(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに取付け方向が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、
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センサと、
この角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内の一つを選択する選択手段と、を備えた上下動検出装置。
【請求項２】
互いに取付け方向が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、
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、
この角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内の一つを選択する選択手段と、
この選択手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、を備えた歩数計。
【請求項３】
互いに取付け方向が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電気信号を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、
この角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内の一つを選択する選択手段と、
この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、を備えた歩数計。
【請求項４】
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、このレバーに取付けられた圧電素子とを備え、前記レバーが互いに直角方向に向くように配置された２個の加速度センサからなることを特徴とする請求項３記載の歩数計。
【請求項５】
前記加速度センサは、重りと、圧電素子と、この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側に取付けられた支持材とを有することを特徴とする請求項３記載の歩数計。
【請求項６】
前記角度検出手段により一定周期毎に検出された本体の傾斜角度の検出信号が変化し、その変化した検出信号が予め設定した周期回数連続する場合に、使用する加速度センサを変更することを特徴とする請求項３記載の歩数計。
【請求項７】
前記歩数計数手段はアナログ回路を有し、前記角度検出手段の検出信号に基づいて、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ことを特徴とする請求項３記載の歩数計。
【請求項８】
前記アナログ回路は、フィードバック回路部を有し、このフィードバック回路部にダイオードを設けたことを特徴とする請求項７記載の歩数計。
【請求項９】
前記アナログ回路は、フィードバック回路部を有し、このフィードバック回路部にアナログスイッチを設けたことを特徴とする請求項７記載の歩数計。
【請求項１０】
前記角度検出手段は、複数の導電性ピンと、この複数のピンを囲む導電性リングとからなることを特徴とする請求項２記載の歩数計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩行や走行時の体動等を検出する上下動検出装置、その上下動検出装置を用いて歩数を計測する歩数計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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手段とを備え、歩行（又は走行）に伴う体動（上下動）から歩数を計測するものである。
【０００３】
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、歩行の仕方等により、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ので、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、例えば特開平２−１６１９３２号（先行技術(1) ）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及び下検出部と、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、歩き方等によらず、歩数を正確に測定できるようにしている。
【０００４】
一方、例えば特開平１−２８７４１７号（先行技術(2) ）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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術(1) 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やスカートのベルト等に装着して歩数を計数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がある。又、本体をベルトに装着しても、歩数計は或る程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分かり易いばかりか、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。
【０００６】
一方、上記先行技術(2) 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、組立性が悪く、加工費用が高くなるという問題点がある。又、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。
【０００７】
