センシングシステム、センシング方法及びプログラム
【課題】電磁波によるセンシングを行うよりも対象物のセンシングにおける電力損失を抑えることができるセンシングシステムを提供する。
【解決手段】送信アンテナ１６は、電源２０に接続されており、入力される電力の一部を受信アンテナ１８に伝達する。情報処理装置１４は、電源２０から出力される電力と、送信アンテナ１６から電源２０に還る電力と、に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値を特定する。情報処理装置１４は、距離に応じた値に基づく処理を実行する。
【解決手段】送信アンテナ１６は、電源２０に接続されており、入力される電力の一部を受信アンテナ１８に伝達する。情報処理装置１４は、電源２０から出力される電力と、送信アンテナ１６から電源２０に還る電力と、に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値を特定する。情報処理装置１４は、距離に応じた値に基づく処理を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センシングシステム、センシング方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を用いてセンシング対象の位置や姿勢を特定するセンシング技術が知られている。例えば、特許文献１には、リーダライタからの電磁波が届き難い場所や、リーダライタのユーザが接近できない場所のセンシングデータを、安定した無線通信により取得する、リーダライタとＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを備えたセンシングシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４０２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電磁波を用いたセンシング技術では、電磁波を空間に放射して、送信アンテナから受信アンテナにエネルギーや信号を伝達するので、空間への電力の放射損失が発生するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、電磁波によるセンシングを行うよりも対象物のセンシングにおける電力損失を抑えることができるセンシングシステム、センシング方法及びプログラム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るセンシングシステムは、電源に接続された、入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナと、電源から出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段と、前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るセンシング方法は、入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに対して電源から出力される電力を測定するステップと、前記送信アンテナから電源に還る電力を測定するステップと、電源から前記送信アンテナに出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るプログラムは、電源から出力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに電源から出力される電力と、前記送信アンテナから前記電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段、前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、電源から出力される電力と送信アンテナから電力に還る電力とに基づいて受信アンテナのセンシングを行うので、電磁波によるセンシングを行うよりも対象物のセンシングにおける電力損失を抑えることができる。
【００１０】
本発明の一態様では、前記距離特定手段は、電源から出力される電力に対する、前記送信アンテナから電源に還る電力の割合に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様では、電源と、前記送信アンテナと、の間に配置された、前記センシングシステムのインピーダンスを小さくするインピーダンス変換回路、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記送信アンテナを複数備え、前記距離特定手段が、前記各送信アンテナについて、電源から出力される電力と、当該送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、当該送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定し、前記距離特定手段により前記各送信アンテナについて特定された値、及び、前記各送信アンテナが配置されている位置を示す情報に基づいて、前記受信アンテナの位置又は姿勢の少なくとも一方を特定する位置姿勢特定手段、をさらに備え、前記処理実行手段が、前記位置又は姿勢の少なくとも一方に基づく処理を実行することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記受信アンテナを備えた受信装置をさらに備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンシングシステムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る情報処理装置で実現される機能の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るセンシングシステムの等価回路の回路構成の一例を示す図である。
【図４】反射係数測定回路の回路構成の一例を示す図である。
【図５】送信アンテナと受信アンテナとの間の距離と、反射係数と、の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るセンシングシステム１０の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るセンシングシステム１０は、電力検出装置１２、情報処理装置１４、複数の送信アンテナ１６から構成されるトランスミッタアレイ、受信アンテナ１８、を含んでいる。本実施形態では、トランスミッタアレイを構成する複数の送信アンテナ１６は、同一平面上に配置されている。そして、電力検出装置１２は、例えば、電源２０、反射係数測定回路２２、インピーダンス変換回路２４、スイッチング回路２６、を含んで構成されている。本実施形態に係るセンシングシステム１０では、電磁界共振結合を利用して、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との距離の推定や、送信アンテナ１６に対する受信アンテナ１８の位置や姿勢の推定を行うことができる。
【００１７】
本実施形態では、電源２０と反射係数測定回路２２とが電気的に接続されている。また、反射係数測定回路２２とインピーダンス変換回路２４とが電気的に接続されている。また、インピーダンス変換回路２４とスイッチング回路２６とが電気的に接続されている。また、スイッチング回路２６と各送信アンテナ１６とは電気的に接続されている。電源２０、反射係数測定回路２２、インピーダンス変換回路２４、スイッチング回路２６は、例えば、複数のコネクタ２８を備えた１つの筐体３０の中に配置されている。そして、スイッチング回路２６と各コネクタ２８とが電気的に接続されている。そして、本実施形態では、各コネクタ２８について、コネクタ２８と送信アンテナ１６とが、同軸ケーブルにより接続されている。
【００１８】
本実施形態では、反射係数測定回路２２は、例えば、双方向性結合器とデジタル電圧計（例えば、２つのデジタル電圧計、又は、デジタルマルチメータ）を含んでいる。インピーダンス変換回路２４は、電源２０側のインピーダンスと、送信アンテナ１６側のインピーダンスと、を変換する回路であり、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離の測定におけるセンシングレンジを変更するために設けられている。
