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Dokumentenidentifikation DE69628407T2 06.05.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000797169
Titel PEDOMETER
Anmelder Omron Corp., Kyoto, JP
Erfinder OTANI, Toshio, Kyoto-shi, Kyoto 616, JP;
TAKENAKA, Masaaki, Kyoto-shi, Kyoto 616, JP;
YAMASAWA, Tsutomu, Kyoto-shi, Kyoto 616, JP;
WATANABE, Tomoo, Kyoto-shi, Kyoto 616, JP;
TANAKA, Shinya, Kyoto-shi, Kyoto 616, JP
Vertreter Wilhelms, Kilian & Partner, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69628407
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.09.1996
EP-Aktenzeichen 969303551
WO-Anmeldetag 11.09.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/JP96/02586
WO-Veröffentlichungsnummer 0097010567
WO-Veröffentlichungsdatum 20.03.1997
EP-Offenlegungsdatum 24.09.1997
EP date of grant 28.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.05.2004
IPC-Hauptklasse G06M 7/00
IPC-Nebenklasse G01C 22/00   G01C 9/10   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pedometer, das gemäß der Körperbewegung beim Gehen und Laufen die Anzahl der Schritte zählt, und insbesondere auf ein Pedometer, das die Anzahl der Schritte und dgl. unabhängig vom Winkel des Grundkörpers genau feststellen kann.

Stand der Technik

Ein Pedometer enthält allgemein einen Grundkörper, einen im Grundkörper vorgesehenen Beschleunigungssensor zum Nachweis eines Schrittsignals gemäß der Bewegung des Körpers und einen Schrittzähler zum Zählen der Anzahl der Schritte gemäß einer Ausgabe des Beschleunigungssensors. Die Anzahl der Schritte wird anhand der (Auf- und Ab-) Bewegung des Körpers beim Gehen (oder Laufen) gezählt.

Beim Nachweisen der Auf- und Abbewegung ändern sich die Aufwärtsbewegung und die Abwärtsbewegung jeweils stark abhängig vom Zustand des Gehorts, den getragenen Schuhen, der Art des Gehens und dgl.. Daher besteht das Problem, dass die Anzahl der Schritte bei einem herkömmlichen Pedometer nicht genau gezählt werden kann, das die Anzahl der Schritte zählt, indem allein die Ausgabe, die entweder der Aufwärtsbewegung oder der Abwärtsbewegung entspricht, festgestellt wird.

Um dieses Problem zu lösen, enthält beispielsweise das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-161932 (nachfolgend als erster Stand der Technik bezeichnet) veröffentlichte "Pedometer" einen oberen Detektor und einen unteren Detektor zum Nachweis der Aufwärtsbeschleunigung, bzw. der Abwärtsbeschleunigung sowie eine Auswahleinheit zur Auswahl, welches der Schrittsignale aus dem oberen oder unteren Detektor Zielobjekt sein soll. Es wird darauf abgezielt, die Anzahl genau unabhängig vom Gehort, den Schuhen und der Gehweise zu zählen.

Das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-287417 (nachfolgend bezeichnet als zweiter Stand der Technik) beschriebene Pedometer verwendet eine piezoelektrisches Element, das in einem einseitig eingespannten Aufbau ausgebildet ist, als Sensor. An einem Ende dieses Sensors ist ein Gewicht vorgesehen. Es wird ein Beschleunigungssensor, bei dem das feste Ende über ein Stoßbeseitigungselement gehaltert ist, verwendet.

Alle herkömmlichen Pedometer, das im ersten Stand der Technik beschriebene eingeschlossen, weisen jedoch einen Pedometergrundkörper, in welchem ein Beschleunigungssensor enthalten ist, angebracht am Gürtel oder dgl. der Hose oder des Rocks zur Zählung der Anzahl der Schritte auf. Es bestand das Problem, das der Grundkörper sich nicht an jemanden anbringe ließ, der ohne Gürtel und dgl. gekleidet war, so dass die Anzahl der Schritte sich nicht zählen lässt. In dem Fall, wo der Grundkörper am Gürtel angebracht ist, ist das Pedometer erkennbar, da es eine gewisse Größe und Dicke hat. Andere können ohne weiteres wahrnehmen, dass der Träger/die Trägerin die Anzahl seiner/ihrer Schritte zählt. Selbst wenn das Pedometer von der Kleidung verdeckt ist, wird sich der Abschnitt des Pedometers ausbauchen und das Erscheinungsbild verschlechtern. Es bestand das Problem, dass der Stil verdorben wird.

Das in obigem zweiten Stand der Technik beschriebene Pedometer muss das Gewicht und das piezoelektrische Element angebracht in einem Gewichtsgehäuse aufweisen. Es bestand das Problem, dass die Montage desselben schwierig war und die Arbeitskosten zunahmen. Ferner muss in einem Fall, wo ein Nachweis in einer Anzahl von Richtungen virtueller Achsen erforderlich ist, ein und derselbe Beschleunigungssensor individuell in jeder Achsrichtung angeordnet werden. Es bestand das Problem, dass die Kosten zunehmen.

Die vorliegende Erfindung ist auf diese Probleme gerichtet und hat zur Aufgabe, ein Pedometer zu schaffen, das die Anzahl der Schritte zählen kann, ohne dass es am Gürtel angebracht werden muss, und das leicht montiert werden und kostenreduziert sein kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pedometer zu schaffen, das genau die Anzahl der Schritte und dgl. unabhängig von der Orientierung des Grundkörpers feststellen kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Winkelnachweissensor hoher Genauigkeit mit breiter Anwendung sowie eine einen solchen Winkelnachweissensor enthaltende Winkelnachweisvorrichtung zu schaffen.

Offenbarung der Erfindung

Das Pedometer der vorliegenden Erfindung enthält eine Anzahl von Sensoren, die in dem Grundkörper so angeordnet sind, dass sie sich voneinander in der Anbringungsrichtung unterscheiden, um ein Ausgangssignal gemäß vertikaler Schwankungskomponenten zu liefern, einen in dem Grundkörper vorgesehen Winkeldetektor zur Feststellung der Orientierung des Grundkörpers, einen Selektor zum Auswählen eines der Ausgangssignale der Anzahl von Sensoren gemäß dem Nachweissignal des Winkeldetektors sowie einen Schrittzähler zum Zählen der Anzahl der Schritte anhand des Ausgangssignals des gemäß der Auswahl durch den Selektor ausgewählten Sensors.

Einer der Anzahl der Sensoren die im Grundkörper mit unterschiedlicher Anbringungsrichtung vorgesehen sind, wird gemäß der Orientierung des Grundkörpers ausgewählt. Da die Anzahl der Schritte gemäß der Ausgabe des ausgewählten Sensors gezählt wird, kann die Schwankungskomponente in einer konstanten Richtung zuverlässig festgestellt werden. Dadurch wird ein Pedometer geschaffen, das die Anzahl der Schritte zählen kann, ohne dass es am Gürtel angebracht werden muss, und das einfach montiert und in den Kosten reduziert werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Pedometer einen in dem Grundkörper vorgesehenen Sensor zur Lieferung eines elektrischen Signals gemäß den Vertikalschwankungskomponenten und einen Schrittzähler zur Zählung der Anzahl der Schritte gemäß dem Ausgangssignal des Sensors. Der Sensor liefert ein Ausgangssignal unabhängig von der Orientierung des Grundkörpers.

