JP5470640B2 - 閉空間提示計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、地上面、床面、机上面等の平面上に、閉じた空間（区画）を提示し、また閉空間内の人や物体の検知や位置計測も可能な、複数のモジュールから成る閉空間提示計測装置に関するものである。

近年、実世界における情報提示や直感的な情報操作を目指し、仮想現実感やタンジブルインタフェース、及び実空間と仮想世界を重ね合わせる複合現実感技術等の研究が広く行われている。このように、現実の空間内における人の動作に応じて情報空間の操作を行うためには、適切な情報提示と実時間での動作計測が必要不可欠である。

情報提示については、プロジェクタやヘッドマウントディスプレー(頭部装着ディスプレー、Head Mounted Display; HMD) 等による視覚刺激に加え、スピーカやハプティックデバイス（通常、ロボットアーム等において用いられる触覚装置）等、聴覚・触覚提示が用いられている。

一方動作計測には、カメラ計測に加え、レンジファインダ、フオースプレート、モーションキャプチャ等、環境にセンサデバイスを設置し、人が機器を装着することなく実世界での動作計測をする手段が多く用いられている。

このような背景のもと、簡便に動作計測と情報提示を実現するデバイスを利用して運動療法に応用するといった新しい試みが見られる。これらに共通する点は、単なる運動計測のみならず、同時に音や光により人の動作を促すことが可能であるという特徴を有することであると言える。

以下、さらに、よりかみ砕いて説明すると、従来、地面や床に、所定の閉空間を複数設け、この複数の閉空間を、遊び、運動、その他の利用に供するということが行われていた。例えば、古くから、地面、床面等の平面に円等、閉じた図形を複数描いて、これら複数の円等の間を飛び歩いたりする遊び等が行われている。このような遊びでは、地面、床面等の平面に描かれた円等、閉じた図形が、実世界における情報提示に相当する。

また、マット体の上面に、格子状の境界部で形成された接地面を有する複数の歩行表示部を設け、このマットを利用して、境界部に足を接触しないように、踵を上げた状態を維持し、転倒予防に重要な筋力、および敏捷性等の調整力を効率的に鍛えることのできる運動用具がすでに提案されている（特許文献１参照）。この例では、マット体の歩行表示部が、実世界における情報提示に相当する。

そして、所定の空間領域を他の空間領域とは、異なる所有空間という前提に下に、防犯等の目的のために、所定の空間領域への出入りを検知する投光器と受光器を備えた装置は、すでに多数知られている（特許文献２〜４参照）。

特許第４１９１５２６号公報 特開平５−１８２０８３号公報 特開平９−２１０７７２号公報 特開２００６−３９９８４号公報

従来における情報提示及び動作計測を実現するためには、実空間に情報を提示する必要上、上記のように、少なくとも地面や床面等に円を描いたり、マット、その他の手段が必要となる。しかしながら、地面、床面、机上面等に傷として残るような所作を施すことは、当該場所への影響も大きく、このような観点から、使用者のみならず周囲の環境に対する負荷が大きくなる。

情報提示手段として、例えば、上記のとおり表示部を備えたマット等を利用する場合は、複数の利用領域全面に大きなマット等を敷き詰めなくてはならず、費用はもちろん、運搬その他の点から大きな制約がある。しかも、マットの表示部は、ある程度固定的な空間領域の情報しか提供できず、簡単に空間領域を可変とすることもできない。

このような観点から、本発明は、環境や使用者へ大きな負荷を与えず、実世界において、例えば、地面、床面、机上面等に、閉空間を形成する幾何学図形を自由かつ簡便に描画して提示し、ゲーム、その他の利用に供することができ、しかも、その閉空間自体、又はその閉空間内に存在する人や物等について、その位置、運動状態等を計測可能な、簡単で、応用及び利便性に富む手段を実現することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、複数のモジュールからなるモジュール群を備えた閉空間提示計測装置であって、前記モジュールは、赤外線受光部及び赤外線発光部を有する赤外線通信手段と、レーザ発光器と、制御装置とを備えており、前記制御装置は、ＣＰＵ、メモリ及び赤外線通信インターフェース部を備えており、メモリに搭載されたプログラムに従って、前記モジュールがそれぞれ隣接する一つの前記モジュールに向けてレーザ光を投光した際に、隣接する前記モジュール間のそれぞれの前記赤外線通信手段により互いに隣接する前記モジュールの固有のアドレス信号を認識し、それぞれの前記モジュールの前記メモリに登録を行う構成であり、複数の前記モジュールがそれぞれ隣接する一つの前記モジュールに向けて順次レーザ光を投光し、レーザ光で表示され囲まれて閉じた平面領域を有する閉空間を生成する構成であることを特徴とする閉空間提示計測装置を提供する。

前記赤外線受光部は、前記モジュールの外周側面における外周方向に一定の間隔をおいて複数設けられており、前記赤外線発光部は、前記モジュールの外周側面における外周方向の一箇所に前記モジュールから側方に向けて赤外光を投光するように構成されており、前記レーザ発光器は、前記モジュールの外周方向の前記赤外線発光部と同じ箇所に前記モジュールから側方に向けてレーザ光を投光するように設けられていることが好ましい。

