JP2008253470A - 水泳距離計測装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】泳者の煩わしさを軽減しつつ水泳距離を計測可能な水泳距離計測装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】水泳距離計測装置１は、泳者が方向転換したことを検出する方向転換検出部を有し、この方向転換検出部が方向転換したことを検出する毎に、泳者が往復で泳ぐ際の片道距離を累積加算した水泳距離を算出して表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水泳距離を計測する水泳距離計測装置及びその制御方法に関する。

近年、メタボリックシンドローム（代謝症候群）対策、リハビリまたは健康維持を目的として、運動療法が注目されており、運動の達成感やモチベーションの向上を促進するツールが要望されている。この種の運動には、有酸素運動が効果的であるため、有酸素運動の選択肢として水泳を選ぶ人が増えている。水泳は浮力が働くため、骨や関節への負担が少なく、関節の弱い高齢者や、腰痛、その他の関節障害のある人にも行い易く、カロリー燃焼率も高いため、脂肪燃焼が早いという特徴がある。

水泳はプールで行うのが一般的であるが、プールの往復回数が多くなると、その回数を覚えておくことが煩わしくなり、往復回数を忘れて目標が定まらなくなり、折角定期的に運動してもその効果を十分に得られない場合が生じる。この対策ツールとして、従来、地磁気の方位を検知する方位検知手段を備え、この方位検知手段が検知する方位が一回転した回数を計数して往復回数を表示する水中眼鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この水中眼鏡は、眼鏡枠の正面中央部に押釦型スイッチを有し、このスイッチが操作されると往復回数の計数を開始するように構成されている。
特開平５−１４３８０７号公報

しかし、従来の構成では、往復回数を表示することだけにとどまり、泳者が瞬時に移動距離（泳いだ距離）を知ることができず、往復回数から移動距離をユーザ自身で計算しなければならない。このため、泳者にとって煩わしく、水泳への集中力が途切れてしまう場合があり、モチベーションの向上および目標距離への達成感を促進する観点から好ましくない。
また、従来の構成は、水泳開始前に押釦型スイッチを押下する必要があり、押し忘れる可能性があり、また、このスイッチを早めに押下してしまうと、プールへ入る前の歩行時の方向転換も往復回数としてカウントしてしまい、誤計測するおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、泳者の煩わしさを軽減しつつ水泳距離を計測可能な水泳距離計測装置及びその制御方法を提供することにある。

上述課題を解決するため、本発明は、水泳距離計測装置において、泳者の所定部位の加速度を検出し、この加速度に基づいて泳者が方向転換したことを検出する方向転換検出部を有することを特徴とする。この発明によれば、方向転換時に変化する加速度から泳者の方向転換を精度良く検出することができ、この方向転換の検出によって泳者の煩わしさを軽減しつつ泳者の水泳距離を計測することができる。

また、本発明は、水泳距離計測装置において、泳者が往復で泳ぐ際の片道距離を設定する設定部と、前記泳者が方向転換したことを検出する方向転換検出部と、前記方向転換検出部が方向転換したことを検出する毎に、前記片道距離を累積加算した水泳距離を算出する水泳距離算出部と、前記水泳距離算出部が算出した水泳距離を報知する報知部とを備えることを特徴とする。この発明によれば、泳者が方向転換したことを検出する毎に、泳者が往復で泳ぐ際の片道距離を累積加算した水泳距離を算出して報知するので、従来の往復回数だけを計数するものに比して、泳者が水泳距離の計算を行う必要がなく、泳者の煩わしさを軽減しつつ水泳距離を計測することができる。

上記構成において、前記方向転換検出部は、前記泳者の所定部位の加速度を検出し、加速度に応じて信号レベルが変動する加速度信号を生成する加速度検出部を有し、前記加速度信号に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定することが好ましい。この構成によれば、方向転換時に生じる加速度の変化から泳者の方向転換を精度良く検出することができる。
この場合、前記方向転換検出部は、前記加速度信号に周波数解析を施して周波数スペクトルを取得する周波数解析部を有し、前記周波数スペクトルの変化に基づいて、泳者が方向転換したか否かを判定することが好ましい。この構成によれば、繰り返し運動である水泳の特徴を利用して加速波形の周期の変化から泳者の方向転換を精度良く検出することができる。

また、この場合、前記方向転換検出部は、前記周波数スペクトルから泳者のストロークピッチを特定し、このストロークピッチの変化に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定することが好ましく、また、前記方向転換検出部は、前記周波数スペクトルから泳者のストロークピッチを特定し、前後のストロークピッチの比に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定することが好ましい。この構成によれば、方向転換時に生じるストロークピッチの変化から泳者の方向転換を精度良く検出することができる。
また、前記方向転換検出部は、前記加速度信号のレベル変化に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定するようにしてもよい。この構成によれば、水泳中は加速度信号に規則性のあるレベル変化が現れ、ターンによりその変化量が変わることから、方向転換時に生じる加速度信号のレベル変化から泳者の方向転換を精度良く検出することができる。

