(57)【要約】【課題】複数の電極を用いて電界結合による無線通信を行う通信装置において、通信干渉の抑制と小型化とを実現することができるようにする。【解決手段】無線通信モジュール（１１０）は、無線通信モジュール（１２０）との間で電界結合により差動信号の無線通信を行うための電極として機能する第１の導体（１１３ａ）及び第２の導体（１１３ｂ）を有する。また、無線通信モジュール（１１０）は、無線通信モジュール（１２０）との間で電界結合により無線通信を行うための電極として機能する第３の導体（１１２ａ）及び第４の導体（１１２ｂ）を有する。そして、第１の導体の重心と第２の導体の重心とを結ぶ直線と、第３の導体の重心と第４の導体の重心とを結ぶ直線とが平行でない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信装置であって、
他の無線通信装置との間で電界結合により差動信号の無線通信を行うための電極として機能する第１の導体及び第２の導体と、
前記他の無線通信装置との間で電界結合により無線通信を行うための電極として機能する第３の導体及び第４の導体とを有し、
前記第１の導体の重心と前記第２の導体の重心とを結ぶ直線と、前記第３の導体の重心と前記第４の導体の重心とを結ぶ直線とが、平行でないことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記第１の導体と前記第２の導体は、第１の差動信号の無線通信を行い、
前記第３の導体と前記第４の導体は、第２の差動信号の無線通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第１の導体と前記第２の導体は、差動信号の無線通信を行い、
前記第４の導体は、前記第３の導体の電位を基準電位として、シングルエンド信号の無線通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第１の導体の重心と前記第２の導体の重心とを結ぶ第１の直線と、前記第３の導体の重心と前記第４の導体の重心とを結ぶ第２の直線とが略直交していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１の直線と前記第２の直線との交点は、前記第１の導体の重心と前記第２の導体の重心と前記第３の導体の重心と前記第４の導体の重心とを結ぶ四角形の中に位置することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第１の導体の重心と前記第４の導体の重心との間の距離と、前記第２の導体の重心と前記第４の導体の重心との間の距離とが略等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記第１の導体と前記第４の導体との間の電界結合の結合度と、前記第２の導体と前記第４の導体との間の電界結合の結合度とが略等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第１の導体の重心と前記第３の導体の重心との間の距離と、前記第２の導体の重心と前記第３の導体の重心との間の距離とが略等しいことを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記第１の導体と前記第３の導体との間の電界結合の結合度と、前記第２の導体と前記第３の導体との間の電界結合の結合度とが略等しいことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記第１の導体は、前記第３の導体に比べ、前記第４の導体に近く、
前記第２の導体は、前記第３の導体に比べ、前記第４の導体に近いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記第１の導体と前記第２の導体は、前記他の通信装置に対して、電界結合により信号の無線受信を行い、
前記第３の導体と前記第４の導体は、前記他の通信装置に対して、電界結合により信号の無線送信を行い、または、前記第４の導体は、前記第３の導体の電位を基準電位として、前記他の通信装置に対して、電界結合により信号の無線送信を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記第１の導体と前記第２の導体は、前記他の通信装置に対して、電界結合により信号の無線送信を行い、
前記第３の導体と前記第４の導体は、前記他の通信装置に対して、電界結合により信号の無線受信を行い、または、前記第４の導体は、前記第３の導体の電位を基準電位として、前記他の通信装置に対して、電界結合により信号の無線受信を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
無線通信装置であって、
他の無線通信装置との間で電界結合により差動信号の無線通信を行うための電極として機能する第１の導体及び第２の導体と、
前記他の無線通信装置との間で電界結合により無線通信を行うための電極として機能する第３の導体とを有し、
前記第１の導体の重心と前記第３の導体の重心との間の距離と、前記第２の導体の重心と前記第３の導体の重心との間の距離とが略等しいことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１４】
無線通信装置であって、
他の無線通信装置との間で電界結合により差動信号の無線通信を行うための電極として機能する第１の導体及び第２の導体と、
前記他の無線通信装置との間で電界結合により無線通信を行うための電極として機能する第３の導体とを有し、