前記制御装置は、メッシュ通信インターフェース部を備えており、該メッシュ通信インターフェース部を介して、他の前記モジュール又は外部のコンピュータと通信可能であることが好ましい。

前記モジュールは、それぞれ、前記モジュールの外周側面における外周方向に一定の間隔をおいて複数設けられた測距センサを有し、前記閉空間内の物体の存在又は移動を検知するとともに、位置を計測することが可能な構成であることが好ましい。

前記モジュールは、それぞれ、ＬＥＤ発光部を備えており、当該モジュールの動作状態を表示する構成であることが好ましい。

前記モジュール群が、１つ又は複数配置されることで、ゲーム機、遊技機、娯楽機、運動器具、訓練機器、健康増進機、リハビリ器具、ディスプレー装置、イルミネーション装置又は芸術表現手段として使用される。

本発明に係る認知機能評価システムによれば、次のような効果が生じる。
（１）環境や使用者へ大きな負荷を与えず、実世界において、例えば、地面、床面、机上面等に、閉空間を形成する幾何学図形を自由かつ簡便に描画し表示することができるので、ゲーム機、娯楽具、ディスプレー器具、イルミネーション器具、新たな芸術表現手段等にきわめて有用である。

（２）モジュール群内の閉空間内に存在する人や物等の検知や認識結果の提示が可能であり、モジュール群内の閉空間内に存在する人や物等について、位置、運動等を計測が可能である。さらに、複数のモジュール群により複数の閉空間を提示し、人や物等が複数の閉空間の間を移動していることを検知したり、人に移動を促す動作位置の指示や情報提示を行うことができる。従って、マット等の機材を使用することなく、ゲーム機、遊技機、娯楽機、運動器具、訓練機器（ダンス、バレエ等の訓練用機器）、健康増進機、リハビリ器具等への適用できる。

本発明に係る閉空間提示計測装置の実施例についてモジュールの構成を説明する図であり、（ａ）はモジュールの斜視図であり、（ｂ）はモジュール群の一例を示す斜視図であり、（ｃ）は赤外線受光部の配置を説明する図である。 本発明に係る閉空間提示計測装置の実施例についてモジュールに搭載された機器を説明するブロック図を示す図である。 本発明に係る閉空間提示計測装置のモジュール群を形成するまでの動作フローを説明する図である。 本発明に係る閉空間提示計測装置のモジュール群間の相対角度を検出する原理を説明する図である。 本発明に係る閉空間提示計測装置の測距について説明する図である。 本発明に係る閉空間提示計測装置の使用例を説明する図である。 本発明に係る閉空間提示計測装置の試作例により閉空間を作成している様子、及び本発明に係る閉空間提示計測装置の試作例により閉空間内の人の手の検知中の様子を示す。

本発明に係る閉空間提示計測装置を実施するための形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。

（概要）
本発明に係る閉空間提示計測装置は、図１に示すように、レーザ光を出力するモジュールを複数、地面、床面、机上面等の平面内に自由に配置することで、各モジュールが発光する複数のレーザ光で所望の図形を自由に表示（描画）可能とするとともに、これら複数のモジュールからなるモジュール群が形成する閉空間における、人や物体等（以下、物体という）の検知、計測を実現可能とするものである。

これにより、描画される閉空間の形成される平面上に、特別の造作や物を置く等の阻害をすることなく、またこの閉空間内での物体の検知、移動（人の跳躍も含む）等の運動計測、次の動作位置の指示、及び認識結果の提示等が可能になり、例えば、子ども達が広場に線を引いて、遊びの空間を作るような感覚を実現可能とするものである。

なお、本発明及び本願明細書では、「閉空間」とは、周囲及び上下において壁等で囲まれ物理的に閉ざされた空間を意味するのではなく、地面、床面、机上面等の平面内で周囲が囲われた領域の上下方向の空間を意味するものとする。そして、モジュールを複数、あたかもタイルのように地面、床面、机上面等に置いて、このような閉空間を形成するので、モジュールは、本発明者、本出願人では、「エアタイル」とも呼んでいる。

本発明に係る閉空間提示計測装置の実施例を説明する。本発明に係る閉空間提示計測装置１は、複数のモジュール２からなるモジュール群３（図１（ｂ）参照）の１つ以上から構成される。図１（ａ）は、モジュール２の構成を示す斜視図である。

モジュール群３を構成する複数のモジュール２は、それぞれ互いに同じ構成である。本実施例の閉空間提示計測装置１は、３個のモジュール２からなるモジュール群３を有する例を示すが、閉空間が形成されれば、特に、モジュール２は３個でなくてもよい。

モジュール２は、全体的には、円盤又は多角形盤に形成されていることが好ましく、本実施例では、平面視で八角形の盤体に形成されている。その使用目的に応じてモジュール２の大きさは、適宜設計すればよいが、ごく一般的なイメージとしては、例えば、手のひらサイズである。

そして、モジュール２は、図１（ａ）、図２のブロック図で示すように、赤外線受光部４、赤外線発光部５、レーザ発光器６、測距センサ７、制御装置８、ＬＥＤ発光部９及びバッテリ（図示せず）等の構成要素を備えている。

制御装置８は、具体的には、マイクロコントローラ又はマイコンが使用される。本実施例では、マイクロコントローラ（制御装置８と同じ符号８を付す）を使用した構成で説明する。

