JPWO2017047527A1 - フィットネス機器およびフィットネスシステム - Google Patents

Abstract

フィットネス機器（１）は、可動部材（２）と、空中映像表示デバイス（４）と、非接触入力デバイス（５）とを備えている。利用者の運動に伴って可動部材（２）が変位する。空中映像表示デバイス（４）は、フィットネス機器（１）の設定を入力するための入力画面（Ｍ）を映像として空中に表示する。非接触入力デバイス（５）は、空中に表示された入力画面（Ｍ）の所定位置における指示物を非接触で検知して、設定の入力を受け付ける。

Description

本発明は、利用者の運動を促進するフィットネス機器と、そのフィットネス機器を含むフィットネスシステムとに関するものである。

従来から、フィットネス機器として、トレッドミルやフィットネスバイク（自転車型フィットネス機器）などの機器が知られている。フィットネス機器には、通常、利用者が機器の設定を入力するための入力部（操作部）や、利用者の運動の状況を表示する表示部が設けられている。例えばトレッドミルでは、入力部での入力により、可動部材（ベルト）の移動速度や傾斜度などが設定され、表示部には、利用者がランニングしているときの走行距離や走行時間などが表示される。入力部と表示部とは、タッチパネル表示装置（以下、タッチパネルと略称することもある）によって一体的に構成することも可能である。

このようなフィットネス機器の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１では、フィットネス機器を利用する利用者の運動中において、可動部材の傾斜度が大きくなったり、移動速度が増加したときに、表示部に表示されるグラフィカルな情報（例えば可動部材の傾斜の変化を示すＬＥＤバー）の表示位置を画面上部に変更し、かつ、そのサイズを拡大することで、表示情報の視認性を向上させるようにしている。それに加えて、タッチパネルの表示アイコンを拡大表示することにより、激しい運動中でもタッチパネルに対して入力がしやすくなるものと思われる。

特開２０１３−２１１００４号公報（請求項１、段落〔００５５〕〜〔００５７〕、図１、図８〜図１１等参照）

従来のフィットネス機器において、入力部、表示部、タッチパネルなどは、利用者の運動の妨げにならない位置、つまり、運動中の利用者と接触しないように、利用者から離れた位置に設けられる。このため、例えば利用者が運動中に機器の設定を変えようとした場合、利用者が体勢を崩しながら入力部やタッチパネルを操作する必要があり、機器の利便性が低下していた。また、入力部やタッチパネルには、該フィットネス機器を利用する全ての利用者が触れるため、直前の利用者の汗が入力部等に付着していることもあり、不衛生であるのみならず、心理面で不快感が生ずることもあった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、機器を構成するデバイスが利用者の運動を妨げるのを回避しながら、利用者の運動中の入力を容易にして機器の利便性を向上させることができ、また、衛生面にも優れたフィットネス機器と、そのフィットネス機器を備えたフィットネスシステムとを提供することにある。

本発明の一側面に係るフィットネス機器は、可動部材を有し、利用者の運動に伴って前記可動部材が変位するフィットネス機器であって、該フィットネス機器の設定を入力するための入力画面を映像として空中に表示する空中映像表示デバイスと、空中に表示された前記入力画面の所定位置における指示物を非接触で検知して、前記設定の入力を受け付ける非接触入力デバイスとを備えている。

本発明の他の側面に係るフィットネスシステムは、上述したフィットネス機器と、前記フィットネス機器から通信回線を介して送信される、前記可動部材の変位に基づいて得られる利用者の運動情報を蓄積し、管理する管理サーバーとを備えている。

上記の構成によれば、空中映像表示デバイスおよび非接触入力デバイスを、運動中の利用者と接触しない位置に配置しつつ、入力画面だけを利用者の前方の空中に映像として表示させて、入力位置の検知、すなわち、入力画面の所定位置における指示物の検知に基づく設定入力が可能となる。これにより、機器を構成するデバイスが利用者の運動を妨げるのを回避しながら、入力画面に対する利用者の運動中の入力を容易にして、機器の利便性を向上させることができる。また、空中に表示される入力画面は映像であるため、入力画面に対する入力時に、利用者の汗が入力画面に付着するといったこともなく、衛生面に優れた機器を実現することができる。

本発明の実施の一形態に係るフィットネス機器を斜め後方から見た斜視図である。 上記フィットネス機器の構成を簡略化して示す説明図である。 上記フィットネス機器によって空中に表示される入力画面の一例を示す斜視図である。 上記フィットネス機器の制御系の構成を示すブロック図である。 上記フィットネス機器が備える空中映像表示デバイスの一例である、コーナーミラー方式の空中映像表示デバイスの概略の構成を模式的に示す斜視図である。 上記空中映像表示デバイスを、２枚の光学パネルを貼り合わせて構成したときの、一方の光学パネルに含まれるミラー素子の斜視図である。 他方の光学パネルに含まれるミラー素子の斜視図である。 ２次元での実像の結像原理を示す説明図である。 ３次元空間での光線の反射を模式的に示す説明図である。 ３次元空間において、点光源から発せられた複数の光線が、別々の反射面を介して１点に集光する様子を模式的に示す説明図である。 上記空中映像表示デバイスの他の例である、凹面ミラー方式の空中映像表示デバイスの概略の構成を模式的に示す説明図である。 上記空中映像表示デバイスのさらに他の例である、ホログラム方式の空中映像表示デバイスの概略の構成を模式的に示す説明図である。 上記フィットネス機器が備える非接触入力デバイスの一構成例を示す説明図である。 ３次元空間内にフィットする楕円パターンの一例を示す説明図である。 上記楕円パターンの他の例を示す説明図である。 上記フィットネス機器の他の構成を示すブロック図である。 利用者の顔表面の輝度変化と、緑色成分の輝度波形とを模式的に示す説明図である。 上記入力画面の他の例を示す斜視図である。 上記フィットネス機器を含むフィットネスシステムの概略の構成を示す説明図である。 上記フィットネスシステムが有する管理サーバーの概略の構成を示すブロック図である。 上記管理サーバーにて作成された統計の一例を示す説明図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をａ〜ｂと表記した場合、その数値範囲に下限ａおよび上限ｂの値は含まれるものとする。また、本発明は、以下の内容に限定されるものではない。

