(57)【要約】【課題】個別の配線を形成することなく、複数の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を提供する。【解決手段】本発明による通信装置１００は、第１信号層２０および第２信号層３０と、これらの層に電磁的に接続する通信素子２００と、これらの層の間に配置される誘電層２２を備える。通信素子１００は、第１信号層２０および第２信号層３０の間で電流を流すかまたは光を放出することにより電磁場を発生させ、隣接する通信素子１００は、電磁場の変化により信号を観測する。電磁場を利用することにより、高速な通信速度を得ることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の通信素子に対して信号を伝達する通信デバイスであって、第１信号層および第２信号層と、これらの層に電磁的に接続する通信素子と、これらの層の間に配置される誘電層を備えることを特徴とする通信デバイス。
【請求項２】
前記誘電層に電磁場を発生させることにより信号を発信することを特徴とする請求項１に記載の通信デバイス。
【請求項３】
前記通信素子は、前記第１信号層および前記第２信号層の間で電流を流すかまたは光を放出することにより電磁場を発生させることを特徴とする請求項２に記載の通信デバイス。
【請求項４】
前記第１信号層および前記第２信号層は導電性材料により形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の通信デバイス。
【請求項５】
前記第１信号層よりも高い抵抗値を有し且つ前記第１信号層に電気的に接続する高抵抗層と、この高抵抗層に電気的に接続し且つ前記通信素子に電磁的に接続して前記通信素子に電圧を印加する電源層を備え、前記第２信号層はグランド層であって、
前記通信素子は、前記電源層および前記グランド層との電磁的な接続を交互に切り替えて、それぞれから電圧を印加されることにより電磁場を発生させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の通信デバイス。
【請求項６】
前記通信素子は、前記電源層および前記グランド層の差電圧よりも小さい振幅の交流電圧を印加されることにより電磁場を発生させることを特徴とする請求項５に記載の通信デバイス。
【請求項７】
前記第１信号層は電源層であり、前記第２信号層はグランド層であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の通信デバイス。
【請求項８】
前記通信素子は、電磁場の変化により信号を認識することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の通信デバイス。
【請求項９】
前記第１信号層および前記第２信号層は、前記誘電層の誘電率よりも小さい誘電率を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の通信デバイス。
【請求項１０】
シリコン上に形成されたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の通信デバイス。
【請求項１１】
複数の通信素子が分散配置され、各通信素子は第１信号層および第２信号層に電磁的に接続しており、通信素子は、前記第１信号層と前記第２信号層の間で電流を流すかまたは光を放出することにより信号を発信する通信装置。
【請求項１２】
前記第１信号層または前記第２信号層は、複数の低抵抗領域と高抵抗領域に分割して形成され、前記通信素子は、低抵抗領域に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の通信装置。
【請求項１３】
前記低抵抗領域および前記高抵抗領域の抵抗値は、前記低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子に伝達されるように設定されることを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記低抵抗領域および前記高抵抗領域の抵抗値は、前記低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子以外には伝達されないように設定されることを特徴とする請求項１３に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記通信素子は、隣接する低抵抗領域に配置された通信素子からの信号を観測する一方で、自身の低抵抗領域の電位を略一定に保持することを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の通信装置。
【請求項１６】
前記低抵抗領域の形状が複数種類存在することを特徴とする請求項１１から１５のいずれかに記載の通信装置。
【請求項１７】
１次元通信を可能とする低抵抗領域と、２次元通信を可能とする低抵抗領域とが組み合わされて配置されていることを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載の通信装置。
【請求項１８】
前記通信素子は、親素子として、自身の周囲に位置する子素子を管轄下におき、前記子素子は、親素子である通信素子との間でのみ通信を可能とすることを特徴とする請求項１１から１７のいずれかに記載の通信装置。
【請求項１９】
前記第１信号層は、所定のパターンを形成された信号線シートを有することを特徴とする請求項１１から１８のいずれかに記載の通信装置。
【請求項２０】
電気的に接続された複数の電源ブロックにより構成される電源層を備え、電源ブロック間は、電気的に切断可能な接続部により接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２１】
複数の通信素子が分散配置され、各通信素子は電源層またはグランド層から電圧を印加されて信号を発信する通信装置であって、
前記電源層は、電気的に接続された複数の電源ブロックにより構成され、電源ブロック間は、電気的に切断可能な接続部により接続されていることを特徴とする通信装置。
【請求項２２】
機器に電力を供給する電力供給デバイスであって、
機器の信号線と接続するための複数のコネクタと、
前記コネクタに電気的に接続する導電層とを備え、
個別配線を設けることなく、導電層から直接コネクタに電力を供給することを特徴とする電力供給デバイス。
【請求項２３】
機器がコネクタに接続された場合の最大の電流値に応じて、前記導電層のシート抵抗値が定められることを特徴とする請求項２２に記載の電力供給デバイス。
【請求項２４】
信号を伝達する通信デバイスであって、グランド層および電源層と、グランド層および電源層に電磁的に接続する通信素子と、グランド層および電源層の間に積層された第１誘電層、信号層、第２誘電層を備えることを特徴とする通信デバイス。
【請求項２５】
前記通信素子は、前記第１誘電層および前記第２誘電層に、電場または電磁場を発生させることにより信号を発信することを特徴とする請求項２４に記載の通信デバイス。
【請求項２６】
前記通信素子は、グランド層および電源層に挟持され、周囲を第１誘電層、信号層および第２誘電層に囲まれていることを特徴とする請求項２４または２５に記載の通信デバイス。
【請求項２７】
複数の通信素子が分散配置され、各通信素子はグランド層および電源層と電磁的に接続しており、グランド層および電源層の間に第１誘電層、信号層、第２誘電層がこの順に積層されていることを特徴とする通信装置。
【請求項２８】
前記通信素子は、前記第１誘電層および前記第２誘電層に、電場または電磁場を発生させることにより信号を発信することを特徴とする請求項２７に記載の通信装置。
【請求項２９】
前記信号層は、複数の低抵抗領域と高抵抗領域に分割して形成され、前記通信素子は、低抵抗領域に配置されることを特徴とする請求項２７または２８に記載の通信装置。
【請求項３０】
前記低抵抗領域および前記高抵抗領域の抵抗値は、前記低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子に伝達されるように設定されることを特徴とする請求項２９に記載の通信装置。
【請求項３１】
前記低抵抗領域および前記高抵抗領域の抵抗値は、前記低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子以外には伝達されないように設定されることを特徴とする請求項３０に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号を伝達する通信装置および信号の伝達を実現するための通信デバイスに関し、特に複数の通信デバイスを用いて信号の伝達を行う通信技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの通信ネットワークにおいて、複数の通信端末が同軸ケーブルや光ファイバなどにより接続されている。これらの通信端末は、ネットワーク中のアドレスを指定することにより、所望の通信端末に信号を伝達する。従来のネットワークは、通信端末同士を有線にて接続することが一般であり、近年では、これを無線で接続するシステムも提案されている。例えば、移動デバイスであるノードの全てが所定の伝送半径をもち、ノード間で無線通信を行うアドホックネットワークが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６８１２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通信ネットワークや実装基板においては端末や素子などを個別配線により物理的に接続しているため、仮に配線が切断された場合には信号を伝達することができなくなり、通信機能が停止する事態も生じうる。また、通信システムにおいては、効率よく電力を供給することが好ましい。
【０００５】
そこで本発明は、このような従来の問題を解決するべく、通信装置および通信デバイスに関する新規な通信技術、さらには電力供給技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、他の通信素子に対して信号を伝達する通信デバイスであって、第１信号層および第２信号層と、これらの層に電磁的に接続する通信素子と、これらの層の間に配置される誘電層を備える通信デバイスを提供する。通信デバイスは、誘電層に電磁場を発生させることにより信号を発信する。通信素子は、第１信号層および第２信号層の間で電流を流すかまたは光を放出することにより電磁場を発生させてもよい。通信素子は、電磁場の変化により信号を認識する。