赤外線受光部４は、他のモジュール２の赤外線発光部５からの赤外光を受光し、赤外光の検知及び赤外線通信を行う手段である。本実施例では、赤外線受光部４は、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、モジュール２の外周側面部１１に周方向に互いに４５度間隔で８個設けられている。具体的には、８個の赤外線受光部４は、それぞれモジュール２の８つの角部１０の位置に、その受光面をモジュール２の放射方向外側に向けて設けられている。

仮に、モジュール２の８つの角部１０を、例えば、時計針方向周りに順次、第１の角部１０−１〜第８の角部１０−８とすると、第１の角部１０−１〜第８の角部１０−８の位置にそれぞれ設けられた赤外線受光部４を、図１（ｃ）に示すように、第１の赤外線受光部４−１〜第８の赤外線受光部４−８とする。

赤外線発光部５は各モジュール２に１個設けられており、本実施例では、例えば、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、モジュール２の第１の角部１０−１の位置において、モジュール２の外周面部における赤外線受光部４の下方に、赤外線投光面１２をモジュール２の放射方向外側に向けて設けられている。

赤外線発光部５は赤外光を当該モジュール２の放射方向に赤外光を投光するが、その赤外光を利用した通信（赤外線通信）によって、当該モジュール２の固有アドレス（信号）を交信するとともに、他のモジュール２との相対的角度及び相対的位置の検出を可能とする。

ここで、モジュール２の固有アドレスとは、複数のモジュール２、例えば図１（ｂ）に示すようなモジュール２−１、２−２、２−３のそれぞれに付され、各モジュールを識別することのできる固有のアドレスコードである。このアドレスは、マイクロコントローラ８内のメモリ１３に記憶されており、マイクロコントローラ８で制御されて赤外線通信により赤外光として発信される。

レーザ発光器６は各モジュール２に１個設けられており、本実施例では、例えば、赤外線発光部５と同じようにモジュール２の第１の角部１０−１の位置において、モジュール２の上面外周縁１４近くに、レーザ光投光面１５をモジュール２の放射方向外側に向けて設けられている。

レーザ光は、複数のモジュール２から成るモジュール群３によって閉空間３０（図１（ｂ）、図３（ｆ）、図６等参照）を形成しこれを、人が認識できるように表示するために、可視可能な太さの光束で色が付与されたレーザ光である。

赤外線発光部５とレーザ発光器６は、モジュール２に設けられた投光スイッチ（図示せず）を介してバッテリに接続され、投光スイッチを操作することで、赤外光及びレーザ光を同時又は選択的に投光するように構成されている。

図１（ｃ）に示すように、モジュール２の第１の角部１０−１〜第８の角部１０−８の位置にそれぞれ設けられた第１の赤外線受光部４−１〜第８の赤外線受光部４−８は、その受光した赤外光に係る検知信号を、対応する第１〜第８の角部の位置と関係付けられて、マイクロコントローラ８に認識されるように構成されている。

即ち、第１の赤外線受光部４−１〜第８の赤外線受光部４−８は、それぞれ第１〜第８の識別番号が付されている。そして、赤外線受光部４のいずれかが赤外光を受光した場合に、その赤外光を受光した赤外線受光部４は、赤外光検知信号とともに、対応する第１の赤外線受光部４−１〜第８の赤外線受光部４−８のいずれかの識別信号（第１の角部１０−１〜第８の角部１０−８に対応する固有の識別信号）を、マイクロコントローラ８に送信し、マイクロコントローラ８で当該識別信号が認識される。

或いは、第１の赤外線受光部４−１〜第８の赤外線受光部４−８に対応して、それぞれマイクロコントローラ８に入力ポートを設ける構成として、赤外線受光部４が検知信号のみをマイクロコントローラ８に送信しても、受信するマイクロコントローラ８の入力ポートによって、当該赤外線受光部４を認識されるような構成としてもよい。

本発明のモジュール２は、赤外線通信とは別に、メッシュネットワーク通信も可能な構成を備えている。このメッシュネットワーク通信は、ピア・ツー・ピアメッシュ型のネットワークプロトコル（短距離無線ネットワーク規格）を用い、ユニキャストとブロードキャストの切り替えを利用することで、次の通信を行う。
イ．モジュール群３内のモジュール２間のネットワーク通信
ロ．複数のモジュール群３間のネットワーク通信
ハ．外部のホストコンピュータとモジュール２又はモジュール群３のネットワーク通信
なお、ピア・ツー・ピアメッシュ型のネットワークプロトコルとして、具体的には、例えば、DIGIMESH（Digi International, Inc.所有の登録商標名）プロトコル、或いはZigbee等が利用される。

メッシュネットワーク通信においては、ユニキャストでは、モジュール群３内のモジュール２間の通信を行い、ブロードキャストの切り替えを行って複数のモジュール群３間の通信と、外部のホストコンピュータ２０（図２参照）に対するモジュール２又はモジュール群３の通信を行う。

なお、モジュール群単位で通信する場合（例えば、モジュール群３相互間の通信、モジュール群３と外部のホストコンピュータ２０との送信）は、第１のモジュール２−１（モジュール群３内のリーダであるメンバ）のマイクロコントローラ８の制御の下で、メッシュネットワーク通信が行われる。

