WO2007066447A1

WO2007066447A1 - 通信装置

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Publication number: WO2007066447A1
Application number: PCT/JP2006/319538
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Shinoda; Naoya Asamura; Hiroto Itai; Tetsuro Kiyomatsu
Original assignee: Cell Cross Corporation; The University Of Tokyo
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2007-06-14
Also published as: JP3938590B2; JP2007159082A

Abstract

　通信素子の電源を容易に充電できるシート状の通信装置（１００）において、第２導体層（１０２）は、第１導体層（１０１）と略平行に配置され、通信素子（１０５）の電極（２０１）は第１導体層（１０１）に容量結合し、電極（２０２）は、第２導体層（１０２）に容量結合し、通信素子（１０５）は、第１導体層（１０１）と第２導体層（１０２）との間の電圧変化に連動する電極（２０１）と電極（２０２）との電圧変化を整流充電して電源とし、通信素子（１０５）は、第１導体層（１０１）と第２導体層（１０２）との間の電圧の変化、もしくはこれらの間を伝播する電磁波によって、他の通信機器と通信する。

Description

明細書

通信装置

技術分野

[0001] 本発明は、通信素子の電源を容易に充電できるシート状の通信装置に関する。

背景技術

[0002] 従来から、複数の通信素子が埋め込まれたシート状 (布状、紙状、箔状、板状、メッシュ状 (信号の電磁波長より細かい網目を持つものが典型的である。）など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）の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ぐシート状の部材 (以下「シート状体」という。 )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。

特許文献 1：特開 2004— 007448号公報

[0003] ここで、 [特許文献 1]に開示される技術においては、各通信素子は、シート状体の面に格子状、三角形状、もしくは蜂の巣状の図形の頂点に配置される。各通信素子は、当該通信素子により発生された電位の変化が近傍には強ぐ遠方には減衰して伝播することを利用して、周辺に配置されている他の通信素子とのみ通信する。

[0004] この局所的な通信により通信素子間で信号を順次伝達することによって、目的とする通信素子まで信号が伝達される。また、複数の通信素子は管理機能により階層に分けられ、各階層において経路データが設定されており、効率よく最終目的の通信素子まで信号を伝達することが可能となる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] このようなシート状体の面に略規則的に通信素子が埋め込まれ、通信素子同士がネットワークを形成して情報を伝達する通信装置にお、ては、シート状体の構成をどのようにする力、通信素子をどのように配置する力について、さまざまな要望や用途に応じるため、種々の新しい技術的提案が強く求められている。

[0006] 特に、通信素子の充電を適切に行うための技術が強く求められている。 [0007] 本発明は、このような要望に応えるもので、通信素子の電源を容易に充電できるシート状の通信装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する

[0009] 本発明の第 1の観点に係る通信装置は、第 1のシート導体部、第 1のシート導体部と略平行に配置される第 2のシート導体部、第 1のシート導体部と間接結合する第 1 の電極と、第 2のシート導体部と間接結合する第 2の電極と、を有する通信素子部を備える。

[0010] 第 1のシート導体部と第 1の電極との結合と、第 2のシート導体部と第 2の電極との結合と、のいずれか一方は、間接結合にかえて、導体接触による結合を採用することとしても良い。

[0011] ここで、通信素子部は、第 1のシート導体部と第 2のシート導体部との電圧の変化に基づいて変化する第 1の電極と第 2の電極との電圧の変化を整流充電して電源として動作する。

[0012] また、通信素子部は、第 1の電極と第 2の電極との電圧を変化させることにより、第 1 のシート導体部と第 2のシート導体部との電圧を変化させ、および Zまたは第 1のシート導体部と第 2のシート導体部との間に電磁波を伝播させて、第 1のシート導体部と第 2のシート導体部とに結合した他の通信機器と通信する。

[0013] ここで、「通信素子」とは、信号を転送する小型の回路ユニットや、センサや発光素子に信号送受信回路を付加したものを採用することもできる。センサの場合には、ホストとしての機能をもつ通信機器力もの指令に呼応してデータを返送したり、計測した量に応じて自発的にデータを発するような形態を採用することができる。また、「通信機器」には、第 1、第 2のシート導体部に直接あるいはコネクタとケーブルを介して接続される通信装置のほか、上記構成によって第 1、第 2のシート導体部の間に配置された「他の通信素子」も該当する。

[0014] また、本発明の通信装置において、通信素子部は、第 1のシート導体部と第 2のシート導体部との間に配置されるように構成することができる。 [0015] また、本発明の通信装置において、第 1のシート導体部と通信機器との間には、第 1のシート状の絶縁体が配置され、第 2のシート導体部と通信機器との間には、第 2のシート状の絶縁体が配置され、第 1のシート状の絶縁体と、第 2のシート状の絶縁体と、通信機器と、の間には、これらの間を充填するシート状抵抗が配置されるように構成することができる。

[0016] また、本発明の通信装置において、シート状抵抗にかえて、誘電損失の大きなシート状体を配置するように構成することができる。

[0017] また、本発明の通信装置において、第 1のシート導体部と、第 2のシート導体部と、の少なくとも一方は、シート状抵抗であるように構成することができる。

[0018] また、本発明の通信装置において、第 1のシート導体部と、第 2のシート導体部と、のうち、一方が他方に対向する面には、シート状抵抗が接続され、当該シート状抵抗は、当該他方から絶縁されるように構成することができる。

[0019] また、本発明の通信装置において、第 1のシート導体部と、第 2のシート導体部と、の間には、これら力絶縁されるシート状抵抗が配置されるように構成することができる。

[0020] また、本発明の通信装置において、第 1のシート導体部の第 2のシート導体部に対向する面のうち、通信素子部が用いる周波数帯の電磁波が所定の割合よりも高く反射する領域には、シート状抵抗が接続されるように構成することができる。

[0021] また、本発明の通信装置において、第 1のシート導体部の第 2のシート導体部に対向する面のうち、通信素子部が単位面積あたりに配置される数が所定の閾値より高 V、領域には、シート状抵抗が接続されるように構成することができる。

[0022] また、本発明の通信装置において、第 1のシート導体部と第 2のシート導体部との間を、誘電損失の大きな材料で充填するように構成することができる。

[0023] また本発明の通信装置であって、第 1の電極および第 2の電極と、第 2のシート導体部と、は、第 1のシート導体部を挟む位置に配置され、第 1の電極と、第 2の電極と、は、第 1のシート導体部に対して異なる位置に配置され、第 2の電極は、第 2のシート導体部と間接結合するのにかえて、第 1のシート導体部と間接結合するように構成することがでさる。発明の効果

[0024] 本発明によれば、通信素子の電源を容易に充電できるシート状の通信装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す斜視図である。

