(57)【要約】【課題】  信号の高速伝達を行う通信素子を備えた通信装置を提供する。【解決手段】  通信素子２００は、信号を伝達するための第１信号伝達層および第２信号伝達層に電気的に接続する。各通信素子２００は、他の通信素子からの信号を受信する受信回路２４１と、他の通信素子に信号を送信する送信回路２４３と、受信回路および送信回路の動作を制御する制御回路２４２と、少なくとも受信回路２４１および送信回路２４３を第１信号伝達層に接続する第１電極２０１と、少なくとも受信回路２４１および送信回路２４３を第２信号伝達層に接続する第２電極２０２とを備え、第１電極２０１と第２電極２０２の間の電気量の変化を利用して、他の通信素子との間で通信を行う。【選択図】        図１２
2005057399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を伝達するための第１信号伝達層および第２信号伝達層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、
各通信素子は、他の通信素子からの信号を受信する受信回路と、他の通信素子に信号を送信する送信回路と、受信回路および送信回路の動作を制御する制御回路と、少なくとも受信回路および送信回路を第１信号伝達層に接続する第１電極と、少なくとも受信回路および送信回路を第２信号伝達層に接続する第２電極とを備え、第１電極と第２電極の間の電気量の変化を利用して、他の通信素子との間で通信を行うことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
第１信号伝達層は複数のブロックに分割して設けられており、
各通信素子は、２つ以上のブロックにそれぞれ接続する２つ以上の第１電極と、２つ以上の第１電極にそれぞれ接続する２つ以上の受信回路および送信回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
受信回路は、基準電気量を保持する電気量保持回路と、第１電極と第２電極の間の電気量の変化に応じた電気量を出力する出力回路と、電気量保持回路の出力および出力回路の出力をもとに、信号の受信を検出する検出回路とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
【請求項４】
電気量保持回路は、ダイオードと容量を用いて構成されることを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
出力回路は、抵抗を用いて構成されることを特徴とする請求項３または４に記載の通信装置。
【請求項６】
受信回路は、第１電極と第２電極の間で第１のタイミングにおける電気量を保持する電気量保持手段と、第１のタイミングとは異なる第２のタイミングにおける第１電極と第２電極の間の電気量および電気量保持手段に保持された電気量をもとに、信号の受信を検出する検出回路とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
【請求項７】
電気量保持手段と第１電極または第２電極の接続を所定のタイミングでオンオフするスイッチ手段をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
スイッチ手段はトランジスタを用いて構成されることを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
検出回路は、差動増幅回路を用いて構成されることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載の通信装置。
【請求項１０】
送信回路は、第１電極と第２電極の間の電気量を低下させる電気量低下手段を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の通信装置。
【請求項１１】
送信回路は、制御回路からの信号をもとに電気量低下手段による電気量低下機能をオンオフするスイッチ手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
【請求項１２】
電気量低下手段は、抵抗、ダイオード、トランジスタのいずれか又はそれらの組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気通信を行うための通信装置、特に２層の信号伝達層を利用して２次元通信を実現する通信装置に関する。
【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）。
【特許文献１】特開２００１−２６８１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通信ネットワークや実装基板においては端末や素子などを個別配線により一対一の関係で物理的に接続しているため、仮に配線が切断された場合には信号を伝達することができなくなり、通信機能が停止する事態も生じうる。
