JP2006270165A - 通信システム、インターフェース装置、シート装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シート状のシート装置に密着することによってインターフェース装置が互いに通信し合う通信システム等を提供する。
【解決手段】 通信システム１０１のシート装置１４１の表面にしみ出るエバネッセント波により通信するため、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において誘電率が外界よりも大きく、電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体からなるシート状の誘電体部２３１を備え、第１および第２のインターフェース装置１２１は、外面の一部をシート装置１４１に近接して信号の伝送をし、信号を送信する場合、当該信号に基づいて所定の周波数帯で電位や電束密度を変化させ、信号を受信する場合、電磁場の変化によって当該電位や電束密度が変化される電極部、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において誘電率が外界よりも大きく、電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体であって、電極部を覆う被覆誘電体部を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シート状のシート装置に近傍配置することによってインターフェース装置が互いに通信し合う通信システム、そのシート装置、そのインターフェース装置に関する。

従来から、シート状（布状、紙状、箔状、板状、メッシュ状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）の良導体（通信に用いる信号周波数帯において良導体であれば、直流に対する良導体でなくても良い。）を用いた通信装置に関する技術が、本願の発明者らによって提案されている。たとえば、以下の文献では、個別の配線を形成することなく、シート状の部材に埋め込まれた複数の通信素子が信号を中継することにより信号を伝達する通信装置が提案されている。
特開２００４−００７４４８号公報

[特許文献１]では、シート状の部材に特別に設けられたコネクタを介して外部の通信機器同士が通信する技術が開示されている。

しかしながら、外部の通信機器同士が通信する場合に、特別なコネクタを用いずに、たとえば、シート状の部材に両者を近傍配置させるだけで、通信が可能となればユーザにとって非常に便利である。

したがって、シート状の部材にインターフェースを近傍配置させるだけで、当該インターフェース同士を介した通信が可能となるような技術が強く望まれている。

本発明は、上記の課題を解決するもので、シート状のシート装置に近傍配置することによってインターフェース装置が互いに通信し合う通信システム、そのシート装置、そのインターフェース装置を提供することを目的とする。

本発明に係る通信システムは、シート装置と、第１のインターフェース装置と、第２のインターフェース装置と、を有し、以下のように構成する。

すなわち、シート装置は、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体からなるシート状誘電体部を備える。

一方、第１および第２のインターフェース装置は、いずれも、その外面の一部をシート装置に近傍配置して信号の伝送をし、信号を送信する場合、当該信号に基づいて所定の周波数帯でスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルを変化させ、信号を受信する場合、電磁場の変化によってスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルが変化される電極部、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯においてシート状の誘電体であって、電極部を覆う被覆誘電体部を備える。

なお、インターフェース装置の一方のかわりに、無線タグなどの無線通信機器をシート装置に近接配置することとしても良い。無線通信機器もまた、アンテナのスカラーポテンシャルやベクトルポテンシャルを変化させたり、これらの変化を検知して信号を送受するからである。この場合、無線通信機器として無線タグを使用した場合、無線タグからインターフェース装置への信号伝達は、タグの読み取りに相当し、その逆は、タグへの書き込みに相当する。

また、本発明の通信システムにおいて、シート状誘電体部と、被覆誘電体部と、において、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において両者の電磁波の速度が等しいように構成することができる。

また、本発明の通信システムにおいて、シート装置は、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯におけるシート状の良導体であって、シート状誘電体部のうちシート装置が第１および第２のインターフェース装置に近傍配置される側とは反対の面を覆う背面シート状良導体部をさらに備えるように構成することができる。

また、本発明の通信システムにおいて、当該シート装置は、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体からなり、その一面が背面シート状良導体部に覆われる第２のシート状誘電体部をさらに備えるように構成することができる。

また、本発明の通信システムにおいて、シート装置は、シート状誘電体部の周縁に配置され、当該周波数帯の電磁波を吸収する周縁電磁波吸収体部をさらに備えるように構成することができる。

また、本発明の通信システムのシート装置において、シート状誘電体部と、周縁電磁波吸収体部と、の境界は、のこぎり歯状の形状をなすように構成することができる。

また、本発明の通信システムのシート装置において、シート状誘電体は、球、楕円球、直方体、角錐、多面体、円錐、円柱、ドーナツ型、もしくは、閉曲面の表面をなすように構成することができる。

