角度検出装置及び歩数計
【課題】 加速度センサを用いて構成が簡単で信頼性高く、小型化可能な角度検出装置を提供すること。
【解決手段】 各加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは感度軸が相互に直交するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力し、ＣＰＵ１０８は加速度センサ１０１ａ、１０１ｂからの検出信号に基づいて、歩数計の筐体の傾きを算出する。ＣＰＵ１０８は、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂを決定して該増幅手段からの検出信号に基づいて歩数計数を行い、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最適化し、利用しない増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを小さくしてＳＮ比及び歩数演算の精度向上を図る。
【解決手段】 各加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは感度軸が相互に直交するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力し、ＣＰＵ１０８は加速度センサ１０１ａ、１０１ｂからの検出信号に基づいて、歩数計の筐体の傾きを算出する。ＣＰＵ１０８は、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂを決定して該増幅手段からの検出信号に基づいて歩数計数を行い、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最適化し、利用しない増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを小さくしてＳＮ比及び歩数演算の精度向上を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体等の傾きを検出する角度検出装置及びこれを利用した歩数計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、筐体等の傾きを検出するために角度検出装置が開発されている。
例えば、感度軸が直交するように配置された複数の加速度センサを用いて歩数を測定する歩数計において、加速度センサの選択制御等のために、歩数計筐体の傾きを検出する角度検出装置を利用した発明が開発されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１記載の発明のように角度検出装置を用いて筐体の傾きを検出し、当該傾きに適した加速度センサを歩数測定用のセンサとして選択することにより、歩数測定精度を向上させることが可能である。
しかしながら、特許文献１における角度検出装置は、複数の導電性ピンと前記ピンを囲む導電性リングとから構成されており、機械的に動く部分があるため構造的に複雑で信頼性に乏しい、小型化困難等の問題がある。
また、前記角度検出装置を歩数計に利用した場合、専用の角度検出装置として用いられるため、前述した角度検出装置の構造的な問題や、歩数計が高価になる等の問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６２４５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、傾きを検出する角度測定装置において、加速度センサを用いて、構成が簡単で信頼性が高く小型化可能にすることを課題としている。
また本発明は、歩数計において、専用の角度検出装置を用いることなく歩行検出用の加速度センサを用いて、傾きを検出して正確な歩数測定を可能にすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する複数の加速度センサと、前記複数の加速度センサを収容する筐体と、前記複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記筐体の傾きを算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする角度検出装置が提供される。
感度軸が相互に交差するように配置された複数の加速度センサは、少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する。算出手段は、前記複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記複数の加速度センサを収容する筐体の傾きを算出する。
【０００６】
ここで、前記複数の加速度センサは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサであり、前記算出手段は、前記第１、第２検出信号に基づいて前記傾きを算出するように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記第１検出信号又は第２検出信号の周期、及び、前記第１検出信号と第２検出信号の検出時間差に基づいて前記傾きを算出するように構成してもよい。
また、前記第１、第２加速度センサは動的加速度センサであってもよい。
【０００７】
また、本発明によれば、感度軸が相互に交差するように配置されると共に歩行に対応する動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサと、前記第１、第２加速度センサを収容する筐体と、前記第１、第２検出信号を増幅する第１、第２の増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて歩数を計数する計数手段とを有する歩数計において、前記いずれか一に記載の角度検出装置と、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段のうち、片方又は両方のゲインを小さくする制御手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計が提供される。
制御手段は、第１、第２増幅手段のうち、角度検出装置が算出した筐体の傾きに応じて片方または両方の増幅手段のゲインを小さくする。
【０００８】
ここで、前記制御手段は、所定時間毎に、前記第１、第２増幅手段のゲインを最大にした後、前記筐体の傾きを算出するように前記角度検出装置を制御すると共に、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段の片方または両方ゲインを小さくするように構成してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の角度検出装置によれば、構成が簡単で信頼性高く、小型化が可能である。
また、本発明の歩数計によれば、専用の角度検出装置を用いることなく傾き検出が可能で、正確な歩数測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る角度検出装置及びこれを用いた歩数計のブロック図である。
図１において、歩数計は、被測定者の歩行動作を検出して前記歩行動作毎に対応する検出信号を出力する複数の検出手段（図１では第１検出手段１００ａ、第２検出手段１００ｂの２つ）を備えている。
【００１１】
第１検出手段１００ａは、被測定者の歩行動作毎生じる動加速度（振動）を検出して対応する電荷の検出信号を出力する第１加速度センサ１０１ａ、第１加速度センサ１０１ａからの検出信号を対応する電圧の検出信号に変換して出力する第１電荷−電圧変換手段１０２ａ、第１電荷−電圧変換手段１０２ａからの信号の所定周波数以上の信号（即ちノイズ成分）を遮断する第１フィルタ手段１０５ａ、第１フィルタ手段１０５ａからの検出信号を増幅して出力する第１増幅手段１０６ａ、第１増幅手段１０６ａからのアナログ信号形式の検出信号を所定の閾値に基づいてデジタル信号形式（矩形波）の検出信号に変換して出力する第１二値化手段１０７ａを備えている。
