(57)【要約】【課題】本発明は家屋内や地下等で使用者の位置を検出して表示するナビゲーション装置において、手で把持した状態やポケットに入れた状態、鞄に入れた状態であっても使用者の位置を検出することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、本発明のナビゲーション装置１０は、角速度信号を出力する角速度センサ１３と、加速度信号を出力する加速度センサ１４と、角速度信号と加速度信号の両方に基づいて使用者が歩行様態を判定する第一の歩行様態判定手段と、加速度信号に基づいて使用者の歩行様態を判定する第二の歩行様態判定手段と、を備え、使用者による保持状態に基づいて第一の歩行様態判定手段又は第二の歩行様態判定手段を選択する構成とする。【選択図】図１
2014006098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者によって携帯されるナビゲーション装置であって、
角速度信号を出力する角速度センサと、
加速度信号を出力する加速度センサと、
前記角速度信号と前記加速度信号の両方に基づいて前記使用者が歩行様態を判定する第一の歩行様態判定手段と、
前記加速度信号に基づいて前記使用者の歩行様態を判定する第二の歩行様態判定手段と、を備え、
前記ナビゲーション装置の前記使用者による保持状態に基づいて前記第一の歩行様態判定手段又は第二の歩行様態判定手段を選択するナビゲーション装置。
【請求項２】
歪信号を出力する歪検出手段をさらに備え、
前記歪信号に基づいて前記保持状態を判定する請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
前記加速度信号に基づいて前記保持状態を判定する請求項１に記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
温度信号を出力する温度検出手段をさらに備え、
前記温度信号に基づいて前記保持状態を判定する請求項２又は３に記載のナビゲーション装置。
【請求項５】
表示部をさらに備え、
前記表示部と平行であって互いに垂直なＸ軸及びＹ軸を定義し、
前記角速度信号はＸ軸回りまたはＹ軸回りの角速度を示す信号である請求項１に記載のナビゲーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者によって携帯され、家屋内や地下等で使用者の位置を検出して表示するナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のナビゲーション装置について、図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図１２は従来のナビゲーション装置の使用者への装着例を示す図である。従来のナビゲーション装置は加速度センサを使用者の腰に装着して歩行動作を検知し、使用者の移動速度を求めていた。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１４５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、スマートフォン等の携帯端末にナビゲーション機能を備え、家屋内や地下等で使用者の位置を検出して表示する機能が求められる。従来のナビゲーション装置は腰に加速度センサを配置することを想定している。その際に歩行によって得られる加速度信号は理想的には図１３のようなものであり、エリアＰに示すように、足を地面に接地させるたびにＺ軸方向の加速度信号を得ることができる。
【０００７】
しかし、ナビゲーション装置は腰に装着するのみでなく、手で把持した状態やポケットに入れた状態、鞄に入れた状態で使用者の位置を検出する必要がある。図１４はナビゲーション装置をポケットに入れて歩行した場合の加速度信号を示した図である。この場合には、エリアＱに示すように、足の接地衝撃によるポケット内での位置ズレによってＺ軸方向の加速度の変化が複数回出たり、使用者が足をあげているときにもピークが出たりするなど、加速度信号にノイズが大きく発生し、正確な歩数の検知が困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明のナビゲーション装置は、使用者によって携帯されるナビゲーション装置であって、角速度信号を出力する角速度センサと、加速度信号を出力する加速度センサと、前記角速度信号と前記加速度信号の両方に基づいて前記使用者が歩行様態を判定する第一の歩行様態判定手段と、前記加速度信号に基づいて前記使用者の歩行様態を判定する第二の歩行様態判定手段と、を備え、前記ナビゲーション装置の前記使用者による保持状態に基づいて前記第一の歩行様態判定手段又は第二の歩行様態判定手段を選択する。
