KR100611440B1 - 무선통신기기 및 무선통신방법 - Google Patents

무선통신기기 및 무선통신방법 Download PDF

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KR100611440B1
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Abstract

무선통신기기와 무선통신방법은, 유선 구성에 의해 발생되는 다양한 제한없이, 분리된 기능소자가 공동 작업을 행하도록 제공되고 있다. 무선통신기기는, 전파 또는 광을 이용하여 데이터 송수신을 위한 통신수단과, 상기 통신수단 이외의 1개 이상의 수단을 각각 가지는 복수의 미세 기능소자(3)와, 상기 미세 기능소자와의 통신에 의해 상기 미세 기능소자를 제어하고 또한 일괄적으로 관리하는 기지국(4)과를 포함하는 무선통신기기에 있어서, 상기 통신수단 이외의 1개 이상의 수단은, 상기 기지국(4)으로부터 제어정보를 수신한 한쪽의 미세 기능소자(3)와 다른쪽의 미세 기능소자(3)가 통신수단에 의해 통신하여 기동된다.

Description

무선통신기기 및 무선통신방법{WIRELESS COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD}
도 1은, 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템을 도시한 개념도.
도 2는. 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 구조를 도시한 도면.
도 3은, 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 구조를 도시한 도면.
도 4는, 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 구조를 도시한 도면.
도 5는, 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 구조를 도시한 도면.
도 6는, 본 발명의 실시예에 의한 종래의 무선통신시스템의 구조를 도시한 도면.
도 7은, 비교예로서 종래의 기능장치의 구조를 도시한 도면.
도 8은, 비교예로서 종래의 기능장치의 구조를 도시한 도면.
도 9는, 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 통신절차를 예시한 도면.
도 10은, 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 통신절차를 예시한 도면.
도 11은, 본 발명의 실시예에 의한 무선통신시스템의 통신절차를 예시한 도면.
도 12는, 마이크로 기능소자(Mote)와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 통신방법의 원리를 예시한 도면.
도 13은, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 안테나의 구조를 도시한 도면.
도 14는, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 통신을 예시한 도면.
도 15는, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 통신을 예시한 도면.
도 16은, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 통신을 예시한 도면.
도 17은, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 회로도.
도 18은, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 회로도.
도 19은, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 회로도.
도 20은, 도 19에 도시한 RS회로부의 상세를 도시한 회로도.
도 21은, 마이크로 기능소자와 기지국간의 회로도.
도 22는, 마이크로 기능소자와 기지국간 또는 마이크로 기능소자간의 회로도.
도 23은, 마이크로 기능소자와 기지국간의 회로도.
도 24는, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한 촬상계에 대한 응용의 일례를 도시한 도면.
도 25는, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한 광축에 수직인 평면의 촬상소자측으로부터 본 회로 배치를 도시한 도면.
도 26은, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한 촬상소자의 주변영역에 배치된 통신회로부를 도시한 도면.
도 27은, 본 발명의 제 1실시예에 의해, 외부로부터 공급된 제어신호와 에너지에 따라서, 통신기능을 가지는 미세구형 촬상카메라로부터 외부(기지국)에 촬상정보를 송신하는 방법을 예시한 개략도.
도 28은, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한 제어 순서도.
도 29는, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한 카드기판 위에 배치된 복수의 미세구형 촬상용 마이크로 기능소자를 도시한 도면.
도 30은, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한 제어 순서도.
도 31은, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한, 광각 촬상정보를 얻도록 다양한 방향으로 광축을 향하는 미세구형 촬상용 마이크로 기능소자를 도시한 도면.
도 32는, 본 발명의 제 1상세실시예에 의한 제어 순서도.
도 33은, 미세구형 촬상용 마이크로 기능소자의 평면을 가지는 촬상소자를 도시한 도면.
도 34는, 본 발명의 제 1상세실시예에 의해, 촬상소자 및 통신회로부 등의 전자회로로 형성된 평면기판이 접착제를 이용하여 렌즈에 부착시킨 미세 구형렌즈를 도시한 도면.
도 35는, 본 발명의 제 2상세실시예에 의한 잉크잔류량 검출방법의 응용예를 예시한 도면.
도 36은, 본 발명의 제 2상세실시예에 의한 미세 기능소자의 구조를 도시한 상세도.
도 37은, 본 발명의 제 2상세실시예에 의한 제어 순서도.
도 38은, 본 발명의 제 3상세실시예에 의한 잉크잔류량 검출방법의 응용예를 예시한 도면.
도 39은, 본 발명의 제 4상세실시예에 의한 잉크잔류량 검출방법의 응용예를 예시한 도면.
도 40은, 본 발명에 의한 기능소자군의 개념을 예시한 도면.
도 41은, 본 발명에 의한 기능소자군의 구조의 예를 도시한 도면.
도 42는, 본 발명에 의한 기능소자군에 대한 통신절차의 예를 도시한 도면.
도 43은, 본 발명에 의한 기능소자군에 대한 통신절차의 예를 도시한 도면.
도 44은, 본 발명에 의한 기능소자군에 대한 통신절차의 예를 도시한 도면.
도 45은, 본 발명에 의한 기능소자군의 네트워크구조의 예를 도시한 도면.
도 46은, 본 발명에 의한 기능소자군의 네트워크구조의 예를 도시한 도면.
도 47은, 본 발명에 의한 기능소자군의 구조의 예를 도시한 도면.
도 48은, 본 발명에 의한 기능소자군의 구조의 예를 도시한 도면.
도 49는, 본 발명에 의한 기능소자군의 특성의 예를 도시한 그래프.
도 50a와 도 50b는, 본 발명에 의한 기능소자군의 구조의 예를 도시한 도면.
도 51은, 본 발명에 의한 기능소자군의 구조의 예를 도시한 도면.
도 52는, 본 발명에 의한 기능소자군의 구조의 예를 도시한 도면.
도 53는, 본 발명에 의한 기능소자군의 구조의 예를 도시한 도면.
도 54는, 촬상소자에 대한 본 발명의 기능소자의 응용의 예를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1,101,102,103,104,105 : 기능소자 2 : 무선통신소자
3 : 마이크로 기능소자 4,41,65,100 : 기지국
4a : 무선통신부 5 : 기판
6 : 코일 안테나 7 : 2극 안테나
9 : 무선송수신기 10 : 데이터처리부
l2 : 안테나 코일 22 : 행 배선
23 : 열 배선 25,26 : 선택회로
27 : 스위칭소자 31 : 미세 구형렌즈
32 : 촬상소자 33 : 통신회로부
35 : 광측 36 : 입사광
40a : 에너지 40b : 촬상정보
42 : 카드기판 43a,43b,43c,43d,43e,43f : 광선
61a,61b : 미세 기능소자 62 : 잉크
63 : 카트리지용기 71,140 : 감지부
72 : 통신부 73 : 전원부
74 : 처리부 75 : 보호부
99 : 대상물 120 : 캡슐
180,181,190,191 : 키 910 : 송신기
본 발명은, 무선통신기기와 무선통신방법 및 무선통신기기에 대한 구동방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 전파 또는 광을 이용하여 통신에 대한 미세 기능소자를 가지는 무선통신기기와, 무선통신방법에 관한 것이다.
최근에 무선 주파수(RF)파 또는 광을 이용하는 무선통신이 보편화되고 있다. 예를 들면, 휴대전화는, 예를 들면 900MHz 내지 1900MHz 대역의 전자파를 이용하여, 언제 어디서나 통신가능한 무선 모바일 커뮤니케이션 툴이 필수적이다. 2.45GHz 대역의 무선 주파수를 이용한 무선통신은, 무선 LAN(IEEE 802.11.b, a) 또는 블루투스(Bluetooth)를 바탕으로, 사무실 또는 가정에서 퍼스널 컴퓨터간 또는 퍼스널 컴퓨터와 프린터간의 통신수단으로서 이용되고 있다.
무선통신이 일상 생활에서 필수적이라고 해도, 무선통신의 응용범위는 제한적이다. 예를 들면, 동등계층(peer to peer)통신은, 기지국과 각각의 복수의 휴대전화 또는 휴대용 개인정보 단말기(PDA)간, 또는 전화기간, 또는 개인정보 단말 기간에 행해지고 있다. 복수의 휴대용 전화 또는 휴대용 개인정보 단말기(PDA)의 각각은, 독립적인 기능을 제공하고, 전화기 또는 단말기군의 공동기능은 제공하지 않는다.
예를 들면, 화소 센서에서 각각의 화소는, 촬상기능을 제공하고, 각각의 화소에서 얻은 정보는, 전체 화상을 형성하도록 일괄적으로 처리된다. 각각의 화소에 대한 제어신호는, 유선(전기 배선)에 의해 제어회로로부터 송신된다. 마찬가지로, 액정표시 등의 표시에서 각각의 화소는, 화소표시기능을 제공하고, 각각의 화소에서 얻은 정보는, 전체 화상을 형성하도록 전기 배선에 의해 일괄적으로 처리된다. 더욱 상세하게는, 2개의 구동회로와 개개의 기능소자는, 전기 배선에 의해 매트릭스 형상으로 상호 접속된다. 이들 배선은, 1개의 피사체를 다른 각도에서 촬영하는 경우, 또는 휴대용 기기의 표시가 한 장의 종이만큼 얇은 것이 사용되어 굴곡되거나 구부러져서 사용되는 경우, 상당한 문제를 가진다.
본 발명은, 그러한 문제를 해결하였다. 본 발명의 목적은, 유선 구성에 의해 발생되는 다양한 제한없이, 분리된 기능소자가 공동 작업을 행하는 것이 가능한 무선통신기기와, 무선통신방법 및 무선통신기기에 대한 구동방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 무선통신기기는, 전파 또는 광을 이용하여 데이터 송수신을 위한 통신수단과, 상기 통신수단 이외의 1개 이상의 수단을 각각 가지는 복수의 미세 기능소자와; 상기 미세 기능소자와의 통신에 의해 상기 미세 기능소자를 제어하고 또한 일괄적으로 관리하는 기지국을 포함하는 무선통신기기에 있어서, 상기 통신수단 이외의 1개 이상의 수단은, 상기 기지국으로부터 제어정보를 수신한 한쪽의 미세 기능소자와 다른쪽의 미세 기능소자가 통신수단에 의해 통신하여, 기동된다.
본 발명의 무선통신기기는, 광 또는 전파를 이용하여 무선통신을 행하는 제 1기능과, 상기 무선통신과 상이한 제 2기능을 각각 가지는 복수의 기능소자를 포함하는 기능소자군을 포함하는 무선통신기기에 있어서, 각각의 기능소자의 상기 제 2기능은 단일기능이고, 상기 기능소자군은, 제 1기능을 이용하여 각각의 기능소자의 공동 작업에 의해 전체적으로 1개 이상의 제 2기능을 제공한다.
