(57)【要約】【課題】  本発明は、RFIDタグとアンテナとセンサとを利用して、移動するRFIDタグの位置を検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置されたセンサAと、前記センサAで磁場が計測される線分に対して平行しない、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置されたセンサBとを備えた位置検出装置を提供する。また、本発明は、ある線分上において、該線分の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができるように配置されたセンサCをさらに備えた、上記位置検出装置を提供する。【選択図】  図1
2013190903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置されたセンサAと、
前記センサAで磁場が計測される線分に対して平行しない、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置されたセンサBと、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
ある線分上において、該線分の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と、前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができるように配置されたセンサCを備えることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記センサがコイルセンサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
矩形領域内を通過する磁場を計測することができるように配置されたループコイルを備えることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記センサAと前記センサBによって囲まれる矩形領域において、
前記センサAは、前記矩形領域の境界のある一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の差を計測することができ、
前記センサBは、前記センサAを配置した辺を除く矩形領域の境界の一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の差を計測することができ、
前記センサCは、前記矩形領域を作る四辺のそれぞれの辺上において、各辺の中心を基点として、一方の辺上と他方の辺上にそれぞれセンサを配置することによって、各辺上において辺の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができることを特徴とする、請求項2に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記センサAと前記センサBによって囲まれる矩形領域において、
前記センサAは、前記矩形領域の境界のある一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の和と差を計測することができ、
前記センサBは、前記センサAを配置した辺を除く矩形領域の境界の一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の和と差を計測することができ、
前記ループコイルは、前記矩形領域を囲うようにコイルを配置されることにより、前記矩形領域内を通過する磁場を計測することができることを特徴とする、請求項4に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、RFID（Radio Frequency Identification:無線周波数識別）タグとアンテナとセンサとを利用して、移動するRFIDタグの位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品を管理することを目的として、RFID（Radio Frequency Identification）タグが利用されている。RFIDタグは、ID情報を埋め込んだRFタグから、電磁界や電波などを用いた近距離の無線通信によって情報をやりとりするためのタグである。RFIDタグでは、内部のメモリに固有のID番号を記録している。また、RFIDタグに記録されたID番号は、無線通信技術によって非接触で読み取ることができる。
【０００３】
