JP3543778B2

JP3543778B2 - 歩数計

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Publication number: JP3543778B2
Application number: JP2001102035A
Authority: JP
Inventors: 誠雄久保; 喜一郎宮田; 弘美木下
Original assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Current assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002191580A; DE60119058T2; EP1199544A1; EP1199544B1; DE60119058D1; US6700499B2; US20020089425A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体動に応じた信号を出力するセンサを複数設けた場合に、複数のセンサの中から測定に適したセンサを選択して測定を行う体動検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のセンサから本測定の対象とする出力信号（又はセンサ）を選択する体動検出装置としては、例えば、特開平９−２２３２１４号に記載された歩数計のように、複数センサの出力信号を、例えば光学センサのようなメカ式の角度検出センサの出力信号に基づいて、複数センサの出力信号のうちの一つを選択するものがある。
【０００３】
また、予め装置の装着方向が既知である場合に複数のセンサから本測定の対象とするセンサを選択する体動検出装置が、特開平１１−４２２２０号に記載されている。
【０００４】
また、予め定められた方向及び位置に固定して使用する体動検出装置として、２軸又は３軸の加速度センサを用いて体動を計測し、平地歩行，階段上り，階段下り等の歩行形態を識別する加速度計が第１１回生体・生理工学シンポジウム論文集ＢＰＥＳ´９６ｐ．ｐ４９３〜４９６に開示されている。この報告には、３軸の加速度センサを対象者の腰部に固定装着して歩いたときに得られる加速度波形を解析し、歩行形態を識別しており、加速度計は腰部に傾かないように固定装着しておく必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、角度検出センサ等のメカ式の検出部を設けて出力信号を選択する場合には、別途、角度検出センサを設ける必要があり、コストが高くなるとともに、角度検出センサの設置スペース分だけ装置が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、装置の装着方向が決められている場合には、装置の方向を固定して使用しなければならず、装着できる場合が限られてしまう。さらに、装置の装着位置も制限され、装着方向を誤ると正しい測定結果が得られない等の問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するために、使用者が自由に装着又は携帯し得る体動検出装置において、装置の姿勢にかかわらず高い精度で体動を検出でき、低コストかつコンパクトに構成し得る体動検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、使用者が自由に携帯又は装着して体動を検出する装置であって、それぞれ検出する体動方向が異なるように配置され、体動に応じた信号を出力する複数の体動センサと、前記複数の体動センサのうち、いずれの体動センサからの出力信号を体動検出の対象とするかを、前記複数の体動センサからの出力信号に対する演算処理により選択するセンサ選択手段と、を備えたことを特徴とする体動検出装置である。
【０００９】
このようにすれば、使用者が自由に携帯又は装着し得る体動検出装置において、装置の姿勢にかかわらず、常に体動検出に適した体動センサを選択して、そのセンサの出力信号に基づいて体動を検出することができるので、高い精度で体動を検出できる。また、複数の体動センサの出力信号に対する演算処理により、体動検出に適した体動センサを選択するので、角度センサ等のような手段を別途設ける必要がなく、低コストかつコンパクトに構成し得る体動検出装置を提供することができる。
【００１０】
また、前記センサ選択手段は、前記体動センサからの出力信号波形を解析する信号波形解析手段を含むことが好適である。
【００１１】
また、前記信号波形解析手段は、一定時間内に得られた所定条件を満たす信号波形の数の計数，信号波形の大きさの算出，信号波形の周波数解析及び信号波形のパターン解析の少なくともいずれかを行うようにしてもよい。
【００１２】
また、前記体動センサは、体動によって生じる加速度に応じて変化する信号を出力することが好適である。
【００１３】
また、前記体動センサによって検出される体動は、歩行及び走行の少なくともいずれかを含むことが好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明の実施形態に係る体動検出装置としての歩数計を示す外観斜視図であり、図２は同平面図である。