Da der im Pedometer vorgesehene Sensor ein Ausgangssignal gemäß den vertikalen Schwankungskomponenten unabhängig von der Orientierung des Grundkörpers ausgibt, kann die Schwankung in der vertikalen Richtung zuverlässig unabhängig von der Anbringungsrichtung des Grundkörpers festgestellt werden, indem die Ausgabe des Sensors verwendet wird. dadurch kann ein Pedometer geschaffen werden, das die Anzahl der Schritte und dgl. Unabhängig von der Orientierung des Grundkörpers feststellen kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Winkelnachweissensor einen Grundkörper des Winkelnachweissensors, eine bewegliche Einheit, die in einem Bewegungsbereich, der einen bestimmten Bereich enthält, beweglich in dem Winkelnachweissensor-Grundkörper vorgesehen ist, sowie einen Präsenzdetektor zum Feststellen des Vorhandenseins der beweglichen Einheit in einem bestimmten Bereich innerhalb des Bewegungsbereichs. Bei dem Winkelnachweissensor ist der Bewegungsbereich ein von Wänden umschlossener Hohlraum. Der Präsenzdetektor ist ein optischer Sensor, der ein Lichtemissionselement und einen Photodetektor enthält. Der Photodetektor ist mit zwischenliegenden Hohlraum dem Lichtemissionselement gegenüber angeordnet, um festzustellen, ob eine bewegliche Einheit auf der optischen Achse des optischen Sensors, die der bestimmte Bereich ist, vorhanden ist.

Der Bewegungszustand der beweglichen Einheit im Bewegungsbereich ändert sich gemäß der Neigung des Winkelnachweissensor-Grundkörpers. Die Information, ob eine bewegliche Einheit in dem bestimmten Bereich im Bewegungsbereich vorliegt, die durch den sich ändernden Bewegungszustand beherrscht wird, wird als Nachweissignal Beweglicheinheit vorliegend/nicht vorliegend gewonnen. Die Häufigkeit oder Zeit des Auftretens des Nachweissignals wird herausgezogen und mit der Häufigkeit und Zeit des Auftretens, die einem bestimmten Winkel entsprechen, verglichen, um den Winkel festzustellen. Dadurch kann ein Winkelnachweissensor, der den Neigungswinkel zuverlässig feststellen kann, vorgesehen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Darstellung, die einen inneren Aufbau des Grundkörpers eines Pedometers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau eines Pedometers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.

3a und 3b sind eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht des Aussehens eines Beschleunigungssensors in einem Pedometer gemäß einer zweiten Ausführungsform.

4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Beschleunigungssensors der 3.

5 ist eine Darstellung, die den Beschleunigungssensor der 3 eingebaut in den Grundkörper des Pedometers zeigt.

6 zeigt einen durch Integrieren von zwei Beschleunigungssensoren ausgebildeten Beschleunigungssensor.

7 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens eines Beschleunigungssensors in einem Pedometer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

8 ist eine Darstellung, die den Beschleunigungssensor der 7 eingebaut in den Grundkörper eines Pedometers zeigt.

9 ist eine Darstellung zur Beschreibung des Aufbaus und der Funktion des Winkelnachweissensor in dem Pedometer gemäß der ersten Ausführungsform.

10 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer Analogschaltung zugehörig zum Winkelnachweissensor des Pedometers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.

11 ist eine Schaltungsdiagramm, das eine weiteres Beispiel einer Analogschaltung, zugehörig zum Winkelnachweissensor des Pedometers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.

12 und 13 sind Flußdiagramme, die ein Beispiel des Winkelnachweisvorganges des Pedometers gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.

14 ist ein Zeitdiagramm des Winkelnachweisvorgangs des Pedometers gemäß der ersten Ausführungsform.

15a bis 15d sind eine Draufsicht, eine Vorderansicht, eine Seitenansicht von rechts bzw. eine Ansicht von unten eines Winkelnachweissensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

16a und 16b sind Schnittansichten eines Winkelnachweissensors, genommen längs Linien A-A, bzw. B-B.

17 ist eine schematische Darstellung, die den Schaltungsaufbau eines Winkelnachweissensors zeigt.

18 ist ein Diagramm, das das Nachweisprinzip gemäß dem Winkelnachweissensor zeigt.

19a bis 19d sind Darstellungen, die das Impulssignal zeigen, das eine umgewandelte Version der Ausgabe des Phototransistors über der Zeit ist.

20 ist ein Flußdiagramm, welches das Winkelabschätzverfahren gemäß dem Winkelnachweissensor zeigt.

21 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer Winkelnachweisvorrichtung zeigt.

22 ist ein Blockdiagramm, welches Hauptkomponenten eines Aktivitätsmonitors und eines Kalorimeters zeigt.

23 zeigt ein Beispiel eines Anzeigeschirms eines Aktivitätsmonitors und Kaloriemeters.

24 zeigt ein weiteres Beispiel eines Anzeigeschirms eines Aktivitätsmonitors und Kaloriemeters.

Beste Weise der Durchführung der Erfindung

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

(1) Erste Ausführungsform

Unter Bezug auf 1 ist ein Substrat 2 mit einem Aufbau wie dargestellt in einem Grundkörper 1 eines Pedometers angeordnet. Zwei Beschleunigungssensoren 3 und 4 und ein Winkelnachweissensor 5 sind auf dem Substrat 2 montiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind beide Beschleunigungssensoren 3 und 4 vom einseitig eingespannten Typ, schwingend gehaltert. Die Sensoren sind in der Richtung von zwei zueinander senkrechten virtuellen Achsen (der Horizontalrichtung und der Vertikalrichtung) angeordnet. Der Beschleunigungssensor 3 ist in der horizontalen Richtung und der Beschleunigungssensor 4 in der vertikalen Richtung vorgesehen.

Der Aufbaublock dieses Pedometers ist in 2 gezeigt. Ein Ausgangssignal des ersten Beschleunigungssensors 3 wird durch eine erste Analogverstärkerschaltung 11 in einer Analogschaltung 10 zur Aufgabe auf eine MPU 16 über einen ersten Komparator 12 verstärkt. Ähnlich wird ein Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors 4 durch eine zweite Analogverstärkerschaltung 14 in einer Analogschaltung 13 zur Aufgabe auf die MPU 16 über einen zweiten Komparator 15 verstärkt. Das Ausgangssignal des Winkelnachweissensors 5 wird direkt auf die MPU 16 gegeben. Aus diesem Blockschaltbild ist ersichtlich, dass die Ausgangssignale der Beschleunigungssensoren 3 und 4 in die MPU 16 über Exklusiv-Analogschaltungen 10 bzw. 13 eingegeben werden.

Die beiden Beschleunigungssensoren 3 und 4 sind bei der ersten Ausführungsform in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung angeordnet, es können aber auch mehrere Beschleunigssensoren in den entsprechenden mehreren Richtungen virtueller Achsen unter gleichem Winkelabstand vom Mittelpunkt aus vorgesehen sein. Beispielsweise können drei Beschleunigungssensoren in einem Winkelabstand von 120 Grad vom Mittelpunkt aus vorgesehen sein.

(2) Zweite Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform wird unter Bezug auf die 3a, 3b und 4b, beschrieben. Bei diesem Beschleunigungssensor 20 ist ein Gewichtsgehäuse 22 an einem Ende 21a eines piezoelektrischen Elements 21 angebracht. Ein Halterungselement 23 ist am anderen Ende 21b angebracht. Ein Gewicht 24 und das eine Ende 21a des piezoelektrischen Elements 21 sind in das Gewichtsgehäuse 21 presseingepasst. Die Seite des anderen Endes 21b des piezoelektrischen Elements 21 ist in das Halterungselement 23 presseingepasst. Das Halterungselement 23 ist in eine Befestigungseinheit 25 presseingepasst, welche an einer geeigneten Stelle am Grundkörper des Pedometers mit einer Schraube 26 befestigt ist.

