СИСТЕМА СВЯЗИ Российский патент 2007 года по МПК H04B13/00 H04B5/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе связи и, предпочтительно, к системе связи, предназначенной для передачи и приема информации, например, через электрическое поле.

Уровень техники

Традиционно системы связи предназначены для передачи и приема информации с использованием поля излучения (радиоволн), например, между мобильными телефонами, и для передачи и приема информации через электромагнитную индукцию, например, между катушкой в блоке считывания/записи данных, установленном в устройстве проверки и сбора билетов на станции, и катушкой в карте интегральной микросхемы.

Недавно были предложены системы связи, которые включают устройство связи, находящиеся на теле человека, находящиеся в контакте с кожей, и устройства связи, расположенное рядом с пользователем, как показано в таблице 1, приведенной ниже. В этих системах связи, к телу человека подводят переменное напряжение через электрод устройства связи на теле человека, и в результате этого на электроде устройства связи на стороне оборудования возникает явление электростатической индукции под действием конденсатора, образованного с использованием тела человека, находящегося между электродами устройства связи на теле человека и устройства связи на стороне оборудования, при этом тело человека используется в качестве среды передачи. Используя явление электростатической индукции, можно передавать и принимать информацию (см., например, непатентный документ 1).

В дополнение к системам связи, показанным в Таблице 1, было предложены множество систем связи, предназначенных для передачи и приема информации, с использованием явления электростатической индукции, наводимой в электроде под действием конденсатора, с использованием тела человека, находящегося между передающим и приемным электродами, в качестве среды передачи (см. патентные документы 1-9 и непатентные документы 2-5).

[Патентный документ 1] Национальная публикация международной заявки на патент №11-509380

[Патентный документ 2] патент №3074644

[Патентный документ 3] выложенный японский патент №10-228524

[Патентный документ 4] выложенный японский патент №10-229357

[Патентный документ 5] выложенный японский патент №2001-308803

[Патентный документ 6] выложенный японский патент №2000-224083

[Патентный документ 7] выложенный японский патент №2001-223649

[Патентный документ 8] выложенный японский патент №2001-308803

[Патентный документ 9] выложенный японский патент №2002-9710

[Непатентный документ 1] Интернет

<URL:http://www.mew.co.jp/press/0103/0103-7.htm> (найден 20 января 2003 г.)

[Непатентный документ 2] "Development of Information Communication Device with Human Body Used as Transmission Line" by Keisuke Hachisuka, Ann Nakata, Kenji Shiba, Ken Sasaki, Hiroshi Hosaka and Kiyoshi Itao (Tokyo University); March 1, 2002 (Collected Papers for Academic Lectures on Micromechatronics, Vol., 2002, Spring, pp.27-28)

[Непатентный документ 3] "Development of Communication System within Organism" by Anri Nakata; Keisuke Hachisuka, Kenji Shiba, Ken Sasaki, Hiroshi Hosaka and Kiyoshi Itao (Tokyo University); 2002 (Collected Papers for Academic Lectures for Japan Society of Precision Engineering Conference, Spring, p.640)

[Непатентный документ 4] "Review on Modeling of Communication System Utilizing Human Body as Transmission Line" by Katsuyuki Fujii (Chiba University), Koichi Date (Chiba University), Shigeru Tajima (Sony Computer Science Laboratories, Inc.); March 1, 2002 (Technical Reports by The Institute of Image Information and Television Engineers Vol.26, No.20, pp.13-18)

[Непатентный документ 5] "Development of Information Communication Device with Human Body Used as Transmission Line" by Keisuke Hachisuka, Ann Nakata, Kento Takeda, Ken Sasaki, Hiroshi Hosaka, Kiyoshi Itao (Graduate School of Science of New Region Creation, Tokyo University) and Kenji Shiba (Science and Engineering Course, Tokyo University of Science); March 18, 2002 (Micromechatronics Vol.46; No.2; pp.53-64)

В системах связи с такой конфигурацией, поскольку действие конденсатора, с использованием тела человека, находящегося между передающим и приемным электродами в качестве среды, является предпосылкой физического принципа действия, интенсивность связи между электродами зависит от площади электродов.

Кроме того, поскольку действие конденсатора, с использованием тела человека, находящегося между передающим и приемным электродами в качестве среды, является предпосылкой физического принципа действия, физически невозможно, например, когда передающий электрод надет на правое запястье человека, обеспечить связь в других направлениях кроме направления от правого запястья человека к кончику пальца. Когда передающий электрод надет на грудь человека, физически невозможно обеспечить связь в других направлениях, кроме направления прямо от груди человека.

Как описано выше, в системах связи, поскольку действие конденсатора, с использованием тела человека, находящегося между передающим и приемным электродами в качестве среды, является предпосылкой физического принципа действия, существует проблема, связанная с тем, что направление связи ограничено положением электрода, надетого на тело человека, а также проблема, состоящая в том, что обеспечивается малая степень свободы при связи, потому что интенсивность связи зависит от площади электрода.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение создано с учетом указанных выше проблем, и в нем предложена система связи, устройство связи и способ связи, позволяющие повысить степень свободы во время связи.

В настоящем изобретении, для решения указанных проблем, система связи содержит первое устройство связи, предназначенное для электризации объекта, который обладает свойствами электризации, путем генерирования квазиэлектростатического поля, модулированного в соответствии с передаваемой информацией; и второе устройство связи, предназначенное для обнаружения изменения состояния электризации объекта электризации и демодуляции информации на основе этого изменения.

В этом случае в системе связи возможно обеспечить действие объекта электризации в качестве антенны в квазиэлектростатическом поле, изотропно от поверхности объекта, с электризацией объекта электризации в соответствии с определенной информацией. Поэтому возможно обеспечить связь без ограничения направления связи положением электрода первого устройства связи и без зависимости интенсивности связи от площади электрода, что, таким образом, позволяет повысить степень свободы во время связи.

В настоящем изобретении, даже когда объект электризации представляет собой тело человека, можно заставить действовать тело человека в качестве антенны в квазиэлектростатическом поле, изотропно от поверхности тела человека, независимо от наличия или отсутствия движения тела человека, потому что тело человека хорошо электризуется по своей природе.

Кроме того, в настоящем изобретении, благодаря формированию электрода со структурой, соответствующей опорной частоте так, что интенсивность компонента поля индукции электрического поля находится ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи, энергия, требуемая для связи, может быть уменьшена, благодаря уменьшению компонента поля индукции и компонента поля излучения, ненужных для связи с использованием квазиэлектростатического поля, и ненужное распространение может быть исключено для повышения пространственной разрешающей способности, которая позволяет обеспечить стабильность связи. Таким образом, можно обеспечить устойчивую связь.

Как указано выше, в соответствии с настоящим изобретением, объект электризации обладающий свойствами электризации, электризуют, генерируя квазиэлектростатическое поле, модулированное в соответствии с передаваемой информацией, и информацию демодулируют на основе изменения состояния электризации объекта электризации так, чтобы было возможно обеспечить действие объекта электризации в качестве антенны в квазиэлектростатическом поле, изотропно от поверхности объекта электризации, благодаря электризации объекта электризации в соответствии с определенной информацией. Таким образом, можно обеспечить связь без ограничения направления связи положением электрода передающей стороны и без зависимости интенсивности связи от площади электрода, и таким образом может быть повышена степень свободы во время связи.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, даже когда объект электризации представляет собой тело человека, возможно обеспечить действие тела человека в качестве антенны в квазиэлектростатическом поле, изотропно от поверхности тела человека, независимо от наличия или отсутствия движения тела человека, потому что тело человека хорошо электризуется по своей природе. Таким образом, может быть повышена степень свободы во время связи.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, благодаря формированию электрода со структурой, в соответствии с опорной частотой так, что интенсивность компонента поля индукции электрического поля ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи, энергия, требуемая для связи, может быть уменьшена, благодаря уменьшению компонента поля индукции и компонента поля излучения, ненужных для связи с использованием квазиэлектростатического поля, и ненужное распространение может быть предотвращено для повышения пространственной разрешающей способности, которая позволяет обеспечить стабильность связи. Таким образом, можно обеспечить устойчивую связь, и степень свободы во время связи может быть увеличена.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 показана принципиальная схема, поясняющая полярную систему координат.

На фигуре 2 показан график, представляющий относительное изменение интенсивности (1) каждого электрического поля в зависимости от расстояния.

На фигуре 3 показан график, представляющий относительное изменение интенсивности (2) каждого электрического поля в зависимости от расстояния.

На фигуре 4 показан график, представляющий отношение между длиной волны и расстоянием.

На фигуре 5 показана принципиальная схема, представляющая всю конфигурацию системы связи в соответствии с первым вариантом выполнения.

На фигуре 6 показано схемное решение/блок-схема, представляющее конфигурацию устройства проверки и сбора билетов.

На фигуре 7 показана принципиальная схема, поясняющая действие тела человека в качестве антенны.

На фигуре 8 показана принципиальная схема, представляющая электрические подключения в системе связи.

На фигуре 9 показана блок-схема, представляющая конфигурацию устройства карты.

На фигуре 10 показана принципиальная схема, представляющая поверхность пола устройства проверки и сбора билетов.

На фигуре 11 показана принципиальная схема, представляющая эквипотенциальную поверхность сформированного квазиэлектростатического поля, когда тело человека действует как идеальная симметричная антенна.

На фигуре 12 показана принципиальная схема, представляющая эквипотенциальную поверхность квазиэлектростатического поля, сформированную в соответствии с данным вариантом выполнения.

На фигуре 13 показана принципиальная схема, поясняющая предотвращение электрической утечки.

На фигуре 14 показана принципиальная схема, представляющая пример установки устройства карты в другом варианте выполнения.

На фигуре 15 показана принципиальная схема, представляющая конфигурацию линии поглощения/заземления шумов.

На фигуре 16 показано схемное решение/блок-схема, представляющее конфигурацию (1) устройства проверки и сбора билетов в другом варианте выполнения.

На фигуре 17 показана принципиальная схема, представляющая электрические соединения (1) в системе связи в другом варианте выполнения.

На фигуре 18 показана блок-схема представляющая конфигурацию устройства карты в другом варианте выполнения.

На фигуре 19 показано схемное решение/блок-схема, представляющее конфигурацию (2) устройства проверки и сбора билетов в другом варианте выполнения.

На фигуре 20 показана принципиальная схема, представляющая всю конфигурацию системы связи в соответствии со вторым вариантом выполнения.

На фигуре 21 показана блок-схема, представляющая конфигурацию устройства воспроизведения голоса.

На фигуре 22 показана блок-схема, представляющая конфигурацию устройства головного телефона.

На фигуре 23 показана принципиальная схема, представляющая пример модели тела человека для моделирования с использованием способа ОКРВ.

На фигуре 24 показана принципиальная схема, представляющая отношение между площадью электрода и потенциалом между электродами на стороне приема.

На фигуре 25 показана принципиальная схема, представляющая отношение между расстоянием между электродами и потенциалом между электродами на стороне приема.

На фигуре 26 показана принципиальная схема, представляющая отношение между площадью электрода на стороне передачи и потенциалом между электродами на стороне приема.

На фигуре 27 показана принципиальная схема, представляющая отношение между расстоянием между электродами на стороне передачи и потенциалом между электродами на стороне приема.

На фигуре 28 показана принципиальная схема, представляющая отношение между электрической интенсивностью составного электрического поля и расстоянием из источника электрического поля.

На фигуре 29 показана принципиальная схема, представляющая отношение между интенсивностью электрического поля для поля индукции и расстоянием от источника электрического поля.

На фигуре 30 показана принципиальная схема, представляющая отношение между подводимым потенциалом и частотой.

На фигуре 31 показана схема последовательности выполнения операций, представляющая процедуру конструирования.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение подробно описано ниже со ссылкой на чертежи.

(1) Краткое описание изобретения

В соответствии с изобретением информацию передают и принимают с использованием электрического поля. Сущность настоящего изобретение описана ниже с использованием терминов, относящихся к электрическому полю.

(1-1) Электрическое поле

Обычно, когда ток протекает через электрический диполь (симметричная антенна), электрическое поле Б, генерируемое в соответствии с расстоянием г от антенны, может быть представлено в виде упрощенной формулы, показанной ниже:

где А - постоянная, j - воображаемая единица, k - количество волн.

