(57)【要約】【課題】超音波を用いることによる様々な不都合を解消し、障害物や移動体が正確に検知でき、自転車等のような危険な移動体の判別も良好に検知可能となるようにする。【解決手段】白杖１等の携帯用具に取り付けられる装置で、周波数の異なる２つの信号を送信し、その反射信号から得られた２つのドップラー信号の位相差から対象物（障害物又は移動体等）までの距離を検出すると共に、ドップラー信号から対象物の相対速度を検出する２周波ドップラーセンサ２を設け、これにより計測された対象物については、その存在、移動方向を含む距離情報又は対象物の速度情報を、音の大小、音の高低、パルス音の間隔、振動等で報知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯用具に取り付けられる装置であって、
周波数の異なる２つの信号を送信し、その反射信号から得られた２つのドップラー信号の位相差から対象物までの距離を検出すると共に、上記ドップラー信号から対象物の相対速度を検出する２周波ドップラーセンサを設けてなる歩行支援装置。
【請求項２】
上記２周波ドップラーセンサの出力に基づき、対象物の存在、移動方向を含む距離情報又は対象物の速度情報を報知することを特徴とする請求項１記載の歩行支援装置。
【請求項３】
上記２周波ドップラーセンサは、２つの異なる周波数を発生させる２つの発振器を含み、２周波を別々に送受信する送受信回路と、この送受信回路から得られた２周波受信信号から対象物を計測する計測回路と、を備えてなることを特徴とする請求項１又は２記載の歩行支援装置。
【請求項４】
上記２周波ドップラーセンサは、周波数可変となる１つの発振器を用いて２周波を送信する送受信回路と、この送受信回路で得られた２周波受信信号を切替えタイミングに同期させてサンプルホールドするサンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路から得られた信号から対象物を計測する計測回路と、を備えてなることを特徴とする請求項１又は２記載の歩行支援装置。
【請求項５】
上記携帯用具は、白杖としたことを特徴とする請求項１乃至４記載の歩行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歩行支援装置、特に白杖等に取り付けられ、視覚障害者等の歩行を支援（補助）する歩行支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、視覚障害者の歩行を補助するために白杖と呼ばれる杖が用いられるが、この白杖を用いる場合、視覚障害者は白杖の先端で地面を叩いてその感触や音の反響で周囲の障害物や状況を探知する。また、白杖を振ってその接触で周囲の障害物を探したりし、自身の存在を周囲に知らせている。
【０００３】
この白杖の使用では、周囲の騒音が大きい場合、音の反響が聞き取り難く、白杖を障害物等にぶつけることになり周囲の人を驚かせたりする等の不都合がある。また、音が鳴ること自体も周囲に与える影響があり、視覚障害者自身と周囲の人々に不都合・不安を感じさせる場合がある。
このような不都合・不安を軽減するため、従来には、下記特許文献に示されるように、超音波センサを用いて周囲の物体の存在を検知する白杖がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５８４７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、超音波センサを用いた白杖は、出力した超音波が障害物に反射した信号（エコー）が戻ってくる時間で距離を識別する。そのため、狭い空間や反射の多い環境では反射信号の誤検知が生じ、また複数の障害物があるときにはその中の危険なものの判別が難しいケースがある。例えば、電信柱や路肩に停まった車等の障害物が近くにある場合、これらまでの距離が最短距離として測定されるため、更に遠い位置から歩行者に近づいてくる自転車等は、より危険なものとして判別しなければならないにも関わらず、電信柱や路肩の車等の障害物より近くならないと計測されない場合があり、危険な状況となる。