測距センサ７は各モジュール２に８個設けられており、本実施例では、これら８個の測距センサ７−１〜測距センサ７−８は、図１（ｃ）に示すように、４５°間隔でモジュール２の外周面における、第１の角部１０−１〜第８の角部１０−８のそれぞれ隣接する角部間に設けられている。

各モジュール２に設けられた８個の測距センサ７−１〜測距センサ７−８は、それぞれ第１〜第８の固有の識別番号が付されており、マイクロコントローラ８は、この第１〜第８の固有の識別番号により、測距センサ７−１〜測距センサ７−８のそれぞれの動作を制御し、それぞれの測距結果を認識する。

測距センサ７は、光（測距光４２：図５参照）を物体に投光し、物体からの反射光を受光して、受光信号をマイクロコントローラ８に送信して、マイクロコントローラ８の処理機能により測距を行うものであり、測距センサ７自体は、通常の測距センサ７が利用される。例えば、測距センサ７は、測距光４２の発光素子として赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）、受光素子として位置検出素子ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）を備えたＰＳＤ測距センサを利用する。

ＬＥＤ発光部９は、マイクロコントローラ８によって制御され、複数のモジュール２のそれぞれの動作状態を表示するものであり、例えば、隣接するモジュール２間の赤外線通信が完了した際に、発光して、その完了状態を表示する。

マイクロコントローラ８は、図２に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ１３、記憶部２２、赤外線通信インターフェース部２３、入出力インターフェース部２４、メッシュネットワークインターフェース部２５、データバス２６を備えており、主に以下の４つの処理を行う。

（１）赤外線発光部５及び赤外線受光部４を制御して赤外線通信を行い、モジュール２の固有アドレスや赤外線受光部４の識別番号の認識、交信を行い、他のモジュール２の検出、さらには他のモジュール２との相対的角度及び相対的位置の検出を行い、必要に応じて２２へ登録し、登録内容を共有する。
（２）メッシュネットワークを構成し、モジュール群３内での複数のモジュール２相互間の通信と、他のモジュール群３との通信と、外部のホストコンピュータ２０との通信を行う。
（３）測距センサ７を制御して、モジュール２周囲の物体の測距を行い、その位置の検出を行う。
（４）レーザ発光器６を制御してレーザ光を投光し、閉空間３０を形成して表示する。また、ＬＥＤ発光部９を制御して、モジュール２の状態（例えば、モジュール２相互間の赤外線通信による相互の認識、登録、登録内容の共有作業が完了した状態等）の表示を行う。

マイクロコントローラ８のメモリ１３には、モジュール２の動作を行うプログラムが搭載されており、このプログラムに従ってＣＰＵ２１が動作して、マイクロコントローラ８は後記する動作フローに示す処理を行う。

赤外線通信インターフェース部２３は、赤外線受光部４が赤外線通信により受信した他のモジュール２からの信号を入力し、また赤外線発光部５を制御して、赤外線通信により送信する他のモジュールへの信号を赤外線発光部５へ出力する。

入出力インターフェース部２４は、レーザ発光器６へ制御信号を送信し、また、測距センサ７へ測距制御信号を出力するとともに、測距センサ７からの測距信号を受信する。さらに、入出力インターフェース部２４、モジュール２のLED発光部９に向けて、モジュール２の動作状態を知らせる表示信号を出力する。

バッテリは、モジュール２内の諸構成要素、即ち、赤外線受光部４、赤外線発光部５、レーザ発光器６、測距センサ７、マイクロコントローラ８、ＬＥＤ発光部９等の機器の電源となる。

（動作フロー）
上記構成から成る本発明に係る閉空間提示計測装置１の構成をさらに明確にするために、特に、モジュール２のマイクロコントローラ８に搭載されたプログラムの構成（アルゴリズム）を明確にするために、このプログラムに従って動作する上記実施例の閉空間提示計測装置１の動作フロー、作用等を、以下説明する。

閉空間の提示：
ここでは、３つのモジュールから成るモジュール群（図１（ｂ）参照）で、１つの閉空間３０を形成する動作フローを例に挙げて説明する。

（１）第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２の結合
図３（ａ）に示すように、利用者は、地面、床面又は机上面等の同一平面内に、第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２を置く。

そして、第２のモジュール２−２の投光スイッチ（図示せず）を操作して、第２のモジュール２−２のレーザ発光器６及び赤外線発光部５からレーザ光４０及び赤外光４１を発光し、レーザ光４０及び赤外光４１を第２のモジュール２−２から互いに同一の放射方向に投光する。第２のモジュール２−２は、この赤外光４１によって、第２のモジュール２−２の固有アドレスを発信する。

利用者は、第２のモジュール２−２から投光されたレーザ光４０の方向を確認しながら、図３（ｂ）に示すように、第１のモジュール２−１の赤外線受光部４が、第２のモジュール２−２から投光された赤外光４１が受光するように、第２のモジュール２−２の向きを矢印のように回転して調整する。

なお、第２のモジュール２−２は、赤外光４１を発光すると同時に自動的に回転し、この赤外光４１を第１のモジュール２−１の赤外線受光部４が受光すると、赤外線通信により回転を停止する構成にすれば、利用者による上記回転操作が省ける。これは、以下に順次説明する第３のモジュール２−３及び第１のモジュール２−１についての回転による方向調整についても同様である。

