JP2009134448A

JP2009134448A - 歩数計

Info

Publication number: JP2009134448A
Application number: JP2007309062A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sugai; 吉則菅井
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP5006169B2

Abstract

【課題】歩行状況が変化してセンサの感度軸が最適な角度からずれた場合でも、歩行測定を正確に行えるようにすること。
【解決手段】１軸の静加速度センサ１０７は、感度軸の方向に応じた静加速度信号を出力すると共に歩行を表す動加速度信号に対応する歩行信号を出力する。ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換回路１０５からの静加速度信号に応じて、増幅回路１０６の増幅率を制御する。増幅回路１０６はＣＰＵ１０１によって設定された増幅率で静加速度センサ１０７からの歩行信号を増幅して出力する。ＣＰＵ１０１は、増幅回路１０６からの歩行信号に基づいて歩数を計数する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歩行を検出して歩数を測定する歩数計に関する。

従来から、使用者の腕や腰に装着して、あるいは携帯カバンに収納し所持して使用し、前記使用者の歩行をセンサによって検出し歩数を測定するようにした歩数計が利用されている。
例えば、従来の腕歩数計ではセンサの角度を固定してある程度の姿勢変化をカバーしているが、人によって歩行時の加速度に差があり又、人によっては傘等を持たずに歩く場合や持って歩く場合等がある。このように人により、あるいは状況によって歩行状態が変化すると、センサの感度軸が歩行検出に最適な角度からずれて、正確な歩行検出ができない場合がある。

また、従来は、センサの出力信号を増幅する増幅回路の増幅率を、歩き始めの歩行を検出できる増幅率に設定し、その後の全ての歩行に対し同一の増幅率を設定して歩行検出を行っているため、歩行状態が変化すると、センサの出力信号が変動し、正確な歩行測定ができない場合がある。

特許第３６２４５７２号公報

本発明は、歩行状況が変化してセンサの感度軸が最適な角度からずれた場合でも、歩行測定を正確に行えるようにすることを課題としている。

本発明によれば、感度軸の方向に応じた静加速度信号を出力すると共に歩行を表す動加速度信号に対応する歩行信号を出力する静加速度センサと増幅率が可変で前記歩行信号を増幅して出力する増幅手段とを有する歩行検出手段と、前記増幅手段からの歩行信号に基づいて歩数を計数する計数手段と、前記静加速度センサから出力される静加速度信号のレベルに応じて、前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計が提供される。

歩行検出手段に含まれる静加速度センサは感度軸の方向に応じた静加速度信号を出力すると共に歩行を表す動加速度信号に対応する歩行信号を出力し、増幅手段は増幅率が可変で前記歩行信号を増幅して出力する。計数手段は前記歩行信号に基づいて歩数を計数する。制御手段は前記静加速度センサから出力される静加速度信号のレベルに応じて、前記増幅手段の増幅率を制御する。

ここで、前記静加速度センサから出力される静加速度信号のレベルが所定時間継続して所定レベルになったとき、前記増幅手段の増幅率を該所定レベルに応じた増幅率に設定するように構成してもよい。

また、前記制御手段は、前記静加速度信号のレベルを複数のレベル領域に区分すると共に、前記各レベル領域に入る静加速度信号の発生数を所定間隔で計数するレベルカウンタ手段を有し、前記静加速度信号がいずれかのレベル領域で連続して所定回数生じたとき、前記増幅手段の増幅率を該レベル領域に応じた増幅率に設定するように構成してもよい。

歩行状況が変化してセンサの感度軸が最適な角度からずれた場合でも、歩行測定を正確に行うことが可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係る歩数計のブロック図である。
図１において、歩数計は、中央処理装置（ＣＰＵ）１０１、所定周波数の信号を出力する発振回路１０２、発振回路１０２の出力信号を所定分周比で分周して計時用の時計信号を出力する分周回路１０３、外部から操作可能なスイッチによって構成されたキー入力手段１０４、使用者の歩行（走行を含む。）を検出して該歩行に対応する信号を出力する１軸の静加速度センサ１０７、増幅率が可変であると共に静加速度センサ１０７からの動加速度信号を増幅して対応する歩行信号を出力する増幅回路１０６、静加速度センサ１０７からの静加速度信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１０５を備えている。

