(57)【要約】  位置決め装置が、針路情報を検出し且つ提供するよう構成される磁気計と、運動情報を検出し且つ提供するよう構成される運動センサと、磁気計及び運動センサに結合され、且つ針路情報及び運動情報に基づき位置データを生成するよう構成されるマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサに結合され、且つ位置情報を含む信号を無線送信するよう構成される送信器と、マクロプロセッサ、磁気計、運動センサ、及び送信器のうちの少なくとも１つに動力を供給するよう構成される圧電性動力源とを含む。
2014529068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
針路情報を検出し且つ提供するよう構成される磁気計と、
運動情報を検出し且つ提供するよう構成される運動センサと、
前記磁気計及び前記運動センサに結合され、且つ前記針路情報及び前記運動情報に基づき位置データを生成するよう構成されるマイクロプロセッサと、
該マイクロプロセッサに結合され、且つ前記位置情報を含む信号を無線送信するよう構成される送信器と、
前記マクロプロセッサ、前記磁気計、前記運動センサ、及び前記送信器のうちの少なくとも１つに動力を供給するよう構成される圧電性動力源とを含む、
位置決め装置。
【請求項２】
前記運動センサは、外部基準地点に対する少なくとも２つの直交軸に沿って当該位置決め装置の運動を検出するよう更に構成される、請求項１に記載の位置決めセンサ。
【請求項３】
前記運動センサは、加速計を含む、請求項２に記載の位置決めセンサ。
【請求項４】
前記運動センサは、慣性計測装置（ＩＭＵ）を含む、請求項２に記載の位置決めセンサ。
【請求項５】
前記慣性計測装置（ＩＭＵ）は、微小電気機械（ＭＥＭＳ）装置において実施される、請求項４に記載の位置決めセンサ。
【請求項６】
統合ハウジングを更に含み、前記マイクロプロセッサ、前記磁気計、前記運動センサ、前記送信器、及び前記圧電性動力源は、前記統合ハウジング内に配置される、請求項１に記載の位置決めセンサ。
【請求項７】
前記統合ハウジングは、履物品に結合させられるよう構成される、請求項６に記載の位置決めセンサ。
【請求項８】
前記圧電性動力源は、前記履物品を通じて前記圧電性動力源に提供されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積するよう構成される、請求項７に記載の位置決めセンサ。
【請求項９】
当該位置決め装置は、ナビゲーションシステムに無線式に結合させられ、前記送信器は、前記位置データを含む前記信号を前記ナビゲーションシステムに無線送信するよう構成される、請求項１に記載の位置決めセンサ。
【請求項１０】
前記ナビゲーションシステムは、衛星航法システム（ＧＰＳ）ナビゲーションシステムであり、前記ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ拒否環境において補完的な位置情報を提供するために前記位置データを使用するよう構成される、請求項９に記載の位置決めセンサ。
【請求項１１】
前記位置データは、当該位置決め装置と関連付けられる特異な識別番号を含む、請求項１に記載の位置決めセンサ。
【請求項１２】
前記特異な識別番号に基づき、外部ナビゲーションシステムが当該位置決め装置と論理的に対にさせられ、前記外部ナビゲーションシステムは、前記位置データを受信するよう構成される、請求項１１に記載の位置決めセンサ。
【請求項１３】
位置決め装置の位置を決定する方法であって、
圧電性動力源から、マイクロプロセッサ、磁気計、運動センサ、及び送信器のうちの少なくとも１つに電力を供給すること、
前記運動センサの運動を検出すること、
前記運動センサの前記運動を検出することに応答して、前記運動センサを使用して、運動情報を取得すること、
前記運動センサの前記運動を検出することに応答して、前記磁気計を使用して、針路情報を取得すること、
前記マイクロプロセッサを使用して、前記針路情報及び前記運動情報に基づく位置情報を生成すること、及び
前記送信器を使用して、前記位置情報を含む信号を無線送信することを含む、
方法。
【請求項１４】
前記位置情報を生成することは、以前の地理的位置に対する地理的位置の変化を示す量を決定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記量は、前記以前の地理的位置から移動した距離、及び前記以前の地理的位置から移動した方向のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも部分的に前記位置情報に基づき地理的位置を決定することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記地理的位置を決定することは、前記位置情報及び前もって既知の地理的位置を使用して現在の地理的位置を計算することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記位置情報を生成することは、前記位置決め装置と関連付けられる特異な識別番号を提供することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記特異な識別番号を使用して、前記位置決め装置を外部ナビゲーションシステムと論理的に対にさせることを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記圧電性動力源は、履物品に結合させられ、当該方法は、前記履物品を介して前記圧電性動力源に適用されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積させることを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