【００１９】
情報処理装置１４は、例えば、ＣＰＵ等の制御装置、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶素子やハードディスクドライブ等の記憶装置、ディスプレイ等の出力装置、マウスやキーボード等の入力装置、ネットワークボード等の通信装置を備えた公知のパーソナルコンピュータにより構成されている。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る情報処理装置１４で実現される機能の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る情報処理装置１４は、機能的には、例えば、データ記憶部３２、信号受信部３４、信号送信部３６、反射係数算出部３８、距離特定部４０、位置姿勢特定部４２、処理実行部４３、を含んで構成される。本実施形態では、データ記憶部３２は、情報処理装置１４が備えるメモリやハードディスクドライブなどといった記憶装置を主として実現される。また、本実施形態では、信号受信部３４、信号送信部３６は、情報処理装置１４が備えるネットワークボードなどの通信装置を主として実現される。また、本実施形態では、その他の要素は、情報処理装置１４が備えるＣＰＵ等の制御装置を主として実現される。
【００２１】
情報処理装置１４は、上述のようにコンピュータを中心に構成されており、プログラムを実行することにより、上述の各機能要素が実現されるようになっている。また、このプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体を介して、あるいは、インターネットなどの通信ネットワークを介して情報処理装置１４に供給される。
【００２２】
図３は、本実施形態に係るセンシングシステム１０の等価回路の一例を示す図である。本実施形態では、電源２０から送信アンテナ１６に出力される電力の一部が受信アンテナ１８に伝達され、受信アンテナ１８に伝達されなかった電力のほとんどが送信アンテナ１６から電源２０に還ることとなる。交流電源Ｖｓｒｃ（角周波数の値はω０）、負荷Ｚ１（インピーダンスの値はＺ０）、キャパシタＣ１（キャパシタンスの値はＣｔ）、インダクタＬ１（自己インダクタンスの値はＬｔ）、及び、抵抗Ｒ１（抵抗値はＲ）が直列に接続された送信側回路４４が、図１における電力検出装置１２及び送信アンテナ１６から構成される回路の等価回路である。交流電源Ｖｓｒｃは、電源２０に相当し、負荷Ｚ１は、例えば、電力検出装置１２と送信アンテナ１６とをつなぐ同軸ケーブルに相当し、キャパシタＣ１、インダクタＬ１、及び、抵抗Ｒ１は、送信アンテナ１６に相当する。
【００２３】
また、負荷Ｚ２（インピーダンスの値は負荷Ｚ１と同じＺ０）、抵抗Ｒ２（抵抗値は抵抗Ｒ１と同じＲ）、インダクタＬ２（自己インダクタンスの値はＬｒ）、キャパシタＣ２（キャパシタンスの値はＣｒ）が直列に接続された受信側回路４６が、図１における受信アンテナ１８に相当する等価回路である。また、インダクタＬ１とインダクタＬ２との間の相互インダクタンスの値はＬｍであることとする。本実施形態では、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８とは磁界共振結合されている。また、本実施形態では、送信側回路４４と受信側回路４６とは、共振周波数が同じになるよう設計される。
【００２４】
図４は、反射係数測定回路２２の回路構成の一例を示す図である。図４に示すように、反射係数測定回路２２には、送信端子ＴＸとアンテナ端子ＡＮＴとをつなぐ中心導体４８、第１のグランド端子ＧＮＤ１と第２のグランド端子ＧＮＤ２とをつなぐグランド線５０、第１のピックアップ線５２−１、第２のピックアップ線５２−２、が含まれている。送信端子ＴＸ及び第１のグランド端子ＧＮＤ１は、電源２０に通じる伝送線路と接続されている。また、アンテナ端子ＡＮＴ及び第２のグランド端子ＧＮＤ２は、インピーダンス変換回路２４に通じる伝送線路と接続されている。
【００２５】
第１のピックアップ線５２−１は、中心導体４８に並行して延伸する線路である。そして、第１のピックアップ線５２−１の送信端子ＴＸ側の一端は、抵抗器５４経由でグランドに接続されている。第１のピックアップ線５２−１のアンテナ端子ＡＮＴ側の一端は、送信端子ＴＸからアンテナ端子ＡＮＴに向かう向きで第１のピックアップ線５２−１を流れる電流を、グランドに接続されているキャパシタ５６及び進行電力検出端子ＦＷＤへ一方向に流す整流回路を構成するダイオード５８に接続されている。
【００２６】
第２のピックアップ線５２−２は、中心導体４８に並行して延伸する線路である。そして、第２のピックアップ線５２−２のアンテナ端子ＡＮＴ側の一端は、抵抗器６０経由でグランドに接続されている。第２のピックアップ線５２−２の送信端子ＴＸ側の一端は、アンテナ端子ＡＮＴから送信端子ＴＸに向かう向きで第２のピックアップ線５２−２を流れる電流を、グランドに接続されているキャパシタ６２及び反射電力検出端子ＲＥＶへ一方向に流す整流回路を構成するダイオード６４と接続されている。
【００２７】
本実施形態では、中心導体４８とピックアップ線５２とはＣＭ結合により結合されている。そして、第１のピックアップ線５２−１の一端は抵抗器５４を介してグランドに接続されており、第２のピックアップ線５２−２の一端は抵抗器６０を介してグランドに接続されている。そのため、ＣＭ結合の働きにより、第１のピックアップ線５２−１は、送信端子ＴＸからアンテナ端子ＡＮＴへ進む進行波に対して起電力を生じ、アンテナ端子ＡＮＴから送信端子ＴＸへ進む反射波（電源２０から出力され、送信アンテナ１６から受信アンテナ１８へと伝達されずに電源２０に還る波）に対して起電力を生じない。また、第２のピックアップ線５２−２は、アンテナ端子ＡＮＴから送信端子ＴＸへ進む反射波に対して起電力を生じ、送信端子ＴＸからアンテナ端子ＡＮＴへ進む進行波に対して起電力を生じない。そして、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧は、進行波の電力の平方根に比例し、反射電力検出端子ＲＥＶとグランド端子との間の電圧は、反射波の電力の平方根に比例する。
【００２８】
本実施形態では、反射係数測定回路２２は、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、を情報処理装置１４に出力する。本実施形態では、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧の測定が、進行波の電力の測定と等価となる。また、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧の測定が、反射波の電力の測定と等価となる。
【００２９】
また、本実施形態では、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が、図３に示す等価回路図における相互インダクタンスＬｍの値に対応する。すなわち、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が変化すると、図３に示す等価回路図における相互インダクタンスＬｍの値が変化する。図３の例では、反射係数Γの値は、１−（２×Ｚ０×（Ｚ０＋Ｒ））／（ω０＾２×Ｌｍ＾２＋（Ｚ０＋Ｒ）＾２）という式で表される。そのため、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が変化すると、反射係数Γの値が変化することとなる。
【００３０】
本実施形態では、予め、データ記憶部３２に、反射係数Γと、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離（具体的には、例えば、受信アンテナ１８と送信アンテナ１６とが同軸上に配置されており、受信アンテナ１８のアンテナ面と送信アンテナ１６のアンテナ面とが平行である場合の送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離）と、を対応付けた表形式のデータである反射係数距離対応データが記憶されている。また、データ記憶部３２には、各送信アンテナ１６の位置を示す位置データ（例えば、２次元座標値や３次元座標値等を示すデータ）が記憶されている。
