JP5762821B2

JP5762821B2 - 通行管理装置

Info

Publication number: JP5762821B2
Application number: JP2011111416A
Authority: JP
Inventors: 金子　愼一; 愼一金子
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: JP2012243016A

Description

本発明は、通行管理装置に関し、特に、非接触記録媒体を搭載した車両についての通行の許否等の管理を無線通信手段により行う通行管理装置に関するものである。

無人の駐車場等では、通路の外側縁にＩＤ情報を非接触で読み取るリーダを設置し、ＩＤ情報を記録したＩＣカードを搭載した車両がリーダに接近したときに読み取ったＩＤ情報に基づいて車両の進入、退出の許否を判断してゲートを開閉する車両通行管理装置が設置されている。しかし、１台の車両に搭載したＩＣカードの情報を１台のリーダにより読み取って判断する構成であるため、２つの隣接した通路（例えば、入場と出場）を通行する車両を管理するためには、夫々個別のリーダが１台ずつ必要となる。

例えば、図１１は従来の車両通行管理装置の構成を示す模式図であり、図１１（ａ）は、車両が対面通行する通路の中央にアイランドを設置した車両通行管理装置を示す模式図である。アイランド４０には、入場側及び出場側の通路を開閉するゲート４７、４８が設けられ、入場側の読取範囲４５及び出場側の読取範囲４６に電波を夫々放射するリーダライタ４１、４２と、を備えている。また、各車両Ａ、Ｂには、入出場を許可するか否かの手掛かりとなるＩＤ情報を記録したＩＣカード（ＩＣタグ）４３ａ、４３ｂを夫々搭載している。この構成の場合、読取範囲４５と４６が明確に分離しているため、車両Ａが矢印の方向から読取範囲４５に進入するとリーダライタ４１がＩＣカード４３ａに記録された情報を読取って、入場可能車両であると判定した場合にはゲート４７を開放する。また、車両Ｂが矢印の方向から読取範囲４６に進入するとリーダライタ４２がＩＣカード４３ｂに記録された情報を読取って、出場可能車両であると判定した場合にはゲート４８を開放する。このように、図１１（ａ）の場合は、入出場の車両の認識を正確に行うことができるが、通路４４の中央にアイランド４０が必要となり、車両の通行スペースが狭くなる、或いは通路の全幅を拡張する必要が生じる、という不具合がある。
図１１（ｂ）は、通路の狭小化、設置スペースの増大をもたらすアイランドを不要とするために、入場側及び出場側の通路の外側縁に夫々入出場の許否を判定するための識別情報を取得するためのリーダライタ４１、４２を設置した車両通行管理装置を示す模式図である。この構成の場合は、通路４４の中央にアイランドを設置する必要は無いが、リーダライタ４１、４２の夫々の読取範囲を図１１（ａ）と同じにすると、読取範囲４５と４６が重複してしまい、一方の通路のみに車両が通過しているにも拘わらず、入出場側の２つのゲート４７、４８が同時に動作してしまうといった問題が発生する。

図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）の問題を解決するために、各リーダライタを離して配置した車両通行管理装置を示す模式図である。この場合は、読取範囲４５と４６が重複することはないが、リーダライタ４１と４２を離して配置する必要があるため、設置領域を広く必要とする。また、制御上の問題として、例えば、車両Ａが矢印の方向から進入すると、読取範囲４５によりリーダライタ４１が車両Ａに搭載したＩＣカード４３ａに記録されたＩＤ情報を読み取ってゲート４７を開放するが、車両Ａがゲート４７を通過後、再び読取範囲４６に進入するため、リーダライタ４２が車両Ａに搭載したＩＣカード４３ａに記録されたＩＤ情報を読み取ってゲート４８を間違って開放してしまうといった問題がある。出場側も同様な問題が発生する。
図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）の問題を解決するために、各リーダライタの読取範囲を縮小した車両通行管理装置を示す模式図である。この場合は、リーダライタ４１と４２の間隔を狭くできるが、読取範囲を縮小して隣接する通路に電波が届かないように、各リーダライタ４１、４２の出力パワーを抑制する必要がる。この場合、図１１（ｃ）のような不具合は起きないが、出力パワーが小さいため、車両に搭載したＩＣカード４３ａのＩＤ情報を読み取る際のＳ／Ｎが悪くなり、読取エラーを起こす確率が高くなる。

特許文献１には、１台の無線ＩＣタグリーダ装置と画像取得装置により、複数の無線ＩＣタグのＩＤ情報と位置とを結び付け、無線ＩＣタグの位置を特定する無線ＩＣタグＩＤ読取りシステムが開示されている。

