JP2004363827A

JP2004363827A - ユーザ端末および情報支援システム

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Publication number: JP2004363827A
Application number: JP2003158526A
Authority: JP
Inventors: Takuichi Nishimura; 拓一西村; Hideo Ito; 日出男伊藤; Yoshimune Nakamura; 嘉志中村; Hideyuki Nakajima; 秀之中島
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】光空間通信環境において環境側と端末間のデジタル送受信が可能な、新しいユーザ端末およびそれを用いた情報支援システムを提供する。
【解決手段】直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリとを、ユーザ端末に設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ユーザ端末および情報支援システムに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、光空間通信環境において環境側と端末間のデジタル送受信が可能な、新しいユーザ端末およびそれを用いた情報支援システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
実世界における情報支援インフラが整った社会環境では、位置固有の情報が大量に空間内に埋め込まれ、容易な操作で適切な情報を見つけ出せるようになると予測される。
【０００３】
このとき、距離に関係なく通信する機能のある携帯電話やＰＨＳによる情報支援だけでなく、数ｍ程度の通信距離で情報支援を実現する局所通信による情報支援も重要になると考えられる。局所通信は、位置固有の情報の送受信に適しており、またユーザの位置や向きを利用しやすいという特長がある。従って、ユーザの状態や意図を推定し、莫大な情報から「いま、ここで、私が」欲しい情報を容易な操作でインタラクティブに提供する状況依存情報支援（非特許文献１参照）に有利となる。
【０００４】
位置に基づきインタラクティブに情報支援を実現するものとしては、Ｃ−ＭＡＰ（非特許文献２参照）や都市情報システムＵＣＩＳ（非特許文献３参照）、買い物支援システム（非特許文献４参照）などが知られている。これらは、ＰＤＡなど個人情報を持つ端末によりプライバシーをも考慮した情報支援を実現している。
【０００５】
しかしながら、ユビキタス情報環境では、直感的な操作でインタラクティブに自由に動き回りながら使用できる、より軽い個人端末も有用である。
【０００６】
そこで、この出願の発明の発明者等は、環境やユーザが提供するエネルギーのみで環境側とユーザとの間の音声情報光送受信を行うことのできる情報端末を用いた、位置に基づく情報支援システムを既に提案している（非特許文献５参照）。これは、ユーザが環境内を移動しつつインタラクティブに音声情報支援を受けることができ、操作が容易、位置・方向に応じた情報入手が容易、無電源小型という特長を持っている。
【０００７】
このシステムにおいて、環境側に設置される装置（環境側装置と呼ぶこととする）からは、送信すべき音の波形に従って変調回路により強度変調した光（好ましくは赤外光）が照射され、ユーザが装着あるいは携帯する情報端末（ユーザ端末と呼ぶこととする）では、それが具備する太陽電池によって照射光から電力が取り出される。この電力は音の波形を元に変調されているため、受信用の受動回路を通してイヤフォンやヘッドフォン等の音声出力器へ導くことで、無電源でユーザに音を伝達することができる。また、ユーザ端末の表面には、コーナーキューブなどのように光源方向に光を反射する部材を設けてもよく、この場合には環境側装置から光を照射するとユーザ端末から強い光が帰ってくるため、赤外カットフィルタを撮像素子上に有する赤外光投光カメラ等の撮像器を用いれば、ユーザ端末のみが光って見えるので、ユーザ端末の位置やおよその方向を容易に推定できるようにもなる。これによれば、ユーザ端末の位置・方向やその履歴、さらにはユーザ端末を用いてユーザから送られてくる合図などを基に、適切な情報を直感的かつ容易な操作でインタラクティブに提供できるのである。
【０００８】
図４は一具体例を示したものであり、まず、情報を環境側からユーザへダウンロードする場合、環境側は、音声波形にバイアスをかけて増幅し、赤外ＬＥＤで照射する。ユーザ端末は、ＬＥＤ光を太陽電池により受光して、太陽電池が音声波形に従って発電し、太陽電池に直結したイヤフォンから音声が流れる。次に、情報をユーザから環境側へアップロードする場合、環境側には、赤外ＬＥＤをカメラ光軸近くに取り付けたカメラを設置する。ただし、カメラには可視光カットフィルタを取り付け、赤外光が入射しなければ真っ暗な画像を出力するようにする。ユーザ端末には小型コーナーキューブを埋め込んだ再帰型反射シートを取り付けておく。これにより、赤外ＬＥＤから赤外光が照射されると強力な赤外光がカメラに戻り、ユーザ端末のみが輝点として観測されて、ユーザ端末の数やおよその位置、方向が計測される。
