JP6498827B1

JP6498827B1 - 通信システム

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Publication number: JP6498827B1
Application number: JP2018159542A
Authority: JP
Inventors: 順子田邉; 聡人野田
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2019-04-10
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Abstract

【課題】クロック信号とデータ信号とを用いたシリアル通信を２つの導体を用いて実現する。
【解決手段】通信回路３２０は、シリアルクロックに対応するディジタル信号であるクロック信号と送信対象のシリアルデータに対応するディジタル信号であるデータ信号とを生成する。変調回路３３０は、第１の周波数を有する第１の搬送波をクロック信号でディジタル変調した第１の変調信号と第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の搬送波をデータ信号でディジタル変調した第２の変調信号とを生成し、第１の導体と第２の導体との間に印加する。復調回路４４０は、高入力インピーダンスを有するバッファアンプ４４１を備え、第１の変調信号と第２の変調信号とを復調し、クロック信号とデータ信号とを生成する。通信回路４２０は、クロック信号とデータ信号とに基づいて、シリアルデータを取得する。
【選択図】図５

Description

本発明は、通信システムに関する。

現在、人が着用する被服にセンサやアクチュエータを取り付け、人体に関する情報を収集したり、人体に振動を与えたりする技術が知られている。このような被服には、センサやアクチュエータに電力を供給するとともに、センサやアクチュエータが送受信する情報を伝送する繊維構造体が用いられることがある。繊維構造体は、例えば、導電性を有する導電糸と導電性を有しない非導電糸とが編み込まれ又は織り込まれて形成される。このような繊維構造体は、例えば、特許文献１に記載されている。

ところで、電力及び情報の伝送を実現するためには、互いに絶縁された少なくとも２つの導体が必要である。従って、繊維構造体は、互いに絶縁された少なくとも２つの導電層を備える必要がある。ここで、複数の通信装置間の通信を簡単な構成で実現する方法として、クロック信号とデータ信号とを用いたシリアル通信を採用する方法がある。

特開２０１７−２５４３２号公報

しかしながら、通信に利用できる導体が２つしかない場合、クロック信号とデータ信号とを用いたシリアル通信を直ちに採用することはできない。一方、このようなシリアル通信を実現するために導電層を増やすことが困難である場合も多い。また、特許文献１には、このようなシリアル通信を２つの導体を用いて実現する方法は全く記載されていない。このため、クロック信号とデータ信号とを用いたシリアル通信を２つの導体を用いて実現する技術が望まれている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、クロック信号とデータ信号とを用いたシリアル通信を２つの導体を用いて実現する通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、
第１の導体と第２の導体とを介して通信する複数の通信装置と、前記第１の導体と前記第２の導体とを介して前記複数の通信装置に直流電力を供給する直流電源と、を備える通信システムであって、
前記複数の通信装置のうち第１の通信装置は、
シリアルクロックに対応するディジタル信号であるクロック信号と送信対象のシリアルデータに対応するディジタル信号であるデータ信号とを生成する信号生成回路と、
第１の周波数を有する第１の搬送波を生成する第１の発振回路と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の搬送波を生成する第２の発振回路と、
前記第１の搬送波を前記クロック信号でディジタル変調した第１の変調信号と前記第２の搬送波を前記データ信号でディジタル変調した第２の変調信号とを生成し、前記第１の変調信号と前記第２の変調信号とを前記第１の導体と前記第２の導体との間に印加する変調回路と、を備え、
前記複数の通信装置のうち前記第１の通信装置とは異なる第２の通信装置は、
前記第１の導体と前記第２の導体とに接続され、高入力インピーダンスを有するバッファアンプを備え、前記第１の導体と前記第２の導体との間に印加された前記第１の変調信号と前記第２の変調信号とを復調し、前記クロック信号と前記データ信号とを生成する復調回路と、
前記復調回路により生成された前記クロック信号と前記データ信号とに基づいて、前記シリアルデータを取得するデータ取得回路と、を備える。

前記第１の導体を含み、導電性を有する第１の導電層と、前記第２の導体を含み、導電性を有する第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを絶縁する絶縁層と、を備える繊維構造体を更に備えてもよい。

前記繊維構造体を備える被服を更に備えてもよい。

前記第１の搬送波の波長である第１の波長と前記第２の搬送波の波長である第２の波長とは、前記繊維構造体上における最も遠い２点間の長さよりも長くてもよい。

前記第１の導電層と前記第２の導電層とを含むコンデンサに対して並列に設けられ、前記第１の周波数と前記第２の周波数とにおける、前記コンデンサの両端間の並列合成インピーダンスを増加させるフィルタ回路を更に備えてもよい。

前記複数の通信装置のうち第３の通信装置と、アクチュエータと発光装置とセンサとのうちのいずれかであり、前記第３の通信装置と通信する通信対象装置と、前記第３の通信装置と前記通信対象装置とを搭載する回路基板と、前記回路基板を前記繊維構造体に取り付けるための取付部材と、を備える統合モジュールを更に備え、
前記取付部材は、
導体により構成され、前記第１の導電層側から前記第２の導電層側に向けて前記繊維構造体に差し込まれる鋲と、
前記第２の導電層側において前記鋲の突出部と固定される固定部材と、を備え、
前記鋲は、前記第１の導電層と接触する第１の電極部を備え、
前記固定部材は、前記第２の導電層と接触する第２の電極部と、前記鋲の突出部が差し込まれるソケットと、を備え、
前記回路基板は、前記第１の電極部と前記ソケットとを介して前記第１の導電層と接続され、前記第２の電極部を介して前記第２の導電層と接続されてもよい。

