く出来な 、と 、う問題がある。
[0006] 図 8は、特許文献 3に記載された人体経由情報伝達システムのシステム構成図であ る。図 8において、人体 601の一方の腕には第 1の通信器 602が装着されている。基 準電位 (例えば、接地電位）に接続された導体の支柱 608には、第 2の通信器 605が 取り付けられている。通信器 602の 2つの電極 603、 604は、人体 601に接触又は静 電容量結合している。また、通信器 605の一方の電極 606は空間に向けて取り付け られ又、他方の電極 607は支柱 608に電気的に接続するように取り付けられて！/、る。 信号線側においては、通信器 605は、電極 606、人体 601及び電極 604を介して 通信器 602に接続される。また、基準電位線 (例えば接地電位)側においては、通信 器 602は、電極 603、人体 601、破線で示す静電容量結合による経路、基準電位（ 接地電位）、支柱 608及び電極 607を介して通信器 605に接続されている。
[0007] 以上のように構成された人体経由情報伝達システムにおいては、人体 601の指先 を電極 606に接虫させると、通信器 605は、電極 606、人体 601及び電極 604を介し て通信器 602に†青報を送信する。尚、このとき、 2つの電極 603、 604は人体 601に 接触又は静電容量結合するように取り付けられている力 電極 603と電極 604との間 は短絡されているわけではなぐある程度の大きさのインピーダンスが存在しているた め、通信器 605から出力された信号を通信器 602に伝達させることが可能である。 し力しながら、図 8のシステムは、 IDタグとしての用途を目的とするシステムであるた め、一方の通信器のみを人体に装着して使用するように構成されており、複数の通 信器を人体に装着し、該複数の通信器間で通信を行うような構成は考慮されて ヽな い。
[0008] 特許文献 1 :米国特許第 5914701号公報第 1欄第 60行目〜第 6欄第 37行目、図 1 〜図 4
特許文献 2：特許第 3425347号公報段落 [0034]〜 [0046]、図 1〜図 3 特許文献 3：特開 2001— 308803号公報段落 [0019]〜 [0030]、図 1〜図 6 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 本発明は、人体を介して複数の通信手段間で情報伝達を行う人体経由情報伝達 システムにおいて、前記複数の通信手段を人体に取り付けて使用するように構成す ると共に、情報伝達をより安定して行えるようにすることを課題として 、る。
また、本発明は、前記人体経由情報伝達システムにおいて、構成を簡単にすること を課題としている。
また、本発明は、前記人体経由情報伝達システムを構築するに好適な送受信器を 提供することを課題として 、る。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明によれば、人体を介して複数の通信手段間で情報伝達行う人体経由情報 伝達システムにおいて、前記人体に接触又は静電容量結合する第 1、第 2の電極を 有し前記人体に取り付けて使用する第 1の通信手段と、前記人体に接触または静電 容量結合する第 3の電極と前記人体の外側に向けて配置された第 4の電極を有し前 記人体に取り付けて使用する第 2の通信手段とを備え、前記第 1の電極と前記第 3の 電極は前記人体を介して電気的に接続されると共に、前記第 2の電極と前記第 4の 電極は静電容量結合によって電気的に接続されることにより、前記第 1、第 2の通信 手段間で通信が行われることを特徴とする人体経由情報伝達システムが提供される [0011] 人体に接触又は静電容量結合する第 1、第 2の電極を有する第 1の通信手段と、前 記人体に接触または静電容量結合する第 3の電極と前記人体の外側に向けて配置 された第 4の電極を有する第 2の通信手段は前記人体に取り付けて使用される。前 記第 1の電極と前記第 3の電極は前記人体を介して電気的に接続され、前記第 2の 電極と前記第 4の電極は静電容量結合によって電気的に接続され、これにより、前記 第 1、第 2の通信手段間での通信が行われる。
[0012] ここで、前記第 1の通信手段と前記第 2の通信手段間では前記人体の生体情報が 伝達されると共に、前記第 1の通信手段の第 1、第 2の電極は、前記人体の生体情報 を検出する電極と前記生体情報の伝達を行う電極とに兼用されて成るように構成して ちょい。
また、前記第 1の通信手段と前記第 2の通信手段間の通信で使用するキャリア信号 の周波数は、前記人体の生体情報の周波数とは異なる周波数に設定されて成るよう に構成してもよい。