【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、本発明の態様は、信号を伝達するための第１信号伝達層および第２信号伝達層に電気的に接続した複数の通信素子を備えた通信装置を提供する。この通信装置において、各通信素子は、他の通信素子からの信号を受信する受信回路と、他の通信素子に信号を送信する送信回路と、受信回路および送信回路の動作を制御する制御回路と、少なくとも受信回路および送信回路を第１信号伝達層に接続する第１電極と、少なくとも受信回路および送信回路を第２信号伝達層に接続する第２電極とを備え、第１電極と第２電極の間の電気量の変化を利用して、他の通信素子との間で通信を行うことを特徴とする。電気量は、例えば電圧量であってもよく、また電流量であってもよい。また第１電極は複数存在してもよく、同様に第２電極も複数存在してもよい。さらに、第１電極は、制御回路を第１信号伝達層に接続してもよく、また第２電極も制御回路を第２信号伝達層に接続してもよい。第１信号伝達層または第２信号伝達層の一方は、電源層から電源電圧を供給される層として構成され、また他方はグランド層として構成されてもよい。
【０００６】
第１信号伝達層は複数のブロックに分割して設けられており、各通信素子は、２つ以上のブロックにそれぞれ接続する２つ以上の第１電極と、２つ以上の第１電極にそれぞれ接続する２つ以上の受信回路および送信回路とを備えてもよい。
【０００７】
受信回路は、基準電気量を保持する電気量保持回路と、第１電極と第２電極の間の電気量の変化に応じた電気量を出力する出力回路と、電気量保持回路の出力および出力回路の出力をもとに、信号の受信を検出する検出回路とを備えてもよい。なお、電気量の変化に応じた電気量とは、変化した電気量そのものであってもよく、また変化した電気量に比例する電気量であってもよい。電気量保持回路は、ダイオードと容量を用いて構成されてもよく、また出力回路は、抵抗を用いて構成されてもよい。
【０００８】
受信回路は、第１電極と第２電極の間で第１のタイミングにおける電気量を保持する電気量保持手段と、第１のタイミングとは異なる第２のタイミングにおける第１電極と第２電極の間の電気量および電気量保持手段に保持された電気量をもとに、信号の受信を検出する検出回路とを備えてもよい。またこの受信回路は、電気量保持手段と第１電極または第２電極の接続を所定のタイミングでオンオフするスイッチ手段をさらに備えてもよい。スイッチ手段はトランジスタを用いて構成されてもよい。検出回路は、差動増幅回路を用いて構成されてもよい。
【０００９】
送信回路は、第１電極と第２電極の間の電気量を低下させる電気量低下手段を有してもよい。第１電極と第２電極との間の電気量を変化させることで信号を送信することにより、通信素子内部にコンデンサを設けて、そのコンデンサの電荷を用いて信号送信を行う場合と比較すると、信号伝送の高速化を実現することが可能となる。送信回路は、制御回路からの信号をもとに電気量低下手段による電気量低下機能をオンオフするスイッチ手段を有してもよい。また電気量低下手段は、抵抗、ダイオード、トランジスタのいずれか又はそれらの組み合わせにより構成されてもよい。
【００１０】
また、本発明の別の態様による通信装置は、第１電極に接続される第１の端子と第２電極に接続される第２の端子とを備え受信・制御信号に接続される受信回路と、前記第１電極に接続される第１の端子と前記第２電極に接続される第２の端子とを備え送信・制御信号に接続される送信回路と、前記第１電極に接続される第１の端子と前記第２電極に接続される第２の端子と前記受信・制御信号に接続される第３の端子と前記送信・制御信号に接続される第４の端子とを備えた制御回路とを備え、前記第１電極と前記第２電極がおのおの電気的に接続された複数の回路同士が前記第１電極と前記第２電極間の信号により相互に通信を行うことを特徴とする二層二次元通信回路であってもよい。
【００１１】
更に、本発明の別の態様による通信装置は、第１電極の内の一に接続される第１の端子と第２電極に接続される第２の端子とを備え第１の受信・制御信号に接続される第１の受信回路と、前記第１電極の内の一に接続される第１の端子と前記第２電極に接続される第２の端子とを備え第１の送信・制御信号に接続される第１の送信回路と、第１電極の内の二に接続される第１の端子と第２電極に接続される第２の端子とを備え第２の受信・制御信号に接続される第２の受信回路と、前記第１電極の内の二に接続される第１の端子と前記第２電極に接続される第２の端子とを備え第２の送信・制御信号に接続される第２の送信回路と、前記第１電極の内の一に接続される第１の端子と前記第１電極の内の二に接続される第２の端子と前記第２電極に接続される第３の端子と前記第１の受信・制御信号に接続される第４の端子と前記第１の送信・制御信号に接続される第５の端子と前記第２の受信・制御信号に接続される第６の端子と前記第２の送信・制御信号に接続される第７の端子とを備えた制御回路とを備え、前記第１電極の内の一と前記第１の電極の内の二と前記第２電極がおのおの独立して電気的に接続された複数の回路同士が前記第１電極の内の一と前記第２電極間の信号若しくは前記第１電極の内の二と前記第２電極間の信号により相互に通信を行うことを特徴とする二層二次元通信回路であってもよい。