무선통신기기를 위한 본 발명의 무선통신방법은, 전파 또는 광을 이용하여 데이터 송수신을 위한 통신수단과, 상기 통신수단 이외의 1개 이상의 수단과를 각각 가지는 복수의 미세 기능소자와; 상기 미세 기능소자와의 통신에 의해 상기 미세 기능소자를 제어하고 또한 일괄적으로 관리하는 기지국을 포함하는 무선통신기기를 위한 무선통신방법에 있어서, 상기 통신수단 이외의 1개 이상의 수단은, 상기 기지국으로부터 제어정보를 수신한 한쪽의 미세 기능소자와 다른쪽의 미세 기능소자가 통신수단에 의해 통신하여, 무선통신기기가 기동되는 단계를 포함한다.
본 발명자에 의해 이루어진 본 발명에 의하면, 네트워크는, 상이한 위치에 배치된 미세 기능소자를 이용하고, 무선통신기능과 감지기능 등의 특별기능과, 미세 기능소자를 제어하는 기지국을 가짐으로써 구성된다. 무선통신기술의 응용은 광범위할 수 있다. 착용식 기기 또는 감지 네트워크를 이용하여 복수의 상이한 위치에서 감지동작을 일괄적으로 관리하는 시스템을 제공할 수 있다.
촬상, 표시 및 기록의 기능소자와 같은 종래의 기능소자를, 금속 배선에 의해 매트릭스 형상으로 배치하였다. 본 발명에 의하면, 각각의 기능소자는, 유선 구성을 제거하도록 무선통신기능이 제공된다. 감지동작을 위한 일괄 관리시스템과 유선 구성의 제거로 인하여, 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
본 발명의 미세 기능소자는, 3가지 경우(소자는 미세해야 함; 소자는 통신기능을 가져야 함; 복수의 미세 기능소자는 전체적으로 1개 이상의 기능을 제공함)를 만족하는 경우, 의미있게 된다. 시판용 생산품의 비용은 중요하다. 본 발명의 미세 기능소자는, 단일기판 위에 형성되어, 미세 기능소자당 비용은 감소될 수 있고, 그 사이즈는 소형화될 수 있다.
본 발명에 의한 무선통신기기의 실시예는, 첨부도면을 참조하여 설명한다.
(제 1실시예)
도 1은, 본 발명에 의한 무선통신시스템을 도시한 개념도이다. 통신기능을 가지는 다수의 미세 마이크로 기능소자(Mote)(3)는, 우주의 은하에 있는 별과 같이 여기저기 배치된다. 각각의 마이크로 기능소자(3)는, 광 또는 RF주파수파를 이용하여 무선통신기능을 가지고, 기지국(4)과 통신한다.
도 1에 도시한 예에서, 기지국(4)은, 상기 기지국과 근접한 마이크로 기능소자(3)와 통신한다. 상기 마이크로 기능소자(3)는, 상기 마이크로 기능소자(3)와 근접한 다른 마이크로 기능소자(3)와 통신한다. 이와 같이, 각각의 마이크로 기능소자(3)와 기지국(4)간에는 통신이 가능하다. 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 마이크로 기능소자(3)는 소형의 외형, 예를 들면, 직경 1mm를 가지는 구형을 가 진다. 마이크로 기능소자(3)와 기지국(4)은, 무선통신 네트워크를 구성하고 있다. 각각의 마이크로 기능소자(3)는, 예를 들면, 감지기능을 가지고 있어 감지 네트워크를 구성하고 있다.
각각의 마이크로 기능소자(3)는, 광, 온도, 습도, 소리, 위치, 속도, 자계 및 전계 등 마이크로 기능소자(3)의 환경을 관측하는 감지기능을 가진다. 마이크로 기능소자(3)는, 정보를 분석하는 기능을 가지는 기지국(4)으로 그러한 정보를 송신한다. 상기 기지국(4)은, 감지기능이 시간과 방법상 어떠한 순서로 기동하는지에 대한 정보를 각 마이크로 기능소자에 공급하는 통합관리기능을 가지고 있어, 마이크로 기능소자(3) 전체의 군에서 1개 이상의 주기능을 실현한다.
광, 온도, 습도, 소리, 위치, 속도, 자계 및 전계 등의 정보에 대한 위치 의존성과 경시적 변화를 알 수 있다. 예를 들면, 마이크로 기능소자(3)는, 실내에 여기저기 배치되어, 실내의 온도와 습도를 모니터링하고, 기지국(4)은, 에어컨 내에 배치된다. 따라서, 온풍 또는 냉풍을 보내어 실내의 온도/습도 분포를 균일하게 하는 것이 가능하다. 마이크로 기능소자(3)가 사람의 위치를 감지하는 감지기능이 제공되는 경우, 사람이 위치한 위치에 온풍 또는 냉풍을 집중적으로 보낼 수 있어, 소정의 영역이 다른 영역에 앞서 소망의 온도로 설정될 수 있고, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다. 제 1실시예는, 사람이 배치된 실내뿐만 아니라, 온도/습도 관리가 필요한 다른 장치에서도 적용될 수 있다.
또한, 퍼스널 컴퓨터, 복사기, 레이저 또는 잉크젯 프린터 등의 시판용 생산품의 온도, 습도, 전계 및 자계 등의 관리에 적용할 수 있다. 예를 들면, 본 발 명은 복사기의 내부를 감지하는 감지기능, 예를 들면, 전사 공정시에 열발생 부재의 온도관리, 용지이송기능의 용지걸림검출, 잉크젯 프린터나 복사기의 잉크 또는 토너의 용기 잔류량 검출에 적용할 수 있다.
마이크로 기능소자(3)가 촬상기능이 제공되고 여기저기 배치되는 경우, 3차원 화상을 촬영하여 기지국(4)에 의해 일괄적으로 관리될 수 있어서 화상처리를 용이하게 할 수 있다.
마이크로 기능소자(3)가 혈압과 체온을 측정하는 기능이 제공되고, 점착성의 테이프를 가진 마이크로 기능소자를 인체의 여기저기에 배치하는 경우, 손의 손바닥만큼의 사이즈로 감소시킨 기지국을 포켓 등에 넣어 인체를 모니터링하게 하여, 인체의 내부의 어떠한 이상도 즉시 검출할 수 있다. 팔, 가슴, 허리, 허리 및 다리 등의 다수의 지점을 마이크로 기능소자(3)에 의해 모니터링하는 경우, 인체의 정보 전체는 일괄적으로 관리될 수 있고, 인체의 1개 지점만 모니터링하는 것보다 인체의 건강상태를 더욱 정확하게 검사할 수 있다. 인간의 뇌의 신경세포에는, 나트륨, 칼륨 등의 이온 이동으로 인하여 전류가 흘러 자계가 발생한다. 뇌의 표면에 자계를 검출하는 마이크로 기능소자(3)를 부착함으로써, 뇌의 내부에서의 활성상태의 위치와 시간의 변화를 측정할 수 있다. 의학적 응용으로는, 이를테면 외부자극에 대한 응답성이 가능하게 된다.
각각의 마이크로 기능소자(3)는, 단독으로 어떠한 소망의 위치에 배치될 수 있도록 그 자체의 기판 위에 형성된다. 마이크로 기능소자(3)는, 기판의 사이즈에 상당하는 거리만큼 공간을 두어 배치된다. 상기 거리는 통신가능한 거리가 될 수 있다. 마이크로 기능소자(3)가 100m 또는 1km의 거리만큼 공간을 두어 배치되는 경우, 통신 전력이 크게 소비되고, 통신을 위해 필요한 안테나의 사이즈가 증가하여 마이크로 기능소자(3)가 상대적으로 커진다. 따라서, 마이크로 기능소자(3)와 기지국(4)간의 거리는, 10m 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5m이고, 가장 바람직하게는 1m 이하이다.
감지기능에 의해 환경을 모니터링하기 위한 마이크로 기능소자(3)를 분포시키기 위하여, 마이크로 기능소자의 사이즈는 10mm 이하인 것이 바람직하다. 상기 사이즈가 1mm 이하인 경우, 다양한 기능을 최대로 제공할 수 있다. 마이크로 기능소자(3)의 수는 5개가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10개이고, 가장 바람직하게는 50개 이상이다.
각각의 마이크로 기능소자(3)는, 통신기능을 실현하기 위한 소자와 1개 이상의 기능을 실현하기 위한 소자가 단일 기판 위에 각각 형성되는 것이 바람직하고, 그것은 중요한 특징 중의 하나이다. 통신기능을 실현하기 위한 소자와 1개 이상의 기능을 실현하기 위한 소자가 단일 기판 위에 형성되면, 상이한 기판 위에 형성되는 것보다 소형화와 저비용을 얻기 쉬운 다양한 이점이 있다. 이 점은 시판용 생산품에 대한 응용에서 중요하다.
도 2와 도 3은, RF무선통신을 예시한 도면이다. 각각의 마이크로 기능소자(3)는, 안테나(6), 무선통신소자(2) 및 기능소자(1)를 가지고, 기지국(4)은, 안테나(7), 무선송수신기(9) 및 데이터처리부(10)를 가진다. 코일 안테나는 도 2에서 이용하고 있고, 단극 안테나는 도 3에서 이용하고 있다.
도 4는, 대상물(99)에 대하여 전방향성으로 배치되어, 대상물을 모니터링하고 기지국(4)에 정보를 송신하는 마이크로 기능소자(3)를 예시한 도면이다. 마이크로 기능소자(3)의 다양한 배치는, 다양한 목적을 달성할 수 있다. 예를 들면, 인물을 3차원으로 촬영하여 입체적 화상을 형성할 수 있다.
마이크로 기능소자(3)는, 통신기능과 마이크로 기능소자(3)의 다른 기능을 실현하기 위하여 에너지를 공급하는 자체 발전기능을 가지거나, 통신을 위해 이용되는 무선주파수 또는 광 에너지를 이용하는 특징이 있다. 상기 에너지는 2차 전지를 이용함없이 외부적으로 공급되기 때문에, 마이크로 기능소자(3)는 전지 교체없이 항상 동작할 수 있다.
자체적으로 전력을 발생시키는 방법으로서, 태양전지 또는 진동을 전기 에너지로 변환하는 소자를 이용할 수 있다. 예를 들면, 빗살형 전극의 양단을 고정하고 용량 변화에 의해 상하로 진동하게 하여, 진동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 풍력 발전을 이용할 수 있다. 연료전지 등의 자체의 발전기능을 가지고 또한 물리적으로 연료를 보충하기 용이한 구조를 이용할 수 있다. 무선주파수 또는 광의 에너지를 이용할 수 있다. 예를 들면, 반송파의 고주파 에너지를 정류회로에 의해, 콘덴서에 저장하고 기능처리회로를 구동하기 위해 이용되는 직류 에너지로 변환한다. 무선 주파수에 의한 에너지 공급은, 데이터를 송신할 때와 동시에 행해질 수 있고, 기후 등의 환경조건에 의해 비교적 영향을 적게 받는다.
