(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクテイブタグを利用した移動体探索システムにおいて、
電池を内蔵し超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を間欠的に発信するためのＲＦＩＤタグと、当該ＲＦＩＤタグから発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を受信するための端末装置から構成され、
前記ＲＦＩＤタグが探索される側に装着されあるいは探索される側によって携帯され、
前記端末装置が探索する側に装着されあるいは探索する側によって携帯されあるいは探索する場所に設置され、
前記ＲＦＩＤタグから発信される信号が、少なくとも周波数が異なる複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号から構成され、
前記ＲＦＩＤタグが単一のアンテナあるいは送受波器を有し、
前記端末装置が、前記複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に対して１波長以下の間隔で配置された複数のアンテナあるいは送受波器と、当該複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えおよび／あるいは組み合わせを変えるための切替合成器を有し、
前記端末装置が、前記ＲＦＩＤタグから発信される前記複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンドを受信するための受信機と、前記受信機の出力信号を基準発振器に同期してデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を処理するための信号検出制御部を有し、
前記端末装置が表示器および／あるいはスピーカを含む移動体探索手段を有し、
前記信号検出制御部において、前記端末装置の複数のアンテナあるいは送受波器に対応し、かつ前記複数の搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号に対応して、少なくとも前記搬送波信号あるいは副搬送波信号あるいは変調信号あるいはベースバンド信号の位相を検出し、
前記検出結果から前記ＲＦＩＤタグが位置する方向あるいは前記端末装置が向かっている方向、および前記ＲＦＩＤタグと前記端末装置との間の距離を測定することによって、前記移動体探索手段を起動して移動する物体あるいは移動する者を探索することを特徴とする移動体探索システム。
【請求項２】
前記ＲＦＩＤタグが、小型のペンダントの中に組み込まれ、あるいはコイン状のケースに収納され、あるいは平板状のケースに収納され、流通しあるいは移動する物体あるいは移動する者に装着しあるいは携行させ、前記端末装置を用いて前記移動物体あるいは移動者を探索するために用いることを特徴とする請求項第１項に記載の移動体探索システム。
【請求項３】
前記移動する物体あるいは歩行者が、幼児でありあるいは児童であり、手荷物でありあるいは流通貨物であり、迷子あるいは遺失物の捜索に用いることを特徴とする請求項第１項に記載の移動体探索システム。
【請求項４】
前記端末装置の複数のアンテナあるいは送受波器が、比較的に鋭い指向性を有し、懐中電灯を照らす要領で前方をサーチできる構造および構成であることを特徴とする請求項第１項又は第２項に記載の移動体探索システム。
【請求項５】
前記端末装置の構造あるいは構成が、移動体探索手段を起動し前記複数のアンテナあるいは送受波器で前方をサーチする場合、前記表示器の表示画面が探索する側に向いており、前記複数のアンテナあるいは送受波器の指向性ビームの方向が探索される側に向いていることを特徴とする請求項第４項に記載の移動体探索システム。
【請求項６】
前記端末装置の複数のアンテナあるいは送受波器をヘッドランプ状に頭に装着し、あるいは胸のベストに装着することでハンドフリーな使用を可能とすることを特徴とする請求項第４項又は第５項に記載の移動体探索システム。
【請求項７】
前記ＲＦＩＤタグが、ボタン電池と組み合わされて小型のペンダント状あるいはコイン状のケースに収納されることを特徴とする請求項第２項に記載の移動体探索システム。
【請求項８】
前記ＲＦＩＤタグを自動車の後方に設置し、前記端末装置を自動車の前方に設置することで、衝突防止と連携運転を可能とすることを特徴とする請求項第１項に記載の移動体探索システム。
【請求項９】