〔フィットネス機器の構成について〕
図１は、本実施形態のフィットネス機器１を斜め後方から見た斜視図であり、図２は、フィットネス機器１の構成を簡略化して示す説明図である。なお、以下で示す前後、左右、上下の各方向は、フィットネス機器１を利用している利用者から見て、前後、左右、上下の各方向を指すものとする。

フィットネス機器１は、例えばトレッドミル（ランニングマシン、ウェーキングマシン）であり、可動部材２と、表示素子３と、空中映像表示デバイス４と、非接触入力デバイス５とを備えており、利用者の運動に伴う可動部材２の変位により、利用者の運動を促進、支援する。可動部材２、表示素子３、空中映像表示デバイス４および非接触入力デバイス５は、側方から見て略Ｌ字型の機器本体１ａに収容または支持されている。

可動部材２は、例えば無端状のベルトであり、機器本体１ａの底部１ａ₁に支持されている。利用者が可動部材２上を走ったり、歩いたりすることで、可動部材２が変位（移動、周回）し、利用者の運動が促進される。可動部材２の負荷は、後述する入力画面Ｍでの設定入力に基づき、駆動機構２ａ（図４参照）によって調整される。

表示素子３は、空中映像表示デバイス４によって空中に表示される映像の元となる物体像（後述する入力画面Ｍと同じ映像）を表示するとともに、表示映像に対応する光（映像光）を出射する素子であり、例えば液晶パネル（ＬＣＤ）や有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置などで構成されている。表示素子３は、機器本体１ａの筐体１ａ₂の内部に配置されている。筐体１ａ₂は、底部１ａ₁の前方の左右位置から上方に立ち上がった２本の脚部１ａ₃・１ａ₃で支持されている。

空中映像表示デバイス４は、フィットネス機器１の設定を入力するための入力画面Ｍを空中に映像として表示するデバイスである。空中映像表示デバイス４の詳細については後述するが、空中映像表示デバイス４が例えばコーナーミラー方式の表示デバイスで構成される場合、表示素子３の表示面に垂直な方向に対して、空中映像表示デバイス４の光入射面が４５°の角度で傾くように、空中映像表示デバイス４を配置することにより、空中映像表示デバイス４に対して表示素子３と面対称となる位置で、かつ、空中映像表示デバイス４と利用者との間の空中に、入力画面Ｍを表示させることができる。したがって、筐体１ａ₂内での表示素子３および空中映像表示デバイス４の配置位置（互いの離間距離や底部１ａ₁に対する角度）を適切に設定することにより、利用者が前方に視認しやすく、かつ、入力しやすい位置に、入力画面Ｍを表示させることができる。

図３は、上記した入力画面Ｍの一例を示している。フィットネス機器１の設定としては、可動部材２の移動速度、負荷、傾斜度のほか、テレビ画面や広告の表示の有無、音声情報の出力の有無、などがある。入力画面Ｍには、上記設定を入力するための入力ボタン６が含まれる。入力ボタン６は、テンキー（数値入力キー）、ＵＰ／ＤＯＷＮキー、選択キー、スタートキー、ストップキーなどの各種動作キーで構成される。この他、利用者の体重や年齢など、消費カロリーの計算に必要な情報を、入力ボタン６を介して入力することもできる。なお、入力画面Ｍは映像であるため、入力画面Ｍに含まれる入力ボタン６も映像である。

また、入力画面Ｍには、入力されたフィットネス機器１の設定や、利用者の現在の運動の状況を表示させることもできる。運動の状況としては、例えば、走行距離、平均速度、走行時間、消費カロリー（体重と走行距離とから概算）などがある。また、可動部材２に着地センサを内蔵しておければ、着地センサからの情報に基づいて、歩数、歩幅、ピッチなどを表示させることもできる。

非接触入力デバイス５は、空中映像表示デバイス４によって空中に表示された入力画面Ｍの所定位置における指示物Ｖを非接触で検知して、設定の入力を受け付けるデバイスである。非接触入力デバイス５としては、赤外線を用いた動体検知によって、上記指示物Ｖを非接触で検知するデバイスを用いることができる。利用者は赤外線を視認できないため、位置検知（所定位置における指示物Ｖの検知）に赤外線を用いることで、利用者に気付かれることなく位置検知を行うことができる。なお、非接触入力デバイス５の詳細については後述する。なお、入力位置を指定するための指示物Ｖは、利用者の指であってもよいし、ペンであってもよい。

図４は、フィットネス機器１の制御系の構成を示すブロック図である。フィットネス機器１は、上記した可動部材２、表示素子３、空中映像表示デバイス４、非接触入力デバイス５のほかに、駆動機構２ａ、記憶部７、計時部８、通信部９および制御部１０（機器側制御部）を備えている。制御部１０は、フィットネス機器１の各部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成されており、記憶部７に記憶されている動作プログラムを実行し、各部を動作させる。

駆動機構２ａは、モータやローラを含んで構成され、可動部材２を駆動する。また、駆動機構２ａは、可動部材２の傾斜度を調整する機械的な調整機構を含む。制御部１０は、非接触入力デバイス５にて検知された情報に基づいて駆動機構２ａを駆動することにより、可動部材２の移動速度、負荷、傾斜度を所定の値に設定することができる。

記憶部７は、フィットネス機器１で取得される情報や、制御部１０を動作させるためのプログラムを記憶するメモリであり、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリなどを含んで構成されている。フィットネス機器１で取得される情報には、可動部材２の変位に基づいて得られる利用者の運動情報（例えば走行距離）、入力画面Ｍにて入力され、非接触入力デバイス５にて検知されたフィットネス機器１の各種設定、計時部８にて取得された情報（例えば日時や走行時間）などが含まれる。

なお、駆動機構２ａのローラの１回転あたりの可動部材２の移動量を予め求めておけば、ローラの回転数に基づいて可動部材２の移動量、すなわち、利用者の運動時の走行距離を求めることができる。上述した制御部１０は、上記ローラの回転数に基づいて走行距離を求める演算回路を含んでいる。

計時部８は、時間を計時するタイマーであり、例えば利用者の運動の日時や、利用者の運動時間（例えば走行時間）を計時する。通信部９は、フィットネス機器１と外部機器（例えば図１８で示す管理サーバー１２０や外部端末機器１３０）との間で情報を送受信するためのインターフェースである。

