(57)【要約】【課題】要求される位置計測の精度を確保するとともに、アンテナの小型化を図ることができるようにする。【解決手段】位置計測用の無線信号を送信するアンテナ１４が、誘電体からなる基板５１と、基板の第１の面に２×２配列で形成された４つの放射導体５２と、基板の第２の面に形成された接地導体５４と、を備え、基板および接地導体が、４つの放射導体の外側にはみ出さないように形成されたものとする。【選択図】図８
2018064226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、
誘電体からなる基板と、
前記基板の第１の面に２×２配列で形成された４つの放射導体と、
前記基板の第２の面に形成された接地導体と、
を備え、
前記基板および前記接地導体は、前記４つの放射導体よりも外側にはみ出さないように形成されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、
誘電体からなる基板と、
前記基板の第１の面に２×２配列で形成された４つの放射導体と、
前記基板の第２の面に形成された接地導体と、
を備え、
前記基板には、筐体に固定するための固定部品が取り付けられる取付部が、前記４つの放射導体の外側に形成されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
前記基板は、前記放射導体の外側に前記取付部を含む辺縁部を有し、
前記接地導体は、前記放射導体が形成された領域に対応する前記第２の面の領域と、前記辺縁部における前記取付部を除く領域とに形成されたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記辺縁部は、前記基板の全幅の８分の１以下の幅を有することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１の面に形成されて前記放射導体に給電する給電導体を備え、
前記給電導体は、前記放射導体が形成された領域の内側に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のアンテナと、
自装置の識別情報を記憶する記憶部と、
前記自装置の識別情報を含む前記無線信号を前記アンテナから送信するために前記アンテナに無線信号用電力を出力する信号出力部と、
を備えることを特徴とする無線発信装置。
【請求項７】
請求項６に記載の無線発信装置と、
この無線発信装置から送信される前記無線信号を受信する端末装置と、
サーバ装置と、を備え、
前記端末装置は、前記無線信号を受信したときの電波強度を取得して、その電波強度を前記サーバ装置に送信し、
前記サーバ装置は、前記端末装置から取得した前記電波強度に基づいて、前記端末装置の位置情報を取得して、その位置情報を前記端末装置に送信することを特徴とする位置計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置計測用の無線信号を送信するアンテナ、これを備えた無線発信装置、および位置計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
端末の位置を計測するため、ＧＰＳ（Global Positioning System）などの衛星測位システムが広く普及している。この衛星測位システムでは、衛星から送信される信号を端末が受信することで端末の位置を計測することができるが、地下街や建物の中のように、衛星からの信号が届かない場所では、端末の位置を計測できない。
【０００３】
そこで、衛星からの信号が届かない場所での位置計測を可能にするため、位置計測用の無線信号（ビーコン信号）を送信する発信機を複数設置して、この発信機の無線信号に基づいて端末の位置を計測する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、位置計測の精度を確保するためには十分な数の発信機を設置する必要がある。このため、発信機の製造コストや設置コストを低減することが望まれる。また、例えば発信機を天井に設置する場合、天井裏のモール間に設置するなど、様々な天井構造物を避けて設置する必要があるため、設置の自由度が高いことが望まれる。
【０００６】
このような要望を満足するには発信機を小型化するとよい。発信機を小型化するには、最も大きな部品であるアンテナを小型化する必要がある。このアンテナの小型化では、前記従来の技術で採用されているパッチアンテナの場合、給電素子（パッチ）の間隔（パッチ間距離）を短くすることが考えられるが、給電素子の間隔を短くすると、基準となる２つの角度での利得差が小さくなることで、２つの地点での電波強度の差分を電波ノイズと識別できなくなり、位置計測の精度が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、要求される位置計測の精度を確保するとともに、アンテナの小型化を図ることができるアンテナ、無線発信装置、および位置計測システムを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のアンテナは、位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、誘電体からなる基板と、前記基板の第１の面に２×２配列で形成された４つの放射導体と、前記基板の第２の面に形成された接地導体と、を備え、前記基板および前記接地導体は、前記４つの放射導体よりも外側にはみ出さないように形成された構成とする。