RFIDタグは、種々の物品の管理に使用されている。たとえば、薬品や貴重品の管理において、RFIDタグが利用されている。薬品や貴重品の管理においては、RFIDタグの番号情報だけでなく、そのRFIDタグが存在する場所の位置情報を得ることが重要となってくる。
【０００４】
従来、周波数の低いRFIDタグのように磁場を発する対象の位置検出装置として、特許文献1が挙げられる。
【０００５】
特許文献1には、静電シールドとしての性能と、磁気的なノイズの影響を防止する性能を両立させた軽量な磁路板を備えた位置検出装置が開示されている。本文献の位置検出装置では、アモルファス金属層と非アモルファス金属層を有する磁路板が、位置指示器から見てセンサ基板の反対側に配置されている。これにより、磁路板を軽量化した上で、センサ基板の背景に電子回路等を配置しても座標を入力できる位置検出装置を構成することができる。さらにこのような構成の位置検出装置をコンピュータ等に用いることによって、位置検出装置を備えた機器を軽量化することができることが記載されている。
【０００６】
その利点として、以下の点が上げられている。
（1）位置指示器の構造が簡単で軽量である
位置指示器が、内部にコイルとコンデンサを内蔵しただけの簡単な構造であり、バッテリを持たないため軽量で、人が手に持って使うデバイスとして都合が良い。
（2）センサコイルが送信機と受信機を兼ねている
切り替えスイッチ24を用いて送信信号と受信信号を切り替えることにより、一つのセンサコイルで送信用のアンテナと受信用のアンテナを兼ねることができる。
（3）コンデンサの容量を変化させて、筆圧によって共振周波数を変化させられる
位置表示器であるペン型デバイスの先端位置を検出できるだけでなく、筆圧を計測するために、筆圧に応じて共振周波数を変化させる仕組みを取り入れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2009-3796号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献1に記載された位置検出装置では、複数の対象を検出できないという問題がある。複数人がディスプレイ上でペン型のデバイスや何らかの駒を配置して作業することを考えると、複数の対象を高速かつ高精度に位置検出することが重要となってくる。しかし、同一周波数の対象が複数あると、混線してしまう。
【０００９】
また、上記特許文献1に記載された位置検出装置において、より精度良く位置検出するためには、センサコイルの幅をなるべく小さくし、センサコイルをより密に配置する必要がある。しかし、センサコイルの数が多くなれば、それだけコストがかかってしまう。さらに、多数のセンサコイルを使用する場合、すべてのセンサコイルの出力を得るために、センサコイルを切り替える必要がある。したがって、この方法では、すべての出力を得るまでに時間がかかるという問題がある。
【００１０】
また、電子回路の周辺は電磁ノイズが発生しており、電磁気計測の妨げとなる。したがって、電子回路面に平行にセンサコイルを多数配置する構造は、ノイズを拾いやすい。このため、上記特許文献1に記載された位置検出装置において、センサコイルを電子回路の上部に配置すると、電子回路からの電磁ノイズを多く拾ってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、RFIDタグとアンテナとセンサとを利用して、移動するRFIDタグの位置を検出することができる位置検出装置を提供する。
【００１２】
すなわち、本発明は、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置されたセンサAと、  前記センサAで磁場が計測される線分に対して平行しない、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置されたセンサBと、を備えた位置検出装置を提供する。
【００１３】
また、本発明は、ある線分上において、該線分の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができるように配置されたセンサC、
をさらに備えた、上記位置検出装置を提供する。
【００１４】
また、本発明は、センサがコイルセンサである、上記位置検出装置を提供する。
【００１５】
また、本発明は、矩形領域内を通過する磁場を計測することができるように配置されたループコイルをさらに備えた、上記位置検出装置を提供する。
【００１６】