(제 2실시예)
본 발명의 제 2실시예에 의한 무선통신기능을 가진 무선통신시스템에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 5와 도 6은, 본 발명의 제 2실시예에 의한 무선통신시스템의 구조를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하여, 마이크로 기능소자(3)는, 기능소자(1), 무선통신소자(2) 및 안테나(6)로 구성된 각각의 마이크로 기능소자가 동일한 기판(5) 위에 매트릭스 형상으로 배치된다. 무선통신부(4)는, 상기 기판(5)과 상이한 기판 위에 형성되고 또한 상기 기판(5)과 공간적으로 분리된 위치에 배치되며, 상기 무선통신부(4a)는 안테나(7)와 송신기(910)로 구성된다. 상기 무선통신부(4)는, 제 1실시예의 기지국(4)과 동일한 기능을 가진다. 제 2실시예의 본 시스템은 무선 어레이로서 칭한다.
제 2실시예는, 전기배선을 이용하지 않지만, 각각의 마이크로 기능소자(3)와 무선통신부(4a)간에 무선주파수파에 의해 데이터가 전송된다.
도 6은, 도 5에 예시한 개념을 나타낸 개략도이다. 도 6을 참조하여, 도 7과 도 8에 도시한 종래의 시스템과 비교하여 제 2실시예를 설명한다.
도 7은, 종래부터 이용되고 있는 CCD센서, CMOS센서, 액정표시, 플라즈마표시 및 유기EL표시 등의 디스플레이와, DRAM, EEPROM 등의 메모리를 매트릭스 형상으로 도시한 도면이다. 촬상소자, 표시소자 및 기억소자 등의 기능소자는, 행 배선(22)와 열 배선(23)으로 구성된 각각의 매트릭스의 교점에 배치된다. 선택회로(25),(26)는, 소망의 배선을 선택하기 위하여 행 배선(22)과 열 배선(23)의 1개의 단부에 배치된다.
행 배선(22)과 열 배선(23)을 이용하여, 다수의 마이크로 기능소자(3)로부터 매트릭스 교점에 배치된 특정한 마이크로 기능소자(3)를 선택한다. 도 7은, 마이크로 기능소자마다 스위칭소자가 없는, 이른바 단순 매트릭스 구조를 도시하고, 도 8은, 각각의 마이크로 기능소자가 선택될 때 발생되는 크로스토크를 억제하도록, 각각의 매트릭스 교점에 스위칭소자(27)를 가지는 이른바 액티브 매트릭스 구조를 도시한 도면이다. 상기 배선(22),(23)은, 도 7과 도 8에 도시한 종래예 모두에 이용되기 때문에, 기판을 만곡하는 것이 곤란하고, 배선 지연이 발생하여 매트릭스의 사이즈가 증가함에 따라 동작속도가 느려진다.
이에 반해, 도 6에 도시한 무선 어레이에서 기지국(4)으로서의 무선통신부는, 기판(5) 위에 형성된 각각의 마이크로 기능소자(3)와 무선주파수파에 의해 통신하여 촬상, 표시 및 기억 등의 기능을 제공한다. 따라서, 번거로운 배선 작업을 생략하는 이점이 있다. 또한, 촬상, 표시 및 기억 등의 복수의 상이한 기능을 가지는 마이크로 기능소자(3)를 제공할 수 있다. 예를 들면, 표시소자를 가지는 기판(5) 위에 촬상소자를 형성함으로써, 디스플레이 위의 화상을 관찰하면서 촬상 가능한 시스템을 실현할 수 있다. 이것은, 시선 마주침이 가능한 TV폰에 응용할 수 있다. 촬상소자는, 만곡한 평면에 부착될 수 있다.
마이크로 기능소자(3)가 집중된 1개의 시스템의 사이즈가 다루기 용이하고 또한 촬상, 표시 또는 기억기능이 효과적인 것을 고려하면, 제 2실시예의 마이크로 기능소자(3)의 사이즈는, 1mm 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5mm이고, 가장 바람직하게는 10㎛이다. 마이크로 기능소자(3) 가운데 촬상, 표시 또는 기록기능을 제공하는 소자를 소형화할 수 있고, 복수의 기능소자와 공통화하도록 무 선통신기능을 제공하는 소자를 대형화할 수 있다.
제 2실시예의 무선 어레이 개념을 통합함으로써, 유연한 기판 위에 디바이스를 형성하고, 다기능의 소자를 실현하는 것이 가능하다.
(제 3실시예)
제 3실시예에서는, 본 발명의 무선통신시스템에 의해 행해지는 데이터 송수신의 순서를, 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 9 내지 도 11은, 본 발명에 의한 마이크로 기능소자(3)와 기지국(4)간의 통신절차를 예시한 도면이고, 상기 통신절차는 3가지 타입을 포함한다.
제 1통신절차는, 도 9에 도시한 바와 같이, 기지국으로부터 제어신호를 공급받은 후, 각각의 마이크로 기능소자(3)는 기능을 제공한다. 예를 들면, 상기 통신절차는 표시디바이스에 적용할 수 있다. 즉, 기지국(4)은 매트릭스 형상으로 배치된 각각의 기능소자(1)(제 3실시예에서는, 표시소자)에 표시를 온(on)하는 신호를 송신한다. 따라서, 텍스트의 화상을 스크린 전체에 표시할 수 있다. 이 경우, 기지국(4)이 각각의 마이크로 기능소자(3)에 제어신호를 송신한 후, 각각의 마이크로 기능소자(3)는, 마이크로 기능소자(3)로부터 기지국(4)에 신호를 송신할 필요없이 기능을 제공한다.
제 2통신절차는, 도 10에 도시한 바와 같이, 각각의 마이크로 기능소자(3)는 감지기능을 제공하여 감지된 정보를 기지국(4)에 송신한다. 감지가 완료되면, 각각의 마이크로 기능소자(3)가 기지국(4)에 정보를 송신하기 때문에, 기지국으로부터의 제어신호는 필요하지 않다. 상기 절차는 촬상소자가 특정의 물체를 감지한 후, 감지된 신호를 기지국(4)에 송신하는 경우에만 적용될 수 있다. 기지국(4)는, 각각의 마이크로 기능소자(3)로부터 신호를 항상 수신할 수 있도록 하는 것이 요구되지만, 약한 전류를 항상 흐르게 함으로써(대기 상태에서), 또한 송신준비신호를 마이크로 기능소자(3)로부터 수신할 때, 전력을 증가시켜 수신동작을 행하도록 함으로써, 소비전력을 감소시킬 수 있다.
제 3통신절차는, 도 11에 도시한 바와 같이, 먼저 기지국(4)은 각각의 마이크로 기능소자(3)로 제어신호를 송신한 다음, 마이크로 기능소자(3)는 제어신호의 타이밍과 타입에 따라서 감지 기능등을 제공하고, 얻어진 정보를 기지국(4)에 송신한다. 예를 들면, 상기 절차는, 기지국(4)이 피사체를 촬상하려 할 때, 이 타이밍에 촬상된 데이터를 차례로 기지국에 송신하는 마이크로 기능소자(3)에 제어신호를 송신하는 경우에 적용될 수 있다.
(제 4실시예)
본 발명의 무선통신시스템에 의해 행해지는 무선통신방법을 첨부도면을 참조하여 설명한다. 무선통신은, 광을 제외한 전자파를 이용한, 이른바 무선주파수(RF)통신이다.
무선통신은, 일반적으로 대략 1kHz 내지 100GHz의 주파수 범위 내의 전자파를 반송파로서 이용한다. 무선통신방법은, 전자유도방식과 마이크로파방식으로 크게 분류된다. 또한, 상기 전자유도방식은, 통신거리가 짧을 경우 전자결합방식으로 칭한다. 상기 전자유도방식에서 교류 자계에서의 코일의 상호유도를 통신에 이용한다.
도 12는, 전자유도방식을 예시한 개략적 도면이다. 도 12에 도시한 방향을 따라 송신 코일(L1)을 통해 전류(I)가 흐르면, 도시한 바와 같이 자계(H)이 발생한다. 교류 전류가 흐르면, 전자기유도에 의해 수신 코일(L2)에 기전력이 발생한다. 상기 전자기 유도에 의해, 정보를 전송하고 전력전송이 가능하다. 일반적으로, 250kHz 이하 또는 13.56MHz의 장·중파 대역의 전자기파를 자주 이용한다. 그러나, 이 주파수에만 한정하는 것은 아니다.
전자유도방식이 본 발명의 무선통신시스템에 통합되는 경우, 마이크로 기능소자(3)와 기지국(4)의 각각의 안테나에 2개의 코일이 이용된다. 2개의 코일의 유도자속에 의해 유도된 전압을 이용하여 통신을 행한다. 코일의 권선수를 N으로 하고, 1개의 선속루프에 의해 발생된 자속을 φ라고 가정한 다음, 전체 자속을 하기 식(1)으로 나타낸다. 자속(φ)을 하기 식(2)으로 나타낸다(식중, B는 자속밀도이고, A는 루프영역임). 자속밀도(B)는 하기 식(3)으로 나타낸다(식중, μ는 자계 공간의 투자율이고, H는 자계임). 코일(L2)의 유도전압(U2)은, 자속의 시간변화에 비례하고, 상호유도(M)와 시간(t)으로 미분하는 코일(L1)에 흐르는 전류의 곱인 하기 식(4)으로 나타낸다. 코일의 권선수를 증가시키거나 코일 중심영역에서 높은 투자율을 가지는 자성을 배치함으로써, 더욱 높은 유도전압이 발생하여 통신거리를 증가시킬 수 있다.
Ψ= Nφ ...(1)
φ = BA ...(2)
B = μH ...(3)
U2 = (dΨ2)/dt = M(dI1)/(dt) ...(4)
도 13은, 전자유도방식의 안테나의 일례를 도시한 도면이다. 마이크로 기능소자(3)는, 양단(68),(69)이 통신회로(도시하지 않음)와 기능소자에 접속된 코일 안테나(6)를 가진다. 마찬가지로, 기지국(4)은 양단(78),(79)이 통신회로(도시하지 않음)에 접속된 안테나를 가진다. 도시하고 있지 않지만, 안테나의 중심영역에서 루프면에 수직으로 향하는 연자기부재를 배치하는 것이 바람직하다. 권선수를 증가시키는 경우, 배선저항이 높게 되어 저항손실이 크게 된다. 전체의 에너지 손실과 비교하여 작은 저항범위내로 저항손실을 억제하는 것이 요구된다. 자성의 유도계수성분이 매우 크게 되는 경우, 높은 주파수에서 안테나를 구동하는 것이 곤란해진다. 따라서 상기 유도계수성분은, 데이터 송수신 속도보다 작지 않도록 억제하는 것이 요구된다.
전자유도방식은, 송신을 위해 교류전류를 안테나를 통해 흘리고, 수신측은 교류전류에 의해 발생된 변동 자계를 수신한다. 따라서, 루프면이 자계의 진행방향과 수직으로, 즉, 송신기를 향한 방향과 수직으로 배치되는 경우, 수신감도가 가장 높게 된다.
마이크로파방식은, 예를 들면, 2.5GHz 대역의 마이크로파를 마이크로 기능소자(3)와 기지국(4)간의 데이터송수신에 이용한다. GHz 대역의 매우 높은 주파수가 이용되기 때문에, 통신이 외부 노이즈에 의한 영향을 적게 받고, 통신거리는 수 m 이상으로 연장될 수 있다. 안테나부와 소자는 금속면에 직접 장착할 수 있어 통신속도가 가장 빠르다. 통신거리가 길기 때문에, 자기파와 전기파가 반복된 전자기파는, 수신측에 공간적으로 송신한다. 따라서, 통신수단의 2가지 타입인 한쪽의 자계 수신과 다른쪽의 전계 수신이 가능하다.