【０００９】
また、本発明の無線発信装置は、前記アンテナと、自装置の識別情報を記憶する記憶部と、前記自装置の識別情報を含む前記無線信号を前記アンテナから送信するために前記アンテナに無線信号用電力を出力する信号出力部と、を備える構成とする。
【００１０】
また、本発明の位置計測システムは、前記無線発信装置と、この無線発信装置から送信される前記無線信号を受信する端末装置と、サーバ装置と、を備え、前記端末装置は、前記無線信号を受信したときの電波強度を取得して、その電波強度を前記サーバ装置に送信し、前記サーバ装置は、前記端末装置から取得した前記電波強度に基づいて、前記端末装置の位置情報を取得して、その位置情報を前記端末装置に送信する構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、位置計測に要求される精度を実現する上で許容される最低限の利得差が確保されるように放射導体の間隔を設定することで、要求される位置計測の精度を確保することができ、基板および接地導体を放射導体の外側にはみ出さないように形成することで、アンテナの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る位置計測システムの全体構成図
【図２】発信機１の概略構成を示すブロック図
【図３】端末２の概略構成を示すブロック図
【図４】位置管理サーバ３の概略構成を示すブロック図
【図５】位置電波情報および電波情報を示す説明図
【図６】アプリケーションサーバ４の概略構成を示すブロック図
【図７】発信機１、端末２、位置管理サーバ３およびアプリケーションサーバ４の動作手順を示すシーケンス図
【図８】アンテナ１４の斜視図
【図９】アンテナ１４の正面図
【図１０】図９に示すＸ−Ｘ線で切断したアンテナ１４の断面図
【図１１】発信機１の設置状況の一例を示す説明図、およびＺ方向に対する角度と利得との関係を表すグラフ
【図１２】第２実施形態に係るアンテナ６１の正面図
【図１３】第２実施形態に係るアンテナ６１の背面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、誘電体からなる基板と、前記基板の第１の面に２×２配列で形成された４つの放射導体と、前記基板の第２の面に形成された接地導体と、を備え、前記基板および前記接地導体は、前記４つの放射導体よりも外側にはみ出さないように形成された構成とする。
【００１４】
これによると、位置計測に要求される精度を実現する上で許容される最低限の利得差が確保されるように放射導体の間隔を設定することで、要求される位置計測の精度を確保することができ、基板および接地導体を放射導体の外側にはみ出さないように形成することで、アンテナの小型化を図ることができる。
【００１５】
また、第２の発明は、位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、誘電体からなる基板と、前記基板の第１の面に２×２配列で形成された４つの放射導体と、前記基板の第２の面に形成された接地導体と、を備え、前記基板には、筐体に固定するための固定部品が取り付けられる取付部が、前記４つの放射導体の外側に形成された構成とする。
【００１６】
これによると、位置計測に要求される精度を実現する上で許容される最低限の利得差が確保されるように放射導体の間隔を設定することで、要求される位置計測の精度を確保することができ、放射導体の外側に取付部を形成することで、アンテナの小型化を図りつつ、筐体にアンテナを確実に固定することができ、さらに、取付部による放射電波への影響を抑えることができる。
【００１７】
また、第３の発明は、前記基板は、前記放射導体の外側に前記取付部を含む辺縁部を有し、前記接地導体は、前記放射導体が形成された領域に対応する前記第２の面の領域と、前記辺縁部における前記取付部を除く領域とに形成された構成とする。
【００１８】
これによると、グランドが広くなることで、絶対利得が高くなるため、通信速度などの通信性能を向上させることができる。
【００１９】
また、第４の発明は、前記辺縁部は、前記基板の全幅の８分の１以下の幅を有する構成とする。
【００２０】
これによると、アンテナの小型化を図ることができる。
【００２１】
また、第５の発明は、前記第１の面に形成されて前記放射導体に給電する給電導体を備え、前記給電導体は、前記放射導体が形成された領域の内側に形成された構成とする。
【００２２】
これによると、アンテナの小型化を図ることができる。
【００２３】
また、第６の発明は、前記アンテナと、自装置の識別情報を記憶する記憶部と、前記自装置の識別情報を含む前記無線信号を前記アンテナから送信するために前記アンテナに無線信号用電力を出力する信号出力部と、を備える構成とする。
【００２４】
これによると、要求される位置計測の精度を確保するとともに、無線発信装置の小型化を図ることができる。
【００２５】
