Radio tag, radio tag posture sensing device, and radio tag posture sensing system

本発明は、無線タグ及びそれを利用する装置及びシステムに係り、特に無線タグを備える物品の姿勢を検知するための無線タグ姿勢検知システム並びにそれに用いられる無線タグ及び無線タグ姿勢検知装置に関する。

従来、流通過程にある物品に無線タグを取り付け、指向性アンテナを備える無線タグ検索装置を用いて物品の位置を検索する方法が提案されている（特許文献１参照）。 また従来、無線タグからの応答信号の位相差によって物品の位置を特定する方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−２７１２２９号公報

特開２００３−１０１５５０号公報

しかしながら、これらの方法では、無線タグが取り付けられた物品の姿勢を検知することはできない。 例えば玉掛けのためのアイボルトが備えられている重量物のように、その置かれる方向性が重要な物品の姿勢を一定に保ったり揃えたりするためには、従来は作業者の目視に頼るか画像認識システムを用いるなど無線タグとは無関係な対策を別に講じる必要がある。

また、従来の無線タグは、単純なループアンテナを備えるのが一般的であり、無線タグの姿勢検知のためにそのアンテナの指向性を利用することには配慮されていない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、無線タグを備える物品の姿勢を検知することができる無線タグ姿勢検知システム並びにそれに用いられる無線タグ及び無線タグ姿勢検知装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る無線タグ姿勢検知装置は、無線タグとの間で無線信号を送受信する指向性アンテナと、前記指向性アンテナにより前記無線タグから受信された前記無線信号の信号強度を測定する質問器と、前記質問器により測定された前記信号強度に基づいて前記無線タグの姿勢を検知する検知部と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記無線タグ姿勢検知装置は、指向方向及び又は偏波面方向が互いに異なる複数の前記指向性アンテナを備え、前記検知部は、前記複数の指向性アンテナを介して得られる前記信号強度を比較して前記無線タグの姿勢を検知する。

また好ましくは、前記無線タグ姿勢検知装置は、前記指向性アンテナの指向方向及び又は偏波面方向と前記無線タグの姿勢とを相対的に変化させる方向変化部を更に備え、前記検知部は、前記方向変化部の動作に伴う前記信号強度の変化に基づいて前記無線タグの姿勢を検知する。 好ましくは、前記方向変化部は、前記指向性アンテナの前記指向方向及び又は偏波面方向を機械的又は電子的に変化させる。

また好ましくは、前記無線タグ姿勢検知装置は、前記指向性アンテナよりも広い指向性を有するアンテナを更に備える。

また好ましくは、前記質問器は、前記検知部により検知された前記無線タグの前記姿勢に関する姿勢情報を前記無線タグに書き込む。

また好ましくは、前記質問器は、前記無線タグから前記姿勢情報を読み出し、前記姿勢情報に基づいて前記無線タグに対する処理が変更される。

本発明に係る無線タグは、単一指向性を有するアンテナを備えることを特徴とする。

好ましくは、前記無線タグは、前記アンテナの指向方向を外部から視認可能とする表示部を更に備える。

また好ましくは、前記アンテナはログペリオディックアンテナである。

本発明に係る無線タグ姿勢検知システムは、上記の無線タグ姿勢検知装置と、上記の無線タグと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、無線タグから受信された無線信号の信号強度に基づいて、無線タグ姿勢検知装置の指向性アンテナに対する無線タグの指向性アンテナの姿勢を検知することにより、無線タグを備える物品の姿勢を自動的に検知することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る無線タグ、無線タグ姿勢検知装置及び無線タグ姿勢検知システムの好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明の実施の形態による無線タグ姿勢検知システム１０の概略構成図である。 無線タグ姿勢検知システム１０は、主として、姿勢検知の対象となる物品１に備えられる無線タグ２０と、無線タグ２０と無線通信を行うことによって無線タグ２０の姿勢を検知することで、無線タグ２０が備えられている物品１の姿勢を検知する無線タグ姿勢検知装置５０と、から成る。 無線タグ２０及び無線タグ姿勢検知装置５０は、従来の無線タグ及びそれを利用する装置と同様に、例えば無線タグ２０のＩＤ情報や物品１に関する情報を互いに送受信するなどの機能も備える。

