JP2010283708A

JP2010283708A - 歩数計測機能を備えた携帯通信端末および歩数計測方法

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Publication number: JP2010283708A
Application number: JP2009136836A
Authority: JP
Inventors: Yukio Murata; 行雄村田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】マイクロフォンの配置を特別に意識することなく正確な歩数計測が可能となる歩数計測機能を備えた携帯通信端末を提供する。
【解決手段】携帯通信端末（１００）は、少なくとも１つの筐体（１１３）を有し、ユーザの歩行によって発生する筐体とユーザの衣服との摩擦音を電気信号に変換するマイクロフォン（１０１）と、マイクロフォンの出力信号から前記歩行を示す低周波帯域信号を選択的に抽出するフィルタ手段（１０５）と、低周波帯域信号の発生をカウントする歩数計測手段（１０６−１０９）と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は携帯電話機などの携帯通信端末に係り、特に歩数計測機能を備えた携帯通信端末および歩数計測方法に関する。

近年の健康志向ブームに伴い、健康維持やダイエットのためのウォーキングが注目されており、歩数を計測する歩数計の需要が益々高まっている。特に特許文献１には、加速度センサを利用した歩数計測機能付き携帯電話機が提案されている。

また、特許文献２には、他の歩数計測方法として、外界の音から歩行音を検出して歩数を算出する歩数計が提案されている。具体的には、ユーザの足元の方向に強い指向性を持ったマイクロフォンを設け、足元で発生する音から歩行音を判定して歩数を算出する。また、特許文献２には、この歩数計を携帯電話機で実現する方法も記載されている。

特許文献３には、ユーザの足元の音ではなく、歩行者の体内を伝わってくる低周波帯域の音を検出し解析することで歩行を検出するシステムが開示されている。このシステムでは、歩行運動が１００Ｈｚ以下の周波数領域で特徴的な振動を生じさせ、この振動が歩行者の体を伝わることを利用している。したがって、この振動を採集するマイクロフォンは歩行者の体に近接させてセットするのが望ましい（引用文献３の第４欄段落００１１−００１２参照）。

特開２００４−１２０６８８号公報特開２００９−０３７５７０号公報特開２００２−１９７４３７号公報

しかしながら、特許文献１では、携帯電話機に加速度センサまたは角速度センサを搭載する必要があるため、携帯電話機の低コスト化や小型化を実現する阻害要因となる。

また、特許文献２では、強い指向性を持ったマイクロフォンを用いることが必要であるため、一般的な携帯電話機に搭載されるマイクロフォンでは歩数計測機能を実現することは困難である。特許文献３では、歩行者の体を伝わる低周波音を検知するためにはマイクロフォンを体に近接してセットする必要があることは明らかである。このように、上記特許文献２、３に開示された歩数計やシステムでは、正確な歩数測定を行うためのマイクロフォンの配置制限が強くなり、ユーザにとって使いやすい歩数計を提供できない。

本発明者は、身につけた携帯電話機が歩行時の振動によってわずかではあるが衣服と擦れ合うことで摩擦音が発生し、その摩擦音には歩行の動作と一致する低周波成分が含まれていることを実験で確認した。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、その目的は、マイクロフォンの配置を特別に意識することなく正確な歩数計測が可能となる歩数計測機能を備えた携帯通信端末を提供することにある。

本発明による携帯通信端末は、少なくとも１つの筐体を有する携帯通信端末であって、ユーザの歩行によって発生する前記筐体とユーザの衣服との摩擦音を電気信号に変換するマイクロフォンと、前記マイクロフォンの出力信号から前記歩行を示す低周波帯域信号を選択的に抽出するフィルタ手段と、前記低周波帯域信号の発生をカウントする歩数計測手段と、を有することを特徴とする。

本発明による歩数計測方法は、少なくとも１つの筐体を有する携帯通信端末における歩数計測方法であって、マイクロフォンを用いて、ユーザの歩行によって発生する前記筐体とユーザの衣服との摩擦音を電気信号に変換し、前記電気信号から前記歩行を示す低周波帯域信号を選択的に抽出し、前記低周波帯域信号の発生をカウントして歩数を計測する、ことを特徴とする。