【００３１】
図５は、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離と、反射係数Γと、の関係の一例を示す図である。図５には、例えば、受信アンテナ１８と送信アンテナ１６とが同軸上に配置されており、受信アンテナ１８のアンテナ面と送信アンテナ１６のアンテナ面とが平行であることを仮定した場合の、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離と、反射係数Γと、の関係が示されている。本実施形態では、例えば、データ記憶部３２に記憶されている反射係数距離対応データには、図５における対応関係を示す値が設定されている。図５には、角周波数ω０の値を１３．５６ＭＨｚ、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の半径を１５０ｍｍ、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の巻数を１、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の銅線の厚みを２ｍｍとした際において、インピーダンス変換回路２４により、送信側回路４４の負荷Ｚ１の値を、１００Ω、５０Ω、２０Ω、１０Ω、５Ω、１Ωに設定した場合それぞれについての、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離と反射係数Γとの関係がグラフとして表されている。本実施形態では、例えば、インピーダンス変換回路２４により、送信側回路４４の負荷Ｚ１の値を所定値（例えば、１Ω）に設定する。そして、インピーダンスマッチングのため、受信側回路４６の負荷Ｚ２の値を、上述の所定値となるよう受信アンテナ１８を設定する。そして、データ記憶部３２には、予め、その負荷Ｚ１の値に対応する、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を示す値と反射係数Γとを対応付けた反射係数距離対応データを記憶しておく。
【００３２】
信号送信部３６は、本実施形態では、例えば、反射係数測定回路２２による反射係数の測定を行う送信アンテナ１６を切り替える切替信号を出力する。スイッチング回路２６は、受け付ける切替信号に応じて、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を切り替える。本実施形態では、信号送信部３６は、所定時間間隔で、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を切り替えるよう、スイッチング回路２６に切替信号を出力するとともに、反射係数測定回路２２と電気的に接続されることとなる送信アンテナ１６の識別子をデータ記憶部３２に上書き出力する。
【００３３】
信号受信部３４は、本実施形態では、例えば、反射係数測定回路２２から出力される、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、を受信する。本実施形態では、信号受信部３４は、所定時間間隔で、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、を受信する。上述のように、スイッチング回路２６は、所定時間間隔で、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を切り替えるので、信号受信部３４は、所定時間間隔で、各送信アンテナ１６に対応付けられる信号を順次受信することとなる。
【００３４】
反射係数算出部３８は、信号送信部３６から出力された切替信号に基づいて、信号受信部３４が受信した上述の信号がどの送信アンテナ１６に対応付けられる信号であるかを特定する。反射係数算出部３８は、本実施形態では、例えば、データ記憶部３２に記憶されている送信アンテナ１６の識別子（本実施形態では、反射係数測定回路２２と電気的に接続されている送信アンテナ１６の識別子）に基づいて、送信アンテナ１６を特定する。そして、反射係数算出部３８は、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧に対する、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧の比率を２乗して、進行波の電力に対する反射波の電力の比率である反射係数を算出する。
【００３５】
このように、反射係数算出部３８は、本実施形態では、電源２０から送信アンテナ１６に出力される電力に応じた信号と、送信アンテナ１６から受信アンテナ１８へと伝達されずに電源２０に還る電力に応じた信号と、に基づいて、反射係数を算出する。また、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を順次切り替えながら、各送信アンテナ１６についての反射係数算出部３８による反射係数の算出処理を実行する。
【００３６】
距離特定部４０は、データ記憶部３２に記憶されている反射係数距離対応データと、反射係数算出部３８により算出された反射係数と、に基づいて、この反射係数に対応付けられる送信アンテナ１６と、受信アンテナ１８と、の間の距離に応じた値（例えば、受信アンテナ１８と送信アンテナ１６とが同軸上に配置されており、受信アンテナ１８のアンテナ面と送信アンテナ１６のアンテナ面とが平行であることを仮定した場合の、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を示す値）を特定する。本実施形態では、各送信アンテナ１６について、上述の処理を繰り返すことで、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値が特定される。
【００３７】
位置姿勢特定部４２は、情報処理装置１４は、データ記憶部３２に記憶されている位置データと、各送信アンテナ１６について特定された、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値と、に基づいて、受信アンテナ１８の位置及び姿勢を示すデータを生成する。位置姿勢特定部４２は、具体的には、例えば、三角測量の原理を用いて、受信アンテナ１８の位置及び姿勢を示すデータを生成する。
【００３８】
処理実行部４３は、受信アンテナ１８の位置や姿勢を示すデータに基づく画面を生成して、ディスプレイに表示出力する処理や、受信アンテナ１８の位置や姿勢を示す文字列が印字された用紙を印刷出力する処理、などといった、特定された、受信アンテナ１８の位置や姿勢に基づく処理を実行する。
【００３９】
上述のように、本実施形態に係るセンシングシステム１０では、電源２０から送信アンテナ１６に出力される電力（上述の進行波の電力）に対する、送信アンテナ１６から受信アンテナ１８に伝達されずに電源２０に還る電力（上述の反射波の電力）の比率である反射係数に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値を特定する。また、複数の送信アンテナ１６について特定された、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値、及び、各送信アンテナ１６の位置に基づいて、受信アンテナ１８の位置や姿勢を特定する。このように、本実施形態に係るセンシングシステム１０では、送信アンテナ１６に接続された電力検出装置１２及び情報処理装置１４での測定結果に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離の推定や、受信アンテナ１８の位置や姿勢の推定を行うことができる。そして、本実施形態に係るセンシングシステム１０では、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離の推定や、受信アンテナ１８の位置や姿勢の推定に際して、受信アンテナ１８から送信アンテナ１６への位置情報の送信や、受信アンテナ１８側での測定が不要である。
【００４０】