Как показано в приведенной выше формуле (1), электрическое поле Е может быть приблизительно разделено на компонент, обратно пропорциональный расстоянию r в кубе (в дальнейшем этот компонент называется квазиэлектростатическим полем), компонент, обратно пропорциональный расстоянию r в квадрате (в дальнейшем этот компонент называется полем индукции), и компонент, обратно пропорциональный расстоянию r в линейной зависимости (в дальнейшем этот компонент называется полем излучения).

Поле излучения представляет собой компонент, обладающий превосходной способностью к распространению, который слабо затухает, даже на большом расстоянии r, так как он обратно пропорционален расстоянию r в линейной зависимости, и поэтому его обычно используют в телекоммуникации, качестве среды передачи информации.

Хотя поле индукции представляет собой компонент, мало пригодный для передачи, который затухает обратно пропорционально расстоянию r в квадрате, по мере увеличения расстояния r, его недавно стали использовать в качестве среды передачи информации в области телекоммуникации.

Квазиэлектростатическое поле представляет собой компонент, который быстро затухает обратно пропорционально расстоянию r в кубе, и поэтому его нельзя использовать для передачи информации, и он проявляется в непосредственной близости от источника колебаний только как колебание. Поэтому его не используют для передачи информации, основанной на поле излучения и поле индукции.

Настоящее изобретение предназначено для передачи и приема информации в пределах непосредственной близости (в дальнейшем называется связью в ближнем поле), с использованием квазиэлектростатического поля среди электрических полей.

(1-2) Квазиэлектростатическое поле

Квазиэлектростатическое поле будет более подробно описано ниже. Сначала представим электрическое поле Е, определенное в приведенной выше формуле (1) как электрическое поле в положении Р(r, θ, ϕ) на заданном расстоянии от точки начала координат, как показано на фигуре 1.

В этом случае, если предполагается, что существуют заряд q и заряд -q, разделенные расстоянием δ, и заряд q изменяется как "Qcosωt" в момент времени t, тогда электрические поля Er, Eθ и Eϕ в положении Р(r, θ, ϕ) могут быть представлены следующими формулами соответственно при расположении заряда q в точке начала координат:

В формулах (2) электрическое поле Еϕ равно "нулю", и это означает, что в направлении ϕ от положения Р (на фигуре 1) электрическое поле не генерируется.

Если компонент, который находится в линейной обратно пропорциональной зависимости от расстояния r (то есть поле излучения), отделен от электрических полей Er и Eθ, представленных в формулах (2), то поле Е1r излучения и Е1θ в положении Р (r, θ, ϕ) могут быть представлены в виде следующих формул:

Если компонент, который имеет линейную обратно пропорциональную зависимость от расстояния r в квадрате (то есть поле индукции), отделить от электрических полей Er и Еθ, представленных в формулах (2), то поля Е2r индукции и Е2θ в положении Р(r, θ, ϕ) могут быть представлены как следующие формулы:

Если компонент, который находится в линейной обратно пропорциональной зависимости от расстояния r в кубе (то есть квазиэлектростатическое поле), отделить от электрических полей Er и Еθ, представленных в формулах (2), тогда квазиэлектростатические поля Е3r и Е3θ в положении Р(r, θ, ϕ) могут быть представлены в виде следующих формул:

В формулах (3) только поле Е1r излучения равно "нулю", и это означает, что в тангенциальном направлении от положения Р (на фигуре 1) электрическое поле не генерируется.

Теперь, чтобы представить напряженность электрического поля компонентов каждого поля излучения, поля индукции и квазиэлектростатического поля на расстоянии r, ниже будут более подробно описаны поле Е1θ излучения, поле Е2θ индукции и квазиэлектростатическое поле Е3θ в формулах (3) и (5).

Количество волн k [m^-1] определяется соотношением, представленным в следующей формуле, где угловая частота обозначена как ω и скорость света обозначена как с:

Если в формуле (6) заменить количество волн k, выражение "j·exp (-jkr)" сократить, так как оно находится вне пределов настоящего обсуждения, и "cosωt" принять равным единице (1), поскольку нужно рассматривать максимальное изменение по времени между зарядом q и зарядом -q, будут получены следующие формулы:

поле излучения

поле индукции

квазиэлектростатическое поле

Если формулы (7) преобразовать, заменяя расстояние δ, заряд q(=Q) и θ на единицу (1), 0. 001 [С] π/2 соответственно, тогда получим следующие формулы:

поле излучения

поле индукции

квазиэлектростатическое поле

На фигурах 2 и 3 показаны результаты, полученные путем качественного представления напряженности электрического поля составляющей поля Е1θ излучения, поля Е2θ индукции и квазиэлектростатического поля Е3θ, на основе формул (8).

Однако на фигурах 2 и 3 показаны значения напряженности электрического поля составляющей на частоте 1 [МГц], и на фигуре 3 показаны значения напряженности электрического поля составляющей, представленные на фигуре 2, замененные индексами (шкала индекса).

Как особенно очевидно показано на фигуре 3, напряженности электрического поля составляющих Е1θ излучения, поля Е2θ индукции и квазиэлектростатического поля Е3θ равны на определенном расстоянии r (в дальнейшем называется граничной точкой), и поле Е1θ излучения является доминирующим на расстоянии от граничной точки. И наоборот, в непосредственной близости к граничной точке квазиэлектростатическое поле Е3θ является доминирующим.

В граничной точке следующая формула установлена в соответствии с приведенными выше формулами (8):

Скорость света находится в соотношении, представленном следующей формулой, где длина волны обозначена как λ и частота обозначена как f:

Угловая частота ω находится в соотношении, показанном следующей формулой:

Тогда, подставляя формулу (10) и формулу (11) в формулу (9) и после перегруппировки формулы (9), получим следующую формулу:

В соответствии с формулой (12) расстояние r от начала координат до граничной точки изменяется в соответствии с длиной волны λ. Как показано на фигуре 4, чем больше длина волны λ, тем шире диапазон (расстояние r от начала координат до граничной точки), в котором квазиэлектростатическое поле Е3θ является доминирующим.

Таким образом, из приведенного выше описания следует, что квазиэлектростатическое поле В3θ является доминирующим в пределах диапазона, в котором расстояние r от начала координат составляет "r<λ/2π", если предположить, что относительная диэлектрическая постоянная воздуха ε равна 1 и длина волны в воздухе равна λ.

В настоящем изобретении, выбирая дальность, удовлетворяющую формулу (12), при передаче и приеме информации, с использованием подхода непосредственной близости для связи в ближнем поле, информацию передают и принимают в пространстве, в котором доминирует квазиэлектростатическое поле В3θ.

(1-3) квазиэлектростатическое поле и тело человека

Хотя для того чтобы обеспечить генерирование телом человека поля излучения или поля индукции, к телу человека необходимо подвести ток, эффективно подвести ток к телу человека трудно физически, потому что полное сопротивление тела человека очень велико. Подводить ток к телу человека также нежелательно физиологически. Однако, что касается статического электричества, ситуация совершенно отлична.

Из нашей каждодневной жизни известно, что тело человека очень часто электризуется, в соответствии с эмпирическим фактом ощущения статического электричества. Поскольку известно, что квазиэлектростатическое поле генерируется при электризации поверхности тела человека во время движения тела человека, нет необходимости подводить электричество к телу человека, чтобы обеспечить генерирование телом человека квазиэлектростатического поля, нужно только наэлектризовать тело человека.

Таким образом, тело человека электризуется в результате чрезвычайно малых движений заряда (ток); при этом изменение электризации мгновенно распространяется вокруг поверхности тела человека; и затем эквипотенциальная поверхность квазиэлектростатического поля формируется, по существу, изотропно от периферии тела. Кроме того, в пределах дальности, удовлетворяющей приведенной выше формуле (12), в пределах которой квазиэлектростатическое поле является доминирующим, поле излучения и поле индукции не имеют большого влияния. Следовательно, тело человека эффективно функционирует в качестве антенны. Это было подтверждено заявителем по результатами экспериментов.

Как технология связи в ближнем поле, существующая информация адаптирована для модуляции квазиэлектростатического поля, которое изотропно сформировано рядом с телом человека, в результате электризации тела человека в соответствии с определенной информацией, и в результате формируется квазиэлектростатическое поле, несущее информацию рядом с телом человека, через которое информацию передают и принимают.

Таким образом, в настоящем изобретении, как описано выше, используют природу квазиэлектростатического поля и природу тела человека путем электризации тела человека в пределах дальности, на которой квазиэлектростатическое поле является доминирующим, при этом тело человека действует в качестве антенны; и при этом квазиэлектростатическое поле, сформированное в непосредственной близости к телу человека, используется как среда передачи информации. Вариант выполнения, в котором применяется настоящее изобретение, будет описан ниже.

(2) Первый вариант выполнения

(2-1) Полная конфигурация системы связи в соответствии с первым вариантом выполнения

На фигуре 5 ссылочной позицией 1, в общем, обозначена вся конфигурация системы связи, в соответствии с первым вариантом выполнения. Система связи содержит устройство 2 проверки и сбора билетов, установленное на некоторой станции, и мобильное устройство 3 в форме карты (далее называется устройством карты) помещено в карман одежды на теле человека (далее называется пользователем), который использует устройство 2 проверки и сбора билетов.

Для устройства 2 проверки и сбора билетов выделен участок 4 прохода входа/выхода в определенном месте на станции, для прохода пользователя, и выход на дверь 5, открывающуюся и закрывающуюся на стороне выхода участка 4 прохода входа/выхода. Здесь установлен электрод 7 (далее называется электродом боковой поверхности), на боковой поверхности стороны входа участка 4 прохода входа/выхода.

Устройство 3 карты на одной из поверхностей содержит электрод (далее называется внутренним электродом) 8 и электрод (далее называется внешним электродом) 9 на другой поверхности.

Система 1 связи адаптирована для активации устройства 3 карты пользователя, который проходит через участок 4 прохода входа/выхода, для осуществления связи в ближнем поле между устройством 3 карты и устройством 2 проверки и сбора билетов и открывания закрытой выходной двери 5, в случае необходимости.

(2-2) Связь в ближнем поле

Связь в ближнем поле, осуществляемая в системе 1 связи, будет подробно описана ниже со ссылкой на чертежи, с представлением внутренней конфигурации устройства 2 проверки и сбора билетов и внутренней конфигурации устройства 3 карты.

(2-2-1) Активация устройства карты

Как показано на фигуре 6, часть 20 управления устройства 2 проверки и сбора билетов предназначена для выполнения общего управления устройством 2 проверки и сбора билетов в соответствии с определенной программой обработки связи и позволяет переключать секцию 21а устройства 21 переключения направления связи на передающий соединительный контур 21b или приемный соединительный контур 21с, на основе заданной тактовой частоты, предварительно записанной в памяти сохранения информации.

Часть 23 передачи, при передаче в моменты времени, основанные на тактовой частоте связи, подает переменный сигнал S1 с заданной частотой, сгенерированный с помощью источника 15 питания переменного напряжения, на электрод 7 боковой поверхности через устройство 21 переключения направления связи, чтобы сгенерировать квазиэлектростатическое поле, в соответствии с переменным сигналом S1, через электрод 7 боковой поверхности.

В частности, часть 23 передачи позволяет генерировать квазиэлектростатическое поле на электроде 7 боковой поверхности, исключая при этом поле излучения и поле индукции, как описано выше со ссылкой на фигуры 2 и 3, генерируя переменный сигнал S1 с частотой f и подавая этот сигнал S1 на электрод 7 боковой поверхности, при этом частота f определяется по следующей формуле, которую получают, подставляя представленную выше формулу (10) в представленную выше формулу (12), предполагая, что относительная диэлектрическая постоянная воздуха ε равна 1, длина волны в воздухе обозначена как λ, максимальное расстояние между внешним электродом 9 и электродом 7 боковой поверхности, когда устройство 3 карты и устройство 2 проверки и сбора билетов связываются друг с другом, обозначено как r и частота переменного сигнала S1 обозначена как f, и с перестановкой формулы (12) после замены:

В этой ситуации, когда пользователь входит в квазиэлектростатическое поле, сгенерированное электродом 7 боковой поверхности (то есть, когда пользователь пытается пройти через участок 4 прохода входа/выхода), происходит электризация пользователя в пределах квазиэлектростатического поля, в соответствии со смещением электрода 7 боковой поверхности, и, таким образом, его тело действует как антенна, в то время как квазиэлектростатическое поле в соответствии со смещением (далее называется переменным квазиэлектростатическим полем) TD изотропно распространяется вокруг поверхности тела пользователя.