また、上記構成において、着水及び離水を検出する水検出部を有し、前記水泳距離算出部は、前記水検出部が着水を検出した場合に、水泳距離の算出処理を開始することが好ましい。この構成によれば、水泳距離の計測処理を自動で開始することができるので、操作の煩わしさが軽減される。
この場合、前記水泳距離算出部は、前記水検出部が離水を検出した場合に、水泳距離の算出処理を終了することが好ましい。この構成によれば、水泳距離の計測処理を自動で終了することができ、操作の煩わしさが軽減される。また、この場合、前記水泳距離算出部は、水泳距離の算出処理を実行中に前記水検出部が離水を検出すると、この検出時点から予め定めた設定期間が経過するまで前記水検出部が離水を検出している場合に、水泳距離の算出処理を終了することが好ましい。この構成によれば、水泳距離計測装置が水上に短期間出ただけでは、計測処理が中断されず、適切に計測処理を継続することができる。

また、上記構成において、水泳時間を計測する水泳時間計測部を有し、前記水泳距離算出部は、前記方向転換検出部が方向転換したことを検出した場合に、それまでの水泳距離と水泳時間との比に基づいて単位時間当たりの移動距離を算出し、前記単位時間が経過する毎に、前記水泳距離に前記移動距離を累積加算して水泳距離を算出することが好ましい。この構成によれば、方向転換と方向転換の間においても、水泳距離を更新して表示することができる。

また、上記構成において、目標水泳距離を設定する目標水泳距離設定部と、前記水泳距離が目標水泳距離に達したか否かを判定し、目標水泳距離に達した場合にその旨を前記報知部により報知させる距離監視部とを有することが好ましい。この構成によれば、目標水泳距離に達したことを泳者が容易に知ることができる。
また、上記構成において、前記水泳距離計測装置は、泳者の腕に巻回可能なバンドを備え、このバンドを介して泳者の腕に取り付けられることが好ましい。この構成によれば、水泳距離計測装置を泳者の腕に容易に取り付けることができる。

また、本発明は、水泳距離計測装置の制御方法において、泳者が方向転換したか否かを監視するステップと、方向転換したことを検出する毎に、予め設定された泳者が往復で泳ぐ片道距離を累積加算した水泳距離を算出する水泳距離算出ステップと、算出した水泳距離を報知する報知ステップとを実行することを特徴とする。この発明によれば、泳者が方向転換したことを検出する毎に、泳者が往復で泳ぐ際の片道距離を累積加算した水泳距離を算出して報知するので、泳者が水泳距離の計算を行う必要がなく、泳者の煩わしさを軽減しつつ水泳距離を計測することができる。

本発明によれば、泳者の所定部位の加速度を検出し、この加速度に基づいて泳者が方向転換したことを検出する方向転換検出部を有するので、泳者の方向転換を精度良く検出することができ、この方向転換の検出によって泳者の煩わしさを軽減しつつ泳者の水泳距離を計測することができる。この場合、泳者が方向転換したことを検出する毎に、泳者が往復で泳ぐ際の片道距離を累積加算した水泳距離を算出して報知することにより、水泳距離を精度良く計測して報知することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る水泳距離計測装置の外観図である。
この水泳距離計測装置１は、リハビリを必要とするリハビリ対象者、又は、筋力を維持する必要がある高齢者に対し、医師等が各個人の体調や運動能力状況等を考慮して最適な泳法と水泳距離を指示した場合に、その水泳距離を達成したか否かを確認するために使用される装置である。図１に示すように、この水泳距離計測装置１は、腕時計型に構成されており、上記の水泳運動対象者（以下、ユーザ（泳者）という）に携帯されて水泳距離を計測して表示すると共に、水泳時以外は現在時刻等を表示して通常の腕時計として使用可能である。

この水泳距離計測装置１は、装置本体２と、この装置本体２をユーザ（泳者）に装着するためにユーザの腕（手首）に巻回されるバンド３とを備えて構成される。装置本体２は、ケース２Ａと、このケース２Ａ内に水密構造で配置される表示部１０等の電気部品とから概略構成され、表示部１０の表示情報はケース２Ａの前面に設けられた透明カバー２Ｂを介して外部から視認可能に構成されている。また、このケース２Ａには、ウレタンやシリコンゴム等の衝撃吸収材料からなる保護カバー２Ｃが取り付けられ、この保護カバー２Ｃによって当該水泳距離計測装置１の耐衝撃性が十分に確保されている。

この装置本体２には、複数（本例では４個）の操作子５が設けられると共に、外部に露出する一対の外部端子６Ａ、６Ｂが設けられる。この一対の外部端子６Ａ、６Ｂは、当該端子間の導通／非導通を検出することによって当該装置本体２が水中にあるか否かを検出する水検出用端子として機能する。
なお、本実施形態では、上記一対の外部端子６Ａ、６Ｂ間の導通／非導通によって着水及び離水を検出する水検出部（水検出ＳＷとも言う）１１（図２）を構成する場合を説明するが、これに限らず、圧力センサを設け、この圧力センサによって水圧を検出したか否かを判定して着水及び離水を検出する水検出部を適用してもよく、従来の着水及び離水を検出可能な構成を広く適用可能である。

