体動測定装置
【課題】安価な構成で装置の角度検出を可能とし、装置の角度変化によらず常に鉛直方向の体動を測定する体動測定装置を提供する。
【解決手段】体動センサにおいて、重力加速度成分を含む異なる方向の体動を検出し、重力加速度成分演算手段において前記重力加速度の各検出方向成分を演算し、角度演算手段において各検出方向の鉛直方向に対する角度を演算し、体動出力演算手段において前記重力加速度の各検出方向成分を除く体動出力を演算し、鉛直方向出力演算手段において体動出力の鉛直方向成分を演算し、体動カウント手段において所定の体動をカウントする。
【解決手段】体動センサにおいて、重力加速度成分を含む異なる方向の体動を検出し、重力加速度成分演算手段において前記重力加速度の各検出方向成分を演算し、角度演算手段において各検出方向の鉛直方向に対する角度を演算し、体動出力演算手段において前記重力加速度の各検出方向成分を除く体動出力を演算し、鉛直方向出力演算手段において体動出力の鉛直方向成分を演算し、体動カウント手段において所定の体動をカウントする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異なる方向の体動を重力加速度の影響を含めて検出する体動センサを備えた体動測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の体動測定装置においては、異なる方向の体動の大きさを検出可能な体動センサと、前記各体動センサのセンシング角度を検出する角度検出センサとを備え、前記体動の大きさとセンシング角度とから算出される体動の合成ベクトルの鉛直方向成分を体動として検出する体動測定装置を用いて歩数を検出する歩数計があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、前記体動センサにより検出される異なる方向の体動の内、出力の大きな方の体動センサの出力を選択する体動測定装置により、前記選択された出力に基づいて歩数をカウントする歩数計があった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０９−２２３２１４号公報
【特許文献２】特許３５４３７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平０９−２２３２１４号公報に記載の体動測定装置は、前記体動センサとは別途、前記角度検出センサを備えておかなければならず、コストアップに繋がる。
【０００５】
また、特許３５４３７７８号公報に記載の体動測定装置は、装置の傾きにより体動センサに感度差を生じるため、本来歩数として検出されるべき前記選択された出力であっても、歩数をカウントするのに満足な出力値が得られず、カウントされない場合があった。
【０００６】
従って本発明は上述の問題点を解決し、安価な構成で装置の角度検出を可能とし、装置の角度変化によらず常に鉛直方向の体動を測定する体動測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えた体動測定装置を提供する。
【０００８】
また、前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成る。
【０００９】
また、前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算する。
【００１０】
また、前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算する。
【００１１】
また、前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算する。
【００１２】
更に、前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の体動測定装置は、異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えたことから、角度センサなどを別途設けることなく本装置の傾きを検出可能であり、歩数をカウントするのに最も大きい運動となる鉛直方向の振動を確実に捉えることができ、鉛直方向の体動を持って歩数を検出することが可能であり、本装置を単に水平方向に移動させただけで歩数としてカウントしてしまったり、体動センサの角度変化のため鉛直方向を検出できず歩数としてカウントされなかったり、というような測定誤差を防ぐことができ精度の高い測定が可能である。
【００１４】
また、前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成り、前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算することから、前記合成ベクトルから必ず鉛直方向が得られ、常に本装置の傾きを正確に検出することが可能である。
【００１５】
また、前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算し、前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算することから、各体動センサにより各々重力加速度の影響下で測定した体動の信号から、簡便に重力加速度と体動とを区別して出力することが可能である。
【００１６】
更に、前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備えたことから、特定方向への運動を検出可能であり、例えば、歩行における上下方向の体動にのみ帰着していた消費エネルギーなどの算出も水平方向の動きを加味したものに応用できる可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の体動測定装置は、異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えて構成する。
【００１８】
また、前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成り、前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算するものである。
【００１９】
また、前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算し、前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算するものである。
【００２０】
更に、前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備えて構成する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１は、互いに直交する２方向の体動を検出するように配した２つの体動センサを用いて歩行をカウントする体動測定装置を例とし、以下に図面を用いて説明する。
【００２２】
まず、図１及び図２により実施例１の体動測定装置の構成を説明する。図１は、前記２つの体動センサを内蔵した体動測定装置を傾斜して携帯している状態を示す外観正面図であり、図２は電気ブロック図である。
【００２３】
実施例１において、体動測定装置１は、正面に入力装置２及び表示装置３を備え、内部には前記２つの体動センサ４を備え、更に増幅器５、６、Ａ／Ｄ変換器７、８、記憶装置９、ＣＰＵ１０とから構成するものである。
【００２４】