前記第２の導電層には、メッシュ状の開孔が形成されており、
前記鋲は、前記開孔を貫通するように前記繊維構造体に差し込まれ、前記第２の導電層と絶縁されてもよい。

前記鋲の一部は、絶縁体で被覆され、
前記絶縁体が前記第２の導電層と接触し、前記鋲は、前記第２の導電層と絶縁されてもよい。

本発明によれば、クロック信号とデータ信号とを用いたシリアル通信を２つの導体を用いて実現することができる。

本発明の実施形態１に係る被服の構成図本発明の実施形態１に係る繊維構造体の分解斜視図本発明の実施形態１に係る統合モジュールの斜視図本発明の実施形態１に係る取付部材の断面図本発明の実施形態１に係る通信システムの構成図クロック信号が変化する様子を示す図データ信号が変化する様子を示す図コンデンサと並列に設けられたフィルタ回路を含む通信回路の回路図搬送波の周波数とコンデンサの両端間のインピーダンスとの関係を示す図本発明の実施形態２に係る取付部材の断面図本発明の実施形態３に係る通信システムの構成図本発明の実施形態４に係る通信システムの構成図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図中において、同一又は対応する部分には、同一の符号を付す。

（実施形態１）
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る被服１００について説明する。なお、被服１００は、本発明の実施形態に係る通信システム１０００の一部である。被服１００は、人体に振動を与えたり、人体に関する情報を収集したりするために用いられる。本実施形態では、被服１００は、人体に振動を与えるために用いられるものとする。本実施形態では、被服１００は、衣服であるものとする。ただし、被服１００は、帽子、手袋、靴下、サポーター、靴、等であってもよい。

図１に示すように、被服１００は、繊維構造体１１０を備える。繊維構造体１１０は、繊維により構成された構造体である。繊維構造体１１０は、電力を供給したり情報を伝送したりするウェアラブルな伝送シートである。繊維構造体１１０は、被服１００の生地として使用されてもよいし、既存の被服１００に取り付けられて使用されてもよい。なお、図１には、被服１００の前面片側のみに繊維構造体１１０が設けられた例を示すが、被服１００の複数箇所に繊維構造体１１０が設けられてもよいことは勿論である。

図２に示すように、繊維構造体１１０は、基本的に、導電層１１１と、絶縁層１１３と、導電層１１２とが、順に積層されて構成される。導電層１１１と導電層１１２とは、導体を備え、導電性を有する層である。導電層１１１と導電層１１２とは、電力と情報とを伝送する媒体として機能する。本実施形態では、導電層１１１と導電層１１２とは、メッシュ状の開孔を有し、導電層１１１と導電層１１２とを平面視したときの柄は格子柄であるものとする。なお、開孔の大きさ、開孔の間隔、柄などは、繊維構造体１１０の用途、電源電圧、信号電圧、信号の周波数、最長伝送距離などに応じて、適宜、調整される。また、本実施形態では、導電層１１２が接地電位に設定され、導電層１１１に、電力供給のための電源電圧と情報伝送のための信号とが印加されるものとする。導電層１１１と導電層１１２とは、例えば、導電性を有する導電糸により構成される。ただし、導電層１１１と導電層１１２とは、例えば、導電性を有しない非導電糸により構成された布に、導電インクをプリント、又は、金属をめっきしたもの等であってもよい。

導電糸は、導電体を含む糸である。導電体は、例えば、比抵抗（「体積抵抗率」ともいう。）が１０^８Ω・ｃｍ未満の物質である。導電糸は、銅やステンレス等の金属により構成された金属繊維であってもよいし、炭素により構成された炭素繊維であってもよい。また、導電糸は、合成繊維に、スパッタリングやメッキにより金属をコーティングした糸であってもよい。或いは、導電糸は、合成繊維の中に、金属粉末や導電ポリマーなどの導電物質を練り込んだ糸であってもよい。一方、非導電糸は、導電体を含まない糸である。非導電糸は、例えば、天然繊維、合成繊維、半合成繊維、無機繊維などの糸である。

絶縁層１１３は、導電層１１１と導電層１１２とを相互に絶縁するための層として機能する。従って、絶縁層１１３は、導電層１１１と導電層１１２との間に配置される。ここで、導電層１１１と導電層１１２とが接触すると、電力の供給や情報の伝送ができないだけでなく、大電流が流れて発熱する可能性があり、好ましくない。そこで、本実施形態では、導電層１１１と導電層１１２とが接触しないように、絶縁層１１３の厚さが十分に厚いものとする。絶縁層１１３は、例えば、導電性を有しない非導電糸により構成される。

導電層１１１と導電層１１２と絶縁層１１３とは、織り込み又は編み込みにより一体的に形成されてもよいし、別々に形成された後に相互に固定されてもよい。固定方法としては、例えば、非導電糸による縫い付け、接着剤による接着、両面テープによる貼り付けなどがある。繊維構造体１１０は、基本的に、導電糸と非導電糸とにより構成されるため、柔軟性に富む。

繊維構造体１１０には、複数の統合モジュール２００が取り付けられる。後述するように、統合モジュール２００は、装置、基板、部材などを統合したモジュールである。以下、図３を参照して、統合モジュール２００の構成について説明する。図３に示すように、統合モジュール２００は、通信装置４００と、通信対象装置５００と、回路基板６００と、中継基板６１０と、支持部材６２０と、取付部材７００とを備える。