前記端末装置側に複数のアンテナあるいは送受波器を設ける代わりに、前記ＲＦＩＤタグ側に複数のアンテナあるいは送受波器を設け、切替合成器により周期的に切替えることを特徴とする請求項第１項に記載の移動体探索システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アクテイブタグを利用した移動体探索システムにおいて、ＲＦＩＤタグから発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号を当該携帯端末で複数の指向性アンテナあるいは送受波器を周期的に切替えて受信し、当該複数の指向性アンテナあるいは送受波器を切替えあるいは組合わせを変えた時に当該携帯端末が受信した超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせを測定することで、当該ＲＦＩＤタグが存在する方向あるいは距離あるいはこれらの両方を検知することができる移動体探索システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
方向探知機については、従来から複数のアンテナを切替えて電波の到来方向を探知する方法として従来から循環切換型ドップラ方向探知機があり、最近では特許文献１に示すような複数のアンテナを切替えるもの、あるいは特許文献２に示すようなＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換しデジタル処理を行うもものがあるる。一方、方位を測定するためのレーダー装置としては特許文献１の三次元レーダーがあり、あるいは特許文献２のようにアンテナの合成分配器を設けることで水平・垂直の方位識別を時分割で行う方法があり、あるいは非特許文献２の７６ＧＨｚ帯の自動車用ミリ波レーダーでは複数の送信側指向性アンテナと受信側指向性アンテナの指向性の組合わせを変えて水平方向の方位を測定する方法がある。
【０００３】
従来のドップラ方向探知機では円周上に配置した複数のアンテナを順次循環して切換えることによって生じるドップラー効果から切換走査と同期した低周波信号を取り出し当該低周波信号の位相から受信信号の到来方向を測定するものであり、受信用のアンテナや装置全体が大きくなり、また数百ＭＨｚ帯以上の高い周波数の高周波信号や連続あるいはバースト状に発信される電波やスペクトル拡散された電波が発信された方向を探知するのが難しいかほとんど不可能である。
一方、最近の方向探知機では特許文献１のように複数のアンテナを切替えるものでは位相差の測定を高速に行わなければならないためアナログ式の位相検波器を用いなければ処理が遅くなり、特許文献２のようにデジタル信号に変換して位相差を算出処理する場合には複数のアンテナを切替えて処理を行うと時間遅れが生じるためアンテナを合成する方法しか採れない問題点がある。これに対して本発明の実施例の図４の方式では複数のアンテナを切替えてしかもデジタル信号に変換して処理する場合でも特許文献８に示す高周波論理回路を用いてデジタル信号処理を行うとリアルタイムでの処理が可能となる。
特許文献３の三次元レーダーでは大型で複雑となり高価となる欠点があり、特許文献４のレーダ装置では送受信アンテナを合成分配することで探知と方位測定に必要な振幅情報と位相情報を取得して処理する場合に、デジタル信号に変換して処理するとリアルタイムの処理が難しいので、位相情報を取得する際に複数のアンテナ出力の差をとっているため方位の中心部分で出力が最低となり十分な出力が得られないために方位の測定精度が悪くなっているのに対して、本発明の実施例の図４では複数のアンテナあるいは送受波器を切替える際に個々のアンテナあるいは送受波器毎あるいはアンテナあるいは送受波器の組合わせ毎にデジタル信号に変換し位相ベクトルを検出してリアルタイム処理を行うため方位の中心で特に振幅が大きく位相の測定の精度が高くなっている。
非特許文献４の７６ＧＨｚ帯の自動車用ミリ波レーダでは衝突を防止するためにリアルタイムの処理が必要でありデジタル信号に変換して処理が出来ないので、方向を測定するのにビームを極端に絞った複数個の送信アンテナと受信アンテナの指向性の方向を組合わせているので組合わせを細かくすることが難しく±４°程度の精度のものであるのに対して、本発明の実施例の図４では±１°の精度が実現できる。
特許文献５〜７の水中超音波機器では障害物あるいは反射物が位置する方向を測定するためのスキャニング探知と深さを測定するための測深探知に分けて実施しなければならないのに対して本発明の実施例の図１ではスキャニング探知と深さを測定するための測深探知の両方を同時に実施できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法では、超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号をデジタル信号に変換して高速の処理を行う場合にリアルタイムで処理するのが難しく、方向探知装置のようにある程度の遅れが許容される場合を除いては、高速処理が要求される個所をアナログ回路で処理することが必