タグの方位及び距離検出装置並びに検出方法
【課題】ＲＦＩＤタグの方位、及び、ＲＦＩＤまでの距離を検出する検出装置を提供する。
【解決手段】所定の間隔を隔てて配置される第１及び第２のアンテナ１１、２１を経由して、波長が同じで可変の位相差を有する第１及び第２の送信電波を、ＲＦＩＤタグ４０に送信する。ＲＦＩＤタグ４０からの応答波における第１の送信電波と第２の送信電波との干渉と、位相差との関係から、ＲＦＩＤタグ４０の方位を検出する。双方の送信電波が干渉した状態で、第２の送信電波をＯＮ／ＯＦＦし、そのＯＮ／ＯＦＦの時刻と、応答電波に現れる変化の時刻との時間差から、ＲＦＩＤタグ４０とアンテナ１１、２１との距離を演算する。
【解決手段】所定の間隔を隔てて配置される第１及び第２のアンテナ１１、２１を経由して、波長が同じで可変の位相差を有する第１及び第２の送信電波を、ＲＦＩＤタグ４０に送信する。ＲＦＩＤタグ４０からの応答波における第１の送信電波と第２の送信電波との干渉と、位相差との関係から、ＲＦＩＤタグ４０の方位を検出する。双方の送信電波が干渉した状態で、第２の送信電波をＯＮ／ＯＦＦし、そのＯＮ／ＯＦＦの時刻と、応答電波に現れる変化の時刻との時間差から、ＲＦＩＤタグ４０とアンテナ１１、２１との距離を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タグの方位及び距離検出装置並びに検出方法に関し、更に詳しくは、ＲＦＩＤタグの二次元的な位置を検出するのに好適な方位及び距離検出装置、並びに、方位及び距離検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグ（ＲＦＩＤパッシブタグ）の位置を検出する手法が従来から提案されている。ＲＦＩＤタグの位置検出には、ＲＦＩＤタグから受信する電波の強度から算出する手法、位置情報を予め保持した複数のタグリーダ（アンテナ）の受信状態から算出する手法などが知られている。特許文献１には、２台のＲＦＩＤリーダが、互いに対向して配置された２つのアンテナをそれぞれ介して、双方のアンテナ間を通過するＲＦＩＤタグの位置を検出する位置検出装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１の位置検出装置では、２台のＲＦＩＤはそれぞれＲＦＩＤタグに送信電波を送出し、そのＲＦＩＤタグから受信した応答電波によって、ＲＦＩＤタグの位置を検出する。まず、第１ステップで第１のＲＦＩＤリーダが、第１の減衰比を設定して第１のアンテナを経由して電波を送出し、ＲＦＩＤタグから第１応答信号を受信する。次いで、第２ステップで第２のＲＦＩＤリーダが、第２の減衰比を設定して、第２のアンテナを経由して電波を送出し、ＲＦＩＤタグから第２応答信号を受信する。次いで、第３ステップで、制御部が、第１及び第２応答信号の双方の信号強度が何れも所定のレベル以上であるか否かを判定する。第１〜第３の３つのステップが逐次繰り返される。
【０００４】
２回目以降の第１ステップでは、先の第１ステップにおける第１の減衰比よりも大きな減衰比を用い、また、２回目以降の第２ステップでは、先の第２ステップにおける第２の減衰比よりも小さな減衰比を用いる。第３ステップで、信号強度が所定のレベル以上であると、ＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグを検出したと判定され、また、信号強度が所定のレベル以下であると、ＲＦＩＤタグを検出できなかったと判定される。この位置検出装置では、第３ステップで双方のＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグを検出したと判定されるまで、処理を繰り返す。双方のＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグを検出したと判定されと、ＲＦＩＤタグは、そのとき採用された減衰比に対応した位置にあると判定される。
【０００５】
特許文献２には、格子状に配置した多数のアンテナを経由して、物品に添付したＲＦＩＤタグを検出することで、物品の位置を検出する物品位置検出システムが記載されている。このシステムでは、まず、アンテナが配置された領域内で、ＲＦＩＤタグから応答信号を検出するアンテナを探し出す。次いで、ＦＩＤタグからの信号強度が最も大きなアンテナを特定し、そのアンテナと、その近傍の他の２つのアンテナとの間で、受信する信号強度を比較する。信号強度の比較結果から、これらアンテナのそれぞれとＲＦＩＤタグとの距離比率を計算し、その計算結果に基づいて、ＲＦＩＤタグが添付された物品の詳細位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７５８３９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２１０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に記載の位置検出装置では、位置検出の精度が、ＲＦＩＤタグからの応答電波の信号強度に依存する。従って、ＲＦＩＤタグの向きやタグ自体の性能が位置検出の精度に影響を与えるため、高い検出精度が得られ難いという問題がある。また、検出すべきタグの位置との関係で、アンテナの配置にも制約がある。応答電波の信号強度ではなく、応答電波の到達時間差から距離検出をする場合には、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダとの間で同期をとる必要性があることから、ＲＦＩＤリーダからの電波送出に際して、赤外線や超音波をトリガーとして用いる必要があり、位置検出装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、位置検出精度が、応答電波の信号強度に依存せず、従って、ＲＦＩＤタグの向きや性能に依存しないため、高い精度で且つ簡易な構成でＲＦＩＤの方位やＲＦＩＤとの距離を検出できるＲＦＩＤタグの方位及び距離検出装置並びに方位及び距離検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して、前記ＲＦＩＤタグに前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する方位検出部とを備える、ＲＦＩＤタグの方位検出装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して、前記ＲＦＩＤタグに前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備える、ＲＦＩＤタグの距離検出装置を提供する。
【００１１】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して、前記ＲＦＩＤタグに前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信する第２の送信機と、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、前記第１の送信電波と第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備えるＲＦＩＤタグの距離検出装置を提供する。