В этом случае, как показано на фигуре 7, внутренний электрод 8 устройства 3 карты, которое несет пользователь, статически соединено с пользователем и формирует конденсатор С2, в то время как внешний электрод 9 статически соединен с землей и формирует конденсатор С3 и статически соединен с электродом 7 боковой поверхности (которая имеет потенциал, эквивалентный потенциалу земли) через тело пользователя, формируя конденсатор С1.

В результате этого, как показано на фигуре 8, образуется электрическая связь последовательно через электрод 7 боковой поверхности, тело пользователя, внутренний электрод 8 и внешний электрод 9, при этом внешний электрод 9 обеспечивает опорный потенциал для источника 15 питания переменного тока в устройстве 3 карты через наэлектризованное тело пользователя. Таким образом, напряжение источника 15 питания переменного тока на стороне устройства 2 проверки и сбора билетов прикладывается между внутренним электродом 8 и внешним электродом 9 в устройстве 3 карты через наэлектризованное тело пользователя.

В этом случае, как показано на фигуре 9, устройство 3 карты соединяет секцию 31а переключения на стороне внутреннего электроде 8 с приемным соединительным контуром 31с и секцию 31b переключения внешнего электрода 9 с приемным соединительным контуром 31е; выполняет двухполупериодное выпрямление переменного сигнала (тока) S1, сгенерированного между внешним электродом 9 и внутренним электродом 8, с помощью схемы выпрямителя 33; и полученный в результате постоянный ток S2 накапливается в сглаживающем конденсаторе НС как энергия.

Часть 32 управления источником питания позволяет активизировать устройство 3 карты, когда она обнаруживает, что энергия, накопленная в сглаживающем конденсаторе НС, достигла заданного уровня напряжения.

Таким образом, в системе 1 связи благодаря электризации пользователя, чтобы получить энергию для устройства 3 карты от тела пользователя, функционирующего как огромная антенна (электрод), можно обеспечить передачу энергии от устройства 2 проверки и сбора билетов, и при этом возможно на стороне устройства 3 карты получать энергию независимо от площади внутреннего электрода 8 и внешнего электрода 9 и без необходимости использования батареи для устройства 3 карты.

Благодаря этому система 1 связи позволяет повысить эффективность подачи питания от устройства 2 проверки и сбора билетов в устройство 3 карты и позволяет обеспечить миниатюризацию всей системы и самого устройства 3 карты.

Устройство 3 карты генерирует синхронизированный сигнал S3 тактовой частоты, соответствующей тактовой частоте связи устройства 2 проверки и сбора билетов, с использованием генератора 34 тактовой частоты, на основе частоты f переменного сигнала S1, передаваемого из устройства 2 проверки и сбора билетов, и передает синхронизированный сигнал S3 тактовой частоты в часть 30 управления.

Часть 30 управления обеспечивает общее управление устройством 3 карты в соответствии с заданной программой обработки связи и переключает секции 31а и 31b переключения устройства 31 переключения направления связи на основе синхронизированного сигнала S3 тактовой частоты, передаваемого генератором 34 тактовой частоты.

Часть 30 управления позволяет соединять секцию 31а переключения с приемным соединительным контуром 31d и секцией 31b переключения с контуром 31f заземления во время передачи, на основе синхронизированного сигнала S3 тактовой частоты, с одновременным соединением секции 31а переключения с передающим соединительным контуром 31с и секции 31b переключения с приемным соединительным контуром 31е в случае выбора времени приема.

(2-2-2) Связь в ближнем поле от устройства карты на устройство проверки и сбора билетов

Во время передачи на основе синхронизированного сигнала S3 тактовой частоты часть 30 управления считывает из внутренней памяти сохранения информации (не показана) информацию S4 идентификации, идентифицирующую, следует ли разрешить пользователю войти или выйти со станции, например, проверяя название станции или стоимость проезда на поезде, и передает информацию в часть 35 передачи.

Часть 35 передачи генерирует переменный сигнал с той же частотой, что и у сигнала устройства 2 проверки и сбора билетов, используя энергию, накопленную в сглаживающем конденсаторе НС; выполняет обработку модуляции переменного сигнала в соответствии с заранее определенным способом модуляции, чтобы наложить на сигнал информацию S4 идентификации, и передает полученный сигнал S5 идентификации между внутренним электродом 8 и внешним электродом 9 через приемный соединительный контур 31.

В этом случае на внутреннем электроде 8 происходят колебания, соответствующие по частоте сигналу S5 идентификации, и генерируется квазиэлектростатическое поле (сигнал S5 идентификации) в соответствии с колебаниями. В результате происходит электризация тела пользователя в соответствии с колебаниями внутреннего электрода 8, и вокруг тела пользователя изотропно формируется квазиэлектростатическое поле (далее называется квазиэлектростатическим полем передачи информации) ОТД (DTD, определение типа документа), которое несет сигнал S5 идентификации, в соответствии с колебаниями.

В этом случае пользователь и электрод 7 боковой поверхности связываются друг с другом таким же образом, как описано со ссылкой на фигуры 7 и 8, и квазиэлектростатическое поле передачи информации детектируется электродом 7 боковой поверхности.

Таким образом, в части 35 передачи благодаря изменению состояния электризации пользователя в соответствии с квазиэлектростатическим полем (сигнал S5 идентификации), сгенерированным внутренним электродом 8, в пространстве, где исключаются поле излучения и поле индукции, как описано выше со ссылкой на формулу (12), тело пользователя можно использовать в качестве антенны и формировать квазиэлектростатическое поле ОТД (определение типа документа) передачи информации.

В этом случае время приема, основанное на тактовой частоте связи, устанавливается для устройства 2 проверки и сбора билетов (на фигуре 6), и полевой транзистор (далее называется ПТ (FET)) 28 детектирует смещение напряженности квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации, детектируемого электродом 7 боковой поверхности как изменение потенциала, через затвор полевого транзистора 28, и передает его в часть 24 приема как сигнал S6 идентификации через усилитель (не показан).

Часть 24 приема выполняет обработку демодуляции сигнала S6 идентификации в соответствии с заранее определенным способом демодуляции, чтобы выделить информацию S7 идентификации, и подает ее в часть 25 определения возможности прохода части 20 управления.

При приеме информации S7 идентификации из части 24 приема часть 25 определения возможности прохода выполняет заданный процесс определения на основе информации S7 идентификации и информации определения, заранее сохраненной в памяти сохранения информации, и определяет, следует ли разрешить проход пользователю, который пытается пройти через участок 4 прохода входа/выхода (фигура 5).

При получении положительного результата, свидетельствующего о том, что проход пользователю следует разрешить, часть 25 определения возможности прохода передает инструкцию на разрешение прохода в часть 26 управления выходной дверью и в часть 27 обеспечения информацией. И наоборот, при получении отрицательного результата, который свидетельствует о том, что пользователя нельзя пропустить, часть 25 определения возможности прохода передает инструкцию на отказ в проходе в часть 26 управления выходной дверью и в часть 27 обеспечения информацией.

При получении инструкции на разрешения прохода от части 25 определения возможности прохода часть 26 управления выходной дверью открывает выходную дверь 5 участка 4 прохода входа/выхода (фигура 5), чтобы позволить пользователю пройти. И наоборот, при получении инструкции на отказ в проходе от части 25 определения возможности прохода, часть 26 управления выходной дверью оставляет закрытой выходную дверь 5 участка 4 прохода входа/выхода, что не позволяет пользователю пройти.

(2-2-3) Связь в ближнем поле устройства проверки и сбора билетов с устройством карты

При получении инструкции на разрешение прохода или инструкции на отказ в проходе от части 25 определения возможности прохода часть 27 обеспечения информацией генерирует информацию S8 уведомления, предназначенную для уведомления пользователя, например, о разрешении или отказе в проходе, и передачи другой информации, и затем передает информацию уведомления в часть 23 передачи во время передачи, основанной на частоте синхронизации связи.

Часть 23 передачи выполняет обработку модуляции переменного сигнала S1 в соответствии с заданным способом модуляции, чтобы наложить на него информацию S8 уведомления, и передает полученный в результате сигнал S9 уведомления на электрод 7 боковой поверхности через устройство 21 переключения направления связи, чтобы сгенерировать квазиэлектростатическое поле, в котором с помощью электрода 7 боковой поверхности наводят колебания, в соответствии с сигналом S9 уведомления.

Таким образом, часть 23 передачи может изменять состояние электризации пользователя в соответствии с квазиэлектростатическим полем (сигнал S9 уведомления), заставляя тело пользователя действовать в качестве антенны и формируя квазиэлектростатическое поле ОТД передачи информации рядом с пользователем, в пространстве, где поле излучения и поле индукции исключены из-за индукции квазиэлектростатического поля, как описано выше со ссылкой на фигуры 7 и 8.

В этом случае в устройстве 3 карты (фигура 9), время приема устанавливают на основе синхронизированной частоты S3 синхронизации, и внутренний электрод 8 детектирует квазиэлектростатическое поле ОТД передачи информации, сформированное рядом с пользователем. ПТ 37 детектирует смещение напряженности квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации, детектируемой внутренним электродом 8, как изменение потенциала на затворе полевого транзистора 37, и передает его в часть 24 приема как сигнал S9 уведомления через усилитель (не показан).

Часть 24 приема выполняет обработку демодуляции сигнала S9 уведомления в соответствии с заданным способом демодуляции, чтобы выделить информацию S10 уведомления, и передает ее в часть 30 управления.

В этом случае часть 30 управления уведомляет пользователя о содержании информации S10 уведомления, например, показывая содержание через часть дисплея (не показана) на основе информации S10 уведомления.

Таким образом, устройство 2 проверки и сбора билетов (устройство 3 карты) позволяет исключить прием сигнала S9 уведомления (сигнала S5 идентификации), переданного через электрод 7 боковой поверхности (внутренний электрод 8) (так называемая кража сигнала), благодаря выполнению полудуплексного способа, в котором направление связи при передаче и направление связи при приеме переключаются на основе частоты синхронизации связи (синхронизированная тактовая частота S3) для передачи и приема информации.

В этом случае устройство 2 проверки и сбора билетов (устройство 3 карты) может использовать обе функции электрода электризации-индуцирования для электризации тела пользователя и функцию электрода детектирования для детектирования изменения состояния электризации пользователя, вызванного устройством 3 карты (устройство 2 проверки и сбора билетов), используя только один электрод 7 боковой поверхности (внутренний электрод 8), и, таким образом, устройство 2 проверки и сбора билетов может быть миниатюризировано.

Кроме того, устройство 2 проверки и сбора билетов может использовать один переменный сигнал S1 как для источника питания, так и для передачи информации, при этом один электрод 7 боковой поверхности может использоваться как передающий электрод сигнала для источника питания, и как электрод приема сигнала для передачи информации, без необходимости использования отдельных электродов, и таким образом устройство 2 проверки и сбора билетов может быть миниатюризировано.

(2-3) Вспомогательное средство при связи в ближнем поле

В дополнение к указанной выше конфигурации, как показано на фигуре 10, в системе 1 связи, поверхность Y1 пола (далее называется поверхностью пола канала связи) участка 4 прохода входа/выхода установлена в таком состоянии, что она не заземлена на землю (далее называется поверхность пола здания) Y2, но отделена от поверхности Y2 пола здания с использованием определенного пространства dx (промежутка).

В этом случае электростатическая емкость между ногами пользователя и поверхностью Y2 пола здания может быть уменьшена так, чтобы она была меньше, чем электростатическая емкость между пользователем и электродом 7 боковой поверхности на величину, соответствующую пространству dx между поверхностью Y1 пола канала связи и поверхностью Y2 пола здания, чтобы, таким образом, исключить утечку квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации (переменное квазиэлектростатическое поле TD) от ног на поверхность Y2 пола здания.

