(57)【要約】【課題】消費電力を抑えることができる活動量計を提供することにある。【解決手段】演算処理部２の検出手段２０が加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力を取り込んで加速度を検出する検出周期は、演算処理部２の演算手段２１が検出加速度に基づいて演算す活動量に基づいて検出周期変更部３により変更設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサと、該加速度センサの出力に基づき加速度を周期的に検出する検出手段と、該検出手段の検出加速度に基づき運動強度を活動量として演算する演算手段とを備えるとともに、前記検出手段の検出加速度又は前記演算手段が演算する活動量に基づいて前記周期を変更させる検出周期変更手段を備えていることを特徴とする活動量計。
【請求項２】
前記検出周期変更手段による周期変更は、前記検出手段の検出加速度又は前記演算手段が演算する活動量が所定値より大きいときには前記周期を短くし、前記検出加速度又は前記活動量が前記所定値より大きいときには周期を長くすることを特徴とする請求項１記載の活動量計。
【請求項３】
前記検出周期変更手段が前記周期変更を判断する判断時間を、前記検出手段の検出加速度又は前記活動量の時間当たりの変化量が大きいときには短く、小さいときには長くなるように変更させることを特徴とする請求項１又は２記載の活動量計。
【請求項４】
前記検出周期変更手段は、周期を長くするときは前記活動量の大小で判断を、検出周期を短くするときは前記検出手段の検出加速度の大小で行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の活動量計。
【請求項５】
前記検出手段の検出加速度から一定時間毎の振動回数を計測する計測手段を備え、前記検出周期変更手段は、前記計測手段が計測した振動回数に応じて前記検出周期を変更することを特徴とする請求項１記載の活動量計。
【請求項６】
前記検出周期に応じて前記加速度センサが動作可能な必要最小限の電圧を供給する電源部を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載の活動量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者に対して運動強度を計測する活動量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
使用者の身体の活動を検出して使用者に生活改善のデータを提示するための装置として運動レベル経時記憶装置が提供されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
前記特許文献１に開示されている運動レベル経時記憶装置に用いられている運動強度の測定方法は一つの加速度センサを用いて使用者の歩数をカウントするとともに、カウント値と加速度センサが出力する最大電圧値とに基づいた運動量レベルの代表値を演算し、経時的変更を記録する方法である。
【０００４】
また、別の従来例としては体動検出装置がある（例えば特許文献２）。この特許文献２に開示されている体動検出装置は複数の加速度センサを用いて、その中で垂直方向の加速度センサを選び、その加速度センサの検出出力から歩数を検出するもので、複数の加速度センサのうちの一つを選んで演算を行うことで、一方向だけの加速度について運動レベルを算出している。
【特許文献１】特許第３０２７３４６号公報（図１，図２）
【特許文献２】特開２００２−１９１５８０公報（段落番号００２０〜００２４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている運動レベル計時記憶装置は、一方向だけの加速度について運動レベルを算出しており、複雑に動く人体の活動を正確に測定する精度が出せない。また、演算方法も歩数カウントを主体に行っているので歩行時（走行時）だけしか運動レベルを算出できないという課題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示されている体動検出装置では、複数の加速度センサのうちの一つを選んで、演算を行っているので一方向だけの加速度について運動レベルを算出しており、三次元空間で複雑に動く人体の活動を正確に測定する精度が出せないという課題があった。
【０００７】
