JP2006094428A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中継機器として取り扱うことのできる通信装置を提供する。
【解決手段】 通信装置において、複数の近接結合部１０４のそれぞれは、他の機器に設けられる対向結合部が近接された場合に、その対向結合部１１２と容量結合して、対向結合部１１２との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする。対向結合部１１２が複数個の近接結合部１０４と容量結合する場合に、それぞれの近接結合部１０４に対応して分割される対向結合部１１２の表面積の少なくとも一つが、対向結合部１１２の全体の表面積を四分割した面積よりも大きくなるように、近接結合部１０４が六角形状を有してシート中に配置される。
【選択図】 図１４

Description

本発明は２次元的に信号を伝達する通信技術に関し、特に外部機器との間で信号を送受信することが可能な通信装置に関する。

ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）などの通信ネットワークでは、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。このようなネットワークでは、通信端末同士を有線にて接続することが一般的であった。近年、本発明者らの研究グループにより、個別の配線を形成することなく、複数の通信素子が信号を中継することで信号を伝達する通信装置が提案された（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−７４４８号公報

従来の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１本の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１本しかない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。また、個々の物理的配線をひくことが面倒であったり、スペースの関係で困難を極める場合もある。特許文献１は、そのような事態を解消する通信装置につき提案しており、優れた効果的な技術であるといえる。

通信装置の現実的な利用を想定した場合、通信装置が他の外部機器と接続し、他の外部機器との間で信号を送受信できることが好ましい。これにより、通信装置としての汎用性が増すことになり、伝送信号を中継する中継機器としての取り扱いも可能となる。この場合、外部機器との間で信号をロスなく効率的に伝送できることが好ましい。

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り、特に外部機器との間で効率的な信号伝送を可能とする技術を提供することにある。

本発明のある態様は、通信装置に関する。この通信装置は、互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の電極と容量結合して、当該電極との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の六角形状の近接結合部と、シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの通信部と接続する。

この態様によると、近接結合部を六角形状に構成することで、他の電極と近接結合部との間に形成する容量を大きくとることが可能となり、信号伝送の安定性を高めることが可能となる。なお、この態様および以下の態様の通信装置において、通信部は、それぞれが隣り合う通信部と通信することによって通信網を形成する中継通信部として構成されてもよく、また隣接する通信部だけでなく遠方の通信部と通信することのできるものであってもよい。

本発明の別の態様もまた、通信装置に関する。この通信装置は、互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の電極と容量結合して、当該電極との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の四角形状の近接結合部と、シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの通信部と接続する。複数の近接結合部は、段ごとに配列されており、各段の近接結合部は、隣接する段の近接結合部と位置をずらした状態で配置されている。

この態様によると、近接結合部を各段ごとに位置をずらして配置することで、他の電極と近接結合部との間に形成する容量を大きくとることが可能となり、信号伝送の安定性を高めることが可能となる。

本発明のさらに別の態様もまた、通信装置に関する。この通信装置は、互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の機器に設けられる対向結合部が近接された場合に、その対向結合部と容量結合して、対向結合部との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の近接結合部と、シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの通信部と接続する。対向結合部が複数個の近接結合部と容量結合する場合に、それぞれの近接結合部に対応して分割される対向結合部の表面積の少なくとも一つが、対向結合部において複数個の近接結合部に重なる領域の表面積を四分割した面積よりも大きくなるように、近接結合部が所定の形状を有し且つ複数の近接結合部がシート中に配置される。

この態様によると、対向結合部と近接結合部との間に形成する容量を大きくとることが可能となり、信号伝送の安定性を高めることが可能となる。なお、それぞれの近接結合部に対応して分割される対向結合部の表面積の一つは、対向結合部において複数個の近接結合部に重なる領域の表面積を四分割した面積よりも大きくなることが好ましい。すなわち、近接結合部同士の間は絶縁されているため、その絶縁領域と対向結合部とが重なり合っている面積を全体の表面積から減算した面積値を四分割した面積よりも大きくなることが好ましい。

本発明のさらに別の態様もまた、通信装置に関する。この通信装置は、互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の機器に設けられる対向結合部が近接された場合に、その対向結合部と容量結合して、対向結合部との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の多角形状の近接結合部と、シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの通信部と接続する。複数の近接結合部は、実質的に等しい面積を有し、隣り合う近接結合部の間に引くことのできる境界線が交わる本数は１つの点において３本となるように、近接結合部がシート中に配置される。

この態様によると、近接結合部間の境界線の交点に乗り入れる境界線数が最大で３本となるように近接結合部を配置することで、対向結合部と近接結合部との間に形成する容量を大きくとることが可能となり、信号伝送の安定性を高めることが可能となる。

本発明によれば、外部機器との間で効率的な信号伝送を可能とする通信装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の実施例に係る通信装置と他の情報通信機器とが結合して通信を行う状態を説明するための図である。本実施例の通信装置１０１は、シート状に形成されており、内部に通信機能を有する複数の通信素子を備えている。以下では説明の便宜上、通信装置１０１を通信シート１０１と呼ぶことにする。

