(57)【要約】【課題】有線による様々な制限を受けることなく、個々に存在する機能素子を共同的に機能させる無線通信機器及び無線通信方法を実現できるようにする。【解決手段】無線もしくは光により送受信を行う通信手段と前記通信手段以外の１つ以上の手段とを有する複数の微小機能素子３と、前記微小機能素子と通信を行って、前記微小機能素子を制御し、一括に管理する親基地４とを有し、親基地４から制御情報を受けた微小機能素子３と、他の微小機能素子３とが通信手段を介して通信を行うことによって、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するようにして、個々に存在する機能素子３を共同的に機能させるができるようにする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線もしくは光により送受信を行う通信手段と前記通信手段以外の１つ以上の手段とを有する複数の微小機能素子と、
前記微小機能素子と通信を行って、前記微小機能素子を制御し、一括に管理する親基地とを有し、
前記親基地から制御情報を受けた微小機能素子と、他の微小機能素子とが前記通信手段を介して通信を行うことによって、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行することを特徴とする無線通信機器。
【請求項２】
前記微小機能素子は、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するためのエネルギー源として、自己の有する発電手段もしくは前記親基地から送られてくる無線もしくは光のエネルギーを利用することを特徴とする請求項１に記載の無線通信機器。
【請求項３】
前記通信手段を行う素子と前記通信手段以外の１つ以上の手段を行う素子とが単一の基板上に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信機器。
【請求項４】
前記微小機能素子の大きさが１０ｍｍ以下であ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機器。
【請求項５】
前記微小機能素子の数が５個以上存在する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機器。
【請求項６】
前記微小機能素子に、光、温度、湿度、音、位置、速度、磁場、電場、圧力を含む当該微小機能素子が存在する環境の状態を観測するセンサを設け、当該センサからの情報を前記通信手段による無線もしくは光によって、前記親基地と通信を行う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機器。
【請求項７】
前記通信手段以外の１つ以上の手段が撮像手段、表示手段、記憶手段、演算処理手段である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機器。
【請求項８】
前記複数の微小機能素子が、それぞれ異なる基板上に設けられ、前記基板の大きさ以上の距離に離して配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の無線通信機器。
【請求項９】
前記複数の微小機能素子が、全て同一基板上にアレイ状に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の無線通信機器。
【請求項１０】
前記微小機能素子を異なる複数の場所に配置して、前記異なる複数の場所に配置された微小機能素子の相互間の通信によるセンシング・ネットワークによって、センシング情報を統合的に管理することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の無線通信機器。
【請求項１１】
前記親基地は、前記通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記微小機能素子から受信し、前記受信した情報を処理する情報処理手段を有する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機器。
【請求項１２】
前記親基地から前記微小機能素子へ制御情報を送信し、前記制御情報にしたがって、前記微小機能素子が前記通信手段以外の１つ以上の手段を果たし、当該通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記親基地に送信し、前記親基地で前記送信された情報を処理することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の無線通信機器。
【請求項１３】
前記微小機能素子が微小球からなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の無線通信機器。
【請求項１４】
前記撮像手段は、微小球レンズとその表面に形成された撮像素子からなることを特徴とする請求項７に記載の無線通信機器。
【請求項１５】
前記撮像手段は、一部の平面を有する微小球レンズと、前記平面に平行な平行平板と、前記平面に配置される撮像素子と通信回路とを備える平面回路基板とからなることを特徴とする請求項７に記載の無線通信機器。
【請求項１６】
前記撮像手段は、微小球レンズと、撮像素子と通信回路とを備える平面回路基板とを光学接着剤で接着して構成されていることを特徴とする請求項７に記載の無線通信機器。
【請求項１７】
無線もしくは光により送受信を行う通信手段と前記通信手段以外の１つ以上の手段とを有する複数の微小機能素子と、
前記微小機能素子と通信を行って、前記微小機能素子を制御し、一括に管理する親基地とを有する無線通信機器における無線通信方法であって、
前記親基地から制御情報を受けた微小機能素子と、他の微小機能素子とが前記通信手段を介して通信を行うことによって、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するように処理することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１８】
前記微小機能素子は、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するためのエネルギー源として、自己の有する発電手段もしくは前記親基地から送られてくる無線もしくは光のエネルギーを利用することを特徴とする請求項１７に記載の無線通信方法。
【請求項１９】
前記通信手段を行う素子と前記通信手段以外の１つ以上の手段を行う素子とが単一の基板上に形成されてなることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の無線通信方法。
【請求項２０】
前記微小機能素子の大きさが１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２１】
前記微小機能素子の数が５個以上存在することを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２２】
前記微小機能素子に、光、温度、湿度、音、位置、速度、磁場、電場、圧力を含む当該微小機能素子が存在する環境の状態を観測するセンサを設け、当該センサからの情報を前記通信手段による無線もしくは光によって、前記親基地と通信を行うことを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２３】
前記通信手段以外の１つ以上の手段が撮像手段、表示手段、記憶手段、演算処理手段であることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２４】
前記複数の微小機能素子が、それぞれ異なる基板上に設けられ、前記基板の大きさ以上の距離に離して配置されていることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２５】
前記複数の微小機能素子が、全て同一基板上にアレイ状に設けられていることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２６】
前記微小機能素子を異なる複数の場所に配置して、前記異なる複数の場所に配置された微小機能素子の相互間の通信によるセンシング・ネットワークによって、センシング情報を統合的に管理することを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２７】
前記親基地は、前記通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記微小機能素子から受信し、前記受信した情報を処理する情報処理手段を有することを特徴とする請求項１７〜２６のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２８】
前記親基地から前記微小機能素子へ制御情報を送信し、前記制御情報にしたがって、前記微小機能素子が前記通信手段以外の１つ以上の手段を果たし、当該通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記親基地に送信し、前記親基地で前記送信された情報を処理することを特徴とする請求項１７〜２７のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項２９】