このような課題を解消するには、一方向だけの加速度を捉えるのではなく、複数の加速度センサで様々な方向への加速度成分を合成し、それにより人体の動きを捉えるようにすれば正確な活動量を検出することができる。しかし、そのような方法を用いた装置を実現するためには、複数の高精度な加速度センサと複数の加速度センサ出力を高速に演算できる高精度なマイクロコンピュータが必要となる。しかもこれらの高精度な加速度センサや高精度なマイクロコンピュータは消費電力が大きく、電池電源を用いる場合には電池寿命を考慮して大きな電池を用いることが必要となり、人体に取り付けて、活動量を測定する装置としては大きく重いものになってしまうという課題がある。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みて為されたもので、その目的とするところは消費電力を抑えた活動量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、加速度センサと、該加速度センサの出力に基づき加速度を周期的に検出する検出手段と、該検出手段の検出加速度に基づき運動強度を活動量として演算する演算手段とを備えるとともに、前記検出手段の検出加速度又は前記演算手段が演算する活動量に基づいて前記周期を変更させる検出周期変更手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、加速度センサの出力から加速度を検出する周期を変更させることにより、加速度センサや演算手段を間欠駆動させることができ、そのため消費電力を抑えることができ、電池電源を用いて駆動する場合、小型の電池で長時間駆動させることが可能となる。
【００１１】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記検出周期変更手段による周期変更は、前記検出手段の検出加速度又は前記演算手段が演算する活動量が所定値より大きいときには前記周期を短くし、前記検出加速度又は前記活動量が前記所定値より大きいときには周期を長くすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明によれば、検出加速度又は活動量に応じて周期を変更することにより、計測精度を落とさず消費電力を抑えることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記検出周期変更手段が前記周期変更を判断する判断時間を、前記検出手段の検出加速度又は前記活動量の時間当たりの変化量が大きいときには短く、小さいときには長くなるように変更させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明によれば、検出加速度又は活動量の急激な変化には素早く周期変更を短くして検出漏れを防ぎ、検出加速度又は活動量が緩やかに変化に対しては連続した検出加速度又は活動量の変化を確認したのちに周期変更させることが可能となって、ノイズのようなわずかな信号で検出周期が変わることがなくなる。また、実際の体動の検出に対しては素早く検出周期を変更することができることにより、検出精度を落とすことなく検出が可能となる。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項１乃至３の何れかの発明において、前記検出周期変更手段は、周期を長くするときは前記活動量の大小で判断を、検出周期を短くするときは前記検出手段の検出加速度の大小で行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明によれば、検出周期を長くするときは活動量が小さいときなので、活動量演算手段において演算した活動量に応じて正確に検出し、周期を決めることにより、精度を良くすることができる。また検出周期を短くするときは活動量がほとんどない状態から活動量が大きい状態に移行したときなので、素早く移行できるように加速度センサの出力レベルだけで迅速に行うことができる。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項１の発明において、前記検出手段の検出加速度から一定時間毎の振動回数を計測する計測手段を備え、前記検出周期変更手段は、前記計測手段が計測した振動回数に応じて前記検出周期を変更することを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明によれば、振動回数を計測することで検出周期を変更することによりにより、前記演算手段を使わずに簡易的に人体の動作速度を検出することができ、それに応じて検出周期を変えることにより高精度な活動量計測が可能となる。
