(57)【要約】【課題】ＩＣタグと通信してその位置を計測するようなシステムにおいて、アンテナを配置する間隔をできる限り小さくし、より分解能が高い位置の計測ができるようにする位置検出技術を提供することを目的とする。【解決手段】検出用電波を送信しＩＣタグが応答する応答電波を受信するアンテナを複数並べたアンテナモジュールを備え、各アンテナの前記応答電波の受信状況に基づいて前記ＩＣタグの位置を検出する位置検出システムであって、断面が水平面から傾斜角度を付けたＶ字形で、表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止板の上に前記複数のアンテナを並べて配置し、そのように配置した複数のアンテナ間に、断面が所定数の段差形状を有するくさび形で、その表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止壁を、くさび形の先端を前記誘導干渉防止板のアンテナ間に固定したものを、複数列並べて配置することにより、前記アンテナモジュールを構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出用電波を送信し該検出用電波に対してＩＣタグが応答する応答電波を受信するアンテナを、複数並べたアンテナモジュールを備え、該アンテナモジュール内の各アンテナの前記応答電波の受信状況に基づいて前記ＩＣタグの位置を検出する、位置検出システムであって、
断面が水平面から傾斜角度を付けたＶ字形で、その表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止板の上に、前記複数のアンテナを並べて配置したものを、複数列並べて配置することにより前記アンテナモジュールを構成することを特徴とするＩＣタグを用いた位置検出システム。
【請求項２】
検出用電波を送信し該検出用電波に対してＩＣタグが応答する応答電波を受信するアンテナを、複数並べたアンテナモジュールを備え、該アンテナモジュール内の各アンテナの前記応答電波の受信状況に基づいて前記ＩＣタグの位置を検出する、位置検出システムであって、
前記アンテナモジュール内の複数のアンテナの少なくとも一部分のアンテナ間に、断面が所定数の段差形状を有するくさび形で、その表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止壁を、くさび形の先端をアンテナ間の基板上に固定してアンテナ間を遮るようにすることにより、前記アンテナモジュールを構成することを特徴とするＩＣタグを用いた位置検出システム。
【請求項３】
検出用電波を送信し該検出用電波に対してＩＣタグが応答する応答電波を受信するアンテナを、複数並べたアンテナモジュールを備え、該アンテナモジュール内の各アンテナの前記応答電波の受信状況に基づいて前記ＩＣタグの位置を検出する、位置検出システムであって、
断面が水平面から傾斜角度を付けたＶ字形で、表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止板の上に、前記複数のアンテナを並べて配置し、そのように配置した複数のアンテナ間に、断面が所定数の段差形状を有するくさび形で、その表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止壁を、くさび形の先端を前記誘導干渉防止板のアンテナ間に固定したものを、複数列並べて配置することにより、前記アンテナモジュールを構成することを特徴とするＩＣタグを用いた位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小動物の行動の解析などを行うためにＩＣタグを用いて位置を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小動物の行動を観察・解析する装置として、例えば特許文献１および２に記載のようなものが知られている。
【０００３】
特許文献１は、実験用の小動物にＲＦＩＤタグ（無線タグ）を取り付け、その実験用小動物を入れる容器に隣接して、例えば底面側に複数のＲＦＩＤリーダを並べ、該小動物に取り付けたタグと該複数のリーダとの間で送受信される情報に基づいて、該タグの位置（すなわち小動物の位置）を検出するものである。特許文献２は、実験用テーブルにＲＦＩＤセンサと圧電センサとを並べ、観察する対象の小動物にはＲＦＩＤタグを取り付け、該タグの信号を実験用テーブルのセンサで収集して観測対象の動物の位置や挙動を解析するものである。
【特許文献１】特開２００２−５８６４８
