WO1997015028A1 - Appareil de mesure de cadence, dispositif electronique et procede de mesure de cadence - Google Patents

Description

明 細 書 発明の名称 ピ ッ チ計測装置、 電子機器およ びピ ッ チ計測方法 技術分野

本発明は、 歩行時ま たは走行時に足な どの身体が動 く 頻度を示す ピ ッ チを計測する ピ ッ チ計測装置、 ピ ッ チ計測機能を備え た電子機器 およびピ ッ チ計測方法に関 し、 更に詳 し く は、 走行時ま たは歩行時に 検出 した体動信号か ら ピ ッ チを求め るための技術に関する も のであ る 背景技術

加速度セ ンサな どの体の動 き （体動） を検出で き る手段に よ って体 動信号を取得 し、 こ の体動信号か ら ピ ッ チを求める ピ ッ チ計が知 ら れ てい る。 従来の ピ ッ チ計は、 た と えば、 体動信号を増幅 した後にパル ス変換 して得 られたパルス を カ ウ ン ト す る 方法を採用 して いる。 こ の 方法によ っ て得ら れる パルス波形は、 図 1 6 ( a ) に示すよ う に走行 状態によ り パルス 間隔が不規則であ り 、 所定の し きい値を設定 して 力 ゥ ン ト す る に して も計測誤差が大き く な る。 そ こ で、 図 1 6 ( a ) に 示すよ う に、 パルス を カ ウ ン ト す る際に、 所定の不感応時間を設定で き るマス ク信号を用いてパルス を 2 発単位で カ ウ ン ト し、 検出精度を 上げる方法が採用 されて い る。 走行時に左右の足や手な どが動 く 頻度 を示す ピ ッ チは、 通常、 毎分 1 5 0 回〜 2 0 0 回であ り 、 これをパル ス周期に変換する と 0 . 3 秒〜 0 . 4 秒と な る。 従って、 不感応時間 となるマス ク時間が 0 . 5 秒のマス ク信号を採用する こ と によ り 、 体 動信号を変換 したパルス信号を 2 発単位でカ ウ ン ト で き、 パルス周期 が 0 . 6 秒〜 0 . 8 秒のパルス と してカ ウ ン ト する こ とが可能とな る < 従っ て、 ピ ッ チを精度良 く 計測する こ と がで き る。

しか しなが ら 、 こ のよ う な方法では、 走行時の ピ ッチに合わせてマ ス ク 時間が設定さ れた マス ク信号を 用いて歩行時の ピ ッチ を計測する と誤差が非常に大 き く な る。 すなわ ち、 図 1 6 ( b ) に示すよ う に、 歩行時の ピ ッ チは毎分 1 0 0 〜 1 5 0 回であ る ので、 体動信号をパル ス変換す る と 周期が 0 . 4 秒〜 0 . 6 秒の信号が得 ら れる。 こ れに対 し歩行時と同 じマス ク時間が 0 . 5 秒のマス ク 信号を適用 する と、 ピ ッ チが 1 0 0 回 /分の と き には、 1 発単位でパルス をカ ウ ン 卜 して し ま う ので歩行の ピ ッ チを誤って計測 して し ま う 。 こ のため、 従来の ピ ッ チ計で走行時および歩行時の ピ ッ チ を計測す る には、 ピ ッ チ計測 を開始す る前に走る場合と 歩 く 場合 とで マス ク信号を切 り 換え る外部 操作が必要 と なる。 計測前に切替操作を行わない と ピ ッチ を精度良 く 計測で き ず、 全 く 意味のないデ一夕 しか得 ら れない こ と も あ る。 さ ら に、 ピ ッ チを 計測する機能に加え他の複数の機能も搭載 した電子機器 において は、 マス ク信号を切替え る ための操作方法をユーザが覚え て い る 必要があ り 、 非常に使い勝手がわ る い。

さ ら に、 上記のマス ク信号を用 いた計測方法では、 体動信号が与え ら れた場合に、 それが歩行時のデータ か走行時のデータ かが予め判つ て いなければパ ソ コ ンな どで ピ ッチ を解析する こ と も で き ない。