特開２００８−５９２６１公報

以上説明した従来の車両通行管理装置では、入出場の許否を判定するための識別情報を取得するために入場用と出場用の２台の専用のリーダライタが必要となり、システムのコストが高くなる、或いは、通路の中央にアイランドが必要となり、車両の通行スペースが狭くなるため、通路の全幅を拡張する必要が生じる、といった問題がある。尚、リーダライタの種類として、１つのリーダライタで複数のＩＣカードの情報を一括で読み取るタイプのものもあるが、あくまでもＩＣカードに記録されたＩＤ情報を一括で読取るのが主目的であり、一括して読み取った複数のＩＤ情報の何れが入場する車両のもので、何れが出場する車両のものであるかを識別することはできなかった。また、従来の車両通行管理装置は、２つの読取範囲が重複しないように各リーダライタを最適な位置に配置する必要があるため、配置のために領域を広く確保せざるを得ないといった問題がある。
また、特許文献１に開示されている従来技術は、距離センサを用いて対象物までの距離を推定して、それと同時に対象物のＩＤ情報をリーダにより読み取って、推定した距離とＩＤ情報とを対応付けるものである。従って、距離を測定するための距離センサが必要となるため装置構成が複雑となり、装置コストも高くなるといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、１つのアンテナを介して複数のＩＣカードからの反射波を受信し、その反射波の遅延時間に基づいて各ＩＣカードとアンテナとの距離、及びアンテナに対する移動方向を演算することにより、１つの読取装置で複数の移動体（車両）の管理が可能な通行管理装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、移動体に関する固有情報を記録した非接触情報記録媒体を夫々搭載した複数の移動体が該非接触情報記録媒体の読取り領域を略同時期に通過する際に、前記各非接触情報記録媒体の固有情報を読取る単一の読取装置を備えた通行管理装置であって、前記読取装置は、前記読取り領域に電波を放射して前記各非接触情報記録媒体が変調した反射波を受信するアンテナと、前記アンテナを介して前記各非接触情報記録媒体に前記電波を送信する送信手段と、前記各反射波を夫々復調する復調手段と、前記各反射波の遅延時間を求める遅延時間算出手段と、前記遅延時間算出手段が算出した前記各非接触情報記録媒体からの各反射波の遅延時間の差分に基づいて前記アンテナと前記各非接触情報記録媒体との離間距離を演算すると共に、前記アンテナに対して前記各非接触情報記録媒体が近づく方向と離れる方向を判定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
従来の読取装置により非接触情報記録媒体の記録情報を読み取る場合は、１台の読取装置が１つの非接触情報記録媒体の記録情報を読み取るのが一般的であった。従って、対面通行する２台の車両に夫々搭載された各非接触情報記録媒体の記録情報を読み取って各車両を個別に識別するためには、夫々専用の読取装置が必要となり、装置のコストが嵩むといった問題があった。本発明はこの問題を解決するために、１つのアンテナを介して複数の非接触情報記録媒体からの反射波を受信し、その反射波の遅延時間に基づいて各非接触情報記録媒体とアンテナとの距離、及びアンテナに対する移動方向を演算する。これにより、非接触情報記録媒体を夫々搭載した複数の移動体のアンテナからの距離と、アンテナに対する移動方向とを１台の読取装置により判定することができる。

請求項２は、前記各移動体が前記読取り領域を通過する方向の下流側に夫々配置された通行ゲートと、該各通行ゲートを夫々開閉駆動するゲート開閉機構と、を備え、前記制御手段は、前記各移動体の移動経路に夫々配置された前記各通行ゲートを開放するために対応する前記各ゲート開閉機構を制御することを特徴とする。
本発明の制御手段は、アンテナから各移動体までの距離と、アンテナに対する移動方向を演算により求めることができる。従って、その演算結果に基づいて対応する移動経路上にある各ゲート開閉機構を制御することができる。
請求項３は、前記離間距離は、前記アンテナと前記各非接触情報記録媒体とが最も接近したときの距離であることを特徴とする。
制御手段がアンテナと各非接触情報記録媒体との距離を演算する場合、アンテナが固定されて、移動体が移動するため、移動体のベクトル方向が２次元的に変化する。そして、２次元曲線の極小値がアンテナと移動体が最も接近した距離である。本発明では、この極小値を常に検出して、そのときの距離をアンテナと各非接触情報記録媒体との離間距離として確定する。これにより、アンテナと移動体との距離を常に一定条件下で正確に演算することができる。

請求項４は、２台の前記移動体の各移動経路が隣接し、且つ並行している場合に、前記アンテナを一方の移動経路の外側縁に配置することを特徴とする。
１台の読取装置で２台の移動体の距離を夫々演算するためには、１つのアンテナと各移動体との距離が明確に差がつくようにアンテナを配置することが重要である。また、１台の読取装置で読み取った情報に基づいて２台の移動体の移動方向を夫々演算するためには、各移動体との距離が略同じになるようにアンテナを配置することが重要である。そこで本発明では、２台の移動体の各移動経路が隣接し、且つ並行している場合に、アンテナを各移動経路の境界部に配置するか、一方の移動経路の外側縁に配置する。これにより、２台の移動体とアンテナとの距離を明確に区分けすることができると共に、２台の移動体の移動方向を的確に判定することができる。
請求項５は、前記各非接触情報記録媒体に記録された各固有情報に基づいて前記各移動体の通行を許可するか否かを判定する判定手段を備えたことを特徴とする。
各非接触情報記録媒体には、必ずその非接触情報記録媒体に特有なＩＤ情報が記録されており、そのＩＤ情報により各移動体を個別に識別することができる。例えば、セキュリティ管理を行う場合、予め、入出場を許可するか否かの手掛かりとなるＩＤ情報を登録しておき、ゲートの上流側でこのＩＤ情報を読取って、ＩＤ情報が入場可能車両に係るものであるか否かにより、車両の通行を許可するか否かを判定することができる。

本発明によれば、１つのアンテナを介して複数の非接触情報記録媒体からの反射波を受信し、その反射波の遅延時間に基づいて各非接触情報記録媒体とアンテナとの距離、及びアンテナに対する移動方向を演算することにより、非接触情報記録媒体を夫々搭載した複数の移動体のアンテナからの距離と、アンテナに対する移動方向とを１台の読取装置により認識することができる。
また、制御手段は、アンテナから各移動体までの距離と、アンテナに対する移動方向を演算により求めることができるので、その演算結果に基づいて対応する移動経路上にある各ゲート開閉機構を制御することができる。
また、アンテナと各非接触情報記録媒体との距離の極小値を常に検出して、そのときの距離をアンテナと各非接触情報記録媒体との離間距離として確定することにより、アンテナと移動体との距離を常に一定条件下で正確に演算することができる。