位置決め装置であって、
圧電性動力源と、
当該位置決め装置の地理的位置における相対的な変化を決定するために前記圧電性動力源に結合される手段と、
前記圧電性動力源に結合させられ、且つ前記地理的位置における相対的な変化を示すデータを含む信号を送信するよう構成される送信器とを含む、
位置決め装置。
【請求項２２】
当該位置決め装置は、履物品内に含められ、前記圧電性動力源は、前記履物品を介して当該位置決め装置に適用されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積させるよう構成される、請求項２１に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
衛星航法システム（ＧＰＳ）は米国政府によって維持される全地球的航法衛星システムであり、連続的な位置及び時間情報をもたらす。ＧＰＳはマイクロ波信号を放送する地球周回軌道衛星集合体を含む。当該技術分野において周知であるように、互換性のあるＧＰＳ受信装置が信号中のデータを受信して処理し、受信機の三次元位置（緯度、経度、及び高度）を決定する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳは、典型的には、少なくとも３つ又は４つの衛星への障害物のない視線がある野外でのみ確実に作動する。木、建造物、及び他の障害物がマイクロ波信号を遮断し、散乱させ、或いは有意に減衰させるとき、受信機はＧＰＳのみを使用して位置情報を更新し得ない。これは、森林、洞穴、又は山岳領域におけるような、ＧＰＳ信号が利用可能でないかもしれない環境において正確な場所情報を必要とする兵士及び他の者にとっての懸念事項である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＧＰＳを増強するための技法が存在する。しかしながら、これらの技法は、典型的には、ＧＰＳ信号における誤差を矯正するよう設計され、受信機に追加的な位置情報を送信するために他のシステムを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
特徴及び実施態様は、ＧＰＳに基づく位置決め装置を補完する位置決めシステム及び方法に向けられている。少なくとも１つの実施態様において、位置決めモジュールが、運動センサと、磁気計と、送信器と、マイクロプロセッサと、圧電性動力源とを含む。位置決めモジュールの少なくとも一部が、圧電性動力源によって動力供給され、圧電性動力源は、機械的な力が加えられるときに動力を生成する。１つの実施態様において、位置決めモジュールは、履物品、例えば、靴又はブーツに取り付けられるよう構成される。位置決めモジュールは、位置決めモジュールのあらゆる動作の大きさ及び方向（例えば、羅針盤針路）を検出し、送信器を介して、ＧＰＳに基づく位置決め装置に運動情報を無線送信する。ＧＰＳに基づく位置決め装置は、例えば、最後に既知のＧＰＳ位置からの位置決めモジュールの位置の変化を計算することによって、ＧＰＳ信号が入手可能でないときに位置決めモジュールの位置を決定するために運動情報を使用し得る。
【０００５】
１つの特徴によれば、位置決め装置が、針路情報を検出し且つ提供するよう構成される磁気計と、運動情報を検出し且つ提供するよう構成される運動センサと、磁気計及び運動センサに結合され、且つ針路情報及び運動情報に基づき位置データを生成するよう構成されるマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサに結合され、且つ位置情報を含む信号を無線送信するよう構成される送信器と、マクロプロセッサ、磁気計、運動センサ、及び／又は送信器のうちの少なくとも１つに動力を供給するよう構成される圧電性動力源とを含む。
【０００６】
１つの実施態様では、外部基準地点に対する少なくとも２つの直交軸に沿って位置決め装置の運動を検出するよう運動センサを構成し得る。他の実施態様において、運動センサは、加速時計及び／又は慣性計測装置（ＩＭＵ）を含み得る。更に、他の実施態様では、慣性計測装置（ＩＭＵ）を微小電気機械（ＭＥＭＳ）装置において実施し得る。
【０００７】
他の実施態様において、位置決め装置は、統合ハウジングを更に含む。マイクロプロセッサ、磁気計、運動センサ、送信器、及び／又は圧電性動力源を統合ハウジング内に配置し得る。
【０００８】