通信装置４００は、後述する通信装置３００と通信し、また、通信対象装置５００と通信する装置である。本実施形態では、通信装置３００と通信装置４００とは、Ｉ２Ｃ（Inter Integrated Circuit）に対応した半二重方式のシリアルバスインターフェースを備え、Ｉ２Ｃ通信が可能であるものとする。Ｉ２Ｃ通信は、シリアルクロック線であるＳＣＬ（Serial Clock）とシリアルデータ線であるＳＤＡ（Serial Data）とを用いて、１つのマスタが１つ以上のスレーブと通信する通信方式である。本実施形態では、通信装置３００がマスタであり、通信装置４００がスレーブであるものとする。

ＳＣＬは、同期をとるための信号線である。ＳＤＡは、ＳＣＬに同期する信号線であり、データの転送に用いられる信号線である。本実施形態では、ＳＣＬの状態とＳＤＡの状態とは、マスタにより制御される。ＳＣＬとＳＤＡとは、マスタによってＨレベル（電源電位であるＶｃｃ）又はＬレベル（接地電位である０Ｖ）に設定される。なお、一般的なＩ２Ｃ通信では、スレーブがビジー状態を通知する場合、ＳＣＬの状態がスレーブによっても制御されることもあるが、本実施形態では採用しない。また、一般的なＩ２Ｃ通信では、スレーブが、データを送信する場合、又は、ＡＣＫを送信する場合に、ＳＣＬの状態がスレーブによっても制御されることもあるが、本実施形態では採用しない。また、一般的なＩ２Ｃ通信では、ＳＣＬとＳＤＡとは、いずれも、オープンコレクタ接続、又は、オープンドレイン接続であり、信号線が、抵抗を介して電源電圧にプルアップされる。ただし、本実施形態では、例えば、ＳＣＬの出力端子及びＳＤＡの出力端子が、スイッチ制御回路３３３の内部にて抵抗を介して電源電圧にプルアップされ、Ｈレベル又はＬレベルの電圧として出力される。

一般的に、Ｉ２Ｃ通信では、マスタとスレーブとは、ＳＣＬとＳＤＡと接地線とで相互に接続される。一方、本実施形態では、通信装置３００と通信装置４００とは、導電層１１１と導電層１１２とで相互に接続される。ここで、導電層１１２は、接地線としての役割を果たす。このため、本実施形態では、ＳＣＬを用いて送信すべきデータとＳＤＡを用いて送信すべきデータとの双方のデータを、導電層１１１を用いて送信する必要がある。そこで、本実施形態では、互いに異なる周波数を有する２つの搬送波をそれぞれ２つのデータで変調し、変調により得られた２つの変調信号を導電層１１１に重畳する方式を採用する。

本実施形態では、通信対象装置５００は、アクチュエータである。従って、通信装置４００は、通信装置３００から受信したデータに基づいて、通信対象装置５００を制御すればよい。そして、通信装置４００は、通信対象装置５００からデータを受信し、受信したデータを通信装置３００に送信する必要はない。このため、通信装置４００は、通信装置３００からデータを受信する機能を有するが、通信装置３００にデータを送信する機能を有しない。なお、通信装置４００は、通信装置３００にＡＣＫを送信する機能と、ビジー状態を通知する機能とを有しないが、これらの機能は通信装置３００が使用しなければよい。以上説明したように、通信装置４００は、通信装置３００から受信したデータに基づいて、通信対象装置５００を制御する。

通信対象装置５００は、通信装置４００の通信対象の装置であり、通信装置４００により制御される装置である。上述したように、本実施形態では、通信対象装置５００は、アクチュエータである。従って、通信対象装置５００は、通信装置４００による指示に従って振動し、被服１００の着用者の人体に振動を与える。

回路基板６００は、通信装置４００と通信対象装置５００とを搭載する回路基板である。回路基板６００は、電極６０１と電極６０２とを備える。電極６０１は、電線６０３を介して導電層１１１と接続される。電極６０２は、電線６０４を介して導電層１１２と接続される。回路基板６００は、電極６０１と電極６０２とを介して、通信装置４００と通信対象装置５００とに直流電力を供給する。また、回路基板６００は、電極６０１と電極６０２とを介して、通信装置４００に信号を供給する。

中継基板６１０は、導電層１１１と電極６０１との接続と、導電層１１２と電極６０２との接続とを中継する。中継基板６１０は、後述する取付部材７００を支持するとともに、電線６０３と電線６０４と電線６０５とにより回路基板６００に固定される。中継基板６１０は、後述するソケット７２２と電線６０３とを接続することにより、導電層１１１と電極６０１とを接続する。また、中継基板６１０は、後述する電極７２１と電線６０４とを接続することにより、導電層１１２と電極６０２とを接続する。

支持部材６２０は、回路基板６００を支持する部材であり、統合モジュール２００全体の土台となる部材である。取付部材７００は、統合モジュール２００を繊維構造体１１０に取り付けるための部材である。取付部材７００は、鋲７１０と固定部材７２０とを備える。

鋲７１０は、第１の導電層側から第２の導電層側に向けて繊維構造体１１０に差し込まれる部材である。第１の導電層は、例えば、導電層１１１である。第２の導電層は、例えば、導電層１１２である。ただし、第１の導電層が導電層１１２であり、第２の導電層が導電層１１１であってもよい。鋲７１０は、導体により構成される。鋲７１０は、第１の電極部と、突出部７１２と、を備える。第１の電極部は、鋲７１０が繊維構造体１１０に差し込まれたときに、第１の導電層と接触する部分である。第１の電極部は、例えば、電極７１１である。電極７１１は、鋲７１０が備える笠型の部位の裏面の部分である。突出部７１２は、鋲７１０が繊維構造体１１０に差し込まれたときに、第２の導電層から突出する部分である。