【００１２】
第２検出手段１００ｂは、第１検出手段１００ａと同様に構成されており、被測定者の歩行動作毎生じる動加速度を検出して対応する電荷の検出信号を出力する第２加速度センサ１０１ｂ、第２加速度センサ１０１ｂからの検出信号を対応する電圧の検出信号に変換して出力する第２電荷−電圧変換手段１０２ｂ、第２電荷−電圧変換手段１０２ｂからの信号の所定周波数以上の信号（即ちノイズ成分）を遮断する第２フィルタ手段１０５ｂ、第２フィルタ手段１０５ｂからの検出信号を増幅して出力する第２増幅手段１０６ｂ、第２増幅手段１０６ｂからのアナログ信号形式の検出信号をデジタル信号形式の検出信号に変換して出力する第２二値化手段１０７ｂを備えている。
【００１３】
第１、第２加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力するように構成されている。第１、第２加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは動的な加速度を検出して対応する検出信号を出力する動的加速度センサが使用できる。
【００１４】
また、第１、第２加速度センサとして、静加速度（重力加速度）及び動加速度の双方を検出して、前記静加速度及び動加速度に対応する信号を出力する静加速度センサも使用可能である。この場合、傾き検出には前記動加速度に対応する信号（検出信号）を用いるため、コンデンサで直流分を遮断する必要があり、その一方、動加速度センサはそのまま使用できるため動加速度センサの方が構成は簡単になる。
【００１５】
また、本実施の形態では、加速度センサとして感度軸が相互に直交するように配置された２つの加速度センサ１０１ａ、１０１ｂを使用した例で説明するが、３軸方向に感度軸が相互に直交する３つの加速度センサを用いる等、感度軸が交差するように配置された複数の加速度センサを用いることができる。
【００１６】
第１、第２フィルタ手段１０５ａ、１０５ｂはバンドパスフィルタによって構成することができるが、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの組み合わせによって構成しても良い。第１、第２二値化手段１０７ａ、１０７ｂはコンパレータによって構成され、信号レベルが所定の閾値以上の信号をデジタル信号形式の検出信号として出力するように構成されている。
【００１７】
歩数計は、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂの一方又は双方の検出信号に基づいて歩数の計数処理等を行う中央処理装置（ＣＰＵ）１０８、操作スイッチ等によって構成され歩数測定開始操作等の各種操作を行う入力手段１０９、測定した歩数や筐体の傾き角度等を表示する表示手段１１０、警報等を音で行う報音手段１１１、ＣＰＵ１０８用の規準クロック信号や計時動作を行う際の時間信号の元になる信号を発生する発振手段１１２、および記憶手段１１３を備えている。記憶手段１１３は、ＣＰＵ１０８が実行するプログラムを記憶したＲＯＭおよびＣＰＵ１０８がプログラムを実行する際に作業領域として使用されるＲＡＭから構成され、ＲＡＭには測定した歩数等のデータが記憶される。
【００１８】
歩数計は、前記各構成要素１００ａ、１００ｂ、１０８〜１１３を収容する筐体（図示せず）を備えている。前記筐体には、少なくとも第１、第２加速度センサ１０１ａ、１０１ｂを収容するように構成することができる。
尚、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂ、ＣＰＵ１０８は、歩数計の構成要素であると共に、角度検出装置を構成している。
【００１９】
ここで、ＣＰＵ１０８は算出手段、計数手段、制御手段、計時手段を構成している。
算出手段は、感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記複数の加速度センサを収容する筐体の傾きを算出することができる。
また、複数の加速度センサは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサの場合、算出手段は、前記第１、第２検出信号に基づいて前記傾きを算出することができる。
【００２０】
また、算出手段は、第１検出信号又は第２検出信号の周期、及び、前記第１検出信号と第２信号の検出時間差に基づいて筐体の傾きを算出することができる。
また、感度軸が相互に交差するように配置されると共に歩行に対応する動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサと、前記第１、第２加速度センサを収容する筐体と、前記第１、第２検出信号を増幅する第１、第２の増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて歩数を計数する計数手段とを有する歩数計において、制御手段は、前記第１、第２増幅手段のうち、本実施の形態に係る角度検出装置が算出した筐体の傾きに応じて片方又は両方の増幅手段のゲインが小さくなるように制御することができる。
【００２１】
また、制御手段は、所定時間毎に、第１、第２増幅手段のゲインを最大にした後、筐体の傾きを算出するように角度検出装置を制御すると共に前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて片方又は両方の増幅手段のゲインを小さく制御することができる。
計時手段は、発振手段１１２からの信号に基づいて計時動作を行うことができる。
【００２２】
図２は、本実施の形態に係る歩数計の全体的な処理を示すフローチャートであり、主としてＣＰＵ１０８が記憶手段１１３のＲＯＭに記憶したプログラムを記憶手段１１３のＲＡＭにロードして実行することによって行う処理を示している。以下では本実施の形態に係る歩数計を歩行時に使用するものとして説明するが、走行時またはエクササイズ歩行時に使用することもできる。
【００２３】
本実施形態の歩数計による処理がされる前に、使用者が本歩数計を自己の腕等に装着し入力手段１０９を操作して本歩数計に歩幅を初期設定して歩行することで、記憶手段１１３のＲＡＭに使用者の歩行に関連したデータが記憶される。
使用者の歩行に応じ歩行時間および歩数が計測および計数され、設定歩幅、時、分、秒、１／１００秒および歩数が記憶される。平均ピッチは歩行時間と歩数から算出されて記憶され、歩行距離は歩数と歩幅から算出されて記憶手段１１３に記憶され又表示手段１１０に表示される。
【００２４】
以下、図１及び図２に沿って、本実施の形態に係る歩数計の全体的な処理概要を説明する。
本歩数計を自己の腕等に装着した使用者が入力手段１０９によって開始操作を行うことで、歩数の測定が開始され、同時に、ＣＰＵ１０８が入力手段１０９の開始操作に応答して図２の処理を開始する。
図２において、ＣＰＵ１０８は、先ず計時手段のタイマをリセットし（ステップＳ２０１）、歩数計筐体の傾きを算出するための角度検出処理（処理の詳細は後述する。）を行う（ステップＳ２０２）。
【００２５】
次に、ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ２０２において検出した筐体の傾きに基づいて、どの加速度センサ１０１ａ、１０１ｂからの検出信号に基づいて歩数測定を行うのかを選択し、選択した加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂに対応する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最適化し、選択しなかった加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂに対応する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最小にすることによって、ＳＮ比及び歩数演算の精度を向上させることが出来る（ステップＳ２０３）。選択した加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂに対応する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインの最適化に関しては、例えば、選択した加速度センサが約４５度傾いている場合は、十分な信号を得るために、ゲインを最大に設定することが望ましい。また、振動方向と感度軸がほぼ一致している場合には、不要なノイズ信号の検出を防止しＳＮ比を向上させるために、ゲインを最大の１／√２倍することが望ましい。
