JP4845345B2 - 電子歩数計 - Google Patents

Description

本発明は、人体等の歩行を検出して歩数を計測する電子歩数計に関する。

従来から、歩行センサを用いて使用者の歩行を検出することにより、前記使用者の歩数を計測する電子歩数計が開発されている。

電子歩数計として、腕時計のように使用者の手首装着して使用する腕時計式の歩数計が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

前記従来の腕時計式の電子歩数計では、振り子式のセンサを使用しているため、腕を自然に振りながら歩行する通常歩行では歩数の計測ができるが、例えば携帯電話で通話しながら歩行する場合のように、腕を所定位置（例えば耳元）に固定して、腕を振らない状態で行う歩行については計測できないという問題がある。

また、腕時計式ではないが、電子歩数計をポケット等に収納した状態等のように、腕を振らない状態でも歩数計測が可能な商品も開発されているが、センサを２つ使用すると共に各センサを相互に直交するように配設している。これにより、電子歩数計をポケット等に収納した状態でも歩数計測が可能になるが、センサを２つ使用しているため体積が大きくなり又、センサからの信号を増幅するための回路が２倍必要になったり、あるいは、これを防止するために時分割駆動した場合には回路駆動時間が増えることになり、腕時計式の歩数計には適さないという問題がある。
特開２００２−２２１４３４号公報（第３頁、第４頁及び図１〜図５）

本発明は、少なくとも歩行センサを手首に装着して使用する電子歩数計において、電子歩数計小型化可能であると共に、腕を振らない状態で行う歩行を検出可能にすることを課題としている。

本発明によれば、使用者の歩行を検出して歩行に対応する歩行信号を出力する歩行センサと、前記歩行信号に基づいて前記使用者の歩数を算出する算出手段と、少なくとも前記歩行センサを前記使用者の手首に装着するためのベルトとを有し、少なくとも前記歩行センサを前記ベルトによって前記使用者の手首に装着して使用する電子歩数計において、前記歩行センサの感度軸は、前記ベルトの長手方向に対して９０度から反時計回りに３０度以内の範囲、又は、前記ベルトの長手方向に対して９０度から時計回りに３０度以内の範囲に位置するように配設されて成ることを特徴とする電子歩数計が提供される。

歩行センサの感度軸は、ベルトの長手方向に対して９０度から反時計回りに３０度以内の範囲、又は、前記ベルトの長手方向に対して９０度から時計回りに３０度以内の範囲に位置するように配設されている。電子歩数計の使用者は、少なくとも前記歩行センサを前記ベルトによって前記使用者の手首に装着して使用する。

ここで、前記歩行センサの感度軸が前記ベルトの長手方向に対して９０度から反時計回りに３０度以内の範囲に位置するように配設されている場合には前記使用者の左手首に装着して使用され、前記歩行センサの感度軸が前記ベルトの長手方向に対して９０度から時計回りに３０度以内の範囲に位置するように配設されている場合には前記使用者の右手首に装着して使用されるように構成することが好ましい。

また、前記歩行センサは加速度センサであることが好ましい。

また、時間を計時する計時手段を備えて成るように構成してもよい。

本発明によれば、単一の歩行センサを使用して歩行検出が可能になるため小型化可能になると共に、前記歩行センサの感度軸を使用時に所定角度になるように構成しているため腕を振らない状態で行う歩行を検出することが可能になるという効果を奏する。

また、腕時計としての機能を有する電子歩数計を構成することが可能になり、通常生活における殆どの歩数を計測することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る電子歩数計は使用者の手首に装着して使用する腕時計型の電子歩数計であり、使用者の歩行を検出して歩行に対応する歩行信号を出力する歩行センサとしての加速度センサと、前記歩行信号に基づいて前記使用者の歩数を算出する算出手段と、少なくとも前記加速度センサを前記使用者の手首に装着するためのベルトとを有し、少なくとも前記加速度センサを前記ベルトによって前記使用者の手首に装着して使用するものである。以下、本実施の形態に係る電子歩数計について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電子歩数計の外観正面図であり、使用者の左手首に装着して使用する左手首の電子歩数計を示している。また、図２は、図１の部分拡大図である。

