JPH062098Y2 - 歩数計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は、歩行や走行時の歩数を計測する歩数計に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

従来、身体の動き（振動）を圧電素子等を用いた加速度
センサーで検知してその振動を電気信号に変えてこの電
気信号を基に歩数を算出表示する歩数計が考えられてい
る。然して、上記の加速度センサーはセンサーに加わる
振動を電圧に変換させているため、振動の大きさによっ
て発生する出力が大きく変化するものである。第４図は
種々の移動速度による加速度センサーからの出力波形を
示す図である。第４図(a)は歩行時の出力信号の波形、
第４図(b)はエクササイズウォーキングの時の出力信号
の波形、第４図(c)は走行時の出力信号の波形である。
同図に示すように歩行時は歩行速度がおそく、身体の動
作も小さいので加速度センサーの出力は周波数が低く、
出力電圧も低い電圧が発生する。この場合周波数が凡そ
1.6Hz、出力電圧が0.5ｍＶ前後である。近年流行してい
る健康増進と体形を整える為のエクササイズウォーキン
グ（歩巾を広くしてピッチを早くして歩く歩き方）で
は、第４図(b)に示すように加速度センサーの出力電圧
は２ｍＶ、周波数は2.2Hz程度の信号を出力する。さら
に走行時には第４図(c)で示すように加速度センサーの
出力電圧は５ｍＶ、周波数は2.8Hz程度の信号を出力す
る。このように歩行形態によって出力信号の周波数と電
圧が大きく異なる為に、これらの出力信号を処理する場
合には、その設定倍率をかえなければならない。すなわ
ち、歩行時においては第４図(a)に示した様に加速度セ
ンサーの出力信号の電圧値は非常に低い値であるので一
定倍率の増幅を行う必要がある。しかし、この歩行時と
同様の一定倍率の増幅を歩行時において行った場合に
は、その出力電圧が大きくなりすぎ、出力電圧値のピー
ク検出が出来ない。その為、従来はスイッチの切り換え
によって加速度センサーの出力信号の増幅率を変化させ
て、歩行時や走行時において同じ程度の電圧出力値にし
て、その出力信号を処理していた。そのために、歩行形
態によって増幅率を変える為にその都度スイッチの切り
換えを行わなければならず操作が面倒という問題があっ
た。

〔考案の目的〕

本考案は、上記問題点に鑑み、歩数形態によって異なる
センサーの出力変化にあわせたわずらわしいスイッチ操
作をなくした歩数計を提供することを目的とする。

〔考案の要点〕

本考案は、上記目的を達成するため、歩行形態によって
発生する加速度センサーの出力信号の周波数範囲がロー
パスフィルターの減衰域（Transi-tion band）に一致す
るようなローパスフィルターを設け、どの様な歩行形態
でも同じ程度の出力電圧の信号を自動的に出力させるよ
うにしたことを要点とする。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について、図面を参照しながら説
明する。尚、本実施例は本考案を腕時計に適用したもの
である。

第１図は、本考案の一実施例を示す歩数計付腕時計の分
解斜視図である。同図においてケース１の上面には液晶
表示パネル４を保護するガラス２が接着剤により固定さ
れている。また、ケース１の上下側面にはバンド３ａ、
３ｂが一体形成されており、さらに右側面には時計機能
と歩数計機能とに機能を切り換えるモード切り換えスイ
ッチＳＷ１と歩数測定を開始、あるいは停止する測定ス
イッチＳＷ２とが配設されている。このケース１の内部
に納まるように形成された合成樹脂製のハウジング５は
回路基板６を地板７によって挟んで固定する。回路基板
６の中央部には、本考案の歩数計のシステムのプログラ
ムを記憶し、動作させる大規模集積回路（ＬＳＩ）８が
電気的に回路基板６と接続され固定されている。さらに
回路基板６には上記液晶表示パネル４に導電ゴムを介し
て信号を加える接触端子９が設けられており、その上側
（矢印の12時方向が上側で矢印の６時方向が下側であ
る）には、詳細を後述する加速度センサー１０が最も感
度の高い方向（受感軸）を上下方向に固定されている。
この加速度センサー１０のリード線１０ａ，１０ｂは回
路基板６に電気的接続されている。本実施例のシステム
を動かす電源を供給する電池１１は図示しない電極板と
地板７とを介して回路基板６に設けられた上記ＬＳＩ８
等に電源を供給している。