Ein solcher Beschleunigungssensor 20 wird beispielsweise wie in 5 gezeigt in ein Pedometer eingebaut. In diesem Fall ist der Beschleunigungssensor 20 durch die Befestigungseinheit 25 im Grundkörpergehäuse 30 des Pedometers so befestigt, dass das piezoelektrische Element horizontal angeordnet ist. Das piezoelektrische Element 21 ist mit einem Substrat 31 über einen Leitungsdraht 32 verbunden. Eine Anzeigeeinheit 33 und ein Schalter 34 sind am Substrat 31 vorgesehen. In einem Fall, wo ein Pedometer mehrere Beschleunigungssensoren enthält, sind die Beschleunigungssensoren jeweils in der Anzahl virtueller Achsenrichtungen in gleichem Winkelabstand vom Mittelpunkt aus vorgesehen. Im Einzelnen sind in einem Fall, wo zwei Beschleunigungssensoren verwendet werden, die Beschleunigungssensoren in zwei virtuellen Achsenrichtungen senkrecht zueinander (in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung) angeordnet. In diesem Fall haben die beiden Sensoren vorzugsweise den Aufbau, wie er in 6 gezeigt ist.

Unter Bezug auf 6 sind zwei Beschleunigungssensoren 40a und 40b integriert ausgebildet und in der horitzontalen Richtung bzw. der vertikalen Richtung angeordnet. Im Einzelnen enthalten Beschleunigungssensoren 40a und 40b elastische Platten 41a und 41b, die sich von einem integrierten Halterungspunkt P als dem einem festseitigen Ende in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung wegerstrecken, piezoelektrische Elemente 42a und 42b, die an elastischen Platten 41a bzw. 41b angebracht sind, sowie Gewichte 43a und 43b, die an dem anderen Ende der elastischen Platten 41a und 41b vorgesehen sind. Die elastischen Platten 41a und 41b können beispielswiese durch Abbiegen eines Streifens einer elastischen Platte unter rechtem Winkel mit dem Abbiegepunkt als Halterungspunkt P ausgebildet sein.

Mit einem solchen Aufbau können mehrere Beschleunigungssensoren bei niedrigen Kosten verglichen mit mehreren Beschleunigungssensoren, die individuell in der Anzahl von virtuellen Achsenrichtungen eingerichtet sind, vorgesehen werden. 6 zeigt ein Beispiel, wo zwei Beschleunigungssensoren verwendet werden. Wenn drei oder mehr Beschleunigungssensoren, verwendet werden, d. h., wenn die Beschleunigung in drei oder mehr Achsenrichtungen festgestellt werden soll, ist eine entsprechende Anzahl von elastischen Platten radial vom Halterungspunkt P aus vorzusehen.

(3) Dritte Ausführungsform

Ein Aufbau eines Beschleunigungssensors, der in dem Pedometer der dritten Ausführungsform verwendet wird, und die Anbringung am Grundkörper des Pedometers werden nachfolgend unter Bezug auf die 7 und 8 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind Lager 51 und 52 an gegenüberliegenden Seitenwänden eines Grundkörpers 50 eines Pedometers befestigt. Eine Welle (+ Pol) 53 und eine Welle (– Pol) 54 werden an den Lagern 51 und 52 gehaltert. Ein Beschleunigungssensor 60 ist in der Richtung senkrecht zur Achsenrichtung der Wellen 53 und 54 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass der Beschleunigungssensor 60 von der – Polwelle 54 elektrisch isoliert ist. Der Beschleunigungssensor 60 enthält einen Dehnungsmessstreifen 61. Ein Gewicht ist am Vorderende angebracht. Die Wellen 53 und 54 werden zum Halterungsabschnitt für den Beschleunigungssensor 60. Ein Gewicht 55, das schwerer als das Gewicht 62 ist, ist an der – Polwelle 54 angebracht.

Dementsprechend kann der Beschleunigungssensor 60 mit den Wellen 53 und 54 als Drehpunkt frei um 360 Grad drehen. Da das Gewicht 55 stets in der Vertikalrichtung (nach unten) angeordnet ist, unabhängig davon, in welcher Richtung der Grundkörper 50 orientiert ist, behält der Beschleunigungssensor 60 einen horizontalen einseitig eingespannten Zustand, stets parallel zum Boden. Bei dieser Ausführungsform ist lediglich ein Beschleunigungssensor erforderlich, da der Beschleunigungssensor 60 um 360 Grad drehbar ist. Der in dem Pedometer der ersten und zweiten Ausführungsform verwendete Winkelnachweissensor ist nicht erforderlich.

Der Funktionszustand des Winkelnachweissensors im Pedometer der ersten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezug auf 9 beschrieben. Der in 9 gezeigte Winkelnachweissensor enthält vier leitfähige Stifte ➀–➃, die unter gleichem Abstand vom Mittelpunkt angeordnet sind, sowie einen leitfähigen Ring 70, der außen und um die Stifte ➀–➃ herum angeordnet und drehbar vorgesehen ist, so dass er Kontakt mit den Stiften bildet. Von den vier Stiften ➀–➃ sind die Stifte ➀ und ➃ sowie die Stifte ➁ und ➂ elektrisch miteinander verbunden. Die Stifte ➀–➃ sind in einer Weise befestigt, in der sie von dem Substrat im Grundkörper des Pedometers abragen.

Wenn sich der Grundkörper des Pedometers im Gegenuhrzeigersinn dreht, drehen sich gleichzeitig die vier Stifte ➀–➃, wie dies in 9 gezeigt. In den Zuständen A und B der 9 ist der Ring 70 mit den Stiften ➀ und ➁ in Berührung gebracht. Da alle vier Stifte ➀–➃ elektrisch angeschlossen sind, kann eine Identifikation erfolgen, dass der Grundkörper der Nähe der Horizontalrichtung zugekehrt ist. In den Zuständen C, D und E in 9 ist der Ring 70 nur mit dem Stift ➁ in Berührung. In den Zuständen F und G bildet der Ring 70 einen Kontakt mit den Stiften ➁ und ➂. Da die Stifte ➀ und wie die Stifte ➁ und ➂ nicht elektrisch verbunden sind, kann eine Bestimmung erfolgen, dass der Grundkörper der Nähe der Vertikalrichtung zugekehrt ist. Es kann also der Nachweis erfolgen, ob der Grundkörper in die Nähe der Horizontalrichtung oder Vertikalrichtung gekippt ist. Das gleiche gilt für den Fall, wo der Grundkörper im Uhrzeigersinn gedreht wird.

In 2 wird ein Signal, das den geneigten Zustand des Grundkörpers des Pedometers angibt, durch den Winkelnachweissensor 5, der wie in 9 aufgebaut ist, auf die MPU 16 gegeben. Wenn beispielsweise an der MPU 16 die Bestimmung erfolgt, dass der Pedometergrundkörper in der Horizontalrichtung geneigt ist, wird Strom aus dem Ausgang der MPU 16 auf die Spannungsquelle der Analogverstärkerschaltung 11 und des Komparators 12, die dem Beschleunigungssensor 3 der Horizontalrichtung zugeordnet sind, gegeben. In diesem Fall wird der Spannungsquelle der Analogverstärkerschaltung 14 und des Komparators 15, die dem Beschleunigungssensor 4 der Vertikalrichtung entsprechen, kein Strom zugeführt. Im Gegensatz dazu wird, wenn durch die MPU 16 die Bestimmung erfolgt, dass sich der Pedometergrundkörper in der Vertikalrichtung neigt, Strom vom Ausgang der MPU 16 der Spannungsquelle der Analogverstärkerschaltung 14 und des Komparators 15 zugeführt. Kein Strom zugeführt wird jedoch der Spannungsquelle der Analogverstärkerschaltung 11 und des Komparators 12. Die Spannungsquellen der Analogschaltungen 10 und 13 werden also gemäß der Ausgabe des Winkelnachweissensors 5 gesteuert.