【０００６】
また、音の速度は温度によって異なるため、超音波センサの出力につき温度の補正が必要であり、更に工事現場等のように周囲の騒音が大きく、超音波の周波数成分に近い雑音がある環境では、正確な測定できない場合があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波を用いることによる様々な不都合を解消し、障害物や移動体が正確に検知でき、自転車等のような危険な移動体の判別も良好に検知可能となる歩行支援装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る歩行支援装置は、携帯用具（手に持つ物や身に付ける物）に取り付けられる装置であって、周波数の異なる２つの信号を送信し、その反射信号から得られた２つのドップラー（周波数）信号の位相差から対象物（障害物又は移動体等）までの距離を検出すると共に、上記ドップラー信号から対象物の相対速度を検出する２周波ドップラーセンサを設けてなることを特徴とする。
請求項２の発明は、上記２周波ドップラーセンサの出力に基づき、対象物の存在、移動方向を含む距離情報又は対象物の速度情報を報知することを特徴とする。
請求項３の発明は、上記２周波ドップラーセンサは、２つの異なる周波数を発生させる２つの発振器を含み、２周波を別々に送受信する送受信回路と、この送受信回路から得られた２周波受信信号から対象物を計測する計測回路と、を備えてなることを特徴とする。
請求項４の発明は、上記２周波ドップラーセンサは、周波数可変となる１つの発振器を用いて２周波を送信する送受信回路と、この送受信回路で得られた２周波受信信号を切替えタイミングに同期させてサンプルホールドするサンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路から得られた信号から対象物を計測する計測回路と、を備えてなることを特徴とする。
請求項５の発明は、上記携帯用具を白杖としたことを特徴とする。
【０００９】
以上の構成によれば、２つの異なる周波数のマイクロ波が送信されると、その２つの反射波からドップラー（周波数シフト）信号が得られ、この２つのドップラー信号の位相差が検出され、障害物等の対象物が存在する場合は、この位相差から対象物の移動方向及び距離が計測される。２周波ドップラーセンサの場合、センサに対し相対的に移動している物体までの距離測定が可能であり、対象物がセンサに対して相対的に静止している場合は測定されないことになる。
同時に、２周波ドップラーセンサでは、得られたドップラー信号の一方から対象物の相対速度が計測される。
そして、対象物の存在、対象物の移動方向を含む距離情報、対象物の速度情報は、音や振動として出力され、歩行者に報知される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２周波ドップラーセンサを用い、２つのドップラー信号の位相差から対象物までの距離を検出すると共に、対象物の速度を検出できるので、障害物や移動体が正確に検知でき、自転車等のような危険な移動体の判別も良好に検知可能になるという効果がある。
【００１１】
また、マイクロ波（ミリ波を含む）を用いることで、周囲の騒音や温度の影響を受けることなく、超音波を用いることによる様々な不都合を解消することができる。また、マイクロ波の場合、使用する周波数は１０ＧＨｚ又は２４ＧＨｚとなるため、携帯電話、ＷｉＦｉ、ＴＶ、ラジオ等、他の電波の影響を受ける可能性も非常に小さい。
また、２周波ドップラーセンサは、低速のＡ／Ｄ変換器を用いた距離測定が可能であり、装置を低コストで製作できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る歩行支援装置の構成及びその使用状況を示す説明図である。
【図２】実施例の歩行支援装置の１つの構成例を示す回路ブロック図である。
【図３】実施例の歩行支援装置の他の構成例を示す回路ブロック図である。
【図４】実施例の歩行支援装置で送受信される２周波の信号［図（Ａ）］と、検出される２周波のドップラー信号及びその位相差を示す波形図［図（Ｂ）］である。