前記微小機能素子が微小球からなることを特徴とする請求項１７〜２８のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【請求項３０】
前記撮像手段は、微小球レンズとその表面に形成された撮像素子からなることを特徴とする請求項２３に記載の無線通信方法。
【請求項３１】
前記撮像手段は、一部の平面を有する微小球レンズと、前記平面に平行な平行平板と、前記平面に配置される撮像素子と通信回路とを備える平面回路基板とからなることを特徴とする請求項２３に記載の無線通信方法。
【請求項３２】
前記撮像手段は、微小球レンズと、撮像素子と通信回路とを備える平面回路基板とを光学接着剤で接着して構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信機器及び無線通信方法に関し、特に、無線もしくは光を用いて通信を行う微細な微小機能素子を有する無線通信機器及び無線通信方法に的用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線（Ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）や光を用いたワイヤレス通信が盛んである。例えば携帯電話は、９００〜１９００ＭＨｚ帯などの電磁波を用いることで、いつでもどこでも通話可能なワイヤレスのモバイル・コミュニケーションツールとして欠かせないものとなっている。また、パーソナルコンピューター（パソコン）の相互間、パソコンとプリンターなどとの通信手段として、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１．ｂ，ａ）やｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの規格により、２．４５ＧＨｚ帯の無線電波を用いてのワイヤレス通信が可能になっており、オフィスや家庭などに広く普及している。さらに、ＪＲ東日本が２００１年に採用したＳｕｉｃａカードも、１３．５６ＭＨｚ帯の電磁波を用いて、駅改札での乗車券の読み書きが、非接触にできるようになっている。
【０００３】
以上は、手のひらサイズもしくはそれ以上の大きさの製品であるが、コイン状もしくはそれ以下のサイズの無線通信機器、いわゆる無線タグも、個別認識（ＩＤ）などの用途で使用されるようになっている。例えば、自動車のキーに１ｃｍ程度の小型の無線タグを入れることで、キーのオンと同時に認証操作を行って盗難を防止することなどが実現化している。この他に、光による通信機器も、例えば、有線通信が難しい山頂でのカメラ撮影における、山頂と地上との高速通信に用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤレス通信は、日常生活に欠かせないものであるが、ワイヤレス通信の用途については、限定的なものにとどまっている。例えば、携帯電話や携帯端末機器（ＰＤＡ）を用いたピアツウピア通信は、親基地もしくは個々の端末同士で無線通信し、複数個存在して個々に機能するが、集団としてまとまった機能を果たさない。
【０００５】
また、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの画素センサは、個々の画素は撮像機能を果たし、その後にそれらの情報は集合的に処理されて全体の撮像が形成される。この際に、個々の画素の制御信号は、有線（電気配線）によって制御回路から伝達されて処理される。同様に、液晶などの表示素子は、個々の画素表示機能を有し、それらがまとまって全体の表示をするが、それらは配線によって制御される。すなわち、これらは、２つの駆動回路と個々の機能素子を接続するための電気配線が、マトリックス状に張り巡らされて存在する構造になっている。このような配線は、１つの被写体を異なる角度から撮影する場合や、携帯機器用の表示素子として、紙のように薄く曲げて試用するなどの場合に、大きな妨げとなっている。
【０００６】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、有線による様々な制限を受けることなく、個々に存在する機能素子を共同的に機能させることができる無線通信機器及び無線通信方法を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信機器は、無線もしくは光により送受信を行う通信手段と前記通信手段以外の１つ以上の手段とを有する複数の微小機能素子と、前記微小機能素子と通信を行って、前記微小機能素子を制御し、一括に管理する親基地とを有し、前記親基地から制御情報を受けた微小機能素子と、他の微小機能素子とが前記通信手段を介して通信を行うことによって、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の無線通信機器の他の特徴とするところは、前記微小機能素子は、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するためのエネルギー源として、自己の有する発電手段もしくは前記親基地から送られてくる無線もしくは光のエネルギーを利用することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記通信手段を行う素子と前記通信手段以外の１つ以上の手段を行う素子とが単一の基板上に形成されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子の大きさが１０ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子の数が５個以上存在することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子に、光、温度、湿度、音、位置、速度、磁場、電場、圧力を含む当該微小機能素子が存在する環境の状態を観測するセンサを設け、当該センサからの情報を前記通信手段による無線もしくは光によって、前記親基地と通信を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記通信手段以外の１つ以上の手段が撮像手段、表示手段、記憶手段、演算処理手段であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記複数の微小機能素子が、それぞれ異なる基板上に設けられ、前記基板の大きさ以上の距離に離して配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記複数の微小機能素子が、全て同一基板上にアレイ状に設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子を異なる複数の場所に配置して、前記異なる複数の場所に配置された微小機能素子の相互間の通信によるセンシング・ネットワークによって、センシング情報を統合的に管理することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記親基地は、前記通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記微小機能素子から受信し、前記受信した情報を処理する情報処理手段を有することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記親基地から前記微小機能素子へ制御情報を送信し、前記制御情報にしたがって、前記微小機能素子が前記通信手段以外の１つ以上の手段を果たし、当該通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記親基地に送信し、前記親基地で前記送信された情報を処理することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子が微小球からなることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記撮像手段は、微小球レンズとその表面に形成された撮像素子からなることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記撮像手段は、一部の平面を有する微小球レンズと、前記平面に平行な平行平板と、前記平面に配置される撮像素子と通信回路とを備える平面回路基板とからなることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の無線通信機器のその他の特徴とするところは、前記撮像手段は、微小球レンズと、撮像素子と通信回路とを備える平面回路基板とを光学接着剤で接着して構成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の無線通信方法は、無線もしくは光により送受信を行う通信手段と前記通信手段以外の１つ以上の手段とを有する複数の微小機能素子と、前記微小機能素子と通信を行って、前記微小機能素子を制御し、一括に管理する親基地とを有する無線通信機器における無線通信方法であって、前記親基地から