また、歩数計は、歩数等を表示する表示部１０８、測定した歩数データや設定値等を記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１１０、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムを予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１１１、増幅回路１０６や表示部１０８をはじめとして歩数計の各回路要素に電力を供給する電源としての電池１１２を備えている。また、図１の歩数計は、腕に装着して使用する腕歩数計の例を示している。

静加速度センサ１０７は、静加速度（重力加速度）に対応する静加速度信号と、歩行等の動作に基づいて生じる動加速度に対応する動加速度信号を出力するように構成された加速度センサである。
ここで、静加速度センサ１０７、増幅回路１０６は歩行検出手段を構成している。ＣＰＵ１０１は計数手段、制御手段を構成している。また、キー入力手段１０４は操作手段を構成し、表示部１０８は表示手段を構成している。

歩行検出手段に含まれる静加速度センサは感度軸の方向に応じた静加速度信号を出力すると共に歩行を表す動加速度信号に対応する歩行信号を出力することができる。
増幅手段は増幅率が可変で歩行信号を増幅して出力することができる。
計数手段は歩行信号に基づいて歩数を計数することができる。
制御手段は静加速度センサから出力される静加速度信号のレベルに応じて、増幅手段の増幅率を制御することができる。
また、制御手段は、静加速度センサから出力される静加速度信号のレベルが所定時間継続して所定レベルになったとき、増幅手段の増幅率を該所定レベルに応じた増幅率に設定することができる。
また、制御手段は、静加速度信号のレベルを複数のレベル領域に区分すると共に、前記各レベル領域に入る静加速度信号の発生数を所定間隔で計数するレベルカウンタ手段を有し、前記静加速度信号がいずれかのレベル領域で連続して所定回数生じたとき、増幅手段の増幅率を該レベル領域に応じた増幅率に設定することができる。

図２及び図３は、本実施の形態で使用する静加速度センサ１０７の傾斜角度−出力信号レベル特性を示す図で、静加速度センサ１０７の感度軸と加速度方向との角度によって静加速度センサ１０７から出力される静加速度信号のレベル（直流出力信号レベル）が変化する様子を示している。

図２は、検出した静加速度に対応する直流出力信号レベルをアナログ表記した図で、静加速度センサ１０７の出力信号を示している。
また、図３は、検出した静加速度に対応する直流出力信号レベルをデジタル表記した図で、Ａ／Ｄ変換回路１０５の出力信号を示している。図３に示すように、直流出力信号レベルを複数のレベル領域Ａ〜Ｄに区分している。レベル領域Ｄは静加速度センサ１０７の感度軸が重力加速方向（鉛直方向）にほぼ一致する領域であり、レベル領域Ａは静加速度センサ１０７の感度軸がほぼ水平方向に向いている領域である。

図２、図３に示すように、静加速度センサ１０７は、加速度方向に対して有する傾斜角度の大きさに応じて、直流出力信号レベルが変化する。動作の詳細は後述するが、前記直流出力信号レベルから、所定方向に対する静加速度センサ１０７の角度を検出することができ、又、静加速度センサ１０７からの静加速度信号のレベルに応じて増幅回路１０６の増幅率を制御して、歩数測定精度を向上させる。

図４は本実施の形態における歩数測定処理のフローチャートであり又、図５は歩行停止判定処理のフローチャートで、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１１１に予め記憶されたプログラムを実行することによって行う処理である。
以下、図１、図４及び図５を用いて本実施の形態に係る歩数計の歩数測定処理及び停止判定処理について説明する。
先ず、使用者は本実施の形態に係る歩数計を腕に装着して、キー入力手段１０４を操作することによって歩数計に歩数測定動作を開始させた後、歩行を開始する。

