JP2010026722A - 歩数測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装着位置によらず、正確に歩数を測定でき、消費電力も小さな歩数測定装置を提供する。
【解決手段】歩数測定装置２０は、３軸加速度センサ５０と、その出力を合成して合成加速度信号を出力する３軸合成部５２と、合成加速度信号の波形の０．５〜１．５Ｈｚ，１．０〜２．０Ｈｚ，及び１．５〜２．５Ｈｚの周波数帯域成分の波形をそれぞれ抽出するバンドパスフィルタ５４，５６，５８、これら帯域成分のレベルを比較し、最も大きな帯域成分の波形を選択し結合して、合成加速度信号の波形を整形するレベル測定回路８０，９０，１００、コンパレータ６０、及び波形選択部６２と、波形選択部６２の出力する整形された波形をしきい値と比較して歩数を計数するスレッショルド回路６４及びカウンタ６６とを含む。
【選択図】図２

Description

この発明は歩数を計測する装置に関し、特に、装着位置にかかわらず安定して正確な歩数計測を行なうことができる歩数測定装置に関する。

現代の日本人にとって最大の問題は健康問題である、といっても過言ではない。健康維持のために最も手軽な方法はいわゆるウォーキングである。ウォーキングは体に過度の負担がかからず、比較的体力のない人でも続けていくことができるという特色がある。

しかし、単に歩き続けるだけでは面白みがなく、なかなか続けられないという問題がある。また、どの程度の距離を歩いたかが分からなければ励みにならないという問題もある。

そこで、いわゆる歩数計が利用されることが多い。歩数計を装着して歩くことにより、歩数を計測することができる。例えば一日の歩数の目標を定め、目標を達成するように歩いたりすることでウォーキングを続けることができる。また、毎日の歩数を記録していくことで、健康管理に役立てることができる。

当然、歩数計による計測数は正確であることが望ましい。しかし、現実には以下に説明するように、正確に歩数を計測することは難しいという問題がある。

現在では歩数計に２軸又は３軸の加速度センサが用いられることが多い。２軸の加速度センサを用いた場合、予め想定した装着位置に歩数計が装着されれば、歩行時の加速度が比較的正確に測定されるが、想定していない装着位置に装着されたり、バッグの中にいれられたりして、想定している姿勢と異なる姿勢に歩数計がおかれると、歩行をカウントすることができなくなり、歩数の計測結果には全く信頼がおけなくなる。一方、３軸の加速度センサを用いた場合には、装着位置及び姿勢にかかわらず、歩行をカウントすることができる。しかし、この場合でもかばんとかポケットの中に歩数計がしまわれたりすると、加速度センサに十分な加速度が加わらないために歩数のカウントが大幅に少なくなったり、逆に加速度センサに加速度が過剰に加わるために歩数のカウントが大幅に多くなったりして、正確な測定が困難となる問題がある。

今までは、こうした問題はそれほど大きな問題とはみなされていなかった。歩数計の用途が、上記したウォーキングのように、ある程度の速度で歩くようなしっかりした歩行での歩数を測定することにあり、そうした用途では、歩行時に歩数計を適切な位置に装着すると考えられるためである。
特開２００５−３８０１８号公報（段落００１８〜００２２、００２８）

例えば会社員が健康管理のために毎日の歩数を計測しようとする場合を考える。そのためには毎日、歩数計を持つ必要がある。男性であればベルト等に歩数計を装着してもそれほど気にはならない。しかし女性の場合にはそのようなことができないことが多い。そのため、女性の場合には歩数計をバッグに入れておくことが多い。

しかしバッグに歩数計を入れた場合には、上記したように歩行による加速度が歩数計に加わるまでの間に様々なところで吸収されてしまい、歩数計では正確に測定することができないという問題がある。

同様の問題は、ゆっくりとした歩行時で、加速度そのものが小さい場合にも生じえる。例えば歩行に困難を来たすような病気の患者がリハビリテーションを行なう場合には、歩行の速度はゆっくりとなる。そのような弱い歩行でも歩数を正確に測ることができれば、リハビリテーションの励みになると思われる。

