JP4551260B2 - 圧力分布センサ及び歩行解析装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力分布センサ及びこれを含む歩行解析装置に関する。

圧力分布を計測する圧力計測シートを用いた荷重訓練支援装置が知られている。例えば、特許文献１の荷重訓練支援装置は、圧力センサ部（圧力計測シート）、領域検出部及び荷重算出部を有している。圧力センサ部は、被験者が圧力センサ部の上を歩行したときに足が接触することによって生じる圧力分布を計測する。領域検知部は、圧力センサ部によって計測された圧力分布をもとにして足の存在領域を切り出す。荷重算出部は、領域検知部によって切り出された足の領域に対する圧力分布から足にかかる荷重を求める。

これによると、被験者は、特別な装置を装着することなく、圧力センサ部の上を歩行するだけで、歩行時に足にかかる荷重を認識することができ、効率よくリハビリ等を行うことができる。

歩行解析を行う際に被験者は、圧力センサ部の上を実際に歩行する。このとき、歩行の状態を解析するためには、ある程度の距離を歩行する必要があり、圧力センサ部には、十分な面積が必要となる。従って、このような歩行解析を行うためには大型の圧力センサ部が必要となる。

特許文献２の大面積圧力分布センサは、圧力によって抵抗値が変化する抵抗に覆われた複数の電極が平行に配置された２つのシートを電極が直交するように重ね合わせた複数の圧力分布センサ（圧力計測シート）と、これら複数の圧力分布センサの駆動及び信号の伝送等を行う駆動回路ＩＣとを有している。各圧力分布センサの電極は圧力分布センサの側面まで延びており、複数の圧力分布センサが二方向に並べてられている。そして、一方向に隣接する圧力分布センサの側面において対向する電極同士が導電性接着剤又はコネクタによって電気的に接続されている。これに対して、前記一方向と直交する方向に隣接する圧力分布センサの側面において対向する電極同士は電気的に接続されていない。さらに、電極と駆動回路ＩＣとがリード線を介して接続されている。圧力分布センサの表面に荷重が加えられると、その部分に配置された電極を覆っている抵抗の抵抗値が変化する。駆動回路ＩＣは、この抵抗の変化を計測することによってこの部分に加わった荷重を算出する。

これによると、従来の大きさの圧力分布センサを複数の並べることによって歩行可能な面積を大きくすることができるので、大型の圧力分布センサとして動作させることができる。

特開２０００−３０８６９８号公報（図１、図２） 特開平１０−３８７２０号公報（図７）

しかしながら、この場合でも、圧力分布センサの数の増加と共に、圧力分布を測定する点の数が増加し、これに伴って圧力分布センサの駆動や信号の伝送を行うための駆動回路ＩＣ等の出力回路の構成が複雑、大型になってしまう虞がある。

本発明の目的は、圧力計測シートを大型化したり、圧力計測シートの信号を出力、伝送する出力回路を複雑化、大型化したりすることなく、歩行の状態を計測することが可能な大型の圧力分布センサ及びこれを用いた歩行解析装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の圧力分布センサは、印加された圧力の大きさに応じて電気的な特性値が変化する二次元的に配置された複数の圧力計測点を規定する複数の第１電極及びこれと対向する一又は複数の第２電極をそれぞれ含んでおり、且つ、一方向に沿って配列されたｎ（ｎ：２以上の自然数）枚の圧力計測シートを有している。また、圧力計測シートにおける異なる相対位置のそれぞれについて、圧力計測シートにおける相対位置が同じであるｎ個の圧力計測点を規定し且つ互いに異なる圧力計測シートに属するｎ個の第１電極同士及びｎ個の第２電極同士を電気的に接続する接続手段を有している。さらに、ｎ枚の圧力計測シートにかかる複数の第１電極及び一又は複数の第２電極と電気的に接続されており、ｎ枚の圧力計測シートにおける相対位置が同じであるｎ個の圧力計測点に印加された合計圧力に相当する電気信号を出力する出力回路とを備えている。

これによると、ｎ枚の圧力計測シートにおける相対位置が同じであるｎ個の圧力計測点に印加された合計圧力に相当する電気信号を出力するので、ｎ枚の圧力計測シートを用いているにも拘わらず、圧力計測シートを１枚だけ用いるときと同じ構造の比較的簡略な出力回路を採用することができる。

また、本発明の圧力分布センサにおいては、第１及び第２電極が共に帯状形状を有していると共に、複数の第１電極が互いに平行に並べられており、且つ、複数の第２電極が複数の第１電極の長手方向と交差する方向に互いに平行に並べられていてもよい。これによると、圧力計測点を圧力計測シートに高密度に配置しつつ、電極の数を少なくすることができる。

このとき、本発明の圧力分布センサは、第１電極と第２電極との交差領域に両者に挟まれるように配置された一又は複数の感圧抵抗層をさらに備えていてもよい。これによると、圧力計測シートに印加された圧力を精度よく計測することができる。

また、このとき、接続手段が、各圧力計測シートの複数の第１電極及び複数の第２電極にそれぞれ接続された複数の配線と、隣接する圧力計測シートにかかる対応する配線同士を接続するためのｎ−１個の相互接続コネクタとを含んでいてもよい。これによると、異なる圧力計測シートに属する電極同士の接続を効率よく行うことができる。

このとき、圧力計測シートが、配線及び相互接続コネクタを保持していてもよい。これによると、人為的な配線及び接続の際のミスを減らすことができると共に、持ち運びにも便利となる。

さらに、このとき、ｎ枚の圧力計測シートが互いに同じ構造を有していることが好ましい。これによると、隣接する圧力計測シート同士における電極の接続を効率よく行うことができる。

また、本発明の圧力分布センサにおいては、圧力計測シートが、絶縁性薄層部材をさらに含んでおり、配線が、縁性薄層部材に形成されたスルーホールを介して絶縁性薄層部材の表裏面に延在していてもよい。これによると、配線と電極とが絶縁性薄層部材によって絶縁されているので、圧力計測シートにおけるコネクタの保持位置の自由度が向上する。

さらに、本発明の圧力分布センサにおいては、接続手段が、最も端にある圧力計測シートにかかる配線と出力回路とを接続するための１個の回路接続コネクタをさらに含んでいてもよい。これによると、配線と出力回路との接続を効率よく行うことができる。

また、本発明の圧力分布センサにおいては、一方向に沿った圧力計測シートの長さが、６０ｃｍ〜８０ｃｍであってもよい。これによると、大人の一般的な１ステップを１枚の圧力計測シートで計測できる可能性を高めつつ、出力回路の構造をできるだけ簡略なものとすることができる。

本発明の歩行解析装置は、上述した圧力分布センサと、平面上に配置された１枚〜ｎ枚の圧力計測シート上を歩行する被験者の歩幅を、圧力分布センサの出力回路から出力された電気信号に基づいて導出する歩幅導出手段とを備えている。これによると、比較的簡略な構造の出力回路を持つ圧力分布センサを用いて、被験者の歩幅を導出することができる。