ＣＰＵ１０１は、キー入力手段１０４による歩数測定開始操作に応答して増幅回路１０６等の歩数計の各回路要素に電力を供給し、増幅回路１０６の増幅率を所定の初期値に設定すると共に各回路要素を動作状態にする。これにより、静加速度センサ１０７は使用者の歩行を検出して、該歩行に対応する信号を増幅回路１０６に出力する。増幅回路１０６は、静加速度センサ１０７からの動加速度信号（歩行信号）を増幅し、ＣＰＵ１０１に出力する。

ＣＰＵ１０１は、静加速度センサ１０７からの歩行信号に基づいて歩数測定を行う。
ＣＰＵ１０１は、増幅回路１０６から歩数入力がなされたか（即ち、歩行信号が入力されたか）否かを判断する（ステップＳ４０１）。
ＣＰＵ１０１は、歩行信号が入力されたと判断した場合には、歩行停止タイマをオンにして計時動作を開始した後（ステップＳ４０２）、歩行中フラグがオンか否か判断する（ステップＳ４０３）。

ＣＰＵ１０１は、歩行中フラグがオン（即ち、歩行中である）と判断すると、現在の歩数に歩行判定バッファに記憶している歩数を加算し（ステップＳ４０４）、歩行判定バッファをクリアした後（ステップＳ４０５）、処理ステップＳ４０４において算出した歩数に、今回生じた１歩分の歩数を加算して現在までの累積歩数を計数する（ステップＳ４０６）。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ４０６において計数した歩数を表示部１０８に表示した後、その他に実行中の処理があれば当該処理を行う（ステップＳ４０７、Ｓ４０８）。

一方、ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ４０３において、歩行中フラグがオンではないと判断した場合は、歩き始め等であり、歩行判定バッファの歩数に１加算する（ステップＳ４０９）。次にＣＰＵ１０１は、歩行か否かを判断して（ステップＳ４１０）、歩行ではないと判断した場合には処理ステップＳ４０１に戻り、歩行と判断した場合には歩行中フラグをオンにした後、処理ステップＳ４０１に戻る（ステップＳ４１１）。
尚、処理ステップＳ４１０の歩行か否かの判断は種々の条件設定が可能であり例えば、歩行信号が所定回数連続して検出できた場合に歩行と判断するようにしてもよい。この場合、歩行中と判定されるまでの歩数が歩行判定バッファに蓄積されることになる。

次に、歩行停止したと判定した場合の処理を説明する。図５において、歩行停止タイマ（図４の処理ステップＳ４０２参照）が予め定めた所定時間計時してカウントアップすると（ステップＳ５０１）、ＣＰＵ１０１は歩行停止したと判断し、歩行中フラグをオフにした後（ステップＳ５０２）、歩行判定バッファに記憶した歩数をクリアして（ステップＳ５０３）、その他に実行する処理があればその他の処理を実行する（ステップＳ５０４）。

