JP2004101346A

JP2004101346A - 歩数計

Info

Publication number: JP2004101346A
Application number: JP2002262895A
Authority: JP
Inventors: Shohei Iizuka; 飯塚　庄平; Kazuo Aoki; 青木一男
Original assignee: Otax Co Ltd
Current assignee: Otax Co Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】人間の歩度数を正確にカウントすることができると共に、人間の脈拍をも計測することが出来るような歩数計を得ること。
【解決手段】人体の微振動を検知する人感センサー手段と、人感センサー手段が検知した人体の微振動信号から人脈微振動信号を選択出力する第１のフィルタと、人感センサー手段が検知した人体の微振動信号から体動ノイズを選択する第２のフィルタと、前記第１のフィルタの出力信号から歩数または脈拍数を計数する計数手段と、前記第２のフィルタの出力信号が所定値のレベル以下の時前記計数手段の動作を可能にし、所定値のレベルより高い時に前記計数数手段の動作を禁止する手段と、歩行数又は脈数を切換表示する手段と、を具備してなる歩数計。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、腕時計型歩数計の歩数カウント装置に関し、特に人間が歩いた時に歩いた歩数を正確にカウントする外、歩行停止時に、人間の脈拍をも測定することが出来る腕時計型歩数計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間の歩数をカウントする歩数計は、多くの型式のものが世に出回っている。大半の歩数計の歩度計数機構は、２次元振り子方式で、人間の歩いた振動を機械的に振子が可動し歩数をカウントする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
歩数計の中に、例えば２次元振り子式の機構を腹部のベルトに装着して歩数をカウントするものがあるが、これは、腹部の上下動回数がほぼ人間の歩数と一致するので、歩数計のカウント数が実際の歩数とほぼ一致するが、これとて、体の少しの振動でも歩数計が拾って、その振動を歩数にカウントしてしまう危険がある。
また、歩数計の中には腕時計型式のものがある。これに２次元振り子方式を採用したものは、歩行以外の動作、例えば腕を振るなどの動作でも振子が可動し、歩数をカウントしてしまう。また振子に極性があり、右腕に腕時計を装着して、歩行しても歩数をカウントされない場合もあるなど問題がある。
又この種の従来形では、人間の脈拍を測定することが出来ない。
【０００４】
本発明は、上述の如き従来の不都合を解消しようとするもので、その目的は、人間の歩数をカウントする歩数計において、人間のどの部位に装着していても人間の歩度数を正確にカウントすることができると共に、人間の脈拍をも計測することが出来るような歩数計を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の如き本発明の目的を達成するため、本願の請求項１に記載の発明は、
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明を、腕時計型歩数計に適用した実施の形態を正面図である。図１において、腕時計型歩数計１の両端には時計バンド２、３が結合されており、これら腕バンド２、３により腕時計型歩数計１は腕４に巻き付けられている。
腕時計型歩数計１の表面はガラス張りにされ、その中に歩数及び脈拍や時計を表示する液晶表示部が見える。
【０００７】