こうした問題を解決するための歩数測定装置が特許文献１で提案されている。特許文献１に開示された歩数測定装置は３軸加速度センサを用い、３軸の加速度の２乗和をとることでこれらを合成した後、その波形をローパスフィルタに通して歩数を計数する。又は、合成後の加速度信号に対して周波数分析を行なって、最も周波数成分が大きかった帯域の周波数が毎秒の歩数を示すものとして歩数を測定する。

しかし、後に述べるように、合成後の加速度信号をローパスフィルタに通した波形を用いて歩数を計数する場合、合成後の加速度信号の波形が安定せず、計数するためのしきい値を定めるのが難しいという問題がある。さらに、測定時にも合成後の加速度信号が安定しないため、正確な歩数計測が難しいという問題がある。

また、波形分析を行なう際には、特許文献１に記載された歩数測定装置はＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いている。ＦＦＴ算出のためには比較的大きな計算量が必要であるため、ハードウェアを用いる場合もプロセッサを用いる場合も消費電力が大きくなるという問題がある。歩数測定装置のように日常的に使用する製品の場合、消費電力が小さければ小さいほど望ましいことはいうまでもない。また、ＦＦＴを用いた歩数測定ではその精度をあまり高くすることができないという問題もある。

それゆえに本発明の目的は、装着位置によらず、正確に歩数を測定できる歩数測定装置を提供することである。

本発明の他の目的は、装着位置によらず、正確に歩数を測定でき、かつ消費電力も小さくて済む歩数測定装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、装着位置によらず、ゆっくりとした歩行速度であっても正確に歩数を測定でき、かつ消費電力も小さくて済む歩数測定装置を提供することである。

本発明の第１の局面に係る歩数測定装置は、３軸加速度センサと、加速度センサの出力を合成して合成加速度信号を出力するための加速度合成手段と、合成加速度信号の波形の、複数の周波数帯域の成分の波形をそれぞれ抽出するための複数の抽出手段と、複数の抽出手段により抽出された複数の周波数帯域の成分の大きさを比較し、最も大きな周波数帯域の成分の波形を選択し結合することにより、合成加速度信号の波形を整形するための波形整形手段と、波形整形手段により整形された後の波形を所定のしきい値と比較することにより、歩数を計数するための計数手段とを含む。

加速度センサの出力する３軸加速度信号は、加速度合成手段によって合成される。合成加速度信号の波形から、複数の周波数帯域成分の波形が複数の抽出手段により抽出される。波形整形手段は、これら波形のうち、大きさ、すなわち信号レベルが最も大きな周波数帯域の成分の波形を選択し結合することによって、合成加速度信号の波形を整形する。計数手段は、整形後の合成加速度信号の値をしきい値と比較することによって歩数を計数する。

上記した波形整形手段によって整形された後の合成加速度信号の波形は滑らかなカーブを描き、正確な測定を行なうためのしきい値を決定することが容易である。また、実際の測定時にも測定対象の合成加速度信号の波形が整形され滑らかとなるため、しきい値との比較が安定して行なえ、歩数の計数が安定し、かつ信頼性が高くなるという効果がある。さらに、３軸加速度信号を合成して歩数計測に使用するため、３軸加速度センサの姿勢によらず、安定した歩数計測を実現できる。ＦＦＴのような処理を実行する必要もなく、消費電力は少なくて済む。

好ましくは、複数の抽出手段は、第１の周波数帯域の成分の波形を合成加速度信号から抽出するための第１の波形抽出手段と、中心周波数が第１の周波数帯域の中心周波数より高い第２の周波数帯域の波形を合成加速度信号から抽出するための第２の波形抽出手段とを含む。

第１及び第２の波形抽出手段によって、異なる中心周波数の周波数帯域の成分が抽出され、波形整形の際のレベルの比較に用いられる。利用者の歩行速度が変化すると、いずれかの波形抽出手段の出力が他方より大きくなるため、歩行速度に応じた周波数帯域の成分が合成後加速度信号から選択される。その結果、歩数の変化があってもその変化に追随して歩数を正確に算出できる。

より好ましくは、第２の周波数帯域は、第１の周波数帯域と重なる部分を有する。

実験によれば、このように両者の帯域が一部で重なっている場合には、そうでない場合よりも整形後の合成加速度信号の波形が滑らかとなり、しきい値の設定及び実際の測定における誤差が少なくなるという効果がある。