制御情報を受けた微小機能素子と、他の微小機能素子とが前記通信手段を介して通信を行うことによって、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するように処理することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の無線通信方法の他の特徴とするところは、前記微小機能素子は、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するためのエネルギー源として、自己の有する発電手段もしくは前記親基地から送られてくる無線もしくは光のエネルギーを利用することを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記通信手段を行う素子と前記通信手段以外の１つ以上の手段を行う素子とが単一の基板上に形成されてなることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子の大きさが１０ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子の数が５個以上存在することを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子に、光、温度、湿度、音、位置、速度、磁場、電場、圧力を含む当該微小機能素子が存在する環境の状態を観測するセンサを設け、当該センサからの情報を前記通信手段による無線もしくは光によって、前記親基地と通信を行うことを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記通信手段以外の１つ以上の手段が撮像手段、表示手段、記憶手段、演算処理手段であることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記複数の微小機能素子が、それぞれ異なる基板上に設けられ、前記基板の大きさ以上の距離に離して配置されていることを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記複数の微小機能素子が、全て同一基板上にアレイ状に設けられていることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子を異なる複数の場所に配置して、前記異なる複数の場所に配置された微小機能素子の相互間の通信によるセンシング・ネットワークによって、センシング情報を統合的に管理することを特徴とするものである。
【００３３】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記親基地は、前記通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記微小機能素子から受信し、前記受信した情報を処理する情報処理手段を有することを特徴とするものである。
【００３４】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記親基地から前記微小機能素子へ制御情報を送信し、前記制御情報にしたがって、前記微小機能素子が前記通信手段以外の１つ以上の手段を果たし、当該通信手段以外の１つ以上の手段により得られた情報を前記親基地に送信し、前記親基地で前記送信された情報を処理することを特徴とするものである。
【００３５】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記微小機能素子が微小球からなることを特徴とするものである。
【００３６】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記撮像手段は、微小球レンズとその表面に形成された撮像素子からなることを特徴とするものである。
【００３７】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記撮像手段は、一部の平面を有する微小球レンズと、前記平面に平行な平行平板と、前記平面に配置される撮像素子よ通信回路とを備える平面回路基板とからなることを特徴とするものである。
【００３８】
また、本発明の無線通信方法のその他の特徴とするところは、前記撮像手段は、微小球レンズと、撮像素子と通信回路とを備える平面回路基板とを光学接着剤で接着して構成されていることを特徴とするものである。
【００３９】
本発明者らは、本発明によって、あちこちに散らばった無線機能とセンシングなどの特定の機能とを有する微小な機能素子と、それらを制御する親基地とで、ネットワークを形成し、ワイヤレス通信の技術的な可能性をさらに広げることを見出した。また、ウエアラブルな機器や、センシング・ネットワークによって、異なる複数の個所のセンシングを統合的に管理するシステムを提供することができる。
【００４０】
さらに、従来、金属配線でマトリックス状に配置され接続されていた撮像、表示、記録などの機能素子を個々の機能素子に無線機能を設けることによって、配線レスにする機器との、２つの概念の機器形態を実現でき、上記課題を克服できることを見出した。
【００４１】
本発明の微小機能素子は、微細であること、通信機能を持つこと、複数個存在して全体で１つ以上の機能を有すること、この３点がそろって初めて意味をなす。また民生用の製品として、重要な点に製品コストがある。本発明の微小機能素子は、単一の基板上に形成されていることによって、１つ１つの微小機能素子のコストを低減でき、微細化することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の無線通信機器の実施形態について説明する。
【００４３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る無線通信機器の概念の一例を示した図である。通信機能を持った微細（Ｆｉｎｅ）な微小機能素子（Ｍｏｔｅ）３が多数、あたかも宇宙の銀河（Ｇａｌａｘｙ）にある星のようにあちこちに点在している。各微小機能素子３は光もしくはＲＦ無線によるワイヤレスな通信機能を持っており、微小機能素子３とは別に設けられた親基地４と通信を行う。
【００４４】
図１に示した例においては、まず親基地４から近距離にある微小機能素子３に通信を行い、この微小機能素子３がさらに近傍の微小機能素子３と通信を行うことで、全体として各微小機能素子３及び親基地４との間で交信が成立する。各微小機能素子３は、図示したように、小型、例えば直径１ｍｍの球状の外形をしており、ワイヤレス通信によってネットワークを形成している。また、各微小機能素子３は、例えばセンシング機能を有しており、センシング・ネットワークを構築している。
【００４５】
この場合、各微小機能素子３は、例えば、それらが配置された場所の情報、光、温度、湿度、音、位置、速度、磁場、電場などのその場の環境の状態を観測するセンシング機能を有している。そして、それらの情報を親基地４に送り、親基地４ではその情報を解析する機能を有している。また、親基地４は、前記観測などの機能をいつ、どのように、どういった手順で行うかの指示を各微小機能素子３に対して与え、各微小機能素子３を全体として統一されて１つ以上の主機能を果たすように統合して管理する機能を有している。
【００４６】
これによって、光、温度、湿度、音、位置、速度などのその場の環境の場所による依存性、時間的な変化を把握することができる。例えば、室内の至るところに微小機能素子３を配置し、室内の温度、湿度をモニターさせ、一方、親基地４をエアコン内部に配置する。これにより、室内の温湿度分布が均一になるように温風もしくは冷風を当てることが可能となる。さらに、微小機能素子３に人間の居場所を検知するセンシング機能も搭載させると、人のいる場所に集中的に温風もしくは冷風を送風して所定の場所に優先的に希望の温度湿度とすることができ、エネルギーを効果的に使用することも可能になる。また、これは人のいる室内に限らず、冷凍庫、冷蔵庫などの温度湿度管理が必要な装置にも適用可能である。
【００４７】
また、パーソナルコンピューターや複写機、レーザーやインクジェットによるプリンターなどの民生機器内部の温度湿度さらには電場、磁場、などの管理にも応用展開が可能である。例えば、複写機内部のセンシング機能、例えば転写工程における発熱体の温度管理や、紙送り機能の紙詰まり検知、インクジェットプリンターや複写機などのインクやトナーのタンクの残量検知などにも本発明を適用することができる。
【００４８】
また、微小機能素子３に撮像の機能を設けて、その微小機能素子３を至るところに配置すれば、３次元画像を撮影する場合にも、親基地４で一括に管理できるため、画像処理も容易となって有効である。
【００４９】
また、微小機能素子３に血圧や体温などを測定できる機能を設けて、その微小機能素子３に粘着性のテープをつけて人の体の至るところに貼り、親基地４を手のひら以下のサイズにしてポケット等に入れておけば、常時、人の体のモニタリングをすることもでき、体内の異常をすばやく検知することができる。このような微小機能素子３を設けて、腕、胸、背中、腰、足などの多数の点をモニタリングすることで、体の総合的な情報が一括して管理できるため、体の１箇所のみの状態をモニタリングする場合と比較して、はるかに人体の健康状態を正確に把握することができる。人間の脳内部の神経細胞には、ナトリウムやカリウムなどのイオン移動に伴う電流が流れ、これに伴う磁場が発生することが知られている。この磁場を検出する微小機能素子３を脳表面に貼り付けると、脳内部の活性状態の場所変化や時間変化が測定でき、外部刺激などに対する応答性などの医療での応用も考えられる。
