JP3804645B2 - 運動量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ランニングや競歩等の運動を行っている最中に、該運動の運動量を測定する運動量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
運動量（本明細書では、運動強度とは、各瞬間における運動の強さを指し、運動量とはある時間内における運動の量を指す）を測定する装置の一例としては、万歩計（登録商標）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、運動を行う場合、ある一定強度以下の運動は、体力増強の観点からみると無意味であり、ある一定強度以上の運動は、逆に危険であるため、適正強度の運動を行う必要がある。通常、万歩計は、ゆっくり歩いても、速く歩いても、同じ一歩として計数する。そのため、使用者は、歩数を知ることはできても、該歩数のうち、自分にとって真に有効な歩数（すなわち適正強度の運動量）がどのくらいであったのかを知ることはできなかった。さらに、同一人物であっても、運動を重ねる毎に、上記適正強度は改善されてくる。これに対して、個人の運動能力の向上に対応して運動量を測定できる装置はこれまでなかった。
【０００４】
この発明は、このような背景の下になされたもので、使用者にとって適正な強度の運動についてのみ、その運動量を測定することができる運動量測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するため、この発明は、使用者の最大酸素摂取量（ＶＯ2max）に基づいて、運動時における適正な脈拍数の範囲を設定する脈拍数設定手段と、使用者の脈拍数を測定する脈拍数測定手段と、前記使用者の体動を検出する体動検出手段と、前記体動検出手段の検出値が所定値以上である場合に、前記脈拍数測定手段により測定された脈拍数が前記脈拍数設定手段により設定された範囲内にある時間を累積する累積手段と、前記累積手段による累積結果を告知する告知手段とを具備することを特徴とする。
この特徴によれば、使用者にとって適正な強度の運動についてのみ、運動量を測定することができるという効果がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
〈第１実施形態〉
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
１．実施形態の構成
図１は、本実施形態による運動強度・運動量測定装置の構成例を示すブロック図である。この図において、脈波センサ３０１は、生体から脈波を検出し、検出した脈波信号を脈波信号増幅回路３０３に出力する。脈波センサ３０１としては、例えば、圧電マイクを用いる。体動センサ３０２は、生体の動きを検出し、検出した体動信号を体動信号増幅回路３０４に出力する。体動センサ３０２としては、例えば、加速度センサを用いる。
【０００７】
脈波信号増幅回路３０３は、検出された脈波信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３０５及び脈波波形整形回路３０６に出力する。体動信号増幅回路３０４は、検出された体動信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路３０５及び体動波形整形回路３０７に出力する。Ａ／Ｄ変換回路３０５は、増幅された脈波信号と体動信号をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ３０８に出力する。
【０００８】
脈波波形整形回路３０６は、増幅された脈波信号を整形し、ＣＰＵ３０８に出力する。体動波形整形回路３０７は、増幅された体動信号を整形し、ＣＰＵ３０８に出力する。安静時脈波波形記憶部３１４は、具体的には不揮発性メモリ（Ｅ²ＰＲＯＭ，フラッシュメモリ，バッテリバックアップされたＲＡＭ等）であり、ＣＰＵ３０８が求めた安静時の脈波波形を記憶する。
【０００９】
発振回路３１１は、一定周期のクロックパルスを生成する。分周回路３１２は、発振回路３１１が生成したクロックパルスを分周して、所定周期のパルスを生成する。表示素子３１３は、液晶表示器で構成され、上記時間の累積値を表示する。入力部３１６は、各種モードの選択に用いられるモードスイッチＭと、設定値の変更に用いられるアップスイッチＵおよびダウンスイッチＤと、設定値の決定に用いられるセットスイッチＳとを有する。
【００１０】
脈拍数テーブル記憶部３１５は、具体的にはＲＯＭ（リードオンリメモリ）で構成され、脈拍数テーブルを記憶している。図１７は、上記脈拍数テーブルの一例を示す説明図である。この図に示すように、脈拍数テーブルは、各ＶＯ_2max毎に、該ＶＯ_2maxに対応する脈拍数を記憶している。この図において、ＶＯ_2maxとは、ある人が、その人にとって最大強度の運動をした時点における酸素の摂取量である。また、ＶＯ_2maxは、酸素の摂取量を示すと共に、「ＶＯ_2maxが４０〔ml/kg/分〕の運動」というように、運動の強度を表すのにも利用される。