なお、本発明の表現を装置、方法、システムまたはプログラムの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の通信装置における通信素子は、受信回路、送信回路、制御回路を備え、通信信号の送信に、通信素子内のコンデンサに蓄えた電荷ではなく、通信素子に外部より常時接続供給されている電源を利用することができる。この電源の例えば電位を変化させることで信号を送信することとすれば、通信素子内のコンデンサを充電するような動作は必要なくなる。更に、その様な充電電荷を蓄積する必要がないため、通信素子内やその外部部品としての大きな物理的寸法の容量は必要なくなり、小型化や部品点数の削減に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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いことが好ましい。例えば、これらの通信素子は、平坦な導電層または導電性基板、交流信号を伝達可能な電磁作用伝達層などに接続されてもよく、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。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の通信技術は、様々な用途に応用することができる。例えば、ＬＳＩやメモリなどの電子部品（回路素子）に本発明の通信機能をもたせることによって、各電子部品を個別に配線することなく、複数の電子部品を基板実装する技術を提供することが可能である。また、近年、皮膚の感覚を持つロボットの研究が盛んに行われているが、ロボットの触覚センサに本発明の通信機能をもたせ、触覚センサの検知情報をロボットの頭脳コンピュータに送信する技術を提供することも可能である。また建物の床に本発明の通信機能を有するセンサを点在させることにより、一人暮らしの老人の行動を監視したり、留守中の防犯に役立てることも可能である。また、発光素子に本発明の通信機能をもたせることにより、布状の表示装置などを製造することも可能となる。また、タグに本発明の通信機能をもたせることにより、安価で精度のよい情報の読み取りを可能とするタグを作製することも可能となる。さらに無線通信素子に本発明の通信機能をもたせて例えばコンピュータにそれを装備させ、無線通信素子の近傍に相手方のコンピュータの無線通信素子を配置することによって、コンピュータ間の情報の送受信を容易に行うことも可能となる。また自動車の導電性内壁に本発明の通信機能を備えた通信素子を埋め込み、煩わしい個別配線を不要とした通信装置を実現することも可能となる。
【００１８】
この通信技術は、比較的短い距離に配置された通信素子間で信号を伝達するため、距離による信号の減衰および劣化が少なく、高いスループットでノード数によらない高速伝送を可能とする。また空間内に多くの通信素子を分散して配置させることにより、センサなどの所定の機能をもつチップとの情報交換媒体として広範囲の信号伝達領域を実現する。また、通信素子を比較的自由な位置に配置することができるため、簡易な設計により所望の機能を備えた人工皮膚や表示装置などを生成することも可能である。また配線などの基板回路設計を不要とし、少ないプロセスで基板回路を製造することも可能である。通信素子を導電層で挟持する場合には電磁ノイズ放射がなくなるため、特に病院などの公共性の高い場所においてはその有用性が高い。さらに、導電層などに障害が生じた場合であっても、チップ間の経路を再設定することができ、新たな通信経路を確立することができるという自己修復機能もあわせ持つ。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施例にかかる通信装置１００の外観構成を示す図である。この通信装置１００においては、複数の通信素子２００が２枚の導電層１６および１８によって挟持されている。各通信素子２００は、この２枚の導電層１６および１８に電気的に接続される。導電層１６および１８は、単層構造を有していても、また多層構造を有していてもよく、この例では二次元的に一面に広がった構成を有している。なお、導電層１６および１８は、全体の構造として絶縁体でなければよく、ある程度のシート抵抗を有する層を含んでもよく、また高い抵抗を有する層を含んでもよい。なお、導電層１６および１８は、絶縁体を含んで構成されてもよい。また、導電層１６および導電層１８の構造は、同一でなくてもよく、例えば一方が良導層であるグランド層として存在し、他方がある程度の抵抗を有する信号伝達層として存在してもよい。また、多層構造を有する場合には、複数の層の抵抗値はそれぞれ異なって構成されてもよい。図２は、通信素子２００が挟持されていることを説明するために、導電層１６と導電層１８とが開いた状態を示す。
【００２０】
例えば、本発明による通信装置１００をロボットの表面を覆う人工皮膚として応用する場合、導電層１６および１８を導電性のゴム材料により形成する。可撓性のあるゴム材料で人工皮膚を形成することにより、この人工皮膚はロボットの動作に合せて自在に伸縮することが可能となる。また、個別配線が存在せず、伸縮性のある導電層１６および１８を介して信号を伝達するため、断線などにより通信機能に障害が生じる可能性を低減し、安定した通信能力を提供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、導電層１６および１８を導電性のゴム材料で形成することによって、フレキシブルな回路基板を実現することも可能となる。なお、前記したように、導電層１６または１８が多層構造を有する場合には、各層が導電性のゴム材料で構成されることが好ましい。
【００２１】
各通信素子２００は通信機能以外に、さらに他の機能を有していてもよい。通信装置１００をロボットの人工皮膚として応用する場合には、通信素子２００のいくつかが触覚センサとしての機能も有し、外部から受けた刺激を検出した後、他の通信素子と協同して検出した信号を目的の通信素子まで伝達する。また通信装置１００を基板の実装技術として応用する場合には、通信素子２００が、例えばＬＳＩやメモリなどの回路素子としての機能を有してもよい。このように、本明細書において「通信装置」は少なくとも通信機能を有する装置の意味で用い、これに付加した他の機能、例えば人工皮膚としてのセンサ機能や電子回路としての演算機能などを有してもよいことは、当業者に理解されるところである。
