無線タグ方向探知システム
【課題】方向判定精度と通信成功率をともに高くすることができる無線タグ方向探知システムを提供する。
【解決手段】無線タグ２００は、偏波が互いに異なる第１アンテナ２４１、第２アンテナ２４２を備え、第１アンテナ２４１からデータを送信した後、第２アンテナ２４２からデータを送信する。無線タグリーダ１００は、通信アンテナ１４０と方向探知アンテナ１５０を備え、通信アンテナ１４０は水平偏波を受信できるアンテナとし、方向探知アンテナ１５０は垂直偏波を受信できるアンテナとする。受信成功の判断には通信アンテナ１４０で受信した電波を用い、方向探知を行うための受信電力強度は、方向探知アンテナ１５０で受信した電波を用いる。通信アンテナ１４０で受信した電波によりデータの受信基準時点を定め、この受信基準時点に基づいて定まる期間に方向探知アンテナ１５０で受信した電波の受信電力強度から、無線タグ２００の方向を決定する。
【解決手段】無線タグ２００は、偏波が互いに異なる第１アンテナ２４１、第２アンテナ２４２を備え、第１アンテナ２４１からデータを送信した後、第２アンテナ２４２からデータを送信する。無線タグリーダ１００は、通信アンテナ１４０と方向探知アンテナ１５０を備え、通信アンテナ１４０は水平偏波を受信できるアンテナとし、方向探知アンテナ１５０は垂直偏波を受信できるアンテナとする。受信成功の判断には通信アンテナ１４０で受信した電波を用い、方向探知を行うための受信電力強度は、方向探知アンテナ１５０で受信した電波を用いる。通信アンテナ１４０で受信した電波によりデータの受信基準時点を定め、この受信基準時点に基づいて定まる期間に方向探知アンテナ１５０で受信した電波の受信電力強度から、無線タグ２００の方向を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグ方向探知システムに関し、特に、方向探知精度と通信成功率をともに向上させることができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線タグの方向を無線タグリーダにより探知する無線タグ方向探知システムが知られている。例えば、特許文献１には、複数のアンテナ素子を備えて指向特性を変化させることができるアレーアンテナを用いた方向探知方法が開示されている。この方向探知方法は、具体的には、アレーアンテナの指向特性を順次変化させて、各指向特性で信号を受信して、受信電力強度に基づいて方向探知を行う方法である。
【０００３】
また、特許文献２には、受信波の到来方向計測時に誤差要因となる偏波による影響を軽減する方法が開示されている。この方法は、具体的には、まず、受信波の電波諸元を取得し、これを検索キーにして、電波諸元と偏波情報とが関連づけられた偏波情報データベースを検索し、その偏波情報を推定する。そして、複数の測角テーブルの中から、この推定結果に対応した測角テーブルを選択するとともに、選択した測角テーブルを適用して受信波の到来方向を計測する。
【０００４】
また、特許文献３には、受信装置が、互いに別の偏波面を有する２つの指向性アンテナを備え、送信装置から送信されるフレームをこれら２つの指向性アンテナを交互に用いて受信し、受信アンテナ毎のフレームの各受信信号強度を比較して到来方向を推定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３６０８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２５７８９３号公報
【特許文献３】特開２００８−３００９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、受信波の到来方向を推定するために、複数の測角テーブルを用意しており、この測角テーブルは、あらかじめ既知の試験信号により実測を行なって取得した計測特性に基づいて設定している。しかし、この実測時の環境は、電波到来方向を実際に推定するときの周囲環境とは異なる。その結果、特許文献２の方法では、方向推定精度が不十分であった。また、特許文献３では、送信装置から送信されるフレームの受信が、２つのアンテナを用いてそれぞれ成功する必要があることから、通信成功率が低下するという問題がある。
【０００７】
このように、特許文献２の技術では方向推定精度が不十分であり、特許文献３の技術では通信成功率が低い。すなわち、従来、方向推定精度を高くしつつ、通信成功率も高くすることはできていなかった。
【０００８】
ところで、方向推定には、水平面内の指向性が無指向性であるという理由から、無線タグリーダは、特許文献１のように垂直偏波を受信するためのアンテナを用いて方向推定を行うことが好ましい。しかし、垂直偏波を受信するためのアンテナでは、主偏波面が水平偏波の電波では垂直偏波成分が弱いので、主偏波面が水平偏波の電波を無線タグが送信した場合には、そもそも、データの受信ができず、その結果、無線タグを認識できない恐れがある。
【０００９】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、方向判定精度と通信成功率をともに高くすることができる無線タグ方向探知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するために、本発明者は、無線タグリーダに、水平偏波を受信するためのアンテナと、垂直偏波を受信するためのアンテナを備える構成を検討した。より詳しくは、水平偏波を受信するためのアンテナで受信した電波は、データ受信期間の特定に用い、その特定した受信期間に垂直偏波を受信するためのアンテナで受信した電波の受信電力強度を用いて方向推定を行うことを検討した。
【００１１】
しかしながら、それだけでは、まだ、通信成功率と方向推定精度をともに高くすることはできなかった。以下、詳しく説明する。無線タグは、人に携帯されるという特性から、無線タグのアンテナの向きは一定ではない。よって、無線タグからの電波は、水平偏波であったり、垂直偏波であったり、斜め偏波であったりする。
【００１２】
無線タグからの電波が水平偏波であると、無線タグリーダ側において、垂直偏波を受信するための方向推定用アンテナで受信した電波の受信電力強度が大きく低下し、方向推定精度が低下してしまう。
【００１３】
一方、無線タグからの電波が垂直偏波であると、無線タグリーダ側において、水平偏波を受信するためのデータ受信用アンテナで受信する電波の受信電力強度が大きく低下し、通信成功率があまり良くない。その上、垂直偏波は人体等に対する回折が弱い。よって、仮に、無線タグリーダから見て人体によって隠れる位置に無線タグが位置している場合であって、無線タグからの電波が垂直偏波であると、無線タグと無線タグリーダとの通信は成立し難い。このように、水平偏波受信時は方向判定精度が低く、垂直偏波受信時は通信成功率が低い。
【００１４】
しかしながら、上記の検討や下記の実験の結果、水平偏波受信時は方向判定精度は低いものの通信成功率は高く、垂直偏波受信時は通信成功率は低いものの方向判定精度は高い、という知見を得るに至った。
【００１５】
図１０は、水平偏波受信時は方向判定精度は低いものの通信成功率は高く、垂直偏波受信時は通信成功率は低いものの方向判定精度は高いことを示す実験結果である。図１０に示すグラフは、（ａ）、（ｂ）ともに、無線タグを携帯した人が、無線タグリーダに対して１８０°方向（正面方向）から近づいたときの通信成功率、方向判定結果を示す図である。なお、無線タグリーダは、水平偏波を受信するためのアンテナと垂直偏波を受信するためのアンテナとを備え、前者のアンテナで通信を行い、後者のアンテナで方向推定を行う構成を備えたものである。また、無線タグは、１本のアンテナを備えたものである。
【００１６】
図１０（ａ）と（ｂ）の違いは、（ａ）は、無線タグが水平偏波を送信しているのに対して、（ｂ）は、無線タグが垂直偏波を送信している。また、（ａ）、（ｂ）において、動線追跡処理結果とは、方向判定結果の移動平均値を示している。
【００１７】
無線タグは、実際には１８０°方向に存在するのであるが、水平偏波受信時は、（ａ）に示すように、矢印Ａ１、Ａ２で示す範囲等において、誤った方向判定結果となっている。その結果、動線追跡処理結果でも、矢印Ｂで示す範囲において、精度が低下してしまっている。しかしながら、通信成功率については、最も低くなるときでも２０％程度あり、通信成功率は比較的良好である。
【００１８】
一方、垂直偏波受信時は、（ｂ）に示すように、矢印Ｃで示す付近で通信成功率が低下してしまっている。その結果、矢印Ｄで示す範囲で、動線追跡結果を得られなくなってしまっている。つまり、矢印Ｄで示す範囲では、無線タグが存在しているか否かも不明となってしまっている。ただし、動線追跡結果が得られている範囲では、その動線追跡結果の精度は高い。
【００１９】
この図１０から、水平偏波受信時は方向判定精度は低いものの通信成功率は高く、垂直偏波受信時は通信成功率は低いものの方向判定精度は高いことが分かる。この知見に基づいて成された請求項１記載の発明は、無線タグと、その無線タグと通信を行う無線タグリーダとを備え、無線タグリーダが無線タグの方向探知を行う無線タグ方向探知システムであって、無線タグは、偏波が互いに異なるタグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを備え、タグ側第１アンテナから第１データを送信した後、タグ側第２アンテナから第２データを送信する。なお、これら第１データ及び第２データは、予め決めたタグデータ送信時間以上の長さを持つ。一方、無線タグリーダは、水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナと、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナと、リーダ側第１アンテナに接続され、リーダ側第１アンテナが受信した電波を復調および復号する受信手段と、リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナの指向性を順次設して、無線タグがタグ送信時間以下の時間で、予め設定された探知範囲分、指向性を変化させる指向性制御手段と、リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナが受信した電波の電力強度を検出する受信電力検出手段と、指向性制御手段が設定した指向性に関連付けて、その指向性で受信電力検出手段が検出した受信電力強度を記憶する電力強度記憶手段と、受信手段が復号した信号を取得して第１データおよび第２データの受信が成功したか否かを決定し、受信が成功したデータに基づいて、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信基準時点を決定する受信基準時点決定手段と、その受信基準時点決定手段が決定した受信基準時点に基づいて、電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、データの受信期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときの受信電力強度を取得し、取得した受信電力強度を用いて無線タグの方向を決定する方向決定手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この請求項１記載の発明によれば、無線タグは、偏波が互いに異なる２つのタグ側アンテナから第１、第２データを送信する。なお、水平偏波と垂直偏波という互いに直交する２種類の偏波に大別される直線偏波においては、偏波が互いに異なるとは、偏波面が実質的に直交する（９０°異なる）ことを意味する。実質的に直交していればよいことから、当然、８９°や９１°は実質的に直交することになる。また、別の表現をすれば、ほぼ直交していればよい。
【００２１】
前述のように、無線タグは、人に携帯されるという特性から、無線タグのアンテナの向きも一定しないが、本発明では、無線タグが、偏波が互いに異なる２つのタグ側アンテナから第１、第２データを送信するので、１つのアンテナのみを備える場合よりも、２つのアンテナのいずれか一方は、水平偏波成分の強い電波を送信できる可能性が高くなる。そして、無線タグリーダの受信手段は、通信成功率の高い水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナが受信した電波を復調および復号する。よって、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信に成功する受信成功率は、無線タグが１つのアンテナのみからデータを送信する場合や、無線タグリーダが、垂直偏波を受信するためのアンテナにより受信した電波を用いてデータの復調、復号を行う場合よりも高くなる。
【００２２】
また、前述のように、方向推定には垂直偏波が好まく、無線タグリーダは、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナも備えており、方向決定手段は、リーダ側第２アンテナにより受信された電波の受信電力強度のうち、データが受信された期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときのものを電力強度記憶手段から取得して無線タグの方向を決定する。ここで、無線タグの方向を精度よく決定するためには、リーダ側第２アンテナにより受信された電波の受信電力強度を用いさえすればよい訳ではなく、データが受信された期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときを精度よく決定して、受信電力強度を取得する必要もある。無線タグから送信される電波を用いて無線タグの方向を決定するのであるから、方向を決定する電波は、データが受信された期間内である必要があり、また、データ受信期間内であっても、指向性が探知範囲分を変化していなければ、変化していない範囲に無線タグが存在していたとしても、その変化していない範囲に無線タグが存在するとの決定をすることができないからである。
【００２３】
ところで、仮に、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナが受信した電波を復調、復号してデータ受信の成否を判断する場合にはデータ受信成功率が低下する。しかし、本発明では、データの受信が成功したか否かは、水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナが受信した電波を用いていることから、受信成功率が高い。よって、受信基準時点決定手段は、データの受信基準時点を精度よく決定できる。すなわち、受信電力強度自体は、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナで受信した受信電力強度を用い、且つ、無線タグの方向決定に利用する受信電力強度の期間の決定には、データの受信基準時点を精度よく決定できる、水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナが受信した電波を用いている。よって、無線タグの方向を精度よく決定することができる。
【００２４】
無線タグは、前述のように、人に携帯されるものであり、この特性から、タグ側第１アンテナ、第２アンテナが送信する電波は、通常は、いずれも、水平偏波成分あるいは垂直偏波成分のいずれかが強く他方が弱いものの、水平偏波成分および垂直偏波成分の両方が含まれる。よって、第１データおよび第２データの受信がともに成功することもある。
【００２５】
