1．緒 言 近年の競技会などの開催も好機となり，障がい者の健康促進 や一般市民の障がい者スポーツに対する意識向上が図られつつ ある。一方，車いすの初心者や重複障がい者においては，車い す操作の習得に関して反復練習が必要のため，運動意欲が低下 し，運動不足になるといった課題がある。この課題解決のた めに，近年では生活の質（QOL：Quality of Life）の観点から，
エンタテイメントに特化した車いすの開発が行われている1,2）。 著者らは子供から高齢者までを対象とする，車いす使用者の運 動量増進を目的とした車いす楽器の開発に取り組んでいる3）。 車いす楽器は，色を音に変換するセンサモジュールを具備した 車いすである。車いすにはカラーセンサが装着されており，カ ラーセンサが床面に敷いたカラーパネルの色を識別する。車い す使用者が床面に敷かれたカラーパネル上を走行すると，カ ラーセンサの識別結果を受けて，スピーカーからカラーパネル の色に対応した音が出力される3）。 実用化に向けた課題として，屋内から屋外に移動した際，カ ラーセンサがカラーパネルの色を誤識別して動作が不安定にな ることが挙げられる。これは，光源の相違に起因したカラーパ ネルの色相変化が原因であると考えられる。従来，カラーパネ ルの素材にはプリンタ印刷紙を使用してきた。今回，カラーセ ンサの誤識別が生じにくいカラーパネル素材として，静電植毛 紙の採用を検討した。静電植毛品は吸光性や低反射性を有して いるため4,5），周囲光源の変化に対する色相変化が少ない素材 と考えられる。したがってカラーパネルに静電植毛紙を使用す ることで，車いす楽器の動作安定化が期待される。本論文では， 静電植毛紙とプリンタ印刷紙を試験品として，光源の相違によ る色相変化量を分光放射輝度計および車いす楽器搭載のカラー センサを用いて比較評価し，静電植毛紙のカラーパネル素材と しての適性を検討した。 本論文では，色の判別システムとして色相のみを対象とし た。車いす楽器は屋内，屋外問わずどの環境でも利用できるデ バイスを目指しているため，周囲の光環境の変化によって変 色したように見える場合にも同一色として識別される必要があ る。判別システムに明度や彩度の情報を追加して，カラーセン サの識別精度を向上させることもできるが，天空の雲の動きや 人影の有無等，わずかな光源変化でさえもカラーセンサが違う 色として識別してしまうことで，車いす楽器の動作が不安定に なることが懸念される。したがって本論文では色相のみで色判 別することとした。またこれまでの研究ではカラーセンサの識 別動作を安定させるため，約10°以内の色相差で色判別するよ うプログラム設定している3）。そのため，本論文ではこの値を カラーパネルの適性有無を判断するための閾値として用いるこ ととした。 2．実 験 2.1 分光放射輝度計を用いた実験室での評価 2.1.1 試験品 試験品は以下の手順にて作製した。始めに，白紙（ILFORD 社製OV3SMP8 Matt180）に植毛フィルムを貼り付けた植毛 紙（以下，植毛紙①と称す）を用意した。植毛フィルムに
車いす楽器用カラーパネル素材としての静電植毛紙の適性評価
韓 旭
＊,†・長 谷 川 孝
＊＊・西 澤 裕 輔
＊＊＊・串 山 久 美 子
＊ ＊東京都立大学大学院 システムデザイン研究科インダストリアルアート学域 東京都日野市旭が丘6-6（〒191-0065） ＊＊地方独立行政法人 東京都立産業技術研究センター開発本部開発第一部電気電子技術グループ 東京都江東区青海2-4-10（〒135-0064） ＊＊＊地方独立行政法人 東京都立産業技術研究センター経営企画部技術経営支援室 東京都江東区青海2-4-10（〒135-0064）† Corresponding Author, E-mail: [email protected] （2020年1月31日受付，2020年6月22日受理） 要 旨 車いす使用者の活動量を増やすため，車いす楽器の実用化に取り組んでいる。車いす楽器は，色を音に変換するセンサモジュール を具備した車いすである。車いす使用者が床面に敷かれたカラーパネル上を走行すると，スピーカーからカラーパネルの色に対応し た音が出力される。現在の課題として，屋内から屋外に移動した際，カラーセンサがカラーパネルの色を誤識別して動作が不安定に なることが挙げられる。これは，周囲光源の相違に起因したカラーパネルの色相変化が原因であると考えられる。従来，カラーパネ ルの素材にはプリンタ印刷紙を使用してきた。今回，カラーパネルの素材として静電植毛紙の採用を検討し，光源の相違による色相 変化量についてプリンタ印刷紙と比較評価した。その結果，静電植毛紙はプリンタ印刷紙と比べて色相変化量が小さく，カラーパネ ル素材としてプリンタ印刷紙よりも適していることがわかった。 キーワード：車いす楽器，静電植毛，色相，カラーセンサ，光源 【図表について】電子ジャーナルサイト「J-STAGE」ではカラーでご覧 いただけます。https://www.jstage.jst.go.jp/browse/shikizai/-char/ja/ －8－
