(57)【要約】【課題】  シート状の良導体に挟まれた領域の電磁波伝達特性の分布から、圧力や光、温度、音圧などの分布を求めるのに好適なセンサ装置を提供する。【解決手段】  センサ装置１０１の第１導電層１１１と第２導電層１１２はシート形状の良導体であり、送受信素子１１５は、その間に挟まれるセンシング領域１１３に電磁波を送出して、自身もしくは他の送受信素子１１５から送出された電磁波がセンシング領域１１３を介して伝達した際の電磁波の強度、位相の変化、到達時間等を計測し、外部のコンピュータ等に設けられる推定部は、送受信素子１１５の受信結果から、センシング領域１１３における電磁波伝達特性値の分布を推定し、出力部は、そのそれぞれに対応付けられる物理量を測定値の分布として出力する。【選択図】  図２
2006322730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
布状、紙状、箔状、膜状、板状もしくはメッシュ状の形状の第１導電層、
前記第１導電層と略等間隔を保つように配置される布状、紙状、箔状、膜状、板状もしくはメッシュ状の形状の第２導電層、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、に挟まれる領域に電磁波を送信する複数の送信部、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、に挟まれる領域を介して、前記複数のそれぞれから送信された電磁波を受信する複数の受信部、
前記複数の送信部の位置と、前記複数の受信部の位置と、前記複数の送信部のそれぞれが送信した信号を前記複数の受信部のそれぞれが受信した際の信号と、から、前記第１導電層と、前記第２導電層と、に挟まれる領域の電磁波伝達特性値の分布を推定する推定部、
前記推定された電磁波伝達特性値にあらかじめ対応付けられた値を取得して、当該取得された値の分布を前記第１導電層と、前記第２導電層と、に挟まれる領域の測定値の分布として出力する出力部
を備え、前記第１導電層と、前記第２導電層と、は、少なくとも、前記複数の送信部のそれぞれが送信する電磁波の周波数帯において、良導体であることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間に、圧力の変化によって当該周波数帯の電磁波の減衰率が変化する部材を配置する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の少なくとも一方は、圧力の変化によって当該周波数帯における抵抗率が変化する部材を用いる
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の少なくとも一方は、光をこれらの間に通過させ、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間に、光によってキャリアが変化する部材を配置する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間に、温度によってキャリアが変化する部材を配置する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間に配置される部材は、有機半導体である
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間に挟まれる領域の周縁部に、電磁波吸収体を配置する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間に挟まれる領域のうち、前記電磁波吸収体が配置される領域と、そうでない領域との境界は、鋸形の形状を有する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のセンサ装置であって、
前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間には電圧が印加され、
前記複数の送信部と、前記複数の受信部と、は、前記第１導電層と、前記第２導電層と、の間の電位差を電源電圧として動作する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１０】
布状、紙状、箔状、膜状、板状もしくはメッシュ状の形状の第１誘電層、
前記第１誘電層と略等間隔を保つように配置される布状、紙状、箔状、膜状、板状もしくはメッシュ状の形状の第２誘電層、
前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、に挟まれる領域に電磁波を送信する複数の送信部、
前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、に挟まれる領域を介して、前記複数のそれぞれから送信された電磁波を受信する複数の受信部、
