JP5493287B2 - 検出装置および位置情報管理システム - Google Patents

Description

本発明は、携帯型情報端末、検出装置、位置情報管理システム、位置情報管理方法に関するものであり、携帯型情報端末により通信装置に位置情報を通知する技術に関するものである。

従来、物体の識別に用いる無線ＩＣチップであるＩＣタグを用いて、ＩＣタグから発信する無線信号を検知することにより、人や物体の位置情報を管理するシステムが知られている。昨今では、ＵＨＦ帯域の電波によりデータ通信が可能な電子タグが、通信領域内に配設されたアンテナを介して通信装置とデータ通信を行うことにより、物体の検知を実現するシステムが提供されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の技術によれば、アンテナは、回転軸の周囲に回転可能に支持され、通信可能領域である空間内の複数個所に設置されている。従って、通信領域内でアンテナを走査させることにより、ＵＨＦ領域内に存在する全ての電子タグと通信装置とのデータ通信が可能になり、リアルタイムに位置検出を行うことが可能である。

特開２００５−１９２０３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、電子タグを、ＵＨＦ帯域の電波によりデータ通信する構成としている。そのため、設置エリアに回転機構からなるアンテナ（受信装置）を配設し、アンテナで通信領域内を走査し、通信領域内に存在するタグを検出するとともに、アンテナから通信装置に検出結果を通知する構成としている。しかしながら、アンテナを回転機構とすると、支持部材に十分な強度を確保するため、補強部品を付設したり板厚を大きくしたりする必要が生じ、受信装置全体の構成が複雑化する虞れがある。また、アンテナから外部装置に検出結果を通知する構成によれば、アンテナを設置管理する上で煩雑となる虞れがあり、好ましいものとはいえない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出装置全体の構成を容易にするとともに、設置及び管理を煩雑化することなく位置検出を確実に行うことが可能な携帯型情報端末、検出装置、位置情報管理システム、位置情報管理方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、携帯型情報端末を検出する検出装置であって、集光手段と、前記集光手段により集光された光を受光する受光領域とを備え、前記携帯型情報端末の固有の識別情報である端末識別情報を含む光信号を受信する受信手段と、前記受光領域内で光が受光された位置であるスポット位置を特定し、前記スポット位置に基づいて前記光信号が発信された位置の方向である発信位置方向を判定し、前記発信位置方向に基づいて、前記検出装置の検出領域における前記携帯型情報端末の相対位置である相対位置情報を算出する位置情報算出手段と、前記相対位置情報と、前記端末識別情報と、前記検出装置の固有の識別情報である検出装置識別情報とを前記携帯型情報端末に送信する送信手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項９にかかる発明は、携帯型情報端末と、前記携帯型情報端末を検出する検出装置と、前記携帯型情報端末の位置情報を管理する位置情報管理装置と、を備えた位置情報管理システムであって、前記携帯型情報端末は、前記携帯型情報端末の固有の識別情報である端末識別情報を含む信号を発信する発信手段と、前記端末識別情報と、前記検出装置の固有の識別情報である検出装置識別情報と、前記検出装置により算出される、前記検出装置の検出領域における前記携帯型情報端末の相対位置である相対位置情報とを受信する受信手段と、受信した前記端末識別情報と前記検出装置識別情報と前記相対位置情報とを、前記位置情報管理装置に送信する送信手段と、を備え、前記検出装置は、集光手段と、前記集光手段により集光された光を受光する受光領域とを備え、前記端末識別情報を含む光信号を受信する受信手段と、前記受光領域内で光が受光された位置であるスポット位置を特定し、前記スポット位置に基づいて前記光信号が発信された位置の方向である発信位置方向を判定し、前記発信位置方向に基づいて、前記検出装置の検出領域における前記携帯型情報端末の相対位置である相対位置情報を算出する位置情報算出手段と、前記相対位置情報と、前記端末識別情報と、前記検出装置識別情報とを前記携帯型情報端末に送信する送信手段と、を備え、前記位置情報管理装置は、前記検出装置識別情報と、検出装置が設置される場所とを対応付けた位置情報データベースを記憶する記憶手段と、前記相対位置情報と、前記端末識別情報と、前記検出装置識別情報と、前記位置情報データベースとに基づいて前記携帯型情報端末の絶対位置を特定する解析手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、携帯型情報端末は、ＵＨＦ帯域の電波によらずに固有の識別情報を含む信号を搬送媒体を介して検出装置に発信する。従って、検出装置を回転機構と構成する必要がなく、装置全体の構成を容易にすることができる。また、本発明によれば、携帯型情報端末の固有の識別情報と、検出装置の固有の識別情報と、検出装置により算出される携帯型情報端末の相対する位置である相対位置情報とを検出装置から受信し、位置情報管理装置に送信する。このように、携帯型情報端末から、位置情報管理装置に対して、検出装置から受信した情報を直接送信することから、検出装置の設置及び管理を煩雑化することなく位置検出を確実に行うことが可能となるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる携帯型情報端末、検出装置、位置情報管理システム、位置情報管理方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる実施の形態１にかかる位置情報管理システムの全体構成を示す図である。位置情報管理システム１は、光ＩＤタグ（携帯型情報端末）１００、リーダー（検出装置）２００、位置情報管理サーバ３００（位置情報管理装置）とを主に備えている。光ＩＤタグ「Ir-ID」（Infrared-Identification Date）（携帯型情報端末）１００は、物体毎に備えられている。ここで、物体とは物のみならず人物を含むこととする。これにより、例えば光ＩＤタグ１００を利用者が保持し、利用者が保持する物に備え付け、搬入対象となる荷物に備え付ける等の態様によりタグを検出し、後述する処理を行うことが可能になる。実施の形態１においては、光ＩＤタグ１００は、受光素子（光電池）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、マイクロコンピュータを一体化した光通信モジュールであって、赤外光を信号搬送媒体として用いた赤外線通信が可能である。リーダー２００は、設置エリア１０において天井部に配設され、光ＩＤタグ１００から送信された信号を検出する。位置情報管理サーバ３００は、リーダー２００の設置エリア１０とは離れた場所において、光ＩＤタグ１００とネットワーク７０を介して通信可能に設置されている。