[図 2]本発明の第 1の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す断面図である。

[図 3]本発明の他の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す断面図である。

[図 4]本発明の他の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す断面図である。

[図 5]本発明の他の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す断面図である。

[図 6]電源供給を受けるような通信素子の概要構成を示す説明図である。

[図 7]通信素子の送信回路の概要構成を示す回路図である。

[図 8]通信素子の受信回路の概要構成を示す回路図である。

[図 9]通信素子の受信回路の他の態様の概要構成を示す回路図である。

[図 10]本発明の他の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す断面図である。

[図 11]特殊な形状の通信装置に対して、抵抗層を設けた方が良い部位を説明する説明図である。

[図 12]本発明の他の実施形態に係る通信装置の概要構成を示す断面図である。

[図 13]通信素子と第 1導体層、第 2導体層とが接触して接続される場合の、他の実施例の孔付近の形状を示す断面図である。

[図 14]通信素子が第 1導体層と第 2導体層の間に挟まれる態様の通信装置の概要構成を示す断面図である。

[図 15]第 1導体層および第 2導体層力なる通信層の駆動回路およびその他の付カロ回路を示す説明図である。

[図 16]通信装置と通信素子、電力供給ユニットの様子を示す説明図である。

[図 17]通信素子における電極配置を示す説明図である。

[図 18]抵抗 Rの両端に発生する電圧 Vおよび供給される電力 V²/Rを測定した結果を表す表およびグラフである。

[図 19]抵抗 Rの両端に発生する電圧 Vおよび供給される電力 V²/Rを測定した結果を表す表およびグラフである。

[図 20]本実験における通信装置と通信素子、電力供給ユニットの様子を示す説明図である。

符号の説明

100 通 1§装置

101 第 1導体層

102 第 2導体層

103 孔

104 突起

105 通 1§ 子

106 絶縁層

201 電極

202 電極

301 絶縁体

501 正端子

502 負端子

504 ダイオード

505 コンデンサ

506 送信回路

507 受信回路

508 制御回路

510 抵抗

601 pMOSトランジスタ

602 ダイオード

603 nMOSトランジスタ

701 抵抗

702 抵抗

703 コンノレータ 801 抵抗層

841 通信シート

851 電力供給ユニット

発明を実施するための最良の形態

[0027] 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ものではない。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。

[0028] 図 1、図 2は、本発明の第 1の実施形態に係る通信装置を説明する説明図である。

図 1は、通信装置の斜視外観図、図 2は、通信装置の断面図である。以下、本図を参照して説明する。

[0029] 本実施形態に係る通信装置 100は、シート状 (箔状、膜状)の導体である 2つの第 1 導体層 101と、第 2導体層 102と、略平行に互いに絶縁されて対向配置されており、第 1導体層 101には複数の孔 103が設けられて、る。

[0030] また、第 1導体層 101や第 2導体層 102が発熱する物体の表面に設置される場合には、複数の孔 103として、金属板や金属箔に設けられた放熱用の穴を用いることとしても良い。したがって、第 1導体層 101や第 2導体層 102は、シート状の形状を有する導体である。

[0031] 以下「導体」としては、信号周波数における良導体を採用する。したがって、直流においては絶縁体であっても、信号周波数においては良導体のような材質を採用することができる。

[0032] また、この孔 103のそれぞれを貫通するように第 2導体層 102に突起 104が配置されている。

[0033] 通信素子 105は、孔 103の近傍で第 1導体層 101と結合される。また、突起 104を介して、第 2導体層 102と結合される。

[0034] 通信素子 105同士は、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間で電磁波を伝播させること〖こよって、通信を行う。

[0035] 通信装置 100の厚みが電磁波長より十分小さい場合、伝播可能な電磁波の電界ベクトルは第 1導体層 101および第 2導体層 102に対して垂直となる。

[0036] 各通信素子 105は、第 1導体層 101、ならびに、第 2導体層 102と、直接結合 (導体結合)もしくは容量結合 (コンデンサに類する結合)されるのが典型的であるが、アンテナなどの共振体を介した結合も可能である。そこで、直接結合でないものをまとめて間接結合と呼ぶこととする。直接結合が導体を直接接続することによる結合であるのに対し、間接結合は導体 (必ずしも良導体でなくとも良い。）同士を非接触に近接させること〖こよる結合である、と考えることができる。以下では、主に容量結合を例としてとりあげて説明する。

[0037] ここで、ある第 1導体層 101と、通信素子 105と、第 2導体層 102と、を通過する電流を、通信素子 105が供給すると、第 1導体層 101と第 2導体層 102の間では、シート状の広がり方向（突起 104を流れる電流とは直交する方向）に電磁波が伝播される。したがって、他の通信素子 105にも、この電磁波の影響を及ぼすことができることとなり、これによつて、信号を検知することができる。

[0038] この電磁波による電磁場の分布は、第 1導体層 101と第 2導体層 102とのシート状の広がり方向に垂直な、突起 104を通過する軸にっ、て軸対称（円柱対称）と考えることができる。

[0039] また、通信装置 100の最大辺の大きさが、電磁波の波長に比べて十分に小さい場合には、これらの現象は、準定常的な電場の変化と見ることができる。したがって、通信素子 105を動作させることで、通信素子 105の近傍における第 1導体層 101と第 2 導体層 102との間の電圧を変化させると、その電圧は広がり方向に一様に変化し、この電圧の変化が他の通信素子 105でも検知可能となる。

[0040] なお、図 1に示す通信装置 100では、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間は「空気」とヽぅ絶縁体で充填されて、る。

[0041] 一方、図 2に示す通信装置 100では、この点を明確にすることとし、空気を含む各種の絶縁体を用いている。すなわち、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間には、絶縁体が充填された絶縁層 106が設けられている。絶縁層 106が、両者を絶縁するのである。以降、第 1導体層 101、第 2導体層 102、絶縁層 106の三者力もなる構成を「通信層」と呼ぶこととする。 [0042] 通信素子 105が他力電源供給を受けたり、自身が電源を内蔵している場合には不要である力第 1導体層 101と第 2導体層 102との間に一定の電圧を印加しておき、これによつて通信素子 105の動作の電源供給を行うことができる。

[0043] 円柱状の電磁場の振舞いに関する数値計算および実験によれば、第 1導体層 101 、第 2導体層 102の導電率 (抵抗率の逆数） σ、両者の間の誘電率 ε、第 1導体層 1 01と第 2導体層 102の向い合う表面間の間隔 d、信号の角周波数 ωとすると、電磁場の減衰を表すパラメータとして、

η = ά ((2 σ )/( ε ω ))^{1 2}

を考えることができる。これは、孔 103や通信素子 105の存在による信号の散乱を考慮しないとした場合に、信号の振幅力^ 倍になる距離を表す。したがって、通信装置 100の適用分野によって、このパラメータを考慮して構成設定を行う必要がある。

[0044] 図 2は、通信装置 100の第 1導体層 101と第 2導体層 102とが、通信素子 105と結合する様子の一例を示す断面図である。

[0045] 本図に示すように、通信素子 105に ίま、 2つの電極 201、 202力 ^ある。電極 201 ίま、第 1導体層 101の孔 103の周辺部と直接接続される。電極 202は、第 2導体層 102 の突起 104と直接接続される。そして、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間に電圧が印加されており、この電圧による電源供給を受けて通信素子 105が動作するのである。なお、第 1導体層 101の上方 (第 2導体層 102に対向しない面）には、通信素子 105が嵌合するように開口部を設けた絶縁体を配置してもよ！/、。