本発明によれば、マイクロフォンの配置を特別に意識することなく正確な歩数計測が可能となる歩数計測機能を備えた携帯通信端末および歩数計測方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る携帯通信端末の概略構成を示す機能ブロック図である。第一実施形態に係る携帯通信端末の低域バンドパスフィルタの特性を示す図である。第一実施形態に係る携帯通信端末の筐体の外観を模式的に示す斜視図である。人体の歩行による上下左右前後方向に往復振幅運動を示す模式図である。人体の歩行によって発生する極低周波の雑音を示すマイク出力信号波形図である。図５に示す極低周波の雑音部分を拡大したマイク出力信号波形図である。本発明の第二実施形態に係る携帯通信端末の概略構成を示す機能ブロック図である。第二実施形態に係る携帯通信端末の低域バンドパスフィルタの特性を示す図である。携帯通信端末の筐体振動によって発生するスピーカの電気出力を示す波形図である。図９に示す波形の拡大図である。（Ａ）は本発明の第三実施形態に係る携帯通信端末の内部を示す平面構成図、（Ｂ）はその側面構成図である。（Ａ）筐体接触基板を持たない携帯通信端末の筐体振動によって発生するスピーカの電気出力を示す波形図、（Ｂ）は筐体接触基板を設けた携帯通信端末の筐体振動によって発生するスピーカの電気出力を示す波形図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に述べる実施形態により限定されるものではない。

１．第一実施形態
１．１）構成
図１に示すように、本実施形態による携帯通信端末１００には、通常の携帯電話機などと同様に、送話器としてのマイクロフォン１０１、その音声信号を増幅する増幅器１０２、携帯通信端末１００の通信その他の動作の制御を行う制御部１０３、および基地局との無線通信を行うための無線部１０４が設けられ、さらに次に述べるように、マイクロフォン１０１の出力信号を利用した歩数計測手段が設けられている。

歩数計測手段は、マイクロフォン１０１の出力信号から歩行の一歩一歩に対応する低周波帯域信号を選択的に抽出する低域バンドパスフィルタ部１０５、抽出した低周波帯域信号を整流する整流部１０６、整流された信号を平滑することで各歩を示す直流信号を出力する平滑部１０７、歩行信号の電圧を所定のしきい値で比較することにより矩形波に波形整形するコンパレータ部１０８、波形整形された矩形波をパルスとしてカウントするカウンタ部１０９、および、パルスカウント情報を格納するメモリ部１１０を有する。整流部１０６および平滑部１０７は、低周波数のバースト的な交流信号を直流信号に変換する直流変換手段として機能する。なお、マイクロフォン１０１の出力を増幅するアンプを低域バンドパスフィルタ部１０５の前段に設けてもよい。

メモリ部１１０は、携帯通信端末１００に通常設けられているメモリの一部を利用することができる。また、操作部１１１および表示部１１２は、携帯通信端末１００に通常設けられているキー操作部および表示部を利用することができる。

本実施形態では、ユーザが操作部１１１を操作して歩数計測を指示することで、制御部１０３は、上述したマイクロフォン１０１、低域バンドパスフィルタ部１０５、直流変換部としての整流部１０６および平滑部１０７、コンパレータ部１０８、カウンタ部１０９およびメモリ部１１０を動作させ、後述する歩数計測を実行する。また、ユーザが操作部１１１を操作して歩数表示を指示すると、制御部１０３は、メモリ部１１０に格納されたパルスカウント情報を読み出し、歩数として表示部１１２に表示することができる。また、操作部１１１によりカウンタ部１０９をリセットし、メモリ部１１０に蓄積された情報を消去することもできる。このように既存のデバイスおよび機能を利用することで、歩数計測機能を携帯通信端末１００に低コストで組み込むことができ、携帯通信端末１００の小型化にも寄与する。