【００１２】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信し、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの方位検出方法を提供する。
【００１３】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法を提供する。
【００１４】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信し、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記第１の送信電波と第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の方位検出装置及び方法、並びに、本発明の距離検出装置及び方法によると、方位又は距離検出の精度が応答信号における信号強度に依存しないので、精度が高い検出が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る方位及び距離検出装置のブロック図。
【図２】図１の検出装置における方位検出の原理を示すための図で、（ａ）は検出に際しての模式的平面図、（ｂ）は送信電波の波形図。
【図３】図１の検出装置で得られる方位と位相差との関係を示す線図。
【図４】図１の検出装置における第１の距離検出方法の原理を示す図で、（ａ）は送信電波の波形図、（ｂ）は応答電波の波形図。
【図５】図１の検出装置における第２の距離検出方法の原理を示す図で、（ａ）は第１送信波の波形図、（ｂ）は第２送信波の波形図、（ｃ）は送信波合成後の波形図、（ｄ）は合成送信波と応答電波の位相関係を示す波形図。
【図６】第１の計算モデルの、一部拡大図を含む模式的平面図。
【図７】第２の計算モデルの模式的平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る、ＲＦＩＤタグの方位及び距離検出装置１００のブロック図である。方位及び距離検出装置１００は、第１の送信機１２、第２の送信機２２、受信機１３、及び、制御演算装置３０を有する。第１の送信機１２は、第１のアンテナ１１を経由してＲＦＩＤタグ４０に所定の周波数を有する第１送信電波を送信する。第２の送信機２２は、第１のアンテナ１１と所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナ２１を経由してＲＦＩＤタグ４０に、所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する。受信機１３は、第１のアンテナ１１を経由して、送信電波に応答するＲＦＩＤタグ４０からの応答電波を受信する。なお、受信機１３は、第２のアンテナ２１又は別のアンテナを経由して応答電波を受信してもよい。ＲＦＩＤタグ４０は、ＲＦＩＤリーダ１０、２０からの送信電波を受信する受信部４１と、ＲＦＩＤリーダ１０、２０に対して、受信電波の強度に対応した強度の応答電波を送信する送信部４２とを有する。
【００１８】
制御演算装置３０は、第１送信機１２及び第２送信機２２を制御する。また、第１送信電波と第２送信電波の位相差と、応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、ＲＦＩＤタグ４０の方位を検出する方位検出部として機能する。制御演算装置３０は、更に、ＲＦＩＤタグ４０の位置で第１送信電波と第２送信電波とが干渉した状態で、第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、ＲＦＩＤタグ４０から受信した応答電波に現れる変化を検出し、その送信を制御した時刻から応答電波に変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、第１のアンテナ１１又は第２のアンテナ２１とＲＦＩＤタグ４０との間の距離を算出する。
【００１９】
図１の実施形態では、第１のアンテナ１１と、第１送信機１２と、受信機１３とが第１のＲＦＩＤリーダ１０内に含まれる。第２送信機２２は、第２のＲＦＩＤリーダ２０内に含まれる。制御演算装置３０は、リーダ外部に配置される。なお、本実施形態の構成は、この例には限られず、受信機１３は、第２のＲＦＩＤリーダ２０の内部に含まれても良く、或いは、ＲＦＩＤリーダ１０、２０の外部に配置されても良い。各アンテナ１１、２１は、ＲＦＩＤリーダ１０、２０の外部に配置されても良い。
【００２０】
図２（ａ）は、上記実施形態に係る方位及び距離検出装置が、ＲＦＩＤタグ（以下、単にタグとも呼ぶ）の方位を検出する際の原理を示す模式的平面図である。また、図２（ｂ）は、第１送信電波と第２送信電波の波形図である。２つのアンテナ１１、２１は、所定の間隔（Ｘ）を隔てて配置される。なお、以下では、距離Ｘは双方のＲＦＩＤリーダ（以下、単にリーダとも呼ぶ）間の距離であるとして説明する。また、タグ４０は、双方のリーダ１０、２０を結ぶ直線Ｐ１とある距離を隔てて存在しているものとし、この例では、リーダＡ（１０）とタグ４０との距離がＬ１、リーダＢ（２０）とタグ４０との間の距離がＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）である。この例では、双方のタグリーダ１０、２０は、観測者によって携帯され、ＲＦＩＤタグの方位及び距離が観測者との関係で検出される。この場合、Ｌ１≒Ｌ２であり、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌと近似することも可能である。
【００２１】
まず、リーダＡ（１０）及びリーダＢ（２０）の双方から、図２（ｂ）に示す、同じ周波数を有する電波であって、双方の電波の位相差αを可変とした電波をタグ４０に送信し、タグ４０から受信する応答電波の強度を検出する。位相差αを変えてこれを繰り返し、受信する応答電波の信号強度が最小となるとき、又は、最大となるときのαを決定する。つまり、双方の送信電波がタグ４０の位置で相互に干渉し、応答電波が消滅する位相差α、又は、応答電波の振幅が最大となる位相差αを求める。得られた位相差αから、直線Ｐ１と、例えばリーダＢ（２０）とタグ４０とを結ぶ直線との間の角度（θ：方位角）が下記のように求められる。
Ｘ・ｃｏｓθ＋λ・α／（３６０）＝（λ／２）・ｎ
但し、λは、双方の送信電波の波長であり、ｎは、０，１，２，３，．．．の整数である。ｎが奇数のときは、干渉により受信波が消滅し、ｎが偶数のときは、応答電波の強度が最大になる。
【００２２】
ここで、Ｘ＜λであれば、応答電波が消滅するときのｎは、ｎ＝１である。また、周波数が例えば９５０ＭＨｚの電波を採用すると、その波長λは、λ≒３０ｃｍである。或いは、周波数が２．４５ＧＨｚの電波を採用すると、λは、λ≒１２ｃｍである。Ｘ＝λ／２とすると、直線Ｐ１上（横方向）が位相差０に相当する。