また、第７の発明は、前記無線発信装置と、この無線発信装置から送信される前記無線信号を受信する端末装置と、サーバ装置と、を備え、前記端末装置は、前記無線信号を受信したときの電波強度を取得して、その電波強度を前記サーバ装置に送信し、前記サーバ装置は、前記端末装置から取得した前記電波強度に基づいて、前記端末装置の位置情報を取得して、その位置情報を前記端末装置に送信する構成とする。
【００２６】
これによると、無線発信装置の小型化を図りつつ高精度な位置計測が可能になる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る位置計測システムの全体構成図である。
【００２９】
この位置計測システムは、ＧＰＳなどの衛星測位システムによる位置計測ができない場所での位置計測を可能にするものであり、発信機１（無線発信装置）と、端末２（端末装置）と、位置管理サーバ３（サーバ装置）と、アプリケーションサーバ４と、基地局５と、を備えている。なお、基地局５は、移動体通信（セルラー通信）の基地局や、ＷｉＦｉ（登録商標）などの無線ＬＡＮのアクセスポイントである。
【００３０】
発信機１は、施設内に設置されている。この施設は地下街や建物などであり、この施設内には複数の発信機１が設置されている。発信機１は、端末２に向けて無線信号（ビーコン信号）をブロードキャストで送信する。この無線信号は、例えば、ＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）の規格に基づく２．４ＧＨｚ帯を利用したものである。
【００３１】
端末２は、ユーザが所持するスマートフォンやタブレット端末などであり、基地局５およびインターネットを介して位置管理サーバ３およびアプリケーションサーバ４との間で通信を行う。この端末２では、発信機１から送信される無線信号を受信し、この無線信号の電波強度を測定して、その電波強度と送信元の発信機１の識別情報（発信機ＩＤ）とを含む電波情報を位置管理サーバ３に送信する。
【００３２】
位置管理サーバ３は、施設内の各位置での発信機１ごとの無線信号の電波強度に関する位置電波情報を保持し、この位置電波情報と、端末２から取得した電波情報とに基づいて、端末２の位置を決定し、端末２の位置情報を端末２に送信する。
【００３３】
アプリケーションサーバ４は、端末２から位置情報を取得して、端末２の位置に応じた付加情報、例えば、端末２の周辺の地図情報などを端末２に送信する。
【００３４】
なお、この位置計測システムは、地下街や建物のように衛星信号が届きにくい場所での位置計測に有効であるが、屋外の衛星信号が届きにくい場所に適用してもよい。また、衛星信号が届く場所であっても、この位置計測システムによる位置計測と、衛星信号による位置計測とを併用すると、位置計測の精度を向上させることができる。
【００３５】
また、この位置計測システムは、一般的な測位システムと同様に、絶対的な位置情報（緯度および経度）を取得するようにしてもよいが、端末２が特定のエリアに位置するか否か、例えば店舗内のどの売場に端末２が位置するかを識別するものであってもよい。
【００３６】
次に、発信機１について説明する。図２は、発信機１の概略構成を示すブロック図である。
【００３７】
発信機１は、ＩＤ記憶部１１と、電波強度記憶部１２と、信号出力部１３と、アンテナ１４と、電源部１５と、を備えている。
【００３８】
ＩＤ記憶部１１は、発信機１を識別するための発信機ＩＤを記憶する。電波強度記憶部１２は、アンテナ１４から送信する無線信号の電波強度を記憶する。
【００３９】
信号出力部１３は、ＩＤ記憶部１１に記憶された発信機ＩＤを含む無線信号をアンテナ１４から送信するために、アンテナ１４に無線信号用電力を伝送する。このとき、信号出力部１３は、電波強度記憶部１２に記憶された電波強度に応じて調整した無線信号用電力をアンテナ１４に伝送する。アンテナ１４は、伝送された無線信号用電力を使って無線信号を送信する。
【００４０】
電源部１５は、発信機１の各構成要素に電力を供給する。この電源部は１次電池で構成される。なお、光発電などの発電デバイスと２次電池とを組み合わせた構成としてもよい。このように独立電源とすると、電源配線工事が不要となることから、発信機１の設置が容易になり、多数の発信機１を低コストに設置することができる。
【００４１】
次に、端末２について説明する。図３は、端末２の概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
端末２は、無線受信部２１と、電波強度測定部２２と、通信部２３と、制御部２４と、記憶部２５と、表示部２６と、を備えている。
【００４３】
無線受信部２１は、発信機１から送信される無線信号（ビーコン信号）を受信する。
【００４４】
電波強度測定部２２は、発信機１から送信される無線信号を無線受信部２１で受信したときの電波強度を測定する。
【００４５】
通信部２３は、位置管理サーバ３との間で通信を行う。また、通信部２３は、アプリケーションサーバ４との間で通信を行う。本実施形態では、電波情報を位置管理サーバ３に送信する。また、位置管理サーバ３から送信される位置情報を受信する。
【００４６】
記憶部２５は、制御部２４で実行されるプログラムを記憶する。
