生体通信システムおよび通信装置
【課題】生体を介して確実に通信を行う。
【解決手段】導線１１、１２にそれぞれ接続された２つの隣り合う電極１、２、ならびに、電極１、２がユーザＵの生体を介して電気的に接続されることにより導線１１、１２において形成されるループ状の電流経路１００に電流を流して信号を送信するとともに電流経路１００を流れる電流により信号を受信するトランシーバ３を有する通信装置４と、電流経路１００に磁気結合されるループアンテナ５、ならびに、ループアンテナ５に電流を流すことにより信号を送信するとともにループアンテナ５を流れる電流により信号を受信するトランシーバ６を有する通信装置７とを設ける。
【解決手段】導線１１、１２にそれぞれ接続された２つの隣り合う電極１、２、ならびに、電極１、２がユーザＵの生体を介して電気的に接続されることにより導線１１、１２において形成されるループ状の電流経路１００に電流を流して信号を送信するとともに電流経路１００を流れる電流により信号を受信するトランシーバ３を有する通信装置４と、電流経路１００に磁気結合されるループアンテナ５、ならびに、ループアンテナ５に電流を流すことにより信号を送信するとともにループアンテナ５を流れる電流により信号を受信するトランシーバ６を有する通信装置７とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体通信システムおよび通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、生体を介して通信を行う生体通信システムとしては、図１９に示すようなものがある。
【０００３】
トランシーバ３Ａ、５Ａは、それぞれ電極１、５０１を介して、大地に容量結合され、それぞれ電極２、５０２を介して、ユーザＵの人体に容量結合される。トランシーバ３Ａ、５Ａは、容量結合により形成された信号経路１００Ａを介して、通信を行う。この生体通信システムは、扉やゲートの出入り、例えば部屋や改札、自動車等の出入りの際の認証等に使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】門 勇一、品川 満、”人体近傍電界通信技術「レッドタクトン」とその応用”、ＮＴＴ技術ジャーナル、２０１０．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、トランシーバ５Ａと人体間の静電容量は、トランシーバ５Ａの位置や向き、人体周辺の電磁環境により変動し、且つ、その値は小さい。小さな静電容量は、回路内では大きな交流インピーダンスとなり、信号を小さくしてしまう。そのため、通信が不安定または行えない可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生体を介して確実に通信を行える生体通信システムおよび通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、第１の本発明は、導線にそれぞれ接続された２つの隣り合う電極、ならびに、前記２つの電極が生体を介して電気的に接続されることにより前記導線において形成されるループ状の電流経路に電流を流して信号を送信するとともに前記電流経路を流れる電流により信号を受信する第１のトランシーバを有する通信装置と、前記ループ状の電流経路に磁気結合されるループアンテナ、ならびに、前記ループアンテナに電流を流すことにより信号を送信するとともに前記ループアンテナを流れる電流により信号を受信する第２のトランシーバを有する通信装置とを備えることを特徴とする生体通信システムをもって解決手段とする。
【０００８】
第２の本発明は、第１の本発明における２つの電極および第１のトランシーバを有することを特徴とする通信装置をもって解決手段とする。
【０００９】
例えば、第２の本発明に係る通信装置は、前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線とを備え、前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの一部に沿って配置され、当該第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの全周にわたり沿って配置され、当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない。
【００１０】
例えば、第２の本発明に係る通信装置は、前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線と、前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第３の導線と、前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第４の導線とを備え、前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第３の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、前記第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第４の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、通信不安定や通信不能の原因となる結合容量が通信経路に含まれず、もって、生体を利用して確実に通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。図１（ｂ）は、電流経路１００についての好ましい条件を実現するための磁気結合の特徴を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の通信装置４、７の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る生体通信システムの通信方法の一例を示すシーケンス図である。
【図４】第１の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図６】第２の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図７】第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図８】第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図９】第４の実施の形態に係る生体通信システムについて説明する。
【図１０】第５の実施の形態に係る生体通信システムについて説明する。
【図１１】磁性体Ｍの一例を示す斜視図である。
【図１２】生体通信システムの第１の実施例の構成を示す図である。
【図１３】生体通信システムの第２の実施例の構成を示す図である。
【図１４】生体通信システムの第３の実施例の構成を示す図である。
【図１５】生体通信システムの第４の実施例の構成を示す図である。
【図１６】生体通信システムの第５の実施例の構成を示す図である。
【図１７】生体通信システムの第６の実施例の構成を示す図である。
【図１８】生体通信システムの第７の実施例の構成を示す図である。
【図１９】従来の生体通信システムを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。この生体通信システムは、例えば、ゲートの出入りの際の認証等に使用される。他の実施の形態についても、同様にシステムは認証等に使用される。
【００１５】
生体通信システムは、導線１１、１２にそれぞれ接続された２つの隣り合う電極１、２、ならびに、電極１、２がユーザＵの生体を介して電気的に接続されることにより導線１１、１２において形成されるループ状の電流経路１００に電流を流して信号を送信するとともに電流経路１００を流れる電流により信号を受信するトランシーバ３を有する通信装置４と、電流経路１００に磁気結合されるループアンテナ５、ならびに、ループアンテナ５に電流を流すことにより信号を送信するとともにループアンテナ５を流れる電流により信号を受信するトランシーバ６を有する通信装置７とを備える。通信装置７は、例えば、ユーザＵによって携帯されるものである。