また、図５に示すように、送信側回路４４の負荷Ｚ１や受信側回路４６の負荷Ｚ２の値が小さくなればなるほど、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。そのため、インピーダンス変換回路２４により、送信側回路４４の負荷Ｚ１の値を小さくし、受信側回路４６の負荷Ｚ２の値を送信側回路４４の負荷Ｚ１の値と同じにすることで、測定可能な送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を伸ばすことができる。また、送信側回路４４のＱ値を大きくすることによっても、測定可能な送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を伸ばすことができる。
【００４１】
また、本実施形態では、インダクタＬ１とインダクタＬ２との間の結合係数の値ｋ及び磁界共振の鋭さを表すＱ値とが反射係数Γの値に影響を与えることとなる。インダクタの巻数、及び、半径を変化させると、結合係数の値ｋが変化し、その結果、結合係数Γが変化する。また、角周波数ω０の値を変化させると、Ｑ値が変化し、その結果、結合係数Γが変化する。具体的には、例えば、インダクタの巻数を多くすると、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。また、インダクタの半径を大きくすると、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。また、角周波数ω０の値を大きくすると、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。また、インダクタの銅線の厚みを変化させると、結合係数Γが変化する。
【００４２】
以上のように、Ｑ値を大きくしたり、送信側回路４４や受信側回路４６のインピーダンスを小さくしたりすることにより、測定可能な送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を伸ばす（センシングレンジを伸ばす）ことができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
例えば、上述の実施形態における反射係数測定回路２２として、ネットワークアナライザ（例えば、スカラネットワークアナライザやベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ））を用いてもよい。また、例えば、データ記憶部３２に、反射係数距離対応データの代わりに、反射係数と、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との距離と、の関係式を示すデータが記憶されていてもよい。そして、距離特定部４０が、この関係式を示すデータに基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との距離を算出するようにしてもよい。また、情報処理装置１４で実現される機能を、ソフトウェアで実現する代わりに、電気回路等のハードウェアで実現してもよい。
【００４５】
また、例えば、反射係数の代わりに、進行波の電力と反射波の電力とに基づくパラメータ（具体的には、例えば、定在波比（ＳＷＲ）や、Ｓ１１パラメータ）、電流が一定であるという条件の下での進行波と反射波との電圧比、電圧が一定であるという条件の下での進行波と反射波との電流比、等に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離や、受信アンテナ１８の位置や姿勢を特定してもよい。
【００４６】
また、例えば、センシングシステム１０に含まれる送信アンテナ１６が１つであり、電力検出装置１２がスイッチング回路２６を備えていなくてもよい。そして、情報処理装置１４が、１つの送信アンテナ１６について算出される反射係数に基づいて、その送信アンテナ１６に対する受信アンテナ１８の相対的な位置（例えば、距離等）を特定するようにしてもよい。
【００４７】
また、例えば、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８とが電界共振結合により結合されていてもよい。電界共振結合を利用すると、例えば、床に送信アンテナ１６をアレイ状に配置し、送信側回路４４の共振周波数を人体との共振周波数である７０ＭＨｚぐらいに設定し、人体を受信アンテナ１８として機能させることで、送信アンテナ１６に対する人体の相対的な位置や姿勢を特定することができる。また、このことをさらに応用することで、人体の血圧・心拍数・血糖値といった生体情報の検出を行えるようになることが期待される。
【符号の説明】
【００４８】
１０ センシングシステム、１２ 電力検出装置、１４ 情報処理装置、１６ 送信アンテナ、１８ 受信アンテナ、２０ 電源、２２ 反射係数測定回路、２４ インピーダンス変換回路、２６ スイッチング回路、２８ コネクタ、３０ 筐体、３２ データ記憶部、３４ 信号受信部、３６ 信号送信部、３８ 反射係数算出部、４０ 距離特定部、４２ 位置姿勢特定部、４３ 処理実行部、４４ 送信側回路、４６ 受信側回路、４８ 中心導体、５０ グランド線、５２ ピックアップ線、５４ 抵抗器、５６ キャパシタ、５８ ダイオード、６０ 抵抗器、６２ キャパシタ、６４ ダイオード。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センシングシステム、センシング方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波を用いてセンシング対象の位置や姿勢を特定するセンシング技術が知られている。例えば、特許文献１には、リーダライタからの電磁波が届き難い場所や、リーダライタのユーザが接近できない場所のセンシングデータを、安定した無線通信により取得する、リーダライタとＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを備えたセンシングシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４０２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電磁波を用いたセンシング技術では、電磁波を空間に放射して、送信アンテナから受信アンテナにエネルギーや信号を伝達するので、空間への電力の放射損失が発生するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、電磁波によるセンシングを行うよりも対象物のセンシングにおける電力損失を抑えることができるセンシングシステム、センシング方法及びプログラム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るセンシングシステムは、電源に接続された、入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナと、電源から出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段と、前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るセンシング方法は、入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに対して電源から出力される電力を測定するステップと、前記送信アンテナから電源に還る電力を測定するステップと、電源から前記送信アンテナに出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るプログラムは、電源から出力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに電源から出力される電力と、前記送信アンテナから前記電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段、前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段、としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、電源から出力される電力と送信アンテナから電力に還る電力とに基づいて受信アンテナのセンシングを行うので、電磁波によるセンシングを行うよりも対象物のセンシングにおける電力損失を抑えることができる。