도 14는, 자계 수신의 일례를 도시한 도면이다. 2극 안테나(7)는, 기지국(4)의 송수신안테나로서 이용된다. 교류전류(44)를 2극 안테나(7)를 통해 흘리면, 자계(B)은 2극 안테나(7)에 수직인 방향을 따라 발생한다. 마이크로 기능소자(3)의 코일 안테나(6)는, 자계(B)이 코일 루프면을 가로질러 기전력이 발생하도록 배치한다. 코일 안테나(6)의 양단(68),(69)에 수신회로(도시하지 않음)와 기능소자를 접속함으로써, 마이크로 기능소자(3)는 그 기능을 제공할 수 있다. 코일의 권선수는, 수신 효율을 높히기 위하여 증가시키는 것이 바람직하다. 코일의 권선수를 너무 많이 증가시키는 경우, 저항 손실이 증가한다. 따라서, 코일의 단면에 부합하여 적절한 저항값을 얻는 방법으로 코일의 권선수를 설정한다. 수신영역이 넓어질수록 발생되는 전압이 증가한다. 따라서, 시스템 소형화에 방해가 되지 않을 정도로 수신영역을 적절하게 확대시킨다.
도 15에 도시한 바와 같이, 자속 밀도를 높히기 위해서, 코일(31)의 중앙영역에 높은 투자율을 가지는 자기물질(32)을 배치하는 것이 효과적이다. 권선 코일을 가진 바 안테나가 이용될 수 있다.
양측 경우에서, 루프면이 전자기파 진행방향, 즉, 송신기를 향한 방향과 평행하게 배치되는 경우, 가장 높은 수신감도를 얻을 수 있다.
도 16은, 전계 수신의 일례를 도시한 도면이다. 2극 안테나는, 송신안테나 로서 이용될 수도 있다. 전계(E)의 파장을 수신한다. 전계(E)의 파장은 또한 도 14와 도 15의 경우에서 발생되고, 도 14와 도 15와 마찬가지로 자계(M)의 파장은, 도 16의 경우에서 발생된다. 간략화하기 위하여, 상기 파장을 도면에 도시하고 있지 않다. 전계(E)의 강도변화는, 2극 안테나에 평행하다. 수신안테나(6)가 송신안테나와 같은 방향을 따라 향하고 있을 때 가장 높은 수신 감도를 얻을 수 있다. 도 16에서는, 단극 안테나는 수신안테나로서 도시하고 있다. 상기 안테나의 1개의 단부를 접지함으로써, 미러효과가 발생하여 전기적으로 동일한 길이를 가지는 안테나는 접지면의 대향하는 측에 존재하게 된다. 따라서, 상기 안테나는 2극 안테나로서 기능한다. 수신측의 마이크로 기능소자(3)가 2극 안테나를 이용할 수 있지만, 안테나가 충분하게 접지될 수 있는 경우, 안테나의 길이를 짧게 할 수 있으므로 단극 안테나를 이용하는 것이 바람직하다.
자계를 수신하거나 전자기파를 공급하는 경우, 2극 안테나에 대한 λ/2의 길이와 접지된 1개의 단부를 가지는 단극 안테나에 대한 λ/4의 길이는, 최대 이득을 얻을 수 있으므로 바람직하다. 그러나, 상기 길이를 예시하여 한정하는 것은 아니다.
마이크로파방식에서 2.5GHz 대역을 주파수대역으로서 이용해도, 상기 주파수대역은, 2.5GHz 대역 또는 다른 GHz 대역으로만 한정하는 것이 아니고, 전자기파의 전계와 자계를 송수신하기 위해 상기 설명한 매카니즘을 실현할 수 있는 경우, 다른 대역을 이용할 수도 있다. 전자기파의 파장(λ)은, 13.56MHz에서 22.1m, 900MHz에서 33.3cm, 2.45GHz에서 12.2cm, 5GHz에서 6.0cm, 10GHz에서 3.0cm, 30GHz에서 1.0cm, 100GHz에서 3.0mm이다. 마이크로파 방식을 마이크로 기능소자(3)에 적용하는 경우, 주파수가 높을수록 안테나가 짧아지므로 GHz 대역이 바람직하다.
60GHz를 초과하는 주파수에서, 표준 Si트랜지스터를 송신회로에 이용하는 것이 곤란하고, 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)가 필요하여 고비용을 초래하게 된다. 따라서, 60GHz 이하의 주파수에서 전자기파를 이용하는 것이 바람직하다. 현재의 고주파수 기술은, 30GHz 이상, 즉, 이른바 밀리미터파 주파수대역에서는 송신회로가 복잡하게 된다. 따라서, 30GHz 이하의 주파수에서의 전자기파를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 한층 더 기술이 개발된 후 수십 GHz 대역의 주파수를 이용할 수 있는 가능성이 있으므로, 이러한 제한은 본 발명의 필수 요건이 아니다.
상기 설명은, 안테나를 가지는 전자기파의 송수신을 위한 공간이 1의 유전율을 가진다고 가정한다. 안테나 부근의 물질의 유전율이 1을 초과하는 경우, 유효파장을 단축할 수 있어 안테나의 필요길이를 짧게 할 수 있다. 그러나, 소멸계수(흡수)가 크게 되는 경우, 손실도 커지는 것에 주의해야 한다.
원리적으로, 수신안테나는 송신안테나로서도 이용할 수 있기 때문에, 도 14 내지 도 16에 도시한 송신과 수신간의 관계를 역으로 할 수 있다. 그러나, 송신전력효율을 고려하면, 2극 또는 단극 안테나는, 송신거리가 10cm 이상일 경우 기지국(4)의 안테나로서 이용하는 것이 바람직하다. 통신거리가 10cm 미만이거나 그 중에서도 특히 수 mm 이하인 경우, 전자기유도 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
마이크로 기능소자(3)의 안테나의 사이즈를 감소시키기 위하여, 도 14와 도 15에 도시한 바와 같은 코일 안테나를 이용하거나, 또는 10GHz 이상의 송신 주파수에서 2극 또는 단극 안테나를 이용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20GHz 이상이다. 안테나의 형상은 상기 설명한 것에만 한정하는 것이 아니고, 역 L형 안테나, 슬릿 안테나 및 나선형 안테나를 포함하는 2극 안테나의 변형 등의 다른 형상을 이용할 수 있다. 블루투스 기기에 이용되는 유전체 안테나는, 1cm 평방이고 대략 1m의 통신거리를 가진다. 상기 유전체 안테나는, 본 발명의 마이크로 기능소자(3)의 안테나로서 효과적으로 이용된다.
안테나 공학에 의하면, 전자기파의 파장을 λ로 나타냄으로써, λ/π미만의 통신거리의 근거리계 영역은 전자유도방식이 우세하게 되고, λ/(2π) 이상의 통신거리의 원거리계 영역은 마이크로파방식이 우세하게 된다. 전자기유도방법 또는 마이크로파 방식의 어느 쪽을 채용하는지의 여부는, 통신거리를 판단하는 하나의 기준이 된다.
다음에, 도 17 내지 도 23을 참조하여, 마이크로 기능소자(3)와 기지국(4)의 회로를 설명한다.
도 17은, 전자유도방식을 예시한 회로도이다. 기지국(4)의 안테나(L1)는, 제어회로(도시하지 않음)로부터 공급된 신호를 마이크로 기능소자(3)의 안테나 코일(L2)을 향하여 송신한다. 안테나 코일(L1),(L2)은 상호유도(M)에 의해 결합되어, 기지국(4)으로부터의 정보는 공간을 통하여 마이크로 기능소자(3)로 송신된다. 마이크로 기능소자(3)에서 안테나 코일(L2)의 유도계수와 평행하게 접속된 캐패시턴스(C2)는, 공진회로를 구성함으로써, 기지국(4)으로부터 특정의 주파수를 가지는 신호를 수신한다. (R2)는, 안테나(L2)의 저항을 나타낸다. 공진주파수(fc)는, 유도계수(L)와 캐패시턴스(C)를 이용하여 하기 식(5)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112003023425261-pat00001
...(5)
각각의 마이크로 기능소자(3)가 상이한 공진주파수를 가지도록 설정되는 경우, 기지국(4)으로부터 특정의 무선소자(3)로 제어신호를 송신할 수 있다. 예를 들면, 13.56MHz의 송신주파수에서 L=1nH이고 C=1.4 ×10-7F이며, 2.45GHz의 송신주파수에서 L=1nH이고 C=4.2 ×10-12F이다.
선택된 단일 주파수의 고주파 전류는, 다이오드(D1)에 의해 정류되고, 기능소자(1)에 인가된다. 예를 들면, 표시장치에 대하여, 무선통신부로서의 기지국(4)은 공진주파수의 전파를 화상을 표시하는 소자에 송신한다. 따라서, 화상 전체를 소망한 바와 같이 형성할 수 있다.
도 18은, 도 17에 도시한 다이오드(D1)를 대체한 다이오드 (D2) 내지 (D4)로 이루어진 정류회로를 도시한 도면이다. 상기 정류회로는, 직류성이 더욱 높은 신호를 기능소자(1)에 인가할 때 이용된다.
도 19와 도 20은, 기능소자(1)에 과잉의 고전압이 인가되지 않도록, 전압을 일정하게 유지하는 부가회로의 예를 도시한 도면이다. 도 19에서 캐패시터(C2)와 저항(RL)의 병렬회로를 가로지르는 전압(U2)은, 가변 저항(RS)을 포함하는 회로에 의해 일정하게 유지된다. 도 20은, 도 19에 도시한 RS에 상당하는 회로부분을 도시한 도면이다. 정류기를 통과한 전압은, 제너 다이오드(ZD), 트랜지스터(TR) 및 저항(R5)으로 구성된 가변 저항에 의해 일정하게 유지되고, 기능소자(1)에 인가된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 기지국(4)으로부터 각각의 마이크로 기능소자(3)로 신호를 송신할 때, 도 17 내지 도 20에 도시한 회로를 이용한다. 각각의 마이크로 기능소자(3)로부터 기지국(4)으로 신호를 송신할 때, 도 21과 도 22에 도시한 바와 같은 회로를 이용한다.
도 21에서는, 기능소자(39)로부터의 신호, 예를 들면, 촬상정보와 위치 정보 등의 감지정보는, 안테나 코일(L2)과 병렬로 접속된 트랜지스터(T1)의 게이트 전극에 인가된다. 인가된 신호에 따라서, 트랜지스터(T1)가 온 또는 오프가 되어 안테나 코일(L2)의 병렬저항이 변화됨으로써, 마이크로 기능소자(3)로부터 기지국(4)으로 정보를 송신한다.