技術論文
た（Fig. 1およびFig. 2（a））。本フィルムは，市販の剥離紙付
PETフィルムに水性アクリル接着剤を塗布後，太さ3デニー
ル，長さ1 mmの6-ナイロン繊維を手持ち式ポータブル植毛装
じ色相を再現した印刷用紙（以下，印刷紙と称す）を用意し た（Fig. 2 （b））。印刷紙については植毛紙①の色相を再現する ため，分光光度計（X-Rite社製Color-Eye 7000A）を使用して， D65光源，2°視野の条件で植毛紙①の明度L＊，色度a＊，b＊を 測定し，測定データに基づいて市販のインクジェットプリンタ （サーマル方式，顔料12色）で，白紙にカラー印刷して作製し た。分光光度計で植毛紙①と印刷紙の色相を測定したところ Table 1の結果が得られ，植毛紙①に対する印刷紙の色相再現 性が確認された。最後に，植毛紙の素地の色の影響を確認する ため，Fig. 2 （b）の印刷紙に植毛フィルムを貼り付けた植毛紙 （以下，植毛紙②と称す）を用意した。試験品のサイズは，す べて縦10 cm×横10 cmの正方形である。 2.1.2 実験方法 実験は，実験室において光源の変化に起因する試験品の色相 変化を確認するため，分光放射輝度計（コニカミノルタ㈱製 CS-2000A）を用いて，光源を変化させたときの試験品のL＊， a＊，b＊表色系色空間を測定した。測定結果から試験品の色相
Flock pile (colored) : Nylon fiber of 1.0 mm length
Adhesive (slightly colored) : Acrylic synthetic resin of 0.1 mm thickness Film (transparent) : Polyester of 0.025 mm thickness
Adhesive (transparent) : Acrylic synthetic resin of 0.05 mm thickness Release paper : Silicon-based synthetic resin
Fig. 1 A flocking film structure.
(b) (a)
Fig. 2 Photographs of test samples. （a）5-colored samples on
flocking paper ① . （b）5-colored samples on printing paper.
Table 1 Hue values on printing papers and flocking papers ①.
Hue value［°］
Red Yellow Green Blue Purple Printing paper 27.31 81.84 162.53 295.96 318.15 Flocking paper ① 34.52 82.42 160.26 289.68 319.69
(c)
(b)
(a)
値を算出した。光源には屋内を想定した三波長型昼白色蛍光 灯，および屋外を想定した疑似太陽光を使用した。分光放射照 度計（コニカミノルタ㈱製CL-500A）で測定した照度約750 lx 時の光源の分光放射照度をFig. 3（a）および（b）に示す。実 験はカラーセンサを動作させた状態（白色LEDが点灯）で行い， カラーセンサにはTAOS社（現ams AG社）製TCS3200を使用 した3）。センサと試験品間の距離は約30 mmである。分光放射 照度計で測定した測光距離約30 mm時の白色LEDの分光放射 照度をFig. 3 （c）に示す。実験は，光源とカラーセンサモジュー ルの白色LED以外の外乱光を取り除くため，暗室で行った。 実験環境および分光放射輝度計による試験品の測定エリアを Fig. 4に示す。実験順序は，最初に蛍光灯点灯時の各試験品の 色空間を測定し（Fig. 4（a）），次に疑似太陽光点灯時の測定を 行った（Fig. 4（b））。試験品に対する蛍光灯の照度は，JIS Z 9110およびJIS Z 9125の照明基準に基づき約750 lxに設定した。 疑似太陽光の照度については，最初は蛍光灯と同じ約750 lxに 設定し，その後は屋外照度を考慮して約3,000 lx，5,000 lx， 10,000 lx，20,000 lx，30,000 lx，36,500 lxに増加させた。蛍 光灯と疑似太陽光で測定した色空間の色度a＊およびb＊から式 （1）～（3）を用いて色相値：hおよびHを算出し，両光源の色相 変化量（分光放射輝度計による算出値）：ΔH1を求めた。ここ にhの角度単位はラジアン（rad）で，Hについては度（°）である。 h tan b a 1 * * （1） H h 180 （h＞0） （2） H h 180 360 （h≤ 0） （3） 2.2 車いす楽器搭載のカラーセンサを用いた屋内外での評価 車いす楽器の実使用状態において，カラーパネル素材として 植毛紙が印刷紙よりも適していることを確認するため，車いす 楽器搭載のカラーセンサを用いて屋内外での植毛紙と印刷紙の 色相変化量を比較評価した。