JP7179574B2 - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁界結合により無線通信を行う技術に関する。

従来、近接した機器間において電磁界結合を用いて無線で通信を行う近接無線通信システムが考えられている。特許文献１には、コンピュータ断層撮影装置において、回転するフレームに設置された結合器と固定されたフレームに設置された結合器とが電磁界結合し、撮影データを無線通信する構成が記載されている。

特開平８－２２４２３２号公報

特許文献１に記載の技術のように、無線通信を行うための送信側の結合器と受信側の結合器との位置関係が変化する通信システムにおいて、通信の精度を向上させることが求められている。例えば、送信側の結合器が長い伝送線路である場合には、伝送線路における信号の入力端とは反対側の端部付近では信号が減衰してしまう。そのため、その端部付近に受信側の結合器が位置すると、受信される信号の強度がコンパレータの閾値より小さくなることにより、受信回路において信号を正しく復元できない。一方、これを回避するために伝送線路の入力端に入力する信号の振幅を大きくすると、入力信号に応じて発生するノイズも大きくなる。そのため、入力端付近に受信側の結合器が位置する場合に受信されるノイズの強度がコンパレータの閾値より大きくなることにより、受信回路において復元される信号にノイズが混じってしまう。

本発明は上記の課題に鑑み、無線通信を行うための送信側の結合器と受信側の結合器との位置関係が変化する通信システムにおいて、通信の精度を向上させることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る無線通信システムは、例えば以下の構成を有する。すなわち、所定方向における一方の端部から他方の端部へ信号を伝送する第１結合器と、前記所定方向における長さが前記第１結合器よりも短い第２結合器と、前記第１結合器と前記第２結合器との間での電磁界結合による無線通信を制御する通信制御手段と、前記第１結合器に対する前記第２結合器の前記所定方向における位置が変化するように、前記第１結合器と前記第２結合器との少なくとも何れかを移動させる移動制御手段とを有し、前記所定方向と垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が第１距離から、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第１距離より短い第２距離になるに従い、前記第１結合器と前記第２結合器との結合度が小さくなる。

本発明によれば、無線通信を行うための送信側の結合器と受信側の結合器との位置関係が変化する通信システムにおいて、通信の精度を向上させることができる。

無線通信システムの構成例について説明するための図である。 伝送線路を伝わる信号の減衰について説明するための図である。 カプラの構成例について説明するための図である。 カプラの対向面積と通信信号との関係について説明するための図である。 無線通信システムの構成例について説明するための図である。 カプラの構成例について説明するための図である。 カプラ間の距離と通信信号との関係について説明するための図である。 カプラの構成例について説明するための図である。 カプラ及び誘電体基板の構成例について説明するための図である。 無線通信システムの構成例について説明するための図である。 カプラの構成例について説明するための図である。

［無線通信システムの構成］
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）に、本実施形態における無線通信システム１００のシステム構成を示す。無線通信システム１００は、通信装置１０１と、通信装置１０１との間で無線通信を行う通信装置１０２とを有する。通信装置１０１は、送信回路１０３、送信カプラ１０４、受信回路１０７、受信カプラ１０８及び制御部１１１を有する。同様に通信装置１０２は、受信回路１０５、受信カプラ１０６、送信回路１０９、送信カプラ１１０、及び制御部１１２を有する。なお、通信装置１０１と通信装置１０２はそれぞれ単一の装置の第１部分と第２部分であってもよい。

本実施形態において無線通信システム１００は、通信装置１０１と通信装置１０２とを所定の位置関係（例えば送信カプラと受信カプラとが対向する位置関係）を保つように支持するための構造を有する。具体的には、通信装置１０１がプリンタのプリントヘッド部であり、通信装置１０２がプリンタの本体部である。別の例としては、通信装置１０１が工場内のラインヘッド部であり、通信装置１０２が工場のラインのレールである。ただし無線通信システム１００の適用先はこれらに限定されない。

送信カプラ１０４は受信カプラ１０６と電磁界結合することにより、通信装置１０１と通信装置１０２との間の無線通信を実現するためのアンテナとして機能する。送信カプラ１１０は受信カプラ１０８と電磁界結合することにより、通信装置１０１と通信装置１０２との間の無線通信を実現するためのアンテナとして機能する。本実施形態における電磁界結合には、電界結合と磁界結合の両方が含まれる。すなわち、カプラ間における無線通信は電界結合によって行われてもよいし、磁界結合によって行われてもよいし、電界結合と磁界結合の両方によって行われてもよい。