【００１９】
請求項６の発明では、請求項１乃至５の何れかの発明において、前記検出周期に応じて前記加速度センサが動作可能な必要最小限の電圧を供給する電源部を備えていることを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明によれば、検出周期に応じて動作可能な必要最小限の電圧を加速度センサに供給するので、動作を確保しつつ加速度センサの消費電力を抑えることができ、電池電源のように消耗具合により電圧の変動がある電源にとって特に好都合となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、加速度センサの出力から加速度を検出する周期を変更させることにより、加速度センサや演算手段を間欠駆動させることができ、そのため消費電力を抑えることができ、電池電源を用いて駆動する場合、小型の電池で長時間駆動させることが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
本実施形態の活動量計は、図１に示すようにｘ，ｙ，ｚの各軸方向の加速度を検出する３つの加速度センサ１ｘ、１ｙ、１ｚからなる３軸加速度センサ部１と、この３軸加速度センサ部１の各軸の出力を周期的に取り込んで加速度を検出する検出手段２０と検出手段２０で検出した加速度から運動強度を活動量として演算する演算手段２１とからなる演算処理部２と、検出手段２０が加速度センサ部１からの出力を取り込んで加速度を検出する検出周期を活動量（加速度でも良い）に応じて変更設定する機能と検出周期に対応したタイミングで演算処理部及び３軸加速度センサ部１に動作タイミングを設定するタイミング信号を出力するタイミング設定機能とを有する検出周期変更部３と、演算した活動量などの情報を表示する表示部４と、演算結果等のデータを記憶するための記憶部５と、電池電源６とで構成される。
【００２３】
演算処理部２と検出周期変更部３は例えばマイクロコンピュータを用いてその機能が構成され、演算手段２０には表示部４の表示を制御する機能と、記憶部５に対するデータの読み書きを制御する機能を持たせている。
【００２４】
尚加速度センサとしては人体の加速度を計測できるものであって、１軸以上の加速度センサであれば特に種類は問わない（後述する実施形態２〜５にても同じ）。
【００２５】
本実施形態の動作を図２のフローチャートにより説明する。
【００２６】
今、ステップＳ１において、検出周期変更部４が一定の検出周期Ｔａ１に対応したタイミングを設定して、タイミング信号を演算処理部２と３軸加速度センサ部１に与えて夫々を動作させる。演算処理部２の検出手段２０はタイミング信号に応じてステップＳ２で各加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力を取り込んで各軸の加速度を検出する。ここで検出周期Ｔａ１は１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度とする。
【００２７】
次に演算手段２は現在の検出周期Ｔａ１が被装着者の活動量が少ないときに設定される周期Ｔｂであるか否かを判定し（ステップＳ３）、Ｔｂでないと判定した場合には、検出手段２０が検出している各軸の加速度に基づいて運動強度を活動量として求める演算を行い（ステップＳ４）、その演算結果を記憶部５に記憶させるとともに表示部４で表示させる処理を行う。
【００２８】
検出周期変更部４は、演算結果を演算手段２１から取り込み、その演算結果である活動量が予め設定している閾値Ｔｈｂより大きいかをステップＳ５で判定する。この判定結果、活動量が閾値Ｔｈｂより小さいとき、内蔵カウンタによるカウント値Ｃｔｂをカウントアップする（ステップＳ６）。
【００２９】
このステップＳ６では、検出周期変更部４が、カウントアップしたカウント値ＣｔｂをステップＳ７で閾値（２）と比較し、カウント値Ｃｔｂが閾値（２）を超えている場合には、連続して活動量が閾値Ｔｈｂより小さい状態が続いていると検出される。つまり連続して活動量が閾値Ｔｈｂより小さいということは活動量計が人体に取り付けられていない又は活動量計を取り付けている人が動いていないと判定でき、検出周期変更部４は検出周期をＴａからＴｂに変更し、ステップＳ１で周期Ｔｂに対応したタイミングを設定する。ここで周期Ｔｂは０．１Ｈｚ〜５Ｈｚ程度とする。
【００３０】
