JP2013188422A - Measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定装置等に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and the like.
ランニングやジョギングなどには適正な心拍範囲があることが知られている。運動負荷が低いと運動の効果は期待できないし、運動負荷が大きすぎるのも好ましくない。例えば特許文献1には、心拍数を測定し、適正な有酸素運動の範囲となるように、運動量の増減の通知を行う装置について開示されている。 It is known that there is an appropriate heart rate range for running and jogging. If the exercise load is low, the effect of exercise cannot be expected, and it is not preferable that the exercise load is too large. For example, Patent Document 1 discloses a device that measures a heart rate and notifies an increase / decrease in the amount of exercise so as to be within an appropriate range of aerobic exercise.
適正な心拍範囲には個人差があるため、装置としては、心拍数(1分あたりに換算した心臓の鼓動数)を測定し、これを随時表示することが多い。例えば特許文献2には、心臓の発する電気的パルスにより心拍数を検出する心拍計を胸部に設置し、この心拍計から、腕などに装着した腕時計型の表示装置に無線等で情報を送信して、この腕時計型の表示装置に心拍数を表示するシステムが開示されている。
Since there are individual differences in the appropriate heart rate range, the device often measures the heart rate (the number of heart beats converted per minute) and displays it as needed. For example, in
例えば腕時計型の表示装置では、心拍数の表示機能に加えて、時計やストップウォッチ機能が搭載されており、ラップタイムや走行時間などを測定できるようになっている。更には、走行歩数や走行距離などを測定するタイプのものもあり、この場合に、距離を測定する方式としては各種の方式が考えられる。 For example, a wristwatch-type display device is equipped with a clock and stopwatch function in addition to a heart rate display function, so that a lap time, a running time, and the like can be measured. Furthermore, there is a type that measures the number of steps taken, the distance traveled, and the like. In this case, various methods are conceivable as methods for measuring the distance.
例えば第1の方式では、GPS(Global Positioning System)などの測位システムからの位置情報を利用して、走行距離や走行速度を算出する。第2の方式では、足に取り付けたフットポッド型のセンサー(加速度センサー等)を用いて、歩数や歩幅を測定し、これらの歩数や歩幅から走行距離や走行速度などを算出する。 For example, in the first method, the travel distance and the travel speed are calculated using position information from a positioning system such as GPS (Global Positioning System). In the second method, the number of steps and the step length are measured using a foot pod type sensor (acceleration sensor or the like) attached to the foot, and the travel distance, the travel speed, and the like are calculated from the number of steps and the step length.
時刻や心拍数の測定に加えて歩数や走行距離や走行速度などの測定を行おうとする場合、上述のGPSを利用した方式では、GPSを腕時計型の表示装置に組み込むことになる。 In the case of measuring the number of steps, the travel distance, the travel speed, etc. in addition to the time and heart rate measurement, the GPS-based system described above incorporates the GPS into a wristwatch type display device.
しかしながら、GPSを利用する手法は、GPSでの消費電力が大きいため、腕時計としては電池寿命が短くなりすぎるという問題がある。また、狭い場所を走り回る場合には誤差が大きく、屋内やビルの谷間では測定ができないなどの問題もある。 However, the method using GPS has a problem that the battery life is too short for a wristwatch because of the large power consumption of GPS. In addition, when running around a narrow place, the error is large, and there is a problem that measurement cannot be performed indoors or in a valley of a building.
一方、フットポッド型では、このような問題を解消できるが、胸に装着する心拍計や腕に装着する表示装置に加えて、足に対してもセンサーを装着する必要があり、ユーザーの利便性が損なわれてしまう。 On the other hand, the foot pod type can solve these problems, but in addition to the heart rate monitor worn on the chest and the display device worn on the arm, it is necessary to wear a sensor on the foot, which is convenient for the user. Will be damaged.
このため、胸に装着する心拍計の装置内で、歩数や走行距離を測定する手法が望ましいが、もともと心拍測定のためのポイントである胸部での加速度測定では、同時並行で正確な測定を行うのは難しいという課題がある。 For this reason, it is desirable to measure the number of steps and mileage within the heart rate monitor that is worn on the chest, but the acceleration measurement at the chest, which is the point for heart rate measurement, is accurate at the same time. There is a problem that is difficult.
また、微少なアナログ信号である心電パルスを扱う心拍の測定と、人間の走行であるため根本的に空間異方性がある加速度測定と、測定情報を送信するための無線通信とは、それぞれに回路的に望ましい環境条件が異なる。また、使用時に汗などから電子回路を保護するための防水封止も必要になる。このため、より良い性能の達成のためには、回路基板での実装部品の配置が重要となるが、無線通信装置(例えば2.4GHz帯)、心拍測定用のマイコン等の処理装置、3軸加速度センサーなどのモーションセンサーを組み合わせたシステムにおいて、このような実装部品の好適な配置手法については開示されていなかった。 In addition, heart rate measurement that handles ECG pulses that are minute analog signals, acceleration measurement with fundamental spatial anisotropy because it is a human running, and wireless communication for transmitting measurement information, respectively, The environmental conditions desirable for the circuit are different. In addition, waterproof sealing is required to protect the electronic circuit from sweat and the like during use. For this reason, in order to achieve better performance, it is important to arrange the mounting components on the circuit board. However, a wireless communication device (for example, 2.4 GHz band), a processing device such as a heartbeat measurement microcomputer, three-axis In a system in which a motion sensor such as an acceleration sensor is combined, a suitable arrangement method of such mounting components has not been disclosed.
本発明の幾つかの態様によれば、無線通信装置と処理装置等との間の相互の悪影響を最小限に抑えることができる測定装置等を提供することができる。 According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a measuring apparatus and the like that can minimize the mutual adverse effects between the wireless communication apparatus and the processing apparatus.
本発明の一態様は、回路基板と、前記回路基板に設けられ、測定情報についての演算処理を行う処理装置と、外部との間で前記測定情報についての無線通信を行う無線通信装置と、前記無線通信装置に接続されるアンテナと、を含み、前記回路基板の中央軸線の第1の方向側の領域を、第1の領域とし、前記中央軸線の、前記第1の方向と反対方向の第2の方向側の領域を、第2の領域とした場合に、前記回路基板の前記第1の領域に、前記処理装置が設けられ、前記回路基板の前記第2の領域に、前記無線通信装置及び前記アンテナが設けられ、前記無線通信装置の前記第2の方向側に、前記アンテナが設けられる測定装置に関係する。
One embodiment of the present invention includes a circuit board, a processing device that is provided on the circuit board and performs arithmetic processing on measurement information, a wireless communication device that performs wireless communication on the measurement information with the outside, And an antenna connected to the wireless communication device, wherein a region on the first direction side of the central axis of the circuit board is defined as a first region, and a first direction of the central axis in a direction opposite to the
本発明の一態様によれば、測定装置は回路基板と処理装置と無線通信装置とアンテナを含む。そして、処理装置は、回路基板の中央軸線に対して第1の方向側の第1の領域に設けられる。一方、無線通信装置及びアンテナは、回路基板の中央軸線に対して第2の方向側の第2の領域に設けられ、アンテナは無線通信装置の第2の方向側に設けられる。このようにすれば、測定情報についての演算処理を行う処理装置と、測定情報についての無線通信を行う無線通信装置及びアンテナとを、回路基板において距離を離して配置することが可能になる。従って、無線通信装置と処理装置等との間の相互の悪影響を最小限に抑えることが可能になり、測定情報の取得や通知に好適な測定装置を提供できるようになる。 According to one aspect of the present invention, the measurement device includes a circuit board, a processing device, a wireless communication device, and an antenna. The processing apparatus is provided in the first region on the first direction side with respect to the central axis of the circuit board. On the other hand, the wireless communication device and the antenna are provided in a second region on the second direction side with respect to the central axis of the circuit board, and the antenna is provided on the second direction side of the wireless communication device. If it does in this way, it will become possible to arrange | position the processing apparatus which performs the arithmetic processing about measurement information, and the radio | wireless communication apparatus and antenna which perform the radio | wireless communication about measurement information at a distance in a circuit board. Accordingly, it is possible to minimize the mutual adverse effects between the wireless communication device and the processing device, and it is possible to provide a measurement device suitable for acquisition and notification of measurement information.
また本発明の一態様では、被検体の生体情報の測定用の少なくとも1つの端子を含み、前記処理装置は、前記回路基板の第1の面に設けられ、前記少なくとも1つの端子は、前記回路基板の前記第1の面の裏面の第2の面に設けられてもよい。 In one embodiment of the present invention, the apparatus includes at least one terminal for measuring biological information of a subject, the processing apparatus is provided on a first surface of the circuit board, and the at least one terminal is the circuit. You may provide in the 2nd surface of the back surface of the said 1st surface of a board | substrate.
このようにすれば、回路基板の第1の面に、処理装置等の重要な実装部品を集中して配置しつつ、第1の面の裏面の第2の面に、被検体の生体情報の測定用の少なくとも1つの端子を設けて、被検体の生体情報を測定できるようになる。 In this way, while placing important mounting components such as processing devices in a concentrated manner on the first surface of the circuit board, the biological information of the subject is placed on the second surface on the back surface of the first surface. By providing at least one terminal for measurement, the biological information of the subject can be measured.