【００１１】
この図において、各ＶＯ_2maxに対応する脈拍数は、ＶＯ_2maxが該値である平均的な人が、該ＶＯ_2maxの５０％に相当する強度の運動をした場合における、脈拍数を示している。なお、脈拍数テーブル記憶部３１５には、２種類の脈拍数テーブル（男性用および女性用）が記憶されており、図１７に示した脈拍数テーブルは男性用である。
【００１２】
図２は、本装置の外観例を示す斜視図である。この図において、本体１１はベルト１２によって使用者の腕に取り付けられている。また、上記脈波センサ３０１（図１参照）および体動センサ３０２（図１参照）は、指ベルト１３によって指に固定されている。
【００１３】
２．実施形態の動作
（１）ＶＯ_2maxの測定
次に、上記運動強度・運動量測定装置の動作を説明する。
あらかじめ、使用者は、公知の「間接法」を用いて自分のＶＯ_2maxを推定しておく。ここで、「間接法」とは、最大下運動中の仕事率と心拍数とからＶＯ_2max／ｗｔを推定する方法である（保険の科学，第３２巻，第３号，１９９０年参照）。
【００１４】
次に、使用者が、モードスイッチＭ（図１参照）を押すと、表示素子３１３の表示は図１８（ａ）に示す状態に変化する。この状態において、使用者がアップスイッチＵ（またはダウンスイッチＤ）を１回押す度に、表示素子３１３の表示が”１（男性）”から”２（女性）”へ、または、”２（女性）”から”１（男性）”へ変化するので、これにより、使用者は、該表示を自分の性別に合わせた後、セットスイッチＳを押して、該値を入力する。ここでは、一例として、”１（男）”が入力されたとする。
【００１５】
性別が入力されると、ＣＰＵ３０８は、脈拍数テーブル記憶部３１５に記憶されている２種類の脈拍数テーブル（男性用および女性用）の中から、該性別に対応する脈拍数テーブルを読み出す。ここでは、”１（男性）”が入力されたので、ＣＰＵ３０８は、男性用の脈拍数テーブル（図１７参照）を読み出す。
次に、使用者がモードスイッチＭを押すと、表示素子３１３の表示は図１８（ｂ）に示す状態に変化する。
【００１６】
この状態において、使用者がアップスイッチＵを押し続けている間、表示素子３１３の表示がカウントアップし、使用者がダウンスイッチＤを押し続けている間、表示素子３１３の表示がカウントダウンするので、これにより、使用者は、該表示を自分のＶＯ_2maxに合わせた後、セットスイッチＳを押して、該値を入力する。ここでは、一例として、“４０”が入力されたとする。
【００１７】
ＶＯ_2maxが入力されると、ＣＰＵ３０８は、読み出した脈拍数テーブル（図１７参照）から、該ＶＯ_2maxに対応する脈拍数を読み出す。ここでは、“４０”が入力されたので、ＣＰＵ３０８は、該“４０”に対応する値“１２５”を読み出す。
【００１８】
次に、ＣＰＵ３０８は、読み出した脈拍数に所定の上限値係数１．２（すなわち１２０％）を乗算することにより、脈拍数の上限値を求める。ここでは、上記脈拍数が“１２５”であるので、上限値は“１５０”となる。同様に、ＣＰＵ３０８は、読み出した脈拍数に所定の下限値係数０．８（すなわち８０％）を乗算することにより、脈拍数の下限値を求める。ここでは、上記脈拍数が“１２５”であるので、下限値は“１００”となる。
【００１９】
（２）安静時のデータ収集
脈拍数の上限値および下限値の設定が終了した後、使用者がその安静時にスタートスイッチＳとモードスイッチＭとを同時に押下すると、本装置は、該使用者の安静時の脈波波形を検出する。その詳細を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２０】
この図において、ステップＳＡ１では、脈波を検出し、該脈波信号を増幅し、増幅された脈波信号をＡ／Ｄ変換する。ステップＳＡ２では、体動を検出し、該体動信号を増幅し、増幅された体動信号をＡ／Ｄ変換する。ステップＳＡ３では、Ａ／Ｄ変換された脈波信号と体動信号をＦＦＴ処理する。
【００２１】
ステップＳＡ４では、ＦＦＴ処理された脈波信号および体動信号に基づいて、拍動周波数成分を抽出する。なお、本明細書において「拍動周波数成分」とは、脈波信号のＦＦＴ処理結果から体動信号に対応する周波数成分を除去したものをいう。この処理の詳細は「（３）運動時のデータ収集」において詳述するが、安静時においては体動信号のレベルは無視できる程度に低いものである。このため、拍動周波数成分は、脈波信号をそのままＦＦＴ処理した結果と等しくなる。
【００２２】