前記複数の送信部の位置と、前記複数の受信部の位置と、前記複数の送信部のそれぞれが送信した信号を前記複数の受信部のそれぞれが受信した際の信号と、から、前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、に挟まれる領域の電磁波伝達特性値の分布を推定する推定部、
前記推定された電磁波伝達特性値にあらかじめ対応付けられた値を取得して、当該取得された値の分布を前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、に挟まれる領域の測定値の分布として出力する出力部
を備え、前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、の誘電率は、少なくとも、前記複数の送信部のそれぞれが送信する電磁波の周波数帯において、前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、に挟まれる領域の誘電率と異なる
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のセンサ装置であって、
前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、の誘電率は、前記第１誘電層と、前記第２誘電層と、に挟まれる領域の誘電率より小さい
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１２】
布状、紙状、箔状、膜状、板状もしくはメッシュ状の形状の誘電層、
前記第１誘電層と略等間隔を保つように配置される布状、紙状、箔状、膜状、板状もしくはメッシュ状の形状の導電層、
前記誘電層と、前記導電層と、に挟まれる領域に電磁波を送信する複数の送信部、
前記誘電層と、前記導電層と、に挟まれる領域を介して、前記複数のそれぞれから送信された電磁波を受信する複数の受信部、
前記複数の送信部の位置と、前記複数の受信部の位置と、前記複数の送信部のそれぞれが送信した信号を前記複数の受信部のそれぞれが受信した際の信号と、から、前記誘電層と、前記導電層と、に挟まれる領域の電磁波伝達特性値の分布を推定する推定部、
前記推定された電磁波伝達特性値にあらかじめ対応付けられた値を取得して、当該取得された値の分布を前記誘電層と、前記導電層と、に挟まれる領域の測定値の分布として出力する出力部
を備え、前記誘電層の誘電率は、少なくとも、前記複数の送信部のそれぞれが送信する電磁波の周波数帯において、前記誘電層と、前記導電層と、に挟まれる領域の誘電率と異なる
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のセンサ装置であって、
前記誘電層の誘電率は、前記誘電層と、前記導電層と、に挟まれる領域の誘電率より小さい
ことを特徴とするセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状（布状、紙状、箔状、膜状、板状、フィルム状もしくはメッシュ状）の良導体に挟まれた領域の電磁波伝達特性の分布から、圧力や光、温度、音圧などの分布を求めるのに好適なセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シート状（布状、紙状、箔状、板状、メッシュ状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの。）の良導体（通信に用いる信号周波数帯において良導体であれば、直流に対する良導体でなくても良い。）を用いた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く、シート状の部材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】
[特許文献１]では、シート状の部材に特別に設けられたコネクタを介して外部の通信機器同士が通信する技術が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、上記のようなシート状の通信装置と同時に利用する場合などに好適な構造を有し、圧力、光、温度、音圧などの各種の物理量を測定するセンサ装置が求められている。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためのもので、シート状の良導体に挟まれた領域の電磁波伝達特性の分布から、圧力や光、温度、音圧などの分布を求めるのに好適なセンサ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】
【０００６】
本発明に係るセンサ装置は、第１導電層、第２導電層、複数の送信部、複数の受信部、推定部、出力部を備え、以下のように構成する。
【０００７】