請求項２記載の発明では、受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合には、受信が成功した第１データを用いて第１データの受信基準時点を決定し、受信が成功した第２データを用いて第２データの受信基準時点を決定し、方向決定手段は、受信基準時点決定手段が決定した第１データの受信基準時点および第２データの受信基準時点に基づいて、電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、第１データの受信期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときの第１受信電力強度と、第２データの受信期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときの第２受信電力強度とを取得し、取得した前記第１受信電力強度及び前記第２受信電力強度を用いて無線タグの方向を決定する。
【００２６】
このようにすれば、第１データの受信期間および第２データの受信期間の２つの受信期間に受信した受信電力強度を利用して、無線タグの方向を決定するので、無線タグの方向決定精度がより向上する。
【００２７】
請求項３記載の発明では、無線タグは、第１データの送信時間、第２データの送信時間、および、第１データの送信終了から第２データの送信開始までの時間が予め定まっている。よって、無線タグリーダが第１データを受信した期間のうちの基準となる時点（すなわち第１データの受信基準時点）および無線タグリーダが第２データを受信した期間のうちの基準となる時点（すなわち第２データの受信基準時点）との時間差は予め決定することができる。無線タグリーダは、この時間差を記憶しており、受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信が成功したデータの受信基準時点と時間差とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定する。
【００２８】
受信が成功するかどうかに関わらず、受信電力検出手段では、受信電力強度を検出することができるものの、データの受信基準時点を決定しなければ、受信電力強度記憶手段から受信電力強度を取得することができない。しかし、このようにすれば、一方のデータしか受信成功しなかった場合にも、他方のデータの受信基準時点を決定できる。よって、一方のデータしか受信成功しなかった場合にも、両方のデータの受信期間に受信した受信電力強度を利用して、無線タグの方向を決定することができる。その結果、一方のデータしか受信成功しなかった場合にも、両方のデータの受信に成功した場合と同等の方向決定精度が得られる。
【００２９】
請求項４記載の発明では、第１データ及び第２データは、無線タグを特定するためのタグ識別情報を含んでいる。無線タグリーダは、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合に、受信が成功したそれら第１データ、第２データに基づいて時間差を決定して記憶し、且つ、受信が成功した第１データまたは第２データに含まれるタグ識別情報を時間差とともに記憶する。そして、受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信したデータから得たタグ識別情報に基づいて、記憶している時間差から当該タグ識別情報に対応する時間差を決定し、決定した時間差と受信が成功したデータの受信基準時点とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定する。
【００３０】
このようにすれば、受信が成功していない他方のデータの受信基準時点を決定するために、受信が成功したデータに含まれているタグ識別情報に応じて異なる時間差を用いることができる。よって、無線タグのバージョンが異なる等により、第１データとの受信基準時点と第２データの受信基準時点との時間差が複数種類存在するとしても、受信が成功していない他方の受信基準時点を正しく決定することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明では、無線タグリーダは、逐次、リーダ側第１アンテナから、無線タグに、方向判定モードを指示するコマンドを送信する。無線タグは、逐次、無線タグリーダから送信されるコマンドを受信するためのコマンド受信処理を行うようになっており、且つ、タグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを交互に用いて当該コマンド受信処理を行う。
【００３２】
この請求項５記載の発明では、無線タグリーダは、リーダ側第１アンテナから、方向判定モードを指示するコマンドを逐次送信する。このリーダ側第１アンテナは、水平偏波を受信するためのアンテナであることから、送信される電波も水平偏波が強い電波となり、また、水平偏波は通信成功率が高い。さらに、無線タグは、タグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを交互に用いてコマンド受信処理を行う。これらタグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナは偏波が互いに異なることから、水平偏波に対する受信感度は、いずれか一方が他方よりも高くなる。よって、いずれか一方のアンテナのみを用いて常にコマンド受信処理を行う場合に比較して、受信成功率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の無線タグ方向探知システムのシステム構成を説明する図である。
【図２】無線タグリーダ１００の構成を示す図である。
【図３】無線タグ２００の構成を示す図である。
【図４】無線タグ２００の制御部２６０の動作を示すフローチャートである。
【図５】無線タグリーダ１００の制御部１１０が実行する方向検出処理を示すフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ３０で開始する受信電力強度測定処理を示すフローチャートである。
【図７】図５のステップＳ４３の方向判定処理を示すフローチャートである。
【図８】（Ａ）は無線タグのデータ送信期間を示し、（Ｂ）は無線タグリーダのデータ受信期間、受信電力強度、受信電力強度バッファを示す図である。
【図９】本実施形態の無線タグ方向探知システムを適用し、無線タグを携帯した人が、無線タグリーダに対して１８０°方向から近づいたときの通信成功率、方向判定結果を示す図である。
【図１０】本発明の課題を説明するための実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態の無線タグ方向探知システムのシステム構成を説明する図である。この図１に示すように、本実施形態の無線タグ方向探知システムは、無線タグリーダ１００と無線タグ２００を備えており、また、図２に示すコントローラ３００や、移動物体が監視エリア内に存在しているか否かを検知する物体検知センサも備えている。この物体検知センサとしては、たとえば、レーザレーダ、カメラ、人感センサなどを用いる。なお、無線タグリーダ１００は、物体検知センサの監視エリア内に配置される。
【００３５】
無線タグ２００は人に携帯されるものであり、無線タグリーダ１００と通信を行う。無線タグリーダ１００は、無線タグ２００からの電波を受信し、その電波の到来方向を、無線タグ２００の方向として推定する。
【００３６】
図２は、無線タグリーダ１００の構成を示す図である。図２に示すように、無線タグリーダ１００は、制御部１１０、送信部１２０、受信部１３０、通信アンテナ１４０、方向探知アンテナ１５０、方向検知部１６０を備えている。
【００３７】
制御部１１０は、外部へ無線送信させる信号を送信部１２０へ送るとともに、通信アンテナ１４０によって受信され、受信部１３０によって復調・復号された信号をその受信部１３０から取得する。そして、復号部１３２から取得した信号から、正常にコマンドやデータが認識できたか否かにより、受信成功したか、受信エラーとなったかの判断を行う。最初のコマンドなど一部のコマンドや、一部のコードは認識できたが、全部を認識することはできなかった場合には、受信エラーと判断する。また、制御部１１０は、内部にメモリ１１１とタイマ１１２とを備えている。メモリ１１１は、特許請求の範囲の電力強度記憶手段としても機能するものであり、後述する受信電力強度バッファとして用いる。また、メモリ１１１には、無線タグ２００が送信する第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差も記憶されている。
【００３８】
送信部１２０は、符号部１２１、変調部１２２、増幅部１２３を備えている。符号部１２１は、制御部１１０から供給されたコマンドを符号化する。このコマンドとしては、方向判定コマンドがある。この方向判定コマンドは、無線タグ２００に方向判定モードを指示するコマンドである。符号部１２１は、符号化したコマンドを変調部１２２へ出力する。変調部１２２は、符号部１２１にて符号化されたコマンドを電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部１２３は、変調部１２２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、通信アンテナ１４０から電波として送信される。
【００３９】
通信アンテナ１４０は、水平偏波を受信するためのアンテナであり、アンテナ素子が水平に配置される。この通信アンテナ１４０は、特許請求の範囲のリーダ側第１アンテナに相当する。無線タグ２００から送信され、この通信アンテナ１４０により受信された電波は、復調部１３１において復調される。復調された信号は復号部１３２において符号化され、符号化された信号が制御部１１０に送られる。
【００４０】
方向探知アンテナ１５０は、垂直偏波を受信するためのアンテナであり、また、指向性を水平方向において種々の方向に変化させることができる。この方向探知アンテナ１５０は特許請求の範囲のリーダ側第２アンテナに相当する。本実施形態では、方向探知アンテナ１５０として、特許文献１記載のアンテナと同様のアンテナを用いている。すなわち、本実施形態の方向探知アンテナ１５０は、１本の励振素子１５１と、その励振素子１５１を中心とする円周上に等間隔に設けられた６本の非励振素子１５２とを備えている。これら励振素子１５１と非励振素子１５２は、いずれも、接地導体１５３の上に鉛直に配置される。また、励振素子１５１は、電力受信部１６２に接続されている。
【００４１】
さらに、方向探知アンテナ１５０の各非励振素子１５２には、図示していないが、可変リアクタンス素子を備えた可変リアクタンス回路がそれぞれ接続されており、この可変リアクタンス素子は、指向性制御部１６１によりリアクタンス値が変化させられる。
【００４２】
指向性制御部１６１は、特許請求の範囲の指向性制御手段に相当し、方向探知アンテナ１５０の指向性を、制御部１１０から指示された指向性とするために、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を、指向性に基づいて定まる値に設定する。
【００４３】
電力受信部１６２は、方向探知アンテナ１５０の励振素子１５１が受信した受信信号の電力強度（受信電力強度）を検出する回路であり、特許請求の範囲の受信電力検出手段に相当する。この電力受信部１６２は、無線信号の電力を検出する種々の公知の回路を用いることができ、たとえばダイオード検波器を含む回路構成のものである。電力受信部１６２は、検出した受信電力強度を示す信号を図示しないＡＤ変換回路を介して制御部１１０へ供給する。
【００４４】
前述の制御部１１０は、さらに、指向性制御部１６１に指向性を指示する信号を出力する指向性指示処理を行う。指向性制御部１６１は、制御部１１０からの信号により、予め設定された探知範囲分、方向探知アンテナ１５０の指向性を変化させる。探知範囲は、本実施形態では０〜３６０°までであり、また、指向性の変化は、所定角度毎であって、ここでは３０°毎である。また、３６０°指向性を変化させる時間は、無線タグ２００が第１データあるいは第２データを送信する時間と同じに設定されている。なお、無線タグ２００は、第１データ、第２データを、予め設定されたタグ送信時間で送信するようになっている。
【００４５】
さらに、制御部１１０は、指向性制御処理を実行して指向性を指示する毎に、電力受信部１６２から取得した受信電力強度を、メモリ１１１の受信電力強度バッファ領域（以下、単に受信電力強度バッファ）に逐次記憶する。受信電力強度バッファには、インデックスが付与されており、インデックスと指向性との対応関係が予め設定されている。より具体的には、図８に示すように、インデックス１〜１２は、そのまま指向性の設定方向１〜１２に対応する。インデックスが１２よりも大きい値の場合には、そのインデックスを１２で割った余りの値が設定方向に対応する。なお、指向性の設定方向１〜１２は、これらの数値に３０を乗じた方位に指向性を設定することを意味する。制御部１１０は、指向性を次の設定方向とする指示を行った後に取得した受信電力強度を、受信電力強度が記憶済みのインデックスに１を加えたインデックスに記憶する。
【００４６】
また、制御部１１０は、復号部１３２から取得した信号に基づいて、無線タグ２００が送信した第１データ、第２データの受信に成功したか否かを判断し、少なくともいずれか一方の受信に成功していれば、第１データの受信終了時点および第２データの受信終了時点をともに決定する。これら受信終了時点は、特許請求の範囲の受信基準時点に相当する。また、それらデータの受信終了時点と、受信電力強度バッファの記憶内容とを利用して、無線タグ２００の方向を決定する。これらの処理の詳細は後述する。
【００４７】
コントローラ３００は、前述の物体検知センサに接続されており、物体検知センサから、監視エリア内への移動物体の侵入を検知したことを示す信号を取得する。そして、コントローラ３００は、この信号を取得した場合には、監視エリア内への移動物体の侵入を検知したことを示す信号を、無線タグリーダ１００に出力する。
【００４８】
次に、図３を用いて、無線タグ２００の構成を説明する。図３は、無線タグ２００の構成を示す図である。無線タグ２００は、アクティブ方式の無線タグであり、内蔵電源２１０を備えている。この内蔵電源２１０の他に、無線タグ２００は、送信部２２０、受信部２３０、アンテナ部２４０、切り替えスイッチ２５０、制御部２６０を備えており、内蔵電源２１０は、これらに電力を供給する。
【００４９】
送信部２２０は、符号部２２１、変調部２２２を備えている。符号部２２１は制御部２６０から供給されるデータを符号化して変調部２２２に送る。変調部２２２は、符号部２２１からの符号を、たとえば、振幅変位変調などの変調方式により変調する。変調された信号は、図示しない増幅部により増幅された後、アンテナ部２４０へ出力される。
【００５０】
アンテナ部２４０は、第１アンテナ２４１と第２アンテナ２４２とを備えており、第１アンテナ２４１と第２アンテナ２４２は、アンテナの角度が互いに異なる角度とされており、これにより、偏波が互いに異なっている。たとえば、第１アンテナ２４１および第２アンテナ２４２には、いずれも、チップアンテナあるいはパターンアンテナを用い、互いの角度が９０°異なるようにする。これら第１アンテナ２４１、第２アンテナ２４２は、それぞれ、特許請求の範囲のタグ側第１アンテナ、タグ側第２アンテナに相当する。
【００５１】
アンテナ部２４０と送信部２２０との間には、切り替えスイッチ２５０が配置されている。切り替えスイッチ２５０は、送信部２２０或いは受信部２３０を、第１アンテナ２４１に接続する状態と、第２アンテナ２４２に接続する状態とを切り替えるスイッチであり、制御部２６０により、接続状態が切り替えられる。
【００５２】