【０００７】
第１信号層および第２信号層は導電性材料により形成されてもよい。また通信デバイスは、第１信号層よりも高い抵抗値を有し且つ第１信号層に電気的に接続する高抵抗層と、この高抵抗層に電気的に接続し且つ通信素子に電磁的に接続して通信素子に電圧を印加する電源層をさらに備えてもよい。このとき、第２信号層はグランド層であってよく、通信素子は、電源層およびグランド層との電磁的な接続を交互に切り替えて、それぞれから電圧を印加されることにより電磁場を発生する。なお、通信素子は、電源層およびグランド層の差電圧よりも小さい振幅の交流電圧を印加することにより、電磁場を発生させてもよい。
【０００８】
なお、第１信号層は電源層であり、第２信号層はグランド層であってよい。また、第１信号層および第２信号層は、誘電層の誘電率よりも小さい誘電率を有してもよい。通信デバイスは、シリコン上に形成されてもよい。
【０００９】
本発明の別の態様は、複数の通信素子が分散配置され、各通信素子は第１信号層および第２信号層に電磁的に接続しており、通信素子は、第１信号層と第２信号層の間で電流を流すかまたは光を放出することにより信号を発信する通信装置を提供する。第１信号層または第２信号層は、複数の低抵抗領域と高抵抗領域に分割して形成され、通信素子は、低抵抗領域に配置されることが好ましい。低抵抗領域および高抵抗領域の抵抗値は、低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子に伝達されるように設定されることが好ましい。また、低抵抗領域および高抵抗領域の抵抗値は、低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子以外には伝達されないように設定されることが好ましい。
【００１０】
通信素子は、隣接する低抵抗領域に配置された通信素子からの信号を観測する一方で、自身の低抵抗領域の電位を略一定に保持してもよい。低抵抗領域の形状が複数種類存在してもよく、また１次元通信を可能とする低抵抗領域と、２次元通信を可能とする低抵抗領域とが組み合わされて配置されていてもよい。
【００１１】
通信素子は、親素子として、自身の周囲に位置する子素子を管轄下におき、子素子は、親素子である通信素子との間でのみ通信を可能とするように通信装置を構成してもよい。また、第１信号層は、所定のパターンを形成された信号線シートを有してもよい。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、電気的に接続された複数の電源ブロックにより構成される電源層を備え、電源ブロック間は、電気的に切断可能な接続部により接続されていることを特徴とする電源装置を提供する。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、複数の通信素子が分散配置され、各通信素子は電源層またはグランド層から電圧を印加されて信号を発信する通信装置であって、電源層は、電気的に接続された複数の電源ブロックにより構成され、電源ブロック間は、電気的に切断可能な接続部により接続されていることを特徴とする通信装置を提供する。
【００１４】
本発明のさらに別の態様は、機器に電力を供給する電力供給デバイスであって、機器の信号線と接続するための複数のコネクタと、コネクタに電気的に接続する導電層とを備え、個別配線を設けることなく、導電層から直接コネクタに電力を供給する電力供給デバイスを提供する。機器がコネクタに接続された場合の最大の電流値に応じて、導電層のシート抵抗値が定められることが好ましい。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、信号を伝達する通信デバイスであって、グランド層および電源層と、グランド層および電源層に電磁的に接続する通信素子と、グランド層および電源層の間に積層された第１誘電層、信号層、第２誘電層を備える通信デバイスを提供する。通信素子は、第１誘電層および第２誘電層に、電場または電磁場を発生させることにより信号を発信することが好ましい。通信素子は、グランド層および電源層に挟持され、周囲を第１誘電層、信号層および第２誘電層に囲まれている構造を有する。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、複数の通信素子が分散配置され、各通信素子はグランド層および電源層と電磁的に接続しており、グランド層および電源層の間に第１誘電層、信号層、第２誘電層がこの順に積層されていることを特徴とする通信装置を提供する。通信素子は、第１誘電層および第２誘電層に、電場または電磁場を発生させることにより信号を発信することが好ましい。信号層は、複数の低抵抗領域と高抵抗領域に分割して形成され、通信素子は、低抵抗領域に配置されることが好ましい。低抵抗領域および高抵抗領域の抵抗値は、低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子に伝達されるように設定されてもよい。また、低抵抗領域および高抵抗領域の抵抗値は、低抵抗領域の通信素子より発信される信号が、隣接する低抵抗領域の通信素子以外には伝達されないように設定されてもよい。
【００１７】
なお、本発明の表現を装置、方法、システムまたはプログラムの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の実施の形態に係る通信技術の方式を説明するための図である。図１には、小さな円で示す複数の通信素子が空間内に分散して配置されている状態が示される。各通信素子は、その周辺に配置された他の通信素子に対して信号を伝達する局所的な通信機能を有する。この局所的な通信により隣り合う通信素子間で信号を順次連鎖的に中継し、最終目的地である通信素子まで信号を伝達する。この通信方式を連鎖伝達型の通信方式と呼ぶ。
【００１９】
信号の送信元が通信素子２００ａであり、最終目的地が通信素子２００ｂである場合、連鎖伝達型通信方式によると、信号が通信素子２００ａから通信素子２００ｃおよび２００ｄを介して通信素子２００ｂに伝達される。信号の伝達方法としては、例えば通信素子２００ａが、信号が届く範囲にある周辺の全ての通信素子に信号を伝達し、この信号を受けた全ての通信素子が更に周辺の通信素子に信号を伝達することによって、信号を最終目的地まで同心円状に伝達させてもよい。さらに好ましい方法としては、通信素子２００ａおよび２００ｂ間の経路を予めまたはリアルタイムで設定し、この経路により特定の通信素子のみを介して信号を伝達してもよい。特に後者の方法を採用する場合には、信号伝達に必要な通信素子のみが発信するため、電力消費を少なくすることができ、また他の通信素子の通信に対する干渉を低減することも可能となる。連鎖伝達型の通信方式における通信経路の設定方法および信号伝達の方法は後に詳述する。
【００２０】
本発明による通信装置は、空間内に複数の通信素子を配置し、この空間内には通信素子間を物理的に接続するための個別配線が形成されていないことが好ましい。例えば、これらの通信素子は、平坦な導電層または導電性基板、交流信号を伝達可能な電磁作用伝達層などに接続されてもよい。信号の送信は、導電層における電荷の放出により実現されてもよい。ここで通信素子は、チップとして構成されるものに限定されず、本発明の実施の形態において説明する通信機能を備えたものを含む概念であり、その形態および形状は問わない。
【００２１】
各通信素子は、信号の伝達可能な距離（以下、「有効通信距離」とも呼ぶ）を比較的短く設定されていることが好ましい。信号の通信距離を長くすることは、それだけ電力消費量を大きくし且つ通信に寄与しない他の通信素子に対して悪影響を及ぼす可能性がある。連鎖伝達型の通信方式によると、自身の近傍に存在する通信素子に信号を伝達できれば十分であるため、有効通信距離は周辺の通信素子までの平均距離に応じて設定されることが好ましい。
【００２２】
本発明の通信技術は、様々な用途に応用することができる。例えば、ＬＳＩやメモリなどの電子部品（回路素子）に本発明の通信機能をもたせることによって、各電子部品を個別に配線することなく、複数の電子部品を基板実装する技術を提供することが可能である。また、近年、皮膚の感覚を持つロボットの研究が盛んに行われているが、ロボットの触覚センサに本発明の通信機能をもたせ、触覚センサの検知情報をロボットの頭脳コンピュータに送信する技術を提供することも可能である。また建物の床に本発明の通信機能を有するセンサを点在させることにより、一人暮らしの老人の行動を監視したり、留守中の防犯に役立てることも可能である。また、発光素子に本発明の通信機能をもたせることにより、布状の表示装置などを製造することも可能となる。また、タグに本発明の通信機能をもたせることにより、安価で精度のよい情報の読み取りを可能とするタグを作製することも可能となる。さらに無線通信素子に本発明の通信機能をもたせて例えばコンピュータにそれを装備させ、無線通信素子の近傍に相手方のコンピュータの無線通信素子を配置することによって、コンピュータ間の情報の送受信を容易に行うことも可能となる。また自動車の導電性内壁に本発明の通信機能を備えた通信素子を埋め込み、煩わしい個別配線を不要とした通信装置を実現することも可能となる。
【００２３】
この通信技術は、比較的短い距離に配置された通信素子間で信号を伝達するため、距離による信号の減衰および劣化が少なく、高いスループットでノード数によらない高速伝送を可能とする。また空間内に多くの通信素子を分散して配置させることにより、センサなどの所定の機能をもつチップとの情報交換媒体として広範囲の信号伝達領域を実現する。また、通信素子を比較的自由な位置に配置することができるため、簡易な設計により所望の機能を備えた人工皮膚や表示装置などを生成することも可能である。また配線などの基板回路設計を不要とし、少ないプロセスで基板回路を製造することも可能である。通信素子を導電層で挟持する場合には電磁ノイズ放射がなくなるため、特に病院などの公共性の高い場所においてはその有用性が高い。さらに、導電層などに障害が生じた場合であっても、チップ間の経路を再設定することができ、新たな通信経路を確立することができるという自己修復機能もあわせ持つ。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる通信装置１００の外観構成を示す。この通信装置１００においては、複数の通信素子２００が２枚の導電層１６および１８によって挟持されている。各通信素子２００は、この２枚の導電層１６および１８に電磁的に接続される。導電層１６および１８は、単層構造を有していても、また多層構造を有していてもよく、この例では二次元的に一面に広がった構成を有している。図２は、通信素子２００が挟持されていることを説明するために、導電層１６と導電層１８とが開いた状態を示す。