また、２台の移動体の各移動経路が隣接し、且つ並行している場合に、アンテナを各移動経路の境界部に配置するか、一方の移動経路の外側縁に配置することにより、２台の移動体とアンテナとの距離を明確に区分けすることができると共に、２台の移動体の移動方向を的確に判断することができる。
また、並行して走行している２台の移動体が、読み取り領域に達した所で反対方向へ分岐して、別々のゲートを通過する場合、その分岐点で移動体の移動方向を演算することにより、左右のどちらのゲートを開放するかを判断することができる。
また、セキュリティ管理を行う場合、予め、入出場を許可するか否かの手掛かりとなるＩＤ情報を登録しておき、ゲートの上流側でこのＩＤ情報を読取って登録ＩＤ情報と比較することにより、各車両の通行を許可するか否かを判定することができる。

本発明の読取装置の構成を示すブロック図である。本発明のＩＣタグ（ＩＣカード）の構成を示すブロック図である。ＩＣタグが移動した場合のアンテナとＩＣタグの距離との関係を示す模式図である。図２の動作を更に詳細に説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係る通行管理装置の構成を示す模式図であり、（ａ）は、本実施形態の全体構成を示す図であり、（ｂ）は、アンテナと各車両との位置関係を示す図であり、（ｃ）は、ゲートの位置を並列に設置した場合の変形実施例を示す図である。制御装置がアンテナから各車両までの距離を演算する過程を説明する図であり、（ａ）は各移動経路に夫々車両が同時に、又は時間がずれて進入したときの図であり、（ｂ）は１つの移動経路にのみ車両が進入した図であり、（ｃ）は１つの別の移動経路にのみ車両が進入した図である。本発明の第１の実施形態に係る通行管理装置の動作を説明するフローチャートである。（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る通行管理装置の構成を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る通行管理装置の動作を説明するフローチャートである。（ａ）〜（ｃ）は各実施例における車両とゲートとの位置関係を示す図である。従来の車両通行管理装置の構成を示す模式図であり、（ａ）は、車両が対面通行する通路の中央にアイランドを設置した車両通行管理装置を示す模式図であり、（ｂ）はアイランドを不要とするために、入場側及び出場側の通路の外側縁に入出場を識別するリーダライタを夫々設置した車両通行管理装置を示す模式図であり、（ｃ）は各リーダライタを離して配置した車両通行管理装置を示す模式図であり、（ｄ）は各リーダライタの読取範囲を縮小した車両通行管理装置を示す模式図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

本発明の通行管理装置を説明する前に、本発明の主たる構成要件である読取装置について説明する。図１は本発明の読取装置の構成を示すブロック図である。本発明の読取装置２０は、読取り領域に電波を放射して各ＩＣタグ（非接触情報記録媒体）７が変調した反射波を受信するアンテナ６と、アンテナ６を介して各ＩＣタグ７に電波を送信する送信手段２３（ＰＬＬ１、ＶＣＯ２、変調器（Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）３、及び増幅器（ＡＭＰ）４を含む）と、各反射波を夫々復調する復調手段２４（ミキサ９、１１、９０°移相器（Ｓｈｉｆｔｅｒ）１０、及びＢＰＦ１２、１３を含む）と、各反射波の遅延時間を求める遅延時間算出手段２５（Ａ／Ｄコンバータ１４、１６及び演算器１５を含む）と、遅延時間算出手段２５が算出した各ＩＣタグ７からの各反射波の遅延時間の差分に基づいてアンテナ６と各ＩＣタグ７との離間距離を演算すると共に、アンテナ６に対する各ＩＣタグ７の移動方向を判定する制御装置（制御手段）２１と、を備えて構成されている。尚、本実施形態では、送信手段２３、復調手段２４、及び遅延時間算出手段２５を含む構成をリーダユニット２２と呼ぶ。

次に、本発明のリーダユニット２２について更に説明する。リーダユニット２２は、ＶＣＯ２の出力信号の位相を、基準となる入力信号の位相に同期させるＰＬＬ回路１と、ＰＬＬ回路１の制御電圧に基づいて所定の周波数を発振するＶＣＯ（電圧制御発振器）２と、ＶＣＯ２から発信された信号をマイクロ波（電波）に変調する変調器（Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）３と、マイクロ波を増幅する増幅器（ＡＭＰ）４と、マイクロ波の方向により向きを決定するサーキュレータ５と、マイクロ波を発信して非接触ＩＣタグ（以下、単にＩＣタグと呼ぶ）（非接触情報記録媒体）７からの反射波を受信するアンテナ６と、サーキュレータ５により合成された合成波を増幅する増幅器（ＡＭＰ）８と、ＶＣＯ２の信号と増幅器８により増幅された信号を加算重畳してｓｉｎ波を復調するミキサ（Ｍｉｘｅｒ）９と、ＶＣＯ２の信号を９０°移相器（Ｓｈｉｆｔｅｒ）１０により移相した信号と増幅器８により増幅された信号を加算重畳してｃｏｓ波を復調するミキサ１１と、ミキサ９の信号から所定の周波数成分のみを通過するＢＰＦ１２と、ミキサ１１の信号から所定の周波数成分のみを通過するＢＰＦ１３と、ＢＰＦ１２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１４と、ＢＰＦ１３の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１６と、Ａ／Ｄコンバータ１４とＡ／Ｄコンバータ１６から位相を演算する演算器１５と、を備えて構成されている。
電波を利用したＲＦＩＤシステムでは、ＩＣタグ７に与えた電波（ＣＷ波）の一部を、ＩＣタグ７が変調を加えて戻す（振幅・位相を変化させて反射させる）ことにより、ＩＣタグ７からリーダユニット２２への通信を行っている。
リーダユニット２２には「自ら発信した電波の反射波（後方散乱波）」が戻ることとなるが、この後方散乱波は、ＩＣタグ７とアンテナ６との間を往復した波であるため、自ら発信した電波に対しＩＣタグ７とアンテナ６の距離の倍に比例した遅延を持った波であると考えることができる。