要であり方位測定の精度が悪く装置も高価となり小型化が難しく、従来の方法が適用できない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わる移動体探索システムは、上記の問題点を解決するためになされたものであり、装置の小型化が可能であり、ＲＦＩＤタグあるいは携帯端末において複数の指向性アンテナあるいは送受波器を切替えあるいは組合わせを変えた時に受信した超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の位相をリアルタイムで検出し当該検出結果から当該ＲＦＩＤタグまでの距離あるいは位置する方向あるいは高さあるいは深さを高い精度で検知することができる。
【発明の効果】
【０００６】
この発明のＲＦＩＤタグ装置において、当該携帯端末の複数のアンテナあるいは送受波器を周期的に切替えあるいは組合わせを変えながら受信した超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号をデジタル信号に変換し当該超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号の位相をリアルタイムで検出することで当該ＲＦＩＤタグが位置する方向と距離が高精度で検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明に係わるＲＦＩＤタグ装置は、小型のペンダントの中に組み込み幼児に携行させて幼児のいる場所までの方向と距離を検知することで迷子の検索に用い、あるいはコイン状のケースに収納して手荷物などに忍ばせ手荷物のある場所への方向と距離を検知することで遺失物の探索に用い、あるいは平板状のケースに収納して荷物などに張付け荷物のある場所への方向と距離を検知することで荷扱いの効率化に用いる。
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の実施例を図１に従って説明する。図１において、１はＲＦＩＤタグ、２は携帯端末、３１は携帯端末２のアンテナの指向性パターン、３１ａは指向性パターン３１の方向線、４０１はＲＦＩＤタグ１の携帯者（例えば幼児等）、４０２は携帯端末２の操作者（例えば幼児の保護者等）である。
ここで、携帯端末２は間隔ｒ（ｍ）離して２基の指向性アンテナを搭載しており、当該携帯端末２からＤ（ｍ）の距離で当該携帯端末２のアンテナの指向性パターン３１の方向線３１ａからｄ（ｍ）ずれた位置に当該ＲＦＩＤタグ１が位置しているものとする。ＲＦＩＤタグ１からはスペクトル拡散符号で拡散された高周波信号が放射されており、携帯端末２は２基の指向性アンテナを周期的に切替えながら当該高周波信号を受信しているものとする。
携帯端末２から見てＲＦＩＤタグ１が位置する方向を検知するためにＲＦＩＤタグ１から発信される高周波信号の拡散符号あるいは搬送波の伝搬位相差を測定するものとすると、伝搬位相差Δφは、Δφ＝（２π／λ）｛ｒ×（ｄ／Ｄ）｝から求められる。伝搬位相差Δφを当該高周波信号の搬送波の位相差で測定する場合を検討すると、無線周波数を２．４ＧＨｚ帯とすると、λ＝０．１２５ｍとなり、ｒ＝０．０３ｍ、ｄ＝０．１ｍ、Ｄ＝１０ｍとすると、Δφ＝５０．２４｛０．０３×（０．１／１０）｝＝０．０１５ラジアン＝０．９°となる。搬送波の伝搬位相差Δφの測定精度はπ／４ラジアンの１００分の１すなわち±０．００８ラジアン＝±０．４５°程度が実現可能であるので、測定精度は１０ｍ先で±３ｃｍ程度となる。すなわち、携帯端末２において、２基の指向性アンテナの間隔が３ｃｍの場合、１０ｍ先のＲＦＩＤタグ１の位置が±３ｃｍの精度で検知できることになる。
次に、伝搬位相差Δφを拡散符号の位相差で測定する場合を検討すると、拡散符号の伝搬速度を４Ｍｂｐｓとすると、λ＝７５ｍとなり、ｒ＝０．４ｍ、ｄ＝１ｍ、Ｄ＝１０ｍとすると、Δφ＝０．０８４｛０．４×（１／１０）｝＝０．００３４ラジアン＝０．２°となる。拡散符号の伝搬位相差Δφの測定精度は搬送波の位相差を測定するより少し良く±０．００６ラジアン＝±０．３４°程度が実現可能であるので、測定精度は１０ｍ先で±４５ｃｍ程度となる。すなわち、携帯端末２において、２基の指向性アンテナの間隔が４０ｃｍの場合、１０ｍ先のＲＦＩＤタグ１の位置が±４５ｃｍの精度で検知できることになる。上記の場合は、周辺の反射物の影響を考え無い理想的な場合であるが、実際には反射物の影響で測定精度が悪くなる。対策として、携帯端末２に指向性アンテナを用いることで反射物の影響を軽減できる他、位相差の測定を１ｍｓ／回の高速で行い１００回の移動平均をとることで、測定精度を１０倍とし±０．０４５°に向上できる。