次に、表示部１０について詳述する。この表示部１０の表示領域は、大略すると上下に二分割され、第１の領域（図１の上側領域）ＡＲ１には、水泳距離（後述する水泳距離積算値）、現在年月日等が表示され、第２の領域（図１の下側領域）ＡＲ２には、水泳時間（水泳開始からの経過時間）、現在時刻等が表示される。図１の表示例は、水泳距離計測中（水泳距離計測モード）の表示例を示しており、第１の領域ＡＲ１に水泳距離（「１００．０ｍ」）を表示し、第２の領域ＡＲ２に水泳時間（「１５分４５秒」）を表示している。なお、時刻表示状態（時刻表示モード）の場合は、第１の領域ＡＲ１に現在月日を表示し、第２の領域ＡＲ２に現在時刻を表示する。

次に、水泳距離計測装置１の電気的構成を説明する。図２は水泳距離計測装置１のブロック図を示している。図２に示すように、水泳距離計測装置１は、表示部１０と、水検出部１１と、計時部１３と、入力部１２と、計時部１３と、ブザー部１４と、バイブ部１５と、加速度センサ１７と、アナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）１８と、制御部２０と、記憶部２１とを備えて構成され、図示せぬ内蔵電池の電力で駆動する。
表示部１０は、液晶表示装置或いはその他の表示装置が適用され、制御部２０の制御の下、各種情報を表示する。水検出部１１は、上記外部端子６Ａ、６Ｂ間の導通／非導通を検出することにより、水中か否かを検出して検出結果を制御部２０へ出力する。

入力部１２は、複数の操作子５を介してユーザからの各種指示を入力し、制御部２０に通知するものである。また、計時部１３は、時刻、年月日の計時を行う時刻計時部及び水泳時間を計時する水泳時間計測部として機能するものであり、図示せぬ発振回路からのクロック信号を分周して１Ｈｚのクロック信号を生成する分周回路、及び、１Ｈｚのクロック信号をカウントして時刻、年月日、或いは、水泳時間を計時する計時用カウンタ等の回路群で構成される。
ブザー部１４は、ブザー及びブザー駆動回路を備えて構成され、制御部２０の制御の下、ブザー駆動回路によりブザーを駆動して装置本体２からブザー音（アラーム音）を放音する。また、バイブ部１５は、振動モータ及びモータ駆動部を備えて構成され、制御部２０の制御の下、モータ駆動部により振動モータを駆動して装置本体２を振動させるものである。すなわち、この水泳距離計測装置１においては、表示部１０、ブザー部１４及びバイブ部１５のいずれもがユーザ（泳者）に各種情報を報知する報知部として機能する。

加速度センサ１７は、装置本体２に内蔵され、水泳距離計測装置１を携帯するユーザの腕（手首）の加速度を検出する加速度検出部として機能する。具体的には、この加速度センサ１７には、図３に示すように、装置本体２の９時−３時方向（以下、Ｘ軸と定義する）の加速度と、装置本体２の１２時−６時方向（以下、Ｙ軸と定義する）の加速度と、装置本体２の垂直方向（以下、Ｚ軸と定義する）の加速度とを検出する３軸加速度センサが適用され、各加速度に応じた加速度信号をそれぞれ生成してＡ／Ｄ変換回路１８に出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路１８は、各加速度信号を入力してアナログデジタル変換して制御部２０に出力するものである。

制御部２０は、ＣＰＵを備えるコンピュータ構成を有して水泳距離計測装置１の各部を中枢的に制御するものであり、ＣＰＵが記憶部２１に記憶された制御プログラムを実行することにより、Ａ／Ｄ変換回路１８を介して入力した加速度信号を周波数解析する周波数解析部、この周波数解析結果に基づき水泳距離計測装置１を携帯するユーザの水泳中のターン（方向転換）を検出する方向転換検出部、水泳距離を算出する水泳距離算出部、入力部１２を介して入力した目標水泳距離を設定する目標水泳距離設定部、及び、目標水泳距離に達したか否かを監視する距離監視部として機能する。

なお、本実施形態では、制御部２０がソフトウェア処理により上述する周波数解析部、方向転換検出部、水泳距離算出部、目標水泳距離設定部、及び、距離監視部として機能する場合を説明するが、これに限らず、これら周波数解析部、方向転換検出部、水泳距離算出部、目標水泳距離設定部、及び、距離監視部のいずれか又は全てをハードウェア回路で構成してもよい。この場合、ＣＰＵの処理負担を軽減する観点からは、比較的処理量が多くなる周波数解析部を優先的にハードウェア回路で構成することが好ましい。
また、記憶部２１には、ＣＰＵが実行する制御プログラム等のデータの他、ユーザ或いは医師等が入力した目標水泳距離等の入力データ、及び、当該水泳距離計測装置１の計測データ（水泳距離、水泳時間）が記憶される。

