JP2005057401A

JP2005057401A - 通信装置

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Publication number: JP2005057401A
Application number: JP2003284582A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shinoda; 裕之篠田
Original assignee: Cellcross Corp
Current assignee: Cellcross Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】信号伝達の信頼性を向上する通信装置を提供する。
【解決手段】本発明による通信装置１００は、第１信号層２０および第２信号層３０に接続した複数の通信素子２００を備える。第１信号層２０は、通信素子２００と接続する低抵抗領域２８２と、高抵抗層２８０を介して低抵抗領域２８２に容量結合する容量結合用導体２８４とを備え、通信素子２００間の信号伝達が容量結合用導体２８４を介して行われるようにする。これにより、通信信号の周波数が通信の信頼性に与える影響を低減することができ、また高抵抗層２８０などの抵抗値も厳密にコントロールする必要がないことから、製造容易な通信装置１００を実現できる。
【選択図】図２０

Description

本発明は、信号を伝達する通信装置および信号の伝達を実現するための通信装置に関し、特に複数の通信デバイスを用いて信号の伝達を行う通信技術に関する。

ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）などの通信ネットワークにおいて、複数の通信端末が同軸ケーブルや光ファイバなどにより接続されている。これらの通信端末は、ネットワーク中のアドレスを指定することにより、所望の通信端末に信号を伝達する。従来のネットワークは、通信端末同士を有線にて接続することが一般であり、近年では、これを無線で接続するシステムも提案されている。例えば、移動デバイスであるノードの全てが所定の伝送半径をもち、ノード間で無線通信を行うアドホックネットワークが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２６８１２７号公報

通信ネットワークや実装基板においては端末や素子などを個別配線により一対一の関係で物理的に接続しているため、仮に配線が切断された場合には信号を伝達することができなくなり、通信機能が停止する事態も生じうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、新規な通信装置に関する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の態様は、信号を伝達するための第１信号層および第２信号層に接続した複数の通信素子を備えた通信装置であって、第１信号層は、通信素子と接続する低抵抗領域と、高抵抗体を介して低抵抗領域に容量結合する容量結合用導体とを備え、通信素子間の信号伝達が容量結合用導体を介して行われることを特徴とする通信装置を提供する。第１信号層および第２信号層は、通信素子と電気的または電磁的に接続すればよく、また接触してもよい。

低抵抗領域は通信素子ごとに設けられ、低抵抗領域同士の間には高抵抗体が設けられることが好ましい。通信装置における接地層と電源層の間において、容量結合用導体は、高抵抗体を挟んで低抵抗領域に重なる位置に設けられることが好ましい。容量結合用導体は、通信素子から送信された信号を、隣接する通信素子が接続する低抵抗領域に伝達することが好ましい。
なお、本発明の表現を装置、方法、システムまたはプログラムの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、容量結合用導体を介した通信素子間の通信を実現できることにより、伝達信号振幅の周波数依存性による信号伝達の信頼性を劣化を低減することができ、また通信装置の製造を容易なものとすることができる。

＜第１の実施例＞
図１は、本発明の実施例に係る通信技術の方式を説明するための図である。この通信方式を連鎖伝達型の通信方式と呼ぶ。小さな円で示す複数の通信素子が空間内に分散して配置されている状態が示される。各通信素子は、その周辺に配置された他の通信素子に対して信号を伝達する局所的な通信機能を有する。この局所的な通信により隣り合う通信素子間で信号を順次連鎖的に中継し、最終目的地である通信素子まで信号を伝達する。

信号の送信元が通信素子２００ａであり、最終目的地が通信素子２００ｂである場合、連鎖伝達型通信方式によると、信号が通信素子２００ａから通信素子２００ｃおよび２００ｄを介して通信素子２００ｂに伝達される。信号の伝達方法としては、例えば通信素子２００ａが、信号が届く範囲にある周辺の全ての通信素子に信号を伝達し、この信号を受けた全ての通信素子が更に周辺の通信素子に信号を伝達することによって、信号を最終目的地まで同心円状に伝達させてもよい。さらに好ましい方法としては、通信素子２００ａおよび２００ｂ間の経路を予めまたはリアルタイムで設定し、この経路により特定の通信素子のみを介して信号を伝達してもよい。特に後者の方法を採用する場合には、信号伝達に必要な通信素子のみが発信するため、電力消費を少なくすることができ、また他の通信素子の通信に対する干渉を低減することも可能となる。

空間内に複数の通信素子が存在し、この空間内には通信素子間を物理的に接続するための個別配線が形成されていないことが好ましい。例えば、これらの通信素子は、平坦な導電層または導電性基板、交流信号を伝達可能な電磁作用伝達層などに接続されてもよく、また無線により信号の送受が行えるように構成されてもよい。信号の送信は、導電層における電荷の放出により実現されてもよく、また光や電磁波を放出することにより実現されてもよい。ここで通信素子は、チップとして構成されるものに限定されず、本発明の実施例において説明する通信機能を備えたものを含む概念であり、その形態および形状は問わない。

各通信素子は、信号の伝達可能な距離（以下、「有効通信距離」とも呼ぶ）を比較的短く設定されていることが好ましい。信号の通信距離を長くすることは、それだけ電力消費量を大きくし且つ通信に寄与しない他の通信素子に対して悪影響を及ぼす可能性がある。連鎖伝達型の通信方式によると、自身の近傍に存在する通信素子に信号を伝達できれば十分であるため、有効通信距離は周辺の通信素子までの平均距離に応じて設定されることが好ましい。

本発明の通信技術は、様々な用途に応用することができる。例えば、ＬＳＩやメモリなどの電子部品（回路素子）に本発明の通信機能をもたせることによって、各電子部品を個別に配線することなく、複数の電子部品を基板実装する技術を提供することが可能である。また、近年、皮膚の感覚を持つロボットの研究が盛んに行われているが、ロボットの触覚センサに本発明の通信機能をもたせ、触覚センサの検知情報をロボットの頭脳コンピュータに送信する技術を提供することも可能である。また建物の床に本発明の通信機能を有するセンサを点在させることにより、一人暮らしの老人の行動を監視したり、留守中の防犯に役立てることも可能である。また、発光素子に本発明の通信機能をもたせることにより、布状の表示装置などを製造することも可能となる。また、タグに本発明の通信機能をもたせることにより、安価で精度のよい情報の読み取りを可能とするタグを作製することも可能となる。さらに無線通信素子に本発明の通信機能をもたせて例えばコンピュータにそれを装備させ、無線通信素子の近傍に相手方のコンピュータの無線通信素子を配置することによって、コンピュータ間の情報の送受信を容易に行うことも可能となる。また自動車の導電性内壁に本発明の通信機能を備えた通信素子を埋め込み、煩わしい個別配線を不要とした通信装置を実現することも可能となる。