【００１６】
電極１とトランシーバ３は導線１１で接続され、電極２とトランシーバ３は導線１２で接続される。電極１、２は、例えば、支持台（図示せず）の上に設けられ、互いに近接している。これにより、電極１、２は、ユーザＵの指で触れられ、電気的に接続するようになっている。電極１、２の間隔は、手の指の幅より短く、例えば、１ｃｍ以下である。
【００１７】
ループアンテナ５と電流経路１００の距離が５０ｃｍ程度以下の場合において通信を成立させ、かつ、５０ｃｍ以上では不要な通信を生じさせないためには、上記距離が５０ｃｍ程度以下における磁気結合は強固であり、５０ｃｍ以上では磁気結合は弱いことが好ましい。この好ましい条件を実現するために、以下の磁気結合の特徴を利用する。
【００１８】
図１（ｂ）は、かかる磁気結合の特徴を示す図である。
２つの電流ループのうち、大きいほうの電流ループの半径をａメートルとする。２つの電流ループの距離がａメートル以下であれば、一般に磁気結合は強い。
【００１９】
また、２つの電流ループの距離がａメートルを越えると、磁気結合は、２つの電流ループ間の距離の３乗に逆比例して、急峻に減衰するため、弱くなる。
【００２０】
この磁気結合の特徴から、上記の好ましい条件を実現するため、導線１１、１２は、例えば、電流経路１００が一辺８０ｃｍ程度の正方形や半径５０ｃｍの円となるように配置される。
【００２１】
ループアンテナ５は、例えば、定期券のサイズにあわせ、縦５ｃｍ×横８ｃｍの長方形に形成される。ループアンテナ５は、出力強度を高めるべく、コイルのように巻かれていてもよい。
【００２２】
トランシーバ３は、トランシーバ６に対して送信すべき信号に応じた交流電流を電流経路１００に流し、これにより、電流経路１００を貫通する方向の磁束が生じる。
【００２３】
磁束は、電流経路１００に戻る過程でループアンテナ５を貫通する。つまり、電流経路１００にループアンテナ５が磁気結合される。
【００２４】
一方、トランシーバ６は、トランシーバ３に対して送信すべき信号に応じた交流電流をループアンテナ５に流し、これにより、ループアンテナ５を貫通する方向の磁束が生じる。
【００２５】
磁束は、ループアンテナ５に戻る過程で電流経路１００を貫通する。つまり、ループアンテナ５に電流経路１００が磁気結合される。
【００２６】
図２は、第１の実施の形態の通信装置４、７の構成を示すブロック図である。
図２（ａ）に示すように、通信装置４は、電極１、２とトランシーバ３を備える。トランシーバ３は、電源部３１、通信部３２、復調器３３、変調器３４、制御部３５、コンピュータ３６を備える。制御部３５は、電極１、２と通信部３２の接続を受信及び送信の２状態で切り替え、送受信動作を時分割で行う。
【００２７】
送信時においては、制御部３５は、コンピュータ３６からの指令もしくは内部要因により送信すべきメッセージを作成し、デジタル化して変調器３４に出力する。
【００２８】
変調器３４は、メッセージに対し、ASK(Amplitude Shift Keying),PSK(Phase Shift Keying) またはFSK(Frequency Shift Keying) などの変調を行い、通信部３２に出力する。
【００２９】
通信部３２は、変調器３４から出力されるデジタル変調信号を、所定のキャリア周波数近傍に集中した電力を持つアナログ信号に変換し、電極１、２間に出力する。
【００３０】
受信時においては、制御部３５は、コンピュータ３６からの指令もしくは内部要因により受信タイミングを検出したなら、通信部３２に受信を指令する。
【００３１】
通信部３２は、電極１、２から入力されるアナログ信号を取得し、これを所定の中間周波数（ＤＣも含む）近傍に集中した電力をもつデジタル信号に変換し、復調器３３に出力する。
【００３２】
復調器３３は、通信部３２から入力されるデジタル信号を復調し、ベースバンドデジタルデータに復調（変換）して制御部３５に出力する。
【００３３】
制御部３５は、復調器３３から入力されるベースバンドデジタルデータからメッセージを復元し、コンピュータ３６に送信する。
【００３４】
図２（ｂ）に示すように、通信装置７は、ループアンテナ５とトランシーバ６を備える。トランシーバ６は、電源部６１、通信部６２、復調器６３、変調器６４、制御部６５、コンピュータ６６を備える。制御部６５は、ループアンテナ５と通信部６２の接続を受信及び送信の２状態で切り替え、送受信動作を時分割で行う。
【００３５】
送信時においては、制御部６５は、コンピュータ６６からの指令もしくは内部要因により送信すべきメッセージを作成し、デジタル化して変調器６４に出力する。
【００３６】
変調器６４は、メッセージに対し、ASK(Amplitude Shift Keying),PSK(Phase Shift Keying) またはFSK(Frequency Shift Keying) などの変調を行い、通信部６２に出力する。
【００３７】
通信部６２は、変調器６４から出力されるデジタル変調信号を、所定のキャリア周波数近傍に集中した電力を持つアナログ信号に変換し、ループアンテナ５に出力する。
【００３８】
受信時においては、制御部６５は、コンピュータ６６からの指令もしくは内部要因により受信タイミングを検出したなら、通信部６２に受信を指令する。
【００３９】
通信部６２は、ループアンテナ５から入力されるアナログ信号を取得し、これを所定の中間周波数（ＤＣも含む)近傍に集中した電力をもつデジタル信号に変換し、復調器６３に出力する。
【００４０】
復調器６３は、通信部６２から入力されるデジタル信号を復調し、ベースバンドデジタルデータに復調（変換）して制御部６５に出力する。
【００４１】
制御部６５は、復調器から入力されるベースバンドデジタルデータからメッセージを復元し、コンピュータ６６に送信する。
【００４２】
図３は、第１の実施の形態に係る生体通信システムの通信方法の一例を示すシーケンス図である。
【００４３】
まず、ユーザＵは電極１、２に触れる（Ｓ１）、これにより、電流経路１００が形成される。
【００４４】
一方、トランシーバ３は、電流経路１００の有無によらず、呼び出しメッセージを交流のアナログ信号に変調し、これを常に電極１、２に送信している（Ｓ３１）。
【００４５】
このため、電流経路１００が形成されると、アナログ信号（交流電流）が電流経路１００に流れる。
【００４６】
交流電流により生じた交流磁束はループアンテナ５を貫通し、ループアンテナ５には誘導起電力が生じ、交流電流が流れる。
【００４７】
トランシーバ６は、呼び出しメッセージを所定の時間間隔で検出するキャリアセンス状態になっており（Ｓ５１）、交流電流（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、デジタル信号から呼び出しメッセージを復元する（Ｓ１１）。
【００４８】
トランシーバ６は、呼び出しメッセージが得られると、応答メッセージを交流のアナログ信号に変調し、これをループアンテナ５に送信する。
【００４９】
この交流電流により生じた交流磁束は、電流経路１００を貫通し、電流経路１００には誘導起電力が生じ、交流電流が流れる。
【００５０】
トランシーバ３は、交流電流（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、デジタル信号から応答メッセージを復元する（Ｓ１３）。
【００５１】
呼び出しメッセージ、応答メッセージの送受信が終わると、同様に、目的の１以上のメッセージが送受信される（Ｓ１５）。
【００５２】
目的のメッセージの送受信が終わると、トランシーバ３はトランシーバ６に終了要求メッセージを送信し（Ｓ２１）、これに対し、トランシーバ６はトランシーバ３に応答メッセージとして終了応答を送信する（Ｓ２３）。
【００５３】
トランシーバ３は、終了応答を受信すると、上記のように、呼び出しメッセージを送信する（Ｓ３１）。
【００５４】
トランシーバ６は、終了応答を送信すると、呼び出しメッセージを所定の時間間隔で検出するキャリアセンス状態に移行する（Ｓ５１）。