図１及び図２において、電子歩数計１００は、表示部１０２及び外部操作可能な操作部１０３を有する電子歩数計本体１０１、親と剣先によって構成され電子歩数計本体１０１を使用者の手首に装着するためのベルト１０５、ベルト１０５の端部に設けられた尾錠１０４を備えている。

表示部１０２は、使用者が歩行した歩数を表示する歩数表示部２０１、時刻や歩行時間等を表示するための時間表示部２０２を有している。

ベルト１０５には、複数の小穴１０６が設けられており、小穴１０６と尾錠１０４とを係合させることによって、ベルト１０５で電子歩数計本体１０１を使用者の腕に装着するように構成されている。

電子歩数計本体１０１の内部には、使用者の歩行を検出するための歩行センサとしての加速度センサ２０３が設けられている。ここで使用する加速度センサ２０３は加速度を検出可能な素子であり、ショックセンサ、衝撃センサ、振動センサ等とも呼ばれ、バイモルフ型やユニモルフ型、ピエゾ型等の各種の加速度センサが使用できる。

また電子歩数計本体１０１の内部には、加速度センサ２０３から出力される歩行に対応する歩行信号に基づいて、使用者の歩数を算出するための算出手段、時間を計時する計時手段、前記算出手段で算出した使用者の累積歩数や前記計時手段で計時した時刻等を表示部１０２に表示するための表示駆動手段等を備えている。

ベルト１０５に対する加速度センサ２０３の取り付け角度についての詳細は後述するが、図１及び図２に示した電子歩数計１００は左手首の電子歩数計であるため、加速度センサ２０３は、表示部１０２側から電子歩数計本体１０１を見た場合に、加速度センサ２０３の感度軸Ｋがベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度になる方向Ｙから反時計回りに３０度以内の範囲Ｓになるような位置に配設されている。尚、加速度センサ２０３の移動方向や加速度センサ２０３に加えられた衝撃の方向が感度軸Ｋに一致するときに、検出感度が最大になる。

電子歩数計１００を左手首に装着した場合、手の平はＢ側に位置し、肘はＡ側に位置することになる。

尚、右手首に装着して使用する右腕用の腕時計型電子歩数計の場合には、加速度センサ２０３は、表示部１０２側から電子歩数計本体１０１を見た場合に、加速度センサ２０３の感度軸Ｋがベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度になる方向Ｙから時計回りに３０度以内の範囲になるような位置に配設される。右腕用電子歩数計を右手首に装着した場合、手の平はＡ側に位置し、肘はＢ側に位置することになる。

本実施の形態では、腕時計型の電子歩数計において、通常歩行（腕を振り、普通に歩く歩行）以外のポケットに手を入れた状態での歩行や、携帯電話で話しながらの歩行を計数可能にするために、腕振りの信号は検知せず、極力、体の上下動を表す信号のみを検知するように構成する必要がある。通常歩行での腕の振り方は、人にもよるが概ね、進行方向に大きく、後方向には小さく振るのが一般的である。

また、体の上下動運動は足の着地時に発生することから、通常歩行している状態においては、腕を前後に振ったときの手の位置が最前部と最後部になったときに足が着地して体の上下動運動が発生する。

図３は一般的な歩行者の通常歩行における腕振り角度範囲の最大値を示す図であり、図４は約８０％の人の腕振り角度範囲を示す図である。図３及び図４に示すように、人の手の振りは、進行方向に対し概ね４５度以内であるが、約８０％の人は３５度以内である。逆（後）方向は概ね２５度以内であるが、同様に約８０％の人は１５度以内となっている。

図５は、加速度センサ２０３の取り付け角度によって感度が変化する様子を示す図である。加速度センサ２０３の感度軸Ｋと加速度センサ２０３の振れ方向（移動方向）との角度によって、加速度センサ２０３の検出感度が変化する様子を示している。図５において、加速度センサ２０３の感度軸Ｋ方向に振れたときに、加速度センサ２０３の感度が最大になる。加速度センサ２０３の感度軸Ｋを加速度センサ２０３の移動方向に対して４５度にした場合には、加速度センサ２０３の感度は最大値から２５％減衰することを示している。