【００２５】
例えば、本発明による通信装置１００をロボットの表面を覆う人工皮膚として応用する場合、導電層１６および１８を導電性のゴム材料により形成する。可撓性のあるゴム材料で人工皮膚を形成することにより、この人工皮膚はロボットの動作に合せて自在に伸縮することが可能となる。また、個別配線が存在せず、伸縮性のある導電層１６および１８を介して信号を伝達するため、断線などにより通信機能に障害が生じる可能性を低減し、安定した通信能力を提供できる。また本発明による通信装置１００を回路基板として応用する場合、導電層１６および１８を導電性のゴム材料で形成することによって、フレキシブルな回路基板を実現することも可能となる。
【００２６】
各通信素子２００は通信機能以外に、さらに他の機能を有していてもよい。通信装置１００をロボットの人工皮膚として応用する場合には、通信素子２００のいくつかが触覚センサとしての機能も有し、外部から受けた刺激を検出した後、他の通信素子と協同して検出した信号を目的の通信素子まで伝達する。また通信装置１００を基板の実装技術として応用する場合には、通信素子２００が、例えばＬＳＩやメモリなどの回路素子としての機能を有してもよい。このように、本明細書において「通信装置」は少なくとも通信機能を有する装置の意味で用い、これに付加した他の機能、例えば人工皮膚としてのセンサ機能や電子回路としての演算機能などを有してもよいことは、当業者に理解されるところである。
【００２７】
図３は、通信素子２００の機能ブロック図である。通信素子２００は、通信部５０、処理部６０およびメモリ７０を備える。通信部５０は、導電層１６および１８（図２参照）を介して、他の通信素子との間で信号の送受を行ってもよい。また、図２に示していないが、通信装置１００は、通信素子２００の周囲に配置されて、導電層１６および１８に挟持される誘電層を備え、通信部５０が、この誘電層に発生する電磁場により他の通信素子２００との間で信号の送受を行ってもよい。処理部６０は、通信素子２００の通信機能を制御する。具体的に処理部６０は、周囲の信号の監視、受信信号の解析や、送信信号の生成および送信タイミングの制御など、他の通信素子２００との間の信号伝達に関する処理を行う。また処理部６０は、センサ機能や演算機能など通信機能以外の他の機能を実現してもよい。メモリ７０は、通信機能や他の機能を実現するために必要な情報を予め記録し、また必要に応じて記録していく。
【００２８】
図４（ａ）は、通信装置１００の断面を示し、局所的通信を実現する通信デバイス３００の構造の一例を説明するための図である。本明細書において「通信デバイス」は、局所的な通信機能を実現する構造の意味で用いる。
【００２９】
この例において通信デバイス３００は、第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２とを備える。図示のごとく、第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２および複数の通信素子２００を挟持する。通信素子２００と誘電層２２は、電磁的に接続する。第２信号層３０は接地されたグランド層であってもよい。
【００３０】
通信デバイス３００は、信号を発信するために、第１信号層２０および第２信号層３０の通信素子２００側の表面から、電荷の吸出しおよび放出を繰り返し、交流電流Ｉを発生させる。層厚などの条件を適宜定めることにより、交流電流Ｉにより発生する電磁場を誘電層２２に閉じ込めることができ、電磁波動を誘電層２２内で２次元放射状に伝達させることができる。第１信号層２０および第２信号層３０に流れる電流は、誘電層２２側の表面付近のみを流れ、第１信号層２０および第２信号層３０の電気伝導率によって、電磁波動の伝達距離がきまる。これらの電気伝導率が大きいほど、減衰は小さく、伝達距離、すなわち有効通信距離が長くなる。
【００３１】
第１信号層２０および第２信号層３０は、金属や導電性ゴム材料などの導体により構成されてよいが、誘電体により構成されてもよい。第１信号層２０および第２信号層３０が誘電体で構成される場合、第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料から構成される。これにより、誘電層２２内に電磁場を閉じ込めることが可能となる。なお、第１信号層２０および第２信号層３０は、空気や真空のような構成をとってもよい。
【００３２】
通信素子２００は電荷の充放電を行うためのコンデンサを有してもよい。また電磁場を発生させる交流電流Ｉは、均一な電流であってもよいが、変位電流であってもよい。なお電磁場を発生させるために、レーザーやＬＥＤによる光などの電磁波を用いることも可能である。
【００３３】
図４（ｂ）は、局所的通信を実現する通信デバイス３００の構造の別の例を説明するための図である。この例では、通信デバイス３００が、第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２ａおよび２２ｂと、誘電層２２ａと誘電層２２ｂとの間に配置される導電層２４を備える。通信デバイス３００がこのような構造をとった場合であっても、通信素子２００中に交流電流を発生させることにより、電磁場を利用した通信が可能となる。
【００３４】
図５（ａ）は、本実施の形態における通信デバイス３００が信号を発信する基本原理を説明するための図である。通信デバイス３００は、スイッチ２６を交互に切り替えて、第１信号層２０および第２信号層３０の間で電荷の吸出し、放出を行い、交流電流を生じさせることにより、電磁場を発生させる。この電磁場は、第１信号層２０および第２信号層３０に挟持される誘電層２２中を伝わって、近傍に位置する通信デバイス３００まで伝達される。
【００３５】
図５（ｂ）は、通信デバイス３００が信号を発信する原理の別の例を説明するための図である。通信デバイス３００は、一組のスイッチ２６ａおよびスイッチ２６ｂを同時に交互に切り替えることにより、第１信号層２０および第２信号層３０の間に交流電流を発生させ、電磁場を発生させる。
【００３６】
図６は、通信デバイス３００の構造の実現例を示す。この通信デバイス３００は、図４（ａ）に示した構造と同様に、第１信号層２０および第２信号層３０と、第１信号層２０および第２信号層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号層２０および第２信号層３０の間に配置される誘電層２２とを備える。第１信号層２０および第２信号層３０は、誘電層２２および複数の通信素子２００を挟持し、通信素子２００および誘電層２２は電磁的に接続されている。第２信号層３０は接地されたグランド層であってもよい。
【００３７】
第１信号層２０には、第１信号層２０よりも高い抵抗値を有する高抵抗層４２が電気的に接続され、この高抵抗層４２には、通信素子２００に電力を供給する電源層４４が電気的に接続されている。図示のとおり、高抵抗層４２および電源層４４は、この順に第１信号層２０上に積層される。誘電層２２は、第１信号層２０と第２信号層３０の間において電流が定常的に流れる状態を回避する役割ももつ。電源層４４と、グランド層として作用する第２信号層３０は、その抵抗値が非常に小さくなるように形成される。第１信号層２０には、電源層４４から、図示しない電力経路を通じて電力が印加される。第１信号層２０と電源層４４との間に高抵抗層４２を介在させることにより、第１信号層２０の全面に電力が供給される状態を防止し、通信素子２００からの発信信号が近傍の通信素子２００のみに伝達されるように通信装置１００を構成することができる。
【００３８】
図７（ａ）は、通信デバイス３００を実現する回路動作の概要を示す。通信デバイス３００は半導体製造技術を用いてシリコン上に形成されてもよい。通信デバイス３００は、ｐＭＯＳとｎＭＯＳを並列接続したＭＯＳスイッチなどのスイッチ２６を有し、スイッチ２６は、通信素子２００と、グランド層である第２信号層３０および電源層４４との電磁的な接続を交互に切り替える。具体的には、スイッチ２６が、送信すべき信号の論理値に応じて、第１信号層２０および第２信号層３０の接続と、第１信号層２０および電源層４４の接続とを切り替え、電磁波動として信号を発信する。入力部５２には、送信すべき信号の論理値に応じた電圧が印加され、スイッチ２６によるスイッチング動作が実行される。通信素子２００内の処理部６０（図３参照）が入力部５２に入力信号を供給する。
【００３９】
スイッチ２６によるスイッチング動作の結果、第１信号層２０から第２信号層３０に、また電源層４４から第１信号層２０に電流が発生し、第１信号層２０と第２信号層３０の間に存在する誘電層２２、および電源層４４と第１信号層２０の間に存在する高抵抗層４２において、２次元放射状に広がる電磁場が発生する。このとき、高抵抗層４２は誘電層として作用する。この電磁場は、隣接する通信素子２００に伝播される。
【００４０】
隣接する通信素子２００は、電磁場の変化を観測し、信号を検出する。隣接する通信素子２００は、誘電層２２において発生した電磁場から信号を検出してもよく、また高抵抗層４２において発生した電磁場から信号を検出してもよい。なお、通信素子２００は、誘電層２２および高抵抗層４２の両方において発生した電磁場から信号を検出してもよい。誘電層２２および高抵抗層４２における電磁場をそれぞれ検出し、誘電層２２および高抵抗層４２における電磁場の差分を検出することによって、信号を高い精度で検出することが可能となる。差分をとることにより、外部から混入するノイズの影響を最小とすることができ、ＳＮ比をあげることができる。この場合、通信素子２００は、高抵抗層４２における信号を受信するための構造をもつ必要がある。
【００４１】
図８は、誘電層２２および誘電層４３における電磁場の変化を観測できる通信素子２００を備えた通信デバイス３００を示す。この通信デバイス３００は、グランド層である第２信号層３０および電源層４４と、第２信号層３０および電源層４４に電磁的に接続する通信素子２００と、第２信号層３０および電源層４４の間に積層された誘電層２２、第１信号層２０、誘電層４３を備える。通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３に、電場または電磁場を発生させることにより信号を発信する。通信素子２００は、第２信号層３０および電源層４４に挟持され、周囲を誘電層２２、第１信号層２０および誘電層４３に囲まれて構成される。誘電層２２、第１信号層２０および誘電層４３は、通信素子２００に電磁的に接続している。この構造により、通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場をそれぞれ検出し、誘電層２２および誘電層４３における電場または電磁場の差分を検出することによって、信号を高い精度で検出することが可能となる。差分をとることにより、外部から混入するノイズの影響を最小とすることができ、ＳＮ比をあげることができる。第１信号層２０と、電源層４４および第２信号層３０の間に図７（ａ）のようなスイッチ２６を設けることにより、第１信号層２０と電源層４４、および第１信号層２０と第２信号層３０の間をショートすることができ、第１信号層２０の電位をふりやすくなる。これは、通信素子２００が電源層４４およびグランド層である第２信号層３０に接続したことの利点である。
【００４２】
図７（ｂ）は、第１信号層２０に印加する交流電圧の振幅を制限する回路の例を示す。電源層４４および第２信号層３０から第１信号層２０に電圧を印加する電力経路のそれぞれに、電圧を制限するための電圧制限素子５４、この例ではダイオード列を配置させる。電圧制限素子５４として、１個または複数個のダイオードを順方向にそれぞれの電力経路に挿入することにより、第１信号層２０に印加する電圧を制限することができる。電圧制限素子５４を設けない場合、第２信号層３０からのグランド電圧（０［Ｖ］）と、電源層４４からの電源電圧（Ｅ［Ｖ］）とが交互に第１信号層２０に印加されるが、第２信号層３０からの電力経路と電源層４４からの電力経路にそれぞれｎ個のダイオード列を順方向に挿入した場合には、第１信号層２０には、ｎｅ［Ｖ］と（Ｅ−ｎｅ）［Ｖ］の電圧が交互に印加されることになる。ここでｅ［Ｖ］は、ダイオードの順方向電圧を示す。
【００４３】
電圧制限素子５４を設けることにより、電源電圧が信号発信に必要な電圧よりも十分高い場合であっても、印加電圧を必要なレベルにまで下げることが可能となる。また、電圧制限素子５４を電力経路に挿入することによって、電流量が減るため、消費電力を下げることができ、通信デバイス３００の省電力化に寄与することになる。なお、第２信号層３０と第１信号層２０の間に設けられる電圧制限素子５４ａと、電源層４４と第１信号層２０の間に設けられる電圧制限素子５４ｂの抵抗値は異なってもよい。
【００４４】
図９（ａ）は、通信素子２００の具体的な構成例を示す。通信素子２００は、上述の通信機能を備えたＬＳＩとして構成され、図９（ａ）は、第１信号層２０に接触するＬＳＩの上面を示している。通信素子２００は、図３に示した処理部６０およびメモリ７０の各機能を備えたデジタル回路２０２を有する。円形の電極２０４は通信部５０として作用する。図示しないＬＳＩの裏面の電極は、第２信号層３０と電磁的に接続されている。電極２０４は、スイッチ２６（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）のスイッチング動作により、第１信号層２０を介して電源層４４から電源電圧を印加され、また裏面の第２信号層３０からグランド電圧を印加される。既述のごとく、通信素子２００は、スイッチ２６を交互にスイッチして、交流電流を発生することで、電磁場を変化させ、信号を発信する。
【００４５】
図９（ｂ）および図９（ｃ）は、通信素子２００による信号発信の原理を説明するための図である。図中、Ｓで示す領域は、通信素子２００の電極２０４を示す。第１信号層２０および第２信号層３０の導電率をσとし、誘電層２２の誘電率をε０とする。既述のごとく、誘電層２２が、第１信号層２０および第２信号層３０に挟まれた構造につき考察する。なお、図９（ｂ）および図９（ｃ）では、誘電層２２の図示を省略している。この構造において、電磁波動を発生し、誘電層２２中を伝達させる。
【００４６】
図示のごとく、円柱座標をとり、各層に垂直方向のｚ軸まわりの解を求める。円柱座標の原点を、円形の電極２０４の中心点の垂直下方向であって、且つ第１信号層２０の下面と第２信号層３０の上面との中間点にとる。第１信号層２０と第２信号層３０の間隔、すなわち誘電層２２の厚さを２ｄ、電極２０４の半径をｒ０とする。ｚ軸に対称な解においては、磁場ベクトルＢはθ成分のみをもち、それをＢ（ｒ，ｚ）と表現する。また、ｚ軸を対称軸とする半径ｒの円柱面を外に向かって横切る表皮電流の総和をＩ（ｒ）と表現する。電磁波動の周波数をωとすると、一般解は、以下のように表現される。なお、第１信号層２０および第２信号層３０ともに導体とし、以下の発信原理の説明において、それぞれの層を区別せずに、導体層と呼ぶ。
【数１】
2004242220.tif 000003
Ｂ０は磁場の強さを表す定数である。ここで、上記一般解における各パラメータの値を、以下のように設定する。
【数２】
2004242220.tif 000004
Ｒｅ［ｋ］は、誘電層２２中の電磁波動の波数であり、ｃは誘電層２２における光速である。Ｉｍ［ｋ］は伝播する電磁波動の減衰を与えるパラメータである。Ｒｅ［ｐ］は表皮深さを与えるパラメータである。
また、
Ｈ１（２）（ｚ）≡Ｊ１（ｚ）−ｊＮ１（ｚ）
である（ハンケル関数）。
【００４７】
なお、マイクロ波を伝達し、上記の解が成立するためには、以下の条件を満たす必要がある。
１）｜σ／ω｜＞＞ε０（σは導体層の導電率）を満たすこと。
２）表皮深さが導電層の厚みよりも小さいこと。
３）減衰距離が、その周波数に対応する真空中の電磁波長よりも大きいこと。すなわち、−Ｉｍ［ｋ］がＲｅ［ｋ］と同程度か、それより小さいこと。
４）導電層の間隔が、
【数３】
2004242220.tif 000005
を満たすこと。
なお、透磁率は誘電層２２、導体層ともにμであることと仮定した。
【００４８】
以上の伝達条件を満たすことにより、誘電層２２において２次元放射状にマイクロ波を伝達させることが可能となる。例えば、周波数を１０〜１００ＧＨｚ程度、伝達距離を１０ｃｍ程度、ｄ＝１〜０．１ｍｍ程度とすることにより、以上のマイクロ波伝達条件を満足するような導電率の材料を容易に見つけることができる。なお、表面深さが導電層の厚みよりも大きい場合であっても電磁作用は伝達するが、その場合には、電磁波は、導電層の外にも漏出することになる。
【００４９】
電磁波動をマイクロ波として伝達することにより信号伝達速度は光速となる。このように、本実施の形態における通信装置１００は、１ビットの情報を送るのに１波長分程度の幅をもったリング状の電磁場を生成し、この電磁場を利用して通信を行うため、少ない消費電力で１ＧＨｚをこえる信号伝達を行うことが可能となる。これにより、通信装置１００は、コンピュータなどのクロックと同期して高周波数の論理信号を伝送可能となる。
【００５０】
中心から距離ｒの点における上側導体層表面、すなわち第１信号層２０表面と、下側導体層表面、すなわち第２信号層３０表面との電位差をＶ（ｒ）とすると、半径ｒの円柱面を横切って流れる電流Ｉ（ｒ）とＶ（ｒ）（その地点での電極間の電位差２ｄＥｚ）の比は、
【数４】
2004242220.tif 000006
で与えられる。関数Ｐ（ｘ）を
【数５】
2004242220.tif 000007
と設定する。
【００５１】
図１０は、実数ｘに対するＰ（ｘ）のプロットを示す。Ｐ（ｘ）の虚部は原点付近で対数的に発散する。電磁波動の波長よりｒが著しく小さい場合にはＰ（ｘ）において対数の絶対値が大きくなり、容量性リアクタンスが支配的となるが、その増大は緩やかである。半径ｒ０の円形電極２０４のスイッチングによって電磁波動を放出する場合、その電極２０４を垂直方向に横切る電流と電極間電圧のインピーダンスは、
【数６】
2004242220.tif 000008
である。したがって例えば｜ｋｒ０｜が０．２７以上（ｒ０が波長の４．３％以上）であればインピーダンスの実部は虚部より大きくなり、実部で消費されるエネルギーが電磁波動のエネルギーに変換されることになる。
【００５２】
なお、導電層の伝導率が十分大きい場合、ｚ軸方向の電場は、
【数７】
2004242220.tif 000009
で与えられる。
【００５３】
図１１は、導電層の導電率を無限大（そのときｋは実数）と仮定したときの、中心からの無次元距離ｘ＝ｋｒにおいて変化する導電層に垂直な方向の電場の絶対値を示す。なお、距離による変化率をみるのが目的であるため、ωεμ＝Ｂ０＝１と設定する。したがってｒ＝λ／２π（波長の約６分の１）の半径の電極部において導電層に所定の電圧を発生させると、ｒ＝（３５／２π）λにおいてその１７％の電圧振幅が観測されることになる。導電層の抵抗率が有限の場合にはこれに指数関数的な減衰が乗ぜられることになり、これによって有効通信距離が決まる。
【００５４】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した電磁場を用いる通信デバイス３００に限らず、他の方法で信号発信を行う通信デバイスにも適用できる通信装置１００の構造を説明する。他の信号発信方法の例として、図４（ａ）の構造において第１信号層２０および第２信号層３０を短絡させることが考えられる。その結果、第１信号層２０と第２信号層３０の間に電圧降下が生じ、近傍の通信素子２００がその影響を受け、この電圧降下を信号として観測する。例えば、通信素子２００がコンデンサを有して構成され、ある通信素子２００から放出された電荷が有効通信距離内に配置されている周辺の通信素子２００のコンデンサに蓄積され、その電圧変化により周辺の通信素子２００が信号を認識することとしてもよい。このように、短絡による電圧降下を利用して信号の伝達を行う通信デバイスも、第２の実施の形態による通信装置１００の構造の利点を享受することができる。なお、以下では、第１信号層２０についての説明を行うが、第２信号層３０も第１信号層２０と同様の構造および機能等を具備することができる。
【００５５】
図１２（ａ）は、通信装置１００における第１信号層２０の抵抗分布を示す。第１信号層２０は、複数のサイト２１０と、サイト２１０を囲む高抵抗領域２１２を含む。サイト２１０は、高抵抗領域２１２よりも低い抵抗値を示し、低抵抗領域を構成する。通信素子２００はサイト２１０に配置され、最も単純な構造においては、１つのサイト２１０につき１つの通信素子２００が存在する。図示のごとく、第１信号層２０において、５×５の四角形のサイト２１０が形成されている。
