(57)【要約】【課題】  信号伝送用基板装置と通信素子とを別体として構成した通信装置を提供する。【解決手段】  本発明の基板装置１４は、第１信号伝達層２０と、電源層４４または接地層である第２信号伝達層３０の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する。この基板装置１４は、コネクタ２２２が挿入される開口部を備えており、この開口部は階段状に形成される。コネクタ２２２の外部形状も、開口部の形状に合わせて階段状に形成される。これにより、各層とコネクタ２２２の電極２２４との電気的接続を確実にすることができる。【選択図】        図２７
2005093603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置であって、複数の開口部を備え、
前記開口部は、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層を、露出させることを特徴とする信号伝送用基板装置。
【請求項２】
前記開口部は、階段状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送用基板装置。
【請求項３】
信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層は、階段状に形成された前記開口部の平坦部で露出されることを特徴とする請求項２に記載の信号伝送用基板装置。
【請求項４】
前記開口部は、テーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送用基板装置。
【請求項５】
前記開口部は、筒状または側面に凹凸のある筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送用基板装置。
【請求項６】
前記開口部は、積層構造を貫通して形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号伝送用基板装置。
【請求項７】
複数の前記開口部は、所定の間隔で設けられることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の信号伝送用基板装置。
【請求項８】
前記開口部は少なくとも２つの信号伝達層を露出させ、少なくとも２つの信号伝達層の間には、高抵抗層または絶縁層が介在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信号伝送用基板装置。
【請求項９】
前記少なくとも２つの信号伝達層は、積層構造において別の高さの層に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の信号伝送用基板装置。
【請求項１０】
信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置であって、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層から当該信号伝送用基板装置の表面まで延びる導電路を複数設けたことを特徴とする信号伝送用基板装置。
【請求項１１】
当該信号伝送用基板装置の表面には、信号伝達層から延びる導電路の表出部と、電源層または接地層の少なくとも一層から延びる導電路の表出部との組が複数存在し、
各組における表出部同士の間隔は、実質的に等しく設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の信号伝送用基板装置。
【請求項１２】
表出部の各組は、当該信号伝送用基板装置の表面において所定の間隔で配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の信号伝送用基板装置。
【請求項１３】
絶縁性基板に複数の貫通穴を形成するステップと、
貫通する絶縁性の管状部材を所定の貫通穴の上方に形成するステップと、
絶縁性基板上に第１導電層を形成するとともに、貫通穴を導電性材料で充填するステップと、
第１導電層上に、絶縁層、高抵抗層または誘電層のうちの少なくとも一層を形成するステップと、
形成された絶縁層、高抵抗層または誘電層の上に、第２導電層を形成するとともに、管状部材を導電性材料で充填するステップと、
を備えることを特徴とする信号伝送用基板装置の製造方法。
【請求項１４】
信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置に設けられた開口部に装着されるコネクタであって、開口部に接触する外部形状が階段状に形成され、階段状に形成された平坦部において、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層と電気的に接続するための電極を有することを特徴とするコネクタ。
【請求項１５】
互いに絶縁されて積層された少なくとも２つの信号伝達層に接続して、当該少なくとも２つの信号伝達層間における信号の送受信を行う複数の通信素子が設けられ、前記少なくとも２つの信号伝達層は、積層構造において別の高さの層に形成されていることを特徴とする通信装置。
【請求項１６】
信号を伝達する複数の信号伝達層が形成され、少なくとも２つの信号伝達層に接続して当該少なくとも２つの信号伝達層間における信号の送受信を行う複数の通信素子が設けられ、信号の伝達は、発信元となる通信素子と、送信先となる通信素子の相対的な位置関係を利用して実現することを特徴とする通信装置。
【請求項１７】
網の目状に形成された配線に電気的に接続した複数の通信素子を備えた通信装置であって、各通信素子が、配線上で隣り合う他の通信素子に対して配線を介して局所的な通信を行う通信機能を有しており、この局所的な通信により通信素子間で信号を順次伝達することによって、目的とする通信素子まで信号を伝達することを特徴とする通信装置。
【請求項１８】
配線は格子状に形成されており、通信素子は、格子状配線の交点に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の通信装置。
【請求項１９】
網の目状の配線が形成される層を含んだ積層構造をもつ基板装置を備え、
基板装置は、配線と通信素子との電気的接続を行わせる構造を有することを特徴とする請求項１７または１８に記載の通信装置。
【請求項２０】
複数の通信素子のうちの少なくとも一部は、外部機器とのインタフェース機能を備えることを特徴とする請求項１５から１９のいずれかに記載の通信装置。
【請求項２１】
信号を伝達するための導電配線を網の目状に形成した層を少なくとも１層を含んだ積層構造をもつ基板装置を形成するステップと、
網の目状の導電配線に電気的に接続するように、基板装置に複数の通信素子を配置するステップと、
を備えることを特徴とする通信装置の製造方法。
【請求項２２】
複数の通信素子のうちの少なくとも一部は、外部機器とのインタフェース機能を備えることを特徴とする通信装置の製造方法。
【請求項２３】
信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置であって、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層を露出させる開口部が複数設けられており、前記開口部において、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層における露出部分に電気的に接続するコネクタが設けられることを特徴とする信号伝送用基板装置。
【請求項２４】
導電層と、絶縁層または高抵抗層とが、交互に複数段積層された構造をもつ基板装置であって、導電層の材料の硬さは、絶縁層または高抵抗層の材料の硬さと異なるようにされて、硬い層と柔らかい層とが交互に積層されたことを特徴とする基板装置。
【請求項２５】
硬い層と柔らかい層とが交互に積層された積層構造をもつ基板装置に差し込まれるコネクタであって、側面において、積層構造における各層の厚さに合わせた凹凸を設けたことを特徴とするコネクタ。
【請求項２６】
導電層あるいは網の目状に形成された配線に対して予め通信素子を配置した基板装置において、複数の通信素子のうちの少なくとも一部がインタフェース機能を有して構成されており、インタフェース機能を備えた任意の通信素子に対して外部機器を電気的に接続することで、当該外部機器との間で片方向または双方向の通信を行う通信装置。
【請求項２７】
導電層あるいは網の目状に形成された配線に対して予め通信素子を配置した基板装置において、導電層の一部の領域あるいは網の目状に形成された配線の一部にインタフェース部が構成されており、インタフェース部に対して外部機器を電気的に接続することで、当該外部機器との間で片方向または双方向の通信を行う通信装置。
【請求項２８】
前記基板装置は、単一のシリコンウェハ上に形成されることを特徴とする請求項２６または２７に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信を行う通信装置に関し、さらに、通信装置を構成する基板装置と、基板装置に電気的に接続するコネクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。また、特許文献１とは全く異なるアプローチとして、個別の配線を形成することなく、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も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６８１２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の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１本の個別配線により一対一の関係で物理的に接続しているため、仮に１本しかない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、個々の物理的配線をひくことが面倒であったり、スペースの関係で困難を極める場合もある。特許文献２は、そのような事態を解消する通信装置につき提案しており、優れた効果的な技術であるといえる。特許文献２では、複数の通信素子を基板中に埋設した通信装置について開示しているが、通信素子の実装については改善の余地がある。また、通信手法についても、改善の余地があるといえる。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、新規な通信装置に関する技術を提供することにあり、特に通信素子の基板装置への実装に関する技術を提供することにある。さらに、本発明の目的は、従来の通信技術とは異なる新規な通信技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様は、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置であって、複数の開口部を備え、開口部は、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層を、露出させることを特徴とする信号伝送用基板装置を提供する。この信号伝送用基板装置によると、開口部にコネクタなどの接続部品を装着して、通信素子を実装し、所期の機能をもたせた通信装置を容易に作製することができる。
【０００６】
開口部は階段状に形成されていることが好ましく、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層は、階段状に形成された開口部の平坦部で露出されることが好ましい。これにより、開口部にコネクタを挿入するときに、コネクタの電極と信号伝達層などの層との接続を確実にすることができる。また開口部は、テーパ状に形成されてもよく、さらに筒状に形成されてもよい。このような構造をとることにより、開口部を容易に形成することが可能となる。
【０００７】
開口部は積層構造を貫通して形成されてもよい。貫通させることで、コネクタの止め部材を底面まで挿入して、コネクタと基板装置の固定を容易に行うことができる。複数の開口部は、所定の間隔で設けられることが好ましく、この所定の間隔は、通信素子の通信距離を最大として、その距離以下に定められることが好ましい。
【０００８】
開口部は、間に高抵抗層または絶縁層が介在する少なくとも２つの信号伝達層を露出させてもよい。これにより、通信素子が複数の信号伝達層に接続し、信号伝達層間における信号の送受信を行うことが可能となる。また、少なくとも２つの信号伝達層は、積層構造において別の高さの層に形成されていてもよい。
【０００９】
本発明の別の態様は、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置であって、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層から当該信号伝送用基板装置の表面まで延びる導電路を複数設けたことを特徴とする信号伝送用基板装置を提供する。この表面は、信号伝送用基板装置の上面または底面であってよく、また両面であってもよい。表面まで導電路を延ばすことで、通信素子を表面に固定するだけで通信素子の電極と各層との電気的接続を実現でき、通信素子の装着プロセスを容易にすることができる。
【００１０】
当該信号伝送用基板装置の表面には、信号伝達層から延びる導電路の表出部と、電源層または接地層の少なくとも一層から延びる導電路の表出部との組が複数存在し、各組における表出部同士の間隔は、実質的に等しく設定されていることが好ましい。この表出部同士の間隔は、装着する通信素子の複数の電極の配置と等しくされ、したがって、どの組、すなわちどの表出部のセットに対しても、通信素子を接続することが可能となる。各組は、当該信号伝送用基板装置の表面において所定の間隔で配置されていることが好ましい。この所定の間隔は、通信素子の通信距離を基準に定められることが好ましい。
【００１１】
本発明のさらに別の態様は、絶縁性基板に複数の貫通穴を形成するステップと、貫通する絶縁性の管状部材を所定の貫通穴の上方に形成するステップと、絶縁性基板上に第１導電層を形成するとともに、貫通穴を導電性材料で充填するステップと、第１導電層上に、絶縁層、高抵抗層または誘電層のうちの少なくとも一層を形成するステップと、形成された絶縁層、高抵抗層または誘電層の上に、第２導電層を形成するとともに、管状部材を導電性材料で充填するステップとを備えることを特徴とする信号伝送用基板装置の製造方法を提供する。これにより、複数の層からの導電路を基板表面に表出させ、通信素子などの外部機器との接続を容易とする信号伝送用基板装置を製造することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置に設けられた開口部に装着されるコネクタであって、開口部に接触する外部形状が階段状に形成され、階段状に形成された平坦部において、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層と電気的に接続するための電極を有することを特徴とするコネクタを提供する。このコネクタによると、基板装置の開口部との電気的接続を安定的に実現することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、互いに絶縁されて積層された少なくとも２つの信号伝達層に接続して、当該少なくとも２つの信号伝達層間における信号の送受信を行う複数の通信素子が設けられ、少なくとも２つの信号伝達層は、積層構造において別の高さの層に形成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、信号を伝達する複数の信号伝達層が形成され、少なくとも２つの信号伝達層に接続して当該少なくとも２つの信号伝達層間における信号の送受信を行う複数の通信素子が設けられ、信号の伝達は、発信元となる通信素子と、送信先となる通信素子の相対的な位置関係を利用して実現することを特徴とする通信装置を提供する。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、網の目状に形成された配線に電気的に接続した複数の通信素子を備えた通信装置であって、各通信素子が、配線上で隣り合う他の通信素子に対して配線を介して局所的な通信を行う通信機能を有しており、この局所的な通信により通信素子間で信号を順次伝達することによって、目的とする通信素子まで信号を伝達することを特徴とする通信装置を提供する。配線は格子状に形成されており、通信素子は、格子状配線の交点に配置されてもよい。また、網の目状の配線が形成される層を含んだ積層構造をもつ基板装置を備え、基板装置は、配線と通信素子との電気的接続を行わせる構造を有することが好ましい。複数の通信素子のうちの少なくとも一部は、外部機器とのインタフェース機能を備えることが好ましい。ここで、外部機器は、コンピュータ、情報装置、通信装置、センサ、発光素子、アクチュエータ、計算素子、メモリなどであってよい。これにより、通信装置が外部機器と片方向または双方向の通信を行うことができ、また２以上の外部機器を通信素子に接続することで、外部機器間の中継装置としても機能することが可能となる。また、複数の通信素子の少なくとも一部は、コンピュータ、情報装置、通信装置、センサ、発光素子、アクチュエータ、計算素子、メモリなどの機能を備えてもよい。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、信号を伝達するための導電配線を網の目状に形成した層を少なくとも１層を含んだ積層構造をもつ基板装置を形成するステップと、網の目状の導電配線に電気的に接続するように、基板装置に複数の通信素子を配置するステップを備えることを特徴とする通信装置の製造方法を提供する。複数の通信素子のうちの少なくとも一部は、外部機器とのインタフェース機能を備えることが好ましい。ここで、外部機器は、コンピュータ、情報装置、通信装置、センサ、発光素子、アクチュエータ、計算素子、メモリなどであってよい。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層とを含んだ積層構造を有する信号伝送用基板装置であって、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層を露出させる開口部が複数設けられており、前記開口部において、信号伝達層と、電源層または接地層の少なくとも一層における露出部分に電気的に接続するコネクタが設けられることを特徴とする信号伝送用基板装置を提供する。