固定部材７２０は、第２の導電層側において鋲７１０の突出部７１２と固定される。固定部材７２０は、第２の電極部と、ソケット７２２と、を備える。第２の電極部は、第２の導電層と接触する。第２の電極部は、例えば、電極７２１である。電極７２１は、導体で構成される。ソケット７２２には、鋲７１０が備える突出部７１２が差し込まれる。ソケット７２２は、導体で構成される。

図４に、繊維構造体１１０に差し込まれた鋲７１０が固定部材７２０により固定されて、統合モジュール２００が繊維構造体１１０に固定された様子を示す。図４は、鋲７１０と繊維構造体１１０とを、鋲７１０が備える突出部７１２の中心軸を含む切断面で切断したときの断面図である。

まず、鋲７１０は、導電層１１１側から導電層１１２側に向けて、導電層１１２が有する開孔を通過するように、繊維構造体１１０に差し込まれる。つまり、鋲７１０は、導電層１１２を避けるように、導電層１１１側から繊維構造体１１０に差し込まれる。鋲７１０の差し込みが進むと、鋲７１０が繊維構造体１１０を貫き、鋲７１０が有する突出部７１２が導電層１１２側に突出する。ここから、鋲７１０の差し込みが進むと、鋲７１０が備える電極７１１が導電層１１１に接触し、鋲７１０の更なる差し込みが抑制される。

ここで、鋲７１０が有する突出部７１２が、固定部材７２０が有するソケット７２２に差し込まれるように、固定部材７２０を導電層１１２側から繊維構造体１１０に押し当てる。すると、鋲７１０が有する突出部７１２が、固定部材７２０が有するソケット７２２に差し込まれる。このとき、突出部７１２とソケット７２２とが接触し、鋲７１０が固定部材７２０により支持される。ここで、固定部材７２０を更に繊維構造体１１０に押し当てると、固定部材７２０が備える電極７２１が導電層１１２に接触し、固定部材７２０の移動が抑制される。

このように、繊維構造体１１０を貫通した突出部７１２がソケット７２２に嵌め込まれると、鋲７１０と固定部材７２０とが繊維構造体１１０を挟んだ状態で、鋲７１０と固定部材７２０とが相互に固定される。鋲７１０と固定部材７２０とが固定されると、取付部材７００が繊維構造体１１０に固定され、その結果、統合モジュール２００が繊維構造体１１０に固定される。

このとき、電極７１１と導電層１１１とは接触し、突出部７１２とソケット７２２とが接触する。ここで、ソケット７２２は、中継基板６１０と電線６０３とを介して、電極６０１に接続される。つまり、回路基板６００は、電極７１１とソケット７２２とを介して、導電層１１１と接続される。また、電極７２１と導電層１１２とは接触する。そして、電極７２１は、中継基板６１０と電線６０４とを介して、電極６０２に接続される。つまり、回路基板６００は、電極７２１を介して、導電層１１２と接続される。

以上、統合モジュール２００が通信装置４００を備える例について説明した。統合モジュール２００が通信装置３００を備える場合、或いは、統合モジュール２００が直流電源３８０を備える場合も、統合モジュール２００の繊維構造体１１０への取り付けに関しては同様である。なお、統合モジュール２００が通信装置３００を備える場合、統合モジュール２００は、通信装置４００に代えて通信装置３００を備え、通信対象装置５００を備えない。また、統合モジュール２００が直流電源３８０を備える場合、統合モジュール２００は、通信装置４００と通信対象装置５００とに代えて直流電源３８０を備える。本実施形態では、統合モジュール２００が通信装置３００と直流電源３８０とを備えるものとする。

次に、図５を参照して、通信システム１０００の構成について詳細に説明する。図５に示すように、通信システム１０００は、少なくとも、通信装置３００と、通信装置４００と、通信対象装置５００と、導電層１１１と、を備える。通信装置３００は、マスタとして機能し、通信装置４００はスレーブとして機能する。第１の通信装置は、例えば、通信装置３００に対応する。第２の通信装置は、例えば、通信装置４００に対応する。なお、本実施形態では、通信装置３００及び通信装置４００のいずれもが、第３の通信装置であり、回路基板６００や取付部材７００とともに統合モジュール２００としてまとめられているものとする。通信対象装置５００は、通信装置４００を介して、通信装置３００により制御される。導電層１１１には、ＳＣＬに対応する変調信号とＳＤＡに対応する変調信号とが重畳される。

通信装置３００は、制御回路３１０と、通信回路３２０と、変調回路３３０と、発振回路３６１と、発振回路３６２と、バンドパスフィルタ３７１と、バンドパスフィルタ３７２と、直流電源３８０と、インダクタ３８１と、を備える。

制御回路３１０は、通信装置３００の全体の動作を制御する。例えば、制御回路３１０は、シリアルデータを、通信回路３２０に供給する。このシリアルデータは、送信対象のシリアルデータであり、通信対象装置５００を制御するために通信装置４００に送信するシリアルデータである。