【００２３】
図３に、方位検出の例を示す。同図では、λ＝３０ｃｍ、Ｘ＝１５ｃｍとしたときに、タグ位置で発生する電波の干渉のため、応答電波が消滅するときの、位相差αと方位角θとの関係を示した。このように、双方の送信電波のタグ位置における干渉と、送信した電波の位相差αとの関係から、方位及び距離検出装置を携帯する観測者から見たタグの方位角θが得られる。
【００２４】
図２及び図４参照して、図１の検出装置における、タグと観測者との間の距離を検出する第１の距離検出方法の原理を説明する。図４（ａ）は、距離検出に用いる送信電波の波形を示している。図４（ｂ）は、そのときの応答電波の信号強度の挙動を示している。距離検出に先立って、図２に示すように、リーダＡ（１０）及びリーダＢ（２０）の双方から、送信電波を送出し、双方の送信電波の干渉によって応答電波の強度が０になる位相差αを見つける。これは、先の方位の検出と同じである。次いで、得られた位相差αを固定して、リーダＡ及びＢの一方から電波を継続的に送出し、他方の電波をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２５】
図４は、特に、第２の送信電波をＯＮからＯＦＦにしたとき、及び、ＯＦＦからＯＮにしたときの各電波の波形を示している。第２の送信電波をＯＮからＯＦＦにしたときの時刻ｔ０と、応答電波の波形が回復する時刻ｔ１との時間差Ｔと、電波の伝播速度ｖとから、距離（Ｌ１＋Ｌ２）＝２Ｌ＝ｖＴが計算できる。或いは、送信電波をＯＦＦからＯＮにしたときの時刻ｔ２と、応答電波が消去されるときの時刻ｔ３の時間差Ｔと、電波の伝播速度ｖとからによっても同様に、距離２Ｌの計算が可能である。先に求めた方位角θとここで求めた距離２Ｌとから、ＲＦＩＤタグ４０の位置（方位及び距離）が検出できる。この検出方法を採用すると、受信する電波の強度自体を計測するものではないので、位置検出精度が、送出する電波の強度や、タグ４０の向きなどの影響を受けることがない。また、タグ４０とリーダ１０、２０との間で時間の同期を必要としないので、また、赤外線や超音波などを利用して送信電波の送出をトリガするなどの制御を要しないので、検出装置の構成が簡素になる。
【００２６】
次に、図５を参照して、図１の検出装置における距離検出の別の手法である第２の距離検出方法を説明する。まず、リーダＢ（２０）を停止させた状態で、リーダＡから第１の送信電波である正弦波の電波：Ｙａ＝ｓｉｎ（ωｔ）を送出する。この波形を図５（ａ）に示した。次いで、リーダＡ（１０）とＲＦＩＤタグ４０の位置において送信電波強度が最大となる位相差αをもたせて、かつリーダＡの波形の振幅を周期的に変化させた波形を有する第２の送信電波：Ｙｂ＝ｓｉｎ（ω’ｔ）・ｓｉｎ（ωｔ＋α）をリーダＢから送出する。図５（ｂ）にこの波形を示した。リーダＡ及びリーダＢから送出された送信電波はタグによって検知され、その合成波の信号強度は、Ｙ＝Ｙａ＋Ｙｂで示される。タグは、双方の合成波形に応答する応答電波をリーダＡの受信機１３に返す。図５（ｃ）に双方の送信電波の合成波形を示し、図５（ｄ）に、送信電波と応答電波との位相差を示す。制御演算装置３０は、図５（ｄ）に示す、送信電波と応答電波との位相差βを検出し、電波の伝播時間、速度、及び、伝播距離の関係から、タグまでの距離Ｌを計算する。
【００２７】
以下、具体例を挙げて計算手法を詳細に説明する。図６は、第１の計算モデルを示す、一部拡大図を含む平面模式図である。電波は、ＵＨＦ帯を使用し、周波数ｆ＝９５０ＭＨｚ（波長λ＝３０ｃｍ）とする。また、リーダＡ及びＢは、一体になって、例えば観測者に携帯されるものとし、リーダＡとリーダＢの間隔Ｘを、Ｘ＝１５ｃｍ（＝λ／２）とする。間隔Ｘは、検出するタグ４０とリーダとの距離（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ）に比して十分に小さい。
【００２８】
[タグ方位の検出]
タグ方位の検出にあたり、リーダＡから基調波の電波：Ｙａ＝Ｃ・ｓｉｎ（ωｔ）を送出し、リーダＢから基調波に位相差を加えた電波：Ｙｂ＝Ｃ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）を送出する。位相差α（°）を０≦α＜３６０°の間で変化させ、タグからの応答電波の信号強度を計測する。タグからの応答電波の強度が最小（Ｍｉｎ）となる位相差αminを計測し、また、タグからの応答電波の強度が最大（Ｍａｘ）となる位相差αmaxを計測する。なお、何れか一方のみでもよい。
【００２９】
タグの方位角θと位相差αとの間には、応答電波の強度がＭｉｎの状態、及び、Ｍａｘの状態でそれぞれ、下記の関係が成立する。
Ｘ・ｃｏｓθ＋λ・αmin／３６０＝λ／２ （電波強度Ｍｉｎ）
Ｘ・ｃｏｓθ＋λ・αmax／３６０＝０ ｏｒ λ （電波強度Ｍａｘ）
ここで、０°≦θ＜１８０°、０°≦α＜３６０°である。
αmaxとαminとの間には、必ず１８０°の位相差があることを考慮し（αmax＝αmin±１８０°）、応答電波強度が最大（Ｍａｘ）又は最小（Ｍｉｎ）となるときの位相差αを定める。この例では、計測結果が、αmin＝９０°、αmax＝２７０°である。上記関係式から、θ＝６０°が得られる。これは、観測者の正面の方向から右方向に３０°離れた方向である。
【００３０】
[タグまでの距離検出−１（第１の距離検出方法）]
方位検出のときに得られた基調波及び位相差の電波を利用する。ここで、方位検出の際に電波強度Ｍｉｎで得られた位相差αmin＝９０°を用いることとする。このとき、双方のリーダから送出された電波はタグの位置で干渉し、応答電波の強度がＭｉｎとなる。つまり、タグからの応答電波が実質的に消滅する。リーダＡから継続的に基調波を送出し、リーダＢからは位相差の電波の送出をＯＮ／ＯＦＦする。このＯＮ／ＯＦＦに依存して、受信電波がＯＦＦ／ＯＮとなる。リーダＢからの電波が送出／停止された時刻から、タグからの応答電波が停止／受信される時刻までの電波の伝播時間δ＝Ｔ（図４（ｂ））を計測する。ここで、電波の周波数ｆ、伝播速度ｖ、波長λ、伝播距離２Ｌ、及び、伝播時間δの間には、
ｖ＝ｆ・λ及び
２・Ｌ＝ｆ・λ・δ
が成立するので、距離Ｌの計算が可能になる。例えば、伝播時間の計測結果δ＝２．８×１０−８から、タグまでの距離Ｌ＝４ｍが得られる。
【００３１】
[タグまでの距離検出−２（第２の距離検出方法）]
方位検出のときに得られた基調波及び位相差の電波を利用する。ここで、方位検出の際に電波強度Ｍａｘで得られた位相差αmax＝２７０°を用いることとする。リーダＡから送信される第１の送信電波（基調波）をＹａ＝Ｃ・ｓｉｎ（ωｔ）とし、リーダＢから送信される第２の送信電波をＹｂ＝Ｃ・ｓｉｎ（ω’ｔ）・ｓｉｎ（ωｔ＋α）とする。つまり、リーダＢからの電波には、周波数ω’の振幅変化を付加する。このように作成した送信電波Ｙａ及びＹｂ（図５（ａ）及び（ｂ））をタグに送信し、その応答電波（図５（ｃ））を検出する。ここで、波長λ’が、ＲＦＩＤの送信限界である、例えば５００ｃｍとなるように、ω’を、ω’＝ω・λ／λ’＝ω・３０／５００とする。図５（ｄ）に示した、合成された送信電波の包絡線とタグからの応答電波の包絡線との間の位相差βを検出し、タグまでの距離Ｌを