通信装置１０１の制御部１１１は、送信回路１０３を制御して通信装置１０２へのデータの送信処理を行い、受信回路１０７を制御して通信装置１０２からのデータの受信処理を行う。同様に、通信装置１０２の制御部１１２は、送信回路１０９を制御して通信装置１０１へのデータの送信処理を行い、受信回路１０５を制御して通信装置１０１からのデータの受信処理を行う。すなわち、制御部１１１及び制御部１１２による通信制御によって、通信装置１０１と通信装置１０２との間でデータが相互通信される。なお、制御部１１１は受信回路１０７を制御して受信したデータに基づいて、通信装置１０１が有する不図示の機能部を制御してもよい。同様に、制御部１１２は受信回路１０５を制御して受信したデータに基づいて、通信装置１０２が有する不図示の機能部を制御してもよい。ここで不図示の機能部には、例えば、受信データに基づく画像を表示部に表示させる表示制御部や、受信データを外部の装置に転送する転送部などが含まれる。

送信回路１０３は、制御部１１１による制御に基づいて電気信号を生成し、送信カプラ１０４に電気信号を入力する。同様に、送信回路１０９は、制御部１１２による制御に基づいて電気信号を生成し、送信カプラ１１０に電気信号を入力する。受信回路１０７は、送信カプラ１０４への電気信号の入力に応じて電磁界結合により受信カプラ１０８に生じた電圧を、コンパレータなどを介して電気信号に復元し、制御部１１１に伝達する。同様に受信回路１０５は、受信カプラ１０６に生じた電圧に基づく電気信号を制御部１１２に伝達する。このように、送信回路１０３及び受信回路１０５は、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との間での電磁界結合による通信を制御し、送信回路１０９及び受信回路１０７は、送信カプラ１１０と受信カプラ１０８との間での電磁界結合による通信を制御する。

なお、本実施形態では、送信側の結合器と受信側の結合器とを介したベースバンド方式による無線通信が行われる場合について説明する。ベースバンド方式によれば、電気信号の変調や復調を必要としないため、回路規模を小さくし且つ低遅延で通信することができるが、受信信号の振幅の変化が通信の精度に影響する。ただし、通信方式はこれに限らず、例えば送信カプラ１０４から受信カプラ１０６へ送信される搬送波を、送信回路１０３により生成される電気信号により変調することで、搬送通信を行ってもよい。また、本実施形態ではシングルエンド信号の通信が行われるものとするが、これに限らず、差動信号の通信が行われてもよい。

移動制御部１１３は、通信装置１０１と通信装置１０２との少なくとも何れかを所定方向に移動させることで、送信側と受信側のカプラ間の位置関係を変化させる。例えば移動制御部１１３は、通信装置１０１を支持するレールと、レールに沿って通信装置を移動させるためのモータと、モータに電力を供給する電源などを有する。ただし移動制御部１１３の構成はこれに限定されない。また、移動制御部１１３は、通信装置１０１や通信装置１０２の全体を移動させる代わりに、送信カプラ１０４や、受信カプラ１０６、もしくはその両方を直接移動させてもよい。

なお、図１（ａ）においては通信装置１０１と通信装置１０２がそれぞれ送信用と受信用の２つのカプラ（結合器）を有しているが、通信装置１０１と通信装置１０２の少なくとも何れかが３つ以上のカプラを有していてもよい。また、通信装置１０１と通信装置１０２は図１に示すような双方向通信が可能な構成に限定されず、通信装置１０１が送信用のカプラのみを有し、通信装置１０２が受信用のカプラのみを有するような、単方向通信を行う構成であってもよい。以下では通信装置１０１から通信装置１０２へ信号を送信するための構成（例えば送信回路１０３、送信カプラ１０４、受信回路１０５、及び受信カプラ１０６）を中心に説明するが、通信装置１０２から通信装置１０１へ送信するための構成についても同様である。ただし、通信装置１０１から通信装置１０２へ送信するための構成と通信装置１０２から通信装置１０１へ送信するための構成とが同一でなくてもよい。