送信部２２０から出力された信号は、切り替えスイッチ２５０の導通状態に応じて定まるアンテナ２４１、２４２から外部に送信される。また、切り替えスイッチ２５０により受信部２３０と接続状態となっている側のアンテナ２４１、２４２により受信された電波は、電気信号として受信部２３０に供給される。
【００５３】
受信部２３０は、アンテナ部２４０が受信した電波を復調する復調部２３１と、復調部２３１が復調した信号を復号する復号部２３２とを備えている。復号部２３２は、復号した信号を制御部２６０へ供給する。
【００５４】
制御部２６０は、送信部２２０および受信部２３０を制御する。また、制御部２６０は、タイマ２６１、メモリ２６２を備えている。タイマ２６１は、クロック発振器（図示せず）のクロックを計数することで計時を行う。メモリ２６２には、この無線タグ２００のＩＤデータが記憶されている。
【００５５】
制御部２６０は周期的に起動する。そして、動作モードを確認し、通常モードであればＩＤデータの送信等を行い、方向判定モードであれば、第１データ、第２データの送信等を行う。この制御部２６０の処理を図４のフローチャートを用いて詳しく説明する。また、図４の説明においては、図８に示す、無線タグ２００および無線タグリーダ１００の通信タイミング図も参照する。
【００５６】
まず、ステップＳ１では、所定時間スリープする。この所定時間とは、次の動作周期の開始時が来るまでである。動作周期の開始時が来た時点で起動し、ステップＳ２において動作モードを確認する。動作モードは通常モードか方向判定モードのいずれかであり、ステップＳ１０またはステップＳ２２で動作モードが設定される。
【００５７】
動作モードが通常モードである場合にはステップＳ３へ進み、方向判定モードである場合にはステップＳ１１へ進む。ステップＳ３ではＩＤデータを送信する。具体的には、制御部２６０は、ＩＤデータを送信部２２０へ出力する。送信部２２０はＩＤデータを符号化した後に変調してアンテナ部２４０へ出力する。送信部２２０からアンテナ部２４０へ出力された信号は、切り替えスイッチ２５０により送信部２２０と接続されている側のアンテナ２４１、２４２から送信される。
【００５８】
続くステップＳ４ではカウンタを１つインクリメントする。ステップＳ５では、カウンタが偶数であるか否かを判断する。この判断が肯定判断であればステップＳ６を実行し、否定判断であればステップＳ１７を実行する。ステップＳ６では、受信を行うアンテナとして第１アンテナ２４１を選択する。具体的には、第１アンテナ２４１と接続する信号を切り替えスイッチ２５０に出力する。一方、ステップＳ７では、受信を行うアンテナとして第２アンテナ２４２を選択する。これらステップＳ６またはステップＳ７を実行後は、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、コマンド受信処理を行う。この処理は、受信部２３０が復号した信号を制御部２６０が取得し、制御部２６０は、取得した信号にコマンドが含まれているかを判断し、コマンドが含まれている場合には、コマンドに応じた処理を行うものである。
【００５９】
ステップＳ９では、上記ステップＳ８で方向判定コマンドを受信したか否かを判断する。この判断が否定判断であれば、ステップＳ１０を実行せずにステップＳ１へ戻る。一方、肯定判断であればステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０では、動作モードを方向判定モードに設定する。
【００６０】
ステップＳ２において方向判定モードであると判断した場合には、ステップＳ１１において、切り替えスイッチ２５０を第１アンテナ２４１と接続することにより、データ送信に用いるアンテナとして、第１アンテナ２４１を選択する。続くステップＳ１２では、第１データを、第１アンテナ２４１から送信する。この第１データは予め設定された内容であり、よって、送信時間が一定となる。図８（Ａ）に示す第１データ送信期間が、このステップＳ１２において第１データを送信する期間である。
【００６１】
続くステップＳ１３では、切り替えスイッチ２５０を第２アンテナ２４２と接続することにより、データ送信に用いるアンテナとして、第２アンテナ２４２を選択する。
【００６２】
ステップＳ１４では、送信タイミング調整を行う。送信タイミング調整とは、第１データの送信終了から第２データの送信開始までの時間を所定のインターバル時間とすることである。図８（Ａ）において、第１データ送信期間と第２データ送信期間の間が、このインターバル時間である。送信タイミング調整の後、すなわち、インターバル時間が経過した後、ステップＳ１５において、第２アンテナ２４２から第２データを送信する。この第２データも予め設定された内容であり、第１データと区別可能な内容となっているが、送信時間は第１データと同じ送信時間となるようになっている。図８（Ａ）に示す第２データ送信期間が、このステップＳ１５において第２データを送信する期間である。
【００６３】
続くステップＳ１６ではカウンタを１つインクリメントする。そして、ステップＳ１７では、カウンタが偶数であるか否かを判断する。この判断が肯定判断であればステップＳ１８を実行後、ステップＳ１９へ進むが、否定判断であれば、直接、ステップＳ１９へ進む。
【００６４】
ステップＳ１８では、切り替えスイッチ２５０を第１アンテナ２４１と接続する。その後、ステップＳ１９へ進む。なお、ステップＳ１８を実行せずにステップＳ１９に進んだ場合には、ステップＳ１３で第２アンテナ２４２を選択したままとなっている。
【００６５】
ステップＳ１９では、一定期間、コマンド受信処理を行う。このステップＳ１９の処理はステップＳ８と同じである。また、一定期間は、後述する図５においてステップＳ４３（方向判定コマンドを送信するステップ）を実行後、次にそのステップＳ４３を実行するまでの期間である。
【００６６】
続くステップＳ２０では、方向判定コマンドを受信したか否かを判断する。後述するが、無線タグリーダ１００は、無線タグ２００からのデータを受信した場合には、方向判定コマンドを送信するようになっている。よって、方向判定コマンドを受信しない場合には、無線タグ２００は、無線タグリーダ１００の通信圏外になったと判断できる。そこで、このステップＳ２０の判断が否定判断であった場合にはステップＳ２２にて、動作モードを通常モードに設定する。その後、ステップＳ１へ戻る。一方、ステップＳ２０の判断が肯定判断であった場合にはステップＳ２１へ進み、方向判定モードを継続すると決定する。その後、ステップＳ１へ戻る。
【００６７】
次に、無線タグリーダ１００の制御部１１０の動作を説明する。図５は、無線タグリーダ１００の制御部１１０が実行する方向検出処理を示すフローチャートである。この方向検出処理は、物体検知センサの監視エリア内への物体の侵入を検知したことを示す信号をコントローラ３００から取得したことにより開始する。そして、物体検知センサが監視エリア内に移動物体を検知しなくなるまで、この方向検出処理を継続する。
【００６８】
ステップＳ３０では、受信電力強度測定処理を開始する。受信電力強度測定処理は図６に示す。この受信電力強度測定処理をまず説明する。ステップＳ３０１では、指向性制御部１６１に指向性を指示する信号を出力することにより、方向探知アンテナ１５０の指向性を設定する。設定する指向性は、初回の実行時は、予め設定された初期方位（たとえば０°）であり、２回目以降は、その時点における方位に３０°を加えた方位である。
【００６９】
続くステップＳ３０２では、予め設定された測定タイミングとなるまで待つ。測定タイミングとは、上述のステップＳ３０１にて指向性を指示する信号を出力してから、その信号に応じてリアクタンス素子のリアクタンス値が変更になって、方向探知アンテナ１５０の指向性が、指示した指向性に実際になるまでの時間を考慮したものである。図８（Ｂ）（２）において、多数の下向きの矢印が、この測定タイミングを示している。なお、図８（Ｂ）（１）に示すように、無線タグリーダ１００の受信部１３０は、無線タグ２００の第１データ送信期間および第２データ送信期間に対応して、第１データ受信期間、第２データ受信期間に、それぞれ、第１データ、第２データを受信する。また、方向検知部１６０（より正確には方向検知部１６０の電力受信部１６２）は、図８（Ｂ）（２）に示すように、連続的に受信電力強度を検出する。
【００７０】
測定タイミングとなった場合には、ステップＳ３０３にて受信電力強度を測定する。より詳しくは、測定タイミングとなったときに、電力受信部１６２から受信電力強度を取得する。続くステップＳ３０４ではインデックスを１つインクリメントする。なお、インデックスの初期値は０であり、初回の実行時は、このステップＳ３０４の処理により、インデックスが１となる。そして、ステップＳ３０５では、ステップＳ３０３で測定した受信電力強度を、受信電力強度バッファにおいて、ステップＳ３０４でインクリメントした後のインデックスに保存する。図８（Ｂ）（３）には、このステップＳ３０５で順次保存される受信電力強度を概念的に示している。なお、この図８（Ｂ）（３）には、インデックス、受信電力強度の他に、説明の都合上、設定方向も示している。受信電力強度バッファは、インデックスに受信電力強度を記憶するものであり、指向性の設定方向は記憶されない。しかし、設定方向は、前述のように、インデックスとの対応関係が予め設定されている。つまり、インデックスが定まれば指向性は一義的に定まるようになっており、インデックスにより、指向性と受信電力強度は互いに関連付けられている。
【００７１】
このステップＳ３０５を実行後は、ステップＳ３０１へ戻る。この図６に示す処理を繰り返していくことにより、図８（Ｂ）（３）に示すように、受信電力強度バッファには、順次、受信電力強度が保存されていくことになり、且つ、その受信電力強度は、時間の経過に対応した大きさのインデックスに対応付けられることになる。
【００７２】
説明を図５に戻す。ステップＳ３１では、タグデータの受信処理を行う。タグデータとは、無線タグ２００から送信されるデータのことであり、具体的には、ＩＤデータ、第１データ、第２データである。ステップＳ３１における具体的な処理は、受信部１３０から信号を取得し、取得した信号が無線タグ２００からの信号であるかどうかを判断する処理である。
【００７３】
ステップＳ３２では、上記ステップＳ３１の処理の結果、タグデータを受信できたか否かを判断する。前述した受信成功となった場合には、タグデータかどうかの判断が可能である。一方、受信エラーの場合には、タグデータかどうかの判断はできない。従って、このステップＳ３２の判断が肯定判断となった場合には、受信に成功している。この判断が肯定判断である場合にはステップＳ３３へ進み、否定判断である場合にはステップＳ４５へ進む。
【００７４】
ステップＳ３３では、受信したタグデータが、ＩＤデータであるか、第１あるいは第２データであるかを判断する。ＩＤデータを受信した場合にはステップＳ３４へ進み、方向判定コマンドを送信する。このステップＳ３４で送信した方向判定コマンドを無線タグ２００が受信すると、図４のステップＳ９が肯定判断となって、無線タグ２００は方向判定モードに移行する。そして、第１データ、第２データを送信するようになる。
【００７５】
ステップＳ３３において、受信したデータが第１データであると判断した場合にはステップＳ３５へ進み、第２データであると判断した場合にはステップＳ３８へ進む。ここで、第２インデックスは、第２データの受信終了時点のインデックスを意味し、第１インデックスは、第１データの受信終了時点のインデックスを意味する。
【００７６】
ステップＳ３５では、ステップＳ３３で受信したと判断した第１データの受信終了時点のインデックスを第１インデックスとする。
【００７７】
ステップＳ３６では、第２データを受信できないときに備えて、タイムアウト時間（受信できないと判断するまでの時間）を設定する。ステップＳ３７では、第１データが受信できたことを示す第１データ受信フラグを設定する。ステップＳ３７を実行後は、ステップＳ３１へ戻る。
【００７８】
第２データを受信したと判断した場合に実行するステップＳ３８では、ステップＳ３３で受信したと判断した第２データの受信終了時点のインデックスを第２インデックスとする。ステップＳ３９では、第２データ受信に対するタイムアウトをクリアする。続くステップＳ４０では、第１データを受信しているか否かを、第１データ受信フラグにより判断する。第１データを受信していると判断した場合には、ステップＳ４１を実行せずに、直接、ステップＳ４２へ進む。一方、第１データを受信していないと判断した場合には、ステップＳ４１へ進む。
【００７９】
ステップＳ４１では、第２インデックスを用いて第１インデックスを算出する。このステップＳ４１を実行する状況では、第２データの受信には成功したが、第１データは受信できていない。そこで、受信に成功した第２データの受信終了時点を示している第２インデックスを用いて、第１インデックスを算出するのである。ステップＳ４１の処理を詳しく説明すると次の通りである。前述したように、無線タグリーダ１００は、メモリ１１１に、第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差を記憶している。この時間差分のインデックスを、第２インデックスから減算することで、第１インデックスを算出する。図８の例で説明すると、上記時間差分のインデックスは「１５」であり、第２インデックスは「３１」である。よって、３１−１５＝１６となり、第１インデックスを「１６」に設定することになる。
【００８０】
ステップＳ４１を実行したら、ステップＳ４２において方向判定コマンドを送信する。このステップＳ４２で送信した方向判定コマンドを無線タグ２００が受信すると、図４のステップＳ２０が肯定判断となって、無線タグ２００は方向判定モードを継続する。
【００８１】
ステップＳ４２を実行後は、ステップＳ４３の方向判定処理を実行する。このステップＳ４３を説明する前に、ステップＳ４４以降を説明する。タグデータを受信していないと判断した場合に実行するステップＳ４４では、第２データの受信に対して、ステップＳ３６で設定したタイムアウト時間に到達したか否かを判断する。この判断が否定判断であればステップＳ３１へ戻り、肯定判断であればステップＳ４５へ進む。
【００８２】
このステップＳ４５に進むのは、第２データの受信に対して、ステップＳ３６で設定したタイムアウト時間に到達した場合であり、第１データの受信には成功している。
【００８３】
このステップＳ４５では、第１インデックスを用いて第２インデックスを算出する。この算出には、メモリ１１１に記憶されている前述の時間差、すなわち、第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差を用いる。この時間差分のインデックスを第１インデックスに加算することで、第２インデックスを算出する。図８の例で説明すると、上記時間差分のインデックスは「１５」であり、第１インデックスは「１６」である。よって、１６＋１５＝３１となり、第２インデックスを「３１」に設定することになる。このステップＳ４５の処理により、図８（Ｂ）（１）に例示したように、第１データは受信できたが、第２データは受信エラーとなった場合であっても、第２インデックスは、第２データの受信終了時点のインデックスとなる。
【００８４】
続くステップＳ４６では、第１データ受信フラグをクリアし、その後、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４２に進む状態では、第１データ、第２データともに受信しているか（ステップＳ４０がＹＥＳ）、受信が成功したデータによって決定した第１インデックスあるいは第２インデックスから、受信ができなかった他方のインデックスを算出している（ステップＳ４１、Ｓ４５）。よって、第１インデックス、第２インデックスがともに正確に決定されている状態である。なお、第１インデックス、第２インデックスは、特許請求の範囲の受信基準時点に相当しており、これら第１インデックス、第２インデックスを設定するステップＳ３５、３８、４１、４５が受信基準時点決定手段に相当する。