[0046] 図 3は、上記とほぼ同様である力突起 104の形状を変更した例を示す断面図である。

[0047] 本図に示す例では、第 2導体層 102の下面力も第 1導体層 101の上方へ向けて、湾曲するように開口部が設けられており、第 1導体層 101の孔 103に相当する部分の周辺も上方へ湾曲している。第 2導体層 102の湾曲した部分が突起 104に相当する。両者の間には絶縁層 106が配置されている。たとえていえば、これらはいずれも、ちょうど金属板に錐で力をかけて穴を開けたような形状となっており、全体として見れば、これらを密着させて重ねた構成となっている。

[0048] 電極 201は、この湾曲を覆うようなキャップ状の形状をしており、第 1導体層 101と直接接続される。電極 202は、第 2導体層 102の突起の内側に直接接続される。

[0049] 電極 201と電極 202の接点は、パネで湾曲の内側と外側力も第 1導体層 101と第 2 導体層 102とを挟むようになっており、これによつて接続が確実になる。

[0050] 図 4は、通信装置 100の第 1導体層 101と第 2導体層 102とが、通信素子 105と結合する様子の他の例を示す断面図である。

[0051] 本図に示すように、第 1導体層 101の上方 (第 2導体層 102に対向しない面）には、絶縁体 301が配置されている。したがって、通信素子 105の電極 201は、第 1導体層

101と一種のコンデンサをなし、電極 202は、第 2導体層 102と一種のコンデンサをなす。またこのとき、電極 201や電極 202は、必ずしも絶縁体 301に密着している必要はなぐある程度すきまがあってもよい。

[0052] 一般に、電極 201 (202)と導体層 101 (102)とを近接させた状態で、電極 201 (20

2)表面に電荷が生じると、導体層 101 (102)には逆符号の電荷が誘導される。このような結合を「容量結合」と呼ぶ。

[0053] 通信素子 105の電極 201、 202と、第 1導体層 101、第 2導体層 102とが、直接接続されていなくとも、このような容量結合が成立していれば、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間の電圧を変化させることによって、これに呼応した電極 201と電極 20

2の間に電圧の変化が生じる。したがって、この電圧の変化を整流充電すれば、通信素子 105の動作電源を確保することができるのである。

[0054] ここで、電極 201 (202)の面積を S、電極 201 (202)と第 1導体層 101 (第 2導体層

102)の間隔を dこれらの間の絶縁層 106の誘電率を εとすると、電極と導体層の間に形成される容量ま

C = ε S/d

[0055] で与えられる。

[0056] S = 5mm X 5mm, d = lmm, ε = 5 X 10— ^uF/mとすると、 C = 1.25pFである。 f = 2.4 GHzにおいて容量 Cのインピーダンス（リアクタンス）は 53 Ωである。高周波の交流信号においては、このように容量結合によって低インピーダンスの結合が可能であり、信号電力を高い効率で伝達することができる。

[0057] 容量結合を採用するメリットとしては、以下のようなものがあげられる。 [0058] まず、第 1導体層 101、第 2導体層 102と通信素子 105との結合に導電性を確保する必要がなぐ製造が簡単である。

[0059] 次に、第 1導体層 101、第 2導体層 102との間で、絶縁体 301が剥離するような状況があっても、はじめから電気接続を前提にして、な、ので結合が維持できる。

[0060] さらに、硬い導電性接着剤を局所的に用いることがないので、接合部の破壊も生じにくい。

[0061] そして、第 1導体層 101、第 2導体層 102が、相互に横にずれ可能な構造を作ることができ、通信装置 100はシートとして柔軟に屈曲できるようになる。

[0062] このほか、導電性繊維やメッシュなどを第 1導体層 101、第 2導体層 102として採用してヽた場合、最も近くで対向する導電性繊維等だけでなくその外側 (通信素子 105 から見て奥に相当する。 )にある他の導電性繊維等とも容量結合することができ、結合が平均化、安定化する。

[0063] 図 5は、通信装置 100の第 1導体層 101と第 2導体層 102とが、通信素子 105と結合する様子の他の例を示す断面図である。本例では、第 2導体層 102に突起 104を設けるかわりに、通信素子 105の形状が「突起」の役割を果たす。

[0064] 本図（a)に示すように、本例では、絶縁体 301は、第 1導体層 101の上方ならびに孔 103に対向する第 2導体層 102を覆うように配置される。一方、通信素子 105は、絶縁体 301で覆われた孔 103に嵌合するような形状となっている。

[0065] 孔 103は、円形をしており、電極 201は環形、電極 202は円形となっている。嵌合したときには、これらの中心が一致する。本図（b)には、通信素子 105の下面および電極 201、電極 202の様子を示す。

[0066] なお、これまでに説明した通信素子 105と同様の形状で構成し、電極 201、 202を有するコネクタを提供することによって、外部機器と本通信装置 100 (に接続された通信素子 105や同様のコネクタを使用した他の外部機器)との間で通信を行うことが可能である。

[0067] 図 6は、電源供給を受けるような通信素子 105の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

[0068] 本図（a)は、半波整流に係る態様である。通信素子 105は、正端子 501、負端子 5 02、ダイオード 504、コンデンサ 505、送信回路 506、受信回路 507、制御回路 508 、抵抗 510を備える。なお、コンデンサ 505のかわりに充電池を用いることとしても良い。

[0069] コンデンサ 505には、ダイオード 504を介して充電が行われる。ダイオード 504は、通信素子 105内の電源電位 VDDが端子間電圧 OUTを下回ったときに電流が流れる状態となり、速やかに充電が行われる。 OUT < VDDである限り、ダイオード 504は高インピーダンス状態となるので、送信回路 506による信号の発信等を妨げることはない。このコンデンサ 505から、送信回路 506、受信回路 507、制御回路 508に動作電力力 S供給されることとなる。

[0070] ここでは半波整流回路を採用するため、正端子 501と負端子 502との間に、抵抗 5 10が配置されている。この抵抗 510の値 Rは、コンデンサ 505の容量 Cと充電周波数 F = ω /(2 π )に対して、 1/(C ω )か R〉1/(C ω )とすると良い。また、抵抗 510にかえてインダクタンス Lを接続しても良い。この場合、 L eo ^ l/(C co )か L co〉l/(C co )とすると良い。

[0071] 本図（b)は、ダイオード 504を 4つ用いた全波整流に係る態様である。全波整流においては、正端子 501と負端子 502の間の抵抗は不要である。

[0072] このほか、図示はしていないが、回路への供給電圧を安定化するため、標準的な電圧レギユレータ回路を採用することとしても良い。

[0073] 電源供給を受けない場合には、整流に係るダイオード 504や抵抗 510を省略し、コンデンサ 505にかえて小型電池などの電源を接続すれば良い。

[0074] 突起 104は円柱状の形状をしており、その半径が、通信に用いる信号の電磁波の波長よりも十分小さい場合に、通信素子 105から通信層を見たときの放射インピーダンス Zは誘導'性であり、

