(57)【要約】      （修正有）【課題】非接触センサを用いるためセンサの摩耗や劣化や故障が無く、メンテナンスを大幅に省力化することができ、階段乗降者が多い階段でも長期間にわたって乗降者に楽しみを与える音響階段装置を提供する。【解決手段】階段ステップを乗降する乗降者Ｐ１,Ｐ２の足位置がどのステップ踏み面にかかっているかを非接触検出し、ステップごとに予め設定しておいた音響のうち前記非接触検出されたステップに対応する音響を該検出に相応するタイミングで外部スピーカより発音する。非接触センサとして光及びＴＶカメラによる画像を用いる。さらに、光をコード化したり、回帰反射板を用いたり、画像センサと光センサを組み合わせることにより誤動作を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
階段ステップの一端から挟ビームの光を階段ステップ面に略平行に発信する光発信器と、前記階段ステップの他端に前記挟ビームの光が到来する位置に配置されている回帰反射板と、前記回帰反射板によって回帰反射された挟ビームの反射光を上記光発信器至近で受信できるよう配置されている受光器と、前記挟ビームの反射光の受信が正当に受信している状態において、該挟ビームの光が階段乗降者の足によって遮断されることにより途絶えると、該途絶えた光信号に係る階段ステップの段を非接触検出して、該検出した階段ステップの段に対応させて設定した音響をスピーカより発音する音響発生部とを具備することを特徴とする音響階段装置。
【請求項２】
前記光発信器で発信される挟ビーム光は特定フォーマットでパルス位置変調して発信され、前記受光器より受信した光信号を前記特定フォーマットでデコードすることにより前記光信号の到来を検出することを特徴とする請求項１に記載の音響階段装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の音響階段装置において、狭ビームの赤外線光を発信及び受信することを特徴とする音響階段装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち１項記載の音響階段装置において、前記光発信器及び前記受光器の開口部に、互いに９０度偏光角度が異なる偏光フィルタを装備することを特徴とする音響階段装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち１項記載の音響階段装置において、階段全般が見渡せる位置に置いたＴＶカメラの階段全体の画像解析により、特定乗降者を検出・追尾し、該特定乗降者の足位置のみを検出し、該検出された足位置に一致する階段ステップの段に対して設定した音響を前記スピーカより発音することを特徴とする音響階段装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、階段乗降者の足の位置によって階段ステップごとに設定した音響を発生させる音響階段装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、階段を歩くたびに音が出て、階段の上り下りを楽しくさせる試みがなされている。非特許文献１はスウェーデンの駅のエスカレータ脇の階段に上記試みを適用した例である。
【０００３】
通称ピアノ階段と言われているようで、設置以前はほとんどの通行者がエスカレータを利用していたのが、設置後は階段を利用する通行者が増え、エスカレータに並んだりすることがなくなり、通行者の健康にも良いと好評とのことである。更に同様な試みが各国でも行われている。
【０００４】
それらのほとんどは、階段の各ステップの踏み面に加圧センサあるいは接触スイッチセンサを設置し、階段乗降者がステップを踏むことによる接触式センサ出力により、ステップごとにあらかじめ設定した音響を外部スピーカから発音する仕組みである。
【０００５】
しかし、加圧センサやスイッチセンサのような機械的接触式センサには階段乗降者の体重がかかってしまうため、非特許文献２のように階段乗降者の多い駅などではセンサ部がすぐに劣化、故障してしまい使用時間を制限している例がある。
【０００６】
さらに、上記接触式センサは階段のステップ上に設置するため設置工事が煩雑の上、階段乗降者の通行を中断させて設置工事を行わなくてならない。
【０００７】
また、せっかく階段ステップにピアノの鍵盤のような音階を設定しても、階段乗降者が多いと、同時にいろいろな階段ステップが踏まれており、特定の個人が階段ステップを踏んで曲を奏でることはできない。
【０００８】