通信回路３２０は、Ｉ２Ｃ通信を実現するための通信回路である。通信回路３２０は、第１のクロック信号と、第１のデータ信号と、を生成する。つまり、通信回路３２０は、信号生成回路である。第１のクロック信号は、シリアルクロックに対応するディジタル信号である。第１のデータ信号は、送信対象のシリアルデータに対応するディジタル信号である。なお、第１のクロック信号は、例えば、電源電位（Ｖｃｃ）を表すＨレベルと、接地電位（０Ｖ）を表すＬレベルとを、交互に示す信号である。また、第１のデータ信号は、例えば、シリアルデータが１であるときに電源電位（Ｖｃｃ）を表すＨレベルを示し、シリアルデータが０であるときに接地電位（０Ｖ）を表すＬレベルを示す信号である。

変調回路３３０は、第１の変調信号と第２の変調信号とを生成し、第１の変調信号と第２の変調信号とを第１の導電層と第２の導電層との間に印加する。第１の変調信号は、第１の搬送波を第１のクロック信号でオンオフ変調することにより得られる信号である。第１の搬送波は、第１の周波数を有する搬送波である。第１の搬送波は、第１の発振回路により生成される。第１の発振回路は、例えば、発振回路３６１である。第２の変調信号は、第２の搬送波を第１のデータ信号でオンオフ変調することにより得られる信号である。第２の搬送波は、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する搬送波である。第２の搬送波は、第２の発振回路により生成される。第２の発振回路は、例えば、発振回路３６２である。

変調回路３３０は、スイッチ３３１と、スイッチ３３２と、スイッチ制御回路３３３と、を備える。スイッチ３３１は、発振回路３６１が生成した第１の搬送波の導電層１１１への導通又は遮断を制御するスイッチである。スイッチ３３２は、発振回路３６２が生成した第２の搬送波の導電層１１１への導通又は遮断を制御するスイッチである。スイッチ制御回路３３３は、スイッチ３３１の状態とスイッチ３３２の状態とを制御する回路である。例えば、スイッチ制御回路３３３は、第１のクロック信号がＬレベルであるときに、スイッチ３３１を遮断状態に制御し、第１のクロック信号がＨレベルであるときに、スイッチ３３１を導通状態に制御する。例えば、スイッチ制御回路３３３は第１のデータ信号がＬレベルであるときに、スイッチ３３２を遮断状態に制御し、第１のデータ信号がＨレベルであるときに、スイッチ３３２を導通状態に制御する。

発振回路３６１は、第１の周波数を有する第１の搬送波を生成する回路である。発振回路３６２は、第２の周波数を有する第２の搬送波を生成する回路である。本実施形態では、第１の周波数は５ＭＨｚであり、第２の周波数は２ＭＨｚであるものとする。また、Ｉ２Ｃ通信のクロック周波数、つまり、第１のクロック信号の周波数は、１０ｋＨｚであるものとする。

バンドパスフィルタ３７１は、第１の周波数を有する信号を通過させ、第１の周波数以外の周波数を有する信号を遮断するフィルタである。つまり、バンドパスフィルタ３７１は、第１の搬送波を通過させ、第２の搬送波、並びに、第１の搬送波及び第２の搬送波の高調波などの通過を遮断するフィルタである。バンドパスフィルタ３７２は、第２の周波数を有する信号を通過させ、第２の周波数以外の周波数を有する信号を遮断するフィルタである。つまり、バンドパスフィルタ３７２は、第２の搬送波を通過させ、第１の搬送波、並びに、第１の搬送波及び第２の搬送波の高調波などの通過を遮断するフィルタである。

次に、通信装置４００の構成について説明する。通信装置４００は、制御回路４１０と、通信回路４２０と、復調回路４４０と、第２の通信回路４５０と、を備える。

制御回路４１０は、通信装置４００の全体の動作を制御する。例えば、制御回路４１０は、通信回路４２０から供給されたシリアルデータに基づいて、第２の通信回路４５０を介して、通信対象装置５００を制御する。

通信回路４２０は、Ｉ２Ｃ通信を実現するための通信回路である。通信回路４２０は、復調回路４４０により生成された第２のクロック信号と第２のデータ信号とに基づいて、シリアルデータを取得する。つまり、通信回路４２０は、データ取得回路である。

復調回路４４０は、導電層１１１と導電層１１２とを含む伝送路に接続され、高入力インピーダンスを有するバッファアンプ４４１を備え、このバッファアンプ４４１を介して伝送路に接続される。このバッファアンプ４４１の入力インピーダンスは、発振回路３６１の出力インピーダンス及び発振回路３６２の出力インピーダンスよりも十分に高いことが好適である。この場合、伝送路に対して並列に複数のバッファアンプ４４１が接続されても、第１の変調信号と第２の変調信号との受信が可能となる。つまり、本実施形態では、この伝送路に接続される通信装置４００が備える復調回路４４０の個々の入力インピーダンスが高いため、多数の通信装置４００がこの伝送路に並列に接続されても、正常な通信動作が実現可能となる。

ここで、復調回路４４０は、第１の導体を備える導電層１１１と第２の導体を備える導電層１１２との間に印加された第１の変調信号を復調し、第２のクロック信号を生成する。例えば、復調回路４４０は、バンドパスフィルタ３７１と同様のバンドパスフィルタを介して、導電層１１１と導電層１１２との間に印加された第１の変調信号を取得する。そして、復調回路４４０は、第１の変調信号が振幅を有するか否かを判別して、第２のクロック信号を生成する。第２のクロック信号は、基本的に、第１のクロック信号と同様の信号であり、シリアルクロックに対応するディジタル信号である。なお、第２のクロック信号は、例えば、第１の変調信号が振幅を有しないときにＬレベルとなり、第１の変調信号が振幅を有するときにＨレベルとなる信号である。つまり、第２のクロック信号は、第１のクロック信号がＨレベルであるときにＨレベルとなり、第１のクロック信号がＬレベルであるときにＬレベルとなる信号である。