本実施形態では、この後方散乱波の遅延時間の差分を測定することにより、アンテナ６とＩＣタグ７との距離の変化の認識を行う。
ここで、リーダユニット２２に接続されたアンテナ６から送信されるＣＷ波を

・・・（１）
とした時（Ａとθ_Ｃは回路による決まる一定値）、同じアンテナ６で受信されるＩＣタグ７からの後方散乱波は、以下のように表せる。

・・・（２）
ｌ［ｍ］はＩＣタグ−アンテナ間の距離、ｃは電波の速度［ｍ／ｓ］、Ｂは空間やＩＣタグでの減衰を表す係数、θ_ＴはＩＣタグでの反射時の位相変化である。電波を利用するＲＦＩＤにおいては、ＩＣタグ７からリーダユニット２２への通信を行う際、ＩＣタグ７で加えられる変調により、このＢとθ_Ｔが変化する。

ここで、ＩＣタグ→リーダユニット間における通信がＡＳＫ変調により行われる場合には、１を表すシンボルに同期して遅延時間の測定を行うものとすると、θ_Ｔをタグ固有のある一定の値とすることができる。
また、ＢＰＳＫ変調の場合では、１または０を表すシンボルに同期して遅延時間の測定を行うものとすると、θ_ＴをＩＣタグ固有のある一定値θ_Ｔ１、もしくは、θ_Ｔ２（＝θ_Ｔ１＋π）のどちらかの値とすることができる。同様に、その他の位相変調においても、あるシンボルに同期して遅延時間の測定を行うことで、θ_ＴをＩＣタグ固有のある一定の値とすることができる。

このように、ＩＣタグ７との通信を行う際に、そのシンボルと同期して遅延時間を測定することにより、ＩＣタグ７で反射される際の位相が安定し、θ_Ｔを定数値とみなすことができる。また、変調のかけられた後方散乱波を対象として測定を行うことで、変化を持たない後方散乱波（反射波）を、ＢＰＦ１２、１３により除去することが可能となり、周囲の金属物や通信状態に無いＩＣタグからの反射等の影響を排除することができる。
更に、ＩＣタグ７からリーダユニット２２への通信を行う際に遅延時間を測定しているため、アンチコリジョン機能を持つプロトコルのもとでは、通信相手となるＩＣタグを一つに限定した条件の下で遅延時間の測定を行うことが可能となり、複数のＩＣタグが存在する環境においても、特定のＩＣタグの後方散乱波のみを選択して遅延時間を測定することと、その通信で得られたデータ（ＩＤ）と遅延時間を関連付けて管理することが可能となる。

次に、後方散乱波の遅延時間の測定について説明する。ＣＷ波と共通の信号源から作成されるローカル信号、

・・・（３）
を使用して、直交検波を行うことによって行う。
これにより、以下のＩＱ信号が得られる。

・・・（４）

・・・（５）
ここで、Ｃとθ_Ｒは、直交検波の操作により付加される変数であるが、Ｃは回路により決まる値であるため一定値と考えることができる。また、ローカル信号とＣＷ波は、同じ信号源からの信号であるため、その位相差を回路により決まる一定値とみなすことができ、これにより、θ_Ｒも回路により決まる一定値とみなすことができる。

このＩＱ信号をＡ／Ｄ変換器１４、１６により取り込み、演算器１５により、位相θ_ｒ、

・・・（６）
を得る。
ここで、θ_ｃ・θ_Ｔ・θ_Ｒはいずれも定数値とみなせるため、ｌをｔの関数とすれば、θ_ｒは以下のように表すことができる。

・・・（７）
ここで、距離の変化Δｌがλ_ｃ／４を超えない内に、再度θ_ｒの取得を行うことで、このθ_ｒから遅延時間の差分を得ることができる。

そして、

・・・（８）
であれば、この通信で得られたＩＤを持つＩＣタグはアンテナから離れる方向に動いているといえ、また、

・・・（９）
であれば、この通信で得られたＩＤを持つＩＣタグはアンテナに近づく方向に動いているといえる。
ここで、ＩＣタグ７もしくはアンテナ６、もしくは両方が移動し、また、その移動方向・速度が一定であるシステムであれば、距離ｌ（ｔ）は２次関数により表され、ｄｌ／ｄｔ＝０となるのは、両者の距離が極小となる点であるので（ＩＣタグとアンテナの移動方向・速度が同一ではない場合）、ｄｌ／ｄｔ＝０となる点、即ちｄθ／ｄｔ＝０となる点は、ＩＣタグとアンテナの距離が最短となる位置といえる。