他の実施態様では、履物品に結合させられるよう統合ハウジングを構成し得る。他の実施態様では、履物品を通じて圧電性動力源に提供されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積するよう圧電性動力源を構成し得る。
【０００９】
他の実施態様では、ナビゲーションシステムに無線的に結合させられるよう位置決め装置を構成し得る。送信器は位置データを含む信号をナビゲーションシステムに無線送信するよう構成される。
【００１０】
他の実施態様において、ナビゲーションシステムは衛星航法システム（ＧＰＳ）ナビゲーションシステムであり得る。ＧＰＳ拒否環境において補完的な位置情報を提供するために位置データを使用するようナビゲーションシステムを構成し得る。
【００１１】
他の実施態様において、位置データは位置決め装置と関連付けられる特異な識別番号を含み得る。他の実施態様では、特異な識別番号に基づき、外部ナビゲーションシステムを位置決め装置と論理的に対にし得る。位置データを受信するよう外部ナビゲーションシステムを構成し得る。
【００１２】
１つの特徴によれば、位置決め装置の位置を決定する方法が、圧電性動力源から、マイクロプロセッサ、磁気計、運動センサ、及び／又は送信器に電力を供給すること、運動センサの運動を検出すること、運動センサの運動を検出することに応答して運動センサを使用して運動情報を取得すること、運動センサの運動を検出することに応答して磁気計を使用して針路情報を取得すること、マイクロプロセッサを使用して針路情報及び運動情報に基づく位置情報を生成すること、及び送信器を使用して位置情報を含む信号を無線送信することを含む。
【００１３】
１つの実施態様によれば、位置情報を生成することは、以前の地理的位置に対する地理的位置の変化を示す量を決定することを含み得る。他の実施態様において、その量は、以前の地理的位置から移動した距離、及び／又は以前の地理的位置から移動した方向を含み得る。
【００１４】
他の実施態様において、当該方法は、少なくとも部分的に位置情報に基づき地理的位置を決定することを含み得る。他の実施態様において、地理的位置を決定することは、位置情報及び前もって既知の地理的位置を使用して現在の地理的位置を計算することを含み得る。
【００１５】
他の実施態様において、位置情報を生成することは、位置決め装置と関連付けられる特異な識別番号を提供することを含み得る。他の実施態様において、当該方法は、特異な識別番号を使用して、位置決め装置を外部ナビゲーションシステムと論理的に対にさせることを含み得る。
【００１６】
他の実施態様では、圧電性動力源を履物品に結合させ得る。当該方法は、履物品を介して圧電性動力源に適用されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積させることを含み得る。
【００１７】
１つの特徴によれば、位置決め装置が、圧電性動力源と、当該位置決め装置の地理的位置における相対的な変化を決定するために圧電性動力源に結合される手段と、圧電性動力源に結合させられ、且つ地理的位置における相対的な変化を示すデータを含む信号を送信するよう構成される送信器とを含む。
【００１８】
１つの実施態様では、位置決め装置を履物品内に含め得る。履物品を介して位置決め装置に適用されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積させるよう圧電性動力源を構成し得る。
【００１９】
原寸で描写されていない添付の図面を参照して、少なくとも１つの実施態様の様々な特徴を以下に議論する。図面は、様々の特徴及び実施態様の例示及び更なる理解をもたらすために含められており、この明細書に組み込まれ、且つこの明細書の一部を構成するが、本発明の限定の定義として意図されていない。図面、詳細な記載、又はいずれかの請求項中の技術的な機能に参照記号が続く場合、参照記号は図面及び記載の理解度を増大させる目的のためにのみ含められている。図面において、様々の図面中に例示される各々の同一又はほぼ同一の構成部品は、同等の番号によって表示されている。明瞭性のために、あらゆる図面においてあらゆる構成部品が印されているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の特徴に従った位置決めシステムの１つの実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の特徴に従った位置決めモジュールの１つの実施例を概略的に示すブロック図である。
【図３】図２の位置決めモジュールと本発明の特徴に従った履物品の例示的な踵カップ及び例示的な物品とを示す切取り分解図である。
【図４Ａ】切断線Ａ−Ａ’に沿う図３の踵カップを示す立断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す踵カップを示す頂面図である。
【図５】本発明の特徴に従って位置を決定するためのプロセスを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