のような形をしている。

[0075] 放射インピーダンス Zは有限である。たとえば、 2.5GHz帯の通信を行、、層の間隔を lmm程度、突起の半径を数 mm程度としたとき、 aは 1 Ω〜： ίΟ Ω程度となる。一方、通信層は直流的には抵抗はゼロとみなせる。直流的には十分低いインピーダンスで電源供給が行える。このように、第 1導体層 101と第 2導体層 102とを用いることで、信号の伝達と電力の供給が行えることとなる。

[0076] 正端子 501は、電極 201と電極 202との一方に、負端子 502は、電極 201と電極 2 02との他方に、それぞれ接続される。上記のように容量結合が成立する場合は、第 1 導体層 101と第 2導体層 102の間の電圧を変化させれば、電極 201と電極 202の間の電圧も変化する。

[0077] したがって、適切な電圧変化 (交流電流 ·電圧)を第 1導体層 101と第 2導体層 102 の間に印加すれば、ダイオード 504によってコンデンサ 505に整流充電が果たされる

[0078] 充電信号を 2.4GHzのマイクロ波とすれば、 C = 1.25pFの容量結合のインピーダンスは 53 Ωである。また、充電信号周波数 24MHzにおいては、 5.3k Ωとなる。接続された通信素子が平均で 100 Aを消費する場合、容量の両端電圧はそれぞれ 5.3mVおよび 0.53Vにすぎず、容量結合によって、低消費電力の通信素子を容易に駆動できることがわ力る。また、受信回路にこのリアクタンス分を打ち消す整合回路を挿入することにより、さらに多くの電流を供給することができる。

[0079] 制御回路 508には、より一般的な論理回路や、さらに進んで小型コンピュータなど、各種の情報処理装置を採用することができる。制御回路 508は、受信回路 507と送信回路 506とを制御して、隣り合う通信素子 105と通信を行い、ネットワークを形成する。このような通信の制御手法については、上記 [特許文献 1]に開示されている技術を適用することができるほか、後述する技術を採用することができる。

[0080] 図 7は、本実施形態における通信素子の送信回路の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

[0081] 本図に示す通り、送信回路 506は、 pMOSトランジスタ 601、ダイオード 602、 nM OSトランジスタ 603を備える。

[0082] 制御回路 508による制御は、 pMOSトランジスタ 601、 nMOSトランジスタ 603のゲート電圧を変化させることによって行う。

(1)制御回路 508は、信号を発しない状態の場合、 nMOSトランジスタ 603のゲートをチップ内でのグラウンド (VSS)電位、 pMOSトランジスタ 601のゲートを VDD電位とする。この場合、両者において、ソース一ドレイン間のインピーダンスは十分高い値になっている。

(2)制御回路 508によって、 nMOSトランジスタ 603および pMOSトランジスタ 601 の両方のゲートに H (High)電位が印加されると、 OUTは L (Low)電位となる。

(3)制御回路 508によって、 nMOSトランジスタ 603および pMOSトランジスタ 601 の両方のゲートに L電位が印加されると、 OUTは H電位となる。

[0083] このように電位を変化させることによって、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間で電磁波を発生させて、信号を伝達するのである。

[0084] なお、 nMOSトランジスタ 603と pMOSトランジスタ 601にはさまれたダイオード 602 は、出力電圧の振幅を調整するために挿入されている。ダイオード 602を設けずに、ここで両者を短絡すると、 OUTの Hレベルは電源電位、 Lレベルはチップ内の接地電位となってしまうが、ダイオード 602を挿入しておくと、その順方向電圧降下分、 L レベルの電位が高くなり、消費電力を節約できる。

[0085] なお、上記の放射インピーダンス Zの抵抗成分 αは突起 104の半径がある値よりも小さくなれば、一定値に収束していく。

[0086] 一方、放射インピーダンス Ζのリアクタンス成分 βは、突起 104の半径を小さくしていくと発散して大きくなる。

[0087] このため、突起 104が小さい場合には、そのまま駆動したのでは電圧変化のェネルギ一が有効に電磁波の波動エネルギーに変換されない場合がある。

[0088] このときには、出力に βを打ち消すインピーダンスを持つコンデンサを正端子 501 と送信回路 506の間、もしくは、図 6 (b)の場合には、負端子 502と送信回路 506の間に直列接続して、インピーダンス整合をとる。

[0089] すると、送信回路 506から見た通信層の負荷を純抵抗とすることが可能となる。この場合、最小の電圧振幅で最大のエネルギーが送出できることとなり、負荷で消費されるエネルギーはそのまま電磁波の波動エネルギーに変換される。

[0090] 送信回路 506と、正端子 501もしくは負端子 502のいずれかと、の間に直列接続されるコンデンサの最適な容量 Coptは、数値計算や実験によって求めることとする。なお、回路構成や形状によっては、インダクタンスを接続することによって、上記のように通信層を純抵抗とすることができる場合もある。この場合についても、数値計算や実験等によって値を求めることとすれば良い。

[0091] なお、通信層において、電流や電磁場は、導体の向かい合う側の表面にしか存在せず、その深さは、表皮深さ (電流振幅が 1 倍になる深さ）として、

ζ = ί2/( ω μ σ )Ϋ^/2

で与えられる。ただしは導電体の透磁率である。

[0092] したがって、通信層の表面付近のみを導電率の小さな材料で置き換え、その背面に十分に導電率の大きい材料を用いれば、信号を減衰させると同時に、直流的な電力供給は十分小さい通信層抵抗を介して行うことが可能になる。

[0093] 図 8は、本実施形態における通信素子の受信回路の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

[0094] 本図に示す通り、受信回路 507は、抵抗 (rl) 701、抵抗 (r2) 702、コンパレータ 70 3を備える。受信回路 507では、抵抗 701と抵抗 702の分圧比によって、受信された電位の変化が H力 Lかの閾値を設定する。

[0095] 図 9は、本実施形態における通信素子の受信回路の他の概要構成を示す回路図である。以下、本図を参照して説明する。

[0096] 本受信回路は、標準的な信号伝達手法の一つである、 ASK (Amplitude Shift Keyi ng)に基づく受信回路の実施例を示している。本方式では、周波数 fの搬送波を一定時間 Tだけ発生するバースト信号の有無によって 1ビットを伝達する。受信回路は、 I N 端子の信号に対し中心周波数とする帯域通過フィルタを施し、増幅したのち整流する。その整流信号を、 1/Tより大きぐはり小さなカットオフ周波数をもつ低域通過フィルタへ通す。その出力を閾値と比較し、最終的にはバースト信号の有無を Hレべルおよび Lレベルに変換して制御回路へと伝達する。