また、本発明の歩行解析装置において、歩幅導出手段は、被験者の進行方向を特定する進行方向特定手段と、被験者の足底から圧力計測シートに圧力が印加されることによって形成され且つ出力回路が出力した電気信号によって検出された複数の足底圧分布領域中における連続して検出された２つの足底圧分布領域において、後の前記足底圧分布領域が先の前記足底圧分布領域よりも前記進行方向特定手段によって特定された被験者の進行方向に対して前方にあるか否かを判断する第１判断手段と、連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が、１枚の前記圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであるか又は隣接した２枚の前記圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであるかを、前記第１判断手段による判断結果と前記被験者の進行方向とに基づいて判断する第２判断手段と、連続して検出された２つの足底圧分布領域が１枚の圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであると前記第２判断手段が判断した場合に、１枚の圧力計測シート上における当該２つの足底圧分布領域間の一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第１の歩幅算出手段と、連続して検出された２つの足底圧分布領域が隣接した２枚の圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであると前記第２判断手段が判断した場合に、一方向に沿った圧力計測シートの長さ及び１枚の圧力計測シート上における当該２つの足底圧分布領域間の一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第２の歩幅算出手段とを備えていてもよい。

これによると、被験者が一歩歩く毎に被験者の歩幅を導出することができる。つまり、最初の歩幅が導出されるまでに要する時間を短くすることができる。

また、本発明の歩行解析装置においては、進行方向特定手段が、足底圧分布領域の移動方向に基づいて、被験者の進行方向を特定してもよい。これによると、被験者の前進及び後退を考慮して歩幅を算出することができる。

また、本発明の歩行解析装置においては、歩幅導出手段が、一方向に沿って配列されたｎ枚の圧力計測シートの合計長さを、ｎ枚の圧力計測シートを一方向に沿って被験者が歩いたときに被験者の足底から圧力計測シートに圧力が印加されることによって形成され且つ前記出力回路が出力した電気信号によって検出された複数の足底圧分布領域の数で割った商を暫定平均歩幅として導出する暫定平均歩幅導出手段と、複数の足底圧分布領域中における連続して検出された２つの足底圧分布領域が何枚の圧力計測シートに跨って形成されたものであるかを、暫定平均歩幅導出手段が導出した暫定平均歩幅に基づいて判断する判断手段と、連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が１枚の前記圧力計測シート内に収まるように形成されたものであると前記判断手段が判断した場合に、１枚の前記圧力計測シートにおける当該２つの前記足底圧分布領域間の前記一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第１の歩幅算出手段と、連続して検出された２つの足底圧分布領域が複数枚の圧力計測シートに跨って形成されたものであると判断手段が判断した場合に、２つの足底圧分布領域が跨る圧力計測シートの枚数、一方向に沿った圧力計測シートの長さ及び１枚の圧力計測シート上における当該２つの足底圧分布領域間の一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第２の歩幅算出手段とを備えていてもよい。

これによると、被験者の歩幅が一方向に沿った圧力検知シートの長さよりも大幅に長い場合であっても、被験者の歩幅を正確に導出することができる。

別の観点から、本発明の歩行解析装置は、上述した圧力分布センサと、各圧力計測シートが隣接する２以上の段に跨るようにしてｎ枚の圧力計測シートが複数の段に亘って前記一方向に配置された階段上を、被験者が前記一方向に歩行するときに、被験者の進行方向を特定する進行方向特定手段と、被験者の足底から圧力計測シートに圧力が印加されることによって形成され且つ出力回路が出力した電気信号によって検出された複数の足底圧分布領域中における連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が、各圧力計測シートにおける前記２以上の段にそれぞれ対応する２以上の配置部のうち、同じ配置部にあるか否かを判断する第１判断手段と、前記複数の足底圧分布領域のそれぞれが階段のどの段に対応するものであるかを、前記進行方向特定手段によって特定された被験者の進行方向と前記第１判断手段による判断結果とに基づいて判断する第２判断手段とを備えている。

これによると、比較的簡略な構造の出力回路を持つ圧力分布センサを用いて、階段歩行時における被験者の歩行状態を解析することができる。

このとき、各圧力計測シートが隣接する２つの段に跨っていてもよい。これによると、１枚の圧力計測シートを極力小さくしつつ、使用する圧力計測シートの枚数をできるだけ減らすことができる。また、前記進行方向特定手段は、最初に検出された前記足底圧分布領域が前記２以上の配置部のいずれにあるかによって、被験者の進行方向を特定してよい。

[第１の実施の形態]
以下、本発明による第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る歩行解析装置１の概略構成図である。図１に示すように、歩行解析装置１は、歩行時の足底圧分布領域を検知する一方向に配列された構造が同じ５つの圧力計測シート２及び圧力計測シート２によって得られた結果を電気信号に変換して出力する出力回路３を有する圧力分布センサ７と、出力回路３から出力された電気信号から被験者の歩幅等を導出するＰＣ（Personal Computer）４とを有している。

図２は、図１の圧力計測シート２の一部を拡大した斜視図である。圧力計測シート２は、歩幅方向（図２の左右方向）の長さが略７００ｍｍ程度の略矩形の板状体であり、第１センサシート１１と第２センサシート１２とが接合された構造となっている。図２に示すように、圧力計測シート２には、足が配置される圧力計測面２ａが設けられ、圧力計測シート２の一端には、後述の第１電極２８及び第２電極４７と接続された配線部２ｂを有しており、配線部２ｂの一端には相互接続コネクタ５ａ、他端には相互接続コネクタ５ｂが設けられている。隣接する圧力計測シート２同士は、一方の相互接続コネクタ５ａと他方の相互接続コネクタ５ｂとが接続されることによって、互いに接続され隙間なく配列され、圧力計測シート２の対応する位置にある後述の第１電極２８同士、第２電極４７同士がそれぞれ接続される。

また、５つの圧力計測シート２のうちの１つ（図２の右端のもの）の配線部２ｂの一端部（図２の右端部）には回路接続コネクタ６ａが設けられ、出力回路３の一端には回路接続コネクタ６ｂが設けられている。回路接続コネクタ６ａと回路接続コネクタ６ｂとを接続することによって圧力計測シート２と出力回路３との接続が行われ、圧力計測シート２の後述の第１電極２８及び第２電極４７が出力回路３に接続される。尚、本実施の形態においては、相互接続コネクタ５ａと回路接続コネクタ６ａ、相互接続コネクタ５ｂと回路接続コネクタ６ｂは、それぞれ同じ構造を有している。

このように、５枚の圧力分布センサ２の構造が同一であり、相互接続コネクタ５ａ、５ｂによって、隣接する圧力計測シート２同士を容易に接続することができるので、複数の圧力計測シート２の対応する位置にある第１電極２８同士、対応する位置にある第２電極４７同士を効率よく接続することができる。また、回路接続コネクタ６ａ、６ｂによって、圧力計測シート２と出力回路３とを容易に接続することができるので、圧力計測シート２の配線部２ｂの後述の配線２２及び配線４２と出力回路３との接続を効率よく行うことができる。さらに、圧力計測シート２は相互接続コネクタ５ａ、５ｂ（回路接続コネクタ６ａ）を保持し、出力回路３は回路接続コネクタ６ｂを保持しているので、人為的な配線及び接続の際のミスを減らすことができ、また、圧力計測シート２の持ち運びも容易になる。

次に、図３、図４を用いて第１センサシート１１及び第２センサシート１２について説明する。図３は第１センサシート１１の分解斜視図であり、図４は第２センサシート１２の分解斜視図である。尚、図３、図４の一点鎖線は、センサシート１１、１２を形成する各構成部材の圧力計測シート２における位置を表すためのものである。また、図３においては、図の下方向が、実際に配置されたときの上方向になる。