現在の位置決め技術は、世界中で正確な情報を提供するＧＰＳに甚だしく依存している。しかしながら、上記で議論したように、現在位置を正確に決定するためには、ＧＰＳ集合体中の少なくとも３つの、好ましくは少なくとも４つの衛星からの一定視野のＧＰＳ信号の受信が必要である。兵士のようにＧＰＳ受信機を使用する人は、ＧＰＳ信号が森林、建造物、トンネル、洞穴、山岳、及び他の物体によって妨害される領域（以下ではＧＰＳ拒否環境とも呼ぶ）を移動することがあるかもしれない。環境に依存して、ＧＰＳ信号は長期に亘ってＧＰＳ信号が拒否されることがあり、その期間中、正確な位置情報を必要とし得る。
【００２２】
ＧＰＳに基づく位置決め装置を補完する既存の技術は高価であり、大型であり、大量の電力を消費し、且つ／或いは大きな誤差率を有する。例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ）は、当該装置がどれぐらい移動したかを決定するために、加速度によって引き起こされる力を測定する。現在位置は、前もって既知の位置まで移動させられる距離を適用することによって推定される。しかしながら、ＩＭＵ計算における極めて小さな誤差でさえも素早く蓄積し、推定される現在位置における大きな誤差をもたらし得る。従って、誤差率を減少させるために他の技法でＩＭＵを補完することが必要である。
【００２３】
２０１０年１２月２日にScienceDaily（登録商標）で発表された“GPS  Not  Working?  A  Shoe  Radar  May  Help  You  Find  Your  Way”という論文に記載されているような１つの技法は、靴に取り付けられるレーダーセンサを使用する。レーダーは靴の踵と地面との間の距離を決定するために使用される。その距離がある時間期間に亘って一定であるならば、靴は静止的であると推定され、あらゆる速度関連誤差は取り消される。しかしながら、この技法は靴が移動中に蓄積する誤差を矯正し得ない。
【００２４】
他の現在の技法は、Beaverton,  OregonのNike,  Inc.によるＮｉｋｅ＋製品において実施されている。その技法は、ある人の足が地面に接している時を検出する圧電センサを利用する。接地時間の量がその人の速度を決定するために使用される。即ち、その人が速く移動すればするほど、彼又は彼女の足が地面の上にある時間はより少なく、その逆も同様である。センサは速度情報を外部装置に無線送信する。しかしながら、この技法は運動の方向を決定し得ない。
【００２５】
特徴及び実施態様は、位置決めモジュールに向けられており、位置決めモジュールは、位置決めモジュールの動作を検出し且つ位置決めモジュールの運動の大きさ及び方向を含む運動情報を生成するよう構成される。位置決めモジュールは、兵士、消防士、法執行官、救助者、又は他の人が履く靴又はブーツに取り付けられるよう構成される。検出可能な動作の種類の例は、例えば、走行（ランニング）、歩行（ウォーキング）、匍匐（クローリング）、跳躍（ジャンピング）、又は遊泳（スイミング）を含む。他の運動、例えば、位置決めモジュールを携帯する個人が移動する車両又は船舶に乗り込んでいる、或いは航空機からパラシュートで降りる場合も検出し得る。
【００２６】
１つの実施態様によれば、以下に更に詳細に議論するように、位置決めモジュールは、運動センサ、磁気計、マイクロプロセッサ、送信器、及び動力源を含む。位置決めモジュールは、動力源によって電力供給され、動力源は、少なくとも１つの実施態様において、圧電電池を含む。運動センサ及び磁気計は、運動の大きさ及び方向を検出して測定するために使用される。位置決め装置が、例えば、補完位置データを使用してＧＰＳ拒否環境内の位置決めモジュールの現在位置を決定し得るよう、位置決めモジュールは、その運動に基づき、補完的位置データをＧＰＳに基づくナビゲーション装置のような位置決め装置に提供するよう構成される。１つの実施態様において、補完位置データは、送信器を使用して位置決めモジュールから位置決め装置に無線送信される。
【００２７】
本発明の実施態様は、それらの適用において、以下の記載に示し或いは図面に例示する構成の詳細及び構成部品の配置に限定されない。本発明の実施態様は他の実施態様も可能であり、本発明の実施態様を様々の方法において実施し或いは実行し得る。また、ここで使用する成句及び用語は記載の目的のためであり、限定として解釈されてはならない。「含む」(“including”)、「含む」(“comprising”)、又は「有する」(“having”)、「含有する」(“containing”)、「含む」(“involving”)、及びそれらの変形の使用は、ここでは、その後に列挙される品目及びそれらの均等物並びに追加的な品目を包含することを意味する。
【００２８】
図１は、１つの実施態様に従った位置決めシステムの１つの例示的な使用を例示する概略図である。位置決めシステムは、例えば、靴又はブーツのような履物品２に取り付け得る、個人１によって履かれる或いは携帯される位置決めモジュール（図示せず）を含む。以下に更に詳細に記載するように、少なくとも１つの実施態様によれば、位置決めモジュールは、ある時間期間に亘る移動の距離及び方向を含む、個人１の運動を検出する自己出力型装置である。位置決めモジュールは、距離及び針路情報を位置決め装置３に送信するための送信器であり、位置決め装置３は、例えば、運動情報を受信し且つ処理するよう構成される手持ち式又はヘルメット取付け式のナビゲーション装置であり得る。