上記の問題点のうち、耐久性と設置工事の問題を解決する手段として、特許文献１の如く階段ステップの一端から光ビーム発信機から狭光ビームを発射し、階段ステップの他端に上記狭光ビームを受信する受光器を設置し、通行者がいない時は受光器が光を受信しているが、階段ステップに通行者の足がかかると光が遮られ、受光器の受信が途切れた時点を検出して音声を発生する。このようにすることにより、階段ステップにかかった足を非接触で検出することができ、信頼性は格段に向上する。また、上記の手段による階段装置を装備する場合、階段ステップ両側面に光送信機と光受信機を装備するだけでよく、階段ステップ面の工事が必要ないため階段の昇降を停止しなくとも工事ができる。
【０００９】
しかし、光発信器と受光器を階段ステップの両側に設置するため、階段の両側に配線工事をする必要があり、光ビームを狭くした場合は光発信器と受光器の光軸合わせが大変難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４５０４９３３号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】URL: http://news.searchina.ne.jp/disp.cgi?y=2009&d=1010&f=it_1010_003.shtml
【非特許文献２】URL: http://p.twipple.jp/AJzOd
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のごとく、階段乗降者が多い場所でも機材の劣化や故障が少ない音響階段装置の実現が課題である。更に、階段ステップへの設置工事をより簡易なものとし、設置工事中でも可能な限り階段乗降者の通行を妨げない音響階段装置を提供することが望まれる。
【００１３】
更に、上記音響階段装置の装備・設置工事や設定をより簡易にすることも課題である。
【００１４】
また、同様に乗降者の多い階段でも、特定の個人が階段各ステップを移動して望みの曲を演奏することを可能とすることも課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような各課題を解決するために、本発明に係る音響階段装置は、（請求項１）の如く、加圧センサや接触スイッチセンサを使わずに非接触センサとして光を用い、階段ステップの踏み面の一端から狭光ビームを送信し、該階段ステップ踏み面の他端に該光ビームをコーナキューブのような回帰反射する反射板を設置し、該光ビームが回帰反射してくる位置に受光器を設置し、該光ビームが階段乗降者の足によって遮断されることにより足位置を検出することを特徴とする。
【００１６】
階段ステップごとに本発明による光発信器、受光器を設置するため隣接するステップ間の干渉を避けるため、（請求項２）の如く、発信光を特定フォーマットでパルス位置変調して発信し、前記受光器より受信した光信号を該特定フォーマットでデコードすることにより前記光ビームの到来を検出するようにしてもよい。
【００１７】
また、（請求項３）の如く、センサ用の送信光ビームとして赤外線光ビームを用いるようにしてもよい。
【００１８】
さらに、階段乗降者の足が掛かって発信光が遮断されているにもかかわらず、乗降者の光沢のある靴等による反射によって、誤動作しないよう、（請求項４）の如く、上記光ビーム発信器と受光器の開口部に、互いに９０度偏光角度が異なる偏光フィルタを装備するようにしてもよい。
【００１９】
またさらに、（請求項５）の如く、非接触センサとしてＴＶカメラによる画像を用い、階段全般を見渡せる位置に設置したＴＶカメラの階段全体の画像解析により、特定乗降者を選択・追尾し、該特定乗降者の足位置を上記光センサによって検出し、該足位置に一致する階段ステップに設定した音響をスピーカより発音することができるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上、説明したように、本発明に係る音響階段装置においては、非接触センサを用いるためセンサの摩耗や劣化や故障が無く、メンテナンスを大幅に省力化することができ、階段乗降者が多い階段でも長期間にわたって乗降者に楽しみを与えることが可能となる。
【００２１】
非接触センサとして光ビームを用いていることから、機械的可動部がないため摩耗等の劣化がなく、維持管理手間・コストが大幅に低減できる。さらに光ビームをパルス位置変調することによってコード化すると、外来光による誤動作や階段ステップ間の光の回り込みなどによる誤動作を大幅に低減できる。
【００２２】
