(57)【要約】      （修正有）【課題】汎用のパッシブ型のＲＦタグを使用して、広いエリアでの製品等の物流管理や位置管理を実現できる無線通信システムを提供する。【解決手段】ヤードに置かれる各対象物には、固有情報を記憶するパッシブ型のＲＦタグ１が取り付けられる。無線通信システムは、複数台の送信機２及び送信アンテナ３の組と、複数台の受信機４及び受信アンテナ５の組とを備える。送信機２は、送信アンテナ３を介してＲＦタグ１に電波を送信する。受信機４は、送信アンテナ３から送信される電波を受信して動作するＲＦタグ１から、受信アンテナ５を介して電波を受信する。送信アンテナ３は、無指向性アンテナ又は指向性アンテナである。受信アンテナ５は、指向性アンテナであり、支持装置であるアンテナローテータ６で支持され、受信アンテナ５の向きが可変である。【選択図】図１
2019078721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッシブ型のＲＦタグと、
前記ＲＦタグに電波を送信するための送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信される電波を受信して動作する前記ＲＦタグから電波を受信するための、前記送信アンテナとは別体の受信アンテナとを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記受信アンテナは、指向性アンテナであることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記送信アンテナが複数台設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記受信アンテナが複数台設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記受信アンテナが支持装置で支持され、前記受信アンテナの向きが可変であることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記送信アンテナから電波を送信するように制御するとともに、当該送信アンテナの位置に合わせて、前記受信アンテナの向きを変えるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記受信アンテナを介して前記ＲＦタグから受信した電波に基づいて、当該ＲＦタグの位置を特定する位置特定手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記位置特定手段は、２本の前記受信アンテナの受信範囲を交差させた交差領域に入っている前記ＲＦタグの位置を求めることを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦタグを利用した無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
製品等の識別や管理にＲＦタグが利用されることがある。固有情報が格納されたＲＦタグを製品等に取り付けておき、通信機器が無線通信によりＲＦタグから固有情報を読み取ることにより、製品等の物流管理や位置管理を実現することができる。
【０００３】
ＲＦタグとしては、内蔵電池により動作するアクティブ型と、電池を保有せず、外部から受信する電波をエネルギー源として動作するパッシブ型とがある。アクティブ型のＲＦタグは、通信距離を長距離とすることが可能であるが、単価が高く、また、内蔵電池の残容量を把握する必要があり、多数の製品等を取り扱う場合にはほとんど採用されていない。それに対して、パッシブ型のＲＦタグは、単価が安く、電池の残容量を管理する必要がないことから、多数の製品等を取り扱う場合に採用されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５２５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パッシブ型のＲＦタグは、一般的に通信距離が５〜６［ｍ］程度と短く、広いエリアでの製品等の物流管理や位置管理に適用するために、通信距離を延ばすことが求められる。なお、広いエリアとは、縦横それぞれ数十メートル〜数百メートル程度の広さのエリアを想定している。
【０００６】
ＲＦタグとの通信距離を延ばすために、例えばＲＦタグ内部のアンテナの面積、長さ、形状等を改良することが考えられるが、ＲＦタグのメーカ側での対応となり、また、単価が高くなってしまう。
【０００７】
また、ＲＦタグとの通信距離を延ばすために、汎用のパッシブ型のＲＦタグを使用しつつ、通信機器の送受信用アンテナとして指向性アンテナを用いることが考えられる。
しかしながら、例えば屋外での製品等の物流管理や位置管理に適用する場合、電波法により、通信機器の出力と送受信用アンテナの利得の合計ｄＢの制約を受けることがある。この場合、ＲＦタグを動作させるエネルギー源となる電波の送信出力を小さくせざるをえないことがある。
【０００８】