裏ブタ１２は、ケース１に嵌装され上述したハウジング
５、地板７及び回路基板６から成るモジュールを固定す
る。

第２図は加速度センサー１０の内部構造を示す図であ
る。同図に示すように加速度センサー１０は筒ケース１
３の中央部に長方形の板状の圧電素子１４を立ててその
一端の短辺部を筒ケース１３の底面１３ａに固定してい
る。そして圧電素子１４の下部両面にハンダ１５ａ、１
５ｂによってリード線１６ａ、１６ｂを接続し、このリ
ード線１６ａ、１６ｂを外部に引き出している。第３図
はこの加速度センサー１０の圧電素子１４の板厚方向に
振動が加わった時の屈曲した図である。この屈曲によっ
て同図に示すように圧電素子１４は表面に電圧を発生す
る。この電圧がリード線１６ａ、１６ｂを介して出力さ
れる。第３図では圧電素子１４が２枚重ね合わせた構成
となっている。そして同図の記号と、記号とは圧電
素子１４を屈曲した時の電圧の発生状況を示している。

なお、同図の矢印上側（12時方向）及び矢印下側（６時
方向）は、上述した第１図の矢印12時方向及び矢印６時
方向と同一方向を示すものであり、この方向が上述した
加速度センサー１０の最も感度の高い方向（受感軸）で
ある。

次に第５図において本考案の回路構成を示す。同図にお
いて加速度センサー１０の出力はオペアンプ１７に入力
したインピーダンス変換されて、抵抗Ｒ１からオペアン
プ１８までの素子で構成される４次のローパスフィルタ
ー（以下、ＲＰＦと称呼する。）に出力される。この４
次のＲＰＦは抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、コンデンサーＣ
１、Ｃ２、そしてオペアンプ１９によって構成される１
段目の２次のＲＰＦと、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、コンデ
ンサーＣ３、Ｃ４、オペアンプ１８によって構成される
２段目の２次のＲＰＦとの２次のＲＰＦの２段構成とな
っている。この４次のＲＰＦの出力はオフセット分を下
げる為に抵抗Ｒ７とコンデンサーＣ５とから構成される
ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を介して波形整形部２０に
出力されている。波形整形部２０に入力した信号は矩形
波に波形整形され、ＣＰＵ２１に出力される。ＣＰＵ２
１はこの波形整形された信号を計数して表示部２２に送
り、表示部２２はこの歩数データを表示する。

以上のような回路構成において１段目のＲＰＦに入力す
る信号は前述したように歩行形態（歩行、走行、エクサ
サイズウォーキング）によって出力電圧が大きく異な
る。第６図はこの歩行形態による加速度センサー１０の
出力信号の出力電圧と周波数との関係を示した図であ
る。同図においてポイントＰ１は歩行時の出力信号（周
波数1.6Hz出力電圧0.5ｍＶ）を、ポイントＰ２はエクサ
サイズウォーキング時の出力信号（同2.2Hz２ｍＶ）
を、ポイントＰ３は走行時の出力信号（同2.8Hz５ｍ
Ｖ）をそれぞれ示している。