まず、第１導電層は、布状、紙状、箔状、膜状、板状、フィルム状もしくはメッシュ状の形状である。
【０００８】
次に、第２導電層は、第１導電層と略等間隔を保つように配置され、布状、紙状、箔状、膜状、板状、フィルム状もしくはメッシュ状の形状である。
【０００９】
さらに、複数の送信部は、第１導電層と、第２導電層と、に挟まれる領域に電磁波を送信する。
【００１０】
そして、複数の受信部は、第１導電層と、第２導電層と、に挟まれる領域を介して、複数のそれぞれから送信された電磁波を受信する。
【００１１】
一方、推定部は、複数の送信部の位置と、複数の受信部の位置と、複数の送信部のそれぞれが送信した信号を複数の受信部のそれぞれが受信した際の信号と、から、第１導電層と、第２導電層と、に挟まれる領域の電磁波伝達特性値の分布を推定する。
【００１２】
さらに、出力部は、推定された電磁波伝達特性値にあらかじめ対応付けられた値を取得して、当該取得された値の分布を第１導電層と、第２導電層と、に挟まれる領域の測定値の分布として出力する。
【００１３】
そして、第１導電層と、第２導電層と、は、少なくとも、複数の送信部のそれぞれが送信する電磁波の周波数帯において、良導体である。
【００１４】
また、本発明のセンサ装置は、第１導電層と、第２導電層と、の間に、圧力の変化によって当該周波数帯の電磁波の減衰率が変化する部材を配置するように構成することができる。
【００１５】
また、本発明のセンサ装置は、第１導電層と、第２導電層と、の少なくとも一方は、圧力の変化によって当該周波数帯における抵抗率が変化する部材を用いるように構成することができる。
【００１６】
また、本発明のセンサ装置は、第１導電層と、第２導電層と、の少なくとも一方は、光をこれらの間に通過させ、第１導電層と、第２導電層と、の間に、光によってキャリアが変化する部材を配置するように構成することができる。
【００１７】
また、本発明のセンサ装置は、第１導電層と、第２導電層と、の間に、温度によってキャリアが変化する部材を配置するように構成することができる。
【００１８】
また、本発明のセンサ装置において、第１導電層と、第２導電層と、の間に配置される部材は、有機半導体であるように構成することができる。
【００１９】
また、本発明のセンサ装置は、第１導電層と、第２導電層と、の間に挟まれる領域の周縁部に、電磁波吸収体を配置するように構成することができる。この電磁波吸収体は、第１導電層と、第２導電層と、に接するようにすることができる。
【００２０】
また、本発明のセンサ装置は、第１導電層と、第２導電層と、の間に挟まれる領域のうち、電磁波吸収体が配置される領域と、そうでない領域との境界は、鋸形（クサビ形）の形状を有するように構成することができる。
【００２１】
また、本発明のセンサ装置において、第１導電層と、第２導電層と、の間には電圧が印加され、複数の送信部と、複数の受信部と、は、第１導電層と、第２導電層と、の間の電位差を電源電圧として動作するように構成することができる。
【００２２】
また、本発明のセンサ装置において、第１導電層と、第２導電層と、を、第１誘電層と、第２誘電層とにかえることとし、これらの層の誘電率を少なくとも、複数の送信部のそれぞれが送信する電磁波の周波数帯において、これらの層に挟まれる領域の誘電率と異なるように構成することができる。
【００２３】
また、本発明のセンサ装置において、第１誘電層と、第２誘電層と、の誘電率は、第１誘電層と、第２誘電層と、に挟まれる領域の誘電率より小さいように構成することができる。
【００２４】
また、本発明のセンサ装置において、第２導電層を誘電層とにかえることとし、誘電層の誘電率を少なくとも、複数の送信部のそれぞれが送信する電磁波の周波数帯において、これらの層に挟まれる領域の誘電率と異なるように構成することができる。
【００２５】
また、本発明のセンサ装置において、誘電層の誘電率は、第１導電層と、誘電層と、に挟まれる領域の誘電率より小さいように構成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、上記の課題を解決するためのもので、シート状の良導体に挟まれた領域の電磁波伝達特性の分布から、圧力や光、温度、音圧などの分布を求めるのに好適なセンサ装置を提供することができる。
【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物ではない。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】
特に、以下で「誘電体」という場合は、必ずしも均質な物質である必要はなく、誘電率の大きな物質や金属の微粒子を混入させたり、波長より小さなそれらの構造体を配列することによって等価的に誘電率を高めたものも含む。
【００２９】
さらに、以下で、「良導体」や「絶縁体」という場合、伝達に使われる電磁波の周波数帯において「良導体」や「絶縁体」として機能すれば十分であり、必ずしも直流の電流に対して「良導体」や「絶縁体」として機能する必要はない。