これにより、ｄθ／ｄｔを得ることにより、ＩＣタグ７とアンテナ６が最も接近したタイミングを検出することができる。さらに、ここで、移動方向・速度が同じであり、かつ、同一の線上を移動するＩＣタグ同士に対しては、このｄθ／ｄｔの大小比較により、ＩＣタグの順序を決定することができるといえる。
即ち、リーダユニット２２は、マイクロ波を利用してＩＣタグ７と通信を行うマイクロ波方式におけるリーダである。従って、リーダユニット２２から送信した電波（マイクロ波）は、ＩＣタグ７により変調されて反射波としてリーダユニット２２により受信される。このとき発信した電波と反射波の間には、距離に応じた遅延時間が生じる。本実施形態はこの遅延時間を演算して求めることにより、ＩＣタグ７とアンテナ６の距離の変化を求めるものである。これにより、移動するＩＣタグ７の距離の変化を把握することにより、移動するシステムにおいて、読み取り領域内の複数のＩＣタグの配列順序と移動状態を識別することができる。
尚、直交変調とは、ｓｉｎ波とｃｏｓ波を９０度位相をずらして（直交して）加算重畳することにより、合成波の振幅は、ｓｉｎ波の振幅がゼロとなる位相のときに、ｃｏｓ波の最大振幅になり、ｃｏｓ波の振幅がゼロとなる位相のときに、ｓｉｎ波の最大振幅になるように合成振幅が生成される。即ち、２つの信号を１つの合成波にまとめて変調することができる。本実施形態はこの原理により変調された合成波から直交復調することによりｓｉｎ波（発信した電波）とｃｏｓ波（反射波）を復調する。

図２は、ＩＣタグの構成を示すブロック図である。本発明のＩＣタグ７は、リーダユニット２２からの電力用搬送波によりデータの授受をするアンテナ３３と、書き込みコマンド読み出しコマンドを生成する送受信回路３４と、アンテナ３３からの電力用搬送波を受け、それを整流して直流電力に変換する電力生成回路３７と、制御用ファームウェアとデータの記憶を司るメモリ装置３８と、制御回路３２からの送信コマンドに搬送波を乗せて変調する変調器３６と、送受信回路３４からの搬送波データから２値化データに変換する検波器３５と、ＩＣタグ７の全体の動作を制御する制御回路３２から構成されている。

図３は、ＩＣタグが移動した場合のアンテナとＩＣタグの距離との関係を示す模式図である。この図では、ＩＣタグ７を取り付けた物品ａ、物品ｂ、物品ｃが所定の間隔を維持して矢印Ａの方向に移動しているものとする。そして、図３では、アンテナ６と物品ａの距離がｌａ、アンテナ６と物品ｂの距離がｌｂ、アンテナ６と物品ｃの距離がｌｃとなる。
例えば、アンテナ６が固定され、ＩＣタグ７が一定速度で移動する場合、距離と時間との関係は２次関数となる。即ち、１つの移動するＩＣタグに注目したとき、所定方向（矢印Ａの上流側）からアンテナ６に近づき、最もアンテナ６に近づいた位置から遠ざかって行く。つまり、ＩＣタグのベクトルの向きと大きさから移動方向と速度を認識することができる。これにより、物品ａ、ｂ、ｃの並び順とアンテナ６からの移動方向を識別することができる。

図４は、図３の動作を更に詳細に説明するための図である。縦軸にアンテナ６（原点）と物品ａ、ｂ、ｃまでの距離を示し、横軸に通過時間を示す。この図から明らかなように、物品ａはアンテナ６までの距離がｌａのとき、ベクトルの向きと大きさは矢印Ｌａとなり、アンテナ６に対して距離が２次関数１７に従って減少してくる（近づいてくる）。また、物品ｂはアンテナ６までの距離がｌｂのとき、ベクトルの向きと大きさは矢印Ｌｂとなり、アンテナ６に対して距離が２次関数１７の極小点（最接近）にある。また、物品ｃはアンテナ６までの距離がｌｃのとき、ベクトルの向きと大きさは矢印Ｌｃとなり、アンテナ６に対して距離が２次関数１７に従って増加してくる（遠ざかる）。

このように移動する物品に対して、上記式（１）〜（７）を演算することにより、アンテナ６もしくはＩＣタグ７、もしくはその両方が移動するシステムにおいて、ＩＣタグ７とアンテナ６の距離の変化方向と、その変化量を検出することが可能となる。
これにより、アンテナ６もしくはＩＣタグ７、もしくは両方が移動するシステムにおいて、交信可能エリア内に複数のＩＣタグが存在する場合でも、その順序・移動状態を識別することが可能となり、読み取ったＩＤとＩＣタグを正確に対応付けることが可能となる。また、その変化方向・変化量から、ＩＣタグ７とアンテナ６が最も近づいたタイミングを知ることができ、ＩＣタグの位置の取得が可能となる。他にも、アンテナとＩＣタグとの距離の変化方向、またその変化量などの情報からＩＣタグをフィルタリングすることで、様々な用途に応用が可能である。

図５は、本発明の第１の実施形態に係る通行管理装置の構成を示す模式図であり、（ａ）は、本実施形態の全体構成を示す図であり、（ｂ）は、アンテナと各車両との位置関係を示す図であり、（ｃ）は、ゲートの位置を並列に設置した場合の変形実施例を示す図である。
本発明の通行管理装置５０は、車両（移動体）に関するＩＤ情報（固有情報）を記録したＩＣタグ（非接触情報記録媒体）７を夫々搭載した複数の車両がＩＣタグ７の読取り領域２９を略同時期に通過する際に、ＩＣタグ７のＩＤ情報をアンテナ６を介して読取る単一の読取装置２０を備えている。
読取り領域２９とは、異なった方向、或いは同じ方向へ並行して移動する各車両がゲートの手間で近接した状態となる領域であり、この読取り領域内に位置する各車両が搭載したＩＣタグの記録情報を読取装置２０によって読取ることが可能となるように読取り領域と読取装置２０との位置関係が設定されている。
本実施形態では、センターライン２７により分離された移動経路２６、２８と、夫々の移動経路を走行する車両の走行方向下流側に設置され、当該移動経路を開閉するゲート３０、３１と、一方の移動経路２６の外側縁（他方の移動経路２８とは反対側の側縁）に設置され、両移動経路２６、２８をカバーする領域を読取り領域２９とする電波を放射するアンテナ６と、図１で説明したリーダユニット２２と、制御装置２１と、を備えて構成されている。尚、ゲート３０、３１には図示を省略するが、各ゲートを夫々開閉駆動するゲート開閉機構が備えられ、制御装置２１は、このゲート開閉機構を制御する。