また、本発明は、センサAとセンサBによって囲まれる矩形領域において、センサAは、矩形領域の境界のある一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の差を計測することができ、センサBは、センサAを配置した辺を除く矩形領域の境界の一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の差を計測することができ、センサCは、矩形領域を作る四辺のそれぞれの辺上において、各辺の中心を基点として、一方の辺上と他方の辺上にそれぞれセンサを配置することによって、各辺上において辺の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができる、上記位置検出装置を提供する。
【００１７】
また、本発明は、センサAとセンサBによって囲まれる矩形領域において、センサAは、矩形領域の境界のある一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の和と差を計測することができ、センサBは、センサAを配置した辺を除く矩形領域の境界の一辺とその対辺にそれぞれセンサを配置することによって、該二辺上の磁場の和と差を計測することができ、ループコイルは、矩形領域を囲うようにコイルを配置されることにより、前記矩形領域内を通過する磁場を計測することができる、上記位置検出装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
RFIDタグは、内部に共振回路だけでなく極小のマイクロプロセッサを搭載しており、単に電磁波を発信するだけでなく、固有番号を送信することができる。このため、RFIDタグを利用する本発明の位置検出装置は、RFIDタグを利用することにより、複数の対象に対して混信することなく位置検出することができる。
【００１９】
また、本発明の位置検出装置は、RFIDタグの発する磁場を電子回路上ではなく、センサを検出領域の周囲に配置することで、検出領域の上部および下部に電子回路があったとしても、電子回路から発生する電磁ノイズの影響を受けにくい。
【００２０】
本発明の位置検出装置では、センサの数を3チャンネルまたは6チャンネルと少数にすることができる。位置検出装置において、6チャンネル程度であれば、切替器を使うことなく、センサ出力を同時に計測することができる。たとえ切替器を用いる必要があるとしても、切替に必要とされる時間は、従来のRFIDタグを利用する位置検出装置よりも格段に早い。
【００２１】
また、本発明の位置検出装置は、検出領域の辺上に数個のコイルを配置しただけの簡便なセンサだけで、対象の位置を検出することができる。磁場源がセンサコイルの境界を通過することが無いので、安定して磁場を計測することができる。
【００２２】
さらに、本発明の位置検出装置はRFIDタグが、傾いている場合など、RFIDタグが任意姿勢の場合にも位置検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の検出装置全体の構成を示した平面図である。
【図２】センサAの構造を示した平面図である。
【図３】センサBの構造を示した平面図である。
【図４】センサCの構造を示した平面図である。
【図５】センサCの構成要素の構造を示した平面図である。
【図６】センサAおよびセンサBの製作方法を示した平面図である。
【図７】センサCの製作方法を示した平面図である。
【図８】一つのセンサユニットを用いた位置検出過程の例を示したフローチャート図である。
【図９】センサAの出力分布図である。
【図１０】センサAの出力の等高線図である。
【図１１】センサAの出力図である。
【図１２】センサBの出力分布図である。
【図１３】センサBの出力の等高線図である。
【図１４】センサBの出力図である。
【図１５】センサCの出力分布図である。
【図１６】センサCの出力の等高線図である。
【図１７】等高線図から検出したRFIDタグの位置を示す図である。
【図１８】RFIDタグの姿勢が傾いたときのセンサAの出力の等高線図である。
【図１９】RFIDタグの姿勢が傾いたときのセンサBの出力の等高線図である。
【図２０】RFIDタグの姿勢が傾いたときのセンサCの出力の等高線図である。
【図２１】RFIDタグの姿勢が傾いたときの等高線図から検出したRFIDタグの位置を示す図である。
【図２２】3チャンネルセンサによる位置検出を示す図である。
【図２３】3チャンネルセンサを使った実施例の結果を示す図である。
【図２４】3チャンネルセンサの外側における実施例の結果を示す図である。
【図２５】位置検出アプリケーションの画面を示す図である。
【図２６】6チャンネルセンサにおけるセンサAおよびセンサBの構造を示した図である。
【図２７】ループコイルを示した図である。
【図２８】6チャンネルセンサを用いた位置検出過程を示したフローチャート図である。
【図２９】6チャンネルセンサを使った位置検出方法を示す図である。
【図３０】6チャンネルセンサを用いた位置検出方法を示す図である。
【図３１】6チャンネルセンサを用いた実施例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1は、本発明の位置検出装置による位置検出システム全体の構成の一例を示したブロック図である。図1に示した位置検出システム1の構成では、位置検出する領域にセンサ2およびRFIDリーダ3を備えたRFIDアンテナ5を設置する。また、位置検出を行いたい物品に対して、RFIDタグ4を備え付ける。RFIDタグ4としては、任意のRFIDタグを使用することができる。たとえば、実施例に使用した135kHz のTexas Instruments社製であってもよい。特に、RFIDタグ4は、準静的な磁場を発する周波数が低い（135kHz, 13.56MHz）RFIDタグであることが好ましい。RFIDタグ4は、RFIDリーダ3を備えたRFIDアンテナ5を介して無線で給電される。また、RFIDタグ4は、RFIDアンテナ5を介して特定のIDのRFIDタグのみ応答を返すことができる。
【００２５】
RFIDタグ4を利用して物体の位置を検出するためには、RFIDタグ応答によって生じる磁界の荷重線積分量を測定する。磁界の荷重線積分量は、位置検出領域に沿って対向して配置されたセンサ2を使用して計測される。センサ2によって計測された磁界の荷重線積分量は、フィルタ6、増幅器7およびAD変換器8などの処理回路を通過して適切な信号処理がなされ、コンピュータ9に取り込まれる。コンピュータ9では、測定された磁界の荷重線積分量から演算を行うことにより、センサ2によって測定される領域におけるRFIDタグ4の位置を特定する。本発明の位置検出装置では、複数の物体に対して異なるIDを有するRFIDタグ4を割り当てることにより、位置検出領域に存在するRFIDタグ4のIDをスキャンすることにより、複数の物体の位置を把握することができる。
【００２６】
以下、本発明の位置検出装置の構成を説明する。本発明の位置検出装置は、少なくともセンサAとセンサBとを備える。センサAは、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置される。センサBは、センサAで磁場が計測される線分に対して平行しない、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置される。
【００２７】
また、本発明の位置検出装置は、センサCをさらに備えていてもよい。センサCは、ある線分上において、該線分の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができるように配置される。
【００２８】
また、本発明の位置検出装置は、センサAとセンサBが矩形領域内を形成する場合、ループコイルをさらに備えていてもよい。ループコイルは、センサAとセンサBによって形成される矩形領域内を通過する磁場を計測することができるように配置される。
【００２９】
本発明の位置検出装置に使用されるセンサおよびコイルは、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるセンサであれば、任意のセンサであることができる。また、ある線分上において、該線分の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができるように配置されたセンサであれば、任意のセンサであることができる。たとえば、センサは、コイルセンサやホール素子センサ、フラックスゲートセンサなどであることができる。さらに、センサは線分上の磁場を連続的ではなく、離散的に計測するものでもよい。すなわち、センサは線分上に飛び飛びに配置されてもよい。
【００３０】
本発明の位置検出装置において、センサAおよびセンサBは、それぞれ、平行する2本の線分上の磁場の和および差を計測することができるように配置される。たとえば、センサAおよびセンサBは、それぞれ、図2および図3に示したように配置される。センサAおよびセンサBは、図2および図3に示したように配置された場合、以下の実施例に示したように、各線分上の磁場の和および差を計測することができる。しかし、センサAおよびセンサBは、それぞれ、平行しないように配置された場合は、下記実施例に示した演算に加えて、それぞれの傾きを補正するための演算が必要となる。このような補正は、当業者であれば任意の数式を使用して演算することができるだろう。
【００３１】
また、センサAおよびセンサBは、矩形領域を形成するように配置される。特に、センサAとセンサBとは、正方形を形成するように配置される。センサAとセンサBとが正方形を形成するように配置した場合、以下の実施例に示したように、各線分上の磁場の和および差を計測することができる。一方、正方形を形成しない向きで配置した場合、下記実施例に示した演算に加えて、それぞれの傾きを補正する計算が必要となる。このような補正は、当業者であれば任意の数式を使用して演算することができるだろう。