この通信技術は、比較的短い距離に配置された通信素子間で信号を伝達するため、距離による信号の減衰および劣化が少なく、高いスループットでノード数によらない高速伝送を可能とする。また空間内に多くの通信素子を分散して配置させることにより、センサなどの所定の機能をもつチップとの情報交換媒体として広範囲の信号伝達領域を実現する。また、通信素子を比較的自由な位置に配置することができるため、簡易な設計により所望の機能を備えた人工皮膚や表示装置などを生成することも可能である。また配線などの基板回路設計を不要とし、少ないプロセスで基板回路を製造することも可能である。通信素子を導電層で挟持する場合には電磁ノイズ放射がなくなるため、特に病院などの公共性の高い場所においてはその有用性が高い。さらに、導電層などに障害が生じた場合であっても、チップ間の経路を再設定することができ、新たな通信経路を確立することができるという自己修復機能もあわせ持つ。

図２は、本発明の第１の実施例にかかる通信装置１００の外観構成を示す図である。この通信装置１００においては、複数の通信素子２００が２枚の導電層１６および１８によって挟持されている。各通信素子２００は、この２枚の導電層１６および１８に電気的に接続される。導電層１６および１８は、単層構造を有していても、また多層構造を有していてもよく、この例では二次元的に一面に広がった構成を有している。なお、導電層１６および１８は、全体の構造として絶縁体でなければよく、ある程度のシート抵抗を有する層を含んでもよく、また高い抵抗を有する層を含んでもよい。なお、導電層１６および１８は、絶縁体を含んで構成されてもよい。また、導電層１６および導電層１８の構造は、同一でなくてもよく、例えば一方が良導層であるグランド層として存在し、他方がある程度の抵抗を有する信号層として存在してもよい。また、多層構造を有する場合には、複数の層の抵抗値はそれぞれ異なって構成されてもよい。図２は、通信素子２００が挟持されていることを説明するために、導電層１６と導電層１８とが開いた状態を示す。

例えば、本発明による通信装置１００をロボットの表面を覆う人工皮膚として応用する場合、導電層１６および１８を導電性のゴム材料により形成する。可撓性のあるゴム材料で人工皮膚を形成することにより、この人工皮膚はロボットの動作に合せて自在に伸縮することが可能となる。また、個別配線が存在せず、伸縮性のある導電層１６および１８を介して信号を伝達するため、断線などにより通信機能に障害が生じる可能性を低減し、安定した通信能力を提供することも可能となる。また、本発明による通信装置１００を回路基板として応用する場合、導電層１６および１８を導電性のゴム材料で形成することによって、フレキシブルな回路基板を実現することも可能となる。なお、前記したように、導電層１６または１８が多層構造を有する場合には、各層が導電性のゴム材料で構成されることが好ましい。

各通信素子２００は通信機能以外に、さらに他の機能を有していてもよい。通信装置１００をロボットの人工皮膚として応用する場合には、通信素子２００のいくつかが触覚センサとしての機能も有し、外部から受けた刺激を検出した後、他の通信素子と協同して検出した信号を目的の通信素子まで伝達する。また通信装置１００を基板の実装技術として応用する場合には、通信素子２００が、例えばＬＳＩやメモリなどの回路素子としての機能を有してもよい。このように、本明細書において「通信装置」は少なくとも通信機能を有する装置の意味で用い、これに付加した他の機能、例えば人工皮膚としてのセンサ機能や電子回路としての演算機能などを有してもよいことは、当業者に理解されるところである。

図３は、通信素子２００の機能ブロック図である。通信素子２００は、通信部５０、処理部６０およびメモリ７０を備える。通信部５０は、導電層１６および１８（図２参照）を介して、他の通信素子との間で信号の送受を行う。処理部６０は、通信素子２００の通信機能を制御する。具体的に処理部６０は、周囲の信号の監視、受信信号の解析や、送信信号の生成および送信タイミングの制御など、他の通信素子２００との間の信号伝達に関する行為を行う。また処理部６０は、センサ機能や演算機能など通信機能以外の他の機能を実現してもよい。メモリ７０は、通信機能や他の機能を実現するために必要な情報を予め記録し、また必要に応じて記録していく。

図４（ａ）は、通信装置１００の断面を示し、局所的通信を実現する通信デバイス３００の構造の一例を説明するための図である。本明細書において「通信デバイス」は、局所的な通信機能を実現する構造の意味で用いる。

この例において通信デバイス３００は、信号を伝達するための第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２とを備える。図示のごとく、第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２および複数の通信素子２００を挟持する。通信素子２００と誘電層２２は、電磁的に接続する。第２信号層３０は接地されたグランド層であってもよい。

通信デバイス３００は、信号を発信するために、第１信号層２０および第２信号層３０の通信素子２００側の表面から、電荷の吸出しおよび放出を繰り返し、交流電流Ｉを発生させる。層厚などの条件を適宜定めることにより、交流電流Ｉにより発生する電磁場を誘電層２２に閉じ込めることができ、電磁波動を誘電層２２内で２次元放射状に伝達させることができる。第１信号層２０および第２信号層３０に流れる電流は、誘電層２２側の表面付近のみを流れ、第１信号層２０および第２信号層３０の電気伝導率によって、電磁波動の伝達距離がきまる。これらの電気伝導率が大きいほど、減衰は小さく、伝達距離、すなわち有効通信距離が長くなる。

第１信号層２０および第２信号層３０は、金属や導電性ゴム材料などの導体により構成されてよいが、誘電体により構成されてもよい。第１信号層２０および第２信号層３０が誘電体で構成される場合、第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料から構成される。これにより、誘電層２２内に電磁場を閉じ込めることが可能となる。なお、第１信号層２０および第２信号層３０は、空気や真空のような構成をとってもよい。

通信素子２００は電荷の充放電を行うためのコンデンサを有してもよい。また電磁場を発生させる交流電流Ｉは、均一な電流であってもよいが、変位電流であってもよい。なお電磁場を発生させるために、レーザーやＬＥＤによる光などの電磁波を用いることも可能である。

図４（ｂ）は、局所的通信を実現する通信デバイス３００の構造の別の例を説明するための図である。この例では、通信デバイス３００が、第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２ａおよび２２ｂと、誘電層２２ａと誘電層２２ｂとの間に配置される導電層２４を備える。通信デバイス３００がこのような構造をとった場合であっても、通信素子２００中に交流電流を発生させることにより、電磁場を利用した通信が可能となる。

図５（ａ）は、本実施例における通信デバイス３００が信号を発信する基本原理を説明するための図である。通信デバイス３００は、スイッチ２６を交互に切り替えて、第１信号層２０および第２信号層３０の間で電荷の吸出し、放出を行い、交流電流を生じさせることにより、電磁場を発生させる。この電磁場は、第１信号層２０および第２信号層３０に挟持される誘電層２２中を伝わって、近傍に位置する通信デバイス３００まで伝達される。