まず、第１センサシート１１について説明する。図３に示すように、第１センサシート１１は、圧力計測シート２の表面と同じ面積を有する基板２１を有している。基板２１の表面の配線部２ｂに対応する部分には、配線部２ｂの長手方向に延びた１４０本程度の配線２２が形成されており、配線２２の両端部には、相互接続コネクタ５ａ、５ｂ又は回路接続コネクタ６の一部である接続端子２３が形成されている。接続端子２３は、配線２２と接続されている。さらに、配線２２の途中部には、後述の配線２７との接点となる接点部２２ａが形成されている。

さらに、図３に示すように、基板２１の配線及び接続端子２３が形成された面の配線部２ｂに対向する領域には、絶縁層２５（絶縁性薄層部材）が形成されている。絶縁層２５の基板２１の接点部２４に対向する領域には、配線２２と同数の貫通状の孔２６が形成されている。

絶縁層２５の基板２１と反対側の面には、図３に示すように、配線２２と同数の配線２７が形成されている。さらに、基板２１の配線２２が形成された面の圧力計測面２ａに対応する領域には接続部２ｂの長手方向に対して垂直な方向に延びた略矩形状の配線２７と同数の第１電極２８が互いに平行に略５ｍｍ程度の間隔で形成されている。尚、図３においては、第１電極２８のうち１３個のみを示している。第１電極２８と配線２７の一端部とは電気的に接続されており、配線２７の第１電極２８と接続されているのと反対側の端部は、接点部２７ａとなっており、配線２２の接点部２２ａと配線２７の接点部２７ａとが孔２６を介して電気的に接続されている。また、それ以外の部分においては、配線２２と第１電極２８及び配線２７とは絶縁層２５によって絶縁されている。このように、絶縁層２５によって、配線２２と、配線２７及び第１電極２８とが絶縁されているので、相互接続コネクタ５ａ、５ｂ（回路接続コネクタ６ａ）の圧力計測シート２における保持位置（コネクタ５ａ、５ｂ、６ａの形成位置）の自由度が向上する。

複数の第１電極２８の基板２１と反対側の面には、それぞれ、図３に示すように、第１電極２８よりも一回り大きい略矩形状の感圧層２９（感圧抵抗層）が形成されている。感圧層２９は内部に感圧インクが充填されており、感圧層２９は、表面に圧力が加えられると、その電気抵抗が低下する性質を有している。

さらに、図３に示すように、配線２２、絶縁層２５、配線２７、第１電極２８及び感圧層２９が形成された基板２１の表面には、基板３０が形成されている。基板３０は配線部２ｂに対応する領域、圧力計測面２ａに対応する領域の周縁部において、それぞれ絶縁層２５、基板２１に接合されている。また、これ以外の領域には、矩形状の貫通穴３０ｂが形成されており、この穴３０ｂの中に第１電極２８及び感圧層２９が配置されている。

次に第２センサシート１２について説明する。図４に示すように、第２センサシート１２は、圧力計測シート２と同じ面積を有する基板４１を有している。基板４１の一表面には、配線部２ｂに対応する領域の両端部から互いに内側に延び、途中で折れ曲がり圧力計測面２ａに対応する領域の中央部に延びた８０本程度の配線４２が形成されている。さらに、配線４２の両端部には相互接続コネクタ５ａ、５ｂ又は回路接続コネクタ６を形成する接続端子４３が形成されており、配線４２と接続端子４３とは電気的に接続されている。さらに基板４１の配線４２の中央部は、後述の第２電極４７との接点となる接点部４２ａとなっている。

基板４１の配線４２が形成された面には、図４に示すように、全面に絶縁層４５（絶縁性薄層部材）が形成されている。絶縁層４５は、基板４１の接合部４２ａに対向する領域に配線４２と同数の貫通状の孔４６が形成されている。

絶縁層４５の基板４１と反対側の面には、図４に示すように、接続部２ｂの長手方向に延びた略矩形状の配線４２と同数の第２電極４７が互いに平行に略５ｍｍ程度の間隔で形成されている。尚、図４では、第２電極４７のうち７本を示している。第２電極４７と配線４２の接点部４２ａとは、孔４６を介して電気的に接続されており、他の部分においては絶縁層４５によって互いに絶縁されている。このように、配線４２と第２電極４７とを絶縁層２５によって絶縁することができるので、相互接続コネクタ５ａ、５ｂ（回路接続コネクタ６ａ）の圧力計測シート２における保持位置の自由度が向上する。

複数の第２電極４７の絶縁層４５と反対側の面には、図４に示すように、それぞれ第２電極４７よりも一回り大きい略矩形状の感圧層４８（感圧抵抗層）が形成されている。感圧層４８は、内部に感圧インクが充填されており、圧力が加わると、その電気抵抗が低下する性質を有している。

さらに、絶縁層４５の基板４１と反対側の面には、図４に示すように、基板４９が設けられている。基板４９は圧力計測シート２の表面と同じ面積を有するシートであり、接続部２ｂに対応する領域と、圧力計測面２ａに対応する領域の周縁部において絶縁層４５と接合されている。また、これ以外の領域には矩形状の貫通穴４９ｂが形成されており、穴４９ｂの中に第２電極４７及び感圧層４８が配置される。

第１センサシート１１と第２センサシート１２とは、第１センサシート１１の基板３０の絶縁層２５と反対の面のうち、接続部２ｂ及び圧力計測面２ａの周縁部に対向する部分である接合部３０ａと、第２センサシート１２の基板４９の絶縁層４５と反対の面のうち、接続部２ｂ及び圧力計測面２ａの周縁部に対向する部分である接合部４９ａとにおいて接合されている。さらに、第１センサシート１１と第２センサシート１２との接合体の接続端子２３、４３に対向する位置に相互接続コネクタ５ａ、５ｂ（回路接続コネクタ６）が形成されることによって圧力計測シート２となっている。そして、圧力計測シート２は基板４１が下側になるようにして配置されている。つまり、基板２１の配線２２が形成されている面と反対側の面が圧力計測面２ａとなる。

このように、第１センサシート１１と第２センサシート１２とが接合されているので、配線２２と配線４２とが、配線２７、第１電極２８、感圧層２９、感圧層４８及び第２電極４７を介して、電気的に接続されている。

次に、歩行解析装置１の電気的構成を図５、図６を用いて説明する。図５は、歩行解析装置１の電気的構成の概略を表すブロック図であり、図６は、図５のＰＣ４の電気的構成を表すブロック図である。図５では、５つの圧力計測シート２のうちの２つを示しており、１つの圧力計測シート２に対して２つずつの第１電極２８及び第２電極４７を示している。前述のように、歩行解析装置１は、５つの圧力計測シート２を有しており、図５に示すように、これら５つの圧力計測シート２の対応する位置にある（相対位置が実質的に同じである）第１電極２８同士、第２電極４７同士は、相互接続コネクタ５ａ、５ｂを介して互いに接続されている。そして、５つの圧力計測シート２の１つの回路接続コネクタ６ａが、出力回路３の回路接続コネクタ６ｂに接続されている。

ここで、出力回路３について説明する。図５に示すように、出力回路３は回路接続コネクタ６を介して配線２２及び配線４２に接続されたマルチプレクサ７１と、マルチプレクサ７１に接続されたＡ／Ｄ変換器７２とを有している。マルチプレクサ７１は、１４０個の第１電極２８のうちの１つ、８０個の第２電極４７の夫々から１つずつを選択し、選択した第１電極２８に接続された配線２２、及び、選択した第２電極４７に接続された配線４２を介して、選択した第１電極２８と第２電極４７との間の電圧を計測する。このとき、５枚の圧力計測シート２の対応する第１電極２８、第２電極４７同士がそれぞれ接続されているので、ここで計測された電圧の値は、５枚の圧力計測シート２における相対位置が同じである５つの圧力測定点（平面視において第１電極２８と第２電極４７との交差領域内に存在する任意の点）に加えられた合計圧力に相当する。さらに、マルチプレクサ７１によって計測された電圧は、Ａ／Ｄ変換器７２によってデジタル電気信号に変換されてＰＣ４に送られる。