また、本発明の通信システムにおいて、シート装置は、インターフェース装置に近傍配置される面と、シート状誘電体部の一方の面との間に配置されるシート状体部をさらに備え、シート状体部は、
（ａ）信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における開孔シート状の良導体、
（ｂ）金属微粒子を混入したシート状の絶縁体、もしくは、
（ｃ）シート状誘電体部よりも誘電率が高いシート状の誘電体
のいずれかであるように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、電極部および被覆誘電体部は、シート装置に近傍配置する面に垂直な軸について軸対称の形状をなすように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、電極部は、シート装置に近傍配置する面に対してその面を露出しているように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、電極部は、被覆誘電体部にその全体を覆われ、シート装置に近傍配置する面における、被覆誘電体部の厚さは、一定であるように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、電極部および被覆誘電体部は、シート装置に近傍配置する面を底面とするコニーデ形状をなすように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、被覆誘電体部のコニーデ形状の斜面の一部は、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における良導体に覆われ、当該良導体は、当該軸を中心とする略星型多角形であるように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、電極部および被覆誘電体部は、シート装置に近傍配置する面を底面とする円柱形状もしくは円板形状をなすように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、被覆誘電体部は、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における良導体に覆われるように構成することができる。

また、本発明の通信システムのインターフェース装置において、被覆誘電体部の前記シート状誘電体部に近接配置されない側には、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における良導体が貼付され、当該良導体の形状は、略星型多角形であるように構成することができる。

本発明のその他の観点に係るシート装置は、上記の通信システムにおけるシート装置である。

本発明のその他の観点に係るインターフェース装置は、上記の通信システムにおけるインターフェース装置である。

本発明によれば、シート状のシート装置に近傍配置することによってインターフェース装置が互いに通信し合う通信システム、そのシート装置、そのインターフェース装置を提供することができる。

以下に本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限する物ではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。

特に、以下で「誘電体」という場合は、必ずしも均質な物質である必要はなく、誘電率の大きな物質や金属の微粒子を混入させたり、波長より小さなそれらの構造体を配列することによって等価的に誘電率を高めたものも含む。

さらに、以下で、「良導体」や「絶縁体」という場合、信号の伝達に使われる電磁波の周波数帯において「良導体」や「絶縁体」として機能すれば十分であり、必ずしも直流の電流に対して「良導体」や「絶縁体」として機能する必要はない。

また、以下で「外界」といった場合、典型的には空中（空気中）を想定するが、土中、水中、真空中も含む。

このほか、「シート状」といったときは、布状、紙状、箔状、板状、メッシュ状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの一般をいう。

また、以下の実施形態では、送信側のインターフェース装置１つと、受信側のインターフェース装置１つと、が、シート状の装置を介して通信する様子を例にあげて説明するが、一対多、多対一、多対多等の、各種の台数同士の通信にも適用することができ、当該実施形態も、本発明の範囲に含まれる。

このほか、近傍配置としては、密着させるのが典型的であるが、必ずしも密着させる必要はなく、近接させたり、近傍に配置したりする場合も含まれる。

また、インターフェース装置として、下記の実施例のように、信号中継機器のほか、自発的に信号を送出したり、他の機器からの呼掛けに応答して信号を送出するセンサ等を採用しても良い。

図１は、本発明の実施形態に係る通信システムの外観を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本実施形態の通信システム１０１において、端末機器１１１同士が通信したい場合、それぞれに接続されたインターフェース装置１２１をシート装置１４１に密着させる。

また、シート装置１４１の周縁部には、抵抗体などの電磁波吸収体が枠状に、枠内部と隙間なく配置されている。

一方の端末装置１１１が信号を発するときは、これに接続されたインターフェース装置１２１に所定の周波数帯で電気信号を送り、内蔵される電極のスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルを変化させる。ここで、スカラーポテンシャルの変化は電位の変化に対応し、ベクトルポテンシャルの変化は電流分布や電束密度の変化、変位電流の分布の変化に対応する。

これらの変化に起因する電磁波はシート装置１４１の表面付近のみを伝搬して、他方のインターフェース装置１２１の電極において、当該電磁波が検知され、電気信号を他方の端末装置１１１で受信できるのである。

無線タグとインターフェース装置１２１との間で通信を行うことも可能である。この場合、無線タグから発せられる電磁波を、シート装置１４１を介してインターフェース装置１２１が受信すれば、無線タグの読み取りとなり、その逆は、無線タグへの書き込みとなる。

（シート装置の構成）
図２は、本実施形態に係る通信システムの各部の略断面図である。以下、本図を参照して説明する。

本実施形態に係るシート装置１４１は、シート状の誘電体部２３１と、シート状の誘電体部２３１の一方の面（背面）に接して配置されるシート状の良導体部２３２と、シート状の誘電体部２３１の周囲を枠状に囲む電磁波吸収体部２３３と、を備える。

一方、本実施形態に係るインターフェース装置１２１は、シート状の誘電体部２３１の他方の面（正面）の近傍に、典型的には密着するように配置され、内部の電極のスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルを変化させれば電磁波が発せられるし、外部の電磁波を検知すれば電極のスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルが変化する。