Ｌ＝λ’・β／３６０
と計算する。例えば、計測結果βがβ＝２８８°であれば、タグまでの距離Ｌは、Ｌ＝４ｍと得られる。
【００３２】
上記方位の検出と、距離検出−１又は距離検出−２の結果とから、図６において、タグは、ＲＦＩＤリーダを運搬する観測者の正面から右方向に３０°離れた方位にあり（θ＝６０°）、且つ、それまでの距離Ｌが４ｍと得られる（Ｌ＝４ｍ）。
【００３３】
図７は、計算に使用した第２のモデル例を示す。この例では、ＲＦＩＤタグ４０は、観測者の正面から左方向に４５°離れた方位にあり、観測者から３ｍの距離にある。使用する送信電波の基調波は、第１のモデル（図６）と同じ、ｆ＝９５０ＭＨｚ（λ＝３０ｃｍ）、Ｘ＝１５ｃｍとする。この場合に、方位検出を行うと、αmin＝３０７°、αmax＝１２７°が得られる。その結果、方位角θとしてθ＝１３５°が得られる。つまり、図７に示した観測者の正面方向から左に４５°離れた方向にあることが検出される。また、距離検出−１では、第１のモデルと同じ電波を使用して、δ＝２．１×１０−８が得られ、これからＬ＝３ｍが得られる。距離検出−２では、同様に第１のモデルと同じ電波を使用し、β＝２１６°、Ｌ＝３ｍが得られる。
【００３４】
本発明のＲＦＩＤタグの方位検出装置、及び、距離検出装置は、例えば、市街地に設置された設備に取り付けられたタグを検出することに利用できる。例えば視覚障害者が、これら検出装置を携帯することにより、視覚障害者は、歩行経路中の障害物を容易に検出できる。あらかじめ歩行ルートにタグを取付けておけば、歩行ルートの誘導システムの構築、また、空港などの通路のガイドなどにも利用可能である。更には、特定の設備にのみ取り付けて、その目印などに利用できる。
【００３５】
上記実施形態の方位検出では、位置検出の精度は、応答電波の信号強度に依存しないので、タグの向きや、タグの性能などによって影響を受けることがない。また、本発明の距離検出方法は、必ずしも本発明の方位検出と組み合わせて使用する必要はなく、それぞれ単独で使用可能である。しかし、本発明の方位検出と組み合わせると、方位検出の結果がそのまま利用できる利点がある。本発明の第２の距離検出方法によると、送信電波の基調波の波長とは独立に、包絡線の波長が選定できる。このため、ω’をタグの最大通信可能距離に適合させた波長に選定すると共に、アンテナ間の間隔をこれとは独立に設定できる。
【００３６】
本発明の方位検出装置、及び、距離検出装置は、必ずしも、既存のＲＦＩＤリーダの使用を前提としない。しかし、既存のＲＦＩＤリーダを利用することにより、装置開発が容易になる。
【００３７】
本発明を特別に示し且つ例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、その実施形態及びその変形に限定されるものではない。当業者に明らかなように、本発明は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１００：方位及び距離検出装置
１０：ＲＦＩＤリーダ（リーダＡ）
１１：第１アンテナ
１２：第１送信機
１３：受信機
２０：ＲＦＩＤリーダ（リーダＢ）
２１：第２アンテナ
２２：第２送信機
３０：制御演算装置
４０：ＲＦＩＤタグ（タグ）
４１：受信部
４２：送信部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タグの方位及び距離検出装置並びに検出方法に関し、更に詳しくは、ＲＦＩＤタグの二次元的な位置を検出するのに好適な方位及び距離検出装置、並びに、方位及び距離検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤタグ（ＲＦＩＤパッシブタグ）の位置を検出する手法が従来から提案されている。ＲＦＩＤタグの位置検出には、ＲＦＩＤタグから受信する電波の強度から算出する手法、位置情報を予め保持した複数のタグリーダ（アンテナ）の受信状態から算出する手法などが知られている。特許文献１には、２台のＲＦＩＤリーダが、互いに対向して配置された２つのアンテナをそれぞれ介して、双方のアンテナ間を通過するＲＦＩＤタグの位置を検出する位置検出装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１の位置検出装置では、２台のＲＦＩＤはそれぞれＲＦＩＤタグに送信電波を送出し、そのＲＦＩＤタグから受信した応答電波によって、ＲＦＩＤタグの位置を検出する。まず、第１ステップで第１のＲＦＩＤリーダが、第１の減衰比を設定して第１のアンテナを経由して電波を送出し、ＲＦＩＤタグから第１応答信号を受信する。次いで、第２ステップで第２のＲＦＩＤリーダが、第２の減衰比を設定して、第２のアンテナを経由して電波を送出し、ＲＦＩＤタグから第２応答信号を受信する。次いで、第３ステップで、制御部が、第１及び第２応答信号の双方の信号強度が何れも所定のレベル以上であるか否かを判定する。第１〜第３の３つのステップが逐次繰り返される。
【０００４】
２回目以降の第１ステップでは、先の第１ステップにおける第１の減衰比よりも大きな減衰比を用い、また、２回目以降の第２ステップでは、先の第２ステップにおける第２の減衰比よりも小さな減衰比を用いる。第３ステップで、信号強度が所定のレベル以上であると、ＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグを検出したと判定され、また、信号強度が所定のレベル以下であると、ＲＦＩＤタグを検出できなかったと判定される。この位置検出装置では、第３ステップで双方のＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグを検出したと判定されるまで、処理を繰り返す。双方のＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤタグを検出したと判定されと、ＲＦＩＤタグは、そのとき採用された減衰比に対応した位置にあると判定される。
【０００５】
