JP2004046662A - 歩度計 - Google Patents

Abstract

【課題】人間の歩数をカウントする歩度計において、人間のどの部位に装着していても人間の歩度数を正確にカウントすることができるような歩度計を得ること。
【解決手段】人体を伝播する微振動を検知できる距離内に配置され、人体の微振動を検知する人感センサー手段と、人感センサー手段が検知した人体微振動信号をから人体の歩行時に生じる微振動を選択するフィルタと、フィルタにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段と、前記振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段により並べられたパターンから歩行パターンを選択して計数する手段と、前記計数する手段により計数された数値を歩行数として表示する表示手段と、を具備してなる歩度計。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、腕時計型歩数計の歩数カウント装置に関し、特に人間が歩いた時に歩いた歩数を正確にカウントする腕時計型歩度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間の歩数をカウントする歩数計或いは歩度計（以下、歩度計と総称する。）は、多くの型式のものが世に出回っている。大半の歩度計の歩度計数機構は、２次元振り子方式で、人間の歩いた振動を機械的に振子が可動し歩数をカウントする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
歩度計の中に、例えば腹部のベルトに装着して歩数をカウントするものがあるが、これは、腹部の上下動回数がほぼ人間の歩数と一致するので、歩度計のカウント数が実際の歩数とほぼ一致するが、これとて、体の少しの振動でも歩度計が拾って、その振動を歩数にカウントしてしまう危険がある。
また、歩度計の中には腕時計型式のものがある。これに二次元振り子方式を採用したものは、歩行以外の動作、例えば腕を振るなどの動作でも振子が可動し、歩数をカウントしてしまう。また振子に極性があり、右腕に腕時計を装着して、歩行しても歩数をカウントされない場合もあるなど問題がある。
【０００４】
本発明は、上述の如き従来の不都合を解消しようとするもので、その目的は、人間の歩数をカウントする歩度計において、人間のどの部位に装着していても人間の歩度数を正確にカウントすることができるような歩度計を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の如き本発明の目的を達成するため、本願の請求項１に記載の発明は、人間の歩数をカウントする歩度計において、人体を伝播する微振動を検知できる距離内に配置され、人体の微振動を検知する人感センサー手段と、人感センサー手段が検知した人体微振動信号をから人体の歩行時に生じる微振動を選択するフィルタと、フィルタにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段と、前記振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段により並べられたパターンから歩行パターンを選択して計数する手段と、前記計数する手段により計数された数値を歩行数として表示する表示手段と、を具備してなる歩度計を提供する。
本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記歩行パターンを選択して計数する手段は、波高値の絶対値の内、歩行パターンからはずれた絶対値を無視する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の歩度計を提供すいる。
本願の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記歩行パターンにおいて、時間軸に対する歩行パターンボトムとピークとの関係は、次式により規定されることを特徴とする歩度計を提供する。

本願の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記歩行パターンにおいて、電圧軸に対する歩行パターンボトムとピークとの関係は、次式により規定されることを特徴とする歩度計を提供する。