【００２９】
図２は、１つの実施態様に従った位置決めモジュール１０の概略的なブロック図である。位置決めモジュール１０は、制御装置１２と、運動センサ１４と、磁気計１６と、送信器１８と、動力源２０とを含む。１つの実施態様において、制御装置１２は、Ｉ２Ｃ又はＳＰＩシリアルデータバスを用いて運動センサ１４及び／又は磁気計１６に結合される。制御装置１２は、運動センサ１４から運動情報を受信し、磁気計１６から針路情報を受信し、且つ動力源２０から動力を受け取るよう構成される、マイクロプロセッサ又は他の計算装置を含む。
【００３０】
１つの実施態様において、動力源２０は、圧電電池(piezoelectric  cell)を含む。圧電電池は、機械的な力が電池に加えられるときに電荷を生成する。１つの実施態様では、履物品を履く人が一歩を踏む度に電池が圧縮されるよう、圧電電池は履物品２の踵部分に取り付けられる。電荷は、例えば、制御装置１２、運動センサ１４、磁気計１６、及び／又は送信器１８を含む、位置決めモジュールの構成部品に動力供給するために使用される。電池のような他の種類の電源を使用してもよい。しかしながら、圧電電池は位置決めモジュール１０の使用中に再生動力の供給を提供し得るので、圧電電池は電池(battery)と異なり有利である。他の実施態様において、位置決めモジュール１０は、例えば、送信器１８を切ることによって、動力源２０内に貯蔵される動力を保存するよう、運動非活動の期間中に、低減された動力消費レベルで動作する。
【００３１】
様々の実施例によれば、位置決めモジュール１０は、１つ又はそれよりも多くのハードウェア及び／又はソフトウェア構成部品として実施される。例えば、Texas  Instruments、Intel、AMD、Sun、Motorola、Freescale、及びARM  Holdingsによって製造されるプロセッサのような、例えば、１つ又はそれよりも多くの商業的に入手可能なプロセッサの上で動作する、コンピュータ実行可能なプログラムとして制御装置１２の機能を実施し得る。しかしながら、商業的に入手可能であれ、特別に製造されるものであれ、以下に議論する機能を遂行するようプログラムされる、如何なる種類のプロセッサ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（現場でプログラム可能なゲート列）、マルチプロセッサ、又はコントローラの上でも、様々の実施態様を実施し得る。一部の実施態様において、位置決めモジュール１０は、データを記憶するコンピュータ読取り可能で持続性の記憶装置（図１には示していない）を含み得る。この記憶装置は、例えば、比較的高性能で、揮発性の、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックメモリ（ＳＲＡＭ）、又はシンクロナスＤＲＡＭのような、ランダムアクセスメモリを含み得る。しかしながら、記憶装置は、以下に記載する機能を支持する十分な処理量及び記憶容量を備える、非揮発性メモリのような、データを記憶するための如何なる装置をも含み得る。
【００３２】
１つの実施態様において、運動センサ１４は、加速時計を含む。外部基準地点（例えば、地上の地点）に対する２つの直交軸に沿うような、少なくとも二次元において位置決めモジュール１０の運動を検出するよう、運動センサ１４を構成し得る。従って、位置決めモジュール１０の加速は、運動が起こる時間の測定値と組み合わせられるときに、地面を横断して進行する距離を決定するために、制御装置１２によって使用される。運動センサ１４は、動力源２０又は他の動力源によって、例えば、別個の圧電電池をを使用して動力供給される。他の実施態様において、運動センサ１４は、ジャイロスコープ又はＭＥＭＳに基づく内部計測装置（ＩＭＵ）を含み、それらは位置決めモジュール１０が進行する距離を決定するために使用し得る他の種類の運動検出装置である。
【００３３】
１つの実施態様において、磁気計１６は、制御装置１２に送信される針路情報を生成するよう構成されるデジタルコンパス（デジタル羅針盤）を含む。針路情報は、運動セイン差１４によって生成される距離情報と組み合わせられるとき、位置決めモジュール１０がある時間期間に亘って移動する距離及び方向を含む運動情報を計算するために、制御装置１２によって使用される。
【００３４】
１つの実施態様によれば、運動情報は、送信器１８によって、図１に関して上述した位置決め装置３のような外部位置決め装置に送信される。１つの実施例において、送信器１８は、Cochrane,  Alberta,  CanadaのDynastream  Innoventions,  Inc.による独占的なＡＮＴ（ＴＭ）無線センサネットワークプロトコルと互換性を有する。１つの実施態様において、送信器１８の放送範囲は、最大で１００メートルまでであり、位置決めモジュール１０の典型的な適用において、それは位置決めモジュール１０から外部位置決め装置に運動情報を送信するのに十分であるが、他の放送範囲も使用し得る。
【００３５】