【００４７】
制御部２４は、電波情報送信部２７と、位置情報送信部２８と、付加情報処理部２９と、を備えている。この制御部２４の各部は、記憶部２５に記憶されたプログラムを、制御部２４を構成するプロセッサに実行させることで実現される。
【００４８】
電波情報送信部２７では、無線受信部２１で無線信号を受信すると、その無線信号に含まれる発信機ＩＤを取得し、また、無線信号の電波強度を電波強度測定部２２から取得して、その発信機ＩＤおよび電波強度を含む電波情報を位置管理サーバ３に送信する処理を行う。このとき、複数の発信機１から送信される無線信号を同時に受信することで、電波情報には、複数の発信機ＩＤごとの電波強度が含まれる。
【００４９】
位置情報送信部２８は、位置管理サーバ３から送信される位置情報を通信部２３で受信すると、その位置情報をアプリケーションサーバ４に送信する処理を行う。付加情報処理部２９は、アプリケーションサーバ４から送信される付加情報を通信部２３で受信すると、その付加情報を端末２の位置情報とともに表示部２６に表示させる制御を行う。
【００５０】
表示部２６は、アプリケーションサーバ４から取得した付加情報を、位置管理サーバ３から取得した端末２の位置情報とともに表示する。例えば、付加情報として、端末２の周辺の地図情報をアプリケーションサーバ４から取得し、この地図情報と端末２の位置情報とに基づいて、端末２の周辺の地図上に端末２の現在位置を示した画面を表示する。これにより、利用者の現在位置をわかりやすく利用者に提示することができる。
【００５１】
次に、位置管理サーバ３について説明する。図４は、位置管理サーバ３の概略構成を示すブロック図である。図５は、位置電波情報および電波情報を示す説明図である。
【００５２】
図４に示すように、位置管理サーバ３は、通信部３１と、制御部３２と、記憶部３３と、を備えている。
【００５３】
通信部３１は、端末２との間で通信を行う。また、通信部３１は、アプリケーションサーバ４との間で通信を行う。本実施形態では、端末２から送信される電波情報を受信する。また、制御部３２で取得した端末２の位置情報を端末２に送信する。
【００５４】
記憶部３３は、制御部３２で実行するプログラムを記憶する。また、記憶部３３は、位置電波情報を記憶する（図５（Ａ）参照）。この位置電波情報は、各地点における発信機ごとの無線信号の電波強度を表すものである。この位置電波情報は、端末２や測定専用機（図示せず）を用いて各地点で発信機ごとの無線信号の電波強度を測定することで作成される。
【００５５】
制御部３２は、位置決定部３４と、位置情報送信部３５と、を備えている。この制御部３２の各部は、記憶部３３に記憶されたプログラムを、制御部３２を構成するプロセッサに実行させることで実現される。
【００５６】
位置決定部３４は、端末２から送信されて通信部３１で受信した電波情報（図５（Ｂ）参照）と、記憶部３３に記憶された位置電波情報（図５（Ａ）参照）とに基づいて、端末２の位置を決定して端末２の位置情報を取得する。位置情報送信部３５は、位置決定部３４で取得した端末２の位置情報を端末２に送信する。
【００５７】
ここで、位置決定部３４では、端末２から取得した電波情報に含まれる発信機１ごとの電波強度と、位置電波情報に含まれる各地点の発信機１ごとの電波強度とを比較して、発信機１ごとの電波強度の類似性に基づいて、位置電波情報の地点の中から端末２の位置を決定する。具体的には、位置電波情報の各地点について、位置電波情報の電波強度と電波情報の電波強度との差分（絶対値）を発信機１ごとに算出して、その発信機１ごとの差分を合計する。そして、各地点における差分の合計値を比較して、差分の合計値が最も小さくなる地点を端末２の位置に決定する。
【００５８】
次に、アプリケーションサーバ４について説明する。図６は、アプリケーションサーバ４の概略構成を示すブロック図である。
【００５９】
アプリケーションサーバ４は、通信部４１と、制御部４２と、記憶部４３と、を備えている。
【００６０】
通信部４１は、端末２との間で通信を行う。また、通信部４１は、位置管理サーバ３との間で通信を行う。本実施形態では、端末２から送信される端末の位置情報を受信する。また、制御部４２で生成した付加情報を端末２に送信する。
【００６１】
記憶部４３は、制御部４２で実行するプログラムを記憶する。
【００６２】
制御部４２は、付加情報生成部４４と、付加情報送信部４５と、を備えている。この制御部４２の各部は、記憶部４３に記憶されたプログラムを、制御部４２を構成するプロセッサに実行させることで実現される。
【００６３】
付加情報生成部４４は、端末２から送信される端末２の位置情報を通信部４１で受信すると、その端末２の位置情報に基づいて、端末２の周辺の地図情報などの付加情報を生成する。付加情報送信部４５は、付加情報生成部４４で生成した付加情報を端末２に送信する。
【００６４】
次に、発信機１、端末２、位置管理サーバ３およびアプリケーションサーバ４の動作手順について説明する。図７は、発信機１、端末２、位置管理サーバ３およびアプリケーションサーバ４の動作手順を示すシーケンス図である。
【００６５】
まず、発信機１では、無線信号（ビーコン信号）を端末２に向けて送信する。
【００６６】