また、スペクトル拡散符号の位相差を測定することで大まかな方向の検知を行い、搬送波の位相差を測定することで精密な方向の検知をすることで相互に補完し、あるいは地磁気センサーあるいは加速度センサーなどを補助的に用いて絶対方位を測定しあるいは移動距離を積算することで方向あるいは位置の検知精度の向上を図ることができる。
また、上記とは別に距離を検知する方法として、当該ＲＦＩＤタグ１において同期しあるいは直交する複数の搬送波周波数の間でホッピングしあるいは同期しあるいは直交する複数の搬送波あるいは複数の副搬送波あるいは複数の変調信号あるいはこれらの組合せにより複数の異なる周波数の高周波信号を生成しあるいは任意の信号により振幅変調あるいは両側帯波変調あるいは単側帯波変調しあるいは直交周波数分割多重化して複数の異なる周波数の高周波信号を生成して同時あるいは交互に発信し、当該携帯端末２において当該複数の異なる周波数の高周波信号相互間の位相差を検出することで当該ＲＦＩＤタグ１と携帯端末２の距離Ｄ（ｍ）を受信タイミングから検知するよりもはるかに高い精度で検知できる。
例えば、当該ＲＦＩＤタグ１から発信される高周波信号の周波数がｆ０から（ｆ０＋Δｆ）にホッピングされ当該携帯端末２において受信された高周波信号の搬送波の位相は、電波の伝搬速度をＣ（ｍ／ｓ）とすると、Ｓ１＝ＡＳｉｎ｛２πｆ０ｔ＋φ０＋２πＤ／（Ｃ／ｆ０）｝、Ｓ２＝ＢＳｉｎ｛２π（ｆ０＋Δｆ）ｔ＋φ０＋２πＤ／（Ｃ／（ｆ０＋Δｆ））｝となる。Ｓ１およびＳ２の位相を検出すると、Φ１＝｛φ０＋２πＤ／（Ｃ／ｆ０）｝、Φ２＝｛φ０＋２πＤ／（Ｃ／（ｆ０＋Δｆ））｝となるので、Φ２−Φ１＝２πＤ｛１／（Ｃ／（ｆ０＋Δｆ））−１／（Ｃ／ｆ０）｝＝２πＤ｛（（ｆ０＋Δｆ）／Ｃ）−（ｆ０／Ｃ）｝＝２πＤ（Δｆ／Ｃ）となり、位相差（Φ２−Φ１）を検出することで距離Ｄは、Ｄ＝（Φ２−Φ１）／｛２π（Δｆ／Ｃ）｝となり、０．８３３ＭＨｚをホッピングさせると約１ｍ当たりで１°の位相差が生じ、３６０°の位相差が生じるまでに約３６０ｍの距離が検知できることになる。
携帯端末２においてＲＦＩＤタグ１の方向と距離が検知できれば、携帯端末２を携帯する例えば幼児の保護者４０２が迷子の幼児４０１を捜す際に、迷子の幼児４０１が位置する方向と距離が高い精度で検知できるので、迷子の捜索が容易にできることになる。
更に、位相差の測定精度を±０．０３°まで向上できれば、当該ＲＦＩＤタグ１で生成されるスペクトル拡散符号を利用して長い尺度（１００ｍ単位等）とし、当該ＲＦＩＤタグ１でホッピングさせることで短い尺度（１ｃｍ単位等）とし、通常の巻尺と同様な感覚で、１ｃｍ単位で１００ｍまでの距離が検知できることになる。１００ｍを越える距離は当該スペクトル拡散符号を利用して更に１００ｍ単位で延長できる。
なお、ＲＦＩＤタグ１において、周波数がｆ０から（ｆ０＋Δｆ）にホッピングされる代わりに同期しあるいは直交する複数の高周波信号を同時にあるいは交互に切替えて発信し、当該携帯端末２側で当該複数の高周波信号間の位相差を検出しても同様な効果が得られる。
また、当該携帯端末２に複数のアンテナを接続して切替える代わりに、当該ＲＦＩＤタグ１に複数のアンテナを接続して切替え当該携帯端末２では単一のアンテナを用いて受信しても同様な効果が得られる。
また、当該ＲＦＩＤタグが小型で安価であることから、迷子の幼児４０１以外にも、手荷物にＲＦＩＤタグ１を忍ばせておくと、置き忘れた時の警報と遺失物の捜索が容易に行なえる他、貨物の流通管理、測量地点の設定等応用の範囲が広い。
【実施例２】
【０００９】
図２は本発明のＲＦＩＤタグの実施例を示す構成図であり、１はＲＦＩＤタグ、１１は無指向性アンテナ、１３は電力増幅器、１４は直交周波数ホッピング回路、１５はシンセサイザ、１６は基準発振器、１７は拡散符号生成部と制御部である。
無指向性アンテナ１１はＲＦＩＤタグ１の内部に一体化されており電力増幅器１３に接続されている。
基準発振器１６により生成されたクロック信号により２．４ＧＨｚ帯あるいは５ＧＨｚ帯の信号がシンセサイザ１５により生成され、直交周波数ホッピング回路１４により直交する複数の副搬送波信号を切替えながら単側帯波変調をすることで直交周波数ホッピングを行なうと共にスペクトル拡散符号により拡散し電力増幅器１３に出力信号を供給する。
ＲＦＩＤタグ１は制御部１７で制御されて間欠発信されており、例えば、１秒周期で２ｍｓ間発信すると負荷率は０．２％であり、消費電力が極端に節約できる。小型のボタン電池を用いても１年間程度の連続発信が可能であり、小型のペンダントあるいは荷札あるいはプレイトなどの形状に製作が可能である。
【実施例３】
【００１０】
図３は本発明の携帯端末の実施例を示す構成図であり、２は携帯端末、２１ａ、２１ｂは指向性アンテナ、２２はアンテナ切替合成器、２３は受信機、２４は信号検出器、２５は操作表示部、６１はアナログデジタル変換器、６２は信号検出器、６３は基準発振器、２０１、２０２、２０３は接続端子である。