次に、静加速度センサの感度軸の傾きに応じて増幅回路１０６の増幅率を変更して、傾きが生じても常に最大感度で計測できるようにする処理について説明する。
図６は、本実施の形態に係る歩数計において、静加速度センサの感度軸の傾きに応じて増幅回路１０６の増幅率を変更する処理のフローチャートである。
図６において、ＣＰＵ１０１は、Ａ／Ｄ変換回路１０５からの静加速度信号レベル（直流出力信号レベル）が、どのレベル領域Ａ〜Ｄ（レベル領域Ａ＜レベル領域Ｂ＜レベル領域Ｃ＜レベル領域Ｄ）に入るのかを判別する（ステップＳ６０１）。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０１において、静加速度信号レベルがレベル領域Ａに入ると判断した場合、レベルカウンタＡの計数値に１加算し（ステップＳ６０２）、レベルカウンタＡの計数値が所定値ｎを超えたか否かを判断する（ステップＳ６０３）。前記所定値ｎは複数の整数でも良く又１でもよい。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０３において、レベルカウンタＡの計数値（即ち、レベル領域Ａに入る静加速度信号が連続して発生した数）が所定値ｎを超えたと判断した場合、増幅回路１０６の増幅率をレベル領域Ａに対応する増幅率Ａに設定し（ステップＳ６０４）、他のレベルカウンタＢ〜Ｄをクリアした後（ステップＳ６０５）、その他の処理を実行する場合は当該その他の処理を行う（ステップＳ６１８）。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０３において、レベルカウンタＡの計数値が所定値ｎを超えていない場合には、増幅回路１０６の増幅率を変更せずに処理ステップＳ６０５に移行する。前記処理を所定周期で繰り返す。
これにより、静加速度センサ１０７の感度軸の傾きに応じて増幅回路１０６が適正な増幅率に変更されるため、良好に歩行検出を行うことが可能になる。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０１において、静加速度信号レベルがレベル領域Ｂに入ると判断した場合、レベルカウンタＢの計数値に１加算し（ステップＳ６０６）、レベルカウンタＢの計数値が所定値ｎを超えたか否かを判断する（ステップＳ６０７）。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０７において、レベルカウンタＢの計数値が所定値ｎを超えたと判断した場合、増幅回路１０６の増幅率をレベル領域Ｂに対応する増幅率Ｂ（増幅率Ｂは増幅率Ａよりも小さい）に設定し（ステップＳ６０８）、他のレベルカウンタＡ、Ｃ、Ｄをクリアした後（ステップＳ６０９）、処理ステップＳ６１８に移行する。

これにより、静加速度センサ１０７の感度軸に傾きに応じて増幅回路１０６が適正な増幅率に変更されるため、良好に歩行検出を行うことが可能になる。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０７において、レベルカウンタＢの計数値が所定値ｎを超えていない場合には、増幅回路１０６の増幅率を変更せずに処理ステップＳ６０９に移行する。前記処理を所定周期で繰り返す。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０１において、静加速度信号レベルがレベル領域Ｃに入ると判断した場合、レベルカウンタＣの計数値に１加算し（ステップＳ６１０）、レベルカウンタＣの計数値が所定値ｎを超えたか否かを判断する（ステップＳ６１１）。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６１１において、レベルカウンタＣの計数値が所定値ｎを超えたと判断した場合、増幅回路１０６の増幅率をレベル領域Ｃに対応する増幅率Ｃ（増幅率Ｃは増幅率Ｂよりも小さい）に設定し（ステップＳ６１２）、他のレベルカウンタＡ、Ｂ、Ｄをクリアした後（ステップＳ６１３）、処理ステップＳ６１８に移行する。

これにより、静加速度センサ１０７の感度軸に傾きに応じて増幅回路１０６が適正な増幅率に変更されるため、良好に歩行検出を行うことが可能になる。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６１１において、レベルカウンタＣの計数値が所定値ｎを超えていない場合には、増幅回路１０６の増幅率を変更せずに処理ステップＳ６１３に移行する。前記処理を所定周期で繰り返す。

ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６０１において、静加速度信号レベルがレベル領域Ｄに入ると判断した場合、レベルカウンタＤの計数値に１加算し（ステップＳ６１４）、レベルカウンタＤの計数値が所定値ｎを超えたか否かを判断する（ステップＳ６１５）。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６１５において、レベルカウンタＤの計数値が所定値ｎを超えたと判断した場合、増幅回路１０６の増幅率をレベル領域Ｄに対応する増幅率Ｄ（増幅率Ｄは増幅率Ｃよりも小さい）に設定し（ステップＳ６１６）、他のレベルカウンタＡ〜Ｃをクリアした後（ステップＳ６１７）、処理ステップＳ６１８に移行する。