実施の形態１における位置情報システムにおいては、リーダー２００は設置エリア１０において光ＩＤタグ１００により出力された信号を受信するとともに、受信した信号に基づいて光ＩＤタグ１００の相対位置座標を算出し、光ＩＤタグ１００に送信する。そして、光ＩＤタグ１００は受信した情報に時間情報を付与して、ネットワーク７０を介して位置情報管理サーバ３００にネットワーク７０を通じて送信する。そして、位置情報管理サーバ３００は、光ＩＤタグ１００から受信した位置情報等に基づいて光ＩＤタグ１００の絶対位置を特定するものである。

図２は、実施の形態１にかかる光ＩＤタグの主な機能構成を示すブロック図である。光ＩＤタグ１００は、受信部１１０（受信手段）と、送信部１２０（送信手段）と、タイマー１３０と、記憶部１４０（記憶手段）と、光送信部１５０（発信手段）と、を主に備えている。

記憶部１４０はメモリ等の記憶媒体である。記憶部１４０には、光ＩＤタグ１００の固有の識別情報であるタグＩＤが予め記憶されている。また、リーダー２００から、光ＩＤタグ１００の設置エリア１０（検知エリア）における相対位置座標とタグＩＤとリーダーＩＤを受信すると、相対位置座標とタグＩＤとリーダーＩＤとが対応付けて記憶部１４０に記憶される。

光発信部１５０は、タグＩＤを含む光信号としてのビーコン信号を、信号搬送媒体に赤外光を用いることにより、所定の間隔でリーダー２００に発信する光発信手段である。光発信部１５０は、例えば、ＬＥＤ発光を利用したＬＥＤモジュール等により構成される。光発信部１５０から発信する、タグＩＤを含む光信号の構成について説明する。

図３は、実施の形態１にかかる光信号としてのビーコン信号の信号構成を示す説明図である。光信号は、例えば同期用の信号のプリアンブル、タグＩＤ、データ信号及び通信の終わりを示すＣＲの信号からなり、ＡＳＫやＰＰＭ（パルス位置変調方式）等の赤外線通信方式を用いた方法により変調送信される。

図２に戻り、受信部１１０は、Bluetooth規格やZigbee規格等の短距離無線通信によってリーダー２００から送信された、相対位座標とタグＩＤとリーダーＩＤとを受信する受信手段である。タイマー1３０は、現在時刻を計時する計時手段である。

送信部１２０は、リーダー２００から受信したタグＩＤ１００の相対位置座標とタグＩＤとリーダーＩＤと、時間情報とを対応付けて、ネットワーク７０を介して位置情報管理サーバ３００に送信する通信手段である。

図４は、実施の形態１にかかるリーダーの主な機能構成を示すブロック図である。リーダー２００は、受光部２１０（受信手段）と、送信部２２０（送信手段）と、制御部２３０と、位置情報算出部２４０（位置情報算出手段）と、記憶部２５０と、復調部２６０とを主に備えている。

制御部２３０はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶部を有し、相対位置座標の算出処理に係る諸機能を制御する。記憶部２５０はメモリ、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）等の記憶媒体である。実施の形態１において、記憶部２５０には、リーダー２００の固有の識別情報であるリーダーＩＤが記憶されている。復調部２６０は、受光したビーコン信号を増幅し、復調することにより、ビーコン信号に含まれるタグＩＤ等の情報を取得する手段である。

位置情報算出部２４０は、レンズ６０を透過して受光領域３０に入射したビーコン信号の位置である入射スポット位置を特定するとともに、後述するように、検出エリアにおける入射スポット位置に基づいて、光ＩＤタグ１００の相対位置座標を算出する。

送信部２２０は、位置情報算出部２４０において算出した、検出エリア５０における光ＩＤタグ１００の相対位置座標と、リーダーＩＤとをタグＩＤとを対応付けて、Bluetooth規格やZigbee規格等の短距離無線通信により、ブロードキャストモードで光ＩＤタグ１００に送信する送信手段である。

受光部２１０は、所定の受光領域を有しており、受光領域において光ＩＤタグが発信した光信号としてのビーコン信号を受光する受光手段である。受光部２１０の詳細については後述する。

図５は、実施の形態１にかかるリーダー２００のハードウェア構成を示す説明図である。図５に示すように、受光部２１０は、リーダー２００の設置エリア１０である居室内部の天井部に設置される受光領域３０と、天井部から焦点距離に配設される集光手段であるレンズ６０とから構成されている。受光領域３０の周囲４辺には電極を設け、受光領域には、位置検出機能を有する半導体であって、均一な抵抗からなる位置検出素子２０（フォトダーオード（Photodiode））を配設している。レンズ６０は、天井部を起点とする焦点距離に不図示のフレーム等に支持されることにより配設されている。赤外光であるビーコン信号について、レンズ６０に透過させることにより、ビーコン信号が発信された位置の方向である入射方向を特定することが可能となる。

復調部２６０は、加算部２６０ａと、ＢＰＦ（Band-Pass Filter）２６０ｂと、変調部２６０ｃとを有している。加算部２６０ａは、受光領域３０において受光したビーコン信号に基づいて、受光電力出力値の和を算出する。ＢＰＦ（Band-Pass Filter）２６０ｂは、所定の周波数の信号を通過させるノイズ除去手段である。変調部２６０ｃは、ノイズを除去後、信号を変調し、タグＩＤを取得する変調手段である。