図５（ｂ）は、通信デバイス３００が信号を発信する原理の別の例を説明するための図である。通信デバイス３００は、一組のスイッチ２６ａおよびスイッチ２６ｂを同時に交互に切り替えることにより、第１信号層２０および第２信号層３０の間に交流電流を発生させ、電磁場を発生させる。

図６は、通信デバイス３００の構造の実現例を示す。この通信デバイス３００は、図４（ａ）に示した構造と同様に、第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２とを備える。第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２および複数の通信素子２００を挟持し、通信素子２００および誘電層２２は電磁的に接続されている。第２信号層３０は接地されたグランド層であってもよい。

第１信号層２０には、第１信号層２０よりも高い抵抗値を有する高抵抗層４２が電気的に接続され、この高抵抗層４２には、通信素子２００に電力を供給する電源層４４が電気的に接続されている。図示のとおり、高抵抗層４２および電源層４４は、この順に第１信号層２０上に積層される。誘電層２２は、第１信号層２０と第２信号層３０の間において電流が定常的に流れる状態を回避する役割ももつ。電源層４４と、グランド層として作用する第２信号層３０は、その抵抗値が非常に小さくなるように形成される。第１信号層２０には、電源層４４から、図示しない電力経路を通じて電力が印加される。第１信号層２０と電源層４４との間に高抵抗層４２を介在させることにより、第１信号層２０の全面に電力が供給される状態を防止し、通信素子２００からの発信信号が近傍の通信素子２００のみに伝達されるように通信装置１００を構成することができる。

図７（ａ）は、通信デバイス３００を実現する回路動作の概要を示す。通信デバイス３００は半導体製造技術を用いてシリコン上に形成されてもよい。通信デバイス３００は、ｐＭＯＳとｎＭＯＳを並列接続したＭＯＳスイッチなどのスイッチ２６を有し、スイッチ２６は、通信素子２００と、グランド層である第２信号層３０および電源層４４との電磁的な接続を交互に切り替える。具体的には、スイッチ２６が、送信すべき信号の論理値に応じて、第１信号層２０および第２信号層３０の接続と、第１信号層２０および電源層４４の接続とを切り替え、電磁波動として信号を発信する。入力部５２には、送信すべき信号の論理値に応じた電圧が印加され、スイッチ２６によるスイッチング動作が実行される。通信素子２００内の処理部６０（図３参照）が入力部５２に入力信号を供給する。

スイッチ２６によるスイッチング動作の結果、第１信号層２０から第２信号層３０に、また電源層４４から第１信号層２０に電流が発生し、第１信号層２０と第２信号層３０の間に存在する誘電層２２、および電源層４４と第１信号層２０の間に存在する高抵抗層４２において、２次元放射状に広がる電磁場が発生する。このとき、高抵抗層４２は誘電層として作用する。この電磁場は、隣接する通信素子２００に伝播される。

隣接する通信素子２００は、電磁場の変化を観測し、信号を検出する。隣接する通信素子２００は、誘電層２２において発生した電磁場から信号を検出してもよく、また高抵抗層４２において発生した電磁場から信号を検出してもよい。なお、通信素子２００は、誘電層２２および高抵抗層４２の両方において発生した電磁場から信号を検出してもよい。誘電層２２および高抵抗層４２における電磁場をそれぞれ検出し、誘電層２２および高抵抗層４２における電磁場の差分を検出することによって、信号を高い精度で検出することが可能となる。差分をとることにより、外部から混入するノイズの影響を最小とすることができ、ＳＮ比をあげることができる。この場合、通信素子２００は、高抵抗層４２における信号を受信するための構造をもつ必要がある。

図８は、誘電層２２および誘電層４３における電磁場の変化を観測できる通信素子２００を備えた通信デバイス３００を示す。この通信デバイス３００は、グランド層である第２信号層３０および電源層４４と、第２信号層３０および電源層４４に電磁的に接続する通信素子２００と、第２信号層３０および電源層４４の間に積層された誘電層２２、第１信号層２０、誘電層４３を備える。通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３に、電場または電磁場を発生させることにより信号を発信する。通信素子２００は、第２信号層３０および電源層４４に挟持され、周囲を誘電層２２、第１信号層２０および誘電層４３に囲まれて構成される。誘電層２２、第１信号層２０および誘電層４３は、通信素子２００に電磁的に接続している。この構造により、通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場をそれぞれ検出し、誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場の差分を検出することによって、信号を高い精度で検出することが可能となる。差分をとることにより、外部から混入するノイズの影響を最小とすることができ、ＳＮ比をあげることができる。第１信号層２０と、電源層４４および第２信号層３０の間に図７（ａ）のようなスイッチ２６を設けることにより、第１信号層２０と電源層４４、および第１信号層２０と第２信号層３０の間をショートすることができ、第１信号層２０の電位をふりやすくなる。これは、通信素子２００が電源層４４およびグランド層である第２信号層３０に接続したことの利点である。

図７（ｂ）は、第１信号層２０に印加する交流電圧の振幅を制限する回路の例を示す。電源層４４および第２信号層３０から第１信号層２０に電圧を印加する電力経路のそれぞれに、電圧を制限するための電圧制限素子５４、この例ではダイオード列を配置させる。電圧制限素子５４として、１個または複数個のダイオードを順方向にそれぞれの電力経路に挿入することにより、第１信号層２０に印加する電圧を制限することができる。電圧制限素子５４を設けない場合、第２信号層３０からのグランド電圧（０［Ｖ］）と、電源層４４からの電源電圧（Ｅ［Ｖ］）とが交互に第１信号層２０に印加されるが、第２信号層３０からの電力経路と電源層４４からの電力経路にそれぞれｎ個のダイオード列を順方向に挿入した場合には、第１信号層２０には、ｎｅ［Ｖ］と（Ｅ−ｎｅ）［Ｖ］の電圧が交互に印加されることになる。ここでｅ［Ｖ］は、ダイオードの順方向電圧を示す。

電圧制限素子５４を設けることにより、電源電圧が信号発信に必要な電圧よりも十分高い場合であっても、印加電圧を必要なレベルにまで下げることが可能となる。また、電圧制限素子５４を電力経路に挿入することによって、電流量が減るため、消費電力を下げることができ、通信デバイス３００の省電力化に寄与することになる。なお、第２信号層３０と第１信号層２０の間に設けられる電圧制限素子５４ａと、電源層４４と第１信号層２０の間に設けられる電圧制限素子５４ｂの抵抗値は異なってもよい。

図９（ａ）は、通信素子２００の具体的な構成例を示す。通信素子２００は、上述の通信機能を備えたＬＳＩとして構成され、図９（ａ）は、第１信号層２０に接触するＬＳＩの上面を示している。通信素子２００は、図３に示した処理部６０およびメモリ７０の各機能を備えたデジタル回路２０２を有する。円形の電極２０４は通信部５０として作用する。図示しないＬＳＩの裏面の電極は、第２信号層３０と電磁的に接続されている。電極２０４は、スイッチ２６（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）のスイッチング動作により、第１信号層２０を介して電源層４４から電源電圧を印加され、また裏面の第２信号層３０からグランド電圧を印加される。既述のごとく、通信素子２００は、スイッチ２６を交互にスイッチして、交流電流を発生することで、電磁場を変化させ、信号を発信する。