上記の構成によれば、表示素子３の表示面に、入力画面Ｍの元となる映像が表示されると、表示素子３からの映像光が空中映像表示デバイス４を介して空中に導かれる。これにより、フィットネス機器１の設定を入力するための入力画面Ｍが、映像として空中に表示される。入力画面Ｍにおける入力位置（所定位置における指示物Ｖ）は、非接触入力デバイス５によって検知されるため、利用者が、表示された入力画面Ｍの所定位置に指を置くなどして入力位置を指定することにより、フィットネス機器１の設定入力が受け付けられる。制御部１０は、非接触入力デバイス５で受け付けた入力に基づいて、駆動機構２ａを駆動させるなど、フィットネス機器１の各部を動作させる。

このように、空中映像表示デバイス４によって入力画面Ｍを空中に表示し、非接触入力デバイス５にて入力画面の所定位置における指示物Ｖを非接触で検知する構成とすることにより、空中映像表示デバイス４および非接触入力デバイス５（以下、これらをまとめてデバイスとも称する）を、運動中の利用者と接触しない位置に配置しつつ、入力画面Ｍだけを、空中で、運動中の利用者が入力しやすい位置（例えば運動中の利用者の前方で、利用者に近い位置）に配置（表示）することができる。これにより、デバイスによって利用者の運動を妨げることなく、入力画面Ｍに対する利用者の運動中の入力を容易にすることができ（利用者が運動中でも体勢を大きく崩すことなく入力を行うことができ）、フィットネス機器１の利便性を向上させることができる。なお、入力画面Ｍは映像であるため、入力画面Ｍが運動中の利用者と重なっても、利用者の運動を妨げることはない。また、入力画面Ｍは映像（実像）として空中に表示されるため、利用者は特殊な眼鏡をかけなくても、空中に表示された入力画面Ｍを容易に視認することができる。

特に、入力画面Ｍは、空中映像表示デバイス４と利用者との間の空中に表示されるため、利用者が空中映像表示デバイス４の方向を見ることで、空中に表示された入力画面Ｍを確実に視認することができる。また、入力画面Ｍが利用者と重ならないため、利用者は運動中でも常に入力画面Ｍを視認することができる。

また、空中に表示された入力画面Ｍに対して入力を行うことで、利用者は物理的に存在するデバイスに一切触れずに入力を行うことができる。しかも、入力画面Ｍは映像であるため、入力画面Ｍに対する入力時に、利用者の汗が入力画面Ｍに付着するといったこともない。これにより、衛生的に優れたフィットネス機器１を実現することができ、心理面での不快感（心理的な抵抗）を低減することもできる。

〔空中映像表示デバイスの詳細について〕
（コーナーミラー方式）
上述した空中映像表示デバイス４は、コーナーミラー方式の表示デバイスで構成することができる。コーナーミラー方式とは、表示素子３からの映像光を、平面視で直交する複数の反射面を介して空中に導くことにより、空中に映像（入力画面Ｍ）を表示する方式である。コーナーミラー方式では、後述する凹面ミラー方式やホログラム方式に比べて、空中に表示する映像の解像度が高く、歪みも少ないため、高品位な映像を利用者に視認させることができる。コーナーミラー方式の表示デバイスには、上記複数の反射面が別々の層に形成された２層タイプと、同じ層に形成された１層タイプとがあるが、表示原理はどちらも同じであり、どちらを採用してもよい。以下、例として、２層タイプの表示デバイスについて説明する。

図５は、空中映像表示デバイス４の概略の構成を模式的に示す斜視図である。空中映像表示デバイス４は、２枚の光学パネル２０・３０を貼り合わせて構成されている。一方の光学パネル２０は、光学パネル２０・３０の積層方向（例えばＺ方向）に垂直な面内で互いに垂直な２方向のうちの一方向（例えばＸ方向）に、複数のミラー素子２１を並べて接着剤で接着することによって形成されている。他方の光学パネル３０は、上記２方向のうちの他の方向（例えばＹ方向）に、複数のミラー素子３１を並べて接着剤で接着することによって形成されている。

図６は、１つのミラー素子２１の斜視図である。ミラー素子２１は、直方体状の透明基板２１ａを有している。透明基板２１ａは、Ｙ方向に延びており、対向する２面（例えばＹＺ面に沿った２面）のうちの一方の面に、反射膜２１ｂが蒸着によって形成されている。なお、反射膜２１ｂは、透明基板２１ａの対向する２面の両面に形成されていてもよい。

図７は、１つのミラー素子３１の斜視図である。ミラー素子３１は、直方体状の透明基板３１ａを有している。透明基板３１ａは、Ｘ方向に延びており、対向する２面（例えばＺＸ面に沿った２面）のうちの一方の面に、反射膜３１ｂが蒸着によって形成されている。なお、反射膜３１ｂは、透明基板３１ａの対向する２面の両面に形成されていてもよい。

Ｙ方向に延びる複数のミラー素子２１をＸ方向に隣接して並べることにより、複数の反射膜２１ｂが、ミラー素子２１のＸ方向の幅に応じた間隔でＸ方向に並んで位置する。同様に、Ｘ方向に延びる複数のミラー素子３１をＹ方向に隣接して並べることにより、複数の反射膜３１ｂが、ミラー素子３１のＹ方向の幅に応じた間隔でＹ方向に並んで位置する。このような複数のミラー素子２１・３１の配置により、各ミラー素子２１の反射膜２１ｂ（反射面）と各ミラー素子３１の反射膜３１ｂ（反射面）とは、平面視で（Ｚ軸方向から見て）互いに直交する位置関係となる。

なお、各ミラー素子２１には、互いの接着厚みを均一にするためのスペーサが一体的に形成されていてもよい。同様に、各ミラー素子３１には、互いの接着厚みを均一にするためのスペーサが一体的に形成されていてもよい。

上記構成の空中映像表示デバイス４を用いることにより、空中に映像を結像させることができる。以下、その結像原理について説明する。

図８は、２次元（ＺＸ平面内）での実像の結像原理を示している。点光源Ｐから発せられた複数の光線は、Ｚ軸に平行な反射面（反射膜２１ｂ）でそれぞれ反射され、Ｘ軸に対して点光源Ｐとは反対側の位置Ｐ’（点光源ＰとＸ軸に対して対称な位置）に集光する。これにより、位置Ｐ’にて、点光源Ｐの実像が結像される。

