この発明の一実施形態を以下図面と共に� ��明する。

 〔実施例1〕
 図1はRFID検知装置1を説明する説明図である� ��

 この例では、台21の上に、物品27が置かれ ている。物品27には、RFIDタグ25が貼り付けら� ��ている。このRFIDタグ25は、アンテナとICを� �えているRFIDタグ25のIC内の記憶部には、識別 情報であるIDや、物品の情報である物品名や� ��様など、適宜の情報が記憶されている。

 台21の近くには、検知エリアRに存在するR FIDタグ25を読取りできるRFID検知装置1が設置� �れている。RFID検知装置1は、アンテナ10と、� ��御部13と、記憶部15とで構成されている。

 アンテナ10は、指向方向を調節可能な3素� ��アレーアンテナにより構成されている。

 制御部13は、CPUとROMとRAMで構成されRFIDタ� ��方向検知プログラムなどのプログラムに従� ��た制御動作や演算動作を実行する。

 記憶部15は、不揮発性メモリあるいはハ� �ドディスク等の記憶装置で構成されており� �プログラムや情報(データ)を記憶する。

 次にRFID検知装置1を用いて、距離やタグ� �性能による影響を受けずにRFIDタグ25の存在� �向を検知する方法の理論について説明する� �

 図2は、RFID検知装置1によりRFIDタグ25から� ��報を読取る際の受信レベルを指向方向別に� ��すグラフ図である。このグラフにおいて、� ��軸は受信レベル(Gain)を示し、単位はデシベ� ��(dB)である。横軸は、角度を示し、単位は度 (deg)である。

 図中の受信レベルRx_Lは、アンテナ10の指� ��方向(角度θ)を-35°としたときに、アンテナ1 0の正面を0°とする各方向で何デシベルの受� �レベルになるかグラフ表記したものである� �

 図中の受信レベルRx_Cは、アンテナ10の指� ��方向(角度θ)を0°としたときに、アンテナ10� ��正面を0°とする各方向で何デシベルの受信� ��ベルになるかグラフ表記したものである。

 図中の受信レベルRx_Rは、アンテナ10の指� ��方向(角度θ)を35°としたときに、アンテナ10 の正面を0°とする各方向で何デシベルの受信 レベルになるかグラフ表記したものである。

 ここで、受信レベルRx_Lは、下記の式(数3) で表すことができる。なお、対数表記と真数 表記の関係式は、次式(数1,数2)の通りである� ��

 (数1)
Rx = 10 × log ₁₀  (Rx’)
 (数2)
Rx’ = 10 ^(Rx/10)
※Rx(dBm):対数表記, Rx’(mW):真数表記
 (数3)
[A]対数表記
Rx_L = Pt + Dt(θ) - Loss + D_L(θ)
※Pt:タグの送信電力, Loss:自由空間損出
Dt(θ):タグの指向性利得, D_L(θ):左方向指向時 の指向性利得
[B]真数表記
Rx_L’ = Pt’ × Dt’(θ) ×(λ/4πD) ²  × D_L’(θ)
※Pt’:タグの送信電力, D:交信距離,
Dt’(θ):タグの指向性利得, D_L’(θ):左方向指 向時の指向性利得
 また、受信レベルRx_Rは、次式で表すことが できる。

 (数4)
[A]対数表記
Rx_R = Pt + Dt(θ) - Loss + D_R(θ)
※Pt:タグの送信電力, Loss:自由空間損出,
Dt(θ):タグの指向性利得, D_R(θ):右方向指向時 の指向性利得
[B]真数表記
Rx_R’ = Pt’ × Dt’(θ) ×(λ/4πD) ²  × D_R’(θ)
※Pt’:タグの送信電力, D:交信距離,
Dt’(θ):タグの指向性利得, D_R’(θ):右方向指 向時の指向性利得
 上記2つの数式について要素減少合成演算(� �数表記の場合は減算(差分)、真数表記の場合 は除算)を行い合成受信レベルRx_Diffを算出す� ��と、次の式が求められる。

 (数5)
[A]対数表記
Rx_Diff = Rx_R - Rx_L
={Pt + Dt(θ) - Loss + D_R(θ)}-{Pt + Dt(θ) - Los s + D_L(θ)}
= D_R(θ) - D_L(θ)
[B]真数表記
Rx_Diff’ = Rx_R’ / Rx_L’
=(Pt’ × Dt’(θ) ×(λ/4πD) ²  × D_R’(θ))
 /(Pt’ × Dt’(θ) ×(λ/4πD) ²  × D_L’(θ))
= D_R’(θ) / D_L’(θ)
 上記数式5に示すように、異なる指向方向の 受信レベルの式を減算または除算すると、距 離、タグの性能(反射電力、タグの指向性利� �)に無関係なθのみの関数となる。