そ こ で、 本発明においては、 走る時と歩 く 時とで外部操作に よ る切 り 換えが不要な ピ ッ チ計測装置を提供す る こ と を 目 的 と して い る。 そ して 、 走行時および歩行時のいずれの状況において も簡単に ピ ッ チ を 精度良 く 計測で き る ピ ッ チ計測装置を提供す る こ と を 目的 と してい る < さ ら に、 ピ ッ チ計測機能に加え複数の機能が搭載された電子機器にお いて も、 簡単に ピ ッ チ計測がで き るユーザフ レ ン ド リ ーな電子機器を 提供する こ と を 目 的と して い る。 こ のため、 本発明においては、 走行 時の体動信号か歩行時の体動信号かを 自動的に判別で き、 それそれの 時の ピ ッチを導出でき る ピ ッチ計測方法を提供する こ とも 目的と して いる。 さ らに、 体動信号と共に計測される ノ イ ズがある場合でも走行 時および歩行時の判別を精度良 く 行う こ とができ る ピ ッチ計測装置お よびピ ッチ計測方法を提供する こ と を 目的と している。 発明の開示

本願の発明者らは、 走行時および歩行時の体の動き （体動） を加速 度セ ンサーなどの体動センサによ って検出 した結果を周波数分析する と、 走行時と歩行時で体動の基本的な周波数が異なる こ とに加え、 体 動の基本周波数の 2倍の周波数の波である第 2 高調波、 3倍の周波数 の波である第 3 高調波な どの高調波が得られ、 これらの高調波の強度 分布に顕著な特徴がある こ とを見いだ した。 すなわち、 走行時におい ては、 体動の周波数を備えた基本波の強度の数倍程度 （ 3 〜 1 0 倍程 度） の強度 （レベル） の第 2 高調波が得られるのに対 し、 歩行時にお いては、 第 2 高調波の レベルは体動の基本波の レベルと同等または小 さ く 、 さ らに、 レベルの高い第 3 高調波が得られるこ と を見いだ した。 加速度セ ンサ一な どを腕な どの身体に着けて体動を計測 した場合、 身体の上下動、 腕の振 り等に起因する加速度の変化を捉えた信号が体 動信号と して得られる。 従って、 走行時には、 右足をステ ッ プした と き と、 左足をステ ップした と き にほぼ均等に強い上下動がでるので、 これに起因 して体動の第 2 高調波に対応する強度の高い （高レベル の） 体動信号が得られる と考え られる。 また、 走行時の腕の振 り にお いても、 腕の振 り 出 しおよび引き戻 しのそれそれの瞬間に加速度がか かるので、 体動の第 2 高調波に対応する高レベルの体動信号が得られ る と考え られる。 これに対し、 歩行時の身体の上下動は走行時に比べ て 小さ いので第 2 高調波の レベルは小さ く 、 体動の基本波と 同程度あ る いは基本波よ り 小さ く な る。 ま た、 腕の振 り も緩やかにな る ので、 第 2 高調波に比べ体動の周期 と 同 じ基本波の レベルが高 く な る と考え られる。 さ ら に、 こ れ ら の倍振動にあた る高 レ ベルの第 3 高調波も得 られる。

そ こ で、 本発明においては、 体動セ ンサか ら 得 ら れた結果を周波数 分析 し、 所定の周波数以上に表れた強度 （ レ ベル） の高い信号が第 2 高調波であ る か第 3 高調波であ るかを判断 し、 走行時および歩行時の ピ ッ チを導出する よ う に して い る。 すなわち、 本発明の ピ ッ チ計測装 置は、 体動を検出する体動セ ンサ と 、 こ の体動セ ンサの検出結果を周 波数分析する周波数分析手段と 、 こ の周波数分析手段の分析結果か ら 走行時ま たは歩行時の ピ ッ チを求め る ピ ッ チ導出手段 と を有 し、 ピ ッ チ導出手段は、 分析結果の 中の第 1 の設定周波数以上の領域でパワー が所定の レベル以上にあ る信号を ピ ッ チ を求める ために参照す る基準 波 と して設定 し、 こ の基準波が体動に対する第 2 高調波であ る か第 3 高調波であ るかを判断 して ピ ッ チを求め る よ う に して い る。