前記入力装置２は、各種設定、測定開始及び終了などを入力するために備えたものであり、前記表示装置は、各種ガイダンス又は測定結果などを表示する。また、前記体動センサ４は図１に図示したように、Ｘ軸方向に感度を有するＸ軸体動センサ４ａと、Ｙ軸方向に感度を有するＹ軸体動センサ４ｂとから成り、各軸方向にかかる重力加速度成分を含む体動信号を一定のサンプリング周期で取得するものである。ここで本実施例において、被験者は、前記体動測定装置１を鉛直方向及び水平方向に対して、図１に示すような傾きを持ってベルトに装着しているか又はポケットに入れて携帯しているものとする。
【００２５】
前記記憶装置９は、前記Ｘ軸体動センサ４ａの信号を格納するＸ軸用バッファ９ａと、同じく前記Ｙ軸体動センサ４ｂの信号を格納するＹ軸用バッファ９ｂとを備えてなる。
【００２６】
また、前記Ｘ軸体動センサ４ａは、増幅器６及びＡ／Ｄ変換器８を介してＣＰＵ１０に接続され、前記体動センサ４ｂも同じく、増幅器７及びＡ／Ｄ変換器９を介してＣＰＵ１０に接続され、前記各体動センサ４ａ及び４ｂで検出されたアナログ信号をディジタル信号としてＣＰＵ１０に送られる。前記ＣＰＵ１０は、重力加速度成分演算手段、角度演算手段、体動出力演算手段、鉛直方向出力演算手段及び体動カウント手段とを兼ねるものである。
【００２７】
前記各演算手段を各々図３乃至図９も含めて説明する。図３及び図４は各々Ｘ軸及びＹ軸体動センサ４ａ及び４ｂにより検出された、歩行時の体動信号の時間変化を示す波形であり、図５は各体動センサ４ａ及び４ｂにかかる重力加速度成分と鉛直方向に対する角度との関係を示す図であり、図６は実際の体動の鉛直方向出力と各体動センサ４ａ及び４ｂの体動出力との関係を示す図であり、図７及び図８は各々Ｘ軸及びＹ軸方向の体動出力の鉛直方向成分を示す図であり、図９は前記体動の鉛直方向出力の時間変化を示す図である。
【００２８】
前記重力加速度成分演算手段は、前記Ｘ軸用及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂに各々格納された、所定区間の体動信号に基づき、重力加速度の各検出方向成分を演算するものである。
【００２９】
例えば、歩行のようにある一定のリズムの動作を検出する場合、図３に示すように前記Ｘ軸体動センサ４ａにより検出される信号は、時間変化と共に図示したような信号波形を形成する。また、前記信号はＸ軸方向にかかる重力加速度の影響下における体動の振動を検出したものである。すなわち、体動がない場合であっても、前記Ｘ軸が水平方向より傾いた場合、Ｘ軸体動センサ４ａはＸ軸方向に働く重力加速度を検出することになる。
【００３０】
ここで、前記Ｘ軸体動センサ４ａの感度方向が水平方向にあり、重力加速度成分を検出しない場合の体動信号をＸ０とすると、体動測定装置１は図１に示すようにＸ軸のマイナス検出方向に傾いており、前記Ｘ軸体動センサ４ａで検出される体動は常にマイナスの重力加速度成分ＸＧの影響下で出力されるため、図３に示したように前記Ｘ０よりもマイナス方向にＸＧを基線とする信号波形を形成するものである。前記ＸＧは前記信号波形の所定区間の体動信号の平均値を取ることにより演算可能であり、これにより、重力加速度のＸ軸方向成分が演算される。
【００３１】
また、Ｙ軸方向においても同様である。図１においてＹ軸体動センサ４ｂはＹ軸方向のプラス感度方向に常に重力加速度ＹＧが検出されるため、図４に示すように、Ｙ軸の感度方向が水平方向のときの信号Ｙ０に対してプラス方向の重力加速度成分ＹＧを基線とする波形を形成し、前記ＹＧは前記ＸＧと同様にして、前記信号波形の所定区間の体動信号の平均値を取ることにより演算可能である。
【００３２】
ここで、前記所定区間の体動信号とは、前記体動信号の極値間を一区間とした中の全サンプリングデータを示すものであり、例えば、図３及び図４中にＰ−Ｐ区間として示した、前記体動信号の時間変化の上限ピーク値及び下限ピーク値間を一区間とするものである。
【００３３】
また、前記角度演算手段は、前記算出した重力加速度のＸ軸方向成分ＸＧ及びＹ軸方向成分ＹＧとから、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを算出するものである。ここでは、鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸方向の角度を算出するものとする。すなわち、図５に示すように前記ＸＧとＹＧとは重力加速度の分力であることから、ＸＧとＹＧとの合成ベクトルＶＧは鉛直下方（重力加速度方向）にＶＧ＝（ＸＧ２＋ＹＧ２）−２として表される。したがって、鉛直方向に対するＸ軸の角度Θｘ＝ｃｏｓ−１（ＸＧ／ＶＧ）及び鉛直方向に対するＹ軸の角度Θｙ＝ｃｏｓ−１（ＹＧ／ＶＧ）として表される。
【００３４】
前記体動出力演算手段は、前記重力加速度の各検出成分ＸＧ及びＹＧを前記Ｘ０及びＹ０としたときの各信号を体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔとして演算するものであり、これにより各サンプリングデータの重力加速度の影響を排した体動のみの出力を得ることが可能である。
【００３５】
前記鉛直方向出力演算手段は、図６に示すように、前記鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸の角度Θｘ及びΘｙと、前記体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔとから、各軸の体動出力の鉛直方向成分を算出し、この合成ベクトルを、実際の体動の鉛直方向出力Ｍとして算出するものである。すなわち、図７及び図８に示すように、前記Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔの各鉛直方向成分ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ及びＹｏｕｔｃｏｓΘｙを合成し、Ｍ＝ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ＋ＹｏｕｔｃｏｓΘｙとして表される。
【００３６】
前記体動カウント手段は、体動センサの出力値を用いて歩数をカウントする公知のカウント手段であり、例えば、図９に示すように、前記体動の鉛直方向出力Ｍが、予め設定された所定の閾値以上になってから再び前記閾値以下になるまで（図９中Ａに示す丸囲み部）を一回としてカウントするものである。
【００３７】
以下、本実施例の体動測定装置１の動作を図１０乃至図１２のフローチャートを用いて説明する。図１０はメイン動作を示すメインフローチャートであり、図１１はピーク値を検出する処理を示すサブルーチンであり、図１２は歩数をカウントする処理を示すサブルーチンである。
【００３８】
まず、図１０のメインルーチンにおいて、入力装置２により測定開始を入力すると体動測定装置１の電源がオンされ、ステップＳ１において装置の初期設定がなされる。ステップＳ２において、Ｘ軸体動センサ４ａ及びＹ軸体動センサ４ｂの各々において、重力加速度を含む体動信号が検出され、各増幅器５及び６、各Ａ／Ｄ変換器７及び８を介してＣＰＵ１０にディジタルデータとしてサンプリングされる。
【００３９】
ステップＳ３のピーク値検出処理においては、図１１のサブルーチンを用いて詳述するが、前記各重力加速度成分ＸＧ及びＹＧを取得する前記Ｐ−Ｐ区間を検出するために、Ｘ軸体動センサ４ａ及びＹ軸体動センサ４ｂの各サンプリングデータの時間変化の上限及び下限ピーク値を検出する処理である。
【００４０】