図９は、３次元空間（ＸＹＺ座標系）での光線の反射を模式的に示している。３次元空間では、点光源Ｏから発せられた光線Ａを、ＺＸ平面内の光線ａ１と、ＹＺ平面内の光線ａ２とに分解し、図８に倣って、それぞれの光線ａ１・ａ２のＺＸ平面内またはＹＺ平面内での反射を考えることで、光線ＡのＺ軸との交点を求めることができる。つまり、ＺＸ平面内の光線ａ１は、ＹＺ面に平行な反射面（反射膜２１ｂ）で反射された後、Ｚ軸に向かい、ＹＺ平面内の光線ａ２は、ＺＸ面に平行な反射面（反射膜３１ｂ）で反射された後、Ｚ軸に向かう。これらの光線ａ１・ａ２は、Ｚ軸上の１点、つまり、点Ｏ’で交わる。したがって、光線Ａは、反射膜２１ｂおよび反射膜３１ｂにて計２回反射した後、Ｚ軸上の点Ｏ’に向かうことになる。

図１０は、３次元空間において、点光源Ｏから発せられた複数の光線が、別々の反射面を介して１点に集光する様子を模式的に示している。点光源Ｏから発せられた複数の光線は、図９と同様にして、ＹＺ面に平行な反射面（反射膜２１ｂ）およびＺＸ面に平行な反射面（反射膜３１ｂ）で反射され、Ｚ軸上の同じ点Ｏ’に集光する。これにより、点Ｏ’にて、点光源Ｏの実像が結像される。

つまり、点光源Ｏの位置に表示素子３を配置すると、表示素子３からの映像光は、平面視で直交する複数の反射面２１ｂ・３１ｂで順に反射されて空中に導かれ、点光源Ｏ’の位置に集光する。これにより、点光源Ｏ’の位置にて、表示素子３の表示映像の実像（入力画面Ｍ）が表示される。

なお、実際には、各反射面の高さ方向（Ｚ軸方向）における光線の入射位置のずれや、各反射面の配置精度などにより、集光状態にずれが生じるが、このずれは実像の観察において無視できるほど小さいものとする。また、光線の中には、各反射面で３回以上反射するような複雑な経路を辿る光線も存在するが、そのような光線も無視できるものとする。

（凹面ミラー方式）
空中映像表示デバイス４は、凹面ミラー方式の表示デバイスであってもよい。凹面ミラー方式とは、表示素子３からの映像光を、凹面ミラーを介して空中に導くことにより、映像（入力画面Ｍ）を空中に表示する方式である。凹面ミラーは低コストで入手可能なため、コーナーミラー方式やホログラム方式に比べて、空中映像表示デバイス４を安価に実現することができる。このような凹面ミラー方式の空中映像表示デバイス４としては、例えば米国特許公報第６８１７７１６号明細書に開示の表示デバイスを用いることができる。

図１１は、上記公報に開示の、凹面ミラー方式の空中映像表示デバイス４の概略の構成を示す説明図である。表示素子３からの映像光は、ハーフミラー４１に入射し、一部の映像光はハーフミラー４１を透過し、残りの映像光はハーフミラー４１で反射される。ハーフミラー４１で反射された映像光は、凹面ミラー４２で反射されて再度ハーフミラー４１に入射する。そして、ハーフミラー４１を透過した映像光が空中に導かれる。これにより、表示素子３にて表示された映像の実像（入力画面Ｍ）が空中に表示される。

（ホログラム方式）
空中映像表示デバイス４は、ホログラム方式の表示デバイスであってもよい。すなわち、空中映像表示デバイス４は、入力画面Ｍのホログラム映像を生成するホログラム生成ユニットを含み、上記ホログラム映像を空中に表示するデバイスであってもよい。ホログラム映像を用いることにより、奥行き（立体感）のある映像を表示することができる。したがって、例えば入力画面Ｍの各入力ボタン６に凹凸をつけて立体感を出すなど、３次元的な映像表示が容易となる。このようなホログラム方式の空中映像表示デバイス４としては、例えば米国特許公開公報第２０１４／００３３０５２号明細書に開示の表示デバイスを用いることができる。なお、空中映像表示デバイス４がホログラム方式の場合、表示素子３は不要である（空中映像表示デバイス４が空間光変調器を有するため）。

図１２は、上記公報に開示の、ホログラム方式の空中映像表示デバイス４の概略の構成を示す説明図である。ホログラム生成ユニット５１は、光源および空間光変調器（ＳＬＭ；Spacial Light Modulator）を含んでいる。ホログラム生成ユニット５１にて生成されたホログラム映像を表す光は、凹面鏡５２で反射された後、Ｖ字型プリズム５３を介して平面鏡５４に入射し、そこで反射された後、凹面鏡５５を介して空中に導かれる。これにより、ホログラム映像（入力画面Ｍ）が空中に表示される。なお、Ｖ字型プリズム５３を移動させることにより、ホログラム映像のフォーカス調整を行うことが可能である。また、ホログラム生成ユニット５１にて、利用者の左右の眼に対応して異なるホログラム映像を生成し、軸５４ａを中心として平面鏡５４を微小角度（例えば３°）回転させることにより、利用者は、左右の眼で異なるホログラム映像を視認することができる。

〔非接触入力デバイスの詳細について〕
次に、上述した非接触入力デバイス５の詳細について説明する。赤外線を用いて動体検知を行う非接触入力デバイス５としては、例えば、マイクロソフト社のＫｉｎｅｃｔ（登録商標）や、リープモーション社のＬＥＡＰ ＭＯＴＩＯＮ（登録商標）コントローラなど、公知のデバイスを用いることができる。これらのデバイスは小型であるが、高精度な位置検知が可能である。

Ｋｉｎｅｃｔ（登録商標）には、Light Coding方式が採用されたセンサと、ＴＯＦ（Time of Flight）方式が採用されたセンサとの２種類がある。前者のセンサは、赤外線パターンを投光するＩＲプロジェクタと、投光された赤外線パターンを読み取るＩＲカメラとを備えており、動体に投光した赤外線パターンをＩＲカメラで撮影し、（工場出荷時にキャリブレーションしておいた）パラメータを用いて、三角測量により画像上の各点のデプス（位置）を算出する。