図２は、腕時計型歩数計１の断面図である。腕時計型歩数計１はケース５の表面に、表示窓となる透明ガラス６がはめ込まれている。ケース５の裏側には裏蓋７が嵌脱自在にはめ込まれている。透明ガラス６の下側には、歩数計の心臓部である歩数カウンター８を始め、周知である時計の計時装置９が設けられ、これらと透明ガラス６との間には、時間を示すと共に、歩数を表示する液晶表示板１０が設けられている。図３は液晶表示板１０の正面図である。液晶表示板１０には時間表示部１１と歩数表示部１２が設けられている。ケース６の周囲には、周知の時計に必要な複数個のボタンの他、歩数計、脈拍計数計、時計の機能を切り替えたり、歩数をリセットする切換ボタン１３が設けられている。腕時計１の裏蓋７の内側には、人間の腕４から伝わる微振動を検知する圧電素子２１と、歩行時に腕時計１の振動板７’に伝わる振動を検知する圧電素子１４が取り付けられている。なお、腕時計型歩数計１は、運動選手のトレーニングなど、汗等の水分を含む環境で使用されることが多いため、腕時計と同様に水密型に形成されていることが望ましい。
【０００８】
図４は、本発明に係わる圧電素子１４，２１からの振動波形を処理する回路を示すブロック図である。
図４において、圧電素子１４は歩行振動を検出し、インピーダンス変換器１５にて、振動波形を高インピーダンスから低インピーダンスに変換する。
【０００９】
フィルター１６は１０Ｈｚの周波数帯域を通過させる。増幅器１７はフィルター１６から出力された信号を増幅する増幅器である。この時点で歩行波形はＯＶを中心に両極性に振れるので絶対値変換器１８にて歩行波形を＋極側に変換する。フィルター１９は２次フィルターであり、１．０Ｈｚ〜１．５Ｈｚの歩行絶対値波形を三角波にして通過させる。
【００１０】
フィルター１９から出力された歩行波形は、パルス変換器２０にて時間軸（例：波形幅１００ｍｓ〜５００ｍｓ）、電圧軸（例：１．０Ｖ以上）をコンパレータにて比較し、パルスに変換される。
【００１１】
また、圧電素子２１は静止時に脈拍振動を検出し、インピーダンス変換器２２にて、振動波形を高インピーダンスから低インピーダンスに変換する。
【００１２】
フィルター２３は３〜５Ｈｚの周波数帯域を通過させる。増幅器２４はフィルター２３から出力された信号を増幅する増幅器である。この時点で脈拍波形はＯＶを中心に両極性に振れるので絶対値変換器２５にて脈拍波形を＋極側に変換され、フィルター２６にて三角波にして脈拍検出として増幅器２７に入力される。
【００１３】
脈拍波形は歩行波形に比べて、微小な電圧である為、増幅器２７にてさらに増幅し、パルス変換器３０にて時間軸（例：波形幅１００ｍｓ〜５００ｍｓ）、電圧軸（例：１．０Ｖ以上）をコンパレータにて比較し、パルスに変換される。
【００１４】
フィルター２６から検出された三角波の脈拍波形は、脈拍検出として増幅器２７に入力される一方、体動ノイズ検出としてフィルター２８に入力される。圧電素子２１は底蓋５の裏側に設置されているため、動作時は歩行波形、脈拍波形よりも手首等の体動ノイズ波形の方が検出されやすい。
【００１５】
歩行波形は、歩行時以外での圧電素子１４から検出される手首などの体動から発せられる体動ノイズ波形と同レベルの波形があり、これと区別するのが困難な場合がある。そのため、歩行時以外でも歩数がカウントされる場合がある。
【００１６】
通常、人間は歩行時の手首等の動きは小さい為、圧電素子２１の歩行時と歩行以外の動作時に発せられる体動ノイズ波形の差を比較する為、体動ノイズ検出としてフィルター２８に入力される。
【００１７】
カウント禁止２９には歩行波形及びフィルター１６、１９にて処理しきれなかった歩行以外の動作による体動ノイズ波形が入力される。また、フィルター２８は歩行以外の手首等の動作による体動ノイズが大きい時のみカウント禁止２９にハイレベル信号を入力させる。
【００１８】
カウント禁止回路２９は、フィルター２８からハイレベル信号が入力されている時は、歩行パルスの出力を禁止し、フィルター２８からローレベルの信号が入力されている時は、歩行パルスを通過させ出力する。
【００１９】
次に、人間が歩いた時に歩数をカウントする仕組みの詳細について説明する。人間の腕には血管が通っており、常時心臓から送られる血液が循環している。その血液が循環する際、腕から血液循環の微振動が発せられる。その振動は人間の動作によってさまざまな振動の波形を発し、人間の歩行時は１０Ｈｚの増加と減少を繰り返す特徴ある振動波形が腕から発せられる。本発明では、圧電素子を利用し、このような人間の歩行時に発せられる腕からの歩行振動を検知する。
【００２０】