また、復調回路４４０は、導電層１１１と導電層１１２との間に印加された第２の変調信号を復調し、第２のデータ信号を生成する。例えば、復調回路４４０は、バンドパスフィルタ３７２と同様のバンドパスフィルタを介して、導電層１１１と導電層１１２との間に印加された第２の変調信号を取得する。そして、復調回路４４０は、第２の変調信号が振幅を有するか否かを判別して、第２のデータ信号を生成する。第２のデータ信号は、基本的に、第１のデータ信号と同様の信号であり、シリアルデータに対応するディジタル信号である。なお、第２のデータ信号は、例えば、第２の変調信号が振幅を有しないときにＬレベルとなり、第２の変調信号が振幅を有するときにＨレベルとなる信号である。つまり、第２のデータ信号は、第１のデータ信号がＨレベルであるときにＨレベルとなり、第１のデータ信号がＬレベルであるときにＬレベルとなる信号である。

第２の通信回路４５０は、通信装置４００を通信対象装置５００と通信可能にするための通信回路である。第２の通信回路４５０は、制御回路４１０による制御に従って、通信対象装置５００を制御するための情報を通信対象装置５００に送信する。通信対象装置５００は、第２の通信回路４５０から受信した情報に従って、動作する。

次に、図６を参照して、クロック信号がどのように変化するのかについて説明する。まず、通信回路３２０は、シリアルクロックに対応するディジタル信号である第１のクロック信号を生成する。この第１のクロック信号は、変調回路３３０により第１の変調信号に変換される。導電層１１１と導電層１１２との間に重畳された第１の変調信号は、復調回路４４０により第２のクロック信号に変換される。この第２のクロック信号は、通信回路４２０が、第２のデータ信号からシリアルデータを取得するときに用いられる。

ここで、例えば、第１のクロック信号がＨレベルであるとき、第１の変調信号は振幅を有し、第２のクロック信号はＨレベルである。一方、例えば、第１のクロック信号がＬレベルであるとき、第１の変調信号は振幅を有さず、第２のクロック信号はＬレベルである。

次に、図７を参照して、データ信号がどのように変化するのかについて説明する。シリアルデータは、通信回路３２０により第１のデータ信号に変換される。この第１のデータ信号は、変調回路３３０により第２の変調信号に変換される。導電層１１１と導電層１１２との間に重畳された第２の変調信号は、復調回路４４０により第２のデータ信号に変換される。この第２のデータ信号は、通信回路４２０によりシリアルデータに変換される。

ここで、例えば、シリアルデータが１であるとき、第１のデータ信号はＨレベルであり、第２の変調信号は振幅を有し、第２のデータ信号はＨレベルである。一方、例えば、シリアルデータが０であるとき、第１のデータ信号はＬレベルであり、第２の変調信号は振幅を有さず、第２のデータ信号はＬレベルである。

次に、第１の周波数と第２の周波数とについて説明する。第１の周波数を有する第１の変調信号と第２の周波数を有する第２の変調信号とは、同時に、導電層１１１と導電層１１２との間に印加される。従って、第１の周波数と第２の周波数とは、閾値以上の差があることが望ましい。この閾値は、例えば、バンドパスフィルタの性能やＥＭＣの観点などを考慮して決定される。

ところで、第１の周波数を有する第１の搬送波は第１のクロック信号によりオンオフ変調され、第２の周波数を有する第２の搬送波は第１のデータ信号によりオンオフ変調される。従って、第１の周波数は、第１のクロック信号の周波数よりも十分に高くする必要がある。同様に、第２の周波数は、第１のデータ信号の周波数よりも十分に高くする必要がある。このため、Ｉ２Ｃ通信の通信速度を高くするためには、第１の周波数と第２の周波数とを高くすることが望ましい。

しかしながら、第１の周波数が高い程、第１の周波数を有する第１の変調信号の波長は短くなる。そして、第１の変調信号の波長が、繊維構造体１１０上における最も遠い２点間の長さよりも短い場合、繊維構造体１１０上に定在波が発生する。そして、繊維構造体１１０上に定在波が発生すると、第１の変調信号が減衰する箇所が生じ、通信装置３００と通信装置４００とが正常に通信できなくなる可能性が高まる。従って、第１の変調信号の波長は、繊維構造体１１０の長さに対して十分に長いことが好適である。なお、第１の変調信号の波長は、基本的に、第１の変調信号が繊維構造体１１０を伝播するときの第１の変調信号の波長であり、第１の変調信号の真空中における波長よりも短い。第２の変調信号の波長についても同様である。

また、導電層１１１と導電層１１２との間の容量が大きい程、また、第１の周波数が高い程、導電層１１１と導電層１１２との間のインピーダンスが小さくなり、第１の変調信号が減衰する。第２の変調信号についても同様である。ここで、導電層１１１と導電層１１２との間の容量は、各種の制約により、あまり小さくできない可能性がある。また、第１の周波数も、通信速度などの制約により、あまり低くできない可能性がある。