【０００９】
また、カメラと反射シート間の反射光光路上に光透過率を変化可能な手段を設けることで、その手段を透過する反射光の強度を透過率を適宜変化させることで変化させて、その強度変化に従った情報のアップロードを可能にすることもできる。たとえば、透過率を高くしてカメラに届く反射光の強度を大きくすることにより「はい／Ｙｅｓ」を表した情報、その逆に透過率を低くして反射光強度を小さくすることにより「いいえ／Ｎｏ」を表した情報をアップロードできる。また、反射光をユーザが手などで遮ることで、その遮る回数や時間パターンなどに基づいて数種の合図を送ることも可能である。さらにまた、ユーザ端末自体を振ったり揺らしたりしてその動きパターンで合図を送ることも可能である。カメラを複数個用いれば、ユーザ端末の３次元位置や向きも推定できる。
【００１０】
またさらに、この出願の発明の発明者等は、個人履歴や嗜好を考慮した情報支援を目指し、赤外ＬＥＤにより固体識別ＩＤを発信するユーザ端末およびそれを用いた情報支援システムをも既に提案している（非特許文献６参照）。
【００１１】
これは、ユーザ端末を、上記太陽電池および上記コーナーキューブを埋め込んだ再帰型反射シートに加えて、高速伝送が可能な赤外ＬＥＤおよび液晶シャッターを具備した構成とし、赤外ＬＥＤを短時間駆動させると同時に反射シート上の液晶シャッターを駆動させて、環境側システムにてユーザ端末の位置とＩＤを同時に測定するものである。ユーザ端末をその反射シートからの反射赤外光を環境側のカメラ等の撮像器により撮像して３０ｆｒａｍｅ／ｓで追跡し、輝度変化時に環境側のＩＤ受信センサ等のＩＤ受信器により認識されたＩＤをこの軌跡と対応付けることで、ロバストな個別位置追跡を行うことができる。
【００１２】
前述のシステムがアナログ光送受信、つまり環境側からユーザ端末への赤外光照射による音声情報のアナログダウンロード及びユーザ端末から環境側への赤外光反射によるアナログアップロードを基盤としていたのに対し、このシステムではユーザ端末から環境側への赤外光照射によるＩＤ情報のデジタルアップロードを行うものとなっている。
【００１３】
より具体的には、たとえば図５に例示したように、ユーザ端末（１）の赤外ＬＥＤ（１５）を短時間駆動し、それと同時に再帰型反射シート（１４）上の液晶シャッター（１２）をカメラ（２２）で観測できる程度長く駆動する。これにより、環境側装置（２）のカメラ（２２）がユーザ端末（１）の位置と点滅タイミングを取得し、この点滅と同時刻に、環境側装置（２）のＩＤセンサ（２３）で受信したＩＤとを対応付ける。カメラ（２２）は常時ユーザ端末（１）の再帰型反射シート（１４）を追跡しており、追跡中にて輝度変化が生じた時にＩＤセンサ（２３）に入った赤外光ＩＤをこの軌跡と対応付ける。このため、ＩＤ受信を失敗しても軌跡上の前後の位置で検出したＩＤを用いることで、ロバストな個別位置追跡が可能になる。また、再帰型反射シート（１４）を活用するため、常時赤外ＬＥＤ（１５）でＩＤを発信してカメラ（２２）で捉える手法に比べ、ユーザ端末（１）の消費電力を抑えることができる。さらにまた、ＣＰＵ（１６）の駆動のために、太陽電池（１１）出力のＤＣ成分をキャパシタ（１７）に蓄積するようにしてもよい。これは、赤外ＬＥＤ（１５）点灯時の消費電力が大きいので、赤外ＬＥＤ（１５）を使用しないときにエネルギーを蓄積しておくためである。
【００１４】
【非特許文献１】
中島秀之，”マイボタンによる状況依存支援”，人工知能学会誌，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．６，ｐｐ．７９２−７９６（２００１）
【非特許文献２】
角康之、外５名，”Ｃ−ＭＡＰ：Ｃｏｎｔｅｘｔ−ａｗａｒｅな展示ガイドシステムの試作”，情報処理学会論文誌，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１０，ｐｐ．２８６６−２８７８（１９９８）
【非特許文献３】
一岡義宏、外２名，”赤外線簡易放送型通信を用いた都市型コミュニティ支援システム”，電子情報通信学会論文誌（Ｂ），Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｂ，Ｎｏ．７，ｐｐ．１２９９−１３１０（２００１）
【非特許文献４】
ＴｈｏｒｓｔｅｎＢｏｈｎｅｎｂｅｒｇｅｒ、外３名，”Ｌｏｃａｔｉｏｎ−ＡｗａｒｅＳｈｏｐｐｉｎｇＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ”，ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａＤｅｃｉｓｉｏｎ−ＴｈｅｏｒｅｔｉｃＡｐｐｒｏａｃｈＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＦｏｕｒｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＨｕｍａｎＣｏｍｐｕｔｅｒＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈＭｏｂｉｌｅＤｅｖｉｃｅｓ（Ｍｏｂｉｌｅ−ＨＣＩ−０２），ＡＣＭＰｒｅｓｓ，２００２
【非特許文献５】