なお、携帯通信端末１００には、上述した以外の機能が存在するが、本実施形態の説明で必要となる機能部以外については説明を省略する。

図２に示すように、低周波バンドパスフィルタ部１０５は、音声帯域とは異なる周波数帯域（歩行雑音帯域を中心とする低周波帯域）の信号のみを通過させるフィルタ特性を有する。この歩行雑音帯域は、歩行により発生する摩擦音の低周波数成分（１０〜１００Ｈｚ）であり、音声にはない周波数成分である。すなわち、携帯通信端末１００がユーザのポケットなどに入った状態で携帯される場合、歩行によって携帯通信端末１００の筐体とユーザの衣服とが擦れ合うことで摩擦音が発生する。この摩擦音による振動は１０〜１００Ｈｚの低周波であり、音声帯域とは異なる周波数帯域となることが実験の結果明らかになっている。

したがって、低域バンドパスフィルタ部１０５は、筐体と衣服との摩擦から発生する音を音声とは区別して選択的に抽出するフィルタ特性、すなわち図２に示すように、概略数十Ｈｚを中心とするバンドパスフィルタ特性を備えている。

また、図３に例示するように、マイクロフォン１０１は、携帯電話機の送話器としてユーザの音声を取り込むと共に、歩行時の摩擦音を効率的に検出するように取り付けられる。一例として、本実施形態では、マイクロフォン１０１が携帯通信端末１００の筐体１１３に策孔された音孔１１４に密着して取り付けられ、その音孔１１４が筐体外部に開放されている。

さらに、携帯通信端末の筐体１１３と摩擦する衣服は、通常、繊維を中心とする織物であり、織物の表面にはわずかに凹凸がある。この衣服側の凹凸と擦れることで摩擦音が生じやすくするために、本実施形態では筐体１１３にも例えばシボ仕上げなどにより表面に凹凸を形成しておく。筐体側の凹凸は衣服側の平均的な凹凸と同程度であることが摩擦音発生にとって望ましい。これにより、歩行の際に衣服と筐体との凹凸が擦れることで摩擦音が発生しやすくなり、マイク音孔１１４を通してマイクロフォン１０１により効率的に検出されるようになる。

特に、図３に示すように、携帯通信端末の筐体１１３は持ち運び易さから概略直方体形状をしているので、筐体１１３の凸凹は上下、左右、前後６面の全面または一部に形成される。特に、携帯通信端末１００を衣服に収納するときには姿勢が決まっているわけではないので、筐体１１３の６面全部に凹凸を形成することが摩擦音発生には効率がよい。

なお、携帯通信端末１００は、図３に示す単一筐体のストレート型に限定されるものではなく、折り畳み型あるいはスライド型であってもよく、折り畳み時やスライド収納時に上述したような概略直方体となるタイプであってもよい。すなわち、折り畳み時やスライド収納時の筐体の外周面に上述した凹凸のある形状があれば、衣服との摩擦音を効率的に発生させ集音することができる。

１．２）動作
次に、本実施形態に係る携帯通信端末１００の動作について説明する。

図４に示すように、人体は歩行するときに、一歩の歩みごとに上下左右前後方向に往復振幅運動を生じる。したがって、携帯通信端末１００を人体胸ポケットに収納して歩行すると、図５に示すように、１歩ごとに衣服と筐体１１３とが擦れて極低周波の往復運動に対応する振動を含む摩擦音が発生する。

この摩擦音によってマイクロフォン１０１から出力された信号には、図６に示すように、基本周波数が数十Ｈｚの歩行時雑音（バースト雑音）が含まれていることが分かる。したがって、この場合、低域バンドパスフィルタ部１０５の特性を図２の如く設定すれば、音声と歩行によって生ずる摩擦音（歩行時の雑音）とを区別することが可能となる。

この低域バンドパスフィルタ部１０５を通過した周波数の電気信号は、整流部１０６で整流され平滑部１０７で平滑された後、コンパレータ部１０８によって所定のしきい値と比較されることで矩形波に波形整形され、この矩形波がパルス信号としてカウンタ部１０９に入力する。この矩形波は、図６に示す歩行時雑音の時間的位置に対応しているので、この矩形波をパルスカウントすることで歩数を計測することができる。このパルスカウント情報がメモリ部１１０に格納される。