このような場合、図８に示すように、導電層１１１と導電層１１２とにより構成されるコンデンサ１１４と並列にフィルタ回路３７３を設け、第１の周波数と第２の周波数とにおいて、コンデンサ１１４とフィルタ回路３７３との並列回路３７４の並列合成インピーダンスを高めることが好適である。これにより、第１の周波数と第２の周波数とにおけるゲインが高まり、第１の変調信号及び第２の変調信号の減衰率が低下することが期待できる。なお、図８には、発振回路３６１を、内部抵抗３６４を有しない理想的な発振回路３６３と内部抵抗３６４とに分離し、発振回路３６２を、内部抵抗３６６を有しない理想的な発振回路３６５と内部抵抗３６６とに分離した例を示す。フィルタ回路３７３は、例えば、複数のインダクタと複数のコンデンサとを含む回路である。

また、図９に、信号の周波数と、並列回路３７４の並列合成インピーダンスとの関係を示す。図９に示すように、基本的には、信号の周波数が高くなるほど、並列回路３７４の並列合成インピーダンスが低下するが、フィルタ回路３７３の選択により、第１の周波数と第２の周波数とにおいて、並列合成インピーダンスが比較的高くなることを示している。

本実施形態によれば、繊維構造体１１０が備える２つの導電層を用いて、複数の通信装置間で適切にクロック信号とデータ信号とを用いたシリアル通信をすることができる。

（実施形態２）
実施形態１では、第１の導電層として、メッシュ状の開孔が形成された導電層１１１を採用し、第２の導電層として、メッシュ状の開孔が形成された導電層１１２を採用する例について説明した。図１０に示すように、第１の導電層として、開孔を有しない導電層１１５を採用し、第２の導電層として、開孔を有しない導電層１１６を採用してもよい。

かかる構成では、実施形態１で説明した鋲７１０を繊維構造体１１０に差し込むと、導電層１１６と鋲７１０とが接触し、導電層１１５と導電層１１６とが短絡する可能性がある。そこで、本実施形態では、図１０に示すように、鋲７１０の一部を絶縁体７１３で被服する。この場合、絶縁体７１３が導電層１１６と接触し、鋲７１０が導電層１１６と接触することが抑制される。

（実施形態３）
実施形態１では、通信装置３００から通信装置４００にデータを送信し、通信装置４００からは通信装置３００にデータを送信しない例について説明した。ここで、通信対象装置５００が、アクチュエータではなく、センサである場合等、通信装置４００から通信装置３００にデータを送信したい場合がある。この場合、通信装置３００に復調機能を持たせ、通信装置４００に変調機能を持たせることが好適である。

この場合、例えば、図１１に示すように、通信装置３００は、復調回路３４０を備える。復調回路３４０の機能は、基本的に、復調回路４４０の機能と同様である。つまり、復調回路３４０は、導電層１１１と導電層１１２とを含む伝送路に接続され、高入力インピーダンスを有するバッファアンプ３４１を備え、このバッファアンプ３４１を介して伝送路に接続される。また、通信装置４００は、変調回路４３０と、発振回路４６１と、発振回路４６２と、バンドパスフィルタ４７１と、バンドパスフィルタ４７２とを備える。変調回路４３０の機能、発振回路４６１の機能、発振回路４６２の機能、バンドパスフィルタ４７１の機能、バンドパスフィルタ４７２の機能は、基本的に、それぞれ、変調回路３３０の機能、発振回路３６１の機能、発振回路３６２の機能、バンドパスフィルタ３７１の機能、バンドパスフィルタ３７２の機能と同様である。変調回路４３０は、スイッチ４３１と、スイッチ４３２と、スイッチ制御回路４３３とを備える。

かかる構成によれば、通信装置４００は、通信装置３００にデータを送信することが可能となる。また、通信装置４００は、通信装置３００に、ＡＣＫを送信することも可能となる。また、通信装置４００は、通信装置３００に、ビジー状態を通知することも可能となる。

（実施形態４）
実施形態３では、通信装置４００が、第１のデータ信号だけでなく、第１のクロック信号も送信できるように、通信装置４００に発振回路４６２等を持たせる例について説明した。しかしながら、基本的には、マスタである通信装置３００が第１のクロック信号を送信すればよく、スレーブである通信装置４００が第１のクロック信号を送信しなくてもよい。

この場合、図１２に示すように、通信装置４００は、発振回路４６１と、バンドパスフィルタ４７１と、を備えなくともよい。また、復調回路３４０は、ＳＣＬを復調する機能を有しなくてもよい。また、変調回路４３０は、スイッチ４３１を備えなくてもよい。

かかる構成でも、通信装置４００は、通信装置３００にビジー状態を通知することはできないが、通信装置３００にデータを送信することが可能となる。

（変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明を実施するにあたっては、種々の形態による変形及び応用が可能である。

本発明において、上記実施形態において説明した構成、機能、動作のどの部分を採用するのかは任意である。また、本発明において、上述した構成、機能、動作のほか、更なる構成、機能、動作が採用されてもよい。また、上述した実施形態は、適宜、自由に組み合わせることができる。また、上述した実施形態で説明した構成要素の個数は、適宜、調整することができる。また、本発明において採用可能な素材、サイズ、電気的特性などが、上記実施形態において示したものに限定されないことは勿論である。

例えば、通信対象装置５００は、ＬＥＤなどを備える発光装置であってもよい。

実施形態１では、ディジタル変調として、オンオフ変調を採用する例について説明した。ディジタル変調として、オンオフ変調以外のＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調など、種々のディジタル変調を採用することができる。