走行時お よび歩行時の ピ ッ チ と して は、 体動の周波数の 2 倍、 すな わち、 第 2 高調波の周波数を表示す る こ とが多い。 従って 、 ピ ッ チ導 出手段においては、 基準波が第 2 高調波であ る と判断 した と き は基準 波の周波数を ピ ッ チ と して 出力 し、 基準波が第 3 高調波であ る と判断 した と き は基準波の周波数の 2 / 3 を ピ ッ チ と して出力する こ とが望 ま しい。 こ のよ う に、 本発明の ピ ッ チ計測装置においては、 マス ク信 号な どを用いずに第 2 高調波あ るいは第 3 高調波であ るかを判断す る だけで走行時および歩行時の ピ ッ チ を導出す る こ とが可能であ り 、 走 行時あ る いは歩行時であ るか否かの設定、 ま たは判断をユーザーあ る いは ピ ッ チ計測装置の側で行う 必要がな く 何時で も精度の高い ピ ッ チ を出力する こ とができ る。 すなわち、 本発明のピ ッチ計測装置によ り 、 走行時および歩行時のいずれにおいても、 外部操作あるいは内部操作 な どによ って設定を切 り 替え る こ とな く 精度良 く ピ ッチを計測する こ とが可能になる。 従って、 体動センサか らの信号を処理可能な制御装 置と、 この制御装置からの出力を表示可能な表示装置とを有する ピ ッ チ計測機能に加えて他の機能も搭載可能な電子機器を用いて ピ ッチを 計測する際も、 ユーザーは走行あるいは歩行な どの設定を行う 必要が な く 、 簡単に、 また、 確実に ピ ッチを計測する こ とができ る。

上述したよ う に、 一般的に歩行時のピッチは毎分 1 0 0 〜 1 5 0 回 であ り 、 走行時のピ ヅ チは毎分 1 5 0 回〜 2 0 0 回である。 従って、 第 2 高調波と しては 1 5 0 - 2 0 0 回/分、 第 3 高調波と しては 1 5 0 〜 2 2 5 回 /分の周波数が得られる と予想でき、 これら の周波数よ り低い周波数の信号はノ イ ズである可能性が高い。 そ こで、 本発明に おいては、 第 1 の設定周波数と して、 例えば、 第 2 高調波および第 3 高調波と して予想される周波数よ り も十分に低い 1 0 0 回 分程度の 値を設定 し、 それ以上の周波数の信号を評価する こ とによ り ノ イ ズの 影響によ る ピ ッチの誤 り 計測を防止で き る よ う に している。 も ちろん、 第 1 の設定周波数は上記の値に限定されるものではな く 、 被計測者や 計測環境などによ って変更した り 、 調整する こ と も可能である。

ピ ッチ導出手段において、 第 2 高調波および第 3 高調波の判断を行 う には、 分析結果の中に基準波の周波数の 1 / 3 倍または 2 / 3倍の 少な く ともいずれかの周波数の近傍に高レベルの信号があるか否かを 判断する高調波確認手段と、 基準波の周波数の 1 / 3 倍ま たは 2 / 3 倍の少な く と もいずれかの周波数の近傍に高レベルの信号がないと判 断したと きに基準波を第 2 高調波である と判断する信号判別手段と を 設けてお く こ とができ る。 例えば、 高調波確認手段と して、 分析結果 の中に基準波の周波数の 1 / 3 倍の周波数の近傍に高レベルの信号が あるか否かを判断する第 1 波確認手段を採用 し、 信号判別手段におい ては、 基準波の周波数の 1 / 3 倍の周波数の近傍に高レベルの信号が ない と判断した と きに基準波を第 2 高調波である と判断する こ とがで き る。 ま た、 高調波確認手段に、 分析結果の中に基準波の周波数の 2 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号があるか否かを判断する第 2 波確認手段を採用 し、 該当する信号がない と判断 した と きに基準波を 第 2 高調波である と判断するこ ともで きる。 さ ら に、 高調波確認手段 において、 基準波の周波数の 1 / 3 倍および 2 / 3倍の両方の周波数 の近傍に高レベルの信号があるか否かを判断 し、 基準波の周波数の 1 / 3 倍の周波数の近傍に高レベルの信号がな く 、 さ ら に、 基準波の周 波数の 2 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号がないと判断 した と きに基準波を第 2 高調波である と判断する こ とも可能である。