【００３２】
センサCは、ある線分上において、該線分の中心を基点として、該中心から一方の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場と前記中心から逆方向の線分上における距離に応じて重みを付けた磁場との差を計測することができるように配置される。たとえば、センサCは、図5のように逆巻きの三角形コイルを結線した“蝶ネクタイ型”コイルであることができる。また、センサCは、1つだけでなく、図4に示したように、センサAとセンサBによって形成される正方形の領域の4辺に4つの“蝶ネクタイ型”にコイルを配置し、これらを結線することができる。
【００３３】
本発明の位置検出装置において、それぞれのセンサは、1チャンネルのセンサとして構成することができる。また、それぞれのセンサは、複数のチャンネルのセンサによって構成することができる。たとえば、センサAは、図2に示したように、1本のコイルによって1チャンネルのセンサとして構成することができる。また、センサAは、たとえば図26（ａ）に示したように2本のコイルによって2チャンネルのセンサとして構成することができる。同様に、センサBおよびセンサCについても、複数の1チャンネルまたは複数のチャンネルのセンサとして構成することができる。
【００３４】
本発明の位置検出装置は、上記センサにより、RFIDタグ4により発せられた磁界の荷重線積分量を測定した後、磁界の荷重線積分量から種々の演算を行うことによってRFIDタグ4の位置を検出する。たとえば、以下の実施例に記載したような数式を使用して演算することにより、RFIDタグ4の位置を検出することができる。
【００３５】
図8および図28には、本発明の位置検出装置による位置検出処理手順のフローチャートの一例を示してある。まず、磁界の荷重線積分量がセンサから出力される。その後、各種演算の結果、RFIDタグ4の位置をxy平面上の一点（x, y）として出力することができる。上記の演算は、コンピュータなどによって行うことができる。
【００３６】
本発明の位置検出装置は、上記センサ2とRFIDリーダ3とを備えたコンピュータとして提供することができる。また、本発明の位置検出装置は、コンピュータに接続可能なように、フィルタ6、増幅器7およびAD変換器8などと共にセンサ単体として提供することができる。また、位置検出装置は、コンピュータに接続可能なRFIDリーダ3と共に提供することができる。
【００３７】
本発明の位置検出装置は、誤差数ミリという非常に高精度の位置検出が可能である。したがって、本発明の位置検出装置を使用することにより、従来技術では達成できなかったより正確な位置検出が可能となる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施するための形態として、第1の実施例および第2の実施例を例にして説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００３９】
実施例では、全てのセンサがコイルセンサである場合について説明してあるが、本発明の位置検出装置に使用されるセンサ2は、ある線分上の磁場と該線分に対向する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるセンサであれば、任意のセンサであることができる。
【００４０】
また、本実施例では、センサAは、ある線分上の磁場と該線分に平行する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置した場合について説明してあるが、本発明の位置検出装置において、センサAは、平行ではなくてもよく、互いに向き合って位置する2本の線分上に配置することができる。
【００４１】
また、実施例では、センサBは、ある線分上の磁場と該線分に平行する別の線分上の磁場との和および差を計測することができるように配置した場合について説明してあるが、本発明の位置検出装置において、センサBは、平行ではなくてもよく、互いに向き合って位置する2本の線分上に配置することができる。
【００４２】
また、実施例では、センサBは、センサAと90°回転された線分上に配置されているが、センサBは、センサAで磁場が計測される線分に対して平行していない任意の線分上に配置することができる。
【００４３】
＜実施例1＞
図2、図3および図4は、3チャンネル型センサの構成要素を表す。図2のように、一辺2aの正方形の境界上、x軸に沿う辺 y=aに沿って、時計回りに長さ2a、幅εの長方形コイルを巻き、その後、辺y=-aに沿って今度は反時計回りに同じ大きさの長方形コイルを巻く。これが1チャンネル目のコイルである。以下、本コイルをコイルAと呼ぶ。