[0097] 信号の搬送波周波数 fと、通信素子への充電用信号周波数 Fは異なる値に設定しておけば、充電によって信号送受信が影響を受けることはない。

[0098] また、コンパレータ 703の入力インピーダンスで決まる入力端子と VSSの間のインピ一ダンスの抵抗成分は、受信回路 507が吸収するエネルギーを最大化する観点からは、放射インピーダンス Zの抵抗成分ひと同程度とすることが望ましい。そして、送信回路 506の場合と同様に、通信層のリアクタンス成分 j8を打ち消すようなコンデンサを、正端子 501と受信回路 507の間に直列接続する。これによつて、受信回路 507 に流入する電力が最大となる。

[0099] このときのコンデンサの最適な容量は、送信回路 506と受信回路 507の入力線の引き回しが同一であれば、 Coptとなるが、実際には数値計算や実験によって求めることとする。

[0100] なお、通信素子 105と第 1導体層 101、第 2導体層 102とが容量結合する場合には、上記の「直列接続されるコンデンサ」が必然的に形成されることになる。

[0101] したがって、このような場合等には、コンデンサをさらに直列接続するのではなぐィンダクタンスを直列接続することによって、上記のように通信層を純抵抗とすることができる場合もある。この場合についても、数値計算や実験等によって値を求めることとすれば良い。

[0102] このように、本実施例によれば、複数の通信素子 105が相互に通信するシート状の通信装置 100を提供することができる。

[0103] さて、一般に、電磁波を用いた通信では、反射による影響を排除する必要があることが多い。これは、本実施例においても同様である。そこで、以下では、反射の影響を排除するための方策について述べる。

[0104] 上記のように、電磁場の減衰を表すパラメータ 7?によれば、第 1導体層 101や第 2 導体層 102の導電率 σを小さくする (抵抗率を高くする）と、電磁波の到達距離が短くなる。したがって、反射の生じそうな場所では、第 1導体層 101や第 2導体層 102の導電率 σを小さくするために、抵抗層を設けることによって、多重回の反射を抑えることができるようになる。

[0105] 図 2における実施例に対して、抵抗層を設けた実施例を図 10に示す。本図（a)では、抵抗層 801を第 1導体層 101に接続し、抵抗層 801と第 2導体層 102との間に絶縁層 106を設けている。本図（b)では、この逆に、抵抗層 801を第 2導体層 102に接続し、抵抗層 801と第 1導体層 101との間に絶縁層 106を設けている。他の形態においても、同様に、抵抗層 801を設けることによって、電磁波の到達距離を調整する。

[0106] 本実施例は、通信素子が隣接する通信素子に信号を伝達し、これを順次繰り返して情報を転送してヽくマルチホップ伝送に好適なものとなってヽる。

[0107] なお、抵抗層 801は、絶縁層 106の内部に埋没させ、第 1導体層 101と第 2導体層

102の両方力絶縁された状態としても良い。

[0108] 図 11は、特殊な形状の通信装置 100に対して、抵抗層 801を設けた方が良い部位を説明する説明図である。

[0109] 本図に示すシート状の通信装置 100は、 2つの大きな島を橋が繋ぐような形状となつている。本図で網カケで表示されている部分力抵抗層 801を配置すべき部位であり、それ以外の部分は、導電率 σは高いままとする。

[0110] まず、形状の辺縁部や領域の屈曲部などでは、反射が起きやすい。そこで、このような場所では、抵抗層を配置する。

[0111] また、本図の例では、孔 103 (図中では丸印で表記されている。）の配置の密度も異なっている。そこで、高密度で通信素子 105が配置されうる場所についても、不要な信号の衝突を避けるために、抵抗層 801を配置して、電磁波の到達距離を短くするのである。

[0112] このような、抵抗層 801を設けるべき領域を選択するための手法としては、以下のようなものが考えられる。すなわち、抵抗層 801がない場合の模擬実験や数値解析を行って、各領域での反射の程度を調べ、その程度が所定の閾値よりも高い領域を選択する手法である。このほか、単位面積あたりの孔 103の数を調べ、これが所定の閾値より高!ヽ領域を選択しても良ヽ。

[0113] シート状の通信装置 100の縁を抵抗層 801など力もなる電磁波吸収体にして反射を防止する手法は、情報信号の反射が防止できるほか、電力信号の反射も防止ができるため、マルチホップ伝送に限らず、各種の通信においても有用である。電力信号の反射がおきると定在波が生じるため、その定在波の節では、通信素子 105への電力の供給の効率が悪化し、場合によっては通信素子 105の充電ができないこととなつてしまうからである。

[0114] このように、抵抗層 801を設けることによって、反射による影響や信号の衝突を防止することがでさるよう〖こなる。

[0115] なお、基本構成は上記実施例と同様とした上で、突起 104と通信素子 105とを一体に構成することもできる。図 12は、そのような実施形態に係る通信装置の断面図を示すものである。

[0116] 本図に示すように、通信装置 100では、第 1導体層 101と第 2導体層 102とが床と天井、通信素子 105が柱となるように、配置されている。絶縁層 106と、部位によっては抵抗層 801とが用意されている。本例では、抵抗層 801は、第 2導体層 102に接するように配置されているが、抵抗層 801を配置する場所は上記実施例と同様に変更することができる。本例の場合には、通信素子 105は、第 1導体層 101と第 2導体層 102とから電力の供給を受けることになる。

[0117] このような態様であっても、複数の通信素子部が相互に通信するシート状の通信装置を実現することができる。

[0118] このほか、第 1導体層 101、絶縁層 106、抵抗層 801、絶縁層 106、第 2導体層 10 2のような 5層構造を採用することもできる。このような構成を採用した場合にも、 σを小さくする効果が得られる一方で、第 1導体層 101、第 2導体層 102の短絡を防止することがでさる。

[0119] また、抵抗層を第 1導体層 101および第 2導体層 102の両方の表面に配置した構造、すなわち、第 1導体層 101、抵抗層 801、絶縁層 106、抵抗層 801、第 2導体層

102のような 5層構造を採用しても、同様な効果が得られる。

[0120] 図 13は、通信素子と第 1導体層、第 2導体層とが接触して接続される場合の、他の実施例の孔付近の形状を示す断面図である。

[0121] 本図（a)に示す例は、電極 202として、ピン状の形状を採用し、突起 104の先端から中へ、電極 202のピン部分を挿入できるような窪みが用意されている。

[0122] 本図（b)に示す例は、突起 104を第 2導体層 102から延ばすのではなぐ通信素子

105から第 2導体層 102へ突起状の形状を設け、その先端に電極 202を設けて、接続を行うものである。第 1導体層 101と絶縁層 106には、通信素子 105の突起状の形状と嵌合する孔が設けられて、る。

[0123] 本図（c)に示す例は、電極 202そのものを本図（b)における突起状の形状として用いるものである。

[0124] このように、外部機器へのコネクタを含む通信素子 105と、これに嵌合する構成とについては、このような種々の形状を採用することができる。

[0125] ここまでは、通信素子 105が通信装置 100の外側にある実施態様について主に説明した。以下では、通信素子 105が、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間に挟まれる態様につ!、て説明する。