【００１０】
本発明の一態様では、前記距離特定手段は、電源から出力される電力に対する、前記送信アンテナから電源に還る電力の割合に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様では、電源と、前記送信アンテナと、の間に配置された、前記センシングシステムのインピーダンスを小さくするインピーダンス変換回路、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記送信アンテナを複数備え、前記距離特定手段が、前記各送信アンテナについて、電源から出力される電力と、当該送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、当該送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定し、前記距離特定手段により前記各送信アンテナについて特定された値、及び、前記各送信アンテナが配置されている位置を示す情報に基づいて、前記受信アンテナの位置又は姿勢の少なくとも一方を特定する位置姿勢特定手段、をさらに備え、前記処理実行手段が、前記位置又は姿勢の少なくとも一方に基づく処理を実行することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記受信アンテナを備えた受信装置をさらに備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るセンシングシステムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る情報処理装置で実現される機能の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るセンシングシステムの等価回路の回路構成の一例を示す図である。
【図４】反射係数測定回路の回路構成の一例を示す図である。
【図５】送信アンテナと受信アンテナとの間の距離と、反射係数と、の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るセンシングシステム１０の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るセンシングシステム１０は、電力検出装置１２、情報処理装置１４、複数の送信アンテナ１６から構成されるトランスミッタアレイ、受信アンテナ１８、を含んでいる。本実施形態では、トランスミッタアレイを構成する複数の送信アンテナ１６は、同一平面上に配置されている。そして、電力検出装置１２は、例えば、電源２０、反射係数測定回路２２、インピーダンス変換回路２４、スイッチング回路２６、を含んで構成されている。本実施形態に係るセンシングシステム１０では、電磁界共振結合を利用して、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との距離の推定や、送信アンテナ１６に対する受信アンテナ１８の位置や姿勢の推定を行うことができる。
【００１７】
本実施形態では、電源２０と反射係数測定回路２２とが電気的に接続されている。また、反射係数測定回路２２とインピーダンス変換回路２４とが電気的に接続されている。また、インピーダンス変換回路２４とスイッチング回路２６とが電気的に接続されている。また、スイッチング回路２６と各送信アンテナ１６とは電気的に接続されている。電源２０、反射係数測定回路２２、インピーダンス変換回路２４、スイッチング回路２６は、例えば、複数のコネクタ２８を備えた１つの筐体３０の中に配置されている。そして、スイッチング回路２６と各コネクタ２８とが電気的に接続されている。そして、本実施形態では、各コネクタ２８について、コネクタ２８と送信アンテナ１６とが、同軸ケーブルにより接続されている。
【００１８】
本実施形態では、反射係数測定回路２２は、例えば、双方向性結合器とデジタル電圧計（例えば、２つのデジタル電圧計、又は、デジタルマルチメータ）を含んでいる。インピーダンス変換回路２４は、電源２０側のインピーダンスと、送信アンテナ１６側のインピーダンスと、を変換する回路であり、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離の測定におけるセンシングレンジを変更するために設けられている。
【００１９】
情報処理装置１４は、例えば、ＣＰＵ等の制御装置、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶素子やハードディスクドライブ等の記憶装置、ディスプレイ等の出力装置、マウスやキーボード等の入力装置、ネットワークボード等の通信装置を備えた公知のパーソナルコンピュータにより構成されている。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る情報処理装置１４で実現される機能の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る情報処理装置１４は、機能的には、例えば、データ記憶部３２、信号受信部３４、信号送信部３６、反射係数算出部３８、距離特定部４０、位置姿勢特定部４２、処理実行部４３、を含んで構成される。本実施形態では、データ記憶部３２は、情報処理装置１４が備えるメモリやハードディスクドライブなどといった記憶装置を主として実現される。また、本実施形態では、信号受信部３４、信号送信部３６は、情報処理装置１４が備えるネットワークボードなどの通信装置を主として実現される。また、本実施形態では、その他の要素は、情報処理装置１４が備えるＣＰＵ等の制御装置を主として実現される。
【００２１】
情報処理装置１４は、上述のようにコンピュータを中心に構成されており、プログラムを実行することにより、上述の各機能要素が実現されるようになっている。また、このプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体を介して、あるいは、インターネットなどの通信ネットワークを介して情報処理装置１４に供給される。
【００２２】
図３は、本実施形態に係るセンシングシステム１０の等価回路の一例を示す図である。本実施形態では、電源２０から送信アンテナ１６に出力される電力の一部が受信アンテナ１８に伝達され、受信アンテナ１８に伝達されなかった電力のほとんどが送信アンテナ１６から電源２０に還ることとなる。交流電源Ｖｓｒｃ（角周波数の値はω０）、負荷Ｚ１（インピーダンスの値はＺ０）、キャパシタＣ１（キャパシタンスの値はＣｔ）、インダクタＬ１（自己インダクタンスの値はＬｔ）、及び、抵抗Ｒ１（抵抗値はＲ）が直列に接続された送信側回路４４が、図１における電力検出装置１２及び送信アンテナ１６から構成される回路の等価回路である。交流電源Ｖｓｒｃは、電源２０に相当し、負荷Ｚ１は、例えば、電力検出装置１２と送信アンテナ１６とをつなぐ同軸ケーブルに相当し、キャパシタＣ１、インダクタＬ１、及び、抵抗Ｒ１は、送信アンテナ１６に相当する。
【００２３】
また、負荷Ｚ２（インピーダンスの値は負荷Ｚ１と同じＺ０）、抵抗Ｒ２（抵抗値は抵抗Ｒ１と同じＲ）、インダクタＬ２（自己インダクタンスの値はＬｒ）、キャパシタＣ２（キャパシタンスの値はＣｒ）が直列に接続された受信側回路４６が、図１における受信アンテナ１８に相当する等価回路である。また、インダクタＬ１とインダクタＬ２との間の相互インダクタンスの値はＬｍであることとする。本実施形態では、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８とは磁界共振結合されている。また、本実施形態では、送信側回路４４と受信側回路４６とは、共振周波数が同じになるよう設計される。
【００２４】
図４は、反射係数測定回路２２の回路構成の一例を示す図である。図４に示すように、反射係数測定回路２２には、送信端子ＴＸとアンテナ端子ＡＮＴとをつなぐ中心導体４８、第１のグランド端子ＧＮＤ１と第２のグランド端子ＧＮＤ２とをつなぐグランド線５０、第１のピックアップ線５２−１、第２のピックアップ線５２−２、が含まれている。送信端子ＴＸ及び第１のグランド端子ＧＮＤ１は、電源２０に通じる伝送線路と接続されている。また、アンテナ端子ＡＮＴ及び第２のグランド端子ＧＮＤ２は、インピーダンス変換回路２４に通じる伝送線路と接続されている。
