(57)【要約】  圧力センサ９を有するセンサユニット２が、人により着用される。人の転倒は、圧力センサの高さ変化を引き起こすだけでなく、方向変化ももたらす。転倒の検出可能性を拡大するため、転倒前状態において、センサの測定に対するエラーの貢献が最大となるよう、気圧センサが位置決めされる。このエラーは、センサのメンブレンに作用する重力によりもたらされる。
2014522985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気圧センサを用いて高さ変化の検出可能性を強化する方法において、
前記気圧センサが、高さ測定を提供し、前記気圧センサは、センサユニットに含まれ、前記センサユニットが、人に取り付け可能であり、
重力の方向に対する前記圧力センサの好ましい方向を決定するステップであって、前記好ましい方向が、最大高さ測定を提供する、ステップと、
重力の方向に対する前記センサユニットの参照方向を決定するステップであって、前記参照方向が、前記人が所定の姿勢を持つ間、前記人に取り付けられるときの前記センサユニットの方向に対応する、ステップと、
前記圧力センサの相対的な方向を決定するステップであって、前記相対的な方向が、前記センサユニットの方向に対する前記圧力センサの方向に対応し、前記圧力センサは、前記好ましい方向を持ち、前記センサユニットが、前記参照方向を持つ、ステップとを有する、方法。
【請求項２】
前記センサユニットが、ペンダントの形式を持ち、前記参照方向は、前記人の首周りに掛かるときの前記センサユニットの方向に対応し、前記所定の姿勢は、歩行する、起立する又は座る人の姿勢に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記センサユニットが、腕時計の形式を持ち、前記参照方向は、前記人の腕の手首に取り付けられるときの前記センサユニットの方向に対応し、前記所定の姿勢が、腕が垂直下方位置にある起立する又は座る人の姿勢に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記センサユニットが、前記人のウエストに取り付け可能であり、前記参照方向は、前記人のウエストに取り付けられるときの前記センサユニットの方向に対応し、前記所定の姿勢が、歩行する、起立する又は座る人の姿勢に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記好ましい方向を決定するステップが、
重力以外の任意の力がない場合前記圧力センサを複数の方向に回転させるステップと、
前記圧力センサの方向の関数として、前記圧力センサの高さ測定を得るステップと、
前記最も大きな高さ測定を生じさせる重力の方向に対する方向を決定するステップであって、前記好ましい方向が、前記決定された方向に対応する、ステップとを有する、請求項１乃至４の任意の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記圧力センサが、気圧における変化を検出するメンブレンを有し、前記圧力センサは、前記メンブレンに作用する重力に敏感であり、前記好ましい方向が、前記圧力センサの方向に対応し、該方向において、前記メンブレンに対する法線と重力の方向との間の角度が約０°であり、前記圧力センサが、前記最大高さ測定を提供する、請求項１乃至５の任意の一項に記載の方法。
【請求項７】
高さ変化を決定するセンサユニットであって、前記センサユニットが、人に対して取り付け可能であり、高さ測定を提供する圧力センサを有し、前記高さ測定は、重力の方向に対する前記圧力センサの方向に依存し、前記圧力センサが、好ましい方向を持ち、前記センサユニットは、前記人が所定の姿勢を持つとき重力の方向に対する参照方向を持ち、前記圧力センサが、前記センサユニットの方向に対する相対的な方向において取り付けられ、前記好ましい方向、前記参照方向及び前記相対的な方向は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法に基づき決定される、センサユニット。
【請求項８】
前記圧力センサが、気圧における変化を検出するメンブレンを有し、前記圧力センサの方向は、前記メンブレンに対する法線と重力の方向との間の角度として規定され、前記圧力センサが、使用の際、前記センサユニットが前記人に取り付けられるとき、前記最大高さ測定を提供し、前記人が前記所定の姿勢を持つとき、前記センサユニットは、前記参照方向を持ち、前記角度が、約０°である、請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項９】
前記センサユニットが、最も長い軸を持つペンダントの形式であり、前記最も長い軸は、使用の際前記センサユニットが座っている又は立っている人の首周りに掛かるとき、重力の方向とほとんど平行であり、前記メンブレンに対する法線が、前記最も長い軸とほとんど平行であるよう、前記圧力センサが取り付けられる、請求項８に記載のセンサユニット。
【請求項１０】
前記センサユニットが、腕時計の形式であり、前記腕時計は、前記人の手首に取り付けるためのストラップを持ち、前記ストラップが、閉じられるとき平面を囲み、前記メンブレンに対する法線が、前記平面に対してほとんど垂直であるよう、前記圧力センサは取り付けられ、使用の際前記センサユニットが下向きに垂れる腕の手首に取り付けられるとき、前記法線が更に重力の方向と平行になる、請求項８に記載のセンサユニット。
【請求項１１】
前記センサユニットが、前記人のウエストの周りで使用の際着用されるベルトに取り付け可能であり、前記ベルトが、閉じられるとき平面を囲み、前記メンブレンが前記平面と平行であるよう、前記圧力センサは取り付けられ、使用の際前記センサユニットが歩行又は起立する人に対応する姿勢を持つ前記人のウエストに取り付けられるとき、前記メンブレンに対する法線が更に重力の方向と平行になる、請求項８に記載のセンサユニット。