 この関数をグラフ表示すると、図3に示す グラフ図になる。このグラフにおいて、縦軸 は合成受信レベルRx_Diff(Gain)を示し、単位は� �シベル(dB)である。横軸は、角度を示し、単� ��は度(deg)である。

 このグラフに示すように、合成受信レベ� ��Rx_Diffは、アンテナ10の正面付近となる0°付� ��で一次関数とみなせるグラフになる。なお� ��±10°付近より外側の角度は、サイドローブ� ��影響によって一次関数にならない。

 従って、閾値-a,aを用いて、合成受信レベ ルRx_Diffが次式に示す条件に合致するRFIDタグ2 5の場合、該RFIDタグ25の存在方向は一次関数� �ら簡単に求めることができる。

 (数6)
-a < Rx_Diff < a
※-a:下限閾値, a:上限閾値
 一方、閾値-a,aの範囲の外にあるRFIDタグ25の 場合、サイドローブの影響によって正確な存 在方向を検知できない。すなわち、図3に示� �ように、ポイントP1,P2,P3はいずれもRx_Diffの� �が同一であるので、Rx_Diffから存在方向を求� ��ることができない。

 この場合、指向方向の角度を切り替える� ��とで、対応することができる。

 ここで、図4は、受信レベルRx_Lの指向方� �を0°に変更し、受信レベルRx_Rの指向方向を� ��のまま35°とした場合の合成受信レベルRx_Dif fのグラフ図を示す。

 図示するように、指向方向を変更したこ� ��により、得られる合成受信レベルRx_Diffが一 次関数に近い関数(常に値が増加または減少� �続ける関数)になる。すなわち、この例では� ��図3に示した検知により、中心より右側にRFI Dタグ25が存在していると解っている。このた め、左側で測定する際の受信レベルRx_Lの指� �方向を右側へ角度変更して0°とし、この状� �で合成受信レベルRx_Diffを求めている。そし� ��、中心より右側にRFIDタグ25が存在している� ��とは既に解っているので、0°より右側の値� ��けを見れば、合成受信レベルRx_Diffは、一次 関数に近いグラフになっている。

 次に、図5に示すフローチャートと共に、 上記理論を用いてRFIDタグ25の存在方向(信号� �到来方向)を取得する際のRFID検知装置1の制� �部13がRFIDタグ方向検知プログラムに従って� �行する動作について説明する。

 制御部13は、第1方向の角度Lに初期値(例� �ば-50°)を代入して記憶部15に記憶し、第2方� �の角度Rに初期値(例えば50°)を代入して記憶� ��15に記憶することで、初期設定を行う(ステ� ��プS1)。なお、この初期設定の際、角度Lと角 度Rは、中心から等角度にして左右対称にす� �ことが好ましい。

 制御部13は、アンテナ10の指向方向の角度 を第1方向である角度Lに設定し(ステップS2)、 所定のRFIDタグ25に対してリードコマンドを発 行する(ステップS3)。このときのリードコマ� �ドは、識別情報であるIDを指定し、該IDのRFID タグ25のみに応答させるコマンドにすると良� ��。

 制御部13は、応答信号の受信レベルを算� �し(ステップS4)、この受信レベルを受信レベ� ��Rx_Lとして記憶部15に記憶する(ステップS5)。

 制御部13は、アンテナ10の指向方向の角度 を第2方向である角度Rに設定し(ステップS6)、 所定のRFIDタグ25に対してリードコマンドを発 行する(ステップS7)。このときのリードコマ� �ドは、ステップS3と同一のIDを指定し、該ID� �RFIDタグ25のみに応答させるコマンドにする� �良い。

 制御部13は、応答信号の受信レベルを算� �し(ステップS8)、この受信レベルを受信レベ� ��Rx_Rとして記憶部15に記憶する(ステップS9)。

 制御部13は、受信レベルRx_Rから受信レベ� ��Rx_Lを減算する差分演算(対数表記の場合は� �分,真数表記の場合は除算)を実行し、演算結 果を合成受信レベルRx_Diffとして記憶部15に記 憶する(ステップS10)。