なお、例えば特許文献１には、ＲＦＩＤタグは、近接位置にある静電励磁機から励磁信号を静電気的に受信して励磁状態になり、格納タグ情報に基づき読取信号を生成し、読取信号を、近接位置にある読取機に静電気的に送信する構成が開示されている。
しかしながら、特許文献１は、広いエリアでの製品等の物流管理や位置管理に適用することを想定するものではない。
【０００９】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、汎用のパッシブ型のＲＦタグを使用して、広いエリアでの製品等の物流管理や位置管理を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］  パッシブ型のＲＦタグと、
前記ＲＦタグに電波を送信するための送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信される電波を受信して動作する前記ＲＦタグから電波を受信するための、前記送信アンテナとは別体の受信アンテナとを備えたことを特徴とする無線通信システム。
［２］  前記受信アンテナは、指向性アンテナであることを特徴とする［１］に記載の無線通信システム。
［３］  前記送信アンテナが複数台設置されることを特徴とする［１］又は［２］に記載の無線通信システム。
［４］  前記受信アンテナが複数台設置されることを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか一つに記載の無線通信システム。
［５］  前記受信アンテナが支持装置で支持され、前記受信アンテナの向きが可変であることを特徴とする［２］に記載の無線通信システム。
［６］  前記送信アンテナから電波を送信するように制御するとともに、当該送信アンテナの位置に合わせて、前記受信アンテナの向きを変えるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする［５］に記載の無線通信システム。
［７］  前記受信アンテナを介して前記ＲＦタグから受信した電波に基づいて、当該ＲＦタグの位置を特定する位置特定手段を備えたことを特徴とする［２］に記載の無線通信システム。
［８］  前記位置特定手段は、２本の前記受信アンテナの受信範囲を交差させた交差領域に入っている前記ＲＦタグの位置を求めることを特徴とする［７］に記載の無線通信システム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、汎用のパッシブ型のＲＦタグを使用して、広いエリアでの製品等の物流管理や位置管理を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す図である。
【図３】送信アンテナの送信範囲、動作中のＲＦタグの通信可能領域、及び受信アンテナの受信範囲の関係を示す図である。
【図４】２本の受信アンテナの受信範囲を交差させて、その交差領域に入っているＲＦタグの位置を求めるアルゴリズムを説明するための図である。
【図５】３次元空間上のＲＦタグ検知ベクトルを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１、図２に、実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す。本実施形態では、図２に示すように、製品等の対象物９が置かれる屋外のヤード（置き場）において、対象物９の位置を特定するのに利用される無線通信システムを説明する。対象とするヤードは、縦横それぞれ数十メートル〜数百メートル程度の広さのエリアを想定している。
【００１４】
図２に示すように、ヤードに置かれる各対象物９には、固有情報を記憶するＲＦタグ１が取り付けられる。ＲＦタグ１は、汎用のパッシブ型のＲＦタグを使用すればよく、例えば９２０ＭＨｚ帯のパッシブ型のＲＦタグが使用される。なお、対象物９にＲＦタグ１を取り付けるとは、対象物９にＲＦタグ１を貼着等する以外にも、例えば対象物９の所定の箇所上にＲＦタグ１を単に載置するような形態も含む。
【００１５】
図１に示すように、無線通信システムは、複数台の送信機２及び送信アンテナ３の組と、複数台の受信機４及び受信アンテナ５の組とを備える。
送信機２は、送信アンテナ３を介してＲＦタグ１に電波を送信する。受信機４は、送信アンテナ３から送信される電波を受信して動作するＲＦタグ１から、受信アンテナ５を介して電波を受信する。
【００１６】
ＲＦタグ１に電波を送信するための送信アンテナ３は、用途に応じてアンテナを選択すればよく、例えばモノポールアンテナのような無指向性アンテナや平面アンテナ等の指向性アンテナが使用される。本実施形態では無指向性アンテナが使用されており、送信アンテナ３の送信範囲ｔを模式的に示す。
図２に示すように、送信アンテナ３は、一部しか図示しないが、ヤードのうち対象物９が置かれる領域（以下、対象領域と呼ぶ）の全域をカバーできるように、ヤード内の適所に適宜な台数が配置される。
【００１７】