こうしてカウントされた歩数がメモリ部１１０にデータとして蓄積される。操作部１１１でユーザが歩数の読み出し操作を行うと、制御部１０３はパルスカウント情報をメモリ部１１０から読み出し、表示部１１２に表示させる。またメモリ部１１０に蓄積したデータは、操作部１１１を操作することにより初期化され、過去の歩数をリセットし、ゼロスタートさせることができる。

１．３）効果
上述したように、本実施形態によれば、筐体面と衣服との擦れ合いにより発生する摩擦音を検出することで歩数計測が可能となるので、携帯通信端末の向きや姿勢などを意識することなく、マイクロフォン１０１を用いた正確な歩数計測が可能となる。さらに、筐体１１３の表面を凹凸加工することで、筐体面と衣服との擦れ合いによる摩擦音をより効率的に発生させることができる。また、携帯通信端末の既存機能を兼用して歩数計測を実行できるので、携帯通信端末の低コスト化および小型化を実現することもできる。

２．第二実施形態
２．１）構成
上述したように、マイクロフォン１０１を用いて歩行時の衣服との摩擦音を検出することで歩数を計測することができるが、携帯通信端末の受話器として機能するスピーカを用いて歩行時の振動を検出することも可能である。

図７に示すように、本実施形態による携帯通信端末２００には、通常の携帯電話機などと同様に、受話器としてのスピーカ２０１、受信音声信号を増幅してスピーカ２０１を駆動する増幅器２０２、携帯通信端末２００の通信その他の動作の制御を行う制御部１０３、および基地局との無線通信を行うための無線部１０４が設けられ、さらに次に述べるように、スピーカ２０１を利用した歩数計測手段が設けられている。

まず、スピーカ２０１は、一般のスピーカと同様に、振動板に固定されたボイスコイルが磁界スリット中に配置された構成を有する。スピーカとしては、ボイスコイルに音声信号に対応した電流を流すことで振動板を振動させ音声を出力する。逆に、磁界スリット中にあるボイスコイルが外力により振動すれば、ボイスコイルの両端にはその振動に対応した起電力が発生する。

本実施形態では、ユーザが歩行することで、上述したように携帯通信端末の筐体が前後左右上下に振動し、それによりスピーカ２０１の振動板が振動し、ボイスコイルに起電力が発生するという自然現象を利用する。ただし、スピーカ２０１の振動板は固有の振動特性を持っているので、歩行の振動が加わると、その固有の共振周波数で振動することとなる。したがって、この共振周波数帯域のスピーカ出力信号をフィルタで抽出すれば、歩行の振動に対応して振動する信号を得ることができる。

本実施形態における歩数計測手段は、スピーカ２０１の出力信号から歩行の一歩一歩に対応する共振周波数帯域信号を選択的に抽出する低域バンドパスフィルタ部２０５、抽出した低周波帯域信号を整流する整流部１０６、整流された信号を平滑することで各歩を示す直流の歩行信号を出力する平滑部１０７、歩行信号の電圧を所定のしきい値で比較することにより矩形波に波形整形するコンパレータ部１０８、波形整形された矩形波をパルスとしてカウントするカウンタ部１０９、および、パルスカウント情報を格納するメモリ部１１０を有する。

メモリ部１１０は、携帯通信端末２００に通常設けられているメモリの一部を利用することができる。また、操作部１１１および表示部１１２は、携帯通信端末２００に通常設けられているキー操作部および表示部を利用することができる。

本実施形態においても、上述した第一実施形態と同様に、ユーザが操作部１１１を操作して歩数計測を指示することで、制御部１０３は、上述したスピーカ２０１、低域バンドパスフィルタ部２０５、整流部１０６、平滑部１０７、コンパレータ部１０８、カウンタ部１０９およびメモリ部１１０を動作させ歩数計測を実行する。また、ユーザが操作部１１１を操作して歩数表示を指示すると、制御部１０３は、メモリ部１１０に格納されたパルスカウント情報を読み出し、歩数として表示部１１２に表示することができる。また、操作部１１１によりカウンタ部１０９をリセットし、メモリ部１１０に蓄積された情報を消去することもできる。このように既存のデバイスおよび機能を利用することで、歩数計測機能を携帯通信端末２００に低コストで組み込むことができ、携帯通信端末２００の小型化にも寄与する。