すなわち、Light Coding方式では、「キャリブレーション（準備）」と「テスト（実際の撮影）」との２段階で位置検知が行われる。「キャリブレーション」では、既知のパターンについて「パターン中の各点がどれだけ移動（シフト）すると、デプスがどれだけ変化するか」というパラメータを、単純で正確な物体（平面や立方体など）を撮影することによって予め求めておく。そして、「テスト」では、撮影した画像の各点が既知パターンのどの位置に相当するかを画像処理（テンプレートマッチングなど）によって求め、あとは「キャリブレーション」で求めておいたパラメータから、その画素のデプスを計算する。

一方、後者のセンサ（ＴＯＦ方式のセンサ）は、パルス変調された赤外線を投光するプロジェクタと、赤外線カメラとを備えており、動体に投光した赤外線が反射して戻ってくる時間を計測し、上記時間と赤外線の移動速度とから、動体の各点までの距離（位置情報）を得る。

ＬＥＡＰ ＭＯＴＩＯＮ（登録商標）コントローラは、図１３に示すように、本体６０に、赤外線を出射する３つの光源６１ａ・６１ｂ・６１ｃと、光源６１ａ・６１ｂの間に配置される左カメラ６２Ｌと、光源６１ｂ・６１ｃの間に配置される右カメラ６２Ｒとを備えている。左カメラ６２Ｌおよび右カメラ６２Ｒで撮影された画像から、指の外形によって遮蔽された３次元空間６３（Visual Hull）が算出される。指先やペン先の断面６４を楕円形状と考えた場合、上記楕円形状が３次元空間６３内でフィットした場合には、その楕円の位置を、指先やペン先の位置として検知することができる。

ここで、３次元空間６３内にフィットする楕円のパターンとしては、図１４Ａおよび図１４Ｂの２通りのパターンが考えられる。しかし、指やペン等の形状および構造（断面楕円の長軸と短軸との長さの比）を考えると、楕円は一義的に図１４Ａのパターンに決まり、図１４Ｂのパターンは排除される。したがって、３次元空間６３を算出し、その３次元空間６３内にフィットする楕円の位置を把握することにより、指先やペン先による入力位置を高速、高精度で検知することが可能となる。

〔フィットネス機器の他の構成について〕
図１５は、フィットネス機器１の他の構成を示すブロック図である。フィットネス機器１は、図２および図４等で示した構成に加えて、指向性音響システム１１および生体情報検知部１２の少なくとも一方をさらに備えた構成であってもよい。

指向性音響システム１１は、フィットネス機器１を使用している利用者にのみ音声情報を提供するシステムであり、音声情報を提供する範囲が上記利用者に限られている（指向性が非常に狭い）。このような指向性音響システム１１としては、例えばヤマハ社のＴＬＦスピーカー（ＴＬＦ−ＳＰ１−Ｂ２Ｘ１など）、三菱電機エンジニアリング社の指向性音響システム（ＭＳＰ−５０Ｅ−１など）を用いることができる。上記音声情報には、音楽、テレビの音声、ラジオの音声のみならず、現在運動中の利用者の運動情報（走行速度、走行距離）の音声、広告（宣伝）の音声などが含まれる。音声情報の提供の有無の設定、および提供する音声情報の選択は、利用者が入力画面Ｍでの入力によって行うことができる。

指向性音響システム１１により、フィットネス機器１を使用している利用者にのみ音声情報が提供され、例えば隣りの機器を利用している利用者には上記音声情報が提供されない。このため、利用者は周囲に気を遣うことなく、気軽にかつ自由に音声情報を聞き、楽しむことができる。

生体情報検知部１２は、利用者の生体情報を非接触で検知する機構である。上記生体情報は、利用者の心拍数（脈拍数）、血圧、血流の少なくともいずれかの情報を含んでいる。検知された生体情報は、空中映像表示装置４により、入力画面Ｍ内または入力画面Ｍと並べて空中に表示されてもよいし、記憶部７に記憶されてもよいし、通信部９を介して外部のサーバーに送信されてもよい。

ここで、脈拍の検知においては、例えば、株式会社富士通研究所が開発した「顔の画像からリアルタイムに脈拍を計測する技術」を生体情報検知部１２に適用してもよい。この場合、生体情報検知部１２は、利用者の顔画像を撮影する撮像部（カメラ）と、撮影画像のデータを用いた演算処理によって生体情報（脈拍数）を求める演算部と含んで構成される。

図１６は、利用者の顔表面の輝度変化と、緑色成分の輝度波形とを模式的に示している。株式会社富士通研究所が開発した上記技術では、血液中に含まれるヘモグロビンが緑色の光を吸収する特性に着目し、血流から生じると考えられる顔表面の輝度変化を捉えるため、カメラで撮影した利用者の顔の動画像から、取得フレームごとに顔領域の色成分（赤色成分・緑色成分・青色成分）のそれぞれの平均値を求め、３つの色成分に共通するノイズを除去し、緑色成分について輝度波形を抽出する。そして、緑色成分の輝度波形のピーク数から脈拍数を計算する。これにより、短時間での脈拍測定が可能となる。なお、上記の他に、旭化成株式会社の融合ソリューション研究所が開発した非接触脈波検出技術を生体情報検知部１２に適用して、脈拍数を非接触で検知してもよい。

血流については、例えば株式会社ニューロサイエンスの非接触型のレーザー血流計（例えばＦＬＯ−Ｎ１）、株式会社インテグラルのレーザースペックル血流画像化装置（例えばPeriCam PSI）を生体情報検知部１２として用いることにより、利用者の血流を非接触で検知することができる。

血圧については、例えば特開２０１５−０５４２２３号公報や特開２０１４−２３０６７１号公報に記載の装置を生体情報検知部１２として用いることにより、利用者の血圧を非接触で検知することができる。

以上のように、生体情報検知部１２が利用者の生体情報を非接触で検知することにより、生体情報の測定のために、利用者に運動を中止させる必要がない。つまり、利用者に運動を継続させたまま、生体情報を測定できる。また、例えばカフを腕に巻き付けて血圧を測定する接触式の測定では、カフによる圧迫感が生じることもあるが、上記のように非接触で生体情報を検知する場合、利用者は圧迫感や違和感を抱くこともない。また、生体情報は、利用者の心拍数、血圧、血流の少なくともいずれかの情報を含んでいるので、心拍数等に基づいて利用者の体調を適切に管理することができる。