Кроме того, при этом также возможно предотвратить возникновение шумов (ниже называются шумы окружающей среды) KN, образующихся в результате неоднородности поверхности Y2 пола здания, например, шумов электрических разрядов, вызванных электрически нестабильным состоянием из-за зазора между объединенными поверхностями материала стальной поверхности Y2 пола здания или материала ржавой стали, индуцируемым от поверхности Y1 пола канала связи на тело пользователя.

Таким образом, в системе связи, в более устойчивом состоянии, возможно сформировать эквипотенциальную поверхность квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации (переменное квазиэлектростатическое поле TD), которая формируется, по существу, изотропно вокруг поверхности тела пользователя, когда пользователь наэлектризован, и моментальные изменения электризации происходят по периферии поверхности тела пользователя, и поэтому возможно обеспечить устойчивую связь в ближнем поле.

Это будет визуально очевидно при сравнении фигуры 11, на которой показана эквипотенциальная поверхность квазиэлектростатического поля, когда тело человека функционирует как идеальная симметричная антенна, и фигуры 12, на которой показаны результаты экспериментов в соответствии с настоящим вариантом выполнения.

Кроме того, как показано на фигуре 13, устройство 2 проверки и сбора билетов системы 1 связи позволяет предотвратить утечку сигнала по каналу связи от электрода 7 боковой поверхности до части 24 приема через ПТ 28. Действительно, во-первых, кожух 28А, проводящий материал, покрывающий периферию ПТ 28, установлен в состоянии, когда он электрически отделен от ПТ 28; и, во-вторых, только часть 24 приема заземлена в канале связи приема.

В-третьих, в качестве средства, предотвращающего утечку такого рода, устройство 2 проверки и сбора билетов выполнено так, чтобы уменьшить электростатическую емкость SC1 между ПТ 28 и землей по сравнению с электростатической емкостью SC2 в канале связи от ПТ 28 до части 24 приема через часть 24 приема, например, путем увеличения интервала (высоты) между ПТ 28 и землей.

Таким образом, устройство 2 проверки и сбора билетов позволяет эффективно индуцировать квазиэлектростатическое поле ОТД передачи информации (переменное квазиэлектростатическое поле TD), детектируемое электродом 7 боковой поверхности в часть 24 приема через ПТ 28, и таким образом получать квазиэлектростатическое поле ОТД передачи информации (фигура 5), сформированное телом пользователя, обладающее высокой чувствительностью.

(2-4) Работа и эффект

В системе 1 связи с указанной выше конфигурацией, используя природу квазиэлектростатического поля и природу пользователя (тела человека), обеспечивают электризацию тела пользователя так, что оно действует в качестве антенны, и квазиэлектростатическое поле, которое в результате формируется рядом с пользователем, используется как информационная среда передачи.

В частности, на стороне устройства 3 карты (устройство 2 проверки и сбора билетов) в системе 1 связи квазиэлектростатическое поле в соответствии с сигналом S5 идентификации (сигнал S9 уведомления), модулированным в соответствии с информацией S4 идентификации (информация S8 уведомления), генерируется от внутреннего электрода 8 (электрод 7 боковой поверхности) для электризации тела пользователя, как описано выше со ссылкой на фигуры 6 и 9. В устройстве 2 проверки и сбора билетов (устройство 3 карты) изменение напряженности квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации (фигура 5), изотропно сформированного рядом с телом пользователя, последовательно детектируется через электрод 7 боковой поверхности (внутренний электрод 8) и ПТ 28 (ПТ 37), и информация S4 идентификации (информация S8 уведомления) демодулируется на основе результата детектирования.

Соответственно, в системе 1 связи возможно сформировать квазиэлектростатическое поле ОТД передачи информации, которое распространяется, по существу, изотропно от поверхности тела пользователя, в соответствии с сигналом S5 идентификации (сигнал S9 уведомления), с предпочтительной электризацией пользователя. Кроме того, становится возможной передача и прием, не зависящие от ориентации или установки устройства 3 карты, и независимо от того, находится ли внутренний электрод 8 устройства 3 карты в контакте с телом пользователя.

Кроме того, в системе 1 связи, так как наэлектризованное тело пользователя действует в качестве антенны, возможно сформировать квазиэлектростатическое поле ОТД передачи информации, которое распространяется изотропно от поверхности пользователя, независимо от движения пользователя, и, таким образом, возможно передавать и получать информацию, не вынуждая пользователя выполнять определенное движение во время связи.

Кроме того, в системе 1 связи, так как наэлектризованное тело пользователя действует в качестве антенны и информацию передают и принимают с использованием нераспространяющегося квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации, вследствие этого сформированного рядом с телом пользователя, возможно исключить помехи от других радиоволн (поля индукции или поля излучения) и предотвратить перехват за пределами пространства связи, чтобы обеспечить конфиденциальность содержания связи.

Таким образом, в системе 1 связи благодаря тому, что тело пользователя, находящегося между передающим и приемным электродами, действует в качестве антенны, в отличие от случая, когда тело пользователя традиционно рассматривают в качестве среды, можно реализовать передачу и прием информации без ограничений по направлению в непосредственной близости к телу пользователя, с обеспечением конфиденциальности, и не вынуждая пользователя выполнять определенные движения.

В дополнение к указанной выше конфигурации в системе 1 связи отношение между максимальным расстоянием r и частотой f сигнала, подаваемого на электрод 7 боковой поверхности выбирают так, чтобы удовлетворить указанную выше формулу (13), как описано выше в отношении формулы (12).

Соответственно, в системе 1 связи благодаря тому, что пользователь, который собирается пройти через участок 4 прохода входа/выхода, действует в качестве антенны, для обеспечения связи в ближнем поле, может быть сформировано пространство связи как пространство (по существу закрытое пространство), в котором всегда доминирует нераспространяющееся квазиэлектростатическое поле Е39. В результате выходной сигнал связи может быть ослаблен до такой степени, что содержание связи не будет распространяться вне пространства связи и, таким образом, будет более надежно обеспечена конфиденциальность содержания связи.

В соответствии с описанной выше конфигурацией в системе 1 связи, благодаря использованию природы квазиэлектростатического поля и природы тела человека, тело пользователя электризуется так, что оно действует в качестве антенны, и квазиэлектростатическое поле ОТД передачи информации, которое, таким образом, формируется рядом с телом пользователя, используется как информационная среда передачи. При этом обеспечивается возможность реализовать передачу и прием информации без ограничений по направлению, рядом с телом пользователя, с обеспечением конфиденциальности и не вынуждая пользователя выполнять определенные движения, и, таким образом, степень свободы при связи с использованием квазиэлектростатического поля может быть увеличена.

(2-5) Другие варианты выполнения

В описанном выше первом варианте выполнения был представлен случай, когда устройство 3 карты, используемое как первое устройство связи, находится в кармане одежды пользователя. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и устройство 3 карты может быть надето вокруг руки, как показано на фигуре 14. В качестве альтернативы оно может быть установлено в мобильный телефон или шагомер, или его можно положить в сумку. Таким образом, устройство 3 карты может быть расположено рядом с передающим или принимающим телом человека, независимо от способа его удержания или установки, и независимо от того, находится ли внутренний электрод 8 устройства 3 карты в контакте с телом пользователем, как описано выше. В конце концов, единственное требование состоит в том, что устройство 3 карты должно находиться рядом с телом пользователя.

Выше было приведено описание первого варианта выполнения для случая, когда устройство 3 карты имеет форму карты. Однако настоящее изобретение не ограничено этим, и устройство 3 карты может иметь другие различные формы.

Кроме того, в описанном выше первом варианте выполнения описание было приведено для случая, когда поверхность Y1 пола канала связи используется на участке 4 прохода входа/выхода в состоянии, когда она отделена от поверхности Y2 пола здания (фигура 10) заданным пространством dx. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и элемент с низкой относительной диэлектрической проницаемостью может быть установлен между поверхностью Y1 пола канала связи и поверхностью Y2 пола здания.

В этом случае, если предположить, что относительная диэлектрическая проницаемость элемента, установленного между поверхностью Y1 пола канала связи и поверхностью Y2 пола здания, равна ε, промежуток между поверхностью Y1 пола канала связи и поверхностью пола здания поверхность Y2 пола здания принять равным dx, проницаемость электрической постоянной в вакууме принять равной ε0, и площадь подошв пользователя принять равной S, тогда электростатическая емкость CY2 между ногами пользователя и поверхностью Y2 пола здания будет приближаться к величине, полученной из соотношения, представленного следующей формулой:

Поэтому, если dx обозначить расстояние между поверхностью Y1 пола канала связи и поверхностью Y2 пола здания и относительную диэлектрическую проницаемость s элемента, установленного между поверхностью Y1 пола канала связи и поверхностью Y2 пола здания, выбрать с учетом указанного выше соотношения, электростатическая емкость CY2 между ногами пользователя и поверхностью Y2 пола здания может быть определенно меньшей, чем электростатическая емкость между телом пользователя и электродом 7 боковой поверхности. Таким образом, утечка квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации (переменное квазиэлектростатическое поле TD) от ног пользователя к поверхности Y2 пола здания может быть более надежно предотвращена и связь в ближнем поле может быть более надежно стабилизирована.

В описанном выше первом варианте выполнения описание было приведено для случая, когда поверхность Y1 пола канала связи установлена на участке 4 прохода входа/выхода в состоянии, когда она отделена от поверхности Y2 пола здания (фигура 10) заданным пространством dx, как средство, предотвращающее связь, для того чтобы исключить электрическую связь между объектом идентификации и полом здания друг с другом. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и в нем может быть установлена линия 40 заземления, поглощающая шумы, проложенная на поверхности Y1 пола канала связи и заземленная на поверхность Y2 пола здания, как показано на фигуре 16.

В этом случае возможно предотвратить возникновение шумов (ниже называются шумы окружающей среды) KN, образующихся в результате неоднородности поверхности Y2 пола здания от поверхности Y1 пола канала связи к пользователю, и таким образом стабилизировать связь в ближнем поле, аналогично первому варианту выполнения, описанному выше. Кроме того, если между поверхностью Y1 пола канала связи (фигура 10) и поверхностью Y2 пола здания используется не только пространство dx, но также и линия 40 заземления, поглощающая шумы, стабильность связи в ближнем поле может быть еще больше повышена.

Кроме того, в описанном выше первом варианте выполнения описание было приведено для случая, когда на электроде 7 боковой поверхности, используемом одновременно как электрод детектирования и как электрод источника питания, переменный сигнал S1 используется одновременно как сигнал источника питания и как сигнал накопителя. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и электрод для источника питания, и электрод для передачи информации могут быть выполнены отдельно.

В частности, как показано на фигурах 16, 17 и 18, на которых части, соответствующие частям на фигурах 6, 8 и 9, обозначены теми же самыми ссылочными позициями и знаками, в устройстве 2 проверки и сбора билетов теперь дополнительно установлен электрод 51 источника питания на внутренней поверхности участка 4 прохода входа/выхода, на входной стороне, отдельно от электрода 7 боковой поверхности, и переменный источник питания 15 образуется между электродом 51 источника питания и землей. Электрод 7 боковой поверхности используется только для связи в ближнем поле. В устройстве 3 карты используется внутренний электрод 52 приема и внутренний электрод 53 передачи на одной поверхности и внешний электрод 54 приема и внешний электрод 55 передачи на другой поверхности вместо устройства 31 переключения направления связи. Если передача и прием в канале источника питания и передача и прием в канале передачи информации между устройством 2 проверки и сбора билетов и устройством 3 карты выполнены отдельно, как описано выше, может быть получен тот же эффект, что и в описанном выше варианте выполнения.

Кроме того, в описанном выше первом варианте выполнения описание было приведено для случая, когда электрод 7 боковой поверхности пользователя, используемый как электрод детектирования, обнаруживает изменение состояния электризации (квазиэлектростатическое поле передачи информации ОТД), при этом оно детектируется как информация S7 идентификации с помощью ПТ 28, используемого в качестве средства детектирования, и информация S7 идентификации демодулируется частью 24 приема, используемой в качестве средства модуляции. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и информация S7 идентификации можно демодулировать путем измерения изменений полного сопротивления квазиэлектростатического поля ОТД передачи информации.