次に図１（ｂ）を用いて、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の構成及び位置関係について説明する。送信カプラ１０４は誘電体基板１２１の一方の面に設置された導体部材であり、誘電体基板１２１の反対側の面には金属部材のグランド１２２が設置されている。送信カプラ１０４の一方の端部（入力端）には送信回路１０３が接続され、他方の端部には終端抵抗１２３が接続されている。そして、送信回路１０３から送信カプラ１０４の入力端に信号が入力されると、信号は送信カプラ１０４の他方の端部の方向（図１（ｂ）におけるｘ方向）へ伝送される。すなわち、送信カプラ１０４は伝送線路の信号線として機能する。

受信カプラ１０６は誘電体基板１３１の一方の面に設置された導体部材であり、誘電体基板１３１の反対側の面には金属部材のグランド１３２が設置されている。送信カプラ１０４に信号が流れると、電磁界結合によって受信カプラ１０６に電荷が生じ、受信カプラ１０６に接続された受信回路１０５を介して信号が出力される。すなわち、受信カプラ１０６はキャパシタを構成する電極として機能する。ただし、受信カプラ１０６の構成はこれに限らない。受信カプラ１０６の一方の端部に受信回路１０７が接続され、他方の端部に終端抵抗が接続され、受信カプラ１０６が伝送線路の信号線として機能してもよい。

受信カプラ１０６は送信カプラ１０４の延伸方向（図１（ｂ）におけるｘ方向）における長さが送信カプラ１０４よりも短い。また、送信カプラ１０４の信号の伝送方向と垂直な方向（図１（ｂ）におけるｚ方向）の視点において、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６は少なくとも一部が重なる位置関係にある。そして移動制御部１１３は、送信カプラ１０４の信号の伝送方向（図１（ｂ）におけるｘ方向）において、送信カプラ１０４に対する受信カプラ１０６の相対位置を変化させる。例えば、移動制御部１１３は、受信カプラ１０６を送信カプラ１０４と対向する範囲（ｘ＝０からｘ２の範囲）で移動させる。ただし移動範囲はこれに限定されず、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４上の一部の範囲でのみ移動してもよいし、送信カプラ１０４上の外側まで移動してもよい。

図２（ａ）は、図１（ｂ）に示した構成の送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との間での無線通信に関するシミュレーション結果を示す。図２（ａ）のグラフの縦軸は送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との間の散乱行列パラメータＳ２１を表し、横軸は送受信される信号の周波数を表す。点線２０１はｘ＝０ｍｍの位置（送信カプラの入力端の位置）に受信カプラ１０６が位置する場合の結果を示し、実線２０２はｘ＝１０００ｍｍの位置に受信カプラ１０６が位置する場合の結果を示す。なお、ｘ＝０ｍｍの位置においてもｘ＝１０００ｍｍの位置においても、ｚ方向の視点において受信カプラ１０６の全体が送信カプラ１０４と重なり、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との間隔（ｚ方向の距離）は一定であるものとする。

本シミュレーションにおいて、誘電体基板１２１と誘電体基板１３１の基材はガラスエポキシ（ＦＲ４）であり、基板厚は１．０ｍｍであり、カプラ幅は１．８２ｍｍであり、カプラ間の間隔は１．０ｍｍである。図２（ａ）が示すように、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端から遠い場合は、入力端に近い場合と比べて受信カプラ１０６により受信される信号が弱くなり、周波数が高いほどその差は大きくなる。これは、送信カプラ１０４を伝わる信号の減衰によるものである。例えば周波数が１ＧＨｚの場合において、ｘ＝１０００ｍｍの位置で受信される信号の強度はｘ＝０ｍｍの位置で受信される信号の強度よりも２．７５ｄＢ低くなる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のシミュレーションと同様の構成の送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との間で通信される信号に関するシミュレーション結果を示す。図２（ｂ）のグラフの縦軸は信号電圧を表し、横軸は経過時間を表す。波形２０３は送信カプラ１０４に入力される信号の波形を示し、波形２０４と波形２０５はそれぞれｘ＝０ｍｍとｘ＝１０００ｍｍの位置に受信カプラ１０６が位置する場合に受信カプラ１０６から出力される信号の波形を示す。本シミュレーションにおいて、送信カプラ１０４に入力されるデジタル信号は速度が１．０Ｇｂｐｓであり、信号の振幅は０．２１Ｖであり、終端抵抗１２３は５０オームである。図２（ｂ）が示すように、ｘ＝１０００ｍｍの位置で受信カプラ１０６に生じる電圧は８．８ｍＶであり、ｘ＝０ｍｍの位置で受信カプラ１０６に生じる電圧１８ｍＶよりも小さくなる。なお、波形２０４と波形２０５とで信号のタイミングが異なるのは、送信カプラ１０４における信号の伝搬遅延の影響である。