シート状の誘電体部２３１は、信号の伝送に用いる周波数帯での誘電率が外界よりも大きく、電磁波の伝達速度が外界よりも小さい誘電体を用いる。

なお、電磁波の速度は透磁率と誘電率の積で決まるので、外界よりも電磁波の速度が小さい場合としては、誘電率が外界よりも大きいか、透磁率が外界より小さい場合が典型的であるが、理解を容易にするため、以下では、誘電率が外界より大きく、透磁率は外界と等しい場合を例としてあげて説明する。それ以外の場合も、本発明の範囲に含まれる。

このようなシート状の誘電体部２３１の近傍で、インターフェース装置１２１の電極のスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルを変化させる等して、シート状の誘電体部２３１の正面に電磁波を送出すると、この電磁波に起因する電磁場はシート状の誘電体部２３１の表面近くにのみ形成される（図中斜線部）。これを「エバネッセント波」という。エバネッセント波は、シート状の誘電体部２３１の正面に垂直な方向には指数関数的に減衰して、有意な電磁場は、近傍以外には形成されない。

送出する電磁波の磁界がシート状の誘電体部２３１の正面に平行である場合には、当該正面から距離zだけ離れると、電磁波の振幅は
exp(-d(ω/c)²(1-ε₀/ε)z)
の割合で減衰する。ただし、信号の角周波数ω、シート状の誘電体部２３１の厚さd、外界での光速c、外界の誘電率ε₀、シート状の誘電体部２３１の誘電率εとする。ただし、透磁率μは両者で等しいと仮定する。

なお、シート状の良導体部２３２は、省略することができる。このときの減衰係数は、上記の式中のdをd/2に置き換えたものとなるだけで、急速に減衰することにかわりはない。

一方、電界がシート状の誘電体部２３１の正面に平行である場合の電磁波の振幅の減衰係数は、
exp(-d(ω/c)²(ε/ε₀-1)z)
となる。

このように、インターフェース装置１２１から送出された電磁場は、シート状の誘電体部２３１の近傍にのみ局在することとなり、この近傍のインターフェース装置１２１や各種のアンテナなどだけで傍受が可能となる。

電磁波吸収体部２３３は、電磁波の反射やシート状の誘電体部２３１の周縁部からの電磁波放射を防ぐためのもので、典型的には抵抗を利用する。

シート装置１４１の構成としては、以下のようなものが考えられる。
（１）シート状の誘電体部２３１の背面にシート状の良導体部２３２を接着した構成
（２）シート状の良導体部２３２を省略した構成
（３）シート状の良導体部２３２の両面に２つのシート状の誘電体部２３１を接着した構成

形態（２）は、シート状の誘電体部２３１の両面にエバネッセント波がしみ出すので、インターフェース装置１２１の一方を一方の面近傍に、他方を他方の面近傍に配置した場合であっても、通信が可能である。たとえば、シート装置１４１によりカーテンや屏風などを構成した場合に特に好適である。

一方、形態（１）では、シート装置１４１を壁紙や床マットなどとして構成することができる。

形態（３）では、一方の面のシート状の誘電体部２３１における電磁波と、他方の面のシート状の誘電体部２３１における電磁波と、は、独立となるので、シート状の良導体部２３２を挟んで独立な通信が可能である。

このほか、孔を設けたシート状の良導体を利用すると、シート状の誘電体部２３１の厚さdを薄くしても、速やかな減衰が可能となる。

なお、シート装置１４１は、各種建造物への壁への塗装やスプレーの吹き付けによって構成することも可能である。

図３は、開孔シート状の良導体を利用したシート装置の一部断面図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、開孔シート状の良導体部２３４は、シート状の誘電体部２３１の正面に接着されている。孔のそれぞれは、外界における電磁波の波長よりも短い間隔で配置する。

開孔シート状の良導体部２３４は、外界とシート状の誘電体部２３１との相互電磁結合を弱める働きをするので、十分に結合が弱いと仮定すると、シート状の誘電体部２３１内部では、電磁波は1/(με)^1/2で伝播する。

孔は、外界の電磁波長より短かい間隔で配置されているから、各孔から漏れ出すエバネッセント波も、電磁波長より短かい空間周期で電磁波位相が変化することとなり、遠方まで伝播する進行する波動とはならない。

このときの減衰係数は、孔の直径が十分小さければ、
exp(-(ε/ε₀-1)^1/2(ω/c)z)
となる。したがって、εがそれほど大きくなくても、小さいdに対して、しみ出し領域を波長程度まで小さくすることができる。

以上は、孔の直径が極めて小さいときの値であるが、この直径を大きくしたり、配置密度を高くしていけば、以前に述べた減衰係数に次第に近付いていくので、これらを調整することにより、適切なしみ出し領域を設定することができる。