さらに好ましくは、第１の周波数帯域は０．５Ｈｚ以上で１．５Ｈｚ以下でもよい。第２の周波数帯域は１．０Ｈｚ以上で２．０Ｈｚ以下でもよい。

これらは実際の歩行速度に対応したものであり、毎秒０．５〜２歩程度の歩行速度について、精度よく、かつ消費電力も少なく歩数を測定できる。

好ましくは、複数の抽出手段はさらに、中心周波数が第２の周波数帯域の中心周波数より高い第３の周波数帯域の波形を合成加速度信号から抽出するための第３の波形抽出手段を含む。

このように第３の周波数帯域の波形も抽出して、そのレベルを波形整形における比較の対象とすることにより、毎秒あたりの歩数が２歩以上となった場合にも、歩数速度の精度を維持することができる。

好ましくは、第３の周波数帯域は、第２の周波数帯域と重なる部分を有する。より好ましくは、第３の周波数帯域は１．５Ｈｚ以上で２．５Ｈｚ以下である。

以上のように本発明によれば、合成加速度信号の波形が滑らかなカーブを描くため、正確な測定を行なうためのしきい値を決定することが容易にできる。測定時にも測定対象の合成加速度信号の波形が整形され滑らかとなるため、しきい値との比較が安定して行なえ、歩数の計数が安定し、かつ信頼性が高くなる。さらに、３軸加速度信号を合成して歩数計測に使用するため、３軸加速度センサの姿勢によらず、安定した歩数計測を実現できる。ＦＦＴのような処理を実行する必要もなく、消費電力は少なくて済む。

その結果、装着位置によらず、正確に歩数を測定でき、かつ消費電力も小さくて済む歩数測定装置を提供することができる。また、ゆっくりとした歩行速度であっても正確に歩数を測定でき、かつ消費電力も小さくて済むという効果もある。

以下の説明及び図面において、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

［第１の実施の形態］
＜構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る歩数測定装置２０の外観図である。図１を参照して、歩数測定装置２０は、扁平な直方体形状をした筐体３０と、筐体３０の前面に形成された表示部３２と、いずれも同じく筐体３０の前面に形成されたリセットボタン３４、履歴切替ボタン３６、及び設定ボタン３８とを含む。リセットボタン３４は歩数を０にリセットする際に操作される。履歴切替ボタン３６は表示部３２の表示を歩数表示と歩数の日別の履歴表示との間で切替える際に操作される。設定ボタン３８は歩数測定装置２０の日付及び時刻等の設定を行なう際に操作される。

歩数のリセット、履歴切替、及び設定については本発明とは直接関係しない。そのため以下の説明では、説明及び図を簡明にするため、これらについての詳細な説明は行なわず、それらに必要な部分については図示もしないこととする。

図２は、歩数測定装置２０の機能ブロック図である。図２を参照して、歩数測定装置２０は、筐体３０内に固定され、筐体３０に固定された座標軸（これらをＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸とする。）方向の加速度を表す信号を出力する３軸加速度センサ５０と、３軸加速度センサ５０の出力を受け、３軸の加速度の２乗和を計算することにより、３軸の加速度を合成する３軸合成部５２と、３軸合成部５２の出力する合成加速度の信号波形のうち、周波数帯域０．５〜１．５Ｈｚ、１．０〜２．０Ｈｚ、及び１．５〜２．５Ｈｚの成分をそれぞれ抽出するバンドパスフィルタ５４、５６及び５８と、それぞれバンドパスフィルタ５４、５６及び５８の出力を受けるように接続され、バンドパスフィルタ５４、５６及び５８から出力される合成加速度の信号波形の周波数成分のレベルを測定し出力するレベル測定回路８０，９０及び１００と、レベル測定回路８０，９０及び１００の出力を受け、これらの内の最大値を与える回路を特定する信号を出力するコンパレータ６０とを含む。ここでは、コンパレータ６０は、ローパスフィルタ８４の出力が最も大きいときにはバイナリで００を、ローパスフィルタ９４の出力が最も大きいときにはバイナリで０１を、ローパスフィルタ１０４の出力が最も大きいときにはバイナリで１０を、それぞれ出力するものとする。