このように活動量計が人体に取り付けられていない又は活動量計を取り付けている人が動いていないと判定される場合、活動量計のサンプリング周期を極端に遅くすることにより、３軸加速度センサ部１や演算処理部２を動作させる時間を短くすることができ、低消費電流化が実現できることになる。
【００３１】
次に活動量計が検出周期Ｔｂで動作している場合について説明する。
【００３２】
さて検出周期Ｔｂが変更された場合、演算手段２０は活動量演算を行わなくなる。そしてステップＳ１〜Ｓ３を経てステップＳ９に処理が移行し、検出周期変更部３は、加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力変化量が予め定めた閾値ＴＨとの比較を行い、変化量が閾値ＴＨを超えていなければステップＳ１〜Ｓ９のループで処理を行い、変化量が閾値ＴＨを越えている場合には、ステップＳ１０で検出周期をＴａに変更する処理を行い、ステップＳ１で検出周期Ｔａ１に対応するタイミングを設定する。
【００３３】
ここで、加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力の変化量が閾値ＴＨを超えたということは活動量計が人体に取り付けられた又は活動量計を取り付けている人が動き出したことを示しており、そこで活動量演算を開始するために検出周期の変更を行い、演算手段２１の活動量演算を開始するのである。
【００３４】
このように活動量計が検出周期Ｔｂで動作しているときは演算手段２１での活動量演算を行わず、加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力の変化量だけを検出周期変更部３が監視することにより演算処理部２での処理負荷を軽くし、演算処理部２の動作時間を短くして消費電力を低減させる。
【００３５】
また、検出周期の変更時にＴａ１→Ｔｂに変更するときには内蔵カウンタを用いて連続回数をカウントしているが、Ｔｂ→Ｔａ１に変更するときは内蔵カウンタを用いていない。これは周期変更判断時間を状況に応じて変えている。Ｔａ１→Ｔｂの場合には活動量計が人体に取り付けられていないか、活動量計を取り付けている被装着者が動いていない場合なので、時間をかけて判断しているが、Ｔｂ→Ｔａ１の場合には活動量計を装着した被装着者が動き出した場合なので、素早く判断を行い、活動量検出の検出漏れを防ぐようになっている。
【００３６】
次に活動量計がＴａ１の検出周期で動作している場合において、ステップＳ５における活動量の演算結果と閾値Ｔｈｂとの比較で、活動量が閾値Ｔｈｂを越えていると判定されると、検出周期変更部３は内蔵カウントのカウント値をクリアする（ステップＳ１１）。
【００３７】
そして次のステップＳ１２において、活動量と予め設定している閾値Ｔｈ１（閾値Ｔｈｂ＜閾値Ｔｈ１）とを比較して活動量が閾値Ｔｈ１より大きかったとき、別の内蔵カウンタのカウント値Ｃｔａをカウントアップする（ステップＳ１３）。一方、活動量が閾値Ｔｈ１より小さいときには検出周期変更部３は別の内蔵カウンタのカウンタ値ＣｔａをステップＳ１４でクリアして、ステップＳ１に戻る。
【００３８】
さてステップＳ１３でのカウントアップしたカウント値Ｃｔａと予め設定している閾値（１）とを比較し（ステップＳ１５）、カウント値Ｃｔａが閾値（１）を超えていると判定された場合、連続して活動量が閾値Ｔｈ１より大きい状態が続いたことを検出したことになり、活動量が大きい、つまり激しい運動を被装着者が行っていることを意味する。よって、より細かな計測をするためにサンプリングレートを上げるために検出周期変更部３は、検出周期をステップＳ１６でＴａ２に変更し（Ｔａ２＜Ｔａ１＜＜Ｔｂ）、ステップＳ１で設定する。ここでＴａ２は１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度とする。
【００３９】
このように、活動量が大きいときはサンプリングレートを早くして、高精度な活動量測定ができるようにしており、逆に活動量が小さいときはサンプリングレートを遅くして消費電流を抑えている。
【００４０】
以上のように本実施形態では、活動量に応じて加速度センサ１ｘ〜１ｚから加速度を検出する周期の変更を行うことで、活動量の計測精度を確保しつつ消費電力の低減を図ることができるのである。
【００４１】
また、本実施形態ではサンプリングレートの変更をＴａ１とＴａ２の二段階としているが、更に段階をＴａ１，Ｔａ２，Ｔａ３、‥‥と増やした場合も図２で示したフローチャートと同様な処理で段階的にサンプリングレートを上げることも可能である。
（実施形態２）