図２（ａ）は無線タグ２０の外観を示す模式図であり、図２（ｂ）は無線タグ２０の内部構造を示す模式図である。 図２に示すように、無線タグ２０は、指向性アンテナ２２と、指向性アンテナ２２に接続されているＩＣチップ３０とを備え、無線タグ２０の外装部には、指向性アンテナ２２の指向方向を外部から視認可能とする表示部２４が設けられている。 指向性アンテナ２２は、例えば図２（ｂ）に示すログペリオディックアンテナのような、平面的で単一指向性を有するループ状アンテナであることが好ましいが、例えば八木・宇田アンテナのような他の原理による単一指向性アンテナであっても好ましい。 なお、どのような原理のアンテナであっても理想的に等方性ではあり得ず何らかの指向性を必ず持っているので、単一指向性アンテナではなくても指向性アンテナ２２として用いることができる。

図３は、無線タグ２０のブロック図である。 指向性アンテナ２２により受信された無線信号は、送受信信号を分波するバンドパスフィルタであるダイプレクサ３２により分波され、復調部３４により復調され符号復号部３６により復号化される。 ＣＰＵ３８は、復号化された信号をコマンドとして読み取り、メモリ４０に記憶させる。 ＣＰＵ３８が発する応答信号は、符号復号部３６により符号化され変調部４２により変調され、ダイプレクサ３２を介して指向性アンテナ２２から送信される。 電源ブロック４４は、ダイプレクサ３２を介して入力する無線信号から電力を生成し、ＩＣチップ３０の各部へ電力を供給する。

図４は、無線タグ２０が備えられている物品１の姿勢を説明する模式図であり、（ａ）は物品１の好ましい姿勢の例を示し、（ｂ）及び（ｃ）は物品１の好ましくない姿勢の例を示す。 例えば物品１が玉掛けのためのアイボルト２が備えられている重量物である場合、フック３をアイボルト２に掛けやすいように、物品１の姿勢を調整する必要がある。 そこで、物品１の好ましい姿勢の方向を表示部２４が指し示すように物品１の表面に無線タグ２０を貼付しておき、無線タグ２０の指向性アンテナ２２の指向方向及び偏波面方向（即ち無線タグ２０の姿勢）を後述するように無線タグ姿勢検知装置５０により検知することで、無線タグ２０（及びそれが備えられている物品１）の姿勢を自動的に検知することができる。 更に、無線タグ２０の表示部２４は、従来の荷札と同様に、物品１の姿勢について作業者の注意を喚起することができる。 なお、物品１の好ましい姿勢の方向が物品１の外形により明らかな場合など、作業者からの視認性を表示部２４により高める必要がない場合は、無線タグ２０の姿勢と物品１の好ましい姿勢の方向とが所定の関係にあるだけで十分であり、無線タグ２０が表示部２４を備えていなくても良く、無線タグ２０が物品１の内部に取り付けられたり埋め込まれたりしていても良い。

次に、無線タグ姿勢検知装置５０について、図１を参照して説明する。 無線タグ姿勢検知装置５０は、主として、ターンテーブル６２上に載置された物品１に備えられている無線タグ２０との間で無線信号を送受信する指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚと、各アンテナを介して無線タグ２０との間で信号を入出力する質問器７０と、各アンテナのうち使用するアンテナを選択すると共に指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚの指向方向及び偏波面方向と物品１の姿勢（即ちそれに備えられている無線タグ２０の姿勢）とを相対的に変化させながら、質問器７０により無線タグ２０から受信された無線信号の信号強度に基づいて、無線タグ２０（及びそれが備えられている物品１）の姿勢を検知する方向検知部９０と、から成る。