【００１８】
歩数計１０は、扁平な立体形状であり、側面が楕円形の長辺の一端部を取り除いた形状をなしている。また、楕円形の長辺の他端部には、紐等を挿通する孔を有する紐支持部１０ａが突出形成されている。ケース１の表面には、ＬＣＤ等からなる表示画面２，設定スイッチ３，メモリ／△スイッチ４，表示切換スイッチ５及びリセットスイッチ６が設けられている。ケース１の裏面には、電池カバー７及びシステムリセットスイッチ８が設けられている。
【００１９】
歩数計には、一般的に推奨される姿勢があり、例えば、ベルトやスラックス，スカート，パンツ等の腰部にクリップで確実に装着するというように取扱説明書等によって装着位置の指定がなされる。一方、ポケットの中に入れたり、首からぶらさげたり、あるいは、かばんの中に入れている場合などのように常に推奨される姿勢で歩数計を保持されるとは限らない場合でも、本歩数計１０では高精度の計数が可能である。
【００２０】
図３は歩数計のケース１内部の体動センサの配置を模式的に示したものである（但し、回路基板等のケース内の他の構成は省略している。）。
【００２１】
本実施形態で用いる体動センサは、体動によって生じる加速度に応じて変化する信号を出力する加速度センサである。体動センサ１１（他の体動センサ１２等も同様である）は、板状の支持体１１ａと、支持体端部に設けられた重り１１ｂと、支持体面上に形成された圧電素子からなる検知部１１ｃとを含み、体動に起因して重りに作用する加速度によって生じる支持体１１ａの変形（歪み）を圧電素子１１ｃの電圧信号に変換して取り出す。
【００２２】
図３（ａ）では、体動センサ１１，１２は、互いに直交するＸＹ方向に配置されている。図３（ｂ）のように３個以上の体動センサを配置してもよい。図３（ｂ）では、互いに直交するＸＹ方向の体動センサ１１１，１１２に加えて、ＸＹ方向に挟まれる約４５°の方向に一つの体動センサ１１３，さらに、３つの体動センサ１１１，１１２，１１３が配置された平面に直交するＺ方向の体動を検出する体動センサ１１４が配置されている。ＸＹ方向に挟まれた約４５°の角度の体動については、体動センサ１１１，１１２のいずれの出力も小さくなるので、このような場合には体動センサ１１３が有効である。
【００２３】
図４は歩数計１０の内部構成を示すブロック図である。
【００２４】
歩数計１０は、主として、互いに直交するＸＹ方向に配置された体動検出用の体動センサ１１，１２と、体動センサ１１，１２の出力電圧を増幅する増幅回路１３，１４と、電池１９と、時刻・歩数・連続歩数・連続歩行時間・消費カロリーを表示するＬＣＤ２と、設定スイッチ３等の操作スイッチ１７と、システムリセットスイッチ８と、ＬＣＤ表示制御，操作スイッチ入力検知，シーケンス制御及び電源供給等を制御する演算回路１５からなる。
【００２５】
体動センサ１１，１２から得られた信号は、作用軸判定部２１に入力される。作用軸判定部２１において作用軸が選択され、選択された作用軸の信号を用いて歩数カウンタ２３で歩数をカウントする。
【００２６】
図５は、図３（ｂ）に示したように４つの体動センサを有する歩数計のブロック図である。増幅回路が各体動センサごとに計４つ設けられている点を除いて図４に示す歩数計と同様の構成を有するので詳細な説明は省略する。本発明に係る体動検出装置では、体動センサの個数は上述のものに限られるものではない。
【００２７】
（歩数計数処理）
つぎに、歩数計を用いた歩数計数処理について説明する。
【００２８】
図６は歩数計における歩数計数処理のメインルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、体動センサからの出力信号の入力によって処理が開始される。
【００３０】
作用軸判定部に入力された複数の体動センサに接続された増幅回路からの出力に基づいて作用軸判定処理が行われる（ステップ１）。作用軸の判定処理によって特定の作用軸に固定される（ステップ２）。次に、固定された作用軸に対応する体動センサからの出力データをバッファから歩数カウンタに送り、歩数を計数する（ステップ３）。これに伴ってバッファのデータを消去する（ステップ４）。次に、歩数カウンタによって計数された歩数をＬＣＤに表示する（ステップ５）。このとき、ＬＣＤに表示されるのは、上述の作用軸に対応する体動センサによって検出された歩行の歩数である。次に、一歩の波形が入力されたか否かを判定する（ステップ６）。一歩の波形が入力されるまでステップ６を繰り返し、一歩の波形が入力されると、２秒以内に入力されたか否かを判定する（ステップ７）。２秒以内であれば、歩数カウンタのカウントを＋１して（ステップ８）、ステップ５に戻る。２秒以内でなければ、ステップ１に戻る。
【００３１】
（作用軸判定処理）
まず、体動センサを加速度センサによって構成し、歩行時に得られた加速度波形の解析として一定時間内に得られた加速度波形の数を用いて作用軸判定処理を行う場合について説明する。
【００３２】
図７は作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、作用軸判定タイマをスタートする（ステップ１１）。
【００３４】
次に、体動センサ１の波形処理を行い（ステップ１２）、体動センサ２の波形処理を行う（ステップ１３）。