次に、水泳中のターン（方向転換）の検出方法を説明する。図４は水泳中における３軸（ＸＹＺ）の加速度を示す図である。なお、この図は、泳者がクロールで泳いでいる時の３軸の加速度信号のＡ／Ｄ変換結果の一例を示しており、図中、期間Ｔ１がクロールで泳いでいる期間（泳ぎ期間という）であり、期間Ｔ２がプール端の壁を蹴り上げてターン（方向転換）を行っている期間（ターン期間という）であり、期間Ｔ３が再びクロールを開始して泳いでいる期間（泳ぎ期間）である。
この図に示すように、水泳は繰り返し運動であるため、腕を動かす泳ぎ期間Ｔ１及びＴ３では、一定周期の加速度信号が得られる。一方、ターン動作には、クイックターン等のいくつかのターンが存在するが、ターン時にプール端の壁を蹴り上げて勢いをつけて次の泳ぎにつなげる動作である点で共通する。このため、いずれのターンであっても、蹴り上げる前に腕等の動きを殆ど停止して力をためる時間が発生し、その後、プールの壁を一気に蹴り上げることで、ターン期間Ｔ２では、泳ぎ期間Ｔ１、Ｔ３と比べて、加速度信号の周期や振幅に変化が生じることになる。

本実施形態では、この加速波形の周期の変化に着目してターン（方向転換）を検出しており、具体的には、制御部２０は、Ａ／Ｄ変換後の加速信号の波形データに対し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理（周波数解析処理）を実行して周波数スペクトル（ローカルピーク）を取得し、この周波数スペクトルから泳者のストロークピッチを特定し、このストロークピッチに変化（ピッチ変化、ストロークピッチの消失）が生じた場合に泳者がターンしたと判定するようにしている。この場合、例えば、前後のストロークピッチの比（前回と今回のストロークピッチの比）を繰り返し求め、この比に大きな変化（乱れ）があった場合に泳者がターンしたと判定する。

また、本実施形態では、３軸の加速度信号全てについてＦＦＴ処理を施して上記判定処理を行うので、加速度信号毎にＦＦＴ処理を施し、そのうちの最もレベルの高い周波数スペクトルを泳者のストロークピッチに相当するものとして抽出すれば、泳者のストロークピッチを確実に検出でき、かつ、クロール以外の様々な泳法（平泳ぎ、背泳ぎ、バタフライ）の場合でも泳者のストロークピッチを特定することができる。従って、ターンの検出精度が向上する。
なお、加速度は泳法により特徴となる加速度軸が異なるため、３軸の加速度センサ１７を使用することが好ましいが、これに限らず、４軸以上の加速度センサを使用してもよく、また、２軸若しくは１軸の加速度センサを使用するようにしてもよい。

また、水泳中の腕や手首の複雑な動きや、外乱ノイズ等によって周波数スペクトルが複数存在する場合が考えられるが、この場合、例えば、複数の周波数スペクトルのうち、レベルが最も高い周波数スペクトルをストロークピッチに相当する周波数スペクトルとして選択する選択処理、或いは、腕の振りに相当する予め定めた周波数範囲内の周波数スペクトルをストロークピッチに相当する周波数スペクトルとして選択する選択処理等を実行することによって、ストロークピッチに相当する周波数スペクトルを精度良く特定することができる。また、ＦＦＴ処理を施す加速度信号をいずれか一つに絞ってもよい。

次に、水泳距離計測装置１の動作を説明する。この水泳距離計測装置１は、水中にない場合（地上で使用されている場合）、制御部２０の制御の下、現在時刻（年月日も含む）を表示する時刻表示モードで動作し、この時刻表示モードでは、現在時刻を第２の領域ＡＲ２（図１参照）に表示し、現在年月日を第１の領域ＡＲ１（図１参照）に表示する。
また、この時刻表示モードの場合、所定の操作子５が操作された場合に設定モードへ移行し、この設定モードでは、所定の操作子５の操作に応じて、時刻設定画面（秒、分、時、日、月、年の設定用）、ユーザ（泳者）が往復で泳ぐ際の片道距離であるプール長を設定する設定画面（プール長設定画面）、及び、ユーザ（泳者）が目標とする目標水泳距離を設定する設定画面（目標水泳距離設定画面）を順次表示し、操作子５の操作を介して現在時刻（年月日も含む）、プール長（片道距離）、目標水泳距離等の入力を受け付ける。
そして、現在時刻が入力された場合は、制御部２０の制御の下、計時部１３によりその現在時刻から計時を開始し、プール長（片道距離）及び目標水泳距離が入力された場合には、それら情報を記憶部２１に記憶させる。ここで、目標水泳距離は、医師等から指示された水泳距離が入力される。以下、プール長及び目標水泳距離が記憶部２１に記憶済みであるとする。

図５及び図６は水泳距離計測装置１のメイン動作を示すフローチャートである。前提として、この水泳距離計測装置１が水中になく、時刻表示モードで動作しているものとする。
まず、制御部２０は、時刻表示更新処理を行って表示される時刻を適宜更新し（ステップＳ１）、続いて、水検出部１１により水が検出されたか否か（水検出ＳＷがＯＮか否か）、つまり、泳者が着水したか否かを判定する（ステップＳ２）。水が検出されていない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、制御部２０は、ステップＳ１へ移行して時刻表示を継続する。