【００５５】
一方、ユーザＵは電極１、２から手を離し（Ｓ２）、これにより、電流経路１００が消滅する（Ｓ５）。
【００５６】
したがって、第１の実施の形態に係る生体通信システムによれば、電極１、２、ならびに、電極１、２が生体を介して電気的に接続されることにより導線１１、１２において形成されるループ状の電流経路１００に電流を流して信号を送信するとともに電流経路１００を流れる電流により信号を受信する第１のトランシーバ３を有する通信装置４と、電流経路１００に磁気結合されるループアンテナ５、ならびに、ループアンテナ５に電流を流すことにより信号を送信するとともにループアンテナ５を流れる電流により信号を受信する第２のトランシーバ６を有する通信装置７とを備えるので、通信不安定や通信不能の原因となる結合容量が通信経路に含まれず、もって、生体を利用して確実に通信を行うことができる。
【００５７】
また、電極１、２を互いに近接させたので、電流経路１００における生体の占める割合は小さく、磁気結合の強さは、導線１１、１２とループアンテナ５の位置関係にほぼ依存する。つまり、生体の大きさや向きなどに起因して磁気結合の強さが変化することが少なく、通信を安定的に行うことができる。
【００５８】
（第１の実施の形態の変形例）
図４は、第１の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００５９】
かかる変形例では、導線１１の一部がＹＺ平面に平行な空間平面（以下、空間平面を単に面という。面は、空間の位置を特定するために使用する語であり、それ以外の用途では用いないこととする。）内のループＬ１の一部に沿って配置され、導線１２の一部がループＬ１の一部に沿って配置され、導線１２の他の一部が同じ面内のループＬ２の全周にわたり沿って配置される。つまり、導線１２は、コイルのように巻かれている。その他については、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
かかる変形例によれば、導線１２を巻くことで、自己インダクタンスを高め、よって、磁気結合を強くできる。また、例えば、巻き数により導線１２の自己インダクタンスを調整でき、磁気結合の強さを最適化できる。
【００６１】
なお、ループＬ１、Ｌ２は同一面になくてもよい。また、例えば、ループＬ２は、ループＬ１を含む面に平行な別の面内にあるものでもよい。また、ループＬ１、Ｌ２は、ＹＺ平面に平行な面になくてもよい。また、導線１２でなく導線１１を巻いてもよい。
【００６２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る生体通信システムについて説明する。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の構成要素と同一または類似の要素に対し同一の符号を付与して重複説明を省略するとともに、第１の実施の形態との差異を中心に説明を行う。以下、第３の実施の形態以降の実施の形態でも同様である。
【００６３】
図５は、第２の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００６４】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の変形例と同様に、導線１２が巻かれている。ここでは、導線１１の一部がＹＺ平面に平行な面内のループＬ１１の一部に沿って配置され、導線１２の一部がＸＹ平面に平行な面内のループＬ１２の全周にわたり沿って配置される。ループＬ１１、Ｌ１２は、例えば、一辺８０ｃｍ程度の正方形である。
【００６５】
第２の実施の形態では、ループＬ１１を貫通するＸ軸方向とループＬ１２を貫通するＺ軸方向に磁束が生じ、第１の実施の形態に比べて、多様な向きの磁束が生じるため、ループアンテナ５の向きによらず、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００６６】
なお、ループＬ１１が含まれる面はＹＺ平面に平行な面には限らず、ループＬ１２が含まれる面はＸＹ平面に平行な面には限られない。つまり、これらの面は同一でなく且つ平行でなければよい。つまり、ループＬ１１が含まれる面の法線とループＬ１２が含まれる面の法線とでなす角度が０度、もしくは１８０度でなければよい。
【００６７】
（第２の実施の形態の変形例）
図６は、第２の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００６８】
第２の実施の形態の変形例では、導線１２が巻かれている。また、導線１１の一部がＹＺ平面に平行な面内のループＬ３１の一部に沿って配置され、導線１２の一部がＸＹ平面に平行な面内のループＬ３２の全周にわたり沿って配置され、導線１２の他の一部がループＬ３１を含む面内のループＬ３３の全周にわたり沿って配置される。ループＬ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、例えば、一辺８０ｃｍ程度の正方形である。
【００６９】
かかる変形例によれば、導線１２を巻くことで、磁気結合を強くし、通信品質を安定化することができる。また、巻き数により導線１２の自己インダクタンスを調整でき、磁気結合の強さを最適化できる。
【００７０】
また、ループＬ３１、Ｌ３３を貫通するＸ軸方向とループＬ３２を貫通するＺ軸方向に磁束が生じ、多様な向きの磁束が生じるため、ループアンテナ５の向きによらず、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００７１】
なお、各ループの向きは任意であり、向きが違いに異なっているのが好ましい。
【００７２】
［第３の実施の形態］
図７は、第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００７３】
第３の実施の形態では、電極１とトランシーバ３が導線２１、２２で結ばれ、電極２とトランシーバ３が導線２３、２４で結ばれる。
【００７４】
導線２１の一部がＹＺ平面に平行な面内のループＬ４１の第１の部分Ｌ４１１に沿って配置され、導線２３の一部がループＬ４１の第２の部分Ｌ４１２に沿って配置される。
【００７５】
また、導線２２の一部がＸＺ平面に平行な面内のループＬ４２の第１の部分Ｌ４２１に沿って配置され、導線２４の一部がループＬ４２の第２の部分Ｌ４２２に沿って配置される。ループＬ４１、Ｌ４２は、例えば、一辺８０ｃｍ程度の正方形である。
【００７６】
第３の実施の形態では、ループＬ４１を貫通するＸ軸方向とループＬ４２を貫通するＹ軸方向に磁束が生じ、多様な向きの磁束が生じるため、ループアンテナ５の向きによらず、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００７７】
なお、ループＬ４１が含まれる面はＹＺ平面に平行な面には限らず、ループＬ４２が含まれる面はＸＺ平面に平行な面には限られない。つまり、これらの面は同一でなく且つ平行でなければよい。つまり、ループＬ４１が含まれる面の法線とループＬ４２が含まれる面の法線とでなす角度が０度、もしくは１８０度でなければよい。
【００７８】
（第３の実施の形態の変形例）
図８は、第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００７９】
かかる変形例では、導線２１、２４がそれぞれ巻かれている。これにより、導線２１の一部は、図７に示したループＬ４１（図８では不図示）の全周にわたり沿って配置され、導線２４の一部は、図７に示したループＬ４２（図８では不図示）の全周にわたり沿って配置される。つまり、導線２１、２４はそれぞれ、コイルのように巻かれている。
【００８０】
かかる変形例によれば、導線２１、２４を巻くことで、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。また、巻き数により導線２１、２４の自己インダクタンスを調整でき、磁気結合の強さを最適化できる。なお、導線２１、２４でなく導線２２、２４を巻いてもよい。
【００８１】
［第４の実施の形態］