実施形態１では、被服１００が備える繊維構造体１１０に本発明を適用する例について説明した。本発明を適用する繊維構造体１１０は、被服１００が備えるものに限定されない。例えば、乗り物や施設内の座席や寝具に設けられた繊維構造体１１０に、本発明を適用してもよい。乗り物は、例えば、車、電車、航空機などである。施設は、例えば、娯楽施設、学校、病院などである。もしくは、家具や医療機器に設けられた繊維構造体１１０に、本発明を適用してもよい。

また、繊維構造体１１０ではなく、複数の導電層を含む、繊維以外の素材により構成された構造体に、本発明を適用してもよい。また、層状に構成されていない複数の導体に、本発明を適用してもよい。例えば、２本の電線に、本発明を適用してもよい。

１００被服、１１０繊維構造体、１１１，１１２，１１５，１１６導電層、１１３絶縁層、１１４コンデンサ、２００統合モジュール、３００，４００通信装置、３１０，４１０制御回路、３２０，４２０通信回路、３３０，４３０変調回路、３３１，３３２，４３１，４３２スイッチ、３３３，４３３スイッチ制御回路、３４０，４４０復調回路、３４１，４４１バッファアンプ、３６１，３６２，３６３，３６５，４６１，４６２発振回路、３６４，３６６内部抵抗、３７１，３７２，４７１，４７２バンドパスフィルタ、３７３フィルタ回路、３７４並列回路、３８０直流電源、３８１インダクタ、４５０第２の通信回路、５００通信対象装置、６００回路基板、６０１，６０２，７１１，７２１電極、６０３，６０４，６０５電線、６１０中継基板、６２０支持部材、７００取付部材、７１０鋲、７１２突出部、７１３絶縁体、７２０固定部材、７２２ソケット、１０００通信システム

Claims

第１の導体と第２の導体とを介して通信する複数の通信装置と、前記第１の導体と前記第２の導体とを介して前記複数の通信装置に直流電力を供給する直流電源と、を備える通信システムであって、
前記複数の通信装置のうち第１の通信装置は、
シリアルクロックに対応するディジタル信号であるクロック信号と送信対象のシリアルデータに対応するディジタル信号であるデータ信号とを生成する信号生成回路と、
第１の周波数を有する第１の搬送波を生成する第１の発振回路と、
前記第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の搬送波を生成する第２の発振回路と、
前記第１の搬送波を前記クロック信号でディジタル変調した第１の変調信号と前記第２の搬送波を前記データ信号でディジタル変調した第２の変調信号とを生成し、前記第１の変調信号と前記第２の変調信号とを前記第１の導体と前記第２の導体との間に印加する変調回路と、を備え、
前記複数の通信装置のうち前記第１の通信装置とは異なる第２の通信装置は、
前記第１の導体と前記第２の導体とに接続され、高入力インピーダンスを有するバッファアンプを備え、前記第１の導体と前記第２の導体との間に印加された前記第１の変調信号と前記第２の変調信号とを復調し、前記クロック信号と前記データ信号とを生成する復調回路と、
前記復調回路により生成された前記クロック信号と前記データ信号とに基づいて、前記シリアルデータを取得するデータ取得回路と、を備える、
通信システム。
前記第１の導体を含み、導電性を有する第１の導電層と、前記第２の導体を含み、導電性を有する第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを絶縁する絶縁層と、を備える繊維構造体を更に備える、
請求項１に記載の通信システム。
前記繊維構造体を備える被服を更に備える、
請求項２に記載の通信システム。
前記第１の搬送波の波長である第１の波長と前記第２の搬送波の波長である第２の波長とは、前記繊維構造体上における最も遠い２点間の長さよりも長い、
請求項２又は３に記載の通信システム。
前記第１の導電層と前記第２の導電層とを含むコンデンサに対して並列に設けられ、前記第１の周波数と前記第２の周波数とにおける、前記コンデンサの両端間の並列合成インピーダンスを増加させるフィルタ回路を更に備える、
請求項２から４のいずれか１項に記載の通信システム。
前記複数の通信装置のうち第３の通信装置と、アクチュエータと発光装置とセンサとのうちのいずれかであり、前記第３の通信装置と通信する通信対象装置と、前記第３の通信装置と前記通信対象装置とを搭載する回路基板と、前記回路基板を前記繊維構造体に取り付けるための取付部材と、を備える統合モジュールを更に備え、
前記取付部材は、
導体により構成され、前記第１の導電層側から前記第２の導電層側に向けて前記繊維構造体に差し込まれる鋲と、
前記第２の導電層側において前記鋲の突出部と固定される固定部材と、を備え、
前記鋲は、前記第１の導電層と接触する第１の電極部を備え、
前記固定部材は、前記第２の導電層と接触する第２の電極部と、前記鋲の突出部が差し込まれるソケットと、を備え、
前記回路基板は、前記第１の電極部と前記ソケットとを介して前記第１の導電層と接続され、前記第２の電極部を介して前記第２の導電層と接続される、
請求項２から５のいずれか１項に記載の通信システム。
前記第２の導電層には、メッシュ状の開孔が形成されており、
前記鋲は、前記開孔を貫通するように前記繊維構造体に差し込まれ、前記第２の導電層と絶縁される、
請求項６に記載の通信システム。
前記鋲の一部は、絶縁体で被覆され、
前記絶縁体が前記第２の導電層と接触し、前記鋲は、前記第２の導電層と絶縁される、
請求項６に記載の通信システム。