[0013] また、前記キャリア信号の周波数は 5MHz〜45MHzの範囲内の周波数であるよう に構成してもよい。
また、前記生体情報は心拍の情報であるように構成してもよ 、。
また、前記第 1の通信手段はチェストバンドによって前記人体に取り付けられている ように構成してもよい。
[0014] また、前記第 1の通信手段は、前記第 1の電極で受信した信号中の所定周波数の 信号を通過して出力するフィルタと、前記フィルタの出力信号から心拍信号を検出す る心拍検出部と、前記心拍検出部で検出した心拍信号に基づいて心拍数を算出し て心拍数を表す心拍数データ信号を出力する第 1の演算処理部と、前記心拍数デ ータ信号を変調して出力する変調部と、前記変調部で変調された心拍数データ信号 を出力するデータ送信部とを有し、前記第 2の通信手段は、前記第 3の電極で受信し た心拍数データ信号を復調する復調部と、記憶手段と、表示部と、前記復調部で復 調した心拍数データ信号から得た心拍数データを前記記憶手段に記憶すると共に、 前記心拍数を前記表示部に表示処理する第 2の演算処理部とを有するように構成し てもよい。
[0015] また、本発明によれば、人体に接触又は静電容量結合する電極で受信した信号中 の所定周波数の信号を通過して出力するフィルタと、前記フィルタの出力信号から心 拍信号を検出する心拍検出部と、前記心拍検出部で検出した心拍信号に基づいて 心拍数を算出して心拍数を表す心拍数データ信号を出力する演算処理部と、前記 心拍数データ信号を変調して出力する変調部と、変調部で変調された心拍数データ 信号を前記第 1の電極から出力するデータ送信部とを有することを特徴とする送受信 器が提供される。
[0016] フィルタは、人体に接触又は静電容量結合する電極で受信した信号中の所定周波 数の信号を通過して出力する。心拍検出部は、前記フィルタの出力信号から心拍信 号を検出する。演算処理部は、前記心拍検出部で検出した心拍信号に基づいて心 拍数を算出して心拍数を表す心拍数データ信号を出力する。変調部は、前記心拍 数データ信号を変調して出力する。データ送信部は、前記変調部で変調された心拍 数データ信号を前記電極から出力する。
ここで、前記変調部が前記心拍数データ信号を変調するために使用するキャリア信 号の周波数は、 5MHz〜45MHzの範囲内の周波数であるように構成してもよい。 発明の効果
[0017] 本発明に係る人体経由情報伝達システムによれば、静電容量結合する距離を短く することが可能になるので、情報伝達動作をより安定させることが可能になる。
また、生体情報の検出に使用する電極と通信に使用する電極を共用することにより 、新たな通信手段を設ける必要が無くなり、簡単な構成で、廉価に構成することが可 會 になる。
また、本発明によれば、前記人体経由情報伝達システムを構築するに好適な送受 信器を提供することが可能になる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システムのシステム構成図であ る。
[図 2]本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システムに使用する送受信器 の詳細ブロック図である。
圆 3]本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システムに使用する受信器の 詳細ブロック図である。
圆 4]本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システムの特性を測定する際の 図である。
圆 5]本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システムの特性を示す特性図 である。
[図 6]従来の人体経由情報伝達システムのシステム構成図である。
[図 7]従来の人体経由情報伝達システムのシステム構成図である。
[図 8]従来の人体経由情報伝達システムのシステム構成図である。
符号の説明
101· ··人体
102· • '第 1の通信手段としての送受信器
103· ··送受信器本体
104· ··第 1の電極
105· ··第 2の電極
106· • '第 2の通信手段としての受信器
107· ··受信器本体
108· ··第 3の電極
109· ··第 4の電極
110· • 'チェストベルト
111· ··測定点
201、 301···増幅部
202· "フィルタ
203· ··心拍検出部
204· ··第 1の演算処理部
205· ··変調部
206· ··データ送信部 302· · ·復調部
303 · · ·第 2の演算処理部
304· · '記憶手段としてのメモリ
305 · · '表示手段としての表示部
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下、本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システム及び送受信器につ いて説明する。