これにより、静加速度センサ１０７の感度軸に傾きに応じて増幅回路１０６が適正な増幅率に変更されるため、良好に歩行検出を行うことが可能になる。
ＣＰＵ１０１は、処理ステップＳ６１５において、レベルカウンタＤの計数値が所定値ｎを超えていない場合には、増幅回路１０６の増幅率を変更せずに処理ステップＳ６１７に移行する。前記処理を所定周期で繰り返す。

以上述べたように、本実施の形態に係る歩数計は、静加速度と動加速度を検出できる１軸の静加速度センサ１０７を使用し、静加速度センサ１０７から出力される静加速度信号のレベルが所定時間継続して所定レベルになったとき、増幅回路１０６の増幅率を該所定レベルに応じた増幅率に設定するようにしている。また、静加速度信号のレベルを複数のレベル領域Ａ〜Ｄに区分すると共に、各レベル領域Ａ〜Ｄに入る静加速度信号の発生数を所定間隔で計数するレベルカウンタＡ〜Ｄを有し、前記静加速度信号がいずれかのレベル領域Ａ〜Ｄに連続して所定回数生じたとき、増幅回路１０６の増幅率を該レベル領域Ａ〜Ｄに応じた増幅率に設定するようにしている。

したがって、静加速度センサ１０７の感度軸方向に対し感度軸からの傾きを静加速度データから検出し、感度軸の傾きに応じて増幅回路１０６の増幅率を変更し、傾きが生じても常に最大感度で計測できるようにしている。
また、静加速度センサ１０７の傾き量に応じて増幅回路１０６の増幅率を変更することにより、使用者が手に何かを持ったり、ポケットに手を入れたりした場合においても、検出信号レベルを安定させることができ、精度の良い歩数計が実現できる。

また、腕が傾いた状態で歩行した場合でも信号レベルをある程度の範囲内バラツキに抑えることができるため、姿勢による変動を吸収できるという効果を奏する。
また、歩行時の姿勢により増幅率を変化させるので、歩行姿勢に応じて最適な増幅率に設定できるという効果を奏する。

尚、前記実施の形態では、腕に装着して使用する腕歩数計の例で説明したが、腰に装着して使用する腰歩数計、携帯カバンに収納し所持して使用する歩数計等にも適用可能である。

腕歩数計、腰歩数計、携帯カバンに収納し所持して使用する歩数計等にも利用可能である。

本発明の実施の形態に係る歩数計のブロック図である。本発明の実施の形態に係る歩数計に使用する静加速度センサの特性を示す図である。本発明の実施の形態に係る歩数計に使用する静加速度センサの特性を示す図である。本発明の実施の形態に係る歩数計の処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る歩数計の処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る歩数計の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１・・・ＣＰＵ
１０２・・・発振回路
１０３・・・分周回路
１０４・・・キー入力手段
１０５・・・Ａ／Ｄ変換回路
１０６・・・増幅回路
１０７・・・静加速度センサ
１０８・・・表示部
１１０・・・ＲＡＭ
１１１・・・ＲＯＭ
１１２・・・電池

Claims

感度軸の方向に応じた静加速度信号を出力すると共に歩行を表す動加速度信号に対応する歩行信号を出力する静加速度センサと増幅率が可変で前記歩行信号を増幅して出力する増幅手段とを有する歩行検出手段と、
前記増幅手段からの歩行信号に基づいて歩数を計数する計数手段と、
前記静加速度センサから出力される静加速度信号のレベルに応じて、前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計。
前記静加速度センサから出力される静加速度信号のレベルが所定時間継続して所定レベルになったとき、前記増幅手段の増幅率を該所定レベルに応じた増幅率に設定することを特徴とする請求項１記載の歩数計。
前記制御手段は、前記静加速度信号のレベルを複数のレベル領域に区分すると共に、前記各レベル領域に入る静加速度信号の発生数を所定間隔で計数するレベルカウンタ手段を有し、前記静加速度信号がいずれかのレベル領域で連続して所定回数生じたとき、前記増幅手段の増幅率を該レベル領域に応じた増幅率に設定することを特徴とする請求項２記載の歩数計。