【００３５】
ここで、体動センサ１及び体動センサ２によって得られる加速度波形の例を図８に示す。図８では横軸が時間（右方が時間の進む向き）であり、縦軸が加速度である（例えば電圧によって表されされていてもよい。）。
【００３６】
次に、作用軸判定タイマの計時が４秒を経過しているか否かを判定する（ステップ１４）。４秒を経過していなければステップ１２に戻る。４秒経過していれば、バッファ１に格納されている体動センサ１の出力信号から得られた加速度波形の数、例えば、歩行時に得られた加速度波形の数（フローチャートではこれを「バッファ１」と略記している。）が、バッファ２に格納されている体動センサ２の出力信号から得られた加速度波形の数（フローチャートではこれを「バッファ２」と略記している。）より大きい又は等しいという関係にあるか否かを判定する（ステップ１５）。バッファ１に格納されている体動センサ１の出力信号から得られた加速度波形の数がバッファ２に格納されている体動センサ２の出力信号から得られた加速度波形の数より大きい又は等しいという関係が成り立つ場合には、体動センサ１を作用軸として選択し（ステップ１６）、作用軸判定処理を終了する。バッファ１に格納されている体動センサ１の出力信号から得られた加速度波形の数がバッファ２に格納されている体動センサ２の出力信号から得られた加速度波形の数より大きい又は等しいという関係が成り立たない場合には、体動センサ２を作用軸として選択し（ステップ１７）、作用軸判定処理を終了する。すなわち、加速度波形の数の多い方が作用軸として選択される。
【００３７】
（波形処理）
図９（ａ）は体動センサ１の波形処理の手順を示すフローチャートである。
【００３８】
体動センサ１の出力信号から得られた加速度波形が、上閾値を既に超えているか否かをフラグ（Thu1）によって判定する（ステップ２１）。Thu1＝０であれば、上閾値を超えるまで判定が繰り返され（ステップ２２）、上閾値を超えたらフラグ（Thu1）を１とし（ステップ２３）、下閾値の判定に進む。一方、Thu1＝１であれば、下閾値の判定に進む。ここで、体動センサ１の出力信号から得られた加速度波形が下閾値を超えたか否かの判定は、加速度波形が下閾値を超えるまで繰り返され（ステップ２４）、下閾値を超えたら加速度波形が１波形目か否かを判定する（ステップ２５）。例えば、歩行時に得られた加速度波形であれば、１波形目は無条件にバッファに格納された値に１が加算され（ステップ２７）、２波形目以降であれば、１波形前との間隔が規定間隔内（Ts規定値min≦ TsかつTs≦ Ts規定値max）であるか否かを判定し（ステップ２６）、規定間隔内であれば、バッファに格納された値に１が加算される（ステップ２７）。その後、フラグを（Thu1）０とし（ステップ２８）、軸判定タイマが４秒経過するまで繰り返される。図９（ｂ）は体動センサ２の波形処理の手順を示すフローチャートであるが、処理の詳細は図９（ａ）と同様であるので説明は省略する。ステップ２６で行う判定は、体動センサの出力信号から歩行による信号以外の信号を排除する趣旨である。
【００３９】
このようにメカ式の角度センサ等の装置の姿勢検出手段を別途設けることなく、ソフト的に適切な体動センサの出力を取り出して、歩数等の計数を行うので、姿勢検出手段のためのスペースやコストが不要となる。従って、低コストかつコンパクトな歩数計を構成することができる。
【００４０】
尚、本実施形態では、体動検出装置として、歩数計についてのみ説明しているが、体動を検出し利用する装置であればよく、歩数以外の指標に変換するものも当然に含まれる。
【００４１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。歩数計の内部構成及び歩数計数処理については、第１の実施形態と同様であるので、異なる部分についてのみ説明する。
【００４２】
本実施形態では、歩行時に得られた加速度波形の解析として加速度波形のパワー値を用いて作用軸判定処理を行う。
【００４３】
（作用軸判定）
図１０は作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップ４１〜ステップ４４までの処理は、図７に示す加速度波形の数を用いる場合と同様であるので、説明を省略する。
【００４５】
作用軸判定タイマが４秒経過した時点で、体動センサ１と体動センサ２から得られた加速度波形のパワー値（ｐ−ｐ値（所定区間内の加速度波形の極値間の代数差のうち最大値）の２乗によって定義される。）、例えば、４秒間に得られた波形のうちの最初の３波形のパワー値（（Ｐｐ）²）の加算値（Ｐｐ（１）²＋Ｐｐ（２）²＋Ｐｐ（３）²）（図１０では、Ｐｐ１，Ｐｐ２と表記）を比較する（ステップ４５）。比較の結果、パワー値の加算値の大きい方を作用軸として選択する（ステップ４６，４７）。また、ｐ−ｐの絶対値の大きさで比較しても良い。
【００４６】
（波形処理）
図１１（ａ）は、体動センサ１の波形処理の手順を示すフローチャートである。
【００４７】
まず、体動センサ１の波形処理の手順について説明する。
【００４８】