【特許文献２】特開２００２−６５１０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、ＲＦＩＤタグを用いて小動物の位置を検出することはできるが、実験用小動物を入れる容器の例えば底面側に複数のセンサ（アンテナ）を配置したテーブルにおいては、該アンテナ同士の電波の干渉を避けるために、ある程度アンテナ同士を離して配置する必要があった。以下、このことについて説明する。
【０００５】
図１１（ａ）は、１つのアンテナ１１０１に対して設定したＸＹＺ座標軸（アンテナ面縦方向のＸ軸と、アンテナ面横方向のＹ軸と、アンテナ面に垂直なＺ軸）を示す。アンテナ１１０１の大きさは、15mm×35mm程度である。ＩＣタグとして10φのものを用いた場合、アンテナ単独では、Ｘ軸方向で35mm、Ｙ軸方向で40mm、Ｚ軸方向で40mmの範囲でＩＣタグの読み取りを行うことができる。この範囲を外れると読み取ることができない。ＩＣタグ5.5φを用いた場合、Ｘ軸方向で25mm、Ｙ軸方向で28mm、Ｚ軸方向で28mmの読み取り性能がある。図１１（ｂ）は、このようなアンテナ１１０１を所定のテーブル上に碁盤の目のように配置した例である。ここで、アンテナの中心間の距離Ｓが近すぎるとアンテナ間に干渉が生じ、適正な読み取りができなくなる。
【０００６】
いま、２つのアンテナＡとＢとを距離Ｓだけ離して設置し、アンテナＡの中心部にＩＣタグを配置して読み取る場合を考える。この場合、本来アンテナＡで受信がされるが、アンテナＡとＢとの間隔Ｓが近い場合、電波の誘導が発生し、アンテナＢでも読み取ることができる。逆に、アンテナＡＢ間で干渉が発生し、アンテナＡの読み取り性能が劣化する場合もある。ＩＣタグとして10φのものを用いて実験した結果、距離Ｓが65mm以上だとアンテナＡＢ間の誘導（干渉）がなくなるが、距離Ｓが60mm以下だと誘導が観測され適切に読み取ることができないことが観測された。また、ＩＣタグとして5.5φのものを用いて実験した結果、距離Ｓが55mm以上だと誘導なしに読み取ることができるが、50mm以下だと誘導（干渉）が観測され適正に読み取ることができないことが観測された。さらに、誘導のなくなる間隔までアンテナＡＢ間の距離Ｓを広げると、アンテナ間の隙間の真ん中付近ではほとんど読み取りが困難となるという問題があった。
【０００７】
以上のように、複数のアンテナを並べた形態でＩＣタグの位置の検出を行う場合、アンテナ間の距離として誘導を防止するために必要なだけの間隔を取る必要があった。そのため、検出するＩＣタグの位置の分解能に限界があり、より細かな位置を検出したい場合に対処することができないという問題があった。また、アンテナ間の中間点付近での読み取りが困難となるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、ＩＣタグと通信してそのＩＣタグの位置を計測するようなシステムにおいて、アンテナを配置する間隔をできる限り小さくし、より分解能が高い位置の計測ができるようにする位置検出技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、検出用電波を送信し該検出用電波に対してＩＣタグが応答する応答電波を受信するアンテナを、複数並べたアンテナモジュールを備え、該アンテナモジュール内の各アンテナの前記応答電波の受信状況に基づいて前記ＩＣタグの位置を検出する、位置検出システムであって、断面が水平面から傾斜角度を付けたＶ字形で、その表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止板の上に、前記複数のアンテナを並べて配置したものを、複数列並べて配置することにより前記アンテナモジュールを構成することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、検出用電波を送信し該検出用電波に対してＩＣタグが応答する応答電波を受信するアンテナを、複数並べたアンテナモジュールを備え、該アンテナモジュール内の各アンテナの前記応答電波の受信状況に基づいて前記ＩＣタグの位置を検出する、位置検出システムであって、前記アンテナモジュール内の複数のアンテナの少なくとも一部分のアンテナ間に、断面が所定数の段差形状を有するくさび形で、その表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止壁を、くさび形の先端をアンテナ間の基板上に固定してアンテナ間を遮るようにすることにより、前記アンテナモジュールを構成することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、検出用電波を送信し該検出用電波に対してＩＣタグが応答する応答電波を受信するアンテナを、複数並べたアンテナモジュールを備え、該アンテナモジュール内の各アンテナの前記応答電波の受信状況に基づいて前記ＩＣタグの位置を検出する、位置検出システムであって、断面が水平面から傾斜角度を付けたＶ字形で、表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止板の上に、前記複数のアンテナを並べて配置し、そのように配置した複数のアンテナ間に、断面が所定数の段差形状を有するくさび形で、その表面に磁性体を貼付した誘導干渉防止壁を、くさび形の先端を前記誘導干渉防止板のアンテナ間に固定したものを、複数列並べて配置することにより、前記アンテナモジュールを構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、断面が水平面より若干の傾斜角度を付けたＶ字型でその表面に磁性体の層を添付した誘導干渉防止板の上にアンテナを並べているので、その断面形状と磁性体の層の効果により、アンテナの裏側方向への電波の回り込みや漏れ電波特性を弱め、アンテナ間の誘導・干渉を防止することができる。これにより、高密度、高出力でアンテナを配置することができ、アンテナを配置する間隔をできる限り小さくし、より分解能が高い位置の計測ができる。小型ＩＣタグを使用した場合でも通信距離を長くすることが可能になる。
【００１３】
また、アンテナとアンテナの間に、断面が段差形状を有するくさび形でその表面に磁性体の層を添付した誘導干渉防止壁を配置しているので、その断面形状と磁性体の層の効果により、隣り合うアンテナ間で電波を遮断でき、漏れ電波特性を弱め、アンテナ間の誘導を防止できる。これにより、個々のアンテナから出力される電波特性を一定とすることで干渉も防止できる。また、高密度、高出力でアンテナを配置することができ、アンテナを配置する間隔をできる限り小さくし、より分解能が高い位置の計測ができるので、小型リーダが実現できる。小型リーダで複数のＩＣタグの読取りができる、輻輳制御が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る位置検出システムを適用した小動物の行動解析装置の全体構成を示す。容器１０１は、その内部１０２に小動物（ＩＣタグを取り付けたもの）を入れるためのものである。この容器１０１をアンテナモジュール１１０の上に載置する。アンテナモジュール１１０内には８個×８列のアンテナが配置され、１列の８個のアンテナが１系列（１ｃｈ）の接続ラインで接続されている。したがって、アンテナモジュール１１０からは８系列（ｃｈ）分の接続ラインが引き出されており、それらの各接続ラインはマルチプレクサ１２１に接続されている。
【００１６】
マルチプレクサ１２１には、１列分の８個のアンテナを駆動制御するコントロールモジュール（駆動回路）が８台（８ｃｈ分）設けてある。制御用マルチプレクサ１２２は、マルチプレクサ１２１内の８ｃｈ分のコントロールモジュールを制御する制御用モジュールである。カスケード中継機１２３は、モード設定（オートスキャン、トリガモード、ポーリングモードなど）を行うモジュールである。オートスキャンは、全てのアンテナから常時検出用電波を出力し、ＩＣタグの読み取りを行うモードである。トリガモードは、指定したアンテナだけ常時検出用電波を出力し、ＩＣタグの読み取りを行うモードである。ポーリングモードは、指定したアンテナについて順番に、検出用電波の出力を行い、ＩＣタグの読み取りを行うモードである。
【００１７】
制御部１２４は、アンテナの出力を制御するモジュールである。インターフェース部１２５は、パソコンと制御部１２４とを接続するためのインターフェースモジュールである。パソコン１２６は汎用のＰＣであり、制御アプリケーション１２７がインストールされ実行されている。この制御アプリケーション１２７は本システムにおける専用ソフトウェアであり、アンテナを駆動するコマンドを発行し、その結果を取得し、行動履歴に必要な情報を付加してデータファイル１２８に格納するなどの処理を行う。行動履歴データファイル１２８は、制御アプリケーション１２７から出力されたデータを格納するファイルである。
【００１８】
図２はアンテナモジュール１１０の下面図であり、図３は上面図である。アンテナモジュール１１０は、プラスチックケース内部に複数のアンテナ（８個×８列）を配置したものであるが、図２および図３はそのプラスチックケースを透視して見た内部の様子を示している。
【００１９】
図４は、アンテナモジュール１１０内の構造を説明するための図である。図４（ｅ）に示すように、まずアンテナモジュール１１０の外側を構成するプラスチックケース２１０内に、誘導干渉防止板２０１を並べて配置する。ここでは８本の誘導干渉防止板２０１を等間隔に並べるものとする。これらの誘導干渉防止板２０１は、任意の方法で箱１１０に固定すればよい。ここでは、箱１１０の底面から少し浮かせた状態で螺子止めで固定しているが、その固定の方法については図示していない。