Wenn der zu verwendende Beschleunigungssensor in Zuordnung zur Spannungsversorgungssteuerung der Analogschaltungen 10 und 13 geändert wird, d. h., wenn die Analogschaltung einen Stromeingabezustand aus einem Stromausschaltzustand erreicht, ist es wünschenswert, die Anstiegszeit im Zeitpunkt der Spannungsversorgung zu minimieren, um eine rasche Antwort sicherzustellen. Beispielsweise wird, wenn ein Signal in die in 10 gezeigt Schaltung nicht eingegeben wird, eine Referenzspannung V1 bei VOUT ausgegeben. Wenn dem Operationsverstärker ohne eine Diode D Spannung aufgegeben wird, sind mehrere Sekunden erforderlich, bis VOUT den Wert V1 erreicht. Dies liegt daran, dass die Ladezeit des Kondensators C1 erhöht ist, da die Konstante des Kondensators C1 und die Konstante des Widerstands V2 erhöht sind, um den Verstärkungsfaktor anzuheben. Die Anstiegszeit bei Spannung EIN ist also erhöht.

Durch eine Anordnung der Diode D, wie in 10 gezeigt, wird die Aufladung des Kondensators C1 über die Diode D ausgeführt, nicht über den Widerstand R2. Infolgedessen ist die Aufladezeit verkürzt, wodurch die Anstiegszeit bei Spannung EIN 1/2 oder weniger wird. Ein durch die MPU gesteuerter Analogschalter SW1, wie er in 11 gezeigt ist, kann anstelle der Diode D angeordnet sein. In diesem Fall wird der Analogschalter SW1 für eine bestimmte Zeit eingeschaltet, nachdem der Verstärkerschaltung Spannung zugeführt worden ist. Durch den oben beschriebenen Effekt wird die Aufladezeit verkürzt und die Anstiegszeit vermindert, wenn Spannung zugeführt wird.

Die Ausführung des Winkelnachweisvorganges des Pedometers gemäß der ersten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezug auf die 12 bis 14 beschrieben. Vor dem Zählen der Anzahl der Schritte wird der Pedometergrundkörper 1 am Gürtel angebracht oder in eine Kleidungstasche oder eine Tasche gesteckt. In Schritt (nachfolgend als ST abgekürzt) 1 erfolgt der Nachweis, ob man sich in der Vorgangszeit befindet oder nicht. Wenn NEIN, wird der Vorgang beendet. Wenn JA, wird die Schaltkreisspannung des Winkelnachweissensors 5 eingeschaltet (ST2). Diese Vorgangszeit dient dazu, einen Winkelnachweisvorgang beispielsweise alle 250 ms (Abtastung 4 Hz) durchzuführen. Das Ausgangssignal des Winkelnachweissensors 5 wird auf die MPU 16 gegeben. Die MPU 16 liest dieses Signal als Daten D ein (ST3). Dann wird die Schaltkreisspannung des Winkelnachweissensors 5 ausgeschaltet (ST4). Da die Spannung des Winkelnachweissensors 5 zur Vorgangszeit eingeschaltet und dann ausgeschaltet wird, nachdem die Daten D herausgezogen sind, kann der Energieverbrauch reduziert und die Lebensdauer der Spannungsquelle erhöht werden.

In ST5 erfolgt eine Bestimmung, ob der erste Beschleunigungssensor verwendet wird oder nicht. Wenn er verwendet wird, erfolgt eine Bestimmung, ob die eingelesenen Daten D Tief sind (ST6). Wenn JA, erfolgt eine Bestimmung, ob der Zähler i ≥ 4 (ST7). Wenn dies JA ist, wird der zu verwendende Beschleunigungssensor auf den zweiten Beschleunigungssensor 4 geändert (ST10) . Der Zähler wird auf i = 0 initialisiert (ST11) , und der Vorgang endet. Im Einzelnen ändert sich das Ausgangssignal des Neigungswinkels des Grundkörpers, der für jeden bestimmten Zyklus mit dem Winkelnachweissensor 5 nachgewiesen wird. Das veränderte Ausgangssignal ist für eine voreingestellte Anzahl von Zyklen (viermal hier) kontinuierlich, so dass der zu verwendende beschleunigte Sensor gewechselt wird. Bei einem NEIN in ST6, wird der Zähler auf i = 0 gesetzt (ST8). Bei NEIN in ST7 wird der Zähler auf i = i + 1 gesetzt (ST9). Dann enden die jeweiligen Vorgänge.

Bei NEIN in ST5 erfolgt eine Bestimmung, ob die Daten D Hoch sind oder nicht (ST12). Wenn JA, erfolgt eine Bestimmung, ob der Zähler i ≥ 4 (ST13). Wenn dies auch JA ist, wird der verwendete Beschleunigungssensor aus den oben beschriebenen Gründen auf den ersten Beschleunigungssensor 3 geändert (ST16). Der Zähler wird auf i = 0 gesetzt (ST11), und der Vorgang endet. Bei NEIN in ST12 wird der Zähler auf i = 0 gesetzt (ST14). Bei NEIN in ST13 wird der Zähler auf i = i + 1 gesetzt (ST15). Die betreffenden Vorgängen enden.

Aus obigem Flussdiagramm ergibt sich, dass durch die MPU 16 gemäß Daten D des Winkelnachweissensors 5 die Bestimmung erfolgt, ob das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors in der horizontalen Richtung oder des Beschleunigungssensors in der vertikalen Richtung auszuwählen ist. Die Anzahl der Schritte wird gemäß dem Ausgangssignal des ausgewählten Beschleunigungssensors gezählt. Wenn durch den Winkelnachweissensor eine Winkeländerung kontinuierlich eine bestimmte Anzahl von Malen (viermal) festgestellt wird, wird das Signal (Störsignal) des Winkelnachweissensors, das durch den Körper beim Gehen oder dergleichen bewirkt wird, gelöscht, da der verwendete Beschleunigungssensor geändert wird. Dies verhindert einen fehlerhaften Nachweis durch den Winkelnachweissensor 5 (siehe 14).

Eine weitere Ausführungsform eines in obigem Pedometer verwendeten Winkelnachweissensors wird nachfolgend beschrieben.

(4) Vierte Ausführungsform

Unter Bezug auf die 15a15d, 16a und 16b enthält ein Winkelnachweissensor 51 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse 52, einen Ball 53, der eine bewegliche Einheit ist, eine Infrarot-Leuchtdiode 54 und einen Infrarot-Phototransistor 55, die einen optischen Sensor bilden, sowie einen hohlen Abschnitt 56, welcher der Bewegungsbereich der beweglichen Einheit ist.

Ein Kugelball 53 ist in dem hohlen Abschnitt 56 mit im wesentlichen Würfelform, der im Wesentlichen in der Mitte des Gehäuses 52 vorgesehen ist, aufgenommen. Der Ball 53 bewegt sich in dem durch die Wände von inneren Seitenflächen 56a, 56b, 56c, 56d, einer Oberseite 56e, und einer Unterseite 56f umschlossenen hohlen Abschnitt 56. Da der Abstand zwischen Ober- und Unterseite 56e und 56f geringfügig größer eingestellt ist als der Durchmesser des Balls 53, bewegt sich der Ball 53 hauptsächlich zwischen den inneren Seitenflächen 56a, 56b, 56e, 56d.

