(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を収容または載置する物体存在部に隣接して設けられた、超音波の反射体で囲まれた空間部と、
前記空間部に超音波信号を送信するとともに、前記反射体で反射した超音波信号を受信する超音波信号送受信手段と、
送信周期毎に前記超音波信号の送信および受信を繰り返すとともに、異なる送信周期回における受信信号同士を比較して当該受信信号の変化の有無を検出し、変化の有無に応じて検知信号を出力する検知信号出力手段と、を備えた超音波利用電子玩具。
【請求項２】
前記検知信号は第１の検知信号および第２の検知信号を含み、
前記検知信号出力手段は、前記受信信号の変化があったときに前記第１の検知信号を出力し、前記超音波信号送受信手段による超音波信号の送受信を開始してから前記受信信号の変化が所定回数に達したとき、または前記受信信号の変化頻度が所定値に達したとき、前記第２の検知信号を出力する請求項１に記載の超音波利用電子玩具。
【請求項３】
前記反射体は複数の平板からなり、これらの平板のうち前記物体存在部に隣接する平板は他の平板より薄い、請求項１または２に記載の超音波利用電子玩具。
【請求項４】
前記反射体は複数の平板からなり、これらの平板のうち前記物体存在部に隣接する平板は開口を備えた、請求項１または２に記載の超音波利用電子玩具。
【請求項５】
前記超音波信号送受信手段と、前記検知信号出力手段と、を前記空間部内に設けた、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波利用電子玩具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体を収容または載置する部分に隣接する空間部を備えた超音波利用電子玩具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視空間（例えばエレベータのカゴ等）に人が存在するか否かを検出する在否検出装置が特許文献１に示されている。図１は特許文献１の在否検出装置の構成を示すブロック図である。この装置は、監視空間２に対して送信子１が超音波信号を間欠的に送信する。この送信された超音波が監視空間２の内部で反射して生じた反射波を受信子４で受信した後、増幅器５はその受信信号を増幅し、２値化回路６はそれを２値化信号に変換する。記憶装置７には事前に、監視空間２に人が存在しない状態の２値化情報を記憶していて、比較回路８はこの記憶装置７のデータと２値化回路６により２値化された現在の２値化情報とを比較する。演算器９は比較回路８で比較した結果に差があれば監視空間２に人が存在するものと判定する。制御回路１０は駆動回路３、記憶装置７、比較回路８、および演算器９の制御を行う。
【０００３】
一方、超音波を利用した観賞用超音波水槽が特許文献２に示されている。これは、透明容器に液体が入れられ、その透明容器の底部に超音波振動子を装着しておき、圧電セラミックが装着された模型魚を浮遊させ、圧電セラミックスで生じた電力によって発光ダイオードを点灯させるようにしたものである。
【特許文献１】特開昭５６−１６０６７３号公報
【特許文献２】特開２００５−４６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されている在否検出装置においては、あくまでも監視空間内に人が存在するか否かを検出するものであり、人の代わりに物体を扱おうとしても監視空間内の物体の有無が検出できるだけであり、玩具等への応用ができない。
【０００５】
また、特許文献２に示されている観賞用超音波水槽は、超音波を利用した玩具と見なすこともできるが、超音波を単に電力搬送のために用いるだけであり、使用者がアクティブな操作を行って遊んだり、リハビリテーションを行ったりするような装置とはならない。
【０００６】
この発明の目的は、使用者が物体をアクティブに操作し、その操作の仕方などを競ったり、工夫したりすることによって、使用者に対して興味を持たせるようにした超音波利用電子玩具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