 制御部13は、合成受信レベルRx_Diffが、予� ��定められた閾値範囲である-aから+aの間に入 っているか、-aより小さいか、それとも+aよ� �大きいかを判定し、到来方向を大まかに判� �する(ステップS11)。この処理では、中心方向 (例えば角度-4°~+4°といった一定角度の間)、� ��方向(例えば-4°より左といった一定角度よ� �左)、右方向(例えば+4°より右といった一定� �度より右)のどちらにRFIDタグ25が存在するの� ��、大まかに判断できる。

 合成受信レベルRx_Diffが+a以上であった場� ��(ステップS11:+a≧)、制御部13は、RFIDタグ25が 中心方向よりも右側に存在すると判定し、第 1方向である角度Lを右側へ所定角度(例えば10� �)変更する(ステップS12)。つまり、右への指� �方向を示す角度Rを固定したまま、左への指� ��方向を示す角度Lを右側へ変更することで、 第1方向と第2方向の角度差を減らし、検知対� ��範囲を全体的に右側へ変更している。

 制御部13は、角度Lが角度Rと同一でないか 判定し、同一でなければ(ステップS13:No)、ス� ��ップS2へ処理を戻して到来方向概算処理(ス� ��ップS2~S11)を再度繰り返す。

 角度Lが角度Rと同一であれば(ステップS13: Yes)、第1方向と第2方向が一致してしまうので 、制御部13は、第2方向の角度Rを右側へ所定� �度(例えば10°)変更する(ステップS14)。制御部 13は、ステップS2へ処理を戻して到来方向概� �処理(ステップS2~S11)を再度繰り返す。

 合成受信レベルRx_Diffが-a以下であった場� ��(ステップS11:-a≦)、制御部13は、RFIDタグ25が 中心方向よりも左側に存在すると判定し、第 2方向である角度Rを左側へ所定角度(例えば-10 °)変更する(ステップS15)。つまり、左への指� ��方向を示す角度Lを固定したまま、右への指 向方向を示す角度Rを左側へ変更することで� �第1方向と第2方向の角度差を減らし、検知対 象範囲を全体的に左側へ変更している。

 制御部13は、角度Lが角度Rと同一でないか 判定し、同一でなければ(ステップS16:No)、ス� ��ップS2へ処理を戻して到来方向概算処理(ス� ��ップS2~S11)を再度繰り返す。

 角度Lが角度Rと同一であれば(ステップS16: Yes)、第1方向と第2方向が一致してしまうので 、制御部13は、第1方向の角度Lを左側へ所定� �度(例えば-10°)変更する(ステップS17)。制御� �13は、ステップS2へ処理を戻して到来方向概� ��処理(ステップS2~S11)を再度繰り返す。

 合成受信レベルRx_Diffが+aより小さく-aよ� �大きい閾値範囲内であった場合(ステップS11: -a> and +a<)、制御部13はRFIDタグ25からの� �号のアンテナ10から見た到来方向Xを算出す� �到来方向算出処理を行う(ステップS18)。この 到来方向Xは、次式により算出する。

 (数7)
X = (R+L)/2+F(Rx_Diff)
※F(Rx_Diff):補正式
 上記数式における補正式F(Rx_Diff)は、例えば 一次関数、二次関数、あるいは三次関数など 、1つの変数として合成受信レベルRx_Diffの値� ��入力すれば、解として角度を算出できる関� ��で構成することができる。なお、関数に限� ��ず、例えば合成受信レベルRx_Diffの値と角度 を対応させた表データを予め記憶部15に記憶� ��ておき、この表を参照して対応する角度を� ��める構成にしてもよい。

 以上の構成および動作によりRFIDタグ25か� ��の信号の到来方向を容易に検知することが� ��きRFIDタグ25の存在方向を検知することがで� ��る。

 アンテナ10は、3素子アレーアンテナで構� ��されているため、指向方向を任意の角度に� ��時に変更することができ、指向方向を変更� ��て到来方向概算処理を繰り返す処理を短時� ��に実行できる。

 またRFIDタグ25の大まかな方向が存在方向� ��角度を算出可能な中心方向の一定範囲内に� ��るまで指向方向を変更するためRFIDタグ25の� ��在方向に適した指向方向に調整した上でRFID タグ25の存在方向を適切に算出することがで� ��る。

 〔実施例2〕
 実施例1では、アンテナ10の指向方向の変更� ��限界がない場合について説明したが、実施� ��2は、アンテナ10の指向方向の変更に限界が� ��る場合、または指向方向の角度以上の方向� ��RFIDタグ25を検出しない場合について説明す� ��。