このように大きく電圧が変化する信号に対してＲＰＦの
減衰域が一致するようにＲＰＦのカットオフ周波数を第
６図に示す最も低い周波数1.6Hzに設定する。本実施例
では、その為にコンデンサーＣ１、Ｃ３を1.0μＦ、コ
ンデンサーＣ２、Ｃ４を0.047μＦ、抵抗Ｒ１、Ｒ４を6
8ＫΩ、抵抗Ｒ２、Ｒ５を68ＫΩ、抵抗Ｒ３、Ｒ６を1.5
ＭΩにしている。第７図は以上のように設定した４次の
ＲＰＦの入力信号の周波数による利得を示す図である。
歩行時に出力される。1.6Hzの信号は利得53.0ｄＢで処
理され、これより高いエクササイズウォーキング時の2.
2Hzの信号は減衰されて利得は41.5ｄＢとなり、さらに
走行時の2.8Hzの信号は利得34.0ｄＢとなる。その結
果、歩行時の加速度センサー出力1.6Hz0.5ｍＶの信号が
４次のＲＰＦに入力すると、４次のＲＰＦにより、歩行
時の出力電圧は0.223Ｖとなり、エクササイズウォーキ
ング時の加速度センサー出力2.2Hz２mVの信号は４次の
ＲＰＦにより出力電圧が0.238Ｖ、また走行時の加速度
センサー出力2.8Hz５ｍＶの信号は４次のＲＰＦにより
出力電圧が0.251Ｖとなる。第８図は歩行、エクササイ
ズウォーキング及び走行時の４次のＲＰＦを介した出力
信号の周波数と出力電圧との関係をあらわした図であ
り、ポイントＰ４は歩行時の４次のＲＰＦの出力信号
（1.6Hz0.223Ｖ）を、ポイントＰ５はエクササイズウォ
ーキング時の４次のＲＰＦの出力信号（2.2Hz0.238Ｖ）
を、ポイントＰ６は走行時の４次のＲＰＦの出力信号
（2.8Hz0.251Ｖ）をそれぞれ示している。

以上のように４次のＲＰＦを設け、そのカットオフ周波
数を歩行時の周波数に設定することによってＲＰＦの減
衰域が走行形態による加速度センサーからの出力周波数
をカバーする範囲に設定される。従って周波数が高く出
力電圧が高い激しい動きの走行形態になる程その信号に
対する減衰率が高くなる。このように本考案の装置を用
いるとその入力信号によって歩行時は高い増幅率で、走
行時は低い増幅率で信号が処理されるので、第８図に示
すように一定範囲（0.223Ｖ〜0.251Ｖ）の出力電圧を得
ることができる。このように一定電圧の信号は第５図の
波形整形部２０に入力しても、ミスカウントされること
がないので、正確な歩数計測ができる。従って、本考案
によればわずらわしいスイッチ操作を解消できる。

第９図は歩数計測結果の表示例である。下段にはあらか
じめ設定されている歩幅1.0ｍが表示され、中段には本
実施例によって計測された歩数が表示され、上段には、
その歩幅と歩数とを積算して得られた歩行距離とが表示
されている。

尚、本考案の４次のＲＰＦは加速度センサーが発する共
振周波数成分を取り除き、ミスカウントを防止する働き
もあわせて行う。さらに４次のＲＰＦの抵抗とコンデン
サーの値を変えることによってカットオフ周波数を調整
していろいろ歩行形態に本考案を適用することができ
る。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、歩行形態をかえ
てもスイッチ操作をすることなく正確な歩数を計測する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例の歩数計の部品展開斜視
図、 第２図は、加速度センサーの内部構成を示す図、 第３図は、加速度センサーの受感時の動きを示す図、 第４図(a)〜(c)は、種々の歩行態様による加速度センサ
ーの出力波形を示す図、 第５図は、本考案の回路構成図、 第６図は、加速度センサー出力の電圧と周波数との関係
を示す図、 第７図は、４次のＲＰＦの入力信号の周波数に対する利
得を示す図、 第８図は、４次のＲＰＦの出力信号の周波数と出力電圧
との関係を示す図、 第９図は、歩数計の表示例を示す図である。 １０…加速度センサー、 １８、１９…オペアンプ、 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６…抵抗、 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４…コンデンサー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】人体の動きを検知する検知手段と、この検
   知手段からの出力信号を基に歩数を算出表示する歩数計
   において、前記検知手段からの出力信号をその出力信号
   の周波数に応じた増幅率で増幅させる増幅手段を具備し
   たことを特徴とする歩数計。