第１のモジュール２−１の赤外線受光部４が、第２のモジュール２−２から投光された赤外光４１を受光すると、第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２との間の赤外線通信により、第１のモジュール２−１は、第２のモジュール２−２の固有アドレスを受信する。

第１のモジュール２−１は、第２のモジュール２−２の固有アドレスを受信すると、第１のモジュール２−１のマイクロコントローラ８が動作して、第１のモジュール２−１を第１番目のメンバ（リーダであるメンバ）とし、第２のモジュール２−２を第２番目のメンバとしてそれぞれ割り当てて、記憶部２２内に登録する。

そして、第１のモジュール２−１は、第２のモジュール２−２を閉空間提示計測装置１の第２のメンバとして登録したことを通知するコマンド（確認信号）を第２のモジュール２−２に赤外線通信により発信するとともに、第１のモジュール２−１の固有アドレスと、第１のモジュール２−１を第１番目のメンバとし第２のモジュール２−２を第２番目のメンバとして登録した旨の情報を、第２のモジュール２−２に赤外線通信により発信する。

第２のモジュール２−２は、上記コマンド、第１のモジュール２−１の固有アドレス、及びメンバの登録情報を受信すると、マイクロコントローラ８が動作して、上記第１のモジュール２−１の固有アドレス及びメンバの登録情報を、その記憶部２２内に登録する。これにより、第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２との間で、上記メンバの登録内容を共有することとなる。

以上の動作が終了すると、第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２のそれぞれに設けられたＬＥＤ発光部９のＬＥＤが発光し、第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２間の赤外線通信による登録内容の共有作業が完了したことの表示を行う。

（２）第２のモジュール２−２と第３のモジュール２−３の結合
次に、図３（ｃ）に示すように、第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２の置かれた同一平面内に、第３のモジュール２−３を置く。

そして、第３のモジュール２−３の投光スイッチ（図示せず）を操作して、第３のモジュール２−３のレーザ発光器６及び赤外線発光部５からレーザ光４０及び赤外光４１を発光し、レーザ光４０及び赤外光４１をモジュール２から同一の放射方向に投光する。第３のモジュール２−３は、この赤外光によって、第３のモジュール２−３の固有アドレスを発信する。

利用者は、第３のモジュール２−３から投光されたレーザ光４０の方向を確認しながら、図３（ｄ）に示すように、第２のモジュール２−２の赤外線受光部４が、第３のモジュール２−３から投光された赤外光４１を受光するように、第３のモジュール２−３の向きを矢印のように回転して調整する。

第２のモジュール２−２の赤外線受光部４が、第３のモジュール２−３から投光された赤外光４１を受光すると、第２のモジュール２−２と第３のモジュール２−３との間の赤外線通信により、第２のモジュール２−２は、第３のモジュール２−３の固有アドレスを受信する。

第２のモジュール２−２は、第３のモジュール２−３の固有アドレスを受信すると、第２のモジュール２−２のマイクロコントローラ８が動作して、第３のモジュール２−３を第３番目のメンバとして割り当てて、記憶部２２内に登録するとともに、第２のモジュール２−２の固有アドレスと、第３のモジュール２−３を第３番目のメンバとして割り当ててメモリ記憶部２２内に登録する。

そして、第２のモジュール２−２は、第３のモジュール２−３を閉空間提示計測装置１の第３のメンバとして登録したことを通知するコマンド（確認信号）を、第３のモジュール２−３に赤外線通信により発信するとともに、第１のモジュール２−１及び第２のモジュール２−２のそれぞれの固有アドレスと、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３を第１番目〜第３番目のメンバとして登録した旨の情報を、第３のモジュール２−３に赤外線通信により発信する。

同時に、第２のモジュール２−２は、第３のモジュール２−３を閉空間提示計測装置１のメンバとして登録したことを通知するコマンド（確認信号）を、第１のモジュール２−１に赤外線通信により発信するとともに、第３の固有アドレスと、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３を第１番目〜第３番目のメンバとして登録した旨の情報を、第３のモジュール２−１に赤外線通信により発信する。

第３のモジュール２−３は、上記コマンド、モジュール１、２の固有アドレス、及び第１〜３のメンバの登録情報を受信すると、マイクロコントローラ８が動作して、モジュール１、２の固有アドレス及び第１〜３のメンバの登録情報を、その記憶部２２内に登録する。これにより、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３は、互いにそれまでの登録内容を共有することとなる。

以上の動作が終了すると、第１のモジュール２−１と第２のモジュール２−２のそれぞれに設けられたＬＥＤ発光部９のＬＥＤが発光し、第２のモジュール２−２と第３のモジュール２−３間の赤外線通信による登録内容の共有作業が完了した表示を行う。

（３）第３のモジュール２−３と第１のモジュール２−１の結合
次に、利用者は、第１のモジュール２−１の投光スイッチ（図示せず）を操作して、図３（ｅ）に示すように、第１のモジュール２−１のレーザ発光器６及び赤外線発光部５からレーザ光４０及び赤外光４１を発光させ、レーザ光４０及び赤外光４１をモジュール２−１から同一の放射方向に投光する。

