JP4066937B2 - データ通信機器 - Google Patents

Description

本発明は、データ通信機器、特に人体に装着された通信端末と該通信機器を装着した人体が接触する通信端末とを備えたデータ通信機器に関する。

人体をデータ通信の伝送路として利用したデータ通信機器が、例えば特開２００１−７７７３５号公報や特開２００３−１４３０８６号等に開示されている。これらのデータ通信機器は、人体と接触する送信電極を備え当該送信電極に印加された電圧から人体に変調信号を送信する送信側通信端末と、人体と接触する受信電極を備え受信電極に生じた電圧信号から変調信号を復調する受信側通信端末とから構成される。

送信側通信端末は基準電位用電極と送信用電極の２つの電極を有し、通信データは当該２つの電極間に印加する電圧信号に変換される。そして、この電圧信号は受信側端末の受信電極と大地アース間での電位差として検出され、通信データに復調される。

しかしながら、上記データ通信装置では、例えばインバータ回路が搭載されている照明機器等の輻射ノイズを人体が帯びると、その輻射ノイズの周波数がデータ通信に用いられるキャリア周波数と同じである場合などには、通信エラーを発生する場合があるという問題点があった。
特開２００１−７７７３５号公報 特開２００３−１４３０８６号公報

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、このような輻射ノイズの影響を抑制し、通信エラーの生じにくいデータ通信装置を提供することにある。

そこで、本発明のデータ通信装置では、上記受信用通信装置において、人体と接触しない非接触用受信電極を備え、前記２つの受信電極間に生じた入力電圧の差分を増幅する差動増幅手段を備えることとしている。

この受信用通信装置においては、さらに、前記接触用受信電極と前記差動増幅手段の入力部との間に、インピーダンス素子を備えたり、あるいは、前記接触用受信電極の表面に、接触した人体との間で容量性素子を構成可能な絶縁部材を備えることが好ましく、より望ましくは前記非接触用受信電極と前記差動増幅手段の入力部との間に、インピーダンス素子を備えることである。

本発明によれば、２つの受信電極間に生じた差分電圧が取り出されることになるので、ノイズによる影響を受けることなく人体の接触による電圧信号のみを検出しやすくなる。したがって、コモンモードノイズに対する耐量が増し、輻射ノイズによる影響が少なくなる。

また、接触用受信電極と差動増幅手段の入力部の間にインピーダンス素子を備え、接触用受信電極側のノイズ振幅と非接触用受信電極側のノイズ振幅とマッチングさせれば、コモンモードノイズに対する耐量をより大きくすることができる。

そして、接触用受信電極の表面に、容量性素子を構成可能な絶縁部材を備えることにすれば、当該容量性素子によりコモンモードノイズによる耐量が増すことはもちろんのこと、信号処理回路上の部品点数を増やすことなく、接触用受信電極の防水性・防塵性の向上が図れる。

また、非接触用受信電極側と差動増幅手段の入力部の間にコンデンサを備えることにより、当該非接触用受信電極から入る商用周波数のノイズの混入を防ぐことができる。

以下、各図を参照しながら本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明のデータ通信機器を構成する受信用通信装置の概略構成図である。当該データ通信機器は、上記特許文献１や特許文献２に開示されたものとほぼ同様な構成であって、本発明における受信用通信装置は２つの受信電極を備えると共にこれら２つの受信電極間に生じた入力電圧の差分を増幅する差動増幅回路部（差動増幅手段）２を備えている点で異なる。すなわち、本発明においては、非接触用受信電極１ｂを備えることによって、接触用受信電極１ａとの間で生じた入力電圧の差が増幅されることになる。

より具体的に説明すると、受信用通信装置においては、２つの受信電極、人体が接触する接触用受信電極１ａ（図面では電極Ａで示される。）と、人体が接触しない非接触用受信電極１ｂ（図面では電極Ｂで示される。）が備えられている。ここで、非接触用受信電極１ｂは、接触用受信電極１ａとは同じ構造の電極を使用することにより、部品の共通化を図ることができる。ただし、信号処理のためには接触用、非接触用として区別して取り扱う必要がある。