図６は、使用者の腕振り角度が最大時（進行方向に４５度、後方向に２５度）において、加速度センサ２０３の感度軸Ｋを変化させた場合の感度変化を示す図で、横軸は表示部１０２側から見たベルト１０５の長手方向Ｘに対する感度軸Ｋの角度、縦軸は加速度センサ２０３の感度の最大値を１００％としたときの感度変化率である。

図６において、実線は加速度センサ２０３を装着した左腕を真上に上げた状態又は真下に下ろした状態（垂直状態）で上下動運動をしたときの感度変化率、短破線は前記右左腕を進行方向に向かって真下から４５度上げた状態（図３参照）で上下動運動をしたときの感度変化率、長破線は前記左腕を真下から後方向に向かって２５度（−２５度）上げた状態（図３参照）で上下動運動をしたときの感度変化率である。

図６に示すように、加速度センサ２０３の感度軸Ｋをベルト１０５の長手方向Ｘに対して垂直に取付けた場合、腕を進行方向に４５度振ったときには、感度は最大値から２５％減衰する。後方向に腕を２５度振った場合は、約７％減衰することがわかる。また感度軸Ｋをベルト１０５の長手方向Ｘに対して４５度に配設した場合、腕を進行方向に４５度振ったときには、感度は最大感度となる。また後方向に腕を２５度振った場合は、約６０％減衰する。

図７は、約８０％の人の腕振りした場合（進行方向に３５度、後方向に１５度）において、加速度センサ２０３の感度軸Ｋを変化させた場合の感度変化を示す図で、図６と同様に、横軸は表示部１０２側から見たベルト１０５の長手方向Ｘに対する感度軸Ｋの角度、縦軸は加速度センサ２０３の感度の最大値を１００％としたときの感度変化率である。

図７において、実線は加速度センサ２０３を装着した左腕を真上に上げた状態又は真下に下ろした状態（垂直状態）で上下動運動をしたときの感度変化率、短破線は左腕を進行方向に向かって真下から３５度上げた状態（図４参照）で上下動運動をしたときの感度変化率、長破線は腕を後方向に向かって真下から１５度（−１５度）上げた状態（図４参照）で上下動運動をしたときの感度変化率である。

携帯電話等で通話状態のときの腕の角度は概ね１２５度となるため、進行方向に３５度腕を振った状態と同等の感度変化率となる。

図８は加速度センサ２０３の感度軸Ｋを表示部１０２側から見てベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度に配設した場合の、加速度センサ２０３出力が大きい人の歩行信号波形を示す図、図９は加速度センサ２０３の感度軸Ｋをベルト１０５の長手方向Ｘに対して７５度に配設した場合の、加速度センサ２０３の出力が大きい人の歩行信号波形を示す図、図１０は加速度センサ２０３の感度軸Ｋを表示部１０２側から見てベルト１０５の長手方向Ｘに対して６０度に配設した場合の、加速度センサ２０３の出力が大きい人の歩行信号波形を示す図、図１１は加速度センサ２０３の感度軸Ｋをベルト１０５の長手方向Ｘに対して４５度に配設した場合の、加速度センサ２０３の出力が大きい人の歩行信号波形を示す図である。

図８〜図１１において、歩行信号の各山が一歩を示している。感度軸Ｋが９０度〜６０度の範囲内では良好な信号波形が得られている（図８〜図１０）。しかしながら、図１１に示すように、感度軸Ｋが４５度では、電子歩数計１００を装着した腕（本実施の形態では左腕）を進行方向に位置させたときに検出した歩行に対応する歩行信号の山は大きいが、前記腕を後方向に位置させたときに検出した歩行信号の山は小さくなっており、歩行計測が不安定になって測定誤差が生じる恐れがある。