図９（ｂ）および図９（ｃ）は、通信素子２００による信号発信の原理を説明するための図である。図中、Ｓで示す領域は、通信素子２００の電極２０４を示す。第１信号層２０および第２信号層３０の導電率をσとし、誘電層２２の誘電率をε_０とする。既述のごとく、誘電層２２が、第１信号層２０および第２信号層３０に挟まれた構造につき考察する。なお、図９（ｂ）および図９（ｃ）では、誘電層２２の図示を省略している。この構造において、電磁波動を発生し、誘電層２２中を伝達させる。

図示のごとく、円柱座標をとり、各層に垂直方向のｚ軸まわりの解を求める。円柱座標の原点を、円形の電極２０４の中心点の垂直下方向であって、且つ第１信号層２０の下面と第２信号層３０の上面との中間点にとる。第１信号層２０と第２信号層３０の間隔、すなわち誘電層２２の厚さを２ｄ、電極２０４の半径をｒ_０とする。ｚ軸に対称な解においては、磁場ベクトルＢはθ成分のみをもち、それをＢ（ｒ，ｚ）と表現する。また、ｚ軸を対称軸とする半径ｒの円柱面を外に向かって横切る表皮電流の総和をＩ（ｒ）と表現する。電磁波動の周波数をωとすると、一般解は、以下のように表現される。なお、第１信号層２０および第２信号層３０ともに導体とし、以下の発信原理の説明において、それぞれの層を区別せずに、導体層と呼ぶ。

Ｂ_０は磁場の強さを表す定数である。ここで、上記一般解における各パラメータの値を、以下のように設定する。

Ｒｅ［ｋ］は、誘電層２２中の電磁波動の波数であり、ｃは誘電層２２における光速である。Ｉｍ［ｋ］は伝播する電磁波動の減衰を与えるパラメータである。Ｒｅ［ｐ］は表皮深さを与えるパラメータである。
また、
Ｈ_１ ^（２）（ｚ）≡Ｊ_１（ｚ）−ｊＮ_１（ｚ）
である（ハンケル関数）。

なお、マイクロ波を伝達し、上記の解が成立するためには、以下の条件を満たす必要がある。
１）｜σ／ω｜＞＞ε_０（σは導体層の導電率）を満たすこと。
２）表皮深さが導電層の厚みよりも小さいこと。
３）減衰距離が、その周波数に対応する真空中の電磁波長よりも大きいこと。すなわち、−Ｉｍ［ｋ］がＲｅ［ｋ］と同程度か、それより小さいこと。
４）導電層の間隔が、

を満たすこと。
なお、透磁率は誘電層２２、導体層ともにμであることと仮定した。

以上の伝達条件を満たすことにより、誘電層２２において２次元放射状にマイクロ波を伝達させることが可能となる。例えば、周波数を10〜100GHz程度、伝達距離を10cm程度、ｄ＝1〜0.1mm程度とすることにより、以上のマイクロ波伝達条件を満足するような導電率の材料を容易に見つけることができる。なお、表面深さが導電層の厚みよりも大きい場合であっても電磁作用は伝達するが、その場合には、電磁波は、導電層の外にも漏出することになる。

電磁波動をマイクロ波として伝達することにより信号伝達速度は光速となる。このように、本実施例における通信装置１００は、１ビットの情報を送るのに１波長分程度の幅をもったリング状の電磁場を生成し、この電磁場を利用して通信を行うため、少ない消費電力で１ＧＨｚをこえる信号伝達を行うことが可能となる。これにより、通信装置１００は、コンピュータなどのクロックと同期して高周波数の論理信号を伝送可能となる。

中心から距離ｒの点における上側導体層表面、すなわち第１信号層２０表面と、下側導体層表面、すなわち第２信号層３０表面との電位差をＶ（ｒ）とすると、半径ｒの円柱面を横切って流れる電流Ｉ（ｒ）とＶ（ｒ）（その地点での電極間の電位差２ｄＥ_ｚ）の比は、

で与えられる。関数Ｐ（ｘ）を

と設定する。

図１０は、実数ｘに対するＰ（ｘ）のプロットを示す。Ｐ（ｘ）の虚部は原点付近で対数的に発散する。電磁波動の波長よりｒが著しく小さい場合にはＰ（ｘ）において対数の絶対値が大きくなり、容量性リアクタンスが支配的となるが、その増大は緩やかである。半径ｒ_０の円形電極２０４のスイッチングによって電磁波動を放出する場合、その電極２０４を垂直方向に横切る電流と電極間電圧のインピーダンスは、

である。したがって例えば｜ｋｒ_０｜が0.27以上（ｒ_０が波長の4.3％以上）であればインピーダンスの実部は虚部より大きくなり、実部で消費されるエネルギーが電磁波動のエネルギーに変換されることになる。

なお、導電層の伝導率が十分大きい場合、ｚ軸方向の電場は、

で与えられる。

図１１は、導電層の導電率を無限大（そのときｋは実数）と仮定したときの、中心からの無次元距離ｘ＝ｋｒにおいて変化する導電層に垂直な方向の電場の絶対値を示す。なお、距離による変化率をみるのが目的であるため、ωεμ＝Ｂ_０＝１と設定する。したがってｒ＝λ／２π（波長の約６分の１）の半径の電極部において導電層に所定の電圧を発生させると、ｒ＝（３５／２π）λにおいてその１７％の電圧振幅が観測されることになる。導電層の抵抗率が有限の場合にはこれに指数関数的な減衰が乗ぜられることになり、これによって有効通信距離が決まる。

＜第２の実施例＞
第２の実施例では、第１の実施例で説明した電磁場を用いる通信デバイス３００に限らず、他の方法で信号発信を行う通信デバイスにも適用できる通信装置１００の構造を説明する。他の信号発信方法の例として、図４（ａ）の構造において第１信号層２０および第２信号層３０を短絡させることが考えられる。その結果、第１信号層２０と第２信号層３０の間に電圧降下が生じ、近傍の通信素子２００がその影響を受け、この電圧降下を信号として観測する。例えば、通信素子２００がコンデンサを有して構成され、ある通信素子２００から放出された電荷が有効通信距離内に配置されている周辺の通信素子２００のコンデンサに蓄積され、その電圧変化により周辺の通信素子２００が信号を認識することとしてもよい。このように、短絡による電圧降下を利用して信号の伝達を行う通信デバイスも、第２の実施例による通信装置１００の構造の利点を享受することができる。なお、以下では、第１信号層２０についての説明を行うが、第２信号層３０も第１信号層２０と同様の構造および機能等を具備することができる。