ＰＣ４は、中央演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵで処理されるデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を有している。

また、図６に示すように、ＰＣ４は、出力回路３から伝送された電気信号から、圧力計測シート２の上を歩行している被験者の歩幅を導出する歩幅導出部５１、被験者の重心位置を求め、重心のふらつきを導出する重心動揺導出部５５、被験者の足底から圧力計測シート２に加えられた圧力の分布域（圧力分布領域）を導出する足底圧分布領域導出部５６等を有している。さらに、ＰＣ４は歩幅導出部５１、重心動揺導出部５５、足底圧分布領域導出部５６等によって導出された結果をディスプレイなどに表示するためのデータに変換する表示制御部５７を有する。

歩幅導出部５１は、図６に示すように、足底圧分布領域の移動方向に基づいて被験者の進行方向を特定する進行方向特定部５３と、進行方向特定部５３によって特定された進行方向及び足底圧分布領域が検出された時刻に基づいて、連続して検出された２つの足底圧分布領域が同一の圧力計測シート２にあるか、隣接する２枚の圧力計測シート２にあるかを判断する判断部５２とを有している。さらに、歩幅導出部５１は、判断部５２の結果に基づいて、歩幅の算出を行う歩幅算出部５４を有している。

次に、足底が配置される圧力計測シート２の圧力計測面２ａにおける足底圧分布領域を計測する方法について説明する。圧力計測面２ａの、図５に示す第１電極２８と第２電極４７とが交差して重なる交差領域では、それぞれの電極に対応する感圧層２９と感圧層４８とが互いに接触している。このように、第１電極２８と第２電極４７とを互いに直交させ、その交差領域内で圧力を計測することによって、圧力計測点を高密度に配置しつつ、第１電極２８及び第２電極４７の数を少なくすることができる。

被験者が圧力計測面２ａの上を歩行し圧力計測面２ａに圧力が加えられると、感圧層２９と感圧層４８との交差領域のうち、圧力計測面２ａの圧力が加わった領域に対向する領域にあるものに圧力が加わり、この部分の感圧層２９及び感圧層４８の電気抵抗が低下する。ここで、マルチプレクサ７１によって、第１電極２８と第２電極４７とによって形成される全ての交差領域における第１電極２８と第２電極４７との間の電圧を計測する。このとき、大きな圧力が加えられている部分ほど電圧の値が大きく変化しているので、このことを用いて、足底圧分布領域導出部５６は、圧力計測面２ａにおける圧力分布領域を導出する。このとき、感圧層２９及び感圧層４８においては、加えられた圧力に対して精度よくその電気抵抗の値が変化するので、圧力計測面２ａに印加された圧力を精度よく計測することができる。

このような歩行解析装置１では、５つの圧力計測シート２の対応する第１電極２８同士及び第２電極４７同士がそれぞれ電気的に接続されているので、５つの圧力計測シート２における圧力分布が合計されたものに相当する電気信号が、出力回路３によってＰＣ４に出力される。したがって、このような方法で圧力計測面２ａにおける足底圧分布領域を算出しただけでは、どの圧力計測シート２に足が配置されているかを決定することができない。

そこで、次に足底圧分布領域導出部５６によって導出された足底圧分布領域から、歩幅導出部５１によって歩幅を求める。以下では、いずれの圧力計測シート２に足底が配置されているかをＰＣ４によって決定する方法について図７のフローチャート及び図８、図９を用いて説明する。図７におけるＳ１ｎ（ｎ：０、１、２、・・・、８）は、各ステップを表している。ただし、以下の方法によって足底の配置されている位置を決定するためには、１つの圧力計測面２ａの進行方向に沿った長さが歩幅よりも大きいことが必要となる。本実施の形態においては、圧力計測面２ａの進行方向に沿った長さを一般的な大人の歩幅よりも大きい７００ｍｍ程度にしており、歩幅がこれよりも小さい場合にこの方法による解析が可能である。なお、圧力測定シート２における圧力計測面２ａの進行方向に沿った長さは、６０ｃｍ〜８０ｃｍであることが好ましい。これによると、大人の平均的な１ステップを１枚の圧力計測シート２で計測できる可能性を高めつつ、出力回路３の構造をできるだけ簡略なものとすることができる。

被験者が圧力計測面２ａの上を歩行し、例えば、図８（ａ）に示すように仮想分布面８１に連続する２つの足底圧分布領域Ａ、Ｂが得られたときには、次のようにして歩幅を導出する。尚、仮想分布面８１は、出力回路３によって出力される５つの圧力計測面２に加えられた合計圧力を表すために５つの圧力計測面２ａを仮想的に重ねて表したものである。まず、後の足底圧分布領域が先の足底圧分布領域よりも進行方向に対して前方にある場合（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、つまり、図８（ａ）の２つの足底圧分布領域Ａ、Ｂがこの順に得られた場合、足底圧分布領域が踵から爪先に向かって移動している（Ｓ１１：Ｙｅｓ）ときには、進行方向特定部５３は、被験者の歩行方向が前向きであると特定し、判断部５２は、後の足底圧分布領域は先の足底圧分布領域と同じ圧力計測シート２の上にある（Ｓ１２）と判断する。つまり、２つの足底は、図８（ｂ）においてＡ１、Ｂ１の順にそれぞれの位置に配置されていると判断される。したがって、歩幅算出部５４は、[(後の足の踵の座標)−(先の足の踵の座標)]×（センサピッチ）によって歩幅を算出する（Ｓ１３）。ここでセンサピッチとは、隣接する第１電極２８同士の間隔のことであり、各座標は、圧力計測面２ａの最も後ろの点と各点との間にある第１電極２８の数である。尚、２つの足底圧分布領域の進行方向に対する前後関係の判断（Ｓ１０）は、２つの足底圧分布領域の最も後ろの点（踵の位置）で行う。また、歩幅算出部５４によって得られた歩幅は、進行方向が前のときは符号が＋になり、後ろのときは符号が−になる。また、足内で位置基準となる個所は、踵以外の個所（例えば足の先端）であってもよい。

また、後の足底圧分布領域が先の足底圧分布領域よりも進行方向に対して前方にある場合（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、つまり、図８（ａ）の２つの足底圧分布領域Ａ、Ｂがこの順に得られた場合、足底圧分布領域が爪先から踵に向かって移動している（Ｓ１１：Ｎｏ）ときは、進行方向導出部５３は、進行方向が後ろ向きであると決定し、判断部５２は、２つの足が隣接する２つの圧力計測シートに跨っている、すなわち、後の足底圧分布領域は先の足底圧分布領域の１つ後方の圧力計測シート２の上にある（Ｓ１４）と判断する。つまり、２つの足底は、図８（ｃ）においてＡ２、Ｂ２の順にそれぞれの位置に配置されていると判断される。したがって、歩幅算出部５４は、[(進行方向に沿った座標の最大値)−(先の足の踵の座標)＋(後の足の踵の座標)]×（センサピッチ）によって、歩幅を算出する（Ｓ１５）。ここで、進行方向に沿った座標の最大値とは、１つの圧力計測面２ａに形成された第１電極２８の数であり、これにセンサピッチを乗ずることによって圧力計測面２ａの進行方向に沿った長さになる。なお、歩幅算出部５４が行う演算は、上述したものに限らず、進行方向に沿った１枚の圧力計測シート２の長さ及び１枚の圧力計測シート２上における２つの足底圧分布領域間の進行方向に沿った座標差に基づくものであれば、どのようなものであってもよい。