【請求項１２】
前記相対的な方向が、約０°である、請求項７乃至１１の任意の一項に記載のセンサユニット。
【請求項１３】
前記センサユニットに対する前記圧力センサの方向が、調整可能である、請求項７乃至１１の任意の一項に記載のセンサユニット。
【請求項１４】
前記センサユニットが更に、決定された負の高さ変化に基づき緊急サービスプロバイダにアラーム信号を送信するよう構成される、請求項７乃至１３の任意の一項に記載のセンサユニット。
【請求項１５】
前記決定された負の高さ変化後所定の時間期間内に、決定された正の高さ変化が決定される場合、前記アラーム信号が無効にされるか、又は、前記決定された負の高さ変化後所定の時間期間内に、決定された正の高さ変化がないことが決定される場合、前記アラーム信号が送信される、請求項１４に記載の高さ変化を決定するセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気圧センサを用いて高さ変化の検出可能性を強化する方法に関する。本発明は更に、高さ変化を決定するセンサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
周囲の環境における約１．５パスカル（Ｐａ）の圧力差を解決することができる圧力センサが、開発された。これらのセンサは、気圧の測定から１メートル未満の高度における差を決定する用途を可能にする感度を持つ。これは、斯かる圧力センサを着用する人の運動を検出するのに適したものとする。ＥＰ１６４２２４８号において、圧力センサは、人に取り付けられ、高さ変化を決定するために用いられる。決定された高さ変化は、人の転倒を示す。
【０００３】
ＷＯ２００９／１０１５６６号は、斯かる圧力センサにより提供される高度測定が、約０．５のメートルの可能なエラーを持つことを開示する。このエラーは、圧力センサの方向に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
転倒検出器に関して、小さな高さ変化も検出可能であることが好ましい。例えば、人が椅子から落下するとき、圧力センサの測定における可能なエラーは、検出される高さ変化のオーダーにある場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、気圧センサを用いて高さ変化の検出可能性を強化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の発明者は、圧力センサの測定におけるエラーを補償する代わりに、いくつかの用途では、高さ変化の検出可能性を強化するために、このエラーが使用されることができることを特定した。例えば転倒検出器を実現するのに必要とされる非常に敏感な圧力測定に対して、この強化された検出可能性は、小さな高さ変化（例えば椅子からの転倒）の検出を可能にする。これにより、人の転倒が正しく検出される改良された信頼性が提供される。
【０００７】
本発明は、多くの場合転倒の前の人の方向が、転倒後人の方向と異なるという洞察に基づかれる。従って、この人に取り付けられる圧力センサの方向は、転倒の結果として変化する。
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、請求項１に記載の気圧センサを用いて高さ変化の検出可能性を強化する方法が、提供される。
【０００９】
人が所定の姿勢を持つとき、圧力センサは、最も大きな高さ測定（又は、最も低い圧力測定）を提供するため、重力の方向に対するその好ましい方向を持つ。一方、センサユニットは、重力の方向に対する参照方向を持つ。相対的な方向は、センサユニットの方向に対する圧力センサの方向である。ここで、圧力センサは好ましい方向を持ち、センサユニットは参照方向を持つ。請求項に記載の方法で得られる相対的な方向は例えば、圧力センサを囲むセンサユニットの筐体において圧力センサを取り付ける又はこの方向を調整するときに用いられることができる。
【００１０】
重力の方向に対する圧力センサの方向は、測定エラーをもたらす可能性があり、本発明において、この測定エラーは、人が所定の姿勢にあるとき、高さ測定値を増加させるために用いられる。所定の姿勢は例えば、直立している人又は歩行している若しくは座っている人の姿勢に対応することができる。人が所定の姿勢を持つ（例えば、直立する）とき、人に取り付けられるセンサユニットの方向は、重力の方向に対する参照方向を持つ。センサユニットを着用している人が所定の姿勢を持つとき、測定結果に対するエラーの貢献が最も大きいよう、センサユニットにおける圧力センサの方向は選択される。圧力センサのこの方向は、好ましい方向と呼ばれる。圧力センサが圧力測定を提供する場合、圧力センサは、好ましい方向において最も低い圧力測定を提供する。最も低い圧力測定は、最大高さ測定に対応する。人が転倒する又は転落するとき、姿勢の変化は、圧力センサの方向における変化を引き起こす。圧力センサの方向変化は、測定結果に対するエラーの貢献を減らす。エラーのこの減らされた貢献は、人が転落又は転倒するとき、人の高さ変化から生じる測定値における変化に「加わる」。こうして、決定された圧力又は高さ変化の測定値は、増加され、これにより、圧力又は高さ変化の検出可能性が強化される。
【００１１】
気圧センサを用いる高さ変化の検出可能性を強化する方法において、圧力センサの好ましい方向を決定する方法は、
重力以外の任意の力がない場合上記圧力センサを複数の方向に回転させる第１のステップと、
重力の方向に対する上記圧力センサの方向の関数として、上記圧力センサの高さ（又は圧力）測定を得る第２のステップと、
最大高さ測定（又は最低圧力測定）を生じさせる重力の方向に対する方向を決定する第３のステップであって、上記圧力センサの好ましい方向が、上記決定された方向に対応する、ステップとを有することができる。