図１２（ａ）は、通信装置１００における第１信号層２０の抵抗分布を示す。第１信号層２０は、複数のサイト２１０と、サイト２１０を囲む高抵抗領域２１２を含む。サイト２１０は、高抵抗領域２１２よりも低い抵抗値を示し、低抵抗領域を構成する。通信素子２００はサイト２１０に配置され、最も単純な構造においては、１つのサイト２１０につき１つの通信素子２００が存在する。図示のごとく、第１信号層２０において、５×５の四角形のサイト２１０が形成されている。

最初に、信号を発信する通信素子２００の周囲に連続的な電圧勾配が生じ、この電圧降下を検出することにより、信号を認識する場合について考察する。電極の大きさが電圧降下の生じる拡散距離よりも著しく小さい場合、電極付近での電圧降下が大きくなる。図１２（ｂ）は、均一な抵抗で第１信号層２０が形成されているときの電圧振幅分布を示す。発信する通信素子２００から離れた地点に所定の閾値以上の電圧を発生させるためには、発信する通信素子２００の電極における信号振幅を大きくする必要がある。

第１信号層２０に図１２（ａ）に示すような抵抗分布を設定し、通信素子２００を発信させると、サイト２１０内では、ほぼ均一な電圧を伝達できるようになる。高抵抗領域２１２の抵抗値を適切に定めれば、信号を発したサイト２１０から一定の距離までは閾値以上の信号電圧が到達し、それより遠くでは閾値以下となるように、到達信号強度を段階的に変化させることができるようになる。これにより、安定した信号伝達が可能になる。なおサイト２１０は四角形に限らず、任意の形状であってよい。

図１２（ｃ）は、第１信号層２０を抵抗分布をつけて形成したときの電圧振幅分布を示す。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）において図示する通信素子２００ｅが信号を発信したときの横方向の電圧振幅分布を示している。第１信号層２０において、サイト２１０内では電位に大きな変動はなく、高抵抗領域２１２を通過するときに、大きな電圧降下が生じることになる。通信素子２００ｅが発信したサイト２１０ａにおいては、電位が、電源層４４から印加される電位Ｖ_０に保たれる。また、横方向に隣り合うサイト２１０ｂにおいては電位が全体的にＶ_１に保たれ、さらに横方向に位置するサイト２１０ｃにおいては電位が全体的にＶ_２に保たれる。したがって、各サイト２１０における通信素子２００の受信電圧の閾値をＶ_２からＶ_０の間に設定しておけば、発信する通信素子２００に隣接する通信素子２００のみが信号を受信することができ、さらに隣の通信素子２００は信号を受信することができなくなる。すなわち、第１信号層２０における抵抗分布および通信素子２００の受信電圧閾値を適切に設定することにより、近傍の通信素子２００のみに信号を伝達することが可能となる。これにより、信号の有効通信距離を制限し、信号の衝突を減少させることができるため、連鎖伝達型の通信を安定的に実現することができる。

以上は、電圧降下を利用した信号伝達を行う通信デバイス３００を備えた通信装置１００の例であるが、第１の実施例で説明した電磁場を利用した信号伝達を行う通信デバイス３００に対しても、第１信号層２０に抵抗分布を設けることは有効である。

電磁波動の減衰率は、第１信号層２０および第２信号層３０の伝導率、言い換えると電気抵抗によって定まる。そのため、高抵抗領域２１２においては電磁波動の減衰が大きくなる。このことを利用して、高抵抗領域２１２により電磁波動を強く減衰させることにより、電磁場を近傍のサイト２１０に局在させることが可能となる。すなわち、隣接するサイト２１０における通信素子２００のみが電磁場の変化を観測できるように、第１信号層２０を形成することができる。

図１３は、第１信号層２０および第２信号層３０に厚み分布を設けた構造を示す。第１信号層２０および第２信号層３０の間隔を一部狭めることにより、電磁波動の減衰効果を高めてもよい。図示のごとく、電磁波動の伝達経路、すなわち誘電層２２の厚みに変化をもたせることにより、狭くなった伝達経路において電磁波動を反射させ、これにより、信号の有効通信距離を制限し、信号の衝突を減少させることができ、連鎖伝達型の通信を安定的に実現することができる。なお、電磁波の吸収体や反射体を第１信号層２０と第２信号層３０との間に配置し、信号の有効通信距離を制限することも可能である。この場合、電磁波動が通過するスペースはあけておく必要がある。

図１４（ａ）は、サイト２１０を六角形とした場合の第１信号層２０の抵抗分布を示す。それぞれのサイト２１０の中心部に通信素子２００を配置することにより、隣接する６つの通信素子２００との間の距離を等しくすることが可能となる。

図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示したサイト２１０内に、さらに高抵抗領域２１４を形成した場合の第１信号層２０の抵抗分布を示す。高周波の信号伝達を可能とするためには、第１信号層２０と第２信号層３０との間の容量を減らすことが好ましい。この目的のもと、図１４（ａ）に示したサイト２１０の中に高抵抗領域２１４のパターンを形成し、サイト２１０の面積を減らすことにより、第１信号層２０と第２信号層３０との間の容量を減らす。なお、高抵抗領域２１４のパターンは図示したものに限定されない。

以下、図１５および図１６において、第１信号層２０の構造の変形例を示す。第１信号層２０には、個別配線を形成せず、周囲の抵抗値に対して低い抵抗値を示すサイト２１０が形成されている。

図１５（ａ）は、様々な大きさのサイト２１０を有する第１信号層２０を示す。既述のごとく、通信装置１００は個別配線を設けることなく、通信素子２００間で信号を順次伝達可能な通信機能をもっており、自動車の内壁などに利用して煩わしい個別配線を不要とすることができる。自動車の内壁に利用する場合、車載機器の全てを通信装置１００に直接接続して通信を行わせることも可能であるが、実用性を考えると、通信装置１００の表面に接続端子やコネクタ（以下、コネクタ等とよぶ）を設け、車載機器からの信号線を適当なコネクタ等に接続させてもよい。この場合、１つのコネクタごとに１つの通信素子２００を割り当ててもよいが、各車載機器が常に通信を行うわけではないことから、複数の車載機器が通信素子２００を共有する構造をとることもできる。

図１５（ａ）の例では、複数のコネクタ等の集中する箇所のサイト２１０ｄが他のサイト２１０ｅと比べて大きく形成される。これにより、コネクタ等を形成するスペースを確保する。コネクタ等が少ないまたは存在しないサイト２１０ｅは、小さく形成されて、信号伝達の機能だけをもてばよい。各サイト２１０には、１つの通信素子２００が存在している。