本実施例に係る通信シート１０１の表面（以下、適宜「結合面」という。）には、単体で通信を行う情報通信機器１０２や他の情報通信機器との接続インターフェースとして機能する情報通信機器接続端末１０３を、任意の位置に置くことができる。このとき、情報通信機器１０２や情報通信機器接続端末１０３の匡体の一面（接触面として想定された面）が、通信シート１０１の表面に接触するように置かれる。通信シート１０１の表面に置くことのできる情報通信機器１０２等の数は、任意の数とすることができる。通信装置として機能する通信シート１０１が、情報通信機器１０２同士の通信や、情報通信機器接続端末１０３と情報通信機器１０２との間の通信を中継する。

図２は、本実施例に係る通信シートの概要構成を示す図である。通信シート１０１の内部には、情報通信機器１０２が接する面に近い側に近接結合部１０４が複数配置される一方で、遠い側には中継通信部１０５が配置されている。それぞれの近接結合部１０４は、少なくとも１つの中継通信部１０５と通信可能に結合されている。

通信シート１０１の結合面に置かれた情報通信機器１０２や情報通信機器接続端末１０３は、近接結合部１０４に類似する機器（図示せず。以下、適宜「対向結合部」という。）を有しており、通信シート１０１内の当該結合面下に配置される近接結合部１０４と近接結合して、通信を行う。

ここで、近接結合とは、アンテナを用いる電波放射による無線結合や、ケーブルを用いる有線結合とは異なり、以下のようなものをいう。
（ａ）容量結合。対向結合部と近接結合部１０４とが一種のコンデンサを形成することによって、通信を行う。
（ｂ）誘導結合。対向結合部と近接結合部１０４とが一種のトランスを形成することによって、通信を行う。
（ｃ）光結合。対向結合部と近接結合部１０４とが光信号で通信することによって、通信を行う。

これらはいずれも、通信シート１０１と情報通信機器１０２等とが極めて近くに配置された場合にのみ有効な結合技術であり、電波放射による場合のような情報漏曳の可能性が低くなる。近接結合の種類には以上のものが存在しており、この近接結合により、近接結合部１０４は、対向結合部との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする。本実施例の通信シート１０１は、これらの近接結合のうち、対向結合部が近接結合部１０４に近接された場合に、容量結合を行う構造を有して構成されている。なお、複数の近接結合部１０４は、互いに絶縁されている。近接結合部１０４の間には絶縁領域が形成されているが、情報通信機器１０２を通信シート１０１上の任意の位置に配置可能とするために、絶縁領域は、近接結合部１０４に比して小さく形成されることが好ましい。

一方、中継通信部１０５同士は、例えば隣接するもの同士の間でのみ信号伝送が可能な通信素子として構成され、通信シート１０１における複数の中継通信部１０５が一種の通信網を形成している。中継通信部１０５による通信網の形成や、その通信技術については、上述の特許文献１に記載の技術等を利用することができる。

なお、図２は、通信シート１０１の内部に近接結合部１０４や中継通信部１０５が格子状に配置された状態を示している。本実施例は、特に近接結合部１０４の形状および配置について工夫を凝らすことで、信号伝送の効率を向上させることを一つの特徴としているが、その点については、後に図１１以降の図面を参照して説明することとする。

通信シート１０１の結合面の裏側（以下、適宜「設置面」という。）は、平面の剛体とした場合には、フローリング材やタイル材、畳など、家屋の床や壁を形成する建築部材等を通信シート１０１とすることができる。さらに、近接結合を妨げなければ、中継通信部１０５と近接結合部１０４の結合面に対する位置関係を交換して、近接結合部１０４と結合面に中継通信部１０５が挟まれるような形態を採用してもよい。また、通信シート１０１は、略平面状であれば、必ずしもその形状が「平面」そのものである必要はない。布状体やゴム板状体としてもよいし、曲面をなすような場合であってもよい。また、柔軟な素材を採用してもよい。したがって、壁紙や絨毯、フロアマット、カーテン等を通信シート１０１とすることができる。

このように、本実施例の通信シート１０１を利用することによって、有線結合の場合に必要だったケーブルの敷設の必要がなくなり、床に絨毯を敷いたり、壁に壁紙を張ったりする感覚で通信の中継を行うことができるほか、床面や壁面そのものを通信の中継部材とすることができる。

通信シート１０１内の近接結合部１０４には、中継通信部１０５が接続されている。上述のように、中継通信部１０５同士は、通信網をなしており、相互に通信を行うことができる。そのため、本実施例の通信シート１０１を用いると、情報通信機器１０２→近接結合部１０４→中継通信部１０５→…→中継通信部１０５→近接結合部１０４→情報通信機器接続端末１０３のような経路を用いて、通信を行うことができる。すなわち、情報通信機器１０２同士（たとえば、パーソナルコンピュータ同士、パーソナルコンピュータとその周辺機器同士等。）の通信や、情報通信機器接続端末１０３を介して接続される外部機器等との間（たとえば、ＬＡＮ機器やプリンタ機器等との間。）で、互いに通信を行うことが可能となり、既存の有線ＬＡＮや無線ＬＡＮの通信媒体と同様の役割を果たすことができる。