（１）物体を収容または載置する物体存在部に隣接して設けられた、超音波の反射体で囲まれた空間部と、前記空間部に超音波信号を送信するとともに、前記反射体で反射した超音波信号を受信する超音波信号送受信手段と、送信周期毎に前記超音波信号の送信および受信を繰り返すとともに、異なる送信周期回における受信信号同士を比較して当該受信信号の変化の有無を検出し、変化の有無に応じて検知信号を出力する検知信号出力手段と、を備える。
【０００８】
この構成により、超音波の反射体で囲まれた空間部内の物体の有無を検出するのではなく、その空間部に隣接する物体存在部に収容または載置された物体の状態を検出するようにしたので、設計上の自由度が高まり、物体の操作の仕方を工夫する超音波利用電子玩具としての応用が広がる。
【０００９】
（２）前記検知信号は第１の検知信号および第２の検知信号を含み、前記検知信号出力手段は、前記受信信号の変化があったときに前記第１の検知信号を出力し、前記超音波信号送受信手段による超音波信号の送受信を開始してから前記受信信号の変化が所定回数に達したとき、または前記受信信号の変化頻度が所定値に達したとき、前記第２の検知信号を出力する。
【００１０】
この構成により、第１の検知信号によって使用者に注意を促し、第２の検知信号によっていわゆるゲームオーバーを知らせるといったことが可能となる。
【００１１】
（３）前記反射体を複数の平板から構成し、これらの平板のうち、物体存在部に隣接する平板を他の平板より薄くする。
これにより物体の移動やそれに伴う振動等を敏感に検出できる。
【００１２】
（４）前記反射体を複数の平板から構成し、これらの平板のうち、物体存在部に隣接する平板に開口を備える。
これにより、反射体に設けた開口部分から物体存在部に超音波信号が侵入し、すなわち超音波が反射する空間部が反射体で囲まれた空間部に止まらず物体存在部にまで部分的に広がることになり、その反射波が再び空間部内へ戻って、物体の変位を直接的に検出でき、検出感度を高めることができる。
【００１３】
（５）前記超音波信号送受信手段と前記検知信号出力手段は前記空間部内に設けてもよい。これにより、装置全体を小型化できるとともに、単一の装置として容易に扱えるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、超音波の反射体で囲まれた空間部に隣接する、物体存在部に収容または載置された物体の状態を検出するようにしたので、設計上の自由度が高まり、物体の操作の仕方を工夫する超音波利用電子玩具としての応用が広がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
《第１の実施形態》
図２は２つのタイプの超音波利用電子玩具１００，１０１の構成を示す図である。これらの超音波利用電子玩具１００，１０１は、いずれも空間部４２の上部に多数の物品４３を乗せておき、空間部にわずかな変形が生じたか否かを超音波センサ２３および信号処理部４０によって検出し、警報を発するようにしたものである。すなわち、いかにして警報が発せられないようにして上記物体４３を拾い上げるか、という遊びやリハビリテーションに供するものである。
【００１６】
図２（Ａ）において空間部４２は、５ｍｍ厚のアクリル板で構成した六面体形状の箱であり、その１つの側面に開口を設け、その開口から内部を臨むように超音波センサ２３を取り付けている。
【００１７】
空間部４２の上面が物体載置部であり、複数の物体４３を載置している。信号処理部４０は超音波センサ２３を用いて、後述する処理を行い、使用者による物体４３の操作状態等を検出し、所定状態で出力部４１を駆動する。出力部４１は例えば圧電ブザーやＬＥＤ等であり、その音のパターンや発光パターンによって状態を報知する。
【００１８】
図２（Ｂ）は空間部４２の上部に上面を開口した物体収容部４４を形成し、その内部に物体４３を収容している。その他の構成は図２（Ａ）と同様である。
【００１９】
図２（Ａ）において、空間部４２は、ｘ＝１００ｍｍ、ｙ＝１００ｍｍ、ｚ＝２０ｍｍであり、図２（Ｂ）ではその上部に、底面が空間部４２の底面と同一であり、高さｈ＝５０ｍｍの物体収容部４４を設けている。
【００２０】
空間部４２を構成する複数の反射体（六面体形状の箱の各壁面）はそれぞれ平板から構成し、複数の物体４３が隣接する平板を他の平板より薄く形成している。そのため、物体４３の拾い上げ時の軽い衝撃でも空間部４２に生じる歪みを大きくすることができる。