［カプラの対向面積による調整］
以下では、上述したような送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制するための構成例について説明する。図３（ａ）は図１（ｂ）の構成から送信カプラ１０４の向きを変更した場合の構成例を示し、図３（ｂ）は図１（ｂ）の構成から送信カプラ１０４の形状を変更した場合の構成例を示す。図３（ａ）（ｂ）はｚ方向から送信カプラ１０４と受信カプラ１０６を見た様子を表しており、誘電体基板１２１やグランド１２２などは省略されている。受信カプラ１０６は、点線で囲まれた移動範囲３０１内を移動する。

図３（ａ）に示す構成においては、受信カプラ１０６の移動方向と送信カプラ１０４の延伸方向とがｚ方向から見て平行でない。そのため、受信カプラ１０６のｘ方向における位置が送信カプラ１０４の入力端に近づくほど送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とのｙ方向のずれが大きくなる。一方、図３（ｂ）に示す構成においては、送信カプラ１０４のｙ方向の幅が均一でなく、送信カプラ１０４の入力端の近傍の幅は他方の端部の近傍の幅よりも小さい。したがって、図３（ａ）及び（ｂ）に示す構成においては、ｚ方向の視点において送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とが重なる重複部分と送信カプラ１０４の入力端との距離（図３のｘ１）が短くなるほど、その重複部分の面積（対向面積）が小さくなる。

図４は、図１（ｂ）に示した構成において、受信カプラ１０６のｘ方向の位置をｘ＝７０ｍｍに固定し、ｙ方向の位置をｙ＝０ｍｍからｙ＝１．０ｍｍまで変化させた場合の、無線通信に関するシミュレーション結果を示す。送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の幅は同一であるため、受信カプラ１０６のｙ方向の位置がｙ＝０ｍｍから離れるほど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との対向面積が小さくなる。図４のグラフの縦軸と横軸、及びここで特に記載しないパラメータに関する設定は、図２（ａ）のシミュレーションと同様である。図４が示すように、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の対向面積が小さいほど、受信カプラ１０６により受信される信号が弱くなる。すなわち、対向面積が小さくなることにより、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との結合度が小さくなる。

この結果からわかるように、図３に示す構成においては、受信カプラ１０６のｘ方向における位置が送信カプラ１０４の入力端から遠いほど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との結合度は大きくなる。そのため、図３に示す構成によれば、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端から遠い位置にある場合に、送信カプラ１０４を伝わる信号の減衰に起因して受信カプラ１０６における受信信号が弱くなることを抑制することができる。これにより、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制することができる。

なお、カプラの対向面積を調整する構成は図３に示すものに限定されず、例えば図５に示す構成でも、図３の構成と同様に受信信号の強度の変化を抑制することができる。図５において、図１及び図３と同様の構成については同じ符号を付している。図５（ａ）に示す無線通信システム５００は、通信装置５０１と通信装置５０２とを有する。通信装置５０１は、図１（ａ）に示す通信装置１０１の構成に加えて、カプラ位置検知部５１５とカプラ位置制御部５１６とを有する。同様に通信装置５０２は、通信装置１０２の構成に加えて、カプラ位置検知部５１３とカプラ位置制御部５１４とを有する。

カプラ位置検知部５１３は、送信カプラ１０４に対する受信カプラ１０６の相対位置を検知する。そしてカプラ位置制御部５１４は、カプラ位置検知部５１３により検知された相対位置に基づいて、受信カプラ１０６をｙ方向に移動させ、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の対向面積を変化させる。例えば図５（ｂ）に示すように、受信カプラ１０６のｘ方向における位置がｘ１にあることをカプラ位置検知部５１３が検知した場合、カプラ位置制御部５１４は受信カプラ１０６のｙ方向における位置をｙ２に移動させる。一方、受信カプラ１０６のｘ方向における位置がｘ２にあることが検知された場合は、カプラ位置制御部５１４は受信カプラ１０６のｙ方向における位置をｙ１に移動させる。