なお、携帯通信端末２００には、上述した以外の機能が存在するが、本実施形態の説明で必要となる機能部以外については説明を省略する。

図８に示すように、低周波バンドパスフィルタ部２０５は、歩行振動に起因するスピーカ共振周波数帯域の信号のみを通過させるフィルタ特性を有する。このスピーカ共振周波数帯域は、ここでは約８００Ｈｚである。すなわち、携帯通信端末２００がユーザのポケットなどに入った状態で携帯される場合、歩行によって携帯通信端末２００の筐体は前後左右上下に振動し、これによりスピーカ２０１の振動板が固有の共振周波数（ここでは約８００Ｈｚ）で振動する。この共振によりスピーカ２０１から約８００Ｈｚの低周波の信号を出力する。したがって、共振周波数帯（ここでは約８００Ｈｚ）のフィルタ特性を有する低域バンドパスフィルタ部２０５によって、歩行の一歩一歩に対応したスピーカ共振周波数（約８００Ｈｚ）の出力信号が整流部１０６へ出力される。

なお、本実施形態ではスピーカ２０１の共振周波数を約８００Ｈｚとしているが、使用するスピーカによって共振周波数は異なるので、使用するスピーカの共振周波数帯域を通過帯域とするフィルタを低域バンドパスフィルタ２０５として使用すればよい。

２．２）動作
次に、本実施形態に係る携帯通信端末２００の動作について説明する。

図９に示すように、人体は歩行するときに、一歩の歩みごとに上下左右前後方向に往復振幅運動を生じる。したがって、携帯通信端末２００を人体胸ポケットに収納して歩行すると、図９に示すように、１歩ごとの振動によりスピーカ２０１の振動板が固有の共振周波数で振動し、それによるスピーカ２０１の出力信号が発生する。

歩行によりスピーカ２０１から出力される信号は、図１０に示すように、スピーカ２０１の共振周波数８００Ｈｚを中心とするバースト雑音となる。したがって、この場合、低域バンドパスフィルタ部２０５の特性は図８に示すように設定される。

この低域バンドパスフィルタ部２０５を通過した周波数の電気信号が整流部１０６で整流され、平滑部１０７で平滑された後、コンパレータ部１０８によって所定のしきい値と比較されることで矩形波に波形整形され、この矩形波がパルス信号としてカウンタ部１０９に入力する。この矩形波は、図９に示す歩行時雑音の時間的位置に対応しているので、この矩形波をパルスカウントすることで歩数を計測することができる。このパルスカウント情報がメモリ部１１０に格納される。

２．３）効果
上述したように、本実施形態によれば、動作していないスピーカ２０１の振動板が歩行により振動することでスピーカ出力信号が発生し、それを検出することで歩数計測が可能となる。したがって、携帯通信端末の向きや姿勢などを意識することなく、スピーカ２０１を用いた正確な歩数計測が可能となる。また、携帯通信端末の既存機能を兼用して歩数計測を実行できるので、携帯通信端末の低コスト化および小型化を実現することもできる。

３．第三実施形態
上述した第一実施形態によれば、筐体面と衣服との擦れ合いにより発生する摩擦音をマイクロフォンにより検出することで歩数計測が可能となる。歩行による衣服と筐体の摩擦はわずかなものであるから、摩擦音を検出することで正確な歩数計測をするためには、第一実施形態のように端末の筐体表面を凹凸加工することが有効である。

これとは別の方法として、あるいは第一実施形態の凹凸加工と併せて、摩擦の振動を効果的に集音する構造を採用することで、歩行検出を確実に行うことも可能である。そこで、本発明の第三実施形態は、筐体の振動を効果的に集音できるマイクロフォンの取り付け構造を提供する。

図１１において、携帯通信端末の筐体３０１内にはプリント基板３０２が固定され、プリント基板３０２上に複数の操作用キーボタン３０３、マイクロフォン３０４が実装されている。マイクロフォン３０４は、通常、電話の送話器として機能するので、ユーザの声の集音に配慮して口元近くに配置されることが一般的である。したがって、マイクロフォン３０４は、通常、筐体３０１の長手方向の端、すなわちプリント基板３０２の端に実装されている。