前記第１の導体と前記第３の導体との間の電界結合の結合度と、前記第２の導体と前記第３の導体との間の電界結合の結合度とが略等しいことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１５】
第４の導体をさらに有し、
前記第３の導体と前記第４の導体は、前記他の通信装置に対して、電界結合により信号の無線通信を行うことを特徴とする請求項１３または１４に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
第１の無線通信装置と、
第２の無線通信装置とを有し、
前記第１の無線通信装置は、
第１の導体と、
第２の導体と、
第３の導体と、
第４の導体とを有し、
前記第２の無線通信装置は、
第５の導体と、
第６の導体と、
第７の導体と、
第８の導体とを有し、
前記第１の導体と前記第２の導体は、前記第５の導体と前記第６の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行い、
前記第３の導体と前記第４の導体は、前記第７の導体と前記第８の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行い、または、前記第４の導体は、前記第３の導体の電位と前記第７の導体の電位を基準電位として、前記第８の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行い、
前記第１の導体の重心と前記第２の導体の重心とを結ぶ直線と、前記第３の導体の重心と前記第４の導体の重心とを結ぶ直線とが平行でなく、
前記第５の導体の重心と前記第６の導体の重心とを結ぶ直線と、前記第７の導体の重心と前記第８の導体の重心とを結ぶ直線とが平行でないことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１７】
第１の無線通信装置と、
第２の無線通信装置とを有し、
前記第１の無線通信装置は、
第１の導体と、
第２の導体と、
第３の導体とを有し、
前記第２の無線通信装置は、
第４の導体と、
第５の導体と、
第６の導体とを有し、
前記第１の導体と前記第２の導体は、前記第４の導体と前記第５の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行い、
前記第３の導体は、前記第６の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行い、
前記第１の導体の重心と前記第３の導体の重心との間の距離と、前記第２の導体の重心と前記第３の導体の重心との間の距離とが略等しく、
前記第４の導体の重心と前記第６の導体の重心との間の距離と、前記第５の導体の重心と前記第６の導体の重心との間の距離とが略等しいことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１８】
第１の無線通信装置と、
第２の無線通信装置とを有し、
前記第１の無線通信装置は、
第１の導体と、
第２の導体と、
第３の導体とを有し、
前記第２の無線通信装置は、
第４の導体と、
第５の導体と、
第６の導体とを有し、
前記第１の導体と前記第２の導体は、前記第４の導体と前記第５の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行い、
前記第３の導体は、前記第６の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行い、
前記第１の導体と前記第３の導体との間の電界結合の結合度と、前記第２の導体と前記第３の導体との間の電界結合の結合度とが略等しく、
前記第４の導体と前記第６の導体との間の電界結合の結合度と、前記第５の導体と前記第６の導体との間の電界結合の結合度とが略等しいことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１９】
前記第１の無線通信装置は、第７の導体をさらに有し、
前記第２の無線通信装置は、第８の導体をさらに有し、
前記第３の導体と前記第７の導体は、前記第６の導体と前記第８の導体に対して、電界結合により信号の無線通信を行うことを特徴とする請求項１７または１８に記載の無線通信システム。
【請求項２０】
前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置との間で電界結合による無線通信が可能な状態を保ちながら、前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置との少なくとも一方を所定方向に移動させる移動制御手段とを有することを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板またはモジュール間の通信インタフェースの接続方法として、コネクタまたはハーネスが用いられる。しかしながら、コネクタまたはハーネスの接続は、ロボットによる自動化が難しく、人手で行う必要がある。また、機器間の接続にコネクタを用いる場合、防滴規格を準拠するために、配置制約またはカバー等の特別な機構を設ける必要がある。これらの課題を解決する技術として、特許文献１および特許文献２には、電界結合を用いて非接触データ伝送を行う無線通信システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−５２３５号公報
【特許文献２】特開２０１６−２９７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および特許文献２では、送信器と受信器の各々に設けられる結合器（以下、カプラという）を近接配置し、電界結合を用いて無線通信を実現する。以下、送信器のカプラと受信器のカプラの組を、カプラ対と表記する。