図１５（ｂ）は、２次元通信領域２２０と１次元通信領域２２２を組み合わせた第１信号層２０を示す。各サイト２１０には、１つの通信素子２００が存在している。２次元通信領域２２０には、複数のサイト２１０ｆが密に設けられており、各サイト２１０ｆに設けられた通信素子２００が隣接する通信素子２００との間で信号を２次元的に伝達する。一方、１次元通信領域２２２には、複数の細長いサイト２１０ｇが直列に配置され、各サイト２１０ｇに設けられた通信素子２００が、信号を１次元的に遠くまで伝達する。このように、２次元通信領域２２０と１次元通信領域２２２とを組み合わせることにより、個別配線を不要とした所期の通信装置１００を実現できる。

図１６（ａ）は、細長いサイト２１０ｈ列を並列に配置した第１信号層２０を示す。各サイト２１０には、１つの通信素子２００が存在している。平行に配置されるサイト２１０ｈの間隔は、信号が伝達しないように広く設定され、１次元通信領域２３０を構成する。なお、並列のサイト２１０ｈ間の抵抗値をさらに高く設定すれば、サイト２１０ｈ間の間隔が狭い場合であっても、サイト２１０ｈ間で信号は伝達されない。このように、高抵抗領域内でも抵抗分布をもたせることにより、第１信号層２０の構造をコンパクトにすることができる。

図１６（ｂ）は、ランダムに形成されたパターンをもつサイト２１０ｉを有する第１信号層２０を示す。通信装置１００は、ランダムパターンのサイト２１０ｉ中に適当に通信素子２００を分散配置させることにより、サイト２１０ｉにおける信号伝達を可能とする。なお、サイト２１０ｉは一体として連続的に形成されているが、機器間を個別に配線することを意図するものではない。

図１７（ａ）は、２次元通信用の信号線を形成した信号線シート２４０を示す。信号線シート２４０は、導電性材料によりメッシュ状に形成され、信号伝達と電力供給に利用される。なお、信号線シート２４０の形状はメッシュ状に限定されるものではなく、すだれ状であってもよく、またランダムパターンであってもよい。図１７（ｂ）は、信号線シート２４０が電源層４４と、グランド層である第２信号層３０に挟持された状態を示す。通信素子２００は、信号線シートの端部に電気的に接続し、信号線シート２４０を介して、信号の伝達および受電動作を行うことができる。電源層４４および第２信号層３０の形状は、信号線シート２４０に合わせて作られてもよい。

図１８（ａ）は、通信素子２００の送受信動作を説明するための図である。既述のごとく、信号の発信方法として、電磁場を利用するものや電圧降下を利用するものが考えられるが、以下では、電圧降下を利用した信号発信方法を想定する。この例では、サイト２１０ｌ内の通信素子２００が、サイト２１０ｍの通信素子２００に対して信号を送信する。

サイト２１０ｍの通信素子２００は、第１信号層２０および第２信号層３０を電気的にフロートにして電圧変化を観測してもよいが、ここでは、電圧変化を観測しながら、積極的に電位を保持することとする。電気的にフロートとした状態で電圧変化を観測する場合には、発信信号が遠方の素子にまで到達するため、信号衝突の可能性が高まる。そのため、信号を受信したサイト２１０ｍで電圧変化を吸収することにより、発信信号が遠方まで伝達する可能性を低減し、信号衝突の可能性を少なくする。隣接するサイト２１０ｌが発信した場合、その電位差によって、サイト２１０間の高抵抗領域を通って電流が流入または流出し、サイト２１０ｍの通信素子２００は、これを観測信号とする。

図１８（ａ）において、グランドは、グランド層である第２信号層３０を表わす。なお、発信回路および受信回路ともに通信素子２００の外部に存在するように示されているが、実際には通信素子２００の内部に存在する。図１８（ａ）においては、サイト２１０ｌの通信素子２００の送信回路と、サイト２１０ｍの通信素子２００の受信回路とが示されているが、各通信素子２００は、それぞれ発信回路および受信回路を持っており、必要に応じて使用する回路を切り替えることができる。サイト２１０ｌにおける通信素子２００が信号を送信し、サイト２１０ｌおよびサイト２１０ｍの間の高抵抗領域を介して、サイト２１０ｍに電流が流入または流出する。

通信素子２００の受信回路は、フィードバック回路２５０を備え、電流を能動的に通信素子２００内に取り込むことにより、サイト２１０ｍ内の電圧が変動しないように制御し、出力端２５２に出力される電流を読み取る。図１８（ｂ）は、高速動作を実現する回路例を示す。

サイト２１０ｌからサイト２１０ｍに信号を伝達する場合、サイト２１０およびサイト２１０ｍを取り囲む８個のサイト２１０の電圧が「観測モード」に入ることで略一定に保たれる。そのため、サイト２１０ｌからの距離がサイト２つ分以上あるサイト２１０には信号は到達しないようになる。つまり、あるサイト２１０からの発信により、隣接するサイト２１０以外には全く信号が届かないことになり、これによって無用な信号の衝突を避けることができる。なお、信号を受信したサイト２１０の通信素子２００は、その後、信号を発信し、隣接するサイト２１０のみに信号を伝達していく。

図１８（ｃ）は、100MHzで動作する回路の具体例を示す。コンパレータ２６０の一入力に印加する基準電圧を10mV、抵抗２６２の抵抗値を、サイト２１０間より十分に小さい5Ωに設定することにより、100MHzで信号伝達を行うことが確認できた。
以上のように、第２の実施例に係る通信装置１００によると、第１信号層２０の中に高抵抗領域と低抵抗領域とを作成することで、隣接する低抵抗領域にほぼ一定の減衰率で信号を伝達することができ、隣接低抵抗領域に属する通信素子との安定な信号の送受信を実現することができる。

＜第３の実施例＞
第２の実施例では、高抵抗領域を介して隣接サイトに電流を流入させることで信号を伝達していたため、高抵抗領域の抵抗値にばらつきがあると、伝達される信号電圧がばらつくことになり、動作が不安定になることも考えられる。特に導電性のゴム等で高抵抗層を作成する場合、その抵抗値を正確にコントロールして製造するには製造技術の観点から若干の難しさはある。また、信号の周波数が変化すると、抵抗のインピーダンスと容量のインピーダンスの比率が変化するために、伝達される電圧振幅が変化する。これらのことは、製造技術の問題であったり、また使用する信号周波数の問題であって、第２の実施例に関する発明の本質的な作用効果に影響するものではないが、第３の実施例では、より利用性の高い技術を用いた通信装置１００を提供する。第３の実施例に係る通信装置１００は、隣接するサイトを抵抗によって電気的に接続するのではなく、容量によって結合する。