この状態でＣＰＵ１０８は、歩数検出処理を行う（ステップＳ２０４）。ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ２０４の歩数検出処理では、選択した加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂを含む検出手段１００ａ又は１００ｂからの検出信号に基づいて歩数計数処理を行い、選択した加速度センサ１０１ａ又は１０ｂが歩行検出する毎に累積歩数を計数処理する。
【００２６】
次に、ＣＰＵ１０８は、入力手段１０９から停止命令があった場合は累積歩数や計時時間等のデータを記憶手段１１３に保存して処理を終了する（ステップＳ２０５）。ＣＰＵ１０８は、停止命令がない場合、処理ステップＳ２０１開始から所定時間経過していなければ処理ステップＳ２０４に戻り、所定時間経過していれば、各増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインを最大にした後に処理ステップＳ２０１に戻る（ステップＳ２０６、Ｓ２０７）。これにより、所定時間毎に筐体の傾き検出やゲイン調整を行うため、筐体の傾きが変化した場合でも、所定時間毎に傾き変化を検出して、増幅手段１０６ａ、１０６ｂを適正なゲインに調整することができ、正確な歩数測定が可能になる。
【００２７】
次に、処理ステップＳ２０２に示した角度検出装置の角度検出処理について詳細に説明する。
図３は、本実施の形態に係る角度検出装置の角度検出処理を示すフローチャートで、主としてＣＰＵ１０８が行う処理を示している。
図４は、歩数計の筐体４０１に収容された加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの感度軸と歩数計に与えられる振動方向を示す説明図である。
図４において、ｘ方向、ｙ方向は、各々、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの感度軸であり、相互に直交するように配置される。歩行によって歩数計に与えられる振動の方向（腕歩数計であれば振り方向）を、振動方向１〜９として２２．５度間隔で示している。
【００２８】
図５は、図４に示した振動方向１〜９に加速度センサ１０１ａ、１０１ｂに振動が加えられた場合に、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂから出力されるアナログの検出信号及び前記アナログの検出信号を二値化手段１０７ａ、１０７ｂによってにデジタル化した検出信号を表す波形図である。ｘは加速度センサ１０１ａ及び二値化手段１０７ａから出力される検出信号、ｙは加速度センサ１０１ｂ及び二値化手段１０７ｂから出力される検出信号を示している。
【００２９】
図５において、符号１〜９は、図４の振動方向１〜９に対応している。例えば図５左上欄の波形図は振動方向が１−９方向の場合の波形図であり、振動方向が加速度センサ１０１ａの感度軸（ｘ方向）に直交する方向であるため加速度センサ１０１ａからは検出信号が出力されないが、振動方向が加速度センサ１０１ｂの感度軸方向（ｙ方向）であるため加速度センサ１０１ｂからは最大の検出信号が得られている。
【００３０】
また、同図左下欄の波形図は振動方向が４方向の場合の波形図であり、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの双方から検出信号が出力されるが、振動方向は加速度センサ１０１ｂの感度軸よりも加速度センサ１０１ａの感度軸に近い方向であるため、加速度センサ１０１ｂよりも加速度センサ１０１ａから大きい検出信号が得られている。したがって、二値化手段１０７ａは二値化手段１０７ｂよりも時間差ｔ４だけ早く検出信号を出力している。二値化手段１０７ａ、１０７ｂから出力される検出信号の周期と前記検出時間差に基づいて筐体４０１の傾き（感度軸と振動方向の角度）が算出できる。
【００３１】
図６は、二値化手段１０７ａ、１０７ｂから出力される検出信号の周期と時間差に基づいて筐体４０１の傾きを算出する場合の説明図であり、筐体４０１を図４の状態から２２．５度傾けたとき（図４の４方向）の説明図である。
図６において、横軸と縦軸は、各々、任意単位で表した時間、振幅であり、破線ｘは加速度センサ１０１ａから出力される検出信号、実線ｙは加速度センサ１０１ｂから出力される検出信号を表している。
【００３２】
振動の周期をＴ、時間をｔとしたとき、筐体４０１の傾きが９０度のときに値が１の振幅を発生する加速度センサが、角度Θ傾いたときの振幅は、
振幅＝１×ｓｉｎ（ｔ×２π／Ｔ）×ｓｉｎ（Θ×π／１８０）
で表すことができる。
これにより、仮に二値化手段１０７ａ及び１０７ｂが二値化する際の閾値を同一のＶｔｈと設定した場合、検出信号ｘ、ｙが閾値Ｖｔｈと交差する時点間の時間差ｔ４は、
ｔ４＝〔Ｔ／（２π）〕×ａｓｉｎ〔Ｖｔｈ／ｓｉｎ（２２．５×π／１８０）〕
−〔Ｔ／（２π）〕×ａｓｉｎ〔Ｖｔｈ／ｓｉｎ（６７．５×π／１８０）〕
となる。更にｔ２は、
ｔ２＝Ｔ−ｔ４
で表すことができる。この関係を用い、ｔ６、ｔ７、ｔ８は各々、
ｔ６＝Ｔ／２＋ｔ４
ｔ７＝Ｔ／２
ｔ８＝Ｔ／２−ｔ４
で表すことができる。
このようにして、筐体４０１の傾きを、振動周期Ｔ及び検出時間差ｔに基づいて求めることができる。
【００３３】
図７は、以上のようにして得られた振動方向と時間差との関係を示す図である。図７では、３方向を基準として、振動方向が２、４、６〜８の場合の検出時間差を示している。
以下、図１〜図７を参照して本実施の形態に係る角度検出装置の角度検出処理を説明する。
【００３４】
ＣＰＵ１０８は、図２の処理ステップＳ２０１においてタイマリセットした後、角度検出処理Ｓ２０２に入ると、先ず、振動周期Ｔを計測する（図３のステップＳ３０１）。振動周期Ｔの計測は、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂのどちらか一方の加速度センサ１０１ａ、１０１ｂから出力される検出信号の周期を測定することによって行う。加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの両方から検出信号が得られる状態の場合には、先に検出した加速度センサからの検出信号を２回検出することによって、前記２つの検出信号間の時間差を振動周期Ｔとすることができる。
【００３５】
次に、ＣＰＵ１０８は、二値化手段１０７ａから出力される検出信号、即ち、検出手段１００ａから出力される検出信号のエッジ（第１軸エッジ）を検出する（ステップＳ３０２）。ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０２においてエッジを検出できなかったと判断した場合は処理ステップＳ３０２に戻るが、エッジを検出できたと判断した場合は計時手段の計時動作（タイマカウント）を開始する（ステップＳ３０３、Ｓ３０４）。
【００３６】
次に、ＣＰＵ１０８は、二値化手段１０７ｂから出力される検出信号、即ち、検出手段１００ｂから出力される検出信号のエッジ（第２軸エッジ）を検出する（ステップＳ３０５）。
ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０５においてエッジを検出できなかったと判断した場合（ステップＳ３０６）、所定のタイムアウト時間経過前であれば処理ステップＳ３０５に戻る（ステップＳ３０９）。ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０９において、所定のタイムアウト時間が経過したと判断した場合は、検出手段１００ｂからは検出信号が出力されず検出手段１００ａのみから検出信号が出力される状態（振動方向が５方向）であり、加速度センサ１０１ａの感度軸（第１軸）の方向ｘが振動方向であると判断する（ステップＳ３１０）。