【００５０】
微小機能素子３は、それぞれ単独に任意の場所に設置できるように、それぞれが異なる基板上に設けられ、その基板の大きさ以上の距離に離して設置される。また、その距離は通信を可能な程度に離してもよい。しかし、１００ｍや１ｋｍ以上の距離を離して設置すると、通信に必要な電力が大きくなることや、無線通信に必要なアンテナのサイズが大きくなって微小機能素子３のサイズが大きくなるなどの問題が発生するため、微小機能素子３と親基地４との間の距離は、１０ｍ以内の距離にするのがよく、好ましくは５ｍ、さらに好ましくは１ｍ以下にするのがよい。
【００５１】
以上のように、センシング機能による環境モニタリングのために微小機能素子３を散布するためは、その大きさが１０ｍｍ以下であることが望ましい。さらには、１ｍｍ以下であれば、各種機能を最もよく果たすことができて望ましい。またその数は、５個以上あることが望ましい。好ましくは１０個さらに望ましくは５０個以上あることが望ましい。
【００５２】
さらに、微小機能素子３には、通信機能を実現するための素子と１つ以上の通信以外の機能を実現するための素子とが単一の基板上に形成されてなることが望ましく、重要な特徴の１つである。これは、通信機能を実現するための素子と１つ以上の通信以外の機能を実現するための素子とが単一の基板上に形成されると、別々の基板上に作製する場合と比較して、小型化がしやすい、低コスト化しやすい、などの優位な点があり、特に民生用機器に応用展開する場合に重要な点である。
【００５３】
図２、図３は、ＲＦ無線通信を用いた場合について示した図である。微小機能素子３には、アンテナ６、無線素子２、機能素子１とがあり、親基地４には、アンテナ７、無線送受信部９、データ処理部１０とがある。図２では、コイル状アンテナ、図３では、モノポール方のアンテナを用いている。
【００５４】
図４は、対象物９９に対して全方位に各微小機能素子３を配置し観測して、親基地４に送信する場合を示した図である。このように微小機能素子３の配置によって、さまざまな目的を達成することが可能となる。例えば、人物を３次元から撮影して立体的に映像化することが可能である。
【００５５】
微小機能素子３は、前述した微小機能素子３の機能及び通信機能を果たすためのエネルギー源として自己発電機能を有するか、もしくは通信の手段として用いる無線もしくは光のエネルギーを利用することを特徴としている。これによって、いわゆる２次電池を使用せずに、エネルギー源を外部から供給するため、電池交換を要せず常に動作することが可能となる。
【００５６】
この自己発電の方法として、太陽電池や、振動を電気エネルギーに変換する素子などを用いてもよい。例えば、くし型電極の両端を固定して上下に震動するようにして、振動に伴って容量が変化する構造を用いて、振動エネルギーを電気エネルギーに変更してもよい。あるいは、風力による発電などを用いてもよい。また、燃料電池など自己発電作用があって物理的な燃料補給が容易であるものでもよい。また、無線や光のエネルギーを用いてもよい。例えば、搬送波の高周波エネルギーを整流回路で直流にしたあと、コンダンサーなどに蓄えて、機能部分の処理回路に使用すればよい。このような無線によるエネルギー供給は、データの送信をやり取りしながら同時に実行できることや、天候などの環境条件に比較的作用されにくいため、最も望ましい。
【００５７】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態である、配線レスの機能を有した無線通信機器について図面を用いて説明する。
【００５８】
図５、図６は、本発明の第２の実施形態を示した無線通信機器の構成図である。図５において、機能素子１と無線素子２とアンテナ６から構成された微小機能素子３が、同一基板５上にマトリックス状に配置されている。また、基板５と空間的に離れた距離に置かれ、基板５と異なる基板上に形成された、アンテナ７と送受信回路９１０からなる無線通信部４ａとがある。無線通信部４ａは、第１の実施形態における親基地４と同じ機能を果たすものである。本実施形態では、これをワイヤレス・アレイ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ａｒｒａｙ）と呼ぶ。
【００５９】
本実施形態においては、一般に電気配線で行うものを排除し、個々の微小機能素子３と、外部の機器と情報のやり取りを行う無線通信部４ａとのデータのやり取りを無線で行うことが特徴である。
【００６０】
図６は、図５の概念を簡略化して示した図である。これを用いて、従来例を示す図７、図８と比較して説明する。
図７は、従来から用いられているＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、液晶、プラズマ、有機ＥＬなどのディスプレイ、ＤＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリなどに共通するマトリックス構成図である。いずれも、行配線２２と列配線２３からなるマトリックスの交点に不図示の撮像、表示、記憶などの機能素子があり、行配線２２と列配線２３の端部には、それらを選択するための選択回路２５及び２６が存在する。
【００６１】
ここで、マトリックスの交点に配設されている機能素子３を選択する際には、その機能素子に至る行配線２２と列配線２３を用いて多数の機能素子の中から特定の機能素子を選択する。図７は、各機能素子にスイッチング素子がない、いわゆる単純マトリックス構成のものであるが、図８は、マトリックスの交点にスイッチング素子２７を設けて、素子選択時に発生するクロストークを抑制した、いわゆるアクティブマトリックス構成のものである。図７、図８で示した従来例は、いずれも配線２２、配線２３が存在するため、基板を湾曲するのが難しいことや配線遅延が発生し大型化に伴って速度が遅くなるなどの問題がある。
【００６２】
これに対して、図６に示したワイヤレス・アレイでは、微小機能素子３が基板５上に配置されているが、親基地４である無線通信部と各々の微小機能素子３が無線で通信を行って、撮像、表示、記憶などの機能を果たす。このため、配線のわずらわしさから解放されるメリットがある。また、１つの基板５に撮像、表示、記憶などのうち、複数の機能の微小機能素子３を設けることも可能である。例えば、表示素子からなる基板５の一部に撮像素子を設けることで、表示を見ながら撮像が可能な機器が実現できる。これは、アイコンタクトが可能なテレビ電話などに応用が可能である。また、湾曲した平面に撮像素子を貼り付けるなども実現可能である。
【００６３】
本実施形態における微小機能素子３の大きさとしては、微小機能素子３が集まってハンドリングできる１つの機器としての大きさや、撮像、表示、記憶の機能として有効なものにすることを考慮すると、１ｍｍ以下であることが望ましく、好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下であることが望ましい。また、微小機能素子３のうち、撮像、表示、記録などの機能部分の素子を小さくし、通信機能の部分を大きくして、複数の機能素子に通信部分を共通化してもよい。
【００６４】
本実施形態のワイヤレス・アレイの概念を用いれば、フレキシブルな基板上にデバイスを形成し、多機能の機能素子を実現することができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
本実施形態では、本発明の無線通信機器のデータ送受信の手順について図面を用いて説明する。
図９、図１０、図１１は、本発明の微小機能素子３と親基地４との通信の手順について示したものであり、通信手順としては３種類に分類される。
【００６６】
第１の通信手順は、図９に示したように、親基地４からの制御信号を受けた後に、各微小機能素子３が機能を行うものである。例えば、表示装置に適用する場合に用いる。すなわち、親基地４から、例えば図５に示したように、マトリックス状に配置された機能素子１（ここでは表示素子）の各部分に対して、表示をオンする信号を送る。これによって、表示部全体で画像やテキストを表示させることができる。この場合には、各微小機能素子３に親基地４から制御信号が送られたのちは、各微小機能素子３は機能を発揮するが、微小機能素子３から親基地４に信号を送る必要は無い場合の手順である。
【００６７】
第２の通信手順は、図１０に示したように、各微小機能素子３がセンシング機能を行って、その情報を親基地４に送信する場合である。各微小機能素子３はセンシングが完了したタイミングで親基地４に情報を送るため、親基地４からの制御信号は必要でない場合の手順である。これは、撮像素子を用いて特定の物体を認識した時に初めて親基地４にその信号を送る場合などに用いられる。親基地４は常に微小機能素子３からの信号を受ける状態にしておく必要があるが、これは弱い電流を常時流しておき（スタンバイ）、微小機能素子３からの送信合図信号を受けた時点で、パワーを上げて受信動作を行うなどすれば、消費電力を低減することが可能である。
【００６８】