В частности, как показано на фигуре 19, в которой части, соответствующие частям, показанным на фигуре 6, обозначены теми же ссылочными позициями, устройство 2 проверки и сбора билетов передает переменный сигнал S1 с заданной частотой, сгенерированный на основе источника 15 питания переменного тока, на электрод 7 боковой поверхности через устройство 21 переключения направления связи, используя часть 23 передачи, чтобы сгенерировать квазиэлектростатическое поле. Следовательно, часть 60 приема как средство демодуляции и измерения полного сопротивления может обеспечить тот же эффект, что и вариант выполнения, описанный выше.

Кроме того, в первом варианте выполнения, описанном выше, описание было приведено для случая, когда изменение в состоянии электризации пользователя детектируется с помощью ПТ 28 или 37, как сигнал S6 идентификации (сигнал S9 уведомления). Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и изменение в состоянии электризации пользователя может детектироваться с использованием различных других средств детектирования, например, с использованием измерителя напряженности поля типа индукционного электрода, предназначенного для измерения напряжения, индуцированного напряжением индукции с использованием конфигурации с транзистором или ПТ, измерителя напряженности поля типа системы усиления-модуляции индукционного электрода для переменного напряжения, преобразующего прямой сигнал, полученный индукционным электродом, используя схему прерывателя, колебательной емкости и т.п., измерителя напряженности поля с электрооптическим эффектом, предназначенного для приложения электрического поля к материалу, обладающему электрооптическим эффектом, для измерения изменений в характеристиках распространения света, вызванных в материале, и, только для устройства 3 карты, электрометра, измерителя напряженности поля типа шунт-резистора, измерителя напряженности поля типа сбора тока и т.п.

Кроме того, в первом варианте выполнения, описанном выше, описание было приведено для случая, когда переменный сигнал S1 непрерывно подается частью 23 передачи, используемой в качестве средства модуляции и источника питания, на электрод 7 боковой поверхности. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и переменный сигнал S1 может подаваться на электрод 7 боковой поверхности только в то время, когда электрод 7 боковой поверхности, используемый как электрод детектирования, детектирует смещение поля, вызванное пользователем, в соответствии с движением пользователя, когда пользователь подходит к участку 4 прохода входа/выхода.

В частности, устройство 2 проверки и сбора билетов, под управлением части 20 управления, соединяет секцию 21а устройства 21 переключения направления связи с приемным соединительным контуром 21с, пока он не обнаружит пользователя, который собирается пройти через участок 4 прохода входа/выхода (фигура 5), затем обнаруживает смещение квазиэлектростатического поля, вызванного пользователем при подходе к участку 4 прохода входа/выхода, через электрод 7 боковой поверхности и ПТ 28, и, когда передает результат детектирования части передачи 23, соединяет секцию 21а переключения с передающим соединительным контуром с помощью части 20 управления, чтобы подать переменный сигнал S1 на электрод 7 боковой поверхности. С другой стороны, когда устройство 2 проверки и сбора билетов не может детектировать смещение квазиэлектростатического поля, вызванного пользователем, уходящим от участка 4 прохода входа/выхода, через электрод 7 боковой поверхности и ПТ 28, и, следовательно, больше не передает результат детектирования в часть 23 передачи, оно соединяет секцию 21a переключения с приемным соединительным контуром с помощью части 20 управления и прекращает подачу переменного сигнала S1 на электрод 7 боковой поверхности. Таким образом, устройство 2 проверки и сбора билетов не подает переменный сигнал S1 на электрод 7 боковой поверхности, кроме случая, когда оно детектирует смещение квазиэлектростатического поля (электризации), вызванное движением пользователя, и таким образом может быть обеспечена дополнительная экономия энергии по сравнению с вариантом выполнения, описанным выше.

Кроме того, в первом варианте выполнения, описанном выше, описание было приведено для случая, когда связь в ближнем поле выполнена между устройством 3 карты, используемым в качестве первого устройства связи мобильного типа, расположенного рядом с телом пользователя, и устройством 2 проверки и сбора билетов, используемым в качестве второго устройства связи, установленного в заданной объекта управления. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и связь в ближнем поле может быть обеспечена между устройством 3 карты, расположенным на теле одного пользователя, и устройством 3 карты, расположенным в другом устройстве 3 карты, через одного или другого пользователя. В этом случае количество пользователей (тел человека), через которые обеспечивается связь в ближнем поле от устройства 3 карты, расположенного на теле одного пользователя, в устройство 3 карты, расположенное на теле другого пользователя, может быть произвольным. В этом случае может быть получен тот же эффект, как и в описанном выше варианте выполнения.

Кроме того, в описанном выше первом варианте выполнения было приведено описание для случая, когда устройство 2 проверки и сбора билетов применяется в настоящем изобретении в качестве второго устройства связи для заданного объекта управления. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим, и второе устройство связи может быть установлено в или рядом с видеомагнитофоном, телевизором, электронными устройствами, например, такими, как мобильный телефон или персональный компьютер, медицинское оборудование, автомобиль, пульт управления и другие объекта управления, предназначенные для управления. В этом случае может быть получен тот же эффект, что и в варианте выполнения, описанном выше.

Кроме того, в первом варианте выполнения, описанном выше, описание было приведено для случая, когда тело человека используется в настоящем изобретении как объект идентификации. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим, и другие организмы, такие, как млекопитающие, рептилии, растения, и даже некоторые электропроводные материалы, а также любые другие объекты с электрическими свойствами, которые требуется идентифицировать, можно широко использовать в настоящем изобретении в качестве объекта идентификации.

Кроме того, в первом варианте выполнения, описанном выше, описание было приведено для случая, когда настоящее изобретение относится к системе 1 связи, которая открывает выходную дверь 5, что требуется для разрешения входа или выхода из части 4 прохода входа/выхода, в качестве канала связи. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и его можно широко применять для систем связи, предназначенных для различных других целей, таких, как система связи для открывания двери, для разрешения входа или выхода из прохода входа/выхода компании, система связи с каналом связи, расположенная рядом с пультом управления, для открывания двери пульта управления, когда пользователь подходит рядом с этим пультом управления, система связи с каналом связи, распложенная рядом с персональным компьютером, которая включает персональный компьютер, когда пользователь подходит близко к персональному компьютеру, и система связи, в которой используется проход для перевозки, используемый для перемещения заданнго идентификационного объекта в качестве канала связи, для включения прохода для перевозки, по мере необходимости, когда объект идентификации перемещают в заданное положение, то есть в качестве любой системы связи, которая электризует тело человека, в результате чего тело человека действует в качестве антенны и выполняет передачу и прием информации с использованием квазиэлектростатического поля, сформированного рядом с телом человека, в качестве среды передачи информации.

(3) Второй вариант выполнения

(3-1) Полная конфигурация системы связи в соответствии со вторым вариантом выполнения

На фигуре 20 ссылочной позицией 100 обозначена вся система связи в соответствии со вторым вариантом выполнения, которая содержит устройство 102 воспроизведения голоса, помещенное в задний карман одежды, которая надета на тело человека, и устройство 103 головного телефона надето на голову тела человека.

Устройство 102 воспроизведения голоса имеет форму карты и снабжено частью 105 электрода в форме параллельной пластины (ниже называется частью передающего электрода), содержащей передающий электрод 105а, и опорный электрод 105b, который установлен в паре с передающим с электродом 105а в устройстве 102 воспроизведения голоса.

В этом случае устройство 102 воспроизведения голоса воспроизводит голосовой сигнал с носителя записи голоса и генерирует квазиэлектростатическое поле, модулированное в соответствии с воспроизводимым голосовым сигналом из части 105 передающего электрода, электризуя, таким образом, тело человека.

Устройство 103 головного телефона содержит часть 103А ленты для волос и пару частей 103L и 103R подушечек для ушей, установленных на концах части 103А ленты для волос. Часть 103А ленты для волос содержит часть 106 электрода в виде параллельной пластины (ниже называется частью приемного электрода), которая содержит приемный электрод 106а, расположенный, в общем, в центральной ее части, и опорный электрод 106b, установленный в паре с приемным электродом 106а.

В этом случае устройство 103 головного телефона детектирует изменение состояния электризации тела человека, которое наэлектризовано устройством 102 воспроизведения голоса, как изменение электрического поля рядом с частью 106 приемного электрода, в частности, разность потенциалов между электродами 106а и 106b части 106 приемного электрода, демодулирует полученный в результате голосовой сигнал и затем выводит голос на основе голосового сигнала из громкоговорителей (не показаны), помещенных внутри частей 102L и 102R подушечек для ушей.

Как описано выше, система 100 связи предназначена для детектирования квазиэлектростатического поля, генерируемого частью 105 передающего электрода, из устройства 102 воспроизведения голоса, как разность потенциалов между электродами 106а и 106b части 106 приемного электрода устройства 103 головного телефона, для обеспечения передачи голосового сигнала в ближнем поле через тело человека.

В первом варианте выполнения, описанном выше, связь в ближнем поле выполняют с использованием разности потенциалов между электродом, установленным на теле человека (внутренний электрод 8), и электродом (электрод 7 боковой поверхности), установленным в заданном месте (в части 4 прохода входа/выхода). Однако, поскольку фазы сигнала, который поступает на устройство на стороне приема через тело человека, и сигнала, принятого от электрода устройства на стороне приема через электрическое поле, сформированное в воздухе, физически противоположны, эти сигналы противодействуют друг другу, и поэтому иногда сигналы невозможно принять.

В частности, на стороне передачи поле индукции и поле излучения, которые слабо затухают в зависимости от расстояния по сравнению с квазиэлектростатическим полем, приводят к напрасному использованию энергии передачи, и преимущества "трудности распространения на большое расстояние", которые являются характерными для связи в ближнем поле, нельзя обеспечить из-за этих полей.

Поэтому в данном варианте выполнения в системе 100 связи устройство 102 воспроизведения голоса, используемое как передатчик, и устройство 103 головного телефона, используемое как приемник, разработаны так, чтобы поле излучения и поле индукции были ниже уровня шумов, и разность потенциалов между электродами 106а и 106b части 106 приемного электрода, в предполагаемом положении использования части 106 приемного электрода, превышала уровень, детектируемый предварительным усилителем 121.

Следовательно, система 100 связи позволяет оптимизировать энергию, требуемую для связи в ближнем поле, выполняемой с помощью передатчика и приемника (устройство 102 воспроизведения голоса и устройство 103 головного телефона), и позволяет исключить ненужное распространение и улучшить пространственную разрешающую способность для обеспечения стабильности связи.

(3-2) Конфигурация устройства воспроизведения голоса

Устройство 102 воспроизведения голоса содержит часть 111 воспроизведения голоса, часть 112 обработки модуляции, усилитель 113 и часть 105 передающего электрода, как показано на фигуре 21.

Часть 105 передающего электрода имеет структуру электрода (форму электрода, площадь электрода и расстояние между электродами), которую выбирают в соответствии с конструктивными особенностями для передатчика и приемника, причем передатчик будет описан ниже. В частности, она сформирована с использованием структуры электрода, соответствующей опорной частоте так, что напряженность компонента поля индукции генерируемого электрического поля находится ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи.

Часть 111 воспроизведения голоса воспроизводит сигнал S1 голоса с носителя записи голоса, установленного на непоказанной части установки, и передает воспроизведенный сигнал S1 голоса в часть 112 обработки модуляции.

Часть 112 обработки модуляция содержит часть 112а подачи сигнала и часть 112b модуляции. Для части 112а подачи сигнала потенциал, соответствующий заранее определенной исходной частоте (рабочей частоте), устанавливают как потенциал сигнала напряжения, подаваемого в часть 105 передающего электрода.

Часть 112а подачи сигнала предназначена для подачи сигнала напряжения с определенной исходной частотой и потенциалом в часть 112b модуляции в определенные моменты времени. Часть 112b модуляции предназначена для выполнения обработки модуляции сигнала напряжения в соответствии с заданным способом модуляции, для наложения на него сигнала S1 голоса и для подачи полученного модулированного сигнала на передающий электрод 105а части 105 передающего электрода через усилитель 113.