【００２１】
図３は図２に示した信号処理回部４０の構成をブロック図として表したものである。
前置回路２４は超音波センサ２３の受信信号を周波数フィルタリングするとともに増幅する。Ａ／Ｄ変換器２５はその出力電圧をＡ／Ｄ変換する。
【００２２】
タイミング管理回路２７は送信パルス形成回路２１に対して送信パルストリガーを与える。送信パルス形成回路２１は、この送信パルストリガーによって超音波のバースト信号を発生して駆動回路２２へ出力する。
【００２３】
またタイミング管理回路２７はＡ／Ｄ値取得回路２６に対してＡ／Ｄ値取得トリガー信号を出力する。Ａ／Ｄ値取得回路２６はＡ／Ｄ値取得トリガーのタイミングでＡ／Ｄ変換器２５の制御を行うとともにそのディジタル値を取得する。
【００２４】
記憶回路３１は受信信号同士を比較する際に過去の波形情報を記憶するためのメモリである。この記憶回路３１は、Ａ／Ｄ値取得回路２６が取得した値を記憶する。また、既に記憶されている内容を差分累積回路３２へ出力する。
【００２５】
差分累積回路３２は記憶回路３１に記憶されている波形とＡ／Ｄ値取得回路２６から出力される波形とを、サンプリング値ごとに、その差分（絶対値）を累積する演算回路である。
【００２６】
判定回路３３は、差分累積回路３２によって演算された演算結果が、事前に設定したしきい値を上回ったときにカウンタ３４をカウントアップする。ゲームオーバー判定回路３５はカウンタ３４のカウント値が所定値に達したときブザー・ＬＥＤなどの出力部４１を駆動する。
【００２７】
図４は図３に示した信号処理部４０の動作および処理のタイミング関係を示す図である。
図４において「送信パルス」は図３に示した送信パルス形成回路２１の出力信号、「受信信号」は、図３に示したＡ／Ｄ変換器２５の出力値を波形として表したもの、「差分信号」は図３に示した差分累積回路３２における差分値を波形として表したものである。
【００２８】
この例では、送信周期Ｔｐ（＝３００ｍｓ）毎に間欠的に監視エリアに向けて超音波信号を送信する。反射波の受信信号は波形比較時間Ｔｒ（＝１０ｍｓ）分だけ記憶回路３１に書き込む。
【００２９】
差分累積回路３２は波形比較時間Ａ１のタイミングで前回の波形比較時間Ａ０の受信信号と今回のＡ１での受信信号との差分を求め、波形比較時間Ａ２のタイミングでは前回の波形比較時間Ａ１での受信信号と今回のＡ２での受信信号との差分を求める。したがって、図４に示した例では、この波形比較時間Ａ２で、図に示すような差分信号が生じる。
差分累積回路３２は差分信号の強度が所定値以上であればカウンタの値を＋１する。
【００３０】
図５は図３に示した信号処理部４０の処理手順をフローチャートとして表したものである。
まず送信パルスを出力し（Ｓ１）、前回の受信信号を読出し、今回の受信信号との差分を演算する（Ｓ２→Ｓ３）。そして、今回の受信信号を次回の差分演算に備えて記憶する（Ｓ４）。今回求めた差分信号が予め定めたしきい値を超えるか否かを判定し、超える場合には、変化ありと見なしてカウンタＣをカウントアップする（Ｓ５→Ｓ６）。そして、カウンタＣの値が最大値に達したか否かを判定し、まだ達していなければ警告音のブザーおよび黄色のＬＥＤを点灯する（Ｓ７→Ｓ８）。
【００３１】
以上の処理を繰り返し、カウンタＣの値が予め定めた最大値ＭＡＸ（例えば「３」や「１０」等）に達したなら終了出力を行う（Ｓ７→Ｓ９）。たとえば警告音より継続時間の長いブザー音を報知するとともに赤色ＬＥＤを点灯させる。
【００３２】
《第２の実施形態》
図６は第２の実施形態に係る超音波利用電子玩具で用いる空間部の上面の平板の平面図である。この平板４５には複数の開口Ｈを配列形成している。ここでｘ＝１００ｍｍ、ｙ＝１００ｍｍであり、図２（Ａ）に適用した場合には物体載置部の底板となり、図２（Ｂ）に適用した場合には物体収容部４４の底板となる。
【００３３】
このように底板である平板４５に複数の開口を設けることによって、これらの開口部分から物体存在部に超音波信号が侵入し、すなわち超音波が反射する空間部が反射体で囲まれた空間部に止まらず物体存在部にまで部分的に広がる。そのため、反射波が再び空間部内へ戻って、物体の変位を直接的に検出でき、その検出感度を高めることができる。