第３の通信手順は、図１１に示したように、まず親基地４より各微小機能素子３に制御信号を送り、そのタイミング及び方法に従って各機能素子３はセンシング等の機能を果たし、そこで得られた情報を親基地４に送信する場合である。例えば、親基地４から撮像したいときにその信号を微小機能素子３に送り、そのタイミングで撮影しデータを親基地に送る場合などに用いられる。
【００６９】
（第４の実施形態）
以下に、本発明の無線通信機器において使用される無線通信の方法について、図面を用いて説明する。ここで記する無線通信とは、光を除く電磁波による通信、いわゆるＲＦ（Ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）通信と呼ばれるものである。
無線で通信する場合、通常、搬送波として周波数が１ｋＨｚから１００ＧＨｚ程度の電磁波を用いる。無線通信の方法には、大別して電磁誘導方式、マイクロ波方式とがある。尚、電磁誘導方式において、交信距離が近い場合に電磁結合方式と呼ぶ場合もある。電磁誘導方式では、交流磁界によるコイルの相互誘導を利用して交信を行う。
【００７０】
図１２は、電磁誘導方式の概略説明図である。送信コイルＬ１に図の向きに電流Ｉを流すと図示の方向に磁界Ｈが発生する。交流電流を流すと、受信コイルＬ２には、電磁誘導による起電力が発生する。この電磁誘導により情報の伝達とともに電力伝送が可能である。一般に、２５０ｋＨｚ以下あるいは１３．５６ＭＨｚ帯の長・中波帯の電磁波を利用することが多いが、これらの周波数に限定されることは無い。
【００７１】
本発明の無線通信機器に電磁誘導方式を用いる場合、微小機能素子３や親基地４のアンテナとしてコイルを用い、２つのコイルの誘導磁束による誘起電圧を利用することで交信する。またコイルの巻き数をＮとすると、総磁束は、１つのループの作る磁束をφとすると、以下に示す式（１）で表される。また磁束φは、磁束密度Ｂとループ領域の面積をＡとすると以下に示す式（２）で表され、磁束密度Ｂは、磁界空間の透磁率をμ、磁界をＨとすると以下に示す式（３）で表される。さらに、コイルＬ２の誘起電圧Ｕ２は、磁束の時間変化に比例し、これはコイルＬ１に流した電流の時間ｔの微分と相互インダクタンスＭとで以下に示す式（４）で表される。このため、コイルの巻き数を増やしたり、コイルの中心部に透磁率の高いマグネットを配置したりすると、より高い誘起電圧が発生し、通信距離を長くできるので望ましい。
【００７２】
【数１】
2004038254.tif 000003
【００７３】
図１３は、電磁誘導方式のアンテナの例を示したもので、微小機能素子３にコイル状のアンテナ６があり、端部６８、６９には不図示の通信回路と機能素子が接続されている。親基地４も同様にアンテナ７と、その端部７８、７９に図示していない通信回路が接続されている。アンテナは数回巻いていることで、通信効率を高めている。さらに図示していないが、中央部にループ面に垂直方向に配向する軟磁性体を配置すると尚良い。但し、巻き数を多くすると配線抵抗が高くなり抵抗損失が大きくなるので全体のエネルギーロスに比較してこれらが小さい範囲にとどめることが必要である。また、マグネットの配置もインダクタンス成分が大きくなりすぎると高い周波数での駆動が難しくなるので、要求されるデータの送受信速度を低減要因にならない程度にとどめることが必要である。
【００７４】
電磁誘導方式は、アンテナに交流電流を流して送信し、受信側は交流電流から発生する変動磁場を受信することとなる。よって、ループ面が磁場の進行方向、すなわち、送信器の方向に向かって垂直に配置すると最も感度よく受信できる。
【００７５】
マイクロ波方式は、微小機能素子３と親基地４間を例えば２．５ＧＨｚ帯のマイクロ波によりデータの送受信を行う。ＧＨｚ帯という非常に高い周波数を使用するので、外来ノイズによる通信の影響は少なく通信距離も、数ｍ以上と長くすることができる。金属面に直接アンテナユニットや素子の取り付けが可能で、交信速度が最も速い。通信距離が長いため、電磁波が磁場と電場の繰り返しで空間伝送しながら受信側に到達する。このため、磁場を受信する場合と電場を受信する場合の２種類の通信手段をとることができる。
【００７６】
図１４に、磁場を受信する場合の一例としての構成図を示す。親基地４の送信アンテナとしては、受信アンテナとして、ダイポールアンテナ７を示す。このダイポールアンテナ７に交流電流４４を印加すると、ダイポールアンテナ７と垂直方向に磁場Ｂが発生する。微小機能素子３は、コイル状のアンテナ６を磁場Ｂがコイルループ面を通過するように配置すると、起電力が発生し、コイルアンテナ６の端子６８、６９に不図示の受信回路と機能素子を接続することで、微小機能素子３として機能する。また、受信効率を上げるために巻き数を増やすとよい。但し、あまり巻き数を増やすと抵抗損失がおおきくなるため、コイルの断面形状に合わせて適切な抵抗値に収まる程度に巻き数を設定するのがよい。また発生電圧は受信する面の面積が広いほどよいので、微細化に妨げにならない程度に大きくするのがよい。
【００７７】
また、図１５に示すように、磁束密度を上げるために、透磁率の高い材料、磁石材料３２をコイル３１の中心部に配置することも有効である。このようなコイルを巻きつけたバーアンテナなどが用いられる。
【００７８】
いずれの場合にも、ループ面が電磁波の進行方向、すなわち、送信器の方向に向かって平行に配置すると最も感度よく受信できる。
【００７９】
図１６に、電場を受信する場合の一例としての構成図を示す。送信アンテナは同様にダイポールアンテナを用いているが、この場合、電場Ｅの波を示している。尚、図１４、図１５にも同様に電場Ｅの波が、また図１６には図１４、１５と同様に磁場Ｂが発生しているが、簡略化のために図示していない。電場Ｅは、ダイポールアンテナと平行に強度変化があるため、受信アンテナ６も、送信アンテナと同じ方向に向いたときが最も受信感度が高くなる。図１６では、受信アンテナ６としてモノポールアンテナを示した。これはアンテナの端部を接地することで鏡面効果が発生し接地した反対側に、電気的には同じ長さのアンテナがあるのと同じになり、ダイポールアンテナと同様に作用する。受信する微小機能素子３にも代ポールアンテナを用いても良いが、接地が十分行えればアンテナの大きさを小さくできるのでモノポールアンテナを適用するのが好ましい。
【００８０】
電場を受信する場合、もしくは電磁波を供給する場合には、ダイポールアンテナとしてはλ／２の長さ、アンテナの片側の単部を接地したいわゆるモノポールアンテナではλ／４の長さが、最も利得が大きくなり好ましい。但しこの長さが必ずしも必要というわけではない。
【００８１】
なお、本方式は、前述したマイクロ波方式での使用周波数は、２．５ＧＨｚ帯と記したが、必ずしも２．５ＧＨｚ帯もしくは他のＧＨｚ帯に限定されることは無く、以上で述べた電磁波の電場、磁場を送受信するメカニズムを採用すれば、他の周波数でも適用が可能である。但し、電磁波の波長λは、１３．５６ＭＨｚで２２．１ｍ、９００ＭＨｚで３３．３ｃｍ、２．４５ＧＨｚで１２．２ｃｍ、５ＧＨｚで６．０ｃｍ、１０ＧＨｚで３．０ｃｍ、３０ＧＨｚで１．０ｃｍ、１００ＧＨｚで３．０ｍｍである。このため、微小機能素子３に、マイクロ波方式を採用する場合には、波長はＧＨｚ帯が好ましく、より周波数が高いほうがアンテナを小さくする点では有効である。
【００８２】
但し、６０ＧＨｚを超えると送受信回路に通常のＳｉトランジスタを用いるのが難しくなり、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）を用いなければならず、コスト高になるので、６０ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を用いるのが良い。さらに現状の高周波技術では３０ＧＨｚ以上のいわゆるミリ波の周波数帯域では送受信部での回路が複雑になるため、より望ましくは３０ＧＨｚ以下がよい。但し、技術改良が進むことで数１０ＧＨｚ帯の周波数を用いることができる可能性は存在しており、本発明を実行するうえでの原理上の必須用件では無い。
【００８３】
以上はアンテナが電磁波を送受信する空間の誘電率を１とした場合であるが、アンテナの周囲における物質の誘電率を１より大きくすれば、実効的に波長を短くすることができ、必要なアンテナ長を短くすることができる。但し、消衰係数（吸収）が大きくなると損失が高くなるので注意が必要である。
また、原理上、受信アンテナは送信アンテナとしても使えるため、図１４〜図１６の送受信の関係を逆にすることも原理上可能である。但し、送信電力効率などを考えると親基地４のアンテナとしては、送信距離が１０ｃｍ以上の場合には、ダイポールもしくはモノポールアンテナを用いるのが良い。また通信距離が１０ｃｍ未満、特に数ｍｍ以内の場合は、電磁誘導方式を用いるのが良い。
【００８４】
また、微小機能素子３のアンテナの大きさを小さくするためには、図１４、図１５に示したようなコイル状のアンテナを用いるか、もしくは送信の周波数を１０ＧＨｚ以上、好ましくは２０ＧＨｚ以上にして、ダイポールもしくはモノポールアンテナを用いるのが良い。尚、アンテナの形状は、以上に限定されるものではなく、ダイポールアンテナの変形として、逆Ｌ型アンテナ、スリットアンテナ又は、ヘリカルアンテナなどを用いても良い。特に、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ機器に用いられている誘電体アンテナは１ｃｍ角で通信距離が１ｍ程度あり本発明の微小機能素子３のアンテナとして有効である。