位置情報算出部２４０は、増幅器２４０ａ〜２４０ｄと、ＢＰＦ（Band-Pass Filter）２４０ｅ〜２４０ｈと、演算回路２４０ｉとを備えている。増幅器２４０ａ〜２４０ｄは、受光電力出力値を増幅させる増幅手段である。ＢＰＦ（Band-Pass Filter）２４０ｅ〜２４０ｈは、受光電力出力値について、所定の周波数の信号を通過させるノイズ除去手段である。演算回路２４０ｉは、入射方向に対応したビーコン信号の入射スポット位置を演算する回路である。

続いて、上述の構成を有するリーダー２００におけるＩＣタグの検知エリアにおける相対位置座標の算出処理について説明する。相対位置座標は、入射スポット位置ａを求め、この入射スポット位置ａから入射方向ベクトルｖを算出して、入射方向ベクトルｖから求める。

光ＩＤタグ１００から送信されたビーコン信号は、レンズ６０を透過して受光領域３０で受光される。赤外光であるビーコン信号について、レンズ６０に透過させて受光領域３０に集光することにより、ビーコン信号が発信された位置の方向である入射方向を特定することが可能となる。図５に示すように、受光領域３０における受光面中心を原点とする座標系を考えた場合、受光領域３０内の位置検出素子２０によって検出されたビーコン信号の各光出力電流値は、増幅手段２４０ａ〜２４０ｄによる増幅処理を経て、ＢＰＦ２４０ｅ〜２４０ｈによりノイズ除去処理を経た後、アナログ演算回路２４０ｉにより入射スポット位置ａが算出される。正確には受光領域３０における中心を原点とする表面座標（x、y）に比例した電圧出力をＡＤ変換して、受光領域３０における入射スポット位置ａを算出している。そして、算出した入射スポット位置ａと、受光領域３０とレンズ６０との間の距離であって、受光領域３０の中心から焦点までの距離である焦点距離ｆとに基づいて、入射スポット位置ａと焦点距離ｆとを各要素値に持つベクトルである、入射方向ベクトルｖを算出する。

受光領域におけるスポット位置ａの座標を（xp,yp）とし、焦点距離をfとすると、入射方向ベクトルvは次式（１）のように求めることができる。
v=（xp,yp,−f）…（１）

次に、光ＩＤタグ１００の相対位置座標の算出方法について説明する。

図６は、実施の形態１にかかるリーダーにおける相対位置座標算出の過程を示す説明図である。ここで、相対位置座標とは、受光領域３０に対して平行な仮想面である検出エリア５０における、検出エリア５０の中心を原点とした仮想直交位置座標系における位置座標を意味する。位置情報算出部２４０は、算出した入射方向ベクトルｖに基づいて、光ＩＤタグ１００の高さ寸法とほぼ等しい位置に存在する天井部cに平行な仮想面である検出エリア５０における光ＩＤタグ１００の相対位置座標を算出する。位置情報算出部２４０は、入射方向ベクトルｖと、天井部cから検出エリア５０までの鉛直方向の距離情報ｄ１とを用いて、検出エリア５０と入射方向ベクトルvとの交点より、検出エリア５０における光ＩＤタグ１００の相対位置座標を算出する。

リーダー２００から仮想面５０までの鉛直方向の距離ｄ１は、予め記憶部２５０に距離情報を記憶させて用いることができる。例えば、光ＩＤタグ１００を人物に装着する場合には、平均身長データと、通常の建築物における天井部Ｃと床部Ｆとの間の距離ｈと、の平均距離の差を距離情報として記憶しておく方法や、距離センサをリーダー２００に設けて、計測値を取得する方法や、リーダー２００に距離選択手段を設けておき、設置時に所定の距離を適宜選択して設定しておく方法等を用いてもよい。また、天井部Ｃと受光領域３０との間の距離をｈとし、床面と光ＩＤタグ１００との間の距離をｄ２とし、ｈからｄ１を差し引くことによりｄ１を求めることとしてもよい。リーダー２００の高さ寸法は、床面から天井までの高さに比べ短いことから、床面と天井との間の距離を距離ｈとしてそのまま用いてもよい。

図７は、実施の形態１にかかる位置情報管理サーバの主な機能構成を示すブロック図である。位置情報管理サーバ３００は、位置情報データベース３１０、解析部３２０、通信部３３０とを主に備えている。通信部３３０は、ネットワークを介して光ＩＤタグ１００から情報を受信する。通信部３３０は、光ＩＤタグ１００からネットワークを通じて送信された携帯型情報端末の相対位置座標と、タグＩＤと、リーダーＩＤとを受信する。

解析部３２０は、光ＩＤタグ１００から情報を受信すると、位置情報データベース３１０を参照し、受信したリーダーＩＤに対応するリーダーＩＤに対応付けられる設置エリアを取得する。そして、タグＩＤと相対位置座標と、設置エリアとに基づいて、光ＩＤタグの絶対位置を特定する。ここで、絶対位置とは、設置エリアとその設置エリアにおける光ＩＤタグの相対位置座標で示される。なお、これに限定されるものではなく、絶対位置を設置エリアにかかわらず一意な位置座標として算出するように構成してもよい。

位置情報データベース３１０は、リーダー２００のリーダーＩＤと設置エリアとを蓄積するデータベースである。

図８は、実施の形態１にかかる位置情報データベースのデータ構成の一例を示す図である。実施の形態１において、位置情報データベースは、リーダー２００の固有の識別情報であるリーダーＩＤと、リーダー２００の設置されている設置エリアとを対応付けて記憶している。

次に、以上の構成を有する位置情報管理システムにおいて、リーダー２００におけるビーコン信号の受信から光ＩＤタグに相対位置座標を送信するまでの処理手順について説明する。図９は、実施の形態１にかかるリーダーにおける相対位置座標算出の処理手順を示すフローチャートである。