一方、水が検出された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部２０は、水泳距離計測モードへ移行し、まず加速度センサ１７の駆動を開始する（ステップＳ３）。続いて、制御部２０は、Ａ／Ｄ変換回路１８を介して得た加速度信号が、水泳開始と判断可能な所定レベル以上になった（例えば、水泳スタート時のキックによる加速度を示した）か否かを監視する（ステップＳ４）。そして、加速度信号が所定レベル以上になった場合（ステップＳ４）、水泳が開始されたと判断できるため、制御部２０は、今回の水泳距離積算値を０（零）に初期化すると共に（ステップＳ５）、水泳時間を０（零）に初期化し（ステップＳ６）、計時部１３により水泳時間のカウントを開始して（ステップＳ７）、この水泳距離積算値及び水泳時間の表示を開始する。

次いで、制御部２０は、水検出部１１により水が非検出になったか否か（水検出ＳＷがＯＦＦか否か）、つまり、泳者が離水したか否かを判定する（ステップＳ８）。この判定で、水が非検出ではないと判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）、制御部２０は、Ａ／Ｄ変換回路１８を介して得た加速度信号に周波数解析を施してその周波数スペクトルから得たストロークピッチに変化が生じたか否かを判定し、これによって、ターン（方向転換）が発生したか否かを判定する（ステップＳ９）。

続いて、制御部２０は、ターンが発生していないと判定した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ステップＳ８の処理へ移行してターンの発生を監視する一方、ターンが発生したと判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、一回目のターンか否かを判定する（ステップＳ１０）。一回目のターンの場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御部２０は、今回の水泳距離積算値（この時点では零）に、記憶部２１に記憶されたプール長を加算し（ステップＳ１１）、表示部１０に表示中の水泳距離積算値を更新させる。このため、プール長が５０ｍであった場合、泳者が一回目のターンを行った直後に表示部１０に表示される水泳距離（＝水泳距離積算値）が「５０．０ｍ」に更新される。

制御部２０は、一回目のターンによる水泳距離の表示更新を行った後は、水泳距離の推定処理を開始する（ステップＳ１２）。この推定処理は、ターン時点までの水泳距離積算値と水泳時間とを取得し、この水泳距離積算値と水泳時間との比から単位時間（本例では一秒）当たりの移動距離を算出し、ターン時点から上記単位時間が経過する毎に、水泳距離積算値に上記移動距離を累積加算して、表示部１０に表示される水泳距離を更新させる処理である。
具体的には、例えば、泳者が５０ｍを４０秒で泳いでいた場合には、ターン以降に一秒毎に１．２５（＝５０／４０）ｍ単位（本実施例では表示は０．１ｍ単位）で表示が更新され、泳者の過去の平均速度に従って水泳距離（＝水泳距離積算値）を更新することができる。
次に、制御部２０は、ステップＳ８の処理へ移行し、水が非検出になったか否かを再判定し、水が非検出ではなく（ステップＳ８：ＮＯ）、かつ、ターンが発生したと判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、一回目のターンではないと判定された場合に（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ１３の処理に移行する。

このステップＳ１３では、制御部２０は、水泳距離の補正処理を行う。具体的には、この補正処理は、ターンを検出した時点で、予め記憶しておいたターンの回数とプール長とを乗算した値を水泳距離（水泳距離積算値）に設定すると共に表示中の水泳距離をその積算値に更新する。これによって、泳者の泳ぐ速度が変化して上記水泳距離の推定処理では実際の水泳距離との間に誤差が生じた場合でも、ターンを検出する毎にその誤差を修正することができる。
また、この水泳距離の補正処理を行った後、制御部２０は、直前のターン時点までの水泳距離（＝水泳距離積算値）と水泳時間との比から、新たに単位時間（１秒）当たりの移動距離を算出し直し、この算出し直した移動距離を、単位時間が経過する毎に水泳距離積算値に累積加算し、表示部１０の表示を更新する（ステップＳ１２）。これによって、泳者の泳ぐ速度に合わせて単位時間当たりの移動距離を修正でき、ターンからターンまでの間に推定される水泳距離（＝水泳距離積算値）の精度を高めることができる。

このようにして、泳者が泳ぎ続ける間は、上記ステップＳ８〜ステップＳ１３までの処理が繰り返し実行され、実状に合わせた水泳距離と水泳時間とを表示部１０に表示することができる。この場合、制御部２０は、計測中の水泳距離積算値が、記憶部２１に記憶された目標水泳距離に達したか否かを継続的に判定し、目標水泳距離に達すると、ブザー部１４によりブザー音（アラーム音）を放音させると共に、バイブ部１５により装置本体２を振動させ、目標水泳距離に達した旨をユーザに確実に報知する。

一方、泳者がプールからプールサイド等に移動して離水した場合、ステップＳ８の処理において、制御部２０は、水検出部１１により水が非検出になったと判定するので、ステップＳ２０の処理へ移行する。このステップＳ２０では、制御部２０は、予め定めた計測終了マージン時間（設定期間）のカウントを開始し、この計測終了マージン時間（本実施形態では３０秒）をカウントする間、水検出部１１により水が検出されたか否か（水検出ＳＷがＯＮか否か）を判定し（ステップＳ２１）、水が検出された場合は（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ９の処理へ移行し、水泳距離及び水泳時間の計測処理を継続する。これに対し、計測終了マージン時間が経過するまで水検出部１１により水が検出されない場合（ステップＳ２１：ＮＯ、Ｓ２２、Ｓ２３：ＹＥＳ）、制御部２０は、水泳距離及び水泳時間の計測処理を終了し、終了時点の水泳距離及び水泳時間を記憶部２１に記憶させた後に水泳距離計測モードから時刻表示モードへ移行する。