【００２２】
図３は、通信素子２００の機能ブロック図である。通信素子２００は、通信部５０、処理部６０およびメモリ７０を備える。通信部５０は、導電層１６および１８（図２参照）を介して、他の通信素子との間で信号の送受を行う。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。
【００２３】
図４は、通信装置１００の断面を示し、局所的通信を実現する通信デバイス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。
【００２４】
この例において通信デバイスは、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、図２における導電層１６および導電層１８に対応し、それぞれ信号を伝達する役割を担う。第１信号伝達層２０および第２信号伝達層３０は絶縁されており、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。この通信デバイスにおいて、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。各通信素子はコンデンサを有しており、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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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間の第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。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】
2005057399.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。
【００２８】
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】
2005057399.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。
【００２９】
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】
2005057399.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】
2005057399.tif 000006
を得る。(4)式の一般解は
【数５】
2005057399.tif 000007
と与えられる。ここで
【数６】
2005057399.tif 000008
である。
【００３０】
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】
2005057399.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】
2005057399.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。
【００３１】
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】
2005057399.tif 000011
として表現される。
【００３２】
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。
【００３３】
図８は、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。
【００３４】
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。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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
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。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の抵抗とインピーダンスＺによって決まる。
【００３７】
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】
2005057399.tif 000012
なる電流が生じる。
したがって、(1)式は
【数１１】
2005057399.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との間の容量、すなわち第１信号伝達層２０と電源層４４の間の容量と第１信号伝達層２０と第２信号伝達層３０の間の容量の和をあらためてCと書くと(2)式および(3)式はそのまま成立する。
【００３８】
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】
2005057399.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】
2005057399.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】