【００３４】
《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係る超音波利用電子玩具の構成を示す図である。この例では超音波センサ２３および信号処理部４０を空間部４２の内部に配置している。その他の構成は図２（Ｂ）に示したものと同様である。このように構成することによって装置全体を小型化できるとともに、単一の装置として容易に扱えるようになる。
【００３５】
なお、出力部４１も空間部４２の内部または空間部４２を構成する平板の外面に沿って配置してもよい。ただし、ブザー４１を空間部４２の外部に配置することによって、ブザーの振動による影響を受けなくて済むという利点がある。
【００３６】
《第４の実施形態》
図８は第４の実施形態に係る２つのタイプの超音波利用電子玩具の構成を示す図である。
図８に示した超音波利用電子玩具１０３，１０４は、いずれも２つの物体収容部４４ａ，４４ｂの一方から他方へ複数の物体を移し変える作業を行う際、警告音が発せられないように遊ぶものである。したがって物体を拾い上げる際にも、載置する際にも要領良く行う必要があり、よりゲーム性が向上する。
【００３７】
図８（Ａ）の例では、空間部４２の上部に２つの物体収容部４４ａ，４４ｂを設けている。また図８（Ｂ）の例では、２つの空間部４２ａ，４２ｂをそれぞれ設けるとともに、その上部に物体収容部４４ａ，４４ｂをそれぞれ設けている。また、空間部４２ａ，４２ｂには、それぞれ超音波センサ２３ａ，２３ｂを配置している。
【００３８】
図８（Ａ）の例では、単一の超音波センサ２３を用いて物体の拾い上げと載置の両方について同様に処理することができる。また、図８（Ｂ）の例では、物体の拾い上げと載置のそれぞれについて独立して検出できるため、それに応じたゲーム性を付与することも可能となる。
【００３９】
なお、以上に示した各実施形態ではいずれも６枚の平板で囲まれた空間部を形成し、その上部に複数の物体を載置または収容するように構成したが、この発明はこれらの構成に限られるものではなく、例えば円筒形の空間部を形成してもよい。また例えば空間部の側面に物体の収容部を配置してもよい。
【００４０】
また、図５に示した処理では受信信号の変化（差分信号の発生）が所定回数に達した時に第２の検知信号を出力する（すなわちゲームオーバーとする）ようにしたが、前記受信信号の変化があった時の警告出力（第１の検知信号の発生）の間隔、すなわち受信信号の変化頻度が所定値に達した時に第２の検知信号を出力するようにしてもよい。
【００４１】
また、予め定めた時間内に物体の拾い上げまたは移し替えが完了しなければゲームオーバーとなるように、残り時間等をブザーや表示等で知らせるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】特許文献１に示されている在否検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る２つの超音波利用電子玩具の構成を示す図である。
【図３】同装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】同信号処理部の処理および動作の手順を示す波形図である。
【図５】同信号処理部の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態に係る超音波利用電子玩具で用いる平板の平面図である。
【図７】第３の実施形態に係る超音波利用電子玩具の構成を示す図である。
【図８】第４の実施形態に係る２つの超音波利用電子玩具の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
２３−超音波センサ
４０−信号処理部
４１−出力部
４２−空間部
４３−物体
４４−物体収容部
４５−平板
１００〜１０４−超音波利用電子玩具
【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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【図８】
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