【００３０】
また、以下で「外界」といった場合、典型的には空中（空気中）を想定するが、土中、水中、真空中等も含む。
【００３１】
このほか、「シート状」といったときは、布状、紙状、箔状、板状、メッシュ状、フィルム状など、面としての広がりを持ち、厚さが薄いもの一般をいう。
【００３２】
また、以下の説明では、電磁波としてマイクロ波を利用することとしているが、他の波長の電磁波を利用する場合にも、本発明の原理を適用することが可能である。
【実施例１】
【００３３】
図１、図２は、本発明の実施形態の一つに係るセンサ装置の概要構成を示す平面図、断面図である。以下、これらの図を参照して説明する。
【００３４】
本実施形態に係るセンサ装置１０１では、シート状の第１導電層１１１と、これとその面がほぼ平行に配置されるシート状の第２導電層１１２との間、センシング領域１１３と、その周縁を取り囲む終端抵抗１１４とが配置されている。
【００３５】
したがって、センシング領域１１３と終端抵抗１１４とは、第１導電層１１１と第２導電層１１２とにサンドイッチ状に挟まれており、これらは層状の単純な構造をなしているため、大面積化が容易で、伸縮可能な柔軟材料や、塗装技術で作成することも可能である。
【００３６】
第１導電層１１１と第２導電層１１２との間で電磁波を伝達させるために、複数のマイクロ波の送受信素子１１５が配置されている。第１導電層１１１と第２導電層１１２との間には電圧が印加されており、マイクロ波の送受信素子１１５は、送受信動作を行っていない間は内蔵するコンデンサや蓄電池にこの電圧によって充電を行い、送受信動作を行うときの電源とする。
【００３７】
また、この電圧は、後述する推定部や出力部を構成するコンピュータの電源として利用することも可能である。
【００３８】
マイクロ波の送受信素子１１５は、第１導電層１１１と第２導電層１１２との間に所定の周波数帯で電磁波を送信し、センシング領域１１３を介して伝搬してきた電磁波を受信する。したがって、マイクロ波の送受信素子１１５が、本発明の送信部および受信部として機能する。
【００３９】
なお、マイクロ波の送受信素子１１５は、本図では、第１導電層１１１を貫通する穴を介して第２導電層１１２と接続されているが、第１導電層１１１と第２導電層１１２との間に挟むように配置することとしても良い。
【００４０】
第１導電層１１１と第２導電層１１２との間のセンシング領域１１３に絶縁体に相当するものが配置されている場合、第１導電層１１１のある地点と、これに対向する第２導電層１１２のある地点と、の間の電位やスカラーポテンシャル・ベクトルポテンシャルを変化させると、第１導電層１１１と第２導電層１１２のシート状の形状の面と平行に進行する電磁波が発生し、これがセンシング領域１１３内部を進むことになる。
【００４１】
したがって、第１導電層１１１と第２導電層１１２とは、伝達される電磁波の周波数帯で良導体であれば十分であり、信号伝達については、直流に対して良導体とする必要はない。なお、後述するように、電源供給を行う場合には、直流に対しても良導体とすることが望ましい。
【００４２】
また、第１導電層１１１と第２導電層１１２とは、その間に電磁波を閉じ込めるためのものである。したがって、第１導電層１１１と第２導電層１１２の材料に、センシング領域１１３よりも電磁波伝搬速度が速いものを使用することとして、全反射によりセンシング領域１１３に封じ込めることとしても良い。
【００４３】
このほか、「良導体」とするのにかえて、第１導電層１１１と第２導電層１１２を「誘電体」とし、その誘電率が、電磁波の周波数帯においてセンシング領域１１３の誘電率と異なるようにしても、電磁波を閉じ込めることが可能である。この場合、第１導電層１１１と第２導電層１１２にかわる誘電層の誘電率は、センシング領域１１３の誘電率よりも小さくするのが、全反射を利用できる点と、素材選択の点で有利である。なお、第１導電層１１１と第２導電層１１２にかわる誘電層の誘電率をセンシング領域１１３の誘電率よりも大きくすることとしても良い。
【００４４】
また、両層の一方を導電体とし、他方を誘電体として、その導電体の誘電率を調整することにより、センシング領域１１３に電磁波を閉じ込めることとしても良い。
【００４５】
このほか、センシング領域１１３に電磁波を封じ込めるのには、センシング領域１１３を挟む外側の２層のいずれかに、センシング領域１１３の誘電率と異なる誘電率の誘電体を用い、他方を誘電体もしくは導電体としても良い。
【００４６】
すなわち、外側の誘電体の誘電率がセンシング領域１１３の誘電率よりも十分に大きければ、他方が導電層であっても、反射によって封じ込めが生ずる。金属のような良導体の振舞いを見せていたものが、周波数帯が高くなると高い誘電率材料となることがあるため、このような態様を採用することが望ましい場合もある。