図３は、容量結合を利用した通信シートの内部の概要構成を示す図である。本図では、通信シート１０１の内部を、接地面側、すなわち結合面とは逆側から見た様子を示している。本実施例の通信シート１０１において、近接結合部１０４は箔状の導電体として構成され、情報通信機器１０２または情報通信機器接続端末１０３の対向結合部との間で容量結合により信号伝送を実現する。この例では、近接結合部１０４が、一定の間隔を持って、碁盤目状に配置されているが、好適な配置については後述する。具体的に、それぞれの近接結合部１０４には、その四辺に中継通信部１０５が４個ずつ接続されており、隣り合う近接結合部１０４同士を跨ぐように配置されている。近接結合部１０４の間は絶縁されており、中継通信部１０５を介さずに近接結合部１０４の間で直接信号を伝送することはできない。通信シート１０１では、中継通信部１０５→近接結合部１０４→中継通信部１０５→近接結合部１０４→…→中継通信部１０５→近接結合部１０４→中継通信部１０５のような経路を経て、任意の中継通信部１０５同士が通信できるようになっている。

図４は、容量結合を利用した通信シートの断面の概要構成を示す図である。通信シート１０１の結合面は、絶縁体１０６で覆われている。通信シートの結合面上には、情報通信機器１０２や情報通信機器接続端末１０３が置かれるため、不要な導体部分が接続すると動作障害を起こしてしまうので、絶縁体１０６を用いてこれを防止する。

絶縁体１０６の下方には、近接結合部１０４と中継通信部１０５が配置されている。中継通信部１０５は、通信網を構成する一種のコンピュータあるいは電子回路であり、内部回路を動作させるための電源供給が必要である。本実施例では、ＶＤＤ線路として第１の電源路１０７、ＶＳＳ（グランド）線路として第２の電源路１０８が接続されている。

（グランド共通型の通信シートと情報機器接続端末）
図５は、グランドを共通とした容量結合を用いる通信シート上に情報通信機器接続端末が配置された場合の様子を示す図である。情報通信機器接続端末１０３は、対向結合部として機能する近接結合容量電極１１２を備える。近接結合容量電極１１２は、これに最も近い位置の近接結合部１０４と対向して一種のコンデンサを構成することで、その近接結合部１０４に容量結合し、電気的に結合する。これにより、近接結合部１０４と、対向結合部である近接結合容量電極１１２との間で、交流信号が伝達可能となる。具体的には、近接結合部１０４と近接結合容量電極１１２との間の電位を変化させることで、論理値１および論理値０の２値信号を表現し、データ伝送を実現する。

情報通信機器接続端末１０３のインターフェース部１１１は、近接結合容量電極１１２と、情報通信機器接続ケーブル１１５とを接続し、情報通信機器接続ケーブル１１５に接続された外部機器と情報通信機器接続端末１０３との接続を行っている。インターフェース部１１１が有する内部回路は、近接結合容量電極１１２から近接結合部１０４へ交流通信信号を送信し、近接結合部１０４から近接結合容量電極１１２を介して交流通信信号を受信できる。

このほか、通信シート１０１からの交流信号を復元して電源供給に用いることもでき、これによってインターフェース部１１１の内部回路自身が動作することが可能なほか、情報通信機器接続ケーブル１１５内の電源路１１３に電源を供給することも可能となる。このほか、インターフェース部１１１の動作に必要な電源電力は、ケーブル１１５を介して接続された外部機器から供給してもよい。

なお、図５の例は、外部機器のグランドと通信シート１０１のグランドとが共通する場合を示している。したがって、１個の近接結合部１０４と、１個の近接結合容量電極１１２とが対向すると、通信が可能な状態となる。なお、情報通信機器接続端末１０３と同様の構成を採用した情報通信機器１０２であれば、通信シート１０１との通信が可能であることは言うまでもない。

（グランド非共通型の通信シートと情報機器接続端末）
図６は、グランドが共通でない場合の容量結合を用いた通信シート上に情報通信機器が配置された場合の様子を示す図である。情報通信機器１０２は、情報通信機器接続端末１０３と同様に、近接結合容量電極１１２を有し、これが、通信シート１０１の近接結合部１０４と対向する。なお図６の例は、グランドが全体で共通化されていない場合を示している。このため、１つの情報通信機器１０２が通信シート１０１と通信可能に容量結合されるためには、２つの近接結合容量電極１１２が、２つの近接結合部１０４と、それぞれ対向して一種のコンデンサをなす必要がある。

インターフェース部１１６が有するインターフェース回路１１７は、２つの近接結合容量電極１１２を介して、通信シート１０１から伝達される交流信号を取り出し、通信シート１０１へ交流信号を送出して伝達することが可能なほか、通信シート１０１から電源信号を取り出すことも可能である。取り出した電源信号は、電源路１１３に供給され、取り出した交流信号は、通信路１１４に供給される。そして、情報通信機器１０２内の情報通信部１１９が、電源路１１３から供給される電力によって動作し、通信路１１４を用いて各種の情報通信処理を行う。

このほか、インターフェース部１１６全体、インターフェース回路１１７、情報通信機器１０２全体の動作に必要な電源電力は、外部から供給されることとしてもよいし、上記のように通信シート１０１から供給される電源信号由来のものであってもよい。なお、本態様においても、情報通信機器１０２と同様の構成を採用した情報通信機器接続端末１０３であれば、通信シート１０１との通信が可能であることは言うまでもない。