西村拓一、外３名，”無電源小型通信端末を用いた位置に基づく状況支援システム”，情報処理学会研究会報告，２００２−ＩＣＩＩ−２，ｐｐ．１−６（２００２）
【非特許文献６】
中村嘉志、外３名，”位置に基づく個別情報支援のためのＩＤ出力無電源小型情報端末ＩＤ−ＣｏＢＩＴ”，情報処理学会研究会報告，２００２−ＩＣＩＩ−４，発表番号２（２００２）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記システムでは、ＩＤアップロードがデジタル化されているだけであるため、環境側からユーザ端末へのダウンロードもデジタル化することができれば、つまり環境側とユーザ端末との間のデジタル光送受信が可能となれば、各ユーザの個人情報をより容易に管理できることとなり、その管理情報に基づいてさらに一層優れたユビキタス・インタラクティブ情報支援を実現することができる。
【００１６】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑み、光空間通信環境において環境側と端末間のデジタル送受信が可能な、新しいユーザ端末およびそれを用いた情報支援システムを提供することを課題としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリとを備えていることを特徴とするユーザ端末を提供し、第２には、直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号と音声アナログ信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリと、太陽電池によって前記信号光から抽出された音声アナログ信号を音声出力する音声出力器とを備えていることを特徴とするユーザ端末を提供する。
【００１８】
また、この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第３には、直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリとを備えているユーザ端末、および前記信号光を照射する環境側装置、を有することを特徴とする情報支援システムを提供し、第４には、直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号と音声アナログ信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリと、太陽電池によって前記信号光から抽出された音声アナログ信号を音声出力する音声出力器とを備えているユーザ端末、および前記信号光を照射する環境側装置、を有することを特徴とする情報支援システムを提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明によれば、たとえば図１に例示したように、ユーザ端末（１）を、その内部に書き換え可能なメモリ（１８）を設けてデジタルダウンロード可能な端末とすることで、ユーザの個人情報や環境側から光受信した情報を端末内部に蓄えることができ、また、情報認証処理などＣＰＵの演算機能を活用することもできる。これによれば、環境側との間のデジタル送受信が実現され、ユビキタス・インタラクティブ情報支援をデジタルでより高度に行えるようになる。
【００２０】
より具体的には、環境側装置（２）が具備する赤外ＬＥＤ等の光源（２１）から照射される信号光には、デジタル信号が付加されている。つまり、直流成分に端末駆動電力、交流成分に音声情報のアナログ信号と他の情報のデジタル信号を含む信号光を空間に照射する。このとき、デジタル信号は可聴域より高い周波数帯に設定しておく。ユーザ端末（１）は、照射空間に入った際に太陽電池（１１）により信号光を受信して光電変換し、駆動電力用の直流成分をＣＰＵ（１６）に直接あるいはキャパシタ（１７）を介して供給し、交流成分のうちの音声アナログ信号をイヤフォン等の音声出力器（１３）に導き、デジタル信号をメモリ（１８）にＣＰＵ（１６）を介して入力する。
【００２１】
デジタル信号の取り出しは、可聴域より高い周波数帯のみを通すバンドパスフィルタ（１９）等の周波数フィルタを太陽電池（１１）とＣＰＵ（１６）との間に設けることで行う。そして、ＣＰＵ（１６）はデジタル信号からダウンロード情報を解析し、それがメモリ（１８）に入力されてデータ書き込みが行われるのである。このとき、メモリ（１８）には電力が供給されてもいることは言うまでもない。
【００２２】
他方、ＣＰＵ（１６）により解析されたダウンロード情報を液晶シャッター（１２）へも導き、これに基づいて環境側への必要なアップロードを液晶シャッター（１２）により行う構成としてもよい。アップロードを短時間高速で実現するためにはＬＥＤを用いることもできるが、カメラ（２２）等の撮像器によりユーザ端末（１）の位置を安定に検出できていれば、液晶シャッター（１２）のみでもよい。通常のカメラ（２２）によるアップロードは、フレームレートが３０であることを考えると数ｂｐｓ程度であるが、再帰型反射シート（１４）により位置を安定して追跡できるため、過去の情報を用いた情報支援も行うことができる。
【００２３】