図 1は、本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システムのシステム構成図 であり、人体経由情報伝達システムとして心拍計システムの例を示して 、る。
また、図 2は送受信器 102の詳細ブロック図であり又、図 3は受信器 106の詳細プロ ック図である。尚、図 1〜図 3において同一部分には同一符号を付している。
[0021] 図 1〜図 3において、第 1の通信手段としての送受信器 102及び第 2の通信手段と しての受信器 106は、ともに人体 101に取り付けて使用される。人体 101の胸部には 、送受信器 102がチェストバンド 110によって取り付けられている。人体 101の一方の 腕 (例えば、左腕の手首）には受信器 106が取り付けられている。
送受信器 102は、送受信器本体 103、人体 101に接触又は静電容量結合する第 1 の電極 104及び人体 101に接触又は静電容量結合する第 2の電極 105を有してい る。また、受信器 106は、受信器本体 107、人体 101に接触又は静電容量結合する 第 3の電極 108及び人体 101の外側（人体 101とは反対側）に向けて配置された第 4 の電極 109を有している。
[0022] 第 1の電極 104と第 3の電極 108は人体 101 (主として胸部及び受信器 106を取り 付けた腕である左腕)を介して電気的に接続されると共に、第 2の電極 105と第 4の 電極 109は破線で示すように静電容量結合によって電気的に接続されている。これ によって、送受信器 102と受信器 106間での通信が可能なように構成されている。 即ち、信号線側においては、送受信器 102は、電極 104、人体 101及び電極 108 を介して受信器 106に接続されている。また、基準電位線 (例えば接地電位)側にお いては、受信器 106は、破線で示すような静電容量結合による経路によって、電極 1 09、人体 101及び電極 105を介して送受信器 102に接続されている。 電極 104や電極 105が人体に接触するように取り付けられた場合や、人体に静電 容量結合するように取り付けられた場合のいずれの場合でも、電極 104と電極 105と の間は短絡されているのではなぐインピーダンスが存在しているため、送受信器 10 2と受信器 106との間の信号伝送が可能になる。
[0023] 送受信器本体 103は、第 1の電極 104で受信した信号を増幅して出力する増幅部 201、増幅部 201の出力信号中の所定周波数の信号を通過するフィルタ (本実施の 形態では低域フィルタ） 202、フィルタ 202の出力信号力も心拍信号を検出する心拍 検出部 203、心拍検出部 203で検出した心拍信号に基づいて心拍数を算出して心 拍数を表す心拍数データ信号を出力する第 1の演算処理部 204、心拍数データ信 号を変調して出力する変調部 205、変調部 205で変調された心拍数データ信号を電 極 104から出力するデータ送信部 206を有して 、る。
[0024] フィルタ 202は心拍信号以外のノイズ信号を除去するためのフィルタである。また、 変調部 205が心拍数データ信号を変調するために使用するキャリア信号の周波数、 即ち、送受信器 102と受信器 106間の通信で使用するキャリア信号の周波数は、心 拍信号の周波数と異なるように設定されている。これにより、送受信器 102と受信器 1 06間で通信される信号と心拍信号とが混信しないように構成されている。尚、前記キ ャリア信号の周波数の決定方法にっ ヽては後述する。
[0025] 受信器本体 107は、第 3の電極 108で受信した心拍数データ信号を増幅して出力 する増幅部 301、増幅部 301の出力信号を復調する復調部 302、記憶手段としての メモリ 304、表示手段としての表示部 305、復調部 302で復調した心拍数データ信号 力も心拍数を得て該心拍数をメモリ 304に記憶すると共に、前記心拍数を表示部 30 5に表示処理する第 2の演算処理部 303を有している。
[0026] 以上のように構成された心拍計システムにおいて、送受信器 102が検出モードにあ る場合、増幅部 201は、電極 104で受信 (検出）した心拍信号を増幅して出力する。 フィルタ 202は、増幅部 201の出力信号中の所定周波数の信号を通過して出力する 。心拍検出部 203は、フィルタ 202の出力信号力も心拍信号を検出して出力する。演 算処理部 204は、心拍検出部 203で検出した心拍信号に基づいて心拍数を算出す る。 [0027] 次に、送受信器 102が送信モードになると、演算処理部 204は、心拍検出部 203 で検出した心拍信号に基づいて算出した心拍数を表す心拍数データ信号を変調部 205に出力する。変調部 205は、演算処理部 204からの心拍数データ信号を所定周 波数のキャリア信号で変調して出力する。データ送信部 206は、変調部 205で変調 された心拍数データ信号を電極 104から出力する。