 図6は、実施例2のRFID検知装置1の制御部13� ��RFIDタグ25の存在方向(信号の到来方向)を取� �する際にRFIDタグ方向検知プログラムに従っ� ��実行する動作について説明するフローチャ� ��トである。その他の構成は、実施例1と同一 であるので、その詳細な説明を省略する。

 図示するように、ステップS1~S13は、実施� ��1と同一の動作を実行するため、その詳細な 説明を省略する。

 ステップS11にて、合成受信レベルRx_Diffが -a以下であった場合(ステップS11:+a≧)、制御� �13は、実施例1と同じくステップS15を実行し� �後、ステップS13に処理を進める。

 ステップS12またはS15の後、制御部13は、� �度Lが角度Rと同一でないか判定し、同一でな ければ(ステップS13:No)、ステップS2へ処理を� �して到来方向概算処理(ステップS2~S11)を再度 繰り返す。

 角度Lが角度Rと同一であれば(ステップS13: Yes)、これ以上指向方向を変更できないので� �制御部13は、第2方向の角度Rに補正式Rを加算 して到来方向Xを算出する。この算出に用い� �式は、次の通りである。

 (数8)
X = R + F(Rx_Diff)
※F(Rx_Diff):補正式
これにより、おおよその到来方向を検知でき る。

 前記ステップS11で合成受信レベルRx_Diffが +aより小さく-aより大きい閾値範囲内であっ� �場合(ステップS11:-a> and +a<)、制御部13� �、実施例1と同一の到来方向算出処理(ステッ プS18)を実行する。

 以上の構成および動作により、実施例1と 同様の効果を得ることができる。合成受信レ ベルRx_Diffが閾値範囲内に入った場合は、実� �例1と同一の精度でRFIDタグ25の存在方向を検� ��することができる。また、アンテナ10の設� �可能な指向方向の限界を超えた外側にRFIDタ� ��25が存在する場合は、合成受信レベルRx_Diff� ��閾値範囲内に入っている場合より精度が劣� ��ものの、およその存在方向を検知すること� ��できる。

 なお、以上の各実施形態で、下限閾値を- aとし、上限閾値を+aとして絶対値が同じ値に したが、これに限らず、上限閾値と下限閾値 を個別の値に設定してもよい。この場合で、 同一の作用効果を得ることができる。

 また、ステップS3,S7では、IDを指定せずに 、IDを返答させるコマンドを発行しても良い� ��この場合、以降の処理で所望のIDのみを抽� �してID毎に処理を行えば、当該IDの存在方向� ��算出することができる。

 また、ステップS12,S15では、片方の指向方 向のみを角度変更したが、角度Rと角度Lの両� ��を角度変更し、再度繰り返す構成にしても� ��い。この場合も、読取る範囲を変更しなが� ��指向方向を適切な角度に変更していき、適� ��な角度になった時点でRFIDタグ25の存在方向� ��検知することができる。

 また、上述した実施例で説明する計算式� ��より最終的に必要となるのは指向性利得の� ��(または除)であり比率で得られる。このた� �、上述した実施例では単位にmWとdBmを用いて 説明しているが、これに限らず単位にdBWを用 いても同一結果を得ることができる。また同 様に、この実施例で説明するように単位にdBi を用いてアイソトロピックアンテナからの倍 率比を求めても、この実施例と異なる単位で あるdBdを用いてダイポールアンテナに対する 倍率比を求めても、同一結果を得ることがで きる。

 この発明の構成と、上述の実施形態との対� ��において、
この発明の非接触IC媒体方向検知装置は、実� ��形態のRFID検知装置1に対応し、
以下同様に、
受信手段は、アンテナ10に対応し、
情報処理手段は、制御部13に対応し、
非接触IC媒体はRFIDタグ25に対応し、
第1取得処理は、ステップS2~S5に対応し、
繰返処理は、ステップS2~S11に対応し、
第2取得処理は、ステップS6~S9に対応し、
合成処理は、ステップS10に対応し、
存在方向判定処理は、ステップS11に対応し、
方向切替処理は、ステップS12,S15に対応し、
角度取得処理は、ステップS18,S19に対応し、
信号レベルは、受信レベルRx_L,Rx_Rに対応し、
合成信号レベルは、合成受信レベルRx_Diffに� �応し、
閾値範囲は、-a~+aに対応し、
第1閾値は、-aに対応し、
第2閾値は、+aに対応し、
予め定められた関数または対応表は、数7ま� �は数8に対応し、
識別情報は、IDに対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限 定されるものではなく、多くの実施の形態を 得ることができる。