特許文献２には、格子状に配置した多数のアンテナを経由して、物品に添付したＲＦＩＤタグを検出することで、物品の位置を検出する物品位置検出システムが記載されている。このシステムでは、まず、アンテナが配置された領域内で、ＲＦＩＤタグから応答信号を検出するアンテナを探し出す。次いで、ＦＩＤタグからの信号強度が最も大きなアンテナを特定し、そのアンテナと、その近傍の他の２つのアンテナとの間で、受信する信号強度を比較する。信号強度の比較結果から、これらアンテナのそれぞれとＲＦＩＤタグとの距離比率を計算し、その計算結果に基づいて、ＲＦＩＤタグが添付された物品の詳細位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７５８３９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２１０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に記載の位置検出装置では、位置検出の精度が、ＲＦＩＤタグからの応答電波の信号強度に依存する。従って、ＲＦＩＤタグの向きやタグ自体の性能が位置検出の精度に影響を与えるため、高い検出精度が得られ難いという問題がある。また、検出すべきタグの位置との関係で、アンテナの配置にも制約がある。応答電波の信号強度ではなく、応答電波の到達時間差から距離検出をする場合には、ＲＦＩＤタグとＲＦＩＤリーダとの間で同期をとる必要性があることから、ＲＦＩＤリーダからの電波送出に際して、赤外線や超音波をトリガーとして用いる必要があり、位置検出装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、位置検出精度が、応答電波の信号強度に依存せず、従って、ＲＦＩＤタグの向きや性能に依存しないため、高い精度で且つ簡易な構成でＲＦＩＤの方位やＲＦＩＤとの距離を検出できるＲＦＩＤタグの方位及び距離検出装置並びに方位及び距離検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して、前記ＲＦＩＤタグに前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する方位検出部とを備える、ＲＦＩＤタグの方位検出装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して、前記ＲＦＩＤタグに前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備える、ＲＦＩＤタグの距離検出装置を提供する。
【００１１】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して、前記ＲＦＩＤタグに前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信する第２の送信機と、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、前記第１の送信電波と第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備えるＲＦＩＤタグの距離検出装置を提供する。
【００１２】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信し、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの方位検出方法を提供する。
【００１３】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法を提供する。
【００１４】
更に、本発明は、第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信し、前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記第１の送信電波と第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の方位検出装置及び方法、並びに、本発明の距離検出装置及び方法によると、方位又は距離検出の精度が応答信号における信号強度に依存しないので、精度が高い検出が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る方位及び距離検出装置のブロック図。
【図２】図１の検出装置における方位検出の原理を示すための図で、（ａ）は検出に際しての模式的平面図、（ｂ）は送信電波の波形図。
【図３】図１の検出装置で得られる方位と位相差との関係を示す線図。
【図４】図１の検出装置における第１の距離検出方法の原理を示す図で、（ａ）は送信電波の波形図、（ｂ）は応答電波の波形図。
【図５】図１の検出装置における第２の距離検出方法の原理を示す図で、（ａ）は第１送信波の波形図、（ｂ）は第２送信波の波形図、（ｃ）は送信波合成後の波形図、（ｄ）は合成送信波と応答電波の位相関係を示す波形図。
【図６】第１の計算モデルの、一部拡大図を含む模式的平面図。
【図７】第２の計算モデルの模式的平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る、ＲＦＩＤタグの方位及び距離検出装置１００のブロック図である。方位及び距離検出装置１００は、第１の送信機１２、第２の送信機２２、受信機１３、及び、制御演算装置３０を有する。第１の送信機１２は、第１のアンテナ１１を経由してＲＦＩＤタグ４０に所定の周波数を有する第１送信電波を送信する。第２の送信機２２は、第１のアンテナ１１と所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナ２１を経由してＲＦＩＤタグ４０に、所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する。受信機１３は、第１のアンテナ１１を経由して、送信電波に応答するＲＦＩＤタグ４０からの応答電波を受信する。なお、受信機１３は、第２のアンテナ２１又は別のアンテナを経由して応答電波を受信してもよい。ＲＦＩＤタグ４０は、ＲＦＩＤリーダ１０、２０からの送信電波を受信する受信部４１と、ＲＦＩＤリーダ１０、２０に対して、受信電波の強度に対応した強度の応答電波を送信する送信部４２とを有する。
【００１８】
制御演算装置３０は、第１送信機１２及び第２送信機２２を制御する。また、第１送信電波と第２送信電波の位相差と、応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、ＲＦＩＤタグ４０の方位を検出する方位検出部として機能する。制御演算装置３０は、更に、ＲＦＩＤタグ４０の位置で第１送信電波と第２送信電波とが干渉した状態で、第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、ＲＦＩＤタグ４０から受信した応答電波に現れる変化を検出し、その送信を制御した時刻から応答電波に変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、第１のアンテナ１１又は第２のアンテナ２１とＲＦＩＤタグ４０との間の距離を算出する。
【００１９】
図１の実施形態では、第１のアンテナ１１と、第１送信機１２と、受信機１３とが第１のＲＦＩＤリーダ１０内に含まれる。第２送信機２２は、第２のＲＦＩＤリーダ２０内に含まれる。制御演算装置３０は、リーダ外部に配置される。なお、本実施形態の構成は、この例には限られず、受信機１３は、第２のＲＦＩＤリーダ２０の内部に含まれても良く、或いは、ＲＦＩＤリーダ１０、２０の外部に配置されても良い。各アンテナ１１、２１は、ＲＦＩＤリーダ１０、２０の外部に配置されても良い。
【００２０】