도 22는, 진폭 변이 변조(amplitude shift keying:ASK), 주파수 변이 변조(frequency shift keying:FSK) 또는 위상 변이 변조(phase shift keying:PSK)에 의해 마이크로 기능소자(3)로부터의 데이터(DATA)를 전자기파로 변조하여, 변조된 데이터를 송신하는 디지털 회로(4024)를 부가적으로 가진다. 송신되는 신호데이터에 암호처리를 행하는 경우, 보안적인 측면에서 다수의 마이크로 기능소자(3)의 각각을 개별적으로 접근하는데 효과적이다.
도 23은, 2극 안테나가 기지국(4)과 마이크로 기능소자(3)에 이용되는 회로도를 도시한 도면이다. 기지국(4)의 2극 안테나(DA1)로부터 송신된 전자기파는, 마이크로 기능소자(3)의 안테나(DA2)에 의해 수신되고, 다이오드(D1) 등에 의해 정 류되어 기능소자(39)에 인가된다. 2극 안테나의 공진주파수는, 상기 설명한 바와 같이 안테나의 길이에 의해 조정된다.
이하, 상기 설명한 본 발명의 실시예를 실제 축소시킨 더욱 구체적인 제 1실시예 내지 제 4실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다. 제 1상세실시예에서의 촬상용 마이크로 기능소자(34)는, 상기 설명한 마이크로 기능소자(3)에 상당하는 것이다.
-제 1상세실시예-
도 24는, 본 발명의 제 1실시예에 의한 촬상계로의 응용의 일례를 도시한 도면이다. 미세 구형렌즈(31)는, 촬상용 마이크로 기능소자(34)로서 이용된다. 촬상소자(32)는, 촬상광의 입사측과 대향하는 반구의 표면에 근접하게 배치된다. 통신회로부(33)는, 동일한 기판으로서 간주하는 반구에 근접하게 배치된다. 상기 통신회로부(33)는, 전파를 수신하고 촬상소자(32)로부터 공급된 신호를 송신하는데 이용된다. 상기 기판은 만곡된 기판을 가진다.
광측(35)과 평행한 방향을 따라서 오는 입사광(36)은, 미세 구형렌즈(31)에 의해 구형의 표면에 근접한 영역(37)에 집광된다. 화각을 가지는 광(38)은, 미세 구형렌즈(31)에 의해 구형의 표면에 근접한 영역(39)에 집광된다. 따라서, 화상은 미세 구형의 표면 위에 형성된다. 미세 구형렌즈의 굴절률을 2라고 하면, 평행광, 즉 무한거리로부터의 광은, 입사측에 대향하는 측의 구형의 표면 부근에서 변환된다. 예를 들면, 유리재료 "S-LAH79(Ohara)"를 이용하는 경우, 가시광선의 d선(587.6nm)에서 nd=2.003인 조건을 만족한다. 미세 구형렌즈 직경을 1mm라고 하면, 5cm 이상의 위치는 대략 초점이 맞는다. 색수차가 크지 않은 화상을 얻을 수 있다.
특정의 파장을 선택하고 색수차를 억제하도록, 입사측의 구형렌즈의 표면 위에 필터를 배치한다. 촬상계는, 2㎛의 사이즈를 가지는 1만 화소의 100 ×100셀을 가지는 것이 실현될 수 있다. 미세 구형을 이용하기 때문에, 외부 환경에 의해 영향을 받지 않는 안정된 마이크로 기능소자를 형성할 수 있다.
도 25는, 도 24에 도시한 광축(35)에 수직인 면을 따라 촬상소자(32)로부터 본 회로배치를 도시한 도면이다. 중앙영역은 촬상소자(32)에 상당하고, 통신회로부(33)는 촬상소자(32) 부근의 영역에 배치된다. 상기 촬상소자와 통신회로부는, 구형의 기판 위에 형성된 배선에 의해 접속된다. 통신회로부(33)는, 외부로부터 에너지를 수신하는 수신안테나와, 수신된 에너지로부터 발생된 전력을 촬상부, 송신부 등에 공급하는 회로와, 입력신호처리회로와, 송신신호처리회로 등으로 구성된다. 촬상소자로부터의 화상신호는, 통신회로부(33)에 공급되고 송신회로 부근에 배치된 안테나 회로로부터 송신된다.
도 26은, 촬상소자의 주변영역에 배치된 통신회로부(33)를 도시한 도면이고, 안테나 회로를 동심원 형상으로 배치할 수 있다.
도 27은, 기지국으로부터 공급된 제어신호와 에너지(40a)에 따라서, 상기 설명한 통신기능을 가지는 촬상용 마이크로 기능소자(34)의 외부에 배치된 기지국(41)으로 촬상정보(40b)를 송신하는 방법을 예시한 도면이다.
도 28에 도시된 순서도를 참조하여 이러한 동작순서를 설명한다.
먼저, 기지국(41)은, 제어신호와 전력 에너지(40a)를 촬상용 마이크로 기능소자(34)(제 1상세실시예에서는, 미세 구형렌즈 촬상소자를 가지는 촬상용 마이크로 기능소자)에 제공한다. 상기 에너지는, 무선주파수(RF)파 또는 광의 어떠한 것도 될 수 있다. 무선주파수파를 이용할 경우, RF회로를 이용하는 반면에, 광을 이용하는 경우, 광전변환센서가 이용된다.
다음에, 기지국(41)으로부터의 제어신호(40b)에 응답하여, 감지용 마이크로기능소자(34)는 촬상한다. 미세 구형렌즈(31)에 의해 촬상소자(32)에 초점을 맞춘 화상의 강도분포는, 촬상소자(32)로부터 통신회로부(33)로 송신된다.
다음에, 감지용 마이크로기능소자(34)는, 촬상정보(40b)를 기지국(41)에 송신한다. 이 경우, 무선주파수(RF)파로 송신하는 경우, 수신회로를 일부 공유함으로써 송신을 행할 수 있다. 광으로 송신하는 경우, 수신회로와 동일한 기판 위에 형성된 발광원을 제어할 수 있거나, 반사광 신호를 기지국(41)으로부터 광을 반사하는 부재를 제어하여 송신할 수 있다. 수신된 촬상정보(40b)에 따라서, 기지국(41)은 소정의 화상처리를 행하여 최종적으로 필요한 화상정보를 얻는다.
도 29는, 카드기판(42) 위에 배치된 복수의 미세구형 촬상용 마이크로기능소자(34)를 도시한 도면이다. 상기 촬상용 마이크로기능소자(34)는, 피사체로부터 광(43)을 수광한다. 상기 촬상용 마이크로기능소자(34)로 촬상된 화상정보는, 카드기판(42) 위에 배치된 기지국(41)으로 송신된다. 복수의 화상데이터 세트는 고화질처리를 행하고 깊이정보는 상기 촬상용 마이크로기능소자(34)간의 시차를 이용하여 연산하는 경우, 3차원 화상의 화상정보를 얻을 수 있다.
상기 설명한 동작순서는, 도 30의 순서도에 예시하고 있다.
먼저, 기지국(41)은, 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)(제 1상세실시예에서, 미세구형렌즈 촬상소자를 가지는 촬상용 마이크로 기능소자)에 제어신호와 전원 에너지(40a)를 공급한다. 상기 에너지는, 무선주파수(RF)파 또는 광의 어느 쪽도 될 수 있다. 전파를 이용하는 경우 RF회로를 이용하는 반면에, 광을 이용하는 경우 광전센서를 이용한다.
다음에, 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)는 촬상한다. 상기 촬상은 병렬적으로 또는 순차적으로 될 수 있다. 미세 구형렌즈(31)에 의해 촬상소자(32) 위에 형성된 화상의 강도분포는, 촬상소자(32)로부터 통신회로부(33)로 송신된다.
다음에, 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)는 촬상정보(40b)를 기지국(41)에 송신한다. 송신순서는, 병렬적으로 또는 순차적으로 될 수 있다. 무선주파수(RF)파로 송신하는 경우, 수신회로를 일부 공유하여 송신을 행할 수 있다. 상이한 주파수가 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)에 할당되어 병렬송신을 실시할 수 있다. 광으로 송신하는 경우, 수신회로와 동일한 기판 위에 형성된 발광원을 제어할 수 있거나, 기지국(41)으로부터의 광을 반사하는 부재를 제어하여 반사광 신호를 송신할 수 있다.
촬상용 마이크로 기능소자(34)로부터 수신된 촬상정보(40b)에 따라서, 기지국(41)은 소정의 화상처리를 행하여 최종적으로 필요한 화상정보를 얻는다. 예를들면, 복수의 시차화상으로부터 피사체의 거리정보를 추출하여 각각의 화상부분으 로의 거리를 결정하고, 복수의 감지용 마이크로 기능소자의 화상으로부터 3차원 화상을 인식시킨다.
도 31은, 다양한 방향으로 광축을 향함으로써 광각 화상정보를 얻는 미세구형 촬상용 마이크로 기능소자(34)를 도시한 도면이다. 다양한 방향으로부터 오는 광선 (43a) 내지 (43f)는, 대응하는 촬상용 마이크로 기능소자(34)에 입력되고, 화상정보는 기지국(41)에 송신된다. 상기 기지국(41)은 다양한 방향으로 광선 (43a) 내지 (43f)의 화상정보를 합성하여 광각 화상정보를 생성한다. 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)는, 임의의 각도에서 임의의 본체 위에 장착될 수 있다. 도 8에 도시한 기능소자가 1개의 평면 위에 배치되고 있지만, 제 1상세실시예의 계에서는 3차원 화상을 획득할 수 있다.
상기 설명한 동작순서는 도 32의 순서도에 예시되어 있다.
먼저, 기지국(41)은, 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)(제 1상세실시예에서, 미세구형렌즈 촬상소자를 가지는 촬상용 마이크로 기능소자)에 제어신호와 전원 에너지(40a)를 공급한다. 상기 에너지는, 무선주파수(RF)파 또는 광의 어느 쪽도 될 수 있다. 전파를 이용하는 경우 RF회로를 이용하는 반면에, 광을 이용하는 경우 광전변환센서를 이용한다.
다음에, 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)는 촬상한다. 상기 촬상순서는 병렬적으로 또는 순차적으로 될 수 있다. 미세 구형렌즈(31)에 의해 촬상소자(32) 위에 초점을 맞춘 화상의 강도분포는, 촬상소자(32)로부터 통신회로부(33)로 송신된다.
다음에, 각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)는 촬상정보(40b)를 기지국(41)에 송신한다. 송신순서는, 병렬적으로 또는 순차적으로 될 수 있다. 무선주파수(RF)파로 송신하는 경우, 수신회로를 일부 공유하여 송신을 행할 수 있다. 광으로 송신하는 경우, 수신회로와 동일한 기판 위에 형성된 발광원을 제어할 수 있거나, 기지국으로부터의 광을 반사하는 부재를 제어하여 반사광 신호를 송신할 수 있다.
각각의 촬상용 마이크로 기능소자(34)로부터 수신된 촬상정보(40b)에 따라서, 기지국(41)은 소정의 화상처리를 행하여 최종적으로 필요한 화상정보를 얻는다. 복수의 상이한 방향을 향하는 촬상용 마이크로 기능소자(34)로부터 공급된 촬상정보(40b)는, 상기 정보를 결합하여 1개의 광각 화상을 얻는 처리를 행하고, 이에 의해 360°파노라마 화상을 얻는다.