ステップＳ４においては、前記ピーク値が一つ以上検出されたか否かが、ステップＳ３においてカウントされるピーク検出カウンタによって判断される。ピーク値が検出されておらずＰ<１の場合にはＮＯに進み、ステップＳ２に戻り再びＸ軸及びＹ軸体動センサ４ａ及び４ｂによる体動信号のサンプリングを開始する。
【００４１】
また、前記ステップＳ３の処理によりピーク値が検出されＰ≧１の場合にはＹＥＳに進み、ステップＳ５において、図１１において詳述する、ステップＳ３の処理において用いた、Ｘｂｕｆ及びＹｂｕｆの値を記憶装置９のＸ軸用バッファ９ａ及びＹ軸用バッファ９ｂに各々格納し、バッファアドレスｎを１カウントアップしてｎ＝ｎ＋１として記憶する。続くステップＳ６において、前記ピーク検出カウンタＰが予め設定してあるＰｍａｘに達したかどうか判断される。ここで、前記ＰｍａｘはＰ−Ｐ区間の範囲を設定するものである。
【００４２】
ＰがＰｍａｘに達していない場合にはＮＯに進み、再びステップＳ２においてサンプリングデータの取得を開始し、ＰがＰｍａｘに達した場合にはＹＥＳに進み、ステップＳ７において、前述したＣＰＵ１０内の重力加速度成分演算手段により、前記Ｘ軸用バッファ９ａ及びＹ軸用バッファ９ｂに各々バッファアドレスｎ＝１からｎまで記憶してあるＰ−Ｐ区間のサンプリングデータの平均値を演算し、各Ｐ−Ｐ区間の波形の基線として現れる各重力加速度成分ＸＧ及びＹＧを算出する。
【００４３】
続くステップＳ８において、前記各重力加速度成分ＸＧ及びＹＧに基づいて、前述したＣＰＵ１０内の角度演算手段により鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸のなす角Θｘ及びΘｙを演算する。すなわち、記憶装置９に記憶してある、ＶＧ＝（ＸＧ２＋ＹＧ２）−２、Θｘ＝ｃｏｓ−１（ＸＧ／ＶＧ）及びΘｙ＝ｃｏｓ−１（ＹＧ／ＶＧ）なる演算式を読み込み、前記角度Θｘ及びΘｙを算出し、記憶装置９に一時記憶する。
【００４４】
ステップＳ９においては、Ｘ軸用及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂの各々において、前記バッファアドレスｎ＝１からｎｍａｘまで記憶されたサンプリングデータを順次読み込むため、バッファアドレスをｎ＝０まで戻し、続くステップＳ１０において、バッファアドレスをｎ＝ｎ＋１として順次カウントアップして、Ｘ軸及びＹ軸の体動信号波形の前記Ｐ−Ｐ区間を形成するサンプリングデータを一つずつ読み込んでいく。
【００４５】
ステップＳ１１において、前記Ｘ軸及びＹ軸各々において読み込まれた前記Ｐ−Ｐ区間内の各１つのサンプリングデータと前記重力加速度成分ＸＧ及びＹＧとの差分から、前述したＣＰＵ１０内の体動出力演算手段により、体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔを演算する。続くステップＳ１２において、前記角度Θｘ及びΘｙ、体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔに基づいて、実際の鉛直方向の体動を示す鉛直方向出力Ｍを演算する。これも前述したＣＰＵ１０内の鉛直方向ベクトル演算手段により、記憶装置９に予め記憶してあるＭ＝ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ＋ＹｏｕｔｃｏｓΘｙなる式を用いて演算する。更に続くステップＳ１３において、前記鉛直方向体動出力Ｍに基づいて、図１２を用いて後述するが、前記ＣＰＵ１０内の体動カウント手段により公知の歩数カウント処理を用いて歩数を検出する。
【００４６】
続くステップＳ１４において、前記バッファアドレスがｎ＝ｎｍａｘ（Ｐ＝Ｐｍａｘ時のサンプリングデータを格納したバッファアドレス）に達したかどうか判断される。達していなければＮＯに進み、再びステップＳ１０においてバッファアドレスをｎ＝ｎ＋１としてカウントアップし、次のサンプリングデータを読み込み、上記ステップＳ１１からステップＳ１３までの一連の処理を繰り返し、ｎｍａｘに達したと判断されると、前記Ｐ−Ｐ区間の全サンプリングデータに対して上記処理が完了したと見なしＹＥＳに進み、ステップＳ１５において、次のＰ−Ｐ区間処理へ移行するためのＸ軸及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂ内及びピーク回数カウンタの設定を行なう。すなわち、前記各バッファ９ａ及び９ｂ内においては、バッファアドレスｎ＝ｎｍａｘに格納してあるサンプリングデータをバッファアドレスｎ＝１の中に上書きして格納し、更に、ピーク値を検出するために取得した最新のサンプリングデータ（すなわちバッファアドレスｎ＝ｎｍａｘ＋１のサンプリングデータ）をバッファアドレスｎ＝２の中に上書きして格納して、それ以外の各バッファ９ａ及び９ｂ内のサンプリングデータをクリアする。これにより、次のＰ−Ｐ区間の最初のサンプリングデータが前記ピーク値であることから、ピーク回数カウンタをＰ＝１として設定し、再びステップＳ２からの処理を繰り返し、次のＰ−Ｐ区間の処理を行なうものである。
【００４７】
ここで、前記ステップＳ３のピーク検出処理に関して、図１１のサブルーチンを用いて詳述する。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸体動センサ４ａ及び４ｂによりサンプリングデータが取得されると、図１１のピーク検出処理に移行し、ステップＳ２１において、前記取得したサンプリングデータをＸ軸及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂ各々にｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹとして格納する。続くステップＳ２２において、前記Ｘ軸及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂ内に前回のサンプリングデータＸｂｕｆ及びＹｂｕｆがあるかどうか判断される。無ければＮＯに進み、ステップＳ２７において、前記ｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹをＸｂｕｆ及びＹｂｕｆとして格納して、図１０のメインルーチンに戻る。
【００４８】
また、ステップＳ２２において、前回サンプリングデータがＸｂｕｆ及びＹｂｕｆとして格納されている場合ＹＥＳに進み、ステップＳ２３において、前記Ｘｂｕｆ及びＹｂｕｆとｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹとをＣＰＵ１０の制御をもって記憶装置９より読み込み、各々ｃａｌｂｕｆＸ−Ｘｂｕｆ及びｃａｌｂｕｆＹ−Ｙｂｕｆとして差分を取ることにより、Ｘ軸及びＹ軸各々の振動の向きが検出される。続くステップＳ２４において、検出された振動の向きが前回検出された振動の向きと同じかどうか判断される。前回の振動が検出されていない又は前回の振動と同じ向きであると判断されるとＮＯに進み、ステップＳ２６において、各振動方向をプラス方向又はマイナス方向として格納又は上書きして格納する。また、検出された振動の向きが前回と逆向きになった場合ＹＥＳに進み、ステップＳ２５において、ピーク値が検出されたと見なし、ピーク回数カウンタＰをＰ＝Ｐ＋１としてカウントを進め、前記同様にステップＳ２６において各振動方向を各バッファ９ａ及び９ｂに上書きして格納し、前述と同様にして、ｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹをＸｂｕｆ及びＹｂｕｆとしてバッファ９ａ及び９ｂに格納して、図１０のメインルーチンに戻る。