また、液晶シャッター（１）によって視覚情報をもユーザへ提示する構成としてもよい。この場合には、環境側からの信号光の交流成分に液晶シャッター駆動信号をさらに含ませておき、液晶シャッター（１）に駆動電力直流成分を供給するとともにこの駆動信号を入力することで、駆動信号に従った液晶シャッター（１）の駆動によって視覚情報が表示されるようになる。液晶シャッター（１）の駆動制御はＣＰＵ（１６）により行われる。
【００２４】
以上のこの出願の発明によれば、ユーザがユーザ端末（１）を向けた方向の音声を聞き、それと同時に認証および読み書きの処理を行い、ユーザの嗜好や履歴をユーザ端末（１）内部に保持することができる。また、ユーザは、ユーザ端末（１）内部のメモリ・動作状態や環境との送受信状態を目で確認することもできる。また、再帰型反射シート（１４）の位置をポインタの位置とし、ユーザ端末（１）の操作ボタンを設けておき、それを操作することで、コンピュータマウスのようなインタフェースも実現できる。このマウス操作もユーザ端末（１）によるインタラクションと同様、ユーザが直感的かつ容易に体得できる操作であるため、パソコンのパワーユーザでないユーザでも気楽に使用できる。
【００２５】
操作ボタンについては、たとえば図２に例示したように、ボタン（２０）をＣＰＵ（１６）に配線接続して設けておく。ボタン（２０）がユーザによって指等で押されると、その押圧時に発生するボタン（２０）からの信号をＣＰＵ（１６）が受け、それに基づき液晶シャッター（１２）を駆動制御する。これにより、環境側へ送るべき情報を液晶シャッター（１２）の開閉によって発信することができる。たとえば、コンピュータマウスのようなインタフェースを実現する場合には、ボタン（２０）を押すとクリック動作と同じ操作を行うことになり、液晶シャッター（１２）が開くあるいは閉じることによって、その開閉動作を環境側装置（２）のカメラ（２２）が撮像し、環境側の処理装置（図示なし）がその画像からクリック動作であることを解析認識する。また、たとえば、ユーザからの「はい」「いいえ」等の簡単な意思表示をボタン（２０）を押す／押さないの操作で行うこともできる。「はい」の場合にはボタン（２０）を押すことで液晶シャッター（１２）が開き、環境側では撮影画像に基づいてユーザが「はい」と意思表示したことを解析認識し、その意思表示に従って次の情報支援に移るなどといった、インタラクティブ情報支援を実現できるのである。
【００２６】
液晶シャッター（１２）の駆動制御は、たとえば図４に例示したように、０・１信号に従って液晶シャッター（１２）への印加電圧をＯｎ／Ｏｆｆ制御して、液晶シャッター（１２）を開閉させればよい。図４の例では信号１の場合に電圧供給を行い、信号０の場合に電圧供給を停止させている。なお、このときの消費電力は非常に少なく抑えることができ、１０ｂｐｓのアップロード時にＣＰＵ（１６）は８μＷ、液晶シャッター（１２）は２μＷで済み、太陽電池（１１）の発電力で十分に供給できる。
【００２７】
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、光空間通信環境において環境側と端末間のデジタル送受信が可能な、新しいユーザ端末およびそれを用いた情報支援システムが提供され、デジタルでのより高度なユビキタス・インタラクティブ情報支援を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施形態を説明するための図である。
【図２】この出願の発明の別の一実施形態を説明するための図である。
【図３】液晶シャッターの駆動制御について説明するための図である。
【図４】従来のユーザ端末を説明するための図である。
【図５】従来の別のユーザ端末を説明するための図である。
【符号の説明】
１ユーザ端末
１１太陽電池
１２液晶シャッター
１３音声出力器
１４再帰型反射シート
１５赤外ＬＥＤ
１６ＣＰＵ
１７キャパシタ
１８メモリ
１９バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０ボタン
２環境側装置
２１光源
２２カメラ
２３ＩＤセンサ

Claims

直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリとを備えていることを特徴とするユーザ端末。
直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号と音声アナログ信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリと、太陽電池によって前記信号光から抽出された音声アナログ信号を音声出力する音声出力器とを備えていることを特徴とするユーザ端末。
直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリとを備えているユーザ端末、および
前記信号光を照射する環境側装置、
を有することを特徴とする情報支援システム。
直流成分に端末駆動電力を含み、交流成分にデジタル信号と音声アナログ信号を含む信号光を受光する太陽電池と、太陽電池によって前記信号光から抽出された電力が供給されるとともに同じく抽出されたデジタル信号に従ってデータの書き込みが行われるメモリと、太陽電池によって前記信号光から抽出された音声アナログ信号を音声出力する音声出力器とを備えているユーザ端末、および
前記信号光を照射する環境側装置、
を有することを特徴とする情報支援システム。