指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚ（以下、Ｘ軸アンテナ５２Ｘ、Ｙ軸アンテナ５２Ｙ及びＺ軸アンテナ５２Ｚとも呼ぶ）は、ターンテーブル６２上に載置された物品１に備えられている無線タグ２０が位置する確率が最も高い点（以下、対象点と呼ぶ）を原点とするＸＹＺ直交座標系の各軸上に設けられ、初期状態では各軸に沿って対象点方向に向いた指向性を有している。 Ｘ軸アンテナ５２Ｘは、Ｘ軸アンテナ５２Ｘを軸回転させることによってＸ軸アンテナ５２Ｘの指向方向を変えずに偏波面方向だけを回転させる偏波面方向ローテータ５４Ｘと、Ｘ軸アンテナ５２Ｘ及び偏波面方向ローテータ５４ＸをＸＹ平面に沿って回転させることによってＸ軸アンテナ５２Ｘの指向方向を回転させる指向方向ローテータ５６Ｘと、を備える。 同様に、Ｙ軸アンテナ５２Ｙは、Ｙ軸アンテナ５２Ｙを軸回転させる偏波面方向ローテータ５４Ｙと、Ｙ軸アンテナ５２Ｙ及び偏波面方向ローテータ５４ＹをＸＹ平面に沿って回転させる指向方向ローテータ５６Ｙと、を備える。 また同様に、Ｚ軸アンテナ５２Ｚは、Ｚ軸アンテナ５２Ｚを軸回転させる偏波面方向ローテータ５４Ｚと、Ｚ軸アンテナ５２Ｚ及び偏波面方向ローテータ５４ＺをＸＺ平面に沿って回転させる指向方向ローテータ５６Ｚと、を備える。

無線タグ姿勢検知装置５０は、指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚの他に、各指向性アンテナよりも広い指向性を有する広指向性アンテナ５８を備える。 広指向性アンテナ５８は、無線タグ２０の指向性アンテナ２２の指向方向及び偏波面方向に関わらず、無線タグ２０との通信を保つと共に無線タグ２０へ電力を供給する。 広指向性アンテナ５８は、ターンテーブル６２上の無線タグ２０が存在し得る空間全体を覆うように、大型であったり複数のアンテナの複合体であったりすると好ましい。 また、広指向性アンテナ５８は、円偏波アンテナであると更に好ましい。

指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚは、アンテナ切替器６０を介して選択的に質問器７０に接続される。 広指向性アンテナ５８はアンテナ切替器６０を介して質問器７０に接続されていて、この接続は必要に応じて切断可能である。 広指向性アンテナ５８は、アンテナ切替器６０を介さずに質問器７０に常時接続されていても良い。

質問器７０のＣＰＵ７２から出力されたコマンドは、変調部７４により変調及び周波数変換され増幅部７６により増幅された後、混合器７８により電力搬送波と混合され、ダイプレクサ８０及びアンテナ切替器６０を介して指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚの一つ及び又は広指向性アンテナ５８から無線信号として送信される。 また、指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚ並びに広指向性アンテナ５８により受信された無線信号は、アンテナ切替器６０及びダイプレクサ８０を介してローノイズアンプ８２に入力されて増幅された後、復調部８４により周波数変換及び復調され、ＣＰＵ７２により応答信号として読み取られる。

方向検知部９０は、主として、偏波面方向ローテータ５４Ｘ及び指向方向ローテータ５６Ｘを駆動することによってＸ軸アンテナ５２Ｘの指向方向及び偏波面方向を制御するＸ軸アンテナ方向制御部９２Ｘと、偏波面方向ローテータ５４Ｙ及び指向方向ローテータ５６Ｙを駆動することによってＹ軸アンテナ５２Ｙの指向方向及び偏波面方向を制御するＹ軸アンテナ方向制御部９２Ｙと、偏波面方向ローテータ５４Ｚ及び指向方向ローテータ５６Ｚを駆動することによってＺ軸アンテナ５２Ｚの指向方向及び偏波面方向を制御するＺ軸アンテナ方向制御部９２Ｚと、ターンテーブル６２を駆動することによって物品１（及びそれに備えられている無線タグ２０）の向きを制御するターンテーブル方向制御部９２Ｔと、アンテナ切替器６０を制御することによって使用アンテナを選択するアンテナ切替制御部９４と、各制御部を制御するＣＰＵ９６と、から成る。