Das Gehäuse 52 ist ein Kunstharzformteil, und der Ball 53 ist aus einem elastischen Material, wie etwa Gummi, ausgebildet. Durch Ausbilden der Komponenten aus solchen Materialien wird die Nachweisgenauigkeit auch dann nicht beeinträchtigt, wenn eine Verwendung an einem Ort stattfindet, wo Magnetismus vorhanden ist. Die Materialien beschränken sich jedoch nicht auf solche Materialien. Die inneren Seitenflächen 56a, 56b, 56c und 56d des Gehäuses 52 brauchen nicht eben zu sein und es kann eine Nut, die der Krümmung des Balls 53 entspricht, in Längsrichtung vorgesehen sein. Die bewegliche Einheit beschränkt sich nicht auf eine Kugel, wie etwa den Ball 53, und kann auch ein Zylinder bzw, eine Säule oder dergleichen sein. Der Querschnitt beschränkt sich nicht auf einen Kreis und kann auch eine Ellipse sein.

Öffnungen 57 und 58 sind an den beiden gegenüberliegenden Seiten des hohlen Abschnitts 56, der im Wesentlichen einen Quader bildet, vorgesehen. Eine Infrarot-Leuchtdiode 54 und ein Infrarot-Phototransistor 55 sind einander zugekehrt in Ausnehmungen 59, bzw. 60 aufgenommen, die an der Außenseite der Öffnungen 57 und 58 vorgesehen sind. Leitungen 54a und 54b, sowie Leitungen 55a und 55b werden von der Infrarot-Leuchtdiode 54, bzw. dem Infrarot-Phototransistor 55 herausgeführt. Da der Ball 53, die Inrarot-Leuchtdiode 54 und der Infrarot-Phototransistor 55 im Gehäuse 52 eingesiegelt sind, wird die Nachweisgenauigkeit nicht durch das Einführen von Störlicht und Staub verschlechtert.

l ist die optische Achse, die die Leuchtdiode 54 und den Phototransistor 55 verbindet, und m1 und m2 sind Ebenen, die senkrecht zur optischen Achse l sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Winkel &agr; und &agr;' von inneren Seitenflächen 56a und 56b zur Ebene m1 und die Winkel &bgr; und &bgr;' von inneren Seitenflächen 56c und 56d zur Ebene m2 beide auf 45 Grad eingestellt.

17 zeigt den Schaltungsaufbau des Winkelnachweissensors 51. Ein Widerstand R0 zur Verhinderung des Fließens eines zu hohen Stroms ist mit der Leuchtdiode 54 in Reihe geschaltet. An der Emitterseite des Phototransistors 55 ist ein Widerstand R1 in Reihe angeschlossen. Durch Leiten eines Vorwärtsstroms zur Schaltung 62 gibt die Infrarot-Photodiode 54 Licht ab. Das Eintreffen dieses Lichts an der Lichtempfangsfläche des Photodetektors macht die Kollektor-Emitterstrecke des Infrarot-Phototransistors 55 leitend und bewirkt, dass ein Strom IC zur Schaltung 63 fließt. Eine Spannung ICR1, die am Widerstand R1 durch den Strom IC erscheint, wird über einen Ausgang 64, der an der Emitterseite zur Beobachtung vorgesehen ist, abgenommen.

Das Nachweisprinzip des Winkelnachweissensors 51 gemäß der vierten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.

Im Winkelnachweissensor 51 wird die zu dem in 15b gezeigten Querschnitt B-B parallele Ebene als die Nachweisreferenzebene genommen. Der Neigungswinkel aus der Horizontalrichtung zu dieser Ebene wird festgestellt. Daher wird das Gehäuse 52 am Objekt der Messung so angebracht, dass die Nachweisreferenzebene des Objekts für die Zählung parallel zur Nachweisreferenzebene des Winkelnachweissensors 51 ist. Auch müssen das Objekt der Zählung und der Sensor so beibehalten werden, dass die Nachweisreferenzebene im Wesentlichen senkrecht ist.

18 zeigt den Zustand des Winkelnachweissensors 51 geneigt um einen bestimmten Winkel innerhalb der Nachweisreferenzebene mit dem Querschnitt B-B. Wenn der Neigungswinkel ungefähr 0–30 Grad ist, ist der Ball 53 an der Öffnung 58 auf der optischen Achse von der Leuchtdiode 54 zum Phototransistor 55 angeordnet. Der oben beschriebene Strom IC wird nicht geleitet, und es gibt keine Ausgabe des Phototransistors 55. Wenn der Neigungswinkel ungefähr 60–90 Grad ist, ist der Ball 53 an einer ersten Halteposition, nicht auf der optischen Achse, angeordnet. Der oben beschriebene Strom IC wird daher geleitet, was zu einer Ausgabe des Phototransistors 55 führt. Wenn sich der Neigungswinkel in der Nachbarschaft bei 45 Grad befindet, rollt der Ball 53 aus der Öffnung 58 längs der inneren Seitenfläche 60d zur ersten Halteposition 61 gemäß der Form des Balls und den Berührbedingungen mit der Innenfläche des Gehäuses. Der Ball trifft auf die innere Seitenfläche 56a und springt längs der inneren Seitenfläche 56d bis zur Öffnung 58 zurück und stößt dann gegen die innere Seitenfläche 56c und springt wieder zurück. Der Ball bewegt sich zwischen den inneren Seitenflächen 56a und 56c hin und her. Im Zustand in der Nachbarschaft eines Neigungswinkels von 45 Grad überquert der Ball daher die optische Achse häufig, was zu einer intermittierenden Ausgabe des Phototransistors 55 führt. Die Methode des Abschätzens des Winkels, wenn er sich in der Nachbarschaft des Neigungswinkels von 45 Grad befindet, wird nachfolgend beschrieben.

Die 19a19d zeigen den Übergang in dem durch einen Komparator umgewandelten Impulssignal, so dass das Signal ein Niveau Hoch annimmt, wenn durch den Phototransistor 55 eine Ausgabe erzeugt wird, und ein Niveau Tief, wenn vom Phototransistor 55 keine Ausgabe erzeugt wird. Wie in den 19a19d gezeigt, ist die Auftrittshäufigkeit eines Signals Hoch innerhalb einer bestimmten Zeitdauer je nach Neigungswinkel unterschiedlich. Durch Registrierung der Auftrittshäufigkeit eines Signals Hoch innerhalb einer bestimmten Zeitdauer in Bezug auf eine bestimmten Neigungswinkel kann der Neigungswinkel durch Vergleichen mit der Ausgabe des Phototransistors 55 abgeschätzt werden.

Die Methode des Abschätzens des Winkels gemäß dem Winkelnachweissensor der vorliegenden Erfindung ist in 20 gezeigt. In ST21 werden i = 0 und k = 0 gesetzt. In ST22 erfolgt eine Bestimmung, ob die Ausgabe des Winkelnachweissensors 55 ein H-Niveau erreicht oder nicht. Wenn das Niveau Hoch ist, geht die Steuerung nach ST24 weiter, wo k = k + 1 eingestellt wird. Wenn das Niveau nicht Hoch ist, geht die Steuerung nach ST23 weiter. Nach Einstellen von i = i + 1 geht die Steuerung nach ST24 weiter. Die Steuerung geht von ST24 nach ST25 weiter, wo eine Bestimmung erfolgt, ob k = N. Wenn k nicht N ist, wird für T0 ein Warten in ST26 durchgeführt und nach ST22 zurückgekehrt. Wenn k = N, geht die Steuerung nach ST27 weiter, wo eine Bestimmung erfolgt, ob i < Nth oder nicht. Wenn i < Nth in ST27, erfolgt eine Bestimmung, dass der Winkel kleiner als 45 Grad ist. Wenn i nicht kleiner als Nth ist, erfolgt die Bestimmung, dass der Winkel wenigstens 45 Grad ist. Die Steuerung kehrt nach A zurück.