【図５】実施例において使用者が静止した状況を示す図である。
【図６】実施例において斜め前方の自転車が近づく状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１には、実施例において歩行支援装置を白杖に適用した場合の使用状況が示されており、実施例は白杖１にマイクロ波（ミリ波を含む）を用いた２周波ドップラーセンサ２が取り付けられる。携帯用具としては、白杖以外の杖、懐中電灯、ベルト、眼鏡、バック、ネックレス・ペンダント（装身具）等もあり、これらに２周波ドップラーセンサ２を取り付けることができる。
【００１４】
図２に、歩行支援装置（２周波ドップラーセンサ）の１例が示されており、図２において、４ａ，４ｂは送受信アンテナ、５ａ，５ｂは発振器を有する送受信回路、７は計測回路であり、これらが２周波ドップラーセンサとして設けられる。そして、８は報知回路である。この例では、送受信回路５ａの発振器により、図４（Ａ）に示されるように、例えば周波数Ｆ1 の信号（送信波）を形成し、この周波数Ｆ1 の信号をアンテナ４ａを介して送受信し、送受信回路５ｂの発振器により、例えば周波数Ｆ2 の信号を形成し、この周波数Ｆ2 の信号をアンテナ４ｂを介して送受信する。これら送受信回路５ａ，５ｂでは、例えばミキサを用いてＩＦ（中間周波数）信号を形成する等の処理が行われる。
【００１５】
図３に、歩行支援装置（２周波ドップラーセンサ）の他の例が示されており、この場合は、１つの送受信アンテナ４、周波数変調可能な１つの発振器を有する送受信回路５、そしてこの送受信回路５から出力された２周波のＩＦ信号のそれぞれを切替えタイミングによりサンプルホールドする２つのサンプルホールド回路６ａ，６ｂが設けられる。即ち、上記発振器により周波数Ｆ1 の信号とＦ2 の信号の両方を形成し、これらの信号の送受信を時分割で行い、例えば得られた２周波の一方のＩＦ信号をサンプルホールド回路６ａ、２周波の他方のＩＦ信号をサンプルホールド回路６ｂでサンプルホールドし、計測回路７へ送る。
【００１６】
図２、図３の計測回路７は、送受信回路５ａ，５ｂ又はサンプルホールド回路６ａ，６ｂの出力から、２つの周波数Ｆ1 ，Ｆ2 におけるドップラー（周波数シフト）信号（ｆｄ1 ，ｆｄ2 ）を求め、このドップラー信号にＦＦＴ等を施すことによりドップラー信号の位相差（Δφ）を演算する。
【００１７】
図４（Ａ）には、２周波ドップラーセンサ２で用いられる２周波の信号が示されており、図示されるように、実施例では、Δｆの差があるＦ1 ，Ｆ2 の２つの周波数が用いられる。
図４（Ｂ）には、２周波ドップラーセンサ２で得られる２周波のドップラー信号ｆｄ1 ，ｆｄ2 が示されており、図示のように、ドップラー信号の位相差がΔφとして求められ、この位相差Δφにより対象物の距離Ｒが次の数式（１）にて演算される。
【００１８】
Ｒ＝（ｃ０・Δφ）／（４π・Δｆ）  …（１）
ここで、ｃ０：光速、Δｆ：Ｆ1 とＦ2 の周波数差、φ：ｒａｄである。
また、対象物が歩行者に近づく方向又は遠ざかる方向は、位相差の正負によって判断される。
【００１９】
更に、ドップラー信号は、
ｆｄ＝２ｆ０（ｖ／ｃ０）・ｃｏｓα
で表せるから、対象物の速度ｖは、次の数式（２）にて求められる。
ｖ＝（ｆｄ・ｃ０）／２Ｆ０・ｃｏｓα  …（２）
ここで、ｆｄ：ｆｄ1 又はｆｄ2 、Ｆ０：Ｆ1 又はＦ2 、α：センサの正面方向と対象物方向との角度である。
【００２０】
上記歩行支援装置の構成によれば、図２の場合は、送受信回路５ａ，５ｂにより、２つの発振器から出力された異なる２つの周波数Ｆ1 ，Ｆ2 の信号が送受信され、得られたＩＦ信号が計測回路７へ出力される。
また、図３の場合は、送受信回路５に設けられた１つの周波数可変の発振器とミキサを用い、一定時間間隔で送信周波数を切り替えて送信しており、その切替えタイミングと同期して反射信号が受信され、２つのサンプルホールド回路６ａ，６ｂで交互にＩＦ信号がサンプルホールドされる。
【００２１】