ＲＦタグ１から電波を受信するための受信アンテナ５は、指向性アンテナであり、例えば八木宇田アンテナや円偏波アンテナが使用される。受信アンテナ５の受信範囲ｒを模式的に示す。
受信アンテナ５は、支持装置であるアンテナローテータ６で支持され（図１を参照）、受信アンテナ５の向きが可変である。
図２に示すように、受信アンテナ５は、その向きを変えることにより対象領域の全域をカバーできるように、ヤードの外周やコーナ等に適宜な台数が配置される。
【００１８】
このように送信アンテナ３と受信アンテナ５とを別体として分離することにより、受信専用とした受信アンテナ５では、電波法による制約を受けることなく、高感度アンテナ化による長距離受信が可能になる。本実施形態では、受信アンテナ５の各種構造設計パラメータを適宜設定し、また、受信機４での信号を増幅させて受信アンテナ５の利得を上げることにより、微弱電波検出し、１００メートルを超える所定の距離だけ離れたＲＦタグ１から電波を受信可能とする。また、電波法による制約内のｄＢを送信側に配分することができるので、送信アンテナ３から送信する、ＲＦタグ１を動作させるエネルギー源となる電波の送信出力を確保して、送信アンテナ３の送信範囲ｔを広範囲にすることができる。
【００１９】
また、無線通信システムは、情報処理装置８を備える。情報処理装置８は、集線装置７を介して送信機２、受信機４及びアンテナローテータ６に接続する。情報処理装置８は、送信アンテナ３の位置情報、受信アンテナ５の位置情報を保有しており、送信機２、受信機４及びアンテナローテータ６を統括的に制御する。
情報処理装置８は、送信アンテナ３から電波を送信するように制御するとともに、当該送信アンテナ３の位置に合わせて、受信アンテナ５の向きを変えるように制御する制御手段として機能する。また、情報処理装置８は、受信アンテナ５を介してＲＦタグ１から受信した電波に基づいて、当該ＲＦタグ１の位置、すなわちヤードにおける対象物９の位置を特定する位置特定手段として機能する。情報処理装置８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により構成され、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより制御手段の機能や位置特定手段の機能が実現される。
【００２０】
以下、図３乃至図５を参照して、対象物９の位置を特定する処理を説明する。なお、図３では、ＲＦタグ１だけを図示し、対象物９の図示は省略する。また、図３や図４で、受信アンテナ５の受信範囲ｒの大きさが異なるように図示するものがあるが、図の見やすさを考慮したものであり、受信アンテナ５の向きによって受信範囲ｒの大きさが変わる等を意味するものではない。
情報処理装置８の制御下で、送信機２は、送信アンテナ３を介して電波を送信する。これにより、送信アンテナ３の送信範囲ｔ内に存在するＲＦタグ１は、送信アンテナ３から送信される電波を受信し、それをエネルギー源として動作する。動作中のＲＦタグ１の通信可能領域ａを模式的に示す。情報処理装置８は、例えば複数台ある送信アンテナ３のうち、一部の送信アンテナ３から電波を送信するように制御する。
【００２１】
また、情報処理装置８の制御下で、受信機４は、動作中のＲＦタグ１から、受信アンテナ５を介して電波を受信し、固有情報を読み取る。
この場合、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、受信アンテナ５の受信範囲ｒを、動作中のＲＦタグ１の通信可能領域ａに重ねるために、受信アンテナ５の向き（受信アンテナ５の指向方向）を、動作中のＲＦタグ１の通信可能領域１ａに向ける必要がある。情報処理装置８は、電波送信中の送信アンテナ３を認識しているので、アンテナローテータ６を制御して、受信アンテナ５を、電波送信中の送信アンテナ３の送信範囲ｔに向ける。動作中のＲＦタグ１は、電波送信中の送信アンテナ３の送信範囲ｔ内に存在するので、受信アンテナ５の向けを微調整すれば、受信アンテナ５の受信範囲ｒを、動作中のＲＦタグ１の通信可能領域ａに重ねることができる。
【００２２】
情報処理装置８の制御下で、電波を送信する送信アンテナ３を切り替え、それに合わせて受信アンテナ５の向きを変えていくことにより、対象領域の全域を走査して、対象領域に置かれたすべての対象物９のＲＦタグ１から固有情報を読み取ることができる。
【００２３】
ここで、図３（ａ）は、対象物９が一直線上に配置される対象領域を示す。
この場合、動作中のＲＦタグ１から固有情報を読み取れば、そのときの受信アンテナ５の向きに基づいて、当該ＲＦタグ１の位置を特定することができる。このように対象物９が一直線上に配置される対象領域であれば、受信アンテナ５は一台でも足りる。
【００２４】
図３（ｂ）、（ｃ）は、対象物９が縦横に並べられる等、対象物９が一直線上以外にも配置されうる対象領域を示す。
この場合、動作中のＲＦタグ１から固有情報を読み取れば、そのときの受信アンテナ５の向きの方向に当該ＲＦタグ１があることは特定できるが、当該ＲＦタグ１の位置を特定するまでは至らない。受信アンテナ５で受信する電波の強さに応じて、受信アンテナ５の向きの方向にあるＲＦタグ１までの距離を推定することも考えられるが、特定精度が高いとはいえない。