図１９は、第３の実施例における通信装置１００の第１信号層２０の上面図を仮想的に示す。第１信号層２０は、複数に分割されて存在する低抵抗領域２８２（以下、「サイト」ともいう）を有し、またサイト境界にかぶさるように設けられた容量結合用導体２８４を有する。サイト境界にかぶさるとは、図に垂直な方向、すなわち接地層と電源層の間において、容量結合用導体２８４が低抵抗領域２８２に重なる位置に設けられることを意味し、かぶさることで効率よく容量結合を行うことが可能となる。低抵抗領域２８２と容量結合用導体２８４の間には高抵抗体が充填されており、これにより低抵抗領域２８２と容量結合用導体２８４との容量結合を実現する。このように高抵抗体の抵抗値は、低抵抗領域２８２と容量結合用導体２８４との容量結合を実現する程度に十分高く設定される。容量結合の度合いは容量結合用導体２８４がサイトとオーバーラップする面積と、容量結合用導体とサイト間の距離で決定することができ、容易に所定の結合度を実現することができる。なお、第３の実施例では、第２の実施例とは異なり、低抵抗領域２８２同士の間で高抵抗体を介して信号は伝送されない、もしくは減衰率が高いものとする。そのために低抵抗領域２８２間の高抵抗体の抵抗値は、第２の実施例と比較して高く設定されてもよく、また後述するように低抵抗領域２８２の厚さを薄くすることで、ある低抵抗領域２８２における電圧変動が、高抵抗体を介して隣接する低抵抗領域２８２に伝播しないようにする。低抵抗領域２８２の作用や低抵抗領域２８２と通信素子２００との関係は、第２の実施例において説明したものと同様である。

図２０は、第３の実施例における通信装置１００の断面構成を示す。各通信素子２００は、上面と底面に一つずつ電極２０１、２０５をもち、上面の電極２０１は、第１信号層２０の低抵抗領域（サイト）２８２に接続され、底面の電極２０５はグランドである第２信号層３０に接続されている。通信素子２００が内部回路の動作によって、上面電極２０１の電位を変化させると、サイト２８２の抵抗は十分小さいため、その電位は領域内でほぼ一定となる。このように、サイト２８２の抵抗値は、サイト内での電圧変動が小さくなるように設定される。したがって、電位の変化点と、容量結合用導体２８４の重なり部分との電位が実質的に等しくなることで、信号を効率よく容量結合用導体２８４に伝えることが可能となる。また、これにより同じ領域内に接続された、センサ素子２０３等の機能素子には等しい電圧の信号を送信することができる。

電源層４４、第２信号層３０の抵抗は十分小さく、低抵抗領域２８２、容量結合用導体２８４、電源層４４の間は高抵抗の物質から構成される高抵抗層２８０で充填されている。高抵抗層２８０は、センサ素子２０３や通信素子２００を動作させる最小限の電流を供給できる範囲でなるべく高い抵抗値に設定されている。通信素子２００が信号を連続的に送信可能とするには、「一つのサイトと、電源層４４および第２信号層３０の間の静電容量で決まる容量性インピーダンス」と、「そのサイトと電源層４４の間の抵抗」が同程度になるように設定する。

低抵抗領域２８２の横方向の広がりに対して層の厚みが薄い場合には、高抵抗層２８０の横方向の電気抵抗が大きいため、ある低抵抗領域２８２の電位が変動しても隣接する低抵抗領域２８２の電位は大きく変動しない。第３の実施例では、隣接する低抵抗領域２８２の電気的接続を得るために、既述したように、容量結合用導体２８４を高抵抗層２８０内部に設ける。

この通信装置１００の動作原理は、以下のとおりである。ある通信素子２００の電極２０１から信号が発信される。この信号は、例えば通信素子２００が接続する低抵抗領域２８２の電圧を降下させることで発信される。この電圧降下は、低抵抗領域２８２と容量結合している容量結合用導体２８４に伝達され、隣接する低抵抗領域２８２に所定の信号振幅として伝わる。隣接する通信素子２００は、この電位変化を検出し、信号として認識する。これにより、通信装置１００においては、通信素子２００が、容量結合用導体２８４を介して隣接する通信素子２００に信号を伝達することができる。

低抵抗領域２８２は、一般に２次元的なパターンであるが、ここでは断面と垂直な方向は一様であるとして、その等価回路を説明する。この方式では、図示したような４角形のサイトだけでなく、例えば第２の実施例で説明したような任意形状（３角形、６角形、帯状）のサイトに対しても適用可能である。

図２１は、説明の便宜上、図２０に示した通信装置１００の断面構成から通信素子２００およびセンサ素子２０３を除いた状態を示す。サイト（すなわち、低抵抗領域）２８２ａに電圧V_Aが印加されたとき、その電圧が隣接するサイト２８２ｂにどのように伝達するかを示したのが図２２である。この信号の伝達は、容量結合用導体２８４ｐを介して実現される。以下、サイト２８２ａを「サイトＡ」、サイト２８２ｂを「サイトＢ」、容量結合用導体２８４ｐを「容量結合用導体Ｐ」、第２信号層３０を「接地層」と表現して、説明を行う。

図２２は、図２１に示した通信装置１００における各層の電気的な関係を表現した等価回路図を示す。回路図中、C_Aは、サイトＡと接地層および電源層との間の静電容量（より厳密には、「サイトＡのうち、容量結合用導体Ｐとオーバーラップする部分を除いた部分」と電源層との間の静電容量と、サイトＡと接地層の間の静電容量、の和）、C_APはサイトＡと容量結合用導体Ｐとの間の静電容量、C_BPはサイトＢと容量結合用導体Ｐとの間の静電容量、C_Pは容量結合用導体Ｐと電源層および接地層との間の静電容量、C_BはサイトＢに関して定義された、C_Aと同様の量である。各サイトと容量結合用導体Ｐの幅に対し、層の厚みとサイト同士の間隔は十分小さいものと仮定している。なお、交流成分の伝達のみに興味があるため、電源への接続はグランドへの接続と等価とみなした。回路の左の点線は、C_Aの右側の回路が左に折り返されて続いていることを表しており、右の点線は、同じ回路が繰り返し現れることを表わしている。V_BがサイトＢに生じる電位である。なお、実際には高抵抗層が有限の抵抗をもつため、上記のコンデンサに並列に抵抗分が存在するが、ここでは基本動作を説明するためにそれらは省略した。

サイトＡに対する印加電圧V_Aに対し、
Ｖ_Ｂ＝ｋＶ_Ａ
なる電圧が発生したとすると、サイトＡから右に数えてn番目のサイト（サイトＢは右に数えて１番目）に生じる電圧Ｖ_ｎは
Ｖ_ｎ＝ｋ^ｎＶ_Ａ（ｋ＜１）
のように与えられ、伝達される信号振幅は指数関数的に減衰していく。結合定数ｋは、容量結合用導体Ｐとサイトの間隙を小さくするか、容量結合用導体Ｐとサイトのオーバーラップの面積を増大すると1に近付く。

適切な結合定数ｋは、通信素子の信号検出感度に応じて設定する。信号が安定して検出できる範囲内であれば、結合定数ｋがなるべく小さい方が、非隣接サイト、すなわち隣接サイトに隣接するサイトなどへの信号の漏出が小さくなり、信号の混信が回避されるため好都合である。また、上図等価回路における各静電容量のインピーダンス