また本発明の一態様では、前記少なくとも1つの端子として、第1の端子及び第2の端子が設けられ、前記回路基板の前記第2の面において、前記第1の端子と前記第2の端子の間に、前記測定装置の電源供給用の電池のホルダー部が設けられてもよい。 In one embodiment of the present invention, a first terminal and a second terminal are provided as the at least one terminal, and the first terminal and the second terminal are provided on the second surface of the circuit board. A battery holder for supplying power to the measuring device may be provided between the two.
このようにすれば、回路基板の第1の面に、多数の信号線が必要な実装部品を集中して配置しつつ、回路基板の第2の面に、それほどの本数の信号線が必要ではない第1、第2の端子及び電池のホルダー部を配置することが可能になるため、回路基板の実装効率等を向上できる。また、ある程度の部品高さが必要な第1、第2の端子及び電池のホルダー部を、回路基板の第2の面に集中して配置することで、部品高さを平準化して装置の厚みを最小限に抑えることが可能になる。 In this way, mounting components that require a large number of signal lines are concentrated on the first surface of the circuit board, and a large number of signal lines are not required on the second surface of the circuit board. Since it is possible to dispose the first and second terminals and the battery holder that are not present, the mounting efficiency of the circuit board can be improved. In addition, the first and second terminals and the battery holder portions, which require a certain amount of component height, are concentrated on the second surface of the circuit board so that the component height is leveled and the thickness of the device is increased. Can be minimized.
また本発明の一態様では、前記第1の端子及び前記第2の端子は、前記被検体の心拍情報の測定用の端子であってもよい。 In the aspect of the invention, the first terminal and the second terminal may be terminals for measuring heartbeat information of the subject.
このようにすれば、2つの第1、第2の端子を用いて被検体の胸部等からの心拍情報を効率的に測定できるようになる。 In this way, heart rate information from the chest of the subject can be efficiently measured using the two first and second terminals.
また本発明の一態様では、前記被検体の運動情報の測定用のモーションセンサーを含み、前記処理装置は、前記少なくとも1つの端子からの情報に基づいて、前記被検体の前記生体情報についての演算処理を行い、前記モーションセンサーからのセンサー情報に基づいて、前記被検体の前記運動情報についての演算処理を行ってもよい。 In one aspect of the present invention, the apparatus includes a motion sensor for measuring movement information of the subject, and the processing device calculates the biological information of the subject based on information from the at least one terminal. Processing may be performed, and calculation processing for the motion information of the subject may be performed based on sensor information from the motion sensor.
このようにすれば、測定装置に対して、運動情報の測定機能と生体情報の測定機能の両方を持たせることが可能になる。そして、無線通信処理と運動情報の測定処理と生体情報の測定処理を、例えば並行動作させる場合に、相互の影響を最小限にとどめることができ、安定的に効率的な測定が可能になる。 If it does in this way, it will become possible to give both a measurement function of movement information and a measurement function of living body information to a measuring device. When the wireless communication process, the exercise information measurement process, and the biological information measurement process are performed in parallel, for example, mutual influences can be minimized, and stable and efficient measurement can be performed.
また本発明の一態様では、前記モーションセンサーは、前記回路基板の前記第1の面において、前記処理装置と前記無線通信装置の間に設けられてもよい。 In the aspect of the invention, the motion sensor may be provided between the processing device and the wireless communication device on the first surface of the circuit board.
このようにすれば、モーションセンサーの配置においても、装置間の相互の悪影響を抑止ながら、効率的な実装配置が可能になる。 In this way, even in the arrangement of motion sensors, efficient mounting arrangement can be achieved while suppressing the adverse effects between apparatuses.
また本発明の一態様では、前記モーションセンサーは加速度センサーであり、前記処理装置は、前記加速度センサーからの加速度検出値に基づいて、前記被検体の速度情報を求め、求められた前記速度情報に基づいて、前記被検体の移動距離情報を求めてもよい。 In one aspect of the present invention, the motion sensor is an acceleration sensor, and the processing device obtains velocity information of the subject based on an acceleration detection value from the acceleration sensor, and the obtained velocity information is included in the obtained velocity information. Based on this, the movement distance information of the subject may be obtained.
このようにすれば、加速度センサーを利用して、被検体の速度情報や移動距離情報などの運動情報を測定しつつ、被検体の生体情報等も測定して、無線通信装置を介して外部に通信できるようになる。 In this way, the acceleration sensor is used to measure the movement information such as the velocity information and the movement distance information of the subject, and also measure the biological information of the subject and the like via the wireless communication device. You can communicate.
また本発明の一態様では、前記処理装置は、所与の期間において前記加速度検出値についての積算処理を行うことで、前記被検体の前記速度情報を求めて、前記移動距離情報を求めてもよい。 In the aspect of the invention, the processing apparatus may perform the integration process on the acceleration detection value in a given period, thereby obtaining the velocity information of the subject and obtaining the movement distance information. Good.
このようにすれば、加速度検出値についての積算値に基づいた処理ができるため、速度推定の精度向上等が可能になる。 In this way, processing based on the integrated value for the acceleration detection value can be performed, so that the accuracy of speed estimation can be improved.
また本発明の一態様では、前記加速度センサーは3軸の加速度センサーであり、前記3軸のうちのZ軸が前記回路基板と直交するように、前記加速度センサーが前記回路基板の前記第1の面に設けられてもよい。 In one embodiment of the present invention, the acceleration sensor is a triaxial acceleration sensor, and the acceleration sensor is arranged on the circuit board so that a Z-axis of the three axes is orthogonal to the circuit board. It may be provided on the surface.
このようにすれば、加速度センサーからの加速度検出値に基づいて被検体の運動情報を求める演算処理を処理装置が行う場合に、この演算処理のアルゴリズムの簡素化等を図れるようになる。 In this way, when the processing device performs a calculation process for obtaining the motion information of the subject based on the acceleration detection value from the acceleration sensor, the algorithm of the calculation process can be simplified.
また本発明の一態様では、前記測定装置は、前記被検体の胸部設置型の心拍計であり、前記回路基板の前記第2の面は、前記被検体の身体方向側に向く面であり、前記少なくとも1つの端子として、前記被検体の心拍情報の測定用の端子である第1の端子及び第2の端子が設けられてもよい。 In one aspect of the present invention, the measurement device is a heart rate monitor installed on the chest of the subject, and the second surface of the circuit board is a surface facing the body direction side of the subject, As the at least one terminal, a first terminal and a second terminal which are terminals for measuring heartbeat information of the subject may be provided.
このようにすれば、回路基板の第2の面に設けられた第1、第2の端子が、装着時に被検体の身体方向側に向くようになり、これらの第1、第2の端子を用いて、被検体の胸部等から心拍情報を好適に測定できるようになる。 If it does in this way, the 1st and 2nd terminal provided in the 2nd surface of a circuit board will turn to the body direction side of a subject at the time of wearing, and these 1st and 2nd terminals will be turned on. By using this, heart rate information can be suitably measured from the chest of the subject.
また本発明の一態様では、前記回路基板は、グランド用のベタパターンが形成されるベタパターン形成領域と、前記ベタパターンが非形成のベタパターン非形成領域を有し、前記アンテナは、前記ベタパターン非形成領域に配線された金属線パターンにより形成されてもよい。 In one aspect of the present invention, the circuit board includes a solid pattern formation region where a solid pattern for ground is formed, and a solid pattern non-formation region where the solid pattern is not formed, and the antenna includes the solid pattern You may form by the metal line pattern wired by the pattern non-formation area | region.
このようにすれば、アンテナの金属線パターンの近くにはベタパターンが形成されないようになるため、ベタバターンがアンテナの妨害となって、アンテナの性能を劣化させる事態を効果的に抑制できる。 In this way, since a solid pattern is not formed near the metal line pattern of the antenna, it is possible to effectively suppress a situation in which the solid pattern becomes an interference with the antenna and deteriorates the performance of the antenna.
また本発明の一態様では、前記無線通信装置は、前記回路基板に取り付けられた第2の回路基板に設けられ、前記アンテナは、前記第2の回路基板において前記無線通信装置の前記第2の方向側に設けられてもよい。 In one embodiment of the present invention, the wireless communication device is provided on a second circuit board attached to the circuit board, and the antenna is connected to the second circuit board in the second circuit board. It may be provided on the direction side.
このようにすれば、回路基板に対して第2の回路基板を取り付けて、この第2の回路基板に無線通信装置及びアンテナを設けることで、処理装置と無線通信装置及びアンテナとの間の距離を離して、相互の悪影響を最小限に抑えることが可能になる。 According to this configuration, the second circuit board is attached to the circuit board, and the wireless communication device and the antenna are provided on the second circuit board, so that the distance between the processing device and the wireless communication device and the antenna is increased. Can be separated to minimize the adverse effects of each other.
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, this embodiment will be described. In addition, this embodiment demonstrated below does not unduly limit the content of this invention described in the claim. In addition, all the configurations described in the present embodiment are not necessarily essential configuration requirements of the present invention.