ＣＰＵ９６は、使用するアンテナ並びにその指向方向及び偏波面方向を各制御部を介して変えながら、質問器７０により無線タグ２０から受信された無線信号の信号強度を表す情報をＣＰＵ７２から受け取り、その情報に基づいて無線タグ２０（及びそれが備えられている物品１）の姿勢を検知する。 ＣＰＵ７２は、無線タグ２０から受信された無線信号の信号強度を表す情報を取得するために、例えば、ローノイズアンプ８２の入力信号又は出力信号の電圧を測定することなどによって信号強度を直接的に測定しても良いし、復調部８４により復調された応答信号のエラーレートを測定することによって信号強度を間接的に測定しても良い。

図５は、本実施の形態による無線タグ姿勢検知装置５０による物品１の姿勢検知のフローチャートであり、（ａ）はメインフローを示し、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれサブルーチンを示す。 なお、同様の工程には同様の符号を付し、重複する説明は省略する。 物品１の姿勢検知の処理が開始されると（Ｓ１００）、Ｘ軸アンテナ回転（Ｓ２００Ｘ）、Ｙ軸アンテナ回転（Ｓ２００Ｙ）及びＺ軸アンテナ回転（Ｓ２００Ｚ）が順次行われ、各工程で得られた無線タグ２０から受信された無線信号の信号強度を表す情報に基づいて物品１の姿勢が検知される（Ｓ３００）。 次に、検知された物品１の姿勢が所定の姿勢であるか否かが判定され（Ｓ４００）、正しい場合は正常処理が継続され（Ｓ５００）、処理が終了される（Ｓ７００）。 Ｓ４００において否と判定された場合、物品１の廃棄や姿勢の変更などの所定の処理が実施され（Ｓ６００）、処理が終了される（Ｓ７００）。

物品１が例えばデコレーションケーキを包装した箱のように転倒が許されない物品である場合、Ｓ４００において物品１が転倒していると判定された場合には、質問器７０により無線タグ２０に転倒履歴が書き込まれても良く、転倒履歴が書き込まれた無線タグ２０が備えられている物品１は廃棄されたり廉価品扱いとされたりする。 更に、Ｓ１００の次に質問器７０により無線タグ２０から転倒履歴を読み出す工程を設け、転倒履歴が書き込まれた無線タグ２０（及びそれが備えられている物品１）については以降の処理を変更することとしても良い。

また、物品１が例えば玉掛けのためのアイボルト２が備えられている重量物のようにその置かれる方向性が重要な物品である場合、Ｓ４００において否と判定された場合には、作業員に物品１の姿勢を所定の姿勢に変更するよう警告しても良いし、例えばターンテーブル６２やロボットアーム（不図示）による物品１の姿勢の自動変更と姿勢検知処理とをＳ４００において正と判断されるまで繰り返しても良い。

Ｘ軸アンテナ回転（Ｓ２００Ｘ）（図５（ｂ）参照）においては、アンテナ切替器６０によりＸ軸アンテナ５２Ｘが質問器７０に接続され（Ｓ２１０Ｘ）、Ｘ軸アンテナ５２Ｘの指向方向回転（Ｓ２２０）及び偏波面方向回転（Ｓ２４０）が順次行われる。 Ｙ軸アンテナ回転（Ｓ２００Ｙ）及びＺ軸アンテナ回転（Ｓ２００Ｚ）（図５（ｃ）及び（ｄ）参照）の処理は、Ｘ軸アンテナ回転（Ｓ２００Ｘ）の処理と同様である。