【０００５】
全二重双方向通信または多レーン（多系統）通信の無線化を行う場合、カプラ対は２組以上必要となる。しかしながら、複数のカプラ対を近接配置した場合、カプラ対間で電界結合が生じる。その電界結合は、通信干渉となり、通信エラーや通信不能の状況が発生するという課題が生じうる。通信干渉を抑制するために、複数のカプラ対を離して配置すると、カプラの配置のために大きなスペースが必要となるため、特に小型機器へ複数のカプラ対を配置する場合に、小型機器の構造およびデザインに大きな制約を与えうる。
【０００６】
本発明の目的は、複数の電極を用いて電界結合による無線通信を行う通信装置において、通信干渉の抑制と小型化とを実現できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、無線通信装置であって、他の無線通信装置との間で電界結合により差動信号の無線通信を行うための電極として機能する第１の導体及び第２の導体と、前記他の無線通信装置との間で電界結合により無線通信を行うための電極として機能する第３の導体及び第４の導体とを有し、前記第１の導体の重心と前記第２の導体の重心とを結ぶ直線と、前記第３の導体の重心と前記第４の導体の重心とを結ぶ直線とが、平行でないことを特徴とする無線通信装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の電極を用いて電界結合による無線通信を行う通信装置において、通信干渉の抑制と小型化とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無線通信システムの構成例を説明するためのブロック図である。
【図２】通信される電気信号を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】カプラ配置の課題を説明するための図である。
【図４】カプラ配置の効果を説明するための図である。
【図５】他のカプラ構造を説明するための図である。
【図６】カプラ配置の変形例を説明するための図である。
【図７】立体的なカプラ配置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態による無線通信システム１００の構成例を示すブロック図である。無線通信システム１００は、無線通信モジュール１１０および１２０を有し、無線通信モジュール１１０および１２０間の全二重通信を無線化する。全二重通信では、通信モジュール１１０および１２０は、それぞれ、送信と受信を同時に行うことができる。
【００１１】
無線通信モジュール１１０は、無線通信装置であり、送受信回路１１１、カプラ（結合器）１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ、および変換回路１１４を有する。無線通信モジュール１２０は、無線通信装置であり、送受信回路１２１、カプラ１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ、および変換回路１２４を有する。
【００１２】
カプラ対１５０は、無線通信モジュール１１０から無線通信モジュール１２０への送信のためのカプラ１１２ａ，１１２ｂおよびカプラ１２３ａ，１２３ｂの対である。カプラ１１２ａ、１１２ｂ、カプラ１２３ａおよび１２３ｂは、それぞれ、電界結合による無線通信を行うための電極として機能する導体である。カプラ１１２ａとカプラ１２３ａは、相互に、近接して対向配置され、電界結合により、送受信回路１１１の送信端子ＴＸ＋の信号の無線通信を行う。カプラ１１２ｂとカプラ１２３ｂは、相互に、近接して対向配置され、電界結合により、送受信回路１１１の送信端子ＴＸ−の信号の無線通信を行う。
【００１３】
カプラ対１５１は、無線通信モジュール１２０から無線通信モジュール１１０への送信のためのカプラ１２２ａ，１２２ｂおよびカプラ１１３ａ，１１３ｂの対である。カプラ１２２ａ、１２２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂは、それぞれ、電界結合による無線通信を行うための電極として機能する導体である。カプラ１２２ａとカプラ１１３ａは、相互に、近接して対向配置され、電界結合により、送受信回路１２１の送信端子ＴＸ＋の信号の無線通信を行う。カプラ１２２ｂとカプラ１１３ｂは、相互に、近接して対向配置され、電界結合により、送受信回路１２１の送信端子ＴＸ−の信号の無線通信を行う。カプラは例えば、リジット基板やフレキシブル基板などの銅パターンや板金などで形成される。
【００１４】
送受信回路１１１は、送信端子ＴＸ＋およびＴＸ−を介して、カプラ１１２ａおよび１１２ｂに差動送信信号を出力する。送信端子ＴＸ＋の信号と送信端子ＴＸ−の信号は、入力信号Ｖｉであり、相互に位相が反転した２値の差動信号である。カプラ１１２ａは、外部のカプラ１２３ａに対して、電界結合により、送受信回路１１１の送信端子ＴＸ＋の信号を無線送信する。カプラ１１２ｂは、外部のカプラ１２３ｂに対して、電界結合により、送受信回路１１１の送信端子ＴＸ−の信号を無線送信する。カプラ１１２ａとカプラ１１２ｂは、外部のカプラ１２３ａとカプラ１２３ｂに対して、送受信回路１１１の送信端子ＴＸ＋およびＴＸ−の差動信号を無線送信する。
【００１５】
カプラ１２３ａは、外部のカプラ１１２ａに対して、電界結合により、信号を無線受信する。カプラ１２３ｂは、外部のカプラ１１２ｂに対して、電界結合により、信号を無線受信する。カプラ１２３ａとカプラ１２３ｂは、外部のカプラ１１２ａとカプラ１１２ｂに対して、差動信号を無線受信する。