図１２は、加速度センサ２０３の感度軸Ｋを表示部１０２側から見てベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度に配設した場合の、加速度センサ２０３出力が小さい人の歩行信号波形を示す。図１３は、加速度センサ２０３の感度軸Ｋをベルト１０５の長手方向Ｘに対して７５度に配設した場合の、加速度センサ２０３の出力が小さい人の歩行信号波形を示す。図１４は、加速度センサ２０３の感度軸Ｋを表示部１０２側から見てベルト１０５の長手方向Ｘに対して６０度に配設した場合の、加速度センサ２０３の出力が小さい人の歩行信号波形を示す。図１５は、加速度センサ２０３の感度軸Ｋをベルト１０５の長手方向Ｘに対して４５度に配設した場合の、加速度センサ２０３の出力が小さい人の歩行信号波形を示す。

図１２〜図１５において、図８〜図１１と同様に、信号の各山が一歩を表している。加速度センサ２０３の出力が小さい人の場合には、ベルト１０５の長手方向Ｘに対する感度軸Ｋの角度が小さくなるに従って、良好な歩行検出信号が得られにくくなるため、歩行計測が不安定になり、大きな測定誤差が生じる恐れがある。

図１６は、加速度センサ２０３による歩行計測可能な範囲を示す特性図で、横軸は表示部１０２側から見たベルト１０５の長手方向Ｘに対する加速度センサ２０３の感度軸Ｋの角度、縦軸は加速度センサ２０３の正規化した感度を示す図である。図１６に示すように、加速度センサ２０３は、感度軸Ｋの角度が６０度以上の領域において良好な感度を有している。本実施の形態では、図１６の特性図に基づいて次のようにして、表示部１０２側から見たベルト１０５の長手方向Ｘに対する加速度センサ２０３の感度軸Ｋの角度範囲を決定した。

人は通常生活の中では、腕を後ろにしたまま何かをすることがないため、加速度センサ２０３の感度軸Ｋの最大角度値を、表示部１０２側から見たベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度とする。また、感度軸Ｋの最小角度値は、歩行信号レベルが小さい人でも１歩毎に歩行信号を検出できるように、表示部１０２側から見たベルト１０５の長手方向Ｘに対する角度として６０度（ベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度から反時計回りに３０度）とする。即ち、加速度センサ２０３の感度軸Ｋは、表示部１０２側から見て、ベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度から反時計回りに３０度以内の範囲Ｓに設定することにより、良好な歩数計測が可能になる。

尚、前述した右手用の腕時計型電子歩数計の場合にも前記同様にして加速度センサの感度軸を設定することが可能であり、右手用の腕時計型電子歩数計の場合には、感度軸Ｋは、表示部１０２側から見て、ベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度から時計回りに３０度以内の範囲とすることにより、良好な歩数計測が可能になる。

以上のように構成された左手用の腕時計型電子歩数計１００を用いて歩数計測を行う場合、電子歩数計１００の使用者は、ベルト１０５によって自身の左手首に電子歩数計１００を装着して操作部１０３により歩数計測処理を開始させると共に、歩行を開始することにより歩数の計測を開始する。表示部１０２の歩数表示部２０１、時間表示部２０２に表示される歩数や歩行時間を確認する。

前述した右手用の腕時計型電子歩数計を使用して歩数計測を行う場合には、使用者の右手首に該電子歩数計を装着して歩数計測を行う。

以上述べたように、本実施の形態に係る電子歩数計は、使用者の歩行を検出して歩行に対応する歩行信号を出力する加速度センサと、前記歩行信号に基づいて前記使用者の歩数を算出する算出手段と、少なくとも前記加速度センサを前記使用者の手首に装着するためのベルトと、前記算出手段で算出した歩数を表示する表示部とを有し、少なくとも前記歩行センサを前記ベルトによって前記使用者の手首に装着して使用する電子歩数計において、加速度センサ２０３の感度軸Ｋは、表示部１０２側から見てベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度から反時計回りに３０度以内の範囲Ｓ、又は、表示部１０２側から見てベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度から時計回りに３０度以内の範囲に位置するように配設されている。

ここで、電子歩数計は、加速度センサ２０３の感度軸Ｋがベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度から反時計回りに３０度以内の範囲Ｓに位置するように配設されている場合には前記使用者の左手首に装着して使用され、加速度センサ２０３の感度軸Ｋがベルト１０５の長手方向Ｘに対して９０度から時計回りに３０度以内の範囲に位置するように配設されている場合には前記使用者の右手首に装着して使用される。