도 33은, 미세구형 촬상용 마이크로 기능소자(34)의 촬상소자(32)를 도시한 도면이고, 상기 촬상소자는 평면을 가진다. 평면을 가지는 촬상소자(32)는 수차를 증가시키지만, 평면 기판 위에 회로를 용이하게 형성할 수 있다. 화질을 중요하지 않게 고려하는 응용에서 상기 평면과 일체화할 수 있다. 미세 구형렌즈(31)를 형성한 후, 촬상측을 연마하여 평면을 형성하고, 별도로 형성된 평행 평판을 평면에 부착한다. 이것은 용이한 제조방법이다. 촬상소자(32), 통신회로부(33) 등을 평면기판 위에 미리 형성한 후, 평면기판을 평행 평판에 접착시킨다.
이러한 구조는, 미세 구형렌즈(31)의 굴절률을 반드시 "2"로 설정할 필요가 없고, 촬상면 위에 화상이 초점이 맞춰질 수 있도록 평행 평면의 두께를 설정한다. 상기 렌즈는, 격심한 환경(고강도, 고경도, 내화학성, IR에서의 투과)에서 이용하기에 적절한 nd=1.850에서의 LaSFN9의 구형 사파이어렌즈, 또는 nd=1.77에서의 A1203의 루비 구형렌즈가 될 수 있다. nd=1.517에서의 일반적인 유리재료인 BK7은, 매우 저렴한 촬상용 마이크로 기능소자(34)를 형성하는데에 이용할 수 있다.
도 34는, 상기 렌즈(31)의 표면 위에 직접 회로계를 구성함이 없이, 촬상소자(32)와 통신회로부(33) 등의 전자회로가 형성된 평면기판이 접착제(54)를 이용하여 상기 렌즈(31)에 접착되는 미세 구형렌즈(31)를 도시한 도면이다. 상기 접착제(54)는 렌즈계의 일부를 구성한다. 광축으로부터 더욱 옮겨놓은 화각을 가지는 광은 수차의 영향을 더욱 받기 쉽다. 그러나, 응용에서 고해상도를 필요로 하지 않는 경우, 상기 미세 구형렌즈를 이용할 수 있다. 상기 설명한 제조방법은, 매우 저렴한 촬상용 마이크로 기능소자(34)를 제조할 수 있어, 응용범위가 확대될 수 있다.
상기 마이크로 기능소자는 일반적인 전자회로기판과 동시에 제조할 수 있기 때문에, 마이크로 기능소자의 응용을 더욱 확대할 수 있다. 이하의 제 2상세실시예 내지 제 4상세실시예는, 잉크젯프린터와 버블젯(R)프린터 등의 프린터에서의 잉크 카트리지의 잉크 잔류량을 검출하는 기능으로서 본 발명의 기능소자의 응용을 나타낸다.
-제 2상세실시예-
도 35는, 본 발명의 제 2상세실시예에 의한 잉크 잔류량 검출방법에 관한 응용예를 예시한 도면이다.
미세 기능소자(61a),(61b)는, 통신기능과 감지기능, 그리고 기지국(65)으로부터 송신된 무선주파수파를 에너지로 변환하는 전원기능을 각각 가진다.
미세 기능소자(61a),(61b)는, 잉크(62)와 함께 카트리지용기(63) 안에 내장된다. 기지국(65)은 미세 기능소자(61a),(61b)와 통신하고, 상기 미세 기능소자의 기능을 제어하여 일괄적으로 관리한다. 또한, 상기 기지국은, 데이터통신수단으로서 이용하는 무선통신에 의해 미세 기능소자(61a),(61b)에 에너지를 송신하는 기능을 가지고 있다.
미세 기능소자(61a),(61b)는 잉크(62)의 표면 위에 표류한다. 도 35는, 기지국(65)으로부터 제어신호와 에너지(68)를 미세 기능소자(61a),(61b)로 송신하는 방법을 예시한 도면이다.
제어신호와 에너지(68)의 공급에 의해, 미세 기능소자(61a),(61b)는 소정의 감지동작을 행한다. 예를 들면, 미세 기능소자(61a)는, 카트리지용기(63)의 표면 위에 반사되는 광(66)을 방출한다. 이러한 반사된 광(67)은, 미세 기능소자(61b)의 감지수신부에 의해 수광된다. 미세 기능소자(61b)는, 감지정보(69)에 따라서 잉크(62)의 잔류량을 차례로 판정하는 기지국(65)에 감지정보(69)를 송신한다. 미세 기능소자(61a),(61b)는, 기본적으로 동일한 구조를 가지고, 각각의 기능소자에 할당된 그 기능은, 기지국(65)으로부터의 신호에 따라서 제어된다.
다음에, 도 36을 참조하여, 미세 기능소자(61a),(61b)의 구조를 상세하게 설명한다. 미세 기능소자(61a),(61b)는, 기본적으로 동일한 구조를 가지고, 2개의 소자 중에서 대표하는 미세 기능소자(61)의 구조를 이하 설명한다.
미세 기능소자(61)는, 감지부(71), 통신부(72), 전원부(73), 처리부(74) 및 보호부(75)로 구성된다. 상기 감지부(71)는, 감지송신부와 감지수신부로 구성된다. 상기 통신부(72)는, 안테나, 송신회로 및 수신회로로 구성된 통신송신부와 통신수신부로 구성된다. 상기 전원부(73)는, 통신수신부와, 상기 통신수신부와 상기 통신수신부의 안테나에서 수신된 기지국(65)으로부터의 에너지를 미세 기능소자(61)가 이용하기 위한 에너지변환회로와, 상기 에너지를 축적하기 위한 에너지축적부와로 구성된다. 상기 처리부(74)는, 기지국(65)으로부터 제어신호에 응답하여 특정의 처리를 행한다. 상기 보호부(75)는, 감지부(71), 통신부(72), 전원부(73) 및 처리부(74)를 잉크(62)와 잉크용기(63)의 수분으로부터 보호한다.
상기 설명한 동작순서는 도 37에 도시한 순서도를 참조하여 설명한다.
먼저 단계 1(S1)에서, 기지국(65)은, 제어신호와 전원 에너지(68)를 미세 기능소자(61)에 공급한다. 제 2상세실시예에서 에너지 공급은, 전파를 이용하여 행해진다.
다음에 단계 2(S2)에서, 기지국(65)으로부터 송신된 제어신호(68)에 따라서, 미세 기능소자(61)는, 감지 송신부로부터 감지정보를 송신한다. 감지정보를 송신하는 상기 미세 기능소자(61)와 감지정보를 수신하는 미세 기능소자(61)는, 기지국(65)으로부터의 제어신호(68)에 의해 제어된다.
다음에 단계 3(S3)에서, 감지정보를 수신한 미세 기능소자(61)는, 감지정보(69)를 기지국(65)에 송신한다.
다음에 단계 4(S4)에서, 기지국(65)은, 상기 감지정보(69)에 따라서 잉크(62)의 잔류량을 판정한다.
상기 설명한 바와 같이, 잉크 카트리지(63)내에 감지와 통신기능을 가지는 미세 기능소자(61)를 내장함으로써, 잉크(62)의 잔류량측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 무선통신기능을 제공함으로써, 잉크와 같은 수용성 물질이 누출되는 경우에도, 어떠한 오동작없이 잉크 잔류량을 측정할 수 있다.
-제 3상세실시예-
도 38은, 본 발명의 제 3상세실시예에 의한 잉크 잔류량 검출방법에 관한 응용예를 예시한 도면이다.
미세 기능소자(61a),(61b)는, 각각 통신 및 감지기능과, 기지국(65)으로부터 송신된 무선주파수파를 에너지로 변환하는 전원기능을 가진다.
미세 기능소자(61a),(61b)는, 잉크(62)와 함께 카트리지용기(63)내에 내장된다. 기지국(65)은, 미세 기능소자(61a),(61b)와 통신하고, 상기 미세 기능소자의 기능을 제어하여 일괄적으로 관리한다. 또한, 기지국은, 데이터통신수단으로서 이용하는 무선통신에 의해 미세 기능소자(61a),(61b)로 에너지를 송신하는 기능을 가진다.
미세 기능소자(61a),(61b)는, 카트리지용기(63)의 상측 벽 위에 배치된다. 도 38은, 기지국(65)으로부터 제어신호와 에너지(68)를 미세 기능소자(61a),(61b)로 송신하는 방법을 예시한 도면이다. 제어신호와 에너지(68)의 공급에 의해, 상기 미세 기능소자(61a),(61b)는 소정의 감지동작을 행한다. 예를 들면, 미세 기능소자(61a)는, 잉크(62)의 표면에 광을 반사하는 감지송신부로부터 광(66)을 방출 한다. 이러한 반사된 광(67)은, 미세 기능소자(61b)의 감지수신부에 의해 수광된다.
제 1상세실시예와 마찬가지로, 감지정보에 따라서 잉크(62)의 잔류량을 차례로 판정하는 미세 기능소자(61b)는, 감지정보(69)를 기지국(65)에 송신한다.
-제 4상세실시예-
도 39는, 본 발명의 제 4상세실시예에 의한 잉크 잔류량 검출방법에 관한 응용예를 예시한 도면이다.
미세 기능소자(61)는, 통신 및 감지기능과, 기지국(65)으로부터 송신된 무선주파수파를 에너지로 변환하는 전원기능을 가진다.
상기 미세 기능소자(61)는, 잉크(62)와 함께 카트리지용기(63)내에 내장된다. 기지국(65)은, 미세 기능소자(61)와 통신하고, 미세 기능소자의 기능을 제어하여 일괄적으로 관리한다. 또한, 상기 기지국은 데이터통신수단으로서 이용하는 무선통신에 의해 에너지를 미세 기능소자(61)에 송신하는 기능을 가진다.
상기 미세 기능소자(61)는, 카트리지용기(63)내에서 잉크(62)의 표면 위에 표류한다.
도 39는, 기지국(65)으로부터 제어신호와 에너지(68)가 미세 기능소자(61)에 송신하는 방법을 예시한 도면이다. 제어신호와 에너지(68)의 공급에 의해, 상기 미세 기능소자(61)는 소정의 감지동작을 행한다. 예를 들면, 미세 기능소자(61a)는, 잉크카트리지(63)의 상측 내부벽에서 광을 반사하는 감지송신부로부터 광(66)을 방출한다. 이러한 반사된 광(67)은, 미세 기능소자(61b)의 감지수신부에 의해 수광된다. 미세 기능소자(61)는, 감지정보(69)에 따라서 잉크(62)의 잔류량을 차례로 판정하는 기지국(65)에 감지정보(69)를 송신한다.
(제 5실시예)
도 40은, 기능소자 (101) 내지 (105)와 기지국(100)으로 구성된 감지용 네트워크 시스템을 도시한 도면이다. 각각의 기능소자는, 무선통신기능(제 1기능)과, 온도, 습도, 자계, 전계, 가속도, 위치, 방향 및 특정의 화학원의 밀도 등 환경의 상태를 감지하는 기능(제 2기능)을 가진다.