そこで、２本の受信アンテナ５の受信範囲ｒを交差させて、その交差領域に入っているＲＦタグ１の位置を求めるアルゴリズムとする。
【００２５】
図３（ｃ）を例にすれば、ＲＦタグ１ａは、動作中のＲＦタグであって、２本の受信アンテナ５の受信範囲ｒの交差領域に入っており、位置の特定が可能である。
それに対して、ＲＦタグ１ｂ〜１ｄは、位置の特定が不能である。具体的に、ＲＦタグ１ｂは、動作中のＲＦタグであるが、１本の受信アンテナ５の受信範囲ｒ内だけに入っている。また、ＲＦタグ１ｃは、動作中のＲＦタグであるが、いずれの受信アンテナ５の受信範囲ｒ内にも入っていない。また、ＲＦタグ１ｄは、非動作中である。
【００２６】
ここで、図３（ｂ）は、対象領域となる平面に近い高さ（対象物９にＲＦタグ１が取り付けられる高さ）に受信アンテナ５を設置し、アンテナローテータ６として方位ローテータを使用する例を示す。
しかしながら、図３（ｂ）の場合、例えば対象物９が金属であると、電波が遮蔽され、動作中のＲＦタグ１から固有情報を読み取れないことになる。
【００２７】
それに対して、図３（ｃ）は、受信アンテナ５を上方に設置し（対象領域となる平面よりも高い位置に受信アンテナ５を設置し）、アンテナローテータ６として方位・仰角ローテータを使用する例である。
図３（ｃ）の場合、対象物９によって電波が遮断されることなく、動作中のＲＦタグ１がどの位置にあっても、そこから固有情報を読み取ることができる。このように、対象物９が電波を遮断するような場合は、受信アンテナ５を上方に設置し、アンテナローテータ６として方位・仰角ローテータを使用するのが好適である。また、対象物９が上下に重ね置かれるような場合にも、受信アンテナ５を上方に設置し、アンテナローテータ６として方位・仰角ローテータを使用するのが好適である。
【００２８】
図４、図５を参照して、２本の受信アンテナ５の受信範囲ｒを交差させて、その交差領域に入っているＲＦタグ１の位置を求めるアルゴリズムを説明する。
一般的に、点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を通り、式（１）に示す基準ベクトルｄに平行な空間直線は、式（２）で表される。
【００２９】
【数１】
2019078721.tif 000003
【００３０】
３次元空間上のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸との角度（θｘ１，θｙ１，θｚ１）が既知であれば、図５に示すように、ＲＦタグ検知ベクトルは（ｃｏｓθｘ１，ｃｏｓθｙ１，ｃｏｓθｚ１）となる。したがって、角度（θｘ１，θｙ１，θｚ１）、角度（θｘ２，θｙ２，θｚ２）が既知であれば、式（３）、（４）が成立する。
【００３１】
【数２】
2019078721.tif 000004
【００３２】
これらの関係式から、特定したいＲＦタグ１の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、固定された既知の位置である２本の受信アンテナ５の位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、アンテナローテータ６で得られる２本の受信アンテナ５の向きを表わす角度（θｘ１，θｙ１，θｚ１）、（θｘ２，θｙ２，θｚ２）を用いて、連立方程式を解くことによって、解析的に求めることが可能である。
【００３３】
以上のように、送信アンテナ３と受信アンテナ５とを別体として分離することにより、受信アンテナ５では高感度アンテナ化による長距離受信が可能になるとともに、送信アンテナ３では送信範囲ｔを広範囲にすることができる。したがって、汎用のパッシブ型のＲＦタグ１を使用して、広いエリアでの製品等の物流管理や位置管理を実現することが可能になる。
【００３４】
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
例えば図１では、送信機２及び送信アンテナ３を一組にして、複数台設置する例としたが、複数台の送信アンテナ３に対して一つの送信機２が設けられるような構成としてもよい。受信機４及び受信アンテナ５についても同様である。
また、９２０ＭＨｚ帯のパッシブ型のＲＦタグ１を例としたが、パッシブ型のＲＦタグであれば、そのサイズや形状、周波数帯は限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１：ＲＦタグ
２：送信機
３：送信アンテナ
４：受信機
５：受信アンテナ
６：アンテナローテータ
７：集線装置
８：情報処理装置
９：対象物
【図１】
2019078721.tif 000005
【図２】
2019078721.tif 000006
【図３】
2019078721.tif 000007
【図４】
2019078721.tif 000008
【図５】
2019078721.tif 000009