図９は、第４の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００８２】
第４の実施の形態では、導線１２に抵抗ＲとコンデンサＣの直列回路が挿入されている。これにより、電流経路１００とループアンテナ５のインピーダンスマッチングの最適化を図れ、よって、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００８３】
なお、導線１２に挿入するのは、抵抗ＲとコンデンサＣの直列回路に限らず、例えば、抵抗とコンデンサの並列回路などでもよい。また、回路は導線１１に設けてもよい。また、かかる回路を他の実施の形態において設けてもよい。
【００８４】
［第５の実施の形態］
図１０は、第５の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
第５の実施の形態では、導線１１、１２により形成されるループ状の電流経路の内側に磁性体Ｍが配置されている。また、導線１２は巻かれている。
【００８５】
第５の実施の形態によれば、磁性体Ｍが導線１１、１２の自己インダクタンスを高め、よって、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００８６】
図１１は、磁性体Ｍの一例を示す斜視図である。磁性体Ｍは、例えば、直方体である。また、磁性体Ｍは円柱などであってもよい。磁性体Ｍの材料はアルミニウムなどである。ループ状の電流経路の内側の面積をＳ、電流経路を構成する導体の、面積Ｓをもつ面に垂直な方向の長さをＲ、導体の巻き数をＮ、真空中の透磁率をμ０とすると、導線の自己インダクタンスＬは、
Ｌ＝μ０（ＳＮ２／Ｒ）
となる。
【００８７】
一方、被透磁率μｒの磁性体Ｍを使用すると、導線の自己インダクタンスＬは、
Ｌ＝μ０・μｒ（ＳＮ２／Ｒ）
となる。
【００８８】
つまり、磁性体Ｍを用いることで、導線の自己インダクタンスはμｒ倍に高まり、よって、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００８９】
なお、磁性体Ｍを他の実施の形態において設けてもよい。
【００９０】
［実施例］
次に、各実施の形態に係る生体通信システムの他の実施例について説明する。
ここでは、第１の実施の形態の構成を例示とするが、他の実施の形態を適用してもよい。
【００９１】
図１２に示すように、例えば、電極１、２は床に配置される。電極１、２の間隔は、足の幅より短く、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵが歩いてきて、電極１、２を踏んだときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９２】
図１３に示すように、例えば、電極１、２は椅子の座面に配置される。電極１、２の間隔は、臀部（尻）の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵが椅子に座ったときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９３】
図１４に示すように、例えば、電極１、２は椅子の背もたれに配置される。電極１、２の間隔は、背もたれやユーザＵの背中の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵが背もたれにもたれたときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９４】
図１５に示すように、例えば、電極１、２は椅子のヘッドレストに配置される。電極１、２の間隔は、ヘッドレストやユーザＵの頭の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵがヘッドレストに頭をもたれたときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９５】
図１６に示すように、通信装置４は携帯物、例えば鞄に設けられ、電極１、２は例えば鞄の取っ手に配置される。電極１、２の間隔は、取っ手やユーザＵの手の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。また、携帯物の大きさに鑑み、導線１１、１２は、例えば、電流経路が３０ｃｍ×２０ｃｍの長方形となるように配線される。この実施例によれば、ユーザＵが携帯物をもって長時間の移動を続ける場合であっても通信を行うことができる。
【００９６】
図１７に示すように、電極１、２はドアノブやその錠開閉に用いる部品に配置される。導線１１、１２は、ドアの開閉を妨げないように配線される。電極１、２の間隔は、ドアノブやユーザＵの手や指の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ドアノブを握ったときに通信を行うことができる。または、錠開閉と通信装置４、７間の通信を連動させることができる。
【００９７】
図１８に示すように、電極１、２は壁に配置される。電極１、２の間隔は、ユーザＵの指の幅より短く、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、壁に埋め込まれた機器のスイッチ、例えば、照明のスイッチと通信装置４、７間の通信を連動させることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１、２…電極
３、６…トランシーバ
４、７…通信装置
５…ループアンテナ
１１、１２、２１、２２、２３、２４…導線
３１、６１…電源部
３２、６２…通信部
３３、６３…復調器
３４、６４…変調器
３５、６５…制御部
３６、６６…コンピュータ
１００…電流経路
Ｕ…ユーザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体通信システムおよび通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、生体を介して通信を行う生体通信システムとしては、図１９に示すようなものがある。
【０００３】
トランシーバ３Ａ、５Ａは、それぞれ電極１、５０１を介して、大地に容量結合され、それぞれ電極２、５０２を介して、ユーザＵの人体に容量結合される。トランシーバ３Ａ、５Ａは、容量結合により形成された信号経路１００Ａを介して、通信を行う。この生体通信システムは、扉やゲートの出入り、例えば部屋や改札、自動車等の出入りの際の認証等に使用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】門 勇一、品川 満、”人体近傍電界通信技術「レッドタクトン」とその応用”、ＮＴＴ技術ジャーナル、２０１０．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、トランシーバ５Ａと人体間の静電容量は、トランシーバ５Ａの位置や向き、人体周辺の電磁環境により変動し、且つ、その値は小さい。小さな静電容量は、回路内では大きな交流インピーダンスとなり、信号を小さくしてしまう。そのため、通信が不安定または行えない可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生体を介して確実に通信を行える生体通信システムおよび通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、第１の本発明は、導線にそれぞれ接続された２つの隣り合う電極、ならびに、前記２つの電極が生体を介して電気的に接続されることにより前記導線において形成されるループ状の電流経路に電流を流して信号を送信するとともに前記電流経路を流れる電流により信号を受信する第１のトランシーバを有する通信装置と、前記ループ状の電流経路に磁気結合されるループアンテナ、ならびに、前記ループアンテナに電流を流すことにより信号を送信するとともに前記ループアンテナを流れる電流により信号を受信する第２のトランシーバを有する通信装置とを備えることを特徴とする生体通信システムをもって解決手段とする。