【００８５】
ステップＳ４２は既に説明したので、次にステップＳ４３を説明する。ステップＳ４３の方向判定処理の内容は図７に示している。なお、この方向判定処理は、特許請求の範囲の方向決定手段に相当する。まず、ステップＳ４４１では、第１インデックスを最後のインデックスとして、受信電力強度バッファから、方向探知アンテナ１５０の１２方位分（すなわち指向性の変化が３６０°分）の受信電力強度を取得する。図８（Ｂ）（３）の例では、第１インデックスには「１６」が入っていることになり、この「１６」を最後のインデックスとして１２インデックス分、すなわち、インデックス５〜１６が、１２方位分のインデックスとなる。よって、インデックス５〜１６に対応する受信電力強度を取得する。このインデックス５〜１６の期間には、第１データを受信しており、このインデックス５〜１６に対応する受信電力強度が第１受信電力強度である。
【００８６】
続くステップＳ４４２では、上記ステップＳ４４１で取得した１２方位分の受信電力強度のうちの最大値を、第１データに基づく無線タグ２００の推定方向（第１推定方向という）に決定する。
【００８７】
続くステップＳ４４３では、第２インデックスを最後のインデックスとして、受信電力強度バッファから、方向探知アンテナ１５０の１２方位分の受信電力強度を取得する。図８（Ｂ）（３）の例では、第２インデックスには「３１」が入っていることになり、この「３１」を最後のインデックスとして１２インデックス分、すなわち、インデックス２０〜３１が、１２方位分のインデックスとなる。よって、インデックス２０〜３１に対応する受信電力強度を取得する。このインデックス２０〜３１の期間には、第２データを受信しており、このインデックス２０〜３１に対応する受信電力強度が第２受信電力強度である。
【００８８】
続くステップＳ４４４では、上記ステップＳ４４３で取得した１２方位分の受信電力強度のうちの最大値を、第２データに基づく無線タグ２００の推定方向（第２推定方向という）に決定する。
【００８９】
最後のステップＳ４４５では、ステップＳ４４２で決定した第１推定方向の受信電力強度と、ステップＳ４４４で決定した第２推定方向の受信電力強度とを比較して、より強度が強い側を、最終的に、無線タグ２００が存在する方向に決定する。
【００９０】
以上、説明した本実施形態によれば、無線タグリーダ１００の受信部１３０は、通信アンテナ１４０を、受信成功率の高い水平偏波を受信可能なアンテナとしており、その通信アンテナ１４０が受信した電波を復調および復号する。しかも、無線タグ２００は、偏波が互いに異なる２つのアンテナ２４１、２４２から第１、第２データを送信する。よって、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信に成功する受信成功率は、無線タグ２００が１つのアンテナのみからデータを送信する場合や、無線タグリーダ１００が、垂直偏波を受信するためのアンテナにより受信した電波を用いてデータの復調、復号を行う場合よりも高くなる。
【００９１】
さらに、無線タグリーダ１００は、方向探知アンテナ１５０も備えており、この方向探知アンテナ１５０は垂直偏波を受信可能なアンテナである。図５のステップＳ４４の方向判定処理では、方向探知アンテナ１５０により受信された電波の受信電力強度のうち、データが受信された期間内であって、探知範囲分（３６０°分）を指向性が変化したときのものを受信電力強度バッファから取得して無線タグ２００の方向を決定する。ここで、仮に、垂直偏波を受信可能な方向探知アンテナ１５０が受信した電波を復調、復号してデータ受信の成否を判断する場合にはデータ受信成功率が低下する。
【００９２】
しかし、本実施形態では、データの受信が成功したか否かは、水平偏波を受信するための通信アンテナ１４０が受信した電波を用いていることから、受信成功率が高い。よって、第１データ、第２データの受信終了時点を精度よく決定できる。すなわち、第１データ、第２データの受信終了時点を精度よく決定でき、且つ、垂直偏波を受信するための方向探知アンテナ１５０で受信した受信電力強度を用いて無線タグ２００の方向を決定するので、無線タグ２００の方向を精度よく決定することができる。
【００９３】
さらに、本実施形態によれば、第１データ受信期間および第２データ受信期間の２つの受信期間に受信した受信電力強度を利用して、無線タグ２００の方向を決定しているので、無線タグ２００の方向決定精度がより向上する。しかも、第１データおよび第２データのいずれか一方のみしか受信できなかった場合であっても、一方のデータの受信終了時点（第１インデックスあるいは第２インデックス）から他方のデータの受信終了時点を算出するので（ステップＳ４１、Ｓ４５）、両方のデータの受信電力強度を比較することができる。よって、一方のデータしか受信できなかった場合にも、両方のデータが受信成功した場合と同じ精度で方向判定ができる。
【００９４】
この本実施形態の効果を図９を用いて説明する。図９は、図１０と同様に、無線タグを携帯した人が、無線タグリーダに対して１８０°方向（正面方向）から近づいたときの通信成功率、方向判定結果を示す図である。ただし、無線タグリーダおよび無線タグには、本実施形態のものを用いている。この図９に示すように、通信成功率は、最も低いときでも、４０％以上となっており、また、方向判定結果も、１８０°から大きくずれる点が少なくなっている。その結果、動線追跡処理結果は、ほぼ、１８０°方向に無線タグ２００を推定できている。なお、動線追跡処理結果は、方向判定結果の８つのデータの移動平均値である。
【００９５】
また、本実施形態によれば、無線タグ２００の受信成功率も向上している。その理由は次の通りである。無線タグリーダ１００は、アンテナ素子が水平に配置された通信アンテナ１４０から、方向判定コマンドを逐次送信している。よって、方向判定コマンドは通信成功率が高い水平偏波で送信される。また、無線タグ２００は、第１アンテナ２４１、第２アンテナ２４２を交互に用いてコマンド受信処理を行う。これら第１アンテナ２４１および第２アンテナ２４２は偏波が互いに異なることから、水平偏波に対する受信感度は、いずれか一方が他方よりも高くなる。よって、いずれか一方のアンテナのみを用いて常にコマンド受信処理を行う場合に比較して、受信成功率を向上させることができるのである。
【００９６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００９７】
たとえば、前述の実施形態では、通信アンテナ１４０は、水平偏波を受信できるようにするために、アンテナ素子を水平に配置していた。しかし、これに限られず、円偏波を受信できるアンテナや斜め偏波を受信できるアンテナでも、水平偏波を受信することができる。そこで、円偏波を受信できるアンテナや斜め偏波を受信できるアンテナを通信アンテナ１４０として用いてもよい。
【００９８】
また、前述の実施形態では、方向探知アンテナ１５０が３６０°指向性を変化させる時間は、無線タグ２００が第１データあるいは第２データを送信する時間とほぼ同じに設定されていた。しかし、方向探知アンテナ１５０が３６０°指向性を変化させる時間を、無線タグ２００が第１データあるいは第２データを送信する時間よりも短い時間としてもよい。
【００９９】
また、前述の実施形態では、第１データおよび第２データのいずれか一方のみの受信に成功し、他方は受信エラーとなった場合、受信が成功したデータに基づいて、受信エラーとなったデータの受信終了時点を算出していた（ステップＳ４１、Ｓ４５）。そして、このようにして算出した受信終了時点を用いることで、受信エラーとなったデータも用いて方向判定を行うことができるようにしていた。しかし、受信が成功したデータのみを利用して方向判定を行ってもよい。受信が成功したデータのみを利用する場合にも、無線タグ２００が、偏波が互いに異なる第１、第２アンテナからデータを送信し、無線タグリーダ１００が水平偏波を受信することができる通信アンテナ１４０によりデータ受信成否を判断する構成により受信成功率が向上し、また、方向判定を行うための受信電力強度は、垂直偏波を受信できる方向探知アンテナ１５０が受信したものを用いる構成により、方向判定精度も向上する。
【０１００】
また、前述の実施形態では、無線タグリーダ１００は、第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差を予めメモリ１１１に記憶していた。しかし、これに限られず、第１データ、第２データの受信にともに成功したとき（図５のステップＳ４０がＹＥＳ）、受信が成功したそれら第１データ、第２データから時間差を決定してメモリ１１１に記憶するようにしてもよい。
【０１０１】
さらに、以下のようにすることもできる。無線タグ２００は、上記第１データ、第２データとしてＩＤを含んだデータを送信し、無線タグリーダ１００は、第１データ、第２データの受信にともに成功したときは、それらのデータから時間差を決定するとともに、それらのデータに含まれているＩＤを、時間差に対応付けてメモリ１１１に記憶する。その記憶後、第１データ、第２データのいずれか一方のみ受信が成功したときは（図５のステップＳ４０がＮＯ、あるいはステップＳ４４がＹＥＳ）、メモリ１１１に記憶している時間差のうち、受信が成功したデータに含まれているＩＤと対応付けられている時間差を用いて、第１インデックスあるいは第２インデックスを算出する。
【０１０２】
このようにすれば、受信が成功していない他方のデータのインデックスを算出するために、受信が成功したデータに含まれているＩＤに応じて異なる時間差を用いることができる。よって、無線タグ２００のバージョンが異なる等により、第１インデックスと第２インデックスとの時間差が複数種類存在するとしても、受信が成功していない他方のインデックスを正しく決定することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１００：無線タグリーダ、 １０１：通信圏、 １１０：制御部、 １１１：メモリ（電力強度記憶手段）、 １１２：タイマ、 １２０：送信部、 １２１：符号部、 １２２：変調部、 １２３：増幅部、 １３０：受信部、 １３１：復調部、 １３２：復号部、 １４０：通信アンテナ（リーダ側第１アンテナ）、 １５０：方向探知アンテナ（リーダ側第２アンテナ）、 １５１：励振素子、 １５２：非励振素子、 １６０：方向検知部、 １６１：指向性制御部、 １６２：電力受信部（受信電力検出手段）、 ２００：無線タグ、 ２１０：内蔵電源、 ２２０：送信部、 ２２１：符号部、 ２２２：変調部、 ２３０：受信部、 ２３１：復調部、 ２３２：復号部、 ２４０：アンテナ部、 ２４１：第１アンテナ（タグ側第１アンテナ）、 ２４２：第２アンテナ（タグ側第２アンテナ）、 ２５０：切り替えスイッチ、 ２６０：制御部、 ２６１：タイマ、 ２６２：メモリ、 ３００：コントローラ、 Ｓ３７：方向判定処理（方向決定手段）、 Ｓ３５、３６、４２、４６、４７：受信基準時点設定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線タグ方向探知システムに関し、特に、方向探知精度と通信成功率をともに向上させることができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線タグの方向を無線タグリーダにより探知する無線タグ方向探知システムが知られている。例えば、特許文献１には、複数のアンテナ素子を備えて指向特性を変化させることができるアレーアンテナを用いた方向探知方法が開示されている。この方向探知方法は、具体的には、アレーアンテナの指向特性を順次変化させて、各指向特性で信号を受信して、受信電力強度に基づいて方向探知を行う方法である。
【０００３】
また、特許文献２には、受信波の到来方向計測時に誤差要因となる偏波による影響を軽減する方法が開示されている。この方法は、具体的には、まず、受信波の電波諸元を取得し、これを検索キーにして、電波諸元と偏波情報とが関連づけられた偏波情報データベースを検索し、その偏波情報を推定する。そして、複数の測角テーブルの中から、この推定結果に対応した測角テーブルを選択するとともに、選択した測角テーブルを適用して受信波の到来方向を計測する。
【０００４】
また、特許文献３には、受信装置が、互いに別の偏波面を有する２つの指向性アンテナを備え、送信装置から送信されるフレームをこれら２つの指向性アンテナを交互に用いて受信し、受信アンテナ毎のフレームの各受信信号強度を比較して到来方向を推定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３６０８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２５７８９３号公報
【特許文献３】特開２００８−３００９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、受信波の到来方向を推定するために、複数の測角テーブルを用意しており、この測角テーブルは、あらかじめ既知の試験信号により実測を行なって取得した計測特性に基づいて設定している。しかし、この実測時の環境は、電波到来方向を実際に推定するときの周囲環境とは異なる。その結果、特許文献２の方法では、方向推定精度が不十分であった。また、特許文献３では、送信装置から送信されるフレームの受信が、２つのアンテナを用いてそれぞれ成功する必要があることから、通信成功率が低下するという問題がある。
【０００７】
このように、特許文献２の技術では方向推定精度が不十分であり、特許文献３の技術では通信成功率が低い。すなわち、従来、方向推定精度を高くしつつ、通信成功率も高くすることはできていなかった。
【０００８】
ところで、方向推定には、水平面内の指向性が無指向性であるという理由から、無線タグリーダは、特許文献１のように垂直偏波を受信するためのアンテナを用いて方向推定を行うことが好ましい。しかし、垂直偏波を受信するためのアンテナでは、主偏波面が水平偏波の電波では垂直偏波成分が弱いので、主偏波面が水平偏波の電波を無線タグが送信した場合には、そもそも、データの受信ができず、その結果、無線タグを認識できない恐れがある。
【０００９】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、方向判定精度と通信成功率をともに高くすることができる無線タグ方向探知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するために、本発明者は、無線タグリーダに、水平偏波を受信するためのアンテナと、垂直偏波を受信するためのアンテナを備える構成を検討した。より詳しくは、水平偏波を受信するためのアンテナで受信した電波は、データ受信期間の特定に用い、その特定した受信期間に垂直偏波を受信するためのアンテナで受信した電波の受信電力強度を用いて方向推定を行うことを検討した。
【００１１】
しかしながら、それだけでは、まだ、通信成功率と方向推定精度をともに高くすることはできなかった。以下、詳しく説明する。無線タグは、人に携帯されるという特性から、無線タグのアンテナの向きは一定ではない。よって、無線タグからの電波は、水平偏波であったり、垂直偏波であったり、斜め偏波であったりする。
【００１２】
無線タグからの電波が水平偏波であると、無線タグリーダ側において、垂直偏波を受信するための方向推定用アンテナで受信した電波の受信電力強度が大きく低下し、方向推定精度が低下してしまう。
【００１３】