【００２５】
第１のピックアップ線５２−１は、中心導体４８に並行して延伸する線路である。そして、第１のピックアップ線５２−１の送信端子ＴＸ側の一端は、抵抗器５４経由でグランドに接続されている。第１のピックアップ線５２−１のアンテナ端子ＡＮＴ側の一端は、送信端子ＴＸからアンテナ端子ＡＮＴに向かう向きで第１のピックアップ線５２−１を流れる電流を、グランドに接続されているキャパシタ５６及び進行電力検出端子ＦＷＤへ一方向に流す整流回路を構成するダイオード５８に接続されている。
【００２６】
第２のピックアップ線５２−２は、中心導体４８に並行して延伸する線路である。そして、第２のピックアップ線５２−２のアンテナ端子ＡＮＴ側の一端は、抵抗器６０経由でグランドに接続されている。第２のピックアップ線５２−２の送信端子ＴＸ側の一端は、アンテナ端子ＡＮＴから送信端子ＴＸに向かう向きで第２のピックアップ線５２−２を流れる電流を、グランドに接続されているキャパシタ６２及び反射電力検出端子ＲＥＶへ一方向に流す整流回路を構成するダイオード６４と接続されている。
【００２７】
本実施形態では、中心導体４８とピックアップ線５２とはＣＭ結合により結合されている。そして、第１のピックアップ線５２−１の一端は抵抗器５４を介してグランドに接続されており、第２のピックアップ線５２−２の一端は抵抗器６０を介してグランドに接続されている。そのため、ＣＭ結合の働きにより、第１のピックアップ線５２−１は、送信端子ＴＸからアンテナ端子ＡＮＴへ進む進行波に対して起電力を生じ、アンテナ端子ＡＮＴから送信端子ＴＸへ進む反射波（電源２０から出力され、送信アンテナ１６から受信アンテナ１８へと伝達されずに電源２０に還る波）に対して起電力を生じない。また、第２のピックアップ線５２−２は、アンテナ端子ＡＮＴから送信端子ＴＸへ進む反射波に対して起電力を生じ、送信端子ＴＸからアンテナ端子ＡＮＴへ進む進行波に対して起電力を生じない。そして、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧は、進行波の電力の平方根に比例し、反射電力検出端子ＲＥＶとグランド端子との間の電圧は、反射波の電力の平方根に比例する。
【００２８】
本実施形態では、反射係数測定回路２２は、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、を情報処理装置１４に出力する。本実施形態では、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧の測定が、進行波の電力の測定と等価となる。また、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧の測定が、反射波の電力の測定と等価となる。
【００２９】
また、本実施形態では、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が、図３に示す等価回路図における相互インダクタンスＬｍの値に対応する。すなわち、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が変化すると、図３に示す等価回路図における相互インダクタンスＬｍの値が変化する。図３の例では、反射係数Γの値は、１−（２×Ｚ０×（Ｚ０＋Ｒ））／（ω０＾２×Ｌｍ＾２＋（Ｚ０＋Ｒ）＾２）という式で表される。そのため、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が変化すると、反射係数Γの値が変化することとなる。
【００３０】
本実施形態では、予め、データ記憶部３２に、反射係数Γと、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離（具体的には、例えば、受信アンテナ１８と送信アンテナ１６とが同軸上に配置されており、受信アンテナ１８のアンテナ面と送信アンテナ１６のアンテナ面とが平行である場合の送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離）と、を対応付けた表形式のデータである反射係数距離対応データが記憶されている。また、データ記憶部３２には、各送信アンテナ１６の位置を示す位置データ（例えば、２次元座標値や３次元座標値等を示すデータ）が記憶されている。
【００３１】
図５は、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離と、反射係数Γと、の関係の一例を示す図である。図５には、例えば、受信アンテナ１８と送信アンテナ１６とが同軸上に配置されており、受信アンテナ１８のアンテナ面と送信アンテナ１６のアンテナ面とが平行であることを仮定した場合の、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離と、反射係数Γと、の関係が示されている。本実施形態では、例えば、データ記憶部３２に記憶されている反射係数距離対応データには、図５における対応関係を示す値が設定されている。図５には、角周波数ω０の値を１３．５６ＭＨｚ、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の半径を１５０ｍｍ、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の巻数を１、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の銅線の厚みを２ｍｍとした際において、インピーダンス変換回路２４により、送信側回路４４の負荷Ｚ１の値を、１００Ω、５０Ω、２０Ω、１０Ω、５Ω、１Ωに設定した場合それぞれについての、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離と反射係数Γとの関係がグラフとして表されている。本実施形態では、例えば、インピーダンス変換回路２４により、送信側回路４４の負荷Ｚ１の値を所定値（例えば、１Ω）に設定する。そして、インピーダンスマッチングのため、受信側回路４６の負荷Ｚ２の値を、上述の所定値となるよう受信アンテナ１８を設定する。そして、データ記憶部３２には、予め、その負荷Ｚ１の値に対応する、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を示す値と反射係数Γとを対応付けた反射係数距離対応データを記憶しておく。
【００３２】
信号送信部３６は、本実施形態では、例えば、反射係数測定回路２２による反射係数の測定を行う送信アンテナ１６を切り替える切替信号を出力する。スイッチング回路２６は、受け付ける切替信号に応じて、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を切り替える。本実施形態では、信号送信部３６は、所定時間間隔で、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を切り替えるよう、スイッチング回路２６に切替信号を出力するとともに、反射係数測定回路２２と電気的に接続されることとなる送信アンテナ１６の識別子をデータ記憶部３２に上書き出力する。
【００３３】
信号受信部３４は、本実施形態では、例えば、反射係数測定回路２２から出力される、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、を受信する。本実施形態では、信号受信部３４は、所定時間間隔で、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧を示す信号と、を受信する。上述のように、スイッチング回路２６は、所定時間間隔で、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を切り替えるので、信号受信部３４は、所定時間間隔で、各送信アンテナ１６に対応付けられる信号を順次受信することとなる。
【００３４】