기능소자(101)는, 기지국(100)과 통신한다. 상기 기능소자(101)는, 기지국(100)으로부터 감지 타이밍정보를 수신하고, 기지국(100)으로 감지정보를 송신한다. 각각의 기능소자(102),(103),(104)는, 다른쪽의 기능소자 또는 기타 기능소자에 의해 기지국(100)과 통신한다. 도 40에 도시한 예에서, 기지국(100)과의 통신에 부가하여 기능소자간의 통신은, 기능소자(102)와 기능소자(105)간과, 기능소자(101)와 기능소자(105)간 등에서도 행한다. 이와 같이, 각각의 기능소자에서의 장소와 환경에 따라서, 최적의 정보를 가장 효율적으로 기지국(100)에 송신할 수 있다.
도 40에 기지국(100)을 도시하였지만, 특정의 기능소자가 기지국으로서 기능할 수 있다. 이러한 특정의 기지국(100)은, 각각의 기능소자에서 감지된 정보를 다른 기능소자로 송신하는 중계 기지국으로서 기능한다.
제 5실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 예를 들면, 인간의 상태를 모니터링하는 것을 도 41을 참조하여 설명한다. 종래에는 체온을 측정하는 경우, 체온 계를 겨드랑이, 혀 및 귀 등의 특정영역에 접촉하는 것이다.
제 5실시예에서는, 체온측정센서를 각각 가지는 본 발명의 기능소자(감지용 마이크로 기능소자)(101),(102)는, 발바닥, 허벅다리, 등, 팔 및 머리 등의 인체(200)의 다양한 영역에 부착하고, 이에 의해 각각의 영역에서 체온의 변화를 측정한다. 이와 같이, 인간의 상태를 더욱 정확하게 파악할 수 있다. 감지되는 대상은, 체온 외에 혈압이 될 수 있다.
후술하는 제 6실시예 내지 제 14실시예에서는, 무선통신을 위한 하드웨어의 구조와 동작을 설명하지 않는다. 이것은, 제 12실시예에서 상세하는 바와 같이, 각각의 기능소자간 또는 각각의 기능소자와 기지국간에 무선통신이 행해지기 때문이다.
(제 6실시예)
각각의 기능소자를 관리하는 기지국이 존재하는 경우, 각각의 기능소자의 각각의 유닛을 어느 타이밍에 기능시킬 수 있고, 상기 소자와 통신함으로써 각각의 기능소자에 의해 감지된 정보를 획득하여 기능소자 전체로부터 획득한 정보를 일괄적으로 관리할 수 있다. 여기서는, 기지국은 다른 시스템과의 인터페이스 기능뿐만 아니라, 각각의 기능소자를 관리하고 제어하는 기능을 가지는 것으로 한다.
도 42, 도 43 및 도 44는, 본 발명에 의한 기능소자와 기지국간의 통신절차를 도시한 도면이다. 상기 통신절차는 3가지 종류로 분류된다.
제 1통신절차는, 도 42에 도시한 바와 같이, 기지국으로부터 제어신호를 수신한 후, 각각의 기능소자(각각의 무선송신부)는 기능을 제공한다. 예를 들면, 표시디바이스의 경우에서는, 기지국은 매트릭스 형상으로 배치된 각각의 기능소자(1), 즉, 표시소자의 각각의 유닛에 표시를 온(on)하는 신호를 송신한다. 이와 같이, 화상 또는 텍스트를 표시디바이스의 스크린 전체에 표시할 수 있다. 이 경우, 제어신호를 각각의 기능소자로 송신한 후, 각각의 기능소자는 그의 기능을 제공하지만, 상기 기능소자는 기지국에 신호를 송신할 필요가 없다.
제 2통신절차는, 도 43에 도시한 바와 같이, 각각의 통신소자(각각의 무선송신부)는, 감지기능을 실시하여 감지정보를 기지국에 송신한다. 감지를 완료한 타이밍에 각각의 기능소자가 기지국에 감지정보를 송신하기 때문에, 기지국으로부터의 제어신호는 필요하지 않다. 상기 제 2통신절차는, 예를 들면, 촬상소자를 이용하여 특정의 물체를 감지할 때에만, 인식된 신호를 기지국에 송신한다. 기지국은, 항상 각각의 기능소자로부터 신호를 수신할 수 있도록 하는 것이 요구되지만, 약한 전류를 항상 흐르게 함으로써(대기 상태에서), 또한 송신준비신호를 각각의 기능소자로부터 수신할 때, 전력을 증가시켜 수신동작을 행하도록 함으로써, 소비전력을 감소시킬 수 있다.
제 3통신절차는, 도 44에 도시한 바와 같이, 먼저 기지국은 각각의 기능소자(각각의 무선송신부)로 제어신호를 송신한다. 상기 기능소자는 타이밍과 제어신호의 내용에 따라서 그의 기능을 제공하고, 감지정보를 기지국에 송신한다. 예를 들면, 기지국이 피사체를 촬상하려 할 때, 상당하는 신호를 기능소자에 송신하고, 이 타이밍에 촬상한 데이터를 기지국에 송신한다.
(제 7실시예)
감지기능이 제공된 각각의 기능소자를 가지는 본 발명의 기능소자군은, 정보를 관리하는 감지용 네트워크시스템을 형성한다.
도 45와 도 46은, 네트워크의 경로를 도시한 개략적인 도면이다.
도 45는, 기지국(100)이 집중적으로 각각의 기능소자를 관리하는 스타(star)형 네트워크를 도시한 도면이다. 상기 네트워크는, 기능소자(센서)의 수가 작은 경우 효과적이다.
도 46은, 복수의 기능소자에 의해 데이터를 송신하는 멀티호프(multi-hop)형 네트워크를 도시한 도면이다. 인접한 기능소자간의 거리가 짧을 경우에도, 각각의 기능소자를 순차적으로 접속함으로써 장거리 전송이 가능하다. 각각의 기능소자는 애드 혹(ad hoc) 접속기능을 제공하므로, 복수의 기능소자는 자동적으로 네트워크를 구성할 수 있다.
(제 8실시예)
다른 종류의 감지를 동시에 행하는 멀티 센싱을 위해서, 단일의 상이한 기능을 가지는 다수의 마이크로 기능소자를 배치할 수 있다. 도 47은, 압력, 온도 및 습도를 감지하여 처리하는 데이터처리기능 마이크로 기능소자의 일례를 도시한 도면이다. 마이크로 기능소자는, 감지와 무선통신기능을 가지는 기능소자이다.
이 경우, 온도, 압력 및 습도를 동시에 감지하는 기능을 가지는 마이크로 기능소자를 이용하지 않고, 온도감지기능의 마이크로 기능소자, 압력감지기능의 마이크로 기능소자 및 습도감지기능의 마이크로 기능소자를 독립적으로 이용한다.
각각의 마이크로 기능소자의 기능은 간단하기 때문에, 재료와 회로구조가 단 순하게 되어 각각의 마이크로 기능소자는 용이하고 저렴하게 제조할 수 있다. 상기 마이크로 기능소자에 의해 통신함에 따라서, 전체적으로 높은 수준의 네트워크 시스템을 구성할 수 있다.
(제 9실시예)
각각의 기능소자는, 동일한 측정기능을 가지지만, 상이한 측정범위를 가질 수 있다. 예를 들면, 각각의 기능소자는, 동일한 온도측정기능을 가지더라도 상이한 온도범위를 가진다.
도 48에 개략적으로 도시한 바와 같이, 복수의 기능소자는, -50℃ 내지 0℃, 0℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 100℃ 및 100℃ 내지 150℃의 상이한 온도측정범위를 가진 것이 이용된다.
측정범위를 축소함으로써, 온도를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
예를 들면, 도 49에 도시한 바와 같이, 온도 등의 측정변수 x에 의해 전압 등의 출력 y가 변화하는 특성을 가지는 측정대상이 있다. 이 경우, 1개의 기능소자만이 z의 범위 전체를 감지하지 않는다. 범위 a, b 및 c는, 직선 A, B 및 C 각각에 의해 근사하게 될 수 있다. 직선 근사를 할 수 있는 경우, 연산동작이 간소화되고, 데이터처리시스템이 간단하게 되어 용이하게 구성할 수 있다.
예를 들면, 최적의 사용조건을 각각 가지는 열전대의 다양한 형태가 있다. 예를 들면, 크로멜-알루멜 열전대(chromel-alumel thermocouple)(K형)는, 온도와 열기전력간의 직선관계를 가지고 공업용으로 가장 많이 사용되고 있다. 사용온도범위는, -200℃ 내지 1100℃이고, 최대사용온도는 1200℃이다.
철-콘스탄탄 열전대(J형)는, E형 열전대 다음으로 높은 열기전력을 가지고, 공업용으로는 중간온도범위에서 사용되고 있다. 사용온도범위는, 0℃ 내지 600℃이고, 최대사용온도는 750℃이다.
구리-콘스탄탄 열전대(T형)은, 작은 전기저항과 안정된 열기전력을 가지고, 저온범위에서 정밀측정에 광범위하게 이용되고 있다. 사용온도범위는, -200℃ 내지 300℃이고, 최대사용온도는 350℃이다.
크로멜-콘스탄탄 열전대(E형)는 JIS에서 규정된 상기 열전대 중에서 가장 높은 열기전력을 가진다. 사용온도범위는, -200℃ 내지 700℃이고, 최대사용온도는 800℃이다.
니크로실-니실 열전대(N형)은, 저온으로부터 고온까지의 광범위한 온도범위에서 안정된 열기전력을 가진다. 사용온도범위는, -200℃ 내지 1200℃이고, 최대사용온도는 1250℃이다.
백금 13% 로듐-백금 열전대(R형)는, 불활성가스 분위기 또는 산화 분위기의 고온에서 정밀측정에 적절한다. 정밀도가 높고 진동이 작으며 적게 저하되기 때문에, 표준열전대로서 이용된다. 사용온도범위는 0℃ 내지 1400℃이고, 최대사용온도는 1600℃이다.
백금 30% 로듐-백금 6% 로듐 열전대(B형)는, JIS에서 규정된 열전대 중에서 가장 높은 온도감지범위를 사용한다. 사용온도범위는 0℃ 내지 1500℃이고, 최대사용온도는 1700℃이다.
크로멜-금 철 열전대(AF형)는, -269℃ 내지 30℃의 범위에서 매우 낮은 온도 측정에 가장 적합하다.
이리듐-이리듐 50% 로듐은, 진공 분위기, 불활성가스 분위기 또는 산화 분위기에 적합하다. 이리듐의 증발로 인한 오염이 있다. 사용온도범위는, 1100℃ 내지 2000℃이고, 최대사용온도는 2100℃이다.
텅스텐 5% 레늄-텅스텐 26% 레늄 열전대는, 환원 분위기, 불활성 가스 분위기 또는 수소가스 분위기에 적합하다. 약하다고 하는 결점이 있다. 사용온도범위는, 0℃ 내지 2400℃이고, 최대사용온도는 3000℃이다.
니켈-니켈 18% 몰리브덴 열전대는, 환원 분위기에 사용될 수 있다. 열기전력이 크고 측정이 용이하다.