そして、第１のモジュール２−１から投光されたレーザ光４０の方向を確認しながら、図４（ｆ）に示すように、第３のモジュール２−３の赤外線受光部４が、第１のモジュール２−１から投光された赤外光４１を受光するように、第１のモジュール２−１の向きを矢印のように回転して調整する。

このようにして、第３のモジュール２−３の赤外線受光部４が、第１のモジュール２−１から投光された赤外光を受光すると、第１のモジュール２−１と第３のモジュール２−３との間の赤外線通信により、第３のモジュール２−３は、第１のモジュール２−１の固有アドレスを受信する。

第３のモジュール２−３は、第１のモジュール２−１の固有アドレスを受信すると、第３のモジュール２−３のマイクロコントローラ８が動作して、第１のモジュール２−１の固有のアドレスを登録されている固有のアドレスと照合し、第１番目のメンバ（リーダであるメンバ）として登録されていることを確認し、そのコマンド（確認信号）を、第１のモジュール２−１と第３のモジュール２−３との間の赤外線通信により第１のモジュール２−１に送信する。

第１のモジュール２−１は、第３のモジュール２−３から上記コマンドを受信すると、マイクロコントローラ８が動作して、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３間で閉空間（第１〜３のモジュールから投光された３つのレーザ光４０による閉ループ）が完成されたことを認識する。

この認識に基づいて、第１のモジュール２−１は、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３のそれぞれのＬＥＤ発光部９が発光するコマンドを発生し、赤外線通信により第２のモジュール２−２及び第３のモジュール２−３に送信する。これにより、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３のそれぞれのＬＥＤ発光部９が全て発光し、利用者は、第１〜３のモジュール２によって、利用者が所望とする閉空間が形成されたことが分かる。

以上、３つのモジュール２から成るモジュール群３により閉空間を形成する動作フローを説明したが、４つ以上の複数のモジュール２を利用しても、同様の動作フローで所望の多角形の平面を有する閉空間を形成することも可能である。

複数のモジュール２で閉空間を形成すると、３つのモジュール２による３つの頂点と、３本のレーザ光４０による３つの辺で形成された閉空間内の計測可能領域を視覚的に示し、その閉空間内の物体の検出が可能となる。この閉空間は、換言すると、全ての頂点を１度ずつ通る閉路から形成される。閉空間への人の出入りが検知できたり、複数のモジュール群３間で、メッシュネットワーク通信により交信することで人の移動を計測することも可能となる。

なお、複数のモジュール２を、支持具（図示しない）を使用して空間内に立体的な位置関係で置くことができれば、同一平面内だけでなく、立体空間から成る閉空間を形成することも可能である。

相対角度の検知：
複数のモジュール間の相対角度の検知について、その原理を以下する。図４（ａ）に示すように、赤外線受光部４−１〜赤外線受光部４−８は、モジュール２の外周部に互いに４５度の等間隔で設けられている。

従って、モジュール２のレーザ発光器６及び赤外線発光部５と同位置に設けられた赤外線受光部４−１を、平面内で一定の方向に向けて置いている場合、赤外線通信で、他のモジュールの赤外線発光部５から赤外光を受光した赤外線受光部４（図４（ａ）では赤外線受光部４−８）の識別番号によって、当該赤外線受光部４が特定されれば、赤外線受光部４−１に対する他のモジュールの位置の相対角度αは判別できる。

図４（ｂ）に示すように配置された、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３のモジュールにより閉空間を形成する場合を例として説明する。第１のモジュール２−１（リーダであるメンバ）を基本位置として、この第１のモジュール２−１の位置に対し、第２のモジュール２−２及び第３のモジュール２−３の位置の相対角度は、次のようにして検知される。

具体的には、図４（ｂ）に示すように、第１のモジュール２−１の中心を、例えばＸ−Ｙ座標の原点とし、第１の赤外線受光部４−１が、Ｘ軸上に対応するように配置されているとする。第２のモジュール２−２からの赤外光を受光した第１のモジュール２−１の赤外線受光部４（例えば、第４の受光部４−４）は、赤外光検知信号と、第２のモジュール２−２の固有信号と、受光した第１のモジュール２−１の赤外線受光部４−４の識別信号とを、第１のモジュール２−１のマイクロコントローラ８に送信する。

第１のモジュール２−１のマイクロコントローラ８は、その受信した第２のモジュール２−２の固有信号と、受信した第１のモジュール２−１の赤外線受光部４−４の識別信号とから、送信先の第２のモジュール２−２が、基本となる赤外線受光部４−１に対してモジュール２−１の中心周りに反時計針方向に相対角度α（図４（ｂ）の例では４５°）の位置にあることを判別することができる。

同様に、第１のモジュール２−１のマイクロコントローラ８は、受信した第３のモジュール２−３の固有信号と、受光した第１のモジュール２−１の赤外線受光部４−７の識別信号とから、送信先のモジュール３が、基本となる赤外線受光部４−１に対してモジュール２−１の中心周りに反時計針方向に相対角度β（図４（ｂ）の例では９０°）の位置にあることを判別する。

なお、図４（ａ）に示すモジュール２の周囲に設けられる赤外線受光部４の数を多くすれば、モジュール間の相対角度をより精度よく判別することができる。また、後記するが、測距センサ７により、第１のモジュール２−１に対する第２のモジュール２−２又は第３のモジュール２−３の距離を測定できれば、上記角度α、βと併せることで、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３の座標位置が明確になる。