【００８５】
また、アンテナ工学によると、電磁波の波長をλとすると、通信距離がλ／（２π）未満では近傍界領域となり誘導界すなわち電磁誘導方式が優勢、λ／（２π）以上では遠方界領域では放射界すなわちマイクロ波方式が優勢になる。したがって、電磁誘導方式とマイクロ波方式のどちらを採用するかは、通信距離がひとつの目安になる。
【００８６】
次に、図１７〜図２３を用いて、微小機能素子３及び親基地４の回路図を説明する。
【００８７】
図１７は、電磁誘導方式における回路図を示したものである。親基地４のアンテナＬ１は、不図示の制御回路からの信号を、微小機能素子３のアンテナコイルＬ２に発信する。アンテナコイルＬ１、Ｌ２は相互インダクタンスＭで結合しており、親基地４からの情報は、空間を伝わって微小機能素子３に伝送される。微小機能素子３では、アンテナコイルＬ２のインダクタンスと平行に接続されたキャパシタンスＣ２が共振回路を形成し、親基地４から伝送された特定の周波数の信号のみを受信するようになっている。Ｒ２はアンテナＬ２部分の抵抗である。また、共振周波数ｆｃは、インダクタンスＬ、キャパシタンスＣを用いて、以下の式（５）で表せる。
【００８８】
【数２】
2004038254.tif 000004
【００８９】
したがって１つ１つの微小機能素子３が異なる共振周波数を持つように設定しておけば、各無線素子ごとに親基地４から制御信号を送信することができる。例えば１３．５６ＭＨｚの送信周波数に対しては、Ｌ＝１ｎＨ、Ｃ＝１．４×１０−７Ｆとし、２．４５ＧＨｚの送信周波数に対してはＬ＝１ｎＨ、Ｃ＝４．２×１０−１２Ｆとする。
【００９０】
選択された単一周波数の高周波電流は、ダイオードＤ１を通して整流され、機能素子１に印加される。このようにして、例えば表示装置に対しては、親基地４である無線通信部から画像形成したい素子に、その共振周波数の電波を送ることによって撮影が可能になり、全体として任意の画像を形成することができる。
【００９１】
図１８は、図１７のダイオードＤ１を、Ｄ２〜Ｄ５のダイオードからなる整流回路に置き換えたものである。これは、より直流性の高い信号を機能素子１に印加したい場合に用いる。
【００９２】
図１９と図２０は、過剰な電圧が機能素子１に印加されないように電圧を一定に保つ回路を付与したものである。図１９において、キャパシタンスＣ２と並列の抵抗ＲＬにかかる電圧Ｕ２は、可変抵抗器を含むＲｓの回路によって、一定に保たれる。図２０は、図１９のＲｓの部分を示したもので、整流器を通過したのちに、ツエナーダイオードＺＤとトランジスタＴＲと抵抗Ｒ５からなる可変抵抗器によって、一定の電圧に保たれた後に、機能素子１に印加される。
【００９３】
以上は、図９に示したように、親基地４から各微小機能素子３に信号を送る手順の場合の回路図であるが、微小機能素子３から親基地４に信号を送る場合には、例えば図２１、図２２に示した回路を用いる。
【００９４】
図２１においては、機能素子３９からの信号、例えば撮像や位置情報などのセンシング情報は、アンテナコイルＬ２に並列に接続されたトランジスタＴ１のゲート電極に接続される。信号に応じてトランジスタＴ１がオン、オフされるため、アンテナコイルＬ２の並列抵抗が変化することなり、微小機能素子３からの送信情報が親基地４に配信される。
【００９５】
図２２は、さらにデジタル回路４０２４を設けて微小機能素子３からのデータ（ＤＡＴＡ）を、電磁波の振幅変調（振幅シフトキーイング：ＡＳＫ）、もしくは周波数変調（周波数シフトキーイング：ＦＳＫ）、もしくは位相変調（位相シフトキーイング：ＰＳＫ）で、変調して送信する場合の回路である。信号データに暗号処理を行って送信したい場合、多数の微小機能素子３に個別にアクセスする場合などに有効である。
【００９６】
図２３は、ダイポールアンテナを親基地４及び微小機能素子３に用いた場合の回路図の例である。親基地４のダイポールアンテナＤＡ１から送信された電磁波は、微小機能素子３のアンテナＤＡ２によって受信され、ダイオードＤ１などを通過して整流されて、機能素子３９に印加される。ダイポールアンテナの場合には、上述したようにアンテナの長さによって共振周波数を特定する。
【００９７】
以下に、前述した本発明の実施形態をより具体的に示した実施例１〜４を図面を用いながら説明する。尚、以下の実施例１において、センシングＭｏｔｅ３４と記したものは、前述における微小機能素子３に相当するものである。
【００９８】
−実施例１−
図２４は、本発明による第１の実施例１であり、撮像系への応用例を示す。センシングＭｏｔｅ３４としては、微小球レンズ３１を用い、撮像光の入射側と反対側の球の表面近傍に撮像素子３２を配置し、更に同一基板とみなされる球表面近傍に電波受信回路と撮像素子３２からの信号を送信する通信回路部３３を配置したものである。この場合基板は球面状となっている。
【００９９】
光軸３５と平行な方向からくる入射光３６は微小球レンズ３１によりその表面近傍３７に集光する。画角のついた光３８は微小球レンズ３１により表面近傍３９に集光する。このようにして、微小球表面上に画像が形成される。ここで、微小球レンズ１の屈折率を２とすると平行光、すなわち、無限遠の時にちょうど反対側の球表面付近に結像される。例えば、可視光ではｄ線（５８７．６ｎｍ）で硝材Ｓ−ＬＡＨ７９（Ｏｈａｒａ）を用いれば、ｎｄ＝２．００３でこの条件を満たす。また、レンズ径を１ｍｍの微小球レンズとすれば、５ｃｍ以遠はほぼピントが合った状態となる。色収差に関してはそれほど大きくないので画像が得られる。
【０１００】
球レンズの入射側表面には、フィルターがついており、特定の波長を選択することにより、色収差を抑えるような構成となっている。また、受光素子として、１セルが２μｍのものを１００×１００の１万画素のものを配置することができる。微小球で構成できると、外部環境の影響を受けにくい安定した微小機能素子とすることができる。
【０１０１】
図２５は、図２４に示した光軸３５と垂直な面に対して撮像素子３２側から見た回路の配置を示すものである。中央部が撮像素子３２で、その近傍の領域に通信回路部３３である。両者は球面状基板上の配線で結ばれている。通信回路部３３には、外部からのエネルギーを受信する受信部アンテナと受信されたエネルギーを元に撮像部や送信部等への電源を供給する回路、外部入力信号処理回路部、外部送信信号処理回路等から構成されている。受光素子からの画像信号は、通信回路部３３から送信回路周辺部に配置されたアンテナ回路から送信される。
【０１０２】
図２６は、通信回路部３３の領域を撮像素子部３２の周辺に配置したもので、アンテナ回路を同心円状に有効に配置できるようになっている。
【０１０３】
図２７は、以上説明してきた通信機能付のセンシングＭｏｔｅ３４に外部に配置する親基地４１から供給される制御信号及びエネルギー４０ａに基づいて、撮像情報４０ｂを親基地４１へ送る様子を模式化したものである。
【０１０４】
以上の流れを図２８のフロー図を用いて説明する。
まず、親基地４１からセンシングＭｏｔｅ３４（本実施例の場合は微小球レンズ撮像素子からなる画像センシングＭｏｔｅ）へ制御信号及び電源エネルギー４０ａの供給を行う。このエネルギー供給は、電波（ＲＦ）でも光でも良い。電波の場合はＲＦ回路、光の場合は光電センサとなる。
【０１０５】
次に、親基地４１からの制御信号４０ｂに基づいてセンシングＭｏｔｅ３４で画像をセンシングする。そして、微小球レンズ３１により結像された撮像素子３２上の強度分布を、撮像素子３２から通信回路部３３へ送る。
【０１０６】
次に、センシングＭｏｔｅ３４から親基地４１へ向けてセンシング情報４１ａの送信を行う。電波（ＲＦ）で送信する場合は、受信部との一部共有も可能である。光で送信する場合は、受信回路と同一基板上に構成された発光光源を制御しても、親基地４１からの光を反射する部材の制御により反射光信号として送信しても良い。更に、親基地４１側では、受信したセンシング情報４１ａをもとに所望の画像処理を行い、最終的に必要とされる画像情報とする。
【０１０７】
図２９は、微小球の撮像を行うセンシングＭｏｔｅ３４をカード状の基板４２の上に複数配置したものである。被写体からの光４３をこれらの複数のセンシングＭｏｔｅ３４で受光し、センシングＭｏｔｅ３４からのセンシング画像情報をカード状基板４２上に設けられた親基地４１へ送り、画像のセンシングを行っている。　複数の画像データをもとに、高画質処理やセンシングＭｏｔｅ３４間の視差を利用して奥域情報を算出し、３次元画像として画像情報を得ることもできる。
【０１０８】
以上の処理の流れを図３０のフローチャートにまとめる。
まず、親基地４１より各センシングＭｏｔｅ３４（本実施例の場合は微小球レンズ撮像素子からなる画像センシングＭｏｔｅ）へ制御信号及び電源エネルギー供給４０ａを行う。エネルギー供給は電波（ＲＦ）でも光でも良い。電波の場合はＲＦ回路、光の場合は光電センサとなる。
【０１０９】
次に、各センシングＭｏｔｅ３４により画像をセンシングする。順番は並行して行っても、逐次行っても良い。そして、微小球レンズ３１により結像された撮像素子３２上の強度分布を、撮像素子３２から通信回路部３３へ送る。
【０１１０】