1.測定装置
図1、図2は、本実施形態の測定装置の構成例及び実装部品の配置例を示す斜視図である。図1は、回路基板10の第1の面SF1側から見た斜視図であり、図2は、回路基板10の第2の面SF2側から見た斜視図である。なお本実施形態の測定装置の構成は図1、図2の構成には限定されず、その一部の構成要素(例えばモーションセンサー)を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
1. Measuring Device FIGS. 1 and 2 are perspective views showing a configuration example of the measuring device according to the present embodiment and an arrangement example of mounted components. 1 is a perspective view of the
本実施形態の測定装置は、処理装置20と無線通信装置30とアンテナ40を含む。また、モーションセンサー50、アナログ回路装置60、電池72のホルダー部70、第1、第2の端子TM1、TM2を含むことができる。
The measurement device of this embodiment includes a
回路基板10は、各種の実装部品(電子部品、回路素子)を表面に固定し、その部品間を配線で接続することで電子回路を構成する板状の基板(プリント基板等)である。図1、図2では、回路基板10は長方形(略長方形)の形状となっている。なお回路基板10は例えば楕円形等の他の形状であってもよい。
The
この回路基板10は、後述する図4に示すように、被検体(ユーザー等)の胸部への装着時に、その長手方向が水平方向となるように、防水タイプのケース80内に封止(実装)される。このような被検体の胸部への装着時に、被検体の身体側から見て外側に向く面が、回路基板10の第1の面SF1(表面)となり、身体側に向く面が、回路基板10の第2の面SF2(裏面)になる。そして回路基板10は、その長方形の形状の長手方向が、身体の左右方向となるように、測定装置のケース80内に封止される。
As shown in FIG. 4 to be described later, the
処理装置20は、回路基板10に設けられ、測定情報についての演算処理を行う。例えば処理装置20のIC(Integrated Circuit)が回路基板10に実装される。この処理装置20は、例えばマイコンなどのプロセッサーやASICなどにより実現できる。
The
ここで、測定情報は、測定対象となる被検体(ユーザー等)に対して測定装置が測定を行うことで得られる情報である。また、測定情報についての演算処理は、測定情報そのものに対する演算処理であってもよいし、測定情報に対して何らかの処理を行うことで得られた情報に対する演算処理などであってもよい。 Here, the measurement information is information obtained by the measurement apparatus performing measurement on the subject (user or the like) to be measured. Further, the calculation process for the measurement information may be a calculation process for the measurement information itself, or may be a calculation process for information obtained by performing some process on the measurement information.
無線通信装置30は、外部との間で測定情報についての無線通信を行う。例えば測定装置の外部デバイスとの間で測定情報についての無線通信を行う。例えば無線通信装置30のIC或いは当該ICが内蔵された無線モジュールが、回路基板10に実装される。なお後述するように回路基板10に取り付けられた第2の回路基板に無線通信装置30を実装してもよい。この無線通信装置30は、例えば2.4GHz付近の電波周波数帯で無線通信を行う。なお無線通信装置30の電波周波数帯は2.4GHzには限定されず、例えば5GHz帯などの他の電波周波数帯であってもよい。
The
アンテナ40は無線通信装置30に接続される。例えば2.4Hz等の無線通信では、回路基板10に形成された金属線のパターンにより、無線通信のアンテナ40を実現できる。
The
モーションセンサー50は、被検体の運動情報の測定用のセンサーである。ここで、運動情報は、ユーザー等の被検体の速度情報、加速情報、移動距離情報(歩行や走行の移動距離)、或いは運動状態の判別情報(走行状態か歩行状態かの判別情報)などである。このモーションセンサー50としては、例えば3軸加速度センサーなどの加速度センサーを用いることができる。なお、モーションセンサー50は、加速度センサーには限定されず、被検体の運動情報を測定できるセンサーであれば、種々のセンサーを用いることが可能である。また、モーションセンサー50は、例えばモーションセンサーのデバイス本体とその検出装置とがパッケージングされたものにより実現できる。
The
アナログ回路装置60(アナログフロントエンド回路)は、図2の第1、第2の端子TM1、TM2からの信号に基づいて、増幅処理やフィルター処理などのアナログ処理を行う。このアナログ回路装置60は、1チップ構成にしてもよいし、複数のディスクリートICで構成するようにしてもよい。
The analog circuit device 60 (analog front-end circuit) performs analog processing such as amplification processing and filter processing based on signals from the first and second terminals TM1 and TM2 in FIG. The
図2のホルダー部70は、電池72を保持するための部材であり、例えば電池ホルダー又は電池ソケットと呼ばれるものである。電池72としては、例えばCR型の円形電池を用いることができる。
2 is a member for holding the
端子TM1、TM2は、被検体の生体情報の測定用の端子である。図2では、少なくとも1つの生体情報の測定用端子として、2つの第1、第2の端子TM1、TM2が設けられている。なお生体情報の種類によっては、この少なくとも1つの測定用端子は1つの端子であってもよい。 Terminals TM1 and TM2 are terminals for measuring biological information of the subject. In FIG. 2, two first and second terminals TM1 and TM2 are provided as at least one biological information measurement terminal. Depending on the type of biological information, the at least one measurement terminal may be a single terminal.
図1、図2では、回路基板10の中央軸線をLCとしている。この中央軸線LCは、長方形等の形状の回路基板10を、その長手方向において二分(略二分)する軸線であり、例えば被検体への装着時において、回路基板10の長手方向が水平方向になる場合には、中央軸線LCは鉛直方向に沿う軸線となる。
1 and 2, the central axis of the
そして回路基板10の中央軸線LCの第1の方向DR1側の領域を、第1の領域RG1とし、中央軸線LCの第2の方向DR2側の領域を、第2の領域RG2とする。ここで第2の方向DR2は第1の方向DR1の反対方向であり、第1、第2の方向DR1、DR2は回路基板10の長手方向に沿った方向(水平方向)である。例えば第1の方向DR1は左方向であり、第2の方向DR2は右方向である。この場合、第1の領域RG1は中央軸線LCに対して左側方向の領域(左半分の領域)となり、第2の領域RG2は中央軸線LCに対して右側方向の領域(右半分の領域)となる。なお第1の方向DR1が右方向で、第2の方向DR2が左方向であってもよい。
A region on the first direction DR1 side of the central axis LC of the
そして図1に示すように、本実施形態では回路基板10の第1の領域RG1に、測定情報の演算処理を行う処理装置20が設けられる。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, a
一方、回路基板10の第2の領域RG2に、外部との無線通信処理を行う無線通信装置30及びアンテナ40が設けられる。そして無線通信装置30の第2の方向DR2側に、無線通信装置30に接続されるアンテナ40が設けられる。即ち図1では、中央軸線LCを基準に第1の方向DR1側に、処理装置20が配置され、中央軸線LCを基準に第2の方向DR2側に、無線通信装置30及びアンテナ40が配置される。
On the other hand, in the second region RG2 of the
このような配置にすることで、処理装置20と、無線通信装置30及びアンテナ40との間の距離を離すことが可能になる。従って、処理装置20の演算処理により発生するノイズ等が、無線通信装置30やアンテナ40に伝わって、無線通信処理に悪影響を与える事態を効果的に抑制できる。
With such an arrangement, it is possible to increase the distance between the
また図1に示すように、処理装置20は、回路基板10の第1の面SF1に設けられる。また無線通信装置30やアンテナ40も、第1の面SF1側に設けられる。
As shown in FIG. 1, the
一方、図2に示すように、被検体の生体情報の測定用の少なくとも1つの端子である第1、第2の端子TM1、TM2は、回路基板10の第1の面SF1の裏面の第2の面SF2に設けられる。ここで、前述したように、第1の面SF1は、測定装置の装着時において、被検体(ユーザー)の身体方向から外側の方向に向く面であり、第2の面SF2は、身体方向側に向く面である。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the first and second terminals TM <b> 1 and TM <b> 2 that are at least one terminal for measuring the biological information of the subject are the second on the back surface of the first surface SF <b> 1 of the
第1、第2の端子TM1、TM2を、身体方向側に向く面である第2の面SF2に設けることで、後述する図4から明らかなように、この第1、第2の端子TM1、TM2を用いて心拍情報等の生体情報の好適な測定が可能になる。一方、無線通信装置30は外部に対して情報を通信するものであるため、身体方向から外側方向に向く面である第1の面SF1に設けることが、通信のためにも好適な配置となる。
By providing the first and second terminals TM1 and TM2 on the second surface SF2 which is a surface facing the body direction side, as will be apparent from FIG. 4 described later, the first and second terminals TM1 and TM2 It is possible to suitably measure biological information such as heartbeat information using TM2. On the other hand, since the
即ち、本実施形態の測定装置は、例えば被検体の胸部設置型の心拍計である。そして回路基板10の第2の面SF2は、被検体の身体方向側に向く面であり、少なくとも1つの端子として、被検体の心拍情報の測定用の端子である第1、第2の端子TM1、TM2が設けられている。
That is, the measurement apparatus of the present embodiment is, for example, a heart rate heart rate monitor for a subject. The second surface SF2 of the
また図2に示すように、回路基板10の第2の面SF2において、第1の端子TM1と第2の端子TM2の間に、測定装置の電源供給用の電池72のホルダー部70が設けられる。即ち、回路基板10の第2の面SF2において、中央付近(中央軸線LCの付近)に電池72のホルダー部70が設けられる。
Further, as shown in FIG. 2, on the second surface SF2 of the
そして、このホルダー部70の第1の方向DR1側に第1の端子TM1が設けられ、ホルダー部70の第2の方向DR2側に第2の端子TM2が設けられる。即ち、回路基板10の裏面である第2の面SF2において、右、左にそれぞれ、第1、第2の端子TM1、TM2を実装する。例えば第1、第2の端子TM1、TM2は、回路基板10の短辺に対して直交する方向の中央軸線上に配置される。
The first terminal TM1 is provided on the
これらの第1、第2の端子TM1、TM2は、例えば被検体の心拍情報の測定用の端子(接続端子)である。即ち、図4に示すように測定装置が装着されることで、第1、第2の端子TM1、TM2を電極として、被検体の心拍情報の測定を好適に実現できるようになっている。 These first and second terminals TM1 and TM2 are terminals (connection terminals) for measuring heartbeat information of a subject, for example. That is, by mounting the measurement device as shown in FIG. 4, it is possible to suitably realize measurement of heartbeat information of the subject using the first and second terminals TM1 and TM2 as electrodes.