【００１２】
本発明の第２の側面によれば、高さ変化を決定するセンサユニットが提供される。上記センサユニットが、人に対して取り付け可能であり、圧力センサを有する。センサユニットにおける圧力センサの方向は、気圧センサを用いて高さ変化の検出可能性を強化する方法に基づき決定される。
【００１３】
ある実施形態において、センサユニットは、ペンダントとして形成される。参照方向は、ペンダントが、直立する人の首周りに掛かっているとき、重力の方向に対するペンダントの方向に対応する。
【００１４】
センサユニットの実施形態において、圧力センサは、気圧における変化を検出する屈曲可能な又は可動のメンブレンを有する。例えばコンデンサの１つのプレートとして作用するよう、メンブレンは形成されることができる。従って、圧力における変化に応じたメンブレンの運動は、圧力センサの静電容量における変化を生じさせる。しかしながら、圧力センサは非常に敏感であるので、メンブレンは、重力が作用する方向に垂直な方向における変化により影響される可能性がある。メンブレンは好ましくは、平面に配置される。センサユニットにおける圧力センサの好ましい方向は、重力の方向が上記平面に垂直である圧力センサの方向に対応する。好ましい方向において、重力に基づかれるメンブレンの運動又は曲げが、最も大きな高さ測定（又は、最も低い圧力測定）をもたらす。従って、本発明によるセンサユニットにおいて、センサユニットにおける圧力センサの方向は、人が所定の姿勢を持ち、センサユニットが、参照方向を持つとき、重力の方向が平面に対して垂直であるようにされる。
【００１５】
ペンダント形状のセンサユニットの更なる実施形態において、歩行又は起立している人に対応する姿勢を持つ人の首周りにペンダントが掛かっているとき、重力の方向がメンブレンが配置される平面に対して垂直であるよう、センサユニットにおける圧力センサの方向は決められる。更なる実施形態において、ペンダントは最も長い軸を備える細長い形状を持つ。首コードは、ペンダントの端部の１つに取り付けられる。参照方向において、最も長い軸は、重力の方向と平行である。圧力センサのメンブレンは、約９０°のセンサユニットに対する、相対的な方向を持つ。即ち、ペンダントの最も長い軸が、メンブレンの平面に対してほぼ垂直である。
【００１６】
別の実施形態では、センサユニットは、腕時計として形成される。この場合、参照方向は、垂直下方に垂れる腕の手首に付けられるとき、重力の方向に対するセンサユニットの方向に対応する。腕時計が参照方向にあるとき、圧力センサが、最大測定エラーを提供し、最低圧力測定又は最大高さ測定を生じさせるよう、圧力センサは配置される。更なる実施形態において、センサユニットは、メンブレンを持つ圧力センサを有する。腕時計が参照方向を持つとき、メンブレンが重力の方向に垂直であるよう、圧力センサは、腕時計において取り付けられる。その結果、圧力センサは、最低圧力又は最大高さ測定を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ユーザにより着用されるペンダントとして形成されるセンサユニットを示す図である。
【図２】本発明によるセンサユニットのブロックダイアグラムを示す図である。
【図３】本発明による圧力センサの好ましい方向を決定する方法を説明するフローチャートを示す図である。
【図４ａ】重力の方向に対する、メンブレンを有する圧力センサの方向を示す図である。
【図４ｂ】重力の方向に対する、メンブレンを有する圧力センサの方向を示す図である。
【図５】本発明による気圧センサを用いて高さ変化の検出可能性を強化する方法を説明するフローチャートを示す図である。
【図６ａ】転倒の前後でのセンサユニットを着用するユーザ及びセンサユニットを示す図である。
【図６ｂ】転倒の前後でのセンサユニットを着用するユーザ及びセンサユニットを示す図である。
【図６ｃ】転倒の前後でのセンサユニットを着用するユーザ及びセンサユニットを示す図である。
【図６ｄ】転倒の前後でのセンサユニットを着用するユーザ及びセンサユニットを示す図である。
【図７ａ】腕時計として形成される更なるセンサユニットを着用する別のユーザ及び転倒の前後でのこのセンサユニットを示す図である。
【図７ｂ】腕時計として形成される更なるセンサユニットを着用する別のユーザ及び転倒の前後でのこのセンサユニットを示す図である。
【図８ａ】プリント回路基板に取り付けられる圧力センサの例を示す図である。
【図８ｂ】プリント回路基板に取り付けられる圧力センサの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明が、例示にすぎないものを介して、図面を参照して、説明されることになる。
【００１９】
図１に示されるように、本発明は、ユーザ４により着用されるセンサユニット２を提供する。図示される実施形態において、センサユニット２は、ユーザの首周りに配置される首コード６を持つペンダントの形で提供される。代替的に、センサユニット２は、例えば手首、胴体、ウエスト、骨盤又は胸骨といったユーザの体の異なる部分で又はこの上に着用されるよう構成されることができ、体のその部分に対してセンサユニット２を取り付けるための適切な構成（例えば、ユニット２が骨盤又は胸骨に取り付けられる場合、ベルト又はストラップ）を有する。
【００２０】
センサユニット２は、ユーザ４の運動を測定し、例えばユーザ４が転倒で苦しんでいるかを決定するべく測定を処理するために用いられる。代替的に、この処理は、ユーザ４により着用されるセンサユニット２とは別のベースユニット（図１において図示省略）において実行されることができる。ある実施形態において、ベースユニットは、静止したユニットであり、例えばユーザの住居に配置される。更なる実施形態において、ベースユニットは、ユーザにより搬送される携帯型ユニットである。ある実施形態において、ベースユニットは、センサユニットとデータを交換するよう構成される携帯電話である。更なる実施形態において、携帯電話は、センサユニットを有する。