本願の請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明に加えて、前記歩行パターンにおいて、歩行パターンのピーク値をＰ１から順次Ｐ１０とするとき、歩行パターンからはずれた絶対値を無視する手段は、次の条件により無視することを特徴とする歩度計を提供する。
絶対値がＰ３≦Ｐ５＜Ｐ６の場合、Ｐ４を削除する。
絶対値がＰ２＜Ｐ３≦Ｐ５の場合、Ｐ４を削除する。
絶対値がＰ６≧Ｐ８＞Ｐ９の場合、Ｐ７を削除する。
絶対値がＰ５＞Ｐ６≧Ｐ８の場合、Ｐ７を削除する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明を、腕時計型歩度計に適用した実施の形態を示す平面図である。図１において、腕時計型歩度計１の両端には時計バンド２、３が結合されており、これら腕バンド２、３により腕時計型歩度計１は腕４に巻き付けられている。
【０００７】
図２は、腕時計型歩度計１の断面図である。腕時計型歩度計１はケース５の表面に、表示窓となる透明ガラス６がはめ込まれている。ケース６の裏側には裏蓋７が嵌脱自在にはめ込まれている。透明ガラス６の下側には、歩度計の心臓部である歩数カウンター８を始め、周知である時計の計時装置９が設けられ、これらと透明ガラス６との間には、時間を示すと共に、歩数を表示する液晶表示板１０が設けられている。図３は液晶表示板１０の正面図である。液晶表示板１０には時間表示部１１と歩数表示部１２が設けられている。ケース６の周囲には、周知の時計に必要な複数個のボタンの他、歩度計の歩数をリセットするリセットボタン１３が設けられている。裏蓋７の内側には、人間の腕から伝わる微振動を検知する人感センサーとしての圧電素子１４が取り付けられている。なお、腕時計型歩度計１は、運動選手のトレーニングなど、汗等の水分を含む環境で使用されることが多いため、腕時計と同様に水密型に形成されていることが望ましい。
【０００８】
図４は、本発明に係わる歩数カウンター８の回路を示すブロック図である。歩数カウンター８は、圧電素子１４からの振動波形を処理して人間の歩行数を計数する回路である。図４において、１５はインピーダンス変換器であり、高出力インピーダンスである圧電素子１４が検知した振動波形を低インピーダンスに変換して次段の回路に出力する。
【０００９】
１６はフィルターであり、４．０Ｈｚ〜８．０Ｈｚの周波数帯域を通過させる。１７はフィルター１６から出力された信号を増幅する増幅器である。１８は歩数判別器であり、増幅器１７から出力された振動波形を解析し、人間が歩いている時の歩数波形を取り出し、その歩数波形をカウントして歩数値を歩数表示部１２に表示させる。
【００１０】
次に、人間が歩いた時に歩数をカウントする仕組みの詳細について説明する。人間の血管には心臓から送られる血液が循環している。その血液が循環する際、血液循環の微振動が発せられる。また、人間の動作によってさまざまな波形の微振動を発して、体中に伝播している。人間の歩行時は４．０Ｈｚ〜８．０Ｈｚの、最初波高値が小さく、次いで波高値が最大となり、順次減衰して行く繰り返しの振動波形が発生し、体中に伝播する。本発明では、圧電素子１４を利用し、このような人間の歩行時に発せされる微振動を腕から検知して歩数をカウントする。
【００１１】
図５乃至図８において、人間の歩行時に腕時計型歩度計１に内蔵された圧電素子１４に振動が検知され、その振動は圧電素子１４によって高インピーダンスの電気信号に変換され、インピーダンス変換器１５により低インピーダンスに変換された後、フィルター１６で４．０Ｈｚ〜８．０Ｈｚ以外の雑音成分が取り除かれ、増幅器１７で増幅される。この増幅器１７から出力される信号を図５に示す。本発明において、人間が一歩歩行すると図５に示す４．０Ｈｚ〜８．０Ｈｚの、最初波高値が小さく、次いで波高値が最大となり、順次減衰して行く繰り返しの振動波形が出力される。
【００１２】
図５において、人間は歩き始める時、まず片方の足を上げる。この振動は振動波形の初期の小さな振幅に現れる。その後、足を地面に着地させると、振動波形の振幅は最大になり、その後、振動波形の振幅は減少するという３パターンの傾向がある。本発明では、上述の歩行３パターンを１ヶの歩行グループとし、この歩行グループを歩行時の１歩とする。
【００１３】
振動波形の振幅の大きさは、個人の歩き方、または歩行時と走行時では異なってくる。これを調整するのが増幅器１７であり、増幅器１７を調整することにより、これらすべての歩行、走行をまかなうことができる。
【００１４】
波形解析をする歩数判別器１８は、増幅器１７から振動波形が入力されると、振動波形の振幅のセンター値（ＤＣ値）を算出し、一山のピーク値の絶対値を求めて、図６に示すように１ヶの歩行グループが１ヶの三角波に変換される。つまり、人間が１歩歩行すると１ヶの三角波が形成される。
【００１５】
しかし、三角波は歩行以外の動作でも形成されることがある。そこで、数ある三角波の中でも歩行時の三角波には、他の三角波に比べて特徴があるため、この特徴を規定し、歩行時の三角波のみを取り除く。
【００１６】
図７は、三角波の規定を示す。図７には振動波形のピークの絶対値Ｐ１〜Ｐ９が存在し、Ｐ２〜Ｐ７で一つの三角波１を形成する。三角波にはそれぞれ三角波の始まりのボトム１と終わりのボトム２とピークがあり、ここではＰ２がボトム１、Ｐ５がピーク、Ｐ７がボトム２に該当する。
【００１７】
ボトム１はＰ２が認識された後、上昇する振動波形の絶対値が２ヶ以上続いた（ここではＰ３とＰ４に該当する）ことが確認された時のみ、Ｐ２を三角波１のボトム１と認識する。またＰ５が認識された後、下降する振動波形の絶対値が２ヶ以上続いた（ここではＰ６とＰ７）ことが確認されたときのみ、Ｐ５を三角波１のピークと認識する。
【００１８】
ボトム２はボトム１と同様、Ｐ７が認識された後、上昇する振動波形の絶対値が２ヶ以上続いた（ここではＰ８とＰ９に該当する）ことが確認された時のみ、Ｐ７を三角波１のボトム２と認識し、それと同時に三角波１が成立し、Ｐ７は三角波２のボトム１となる。
【００１９】
三角波として成立した三角波１は、次に時間軸と電圧軸で下記条件と比較する。図８は時間軸と電圧軸のボトム１、ピーク、及びボトム２を示す。ボトム１−ピーク間は、歩行時、足を上げてから地面に着地するまでの時間と振動の大きさの差であり、ピーク−ボトム２間は、着地後から次の１歩の足を上げるまでの時間と振動の大きさの差である。下記条件を満たしていることが確認されると歩数値が１ヶカウントされる。しかし、この条件は一例であり、人間の体質等でいかようにも変更できる。