【００４４】
図3のように、コイルAと同様のコイルを今度はy軸と平行な2辺 x=±aに配置し、2チャンネル目のコイルとする。以下、本コイルをコイルBと呼ぶ。コイルBは、コイルAに対して90°回転した位置に配置される。
【００４５】
図4のように、正方形の4辺に4つの“蝶ネクタイ型”にコイルを配置し、これらを結線して3チャンネル目のコイルとする。
【００４６】
図5に、逆巻きの三角形コイルを結線した“蝶ネクタイ型”コイルの詳細を示す。以下、本コイルをコイルCと呼ぶ。
【００４７】
図6は、コイルAおよびコイルBにおける長方形コイルの巻き方の詳細を示す。2つの長方形コイルは一筆書き状に、直列に結線されている。ただし、両コイルをつなぐ結線は、ノイズの影響を軽減するためにツイストペア線とする。
【００４８】
図7は、コイルCの巻き方の詳細を示す。図5に示すコイルCの構成要素は、最大幅がεになるよう二等辺三角形状にコイルを巻き、その反対に今度は巻き方が逆になるようコイルを二等辺三角形状に巻くことで作られる。本実施例におけるコイルCは、図5に示すようなコイルを4個、直列に接続したものである。
【００４９】
図8は、3チャンネル型センサの位置検出処理手順のフローチャートである。まず、センサA、BおよびCについて、それぞれの出力を計測し、タグを通る直線を求める。次に、その直線上のどこにRFIDタグ4があるかを、センサ出力を参考に非線形最適化を用いて探索する。
【００５０】
【数１】
2013190903.tif 000003
【００５１】
【数２】
2013190903.tif 000004
【００５２】
【数３】
2013190903.tif 000005
【００５３】
【数４】
2013190903.tif 000006
【００５４】
以下に本センサを用いたRFIDタグ定位手法の物理的解釈を述べる。まず、RFIDタグ4がxy平面と直交しているという条件下でのセンサ出力と位置検出を考える。
【００５５】
図9は、この条件下でのコイルAの出力分布である。コイルAは、正方形の一辺 y=a に沿って長方形コイルを時計回りで巻いた後、一筆書き状に、y=-aに沿って反時計回りに長方形コイルを巻いている。このため、RFIDタグ4が y=a の辺に近づいたときと、y=-aの辺に近づいたときで、出力振幅の正負が反転する。図15ではy=aに近づいたときの出力を正として表現しており、y=-aに近づくにつれ負の大きな出力が得られる。
【００５６】
x軸上にRFIDタグ4がある場合は、y=aに沿う長方形コイルを通過する磁束と、y=-aに沿う長方形コイルを通過する磁束が完全に一致する。このため、逆巻き長方形コイルに発生する誘導起電力がキャンセルし、コイルA出力がゼロとなる。
【００５７】
図10は、コイルA出力の等高線を示している。このうちRFIDタグ4が乗っている等高線を一本選ぶには、RFIDタグ4の姿勢をxy平面に垂直に保ったまま、y軸に沿ってRFIDタグ4を動かしたときのコイルA出力値を予め計測しておく必要がある（図11）。
【００５８】
コイルAの出力値が得られたとき、図11のグラフを用いれば、RFIDタグ4が仮にy軸上にあるとしたときの位置y0が得られる。実際は、RFIDタグ4はy軸上にあるとは限らないが、図10の等高線群のうち、得られたy0の値を通過する等高線上にあることがわかる。図10のy0を通過する等高線は、200mm×200mm四角形センサ内において（25,75）mmの位置にRFIDタグ4があるとき、得られるコイルA出力値の等高線11を表している。
【００５９】
図12は、コイルBの出力分布である。コイルBは正方形の一辺 x=-a に沿って長方形コイルを時計回りで巻いた後、一筆書き状に、x=aに沿って反時計回りに長方形コイルを巻いている。このため、RFIDタグ4が x= -a の辺に近づいたときと、x=aの辺に近づいたときで、出力振幅の正負が反転する。図12では、x= -aに近づいたときの出力を正として表現しており、x=aに近づくにつれ負の大きな出力が得られる。y軸上にRFIDタグ4がある場合は、x=aに沿う長方形コイルを通過する磁束と、x=-aに沿う長方形コイルを通過する磁束が完全に一致するため、逆巻き長方形コイルに発生する誘導起電力がキャンセルし、コイルB出力がゼロとなる。
【００６０】
図13は、コイルB出力の等高線を示している。このうちRFIDタグ4が乗っている等高線を一本選ぶには、RFIDタグ4の姿勢をxy平面に垂直に保ったまま、x軸に沿ってRFIDタグ4を動かしたときのコイルB出力値を予め計測しておく必要がある（図14）。コイルBの出力値が得られたとき、図14のグラフを用いれば、RFIDタグ4が仮にx軸上にあるとしたときの位置x0が得られる。実際は、RFIDタグ4がx軸上にあるとは限らないが、図13の等高線群のうち、得られたx0の値を通過する等高線上にあることがわかる。図13のx0を通過する等高線は、200mm×200mm四角形センサ内において（25,75）mmの位置にRFIDタグ4があるとき、得られるコイルB出力値の等高線12を表している。