【００２１】
図２は、本発明によるセンサユニット２の好ましい実施形態を示す。センサユニット２は、気圧を測定する気圧センサ９を有する。気圧は、参照高度での、例えば海面での気圧が与えられれば、センサユニット２の高度又は高さへと変換されることができる。転倒検出器として用いられるとき、センサユニットは好ましくは更に、少なくとも１つの更なるセンサを有する。少なくとも１つの更なるセンサは好ましくは、３つの直交軸に沿って加速度を測定する加速度計８を有し、日常生活の活動に関する他の運動から転倒に関する運動を認識する能力を増加させるために用いられることができる。加速度計８及びセンサ９により出力される信号は、解析のためプロセッサ１０に提供される。
【００２２】
センサユニット２は、送信機又はトランシーバ回路１４及び好ましくはメモリ１２も有する。メモリ１２は、加速度計８及び圧力センサ９からの測定を格納し、プロセッサ１０による解析の結果を格納するのに用いられる。無線送信機又はトランシーバ回路１４は好ましくは、遠隔の（ベース）ユニット又はコンピュータに解析の結果を送信するのに使用される。そこでは、ユーザ又はヘルスケアプロバイダにより結果が表示又は研究されることができる。
【００２３】
本発明の実施形態において、加速度計８及び圧力センサ９により集められる測定は、転倒の発生を決定するため、センサユニット２においてプロセッサ１０により解析される。転倒が発生したと決定されると、無線送信機は、遠隔緊急サービスプロバイダ及び／又は他のケア提供者（例えば親類）に転倒アラーム信号を送信するために用いられる。代替的に、加速度計８及びセンサ９からの測定は、送信機／トランシーバ回路１４を介して、ベースユニットに送信されることができる。ここで、ベースユニットは、転倒の発生を決定するために測定を解析し、遠隔位置に転倒アラーム信号を提供する。いずれにせよ、処理は、（ほぼ）リアルタイムに実行されることができるか、又は検出される危険な状態がない場合、加速度計８及び圧力センサ９からの測定は、将来的な処理（即ちオフライン）のため、メモリ１２又はベースユニットに格納されることができる。
【００２４】
気圧センサ９は、センサユニット２の周りの環境圧力に敏感である。好ましくは、圧力センサ９は、１パスカルのオーダーの圧力変化を検出することができる。しかし、本発明は、１パスカルより明らかに高い又は低い最大圧力変化分解能を持つ圧力センサに適用可能である。
【００２５】
気圧センサは好ましくは、パッケージ、例えばＳＭＤパッケージにより囲まれる集積回路（ＩＣ）を有する。センサＩＣは、気圧を検出する圧力トランスデューサを有する。圧力トランスデューサは例えば、圧抵抗トランスデューサ、容量性トランスデューサ、又は、別の物理的な原理を利用する圧力トランスデューサとすることができる。
【００２６】
気圧を測定することが可能であるために、圧力トランスデューサは、この上に作用する力に影響されやすい。この上に作用する力に基づき移動可能又は屈曲可能な圧力トランスデューサの部分は、メンブレンと呼ばれる。メンブレンの運動は、例えば電荷、電圧、抵抗等といった電気量における変化を引き起こす。この力は、圧力トランスデューサを囲む空気の気圧によりもたらされる。重力も、圧力トランスデューサに作用する。これは、このトランスデューサが、同様に重力に敏感であることをもたらす。重力に対する感度は、重力の方向に対する圧力トランスデューサの方向に依存する。これは、気圧測定エラーが方向依存であることをもたらす。好ましい方向は、所与の高さでの圧力センサが、最大測定エラーを提供する方向である。これは、最大高さ測定又は最低圧力測定を生じさせる。
【００２７】
センサＩＣは更に、センサＩＣ圧力出力信号を得るために圧力トランスデューサにより提供される出力信号の増幅、フィルタリング、温度補償及び線形化を提供するため、アナログ及びデジタル信号処理回路を有することができる。センサＩＣは、測定された（相対的な）高さへと測定された圧力を変換するよう構成されることができる。センサＩＣに基づき、気圧センサは、圧力測定又は高さ測定を提供することができる。
【００２８】
好ましくは、センサ９における圧力トランスデューサは、気圧Ｐにおける変化を検出するメンブレンを有する。特に、コンデンサの１つのプレートとして作用するよう、メンブレンは形成されることができるので、気圧における変化によりもたらされる外部力に基づかれるメンブレンの運動は、圧力センサ９の静電容量における変化を生じさせる。しかしながら、圧力センサは非常に敏感であるので、メンブレンは、重力が作用する方向における変化により（即ち圧力センサ９の方向が変化した場合）、又は圧力センサ９に作用する他の加速度により影響される可能性がある。
【００２９】
圧力Ｐを高さＨへと変換するのに一般に用いられる式は、
2014522985.tif 000003
で与えられる。
【００３０】
この式において、Ｐ０は、参照温度、通常２８８Ｋでの参照レベルＨ０での圧力である。通常は、海面が、参照として用いられ、Ｈ０＝０ｍ、Ｐ０＝１０１３．２５ｈＰａである。圧力トランスデューサにより測定される圧力Ｐは更に、重力の方向に対するメンブレンの方向φに依存する。メンブレンに対する法線が、重力の方向に平行なとき、所定の高度での測定圧力は、メンブレンが上向き又は下向きかに基づき、最大又は最小である。好ましい方向において、結果として生じる高さ測定が最も大きい（又は、圧力測定が最も低い）１つが、選択される。最も大きな高さ測定（又は、最も低い圧力測定）が得られる方向は、圧力センサの好ましい方向と呼ばれる。好ましい方向において、メンブレンに対する法線と重力の方向との間の角度φは、約０°である。
【００３１】