一方、後の足底圧分布領域が先の足底圧分布領域よりも進行方向に対して後方にある場合（Ｓ１０：Ｎｏ）、つまり、図８（ａ）の仮想分布面８１における２つの足底圧分布領域Ａ、Ｂが、Ｂ、Ａの順に得られた場合、後の足底圧分布領域が踵から爪先に向かって移動している（Ｓ１６：Ｙｅｓ）ときは、進行方向特定部５３は、被験者の進行方向が前向きであると特定し、判断部５２は、２つの足底分布が隣接する２つの圧力計測シート２に跨っていると判断する、すなわち、後の足底圧分布領域は先の足底圧分布領域の１つ前方の圧力分布センサの上にある（Ｓ１７）と判断する。つまり、図８（ｃ）においてＢ２、Ａ２の順にそれぞれの位置に足が配置されていると判断される。したがって、歩幅算出部５４は、[（進行方向に沿った座標の最大値）−(先の足の踵の座標)＋(後の足の踵の座標）]×（センサピッチ）によって、歩幅を算出する（Ｓ１５）。

また、後の足底圧分布領域が先の足底圧分布領域よりも進行方向に対して後方にある場合（Ｓ１０：Ｎｏ）、つまり、図８（ａ）の２つの足底圧分布領域Ａ、Ｂが、Ｂ、Ａの順に得られた場合、後の足底圧分布領域が爪先から踵に向かって移動している（Ｓ１６：Ｎｏ）ときは、進行方向特定部５３は、被験者の歩行方向が後ろ向きであると決定し、判断部５２は、後の足底圧分布領域は先の足底圧分布領域と同じ圧力計測シート２の上にある（Ｓ１８）と決定する。これによって、図８（ｂ）において、Ｂ１、Ａ１の順にそれぞれの位置に足が配置されたことが分かる。したがって、歩幅算出部５４は、[(後の足の踵の座標)−(先の足の踵の座標）]×（センサピッチ）によって歩幅を算出する（Ｓ１３）。

また、図９（ａ）に示すように、足底圧分布領域Ｃ、Ｃ’が圧力計測面２ａの両端に分かれて得られた場合でも、同様の方法で、図９（ｂ）のＣ１又は図９（ｃ）のＣ２のように足が配置されていると判断し、歩幅を算出することができる。但し、この場合、図７において、２つの足底圧分布領域Ｃ、Ｃ’が同一の圧力計測面２ａ、１つ前方の圧力計測面２ａ又は１つ後方の圧力計測面２ａの上にあるというのは、これら２つ足底圧分布Ｃ、Ｃ’の最も後ろの点が、それぞれ、同一の圧力計測面２ａ、１つ前方の圧力計測面２ａ、１つ後方の圧力計測面２ａの上にあることを意味している。

このような方法によって、連続する２つの足底圧分布領域からこのときの歩幅を決定することができる。さらに、歩幅が圧力計測面２ａの進行方向に沿った長さよりも小さいので、１歩目は１つ目の圧力計測シート２の圧力計測面２ａの上に配置される。従って、実際に足底が配置されている位置を決定することができる。また、連続する２つの足底圧分布領域が得られた時点で、このときの歩幅を導出することができるので、足の配置位置を導出するまでの時間を短くすることができる。

さらに、重心動揺導出部５５は、判断部５２により導出された２つ足底圧分布の位置関係、及び、足底圧分布導出部５６により導出された足底圧分布から、被験者の足底が実際に配置されている場所及びその場所を特定し、これと足底圧分布導出部５６により導出された足底圧分布から、被験者の重心位置を導出して、歩行時の被験者の重心の揺れを導出する。このように、歩幅導出部５１、重心動揺導出部５５、足底圧分布導出部５６は、被験者の歩幅、重心の揺れ、足底圧分布を導出して、被験者の歩行状態の解析を行う。そして、表示制御部５７は、解析した結果を表示用のデータに変換してディスプレイ等に表示する。被験者は、表示された歩行解析の結果に基づいて、例えば、リハビリ、歩行訓練等を行うことができる。

このように、ＰＣ４によって、複数の圧力計測シート２を歩行したときの歩幅、圧力分布、重心等を導出することができるので、複数の圧力計測シート２を１つだけ用いるときと同様の比較的構造が簡略な出力回路を採用することができる。

次に、第１の実施の形態について種々の変更を加えた変形例について説明する。

本実施の形態では、配線部２ｂの両端に相互接続コネクタ５ａ、５ｂ及び回路接続コネクタ６ａ、出力回路３に回路接続コネクタ６ｂをそれぞれ設け、これらを介して、圧力計測シート２同士、又は、圧力計測シート２と出力回路３とを接続したが、これに限らず、例えば、圧力計測シート２の配線部２ｂ及び出力回路３から接続ケーブルを引き出し、この接続ケーブルによってこれらの接続を行ってもよい。この場合でも、接続ケーブルによって複数の圧力計測シートの対応する電極同士が接続されるので、複数の圧力計測シートを圧力計測シートを１つだけ用いるときと同様の比較的構造が簡略な出力回路を採用することができる。

また、本実施の形態では、平行に配列された２組の第１電極２８及び感圧層２９と、第２電極４７及び感圧層４８とを互いに直交させて配置し、これらが交差して重なる点を圧力計測点としたが、これに限らず、例えば、圧力計測点に相当する点のそれぞれに感圧層と、この感圧層を挟む２つの電極を配置し、各圧力計測シートの対応する電極同士を接続してもよい。この場合でも、圧力計測シートの対応する電極同士は接続されているので、複数の圧力計測シートを圧力計測シートを１つだけ用いるときと同様の比較的構造が簡略な出力回路を採用することができる。

また、本実施の形態においては、感圧層２９及び感圧層４７に圧力が加えられたときにその電気抵抗の値が変化することを利用して足底圧分布領域を求めたが、これに限らず、例えば、感圧層２９及び感圧層４７の位置に誘電体等を配置してもよい。この場合でも、圧力計測シートの圧力計測面２ａに圧力が加わった部分の誘電体の厚みが変化することによってその部分における静電容量の値が変化するので、この静電容量の変化によって足底圧分布領域を計測することができる。また、本実施の形態に係る歩行解析装置１はＰＣ４内に進行方向特定部５３を有しているが、予め被験者の進行方向が決定されている場合などには、進行方向特定部５３を有していなくてもよい。

[第２の実施の形態]
以下に第２の実施の形態について説明する。尚、第２の実施の形態は、第１の実施の形態のＰＣ４をＰＣ１０４に置き換えた構造であるので、同一部材は同一の符号で表し、同一部分についての説明は省略する。

図１０はＰＣ１０４の電気的構成を表すブロック図である。図１０に示すように、ＰＣ１０４は、出力回路３から伝達された電気信号によって、歩幅を導出する歩幅導出部１１０、重心位置を導出し重心位置のゆれを導出する重心動揺導出部１１１、足底圧分布領域を導出する足底圧分布領域導出部１１２等を有している。さらにＰＣ１０４は、歩幅導出部１１０、重心動揺導出部１１１、足底圧分布領域導出部１１２等の結果をディスプレイ等に表示するデータに変換する表示制御部１１３を有している。