【００４９】
また、前記ステップＳ１３に示した歩数カウント処理を図１２を用いて詳述する。この歩数カウント処理は予め歩数検出に足る前記鉛直方向出力Ｍを判別する閾値を設定しておき、前記閾値を越えて前記鉛直方向出力Ｍが検出された状態から前記閾値を下回った場合に歩数をカウントアップするものである。
【００５０】
すなわち、前記鉛直方向出力Ｍが算出されると、図１２の歩数カウント処理に移行し、ステップＳ３１において、歩数として検出するに足る出力を判別する閾値を前記体動出力Ｍが越えていることを示すフラグ１がセットされているかどうか判別する。フラグ１がセットされていない場合、まだ前記閾値を超える鉛直方向出力Ｍが検出されていないと判断されＮＯに進み、ステップＳ３２において、前記算出した鉛直方向体動出力Ｍが前記閾値を超えているか否かが判断される。超えていなければＮＯに進み、そのまま図１０のメインルーチンに戻り、超えていればＹＥＳに進み、ステップＳ３３において前記フラグ１をセットした後に図１０のメインルーチンに戻る。
【００５１】
また前記ステップＳ３１において、フラグ１がセットされている、すなわち前記閾値を超える鉛直方向出力Ｍがすでに検出されている状態にあると判断された場合ＹＥＳに進み、ステップＳ３４において、前記鉛直方向出力Ｍが前記閾値を下回ったか否かが判断される。前記閾値を越えている場合にはＮＯに進み、そのまま図１０のメインルーチンに戻り、下回った場合はＹＥＳに進み、ステップＳ３５において、前述したように歩数をカウントアップし記憶装置９に記憶する。
【００５２】
なお、本実施例においては、図１０のステップＳ３乃至ステップＳ６に示したように、Ｘ軸用バッファ９ａ及びＹ軸用バッファ９ｂに各々格納されたＰ−Ｐ区間内の全サンプリングデータの平均値をもって、Ｘ軸及びＹ軸各々の歩行の信号波形における基線となる重力加速度成分ＸＧ及びＹＧを求めたが、ピーク値検出時のサンプリングデータのみの平均値を求めて、前記重力加速度成分ＸＧ及びＹＧとしても良い。
【００５３】
また、前記Ｐ−Ｐ区間を検出することなく、予め一定時間を一区間として設定しておき、前記一定時間内に取得されたサンプリングデータの平均値をもって前記波形の基線としても良い。このとき、歩行などの一定のリズムの波形に対する前記区間の取り方によって、各区間で生じる平均値のばらつきを軽減するため、前記予め設定される一定時間は、検出される信号波形の１周期に比べ十分長い時間を設定するのが好ましい。しかしながら、現実的には、歩行は上下方向に数（ｃｍ）の振幅の往復運動であり、重力加速度に比べ加速度変化は極めて小さいと言えることから、前記一区間の時間は歩行周期にとらわれることなく短い時間でも良い。
【００５４】
また、図１０のフローチャートのステップＳ８に示した鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸方向のなす角Θｘ及びΘｙの演算においては、図５に示すように、ＸＧ及びＹＧの合成ベクトルＶＧに対して各々ＸＧ及びＹＧを算出したが、図５からも明らかなように、Θｘ＝ｔａｎ―１（ＹＧ／ＸＧ）としてΘｘを求め、Ｘ軸とＹ軸とは直交していることから、ステップＳ１２の鉛直方向体動出力Ｍの演算においては、Ｍ＝ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ＋ＹｏｕｔｓｉｎΘｘとしても良い。
【００５５】
また、本実施例においては、Ｘ軸体動センサ４ａ及びＹ軸体動センサ４ｂを用いて、互いに直交する２方向の体動信号を検出したが、更に前記Ｘ軸及びＹ軸に各々直交するＺ軸体動センサを加え、互いに直交する３方向の体動信号を検出する装置に用いても良い。この場合、図示しないが、装置構成は、図２に示した前記実施例の電気ブロック図を基に、Ｚ軸体動センサ４ｃと共に増幅器及びＡ／Ｄ変換器を備え、記憶装置９内にＺ軸用バッファ９ｃを更に備えて構成する。また、動作は図１０及び図１１に示した前記実施例の手順を基に、前記Ｘ軸及びＹ軸方向に関する各手順において、Ｘ軸及びＹ軸と同様にしてＺ軸方向に関する検出、演算及びバッファ処理などを加えることにより前術の実施例と同様に処理可能である。
【００５６】
更に、本実施例においては、鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸の角度Θｘ及びΘｙを演算し、体動の鉛直方向出力Ｍの大きさの判定により歩数をカウントするものであったが、鉛直方向以外の特定方向を基準とし、本実施例の手順を同様に用いて、前記特定方向に対する各軸の角度を演算し、体動の特定方向出力を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施例の体動測定装置の外観及び傾きを示す図である。
【図２】本実施例の体動測定装置の電気ブロック図である。
【図３】歩行時のＸ軸方向の体動信号の時間変化を示すグラフである。
【図４】歩行時のＹ軸方向の体動信号の時間変化を示すグラフである。
【図５】各体動センサにかかる重力加速度成分と鉛直方向に対する角度との関係を示す図である。
【図６】実際の体動方向の鉛直方向成分と各軸体動センサの出力との関係を示す図である。
【図７】Ｘ軸方向の体動出力の鉛直成分を示す図である。
【図８】Ｙ軸方向の体動出力の鉛直成分を示す図である。
【図９】体動出力の鉛直成分の時間変化を示す図である。
【図１０】本実施例の体動測定装置の動作を示すメインルーチンである。
【図１１】ピーク値を検出処理を示すサブルーチンである。
【図１２】歩数カウント処理を示すサブルーチンである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 体動測定装置
２ 入力装置
３ 表示装置
４ 体動センサ
４ａ Ｘ軸体動センサ
４ｂ Ｙ軸体動センサ
５、６ 増幅器
７、８ Ａ／Ｄ変換器
９ 記憶装置
９ａ Ｘ軸用バッファ
９ｂ Ｙ軸用バッファ
１０ ＣＰＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は異なる方向の体動を重力加速度の影響を含めて検出する体動センサを備えた体動測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の体動測定装置においては、異なる方向の体動の大きさを検出可能な体動センサと、前記各体動センサのセンシング角度を検出する角度検出センサとを備え、前記体動の大きさとセンシング角度とから算出される体動の合成ベクトルの鉛直方向成分を体動として検出する体動測定装置を用いて歩数を検出する歩数計があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、前記体動センサにより検出される異なる方向の体動の内、出力の大きな方の体動センサの出力を選択する体動測定装置により、前記選択された出力に基づいて歩数をカウントする歩数計があった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平０９−２２３２１４号公報
【特許文献２】特許３５４３７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平０９−２２３２１４号公報に記載の体動測定装置は、前記体動センサとは別途、前記角度検出センサを備えておかなければならず、コストアップに繋がる。
【０００５】