【０００８】
第２の本発明は、第１の本発明における２つの電極および第１のトランシーバを有することを特徴とする通信装置をもって解決手段とする。
【０００９】
例えば、第２の本発明に係る通信装置は、前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線とを備え、前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの一部に沿って配置され、当該第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの全周にわたり沿って配置され、当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない。
【００１０】
例えば、第２の本発明に係る通信装置は、前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線と、前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第３の導線と、前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第４の導線とを備え、前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第３の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、前記第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第４の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、通信不安定や通信不能の原因となる結合容量が通信経路に含まれず、もって、生体を利用して確実に通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。図１（ｂ）は、電流経路１００についての好ましい条件を実現するための磁気結合の特徴を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の通信装置４、７の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る生体通信システムの通信方法の一例を示すシーケンス図である。
【図４】第１の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図６】第２の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図７】第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図８】第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【図９】第４の実施の形態に係る生体通信システムについて説明する。
【図１０】第５の実施の形態に係る生体通信システムについて説明する。
【図１１】磁性体Ｍの一例を示す斜視図である。
【図１２】生体通信システムの第１の実施例の構成を示す図である。
【図１３】生体通信システムの第２の実施例の構成を示す図である。
【図１４】生体通信システムの第３の実施例の構成を示す図である。
【図１５】生体通信システムの第４の実施例の構成を示す図である。
【図１６】生体通信システムの第５の実施例の構成を示す図である。
【図１７】生体通信システムの第６の実施例の構成を示す図である。
【図１８】生体通信システムの第７の実施例の構成を示す図である。
【図１９】従来の生体通信システムを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。この生体通信システムは、例えば、ゲートの出入りの際の認証等に使用される。他の実施の形態についても、同様にシステムは認証等に使用される。
【００１５】
生体通信システムは、導線１１、１２にそれぞれ接続された２つの隣り合う電極１、２、ならびに、電極１、２がユーザＵの生体を介して電気的に接続されることにより導線１１、１２において形成されるループ状の電流経路１００に電流を流して信号を送信するとともに電流経路１００を流れる電流により信号を受信するトランシーバ３を有する通信装置４と、電流経路１００に磁気結合されるループアンテナ５、ならびに、ループアンテナ５に電流を流すことにより信号を送信するとともにループアンテナ５を流れる電流により信号を受信するトランシーバ６を有する通信装置７とを備える。通信装置７は、例えば、ユーザＵによって携帯されるものである。
【００１６】
電極１とトランシーバ３は導線１１で接続され、電極２とトランシーバ３は導線１２で接続される。電極１、２は、例えば、支持台（図示せず）の上に設けられ、互いに近接している。これにより、電極１、２は、ユーザＵの指で触れられ、電気的に接続するようになっている。電極１、２の間隔は、手の指の幅より短く、例えば、１ｃｍ以下である。
【００１７】
ループアンテナ５と電流経路１００の距離が５０ｃｍ程度以下の場合において通信を成立させ、かつ、５０ｃｍ以上では不要な通信を生じさせないためには、上記距離が５０ｃｍ程度以下における磁気結合は強固であり、５０ｃｍ以上では磁気結合は弱いことが好ましい。この好ましい条件を実現するために、以下の磁気結合の特徴を利用する。
【００１８】
図１（ｂ）は、かかる磁気結合の特徴を示す図である。
２つの電流ループのうち、大きいほうの電流ループの半径をａメートルとする。２つの電流ループの距離がａメートル以下であれば、一般に磁気結合は強い。
【００１９】
また、２つの電流ループの距離がａメートルを越えると、磁気結合は、２つの電流ループ間の距離の３乗に逆比例して、急峻に減衰するため、弱くなる。
【００２０】
この磁気結合の特徴から、上記の好ましい条件を実現するため、導線１１、１２は、例えば、電流経路１００が一辺８０ｃｍ程度の正方形や半径５０ｃｍの円となるように配置される。
【００２１】
ループアンテナ５は、例えば、定期券のサイズにあわせ、縦５ｃｍ×横８ｃｍの長方形に形成される。ループアンテナ５は、出力強度を高めるべく、コイルのように巻かれていてもよい。
【００２２】
トランシーバ３は、トランシーバ６に対して送信すべき信号に応じた交流電流を電流経路１００に流し、これにより、電流経路１００を貫通する方向の磁束が生じる。
【００２３】
磁束は、電流経路１００に戻る過程でループアンテナ５を貫通する。つまり、電流経路１００にループアンテナ５が磁気結合される。
【００２４】
一方、トランシーバ６は、トランシーバ３に対して送信すべき信号に応じた交流電流をループアンテナ５に流し、これにより、ループアンテナ５を貫通する方向の磁束が生じる。
【００２５】
磁束は、ループアンテナ５に戻る過程で電流経路１００を貫通する。つまり、ループアンテナ５に電流経路１００が磁気結合される。
【００２６】
図２は、第１の実施の形態の通信装置４、７の構成を示すブロック図である。
図２（ａ）に示すように、通信装置４は、電極１、２とトランシーバ３を備える。トランシーバ３は、電源部３１、通信部３２、復調器３３、変調器３４、制御部３５、コンピュータ３６を備える。制御部３５は、電極１、２と通信部３２の接続を受信及び送信の２状態で切り替え、送受信動作を時分割で行う。
【００２７】
送信時においては、制御部３５は、コンピュータ３６からの指令もしくは内部要因により送信すべきメッセージを作成し、デジタル化して変調器３４に出力する。
【００２８】
変調器３４は、メッセージに対し、ASK(Amplitude Shift Keying),PSK(Phase Shift Keying) またはFSK(Frequency Shift Keying) などの変調を行い、通信部３２に出力する。
【００２９】
通信部３２は、変調器３４から出力されるデジタル変調信号を、所定のキャリア周波数近傍に集中した電力を持つアナログ信号に変換し、電極１、２間に出力する。
【００３０】