【発明の効果】
【０００９】
この構成により、手で把持した状態やポケットに入れた状態、鞄に入れた状態であっても使用者の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１におけるナビゲーション装置の説明図
【図２】実施の形態１におけるナビゲーション装置の概略ブロック図
【図３】実施の形態１における角速度信号の波形図
【図４】実施の形態１における加速度信号の波形図
【図５】実施の形態１におけるナビゲーション装置の保持状態の一例を示す図
【図６】実施の形態１における角速度信号の波形図
【図７】実施の形態１における加速度信号の波形図
【図８】実施の形態３におけるナビゲーション装置の説明図
【図９】実施の形態３におけるナビゲーション装置の概略ブロック図
【図１０】実施の形態４におけるナビゲーション装置の概略ブロック図
【図１１】ナビゲーション装置の他の形態の説明図
【図１２】従来のナビゲーション装置の使用者への装着例
【図１３】歩行によって得られる理想的な加速度信号
【図１４】歩行によって得られる実際の加速度信号例
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるナビゲーション装置１０の説明図である。図２はナビゲーション装置１の概略ブロック図である。図１に示すように、ナビゲーション装置１０は筐体１１と、この筐体１１の上面に設けられた表示部１２と、を備えている。また、図２に示すように、ナビゲーション装置１０は少なくとも、角速度センサ１３と、加速度センサ１４と、制御部１５と、を有する。制御部１５は角速度センサ１３および加速度センサ１４に接続されている。図１に示すように、筐体１１の上面と平行であって、互いに垂直な軸をＸ軸、Ｙ軸とし、筐体１１の上面と垂直な軸をＺ軸とする。角速度センサ１３はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの角速度をそれぞれ検出する。また加速度センサ１４はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度をそれぞれ検出する。制御部１５は使用者の保持状態に応じて第一の歩行様態判定手段と第二の歩行様態判定手段を切り替える。
【００１３】
ここで、使用者はナビゲーション装置１０を使用する際に、ナビゲーション装置１０を携帯することとなる。その携帯状態にはナビゲーション装置１０を手で持つ、鞄の中に入れる、胸ポケットの中に入れる、ズボンのポケットの中に入れるなどが考えられ、これを使用者の保持状態と定義する。また使用者はナビゲーション装置１０を携帯したまま移動することとなり、その状態にはゆっくり歩く、速く歩く、向きを変える、停止する、階段を上るなどが考えられ、これを使用者の歩行様態と定義する。
【００１４】
以下、制御部１５による歩行様態判定手段について説明する。
【００１５】
制御部１５は、角速度センサ１３から出力される信号（以下、角速度信号）が正または負に変化するときに加速度センサ１４から出力される信号（以下、加速度信号）がほとんど変化しない状態と、角速度信号がほとんど変化しないときに加速度信号が正または負に変化する状態が交互に発生するときに第一の歩行様態判定手段を用いる。一方、角速度信号がほとんど変化しないままで加速度信号が正または負に変化する状態を繰り返すときに第二の歩行様態判定手段を用いる。第一の歩行様態判定手段と第二の歩行様態判定手段との切り替えには保持状態を用いる。
【００１６】
図３〜図５を用いて具体的に説明する。図３は図５に示すようにポケットの中にナビゲーション装置１０を入れて歩行をした際の角速度信号の波形である。横軸は時間、縦軸は角速度信号の大きさを示しており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの角速度信号をそれぞれ角速度Ｘ、角速度Ｙ、角速度Ｚとしている。図４はそのときの加速度信号の波形である。横軸は時間、縦軸は加速度信号の大きさを示しており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度信号をそれぞれ加速度Ｘ、加速度Ｙ、加速度Ｚとしている。
【００１７】