１つの実施態様において、位置決め装置３は、特にＧＰＳ信号が入手可能でない場合に、現在位置を計算するために位置決めモジュール１０によって提供される運動情報を使用するよう構成される。位置決め装置３は、ＧＰＳ、Global’naya  Navigatsionnaya  Sputnikovaya  Sistema  (GlobalNavigation  System又はGLONASS（ロシア）、COMPASS（中国）、Galileo（欧州連合）、セルラー基地局、Ｗｉ−Ｆｉアクセスポイント、LORAN、及び他の地球無線ナビゲーション局のような、既存の技術を利用し得る。位置決めモジュール１０によって生成される運動情報は、位置決め装置３によって遂行される計算を補完する。例えば、ＧＰＳ信号が利用可能であるとき、位置決め装置３は、補完情報を用いることなく、ＧＰＳ信号を使用して現在位置を計算し得る。しかしながら、位置決め装置３は、ＧＰＳ拒否環境において現在位置を計算するために、例えば、運動情報を含む、ＧＰＳ以外の位置情報源を使用し得る。この場合、位置決め装置３は、位置決めモジュール１０から受信する運動情報をいずれかの前もって知られている現在位置に適用することによって現在位置を計算する。例えば、最後のＧＰＳ導出位置が、緯度＋ａ．ｎ°（即ち、地球的座標でａ．ｎ度北）及び経度−ｂ．ｍ°（即ち、ｂ．ｍ度西）であり、位置決めモジュールから受信した運動情報が、個人１が０．ｘ°だけ北に移動し、且つ０．ｙ°だけ西に移動したことを示すならば、ＧＰＳ信号がない場合、位置決め装置３は、現在位置が緯度＋（ａ．ｎ＋０．ｘ）°及び経度−（ｂ．ｍ＋０．ｙ）°であることを決定する。位置決めモジュール１０が（例えば、靴、ズボンの片足部分、袖、又はヘルメットの上で）どのように履かれ或いは携帯されるかに基づき運動情報（例えば、距離及び針路）を地球的座標に変換するためにアルゴリズムを使用し得る。他の実施例では、（例えば、現在位置を実証する健全性検査のように）ＧＰＳに基づく位置計算に追加的な精度をもたらすために、位置決め装置３が位置決めモジュール１０から受信する運動情報を非ＧＰＳ拒否環境において使用し得る。
【００３６】
１つの実施態様によれば、運動情報は、位置決めモジュール１０と関連付けられる特異な識別番号を含む。例えば、位置決めモジュール１０と論理的に結合し或いは対になるよう、且つ／或いは外部位置決め装置が他の（例えば、多数の）位置決めモジュール１０から受信するデータを識別するのを可能にするよう、特異な識別番号を使用し得る。例えば、外部位置決め装置を位置決めモジュール１０と論理的に対にすることは、（例えば、異なる個人によって装着された他の位置決めモジュールと対照的に）外部位置決め装置が位置決めモジュール１０から受信する運動情報を含むあらゆるデータを位置決めモジュールと関連付けることを可能にする。他の実施態様において、位置決めモジュール１０は、ＩＣＤＡＰＩ（アプリケーション・プログラミング・インターフェース）を含み、それは位置決めモジュールを多数の外部ナビゲーション装置又は位置決め装置と統合（一体化）させるために使用される。
【００３７】
上記に議論したように、履物品又は他の衣服に付着するよう位置決めモジュール１０を構成し得る。１つの実施態様では、耐久性を増大させ、モジュールを損傷から保護し、且つモジュールを履物品のような他の物体に取り付ける構造を提供するために、位置決めモジュール１０は、ハウジング内にカプセル化され或いは封入される。使い捨て式の、低コストの、軽量の材料を使用して、位置決めモジュール１０を構成し得る。そのような材料の例は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＰＣ／ＡＭＳ）、及びポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含む。
【００３８】
図３は、靴又はブーツのような履物２の切取り分解図を例示しており、図２の位置決めモジュール１０は、１つの実施態様に従って、履物２の踵部分３０に取り付けられている。他の実施態様では、位置決めモジュール１０に動力供給するための十分な電荷を生成するために、履物を履く個人の動作が動力源内の（もし存在するならば）圧電電池(piezoelectric  cell)に対して十分な機械的な力を引き起こす限り、位置決めモジュール１０を他の方法において、例えば、中底内に埋設させられて、中底上に設置されて、或いは舌革、側壁、又は褄先に沿って、履物２に取り付け得る。動力源２０が、電池(battery)のような、他の種類の動力源を含むならば、位置決めモジュール１０を履物のあらゆる部分に、或いは個人１によって装着され或いは携帯される他の衣料品又は身の回り品に取り付け得る。
【００３９】
依然として図３を参照すると、位置決めモジュール１０を、履物の中底の踵部分３０内のような或いは履物の中底の踵部分３０に隣接する場所のような、履物２内の固定的な場所に保持するために、踵カップ２２を選択的に使用し得る。踵カップ２２は、履物内に、例えば、中底上にしっかりと嵌るよう構成される。踵カップ２２は、位置決めモジュール１０が移動しない或いは取り除かれるようにならないこと、及び／又は（例えば、歩行、走行、又は直立の故に）個人１の踵が踵カップ２２に対して下向きの力を加えるときに実質的に均一な力がモジュールの上向きに面する表面に亘って適用されることを保証するのを助ける。位置決めモジュール１０を、例えば、踵カップ２２内に或いは踵カップ２２より下に配置し得る。