なお、開孔シート状の良導体部２３４は、金属の板、泊、フィルムに孔を空けることによって構成できるほか、導電性繊維、メッシュなどによっても実現でき、金属微粒子を含んだ塗料を布や紙に塗布・印刷したり、メッキや蒸着を用いることにより実現できる。

このほか、開孔シート状の良導体２３４のかわりに、金属微粒子を混入したシート状の絶縁体や、シート状誘電体部よりも誘電率が高いシート状の誘電体等、外界とシート状の誘電体部２３１との電磁結合を弱める物質を用いても良い。以下同様である。

（インターフェース装置の構成）
インターフェース装置１２１としては、以下の２種類を考えることができる。
（１）種々の波形が崩れずにそのまま伝播し、広い帯域で信号の送受信が可能な広帯域型インタフェース装置。
（２）特定の周波数帯付近の信号のみを送受信可能な狭帯域型インタフェース装置。

いずれも、典型的には、シート装置１４１と接する面に垂直な軸で略軸対称（回転対称）の構造とする。以下、順に説明する。

図４は、広帯域型のインターフェース装置の断面図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、広帯域型のインターフェース装置１２１は、電極部４０２、被覆誘電体部４０３、被覆良導体部４０４を有し、同軸ケーブル４０５と接続面４５１において接続され、外部との電気信号のやりとりを行う。

電極部４０２は、コニーデ形状（富士山のような火山の形状が典型的であり、典型的には斜面がなだらかな曲面となっている）をしており、底面は、直接シート装置１４１のシート状の誘電体部２３１に接することができるように露出している。

被覆誘電体部４０３は、電極部４０２の露出面以外をすべて覆うように、円盤状に構成されている。被覆誘電体部４０３の材質は、シート装置１４１のシート状の誘電体部２３１と同じものを使用することが望ましい。すなわち、特性インピーダンスが近いことが望ましい。また、内部での電磁波速度がほぼ等しいことが望ましい。

さらに、被覆誘電体部４０３の正面を覆うように被覆良導体部４０４が配置されている。

そして、同軸ケーブル４０５は、電極部４０２と被覆良導体部４０４とに接続されている。

電磁波は、被覆誘電体部４０３の内部を伝達するので、電極部４０２のコニーデ形状の斜面の曲率半径や、被覆良導体部４０４の斜面の曲率半径は、電磁波長より少々小さくとも良いが、極端には小さくしないことが望ましい。

また、斜面の傾きの一部が不連続になる場合であっても、その間の角が鈍角であれば、広帯域型のインターフェース装置１２１として利用することはできる。

広帯域型のインターフェース装置１２１において、同軸ケーブル４０５に電気信号が印加されると、磁界が底面に平行な電磁波が底面に沿って放射状に広がり、面Ａに達する。

面Ａを通過した電磁波は、広帯域型のインターフェース装置１２１が接しているシート装置１４１ににじみ出ていく。

逆に、シート装置１４１に電磁波が存在する場合には、この広帯域型インターフェース装置１２１によって電磁波を同軸ケーブル４０５に引き込み、検出することができる。

なお、電極部４０２は、必ずしも露出していなくとも良い。この場合には、電極部４０２の底面も被覆誘電体部４０３で薄く覆うこととするのが望ましい。これにより、実質的に誘電体の厚さのパラメータdを調節することができる。

このままでも通信は可能であるが、さらに面Ａおよび面Ｂでの反射を防ぐためには以下のようにすればよい。

図５は、電磁波の反射を防止するような広帯域型のインターフェース装置の断面図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示す広帯域型のインターフェース装置１２１は、図４に示すものと概ね同様であるため、以下では、主として異なる点を説明する。

まず、被覆誘電体部４０３が、電極部４０２の露出面以外をすべて覆うように、コニーデ形状の誘電体により構成され、斜面がなだらかな曲線となっている。これにより、辺縁部の厚みをなめらかに薄くしている。

そして、被覆良導体部４０４が、正面から見て星型多角形に類似する形状となっている。すなわち、中央部には円が配置され、その周囲に細長い三角形状のトゲが多数配置された形状となっている。電磁波が広がる方向について考えると、誘電体の厚さがなめらかに連続的に変化し、被覆良導体部４０４の割合がやはり連続的に変化することとなるので、面Ｂでの反射を防止することができるのである。

なお、被覆良導体部４０４の形状は、円周に沿ってみたときの構造は波長より十分小さく、半径方向には、波長より極端に小さくない範囲でゆるやかに変化している。

また、面Ａでの反射を防止するためには、電極部４０２の底面の形状を円ではなく、同様の星型多角形に類似する形状とすれば良い。

さらに、被覆誘電体部４０３が滑らかに薄くなるタイプや、電極部４０２の底面を星型多角形にしたタイプと組み合わせても良い。

このほか、同軸ケーブルで外部と信号をやりとりするのではなく、インターフェース装置の内部に受信回路や送信回路を備えてしまい、インターフェース装置そのものが通信端末として機能するような形態も考えられる。