【００１６】
カプラ１２３ａの信号とカプラ１２３ｂの信号は、受信信号Ｖｒである。変換回路１２４は、入力端子ＩＮ＋にカプラ１２３ａの信号を入力し、入力端子ＩＮ−にカプラ１２３ｂの信号を入力し、出力端子ＯＵＴ＋およびＯＵＴ−から差動信号を出力する。出力端子ＯＵＴ＋の信号と出力端子ＯＵＴ−の信号は、出力信号Ｖｏであり、相互に位相が反転した２値の差動信号である。変換回路１２４は、受信信号Ｖｒの波形を整形し、２値の出力信号Ｖｏを復元する。この出力信号Ｖｏは、送受信回路１１１が出力した入力信号Ｖｉと同等の信号である。送受信回路１２１は、受信端子ＲＸ＋およびＲＸ−に、変換回路１２４の出力端子ＯＵＴ＋およびＯＵＴ−の信号をそれぞれ入力し、受信処理を行う。
【００１７】
同様に、送受信回路１２１は、送信端子ＴＸ＋およびＴＸ−を介して、カプラ１２２ａおよび１２２ｂに差動送信信号を出力する。送信端子ＴＸ＋の信号と送信端子ＴＸ−の信号は、入力信号Ｖｉであり、相互に位相が反転した２値の差動信号である。カプラ１２２ａは、外部のカプラ１１３ａに対して、電界結合により、送受信回路１２１の送信端子ＴＸ＋の信号を無線送信する。カプラ１２２ｂは、外部のカプラ１１３ｂに対して、電界結合により、送受信回路１２１の送信端子ＴＸ−の信号を無線送信する。カプラ１２２ａとカプラ１２２ｂは、外部のカプラ１１３ａとカプラ１１３ｂに対して、送受信回路１２１の送信端子ＴＸ＋およびＴＸ−の差動信号を無線送信する。
【００１８】
カプラ１１３ａは、外部のカプラ１２２ａに対して、電界結合により、信号を無線受信する。カプラ１１３ｂは、外部のカプラ１２２ｂに対して、電界結合により、信号を無線受信する。カプラ１１３ａとカプラ１１３ｂは、外部のカプラ１２２ａとカプラ１２２ｂに対して、差動信号を無線受信する。
【００１９】
カプラ１１３ａの信号とカプラ１１３ｂの信号は、受信信号Ｖｒである。変換回路１１４は、入力端子ＩＮ＋にカプラ１１３ａの信号を入力し、入力端子ＩＮ−にカプラ１１３ｂの信号を入力し、出力端子ＯＵＴ＋およびＯＵＴ−から差動信号を出力する。出力端子ＯＵＴ＋の信号と出力端子ＯＵＴ−の信号は、出力信号Ｖｏであり、相互に位相が反転した２値の差動信号である。変換回路１１４は、受信信号Ｖｒの波形を整形し、２値の出力信号Ｖｏを復元する。この出力信号Ｖｏは、送受信回路１２１が出力した入力信号Ｖｉと同等の信号である。送受信回路１１１は、受信端子ＲＸ＋およびＲＸ−に、変換回路１１４の出力端子ＯＵＴ＋およびＯＵＴ−の信号をそれぞれ入力し、受信処理を行う。
【００２０】
図２は、図１の入力信号Ｖｉ、受信信号Ｖｒおよび出力信号Ｖｏの例を示すタイミングチャートである。図２では、入力信号Ｖｉは端子ＴＸ＋の信号を示し、受信信号Ｖｒは端子ＩＮ＋の信号を示し、出力信号Ｖｏは受信端子ＲＸ＋の信号を示す。ただし、端子ＴＸ−の入力信号Ｖｉ、端子ＩＮ−の受信信号Ｖｒ、および受信端子ＲＸ−の出力信号Ｖｏも同様である。
【００２１】
入力信号Ｖｉおよび出力信号Ｖｏは、２値のデジタル信号である。１ユニットインターバル（ＵＩ）は、デジタル信号のビット列のうちの１つのビットの長さである。受信信号Ｖｒは、アナログ信号である。
【００２２】
以下、無線通信モジュール１１０から無線通信モジュール１２０への送信の場合の入力信号Ｖｉ、受信信号Ｖｒおよび出力信号Ｖｏを例に説明する。なお、無線通信モジュール１２０から無線通信モジュール１１０への送信の場合の入力信号Ｖｉ、受信信号Ｖｒおよび出力信号Ｖｏも同様である。
【００２３】
入力信号Ｖｉは、送受信回路１１１からカプラ１１２ａおよび１１２ｂに入力される信号である。受信信号Ｖｒは、カプラ１２３ａおよび１２３ｂから変換回路１２４に入力される信号である。出力信号Ｖｏは、変換回路１２４から送受信回路１２１に入力される信号である。
【００２４】
送受信回路１１１は、“１”または“０”を示す２値のデジタル信号を、入力信号Ｖｉとして、カプラ１１２ａおよび１１２ｂに出力する。カプラ１１２ａとカプラ１２３ａは、電界結合されているため、低域では結合が弱く、高域では結合が強くなるＨＰＦ（ハイパスフィルタ）に似た伝達特性を有する。そのため、カプラ１２３ｂは、入力信号Ｖｉのうちの高周波成分のみがカプラ１１２ａから伝達され、受信信号Ｖｒを受信する。理想的には、図２のように、受信信号Ｖｒは、入力信号Ｖｉが不完全微分された波形となる。カプラ１１２ｂ，１２３ｂ，１１３ａ，１２２ａ，１１３ｂおよび１２２ｂも、上記のカプラ１１２ａおよび１２３ａと同様である。
【００２５】
変換回路１２４は、受信信号Ｖｒに対して信号整形を行い、送受信回路１１１が出力した“１”または“０”を示す２値の入力信号Ｖｉを復元し、出力信号Ｖｏを出力する。変換回路１２４は、例えばヒステリシスコンパレータによって実現される。ヒステリシスコンパレータは、入力端子ＩＮ＋の信号から入力端子ＩＮ−の信号を減算した結果と閾値とを比較し、出力信号Ｖｏを出力する。変換回路１１４も、上記の変換回路１２４と同様である。このようにして、無線通信モジュール１１０と無線通信モジュール１２０は、相互に、電界結合により、非接触の無線通信を行うことができる。
【００２６】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの配置の一例を説明するための図である。図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて、カプラの配置に応じて生じる干渉について説明する。図３（ａ）は、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの配置を示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のカプラの配置の場合に生じる通信干渉を説明するための信号の波形図である。