[0028] 電極 104から出力された心拍数データ信号は、人体 101 (主として胸部及び左腕） を通って受信器 106の第 3の電極 108で受信される。
受信器本体 107は、電極 108で受信した心拍数データ信号を増幅部 301で増幅し て出力する。復調部 302は、増幅部 301から出力された心拍数データ信号を復調し て出力する。第 2の演算処理部 303は、復調部 302から出力された心拍数データ信 号から心拍数を得て、前記心拍数データ信号を受信した順序で、前記心拍数を順次 メモリ 304に記憶すると共に、表示部 305に該心拍数を表示させる。
[0029] 以上述べたように、本発明の実施の形態に係る人体経由情報伝達システムは、人 体 101に接触または静電容量結合する 2つの電極 104、 105を有し人体 101に取り 付けて使用される第 1の通信手段としての送受信器 102と、人体 101に接触または 静電容量結合する 1つの電極 108と人体 101の外側に向けて配置された 1つの電極 109を有し人体 101に取り付けて使用される第 2の通信手段としての受信器 106とを 備えている。
したがって、静電容量結合する距離をある程度短く構成することが可能になるため 、送受信器 102と受信器 106間での通信動作がより安定するようになる。
[0030] また、送受信器 102と受信器 106を、各々、胸と腕に取り付けると共に、人体 101を 経由する信号経路が長いため、静電容量結合による伝送経路が長い場合に比べて 、人の姿勢等による影響を低減することが可能になる。
また、送受信器 102の 2つの電極 104、 105は、信号の送受信を行なう電極と人体 101の生体情報を検出する電極とに兼用しているため、簡単な構成で、信号の通信 及び生体情報の検出が可能になる。また、新たに RF回路などの通信用回路を設け る必要が無くなり大幅なコストダウンが可能となる。
[0031] また、送受信器 102のキャリア周波数と生体情報 (例えば心拍信号)の周波数が異 なるように構成しているため、送信信号と生体情報信号との混信抑制することが可能 になる等の効果を奏する。
また、送受信器 102を人体 101の胸に取り付けると共に、受信器 106を人体 101の 腕に取り付けるように構成しており、送受信器 102と受信器 106間の距離を大きくす るような構成が可能である。
また、本発明の実施の形態に係る送受信器 102によれば、前記人体経由情報伝達 システムを構築できると共に、特に、電極を通信用と生体情報検出用とに兼用してい るため、構成を簡略ィ匕することが可能になるという効果を奏する。
[0032] 次に、送受信器 102のキャリア信号周波数の決定方法について説明する。
図 4は、前記実施の形態において、送受信器 102のキャリア周波数を決定する際の 説明図である。図 4において、図 1と同一部分には同一符号を付しており、送受信器 102から所定距離離れた測定点 111には測定用のアンテナ（図示せず)が配設され る。
また、図 5は前記実施の形態の周波数特性を示す特性図であり、実線は、受信器 1 06の電極 108によって送受信器 102から受信した信号の受信強度を表し、破線は、 測定点 111における前記アンテナによって受信した信号の受信強度を表して 、る。
[0033] 図 4及び図 5において、受信器 106は主として人体を通して送受信器 102からの信 号を受信する。一方、測定点 111においては、送受信器 102から空中を伝搬した信 号がアンテナで受信し測定される。信号の送信を良好に行うと共に不要輻射を低減 するという観点からは、受信器 106が送受信器 102から受信した信号の強度は大きく 、且つ、測定点 111における強度は小さい方が好ましい。
[0034] 本実施の形態では、係る観点から、受信器 106が送受信器 102から受信した信号 の強度は低下せずに且つ測定点 111にお 、て測定した信号の強度が大きく低下す る周波数である 5MHzから、受信器 106が送受信器 102から受信した信号の強度が 低下開始し且つ測定点 111にお 、て測定した信号の強度があまり上昇しな 、周波 数である 45MHzの範囲内のキャリア信号を使用するようにして 、る。
このように、送受信部 102の変調部 205が前記心拍数データ信号を変調するため に使用するキャリア信号の周波数を、 5MHz〜45MHzの範囲内の周波数とすること により、受信器 106は送受信器 102から一定強度の信号を受信できるため良好な信 号伝達が可能になると共に、不要輻射を低く抑えることが可能になる。