また、特許３５４３７７８号公報に記載の体動測定装置は、装置の傾きにより体動センサに感度差を生じるため、本来歩数として検出されるべき前記選択された出力であっても、歩数をカウントするのに満足な出力値が得られず、カウントされない場合があった。
【０００６】
従って本発明は上述の問題点を解決し、安価な構成で装置の角度検出を可能とし、装置の角度変化によらず常に鉛直方向の体動を測定する体動測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えた体動測定装置を提供する。
【０００８】
また、前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成る。
【０００９】
また、前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算する。
【００１０】
また、前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算する。
【００１１】
また、前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算する。
【００１２】
更に、前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の体動測定装置は、異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えたことから、角度センサなどを別途設けることなく本装置の傾きを検出可能であり、歩数をカウントするのに最も大きい運動となる鉛直方向の振動を確実に捉えることができ、鉛直方向の体動を持って歩数を検出することが可能であり、本装置を単に水平方向に移動させただけで歩数としてカウントしてしまったり、体動センサの角度変化のため鉛直方向を検出できず歩数としてカウントされなかったり、というような測定誤差を防ぐことができ精度の高い測定が可能である。
【００１４】
また、前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成り、前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算することから、前記合成ベクトルから必ず鉛直方向が得られ、常に本装置の傾きを正確に検出することが可能である。
【００１５】
また、前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算し、前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算することから、各体動センサにより各々重力加速度の影響下で測定した体動の信号から、簡便に重力加速度と体動とを区別して出力することが可能である。
【００１６】
更に、前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備えたことから、特定方向への運動を検出可能であり、例えば、歩行における上下方向の体動にのみ帰着していた消費エネルギーなどの算出も水平方向の動きを加味したものに応用できる可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の体動測定装置は、異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えて構成する。
【００１８】
また、前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成り、前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算するものである。
【００１９】
また、前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算し、前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算するものである。
【００２０】
更に、前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備えて構成する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１は、互いに直交する２方向の体動を検出するように配した２つの体動センサを用いて歩行をカウントする体動測定装置を例とし、以下に図面を用いて説明する。
【００２２】
まず、図１及び図２により実施例１の体動測定装置の構成を説明する。図１は、前記２つの体動センサを内蔵した体動測定装置を傾斜して携帯している状態を示す外観正面図であり、図２は電気ブロック図である。
【００２３】
実施例１において、体動測定装置１は、正面に入力装置２及び表示装置３を備え、内部には前記２つの体動センサ４を備え、更に増幅器５、６、Ａ／Ｄ変換器７、８、記憶装置９、ＣＰＵ１０とから構成するものである。
【００２４】
前記入力装置２は、各種設定、測定開始及び終了などを入力するために備えたものであり、前記表示装置は、各種ガイダンス又は測定結果などを表示する。また、前記体動センサ４は図１に図示したように、Ｘ軸方向に感度を有するＸ軸体動センサ４ａと、Ｙ軸方向に感度を有するＹ軸体動センサ４ｂとから成り、各軸方向にかかる重力加速度成分を含む体動信号を一定のサンプリング周期で取得するものである。ここで本実施例において、被験者は、前記体動測定装置１を鉛直方向及び水平方向に対して、図１に示すような傾きを持ってベルトに装着しているか又はポケットに入れて携帯しているものとする。
【００２５】
前記記憶装置９は、前記Ｘ軸体動センサ４ａの信号を格納するＸ軸用バッファ９ａと、同じく前記Ｙ軸体動センサ４ｂの信号を格納するＹ軸用バッファ９ｂとを備えてなる。
【００２６】
また、前記Ｘ軸体動センサ４ａは、増幅器６及びＡ／Ｄ変換器８を介してＣＰＵ１０に接続され、前記体動センサ４ｂも同じく、増幅器７及びＡ／Ｄ変換器９を介してＣＰＵ１０に接続され、前記各体動センサ４ａ及び４ｂで検出されたアナログ信号をディジタル信号としてＣＰＵ１０に送られる。前記ＣＰＵ１０は、重力加速度成分演算手段、角度演算手段、体動出力演算手段、鉛直方向出力演算手段及び体動カウント手段とを兼ねるものである。
【００２７】
前記各演算手段を各々図３乃至図９も含めて説明する。図３及び図４は各々Ｘ軸及びＹ軸体動センサ４ａ及び４ｂにより検出された、歩行時の体動信号の時間変化を示す波形であり、図５は各体動センサ４ａ及び４ｂにかかる重力加速度成分と鉛直方向に対する角度との関係を示す図であり、図６は実際の体動の鉛直方向出力と各体動センサ４ａ及び４ｂの体動出力との関係を示す図であり、図７及び図８は各々Ｘ軸及びＹ軸方向の体動出力の鉛直方向成分を示す図であり、図９は前記体動の鉛直方向出力の時間変化を示す図である。
【００２８】
前記重力加速度成分演算手段は、前記Ｘ軸用及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂに各々格納された、所定区間の体動信号に基づき、重力加速度の各検出方向成分を演算するものである。
【００２９】
例えば、歩行のようにある一定のリズムの動作を検出する場合、図３に示すように前記Ｘ軸体動センサ４ａにより検出される信号は、時間変化と共に図示したような信号波形を形成する。また、前記信号はＸ軸方向にかかる重力加速度の影響下における体動の振動を検出したものである。すなわち、体動がない場合であっても、前記Ｘ軸が水平方向より傾いた場合、Ｘ軸体動センサ４ａはＸ軸方向に働く重力加速度を検出することになる。