【００６１】
以上より、RFIDタグ4の姿勢がxy平面に対して垂直であると限定されている場合には、図11と図14の2つのグラフを予め計測しておけば、コイルA出力の等高線11及びコイルB出力の等高線12の交点としてRFIDタグ位置10を決定することができる。
【００６２】
図15は、コイルCの出力分布である。コイルC出力は正方形の辺に沿って進むと正・負の振幅が繰り返されることがわかる。出力がゼロとなるのは、RFIDタグ4がx軸上、y軸上およびy=±xの直線上にある場合である。
【００６３】
図16は、コイルC出力の等高線を示している。コイルCの出力値から、RFIDタグ4の位置が、1/8象限においてそれぞれ対向する四本の等高線上に限定されることになる。ただしそのためには、x軸、y軸から±22．5度の直線に沿ってRFIDタグ4を動かしたときのコイルC出力値を予め計測しテーブルとして保持しておく必要がある。
【００６４】
図17は、以上を用いて、コイルA、コイルBおよびコイルCの出力から描いた等高線を示している。RFIDタグ位置10は、コイルA出力の等高線11、コイルB出力の等高線12およびコイルC出力の等高線13の3本の等高線の交点として検出される。上述のように、RFIDタグ4の姿勢がxy平面に垂直であるという限定があれば、コイルAおよびコイルBの出力のみでもRFIDタグ位置10は求められるが、さらにコイルCを追加すると、1/8象限に四本の等高線が得られるため、1/8象限内での解像度が高まり、精度を増すことができる。
【００６５】
以上が、RFIDタグ4がxy平面と直交しているという条件下で、予めRFIDタグ4をx軸、y軸を含む複数の直線上で動かしたときのコイルA、コイルBおよびコイルCの出力振幅を計測したグラフを保持していると仮定した場合の位置検出法の物理的解釈である。
【００６６】
しかしながら、もしRFIDタグ4の姿勢が傾き、xy平面と垂直でない場合、等高線分布はずれることになる。このとき、姿勢を検出しないまま、垂直であるときに得ておいた図11、図14のグラフを用いてRFIDタグ位置10を検出した結果が、図18〜21である。
【００６７】
RFIDタグ位置10は垂直姿勢の時と同様に（25,75）mmの位置にあるが、姿勢を傾けた場合（天頂角45度、方位角45度方向）、得られたコイルA出力から、図11のグラフを用いて等高線を限定すると、図18において矢印で示した位置に、実際のRFIDタグ位置10とは異なる等高線が得られることになる。図19において矢印で示した出力Bから限定される等高線も同様である。また、図20において矢印で示した出力Cから限定される等高線も同様である。この結果、3本の等高線は、図21のように一点では交わらず、RFIDタグ位置10を決定することができない。仮にRFIDタグ4の姿勢を別途検出したとしても、その姿勢ごとにRFIDタグ4をx, y軸上を含む複数の直線上で動かしたときの出力値テーブルを用意しておく必要がある。高精度定位のためには、姿勢をほぼ連続的に変化させたときの膨大な数の出力値テーブルが必要となる。
【００６８】
これに対し、今回提案している方法では、RFIDタグ4の姿勢が垂直でない場合でも、コイルA、コイルBおよびコイルCの出力から、RFIDタグ位置10を通過する一本の直線が得られる。すなわち、任意姿勢のRFIDタグ4は、「法線ベクトルが（A，B）であり、原点からの距離が
【００６９】
【数５】
2013190903.tif 000007
である直線」の上に存在することが証明できる。
【００７０】
実際、図22においてRFIDタグ位置10にRFIDタグ4が存在する場合、法線ベクトル（A,B）に直交する直線のうち、原点を中心とし半径
【００７１】
【数６】
2013190903.tif 000008
の円に接する直線14をひくと、RFIDタグ4が存在するRFIDタグ位置10を通過していることがわかる。よって、3チャンネル型の場合は、この直線上での位置および姿勢を非線形最適化で求めればよい。
【００７２】
図23は、3チャンネル型センサを用いた場合の実験結果である。200mm×200mm四角形センサ内の領域で、実際のRFIDタグ位置と検出されたRFIDタグ位置の平均誤差は5.9mmであった。
【００７３】
図24は、200mm×200mm四角形センサの外側にもRFIDタグ4を置いた場合の実験結果である。実際のRFIDタグ位置と検出されたRFIDタグ位置の平均誤差は7.7 mmであり、300mm×300mmの領域でも位置検出が可能である。