[0035] 尚、前記実施の形態において、送受信器 102における検出モードと送信モードの 切換えは、所定時間毎に自動的に行うようにしてもよく又、送受信器 102に操作部を 設け、使用者が前記操作部を操作することによって、検出モードや送信モードの開 始ゃ切換えを操作するように構成する等、種々の変更が可能である。
また、第 1の通信手段の例として送受信器 102をあげ又、第 2の通信手段の例とし て受信部 106をあげた力 受信部 106をデータ収集専用のデータ口ガーとしたり、第 1、第 2の通信手段の双方を送受信器にしたり、あるいは、第 1、第 2の通信手段を各 々受信器、送受信器とするように構成する等、第 1、第 2の通信手段間で通信を行う ことが可能な構成であれば種々の変更が可能である。
産業上の利用可能性
[0036] 人体経由情報伝達システムとして、心拍計のみならず、脈拍計や歩数計等の生体 情報測定システムをはじめとして、人体に装着した複数の通信手段間で通信を行うよ うな各種システムに適用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 人体を介して複数の通信手段間で情報伝達行う人体経由情報伝達システムにお いて、
前記人体に接触又は静電容量結合する第 1、第 2の電極を有し前記人体に取り付 けて使用する第 1の通信手段と、前記人体に接触または静電容量結合する第 3の電 極と前記人体の外側に向けて配置された第 4の電極を有し前記人体に取り付けて使 用する第 2の通信手段とを備え、
前記第 1の電極と前記第 3の電極は前記人体を介して電気的に接続されると共に、 前記第 2の電極と前記第 4の電極は静電容量結合によって電気的に接続されること により、前記第 1、第 2の通信手段間で通信が行われることを特徴とする人体経由情 報伝達システム。
[2] 前記第 1の通信手段と前記第 2の通信手段間では前記人体の生体情報が伝達さ れると共に、前記第 1の通信手段の第 1、第 2の電極は、前記人体の生体情報を検出 する電極と前記生体情報の伝達を行う電極とに兼用されて成ることを特徴とする請求 項 1記載の人体経由情報伝達システム。
[3] 前記第 1の通信手段と前記第 2の通信手段間の通信で使用するキャリア信号の周 波数は、前記人体の生体情報の周波数とは異なる周波数に設定されて成ることを特 徴とする請求項 1又は 2記載の人体経由情報伝達システム。
[4] 前記キャリア信号の周波数は 5MHz〜45MHzの範囲内の周波数であることを特 徴とする請求項 3記載の人体経由情報伝達システム。
[5] 前記生体情報は心拍の情報であることを特徴とする請求項 2乃至 4のいずれか一 に記載の人体経由情報伝達システム。
[6] 前記第 1の通信手段はチェストバンドによって前記人体に取り付けられていることを 特徴とする請求項 1乃至 5のいずれか一に記載の人体経由情報伝達システム。
[7] 前記第 1の通信手段は、前記第 1の電極で受信した信号中の所定周波数の信号を 通過して出力するフィルタと、前記フィルタの出力信号力 心拍信号を検出する心拍 検出部と、前記心拍検出部で検出した心拍信号に基づいて心拍数を算出して心拍 数を表す心拍数データ信号を出力する第 1の演算処理部と、前記心拍数データ信 号を変調して出力する変調部と、前記変調部で変調された心拍数データ信号を出力 するデータ送信部とを有し、
前記第 2の通信手段は、前記第 3の電極で受信した心拍数データ信号を復調する 復調部と、記憶手段と、表示部と、前記復調部で復調した心拍数データ信号力 得 た心拍数データを前記記憶手段に記憶すると共に、前記心拍数を前記表示部に表 示処理する第 2の演算処理部とを有することを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれか 一に記載の人体経由情報伝達システム。
[8] 人体に接触又は静電容量結合する電極で受信した信号中の所定周波数の信号を 通過して出力するフィルタと、前記フィルタの出力信号力 心拍信号を検出する心拍 検出部と、前記心拍検出部で検出した心拍信号に基づいて心拍数を算出して心拍 数を表す心拍数データ信号を出力する演算処理部と、前記心拍数データ信号を変 調して出力する変調部と、変調部で変調された心拍数データ信号を前記電極力 出 力するデータ送信部とを有することを特徴とする送受信器。
[9] 前記変調部が前記心拍数データ信号を変調するために使用するキャリア信号の周 波数は、 5MHz〜45MHzの範囲内の周波数であることを特徴とする請求項 8記載 の送受信器。
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