【００５６】
最初に、信号を発信する通信素子２００の周囲に連続的な電圧勾配が生じ、この電圧降下を検出することにより、信号を認識する場合について考察する。電極の大きさが電圧降下の生じる拡散距離よりも著しく小さい場合、電極付近での電圧降下が大きくなる。図１２（ｂ）は、均一な抵抗で第１信号層２０が形成されているときの電圧振幅分布を示す。発信する通信素子２００から離れた地点に所定の閾値以上の電圧を発生させるためには、発信する通信素子２００の電極における信号振幅を大きくする必要がある。
【００５７】
第１信号層２０に図１２（ａ）に示すような抵抗分布を設定し、通信素子２００を発信させると、サイト２１０内では、ほぼ均一な電圧を伝達できるようになる。高抵抗領域２１２の抵抗値を適切に定めれば、信号を発したサイト２１０から一定の距離までは閾値以上の信号電圧が到達し、それより遠くでは閾値以下となるように、到達信号強度を段階的に変化させることができるようになる。これにより、安定した信号伝達が可能になる。なおサイト２１０は四角形に限らず、任意の形状であってよい。
【００５８】
図１２（ｃ）は、第１信号層２０を抵抗分布をつけて形成したときの電圧振幅分布を示す。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）において図示する通信素子２００ｅが信号を発信したときの横方向の電圧振幅分布を示している。第１信号層２０において、サイト２１０内では電位に大きな変動はなく、高抵抗領域２１２を通過するときに、大きな電圧降下が生じることになる。通信素子２００ｅが発信したサイト２１０ａにおいては、電位が、電源層４４から印加される電位Ｖ０に保たれる。また、横方向に隣り合うサイト２１０ｂにおいては電位が全体的にＶ１に保たれ、さらに横方向に位置するサイト２１０ｃにおいては電位が全体的にＶ２に保たれる。したがって、各サイト２１０における通信素子２００の受信電圧の閾値をＶ２からＶ０の間に設定しておけば、発信する通信素子２００に隣接する通信素子２００のみが信号を受信することができ、さらに隣の通信素子２００は信号を受信することができなくなる。すなわち、第１信号層２０における抵抗分布および通信素子２００の受信電圧閾値を適切に設定することにより、近傍の通信素子２００のみに信号を伝達することが可能となる。これにより、信号の有効通信距離を制限し、信号の衝突を減少させることができるため、連鎖伝達型の通信を安定的に実現することができる。
【００５９】
以上は、電圧降下を利用した信号伝達を行う通信デバイス３００を備えた通信装置１００の例であるが、第１の実施の形態で説明した電磁場を利用した信号伝達を行う通信デバイス３００に対しても、第１信号層２０に抵抗分布を設けることは有効である。
【００６０】
電磁波動の減衰率は、第１信号層２０および第２信号層３０の伝導率、言い換えると電気抵抗によって定まる。そのため、高抵抗領域２１２においては電磁波動の減衰が大きくなる。このことを利用して、高抵抗領域２１２により電磁波動を強く減衰させることにより、電磁場を近傍のサイト２１０に局在させることが可能となる。すなわち、隣接するサイト２１０における通信素子２００のみが電磁場の変化を観測できるように、第１信号層２０を形成することができる。
【００６１】
図１３は、第１信号層２０および第２信号層３０に厚み分布を設けた構造を示す。第１信号層２０および第２信号層３０の間隔を一部狭めることにより、電磁波動の減衰効果を高めてもよい。図示のごとく、電磁波動の伝達経路、すなわち誘電層２２の厚みに変化をもたせることにより、狭くなった伝達経路において電磁波動を反射させ、これにより、信号の有効通信距離を制限し、信号の衝突を減少させることができ、連鎖伝達型の通信を安定的に実現することができる。なお、電磁波の吸収体や反射体を第１信号層２０と第２信号層３０との間に配置し、信号の有効通信距離を制限することも可能である。この場合、電磁波動が通過するスペースはあけておく必要がある。
【００６２】
図１４（ａ）は、サイト２１０を六角形とした場合の第１信号層２０の抵抗分布を示す。それぞれのサイト２１０の中心部に通信素子２００を配置することにより、隣接する６つの通信素子２００との間の距離を等しくすることが可能となる。
【００６３】
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示したサイト２１０内に、さらに高抵抗領域２１４を形成した場合の第１信号層２０の抵抗分布を示す。高周波の信号伝達を可能とするためには、第１信号層２０と第２信号層３０との間の容量を減らすことが好ましい。この目的のもと、図１４（ａ）に示したサイト２１０の中に高抵抗領域２１４のパターンを形成し、サイト２１０の面積を減らすことにより、第１信号層２０と第２信号層３０との間の容量を減らす。なお、高抵抗領域２１４のパターンは図示したものに限定されない。
【００６４】
以下、図１５および図１６において、第１信号層２０の構造の変形例を示す。第１信号層２０には、個別配線を形成せず、周囲の抵抗値に対して低い抵抗値を示すサイト２１０が形成されている。
【００６５】
図１５（ａ）は、様々な大きさのサイト２１０を有する第１信号層２０を示す。既述のごとく、通信装置１００は個別配線を設けることなく、通信素子２００間で信号を順次伝達可能な通信機能をもっており、自動車の内壁などに利用して煩わしい個別配線を不要とすることができる。自動車の内壁に利用する場合、車載機器の全てを通信装置１００に直接接続して通信を行わせることも可能であるが、実用性を考えると、通信装置１００の表面に接続端子やコネクタ（以下、コネクタ等とよぶ）を設け、車載機器からの信号線を適当なコネクタ等に接続させてもよい。この場合、１つのコネクタごとに１つの通信素子２００を割り当ててもよいが、各車載機器が常に通信を行うわけではないことから、複数の車載機器が通信素子２００を共有する構造をとることもできる。
【００６６】
図１５（ａ）の例では、複数のコネクタ等の集中する箇所のサイト２１０ｄが他のサイト２１０ｅと比べて大きく形成される。これにより、コネクタ等を形成するスペースを確保する。コネクタ等が少ないまたは存在しないサイト２１０ｅは、小さく形成されて、信号伝達の機能だけをもてばよい。各サイト２１０には、１つの通信素子２００が存在している。
【００６７】
図１５（ｂ）は、２次元通信領域２２０と１次元通信領域２２２を組み合わせた第１信号層２０を示す。各サイト２１０には、１つの通信素子２００が存在している。２次元通信領域２２０には、複数のサイト２１０ｆが密に設けられており、各サイト２１０ｆに設けられた通信素子２００が隣接する通信素子２００との間で信号を２次元的に伝達する。一方、１次元通信領域２２２には、複数の細長いサイト２１０ｇが直列に配置され、各サイト２１０ｇに設けられた通信素子２００が、信号を１次元的に遠くまで伝達する。このように、２次元通信領域２２０と１次元通信領域２２２とを組み合わせることにより、個別配線を不要とした所期の通信装置１００を実現できる。
【００６８】
図１６（ａ）は、細長いサイト２１０ｈ列を並列に配置した第１信号層２０を示す。各サイト２１０には、１つの通信素子２００が存在している。平行に配置されるサイト２１０ｈの間隔は、信号が伝達しないように広く設定され、１次元通信領域２３０を構成する。なお、並列のサイト２１０ｈ間の抵抗値をさらに高く設定すれば、サイト２１０ｈ間の間隔が狭い場合であっても、サイト２１０ｈ間で信号は伝達されない。このように、高抵抗領域内でも抵抗分布をもたせることにより、第１信号層２０の構造をコンパクトにすることができる。
【００６９】
図１６（ｂ）は、ランダムに形成されたパターンをもつサイト２１０ｉを有する第１信号層２０を示す。通信装置１００は、ランダムパターンのサイト２１０ｉ中に適当に通信素子２００を分散配置させることにより、サイト２１０ｉにおける信号伝達を可能とする。なお、サイト２１０ｉは一体として連続的に形成されているが、機器間を個別に配線することを意図するものではない。
【００７０】
図１７（ａ）は、２次元通信用の信号線を形成した信号線シート２４０を示す。信号線シート２４０は、導電性材料によりメッシュ状に形成され、信号伝達と電力供給に利用される。なお、信号線シート２４０の形状はメッシュ状に限定されるものではなく、すだれ状であってもよく、またランダムパターンであってもよい。図１７（ｂ）は、信号線シート２４０が電源層４４と、グランド層である第２信号層３０に挟持された状態を示す。通信素子２００は、信号線シートの端部に電気的に接続し、信号線シート２４０を介して、信号の伝達および受電動作を行うことができる。電源層４４および第２信号層３０の形状は、信号線シート２４０に合わせて作られてもよい。
【００７１】
図１８（ａ）は、通信素子２００の送受信動作を説明するための図である。既述のごとく、信号の発信方法として、電磁場を利用するものや電圧降下を利用するものが考えられるが、以下では、電圧降下を利用した信号発信方法を想定する。この例では、サイト２１０ｌ内の通信素子２００が、サイト２１０ｍの通信素子２００に対して信号を送信する。
【００７２】
サイト２１０ｍの通信素子２００は、第１信号層２０および第２信号層３０を電気的にフロートにして電圧変化を観測してもよいが、ここでは、電圧変化を観測しながら、積極的に電位を保持することとする。電気的にフロートとした状態で電圧変化を観測する場合には、発信信号が遠方の素子にまで到達するため、信号衝突の可能性が高まる。そのため、信号を受信したサイト２１０ｍで電圧変化を吸収することにより、発信信号が遠方まで伝達する可能性を低減し、信号衝突の可能性を少なくする。隣接するサイト２１０ｌが発信した場合、その電位差によって、サイト２１０間の高抵抗領域を通って電流が流入または流出し、サイト２０１ｍの通信素子２００は、これを観測信号とする。
【００７３】
図１８（ａ）において、グランドは、グランド層である第２信号層３０を表わす。なお、発信回路および受信回路ともに通信素子２００の外部に存在するように示されているが、実際には通信素子２００の内部に存在する。図１８（ａ）においては、サイト２１０ｌの通信素子２００の送信回路と、サイト２１０ｍの通信素子２００の受信回路とが示されているが、各通信素子２００は、それぞれ発信回路および受信回路を持っており、必要に応じて使用する回路を切り替えることができる。サイト２１０ｌにおける通信素子２００が信号を送信し、サイト２１０ｌおよびサイト２１０ｍの間の高抵抗領域を介して、サイト２１０ｍに電流が流入または流出する。