体動センサ１の出力信号から得られた加速度波形が、上閾値を既に超えているか否かをフラグ（Thu1）によって判定する（ステップ５１）。Thu1＝０であれば、上閾値を超えるまで判定が繰り返され（ステップ５２）、上閾値を超えたらフラグ（Thu1）を１とし（ステップ５３）、１波形目か否かを判定する（ステップ５４）。ここで、１波形目であればステップ５９の下閾値の判定に進み、２波形目以降であれば、１波形前との間隔（Ts）が規定間隔内（Ts規定値min≦ TsかつTs≦ Ts規定値max）であるか否かを判定する（ステップ５５）。Tsが規定範囲内であれば、バッファに格納された値に１を加算し（ステップ５６）、加速度波形のパワー値（（Ｐｐ）²）を算出し、前波形のパワー値に加算する（ステップ５７）。例えば、Ｐｐ１には４秒間に得られた最初の３波形のみ加算する（ステップ５７）。一方、ステップ５３においてThu1＝１である場合、あるいはステップ５４において１波形目である場合にも、パワー値を加算した場合と同様に下閾値の判定に進む。ここで、体動センサ１の出力信号から得られた加速度波形が下閾値を超えたか否かの判定は、加速度波形が下閾値を超えるまで繰り返され（ステップ５９）、下閾値を超えたらフラグを（Thu1）０とし（ステップ６０）、軸判定タイマが４秒経過するまで繰り返される。図１１（ｂ）は体動センサ２の波形処理の手順を示すフローチャートであるが、処理の詳細は図１１（ａ）と同様であるので説明は省略する。
【００４９】
上述の処理では、パワー値の加算を４秒間に得られた最初の３波形の加算値としたが、２波形でも、３波形以上でもよい。また、１波形目から使用しなくてもよい。
【００５０】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。歩数計の内部構成及び歩数計数処理については、第１の実施形態と同様であるので、異なる部分についてのみ説明する。
【００５１】
本実施形態では、歩行時に得られた加速度波形の解析として加速度波形の周波数解析を用いて作用軸判定処理を行う。
【００５２】
（作用軸判定処理）
図１２は、作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【００５３】
まず、作用軸判定タイマをスタートする（ステップ７１）。
【００５４】
次に、体動センサ１によって得られる加速度波形をフーリエ変換し（ステップ７２）、体動センサ２によって得られる加速度波形をフーリエ変換する（ステップ７３）。
【００５５】
図１３（ａ），（ｂ）にそれぞれ体動センサ１，体動センサ２によって得られる加速度波形をフーリエ変換して得られる周波数分布の例を示す。図１３（ａ）に示すように体動センサ１の加速度波形の周波数分布はきわめてばらつきがすくなく、例えば２Ｈｚの位置（Ｆ１）に高いピーク（高さＦ１max）が見られる。図１３（ｂ）に示すように体動センサ２の加速度波形の周波数分布はばらついており２．１Ｈｚの位置（Ｆ２）に低いピーク（高さＦ２max）があり、他の周波数にもより低いピークが存在する。この例は、体動センサ１方向では検出すべき体動による加速度変化が検出されており、体動センサ２方向では検出すべき体動とは異なる不要な振動を含む信号が検出されている状態を示す。
【００５６】
次に、作用軸判定タイマが、例えば、４秒経過したか否かを判定し（ステップ７４）、４秒を経過するまでステップ７２，７３を繰り返す。
【００５７】
作用軸判定タイマの計時が４秒を経過した時点で、体動センサ１から得られた加速度波形の解析結果、最大ピークをもつ周波数（Ｆ１）及び最大ピークの値（Ｆ１max＝パワー値の最大ピーク値）を検出する（ステップ７５，７６）。次に、Ｆ１が規定周波数範囲内か否かを判定し（ステップ７７）、規定周波数範囲外であればＦ１maxをゼロクリアさせる（ステップ７８）。ここでは、例えば規定周波数を１Ｈｚ〜３Ｈｚとしている。同様に体動センサ２から得られた加速度波形の解析結果、最大ピークをもつ周波数（Ｆ２）及び最大ピークの値（Ｆ２max＝パワー値の最大ピーク値）を検出し（ステップ７９，８０）、Ｆ２が規定周波数範囲内か否かを判定する（ステップ８１）。Ｆ２が規定周波数範囲内であれば、Ｆ１maxが０か否かを判定する（ステップ８２）。このとき、Ｆ１maxが０ならば作用軸として体動センサ２を選択する（ステップ８５）。一方、Ｆ１maxが０でなければ、Ｆ１max≧Ｆ２maxか否かを判定する（ステップ８３）。ここで、Ｆ１max≧Ｆ２maxならば、作用軸として体動センサ１を選択する（ステップ８４）。また、ステップ８１でＦ２が規定周波数範囲外であればＦ１maxが０か否かを判定する（ステップ８６）。ここで、Ｆ１max＝０でなければ作用軸として体動センサ１を選択する（ステップ８４）。Ｆ１max＝０であれば軸判定タイマをゼロクリアし（ステップ８７）、ステップ７１に戻って再度作用軸判定を行う。
【００５８】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について説明する。歩数計の内部構成及び歩数計数処理については、第１の実施形態と同様であるので、異なる部分についてのみ説明する。
【００５９】
本実施形態では、歩行時に得られた加速度波形の解析として加速度波形のパターン解析を用いて作用軸判定処理を行う。
【００６０】
（作用軸判定処理）