【００４０】
図４Ａは、切断線Ａ−Ａ’に沿う図３の踵カップ２２の立断面図を例示しており、１つの実施態様に従って、踵カップ内に挿入される位置決めモジュール１０を示している。図４Ｂは、踵カップ２２及び位置決めモジュール１０の頂面図である。位置決めモジュール１０を、例えば、踵カップ２２の底部分の開口２４内に挿入し得るし、或いは、選択的に、踵カップ２２の底部表面に取り付け得る。動力源２２内の圧電電池に機械的な力を適用するために位置決めモジュール１０に対して人の踵の下向きの圧力を伝えるよう構成される曲げやすい材料で踵カップ２２を製造し得る。
【００４１】
図５は、１つの実施態様に従った位置５００を決定するプロセスのフロー図である。上述の位置決めモジュール１０によってプロセスを実施し得る。ステップ５１０で、運動センサは、位置決めモジュール１０の運動を検出する。運動は、あらゆる方向（例えば、上方、下方、前方、後方、左向き、右向き）における運動センサのあらゆる動作によって引き起こされる。運動の大きさ及び方向を検出し、且つ検出した大きさ及び方向を含むデータを制御装置１２に提供するよう、運動センサを構成し得る。ステップ５１２で、運動センサが移動した（例えば、メータにおける）距離及び磁気計１６からの（例えば、磁北又は真北に対する角度における）針路を決定するために、制御装置１２はアルゴリズムを使用する。
【００４２】
ステップ５１４で、距離及び針路データが、送信器によって、図１に示す位置決め装置３のような距離及び針路データを受信するよう構成される外部装置に送信される。外部装置は、例えば、特にＧＰＳ拒否環境において、運動センサ及び／又は外部装置の現在位置を決定するために、距離及び針路データを使用し得る。
【００４３】
ステップ５１０に戻ることによって、プロセス５００は、無限に、例えば、運動センサ１４の電源が入っている限り継続する。このようにして、運動センサの位置の変化を正確に追跡するために、運動は継続的に検出される。
【００４４】
よって、特徴及び実施態様は、使用者によって容易に携帯され得る、例えば、上記に議論したように履物品内に収容される、軽量の統合（一体化）された位置決めモジュールを提供し得る。ＧＰＳ拒否環境においてさえも使用者が正確な位置情報を備え得るように、上述のようにＧＰＳに基づく装置に補完的な位置／運動情報をもたらすために、位置決めモジュールは、ＧＰＳに基づく装置のような他のナビゲーション装置と互換性を有し得る。圧電性の動力源を使用することは、位置決めモジュールの実施態様が電池に依存することなく自己出力型であることを可能にする。それは、遠隔場所において、及び／又は使用者が携帯し得る重量が限定的であり、従って、新しい電池又は充電器へのアクセスが困難であり得る状況において、特に有用である。
【００４５】
この発明の少なくとも１つの実施態様の幾つかの特徴を記載したが、様々の変更、変形、及び改良が直ちに当業者に思い浮かぶであろう。そのような変形、変更、及び改良は、この開示の一部であることが意図され、本発明の精神及び範囲内にあることが意図される。従って、上述の記載及び図面は、一例であるに過ぎない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月4日(2014.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の位置を決定するための位置決め装置であって、
前記人の針路を検出し且つ針路情報を提供するよう構成される磁気計と、
前記人の運動を検出し且つ運動情報を提供するよう構成される運動センサと、
前記磁気計及び前記運動センサに結合され、且つ前記針路情報及び前記運動情報に基づき位置データを生成するよう構成されるマイクロプロセッサと、
該マイクロプロセッサに結合され、且つ前記位置データを含む信号を無線送信するよう構成される送信器と、
前記マクロプロセッサ、前記磁気計、前記運動センサ、及び前記送信器のうちの少なくとも１つに動力を供給するよう構成される圧電性動力源とを含み、
当該位置決め装置は、前記人が装着する物品内に埋設され、衛星航法システム（ＧＰＳ）が、当該位置決め装置に無線式に結合され、
前記ＧＰＳは、前記位置データを含む前記信号を前記送信器から受信し、且つ前記送信器からの前記位置データの受信に応答してＧＰＳ拒否環境内で位置を決定するよう構成される、
位置決め装置。
【請求項２】
前記運動センサは、外部基準地点に対する少なくとも２つの直交軸に沿って当該位置決め装置の運動を検出するよう更に構成される、請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記運動センサは、加速計を含む、請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記運動センサは、慣性計測装置（ＩＭＵ）を含む、請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記慣性計測装置（ＩＭＵ）は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置において実施される、請求項４に記載の位置決め装置。