次に、ステップＳＡ５では、抽出された拍動周波数成分から脈拍数を演算する。安静時の脈波波形を検出すると、ＣＰＵ３０８は、該脈波波形を、安静時脈波波形記憶部３１４に記憶する。すなわち、拍動周波数成分の中から基本波成分が抽出され、「６０秒」を該基本波成分の逆数（基本波成分の周期）で除算した値が脈拍数になる。
【００２３】
図４（ａ）は、周波数ｆＡと周波数ｆＢ（但し、周波数ｆＢの振幅は、周波数ｆＡの１／２）を加算した信号を示す図であり、図４（ｂ）は、該加算信号をＦＦＴ処理した結果を示すグラフである。ＦＦＴ処理した結果得られる最も低い周波数は、分析時間の逆数で決定される。例えば、分析時間を１６〔ｓｅｃ〕とすると線スペクトルは１／１６〔ｓｅｃ〕、すなわち６２．５〔ｍｓｅｃ〕の分解能で得られる。したがって、分析対象の信号は１６〔Ｈｚ〕の整数倍の高調波成分に分解される。それぞれの高調波成分の大きさ（パワー）が縦軸で表現される。図４（ｂ）においては、周波数ｆＡのパワーの半分を周波数ｆＢが持っている事を示している。
【００２４】
（３）運動時のデータ収集
次に、使用者が、その運動時に、スタートスイッチＳＴを入れると、図３のルーチンが繰り返し実行される。これにより、該使用者の運動時の脈波波形が検出される。そして、該ルーチンが実行される毎にステップＳＡ４を介して図７のサブルーチンが呼び出される。そこで、この図７のサブルーチンの詳細について以下説明する。
【００２５】
まず、運動状態においては、脈波に体動成分が重畳するため、この体動成分を除去する処理が必要になる。
図５は、運動状態での脈波センサ３０１と体動センサ３０２の出力信号をＦＦＴ処理した結果の一例を示すグラフである。この図において、（ａ）は脈波センサ３０１の出力信号をＦＦＴ処理した結果（脈波スペクトルｆmg）を表し、（ｂ）は体動センサ３０２の出力信号をＦＦＴ処理した結果（体動スペクトルｆsg）を表し、（ｃ）は脈波スペクトルｆmgから体動スペクトルｆsgを引いた拍動スペクトルｆＭを表す。
【００２６】
この図に示すように、（ａ）には、拍動周波数成分と体動によって発生する信号がもつ周波数成分の両方が乗ってくる。それに対して、体動センサ３０２は体動だけに反応するので、（ｂ）には、体動によって発生する信号だけが持つ周波数成分が得られる。したがって、脈波スペクトルｆmgから体動スペクトルｆsgを引き、残った線スペクトルｆＭの中で最大のものを拍動周波数成分として特定する。
【００２７】
しかし、実際にはそれぞれのセンサ出力波形を周波数分析すると、高調波信号の影響が有って単純に差を取る方法だけでは難しい場合も有る。そこで、脈波を特定する方法を更に詳しく説明する。まず、解析する周波数範囲について検討する。通常、体動周波数は１〜２〔Ｈｚ〕である。従って、ｆmax＝４〔Ｈｚ〕とすると、第３高調波のチェックまでで十分である。
【００２８】
詳細は後述するが、本実施形態においては、２〜４〔Ｈｚ〕の周波数領域の最大体動成分を抽出して、その最大成分が体動成分の第２高調波であると推定する。
この推定を行う理由について述べる。図６は、体動センサ３０２の出力をＦＦＴ処理した結果である。一般に、運動状態、特に走行状態においては、図６のごとく基本波に比べて第２高調波のパワーがより高く得られる（ごく平均的な走り方をしている時で、３〜１０倍程度）。走行時の体動センサ３０２の検知要因として、以下の３点が考えられる。
【００２９】
（１）走行時の上下動
（２）腕の振りの基本波
（３）腕の振りの第２高調波
【００３０】
（１）に関しては、右足をステップした時と左足をステップした時に均等に上下動が出るので、体動成分の第２高調波となる。（２）に関しては、腕の振り出し，引き戻しを一周期とする振り子運動を指すが、通常走行において腕の振りを滑らかな振り子運動にするのは難しく、この成分のパワーは弱めとなる。（３）については、腕の振り出し、引き戻しのそれぞれの瞬間に加速度がかかる為、第２高調波が（２）の基本波より強く出る。
【００３１】
したがって、体動周波数の内、第２高調波成分が特徴的に得られることになる。通常走行では、２〜４〔Ｈｚ〕の範囲であれば走行ペースの速い遅いを考えても第２高調波が出現する額域をカバー出来る。したがって、この領域に限定した上で特徴的な第２高調波成分を抽出することで検出精度を上げる事が出来る。
【００３２】
図７は、体動信号の高調波を特定した後に脈波周波数成分を特定するサブルーチンのフローチャートであり、上述したステップＳＡ４において呼び出される。ステップＳＤ１では、体動信号の周波数分析結果に基づいて、パワーＰが最大の線スペクトルｆsを求める。ステップＳＤ２では、ｆsの１／２の周波数に、ある一定値Ｔｈ以上の体動成分Ｐ（ｆs／２）が有るか否かを判断する。
【００３３】
この判断結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、ある一定値Ｔｈ以上の体動成分Ｐ（ｆs／２）が有る場合には、ステップＳＤ３へ進む。ステップＳＤ３では、ｆsを第２高調波（ＨＭＣ＝２）と特定する。