【００３０】
ここで、前記Ｘ軸体動センサ４ａの感度方向が水平方向にあり、重力加速度成分を検出しない場合の体動信号をＸ０とすると、体動測定装置１は図１に示すようにＸ軸のマイナス検出方向に傾いており、前記Ｘ軸体動センサ４ａで検出される体動は常にマイナスの重力加速度成分ＸＧの影響下で出力されるため、図３に示したように前記Ｘ０よりもマイナス方向にＸＧを基線とする信号波形を形成するものである。前記ＸＧは前記信号波形の所定区間の体動信号の平均値を取ることにより演算可能であり、これにより、重力加速度のＸ軸方向成分が演算される。
【００３１】
また、Ｙ軸方向においても同様である。図１においてＹ軸体動センサ４ｂはＹ軸方向のプラス感度方向に常に重力加速度ＹＧが検出されるため、図４に示すように、Ｙ軸の感度方向が水平方向のときの信号Ｙ０に対してプラス方向の重力加速度成分ＹＧを基線とする波形を形成し、前記ＹＧは前記ＸＧと同様にして、前記信号波形の所定区間の体動信号の平均値を取ることにより演算可能である。
【００３２】
ここで、前記所定区間の体動信号とは、前記体動信号の極値間を一区間とした中の全サンプリングデータを示すものであり、例えば、図３及び図４中にＰ−Ｐ区間として示した、前記体動信号の時間変化の上限ピーク値及び下限ピーク値間を一区間とするものである。
【００３３】
また、前記角度演算手段は、前記算出した重力加速度のＸ軸方向成分ＸＧ及びＹ軸方向成分ＹＧとから、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを算出するものである。ここでは、鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸方向の角度を算出するものとする。すなわち、図５に示すように前記ＸＧとＹＧとは重力加速度の分力であることから、ＸＧとＹＧとの合成ベクトルＶＧは鉛直下方（重力加速度方向）にＶＧ＝（ＸＧ２＋ＹＧ２）−２として表される。したがって、鉛直方向に対するＸ軸の角度Θｘ＝ｃｏｓ−１（ＸＧ／ＶＧ）及び鉛直方向に対するＹ軸の角度Θｙ＝ｃｏｓ−１（ＹＧ／ＶＧ）として表される。
【００３４】
前記体動出力演算手段は、前記重力加速度の各検出成分ＸＧ及びＹＧを前記Ｘ０及びＹ０としたときの各信号を体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔとして演算するものであり、これにより各サンプリングデータの重力加速度の影響を排した体動のみの出力を得ることが可能である。
【００３５】
前記鉛直方向出力演算手段は、図６に示すように、前記鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸の角度Θｘ及びΘｙと、前記体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔとから、各軸の体動出力の鉛直方向成分を算出し、この合成ベクトルを、実際の体動の鉛直方向出力Ｍとして算出するものである。すなわち、図７及び図８に示すように、前記Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔの各鉛直方向成分ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ及びＹｏｕｔｃｏｓΘｙを合成し、Ｍ＝ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ＋ＹｏｕｔｃｏｓΘｙとして表される。
【００３６】
前記体動カウント手段は、体動センサの出力値を用いて歩数をカウントする公知のカウント手段であり、例えば、図９に示すように、前記体動の鉛直方向出力Ｍが、予め設定された所定の閾値以上になってから再び前記閾値以下になるまで（図９中Ａに示す丸囲み部）を一回としてカウントするものである。
【００３７】
以下、本実施例の体動測定装置１の動作を図１０乃至図１２のフローチャートを用いて説明する。図１０はメイン動作を示すメインフローチャートであり、図１１はピーク値を検出する処理を示すサブルーチンであり、図１２は歩数をカウントする処理を示すサブルーチンである。
【００３８】
まず、図１０のメインルーチンにおいて、入力装置２により測定開始を入力すると体動測定装置１の電源がオンされ、ステップＳ１において装置の初期設定がなされる。ステップＳ２において、Ｘ軸体動センサ４ａ及びＹ軸体動センサ４ｂの各々において、重力加速度を含む体動信号が検出され、各増幅器５及び６、各Ａ／Ｄ変換器７及び８を介してＣＰＵ１０にディジタルデータとしてサンプリングされる。
【００３９】
ステップＳ３のピーク値検出処理においては、図１１のサブルーチンを用いて詳述するが、前記各重力加速度成分ＸＧ及びＹＧを取得する前記Ｐ−Ｐ区間を検出するために、Ｘ軸体動センサ４ａ及びＹ軸体動センサ４ｂの各サンプリングデータの時間変化の上限及び下限ピーク値を検出する処理である。
【００４０】
ステップＳ４においては、前記ピーク値が一つ以上検出されたか否かが、ステップＳ３においてカウントされるピーク検出カウンタによって判断される。ピーク値が検出されておらずＰ<１の場合にはＮＯに進み、ステップＳ２に戻り再びＸ軸及びＹ軸体動センサ４ａ及び４ｂによる体動信号のサンプリングを開始する。
【００４１】
また、前記ステップＳ３の処理によりピーク値が検出されＰ≧１の場合にはＹＥＳに進み、ステップＳ５において、図１１において詳述する、ステップＳ３の処理において用いた、Ｘｂｕｆ及びＹｂｕｆの値を記憶装置９のＸ軸用バッファ９ａ及びＹ軸用バッファ９ｂに各々格納し、バッファアドレスｎを１カウントアップしてｎ＝ｎ＋１として記憶する。続くステップＳ６において、前記ピーク検出カウンタＰが予め設定してあるＰｍａｘに達したかどうか判断される。ここで、前記ＰｍａｘはＰ−Ｐ区間の範囲を設定するものである。
【００４２】
ＰがＰｍａｘに達していない場合にはＮＯに進み、再びステップＳ２においてサンプリングデータの取得を開始し、ＰがＰｍａｘに達した場合にはＹＥＳに進み、ステップＳ７において、前述したＣＰＵ１０内の重力加速度成分演算手段により、前記Ｘ軸用バッファ９ａ及びＹ軸用バッファ９ｂに各々バッファアドレスｎ＝１からｎまで記憶してあるＰ−Ｐ区間のサンプリングデータの平均値を演算し、各Ｐ−Ｐ区間の波形の基線として現れる各重力加速度成分ＸＧ及びＹＧを算出する。
【００４３】
続くステップＳ８において、前記各重力加速度成分ＸＧ及びＹＧに基づいて、前述したＣＰＵ１０内の角度演算手段により鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸のなす角Θｘ及びΘｙを演算する。すなわち、記憶装置９に記憶してある、ＶＧ＝（ＸＧ２＋ＹＧ２）−２、Θｘ＝ｃｏｓ−１（ＸＧ／ＶＧ）及びΘｙ＝ｃｏｓ−１（ＹＧ／ＶＧ）なる演算式を読み込み、前記角度Θｘ及びΘｙを算出し、記憶装置９に一時記憶する。
【００４４】
ステップＳ９においては、Ｘ軸用及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂの各々において、前記バッファアドレスｎ＝１からｎｍａｘまで記憶されたサンプリングデータを順次読み込むため、バッファアドレスをｎ＝０まで戻し、続くステップＳ１０において、バッファアドレスをｎ＝ｎ＋１として順次カウントアップして、Ｘ軸及びＹ軸の体動信号波形の前記Ｐ−Ｐ区間を形成するサンプリングデータを一つずつ読み込んでいく。
【００４５】