2005057399.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】
2005057399.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】
2005057399.tif 000018
の場合には、１次元問題の解は
【数１７】
2005057399.tif 000019
と書かれる。したがって、有効伝達距離
【数１８】
2005057399.tif 000020
に対し、
【数１９】
2005057399.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。
【００３９】
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。図８（ｂ）に示した通信デバイスは、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。
【００４０】
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。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。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図１１は、図８（ｂ）に示す通信装置１００の概略構造を三次元的に示す。第１信号伝達層２０、高抵抗層４２および電源層４４が、図２における導電層１６に対応し、第２信号伝達層３０が導電層１８に対応する。各通信素子２００は、第１電極２０１により第１信号伝達層２０に接続され、また第２電極２０２により第２信号伝達層３０に接続される。電源２０３は、電源層４４と第２信号伝達層３０に接続されている。電源２０３は、通信素子２００を含むシステム全体のエネルギー源である。なお電源２０３は、ここで示す二層通信媒体への外部からの入力信号を兼ねても良い。図１１は簡単のために横方向のみに通信素子２００が配置された構造を示しているが、図の奥行き方向にも通信素子２００を配置して、通信素子２００が２次元的に配置された構造をとることが好ましい。電源層４４は動作エネルギー損失や通信信号損失を低減させるため電気抵抗が少ないことが望ましい。おのおのの通信素子２００は外部からの入力信号若しくは他の通信素子２００から送信される信号を受信し、更にそれをそのまま、あるいは通信素子２００内部で信号処理をして別の通信素子２００へ送信する。これを繰り返してある地点から別の地点への電気通信を実現できる。
【００４４】
既述のごとく、図５に示した構造においては、時間的に以下の動作を行うことで、通信を実現する。
時間＝ｔ１：外部電源より通信デバイスの主コンデンサ３４ａにエネルギー源としての電荷を充電する。
時間＝ｔ２：主コンデンサ３４ａから駆動用コンデンサ３４ｂへ電荷の一部を充電する。
時間＝ｔ３：駆動用コンデンサ３４ｂから通信層３６へ電荷の一部を充電し、電位差を変化させて通信信号とする。
以後、適宜１ビットの通信毎にｔ２とｔ３の過程を繰り返す。
時間＝ｔｘ：主コンデンサ３４ａに充電されている電荷が少なくなればｔ１の充電動作へ戻る。
【００４５】
また、図１０に示した構造においては、時間的に以下の動作を行うことで、通信を実現する。
時間＝ｔ１：外部電源より通信デバイスの主コンデンサ３４にエネルギー源としての電荷を充電する。
時間＝ｔ２：通信層３６をスイッチ３２により短絡し、電位差を変化させて通信信号とする。
時間＝ｔ３：スイッチ３２を開放して通信層３６へ主コンデンサ３４から電荷の一部を充電する。
以後、適宜１ビットの通信毎にｔ２とｔ３の過程を繰り返す。
時間＝ｔｘ：主コンデンサ３４に充電されている電荷が少なくなればｔ１の充電動作へ戻る。
【００４６】
通信デバイス内の主コンデンサ３４または３４ａに蓄えられた電荷を用いて通信を行うためには、主コンデンサ３４または３４ａの容量に限度があるため、数ビット、或いは１ビットの通信毎に外部電源より電荷を充電する必要がある。しかしながら、これは通信そのものとは無関係な動作であり、通信速度の高速化の障害ともなりうる。また、通信デバイスの小型化や部品点数の削減が容易でないという側面もある。通信デバイス内の主コンデンサ３４または３４ａの容量を大きくすれば、外部電源からの一度の充電により通信が可能なビット数が増加することになるが、コンデンサにおける容量値はコンデンサの物理的な大きさと直接比例関係にある。通信デバイスとして主コンデンサ３４または３４ａを含めて全ての部品をＬＳＩチップに搭載する場合、ＬＳＩチップに搭載可能な容量は実用的には例えば数百ｐＦ程度である。ＬＳＩチップにおいては面積がそのまま歩留まりや製造コストに直結するため、チップ面積そのものが出来るだけ小さい方が望ましい。一方で、この値は通信層３６の容量と比較して十分な大きさではない。或いは、主コンデンサ３４または３４ａを個別部品の容量として例えば、チップ部品として構成する場合、数十μＦ程度の容量を取ることが可能であるが、通信デバイス全体の実装の小型化が困難になり、或いは部品点数の削減が困難になる。以下の実施例では、このような問題を解決する好適な通信装置１００を提供する。
【００４７】