まず、歩行が行われると、歩行による足の上げ下げにより角速度信号および加速度信号が変化する。具体的には、足を上げたときには腰を軸に足に回転運動が加わるため図３のエリアＡのように角速度Ｘの値が上昇し、足を下ろす際には逆向きの回転によってエリアＢのように角速度Ｘの値は下降する。さらに足を下ろしたときには地面と足との接触により衝撃が加わるため、図４のエリアＣのように加速度Ｙの値が大きく変化する。また、図５に示すような形でナビゲーション装置１０がポケットに入っている場合には、加速度Ｙにオフセットが発生する。
【００１８】
以上のように、足を上げたときには角速度Ｘは正の値を取るが、このときには足が地面から離れた状態にあるため加速度Ｙは変化しない、反対に足を下ろしたときには地面と足が接触した状態であるため、角速度Ｘは変化しないが接触により衝撃が加わるため加速度Ｙは負の値を取る。ナビゲーション装置１０がポケットの中にある場合の歩行においてはこのパターンの繰り返しとなる。このパターンを検知することにより、保持状態がポケットの中であることを判別することができる。このときには第一の歩行様態判定手段を採用し、角速度Ｘの周期から歩行速度を、加速度Ｙの振幅から歩行強度を算出することが出来る。具体的には一歩進むたびに角速度Ｘが正の値を取り、次に負の値を取るパターンを繰り返すため、このパターンの繰り返し数はそのまま歩数となり、またそのパターンが表れる周期は歩く速度を示し、周期が短ければ短いほど速く歩いていることになる。また走ったり、足がしっかりと地面を踏みしめた場合には加速度Ｙの値が大きくなるため、振幅から歩行強度を推測することができる。この事前に保持状態を検知し、加速度と角速度を合わせて検知する技術によってより正確に歩行者の歩行様態を判定することが可能となる。
【００１９】
なお直前の時間の値との時間差分で評価することにより、ノイズの影響に強い判定を行うこともできる。
【００２０】
次に図６および図７のグラフを用いて説明する。図６は図１に示すようにナビゲーション装置１０を手に保持して歩行をした際の角速度信号の波形である。横軸は時間、縦軸は角速度信号の大きさを示しており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの角速度信号をそれぞれ角速度Ｘ、角速度Ｙ、角速度Ｚとしている。図７はそのときの加速度信号の波形である。横軸は時間、縦軸は加速度信号の大きさを示しており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度信号をそれぞれ加速度Ｘ、加速度Ｙ、加速度Ｚとしている。
【００２１】
ナビゲーション装置１０を手に保持した状態で歩行が行われると、歩行による足の上げ下げにより加速度の値が変化する。具体的には、足を上げたときには角速度信号および加速度信号の値に変化はなく、足を下ろしたときには地面と足との接触により衝撃が加わるため、図７のエリアＤのように加速度Ｚが発生する。図１に示すような形でナビゲーション装置を保持している場合には、加速度Ｚにオフセットが発生し歩行による足の上げ下げにより加速度Ｚに歩行に対応する波形が現れる。このパターンを検知することにより、保持状態が手に保持であることを判別することができる。このときには第二の歩行様態判定手段を採用し、加速度Ｚの周期から歩行速度を、振幅から歩行強度を算出することが出来る。具体的には一歩進むたびに加速度Ｚが発生する。よって、このパターンの発生数はそのまま歩数となり、またその周期は歩く速度を示し、周期が短ければ短いほど速く歩いていることになる。また走ったり、足がしっかりと地面を踏みしめた場合には加速度Ｚの値が大きくなるため、振幅から歩行強度を推測することができる。この事前に保持状態を検知する技術によってより正確に歩行者の歩行様態を判定することが可能となる。
【００２２】
なお直前の時間の値との時間差分で評価することにより、ノイズの影響に強い判定を行うこともできる。
【００２３】
以上説明したように、ナビゲーション装置１０をポケットの中に入れて歩行した場合や、手に保持して歩行をした場合であっても、角速度信号と加速度信号のパターンを検知することにより使用者によるナビゲーション装置１０の保持状態を判定することができる。
【００２４】
この保持状態に応じた歩行様態判定手段を用いることにより、使用者が画面を見るためにナビゲーション装置を手に保持していても、収納するためにポケットに入れていても途切れることなく歩行様態を捉え、位置座標の変化を検出することができる。
【００２５】