【００３７】
ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０６において、エッジを検出したと判断した場合、計時手段による計時動作を終了し、処理ステップＳ３０２と処理ステップＳ３０５のエッジ検出の時間差ｔを算出する（ステップＳ３０７）。
次に、ＣＰＵ１０８は、算出した検出時間差ｔがｔ１〜ｔ４、ｔ６〜ｔ９のどれに最も近いをかを判断し、例えば、ｔ４に最も近かった場合には、筐体４０１の傾きは、図４の方向４（６７．５度）に略等しいと判断する（ステップＳ３０８）。
このようにして、ＣＰＵ１０８は、振動周期Ｔとエッジ間の検出時間差ｔとに基づいて、筐体４０１の傾きを算出する。
【００３８】
ＣＰＵ１０８は、以上のようにして筐体４０１の傾きを判断すると、図２の処理ステップＳ２０３に移行する。即ち、ＣＰＵ１０８は、前記傾きに基づいて、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂのいずれか（例えば加速度センサ１０１ａ）を歩行検出に使用する加速度センサとして選択し、対応する増幅手段（例えば増幅手段１０６ａ）のゲインを最適化（例えば最大の１／√２倍）する。更に選択しなかった加速度センサ（例えば加速度センサ１０１ｂ）に対応する増幅手段（例えば増幅手段１０６ｂ）のゲインを小さく（例えば最低）に設定してＳＮ比及び歩数演算の精度向上を図る。
筐体４０１の傾き角度は、入力手段１０９による表示切り換え操作に応答して、表示手段１１０に表示される。
【００３９】
尚、筐体４０１の傾きと増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインとの関係格納したテーブルを記憶手段１１３に記憶しておき、前記テーブルを参照して、求めた筐体４０１の傾きに基づいて増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインを設定するようにしてもよい。また、このとき、ＣＰＵ１０８は、ゲインを小さくする増幅手段への駆動電力供給を遮断することによって省電力化を図ってもよい。
その後ＣＰＵ１０８は、前述した図２の処理ステップＳ２０４以下の処理を行うことにより、歩数測定等の処理を行う。
【００４０】
以上述べたように、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力し、ＣＰＵ１０８は加速度センサ１０１ａ、１０１ｂからの検出信号に基づいて、歩数計の筐体の傾きを算出し、又、ＣＰＵ１０８は、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂを決定して該増幅手段からの検出信号に基づいて歩数計数を行い、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最適化し、利用しない増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを小さくしてＳＮ比及び歩数演算の精度向上を図るようにしている。
【００４１】
したがって、本実施の形態に係る角度検出装置によれば、機械的な構成要素等を使用しないため、構成が簡単で信頼性高く、小型化が可能であり又、高精度である。
また、本実施の形態に係る歩数計によれば、角度検出装置の構成要素としても機能する加速度センサ１０１ａ、１０１ｂ等の構成要素は歩数計の構成要素であるため、傾き検出等の専用の角度検出装置を使用する必要はなく、したがって、部品点数が少なくて済み、簡単な構成で傾き検出が可能で又、正確な歩数測定が可能になる。
【００４２】
尚、上記実施形態では、被測定者の腕に装着して使用する腕時計型の歩数計の例で説明したが、腰に装着して使用する方式の歩数計、バッグ等に収納して保持した状態で使用する方式の歩数計、時計機能を内蔵する歩数計等、各種の歩数計に適用可能である。
また、歩数計は、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂからの一方の検出信号に基づいて歩数を計数するように構成したが、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂの双方の検出信号に基づいて歩数を計数するように構成してもよい。この場合、筐体４０１の傾きに応じて、増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインを、同一値であり且つ適切な値に変更制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
感度軸が相互に交差すると共に少なくとも動加速度信号を検出する複数の加速度センサを有し、歩数計をはじめとして種々の機器の傾き検出を行う角度検出装置に利用可能である。
また、腕に装着して使用する方式の歩数計、腰に装着して使用する方式の歩数計、バッグ等に収納して保持した状態で使用する方式の歩数計、時計機能を内蔵する歩数計等、各種の歩数計に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る歩数計のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る歩数計の処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における角度検出処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における感度軸と振動方向を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態における検出信号の波形図である。
【図６】本発明の実施の形態における傾き検出処理の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における振動方向と時間差との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００ａ、１００ｂ・・・検出手段
１０１ａ、１０１ｂ・・・加速度センサ
１０２ａ、１０２ｂ・・・電荷−電圧変換手段
１０５ａ、１０５ｂ・・・フィルタ手段
１０６ａ、１０６ｂ・・・増幅手段
１０７ａ、１０７ｂ・・・二値化手段
１０８・・・ＣＰＵ
１０９・・・入力手段
１１０・・・表示手段
１１１・・・報音手段
１１２・・・発振手段
１１３・・・記憶手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体等の傾きを検出する角度検出装置及びこれを利用した歩数計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、筐体等の傾きを検出するために角度検出装置が開発されている。
例えば、感度軸が直交するように配置された複数の加速度センサを用いて歩数を測定する歩数計において、加速度センサの選択制御等のために、歩数計筐体の傾きを検出する角度検出装置を利用した発明が開発されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１記載の発明のように角度検出装置を用いて筐体の傾きを検出し、当該傾きに適した加速度センサを歩数測定用のセンサとして選択することにより、歩数測定精度を向上させることが可能である。
しかしながら、特許文献１における角度検出装置は、複数の導電性ピンと前記ピンを囲む導電性リングとから構成されており、機械的に動く部分があるため構造的に複雑で信頼性に乏しい、小型化困難等の問題がある。
また、前記角度検出装置を歩数計に利用した場合、専用の角度検出装置として用いられるため、前述した角度検出装置の構造的な問題や、歩数計が高価になる等の問題がある。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６２４５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、傾きを検出する角度測定装置において、加速度センサを用いて、構成が簡単で信頼性が高く小型化可能にすることを課題としている。