受信時においては、制御部３５は、コンピュータ３６からの指令もしくは内部要因により受信タイミングを検出したなら、通信部３２に受信を指令する。
【００３１】
通信部３２は、電極１、２から入力されるアナログ信号を取得し、これを所定の中間周波数（ＤＣも含む）近傍に集中した電力をもつデジタル信号に変換し、復調器３３に出力する。
【００３２】
復調器３３は、通信部３２から入力されるデジタル信号を復調し、ベースバンドデジタルデータに復調（変換）して制御部３５に出力する。
【００３３】
制御部３５は、復調器３３から入力されるベースバンドデジタルデータからメッセージを復元し、コンピュータ３６に送信する。
【００３４】
図２（ｂ）に示すように、通信装置７は、ループアンテナ５とトランシーバ６を備える。トランシーバ６は、電源部６１、通信部６２、復調器６３、変調器６４、制御部６５、コンピュータ６６を備える。制御部６５は、ループアンテナ５と通信部６２の接続を受信及び送信の２状態で切り替え、送受信動作を時分割で行う。
【００３５】
送信時においては、制御部６５は、コンピュータ６６からの指令もしくは内部要因により送信すべきメッセージを作成し、デジタル化して変調器６４に出力する。
【００３６】
変調器６４は、メッセージに対し、ASK(Amplitude Shift Keying),PSK(Phase Shift Keying) またはFSK(Frequency Shift Keying) などの変調を行い、通信部６２に出力する。
【００３７】
通信部６２は、変調器６４から出力されるデジタル変調信号を、所定のキャリア周波数近傍に集中した電力を持つアナログ信号に変換し、ループアンテナ５に出力する。
【００３８】
受信時においては、制御部６５は、コンピュータ６６からの指令もしくは内部要因により受信タイミングを検出したなら、通信部６２に受信を指令する。
【００３９】
通信部６２は、ループアンテナ５から入力されるアナログ信号を取得し、これを所定の中間周波数（ＤＣも含む)近傍に集中した電力をもつデジタル信号に変換し、復調器６３に出力する。
【００４０】
復調器６３は、通信部６２から入力されるデジタル信号を復調し、ベースバンドデジタルデータに復調（変換）して制御部６５に出力する。
【００４１】
制御部６５は、復調器から入力されるベースバンドデジタルデータからメッセージを復元し、コンピュータ６６に送信する。
【００４２】
図３は、第１の実施の形態に係る生体通信システムの通信方法の一例を示すシーケンス図である。
【００４３】
まず、ユーザＵは電極１、２に触れる（Ｓ１）、これにより、電流経路１００が形成される。
【００４４】
一方、トランシーバ３は、電流経路１００の有無によらず、呼び出しメッセージを交流のアナログ信号に変調し、これを常に電極１、２に送信している（Ｓ３１）。
【００４５】
このため、電流経路１００が形成されると、アナログ信号（交流電流）が電流経路１００に流れる。
【００４６】
交流電流により生じた交流磁束はループアンテナ５を貫通し、ループアンテナ５には誘導起電力が生じ、交流電流が流れる。
【００４７】
トランシーバ６は、呼び出しメッセージを所定の時間間隔で検出するキャリアセンス状態になっており（Ｓ５１）、交流電流（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、デジタル信号から呼び出しメッセージを復元する（Ｓ１１）。
【００４８】
トランシーバ６は、呼び出しメッセージが得られると、応答メッセージを交流のアナログ信号に変調し、これをループアンテナ５に送信する。
【００４９】
この交流電流により生じた交流磁束は、電流経路１００を貫通し、電流経路１００には誘導起電力が生じ、交流電流が流れる。
【００５０】
トランシーバ３は、交流電流（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、デジタル信号から応答メッセージを復元する（Ｓ１３）。
【００５１】
呼び出しメッセージ、応答メッセージの送受信が終わると、同様に、目的の１以上のメッセージが送受信される（Ｓ１５）。
【００５２】
目的のメッセージの送受信が終わると、トランシーバ３はトランシーバ６に終了要求メッセージを送信し（Ｓ２１）、これに対し、トランシーバ６はトランシーバ３に応答メッセージとして終了応答を送信する（Ｓ２３）。
【００５３】
トランシーバ３は、終了応答を受信すると、上記のように、呼び出しメッセージを送信する（Ｓ３１）。
【００５４】
トランシーバ６は、終了応答を送信すると、呼び出しメッセージを所定の時間間隔で検出するキャリアセンス状態に移行する（Ｓ５１）。
【００５５】
一方、ユーザＵは電極１、２から手を離し（Ｓ２）、これにより、電流経路１００が消滅する（Ｓ５）。
【００５６】
したがって、第１の実施の形態に係る生体通信システムによれば、電極１、２、ならびに、電極１、２が生体を介して電気的に接続されることにより導線１１、１２において形成されるループ状の電流経路１００に電流を流して信号を送信するとともに電流経路１００を流れる電流により信号を受信する第１のトランシーバ３を有する通信装置４と、電流経路１００に磁気結合されるループアンテナ５、ならびに、ループアンテナ５に電流を流すことにより信号を送信するとともにループアンテナ５を流れる電流により信号を受信する第２のトランシーバ６を有する通信装置７とを備えるので、通信不安定や通信不能の原因となる結合容量が通信経路に含まれず、もって、生体を利用して確実に通信を行うことができる。
【００５７】
また、電極１、２を互いに近接させたので、電流経路１００における生体の占める割合は小さく、磁気結合の強さは、導線１１、１２とループアンテナ５の位置関係にほぼ依存する。つまり、生体の大きさや向きなどに起因して磁気結合の強さが変化することが少なく、通信を安定的に行うことができる。
【００５８】
（第１の実施の形態の変形例）
図４は、第１の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００５９】
かかる変形例では、導線１１の一部がＹＺ平面に平行な空間平面（以下、空間平面を単に面という。面は、空間の位置を特定するために使用する語であり、それ以外の用途では用いないこととする。）内のループＬ１の一部に沿って配置され、導線１２の一部がループＬ１の一部に沿って配置され、導線１２の他の一部が同じ面内のループＬ２の全周にわたり沿って配置される。つまり、導線１２は、コイルのように巻かれている。その他については、第１の実施の形態と同様である。
【００６０】
かかる変形例によれば、導線１２を巻くことで、自己インダクタンスを高め、よって、磁気結合を強くできる。また、例えば、巻き数により導線１２の自己インダクタンスを調整でき、磁気結合の強さを最適化できる。
【００６１】
なお、ループＬ１、Ｌ２は同一面になくてもよい。また、例えば、ループＬ２は、ループＬ１を含む面に平行な別の面内にあるものでもよい。また、ループＬ１、Ｌ２は、ＹＺ平面に平行な面になくてもよい。また、導線１２でなく導線１１を巻いてもよい。
【００６２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る生体通信システムについて説明する。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の構成要素と同一または類似の要素に対し同一の符号を付与して重複説明を省略するとともに、第１の実施の形態との差異を中心に説明を行う。以下、第３の実施の形態以降の実施の形態でも同様である。
【００６３】
図５は、第２の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００６４】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の変形例と同様に、導線１２が巻かれている。ここでは、導線１１の一部がＹＺ平面に平行な面内のループＬ１１の一部に沿って配置され、導線１２の一部がＸＹ平面に平行な面内のループＬ１２の全周にわたり沿って配置される。ループＬ１１、Ｌ１２は、例えば、一辺８０ｃｍ程度の正方形である。
【００６５】