【００１８】
本発明のさらに別の態様は、導電層と、絶縁層または高抵抗層とが、交互に複数段積層された構造をもつ基板装置であって、導電層の材料の硬さは、絶縁層または高抵抗層の材料の硬さと異なるようにされて、硬い層と柔らかい層とが交互に積層されたことを特徴とする基板装置を提供する。
【００１９】
本発明のさらに別の態様は、硬い層と柔らかい層とが交互に積層された積層構造をもつ基板装置に差し込まれるコネクタであって、側面において、積層構造における各層の厚さに合わせた凹凸を設けたことを特徴とするコネクタを提供する。
【００２０】
本発明のさらに別の態様は、導電層あるいは網の目状に形成された配線に対して予め通信素子を配置した基板装置において、複数の通信素子のうちの少なくとも一部がインタフェース機能を有して構成されており、インタフェース機能を備えた任意の通信素子に対して外部機器を電気的に接続することで、当該外部機器との間で片方向または双方向の通信を行う通信装置を提供する。ここで、外部機器は、コンピュータ、情報装置、通信装置、センサ、発光素子、アクチュエータ、計算素子、メモリなどであってよい。
【００２１】
本発明のさらに別の態様は、導電層あるいは網の目状に形成された配線に対して予め通信素子を配置した基板装置において、導電層の一部の領域あるいは網の目状に形成された配線の一部にインタフェース部が構成されており、インタフェース部に対して外部機器を電気的に接続することで、当該外部機器との間で片方向または双方向の通信を行う通信装置を提供する。ここで、外部機器は、コンピュータ、情報装置、通信装置、センサ、発光素子、アクチュエータ、計算素子、メモリなどであってよい。
【００２２】
上記した基板装置は、単一のシリコンウェハ上に形成されてもよい。
なお、本発明の表現を装置、方法で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、通信素子の実装が容易な基板装置を提供することができる。これにより、必要に応じて通信装置に所期の追加機能をもたせることも可能となり、設計自由度の高い通信装置を実現することができる。また、故障した通信素子の交換等も容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施例に係る通信技術の方式を説明するための図である。この通信方式を連鎖伝達型の通信方式と呼ぶ。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。
【００２５】
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。
【００２６】
空間内に複数の通信素子が存在し、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くてよい。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く、また無線により信号の送受が行えるように構成されてもよい。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く、また光や電磁波を放出すること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、本発明の実施例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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。これとは別に、網の目上に張り巡らされた配線上に通信素子を配設する、従来とは異なる設計思想をベースとする新規な通信実装技術を提供することもできる。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。なお、後述するように、通信素子をコネクタと通信用ＬＳＩなどから構成することで、任意の機能をもたせた通信装置をフレキシブルに実現することも可能となる。
【００２９】
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。また従来型の素子同士を個別に接続する配線に関する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。
【００３０】
図２は、本発明の実施例にかかる通信装置１００の外観構成の概要を示す図である。この通信装置１００においては、複数の通信素子２００が信号伝送用の基板装置１４に接続される。基板装置１４は、開口部８０を複数備えて構成され、この開口部８０に通信素子２００が挿入されることで、通信装置１００の通信機能を実現する。基板装置１４は、信号を伝達するための信号伝達層、電源層および接地層などを含んだ積層構造を備えて構成される。なお接地層は、信号伝達層としての役割を担ってもよい。開口部８０において、これらの層は外部に露出しており、通信素子２００を押し込んで固定することにより、通信素子２００と各層との電気的接続が行われる。なお基板装置１４は、接地層ないしは電源層を備えず、接地層ないしは電源層として機能する導電体に接続してもよい。例えば、金属で構成される板状部材に基板装置１４を貼り付け、この板状部材を接地し、又は板状部材に電荷を供給することで、導電性の板状部材を接地層ないしは電源層としても機能させることも可能である。
【００３１】
通信素子２００は、開口部８０に嵌合されて基板装置１４の積層構造において接続するべき層に電気的に接続するコネクタと、コネクタに電気的に接続する電極を備えた通信用ＬＳＩを含んで構成されてもよい。コネクタと通信用ＬＳＩは別体として構成されてもよいが、一体として形成されてもよい。この例では、基板装置１４が二次元的に一面に広がった構成を有しているが、帯状に一次元的に広がった構成を有してもよい。なお、コネクタは、基板装置１４の開口部において、接続するべき層の露出部分に電気的に接続するように予め設けられていてもよく、その場合には、基板装置１４は、コネクタ付き基板装置として構成されることになる。コネクタ付き基板装置に通信素子２００を接続し、これにより通信装置１００が実現されてもよい。なお、この場合、通信素子２００は通信用ＬＳＩにより構成されてもよく、また、基板装置１４に設けられたコネクタと接続するコネクタと通信用ＬＳＩを備えて構成されてもよい。
【００３２】
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、基板装置１４を導電性のゴム材料により形成することが好ましい。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、伸縮性のある基板装置１４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することも可能となる。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、基板装置１４を導電性のゴム材料あるいは導電性繊維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。なお、前記したように、基板装置１４が積層構造を有する場合には、各層が導電性のゴム材料あるいは導電性繊維で構成されて、全体として可撓性を有することが好ましい。なお、網の目状に形成された配線に通信素子２００を接続し、これらの通信素子間で信号伝達することで、安定した通信能力を提供することも可能である。なお、網の目状の配線を形成するため、通信経路の再設定が可能であり、したがって断線などによる障害が生じる可能性を低減することができる。
【００３３】
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、例えば演算機能をもつ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く、またＣＰＵやメモリを含むマイクロコンピュータを含んでもよい。
【００３４】
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。メモリ７０は、レジスタとして構成されてもよい。通信部５０は、基板装置１４（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う。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行為を行う。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。通信素子２００がコネクタと通信用ＬＳＩとから構成される場合は、通信用ＬＳＩが上記の機能を実現する。
【００３５】
以下、通信装置１００の構造の具体例につき説明する。３種類の構造例を説明するための図面では、通信を実現するための物理的な構造に着目し、説明の便宜上、通信素子２００を基板装置１４に埋め込んだ状態で一次元的に示している。なお、通信素子２００は基板装置１４に予め埋設されて作りこまれてもよいが、図２に関して説明したように、通信素子２００は、基板装置１４の開口部８０に着脱可能に押し込まれて、積層構造を構成する複数の層との電気的接続を実現してもよい。
【００３６】
＜構造例１＞
図４は、実施例に係る通信装置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。
【００３７】
この例において通信デバイス３００は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０と、これらの層に電気的に接続する通信素子２００を備える。第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０は絶縁層２５により絶縁されており、第２信号伝達層３０は接地されたグランド層であってもよい。第１信号伝達層２０、絶縁層２５および第２信号伝達層３０は、図２における基板装置１４の積層構造に対応する。この通信デバイス３００において、有効通信距離は第１信号伝達層２０または第２信号伝達層３０の抵抗と、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０の間の容量に基づいて定められ、第１信号伝達層２０または第２信号伝達層３０に電荷を放出することにより信号を発信する。各通信素子２００はコンデンサを有していてもよく、放出された電荷は有効通信距離内に配置されている周辺の通信素子のコンデンサに蓄積されてもよい。この場合、周辺の通信素子は、その電圧変化により信号を認識することができる。このように図４に示した通信デバイス３００はコンデンサを駆動するように振る舞うことから、この通信デバイスを「電荷蓄積型」の通信デバイスと呼んでもよい。なおこの呼び名は、説明の便宜上、後述する「電流拡散型」の通信デバイスと区別するために名付けたものであって、図４に示した通信デバイス３００の特性および構成が、この呼び名の意味により限定されるものではない。
【００３８】
図５は、電荷蓄積型の通信デバイスが信号を発信する原理を説明するための図である。図５（ａ）は、駆動用コンデンサ３４ｂを充電する通信素子２００の状態を示す。通信デバイス３００において、主コンデンサ３４ａは、通信素子２００全体を駆動するために必要な電荷を蓄積し、駆動用コンデンサ３４ｂは、通信層３６を駆動するために必要な電荷を蓄積する。通信層３６は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０（図４参照）を模式的に表したものである。駆動用コンデンサ３４ｂの充電時には、スイッチ３２ａを開き、スイッチ３２ｂを閉じる。なお、各スイッチ３２ａおよび３２ｂは、処理部６０（図３参照）により所定のタイミングで開閉される。これらのスイッチ３２ａおよび３２ｂは、ＭＯＳスイッチなどにより構成されてもよい。なおスイッチ開閉により容量に蓄積された電荷を通信層３６に放出する本方式により、後述の電流拡散型の通信デバイスにおける通信素子を駆動することも可能である。
【００３９】
図５（ｂ）は、駆動用コンデンサ３４ｂを放電する通信素子２００の状態を示す。通信デバイス３００において、駆動用コンデンサ３４ｂの放電時には、スイッチ３２ａを閉じ、スイッチ３２ｂを開く。この通信デバイス３００は、駆動用コンデンサ３４ｂの電荷を通信層３６に放電することによって信号を発信する。１ビットの送信ごとに、主コンデンサ３４ａから駆動用コンデンサ３４ｂに電荷を移動し、駆動用コンデンサ３４ｂの電荷を通信層３６に放電することによって、連続した通信を実現することが可能となる。
【００４０】
図６は、図４および図５に示す通信装置１００における通信原理を説明するための図である。図６のようにシート抵抗ρ[Ω]の第１信号伝達層２０（正方形シートを切り出したときの向かい合う辺間の抵抗がρ[Ω]であるような材料と厚みでできた層）、誘電率εの絶縁層２５、良導層である第２信号伝達層３０の３層からなる構造を考える。絶縁層２５は、通信素子２００の間であって、且つ第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０の間に介在する。今、通信層３６、すなわち第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０に電源が接続され第１信号伝達層２０に電流密度Ｉ(x,y)が生じたと仮定する。まず簡単のため、図に垂直な方向では電流は一様であり、図に垂直な方向の層の幅は１であるような１次元問題を考える。ここで第２信号伝達層３０の抵抗は、無視できるほど小さいと考える。位置xにおいて層の断面を横切る電流をI(x,t)とすれば（このとき良導体である第２信号伝達層３０には−I(x,t)が発生している）、微小領域[x,x+dx]から単位時間に流出する電荷は、
【数１】
2005093603.tif 000003
を満たす。ここでq(x,t)は単位面積あたりの蓄積電荷量である。
【００４１】
また、位置xにおける第１信号伝達層２０の（第２信号伝達層３０に対する）電位V(x,t)は、第１信号伝達層２０の厚みが十分小さければ
【数２】
2005093603.tif 000004
を満たす。C=ε/dは、第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間の容量の単位面積あたりの値である。なおdは、第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間隔である。
【００４２】
また第１信号伝達層２０の厚みが十分小さく、電流の上下方向分布は一様と仮定できる場合、以下のオーム則
【数３】
2005093603.tif 000005
が成り立つ。
上の(1),(2)および(3)から、Ｉおよびqを消去すると以下の拡散方程式
【数４】
2005093603.tif 000006
を得る。(4)式の一般解は
【数５】
2005093603.tif 000007
と与えられる。ここで
【数６】