実験は2.1.1項で用意した各試験 品をそのまま使用し，車いす楽器のフットサポートにカラーセ ンサを装着後，カラーセンサの色相測定機能を利用して，試験 品の色相について測定した。測定データに基づいて色判別に必 要な色相設定範囲を決定した。車いす装着のカラーセンサの写 真をFig. 5に示す。カラーセンサには，実験時にTCS3200が生 産中止となっていたため，車いす楽器の実用化を見据えてams AG社製TCS34725を使用した8）。センサと試験品間の距離は約 30 mmである。実験は，屋内では蛍光灯照明の本学1階ギャラ リーで，屋外では本学の中庭で行った。実験時の照度を測定し たところ，屋内では晴天時に約600 lx，曇天時に約400 lxであ り，屋外では晴天時に約60,000 lx，曇天時に約8,000 lxであっ た。実験順序は，最初に屋内で色相測定を行い，次に屋外に車 いすを移動させて行った。実験では，各試験品のRGBカウン ト値（R，G，Bの3出力値）をカラーセンサで取得し，式（4） を用いてhを算出し，各試験品の色相変化量（車いす楽器搭載 のカラーセンサによる算出値）：ΔH2を求めた。ここに式（4） のR，GおよびBはセンサが取得したRGBの各カウント値を示 している。 h tan G B R G B
1 3 2 （4） 3．結果および考察 3.1 分光放射輝度計を用いた実験室での評価 分光放射輝度計によって得られた各試験品の色相変化量測定 結果をFig. 6およびFig. 7に示す。Fig. 6より，蛍光灯と疑似太
陽光の照度をともに約750 lxに設定したとき，青以外は植毛紙 のほうが印刷紙よりΔH1が小さい，つまり，同程度の照度にお いては，植毛紙のほうが印刷紙より光源の変化による色相変化 20.5 mm 47 .0 mm (c) Artificial solar lighting
(b) Spectral radiance
meter
Fluorescent lamp Approximately 30° Approxim ately 123 0 mm Sensor Sample (a)
Fig. 4 Experimental environment. （a） Measurement situation using a fluorescent lamp. （b） Measurement situation using artificial solar
lighting. （c） Measurement area of a spectral radiance meter.
Fig. 5 A photograph of a color sensor attached to a wheelchair. 93
によるものと考えられる。また植毛紙①と②の結果から，色相 に対して素地の色の影響はほとんど出ないことが確認された。 は極度に植毛紙の色相差が小さくなっているため，本結果につ いて検討した。緑・青・紫における分光放射輝度計の測定デー タをTable 2に示す。ここにL＊は明度を，C＊（＝ a
*2
b*2） は彩度をあらわす。Table 2より，植毛紙と印刷紙との間では， 明度や彩度で大きな差異は見られず，Fig. 6の差異は純粋に色 相値のみで生じた結果と思われる。 蛍光灯の照度を約750 lxに固定して，疑似太陽光の照度を 増加させたときの各試験品における色相変化量の測定結果を Fig. 7に示す。Fig. 7は各照度から得られたΔH1の値をプロット し，これらを直線で結んだ図である。図中には，カラーセンサ の識別動作が安定する目安値：ΔH1≤ 10°をしきい値として付 記している。Fig. 7から，たとえば車いす楽器を750 lxの屋内 蛍光灯照明室から曇天時（太陽光照度が30,000 lx9））の屋外に 移動した際，カラーパネルに植毛紙を使用するとカラーセンサ が5色とも安定識別するが，プリンタ印刷紙を用いると赤，青，
Fig. 6 Hue change value of samples calculated by a
spectral radiance meter, CS-2000A in the laboratory. （Illumination of the light source is nearly same,
approximately 750 lx.）
(c)
(b) (a)
Fig. 7 Hue change value due to the illuminance change of SOLAX-iO. （Illumination of the fluorescent lamp is approximately 750 lx.）
（a） 5-colored samples on flocking paper ①. （b） 5-colored samples on flocking paper ②. （c） 5-colored samples on printing paper.