このように、カプラ位置制御部５１４は、ｚ方向の視点において送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とが重なる部分と送信カプラ１０４の入力端とが近いほど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６のｙ方向における位置のずれを大きくする。その結果、図３の構成と同様に、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端に近いほどカプラの対向面積が小さくなり、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の結合度が小さくなる。

なお、図５の例では移動制御部１１３がカプラのｘ方向における位置を制御し、カプラ位置制御部５１４がカプラのｙ方向における位置を制御するものとしたが、これに限らない。移動制御部１１３又はカプラ位置制御部５１４が、カプラのｘ方向における位置とｙ方向における位置の両方を制御してもよい。図５に示した方法によれば、図３（ｂ）に示すような特殊な形状の送信カプラを用いる必要がない。一方、図３に示した方法によれば、カプラ位置検知部５１３やカプラ位置制御部５１４が必要ないため、通信システムの構成を簡単にできる。

［カプラ間の間隔による調整］
送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制するための別の構成例について説明する。図６は、図１（ｂ）の構成から受信カプラ１０６の移動方向を変更した場合の構成例を示す。図６はｙ方向から送信カプラ１０４と受信カプラ１０６を見た様子を表しており、誘電体基板１２１やグランド１２２などは省略されている。受信カプラ１０６は移動範囲６０１内を移動する。

図６に示す構成においては、受信カプラ１０６の移動方向と送信カプラ１０４の延伸方向とがｙ方向から見て平行でない。そのため、受信カプラ１０６のｘ方向における位置が送信カプラ１０４の入力端に近づくほど送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とのｚ方向における間隔が大きくなる。ここでは、送信カプラ１０４が設置された誘電体基板１２１の面と受信カプラ１０６の移動方向とが平行でないものとするが、これに限らない。例えば、誘電体基板１２１と受信カプラ１０６は平行であり、送信カプラ１０４の一部が誘電体基板１２１の表層に構成され、送信カプラ１０４の別の部分が誘電体基板１２１の内層に構成されていてもよい。

図７は、図１（ｂ）に示した構成において、受信カプラ１０６のｘ方向の位置をｘ＝７０ｍｍに固定し、ｚ方向の位置をｚ＝０．５ｍｍからｚ＝１．５ｍｍまで変化させた場合の、無線通信に関するシミュレーション結果を示す。なお送信カプラ１０４のｚ方向の位置はｚ＝０ｍｍであり送信カプラ１０４と受信カプラ１０６のｙ方向のずれはないものとする。図７のグラフの縦軸と横軸、及びここで特に記載しないパラメータに関する設定は、図２（ａ）のシミュレーションと同様である。図７が示すように、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の間隔が大きいほど、受信カプラ１０６により受信される信号が弱くなる。すなわち、カプラ間の間隔が大きくなることにより、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との結合度が小さくなる。

この結果からわかるように、図６に示す構成においては、受信カプラ１０６のｘ方向における位置が送信カプラ１０４の入力端から遠いほど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との結合度は大きくなる。そのため、図６に示す構成によれば、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端から遠い位置にある場合に、送信カプラ１０４を伝わる信号の減衰に起因して受信カプラ１０６における受信信号が弱くなることを抑制することができる。すなわち、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制することができる。

なお、カプラ間の間隔を調整する構成は図６に示すものに限定されず、図５に示す無線通信システム５００において、カプラ位置制御部５１４が受信カプラ１０６をｚ方向に移動させることでも、図６の構成と同様に受信信号の強度の変化を抑制することができる。例えば図８に示すように受信カプラ１０６のｘ方向における位置がｘ１にあることをカプラ位置検知部５１３が検知した場合、カプラ位置制御部５１４は受信カプラ１０６のｚ方向における位置をｚ２に移動させる。一方、受信カプラ１０６のｘ方向における位置がｘ２にあることが検知された場合は、カプラ位置制御部５１４は受信カプラ１０６のｚ方向における位置をｚ１に移動させる。

このように、カプラ位置制御部５１４は、ｚ方向の視点において送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とが重なる部分と送信カプラ１０４の入力端とが近いほど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６のｚ方向における間隔を大きくする。その結果、図６の構成と同様に、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端に近いほど送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の結合度が小さくなる。なお、カプラ位置制御部５１４は、カプラのｚ方向における位置に加えてｙ方向における位置やｘ方向における位置を制御してもよい。