2005093603.tif 000008
である。
【００４３】
例えばx=0に電圧源を接続し、強制的にＶ（0,t）=Ｖ０exp(jωt)なる交流電圧を与えると、遠方で発散しない解を組み合わせた以下の関数が電圧分布を与える。
【数７】
2005093603.tif 000009
この式より、電圧印加点から一定の距離（拡散距離）
【数８】
2005093603.tif 000010
程度以内においては有意に電圧が追従し、それより離れたところでの電圧振幅は指数関数的に減少する。このように通信デバイス３００の有効通信距離は、通信層３６の抵抗および容量に基づいて定められる。そのため、通信層３６の抵抗および容量を適宜設定することにより、所望の有効通信距離を実現することが可能となる。
【００４４】
連鎖伝達型の通信方式においては、近傍の通信素子２００との間で信号の送受を行うことができればよいため、有効通信距離を可能な限り短く設定することが好ましい。例えば通信装置１００内において、通信素子２００間の距離が１０cm以内となるような密度で複数の通信素子２００が配置されている場合には、有効通信距離が１０cm程度となるように通信層３６の抵抗および容量を設定することが好ましい。有効通信距離を短く設定することによって、他の通信素子２００への干渉や無用な電力消費を低減することが可能となる。式(6)はＤを用いると、
【数９】
2005093603.tif 000011
として表現される。
【００４５】
図７は、Ｖ／Ｖ0の実部を縦軸、ｘ／Ｄを横軸とするグラフであって、電荷蓄積型の通信デバイスにおける電圧と通信距離の関係を示す図である。原点から離れるにつれ、電圧の振幅は指数関数的に減少するため、有効通信距離Ｄを大きく越える距離への影響は無視できることが分かる。したがって、この有効通信距離Ｄを通信素子２００の密度に応じて好適に設定することにより、効率よい通信を実現することが可能となる。
【００４６】
＜構造例２＞
図８は、実施例に係る通信装置１００の断面を示し、局所的な通信を実現する通信デバイス３００の構造の別の例について説明するための図である。この通信デバイス３００は、スイッチング動作によって通信素子２００を導通させ、その電圧降下によって信号を発信することから、この通信デバイスを「電流拡散型」の通信デバイスと呼んでもよい。なおこの呼び名は、説明の便宜上、前述した「電荷蓄積型」の通信デバイスと区別するために名付けたものであって、図８に示す通信デバイス３００の特性および構成が、この呼び名の意味により限定されるものではない。
【００４７】
図８（ａ）は、電流拡散型の通信デバイスの構造の一例を示す図である。この通信デバイス３００は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０と、これらの層に電気的に接続する通信素子２００を備える。第２信号伝達層３０は良導体として構成され、グランド層であってもよい。第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０は、これらの層よりも高い抵抗値を有する高抵抗層４０によって導通される。具体的には、通信素子２００の周囲に高抵抗層４０が設けられ、この通信素子２００および高抵抗層４０とが第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０に挟持される。第１信号伝達層２０、高抵抗層４０および第２信号伝達層３０は、図２における基板装置１４の積層構造に対応する。高抵抗層４０の抵抗値を第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０の抵抗値に対して適切に設定し、または通信素子２００の２つの電極間を素子内部において適切な抵抗値で常時導通させることにより、通信素子２００内で第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０をスイッチング動作により導通させた場合に、発信した信号が遠くまで広がらず、有効通信距離を近傍の通信素子までの短い距離に設定することができる。
【００４８】
図８（ｂ）は、電流拡散型の通信デバイスの構造の別の例を示す図である。この通信デバイス３００は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０と、これらの層に電気的に接続する通信素子２００を備える。第２信号伝達層３０はグランド層であってもよい。第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０は絶縁層２５により絶縁されており、第１信号伝達層２０には、第１信号伝達層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。電源層４４および第２信号伝達層３０は、抵抗の低い良導体により構成される。第１信号伝達層２０は、高抵抗層４２よりも低く、電源層４４および第２信号伝達層３０よりも高い抵抗値を有するのが好ましい。図示のとおり、第１信号伝達層２０上には、高抵抗層４２および電源層４４とがこの順に積層されている。電源層４４、高抵抗層４２、第１信号伝達層２０、絶縁層２５および第２信号伝達層３０は、図２における基板装置１４の積層構造に対応する。第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０が絶縁されることにより、これらの層間において電流が定常的に流れる状態を回避することができる。第２信号伝達層３０と電源層４４は、その抵抗値が非常に小さくなるように形成される。
【００４９】
第１信号伝達層２０の抵抗は、有効通信距離に基づいて設定される。すなわち第１信号伝達層２０の抵抗を高抵抗層４２との関係において適切に定めることによって、電流の拡散範囲を設定することが可能となる。抵抗の調整は、材料によっても、高抵抗層４２および／または第１信号伝達層２０の２次元的なパターンによっても行うことができる。なお単位面積あたりで、高抵抗層４２の縦方向インピーダンスが、第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０および電源層４４との間の静電容量によるインピーダンスＺよりも大きい場合には、拡散距離は第１信号伝達層２０の抵抗と静電容量によって決まる。
【００５０】
図９は、図８（ｂ）に示した５層構造の通信装置１００の構成を示す。電源層４４および第２信号伝達層３０は良導体で構成され、第１信号伝達層２０は、良導体と高抵抗層４２の間の中抵抗値で構成されている。また、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０の間において、通信素子２００同士の間には、絶縁層２５が存在している。この５層構造によって第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０に接続された通信素子２００に電力を供給する。高抵抗層４２の体積抵抗率はη[Ωm]、高抵抗層４２の厚さをd[m]とし、第１信号伝達層２０の電位をV(x)、電源層４４の電位を一定値VEとすると、第１信号伝達層２０から電源層４４に向かって電流密度
【数１０】
2005093603.tif 000012
なる電流が生じる。
したがって、(1)式は
【数１１】
2005093603.tif 000013
のように変更される。第１信号伝達層２０と電源層４４および第２信号伝達層３０との間の単位面積あたりの容量、すなわち第１信号伝達層２０と電源層４４の間の単位面積あたりの容量と第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間の単位面積あたりの容量の和をあらためてC[F/m2]と書くと(2)式および(3)式はそのまま成立する。
【００５１】
V(x,t)が時間的に変動する成分（交流成分）のみを表すとすると、(4)式は
【数１２】
2005093603.tif 000014
となる。
２次元問題においては電流密度ベクトルＩ(x,y,t)に対し、(1)式が
【数１３】
2005093603.tif 000015
のように変更され、第１信号伝達層２０の電圧の交流成分V(x,y,t) に関する方程式
【数１４】
2005093603.tif 000016
が得られる。この解は、１次元問題において求めた解に含まれる変数ωCを
【数１５】
2005093603.tif 000017
のように置き換えることで得られる。いま、変位電流よりも高抵抗層４２を垂直方向に流れる電流の方が支配的、すなわち
【数１６】
2005093603.tif 000018
の場合には、１次元問題の解は
【数１７】
2005093603.tif 000019
と書かれる。したがって、有効伝達距離
【数１８】
2005093603.tif 000020
に対し、
【数１９】
2005093603.tif 000021
が成立する。例えば第１信号伝達層２０の抵抗を適宜設定することにより、所望の有効通信距離を得ることが可能となる。
【００５２】
図８（ｃ）は、電流拡散型の通信デバイスの構造の別の例を示す図である。この通信デバイス３００は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０と、これらの層に電気的に接続する通信素子２００を備える。第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０は絶縁層２５により絶縁されており、第１信号伝達層２０には、第１信号伝達層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。同様に、第２信号伝達層３０には、第２信号伝達層３０よりも高い抵抗値を有する高抵抗層４６が電気的に接続され、この高抵抗層４６には、通信素子２００に電力を供給する電源層４８が電気的に接続されている。図示のとおり、第１信号伝達層２０の上面に、高抵抗層４２および電源層４４とがこの順に積層されており、第２信号伝達層３０の下面に、高抵抗層４６および電源層４８とがこの順に積層されている。電源層４４、高抵抗層４２、第１信号伝達層２０、絶縁層２５、第２信号伝達層３０、高抵抗層４６および電源層４８は、図２における基板装置１４の積層構造に対応する。図８（ｂ）に示した通信デバイス３００は、通信素子２００の片面のみに積層構造を形成していたが、図８（ｃ）のように、通信素子２００の両面に上下対称な積層構造を形成してもよい。各層の構成および特性については、図８（ｂ）に関連して説明したとおりである。
【００５３】
図１０は、電流拡散型の通信デバイスが信号を発信する原理を説明するための図である。この通信デバイス３００において、主コンデンサ３４は、通信素子２００全体を駆動するために必要な電荷を蓄積する。通信層３６は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０（図８参照）を模式的に表したものである。この通信素子２００は、ＭＯＳスイッチなどにより構成されるスイッチ３２のスイッチング動作により電極間インピーダンスを変化させ、信号を発信する。なおスイッチ３２は処理部６０（図３参照）により所定のタイミングで開閉される。スイッチ３２に直列にダイオードを挿入してもよい。なおこの方式で、電荷蓄積型の通信デバイスの通信素子２００を駆動することも可能である。
【００５４】
スイッチ３２を閉じると、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０とが短絡する。その結果、第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間に電圧降下が生じ、近傍の通信素子がその影響を受け、この電圧降下を信号として認識する。前述のとおり、連鎖伝達型の通信方式においては、この電圧降下の影響は、近傍の通信素子に伝達されればよく、遠くに位置する通信素子にまで伝達される必要はない。有効通信距離を近傍に位置する他の通信素子の距離程度に設定することにより、電力消費を少なくすることができ、また他の通信素子との干渉を低減することも可能となる。
【００５５】
次に、通信素子２００に電力を供給する方法について説明する。その一つの方法として、図８（ｂ）に示すように、通信デバイス３００を多層構造に形成することにより、電源層４４から電力を通信素子２００に供給することが可能である。通信素子２００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、電荷が低抵抗である電源層４４全面に供給される。そのため通信装置１００全体に分布している通信素子２００のコンデンサを安定して充電することができる。
【００５６】
＜構造例３＞
図１１（ａ）は、実施例に係る通信装置１００の断面を示し、局所的通信を実現する通信デバイスの構造のさらに別の例を説明するための図である。この例において通信デバイス３００は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０と、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層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信号伝達層２０および第２信号伝達層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１信号伝達層２０、誘電層２２および第２信号伝達層３０は、図２における基板装置１４の積層構造に対応する。第２信号伝達層３０は接地されたグランド層であってもよい。
【００５７】
通信デバイス３００は、信号を発信するために、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層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により発生する電場や電磁場を誘電層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信号伝達層２０および第２信号伝達層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信号伝達層２０および第２信号伝達層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。
【００５８】
第１信号伝達層２０および第２信号伝達層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信号伝達層２０および第２信号伝達層３０が誘電体で構成される場合、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層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内に電場や電磁場を閉じ込めることが可能となる。なお、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０は、空気や真空のような構成をとってもよい。
【００５９】
また電場や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。
【００６０】
図１１（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信号伝達層２０および第２信号伝達層３０と、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０に電磁的に接続する通信素子２００と、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層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。第１信号伝達層２０、誘電層２２ａ、導電層２４、誘電層２２ｂおよび第２信号伝達層３０は、図２における基板装置１４の積層構造に対応する。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、電場または電磁場を利用した通信が可能となる。
【００６１】
図１２（ａ）は、図１１（ａ）に示す通信デバイス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信号伝達層２０および第２信号伝達層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信号伝達層２０および第２信号伝達層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。
【００６２】
図１２（ｂ）は、図１１（ａ）に示す通信デバイス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信号伝達層２０および第２信号伝達層３０の間に交流電流を発生させ、電磁場を発生させる。
