WO1997010567A1

WO1997010567A1 - Podometre

Info

Publication number: WO1997010567A1
Application number: PCT/JP1996/002586
Authority: WO
Inventors: Masaaki Takenaka; Tsutomu Yamasawa; Tomoo Watanabe; Shinya Tanaka; Toshio Otani
Original assignee: Omron Corporation
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1997-03-20
Also published as: CN1159569C; EP0797169B1; DE69628407T2; KR100287611B1; CN1165573A; KR970707508A; EP0797169A4; US6254513B1; EP0797169A1; DE69628407D1

Description

明細書

歩数計

技術分野

この発明は歩行や走行時の体動に基づいて歩数を計測する歩数計に関し、特に本体の角度によらず歩数等を正確に検出できる歩数計に関する。

背景技術

歩数計は、一般に、本体と、この本体に設けられ、体動による歩数信号を検出する加速度センサと、この加速度センサの出力に基づいて歩数を計数する歩数計数器とを備え、歩行（または走行）に伴う体動（上下動）から歩数を計測する。

ところで、上下動を検出する場合、歩行場所の状態、着用の靴、歩行の仕方などにより、上向きの移動と下向きの移動はそれぞれ大きく変化する。したがって、上向き移動と下向き移動のいずれか一方に対応する出力のみを検出して歩数を計数する従来の歩数計では、歩数を正確に測定できないという問題点がある。

この問題点を解決するために、たとえば特開平 2 — 1 6 1 9 3 2号（以下第 1 先行技術という）に記載された「歩数計」は、上向きの加速度と下向きの加速度をそれぞれ検出する上検出部および下検出部と、上 · 下検出部のうちのどちらから発生する歩行信号を計数の対象とするのかを選択する選択部とを備え、歩行場所、靴、歩き方などによらず、歩数を正確に则定できるようにしている。

一方、たとえば特開平 1 — 2 8 7 4 1 7号（以下第 2先行技術という）に記載された「歩数計」は、片支持構造を形成した圧電素子をセンサとし、このセンサの自由端には重りがあり、固定端が衝撃緩衝部材を介して支持された加速度センサを使用している。

しかしながら、上記第 1 先行技術に記載された歩数計も含めて、従来の歩数計はいずれも加速度センサを内蔵する歩数計本体をズボンゃスカー卜のベルト等に装着して歩数を計测するものであるため、ベルトの不要な服装では本体を装着することができず、歩数を測定できないという問題点かある。また、本体はベルトに装着しても、歩数計はある S度の大きさや厚みを有するものであるから、歩数計が目立ち、歩数を測定していることが他人にわかりやすいだけでなく、歩数計を服装で覆い隠したとしても、歩数計の部分が膨らんだりして体裁が悪くなり、ファッション性を損なうという問題点がある。

一方、上記第 2先行技術に記載されたような歩数計では、重りと圧電素子を重りケースに接着する必要があるため、組立が困難で、加工費用が高くなるという問題点がある。また、複数の仮想軸方向の検出が必要な場合、同じ加速度センサを各軸方向にそれぞれ個別に配置する必要があるため、コストが高くなるという問題点がある。

この発明はこのような問題点に着目してなされたもので、ベル卜に装着しなくても歩数を計測でき、しかも組立を容易にし、コストを削減できる歩数計を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、本体の角度によらず、歩数等を正確に検出できる歩数計を提供することである。

この発 UJjのさらに他の目的は、広い用途を有する高精度の角度検出センサおよびこの角度検出センサを備えた角度検出装置を提供することである。

発明の開示

この発明に係る歩数計は、互いに取付方向か異なるように本体内に配置され、上下方向の振動成分に応じた出力信号を出す複数のセンサと、本体内に設けられ本体の向きを検出する角度検出器と、角度検出器の検出信号に基づいて複数のセンサが出力信号のうちの 1 つを選択する選択器と、この選択器の選択に基づいて選択されたセンサの出力信号からの歩数を計数する歩数計数器とを含む。

互いに取付方向が異なるように本体に設けられた複数のセンサのうちの 1 つを、本体の向きに応じて選択し、その選択されたセンサの出力を用いて歩数が計数されるため、一定方向の振動成分が確実に検出できる。その結果、ベル卜に装着しなくても歩数を計測でき、容易に組立か可能でコス卜の削減が可能な歩数計が提供できる。

この発明の他の局面によれば、歩数計は本体に設けられ、上下方向の振動成分に応じた電気信号を出すセンサと、センサの出力信号に基づいて歩数を計数する歩数計数器とを備える。センサは本体の方向にかかわらず出力信号を出力す O o

歩数計に設けられたセンサは、本体の方向にかかわらず上下方向の振動成分に応じた電気信号を出力するため、その出力を川いれば本体の取付方向に無関係に確実に上下方向の振動を検出できる。その結果、本体の角度によらず、歩数等を正確に検出できる歩数計か提供できる。

この発明のさらに他の局面においては、角度検出センサは、 ¾度検出センサ本体と角度検出センサ本体内の所定領域を含む移動範囲内に移動自在に設けられた移動体と、移動範四内の所定領域における移動体の有無を検出する有無検出器とを備える。角度検出センサにおいては、移動範囲が壁に陋まれた空間であり、有無検出器が発光素子と受光素子とからなる光学センサである。光学センサが空間を隔てて対向して配置され、所定領域としての光学センサの光軸上における移動体の有無を検出する。

角度検出センサ本体の傾斜に伴って移動範囲内での移動体の運動伏態が変化し、その変化する運動状態によって支配される移動範囲内の所定領域における移動体の有無を移動体ありまたはなしとする検出信号の出現頻度または出現時問として取出し、所定角度に対応する出現頻度または出現時問との比較により角度を検出する。その結果、傾斜角度を確実に検出できる角度検出センサが提供できる。図面の簡単な説明