次に、各センシングＭｏｔｅ３４から親基地４１へ向けて撮像情報４１ｂの送信を行う。この際も同時でも逐次でも良い。電波（ＲＦ）で送信する場合は、受信部との一部共有も可能である。周波数を各センシングＭｏｔｅ３４に割り振って同時に受信しても良い。光で送信する場合は、受信回路と同一基板上に構成された発光光源を制御しても、親基地４１からの光を反射する部材の制御により反射光信号として送信しても良い。
【０１１１】
次に、親基地４１側では、受信した各センシングＭｏｔｅ３４からの撮像情報４１ｂをもとに所望の画像処理を行い、最終的に必要とされる画像情報とする。例えば、複数の視差画像より被写体の距離情報を抽出処理し、各画像部位の距離を定め、これら複数のセンシングＭｏｔｅ３４からの画像により３次元画像として、認識させる。必要によりこれら３次元情報を３次元画像に合成する。
【０１１２】
図３１は、微小球の撮像を行うセンシングＭｏｔｅ３４を色々な方向へ光軸を向け、広角な画像情報を得られるようにしたものである。各方向からの光４３ａ〜４３ｆはそれぞれの方向に対応したセンシングＭｏｔｅ３４により画像入力され、親基地４１へそれらの画像情報が送られる。親基地４１では、光４３ａ〜４３ｆによる各方位の画像情報を合成し、広角な画像情報を作成する。センシングＭｏｔｅ３４は任意の角度、任意の物体上に取り付けることが可能である。図８では一平面上で示しているが、紙面から外の３次元空間の画像を取り込むことができる。
【０１１３】
図３２は、以上の処理の流れをフローチャートにまとめるたものである。
まず、親基地４１より各センシングＭｏｔｅ３４（本実施例の場合は微小球レンズ撮像素子からなる画像センシングＭｏｔｅ）へ制御信号及び電源エネルギー４０ａの供給を行う。エネルギー供給は電波（ＲＦ）でも光でも良い。電波の場合はＲＦ回路、光の場合は光電センサとなる。
【０１１４】
次に、各センシングＭｏｔｅ３４により画像をセンシングする。順番は並行して行っても、逐次行っても良い。そして、微小球レンズ３１により結像された撮像素子３２上の強度分布を、撮像素子３２から通信回路部３３へ送る。
【０１１５】
次に、各センシングＭｏｔｅ３４から親基地４１へ向けて撮像情報４０ａの送信を行う。この際も同時でも逐次でも良い。電波（ＲＦ）で送信する場合は受信部との一部共有も可能である。周波数を各センシングＭｏｔｅ３４に割り振って同時に受信しても良い。光で送信する場合は、受信回路と同一基板上に構成された発光光源を制御しても、親基地からの光を反射する部材の制御により反射光信号として送信しても良い。
【０１１６】
次に、親基地側４１では、受信した各センシングＭｏｔｅ３４からの撮像情報４１ａをもとに所望の画像処理を行い、最終的に必要とされる画像情報とする。複数の異なった方向へ向けたセンシングＭｏｔｅ３４からの撮像情報４１ａにより、それらを繋ぎ合わせ、１つの広角画像とする処理を行うことにより、３６０度のパノラマ画像を得ることが可能である。
【０１１７】
図３３は、微小球の撮像を行うセンシングＭｏｔｅ３４の撮像素子３２側を平面としたものである。撮像素子３２が平面となった為、収差は増大するが、平面基板上への回路作成において作成が容易となっている。画像の質をそれほど重要視しない応用においては使用可能となる。また、製造法としては、微小球レンズ３１を作成後、撮像側を平面上に研磨し、別途作成した並行平板を貼り付けるやり方で形成すると作成が容易である。平面基板上に撮像素子３２と通信回路部３３などを予め作成しておき、あとはこれらの部品を接着させる。
【０１１８】
また、このような構成を作ることにより、微小球レンズ３１の屈折率は必ずしも２にする必要はなく、撮像面に結像するように平行平板の厚みを設定しておけば良い。硝材としては　ＬａＳＦＮ９、ｎｄ＝１．８５０や過酷な条件下での用途（高強度、高硬度、耐化学性、ＩＲでの透過）に向いたサファイア、ルビー球レンズ、Ａｌ２Ｏ３、ｎｄ＝１．７７を用いることもできる。あるいは、ごく一般的な硝材ＢＫ７ｎｄ＝１．５１７を用い非常に安価なセンシングＭｏｔｅ３４を作ることも可能である。
【０１１９】
図３４は、微小球レンズ３１表面に直接回路系を構成するのではなく、別途作成した平面基板上に構成された撮像素子３２、通信回路部３３などの電子回路を微小球レンズ３１と接触させた状態で接着剤５４を用いて固定させたものである。この場合、接着剤５４がレンズ系の一部を構成することになる。光軸からずれた画角ほど収差の影響が出るが、用途によってはそれほどの高解像度を必要としないため、利用が可能である。このような製造方法を取れば、非常に安価にセンシングＭｏｔｅ３４を構成することができるので、用途は広くなる。
【０１２０】
また、通常の電子回路基板と同時に形成することもできるので、更に、応用は広がる。以下の実施例２〜４は、本発明の機能素子を印字装置、例えばインクジェットプリンターやバブルジェット（Ｒ）プリンターなどのインクカートリッジにおけるインクの残量を検出する機能として応用した例を示したものである。
【０１２１】
−実施例２−
図３５は、本発明例による第２の実施例であり、インク残量の検知方法に関する応用例を示す。
微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、通信機能、センシング機能及び親基地６５からの無線通信をエネルギーに変換する電源機能を有する微小機能素子である。
【０１２２】
微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、インク６２と共にカートリッジタンク６３の中に内蔵されている。親基地６５は、微小機能素子６１ａ、微小機能素子６１ｂとデータ通信を行うとともに、これらの機能を制御し一括管理をする機能を有する。また、データ通信の手段として用いる無線通信により、微小機能素子６１ａ、　微小機能素子６１ｂにエネルギーを送信する機能を持っている。
【０１２３】
微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、インク６２の水面上に浮かぶ構造になっている。図３５では、親基地５より制御信号及びエネルギー８が供給され、微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂへ送る様子を模式化したものである。
【０１２４】
微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、制御信号及びエネルギー８の供給により、所定のセンシングを行う。ここで、例えば微小機能素子６１ａがセンシング送信部から光６６を放出し、カートリッジタンク６３の上面に反射し、その反射光６７を微小機能素子６１ｂがセンシング受信部で受光する。微小機能素子６１ｂは、このセンシング情報６９を親基地６５へ送信し、それを受けた親基地６５は、センシング情報６９からインク６２の残量を判定する。ここで、微小機能素子６１ａと微小機能素子６１ｂは基本的に同じ構成でできており、親基地６５からの信号によりその役割を制御することができる。
【０１２５】
次に、図３６を用いて、微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂの構成について詳細に説明を行う。微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂの構成は基本的に同じものであるため、以下、微小機能素子６１として説明を行う。
【０１２６】
微小機能素子６１は、センシング部１０１、通信部１０２、電源部１０３、処理部１０４及び保護部１０５から構成されている。センシング部１０１は、センシング送信部及びセンシング受信部からなる。通信部１０２は、通信送信部及び通信受信部からなり、この通信処理部及び通信受信部は、アンテナ及び送信回路及び受信回路からなる。電源部１０３は、通信受信部及びアンテナで受けた親基地６５からのエネルギーを微小機能素子６１で使うためのエネルギー変換回路及びエネルギーを蓄えるエネルギー蓄積からなる。処理部１０４は、親基地６５からの制御信号により特定の処理を行う。保護部１０５は、センシング部１０１、通信部１０２、電源部１０３及び処理部１０４をインクタンク６３内のインク６２及び水分から保護するものである。
【０１２７】
以上の流れを図３７のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップ１では、　親基地６５より各微小機能素子６１へ制御信号と電源エネルギー６８の供給を行う。この実施例では、エネルギー供給は電波で行っている。
【０１２８】
次に、ステップ２では、各微小機能素子６１が、あらかじめ親基地６５から送られた制御信号６８に基づいて、センシング送信部からセンシング情報を送る。ここでは、センシング情報を送る微小機能素子６１とセンシング情報を受けるセンシング受信を行う微小機能素子６１は、親基地６５からの制御信号６８により制御される。
【０１２９】
次に、ステップ３では、センシング情報を受信した微小機能素子６１が、センシング情報６９を親基地６５に送信する。
【０１３０】
次に、ステップ４では、親基地６５は、センシング情報６９に基づいてインク６２の残量を判定行う。
【０１３１】