【００６３】
図１３は、構造例３における通信デバイス３００の具体的な実現例を示す。この通信デバイス３００は、グランド層である第２信号伝達層３０および電源層４４と、第２信号伝達層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信号伝達層３０および電源層４４の間に積層された誘電層２２、第１信号伝達層２０、誘電層４３を備える。第２信号伝達層３０、誘電層２２、第１信号伝達層２０、誘電層４３および電源層４４は、この順に積層され、図２における基板装置１４の積層構造に対応する。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信号伝達層３０および電源層４４に挟持され、周囲を誘電層２２、第１信号伝達層２０および誘電層４３に囲まれて構成される。誘電層２２、第１信号伝達層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信号伝達層２０と、電源層４４および第２信号伝達層３０の間に図１２（ａ）のようなスイッチ２６を設けることにより、第１信号伝達層２０と電源層４４、および第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間をショートすることができ、第１信号伝達層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信号伝達層３０に接続したことの利点である。
【００６４】
図１４（ａ）は、図１３に示す通信デバイス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信号伝達層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信号伝達層２０および第２信号伝達層３０の接続と、第１信号伝達層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。なお、既述のごとく、第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間には誘電層２２が設けられ、また、同様に、第１信号伝達層２０と電源層４４との間には、別の誘電層４３が設けられる。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。
【００６５】
スイッチ２６によるスイッチング動作の結果、第１信号伝達層２０から第２信号伝達層３０に、また電源層４４から第１信号伝達層２０に電流が発生し、第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間に存在する誘電層２２、および電源層４４と第１信号伝達層２０の間に存在する誘電層４３において、２次元放射状に広がる電場または電磁場が発生する。この電場または電磁場は、隣接する通信素子２００に伝播される。
【００６６】
隣接する通信素子２００は、電場また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場または電磁場から信号を検出してもよく、また誘電層４３において発生した電場または電磁場から信号を検出してもよい。なお、既述のごとく、通信素子２００は、誘電層２２および誘電層４３の両方において発生した電場または電磁場から信号を検出してもよい。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、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。
【００６７】
図１４（ｂ）は、第１信号伝達層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信号伝達層３０から第１信号伝達層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信号伝達層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信号伝達層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信号伝達層２０に印加されるが、第２信号伝達層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信号伝達層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。
【００６８】
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信号伝達層３０と第１信号伝達層２０の間に設けられる電圧制限素子５４ａと、電源層４４と第１信号伝達層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。
【００６９】
以上、通信装置１００を構成する通信デバイス３００の構造例について説明した。通信デバイス３００は所定の通信距離を有しており、基板装置１４が一様な積層構造を有する場合は、隣接する通信素子２００同士が、基板装置１４において、互いに通信距離の範囲内に位置するように配置されればよい。これにより、通信素子２００を自由に配置することが可能となり、システムの柔軟性という観点から優れているといえる。
【００７０】
以下では、基板装置１４に工夫を凝らし、通信の安定性を高めるために基板装置１４を複数のサイトに分割して、このサイトを利用して通信装置１００を構成する例について説明する。なお、第１信号伝達層２０に関して説明するが、第２信号伝達層３０も第１信号伝達層２０と同様の構造および機能等を具備することができる。
【００７１】
図１５（ａ）は、通信装置１００における第１信号伝達層２０の抵抗分布を示す。第１信号伝達層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信号伝達層２０において、５×５の四角形のサイト２１０が形成されている。なお、１次元的にサイト２１０と高抵抗領域２１２とを交互に配置し、帯状の第１信号伝達層２０を構成してもよい。
【００７２】
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１５（ｂ）は、均一な抵抗で第１信号伝達層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。
【００７３】
第１信号伝達層２０に図１５（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。
【００７４】
図１５（ｃ）は、第１信号伝達層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１５（ｃ）は、図１５（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信号伝達層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。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信号伝達層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。
【００７５】
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、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信号伝達層２０に抵抗分布を設けることは有効である。
【００７６】
電磁波動の減衰率は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層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信号伝達層２０を形成することができる。
【００７７】
図１６は、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０に厚み分布を設けた構造を示す。第１信号伝達層２０および第２信号伝達層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信号伝達層２０と第２信号伝達層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。
【００７８】
図１７は、サイトを利用した通信装置１００の構造の変形例を示す。通信装置１００には、信号を伝達する複数の信号伝達層４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅ、４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈ、４１０ｉ（以下、総称する場合は「信号伝達層４１０」と呼ぶ）が形成される。信号伝達層４１０は導電性材料により形成され、近傍の信号伝達層４１０とは互いに絶縁される。隣り合う信号伝達層４１０の間には高抵抗層４２０が設けられてもよく、また各信号伝達層４１０は、互いに離間して高抵抗層４２０上に設けられてもよい。ここで高抵抗層４２０は絶縁層として存在してもよい。また、複数の信号伝達層４１０は、積層構造として形成され、近傍の信号伝達層４１０同士は、積層構造の上下方向に絶縁層を介して重なり合って配置され、通信素子２００が、絶縁層中に設けられて、上下方向で信号伝達層４１０と接続してもよい。図１７の通信装置１００においては、信号伝達層４１０がサイトを構成し、信号を伝達するための第１信号伝達層としての役割を果たす。なお、概念的には、高抵抗層４２０も信号を首尾よく伝達するために設けられるものであるため、高抵抗層４２０および信号伝達層４１０を含めて、第１信号伝達層と呼んでもよい。
【００７９】
通信装置１００には、２つ以上の信号伝達層４１０に接続して、当該２つ以上の信号伝達層４１０間における信号の送受信を行う計１２の通信素子２００ｅ、２００ｆ、２００ｈ、２００ｉ、２００ｊ、２００ｌ、２００ｍ、２００ｏ、２００ｐ、２００ｑ、２００ｓ、２００ｔが設けられる。図１７の例では、縦横３×３個の信号伝達層４１０が形成されているが、中央の信号伝達層４１０ｅを除く周囲の信号伝達層４１０には、１つの信号伝達層４１０にのみ接続する計１２の通信素子２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｇ、２００ｋ、２００ｎ、２００ｒ、２００ｕ、２００ｖ、２００ｗ、２００ｘが設けられる。このように、通信装置１００においては、信号伝達層４１０内または信号伝達層４１０間における信号の送受信を担うべく、計２４の通信素子２００が設けられている。図１７においては、計１２の通信素子２００が、隣り合う２つの信号伝達層４１０を接続するべく設けられているが、別の例においては、そのうちの一部の通信素子２００が省略されてもよい。また図示の例では、信号伝達層４１０の個数が少ないため、通信素子２００の全体の個数（計２４）に対して、複数の信号伝達層４１０にまたがる通信素子２００の個数（計１２）の占める割合が５０％に過ぎないが、信号伝達層４１０の個数が増えるにつれて、その割合は高くなる。説明の便宜上、以下では、特に断らない限り、通信素子２００が、複数の信号伝達層４１０に接続する場合を想定して、通信装置１００の説明を行う。
【００８０】
図１７に示す構成例において、通信素子２００は、隣り合う２つの信号伝達層４１０に電気的に接続し、接続する信号伝達層４１０内に設けられた他の通信素子２００との間で信号を送受信する機能を有し、また接続する２つの信号伝達層４１０間において信号を送受信する機能も有する。信号伝達層４１０内における通信機能として、例えば通信素子２００ｅは信号伝達層４１０ａと信号伝達層４１０ｂとに接続するが、信号伝達層４１０ａ内に設けられた他の通信素子２００ａ、２００ｄおよび２００ｈとの間で信号を送受信することができ、また信号伝達層４１０ｂ内に設けられた他の通信素子２００ｂ、２００ｆおよび２００ｉとの間でも信号を送受信することができる。この信号伝達層４１０内における通信を、内方向の通信と呼ぶ。また、信号伝達層４１０間における通信機能として、通信素子２００ｅは、信号伝達層４１０ａを伝達される信号を信号伝達層４１０ｂに伝達することができ、また信号伝達層４１０ｂを伝達される信号を信号伝達層４１０ａに伝達することもできる。この信号伝達層４１０間における通信を、外方向の通信と呼ぶ。例えば通信素子２００ｅは、信号伝達層４１０ａにおける通信素子２００ａから信号を受信して、信号伝達層４１０ｂにおける通信素子２００ｆに送信することができ、また、その逆も可能とする。各通信素子２００が上記のような機能をもつことにより、図１７に示す通信装置１００は、配線を形成することなく、任意の通信素子２００間における通信を実現することができる。
【００８１】
通信装置１００における信号伝達方法を、通信素子２００ｄから通信素子２００ｆに信号を伝達する場合を例に説明する。ここでは、通信素子２００ｄが信号の送信元であり、通信素子２００ｆが信号の最終目的地であることを仮定する。この場合、まず通信素子２００ｄが、信号伝達層４１０ａを介して通信素子２００ｅに信号を伝達し、通信素子２００ｅが、信号伝達層４１０ｂを介して通信素子２００ｆに信号を転送する。通信素子２００ｅに注目すると、通信素子２００ｅは、通信素子２００ｄとの間で信号伝達層４１０ａ内通信を行い、また通信素子２００ｆとの間で信号伝達層４１０ｂ内通信を行うことによって、結果として信号伝達層４１０ｂと信号伝達層４１０ｃの間の通信を実現することになる。このように各通信素子２００が、互いに絶縁された複数の信号伝達層４１０に接続して、信号伝達層４１０間の通信を行うことにより、信号を送信元の信号伝達層４１０から所期の目的地となる信号伝達層４１０まで順次伝達することができ、送信元および最終目的地間の信号伝達を実現することが可能となる。
【００８２】
各信号伝達層４１０には、センシングユニット、パワーユニット、また表示ユニットなど、各種機能を実現するための構成が備えられてもよい。特に、これらのユニットを容易に置換可能とすることで、応用性の高い通信装置１００を実現することができる。また、各通信素子２００は外部機器に対するコネクタなどの機能を備え、外部機器との接続を可能としてもよい。通信素子２００に外部機器とのインタフェース機能をもたせることにより、通信装置１００を様々な環境で利用することが可能となる。例えば通信素子２００は、誘導結合を用いた近接接合を行うコネクタを有してもよい。また、通信素子２００は、光を用いる近接接合を行うコネクタを有してもよい。さらに、通信素子２００は、容量結合を利用する近接接合を行うコネクタを有してもよい。また、通信素子２００は、機械的なコネクタを有してもよい。なお、通信素子２００のインタフェース機能については、図１７に示す通信装置１００だけでなく、本明細書において示す他の通信装置１００においても備えられることが好ましい。なお、通信装置１００において、全ての通信素子２００がインタフェース機能をもつ必要はなく、一部の通信素子２００のみが有していてもよい。
【００８３】
図１８（ａ）は、図１７に示す通信装置１００の断面の一例を示し、この例では、隣り合う信号伝達層４１０が高抵抗層４２０により絶縁されている。隣り合う信号伝達層４１０間は、通信素子２００により接続され、信号伝達層４１０間の通信が実現される。
【００８４】
図１８（ｂ）は通信装置１００の断面の別の例を示し、この例では、隣り合う信号伝達層４１０が互いに離間して高抵抗層４２０上に設けられる。隣り合う信号伝達層４１０間は、通信素子２００により接続され、信号伝達層４１０間の通信が実現される。
【００８５】
図１９（ａ）は、通信装置１００の構成の変形例を示す。この通信装置１００は、６角形の複数の信号伝達層４１０と、信号伝達層４１０間における信号の送受信を行う複数の通信素子２００とを有する。図１８に示す通信装置１００と同様に、各信号伝達層４１０は、高抵抗層４２０により絶縁されている。
【００８６】
図１９（ｂ）は、通信装置１００の構成の変形例を示す。この通信装置１００では、信号伝達層４１０内に高抵抗領域４３０が形成されて、信号伝達層４１０内の導電領域が部分的に形成されている。なお、図１８に示す通信装置１００と同様に、各信号伝達層４１０は、高抵抗層４２０により絶縁されている。
【００８７】
図１９（ｃ）は、通信装置１００の構成の変形例を示す。この通信装置１００は、４角形の複数の信号伝達層４１０と、４つの信号伝達層４１０に接続する複数の通信素子２００とを有する。信号伝達層４１０の形状は、図１８に示す通信装置１００における信号伝達層４１０の形状と同様であるが、通信素子２００の配置位置が異なっている。なお、各信号伝達層４１０は、高抵抗層４２０により絶縁されている。