この受信用通信装置には、上記差動増幅回路部２と、当該差動増幅回路部２から出力された信号から所定周波数帯域（キャリア周波数）の信号を通過させるバンドパスフィルタ３、増幅回路部４、ピークホールド回路部５、ローパスフィルタ６、コンパレータ７、そしてコンパレータ７から得られた出力（電圧信号）について信号処理を行うマイクロプロセッサー８等が備えられている。なお、バンドパスフィルタ３以降の処理については、従来例における受信用通信装置と同じ処理方法である。

人体が接触用受信電極１ａに接触することによって生じた接触用受信電極１ａと非接触用受信電極１ｂ間の入力電圧の差は、差動増幅回路部２で増幅され、バンドパスフィルタ３によって不要な帯域の周波数の信号はカットされる。この時点で、人体から入力された電圧信号のみが取り出される。ここで用いられる差動増幅回路部２の一例を図２に示すが、この回路はインスツルメンテーションアンプによるものである。接触用受信電極１ａには人体から送信された信号波であるＡＳＫ変調波による信号電圧Ｖs1だけではなく、ノイズ成分として人体が浴びた照明装置等からの輻射ノイズによるノイズ電圧Ｖn1も入力される。この点、シングルエンド入力（接触用受信電極１ａのみ）にした場合には、輻射ノイズによるノイズ電圧Ｖn1もそのまま増幅されてしまうので、増幅回路部４を通過する前のＳ／Ｎ比と増幅回路部４を通過した後のＳ／Ｎ比は何ら差がない。ところが、上記本発明の構成によれば、非接触用受信電極１ｂには直接輻射ノイズによるノイズ電圧Ｖn2が入力され、両者のノイズ電圧の差分のみが信号電圧Ｖs1とともに増幅される。

そして、次の増幅回路部４においてコンパレータ７で比較可能な程度にまで振幅レベルが増幅され、その後ピークホールド回路部５において包絡線検波が行われる。検波された信号は、ローパスフィルタ６において不必要な低周波数帯域がさらに除去され、コンパレータ７にて“１”／“０”のデータ列として取り出される。こうして取り出されたデータ列は、マイクロプロセッサー８等より後の処理回路（図示せず）によって決められた手法に従い通信データに復調される。

このような処理方法を採用することによって、照明機器などからキャリア周波数とほぼ同じ周波数を有する輻射ノイズが人体の周囲に発せられていたとしても、人体を介して伝波した輻射ノイズはほとんど取り除かれ、データエラーの発生が低減される。

次に、図３に示す実施形態においては、接触側受信電極１ａと差動増幅回路部２の入力部との間に、インピーダンス素子９が備えられている。インピーダンス素子９は、差動増幅回路部２からの出力信号のノイズ振幅をより一層低減化するために用いられるもので、キャリア周波数においてインピーダンスが十分に大きい値となる素子（例えば、コンデンサなどである）が用いられる。通常、接触側受信電極１ａから入る輻射ノイズは、非接触側受信電極１ｂから入る輻射ノイズに比べてそのノイズ振幅は大きい。なぜなら、人体そのものが、床面をＧＮＤプレーンとした一種のモノポールアンテナとなっており、その人体で受けた照明機器等からの輻射ノイズがそのまま接触用受信電極１ａに混入されるからである。そこで、本実施形態の如く、接触用受信電極１ａと差動増幅回路部２との間にインピーダンス素子９を設けることにより、接触用受信電極１ａから入るノイズ振幅を小さくして、非接触用受信電極１ｂから入るノイズ振幅との差を小さくする。こうして、作動増幅回路部４部を通過した後のＳ／Ｎ比をさらに良くすることが可能になる。

このインピーダンス素子９は、差動増幅回路部２の入力部との間に設ければよく、ディスクリート部品で構成する必要はないので、例えば接触用受信電極１ａの表面に形成することもできる。このようなインピーダンス素子９を備えた電極部２０を図４に示す。