ある実施形態において、圧力センサは、圧力測定を提供する。更なる実施形態において、圧力センサは、測定された気圧を（相対的な）高さへと（例えば上述した式を用いることにより）変換するよう構成され、高さ測定を提供する。本発明による方法及びセンサユニットにおいて、圧力センサの両方の実施形態が用いられることができる。議論を容易にするため、高さ測定を提供する圧力センサが想定される。式は、圧力Ｐにおける減少が高さＨの増加を生じさせることを示す。好ましい方向において、最低圧力測定又は最大高さ測定が決定される。従って、明細書及び請求項において、「最大高さ測定」は、「最低圧力測定」に対応する。
【００３２】
図３は、圧力センサの好ましい方向を決定する方法を説明するフローチャートを示す。好ましい方向は、圧力センサ９に作用する重力以外の別の任意の力がないときに決定される（即ち静的な状態）。この方法において、圧力センサ９の最も敏感な方向は、これを複数の方向に回転させることにより決定される。これは、重力が作用する方向であって、圧力センサが最も大きな高さ測定（又は、最も低い圧力測定）を提供する方向と、その最も敏感な方向が実質的に整列配置されるような圧力センサの方向を得る確率を改善するために行われる。メンブレンを持つ圧力センサを用いるとき、圧力センサの最も敏感な方向は、メンブレンに垂直である。好ましい方向において、メンブレンに対する法線は、重力の方向と実質的に平行である。この最大高さ測定が得られる、重力の方向に対する方向は、好ましい方向と呼ばれる。好ましい方向において、メンブレンに対する法線と重力の方向との間の角度は、約０°である。
【００３３】
圧力センサの好ましい方向を決定する方法は、
重力５以外の任意の力がないとき圧力センサ９を複数の方向に回転させる第１のステップ１００と、
圧力センサの（重力の方向に対する）方向の関数として、圧力センサの高さ測定を得る第２のステップ１０２と、
最大高さ測定を生じさせる方向を決定する第３のステップ１０４であって、好ましい方向が、この決定された方向に対応する、ステップとを含む。
【００３４】
図４ａ及び図４ｂは、メンブレン１７、１７ａ、１７ｂを持つ圧力トランスデューサを有する圧力センサ９、９ａ、９ｂを示す。メンブレンに対する法線１９、１９ａ、１９ｂが重力５の方向と揃えられるよう方向付けられるとき、メンブレンは、重力に対して最も敏感である。図４ａ及び４ｂにおいて、圧力センサの方向φ、φａ、φｂは、法線１９と重力５の方向との間の角度として規定される。参照高さ（海面）の上の高さｈに保たれつつ、圧力センサ９ａ、９ｂが回転されるとき、法線１９ａ、１９ｂと重力５の方向との間の角度のφａからφｂへの変化が、得られ、圧力センサにより提供される高さ測定は、増加する（又は、圧力測定が、減少する）。０〜９０°の方向変化に対して、高さ測定は減少する。一方、圧力センサは高さｈに保たれる。方向が更に９０〜１８０°の間で変化される場合、エラー貢献は再び増加するが、符号は反対であり、及び従って、高さ測定値を更に減らす。図４ａに更に示されるように、圧力センサ１９ａ及び１９ｂも、重力５の方向に対する法線の方向φａ、φｂを変化させることなく、重力の方向に平行な撮像ライン５の周りで回転される（円２１参照）。図４ｂは、好ましい方向において、法線１９が重力５の方向と平行であることを示す。その結果、圧力センサが、最大測定高さ又は最小測定圧力を提供する。
【００３５】
本発明によるセンサユニット２は、例えば携帯電話、スマートフォン、腕時計、携帯型フィットネスデバイス、ユーザの特定の活動を検出するデバイス、例えば転倒検出デバイス、ユーザによるエネルギー消費を監視するデバイス、追跡及び制御のためのデバイス等を形成するよう、更なる機能及び回路を備えるよう拡張されることができる。
【００３６】
センサユニットは、圧力センサ９、プロセッサ１０及び無線送信機１４を囲む筐体を有することができる。ある実施形態において、プロセッサは、圧力センサに含まれることができる。センサユニットは好ましくは更に、少なくとも１つの更なるセンサ８を有する。センサユニット２は例えば、転倒検出デバイスとして用いられることができる。この方法は、圧力センサ９がセンサユニットの筐体においてどのように方向付けられなければならないかを決定するため、センサユニット２の設計プロセスにおいて用いられることができる。その筐体に対する圧力センサの方向が調整可能なとき、この方法は好ましくは、製造手順の間、又はセンサユニット２に圧力センサ９をインストールする間に用いられる。センサユニットの方向は、センサユニットがユーザ４のどこにどのように取り付けられるかに依存する。圧力センサの好ましい方向を決定する方法は、各使用条件に関して、センサユニットにおける圧力センサの方向が、好ましい方向に調整されることができるという利点を提供する。
【００３７】
図５は、気圧センサ４を持つ高さ変化の検出可能性を強化する方法を説明するフローチャートを示す。ここで、圧力センサはセンサユニットに含まれる。
【００３８】
この方法の第１のステップ１０６において、重力の方向に対する圧力センサ４の好ましい方向φ１が決定される。ここで、好ましい方向は好ましくは、圧力センサの好ましい方向を決定する上記の方法を用いて決定される。
【００３９】
第２のステップ１０８において、センサユニット２の参照方向φ２が決定される。参照方向は、使用の際センサユニットが人に取り付けられ、人が所定の姿勢を持つ（例えば、直立している又は腕が下に垂れている）ときの、重力の方向に対するセンサユニットの方向に対応する。
【００４０】
第３のステップ１１０において、圧力センサ４の相対的な方向が決定される。相対的な方向は、センサユニット２の方向に対する圧力センサ９の方向に対応する。この場合、圧力センサは、重力の方向に対する好ましい方向を持つ。一方、センサユニットは、重力の方向に対する参照方向を持つ。
【００４１】