端末２では、無線受信部２１において、発信機１から送信される無線信号を受信すると、電波強度測定部２２において、受信した無線信号の電波強度を測定する。次に、電波情報送信部２７において、受信した無線信号から発信機ＩＤを取得し、この発信機ＩＤと電波強度とを含む電波情報を生成して、その電波情報を位置管理サーバ３に送信する。
【００６７】
位置管理サーバ３では、通信部３１において、端末２から送信される電波情報を受信すると、位置決定部３４において、端末２から取得した電波情報と、記憶部３３に記憶された位置電波情報とに基づいて、端末２の位置を決定して端末２の位置情報を取得する。そして、位置情報送信部３５において、端末２の位置情報を端末２に送信する。
【００６８】
端末２では、通信部２３において、位置管理サーバ３から送信される位置情報を受信すると、位置情報送信部２８において、位置管理サーバ３から取得した位置情報をアプリケーションサーバ４に送信する。
【００６９】
アプリケーションサーバ４では、通信部４１において、端末２から送信される位置情報を受信すると、付加情報生成部４４において、端末２から取得した位置情報に基づいて、端末２の周辺の地図に関する付加情報を生成する。そして、付加情報送信部４５において、付加情報を端末２に送信する。
【００７０】
端末２では、通信部２３において、アプリケーションサーバ４から送信される付加情報を受信すると、付加情報処理部２９において、アプリケーションサーバ４から取得した付加情報を、位置管理サーバ３から取得した端末２の位置情報とともに表示部２６に表示する。これにより、端末２の周辺の地図上に端末２の現在位置を示した画面が表示部２６に表示される。
【００７１】
なお、本実施形態では、アプリケーションサーバ４が端末２の位置情報を端末２から取得するようにしたが、アプリケーションサーバ４が、端末２の位置を決定する位置管理サーバ３から直接取得するようにしてもよい。
【００７２】
次に、発信機１のアンテナ１４について説明する。図８は、アンテナ１４の斜視図である。図９は、アンテナ１４の正面図である。図１０は、図９に示すＸ−Ｘ線で切断したアンテナ１４の断面図である。
【００７３】
図８に示すように、アンテナ１４は、基板５１と、４つのパッチ５２（放射導体）と、給電ライン５３（給電導体）と、グランド５４（接地導体）と、を備えている。
【００７４】
図９に示すように、基板５１は、矩形の平板状をなし、誘電体で形成されている。パッチ５２は、矩形状をなし、銅箔などの導電体からなり、基板５１の出力面（第１の面）に形成されている。給電ライン５３は、パッチ５２と同様に、銅箔などの導電体からなり、基板５１の出力面に形成されている。この給電ライン５３は、給電点５５に供給される電力をパッチ５２に導くものであり、給電点５５から給電ライン５３を介して供給される電力により、パッチ５２から無線電波が放射される。また、この給電ライン５３は、パッチ５２が配置された領域の内側に形成されている。
【００７５】
図１０に示すように、グランド５４は、基板５１におけるパッチ５２が設けられた出力面と相反する側の背面（第２の面）の全体に形成されている。このグランド５４は、パッチ５２から−Ｚ方向に放射された電波を反射するものであり、このグランド５４で反射された電波が＋Ｚ方向へ進むため、＋Ｚ方向に関する電波の利得を高めることができるとともに、＋Ｚ方向の指向性を高めることができる。
【００７６】
また、図８に示したように、パッチ５２は、２×２配列、すなわち、Ｘ方向に２つ並ぶとともにＹ方向に２つ並ぶマトリックス状に４つ配置されている。
【００７７】
この４つのパッチ５２には、半波長もしくは４分の１波長だけ位相変換した４つの信号が個別に入力される。これにより、４つのパッチ５２から放射される４つの電波では、＋Ｚ方向に空中を進む電波成分が互いに共振することで利得が高まる。一方、＋Ｚ方向から傾いた方向に空中を進む電波成分は互いに打ち消し合うことで利得が下がる。その結果、＋Ｚ方向に高い利得が得られ、＋Ｚ方向に指向性のある電波波形を得ることができる。
【００７８】
また、パッチ５２が、基板５１の４つの角部に配置され、基板５１およびグランド５４が、４つのパッチ５２の外側にはみ出さないように形成されている。
【００７９】
なお、本実施形態では、基板５１においてパッチ５２が配置される出力面に給電ライン５３を設けたが、給電用の導線が挿入されるスルーホールを基板５１に設けて、基板５１の背面側からパッチ５２に給電するようにしてもよい。
【００８０】
また、本実施形態では、パッチ５２を方形状に形成したが、パッチ５２を円形状に形成するようにしてもよい。
【００８１】
次に、アンテナ１４に要求される利得差について説明する。図１１（Ａ）は、発信機１の設置状況の一例を示す説明図である。図１１（Ｂ）は、Ｚ方向に対する角度と利得との関係を表すグラフである。
【００８２】
図１１（Ａ）に示す例では、建物の天井に発信機１が設置されている。なお、発信機１は、天井の表側に設置される他に、天井の裏側に設置される場合もある。また、アンテナ１４は、パッチ５２が設けられた出力面を下にして配置される（図８参照）。
【００８３】