（外部機器のインターフェース部の構成）
図７は、情報通信機器１０２や情報通信機器接続端末１０３が有するインターフェース部の概要構成を示す図である。当該インターフェース部は、通信シート１０１に近接または接触することによって、電力や通信信号を復元する機能を有する。

対向結合部１１８は、通信シート１０１の近接結合部１０４と対向して配置されたときに近接結合する要素であり、上記した具体例では、近接結合容量電極１１２に相当する。対向結合部１１８には、電力復元回路２０１や信号通信回路２０２が接続されている。電力復元回路２０１は、電源路１１３に接続されている。また、信号通信回路２０２は通信路１１４に接続されている。なお、電力復元回路２０１は電力の復元が必要な場合に設けられる。

（電力復元回路の構成）
図８は、電力復元回路の構成を示す図である。本実施例の電力復元回路２０１は、ダイオード３３２を４個用いた一般的なブリッジ整流回路で交流信号を整流し、さらに容量３３３でこれを平滑化して、電源供給に用いる。なお、ブリッジ整流回路は入力インピーダンスが低いため、図８の電力復元回路２０１には、抵抗３３１を挿入している。抵抗３３１を挿入しない場合、対向結合部１１８に並列に接続される信号通信回路２０２へ入力される通信信号が減衰することがあるためである。なお、電力復元回路２０１で利用する整流回路や平滑回路は図８の例に限られず、同等の作用を実現する他の構成であってもよい。

（信号通信回路の構成）
信号通信回路２０２は、コンピュータ利用等を考える場合には、情報通信のデータ量が大きいこと、伝送の信頼性を高めるために確認が必要なことから、双方向の通信が可能であることが望ましいため、一般的には、送信回路と受信回路とで構成される。ただし、通信シート１０１から情報通信機器１０２や情報通信機器接続端末１０３へ、あるいは、その逆の一方向のみの通信で十分な場合は、信号通信回路２０２はこれらの一方のみを採用することとしてもよい。

図９は、信号通信回路で用いられる受信回路の概要構成を示す図である。対向結合部１１８から、受信回路４０１に入力信号４２４が供給される。一方、受信回路４０１からの出力信号４２５は、そのままあるいは途中で信号の中継や変換を経てインターフェース部１１１やインターフェース部１１６から出力されることとなる。図９の例では、４つの抵抗５３１（R1，R2，R3，R4）と１つのコンパレータ５３４を用いて、入力信号４２４から出力信号４２５を得ている。

既述のように本実施例の通信手法は、容量結合を採用する。通信シート１０１の上面に絶縁体１０６を設けること、および、信号通信の必要がない時に機器内の回路が不要な電力を消費しないことが望ましいことから、直流信号の伝達は一切行わないか、そもそもできないようにすることが望ましい。

この場合、受信回路４０１において、定常状態の回路動作点を一意に定めないと、回路動作が実用的安定性を得られない。したがって、４つの抵抗５３１の抵抗値R1，R2，R3，R4は、入力信号４２４の回路動作点を適切に定めるように設定する必要がある。
たとえば、図９に示す回路において、
R2/(R1+R2) ＞ R4/(R3+R4)
と設計すると、コンパレータ５３４の定常状態の出力は、Ｈ（High）値を安定して取ることとなり、外来雑音に対して誤動作を避けることができる。なお、信号通信回路２０２で用いられる受信回路は、同等の作用を果たす他の構成であってもよい。

図１０は、信号通信回路で用いられる送信回路の概要構成を示す図である。対向結合部１１８に供給される送信用の入力信号は、直接もしくは途中で信号の中継や変換を経て、入力信号４２６として送信回路４０２へ与えられる。送信回路４０２からの出力信号４２７は、対向結合部１１８へ出力される。送信回路４０２は、２個のＮｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxicide Semiconductor Field Effect Transistor）５３５と、２個のＰｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ５３６とで構成されている。

信号の送信を行わない場合は
Φ1 = Φ3 = H (High)
Φ2 = Φ4 = L (Low)
を入力することとすると、送信回路４０２からの出力信号４２７は高インピーダンス状態となる。送信回路４０２からの出力信号４２７と受信回路４０１への入力信号４２４とは並列に接続されているが、送信回路４０２からの出力信号４２７が高インピーダンス状態となっていれば、受信回路４０１への入力信号４２４の信号入力が妨げられることはない。

一方、信号を出力する場合は、以下のように設定すればよい。
（１）Lを出力したい場合
Φ1 = Φ2 = H、もしくは、
Φ3 = Φ4 = H
（２）Hを出力したい場合
Φ1 = Φ2 = L、もしくは、
Φ3 = Φ4 = L
なお、信号通信回路２０２で用いられる送信回路は、同等の作用を果たす他の構成であってもよい。

インターフェース部１１１やインターフェース部１１６が、情報通信機器１０２や情報通信機器接続端末１０３用のものとして説明したが、同様の構成のものを、通信シート１０１内の中継通信部１０５で用いることができる。通信シート１０１が情報通信機器１０２や情報通信機器接続端末１０３から、電力の供給を受けたり、通信信号の復元を行うこととしてもよい。

（近接結合部の形状および配置についての考察）
以上、近接結合部１０４と近接結合容量電極１１２とが容量結合することで信号を伝達する原理について説明した。以下、近接結合部１０４の形状および配置について考察を行う。近接結合容量電極１１２の大きさは、近接結合部１０４の大きさにほぼ等しいものとする。このとき、近接結合容量電極１１２は、１つの近接結合部１０４に重なる場合と、複数の近接結合部１０４にまたがる場合とが想定される。