まず、受光部２１０において、光ＩＤタグ１００より発光された、タグＩＤを含むビーコン信号を受光する（ステップＳ９００）。そして、位置情報算出部２４０は、受光領域３０内の位置検出素子２０によって検出されたビーコン信号の各光出力電流値より、受光領域３０における入射スポット位置ａを算出する（ステップＳ９０２）。復調部２６０は、電極の受光電力出力値の和を出力し、光信号（ビーコン信号）を復調し（ステップＳ９０４）、タグＩＤ等の情報を取得する（ステップＳ９０６）。位置情報算出部２４０は、入射スポット位置aと、焦点距離ｆとから入射方向ベクトルｖを（１）式により算出する（ステップＳ９０８）。そして、算出した入射方向ベクトルｖと距離情報とに基づいて検出エリア５０における光ＩＤタグ１００の相対位置座標を算出する（ステップＳ９１０）。送信部２２０は、算出した相対位置座標にタグＩＤとリーダーＩＤとを対応付けて光ＩＤタグ１００に送信する（ステップＳ９１２）。

続いて、光ＩＤタグ１００において、相対位置座標とタグＩＤとリーダーＩＤとを受信してから、受信情報を位置情報管理サーバ３００に送信するまでの処理について説明する。図１０は、実施の形態１にかかる光ＩＤタグにおける、相対位置座標とリーダーＩＤとタグＩＤとを送信する処理手順を示すフローチャートである。

受信部１１０は、リーダー２００から送信された、相対位置座標とタグＩＤとリーダーＩＤとを受信する（ステップＳ１０００）。受信部１１０は、受信情報に含まれるタグＩＤを参照し（ステップＳ１００２）、記憶部１４０に記憶されている自己のタグＩＤと一致するか否かを判断する（ステップＳ１００４）。受信したタグＩＤと、記憶されているタグＩＤとが一致した場合には（ステップＳ１００４；Ｙｅｓ）、受信した相対位置座標とリーダーＩＤとタグＩＤとを対応付けて記憶部１４０に記憶する（ステップＳ１００６）。そして、送信部１２０は、タイマー１３０を参照し、受信時刻である現在時刻を取得する。そして、送信部１２０は、相対位置座標とリーダーＩＤとタグＩＤと現在時刻とを対応付けて、ネットワーク７０を通じて位置情報管理サーバ３００に送信する（ステップＳ１００８）。一方、受信したタグＩＤと、記憶されているタグＩＤとが一致しない場合には（ステップＳ１００４；Ｎｏ）、ステップＳ１０００に戻る。

次に、位置情報管理サーバ３００において、相対位置座標とリーダーＩＤとタグＩＤとを受信してから光ＩＤタグ１００の絶対位置を特定するまでの処理について説明する。図１１は、実施の形態１における位置情報管理サーバにおける光ＩＤタグの絶対位置特定の処理手順を示すフローチャートである。

位置情報管理サーバ３００は、通信部３３０において、光ＩＤタグからネットワークを通じて、相対位置座標とリーダーＩＤとタグＩＤと現在時刻とを受信する（ステップＳ１１００）。解析部３２０は、位置情報データベース３１０を参照し、受信したリーダーＩＤに対応するリーダー２００の設置エリアを取得する（ステップＳ１１０２）。そして、リーダー２００の設置エリアと、検出エリア５０における光ＩＤタグ１００の相対位置座標を光ＩＤタグ１００の絶対位置として特定する（ステップＳ１１０４）。

以上述べたように、実施の形態１においては、リーダー２００は検出エリア５０における光ＩＤタグ１００の相対位置座標と、タグＩＤと、リーダーＩＤとを光ＩＤタグ１００に送信し、光ＩＤタグから位置情報管理装置３００に、相対位置座標と、タグＩＤと、リーダーＩＤとを対応付けて送信する。これにより、リーダー２００から位置情報管理サーバ３００に位置情報を送信する必要がなくなる。従って、リーダー２００の構造を容易化するとともに、設置及び管理を容易化することができる。

また、実施の形態１においては、光ＩＤタグを携帯型情報端末として用い、発光素子による発光を搬送媒体として、リーダに識別情報を含む信号を送信することが可能となる。これにより、従来のＲＦＩＤタグを用いた構成のごとく、電波とアンテナとを用いて、設置エリア内でアンテナを回転させてタグを走査させる必要がなくなる。従って、検出装置の構造を容易化するとともに、設置及び管理を容易化することができる。

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、光ＩＤタグ１００の高さ寸法とほぼ等しい位置に存在する天井部に平行な仮想面を検出エリアとして、検出エリアにおける光ＩＤタグ１００の相対位置座標を算出していた。しかし、検出エリアの一部のエリアに光ＩＤタグ１００が位置することを検出できれば十分な場合がある。そこで、実施の形態２では、受光領域内においてビーコン信号を受光した範囲である受光エリアに基づいて、受光エリアに対応する検出エリアにおける光ＩＤタグの位置範囲を相対位置情報として算出する場合について説明する。

図１２は、実施の形態２にかかる光ＩＤタグの主な機能構成を示すブロック図である。実施の形態２における光ＩＤタグ１１００は、受信部１１１０、送信部１１２０、タイマー１３０、記憶部１４０、光発信部１５０とを主に備えている。実施の形態２における光ＩＤタグ１１００は、受信部１１１０が受信する情報と送信部１１２０が送信する情報が実施の形態１と異なっている。以下の説明では、上述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。

受信部１１１０は、リーダー１２００から、検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の位置範囲である相対位置情報と、タグＩＤと、リーダーＩＤとを受信する受信手段である。

送信部１１２０は、リーダー１２００から受信した、タグＩＤの相対位置情報と、タグＩＤと、リーダーＩＤと、時間情報とを対応付けて、ネットワーク７０を介して位置情報管理サーバ１３００に送信する送信手段である。