第 1 図はこの発明の第 1 の実施形態に係る歩数計の本体の内部構造を示す図である。

第- 2図は、第 1 の実施形態に係る歩数計の構成を示すブロック図である。

第 3 a 図および第 3 b図は第 2 の実施形態に係る歩数計における加速度センサの外観斜視図および则面図である。

4 図は第 3 図の加速度センサの分解斜視図である。 % 5 図は第 3 図に示した加速度センサを歩数計本体に組込んだ伏態を示す図である。

笫 6 図は 2 個の加速度センサを一体化して構成した加速度センサを示す図である。

第 7 図は第 3実施形態に係る歩数計における加速度センザの外観斜視図である。

8 図は第 7図に示した加速度センサを歩数本体に組込んだ伏態を示す図である。

第 9 図は第 1 の実施形態に係る歩数計における角度検出センサの形態例とその作用を説明するための図である。

第 1 0 図は第 1 の実施形態に係る歩数計における角度検出センサに関連するアナログ回路の一例を示す回路図である。

第 1 1 図は第 1 の実施形態に係る歩数計における角度検出センサに関連するアナ口グ回路の別の例を示す回路図で第 1 2図および第 1 3図は第 1 の実施形態に係る歩数計の ft度検出処理動作の一例を示すフローチャートである。

. 1 4 図は第 1 の実施形態に係る歩数計の角度検出処理のタイミング 'チャートである

ψ, 1 5 a図〜第 1 5 d図は第 4 実施例に係る角度検出センサの上面図、正面図、右側面図および底面図である。

1 6 a 図および第 1 6 b図は角度検出センサの A — A 断 Ιίΐί図および Β — Β断面図である。

Ψ, 1 7 図は角度検出センサの回路構成の概略を示す模式 1¾1 しある。

第 1 8 図は角度検出センサによる検出原理を示す図であ ο

第 1 9 3図〜第 1 9 d図はフォトトランジスタの出力を変換したパルス信号の時間変化を示す図である。

第 2 0 図は角度検出センサによる角度推定方法を示すフローチヤ一卜である。

第 2 1 図は角度検出装置の構成を示すブロック図である第 2 2図は活動モニタおよびカロリーメータの要部を示すプロック図である。

第第 22 33 図図はは活活動動モモニニタタ、カロリーメータの表示画面例を示す図である。

第 2 4 図は活動モニタカロリーメータの他の表示画面例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態以下本発 ujlの実施例を図面を参照して説明する。

( 1 ) 第 1 実施例

図 1 を参照して、歩数計の本体 1 の内部には、図示のような形状の基板 2 が配置され、この基板 2 に 2個の加速度センサ 3， 4 と角度検出センサ 5 が実装されている。この実施例では、加速度センサ 3， 4 は、ともに片持ち支持形式のもので揺動可能に支持され、互いに垂直な 2 つの仮想軸方向（水平方向と垂直方向）にそれぞれ配置される。加速 1 センサ 3 が水平方向に、加速度センサ 4 が垂直方向に配 iErされる。

この歩数計の構成ブロックを図 2 に示す。第 1 加速度センサ 3 の出力信号はアナログ回路 1 0 の第 1 アナログ増幅回! ¾ 1 1 で増幅され、第 1 コンパレータ 1 2 を経て M P U 1 6 に入力される。同様に、第 2加速度センサ 4 の出力信号は、アナ口グ'回路 1 3 の第 2 アナ口グ'増幅回路 1 4 で増幅され、第 2 コンノレー夕 1 5 を経て M P U 1 6 に入力される。 ft度検出センサ 5 の出力信号は、 M P U 1 6 に直接入力される。このブロック図からわかるように、加速度センサ 3 , 4 の出力信号はそれぞれ専用のアナログ回路 1 0 , 1 3 を経て M P U 1 6 に取込まれる。

なお、第 1 実施例では、 2個の加速度センサ 3， 4 が水平方向と垂直方向にそれぞれ配置されている力、、中心から等角度 \n隔をおいた複数の仮想軸方向にそれぞれ加速度センサを配置してもよい。たとえば、 3個の加速度センサを巾心から 1 2 0 度の角度間隔で配置してもよい。

( 2 ) ψ, 2実施例

次に第 2実施例について第 3 a図，第 3 b図および第 4 図を参照して説明する。ここに示す加速度センサ 2 0 では、圧電素子 2 1 の一端 2 1 a に重りケース 2 2か取付けられ、他端 2 1 b側に支持材 2 3 が取付けられる。重りケース 2 2 には、重り 2 4 と圧電素子 2 1 の一端 2 1 a 側が圧入される。支持材 2 3 には圧電素子 2 1 の他端 2 1 b側が圧入されている。支持材 2 3 は固定部 2 5 に圧入され、この固定部 2 5 は歩数計本体の適所にビス 2 6 によって固定される。

このような加速度センサ 2 0 は、たとえば第 5図に示すように歩数計に組込まれる。ここでは E電素子 2 1 が水平方を向くように、加速度センサ 2 0が歩数計の本体ケース 3 0 内に固定具 2 5 により固定され、圧電素子 2 1 が基板 3 1 にリ一ド線 3 2 によつて接続される。なお、基板 3 1 には、表示器 3 3 とスィツチ 3 とか設けられている。ところで、加速度センサを複数個備える歩数計の場合、加速度センサを中心から等角度間隔をおいた複数の仮想軸方向にそれぞれ配置する力、、特に 2個の加速度センサを使用する場合は、互いに垂直な 2 つの仮想軸方向（水平方向と垂 ΕΣ方向）にそれぞれ配置する。その場合、 2個の加速度センサを第 6 図に示すような構成とするのが好ましい。