В этом случае на передающем электроде 105а возникает колебание в соответствии с исходной частотой модулированного сигнала S2; тело человека электризуется квазиэлектростатическим полем, которое было сгенерировано в соответствии с колебаниями; и в результате формируется квазиэлектростатическое поле в соответствии с колебаниями, практически изотропно вокруг тела человека.

Таким образом, устройство 102 воспроизведения голоса предназначено для передачи информации (сигнала голоса) через тело человека.

(3-3) Конфигурация устройства головного телефона

Устройство 103 головного телефона содержит часть 106 приемного электрода, предварительный усилитель 121, часть 122 демодуляции, часть 123 усилителя голоса (123L и 123R) и громкоговоритель 124 (124L и 124R), как показано на фигуре 22.

Часть 106 приемного электрода сформирована в структуре электрода, выбранной в соответствии с конструктивными особенностями для передатчика и приемника, которые будут описаны ниже. В частности, она сформирована так, что напряженность компонента поля индукции генерируемого электрического поля находится ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи, независимо от площади электрода, и на расстоянии между электродами, соответствующем опорной частоте.

Предварительный усилитель 121 детектирует разность потенциалов между электродами 106а и 106b части 106 приемного электрода и передает ее в часть 122 демодуляции как модулированный сигнал S2. Предпочтительно использовать предварительный усилитель с высоким входным сопротивлением в качестве предварительного усилителя 121, поскольку входной сигнал предварительного усилителя обычно слабый.

Часть 122 демодуляции выполняет обработку демодуляции модулированного сигнала S2, подаваемого частью 122 демодуляции, в соответствии с заданным способом демодуляции и, таким образом, генерирует голосовой сигнал S1. Она затем передает голосовой сигнал S1 в громкоговоритель 124 (124L и 124R) через часть 123 усилителя голоса (123L и 123R).

В результате голос, основанный на голосовом сигнале S1, выводится громкоговорителя 124 (124L и 124R).

Как описано выше, устройство 103 головного телефона предназначено для вывода голоса на основе голосового сигнала S1, переданного с устройства 102 воспроизведения голоса.

(3-4) Способ конструирования передатчика и приемника

Ниже описан способ конструирования устройства 102 воспроизведения голоса, используемого как передатчик, и устройства 103 головного телефона, используемого как приемник.

(3-4-1) Конструктивные параметры

Вначале будут описаны конструктивные параметры, выбираемые при разработке передатчика и приемника (устройство 102 воспроизведения голоса и устройство 103 головного телефона).

Передатчик и приемник разработаны с использованием следующих требований (А) и (В) (ниже называются руководящими указаниями при конструировании): (А) полем индукции, генерируемым частью 105 передающего электрода, следует управлять так, чтобы оно было ниже уровня шумов; и (В) потенциал, получаемый между электродами 106а и 106b части 106 приемного электрода, должен быть выше, чем собственные шумы предварительного усилителя 121 (фигура 16), установленного на приемнике (устройство 103 головного телефона).

Конструкция передатчика и приемника должна удовлетворять руководящим указаниям при конструировании, при этом различные конструктивные параметры выбирают в следующем порядке снижения важности, используемые как предварительные параметры обработки при конструировании: (а) исходная частота и полоса связи, (b) площадь электрода (включая форму электрода; ниже то же) и расстояние между электродами в части 105 передающего электрода, и площадь электрода, и расстояние между электродами в части 106 приемного электрода, (с) положения части 105 передающего электрода и части 106 приемного электрода на теле человека и (d) предварительный усилитель 121.

На практике, при выборе различных конструктивных параметров от (а) до (d), учитывают различные условия (ниже называются конструктивными условиями), такие, как усиления системы связи, вариант применения связи, используемый для связи, и даже достаточность пространства для установки части 105 передающего электрода (части 106 приемного электрода) в устройстве 102 воспроизведения голоса (устройство 103 головного телефона).

(3-4-2) Потенциал между электродами в части приемного электрода

Ниже приведено описание потенциала, генерируемого между приемным электродом 106а и опорным электродом 106b части 106 приемного электрода (ниже называется потенциалом между электродами).

Потенциал между электродами части 106 приемного электрода представляет собой важный элемент, который определяет, в том числе, рабочие характеристики связи. Потенциал между электродами был смоделирован с использованием способа ОКРВ (FDTD, область конечной разности времени: способ, предназначенный для решения уравнения Максвелла, которое представляет собой основное уравнение электромагнитного поля, при конечных различиях и в области времени).

В частности, моделирование было выполнено в условиях, когда часть 105 передающего электрода расположена в положении, соответствующем заднему карману модели тела человека, и часть 106 приемного электрода расположена в положении, соответствующем верхней части головы, как показано на фигуре 23, предполагая, что напряжение 1 [V] приложено с частотой 100 [МГц] между электродами части 105 передающего электрода при различных других условиях. Результаты моделирования показаны на фигурах 24-27.

На фигуре 24 показано взаимоотношение между площадью электрода части 106 приемного электрода и потенциалом между электродами части 106 приемного электрода. В этом случае площадь электрода части 105 передающего электрода была фиксирована со значением 8×4 [см²]; расстояние между электродами части 105 передающего электрода со значением 2 [см]; и расстояние между электродами части 106 приемных электродов со значением 1 [см].

Как можно видеть на фигуре 24, даже если площадь электрода части 106 приемного электрода изменяется, потенциал между электродами сохраняется практически постоянным. Это означает, что возможно обеспечить стабильную связь, даже если при конструировании передатчика и приемника площадь электрода части 106 приемного электрода на стороне приемника будет равен 46.

На фигуре 25 представлено расстояние между электродами части 106 приемного электрода и потенциал между электродами части 106 приемного электрода. Площадь электродами части 105 передающего электрода составляла 2 [см]; и площадь электрода части 106 приемного электрода составляла 4×4 [см²].

Как можно видеть на фигуре 25, если расстояние между электродами части 106 приемного электрода обозначить как d_R [м] и потенциал между электродами части 106 приемного электрода обозначить как V_R[B], расстояние d_R между электродами и потенциал V_R между электродами находятся во взаимоотношении, представленном V_R=0,00088 d_R-0,00034. Поскольку на потенциал V_R между электродами в меньшей степени влияет постоянный член 0,00034, но в большей степени изменение расстояния d_R между электродами, постоянный член можно исключить. В результате расстояние d_R между электродами и потенциал V_R между электродами находятся во взаимоотношении, представленном следующим уравнением:

Кроме того, на фигуре 26 показано взаимоотношение между площадью электрода части 105 передающего электрода и потенциалом между электродами части 106 приемного электрода. В этом случае расстояние между электродами части 105 передающего электрода было фиксировано на величине 2 [см], площадь электрода части 106 приемного электрода составляла 4×4 [см²]; и расстояние между электродами части 106 приемного электрода было фиксировано на уровне 1 [см].

Как показано на фигуре 26, взаимоотношение между потенциалом между электродами части 106 приемного электрода и площадью электрода части 105 передающего электрода находится приблизительно в пропорциональном взаимоотношении.

На фигуре 27 показано взаимоотношение между расстоянием между электродами части 105 передающего электрода и потенциалом между электродами части 106 приемного электрода. В этом случае площадь электрода части 105 передающего электрода была фиксирована на величине 8×4 [см²]; площадь электрода части 106 приемного электрода составляла 4×4 [см²]; и расстояние между электродами части 106 приемного электрода составляло 1 [см].

Как показано на фигуре 27, взаимоотношение между потенциалом между электродами части 106 приемного электрода и расстоянием между электродами части 105 передающего электрода находится приблизительно в пропорциональном взаимоотношении.

По результатам описанного выше моделирования (фигуры 24-27), если расстояние между электродами части 106 приемного электрода обозначить как d_R [м], площадь электрода части 105 передающего электрода как A_S [м²], расстояние между электродами части 105 передающего электрода как d_S [м] и потенциал (далее называется приложенным потенциалом), который прикладывают между передающим электродом 105 а и опорным электродом 105b части 105 передающего электрода, обозначить как V_S [В], тогда потенциал между электродами V_R [V] части 106 приемного электрода можно представить следующей формулой:

Причина, по которой площадь электрода части 106 приемного электрода не учитывается в приведенной выше формуле (16), состоит в том, что потенциал между электродами V_R[В] части 106 приемного электрода не зависит от площади электрода, как показано на фигуре 24.

В приведенной выше формуле (16) постоянная α представляет собой градиент потенциала между электродами части 106 приемного электрода по отношению к потенциалу, приложенному к части 105 передающего электрода, и представляет собой константу, зависящую от установочных параметров (b) и (с), выбранных с учетом конструктивных особенностей (эта постоянная ниже называется постоянной, зависимой от параметра).

Потенциал V_s, приложенный к части передающего электрода 105, зависит от частоты f и поэтому в действительности может быть представлен следующей формулой:

V_R(f)=α×V_S(f)×A_S×d_S×d_R

Как описано выше, потенциал между электродами части 106 приемного электрода может быть описан как относительный потенциал, в соответствии с конструктивным параметром (b), по отношению к потенциалу, приложенному к части 105 передающего электрода, как представлено формулой (17).

(3-4-3) Определение постоянной, зависимой от параметра

В соответствии с этим постоянная α, зависимая от параметра, может быть определена при выполнении такого моделирования, как показано на фигуре 23, с использованием только определенной модели электрического поля, если выбраны установочные параметры (b) и (с).

То есть каждая модель тела человека и содержание установочных параметров (b) и (с) определяются в модели электромагнитного поля, и затем при возбуждении между электродами 105а и 105b части 105 передающего электрода сигналом с определенной частотой и заданной амплитудой, с помощью моделирования рассчитывают потенциал между электродами V_R(f), сгенерированный в части 106 приемного электрода.

Здесь, поскольку все элементы формулы (17) являются известными, за исключением постоянной α, зависимой от параметра, постоянная α, зависимая от параметра, может быть определена путем подстановки известных значений в формуле (17).

Например, в случае, когда, как при различных условиях моделирования, показанных на фигурах 24-27, площадь A_s электрода части 105 передающего электрода предполагается равной 8×4 [см²], расстояние d_S между электродами части 105 передающего электрода предполагается равным 2 [см], расстояние d_R между электродами части 106 приемного электрода предполагается равным 2 [см], потенциал V_s (f), прикладываемый в части 105 передающего электрода, предполагается равным 1 [В] для одной частоты, при этом предполагается, что часть 105 передающего электрода находится в заднем кармане, и части 106 приемного электрода предполагается равным 2 [см], потенциал V_s (f), прикладываемый в части 105 передающего электрода, предполагается равным 1 [В] для одной частоты, при этом предполагается, что часть 105 передающего электрода находится в заднем кармане, и часть 106 приемного электрода, как предполагается, расположена в верхней части головы тела человека, потенциал между электродами V_R (f), сгенерированный в части 106 приемного электрода, составляет 0,00088 [В], как показано по результатам моделирования на фигуре 25 и в формуле (15). Затем путем подстановки соответствующих значений в формулу (17) получим 0,00088=α×1×0,0032×0,02×0,01, и, следовательно, постоянная α, зависящая от параметра, может быть определена равной 1375.

Как описано выше, постоянная α, зависимая от параметра, основанная на выбранных установочных параметрах (b) и (с), может быть определена с использованием модели электрического поля и формулы (17). Однако между передающей и приемной сторонами существует определенное взаимное соответствие между частотой и расстоянием, и, следовательно, установочный параметр (с) в некоторой степени определяется, когда будет определена исходная частота установочных параметров (а).

(3-4-4) Максимальный потенциал, прикладываемый к части передающего электрода

При построении передатчика и приемника с установочными параметрами от (а) до (с) установочный параметр (d) (потенциал, передаваемый в части 105 передающего электрода) определяется таким образом, чтобы напряженность компонента поля индукции электрического поля, генерируемого частью 105 передающего электрода, была ниже уровня шумов. Максимальный потенциал, прикладываемый к части 105 передающего электрода, будет описан ниже.

