(57)【要約】【課題】電波信号を送信する複数の電波送信装置を備える送信システムにおいて、電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域をコンパクトな構造によって収束させる。【解決手段】送信システムは、複数の電波送信装置とこれら複数の電波送信装置のそれぞれに対応して設置される複数の電波伝搬領域制限装置とを備える。複数の電波送信装置は、それぞれ電波信号を送信する。複数の電波伝搬領域制限装置は、対応する電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域を所定の範囲に制限する。これにより、対応する電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域と他の電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域とが重ならない範囲に制限される。【選択図】図１
2016082513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波信号を送信する複数の電波送信装置と、
前記複数の電波送信装置のそれぞれに対応して設置されて、対応する前記電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域を所定の範囲に制限する複数の電波伝搬領域制限装置と
を具備する送信システム。
【請求項２】
前記電波伝搬領域制限装置は、対応する前記電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域と他の前記電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域とが重ならない範囲に、対応する前記電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域を制限する
請求項１記載の送信システム。
【請求項３】
前記電波伝搬領域制限装置は、対応する前記電波送信装置から送信される電波信号の波長に応じた回折格子である請求項１記載の送信システム。
【請求項４】
前記回折格子は、対応する前記電波送信装置から送信される電波信号を所定の位置に収束するように、前記電波信号の波長および前記電波送信装置からの距離に応じて格子間の距離が設定される請求項３記載の送信システム。
【請求項５】
前記回折格子は、対応する前記電波送信装置から送信される電波信号を所定の方向に向かう平面波とするように、前記電波信号の波長および前記電波送信装置からの距離に応じて格子間の距離が設定される請求項３記載の送信システム。
【請求項６】
前記電波送信装置は、前記電波信号を間欠的に送信するビーコン装置である請求項１乃至５記載の送信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信システムに関し、特に、電波信号を送信する複数の電波送信装置を備える送信システム、および、その処理方法ならびに当該方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線端末などの電波送信装置が発する電波を受信し、受信電波強度によって近距離測位を行う試みが行われている。このとき、空間分解能を上げるために電波源の配置密度を高めてしまうと、隣接する波源の電波強度の差が電波強度の測定誤差に埋没してしまうという問題が生じる。そこで、反射器を用いて各送信アンテナから等方的に発射される電磁波を一定方向に収束させるシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０６４２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術によれば、各送信アンテナから等方的に発射される電磁波を一定方向に収束させることにより、測定点において隣接する電波源からの受信電波強度差を強調し、測位誤差を低減させることができる。しかしながら、反射器を用いて、「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ」等で使用される２．４ＧＨｚ帯（波長約１２ｃｍ）の電磁波を収束させるためには、電波送信装置の周囲に反射器を設置するための大きな空間が必要となってしまい、電波源の配置密度を高めた場合の応用には適さない。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、電波信号を送信する複数の電波送信装置を備える送信システムにおいて、電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域をコンパクトな構造によって収束させることにより、各電波送信装置からの電波信号の受信電波強度を強調し、近距離測位などに用いやすくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、電波信号を送信する複数の電波送信装置と、上記複数の電波送信装置のそれぞれに対応して設置されて、対応する上記電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域を所定の範囲に制限する複数の電波伝搬領域制限装置とを具備する送信システムである。これにより、電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域を、対応する電波伝搬領域制限装置によって収束させるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電波信号を送信する複数の電波送信装置を備える送信システムにおいて、電波送信装置から送信される電波信号の伝搬領域をコンパクトな構造によって収束させることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態における送信システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるビーコン装置２００の一構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における回折格子３００の構造の例を示す正面図である。