【００２７】
送受信回路１１１の送信端子ＴＸ＋は、入力信号Ｖｉ＋＿ｕをカプラ１１２ａに出力する。送受信回路１１１の送信端子ＴＸ−は、入力信号Ｖｉ−＿ｕをカプラ１１２ｂに出力する。入力信号Ｖｉ＿ｕは、（Ｖｉ＋＿ｕ）−（Ｖｉ−＿ｕ）の信号である。
【００２８】
カプラ１２３ａは、受信信号Ｖｒ＋＿ｕを変換回路１２４の入力端子ＩＮ＋に出力する。カプラ１２３ｂは、受信信号Ｖｒ−＿ｕを変換回路１２４の入力端子ＩＮ−に出力する。受信信号Ｖｒ＿ｕは、（Ｖｒ＋＿ｕ）−（Ｖｒ−＿ｕ）の信号である。
【００２９】
送受信回路１２１の送信端子ＴＸ＋は、入力信号Ｖｉ＋＿ｄをカプラ１２２ａに出力する。送受信回路１２１の送信端子ＴＸ−は、入力信号Ｖｉ−＿ｄをカプラ１２２ｂに出力する。入力信号Ｖｉ＿ｄは、（Ｖｉ＋＿ｄ）−（Ｖｉ−＿ｄ）の信号である。
【００３０】
カプラ１１３ａは、受信信号Ｖｒ＋＿ｄを変換回路１１４の入力端子ＩＮ＋に出力する。カプラ１１３ｂは、受信信号Ｖｒ−＿ｄを変換回路１１４の入力端子ＩＮ−に出力する。受信信号Ｖｒ＿ｄは、（Ｖｒ＋＿ｄ）−（Ｖｒ−＿ｄ）の信号である。
【００３１】
カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂは、それぞれ、長方形の導体であり、長手方向が相互に平行である。カプラ対１５０および１５１は、相互に近接して配置されている。
【００３２】
入力信号Ｖｉ＋＿ｕおよびＶｉ−＿ｕは、図３（ｂ）のように、レベル変化する差動信号である。ここで、説明の簡単のため、入力信号Ｖｉ＋＿ｄおよびＶｉ−＿ｄは、それぞれ、レベル変化しない場合を説明する。
【００３３】
理想的には、入力信号Ｖｉ＋＿ｄおよびＶｉ−＿ｄがレベル変化しないので、受信信号Ｖｒ＋＿ｄおよびＶｒ−＿ｄも、レベル変化しない。
【００３４】
しかし、カプラ１１３ａは、カプラ１１２ａに近接配置されているため、カプラ１１３ａおよび１１２ａ間の電界結合が支配的になる。その結果、カプラ１１３ａは、カプラ１１２ａに対する電界結合により、図３（ｂ）に示すように、カプラ１１２ａの入力信号Ｖｉ＋＿ｕを不完全微分した立ち上がりエッジの受信信号Ｖｒ＋＿ｄを受信する。
【００３５】
同様に、カプラ１１３ｂは、カプラ１１２ｂに近接配置されているため、カプラ１１３ｂおよび１１２ｂ間の電界結合が支配的になる。その結果、カプラ１１３ｂは、カプラ１１２ｂに対する電界結合により、図３（ｂ）に示すように、カプラ１１２ｂの入力信号Ｖｉ−＿ｕを不完全微分した立ち下がりエッジの受信信号Ｖｒ−＿ｄを受信する。
【００３６】
受信信号Ｖｒ＿ｄは、（Ｖｒ＋＿ｄ）−（Ｖｒ−＿ｄ）の信号であり、図３（ｂ）に示すように、大きなノイズ波形となる。受信信号Ｖｒ＿ｄの波形は、干渉波形（ノイズ）であり、通信エラーまたは通信不能の原因になる。
【００３７】
変換回路１１４は、受信信号Ｖｒ＋＿ｄから受信信号Ｖｒ−＿ｄを減算した受信信号Ｖｒ＿ｄと閾値とを比較し、出力信号Ｖｏを出力する。変換回路１１４は、ノイズの受信信号Ｖｒ＿ｄが閾値より大きいので、出力信号Ｖｏがレベル変化し、誤った２値の出力信号Ｖｏを出力してしまう。これにより、通信エラーが発生してしまう。
【００３８】
上記ではカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂについて説明したが、カプラ１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂについても同様の通信干渉が発生する。以上のように、カプラ対１５０とカプラ対１５１が近接しており、カプラ対１５０とカプラ対１５１との間の電界結合が発生すると、ノイズが発生し、通信エラーの原因になる。ただし、カプラ対１５０とカプラ対１５１を離して配置すると、大きなスペースが必要となり、無線通信モジュール１１０および１２０の各々が大型化するデメリットがある。
【００３９】
また、カプラ対１５０とカプラ対１５１との間にグランド線を配置する場合も、大きなスペースが必要となり、無線通信モジュール１１０および１２０の各々が大型化するデメリットがある。
【００４０】
本実施形態では、上記の課題を解決するため、図４（ａ）に示すカプラ配置により、カプラ対１５０とカプラ対１５１とを近接配置しつつ、通信干渉の発生を抑制する。これにより、無線通信モジュール１１０および１２０の各々を小型化することができる。
【００４１】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、本実施形態によるカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの配置の効果を説明するための図である。図４（ａ）は、本実施形態によるカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの配置例を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のカプラの配置による通信干渉抑制効果を説明するための信号の波形図である。
【００４２】
カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂは、それぞれ、長方形の導体である。カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの長手方向は、相互に平行である。また、カプラ１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａおよび１２２ｂの長手方向は、相互に平行である。また、カプラ対１５０の長手方向とカプラ対１５１の長手方向は、相互に直交している。すなわち、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの長手方向は、カプラ１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａおよび１２２ｂの長手方向に対して、直交している。なお、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの長手方向は、カプラ１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａおよび１２２ｂの長手方向に対して、略直交していればよい。カプラ対１５０および１５１は、相互に近接して配置されている。
【００４３】
入力信号Ｖｉ＋＿ｕおよびＶｉ−＿ｕは、図４（ｂ）のように、レベル変化する差動信号である。ここで、説明の簡単のため、入力信号Ｖｉ＋＿ｄおよびＶｉ−＿ｄは、それぞれ、レベル変化しない場合を説明する。
【００４４】
理想的には、入力信号Ｖｉ＋＿ｄおよびＶｉ−＿ｄがレベル変化しないので、受信信号Ｖｒ＋＿ｄおよびＶｒ−＿ｄも、レベル変化しない。
【００４５】
しかし、カプラ１１３ａは、カプラ１１２ｂに近接配置されているため、カプラ１１３ａおよび１１２ｂ間の電界結合が支配的になる。その結果、カプラ１１３ａは、カプラ１１２ｂに対する電界結合により、図４（ｂ）に示すように、カプラ１１２ｂの入力信号Ｖｉ−＿ｕを不完全微分した立ち下がりエッジの受信信号Ｖｒ＋＿ｄを受信する。
【００４６】
同様に、カプラ１１３ｂは、カプラ１１２ｂに近接配置されているため、カプラ１１３ｂおよび１１２ｂ間の電界結合が支配的になる。その結果、カプラ１１３ｂは、カプラ１１２ｂに対する電界結合により、図４（ｂ）に示すように、カプラ１１２ｂの入力信号Ｖｉ−＿ｕを不完全微分した立ち下がりエッジの受信信号Ｖｒ−＿ｄを受信する。受信信号Ｖｒ＋＿ｄおよびＶｒ−＿ｄは、相互に略同じ信号である。
【００４７】
受信信号Ｖｒ＿ｄは、（Ｖｒ＋＿ｄ）−（Ｖｒ−＿ｄ）の信号であり、図４（ｂ）に示すように、略０［Ｖ］になる。受信信号Ｖｒ＿ｄの波形は、干渉波形（ノイズ）が抑制された波形であり、通信エラーまたは通信不能を防止することができる。
【００４８】
変換回路１１４は、受信信号Ｖｒ＋＿ｄから受信信号Ｖｒ−＿ｄを減算した受信信号Ｖｒ＿ｄと閾値とを比較し、出力信号Ｖｏを出力する。変換回路１１４は、受信信号Ｖｒ＿ｄが閾値より小さいので、正しい２値信号を出力信号Ｖｏとして出力することができる。これにより、通信エラーを防止することができる。
【００４９】
上記ではカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂについて説明したが、カプラ１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂについても同様の通信干渉を抑制することができる。以上のように、カプラ対１５０の長手方向とカプラ対１５１の長手方向を相互に直交させるように配置することにより、カプラ対１５０とカプラ対１５１とを近接配置しつつ、通信干渉の発生を抑制することができる。これにより、無線通信モジュール１１０および１２０の各々を小型化することができる。
【００５０】
なお、図４（ａ）では、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂは、長方形として説明したが、これに限定されず、電界結合されるものであればいかなる形状でもよい。カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂは、例えば、図５（ａ）のように円形でもよいし、他の形状（台形または多角形など）であってもよい。また、送受信のカプラ形状及びサイズは同一でなくても構わない。例えば、カプラ１１２a、１１２ｂは長方形、カプラ１２２a、１２２ｂは円形であっても良い。
【００５１】
図５（ａ）のカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂは、図４（ａ）のカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂに対して、形状のみが異なる。図５（ａ）のカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂの形状は、円形である。同様に、カプラ１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１２３ｂの形状も、円形である。
【００５２】
図４（ａ）および図５（ａ）では、カプラ１１２ａの重心とカプラ１１２ｂの重心とを結ぶ直線５００と、カプラ１１３ａの重心とカプラ１１３ｂの重心とを結ぶ直線５０１が略直交している。同様に、カプラ１２２ａの重心とカプラ１２２ｂの重心とを結ぶ直線と、カプラ１２３ａの重心とカプラ１２３ｂの重心とを結ぶ直線が略直交している。
【００５３】
なお、略直交に限定されない。カプラ１１２ａの重心とカプラ１１２ｂの重心とを結ぶ直線５００と、カプラ１１３ａの重心とカプラ１１３ｂの重心とを結ぶ直線５０１が平行でなければよい。同様に、カプラ１２２ａの重心とカプラ１２２ｂの重心とを結ぶ直線と、カプラ１２３ａの重心とカプラ１２３ｂの重心とを結ぶ直線が平行でなければよい。