【００２０】
図４（ａ）は、誘導干渉防止板２０１の１つを示す。誘導干渉防止板２０１については、図５を用いて後に詳しく説明する。
【００２１】
図４（ｅ）のように、ケース２１０内に誘導干渉防止板２０１を８列等間隔に配置した後、図４（ｂ）に示すように、アンテナ２０２を各列の誘導干渉防止板２０１の上に等間隔に８個配置する。アンテナ２０２の固定の方法も任意である。さらに、図４（ｃ）に示すように、各アンテナ２０２間に誘導干渉防止壁２０４を設置する。図４（ｄ）は、誘導干渉防止壁２０４の外観を示す。誘導干渉防止壁２０４については、図６を用いて後に詳しく説明する。図４（ｃ）のように誘導干渉防止壁２０４を設置する方法は任意であるが、ここでは接着剤を用いて接着している。
【００２２】
以上のようにして、８個のアンテナ２０２を１枚の誘導干渉防止板２０１上に配置し、アンテナ２０２の間に誘導干渉防止壁２０４を配置したものを１列分として、８列分をケース２１０内に配置する。図２の下面図および図３の上面図において、２０１−１〜２０１−８は８本の誘導干渉防止板２０１を示す。２０２−１，２０２−２は、誘導干渉防止板２０１−１の上に配置されたアンテナである。同様にして、全体で８×８＝６４個のアンテナが配置されている。図４の上面図において、２０４−１〜２０４−３は誘導干渉防止壁を示す。
【００２３】
図５は、誘導干渉防止板２０１の構造を示す。図５（ａ）は、図４（ａ）の誘導干渉防止板２０１を矢印Ａの方向から見た側面図（あるいは断面図と見てもよい）である。図５（ｂ）は、矢印Ｂの方向から見た側面図である。これらの図から分かるように、誘導干渉防止板２０１は、基板となる長さL3＝170mmで厚さ約２mmのプラスチック板を図５（ｂ）のように水平面から傾斜角度が５°程度になるように貼り合わせて、断面がＶ字型のプラスチック基板５０１を形成し（幅L4＝12mm程度）、さらにそのプラスチック基板５０１の上面に約0.25mmの厚さの磁性体の層５０２を貼り付けたものである。この磁性体としては、アスペクト比が大きい磁性合金フレークを使用した。
【００２４】
図６は、図４（ｃ）および（ｄ）に示した誘導干渉防止壁２０４を、図４（ｄ）の矢印Ｃ側から見た側面図を示す。誘導干渉防止壁２０４は、断面が楔形のプラスチック板６０１の両側面に磁性体６０２（図６の網掛け部分）を貼り付けて構成する。また、誘導干渉防止壁２０４の側面には、図６から分かるように、段差６０３〜６０６が設けられている。中心線Ｌから側面のＤまでの角度θは約85〜88°とする。この磁性体としては、アスペクト比が大きい磁性合金フレークを使用した。なお図４（ｄ）に示すように、誘導干渉防止壁２０４の長さL2＝8mm程度とする。また図６に示すように、誘導干渉防止壁２０４の上部の厚みL5＝3.5mm、下部の厚みL6＝1.45mmとし、高さL7＝13mmとした。各段差の位置は、L8〜L10に示す位置とした。
【００２５】
図７は、図４（ｃ）で説明したように誘導干渉防止板２０１の上にアンテナ２０２と誘導干渉防止壁２０４を配置した様子を示す側面図（あるいは断面図）である。７０１は誘導干渉防止壁２０４を誘導干渉防止板２０１上に固定する接着剤の部分を示す。図８は、図７の構成をアンテナモジュール１１０の外側部分となるプラスチックケース２１０内に配置した様子を示す。２１１は、ケース２１０の蓋部分である。なお、誘導干渉防止壁２０４の上面部と蓋部分２１１とを接着剤などで固定してもよい。
【００２６】
上述したように、本実施形態では、断面が水平面より若干の傾斜角度を付けたＶ字型でその表面に磁性体の層を添付した誘導干渉防止板２０１の上に、アンテナ２０２を並べているので、その断面形状と磁性体の層の効果により、アンテナの裏側方向への電波の回り込みや漏れ電波特性を弱め、アンテナ間の誘導・干渉を防止することができる。これにより、高密度、高出力でアンテナを配置することができ、小型ＩＣタグを使用した場合でも通信距離を長くすることが可能になる。なお、例えば図３のアンテナ２０２−１上で、実際のアンテナ回路の配線があるのは中心部２０３付近のみである。したがって、図２や図３ではアンテナ２０２−１が誘導干渉防止板２０１をはみ出しているが、アンテナ２０２−１の中心部２０３にあるアンテナ回路部分は誘導干渉防止板２０１をはみ出してはいない。そのため、図２や図３におけるアンテナ２０２−１の横方向からアンテナ裏側への電波の回り込みが誘導干渉防止板２０１のＶ字形状断面によって防止されるものである。
【００２７】