従って、本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、姿勢方向を気にすることなく、歩数を計測でき、しかも組立性を良くし、コストを削減する上下動検出装置、歩数計を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この出願の特許請求の範囲の請求項１に係る上下動検出装置は、互いに取付け方向が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、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センサと、この角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内の一つを選択する選択手段と、を備えている。
【０００９】
この上下動検出装置は、本体が上下動すると、複数の各センサが上下方向の振動成分に応じた出力信号を出し、角度検出センサが本体の角度を検出する。この角度検出センサで検出した角度信号に基づいて、複数センサの出力信号のうちの一つを選択する。装置本体がいずれの向きにあっても上下動を検出できる。
また、請求項２に係る歩数計は、互いに取付け方向が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、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、この角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内の一つを選択する選択手段と、この選択手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、を備えている。
【００１０】
この歩数計は、請求項１に係る上下動検出装置を使用しており、同様に角度検出手段で検出した角度信号に基づいて、複数のセンサの出力信号のうちの一つを選択する。選択されたセンサの出力信号から歩数を計数する。
この歩数計は本体の向きによらず、歩数を計数できる。本体の装着箇所が腰のベルトに限定されず、例えばポケットの中、カバンの中等、歩行（又は走行）時に所持できるものであれば、どのようなものであっても、歩数測定が可能である。
【００１１】
上記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は、例えば加速度センサである（請求項３）。
上記複数の加速度センサは、例えば、それぞれ片持ち支持されたレバーと、このレバーに取付けられた圧電素子とを備え、前記レバーが互いに直角方向に向くように配置された２個の加速度センサである（請求項４）。
【００１２】
また、上記加速度センサは、例えば重りと、圧電素子と、この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側に取付けられた支持材とを有するものでもよい（請求項５）。
また、請求項６に係る歩数計は、請求項３に係るものにおいて、前記角度検出手段により一定周期毎に検出された本体の傾斜角度の検出信号が変化し、その変化した検出信号が予め設定した周期回数連続する場合に、使用する加速度センサを変更するものである。
【００１３】
また、請求項７に係る歩数計は、請求項３に係るものにおいて、前記歩数計数手段がアナログ回路を有し、前記角度検出手段の検出信号に基づいて、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ものである。
また、請求項８に係る歩数計は、請求項７に係るものにおいて、前記アナログ回路が、フィードバック回路部を有し、このフィードバック回路部にダイオードを設けたものである。
【００１４】
また、請求項９に係る歩数計は、請求項７に係るものにおいて、前記アナログ回路は、フィードバック回路部を有し、このフィードバック回路部にアナログスイッチを設けたものである。
【００１５】
また、請求項１０に係る歩数計は、請求項２に係るものにおいて、前記角度検出手段は、複数の導電性ピンと、この複数のピンを囲む導電性リングとからなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
その第１の実施形態に係る歩数計の本体の内部構造を図１に簡潔に示す。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。この実施形態では、加速度センサ３，４は、共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、加速度センサ３が水平方向に、加速度センサ４が垂直方向に配置されている。
【００１７】
この歩数計の構成ブロック図を図２に示す。加速度センサ（１）３の出力信号は、アナログ回路１０のアナログ増幅回路（１）１１で増幅され、コンパレータ（１）１２を経てＭＰＵ１６に入力される。同様に、加速度センサ（２）４の出力信号は、アナログ回路１３のアナログ増幅回路（２）１４で増幅され、コンパレータ（２）１５を経てＭＰＵ１６に入力される。又、角度検出センサ５の出力信号は、ＭＰＵ１６に直接入力される。このブロック図から分かるように、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１０，１３を経てＭＰＵ１６に取り込まれるように構成されている。
【００１８】
なお、上記第１の実施形態では、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が、中心から等角度間隔を置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。例えば、３個の加速度センサを中心から１２０度の角度間隔で配置してもよい。
第２の実施形態に係る歩数計に使用する加速度センサの構成例を、図３〔外観斜視図（ａ）、及び側面図（ｂ）〕、図４（分解斜視図）に示す。ここに示す加速度センサ２０では、圧電素子２１の一端２１ａ側に重りケース２２が取付けられ、他端２１ｂ側に支持材２３が取付けられる。重りケース２２には、重り２４と圧電素子２１の一端２１ａ側が圧入され、支持材２３には、圧電素子の他端２１ｂ側が圧入されている。又、支持材２３は固定具２５に圧入され、この固定具２５は歩数計本体の適所にビス２６によって固定される。
【００１９】
このような加速度センサ２０は、例えば図５に示すように歩数計に組み込まれる。ここでは、圧電素子２１が水平方向を向くように、加速度センサ２０が歩数計の本体ケース３０内に固定具２５により固定され、圧電素子２１が基板３１にリード線３２によって接続される。なお、基板３１には、表示器３３とスイッチ３４が設けられている。