反射係数算出部３８は、信号送信部３６から出力された切替信号に基づいて、信号受信部３４が受信した上述の信号がどの送信アンテナ１６に対応付けられる信号であるかを特定する。反射係数算出部３８は、本実施形態では、例えば、データ記憶部３２に記憶されている送信アンテナ１６の識別子（本実施形態では、反射係数測定回路２２と電気的に接続されている送信アンテナ１６の識別子）に基づいて、送信アンテナ１６を特定する。そして、反射係数算出部３８は、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧に対する、進行電力検出端子ＦＷＤとグランド端子との間の電圧の比率を２乗して、進行波の電力に対する反射波の電力の比率である反射係数を算出する。
【００３５】
このように、反射係数算出部３８は、本実施形態では、電源２０から送信アンテナ１６に出力される電力に応じた信号と、送信アンテナ１６から受信アンテナ１８へと伝達されずに電源２０に還る電力に応じた信号と、に基づいて、反射係数を算出する。また、反射係数測定回路２２と電気的に接続される送信アンテナ１６を順次切り替えながら、各送信アンテナ１６についての反射係数算出部３８による反射係数の算出処理を実行する。
【００３６】
距離特定部４０は、データ記憶部３２に記憶されている反射係数距離対応データと、反射係数算出部３８により算出された反射係数と、に基づいて、この反射係数に対応付けられる送信アンテナ１６と、受信アンテナ１８と、の間の距離に応じた値（例えば、受信アンテナ１８と送信アンテナ１６とが同軸上に配置されており、受信アンテナ１８のアンテナ面と送信アンテナ１６のアンテナ面とが平行であることを仮定した場合の、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を示す値）を特定する。本実施形態では、各送信アンテナ１６について、上述の処理を繰り返すことで、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値が特定される。
【００３７】
位置姿勢特定部４２は、情報処理装置１４は、データ記憶部３２に記憶されている位置データと、各送信アンテナ１６について特定された、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値と、に基づいて、受信アンテナ１８の位置及び姿勢を示すデータを生成する。位置姿勢特定部４２は、具体的には、例えば、三角測量の原理を用いて、受信アンテナ１８の位置及び姿勢を示すデータを生成する。
【００３８】
処理実行部４３は、受信アンテナ１８の位置や姿勢を示すデータに基づく画面を生成して、ディスプレイに表示出力する処理や、受信アンテナ１８の位置や姿勢を示す文字列が印字された用紙を印刷出力する処理、などといった、特定された、受信アンテナ１８の位置や姿勢に基づく処理を実行する。
【００３９】
上述のように、本実施形態に係るセンシングシステム１０では、電源２０から送信アンテナ１６に出力される電力（上述の進行波の電力）に対する、送信アンテナ１６から受信アンテナ１８に伝達されずに電源２０に還る電力（上述の反射波の電力）の比率である反射係数に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値を特定する。また、複数の送信アンテナ１６について特定された、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離に応じた値、及び、各送信アンテナ１６の位置に基づいて、受信アンテナ１８の位置や姿勢を特定する。このように、本実施形態に係るセンシングシステム１０では、送信アンテナ１６に接続された電力検出装置１２及び情報処理装置１４での測定結果に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離の推定や、受信アンテナ１８の位置や姿勢の推定を行うことができる。そして、本実施形態に係るセンシングシステム１０では、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離の推定や、受信アンテナ１８の位置や姿勢の推定に際して、受信アンテナ１８から送信アンテナ１６への位置情報の送信や、受信アンテナ１８側での測定が不要である。
【００４０】
また、図５に示すように、送信側回路４４の負荷Ｚ１や受信側回路４６の負荷Ｚ２の値が小さくなればなるほど、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。そのため、インピーダンス変換回路２４により、送信側回路４４の負荷Ｚ１の値を小さくし、受信側回路４６の負荷Ｚ２の値を送信側回路４４の負荷Ｚ１の値と同じにすることで、測定可能な送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を伸ばすことができる。また、送信側回路４４のＱ値を大きくすることによっても、測定可能な送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を伸ばすことができる。
【００４１】
また、本実施形態では、インダクタＬ１とインダクタＬ２との間の結合係数の値ｋ及び磁界共振の鋭さを表すＱ値とが反射係数Γの値に影響を与えることとなる。インダクタの巻数、及び、半径を変化させると、結合係数の値ｋが変化し、その結果、結合係数Γが変化する。また、角周波数ω０の値を変化させると、Ｑ値が変化し、その結果、結合係数Γが変化する。具体的には、例えば、インダクタの巻数を多くすると、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。また、インダクタの半径を大きくすると、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。また、角周波数ω０の値を大きくすると、反射係数の値が０である場合における送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離が長くなる。また、インダクタの銅線の厚みを変化させると、結合係数Γが変化する。
【００４２】
以上のように、Ｑ値を大きくしたり、送信側回路４４や受信側回路４６のインピーダンスを小さくしたりすることにより、測定可能な送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離を伸ばす（センシングレンジを伸ばす）ことができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
例えば、上述の実施形態における反射係数測定回路２２として、ネットワークアナライザ（例えば、スカラネットワークアナライザやベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ））を用いてもよい。また、例えば、データ記憶部３２に、反射係数距離対応データの代わりに、反射係数と、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との距離と、の関係式を示すデータが記憶されていてもよい。そして、距離特定部４０が、この関係式を示すデータに基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との距離を算出するようにしてもよい。また、情報処理装置１４で実現される機能を、ソフトウェアで実現する代わりに、電気回路等のハードウェアで実現してもよい。
【００４５】
また、例えば、反射係数の代わりに、進行波の電力と反射波の電力とに基づくパラメータ（具体的には、例えば、定在波比（ＳＷＲ）や、Ｓ１１パラメータ）、電流が一定であるという条件の下での進行波と反射波との電圧比、電圧が一定であるという条件の下での進行波と反射波との電流比、等に基づいて、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との間の距離や、受信アンテナ１８の位置や姿勢を特定してもよい。
【００４６】
また、例えば、センシングシステム１０に含まれる送信アンテナ１６が１つであり、電力検出装置１２がスイッチング回路２６を備えていなくてもよい。そして、情報処理装置１４が、１つの送信アンテナ１６について算出される反射係数に基づいて、その送信アンテナ１６に対する受信アンテナ１８の相対的な位置（例えば、距離等）を特定するようにしてもよい。
【００４７】