図１１（ａ）は、近接結合容量電極が１つの近接結合部内に収まる場合を示す。近接結合容量電極１１２は、複数の近接結合部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄのうち、近接結合部１０４ａに対して完全に重なって通信シート１０１上に配置されている。このとき、近接結合容量電極１１２は、近接結合部１０４ａと容量結合を形成し、近接結合部１０４ａとの間で信号の伝送を行う。

一方、図１１（ｂ）は、近接結合部が複数の近接結合部に重なっている場合を示す。ここでは、近接結合容量電極１１２が、複数の近接結合部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄに重なっている。このうち、近接結合容量電極１１２は、近接結合部１０４ｄと一番大きく重なっている。

容量結合方式では、近接結合容量電極１１２が、複数の近接結合部１０４にまたがって配置された場合に、重なり部分がもっとも大きい近接結合部１０４とデータ伝送を行う。これは、信号強度の最も高い近接結合部１０４を判定し、その近接結合部１０４をデータ伝送の要素として利用することに基づく。そのため、データ伝送を確実にするためには、近接結合容量電極１１２を複数の近接結合部１０４上に配置したときに最も広く重なっている部分をできるだけ大きくすることが好ましい。

その意味において、図１１（ａ）に示すように、近接結合容量電極１１２が１つの近接結合部１０４ａに収まっている状態が理想的といえる。しかしながら、本実施例の通信シート１０１では、近接結合容量電極１１２を備えた外部機器を通信シート１０１の結合面上に自由に載置できることとしており、置かれる地点はランダムである。そのため、通信の安定化を図るためには、近接結合容量電極１１２と近接結合部１０４との重なり領域が最も小さくなる場合を考慮しなければならない。上記したように、近接結合容量電極１１２は、重なり合う複数の近接結合部１０４のうち、重なり部分がもっとも大きい近接結合部１０４とデータ伝送を行うため、複数の重なり部分のうち最大となる面積が、最も小さくなる状況を検討する。これはすなわち、複数の近接結合部１０４との重なり部分の面積が全て等しくなったときに、最大の重なり部分が、他の位置に配置したときに比べて最も小さくなる。

図１２は、近接結合容量電極１１２が複数の近接結合部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄのそれぞれと等しい面積で重なっている状態を示す。この場合、最大の重なり部分は、近接結合部１０４間の絶縁領域の面積を無視すると、近接結合容量電極１１２の面積の１／４となる。なお、実際には、近接結合容量電極１１２において複数の近接結合部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄに重なる領域の表面積、すなわち全体の表面積から重なる絶縁領域の面積を引いた表面積の１／４となる。以下、説明の便宜上、既述のように絶縁領域の面積を無視して説明する。したがって、正方形状の近接結合部１０４を格子状に配置した場合、最大重なり面積がとりうる最小値は、近接結合容量電極１１２の面積の１／４である。

図１３は、容量結合を利用した通信シートの内部の概要構成の別の例を示す図である。この例の通信シート１０１において、近接結合部１０４は箔状の正六角形の導電体として構成され、情報通信機器１０２または情報通信機器接続端末１０３の対向結合部との間で容量結合により信号伝送を実現する。この例では、隣接する近接結合部１０４の重心間の距離が実質的に等しくなるように配置されている。それぞれの近接結合部１０４には、六辺中の四辺に中継通信部１０５が４個ずつ接続されており、隣り合う近接結合部１０４同士を跨ぐように配置されている。なお、この例では右斜め方向に２つ、横方向に２つの中継通信部１０５を設けているが、例えば、左斜め方向に２つの中継通信部１０５を追加した構成としてもよい。

図１４（ａ）は、近接結合容量電極が１つの正六角形の近接結合部内に収まる場合を示す。近接結合容量電極１１２は、複数の近接結合部１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉのうち、近接結合部１０４ｆに対して完全に重なって通信シート１０１上に配置されている。このとき、近接結合容量電極１１２は、近接結合部１０４ｆと容量結合を形成し、近接結合部１０４ｆとの間で信号の伝送を行う。

一方、図１４（ｂ）は、近接結合部が複数の近接結合部に重なっている場合を示す。ここでは、近接結合容量電極１１２が、複数の近接結合部１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉのうち、３つの近接結合部１０４ｆ、１０４ｈ、１０４ｉに重なっている。このうち、近接結合容量電極１１２は、３つの近接結合部１０４ｆ、１０４ｈ、１０４ｉに対して同一の面積をもって重なっており、したがって最大の重なり部分は、近接結合部１０４間の絶縁領域の面積を無視すると、近接結合容量電極１１２の面積の１／３となる。したがって、正六角形状の近接結合部１０４を、それぞれ隣接するもの同士の重心が等間隔となるように配置した場合、最大重なり面積がとりうる最小値は、近接結合容量電極１１２の面積の１／３である。