【００２０】
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置いた複数の仮想軸方向にそれぞれ配置するが、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（水平方向と垂直方向）にそれぞれ配置する。その場合、２個の加速度センサを図６に示すような構成とするのが好ましい。
【００２１】
図６では、２個の加速度センサ４０ａ，４０ｂが水平方向と垂直方向に配置されて一体化されている。即ち、加速度センサ４０ａ，４０ｂは、それぞれ一端側が固定端として一体化された支点Ｐから水平方向及び垂直方向に延伸する弾性板（例えばシム材）４１ａ，４１ｂと、各弾性板４１ａ，４１ｂに貼付された圧電素子４２ａ，４２ｂと、各弾性板４１ａ，４１ｂの他端側に設けられた重り４３ａ，４３ｂとを有する。弾性板４１ａ，４１ｂは、例えば１枚の帯状の弾性板を直角に折り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。
【００２２】
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加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、図６では、２個の加速度センサの例であるが、３個以上の加速度センサを使用する場合、即ち３軸以上の方向の加速度を検出する場合、それに応じた数の弾性板を支点Ｐから放射状に設ければよい。
【００２３】
次に、第１の実施形態の歩数計における角度検出センサ５の形態例を図７に示す。図７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) の回りにピンに接触するよう回動自在に配置された導電性のリング７０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状に固定されている。
【００２４】
ここで、歩数計本体が反時計方向に回転していくと、図７のように４本のピン (1)〜(4) も同様に回転していく。図７のＡ，Ｂの状態では、リング７０がピン(1) ，(2) に接触し、４本のピン (1)〜(4) の全てが電気的に接続しているので、本体は水平方向付近を向いていると判定できる。一方、図７のＣ，Ｄ，Ｅの状態では、リング７０はピン(2) とのみ接触し、またＦ，Ｇの状態では、リング７０はピン(2) ，(3) と接触し、いずれもピン (1)，(4) とピン(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又は垂直方向付近のいずれに傾いているかを検出できる。勿論、本体が時計方向に回転する場合も同様である。
【００２５】
図２において、図７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ＭＰＵ１６に入力される。例えば、歩数計本体の傾きを水平方向とＭＰＵ１６で判定したならば、水平方向の加速度センサ３に連関するアナログ増幅回路１１とコンパレータ１２の電源にＭＰＵ１６の出力ポートから電流が供給される。又、この時、垂直方向の加速度センサ４に連関するアナログ増幅回路１４とコンパレータ１５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ＭＰＵ１６で判定したならば、ＭＰＵ１６の出力ポートからアナログ増幅回路１４とコンパレータ１５の電源に電流が供給されるが、アナログ増幅回路１１とコンパレータ１２の電源には電流は供給されない。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１０，１３の電源を制御する。
【００２６】
このアナログ回路１０，１３の電源制御に関連して、使用する加速度センサを変更した場合、即ちアナログ回路への電流断の状態から電流入の状態になった場合、素早い応答性能を確保するためには電源供給時の立ち上がり時間をできるだけ短くすることが望ましい。例えば、図８に示すような回路で、信号が入力されない場合、ＶOUT には基準電圧Ｖ１が出力される。なお、この回路において、加速度センサ回路は、圧電素子５１、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３から構成される。動作時は、加速度センサ回路の出力が、オペアンプ５０、抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１，Ｃ２からなる増幅回路に入力され、出力ＶOUT として出力される。この回路において、ダイオードＤが無い状態でオペアンプ５０に電源が供給されると、ＶOUT がＶ１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Ｃ１の定数、抵抗Ｒ２の定数が大きくなるために、コンデンサＣ１への充電時間が長くなるからである。この結果、電源供給時の立ち上がり時間が長くなる。
【００２７】
そこで、ダイオードＤを図８のように配線することで、コンデンサＣ１への充電が抵抗Ｒ２を通らずに、ダイオードＤを通って行われるため、充電時間が短くなり、電源供給時の立ち上がり時間が１／２以下になる。ダイオードＤの代わりに、図９に示すようにＭＰＵに制御されるアナログスイッチＳＷ１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イッチＳＷ１を一定時間ＯＮ状態にすれば、前記と同様の作用により、充電時間が短くなり、電源供給時の立ち上がり時間が短縮される。
【００２８】
第１の実施形態に係る歩数計の特に角度検出処理動作を、図１０と図１１のフロー図及び図１２のタイミング図に基づいて説明する。勿論、歩数測定に先立ち、歩数計本体１は、ベルトに装着したり、ポケットの中やカバンの中等に入れておく。まず、ステップ（以下、ＳＴと略す）１で、処理タイミングか否かを問い、ＮＯならば処理を終了する。ＹＥＳなら、角度検出センサ５の回路電源を投入する（ＳＴ２）。ここで、処理タイミングは、例えば２５０ｎｓ（サンプリング４Ｈｚ）毎に角度検出処理を行うものである。角度検出センサ５の出力信号はＭＰＵ１６に入力され、ＭＰＵ１６はその信号をデータＤとして読み込み（ＳＴ３）、その後に角度検出センサ５の回路電源を遮断する（ＳＴ４）。処理タイミング時において、角度検出センサ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のは、低消費電流化を図るためである。