アンテナの指向方向回転（Ｓ２２０）（図５（ｅ）参照）について、Ｘ軸アンテナ５２Ｘが選択されているときを例に説明する。 まず、指向方向ローテータ５６ＸによりＸ軸アンテナ５２Ｘの指向方向が所定ステップずつ回転されながら（限度角±９０°）（Ｓ２２２）、Ｘ軸アンテナ５２Ｘを介して無線タグ２０に無線信号が送信され（Ｓ２２４）無線タグ２０との通信が行われる（Ｓ２２６）。 なお、Ｓ２２４及びＳ２２６において、無線タグ２０への無線信号の送信及び無線タグ２０からの無線信号の受信の一方が広指向性アンテナ５８を介して行われても良い。 次に、Ｓ２２６において無線タグ２０から一定出力の応答があったか否かが判定され（Ｓ２２８）、正と判定された場合は無線タグ２０と所定のデータ通信が行われる（Ｓ２３０）。 Ｓ２２８において否と判定された場合は、所定の応答なし処理が実施され（Ｓ２３２）、Ｓ２２２に処理が戻されて指向方向ローテータ５６ＸによりＸ軸アンテナ５２Ｘの指向方向が所定の１ステップ分回転され、Ｓ２２４以降の処理が行われる。 以上の処理により、Ｘ軸アンテナ５２Ｘの指向方向の変化と無線タグ２０から受信された無線信号の強度の変化との関係を表す情報を得ることができる。 Ｙ軸アンテナ５２Ｙ及びＺ軸アンテナ５２Ｚが選択されているときの処理は、Ｘ軸アンテナ５２Ｘが選択されているときの処理と同様である。

アンテナの偏波面方向回転（Ｓ２４０）（図５（ｆ）参照）について、Ｘ軸アンテナ５２Ｘが選択されているときを例に説明する。 この処理は、Ｓ２４２において偏波面方向ローテータ５４ＸによりＸ軸アンテナ５２Ｘの偏波面方向が回転されること以外は、全てアンテナの指向方向回転（Ｓ２２０）の処理と同様である。 この処理により、Ｘ軸アンテナ５２Ｘの偏波面方向の変化と無線タグ２０から受信された無線信号の強度の変化との関係を表す情報を得ることができる。 Ｙ軸アンテナ５２Ｙ及びＺ軸アンテナ５２Ｚが選択されているときの処理は、Ｘ軸アンテナ５２Ｘが選択されているときの処理と同様である。

以上の各処理によって、指向性アンテナの選択並びに指向性アンテナの指向方向及び偏波面方向の変化と無線タグ２０から受信された無線信号の信号強度の変化との関係を表す情報が得られ、その情報に基づいて物品１の姿勢が検知される。

なお、物品１の姿勢検知処理中、無線タグ２０に電力を供給するために広指向性アンテナ５８から電力搬送波を送信しても良い。 また、物品１の姿勢検知処理中は広指向性アンテナ５８を一切用いず、広指向性アンテナ５８は物品１の姿勢検知処理とは無関係に無線タグ２０と通信を行うためにのみ用いても良い。

また、指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚを回転させる代わりに、例えばターンテーブル６２などにより物品１を回転させても良い。 また、物品１を回転させる必要がない場合は、ターンテーブル６２は不要である。

また、物品１の姿勢を細かく検知する必要がない場合は、指向性アンテナ５２Ｘ、５２Ｙ及び５２Ｚの指向方向回転及び又は偏波面方向回転の工程及びそのための機構を省略しても良い。 更に、指向性アンテナの数を最低一つにまで減らしても良く、それでも物品１の姿勢が所定方向にあるか否かを判定することは可能である。

図６は、本発明の第二の実施の形態による無線タグ姿勢検知装置１５０の概略構成図である。 図６において、図１に示す無線タグ姿勢検知装置５０と同じ又は類似の構成要素については、同様の符号を付しその説明は省略する。 無線タグ姿勢検知装置１５０は、指向性アンテナ並びにその指向方向及び偏波面方向を回転させる手段として、アンテナアレイ１５２Ｘ、１５２Ｙ及び１５２Ｚ並びに方向制御回路１５５Ｘ、１５５Ｙ及び１５５Ｚを備える。