図６は、このような形態の広帯域型のインターフェース装置の断面図、図７は、このような形態の広帯域型のインターフェース装置の外観図である。以下、本図を参照して説明する。本図に示す広帯域型のインターフェース装置１２１は、図４、５に示すものと概ね同様であるため、以下では、主として異なる点を説明する。

本実施形態では、内部に広帯域型のインターフェース装置１２１の内部に送受信回路７０１が用意されており、これが、電極部４０２および被覆良導体部４０４に接続されて、通信を行う。また、被覆誘電体部４０３の縁には、電磁波吸収体部７０２が環状に配置されている。

この構造は、図４に示す構造に比べて辺縁部から空中への電磁波の放射を抑制することができる。特に、広帯域型インタフェース装置４０１をシート装置１４１に接触させていないときに、その効果が大きい。

なお、本図に示す送受信回路７０１を省略して、同軸ケーブルを利用して外部と電気信号をやりとりするように構成することも可能である。

なお、コニーデ形状は、内部まで金属で見たされている必要はなく、少なくとも斜面の表面が金属であれば良い。また、底面も金属で完全に覆われている必要はない。

また、上記の説明では、コニーデ形状の底面が露出していたが、上記のように、底面は必ずしも露出している必要はなく、たとえば薄い絶縁体皮膜で覆われていても良い。また、シート装置１４１に広域型インターフェース装置１２１を密着させた場合に、シート装置１４１から浮くような位置に配置されることとしても良い。

さて、以下では、狭帯域型インタフェース装置の構成について説明する。これは、特定の周波数帯の信号のみが送受信できるが、上記のインターフェース装置１２１に比べて小型で簡単な構造を実現することができる。

図８は、狭帯域型のインタフェース装置の断面図である。以下、本図を参照して説明する。

狭帯域型インターフェース装置８０１は、電極部８０２、被覆誘電体部８０３、被覆良導体部８０４を有し、同軸ケーブル８０５と接続面８５１において接続され、外部との電気信号のやりとりを行うのは、上記実施形態と同様である。

ただし、電極部８０２は、半径L1の円盤状となっており、被覆誘電体部８０３は、半径L2、高さ（厚み）L3の円柱状となっている。また、被覆良導体部８０４は円盤状となっている。

このL1，L2，L3を適宜調整することによって、反射波の位相と振幅を調整し、所望の信号周波数帯付近でインピーダンス整合をとることができる。インピーダンス整合をとる場合には、ほかに、以下のような調整手法もありうる。
（ａ）同軸ケーブル８０５との接続面８５１にインピーダンス整合器を挟み込む。
（ｂ）被覆誘電体部８０３の誘電率を調節する。
（ｃ）電極部８０２を露出させるのではなく、被覆誘電体部８０３で底面も覆い、電極部８０２とシート装置１４１との距離を空ける。
（ｄ）電極部８０２を他の球体にしたり、電線の先端としたりする等、他の形状とする。
（ｅ）被覆誘電体部８０３の円柱の側面も被覆良導体部８０４で覆う。
（ｆ）同軸ケーブル８０５を介さずに、内部に送受信回路を設けて直接結合する。
（ｇ）単に通常の無線通信に用いられているアンテナを同様な覆いの中に挿入してもある程度の通信は可能である。

なお、被覆誘電体部８０３の誘電率が外界の誘電率より高い場合には、被覆良導体部８０４を省略しても電磁波の閉じ込めが可能であるが、ある臨界角以下の電磁波成分は外界に放射されてしまうので、被覆良導体部８０４を設けることが望ましい。

被覆良導体部８０４は、磁界を底面と平行に保ち、接触面やシート装置１４１における伝播モードと整合性の良いモードの電磁波のみが電極部８０２から放射されるように制限するのに役立つ。

この効果をさらに高めるには、狭帯域型インターフェース装置８０１をシート装置１４１に密着させた状態で、被覆良導体部８０４とシート状の良導体部２３２との間隔が、電磁波長よりも十分に小さいようにすることが望ましい。

これによって、空中への電磁放射を抑え、シート装置１４１との間で、効率よく電磁波の送受をすることができる。

上記のように、各インターフェース装置は軸対称の形状とすることとなるが、完全な回転対称ではなく、一定角度回転すると重なるような繰り返し形状としても良い。たとえば、底面を正n角形とし、360/n度回転するごとに同じ形状となるようなものである。略星型多角形形状とするものも、これに該当する。

また、各インターフェース装置の大きさ（半径）は、典型的には電磁波長程度、もしくはそれ以下とすることが望ましいが、これに限られない。また、レンズ効果を応用することが可能である。