第 6 図を参照して、 2個の加速度センサ 4 0 a , 4 0 b か水平方 [^と垂直方向に配置されて一体化されている。すなわち、加速度センサ 4 0 a , 4 0 b は、それぞれ一端側が Eil定端として一体化された支点 Pから水平方向と垂直方向に延仲するたとえばシ厶材のような弾性板 4 1 a , 4 1 と、各弹性板 4 1 a， 1 b に貼付された圧電素子 4 2 a , 4 b と、各弾性板 4 1 a , 4 1 bの他端側に設けられた重り 4 3 a , 4 3 b とを有する。弾性板 4 1 a， 4 1 b はたとえば 1 枚の帯状の弾性板を直角に折曲げることで形成することができ、折曲点が支点 P となる。

このような構成とすることで、複数の仮想軸方向にそれぞれ個別に ϋ【ι速度センサを配置するのに比べて、複数個分の加速度センサを低価格で提供できる。なお、第 6 図では、 2個の加速度センサの例を示したが、 3個以上の加速度センサを使用する場合、すなわち 3軸以上の方向の加速度を検出する場合は、それに応じた数の弾性板を支点 Ρから放射状に設ければよい。

( 3 ) 第 3実施例

次に第 3実施例に係る歩数計に使用する加速度センサの' 構成例と歩数計本体の取付例を第 7図および第 8図を参照して説明する。ここでは、歩数計本体 5 0 の 1 対の対向壁に軸受 5 1 , 5 2がそれぞれ固定され、この軸受 5 1 ， 5 2 に籼（十極） 5 3 と軸（—極） 5 4 が支持され、軸 5 3， 5 4 の軸方向と垂直方向に加速度センサ 6 0 が突出して設けられている。ただし、加速度センサ 6 0 と—極の軸 5 4 は HI気的に絶縁されている。加速度センサ 6 1 は歪みゲージ G 1 を仃し、その先端に重り 6 2か取付けられている。加迚度センサ 6 0 の支点部となる軸 5 3 , 5 4 のうち、 ― 極の軸 5 4 には重り 6 2 よりも重い重り 5 5 か取付けられている。

これにより、加速度センサ 6 0 は、軸 5 3 , 5 4 を支点として 3 G 0 度自由に回動することができる。本体 5 0力どの方向を向いても、重り 5 5 が鉛直方向（下向き）に位置するので、加速度センサ 6 0 は常に地面と平行な、水平片持ち支恃伏態を保つ。この場合、加速度センサ 6 0 が 3 6 0 度回動自在であるため、加速度センサは 1 個で十分であるとともに、第 1 および第 2実施例の歩数計で使用するような角度検出センサは不要である。

次に第 1 実施例の歩数計における角度検出センサの作動状態を第 9 図を参照して説明する。第 9 図に示す角度検出センサは、中心から等距離に配置された 4 本の導電性のピン①〜④と、これらのピン①〜④が内側に位置し、ピン① 〜④の周りにピンに接触するように回動自在に配置された導電性のリング 7 0 とを有する。 4 本のピン①〜④のうち、ピン①， ④とピン②， ③はそれぞれ電気的に接続されている。なお、ピン①〜④は歩数計本体に内蔵された基板に突出して固定されている。

ここて、歩数計本体が反時計方向に回転していくと、第

9図に示すように 4 本のピン①〜 Φは同時に回転していヽ ' 。 9 図の A， Bの状態では、リング 7 0 がピン①， ②に接触し、 4 本のピン①〜④のすべてが電気的に接続しているのて、本沐は水平方向付近を向いていると判定できる。一方、笫 9 図の C， D , Eの状態では、リング 7 0 がピン② とのみ接触する。また、 F， Gの状態ではリング 7 0 はピン②， ③と接触し、いずれもピン①， ④、ピン②， ③は電気的に接続していないので、本体は垂直方向付近を向いていると判定できる。これにより、本体が水平方向付近または垂直方 M付近のいずれに傾いているかを検出できる。もちろん、本体が時計方向に回転する場合も同様である。第 2図において、第 9 図のように構成した角度検出センサ 5 により、歩数計本体の傾き状態を示す信号が M P U 1 6 に入力される。たとえば、歩数計本体の傾きを水平方向と M P U 1 6 で判定したならば、水平方向の加速度センサ 3 に 1 迚するアナログ増幅回路 1 1 とコンパレータ 1 2の電源に M P U 1 6 の出力ポートから電流が供給される。また、このとき、垂直方向の加速度センサ 4 に関連するアナ口グ增幅回路 1 4 とコンパレータ 1 5 の電源には電流が供給されない。反対に、歩数計本体の傾きを垂直方向と M P U 1 6 で判定したならば、 M P U 1 6 の出力ポートからァナログ増幅回路 1 4 とコンパレー夕 1 5 の電源に電流が供給される力、アナログ増幅回路 1 1 とコンパレー夕 1 2の源には ¾流は供給されない。このようにして、角度検出センサ 5 の出力に応じてアナログ回路 1 0 , 1 3 の電源を制御する。

このアナログ'回路 1 0 , 1 3の電源制御に閱連して、使する加速度センサを変更した場合、すなわちアナログ回路への ¾流断の状態から電流入の状態になつた場合、素早い応答性を確保するためには電源供給時の立上かり時間をできるだけ短くすることが望ましい。たとえば第 1 0図に示すような回路で、信号が入力されない場合、 V。_{U T} には基準^ E t£ V 1 が出力される。ダイォード Dがない状態でォぺアンプに ¾源が供給されると、 V 0 υ _τ か V 1 になるまで数秒を要する。これは、低周波領域において、増幅率を上げるにはコンデンサ C 1 の定数、坻抗 R 2の定数が大きくなるために、コンデンサ C 1 の充電時間が長くなるからである。この結果、電源供給時の立上がり時問が長くなる。そこで、ダイオード Dを第 1 0 図に示すように配線することで、コンデンサ C 1 の充電が抵抗 R 2 を通らずに、ダィォ一ド Dを通って行なわれる。その結果、充電時間が短くなり、電源供給時の立上がり時間か 1 / 2以下となる。ダイオード Dの代わりに第 1 1 図に示すように M P Uに制御されるアナログスィツチ S W 1 を配置してもよい。この場合、増幅回路に電源が投入されてからアナログスィッチ