このように本実施形態では、図1、図2に示すように、処理装置20、無線通信装置30等の主要実装部品については、回路基板10の第1の面SF1側に設けられる一方で、電池72のホルダー部70や第1、第2の端子TM1、TM2は、回路装置の第2の面SF2側に設けられる。
As described above, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the main mounting components such as the
例えば、処理装置20、無線通信装置30等の主要実装部品では、装置間において多数の信号線を複雑に配線する必要がある。従って、これらの主要実装部品を第1の面SF1側にまとめて配置することで、これらの信号線の効率的なレイアウト配線等が可能になる。
For example, in main mounting components such as the
一方、ホルダー部70や端子TM1、TM2については、それほど複雑な信号線の配線は必要ではない。例えば第1、第2の端子TM1、TM2については、後述する図7に示すようにアナログ回路装置60に対して、例えば回路基板10のビアホール等を介して接続すれば済むため、その信号線の配線は簡素である。また電池72のホルダー部70からの配線も、例えば回路基板10のビアホール等を介して、第1の面SF1の電源パターンに接続すれば済むため、その信号線の配線は簡素である。従って、これらのホルダー部70や端子TM1、TM2については、第2の面SF2にまとめて配置することで、実装効率を向上できる。
On the other hand, the
また、ホルダー部70や端子TM1、TM2は、所定の部品厚みを有する。従って、このような部品厚みを有するホルダー部70や端子TM1、TM2を第2の面SF2にまとめて配置すれば、これらを第1、第2の面SF1、SF2に別々に配置する場合に比べて、測定装置の厚みを小さくできる。これにより、この測定装置が組み込まれた心拍計等の測定装置の厚みも小さくすることが可能になり、測定装置のコンパクト化等を図れるようになる。
Moreover, the
また図1に示すように本実施形態の測定装置は、被検体の運動情報の測定用のモーションセンサー50を有する。
As shown in FIG. 1, the measurement apparatus of the present embodiment includes a
そして処理装置20は、回路基板10の面SF2に設けられた端子TM1、TM2(少なくとも1つの端子)からの情報に基づいて、被検体の生体情報についての演算処理を行う。具体的には心拍数等を求めるための演算処理を行う。
Then, the
一方、処理装置20は、モーションセンサー50からのセンサー情報に基づいて、被検体の運動情報(速度情報、移動距離情報)についての演算処理を行う。例えばモーションセンサー50は、加速度センサーであり、処理装置20は、この加速度センサーからの加速度検出値(センサー情報)に基づいて、被検体の速度情報を求める。そして、求められた速度情報に基づいて、被検体の移動距離情報を求める。具体的には、後述するように、処理装置20は、所与の期間において加速度検出値についての積算処理を行うことで、被検体の速度情報を求めて、移動距離情報を求める。この場合の加速度検出値についての積算処理とは、後述するように、加速度検出値やその平均値の積算処理であってもよいし、加速度検出値に対応する加速度ベクトルの角度情報の積算処理であってもよい。
On the other hand, based on the sensor information from the
また、モーションセンサー50は、図1に示すように、回路基板10の面SF1において、処理装置20と無線通信装置30の間に設けられる。具体的には、モーションセンサー50は、中央軸線LCに対して方向DR1側の領域RG1に設けられている。即ち、無線通信装置30が設けられる領域RG2とは反対側の領域RG1に実装されている。このようにすることで、モーションセンサー50からの信号ノイズ等が無線通信装置30に悪影響を及ぼす事態を抑制できる。但しモーションセンサー50を無線通信装置30側の領域RG2に配置する変形実施も可能である。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、モーションセンサー50は、例えば3軸(X軸、Y軸、Z軸)の加速度センサーであり、図1では、この3軸のうちのZ軸が回路基板10と直交するように、回路基板10の面SF1に対して加速度センサー(モーションセンサー50)が設けられている。即ち、3軸のうちのZ軸が、回路基板10と直交する方向に向くように、加速度センサーが実装される。ここで回路基板10と直交する方向は、身体から見て前向きであり、走行又は歩行時の進行方向である。
The
このようにすれば、処理装置20が加速度センサーからの加速度検出値に基づいて、被検体の速度情報や移動距離情報を求める演算処理を行う場合に、この演算処理のアルゴリズムの簡素化等を図れるようになる。即ち、演算処理のアルゴリズムでは、加速度検出値にZ成分を、進行方向の加速度であると想定して、速度情報や移動距離情報の演算処理を行うことが可能になる。従って、各加速度成分がいずれの軸方向の成分であるかが不明である場合に比べて、演算処理のアルゴリズムを簡素化することが可能になり、処理負荷の軽減や処理の高速化等を図れるようになる。なお、図1では、Y軸方向が鉛直方向(身体の上下方向)となり、X軸方向が水平方向(身体の左右方向)になっているが、これに限定されるものではない。例えばY軸方向が水平方向となり、X軸方向が垂直方向となってもよい。
In this way, when the
図3、図4は本実施形態の測定装置の装着手法についての説明図である。例えば本実施形態の測定装置を、被検体の胸部設置型の心拍計に適用した場合には、図1、図2の回路基板10は、図3に示すケース80内に封止されて実装される。
FIG. 3 and FIG. 4 are explanatory diagrams for the mounting method of the measuring apparatus of the present embodiment. For example, when the measurement apparatus of the present embodiment is applied to a heart rate heart rate monitor for a subject, the
この場合に図2の電池72は、図3のケース80の蓋部81を開閉することで、取り出し自在になる。また、図2の回路基板10の端子TM1、TM2は、図3に示すようにケース80の外部に露出される。
In this case, the
また、ベルト82は、被検体の胸部に測定装置を固定するためのものであり、このベルト82には、第1、第2の端子TM1、TM2に対応して第1、第2の受け部TN1、TN2が設けられている。そして、ケース80の外部に露出された端子TM1、TM2が、この受け部TN1、TN2に接続されることで、心拍計である測定装置がベルト82に取り付けられる。
The
例えば端子TM1、TM2は、衣服用のボタンの凸部により実現し、受け部TN1、TN2は、ボタンの凹部により実現する。そして、端子TM1、TM2となるボタンの凸部を、受け部TN1、TN2となるボタンの凹部にはめ込むことで、図3に示すように測定装置(ケース80)を、ベルト82に取り付けて固定することが可能になる。
For example, the terminals TM1 and TM2 are realized by a convex portion of a button for clothes, and the receiving portions TN1 and TN2 are realized by a concave portion of the button. Then, the measuring device (case 80) is attached and fixed to the
具体的には図4に示すように、被検体であるユーザーHMは、ベルト82を自身の胸部に巻き付けて固定する。そして、このベルト82の受け部TN1、TN2に、測定装置の端子TM1、TM2をはめ込むことで、ベルト82に測定装置が取り付けられる。そして、測定装置の端子TM1、TM2(受け部TN1、TN2)を用いて、被検体であるユーザーの心拍情報の測定が可能になる。
Specifically, as shown in FIG. 4, the user HM who is the subject wraps and fixes the
以上の本実施形態の測定装置では、無線通信装置と、処理装置やモーションセンサーとの間の距離を確保できるため、相互の悪影響を抑止することができる。即ち、本実施形態によれば、無線通信と心拍測定と3次元の加速度測定を並行動作させる場合に、相互の影響を最小限にとどめることができ、安定的に効率的な測定が可能になる。 In the measurement apparatus of the present embodiment described above, the distance between the wireless communication apparatus and the processing apparatus or motion sensor can be secured, so that adverse effects on each other can be suppressed. That is, according to the present embodiment, when wireless communication, heart rate measurement, and three-dimensional acceleration measurement are operated in parallel, mutual influences can be minimized and stable and efficient measurement can be performed. .
また、実装部品は、表面である第1の面に集中でき、外部との接続点となる端子や電池のホルダー部等については、裏面となる第2の面に集中できるため、防水封止も行いやすくなり、且つ、部品高さも平準化して、装置の厚みを最小限に抑えることが可能になる。 In addition, the mounting components can be concentrated on the first surface, which is the front surface, and the terminals and battery holders that are the connection points with the outside can be concentrated on the second surface, which is the back surface. It becomes easy to perform, and the part height can be leveled, so that the thickness of the apparatus can be minimized.