【００７４】
通信素子２００の受信回路は、フィードバック回路２５０を備え、電流を能動的に通信素子２００内に取り込むことにより、サイト２１０ｍ内の電圧が変動しないように制御し、出力端２５２に出力される電流を読み取る。図１８（ｂ）は、高速動作を実現する回路例を示す。
【００７５】
サイト２１０ｌからサイト２１０ｍに信号を伝達する場合、サイト２１０およびサイト２１０ｍを取り囲む８個のサイト２１０の電圧が「観測モード」に入ることで略一定に保たれる。そのため、サイト２１０ｌからの距離がサイト２つ分以上あるサイト２１０には信号は到達しないようになる。つまり、あるサイト２１０からの発信により、隣接するサイト２１０以外には全く信号が届かないことになり、これによって無用な信号の衝突を避けることができる。なお、信号を受信したサイト２１０の通信素子２００は、その後、信号を発信し、隣接するサイト２１０のみに信号を伝達していく。
【００７６】
図１８（ｃ）は、１００ＭＨｚで動作する回路の具体例を示す。コンパレータ２６０の一入力に印加する基準電圧を１０ｍＶ、抵抗２６２の抵抗値を、サイト２１０間より十分に小さい５Ωに設定することにより、１００ＭＨｚで信号伝達を行うことが確認できた。
【００７７】
＜第３の実施の形態＞
図１９は、電源層４４の変形例を示す。電源層４４は、複数の電源ブロック４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅおよび４６ｆから構成され、また電源ブロック間を電気的に接続する複数の接続部４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅ、４８ｆおよび４８ｇを有する。電源層４４のある箇所にショートが発生した場合には、その部分を電源層４４から電気的に切り離して、全体のブレークダウンを防ぐことができる。例えば、電源ブロック４６ｅのある箇所にショートが発生した場合、接続部４８ｄ、４８ｆおよび４８ｇを電気的に切り離すことにより、電源ブロック４６ｅを隣接する電源ブロック４６ｂ、４６ｄおよび４６ｆから切り離す。これにより、電源層４４は安定して通信素子２００に電力を供給し続けることができる。本発明による通信装置１００は、個別配線が存在せず、隣接する通信素子２００間で信号を順次伝達する構造をとるため、電源ブロック４６ｅに存在する通信素子２００を利用できなくなっても、他の電源ブロックに存在する通信素子２００を利用して信号伝達を行うことができる。
【００７８】
＜第４の実施の形態＞
図２０は、第４の実施の形態に係る通信装置１００における信号伝達方法の説明図を示す。第４の実施の形態においては、各通信素子２００が、空間内の自身の位置を示す座標をアドレスとしてメモリに保持する。座標は、２次元座標であっても３次元座標であってもよい。通信素子２００の座標は外部のコンピュータなどにより設定されてもよく、各々で自律的に設定してもよい。後者の座標設定方法については後述する。この例では、座標（１，１）に位置する通信素子から、座標（７，７）に位置する通信素子まで信号を伝達することを目的とする。以下、座標（Ｍ，Ｎ）に位置する通信素子を「通信素子（Ｍ，Ｎ）」と表現する。なお図示の例では、説明の便宜上、通信素子が規則的に配列されているが、この配列形態はランダムであってよい。
【００７９】
図２１は、送信元の通信素子により生成される信号のパケットを示す。このパケットには、コマンド、送信元アドレス、送信先アドレスおよび送信データの項目が設けられる。この信号はデータを通信素子（７，７）に転送するためのものであり、コマンドには転送パケットであることを指示するコードが記述される。送信元アドレスには、送信元通信素子の座標である（１，１）が記述され、送信先アドレスには、送信先通信素子の座標である（７，７）が記述される。送信データは、伝達すべきデータである。このように、通信素子（１，１）は送信元座標と送信先座標とを含んだ信号のパケットを生成する。パケットの生成は処理部６０（図３参照）により行われる。
【００８０】
図２０に戻って、送信元の通信素子（１，１）が信号を送信すると、その信号は周辺の通信素子、すなわち座標（０，０）、（２，０）、（３，１）、（２，２）、（０，２）、（−１，１）に位置する通信素子に伝達される。これらの通信素子は、信号を受け取ると、自身が位置する座標をもとに信号を中継するか否かを決定する。この決定は、送信元座標（１，１）と送信先座標（７，７）との間に、空間的に自身が位置するか否かを判定することにより行われ、具体的には、送信元の通信素子（１，１）と、送信先の通信素子（７，７）とを結ぶ経路上に自身が位置するか否かを判定することにより行われる。
【００８１】
この例では、通信素子（２，２）が、通信素子（１，１）と通信素子（７，７）を結ぶ経路上に位置することを判定し、信号を中継することを決定する。通信素子（２，２）は、受け取った信号を送信し、それ以外の通信素子は応答しない。以後、信号は、通信素子（３，３）、通信素子（４，４）、通信素子（５，５）、通信素子（６，６）により中継されて通信素子（７，７）に伝達される。
【００８２】
第４の実施の形態においては、各通信素子が、自身の座標と、送信元および送信先の座標との関係により、信号を中継すべきか否かを判断する。通信経路を予め定めておく必要はなく、単純なアルゴリズムで動的に最短経路を設定し、信号を伝達することが可能となる。ここでは予め通信素子の座標が確定していることを前提としたが、以下、通信素子の座標を決定する方法を示す。
【００８３】
図２２は、通信素子の座標決定方法の一例を説明するための図である。この座標決定方法では、通信装置１００内に、３つ以上の基準素子を配置する。基準素子は、他の通信素子の座標を決定するために設けられる。各通信素子は、基準素子からの距離に基づいて自身の座標を決定する。この距離は、基準素子から自身までの経路中に存在する他の通信素子の個数に基づいて決定される。この例では、２次元座標の決定を感覚的に理解しやすくするため、４つの基準素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを上下左右に配置する。基準素子Ａと基準素子Ｃを結ぶ直線はＸ軸を構成し、基準素子Ｂと基準素子Ｄを結ぶ直線はＹ軸を構成する。まず、各基準素子が座標決定コマンドを発信する。座標決定コマンドは、ブロードキャストモードにより伝達される。
【００８４】
ブロードキャストモードは、発信元の通信素子から全ての通信素子に信号をブロードキャストする通信アルゴリズムである。ブロードキャストモードにおいては、信号待機中、全ての通信素子が周囲の信号を監視する。信号を受信した通信素子は、乱数により定められる時間だけ待機して、同一の信号系列を送信する。各信号系列は「信号ＩＤ」を有しており、通信素子が同一の信号ＩＤをもつ信号を受信した場合には、その信号の転送を行わないことが好ましい。以上の動作を各通信素子が実行することにより、任意の通信素子から発生した信号が中継されて、ほぼ同心円状に広がっていき、発信元の通信素子から離れる方向に順次伝達されることになる。
【００８５】
図２３は、座標決定コマンドを示す。コマンドには、座標決定コマンドであることを特定するコードが記述される。「基準素子の方向」には、基準素子の位置が記述される。例えば基準素子Ａが発信する座標決定コマンドであれば「左」、基準素子Ｂが発信する座標決定コマンドであれば「下」、基準素子Ｃが発信する座標決定コマンドであれば「右」、基準素子Ｄが発信する座標決定コマンドであれば「上」と記述される。中継回数は、この座標決定コマンドを受け取るまでに他の通信素子を経由した回数が記述される。基準素子からの発信時、この中継回数は０に設定されている。各通信素子は、座標決定コマンドを受け取ると、中継回数を１つ増やし、それを送信する。本実施の形態における座標決定方法は、以下のアルゴリズムを利用する。
【００８６】
任意の点Ｑ（ｘ，ｙ）から基準点Ａ（−ａ，０）までの距離をｒ１、基準点Ｃ（ａ，０）までの距離をｒ２とする。このとき、
ｒ１２＝（ｘ＋ａ）２＋ｙ２  ・・・（１）
ｒ２２＝（ｘ−ａ）２＋ｙ２  ・・・（２）
が成り立つ。したがって、
ｘ＝（ｒ１２−ｒ２２）／４ａ  ・・・（３）
ここで、ａは定数であるため、Ｘ座標を以下の式で決定する。
ｘ＝（ｒ１２−ｒ２２）  ・・・（４）
【００８７】
同様に、任意の点Ｑ（ｘ，ｙ）から基準点Ｂ（−ｂ，０）までの距離をｒ３、基準点Ｄ（ｂ，０）までの距離をｒ４とする。このとき、
ｒ３２＝ｘ２＋（ｙ＋ｂ）２  ・・・（５）
ｒ４２＝ｘ２＋（ｙ−ｂ）２  ・・・（６）
が成り立つ。したがって、
ｙ＝（ｒ３２−ｒ４２）／４ｂ  ・・・（７）
ここで、ｂは定数であるため、Ｙ座標を以下の式で決定する。
ｙ＝（ｒ３２−ｒ４２）  ・・・（８）
【００８８】
式（４）および（８）を用いて、通信素子の２次元座標を定める。これらの式から分かるように、４つの基準素子からの距離が決定されれば、通信素子の相対的な座標を求めることができる。
【００８９】
図２２に戻って、通信素子２００ｈの２次元座標を求める。各基準素子が図２３に示した座標決定コマンドを発信する。座標決定コマンドを受け取った通信素子は、乱数で決まる待ち時間だけ待機した後、中継回数に１を加算して座標決定コマンドを送信する。通信素子は、１を加算した中継回数を基準素子ごとにメモリに記録する。座標決定コマンドの送信後、同一の基準素子からの座標決定コマンドを再度受け取ったとき、このコマンドに含まれる中継回数に１を加算したものがメモリに記録したものより大きい場合は応答しない。一方、記録したものより小さい場合は、一定時間待機後、中継回数に１を加算して座標決定コマンドを再送信する。このとき、メモリの中継回数を更新する。最終的にメモリには、各基準素子からの中継回数の最小値が記録される。この中継回数の最小値は、基準素子からの距離に相当する。
【００９０】
図２４は、１つの基準素子から発信された座標決定コマンドが異なる経路を通って所定の通信素子に到達する状況を説明するための図を示す。経路１によると中継回数は６であり、経路２によると中継回数は７となる。各通信素子が信号送信に際してランダム時間待機するため、中継回数が少なくても、信号受信のタイミングが遅れる場合も生じる。したがって通信素子は、受信した座標決定コマンドに記述される中継回数を確認して、基準素子からの最短距離を定める。