なお、この構成に気圧センサのように高度の変化を捉えるセンサを追加することにより、階段やエレベーターやエスカレーターによる昇降を捉えることが可能となる。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、３軸を検出する角速度センサ１３および加速度センサ１４を用いたが、少なくともＸ軸回りの角速度を検出する角速度センサ、および、少なくともＹ軸方向とＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサであればよい。
【００２７】
（実施の形態２）
本実施の形態におけるナビゲーション装置について、図３および図４を用いて説明する。図４において、加速度Ｘと加速度ＺがＸ軸とＺ軸の値が０付近であり、加速度Ｙにマイナスのオフセットが発生していることから、ナビゲーション装置１０はＹ軸下向きの姿勢であることがわかる。この状態で歩行が行われると、歩行による足の上げ下げにより角速度信号および加速度信号が変化する。
【００２８】
具体的には、足を上げたときには腰を軸に足に回転運動が加わるため、図３のエリアＡに示すように角速度Ｘが発生し、足を下ろしたときには地面と足との接触により衝撃が加わるため、図４のエリアＣに示すように加速度Ｙが発生する。図５に示すような形でナビゲーション装置１０がポケットに入っている場合には、加速度Ｙにオフセットが発生し、歩行による足の上げ下げにより角速度Ｘと加速度Ｙに歩行に対応する波形が現れる。
【００２９】
足を上げたときには角速度Ｘが正の値を取るがこのときには足が地面から離れた状態にあるため加速度Ｙは変化しない、反対に足を下ろしたときには地面と足が接触した状態であるため、角速度Ｘは変化しないが接触により衝撃が加わるため加速度Ｙは負の値を取る。
【００３０】
次にナビゲーション装置１０を手に保持した状態で歩行が行われると、歩行による足の上げ下げにより加速度の値が変化する。具体的には、足を上げたときには角速度信号および加速度信号に変化はなく、足を下ろしたときには地面と足との接触により衝撃が加わるため、図７のエリアＤのように加速度Ｚが発生する。図１に示すような形でナビゲーション装置１０を保持している場合には、加速度Ｚにオフセットが発生し歩行による足の上げ下げにより加速度Ｚに歩行に対応する波形が現れる。
【００３１】
この２つの保持状態において加速度信号を比較すると、位置の変動が容易であるポケットの中にある場合は、手で固定され位置の変動が困難である手に保持された状態に比べて加速度Ｚの振幅が低く出るという特徴がある。この信号強度の違いを用いて、保持状態を検知することができる。これによって、加速度センサのみの簡易な構成で保持状態を検知することが可能となる。
【００３２】
なお、手に保持した場合、加速度Ｚが変化するのに対し、ポケットの中にある場合には加速度Ｙが変化するという信号が変化する軸の違いを用いて検知を行っても良い。
【００３３】
なお直前の時間の値との時間差分で評価することにより、ノイズの影響に強い判定を行うこともできる。
【００３４】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３におけるナビゲーション装置２０の説明図である。図９はナビゲーション装置２０の概略ブロック図である。図８に示すように、ナビゲーション装置２０は筐体１１と、筐体１１の上面に設けられた表示部１２と、筐体１１の両側面に設けられた歪センサ２１と、を備えている。また、図９に示すように、ナビゲーション装置２０は少なくとも、角速度センサ１３と、加速度センサ１４と、歪センサ２１と、制御部１５と、を有する。制御部１５は角速度センサ１３、加速度センサ１４、歪センサ２１に接続されている。歪センサ２１は筐体１１の側面と並行に設置されており、筐体１１の側面と垂直な方向の歪を検出する。角速度センサ１３は筐体１１の上面と平行なＸ軸回りおよびＹ軸回りの角速度を検出する。加速度センサ１４はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度を検出する。制御部１５は歪センサ２１が出力する歪信号の値に応じて第一の歩行様態判定手段と第二の歩行様態判定手段を切り替える。
【００３５】
歪センサ２１は使用者がナビゲーション装置２０を持つときに指等の圧力を受ける位置に設けられている。使用者が手でナビゲーション装置２０を保持している場合、歪センサ２１にはそれぞれ圧力が印加されて基準となる値の歪が発生している。
【００３６】
したがって歪センサ２１からの上記基準値に相当する以上の出力がある場合に、制御部１５はナビゲーション装置２０が使用者の手に保持されていると判断することができる。この状態で角速度センサ１３から出力される角速度信号と加速度センサ１４から出力される加速度信号の変化に対して制御部１５は第一の歩行様態判定手段または第二の歩行様態判定手段を実施することが好ましい。