また本実施形態の測定装置は、図3、図4で説明したように、胸部装着用のベルトに対しても機械的に接続しやすい構成となる。 In addition, as described with reference to FIGS. 3 and 4, the measuring apparatus according to the present embodiment is configured to be easily mechanically connected to a chest wearing belt.
また、アンテナの妨害となり得る基板パターンや電池から、アンテナを離隔することも可能になり、通信品質等を向上できる。 In addition, the antenna can be separated from the substrate pattern or battery that may interfere with the antenna, and communication quality and the like can be improved.
2.アンテナ
次にアンテナや無線通信装置の具体的な実現例について説明する。
2. Antenna Next, specific implementation examples of the antenna and the wireless communication device will be described.
例えば2.4Hzの無線通信では、図1に示すように、回路基板10に形成された金属線パターンにより、無線通信のアンテナ40を実現できる。
For example, in 2.4 Hz radio communication, as shown in FIG. 1, the
しかしながら、このように回路基板10の金属線パターンによりアンテナ40を実現した場合に、アンテナ40に対する各種の妨害について配慮することが望まれる。
However, when the
一方、回路基板10においては、基板上の空きスペースに対してグランド用のベタパターンが形成される。即ち、基板上の信号配線領域を除いた領域に対して、グランド電位に設定されたベタの金属パターンが一面に形成される。
On the other hand, in the
例えば図5において、回路基板10は、グランド用のベタパターンが形成されるベタパターン形成領域RBと、ベタパターンが非形成のベタパターン非形成領域RNBを有する。ベタパターン形成領域RBでは、A1、A2に示す信号配線領域を除いた領域に対して、グランドに設定された金属層のベタパターンPG1、PG2、PG3が一面に形成されている。このようなベタパターンPG1〜PG3を基板上に形成することで、A1、A2に示す信号配線領域の信号線に対して、信号ノイズ等が重畳してしまうなどの事態を抑制できる。
For example, in FIG. 5, the
しかしながら、アンテナ40を金属線パターンで形成した場合に、この金属線パターンのアンテナ40の直ぐ近くに金属層のベタパターンが存在すると、アンテナ40の受信感度等の各種性能が劣化するおそれがある。
However, when the
そこで本実施形態では図5に示すように、アンテナ40は、ベタパターン非形成領域RNBに配線された金属線パターンにより形成するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
即ち本実施形態では、回路基板10に対して、ベタパターンの形成を許容するベタパターン形成領域RBと、ベタパターンの形成を許容しないベタパターン非形成領域RNBを設定する。例えば図1、図5では、回路基板10の方向DR2側の端部に、ベタパターン非形成領域RNBが設定されている。具体的には、図5に示すように回路基板10の端辺SD(右辺又は左辺)から距離LDまでの領域が、ベタパターン非形成領域RNBに設定される。このベタパターン非形成領域RNBには、ベタパターン形成領域RBのようなベタパターンPG1〜PG3は形成されずに排除される。
That is, in the present embodiment, a solid pattern formation region RB that permits the formation of a solid pattern and a solid pattern non-formation region RNB that does not allow the formation of a solid pattern are set for the
そして、このように設定されたベタパターン非形成領域RNBに対して、図1、図5に示すようにアンテナ40となる金属線パターンを形成する。
And the metal line pattern used as the
このようにすれば、アンテナ40の金属線パターンの近くにはベタパターンが形成されないようになる。従って、ベタバターンがアンテナ40の妨害となって、アンテナ40の受信感度等の性能を劣化させる事態を効果的に抑制できる。
In this way, no solid pattern is formed near the metal line pattern of the
なお図2に示すように、回路基板10の裏面である面SF2においても、アンテナ40の配置位置に対応する領域については、ベタパターン非形成領域RNBに設定することが望ましい。このようにすることで、アンテナ40の性能劣化を更に抑制できることを期待できる。
As shown in FIG. 2, also on the surface SF2 which is the back surface of the
また図1、図2には、回路基板10の面SF1に対して第1の金属層が形成され、面SF2に対して第2の金属層が形成される2層の多層基板の例を示しているが、本実施形態はこれには限定されず、3層以上の多層基板であってもよい。例えば3層の多層基板では、面SF1の配線を形成する第1の金属層と、面SF2の配線を形成する第2の金属層との間に、第3の金属層が形成される。この場合には、この第3の金属層によりグランド用のベタパターンを形成することが可能になる。
1 and 2 show an example of a two-layer multilayer substrate in which the first metal layer is formed on the surface SF1 of the
そして、このときに本実施形態では、アンテナ40の配置領域では、この第3の金属層によるベタパターンについても非形成とすることが望ましい。このようにすることで、3層以上の多層基板を用いた場合に、ベタパターンがアンテナ40の妨害となって、アンテナ40の性能を劣化させる事態を効果的に抑制できる。
At this time, in the present embodiment, it is desirable that the solid pattern of the third metal layer is not formed in the arrangement region of the
なお、図1、図2、図5では、無線通信装置30を回路基板10に実装し、アンテナ40を回路基板10上の金属線パターンにより形成する場合について示しているが、本実施形態はこれに限定されない。
1, 2, and 5 show the case where the
例えば図6では、回路基板10に対して第2の回路基板12が取り付けられている。そして、無線通信装置30(無線モジュール)はこの第2の回路基板12に対して実装されている。また、アンテナ40は、この第2の回路基板12において無線通信装置30の第2の方向DR2側に設けられている。具体的には図6のDRPに示すように、回路基板10を、基板に直交する方向で平面視した場合に、アンテナ40が下の回路基板10に対してオーバーラップしない第2の回路基板12上の位置に、アンテナ40を形成する。即ち、回路基板10に対して第2の方向DR2側に突き出た第2の回路基板12上の位置に、アンテナ40を形成する。
For example, in FIG. 6, the
このようにすれば、回路基板10の信号線や実装部品からのノイズがアンテナ40に悪影響を与えて、アンテナ40の性能を劣化してしまう事態を効果的に抑止できるようになる。
In this way, it is possible to effectively suppress a situation in which noise from the signal lines and the mounted parts of the
3.測定装置、無線通信装置の詳細な構成
次に、本実施形態の測定装置、無線通信装置の詳細な構成例について説明する。例えば図7は、本実施形態の測定装置の電気的な構成及び接続を示す詳細な構成例である。
3. Detailed Configuration of Measurement Device and Wireless Communication Device Next, a detailed configuration example of the measurement device and the wireless communication device of the present embodiment will be described. For example, FIG. 7 is a detailed configuration example showing the electrical configuration and connection of the measurement apparatus of the present embodiment.