【００２０】
人間が歩行している時、歩行の振動を圧電素子１４が検知し、インピーダンス変換器１５、フィルター１６を介して、増幅器１７から歩行時の振動波形を出力し、歩数判別器１８にて三角波に変換される。しかし歩行時に歩行以外の物理的な要素のノイズが混入することがあり、必ずしも図７に示すような理想的な三角波が成立するとは限らない。
【００２１】
これまでの方式だけでは、歩行動作を確実に行っても、図９に示すＰ４、Ｐ７のように外部からのノイズが混入した場合、三角波が成り立たず、歩数値としてカウントされないことがある。
【００２２】
そこで上記問題を解決するために、図９に示すような波形の場合でも、下記の条件を設け補正を行い、図１０に示すＰ４とＰ７を削除して三角波を成立させ、歩数値としてカウントさせる。
絶対値がＰ３≦Ｐ５＜Ｐ６の場合、Ｐ４を削除する。
絶対値がＰ２＜Ｐ３≦Ｐ５の場合、Ｐ４を削除する。
絶対値がＰ６≧Ｐ８＞Ｐ９の場合、Ｐ７を削除する。
絶対値がＰ５＞Ｐ６≧Ｐ８の場合、Ｐ７を削除する。
【００２３】
以上の微振動−電気信号変換方式により、一般の腕時計のようなケースの中に圧電素子と歩数カウンター８を内蔵するだけで、腕からケースの底蓋に伝わる人間のさまざまな動作の振動の中から、歩行時の特徴ある振動波形のみを取り出して、歩数をカウントすることができる。
【００２４】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、本発明の趣旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するものではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明はその構成要件が示すとおり、圧電素子により人間の微弱な振動を電気信号に変換し、その振動波形を解析して、歩行振動波形のみを取り出し、歩行以外の動作の振動波形は除去されるため、歩行時の歩数はカウントされ、歩行以外の動作はカウントされない。また、従来の歩度計のように人体の振動等で、歩数を誤計数することもなく、さらに、従来の歩度計のように振子に極性がないので、右腕に腕時計を装着して、歩行しても正確に歩数をカウントする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願の歩度計を腕に装着した状態を示す正面図である。
【図２】図２は、本願の歩度計を腕に装着した状態を示す断面図である。
【図３】図３は、液晶表示板１０の正面図である。
【図４】図４は、本発明に係わる歩数カウンター８の回路を示すブロック図である。
【図５】図５は、人体の脈拍波形を示す特性図である。
【図６】図６は、人体の脈拍波形のピーク値をプロットした特性図である。
【図７】図７は、人体の脈拍波形のピーク値のみを示す特性図である。
【図８】図８は、時間軸と電圧軸のボトム１、ピーク、及びボトム２を示す特性図である。
【図９】図９は、人体の別の脈拍波形を示す特性図である。
【図１０】図１０は、人体の更に別の脈拍波形を示す特性図である。
【符号の説明】
１・・・・・腕時計型歩度計
２・・・・・時計バンド
３・・・・・時計バンド
４・・・・・腕
５・・・・・ケース
６・・・・・透明ガラス
７・・・・・裏蓋
８・・・・・歩数カウンター
９・・・・・計時装置
１０・・・・・液晶表示板
１１・・・・・時間表示部
１２・・・・・歩数表示部
１３・・・・・リセットボタン
１４・・・・・圧電素子
１５・・・・・インピーダンス変換器
１６・・・・・フィルタ
１７・・・・・増幅器
１８・・・・・歩数判別器

Claims (5)

1. 人間の歩数をカウントする歩度計において、
   人体を伝播する微振動を検知できる距離内に配置され、人体の微振動を検知する人感センサー手段と、
   人感センサー手段が検知した人体微振動信号をから人体の歩行時に生じる微振動を選択するフィルタと、
   フィルタにより選択された振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段と、前記振動波形の波高値の絶対値を経時的に並べる手段により並べられたパターンから歩行パターンを選択して計数する手段と、
   前記計数する手段により計数された数値を歩行数として表示する表示手段と、
   を具備してなる歩度計。
2. 前記歩行パターンを選択して計数する手段は、波高値の絶対値の内、歩行パターンからはずれた絶対値を無視する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の歩度計。
3. 前記歩行パターンにおいて、時間軸に対する歩行パターンボトムとピークとの関係は、次式により規定されることを特徴とする請求項１に記載の歩度計。
   

   
4. 前記歩行パターンにおいて、電圧軸に対する歩行パターンボトムとピークとの関係は、次式により規定されることを特徴とする請求項１に記載の歩度計。
   

   
5. 前記歩行パターンにおいて、歩行パターンのピーク値をＰ１から順次Ｐ１０とするとき、歩行パターンからはずれた絶対値を無視する手段は、次の条件により無視することを特徴とする請求項２に記載の歩度計。
   絶対値がＰ３≦Ｐ５＜Ｐ６の場合、Ｐ４を削除する。
   絶対値がＰ２＜Ｐ３≦Ｐ５の場合、Ｐ４を削除する。
   絶対値がＰ６≧Ｐ８＞Ｐ９の場合、Ｐ７を削除する。
   絶対値がＰ５＞Ｐ６≧Ｐ８の場合、Ｐ７を削除する。

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