【００３７】
このような制御により、ポケットや鞄などにナビゲーション装置２０が入っていて電源が入っていても、誤って第一の歩行様態判定手段または第二の歩行様態判定手段を実施することを防止することができる。
【００３８】
（実施の形態４）
図１０は本実施の形態におけるナビゲーション装置３０の概略ブロック図である。ナビゲーション装置３０は少なくとも、角速度センサ１３と、加速度センサ１４と、歪センサ２１と、温度センサ３１と、制御部１５と、を有する。制御部１５は角速度センサ１３と加速度センサ１４と歪センサ２１と温度センサ３１に接続されている。角速度センサ１３は筐体１１の上面と平行なＸ軸回りおよびＹ軸回りの角速度を検出する。加速度センサ１４はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度を検出する。制御部１５は歪センサ２１から出力される歪信号と加速度センサから出力される加速度信号からナビゲーション装置３０の姿勢を検知し、温度センサ３１から出力される温度信号から装置の配置を判定し、使用者の保持状態に応じて第一の歩行様態判定手段と第二の歩行様態判定手段を切り替える。
【００３９】
歪センサ２１は使用者がナビゲーション装置３０を持つときに指等の圧力を受ける位置に設けられている。使用者が手でナビゲーション装置３０を保持している場合、歪センサ２１にはそれぞれ圧力が印加されて基準となる値の歪が発生している。したがって歪センサ２１からの上記基準値に相当する以上の出力がある場合に、制御部はナビゲーション装置３０が使用者の手に保持されていると判断することができる。この状態で加速度信号のオフセットからナビゲーション装置３０の姿勢を判定し、角速度信号と加速度信号の変化に対して制御部１５は第一の歩行様態判定手段または第二の歩行様態判定手段を選択することが好ましい。
【００４０】
このような制御により、ポケットや鞄などにナビゲーション装置が入っていて電源が入っていても誤って第一の歩行様態判定手段または第二の歩行様態判定手段を選択することを防止することができる。
【００４１】
この判定で保持状態ではないことが判明した場合には、ナビゲーション装置３０がどこに収納されているかを推定する必要がある。温度センサ３１から温度信号を取得し、その値が体温とほぼ同等であった場合にはそれをズボンのポケット内として判定することができる。一方、その値が体温より低い温度であった場合には、胸ポケットもしくは鞄の中などズボンのポケット以外への収納として判定することができ、その判定に応じた処理を行うことが出来る。
【００４２】
このように角速度信号と加速度信号を組み合わせて用いることによって、ＧＰＳによる位置検出が屋内環境では行えないというナビゲーション装置における現状の問題を解決することが可能となる。なおナビゲーションの映像を表示する位置としてはナビゲーション装置本体に備えた表示部でも良いし、図１１に示すようなナビゲーション装置とは離れた位置に置かれたヘッドマウントディスプレイやそれに付随する表示部であっても良い。この使用例においてナビゲーション装置と表示部の間のデータ通信に無線を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のナビゲーション装置は、手で把持した状態やポケットに入れた状態、鞄に入れた状態であっても使用者の位置を検出することができるため、家屋内や地下等で使用者の位置を検出して表示するナビゲーション装置として有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０、２０、３０  ナビゲーション装置
１１  筐体
１２  表示部
１３  角速度センサ
１４  加速度センサ
１５  制御部
２１  歪センサ
３１  温度センサ
【図１】
2014006098.tif 000003
【図２】
2014006098.tif 000004
【図３】
2014006098.tif 000005
【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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【図９】
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【図１０】
2014006098.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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