図７は、水泳時に携帯される水泳距離計測装置１が水面を基準に水面上と水面下のいずれの位置にあるかを示す移動パターン例を示している。この図において、時刻ｔ１は、水泳距離計測装置１が水中に入れられた時点を示し、この時刻ｔ１では、上記したように、制御部２０が、着水を検出して水泳距離計測モードへ移行し、加速度センサ１７の駆動を開始して（ステップＳ３）、加速度信号に基づき水泳開始か否かを監視する状態となる（ステップＳ４）。このため、時刻ｔ２において、ユーザ（泳者）がプールの壁を蹴るなどしてスタートすると、制御部２０は、スタート時の加速度から水泳開始を検出して水泳距離及び水泳時間の計測を自動的に開始する（ステップＳ５〜Ｓ７）。

続く時刻ｔ３は、水泳距離計測装置１が水中から出された時点を示し、この時刻ｔ３では、制御部２０が離水を検出して（ステップＳ８：ＹＥＳ）、計測終了マージン時間（３０秒）のカウントを開始する（ステップＳ２０）。そして、この時刻ｔ３から２０秒経過した時刻ｔ４において、水泳距離計測装置１が再び水中に入れられると、制御部２０は、計測終了マージン時間の間の着水を検出するため（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、水泳距離及び水泳時間の計測を継続する。

時刻ｔ５は、水泳距離計測装置１が再び水中から出された時点を示し、この場合、制御部２０は、離水を検出して（ステップＳ８：ＹＥＳ）、計測終了マージン時間のカウントを開始し（ステップＳ２０）、このカウントが終了するまで離水が検出されるので、この計測終了マージン時間のカウントが終了した時点である時刻ｔ６において、水泳距離及び水泳時間の計測を終了し、水泳距離計測モードから時刻表示モードへ移行する。そして、時刻ｔ７において、水泳距離計測装置１が再び水中に入れられると、制御部２０は、時刻表示モードから水泳距離計測モードで移行し、水泳開始を待って水泳距離及び水泳時間の計測を新たに開始する。
このように、この水泳距離計測装置１では、水中にあるか否かに応じて自動的に水泳距離計測モード及び時刻表示モードのいずれかへ切り替わり、かつ、水泳距離計測モードの場合、ユーザ（泳者）の水泳開始を検出して計測を開始し、かつ、離水を検出して計測を終了するので、ユーザ（泳者）が、この水泳距離計測装置１を操作する必要がなく、当該装置１を携帯しているだけで表示部１０に表示される水泳距離及び水泳時間を確認することができる。

また、この水泳距離計測装置１を携帯して実際に水泳を行ったユーザは、この装置１を医師等に見せることで、医師等が当該装置１を操作して記憶部２１に記憶された水泳距離と水泳時間を確認することができ、水泳距離が達成されたかどうか、及び、水泳時間がどの程度だったかを把握して健康状態の診断や次回の水泳プログラムの検討を行ってユーザに通知し、ユーザの健康管理に役立てることができる。

以上説明したように、本実施形態の水泳距離計測装置１によれば、ユーザの腕（手首）の加速度を検出する加速度センサ１７を備え、この加速度センサ１７が出力する加速度信号に基づいて泳者のターン（方向転換）を検出し、このターンを検出する毎に予め設定されたプール長に基づき水泳距離を算出して表示するので、従来の往復回数だけを計数して表示するものに比して、ユーザが水泳距離の計算を行う必要がなく、自身の水泳距離を容易に知ることができる。このため、ユーザの煩わしさが軽減され、ユーザは水泳に集中することができる。また、本構成の水泳距離計測装置１は水泳時間も表示するので、ユーザ（泳者）が水泳時間も容易に知ることができる。
さらに、本構成では、目標水泳距離に達した時点でブザー部１４及びバイブ部１５による報知を行うので、目標水泳距離に達したことをユーザ（泳者）が容易に知ることができ、過剰な運動の防止と目標の達成感やモチベーションの向上を促進することができる。

しかも、本構成では、加速度信号に周波数解析を施して周波数スペクトルを取得し、この周波数スペクトルから泳者のストロークピッチを特定してこのストロークピッチに変化が生じた場合に泳者がターンしたと判定するので、繰り返し運動である水泳の特徴を利用して、泳者のターン動作を精度良く検出することができる。このため、水泳距離を精度良く計測することが可能である。
さらに、本構成では、ターンを検出した後、それまでの水泳距離と水泳時間の比に基づいて単位時間当たりの移動距離を算出し、単位時間が経過する毎に、上記移動距離を水泳距離に累積加算する水泳距離の推定処理を行うので、ターンとターンの間においても、水泳距離を更新して表示することができ、ユーザ（泳者）は自身の水泳距離を略リアルタイムで知ることができる。