以上のように、インクカートリッジ６３の中にセンサ機能・通信機能を持った微小機能素子６１を内蔵することにより、インク６２の残量計測精度を高めることが可能となる。また、無線通信機能を持つことによりインクの様な水溶性物質が万一漏れた場合でも誤動作することなくインク残量を計測することが可能となる。
【０１３２】
−実施例３−
図３８は、本発明例による第３の実施例であり、インク残量の検知方法に関する応用例を示す。
微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、通信機能・センシング機能及び親基地６５からの無線通信をエネルギーに変換する電源機能を有する微小機能素子である。
【０１３３】
微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、インク６２とともにカートリッジタンク６３の中に内蔵されている。親基地６５は、微小機能素子６１ａ、　微小機能素子６１ｂとデータ通信を行うとともに、これらの機能を制御し、一括管理をする機能を有する。また、データ通信の手段として用いる無線通信により微小機能素子６１ａ、微小機能素子６１ｂにエネルギーを送信する機能を持っている。
【０１３４】
微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、カートリッジタンク６３の上部に配置されている。図３８は、親基地６５より制御信号及びエネルギー６８が微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂに供給された様子を模式化したものである。微小機能素子６１ａ及び微小機能素子６１ｂは、この制御信号及びエネルギー６８の供給により、所定のセンシングを行う。ここでは、微小機能素子６１ａがセンシング送信部から光６６を放出して、インク６２のインク水面に反射した反射光６７を微小機能素子６１ｂがセンシング受信部で受光する。
【０１３５】
実施例１と同様に、微小機能素子６１ｂは、このセンシング情報６９を親基地６５へ送信し、親基地６５ではセンシング情報からインク６２の残量を判定する。
【０１３６】
−実施例４−
図３９は、本発明例による第４の実施例であり、インク６２の残量の検知方法に関する応用例を示す。
微小機能素子６１は、通信機能・センシング機能及び親基地６５からの無線通信をエネルギーに変換する電源機能を有する微小機能素子である。
【０１３７】
微小機能素子６１は、インク６２とともにカートリッジタンク６３の中に内蔵されている。親基地６５は、微小機能素子６１とデータ通信を行うとともに、これらの機能を制御し、一括管理をする機能を有する。また、データ通信の手段として用いる無線通信により微小機能素子６１にエネルギーを送信する機能を持っている。
【０１３８】
微小機能素子６１は、カートリッジタンク６３のインク６２面に浮かんでいる。
図３９は、親基地６５より制御信号及びエネルギー６８が微小機能素子６１へ供給される様子を模式化したものである。微小機能素子６１は、この制御信号及びエネルギー６８の供給により、所定のセンシングを行う。ここでは、微小機能素子６１がセンシング送信部から光６を放出し、インクカートリッジ６３の内部上面６２に反射した反射光７を微小機能素子６１がセンシング受信部で受光する。そして、微小機能素子６１は、このセンシング情報６９を親基地６５へ送信し、親基地６５では、センシング情報６９からインク６２の残量を判定する。
【０１３９】
【発明の効果】
本発明によれば、親基地から制御情報を受けた微小機能素子と、他の微小機能素子とが通信手段を介して通信を行うことによって、前記通信手段以外の１つ以上の手段を実行するようにして、個々に存在する機能素子を共同的に機能させるができるようにする。これにより、ネットワークを形成し、ウエアラブルな機器や、センシング・ネットワークによって、異なる複数の個所のセンシングを統合的に管理する無線通信機器及びその通信方法を提供することができる。
【０１４０】
また、従来の金属配線でマトリックス状に配置され接続されていた撮像、表示、記録など行う手段を、無線通信を用いて配線レスにすることで、配線のわずらわしさから解放され、フレキシブルな基板上にデバイスを形成したり多機能の機能素子を実現したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における無線通信機器の概念を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における無線通信機器の構成図である。
【図３】本発明の実施形態における無線通信機器の構成図である。
【図４】本発明の実施形態における無線通信機器の構成図である。
【図５】本発明の実施形態における無線通信機器の構成図である。
【図６】本発明の実施形態における無線通信機器の構成図である。
【図７】比較例の機能機器の構成図である。
【図８】比較例の機能機器の構成図である。
【図９】本発明の実施形態における無線通信機器の通信手順を示した図である。
【図１０】本発明の実施形態における無線通信機器の通信手順を示した図である。
【図１１】本発明の実施形態における無線通信機器の通信手順を示した図である。
【図１２】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の通信方法の原理を示した図である。
【図１３】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間のアンテナ構造について示した図である。
【図１４】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の通信構造を示した図である。
【図１５】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の通信構造を示した図である。
【図１６】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の通信構造を示した図である。
【図１７】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の回路図である。
【図１８】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の回路図である。
【図１９】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の回路図である。
【図２０】図１９のＲｓ回路部分を詳細に示した図である。
【図２１】微小機能素子と親基地の回路図である。
【図２２】微小機能素子と親基地もしくは微小機能素子間の回路図である。
【図２３】微小機能素子と親基地の回路図である。
【図２４】本発明による第１の実施例であり、撮像系への応用例を示した図である。
【図２５】本発明による第１の実施例であり、光軸と垂直な面へ撮像素子側から見た回路の配置を示す図である。
【図２６】本発明による第１の実施例であり、通信回路部の領域を撮像素子部の周辺に配置した配置図である。
【図２７】本発明による第１の実施例であり、通信機能付の微小球撮像カメラに外部（親基地）からの制御信号・エネルギー供給と外部制御信号に基づいて、撮像情報を親基地へ送る様子を模式化した図である。
【図２８】本発明による第１の実施例の制御フローチャートである。
【図２９】本発明による第１の実施例であり、微小球撮像Ｍｏｔｅをカード状の基板の上に複数配置した図である。
【図３０】本発明による第１の実施例の制御フローチャートである。
【図３１】本発明による第１の実施例であり、微小球撮像Ｍｏｔｅを色々な方向へ光軸を向け、広角な画像情報を得られるようにした図である。
【図３２】本発明による第１の実施例の制御フローチャートである。
【図３３】本発明による第１の実施例であり、微小球撮像Ｍｏｔｅの撮像部側の平面図である。
【図３４】本発明による第１の実施例であり、基板上に構成された撮像素子、通信回路などの電子回路を微小球レンズと接しさせた状態で接着材を用いて固定させた図である。
【図３５】本発明による第２の実施例であり、インク残量の検知方法に関する応用した例を示した図である。
【図３６】本発明例による第２の実施例であり、微小機能素子及び微小機能素子の構成について詳細に示した図である。
【図３７】本発明による第２の実施例の制御フローチャートである。
【図３８】本発明による第３の実施例でインク残量の検知方法に関する応用例を示した図である。
【図３９】本発明例による第４の実施例であり、インク残量の検知方法に関する応用例を示した図である。
【符号の説明】
１　機能素子
２　無線素子
３　微小機能素子
４　親基地
６、７　アンテナ
９　無線送受信部
１０　データ処理部
２２　行配線
２３　列配線
２５、２６　選択回路
２７　スイッチング素子
９９　対象物
９１０　送受信回路
【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】
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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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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