一方、無線タグからの電波が垂直偏波であると、無線タグリーダ側において、水平偏波を受信するためのデータ受信用アンテナで受信する電波の受信電力強度が大きく低下し、通信成功率があまり良くない。その上、垂直偏波は人体等に対する回折が弱い。よって、仮に、無線タグリーダから見て人体によって隠れる位置に無線タグが位置している場合であって、無線タグからの電波が垂直偏波であると、無線タグと無線タグリーダとの通信は成立し難い。このように、水平偏波受信時は方向判定精度が低く、垂直偏波受信時は通信成功率が低い。
【００１４】
しかしながら、上記の検討や下記の実験の結果、水平偏波受信時は方向判定精度は低いものの通信成功率は高く、垂直偏波受信時は通信成功率は低いものの方向判定精度は高い、という知見を得るに至った。
【００１５】
図１０は、水平偏波受信時は方向判定精度は低いものの通信成功率は高く、垂直偏波受信時は通信成功率は低いものの方向判定精度は高いことを示す実験結果である。図１０に示すグラフは、（ａ）、（ｂ）ともに、無線タグを携帯した人が、無線タグリーダに対して１８０°方向（正面方向）から近づいたときの通信成功率、方向判定結果を示す図である。なお、無線タグリーダは、水平偏波を受信するためのアンテナと垂直偏波を受信するためのアンテナとを備え、前者のアンテナで通信を行い、後者のアンテナで方向推定を行う構成を備えたものである。また、無線タグは、１本のアンテナを備えたものである。
【００１６】
図１０（ａ）と（ｂ）の違いは、（ａ）は、無線タグが水平偏波を送信しているのに対して、（ｂ）は、無線タグが垂直偏波を送信している。また、（ａ）、（ｂ）において、動線追跡処理結果とは、方向判定結果の移動平均値を示している。
【００１７】
無線タグは、実際には１８０°方向に存在するのであるが、水平偏波受信時は、（ａ）に示すように、矢印Ａ１、Ａ２で示す範囲等において、誤った方向判定結果となっている。その結果、動線追跡処理結果でも、矢印Ｂで示す範囲において、精度が低下してしまっている。しかしながら、通信成功率については、最も低くなるときでも２０％程度あり、通信成功率は比較的良好である。
【００１８】
一方、垂直偏波受信時は、（ｂ）に示すように、矢印Ｃで示す付近で通信成功率が低下してしまっている。その結果、矢印Ｄで示す範囲で、動線追跡結果を得られなくなってしまっている。つまり、矢印Ｄで示す範囲では、無線タグが存在しているか否かも不明となってしまっている。ただし、動線追跡結果が得られている範囲では、その動線追跡結果の精度は高い。
【００１９】
この図１０から、水平偏波受信時は方向判定精度は低いものの通信成功率は高く、垂直偏波受信時は通信成功率は低いものの方向判定精度は高いことが分かる。この知見に基づいて成された請求項１記載の発明は、無線タグと、その無線タグと通信を行う無線タグリーダとを備え、無線タグリーダが無線タグの方向探知を行う無線タグ方向探知システムであって、無線タグは、偏波が互いに異なるタグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを備え、タグ側第１アンテナから第１データを送信した後、タグ側第２アンテナから第２データを送信する。なお、これら第１データ及び第２データは、予め決めたタグデータ送信時間以上の長さを持つ。一方、無線タグリーダは、水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナと、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナと、リーダ側第１アンテナに接続され、リーダ側第１アンテナが受信した電波を復調および復号する受信手段と、リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナの指向性を順次設して、無線タグがタグ送信時間以下の時間で、予め設定された探知範囲分、指向性を変化させる指向性制御手段と、リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナが受信した電波の電力強度を検出する受信電力検出手段と、指向性制御手段が設定した指向性に関連付けて、その指向性で受信電力検出手段が検出した受信電力強度を記憶する電力強度記憶手段と、受信手段が復号した信号を取得して第１データおよび第２データの受信が成功したか否かを決定し、受信が成功したデータに基づいて、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信基準時点を決定する受信基準時点決定手段と、その受信基準時点決定手段が決定した受信基準時点に基づいて、電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、データの受信期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときの受信電力強度を取得し、取得した受信電力強度を用いて無線タグの方向を決定する方向決定手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この請求項１記載の発明によれば、無線タグは、偏波が互いに異なる２つのタグ側アンテナから第１、第２データを送信する。なお、水平偏波と垂直偏波という互いに直交する２種類の偏波に大別される直線偏波においては、偏波が互いに異なるとは、偏波面が実質的に直交する（９０°異なる）ことを意味する。実質的に直交していればよいことから、当然、８９°や９１°は実質的に直交することになる。また、別の表現をすれば、ほぼ直交していればよい。
【００２１】
前述のように、無線タグは、人に携帯されるという特性から、無線タグのアンテナの向きも一定しないが、本発明では、無線タグが、偏波が互いに異なる２つのタグ側アンテナから第１、第２データを送信するので、１つのアンテナのみを備える場合よりも、２つのアンテナのいずれか一方は、水平偏波成分の強い電波を送信できる可能性が高くなる。そして、無線タグリーダの受信手段は、通信成功率の高い水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナが受信した電波を復調および復号する。よって、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信に成功する受信成功率は、無線タグが１つのアンテナのみからデータを送信する場合や、無線タグリーダが、垂直偏波を受信するためのアンテナにより受信した電波を用いてデータの復調、復号を行う場合よりも高くなる。
【００２２】
また、前述のように、方向推定には垂直偏波が好まく、無線タグリーダは、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナも備えており、方向決定手段は、リーダ側第２アンテナにより受信された電波の受信電力強度のうち、データが受信された期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときのものを電力強度記憶手段から取得して無線タグの方向を決定する。ここで、無線タグの方向を精度よく決定するためには、リーダ側第２アンテナにより受信された電波の受信電力強度を用いさえすればよい訳ではなく、データが受信された期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときを精度よく決定して、受信電力強度を取得する必要もある。無線タグから送信される電波を用いて無線タグの方向を決定するのであるから、方向を決定する電波は、データが受信された期間内である必要があり、また、データ受信期間内であっても、指向性が探知範囲分を変化していなければ、変化していない範囲に無線タグが存在していたとしても、その変化していない範囲に無線タグが存在するとの決定をすることができないからである。
【００２３】
ところで、仮に、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナが受信した電波を復調、復号してデータ受信の成否を判断する場合にはデータ受信成功率が低下する。しかし、本発明では、データの受信が成功したか否かは、水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナが受信した電波を用いていることから、受信成功率が高い。よって、受信基準時点決定手段は、データの受信基準時点を精度よく決定できる。すなわち、受信電力強度自体は、垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナで受信した受信電力強度を用い、且つ、無線タグの方向決定に利用する受信電力強度の期間の決定には、データの受信基準時点を精度よく決定できる、水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナが受信した電波を用いている。よって、無線タグの方向を精度よく決定することができる。
【００２４】
無線タグは、前述のように、人に携帯されるものであり、この特性から、タグ側第１アンテナ、第２アンテナが送信する電波は、通常は、いずれも、水平偏波成分あるいは垂直偏波成分のいずれかが強く他方が弱いものの、水平偏波成分および垂直偏波成分の両方が含まれる。よって、第１データおよび第２データの受信がともに成功することもある。
【００２５】
請求項２記載の発明では、受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合には、受信が成功した第１データを用いて第１データの受信基準時点を決定し、受信が成功した第２データを用いて第２データの受信基準時点を決定し、方向決定手段は、受信基準時点決定手段が決定した第１データの受信基準時点および第２データの受信基準時点に基づいて、電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、第１データの受信期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときの第１受信電力強度と、第２データの受信期間内であって、指向性が探知範囲分を変化したときの第２受信電力強度とを取得し、取得した前記第１受信電力強度及び前記第２受信電力強度を用いて無線タグの方向を決定する。
【００２６】
このようにすれば、第１データの受信期間および第２データの受信期間の２つの受信期間に受信した受信電力強度を利用して、無線タグの方向を決定するので、無線タグの方向決定精度がより向上する。
【００２７】
請求項３記載の発明では、無線タグは、第１データの送信時間、第２データの送信時間、および、第１データの送信終了から第２データの送信開始までの時間が予め定まっている。よって、無線タグリーダが第１データを受信した期間のうちの基準となる時点（すなわち第１データの受信基準時点）および無線タグリーダが第２データを受信した期間のうちの基準となる時点（すなわち第２データの受信基準時点）との時間差は予め決定することができる。無線タグリーダは、この時間差を記憶しており、受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信が成功したデータの受信基準時点と時間差とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定する。
【００２８】
受信が成功するかどうかに関わらず、受信電力検出手段では、受信電力強度を検出することができるものの、データの受信基準時点を決定しなければ、受信電力強度記憶手段から受信電力強度を取得することができない。しかし、このようにすれば、一方のデータしか受信成功しなかった場合にも、他方のデータの受信基準時点を決定できる。よって、一方のデータしか受信成功しなかった場合にも、両方のデータの受信期間に受信した受信電力強度を利用して、無線タグの方向を決定することができる。その結果、一方のデータしか受信成功しなかった場合にも、両方のデータの受信に成功した場合と同等の方向決定精度が得られる。
【００２９】
請求項４記載の発明では、第１データ及び第２データは、無線タグを特定するためのタグ識別情報を含んでいる。無線タグリーダは、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合に、受信が成功したそれら第１データ、第２データに基づいて時間差を決定して記憶し、且つ、受信が成功した第１データまたは第２データに含まれるタグ識別情報を時間差とともに記憶する。そして、受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信したデータから得たタグ識別情報に基づいて、記憶している時間差から当該タグ識別情報に対応する時間差を決定し、決定した時間差と受信が成功したデータの受信基準時点とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定する。
【００３０】
このようにすれば、受信が成功していない他方のデータの受信基準時点を決定するために、受信が成功したデータに含まれているタグ識別情報に応じて異なる時間差を用いることができる。よって、無線タグのバージョンが異なる等により、第１データとの受信基準時点と第２データの受信基準時点との時間差が複数種類存在するとしても、受信が成功していない他方の受信基準時点を正しく決定することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明では、無線タグリーダは、逐次、リーダ側第１アンテナから、無線タグに、方向判定モードを指示するコマンドを送信する。無線タグは、逐次、無線タグリーダから送信されるコマンドを受信するためのコマンド受信処理を行うようになっており、且つ、タグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを交互に用いて当該コマンド受信処理を行う。
【００３２】
この請求項５記載の発明では、無線タグリーダは、リーダ側第１アンテナから、方向判定モードを指示するコマンドを逐次送信する。このリーダ側第１アンテナは、水平偏波を受信するためのアンテナであることから、送信される電波も水平偏波が強い電波となり、また、水平偏波は通信成功率が高い。さらに、無線タグは、タグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを交互に用いてコマンド受信処理を行う。これらタグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナは偏波が互いに異なることから、水平偏波に対する受信感度は、いずれか一方が他方よりも高くなる。よって、いずれか一方のアンテナのみを用いて常にコマンド受信処理を行う場合に比較して、受信成功率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の無線タグ方向探知システムのシステム構成を説明する図である。
【図２】無線タグリーダ１００の構成を示す図である。
【図３】無線タグ２００の構成を示す図である。
【図４】無線タグ２００の制御部２６０の動作を示すフローチャートである。
【図５】無線タグリーダ１００の制御部１１０が実行する方向検出処理を示すフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ３０で開始する受信電力強度測定処理を示すフローチャートである。
【図７】図５のステップＳ４３の方向判定処理を示すフローチャートである。
【図８】（Ａ）は無線タグのデータ送信期間を示し、（Ｂ）は無線タグリーダのデータ受信期間、受信電力強度、受信電力強度バッファを示す図である。
【図９】本実施形態の無線タグ方向探知システムを適用し、無線タグを携帯した人が、無線タグリーダに対して１８０°方向から近づいたときの通信成功率、方向判定結果を示す図である。