図４において、人間の歩行時に図１に示す腕時計２に内臓された圧電素子１４に振動が検知され、その振動は圧電素子１４によって高インピーダンスの電気信号に変換され、インピーダンス変換器１５により低インピーダンスに変換された後、フィルター１６で１０Ｈｚ以外の雑音成分が取り除かれ、増幅器１７で増幅される。この増幅器１７から出力される信号を図５（ａ）に示す。本発明において、人間が１歩歩行すると図５（ａ）に示す１０Ｈｚの増加と減少を繰り返す振動波形が出力される。
【００２１】
図５（ａ）において、人間は歩き始める時、まず片方の足を上げる。この振動は振動波形の初期の小さな振幅に現れる。その後、足を地面に着地させると、振動波形の振幅は最大になり、その後、振動波形の振幅は減衰するという３パターンの傾向がある。
【００２２】
増加と減少を繰り返す振動波形は、上述の歩行３パターンを１ヶの歩行グループとし、この歩行グループを歩行時の１歩とする。
【００２３】
振動波形の振幅の大きさは、個人の歩き方、または歩行時と走行時では異なってくる。これを調整するのが増幅器１７であり、増幅器１７を調整することにより、これらすべての歩行、走行をまかなうすなわち検知することができる。
【００２４】
絶対値変換器１８は、増幅器１７から振動波形が入力されると、＋、−に振れる波形を図５（ｂ）に示すように絶対値にし、これら絶対値にされた信号は図５（ｃ）に示すようにフィルター１９にて１ヶの三角波に変換される。つまり、人間が１歩歩行すると１ヶの三角波が形成される。
【００２５】
また、脈拍検出も歩数カウントと同様であり、人間の腕には血管が通っており、常時心臓から送られる血液が循環している。その血液が循環する際、腕から血液循環の微振動が発せられる。その振動は人間の動作によってさまざまな振動の波形を発し、人間の静止時に脈拍は３〜５Ｈｚの増加と減少を繰り返す特徴ある振動波形が腕から発せられる。本発明では、圧電素子を利用し、このような人間の静止時に発せられる腕からの脈拍振動を検知する。
【００２６】
図４において、人間の歩行時に腕時計２に内臓された圧電素子２１に振動が検知され、その振動は圧電素子２１によって高インピーダンスの電気信号に変換され、インピーダンス変換器２２により低インピーダンスに変換された後、フィルター２３で８Ｈｚ以外の雑音成分が取り除かれ、増幅器２４で増幅される。この増幅器２４から出力される信号を図５（ａ）に示す。本発明において、人間の脈拍が図５（ａ）に示す８Ｈｚの増幅と減衰を繰り返す振動波形となり出力される。
【００２７】
絶対値変換器２５は、増幅器２４から振動波形が入力されると、＋、−に振れる波形を図５（ｂ）に示すように絶対値にし、フィルター２６にて１ヶの三角波に変換される。つまり、１脈が１ヶの三角波が形成される。
【００２８】
しかし、脈拍の三角波は歩行波形と比較すると微小な電圧レベルな為、増幅器２７にてさらに増幅し、脈拍波形として出力される。
【００２９】
人間が歩行している時、歩行の振動を圧電素子１４が検知し、インピーダンス変換器１５、フィルター１６を介して、増幅器１７から歩行時の振動波形を出力し、絶対値変換器１８、フィルター１９にて三角波に変換され、パルス変換器２０にて歩行パルスに変換される。しかし歩行以外の動作にて歩行波形と同レベルの体動ノイズが混入することがあり、これを区別することは困難である。
【００３０】
また、同様に歩行以外の動作の振動を圧電素子２１が検知し、インピーダンス変換器２２、フィルター２３を介して、増幅器２４から歩行時の振動波形を出力し、絶対値変換器２５、フィルター２６にて三角波に変換され、さらにフィルター２８にて歩行波形、脈拍波形を除去し、体動ノイズを通過させ、体動ノイズを検出させる。
【００３１】
図５は歩行波形、体動ノイズ、歩行カウント波形を示す。通常、人間は歩行時の手首等の動きは小さい為、体動ノイズ波形は小さく、手首等の動きがあった場合は体動ノイズ波形は大きい。
【００３２】