歩数測定装置２０はさらに、バンドパスフィルタ５４、５６及び５８の出力をそれぞれ受ける３つの入力と、コンパレータ６０の出力を受ける制御入力とを有し、バンドパスフィルタ５４、５６及び５８の出力のうち、コンパレータ６０の出力に対応するものを選択し結合することによって整形された合成加速度信号を出力する波形選択部６２と、波形選択部６２の出力する整形後の合成加速度信号の波形を所定のスレッショルド（しきい値）と比較して２値化するスレッショルド回路６４と、スレッショルド回路６４の出力する信号がローレベルからハイレベルとなった回数を加算するカウンタ６６とを含む。ここでは、波形選択部６２は、コンパレータ６０の出力がバイナリの００であればバンドパスフィルタ５４の出力を選択し、バイナリの０１であればバンドパスフィルタ５６の出力を選択し、バイナリの１０であればバンドパスフィルタ５８の出力を選択する。

なお、スレッショルドの値は、予め実験を繰返すことによって設定する。この設定時にも、合成後の加速度信号が滑らかであるため、スレッショルドを適切な値に設定することが容易に行なえる。

カウンタ６６の出力は表示部３２に与えられ、歩数として表示される。カウンタ６６はリセットボタン３４からの信号を受けるように接続されており、リセットボタン３４からリセット信号が与えられるとカウントを０にリセットする。

レベル測定回路８０は、バンドパスフィルタ５４から出力される、合成加速度信号の０．５〜１．５Ｈｚの周波数帯域の信号成分の絶対値を算出する絶対値回路８２と、絶対値回路８２の出力のうち０．１Ｈｚまでの成分を抽出してコンパレータ６０に与えるローパスフィルタ８４とを含む。

レベル測定回路９０及びレベル測定回路１００はいずれもレベル測定回路８０と類似した構成を持つ。具体的には、レベル測定回路９０はバンドパスフィルタ５６の出力に接続された入力を持つ絶対値回路９２と、絶対値回路９２の出力に接続された入力を持つローパスフィルタ９４とを含む。レベル測定回路１００は、バンドパスフィルタ５８の出力に接続された入力を持つ絶対値回路１０２と、絶対値回路１０２の出力に接続された入力を持つローパスフィルタ１０４とを含む。ローパスフィルタ９４及び１０４は、いずれもローパスフィルタ８４と同様、０．１Ｈｚをカットオフ周波数とする。

＜動作＞
歩数の測定時、歩数測定装置２０は以下のように動作する。図２を参照して、３軸加速度センサ５０はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸の加速度を測定し、加速度信号を３軸合成部５２に与える。３軸合成部５２は、これら加速度信号の値の２乗和を算出することにより合成加速度信号を出力し、バンドパスフィルタ５４、５６及び５８に与える。

図３（Ａ）に、この合成加速度信号の波形の例を示す。図４（Ａ）は、図３（Ａ）に示す合成加速度信号の波形のうち、部分波形１１０を拡大した波形である。図３（Ａ）を参照して、合成加速度信号の波形は細かく見ると大小のピークが多数あり、どの時点でステップ（歩行）を検出すべきか定めることが難しい。

バンドパスフィルタ５４はこの合成加速度信号の０．５〜１．５Ｈｚの周波数帯域の成分を抽出し、絶対値回路８２及び波形選択部６２の第１の入力に与える。バンドパスフィルタ５６は合成加速度信号の１．０〜２．０Ｈｚの周波数帯域の成分を抽出し、絶対値回路９２及び波形選択部６２の第２の入力に与える。バンドパスフィルタ５８は合成加速度信号の１．５〜２．５Ｈｚの周波数帯域の成分を抽出し、絶対値回路１０２及び波形選択部６２の第３の入力に与える。