参照方向φ２は、例えば人が椅子に座っている間、センサユニットが人４の体に取り付けられるときのセンサユニットの使用状態における、重力の方向に対するセンサユニット２の方向に対応する。センサユニットは好ましくは、軸３を持つ。ここで、圧力センサの相対的な方向１５が、この軸に対する圧力センサの方向に対応する。好ましくは、所定の姿勢は、直立する人に対応し、好ましくは、直立しているとき、人に取り付けられるセンサユニットの軸が、重力５の方向と平行である（図６ａ及び図６ｂを参照）。人が転倒し、姿勢が横たわった位置へと変化するとき、センサユニット２の方向及び圧力センサ９の方向が同様に変化する（図６ｃ及び図６ｄを参照）。転倒が原因で、センサユニットの高さ及び方向が変化する。この両方は、圧力センサにより提供される測定の値における変化に貢献する。
【００４２】
図６を参照すると、ある実施形態において、センサユニット２は、転倒検出デバイスとして用いられる。センサユニットは、首コード６を用いて人４に取り付けられるペンダントの形式を持つ。人４の転倒は、ペンダント２の及び従ってセンサユニットの方向変化をもたらす。
【００４３】
圧力センサの方向変化のその測定への貢献から利益を受けるために、人４が例えば立っている又は歩行しているといった所定の姿勢（図６ａを参照）にあるとき、転倒検出デバイス２における圧力センサ９が好ましい方向を持つことが好ましい。例えば、センサユニットが、プリント回路基板（ＰＣＢ）１１を有し、この上に、メンブレンを持つ圧力センサが取り付けられ、ＰＣＢ１１が、（直立する人に取り付けられる場合、図６ａを参照）使用の際、重力の方向に平行であるペンダントの最も長い軸３と平行に方向付けられるとき、圧力センサは、（使用中）好ましい方向を持たない。なぜなら、メンブレンに対する法線が、重力５の方向と平行でないからである。使用の際、重力５の方向に対する圧力センサ９の好ましい方向は、人の首周りで着用される重力５の方向に対するペンダントの最も長い軸３の方向と一致することができない。図６ａ〜６ｄにおいて、ペンダント２は、端部の１つに取り付けられる首コード６を備える方形形状を持つ。しかし、他の形状が可能であり、これは排除されない。歩行しているとき、ペンダント形状のセンサユニットの最も長い軸３の参照方向は、重力５の方向とおよそ平行である。図６ａは、ペンダント２が、ネックレス６に取り付けら、首周りに着用されるので、転倒前状態において、センサユニット２が、垂直方向において、その最も長い軸３で掛かることが最も起こりやすいことを示す。人４が、この所定の姿勢（例えば座る、立っている又は歩いている）を持つとき、センサユニット２は、重力の方向に対する参照方向を持つ（これにより、参照方向において、この最も長い軸及び重力の方向の間に第２の角度φ２が存在する）。一方、圧力センサは、重力の方向に対する好ましい方向を持つ（これにより、好ましい方向において、メンブレンに対する法線及び重力５の方向の間に第１の角度φ１が存在する）。好ましい方向において、メンブレンは、重力５の方向に垂直である。相対的な方向１５は、センサユニットの参照方向に対する、圧力センサの好ましい方向を規定する。従って、ペンダントがその最も長い軸が重力の方向と（実質的に）平行である垂直方向にあるとき最大測定を得るため、メンブレン１７がセンサユニット２に対する相対的な方向を持つよう、圧力センサは取り付けられる（この相対的な方向は、φ２−φ１で表される。ここで、φ２及びφ１は、重力の方向を持つ同じ軸に対して測定され、φ２−φ１は、圧力センサの最も長い軸と、圧力センサに含まれる圧力トランスデューサのメンブレンに対する法線との間の角度を表す）。この実施形態において、φ１は、約０°であり、φ２は、約０°であり、結果として、相対的な方向φ２−φ１も、約０°になる。図６ｂは、圧力センサ９が、更なるＰＣＢ１３に取り付けられる実施形態を示す。これは、最も長い軸３の方向に対して垂直、かつ重力５の方向に対して垂直に方向付けられる。メンブレンに対する法線が、重力の方向と平行である（φ１は、約０°である）更なる実施形態は、後述の図８ｂにおいて示される。図６ｃは、人４が地面に横たわる転倒後状態を示す。図６ｄは、ユーザが転倒したとき、ペンダントの最も長い軸３及びメンブレンに対する法線が、重力５の方向に対して垂直であり（��ンブレンは、重力５の方向に平行である）、最小の重力誘導（圧力又は高さ）測定エラーがもたらされることを示す。
【００４４】
図７ａ及び図７ｂに示される更なる実施形態において、センサユニットは、腕時計２として形成される。腕時計形状のセンサユニットは更に、アラーム・クロック・ユニットと、時間、日付及び例えばセンサユニットのバッテリー状態を示すディスプレイ手段とを有することができる。図７ａに示される所定の姿勢において、腕時計が取り付けられる左腕４は、下に垂れている。即ち、重力５の方向に実質的に平行である。人は例えば、立っている又は座っていることができる。下向きに垂れた左腕の手首に着用されるとき、参照方向φ２は、腕時計２の方向に対応する。腕４が下に垂れているとき、センサユニット２が取り付けられる手首は、地面に対して最も低い高さに達する。従って、図７ｂを参照すると、人が地面に倒れたとき、（首周りで搬送されるペンダント形状のセンサユニットと比べると）腕時計２の高さ変化は比較的小さい。人が所定の姿勢（左腕が下に垂れている）を持つとき、センサユニット２における圧力センサの方向は、重力５の方向が、メンブレンが配置される平面に垂直であるような好ましい方向に対応する。従って、圧力センサは、クローズ型のストラップ６により形成される平面１８と実質的に平行なメンブレンを持つ腕時計２に取り付けられる。センサユニットは、（腕時計が取り付けられる）腕が下に垂れているとき、重力５の方向と実質的に平行なその最も長い軸で方向付けられるＰＣＢ１１を有することができる。この実施形態において、参照方向において、ＰＣＢ１１の最も長い軸と重力の方向との間の第２の角度φ２は、約０°であり、好ましい方向において、メンブレンに対する法線と重力５の方向との間の第１の角度φ１は、約０°である。参照方向と角度φ１及びφ２において表される好ましい方向とを用いると、これは、約０°の相対的な方向（第１及び第２の角度φ１、φ２の間の差）を生じさせる。ある実施形態において、圧力センサは、曲がったノブの位置で腕時計に結合される拡張ユニット１７に配置される。この圧力センサは、使用の際腕が下に垂れるとき好ましい方向を持つ。