図６及び図８に示したカプラの間隔を調整する方法によれば、図３（ｂ）に示したような特殊な形状の送信カプラ１０４を用いる必要がない。また、図３（ａ）及び図５に示した方法よりも、通信システムにおける送受信カプラが格納される部分のｙ方向の幅を小さくすることができる。一方、図３及び図５に示したカプラの対向面積を調整する方法によれば、図６及び図８に示した方法よりも、通信システムにおける送受信カプラが格納される部分のｚ方向の幅を小さくすることができる。

［基板の誘電率による調整］
送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制するための別の構成例について説明する。図９は、図１（ｂ）の構成における誘電体基板１２１を、送信カプラ１０４の延伸方向に並ぶ誘電体基板１００１及び誘電体基板１００２に変更した場合の構成例を示す。すなわち図９の構成において、送信カプラ１０４は誘電体基板１００１及び誘電体基板１００２上に設置される。図１（ｂ）と同様の構成については同じ符号を付している。

送信カプラ１０４の入力端に近い方の誘電体基板１００１は、入力端から遠い方の誘電体基板１００２よりも誘電率が高い。そのため、受信カプラ１０６がｚ方向の視点において送信カプラ１０４のうち誘電体基板１００１上に設置されている部分に重なる場合（例えば受信カプラのｘ方向における位置がｘ１である場合）には、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の結合度は小さい。それと比べて、受信カプラ１０６がｚ方向の視点において送信カプラ１０４のうち誘電体基板１００２上に設置されている部分に重なる場合（例えば受信カプラのｘ方向における位置がｘ２である場合）には、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の結合度は大きい。

したがって、図９に示す構成によれば、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端から遠い位置にある場合に、送信カプラ１０４を伝わる信号の減衰に起因して受信カプラ１０６における受信信号が弱くなることを抑制することができる。すなわち、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制することができる。なお、図９の例では送信カプラ１０４が設置される誘電体基板が誘電率の異なる２つの部分で構成されるものとしているが、これに限らず、それぞれ誘電率の異なる３つ以上の部分で構成されてもよい。図９に示した方法によれば、図３（ｂ）に示したような特殊な形状の送信カプラ１０４を用いる必要がない。また、図３（ａ）、図５、図６及び図８に示した方法よりも、通信システムにおける送受信カプラが格納される部分を小さくすることができる。

以上、図１から図９を用いて説明したように、本実施形態における通信システムは、ｘ方向における一方の端部（入力端）から他方の端部へ信号を伝送する送信カプラ１０４と、ｘ方向における長さが送信カプラ１０４よりも短い受信カプラ１０６を有する。また通信システムは、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との間での電磁界結合による無線通信を制御する送信回路１０３及び受信回路１０５を有する。さらに通信システムは、送信カプラ１０４に対する受信カプラ１０６のｘ方向における位置が変化するように、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との少なくとも何れかを移動させる移動制御部１１３を有する。そしてこの通信システムにおいて、ｘ方向と垂直なｚ方向の視点において送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とが重なる部分と送信カプラ１０４の入力端との距離が遠いほど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との結合度が大きい。

このような構成によれば、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制することができる。したがって、送信カプラ１０４の入力端付近に受信カプラ１０６が位置する場合に受信される信号のノイズが大きくなることや、送信カプラ１０４の入力端とは反対側の端部付近に受信カプラが位置する場合に受信される信号が弱くなりすぎることを抑制できる。その結果、無線通信を行うための送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係が変化する通信システムにおいて、通信の精度を向上させることができる。

なお、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との結合度は、必ずしも受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端から遠ざかるにつれて線形的に増加しなくてもよい。例えば、図３や図５の構成において、受信カプラ１０６のｘ方向における位置が第１の範囲内である場合に、当該第１の範囲よりも入力端に近い第２の範囲内である場合よりもカプラの対向面積が小さく、且つ、各範囲内において対向面積が一定であってもよい。図６や図８の構成においても同様に、受信カプラ１０６のｘ方向における位置が所定の範囲内にある場合には、カプラ間の間隔が一定であってもよい。