また、本構成では、着水及び離水を検出する水検出部１１を備え、この水検出部１１が着水を検出した場合に、水泳距離等の計測処理を自動で開始し、離水を検出した場合に、計測処理を自動で終了するので、ユーザ自身が計測開始や計測終了の操作を行う必要が一切なく、ユーザの煩わしさがより軽減される。このため、水泳運動に集中することが可能になり、かつ、計測開始の操作し忘れによる再計測を行う必要がなく、確実に計測を行うことができる。
また、離水を検出した場合、予め定めた計測終了マージン時間（設定期間）が経過するまでは計測処理を継続するので、水泳中の腕の振りや水分補給時のユーザの移動等によって水泳距離計測装置１が水上に短期間出ただけでは、計測処理が中断されず、適切に計測処理を継続することができる。

＜第２実施形態＞
図８は第２実施形態に係る水泳距離計測装置１のメイン動作の一部を示すフローチャートである。この水泳距離計測装置１は、上述した水泳距離の推定処理及び補正処理を行わない点が、第１実施形態に係る水泳距離計測装置１と異なり、これ以外の動作は第１実施形態で示した図５で示す動作と同じであり、かつ、ブロック図も第１実施形態と略同一の構成であるため、以下、略同一の構成は同一の符号を付して説明し、重複する説明は省略する。

図８に示すように、制御部２０は、水検出部１１により水が非検出ではないと判定し（ステップＳ８：ＮＯ）、かつ、ターンが発生したと判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、水泳距離積算値に、記憶部２１に記憶されたプール長を加算して（ステップＳ１１Ａ）、ステップＳ８へ移行する。すなわち、ターンを検出する毎に、プール長を累積加算した水泳距離積算値を算出して、表示中の水泳距離（＝水泳距離積算値）を更新するようにしている。
そして、制御部２０は、水検出部１１により水が非検出になったと判定し（ステップＳ８：ＹＥＳ）、かつ、計測終了マージン時間が経過するまで水が検出されない場合に（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、水泳距離及び水泳時間の計測処理を終了して、水泳距離計測モードから時刻表示モードへ移行する。

この構成によれば、ターンを検出した場合にのみ水泳距離を更新するので、上記第１実施形態に比して、ターンからターンの間は水泳距離が更新されないこととなるが、第１実施形態の水泳距離の推定処理及び補正処理を行わない分だけ、制御部２０の処理負担を軽減することができる。一般に、水泳は、プールの途中で終了することがなく、少なくともプールの一端側で水泳を終了するため、水泳終了後の水泳距離及び水泳時間については確実に計測することができる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、種々の設計変形を行うことができる。例えば、上記実施形態では、水泳時の加速波形の周期変化に基づいてターン（方向転換）を検出する場合について説明したが、これに限らず、水泳中は加速度信号に規則性のあるレベル変化が現れ、ターンによりその変化量が変わることから、加速度信号のレベル変化に基づいてターンを検出してもよい。

このレベル変化からターンを検出する方法には、例えば、加速度信号の振幅変化からターンを検出する第一態様と、加速度信号の傾き変化からターンを検出する第二態様とが考えられる。
具体的には、第一態様の場合、制御部２０が、加速度センサ１７の加速度信号から振幅量（平均振幅量、或いは最大振幅量でもよい）を繰り返し求め、前後の振幅量の比（前回と今回の振幅量の比）が、殆ど変わらない場合は水泳中と判定し、大きく変わったことを示す予め定めたターン検出範囲内の場合にターンしたと判定すればよい。図４に示す例では、ターン期間Ｔ２の振幅が、泳ぎ期間Ｔ１、Ｔ３の振幅よりも小さくなることが明らかであり、この方法によってもターンを精度良く検出することができる。

また、第二の態様の場合、制御部２０が、加速度信号から得た加速波形に対し微分処理を施し、加速波形の立ち上がり、又は立ち下がりの傾きを繰り返し求め、前後の傾きの比（前回と今回の傾きの比）が、大きく変わったことを示す予め定めたターン検出範囲内の場合にターンしたと判定する方法を適用すればよい。図４に示す例では、ターン期間Ｔ２の波形の傾きが、泳ぎ期間Ｔ１、Ｔ３の波形の傾きよりも若干小さく（緩やかに）なっており、かかる傾きの違いによってもターンを精度良く検出することができる。
なお、加速信号には細かいノイズ成分が重畳している可能性があるため、いずれの方法でも、ノイズ除去処理を行った後に振幅検出或いは傾き検出を行うことでより検出精度を向上させることができる。

また、上述の実施形態では、上記処理を実行するための制御プログラムを水泳距離計測装置１の記憶部２１内に予め記憶しておく場合について説明したが、この制御プログラムを、磁気記録媒体、光記録媒体、半導体記録媒体等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納し、コンピュータが記録媒体からこの制御プログラムを読み取って実行するようにしてもよい。また、この制御プログラムを通信ネットワーク上の配信サーバ等からダウンロードできるようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、本発明の水泳距離計測装置１を腕時計型に構成する場合について説明したが、これに限らず、指輪型や足装着型、若しくは、水中眼鏡や水泳着等に一体或いは装着可能に構成してもよく、要は、泳者が携帯可能に構成すればよい。