【００４７】
一方、外側の誘電体の誘電率ε'がセンシング領域１１３の誘電率εよりも小さい場合には、センシング領域１１３の厚さをd、境界からの距離をz、外側層における電磁波速度1/(ε'μ)0.5 = c'とし、dが電磁波波長より十分小さい場合、外側層におけるエバネッセント波は、
exp(-0.5d(ω/c')2(1 - ε'/ε)z)
に比例して減衰する。
【００４８】
したがって、外側層の厚さをDとしたときに、
exp(-0.5d(ω/c')2(1 - ε'/ε)D) << 1
が成立すれば、電磁波は外部には漏れない。なお、外側層の一方を導電層とした場合には、
exp(-d(ω/c')2(1 - ε'/ε)D) << 1
が成立すれば良い。
【００４９】
また、dが電磁波波長と対比して十分に小さいとはいえず、ある程度厚みを持つ場合、
exp(-(ω/c')((ε/ε' - 1)0.5)D) << 1
が成立すれば、電磁波は外部に漏れない。
【００５０】
終端抵抗１１４は、マイクロ波の反射を防止するための電磁波吸収体として機能するものであり、反射を効率的に防止するため、センシング領域１１３と終端抵抗１１４との境界は、図３の平面図に示すように、鋸刃形（クサビ形）の形状にすることが望ましい。なお、電磁波吸収体は必ずしも用意する必要はなく、たとえば、第１導電層１１１と第２導電層１１２とが、ある部屋の壁面や外面のように、略閉曲面をなす場合である。
【００５１】
また、本図では、終端抵抗１１４は、第１導電層１１１、第２導電層１１２に直接接触しているが、両者は電気的に絶縁されていても、電磁波を吸収することが可能である。
【００５２】
図１では、送受信素子１１５は、センシング領域１１３の周縁、終端抵抗１１４の近傍となっているが、これに限られるものではなく、図４に示すように、任意の場所に配置することができる。ただし、後述するように、各場所での電磁波伝搬特性の分布が判明するように配置する必要がある。
【００５３】
さて、センシング領域１１３の各地点における電磁波伝搬特性は、圧力、光、音圧、温度などの物理量が変化することによって変化する。そこで、本実施形態では、Ｘ線ＣＴスキャンと同様の技術によって、電磁波伝搬特性の分布を求め、その特性に対応付けられる物理量を出力することによって、物理量の分布を測定するのである。
【００５４】
推定部（図示せず）は、各送受信素子１１５に接続されるコンピュータによって構成され、送受信素子１１５のそれぞれに順に、同時に１つの送受信素子１１５だけが一定振幅、一定位相の波動の電磁波（パルスやバーストを採用しても良い。）を発するように制御し、その時の他の送受信素子１１５が受信する電磁波の強度、位相、到達時間等を測定する。途中の電磁波伝搬特性（電磁波の減衰率やインピーダンス等）が変化すると、送受信素子１１５が受信する電磁波の強度、位相、到達時間等も変化する。
【００５５】
したがって、送受信素子１１５を十分な密度で配置することとし、推定部は、センシング領域１１３における電磁波伝搬特性の２次元分布を、すでに公知のＸ線ＣＴスキャンと同じ技術によって推定するのである。
【００５６】
なお、ＣＴスキャンでは、送信側からビームを出し、これを受信側で受信して、受信側に到達するまでの透過減衰量から、波動の透過減衰率の分布を算出する。
【００５７】
出力部（図示せず）もまた、当該コンピュータによって構成され、推定部によって推定された電磁波伝搬特性に対応付けられる物理量（圧力、光の強度、温度、音圧等）を求めて、その分布を出力する。
【００５８】
なお、推定部、出力部は、上記のようにソフトウェアが動作するコンピュータによって実現することができるが、専用の電子回路によって構成することとすれば、センサのユニット化や小型化を図ることも可能である。
【００５９】
以下では、センシング領域１１３にどのような素材を充填するか、について、さらに詳細に説明する。
【００６０】
（圧力センサ、変位センサ）
センシング領域１１３に充填する素材として誘電体を採用すると、第１導電層１１１と第２導電層１１２との間の圧力によって電磁波の減衰率が変化するため、圧力センサを構成することができる。以下、詳細に説明する。
【００６１】
圧力によって誘電損失が変化し、電磁波の減衰率が変化する材料としては、誘電性の微粒子を混入した素材を採用することができる。
【００６２】
単純に、上記のように圧力によって誘電損失が変化する部材を使用するのではなく、センシング領域１１３を空隙（空気や真空等を含む。）や変形可能な誘電体として、第１導電層１１１と第２導電層１１２の変位を調べ、これによって圧力を測定する手法もありうる。以下では、これについて説明する。
【００６３】
第１導電層１１１、第２導電層１１２の電磁波の周波数帯（角周波数ω）での導電率をσ、センシング領域１１３の誘電率をεとし、ある地点での第１導電層１１１と第２導電層１１２との間の距離、すなわち、センシング領域１１３の厚さをdとする。