図２（ａ）は、上記実施形態に係る方位及び距離検出装置が、ＲＦＩＤタグ（以下、単にタグとも呼ぶ）の方位を検出する際の原理を示す模式的平面図である。また、図２（ｂ）は、第１送信電波と第２送信電波の波形図である。２つのアンテナ１１、２１は、所定の間隔（Ｘ）を隔てて配置される。なお、以下では、距離Ｘは双方のＲＦＩＤリーダ（以下、単にリーダとも呼ぶ）間の距離であるとして説明する。また、タグ４０は、双方のリーダ１０、２０を結ぶ直線Ｐ１とある距離を隔てて存在しているものとし、この例では、リーダＡ（１０）とタグ４０との距離がＬ１、リーダＢ（２０）とタグ４０との間の距離がＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）である。この例では、双方のタグリーダ１０、２０は、観測者によって携帯され、ＲＦＩＤタグの方位及び距離が観測者との関係で検出される。この場合、Ｌ１≒Ｌ２であり、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌと近似することも可能である。
【００２１】
まず、リーダＡ（１０）及びリーダＢ（２０）の双方から、図２（ｂ）に示す、同じ周波数を有する電波であって、双方の電波の位相差αを可変とした電波をタグ４０に送信し、タグ４０から受信する応答電波の強度を検出する。位相差αを変えてこれを繰り返し、受信する応答電波の信号強度が最小となるとき、又は、最大となるときのαを決定する。つまり、双方の送信電波がタグ４０の位置で相互に干渉し、応答電波が消滅する位相差α、又は、応答電波の振幅が最大となる位相差αを求める。得られた位相差αから、直線Ｐ１と、例えばリーダＢ（２０）とタグ４０とを結ぶ直線との間の角度（θ：方位角）が下記のように求められる。
Ｘ・ｃｏｓθ＋λ・α／（３６０）＝（λ／２）・ｎ
但し、λは、双方の送信電波の波長であり、ｎは、０，１，２，３，．．．の整数である。ｎが奇数のときは、干渉により受信波が消滅し、ｎが偶数のときは、応答電波の強度が最大になる。
【００２２】
ここで、Ｘ＜λであれば、応答電波が消滅するときのｎは、ｎ＝１である。また、周波数が例えば９５０ＭＨｚの電波を採用すると、その波長λは、λ≒３０ｃｍである。或いは、周波数が２．４５ＧＨｚの電波を採用すると、λは、λ≒１２ｃｍである。Ｘ＝λ／２とすると、直線Ｐ１上（横方向）が位相差０に相当する。
【００２３】
図３に、方位検出の例を示す。同図では、λ＝３０ｃｍ、Ｘ＝１５ｃｍとしたときに、タグ位置で発生する電波の干渉のため、応答電波が消滅するときの、位相差αと方位角θとの関係を示した。このように、双方の送信電波のタグ位置における干渉と、送信した電波の位相差αとの関係から、方位及び距離検出装置を携帯する観測者から見たタグの方位角θが得られる。
【００２４】
図２及び図４参照して、図１の検出装置における、タグと観測者との間の距離を検出する第１の距離検出方法の原理を説明する。図４（ａ）は、距離検出に用いる送信電波の波形を示している。図４（ｂ）は、そのときの応答電波の信号強度の挙動を示している。距離検出に先立って、図２に示すように、リーダＡ（１０）及びリーダＢ（２０）の双方から、送信電波を送出し、双方の送信電波の干渉によって応答電波の強度が０になる位相差αを見つける。これは、先の方位の検出と同じである。次いで、得られた位相差αを固定して、リーダＡ及びＢの一方から電波を継続的に送出し、他方の電波をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２５】
図４は、特に、第２の送信電波をＯＮからＯＦＦにしたとき、及び、ＯＦＦからＯＮにしたときの各電波の波形を示している。第２の送信電波をＯＮからＯＦＦにしたときの時刻ｔ０と、応答電波の波形が回復する時刻ｔ１との時間差Ｔと、電波の伝播速度ｖとから、距離（Ｌ１＋Ｌ２）＝２Ｌ＝ｖＴが計算できる。或いは、送信電波をＯＦＦからＯＮにしたときの時刻ｔ２と、応答電波が消去されるときの時刻ｔ３の時間差Ｔと、電波の伝播速度ｖとからによっても同様に、距離２Ｌの計算が可能である。先に求めた方位角θとここで求めた距離２Ｌとから、ＲＦＩＤタグ４０の位置（方位及び距離）が検出できる。この検出方法を採用すると、受信する電波の強度自体を計測するものではないので、位置検出精度が、送出する電波の強度や、タグ４０の向きなどの影響を受けることがない。また、タグ４０とリーダ１０、２０との間で時間の同期を必要としないので、また、赤外線や超音波などを利用して送信電波の送出をトリガするなどの制御を要しないので、検出装置の構成が簡素になる。
【００２６】
次に、図５を参照して、図１の検出装置における距離検出の別の手法である第２の距離検出方法を説明する。まず、リーダＢ（２０）を停止させた状態で、リーダＡから第１の送信電波である正弦波の電波：Ｙａ＝ｓｉｎ（ωｔ）を送出する。この波形を図５（ａ）に示した。次いで、リーダＡ（１０）とＲＦＩＤタグ４０の位置において送信電波強度が最大となる位相差αをもたせて、かつリーダＡの波形の振幅を周期的に変化させた波形を有する第２の送信電波：Ｙｂ＝ｓｉｎ（ω’ｔ）・ｓｉｎ（ωｔ＋α）をリーダＢから送出する。図５（ｂ）にこの波形を示した。リーダＡ及びリーダＢから送出された送信電波はタグによって検知され、その合成波の信号強度は、Ｙ＝Ｙａ＋Ｙｂで示される。タグは、双方の合成波形に応答する応答電波をリーダＡの受信機１３に返す。図５（ｃ）に双方の送信電波の合成波形を示し、図５（ｄ）に、送信電波と応答電波との位相差を示す。制御演算装置３０は、図５（ｄ）に示す、送信電波と応答電波との位相差βを検出し、電波の伝播時間、速度、及び、伝播距離の関係から、タグまでの距離Ｌを計算する。
【００２７】
以下、具体例を挙げて計算手法を詳細に説明する。図６は、第１の計算モデルを示す、一部拡大図を含む平面模式図である。電波は、ＵＨＦ帯を使用し、周波数ｆ＝９５０ＭＨｚ（波長λ＝３０ｃｍ）とする。また、リーダＡ及びＢは、一体になって、例えば観測者に携帯されるものとし、リーダＡとリーダＢの間隔Ｘを、Ｘ＝１５ｃｍ（＝λ／２）とする。間隔Ｘは、検出するタグ４０とリーダとの距離（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ）に比して十分に小さい。
【００２８】
[タグ方位の検出]
タグ方位の検出にあたり、リーダＡから基調波の電波：Ｙａ＝Ｃ・ｓｉｎ（ωｔ）を送出し、リーダＢから基調波に位相差を加えた電波：Ｙｂ＝Ｃ・ｓｉｎ（ωｔ＋α）を送出する。位相差α（°）を０≦α＜３６０°の間で変化させ、タグからの応答電波の信号強度を計測する。タグからの応答電波の強度が最小（Ｍｉｎ）となる位相差αminを計測し、また、タグからの応答電波の強度が最大（Ｍａｘ）となる位相差αmaxを計測する。なお、何れか一方のみでもよい。
【００２９】
タグの方位角θと位相差αとの間には、応答電波の強度がＭｉｎの状態、及び、Ｍａｘの状態でそれぞれ、下記の関係が成立する。
Ｘ・ｃｏｓθ＋λ・αmin／３６０＝λ／２ （電波強度Ｍｉｎ）
Ｘ・ｃｏｓθ＋λ・αmax／３６０＝０ ｏｒ λ （電波強度Ｍａｘ）
ここで、０°≦θ＜１８０°、０°≦α＜３６０°である。
αmaxとαminとの間には、必ず１８０°の位相差があることを考慮し（αmax＝αmin±１８０°）、応答電波強度が最大（Ｍａｘ）又は最小（Ｍｉｎ）となるときの位相差αを定める。この例では、計測結果が、αmin＝９０°、αmax＝２７０°である。上記関係式から、θ＝６０°が得られる。これは、観測者の正面の方向から右方向に３０°離れた方向である。