図９は、レンズ効果を応用する場合の説明図である。以下、本図を参照して説明する。

インターフェース装置９０１が存在する部分とそうでない部分とでは、シート装置１４１を図中で水平方向に進行する電磁波の速度に違いがあるため、インターフェース装置９０１の半径と電極部９０２との距離を選択すると、本図に示すように、電磁波を電極部９０２に収束させることができる。

このような性質を積極的に利用して、電磁波の取得効率を高めることができる。

上記実施形態では、シート装置１４１の周縁に電磁波吸収体部２３３を設けていたが、これを省略して、シート装置１４１の周縁同士を接続すると、一方のシート装置１４１から他方のシート装置１４１へ、電磁波が伝播する。

したがって、シート装置１４１を次々と接続して、球、楕円球、直方体、角錐、多面体、円錐、円柱、ドーナツ型、もしくは、閉曲面の表面をなすように構成すれば、電磁波吸収体部２３３を省略することができる。

たとえば、箱の表面をすべて覆うようにシート装置１４１を貼り付けると、その箱の表面のどこにインターフェース装置１２１を置いても良いことになる。

また、この箱を、さらに他のシート装置１４１に密着させれば、箱と他のシート装置１４１とが一体となった通信媒体となるのである。

シート装置１４１の構造は極めて簡単であるので、たとえば、物品の包装用の箱材として利用することができる。一種のインターフェース装置１２１として機能するタグを箱材表面に貼付しておけば、箱材のどの面を他のシート装置１４１に接触させたとしても、タグを読み取ることができる。

以下では、シート装置１４１のシート状の誘電体部２３１と電磁波吸収体部２３３との境界で電磁波の反射が生じないようにする工夫を説明する。

図１０は、シート状の誘電体部２３１と電磁波吸収体部２３３との境界付近を、シート状の誘電体部２３１の一方の面から見た説明図である。以下、本図を参照して説明する。

本図に示すように、電磁波吸収体部２３３の形状はクサビ状（のこぎり歯状）になっている。クサビの間隔が電磁波長より小さい場合には連続してインピーダンスが変化する終端とみなすことができる。クサビの間隔が電磁波長より大きい場合には、左から入射した波動はクサビ同士の間で反射を繰り返すこととなる。

したがって、いずれの状況においても、本図の左から到達した電磁波は、再び左の方向へ反射して戻ることはない。

なお、電磁波吸収体部２３３を省略して、シート状の誘電体部２３１の周縁を本図に示すようなクサビ型（のこぎり歯状）としても、電磁波吸収の効果を得ることができる。

なお、シート状の誘電体部２３１の一方の面から見た場合ではなく、側面から見たときにクサビ型（のこぎり歯）状の形状としたり、これらを組み合わせたりしても良い。

このほか、シート状の誘電体部２３１の誘電損失を適当な値にしたり、シート状の良導体部２３２に信号周波数帯における適当な抵抗値を持たせ、複素誘電率の虚部を適切な値にすることにより、電磁波を所定の減衰距離で減衰させることができる。

この減衰距離を、シート装置１４１の大きさと同程度にしておけば、せいぜい１回から２回程度の反射が重畳するのみで、それ以上は減衰して無視できるので、周縁に特別な処理をしなくとも、反射を防止することができる。

この構成では、シート装置１４１を適用する部所によって自由な形状に切断して使用することができる。

このほか、１つのインターフェース装置内に電極部を複数配置して、電磁波の電力供給の効率を上げたり、指向性アンテナと同様の信号送受信を行うために、方向を指定したりしても良い。

すなわち、１つのインターフェース装置内に接触面に垂直な方向に貫通するピン状の電極を複数配置すると、インターフェース装置が受け取る電磁波の電力供給量を増大することができる。この効果を得るためには、インタフェース装置のサイズを十分大きくして、ピンの間隔を一定の干渉距離（一般には、電磁波長程度の長さである。）以上に離して配置する。

また、ピン状の電極を配列状に配置することにより、インタフェース装置を複数配置した場合と同様に、特定の方向に指向性をもつ送受信器を実現することができる。

図１１は、電力供給を行うシート装置の断面図である。以下、本図を参照して説明する。

シート装置９５１のシート状の誘電体部９５２の表面には、開孔シート状の良導体９５３が貼り付けられ、背面にはシート状の良導体９５４が貼り付けられている。また、電磁波を吸収するための終端抵抗９５５も設けられているが、この終端抵抗９５５を介して開孔シート状の良導体９５３と背面にはシート状の良導体９５４との間で電流が流れないように、絶縁体９５６が設けられている。