[0126] 図 14は、通信素子 105が、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間に挟まれる様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

[0127] 本図（a)に示す例では、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間に通信素子 105が完全に埋め込まれており、通信装置 100と一体ィ匕している。このような場合の通信素子 105は、温度、圧力、湿度、光、電磁波などを検知するセンサや、 RF— IDタグのような情報処理を行うものを考えることができる。

[0128] そして、第 1導体層 101と通信素子 105の電極 201とが対向して容量結合し、第 2 導体層 102と通信素子 105の電極 202とが対向して容量結合して!/、る。

[0129] 図 14 (b) (c) (d)に示す例では、このような電磁波の伝搬を考慮して、抵抗層 801 を設け、反射を防止することとしている。

[0130] 図 14 (b)では、抵抗層 801を第 1導体層 101に接続し、抵抗層 801と通信素子 10

5や第 2導体層 102とは絶縁して、る。

[0131] 図 14 (c)では、抵抗層 801を、第 1導体層 101と通信素子 105の間に絶縁して配置している。

[0132] 図 14 (d)では、抵抗層 801に通信素子 105を絶縁して埋め込むこととしており、第 1導体層 101側の絶縁層 106と、第 2導体層 102側の絶縁層 106と、は、一定の厚さのシートを用いることができるようにして、シートとしての一体性を向上させるとともに、製造を容易にしている。

[0133] 容量結合による通信素子 105の充電、および、通信素子 105が第 1導体層 101および第 2導体層 102の間の電圧の変化、もしくは、第 1導体層 101および第 2導体層 102の間を伝播する電磁波を用いて通信を行う態様については、上述した通りである。

[0134] たとえば、通信装置 100の大きさ (最大辺の長さ）が電磁波長よりも十分に小さ、 ( たとえば、 10分の 1以下）の場合には、第 1導体層 101および第 2導体層 102の間を電磁波が伝播するような状況を想定しなくとも、準定常的な電圧の変化として捉え、電磁波の影響は大きく考えずに集中定数のみで考えることができる。

[0135] たとえば、通信素子 105において、通信に 10MHz程度の周波数の信号を用いると、波長は 30m程度となる。このときに、通信装置 100のシートの大きさとして、 lmから数 m程度を採用した場合に相当する。

[0136] このような場合に、充電を行うために第 1導体層 101と第 2導体層 102に印加する交流電圧の周波数としては、任意のものを利用することができる。

[0137] なお、充電信号の周波数 Fと情報信号の周波数 fは、それぞれ高周波 (電磁波長がシート状の通信装置 100の大きさより小さくなる周波数)、および、低周波 (電磁波長がシート状の通信装置 100の大きさよりより大きくなる周波数)のどちらを選択してもよい。

[0138] 充電信号 Fと情報信号の周波数 1¾^ヽずれも低周波数の場合 (電磁波長が通信装置 100の大きさより大きい場合）には、導体層に充電用交流電源を接続することによつて、情報信号の伝達が妨げられな、ようにする必要がある。

[0139] 図 15は、第 1導体層 101および第 2導体層 102からなる通信層 Cの駆動回路およびその他の付カ卩回路を示す説明図である。

[0140] 本図において、 L1および C1は、その共振周波数 1/(2 π (LI C1))が fに等しくなるように設定する。これにより、情報信号周波数 fにおいては、通信層 Cが高インピーダンスで電源に接続されることになる。

[0141] その上で、充電周波数 F (Fく Dにおいては電源両端でのインピーダンスが小さくなるよう、 C2 (あるいは場合によっては C2にかえてインダクタス L2)を調整し、通信素子 1 05用の通信層への充電電圧 ·電流を確保できるように設定する。

[0142] なお、通信層の容量 Cと Lの共振周波数 1/(2 π (LC》が情報信号搬送周波数 fに等しくなるように Lを接続すると、通信素子 105からみた通信層の駆動インピーダンス (第 1導体層 101の任意の場所とその近傍にある第 2導体層 102の場所との間のインピーダンス）は、周波数 fにおいて大きくなるため、少ない電流で大きな電圧振幅の信号を、第 1導体層 101と第 2導体層 102の間に発生させることができるようになる。

[0143] さて、通信装置 100の大きさが電磁波長に比べて十分に小さい、とは言えない場合、たとえば、通信素子 105が用いる電磁波の周波数力GHz帯以上の場合等には、上記のように、電磁波の伝搬を想定した通信状況を考える必要がある。

[0144] この場合であっても、第 1導体層 101と第 2導体層 102との間隔は、電磁波長よりも小さくすることが望ましい。両者の間隔が大きくなると、発生する電磁波のモード数が多くなるため、信号受信に不利に働くことがあるからである。典型的には、両者の間隔は、電磁波長の半分よりも小さな間隔とする。また、薄いシート状にすることによつて、様々な物体の表面や内部に容易に実装できるようになる。

[0145] なお、上記の実施形態においては、電極 201と電極 202とは、通信素子 105の両側で通信装置 100の厚さ方向にぉ、て重なるように設けられて、るが、これらの位置は、互いに重ならないようにしても良ぐ自由に定めることができる。

[0146] このほか、上記の実施形態において、電磁波吸収体として利用されている部材 (抵抗層 801等）としては、いわゆる「抵抗」ではなぐ「誘電損失の大きな材料」を採用しても良い。抵抗体と誘電体は、いずれも複素誘電率が

ε ( ω ) = ε ( ω ) - j ε ( ω )

で表現することができる。

[0147] 理想的な誘電体では、虚部 ε ι( ω ) = 0であり、実部 ε ω )は定数である。

[0148] 理想的な抵抗を複素誘電体とみなした場合には、導電率を σとすると、虚部 ε ( ω )

= σ / ωで teる ο

[0149] 電磁波の減衰パラメータ r?を、このような複素誘電率で表現することも可能であり、直流では絶縁体であるが、通信周波数では誘電損失が大きな材料は、電磁波吸収体として利用することができる。

[0150] したがって、第 1導体層 101側の絶縁層 106と第 2導体層 102側の絶縁層 106との間に、上記実施形態の抵抗層 801と同様に、誘電損失が大きなシート状の材料を（絶縁層 106とともに)挿入したり、第 1導体層 101側の絶縁層 106と第 2導体層 102側の絶縁層 106との間に、絶縁層 106にかえて、誘電損失が大きな材料等の電磁波吸収体を充填することによって、通信距離を制限することも可能である。

[0151] また、情報信号周波数 fにおいては誘電損失が大きぐ充電信号周波数 Fにおいては誘電損失が小さい材料を選べば、損失なく給電しながら、情報信号の反射を防ぐことができる。

[0152] たとえば、情報信号にマイクロ波を採用して、シート状の通信装置 100の表面や内部の全体に誘電損失が大きなシート状の材料を配置し、情報信号の減衰距離がシートのサイズと同程度になるように設定すれば、情報信号の多重反射が防止できる。

[0153] この材料として、周波数帯によって減衰距離が異なる素材を用いることで、たとえば、電力信号に低周波を用いることで、シート全体に減衰なく信号が届くように設定することがでさる。