図１４は作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【００６１】
まず、作用軸判定タイマをスタートする（ステップ９１）。次に、体動センサ１及び体動センサ２から得られた加速度波形を基準波形と比較する（ステップ９２，９３）。例えば、基準波形は予め収集したデータから求めておき、測定時に検出された波形と比較する。作用軸判定タイマが、例えば、５秒経過するまでステップ９２，９３を繰り返す（ステップ９４）。作用軸判定タイマの計時が５秒経過したら、５秒間に得られた加速度波形のパターン解析結果によって作用軸を選択する。ここでは、基準波形との誤差が体動センサ１からの加速度波形の方が大きいか否かを判定する（ステップ９５）。基準波形との誤差が体動センサ１からの加速度波形の方が大きければ、作用軸として体動センサ２を選択し（ステップ９７）、基準波形との誤差が体動センサ１からの加速度波形の方が小さい又は等しければ、作用軸として体動センサ１を選択する（ステップ９６）。
【００６２】
上述の加速度波形のパターン解析としては、例えば、加速度波形の波高値，波形の幅，ピーク間隔（周期），１波形における山や谷の数などを用いて予め求められた基準波形と比較してもいいし、前記パラメータを用いた検出波形の出現の安定性を用いてもよいし、クラスタ分析法等を用いた波形のパターン解析を用いてもよい。
【００６３】
（第５の実施形態）
第５の実施形態として、上記実施形態とは、異なる体動センサを有する体動検出装置としての歩数計について説明する。体動センサ以外の構成は第１乃至第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
図１５（ａ）は本実施形態に係る体動検出装置に用いる体動センサ１２０を示す。
【００６５】
体動センサ１２０も、体動によって生じる加速度に応じて変化する信号を出力する加速度センサである。体動センサ１２０は、支点を中心として揺動し、先端に磁石１２０ｂが装着された振り子１２０ａと、振り子１２０ａの揺動範囲近傍の所定位置に設けられ、磁石１２０ｂの近接によりオンとなり、離間によってオフとなるリードスイッチ１２０ｃを含む。振り子の揺動範囲は不図示のストッパによって規制されている。また、振り子１２０ａはつるまきバネ等の付勢手段により揺動する振り子が所定位置に復帰するように構成されている。体動に起因して振り子に作用する加速度によって振り子１２０ａが揺動し、この振り子１２０ａの揺動を磁石１２０ｂの近接によるリードスイッチの１２０ｃ開閉によって生じる電圧又は電流の変化に変換して取り出している。
【００６６】
体動センサ１２０の出力信号は図１５（ｂ）に示すようにパルス波形となる。パルス間間隔Ｔｓ（１）は図８に示す加速度波形と同様に定義されているが、ここではパルス幅がＰｐ（１）として定義されている。体動センサ１２０では、体動による加速度の大きさは振り子１２０ａの揺動角度が大きくなり、磁石１２０ｂがリードスイッチ１２０ｃに近接している時間が長くなるので、パルス幅が広くなる。このため、パルス幅をＰｐと定義している。
【００６７】
第１の実施形態における作用軸判定処理は、加速度波形の数をパルス波形の数とすることにより本実施形態に係る体動センサにも適用することができる。
【００６８】
また、第２の実施形態における作用軸判定は、上述のようにＰｐを定義することにより本実施形態に係る体動センサにも適用することができる。
【００６９】
また、第３及び第４の実施形態における作用軸判定処理は、パルス波形でも同様の解析処理を行うことができるので、本実施形態に係る体動センサにも適用することができる。
【００７０】
上述の体動センサ１２０は、磁石とリードセンサの組み合わせによって振り子の揺動を検出しているが、振り子の先端がフォトインタラプタを形成し、振り子の揺動により光路を断続するものでもよく、これらの構成に限られるものではない。
【００７１】
（参考例）以下、本発明の参考例に係る体動検出装置について説明する。本参考例に係る体動検出装置は、体動センサの出力によって、使用者によって自由に携帯又は装着された体動検出装置の姿勢を判断し、その姿勢に基づいて歩数の計数あるいは、これに加えて平地歩行，階段上り，階段下り等の歩行形態の識別を行う。
【００７２】
まず、体動検出装置の姿勢を判断する原理について説明する。
【００７３】
図１６において、第１の実施形態に係る歩数計に係る体動センサ１１と同様の構成を有する体動センサを用いて説明する。符号については体動センサ１１と同様の符号を用いる。体動センサ１１は、板状の支持体１１ａの一方の面上に形成された圧電素子からなる検知部１１ｃと端部に形成された重り１１ｂとを備え、体動によって生じる加速度に応じて変化する信号を出力する加速度センサである。
【００７４】
体動センサ１１の向きについて、図１６（ａ）に示すように検知部１１ｃが支持体１１ａの下面に位置する状態を第１の向き、図１６（ｂ）に示すように検知部１１ｃが支持体１１ａの上面に位置する状態を第２の向きと定義する。ここで、図１６（ａ），（ｂ）の体動センサ１１の右側に表示された波形は、矢印方向の運動が生じた場合に（体動センサの向きに拘わらず運動の向きは同じである。）、体動センサ１１からそれぞれ出力される加速度波形を示す。同じ運動が生じた場合でも、検知部１１ｃが支持体１１ａのいずれの面上に形成されているかに応じて、圧電素子に生じる変形の仕方が異なるので、出力される波形も異なる。従って、図１６（ａ）に示す第１の向きに配置された体動センサ１１から出力される加速度波形を正波形とすると、図１６（ｂ）に示す第２の向きに配置された体動センサ１１からは反転した加速度波形（逆波形）が出力される。