Table 2 The color data of samples （green, blue and purple） calculated by a spectral radiance meter, CS-2000A in the laboratory.
（Illumination of the light source is nearly same, approximately 750 lx.）
Flocking paper ① Flocking paper ② Printing paper
Green Blue Purple Green Blue Purple Green Blue Purple
Fluorescent lamp L＊ 77.50 65.25 65.54 72.46 61.40 62.15 83.32 76.66 75.65 a＊ －86.71 100.59 88.81 －77.50 98.47 84.03 －51.22 77.54 87.94 b＊ 20.14 －165.48 －121.55 18.48 －159.15 －115.59 －6.00 －137.70 －118.85 C＊ 89.02 193.65 150.54 79.67 187.15 142.91 51.57 158.03 147.85 Artificial solar lighting L＊ 88.15 73.77 74.29 76.57 65.12 65.45 90.58 83.87 83.27 a＊ －96.91 99.17 92.41 －82.57 95.32 84.93 －57.28 75.99 91.42 b＊ 22.79 －173.87 －124.67 20.07 －160.94 －114.86 －2.84 －140.90 －121.03 C＊ 99.55 200.16 155.18 84.97 187.05 142.85 57.35 160.09 151.68
(b) (a)
Fig. 8 Hue change value of samples calculated by a color sensor attached to a wheelchair, TCS34725 in actual use. （a） The result on a fair
day. （Illumination is approximately 600 lx in indoors and is approximately 60,000 lx in outdoors.） （b） The result on a cloudy day. （Illumination is approximately 400 lx in indoors and is approximately 8,000 lx in outdoors.）
(e)
(d)
(b)
(a)
(c)
Fig. 9 Spectral reflectance on flocking paper ① and printing paper. （a） Red samples. （b） Yellow samples. （c） Green samples. （d） Blue
samples. （e） Purple samples.
3.2 車いす楽器搭載のカラーセンサを用いた屋内外での評価 カラーセンサによって得られた各試験品の色相変化量測定結 果をFig. 8に示す。Fig. 8においても，総じて植毛紙のほうが印 刷紙よりもΔH2が小さく，車いす楽器のカラーパネルとして適 している。赤，黄および紫色の植毛紙はΔH2が10°以下で車い す楽器に適用可能である。緑色と晴天時の青色については植毛 紙でΔH2が10°を超えているが，印刷紙に至ってはさらに大き く変化している。これは光源の変化にともなう正味の色相変化 に加えて，カラーセンサの測定性能も影響しているのではない かと推測する。各色の色相値の測定データに基づき，色の判別 範囲として，0～1.99間および350～360°間を赤，15～28°間を 黄，230～270°間を青および300～335°間を紫として識別する ようプログラム設定した。緑色に対しては設定範囲を決めるの が困難であったため，違う色の採用について今後検討する。 3.3 分光反射率の測定 植毛紙のほうが印刷紙よりも光源の相違による色相変化量が 小さい原因を明らかにするため，分光光度計を用いて植毛紙 ①と印刷紙の分光反射率：R（％）を測定した。Fig. 9に試験品 5色の光波長に対する分光反射率を示す。図中のSCI（Specular Component Include）は正反射光と拡散反射光の分光反射率を， SCE（Specular Component Exclude）は正反射光を取り除いた 拡散反射光のみの分光反射率をそれぞれ示している。この結 果，植毛紙①，印刷紙とも正反射光がほとんどなく，拡散反射 光で占められている。図中の塗りつぶした部分は，各試験品の 色名に対応する波長範囲を示す10）。植毛紙①は，塗りつぶし 部分以外の分光反射率が印刷紙の分光反射率に比べて総じて低 い。試験品の色相は，塗りつぶし部分の波長範囲の反射光に加 えて，塗りつぶし部分以外の波長範囲の反射光による影響を受 ける。塗りつぶし部分以外の波長範囲の分光反射率が高いと， 周囲の光環境の変動による反射光の変化も大きくなり，色相の 変化量も大きくなる。逆に塗りつぶし部分以外の波長範囲の分 光反射率が低いと，周囲の光環境による色相の変化量が小さく なると考えられる。詳細の解明には，照射光の分光分布，試験 品の分光反射率および等色関数を考慮した色相値の算出と検討 が必要である。 またFig. 9において，緑色はほかの色よりも極端に分光反射 率が小さい。Fig. 6とFig. 8で挙動が大きく異なっているが，こ れは正味の色相変化に加え，カラーセンサの測定性能が影響し べて反射光が小さいため，センサによる反射光検出が難しいが ゆえに精度良く測定できていないと思われる。もしレンズなど で反射光量を増やしてカラーセンサの検出感度が向上すれば， Fig. 8はFig. 6の挙動に近づくと推測する。 4．結 言 本論文では，色相において静電植毛フィルムを貼り付けた植 毛紙とカラープリンタで印刷した印刷紙の周囲光源の相違に対 する色相変化度合いを評価した。その結果，植毛紙のほうが印 刷紙よりも周囲光源の変化を受けにくく，車いす楽器のカラー パネルとして適していることがわかった。今後の取り組みとし て，屋外における静電植毛紙の実用性の検証，車いす楽器の運 動量促進効果の実証評価等を実施する予定である。 謝 辞 実験においては，東京都立産業技術研究センター光音技術 グループ長の岩永敏秀氏に多大なるご協力とアドバイスをいた だき，深く感謝いたします。国立障害者リハビリテーションセ ンター研究所の小野榮一氏，ならびに，東祐二氏には車いす 楽器の開発のためのご助言，ご協力をいただき，深く感謝いた します。 文 献