図１２に示した正方形状の近接結合部１０４における最大重なり面積の最小値と比較すると、図１４（ｂ）に示した六角形状の近接結合部１０４における最大重なり面積の最小値の方が大きいことが分かる。既述したように、大きい重なり面積は、信号伝送の安定性を高めるものであるため、正方形状の近接結合部１０４を格子状に配置するよりも、正六角形状の近接結合部１０４を、隣接する重心同士が等距離となるように配置する方が、信号伝送を安定させることができる。

図１５は、正方形状の近接結合部の別の配置例を示す図である。複数の近接結合部１０４は段ごとに配列されており、各段の近接結合部１０４は、隣接する段の近接結合部と位置をずらした状態で配置される。すなわち、段１１０ａにおける近接結合部１０４は、隣接する段１１０ｂにおける近接結合部１０４の位置と比較すると、一辺の長さの半分だけ位置をずらして配置されている。具体的には、隣接する２つの段において、隣り合う近接結合部１０４ｋと近接結合部１０４ｎは、互いに一辺の半分長だけずらして配置されている。なお、図１５では、中継通信部１０５の図示を省略している。

近接結合容量電極１１２ａは、３つの近接結合部１０４ｊ、１０４ｏ、１０４ｐに重なっている。３つの近接結合部１０４と重なる状態で、最大重なり面積が最小となるのは、近接結合容量電極１１２ａが、近接結合部１０４ｊ、１０４ｏ、１０４ｐに対して同一の面積をもって重なる場合であり、したがって最大の重なり部分の最小値は、近接結合部１０４間の絶縁領域の面積を無視すると、近接結合容量電極１１２ａの面積の１／３となる。

また、図１５に示す近接結合部１０４の配置構造の場合、近接結合容量電極１１２ｂは、４つの近接結合部１０４ｋ、１０４ｌ、１０４ｍ、１０４ｎに重なる場合もある。４つの近接結合部１０４と重なる状態で、最大重なり面積が最小となる場合は、近接結合容量電極１１２ｂが、近接結合部１０４ｋ、１０４ｌ、１０４ｍ、１０４ｎに対して同一の面積をもって重なる場合であるが、図１２に示すように４つの近接結合部１０４の重心からの距離が等しくなる点が存在しないために、重なり面積が等しくなることはない。したがって、４つの近接結合部１０４に重なったときの最大重なり面積は、必ず近接結合容量電極１１２ｂの面積の１／４よりも大きい値となる。

図１２に示した正方形状の近接結合部１０４における最大重なり面積の最小値と比較すると、図１５に示した正方形状の近接結合部１０４における最大重なり面積の最小値の方が大きいことが分かる。これは、近接結合部１０４の配置を格子状ではなく、隣接する段の間で配列を横方向にずらしたことによる。図１５では、正方形の一辺の半分の長さ分だけ横方向に重心をずらして段間の近接結合部１０４の配置を決定しているが、他の偏位量をもって配置されてもよい。近接結合部１０４の重心位置を段間で偏位させることにより、最大重なり面積の最小値を大きくすることができ、通信の安定性を高めることが可能となる。

（境界線の交点に乗り入れる境界線数についての考察）
次に、隣り合う近接結合部１０４の間に引くことのできる境界線について考察する。
図１６は、図１１に示す近接結合部１０４の配置構造における境界線を示す。近接結合部１０４ａおよび近接結合部１０４ｄの間に境界線１５０ａを引くことができ、同様に、近接結合部１０４ａおよび近接結合部１０４ｂの間に境界線１５０ｂ、近接結合部１０４ｂおよび近接結合部１０４ｃの間に境界線１５０ｃ、近接結合部１０４ｃおよび近接結合部１０４ｄの間に境界線１５０ｄを引くことができる。それぞれの境界線は、他の境界線と交わった点で終端するものとする。このとき、４本の境界線１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄが１つの交点１５１で交わることになる。これは、近接結合容量電極１１２の中心点が交点１５１上に存在する場合に、４つの近接結合部１０４に重なることを意味している。

図１７は、図１４に示す近接結合部１０４の配置構造における境界線を示す。近接結合部１０４ｉおよび近接結合部１０４ｆの間に境界線１５０ｅを引くことができ、同様に、近接結合部１０４ｆおよび近接結合部１０４ｈの間に境界線１５０ｆ、近接結合部１０４ｈおよび近接結合部１０４ｉの間に境界線１５０ｇを引くことができる。それぞれの境界線は、他の境界線と交わった点で終端する。このとき、交点１５１で交わる境界線は、３本の境界線１５０ｅ、１５０ｆ、１５０ｇである。これは、近接結合容量電極１１２の中心点が交点１５１上に存在する場合に、３つの近接結合部１０４に重なることを意味している。

以上の考察から、交点における境界線の本数が少ない方が、重なり合う近接結合部１０４の数が少なくなるため、最大重なり面積の最小値が大きくなることの知見を本発明者が得ることができた。すなわち、上記したように、近接結合部１０４および近接結合容量電極１１２が実質的に等しい面積を有して構成される場合に、隣り合う近接結合部１０４の間に引くことのできる境界線が交わる本数が、１つの交点において３本となるように複数の近接結合部１０４を通信シート１０１中に配置することで、最大重なり面積の最小値を大きくすることができる。なお、図１５に示した近接結合部１０４の配置構造についても同様であり、境界線の交点では、３本の境界線が乗り入れることになる。