【図４】本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の送信システムにおける電波強度の分布の例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における送信システムの使用状態の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における送信システムによる回折パターンの例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲２０の調整の第１の例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲２０の調整の第２の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲２０の調整の第３の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態の変形例における送信システムの伝搬領域の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。
【００１０】
＜１．実施の形態＞
［送信システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態における送信システムの全体構成の一例を示す図である。この送信システムは、ビーコン装置２００と回折格子３００とを対応して設置したものである。この図においては、ビーコン装置２００および回折格子３００をそれぞれ１台ずつ示しているが、この送信システムは複数のビーコン装置２００およびそれに対応する複数の回折格子３００を想定する。
【００１１】
ビーコン装置２００は、所定の期間毎に、間欠的にビーコン信号を無線送信するものである。このビーコン装置２００は、例えば、美術館における展示物や、スーパーマーケットにおける商品などの近傍に配置され、それぞれ固有の識別子を含むビーコン信号を送信する。これにより、そのビーコン信号を受信した端末装置１００が、図示しない展示情報データベースを参照することにより、その識別子に対応する展示情報などを取得するように構成することができる。
【００１２】
回折格子３００は、格子状のスリットを有する光学素子である。空気中を伝わる電波にとって、誘電率の異なる物体が経路上に存在する場合には、障害物として回折が生じる。この回折格子３００は、これを利用したものであり、格子状のスリットにおいて入射光を反射または透過することによって光を干渉させて、入射光の角度を変更して出力する。すなわち、回折格子３００は、ビーコン装置２００から送信されるビーコン信号の伝搬領域を所定の送信範囲２０に制限する。これにより、回折格子３００は、対応するビーコン装置２００から送信されるビーコン信号の伝搬領域を、他のビーコン装置２００から送信されるビーコン信号の伝搬領域と重ならない範囲に制限することができ、他のビーコン装置２００から送信されるビーコン信号との干渉を防ぐことができる。
【００１３】
この送信システムにおいては、ビーコン信号の送信範囲２０に存在する端末装置１００のみがそのビーコン信号を受信できるようになる。すなわち、複数のビーコン装置２００が互いに隣接して配置されている場合においても、他のビーコン信号に干渉されることなく、ビーコン信号を受信することができる。
【００１４】
なお、端末装置１００は、ユーザ（例えば顧客など）が携帯する端末である。この端末装置１００としては、例えば、携帯端末やタブレット型パーソナルコンピュータなどが挙げられる。この端末装置１００は、ビーコン装置２００からビーコン信号を受信してそれぞれに対応する処理を行う。
【００１５】
［ビーコン装置］
図２は、本発明の実施の形態におけるビーコン装置２００の一構成例を示す図である。このビーコン装置２００は、処理部２１０と、メモリ２２０と、送信部２３０とを備えている。
【００１６】
処理部２１０は、ビーコン装置２００において必要な処理を行うプロセッサである。具体的には、処理部２１０は、メモリ２２０からビーコン信号識別子を読み出してビーコン信号を生成し、送信部２３０に送信させる。
【００１７】
メモリ２２０は、処理部２１０の処理に必要なデータを記憶するメモリである。具体的には、このメモリ２２０は、このビーコン装置２００から送信されるビーコン信号のビーコン信号識別子を記憶する。
【００１８】
送信部２３０は、処理部２１０からの制御に従って、メモリ２２０に記憶されるビーコン信号識別子をビーコン信号として無線送信により発信するものである。このような無線通信の規格として、例えば、超低消費電力に最適化された「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ」（以下、「ＢＬＥ」と略す。）が想定される。なお、端末装置１００に無線送信することができるのであれば、送信部２３０は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）規格など、別の通信規格によりビーコン信号を無線送信してもよい。
【００１９】
［回折格子］
図３は、本発明の実施の形態における回折格子３００の構造の例を示す正面図である。この回折格子３００は、金属板などの導体、誘電体、電波吸収体などの材料からなる。ここでは、一例として、アルミニウム製のシート状の構造を想定する。