また、例えば、送信アンテナ１６と受信アンテナ１８とが電界共振結合により結合されていてもよい。電界共振結合を利用すると、例えば、床に送信アンテナ１６をアレイ状に配置し、送信側回路４４の共振周波数を人体との共振周波数である７０ＭＨｚぐらいに設定し、人体を受信アンテナ１８として機能させることで、送信アンテナ１６に対する人体の相対的な位置や姿勢を特定することができる。また、このことをさらに応用することで、人体の血圧・心拍数・血糖値といった生体情報の検出を行えるようになることが期待される。
【符号の説明】
【００４８】
１０ センシングシステム、１２ 電力検出装置、１４ 情報処理装置、１６ 送信アンテナ、１８ 受信アンテナ、２０ 電源、２２ 反射係数測定回路、２４ インピーダンス変換回路、２６ スイッチング回路、２８ コネクタ、３０ 筐体、３２ データ記憶部、３４ 信号受信部、３６ 信号送信部、３８ 反射係数算出部、４０ 距離特定部、４２ 位置姿勢特定部、４３ 処理実行部、４４ 送信側回路、４６ 受信側回路、４８ 中心導体、５０ グランド線、５２ ピックアップ線、５４ 抵抗器、５６ キャパシタ、５８ ダイオード、６０ 抵抗器、６２ キャパシタ、６４ ダイオード。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続された、入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナと、
電源から出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段と、
前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段と、
を備えることを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２】
前記距離特定手段は、電源から出力される電力に対する、前記送信アンテナから電源に還る電力の割合に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のセンシングシステム。
【請求項３】
電源と、前記送信アンテナと、の間に配置された、前記センシングシステムのインピーダンスを小さくするインピーダンス変換回路、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンシングシステム。
【請求項４】
前記送信アンテナを複数備え、
前記距離特定手段が、前記各送信アンテナについて、電源から出力される電力と、当該送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、当該送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定し、
前記距離特定手段により前記各送信アンテナについて特定された値、及び、前記各送信アンテナが配置されている位置を示す情報に基づいて、前記受信アンテナの位置又は姿勢の少なくとも一方を特定する位置姿勢特定手段、をさらに備え、
前記処理実行手段が、前記位置又は姿勢の少なくとも一方に基づく処理を実行する、
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセンシングシステム。
【請求項５】
前記受信アンテナを備えた受信装置をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセンシングシステム。
【請求項６】
入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに対して電源から出力される電力を測定するステップと、
前記送信アンテナから電源に還る電力を測定するステップと、
電源から前記送信アンテナに出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定ステップと、
を含むことを特徴とするセンシング方法。
【請求項７】
電源から出力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに電源から出力される電力と、前記送信アンテナから前記電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段、
前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段、
としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
電源に接続された、入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナと、
電源から出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段と、
前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段と、
を備えることを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２】
前記距離特定手段は、電源から出力される電力に対する、前記送信アンテナから電源に還る電力の割合に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のセンシングシステム。
【請求項３】
電源と、前記送信アンテナと、の間に配置された、前記センシングシステムのインピーダンスを小さくするインピーダンス変換回路、をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンシングシステム。
【請求項４】
前記送信アンテナを複数備え、
前記距離特定手段が、前記各送信アンテナについて、電源から出力される電力と、当該送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、当該送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定し、
前記距離特定手段により前記各送信アンテナについて特定された値、及び、前記各送信アンテナが配置されている位置を示す情報に基づいて、前記受信アンテナの位置又は姿勢の少なくとも一方を特定する位置姿勢特定手段、をさらに備え、
前記処理実行手段が、前記位置又は姿勢の少なくとも一方に基づく処理を実行する、
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセンシングシステム。
【請求項５】
前記受信アンテナを備えた受信装置をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセンシングシステム。
【請求項６】
入力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに対して電源から出力される電力を測定するステップと、
前記送信アンテナから電源に還る電力を測定するステップと、
電源から前記送信アンテナに出力される電力と、前記送信アンテナから電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定ステップと、
を含むことを特徴とするセンシング方法。
【請求項７】
電源から出力される電力の一部を受信アンテナに伝達する送信アンテナに電源から出力される電力と、前記送信アンテナから前記電源に還る電力と、に基づいて、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間の距離に応じた値を特定する距離特定手段、
前記距離に応じた値に基づく処理を実行する処理実行手段、
としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−９３１６０（Ｐ２０１２−９３１６０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９３７０（Ｐ２０１０−２３９３７０）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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