が、高抵抗体による抵抗 r_i（i = A, B, P, AP, BP）より十分小さい場合には、抵抗の存在は無視することができ、その場合結合定数ｋは、各容量の相対的な大きさの比によってきまり、周波数に依存しない。
ここでr_iは容量C_iを考えた際の一組の部品間の抵抗値であり、例えばr_APはサイトＡと容量結合用導体Ｐとの間の（高抵抗体による）抵抗値である。またr_AはサイトＡと電源層との間の抵抗値である（より厳密には、サイトＡから容量結合用導体Ｐとオーバーラップする部分を取り除いたものと、電源層との間の抵抗値）。

図２３は、高抵抗体を考慮した場合の等価回路を示す。ここで大切な性質は、容量C_i の逆数と容量C_j （i,j = A, B, P, AP, BP）の逆数の比率（すなわち各容量のインピーダンス比）と、抵抗r_iと抵抗r_jの比率がほぼ等しくなることである。特に電源層とサイトの間隔が接地層とサイトの間隔より十分小さい特別な場合（これを仮定１とする）には、この性質がよく成り立つ。
すなわち、各容量は、高抵抗体の誘電率をεとし、

のように与えられ、一方各抵抗は高抵抗体の体積抵抗率をηとして

で与えられるから、1/C_i ： r_i = 1/ε：η ＝一定である。
したがって、この場合には、高抵抗体による抵抗分を考慮した等価回路においても、結合定数kは、抵抗分を考慮しない場合と変わらない。なぜなら、容量Ｃ_iの両端間のインピーダンスZ_iは、

であり、Z_i間の相対的な比率はどちらも場合も同じだからである。したがって、仮定１のもとでは高抵抗体の存在を考慮しても、結合定数は周波数に依存しない。仮定１が成り立たない場合、例えばサイト−電源層間距離と、サイト−接地層間距離が同程度の場合も、kの値が著しく変化することはなく、またサイト−接地層間に同様な高抵抗体を挿入することで、仮定１における場合と同じように周波数依存性を消すことができる。

以上、実施例をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施例に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。
例えば、図２０に示す通信装置１００においては、比較的面積の大きい低抵抗領域（サイト）２８２を示しているが、通信素子２００の接続するサイトの大きさを小さくすることも可能である。図２０の通信装置１００では、全てのサイトに通信素子２００が接続している構成を示しているが、既述のごとく通信距離は結合定数ｋに依存するため、途中の通信素子２００による中継なしに、低抵抗領域２８２および容量結合用導体２８４の作用により、信号を伝達することができる。例えば、図２０の通信装置１００において、中央に示す通信素子２００が存在していない場合であっても、左側の通信素子２００の発信信号を、間に介在する複数の低抵抗領域２８２と容量結合用導体２８４のペアにおける信号伝達作用を介して、右側の通信素子２００まで伝達することが可能である。これにより、サイトを小さく構成することができ、特に通信装置１００を可撓性をもつように構成する場合には、柔軟性を向上させるというメリットがある。

第１の実施例に係る通信技術の方式を説明するための図である。実施例にかかる通信装置の外観構成を示す図である。通信素子の機能ブロック図である。（ａ）は通信装置の断面図であり、（ｂ）は通信装置の別の例を示す断面図である。（ａ）は通信デバイスが信号を発信する基本原理を説明するための図であり、（ｂ）は通信デバイスが信号を発信する原理の別の例を説明するための図である。通信デバイスの構造の実現例を示す図である。（ａ）は通信デバイスを実現する回路動作の概要を示す図であり、（ｂ）は第１信号層に印加する交流電圧の振幅を制限する回路の例を示す図である。誘電層および高抵抗層における電磁場の変化を観測できる通信素子を備えた通信デバイス３００を示す図である。（ａ）は通信素子の具体的な構成例を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、通信素子による信号発信の原理を説明するための図である。Ｐ（ｘ）のプロットを示す図である。導電層に垂直な方向の電場の絶対値を示す図である。（ａ）は通信装置における第１信号層の抵抗分布を示す図であり、（ｂ）は均一な抵抗で第１信号層が形成されているときの電圧振幅分布を示す図であり、（ｃ）は第１信号層を抵抗分布をつけて形成したときの電圧振幅分布を示す図である。第１信号層および第２信号層に厚み分布を設けた構造を示す図である。（ａ）はサイトを六角形とした場合の第１信号層の抵抗分布を示す図であり、（ｂ）はサイト内に高抵抗領域を形成した場合の第１信号層の抵抗分布を示す図である。（ａ）は様々な大きさのサイトを有する第１信号層を示す図であり、（ｂ）は２次元通信領域と１次元通信領域を組み合わせた第１信号層を示す図である。（ａ）は細長いサイト列を並列に配置した第１信号層を示す図であり、（ｂ）はランダムに形成されたパターンをもつサイトを有する第１信号層を示す図である。（ａ）は２次元通信用の信号線を形成した信号線シートを示す図であり、（ｂ）は信号線シートが電源層と、グランド層に挟持された状態を示す図である。（ａ）は通信素子の送受信動作を説明するための図であり、（ｂ）は高速動作を実現する回路例を示す図であり、（ｃ）は100MHzで動作する回路の具体例を示す図である。第３の実施例における通信装置の第１信号層の上面図を仮想的に示す図である。通信装置の断面構成図である。通信装置の断面構成から通信素子およびセンサ素子を除いた状態を示す図である。通信装置における各層の電気的な関係を表現した等価回路図である。高抵抗体を考慮した場合の等価回路図である。

符号の説明

１６、１８・・・導電層、２０・・・第１信号層、３０・・・第２信号層、５０・・・通信部、６０・・・処理部、７０・・・メモリ、１００・・・通信装置、２００・・・通信素子、２８０・・・高抵抗層、２８２・・・低抵抗領域、２８２・・・容量結合用導体、２８４・・・容量結合用導体、３００・・・通信デバイス。

Claims

信号を伝達するための第１信号層および第２信号層に接続した複数の通信素子を備えた通信装置であって、
第１信号層は、通信素子と接続する低抵抗領域と、高抵抗体を介して低抵抗領域に容量結合する容量結合用導体とを備え、通信素子間の信号伝達が容量結合用導体を介して行われることを特徴とする通信装置。
低抵抗領域は通信素子ごとに設けられ、低抵抗領域同士の間には高抵抗体が設けられることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
通信装置における接地層と電源層の間において、容量結合用導体は、高抵抗体を挟んで低抵抗領域に重なる位置に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
容量結合用導体は、通信素子から送信された信号を、隣接する通信素子が接続する低抵抗領域に伝達することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の通信装置。
通信素子と接続しない低抵抗領域を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の通信装置。