図１２は、通信素子２００の内部構成を示す。通信素子２００は、他の通信素子からの信号を受信する受信回路２４１、他の通信素子に信号を送信する送信回路２４３、受信回路２４１および送信回路２４３の動作を制御する制御回路２４２とを備える。第１電極２０１は、少なくとも受信回路２４１および送信回路２４３を第１信号伝達層２０に接続し、この例では、さらに制御回路２４２も第１信号伝達層２０に接続している。同様に第２電極２０２は、少なくとも受信回路２４１および送信回路２４３を第２信号伝達層３０に接続し、この例ではさらに制御回路２４２も第２信号伝達層３０に接続している。受信回路２４１と送信回路２４３は、制御回路２４２にも接続されている。これらの回路間および回路と電極間は、端子により接続されていてもよい。第１電極２０１と第２電極２０２は、受信回路２４１、制御回路２４２および送信回路２４３へのエネルギー源としての電源供給と、通信信号の受信経路や送信経路を兼ねている。制御回路２４２は、受信回路２４１および送信回路２４３からそれぞれ信号を受信、送信し、或いは回路動作の制御を行っている。図３を参照すると、制御回路２４２は処理部６０およびメモリ７０に対応し、受信回路２４１および送信回路２４３は通信部５０に対応する。
【００４８】
通信素子２００はトランジスタを用いて等価的な構成を実現することができる。更に、電子回路をＬＳＩチップで構成することが好ましく、特に現在ではＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）ＦＥＴ（Field Effect Transistor）構造として構成することが、小型化、低製造コスト、短納期、ディジタル回路の実施容易性、低電源電流等の点で望ましい。
【００４９】
図１３は、受信回路２４１の構成の一例を示す。受信回路２４１は、電圧保持回路３０１、信号変換回路３０２、検出回路３０３を備える。本実施例では、電圧保持回路３０１は、比較用の基準電気量を保持し、ダイオード３０４と容量３０５から構成されている。容量３０５は第１電極２０１の電位Ｅ０からダイオード３０４の順方向降下電圧分だけ低い電位に充電される。ダイオード３０４は、容量３０５に充電された電荷の放電を妨げ、保持出力３０６（Ｅｒ）はほぼその最大値を保つ。信号変換回路３０２は、第１電極２０１と第２電極２０２の間の電気量の変化に応じた電気量を出力する出力回路として機能し、ここでは電極間の電圧を所定比で分圧して出力している。信号変換出力３０９（Ｅｄ）は、第１電極２０１の電位Ｅ０を抵抗３０７と抵抗３０８により分圧された電位となる。本実施例では、
Ｅｄ＝Ｅ０×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
となる。検出回路３０３は、電圧保持回路３０１の保持出力３０６と、信号変換回路３０２の信号変換出力３０９をもとに、信号の受信を検出し、受信信号３４４を制御回路２４２に出力する。検出回路３０３は差動入力のコンパレータ回路３１０で構成される。コンパレータ回路３１０のプラス入力が保持出力３０６へ、マイナス入力が信号変換出力３０９へそれぞれ接続されている。コンパレータ回路３１０の電源は第１電極２０１と第２電極２０２から得ている。コンパレータ回路３１０は、特別のものでなくてよく一般に発表されている回路や市販品の回路と同等のものを用いることができる。
【００５０】
定常状態、つまり無信号状態では、
Ｅ０＝ＶＤＤ（電源電圧）
であり、
Ｅｄ＞Ｅｒ
となるように、ダイオード３０４、抵抗３０７および３０８を構成する。この時の受信信号３４４はＬ値が出力される。次に、隣接する通信素子から発信された信号が到来し、Ｅ０が低下した場合を考える。なお本実施例では、信号は、電圧降下を検出することで認識される。このとき、保持出力３０６（Ｅｒ）はダイオード３０４の存在によりほぼその最大値が保たれるが、信号変換出力３０９（Ｅｄ）はＥ０と比例して低下する。このとき、信号の減衰等を考慮して、システム全体は、
Ｅｄ＜Ｅｒ
となるように設計されているものとする。すると、この時の受信信号３４４はＨ値が出力される。そして、Ｅ０の電位が元の定常状態に戻れば受信信号３４４も再びＬ値に戻る。
【００５１】
図１４（ａ）は、各電位の関係を示し、図１４（ｂ）は、対応する受信信号３４４の変化を示す。図１４（ａ）に示すように、無信号状態ではＥｄがＥｒよりも高く、信号を受信したときには、Ｅ０の電圧降下に伴いＥｄがＥｒよりも低くなり、したがって、図１４（ｂ）に示すように時間ｔ１で受信信号３４４の論理値が反転しはじめることになる。また、無信号状態になったときには、ＥｄがＥｒよりも高くなり、時間ｔ２から受信信号３４４の論理値が元に戻ることになる。これにより、受信回路２４１は、電圧降下を、隣接する通信素子２００から送信されてきた信号として検出することが可能となる。
【００５２】
図１５は、受信回路２４１の構成の別の例を示す。この例における受信回路２４１は、スイッチ手段３２１、容量３２２、検出回路としてのコンパレータ回路３２４を備える。図１３に示した受信回路２４１は、タイミング設定やタイミング抽出を伴わない非同期方式の通信プロトコルでも使用可能であるが、図１５に示す受信回路２４１は、同期通信方式の通信プロトコルに好適な同期クロックを必要とする一方で、構成をシンプルにすることができる。容量３２２は、電圧保持手段として機能する。制御信号３４３（ＣＫ）がＨ値の時にスイッチ手段３２１が閉じて容量３２２が第１電極２０１の電位Ｅ０に充電される。制御信号３４３（ＣＫ）がＬ値の時にはスイッチ手段３２１が開き、その直前の電位ＥＨを保持する。スイッチ手段３２１は制御信号３４３に応じて、容量３２２と第１電極２０１との接続を所定のタイミングでオンオフするトランジスタとして構成されてもよい。したがって容量３２２は、制御信号３４３がＨ値からＬ値へ立下るタイミングにおける電気量を保持する。コンパレータ回路３２４のプラス入力が保持出力３２３（ＥＨ）へ、マイナス入力が第１電極２０１へそれぞれ接続されている。このコンパレータ回路３２４は負のオフセット電圧を持たせた設計とし、定常状態、つまり無信号状態の