第２の実施の形態では、ループＬ１１を貫通するＸ軸方向とループＬ１２を貫通するＺ軸方向に磁束が生じ、第１の実施の形態に比べて、多様な向きの磁束が生じるため、ループアンテナ５の向きによらず、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００６６】
なお、ループＬ１１が含まれる面はＹＺ平面に平行な面には限らず、ループＬ１２が含まれる面はＸＹ平面に平行な面には限られない。つまり、これらの面は同一でなく且つ平行でなければよい。つまり、ループＬ１１が含まれる面の法線とループＬ１２が含まれる面の法線とでなす角度が０度、もしくは１８０度でなければよい。
【００６７】
（第２の実施の形態の変形例）
図６は、第２の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００６８】
第２の実施の形態の変形例では、導線１２が巻かれている。また、導線１１の一部がＹＺ平面に平行な面内のループＬ３１の一部に沿って配置され、導線１２の一部がＸＹ平面に平行な面内のループＬ３２の全周にわたり沿って配置され、導線１２の他の一部がループＬ３１を含む面内のループＬ３３の全周にわたり沿って配置される。ループＬ３１、Ｌ３２、Ｌ３３は、例えば、一辺８０ｃｍ程度の正方形である。
【００６９】
かかる変形例によれば、導線１２を巻くことで、磁気結合を強くし、通信品質を安定化することができる。また、巻き数により導線１２の自己インダクタンスを調整でき、磁気結合の強さを最適化できる。
【００７０】
また、ループＬ３１、Ｌ３３を貫通するＸ軸方向とループＬ３２を貫通するＺ軸方向に磁束が生じ、多様な向きの磁束が生じるため、ループアンテナ５の向きによらず、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００７１】
なお、各ループの向きは任意であり、向きが違いに異なっているのが好ましい。
【００７２】
［第３の実施の形態］
図７は、第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００７３】
第３の実施の形態では、電極１とトランシーバ３が導線２１、２２で結ばれ、電極２とトランシーバ３が導線２３、２４で結ばれる。
【００７４】
導線２１の一部がＹＺ平面に平行な面内のループＬ４１の第１の部分Ｌ４１１に沿って配置され、導線２３の一部がループＬ４１の第２の部分Ｌ４１２に沿って配置される。
【００７５】
また、導線２２の一部がＸＺ平面に平行な面内のループＬ４２の第１の部分Ｌ４２１に沿って配置され、導線２４の一部がループＬ４２の第２の部分Ｌ４２２に沿って配置される。ループＬ４１、Ｌ４２は、例えば、一辺８０ｃｍ程度の正方形である。
【００７６】
第３の実施の形態では、ループＬ４１を貫通するＸ軸方向とループＬ４２を貫通するＹ軸方向に磁束が生じ、多様な向きの磁束が生じるため、ループアンテナ５の向きによらず、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００７７】
なお、ループＬ４１が含まれる面はＹＺ平面に平行な面には限らず、ループＬ４２が含まれる面はＸＺ平面に平行な面には限られない。つまり、これらの面は同一でなく且つ平行でなければよい。つまり、ループＬ４１が含まれる面の法線とループＬ４２が含まれる面の法線とでなす角度が０度、もしくは１８０度でなければよい。
【００７８】
（第３の実施の形態の変形例）
図８は、第３の実施の形態の変形例に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００７９】
かかる変形例では、導線２１、２４がそれぞれ巻かれている。これにより、導線２１の一部は、図７に示したループＬ４１（図８では不図示）の全周にわたり沿って配置され、導線２４の一部は、図７に示したループＬ４２（図８では不図示）の全周にわたり沿って配置される。つまり、導線２１、２４はそれぞれ、コイルのように巻かれている。
【００８０】
かかる変形例によれば、導線２１、２４を巻くことで、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。また、巻き数により導線２１、２４の自己インダクタンスを調整でき、磁気結合の強さを最適化できる。なお、導線２１、２４でなく導線２２、２４を巻いてもよい。
【００８１】
［第４の実施の形態］
図９は、第４の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
【００８２】
第４の実施の形態では、導線１２に抵抗ＲとコンデンサＣの直列回路が挿入されている。これにより、電流経路１００とループアンテナ５のインピーダンスマッチングの最適化を図れ、よって、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００８３】
なお、導線１２に挿入するのは、抵抗ＲとコンデンサＣの直列回路に限らず、例えば、抵抗とコンデンサの並列回路などでもよい。また、回路は導線１１に設けてもよい。また、かかる回路を他の実施の形態において設けてもよい。
【００８４】
［第５の実施の形態］
図１０は、第５の実施の形態に係る生体通信システムの構成を示す図である。
第５の実施の形態では、導線１１、１２により形成されるループ状の電流経路の内側に磁性体Ｍが配置されている。また、導線１２は巻かれている。
【００８５】
第５の実施の形態によれば、磁性体Ｍが導線１１、１２の自己インダクタンスを高め、よって、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００８６】
図１１は、磁性体Ｍの一例を示す斜視図である。磁性体Ｍは、例えば、直方体である。また、磁性体Ｍは円柱などであってもよい。磁性体Ｍの材料はアルミニウムなどである。ループ状の電流経路の内側の面積をＳ、電流経路を構成する導体の、面積Ｓをもつ面に垂直な方向の長さをＲ、導体の巻き数をＮ、真空中の透磁率をμ０とすると、導線の自己インダクタンスＬは、
Ｌ＝μ０（ＳＮ２／Ｒ）
となる。
【００８７】
一方、被透磁率μｒの磁性体Ｍを使用すると、導線の自己インダクタンスＬは、
Ｌ＝μ０・μｒ（ＳＮ２／Ｒ）
となる。
【００８８】
つまり、磁性体Ｍを用いることで、導線の自己インダクタンスはμｒ倍に高まり、よって、磁気結合を強くでき、通信品質を安定化することができる。
【００８９】
なお、磁性体Ｍを他の実施の形態において設けてもよい。
【００９０】
［実施例］
次に、各実施の形態に係る生体通信システムの他の実施例について説明する。
ここでは、第１の実施の形態の構成を例示とするが、他の実施の形態を適用してもよい。
【００９１】
図１２に示すように、例えば、電極１、２は床に配置される。電極１、２の間隔は、足の幅より短く、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵが歩いてきて、電極１、２を踏んだときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９２】
図１３に示すように、例えば、電極１、２は椅子の座面に配置される。電極１、２の間隔は、臀部（尻）の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵが椅子に座ったときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９３】
図１４に示すように、例えば、電極１、２は椅子の背もたれに配置される。電極１、２の間隔は、背もたれやユーザＵの背中の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵが背もたれにもたれたときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９４】
図１５に示すように、例えば、電極１、２は椅子のヘッドレストに配置される。電極１、２の間隔は、ヘッドレストやユーザＵの頭の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ユーザＵがヘッドレストに頭をもたれたときなどに通信を行うことができる。また、手が使えない状況などでも通信を行うことができる。