【００５４】
図５（ｂ）は、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂの他の配置例を示す図である。カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂは、円形である。同様に、カプラ１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１１３ｂは、円形である。カプラ１１２ａの重心とカプラ１１２ｂの重心とを結ぶ直線５００と、カプラ１１３ａの重心とカプラ１１３ｂの重心とを結ぶ直線５０１が平行でない。同様に、カプラ１２２ａの重心とカプラ１２２ｂの重心とを結ぶ直線と、カプラ１２３ａの重心とカプラ１２３ｂの重心とを結ぶ直線が平行でない。
【００５５】
また、図５（ａ）と図５（ｂ）では、カプラ１１２ｂの重心とカプラ１１３ａの重心との間の距離Ｌａと、カプラ１１２ｂの重心とカプラ１１３ｂの重心との間の距離Ｌｂとが略等しい。これにより、カプラ１１２ｂとカプラ１１３ａとの間の電界結合の結合度と、カプラ１１２ｂとカプラ１１３ｂとの間の電界結合の結合度とが略等しくなる。
【００５６】
同様に、カプラ１２３ｂの重心とカプラ１２２ａの重心との間の距離Ｌａと、カプラ１２３ｂの重心とカプラ１２２ｂの重心との間の距離Ｌｂとが略等しい。これにより、カプラ１２３ｂとカプラ１２２ａとの間の電界結合の結合度と、カプラ１２３ｂとカプラ１２２ｂとの間の電界結合の結合度とが略等しくなる。
【００５７】
また、図５（ａ）では、カプラ１１２ａの重心とカプラ１１３ａの重心との間の距離と、カプラ１１２ａの重心とカプラ１１３ｂの重心との間の距離とが略等しい。これにより、カプラ１１２ａとカプラ１１３ａとの間の電界結合の結合度と、カプラ１１２ａとカプラ１１３ｂとの間の電界結合の結合度とが略等しくなる。
【００５８】
同様に、カプラ１２３ａの重心とカプラ１２２ａの重心との間の距離と、カプラ１２３ａの重心とカプラ１２２ｂの重心との間の距離とが略等しい。これにより、カプラ１２３ａとカプラ１２２ａとの間の電界結合の結合度と、カプラ１２３ａとカプラ１２２ｂとの間の電界結合の結合度とが略等しくなる。
【００５９】
また、カプラ１１３ａは、カプラ１１２ａに比べ、カプラ１１２ｂに近い。カプラ１１３ｂは、カプラ１１２ａに比べ、カプラ１１２ｂに近い。
【００６０】
同様に、カプラ１２２ａは、カプラ１２３ａに比べ、カプラ１２３ｂに近い。カプラ１２２ｂは、カプラ１２３ａに比べ、カプラ１２３ｂに近い。
【００６１】
図５（ｃ）は、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂの他の配置例を示す図である。カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａおよび１１３ｂは、円形である。同様に、カプラ１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａおよび１１３ｂは、円形である。カプラ１１２ａの重心とカプラ１１２ｂの重心とを結ぶ直線５００と、カプラ１１３ａの重心とカプラ１１３ｂの重心とを結ぶ直線５０１が平行でない。同様に、カプラ１２２ａの重心とカプラ１２２ｂの重心とを結ぶ直線と、カプラ１２３ａの重心とカプラ１２３ｂの重心とを結ぶ直線が平行でない。また、直線５００と直線５０１が略直交している。また、直線５００と直線５０１の交点は、カプラ１１２ａの重心とカプラ１１２ｂの重心とカプラ１１３ａの重心とカプラ１１３ｂの重心とを結ぶ四角形の中に位置している。
【００６２】
上記では、カプラ１１２ａおよび１１２ｂが差動信号を送信し、カプラ１１３ａおよび１１３ｂが差動信号を受信する場合を説明したが、これに限定されない。カプラ１１２ａおよび１１２ｂがシングルエンド信号を送信し、カプラ１１３ａおよび１１３ｂが差動信号を受信してもよい。また、カプラ１１２ａおよび１１２ｂが差動信号を送信し、カプラ１１３ａおよび１１３ｂがシングルエンド信号を受信してもよい。
【００６３】
図５（ｄ）および図５（ｅ）は、カプラ１１２、１１３ａおよび１１３ｂの配置例を示す図である。図５（ｄ）は、図５（ａ）に対して、差動信号の通信のためのカプラ１１２ａおよび１１２ｂの代わりに、シングルエンド信号の通信のためのグランド導体ＧＮＤおよびカプラ１１２を設けたものである。図５（ｅ）は、図５（ｂ）に対して、差動信号の通信のためのカプラ１１２ａおよび１１２ｂの代わりに、シングルエンド信号の通信のためのグランド導体ＧＮＤおよびカプラ１１２を設けたものである。図５（ｄ）および図５（ｅ）のカプラ１１３ａおよび１１３ｂは、それぞれ、図５（ａ）および図５（ｂ）のものと同様である。グランド導体ＧＮＤは、グランド電位の導体であり、カプラ１１２の近傍に配置され、カプラ１１２がシングルエンド信号を送信するための基準電位の導体である。カプラ１１２は、例えば円形の導体であり、送受信回路１１１からシングルエンド信号を入力する。
【００６４】
同様に、差動信号の通信のためのカプラ１２３ａおよび１２３ｂの代わりに、シングルエンド信号の通信のためのカプラ１２３およびグランド導体ＧＮＤが設けられる。カプラ１２３は、例えば円形の導体であり、変換回路１２４にシングルエンド信号を出力する。
【００６５】
カプラ１１２は、無線通信モジュール１１０内のグランド導体ＧＮＤの電位と無線通信モジュール１２０内のグランド導体ＧＮＤの電位を基準電位として、外部のカプラ１２３に対して、電界結合によりシングルエンド信号の無線送信を行う。カプラ１２３は、無線通信モジュール１２０内のグランド導体ＧＮＤの電位と無線通信モジュール１１０内のグランド導体ＧＮＤの電位を基準電位として、外部のカプラ１１２に対して、電界結合によりシングルエンド信号の無線受信を行う。