【００４５】
右腕の手首に着用されるとき、参照方向は、１８０°回転されることができる（右腕が、重力の方向に対して実質的に平行に垂れ下がると仮定する場合）。更なる実施形態において、腕時計形状のセンサユニットは、圧力センサに対する１８０°の方向シフト（「背中合わせ」）で位置決めされる更なる圧力センサを有する。プロセッサ１０は、２つの圧力センサのうちどちらが用いられることになるかを決定するため、較正手順を実行するよう構成される。ある実施形態において、較正手順は、腕時計が好ましい腕に取り付けられる第１のステップと、較正モードが作動される第２のステップと、その方向が重力の方向と平行であるよう、所定の時間腕が下に垂れる第３のステップと、最大高さ測定（又は、最低圧力測定）を提供する圧力センサが選択され、他の圧力センサが電力消費を減らすためにスイッチオフにされる第４のステップとを有する。腕時計のこの更なる実施形態は、これが、左又は右腕で着用されることができるという利点を提供する。
【００４６】
圧力センサが好ましい方向において固定されることを可能にするため、センサユニット２が好ましくは、２つのプリント回路基板（ＰＣＢ）１１、１３を有する（図６ｂ及び図６ｄを参照）。圧力センサは、第２のＰＣＢ１１に電気的に及び好ましくは機械的に結合される第１のＰＣＢ１３に取り付けられる。第２のＰＣＢには、センサユニットの他の要素（例えばプロセッサ及び加速度計）が取り付けられる。好ましくは、転倒検出デバイス２は、第１のＰＣＢ１３の方向を調整する調節手段を更に有する。その結果、圧力センサが、好ましい方向に配置されることができる。例えば、第１のＰＣＢ１３の位置は、第２のＰＣＢ１１に対して調整可能である。これにより、相対的な方向１５の調整が可能にされる。別の実施形態では、デバイスは、取り付けられた圧力センサが好ましい方向に配置されることを可能にする柔軟なＰＣＢを有する。
【００４７】
図８ａは、圧力トランスデューサを囲む筐体を有する圧力センサ９を示す。ある実施形態において、筐体は、ＳＭＤパッケージである。その結果、ＰＣＢ１３に取付けられた後、メンブレン１７は、ＰＣＢと実質的に平行である。図８ｂに示される更なる実施形態において、筐体は、単一の側面（ライン・パッケージにおけるシングルと同様）ですべてのピンを提供する。その結果、ＰＣＢ１３に取付けられた後、メンブレン１７の方向は、ＰＣＢ１３に対して実質的に垂直である。これは、センサユニットの最も長い軸３又は第２のＰＣＢ１１に対して、圧力センサのメンブレンに対する法線の相対的な方向が約０°である、ペンダント及び腕時計形状のセンサユニットの上述の実施形態に関しては有利である。
【００４８】
更なる実施形態において、圧力センサは、センサユニットの筐体により囲まれる圧力チャンバに取り付けられる。圧力チャンバは更に、センサユニットを囲む環境空気に対するベントを有する。圧力チャンバは、（例えば筐体の握持によりもたらされる）センサユニット筐体の変形が、圧力センサにより測定される気圧における変化を引き起こさないことを確実にする。ある実施形態において、圧力チャンバに対する圧力センサの方向は、調整可能である。その結果、圧力センサが好ましい方向に配置されることができる。更なる実施形態において、センサユニットの筐体に対する圧力チャンバの方向は、調整可能である。その結果、圧力センサが好ましい方向に配置されることができる。
【００４９】
図５及び図６は、人の転倒が、高さ変化及び圧力センサの方向変化を引き起こすことを示す。高さ及び方向変化は、測定された高度降下を生じさせる。この値は、測定された高度降下に対する方向変化の貢献が原因で、実際の高さ又は高度変化より大きい。センサユニット２の実施形態において、測定された高さ変化は、圧力センサ測定の及び（少なくとも１つの更なるセンサにより提供される）更なるセンサ信号の更なる解析のためのトリガーとして用いられる。これは、プロセッサのエネルギー消費が減らされるという利点を提供する。なぜなら、プロセッサにより提供される更なる解析は、測定された高度降下が閾値を超えていることに基づかれるからである。
【００５０】
更なる実施形態において、センサユニットは、転倒検出器として用いられる。ここで、センサユニットは、正及び負高さ変化を決定するよう構成される。負の高さ変化は、人の転倒から生じる。一方、正の高さ変化は、人が再び立ち上がり、及び従って、支援の必要がないことを示す。決定された負の高さ変化後所定の期間内に、決定された正の高さ変化が続かないときのみ、センサユニットは、転倒アラーム信号を送信するよう更に構成される。更なる実施形態において、決定された正の高さ変化が、決定された負の高さ変化後所定の期間内に発生すれば、決定された正の高さ変化は、転倒アラーム信号を無効にするために用いられる。センサユニットは好ましくは、ペンダント又は腕時計として形成される。
【００５１】
手首着用センサユニットの更なる実施形態において、圧力センサのメンブレンの重さｍは、約