【００７５】
従って、使用者又は空間に対して体動検出装置（又は体動センサ）が基準となる姿勢をとる場合の種々の運動による加速度波形のパターンを予め記憶しておけば、体動センサから出力される加速度波形のパターンと、基準姿勢時の加速度波形のパターンとを比較することにより、体動検出装置の姿勢を判断することが可能となる。すなわち、特別な姿勢判定のためのメカ的な装置を備えることなく、体動センサからの出力信号に対する演算処理によってソフト的に体動検出装置の姿勢を判断することができる。
【００７６】
図１７に本参考例に係る体動検出装置１００のブロック図を示す。第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を用いて説明を省略する。
【００７７】
本実施形態では、体動センサ１１１〜１１４から得られた信号は姿勢判定部（姿勢判定手段）１２１に入力される。姿勢判定部１２１において体動検出装置１００の姿勢が判定され、判定された姿勢に基づいて歩行形態の識別等の演算処理が演算回路（体動検出手段）１５において行われる。本実施形態では、第１の実施形態と同様に作用軸判定部２１及び歩数カウンタ２３を備えているが、これらの構成を省略することもできる。
【００７８】
（体動検出処理）
図１８は体動検出装置１００における体動検出処理のメインルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【００７９】
まず、体動センサ１１１〜１１４からの出力信号の入力によって処理が開始される。
【００８０】
姿勢判定部１２１に入力された複数の体動センサ１１１〜１１４に接続された増幅回路からの出力に基づいて後述する姿勢判定処理が行われる（ステップ１０１）。
【００８１】
次に、姿勢判定処理によって判定された体動検出装置１００の姿勢に基づいて体動検出処理が行われる（ステップ１０２）。ここで、体動検出処理としては、例えば、第１１回生体・生理工学シンポジウム論文集ＢＰＥＳ´９６ｐ．ｐ４９３〜４９６第１の実施形態における歩行形態の識別処理を行うことができる。使用者が自由に携帯又は装着していても、姿勢判定処理によって使用者に対する体動検出装置１００の姿勢を特定することができるので、使用者又は空間に対して固定された３軸方向等のような所定方向の体動を検出し、歩行形態の識別を行うことができる。これに第１〜第５の実施形態において説明した歩数の計数処理を組み合わせて各歩行形態での歩数を計数するようにすることもできる。
【００８２】
（姿勢判定処理）
次に、上述の姿勢判定処理のサブルーチンについて図１９に示すフローチャートに従って説明する。
【００８３】
まず、各体動センサによって加速度を検出する（ステップ１１１）。
【００８４】
次に、検出された加速度波形に対する加速度波形処理を行う（ステップ１１２）。
【００８５】
次に、得られた加速度波形の向きが正波形か否かを判断する（ステップ１１３）。ここでは、体動センサが一つの場合について説明するが、複数の体動センサを備える場合も同様である。また、正波形とは、図１６（ａ）に示すように正方向に立ち上がる波形を指す。
【００８６】
加速度波形の向きが正波形であれば、体動センサの向きは図１６（ａ）に示すような第１の向きであり（ステップ１１４）、一方、加速度波形の向きが正波形とは逆である場合には、体動センサの向きは図１６（ｂ）に示すような第２の向きであると判断する（ステップ１１５）。
【００８７】
（３次元空間における体動検出装置の姿勢判定処理）本参考例における体動検出装置１００の姿勢判定処理は上述した通りであるが、３次元空間における姿勢判定について、以下により詳細に説明する。
【００８８】
体動検出装置には、互いに直交する方向の加速度を検出するために、３つの体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）が設けられている。体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）はいずれも第１の実施形態において説明した体動センサ１１と同様の構成を有する。図２０（ａ）に示すように体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）が配置された状態を基準姿勢とする。このとき、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸は、紙面（鉛直面）右方に延びるＸ軸，紙面上方に延びるＹ軸，紙面に直交方向の奥側から手前側に伸びるＺ軸として定義される。基準姿勢においては、センサａ（１２２）は重りが＋Ｘ方向となるようにＸ軸に沿って配置され、センサｂ（１２３）は重りが＋Ｙ方向となるようにＹ軸に沿って配置され、センサｃ（１２４）は重りが＋Ｘ方向と＋Ｙ方向と４５度の角度をなす方向に向けて配置されている。