図７は、アンテナアレイ１５２Ｘ及び方向制御回路１５５Ｘのブロック図である。 アンテナアレイ１５２Ｙ及び１５２Ｚ並びに方向制御回路１５５Ｙ及び１５５Ｚは、アンテナアレイ１５２Ｘ及び方向制御回路１５５Ｘと同様の構成を有する。 アンテナアレイ１５２Ｘは、平面状に一定間隔で配列された複数のアンテナ素子を有している。 方向制御回路１５５Ｘは、各アンテナ素子に対して重み付けや位相差付けして信号を送受信することにより、アンテナアレイ１５２Ｘの指向方向及び偏波面方向を任意に変化させることができる。

以上のように構成された無線タグ姿勢検知装置１５０による物品１の姿勢検知処理は、アンテナを機械的に回転させずにアンテナの指向方向及び偏波面方向を電子的に回転させること以外は、図５で説明した処理と同様である。 更に、無線タグ姿勢検知装置１５０においては、各アンテナアレイについて指向性を広げたり円偏波にしたりする制御が方向制御回路により電子的に可能である。 そこで、例えばＸ軸アンテナ回転工程において、アンテナアレイ１５２Ｘ及び方向制御回路１５５Ｘには指向性アンテナ５２Ｘ、偏波面方向ローテータ５４Ｘ及び指向方向ローテータ５６Ｘと同様の動作をさせ、アンテナアレイ１５２Ｙ及び方向制御回路１５５Ｙ及び又はアンテナアレイ１５２Ｚ及び方向制御回路１５５Ｚには広指向性アンテナ５８と同様の動作をさせても良い。 また、物品１の姿勢検知処理中以外は、アンテナアレイの全てについて指向性を広げたり円偏波にしたりしても良い。

図１は本発明に係る無線タグ姿勢検知システムの実施の形態を示す概略構成図である。

図２は無線タグの外観及び内部構造を示す模式図である。

図３は無線タグのブロック図である。

図４は無線タグが備えられている物品の姿勢を説明する模式図である。

図５は無線タグ姿勢検知装置が動作する際の制御の実施の形態を示すフローチャートである。

図６は無線タグ姿勢検知装置の第二の実施の形態を示す概略構成図である。

図７はアンテナアレイ及び方向制御回路のブロック図である。

符号の説明

１…物品、２…アイボルト、３…フック、１０…無線タグ姿勢検知システム、２０…無線タグ、２２…指向性アンテナ、２４…表示部、３０…ＩＣチップ、３２…ダイプレクサ、３４…復調部、３６…符号復号部、３８…ＣＰＵ、４０…メモリ、４２…変調部、４４…電源ブロック、５０…無線タグ姿勢検知装置、５２Ｘ，５２Ｙ，５２Ｚ…指向性アンテナ、５４Ｘ，５４Ｙ，５４Ｚ…偏波面方向ローテータ、５６Ｘ，５６Ｙ，５６Ｚ…指向方向ローテータ、５８…広指向性アンテナ、６０…アンテナ切替器、６２…ターンテーブル、７０…質問器、７２…ＣＰＵ、７４…変調部、７６…増幅部、７８…混合器、８０…ダイプレクサ、８２…ローノイズアンプ、８４…復調部、９０…方向検知部、９２Ｘ…Ｘ軸アンテナ方向制御部、９２Ｙ…Ｙ軸アンテナ方向制御部、９２Ｚ…Ｚ軸アンテナ方向制御部、９２Ｔ…ターンテーブル方向制御部、９４…アンテナ切替制御部、９６…ＣＰＵ、１５０…無線タグ姿勢検知装置、１５２Ｘ，１５２Ｙ，１５２Ｚ…アンテナアレイ、１５５Ｘ，１５５Ｙ，１５５Ｚ…方向制御回路