また図５では、ＩＣタグ７ａを搭載した車両Ａはゲート３０に向かって移動し、ＩＣタグ７ｂを搭載した車両Ｂはゲート３１に向かって移動しており、その移動過程で、アンテナ６の読み取り領域２９内に車両Ａと車両Ｂが略同時期に進入した場合を図示している。尚、アンテナ６は、図５（ｂ）に示すように、電波が障害物に妨害されることなく車両ＡとＢに到達する位置に配置されることにより、車両ＡとＢとが読取り領域２９内に同時に進入した場合であっても、電波が各車両により妨害されることを防止できる。また、図５（ａ）の場合は、各車両が夫々の移動経路内を走行する限り、必ずＬａ＜Ｌｂの関係が維持できるので、制御装置２１が車両Ａに搭載したＩＣタグ７ａの反射波を受信して演算した距離がＬａである場合は、移動経路２６上に車両があると判定できるので、移動経路２６に対応するゲート３０を開放すればよい。また、制御装置２１が車両Ｂに搭載したＩＣタグ７ｂの反射波を受信して演算した距離がＬｂである場合は、移動経路２８上に車両があると判定できるので、移動経路２８に対応するゲート３１を開放すればよい。

図５（ｃ）は、ゲート３０と３１が並列に設置され、各車両が同一方向に走行する場合を示す図である。この場合も、図５（ａ）と同様に、制御装置２１が車両Ａに搭載したＩＣタグ７ａの反射波を受信して演算した距離がＬａである場合は、移動経路２６上に車両があると判定できるので、移動経路２６に対応するゲート３０を開放すればよい。また、制御装置２１が車両Ｂに搭載したＩＣタグ７ｂの反射波を受信して演算した距離がＬｂである場合は、移動経路２８上に車両があると判定できるので、移動経路２８に対応するゲート３１を開放すればよい。尚、制御装置２１が演算する距離は、各車両に搭載されたＩＣタグからアンテナ６までの最短距離として演算するため、車両に搭載するＩＣタグの位置や、移動経路に対する車両の位置により、±の範囲内で変動する。

図６は、制御装置がアンテナから各ＩＣタグまでの距離を演算する過程を説明する図である。図６（ａ）は移動経路２６、２８に夫々ＩＣタグ７ａ、７ｂが同時に、又は時間がずれて進入したときの図であり、図５（ｂ）はＩＣタグ７ａのみが移動経路２６に進入した図であり、図５（ｃ）はＩＣタグ７ｂのみが移動経路２８に進入した図である。縦軸はアンテナ６とＩＣタグ７ａ、７ｂまでの距離、横軸はＩＣタグ７ａ、７ｂの走行時間を示す。
図６（ａ）では、アンテナとＩＣタグ７ａとの距離と、時間との関係が２次曲線Ｐのように変化し、時間ｔ０（ａ点）で極小値となり、そのときのアンテナ６とＩＣタグ７ａの距離がＬａとなり、再び遠ざかって行く。同様にアンテナとＩＣタグ７ｂの距離と時間との関係が２次曲線Ｑのように変化し、時間ｔ０（ｂ１点）で極小値となり、そのときのアンテナ６との距離がＬｂとなり、再び遠ざかって行く。この場合は、ＩＣタグ７ａ、７ｂが同時（ｔ０）に読取り領域２９に進入した場合であり、その場合でも、制御装置２１はＩＣタグ７ａ、７ｂの各ＩＤ情報を読取って、夫々のＩＤ情報と演算した距離Ｌａ、Ｌｂとを関連付けて車両Ａが移動経路２６を走行し、車両Ｂが移動経路２８を走行していると判断することができる。

また、図６（ｂ）の場合は、ＩＣタグ７ａの反射波のみがアンテナ６で受信されるため、そのときの距離を演算して距離がＬａであると判断されて、車両Ａが移動経路２６を走行していると判断することができる。また、図５（ｃ）の場合は、ＩＣタグ７ｂの反射波のみがアンテナ６で受信されるため、そのときの距離を演算して距離がＬｂであると判断されて、車両Ｂが移動経路２８を走行していると判断することができる。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る通行管理装置の動作を説明するフローチャートである。図５を参照して説明する。リーダユニット２２は常時電波を読取り領域２９に放射している。この状態で車両Ａと車両Ｂが略同時に読取り領域２９に進入したとする。車両Ａには、車両Ａを特定するＩＤ情報が記録されたＩＣタグ７ａが搭載され、車両Ｂには、車両Ｂを特定するＩＤ情報が記録されたＩＣタグ７ｂが搭載されている。その結果、電波によりＩＣタグ７ａ、７ｂが変調されて、変調された夫々の反射波がアンテナ６を介してリーダユニット２２により読取られる（Ｓ１）。このとき、各ＩＣタグに記録されたＩＤ情報も同時に読み取られる。次に、リーダユニット２２は、夫々のＩＣタグからの反射波の遅延時間を求めて（Ｓ２）、制御装置２１にＩＤ情報と共に渡す。制御装置２１では、受信したＩＤ情報と遅延時間とを対応付けて、遅延時間の差分を演算して記憶する（Ｓ３）。演算した差分からアンテナ６と各ＩＣタグとの距離を計算する（Ｓ４）。制御装置２１は、計算した距離がＬａであるか否かをチェックして（Ｓ５）、距離がＬａであると判断すると（Ｓ５でＹ）、ゲート３０を開放する（Ｓ６）。一方、ステップＳ５で距離がＬａでないと判断すると（Ｓ５でＮ）ゲート３０を閉止する（Ｓ９）。次に計算した距離がＬｂであるか否かをチェックして（Ｓ７）、距離がＬｂであると判断すると（Ｓ７でＹ）、ゲート３１を開放する（Ｓ８）。一方、ステップＳ７で距離がＬｂでないと判断すると（Ｓ７でＮ）ゲート３１を閉止する（Ｓ１０）。