また、光の中でも赤外線を使用した場合は外来光による誤動作がさらに少なくなり、赤外線は人間の目では不可視であることから階段乗降者には本発明の設置が確認できず、このため音響発生の意外性を高めると共に機材へのいたずら防止の効果も生ずる。
【００２３】
光ビーム発信器及び受光器を階段の一端に設置して、他端には回帰反射板を取り付けるだけであるから、本発明を実際に設置する場合の工事は階段の一方側のみに配線工事をするだけで良く、かつ、回帰反射板は受光器の受光開口面積より大きくできるため設置時の光軸合わせが容易になる。
【００２４】
さらに、非接触センサとしてＴＶカメラを用いた画像情報センサによって階段乗降者の足位置検出を行えば、乗降者には本発明の存在が分からないため、さらに意外性が増す。また、画像情報に基づき複数の階段乗降者の中から特定の乗降者を抽出、追尾することにより特定者の足位置のみのステップ音響を流すことにより、該特定者が好みの音響を選択することができ、階段に複数の乗降者が存在しても好みの曲を奏でることも可能となる。
【００２５】
また、非接触センサとして、上記光ビームセンサとＴＶカメラによる画像情報センサとを組み合わせることにより、上記特定者の足位置検出をさらに確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響階段装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る音響階段装置の一部拡大説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回帰反射板の説明図である。
【図４】上記回帰反射板の偏光特性の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る音響階段装置のシステムブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る音響階段装置の音響駆動信号説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る音響階段装置の応用概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下では本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。
【００２８】
図１は本発明の一実施形態に係る音響階段装置の全体的な概要を示した概念的斜視図で、非接触センサとして光を用いた例を示している。階段ステップの踏み面ＳＴ１〜ＳＴ７の一端に狭ビーム光発信器及び受光器のセットＴＲ１〜ＴＲ７を設置する。該ステップ踏み面ＳＴ１〜ＳＴ７の他端には後述する回帰反射板ＲＥＦ１〜ＲＥＦ７を設置する。図１ではＴＲ１〜ＴＲ７を、階段乗降者の邪魔にならないよう階段側壁に組み込んだ例を示している。
【００２９】
図２は、図１の斜視図中の１つのステップＳＴ１を拡大した説明図である。狭ビーム光発信器及び受光器のセットＴＲ１はステップＳＴ１の例えば左側面に設置されており、挟ビーム光発器の後述する開口部６から挟ビーム光がステップＳＴ１面に略平行に発射される。該挟ビーム光は、ステップＳＴ１の右側面に設置された回帰反射板ＲＥＦ１で回帰反射され挟ビーム光送信器の至近に配置された受光器の受光開口部７から入射して受光器によって受信される。
【００３０】
図３は、一般的な回帰反射板３０の説明図である。回帰反射板３０は、鏡のような平面光反射板３枚を互いに９０度になるごとく組み合わせたコーナキューブ３１を多数組み合わせた板状体３２に裏板３３を付したものである。図３に示す如く、コーナキューブ３１に入射した光は、３枚の鏡に多回反射して入射光と同じ方向に反射する。すなわち、回帰反射板３０に入射した光は入射光と同じ方向に反射される。従って、図２の如く回帰反射板で反射された挟ビーム光は若干の広がりがあるため、挟ビーム光発信器の至近に受光器を配置すれば、反射された挟ビーム光を受信することができる。
【００３１】
図４は、回帰反射板による光反射の偏光特性を説明する図である。例えば、水平偏光特性を有する入射光４１がコーナキューブ３１に入射すると、互いに直角に組み合わされた反射板によって反射され、入射方向と同じ方向に反射されるが、その反射光４２の偏光特性は入射光４１と９０度異なる垂直偏光特性となる。以上の特性を利用して、階段ステップに足がかかっても、たまたま靴に光を反射する反射物が付いていたために受光器に反射光が受信されて誤動作することを避けることができる。即ち、狭光ビーム発信器と受光器の開口面に互いに９０度異なる偏光フィルタを設置すると、受光器は回帰反射板からの反射光のみを受信し、単なる反射体による反射をほとんど受信しないため誤動作を避けることができる。