ＥＨ＝Ｅ０
においてはＬ値を受信信号３４４（ＶＲ）として出力する構成とする。次に、信号が到来し、Ｅ０が低下した場合を考える。保持出力３２３（ＥＨ）はＥ０が低下する前の値、つまりほぼＶＤＤの値を保持しているならば、
ＥＨ＞Ｅ０
となる。ここで、コンパレータ回路３２４のオフセット電圧Ｅｏｆが
｜Ｅｏｆ｜＜ＥＨ−Ｅ０
となるような設計とすることで、受信信号３４４（ＶＲ）は反転してＨ値となる。受信信号３４４（ＶＲ）は、制御信号３４３（ＣＫ）に同期してその値が取得される。図１５に示す例では受信信号３４４（ＶＲ）も制御信号３４３（ＣＫ）も何れも制御回路２４２との間で入出力される。
【００５３】
図１６（ａ）は、制御信号３４３を示し、図１６（ｂ）は、保持出力３２３（ＥＨ）とＥ０の関係を示す。ここでは、Ｅ０を実線で示し、ＥＨを点線で示している。なお、時間方向に点線が記されていない領域は、Ｅ０とＥＨとが重なっている状態を示す。図１６（ｃ）は、受信信号３４４を示す。図１６では、時間ｔ３において隣接通信素子からの信号が到達し、Ｅ０が低下した状態を示している。このとき、時間ｔ３でスイッチ手段３２１は開き、ＥＨは、Ｅ０の低下前の値（ＶＤＤ）を保持している。そのためＥＨ＞Ｅ０の関係が成立することから、受信信号３４４がＬ値からＨ値となる。続いて、時間ｔ４で制御信号３４３がＨ値となり、スイッチ手段３２１が閉じると、容量３２２がＥ０の値に近づき、時間ｔ５になる前にＥＨ＝Ｅ０となることで、受信信号３４４がＨ値からＬ値となる。このように、コンパレータ回路３２４は、スイッチ手段３２１を開いたタイミングにおける第１電極２０１および第２電極２０２間の電気量と、その後のタイミングにおける電極間の電気量をもとに、信号の受信を検出する。これにより、受信回路２４１は、電圧降下を、隣接する通信素子２００から送信されてきた信号として検出することが可能となる。
【００５４】
図１７は、送信回路２４３の構成例を示す。この実施例では、送信回路２４３はスイッチ手段と電圧降下手段から構成される。この例ではスイッチ手段としてＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ３３１を示すが、他のスイッチ手段を用いてもよい。Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ３３１のゲートには、制御回路２４２から送信信号３４５（Ｅｓ）が印加される。送信信号３４５（Ｅｓ）がＬ値の時にはスイッチ手段は開いた状態となり、Ｈ値の場合に閉じた状態となる。定常状態、つまり無信号状態では、スイッチ手段が開かれる。このとき、
Ｖｓ＝ＶＤＤ
となる。なお、ＶｓはＥ０と等価である。送信回路２４３が信号を出力する場合は、スイッチ手段を閉じる。すると、第１電極２０１の電位Ｖｓが低下し、第１信号伝達層２０の電位も同様に低下する。Ｖｓの電位の下限には特に制限がないが、余りにも電位を低下させると通信信号に要する電荷エネルギー量が大きくなり、また電位の降下・上昇に必要な過渡応答時間が増加するため、隣接する通信素子２００における受信回路２４１が信号を検出可能な最小限の振幅変化に留めることが望ましい。本実施例ではＶｓの電位の下限をＥｐとしてある。このＥｐの値は電圧降下手段によって作られる。電圧降下手段は幾通りもの実施例が考えられる。図８（ａ）は抵抗３３２を用いた例である。Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ３３１がオンとなった場合のドレイン電流をＩｄ、抵抗３３２の抵抗値をＲとすると、
Ｅｐ＝Ｉｄ×Ｒ
となる。図１７（ｂ）はダイオード３３３を用いた例である。この場合、Ｅｐはダイオードの順方向降下電圧となる。図１７（ｃ）はＰＮ接合ダイオードに類似した動作をなすいわゆるＭＯＳダイオードと呼ばれる回路接続の手段を用いた例である。図１７（ｃ）の例ではＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ３３４を用いている。ダイオード３３３、ＭＯＳＦＥＴ３３４は、Ｅｐの値の必要性に応じて複数個を直列接続して用いてもよい。
【００５５】
通信素子２００の制御回路２４２は、通信装置１００で要求される仕様に基づき、送信プロトコルや受信プロトコルを具体的に実現するディジタル回路から構成されることが好ましい。制御回路２４２は、例えば、ディジタル回路設計用の高級機能記述言語であるＶｅｌｉｌｏｇ等を用いて送受信プロトコルの仕様から自動設計されたもので構成可能である。
【００５６】
図１８（ａ）は、制御回路２４２から供給される送信信号３４５（Ｅｓ）を示し、図１８（ｂ）は、第１電極２０１の電位Ｖｓを示す。時間ｔ１で送信信号３４５がＬ値からＨ値になると、電位Ｖｓは降下し、また時間ｔ２で送信信号がＨ値からＬ値になると、電位ＶｓがＶＤＤまで上昇する。電位Ｖｓの降下は、隣接する通信素子２００において送信信号として検出され、したがって、通信素子間での信号伝達を実現することが可能となる。
【００５７】