ローパスフィルタ８４、９４及び１０４は、絶対値回路８２、９２及び１０２の出力のうち、０．１Ｈｚ以下の成分（直流成分）をコンパレータ６０の第１、第２、及び第３の入力にそれぞれ与える。コンパレータ６０は、これら３つの入力のうち、最も高いものを示す信号を波形選択部６２の制御端子に与える。具体的には、コンパレータ６０は、ローパスフィルタ８４の出力が最も大きいときにはバイナリで００を、ローパスフィルタ９４の出力が最も大きいときにはバイナリで０１を、ローパスフィルタ１０４の出力が最も大きいときにはバイナリで１０を、それぞれ出力する。波形選択部６２は、コンパレータ６０の出力がバイナリの００であればバンドパスフィルタ５４の出力を選択し、バイナリの０１であればバンドパスフィルタ５６の出力を選択し、バイナリの１０であればバンドパスフィルタ５８の出力を選択して出力する。波形選択部６２がこのようにコンパレータ６０の出力に応じてバンドパスフィルタ５４、５６及び５８の出力を選択して出力することにより、選択された波形が逐次結合され、整形された合成加速度信号が得られる。

図３（Ｂ）に、図３（Ａ）に示す波形に基づいて波形選択部６２の出力に得られる、整形後の波形の例を示す。図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）に示す合成加速度信号の波形のうち、部分波形１１２を拡大した波形を示す図である。図４（Ｂ）を参照して、波形選択部６２から出力される整形後の合成加速度信号の波形は、なめらかなものとなっている。その結果、スレッショルドとしてどの程度の値を用いれば歩数の測定結果が正確なものとなるかが容易に判定できる。

再び図２を参照して、スレッショルド回路６４は、波形選択部６２から出力される整形後の合成加速度信号の波形の大きさ（値）を所定のスレッショルドと比較することにより、波形の大きさがスレッショルドより小さい値から大きな値に切替わるとき、パルスを１つ出力する。カウンタ６６はこのパルスをカウントし、カウント結果を表示部３２に与える。表示部３２は、与えられたカウンタ値を表示する。

図８は、第１の実施の形態に係る歩数測定装置のアルゴリズムで計算した歩数による誤差割合と、従来の加速度センサ歩数計によって測定したときの誤差割合とを示す図である。図８を参照して、○印は、第１の実施の形態の歩数測定装置のアルゴリズムで計算した歩数と、目視により実際に歩数をカウントした値（実測値）との誤差割合を示す。×印は、従来の加速度センサ歩数計による測定値と目視により実際に歩数を測定した値（実測値）との誤差割合を示す。図８において、縦軸のプラス方向は実測値よりも歩数が多くカウントされたことを示し、マイナス方向は実測値よりお歩数が少なくカウントされたことを示す。縦軸の単位は誤差割合をパーセントで示してある。

図８において×印で示されるように、従来の加速度センサ歩数計の場合には、歩行の速度が４０メートル／分以下となると、計測結果のばらつきが目立ち、特に実際の歩数の半分以下しか測定できない場合が頻出することが観測された。すなわち、加速度が弱いと従来の歩数測定装置では信頼性を持った歩数測定を行なうことができない。

一方、図８において○印で示されるように、本実施の形態に係る歩数測定装置２０のアルゴリズムでは、歩行の速度が４０メートル／分以下となっても、ほとんど誤差のない歩数測定値を出力することができた。これは、上記したような構成によって、合成後加速度信号の形状を滑らかにしたこと、及びそれによってスレッショルドを適切な値に容易に定めることができたことによるものと思われる。

以上のように本実施の形態によれば、３軸合成部５２から出力される合成加速度信号の波形が図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示すように不定形でスレッショルドを決めにくいときでも、波形選択部６２から出力される合成加速度を示す信号の波形は、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すように滑らかに整形されたものとなり、容易にスレッショルドを定めることができる。その結果、スレッショルド回路６４による比較を行なう際の誤差が少なくなるという効果が得られる。また、３軸合成部５２によって３軸合成を行なうので、３軸加速度センサ５０の姿勢、すなわち歩数測定装置２０の姿勢がどのようになっていても安定して正確に歩数計測を行なうことができる。そのため、歩数測定装置２０をどのような装着位置に置く場合でも、また例えばバッグ等の中にしまった場合でも正確に歩数計測を行なうことができる。さらに、ＦＦＴを使用しないので計算量は少なくて済み、ハードウェアの量が少なく、その結果消費電力を抑えることができる。