歩幅導出部１１０は、図１０に示すように、圧力計測シート２の圧力計測面２ａ上を全長（一方向に配列された複数の圧力計測面２ａの合計長さ）に亘って歩行した歩数と、配列された複数の圧力計測面２ａの全長（合計長さ）とから、暫定平均歩幅を導出する暫定平均歩幅導出部１２１、暫定平均歩幅導出部１２１によって得られた暫定平均歩幅から、連続する２つの足底圧分布領域が何枚の圧力計測シート２を跨いでいるかを判断する判断部１２２、及び、判断部１２２によって決定された跨いでいる圧力計測シート２の数と、連続する２つの足底圧分布領域の座標の差とから、歩幅を算出する歩幅算出部１２３を有している。

次に、ＰＣ１０４によって歩幅の導出を行う方法を図１１のフローチャートと、図１２とを用いて説明する。図１１のＳ２ｎ（ｎ：０、１、２、・・・、５）は各ステップを表している。

まず、被験者が配列された複数の圧力計測シート２の圧力計測面２ａ上を全長にわたって歩行したときの足底圧分布領域、及び、これら複数の圧力計測面２ａの全長を歩行するのに要した歩数を計測する（Ｓ２０）。そして、暫定平均歩幅導出部１２１は、この歩数と複数の圧力計測シート２の圧力計測面２ａの全長とから暫定平均歩幅を算出する（暫定平均歩幅＝圧力計測面２ａの全長／歩行に要した歩数）（Ｓ２１）。そして、判断部１２２は、算出した暫定平均歩幅から、計測した連続する２つの足底圧分布領域に対して、これら２つの足底圧分布領域が同一の圧力計測シート２の上にあるか、又は、異なる圧力計測シート２の上にあるかを判断する（Ｓ２２）。

例えば、図１２（ａ）のように仮想分布面８１に２つの足底圧分布領域Ｄ、Ｅがこの順に得られたとき、２つの足底圧分布領域が同一の圧力計測シート２の上にある場合（Ｓ２２：Ｙｅｓ）には、図１２（ｂ）に示すように、２つ足底圧分布領域Ｄ１、Ｅ１に配置されている。したがって、歩幅算出部１２３は、[（後の足の踵の座標)-(先の足の踵の座標)]×（センサピッチ）によって歩幅を算出する（Ｓ２３）。

一方、２つの足底圧分布領域が異なる圧力計測シート２の上に配置されている場合（Ｓ２２：Ｎｏ）には、２つの足は、例えば、図１２（ｃ）の足底圧分布領域Ｄ２、Ｅ２、図１２（ｄ）の足底圧分布領域Ｄ３、Ｅ３等のように配置される。このとき、判断部１２２は、暫定平均歩幅から、連続する２つの足底圧分布領域が何枚の圧力計測シート２を跨いで配置されているかを算出する（Ｓ２４）。

次に、歩幅算出部１２３は、[(後の足の踵の座標)−(先の足の踵の座標)]×(センサピッチ)＋(跨いだ圧力計測シートの枚数−２)×(圧力計測面１つの進行方向に沿った長さ)によって歩幅を導出する（Ｓ２５）。

以上のような方法で被験者の歩幅を決定すれば、被験者の歩幅が圧力計測シート２の圧力計測面２ａの進行方向に沿った長さよりも大きい場合であっても正確に歩幅を導出することができる。さらに、重心動揺導出部１１１は、判断部１２２により導出された２つの足の位置関係、及び、足底圧分布導出部１１２により導出された足底圧分布により、被験者の足底が実際に配置されている場所を特定し、これと、足底圧分布同種粒１１２により導出された足底圧分布から、被験者の重心位置を導出して、歩行時の被験者の重心の揺れを導出する。このように、歩幅導出部１１０、重心動揺導出部１１１、足底圧分布導出部１１２は、被験者の歩幅、重心の揺れ、足底圧分布を導出して、被験者の歩行状態の解析を行う。そして、表示制御部１１３は、解析した結果を表示用のデータに変換してディスプレイ等に表示する。被験者は、表示された歩行解析の結果に基づいて、例えば、リハビリ、歩行訓練等を行うことができる。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。

本実施の形態では、被験者が複数の圧力計測シート２の圧力計測面２ａを全長に亘って歩行してから暫定平均歩幅を算出したが、予め暫定平均歩幅を入力しておき、被験者が圧力計測シート２の上を歩いたときにその暫定平均歩幅に基づいて足の配置位置を決定してもよい。この場合、被験者が圧力計測面２ａを歩行し終わる前でも、連続する２つの足底圧分布領域が得られた時点で暫定平均歩幅に基づいてそのときの歩幅を算出することができる。

本実施の形態では、第１の実施の形態の場合と同様、圧力計測面２ａの進行方向に沿った長さを７００ｍｍ程度としたが、これに限られず、これよりも短くてもよい。この場合でも、暫定平均歩幅を導出してから実際の歩幅を導出するので、正確な歩幅を導出することができる。このほか、本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の変更が可能である。さらに、本発明による歩行解析装置は、上述した第１及び第２の実施の形態とは異なる演算を行って被験者の歩幅を導出するものであってもよい。

[第３の実施の形態]
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、本発明の圧力分布センサを用いて階段における歩行状態を解析する歩行解析装置の一例である。

図１３は、本実施の形態の歩行解析装置６０の概略構成図である。図１３に示すように、歩行解析装置６０は、２つの圧力計測シート６１及び出力回路６２を有する圧力分布センサ５９と、ＰＣ６３とを有している。圧力計測シート６１は、第１の実施の形態と同様、平行に配列された２組の図示しない電極及び感圧層が互いに直交するように配置された構造となっており、直交する図示しない感圧層が重なる位置において圧力を計測することが可能となっている。また、各圧力計測シート６１は、４つの段を有する階段の隣接する２段に配置されており、下段に配置された下段配置部６１ａと、上段に配置された上段配置部６１ｂと、下段配置部６１ａ及び上段配置部６１ｂを接続する接続部６１ｃとを有する。また、下段配置部６１ａ及び上段配置部６１ｂの一端部には配線部６１ｄが設けられ、配線部６１ｄの両端部には相互接続コネクタ６５が形成されている。圧力計測シート６１同士は、相互接続コネクタ６５によって接続ケーブル６４を介して接続され、圧力計測シート６１の対応する図示しない電極同士は、互いに接続されている。

さらに、図１３に示すように、階段の最下段にある圧力計測シート６１の下段配置部６１ａ側の配線部６１ｄの端部には、回路接続コネクタ６６が設けられている。最下段にある圧力計測シート６１は、回路接続コネクタ６６を介して、出力回路６２と接続されている。出力回路６２は、圧力計測シート６１に加えられた圧力に相当する電気信号を出力するための回路であり、第１の実施の形態の出力回路３と同様の構成である。

さらに、図１３に示すように、出力回路６２は、ＰＣ６３と接続されている。ＰＣ６３は、出力回路６２から出力された電気信号に基づいて階段のどの段に足底が配置されているかを判断する。このほか、第１の実施の形態と同様、ＰＣ６３は、被験者の重心の揺れや、足底圧分布領域の導出や、得られた結果をディスプレイ等に表示するためのデータへの変換等を行う。