【００３２】
図５は、本発明の一実施形態に係るＴＲ１〜ＴＲｎのシステムブロック図であり、本発明の一実施態様である、コード化された赤外線光による乗降者の足位置検出を例にとったものである。狭ビーム光発信器は、マイクロコンピュータ（以下「μＣＰＵ」と略。）部１、メモリ部２、インタフェース部３、ドライバ部４、光源部５を備えて構成されており、電源１４からの電源ライン１５から電源が各部に供給されると、メモリ部２に記憶されたコード情報によりμＣＰＵ部１、インタフェース部３、ドライバ部４を経由してランプや光半導体（以下「ＬＥＤ」と略。）や赤外線ＬＥＤ（以下「ＩＲ−ＬＥＤ」と略。）から成る光源５を駆動して光集束レンズ等の発信開口部６からパルス位置変調された狭光ビーム１８を、階段ステップの一端より、階段ステップ面に平行に同階段のステップ他端に設置された回帰反射板３０に向けて発信し、回帰反射板３０によって反射された反射光１９は、発射開口部６の至近に配置された受光開口部７にも入射する。なお、図５の狭光ビーム及び反射光は誇張された表示となっている。
【００３３】
受光器は、受光開口部７、ＣｄＳセルやＰｂＳセルあるいはフォトダイオードやフォトトランジスタからなる光検出センサ部８、増幅部９、インタフェース部１２、μＣＰＵ部１０、メモリ部１１から構成されている。回帰反射板３０によって反射された反射光１９は少し広がり、受光開口部７から入射し、光検出センサ部８で検出され、増幅部９で増幅されたのちインタフェース部１２を経由してμＣＰＵ部１０によってメモリ部１１に記憶されたコード情報と照合（デコード）され、正しく光線が受信されていることが確認される。以上の光線受信が階段通行者の足によって中断されるとインタフェース部１２を経由して音響起動信号ライン１６に音響起動信号を送出し、音響発生部１７を介してスピーカ２１より階段ステップのそれぞれの段に対して設定した音響を発音する。なお、狭ビーム光発信器及び受光器のセットＴＲ１〜ＴＲｎに小型の音響発生器とスピーカとを内蔵して個別に音響を発生してもよい。
【００３４】
階段ステップ毎に設置される光送受信器ＴＲ２、ＴＲ３・・・ＴＲｎ及び回帰反射板ＲＥＦ２、ＲＥＦ３・・・ＲＥＦｎは上記と同様に動作する。
【００３５】
なお、パルス位置変調信号のコーダ、デコーダについては、ＴＶのチャンネルリモコンに用いられている赤外線リモートコントロール装置で一般的に広く知られている技術であるので、ここでは詳細説明は省略する。また、図５では狭ビーム光発信器及び受光器中のμＣＰＵ及びメモリ及びインタフェースは別々なものとしているが、もちろん共通使用とすることが可能である。
【００３６】
図１においては、ステップＳＴ１，ＳＴ４，ＳＴ５，ＳＴ７では二人の階段乗降者Ｐ１、Ｐ２によって光線が遮断されておらず、階段乗降者Ｐ１の足がステップ踏み面ＳＴ２，ＳＴ３にかかり、階段乗降者Ｐ２の足がＳＴ６にかかり、両乗降者の足によって順次光線が遮断され各光線受信器ＲＸ２，ＲＸ３，ＲＸ６から音響駆動信号が音響発生器に送られ、たとえばＳＴ１〜ＳＴ７の各ステップに設定した音響をド、レ、ミ、・・・、シとしておけば、乗降者の足が各ステップにかかった順に、レ、ミ、ラの音響がスピーカＳより発音される。
【００３７】
図６は、ＴＲｎからの音響駆動信号の一例を示している。横軸は経過時間、縦軸は受信信号強度を示している。図６の期間Ｔ１の間は、当該ステップ上に乗降者の足がかかっておらず、受光器は回帰反射板からの反射光を連続して受信している。期間Ｔ２においては、当該ステップに乗降者の足がかかり、反射光が乗降者の足によって遮られ光が受信できない状態である。期間Ｔ３においては、乗降者の足が離れて再び受信できるようになった状態である。
【００３８】
乗降者の足がステップにかかったとき、すなわち図６のＴ２期間の初めの音響の発生方法としてはいくつかの方法が考えられる。図６のａは乗降者の足がかかった瞬間に一定短期間ｔ１だけ音響を発生する例であり、図６のｂは乗降者の足がステップ上にかかっている間ずっと音響を発生する例である。図６のｃは、乗降者の足が一度かかると音響を発生し、足が移動して光線が受信できるようになっても、ｔ３間は音響を発生する例であり、いずれも音響として歌や音楽を発生させる例である。上記音響発生方法は、本発明の応用場面によって最適なものを選択すればよい。
【００３９】
発生音響例としては、上記説明のようにド、レ、ミ・・・のような音階や、歌や音楽、動物や鳥の鳴き声等いろいろな応用が考えられる。