図7の測定装置は、処理装置20、無線通信装置30、加速度センサー52、アナログ回路装置60を含む。なお図7はモーションセンサー50が加速度センサー52である場合の例を示している。
7 includes a
例えばアナログ回路装置60は、アンプ62、フィルター部64、A/D変換部66を含む。アンプ62には端子TM1が接続される。一方、端子TM2はグランド電位に設定される。アンプ62は、端子TM1からの心拍検出信号を増幅する。フィルター部64は増幅後の信号に対してフィルター処理を行う。具体的には心拍の周波数付近の信号だけを通過させるバンドパスフィルター処理を行う。A/D変換部66はフィルター処理後の信号のA/D変換を行って、得られたデジタルの信号を処理装置20に出力する。
For example, the
処理装置20は、アナログ回路装置60からの心拍検出値の信号と加速度センサー52からの加速度検出値の信号を受けて、種々の演算処理を行う。例えば処理装置20は、加速度検出値に基づいて、被検体の速度情報を求め、求められた速度情報に基づいて、被検体の移動距離情報を求める。具体的には処理装置20は、所与の期間において加速度検出値の積算処理を行うことで、被検体の速度情報を求めて、移動距離情報を求める。また心拍検出値に基づいて脈拍数を求める演算処理を行う。
The
無線通信装置30は、処理装置20により得られた測定情報をアンテナ40を介して外部に無線通信する処理を行う。例えば処理装置20の演算処理により得られた速度情報や移動距離情報(運動情報)を、測定情報として無線通信する。また処理装置20の演算処理により得られた心拍数情報(生体情報)を、測定情報として無線通信する。
The
図8に無線通信装置30の構成例を示す。無線通信装置30は、受信回路31、送信回路35、シンセサイザー部38、制御部39を含む。
FIG. 8 shows a configuration example of the
受信回路31は、低ノイズアンプLNA、ミキサー部32、フィルター部33、復調部34を含む。低ノイズアンプLNAは、アンテナ40から入力されるRFの受信信号(差動の受信信号)を低ノイズで増幅する。ミキサー部32は、増幅後の受信信号と、シンセサイザー部38(クロック生成回路)からの信号(ローカル信号、局所周波数信号)のミキシング(混合)処理を行って、ダウンコンバージョンを実行する。フィルター部33は、ダウンコンバージョン後の受信信号のフィルター処理を行う。具体的には、フィルター部33は、複素フィルターなどで実現されるバンドパスのフィルター処理を行い、イメージ除去を行いながらベースバンド信号を抽出する。復調部34は、フィルター部33からの信号に基づいて復調処理を行う。例えば送信側においてGFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)やFSK(Frequency Shift Keying)で変調された信号の復調処理を行い、復調後の受信データを制御部39に出力する。
The
送信回路35は、パワーアンプPA、送信信号生成部36、変調部37を含む。変調部37は、制御部39から送信データを受け、GFSKやFSKなどの変調処理を行う。変調後の送信データは送信信号生成部36に入力される。送信信号生成部36は、シンセサイザー部38から搬送波の信号(例えば2.4GHz等)を受け、変調後の送信データに基づく送信信号をパワーアンプPAに出力する。パワーアンプPAは、送信信号(差動の送信信号)を増幅して、アンテナ40に対して出力する。
The
制御部39(リンクコントローラー)は、例えばリンク層の処理を行う。具体的には、送信パケットの生成処理や、受信パケットの解析処理や、エラーチェック処理などを行う。また制御部39は無線通信装置30の各種の制御処理を行う。
The control unit 39 (link controller) performs, for example, link layer processing. Specifically, transmission packet generation processing, reception packet analysis processing, error check processing, and the like are performed. The
4.運動情報の演算処理
次に処理装置20により行われる運動情報の演算処理の詳細について説明する。図9に処理装置20の機能ブロック図を示す。図9の処理装置20は、取得部110、速度情報演算部130、記憶部150、判定部160、距離情報演算部170を含む。この処理装置20の機能は、マイコン等の各種プロセッサーと、このプロセッサー上で動作するプログラムなどにより実現できる。なお処理装置20の構成は図9には限定されず、これらの一部の構成要素を省略・変更したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
4). Exercise Information Calculation Processing Next, details of exercise information calculation processing performed by the
取得部110は、加速度センサー52から加速度検出値を取得する。取得部110は、加速度センサー52との通信を行うインターフェース部であり、バス等を利用するものであってもよい。
The
速度情報演算部130は、加速度検出値に基づいて、速度情報を演算する。ここで速度情報とは、速度そのものであってもよいし、速度を求めるための情報(例えば速度の基準値に対する倍率等)であってもよい。
The speed
記憶部150は、速度情報を求める際に用いる係数等のパラメーターを記憶するとともに、各部のワーク領域となるものであり、その機能はRAM等のメモリーやHDD(ハードディスクドライブ)などにより実現できる。
The
判定部160は、ユーザーの運動状態を判定する。具体的には、加速度検出値の所与の座標軸成分の符号に基づいて、歩行状態と走行状態の判定を行う。
The
距離情報演算部170は、歩行又は走行に伴うユーザーの移動距離を表す距離情報を演算する。ここで距離情報とは、距離そのものであってもよいし、距離を求めるための情報(例えば移動距離の基準値に対する倍率等)であってもよい。
The distance
なお、加速度センサー52は、例えば外力によって抵抗値が増減する素子等で構成され、三軸の加速度情報を検知する。但し、本実施形態における加速度センサー52の軸数は、三軸に限定されるものではない。
The
次に、加速度センサー52からの加速度検出値に基づいてユーザーの移動速度や移動距離などの運動情報を推定する手法について説明する。
Next, a method for estimating motion information such as a moving speed and a moving distance of the user based on the detected acceleration value from the
具体的には、加速度検出値に基づき求める手法と、加速度検出値に対応する加速度ベクトルの角度変化に基づき求める手法について述べる。 Specifically, a method for obtaining based on the detected acceleration value and a method for obtaining based on the angular change of the acceleration vector corresponding to the detected acceleration value will be described.
4.1 加速度検出値の平均値に基づく手法
まず、加速度検出値の平均値に基づく手法について説明する。歩行ピッチ(ステップ周波数に対応)や速度の種々の組み合わせにおいて、歩行運動を行った場合の、加速度検出値の平均値の例を図10に示す。図10からわかるように、速度が一定の場合には、所定時間での加速度検出値の平均値はステップ周波数(歩行ピッチ)によらずほぼ一定の値となる。また、速度が大きくなるほど、加速度検出値の平均値も大きくなる傾向にある。
4.1 Method Based on Average Acceleration Value First, a method based on the average value of acceleration detection values will be described. FIG. 10 shows an example of an average value of acceleration detection values when walking motion is performed in various combinations of walking pitch (corresponding to step frequency) and speed. As can be seen from FIG. 10, when the speed is constant, the average value of the acceleration detection values in a predetermined time is almost constant regardless of the step frequency (walking pitch). Further, the average value of acceleration detection values tends to increase as the speed increases.
ここでの、加速度検出値の平均値算出手法は種々考えられる。上述したように、加速度センサー52がN軸加速度センサーであれば、加速度検出値はN次元ベクトルとなる。図10では例えば、N=3(X,Y,Zの3軸)として、下式(1)により加速度検出値の大きさ(ベクトルの大きさ)Vaを求め、所与の期間内の各タイミングで求められたVaの平均値を用いることを想定している。但し、下式(1)以外の手法により加速度検出値の平均値を求めてもよい。
Various methods for calculating the average value of the acceleration detection values can be considered here. As described above, if the
a、bとしては複数のユーザーを対象とした場合にも、ある程度の精度を確保できる汎用的な値を設定しておいてもよい。しかし、ユーザーごとに個人差があるため、共通パラメーターを用いたのでは精度の面で限界がある。そのため、場合によってはユーザーごとに異なる値を設定してもよく、そのためにキャリブレーション処理を行ってもよい。a、bという2つの未知数を決定する必要があるため、(S,T)の異なる2つの組み合わせを取得する必要がある。例えば、ユーザーに既知の距離(例えば100m)を、異なる2つの速度で歩行させ、その情報を用いればよい。この場合、加速度センサー52の情報からSは取得できるし、歩行が既知の距離で行われた以上、当該距離を所要時間で除算することで速度Tも取得できる。つまり、未知数2つに対して、a、bの関係式が2つ取得できるため、aとbは一意に決定可能となる。
As a and b, even when a plurality of users are targeted, general-purpose values that can ensure a certain degree of accuracy may be set. However, since there are individual differences for each user, there is a limit in terms of accuracy when using common parameters. Therefore, depending on the case, a different value may be set for each user, and calibration processing may be performed for that purpose. Since it is necessary to determine two unknowns a and b, it is necessary to acquire two different combinations of (S, T). For example, a user may walk a known distance (for example, 100 m) at two different speeds and use the information. In this case, S can be acquired from the information of the
なお、歩行状態か走行状態かに応じてaとbの組み合わせを変更してもよい。その場合、歩行時には歩行用パラメーターa1、b1を用い、走行時には走行用パラメーターa2、b2を用いる。この際、キャリブレーションを行うのであれば、歩行による異なる速度の2回の運動に基づいてa1、b1を決定し、走行による異なる速度の2回の運動に基づいてa2、b2を決定することが考えられる。 In addition, you may change the combination of a and b according to a walk state or a running state. In that case, the walking parameters a1 and b1 are used during walking, and the traveling parameters a2 and b2 are used during traveling. At this time, if calibration is performed, a1 and b1 are determined based on two motions at different speeds by walking, and a2 and b2 are determined based on two motions at different speeds by running. Conceivable.
4.2 座標軸成分の絶対値に対応する値に基づく手法
加速度検出値の平均値を用いる場合には、上式(1)に示したように平方根演算が必要になり、さらに平均値を求めるために除算が必要となるため、計算量が大きいという問題点がある。
4.2 Method based on the value corresponding to the absolute value of the coordinate axis component When using the average value of the acceleration detection value, the square root operation is required as shown in the above equation (1), and the average value is further obtained. There is a problem that the amount of calculation is large because division is required.
ここでは、平方根演算や除算を伴わない速度情報の演算手法について説明する。また、この手法では加速度センサー52についての1又は複数の軸(例えば3軸)のうち少なくとも1つの座標軸成分を用いれば、速度情報の演算が可能であるため、更なる計算量の削減効果が期待できる。但し、図11に示したように処理に用いる軸数が多くなるほど精度は高まる。図11の相関係数は、演算した速度情報と実際のユーザーの移動速度との相関値を表すものであり、相関係数が大きくなるほど、速度推定値と実際のユーザーの移動速度とが近似していることを示している。また、A、B、Cは異なる3人のユーザーによる試行結果を表す。
Here, a speed information calculation method that does not involve square root calculation or division will be described. Further, in this method, if at least one coordinate axis component of one or a plurality of axes (for example, three axes) of the
図9の速度情報演算部130は、加速度センサー52の少なくとも一つの座標軸成分における加速度検出値を所与の期間積算して積算値Iを求める。積算値Iと速度情報との関係を表したものが図12であり、P1等の四角形の点が実際に測定した結果を表している。図12からわかるように、Iと速度情報は、S1で示した曲線によりその関係を良好に表すことができる。
The speed
よってここでは、速度情報rをr=cI2+dI+eの関係式に従って求める。ここでの速度情報rは、速度そのものであってもよいし、基準的な速度に対する比率等に相当する情報であってもよい。rが比率等の情報である場合には、例えば基準速度をVs、推定速度をVdとすれば、Vd=rVs等の式から速度そのものを求めることになる。 Therefore, here, the speed information r is obtained according to the relational expression r = cI2 + dI + e. The speed information r here may be the speed itself, or may be information corresponding to a ratio with respect to a standard speed. When r is information such as a ratio, for example, if the reference speed is Vs and the estimated speed is Vd, the speed itself is obtained from an expression such as Vd = rVs.