【請求項６】
統合ハウジングを更に含み、前記マイクロプロセッサ、前記磁気計、前記運動センサ、前記送信器、及び前記圧電性動力源は、前記統合ハウジング内に配置される、請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記統合ハウジングは、履物品の中底内に配置されるよう構成され、且つ当該位置決め装置を前記中底内に保持するよう構成される、請求項６に記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記圧電性動力源は、前記履物品を通じて前記圧電性動力源に提供されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積するよう構成される、請求項７に記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記位置データは、当該位置決め装置と関連付けられる特異な識別番号を含む、請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記特異な識別番号に基づき、外部ナビゲーションシステムが当該位置決め装置と論理的に対にさせられ、前記外部ナビゲーションシステムは、前記位置データを受信するよう構成される、請求項９に記載の位置決め装置。
【請求項１１】
位置決め装置を使用する人の位置を決定する方法であって、
圧電性動力源から、マイクロプロセッサ、磁気計、運動センサ、及び送信器のうちの少なくとも１つに電力を供給すること、
前記運動センサを使用して前記人の運動を検出すること、
前記人の前記運動を検出することに応答して、前記運動センサを使用して運動情報を取得すること、
前記人の前記運動を検出することに応答して、前記磁気計を使用して前記人の針路情報を取得すること、
前記マイクロプロセッサを使用して、前記針路情報及び前記運動情報に基づき前記人の位置情報を生成すること、
前記送信器を使用して、前記位置情報を含む信号を無線送信すること、及び
前記マイクロプロセッサによって生成される前記位置情報に基づきＧＰＳ拒否環境内で人のための位置を決定することを含み、
前記マイクロプロセッサ、前記磁気計、前記運動センサ、及び前記送信器は、前記人が履く履物品内に埋設される、
方法。
【請求項１２】
前記位置情報を生成することは、以前の地理的位置に対する前記人の地理的位置の変化を示す量を決定することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記量は、前記人が前記以前の地理的位置から移動した距離、及び前記人が前記以前の地理的位置から移動した方向のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも部分的に前記位置情報に基づき前記人の地理的位置を決定することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記地理的位置を決定することは、前記位置情報及び前記人の前もって既知の地理的位置を使用して、前記人の現在の地理的位置を計算することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記位置情報を生成することは、前記位置決め装置と関連付けられる特異な識別番号を提供することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記特異な識別番号を使用して、前記位置決め装置を外部ナビゲーションシステムと論理的に対にさせることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記圧電性動力源は、履物品に結合させられ、当該方法は、前記履物品を介して前記圧電性動力源に適用されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積させることを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
人の位置を決定するための位置決め装置であって、
前記人が履く履物品内に埋設される圧電性動力源と、
当該位置決め装置の地理的位置における相対的な変化を決定するために前記圧電性動力源に結合される前記人が履く前記履物品内に埋設される手段と、
前記圧電性動力源に結合させられ、且つ前記地理的位置における相対的な変化を示すデータを含む信号を送信するよう構成される送信器と、
地理的位置における前記相対的な変化を示すデータを含む前記信号に基づきＧＰＳ拒否環境内で前記人の位置を決定するための手段とを含む、
位置決め装置。
【請求項２０】
当該位置決め装置は、履物品の中底内に配置され、前記圧電性動力源は、前記履物品を介して当該位置決め装置に適用されるべき機械的な力に応答して電荷を蓄積させるよう構成される、請求項１９に記載の位置決め装置。
【国際調査報告】
2014529068.tif 000009
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2014529068.tif 000011