［第２の実施の形態］
上記した歩数測定装置は、プロセッサ及びソフトウェアを一部に用いて実現することもできる。この第２の実施の形態に係る歩数測定装置はそのような歩数測定装置である。図５に、この第２の実施の形態に係る歩数測定装置１２０のハードウェアブロック図を示す。

図５を参照して、歩数測定装置１２０は、３軸加速度センサ５０と、３軸加速度センサ５０からの３軸加速度を受けるように接続されたプロセッサ１３０と、プロセッサ１３０に接続された、不揮発性でかつ随時書込及び読出が可能なメモリ１３２と、プロセッサ１３０の入力インターフェースにそれぞれ接続されたリセットボタン３４、履歴切替ボタン３６、及び設定ボタン３８と、表示部３２と、プロセッサ１３０の出力インターフェースに接続され、プロセッサ１３０から与えられる信号にしたがって表示部３２を駆動して歩数等を表示させるためのドライバ１３４とを含む。なお、プロセッサ１３０は、いずれも図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）、及び随時書込及び読出が可能なメモリ等を有している。

メモリ１３２は、プロセッサ１３０が実行する、歩数測定のためのコンピュータプログラムを記憶している。プロセッサ１３０が、そのＣＰＵに内蔵されたプログラムカウンタによって指定されるメモリ１３２内のアドレスからプログラム命令を読出して実行し、３軸加速度センサ５０の出力を処理することによって、第１の実施の形態の歩数測定装置２０と同様の機能を持つ歩数測定装置１２０を実現する。

図６は、プロセッサ１３０が実行する、歩数測定のためのコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。図６を参照して、このプログラムは、歩数測定装置１２０の電源投入直後にメモリ１３２の全アドレスをクリアするなどの初期設定を行なうステップ１５０と、ステップ１５０に続き、３軸加速度センサ５０の３軸の加速度信号をサンプリングするステップ１５２と、ステップ１５２でサンプリングされた３軸の加速度信号の２乗和を算出することにより３軸加速度を合成し、合成加速度信号を算出し、メモリ１３２に保存するステップ１５４とを含む。この処理を後述するように繰返し実行することにより、メモリ１３２には合成加速度信号の時系列が記憶されることになる。

このプログラムはさらに、ステップ１５４において算出されメモリ１３２に保存された３軸合成後の合成加速度信号のうち、０．５〜１．５Ｈｚの成分のレベルを算出するステップ１５６と、１．０〜２．０Ｈｚの成分のレベルを算出するステップ１５８と、１．５〜２．５Ｈｚの成分のレベルを算出するステップ１６０とを含む。図６では、これら３つのステップが並列に実行されるように示してあるが、これは図を簡略にするためであり、ＣＰＵが１つの場合にはこれらが順番に実行される。また各ステップの出力がいずれもメモリ１３２又はプロセッサ１３０内のレジスタに記憶されることは言うまでもない。

ステップ１５６は、ステップ１５４で算出されメモリ１３２に記憶されている合成加速度信号の時系列に対するフィルタリング処理を行ない、０．５〜１．５Ｈｚの成分を抽出する、バンドパスフィルタ処理を実行するステップ１７０と、ステップ１７０によって算出された値をメモリ１３２又はレジスタに保存するステップ１７２と、ステップ１７２で保存された値の絶対値を算出しメモリ１３２に記憶するステップ１７４と、ステップ１７４で算出された絶対値の時系列に対するフィルタリング処理により、０．１Ｈｚ以下の成分を抽出するローパスフィルタ処理を実行するステップ１７６とを含む。

ステップ１５８、１６０はいずれもステップ１５６と同様の構成を持つ。具体的には、ステップ１５８は、それぞれステップ１５６のステップ１７０、１７２、１７４及び１７６に対応するステップ１８０、１８２、１８４及び１８６を含む。ただし、ステップ１８０では、ステップ１７０と異なり、合成加速度信号の波形から１．０〜２．０Ｈｚの成分が抽出される。ステップ１６０は、それぞれステップ１５６のステップ１７０、１７２、１７４及び１７６に対応するステップ１９０、１９２、１９４及び１９６を含む。ただし、ステップ１９０では、ステップ１７０と異なり、合成加速度信号の波形から１．５〜２．５Ｈｚの成分が抽出される。