なお、c、d、e(及びVs)は使用する軸数や積算処理を行う所定の期間に応じて、異なる値が設定されることが望ましい。更に、ユーザーの個人差を考慮すれば、使用するユーザー毎に適した値が設定されることが望ましい。その場合には、ユーザーの実測値に基づいてキャリブレーション処理を行ってもよい。また、運動状態(特に歩行状態か走行状態か)に応じてc、d、e(及びVs)の値を切り替えてもよい点は、上述のa、bと同様である。 Note that c, d, and e (and Vs) are preferably set to different values depending on the number of axes to be used and a predetermined period during which integration processing is performed. Furthermore, considering individual differences among users, it is desirable to set a value suitable for each user to be used. In that case, the calibration process may be performed based on the actual measurement value of the user. Moreover, the point which may switch the value of c, d, e (and Vs) according to an exercise | movement state (especially walking state or running state) is the same as that of above-mentioned a and b.
なお、加速度検出値の座標軸成分は常に正(或いは常に負)の値であるとは限らない。よって、積算処理の対象となる第1の加速度検出値と、第2の加速度検出値の符号が異なる場合には、お互いが打ち消しあって積算値が小さくなってしまい適切な速度推定が行えない。そこで積算処理は加速度検出値の座標軸成分そのものではなく、その絶対値に対応する値を用いて行うとよい。ここでは積算対象の符号が全て一致(或いは0を含んでもよい)すればよいことに鑑みれば、絶対値に対応する値とは、加速度検出値の絶対値そのものであってもよいし、必ず非負の値となる加速度検出値を偶数乗した値でもよい。 Note that the coordinate axis component of the acceleration detection value is not always a positive (or always negative) value. Therefore, if the signs of the first acceleration detection value and the second acceleration detection value to be integrated are different from each other, they cancel each other out and the integrated value becomes small, and appropriate speed estimation cannot be performed. Therefore, the integration process may be performed using a value corresponding to the absolute value instead of the coordinate axis component itself of the acceleration detection value. Here, in view of the fact that all signs to be integrated need only match (or may include 0), the value corresponding to the absolute value may be the absolute value of the acceleration detection value itself, and is always non-negative. A value obtained by multiplying the detected acceleration value, which is the value of, by an even power.
また、処理に用いる座標軸の数を少なくする(例えば1軸のみ用いる)場合には、速度推定の精度を確保するために、当該軸における加速度検出値の大きさがある程度大きい必要がある。特に胸部や腰部に加速度センサー52を装着する場合には、水平方向での加速度検出値は非常に小さくなることから、処理に用いる座標軸は重力方向に対応する軸とすることが望ましい。その場合、重力方向からのずれがある程度(例えば歩行走行判定において上述したように45度程度)許容されるのであれば、センサー座標系の軸のうち重力方向(或いはその逆方向)に最も近いものを選択すれば足りる。しかし、より精度を求める場合には、重力方向(或いはその逆方向)からのずれを極力抑える必要があり、センサー座標系に含まれる軸がその条件を満たす保証はない。よって、場合によっては解析座標系への座標変換を行ってもよく、その際には解析座標系のうち1軸は重力方向等からのずれが、精度確保という観点から考えて十分な程度小さいものとするとよい。
Further, when the number of coordinate axes used for the processing is reduced (for example, only one axis is used), the magnitude of the acceleration detection value on the axis needs to be large to some extent in order to ensure the accuracy of speed estimation. In particular, when the
また、処理に用いる座標軸の数を増やす場合にも、重力方向に対応する軸を優先的に用いるとよい。複数の軸を用いる場合の積算値Iは、各軸で求めた積算値の総和としてもよいし、他の手法により求めてもよい。 Also, when the number of coordinate axes used for processing is increased, it is preferable to preferentially use an axis corresponding to the direction of gravity. The integrated value I in the case of using a plurality of axes may be the sum of the integrated values obtained for each axis, or may be obtained by other methods.
4.3 加速度ベクトルの角度変化に基づく手法
また、加速度検出値ではなく、当該加速度検出値に対応する加速度ベクトルの角度変化に基づいて速度情報の演算を行ってもよい。具体的には、第1のタイミングでの加速度検出値に対応する第1の加速度ベクトルと、第2のタイミングでの加速度検出値に対応する第2の加速度ベクトルの成す角度に対応する角度情報を取得し、取得した角度情報に基づいて速度情報を演算する。
4.3 Method Based on Angle Change of Acceleration Vector Speed information may be calculated based on the angle change of the acceleration vector corresponding to the detected acceleration value instead of the detected acceleration value. Specifically, angle information corresponding to an angle formed by the first acceleration vector corresponding to the acceleration detection value at the first timing and the second acceleration vector corresponding to the acceleration detection value at the second timing is obtained. The speed information is calculated based on the acquired angle information.
加速度センサー52が3軸加速度センサーである場合には、加速度検出値は3次元空間上のベクトルに対応することになり、これを加速度検出値に対応する加速度ベクトルとする。図13に第1、第2の加速度ベクトルと角度情報の具体例を示す。時刻ST1で取得された加速度検出値から、対応する加速度ベクトルV1が決定され、時刻ST2で取得された加速度検出値から、対応する加速度ベクトルV2が決定される。ここで、第1の加速度ベクトルとしてV1、第2の加速度ベクトルとしてV2を考えれば、角度情報とはV1とV2の成す角度であり、V1=(x1,y1,z1)、V2=(x2,y2,z2)とすれば、角度情報θは下式(2)で求められる。
When the
また、角度情報とはV1とV2のなす角度を近似する情報であってもよい。例えば、システム内では角度情報を整数型として求めてもよい。角度情報の値を浮動小数点数を用いて表現すれば、精度よく角度情報を求めることができるが、浮動小数点数での演算は処理負荷が高い。そこで、整数型の指標値を角度情報として用いることで処理負荷を軽減してもよい。単純には、V1とV2のなす角度の小数点以下を切り捨てた値がδ度(δは整数)の場合に、角度情報をδとすることが考えられる。ただし、この場合には1度単位でしか角度を表現できないため、実際の角度と、角度情報により表される値とに誤差が生じ、速度推定の精度低下等につながる。よって何らかの変換を行ってもよく、例えば0.5度を1とする整数型の指標値を角度情報としてもよい。この場合、20という指標値は10度を表すことになり、0.5度単位での角度の表現が可能になる。また、角度情報は上述のものに限定されず、実際の角度に対応した情報であればよい。 The angle information may be information that approximates the angle formed by V1 and V2. For example, the angle information may be obtained as an integer type in the system. If the value of the angle information is expressed using a floating point number, the angle information can be obtained with high accuracy, but the calculation with the floating point number has a high processing load. Therefore, the processing load may be reduced by using an integer index value as angle information. Simply, if the value obtained by rounding down the decimal point of the angle formed by V1 and V2 is δ degrees (δ is an integer), the angle information may be δ. However, in this case, since the angle can be expressed only in units of one degree, an error occurs between the actual angle and the value represented by the angle information, leading to a decrease in accuracy of speed estimation. Therefore, some conversion may be performed. For example, an integer type index value in which 0.5 degree is 1 may be used as the angle information. In this case, the index value of 20 represents 10 degrees, and an angle can be expressed in units of 0.5 degrees. In addition, the angle information is not limited to that described above, and may be information corresponding to an actual angle.
角度情報θに基づいて速度情報を求める処理の詳細について説明する。例えば、移動中にユーザーの体が左右にぶれるなどして、ユーザーが瞬間的に加速してしまうことがある。この際、ある時刻において求められた角度情報のみから速度推定処理を行う場合には、ユーザーの体がぶれなかった時と比べて、速度情報が誤ってより大きく推定されてしまうことがある。そのため、ある時刻のみの角度情報だけではなく、所与の期間内に取得された角度情報を速度推定処理に用いることができれば、このような誤差の発生を防ぐことができると期待できる。 Details of the processing for obtaining the speed information based on the angle information θ will be described. For example, the user may instantaneously accelerate due to the user's body shaking from side to side while moving. At this time, when the speed estimation process is performed only from the angle information obtained at a certain time, the speed information may be erroneously estimated larger than when the user's body is not shaken. Therefore, it can be expected that the occurrence of such an error can be prevented if not only angle information at a certain time but also angle information acquired within a given period can be used for the speed estimation process.
そこで、図9の速度情報演算部130は、所与の期間内に得られた角度情報θにより表される値を積算して積算角度θsumを求め、V=mθsum+nの関係式から速度情報Vを求めてもよい。速度情報が積算角度の1次式で表されることは、実験的に求められたものである。具体例を図14に示す。図14は積算角度と速度実測値の関係を表すグラフである。各系列データは、被験者I、H、F、Kの4人それぞれの歩行時のデータ(I_WALK、H_WALK、F_WALK、K_WALK)と、走行時のデータ(I_RUN、H_RUN、F_RUN、K_RUN)を表している。図14からわかるように、1人のユーザーデータに着目した場合、歩行時には積算角度と速度は所与の直線によりその関係が良好に表され、走行時には歩行時とは別の直線によりその関係が良好に表される。具体的には相関係数0.98〜0.99といった高い相関を示す。
Therefore, the speed
なお、m、nとして汎用の値(例えば図14で言えば歩行時にTR1、走行時にTR2の直線に対応するm、n)を用いてもよいし、ユーザーごとに異なる値を設定してもよい点、実測値等に基づいてキャリブレーション処理を行ってm、nを決定してもよい点は上述の例と同様である。図14等からわかるように、本手法では歩行状態と走行状態とで典型的なm、nの値が異なることがわかっているため、判定部160での判定結果に基づいて、歩行状態か走行状態かに応じてm、nの値を切り替えることが望ましい。
Note that general-purpose values (for example, m and n corresponding to the straight line TR1 when walking and TR2 when running) may be used as m and n, or different values may be set for each user. Similar to the above-described example, m and n may be determined by performing a calibration process based on points, actual measurement values, and the like. As can be seen from FIG. 14 and the like, since it is known that typical values of m and n are different between the walking state and the running state in this method, the walking state or the running state is determined based on the determination result in the
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また測定装置、処理装置、無線通信装置等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. Further, the configuration and operation of the measuring device, processing device, wireless communication device, etc. are not limited to those described in this embodiment, and various modifications can be made.