【００６６】
カプラ１１２の重心は、カプラ１１３ａの重心とカプラ１１３ｂの重心とを結ぶ直線５０１の上に位置しない。また、カプラ１１２の重心とカプラ１１３ａの重心との間の距離Ｌａと、カプラ１１２の重心とカプラ１１３ｂの重心との間の距離Ｌｂとが略等しい。これにより、カプラ１１２とカプラ１１３ａとの電界結合の結合度と、カプラ１１２とカプラ１１３ｂとの電界結合の結合度とが略等しくなる。このカプラ配置により、カプラ対１５０とカプラ対１５１とを近接配置することができる。
【００６７】
同様に、カプラ１２３の重心は、カプラ１２２ａの重心とカプラ１２２ｂの重心とを結ぶ直線の上に位置しない。また、カプラ１２３の重心とカプラ１２２ａの重心との間の距離と、カプラ１２３の重心とカプラ１２２ｂの重心との間の距離とが略等しい。これにより、カプラ１２３とカプラ１２２ａとの電界結合の結合度と、カプラ１２３とカプラ１２２ｂとの電界結合の結合度とが略等しくなる。
【００６８】
なお、変換回路１１４および１２４は、微分波形の受信信号Ｖｒを整形し、“１”または“０”を示す２値のデジタル信号である出力信号Ｖｏを出力する例を説明したが、これに限定されない。無線通信システム１００は、カプラ間の電界結合を用いるものであればよく、無線の方式はいかなる方式（ＲＦ変調を施す方式など）にも適用可能である。
【００６９】
また、本実施形態の無線通信システム１００は、上り／下り双方向の通信を行う通信システムとして記載したが、これに限定されるものではない。例えば、カプラ対１５０およびカプラ対１５１を同じ方向の通信に用いて、２レーン（２系統）の上り、または２レーンの下りのみの片方向通信を行う通信システムにも、本実施形態で説明したカプラ配置を適用できる。また、２レーンでの通信に限定されず、カプラ対を３つ以上用いた３レーン以上の通信によって、双方向通信または片方向通信を行う通信システムも、本実施形態の適用範囲である。
【００７０】
また、本実施形態では、カプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３a、及び１１３ｂと、カプラ１２２a、１２２ｂ、１２３a、及び１２３ｂとは、同一平面上に形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６（ａ）に示すようにカプラ対１５０と１５１とが高さが異なる平面上に配置されていても良いし、図６（ｂ）に示すようにこれらのカプラが曲面上に配置されても良い。カプラ対１５０とカプラ対１５１との配置の高さを異ならせることで、干渉をより抑制できる。
【００７１】
また、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、カプラ対１５０及びカプラ対１５１が立体的に配置されることで、干渉を抑制するための直交性が実現されても良い。図７（ａ）は、立体的配置の一例におけるカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ、及び１１３ｂの斜視図である。図７（ｂ）は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により定義される座標系７００のＹ軸方向から、図７（ｃ）はＺ軸方向から見た図である。このような立体的配置によっても、一方のカプラ対から発せられる電磁界が他方のカプラ対へ与える影響が少なくとも一部相殺され、通信干渉を抑制することができる。
【００７２】
例えばカプラ１１２ａ、１１２ｂ、１１３a及び１１３ｂ（無線通信モジュール１１０が有する第１カプラセット）のＹ軸方向の長さを、カプラ１２２a、１２２ｂ、１２３a及び１２３ｂ（無線通信モジュール１２０が有する第２カプラセット）より長く形成する。第１カプラセットと第２カプラセットの少なくとも何れかをＹ軸方向に移動可能な構成としてもよい。このような構成によれば、カプラ対１５０と１５１との電界結合を保ちながら、無線通信モジュール１１０と無線通信モジュール１２０との相対位置を所定の方向に変化させることができ、且つカプラ対１５０と１５１との間の通信干渉を抑制できる。すなわち、無線通信モジュール１１０と無線通信モジュール１２０との間で無線通信が可能な状態を保ちながら、無線通信モジュール１１０と無線通信モジュール１２０との少なくとも一方を所定方向に移動させることができる。無線通信モジュールの移動には、例えばモータによる移動制御部の動力を用いることができる。
【００７３】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００  無線通信システム、１１０，１２０  無線通信モジュール、１１１，１２１  送受信回路、１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ，１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ  カプラ、１１４，１２４  変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020178165.tif 000007
【図６】
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【図７】
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