図１３は、実施の形態２にかかるリーダーの設置エリアの一例を示す説明図である。実施の形態２では、居室１をリーダー１２００の設置エリア１０とし、設置エリア１０にリーダーＩＤを１〜５とする複数のリーダー１２００を設置する。実施の形態２における設置エリア１０は、床部を検出エリア１３５０とする。受光エリアは、ビーコンを受光する領域である。そして、受光エリアに対応する検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の位置範囲を相対位置領域として算出するために、受光エリアを複数のエリアに分割するとともに、この分割されたエリアに対応させて検出エリア１３５０を複数の検出エリアＡ〜Ｅに分割する。そして、各検出エリアにリーダー１２００を設置する。具体的には、検出エリアＡ〜Ｅは、受光領域５３０における受光エリアａ〜ｄに対応するように、複数の相対位置領域ａ〜ｄに分割してある。

以上のように構成した設置エリア１０において、予め図１３に矢示する手順により光ＩＤタグ１１００を移動させて、検出エリア１３５０の各位置における相対位置範囲を取得し、検出エリア１３５０Ａ〜Ｅ、相対位置領域ａ〜ｄ、各相対位置領域の位置範囲と対応付けて、位置情報管理サーバ１３００に記憶するキャリブレーション処理を行う。このキャリブレーション処理を、位置情報管理システムの運用前に予め行うことにより、リーダー１２００は相対位置座標を算出することなく、検出エリアにおける位置範囲を特定し、効率的に位置情報を取得することが可能である。

図１４は、実施の形態２にかかるリーダーの主な機能構成を示すブロック図である。リーダー１２００は、受光部１２１０、送信部１２２０、制御部１２３０、位置情報算出部１２４０、記憶部２５０、復調部２６０とを主に備えている。受光部１２１０、送信部１２２０、制御部１２３０、位置情報算出部１２４０以外の機能及び構成については、実施の形態１と同様である。

制御部２３０はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶部を有し、検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の相対位置領域の算出にかかる諸機能を制御する。

送信部１２２０は、位置情報算出部１２４０において算出した、検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の相対位置領域と、リーダーＩＤとをタグＩＤとを対応付けて、Bluetooth規格やZigbee規格等の短距離無線通信により、ブロードキャストモードで光ＩＤタグ１１００に送信する送信手段である。

受光部１２１０は、所定の受光領域５３０において光ＩＤタグ１１００が発信したビーコン信号を受光する受光手段である。実施の形態２において、受光部１２１０は、後述するように、検出エリア１３５０の相対位置領域に対応して、分割された複数の受光エリアから構成される。

位置情報算出部１２４０は、レンズ６０を透過して受光領域５３０に入射したビーコン信号は、受光領域５３０の受光エリアａ〜ｄのいずれの範囲内にあるかを特定する。そして、特定した受光エリアａ〜ｄから、検出エリア１３５０における、光ＩＤタグ１１００の相対位置領域ａ〜ｄを特定し、相対位置情報として取得する。

図１５は、実施の形態２にかかるリーダー１２００のハードウェア構成を示す説明図である。受光部１２１０は、設置エリア１０である居室１の天井部に設置される受光領域５３０と、天井部を起点とする焦点距離に配設される集光手段であるレンズ５６０とから構成されている。実施の形態２では、受光領域５３０は、検出エリア１３５０の相対位置領域ａ〜ｄに対応して、複数の受光エリアａ〜ｄに分割されて構成される。その他の機能及び構成については、実施の形態１と同様である。

位置情報算出部１２４０は、増幅器１２４０ａ〜１２４０ｄと、ＢＰＦ（Band-Pass Filter）１２４０ｅ〜１２４０ｈと、演算回路１２４０ｉとを備えている。演算回路１２４０ｉは、受光領域５３０においてビーコン信号を受光した受光エリアａ〜ｄに基づいて検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の位置範囲を相対位置情報として算出する。

図１６は、実施の形態２にかかるリーダーにおける、検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の位置範囲特定の過程を示す説明図である。

光ＩＤタグ１１００の光発信部１５０から送信されたビーコン信号は、レンズ５６０を透過して受光領域５３０に到達する。そして、受光領域５３０内の位置検出素子２０によってビーコン信号の各光出力電流値が検出され、増幅手段１２４０ａ〜１２４０ｄによる増幅処理を経て、ＢＰＦ１２４０ｅ〜１２４０ｈによりノイズ除去処理を経た後、アナログ演算回路１２４０ｉにより、受光領域５３０における受光エリア５３０ｃと、検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の相対位置領域１３５０ｃが特定される。

図１７は、実施の形態２にかかる位置情報管理サーバの主な機能構成を示すブロック図である。位置情報管理サーバ１３００は、位置情報データベース１３１０、解析部１３２０、通信部１３３０とを主に備えている。通信部１３３０は、ネットワーク７０を通じて、光ＩＤタグ１１００から、光ＩＤタグ１１００の相対位置領域と、タグＩＤと、リーダーＩＤと、時間情報とを受信する。

位置情報データベース１３１０は、リーダー１２００のリーダーＩＤと設置エリアと、検出エリアと、相対位置領域と、相対位置領域の座標とを蓄積するデータベースである。

図１８は、実施の形態２にかかる位置情報データベースのデータ構成の一例を示す図である。実施の形態２において、位置情報データベースは、リーダー２００の固有の識別情報であるリーダーＩＤと、設置エリア、検出エリアと、相対位置領域と、相対位置領域の位置範囲（位置１から位置２で定められる座標の範囲）とを対応付けて記憶している。

解析部１３２０は、光ＩＤタグ１１００から光ＩＤタグ１１００の相対位置領域と、タグＩＤと、リーダーＩＤと、時間情報とを受信すると、位置情報データベース１３１０を参照し、受信したリーダーＩＤに対応付けられる設置エリアと、検出エリアと、相対位置領域と、各相対位置領域の相対位置座標とを取得する。そして、タグＩＤと相対位置情報と、設置エリアと検出エリアと相対位置領域と相対位置領域の位置範囲とに基づいて、光ＩＤタグ１１００の位置範囲を算出する。