シート状の誘電体部９５２は、開孔シート状の良導体９５３の孔と同じ場所に、シート状の良導体９５４へ貫通する孔が設けられている。

そして、開孔シート状の良導体９５３と背面にはシート状の良導体９５４との間に、電源９５７から電圧を印加する。こうすると、インターフェース装置等の各種の機器が、孔を利用して開孔シート状の良導体９５３と背面にはシート状の良導体９５４とに、接触することによって直流電源による電力供給を行なうことができる。

図１２、図１３は、反射を防止するとともに、小型化を図った狭帯域型のインターフェース装置の断面図である。

本実施形態は、図８に示す実施形態とその概要構成は同様であるので、異なる点を中心に説明する。

図１２に示すようんい、インターフェース装置８０１のシート装置１４１に近接する側の面に、電極部８０２を囲むように、これと同心円をなすドーナツ型電極部８７１を配置している。

図１３に示す例では、さらに、ドーナツ型電極部８７１と被覆良導体８０４を接続する良導体からなるスルーホール部８７２を配置している。スルーホール部８７２は、被覆誘電体８０３の内部の円柱の一部として配置しても良いし、被覆誘電体８０３の側面の円柱の一部として配置しても良い。

このような構成により、小型化を図ることができる。

シート装置１４１の表面に電磁場が発生している状態で他の物体が接触すると、一般に物体の誘電率は空気中と異なるためにエバネッセント場が乱され、シート状の誘電体部２３１の内部に反射波が放射される。

この反射波を観測することにより、シート装置１４１の表面に生じた接触をインターフェース装置１２１で検知することができる。したがってこのような原理のシート装置１４１をたとえば床に配置しておけば、床上に侵入した不審者を安定に検出することができる。

たとえば、あるインタフェース装置１２１から数波長分の電磁波を送出し、その反射波をそれ自身、あるいは他のインターフェース装置１２１で計測し、シート装置１４１に接触している物体を検出するのである。

超音波診断装置のように、計測側のインタフェース装置１２１をアレイ状に配列し、電磁波の送出方向をスキャンする。その方向と反射波の到達時間から、反射の発生地点を同定する。このアレイは一つのシートにつき、最小１つあればよいが、複数あればより安定で精度のよい計測になる。

なお、電磁波の送受信は、シート装置１４１の一面に接触するインタフェース装置１２１ではなく、シート状の誘電体部２３１の表面と裏面に直接電極を接触させ、信号電圧を印加し、また電圧の変化を検知することとしても良い。

上記のように、本発明によれば、シート状のシート装置に密着することによってインターフェース装置が互いに通信し合う通信システム、そのシート装置、そのインターフェース装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る通信システムの外観を示す説明図である。 本実施形態に係る通信システムの各部の略断面図である。 開孔シート状の良導体を利用したシート装置の一部断面図である。 広帯域型のインターフェース装置の断面図である。 電磁波の反射を防止するような広帯域型のインターフェース装置の断面図である。 広帯域型のインターフェース装置の断面図である。 広帯域型のインターフェース装置の外観図である。 狭帯域型のインタフェース装置の断面図である。 レンズ効果を応用する場合の説明図である。 シート状の誘電体部と電磁波吸収体部との境界付近を、シート状の誘電体部の一方の面から見た説明図である。 電力供給を行うシート装置の断面図である。 狭帯域型のインターフェース装置の断面図である。 狭帯域型のインターフェース装置の断面図である。

符号の説明

１０１ 通信システム
１１１ 端末機器
１２１ インターフェース装置
１４１ シート装置
２３１ シート状の誘電体部
２３２ シート状の良導体部
２３３ 電磁波吸収体部
２３４ 開孔シート状の良導体部
４０２ 電極部
４０３ 被覆誘電体部
４０４ 被覆良導体部
４０５ 同軸ケーブル
４５１ 接続面
７０１ 送受信回路
７０２ 電磁波吸収体部
８０１ 狭帯域型のインターフェース装置
８０２ 電極部
８０３ 被覆誘電体部
８０４ 被覆良導体部
８０５ 同軸ケーブル
８５１ 接続面
８７１ ドーナツ型電極部
８７２ スルーホール部
９０１ インターフェース装置
９０２ 電極部
９５１ シート装置
９５２ シート状の誘電体部
９５３ 開孔シート状の良導体
９５４ シート状の良導体
９５５ 終端抵抗
９５６ 絶縁体
９５７ 電源

Claims (20)