図１９は、通信装置１００の別の実施例を示す。導電層１６は、電源層４４と高抵抗層４２が交互に接続された構成を有する。この場合、電源層４４は第１信号伝達層としても機能する。通信素子２００は２つの第１電極２０１ａおよび２０１ｂを有し、それぞれが異なる電源層４４に接続されている。第１電極２０１ａおよび第１電極２０１ｂは電気的動作が等価である。図１９は図示の簡単のために図の横方向のみに通信素子２００が配置された構造を示していているが、図の奥行き方向にも通信素子２００を配置して、二次元的な通信装置１００を形成することが好ましい。例えば、電源層４４が複数のブロックに分割して格子状に設けられる場合には、通信素子２００は、４つの電源層４４と接続するように、４つの第１電極２０１を備えてもよい。図１９は電気的な接続を例示したものであり、通信素子２００は、高抵抗層４２の内部に埋め込むように配置されてもよい。おのおのの通信素子２００は同一の電源層４４に接続されている外部からの入力信号若しくは他の通信素子２００から送信される信号を受信し、更にそれをそのまま、あるいは通信素子２００内部で信号処理をして別の電源層４４へ送信する。これを繰り返してある地点から別の地点への電気通信が実現される。
【００５８】
図２０は、図１９に示した通信素子２００の内部構成を示す。通信素子２００は、２つの受信回路２４１ａ、２４１ｂ、２つの送信回路２４３ａ、２４３ｂおよび制御回路２４２を備える。受信回路２４１ａおよび送信回路２４３ａは第１電極２０１ａに接続され、受信回路２４１ｂおよび送信回路２４３ｂは第１電極２０１ｂに接続される。制御回路２４２には、受信回路２４１ａ、２４１ｂおよび送信回路２４３ａ、２４３ｂが接続される。このように通信素子２００は、分割された電源層４４の２つ以上のブロックにそれぞれ接続する２つ以上の第１電極２０１と、２つ以上の第１電極２０１にそれぞれ接続する２つ以上の受信回路２４１および送信回路２４３とを備える。
【００５９】
第１電極２０１ａ、２０１ｂおよび第２電極２０２は、上記回路へのエネルギー源としての電源供給と、通信信号の受信経路や送信経路を兼ねている。制御回路２４２は２つの受信回路２４１や２つの送信回路２４３からそれぞれ信号を受信、送信し、或いは回路動作の制御を行っている。２つの受信回路２４１、２つの送信回路２４３、制御回路２４２は、図１２に関連して説明したものを利用可能である。
【００６０】
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。
【００６１】
例えば、ＭＯＳＦＥＴのバックゲートはソースに接続してもよく、或いはＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴの場合はＶＳＳ電位に接続してもよい。また、トランジスタについてもＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラートランジスタ、接合ＦＥＴ等の他の既知の素子を用いても構わず、何れの場合でも本発明の本質から外れるものではない。本実施例では導電層１６の電位を高電位側、第２信号伝達層３０より構成される導電層１８の電位を低電位側とした回路構成を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、構成される電子回路が正常動作する限りにおいて電位関係が逆転される構成であってもよい。また、本実施例で示したスイッチ手段やコンパレータ回路等を含めて、同一機能での拡張実施例は本実施例に限定されるのではなく、本実施例の組み合わせや、本実施例から容易に導出される類似の実施例も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【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１００の外観構成を示す図である。
【図３】通信素子２００の機能ブロック図である。
【図４】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１００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１００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１００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】図８（ｂ）に示す通信装置１００の概略構造を三次元的に示す図である。
【図１２】通信素子２００の内部構成を示す図である。
【図１３】受信回路２４１の構成の一例を示す図である。
【図１４】（ａ）は、各電位の関係を示し、（ｂ）は、対応する受信信号の変化を示す図である。
【図１５】受信回路２４１の構成の別の例を示す図である。
【図１６】（ａ）は、制御信号を示し、（ｂ）は、保持出力（ＥＨ）とＥ０の関係を示し、（ｃ）は、受信信号を示す図である。
【図１７】送信回路の構成例を示す図である。
【図１８】（ａ）は、制御回路から供給される送信信号を示し、（ｂ）は、第１電極の電位Ｖｓを示す図である。
【図１９】通信装置１００の別の実施例の構成を示す図である。
【図２０】図１９に示した通信素子２００の内部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１６、１８・・・導電層、２０・・・第１信号伝達層、３０・・・第２信号伝達層、３６・・・通信層、１００・・・通信装置、２００・・・通信素子、２０１・・・第１電極、２０２・・・第２電極、２０３・・・電源、２４１・・・受信回路、２４２・・・制御回路、２４３・・・送信回路。
【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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