次に、圧力計測シート６１によって得られた結果からＰＣ６３によって足が何段目に配置されているかを判断する方法について図１４のフローチャートと図１５、図１６を用いて説明する。図１４のＳ３ｎ（ｎ：０、１、２、・・・７）は各ステップを表している。尚、この方法では、階段を１段ずつ移動する場合の足底圧分布領域を計測することが可能である。

まず、被験者が階段を昇るか下りるか（進行方向）を決定する（Ｓ３０）。被験者が階段を昇るか下りるかは、例えば、本実施の形態の場合のように１つの圧力計測シート６１が連続する２段に配置されているときは、最下段から階段を昇る場合、一歩目は１段目に配置され、下段配置部６１ａに足底圧分布領域が得られる、一方、最上段から下りる場合、一歩目は最上段（４段目）に配置され、上段配置部６１ｂに足底圧分布領域が得られるので、これに基づいて決定することができる。また、被験者が、最下段から階段を昇るのか、最上段から階段を下りるのかは予めわかっていることなので、ＰＣ６３に外部から入力してもよい。

被験者が階段を昇る場合（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、ＰＣ６３は、連続する２つの足底圧分布領域が同じ配置部（下段配置部６１ａ又は上段配置部６１ｂ）にあるとき（Ｓ３２：Ｙｅｓ）は、２つの足が同じ段にあり（Ｓ３３）、異なる配置部にあるとき（Ｓ３２：Ｎｏ）は、後の足が先の足よりも１段上にある（Ｓ３４）と判定する。例えば、図１５（ａ）のように仮想分布面８２の同じ配置部に２つの足底圧分布領域Ｆ、Ｇが得られたとすると、ＰＣ６３は、図１５（ｂ）のＦ１、Ｇ１、図１５（ｃ）のＦ２、Ｇ２のように２つの足が同じ段に配置されていると判断し、図１６（ａ）のように２つの足底圧分布領域Ｈ、Ｉが異なる配置部に得られたとすると、ＰＣ６３は、足底圧分布領域Ｈ、Ｉがこの順に得られたときは、図１６（ｂ）のＨ１、Ｉ１のように、足底圧分布領域Ｈ、ＩがＩ、Ｈの順に得られたときは、図１６（ｃ）のＨ２、Ｉ２のように後の足が先の足よりも一段上の段に配置されている、つまり、階段を１段昇っていると判断する。尚、図１５（ａ）及び図１６（ａ）の仮想分布面８２は、出力回路６２によって出力される２つの圧力計測シート６１の下段配置面６１ａ、上段配置面６１ｂにそれぞれ加えられた合計圧力を表すために、２つの圧力計測シート６１を仮想的に重ねて表したものである。

被験者が階段を下りる場合（Ｓ３１：Ｎｏ）、ＰＣ６３は、連続する２つの足底圧分布領域が同じ配置部（下段配置部６１ａ又は上段配置部６１ｂ）にあるとき（Ｓ３５：Ｙｅｓ）は、２つの足は同じ段にあり（Ｓ３６）、異なる配置部にあるとき（Ｓ３５：Ｎｏ）は、後の足は先の足よりも１段下にある（Ｓ３７）と判定する。例えば、図１５（ａ）のように２つの足底圧分布領域Ｆ、Ｇが仮想分布面８２の同じ領域（配置部）に得られたとすると、ＰＣ６３は、図１５（ｂ）のＦ１、Ｇ１、図１５（ｃ）のＦ２、Ｇ２のように２つの足が同じ段に配置されていると判断し、図１６（ａ）のように２つの足底圧分布領域Ｈ、Ｉが異なる領域に得られたとすると、ＰＣ６３は、足底圧分布領域Ｈ、Ｉがこの順で得られたときは、図１６（ｂ）のＨ１、Ｉ１、足底圧分布領域Ｈ、ＩがＩ、Ｈの順に得られたときは、図１６（ｃ）のＨ２、Ｉ２のように後の足が先の足より一段下の段に配置されている、つまり、階段を１段下りていると判断する。

このように、階段での被験者の進行方向と、各圧力計測シート２の下段配置部６１ａ及び上段配置部１６ｂと階段の各段との対応関係と、これら２つの足底圧分布領域の時間関係（どちらの足底圧分布領域が先に得られたか）とから、連続する２つの足の位置関係が判断される。また、階段を昇る場合は一歩目は１段目に配置され、階段を下りる場合は一歩目は最上段（４段目）に配置されるので、これらの条件から、２つの足が階段のどの段に配置されているかがわかる。

さらに、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の場合と同様、ＰＣ６３は、被験者の歩幅、重心の揺れ、足底圧分布を導出して、被験者の歩行状態の解析を行い、解析した結果をディスプレイ等に表示する。被験者は、表示された歩行解析の結果に基づいて、例えば、リハビリ、歩行訓練等を行うことができる。

以上に示すように、ＰＣ６３において連続する２つの足の位置関係を判断すれば、複数の圧力計測シート６１を圧力計測シート６１を１つだけ用いたときと同様の構成の比較的簡略な出力回路６２を採用することができる。また、各圧力計測シート６１が階段の隣接する２つの段に跨っているので、１つの圧力計測シートを極力小さくしつつ、使用する圧力計測シート６１の枚数をできるだけ減らすことができる。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。

本実施の形態においては、１つの圧力計測シート６１を階段の連続する２段に跨って配置したがこれに限られず、階段の連続する３段以上に跨って配置してもよい。このほか、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の変更が可能である。

また、第１〜第３の実施の形態では、圧力分布センサをリハビリ等を行う歩行解析装置に適用したが、これに限られず、このほかに、例えば、医療、ロボット開発に適用することも可能である。

本発明による第１の実施の形態に係る歩行解析装置の概略構成図である。 図１の圧力分布センサの一部を拡大した図である。 図２の圧力計測シートを構成する第１センサシートの分解斜視図である。 図２の圧力計測シートを構成する第２センサシートの分解斜視図である。 図１の歩行解析装置の電気的構成を表すブロック図である。 図５のＰＣの電気的構成を表すブロック図である。 図５のＰＣを用いて圧力計測シートの足の配置を導出する方法を表すフローチャートである。 （ａ）は圧力計測シートによって得られた足裏圧分布の図であり、（ｂ）、（ｃ）はこの結果から図７の方法によって得られた実際の足の位置である。 １つの足が２つの圧力計測シートに跨っているときの図であり、（ａ）は圧力計測シートによって得られた足底圧分布領域の図であり、（ｂ）、（ｃ）は、図７の方法によって得られた実際の足の位置を示す図である。 本発明による第２の実施の形態におけるＰＣの電気的構成を表すブロック図である。 図１０のＰＣによって圧力計測シートの足の配置を導出する方法を表すフローチャートである。 （ａ）は圧力計測シートによって得られた足底圧分布領域の図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図１０の方法によって得られた実際の足の位置を表している。 本発明による第３の実施の形態に係る歩行解析装置の概略構成図である。 図１２のＰＣを用いて圧力計測シートの足の配置を導出する方法を表すフローチャートである。 （ａ）は圧力計測シートの同じ配置部に足底圧分布領域が得られたときの図であり、（ｂ）、（ｃ）は図１３の方法によって得られた実際の足の位置を表している。 （ａ）は圧力計測シートの異なる配置部に足底圧分布領域が得られたときの図であり、（ｂ）、（ｃ）は図１３の方法によって得られた実際の足の位置を表している。