1） M. Takeda, S. Mochizuki, K. Minamizawa: Proceedings of the Virtual Reality International Conference - Laval Virtual 2017, VRIC 2017, Association for Computing Machinery, a19 （2017）, https://doi.org/10.1145/3110292.3110312 2）望月茂徳, 目次 護：インタラクション2016, 162B40 （2016）. 3）韓 旭, 串山久美子：日本バーチャルリアリティ学会, 24（3）, 263 （2019）. 4）吉川雅紀, 東郷洋明, 古城治則：東洋鋼鈑, 36, 29 （2008）. 5）長谷川 孝, 殿谷保雄：静電気学会誌, 40（3）, 148 （2016）. 6）長谷川 孝, 宇井 剛, 殿谷保雄：J. Jpn. Soc. Colour Mater., 90
〔1〕, 11 （2017）.
7）長谷川 孝, 小畑 輝：J. Jpn. Soc. Colour Mater., 92〔7〕, 189 （2019）. 8） ams AG社HP：TCS34725 Color Sensor （Color light-to-digital converter Vdd I2C and IR filter）, 入手先〈https://ams.com/ja/ tcs34725〉（2020.01.30）.
9）産業技術総合研究所HP：日本の明るさ標準を作ろう, 入手先
〈https://www.aist.go.jp/science_town/standard/standard_03/ standard_03_04.html〉（2020.01.30）.
Consideration of the Adoption of Electrostatic Flocking Paper as a Color Panel Material
for the Sound Wheelchairs
Xu H
an＊,†, Takashi H
asegawa＊＊, Yusuke n
isHizawa＊＊＊and Kumiko K
usHiyama＊＊Department of Industrial Art, Graduate School of Systems Design, Tokyo Metropolitan University,
6-6 Asahigaoka, Hino-shi, Tokyo 191-0065, Japan
＊＊Electrical and Electronic Technology Group, Research and Development Department (Division I),
Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute, 2-4-10 Aomi, Koto-ku, Tokyo 135-0064, Japan
＊＊＊Technology and Management Support Section, Management and Planning Department,
Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute, 2-4-10 Aomi, Koto-ku, Tokyo 135-0064, Japan
†Corresponding Author, E-mail: [email protected] (Received January 31, 2020; Accepted June 22, 2020)
Abstract
In order to increase the activity of wheelchair users, development of the practical application of the Sound Wheelchair has progressed. The Sound Wheelchair is a wheelchair equipped with a sensor module that converts color into sound. When the wheelchair user runs over a color panel laid on the floor, a sound corresponding to the color of the panel is output from the speaker. A current problem is that when moving from indoors to outdoors, the color sensor erroneously identifies the color of the panel and the operation becomes unstable. It is supposed this is due to a change in hue of the color panel caused by the difference in the surrounding light source. Conventionally, papers printed by a color printer have been used as the material of the color panel. In the present study, as the material of the color panel, electrostatic flocking papers are examined. Hue change values due to differences in light source were measured for both electrostatic flocking paper and printer printing paper. As a result, it was found that the electrostatic flocking paper had a smaller change in hue than the printer printing paper and was therefore more suitable as a color panel.
Key-words: Sound wheelchair, Electrostatic flocking, Hue, Color sensor, Light source