［信号の振幅制御による調整］
上記では送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の結合度を変化させる構成について説明したが、以下では、信号の振幅を変化させることで、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制する構成例を説明する。図１０に示す無線通信システム９００は、通信装置９０１と通信装置９０２とを有する。通信装置９０１は、図１（ａ）に示す通信装置１０１の構成に加えて、カプラ位置検知部９１５を有する。同様に通信装置９０２は、通信装置１０２の構成に加えて、カプラ位置検知部９１３を有する。送信カプラ１０４と受信カプラ１０６の構成は、図１（ｂ）に示したものと同様である。

カプラ位置検知部９１５は、送信カプラに１０４に対する受信カプラ１０６の相対位置を検知する。そして制御部１１１は、カプラ位置検知部９１５により検知された相対位置に基づいて、送信回路１０３から送信カプラ１０４に入力される信号の振幅を変化させる。例えば、受信カプラ１０６のｘ方向における位置が図１（ｂ）のｘ２にあることをカプラ位置検知部９１５が検知した場合には、ｘ１にあることが検知された場合と比べて、振幅が増幅された信号が送信カプラ１０４の入力端に入力される。

このように、無線通信システム９００においては、ｚ方向の視点において送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とが重なる部分と送信カプラ１０４の入力端とが遠いほど、送信回路１０３により送信カプラ１０４に入力する信号の振幅を大きくする。そのため、図１０に示す構成によれば、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端から遠い位置にある場合に、送信カプラ１０４を伝わる信号の減衰に起因して受信カプラ１０６における受信信号が弱くなることを抑制することができる。これにより、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制することができ、その結果、通信の精度を向上させることができる。

なお、送信回路１０３における入力信号の振幅の増幅や減衰は、ハードウェアとソフトウェアの何れにより行われてもよい。また、送信回路における入力信号の振幅の制御に代えて、もしくはそれと併せて、受信回路１０５が受信カプラ１０６から出力される信号の振幅の増幅や減衰を行ってもよい。また、制御部１１１は、カプラ位置検知部９１５により検知された相対位置に基づいて、受信回路１０５において受信カプラ１０６から出力される信号を処理するためのコンパレータの閾値を制御してもよい。例えば、ｚ方向の視点において送信カプラ１０４と受信カプラ１０６とが重なる部分と送信カプラ１０４の入力端とが遠いほど、受信回路１０５におけるコンパレータの閾値を低くしてもよい。この方法によっても、上述の振幅を制御する方法と同様の効果が得られる。また、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との相対位置を検知するカプラ位置検知部９１５を、通信装置９０１でなく通信装置９０２が有し、その検知結果を通信装置９０２から通信装置９０１へ送信してもよい。

図１０に示した方法によれば、図３（ｂ）に示したような特殊な形状の送信カプラ１０４を用いる必要がなく、図９に示したような複数の異なる誘電体基板を用いる必要もない。また、図３（ａ）、図５、図６及び図８に示した方法よりも、通信システムにおける送受信カプラが格納される部分を小さくすることができる。一方、上述したカプラ間の結合度を調整する方法によれば、信号の振幅やコンパレータの閾値を細かく制御する必要がないため、通信システムの構成を簡単にできる。

図１から図１０を用いた以上の説明では、送信カプラ１０４が平板状であり、その面に平行な方向に送信カプラ１０４上を信号が伝送されるものとしたが、送信カプラ１０４の形状はこれに限定されない。例えば図１１に示すように、送信カプラ１０４が輪形状をなし、その円周方向に送信カプラ１０４上を信号が伝送されてもよい。そして、移動制御部１１３が送信カプラ１０４及び受信カプラ１０６の少なくとも何れかを送信カプラ１０４の円周方向に移動させる構成であってもよい。このような構成の通信システムは、例えばコンピュータ断層撮影装置などに適用できる。具体的には、装置の固定部と回転部にそれぞれ送信カプラ１０４と受信カプラ１０６を実装することで、回転部が固定部に対して回転移動しながら固定部との間で通信を行うことができる。そしてこの構成においても、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制するための上述した各方法を適用することができる。

また、以上の説明では、送信カプラ１０４から送信された信号が、送信カプラ１０４よりもｘ方向における長さが短い受信カプラ１０６により受信されるものとしたが、送信側と受信側の構成を入れ替えてもよい。すなわち、図１から図１１に示す受信カプラ１０６に信号を入力して送信側の結合器として用い、送信カプラ１０４を受信側の結合器として用いて信号を受信してもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