この基準姿勢では、センサａ（１２２）はＹ軸方向、センサｂ（１２３）はＸ軸方向、センサｃ（１２４）はＺ軸方向の加速度をそれぞれ検出する。また、このときセンサａ（１２２）の検知部は＋Ｙ方向側に、センサｂ（１２３）の検知部は＋Ｘ方向側に、センサｃ（１２４）の検知部は＋Ｚ方向側にそれぞれ配置されている。図３（ａ）又は（ｂ）に示すような構成の体動検出装置であれば、直立した扁平な面がＸＹ平面に平行となるように配置された状態を基準姿勢とすることができる。体動検出装置が基準姿勢である場合の体動センサの配置は、図２０（ａ）の場合に限られない。例えば、図２０（ｂ）に示すように、センサａ（１２２）を重りが＋Ｘ方向となるようにＸ軸に沿うとともに検知部が−Ｙ方向側に位置するように配置し、センサｂ（１２３）を重りが−Ｙ方向となるようにＹ軸に沿うとともに検知部が＋Ｘ方向側に位置するように配置し、センサｃ（１２４）を重りが−Ｘ方向と−Ｙ方向と４５度の角度をなす方向であり、かつ検知部が−Ｚ方向側に位置するように配置することもできる。また、図２０（ｃ）に示すように、センサａ（１２２）を重りが−Ｙ方向となるようにＹ軸に沿うとともに検知部が＋Ｘ方向側に位置するように配置し、センサｂ（１２３）を重りが＋Ｘ方向となるようにＸ軸に沿うとともに検知部が−Ｙ方向側に位置するように配置し、センサｃ（１２４）を重りが−Ｘ方向と−Ｙ方向と４５度の角度をなす方向であり、かつ検知部が−Ｙ方向に位置するように配置することもできる。
【００８９】
図２１（ａ）は体動検出装置が基準姿勢にある状態を示す。直方体は体動検出装置の姿勢を模式的に示す。このとき、体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）はそれぞれ図２０（ａ）に示すように配置されている。図２１（ａ）に示す基準姿勢となるように使用者に保持された状態で、使用者が所定の運動を行った場合の体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）から出力される加速度波形を図２１（ｂ）に示す。
【００９０】
使用者が体動検出装置を自由に装着又は携帯している状態で、体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）によって図２２（ａ）に示されるような加速度波形が出力された場合の姿勢判定処理について説明する。
【００９１】
まず、体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）の出力に対するパターン解析として、図２２（ａ）の波形と図２１（ｂ）の波形とのパターンマッチングを行う。図２２（ａ）に示されるセンサａ（１２２）の加速度波形は図２１（ｂ）に示されるセンサａ（１２２）の加速度波形の逆パターンである。また、図２２（ａ）に示されるセンサｂ（１２３）の加速度波形は図２１（ｂ）に示されるセンサｂ（１２３）の加速度波形と同様のパターンである。そして、図２２（ａ）に示されるセンサｃ（１２４）の加速度波形は図２１（ｂ）に示されるセンサｃ（１２４）の加速度波形の逆パターンである。従って、体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）から出力される加速度波形に対するパターン解析から、図２２（ａ）に示す加速度波形が出力される場合の体動検出装置の姿勢は、図２１（ａ）に示す状態から、図２２（ｂ）に示すようにＸ軸の回りに１８０度回転させた状態、すなわち、左右を保ったまま上下を裏返した状態となっていることが分かる。
【００９２】
同様に、使用者が体動検出装置を自由に装着又は携帯している状態で、体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）によって図２３（ａ）に示されるような加速度波形が出力された場合の姿勢判定処理について説明する。
【００９３】
体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）の出力に対するパターン解析として、図２３（ａ）の波形と図２１（ｂ）の波形とのパターンマッチングを行う。図２３（ａ）に示されるセンサａ（１２２）の加速度波形は図２１（ｂ）に示されるセンサｂ（１２３）の加速度波形と同様パターンである。また、図２３（ａ）に示されるセンサｂ（１２３）の加速度波形は図２１（ｂ）に示されるセンサａ（１２２）の加速度波形と逆パターンである。そして、図２３（ａ）に示されるセンサｃ（１２４）の加速度波形は図２１（ｂ）に示されるセンサｃ（１２４）の加速度波形と同様のパターンである。従って、体動センサａ（１２２），体動センサｂ（１２３），体動センサｃ（１２４）から出力される加速度波形に対するパターン解析から、図２３（ａ）に示す加速度波形が出力される場合の体動検出装置の姿勢は、図２２（ｂ）に示す状態から、図２３（ｂ）に示すようにＺ軸の回りに−９０度回転させた状態、すなわち、右方向に９０度回転させて縦横を入れ替えた状態となっていることが分かる。
【００９４】