【００９１】
このアルゴリズムにしたがって、通信素子２００ｈの二次元座標を決定する。基準素子Ａからの中継回数が７、基準素子Ｂからの中継回数が１０、基準素子Ｃからの中継回数が３、基準素子Ｄからの中継回数が４となる。基準素子同士の位置関係は、座標決定コマンドに記述される「基準素子の方向」により特定する。式（４）を用いて、Ｘ座標は、基準素子Ａおよび基準素子Ｃからの距離により、
ｘ＝７２−３２＝４０
式（８）を用いて、Ｙ座標は、基準素子Ｂおよび基準素子Ｄからの距離により、
ｙ＝１０２−４２＝８４
したがって、通信素子２００ｈの座標は、（４０，８４）と決定される。
【００９２】
以上の処理を各通信素子が実行することにより、通信装置１００における座標が決定する。通信素子はこの座標をメモリに記録し、信号中継をするか否かの判断に利用する。
【００９３】
図２５は、座標決定方法の変形例を説明するための図である。図２５（ａ）は、空間内に存在する４つの基準素子を示す。この変形例では、最初の４つの基準素子を「０次基準素子」と呼び、それぞれの座標を（０，０）、（１，０）、（１，１）、（０，１）とする。この座標決定方法において、通信素子は少なくとも３つの基準素子からの距離に基づいて、１以下の２進数の座標値を設定する。例えば通信素子は、３つの基準素子から等距離にある場合に、自身の座標を決定する。座標値を設定した通信素子は、以後、基準素子として機能する。この処理を繰り返すことにより、全ての通信素子の座標値が設定される。（ｎ−１）次の基準素子までが決定しているとき、以下のアルゴリズムによりｎ次の基準素子を決定する。ｎ次基準素子は、座標値の小数点第（ｎ＋１）位以下の桁が全て０となる通信素子を意味する。０次基準素子は、座標値の小数点第１位以下の桁が全て０であり、１次基準素子は、座標値の小数点第２位以下の桁が全て０となる。この座標決定アルゴリズムは２段階の構成をとり、それぞれの段階でｎ次基準素子を順次決定する。
【００９４】
まず、基準素子の一つがブロードキャストにより「ｎ次座標決定要求」を発信する。「ｎ次座標決定要求」は、ｎ次基準素子を決定するためのトリガとなるコマンドである。ｎ次座標決定要求は、通信層に接続された外部コンピュータによって供給されてもよい。
【００９５】
（ｎ−１）次の基準素子は、ｎ次座標決定要求を受けて、「ｎ次座標決定コマンド」を発信する。図２６は、ｎ次座標決定コマンドのパケットを示す。このパケットには、コマンド、次数、基準素子のＸ座標およびＹ座標が記述される。次数の項目にはｎが設定される。通信素子は、各基準素子から発信されたｎ次座標決定コマンドのうち、最短の中継回数で到達した３つのパケットを記録する。
【００９６】
３つの中継回数が等しい場合、通信素子は、記録した３つのパケットの送信元である基準素子の座標をチェックする。それぞれの基準素子の各成分の座標値の差が全て（１／２）（ｎ−１）以内であれば、その通信素子はｎ次基準素子の候補となる。ｎ＝１であれば各成分の座標値の差が１以内であることが条件となる。
【００９７】
ｎ次基準素子の候補となった通信素子は、重複チェックコマンドをブロードキャストする。重複チェックコマンドには、仮にｎ次基準素子となったときに設定される座標が記述されている。自分と同じ座標を記述した重複チェックコマンドを受け取った場合、その通信素子は、候補からの辞退を示す辞退コマンドをブロードキャストする。なお他の通信素子から辞退コマンドを受け取った場合には、自身の辞退は行わなくてよい。他の通信素子から重複チェックコマンドを受け取らないとき、また重複チェックコマンドを受け取ったがその通信素子から辞退コマンドも受け取ったときには、その通信素子は、自身をｎ次基準素子として決定する。以上により、第１段階におけるｎ次基準素子が決定する。
【００９８】
続いて、このｎ次基準素子は、アルゴリズムの第２段階を実行するために（ｎ−１）次基準素子として機能する。第２段階において、このｎ次基準素子および（ｎ−１）次の基準素子は、再度「ｎ次座標決定コマンド」を発信する。通信素子は、各基準素子から発信されたｎ次座標決定コマンドのうち、最短の中継回数で到達した３つのパケットを記録する。
【００９９】
３つの中継回数が等しい場合、通信素子は、記録した３つのパケットの送信元である基準素子の座標をチェックする。それぞれの基準素子の一方の成分の座標値の差が（１／２）（ｎ−１）以内であり、他方の成分の座標値の差が（１／２）ｎ以内であれば、その通信素子はｎ次基準素子の候補となる。ｎ＝１であれば一方の成分の座標値の差が１以内であり、他方の成分の座標値の差が２進数表示で０．１以内であることが条件となる。以後、第１段階と同様に、ｎ次基準素子の候補となった通信素子は、重複チェックコマンドを送信する。以上の処理を繰り返すことにより、全ての通信素子の座標が決定する。
【０１００】
図２５（ｂ）は、ｎ＝１の場合に、上述した座標決定アルゴリズムの第１段階において１次基準素子（０．１，０．１）が決定された状態を示す。１次基準素子（０．１，０．１）の決定後、この１次基準素子が０次基準素子として機能し、他の０次基準素子とともに１次座標決定コマンドを発信する。
【０１０１】
図２５（ｃ）は、ｎ＝１の場合に、上述した座標決定アルゴリズムの第２段階において４つの１次基準素子（０，０．１）、（０．１，０）、（１，０．１）、（０．１，１）が決定された状態を示す。このアルゴリズムでは、２段階の処理により１次基準素子の座標を決定する。この処理を繰り返し、全ての通信素子につき座標が定まると、この座標決定アルゴリズムは終了する。
【０１０２】
以上は、３つの基準素子から等距離にあることを条件として基準素子を設定したが、別の条件を採用してもよい。例えば、基準素子により生成される四辺形において、その対角線の交点に位置する通信素子を基準素子として設定してもよい。
【０１０３】
図２７は、第４の実施の形態に係る通信装置１００における信号伝達方法の変形例を説明するための図である。この変形例は、各通信素子がＩＤを有し、信号を送受する２つの通信素子が特定されている状況を前提とする。信号を送受する２つの通信素子のＩＤは、通信装置１００内で重複しないように定められ、それ以外の通信素子のＩＤは、直接信号が届く範囲内で重複しなければよい。この例では、通信素子Ｅから通信素子Ｆに信号を伝達する。図示されるように、通信素子Ｅと通信素子Ｆとの間に、矢印で示される通信経路が確定しているとする。通信経路上に位置する通信素子は、送信元通信素子ＥのＩＤまたは送信先通信素子ＦのＩＤをメモリに記録する。
【０１０４】
信号送信元である通信素子Ｅは、自身のＩＤまたは送信先の通信素子ＦのＩＤを含んだ信号のパケットを生成して送信する。通信素子は、この信号を受け、通信素子Ｅまたは通信素子ＦのＩＤをメモリに記録しているか否かを確認する。メモリに記録している場合には、自身が信号を中継するべきであることを判定し、信号を送信する。経路上の通信素子が信号を順次中継することにより、信号を通信素子Ｆまで伝達する。以上は、通信経路確定後の信号伝達方法であり、その前提となる通信経路の確定は以下のアルゴリズムで行われる。
【０１０５】
まず、通信素子Ｅが「経路探索コマンド」を発信する。図２８（ａ）は、経路探索コマンドのパケットを示す。このパケットには、コマンド、送信先ＩＤ、中継回数およびＩＤ履歴の項目が設けられる。送信先ＩＤには、通信素子ＦのＩＤが記述される。通信素子Ｅからの発信時、中継回数として０が設定され、ＩＤ履歴の記述はない。通信素子は経路探索コマンドを受け取ると、中継回数に１を加算し、ＩＤ履歴の末尾に自身のＩＤを追加して、経路探索コマンドを送信する。このとき通信素子は、記述された中継回数に１加算した値をメモリに記録する。同じ送信先ＩＤを含む経路探索コマンドを複数回受け取ったとき、経路探索コマンドに記述されている中継回数に１加算した値が、メモリに記録した中継回数以上である場合には応答せず、少ない場合には中継回数に１を加算し、ＩＤ履歴を追加した後、経路探索コマンドを送信する。通信素子は、メモリに記録した中継回数を更新する。
【０１０６】
通信素子Ｆは、経路探索コマンドの到達を一定時間待ち、最小の中継回数で到達した経路探索コマンドに記述されたＩＤ履歴により通信経路を決定する。最小中継回数をもつ経路探索コマンドが複数存在する場合には、時間的に最も早く到達した通信経路を採用してもよい。また、中継回数が最小でない場合であっても、時間的に最も早く到達した通信経路を採用してもよい。中継回数が最小となる通信経路であっても、トラフィックの集中などにより介在する通信素子の応答特性が悪化し、信号到達時間が長くなることも考えられる。そのため、中継回数が最小の通信経路と、時間的に最も早い通信経路とを設定し、状況に応じて適宜使い分けてもよい。また通信の安全を確保したり、並列送信を可能とするために、複数の通信経路を確保してもよい。通信経路を決定すると、通信素子Ｆは「経路通知コマンド」を発信する。
【０１０７】
図２８（ｂ）は、経路通知コマンドのパケットを示す。このパケットには、コマンド、送信先ＩＤ、決定中継回数および決定ＩＤ履歴の項目が設けられる。送信先ＩＤには通信素子ＦのＩＤが記述され、決定中継回数および決定ＩＤ履歴は、最短経路として決定された中継回数およびＩＤ履歴が記述される。
【０１０８】
経路通知コマンドを受け取った通信素子は、決定ＩＤ履歴の末尾が自身のＩＤと一致する場合にはそのＩＤを削除して、中継回数を１減算し、経路通知コマンドを送信する。この通信素子は、自身が通信素子Ｅから通信素子Ｆへの通信経路に位置することを認識し、通信素子ＦのＩＤをメモリに記録する。これ以後、通信素子Ｆを送信先とする転送コマンドを受けた場合には、メモリに記録されたＩＤを参照して自身が通信経路を担っていることを確認し、信号を中継する。なお経路通知コマンドには送信元である通信素子ＥのＩＤを記述してもよく、このとき通信経路上の通信素子はこのＩＤをメモリに記録する。転送コマンドに送信元ＩＤが含まれる場合には、通信素子が、メモリに記録された送信元ＩＤを参照して信号を中継する。なお、通信経路の確定後、決定ＩＤ履歴は、通信素子Ｅにより必ずしも保持される必要はなく、中継する各通信素子が、通信経路において自身より一つ手前の通信素子のＩＤを保持していればよい。
【０１０９】