〔広告表示について〕
上述した空中映像表示デバイス４は、広告情報を空中に表示してもよい。つまり、表示素子３に上記広告情報を表示し、空中映像表示デバイス４によって上記広告情報の実像を空中に表示するようにしてもよい。このとき、広告情報は、入力画面Ｍ内に表示されてもよいし、入力画面Ｍの外部に（例えば入力画面Ｍと並べて）表示されてもよい。

図１７は、空中映像表示デバイス４によって空中に表示される入力画面Ｍの他の例を示している。入力画面Ｍ内には、広告情報Ｓが表示されている。広告情報Ｓとしては、例えば、フィットネス機器１が設置されているスポーツクラブ内で販売されているスポーツ用品、スポーツウェア、サプリメントなどの商品情報、各種イベントや大会の告知の情報、スポーツ関連メーカーが販売する新製品の情報、などがある。なお、広告主は、必要に応じて、フィットネス機器１を管理している会社に対して広告宣伝費を支払うことになる。利用者が興味のある商品については、表示された商品に指を当て、非接触入力デバイス５によって入力位置（所定位置における利用者の指）を検知することにより、上記商品の詳細を表示することもできるし、上記商品を販売する会社のホームページを表示することもできる。

このように、空中映像表示デバイス４が広告情報Ｓを空中に表示することにより、利用者に対して広告宣伝活動を行うことができる。また、上述のように、利用者は、表示された広告情報Ｓからホームページ等にアクセスして追加情報を取得することもできる。

〔フィットネスシステムについて〕
図１８は、フィットネス機器１を含むフィットネスシステム１００の概略の構成を示す説明図である。上述したフィットネス機器１を、通信回線１１０を介して管理サーバー１２０と接続することにより、フィットネスシステム１００を構築することができる。管理サーバー１２０は、フィットネス機器１の可動部材２の変位に基づいて得られる利用者の運動情報（例えば走行距離、走行速度）、および生体情報検知部１２（図１５参照）にて検知された生体情報（例えば心拍数、血圧、血流の情報）を蓄積し、管理する。つまり、フィットネス機器１で取得された情報（運動情報、生体情報）は、通信回線１１０を介して管理サーバー１２０に送信され、管理サーバー１２０にて利用者ごとに管理される。

図１９は、管理サーバー１２０の概略の構成を示すブロック図である。管理サーバー１２０は、記憶部１２１（サーバー側記憶部）と、情報処理部１２２と、通信部１２３と、制御部１２４（サーバー側制御部）とを備えている。記憶部１２１は、上記した運動情報、生体情報および後述する統計を蓄積するとともに、制御部１２４の動作プログラムを記憶する。この記憶部１２１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、ハードディスクなどを含んで構成されている。

情報処理部１２２は、記憶部１２１に蓄積された運動情報をもとに、利用者の一定期間の運動の統計を作成するブロックであり、例えば情報処理や演算処理を行う回路や専用基板を含んで構成される。上記の統計としては、例えば、利用者の積算走行距離や平均速度の推移などがある。通信部１２３は、外部との間で情報を送受信するためのインターフェースである。

制御部１２４は、管理サーバー１２０の各部の動作を制御するＣＰＵで構成されており、記憶部１２１に記憶されている動作プログラムを実行し、各部を動作させる。この制御部１２４は、利用者固有情報のフィットネス機器１への送信も制御している。なお、上記の利用者固有情報とは、上記統計をはじめ、記憶部１２１に蓄積された利用者の過去の運動情報や生体情報など、利用者に固有の情報を指す。

上記の構成において、フィットネス機器１で取得された運動情報や生体情報は、通信回線１１０を介して管理サーバー１２０に送信され、記憶部１２１に蓄積される。そして、情報処理部１２２により、上記運動情報をもとに、利用者ごとに一定期間の運動の統計が作成される。図２０は、上記統計の一例として、利用者の過去３週間の走行距離の統計（積算走行距離）を示している。

上記統計を含む利用者固有情報は、フィットネス機器１からの送信指示を受けて、制御部１２４の制御により、管理サーバー１２０からフィットネス機器１に送信される。

ここで、利用者固有情報のフィットネス機器１への送信手順は、以下の通りである。まず、フィットネス機器１の空中映像表示デバイス４は、管理サーバー１２０に対して、フィットネス機器１への利用者固有情報の送信を指示するための指示画面を空中に表示する。この指示画面は、空中に表示された入力画面Ｍ内にあってもよいし、入力画面Ｍの外側にあってもよい。そして、非接触入力デバイス５が上記指示画面における指示入力を非接触で検知すると、制御部１０は、管理サーバー１２０に対して、利用者固有情報のフィットネス機器１への送信を指示する。管理サーバー１２０の制御部１２４は、フィットネス機器１からの上記送信指示を受けて、利用者固有情報をフィットネス機器１に送信する。

利用者固有情報がフィットネス機器１に送信されると、その利用者固有情報は、空中映像表示デバイス４によって空中に表示される。つまり、表示素子３に利用者固有情報が表示され、その表示映像の実像が空中映像表示デバイス４によって空中に表示される。なお、空中映像の表示（表示素子３での映像の表示）は、制御部１０によって制御される。

以上のように、フィットネスシステム１においては、フィットネス機器１で取得された情報（運動情報、非接触検知による生体情報）が、管理サーバー１２０に送信されてそこで一括管理されるため、これらの情報を統合して、健康面でのトータルケアに利用することができる。

また、管理サーバー１２０にて、情報処理部１２２が、利用者の一定期間の運動の統計を作成することにより、その統計を出力して（上記の例では空中映像として表示して）、利用者に提示することができる。これにより、利用者はその統計を参考にして、今後の運動の予定（プログラム）を立てることができる。例えば、積算走行距離の伸び方を見て、今後の走行距離を増やす（運動が足りていない場合）／減らす（疲労回復に努める場合）などの判断が可能となる。