閉空間の計測：
図１（ｃ）において説明したとおり、各モジュール２の外周側面部１１に等間隔で複数の測距センサ７が設けられており、それぞれ測距光４２を投光している。本実施例では、各モジュール２に、８個の測距センサ７が４５°間隔で角部１０間に設けられている。

第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３のそれぞれのマイクロコントローラ８は、閉空間内に面している測距センサ７を制御して測距光４２を投光し、閉空間内に存在する物体の検知を行い、必要に応じて物体の測距を行うことができる。

第１のモジュール２−１の測距センサ７により物体を測距すると、図５（ａ）に示すように、当該測距動作をする測距センサ７の識別番号から第１のモジュール２−１に対する物体位置の角度が分かるとともに、第１のモジュール２−１に対する距離が取得できる。

同様に、第２のモジュール２−２及び第３のモジュール２−３のそれぞれの測距センサ７による測距により、当該それぞれの測距センサ７の識別番号により、第２のモジュール２−２及び第３のモジュール２−３に対する物体の角度及び距離も取得できる。

図５（ｂ）に示すように、第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３で囲まれた閉空間３０領域のうち、それぞれの測距センサの測距光４２が交わる領域５０（図５（ｂ）の点線部分の領域）に存在する物体は、その位置が第１のモジュール２−１〜第３のモジュール２−３の全てから測距できるので、精確に位置の測定が可能となる。

（使用例）
使用者は、このような同じモジュール２を複数用いて、空間内に描きたい図形の頂点にモジュール２を置き、各モジュール２からレーザ光を投光して、レーザ光４０により各辺を構成することで自由に閉空間を描くことができる。

図６（ａ）は、本発明に係る閉空間提示計測装置１のきわめて分かり易い使用例として、遊技機又は運動器具に使用した様子を示す。この例では、３つのモジュール２から成るモジュール群３を複数個、適宜、平面上の所望の位置に配置し、レーザ光４０の閉路で閉空間３０を複数形成した。利用者は、複数のモジュール群３のそれぞれの閉空間３０を移動したり、跳躍したりして遊んだり、運動したりすることができる。

また、図６（ｂ）は、適宜異なる形状の複数のモジュール群３を配置した例を示す平面図である。このようにして、本発明に係る閉空間提示計測装置１は、いろいろな形状（三角形、四角形、五角形等）の閉空間３０の提示も可能であり、拡張性が確保可能である。

（モジュールの試作例）
本発明者は、本発明に係る閉空間提示計測装置の有効性を検証するため、モジュールの試作を行った。試作した各モジュールは、図１に示すモジュール２の実施例と同じ構成であり、平面視で八角形の外周面に角部に赤外線受光部４、角部間に測距センサ７が交互に設けられて成る外形輪郭は、直径約１０ｃｍの略円筒状に形成されている。

各モジュールは、制御にはマイクロコントローラ（Ａｔｍｅｌ社製ＡＶＲ）、電源には１０００ｍＡｈのリチウムポリマー電池を用い、長時間の使用を想定している。また充電回路を内蔵することで、モジュール単位で充電が可能である。ＰＳＤ方式の測距センサ７の測距範囲は１０〜１５０ｃｍであり、モジュール間の有効最大距離は約３ｍ程度である。

また、赤外線による他モジュールの検出における相対角度の分解能は、２２．５°程度である。実際にモジュールを利用して閉空間を形成し、該閉空間内の物体検知が可能であることを確認した。実際に動作中の様子を、図７に示す。

図７（ａ）は、第２のモジュール（第２番目のメンバー）を追加した状態を示す。図７（ｂ）は、第３のモジュール（第３番目のメンバー）を追加した状態を示す。図７（ｃ）は、第１〜第３のモジュールにより、正三角形の閉空間を完成した状態を示す。

図７（ｄ）は、正三角形の閉空間において、物体として人の手の検知をしている状態を示す。また、図７（ｅ）は、直角三角形の閉空間において、物体として人の手の検知をしている状態を示す。このような試作実験により、閉空間を、正三角形のみならず、直角三角形など自由に形状を変化させることが可能であることを示した。

以上、本発明に係る閉空間提示計測装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。

例えば、上記実施例のモジュール２は、赤外線受光部４、赤外線発光部５、測距センサ７及びＬＥＤ発光部９等の構成要素を、図１（ａ）、（ｃ）に示すような数及び配置で設けているが、これは、あくまでも一つの実施例であり、本発明ではこのような構成に限定されるものではない。

具体的には、赤外線受光部４、赤外線発光部５及び測距センサ７をそれぞれ、その数を多く設ければ、より精度が高く物体を検知でき、またきめ細かい赤外線通信によるモジュール間等における情報交換も可能となる。

また、レーザー光の照射方向と同方向に測距センサを配置すれば、形成する図形の大きさをより正確に把握することが可能となる。即ち、レーザー発光器から照射されるレーザー光の照射方向と同方向に測距センサを配置する構成を採用し、測距光としてレーザー光も利用すれば、より正確に測距センサで受光可能であるから、モジュール間の相対的な位置関係をより明確に把握でき、その結果、レーザー光で形成する図形の大きさをより正確に把握することが可能となる。