アンテナ切替部２２はＲＦＩＤタグから発信される測定用拡散符号を受信する間にアンテナ２１ａと２１ｂを切替えるためのものであり接続端子２０２を介して信号検出器６２により駆動され、受信機２３は受信した高周波信号を中間周波信号あるいはベースバンド信号に変換した後接続端子２０１を介して信号検出制御部２４に受信出力信号を出力する。
当該受信出力信号は基準発振器６３に同期してアナログデジタル変換器６１によりデジタル信号に変換され、信号検出器６２に入力される。信号検出器６２では１周期分の固定相関器との相関がとられ、Ｓｉｎ、Ｃｏｓのルックアップテーブルとの積和演算あるいは高速フーリエ変換あるいはその他の方法によって振幅スペクトルと位相スペクトルが検出され、当該振幅スペクトルと位相スペクトルから信号検出器６２によって当該受信出力信号のタイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合わせをリアルタイムで検出することができる。
当該振幅スペクトルによって受信出力信号のなかで固定相関器と相関が大きい信号の振幅が検出され、当該位相スペクトルによってその搬送波の位相が検出される。そこで、指向性アンテナ２１ａと２１ｂの間隔をＲＦＩＤタグから発信される高周波信号の搬送波の１波長以下とし交互に切替えながら当該振幅スペクトルが閾値を越える時に位相スペクトルを検出すると、当該アンテナ２１ａと２１ｂとの間の位相差から当該ＲＦＩＤタグが位置する方向が検出できることになる。
ここで、当該アナログ／デジタル変換器は４ビット程度のものを用い数十回の測定の移動平均値を求めることで、各アンテナ毎の拡散符号の進み信号と遅れ信号の差を１/１００以上の精度で読み取ることができるので、各拡散符号の１ビットの長さを０．２５μｓとすると位相差を０．２５ｎｓ（７．５ｃｍ）以下の精度で検出することができ、搬送波の周波数を２．４ＧＨｚとすると波長の長さλ＝１２．５ｃｍであるので搬送波の位相差を０．０１ラジアン（０．２ｍｍ）程度の精度で検出でき、アナログ／デジタル変換器６１として８ビット以上のものを用いることで更に精度を向上させることができる。
また、当該携帯端末２の指向性アンテナの方向を左右あるいは上下に大きく振り回し当該振幅スペクトルを検出することで当該ＲＦＩＤタグから受信する入力電力の大きさが最大となる方向を検知することで上記の位相差を測定する機能を補完することができる。
また、当該受信機２３にＡＧＣ機能を搭載し、当該振幅スペクトルが飽和しないように受信機２３の利得を抑えることができる。
また、当該携帯端末２の受信機がＬｏｗｅｒ  ＩＦ方式あるいはダイレクトコンバージョン方式の場合には当該受信機の出力信号を拡散符号の伝送速度と同一の周波数の中間周波数に変換することで信号検出器６２の演算を容易にすることができる。
また、従来のように受信機の出力信号を処理するのにデジタルシグナルプロセッサーを用いると電力消費が大きくなるのに対して、高周波で動作する高周波論理回路を採用することでリアルタイムでの分析が可能であり電池の寿命を延長することができる。
また、周波数スペクトルを検出するために分解能に応じて必要な数の高速で動作する高周波論理回路を設け当該高周波論理回路を用いて積和演算を行いあるいは高速フーリエ変換を行いあるいは当該デジタル信号から振幅スペクトルあるいは位相スペクトルあるいはこれらの両方を検出しあるいは任意の期間の平均をとりあるいは窓関数を設けて演算を行いあるいは任意のサンプリング数毎あるいは任意のサンプリング周期数毎に検出結果を時系列ならべあるいはタイムスタンプを付して出力しあるいはこれらを組合わせることができる。
また、当該受信機の出力信号を当該基準発振器に同期して変換したデジタル信号を多段のシフトレジスタに蓄積し当該シフトレジスタから整数の間隔をおいて少なくとも４段を選択して１組とし複数の整数について選択して複数組のデジタル信号を生成しあるいは当該受信機の出力信号を基準発振器と同期して複数種類のサンプリング周期でデジタル信号に変換し当該サンプリング周期毎にシフトレジスタに蓄積して複数組のデジタル信号を生成し当該複数組のデジタル信号を積和演算しあるいは高速フーリエ変換して必要な分解能を確保することができる。
また、当該高速で動作する高周波論理回路が少なくとも４段のシフトレジスタとエックスクルージブオア回路と加算器から構成され当該デジタル信号とＳｉｎおよびＣｏｓのルックアップテーブルとの積和演算を行うことができる。
また、当該タイミングあるいは振幅あるいは周波数あるいは位相あるいはこれらの組合せをリアルタイムで検出するために用いるＳｉｎのルックアップテーブルが０、１、０、−１、あるいは１、１、−１、−１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいはＣｏｓのルックアップテーブルが１、０、−１、０あるいは１、−１、−１、１、あるいはこれらの整数倍あるいは整数分の１の繰り返しでありあるいは積和演算を行う際の−１の乗算は当該デジタル信号の補数を求めあるいはこれらの組合わせることで当該高周波論理回路を単純化できる。