また本発明は、歩数計において、専用の角度検出装置を用いることなく歩行検出用の加速度センサを用いて、傾きを検出して正確な歩数測定を可能にすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する複数の加速度センサと、前記複数の加速度センサを収容する筐体と、前記複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記筐体の傾きを算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする角度検出装置が提供される。
感度軸が相互に交差するように配置された複数の加速度センサは、少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する。算出手段は、前記複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記複数の加速度センサを収容する筐体の傾きを算出する。
【０００６】
ここで、前記複数の加速度センサは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサであり、前記算出手段は、前記第１、第２検出信号に基づいて前記傾きを算出するように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記第１検出信号又は第２検出信号の周期、及び、前記第１検出信号と第２検出信号の検出時間差に基づいて前記傾きを算出するように構成してもよい。
また、前記第１、第２加速度センサは動的加速度センサであってもよい。
【０００７】
また、本発明によれば、感度軸が相互に交差するように配置されると共に歩行に対応する動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサと、前記第１、第２加速度センサを収容する筐体と、前記第１、第２検出信号を増幅する第１、第２の増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて歩数を計数する計数手段とを有する歩数計において、前記いずれか一に記載の角度検出装置と、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段のうち、片方又は両方のゲインを小さくする制御手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計が提供される。
制御手段は、第１、第２増幅手段のうち、角度検出装置が算出した筐体の傾きに応じて片方または両方の増幅手段のゲインを小さくする。
【０００８】
ここで、前記制御手段は、所定時間毎に、前記第１、第２増幅手段のゲインを最大にした後、前記筐体の傾きを算出するように前記角度検出装置を制御すると共に、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段の片方または両方ゲインを小さくするように構成してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の角度検出装置によれば、構成が簡単で信頼性高く、小型化が可能である。
また、本発明の歩数計によれば、専用の角度検出装置を用いることなく傾き検出が可能で、正確な歩数測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る角度検出装置及びこれを用いた歩数計のブロック図である。
図１において、歩数計は、被測定者の歩行動作を検出して前記歩行動作毎に対応する検出信号を出力する複数の検出手段（図１では第１検出手段１００ａ、第２検出手段１００ｂの２つ）を備えている。
【００１１】
第１検出手段１００ａは、被測定者の歩行動作毎生じる動加速度（振動）を検出して対応する電荷の検出信号を出力する第１加速度センサ１０１ａ、第１加速度センサ１０１ａからの検出信号を対応する電圧の検出信号に変換して出力する第１電荷−電圧変換手段１０２ａ、第１電荷−電圧変換手段１０２ａからの信号の所定周波数以上の信号（即ちノイズ成分）を遮断する第１フィルタ手段１０５ａ、第１フィルタ手段１０５ａからの検出信号を増幅して出力する第１増幅手段１０６ａ、第１増幅手段１０６ａからのアナログ信号形式の検出信号を所定の閾値に基づいてデジタル信号形式（矩形波）の検出信号に変換して出力する第１二値化手段１０７ａを備えている。
【００１２】
第２検出手段１００ｂは、第１検出手段１００ａと同様に構成されており、被測定者の歩行動作毎生じる動加速度を検出して対応する電荷の検出信号を出力する第２加速度センサ１０１ｂ、第２加速度センサ１０１ｂからの検出信号を対応する電圧の検出信号に変換して出力する第２電荷−電圧変換手段１０２ｂ、第２電荷−電圧変換手段１０２ｂからの信号の所定周波数以上の信号（即ちノイズ成分）を遮断する第２フィルタ手段１０５ｂ、第２フィルタ手段１０５ｂからの検出信号を増幅して出力する第２増幅手段１０６ｂ、第２増幅手段１０６ｂからのアナログ信号形式の検出信号をデジタル信号形式の検出信号に変換して出力する第２二値化手段１０７ｂを備えている。
【００１３】
第１、第２加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力するように構成されている。第１、第２加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは動的な加速度を検出して対応する検出信号を出力する動的加速度センサが使用できる。
【００１４】
また、第１、第２加速度センサとして、静加速度（重力加速度）及び動加速度の双方を検出して、前記静加速度及び動加速度に対応する信号を出力する静加速度センサも使用可能である。この場合、傾き検出には前記動加速度に対応する信号（検出信号）を用いるため、コンデンサで直流分を遮断する必要があり、その一方、動加速度センサはそのまま使用できるため動加速度センサの方が構成は簡単になる。
【００１５】
また、本実施の形態では、加速度センサとして感度軸が相互に直交するように配置された２つの加速度センサ１０１ａ、１０１ｂを使用した例で説明するが、３軸方向に感度軸が相互に直交する３つの加速度センサを用いる等、感度軸が交差するように配置された複数の加速度センサを用いることができる。
【００１６】
第１、第２フィルタ手段１０５ａ、１０５ｂはバンドパスフィルタによって構成することができるが、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタの組み合わせによって構成しても良い。第１、第２二値化手段１０７ａ、１０７ｂはコンパレータによって構成され、信号レベルが所定の閾値以上の信号をデジタル信号形式の検出信号として出力するように構成されている。
【００１７】
歩数計は、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂの一方又は双方の検出信号に基づいて歩数の計数処理等を行う中央処理装置（ＣＰＵ）１０８、操作スイッチ等によって構成され歩数測定開始操作等の各種操作を行う入力手段１０９、測定した歩数や筐体の傾き角度等を表示する表示手段１１０、警報等を音で行う報音手段１１１、ＣＰＵ１０８用の規準クロック信号や計時動作を行う際の時間信号の元になる信号を発生する発振手段１１２、および記憶手段１１３を備えている。記憶手段１１３は、ＣＰＵ１０８が実行するプログラムを記憶したＲＯＭおよびＣＰＵ１０８がプログラムを実行する際に作業領域として使用されるＲＡＭから構成され、ＲＡＭには測定した歩数等のデータが記憶される。
【００１８】
歩数計は、前記各構成要素１００ａ、１００ｂ、１０８〜１１３を収容する筐体（図示せず）を備えている。前記筐体には、少なくとも第１、第２加速度センサ１０１ａ、１０１ｂを収容するように構成することができる。
尚、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂ、ＣＰＵ１０８は、歩数計の構成要素であると共に、角度検出装置を構成している。