【００２０】
同図におけるａに示すように、この回折格子３００は、複数の同心円からなる円環状を有する。円環の径はそれぞれ異なり、後述する送信範囲の計算上、第ｉ番目の円環の外側の半径をｒiとする。
【００２１】
また、同図におけるｂに示すように、この回折格子３００は、所定の形状（図中では、四角形）のシートにおいて、導体、誘電体、または、電波吸収体などにより全体的に電波を遮蔽し、一部に電波が透過しうる円環状のスリットを設けた構造であってもよい。この場合も、円環状のスリットの内側の半径が同様に定義される。
【００２２】
［送信システムによる送信範囲］
図４は、本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲の例を示す図である。
【００２３】
従来のように回折格子３００を設けない場合、同図におけるａに示すように、ビーコン装置２００からのビーコン信号は、特に制限されることなく送信される。したがって、ビーコン装置２００の配置間隔によっては、互いの送信範囲２０が重なってしまうおそれがある。送信範囲２０が重なった位置において端末装置１００がビーコン信号を受信する際に、異なるビーコン装置２００からのビーコン信号が干渉する可能性がある。このとき、受信した信号の電波強度を用いて近距離測位を行おうとすると、隣接する波源の電波強度の差が電波強度の測定誤差に埋没してしまい、正常に測位を行うことができなくなってしまう。また、干渉により、信号を正常に受信できなくなる虞もある。
【００２４】
一方、本発明の実施の形態における回折格子３００を設けた場合、同図におけるｂに示すように、ビーコン装置２００からのビーコン信号は回折格子３００によって伝搬領域が制限される。これにより、ビーコン装置２００の配置間隔が狭い場合であっても、互いの送信範囲２０が重ならないように調整することができる。
【００２５】
図５は、本発明の実施の形態の送信システムにおける電波強度の分布の例を示す図である。
【００２６】
従来のように回折格子３００を設けない場合、同図におけるａに示すように、ビーコン装置２００からのビーコン信号は、特に制限されることなく広がってしまう。下部の電波強度分布のように裾野部分において重なりが生じてしまい、この位置においては、隣接する２つのビーコン装置２００からのビーコン信号が干渉することがわかる。
【００２７】
一方、本発明の実施の形態における回折格子３００を設けた場合、同図におけるｂに示すように、ビーコン装置２００からのビーコン信号は回折格子３００によって伝搬領域が制限される。下部の電波強度分布のように、送信範囲２０においては互いの送信範囲２０が重ならず、互いに影響を与えないことがわかる。
【００２８】
図６は、本発明の実施の形態における送信システムの使用状態の例を示す図である。この例では、展示場などの廊下の天井にビーコン装置２００を配置した場合を想定する。展示場などにおいて、展示物の近傍の天井に対応するビーコン装置２００がそれぞれ配置されているものとする。
【００２９】
従来のように回折格子３００を設けない場合、同図におけるａに示すように、ビーコン装置２００からのビーコン信号は、特に制限されることなく広がり、送信範囲２０の重なりが生じる。
【００３０】
一方、本発明の実施の形態における回折格子３００を設けた場合、同図におけるｂに示すように、ビーコン装置２００からのビーコン信号は回折格子３００によって伝搬領域が制限されて、送信範囲２０の重なりが生じないように調整される。そのため、ビーコン装置２００が複数配置される展示場などの廊下など、ビーコン信号の発生源の間隔が狭い空間においても、各ビーコン信号の受信電波強度を強調し、近距離測位などに用いやすくすることができる。
【００３１】
［送信システムによる回折のパターン］
図７は、本発明の実施の形態における送信システムによる回折パターンの例を示す図である。
【００３２】
同図におけるａは、ビーコン装置２００から送信されたビーコン信号を回折格子３００が球面波から平面波に変換する例を示している。この場合、シート状の回折格子３００から垂直方向にビーコン信号が伝搬される。
【００３３】
同図におけるｂは、ビーコン装置２００から送信されたビーコン信号を回折格子３００が所定の位置に収束する球面波に変換する例を示している。この場合、シート状の回折格子３００から中心方向に角度を変更してビーコン信号が伝搬される。
【００３４】
同図におけるｃは、ｂの変形例であり、回折格子３００を介さない場合と比較して、伝搬領域が狭まった球面波として拡散する球面波（言い換えれば、回折格子３００のビーコン装置２００の所定の位置を波源とする球面波）に変換する例である。この場合であっても、送信範囲２０を狭く制限することは可能である。
【００３５】
同図におけるｄは、ａの例などにより生成された平面波を、回折格子３００が角度の異なる別の平面波に変換する例を示している。すなわち、複数の回折格子３００を多段に組み合わせることも可能である。
【００３６】
図８は、本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲２０の調整の第１の例を示す図である。この例は、図７におけるｂおよびｃのパターンを想定したものである。
【００３７】
この例では、ビーコン信号の電波の波長をλとする。また、ビーコン装置２００から回折格子３００までの距離をｆs、回折格子３００から収束点までの距離をｆtとする。また、上述の通り、第ｉ番目の円環の外側の半径をｒiとする。
【００３８】
この場合、第ｉ番目の格子によって回折される電波と第ｉ＋１番目の格子によって回折される電波との経路差Δは次式によって表すことができる。
Δ＝((ｆs2＋ｒi2)1/2＋(ｆt2＋ｒi2)1/2)−((ｆs2＋ｒi-12)1/2＋(ｆt2＋ｒi-12)1/2)
このとき、干渉条件は
Δ＝ｎλ  （ｎ：整数）