[0154] 一般には、誘電損失の周波数特性のうち、減衰距離が短い帯域を情報信号に利用し、減衰距離が長い帯域を充電信号に適用すれば良いことになる。

[0155] したがって、採用する素材によっては、情報信号と充電信号の両方にマイクロ波（ただし周波数は異なる）を利用し、情報信号の伝達距離のみを適宜短く調整することも可能である。

[0156] また、上記実施形態において、電極 201が第 1導体層 101と容量結合し、電極 202 が第 2導体層 102と容量結合しているが、これらの容量結合のいずれか一方を、導体結合とすることも可能である。たとえば、電極 202と第 2導体層 102とを導体結合させる場合には、通信素子 105を第 2導体層 102に直接設置する。この場合の抵抗層 801は、上記の実施形態と同様に、第 2導体層 102と第 1導体層 101との間に適宜配置される。

[0157] このように構成することにより、シート状の通信装置 100が屈曲されたときに、第 1導体層 101と第 2導体層 102の位置ずれをできるだけ防止することができ、通信装置 1 00をより頑丈に構成することができる。それでいて、過大な力が力かった場合には、第 1導体層 101は電極 201に対して横ズレすることが可能で、電極 201および電極 2 02を、それぞれ、第 1導体層 101および第 2導体層 102に導体結合した場合よりも、壊れにくい。

[0158] また、上記実施形態においては、電極 201が第 1導体層 101と容量結合し、電極 2 02が第 2導体層 102と容量結合して、るが、通信素子 105の片面の異なる場所に電極 201、電極 202を配置し、これらが第 1導体層 101 (もしくは、第 2導体層 102)と容量結合するように構成してもよヽ。 [0159] 第 1導体層 101と第 2導体層 102との間を電磁波が伝播することによって通信を行うサイズに通信装置 100が構成されている場合には、電極 201と電極 202の場所が異なれば、電磁波の伝播によって両者の間に電位差が生じうる。したがって、電極 2 01と電極 202が共通する導体層と容量結合する場合であっても、通信ならびに整流充電は可能である。

[0160] (電力供給の実験）

以下では、導体層を 2枚対向させ、その間に通信素子を配置して、通信装置から非接触で通信素子に電力を供給する形態について説明する。

[0161] 図 16は、本実験における通信装置と通信素子、電力供給ユニットの様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。

[0162] 2枚の通信シート 841のそれぞれの両面には導体層が用意されている。その一方は周期 7mm、線太さ lmmのメッシュであり、他方は開口がない厚さ 35 μ mの銅箔である。

[0163] 2枚の通信シート 841の大きさはいずれも 400mm X 60mm、両者の間隔は 3mm になるように固定し、この間に通信素子 105 (インターフェース）を挿入する。また、通信シート 841同士が対向する面は、メッシュ状の側とする。

[0164] 通信シート 841の両面の導体層の表面外側には、厚さ 10 μ mのレジストが塗布されている。これらの導体層の間の絶縁層 106 (基材）として、 FR4 (比誘電率 4.5、厚さ 1.6mmリ用いる。

[0165] 通信シート 841のそれぞれのメッシュの導体層に接続される電力供給ユニット 851 は、発振器を用いて正弦波を供給する。

[0166] この構成は、 2つの通信シート 841を利用している。通信シート 841は単独でも、 2 つの導体層を第 1導体層 101、第 2導体層 102として利用できるものであるが、本実験では、 2つの通信シート 841の対向するメッシュ面を、それぞれ第 1導体層 101および第 2導体層 102とし、両者に挟まれている空間を絶縁層 106とし、絶縁層 106の中に通信素子 105を配置して!/、るのである。

[0167] 図 17は、通信素子における電極配置を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。 [0168] 電極 201、 202は lcm角の正方形であり、 28mmX 25mm X 1.6mmの大きさの通信素子 105 (インターフェース）の上面と下面に離間して埋め込まれる。したがって、通信シート 841との距離や位置は異なることとなる。なお、本実験では、通信素子 10 5 (インターフェース）は、電力供給を測定するだけものであり、送受信のための回路は、抵抗 Rにより代用している。整流には、半波整流回路を採用する。

[0169] (13.5MHz帯、絶縁層内配置の実験結果）

電力供給ユニット 851にて、電圧振幅 10V、周波数 13.56MHzで電圧を変化させる。また、通信素子 105における正端子と負端子を結ぶ抵抗 510の抵抗値は、 2.7k Ωであり、コンデンサ 505の容量は、 10nFである。

[0170] 図 18は、上記の諸元で抵抗 Rの両端に発生する電圧 Vおよび供給される電力 /R を測定した結果を表す表およびグラフである。以下、本図を参照して説明する。

[0171] 本図に示すように、上記諸元により、電子回路を動作させるのに十分な電圧と電力を非接触で供給できることを確認した。特に、 6.8kQ程度の負荷に対して、電子回路を動作可能な 2.8Vの直流電圧を発生でき、 1.2mW程度を消費させることができた。

[0172] (2.4GHz帯、絶縁層内配置の実験結果）

電力供給ユニット 851にて、電圧振幅 4V、周波数 2.54GHzで電圧を変化させる。また、通信素子 105における正端子と負端子を結ぶ抵抗 510の抵抗値は、 510 Ωであり、コンデンサ 505の容量は、 10nFである。

[0173] 図 19は、上記の諸元で抵抗 Rの両端に発生する直流電圧 Vおよび供給される電力 V²/Rを測定した結果を表す表およびグラフである。なお、この際、測定プローブの両端子に 1Μ Ωの抵抗を直列接続し、通信素子のフロートを十分保ったまま直流電圧測定を行なった。以下、本図を参照して説明する。

[0174] 本図に示すように、 510 Ω程度の負荷 Rに対し、電子回路を駆動可能な直流電圧 2 .OVを発生でき、 7.8mW程度を消費できることがわ力つた。負荷 Rが 6.8k Ω以上で、観測される電圧力 V以上になっている力これはシート内で定在波が発生しており、電圧印加点での電圧振幅より、観測地点での電圧振幅が大きくなつているためである。なお、本実験状況においては、通信素子の水平方向配置位置によって負荷尺で消費される電力が変動する。 [0175] さらに、通信素子 105の電極 201、 202の間に出力インピーダンス 50 Ω、周波数帯 2.4GHz,自由状態における電圧振幅 581mVの発振器を接続し、電力供給ユニット 851にかえて電圧測定器を接続した。すると、電圧振幅 338mVの 2.4GHzマイクロ波が観測された。なお、差動モードを用いたときの電圧測定器の入力インピーダンスは 2.4GHzにお!/、て 230 Ω程度である。

[0176] したがって、本構成によれば、電子回路を動作させるのに十分な電圧と電力を非接触で供給でき、さらに素子力もの信号送信も可能であることを確認できる。すなわち、この交流信号の振幅を変調する ASK (Amplitude Shift Keying)、周波数変調する FS K (Frequency Shift Keying)、位相変調する PSK (Phase Shift Keying) の代表的手法のいずれかによつて情報を伝達することができる。