Напряженность Ε электрического поля в положении r рядом с источником электрического поля (части 105 передающего электрода) в свободном пространстве во время t может быть представлена следующей формулой, полученной путем перестановки в формуле (2), при предположении cosωt=1, при котором получается максимальная электрическая напряженность Е, и при условии θ=π/2 для упрощения описания:

Принятая мощность р [Вт], принимаемая антенной с площадью К [м²] апертуры, может быть представлена следующей формулой:

где плотность принимаемой мощности обознается как S [Вт/м²]. Плотность принимаемой мощности S [Вт/м²], которая зависит от принимаемой электрической напряженности Е, может быть представлена следующей формулой:

На основе составляющей поля индукции электрического поля:

составляющая S₂ для поля индукции плотности энергии может быть представлена следующей формулой:

В соответствии с этим составляющая р поля индукции принимаемой мощности может быть представлена в следующем виде:

Формулами (20) и (21) заменяют Е₂ и Н₂ в формуле (23) соответственно, и произведение ql заряда q микродиполя и расстояния 1 между двумя зарядами микродиполя получают так, чтобы составляющая р поля индукции стала меньше, чем уровень шумов nf [dBm] на 10 [дБ] на расстоянии г от источника электрического поля (микродиполь). Поскольку

путем перестановки в следующем уравнении получим:

(23)

Максимальную величину произведения ql (далее называется максимальным

произведением) ql_max

В этой формуле (24) функция Ре используется для представления действительной части комплексного числа.

Уровень nf шумов определяется следующей формулой

где NF представляет собой показатель шумов и В [Гц] представляет диапазон связи.

В частности, для примера, в случае, когда частота f равна 4 [МГц], показать NT шумов составляет 10 [дБ], диапазон связи составляет 100 [кГц], площадь К апертуры части 106 приемного электрода равна 0,03 [м²] и θ=π/2, из формулы (24) следует, что выход поля индукции на расстоянии 0,05 [м] от части 105 передающего электрода может быть ниже уровня шумов nf(=-174+10+10log(1000000)=114 [дБм]), если максимальное произведение ql_max равно ql_max=6,28×10^-15. Однако в действительности, если произведение ql удовлетворяет условию ql<ql_max, тогда компонент поля индукции в непосредственной близости г на расстоянии 0,05 [м] от части 105 передающего электрода может быть ниже уровня шумов nf.

Здесь можно подтвердить взаимозависимость расстояния связи с напряженностью электрического поля составного электрического поля, содержащего квазиэлектростатическое поле, поле индукции и поле излучения, и с напряженностью электрического поля только для поля индукции.

То есть путем замены θ=π/2 и ql_max=6,28×10^-15 в формуле (18) напряженность Е электрического поля (Еθ) составного электрического поля может быть представлена следующей формулой:

Подставляя в формулу (26) значения проницаемости электрической постоянной в вакууме ε=8,85е^-12, частоты f=4 f=4е6 и длины волны k=2πf/с (с - скорость света), напряженность Е составного электрического поля и расстояние r в непосредственной близости от источника электрического поля можно представить в виде графика взаимозависимости, показанного на фигуре 28.

Напряженность Е электрического поля компонента поля индукции определяется следующей формулой:

и расстояние r в непосредственной близости от источника электрического поля может быть представлено на графике в виде соотношении, показанного на фигуре 29.

Как можно видеть по результатам сравнения фигуры 28 и фигуры 29, подтверждается, что напряженность поля индукции достаточно мала по сравнению с квазиэлектростатическим полем в положении r, в непосредственной близости к источнику электрического поля (части 105 передающего электрода). Поскольку напряженность поля излучения, не показанная на фигурах 28 и 29, меньше, чем напряженность поля индукции в положении r, в непосредственной близости, она очевидно меньше, чем напряженность квазиэлектростатического поля.

Если будут конкретно определены частота f, индекс NF шума, диапазон В связи, расстояние г между частью 105 электрода передачи и соседним положением и площадь К апертуры виртуальной антенны для оценки энергии в соседнем положении, максимальное произведение ql_max заряда q и расстояния l от заряда микродиполя могут быть определены из формулы (24).

Максимальное произведение ql_max соответствует максимальному потенциалу, прикладываемому к части 105 передающего электрода. Поэтому, если приложенный потенциал V_s (A_s, d_s, f), прикладываемый к части 105 передающего электрода, может быть определен с использованием модели электрического поля так, что электрическое поле с площадью A_s электрода, выбранной как установочный параметр (b) и расстояние между электродами d_s части 105 передающего электрода, по существу соответствует кривой на фигуре 28, которая получена в результате построения графика на основе формулы (26), тогда напряженность поля индукции может быть ниже уровня nf шумов в предельном положении r_neighbor (=расстояние r в непосредственной близости) в диапазоне связи с частью 105 передающего электрода, расположенной в ее центре.

Например, когда часть 105 передающего электрода с площадью As электрода 4×4 [см²] и расстоянием d_s между электродами, равным 4 [см], расположена в свободном пространстве и потенциал 1 [В] приложен к части 105 передающего электрода с одиночной частотой f₀, электрическое поле, генерируемое частью 105 передающего электрода, умноженное на 0,084, практически соответствует кривой по фигуре 28.

Это означает, что, если потенциал V_s, равный 0,084 [В] (0,04×0,04, 0,04, f₀), будет приложен к части 105 передающего электрода, напряженность поля индукции в предельном положении r_neighbor в диапазоне связи с частью 105 передающего электрода в центре его, будет ниже уровня шумов nf.

Из этого следует, что максимальный потенциал (ниже называемый максимальным прикладываемым потенциалом) AV_smax (A_s, d_s, f), который может быть приложен к части 105 передающего электрода и который соответствует максимальному ql_max (f), зависящему от частоты f, будет представлен следующей формулой:

где одиночная частота, используемая при моделировании с помощью модели электрического поля, обозначена как f₀ и получаемый потенциал, который будет получен с помощью модели, обозначен как (A_s, d_s, f₀).

В качестве примера, когда условия результатов моделирования (потенциал V_s (0,04×0,04, 0,04, 4) приложенный к части 105 передающего электрода с площадью A_s электрода, равной 4×4 [см²], и с расстоянием d_s между электродами, равным 4 [см], составляющий 0,084 [В]), добавляют к условиям в случае, когда максимальное произведение ql_max предполагается равным 6,28×10^-15 из формулы (24) (одиночная частота F₀ равна 4 [МГц], показатель шумов NF равен 1 [дБ], диапазон В связи составляет 100 [кГц], площадь К апертуры антенны, используемой для оценки мощности на расстоянии 0,05 [м], составляет 0,03 [м²] и θ=π/2), в результате замены членов на соответствующие значения в формуле (28), максимальный прикладываемый потенциал будет представлен следующей формулой:

На фигуре 30 показана взаимозависимость между частотой f и максимальным прикладываемым потенциалом AVs_max (0,04×0,04, 0,04, f), полученная на основе приведенной выше формулы (29). Как видно на фигуре 30, напряженность электрического поля для поля индукции на расстоянии 5 [см] от источника электрического поля (часть 105 передающего электрода) может быть ниже уровня шумов на любой частоте f.

Как описано выше, максимальный прикладываемый потенциал AVg_max (A_s, d_s, f) в соответствии с выбранными установочными параметрами от (а) до (с) может быть получен из модели электрического поля и по формуле (28).

(3-4-5) Выбор предварительного усилителя

Когда предварительный усилитель 121 с напряжением шумов n [V/√Гц] устанавливают в устройстве 103 головных телефонов, предварительный усилитель 121 позволяет детектировать сигнал с потенциалом n/√В [В] по отношению к диапазону В [Гц] связи.

В соответствии с этим предварительный усилитель 121 можно выбрать так, что он будет удовлетворять следующей формуле:

(3-4-6) Заключение

В заключение приведенного выше описания следует отметить, что построение передатчика и приемника (устройство 102 воспроизведения голоса и устройство 103 головного телефона) можно выполнить в соответствии с процедурой RT конструирования, представленной на фигуре 31.

То есть выбор (а) исходной частоты f и диапазона В связи, (b) площади A_S электрода и расстояния d_s между электродами части 105 передающего электрода и расстояния d_R между электродами части 106 приемного электрода, (с) положений части 105 передающего электрода и части 106 приемного электрода на теле человека и (d) напряжения n шумов предварительного усилителя 121 выполняют вначале, в качестве предварительной обработки для конструирования (этап SP1).

Затем определяют модель тела человека, а также часть 105 передающего электрода и часть 106 приемного электрода с использованием установочного параметра (b) модели электрического поля; часть 105 передающего электрода и часть 106 приемного электрода устанавливают в требуемых положениях на модели тела человека, соответствующих установочным параметрам (с) на теле человека; и определяют потенциал между V_R (f) между электродами части 106 приемного электрода, показанный, когда между электродами 105а и 105b части 105 передающего электрода создают возбуждение с заданным приложенным потенциалом V (f) с исходной частотой f (этап SP2).

После этого определенные члены заменяют на соответствующих участках формулы (17) для определения постоянной α, зависимой от параметра, в случае конструирования передатчика и приемника с установочными параметрами (b) и (с) (этап SP3).

Затем определяют площадь К апертуры части 106 приемного электрода, показатель NF шума и предельное положение r_neighbor в диапазоне связи с установкой части 105 передающего электрода в его центре, и определенные члены и установочные параметры (а) заменяют на соответствующих участках формулы (24) для определения максимального произведения ql_max.

Приложенный потенциал V_s (A_s, d_s, f₀), прикладываемый к части 105 передающего электрода, определяют в электрической модели так, чтобы электрическое поле, генерируемое в части 105 передающего электрода с площадью A_s электрода, на расстоянии между электродами d_s, выбранными в качестве установочных параметров (b), по существу, соответствовало напряженности E электрического поля (Е_θ) составного электрического поля, полученного в результате замены членов, связанных с определенным максимальным произведением ql_max в формуле (18) (этап Р4).

Затем в результате подстановки заданного приложенного потенциала (A_s, d_s, f₀) в формуле (28) определяют такой максимальный приложенный потенциал AV_smax (A_s, d_s, f), чтобы напряженность поля индукции в предельном положении r_neighbor в диапазоне связи при установке части 105 передающего электрода в его центре была ниже уровня nf шумов в свободном пространстве (этап SP5).

Наконец, проверяют, существует или нет приложенный потенциал V_s (f), который ниже максимального приложенного потенциала AV_smax (A_s, d_s, f) и который удовлетворяет условию, чтобы потенциал между электродами V_R (f) между электродам части 106 приемного электрода был равен или превышал напряжение шумов n выбранного предварительного усилителя 121, в качестве прикладываемого потенциала V_s (f), передаваемого в часть 105 передающего электрода (этап SP6).

Если не существует такой приложенный потенциал V_s(f), который удовлетворяет этим условиям, все или часть установочных параметров от (а) до (d) снова пересматривают, и процедуру от этапа SP2 до SP6 повторяют на основе пересмотренных и измененных установочных параметров.

С другой стороны, если существует приложенный потенциал V_s(f), который удовлетворяет этим условиям, это означает, что разработка передатчика и приемника прошла успешно. Установочная процедура на этом заканчивается.

Путем выполнения процедуры RT разработки, показанной на фигуре 31, как описано выше, приложенный потенциал V_s (f), прикладываемый к части 105 передающего электрода в соответствии с произвольно выбранными установочными параметрами, можно определить таким образом, чтобы напряженность компонента поля индукции в пределах заданного диапазона электрического поля, генерируемого источником электрического поля, находилась ниже уровня шумов.

Когда предполагается, что передатчики и приемники могут быть установлены в множестве положений, становится возможным определить прикладываемый потенциал V_s(f), который прикладывают в соответствии с установочными параметрами для каждого из передатчиков и приемников в положениях, путем последовательного выполнения процедуры от этапа S1 до SP6 для всех этих положений.

(3-5) Работа и эффект

В описанной выше конфигурации, в системе 100 связи, часть 105 передающего электрода сформирована в структуре в соответствии с опорной частотой так, чтобы напряженность компонента поля индукции электрического поля была ниже уровня шумов, определенных в соответствии с диапазоном связи.

В соответствии с этим в системе 100 связи энергия, требуемая для связи, уменьшается благодаря уменьшению компонентов поля индукции и поля излучения, ненужных для связи с использованием квазиэлектростатического поля, и пространственная разрешающая способность может быть улучшена благодаря исключению ненужного распространения. Таким образом, можно повысить стабильность связи.