【００３４】
一方、ステップＳＤ２の判断結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、ある一定値Ｔｈ以上の体動成分Ｐ（ｆs／２）が無い場合は、ステップＳＤ４へ進む。
ステップＳＤ４では、ｆsの１／３の周波数に、ある一定値Ｔｈ以上の体動成分Ｐ（ｆs／３）が有るか否かを判断する。
【００３５】
この判断結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、ある一定値Ｔｈ以上の体動成分Ｐ（ｆs／３）が有る場合、ステップＳＤ５へ進む。ステップＳＤ５では、ｆsを第３高調波（ＨＭＣ＝３）と特定する。
【００３６】
一方、ステップＳＤ４の判断結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、ある一定値Ｔｈ以上の体動成分Ｐ（ｆs／３）が無い場合は、ｆsを基本波ｆs1と特定する。
以上の処理でｆsが第何高調波であるかが特定できたため、ステップＳＤ７では、体動の基本波ｆs1を求める。
【００３７】
ステップＳＤ８〜ＳＤ１１では、脈波の周波数分析結果から、パワーＰの大きな線スペクトル順に、その周波数ｆｍと体動周波数との比較を行い、その周波数が体動信号の基本波（ｆs1），第２高調波（２×ｆs1），第３高調波（３×ｆs1）と一致するかどうかをチェックする。この処理を行うことで、ステップＳＤ１２において、体動成分と一致しない最大の脈波周波数成分ｆｍを抽出する事ができる。
【００３８】
（４）全体処理
（４．１）運動量の表示
以上のように、図３のルーチンが繰り返し実行されることにより、運動時において脈波周波数成分（ステップＳＡ４）および脈拍数（ステップＳＡ５）が逐次求められる。脈拍数が測定される度に、ＣＰＵ３０８は、測定した脈拍数が上限値と下限値との間にあるか否かを判断する。
【００３９】
そして、上記脈拍数が上限値と下限値との間にある間は、ＣＰＵ３０８は、発振回路３１１および分周回路３１２より供給されるクロックパルスに基づく間隔で、ＲＡＭ３０９に記憶されている累積時間をインクリメントする。
【００４０】
一方、上記脈拍数が上限値ＵＬ以上または下限値ＬＬ以下になると、ＣＰＵ３０８は、ＲＡＭ３０９に記憶されている累積時間のインクリメントを停止する。なお、脈拍数にかかわらず、ＣＰＵ３０８は、一定周期で、ＲＡＭ３０９に記憶されている上記累積時間を表示素子３１３に転送するので、表示素子３１３は該累積時間を表示する。かかる処理により、運動量が求められる。
【００４１】
（４．２）運動強度の表示
また、拍動周波数成分が測定される毎に、ＣＰＵ３０８は、上記安静時脈波波形記憶手段３１４に記憶されている安静時の脈波波形を読み出し、該安静時脈波波形と運動時脈波波形の拍動周波数成分とに基づいて運動強度を推定する。
【００４２】
ここで、脈波波形の拍動周波数成分の歪率に基づいて運動強度を推定する方法について説明する。図１０は平脈の周波数スペクトルの一例を示すグラフであり、図１１は滑脈の周波数スペクトルの一例を示すグラフであり、図１２は弦脈の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。これらの図から判るように、弦脈→平脈→滑脈の順で、歪率が大きくなる。そして、運動状態においては、運動強度が強くなるほど脈波波形の歪率が高くなる。
【００４３】
そこで、ＣＰＵ３０８は、安静時脈波波形と運動時脈波波形の拍動周波数成分とについて、それぞれ歪率を算出し、両者の差分値が大きいほど運動強度が大きいと判定する。
なお、上記歪率は次式のように定義する。
【００４４】
【式１】

【００４５】
〈第２実施形態〉
次に、この発明の第２実施形態について説明する。本実施形態による運動強度・運動量測定装置の構成は、第１実施形態による運動強度・運動量測定装置の構成と基本的に同じものである。但し、入力部３１６に新たなスイッチ（スタートスイッチＳＴ、図１に破線で示す）が追加されている点が、第１実施形態による装置と異なる。
【００４６】
本装置の動作は、第１実施形態による装置の動作と基本的に同じものである。但し、第１実施形態による運動強度・運動量測定装置が、脈拍数の上限値および下限値の設定時を除くと、常時、運動量の測定（すなわち、脈拍数の測定とその結果による累積時間の更新）を行うのに対して、本装置は、上限値および下限値の設定終了後、上記スタートスイッチＳＴを押すことにより、運動量の測定を開始し、該スタートスイッチＳＴを再度押すことにより、運動量の測定を終了する点が、第１実施形態による装置と異なる。
【００４７】
〈第３実施形態〉
次に、この発明の第３実施形態について説明する。本実施形態による運動強度・運動量測定装置の構成は、第１実施形態による運動強度・運動量測定装置の構成（図１参照）と基本的に同じものである。但し、体動センサ３０２の出力信号が、直接、ＣＰＵ３０８に入力されている点が、第１実施形態による装置と異なる。