【００１９】
ここで、ＣＰＵ１０８は算出手段、計数手段、制御手段、計時手段を構成している。
算出手段は、感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記複数の加速度センサを収容する筐体の傾きを算出することができる。
また、複数の加速度センサは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサの場合、算出手段は、前記第１、第２検出信号に基づいて前記傾きを算出することができる。
【００２０】
また、算出手段は、第１検出信号又は第２検出信号の周期、及び、前記第１検出信号と第２信号の検出時間差に基づいて筐体の傾きを算出することができる。
また、感度軸が相互に交差するように配置されると共に歩行に対応する動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサと、前記第１、第２加速度センサを収容する筐体と、前記第１、第２検出信号を増幅する第１、第２の増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて歩数を計数する計数手段とを有する歩数計において、制御手段は、前記第１、第２増幅手段のうち、本実施の形態に係る角度検出装置が算出した筐体の傾きに応じて片方又は両方の増幅手段のゲインが小さくなるように制御することができる。
【００２１】
また、制御手段は、所定時間毎に、第１、第２増幅手段のゲインを最大にした後、筐体の傾きを算出するように角度検出装置を制御すると共に前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて片方又は両方の増幅手段のゲインを小さく制御することができる。
計時手段は、発振手段１１２からの信号に基づいて計時動作を行うことができる。
【００２２】
図２は、本実施の形態に係る歩数計の全体的な処理を示すフローチャートであり、主としてＣＰＵ１０８が記憶手段１１３のＲＯＭに記憶したプログラムを記憶手段１１３のＲＡＭにロードして実行することによって行う処理を示している。以下では本実施の形態に係る歩数計を歩行時に使用するものとして説明するが、走行時またはエクササイズ歩行時に使用することもできる。
【００２３】
本実施形態の歩数計による処理がされる前に、使用者が本歩数計を自己の腕等に装着し入力手段１０９を操作して本歩数計に歩幅を初期設定して歩行することで、記憶手段１１３のＲＡＭに使用者の歩行に関連したデータが記憶される。
使用者の歩行に応じ歩行時間および歩数が計測および計数され、設定歩幅、時、分、秒、１／１００秒および歩数が記憶される。平均ピッチは歩行時間と歩数から算出されて記憶され、歩行距離は歩数と歩幅から算出されて記憶手段１１３に記憶され又表示手段１１０に表示される。
【００２４】
以下、図１及び図２に沿って、本実施の形態に係る歩数計の全体的な処理概要を説明する。
本歩数計を自己の腕等に装着した使用者が入力手段１０９によって開始操作を行うことで、歩数の測定が開始され、同時に、ＣＰＵ１０８が入力手段１０９の開始操作に応答して図２の処理を開始する。
図２において、ＣＰＵ１０８は、先ず計時手段のタイマをリセットし（ステップＳ２０１）、歩数計筐体の傾きを算出するための角度検出処理（処理の詳細は後述する。）を行う（ステップＳ２０２）。
【００２５】
次に、ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ２０２において検出した筐体の傾きに基づいて、どの加速度センサ１０１ａ、１０１ｂからの検出信号に基づいて歩数測定を行うのかを選択し、選択した加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂに対応する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最適化し、選択しなかった加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂに対応する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最小にすることによって、ＳＮ比及び歩数演算の精度を向上させることが出来る（ステップＳ２０３）。選択した加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂに対応する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインの最適化に関しては、例えば、選択した加速度センサが約４５度傾いている場合は、十分な信号を得るために、ゲインを最大に設定することが望ましい。また、振動方向と感度軸がほぼ一致している場合には、不要なノイズ信号の検出を防止しＳＮ比を向上させるために、ゲインを最大の１／√２倍することが望ましい。
この状態でＣＰＵ１０８は、歩数検出処理を行う（ステップＳ２０４）。ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ２０４の歩数検出処理では、選択した加速度センサ１０１ａ又は１０１ｂを含む検出手段１００ａ又は１００ｂからの検出信号に基づいて歩数計数処理を行い、選択した加速度センサ１０１ａ又は１０ｂが歩行検出する毎に累積歩数を計数処理する。
【００２６】
次に、ＣＰＵ１０８は、入力手段１０９から停止命令があった場合は累積歩数や計時時間等のデータを記憶手段１１３に保存して処理を終了する（ステップＳ２０５）。ＣＰＵ１０８は、停止命令がない場合、処理ステップＳ２０１開始から所定時間経過していなければ処理ステップＳ２０４に戻り、所定時間経過していれば、各増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインを最大にした後に処理ステップＳ２０１に戻る（ステップＳ２０６、Ｓ２０７）。これにより、所定時間毎に筐体の傾き検出やゲイン調整を行うため、筐体の傾きが変化した場合でも、所定時間毎に傾き変化を検出して、増幅手段１０６ａ、１０６ｂを適正なゲインに調整することができ、正確な歩数測定が可能になる。
【００２７】
次に、処理ステップＳ２０２に示した角度検出装置の角度検出処理について詳細に説明する。
図３は、本実施の形態に係る角度検出装置の角度検出処理を示すフローチャートで、主としてＣＰＵ１０８が行う処理を示している。
図４は、歩数計の筐体４０１に収容された加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの感度軸と歩数計に与えられる振動方向を示す説明図である。
図４において、ｘ方向、ｙ方向は、各々、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの感度軸であり、相互に直交するように配置される。歩行によって歩数計に与えられる振動の方向（腕歩数計であれば振り方向）を、振動方向１〜９として２２．５度間隔で示している。
【００２８】
図５は、図４に示した振動方向１〜９に加速度センサ１０１ａ、１０１ｂに振動が加えられた場合に、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂから出力されるアナログの検出信号及び前記アナログの検出信号を二値化手段１０７ａ、１０７ｂによってにデジタル化した検出信号を表す波形図である。ｘは加速度センサ１０１ａ及び二値化手段１０７ａから出力される検出信号、ｙは加速度センサ１０１ｂ及び二値化手段１０７ｂから出力される検出信号を示している。
【００２９】
図５において、符号１〜９は、図４の振動方向１〜９に対応している。例えば図５左上欄の波形図は振動方向が１−９方向の場合の波形図であり、振動方向が加速度センサ１０１ａの感度軸（ｘ方向）に直交する方向であるため加速度センサ１０１ａからは検出信号が出力されないが、振動方向が加速度センサ１０１ｂの感度軸方向（ｙ方向）であるため加速度センサ１０１ｂからは最大の検出信号が得られている。
【００３０】