次に、以上の構成を有する位置情報管理システムにおけるリーダー２００が、ビーコン信号を受信してから相対位置領域等を光ＩＤタグに送信するまでの処理手順について説明する。図１９は、実施の形態２にかかるリーダーにおける相対位置領域算出の処理手順を示すフローチャートである。

まず、受光部１２１０において、タグＩＤを含むビーコン信号を光ＩＤタグ１１００より受光する（ステップＳ１９００）。そして、位置情報算出部１２４０は、受光領域５３０内の位置検出素子２０によって検出されたビーコン信号の各光出力電流値より、受光領域５３０における受光エリアを特定する（ステップＳ１９０２）。復調部２６０は、電極の受光電力出力値の和を出力し、光信号（ビーコン信号）を復調し（ステップＳ１９０４）、タグＩＤ等の情報を取得する（ステップＳ１９０６）。位置情報算出部１２４０は、受光エリアに対応する検出エリアにおける光ＩＤタグ１１００の相対位置領域を特定する（ステップＳ１９０８）。そして、相対位置領域とタグＩＤとリーダーＩＤとを光ＩＤタグ１１００に送信する（ステップＳ１９１０）。

続いて、光ＩＤタグにおいて、相対位置領域とタグＩＤとリーダーＩＤとを受信してから受信情報を位置情報管理サーバ１３００に送信するまでの処理について説明する。図２０は、実施の形態２にかかる光ＩＤタグにおける、相対位置領域とリーダーＩＤとタグＩＤとを送信する処理手順を示すフローチャートである。

受信部１１１０は、リーダー１２００から送信された、相対位置領域とタグＩＤとリーダーＩＤとを受信する（ステップＳ２０００）。受信部１１１０は、受信情報に含まれるタグＩＤを参照し（ステップＳ２００２）、記憶部２５０に記憶されているタグＩＤと一致するか否かを判断する（ステップＳ２００４）。受信したタグＩＤと、記憶されているタグＩＤとが一致した場合には（ステップＳ２００４；Ｙｅｓ）、受信した相対位置領域とリーダーＩＤとタグＩＤとを対応付けて記憶部２５０に登録する（ステップＳ２００６）。送信部１２２０はタイマー１３０を参照し、受信時刻である現在時刻を取得する。そして、送信部１２２０は、相対位置領域とリーダーＩＤとタグＩＤと現在時刻とを対応付けて、ネットワーク７０を通じて位置情報管理サーバ１３００に送信する（ステップＳ２００８）。一方、受信したタグＩＤと、記憶されているタグＩＤとが一致しない場合には（ステップＳ２００４；Ｎｏ）、ステップＳ２０００に戻る。

次に、位置情報管理サーバ１３００において、相対位置領域とリーダーＩＤとタグＩＤと時間情報とを受信してから光ＩＤタグ１１００の絶対位置を特定するまでの処理について説明する。図２１は、実施の形態２にかかる位置情報管理サーバにおける光ＩＤタグの位置情報特定の処理手順を示すフローチャートである。

位置情報管理サーバ１３００は、通信部１３３０において、光ＩＤタグ１１００から、相対位置領域とリーダーＩＤとタグＩＤと現在時刻とを受信する（ステップＳ２１００）。解析部１３２０は、位置情報データベース１３１０を参照し、受信したリーダーＩＤに対応するリーダー１２００の設置エリアと、検出エリアと、相対位置領域と、相対位置領域の位置範囲とを取得する（ステップＳ２１０２）。そして、受信した、検出エリア５０における相対位置領域と、リーダーの設置エリア、検出エリア、相対位置領域と、相対位置領域の位置範囲と、光ＩＤタグ１１００の絶対位置の位置範囲として特定する（ステップＳ２１０４）。

以上述べたように、実施の形態２においては、位置情報算出部１２４０は、受光領域
５３０の各エリアに対応する、検出エリア１３５０における光ＩＤタグの位置範囲を相対情報として取得するので、検出エリア１３５０における所望のエリア内での光ＩＤタグ１１００の有無を迅速に検出し、効率的に位置情報を特定することができる。

また、実施の形態２においては、設置エリアにおいて、予め光ＩＤタグ１１００を移動させ、検出エリア１３５０の各位置における位置座標を取得し、検出エリア１３５０Ａ〜Ｅ、相対位置領域ａ〜ｄ、各相対位置領域の位置座標と対応付けて位置情報管理サーバ１３００に格納しておく。従って、リーダー１２００は、検出エリア１３５０における位置範囲を特定すればよく、リーダー１２００の構造を一層容易化し、位置情報特定の処理効率を向上させることができる。

（実施の形態３）
上述した実施の形態２では、受光領域において光ＩＤタグ１１００から発光された光信号（ビーコン信号）を受光した範囲である受光範囲に基づいて、受光領域に対応する検出エリアにおける光ＩＤタグの相対位置領域を相対位置情報として特定していた。しかし、タグから発信される信号は、例えば電波信号や超音波、光信号（ビーコン信号）等、光信号によらない場合がある。そこで、実施の形態３では、タグは識別情報を含む信号を、超音波を搬送媒体とする超音波信号として送信する場合について説明する。実施の形態３では、リーダー２３００は、所定の収音領域８０にアレイ状に配設したマイクを配設し、マイクを受信素子として用いて各マイクへの超音波の到達時間の差異から伝播方向を算出し、検出エリアにおけるＩＣタグの位置を算出する。なお、実施の形態３においては、実施の形態１で説明した手法により、ＩＣタグの位置座標を算出することとしても、実施の形態２で説明したように収音領域８０においてビーコン信号を受信した範囲である収音領域に対応する、検出エリアにおけるタグの相対位置領域を相対位置情報として算出することとしてもよい。なお、以下では、実施の形態２で説明した手法により検出エリアにおけるタグの相対位置領域を算出する場合について説明する。