本実施形態は、人体に取り付けられているか、取り付けていないかを加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力から検出して、検出周期を変更するようにしたものであり、回路構成としては実施形態１と同じなので図１を参照する。
【００４２】
次に本実施形態の動作を図３に示すフローチャートにより説明する。
【００４３】
今、ステップＳ１により検出周期変更部３によって設定された一定の検出周期Ｔａで加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力を演算処理部２の検出手段２０で取り込み（ステップＳ２）、加速度を検出している。ここでＴａは１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度とする。ここで検出周期変更部３は、検出手段２０が検出する加速度から重力加速度を検出し、活動量計が垂直下向きにどの面が向いているか方向を判定する（ステップＳ３）。例えば本実施形態の活動量計を人体に取り付ける場合にはＹ方向が鉛直下向きになるようにすることを原則とした場合、Ｘ方向又はＺ方向に重力加速度が検出されると、活動量計が人体に取り付けられておらず、取り外されて放置されていると判定する。
【００４４】
而して検出周期変更部３は、活動量計が放置されていると検知した場合には、内蔵カウンタのカウント値Ｃｔｂをカウントアップし（ステップＳ４）、ステップＳ５へ進む。一方Ｙ方向に重力加速度が検出され、活動量計が人体に取り付けられていると判定した場合には、カウント値Ｃｔｂをクリアする（ステップＳ６）。そしてステップＳ７で検出周期をＴａとする。
【００４５】
さて検知周期設定部３はステップＳ５において、カウント値Ｃｔｂを予め設置している閾値ＴＨと比較し、カウント値Ｃｔｂが閾値ＴＨを越えていると判定したときには、活動量計が一定時間人体に取り付けられておらず、取り外され放置されていると確定し、検出周期をＴｂに変更する（ステップＳ８）。ここでＴｂはＴａ＞Ｔｂの関係を有し、０．１Ｈｚ〜５Ｈｚ程度とする。
【００４６】
以上のようにして検出周期が設定され、演算手段２１ではステップＳ９において活動量演算を行う。
【００４７】
このように本実施形態では、活動量計が人体に取り付けられていないと判定した場合、活動量計のサンプリング周期を極端に遅くすることにより、加速度センサ１ｘ〜１ｚや演算処理部２を動作させる時間を短くすることができ、低消費電流化が実現できる。
（実施形態３）
本実施形態は、図４に示すように、３軸加速度センサ部１の加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力合成値を演算し、その合成値が予め設定している任意の閾値と一定時間内でクロスする回数をカウントする振動回数計測部７を設け、この計測値に基づいて検出周期変更部３で検出周期の変更処理を行う点で実施形態１と相違する。尚図４の回路構成において、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付して構成の説明は省略する。
【００４８】
ここで各加速度センサ１ｘ〜１ｚがそれぞれ直行する３次元空間のＸＹＺ方向を向いていると、静止状態での各加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力から求まる加速度合成値と地球の重力加速度とは等しくなる。一方人体はランダムに動くが、地球の重力加速度の大きさは１Ｇで一定であるため、上記合成値は１Ｇを中心に値が変化する。このため、上記閾値を約１Ｇとした場合、一定時間内の加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力合成値が閾値（約１Ｇ）をクロスする回数は被装着者の動きの速さを表すことになる。
【００４９】
そこで本実施形態は、振動回数計測部７で計測する振動回数から被装着者の動きの速さを検出周期変更部３が求め、求めた速さに応じて加速度センサ１ｘ〜１ｚのサンプリングレート、つまり検出周期を設定することにより、人体の動く速さに合わせたサンプリングを可能とするものである。
【００５０】
つまり、振動回数計測部８での一定時間内の振動回数が多いときは人体の動きの速さが速いことを表し、これに応じて検出周期変更部３では検出周期を短く設定し、逆に振動回数計測部８での一定時間内の振動回数が少ないときは人体の動作スピードが遅いことを表し、これに応じて検出周期変更部３では検出周期を長く設定し、この設定した検出周期に対応するタイミング信号を３軸加速度センサ部１及び演算処理部２の各手段２０，２１に与える処理を行う。