【００４８】
本装置の動作は、第１実施形態による運動強度・運動量測定装置の動作と基本的に同じものである。但し、第１実施形態による装置が、脈拍数の上限値および下限値の設定時を除くと、常時、運動量の測定（すなわち、脈拍数の測定とその結果による累積時間の更新）を行うのに対して、本装置は、体動センサ３０２の出力信号のレベルが所定値以上の場合のみ、運動量の測定を行う点が、第１実施形態による装置と異なる。これは、運動以外の要因（精神的なプレッシャー等）によって脈拍数が増加した場合には、上記時間の累積を行わないようにするためである。
【００４９】
〈変形例〉
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、例えば以下に列挙するように、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【００５０】
（１）拍動成分の特定方法の変形
（１．１）最も簡略化した場合
上記各実施形態においては、図７のフローチャートによって拍動周波数成分が特定された。しかし、ＣＰＵ３０８の処理能力が充分ではない場合等においては、拍動周波数成分を特定する処理を以下のように簡略化することができる。
【００５１】
図８は、拍動周波数成分の特定方法を簡略化した例を示すフローチャートである。この図において、ステップＳＢ３では、脈波体動減算処理（ｆＭ＝ｆmg−ｆsg）を行い、拍動信号だけに有る周波数成分を取り出す。ステップＳＢ４で、取り出された脈波成分ｆＭの中の最大の周波数成分を特定する。特定されたｆＭmaxが拍動の周波数成分である。拍動成分と体動成分には運動負荷による高調波成分の変化に差があり、拍動成分に変化が良く現れる。これは、心機能の変化に起因するものであり、一回拍出量（ＳＶ）の変化に良く現れる。また、周知のように、拍数も運動負荷が大きくなるにつれ増加する。
【００５２】
（１．２）体動成分の最大成分を第２高調波であると特定する場合
上記実施形態においては、体動成分の最大成分が第２高調波であると最初に推定し、この推定が正しいか否かについて検証を行った（ステップＳＤ２，ＳＤ４）。
この推定が正しくなる確率は、運動の種類（ランニング、水泳、競歩等）や、その運動における使用者の体の動かしかた等の条件に応じて変化すると考えられる。
従って、条件さえ整えば、きわめて高い確率で上記推定が正しくなる。かかる場合には、推定を検証する処理を省略することができる。
【００５３】
図９は、かかる原理に基づいて脈波成分の特定方法を簡略化した例を示すフローチャートである。この図において、ステップＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３では、体動成分として比較的検出し易い体動センサ３０２の第２高調波ｆs2を特定する。ステップＳＣ２に示すｆminは、運動を例えば走行とした場合、走行の第２高調波の出現する下限周波数である２〔Ｈｚ〕とする。
【００５４】
一方、ステップＳＣ２に示すｆmaxは、Ａ／Ｄ変換するサンプリングレートで決まる周波数であり、サンプリング周波数を８〔Ｈｚ〕とすると、サンプリング定理から、原波形が再現できる最高周波数は４〔Ｈｚ〕と自動的に決まる。このｆmaxからｆminの範囲における最大の線スペクトルを、体動成分の第２高調波ｆs2として特定する。
【００５５】
次に、ステップＳＣ４では、体動成分の基本波ｆs1を求める。ステップＳＣ５，ＳＣ６，ＳＣ７，ＳＣ８では、脈波センサ３０１の検出スペクトルから体動成分の基本波（ｆs1），第２高調波（２×ｆs1），第３高調波（３×ｆs1）と一致する脈波成分を除去する。ステップＳＣ９では、除去した後に残った最大の周波数成分を脈波ｆｍとして特定する。
【００５６】
（２）運動強度の推定方法の変形
上記実施形態においては、脈波の歪率に基づいて運動強度の推定を行ったが、脈波の種類によって運動強度の推定を行ってもよい。以下、その詳細を説明する。
【００５７】
図１３は平脈の一例を示す波形図であり、図１４は滑脈の一例を示す波形図であり、図１５は弦脈の一例を示す波形図である。これらの図から判るように、平脈，滑脈，弦脈では、それぞれ血圧の振幅が異なる。
【００５８】
そこで、ＣＰＵ３０８は、安静時脈波波形について、各高調波成分の振幅の大小関係を比較し、該安静時脈波波形が平脈，滑脈，弦脈のうちのいずれであるかを判断する。例えば、第２調波の振幅と第３調波の振幅とを比較し、第２調波の方が大きいならば平脈と判断し、第３調波の方が大きいならば滑脈と判断する。また、第２調波の振幅が第１調波の振幅のほぼ半分以下ならば弦脈と判断する。
【００５９】