図２８（ａ）では、経路探索コマンドにＩＤ履歴を含めることとしたが、別の方法として経路探索コマンドにＩＤ履歴を含ませなくてもよい。この変形例では、通信素子ＥがＩＤ履歴を含まない「経路探索コマンド」を発信する。図２８（ｃ）は、変形例における経路探索コマンドのパケットを示す。通信素子Ｅによる発信時、直前ＩＤの項目には、通信素子ＥのＩＤが記述されている。直前ＩＤには、この経路探索コマンドを受け取って発信した通信素子のＩＤが記述される。通信素子は経路探索コマンドを受け取ると、中継回数に１を加算し、直前ＩＤの項目に自身のＩＤを記述して、経路探索コマンドを送信する。このとき通信素子は中継回数および直前ＩＤに記述されていた通信素子のＩＤをメモリに記録する。なお記録する中継回数は、記述されている中継回数に１加算した値である。同じ送信先ＩＤを含む経路探索コマンドを複数回受け取ったとき、経路探索コマンドに記述されている中継回数に１加算した値がメモリに記録した中継回数より少ない場合には、直前ＩＤに自身のＩＤを記述して送信し、直前ＩＤに記述されていた通信素子のＩＤを記録する。
【０１１０】
図２８（ｄ）は、変形例における経路通知コマンドのパケットを示す。図２８（ｂ）の経路通知コマンドと比べると、変形例においては決定ＩＤ履歴の代わりに決定直前ＩＤの項目が設けられる。決定直前ＩＤには、通信素子Ｅから通信素子Ｆに向かう通信経路において、自身の直前に位置する通信素子のＩＤが記述される。通信素子Ｆによる発信時、決定直前ＩＤには、決定した通信経路上において通信素子Ｆの直前に位置する通信素子のＩＤが記述される。経路通知コマンドを受け取った通信素子は、自身のＩＤが決定直前ＩＤと一致する場合には決定直前ＩＤを自身の直前に位置するＩＤに更新して、中継回数を１減算し、経路通知コマンドを送信する。この通信素子は、自身が通信素子Ｅから通信素子Ｆへの通信経路に位置することを認識し、通信素子ＦのＩＤをメモリに記録する。これ以後、通信素子Ｆを送信先とする転送コマンドを受けた場合には、メモリに記録された通信素子ＦのＩＤを参照して自身が通信経路を担っていることを確認し、信号を中継する。このとき、メモリに記録された直前の通信素子のＩＤを参照してもよい。この変形例によると、ＩＤ履歴を利用しないため、経路決定の際に送信する信号量が少なくてすむ。また、信号量をさらに少なくするために、中継回数に関するデータを省略することも可能である。
【０１１１】
以上のように、通信装置１００は、通信素子２００間で信号を伝達することが可能となる。各通信素子２００の有効通信距離の範囲内には、既述のような通信素子２００間で要求される通信機能を有しないシンプルな通信素子を配置してもよい。このシンプルな通信素子は、通信素子２００の管理下におかれる。この関係から、通信素子２００を親素子と呼び、その管理下にある通信素子を子素子と呼ぶ。上記のごとく、親素子となる通信素子２００は、自身の二次元座標などのＩＤを有している。
【０１１２】
この親子関係は、親素子が応答要求を定期的に発行し、それに子素子が応答することで動的に形成される。具体的にはまず親素子は自分のＩＤをパケットに埋め込んだ「応答要求コマンド」を送信する。すでに親素子が確定している子素子はそれに応答することはなく、まだ親素子が確定していない子素子は、乱数による待機時間の後、自分がその親素子に子供になることを意思表示するパケットを発行する。このパケットを受け取った親素子は直ちにＩＤ確定コマンドを送出し、その子素子に、自分の管轄内でのＩＤを割り当てる。このようにして任意の子素子は動的に近傍の１次素子とユニークな親子関係を確立する。なお子素子は組み込みの素子でもよいし、コネクタを介して信号層に接続された情報機器であってもよい。
【０１１３】
通信装置１００において、子素子は、親素子との間でのみ通信を可能とする。親素子である通信素子２００は、子素子から発信された信号を、周辺の通信素子２００に伝達する役割と、また別の通信素子２００から送信された信号を、子素子に伝達する役割をもつ。親素子は、複数の子素子を管理してもよく、割り当てたＩＤにより、管理下の子素子を特定する。
【０１１４】
＜第５の実施の形態＞
第５の実施の形態は、個別配線を不要とした電力供給デバイスに関する。図２９は、電力供給の原理を説明するための図である。電力供給デバイス５００は、機器の信号線と接続するための複数のコネクタと、コネクタに電気的に接続する導電層５０２とを備える。電力供給デバイス５００は、個別配線を有しない。ここで、電極４００と電極４０２の間で電流を伝達する状況を想定する。なお、電力供給源が電極４００を有し、電力を供給される機器を接続するためのコネクタが電極４０２を有する。
【０１１５】
電力供給デバイス５００において、２次元の導電層５０２を介して電流を伝達する場合、二つの電極４００および４０２間の抵抗は、
【数８】
2004242220.tif 000010
のように与えられる。ｒ０は電極４００および電極４０２の半径、σは導電層のシート抵抗、Ｌは電極間の距離である。これにより、電極間の抵抗は、シート抵抗に依存する。なお、ｒ０を１ｃｍ、Ｌを１ｍと仮定している。したがって多数の機器に電流を供給し、特定の接点に電流が集中しない場合には、消費する総電流とシート抵抗の積が所定の電圧を超えないようにシート抵抗を設定すれば、全ての機器に電流が供給できる。個別に配線した場合、個々の機器への最大電流Ｉｉの和ΣＩｉを許容する配線材料が必要であるが、共通の導電層５０２から電力を供給する場合、導電層５０２を、同時に流れる電流の最大値を許容する材料で形成するだけで済むため、一般に重量は軽くなり、また断線に対する信頼性も向上する。
【０１１６】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明によれば、新規な通信デバイスおよび通信装置などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る通信技術の方式を説明するための図である。
【図２】実施の形態にかかる通信装置の外観構成を示す図である。
【図３】通信素子の機能ブロック図である。
【図４】（ａ）は通信装置の断面図であり、（ｂ）は通信装置の別の例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は通信デバイスが信号を発信する基本原理を説明するための図であり、（ｂ）は通信デバイスが信号を発信する原理の別の例を説明するための図である。
【図６】通信デバイスの構造の実現例を示す図である。
【図７】（ａ）は通信デバイスを実現する回路動作の概要を示す図であり、（ｂ）は第１信号層に印加する交流電圧の振幅を制限する回路の例を示す図である。
【図８】誘電層および高抵抗層における電磁場の変化を観測できる通信素子を備えた通信デバイス３００を示す図である。
【図９】（ａ）は通信素子の具体的な構成例を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、通信素子による信号発信の原理を説明するための図である。
【図１０】Ｐ（ｘ）のプロットを示す図である。
【図１１】導電層に垂直な方向の電場の絶対値を示す図である。
【図１２】（ａ）は通信装置における第１信号層の抵抗分布を示す図であり、（ｂ）は均一な抵抗で第１信号層が形成されているときの電圧振幅分布を示す図であり、（ｃ）は第１信号層を抵抗分布をつけて形成したときの電圧振幅分布を示す図である。
【図１３】第１信号層および第２信号層に厚み分布を設けた構造を示す図である。
【図１４】（ａ）はサイトを六角形とした場合の第１信号層の抵抗分布を示す図であり、（ｂ）はサイト内に高抵抗領域を形成した場合の第１信号層の抵抗分布を示す図である。
【図１５】（ａ）は様々な大きさのサイトを有する第１信号層を示す図であり、（ｂ）は２次元通信領域と１次元通信領域を組み合わせた第１信号層を示す図である。
【図１６】（ａ）は細長いサイト列を並列に配置した第１信号層を示す図であり、（ｂ）はランダムに形成されたパターンをもつサイトを有する第１信号層を示す図である。
【図１７】（ａ）は２次元通信用の信号線を形成した信号線シートを示す図であり、（ｂ）は信号線シートが電源層と、グランド層に挟持された状態を示す図である。
【図１８】（ａ）は通信素子の送受信動作を説明するための図であり、（ｂ）は高速動作を実現する回路例を示す図であり、（ｃ）は１００ＭＨｚで動作する回路の具体例を示す図である。
【図１９】電源層の変形例を示す図である。
【図２０】通信装置における信号伝達方法の説明図を示す。
【図２１】送信元の通信素子により生成される信号のパケットを示す図である。
【図２２】通信素子の座標決定方法の一例を説明するための図である。
【図２３】座標決定コマンドを示す図である。
【図２４】１つの基準素子から発信された座標決定コマンドが異なる経路を通って所定の通信素子に到達する状況を説明するための図である。
【図２５】（ａ）は空間内に存在する４つの基準素子を示す図であり、（ｂ）は１次基準素子が決定された状態を示す図であり、（ｃ）は４つの１次基準素子が決定された状態を示す図である。
【図２６】ｎ次座標決定コマンドのパケットを示す図である。
【図２７】信号伝達方法の変形例を説明するための図である。
【図２８】（ａ）は経路探索コマンドのパケットを示す図であり、（ｂ）は経路通知コマンドのパケットを示す図であり、（ｃ）は経路探索コマンドのパケットを示す図であり、（ｄ）は経路通知コマンドのパケットを示す図である。
【図２９】電力供給の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１６・・・導電層、１８・・・導電層、２０・・・第１信号層、２２・・・誘電層、２４・・・導電層、２６・・・スイッチ、３０・・・第２信号層、４２・・・高抵抗層、４３・・・誘電層、４４・・・電源層、４６・・・電源ブロック、４８・・・接続部、５０・・・通信部、５２・・・入力部、５４・・・電圧制限素子、６０・・・処理部、７０・・・メモリ、１００・・・通信装置、２００・・・通信素子、２０２・・・デジタル回路、２０４・・・電極、２１０・・・サイト、２１２・・・高抵抗領域、２１４・・・高抵抗領域、２２０・・・２次元通信領域、２２２・・・１次元通信領域、２３０・・・１次元通信領域、２４０・・・信号線シート、２５０・・・フィードバック回路、２５２・・・出力端、２６０・・・コンパレータ、２６２・・・抵抗、３００・・・通信デバイス、４００・・・電極、４０２・・・電極、５００・・・電力供給デバイス、５０２・・・導電層。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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