また、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との位置関係の変化に応じた受信信号の強度の変化を抑制するための上述した各方法を組み合わせてもよい。例えば、受信カプラ１０６が送信カプラ１０４の入力端に近づくほど、送信カプラ１０４と受信カプラ１０６との間隔を大きくし、且つ、それらの対向面積を小さくしてもよい。さらにその場合に、誘電率の異なる複数の誘電体基板を用いてもよいし、入力信号の振幅の制御を行ってもよい。これにより、受信信号の強度の変化をより小さくすることが可能になる。

Claims (14)

1. 所定方向における一方の端部から他方の端部へ信号を伝送する第１結合器と、
   前記所定方向における長さが前記第１結合器よりも短い第２結合器と、
   前記第１結合器と前記第２結合器との間での電磁界結合による無線通信を制御する通信制御手段と、
   前記第１結合器に対する前記第２結合器の前記所定方向における位置が変化するように、前記第１結合器と前記第２結合器との少なくとも何れかを移動させる移動制御手段とを有し、
   前記所定方向と垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が第１距離から、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第１距離より短い第２距離になるに従い、前記第１結合器と前記第２結合器との結合度が小さくなることを特徴とする通信システム。
2. 前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第１距離である場合における前記第１結合器と前記第２結合器との間隔が、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第２距離である場合における前記第１結合器と前記第２結合器との間隔よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第１距離である場合における当該重なる部分の面積が、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第２距離である場合における当該重なる部分の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記第１結合器の前記他方の端部における幅は、前記第１結合器の前記一方の端部における幅より大きいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の通信システム。
5. 前記第１結合器は、前記所定方向に並ぶ第１基板及び第２基板に設置され、
   前記第１基板は、前記第２基板よりも、前記所定方向において前記第１結合器の前記一方の端部から遠く、
   前記第１基板の誘電率は、前記第２基板の誘電率よりも低いことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の通信システム。
6. 前記第１結合器は平板状であり、
   前記所定方向は前記第１結合器の面に平行な方向であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の通信システム。
7. 前記第１結合器は輪形状を成し、
   前記所定方向は前記第１結合器の円周方向であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の通信システム。
8. 前記移動制御手段は、前記第１結合器と前記第２結合器との少なくとも何れかを前記所定方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の通信システム。
9. 前記移動制御手段は、前記第１結合器に対する前記第２結合器の前記所定方向における位置と、前記第１結合器に対する前記第２結合器の前記所定方向に垂直な方向における位置とが変化するように、前記第１結合器と前記第２結合器との少なくとも何れかを移動させることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の通信システム。
10. 前記通信制御手段は、前記第１結合器と前記第２結合器とを介したベースバンド方式による無線通信を制御することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の通信システム。
11. 所定方向における一方の端部から他方の端部へ信号を伝送する第１結合器と、
    前記所定方向における長さが前記第１結合器よりも短い第２結合器と、を有する無線通信システムを用いて通信を行う通信方法であって、
    前記第１結合器と前記第２結合器との間での電磁界結合による無線通信を制御する通信制御工程と、
    前記第１結合器に対する前記第２結合器の前記所定方向における位置が変化するように、前記第１結合器と前記第２結合器との少なくとも何れかを移動させる移動制御工程とを有し、
    前記所定方向と垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が第１距離から、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第１距離より短い第２距離になるに従い、前記第１結合器と前記第２結合器との結合度が小さくなることを特徴とする通信方法。
12. 前記移動制御工程は、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第１距離である場合における前記第１結合器と前記第２結合器との間隔が、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第２距離である場合における前記第１結合器と前記第２結合器との間隔よりも短くなるように、前記第１結合器と前記第２結合器との少なくとも何れかを移動させることを特徴とする請求項１１に記載の通信方法。
13. 前記移動制御工程は、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第１距離である場合に
    おける当該重なる部分の面積が、前記垂直な方向の視点において前記第１結合器と前記第２結合器とが重なる部分と前記第１結合器の前記一方の端部との距離が前記第２距離である場合における当該重なる部分の面積よりも大きくなるように、前記第１結合器と前記第２結合器との少なくとも何れかを移動させることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の通信方法。
14. 前記第１結合器は、前記所定方向に並ぶ第１基板と第２基板とを有し、
    前記第１基板は、前記第２基板よりも、前記所定方向において前記第１結合器の前記一方の端部から遠く、
    前記第１基板の誘電率は、前記第２基板の誘電率よりも低いことを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の通信方法。

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