【図１０】本発明の課題を説明するための実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態の無線タグ方向探知システムのシステム構成を説明する図である。この図１に示すように、本実施形態の無線タグ方向探知システムは、無線タグリーダ１００と無線タグ２００を備えており、また、図２に示すコントローラ３００や、移動物体が監視エリア内に存在しているか否かを検知する物体検知センサも備えている。この物体検知センサとしては、たとえば、レーザレーダ、カメラ、人感センサなどを用いる。なお、無線タグリーダ１００は、物体検知センサの監視エリア内に配置される。
【００３５】
無線タグ２００は人に携帯されるものであり、無線タグリーダ１００と通信を行う。無線タグリーダ１００は、無線タグ２００からの電波を受信し、その電波の到来方向を、無線タグ２００の方向として推定する。
【００３６】
図２は、無線タグリーダ１００の構成を示す図である。図２に示すように、無線タグリーダ１００は、制御部１１０、送信部１２０、受信部１３０、通信アンテナ１４０、方向探知アンテナ１５０、方向検知部１６０を備えている。
【００３７】
制御部１１０は、外部へ無線送信させる信号を送信部１２０へ送るとともに、通信アンテナ１４０によって受信され、受信部１３０によって復調・復号された信号をその受信部１３０から取得する。そして、復号部１３２から取得した信号から、正常にコマンドやデータが認識できたか否かにより、受信成功したか、受信エラーとなったかの判断を行う。最初のコマンドなど一部のコマンドや、一部のコードは認識できたが、全部を認識することはできなかった場合には、受信エラーと判断する。また、制御部１１０は、内部にメモリ１１１とタイマ１１２とを備えている。メモリ１１１は、特許請求の範囲の電力強度記憶手段としても機能するものであり、後述する受信電力強度バッファとして用いる。また、メモリ１１１には、無線タグ２００が送信する第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差も記憶されている。
【００３８】
送信部１２０は、符号部１２１、変調部１２２、増幅部１２３を備えている。符号部１２１は、制御部１１０から供給されたコマンドを符号化する。このコマンドとしては、方向判定コマンドがある。この方向判定コマンドは、無線タグ２００に方向判定モードを指示するコマンドである。符号部１２１は、符号化したコマンドを変調部１２２へ出力する。変調部１２２は、符号部１２１にて符号化されたコマンドを電気的デジタル信号に変換した後に、予め設定されている通信チャンネルを用いて位相偏移変調や周波数偏移変調等の所定の変調方式により変調する。増幅部１２３は、変調部１２２で変調された信号を増幅する。増幅された信号は、通信アンテナ１４０から電波として送信される。
【００３９】
通信アンテナ１４０は、水平偏波を受信するためのアンテナであり、アンテナ素子が水平に配置される。この通信アンテナ１４０は、特許請求の範囲のリーダ側第１アンテナに相当する。無線タグ２００から送信され、この通信アンテナ１４０により受信された電波は、復調部１３１において復調される。復調された信号は復号部１３２において符号化され、符号化された信号が制御部１１０に送られる。
【００４０】
方向探知アンテナ１５０は、垂直偏波を受信するためのアンテナであり、また、指向性を水平方向において種々の方向に変化させることができる。この方向探知アンテナ１５０は特許請求の範囲のリーダ側第２アンテナに相当する。本実施形態では、方向探知アンテナ１５０として、特許文献１記載のアンテナと同様のアンテナを用いている。すなわち、本実施形態の方向探知アンテナ１５０は、１本の励振素子１５１と、その励振素子１５１を中心とする円周上に等間隔に設けられた６本の非励振素子１５２とを備えている。これら励振素子１５１と非励振素子１５２は、いずれも、接地導体１５３の上に鉛直に配置される。また、励振素子１５１は、電力受信部１６２に接続されている。
【００４１】
さらに、方向探知アンテナ１５０の各非励振素子１５２には、図示していないが、可変リアクタンス素子を備えた可変リアクタンス回路がそれぞれ接続されており、この可変リアクタンス素子は、指向性制御部１６１によりリアクタンス値が変化させられる。
【００４２】
指向性制御部１６１は、特許請求の範囲の指向性制御手段に相当し、方向探知アンテナ１５０の指向性を、制御部１１０から指示された指向性とするために、可変リアクタンス素子のリアクタンス値を、指向性に基づいて定まる値に設定する。
【００４３】
電力受信部１６２は、方向探知アンテナ１５０の励振素子１５１が受信した受信信号の電力強度（受信電力強度）を検出する回路であり、特許請求の範囲の受信電力検出手段に相当する。この電力受信部１６２は、無線信号の電力を検出する種々の公知の回路を用いることができ、たとえばダイオード検波器を含む回路構成のものである。電力受信部１６２は、検出した受信電力強度を示す信号を図示しないＡＤ変換回路を介して制御部１１０へ供給する。
【００４４】
前述の制御部１１０は、さらに、指向性制御部１６１に指向性を指示する信号を出力する指向性指示処理を行う。指向性制御部１６１は、制御部１１０からの信号により、予め設定された探知範囲分、方向探知アンテナ１５０の指向性を変化させる。探知範囲は、本実施形態では０〜３６０°までであり、また、指向性の変化は、所定角度毎であって、ここでは３０°毎である。また、３６０°指向性を変化させる時間は、無線タグ２００が第１データあるいは第２データを送信する時間と同じに設定されている。なお、無線タグ２００は、第１データ、第２データを、予め設定されたタグ送信時間で送信するようになっている。
【００４５】
さらに、制御部１１０は、指向性制御処理を実行して指向性を指示する毎に、電力受信部１６２から取得した受信電力強度を、メモリ１１１の受信電力強度バッファ領域（以下、単に受信電力強度バッファ）に逐次記憶する。受信電力強度バッファには、インデックスが付与されており、インデックスと指向性との対応関係が予め設定されている。より具体的には、図８に示すように、インデックス１〜１２は、そのまま指向性の設定方向１〜１２に対応する。インデックスが１２よりも大きい値の場合には、そのインデックスを１２で割った余りの値が設定方向に対応する。なお、指向性の設定方向１〜１２は、これらの数値に３０を乗じた方位に指向性を設定することを意味する。制御部１１０は、指向性を次の設定方向とする指示を行った後に取得した受信電力強度を、受信電力強度が記憶済みのインデックスに１を加えたインデックスに記憶する。
【００４６】
また、制御部１１０は、復号部１３２から取得した信号に基づいて、無線タグ２００が送信した第１データ、第２データの受信に成功したか否かを判断し、少なくともいずれか一方の受信に成功していれば、第１データの受信終了時点および第２データの受信終了時点をともに決定する。これら受信終了時点は、特許請求の範囲の受信基準時点に相当する。また、それらデータの受信終了時点と、受信電力強度バッファの記憶内容とを利用して、無線タグ２００の方向を決定する。これらの処理の詳細は後述する。
【００４７】
コントローラ３００は、前述の物体検知センサに接続されており、物体検知センサから、監視エリア内への移動物体の侵入を検知したことを示す信号を取得する。そして、コントローラ３００は、この信号を取得した場合には、監視エリア内への移動物体の侵入を検知したことを示す信号を、無線タグリーダ１００に出力する。
【００４８】
次に、図３を用いて、無線タグ２００の構成を説明する。図３は、無線タグ２００の構成を示す図である。無線タグ２００は、アクティブ方式の無線タグであり、内蔵電源２１０を備えている。この内蔵電源２１０の他に、無線タグ２００は、送信部２２０、受信部２３０、アンテナ部２４０、切り替えスイッチ２５０、制御部２６０を備えており、内蔵電源２１０は、これらに電力を供給する。
【００４９】
送信部２２０は、符号部２２１、変調部２２２を備えている。符号部２２１は制御部２６０から供給されるデータを符号化して変調部２２２に送る。変調部２２２は、符号部２２１からの符号を、たとえば、振幅変位変調などの変調方式により変調する。変調された信号は、図示しない増幅部により増幅された後、アンテナ部２４０へ出力される。
【００５０】
アンテナ部２４０は、第１アンテナ２４１と第２アンテナ２４２とを備えており、第１アンテナ２４１と第２アンテナ２４２は、アンテナの角度が互いに異なる角度とされており、これにより、偏波が互いに異なっている。たとえば、第１アンテナ２４１および第２アンテナ２４２には、いずれも、チップアンテナあるいはパターンアンテナを用い、互いの角度が９０°異なるようにする。これら第１アンテナ２４１、第２アンテナ２４２は、それぞれ、特許請求の範囲のタグ側第１アンテナ、タグ側第２アンテナに相当する。
【００５１】
アンテナ部２４０と送信部２２０との間には、切り替えスイッチ２５０が配置されている。切り替えスイッチ２５０は、送信部２２０或いは受信部２３０を、第１アンテナ２４１に接続する状態と、第２アンテナ２４２に接続する状態とを切り替えるスイッチであり、制御部２６０により、接続状態が切り替えられる。
【００５２】
送信部２２０から出力された信号は、切り替えスイッチ２５０の導通状態に応じて定まるアンテナ２４１、２４２から外部に送信される。また、切り替えスイッチ２５０により受信部２３０と接続状態となっている側のアンテナ２４１、２４２により受信された電波は、電気信号として受信部２３０に供給される。
【００５３】
受信部２３０は、アンテナ部２４０が受信した電波を復調する復調部２３１と、復調部２３１が復調した信号を復号する復号部２３２とを備えている。復号部２３２は、復号した信号を制御部２６０へ供給する。
【００５４】
制御部２６０は、送信部２２０および受信部２３０を制御する。また、制御部２６０は、タイマ２６１、メモリ２６２を備えている。タイマ２６１は、クロック発振器（図示せず）のクロックを計数することで計時を行う。メモリ２６２には、この無線タグ２００のＩＤデータが記憶されている。
【００５５】
制御部２６０は周期的に起動する。そして、動作モードを確認し、通常モードであればＩＤデータの送信等を行い、方向判定モードであれば、第１データ、第２データの送信等を行う。この制御部２６０の処理を図４のフローチャートを用いて詳しく説明する。また、図４の説明においては、図８に示す、無線タグ２００および無線タグリーダ１００の通信タイミング図も参照する。
【００５６】
まず、ステップＳ１では、所定時間スリープする。この所定時間とは、次の動作周期の開始時が来るまでである。動作周期の開始時が来た時点で起動し、ステップＳ２において動作モードを確認する。動作モードは通常モードか方向判定モードのいずれかであり、ステップＳ１０またはステップＳ２２で動作モードが設定される。
【００５７】
動作モードが通常モードである場合にはステップＳ３へ進み、方向判定モードである場合にはステップＳ１１へ進む。ステップＳ３ではＩＤデータを送信する。具体的には、制御部２６０は、ＩＤデータを送信部２２０へ出力する。送信部２２０はＩＤデータを符号化した後に変調してアンテナ部２４０へ出力する。送信部２２０からアンテナ部２４０へ出力された信号は、切り替えスイッチ２５０により送信部２２０と接続されている側のアンテナ２４１、２４２から送信される。
【００５８】
続くステップＳ４ではカウンタを１つインクリメントする。ステップＳ５では、カウンタが偶数であるか否かを判断する。この判断が肯定判断であればステップＳ６を実行し、否定判断であればステップＳ１７を実行する。ステップＳ６では、受信を行うアンテナとして第１アンテナ２４１を選択する。具体的には、第１アンテナ２４１と接続する信号を切り替えスイッチ２５０に出力する。一方、ステップＳ７では、受信を行うアンテナとして第２アンテナ２４２を選択する。これらステップＳ６またはステップＳ７を実行後は、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、コマンド受信処理を行う。この処理は、受信部２３０が復号した信号を制御部２６０が取得し、制御部２６０は、取得した信号にコマンドが含まれているかを判断し、コマンドが含まれている場合には、コマンドに応じた処理を行うものである。
【００５９】
ステップＳ９では、上記ステップＳ８で方向判定コマンドを受信したか否かを判断する。この判断が否定判断であれば、ステップＳ１０を実行せずにステップＳ１へ戻る。一方、肯定判断であればステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０では、動作モードを方向判定モードに設定する。
【００６０】
ステップＳ２において方向判定モードであると判断した場合には、ステップＳ１１において、切り替えスイッチ２５０を第１アンテナ２４１と接続することにより、データ送信に用いるアンテナとして、第１アンテナ２４１を選択する。続くステップＳ１２では、第１データを、第１アンテナ２４１から送信する。この第１データは予め設定された内容であり、よって、送信時間が一定となる。図８（Ａ）に示す第１データ送信期間が、このステップＳ１２において第１データを送信する期間である。
【００６１】
続くステップＳ１３では、切り替えスイッチ２５０を第２アンテナ２４２と接続することにより、データ送信に用いるアンテナとして、第２アンテナ２４２を選択する。
【００６２】
ステップＳ１４では、送信タイミング調整を行う。送信タイミング調整とは、第１データの送信終了から第２データの送信開始までの時間を所定のインターバル時間とすることである。図８（Ａ）において、第１データ送信期間と第２データ送信期間の間が、このインターバル時間である。送信タイミング調整の後、すなわち、インターバル時間が経過した後、ステップＳ１５において、第２アンテナ２４２から第２データを送信する。この第２データも予め設定された内容であり、第１データと区別可能な内容となっているが、送信時間は第１データと同じ送信時間となるようになっている。図８（Ａ）に示す第２データ送信期間が、このステップＳ１５において第２データを送信する期間である。
【００６３】
続くステップＳ１６ではカウンタを１つインクリメントする。そして、ステップＳ１７では、カウンタが偶数であるか否かを判断する。この判断が肯定判断であればステップＳ１８を実行後、ステップＳ１９へ進むが、否定判断であれば、直接、ステップＳ１９へ進む。
【００６４】
ステップＳ１８では、切り替えスイッチ２５０を第１アンテナ２４１と接続する。その後、ステップＳ１９へ進む。なお、ステップＳ１８を実行せずにステップＳ１９に進んだ場合には、ステップＳ１３で第２アンテナ２４２を選択したままとなっている。
【００６５】
ステップＳ１９では、一定期間、コマンド受信処理を行う。このステップＳ１９の処理はステップＳ８と同じである。また、一定期間は、後述する図５においてステップＳ４３（方向判定コマンドを送信するステップ）を実行後、次にそのステップＳ４３を実行するまでの期間である。
【００６６】
続くステップＳ２０では、方向判定コマンドを受信したか否かを判断する。後述するが、無線タグリーダ１００は、無線タグ２００からのデータを受信した場合には、方向判定コマンドを送信するようになっている。よって、方向判定コマンドを受信しない場合には、無線タグ２００は、無線タグリーダ１００の通信圏外になったと判断できる。そこで、このステップＳ２０の判断が否定判断であった場合にはステップＳ２２にて、動作モードを通常モードに設定する。その後、ステップＳ１へ戻る。一方、ステップＳ２０の判断が肯定判断であった場合にはステップＳ２１へ進み、方向判定モードを継続すると決定する。その後、ステップＳ１へ戻る。
【００６７】