尚、ゲート３０と３１は、実際には一旦ゲートが開放されると、所定の時間開放しておき、所定時間経過後、次のゲート開放の指示がないか、或いはゲート閉止の指示があるとゲートを閉止するように動作する。また、各ＩＣタグに入出場を許可するか否かの手掛かりとなるＩＤ情報を記録しておき、記録された各ＩＤ情報に基づいて各車両の通行を許可するか否かを判定する判定手段を備え、当該判定手段により許可された場合にのみ、距離の判定を行うようにしても良い。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る通行管理装置の構成を示す模式図であり、（ａ）は、本実施形態の全体構成を示す図であり、（ｂ）は、アンテナと各車両との位置関係を示す図である。本発明の通行管理装置５１は、車両（移動体）に関するＩＤ情報（固有情報）を記録したＩＣタグ（非接触情報記録媒体）７を夫々搭載した複数の車両がＩＣタグ７の読取り領域２９を略同時期に通過する際に、ＩＣタグ７のＩＤ情報をアンテナ６を介して読取る単一の読取装置２０を備えている。本実施形態は、センターライン２７により分離された移動経路２６、２８と、夫々の移動経路を走行する車両の走行方向下流側に設置され、当該移動経路を開閉するゲート３０、３１と、移動経路２６と移動経路２８の境界部（センターライン２７の近傍）に設置され、移動経路２６と２８をカバーする領域を読取り領域２９とする電波を放射するアンテナ６と、図１で説明したリーダユニット２２と、制御装置２１と、を備えて構成されている。
また図８は、ＩＣタグ７ａを搭載した車両Ａがゲート３０に向かって移動し、ＩＣタグ７ｂを搭載した車両Ｂがゲート３１に向かって移動しており、その移動過程で、アンテナ６の読み取り領域２９内に車両Ａと車両Ｂが略同時期に進入した場合を図示している。尚、アンテナ６は、図８（ｂ）に示すように、車両Ａ、Ｂ間の距離が略等しくなる位置に配置される。

図９は本発明の第２の実施形態に係る通行管理装置の動作を説明するフローチャートである。図８を参照して説明する。リーダユニット２２は常時電波を読取り領域２９に放射している。この状態で車両Ａと車両Ｂが略同時に読取り領域２９に進入したとする。車両Ａには、車両Ａを特定するＩＤ情報が記録されたＩＣタグ７ａが搭載され、車両Ｂには、車両Ｂを特定するＩＤ情報が記録されたＩＣタグ７ｂが搭載されている。その結果、電波によりＩＣタグ７ａ、７ｂが変調されて、変調された夫々の反射波がアンテナ６を介してリーダユニット２２により読取られる（Ｓ１１）。このとき、各ＩＣタグに記録されたＩＤ情報も同時に読み取られる。次に、リーダユニット２２は、夫々のＩＣタグからの反射波の遅延時間を求めて（Ｓ１２）、制御装置２１にＩＤ情報と共に渡す。制御装置２１では、受信したＩＤ情報と遅延時間とを対応付けて、遅延時間の差分を演算して記憶する（Ｓ１３）。演算した差分からアンテナ６と各ＩＣタグとの距離を計算して、移動方向を識別する（Ｓ１４）。制御装置２１は、識別した移動方向がＡであるか否かをチェックして（Ｓ１５）、移動方向がＡであると判断すると（Ｓ１５でＹ）、ゲート３０を開放する（Ｓ１６）。一方、ステップＳ１５で移動方向がＡでないと判断すると（Ｓ１５でＮ）ゲート３０を閉止する（Ｓ１９）。次に識別した移動方向がＢであるか否かをチェックして（Ｓ１７）、移動方向がＢであると判断すると（Ｓ１７でＹ）、ゲート３１を開放する（Ｓ１８）。一方、ステップＳ１７で移動方向がＢでないと判断すると（Ｓ１７でＮ）ゲート３１を閉止する（Ｓ２０）。

尚、ゲート３０と３１は、実際には一旦ゲートが開放されると、所定の時間開放しておき、時間経過後、次のゲート開放の指示がないか、或いはゲート閉止の指示があれば閉止するように動作する。また、各ＩＣタグに入出場を許可するか否かの手掛かりとなるＩＤ情報を記録しておき、記録された各ＩＤ情報に基づいて各車両の通行を許可するか否かを判定する判定手段を備え、当該判定手段により許可された場合にのみ、移動方向の判定を行うようにしても良い。