である。以下の通り変数Ａ、Ｂ、Ｘ、Ｃに置き換えると、
Ａ＝ｆs2
Ｂ＝ｆt2
Ｘ＝ｒi2
Ｃ＝(ｆs2＋ｒi-12)1/2＋(ｆt2＋ｒi-12)1/2＋ｎλ
次式が成り立つ。
(Ａ＋Ｘ)1/2＋(Ｂ＋Ｘ)1/2＝Ｃ
これを変形して、
(Ａ＋Ｘ)1/2＝Ｃ−(Ｂ＋Ｘ)1/2
両辺を自乗して、
Ａ＋Ｘ＝Ｃ2−２Ｃ(Ｂ＋Ｘ)1/2＋(Ｂ＋Ｘ)
２Ｃ(Ｂ＋Ｘ)1/2＝Ｃ2＋Ｂ−Ａ
両辺を自乗して、
４Ｃ2(Ｂ＋Ｘ)＝(Ｃ2＋Ｂ−Ａ)2
Ｘについて解いて、
Ｘ＝(１／(４Ｃ2))(Ｃ4＋Ｂ2＋Ａ2−２Ｃ2(Ａ＋Ｂ)−２ＡＢ)
したがって、半径ｒiは漸化式により示されることがわかる。
ｒi＝Ｘ1/2＝Ｒ（ｎλ，ｆs，ｆt，ｒi-1）
【００３９】
なお、上記の数式では、回折格子３００から収束点までの距離ｆtの正負を入れ替えた場合（つまり、ｆtを−ｆtとした場合）であっても、同一の式が成立する。ここに、回折格子３００から収束点までの距離を−ｆtとすることは、回折格子３００からビーコン装置２００の側に距離を−ｆt進めた位置を波源とする球面波（つまり、図７のｃに示されるような回折パターンの波）が回折格子３００から発生することを意味する。つまり、図８の例のように配置した場合、ビーコン装置２００から送信された電波は、回折格子３００からビーコン装置２００の逆側に距離ｆtの位置を収束点として収束する電波と、回折格子３００からビーコン装置２００の側に距離ｆtの位置を波源としたような拡散する電波とに分離される。
【００４０】
図９は、本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲２０の調整の第２の例を示す図である。この例は、図７におけるａのパターンを想定したものである。
【００４１】
この例では、ビーコン信号の電波の波長をλとし、ビーコン装置２００から回折格子３００までの距離をｆとする。また、上述の通り、第ｉ番目の円環の外側の半径をｒiとする。
【００４２】
この場合、第ｉ番目の格子によって回折される電波と第ｉ＋１番目の格子によって回折される電波との経路差Δは次式によって表すことができる。
Δ＝(ｆ2＋ｒi2)1/2−(ｆ2＋ｒi-12)1/2
干渉条件Δ＝ｎλから、次式が成り立つ。
(ｆ2＋ｒi2)1/2−(ｆ2＋ｒi-12)1/2＝ｎλ
ｒiについて解くと、
ｒi＝((ｎλ＋(ｆ2＋ｒi-12)1/2)2−ｆ2)1/2
ｒi＝Ｒ（ｎλ，ｆ，ｒi-1）
となり、半径ｒiは漸化式により示されることがわかる。
【００４３】
図１０は、本発明の実施の形態における送信システムによる送信範囲２０の調整の第３の例を示す図である。この例は、図７におけるｄのパターンを想定したものである。
【００４４】
この例では、ビーコン信号の電波の波長をλとする。また、回折格子３００として同図におけるｂのような格子間隔Ｄによる縞模様の格子を想定する。また、同図におけるａに示すように、回折格子３００への入射角をα、屈折角をβとする。
【００４５】
この場合、隣接する格子によって回折される電波の経路差Δは次式によって表すことができる。
Δ＝Ｄ・ｓｉｎα＋Ｄ・ｓｉｎβ
干渉条件Δ＝ｎλから、次式が成り立つ。
Ｄ・ｓｉｎα＋Ｄ・ｓｉｎβ＝ｎλ
Ｄ＝ｎλ／（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）
となり、格子間隔Ｄは入射角αおよび屈折角βにより示されることがわかる。
【００４６】
このように、本発明の実施の形態によれば、ビーコン装置２００から送信されたビーコン信号の伝搬領域を回折格子３００によって制限し、狭い範囲に複数のビーコン装置２００が配置された場合であっても、それぞれのビーコン装置２００から送信されるビーコン信号の電波受信強度を隣接する他のビーコン装置２００からのビーコン信号と比較して有意に高くすることができ、受信電波強度を用いた近距離測位などに用いやすくすることができる。
【００４７】
＜２．変形例＞
上述の実施の形態では、ビーコン信号の送信範囲２０の形状が円形であることを想定したが、本発明はこれに限定されない。回折格子３００の形状や間隔などを調整することにより、伝搬領域の断面形状を円形以外にしてもよい。
【００４８】
図１１は、本発明の実施の形態の変形例における送信システムの発信するビーコン信号の内、所定の電波強度の伝搬領域の一例を示す図である。この図のように、例えば、廊下の長さ方向を短辺とし、幅方向を長辺とする楕円形状とすれば、隣接するビーコン装置２００の受信範囲が重なりあうことなく、廊下の全域においていずれかのビーコン装置２００から送信されたビーコン信号の受信範囲内とすることができる。このような伝搬形状の調整は、回折格子の形状や間隔を操作することで、適宜行われてよい。
【００４９】
なお、上述の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本発明の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【００５０】
具体的には、ビーコン信号を収束するための構成について、回折格子３００に限定されることなく、例えば、誘電体レンズなど、他の電磁波を収束させる装置を用いても構わない。
【００５１】
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
２０  送信範囲
１００  端末装置
２００  ビーコン装置
２１０  処理部
２２０  メモリ
２３０  送信部
２４０  センサ
３００  回折格子
【図１】
2016082513.tif 000003
【図２】
2016082513.tif 000004
【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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