1. シート装置と、第１のインターフェース装置と、第２のインターフェース装置と、を有する通信システムであって、
   （ａ）前記シート装置は、
   信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体からなるシート状誘電体部
   を備え、
   （ｂ）前記第１および第２のインターフェース装置は、いずれも、
   その外面の一部を前記シート装置に近傍配置して信号の伝送をし、
   信号を送信する場合、当該信号に基づいて所定の周波数帯でスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルを変化させ、信号を受信する場合、電磁場の変化によってスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルが変化される電極部、
   信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体であって、前記電極部を覆う被覆誘電体部
   を備える
   ことを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記シート状誘電体部と、前記被覆誘電体部と、において、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において両者の電磁波の速度が等しい
   ことを特徴とする通信システム。
3. 請求項１または２に記載の通信システムであって、前記シート装置は、
   信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯におけるシート状の良導体であって、前記シート状誘電体部のうち前記シート装置が前記第１および第２のインターフェース装置に近傍配置される側とは反対の面を覆う背面シート状良導体部
   をさらに備えることを特徴とする通信システム。
4. 請求項３に記載の通信システムにおいて、当該シート装置は、
   信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体からなり、その一面が前記背面シート状良導体部に覆われる第２のシート状誘電体部
   をさらに備える
   ことを特徴とする通信システム。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記シート装置は、
   前記シート状誘電体部の周縁に配置され、当該周波数帯の電磁波を吸収する周縁電磁波吸収体部
   をさらに備えることを特徴とする通信システム。
6. 請求項５に記載の通信システムであって、前記シート装置において、
   前記シート状誘電体部と、前記周縁電磁波吸収体部と、の境界は、のこぎり歯状の形状をなす
   ことを特徴とする通信システム。
7. 請求項１から４のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記シート装置において、
   前記シート状誘電体は、球、楕円球、直方体、角錐、多面体、円錐、円柱、ドーナツ型、もしくは、閉曲面の表面をなす
   ことを特徴とする通信システム。
8. 請求項１から４のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記シート装置は、
   前記インターフェース装置に近傍配置される面と、前記シート状誘電体部の一方の面との間に配置されるシート状体部
   をさらに備え、前記シート状体部は、
   （ａ）信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における開孔シート状の良導体、
   （ｂ）金属微粒子を混入したシート状の絶縁体、もしくは、
   （ｃ）前記シート状誘電体部よりも誘電率が高いシート状の誘電体
   のいずれかであることを特徴とする通信システム。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
   前記電極部および前記被覆誘電体部は、前記シート装置に近傍配置する面に垂直な軸について軸対称の形状をなす
   ことを特徴とする通信システム。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
    前記電極部は、前記シート装置に近傍配置する面に対してその面を露出している
    ことを特徴とする通信システム。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
    前記電極部は、前記被覆誘電体部にその全体を覆われ、
    前記シート装置に近傍配置する面における、前記被覆誘電体部の厚さは、一定である
    ことを特徴とする通信システム。
12. 請求項１０または１１のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
    前記電極部および前記被覆誘電体部は、前記シート装置に近傍配置する面を底面とするコニーデ形状をなす
    ことを特徴とする通信システム。
13. 請求項１２に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
    前記被覆誘電体部のコニーデ形状の斜面の一部は、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における良導体に覆われ、当該良導体は、当該軸を中心とする略星型多角形である
    ことを特徴とする通信システム。
14. 請求項１０または１１のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
    前記電極部および前記被覆誘電体部は、前記シート装置に近傍配置する面を底面とする円柱形状もしくは円板形状をなす
    ことを特徴とする通信システム。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
    前記被覆誘電体部は、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における良導体に覆われる
    ことを特徴とする通信システム。
16. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の通信システムであって、前記インターフェース装置において、
    前記被覆誘電体部の前記シート状誘電体部に近接配置されない側には、信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯における良導体が貼付され、当該良導体の形状は、略星型多角形である
    ことを特徴とする通信システム。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の通信システムにおけるシート装置。
18. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の通信システムにおけるインターフェース装置。
19. シート装置と、インターフェース装置と、を有する通信システムであって、
    （ａ）前記シート装置は、
    信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体からなるシート状誘電体部
    を備え、
    （ｂ）前記インターフェース装置は、
    その外面の一部を前記シート装置に近傍配置して信号の伝送をし、
    前記シート装置に近傍配置された他の無線通信機器から発せられた電磁波による信号を、前記シート装置を介して受信する電極部であって、当該電磁場の変化によってスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルが変化される電極部、
    信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体であって、前記電極部を覆う被覆誘電体部
    を備える
    ことを特徴とする通信システム。
20. シート装置と、インターフェース装置と、を有する通信システムであって、
    （ａ）前記シート装置は、
    信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体からなるシート状誘電体部
    を備え、
    （ｂ）前記インターフェース装置は、
    その外面の一部を前記シート装置に近傍配置して信号の伝送をし、
    前記シート装置に近傍配置された他の無線通信機器へ信号を送信する電極部であって、当該信号に基づいて所定の周波数帯でスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルを変化させる電極部、
    信号の伝送に用いられる電磁波の周波数帯において電磁波の速度が外界よりも小さいシート状の誘電体であって、前記電極部を覆う被覆誘電体部
    を備える
    ことを特徴とする通信システム。

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