また、上記統計を含む利用者固有情報は、フィットネス機器１に送信され、そこで空中映像として表示されるため、利用者は、フィットネス機器１を利用して運動している最中に、空中に表示された利用者固有情報を見て、現在の運動量（例えば走行距離）を増やすべきか否かなど、運動の程度をその場で考えることができる。

また、上記の利用者固有情報は、フィットネス機器１からの送信指示に基づいて、管理サーバー１２０からフィットネス機器１に送信されるため、利用者が必要な場合のみ、利用者固有情報を利用者にフィードバックして健康管理に役立てることができる。また、上記送信指示は、空中に表示された指示画面（空中映像）での指示入力に基づいて行われるため、利用者は運動中でも簡単に送信指示ができ、便利である。

ところで、フィットネスシステム１００は、図１８に示すように、プリンタ１３０を有していてもよい。そして、上記した利用者固有情報は、プリンタ１３０にて印刷されてもよい。なお、図１８では、プリンタ１３０は、管理サーバー１２０と接続されている例を示しているが、フィットネス機器１と接続されていてもよい。

プリンタ１３０によって利用者固有情報が印刷されることにより、利用者は印刷された利用者固有情報を見て、運動の状況を確実に把握することができる。また、印刷物を保存して、必要なときに利用者固有情報を確認することもできる。

また、上記の利用者固有情報は、管理サーバー１２０と通信可能に接続される外部端末機器１４０からの送信指示に基づいて、管理サーバー１２０から外部端末機器１４０に送信され、外部端末機器１４０の表示部１４０ａに表示されてもよい。なお、外部端末機器１４０としては、例えば利用者個人が所有しているパーソナルコンピュータや、スマートフォンなどの携帯情報端末を考えることができる。

外部端末機器１４０からの管理サーバー１２０へのアクセスにより、利用者固有情報が外部端末機器１４０に送信され、表示部１４０ａに表示されるため、例えば利用者の自宅や外出先で、利用者固有情報を確認して、今後の健康管理に役立てることが可能となる。

なお、フィットネスシステム１００は、さらに、通信機能を備えた計測機器（例えば体重計や体脂肪計）を含み、管理サーバー１２０と通信可能に接続されていてもよい。この場合、管理サーバー１２０の記憶部１２１には、フィットネス機器１から送信される情報に加えて、上記計測機器から送信されるデータ（例えば体重や体脂肪率に関するデータ）が記憶されてもよい。また、スマートフォンなどの外部端末機器１４０で手入力されたデータ（例えば身長や年齢に関するデータ）が、記憶部１２１に記憶されてもよい。

〔その他〕
本実施形態では、フィットネス機器１としてトレッドミルを想定したが、その他、フィットネスバイク（自転車型フィットネス機器）、楕円運動マシン、ステッパマシン、ローイングマシン、スキー・シミュレーションマシン、脚プレスマシン、クライミングマシン、振子運動マシン、重量プルダウンマシン、ベンチプレスマシン、スクワットマシン、腹筋運動マシン、などの機器についても、本実施形態の構成を適用することができる。例えば、運動時の負荷、往復運動の回数、運動時間、プログラムなどの何らかの設定を入力画面にて入力する必要のある機器については、入力画面を空中に表示させてその入力画面の所定位置における指示物を非接触で検知する本実施形態の構成を適用することができる。このとき、利用者の運動に伴って変位する可動部材２としては、利用者の足が接触するベルトやペダル、利用者の手で把持されるハンドグリップ、利用者の身体の他の部位（脛、肩、大腿部など）が接触するパッド部などを想定することができる。

以上で説明した本実施形態のフィットネス機器およびフィットネスシステムは、以下のように表現されてもよい。

本実施形態のフィットネス機器は、可動部材を有し、利用者の運動に伴って前記可動部材が変位するフィットネス機器であって、該フィットネス機器の設定を入力するための入力画面を映像として空中に表示する空中映像表示デバイスと、空中に表示された前記入力画面の所定位置における指示物を非接触で検知して、前記設定の入力を受け付ける非接触入力デバイスとを備えている。

前記空中映像表示デバイスは、前記入力画面を、該空中映像表示デバイスと利用者との間の空中に表示することが望ましい。

前記フィットネス機器は、映像光を出射する表示素子をさらに備え、前記空中映像表示デバイスは、前記表示素子からの前記映像光を、平面視で直交する複数の反射面を介して空中に導くことにより、前記入力画面を空中に表示する、コーナーミラー方式の表示デバイスであってもよい。

前記フィットネス機器は、映像光を出射する表示素子をさらに備え、前記空中映像表示デバイスは、前記表示素子からの前記映像光を、凹面ミラーを介して空中に導くことにより、前記入力画面を空中に表示する、凹面ミラー方式の表示デバイスであってもよい。

前記空中映像表示デバイスは、前記入力画面のホログラム映像を生成するホログラム生成ユニットを含み、前記ホログラム映像を空中に表示する、ホログラム方式の表示デバイスであってもよい。

前記非接触入力デバイスは、赤外線を用いた動体検知によって、前記指示物を非接触で検知してもよい。

前記フィットネス機器は、該フィットネス機器を使用している利用者にのみ音声情報を提供する指向性音響システムをさらに備えていてもよい。

前記フィットネス機器は、利用者の生体情報を非接触で検知する生体情報検知部をさらに備えていてもよい。

前記生体情報は、利用者の心拍数、血圧、血流の少なくともいずれかの情報を含んでいてもよい。

前記空中映像表示デバイスは、広告情報を空中に表示してもよい。

前記指示物の断面形状は、楕円形状であってもよい。

前記指示物は、利用者の指であってもよい。

本発明の他の側面に係るフィットネスシステムは、上述したフィットネス機器と、前記フィットネス機器から通信回線を介して送信される、前記可動部材の変位に基づいて得られる利用者の運動情報を蓄積し、管理する管理サーバーとを備えている。

前記管理サーバーは、前記運動情報を蓄積するサーバー側記憶部と、前記サーバー側記憶部に蓄積された前記運動情報をもとに、利用者の一定期間の運動の統計を作成する情報処理部とを備えていてもよい。

前記管理サーバーは、前記統計を含む利用者固有情報の、前記フィットネス機器への送信を制御するサーバー側制御部をさらに備え、前記フィットネス機器は、前記サーバー側制御部の制御によって、前記利用者固有情報が該フィットネス機器に送信されたときに、前記空中映像表示デバイスによって前記利用者固有情報を空中に表示させてもよい。