また、同図左下欄の波形図は振動方向が４方向の場合の波形図であり、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの双方から検出信号が出力されるが、振動方向は加速度センサ１０１ｂの感度軸よりも加速度センサ１０１ａの感度軸に近い方向であるため、加速度センサ１０１ｂよりも加速度センサ１０１ａから大きい検出信号が得られている。したがって、二値化手段１０７ａは二値化手段１０７ｂよりも時間差ｔ４だけ早く検出信号を出力している。二値化手段１０７ａ、１０７ｂから出力される検出信号の周期と前記検出時間差に基づいて筐体４０１の傾き（感度軸と振動方向の角度）が算出できる。
【００３１】
図６は、二値化手段１０７ａ、１０７ｂから出力される検出信号の周期と時間差に基づいて筐体４０１の傾きを算出する場合の説明図であり、筐体４０１を図４の状態から２２．５度傾けたとき（図４の４方向）の説明図である。
図６において、横軸と縦軸は、各々、任意単位で表した時間、振幅であり、破線ｘは加速度センサ１０１ａから出力される検出信号、実線ｙは加速度センサ１０１ｂから出力される検出信号を表している。
【００３２】
振動の周期をＴ、時間をｔとしたとき、筐体４０１の傾きが９０度のときに値が１の振幅を発生する加速度センサが、角度Θ傾いたときの振幅は、
振幅＝１×ｓｉｎ（ｔ×２π／Ｔ）×ｓｉｎ（Θ×π／１８０）
で表すことができる。
これにより、仮に二値化手段１０７ａ及び１０７ｂが二値化する際の閾値を同一のＶｔｈと設定した場合、検出信号ｘ、ｙが閾値Ｖｔｈと交差する時点間の時間差ｔ４は、
ｔ４＝〔Ｔ／（２π）〕×ａｓｉｎ〔Ｖｔｈ／ｓｉｎ（２２．５×π／１８０）〕
−〔Ｔ／（２π）〕×ａｓｉｎ〔Ｖｔｈ／ｓｉｎ（６７．５×π／１８０）〕
となる。更にｔ２は、
ｔ２＝Ｔ−ｔ４
で表すことができる。この関係を用い、ｔ６、ｔ７、ｔ８は各々、
ｔ６＝Ｔ／２＋ｔ４
ｔ７＝Ｔ／２
ｔ８＝Ｔ／２−ｔ４
で表すことができる。
このようにして、筐体４０１の傾きを、振動周期Ｔ及び検出時間差ｔに基づいて求めることができる。
【００３３】
図７は、以上のようにして得られた振動方向と時間差との関係を示す図である。図７では、３方向を基準として、振動方向が２、４、６〜８の場合の検出時間差を示している。
以下、図１〜図７を参照して本実施の形態に係る角度検出装置の角度検出処理を説明する。
【００３４】
ＣＰＵ１０８は、図２の処理ステップＳ２０１においてタイマリセットした後、角度検出処理Ｓ２０２に入ると、先ず、振動周期Ｔを計測する（図３のステップＳ３０１）。振動周期Ｔの計測は、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂのどちらか一方の加速度センサ１０１ａ、１０１ｂから出力される検出信号の周期を測定することによって行う。加速度センサ１０１ａ、１０１ｂの両方から検出信号が得られる状態の場合には、先に検出した加速度センサからの検出信号を２回検出することによって、前記２つの検出信号間の時間差を振動周期Ｔとすることができる。
【００３５】
次に、ＣＰＵ１０８は、二値化手段１０７ａから出力される検出信号、即ち、検出手段１００ａから出力される検出信号のエッジ（第１軸エッジ）を検出する（ステップＳ３０２）。ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０２においてエッジを検出できなかったと判断した場合は処理ステップＳ３０２に戻るが、エッジを検出できたと判断した場合は計時手段の計時動作（タイマカウント）を開始する（ステップＳ３０３、Ｓ３０４）。
【００３６】
次に、ＣＰＵ１０８は、二値化手段１０７ｂから出力される検出信号、即ち、検出手段１００ｂから出力される検出信号のエッジ（第２軸エッジ）を検出する（ステップＳ３０５）。
ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０５においてエッジを検出できなかったと判断した場合（ステップＳ３０６）、所定のタイムアウト時間経過前であれば処理ステップＳ３０５に戻る（ステップＳ３０９）。ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０９において、所定のタイムアウト時間が経過したと判断した場合は、検出手段１００ｂからは検出信号が出力されず検出手段１００ａのみから検出信号が出力される状態（振動方向が５方向）であり、加速度センサ１０１ａの感度軸（第１軸）の方向ｘが振動方向であると判断する（ステップＳ３１０）。
【００３７】
ＣＰＵ１０８は、処理ステップＳ３０６において、エッジを検出したと判断した場合、計時手段による計時動作を終了し、処理ステップＳ３０２と処理ステップＳ３０５のエッジ検出の時間差ｔを算出する（ステップＳ３０７）。
次に、ＣＰＵ１０８は、算出した検出時間差ｔがｔ１〜ｔ４、ｔ６〜ｔ９のどれに最も近いをかを判断し、例えば、ｔ４に最も近かった場合には、筐体４０１の傾きは、図４の方向４（６７．５度）に略等しいと判断する（ステップＳ３０８）。
このようにして、ＣＰＵ１０８は、振動周期Ｔとエッジ間の検出時間差ｔとに基づいて、筐体４０１の傾きを算出する。
【００３８】
ＣＰＵ１０８は、以上のようにして筐体４０１の傾きを判断すると、図２の処理ステップＳ２０３に移行する。即ち、ＣＰＵ１０８は、前記傾きに基づいて、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂのいずれか（例えば加速度センサ１０１ａ）を歩行検出に使用する加速度センサとして選択し、対応する増幅手段（例えば増幅手段１０６ａ）のゲインを最適化（例えば最大の１／√２倍）する。更に選択しなかった加速度センサ（例えば加速度センサ１０１ｂ）に対応する増幅手段（例えば増幅手段１０６ｂ）のゲインを小さく（例えば最低）に設定してＳＮ比及び歩数演算の精度向上を図る。
筐体４０１の傾き角度は、入力手段１０９による表示切り換え操作に応答して、表示手段１１０に表示される。
【００３９】
尚、筐体４０１の傾きと増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインとの関係格納したテーブルを記憶手段１１３に記憶しておき、前記テーブルを参照して、求めた筐体４０１の傾きに基づいて増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインを設定するようにしてもよい。また、このとき、ＣＰＵ１０８は、ゲインを小さくする増幅手段への駆動電力供給を遮断することによって省電力化を図ってもよい。
その後ＣＰＵ１０８は、前述した図２の処理ステップＳ２０４以下の処理を行うことにより、歩数測定等の処理を行う。
【００４０】
以上述べたように、加速度センサ１０１ａ、１０１ｂは感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力し、ＣＰＵ１０８は加速度センサ１０１ａ、１０１ｂからの検出信号に基づいて、歩数計の筐体の傾きを算出し、又、ＣＰＵ１０８は、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂを決定して該増幅手段からの検出信号に基づいて歩数計数を行い、前記傾きに応じて歩数計数に利用する増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを最適化し、利用しない増幅手段１０６ａ又は１０６ｂのゲインを小さくしてＳＮ比及び歩数演算の精度向上を図るようにしている。
【００４１】
したがって、本実施の形態に係る角度検出装置によれば、機械的な構成要素等を使用しないため、構成が簡単で信頼性高く、小型化が可能であり又、高精度である。
また、本実施の形態に係る歩数計によれば、角度検出装置の構成要素としても機能する加速度センサ１０１ａ、１０１ｂ等の構成要素は歩数計の構成要素であるため、傾き検出等の専用の角度検出装置を使用する必要はなく、したがって、部品点数が少なくて済み、簡単な構成で傾き検出が可能で又、正確な歩数測定が可能になる。
【００４２】