本実施形態による携帯通信端末では、プリント基板３０２のマイクロフォン３０４が実装された付近から筐体接触基板３０５を延長させて筐体３０１の内壁に接触させている。これにより、筐体の振動を効率的にマイクロフォン３０４に伝達することができ、集音効率を大幅に向上させることができる。

具体的には、筐体３０１を指でさすった時のマイクロフォン３０４の信号出力を筐体接触基板３０５を設けなかった場合と、設けた場合とで比較した。

図１２（Ａ）に示すように、筐体接触基板３０５を設けなかった場合には、マイクロフォン３０４の出力信号の振幅は小さかったが、図１２（Ｂ）に示すように筐体接触基板３０５を設けると、大きな音声信号出力が得られた。これらを比較すれば、明らかに筐体接触基板３０５を設けた構造が筐体の振動をマイクロフォン３０４に伝えやすいことがわかる。

よって、本実施形態によれば、筐体接触基板３０５を設けることで筐体３０１の振動を効率的にマイクロフォン３０４に伝達することができ、集音効率を大幅に向上させることができる。これによって、マイクロフォン３０４により集音された音から正確な歩数計測が可能となる。その際、携帯通信端末の向きや姿勢などを意識する必要はない。また、携帯通信端末の既存機能を兼用して歩数計測を実行できるので、携帯通信端末の低コスト化および小型化を実現することもできる。

本発明は、マイクロフォンやスピーカを備えた携帯電話端末に適用可能である。

１００携帯通信端末
１０１マイクロフォン
１０２増幅器
１０３制御部
１０４無線部
１０５低域バンドパスフィルタ部
１０６整流部
１０７平滑部
１０８コンパレータ部
１０９カウンタ部
１１０メモリ部
１１１操作部
１１２表示部
２００携帯通信端末
２０１スピーカ部
２０２増幅器
２０５低域バンドパスフィルタ部
３０５筐体接触基板

Claims

少なくとも１つの筐体を有する携帯通信端末において、
ユーザの歩行によって発生する前記筐体とユーザの衣服との摩擦音を電気信号に変換するマイクロフォンと、
前記マイクロフォンの出力信号から前記歩行を示す低周波帯域信号を選択的に抽出するフィルタ手段と、
前記低周波帯域信号の発生をカウントする歩数計測手段と、
を有することを特徴とする携帯通信端末。
前記歩数計測手段は、
前記フィルタ手段の出力信号を直流に変換する直流変換手段と、
前記直流信号を波形整形して矩形波信号に変換する波形整形手段と、
前記矩形波信号をカウントするカウント手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の携帯通信端末。
前記筐体は概略直方体形の構造を有し、その６面の一部もしくは全部に摩擦係数を大きくするための凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の携帯通信端末。
前記凹凸は、前記衣服の平均的な凹凸と同程度の大きさであることを特徴とする請求項３に記載の携帯通信端末。
前記マイクロフォンを実装した筐体内部のプリント基板であって、前記マイクロフォンを実装した箇所に近い部分を前記筐体の内壁の一部に接触させたことを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に記載の携帯通信端末。
前記マイクロフォンは、前記携帯通信端末の送話用に兼用することを特徴とする請求項１−５のいずれか１項に記載の携帯通信端末。
少なくとも１つの筐体を有する携帯通信端末における歩数計測方法であって、
マイクロフォンを用いて、ユーザの歩行によって発生する前記筐体とユーザの衣服との摩擦音を電気信号に変換し、
前記電気信号から前記歩行を示す低周波帯域信号を選択的に抽出し、
前記低周波帯域信号の発生をカウントして歩数を計測する、
ことを特徴とする歩数計測方法。
前記歩数の計測は、前記低周波帯域信号を直流に変換し、前記直流信号を波形整形して矩形波信号に変換し、前記矩形波信号をカウントすることで計測されることを特徴とする請求項７に記載の歩数計測方法。
前記マイクロフォンは、前記携帯通信端末の送話用に兼用することを特徴とする請求項７または８に記載の歩数計測方法。