また、 歩行時に得られる第 3 高調波の周波数が走行時に得られる第 2 高調波の周波数に比べ安定 している こ とに着目 し、 ピ ッチ導出手段 が基準波の周波数が第 2 の設定周波数以下である と判断した と きに基 準波を第 2 高調波である と判断する信号判別手段を採用する こ ともで きる。 例えば、 歩行時に基準波と して得られる第 3 高調波の予想周波 数は 1 5 0 〜 2 2 5 回 /分であ るので、 第 2 の設定周波数と して 1 5 0 回/分を採用 し、 この周波数以下の場合は第 2 高調波である と判断 する こ とができ る。 これによ り 、 基準波の周波数の 1 / 3 倍ま たは 2 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号があって も、 基準波の周波数 が第 2 の設定周波数を越えていない場合は、 1 / 3 あ るいは 2 / 3 の周波数の近傍の高レベルの信号はノ イ ズである と判断し、 基準波が 第 2 高調波である と判断する こ とができ る。

基準波が第 2 高調波ま たは第 3 高調波であるを判断して ピ ッチを求 める手法は、 パ ソ コ ンなどを用いて体動セ ンサから得られた検出結果 を解析する ピ ッチ計測方法において も用いる こ とがで きる。 すなわち、 本発明においては、 以下のよ う なステ ッ プを有する ピ ッチ計測方法を 提供する こ とがで きる。

1 . 体動を周波数分析する工程。

2 . この周波数分析手段の分析結果から走行時または歩行時のピッチ を求め際に、 分析結果の中の第 1 の設定周波数以上の領域でパワーが 所定のレ ベル以上にある信号を基準波と して設定 し、 こ の基準波が体 動に対する第 2 高調波であ るか第 3 高調波であるかを判断して ピ ッチ を求める ピ ッチ導出工程。

上記の計測装置と同様に、 ピ ッチ導出工程においては、 基準波が第 2 高調波である と判断した と きは基準波の周波数をピ ッチ と して出力 し、 基準波が前記第 3 高調波である と判断した と きは基準波の周波数 の 2 / 3 を ピ ッチ と して出力する こ とが望ま しい。 ま た、 ピ ッチ導出 工程において、 第 2 高調波であるか第 3 高調波であるかを判断するた めに、 分析結果の中に前記基準波の周波数の 1 / 3倍または 2 / 3 倍 の少な く と も いずれかの周波数の近傍に高レベルの信号があるか否か を判断する高調波確認工程と、 基準波の周波数の 1 / 3倍または 2 / 3倍の少な く ともいずれかの周波数の近傍に高レベルの信号がない と 判断した と きに基準波を前記第 2 高調波である と判断する信号判別ェ 程など、 上述 した機能を備えた工程を採用する こ とがで き る。