次に、無線タグリーダ１００の制御部１１０の動作を説明する。図５は、無線タグリーダ１００の制御部１１０が実行する方向検出処理を示すフローチャートである。この方向検出処理は、物体検知センサの監視エリア内への物体の侵入を検知したことを示す信号をコントローラ３００から取得したことにより開始する。そして、物体検知センサが監視エリア内に移動物体を検知しなくなるまで、この方向検出処理を継続する。
【００６８】
ステップＳ３０では、受信電力強度測定処理を開始する。受信電力強度測定処理は図６に示す。この受信電力強度測定処理をまず説明する。ステップＳ３０１では、指向性制御部１６１に指向性を指示する信号を出力することにより、方向探知アンテナ１５０の指向性を設定する。設定する指向性は、初回の実行時は、予め設定された初期方位（たとえば０°）であり、２回目以降は、その時点における方位に３０°を加えた方位である。
【００６９】
続くステップＳ３０２では、予め設定された測定タイミングとなるまで待つ。測定タイミングとは、上述のステップＳ３０１にて指向性を指示する信号を出力してから、その信号に応じてリアクタンス素子のリアクタンス値が変更になって、方向探知アンテナ１５０の指向性が、指示した指向性に実際になるまでの時間を考慮したものである。図８（Ｂ）（２）において、多数の下向きの矢印が、この測定タイミングを示している。なお、図８（Ｂ）（１）に示すように、無線タグリーダ１００の受信部１３０は、無線タグ２００の第１データ送信期間および第２データ送信期間に対応して、第１データ受信期間、第２データ受信期間に、それぞれ、第１データ、第２データを受信する。また、方向検知部１６０（より正確には方向検知部１６０の電力受信部１６２）は、図８（Ｂ）（２）に示すように、連続的に受信電力強度を検出する。
【００７０】
測定タイミングとなった場合には、ステップＳ３０３にて受信電力強度を測定する。より詳しくは、測定タイミングとなったときに、電力受信部１６２から受信電力強度を取得する。続くステップＳ３０４ではインデックスを１つインクリメントする。なお、インデックスの初期値は０であり、初回の実行時は、このステップＳ３０４の処理により、インデックスが１となる。そして、ステップＳ３０５では、ステップＳ３０３で測定した受信電力強度を、受信電力強度バッファにおいて、ステップＳ３０４でインクリメントした後のインデックスに保存する。図８（Ｂ）（３）には、このステップＳ３０５で順次保存される受信電力強度を概念的に示している。なお、この図８（Ｂ）（３）には、インデックス、受信電力強度の他に、説明の都合上、設定方向も示している。受信電力強度バッファは、インデックスに受信電力強度を記憶するものであり、指向性の設定方向は記憶されない。しかし、設定方向は、前述のように、インデックスとの対応関係が予め設定されている。つまり、インデックスが定まれば指向性は一義的に定まるようになっており、インデックスにより、指向性と受信電力強度は互いに関連付けられている。
【００７１】
このステップＳ３０５を実行後は、ステップＳ３０１へ戻る。この図６に示す処理を繰り返していくことにより、図８（Ｂ）（３）に示すように、受信電力強度バッファには、順次、受信電力強度が保存されていくことになり、且つ、その受信電力強度は、時間の経過に対応した大きさのインデックスに対応付けられることになる。
【００７２】
説明を図５に戻す。ステップＳ３１では、タグデータの受信処理を行う。タグデータとは、無線タグ２００から送信されるデータのことであり、具体的には、ＩＤデータ、第１データ、第２データである。ステップＳ３１における具体的な処理は、受信部１３０から信号を取得し、取得した信号が無線タグ２００からの信号であるかどうかを判断する処理である。
【００７３】
ステップＳ３２では、上記ステップＳ３１の処理の結果、タグデータを受信できたか否かを判断する。前述した受信成功となった場合には、タグデータかどうかの判断が可能である。一方、受信エラーの場合には、タグデータかどうかの判断はできない。従って、このステップＳ３２の判断が肯定判断となった場合には、受信に成功している。この判断が肯定判断である場合にはステップＳ３３へ進み、否定判断である場合にはステップＳ４５へ進む。
【００７４】
ステップＳ３３では、受信したタグデータが、ＩＤデータであるか、第１あるいは第２データであるかを判断する。ＩＤデータを受信した場合にはステップＳ３４へ進み、方向判定コマンドを送信する。このステップＳ３４で送信した方向判定コマンドを無線タグ２００が受信すると、図４のステップＳ９が肯定判断となって、無線タグ２００は方向判定モードに移行する。そして、第１データ、第２データを送信するようになる。
【００７５】
ステップＳ３３において、受信したデータが第１データであると判断した場合にはステップＳ３５へ進み、第２データであると判断した場合にはステップＳ３８へ進む。ここで、第２インデックスは、第２データの受信終了時点のインデックスを意味し、第１インデックスは、第１データの受信終了時点のインデックスを意味する。
【００７６】
ステップＳ３５では、ステップＳ３３で受信したと判断した第１データの受信終了時点のインデックスを第１インデックスとする。
【００７７】
ステップＳ３６では、第２データを受信できないときに備えて、タイムアウト時間（受信できないと判断するまでの時間）を設定する。ステップＳ３７では、第１データが受信できたことを示す第１データ受信フラグを設定する。ステップＳ３７を実行後は、ステップＳ３１へ戻る。
【００７８】
第２データを受信したと判断した場合に実行するステップＳ３８では、ステップＳ３３で受信したと判断した第２データの受信終了時点のインデックスを第２インデックスとする。ステップＳ３９では、第２データ受信に対するタイムアウトをクリアする。続くステップＳ４０では、第１データを受信しているか否かを、第１データ受信フラグにより判断する。第１データを受信していると判断した場合には、ステップＳ４１を実行せずに、直接、ステップＳ４２へ進む。一方、第１データを受信していないと判断した場合には、ステップＳ４１へ進む。
【００７９】
ステップＳ４１では、第２インデックスを用いて第１インデックスを算出する。このステップＳ４１を実行する状況では、第２データの受信には成功したが、第１データは受信できていない。そこで、受信に成功した第２データの受信終了時点を示している第２インデックスを用いて、第１インデックスを算出するのである。ステップＳ４１の処理を詳しく説明すると次の通りである。前述したように、無線タグリーダ１００は、メモリ１１１に、第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差を記憶している。この時間差分のインデックスを、第２インデックスから減算することで、第１インデックスを算出する。図８の例で説明すると、上記時間差分のインデックスは「１５」であり、第２インデックスは「３１」である。よって、３１−１５＝１６となり、第１インデックスを「１６」に設定することになる。
【００８０】
ステップＳ４１を実行したら、ステップＳ４２において方向判定コマンドを送信する。このステップＳ４２で送信した方向判定コマンドを無線タグ２００が受信すると、図４のステップＳ２０が肯定判断となって、無線タグ２００は方向判定モードを継続する。
【００８１】
ステップＳ４２を実行後は、ステップＳ４３の方向判定処理を実行する。このステップＳ４３を説明する前に、ステップＳ４４以降を説明する。タグデータを受信していないと判断した場合に実行するステップＳ４４では、第２データの受信に対して、ステップＳ３６で設定したタイムアウト時間に到達したか否かを判断する。この判断が否定判断であればステップＳ３１へ戻り、肯定判断であればステップＳ４５へ進む。
【００８２】
このステップＳ４５に進むのは、第２データの受信に対して、ステップＳ３６で設定したタイムアウト時間に到達した場合であり、第１データの受信には成功している。
【００８３】
このステップＳ４５では、第１インデックスを用いて第２インデックスを算出する。この算出には、メモリ１１１に記憶されている前述の時間差、すなわち、第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差を用いる。この時間差分のインデックスを第１インデックスに加算することで、第２インデックスを算出する。図８の例で説明すると、上記時間差分のインデックスは「１５」であり、第１インデックスは「１６」である。よって、１６＋１５＝３１となり、第２インデックスを「３１」に設定することになる。このステップＳ４５の処理により、図８（Ｂ）（１）に例示したように、第１データは受信できたが、第２データは受信エラーとなった場合であっても、第２インデックスは、第２データの受信終了時点のインデックスとなる。
【００８４】
続くステップＳ４６では、第１データ受信フラグをクリアし、その後、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４２に進む状態では、第１データ、第２データともに受信しているか（ステップＳ４０がＹＥＳ）、受信が成功したデータによって決定した第１インデックスあるいは第２インデックスから、受信ができなかった他方のインデックスを算出している（ステップＳ４１、Ｓ４５）。よって、第１インデックス、第２インデックスがともに正確に決定されている状態である。なお、第１インデックス、第２インデックスは、特許請求の範囲の受信基準時点に相当しており、これら第１インデックス、第２インデックスを設定するステップＳ３５、３８、４１、４５が受信基準時点決定手段に相当する。
【００８５】
ステップＳ４２は既に説明したので、次にステップＳ４３を説明する。ステップＳ４３の方向判定処理の内容は図７に示している。なお、この方向判定処理は、特許請求の範囲の方向決定手段に相当する。まず、ステップＳ４４１では、第１インデックスを最後のインデックスとして、受信電力強度バッファから、方向探知アンテナ１５０の１２方位分（すなわち指向性の変化が３６０°分）の受信電力強度を取得する。図８（Ｂ）（３）の例では、第１インデックスには「１６」が入っていることになり、この「１６」を最後のインデックスとして１２インデックス分、すなわち、インデックス５〜１６が、１２方位分のインデックスとなる。よって、インデックス５〜１６に対応する受信電力強度を取得する。このインデックス５〜１６の期間には、第１データを受信しており、このインデックス５〜１６に対応する受信電力強度が第１受信電力強度である。
【００８６】
続くステップＳ４４２では、上記ステップＳ４４１で取得した１２方位分の受信電力強度のうちの最大値を、第１データに基づく無線タグ２００の推定方向（第１推定方向という）に決定する。
【００８７】
続くステップＳ４４３では、第２インデックスを最後のインデックスとして、受信電力強度バッファから、方向探知アンテナ１５０の１２方位分の受信電力強度を取得する。図８（Ｂ）（３）の例では、第２インデックスには「３１」が入っていることになり、この「３１」を最後のインデックスとして１２インデックス分、すなわち、インデックス２０〜３１が、１２方位分のインデックスとなる。よって、インデックス２０〜３１に対応する受信電力強度を取得する。このインデックス２０〜３１の期間には、第２データを受信しており、このインデックス２０〜３１に対応する受信電力強度が第２受信電力強度である。
【００８８】
続くステップＳ４４４では、上記ステップＳ４４３で取得した１２方位分の受信電力強度のうちの最大値を、第２データに基づく無線タグ２００の推定方向（第２推定方向という）に決定する。
【００８９】
最後のステップＳ４４５では、ステップＳ４４２で決定した第１推定方向の受信電力強度と、ステップＳ４４４で決定した第２推定方向の受信電力強度とを比較して、より強度が強い側を、最終的に、無線タグ２００が存在する方向に決定する。
【００９０】
以上、説明した本実施形態によれば、無線タグリーダ１００の受信部１３０は、通信アンテナ１４０を、受信成功率の高い水平偏波を受信可能なアンテナとしており、その通信アンテナ１４０が受信した電波を復調および復号する。しかも、無線タグ２００は、偏波が互いに異なる２つのアンテナ２４１、２４２から第１、第２データを送信する。よって、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信に成功する受信成功率は、無線タグ２００が１つのアンテナのみからデータを送信する場合や、無線タグリーダ１００が、垂直偏波を受信するためのアンテナにより受信した電波を用いてデータの復調、復号を行う場合よりも高くなる。
【００９１】
さらに、無線タグリーダ１００は、方向探知アンテナ１５０も備えており、この方向探知アンテナ１５０は垂直偏波を受信可能なアンテナである。図５のステップＳ４４の方向判定処理では、方向探知アンテナ１５０により受信された電波の受信電力強度のうち、データが受信された期間内であって、探知範囲分（３６０°分）を指向性が変化したときのものを受信電力強度バッファから取得して無線タグ２００の方向を決定する。ここで、仮に、垂直偏波を受信可能な方向探知アンテナ１５０が受信した電波を復調、復号してデータ受信の成否を判断する場合にはデータ受信成功率が低下する。
【００９２】
しかし、本実施形態では、データの受信が成功したか否かは、水平偏波を受信するための通信アンテナ１４０が受信した電波を用いていることから、受信成功率が高い。よって、第１データ、第２データの受信終了時点を精度よく決定できる。すなわち、第１データ、第２データの受信終了時点を精度よく決定でき、且つ、垂直偏波を受信するための方向探知アンテナ１５０で受信した受信電力強度を用いて無線タグ２００の方向を決定するので、無線タグ２００の方向を精度よく決定することができる。
【００９３】
さらに、本実施形態によれば、第１データ受信期間および第２データ受信期間の２つの受信期間に受信した受信電力強度を利用して、無線タグ２００の方向を決定しているので、無線タグ２００の方向決定精度がより向上する。しかも、第１データおよび第２データのいずれか一方のみしか受信できなかった場合であっても、一方のデータの受信終了時点（第１インデックスあるいは第２インデックス）から他方のデータの受信終了時点を算出するので（ステップＳ４１、Ｓ４５）、両方のデータの受信電力強度を比較することができる。よって、一方のデータしか受信できなかった場合にも、両方のデータが受信成功した場合と同じ精度で方向判定ができる。
【００９４】
この本実施形態の効果を図９を用いて説明する。図９は、図１０と同様に、無線タグを携帯した人が、無線タグリーダに対して１８０°方向（正面方向）から近づいたときの通信成功率、方向判定結果を示す図である。ただし、無線タグリーダおよび無線タグには、本実施形態のものを用いている。この図９に示すように、通信成功率は、最も低いときでも、４０％以上となっており、また、方向判定結果も、１８０°から大きくずれる点が少なくなっている。その結果、動線追跡処理結果は、ほぼ、１８０°方向に無線タグ２００を推定できている。なお、動線追跡処理結果は、方向判定結果の８つのデータの移動平均値である。
【００９５】
また、本実施形態によれば、無線タグ２００の受信成功率も向上している。その理由は次の通りである。無線タグリーダ１００は、アンテナ素子が水平に配置された通信アンテナ１４０から、方向判定コマンドを逐次送信している。よって、方向判定コマンドは通信成功率が高い水平偏波で送信される。また、無線タグ２００は、第１アンテナ２４１、第２アンテナ２４２を交互に用いてコマンド受信処理を行う。これら第１アンテナ２４１および第２アンテナ２４２は偏波が互いに異なることから、水平偏波に対する受信感度は、いずれか一方が他方よりも高くなる。よって、いずれか一方のアンテナのみを用いて常にコマンド受信処理を行う場合に比較して、受信成功率を向上させることができるのである。