Кроме того, в системе 100 связи стабильность связи может быть дополнительно улучшена путем ограничения напряжения, прикладываемого между передающими электродами, в соответствии с опорной частотой.

В соответствии с описанной выше конфигурацией часть 105 передающего электрода сформирована в структуре, соответствующей опорной частоте, так, чтобы напряженность компонента поля индукции электрического поля была ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи. В соответствии с этим энергия, требуемая для связи, уменьшается благодаря снижению компонентов поля индукции и поля излучения, ненужных для связи в квазиэлектростатическом поле, и пространственная разрешающая способность может быть повышена благодаря исключению ненужного распространения. Таким образом, может быть улучшена стабильность связи, и степень свободы при связи может быть повышена.

(3-6) Другие варианты выполнения

В описанном выше втором варианте выполнения был описан случай, когда электрическую структуру в соответствии с опорной частотой выбирают на основе формулы (16) так, чтобы напряженность компонента поля индукции электрического поля находилась на уровне ниже уровня шумов, определенных в соответствии с диапазоном связи.

Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и структура может быть выбрана на основе любой формулы, помимо формулы (16), например, с использованием формулы, улучшенной на основе формулы (16).

Кроме того, во втором варианте выполнения, описанном выше, было приведено описание случая, когда устанавливают потенциал, соответствующий заранее определенной исходной частоте (рабочей частоте), и сигнал с установленным потенциалом генерируют и прикладывают в качестве средства генерирования, предназначенного для генерирования сигнала, прикладываемого к электроду со структурой электрода в соответствии с используемой частотой. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и также возможно поддерживать множество частот и потенциалов, соответствующих частотам, представленным в таблице, со ссылкой на таблицу, для определения потенциала, соответствующего используемой частотой, и с последующим генерированием сигналов с определенным потенциалом путем переключения их в заданные моменты времени для их приложения.

В этом случае, поскольку связь с устройством 103 головного телефона 103 может быть выполнена с использованием множества частот, возможно увеличить эффективность связи при поддержании стабильности связи.

Кроме того, в описанном выше втором варианте выполнения было приведено описание положений передатчика и приемника в случае, когда устройство 102 воспроизведения голоса установлено в заднем кармане одежды, надетой на тело человека, и устройство 103 головного телефона установлено в верхней части головы тела человека. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этим, и передатчик и приемник (устройство 102 воспроизведения голоса и устройство 103 головного телефона) могут быть расположены в различных других положениях.

Кроме того, в качестве комбинации передатчика и приемника могут использоваться различные другие комбинации передатчика и приемника, включая случай связи между мобильным телефоном и персональным компьютером. В этом случае набор части 105 передающего электрода и части 106 приемного электрода устанавливают как на передатчике, так и на приемнике.

Кроме того, в этом случае передаваемая и принимаемая информация может представлять собой другую информацию, помимо голоса; количество тел человека, через которые можно передавать информацию, может представлять собой любое число, и вместо тела человека можно использовать организмы, такие, как млекопитающие, рептилии, растения, даже определенные электропроводные материалы и различные другие объекты.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение можно использовать для случая, когда выполняют связь в ближнем поле с использованием разности потенциалов между электродами передатчика и приемника, и, в частности, для случая, когда информацию передают и принимают через тело человека.

Изобретение относится к радиотехнике. Настоящее изобретение повышает степень свободы при связи с использованием квазиэлектростатического поля. В соответствии с настоящим изобретением на стороне устройства карты (устройства проверки сбора билетов) в системе связи квазиэлектростатическое поле в соответствии с сигналом идентификации (сигналом уведомления), модулированное в соответствии с информацией идентификации (информацией уведомления), генерируют на внутреннем электроде (электроде боковой поверхности) для электризации тела человека. В устройстве проверки и сбора билетов (устройстве карты) смещение напряженности передающего информацию квазиэлектростатического поля, которое изотропно сформировано в непосредственной близости к телу человека, детектируют через электрод боковой поверхности (внутренний электрод) и затем с помощью полевого транзистора и на основе результата детектирования демодулирует информацию идентификации (информацию уведомления). Таким образом, обеспечивается возможность реализовать передачу и прием информации без ограничений по направлению, в непосредственной близости к телу человека, с обеспечением конфиденциальности и без необходимости выполнения телом человека заданного движения. Таким образом, можно улучшить степень свободы при связи. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 1 табл., 31 ил.

1. Система связи, содержащая

первое устройство связи, предназначенное для электризации объекта электризации,

обладающего свойствами электризации, путем генерирования квазиэлектростатического поля, модулированного в соответствии с передаваемой информацией; и

второе устройство связи, предназначенное для детектирования изменений в состоянии электризации объекта электризации и демодуляции информации на основе этого изменения.

второе устройство связи расположено на или в непосредственной близости к заданному объекту управления.

электрод генерирования электрического поля, предназначенный для генерирования электрического поля; и

средство модуляции, предназначенное для модуляции в соответствии с передаваемой информацией так, чтобы объект электризации был наэлектризован квазиэлектростатическим полем из электрического поля, генерируемого электродом генерирования электрического поля, и вывода модулированного сигнала, полученного в результате модуляции, на электрод генерирования электрического поля.

электрод генерирования электрического поля формирует электрический канал связи для электрода генерирования электрического поля партнера по связи через объект электризации, наэлектризованного партнером по связи, и содержит средство накопления, предназначенное для накопления сигнала, поступающего по каналу связи, используемого в качестве питания для собственного включения.

электрод генерирования электрического поля представляет собой плоскопараллельный электрод и

в плоскопараллельном электроде площадь электрода и расстояние между электродами определены таким образом, чтобы напряженность составляющей поля индукции электрического поля в заданном положении в непосредственной близости к плоскопараллельному электроду была ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи, при подаче электрического потенциала с опорной частотой.

электрод генерирования электрического поля представляет собой плоскопараллельный электрод и

в плоскопараллельном электроде, площадь электрода и расстояние между электродами определены так, чтобы напряженность составляющей поля индукции электрического поля в заданном положении в непосредственной близости к плоскопараллельному электроду, была ниже уровня шумов, определяемого в соответствии с диапазоном связи, и была больше, чем шум, генерируемый в среде детектирования партнера по связи, предназначенного для детектирования электрического поля, при подаче электрического потенциала с опорной частотой.

в плоскопараллельном электроде в случае, когда площадь электрода принята равной A_s [м²], расстояние между электродами принято равным d_s [м], напряжение между электродами принято равным V_s[B], напряжение между электродами и расстояние между электродами плоскопараллельного электрода партнера по связи приняты равными N_R[B] и d_R[M] и постоянная, зависящая от расстояния d_R между электродами, площади A_s электрода и расстояния d_s между электродами, принята равной α, площадь A_s электрода и расстояние d_s между электродами определены так, чтобы удовлетворялась следующая формула: V_R=α×V_s×A_s×d_s×d_R, когда расстояние d_R между электродами фиксировано, и между электродами подают напряжение V_s на опорной частоте.

средство детектирования, предназначенное для детектирования состояния электризации объекта электризации, наэлектризованного квазиэлектростатическим полем из электрического поля, на основе модулированного сигнала, полученного путем модуляции, в соответствии с передаваемой информацией; и

средство модуляции, предназначенное для модуляции информации на основе изменений состояния электризации, детектируемого средством детектирования.

средство предотвращения утечки, предназначенное для предотвращения электрической утечки из канала связи от средства детектирования до средства демодуляции.

средство детектирования содержит электрод детектирования, предназначенный для детектирования состояния электризации, и средство преобразования, предназначенное для преобразования состояния электризации, детектируемого электродом детектирования, в электрический сигнал; и

средство предотвращения утечки содержит кожух, предназначенный для физического разделения электрода детектирования и средства преобразования.

объект электризации представляет собой перемещающийся объект; и

устройство связи содержит

электрод источника питания, предназначенный для генерирования квазиэлектростатического поля, для подачи питания в партнер по связи; и

средство, предотвращающее соединение, предназначенное для предотвращения электрического соединения между объектом электризации и землей, причем средство, предотвращающее соединение, установлено в проходе, через который проходит объект электризации.

объект электризации представляет собой тело человека; и

устройство связи содержит

электрод источника питания, предназначенный для генерирования квазиэлектростатического поля для передачи питания в партнер по связи;

электрод детектирования, предназначенный для детектирования состояния электризации тела человека для тела идущего человека; и

средство источника питания, предназначенное для подачи сигнала, предназначенного для передачи питания только на электрод источника питания, в то время как электрод детектирования детектирует состояние электризации.

объект электризации представляет собой тело человека; и

устройство связи содержит

электрод источника питания, предназначенный для генерирования квазиэлектростатического поля, для подачи питания в партнер по связи; и

электрод детектирования, предназначенный для детектирования состояния электризации в теле человека для тела идущего человека, в котором

электрод источника питания и электрод детектирования содержат одни и те же электроды.

электрод источника питания, предназначенный для генерирования квазиэлектростатического поля, для подачи питания в партнер по связи; и

средство источника питания, предназначенное для передачи сигнала,

предназначенного для подачи питания на электрод источника питания, в котором

средство источника питания также использует сигнал для передачи питания как сигнал несущей, передаваемый в партнер по связи.

средство детектирования имеет электрод детектирования, содержащий плоскопараллельный электрод, предназначенный для детектирования состояния электризации; и

в плоскопараллельном электроде расстояние между электродами определено независимо от площади электрода так, чтобы напряженность составляющей поля индукции электрического поля в заданном положении в непосредственной близости к плоскопараллельному электроду была ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи, когда потенциал опорной частоты подают на плоскопараллельный электрод партнера по связи, находящегося в заданном положении.

средство детектирования имеет электрод детектирования, содержащий плоскопараллельный электрод, предназначенный для детектирования состояния электризации; и

в плоскопараллельном электроде, расстояние между электродами определено независимо от площади электрода так, чтобы напряженность составляющей поля индукции электрического поля в заданном положении в непосредственной близости к плоскопараллельному электроду была ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи, и выше, чем шумы, генерируемые в среде детектирования, когда потенциал опорной частоты подают на плоскопараллельный электрод партнера по связи, находящегося в заданном положении.

средство детектирования имеет электрод детектирования, содержащий плоскопараллельный электрод, предназначенный для детектирования состояния электризации; и

в плоскопараллельном электроде в случае, когда потенциал между электродами составляет V_R [В], расстояние между электродами составляет d_R [м], площадь плоскопараллельного электрода партнера по связи принята равной A_s [м²], расстояние между электродами принято равным d_s [м], потенциал между электродами принят равным V_s [В] и постоянная, зависящая от расстояния d_R между электродами, площади A_s электрода и расстояния d_s между электродами, принята равной α, расстояние d_R между электродами определено так, чтобы удовлетворялось следующее уравнение: V_R=α×V_s×A_s×d_s×d_R, когда расстояние d_R между электродами фиксировано, и между электродами подают напряжение Vs на опорной частоте.

первый этап состоит в выборе исходной частоты и диапазона связи расстояния между электродами и площади плоскопараллельного электрода, используемого в качестве передающего электрода, и расстояния между электродами плоскопараллельного электрода, используемого в качестве приемного электрода;

второй этап состоит в определении предельного положения для связи между передающим плоскопараллельным электродом и приемным плоскопараллельным электродом на основе параметров, выбранных на первом этапе; и

третий этап состоит в определении, присутствует ли потенциал, когда напряженность компонента поля индукции электрического поля в предельном положении связи, определенном на втором этапе, ниже уровня шумов, определенного в соответствии с диапазоном связи, когда потенциал исходной частоты подают на передающий плоскопараллельный электрод.

на первом этапе выбирают предварительный усилитель, подключенный к приемному плоскопараллельному электроду, в дополнение к выбору исходной частоты и диапазона связи, расстояния между электродами и площади передающего плоскопараллельного электрода, и расстоянию между электродами приемного параллельного плоского электрода; и

способ изготовления электрода дополнительно содержит четвертый этап определения, превышает ли напряжение между электродами, образованное в приемном плоскопараллельном электроде, шумы напряжения предварительного усилителя, когда на третьем этапе в результате определения получено, что существует потенциал ниже уровня шумов.