【００８８】
以上のように、通信装置１００は様々な形状および構造の信号伝達層４１０を備えることができ、また通信素子２００が接続する信号伝達層４１０の個数は任意であってもよい。上記した例において、信号伝達層４１０の形状は正多角形であるが、これに限定するものではない。通信装置１００において、各通信素子２００は、送信するパケットに最終目的地となる信号伝達層４１０の識別番号を含めることにより、そのパケットを最終目的地まで伝達する。この実施例において、信号伝達層４１０は平面上に形成されており、各信号伝達層４１０の識別番号として、各信号伝達層４１０の２次元座標を利用することとする。なお、別の例においては、識別番号として、信号伝達層４１０に固有のシリアル番号を割り振ることも可能であり、また信号伝達層４１０が３次元的に形成される場合には、信号伝達層４１０の識別番号を３次元座標で表現することも可能である。
【００８９】
図２０は、図１７に示した通信装置１００の模式図を示す。図２０において、各通信素子２００を結ぶように描かれている実線は、隣り合う信号伝達層４１０が絶縁されている状態を意味する。信号伝達層４１０ａを原点とするＸＹ軸を設定することにより、信号伝達層４１０ａの座標すなわち識別番号を（０，０）、信号伝達層４１０ｂの識別番号を（１，０）、信号伝達層４１０ｃの識別番号を（２，０）、信号伝達層４１０ｄの識別番号を（０，１）、信号伝達層４１０ｅの識別番号を（１，１）、信号伝達層４１０ｆの識別番号を（２，１）、信号伝達層４１０ｇの識別番号を（０，２）、信号伝達層４１０ｈの識別番号を（１，２）、信号伝達層４１０ｉの識別番号を（２，２）と定めることができる。信号伝達層４１０の識別番号は、通信装置１００の製造時に予め設定してもよく、また後述するアルゴリズムにより自律的に設定してもよい。信号伝達層４１０間の信号の伝達は、信号伝達層４１０の識別番号を利用して実現される。以下、信号伝達層４１０の識別番号を、「信号伝達層ＩＤ」と呼ぶ。なお、各通信素子２００は、自身が接続する信号伝達層４１０の信号伝達層ＩＤを記憶しており、したがって複数の信号伝達層４１０に接続する場合は、複数の信号伝達層ＩＤを記憶することになる。
【００９０】
各通信素子２００には、自身が接続する信号伝達層４１０ごとに、信号伝達層４１０内のローカルな識別番号が割り振られる。図示の例では、信号伝達層４１０が四角形に形成されており、信号伝達層４１０において、右側に位置する通信素子２００のローカル識別番号が「１」、上側に位置する通信素子２００のローカル識別番号が「２」、下側に位置する通信素子２００のローカル識別番号が「３」、左側に位置する通信素子２００のローカル識別番号が「４」に設定される。信号伝達層４１０内の信号の伝達は、このローカル識別番号を利用して実現される。例えば、通信素子２００ｅに注目すると、信号伝達層ＩＤ（０，０）の信号伝達層４１０ａにおいては、右側に位置しているためローカル識別番号「１」を有し、一方で、信号伝達層ＩＤ（１，０）の信号伝達層４１０ｂにおいては、左側に位置しているためローカル識別番号「４」が割り当てられている。以下、通信素子２００のローカル識別番号を「ローカルＩＤ」と呼ぶ。
【００９１】
以上のように、各通信素子２００は、自身が接続する信号伝達層４１０の信号伝達層ＩＤと、各信号伝達層４１０におけるローカルＩＤとを保持する。この前提のもと、この実施例における通信方法を説明する。この通信方法においては、３種類のパケットを使用する。
【００９２】
（１）ＲＴＳ（request to send-stream）パケット
信号伝達層４１０内の通信素子２００に対してコネクションの確立を要求するパケット
（２）ＣＴＳ（clear to send-stream）パケット
ＲＴＳ送信元に対してコネクションの確立許可を示すパケット
（３）ＤＴ（data transmission-stream）パケット
データ転送のパケット
【００９３】
図２１（ａ）は、ＲＴＳパケットのデータフォーマットを示す。ＲＴＳパケットは３つのフィールドを有する。以下、各フィールドの項目を示す。
第１フィールド：反応すべき通信素子２００のローカルＩＤ
第２フィールド：コマンド（ＲＴＳ）
第３フィールド：ＲＴＳパケットの送信元の通信素子２００のローカルＩＤ
【００９４】
図２１（ｂ）は、ＣＴＳパケットのデータフォーマットを示す。ＣＴＳパケットは２つのフィールドを有する。以下、各フィールドの項目を示す。
第１フィールド：反応すべき通信素子２００のローカルＩＤ
第２フィールド：コマンド（ＣＴＳ）
【００９５】
図２１（ｃ）は、ＤＴパケットのデータフォーマットを示す。以下、各フィールドの項目を示す。
第１フィールド：反応すべき通信素子２００のローカルＩＤ
第２フィールド：コマンド（ＤＴ）
第３フィールド：ホップリミット、すなわち通信素子１０の中継回数の上限値
第４フィールド：データ長
第５フィールド：最終目的地のＸ座標
第６フィールド：最終目的地のＹ座標
第７フィールド：送信元のＸ座標
第８フィールド：送信元のＹ座標
第９フィールド：目的地でのアプリケーション
第１０フィールド以降：データ
なお、図２１（ａ）〜（ｃ）の例では、各フィールドが８ビットで構成されている。
【００９６】
図２２は、通信装置１００における通信方法を説明するための図を示す。図２２では、送信元である通信素子２００ｄから最終目的地である通信素子２００ｇに信号を伝達する場合を例にとる。
【００９７】
（ステップ１）
通信素子２００ｄは、自身の信号伝達層ＩＤ（０，０）と、最終目的地である通信素子２００ｇの信号伝達層ＩＤ（２，０）の位置関係から、ＤＴパケットを送信する方向を計算し、信号伝達層４１０ａ内でＤＴパケットを伝達すべき通信素子を決定する。すなわち通信素子２００ｄは、通信素子２００ｇまでの最短経路を演算し、ＤＴパケットを、信号伝達層４１０ａ、４１０ｂを経由して信号伝達層４１０ｃに伝達するルートが最短であることを判定する。この経路上に存在する素子は通信素子２００ｅであるため、通信素子２００ｄは、通信素子２００ｅとコネクションを確立するべく、通信素子２００ｅに対してＲＴＳパケットを送信する。このとき、ＲＴＳパケットの第１フィールドは「１」に設定される。なお、通信素子２００ｄは、信号の衝突を避けるため、信号伝達層４１０ａ内で他の通信素子が通信を行っているか否かを監視し、通信が行われていない場合にＲＴＳパケットを送信することが好ましい。
【００９８】
（ステップ２）
通信素子２００ｅは、ＲＴＳパケットに含まれる第１フィールドを参照し、ＲＴＳパケットが自身宛てであることを判定すると、通信素子２００ｄに対してＣＴＳパケットを送信する。このとき、ＣＴＳパケットの第１フィールドは「４」に設定される。
【００９９】
（ステップ３）
通信素子２００ｄは、一定時間内に自身宛てのＣＴＳパケットを受け取ると、ＤＴパケットを送信する。ＤＴパケットの第１フィールドは「１」に設定される。通信素子２００ｅは、ＤＴパケットを受け取る。通信素子２００ｄが一定時間内にＣＴＳパケットを受け取れない場合は、ステップ１に戻って、再度ＲＴＳパケットを送信する。なお、複数回にわたり通信素子２００ｅからの応答がない場合には、送信先を変更したＲＴＳパケットを送信してもよい。これにより、通信経路を自律的に変更することが可能となる。図２０に戻って、この場合は、ＲＴＳパケットの第１フィールドを「２」に設定することが好ましい。
【０１００】
（ステップ４）
通信素子２００ｅは、ＤＴパケットを受け取ると、ＤＴパケットを転送する方向を決定する。この場合、通信素子２００ｅは、ＤＴパケットを信号伝達層４１０ａ側の通信素子２００ｄより受け取ったため、転送する方向が信号伝達層４１０ｂ側であること、すなわち外方向であることを決定する。これにより、続くＤＴパケットの送信を、信号伝達層４１０ｂにおいて行うことが定められる。
【０１０１】
通信素子２００ｅは、自身の信号伝達層ＩＤ（１，０）と、最終目的地である通信素子２００ｇの信号伝達層ＩＤ（２，０）の位置関係から、信号伝達層４１０ｂ内でＤＴパケットを伝達すべき通信素子を決定する。最短経路上に存在する素子は通信素子２００ｆであるため、通信素子２００ｅは、通信素子２００ｆとコネクションを確立するべく、通信素子２００ｆに対してＲＴＳパケットを送信する。このとき、ＲＴＳパケットの第１フィールドは「１」に設定される。通信素子２００ｅは、信号の衝突を避けるため、信号伝達層４１０ｂ内で他の通信素子が通信を行っているか否かを監視し、通信が行われていない場合にＲＴＳパケットを送信してもよい。
【０１０２】
（ステップ５）
通信素子２００ｆは、ＲＴＳパケットに含まれる第１フィールドを参照し、ＲＴＳパケットが自身宛てであることを判定すると、通信素子２００ｅに対してＣＴＳパケットを送信する。このとき、ＣＴＳパケットの第１フィールドは「４」に設定される。
【０１０３】
（ステップ６）
通信素子２００ｅは、一定時間内に自身宛てのＣＴＳパケットを受け取ると、ＤＴパケットを送信する。ＤＴパケットの第１フィールドは「１」に設定される。通信素子２００ｆは、ＤＴパケットを受け取る。
【０１０４】
（ステップ７）
通信素子２００ｆは、ＤＴパケットを受け取ると、ＤＴパケットを転送する方向を決定する。通信素子２００ｆは、ＤＴパケットを信号伝達層４１０ｂ側の通信素子２００ｅより受け取ったため、転送する方向が信号伝達層４１０ｃ側であること、すなわち外方向であることを決定する。これにより続くＤＴパケットの送信を、信号伝達層４１０ｃにおいて行うことが定められる。
【０１０５】
通信素子２００ｆは、ＤＴパケットの第５および第６フィールドの目的地座標から、最終目的地が信号伝達層４１０ｃにおける通信素子２００ｇであることを認識する。なお、第５および第６フィールドの目的地座標には、信号伝達層４１０ｃを特定する座標と、通信素子２００ｇを特定するローカルＩＤとが含まれるものとする。これにより、通信素子２００ｆは、通信素子２００ｇとコネクションを確立するべく、通信素子２００ｇに対してＲＴＳパケットを送信する。このとき、ＲＴＳパケットの第１フィールドは「１」に設定される。
【０１０６】
（ステップ８）
通信素子２００ｇは、ＲＴＳパケットに含まれる第１フィールドを参照し、ＲＴＳパケットが自身宛てであることを判定すると、通信素子２００ｆに対してＣＴＳパケットを送信する。このとき、ＣＴＳパケットの第１フィールドは「４」に設定される。
【０１０７】
（ステップ９）
通信素子２００ｆは、一定時間内に自身宛てのＣＴＳパケットを受け取ると、ＤＴパケットを送信する。ＤＴパケットの第１フィールドは「１」に設定される。これにより、最終目的地である通信素子２００ｇは、ＤＴパケットを受け取ることができる。例えば、通信素子２００ｇに外部機器が接続されている場合は、ＤＴパケットに含まれるデータを外部に送信することが可能となる。
【０１０８】
以上の通信方法によると、信号の送信元から最終目的地までの経路を予め設定することなく、信号を中継する各通信素子２００が信号伝達層ＩＤをもとに、動的に経路を設定することが可能となる。そのため、通信装置１００においては、例えば一部の通信素子２００が故障した場合であっても、その通信素子２００を回避して、最終目的地までＤＴパケットを伝送することが可能となる。
【０１０９】
なお、図２２の例では、信号を一軸方向すなわちＸ軸方向に伝達する場合を示すが、信号は、斜め方向であっても当然に伝達することができる。例えば、信号伝達層ＩＤ（０，０）の信号伝達層４１０ａから信号伝達層ＩＤ（１，１）の信号伝達層４１０ｅに信号を伝達する場合、途中の経路として、信号伝達層ＩＤ（１，０）の信号伝達層４１０ｂまたは信号伝達層ＩＤ（０，１）の信号伝達層４１０ｄのいずれを経由することも可能である。いずれの経路を選択するかは、ランダムに決定されてもよく、また例えばＸ軸方向への信号伝達をＹ軸方向への信号伝達よりも優先的に行うなどの所定の規則に沿って決定されてもよい。
【０１１０】
図２３（ａ）は、信号伝達層４１０を流れる信号の波形フォーマットを示す。各パケットの先頭には、スタートビットと、フィールド開始を示すデータが付加される。スタートビットは、一定時間、ここではデジタル回路の動作クロック周期の３０倍の時間、「01」のパターンが周期的に繰り返される。この周期パターンにより、サンプリング時間を決定する。通信データは１０ビットをひとまとまりとして取り扱い、これを１フレームと呼ぶ。
【０１１１】
図２３（ｂ）は、１フレームの構成を示す。１フレームは、８ビットの実データと２ビットのフレーム区切りからなる。例えば、１０進数のデータ「10」を出力する場合には、フレーム区切り「10」を先頭に付加して、フレームは、1000001010として表現される。また、信号には２０フレームごとに、ビット列11111111を挿入する。このとき、フレーム区切りは挿入しない。フィールド開始指示用データは、フィールド区切り「10」にビット列11111111を付加した1011111111として表現される。スタートビット後に必ずこのデータ列が挿入され、このデータ列の後が、各パケットの先頭となる。
【０１１２】
図２４は、通信素子２００のデジタル回路の実現例を示す。デジタル回路におけるポート定義は以下のとおりである。
（入力ポート）
Ainp_a：入力信号（常時観測型コンパレータからの出力）
Ainp_b：入力信号（常時観測型コンパレータからの出力）
Init_flg：初期化フラグ
clk：マスタークロック
in：サンプリングされた信号
ms：信号伝達層選択
selectID：  ０：ローカルID_a=1  １：ローカルID_a=2
sleepmode：  ０：スリープモードなし
tSite_x：信号伝達層Ｘ座標
tSite_y：信号伝達層Ｙ座標
【０１１３】
（出力ポート）
Inp_a：信号伝達層内方向入力判定フラグ  ０：入力なし  １：入力あり
Inp_b：信号伝達層外方向入力判定フラグ  ０：入力なし  １：入力あり
OutBit_a：信号伝達層内方向出力データ
OutBit_b：信号伝達層外方向出力データ
OutBit_na：OutBit_aの反転
OutBit_nb：OutBit_bの反転
ena_AppL：アプリケーション層プロセスイネーブル
ena_dwnDatL：データリンク層プロセスイネーブル
ena_dwnNetL：ネットワーク層プロセスイネーブル
ena_upDatL：データリンク層プロセスイネーブル
ena_upNetL：ネットワーク層プロセスイネーブル
inmonitor：物理層プロセス監視フラグ  １：スタートビット検出
【０１１４】
図２５は、通信素子２００のデジタル回路におけるプロセスの状態遷移図を示す。通信素子２００は、以下に示す各状態をとることができる。
（状態０）開始・初期化
各レイヤのプロセスを初期化したのち、状態１へ遷移する。このとき、通信素子２００はいずれの方向からの入力も受け入れることができる。 
【０１１５】
（状態１）ＲＴＳ待ち・受け入れ
信号伝達層４１０の内方向または外方向の通信のうち、早く到達した方向のデータを受け入れるように、Inp_a、Inp_bのいずれかを１にする。以後１になった方のデータをサンプリングする。なお信号伝達層４１０の内方向の通信とは、信号伝達層４１０内の他の通信素子２００とのデータの送受信を意味し、信号伝達層４１０の外方向の通信とは、その信号伝達層４１０とは異なる信号伝達層における通信素子との間のデータの送受信を意味する。
【０１１６】
入力データの第１フィールドより順にＲＴＳフォーマットに準じた判定を行い、コネクションを確立するかどうか決定する。ＲＴＳパケットを正しく受け取った場合は状態２へ遷移する。プロセスエラーを検出した場合は状態０へ戻る。
【０１１７】
（状態２）ＣＴＳ出力
ＣＴＳパケットを出力する。出力方向はＲＴＳパケットを受け取った方向と同じである。このとき、他の方向からの信号がきてもすべて無視される。出力中にエラーが生じた場合は状態０へ遷移する。出力が完了したら状態３へ遷移する。
【０１１８】
（状態３）ＤＴ待ち・受け入れ
ＤＴパケットを受け入れる。受け入れ方向はＣＴＳパケット出力の方向と同じ方向である。一定時間内（100T：Tはマスタークロック周期）にＤＴパケットがこない場合はエラーとし、状態０へ遷移する。ＤＴパケットを取得中にエラーが発生した場合、すでに10バイト以上データを取得した場合は状態４へ遷移し、それ以外の場合は状態０へ遷移する。
【０１１９】
（状態４）ルーティング
ネットワーク層のプロセスであり、ＤＴパケットのヘッダ部より、目的地の座標を取得する。取得データと、自身の座標と比較して、目的地が、自身の信号伝達層４１０の座標と一致していればアプリケーション層へプロセスを渡す。目的地ではない場合は次のコネクション先（方向、ローカルＩＤ）を決定する。このとき、ＤＴパケットのヘッダ部の第１フィールド（反応すべきローカルＩＤ）と第３フィールド（ホップリミット）を書き換え、状態５へ遷移する。ホップリミットの書き換えは、中継数の上限値を１デクリメントすることにより行う。