同様に、ＣＰＵ３０８は、運動時脈波波形について、各高調波成分の振幅の大小関係を比較し、該運動時脈波波形が平脈，滑脈，弦脈のうちのいずれであるかを判断する。そして、ＣＰＵ３０８は両者の波形分類より運動強度を測定する。
【００６０】
（３）運動強度等の告知方法の変形
（３．１）視覚による告知の変形
上記実施形態においては、運動強度および運動量を表示素子３１３に数値表示したが、表示形態はこれに限定されるものではない。例えば、図１９に示すように、過去および現在の運動強度および運動量をグラフ表示してもよい。また、これらが適切な範囲にあるか否かを図２０に示すようなフェースチャートで表示してもよい。
【００６１】
（３．２）視覚以外による告知
また、運動強度等の告知方法としては、表示素子３１３（液晶表示器）以外にも、聴覚や触覚による告知を行っても良い。例えば、聴覚の場合は、過負荷による危険時にはブザーを鳴らしてもよい。また、触覚による場合は、通電時に本体１１（図２参照）の下面から突出する形状記憶合金を設け、この形状記憶合金に過負荷による危険時に通電を行うようにする。あるいは、偏心荷重を回転させて人体に振動を伝える振動アラームが周知であるが、これを本体１１と一体もしくは別体に設け、過負荷による危険時に通電するようにしてもよい。さらに、本体１１の下面内側の一部を図１６に示すように７０μｍ程度の厚さにして凹部を作り、ここに、ピエゾ素子ＰＺＴを取り付けるようにしてもよい。このピエゾ素子に適当な周波数の交流電流を印加すると、ピエゾ素子ＰＺＴが振動し、その振動が人体に伝達される。したがって、過負荷による危険時に交流電流を印加するようにすれば、触覚的な運動強度の告知を行うことができる。なお、ピエゾ素子ＰＺＴの厚みは１００μｍ，直径は凹部の直径の８０％程度にするとよい。
【００６２】
（４）ＶＯ_2maxの測定方法等の変形
たとえば、ＶＯ_2maxの推定方法としては、上述した間接法の他に、呼吸気の成分から測定する方法や、乳酸閾値から求める方法も考えられる。ここで、「呼吸気法」とは、最大下運動中の仕事率と呼気中二酸化炭素とからＶＯ_2max／ｗｔを推定する方法であり、「乳酸閾値法」とは、最大下運動中の仕事率と血中乳酸とからＶＯ_2max／ｗｔを推定する方法である。
【００６３】
また、ＶＯ_2maxの入力方法としては、アップスイッチＵおよびダウンスイッチＤによる方法の他に、小型のテンキーを設けて行う方法や、パーソナルコンピュータ等の機器から通信（ワイヤレス／ワーヤードいずれも可）で行う方法も考えられる。また、図１７に示す脈拍数テーブルはあくまで一例であり、上記実施形態におけるＶＯ_2maxと脈拍数との関係はこれに限定されるものではない。
【００６４】
（５）運動処方の告知
上記第１〜第３実施形態において、使用者のＶＯ_2maxが入力された場合に、入力されたＶＯ_2maxに基づいて、使用者に運動処方を告知してもよい。その詳細を以下説明する。まず、運動処方を告知するためには、使用者に最適な運動強度と、一回あたりの運動時間と、所定期間内における運動頻度とを特定する必要がある。
【００６５】
上述したように、「最適な運動強度」はＶＯ_2maxの５０％に相当する運動強度であるから、ＶＯ_2maxが求められると直ちに求まる。また、一般人を対象にすると、一回あたりの好適な運動時間は「２０分」程度であり、好適な運動頻度は「４０〜５０％」程度（すなわち１０日のうち４〜５日）である。
【００６６】
従って、本変形例にあっては、ＶＯ_2maxが得られた場合に、図２１に示すような運動目標画面が表示素子３１３に表示される。図示の例にあっては、週に３回、７５０［ｋｐｍ／分］の運動を２０分続ければよいことが解る。ここで使用者が所定の操作を行うと、表示素子３１３に図２２に示す画面が表示される。
【００６７】
図において６０１は運動量目標値表示部であり、使用者の１週間あたりの運動量の目標値を表示する。上記例にあっては、「７５０［ｋｐｍ／分］×２０［分］×３［回］＝４５０００［ｋｐｍ］」が運動量目標値になるため、この値が表示されている。６０２は運動量現在値表示部であり、過去１週間の使用者の運動量の積算値を表示する。但し、図示の例では、使用者が本変形例の装置の使用を初めて開始してＶＯ_2maxを求めた直後の状態を想定しているから、運動量現在値表示部６０２には「０」が表示されている。
【００６８】
次に、６０３は円グラフ表示部であり、運動量目標値に対する運動量現在値の割合の百分率を円グラフで表示する。６０４はフェースチャート表示部であり、運動量目標値に対する運動量現在値の割合に応じたフェースチャートを表示する。６０７は運動強度目標値表示部であり、先に求められた運動強度の目標値（７５０［ｋｐｍ／分］）が表示される。６０６は運動強度現在値表示部であり、運動強度の現在値を表示する。図示の例では、使用者が静止していることを仮定しており、運動強度現在値表示部６０６には「０」が表示されている。
【００６９】