前記フィットネス機器の前記空中映像表示デバイスは、前記管理サーバーに対して、前記フィットネス機器への前記利用者固有情報の送信を指示するための指示画面を空中に表示し、前記フィットネス機器は、前記非接触入力デバイスが前記指示画面における指示入力を非接触で検知した場合に、前記管理サーバーに対して、前記利用者固有情報の前記フィットネス機器への送信を指示する機器側制御部を備え、前記サーバー側制御部は、前記機器側制御部から前記利用者固有情報の送信指示があったときに、前記利用者固有情報を前記フィットネス機器に送信してもよい。

前記フィットネスシステムは、前記統計を含む利用者固有情報を印刷するプリンタをさらに備えていてもよい。

前記統計を含む利用者固有情報は、前記管理サーバーと通信可能に接続される外部端末機器からの指示に基づいて、前記管理サーバーから前記外部端末機器に送信され、前記外部端末機器の表示部に表示されてもよい。

本発明は、フィットネス機器およびフィットネスシステムに利用可能である。

１ フィットネス機器
２ 可動部材
３ 表示素子
４ 空中映像表示デバイス
５ 非接触入力デバイス
１０ 制御部（機器側制御部）
１１ 指向性音響システム
１２ 生体情報検知部
１００ フィットネスシステム
１１０ 通信回線
１２０ 管理サーバー
１２１ 記憶部（サーバー側記憶部）
１２２ 情報処理部
１２４ 制御部（サーバー側制御部）
１３０ プリンタ
１４０ 外部端末機器
１４０ａ 表示部
Ｍ 入力画面
Ｓ 広告情報
Ｖ 指示物

Claims (18)

1. 可動部材を有し、利用者の運動に伴って前記可動部材が変位するフィットネス機器であって、
   該フィットネス機器の設定を入力するための入力画面を映像として空中に表示する空中映像表示デバイスと、
   空中に表示された前記入力画面の所定位置における指示物を非接触で検知して、前記設定の入力を受け付ける非接触入力デバイスとを備えている、フィットネス機器。
2. 前記空中映像表示デバイスは、前記入力画面を、該空中映像表示デバイスと利用者との間の空中に表示する、請求項１に記載のフィットネス機器。
3. 映像光を出射する表示素子をさらに備え、
   前記空中映像表示デバイスは、前記表示素子からの前記映像光を、平面視で直交する複数の反射面を介して空中に導くことにより、前記入力画面を空中に表示する、コーナーミラー方式の表示デバイスである、請求項１または２に記載のフィットネス機器。
4. 映像光を出射する表示素子をさらに備え、
   前記空中映像表示デバイスは、前記表示素子からの前記映像光を、凹面ミラーを介して空中に導くことにより、前記入力画面を空中に表示する、凹面ミラー方式の表示デバイスである、請求項１または２に記載のフィットネス機器。
5. 前記空中映像表示デバイスは、前記入力画面のホログラム映像を生成するホログラム生成ユニットを含み、前記ホログラム映像を空中に表示する、ホログラム方式の表示デバイスである、請求項１または２に記載のフィットネス機器。
6. 前記非接触入力デバイスは、赤外線を用いた動体検知によって、前記指示物を非接触で検知する、請求項１から５のいずれかに記載のフィットネス機器。
7. 該フィットネス機器を使用している利用者にのみ音声情報を提供する指向性音響システムをさらに備えている、請求項１から６のいずれかに記載のフィットネス機器。
8. 利用者の生体情報を非接触で検知する生体情報検知部をさらに備えている、請求項１から７のいずれかに記載のフィットネス機器。
9. 前記生体情報は、利用者の心拍数、血圧、血流の少なくともいずれかの情報を含む、請求項８に記載のフィットネス機器。
10. 前記空中映像表示デバイスは、広告情報を空中に表示する、請求項１から９のいずれかに記載のフィットネス機器。
11. 前記指示物の断面形状は、楕円形状である、請求項１から１０のいずれかに記載のフィットネス機器。
12. 前記指示物は、利用者の指である、請求項１から１１のいずれかに記載のフィットネス機器。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載のフィットネス機器と、
    前記フィットネス機器から通信回線を介して送信される、前記可動部材の変位に基づいて得られる利用者の運動情報を蓄積し、管理する管理サーバーとを備えている、フィットネスシステム。
14. 前記管理サーバーは、
    前記運動情報を蓄積するサーバー側記憶部と、
    前記サーバー側記憶部に蓄積された前記運動情報をもとに、利用者の一定期間の運動の統計を作成する情報処理部とを備えている、請求項１３に記載のフィットネスシステム。
15. 前記管理サーバーは、
    前記統計を含む利用者固有情報の、前記フィットネス機器への送信を制御するサーバー側制御部をさらに備え、
    前記フィットネス機器は、前記サーバー側制御部の制御によって、前記利用者固有情報が該フィットネス機器に送信されたときに、前記空中映像表示デバイスによって前記利用者固有情報を空中に表示させる、請求項１４に記載のフィットネスシステム。
16. 前記フィットネス機器の前記空中映像表示デバイスは、前記管理サーバーに対して、前記フィットネス機器への前記利用者固有情報の送信を指示するための指示画面を空中に表示し、
    前記フィットネス機器は、
    前記非接触入力デバイスが前記指示画面における指示入力を非接触で検知した場合に、前記管理サーバーに対して、前記利用者固有情報の前記フィットネス機器への送信を指示する機器側制御部を備え、
    前記サーバー側制御部は、前記機器側制御部から前記利用者固有情報の送信指示があったときに、前記利用者固有情報を前記フィットネス機器に送信する、請求項１５に記載のフィットネスシステム。
17. 前記統計を含む利用者固有情報を印刷するプリンタをさらに備えている、請求項１４から１６のいずれかに記載のフィットネスシステム。
18. 前記統計を含む利用者固有情報は、前記管理サーバーと通信可能に接続される外部端末機器からの指示に基づいて、前記管理サーバーから前記外部端末機器に送信され、前記外部端末機器の表示部に表示される、請求項１４から１７のいずれかに記載のフィットネスシステム。

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