【００６４】
両者の透磁率はともにμ、dは電磁波の波長よりも十分小さいものと仮定し、第１導電層１１１と第２導電層１１２の表皮深さ
(2/σμω)1/2
は、第１導電層１１１と第２導電層１１２の厚さよりも小さいものと仮定すると、電磁波の減衰定数α（距離がxだけ離れると、電界や磁界の強度がexp(-αx)だけ減衰する。）は以下のように与えられる。
α≒(1/d)(εω/2σ)1/2
【００６５】
第１導電層１１１や第２導電層１１２に圧力がかかると、両者の距離（センシング領域１１３の厚さ）dが変化するから、減衰定数αの分布を調べれば、変位分布や圧力分布を知ることができる。
【００６６】
一例として導電性の微粒子を混入した材料を用いてもよい。また、センシング層ではなく、導電層の（信号周波数での）抵抗率が圧力によって変化し、導電層によって減衰率が変化する構造も可能である。これも一例として導電性の微粒子を混入した材料で実現できる。
【００６７】
なお、ここでは、上記の仮定のほか、センシング領域１１３内での電磁波速度をcとして、
|σ/ω| >> ε；
d << 1/α；
(ωε/σ)1.5 << ωd/c << (σ/(ωε))0.5
と仮定している。
【００６８】
また、第１導電層１１１と第２導電層１１２の複素誘電率を純虚数でσ/ωに比例すると近似しているが、実部が無視できない場合であっても、圧力がかかることによって同様に減衰係数の変化が起きるため、圧力センサとして機能させることができる。圧力計測の感度を高めれば、音圧分布も測定できる。
【００６９】
上記のような理論的計算を基礎とするのはもちろんであるが、図１のように構成したセンサ装置１０１の第１導電層１１１や第２導電層１１２に実際にあらかじめその大きさが判明している圧力を各点に順次かけた上で、その度ごとに、伝搬路特性を推定部によって推定しておき、この圧力値と伝搬路特性の推定値との対応付けを表として記憶しておいて、実際の測定では、この表を参照して過去の推定値（実測値）から現在の圧力値を求めることとしても良い。すなわち、実験による実測値をベースにする手法である。
【００７０】
なお、誘電体には、水分を吸収すると誘電損失が変化する材料もある。これを用いれば、湿度センサを実現することも可能である。
【００７１】
（光センサ、温度センサ）
センシング領域１１３に充填する素材として、有機半導体などの、光や温度によってキャリア（正孔や過剰電子）の存在密度や移動抵抗が変化する材料を用いれば、光強度分布や温度分布が検出できる。
【００７２】
この場合は、上記の圧力センサの場合と同様、あらかじめ光強度や温度がわかっている状態での電磁波伝搬路特性の分布を求め、実際にセンサとして機能させる段では、求められた値の線形和となる、と仮定して、計算を行えれば良い。
【００７３】
なお、精度や測定範囲を所望のものとするために、マイクロ波の平均減衰率を調節したい場合がある。このときは、センシング領域１１３を、キャリア変化部材の層と、マイクロ波が減衰しない誘導体の層と、の２層構造とする。キャリア変化部材の層を薄くしたり、厚くしたりすれば、平均減衰率を小さくしたり、大きくしたりできる。
【００７４】
また、温度によってキャリアの変化する材料をセンシング層に用いれば、温度分布が測定でき、水分を吸収して誘電損失の変化する材料を用いれば、湿度の分布を測定できる。
【実施例２】
【００７５】
上記実施形態では、センシング領域１１３として何らかの素材を充填することとしていたが、本実施形態では、センシング領域１１３に相当する領域において生ずるある送受信素子１１５から送信された電磁波が第１導電層１１１や第２導電層１１２に反射する様子を検知することによって、各種の測定を行う。これは、超音波診断装置（超音波エコー）と同様の原理に基づくものである。
【００７６】
なお、超音波診断装置の技術では、送信側からパルス状のビームを送信し、反射波の到来時刻から、インピーダンスが変化する地点までの距離を計測する。
【００７７】
図５は、このような実施形態に基づくセンサ装置の実施例の断面図である。以下、本図を参照して説明する。なお、送受信素子１１５は図示を省略している。
【００７８】
第１導電層１１１や第２導電層１１２の間には、絶縁体からなるスペーサ１２１が配置されており、両者の間隔をできるだけ保つようにしている。
【００７９】
このような状況下で、圧力によって電磁波が通過するインピーダンスが変化する場合は、その空間的変化率が大きな場所、すなわち、圧力の変化が大きな場所で、電磁波の反射が発生する。このような場合には、第１導電層１１１と第２導電層１１２との間のスペーサ１２１以外の領域に圧力によって誘電損失が変化するような部材を充填することとしても良いし、充填はせず、第１導電層１１１と第２導電層１１２として、圧力により抵抗率が変化するような部材を採用することとしても良い。
【００８０】