In der vorliegenden Ausführungsform ist i der Impuls einer konstanten Zeitdauer und Nth ein Wert, der 45 Grad entsprechend eingestellt ist, wie oben beschrieben. Ferner ist T0 250 ms, und die Abtastung wird bei der vorliegenden Ausführungsform über 4 Sekunden durchgeführt. Im Flussdiagramm wird die Anzahl von Impulsen innerhalb einer konstanten Zeitdauer gezählt, der Winkel kann ähnlich aber auch festgestellt werden, indem die Zeit des Auftretens eines Hoch-Niveaus oder Tief-Niveaus innerhalb einer konstanten Zeitdauer gezählt wird.

21 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer Winkelnachweisvorrichtung zeigt, die den Winkelnachweissensor enthält, der den oben beschriebenen Vorgang ausführt. Der Winkelnachweissensor 51 erzeugt ein einem Winkel entsprechendes elektrisches Signal. Ein A/D-Wandler 65 wandelt dieses Signal in ein Digitalsignal von wenigstens 1 Bit um. Eine MPU (Microprocessing Unit; Mikroprozessoreinheit) führt einen Berechnungsvorgang gemäß dem Digitalsignal durch, um den Winkel abzuschätzen und zu bestimmen.

Der Nachweis, ob der Neigungswinkel des Grundkörpers des Winkelnachweissensors kleiner 45 Grad oder 45 Grad und höher ist, kann in dem Fall genau erfolgen, wo das Objekt der Zäh-lung, an welchem der Nachweissensor der vorliegenden Erfindung angebracht ist, stationär ist, oder wenn der Ball 53 hauptsächlich maßvoll an der inneren Seitenfläche entlangrollt. In einem Fall, wo das Objekt der Zählung in einer konstanten Richtung rollt, kann die Anzahl der Rotationen festgestellt werden, da der Ball 53 die oben beschriebene Bewegung in dem hohlen Abschnitt 56 wiederholt.

Die Winkel &agr;, &agr;' der inneren Seitenflächen 56a und 56b zur Ebene ml und die Winkel &bgr;, &bgr;' von inneren Seitenflächen 56c und 56d zur Ebene m2 sind in der vorliegenden Ausführungsform beide auf 45 Grad eingestellt, bei der Bestimmung, ob der Winkel oberhalb oder unterhalb eines gewünschten, von 45 Grad verschiedenen, Winkels liegt, kann aber durch Änderung dieser Einstellwerte auch nach dem in 20 gezeigten Vorgang erfolgen.

In der vorliegenden Ausführungsform ist &agr; = &agr;' und &bgr; = &bgr;'. Es kann jedoch auch &agr; ≠ &agr;' und &bgr; ≠ &bgr;' eingestellt werden, so dass der Winkel der inneren Seitenfläche 56a zur Ebene ml sich vom Winkel der inneren Seitenfläche 56b zur Ebene ml unterscheidet und sich der Winkel der inneren Seitenfläche 56c zur Ebene m2 vom Winkel der inneren Seitenfläche 56d zur Ebene m2 unterscheidet. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass, um ähnlich den Winkel festzustellen, wenn der Winkelnachweissensor um 180 Grad in einer bestimmten Richtung gedreht ist, die einander zugekehrten inneren Seitenflächen parallel ausgebildet sein müssen, d. h., &agr; = &bgr; und &agr;' = &bgr;'. Der Aufbau des hohlen Abschnitts ist daher nicht auf den Quader, wie in der vorliegenden Erfindung, beschränkt, und der Querschnitt parallel zur Nachweisreferenzebene kann ein Parallelogramm, wie etwa eine Raute oder ein Rechteck, sein.

(5) Fünfte Ausführungsform

Bei der vierten Ausführungsform wurde ein Winkelnachweis in einem statischen Zustand oder in einem mäßig gedrehten Zustand beschrieben. Bei der fünften Ausführungsform wird ein Winkelnachweis in dem Zustand, wo Bewegung, wie die eines Fußgängers, zugeordnet ist, beschrieben. Der Aufbau des Winkelnachweissensors und der Winkelnachweisvorrichtung per se ist ähnlich zu dejenigen der vierten Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen sind zugeteilt und eine ausführliche Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.

In einem Umstand, wo die vorgenannte Bewegung damit einhergeht, kollidiert der Ball 53 wiederholt mit den inneren Seitenflächen 56a, 56b, 56c und 56d und bewegt sich dauernd innerhalb des hohlen Abschnitts 56, unabhängig vom Neigungswinkel des Grundkörpers des Winkelnachweissensors 51. In Ansprechung auf diese Bewegung wird die Ausgabe des Phototransistors 55 intermittierend vorgesehen, unabhängig vom Neigungswinkel des Grundkörpers des Winkelnachweissensors 51.

Unter Berücksichtigung des Bewegungszustands des Balls 53 wird der Relativwinkel, der durch die auf den Ball 53 wirkende Schwerkraft und die inneren Seitenflächen 56a, 56b, 56c und 56d, welche die bindenden Bewegungsbedingungen sind, gebildet wird, durch den Neigungswinkel des Grundkörpers des Winkelnachweissensors 51 bestimmt, auch wenn die Bewegung des Grundkörpers des Winkelnachweissensors 51 nicht konstant ist. Genauer wird der Bewegungszustand des Balls 53 durch den Neigungswinkel des Grundkörpers des Winkelnachweissensors 51 beherrscht.

Gemäß einem Prinzip, das ähnlich demjenigen des Winkelnachweises in der Gegend von 45 Grad bei der vierten Ausführungsform ist, kann der Winkel durch die Auftrittshäufigkeit einer Hoch-Signalausgabe des Phototransistors 55 innerhalb einer bestimmten Zeit abgeschätzt und bestimmt werden. Durch Einstellen von Nth im Flussdiagramm der 20 in Bezug auf jeden Winkel kann ein Nachweis irgendeines Winkel zusätzlich zu den Winkeln in der Nachbarschaft von 45 Grad nach einem ähnlichen Vorgang festgestellt werden.

(6) Weitere Ausführungsformen

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Komponenten, die denjenigen der vierten und fünften Ausführungsform ähnlich sind, sind die gleichen Bezugszeichen zugeordnet und eine ausführliche Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Lediglich Elemente, die unterschiedlich sind, werden beschrieben werden.

Bei der vierten und fünften Ausführungsform wird ein optischer Sensor, der durch eine Leuchtdiode 54 und einen Phototransistor 55 gebildet ist, als die Präsenznachweismittel verwendet. Jedoch kann auch ein Nachweis, der eine elektromagnetische Welle, eine Schallwelle, eine Ultraschallwelle und dergleichen verwendet, durchgeführt werden, solange das Vorhandensein einer beweglichen Einheit in einem bestimmten Bereich nachgewiesen werden kann. Ein Infrarot-Laser kann anstelle der Infrarot-Photodiode 54 verwendet werden. Auch kann eine Infrarot-Photodiode anstelle des Infrarot-Phototransistors 55 verwendet werden.