LC 中央軸線、DR1 第1の方向、DR2 第2の方向、
RG1 第1の領域、RG2 第2の領域、SF1 第1の面、SF2 第2の面、
TM1 第1の端子、TM2 第2の端子、
TN1 第1の受け部、TN2 第2の受け部、
RN ベタパターン形成領域、PG1〜PG3 ベタパターン、
RNB ベタパターン非形成領域、HM ユーザー、
LNA 低ノイズアンプ、PA パワーアンプ、
10 回路基板、12 第2の回路基板、20 処理装置、30 無線通信装置、
31 受信回路、32 ミキサー、33 フィルター部、34 復調部、
35 送信回路、36 送信信号生成部、37 変調部、38 シンセサイザー部、
39 制御部、40 アンテナ、50 モーションセンサー、52 加速度センサー、
60 アナログ回路装置、70 ホルダー部、72 電池、80 ケース、
81 蓋部、82 ベルト、110 取得部、130 速度情報演算部、
150 記憶部、160 判定部、170、距離情報演算部
LC central axis, DR1 first direction, DR2 second direction,
RG1 first region, RG2 second region, SF1 first surface, SF2 second surface,
TM1 first terminal, TM2 second terminal,
TN1 first receiving part, TN2 second receiving part,
RN solid pattern formation region, PG1 to PG3 solid pattern,
RNB solid pattern non-formation area, HM user,
LNA low noise amplifier, PA power amplifier,
10 circuit board, 12 second circuit board, 20 processing device, 30 wireless communication device,
31 receiving circuit, 32 mixer, 33 filter unit, 34 demodulating unit,
35 transmission circuit, 36 transmission signal generation unit, 37 modulation unit, 38 synthesizer unit,
39 control unit, 40 antenna, 50 motion sensor, 52 acceleration sensor,
60 analog circuit device, 70 holder part, 72 battery, 80 case,
81 lid part, 82 belt, 110 acquisition part, 130 speed information calculation part,
150 storage unit, 160 determination unit, 170, distance information calculation unit
Claims (12)
前記回路基板に設けられ、測定情報についての演算処理を行う処理装置と、
外部との間で前記測定情報についての無線通信を行う無線通信装置と、
前記無線通信装置に接続されるアンテナと、
を含み、
前記回路基板の中央軸線の第1の方向側の領域を、第1の領域とし、前記中央軸線の、前記第1の方向と反対方向の第2の方向側の領域を、第2の領域とした場合に、
前記回路基板の前記第1の領域に、前記処理装置が設けられ、
前記回路基板の前記第2の領域に、前記無線通信装置及び前記アンテナが設けられ、
前記無線通信装置の前記第2の方向側に、前記アンテナが設けられることを特徴とする測定装置。 A circuit board;
A processing device that is provided on the circuit board and performs arithmetic processing on measurement information;
A wireless communication device for performing wireless communication on the measurement information with the outside;
An antenna connected to the wireless communication device;
Including
A region on the first direction side of the central axis of the circuit board is defined as a first region, and a region on the second direction side of the central axis opposite to the first direction is defined as a second region. If
The processing device is provided in the first region of the circuit board;
The wireless communication device and the antenna are provided in the second region of the circuit board;
The measurement apparatus, wherein the antenna is provided on the second direction side of the wireless communication apparatus.
被検体の生体情報の測定用の少なくとも1つの端子を含み、
前記処理装置は、前記回路基板の第1の面に設けられ、
前記少なくとも1つの端子は、前記回路基板の前記第1の面の裏面の第2の面に設けられることを特徴とする測定装置。 In claim 1,
Including at least one terminal for measuring biological information of the subject;
The processing apparatus is provided on a first surface of the circuit board,
The measurement apparatus according to claim 1, wherein the at least one terminal is provided on a second surface of the back surface of the first surface of the circuit board.
前記少なくとも1つの端子として、第1の端子及び第2の端子が設けられ、
前記回路基板の前記第2の面において、前記第1の端子と前記第2の端子の間に、前記測定装置の電源供給用の電池のホルダー部が設けられることを特徴とする測定装置。 In claim 2,
As the at least one terminal, a first terminal and a second terminal are provided,
A measuring apparatus, wherein a holder for a battery for supplying power to the measuring apparatus is provided between the first terminal and the second terminal on the second surface of the circuit board.
前記第1の端子及び前記第2の端子は、前記被検体の心拍情報の測定用の端子であることを特徴とする測定装置。 In claim 3,
The measuring apparatus, wherein the first terminal and the second terminal are terminals for measuring heartbeat information of the subject.
前記被検体の運動情報の測定用のモーションセンサーを含み、
前記処理装置は、
前記少なくとも1つの端子からの情報に基づいて、前記被検体の前記生体情報についての演算処理を行い、前記モーションセンサーからのセンサー情報に基づいて、前記被検体の前記運動情報についての演算処理を行うことを特徴とする測定装置。 In any of claims 2 to 4,
A motion sensor for measuring movement information of the subject,
The processor is
Based on information from the at least one terminal, calculation processing is performed on the biological information of the subject, and calculation processing is performed on the motion information of the subject based on sensor information from the motion sensor. A measuring device.
前記モーションセンサーは、前記回路基板の前記第1の面において、前記処理装置と前記無線通信装置の間に設けられることを特徴とする測定装置。 In claim 5,
The motion sensor is provided between the processing device and the wireless communication device on the first surface of the circuit board.
前記モーションセンサーは加速度センサーであり、
前記処理装置は、
前記加速度センサーからの加速度検出値に基づいて、前記被検体の速度情報を求め、求められた前記速度情報に基づいて、前記被検体の移動距離情報を求めることを特徴とする測定装置。 In claim 5 or 6,
The motion sensor is an acceleration sensor;
The processor is
A measurement apparatus characterized in that velocity information of the subject is obtained based on an acceleration detection value from the acceleration sensor, and movement distance information of the subject is obtained based on the obtained velocity information.
前記処理装置は、
所与の期間において前記加速度検出値についての積算処理を行うことで、前記被検体の前記速度情報を求めて、前記移動距離情報を求めることを特徴とする測定装置。 In claim 7,
The processor is
A measuring apparatus characterized in that the moving distance information is obtained by obtaining the velocity information of the subject by performing an integration process on the acceleration detection value in a given period.
前記加速度センサーは3軸の加速度センサーであり、
前記3軸のうちのZ軸が前記回路基板と直交するように、前記加速度センサーが前記回路基板の前記第1の面に設けられることを特徴とする測定装置。 In claim 7 or 8,
The acceleration sensor is a triaxial acceleration sensor,
The measurement apparatus, wherein the acceleration sensor is provided on the first surface of the circuit board so that a Z-axis of the three axes is orthogonal to the circuit board.
前記測定装置は、前記被検体の胸部設置型の心拍計であり、
前記回路基板の前記第2の面は、前記被検体の身体方向側に向く面であり、
前記少なくとも1つの端子として、前記被検体の心拍情報の測定用の端子である第1の端子及び第2の端子が設けられることを特徴とする測定装置。 In any one of Claims 2 thru | or 9.
The measuring device is a heart rate monitor installed on the chest of the subject,
The second surface of the circuit board is a surface facing the body direction side of the subject,
A measuring apparatus comprising a first terminal and a second terminal which are terminals for measuring heart rate information of the subject as the at least one terminal.
前記回路基板は、グランド用のベタパターンが形成されるベタパターン形成領域と、前記ベタパターンが非形成のベタパターン非形成領域を有し、
前記アンテナは、前記ベタパターン非形成領域に配線された金属線パターンにより形成されることを特徴とする測定装置。 In any one of Claims 1 thru | or 10.
The circuit board has a solid pattern formation region in which a solid pattern for ground is formed, and a solid pattern non-formation region in which the solid pattern is not formed,
The antenna is formed by a metal line pattern wired in the solid pattern non-formation region.
前記無線通信装置は、前記回路基板に取り付けられた第2の回路基板に設けられ、
前記アンテナは、前記第2の回路基板において前記無線通信装置の前記第2の方向側に設けられることを特徴とする測定装置。 Any one of claims 1 to 10,
The wireless communication device is provided on a second circuit board attached to the circuit board,
The measurement apparatus, wherein the antenna is provided on the second circuit board on the second direction side of the wireless communication device.
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