次に、６０５は運動強度メータであり、「０％」〜「２００％」の範囲で、「１０％」間隔で２０個のＬＥＤを配置し、これらの点灯状態によって、運動強度現在値の運動強度目標値に対する割合を表示する。図示の例では運動強度現在値が「０」であるから、全てのＬＥＤが消灯状態になっている。ここで、運動強度メータ６０５を構成するＬＥＤのうち「１０〜７０％」に対応するものは黄色、「８０〜１２０％」に対応するものは緑色、「１３０％以上」に対応するものは赤色に点灯する。
【００７０】
次に、使用者がある程度の運動を行っている状態における表示例を図２３に示す。図示の例では運動量現在値は「１３５００」になっているため、運動量目標値の「３０％」が達成されている。従って、これに対応した円グラフが円グラフ表示部６０３に表示されるとともに、フェースチャート表示部６０４に表示されるフェースチャートも当該達成率に応じたものに変更されている。
【００７１】
一方、運動強度現在値は「１３００」であり、運動強度目標値である「７５０」を大きく上回っているため、運動強度メータ６０５内の赤色のＬＥＤのうち数個が点灯する。従って、使用者はこれを見て運動強度が強過ぎることを知ることができる。
【００７２】
次に、使用者の運動量、運動強度が共に好適な状態を図２４に示す。この図において運動量現在値は「４５０００［ｋｐｍ］」になっており、運動量目標値が達成されている。従って、円グラフ表示部６０３およびフェースチャート表示部６０４においては、かかる状況に対応した表示がなされている。また、運動強度現在値は「９８０［ｋｐｍ／分］」であり、運動強度目標値の±２０％の範囲に含まれるから、運動強度メータ６０５においては対応する緑色のＬＥＤが点灯される。
本変形例においては、過去７日間に渡る運動量が各日毎に記憶され、これらの積算結果が運動量現在値として表示される。そして、所定時刻（例えば午前０時）になると、最も古い日の運動量データが破棄され、これに代えて新たな日の運動量データが用いられる。
【００７３】
上記例においては運動量の積算期間を７日間としたが、この積算期間は１０日等、使用者が自由に設定できるようにしてもよい。従って、例えば「３ケ月後」のように所定の期日を設定して、その間に目標とする運動量を設定してトレーニングを行うことができる。
【００７４】
（６）その他の変形
ＣＰＵ３０８が行う周波数解析方法としては、ＦＦＴの他に、最大エントロピー法や、ウェブレット変換法等も考えられる。
【００７５】
また、脈拍の検出場所は、指に限らず、脈波が測れる場所（一例としては、耳等）ならばどこでも良い。同様に、体動センサ３０２として用いる加速度センサは、腕のみに限らず、走者の身体のどこかに装着すれば、その加速度変化からピッチの測定を行うことができる。このため、各センサの固定方法も、図２に示す指ベルト１３に限らず、指サックや腕ベルト等でも構わない。
【００７６】
また、脈拍数テーブルより読み出した脈拍数を、使用者の年齢や、温度センサー（図示略）により得た周囲温度や、その時の体調に合わせた好みの運動強度等で補正することも考えられる。また、上限値および下限値の幅としては、上述した±２０％以外の値も考えられる。また、脈波センサ３０１および体動センサ３０２としては、光学式センサを用いることも考えられる。
【００７７】
また、上記実施形態では、脈拍数テーブル記憶部３１５はＲＯＭで構成されるとしたが、この他にも、該脈拍数テーブル記憶部３１５を書き換え可能な不揮発性メモリ（具体的には、Ｅ²ＰＲＯＭ，フラッシュＲＯＭ，バッテリバックアップされたＲＡＭ等）で構成することも考えられる。この場合、使用者の運動能力の向上に対応して、図１７に示す脈拍数テーブルの内容を随時書き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 運動強度・運動量測定装置の構成例を示すブロック図である。本発明の第１実施形態に係る
【図２】 同運動強度・運動量測定装置の外観を示す斜視図である。
【図３】 同運動強度・運動量測定装置による脈波波形の検出方法を示すフローチャートである。
【図４】 （ａ）は周波数ｆＡと周波数ｆＢを加算した信号を示す図であり、（ｂ）は該加算信号をＦＦＴ処理した結果を示すグラフである。
【図５】 運動状態での脈波センサ３０１と体動センサ３０２の出力信号をＦＦＴ処理した結果の一例を示すグラフである。
【図６】 体動センサ３０２の出力をＦＦＴ処理した結果である。
【図７】 体動信号の高調波を特定した後に拍動周波数成分を特定する処理方法を示すフローチャートである。
【図８】 図７に示す処理の変形例に係るフローチャートである。
【図９】 図７に示す処理の変形例に係るフローチャートである。
【図１０】 平脈の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。
【図１１】 滑脈の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。