図２２は、実施の形態３にかかるＩＣタグ２２００の主な機能構成を示すブロック図である。実施の形態３におけるＩＣタグ２２００は、受信部２２１０、送信部２２２０、タイマー１３０、記憶部１４０、超音波発信部２２５０とを主に備えている。実施の形態３におけるＩＣタグ２２００は、超音波発信部２２５０が発する信号と、受信部２２１０が受信する情報と送信部２２２０が送信する情報とが実施の形態２と異なっている。以下の説明では、上述した実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。

超音波発信部２２５０は、タグＩＤを含むビーコン信号を、信号搬送媒体に超音波を用いることにより、所定の間隔でリーダー２３００に発信する。超音波発信部２２５０から発信する、タグＩＤを含む光信号（ビーコン信号）の構成については、図３と同様であるので説明を省略する。

受信部２２１０は、リーダー２３００から、検出エリアにおけるＩＣタグ２２００の相対位置領域と、タグＩＤと、リーダーＩＤとを受信する受信手段である。

送信部２２２０は、リーダー２３００から受信したＩＣタグ２２００の相対位置領域とタグＩＤとリーダーＩＤと時間情報とを対応付けて、ネットワーク７０を介して位置情報管理サーバ１３００に送信する送信手段である。

図２３は、実施の形態３にかかるリーダーの主な機能構成を示すブロック図である。リーダー２３００は、収音部２３１０、送信部２３２０、制御部２３３０、位置情報算出部２３４０、記憶部２５０、復調部２６０とを主に備えている。収音部２３１０、送信部２３２０、制御部２３３０、位置情報算出部２３４０以外の機能及び構成については、実施の形態２と同様である。

制御部２３３０はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶部を有し、検出エリア２３５０におけるＩＣタグ２２００の相対位置領域算出の諸機能を制御する。

送信部２３２０は、ＩＣタグ２２００の相対位置領域と、リーダーＩＤと、タグＩＤとを対応付けて、Bluetooth規格やZigbee規格等の短距離無線通信によりＩＣタグ２２００に送信する送信手段である。

収音部２３１０は、所定の収音領域８０においてＩＣタグ２２００が発信したビーコン信号を受信する受信手段である。収音部２３１０の構成についての詳細は後述する。

位置情報算出部２３４０は、収音領域８０におけるビーコン信号の収音領域が８０ａ〜ｄのいずれであるかを特定する。そして、特定した収音領域８０ａ〜ｄに対応する、検出エリア２３５０における相対位置領域２３５０ａ〜ｄを、ＩＣタグ２２００の相対位置情報として特定する。

図２４は、実施の形態３にかかるリーダー２３００のハードウェア構成を示す説明図である。収音部２３１０は、設置エリア１０である居室１の天井部に、アレイ状に配設されたマイク２３１０ａ〜２３１０ｄにより構成されている。実施の形態３では、実施の形態２と同様に、収音領域８０におけるビーコン信号を収音した収音範囲を特定するために、収音領域８０は、検出エリア２３５０に対応させて４つのエリアａ〜ｄに分割されている。収音領域８０における収音エリア８０ａ〜８０ｄは、マイク２３１０ａ〜２３１０ｄにそれぞれ対応するものとする。その他の機能及び構成については、実施の形態２と同様である。

位置情報算出部２３４０は、増幅器２３４０ａ〜２３４０ｄと、ＢＰＦ（Band-Pass Filter）２３４０ｅ〜２３４０ｈと、演算回路２３４０ｉとを備えている。演算回路２３４０ｉは、収音領域８０内においてビーコン信号を受光した範囲を示す収音エリア８０ａ〜８０ｄに基づいて検出エリア２３５０におけるＩＣタグ２２００の相対位置領域を相対位置情報として算出する。

図２５は、実施の形態３にかかるリーダー２３００における、検出エリア２３５０におけるＩＣタグ２２００の相対位置領域特定の過程を示す説明図である。

ＩＣタグ２２００の超音波発信部２２５０から発信されたビーコン信号は、収音領域８０に到達し、収音領域８０における収音エリア８０ａ〜８０ｄに設置されているマイク２３１０ａ〜２３１０ｄにより検出される。収音エリア８０ａ〜８０ｄと、マイク２３１０ａ〜２３１０ｄとは対応付けられている。収音領域８０内の位置検出素子２０は、信号を受信したマイク２３１０に対応する収音領域８０を特定する。具体的には、位置検出素子２０によって、ビーコン信号の各光出力電流値が検出され、増幅手段２３４０ａ〜２３４０ｄによる増幅処理を経て、ＢＰＦ２３４０ｅ〜２３４０ｈによりノイズ除去処理を経た後、アナログ演算回路２３４０ｉにより、収音領域８０における収音エリア８０ｃと、検出エリア２３５０におけるＩＣタグ２２００の相対位置領域２３５０ｃが、相対位置情報として特定される。

尚、位置情報管理サーバの機能及び構成、ＩＣタグの位置範囲特定手法、リーダーの設置エリアについては実施の形態２と同様である。

以上述べたように、実施の形態３においては、位置情報算出部２３４０は、所定の収音領域８０にアレイ状に配設したマイクを受信素子として用いて各マイクへの超音波の到達時間の差異から伝播方向を算出し、検出エリア２３５０におけるＩＣタグ２２００の位置を算出する。従って、超音波信号によっても、検出エリア２３５０における所望のエリア内でのＩＣタグ２２００の有無を迅速に検出し、効率的に位置情報を算出することができる。

上述した実施の形態にかかる位置情報管理サーバ３００、１３００の機能を実現するためのプログラムを実行したＰＣのハードウェア構成について説明する。本実施形態の位置情報管理サーバ３００、１３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

本実施形態の位置情報管理サーバ３００、１３００で実行される位置情報管理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態の位置情報管理サーバ３００、１３００で実行される位置情報管理プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の位置情報管理サーバ３００、１３００で実行される位置情報管理プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。また、本実施形態の位置情報管理プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本実施の形態の位置情報管理サーバ３００、１３００で実行される位置情報管理プログラムは、上述した各部（解析部、通信部、位置情報データベース）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記記憶媒体から位置情報管理プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、解析部、通信部が主記憶装置上に生成されるようになっている。