[0177] (2.4GHz帯、絶縁層外配置の実験結果）

上記の実験では、 2つの通信シート 841を対向させることによって、空気を絶縁層 1 06とし、絶縁層 106の中に通信素子 105が配置される状況を作り出し、全体として 1 つの通信装置 100を実現して実験を行った力以下の実験では、 1つの通信シート 8 41の表面に通信素子 105を配置して同様の実験を行った。

[0178] すなわち、通信素子 105の 2つの電極のそれぞれと、 2つの導体層のそれぞれとのその位置が異なるため、一方の電圧の変化が他方に伝達されるので、この差によつて充電や通信を行う態様である。

[0179] 図 20は、本実験における通信装置と通信素子、電力供給ユニットの様子を示す説明図である。

[0180] 通信装置 100、通信素子 105、電力供給ユニット 851のそれぞれの諸元は、上記実験と同様であるが、通信装置 100の表面のレジストの存在により、通信素子 105は通信装置 100の導体層から 10 mだけ離間することになる。

[0181] そして、電圧振幅 1.6V、周波数帯 2.4GHzとし、抵抗 510の値として 510 Ωを採用して、電力供給実験を行った。

[0182] すると、 510 Ω程度の負荷 Rに対し、電子回路を駆動可能な直流電圧 1.3Vを発生でき、 3.3mW程度を消費できることがわ力つた。したがって、センサや通信素子を駆動するのには十分な電力の供給が可能である。 [0183] なお、本実験状況においては、通信素子の水平方向配置位置によって負荷 Rに発生する電圧が変動する。これはシート内で定在波が発生しているためである。

[0184] さらに、通信素子 105の電極 201、 202の間に出力インピーダンス 50 Ω、周波数帯 2.4GHz,自由状態における電圧振幅 1.6Vの信号を印加し、電力供給ユニット 851 にかえて電圧測定器を接続した。すると、電圧振幅 0.75Vの 2.4GHzマイクロ波が観測された。

[0185] したがって、本構成によっても、電子回路を動作させるのに十分な電圧と電力を非接触で供給でき、さらに素子力もの信号送信も可能であることを確認できる。すなわち、この交流信号の振幅を変調する ASK (Amplitude Shift Keying)、周波数変調する FSK (Frequency Shift Keying)、位相変調する PSK (Phase Shift Keying) の代表的手法のいずれかによつて情報を伝達することができる。

[0186] (優先権の主張）

出願人は本願について、平成 17年 12月 8日出願の国際出願 PCTZJP2005Z2 2586、および、平成 18年 3月 24日出願の日本国特許出願特願 2006— 82331を基礎とする優先権を主張するものとし、指定国の国内法令が許す限り、これらの基礎出願の内容を本願にとりこむものとする。

産業上の利用可能性

[0187] 以上説明したように、本発明によれば、通信素子の電源を容易に充電できるシート状の通信装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1のシート導体部、

前記第 1のシート導体部と略平行に配置される第 2のシート導体部、

前記第 1のシート導体部と間接結合する第 1の電極と、前記第 2のシート導体部と間接結合する第 2の電極と、を有する通信素子部

を備え、

前記通信素子部は、前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部との電圧の変化に基づいて変化する前記第 1の電極と前記第 2の電極との電圧の変化を整流充電して電源として動作し、

前記通信素子部は、前記第 1の電極と前記第 2の電極との電圧を変化させること〖こより、前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部との電圧を変化させ、および Zまたは前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部との間に電磁波を伝播させて、前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部とに結合した他の通信機器と通信する

ことを特徴とする通信装置。

[2] 第 1のシート導体部、

前記第 1のシート導体部と間接結合する第 1の電極と、前記第 2のシート導体部と導体結合する第 2の電極と、を有する通信素子部

を備え、

前記通信素子部は、前記第 1の電極と前記第 2の電極との電圧を変化させること〖こより、前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部との電圧を変化させ、および Zまたは前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部との間に電磁波を伝播させて、前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部とに結合した他の通信機器と通信することを特徴とする通信装置。

[3] 請求項 1または 2に記載の通信装置であって、

前記通信素子部は、前記第 1のシート導体部と前記第 2のシート導体部との間に配置される

ことを特徴とする通信装置。

[4] 請求項 3に記載の通信装置であって、

前記第 1のシート導体部と前記通信機器との間には、第 1のシート状の絶縁体が配置され、

前記第 2のシート導体部と前記通信機器との間には、第 2のシート状の絶縁体が配置され、

前記第 1のシート状の絶縁体と、前記第 2のシート状の絶縁体と、前記通信機器と、の間には、これらの間を充填するシート状抵抗が配置される

ことを特徴とする通信装置。

[5] 請求項 4に記載の通信装置であって、

前記シート状抵抗にかえて、誘電損失の大きなシート状体を配置する

ことを特徴とする通信装置。

[6] 請求項 3に記載の通信装置であって、

前記第 1のシート導体部と、前記第 2のシート導体部と、の少なくとも一方は、シート状抵抗である

ことを特徴とする通信装置。

[7] 請求項 1から 3の、ずれ力 1項に記載の通信装置であって、

前記第 1のシート導体部と、前記第 2のシート導体部と、のうち、一方が他方に対向する面には、シート状抵抗が接続され、当該シート状抵抗は、当該他方から絶縁される

ことを特徴とする通信装置。

[8] 請求項 1から 3の、ずれ力 1項に記載の通信装置であって、

前記第 1のシート導体部と、前記第 2のシート導体部と、の間には、これら力絶縁されるシート状抵抗が配置されることを特徴とする通信装置。

[9] 請求項 1から 3の、ずれ力 1項に記載の通信装置であって、

前記第 1のシート導体部の前記第 2のシート導体部に対向する面のうち、前記通信素子部が用いる周波数帯の電磁波が所定の割合よりも高く反射する領域には、シート状抵抗が接続される

ことを特徴とする通信装置。

[10] 請求項 1から 3の、ずれ力 1項に記載の通信装置であって、

前記第 1のシート導体部の前記第 2のシート導体部に対向する面のうち、前記通信素子部が単位面積あたりに配置される数が所定の閾値より高い領域には、シート状抵抗が接続される

ことを特徴とする通信装置。

[11] 請求項 1から 3のいずれ力 1項に記載の通信装置であって、

前記第 1のシート導体部と、前記第 2のシート導体部と、の間に誘電損失の大きな物質を充填する

ことを特徴とする通信装置。

[12] 請求項 1に記載の通信装置であって、

前記第 1の電極および前記第 2の電極と、前記第 2のシート導体部と、は、前記第 1 のシート導体部を挟む位置に配置され、

前記第 1の電極と、前記第 2の電極と、は、前記第 1のシート導体部に対して異なる位置に配置され、

前記第 2の電極は、前記第 2のシート導体部と間接結合するのにかえて、前記第 1 のシート導体部と間接結合する

ことを特徴とする通信装置。