【実施例４】
【００１１】
図４は本発明の信号検出器の基本構成を示す図であり、５１はＲＦＩＤタグがバースト状に発信するスペルトル拡散符号、５２はシフトレジスタ、５３は携帯端末で生成されるスペクトル拡散符号１周期分の固定レジスタ、５４はΣＳｉｎ積和演算器、５５はΣＣｏｓ積和演算器、５６はＲＦＩＤタグと携帯端末間の遅延時間、５７は振幅スペクトル検出器、５８は位相スペクトル検出器、５９、６０は出力端子である。
当該ＲＦＩＤタグにおいて発信されるスペクトル拡散符号５１の１周期分あるいは１符号長分が例えばＭ系列８チップで構成されているものとする。
当該拡散符号５１が発信され当該携帯端末において受信されデジタル信号に変換された後にシフトレジスタ５２に順次入力され２つの出力に分岐される。１周期分の固定相関器５３において、当該シフトレジスタ５２に入力されたデジタル信号とクロック周期毎に相関がとられ、その結果は、ΣＳｉｎ積和演算器５４によりＳｉｎのルックアップテーブルと掛算され加算され、更に、ΣＣｏｓ積和演算器５５によりＣｏｓのルックアップテーブルと掛算され加算される。
当該ΣＳｉｎ積和演算器５４の出力とΣＣｏｓ積和演算器５５の出力は、振幅スペクトル検出器５７によって、例えば、各々２乗して加算し平方根を求めあるいは各々の絶対値を加算しあるいは各々のピーク値を加算することで振幅スペクトルが検出され接続端子５９から出力され、位相スペクトル検出器５８によりお互いの比を求めることで位相スペクトルが算出され接続端子６０から出力される。
当該ＲＦＩＤタグと携帯端末間の遅延時間５６は当該ＲＦＩＤタグが発信したスペクトル拡散符号５１の１周期分が携帯端末のシフトレジスタ５２に入力されるまでの主として携帯端末の遅れ時間により生じるものであり、何らかの反射物により反射されあるいは障害物により回折されて受信される複数のスペクトル拡散符号は各障害物あるいは反射物毎に必ずＲＦＩＤタグのスペクトル拡散符号５１の１周期分が順番にシフトレジスタ５２に入力され１周期分が揃ったところで相関出力が最大となるので、当該障害物あるいは反射物による遅延時間が拡散符号のチップ長さを単位として検出することができる。
かくして、何らかの障害物あるいは反射物からの反射されあるいは回折されてマルチパスが生じ、順次受信されるスペクトル拡散符号５１に応じてΣＳｉｎ積和演算器５４とΣＣｏｓ積和演算器５５からベクトルに応じた出力が順次出力されるので、振幅スペクトル検出器５７の出力の閾値を越え次に出力が閾値を越えるまでのクロック数をカウントすることで反射波あるいは回折波が到達した時間が計測でき、当該振幅スペクトル検出器５７の出力で反射あるいは回折の強さが検知でき、アンテナを切替えた際の位相スペクトル検出器５８の出力から当該障害物あるいは反射物の方向あるいは高さあるいは深さが検知できる。
ここで、当該スペクトル拡散符号５１のチップ長と当該高周波信号の搬送波あるいは副搬送波あるいは中間周波信号の波長とを比較して何れか周波数が高い方の２倍以上の周期（４倍の周期が望ましい）でデジタル信号に変換する。
【実施例５】
【００１２】
図５は本発明の携帯端末の構成例を示す斜視図であり、２は携帯端末、２１ａ、２１ｂは携帯端末２のために搭載された指向性アンテナ、３０５は携帯電話機用アンテナである。
携帯端末２は携帯電話機の筐体に内蔵されており、携帯電話機用アンテナ３０５とは別に携帯電話機の表示部を見た時の前方方向に向けて携帯端末２のために指向性アンテナ２１ａと２２ｂが搭載されており、アンテナ切替合成器で周期的に切替えられあるいは組合わせが変えられ、携帯端末２に内蔵されている受信機に接続されている。
指向性アンテナ２１ａと２１ｄとの間の長さ３０３ａは、例えば当該携帯端末２が受信する高周波信号の搬送波の４分の１の長さよりやや短めに設定されている。
当該指向性アンテナ２１ａ〜２１ｄの指向性の方向を付近に存在するＲＦＩＤタグの方向に向けると、当該指向性アンテナ２１ａ、２１ｂの中心線が当該ＲＦＩＤタグの方向と一致している時は各指向性アンテナ２１ａ、２１ｂに入力する当該高周波信号の搬送波の位相は完全に一致しておりこれらの指向性アンテナを切替えて受信した高周波信号の搬送波の位相差は僅少であるが、当該中心線が当該ＲＦＩＤタグの方向からづれると当該指向性アンテナ２１ａ、２１ｂを切替えた際の当該搬送波の位相差が大きくなる。
例えば、当該中心線が当該ＲＦＩＤタグの方向から左右方向にずれると、指向性アンテナ２１ａと２１ｂの間の当該搬送波の位相差が大きくなる。指向性アンテナ２１ａと２１ｂの間隔は当該高周波信号の４分の１波長に設定されているので、当該中心線の方向が当該ＲＦＩＤタグの方向から左右方向に±９０°づれたとき前記の指向性アンテナ間の当該搬送波の位相差が±９０°づれることになる。