以上のように、本発明にかかる携帯型情報端末、検出装置、位置情報管理システム、位置情報管理方法は、受信したタグの位置情報等を管理する技術に有用であり、特に、携帯型情報端末から位置情報管理サーバに位置情報を通知する技術に適している。

実施の形態１にかかる位置情報管理システムの全体構成を示す図である。 実施の形態１にかかる光ＩＤタグの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる光信号（ビーコン信号）の構成を示す説明図である。 実施の形態１にかかるリーダーの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるリーダーのハードウェア構成を示す説明図である。 実施の形態１にかかるリーダーにおける相対位置座標算出の過程を示す説明図である。 実施の形態１にかかる位置情報管理サーバの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる位置情報データベースのデータ構成の一例を示す図である。 実施の形態１にかかるリーダーにおける相対位置座標算出の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる光ＩＤタグにおける、相対位置座標とリーダーＩＤとタグＩＤとを送信する処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態１における位置情報管理サーバにおける光ＩＤタグの絶対位置特定の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかる光ＩＤタグの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかるリーダーの設置エリアの一例を示す説明図である。 実施の形態２にかかるリーダーの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかるリーダーのハードウェア構成を示す説明図である。 実施の形態２にかかるリーダーにおける、検出エリア１３５０における光ＩＤタグ１１００の位置範囲特定の過程を示す説明図である。 実施の形態２にかかる位置情報管理サーバの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる位置情報データベースのデータ構成を示す図である。 実施の形態２にかかるリーダーにおける相対位置情報算出の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかる光ＩＤタグにおける、相対位置情報とリーダーＩＤとタグＩＤとを送信する処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２における位置情報管理サーバにおける光ＩＤタグの位置情報特定の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態３にかかるＩＣタグの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態３にかかるリーダーの主な機能構成を示すブロック図である。 実施の形態３にかかるリーダーのハードウェア構成を示す説明図である。 実施の形態３において、検出エリア２３５０における光ＩＤタグ２２００の相対位置領域特定の過程を示す説明図である。

符号の説明

１ 位置情報管理システム
１０ 設置エリア
２０ フォトダイオード
３０、５３０ 受光領域
４０ 相対位置エリア
５０、１３５０、２３５０ 検出エリア（仮想面）
６０、５６０ レンズ
７０ ネットワーク
８０ 収音領域
１００、１１００ 光ＩＤタグ
１１０、１１１０、２２１０ 受信部
１２０、１１２０、２２２０ 送信部
１３０ タイマー
１４０ 記憶部
１５０ 光発信部
２００、１２００、２３００ リーダー
２１０、１２１０ 受光部
２２０、１２２０、２３２０ 送信部
２３０、１２３０、２３３０ 制御部
２４０、１２４０、２３４０ 位置情報算出部
２５０ 記憶部
２６０ 復調部
３００、１３００ 位置情報管理サーバ
３１０、１３１０ 位置情報データベース
３２０、１３２０ 解析部
３３０ 通信部
２２００ ＩＣタグ
２２５０ 超音波発信部
２３１０ 収音部
ａ 入射スポット位置
ｖ 入射方向ベクトル
Ｃ 天井
Ｆ 床

Claims (2)

1. 携帯型情報端末を検出する検出装置であって、
   集光手段と、前記集光手段により集光された光を受光する受光領域とを備え、前記携帯型情報端末の固有の識別情報である端末識別情報を含む光信号を受信する受信手段と、
   前記受光領域内で光が受光された位置であるスポット位置を特定し、前記スポット位置に基づいて前記光信号が発信された位置の方向である発信位置方向を判定し、前記発信位置方向に基づいて、前記検出装置の検出領域における前記携帯型情報端末の相対位置である相対位置情報を算出する位置情報算出手段と、
   前記相対位置情報と、前記端末識別情報と、前記検出装置の固有の識別情報である検出装置識別情報とを前記携帯型情報端末に送信する送信手段と、
   を備えたことを特徴とする検出装置。
2. 携帯型情報端末と、前記携帯型情報端末を検出する検出装置と、前記携帯型情報端末の位置情報を管理する位置情報管理装置と、を備えた位置情報管理システムであって、
   前記携帯型情報端末は、
   前記携帯型情報端末の固有の識別情報である端末識別情報を含む信号を発信する発信手段と、
   前記端末識別情報と、前記検出装置の固有の識別情報である検出装置識別情報と、前記検出装置により算出される、前記検出装置の検出領域における前記携帯型情報端末の相対位置である相対位置情報とを受信する受信手段と、
   受信した前記端末識別情報と前記検出装置識別情報と前記相対位置情報とを、前記位置情報管理装置に送信する送信手段と、を備え、
   前記検出装置は、
   集光手段と、前記集光手段により集光された光を受光する受光領域とを備え、前記端末識別情報を含む光信号を受信する受信手段と、
   前記受光領域内で光が受光された位置であるスポット位置を特定し、前記スポット位置に基づいて前記光信号が発信された位置の方向である発信位置方向を判定し、前記発信位置方向に基づいて、前記検出装置の検出領域における前記携帯型情報端末の相対位置である相対位置情報を算出する位置情報算出手段と、
   前記相対位置情報と、前記端末識別情報と、前記検出装置識別情報とを前記携帯型情報端末に送信する送信手段と、を備え、
   前記位置情報管理装置は、
   前記検出装置識別情報と、検出装置が設置される場所とを対応付けた位置情報データベースを記憶する記憶手段と、
   前記相対位置情報と、前記端末識別情報と、前記検出装置識別情報と、前記位置情報データベースとに基づいて前記携帯型情報端末の絶対位置を特定する解析手段と、
   を備えたことを特徴とする位置情報管理システム。

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