本実施形態では、発信機１から発信される無線信号（ビーコン信号）を端末２で受信したときの電波強度に基づいて端末２の位置を識別する。このとき、位置識別に所要の精度が求められる。例えば、工場などにおける人物の動線を分析する処理や、空港などの公共施設でのナビゲーションでは、２ｍの精度の位置識別が求められている。
【００８４】
このような位置識別の精度を実現するには、図１１（Ａ）に示すように、発信機１の真下の位置での電波強度と、この位置から、要求される精度に対応する距離だけ横にずれた位置での電波強度との間に有意差が現れる必要がある。これをアンテナ特性で説明すると、発信機１の真下の方向すなわちＺ方向での利得と、Ｚ方向に対して、要求される精度に対応する角度θだけ傾いた方向での利得との間に有意差が現れる必要がある。
【００８５】
ここで、どのような環境でも３〜４ｄＢ程度の電波ノイズが存在し、このような電波ノイズが存在する環境で、所要の精度の位置識別ができるようにするには、Ｚ方向での利得とＺ方向に対して角度θだけ傾いた方向での利得との差分である利得差が、電波ノイズのレベルを超える値（例えば４〜５ｄＢ以上）となることが必要となる。
【００８６】
図１１（Ｂ）に示す例では、Ｚ方向に対する角度θを３０度として、この３０度の角度で、４．５ｄＢの利得差を確保することができる。この利得差は、通常の電波ノイズのレベル（３〜４ｄＢ程度）を超えるため、位置識別を精度よく行うことができる。
【００８７】
なお、発信機１から見た端末２の角度は、天井の高さに応じて変化する。このため、天井の高さに応じて、発信機１の設置間隔を調整するようにするとよい。例えば、天井が標準の高さ（例えば３ｍ）より高い場合には、発信機１の設置間隔を短くするようにするとよい。
【００８８】
このようにアンテナ１４では、位置識別に要求される精度を実現するため、基準となる２つの角度での利得差を確保する必要がある。この利得差は、パッチ間距離、すなわち、Ｘ方向およびＹ方向に並んだ２つのパッチ５２の中心間距離で調整することができる。すなわち、パッチ間距離を小さくすると、利得差が小さくなり、パッチ間距離を大きくすると、利得差を大きくすることができる。
【００８９】
ここで、本実施形態によるアンテナ１４は小型化を図ることを主な目的としており、アンテナ１４の小型化を図るには、まず、パッチ間距離を小さくすることが有効である。ところが、パッチ間距離を小さくすると、利得差が小さくなり、位置識別の精度が低下する。
【００９０】
そこで、本実施形態では、アンテナ１４の小型化を図るため、位置識別に要求される精度を実現する上で許容される最低限の利得差が確保されるようにパッチ間距離を設定する。
【００９１】
一方、グランド５４を広く形成すると、漏えい電波が減り、絶対利得が高くなることから、通信性能を向上させることができる。このため、一般的には、基板５１およびグランド５４をパッチ５２の外側に大きくはみ出すように形成するようにしている。しかしながら、本実施形態によるアンテナ１４は、位置識別の用途で用いられるものであり、高い通信性能は求められていない。
【００９２】
そこで、本実施形態では、基板５１およびグランド５４が、パッチ５２の外側にはみ出さないように形成している。これにより、要求される位置計測の精度を確保するとともに、アンテナの小型化を図ることができる。一方、グランド５４が狭くなることで、絶対利得が低くなるが、位置識別の用途では実用上の支障はない。
【００９３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図１２は、第２実施形態に係るアンテナ６１の正面図である。図１３は、第２実施形態に係るアンテナ６１の背面図である。なお、ここで特に言及しない点は前記の実施形態と同様である。
【００９４】
図１２および図１３に示すように、第２実施形態に係るアンテナ６１は、第１実施形態のアンテナ１４と同様に、基板６２と、４つのパッチ５２と、給電ライン５３と、グランド６３と、を備えているが、特に本実施形態では、基板６２に、４つのパッチ５２の外側に取付部６４が形成されている。
【００９５】
この取付部６４は、発信機１の筐体に固定するためのねじ（固定部品）が取り付けられるものであり、この取付部６４には、ねじが挿入されるねじ孔６５が形成されている。
【００９６】
また、基板６２は、パッチ５２の外側に取付部６４を含む第１，第２の辺縁部６６，６７（図１２で一点鎖線で囲まれた領域）を有しており、この第１，第２の辺縁部６６，６７の両端に取付部６４が位置する。この第１，第２の辺縁部６６，６７は、パッチ５２に対してＸ方向の外側に位置する。さらに、基板６２は、パッチ５２に対してＹ方向の外側に位置する第３，第４の辺縁部６８，６９（図１２で一点鎖線で囲まれた領域）を有している。
【００９７】
ここで、第１，第２の辺縁部６６，６７の幅Ｗ１は、基板６２の幅Ｗ２の８分の１とするとよい。これにより、十分な大きさの取付部６４を確保して、基板６２を安定に発信機１の筐体に支持することができる。また、取付部６４を確保できるのであれば、辺縁部６６，６７の幅Ｗ１を、基板６２の全幅Ｗ２の８分の１より狭くするようにしてもよい。これにより、アンテナ６１の小型化を図ることができる。
【００９８】