【図１２】 弦脈の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。
【図１３】 平脈の一例を示す波形図である。
【図１４】 滑脈の一例を示す波形図である。
【図１５】 弦脈の一例を示す波形図である。
【図１６】 告知手段としてピエゾ素子を用いる場合の設置状態を示す断面図である。
【図１７】 脈拍数テーブルの一例を示す説明図である。
【図１８】 表示素子３１３の表示例を示す説明図である。
【図１９】 運動強度および運動量の表示態様の変形例を示す図である。
【図２０】 運動強度および運動量の表示態様の変形例を示す図である。
【図２１】 表示素子１３１による運動処方の告知例を示す図である。
【図２２】 表示素子１３１による運動処方の告知例を示す図である。
【図２３】 表示素子１３１による運動処方の告知例を示す図である。
【図２４】 表示素子１３１による運動処方の告知例を示す図である。
【符号の説明】
１１…本体、１３…指ベルト、３０１…脈波センサ、３０２…体動センサ、３０３…脈波信号増幅回路、３０４…体動信号増幅回路、３０５…Ａ／Ｄ変換回路、３０８…ＣＰＵ、３１３…表示素子、３１４…安静時脈波波形記憶部、３１５…脈拍数テーブル記憶部、３１６…入力部。

Claims (10)

1. 最大酸素摂取量に基づいて、運動時における適正な脈拍数の範囲を設定する脈拍数設定手段と、
   使用者の脈拍数を測定する脈拍数測定手段と、
   前記使用者の体動を検出する体動検出手段と、
   前記体動検出手段の検出値が所定値以上である場合に、前記脈拍数測定手段により測定された脈拍数が前記脈拍数設定手段により設定された範囲内にある時間を累積する累積手段と、
   前記累積手段による累積結果を告知する告知手段と
   を具備することを特徴とする運動量測定装置。
2. 請求項１記載の運動量測定装置において、
   前記脈拍数設定手段は、
   最大酸素摂取量と脈拍数との対応関係を記憶する記憶手段と、
   予め求めておいた最大酸素摂取量を入力する入力手段と、
   前記入力された最大酸素摂取量に対応する脈拍数を前記記憶手段から読み出す読出手段と、
   前記読み出された脈拍数を補正する補正手段と、
   前記補正された脈拍数を中心とする所定幅の範囲を算出する算出手段と
   からなることを特徴とする運動量測定装置。
3. 請求項２記載の運動量測定装置において、
   前記最大酸素摂取量は、間接法により推定された値であることを特徴とする運動量測定装置。
4. 請求項２記載の運動量測定装置において、
   前記最大酸素摂取量は、呼吸気の成分から推定された値であることを特徴とする運動量測定装置。
5. 請求項２記載の運動量測定装置において、
   前記最大酸素摂取量は、乳酸閾値に基づいて推定された値であることを特徴とする運動量測定装置。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の運動量測定装置において、
   前記記憶手段は、前記対応関係を性別毎に記憶しており、
   前記入力手段は、前記最大酸素摂取量の他に性別も入力し、
   前記読出手段は、前記入力された性別および最大酸素摂取量に対応する脈拍数を前記記憶手段から読み出す
   ことを特徴とする運動量測定装置。
7. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の運動量測定装置において、
   前記脈拍数測定手段は、
   前記使用者の脈波を検出する脈派検出手段と、
   前記脈派検出手段により検出された脈波信号と前記体動検出手段により検出された体動信号を周波数解析する周波数解析手段と、
   前記周波数解析手段により周波数解析された脈波信号および体動信号に基づいて、脈波周波数成分を抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された脈波周波数成分から脈拍数を演算する脈拍数演算手段と
   からなることを特徴とする運動量測定装置。
8. 請求項７記載の運動量測定装置において、
   前記脈派検出手段は圧力センサからなり、前記体動検出手段は加速度センサからなることを特徴とする運動量測定装置。
9. 請求項７記載の運動量測定装置において、
   前記脈派検出手段および前記体動検出手段は、光学式センサであることを特徴とする運動量測定装置。
10. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の運動量測定装置において、
    開始および終了を指示する指示手段を具備し、
    前記累積手段は、前記指示手段の指示により、前記累積動作を開始および終了する
    ことを特徴とする運動量測定装置。

Images