팔라듐 백금 금-금 팔라듐 열전대는, 높은 내마모성을 가진다. 열기전력은, K형 열전대와 거의 동일하고 측정이 용이하다. 사용온도범위는, 0℃ 내지 1100℃이고, 최대사용온도는 1300℃이다.
온도범위가 다른 마이크로 기능소자를 배치함으로써, 전체의 온도측정범위를 확대할 수 있어 다양한 환경에 이용할 수 있다.
(제 10실시예)
제 9실시예에서는, 각각의 기능소자는 한정된 측정범위를 가진다. 대신에, 동작환경을 한정할 수 있다.
예를 들면, 다수의 기능소자, 예를 들면, -50℃ 내지 0℃, 0℃ 내지 50℃, 50℃ 내지 100℃, 100℃ 내지 150℃ 및 150℃ 내지 200℃의 상이한 온도범위에서 정확하게 동작하는 감지용 마이크로 기능소자를 이용한다. 동작온도가 다른 경우, 감지재료, 통신회로, 안테나재료 및 최적구조 또한 다르다. 그러나, 각각의 기능소자에 대해 최적화할 수 있어서, 간단한 구성을 가진 저렴한 소자를 제작할 수 있다. 다수의 기능소자를 이용하기 때문에, 전체 시스템의 동작환경은 저온으로부터 고온까지 확대될 수 있다.
(제 11실시예)
동일한 감지기능은, 상이한 대상물질을 감지하는데 이용할 수 있다. 도 50a와 도 50b는, 감지되는 대상과 감지용 마이크로 기능소자간의 관계를 도시한 도면이다. 감지부(140)는, 감지되는 대상물질로서 키(180),(181)를 가진다. 도 50a와 도 50b에 예시적으로 도시한 상기 키(180),(181)는, 예를 들면, 유기체의 항원 항체 반응에 상당한다.
감지용 마이크로 기능소자는, 감지되는 키(180),(181)의 형상에 부합하는 키(190),(191)를 가진다.
예를 들면, 동일한 단백질이 감지되어도, 감지되는 아미노산의 종류에 좌우하여 상이한 감지용 마이크로 기능소자를 이용할 수 있다. 동일한 감지기능을 이용하지만, 감지되는 대상물질은 다르다. 동일한 감지기능을 이용하기 때문에, 감지되는 대상물질이 상이해도 감지 매카니즘은 거의 동일하다.
(제 12실시예)
도 51에 도시한 바와 같이, 상이한 이온을 감지할 수 있다. 예를 들면, 칼륨 이온을 감지하는 마이크로 기능소자, 칼슘이온을 감지하는 마이크로 기능소자 및 나트륨 이온을 감지하는 마이크로 기능소자를 이용할 수 있다.
(제 13실시예)
제 13실시예에서, 다양한 감지용 마이크로 기능소자의 수는, 감지 캡슐내에 내장된다.
예를 들면, 도 52에 도시한 바와 같이, 복수의 감지용 마이크로 기능소자(121),(122),(123)은, 캡슐(120)내에 수용된다. 칼슘 이온과 나트륨 이온이 주로 감지되는 경우, 칼륨 이온 감지용 마이크로 기능소자의 수를 캡슐 내의 전체 마이크로 기능소자수의 10%로 설정하고, 칼슘 이온 감지용 마이크로 기능소자의 수를 50%로 설정하고, 나트륨 이온 감지용 마이크로 기능소자의 수를 40%로 설정한다.
칼륨 이온을 주로 감지하는 경우, 칼륨 이온 감지용 마이크로 기능소자의 수를 캡슐 내의 전체 마이크로 기능소자수의 80%로 설정하고, 칼슘 이온 감지용 마이크로 기능소자의 수를 10%로 설정하고, 나트륨 이온 감지용 마이크로 기능소자의 수를 10%로 설정한다.
이온을 감지하는 마이크로 기능소자의 수를 변화시킴으로써, 최적의 이온 감지 시스템을 구성할 수 있다.
도 53에 도시한 바와 같이, 캡슐이 인체에 들어왔을 경우, 각각의 마이크로 기능소자가 인체에 확산되어 대상 이온을 감지하도록 용해된다.
(제 14실시예)
매우 정교한 감지시스템은, 최적의 감지기능을 제공하도록 필요한 유닛만을 구동하여 실현할 수 있다. 전체의 소비전력을 저감할 수 있다.
본 발명은 촬상소자에 적용할 수 있다. 도 54는, 본 발명의 기능소자로 구성된 구형 렌즈 촬상소자의 일례를 도시한 도면이다. R(적색), G(녹색), B(청색)의 필터를 형성하고, CCD와 CMOS 등의 광학센서는 각각의 구형렌즈의 후면에 형성된다. 각각의 기능소자는, 소정의 파장대역의 광을 수광하고, 다수의 기능소자를 이용함으로써, 광범위의 파장대역의 광을 수광할 수 있다. 각각의 기능소자가 소정의 파장대역의 광을 수광하기 때문에, 센서의 구조는 파장대역으로부터 결정된다.
본 발명에 의하면, 기지국으로부터 제어정보를 수신한 미세 기능소자는, 통신기능을 이용하여 다른 미세 기능소자와 통신하고, 이에 의해 통신기능 이외의 1개 이상의 기능을 제공하고, 분산된 미세 기능소자가 공동 작업을 한다. 따라서, 착용식 기기 또는 감지 네트워크를 이용하여, 복수의 상이한 위치에서 감지동작을 일괄적으로 관리하는 무선통신기기와 무선통신방법을 제공할 수 있다.
무선통신기기와 그 구동방법에 의하면, 네트워크는, 무선통신기능과 감지기능과 같은 특별한 기능을 각각 가지는 미세 기능소자와 상기 미세 기능소자를 제어하는 기지국을 이용함으로써 구성된다. 착용식 기기 또는 감지 네트워크를 이용하여, 복수의 다른 위치에서 감지동작을 일괄적으로 관리할 수 있다. 본 발명에 의하면, 특히, 각각의 미세 기능소자의 무선통신기능 이외의 기능을 단일 기능으로 한정할 수 있어, 미세 기능소자는 간단한 구조를 가질 수 있다. 미세 기능소자는 전체적으로 공동작업을 행하여, 매우 정교한 감지네트워크를 구성할 수 있다.

Claims (13)

  1. 전파 또는 광을 이용하여 데이터 송수신을 하기 위한 통신수단과, 상기 통신수단 이외에, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개 이상의 수단을 각각 가지는 복수의 미세 기능소자와;
    상기 미세 기능소자와의 통신에 의해 상기 미세 기능소자를 제어하고 또한 일괄적으로 관리하는 기지국
    을 포함하는 무선통신기기에 있어서,
    상기 통신수단 이외의, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개 이상의 수단은, 상기 기지국으로부터 제어정보를 수신한 한쪽의 미세 기능소자와 다른쪽의 미세 기능소자가 상기 통신수단에 의해 통신하여 기동되고, 각 기능소자에서 동일한 수단이며 동일한 물리량을 측정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
  2. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 미세 기능소자는, 상기 통신수단 이외의, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개 이상의 수단을 기동하는 에너지원으로서, 미세 기능소자가 가진 발전수단 또는 상기 기지국으로부터 송신된 전파 또는 광의 에너지를 이용하고, 상기 전파에너지를 에너지원으로서 이용하기 위한 수단으로는 무선주파수(RF)회로를 이용하고, 상기 광에너지를 에너지원으로서 이용하기 위한 수단으로는 광전변환센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
  3. 제 1항에 있어서, 통신수단을 실행하는 소자와, 상기 통신수단 이외의, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개 이상의 수단을 실행하는 소자는, 단일 기판 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 기지국은 한쪽의 미세 기능소자에 제어정보를 송신하고, 한쪽의 미세기능소자는 제어정보에 따라서 상기 통신수단 이외의, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개 이상의 수단을 기동하며, 상기 통신수단 이외의, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개 이상의 수단에 의해 얻어진 정보를 상기 기지국에 전송하고, 상기 기지국은 송신된 정보를 처리하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
  6. 제 1항에 있어서, 촬상수단은, 일부의 평면과, 상기 일부의 평면에 평행한 평행 평판과, 상기 일부의 평면 위에 배치되는 촬상소자와 통신회로가 형성된 평면 회로보드를 가지는 미세 구형렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
  7. 전파 또는 광을 이용하여 데이터 송수신을 하기 위한 통신수단과, 상기 통신수단 이외에, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개이상의 수단을 각각 가지는 복수의 미세 기능소자와;
    상기 미세 기능소자와의 통신에 의해 상기 미세 기능소자를 제어하고 또한 일괄적으로 관리하는 기지국
    을 포함하는 무선통신기기를 위한 무선통신방법으로서,
    상기 통신수단이외의, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개이상의 수단은, 상기 기지국으로부터 제어정보를 수신한 한쪽의 미세 기능소자와 다른쪽의 미세 기능소자가 상기 통신수단에 의해 통신하여 기동되고, 각 기능소자에서 동일한 수단이며 동일한 물리량을 측정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 무선통신방법.
  8. 제 7항에 있어서, 각각의 상기 미세 기능소자는, 상기 통신수단이외의, 촬상수단, 표시수단, 기억수단 및 연산처리수단 중 1개이상의 수단을 기동하는 에너지원으로서, 미세 기능소자가 가진 발전수단 또는 상기 기지국으로부터 송신된 전파 또는 광의 에너지를 이용하고, 상기 전파에너지를 에너지원으로서 이용하기 위한 수단으로는 무선주파수(RF)회로를 이용하고, 상기 광의 에너지를 에너지원으로서 이용하기 위한 수단으로는 광전변환센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 무선통신방법.
  9. 광 또는 전파를 이용하여 무선통신을 행하는 제 1기능과, 상기 무선통신과 상이한 제 2기능을 각각 가지는 복수의 기능소자를 포함하는 기능소자군을 포함하는 무선통신기기로서,
    각각의 기능소자의 상기 제 2기능은, 단일기능으로서, 상기 기능소자의 각각에서 동일한 물리량을 측정하는 것이며,
    상기 기능소자군은, 상기 제 1기능을 이용하여 각각의 기능소자의 공동 작업에 의해 전체적으로 1개의 상기 제 2기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 기능소자군은, 제 1기능을 이용하여 기능소자간에 무선통신을 행하는 네트워크 시스템을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
  11. 삭제
  12. 광 또는 전파를 이용하여 무선통신을 행하는 제 1기능과, 상기 무선통신과 상이한 제 2기능을 각각 가지는 복수의 기능소자를 포함하는 기능소자군을 포함한 무선통신기기를 이용하고;
    각각의 기능소자의 상기 제 2기능은, 단일기능으로서, 상기 기능소자의 각각에서 동일한 물리량을 측정하는 것이며,
    각각의 기능소자는, 제 1기능을 이용하여 각각의 기능소자의 공동 작업에 의해 전체적으로 1개의 제 2기능을 제공하도록 소망의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기의 구동방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    기지국은, 기능소자군을 구성하는 기능소자를 일괄적으로 관리하도록 설치되고;
    상기 기지국은, 기능소자간에 무선통신에 의해 기능소자군을 제어하거나, 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기.
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