このよ う な本発明のピ ッチ計測方法は、 上記の工程を備えたソ フ ト ウ ェアと して提供する こ とが可能であ り 、 磁気記録媒体や R O Mな ど のコ ン ピュータあるいはマイ ク ロプロセ ッサ等に読み取 り 可能な媒体 に記億させて提供する こ とがで き る。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の ピ ッ チ計測機能を搭載 した携帯用電子機器の外観 および使用状態を示す説明図である。 図 2 は、 図 1 に示す携帯用電子機器の概略構成を示すプロ ック図で ある。 図 3 は、 図 1 に示す電子機器に搭載されたピ ッチ計測装置の概略構 成を示すプロ ッ ク図である。 図 4 は、 体動信号を周波数分析して得ら れたスぺク トルの例を示す 図であ り 、 図 4 ( a ) は走行時に得 られたスペク ト ルの例を示 し、 図 4 ( b ) は歩行時に得られたスペク ト ルの例を示 してある。 図 5 は、 図 3 に示すピ ッチ計測装置における処理を示すフ ローチ ヤ ー ト であ る 。 図 6 は、 図 1 に示す携帯用電子機器の装置本体の平面図である。 図 7 は、 図 1 に示す携帯用電子機器の装置本体を腕時計の 3時方向 からみた と きの説明図である。 図 8 は、 図 1 に示す携帯用電子機器に用いた脈波検出用セ ンサュ ニ ッ トの断面図である。 図 9 は、 図 1 に示す用電子機器に搭載された脈波検出装置の概略構 成を示すブロ ッ ク図である。 図 1 0 は、 図 1 に示す携帯用電子機器の各モー ド を示す説明図であ る。 図 1 1 ( a ) は、 時計モー ドが選択されたと きの案内表示を示す説 明図、 図 1 1 ( b ) は、 こ の案内表示が消えた状態を示す説明図であ る。 図 1 2 は、 図 1 に示す携帯用電子機器において、 ピ ッチ計及び脈拍 計と してのラ ンニ ングモー ドにおける機能を説明するための説明図で ある。 図 1 3 ( a ) は、 ピッチ計及び脈拍計と してのラ ンニ ングモー ド に 切 り換わった との表示の内容を示す説明図、 図 1 3 ( b ) は、 この モー ドにおいて計測を開始する前の表示の内容を示す説明図である。 図 1 4 ( a ) は、 ピッチ計及び脈拍計と してのラ ンニングモー ドに おいて、 脈拍数の計測を開始した以降、 脈拍数が所定のレ ンジ内に到 達する以前の表示形態を示す説明図、 図 1 4 ( b ) は、 脈拍数が所定 のレ ンジ内に到達した以降の表示形態を示す説明図、 図 1 4 ( c ) は、 ピ ッチの時間的変化を示すと きの表示形態を示す説明図である。 図 1 5 ( a ) は、 図 1 に示す携帯用電子機器において、 脈拍数の計 測を停止する よ う に との操作があった以降、 脈拍数が所定のレ ンジ内 にある と きの表示形態を示す説明図、 図 1 5 ( b ) は、 脈拍数が所定 の レ ンジ内から外れた と きの表示形態を示す説明図である。 図 1 6 ( a ) は、 従来のピ ッチ計における走行時の体動信号をパル ス変換した後の波形図、 図 1 6 ( b ) は、 従来の ピ ッチ計における歩 行時の体動信号をパルス変換した後の波形図である。

発明を実施するための最良の形態

次に、 図面を参照 して本発明の実施の形態の一例を説明する。 図 1 に、 本発明の ピ ッチ計測機能を備えた腕装着型の携帯用電子機 器を示してある。 こ の携帯用電子機器 1 は、 腕時計と して使用でき る 計時機能と、 脈波を計測して表示で きる脈拍測定機能と、 さ ら に、 走 行時および歩行時の腕あるいは足な ど身体の動きの頻度を示す ピッ チ を計測で き る ピ ッチ計測機能を備えている。 本図に示すよ う に、 本冽 の携帯用電子機器 1 は、 腕時計構造を有する装置本体 1 0 を備えてお り 、 こ の本体 1 0 の内部に、 ユーザーの体の動き （体動） を検出する 加速度セ ンサなどの体動セ ンサ 9 0 と、 上述 した各機能を実現する t めの制御部 5 な どが収納さ れている。 本体 1 0 の表面には時刻、 脈拍 あるいはピ ッチなどの様々なデータ を表示する と共にユーザーイ ン 夕 フ ェース の機能を果たす液晶表示体 1 3 が設け られてお り 、 さ らに、 本体 1 0 の表面および側面には各機能を操作するための複数の操作ス イ ッチ 1 1 1 、 1 1 2 、 1 1 3 、 1 1 4 、 1 1 5 、 1 1 6 および 1 1 7 が設け られている。 また、 本体 1 0 には、 ケーブル 2 0 を介 して脈 波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 が装着されてお り 、 指先から脈波を検出 でき るよ う になつている。 このよ う な本体 1 0 には、 腕時計におけ る 1 2 時方向 （以降において、 本体 1 0 に関する向きは全て時刻方向で 示すこ と とする） から腕に巻きついて 6 時方向で固定される リ ス ト ノ、' ン ド 1 2 が設けられお り 、 装置本体 1 0 をユーザーの腕に着脱自在に 装着でき るよ う になつている。