S W 1 を一定時間 O N状態にすれば、前記と同様の作用により、充 ¾時問が短くなり、電源供給時の立上がり時間か短縮される。

次に第 1 実施例に係る歩数計の特に角度検出処理動作を第 1 2図〜第 1 4図を参照して説明する。もちろん、歩数则定に先立ち、歩数計本体 1 はベルトに装着したり、ボケッ卜の中やカバンの中等に入れておく。まずステップ（以下 S Tと略す） 1 で、処理タイミングか否かを問い、 N O ならば処理を終了する。 Y E Sであれば、角度検出センサ 5の llil路電源を投入する（ S T 2 ) 。ここで処理タイミングは、たとえば 2 5 0 m s (サンプリング 4 H z ) ごとに角度検出処理を行なうものである。角度検出センサ 5の出力信号は M P U 1 6に入力され、 M P U 1 6はその信号をデ一夕 Dとして読込み（ S T 3 ) 、その後に角度検出センサ 5の回路電源を遮断する（ S T 4 ) 。処理タイミング時において、 ί¾度検出センサ 5に電源を投入し、データ Dを抽出した後、角度検出センサ 5の電源を遮断しているため、低消費電流化および電源の長寿命化を図ることができる。次の S Τ 5では、第 1加速度センサ 3を使用しているか否かを判定する。そうであるなら読込んだデータ Dが L 0 wかどうか判定する（ S Τ 6 ) 。これが Y E Sならカウン夕 i ^ 4かどうかを判定し（ S Τ 7 ) 、これも Y E Sなら使加速度センサを第 2加速度センサ 4に変更し（ S T 1 0 ) 、カウンタ i = 0に初期化して（ S T 1 1 ) 、処理を終了する。つまり、角度検出センサ 5により一定周期ごとに検出された本体の傾斜角度の出力信号が変化し、その変化した出力信号を予め設定した周期回数（ここでは 4回）連続するので、使用する加速度センサを変更する。また、 S T 6で N Oの場合はカウンタ i = 0 とし（ S T 8 、 S T 7で N Oの場合はカウン夕 i = i + l とし（ S T 9 ) 、それぞれ処埋を終了する。

一方、 S T 5で N〇の場合、データ Dが H i かどうか判定する（ S T 1 2 ) 。これが Y E Sならカウンタ i ≥ 4力、どうか判定し（ S T 1 3 ) 、これも Y E Sなら、上記した理山に ¾づき、使用加速度センサを第 1 加速度センサ 3に変 ¾する（ S T 1 6 ) 。カウン夕 i = 0にして（ S T 1 1 ) 、処理を終了する。 S T 1 2で N Oの場合はカウン夕 i = () とし（ S T 1 ) 、 S T 1 3で NOの場合はカウン夕 i = i + 1 とし（ S T 1 5 ) 、それぞれの処理を終了する。

上記フローチャートからわかるように、 MP U 1 6では ft K検出センサ 5からのデータ Dに基づいて水平方向または垂方 1 のどちらの加速度センサからの出力信号を選択するかを判定し、選択された加速度センサからの出力信号により歩数をカウン卜する。また、角度検出センサ 5による fj度変化を所定回数（ 4回）連続して検出した場合に、使川する加速度センサを変更しているため、歩行等の体動による ft度検出センサの信号（ノイズ）をキャンセルし、角度検出センサ 4の誤認識を防ぐことができる（第 1 4図 ) 。

次に上記した歩数計に用いられる角度検出センサの他の実施例について説明する。 ( ) 第 4 実施例

i 5 a 図一第 1 5 d図および第 1 6 a 図，第 1 6 b図を参照して、この実施例に係る角度検出センサ 5 1 はケース 5 2、移動体としてのボール 5 3、光学センサを構成する赤外発光ダイォード 5 4 および赤外発光トランジスタ 5 5 、移動体の移動範囲としての中空部 5 6 からなる。

ケース 5 2 のほぼ中央に設けられた略直方体の中空部 5 6 内に、球形のボール 5 3 が移動自在に収納されている。ボール 5 3 は壁としての内側面 5 6 a , 5 6 b , 5 6 c , 5 6 d と、上面 5 6 e および下面 5 6 f に囲まれた中空部 5 G 内を移動する。上面 5 6 e と下面 5 6 f との問隔はボール 5 3 の直径よりも若干大きく設定されているだけであるため、主として内側面 5 6 a , 5 6 b , 5 6 c , 5 6 d を移動する。

ケース 5 2 は合成樹脂で成形し、ボール 5 3 はゴム等の弾性材からなる。このような材質で形成することにより、たとえば磁気の存在するような箇所に使用しても検出精度に影響を与えることはないが、材質はこれらのものに限ら' れるものではない。ケース 5 2の内側面 5 6 a , 5 6 b , 5 6 c , 5 6 d は平坦面に限られず、ボール 5 3 の曲面に対応した溝を長手方向に形成してもよい。移動体はボール 5 3 のような球体に限られるものではなく、円筒や円柱等でもよく、断面を円に限らず楕円であってもよい。

ΙΠδ ώ方体をなす中空部 5 6 の対向する 2辺上には開口部 5 7 ， 5 8 が設けられている。この開口部 5 7 , 5 8 の外側にそれぞれ設けられた凹所 5 9 , 6 0 には、赤外発光ダィオード 5 4 と赤外フォトトランジスタ 5 5 がそれぞれ対向して収納されている。赤外発光ダイォード 5 4 と赤外フオトトランジスタ 5 5 からは、それぞれリード 5 4 a , 5 4 bおよび 5 5 a , 5 5 bがケース 5 2外へ引出されている。ボール 5 3、赤外発光ダイオード 5 4 および赤外フォトトランジスタ 5 5 はケース 5 2 内に密封して設けられているため、外乱光や埃の侵入により検出精度が低下することはない。