このプログラムはさらに、ステップ１７６、１８６及び１９６の出力としてメモリ１３２に記憶されている値を比較し、値が最も大きなものはどれかを判定するステップ１６２と、ステップ１６２の判定結果にしたがい、ステップ１７６で得られた値が最も大きなときにはステップ１７２で保存された値を選択し、ステップ１８６で得られた値が最も大きなときにはステップ１８２で保存された値を選択し、ステップ１９６で得られた値が最も大きなときにはステップ１９２で保存された値を選択してメモリ１３２に保存するステップ１６４と、このようにしてメモリ１３２に保存された合成加速度信号の値の時系列に基づいて、歩数カウント処理を実行した後に処理をステップ１５２に戻すステップ１６６とを含む。
ステップ１６４において保存される信号の値は、時系列順に並んでいることから、逐次合成されている波形を示すものとみなすことができる。さらに、ステップ１６６を完了するまでステップ１５２の処理を行なってはならない、という訳ではない。ステップ１６６は波形データの蓄積状況に応じて割込み処理として行なってもよい。

ステップ１６６では、メモリ１３２に記憶されている合成加速度信号の時系列について、直前にスレッショルド以下の値であったのに対し、最新の値がスレッショルドより大きくなったときに歩数に１を加算する。

この第２の実施の形態に係る歩数測定装置１２０は、第１の実施の形態と同様に動作することはいうまでもない。ＦＦＴを使用するわけではないので、プロセッサ１３０における計算量は比較的少なく、消費電力は小さくて済む。

なお、ステップ１５４でメモリ１３２に合成加速度信号を記憶する際、どの程度の数の値を合成加速度信号の時系列として記憶すればよいかが問題となる。ここでは、ステップ１７０，１８０及び１９０で実行されるバンドパスフィルタ処理、並びにステップ１７６，１８６及び１９６で実行されるローパスフィルタ処理を行なうために、予めどの程度の時系列の値を記憶するかによって、ステップ１５４で時系列として記憶される値の数を決定すればよい。この場合、これら値をリングバッファなどの形式で記憶すれば、不要な値は順次自動的に削除されて都合がよい。

この第２の実施の形態のように、信号処理にプロセッサを使用する場合、他の携帯機器にこの歩数測定装置を組込むことが容易に行なえる。その携帯機器が例えば携帯電話機のように、プロセッサを持っているものであれば、その携帯機器に３軸加速度センサを組込んだ上で、そのプロセッサに上記した歩数計測のプログラムを実行させればよい。そのような例を図７に示す。

図７に示したものは、携帯電話機２２０に歩数測定装置を組込んだものである。携帯電話機は、通常はベルトに装着されることよりもバッグなどに入れたりポケットに入れたりして携帯することが多い。したがって、従来の歩数測定装置を組込んだとしても安定した計測は行なえない。しかし上記した本発明の実施の形態に係る歩数測定装置１２０であれば、３軸加速度センサ、したがって携帯電話機２２０の姿勢がどのようなものであっても安定して歩数を計測することができる。その結果、携帯電話機の他に独立した歩数測定装置を携帯する必要がなくなるという効果がある。これは、携帯電話機に限らず、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）の場合も同様である。

以上のように本発明によれば、合成加速度信号の波形が不定形でスレッショルドを決めにくいときでも、合成加速度を示す信号の波形は滑らかに整形されたものとなり、容易にスレッショルドを定めることができる。その結果、スレッショルド回路よる比較を行なう際の誤差が少なくなるという効果が得られる。また、３軸加速度センサの出力の合成を行なうので、３軸加速度センサの姿勢、すなわち歩数測定装置２０の姿勢がどのようになっていても安定して正確に歩数計測を行なうことができる。

なお、上記した実施の形態では、３つの帯域を使用しているが、この数は３つには限定されない。２以上の複数であれば上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。上記実施の形態では、３つの帯域のうち、隣接する帯域同士は半分ずつ重なっている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。重なっている部分が各帯域の半分より小さくてもよい。隣接する帯域同士の間に重なっていない部分があってもある程度の効果が得られるが、実験によればこの場合には得られる波形の滑らかさが劣化する。そのため、スレッショルドの決め方がやや困難となることが分かった。しかしこの場合にも、整形前の波形を使用する場合と比較するとはるかに歩数計測の精度を高めることができる。