【００３０】
[タグまでの距離検出−１（第１の距離検出方法）]
方位検出のときに得られた基調波及び位相差の電波を利用する。ここで、方位検出の際に電波強度Ｍｉｎで得られた位相差αmin＝９０°を用いることとする。このとき、双方のリーダから送出された電波はタグの位置で干渉し、応答電波の強度がＭｉｎとなる。つまり、タグからの応答電波が実質的に消滅する。リーダＡから継続的に基調波を送出し、リーダＢからは位相差の電波の送出をＯＮ／ＯＦＦする。このＯＮ／ＯＦＦに依存して、受信電波がＯＦＦ／ＯＮとなる。リーダＢからの電波が送出／停止された時刻から、タグからの応答電波が停止／受信される時刻までの電波の伝播時間δ＝Ｔ（図４（ｂ））を計測する。ここで、電波の周波数ｆ、伝播速度ｖ、波長λ、伝播距離２Ｌ、及び、伝播時間δの間には、
ｖ＝ｆ・λ及び
２・Ｌ＝ｆ・λ・δ
が成立するので、距離Ｌの計算が可能になる。例えば、伝播時間の計測結果δ＝２．８×１０−８から、タグまでの距離Ｌ＝４ｍが得られる。
【００３１】
[タグまでの距離検出−２（第２の距離検出方法）]
方位検出のときに得られた基調波及び位相差の電波を利用する。ここで、方位検出の際に電波強度Ｍａｘで得られた位相差αmax＝２７０°を用いることとする。リーダＡから送信される第１の送信電波（基調波）をＹａ＝Ｃ・ｓｉｎ（ωｔ）とし、リーダＢから送信される第２の送信電波をＹｂ＝Ｃ・ｓｉｎ（ω’ｔ）・ｓｉｎ（ωｔ＋α）とする。つまり、リーダＢからの電波には、周波数ω’の振幅変化を付加する。このように作成した送信電波Ｙａ及びＹｂ（図５（ａ）及び（ｂ））をタグに送信し、その応答電波（図５（ｃ））を検出する。ここで、波長λ’が、ＲＦＩＤの送信限界である、例えば５００ｃｍとなるように、ω’を、ω’＝ω・λ／λ’＝ω・３０／５００とする。図５（ｄ）に示した、合成された送信電波の包絡線とタグからの応答電波の包絡線との間の位相差βを検出し、タグまでの距離Ｌを
Ｌ＝λ’・β／３６０
と計算する。例えば、計測結果βがβ＝２８８°であれば、タグまでの距離Ｌは、Ｌ＝４ｍと得られる。
【００３２】
上記方位の検出と、距離検出−１又は距離検出−２の結果とから、図６において、タグは、ＲＦＩＤリーダを運搬する観測者の正面から右方向に３０°離れた方位にあり（θ＝６０°）、且つ、それまでの距離Ｌが４ｍと得られる（Ｌ＝４ｍ）。
【００３３】
図７は、計算に使用した第２のモデル例を示す。この例では、ＲＦＩＤタグ４０は、観測者の正面から左方向に４５°離れた方位にあり、観測者から３ｍの距離にある。使用する送信電波の基調波は、第１のモデル（図６）と同じ、ｆ＝９５０ＭＨｚ（λ＝３０ｃｍ）、Ｘ＝１５ｃｍとする。この場合に、方位検出を行うと、αmin＝３０７°、αmax＝１２７°が得られる。その結果、方位角θとしてθ＝１３５°が得られる。つまり、図７に示した観測者の正面方向から左に４５°離れた方向にあることが検出される。また、距離検出−１では、第１のモデルと同じ電波を使用して、δ＝２．１×１０−８が得られ、これからＬ＝３ｍが得られる。距離検出−２では、同様に第１のモデルと同じ電波を使用し、β＝２１６°、Ｌ＝３ｍが得られる。
【００３４】
本発明のＲＦＩＤタグの方位検出装置、及び、距離検出装置は、例えば、市街地に設置された設備に取り付けられたタグを検出することに利用できる。例えば視覚障害者が、これら検出装置を携帯することにより、視覚障害者は、歩行経路中の障害物を容易に検出できる。あらかじめ歩行ルートにタグを取付けておけば、歩行ルートの誘導システムの構築、また、空港などの通路のガイドなどにも利用可能である。更には、特定の設備にのみ取り付けて、その目印などに利用できる。
【００３５】
上記実施形態の方位検出では、位置検出の精度は、応答電波の信号強度に依存しないので、タグの向きや、タグの性能などによって影響を受けることがない。また、本発明の距離検出方法は、必ずしも本発明の方位検出と組み合わせて使用する必要はなく、それぞれ単独で使用可能である。しかし、本発明の方位検出と組み合わせると、方位検出の結果がそのまま利用できる利点がある。本発明の第２の距離検出方法によると、送信電波の基調波の波長とは独立に、包絡線の波長が選定できる。このため、ω’をタグの最大通信可能距離に適合させた波長に選定すると共に、アンテナ間の間隔をこれとは独立に設定できる。
【００３６】
本発明の方位検出装置、及び、距離検出装置は、必ずしも、既存のＲＦＩＤリーダの使用を前提としない。しかし、既存のＲＦＩＤリーダを利用することにより、装置開発が容易になる。
【００３７】
本発明を特別に示し且つ例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、その実施形態及びその変形に限定されるものではない。当業者に明らかなように、本発明は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１００：方位及び距離検出装置
１０：ＲＦＩＤリーダ（リーダＡ）
１１：第１アンテナ
１２：第１送信機
１３：受信機
２０：ＲＦＩＤリーダ（リーダＢ）
２１：第２アンテナ
２２：第２送信機
３０：制御演算装置
４０：ＲＦＩＤタグ（タグ）
４１：受信部
４２：送信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、
前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する方位検出部とを備える、ＲＦＩＤタグの方位検出装置。
【請求項２】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、
前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備える、ＲＦＩＤタグの距離検出装置。
【請求項３】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し、前記第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信する第２の送信機と、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、
前記第１の送信電波と前記第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備える、ＲＦＩＤタグの距離検出装置。
【請求項４】
前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを更に備える、請求項１に記載のＲＦＩＤタグの方位検出装置。
【請求項５】
前記第２の送信機は、第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し、前記第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第３送信電波を送信し、