ステップＳ１１において、前記Ｘ軸及びＹ軸各々において読み込まれた前記Ｐ−Ｐ区間内の各１つのサンプリングデータと前記重力加速度成分ＸＧ及びＹＧとの差分から、前述したＣＰＵ１０内の体動出力演算手段により、体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔを演算する。続くステップＳ１２において、前記角度Θｘ及びΘｙ、体動出力Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔに基づいて、実際の鉛直方向の体動を示す鉛直方向出力Ｍを演算する。これも前述したＣＰＵ１０内の鉛直方向ベクトル演算手段により、記憶装置９に予め記憶してあるＭ＝ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ＋ＹｏｕｔｃｏｓΘｙなる式を用いて演算する。更に続くステップＳ１３において、前記鉛直方向体動出力Ｍに基づいて、図１２を用いて後述するが、前記ＣＰＵ１０内の体動カウント手段により公知の歩数カウント処理を用いて歩数を検出する。
【００４６】
続くステップＳ１４において、前記バッファアドレスがｎ＝ｎｍａｘ（Ｐ＝Ｐｍａｘ時のサンプリングデータを格納したバッファアドレス）に達したかどうか判断される。達していなければＮＯに進み、再びステップＳ１０においてバッファアドレスをｎ＝ｎ＋１としてカウントアップし、次のサンプリングデータを読み込み、上記ステップＳ１１からステップＳ１３までの一連の処理を繰り返し、ｎｍａｘに達したと判断されると、前記Ｐ−Ｐ区間の全サンプリングデータに対して上記処理が完了したと見なしＹＥＳに進み、ステップＳ１５において、次のＰ−Ｐ区間処理へ移行するためのＸ軸及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂ内及びピーク回数カウンタの設定を行なう。すなわち、前記各バッファ９ａ及び９ｂ内においては、バッファアドレスｎ＝ｎｍａｘに格納してあるサンプリングデータをバッファアドレスｎ＝１の中に上書きして格納し、更に、ピーク値を検出するために取得した最新のサンプリングデータ（すなわちバッファアドレスｎ＝ｎｍａｘ＋１のサンプリングデータ）をバッファアドレスｎ＝２の中に上書きして格納して、それ以外の各バッファ９ａ及び９ｂ内のサンプリングデータをクリアする。これにより、次のＰ−Ｐ区間の最初のサンプリングデータが前記ピーク値であることから、ピーク回数カウンタをＰ＝１として設定し、再びステップＳ２からの処理を繰り返し、次のＰ−Ｐ区間の処理を行なうものである。
【００４７】
ここで、前記ステップＳ３のピーク検出処理に関して、図１１のサブルーチンを用いて詳述する。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸体動センサ４ａ及び４ｂによりサンプリングデータが取得されると、図１１のピーク検出処理に移行し、ステップＳ２１において、前記取得したサンプリングデータをＸ軸及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂ各々にｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹとして格納する。続くステップＳ２２において、前記Ｘ軸及びＹ軸用バッファ９ａ及び９ｂ内に前回のサンプリングデータＸｂｕｆ及びＹｂｕｆがあるかどうか判断される。無ければＮＯに進み、ステップＳ２７において、前記ｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹをＸｂｕｆ及びＹｂｕｆとして格納して、図１０のメインルーチンに戻る。
【００４８】
また、ステップＳ２２において、前回サンプリングデータがＸｂｕｆ及びＹｂｕｆとして格納されている場合ＹＥＳに進み、ステップＳ２３において、前記Ｘｂｕｆ及びＹｂｕｆとｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹとをＣＰＵ１０の制御をもって記憶装置９より読み込み、各々ｃａｌｂｕｆＸ−Ｘｂｕｆ及びｃａｌｂｕｆＹ−Ｙｂｕｆとして差分を取ることにより、Ｘ軸及びＹ軸各々の振動の向きが検出される。続くステップＳ２４において、検出された振動の向きが前回検出された振動の向きと同じかどうか判断される。前回の振動が検出されていない又は前回の振動と同じ向きであると判断されるとＮＯに進み、ステップＳ２６において、各振動方向をプラス方向又はマイナス方向として格納又は上書きして格納する。また、検出された振動の向きが前回と逆向きになった場合ＹＥＳに進み、ステップＳ２５において、ピーク値が検出されたと見なし、ピーク回数カウンタＰをＰ＝Ｐ＋１としてカウントを進め、前記同様にステップＳ２６において各振動方向を各バッファ９ａ及び９ｂに上書きして格納し、前述と同様にして、ｃａｌｂｕｆＸ及びｃａｌｂｕｆＹをＸｂｕｆ及びＹｂｕｆとしてバッファ９ａ及び９ｂに格納して、図１０のメインルーチンに戻る。
【００４９】
また、前記ステップＳ１３に示した歩数カウント処理を図１２を用いて詳述する。この歩数カウント処理は予め歩数検出に足る前記鉛直方向出力Ｍを判別する閾値を設定しておき、前記閾値を越えて前記鉛直方向出力Ｍが検出された状態から前記閾値を下回った場合に歩数をカウントアップするものである。
【００５０】
すなわち、前記鉛直方向出力Ｍが算出されると、図１２の歩数カウント処理に移行し、ステップＳ３１において、歩数として検出するに足る出力を判別する閾値を前記体動出力Ｍが越えていることを示すフラグ１がセットされているかどうか判別する。フラグ１がセットされていない場合、まだ前記閾値を超える鉛直方向出力Ｍが検出されていないと判断されＮＯに進み、ステップＳ３２において、前記算出した鉛直方向体動出力Ｍが前記閾値を超えているか否かが判断される。超えていなければＮＯに進み、そのまま図１０のメインルーチンに戻り、超えていればＹＥＳに進み、ステップＳ３３において前記フラグ１をセットした後に図１０のメインルーチンに戻る。
【００５１】
また前記ステップＳ３１において、フラグ１がセットされている、すなわち前記閾値を超える鉛直方向出力Ｍがすでに検出されている状態にあると判断された場合ＹＥＳに進み、ステップＳ３４において、前記鉛直方向出力Ｍが前記閾値を下回ったか否かが判断される。前記閾値を越えている場合にはＮＯに進み、そのまま図１０のメインルーチンに戻り、下回った場合はＹＥＳに進み、ステップＳ３５において、前述したように歩数をカウントアップし記憶装置９に記憶する。
【００５２】
なお、本実施例においては、図１０のステップＳ３乃至ステップＳ６に示したように、Ｘ軸用バッファ９ａ及びＹ軸用バッファ９ｂに各々格納されたＰ−Ｐ区間内の全サンプリングデータの平均値をもって、Ｘ軸及びＹ軸各々の歩行の信号波形における基線となる重力加速度成分ＸＧ及びＹＧを求めたが、ピーク値検出時のサンプリングデータのみの平均値を求めて、前記重力加速度成分ＸＧ及びＹＧとしても良い。
【００５３】
また、前記Ｐ−Ｐ区間を検出することなく、予め一定時間を一区間として設定しておき、前記一定時間内に取得されたサンプリングデータの平均値をもって前記波形の基線としても良い。このとき、歩行などの一定のリズムの波形に対する前記区間の取り方によって、各区間で生じる平均値のばらつきを軽減するため、前記予め設定される一定時間は、検出される信号波形の１周期に比べ十分長い時間を設定するのが好ましい。しかしながら、現実的には、歩行は上下方向に数（ｃｍ）の振幅の往復運動であり、重力加速度に比べ加速度変化は極めて小さいと言えることから、前記一区間の時間は歩行周期にとらわれることなく短い時間でも良い。