また、上記した実施の形態では、３軸加速度の出力を合成するために、各軸方向の加速度の値の２乗和を計算している。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、各方向の加速度の絶対値の合計、又は各方向の加速度の２乗和のルートを用いてもよい。特にアナログ回路で上記実施の形態を実現する場合、２乗和を用いる場合と２乗和のルートを用いる場合とを比較すると、加速度の大きさが同じ場合、２乗和のルートを用いた方が使用する電圧の幅が半分ですむため、回路実装上、及び電力消費上で有利である。

今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。

本発明の第１の実施の形態に係る歩数測定装置２０の外観を示す図である。 歩数測定装置２０のハードウェア構成を示すブロック図である。 図３（Ａ）は３軸合成後の合成加速度信号の波形を示す波形図であり、図３（Ｂ）は歩数測定装置２０によって整形した後の合成加速度信号の波形を示す波形図である。 図４（Ａ）は図３（Ａ）の部分波形１１０を拡大した波形図であり、図４（Ｂ）は図３（Ｂ）の部分波形１１２を拡大した波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係る歩数測定装置１２０のハードウェア構成を示すブロック図である。 歩数測定装置１２０のプロセッサ１３０で実行される、歩数計測のためのコンピュータプログラムの制御構造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測定装置を組込んだ携帯電話機の外観を示す図である。 第１の実施の形態に係る歩数計測装置２０のアルゴリズムによって計算した歩数と実測値との誤差割合、及び従来の加速度センサ歩数計による測定値と実測値との誤差割合を示す図である。

符号の説明

２０，１２０ 歩数測定装置
３０ 筐体
３２ 表示部
５０ ３軸加速度センサ
５２ ３軸合成部
５４，５６，５８ バンドパスフィルタ
６０ コンパレータ
６２ 波形選択部
６４ スレッショルド回路
６６ カウンタ
８０，９０，１００ レベル測定回路
８２，９２，１０２ 絶対値回路
８４，９４，１０４ ローパスフィルタ
１３０ プロセッサ
１３２ メモリ
２２０ 携帯電話機

Claims (8)

1. ３軸加速度センサと、
   前記加速度センサの出力を合成して合成加速度信号を出力するための加速度合成手段と、
   前記合成加速度信号の波形の、複数の周波数帯域の成分の波形をそれぞれ抽出するための複数の抽出手段と、
   前記複数の抽出手段により抽出された前記複数の周波数帯域の成分の大きさを比較し、最も大きな周波数帯域の成分の波形を選択し結合することにより、合成加速度信号の波形を整形するための波形整形手段と、
   前記波形整形手段により整形された後の波形を所定のしきい値と比較することにより、歩数を計数するための計数手段とを含む、歩数測定装置。
2. 前記複数の抽出手段は、
   第１の周波数帯域の成分の波形を前記合成加速度信号から抽出するための第１の波形抽出手段と、
   中心周波数が前記第１の周波数帯域の中心周波数より高い第２の周波数帯域の波形を前記合成加速度信号から抽出するための第２の波形抽出手段とを含む、請求項１に記載の歩数測定装置。
3. 前記第２の周波数帯域は、前記第１の周波数帯域と重なる部分を有する、請求項２に記載の歩数測定装置。
4. 前記第１の周波数帯域は０．５Ｈｚ以上で１．５Ｈｚ以下である、請求項２又は請求項３に記載の歩数測定装置。
5. 前記第２の周波数帯域は１．０Ｈｚ以上で２．０Ｈｚ以下である、請求項２〜請求項４のいずれかに記載の歩数測定装置。
6. 前記複数の抽出手段はさらに、中心周波数が前記第２の周波数帯域の中心周波数より高い第３の周波数帯域の波形を前記合成加速度信号から抽出するための第３の波形抽出手段を含む、請求項２〜請求項５のいずれかに記載の歩数測定装置。
7. 前記第３の周波数帯域は、前記第２の周波数帯域と重なる部分を有する、請求項６に記載の歩数測定装置。
8. 前記第３の周波数帯域は１．５Ｈｚ以上で２．５Ｈｚ以下である、請求項６又は請求項７に記載の歩数測定装置。
   

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