は発光ダイオード 5 4 とフォトトランジスタ 5 5 とを結ぶ光軸、， m 2 は光軸と直交する平面である。本実施例では、平面 m , に対して内側面 5 6 a ， 5 6 bがなす角度ひ，ひ ' 、平面 m ₂ に対して内側面 5 6 c ， 5 6 d がなす角度 /8 , y3 ' はいずれも 4 5度に設定している。

第 1 7図は角度検出センサ 5 1 の回路構成を示す図である。発光ダイオード 5 4 に直列に過大電流流入防止用の抵抗 R 。が接続され、フォトトランジスタ 5 5 のエミッ夕側に抵抗 R , が直列に接続されている。回路 6 2 に順方向電流を流すことにより、赤外発光ダイオード 5 4 が発光する。この光が受光素子の受光面に到達すると、赤外フォトトランジス夕 5 5 のコレクタ · エミッ夕間が導通して回路 6 3 に電流 I c が流れる。この電流 I c により、抵抗 R 】の両端に表われる電圧 I c R , をェミッタ側に設けた出力端子一 I 6 — G 4 を通じて取出し観測する。

以下、 ¾ 4 実施例に係る角度検出センサ 5 1 の検出原理を説 "Jjする。

¾度検出センサ 5 1 は、図 1 5 bに示す B— B断面に平行な而が検出基準面となり、この面内における水平方向からの倾斜 ft度を検出する。したがって、測定対象の検出基準而と ί 度検出センサ 5 1 の検出基準面が平行となるようにケース 5 2 を測定対象に取付けるとともに、検出基準面がほぼ鉛直となるように測定対象およびセンサを保持する必要がある。

第 1 8 図は検出基準面内で角度検出センサ 5 1 を所定の ft度だけ傾斜させた状態を Β— B断面図で示している。傾斜角が 0 度から 3 0 度程度の場合には、ボール 5 3 は開口部 5 8 に位置し、発光ダイオード 5 4 からフォ卜トランジス夕 5 5 に至る光軸上にあり、上述の電流 I c は流れず、フォト卜ランジス夕 5 5 からの出力はない。傾斜角が 6 0 度程度から 9 0 度の場合には、ボール 5 3 は第 1 停留部 6 1 に位置し、ボール 5 3が光軸上にないため上述の電流 I c が流れてフォトトランジスタ 5 5 からの出力がある。一方、傾斜 ftが 4 5 度近傍にある場合には、ボール 5 3 はボ —ルの形状やケースの内側面との接触条件等により、開口部 5 8 から転がり出て内側面 5 6 d上を第 1 停留部 6 1 まで転がる。内側面 5 6 a に衝突して跳ね返されて再び内側而 5 6 d上を開口部 5 8 まで戻り、今度は内側面 5 6 に衝突して跳ね返されるというように内側面 5 6 a · 5 6 c f で振動する。したがって、傾斜角 4 5度の近傍では、光軸上を何 ¾も横切り、フォ卜トランジスタ 5 5からの出力が断続的に現われることとなる。この傾斜角 4 5度近傍での度の他定方法について以下に説明する。

1 9 a図一第 1 9 d図はフォトトランジスタ 5 5の出力が発生している場合には H i レベル、出力が発生していない場合には L o wレベルとなるようにコンパレー夕によつて変換したパルス信号の変化を示す。第 1 9 a図一第 1 9 d図に示すように、所定時間内における H i レべル信号の出 ¾頻度は傾斜角度によって異なる。すなわち、所定の傾斜 ft度に対応する H i レベル信号の所定時間内における出¾頻度を記憶させておき、フォトトランジスタ 5 5の出力と比較することにより傾斜角度の推定が可能となる。

本実施例に係る角度検出センサによる角度推定方法を示すフローチヤ一トを第 2 0図に示す。まず S T 2 1 において i = 0 , k = 0 と設定する。次に S T 2 2において角度検出センサ 5 5の出力が Hレベルか否かを判断し、 H i レ' ベルにある場合には、 S T 2 4に進んで k二 k + 1 と設定する。 H i レベルにない場合には、 S T 2 3に進み、 i 二 i + 1 と設定した後 S T 2 4に進む。 S T 2 4から S T 2 5へと進み、 k = Nであるか否かを判断し、 k = Nでない場合は S T 2 6で T。待って S T 2 2に戻る。 k =Nである場合には、 S T 2 7に進み、 i < N , _hであるか否かを判断する。 S T 2 7 において、 i く Ν _{t h}である場合には、角度か 4 5 度未満であると判定し、 i く N , _hでない場合には、角度か 4 5 度以上であると判定し、 Aに戻る。

ここで、 i は一定時間内のパルス、 N , _hは上述のように 4 5 度に対応して設定された値である。また、本実施例では、 T。は 2 5 0 m s e c であり、 4 s e c の間サンプリングを行なっている。このフローチャートでは、一定時間内のパルス数を計測しているが、一定時間内における H i レベルまたは L 0 wレベルの出現時間を計測しても同様に ft度の検出が可能である。

図 2 1 は上述の処理を行なう角度検出センサを含めた角度検出装置の概略構成をしめすブロック図である。角度検出センサ 5 1 が角度に対応する電気信号を発生する。その信号を A Z D コンバータ 6 5 が 1 ビット以上のデジタル信号に変換し、このデジタル信号 M P U (マイクロプロセッシングュニット）が計算処理を行ない、角度を推定、決定する。

このように、本実施例に係る角度検出センサを取付けた则定対象が静止あるいはボール 5 3 が主として内側面を転動する程度に穏やかに回転する場合においては、角度検出センサ本体の傾斜角度 4 5 度未満か以上かを正確に検出することができる。また、測定対象が一定方向に回転する場合には、ボール 5 3 は中空部 5 6 内において上述の運動を橾返すので、回転数を検出することができる。また、本実施例では、内则面 5 6 a 、 5 6 bが平面 m , に対してなす角度ひ、 ' 、内側面 5 6 c 、 5 6 dが平面 m 2 に対してなす角度 /3 、 β ' はいずれも 4 5度に設定している力、、これらの角度の設定を変更すれば、第 2 0 図に示す手願で 4 5 度以外の角度についても所望の角度以上か未満かを決定することかできる。