逆に、当該中心線が当該ＲＦＩＤタグの方向から上下にずれると、指向性アンテナ２１ａと２１ｂの間の当該高周波信号の位相差は僅少とになる。
なお、方位を精度良く検知する為には当該携帯端末２のアンテナ２１ａと２１ｂの指向性を鋭くすることと両者間のアイソレーションを高めることで測定の精度を高められることが実験で確かめられている。
当該高周波信号の搬送波の位相差を測定するとき位相差が±９０°を越えると当該中心線の方向を特定するのが難しくなるのでこの範囲を越えないことが条件となるが、上記のように配列すると当該搬送波が後ろ方向から到来しない限りこの範囲を越えることはない。当該搬送波が後ろ方向から到来する場合には、地磁気センサなどを補助的に用いて判定することが可能である。
本発明の携帯端末２を懐中電灯を照らす要領で前方をサーチすると、ＲＦＩＤタグが存在する方向が精度よく測定できるので、当該携帯端末２の操作者は検知された方向に向けて、検知された距離を歩くことで最短距離でＲＦＩＤタグの位置にたどり着けることになる。
当該指向性アンテナの間隔を当該搬送波の波長の４分の１より大きくして例えば２分の１波長とすると、当該中心線の方向と当該ＲＦＩＤタグの方向が±３０°づれると、当該搬送波の位相差が±９０°になることから更に高精度の測定が可能となる。
当該携帯端末２で検知された結果は表示部で表示され、あるいはスピーカ等によってアナウンスされる。
ここで、ＲＦＩＤタグを間欠発信状態にすると、電波の有効利用を図ると共に、当該ＲＦＩＤタグの電力消費を低減し太陽電池などによって駆動することが可能となる。１秒の間隔で２ｍｓの間バースト状に発信すると、電流消費は５００分の１に削減できる。
また、当該携帯端末２に地磁気センサーを組込み東西南北を識別することでＲＦＩＤタグによる方向と距離の検知結果を補完することができる。
また、当該携帯端末２の複数のアンテナを位相合成しアンテナの指向性を制御して当該ＲＦＩＤタグを方向をサーチすることで取扱あるいは操作を容易にすることが可能となる。
また、当該携帯端末２に複数のアンテナを設ける代わりに、ＲＦＩＤタグ側に複数のアンテナを設けアンテナ切換合成器により切換えて高周波信号を発信し、当該携帯端末２において単一あるいは複数のアンテナを用いて受信することによってＲＦＩＤタグ側の複数のアンテナ間で高周波信号の位相差を測定することによって当該ＲＦＩＤタグが設置された方向を検知することも可能である。
また、当該携帯端末２の複数のアンテナを切替える際に切替順序を常に２１ａから２１ｂに一方向に切替える代わりに２１ｂから逆に２１ａに逆方向に切替えることを交互に行い検出した位相差を差し引くことで、基準発振器の周波数変化あるいは回路の伝達時間あるいは伝達位相の変化等によって生じる基礎的な誤差を削除することができる。
また、当該携帯端末２をヘッドランプ状に頭に装着しあるいは胸のベストに装着することでハンドフリーな使用が可能となる。
また、当該携帯端末２のアンテナを２個並べると、２．４ＧＨｚの場合、幅が３ｃｍ、長さが６ｃｍ程度となりめがねの大きさ程度となるので左右方向の検知にはめがね状に装着することも可能である。
【００１３】
以上の説明では、数値制御発振器を用いるよう説明しているがデジタルＰＬＬ回路を用いるなど等価な方法によっても同様な効果が得られる。
また、自己相関器としてデジタル方式について説明したが、アナログ方式を用いても同様な効果が得られる。
また、当該ＲＦＩＤタグから超音波トランスデューサーあるいは超音波送波器を用いて超音波信号を発信し、当該携帯端末において超音波トランスデューサーあるいは超音波受波器を用いて超音波信号を受信し、あるいは当該ＲＦＩＤタグにおいて発光ダイオードあるいはレーザーダイオードを用いて光信号を発信し当該携帯端末においてホトダイオードを用いて光信号を受信することでも同様な効果が得られる。なお、本出願では、超音波トランスデューサーあるいは超音波送受波器と発光ダイオードあるいはレーザーダイオードあるいはホトダイオードを総称して送受波器と呼称するものとする。
また、スペクトル拡散を行なわず無変調あるいはアナログ信号あるいはデジタル信号により変調された高周波信号の搬送波の位相差を複数のアンテナを切替えて測定することでも同様な効果が得られる。
また、複数のアンテナを切替える代わりに、複数のアンテナに対応する受信機を個別に設けて当該受信機間の位相差を測定することでも同様な効果が得られる。
また、当該携帯端末の周辺に歩行者等の障害物が存在するとＲＦＩＤタグからの発信される超音波信号あるいは高周波信号あるいは光信号が遮蔽される場合がありあるいは反射されてマルチパスによる誤差の原因になるが、ＲＦＩＤタグを探索する場合には、マルチパスによって別の方向からの電波を受信してもその方向に進んでいくと最後にはＲＦＩＤタグそのものに行き着くことになる。携帯端末に指向性が鋭い指向性アンテナを用い出来るだけマルチパスを受けなくするのが効果的である。