【０１２０】
（状態５）ＲＴＳ出力
次のコネクション先へＲＴＳパケットを出力する。このとき物理層では出力方向のネットワークの占有状況を監視し、時間16T（2バイト）の間に周囲の素子が通信を行っていなければ、出力を開始する。ＲＴＳパケットの出力が完了すると、状態６へ遷移する。周囲の素子が通信を行っていて、一定時間（100T）まっても出力が開始されない場合は状態８へ遷移する。
【０１２１】
（状態６）ＣＴＳ待ち・受け入れ
自身宛のＣＴＳパケットを待ちうける。一定時間（100T）内にＣＴＳパケットを受け取ると、状態７へ遷移する。一定時間内にＣＴＳパケットを受け取らなければ、状態８へ遷移する。
【０１２２】
（状態７）ＤＴ出力
ＤＴパケットを出力する。出力方向はＲＴＳ出力方向と同じである。データが正しく出力できたら状態９へ遷移する。途中、エラーを検出したら状態８へ遷移する。
【０１２３】
（状態８）再ルーティング
コネクションが正しく確立できなかった場合、５回までは同じ通信素子に対してコネクションを確立しようとする。５回の挑戦でもコネクションが確立されなかった場合、ネットワーク層で別なルートを計算する。ルートを再計算後、状態５へ遷移する。
【０１２４】
（状態９）終了・初期化
全てのフラグを初期化して状態０へ遷移する。
【０１２５】
以上、この実施例においては、各信号伝達層４１０に予め信号伝達層ＩＤが付与されていることを前提としてきたが、各信号伝達層４１０に含まれる通信素子２００は、自身の接続する信号伝達層ＩＤを動的に取得することも可能である。
【０１２６】
以下に「ＩＤ決定コマンド」を使用する例を示す。ＩＤ決定コマンドには、信号伝達層４１０の座標（Ｘ，Ｙ）が記述される。ＩＤ決定コマンドを受け取った通信素子２００は、自身の属する信号伝達層４１０の座標が（Ｘ，Ｙ）であることを認識する。
【０１２７】
各通信素子２００は、ＩＤ決定コマンドを、同一信号伝達層４１０内におけるローカルＩＤが「１」および「２」の通信素子２００に送信する。このとき、送信先の通信素子２００が通信中である場合は、ＩＤ決定コマンドの送信を停止する。ＩＤ決定コマンドを受信した通信素子２００は、受信した方向とは別の方向、すなわち内方向とは逆向きの外方向に存在する別の信号伝達層４１０にＩＤ決定コマンドを送信する。具体的に、「１」のローカルＩＤでＩＤ決定コマンドを受信した通信素子２００は、隣り合う信号伝達層４１０において、「４」のローカルＩＤをもつ通信素子２００として座標（Ｘ＋１，Ｙ）を記述したＩＤ決定コマンドを送信する。また、「２」のローカルＩＤでＩＤ決定コマンドを受信した通信素子２００は、隣り合う信号伝達層４１０において、「３」のローカルＩＤをもつ通信素子２００として座標（Ｘ，Ｙ＋１）を記述したＩＤ決定コマンドを送信する。
【０１２８】
以上のように通信素子２００が機能することにより、通信装置１００への電源投入後に、左下隅の信号伝達層４１０ａの座標を（０，０）として、信号伝達層４１０ａに属する通信素子２００からＩＤ決定コマンドを送信することによって、全ての信号伝達層４１０に信号伝達層ＩＤを動的に割り振ることが可能となる。
【０１２９】
このように、少なくとも一つの信号伝達層４１０、この例では信号伝達層４１０ａに基準となる信号伝達層ＩＤ（０，０）を設定し、その基準となる信号伝達層ＩＤをもとに、他の信号伝達層４１０の識別番号を順次設定することにより、通信装置１００内の信号伝達層４１０の信号伝達層ＩＤを設定することが可能となる。基準となる信号伝達層ＩＤは、通信装置１００における左下隅の信号伝達層４１０ａに限らず、他の信号伝達層４１０に設定してもよい。例えば、図２０の通信装置１００において、中央の信号伝達層４１０ｅを信号伝達層ＩＤを決定するための基準信号伝達層として定めた場合には、信号伝達層４１０ｅに属する通信素子２００ｍ、５００ｐ、５００ｉ、５００ｌが、外方向にＩＤ決定コマンドを送信して、周囲の信号伝達層４１０の信号伝達層ＩＤを順次設定していけばよい。このアルゴリズムにおいては、通信素子２００は、自身が接続する信号伝達層４１０の信号伝達層ＩＤを含んだ信号（ＩＤ決定コマンド）を受け取ると、その信号を伝達した信号伝達層４１０の信号伝達層ＩＤを保持し、続いて自身が接続する他の信号伝達層４１０の信号伝達層ＩＤを設定して、設定した信号伝達層ＩＤを含むＩＤ決定コマンドを、当該他の信号伝達層４１０に送信する。この実施例における通信装置１００によると、通信素子２００がローカルＩＤを保持し、信号伝達層４１０における自身の位置関係を把握することによって、座標で表現する信号伝達層ＩＤを簡易なアルゴリズムによって自律的に設定することが可能となる。
【０１３０】
以上のアルゴリズムにより、絶対的な信号伝達層ＩＤを決定することができるが、変形例として、通信ごとに相対的な位置関係を求め、その位置関係を利用して通信を実現してもよい。例えば、信号の発信元となる通信素子２００が接続する信号伝達層を原点（０，０）と設定し、信号の送信先となる通信素子２００が接続する信号伝達層の相対的な座標値（ｘ、ｙ）を求め、発信元である通信素子２００は、相対的な位置関係を利用して、信号を所望の送信先となる信号伝達層まで送信してもよい。複数の発信元と送信先が存在して、複数の経路によりそれぞれ独立した通信を実現する通信装置１００においては、それぞれの発信元となる通信素子２００が、相対的な位置関係として送信先を把握しておくことで、通信装置１００の柔軟性を高めることができる。この場合、送信先の相対的な座標値（ｘ、ｙ）を求め、例えば、右方向にｘ、上方向にｙ、という宛先をパケットに含めることで、信号を所望の送信先まで伝達することが可能となる。こうすることで、信号伝達層に予めＩＤを設定しておかない場合であっても、通信を行うことができる。
【０１３１】
上記の実施例では、信号伝達層にＩＤを予め設定する場合について説明したが、これは例えば通信素子２００自体にＩＤを予め設定して通信を行うようにしてもよい。この場合であっても、通信ごとに通信素子２００の間の相対的な位置関係を利用して、通信を行うこともでき、すなわち通信素子に予めＩＤを設定しておかない場合であっても、通信を行うことが可能である。
【０１３２】
また、上記の実施例では、通信素子２００が、一旦信号を受信してから転送することとしたが、信号の受信が完了する前に、信号の転送を開始してもよい。ＤＴパケットにおいては、パケットの先頭にコマンドや目的地の座標などのヘッダ項目が記述されているため、ヘッダ項目を受け取った時点から、信号の転送先となる通信素子２００を特定して、コネクションの確立を行い、ＤＴパケットを受信しながら、そのＤＴパケットを転送先となる通信素子２００に順次転送することが可能である。これにより、データが最終目的地に到達するまでの遅延時間を減らすことができ、またスループットを向上することが可能となる。
【０１３３】
以上、様々な通信デバイス３００の形態および通信装置１００の構造について説明した。通信装置１００における局所的通信は、例えば、各通信素子２００がＩＤをもち、周囲に存在する通信素子のＩＤを認識することで、行われてもよい。本発明者らにより提案された特開2003-188882号公報においては、通信方法の一例が示されている。
【０１３４】
上述の実施例および実施例で用いた図面では、通信素子２００を基板装置１４の中に埋め込んだ状態ないしは絶縁層（高抵抗層）上に配置した状態で示したが、以下では、通信素子２００を基板装置１４に外部から取り付け可能な技術を提案する。通信素子２００は着脱自在に取り付けることができ、状況に応じてセンサ機能をもつ通信素子２００などを任意の場所に配置できることが好ましい。
【０１３５】
図２６（ａ）は、基板装置１４の構造を示す。基板装置１４は開口部８０を有する。開口部８０は、通信素子２００を嵌入するための穴部であり、図示のごとく積層構造を貫通する穴部として構成されてもよいが、貫通しなくてもよい。図示の例では、基板装置１４は、絶縁層２３、第２信号伝達層３０、絶縁層２５、第１信号伝達層２０、絶縁層２１、電源層４４および絶縁層２７から構成される積層構造を有している。図中、開口部８０は１つしか示されていないが、基板装置１４は複数の開口部８０を有する。開口部８０は所定の間隔で設けられることが好ましい。この間隔は、通信素子２００の有効通信距離を最大として、有効通信距離以下の距離に設定されるのが好ましい。なお、通信素子２００を挿入する以前は、柔軟ゴムなどの封止材で開口部８０を塞いでおき、必要が生じたときに封止材を取り外して通信素子２００を装着する。
【０１３６】
この積層構造は、図４に示す積層構造に更に電源層４４を追加したものであり、電源層４４が絶縁層２１により第１信号伝達層２０と絶縁されている。既述のごとく、第２信号伝達層３０は接地層であってよい。通信装置１００の使用形態によっては第２信号伝達層３０を省略してもよく、例えば接地された導電性の板状部材に基板装置１４を貼り付ける場合は、その板状部材を接地層として利用することも可能である。この場合には、基板装置１４が、絶縁層２３および第２信号伝達層３０を除いた積層構造を備えることになる。絶縁層２３および絶縁層２７は、基板装置１４の表面を絶縁し、外部からの電荷の流入または外部への電荷の放出を阻止する。なお、積層構造の例としては、上記した他の基板装置１４の構造をとってもよい。
【０１３７】
この積層構造において、電源層４４が通信素子２００に電力を供給し、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０が、供給された電力を使用して信号伝達に寄与する。そのため通信素子２００を開口部８０に装着すると、通信素子２００の電極が、第１信号伝達層２０、第２信号伝達層３０および電源層４４に電気的に接続する必要がある。
【０１３８】
開口部８０は、通信素子２００と電気的に接続するべき層、図示の例では第１信号伝達層２０、第２信号伝達層３０および電源層４４を外部に露出するように設けられる。開口部８０は、電気的に接続するべき層の表面を露出させ、且つ、露出面が階段状となるように形成されることが好ましい。接続するべき層の表面を階段状に設けられた開口部８０の平坦部で露出させることで、通信素子２００との接続面積を広くとることが可能となる。
【０１３９】
この形状は、例えば既知のパターニング技術などを利用して作製することができる。絶縁層２７を基板装置１４の上面、絶縁層２３を下面として上下方向を定めると、通信素子２００は、上面側から下方向に押されて開口部８０に挿入される。そのため、挿入方向において、通信素子２００の電極と基板装置１４の露出表面とが押下力により好適に接触することとなり、弾性をもつ基板装置１４の各層との電気的接続を確実にすることができる。なお、電極と露出面との接触は、各層の側面においてなされてもよい。このとき、通信素子２００の挿入部位を横方向に広がる方向に弾力をもつように構成することで、通信素子２００の電極と露出側面との好適な接触を実現することができる。
【０１４０】
図２６（ｂ）は、基板装置１４の構造の変形例を示す。基板装置１４は、絶縁層２３、第２信号伝達層３０、絶縁層２５、第１信号伝達層２０、絶縁層２１、電源層４４および絶縁層２７から構成される積層構造を有する。図２６（ａ）の基板装置１４の構造と比較すると、図２６（ｂ）の基板装置１４においては、開口部８０が、テーパ状に形成されている。通信素子２００と電気的に接続するべき層は、テーパ状に形成された開口部８０の表面において外部に露出する。このように構成することで、基板装置１４の開口部８０を容易に作成することが可能となる。
【０１４１】
図２６（ｃ）は、基板装置１４の構造の変形例を示す。基板装置１４は、絶縁層２３、第２信号伝達層３０、絶縁層２５、第１信号伝達層２０、絶縁層２１、電源層４４および絶縁層２７から構成される積層構造を有する。図２６（ａ）の基板装置１４の構造と比較すると、図２６（ｃ）の基板装置１４においては、開口部８０が、筒状に形成されている。通信素子２００と電気的に接続するべき層は、筒状に形成された開口部８０の側面において外部に露出する。このように構成することで、図２６（ｂ）に示す基板装置１４よりも、開口部８０を容易に作成することが可能となる。
【０１４２】
図２６（ｄ）は、基板装置１４の構造の変形例を示す。基板装置１４は、絶縁層２３、第２信号伝達層３０、絶縁層２５、第１信号伝達層２０、絶縁層２１、電源層４４および絶縁層２７から構成される積層構造を有する。図２６（ｃ）の基板装置１４の構造と比較すると、図２６（ｄ）の基板装置１４においては、開口部８０が、層方向に凹凸を有するように形成されている。なお凹凸は、１つの層方向において形成されていればよく、例えば図面に垂直な方向まで凹凸を有している必要はない。通信素子２００と電気的に接続するべき層は、開口部８０の側面において外部に露出する。このように構成することで、通信素子２００を開口部８０に挿入したときに、通信素子２００を開口部８０に確実に固定することができ、また通信素子２００の電極と、基板装置１４の接続するべき層との対応を確実にとることができる。なお、この場合には、コネクタまたは基板装置１４の少なくとも一方を、弾性材料で形成することが好ましい。
【０１４３】
図２７（ａ）は、基板装置１４の開口部８０に通信素子２００を挿入した状態を示す。通信素子２００は、開口部８０における各層の露出面に接触する電極２２４を備えたコネクタ２２２と、通信用ＬＳＩ２２０を備える。通信用ＬＳＩ２２０は、図３に示した機能を備えて、これまでの実施例で述べた局所的通信を行う能力をもつ。なお、通信用ＬＳＩ２２０は、通信機能だけでなく、センサ機能などの他の付加的な機能を有してもよい。コネクタ２２２と通信用ＬＳＩ２２０は一体として構成されてもよく、また別体として構成されてもよい。例えばコネクタ２２２と通信用ＬＳＩ２２０は、接続部２２８においてハンダ接続、ワイヤボンディング接続あるいはフリップチップ実装などで電気的に接続される。
【０１４４】
なお、図示の例では、通信用ＬＳＩ２２０が直方体の形状を有しており、通信用ＬＳＩ２２０の平坦な下面において接続されているが、通信用ＬＳＩ２２０は、コネクタ２２２の内部形状の空間に合わせて形成されてもよい。なお、通信用ＬＳＩ２２０をシリコン微細加工技術により開口部８０の形状に合わせて直接階段状に形成し、開口部８０に直接押し込んでもよく、この場合は、通信用ＬＳＩ２２０がコネクタとしての機能も有することになる。
【０１４５】
コネクタ２２２は、対となる固定用の止め部材２２６を有する。止め部材２２６は、横方向外向きに突起しており、貫通穴である開口部８０に挿入されて、最下面である絶縁層２３を突き抜けると、止め部材２２６の外向き突起部により、コネクタ２２２が基板装置１４に固定される。このように、開口部８０を貫通口とすることで、コネクタ２２２と基板装置１４との固定機構を簡易に実現できる。なお、止め部材２２６は、横方向内向きに曲げることができるため、ユーザが止め部材２２６を指でつまんで内向きに変形させると、コネクタ２２２を開口部８０から容易に引き抜くことができる。なお、絶縁層２３を保護するため、絶縁層２３の貫通穴の周囲に補強部品２３０を設けて、補強部品２３０と止め部材２２６とが接触するようにしてもよい。なお補強部品２３０は、設けられない場合があってもよい。
【０１４６】
コネクタ２２２の基体は、電気的な短絡等を防ぐために絶縁体で構成される。コネクタ２２２の外部形状は、開口部８０の形状に合わせて階段状に構成される。コネクタ２２２の外表面には、基板装置１４の各層との電気接続を行うための複数の電極２２４が設けられ、この電極２２４と接続部２２８とが配線で接続される。図示の例では、第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂのそれぞれに２つの電極２２４が接触し、それぞれ別個の接続部２２８で通信用ＬＳＩ２２０と接続するように配線が設けられている。これは、通信素子２００が、第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂの２つのサイトに接続する例を示しており、サイト分割した図１７の通信装置１００に相当する。すなわち、図中の第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂは、図１７において隣接する信号伝達層４１０に相当する。図２８において別の例を示すが、これは、各サイトの深さが同一となるように設計されている例である。
【０１４７】
基板装置１４における各層との接続を確実にするため、コネクタ２２２の上下方向の外部形状は、開口部８０の形状に一致させるか、または僅かに小さく形成されてもよい。具体的には、階段状に形成された開口部８０の段差部分よりも、コネクタ２２２の外部形状における段差部分の方が僅かに小さくなるように形成されることが好ましい。基板装置１４の積層構造が可撓性すなわち弾性を有している場合、コネクタ２２２を開口部８０に押し込むと、止め部材２２６によりコネクタ２２２が開口部８０に固定された状態で、積層構造が上下方向に縮み、コネクタ２２２の階段状の外表面に対して各層から上向きに押し上げる方向に押圧力が加わるため、電気的な接続を確実にすることができる。