ここで、本実施例ではひ = ひ ' 、 β 二 β ' である力、 a ≠ a ' 、 β ≠ β ' とし、平面 m , に対して内側而 5 6 a のなすと内则面 5 6 bのなす角度とか異なり、同様に平 Ei m 2 に対して内側面 5 6 c のなす角度と 5 6 dのなす角度とが異なるようにしてもよい。ただし、一定方向に角度検出センサを 1 8 0度回転させた場合にも同様に角度を検出するためには、互いに対向する内側面同士は平行に形成する必要かあり、 a = β 、 a ' = β ' でなければならなレ、。したかって、中空部の形状は、本実施例のような直方体に限られず、検出基準面に平行な断面が、菱形、長方形などの平行四辺形となるようにしてもよし、。

( 5 ) 第 5 実施例

第 4 実施においては、静止状態または緩やかに回転させた場合などの角度検出について説叨した。第 5実施例では、人の歩行のような運動を伴う場合の角度検出について説明する。度検出センサおよび角度検出装置自体の構成は第

4 实施例と Ιΰ]様であるので、同様の符号を付して詳細な説明は略する。上^のような運動を伴う場合には、角度検出センサ 5 1 本体の傾斜.角度のいかんにかかわらず、ボール 5 3 は内側面 5 G a， 5 6 b , 5 6 c , 5 6 dに繰返し衝突して中空部 5 6 内を常時移動している。この移動により、フォト卜ランジス夕 5 5 の出力が角度検出センサ 5 1 本体の傾斜角度のいかんにかかわらず断続的に現われることとなる。

ボール 5 3の運動状態を考察すると、運動を惹起する角度検出センサ 5 1 本体の運動は一定でないとしても、ボール 5 3 に作 fflする重力と運動の束縛条件である内側面 5 6 a , 5 G b , 5 6 c , 5 6 d とか形成する相対的な角度は、度検出センサ 5 1 本体の傾斜角度によつて定まるものである。すなわち、ボール 5 3の運動状態は、角度検出センサ 5 1 本体の傾斜角度に支配される。

したがって、第 4実施例での 4 5度近傍での角度検出原理と冋様の原理に基づき、フォトトランジスタ 5 5 の出力の H i レベル信号の一定時間内の出現頻度によって、角度を推定、決定することができる。第 2 0図のフローチヤ一卜における N _{t h}を角度ごとに設定しておけば、同様の処理手順により、 4 5度近傍のみならず、あらゆる角度について検出が可能になる。

( 6 ) 他の実施例

以下、本発明の他の実施例について説明する。第 4 および第 5実施例と同様の構成を有する部分については、同様の符号を ί'ίして詳細な説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。

¾fT 4 および第 5実施例では、有無検出手段として発光ダィォード 5 4 とフォトトランジスタ 5 5 からなる光学センサを川いた。しかしながら、所定領域内における移動体の有無が検出できればよく、電磁波、音波、超音波などによつて— ίί無を検出するものでもよい。赤外発光ダイォ一ド 5 4 の代わりに赤外発光レーザを用いてもよいし、赤外フォ卜トランジスタ 5 5 の代わりに赤外フォ卜ダイオードを ffl いてもよい。

また、第 4 および第 5 実施例では、ボール 5 3 の移動範囲は略方体の空間であり、上面 5 6 e、下面 5 6 f 間はほとんど J1動せず、いわば 2次元的に運動していた。しかしなから、これに限らず、この空間を光学センサの光軸に軸対称に形成し、 3次元的に運動するようにしてもよい。このようにすれば、光軸を含むすべての面を検出基準面とすることができる。もっとも、空間か光軸に軸対称なものに限られないのは当然である。

さらに、第 4 および第 5 の実施例では、移動体であるボール 5 3 の移動範囲はケース 5 2の内側面 5 6 a , 5 6 b , 5 6 c . 5 6 d および上面 5 6 e，下面 5 6 f に規制された空 [151であるか、移動体の移動範囲を規制するものはこれに限らず、はね等の弾性体で支持されていてもよい。この実施例では ft度検出センサ本体の傾斜に伴って移動範囲内での移動体の運動状態が変化することに着目した。そしてその変化する運動状態を移動範囲内の所定領域における移休の一定時問内の出現時間または頻度として取出しそれによって角度を検出するようにした。その結果、角度検出センサ本体の傾斜に伴って移動範囲内での移動体の運動状態か変化するように移動体の移動範囲が規制されていれば ft度の検出が可能である。

( 7 ) 活動モニタおよびカロリーメータ

次に上記歩数計の原理を応用した活動モニタや力口リーメ一夕について説明する。活動モニタやカロリーメータの外^および回路プロック図は上記した実施例に示した歩数計と ίϊίΐ じであるか、その動作ソフトと表示データが異なる。

Ψ, 2 2図は活動モニタおよびカロリーメータの要部を示すブロック図であり、基本的に第 2図と同様である。第 2 2図を参照して、活動モニタ、カロリーメータは人体に装着されて ί本動を検出する加速度センサ 7 1 と、この加速度センサ 7 1 で検出された信号を増幅する増幅回路 7 2 と、增幅された信号をデジタル信号に変換する A Z D変換回路 7 3 と以下に説明する所定の機能を有する M P U 7 4 と表示器 7 5 とスィツチ 7 6 と各回路に電源を供給する電源回路 7 7 とを含む。 M P U 7 4 は入力されたデジタル信号に基づいて J!動量を算出する機能、所定期間（たとえば 1 P ) の ίίίί定消費カロリーを用いて残目標カロリーを算出する ¾ 標カ口リ一算出機能、人体が所定期間（ 1 日）に消費するのに望ましい目標運動量を算出する目標運動量算出機能、 - 则された運動量から生活活動指数を算出する生活活動 ¾数 Ιΐ出機能とを有する。表示部 7 5 には、性別、年齢、巡勁量、生活活動強度などが表示される。スィッチ 7 6 は、 ^源オンオフのスィッチや、表示種類を選ぷセレク卜スィッチや、性別 · 年齢等を人力するスィッチ等を含む。