図１０は、各実施例における車両とゲートとの位置関係を示す図である。本発明の通行管理装置は、車両に搭載したＩＣタグとアンテナまでの距離、又はアンテナから移動する車両に搭載したＩＣタグの移動方向を識別して、どのゲートを開放すべきかを判断するものである。従って、車両に搭載したＩＣタグが移動する経路の何処にゲートが設置されているかにより、車両に搭載したＩＣタグとアンテナまでの距離により判断するか、又はアンテナから移動する車両に搭載したＩＣタグの移動方向により判断するかを決定する必要がある。例えば、図１０（ａ）の場合は、各車両は対面通行しているので、距離と移動方向何れの方法でも可能である。即ち、アンテナとＩＣタグまでの距離で判断する場合は、距離がＬａであればゲート３０を開放し、距離がＬｂであればゲート３１を開放する。また、移動方向で判断する場合は、移動方向が矢印Ａであれば、ゲート３０を開放し、移動方向が矢印Ｂであれば、ゲート３１を開放する。また、図１０（ｂ）では、２台の車両の各移動経路が読取り領域２９に達するまでは並行しているが、読取り領域２９内では反対方向に分岐している場合であり、この場合は、読取り領域２９内では、アンテナ６から各車両に搭載したＩＣタグまでの距離は略同じなので、距離により判断することは困難であるため、移動方向を識別する方法で行う。また、図１０（ｃ）では、２台の車両が同一方向に移動し、ゲートが並列して設置されている。この場合は、読取り領域２９内では、各ＩＣタグの移動方向が同じであるので、アンテナ６から各車両に搭載したＩＣタグまでの距離で識別する方法が可能である。

以上説明した本発明の実施形態により、１つのアンテナ６を介して複数のＩＣタグ７からの反射波を受信し、その反射波の遅延時間に基づいて各ＩＣタグ７とアンテナ６との距離、及びアンテナ６に対する移動方向を演算することにより、ＩＣタグ７を夫々搭載した複数の車両のアンテナ６からの距離と、アンテナ６に対する移動方向とを１台のリーダユニット２２により認識することができる。
また、制御装置２１は、アンテナ６から各車両に搭載したＩＣタグまでの距離と、アンテナ６に対する各ＩＣタグの移動方向を演算により求めることができるので、その演算結果に基づいて対応する移動経路上にある各ゲート開閉機構を制御することができる。
また、アンテナ６と各ＩＣタグ７との距離の極小値を常に検出して、そのときの距離をアンテナ６と各ＩＣタグ７との離間距離として確定することにより、アンテナ６とＩＣタグとの距離を常に一定条件下で正確に演算することができる。

また、２台の車両の各移動経路が隣接し、且つ並行している場合に、アンテナ６を各移動経路の境界部に配置するか、一方の移動経路の外側縁に配置することにより、２台の車両に夫々搭載された各ＩＣタグとアンテナ６との距離を明確に区分けすることができると共に、２台の車両の移動方向を的確に判断することができる。
また、並行して走行している２台の車両が、読み取り領域に達した所で左右に分岐して、別々のゲートを通過する場合、その分岐点で車両に搭載したＩＣタグの移動方向を演算することにより、左右のどちらのゲートを開放するかを判断することができる。
また、セキュリティ管理を行う場合、予め、入出場を許可するか否かの手掛かりとなるＩＤ情報を登録しておき、ゲートの上流側でこのＩＤ情報を読取って登録ＩＤ情報と比較することにより、各車両の通行を許可するか否かを判定することができる。

１ＰＬＬ、２ＶＣＯ、３変調器、４、８増幅器、５サーキュレータ、６アンテナ、７ＩＣタグ、９、１１ミキサ、１０９０°移相器、１２、１３ＢＰＦ、１４、１６Ａ／Ｄコンバータ、１５演算器、２０読取装置、２１制御装置、２２リーダユニット、２３送信手段、２４復調手段、２５遅延時間算出手段、２６、２８移動経路、２７センターライン、２９読取り領域、３０、３１ゲート、３２制御回路、３３アンテナ、３４送受信回路、３５検波器、３６変調器、３７電圧生成回路、３８メモリ装置、４０アイランド、４１、４２リーダライタ、４３ＩＣカード、４４通路、４５、４６読取り領域、４７、４８ゲート、Ｐ、Ｑ、Ｒ２次曲線、５０、５１通行管理装置

Claims

移動体に関する固有情報を記録した非接触情報記録媒体を夫々搭載した複数の移動体が該非接触情報記録媒体の読取り領域を略同時期に通過する際に、前記各非接触情報記録媒体の固有情報を読取る単一の読取装置を備えた通行管理装置であって、
前記読取装置は、前記読取り領域に電波を放射して前記各非接触情報記録媒体が変調した反射波を受信するアンテナと、前記アンテナを介して前記各非接触情報記録媒体に前記電波を送信する送信手段と、前記各反射波を夫々復調する復調手段と、
前記各反射波の遅延時間を求める遅延時間算出手段と、
前記遅延時間算出手段が算出した前記各非接触情報記録媒体からの各反射波の遅延時間の差分に基づいて前記アンテナと前記各非接触情報記録媒体との離間距離を演算すると共に、前記アンテナに対して前記各非接触情報記録媒体が近づく方向と離れる方向を判定する制御手段と、を備えたことを特徴とする通行管理装置。
前記各移動体が前記読取り領域を通過する方向の下流側に夫々配置された通行ゲートと、該各通行ゲートを夫々開閉駆動するゲート開閉機構と、を備え、
前記制御手段は、前記各移動体の移動経路に夫々配置された前記各通行ゲートを開放するために対応する前記各ゲート開閉機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の通行管理装置。
前記離間距離は、前記アンテナと前記各非接触情報記録媒体とが最も接近したときの距離であることを特徴とする請求項１に記載の通行管理装置。
２台の前記移動体の各移動経路が隣接し、且つ並行している場合に、前記アンテナを一方の移動経路の外側縁に配置することを特徴とする請求項１又は３に記載の通行管理装置。
前記各非接触情報記録媒体に記録された各固有情報に基づいて前記各移動体の通行を許可するか否かを判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の通行管理装置。