【００２９】
次のＳＴ５では、加速度センサ３を使用しているか否かを判定し、そうであるなら前記読み込んだデータＤがＬｏｗかどうかを判定し（ＳＴ６）、これがＹＥＳならカウンタｉ≧４かどうかを判定し（ＳＴ７）、これもＹＥＳなら使用加速度センサを加速度センサ４に変更し（ＳＴ１０）、カウンタｉ＝０に初期化して（ＳＴ１１）、処理を終了する。つまり、角度検出センサ５により一定周期毎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が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。又、ＳＴ６でＮＯの場合はカウンタｉ＝０とし（ＳＴ８）、ＳＴ７でＮＯの場合はカウンタｉ＝ｉ＋１とし（ＳＴ９）、それぞれ処理を終了する。【００３０】
一方、ＳＴ５でＮＯの場合、データＤがＨｉかどうかを判定し（ＳＴ１２）、これがＹＥＳならカウンタｉ≧４かどうかを判定し（ＳＴ１３）、これもＹＥＳなら、前記した理由に基づき、使用加速度センサを加速度センサ３に変更し（ＳＴ１６）、カウンタｉ＝０にして（ＳＴ１１）、処理を終了する。ＳＴ１２でＮＯの場合はカウンタｉ＝０とし（ＳＴ１４）、ＳＴ１３でＮＯの場合はカウンタｉ＝ｉ＋１とし（ＳＴ１５）、それぞれ処理を終了する。
【００３１】
上記フロー図の処理から分かるように、ＭＰＵ１６では、角度検出センサ５からのデータＤに基づいて、水平方向又は垂直方向のどちらの加速度センサからの出力信号を選択するか判定し、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トする。又、角度検出センサ５による角度変化を所定回数（４回）連続して検出した場合に、使用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角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５の誤認識を防ぐことができる（図１２参照）。
【００３２】
なお、上記各実施形態は歩数計について説明したが、この発明の他の実施形態として、互いに取付け方向が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（例えば図１の加速度センサ３、４）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センサ（例えば図１の角度検出センサ５）と、この角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内の一つを選択する選択手段とから上下動検出装置を構成できる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、本体の向き、姿勢にかかわらず、上下方向の振動成分を検出できる。
また、請求項２、請求項３、請求項４に係る発明によれば、本体の向き、姿勢にかかわらず、上下方向の振動成分を検出できるので、本体の装着箇所を腰のベルトに限定する必要がなく、歩数計を服やズボンのポケットの中、カバンの中等に入れておいても、歩数測定が可能である。
【００３４】
また、請求項５に係る発明によれば、簡易な構成の加速度センサを採用するので、組立性が向上し、加工費用が安くなる。
また、請求項６に係る発明によれば、本体の傾き状態の誤認識（即ち角度検出手段の誤認識）を防止できる。
また、請求項７に係る発明によれば、アナログ回路での消費電流を低減でき、電源の長寿命化を図れる。
【００３５】
また、請求項８及び請求項９に係る発明によれば、アナログ回路の立ち上がり時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る歩数計の本体の内部構造を簡潔に示す図である。
【図２】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。
【図３】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（ａ）、及び側面図（ｂ）である。
【図４】図３の加速度センサの分解斜視図である。
【図５】図３の加速度センサを歩数計本体に組み込んだ状態を示す図である。
【図６】２個の加速度センサを一体化して構成した例を示す図である。
【図７】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。
【図８】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連関するアナログ回路の一例を示す回路図である。
【図９】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連関するアナログ回路の別例を示す回路図である。
【図１０】第１の実施形態に係る歩数計の角度検出処理動作の一例を示すフロー図である。
【図１１】図１０に続くフロー図である。
【図１２】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図である。
【符号の説明】
１                歩数計本体
２                基板
３，４            加速度センサ
５                角度検出センサ
１０，１３        アナログ回路
２０              加速度センサ
２１              圧電素子
２２              重りケース
２３              支持材
２４              重り
４１ａ，４１ｂ    弾性板
４２ａ，４２ｂ    圧電素子
４３ａ，４３ｂ    重り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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