なお、図１２に示した例では、第１，第２の辺縁部６６，６７に取付部６４が設けられているが、第３，第４の辺縁部６８，６９に取付部６４を設けるようにしてもよい。例えば、第１，第２の辺縁部６６，６７に１つずつ取付部６４を設け、第３，第４の辺縁部６８，６９のいずれか一方に２つの取付部６４を設けるようにしてもよい。このように第３，第４の辺縁部６８，６９に取付部６４を設ける場合には、前記の第１，第２の辺縁部６６，６７に関する幅Ｗ１と幅Ｗ２との関係を、第３，第４の辺縁部６８，６９にも適用するとよい。このとき、幅Ｗ２は基板６２のＹ方向の幅に置き換えればよい。
【００９９】
図１３に示すように、グランド６３は、パッチ５２が配置された領域に対応する背面上の領域と、辺縁部６６〜６９における取付部６４を除く領域とに形成されている。これにより、グランド６３が広くなることで、絶対利得が高くなるため、通信性能を向上させることができる。
【０１００】
また、本実施形態では、発信機１の筐体にアンテナ６１を固定する固定部品としてねじを用いるようにしたが、この固定部品はねじに限定されるものではない。例えば、基板６２から突出するようにピン、ボス、スペーサなどを設けるようにしてもよい。
【０１０１】
また、ＩＤ記憶部１１、電波強度記憶部１２、および信号出力部１３（図２参照）を構成する電子部品や、電源部１５（図２参照）を構成する電池および電池ホルダを基板６２に実装するようにしてもよい。この場合、電池ホルダは、基板６２の背面側に配置するとよい。また、電子部品は、基板６２の出力面に配置して給電ライン５３に接続するようにするとよい。このとき、パッチ５２から放射される電波への影響を抑えるため、出力面におけるパッチ５２が配置された領域の外側に、電子部品を配置するとよい。
【０１０２】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用できる。また、上記の実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
【０１０３】
例えば、前記の実施形態では、端末から電波情報を位置管理サーバに提供して、位置管理サーバにおいて、端末から取得した電波情報と、自装置に保持された位置電波情報とに基づいて、端末の位置を決定するようにしたが、位置管理サーバから端末に位置電波情報を提供して、端末において、自装置で取得した電波情報と、位置管理サーバから取得した位置電波情報とに基づいて、自装置の位置を決定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明に係るアンテナ、無線発信装置、および位置計測システムは、要求される位置計測の精度を確保するとともに、アンテナの小型化を図ることができる効果を有し、位置計測用の無線信号を送信するアンテナ、これを備えた無線発信装置、および位置計測システムなどとして有用である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  発信機（無線発信装置）
２  端末（端末装置）
３  位置管理サーバ（サーバ装置）
１３  信号出力部
１４  アンテナ
５１  基板
５２  パッチ（放射導体）
５３  給電ライン（給電導体）
５４  グランド（接地導体）
５５  給電点
６１  アンテナ
６２  基板
６３  グランド（接地導体）
６４  取付部
６５  ねじ孔
６６〜６９  辺縁部
【図１】
2018064226.tif 000003
【図２】
2018064226.tif 000004
【図３】
2018064226.tif 000005
【図４】
2018064226.tif 000006
【図５】
2018064226.tif 000007
【図６】
2018064226.tif 000008
【図７】
2018064226.tif 000009
【図８】
2018064226.tif 000010
【図９】
2018064226.tif 000011
【図１０】
2018064226.tif 000012
【図１１】
2018064226.tif 000013
【図１２】
2018064226.tif 000014
【図１３】
2018064226.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月27日(2017.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、
誘電体からなる基板と、
前記基板の第１の面に２×２配列で形成され、位置識別に要求される最低限の所定の利得差となるようにパッチ間距離を小さく設定された４つの放射導体と、
前記基板の第２の面の全体に形成された接地導体と、
を備え、
前記基板および前記接地導体は、前記４つの放射導体よりも外側にはみ出さないように形成されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、
誘電体からなる基板と、
前記基板の第１の面に２×２配列で形成され、位置識別に要求される最低限の所定の利得差となるようにパッチ間距離を小さく設定された４つの放射導体と、
前記基板の第２の面の全体に形成された接地導体と、
を備え、
前記基板は、前記放射導体の外側に、筐体に固定するための固定部品が取り付けられる取付部を含む辺縁部を有し、