このように、複数の体動センサの出力波形に対する演算処理によって体動検出装置の姿勢を判定することができ、特定された姿勢に応じて歩行態様等の体動検出処理を行うことができる。従って、使用者は所定の姿勢で装置を固定する必要がなく、自由に携帯又は装着した状態で体動検出を行うことができるので、使用者の自由度が広がる。
【００９５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、使用者が自由に装着又は携帯し得る体動検出装置において、装置の姿勢にかかわらず、常に体動検出に適した体動センサを選択して、そのセンサの出力信号に基づいて体動を検出することができるので、高い精度で体動を検出できる。また、複数の体動センサの出力信号に対する演算処理により、体動検出に適した体動センサを選択するので、角度センサ等のような手段を別途設ける必要がなく、低コストかつコンパクトに構成し得る体動検出装置を提供することができる。また、体動検出のために、装置を所定の姿勢に固定して装着する必要がないので、使用者の自由度が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る歩数計の外観斜視図である。
【図２】図２は本発明の実施形態に係る歩数計の平面図である。
【図３】図３は歩数計内の体動センサの配置を示す図である。
【図４】図４は歩数計の内部構成を示すブロック図である。
【図５】図５は他の歩数計のブロック図である。
【図６】図６は歩数計における歩数計数処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は体動センサによって得られる加速度波形の例を示す図である。
【図９】図９は体動センサの波形処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は体動センサの他の波形処理を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は他の作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は体動センサの加速度波形をフーリエ変換した結果を示す図である。
【図１４】図１４は他の作用軸判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１５（ａ）体動センサの構成を模式的に示したものである。図１５（ｂ）は体動センサの出力信号を示す図である。
【図１６】図１６（ａ），（ｂ）は体動検出装置の姿勢判定原理を説明する図である。
【図１７】図１７は本発明の第６の実施形態に係る体動検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は本発明の参考例に係る体動検出装置における体動検出処理の主たる処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は本発明の参考例に係る体動検出装置における姿勢判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図２０】図２０（ａ），（ｂ），（ｃ）は３つの体動センサの配置例を示す図である。
【図２１】図２１（ａ）は基準姿勢にある体動検出装置を示す図であり、図２１（ｂ）は基準姿勢時の各体動センサからの出力波形を示すグラフである。
【図２２】図２２（ａ）は他の姿勢にある体動検出装置を示す図であり、図２２（ｂ）は他の姿勢時の各体動センサからの出力波形を示すグラフである。
【図２３】図２３（ａ）はさらに他の姿勢にある体動検出装置を示す図であり、図２３（ｂ）はさらに他の姿勢時の各体動センサからの出力波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１ケース
２ＬＣＤ
３設定スイッチ
４メモリ／△スイッチ
５表示切替スイッチ
６リセットボタン
１０歩数計
１１，１２体動センサ
１１１，１１２，１１３，１１４体動センサ
１００体動検出装置
１２１姿勢判定部
１２２体動センサａ
１２３体動センサｂ
１２４体動センサｃ

Claims

使用者が自由に携帯又は装着して歩数を計数する歩数計であって、
それぞれ検出する体動方向が異なるように配置され、体動に応じた信号を出力する複数の体動センサと、
前記複数の体動センサのうち、いずれの体動センサからの出力信号を歩数計数の対象とするかを、前記複数の体動センサからの出力信号に対する演算処理により選択するセンサ選択手段と、
を備えたことを特徴とする歩数計。
前記センサ選択手段は、
前記体動センサからの出力信号波形を解析する信号波形解析手段を含むことを特徴とする請求項１記載の歩数計。
前記信号波形解析手段は、一定時間内に得られた所定条件を満たす信号波形の数の計数，信号波形の大きさの算出，信号波形の周波数解析及び信号波形のパターン解析の少なくともいずれかを行うことを特徴とする請求項２記載の歩数計。
前記体動センサは、体動によって生じる加速度に応じて変化する信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の歩数計。
前記体動センサによって検出される体動は、歩行及び走行の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の歩数計。