本発明の第１実施形態に係る水泳距離計測装置の外観図である。 水泳距離計測装置のブロック図である。 加速度センサが検出する３軸の加速度方向を示す図である。 水泳中における３軸の加速度の一例を示す波形図である。 水泳距離計測装置のメイン動作を示すフローチャートである。 図５の続きのフローチャートである。 水泳時の水泳距離計測装置の位置を示す移動パターン例を示す図である。 第２実施形態に係る水泳距離計測装置のメイン動作の一部を示すフローチャートである。

符号の説明

１…水泳距離計測装置、２…装置本体、３…バンド、６Ａ、６Ｂ…外部端子（水検出用端子）、１０…表示部（報知部）、１１…水検出部、１３…計時部（時刻計時部、水泳時間計測部）、１４…ブザー部（報知部）、１５…バイブ部（報知部）、１７…加速度センサ（加速度検出部）、１８…Ａ／Ｄ変換回路、２０…制御部（周波数解析部、方向転換検出部、水泳距離算出部、目標水泳距離設定部、距離監視部）、２１…記憶部。

Claims (14)

1. 泳者の所定部位の加速度を検出し、この加速度に基づいて泳者が方向転換したことを検出する方向転換検出部を有することを特徴とする水泳距離計測装置。
2. 泳者が往復で泳ぐ際の片道距離を設定する設定部と、
   前記泳者が方向転換したことを検出する方向転換検出部と、
   前記方向転換検出部が方向転換したことを検出する毎に、前記片道距離を累積加算した水泳距離を算出する水泳距離算出部と、
   前記水泳距離算出部が算出した水泳距離を報知する報知部と
   を備えることを特徴とする水泳距離計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の水泳距離計測装置において、
   前記方向転換検出部は、前記泳者の所定部位の加速度を検出し、加速度に応じて信号レベルが変動する加速度信号を生成する加速度検出部を有し、前記加速度信号に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定することを特徴とする水泳距離計測装置。
4. 請求項３に記載の水泳距離計測装置において、
   前記方向転換検出部は、前記加速度信号に周波数解析を施して周波数スペクトルを取得する周波数解析部を有し、前記周波数スペクトルの変化に基づいて、泳者が方向転換したか否かを判定することを特徴とする水泳距離計測装置。
5. 請求項４に記載の水泳距離計測装置において、
   前記方向転換検出部は、前記周波数スペクトルから泳者のストロークピッチを特定し、このストロークピッチの変化に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定することを特徴とする水泳距離計測装置。
6. 請求項５に記載の水泳距離計測装置において、
   前記方向転換検出部は、前記周波数スペクトルから泳者のストロークピッチを特定し、前後のストロークピッチの比に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定することを特徴とする水泳距離計測装置。
7. 請求項３に記載の水泳距離計測装置において、
   前記方向転換検出部は、前記加速度信号のレベル変化に基づいて泳者が方向転換したか否かを判定することを特徴とする水泳距離計測装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の水泳距離計測装置において、
   着水及び離水を検出する水検出部を有し、
   前記水泳距離算出部は、前記水検出部が着水を検出した場合に、水泳距離の算出処理を開始することを特徴とする水泳距離計測装置。
9. 請求項８に記載の水泳距離計測装置において、
   前記水泳距離算出部は、前記水検出部が離水を検出した場合に、水泳距離の算出処理を終了することを特徴とする水泳距離計測装置。
10. 請求項９に記載の水泳距離計測装置において、
    前記水泳距離算出部は、水泳距離の算出処理を実行中に前記水検出部が離水を検出すると、この検出時点から予め定めた設定期間が経過するまで前記水検出部が離水を検出している場合に、水泳距離の算出処理を終了することを特徴とする水泳距離計測装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の水泳距離計測装置において、
    水泳時間を計測する水泳時間計測部を有し、
    前記水泳距離算出部は、前記方向転換検出部が方向転換したことを検出した場合に、それまでの水泳距離と水泳時間との比に基づいて単位時間当たりの移動距離を算出し、前記単位時間が経過する毎に、前記水泳距離に前記移動距離を累積加算して水泳距離を算出することを特徴とする水泳距離計測装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の水泳距離計測装置において、
    目標水泳距離を設定する目標水泳距離設定部と、
    前記水泳距離が目標水泳距離に達したか否かを判定し、目標水泳距離に達した場合にその旨を前記報知部により報知させる距離監視部とを有することを特徴とする水泳距離計測装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の水泳距離計測装置において、
    前記水泳距離計測装置は、泳者の腕に巻回可能なバンドを備え、このバンドを介して泳者の腕に取り付けられることを特徴とする水泳距離計測装置。
14. 泳者が方向転換したか否かを監視するステップと、
    方向転換したことを検出する毎に、予め設定された泳者が往復で泳ぐ片道距離を累積加算した水泳距離を算出する水泳距離算出ステップと、
    算出した水泳距離を報知する報知ステップと
    を実行することを特徴とする水泳距離計測装置の制御方法。

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