また、本実施形態では、アンテナとアンテナの間に、断面が段差形状を有するくさび形でその表面に磁性体の層を添付した誘導干渉防止壁２０４を配置しているので、その断面形状と磁性体の層の効果により、隣り合うアンテナ間（図２や図３における縦方向）で電波を遮断でき、漏れ電波特性を弱め、アンテナ間の誘導を防止できる。これにより、個々のアンテナから出力される電波特性を一定とすることで干渉も防止できる。また、高密度、高出力でアンテナを配置することができ、小型リーダが実現できる。小型リーダで複数のＩＣタグの読取りができる、輻輳制御が実現される。
【００２８】
図９は、側面に段差形状のない誘導干渉防止壁と段差形状のあるものとの比較図である。図９（ａ）は段差のない誘導干渉防止壁９０１を用いた例であり、図９（ｂ）は段差のある防止壁２０４を用いた例である。図９（ａ）の場合、電波の横方向の広がりは防止できるが、通信距離18〜25mm付近で誘導９０２が発生する場合がある。図９（ｂ）の場合、電波の横方向の広がりを防止することができる。角度θは、図６で説明したように、85°〜88°が好適である。θ＝85°以下の場合、通信距離が、θ＝80°で18mm、θ＝75°で15mm、θ＝70°で13mm、というように減少する。
【００２９】
図１０は、ＩＣタグの位置データを取得する手順を示すフローチャートである。この動作は、パソコン１２６の制御アプリケーション１２７からのコマンドに基づき、制御部１２４およびマルチプレクサ１２１，１２２により実行されるものである。まずステップ１００１で、設定されているモードに応じて、所定のアンテナから検出用電波を出力する。小動物に付けられたＩＣタグは、この検出用電波を検出すると、応答の電波を返信する。ステップ１００２で応答があった場合、ステップ１００３で、受信した応答電波信号に含まれている当該ＩＣタグのＩＤを取得し、ステップ１００４で、そのＩＤと応答電波信号の強度を時刻とともに記録する。以上の処理を所定の時間間隔で繰り返し行うことにより、制御アプリケーション１２７はデータを取得し、行動履歴データファイル１２８に書き込む。行動履歴データファイルのＩＤと応答電波信号の強度および時刻を解析することにより、何時にどのタグがどの位置にあったかを解析することができる。
【００３０】
上記実施形態では、誘導干渉防止板２０１と誘導干渉防止壁２０４を設けたことにより、高密度アンテナ配置と誘導干渉の防止を実現できる。高密度アンテナ配置について言えば、電波出力が300mW時に、従来は55mmの間隔制限があったものを、アンテナ間の間隔を5mmまで狭めることが可能となった。すなわち、従来は３段×４列で合計１２個のアンテナを55mmピッチで配置していたのを、８段×８列で合計６４個のアンテナを5mmピッチ（図２のL1＝5mm）で配置することができた。これにより、300mm×200mmのケースで、35mm×15mmのアンテナを複数設置する場合、約５倍の密度で設置することができた。また、誘導干渉の防止について言えば、従来は電波出力が300mW時に5mm間隔でアンテナを設置した場合、２〜３個のアンテナ分の誘導・干渉が発生し、正確な位置情報を特定・取得することが困難だったのが、本実施形態では、電波出力が300mW時に5mm間隔でアンテナを設置しても誘導・干渉は発生しなくなった。
【００３１】
なお、上記実施形態では、例えばアンテナ２０２−１と２０２−４との間には誘導干渉防止壁を配置していないが、配置するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態の位置検出システムを適用した小動物の行動解析装置の全体構成図
【図２】アンテナモジュールの下面図
【図３】アンテナモジュールの上面図
【図４】アンテナモジュール内の構造を説明するための図
【図５】誘導干渉防止板の構造を説明するための図
【図６】誘導干渉防止壁の構造を説明するための図
【図７】誘導干渉防止板の上にアンテナと誘導干渉防止壁を配置した様子を示す側面図
【図８】プラスチックケース内に配置した様子を示す図
【図９】側面に段差形状のない誘導干渉防止壁と段差形状のあるものとの比較図
【図１０】ＩＣタグの位置データを取得する手順を示すフローチャート
【図１１】従来技術の説明図
【符号の説明】
【００３３】
１０１…容器、１０２…容器の内部、１１０…アンテナモジュール、１２１…マルチプレクサ、１２２…制御用マルチプレクサ、１２３…カスケード中継機、１２４…制御部、１２５…インターフェース部、１２６…パソコン、１２７…制御アプリケーション、１２８…行動履歴データファイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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