尚、上記実施形態では、被測定者の腕に装着して使用する腕時計型の歩数計の例で説明したが、腰に装着して使用する方式の歩数計、バッグ等に収納して保持した状態で使用する方式の歩数計、時計機能を内蔵する歩数計等、各種の歩数計に適用可能である。
また、歩数計は、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂからの一方の検出信号に基づいて歩数を計数するように構成したが、第１、第２検出手段１００ａ、１００ｂの双方の検出信号に基づいて歩数を計数するように構成してもよい。この場合、筐体４０１の傾きに応じて、増幅手段１０６ａ、１０６ｂのゲインを、同一値であり且つ適切な値に変更制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
感度軸が相互に交差すると共に少なくとも動加速度信号を検出する複数の加速度センサを有し、歩数計をはじめとして種々の機器の傾き検出を行う角度検出装置に利用可能である。
また、腕に装着して使用する方式の歩数計、腰に装着して使用する方式の歩数計、バッグ等に収納して保持した状態で使用する方式の歩数計、時計機能を内蔵する歩数計等、各種の歩数計に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る歩数計のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る歩数計の処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における角度検出処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における感度軸と振動方向を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態における検出信号の波形図である。
【図６】本発明の実施の形態における傾き検出処理の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における振動方向と時間差との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００ａ、１００ｂ・・・検出手段
１０１ａ、１０１ｂ・・・加速度センサ
１０２ａ、１０２ｂ・・・電荷−電圧変換手段
１０５ａ、１０５ｂ・・・フィルタ手段
１０６ａ、１０６ｂ・・・増幅手段
１０７ａ、１０７ｂ・・・二値化手段
１０８・・・ＣＰＵ
１０９・・・入力手段
１１０・・・表示手段
１１１・・・報音手段
１１２・・・発振手段
１１３・・・記憶手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する複数の加速度センサと、前記複数の加速度センサを収容する筐体と、前記複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記筐体の傾きを算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
前記複数の加速度センサは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサであり、
前記算出手段は、前記第１、第２検出信号に基づいて前記傾きを算出することを特徴とする請求項１記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記第１検出信号又は第２検出信号の周期、及び、前記第１検出信号と第２検出信号の検出時間差に基づいて前記傾きを算出することを特徴とする請求項２記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記第１、第２加速度センサは動的加速度センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の角度検出装置。
【請求項５】
感度軸が相互に交差するように配置されると共に歩行に対応する動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサと、前記第１、第２加速度センサを収容する筐体と、前記第１、第２検出信号を増幅する第１、第２の増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて歩数を計数する計数手段とを有する歩数計において、
請求項１乃至４のいずれか一に記載の角度検出装置と、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段のうち、片方又は両方のゲインを小さくする制御手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計。
【請求項６】
前記制御手段は、所定時間毎に、前記第１、第２増幅手段のゲインを最大にした後、前記筐体の傾きを算出するように前記角度検出装置を制御すると共に、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段のうち、片方又は両方のゲインを小さくすることを特徴とする請求項５記載の歩数計。
【請求項１】
感度軸が相互に交差するように配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する検出信号を出力する複数の加速度センサと、前記複数の加速度センサを収容する筐体と、前記複数の加速度センサからの検出信号に基づいて、前記筐体の傾きを算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
前記複数の加速度センサは、感度軸が相互に直交配置されると共に少なくとも動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサであり、
前記算出手段は、前記第１、第２検出信号に基づいて前記傾きを算出することを特徴とする請求項１記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記第１検出信号又は第２検出信号の周期、及び、前記第１検出信号と第２検出信号の検出時間差に基づいて前記傾きを算出することを特徴とする請求項２記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記第１、第２加速度センサは動的加速度センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の角度検出装置。
【請求項５】
感度軸が相互に交差するように配置されると共に歩行に対応する動的加速度を検出して対応する第１、第２検出信号を出力する第１、第２加速度センサと、前記第１、第２加速度センサを収容する筐体と、前記第１、第２検出信号を増幅する第１、第２の増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて歩数を計数する計数手段とを有する歩数計において、
請求項１乃至４のいずれか一に記載の角度検出装置と、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段のうち、片方又は両方のゲインを小さくする制御手段とを備えて成ることを特徴とする歩数計。
【請求項６】
前記制御手段は、所定時間毎に、前記第１、第２増幅手段のゲインを最大にした後、前記筐体の傾きを算出するように前記角度検出装置を制御すると共に、前記角度検出装置が算出した前記筐体の傾きに応じて前記第１、第２増幅手段のうち、片方又は両方のゲインを小さくすることを特徴とする請求項５記載の歩数計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１０９３２４（Ｐ２００９−１０９３２４Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８１６１５（Ｐ２００７−２８１６１５）
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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