また、当該ＲＦＩＤタグにおいて生成した光信号を当該高周波信号を副搬送波として変調し空間に放射し当該携帯端末において受信した光信号から当該高周波信号を復調することで方向と距離が検知できる。
また、当該ＲＦＩＤタグを太陽電池と蓄電用コンデンサとの一体構造とし薄型構造の防水筐体に収納することで半永久的に運用することができる。
また、当該ＲＦＩＤタグを自動車の後方に設置し、当該携帯端末を当該自動車の前方に設置することで衝突防止と連携運転が可能となる。
また、当該複数のアンテナを切替合成器により少なくとも２群に分けて出力し当該２群間の相関を求めることでも同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明のＲＦＩＤタグの実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の携帯端末の実施例示す構成図である。
【図４】本発明の信号検出器の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の携帯端末の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１５】
１                                  ＲＦＩＤタグ
２                                  携帯端末
２１ａ、２１ｂ                      携帯端末２の指向性アンテナ
２２                                アンテナ切替合成器
１１                                ＲＦＩＤタグ１の無指向性アンテナ
１３                                電力増幅器
１４                                直交周波数ホッピング回路
１５                                シンセサイザ
１６                                基準発振器
１７                                拡散符号生成部と制御部
２３                                受信機
２４                                信号検出制御部
２５                                操作表示部
３１                                携帯端末２の指向性アンテナの指向性パターン
３１ａ                              ＲＦＩＤタグ１に向けた方向線
５１                                ＲＦＩＤタグ１が生成するスペルトル拡散符号
５２                                シフトレジスタ
５３                                １周期分の固定相関器
５４                                ΣＳｉｎ積和演算器
５５                                ΣＣｏｓ積和演算器
５６                                ＲＦＩＤタグと携帯端末の間の遅延時間
５７                                振幅スペクトル検出器
５８                                位相スペクトル検出器
５９、６０                          接続端子
６１                                アナログデジタル変換器
６２                                信号検出器
６３                                基準発振器
２０１、２０２、２０３              接続端子
３０３ａ                            アンテナ間隔
３０５                              携帯電話機用アンテナ
４０１                              ＲＦＩＤタグ１の携帯者
４０２                              携帯端末２の操作者
【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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