この巡動量则定装置では、各種演算機能により運動や生活活動強度等を算出する。この算出には、基礎代謝量か必要であり、基礎代謝量を求める方法は色々あるが、一例として次式 ( 1 ) を用いて求める方法がある。すなわち、基礎代謝 Βは、

B = B s X S ··· ( 1 )

B s ：体表面積 1 m ² 当たりの基礎代謝基準値（ k c a 1 Z m ² Z時）

S ：体表面積（ m ² )

= (体重 ' k g ) ^{0 4 4 4} x (身長 ' c m ) ° - ^{6 6 3} x 0 . 0 0 8 8 8 3

で求められる。但し、この ( 1 ) は年齢か 6 歳以上の場合に限られ、また B s は性別 · 年齢により異なつた値を示し、たとえば「日本人の栄養所要量（第 5次改訂）」から求めることができる。

一方、生活活動指数の算出は次のように行なう。 1 日の総ェネルギ ί弋謝量 Aは、運動等により消費されるェネルギ B · χ、基礎代謝量 B、および特異動的作用による代謝量 ( 0 . 1 · A ；摂取した食物を分解 · 吸収するのに必要なエネルギ）で次式（ 2 ) で表わされる（但し、は生活活動指数）。

Α = Β · ζ + Β + ( 1 / 1 0 ) Α "- ( 2 ) この式を変形して、

^ = C ( 9 / 1 0 ) x ( A/ B ) ) - l - ( 3 ) となるから、性別 · 年齢 · 身長 · 体重から計算により求めた基礎代謝量 B と、この基礎代謝量 B と加速度センサの信号波形から得られた運動の強さとを用いて M P Uにより計算される総エネルギ代謝量 Aを上記（ 3 ) 式に代入すると生活活動指数 Xが得られる。

算出された生活活動指数 Xは、生活活動強度によりたとえば 4 段階にランク分けすることで、運動のレベルがどの程度であるかを知ることができる。

他方、 U標運動量は、上記生活活動指数 Xを目標として算出する。この場合、生活活動指数 χは妥当な値として 0 5 に設定するとともに、上記式（ 2 ) を用いる。つまり、目標 jf動量 Αは、

Α = Β · ズ十 B + ( 1 / 1 0 ) A

であるから、これにより

A = ( 1 0 / 9 ) · ( I + χ ) · Β

となり、 = 0. 5 とすると、

A = 1 . 6 7 X B … （ 4 ) となり、標運動量 Aを算出することかできる。次に表示器 5 の表示画面の表示形態について説明する。 m 2 3 は表示画面の例を示す図である。図 2 3 を参照して、 ¾示画面は上部 8 0 と下部 8 1 に分かれており、上部 8 0 に巡動量（総消費カロリー， c a l ) が数字で表示され、下部 8 1 に過去 1 週間と 1 週間の平均の生活活動強度かバ一グフで表示される。活動強度は I (軽い）、 H (中程度）、 1Π (やや重い）の 3段階に分かれており、 H (中程度）が U標レベルに設定されている。この表示形態では、 1 Uの終りに生活の活動量（総消費カロリー：）および活動強度か算出され、自動的に表示される。また、過去 1 週間

( 7 P R5] ) の各日の消費カロリーと各日の活動強度、 7 日 PiSJの平均の消費カロリ一と平均の活動強度が表示される。

1 週問分の消費力口リーと活動強度を記録するには、たとえば ΰ動メモリ機能を設けておけばよい。この表示形態によると、過去 1 週間分の運動の傾向が一目でわかる。

別の表示形態を第 2 4 図に示す。この表示形態においては、性別、年齢、身長、体重を入力すると、各自に見合つたロ標消費力口リ一が自動的に設定 · 表示される。同時に、その 1標費カロリーの達成率がバーグラフとピクチャーで表示される。

なお、活動モニタは第 2 3 図の下半分のみを表示し、力口リ一ータは第 2 3図の上部分のみを表示する。

座業上の利 Π]可能性

以上のように、本発明に係る歩数計は、本体の装着箇所を腰のベル卜に限定する必要がなく、歩数計を服ゃズボンのボケットの中、カバンの中等に入れておいてもその本体のきにじたセンサを用いて振動が検出されるため、任意の状^において歩数測定か可能である。

Claims

請求の $a囲

1 . ίΛ、に取付方向が異なるように本体内に配置され、上下方 InJの振動成分に応じた出力信号を出力する複数のセンサと、

前記本休内に設けられ、前記本体の向きを検出する角度検出 f.段と、

前記度検出手段の検出信号に基づいて前記複数のセンサの出力信号のうちの 1 つを選択する選択手段と、

前選 J 段の選択に基づいて選択されたセンサの出力信号から歩数を計数する歩数計数手段とを含む歩数計。

2 . ZLいに取付方向が異なるように本体内に配置され、上下方の振動成分に応じた電気信号を取出す複数の加速度センサと、

前記本体内に設けられ、前記本体の向きを検出する角度検出手段と、

前記 ft度検出手段の検出信号に基づいて前記複数の加速度センサの出力信号のうちの 1 つを選択する選択手段と、 Ί 選択手段の選択に基づいて選択された加速度センサ' の出力信号から歩数を計数する歩数計数手段とを含む歩数計。

3 . 前記複数の加速度センサは、それぞれ片持ち支持されたレバーと、前記レバーに取付けられた圧電素子とを備え、前記レバーは互いに直角方向に向くように配 Sされた 2 個の加速度センサを含む、請求項 2記載の歩数計。