体動ノイズ波形はカウント禁止回路２９に入力され、体動ノイズ波形の電圧を基準電圧（例：１．０Ｖ）と比較し、体動ノイズ波形の電圧レベルが基準電圧より低い場合はパルス変換器２０の歩数カウント波形を通過させ、基準電圧より高い場合は、歩数カウント波形を禁止する。その後、カウント禁止回路２９から出力されるパルスは、歩数として、例えば、切換ボタン１３にて、起床時歩数がゼロにリセットされてから、所定時例えば就寝時まで図２に示す歩数カウンター８内に図には示していないカウンタ回路に積算され、その数値は、歩数カウンターの計数値が変化するたびに液晶表示板１０の歩数表示部１２に表示される。又歩数表示部１２の数値は次の朝の起床時など所望の時にリセットされてカウント数はゼロにされる。又パルス変換器３０から出力される脈拍カウントパルスは、歩数カウンタ８内に図には示されていない、例えば１分間カウンタのように所定時間にパルスを計数するカウンタで計数され、その計数値から、所定時間の脈拍数を計数する。しかしその間は歩数のカウントが禁止されるので、脈拍のカウントは、歩行を停止しているときに行う。そして、その計数値は、例えば切換ボタン１３が押し圧されている間、歩数を表示する歩数表示部１２に脈拍数として表示される。
【００３３】
以上の微振動−電気信号変換方式により、一般の腕時計に圧電素子を内蔵するだけで、腕から腕時計の底蓋に伝わる人間のさまざまな動作の振動の中から、歩行時の特徴ある振動波形のみを取り出して、歩数及び脈拍をカウントすることができる。
【００３４】
此まで、本発明を上述の実施の形態により説明したが、本発明の趣旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から除外するものではない。
【００３５】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】
特許公開２００２−２２１４３４号公報
特許公開２００２−１９０００７号公報
特許公開２００１−３３０４６７号公報
【００３６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したとおり、本発明の請求項１に記載の発明は、
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願の歩数計を腕に装着した状態を示す正面図である。
【図２】図２は、本願の歩数計を腕に装着した状態を示す断面図である。
【図３】図３は、液晶表示板１０の正面図である。
【図４】図４は、本発明に関わる回路を示すブロック図である。
【図５】図５は、人体の脈拍波形を示す特性図であり、その（ａ）は、人体の脈拍波形徒歩行状態の関係を示す特性図、その（ｂ）は絶対値変換器を通過した信号は形を示し、その（ｃ）は、形及び、歩行波形及び脈拍は形９の三角は形を示す特性図である。
【図６】図６は、人間の歩行波形、体動ノイズ波形、歩行カウント波形を示す特性図である。
【符号の説明】
１・・・・・腕時計型歩数計
２・・・・・時計バンド
３・・・・・時計バンド
４・・・・・腕
５・・・・・ケース
６・・・・・透明ガラス
７・・・・・裏蓋
８・・・・・歩数カウンター
９・・・・・計時装置
１０・・・・・液晶表示板
１１・・・・・時間表示部
１２・・・・・歩数表示部
１３・・・・・切換ボタン
１４・・・・・圧電素子
１５・・・・・インピーダンス変換器
１６・・・・・フィルター
１７・・・・・増幅器
１８・・・・・絶対値変換器
１９・・・・・フイルター
２０・・・・・パルス変換器
２１・・・・・圧電素子
２２・・・・・インピーダンス変換器
２３・・・・・フィルター
２４・・・・・増幅器
２５・・・・・絶対値変換器
２６・・・・・フイルター
２７・・・・・増幅器
２８・・・・・フイルター
２９・・・・・カウント禁止回路
３０・・・・・パルス変換器

Claims

人間の歩数をカウントする歩数計において、
人体を伝播する微振動を検知できる距離内に配置され、人体の微振動を検知する人感センサー手段と、
人感センサー手段が検知した人体の微振動信号から人脈微振動信号を選択出力する第１のフィルタと、
人感センサー手段が検知した人体の微振動信号から体動ノイズを選択する第２のフィルタと、
前記第１のフィルタの出力信号から歩数または脈拍数を計数する計数手段と、
前記第２のフィルタの出力信号が所定値のレベル以下の時前記計数手段の動作を可能にし、所定値のレベルより高い時に前記計数数手段の動作を禁止する手段と、
前記計数手段により計数された歩行数又は脈数を切換表示する手段と、
を具備してなる歩数計。
前記歩数計は携帯用であることを特徴とする請求項１に記載の歩数計。
前記歩数の計数と前記脈拍数の計数とを切り替えて計数をする計数切換手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歩数計。