本発明に係る閉空間提示計測装置は上記のような構成であり、簡便に平面に描画し、また仕切りを形成して閉空間を形成することができるから、産業上の利用可能性としては、次に示すような態様がある。

（１）複数のモジュール群により複数の複数の閉空間を提示し、人が複数の閉空間の間を移動していることを検知したり、人に移動を促す情報提示を行うことが可能である。これにより、閉空間提示計測装置を、マット等の機材を使用することなく、ゲーム機、遊技機、娯楽機、運動器具、訓練機器（ダンス、バレエ等の訓練用機器）、健康増進機、リハビリ器具等へ適用できる。

（２）また、本発明に係る閉空間提示計測装置は、複数のモジュールにより、平面視でいろいろな形状の閉空間提示できるので、イベント会場での区画表示、建築現場における測量時の指標提示機や仮想縄張り提示機、カメラキャリブレーションの補助機器等として適用できる。

（３）さらに、閉空間提示計測装置の表示機能を活かして、１又は複数のモジュール群を、店舗のショーウィンドウ内のディスプレー器具、イルミネーション器具、新たな芸術表現手段等への適用もできる。

（４）さらに、モジュールの有するＬＥＤについて多色にしたり、さらにＬＥＤに合わせて音響を生じるようにして、１又は複数のモジュール群を利用して、ゲーム機、遊技機、娯楽機、運動器具、リハビリ器具、測量時の指標提示機や仮想的な縄張り提示機（縄張り紐に替えてレーザ光を使用する）、カメラキャリブレーションの補助機器、ディスプレー器具、イルミネーション器具、新たな芸術表現手段等をより多機能化して、付加価値を高めることも可能である。

１ 閉空間提示計測装置
２ モジュール
２−１〜２−３ 第１のモジュール〜第３のモジュール
３ モジュール群
４ 赤外線受光部
４−１〜４−８ 第１の赤外線受光部〜第８の赤外線受光部
５ 赤外線発光部
６ レーザ発光器
７ 測距センサ
７−１〜７−８ 第１の測距センサ〜第８の測距センサ
８ 制御装置（マイクロコントローラ）
９ ＬＥＤ発光部
１０ モジュールの８つの角部
１０−１〜１０−８ 第１の角部〜第８の角部
１１ モジュールの外周側面部
１２ 赤外線投光面
１３ メモリ
１４ モジュールの上面外周縁
１５ レーザ発光器のレーザ光投光面
２０ ホストコンピュータ
２１ ＣＰＵ
２２ 記憶部
２３ 赤外線通信インターフェース部
２４ 入出力インターフェース部
２５ メッシュネットワークインターフェース部
２６ データバス
３０ 閉空間
４０ レーザ光
４１ 赤外光
４２ 測距光
５０ 第１〜第３のモジュールで測距される領域

Claims (6)

1. 複数のモジュールからなるモジュール群を備えた閉空間提示計測装置であって、
   前記モジュールは、赤外線受光部及び赤外線発光部を有する赤外線通信手段と、レーザ発光器と、制御装置とを備えており、
   前記制御装置は、ＣＰＵ、メモリ及び赤外線通信インターフェース部を備えており、メモリに搭載されたプログラムに従って、前記モジュールがそれぞれ隣接する一つの前記モジュールに向けてレーザ光を投光した際に、隣接する前記モジュール間のそれぞれの前記赤外線通信手段により互いに隣接する前記モジュールの固有のアドレス信号を認識し、それぞれの前記モジュールの前記メモリに登録を行う構成であり、
   複数の前記モジュールがそれぞれ隣接する一つの前記モジュールに向けて順次レーザ光を投光し、レーザ光で表示され囲まれて閉じた平面領域を有する閉空間を生成する構成であることを特徴とする閉空間提示計測装置。
2. 前記赤外線受光部は、前記モジュールの外周側面における外周方向に一定の間隔をおいて複数設けられており、前記赤外線発光部は、前記モジュールの外周側面における外周方向の一箇所に前記モジュールから側方に向けて赤外光を投光するように構成されており、
   前記レーザ発光器は、前記モジュールの外周方向の前記赤外線発光部と同じ箇所に前記モジュールから側方に向けてレーザ光を投光するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の閉空間提示計測装置。
3. 前記制御装置は、メッシュ通信インターフェース部を備えており、該メッシュ通信インターフェース部を介して、他の前記モジュール又は外部のコンピュータと通信可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の閉空間提示計測装置。
4. 前記モジュールは、それぞれ、前記モジュールの外周側面における外周方向に一定の間隔をおいて複数設けられた測距センサを有し、前記閉空間内の物体の存在又は移動を検知するとともに、位置を計測することが可能な構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の閉空間提示計測装置。
5. 前記モジュールは、それぞれ、ＬＥＤ発光部を備えており、当該モジュールの動作状態を表示する構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の閉空間提示計測装置。
6. 前記モジュール群が、１つ又は複数配置されることで、ゲーム機、遊技機、娯楽機、運動器具、訓練機器、健康増進機、リハビリ器具、ディスプレー装置、イルミネーション装置又は芸術表現手段として使用されることを特徴とする１〜５のいずれかに記載の閉空間提示計測装置。