【０１４８】
図２７（ｂ）は、コネクタ２２２の構造を示す。中段の平坦部において、電極２２４が２つに分割されている状態が示される。第１信号伝達層２０のサイト分割を行わない場合には、電極２２４は上段または下段の電極と同様に、平坦部の全体に構成されることが好ましい。なお、図２６（ｂ）〜図２６（ｄ）に示す構造を基板装置１４がとる場合には、コネクタ２２２の形状も、それぞれの開口部８０の形状に合わせた外部形状および電極を有して構成される。
【０１４９】
図２８（ａ）は、第１信号伝達層２０において、サイトの深さが異なる場合を示す概念図である。通信素子２００は、深さの異なるサイト１およびサイト２に接続する。図２８（ｂ）は、深さの異なる複数の第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂを有する基板装置１４の断面構造を示す。この場合、図２７（ａ）と比べると、接続するべき層が一層増えるが、第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂを別の高さの層に形成することで、コネクタ２２２と各層との電気的接続を確実に行うことが可能となる。また、第１信号伝達層２０を２層に分けて形成することで、コネクタ２２２の電極との接触部位を開口部８０の周囲にわたり設けることができるため、限られた領域の中で接触部分を大きくすることができ、良好な電気的接続を可能とする。第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂは、開口部８０において露出するように、開口部８０付近の領域で互いに重なるように形成されていればよい。第１信号伝達層２０ａはサイト１を構成し、第１信号伝達層２０ｂはサイト２を構成する。
【０１５０】
図２９は、基板装置１４における第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂの位置関係の一例を示す。第１信号伝達層２０ａと第１信号伝達層２０ｂは、別の層、つまり積層構造において異なる高さに形成される。図中、丸印は、開口部８０を示す。この例では、第１信号伝達層２０がホームベース状の５角形に形成され、１つの第１信号伝達層２０が、別の高さの層にある第１信号伝達層と４箇所で重なり合うように構成されている。それぞれの層において、第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂを図示のごとく配置することで、第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂが重なる箇所に、開口部８０を形成することができ、また、どこに開口部８０を形成しても、第１信号伝達層２０を露出させることが可能となる。これは、基板装置１４の全面にわたって第１信号伝達層２０ａまたは２０ｂが存在するように、これらの信号伝達層の形状を工夫することで実現できる。なお、例えばセンサ素子などをいずれか一層と接続する開口部に装着することも可能である。同一の高さに隣り合う複数のサイトを形成する場合、位置決めを正確に行う必要があるが、このように別の高さの層を用いてサイト分割を実現することで、厳密な位置決め精度を必要とせず、第１信号伝達層２０の形成が容易となる利点がある。なお形状は、ホームベース状に限らず、任意の形状をとることが可能である。
【０１５１】
図２８（ｂ）に戻って、第２信号伝達層３０との接続は、補強部品２３０を介して行われる。止め部材２２６および補強部品２３０を導体で形成し、止め部材２２６から配線を接続部２２８まで延ばす。絶縁層２３は、補強部品２３０を設ける箇所に切欠を形成され、その切欠に導体である補強部品２３０をはめ込む。こうすることで、止め部材２２６の最下面が絶縁層２３の表面から下方に突出する長さを短くすることができ、また補強部品２３０の厚さと止め部材２２６の厚さを薄くすることで、絶縁層２３の表面から突出させないようにすることができる。
【０１５２】
図３０は、コネクタ２２２と基板装置１４の固定方法を説明するための図である。図３０（ａ）は、補強部品２３０に弾性をもつ止め部材２２６を嵌め込む形式の固定方法を示す。図３０（ｂ）は、コネクタ２２２の先端にネジである止め部材２２６を形成し、補強部品２３０にネジ穴を切って、補強部品２３０をネジに螺合する形式の固定方法を示す。ネジを利用することで、固定具合をある程度調整することができ、コネクタ２２２および基板装置１４の製造誤差を吸収できる。例えば、コネクタ２２２の電極と基板装置１４の各層との接触不良が生じている場合には、ネジをさらにきつく締めることで対応することができる。図３０（ｃ）は、コネクタ２２２の先端部に接着剤３１をつけて、絶縁層２３に固着する形式の固定方法を示す。ここでは、開口部８０を貫通させず、絶縁層２３を残して、絶縁層２３とコネクタ２２２の先端部とを接着させる。なお、第２信号伝達層３０も残して、第２信号伝達層３０とコネクタ２２２の先端部とを導電性の接着剤で接着させてもよい。
【０１５３】
図３１は、コネクタ２２２の構造の変形例を示す。図３１（ａ）は、一方向の両側を階段状に形成したコネクタ２２２を示す。図３１（ｂ）は、一方向の片側を階段状に形成したコネクタ２２２を示す。止め部材２２６は、４つ示されているが、図２７（ｂ）に示すように２つであってもよく、またそれ以外の個数であってもよい。止め部材２２６から見た形状は、４角形、円形または任意の形状を有してよい。なお、コネクタ２２２は基板装置１４の開口部８０の形状に応じて形成される必要があり、図３１に示すようなコネクタ２２２は、それに対応する開口部８０を有した基板装置１４に適用されることは言うまでもない。
【０１５４】
図３２は、コネクタ２２２にケーブル２３２を取り付けた構造を示す。コネクタ２２２付きのケーブル２３２を利用することで、外部機器が通信装置１００に容易に接続できるようになる。これにより、外部機器は、通信装置１００における通信に参加することができ、また別のケーブルを介して通信装置１００に接続される別の外部機器との通信も可能となる。このように、通信装置１００は通信中継装置として機能してもよく、ユーザは、適当な開口部８０にケーブル２３２のコネクタ２２２を差し込むだけでよい。なお、他の開口部８０には、既述のように、通信素子２００を挿入すればよい。このとき、通信素子２００は、外部機器間の通信を中継する中継素子として機能することになる。
【０１５５】
図３３は、コネクタ２２２を、別のコネクタ２３４との電気接続に利用する例を示す。コネクタ２２２の内部形状を雌型に構成することで、雄型のコネクタ２３４の受け口となる。コネクタ２２２に対して、任意の外部機器や、所定の機能をもつ機能素子、例えば発光素子、計算素子、センサ等の着脱が可能となる。
【０１５６】
図３４は、開口部８０およびコネクタ２２２の変形例を示す。なお、この基板装置１４は、図２８（ｂ）に示すように、別の層に第１信号伝達層２０ａおよび２０ｂを備えた構成を有する。開口部８０は、上面側だけでなく下面側も階段状に形成されており、コネクタ２２２は、別体である上側コネクタ部材２２２ａと下側コネクタ部材２２２ｂとから構成される。上側コネクタ部材２２２ａには止め部材２２６が設けられ、下方より先に装着された下側コネクタ部材２２２ｂの穴部に嵌合して、上側コネクタ部材２２２ａと下側コネクタ部材２２２ｂとが基板装置１４に固定される。このように、２つのコネクタ部材を用いると、上面側と下面側から基板装置１４における各層に接続できるため、開口部８０における階段の段数を少なくすることができ、したがって横方向の広がりを小さくして、開口部８０を小さくできる。また、止め部材２２６を基板装置１４の内部にとどめることができ、止め部材２２６が外部に突き出ない。
【０１５７】
図３５は、コネクタ２２２の構造の変形例を示す。このコネクタ２２２は、図３４に示すコネクタ２２２と異なり、上側コネクタ部材２２２ａおよび下側コネクタ部材２２２ｂが、内部空間を有しないで構成されている。なお、図３５に示すコネクタ２２２においても、それぞれのコネクタ部材の内部を配線が通り、基板装置１４における接続するべき層と通信用ＬＳＩ２２０の端子とが電気的に接続される。このように内部を絶縁体で充填する場合には、通信用ＬＳＩ２２０の端子位置に合わせた配線を自由に設けることができるため、メリットがある。
【０１５８】
図３６は、開口部８０の構造の変形例を示す。この例では、開口部８０は２段で形成され、図２７の例と比較すると、段数を１段減らした構造となっている。これにより、製造工程を簡易にすることができ、また開口部８０の幅を小さくすることができる。なお、導電性の補強部品２３０と第２信号伝達層３０を接続し、またこの補強部品２３０と止め部材２２６とを接続する。止め部材２２６は、配線により接続部２２８に接続される。
【０１５９】
図３７は、図１３に示す通信デバイス３００をコネクタ２２２を用いて実現するための構造を示す。図１３に示す通信デバイス３００では、第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０との電気的接続をとれればよいため、開口部８０を１段で形成し、またコネクタ２２２の構造を簡易にすることができる。
【０１６０】
図３８は、電極２２４の構造例を示す。基板装置１４の積層構造の完成後、層を削ることで開口部８０を形成する場合に、露出させるべき層の表面に絶縁層が残存する可能性がある。そのため、電極２２４の表面に短いピンを剣山のように設けることで、絶縁層が残存していても、所望の層との電気的接続を確保することができる。
【０１６１】
図３９は、複数の接続ピン２２５を備えた通信素子２００を示す。接続ピン２２５は、通信用ＬＳＩ２２０の接続端子として作用し、通信用ＬＳＩ２２０の下面から下方に伸びる。接続ピン２２５は、表面を絶縁体でコーティングされ、その先端で電気的接触を行う。接続ピン２２５の長さは、接続するべき層の深さに応じて適宜定められる。また複数の接続ピン２２５が、同一の層と接触し、電気的な接続を安定にする。この例では、接続ピン２２５ａおよび２２５ｆが第２信号伝達層３０に接触し、接続ピン２２５ｂおよび２２５ｅが第１信号伝達層２０に接触し、接続ピン２２５ｃおよび２２５ｄが電源層４４に接触する。
【０１６２】
以上の通信装置１００においては、第１信号伝達層２０、第２信号伝達層３０および電源層４４などが広い範囲または所定の範囲で一様な構造をもち、通信素子２００は、基板装置１４内で２層で挟み込まれるか、あるいは電極２２４を接続すべき層に直接接触させるなどして、電気的接続を確保している。
【０１６３】
図４０〜図４２は、本発明の実施例で提案する通信デバイスの実装形態を示す。なお、以下で、実装形態を説明するために「n接点m面」という言葉を用いる。これは、通信素子２００の表面または裏面における接点の最大値がnであり、通信素子２００が電気的接点をもっている面の数がmであることを意味する。通信素子２００が基板装置１４の片面に接触する場合、接触面の数mは１であり、基板装置１４の内部に埋設される場合、通信素子２００の表面および裏面が基板装置１４内部の層に接触するため、接触面の数mは２となる。したがって、通信素子２００が表面および裏面の両面で基板装置１４に接触し、表面のコンタクト数が２、裏面のコンタクト数が１の場合、これを「２接点２面」式の実装とよぶ。また、「電源信号独立形式」は接地線、電源線、信号線の導電路がそれぞれ独立であることを意味し、「電源信号非独立形式」は信号線から電源の供給も受ける方式を意味する。図４０〜図４２においては、基板装置１４が、第１信号伝達層２０、第２信号伝達層３０、絶縁層２５、高抵抗層４２、電源層４４の任意の順番による積層構造として構成されている。
【０１６４】
図４０は、電源信号非独立形式の通信デバイスであって、隣接する通信素子に信号を伝達する構造を示す。図４０（ａ）は、１接点２面式の実装形態の一例を示し、図４０（ｂ）は、１接点２面式の実装形態の別の例を示し、図４０（ｃ）は、２接点１面式の実装形態の一例を示す。この実装形態は、サイトを形成しない基板装置１４の通信に用いられ、またはサイト内の通信に用いられる。
【０１６５】
図４１は、電源信号非独立形式の通信デバイスであって、サイト間で信号を伝達する構造を示す。図４１（ａ）は、２接点２面式の実装形態の一例を示し、図４１（ｂ）は、２接点２面式の実装形態の別の例を示し、図４１（ｃ）は、３接点１面式の実装形態の一例を示す。
【０１６６】
図４２は、電源信号独立形式の通信デバイスであって、サイト間で信号を伝達する構造を示す。図４２（ａ）は、２接点２面式の実装形態の一例を示し、図４２（ｂ）は、２接点２面式の実装形態の別の例を示し、図４２（ｃ）は、３接点２面式の実装形態の一例を示し、図４２（ｄ）は、４接点１面式の実装形態の一例を示す。
【０１６７】
図４０〜図４２に示すように、実施例では通信デバイスの実装形態として様々なものを提案するが、実装の容易性を考えると、基板装置１４の内部に埋め込むのではなく、外部から基板装置１４の各層に接続できることが好ましい。例えば、図４０（ｃ）、図４１（ｂ）、図４１（ｃ）、図４２（ｄ）に示す１面式の実装形態のように、全ての接続端子が基板装置１４の表面に出ていれば、その表面上に通信素子２００を載置することで接触を確保することができる。このうち、図４０（ｃ）、図４１（ｃ）、図４２（ｄ）に示す基板装置１４は、第１信号伝達層２０と、第２信号伝達層３０または電源層４４の少なくとも一層から、基板表面まで延びる導電路を備えている。これらの層から延びる導電路の表出部は、１つの通信素子２００が接続するために一組のセットとして存在する。具体的には、これらの層から延びる導電路の表出部は、通信素子２００との接触部として機能するが、通信素子２００を載置して固定するだけで電気的接触を実現できるように、通信素子２００の電極の配置に合わせて、各表出部が位置づけられる必要がある。通信素子２００を載置したときに、通信素子２００の複数の電極に接触する複数の表出部を、表出部の組と呼ぶ。したがって、全ての組において、表出部同士の間隔は、通信素子２００の電極の配置に合わせて等しく設定されることが好ましい。これにより、通信素子２００を、どの表出部の組にも載置することが可能となる。また、各組は、基板装置１４の表面において所定の間隔で配置されることが好ましい。この間隔は、通信素子２００の有効通信距離をもとに定められる。
【０１６８】
図４３は、３接点１面式の通信デバイスにおける基板装置を作成する方法を説明するための図である。説明のため、図４１（ｃ）に示した３接点１面式の通信デバイスの構造とは異なり、それぞれ別の深さに位置する層、すなわち３層から導電路を表面に導き、基板表面に複数の表出部を生成することとする。
【０１６９】
まず、絶縁体である基板２５０を用意し、複数の貫通穴を形成する。３接点１層式の基板装置を作製する場合、複数の貫通穴は、３層からの導電路を形成するために設けられる。この３層をそれぞれ表面から近い順に第１層、第２層、第３層とすると、複数の貫通穴は、第１層用、第２層用、第３層用の導電路を形成するためのものに分けられる。続いて、貫通する絶縁性の管状部材を、柔軟な絶縁体をモールド成型することにより、第２層用の貫通穴および第３層用の貫通穴の上方に形成する。第２層用の管状部材は第２層用の貫通穴と同軸に形成され、また第３層用の管状部材は第３層用の貫通穴と同軸に形成されることが好ましい。第３層用の管状部材は、第２層用の管状部材よりも長く形成する。図４３（ａ）は、基板２５０上に複数の貫通穴および管状部材を形成した状態を示す。
【０１７０】
ここで、貫通穴２５２は第１層用の導電路を形成するために用いられ、管状部材２５４は、第２層用の導電路を形成するために用いられ、また管状部材２５６は、第３層用の導電路を形成するために用いられる。なお図示の例では、底面が、最終的に通信素子２００を載置するための接触面となる。
【０１７１】
続いて、基板２５０上に、管状部材２５４の高さよりも低い位置まで、導電性材料である導電ゴムを流し込み、固化させる。なお、それぞれの管状部材の高さや、流し込む導電ゴムの量は、通信素子２００で実現しようとする通信距離に応じて定められる。図示の例では、管状部材２５４の高さの半分程度の位置まで、導電ゴムが流し込まれている。これにより、貫通穴２５２は導電ゴムで充填され、基板２５０の底面には、第１層の導電路の端面となる導電ゴムが表出することになる。図４３（ｂ）は、このようにして形成された第１層２６０を示す。
【０１７２】