【００４０】
なお、上記の説明では狭ビーム光発信器より発信する光を不可視光線の赤外線としており、外来光が混入することが少なく、階段乗降者が本発明装置の設置に気づくことがなく音響発生に対しての意外性が増す。さらに、不可視であることから設置場所が分からないため装置へのいたずら防止にもなる。もちろん赤外線以外の可視光のような光線でも本発明に適用することができる。また、上記の実施形態においては送信光をパルス位置変調しているが、通常の連続光線としても本発明に適用することができる。この場合は、図５の狭ビーム光発信器及び受光器中の後述するＰＩＣ部を除去して直結すればよい。
【００４１】
図５のＴＲ１中のμＣＰＵ部、メモリ部、インタフェース部を含む点線部は、ＰＩＣ部（Peripheral Interface Controller）と呼ばれ、１チップに収められたＤＩＰのＩＣとして市販されており、回路構成を容易に実現し、かつ大変安価にすることができる。このようなＩＣを用いると簡単に発信光をパルス位置変調することやパルス位置変調された信号をデコードすることができ、階段ごとに変調コードを変えておくことにより階段間の光線回り込みによる誤動作を防止することができる。
【００４２】
さらに、本発明は階段ステップの片側のみに狭ビーム光発信器及び受光器を設置するため電源等の配線は階段の片側のみ行えばよく、他端には回帰反射板を張り付けるだけで、階段ステップ自体に工事をしないため設置が大変容易で、通行を中断することなく設置工事を行うことも可能である。
【００４３】
図７は、本発明の一実施形態に係る音響階段の応用の概略を示した図で、ＴＶカメラ７０による画像センサを用いた例を示している。階段全体が見渡せる俯瞰位置にＴＶカメラ７０を設置した場合の画像例は図７の如くであり、階段乗降者（図７では乗降者Ｐ１およびＰ２）の画像中から例えばＰ１のような特定乗降者を画像解析部７１によって選択・追尾し、その足先が掛ったときをＴＲ１〜ＴＲｎより検出し、当該階段ステップの音響を、音響発生部７２を介してスピーカS より発音することにより、複数の乗降者が階段に存在しても特定乗降者Ｐ１の足が掛ったステップに設定した音響のみが発音されることで、特定乗降者Ｐ１が階段ステップを移動した場合のみ曲を奏でることも可能となる。なお、階段乗降者の追尾は公知の画像検出手法であるので詳細は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、階段昇降という単純な行為に、ちょっとした遊び心を加えて楽しくさせるものであるが、それにより階段と併設されたエスカレータやエレベータを使用していた通行者が階段を使う機会が多くなり、エスカレータやエレベータの省エネになると共に通行者の健康維持にも役立てることができる。
【００４５】
また、本発明を階段昇降時の単なる遊び心の付加として用いるばかりでなく、身障者のリハビリや健康増進のための運動を楽しくさせる装置としても活用できる。
【００４６】
更に、階段ステップを踏み変えることによって音楽を奏でることができ、健康増進を兼ねた音楽教育や、鳥や動物の鳴き声当て、曲のイントロ当て等の新しいゲームに発展させることも可能である。
【００４７】
以上のように、本発明はいろいろな応用が考えられ、本発明による音響階段は設置工事が簡単で、メンテナンスが大変容易なため、更に新しい応用が生み出され得る。従って、本発明は生活・娯楽に関連するものを含めあらゆる産業において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００４８】
１…μＣＰＵ部、２…メモリ部、３…インタフェース部、４…ドライバ部、５…光源部、６…発信開口部、７…受光開口部、８…光検出部、９…増幅部、１０…μＣＰＵ部、１１…メモリ部、１２…インタフェース部、１４…電源部、１５…電源ライン、１６…信号ライン、１７…音響発生部、１８…狭ビーム発信光、１９…反射光、２１…スピーカ、３０…回帰反射板、３１…コーナキューブ、３２…板状体、３３…裏板、４１…入射偏光、４２…反射偏光、ＴＲ１〜ＴＲn…狭ビーム光発信器と受光器のセット、ＲＥＦ１〜ＲＥＦｎ…回帰反射板、ＳＴ１〜ＳＴ７…階段ステップ踏み面、Ｐ１〜Ｐ２…階段乗降者、Ｓ…スピーカ、７０…ＴＶカメラ、７１…画像解析部、７２…音響発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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