前記接地導体は、前記放射導体が形成された領域に対応する前記第２の面の領域と、前記辺縁部における前記取付部を除く領域とに形成されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
前記辺縁部は、前記基板の全幅の８分の１以下の幅を有することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の面に形成されて前記放射導体に給電する給電導体を備え、
前記給電導体は、前記放射導体が形成された領域の内側に形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナと、
自装置の識別情報を記憶する記憶部と、
前記自装置の識別情報を含む前記無線信号を前記アンテナから送信するために前記アンテナに無線信号用電力を出力する信号出力部と、
を備えることを特徴とする無線発信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の無線発信装置と、
この無線発信装置から送信される前記無線信号を受信する端末装置と、
サーバ装置と、を備え、
前記端末装置は、前記無線信号を受信したときの電波強度を取得して、その電波強度を前記サーバ装置に送信し、
前記サーバ装置は、前記端末装置から取得した前記電波強度に基づいて、前記端末装置の位置情報を取得して、その位置情報を前記端末装置に送信することを特徴とする位置計測システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明のアンテナは、位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、誘電体からなる基板と、前記基板の第１の面に２×２配列で形成され、位置識別に要求される最低限の所定の利得差となるようにパッチ間距離を小さく設定された４つの放射導体と、前記基板の第２の面の全体に形成された接地導体と、を備え、前記基板および前記接地導体は、前記４つの放射導体よりも外側にはみ出さないように形成された構成とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、誘電体からなる基板と、前記基板の第１の面に２×２配列で形成され、位置識別に要求される最低限の所定の利得差となるようにパッチ間距離を小さく設定された４つの放射導体と、前記基板の第２の面の全体に形成された接地導体と、を備え、前記基板および前記接地導体は、前記４つの放射導体よりも外側にはみ出さないように形成された構成とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、第２の発明は、位置計測用の無線信号を送信するアンテナであって、誘電体からなる基板と、前記基板の第１の面に２×２配列で形成され、位置識別に要求される最低限の所定の利得差となるようにパッチ間距離を小さく設定された４つの放射導体と、前記基板の第２の面の全体に形成された接地導体と、を備え、前記基板は、前記放射導体の外側に、筐体に固定するための固定部品が取り付けられる取付部を含む辺縁部を有し、前記接地導体は、前記放射導体が形成された領域に対応する前記第２の面の領域と、前記辺縁部における前記取付部を除く領域とに形成された構成とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
これによると、位置計測に要求される精度を実現する上で許容される最低限の利得差が確保されるように放射導体の間隔を設定することで、要求される位置計測の精度を確保することができ、放射導体の外側に取付部を形成することで、アンテナの小型化を図りつつ、筐体にアンテナを確実に固定することができ、さらに、取付部による放射電波への影響を抑えることができる。また、グランドが広くなることで、絶対利得が高くなるため、通信速度などの通信性能を向上させることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、第３の発明は、前記辺縁部は、前記基板の全幅の８分の１以下の幅を有する構成とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、第４の発明は、前記第１の面に形成されて前記放射導体に給電する給電導体を備え、前記給電導体は、前記放射導体が形成された領域の内側に形成された構成とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、第５の発明は、前記アンテナと、自装置の識別情報を記憶する記憶部と、前記自装置の識別情報を含む前記無線信号を前記アンテナから送信するために前記アンテナに無線信号用電力を出力する信号出力部と、を備える構成とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、第６の発明は、前記無線発信装置と、この無線発信装置から送信される前記無線信号を受信する端末装置と、サーバ装置と、を備え、前記端末装置は、前記無線信号を受信したときの電波強度を取得して、その電波強度を前記サーバ装置に送信し、前記サーバ装置は、前記端末装置から取得した前記電波強度に基づいて、前記端末装置の位置情報を取得して、その位置情報を前記端末装置に送信する構成とする。