続いて、第１層２６０の上に、管状部材２５４を超えない位置まで絶縁材料を流し込む。図４３（ｃ）は、このようにして形成された絶縁層２６２を示す。管状部材２５４の口は開いた状態にある。導電ゴムおよび絶縁材料の流し込みをもう一度行い、絶縁層２６２上に第２層２６４および絶縁層２６６を形成する。導電ゴムを流し込むことで、第２層２６４が形成されるとともに、管状部材２５４の貫通穴が導電性材料で充填される。図４３（ｄ）は、基板２５０上に絶縁層２６６までを積層した状態を示す。管状部材２５４が第２層の導電ゴムで充填されているため、基板２５０の底面には、第２層の導電路の端面となる導電ゴムが表出することになる。最後に、絶縁層２６６上に導電ゴムを流し、第３層２６８を形成するとともに、管状部材２５６を導電ゴムで充填する。以上により、３接点１層式の基板装置１４を作製することができる。
【０１７３】
なお、上記製造プロセスの例では、第１層、第２層、第３層の間に絶縁層を形成することとしているが、他に高抵抗層や誘電層などの層を形成してもよい。絶縁層、高抵抗層または誘電層のいずれを形成するかは、実施例で説明したどの種類の通信デバイス３００を作製するかによるものであり、適宜選択することができる。また、導電性材料として導電ゴムを使用しているが、これは基板装置１４に柔軟性をもたせるためであり、他の導電性材料を使用できることは言うまでもない。
【０１７４】
以上、実施例をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施例に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。
【０１７５】
本発明によると、上記の実施例で説明したように、２次元的な導電層である信号伝達層を利用して通信を行うことができるが、別の実施例では、信号伝達層が、メッシュや導電性繊維として構成されてもよい。例えば信号伝達層が、いわゆる「練り物」として形成される場合であっても、抵抗成分などの２次元的な特性は、ある程度の不均一性であれば、不均一であっても許容することができる。導電性繊維を用いることで、導電層を薄く且つ柔軟に構成することが可能となり、通信装置１００の用途を拡大することができる。また、信号伝達層は２次元的に構成されるだけでなく、１次元的に帯状の形態をとってもよい。
【０１７６】
図４４は、通信装置１００の構造の変形例を示す。この通信装置１００においては、１次元的に構成された第１信号伝達層２０が、網の目状に張り巡らされている。この例では、第１信号伝達層２０は格子状に形成され、その交点に通信素子２００が配置されている。第１信号伝達層２０は、通信素子２００同士を接続し、いわゆる配線的な機能を担うことになる。
【０１７７】
従来の基板作成技術は、まず配置すべき素子や機器の位置関係を想定し、想定した位置同士を配線するという工程で行われている。すなわち、まず、素子および機器の配置ありきで、物理的な配線がそれらを結合させるというのが、従来の基板設計思想の前提となる。
【０１７８】
一方で、本発明の基板作成技術は、基板装置１４のどこに外部素子や外部機器を接続しても通信が可能となるような基板装置を予め作っておくという設計思想が根底にある。通信装置１００内、すなわち基板装置１４内では、これまで説明してきたように、通信素子２００による局所的な通信で信号が順次伝達されていく。複数の通信素子２００のうち少なくとも一部が外部素子や外部機器との間のインタフェース機能を備え、その通信素子２００に対して外部素子や外部機器を接続させることで、通信装置１００と外部との通信を実現できる。例えば、多くの場合は１対となる２つの外部機器同士を任意の２つの通信素子２００に接続し、これらの間の信号の中継を、これらの間に存在する複数の通信素子２００が担うことで、通信装置１００が中継装置として機能することとなる。外部機器は、インタフェース機能を備えた通信素子２００であれば、任意のものと接続させればよい。また、（Ｎ＋１）個の外部機器を任意の通信素子２００に接続させ、１対Ｎの通信の中継を通信装置１００が担うことも可能である。さらに、通信装置１００は、１セットだけでなく、複数セットの通信の中継を行うことができ、したがって、通信装置１００を利用するユーザは、単に外部機器のコネクタを通信素子２００と接続させるだけで、通信装置１００が、所期の接続を確立して、通信を行うことができる。なお、複数セットの通信を中継する場合には、それぞれの通信セットであることを特定する情報を送信パケットに含めることで、各通信素子２００が、適切に信号を伝送することが可能となる。通信装置１００は、中継だけでなく、通信装置１００と外部機器との間の通信を行えることは言うまでもない。例えば、通信装置１００がロボットの皮膚として使用される場合に、触覚センサ機能を有する通信素子２００からのセンサ情報をロボットの頭脳ＣＰＵなどに送信する場合がある。なお、外部機器との間の通信は、片方向であってもよく、また双方向であってもよい。単純にセンサ情報を外部機器に送信するような場合には、片方向の通信を実現できればよいが、外部機器との間で情報のやりとりを行う場合には、所定の通信プロトコルを用いて双方向通信を実現できることが好ましい。双方向通信は、各通信素子２００が信号の送信機能および受信機能をもつため、通信装置１００において容易に実現することが可能である。
【０１７９】
このように、本発明により提供する技術は、従来の基板作成技術とは全く異なる視点から生み出されたものであり、設計思想が基本的に異なっている。図４４に示す通信装置１００についていうと、予め第１信号伝達層２０を網の目状に形成した基板装置を作成しておき、基板装置の開口部に通信素子２００を挿入することで、通信機能をもつことが可能となり、さらに外部機器を接続することで、外部機器との通信も可能となるのである。なお、通信素子２００の実装形態については、差込タイプであってもよく、また予め埋設されるタイプであってもよく、さらに図４０〜図４２で説明したような一面式、すなわち基盤装置１４の表面に接触させるタイプであってもよい。いずれにしても、基板装置１４は、配線と通信素子２００との電気的接続を行わせる構造を有する。
【０１８０】
なお、この変形例では、配線を利用しているが、外部機器との中継を行う機能については、既述した２次元的な第１信号伝達層２０を備えた通信装置１００についても同様である。また、この変形例で説明する配線を備えた通信装置１００においては、配線の一部が切断された場合であっても、もともと網の目状に配線を張り巡らしているため、目標位置までの別の経路を設定することが可能であり、断線による通信障害が生じる可能性は低減される。以下では、図４４に示す第１信号伝達層２０を、これまでの実施例で述べた２次元的な第１信号伝達層２０との構造上の差異を明確にするために、「配線２０」と呼んで表現する。
【０１８１】
図４４に示す通信装置１００においては、通信素子２００を網の目状に設けられた配線２０に接続させること以外に、他の構造については上記実施例で説明した通信装置１００と同様である。すなわち、通信原理についても、上述した実施例で説明した通信原理の任意のいずれかを利用することができる。配線２０は格子状に形成されており、通信素子２００は、格子状配線の交点に配置される。なお、配線２０の形態は、他の形態であってもよく、いずれにしても規則的に構成されており、また通信素子２００についても、上述の実施例で説明した２次元の導電層の場合と同様に、規則的に配置されていることが好ましい。これにより、製造工程が容易となる。既述のごとく、通信素子２００は外部機器とのインタフェース機能を備えて構成される。
【０１８２】
図４４に示す通信装置１００は、まず、信号を伝達するための配線１２を網の目状に形成した層を少なくとも１層含んだ積層構造をもつ基板装置を形成し、その配線に電気的に接続するように、基板装置１４に複数の通信素子２００を配置することで製造される。基板装置１４を例えば単一のシリコンウェハ上に形成してもよい。
【０１８３】
通信装置１００の変形例として、導電層あるいは網の目状に形成された配線に対して予め通信素子を配置した基板装置１４において、導電層の一部の領域あるいは網の目状に形成された配線の一部にインタフェース部が構成されており、インタフェース部に対して外部機器を電気的に接続することで、当該外部機器との間で片方向または双方向の通信を行うことができてもよい。すなわち、上記した例では、通信素子２００にインタフェース機能をもたせて、その通信素子２００に対して外部機器を電気的に接続させる通信装置１００について説明したが、導電層あるいは配線にインターフェース部、すなわちコネクタを設けて、そのコネクタに外部機器を電気的に接続させることも可能である。その場合における作用および効果については、既述したとおりである。
【０１８４】
図４５は、基板装置１４およびコネクタ２２２の接続方法の変形例を説明するための図である。この変形例では、基板装置１４において、導電層の材料の硬さと、絶縁層または高抵抗層の材料の硬さとを異なるようにし、コネクタ２２２を、導電層と、絶縁層または高抵抗層の厚さに合わせて、段をつけて形成する。これにより、コネクタ２２２を基板装置１４に差し込んだときに、導電層と、コネクタに設けた電極とを適切な位置にとめることが可能となり、電気的接触を確保することができる。なお、導電層は、既述した実施例における第１信号伝達層２０、第２信号伝達層３０、あるいは電源層４４に対応する。
【０１８５】
図４５（ａ）は、基板装置１４の各層の硬さを調整した構造の一例を示す。ここでは、導電層３０２を硬い材料で形成し、絶縁層３０１を柔らかい材料で形成する。なお、絶縁層３０１は、高抵抗層も含む概念である。この基板装置１４に対して、コネクタ２２２を上方から差し込む。コネクタ２２２の先端は、基板装置１４に挿入しやすいように、尖っていることが好ましい。コネクタ２２２の側面は、積層構造における各層の厚さに合わせた長さの凹凸を設けて構成される。すなわち、コネクタ２２２の側面に形成される凹凸の軸方向の長さは、コネクタ２２２を基板装置１４に押し込んだ最終位置において、積層構造の収まるべき各層の厚さと等しくなるように設けられる。なお、柔らかい層におさまる部分が太く、硬い層におさまる部分が細くなるように凹凸が形成され、したがって、この場合は、導電層３０２におさまる部分が細く、絶縁層３０１におさまる部分が太くされる。なお、この凹凸については、挿入方向の抵抗を少なくするように、凸部分の挿入面がテーパ状に形成されることが好ましい。細い部分、すなわち導電層３０２におさまる部分には電極２２４が形成される。これにより、コネクタ２２２を押し込んだときに、太い部分は柔らかい層でとまりやすくなり、コネクタ２２２を基板装置１４に好適に装着することが可能となる。例えば、コネクタ２２２の周囲をドリル状に形成して、ユーザは、コネクタ２２２を回転させながら基板装置１４に挿入させてもよい。
【０１８６】
図４５（ｂ）は、基板装置１４の各層の硬さを調整した構造の一例を示す。ここでは、導電層３０２を柔らかい材料で形成し、絶縁層３０１を硬い材料で形成する。コネクタ２２２の側面は、導電層３０２におさまる部分が太く、絶縁層３０１におさまる部分が細くされる。太い部分、すなわち導電層３０２におさまる部分には電極２２４が形成される。
【０１８７】
このように、導電層３０２と絶縁層（高抵抗層）３０１とが、交互に複数段積層された構造をもつ基板装置１４において、導電層の材料の硬さと、絶縁層または高抵抗層の材料の硬さとを異なるようにして、硬い層と柔らかい層とを交互に積層させることで、差し込まれるコネクタ２２２の電極２２４と導電層３０１との接続を容易にとることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】実施例に係る通信技術の方式を説明するための図である。
【図２】実施例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】通信装置の断面を示し、局所的通信を実現する通信デバイスの構造の一例を説明するための図である。
【図５】電荷蓄積型の通信デバイスが信号を発信する原理を説明するための図である。
【図６】通信装置における通信原理を説明するための図である。
【図７】電荷蓄積型の通信デバイスにおける電圧と通信距離の関係を示す図である。
【図８】通信装置の断面を示し、局所的な通信を実現する通信デバイスの構造の別の例について説明するための図である。
【図９】５層構造の通信装置の構成図である。
【図１０】電流拡散型の通信デバイスが信号を発信する原理を説明するための図である。
【図１１】（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１２】（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１３】通信素子を備えた通信デバイスを示す図である。
【図１４】（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信号伝達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１５】（ａ）は通信装置における第１信号伝達層の抵抗分布を示す図であり、（ｂ）は均一な抵抗で第１信号伝達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信号伝達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１６】第１信号伝達層および第２信号伝達層に厚み分布を設けた構造を示す図である。
【図１７】通信装置の構成を示す図である。
【図１８】（ａ）は通信装置の断面の一例を示す図であり、（ｂ）は通信装置の断面の別の例を示す図である。
【図１９】（ａ）は通信装置の構成の変形例を示す図であり、（ｂ）は通信装置の構成のさらなる変形例を示す図であり、（ｃ）は通信装置の構成のさらなる変形例を示す図である。
【図２０】通信装置の模式図である。
【図２１】（ａ）はＲＴＳパケットのデータフォーマットを示す図であり、（ｂ）はＣＴＳパケットのデータフォーマットを示す図であり、（ｃ）はＤＴパケットのデータフォーマットを示す図である。
【図２２】通信装置における通信方式を説明するための説明図である。
【図２３】（ａ）は信号層を流れる信号の波形フォーマットを示す図であり、（ｂ）は１フレームの構成を示す図である。
【図２４】通信素子のデジタル回路の実現例を示す図である。
【図２５】通信素子のデジタル回路におけるプロセスの状態遷移図である。
【図２６】基板装置の構造図である。
【図２７】（ａ）は基板装置の開口部に通信素子を挿入した状態を示す図であり、（ｂ）はコネクタの構造図である。
【図２８】（ａ）はサイト深さが異なる場合を示す概念図であり、（ｂ）は、深さの異なる複数の第１信号伝達層を有する基板装置の断面構造図である。
【図２９】基板装置における第１信号伝達層の位置関係の一例を示す図である。
【図３０】コネクタと基板装置の固定方法を説明するための図である。
【図３１】コネクタの構造の変形例を示す図である。
【図３２】コネクタにケーブルを取り付けた構造を示す図である。
【図３３】コネクタを、別のコネクタとの電気接続に利用する例を示す図である。
【図３４】開口部およびコネクタの変形例を示す図である。
【図３５】コネクタの構造の変形例を示す図である。
【図３６】開口部の構造の変形例を示す図である。
【図３７】図１３に示す通信デバイスをコネクタを用いて実現するための構造を示す図である。
【図３８】電極の構造例を示す図である。
【図３９】複数の接続ピンを備えた通信素子を示す図である。
【図４０】通信デバイスの実装形態を示す図である。
【図４１】通信デバイスの実装形態を示す図である。
【図４２】通信デバイスの実装形態を示す図である。
【図４３】３接点１層式の通信デバイスにおける基板装置を作成する方法を説明するための図である。
【図４４】通信装置の構造の変形例を示す図である。
【図４５】基板装置およびコネクタの接続方法の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１８９】
１４・・・基板装置、２０・・・第１信号伝達層、３０・・・第２信号伝達層、８０・・・開口部、１００・・・通信装置、２００・・・通信素子、２２０・・・通信用ＬＳＩ、２２２・・・コネクタ、２２４・・・電極、２２５・・・接続ピン、２２６・・・止め部材、２２８・・・接続部、２３０・・・補強部品、２５０・・・基板、２５２・・・貫通穴、２５４、２５６・・・管状部材。
【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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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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