（近接結合部と近接結合容量電極の大きさの考察）
実施例では近接結合容量電極１１２の大きさを近接結合部１０４の大きさと同程度としている。以下、この理由を説明する。
近接結合容量電極１１２が近接結合部１０４よりも著しく大きい場合、近接結合容量電極１１２は、必ず複数の近接結合部１０４に跨ることになる。その結果、複数の近接結合部１０４との間で容量結合を常にもつことになり、データ伝送能力が低下することになる。
一方、近接結合容量電極１１２が近接結合部１０４よりも著しく小さい場合、近接結合容量電極１１２が１つの近接結合部１０４にのみ容量結合する可能性は高まるが、結合容量自体が小さくなるため、ノイズに弱くなる。

以上の理由から、近接結合容量電極１１２と近接結合部１０４とは同程度の大きさであることが好ましい。例えば、両者が正多角形として構成される場合、面積比が例えば１／２〜２倍程度となるように、両者の大きさが設定されることが好ましい。上記したように、両者の重なり面積が最小値となった場合であっても、有効にデータ伝送が可能となるように容量結合するように、それぞれの面積が定められることが好ましい。具体的には、近接結合容量電極１１２と近接結合部１０４との間に介在する絶縁体１０６の厚みや特性、さらに両者間に印加される電圧値などをもとに、それぞれの面積および配置が決定されることが好ましい。

（信号の伝送方法）
ここまでは、通信シート１０１の物理的な概要構成について説明してきたが、以下では、中継通信部１０５同士が信号の伝達や中継を行う技術を説明する。
通信シート１０１内で用いられる通信プロトコルと、情報通信機器１０２等で用いられる通信プロトコルが一致しない場合、インターフェース部１１１やインターフェース部１１６には、プロトコル変換回路が接続される。プロトコル変換回路は、情報通信機器１０２等で用いられる通信プロトコルに従う信号と通信シート１０１内で用いられる通信プロトコルに従う信号との相互変換を行うとともに、情報通信機器１０２等が通信シート１０１と初めて通信接続された時に、通信シート１０１内で新しい通信を開始するための必要な初期設定を行う役割もある。

以下では、理解を容易にするため、情報通信機器１０２を例にあげて説明するが、同様の通信手法が情報通信機器接続端末１０３においても実行できる。また、プロトコル変換回路は、インターフェース部１１６に含まれているものとする。

まず、情報通信機器１０２の対向結合部１１８のインターフェース部１１６には、同じ通信シート１０１に通信接続される他の情報通信機器１０２と重複しないＩＤ（IDentification）を予め与えておく。このＩＤとしては、たとえば、ＬＡＮ接続で用いられるＭＡＣ（Media Access Control）アドレス等を利用することが考えられる。

通信シート１０１内の各サイトの近接結合部１０４と中継通信部１０５は、基本的に信号待ち状態にある。一方、情報通信機器１０２の側の対向結合部のインターフェース部１１６は定期的に信号を送信する。通信シート１０１側で信号待ち状態にある中継通信部１０５がこの信号を検出すると、予め定められた符号から構成される接続検出信号を返す。

情報通信機器１０２側は、この接続検出信号を認識すると、次に信号送信許可コマンドが送信されて来るのを待ち、これを認識した後に初めて自らの信号の送信を開始する。接続検出信号を送信した通信シート１０１内の中継通信部１０５は、信号送信許可コマンドに先立って通信相手となる隣接する中継通信部１０５への通信経路を確立するために次の手続きを行う。

まず、接続したい一対の情報通信機器１０２のＩＤを含んだ経路ＩＤ取得用ブロードキャストを通信シート１０１内の中継通信部１０５に対して送信する。ここで、通信シート１０１内では、内部の通信経路ＩＤ割り当て用のマスターとなる中継通信部１０５を予め定めておく。このマスターが経路ＩＤ取得用ブロードキャストを受信すると、マスターは元の一対の情報通信機器１０２に対して通信経路ＩＤを割り当て、さらにその通信経路ＩＤのブロードキャストを通信シート１０１内へ送信する。この手続きによって、通信接続したい情報通信機器１０２同士は、通信シート１０１内での経路ＩＤを取得することが出来る。

経路ＩＤが確定した後に、情報通信機器１０２の一方が経路確定ブロードキャストを発行する。このブロードキャストには、それが中継通信部１０５の間で転送された転送回数（ホップ数）が記録されている。情報通信機器１０２の他方が、ある通信経路で伝達されて来たブロードキャストを受信すると、さらに別の通信経路から伝達されて来るブロードキャストがあるかどうかを確認するため、その後一定の時間を待つ。ブロードキャストには転送回数が記録されているため最も短い転送回数で到達したものを区別出来る。

一定時間が経過した後、自分に隣接した中継通信部１０５のうち、最小転送回数ブロードキャストを自分宛に送信してきたものに対して、経路確定通知を送信する。経路確定通知には経路ＩＤが含まれており、経路確定通知を受信した中継通信部１０５は、自分に隣接した中継通信部１０５のうち、その通知を最小転送回数で自分宛に送信してきたものに対して送信する。