当該電極部２０は、いわゆるタクトスイッチ２４を利用したものであって、接触用受信電極１ａと、タクトスイッチ２４と、ケース体２２と、下板２３と、基板２５及びシート状の絶縁部材（絶縁シート）２１を備える。ケース体２２の正面には開口２２ａが開設されており、その開口部２２ａからその一部を前方に突出させて電極用基台２６が備えられている。この電極用基台２６の背面にはタクトスイッチ２４をオンオフするためのピン２６ａが突設されている。また、この基台２６の表面には接触用受信電極１ａが備えられ、当該電極１ａは、ケース体２２の内部にてリード線２９を介して差動増幅回路部２の入力部と電気的に接続されている。２８は基板２５をケース体２２に固定するネジ、２９は電極用基台２６の位置を復帰させるためのバネである。そして、接触用受信電極１ａに人体が触れると電極用基台２６が押し込まれてタクトスイッチ２４がオンされ、接触用受信電極１ａに発生した信号電圧は差動増幅回路部２、バンドパスフィルタ３等によって検出される。絶縁シート２１はケース体２２の開口部２２ａを設けた面のほぼ全面を覆うようにして貼着されており、前記ケース体２２の開口部２２ａと電極用基台２６周縁との間の隙間を塞いでいる。なお、絶縁シート２１は、図面ではケース体２２表面や接触用受信電極１ａと離れた状態で描かれているが、実際には電極用基台２６が可動な程度にケース体２２正面や接触用受信電極１ａに密着して貼着している。

絶縁シート２１は、人体との接触によってインピーダンス素子９を構成する程度の厚さを有し、接触用受信電極１ａと人体との間でコンデンサが形成される。また、上述したように好ましくは入力されたノイズ周波数に合わせて、ノイズ振幅がマッチングするようにインピーダンス素子９の定数を最適化するように設定される。こうして、図３に示す実施形態と同様に、差動増幅回路部２への入力に際して、接触用受信電極１ａから入るノイズ電圧を減少させることができる。

もちろん、絶縁部材２１は、人体と接触によってインピーダンス素子９を構成できればよく、例えば絶縁性塗料の塗布により接触用受信電極１ａの表面に備えたものなどシート状のものに限られない。

図５に示す受信用通信装置では、人体と接触しない非接触用受信電極１ｂと差動増幅回路部２への入力部との間にコンデンサ１０が備えられている。このコンデンサ１０は、商用周波数ノイズに対してインピーダンスが大きくなるようにその定数が設定されており、インピーダンス素子として機能する。このインピーダンス素子１０によって、非接触用受信電極１ｂから入力されるノイズ電圧が軽減される。

本発明の一実施形態に係る受信用通信装置の概略的ブロック図である。 同上の受信用通信装置に用いられる差動増幅回路部の一例を示す等価回路図である。 別な実施形態に係る受信用通信装置の概略的ブロック図である。 さらに別な実施形態に係る受信用通信装置における電極部の概略的構成図である。 さらに別な実施形態に係る受信用通信装置の概略的ブロック図である。

符号の説明

１ａ 人体が触れる接触用受信電極
１ｂ 非接触用受信電極
２ 差動増幅回路部
２０ 電極部
２１ 絶縁部材（絶縁シート）
２４ タクトスイッチ

Claims (4)

1. 人体と接触する接触用受信電極を備え大地アースと電気的に結合された受信用通信装置を有するデータ通信装置において、
   前記受信用通信装置は、人体と接触しない非接触用受信電極を備え、前記２つの受信電極間に生じた入力電圧の差分を増幅する差動増幅手段を備えたことを特徴とするデータ通信装置。
2. 前記接触用受信電極と前記差動増幅手段の入力部との間に、インピーダンス素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
3. 前記接触用受信電極の表面に、接触した人体との間で容量性素子を構成可能な絶縁部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信装置。
4. 前記非接触用受信電極と前記差動増幅手段の入力部との間に、インピーダンス素子を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデータ通信装置。
   
   

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