これにより、少なくとも歩行センサを手首に装着して使用する腕時計型の電子歩数計において、小型化可能であると共に、腕を振らない状態で歩行を行った場合でも良好な歩行検出が可能になる。

尚、前記実施の形態では電子歩数計本体１０１を使用者の手首に装着して使用するように構成したが、少なくとも加速度センサ２０３を使用者の手首に装着するように構成すればよい。

歩数計の構成要素全てを使用者に装着して使用するように構成した電子歩数計や、一部の構成要素（少なくともセンサ）を使用者に装着すると共に他の構成要素を前記一部の構成要素と無線で信号の送受信を行うように構成し、前記他の構成要素は使用者から離れた場所に設けるようにした電子歩数計等にも適用可能である。

本発明の実施の形態に係る電子歩数計の外観正面図である。 本発明の実施の形態に係る電子歩数計の部分拡大外観正面図である。 一般的な歩行者の通常歩行における腕振り角度範囲の最大値を示す図である。 約８０％の人の腕振り角度範囲を示す図である。 加速度センサの取り付け角度によって感度が変化する様子を示す図である。 腕振り角度が最大の時の感度変化を示す図である。 約８０％の人の腕振りによる感度変化を示す図である。 加速度センサの感度軸を９０度にした場合の加速度センサ出力が大きい人の歩行信号波形を示す図である。 加速度センサの感度軸を７５度にした場合の加速度センサ出力が大きい人の歩行信号波形を示す図である。 加速度センサの感度軸を６０度にした場合の加速度センサ出力が大きい人の歩行信号波形を示す図である。 加速度センサの感度軸を４５度にした場合の加速度センサ出力が大きい人の歩行信号波形を示す図である。 加速度センサの感度軸を９０度にした場合の加速度センサ出力が小さい人の歩行信号波形を示す図である。 加速度センサの感度軸を７５度にした場合の加速度センサ出力が小さい人の歩行信号波形を示す図である。 加速度センサの感度軸を６０度にした場合の加速度センサ出力が小さい人の歩行信号波形を示す図である。 加速度センサの感度軸を４５度にした場合の加速度センサ出力が小さい人の歩行信号波形を示す図である。 歩行計測可能な加速度センサの感度軸の角度範囲を示す図である。

符号の説明

１００・・・電子歩数計
１０１・・・電子歩数計本体
１０２・・・表示部
１０３・・・操作部
１０４・・・美錠
１０５・・・ベルト
１０６・・・小穴
２０１・・・歩数表示部
２０２・・時間表示部
２０３・・・歩行センサとしての加速度センサ

Claims (3)

1. 歩行中の使用者の上下動運動の加速度を検出して歩行に対応する歩行信号を出力する加速度センサと、前記歩行信号に基づいて前記使用者の歩数を算出する算出手段と、少なくとも前記加速度センサを前記使用者の手首に装着するためのベルトとを有し、少なくとも前記加速度センサを前記ベルトによって前記使用者の手首に装着して使用する電子歩数計において、
   前記加速度センサの感度軸は、前記ベルトの長手方向に対して９０度を超えて反時計回りに３０度未満の範囲、又は、前記ベルトの長手方向に対して９０度を超えて時計回りに３０度未満の範囲に位置するように配設されて成り、
   加速度センサの移動方向又は加速度センサに加えられた衝撃の方向が前記感度軸に一致する時に検出感度が最大になることを特徴とする電子歩数計。
2. 前記加速度センサの感度軸が前記ベルトの長手方向に対して９０度を超えて反時計回りに３０度未満の範囲に位置するように配設されている場合には前記使用者の左手首に装着して使用され、
   前記加速度センサの感度軸が前記ベルトの長手方向に対して９０度を超えて時計回りに３０度未満の範囲に位置するように配設されている場合には前記使用者の右手首に装着して使用されることを特徴とする請求項１記載の電子歩数計。
3. 時間を計時する計時手段を備えて成ることを特徴とする請求項１または２記載の電子歩数計。

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