また、スペーサ１２１が配置されていない場所での第１導電層１１１と第２導電層１１２との間隔が変化すると、電磁波のインピーダンスが変化するから、その変化が生じている箇所で反射が発生する。
【００８１】
このような反射の影響により、物理量の分布を得るには、超音波診断装置と同様の公知の手法によれば良い。
【００８２】
図６は、他の実施形態にかかるセンサ装置の断面図である。以下、本図を参照して説明する。なお、送受信素子１１５は図示を省略している。
【００８３】
本図（ａ）には圧力や変位がかかっていない状況が、本図（ｂ）には圧力や変位がかかっている状況が、それぞれ図示されている。
【００８４】
本実施形態では、圧力や変位がかかると、第１導電層１１１と第２導電層１１２が接触するようになっている（図中丸で囲まれた部分）。すると、その接点で、より顕著な電磁波の反射が生じる。
【００８５】
電磁波は、各場所に配置された送受信素子１１５から数波長程度のバーストとして放射し、これを、それ自身も含め、すべての送受信素子１１５で観測して、反射波の到達時間によって反射の生じている箇所を特定してこれを接触部分の場所の推定結果とし、圧力や変位の分布を出力するのである。
【００８６】
なお、複数の送受信素子１１５をフェーズドアレイとし、電磁波の送出方向をスキャンし、同じ方向からの電磁波のみを検出する場合には、フェーズドアレイをセンサ装置１０１の最低一箇所に接続することで、計測が可能である。すなわち、反射波の到達時間によって反射の生じている箇所が特定できる。またこのアレイを複数配置することで、より精度の高い計測が可能となる。
【００８７】
図７は、送受信素子の一部をフェーズドアレイとして利用する様子を示す説明図である。
【００８８】
センサ装置１０１の複数の送受信素子１１５からなるアレイ７０１について、それぞれが同じ波形の電磁波を送信することとし、その位相をずらすことによって、当該アレイ７０１全体が発する電磁波の指向性の方向を調整することができる。これがフェーズドアレイである。
【００８９】
そこで、電磁波の指向性の方向７０２を適宜変更し、センシング領域１１３をスキャンする。特定の方向に電磁波を送出し、その反射波を観測することによって、レーダと同様の手法により、分布情報を得るのである。
【００９０】
また、センサ装置１０１の中央部から電磁波を放出し、周縁部に配置された送受信素子１１５で反射を計測する場合には、周辺の電磁波吸収体となる終端抵抗１１４は不要である。
【００９１】
なお、上記実施形態では、いずれも送受信素子１１５で送信と受信を行っているが、送信側と受信側を別の素子としても良い。
【００９２】
なお、温度、湿度、光等によりキャリアや抵抗率が変化する材料を用いた場合にも、キャリアや抵抗率が著しく変化する部分では反射が発生する。したがって、上述のような反射検出を基礎とした計測方法を適用して分布情報を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明によれば、上記の課題を解決するためのもので、シート状の良導体に挟まれた領域の電磁波伝達特性の分布から、圧力や光、温度、音圧などの分布を求めるのに好適なセンサ装置を提供することができる。このセンサ装置は、空気中だけでなく、真空中、水中、土中においても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態の一つに係るセンサ装置の概要構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態の一つに係るセンサ装置の概要構成を示す断面図である。
【図３】センシング領域と終端抵抗の境界の形状を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態の一つに係るセンサ装置の概要構成を示す平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るセンサ装置の実施例の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るセンサ装置の実施例の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るセンサ装置の実施例の断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０１  センサ装置
１１１  第１導電層
１１２  第２導電層
１１３  センシング領域
１１４  終端抵抗
１１５  送受信素子
１２１  スペーサ
７０１  アレイ
７０２  電磁波の指向性の方向
【図１】
2006322730.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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