4 . 前記 Jll速度センサは、重りと、圧電素子と、前記圧電素子の一端側に取付けられた重りケースと、前記圧電素子の他端こ取付けられた支持材とを有する、請求項 2記載の歩数計。

5 . 前記^度検出センサにより一定周期ごとに検出された本体の傾斜 ft度の出力信号が変化し、

前記変化した出力信号を予め設定した周期回数連続する場合に、使 fflする加速度センサを変更する、請求項 2記載の数計。

6 . 1 記歩数計数手段はアナログ回路を有し、

前記½度検出センサの出力信号に基づいて、前記加速度センサの出力信号を増幅する前記アナログ回路の電源を制御する、請求項 1 記載の歩数計。

7 . 前記アナログ回路は、フィードバック回路部を有し、 iiij記フィードバック回路はダイオードを含む、請求項 6 記載の歩数計。

8 . 前記アナログ回路はフィ ― ドバック回路部を有し、 f}ij記フィードバック回路部はアナログスィツチを含む、請求 Φ 6記載の歩数計。

9 . 前記/ ¾度検出手段は複数の導電性ピンと、前記複数のピンを囲む導電性リングとを含む、請求項 1 記載の歩数計。

1 0 . 本休に設けられ、上下方向の振動成分に応じた電気信号を出力するセンサと、

前記センサの出力信号に基づいて歩数を計数する歩数計数手段とを含み、

前記センサは前記本体の方向にかかわらず前記出力信号を出力する、歩数計。

1 1 . 本体に設けられ、上下方向の振動成分に応じた電気信号を出力する加速度センサと、

前記加速度センサの出力信号に基づいて歩数を計数する歩数計数手段とを備え、

前記加迚度センサは、支軸の周りに回動可能に設けられたレバーと、前記レバーに取付けられた圧電素子と、前記支軸の近傍に取付けられた前記レバーを水平に保っための重りとを備え、

前記レバーは前記本体の方向にかかわらず水平方向を向くことにより、前記加速度センサは前記本体の方向にかかわらず前記圧電素子より出力信号を出力する、歩数計。

1 2 . 互いに方向が異なるように配置され、上下方向の振動成分に応じた電気信号を出力する複数のセンサと、

前記センサの出力信号に基づいて歩数を計数する歩数計数手段とを含む、歩数計。 ' 1 3 . 互いに方向が異なるように配置され、上下方向の振動成分に応じた電気信号を出力する複数のセンサと、

前記 ¾数のセンサの出力信号のうちの 1 つを選択する選 \H手段と、

前記選択手段の選択に基づいて歩数を計数する歩数計数手段とを含む、歩数計。

1 . ίϋί記 ¾度検出センサは、所定のケースと、前記ケース内に設けた投光手段と、前記投光段に対向して前記ケース内に設けた受光手段と、前記ケース内の前記投光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記ケースが所定の角度以上傾斜することによつて前記投光手段から前記受光手段に人射する光を遮る物体とを含む、請求項 1 記載の歩数

1 5 . ft K検出センサ本体と、前記角度検出センサ本体内の所定領域を含む移動範囲内に移動自在に設けられた移動休と、 ϊϋί記移動 ½囲内の所定領域における前記移動体の有無を検出する有無検出手段とを備えた角度検出センサにおいて、

前記移動範固が壁に囲まれた空間であり、前記有無検出手段が発光素子と受光素子とからなる光学センサであり、前記-光学センサが前記空間を隔てて対向して配置され、所定領域としての前記光学センサの光軸上における前記移動体の有無を検出する、角度検出センサ。

1 6 . 前記空問が直方体をなし、前記光学センサが前記直方休空問の対向する 2辺上に配置されている、請求項 1 5 記載の ft度検出センサ。

1 7 . 前記空間の検出基準面に平行な平面が平行四辺形である、請求 ¾ 1 6記載の角度検出センサ。

1 8 . ίϊίί記空問と前記移動体と前記光学センサか前記角度検出センサ本体内部に密封して設けられている、請求項 1 5 に記載の ¾度検出センサ。

1 9 . 前記 ¾光素子が赤外発光ダイオードまたは赤外発光レ一ザからなり、前記受光素子か赤外フォト卜ランジス夕または赤外フォトダイオードからなる、請求項 1 5記載の角度 { 出センサ。

2 0 . ί 度検出センサ本体と、前記角度検出センサ本体内の所定 ¾を含む移動範囲内に移動自在に設けられた移動体と、前 i!移動囲内の所定領域における前記移動体の有 Μを検出する有無検出手段とを備えた ft度検出センサを有し、

所定時^内における前記有無検出手段の「有り」とする検出信卞たは「無し」とする検出信号の出現頻度または出 ¾ Ϊ【 1により ¾度を推定する、角度検出装置。

2 1 . 互いに取付方向が異なるように本体内に配置され、上下方の振動成分に応じた出力信号を出力する複数のセンサと、

前本休内に設けられ、前記本体の向きを検出する角度検出センサと、

前記 ft度検出センサの検出信号に基づいて前記複数のセンサの出力信号のうちの 1 つを選択する選択手段とを含む、上下励^出装置。

2 2 . 本休内に配置され、互いに垂直となるよう片持ち支持された L'個の加速度センサと、

"fjij記 2個の加速度センサの振動か大きい方の振動出力を取出す選択手段とを含む、活動モニタ。

2 3 . 本体内に配置され、互いに垂直となるよう片持ち支待された 2個の加速度センサと、

,记本体内に設けられ、前記本体の向きを検出する角度検出センサと、

前 Πιΐ ½度検出センサの出力に基づいて、前記 2個の加速度センサの振動か大きい方の振動出力を取出す選択手段と、 liij i l 選^手段の出力に基づいて、消費カロリーを算出する ^ 手段とを含む、カロリーメータ。