この処理を繰り返すことによって、経路確定通知はブロードキャストを送信した元の中継通信部１０５まで戻ることになる。その段階で送信元は、通信パケットを最短通信経路で通信相手に送信することが可能になる。つまり、送信元は、まず自分が持っている経路テーブルを参照して、経路ＩＤに含まれる最初の中継通信部１０５に対して通信パケットを送信する。この通信パケットは指定されたＩＤを持つ別の中継通信部１０５のみが受信し、受信した中継通信部１０５は再び自分が持っている経路テーブルを参照して、その次の別の中継通信部１０５へ転送され、これを繰り返す。

以上のアルゴリズムにより通信経路が確定し、これをもって情報通信機器１０２が通信シート１０１と通信接続された時に必要な初期設定が完了し、情報通信機器１０２に対して信号送信許可コマンドが与えられる。これにより、通信シートすなわち通信装置１０１を中継機器として利用することが可能となり、情報通信機器１０２間の通信を実現することができる。

本実施例においては、情報通信機器１０２を通信シート１０１上の任意の位置に配置できるため、近接結合容量電極１１２が複数の近接結合部１０４と接続する場合がある。インターフェース回路１１７は、近接結合部１０４から送信される信号の強度を測定する機能を有して構成されることが好ましい。これにより、複数の近接結合部１０４から信号送信があった場合、信号強度の最も大きい近接結合部１０４を特定することで、重なり面積の最も大きい近接結合部１０４を選択することが可能となる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。これらの実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
実施例では、隣り合う中継通信部１０５間で通信する例について説明したが、通信シート１０１中における通信を担当する通信部は、局所的な通信を行う場合だけでなく、他の任意の通信部との間で通信する機能をもつものであってもよい。この場合であっても、近接結合部１０４のそれぞれは、少なくとも１つの通信部と接続する必要があり、これにより、通信装置を中継機器として利用することが可能となる。

本発明の実施例に係る通信装置と他の情報通信機器とが結合して通信を行う状態を説明するための図である。 本実施例に係る通信シートの概要構成を示す図である。 容量結合を利用した通信シートの内部の概要構成を示す図である。 容量結合を利用した通信シートの断面の概要構成を示す図である。 グランドを共通とした容量結合を用いる通信シート上に情報通信機器接続端末が配置された場合の様子を示す図である。 グランドが共通でない場合の容量結合を用いた通信シート上に情報通信機器が配置された場合の様子を示す図である。 情報通信機器や情報通信機器接続端末が有するインターフェース部の概要構成を示す図である。 電力復元回路の構成を示す図である。 信号通信回路で用いられる受信回路の概要構成を示す図である。 信号通信回路で用いられる送信回路の概要構成を示す図である。 近接結合容量電極と複数の近接結合部との関係を示す図である。 近接結合容量電極が複数の近接結合部のそれぞれと等しい面積で重なっている状態を示す図である。 容量結合を利用した通信シートの内部の概要構成の別の例を示す図である。 近接結合容量電極と複数の近接結合部との関係を示す図である。 正方形状の近接結合部の別の配置例を示す図である。 図１１に示す近接結合部の配置構造における境界線を示す図である。 図１４に示す近接結合部の配置構造における境界線を示す図である。

符号の説明

１０１・・・通信装置、１０４・・・近接結合部、１０５・・・中継通信部、１１８・・・対向結合部。

Claims (6)

1. 互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の電極と容量結合して、当該電極との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の六角形状の近接結合部と、
   シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、
   前記近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの前記通信部と接続することを特徴とする通信装置。
2. 前記複数の近接結合部は、隣り合う近接結合部の重心間の距離が実質的に等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の電極と容量結合して、当該電極との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の四角形状の近接結合部と、
   シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、
   前記近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの前記通信部と接続する通信装置であって、
   前記複数の近接結合部は、段ごとに配列されており、各段の前記近接結合部は、隣接する段の前記近接結合部と位置をずらした状態で配置されていることを特徴とする通信装置。
4. 各段の前記近接結合部は、隣接する段において隣り合う前記近接結合部と、一辺の半分長だけ位置をずらした状態で配置されていることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の機器に設けられる対向結合部が近接された場合に、その対向結合部と容量結合して、対向結合部との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の近接結合部と、
   シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、
   前記近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの前記通信部と接続する通信装置であって、
   前記対向結合部が複数個の前記近接結合部と容量結合する場合に、それぞれの前記近接結合部に対応して分割される前記対向結合部の表面積の少なくとも一つが、前記対向結合部において複数個の前記近接結合部に重なる領域の表面積を四分割した面積よりも大きくなるように、前記近接結合部が所定の形状を有し且つ複数の前記近接結合部がシート中に配置されていることを特徴とする通信装置。
6. 互いに絶縁されてシート中に配置され、それぞれは、他の機器に設けられる対向結合部が近接された場合に、その対向結合部と容量結合して、対向結合部との間で信号の送信または受信の少なくとも一方を可能とする複数の多角形状の近接結合部と、
   シート中に配置された複数の通信部であって、それぞれが他の少なくとも１つの通信部と通信する機能をもつ複数の通信部とを備え、
   前記近接結合部のそれぞれは、少なくとも１つの前記通信部と接続する通信装置であって、
   複数の前記近接結合部は、実質的に等しい面積を有し、隣り合う前記近接結合部の間に引くことのできる境界線が交わる本数は１つの点において３本となるように、前記近接結合部がシート中に配置されていることを特徴とする通信装置。
   
   

Images