【００５４】
また、図１０のフローチャートのステップＳ８に示した鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸方向のなす角Θｘ及びΘｙの演算においては、図５に示すように、ＸＧ及びＹＧの合成ベクトルＶＧに対して各々ＸＧ及びＹＧを算出したが、図５からも明らかなように、Θｘ＝ｔａｎ―１（ＹＧ／ＸＧ）としてΘｘを求め、Ｘ軸とＹ軸とは直交していることから、ステップＳ１２の鉛直方向体動出力Ｍの演算においては、Ｍ＝ＸｏｕｔｃｏｓΘｘ＋ＹｏｕｔｓｉｎΘｘとしても良い。
【００５５】
また、本実施例においては、Ｘ軸体動センサ４ａ及びＹ軸体動センサ４ｂを用いて、互いに直交する２方向の体動信号を検出したが、更に前記Ｘ軸及びＹ軸に各々直交するＺ軸体動センサを加え、互いに直交する３方向の体動信号を検出する装置に用いても良い。この場合、図示しないが、装置構成は、図２に示した前記実施例の電気ブロック図を基に、Ｚ軸体動センサ４ｃと共に増幅器及びＡ／Ｄ変換器を備え、記憶装置９内にＺ軸用バッファ９ｃを更に備えて構成する。また、動作は図１０及び図１１に示した前記実施例の手順を基に、前記Ｘ軸及びＹ軸方向に関する各手順において、Ｘ軸及びＹ軸と同様にしてＺ軸方向に関する検出、演算及びバッファ処理などを加えることにより前術の実施例と同様に処理可能である。
【００５６】
更に、本実施例においては、鉛直方向に対するＸ軸及びＹ軸の角度Θｘ及びΘｙを演算し、体動の鉛直方向出力Ｍの大きさの判定により歩数をカウントするものであったが、鉛直方向以外の特定方向を基準とし、本実施例の手順を同様に用いて、前記特定方向に対する各軸の角度を演算し、体動の特定方向出力を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施例の体動測定装置の外観及び傾きを示す図である。
【図２】本実施例の体動測定装置の電気ブロック図である。
【図３】歩行時のＸ軸方向の体動信号の時間変化を示すグラフである。
【図４】歩行時のＹ軸方向の体動信号の時間変化を示すグラフである。
【図５】各体動センサにかかる重力加速度成分と鉛直方向に対する角度との関係を示す図である。
【図６】実際の体動方向の鉛直方向成分と各軸体動センサの出力との関係を示す図である。
【図７】Ｘ軸方向の体動出力の鉛直成分を示す図である。
【図８】Ｙ軸方向の体動出力の鉛直成分を示す図である。
【図９】体動出力の鉛直成分の時間変化を示す図である。
【図１０】本実施例の体動測定装置の動作を示すメインルーチンである。
【図１１】ピーク値を検出処理を示すサブルーチンである。
【図１２】歩数カウント処理を示すサブルーチンである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 体動測定装置
２ 入力装置
３ 表示装置
４ 体動センサ
４ａ Ｘ軸体動センサ
４ｂ Ｙ軸体動センサ
５、６ 増幅器
７、８ Ａ／Ｄ変換器
９ 記憶装置
９ａ Ｘ軸用バッファ
９ｂ Ｙ軸用バッファ
１０ ＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、
前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、
前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、
前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、
前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、
前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えたことを特徴とする体動測定装置。
【請求項２】
前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成ることを特徴とする請求項１記載の体動測定装置。
【請求項３】
前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算することを特徴とする請求項１又は２記載の体動測定装置。
【請求項４】
前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算することを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の体動測定装置。
【請求項５】
前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算することを特徴とする請求項１乃至４記載の体動測定装置。
【請求項６】
前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５記載の体動測定装置。
【請求項１】
異なる方向の体動を検出するように配され、各検出方向の重力加速度成分を含む体動信号を一度に検出する体動センサと、
前記各体動信号の所定区間の変化に基づいて、前記各検出方向の重力加速度成分を演算する重力加速度成分演算手段と、
前記各重力加速度成分に基づいて、鉛直方向に対する各検出方向の角度の内少なくとも１つを演算する角度演算手段と、
前記各体動信号から重力加速度成分を除く体動出力を演算する体動出力演算手段と、
前記演算した各検出方向の体動出力と角度とに基づいて、体動の鉛直方向出力を演算する鉛直方向出力演算手段と、
前記鉛直方向出力に基づいて、所定の体動をカウントする体動カウント手段とを備えたことを特徴とする体動測定装置。
【請求項２】
前記体動センサは、互いに直交する２方向または３方向の体動を検出するよう配されて成ることを特徴とする請求項１記載の体動測定装置。
【請求項３】
前記角度演算手段は、前記各検出方向の重力加速度成分の合成ベクトルを算出し、前記合成ベクトル方向に対する各検出方向の角度を演算することを特徴とする請求項１又は２記載の体動測定装置。
【請求項４】
前記重力加速度成分演算手段は、予め設定した一定時間または前記各体動信号の極値間を前記所定区間とし、前記所定区間内の各体動信号の平均値を演算することを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の体動測定装置。
【請求項５】
前記体動出力演算手段は、前記体動センサの各検出方向が水平方向のときの信号を各々基準値として、前記基準値と前記各体動信号との差を演算することを特徴とする請求項１乃至４記載の体動測定装置。
【請求項６】
前記鉛直方向出力演算手段は、前記鉛直方向出力に基づいて鉛直方向以外の特定方向の体動出力を演算する特定方向出力演算手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５記載の体動測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−８１６００（Ｐ２００６−８１６００Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６６８６５（Ｐ２００４−２６６８６５）
【出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
【Ｆターム（参考）】
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