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である。ここで、パラメータｐ１、Ｒ、Ａ及びｇは、以下に記載及び説明される。これより前において、最適な高さ変化検出のため、重力が原因による圧力読み出しにおけるエラーがどのように最小化されることができるかが説明されたが、センサ（又は、センサユニット）が手首に着用される場合、エラーそのものが、方向独立性に関して最適化されることができる。この最適化は、ユーザ４の等価な腕の長さに関して、センサ９のメンブレン１７の有効な質量の慎重な設計を含む。等価な腕の長さは、ユーザが日々の運動において手首を動かすとき、手首、又はより正確にはセンサが取り付けられるポイントが回転する典型的な半径である。例示的な運動は、腕を伸ばす（例えば、棚から何かを取る）、指し示す、腕を垂れたままにしておく、トレイをつかむ等である。回転は、肩の周りで起き、結果として生じる方向独立性は、圧力読み出しから推測される高さが、手首の現在の方向（及び高さ）に関係なく、肩の高さに多かれ少なかれ等しいということである。
【００５２】
各回転角度θで、重力は、圧力読み出しに対する別の効果を持つ。これは、
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により表されることができる。ここで、Ｆｇｒａｖは、メンブレン１７での重力運動であり、ｍは、メンブレンの質量であり、ｇは、重力（９．８１ｍ＝ｓ２）であり、θは、垂直との腕の角度である。（上を指すとき、θ＝０°であり、垂れているとき、θ＝１８０°である。）同時に、各回転で、センサ９は、別の高さにある。これは、
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により表されることができる。ここで、ｈは、手首の現在の高さであり、ｈｓｈｏｕｌｄｅｒは、肩の高さであり、Ｒは、等価な腕長（半径）である。高さの増加と共に、気圧は減少する。腕及び体運動による高さ変化の範囲に対して、この依存性は、線形形式において近似されることができ、
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となる。ここで、ｐ（ｈ）は、高さｈでの気圧であり、ｐ０は、平均環境気圧（通常は１０００ｈＰａ）であり、ｐ１は、高さに関する圧力の１次オーダー依存度である。（異なる高度では、別の依存度が生じる。）気圧も、メンブレンに力を及ぼし、
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となる。ここで、Ｆｐｒｅｓｓは、メンブレンに及ぼされる気圧の力であり、Ａは、メンブレンの（等価な）表面領域である。回転θに関する独立性のため、即ち高さ読み出しが手首のそれの代わりに肩の高さを効果的に示す場合、２つの力は、互いを補償するべきであり、
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となる。その結果、Ｆｃは、ｈｓｈｏｕｌｄｅｒに依存するが、θとは独立し、
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となる。ここで、式（３）が用いられる。式（５）において式（２）及び（３）を置換すると、
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を与える。式（６）を用いると、式（７）は
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へと単純化される。
【００５３】
メンブレンが、一定の質量密度
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、即ち
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を持つ場合、ここで、ｄは、メンブレンの厚みであるが、メンブレン表面領域は、キャンセルされ、回転独立性に関して、
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が成り立つ。
【００５４】
式（９）は、表面方形当たり好ましいメンブレン質量を提供する。その結果、手首着用のデバイスに関して、圧力読み出しは、腕の方向から独立する（前述したように、センサが、好ましい方向に取り付けられる場合）。この式は、第１のオーダーの最適条件を提供する。
【００５５】
この独立性効果を実現するため、センサは、腕が垂れている（即ち、参照方向にある）とき、圧力読み出しが最も低い（高さ読み出しが最も高い）好ましい方向に取り付けられることを必要とする。前述されたように、この方向は、最適な高さ変化検出可能性にとっても好ましい。肩の周りで腕を回転させた次に、腕も、腕の方向、即ちねじれ要素（回外／内反）に沿って回転することができる。しかしながら、好ましい方向で、このねじれ回転は、メンブレンに対する法線に沿って圧力センサを回転させ、及び従って、メンブレン上の引力又は押力は不変のままである。
【００５６】
メンブレン厚は、製造プロセスにおいて制御されることができる。これは、メンブレンへの異なる被覆又は被覆厚の適用だけではなく、ＭＥＭＳ処理そのものを介して行われることができる。被覆は、湿度が原因による摩耗といった環境効果からメンブレンを保護するよう機能することができる。高さｐ１を持つ気圧の変化は、センサが着用される高度に依存する。等価な腕半径Ｒは、ユーザに依存する。即ち、体のサイズ（背が低い／高い）だけでなく、ジェスチャの典型的な態様（伸縮された又は曲げた腕）に依存する。（表面領域当たりの）質量を動的に変化させることにより、例えばＭＥＭＳ技術を介してメンブレンの中又は外へ質量バラスト移動させることにより、更なる改良が可能である。
【００５７】
本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。
【００５８】
図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。シングルプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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