そして、計測回路７では、周波数Ｆ1 のドップラー（周波数）信号ｆｄ1 と周波数Ｆ2 のドップラー信号ｆｄ2 が得られ、これらのドップラー信号ｆｄ1 ，ｆｄ2 を用いてＦＦＴ等の処理を施すことにより、図４（Ｂ）で示す位相差Δφが演算され、このΔφを用いて上記数式（１）によって対象物の距離Ｒが求められる。また、同時に、上記数式（２）により対象物の速度が計測され、これらの信号は報知回路８へ供給される。
【００２２】
なお、図３の構成において、送受信及び計測を間欠的に動作させることもできる。即ち、送受信回路５にて、２つの周波数の送受信を短い間隔で行い、この送受信回路５からのＩＦ出力をサンプルホールド回路６ａ，６ｂで保持し、その後暫くの間、発振は停止して計測等の処理を行う。そして、所定時間後に、次の短い時間の発振を行うというように間欠動作を行ってもよく、これにより、省電力化を図ることが可能となる。
【００２３】
上記報知回路８では、計測回路７で得られた情報、即ち対象物（障害物等）の存在及び移動方向を含む距離情報、対象物の速度情報が、音の大小、音の高低、パルス音の間隔、或いは振動の大小、振動の種類、パルス振動の間隔、或いは音声情報等で報知される。
【００２４】
図１に示されるように、白杖の使用者が歩いているとき、前方に電信柱がある場合は、２周波ドップラーセンサ２により電信柱までの距離Ｒが計測され、電信柱が近づく場合には、例えばその距離Ｒに応じた大きさの音（距離が短い程大きい音）、或いは距離Ｒに応じた高低差のある音（距離が短い程高い音）を出力する（鳴らす）。これにより、使用者は障害物がある旨とその距離が判断できることになる。なお、この場合の電信柱の速度ｖは、白杖使用者の歩行速度或いは白杖の移動速度となる。
【００２５】
また、白杖使用者が立ち止まっており、電信柱の後方から自転車が近づく場合は、その自転車までの距離Ｒが計測されると共に、自転車の速度ｖが計測される。この速度ｖを用いて、速度ｖが所定の速度以上となる場合に、例えばその速度ｖに応じて間隔が変化するパルス音（速くなる程間隔が短くなるパルス音）、或いは速度ｖに応じた高低差のある音（速くなる程高い音）を出力する等の方法で、白杖使用者に障害物がある程度の速さで近づくことを伝達することができる。
上記の速度情報については、ある速度以上で近づいてくる自転車等のように危険と判断する場合のみ報知音（警告音）を出力する。或いは、ある速度以上で移動してくる物体がある場合、その物体が所定の距離以下まで近づいたとき、その存在、距離、速度に関する報知音が出力される等の応用が可能となる。
【００２６】
図５には、白杖の使用者が止まり白杖も静止しているときの状況が示されているが、このときの電信柱は、静止状態であり検出されることはない。即ち、２周波ドップラーセンサ２では、センサに対し相対的に移動しているもののみの距離を計測するため、白杖１を持って静止している場合は、近づいてくるもの及び遠ざかるものの距離だけを測定する。
また、使用者が停止しているときは、白杖１を前後に振ったりして動かすことによって、電信柱や壁等の静止物（固定物）を検出することができる。即ち、静止物に対しドップラーセンサ２を動かすことにより、静止物が相対的に移動することになり、距離等の計測が可能となる。
【００２７】
図６には、白杖使用者の斜め前方に障害物（例えばポスト）がある場合が示されており、この場合は、白杖１をいくつかの方向に振ることで、距離の変化、速度の変化等から対象物の方向を知ることができる。即ち、白杖１を正面方向に振った場合と斜め右方向に振った場合とでは、その距離に関する報知音の変化や速度に関する報知音の変化が異なることになり、この音の違いによって障害物の方向を判断することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…白杖、
２…２周波ドップラーセンサ、
４，４ａ，４ｂ…アンテナ、
５，５ａ，５ｂ…送受信回路、
６ａ，６ｂ…サンプルホールド回路、
７…計測回路、      ８…報知回路。
【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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