【００５１】
このように、本実施形態では、人体の動きの速さに合わせた検出周期を設定することで、演算処理部２の検出手段２０及び演算手段２１による加速度検出及び活動量演算の精度を上げ、且つ加速度センサ１ｘ〜１ｚ及び演算処理部２での消費電力を抑えた活動量計を実現できるのである。
（実施形態４）
本実施形態は、図５に示すように３軸加速度センサ部１の各加速度センサ１ｘ〜１ｚに供給する電源電圧を電池電源６の電圧を昇降圧して供給する電源部たる昇降圧部８を設けた点で実施形態１の構成と相違する。尚図５の回路構成において、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付して構成の説明は省略する。
【００５２】
ここで、昇降圧部８は電池電源６が新しく、その供給電圧が高いときは加速度センサ１ｘ〜１ｚが動作可能となる必要最小限の電圧に降圧して３軸加速度センサ部１に供給し、検出周期変更部３が決めた検出周期で動作させる。
【００５３】
一方、電池電源６が寿命末期となりその供給電圧が加速度センサ１ｘ〜１ｚが動作可能となる必要最小限より低くなると電池電源６からの供給電圧を昇圧して３軸加速度センサ部１に供給し、検出周期変更部３が設定した検出周期で動作させる。
【００５４】
本実施形態では、昇降圧部８によって電池電源６の電圧を昇降圧して、常に３軸加速度センサ部１の加速度センサ１ｘ〜１ｚが動作可能な必要最小限の電圧を得、これにより加速度センサ１ｘ〜１ｚを動作させることで、消費電力を抑えるとともに、電池電源６が寿命末期の状態でも、ぎりぎりの状態まで動作可能とすることができる。
【００５５】
尚本実施形態の構成を実施形態２や３に加えても勿論良い。
（実施形態５）
本実施形態は、図６に示すように加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力信号を増幅する増幅器９ｘ〜９ｚからなる増幅部９と、増幅部９の増幅器９ｘ〜９ｚの増幅率を演算手段２１が演算する活動量の大きさに応じて変更させる増幅率設定部１２とを付加した点で実施形態１の構成と相違する。尚図５の回路構成において、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付して構成の説明は省略する。
【００５６】
ここで活動量計は電池電源６で駆動させるため、消費電力を考慮して高い電圧で動作させることができない。
【００５７】
そのことにより加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力のダイナミックレンジを広げることが難しい。
【００５８】
そこで、本実施形態では、加速度センサ１ｘ〜１ｚの出力振幅が活動量の大きいときには大きくなる点に注目し、演算手段２１が求める活動量が大きいときには増幅率設定部１２で増幅部９の増幅器９ｘ〜９ｚの増幅率を下げるように設定し、活動量が小さいときには増幅率設定部１２で増幅率を上げるように設定するのである。このようにすることにより、活動量が小さいときの活動量の演算において加速度センサ１ｘ〜１ｚのダイナミックレンジによらず加速度センサのＳ／Ｎ比に依存した加速度センサの性能まで小さい活動量検出能力が上げることができ、高性能な活動量計が実現できるのである。
【００５９】
尚本実施形態の構成を実施形態２〜４に加えても勿論良い。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態１の回路構成図である。
【図２】実施形態１の動作説明用フローチャートである。
【図３】実施形態２の動作説明用フローチャートである。
【図４】実施形態３の回路構成図である。
【図５】実施形態４の回路構成図である。
【図６】実施形態５の回路構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ３軸加速度センサ部
１ｘ〜１ｚ  加速度センサ
２  演算処理部
２０  検出手段
２１  演算手段
３  検出周期変更部
４  表示部
５  記憶部
６  電池電源
【図１】
2006288970.tif 000003
【図２】
2006288970.tif 000004
【図３】
2006288970.tif 000005
【図４】
2006288970.tif 000006
【図５】
2006288970.tif 000007
【図６】
2006288970.tif 000008