【００９６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００９７】
たとえば、前述の実施形態では、通信アンテナ１４０は、水平偏波を受信できるようにするために、アンテナ素子を水平に配置していた。しかし、これに限られず、円偏波を受信できるアンテナや斜め偏波を受信できるアンテナでも、水平偏波を受信することができる。そこで、円偏波を受信できるアンテナや斜め偏波を受信できるアンテナを通信アンテナ１４０として用いてもよい。
【００９８】
また、前述の実施形態では、方向探知アンテナ１５０が３６０°指向性を変化させる時間は、無線タグ２００が第１データあるいは第２データを送信する時間とほぼ同じに設定されていた。しかし、方向探知アンテナ１５０が３６０°指向性を変化させる時間を、無線タグ２００が第１データあるいは第２データを送信する時間よりも短い時間としてもよい。
【００９９】
また、前述の実施形態では、第１データおよび第２データのいずれか一方のみの受信に成功し、他方は受信エラーとなった場合、受信が成功したデータに基づいて、受信エラーとなったデータの受信終了時点を算出していた（ステップＳ４１、Ｓ４５）。そして、このようにして算出した受信終了時点を用いることで、受信エラーとなったデータも用いて方向判定を行うことができるようにしていた。しかし、受信が成功したデータのみを利用して方向判定を行ってもよい。受信が成功したデータのみを利用する場合にも、無線タグ２００が、偏波が互いに異なる第１、第２アンテナからデータを送信し、無線タグリーダ１００が水平偏波を受信することができる通信アンテナ１４０によりデータ受信成否を判断する構成により受信成功率が向上し、また、方向判定を行うための受信電力強度は、垂直偏波を受信できる方向探知アンテナ１５０が受信したものを用いる構成により、方向判定精度も向上する。
【０１００】
また、前述の実施形態では、無線タグリーダ１００は、第１データ、第２データの互いの送信終了時点の時間差を予めメモリ１１１に記憶していた。しかし、これに限られず、第１データ、第２データの受信にともに成功したとき（図５のステップＳ４０がＹＥＳ）、受信が成功したそれら第１データ、第２データから時間差を決定してメモリ１１１に記憶するようにしてもよい。
【０１０１】
さらに、以下のようにすることもできる。無線タグ２００は、上記第１データ、第２データとしてＩＤを含んだデータを送信し、無線タグリーダ１００は、第１データ、第２データの受信にともに成功したときは、それらのデータから時間差を決定するとともに、それらのデータに含まれているＩＤを、時間差に対応付けてメモリ１１１に記憶する。その記憶後、第１データ、第２データのいずれか一方のみ受信が成功したときは（図５のステップＳ４０がＮＯ、あるいはステップＳ４４がＹＥＳ）、メモリ１１１に記憶している時間差のうち、受信が成功したデータに含まれているＩＤと対応付けられている時間差を用いて、第１インデックスあるいは第２インデックスを算出する。
【０１０２】
このようにすれば、受信が成功していない他方のデータのインデックスを算出するために、受信が成功したデータに含まれているＩＤに応じて異なる時間差を用いることができる。よって、無線タグ２００のバージョンが異なる等により、第１インデックスと第２インデックスとの時間差が複数種類存在するとしても、受信が成功していない他方のインデックスを正しく決定することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１００：無線タグリーダ、 １０１：通信圏、 １１０：制御部、 １１１：メモリ（電力強度記憶手段）、 １１２：タイマ、 １２０：送信部、 １２１：符号部、 １２２：変調部、 １２３：増幅部、 １３０：受信部、 １３１：復調部、 １３２：復号部、 １４０：通信アンテナ（リーダ側第１アンテナ）、 １５０：方向探知アンテナ（リーダ側第２アンテナ）、 １５１：励振素子、 １５２：非励振素子、 １６０：方向検知部、 １６１：指向性制御部、 １６２：電力受信部（受信電力検出手段）、 ２００：無線タグ、 ２１０：内蔵電源、 ２２０：送信部、 ２２１：符号部、 ２２２：変調部、 ２３０：受信部、 ２３１：復調部、 ２３２：復号部、 ２４０：アンテナ部、 ２４１：第１アンテナ（タグ側第１アンテナ）、 ２４２：第２アンテナ（タグ側第２アンテナ）、 ２５０：切り替えスイッチ、 ２６０：制御部、 ２６１：タイマ、 ２６２：メモリ、 ３００：コントローラ、 Ｓ３７：方向判定処理（方向決定手段）、 Ｓ３５、３６、４２、４６、４７：受信基準時点設定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線タグと、その無線タグと通信を行う無線タグリーダとを備え、無線タグリーダが無線タグの方向探知を行う無線タグ方向探知システムであって、
前記無線タグは、
偏波が互いに異なるタグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを備え、
前記第１アンテナから第１データを送信した後、第２アンテナから第２データを送信し、
前記第１データ及び前記第２データは、予め決めたタグデータ送信時間以上の長さを持ち、
前記無線タグリーダは、
水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナと、
垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナと、
前記リーダ側第１アンテナに接続され、リーダ側第１アンテナが受信した電波を復調および復号する受信手段と、
前記リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナの指向性を順次設定して、前記無線タグが前記タグ送信時間以下の時間で、予め設定された探知範囲分、指向性を変化させる指向性制御手段と、
前記リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナが受信した電波の電力強度を検出する受信電力検出手段と、
前記指向性制御手段が設定した指向性に関連付けて、その指向性で前記受信電力検出手段が検出した受信電力強度を記憶する電力強度記憶手段と、
前記受信手段が復号した信号を取得して第１データおよび第２データの受信が成功したか否かを決定し、受信が成功したデータに基づいて、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信基準時点を決定する受信基準時点決定手段と、
その受信基準時点決定手段が決定した受信基準時点に基づいて、前記電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、データの受信期間内であって、指向性が前記探知範囲分を変化したときの受信電力強度を取得し、取得した受信電力強度を用いて前記無線タグの方向を決定する方向決定手段と
を備えることを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合には、受信が成功した第１データを用いて第１データの受信基準時点を決定し、受信が成功した第２データを用いて第２データの受信基準時点を決定し、
前記方向決定手段は、前記受信基準時点決定手段が決定した第１データの受信基準時点および第２データの受信基準時点に基づいて、前記電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、第１データの受信期間内であって、指向性が前記探知範囲分を変化したときの第１受信電力強度と、第２データの受信期間内であって、指向性が前記探知範囲分を変化したときの第２受信電力強度とを取得し、取得した前記第１受信電力強度及び前記第２受信電力強度を用いて無線タグの方向を決定することを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記無線タグは、前記第１データの送信時間、前記第２データの送信時間、および、第１データの送信終了から第２データの送信開始までの時間が予め定まっており、
前記無線タグリーダは、前記第１データの受信基準時点と第２データの受信基準時点との時間差を記憶しており、
前記受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信が成功したデータの受信基準時点と前記時間差とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定することを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１データ及び前記第２データは、前記無線タグを特定するためのタグ識別情報を含み、
前記無線タグリーダは、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合に、受信が成功したそれら第１データ、第２データに基づいて前記時間差を決定して記憶し、且つ、受信が成功した前記第１データまたは前記第２データに含まれる前記タグ識別情報を前記時間差とともに記憶し、
前記受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信したデータから得たタグ識別情報に基づいて、記憶している時間差から当該タグ識別情報に対応する時間差を決定し、決定した時間差と受信が成功したデータの受信基準時点とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定することを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記無線タグリーダは、逐次、前記リーダ側第１アンテナから、前記無線タグに、方向判定モードを指示するコマンドを送信し、
前記無線タグは、逐次、前記無線タグリーダから送信されるコマンドを受信するためのコマンド受信処理を行うようになっており、且つ、前記タグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを交互に用いて当該コマンド受信処理を行うことを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項１】
無線タグと、その無線タグと通信を行う無線タグリーダとを備え、無線タグリーダが無線タグの方向探知を行う無線タグ方向探知システムであって、
前記無線タグは、
偏波が互いに異なるタグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを備え、
前記第１アンテナから第１データを送信した後、第２アンテナから第２データを送信し、
前記第１データ及び前記第２データは、予め決めたタグデータ送信時間以上の長さを持ち、
前記無線タグリーダは、
水平偏波を受信するためのリーダ側第１アンテナと、
垂直偏波を受信するためのリーダ側第２アンテナと、
前記リーダ側第１アンテナに接続され、リーダ側第１アンテナが受信した電波を復調および復号する受信手段と、
前記リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナの指向性を順次設定して、前記無線タグが前記タグ送信時間以下の時間で、予め設定された探知範囲分、指向性を変化させる指向性制御手段と、
前記リーダ側第２アンテナに接続され、リーダ側第２アンテナが受信した電波の電力強度を検出する受信電力検出手段と、
前記指向性制御手段が設定した指向性に関連付けて、その指向性で前記受信電力検出手段が検出した受信電力強度を記憶する電力強度記憶手段と、
前記受信手段が復号した信号を取得して第１データおよび第２データの受信が成功したか否かを決定し、受信が成功したデータに基づいて、第１データおよび第２データの少なくとも一方の受信基準時点を決定する受信基準時点決定手段と、
その受信基準時点決定手段が決定した受信基準時点に基づいて、前記電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、データの受信期間内であって、指向性が前記探知範囲分を変化したときの受信電力強度を取得し、取得した受信電力強度を用いて前記無線タグの方向を決定する方向決定手段と
を備えることを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合には、受信が成功した第１データを用いて第１データの受信基準時点を決定し、受信が成功した第２データを用いて第２データの受信基準時点を決定し、
前記方向決定手段は、前記受信基準時点決定手段が決定した第１データの受信基準時点および第２データの受信基準時点に基づいて、前記電力強度記憶手段に記憶されている受信電力強度のうち、第１データの受信期間内であって、指向性が前記探知範囲分を変化したときの第１受信電力強度と、第２データの受信期間内であって、指向性が前記探知範囲分を変化したときの第２受信電力強度とを取得し、取得した前記第１受信電力強度及び前記第２受信電力強度を用いて無線タグの方向を決定することを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記無線タグは、前記第１データの送信時間、前記第２データの送信時間、および、第１データの送信終了から第２データの送信開始までの時間が予め定まっており、
前記無線タグリーダは、前記第１データの受信基準時点と第２データの受信基準時点との時間差を記憶しており、
前記受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信が成功したデータの受信基準時点と前記時間差とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定することを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１データ及び前記第２データは、前記無線タグを特定するためのタグ識別情報を含み、
前記無線タグリーダは、第１データおよび第２データの受信がともに成功したと決定した場合に、受信が成功したそれら第１データ、第２データに基づいて前記時間差を決定して記憶し、且つ、受信が成功した前記第１データまたは前記第２データに含まれる前記タグ識別情報を前記時間差とともに記憶し、
前記受信基準時点決定手段は、第１データおよび第２データのいずれか一方のみ受信が成功したと決定した場合には、受信したデータから得たタグ識別情報に基づいて、記憶している時間差から当該タグ識別情報に対応する時間差を決定し、決定した時間差と受信が成功したデータの受信基準時点とに基づいて、他方のデータの受信基準時点を決定することを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記無線タグリーダは、逐次、前記リーダ側第１アンテナから、前記無線タグに、方向判定モードを指示するコマンドを送信し、
前記無線タグは、逐次、前記無線タグリーダから送信されるコマンドを受信するためのコマンド受信処理を行うようになっており、且つ、前記タグ側第１アンテナおよびタグ側第２アンテナを交互に用いて当該コマンド受信処理を行うことを特徴とする無線タグ方向探知システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１１７７８（Ｐ２０１２−２１１７７８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６４８１（Ｐ２０１１−７６４８１）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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