【００７４】
図25は、開発した定位ソフトウェアの表示画面である。本ソフトウェアでは、タグの有無が記録され、複数RFIDタグ4のID番号および位置がセンサ枠を表現した外枠太線の内側画面上に表示される。
【００７５】
＜実施例2＞
図4、図26（ａ）、（ｂ）、および図27は、6チャンネル型センサの構成要素を表す。
【００７６】
図26（ａ）、（ｂ）は、図2のコイルAの二つの長方形コイルおよび図3のコイルBの二つの長方形コイルをそれぞれ別々にして、コイルAで2チャンネル、コイルBで2チャンネル、計4チャンネルとしたものである。これにより、各辺に沿う長方形コイルの出力を独立に計測する。
【００７７】
さらに、図4のコイルCと図27に示すように正方形に沿わせて巻いたコイル（以下、ループコイルという）を配置し、計6チャンネルとする。
【００７８】
図28は、6チャンネル型センサの位置検出処理手順のフローチャートである。センサA、B、Cおよびループコイルの出力を計測する。計測した値からRFIDタグ4を通る2本の直線を得ることができ、直線の交点を求めることでRFIDタグ位置10を検出する。
【００７９】
【数７】
2013190903.tif 000009
【００８０】
【数８】
2013190903.tif 000010
【００８１】
【数９】
2013190903.tif 000011
【００８２】
【数１０】
2013190903.tif 000012
【００８３】
【数１１】
2013190903.tif 000013
【００８４】
【数１２】
2013190903.tif 000014
【００８５】
【数１３】
2013190903.tif 000015
【００８６】
【数１４】
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【００８７】
【数１５】
2013190903.tif 000017
【００８８】
【数１６】
2013190903.tif 000018
【００８９】
図2に記載のコイルAの2つの長方形コイルを分離し独立に出力することで、数7と数8に示す積分の量が計測できる。同様に図3に記載のコイルBの2つの長方形コイルを分離し独立に出力することで、数9と数10に示す積分の量が計測できる。また正方形ループコイルにより数12に示す積分の量が計測できる。
【００９０】
これらに図4の蝶ネクタイ型コイルを加え数11を計測すれば、（x0, y0）を通過する、数4で表される直線14が得られる。
【００９１】
さらに6チャンネル型の場合、3チャンネル型の場合に得られる上記直線に加え、数16で表される直線15が得られる。すなわち、図29のように、RFIDタグ4は、「法線ベクトルが（B，-A）であり、原点からの距離が
【００９２】
【数１７】
2013190903.tif 000019
である直線」の上に存在することが証明できる。
【００９３】
ここでDとは、数15の右辺の値であり、コイルAの2本の長方形コイルを分離したコイル出力およびコイルBの2本の長方形コイルを分離したコイル出力、並びにループコイル出力の和として得られる。図22の直線の法線ベクトルは、（A，B）であり、図29の直線の法線ベクトルは、（B，-A）であることから、2本の直線は直交している。これらを同時に図示したのが図30である。コイルA、コイルB、コイルCおよびループコイルの出力から、図30に示すように2本の直線を引くことができ、その交点でRFIDタグ位置10が定まる。3チャンネル型に比べ、非線形最適化演算が不要のため、より高速な位置検出が可能である。
【００９４】
図31は、6チャンネル型センサを用いた場合の実験結果である。200mm×200mm四角形センサ内の領域で、実際のRFIDタグ位置と検出されたRFIDタグ位置の平均誤差は5.4mmであった。
【符号の説明】
【００９５】
1・・・位置検出システム
2・・・センサ
3・・・RFIDリーダ
4・・・RFIDタグ
5・・・RFIDアンテナ
6・・・フィルタ
7・・・増幅器
8・・・AD変換器
9・・・コンピュータ
10・・・RFIDタグ位置
11・・・コイルA出力の等高線
12・・・コイルB出力の等高線
13・・・コイルC出力の等高線
14・・・3チャンネルセンサから得られる直線
15・・・6チャンネルセンサから得られる直線
【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】
2013190903.tif 000029
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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