１ 歩行解析装置
２ 圧力計測シート
３ 出力回路
４ ＰＣ
５ａ、５ｂ 相互接続コネクタ
６ａ、６ｂ 回路接続コネクタ
７ 圧力分布センサ
２２ 配線
２５ 絶縁層
２８ 第１電極
２９ 感圧層
４２ 配線
４５ 絶縁層
４７ 第２電極
４８ 感圧層

Claims (16)

1. 印加された圧力の大きさに応じて電気的な特性値が変化する二次元的に配置された複数の圧力計測点を規定する複数の第１電極及びこれと対向する一又は複数の第２電極をそれぞれ含んでおり、且つ、一方向に沿って配列されたｎ（ｎ：２以上の自然数）枚の圧力計測シートと、
   前記圧力計測シートにおける異なる相対位置のそれぞれについて、前記圧力計測シートにおける相対位置が同じであるｎ個の前記圧力計測点を規定し且つ互いに異なる前記圧力計測シートに属するｎ個の前記第１電極同士及びｎ個の前記第２電極同士を電気的に接続する接続手段と、
   前記ｎ枚の圧力計測シートにかかる前記複数の第１電極及び前記一又は複数の第２電極と電気的に接続されており、前記ｎ枚の前記圧力計測シートにおける相対位置が同じであるｎ個の前記圧力計測点に印加された合計圧力に相当する電気信号を出力する出力回路とを備えていることを特徴とする圧力分布センサ。
2. 前記第１及び第２電極が共に帯状形状を有していると共に、
   前記複数の第１電極が互いに平行に並べられており、且つ、前記複数の第２電極が前記複数の第１電極の長手方向と交差する方向に互いに平行に並べられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力分布センサ。
3. 前記第１電極と前記第２電極との交差領域に両者に挟まれるように配置された一又は複数の感圧抵抗層をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の圧力分布センサ。
4. 前記接続手段が、
   各圧力計測シートの前記複数の第１電極及び前記複数の第２電極にそれぞれ接続された複数の配線と、
   隣接する前記圧力計測シートにかかる対応する前記配線同士を接続するためのｎ−１個の相互接続コネクタとを含んでいることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧力分布センサ。
5. 前記圧力計測シートが、前記配線及び前記相互接続コネクタを保持していることを特徴とする請求項４に記載の圧力分布センサ。
6. ｎ枚の前記圧力計測シートが互いに同じ構造を有していることを特徴とする請求項５に記載の圧力分布センサ。
7. 前記圧力計測シートが、絶縁性薄層部材をさらに含んでおり、
   前記配線が、前記絶縁性薄層部材に形成されたスルーホールを介して前記絶縁性薄層部材の表裏面に延在していることを特徴とする請求項５又は６に記載の圧力分布センサ。
8. 前記接続手段が、
   最も端にある前記圧力計測シートにかかる前記配線と前記出力回路とを接続するための１個の回路接続コネクタをさらに含んでいることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の圧力分布センサ。
9. 前記一方向に沿った前記圧力計測シートの長さが、６０ｃｍ〜８０ｃｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧力分布センサ。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載された圧力分布センサと、
    平面上に配置された１枚〜ｎ枚の前記圧力計測シート上を歩行する被験者の歩幅を、前記圧力分布センサの前記出力回路から出力された電気信号に基づいて導出する歩幅導出手段とを備えていることを特徴とする歩行解析装置。
11. 前記歩幅導出手段は、
    被験者の進行方向を特定する進行方向特定手段と、
    被験者の足底から前記圧力計測シートに圧力が印加されることによって形成され且つ前記出力回路が出力した電気信号によって検出された複数の足底圧分布領域中における連続して検出された２つの前記足底圧分布領域において、後の前記足底圧分布領域が先の前記足底圧分布領域よりも前記進行方向特定手段によって特定された被験者の進行方向に対して前方にあるか否かを判断する第１判断手段と、
    連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が、１枚の前記圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであるか又は隣接した２枚の前記圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであるかを、前記第１判断手段による判断結果と前記被験者の進行方向とに基づいて判断する第２判断手段と、
    連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が１枚の前記圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであると前記第２判断手段が判断した場合に、１枚の前記圧力計測シート上における当該２つの前記足底圧分布領域間の前記一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第１の歩幅算出手段と、
    連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が隣接した２枚の前記圧力計測シートに被験者の足底から圧力が印加されることによって形成されたものであると前記第２判断手段が判断した場合に、前記一方向に沿った前記圧力計測シートの長さ及び１枚の前記圧力計測シート上における当該２つの前記足底圧分布領域間の前記一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第２の歩幅算出手段とを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の歩行解析装置。
12. 前記進行方向特定手段が、前記足底圧分布領域の移動方向に基づいて、被験者の進行方向を特定することを特徴とする請求項１１に記載の歩行解析装置。
13. 前記歩幅導出手段が、
    前記一方向に沿って配列されたｎ枚の前記圧力計測シートの合計長さを、ｎ枚の前記圧力計測シートを前記一方向に沿って被験者が歩いたときに被験者の足底から前記圧力計測シートに圧力が印加されることによって形成され且つ前記出力回路が出力した電気信号によって検出された複数の足底圧分布領域の数で割った商を暫定平均歩幅として導出する暫定平均歩幅導出手段と、
    前記複数の足底圧分布領域中における連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が何枚の前記圧力計測シートに跨って形成されたものであるかを、前記暫定平均歩幅導出手段が導出した暫定平均歩幅に基づいて判断する判断手段と、
    連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が１枚の前記圧力計測シート内に収まるように形成されたものであると前記判断手段が判断した場合に、１枚の前記圧力計測シートにおける当該２つの前記足底圧分布領域間の前記一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第１の歩幅算出手段と、
    連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が複数枚の前記圧力計測シートに跨って形成されたものであると前記判断手段が判断した場合に、２つの前記足底圧分布領域が跨る前記圧力計測シートの枚数、前記一方向に沿った前記圧力計測シートの長さ及び１枚の前記圧力計測シート上における当該２つの前記足底圧分布領域間の前記一方向に沿った座標差に基づいて被験者の歩幅を導出する第２の歩幅算出手段とを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の歩行解析装置。
14. 請求項１〜９のいずれかに記載された圧力分布センサと、
    各圧力計測シートが隣接する２以上の段に跨るようにしてｎ枚の前記圧力計測シートが複数の段に亘って前記一方向に配置された階段上を、被験者が前記一方向に歩行するときに、被験者の進行方向を特定する進行方向特定手段と、
    被験者の足底から前記圧力計測シートに圧力が印加されることによって形成され且つ前記出力回路が出力した電気信号によって検出された複数の足底圧分布領域中における連続して検出された２つの前記足底圧分布領域が、各圧力計測シートにおける前記２以上の段にそれぞれ対応する２以上の配置部のうち、同じ配置部にあるか否かを判断する第１判断手段と、
    前記複数の足底圧分布領域のそれぞれが前記階段のどの段に対応するものであるかを、前記進行方向特定手段によって特定された被験者の進行方向と前記第１判断手段による判断結果とに基づいて判断する第２判断手段とを備えていることを特徴とする歩行解析装置。
15. 各圧力計測シートが隣接する２つの段に跨っていることを特徴とする請求項１４に記載の歩行解析装置。
16. 前記進行方向特定手段は、最初に検出された前記足底圧分布領域が前記２以上の配置部のいずれにあるかによって、被験者の進行方向を特定することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の歩行解析装置。
    

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