前記第１及び第２の送信機がそれぞれ前記第１及び第３送信電波を送信した状態で、前記第１送信電波と前記第３送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、請求項１に記載のＲＦＩＤタグの方位検出装置。
【請求項６】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信し、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、
前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの方位検出方法。
【請求項７】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、
前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、
前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、
前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法。
【請求項８】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し、前記第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信し、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記第１の送信電波と第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法。
【請求項１】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、
前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する方位検出部とを備える、ＲＦＩＤタグの方位検出装置。
【請求項２】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信する第２の送信機と、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、
前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備える、ＲＦＩＤタグの距離検出装置。
【請求項３】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信する第１の送信機と、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し、前記第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信する第２の送信機と、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信する受信機と、
前記第１の送信電波と前記第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを備える、ＲＦＩＤタグの距離検出装置。
【請求項４】
前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で、前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する制御演算装置とを更に備える、請求項１に記載のＲＦＩＤタグの方位検出装置。
【請求項５】
前記第２の送信機は、第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し、前記第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第３送信電波を送信し、
前記第１及び第２の送信機がそれぞれ前記第１及び第３送信電波を送信した状態で、前記第１送信電波と前記第３送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、請求項１に記載のＲＦＩＤタグの方位検出装置。
【請求項６】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信し、
前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、
前記位相差と、前記応答電波に含まれる第１送信電波と第２送信電波との干渉との関係に基づいて、前記ＲＦＩＤタグの方位を検出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの方位検出方法。
【請求項７】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し且つ第１送信電波との間で可変の位相差を有する第２送信電波を送信し、
前記ＲＦＩＤタグの位置で前記第１送信電波と前記第２送信電波とが干渉した状態で前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、
前記第１送信電波及び第２送信電波の一方の送信を制御して、前記ＲＦＩＤタグから受信した応答電波に現れる変化を検出し、
前記送信を制御した時刻から前記変化が検出される時刻までの経過時間に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法。
【請求項８】
第１のアンテナを経由してＲＦＩＤタグに所定の周波数を有する第１送信電波を送信すると共に、前記第１のアンテナと所定の距離を隔てて配置される第２のアンテナを経由して前記ＲＦＩＤタグに、前記所定の周波数を有し、前記第１送信電波と同期し、且つ、振幅が周期的に変化する第２送信電波を送信し、
前記ＲＦＩＤタグからの応答電波を受信し、前記第１の送信電波と第２の送信電波の合成電波の包絡線と、前記応答電波の包絡線との間の位相差に基づいて、前記第１又は第２のアンテナと前記ＲＦＩＤタグとの間の距離を算出する、ことを特徴とするＲＦＩＤタグの距離検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５９０３７（Ｐ２０１１−５９０３７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１１３５９（Ｐ２００９−２１１３５９）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００１７６７６３）三菱化学エンジニアリング株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００１７６７６３）三菱化学エンジニアリング株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
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