Bei der vierten und fünften Ausführungsform ist der Bewegungsbereich des Balls 53 ein Hohlraum mit im Wesentlichen Quaderform. Es ist unwahrscheinlich, dass sich der Ball zwischen oberer und unterer Fläche 56e und 56f bewegt, und er zeigt eine Bewegung in einer zweidimensionalen Weise. Der Ball ist jedoch nicht auf diese Weise beschränkt und kann sich in dreidimensionaler Weise bewegen, indem der Hohlraum mit Axialsymmetrie um die optische Achse des optischen Sensors herum ausgebildet wird. Mit dieser Ausführung können alle Ebenen die die optische Achse enthalten, als die Nachweisreferenzebene eingestellt werden. Es ist zu beachten, dass sich der Hohlraum nicht auf einen solchen beschränkt, der Axialsymmetrie zur optische Achse hat.

Bei der vierten und fünften Ausführungsform ist der Bewegungsbereich des Balls 53, der eine bewegliche Einheit ist, innerhalb eines Hohlraums, der durch die inneren Seitenflächen 56a, 56b, 56c und 56d und die Oberseite sowie die Unterseite 56e und 56f im Gehäuse 52 reguliert wird. Das Element, das den Bewegungsbereich der beweglichen Einheit reguliert, beschränkt sich jedoch nicht darauf und kann durch einen elastischen Körper, wie etwa eine Feder, gehaltert werden. Die vorliegende Ausführungsform richtet sich auf eine Änderung des Bewegungszustands der beweglichen Einheit im Bewegungsbereich ansprechend auf die Neigung des Grundkörpers des Winkelnachweissensors. Der sich ändernde Bewegungszustand wird gewonnen als die Zeit oder Häufigkeit des Auftretens der beweglichen Einheit in einem Bereich innerhalb des Bewegungsbereichs in einer konstanten Zeitdauer. Der Winkel wird gemäß dem gewonnenen Wert festgestellt. Dadurch kann der Winkel festgestellt werden, wenn der Bewegungsbereich der beweglichen Einheit so reguliert ist, dass sich der Bewegungszustand der beweglichen Einheit innerhalb des Bewegungsbereichs gemäß der Neigung des Grundkörpers des Winkelnachweissensors ändert.

(7) Aktivitätsmonitor und Kalorimeter

Ein Aktivitätsmonitor und ein Kalorimeter, die das Prinzip des obigen Pedometers annehmen, werden nachfolgend beschrieben. Das Aussehen und die Schaltkreisblockansicht des Aktivitätsmonitors und des Kalorimeters sind identisch mit denjenigen des in obiger Ausführungsform gezeigten Pedometers. Die Betriebssoftware und Anzeigedaten sind unterschiedlich.

22 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten eines Aktivitätsmonitors und Kalorimeters zeigt. Dieses Diagramm ist ähnlich demjenigen der 2. Unter Bezug auf 22 enthält ein Aktivitätsmonitor oder ein Kalorimeter einen Beschleunigigungssensor 71, angebracht am menschlichen Körper, für den Nachweis der Bewegung des Körpers, eine Verstärkerschaltung 72 zur Verstärkung eines durch den Beschleunigungssensor 71 festgestellten Signals, eine A/D-Wandlerschaltung 73 zur Umwandlung des verstärkten Signals in ein Digitalsignal, eine MPU 74 mit einer bestimmten Funktion, die später noch beschrieben wird, eine Anzeigevorrichtung 75, einen Schalter 76 sowie eine Spannungsversorgungsschaltung 77 zur Lieferung von Spannung an jede Schaltung. Die MPU 74 beinhaltet die Funktion der Berechnung der Bewegungsgröße gemäß einem digitalen Eingangssignal, eine Verbleibendzielkalorieberechnungsfunktion zur Berechnung der verbleibenden Zielkalorie unter Verwendung des abgeschätzten Kalorienverbrauchs einer bestimmten Zeitdauer (beispielsweise 1 Tag), eine Bewegungszielgrößenberechnungsfunktion zur Berechnung einer Bewegungszielgröße, von der es für den menschlichen Körper wünschenswert ist, dass sie in einer bestimmten Zeit (1 Tag) konsumiert wird, sowie eine Lebensaktivitätindexberechnungsfunktion zur Berechnung des Lebensaktivitätsindex. Geschlecht, Alter, Bewegungsausmaß, Lebensaktivitätsniveau und dergleichen werden auf der Anzeigevorrichtung 75 angegeben. Ein Schalter 76 enthält einen Schalter zum Ein/Ausschalten der Spannung, einen Auswahlschalter zum Auswählen der Art von Anzeige sowie ein Schalter zur Eingabe von Geschlecht, Alter und dergleichen.

Bei dieser Bewegungsgrößenmaßvorrichtung werden Übung, Lebensaktivitätsniveau und dergleichen durch die einzelnen Berechnungsfunktionen berechnet. Diese Berechnung erfordert den Grundumsatz, der auf verschiedene Weise gewonnen werden kann.

Ein Weg besteht darin, die vorliegende Gleichung (1) zu verwenden. Genauer wird der Grundumsatz B gewonnen durch: B = Bs × S (1) Bs: Grundumsatz-Standardwert pro 1 m2 Körperoberfläche (kcal/m2/Zeit)

S: Körperoberfläche (m2)

=(Körpergewicht·kg)0,444 × (Größe·cm) 0,663 × 0,008883

Es ist zu beachten, dass die Gleichung (1) für ein Individuum von sechs Jahren oder älter gilt und dass der Wert von Bs abhängig von Geschlecht und Alter unterschiedlich ist. Der Wert kann aus "Ernährungserfordernisse des Japaners (5. Überarbeitung)" beispielsweise gewonnen werden.

Der Lebensaktivitätsindex kann folgendermaßen berechnet werden. Der gesamte energetische Stoffwechselumsatz A für einen Tag wird durch die folgende Gleichung (2) mit der durch Übungen und dergleichen verbrauchten Energie B·&khgr;, dem Grundumsatz B, und dem Umsatz durch spezifische dynamische Aktion (0,1·A; die für die Verdauung benötigte Energie·absorbierte aufgenommene Nahrung)(&khgr; ist der Lebensaktivitätsindex). A = B·&khgr; + B + (1/10)A (2)

Eine Modifikation dieser Gleichung ergibt: &khgr; = ((9/10) × (A/B)] – 1 (3)

Der Lebensaktivitätsindex &khgr; kann gewonnen werden, indem der Grundumsatz B, der durch Berechnung aus Geschlecht·Alter·Größe·Gewicht gewonnen ist, und der gesamte energetische Stoffwechselumsatzes A, der von der MPU unter Verwendung des Grundumsatzes B berechnet wird, und der Übungsgrad, der aus der Wellenform des Beschleunigungssensors gewonnen wird, in die obige Gleichung (3) eingesetzt werden.

Das Übungsniveau kann durch Unterteilen des berechneten Lebensaktivitätsindex &khgr; in beispielsweise vier Stufen gemäß dem Lebensaktivitätsniveau identifiziert werden.