【００９５】
図１６に示すように、通信装置４は携帯物、例えば鞄に設けられ、電極１、２は例えば鞄の取っ手に配置される。電極１、２の間隔は、取っ手やユーザＵの手の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。また、携帯物の大きさに鑑み、導線１１、１２は、例えば、電流経路が３０ｃｍ×２０ｃｍの長方形となるように配線される。この実施例によれば、ユーザＵが携帯物をもって長時間の移動を続ける場合であっても通信を行うことができる。
【００９６】
図１７に示すように、電極１、２はドアノブやその錠開閉に用いる部品に配置される。導線１１、１２は、ドアの開閉を妨げないように配線される。電極１、２の間隔は、ドアノブやユーザＵの手や指の大きさに鑑み、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、ドアノブを握ったときに通信を行うことができる。または、錠開閉と通信装置４、７間の通信を連動させることができる。
【００９７】
図１８に示すように、電極１、２は壁に配置される。電極１、２の間隔は、ユーザＵの指の幅より短く、例えば、１ｃｍ以下である。この実施例によれば、壁に埋め込まれた機器のスイッチ、例えば、照明のスイッチと通信装置４、７間の通信を連動させることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１、２…電極
３、６…トランシーバ
４、７…通信装置
５…ループアンテナ
１１、１２、２１、２２、２３、２４…導線
３１、６１…電源部
３２、６２…通信部
３３、６３…復調器
３４、６４…変調器
３５、６５…制御部
３６、６６…コンピュータ
１００…電流経路
Ｕ…ユーザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線にそれぞれ接続された隣り合う２つの電極、ならびに、前記２つの電極が生体を介して電気的に接続されることにより前記導線において形成されるループ状の電流経路に電流を流して信号を送信するとともに前記電流経路を流れる電流により信号を受信する第１のトランシーバを有する通信装置と、
前記ループ状の電流経路に磁気結合されるループアンテナ、ならびに、前記ループアンテナに電流を流すことにより信号を送信するとともに前記ループアンテナを流れる電流により信号を受信する第２のトランシーバを有する通信装置と
を備えることを特徴とする生体通信システム。
【請求項２】
請求項１記載の生体通信システムにおける２つの電極および第１のトランシーバを有することを特徴とする通信装置。
【請求項３】
前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、
前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線とを備え、
前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの一部に沿って配置され、
当該第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの全周にわたり沿って配置され、
当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない
ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
【請求項４】
前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、
前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線と、
前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第３の導線と、
前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第４の導線とを備え、
前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第３の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、
前記第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第４の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、
当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない
ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
【請求項１】
導線にそれぞれ接続された隣り合う２つの電極、ならびに、前記２つの電極が生体を介して電気的に接続されることにより前記導線において形成されるループ状の電流経路に電流を流して信号を送信するとともに前記電流経路を流れる電流により信号を受信する第１のトランシーバを有する通信装置と、
前記ループ状の電流経路に磁気結合されるループアンテナ、ならびに、前記ループアンテナに電流を流すことにより信号を送信するとともに前記ループアンテナを流れる電流により信号を受信する第２のトランシーバを有する通信装置と
を備えることを特徴とする生体通信システム。
【請求項２】
請求項１記載の生体通信システムにおける２つの電極および第１のトランシーバを有することを特徴とする通信装置。
【請求項３】
前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、
前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線とを備え、
前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの一部に沿って配置され、
当該第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの全周にわたり沿って配置され、
当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない
ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
【請求項４】
前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第１の導線と、
前記一方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第２の導線と、
前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第３の導線と、
前記他方の電極と前記第１のトランシーバとを接続する第４の導線とを備え、
前記第１の導線の一部が第１の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第３の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、
前記第２の導線の一部が第２の空間平面内のループの第１の部分に沿って配置され、前記第４の導線の一部が当該ループの第２の部分に沿って配置され、
当該第１、第２の空間平面が同一でなく且つ平行でない
ことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−３４０９３（Ｐ２０１３−３４０９３Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９０６１（Ｐ２０１１−１６９０６１）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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