Die Zielbewegungsgröße wird mit dem obigen Lebensaktivitätsindex &khgr; als Ziel berechnet. In diesem Fall wird der Lebensaktivitätsindex &khgr; auf einen geeigneten Wert von 0,5 eingestellt, und die obige Gleichung (2) verwendet. Genauer wird, da die Zielbewegungsgröße A A = B·&khgr; + B + (1/10)A ist, das Folgende gewonnen: A = (10/9)·(1 + &khgr;)·B

Mit &khgr; = 0,5 kann die Zielbewegungsgröße A berechnet werden durch: A = 1.67 × B (4)

Das Anzeigeformat des Anzeigebildschirms der Anzeigevorrichtung 5 wird nachfolgend beschrieben. 23 zeigt ein Beispiel eines Anzeigebildschirms. Unter Bezug auf 23 ist der Anzeigebildschirm in einen oberen Abschnitt 80 und einen unteren Abschnitt 81 unterteilt. Die Bewegungsgröße (Gesamtkalorienverbrauch, cal) wird in Zahlen im oberen Abschnitt 80 angezeigt. Das Lebensaktivitätsniveau der letzten einen Woche und das Mittel einer Woche wird in dem Format eines Balkengraph im unteren Abschnitt 81 angezeigt. Das Aktivitätsniveau wird in drei Stufen I (leicht), II (mäßig), III (relativ schwer) unterteilt. II (mäßig) wird als Zielniveau eingestellt. In diesem Anzeigeformat werden die Lebensaktivitätsgröße (Gesamtkalorienverbrauch) und das Aktivitätsniveau am Ende des Tages berechnet und automatisch angezeigt. Auch werden der Kalorienverbrauch eines jeden Tages für die letzte eine Woche (7 Tage), der mittlere Kalorienverbrauch von 7 Tagen und das mittlere Aktivitätsniveau angezeigt. Eine automatische Speicherfunktion sollte beispielsweise vorgesehen sein, um den Kalorienverbrauch und das Aktivitätsniveau einer Woche aufzuzeichnen. Mit einem solchen Anzeigeformat lässt sich die Tendenz körperlicher Übung der letzten einen Woche auf einen Blick identifizieren.

Ein weiteres Anzeigeformat ist in 24 gezeigt. Bei diesem Anzeigeformat wird der Zielkalorienverbrauch mit Eingabe von Geschlecht, Alter, Größe und Gewicht für jedes Individuum automatisch eingestellt und angezeigt. Das Maß der Erzielung dieses Zielkalorienverbrauchs wird durch einen Balkengraph und ein Bild angezeigt.

Ein Aktivitätsmonitor zeigt nur den unteren Abschnitt von 23 an, und ein Kalorimeter zeigt nur den oberen Abschnitt von 23 an.

Gewerbliches Anwendungsgebiet

Wie oben beschrieben, braucht das Pedometer der vorliegenden Erfindung nicht auf die Anwendung am Gürtel um die Taille herum beschränkt zu sein. Eine Schwankung kann unter Verwendung eines Sensors gemäß der Orientierung des Grundkörpers des Pedometers auch dann festgestellt werden, wenn es in der Tasche eines Kleids oder einer Hose oder in einer Tragetasche angeordnet ist. Die Anzahl der Schritte kann in einem beliebigen Zustand gezählt werden.


Anspruch[de]
  1. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung, welche aufweist:

    eine Anzahl von Sensoren (3, 4, 20, 60), die in einem Grundkörper (1, 30, 50) so angeordnet sind, dass ihre Anbringungsrichtungen sich voneinander unterscheiden, und die ein Ausgangssignal gemäß einer Schwankungskomponente in einer Auf-Ab-Richtung liefern,

    einen in dem Grundkörper vorgesehenen Winkelnachweissensor (5) für den Nachweis der Orientierung des Grundkörpers, und

    Auswahlmittel zum Auswählen eines von Ausgangssignalen der Anzahl von Sensoren, wobei die Auswahlmittel durch ein Nachweissignal des Winkelnachweissensors gesteuert werden.
  2. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung gemäß Anspruch 1, welche ferner aufweist:

    Schrittzählermittel zum Zählen der Anzahl von Schritten anhand des Ausgangssignals des gemäß der Auswahl der Auswahlmittel ausgewählten Sensors.
  3. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoren Beschleunigungssensoren (3, 4, 20, 60) sind.
  4. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Beschleunigungssensoren (20) einen freitragenden Hebel sowie ein an dem Hebel angebrachtes piezoelektrisches Element (21) aufweisen, wobei der Hebel zwei Beschleunigungssensoren enthält, die so angeordnet sind, dass sie zueinander in einem rechten Winkel orientiert sind.
  5. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Beschleunigungssensor ein Gewicht (24), ein piezoelektrisches Element (21), ein an einem Ende des piezoelektrischen Elements angebrachtes Gewichtgehäuse (22) und ein am anderen Ende des piezoelektrischen Elements angebrachtes Halterungselement (23) aufweist.
  6. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Ausgangssignal eines Neigungswinkels des Grundkörpers, das für jede konstante Zeitdauer mit dem Winkelnachweissensor festgestellt wird, sich ändert, und wobei der verwendete Beschleunigungssensor geändert wird, wenn das sich ändernde Ausgangssignal einer eingestellten Zahl entsprechend oft ändert.
  7. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schrittzählermittel eine Analogschaltung umfassen, wobei die Spannungsversorgung der Analogschaltung, die ein Ausgangssignal des Beschleunigungssensors verstärkt, gemäß einem Ausgangssignal des Winkelnachweissensors gesteuert wird.
  8. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Analogschaltung einen Rückkopplungsschaltungsabschnitt enthält, wobei der Rückkopplungsschaltungsabschnitt eine Diode (D) enthält.
  9. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Analogschaltung einen Rückkopplungsschaltungsabschnitt aufweist, wobei der Rückkopplungsschaltungsabschnitt einen Analogschalter enthält.
  10. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Winkelnachweissensor eine Anzahl von leitfähigen Stiften sowie einen die Anzahl von Stiften umgebenden leitfähigen Ring (70) aufweist.
  11. Ruf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung ein Pedometer ist, welches einen Sensor zur Lieferung eines elektrischen Signals gemäß einer Schwankungskomponente in einer Auf-Ab-Richtung unabhängig von der Orientierung des Grundkörpers aufweist.
  12. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Beschleunigungssensor einen Hebel, der in einer um eine Halterungsachse drehbaren Weise vorgesehen ist, ein an dem Hebel angebrachtes piezoelektrisches Element und ein in der Nähe der Halterungsachse angebrachtes Gewicht zur Horizontalhaltung des Hebels aufweist,

    wobei der Beschleunigungssensor durch das piezoelektrische Element durch die horizontale Orientierung des Hebels unabhängig von der Orientierung des Grundkörpers ein Ausgangssignal unabhängig von der Orientierung des Grundkörpers liefert.
  13. Auf-Ab-Bewegungsnachweisvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Winkelnachweissensor ein vorgegebenes Gehäuse (52), in dem Gehäuse vorgesehene Lichteinstrahlmittel (54), in dem Gehäuse den Lichteinstrahlmitteln gegenüberliegend vorgesehene Lichtempfangsmittel (55) und ein zwischen den Lichteinstrahlmitteln und den Lichtempfangsmitteln in dem Gehäuse vorgesehenes Objekt (53) zum Abblocken von Licht von den Lichteinstrahlmitteln zu den Lichtempfangsmittel durch Neigen des Gehäuses um wenigstens einen bestimmten Winkel aufweist.
  14. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung als Aktivitätsüberwachungsvorrichtung und ferner aufweisend:

    zwei Beschleunigungssensoren, die freitragend so gehaltert sind, dass sie senkrecht zueinander liegen, und

    die Auswahlmittel zur Lieferung einer Ausgabe der größten Schwankung von den beiden Beschleunigungssensoren.
  15. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung als Kalorimeter, welche aufweist:

    zwei Beschleunigungssensoren, die freitragend so gehaltert sind, dass sie senkrecht zueinander liegen,

    die Auswahlmittel zur Lieferung einer Ausgabe der größten Schwankung der beiden Beschleunigungssensoren, und

    Berechnungsmittel zur Berechnung des Kalorienverbrauchs gemäß der Ausgabe der Auswahlmittel.
Es folgen 21 Blatt Zeichnungen






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B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
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