図 2 に、 本例の電子機器 1 の概略構成を ブロ ッ ク図によ って示 して ある。 本例の電子機器 1 は、 マイ ク ロプロセ ッサなどによ って構成さ れる制御部 5 を中心に構成されてお り、 この制御部 5 で処理を行う た めのプロ グラ ムやデータ な どが予め記憶された R O M 3 と、 処理上の 一次記憶領域や計測されたデ一夕な どを蓄積する ために用い られる R A M 4 と、 制御部 5 を操作するための操作部 2 を備えている。 操作部 2 は、 上述 したよ う に本体 1 0 の表面あるいは周囲に設け られた各種 のスィ ッチ 1 1 1 〜 1 1 7 を備えている。 ま た、 本例の電子機器 1 は、 上述 したよう にユーザーィ ンタ フ ヱース用の液晶パネル 1 3 を備えて お り 、 こ の液晶パネル 1 3 に時刻、 計測されたデータ さ ら には処理 モー ドな どの情報が表示される よ う になっている。

本例の電子機器 1 は、 さ ら に、 計時用の発振機能、 時刻および日付 を計測するな どを有する リ アルタ イ ムク ロ ッ ク （ R T C ) ユニ ッ ト 6 を備えてお り 、 この R T Cユニ ッ ト 6 の機能を活か して、 後で電子機 器の操作と共に説明する様々な計時処理を行う計時処理部 5 4 が構成 されている。 また、 本例の電子機器 1 は、 本体 1 0 に収納された体動 セ ンサ 9 0か らの信号を制御部 5 によって処理する こ とによ り ピ ッチ 計測を行える ピッチ計測部 5 6 と、 本体 1 0 とケーブル 2 0 で接続さ れた脈波センサ 3 0 からの信号を制御部 5 によって処理する こ とによ り脈拍計測を行える脈拍計測部 5 5 を備えている。 ピ ッチ計測について

図 3 に、 本例のピ ッチ計測部 5 6 の構成をさ らに詳 し く 示 してある 本例のピ ッチ計測部 5 6 においては、 体動セ ンサ 9 0 によ って体動を 検出 し、 その信号を制御部 5 の体動信号変換部 5 6 1 に入力する。 体 動信号変換部 5 6 1 は、 体動センサ 9 0 によ って得られた信号を増幅 する と共に処理 し易いデジタルデータ に変換し、 R A M 4 の体動信号 記憶部 5 6 2 に出力 して一次的に蓄積する。 もちろん、 こ のデ ータ を 継続して蓄積しておいて後でバ ソ コ ンな どの処理装置に供給し、 ピ ゾ チを解析する ためのデータ と して使用する こ と も可能である。 体動信 号記憶部 5 6 2 に蓄積されたデ一夕 は、 所定の間隔で制御部 5 の周波 数分析部 5 6 9 によ って取得され周波数分析される。 周波数分析部 5 6 9 は、 体動信号記憶部 5 6 2 に記憶されている信号を読み出 してそ れに周波数分析と して高速フー リ エ変換 （ F F T処理） を行う体動信 号演算部 5 6 3 と、 周波数分析された結果か ら周波数と信号強度 （ レ ベル） を体動成分と して抽出で き る体動成分抽出部 5 6 4 を備えてい る。 体動成分抽出部 5 6 4 によ って抽出された体動成分は制御部 5 に 構成された ピ ッチ導出部 5 6 0 に供給され、 こ の ピ ッチ導出部 5 6 0 によ って走行時または歩行時の ピ ッチが導出され、 その結果が液晶表 示装置 1 3 に出力でき るよ う になつている。

本例のピ ッチ導出部 5 6 0 は、 所定の周波数 （第 1 の設定周波数） 以上の領域で信号強度が所定の レベル以上にある信号を ピ ッチを求め るために参照する基準波と して特定する信号特定部 5 6 5 と、 特定さ れた基準波の周波数の 1 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号があ るか否かを判断する第 1 波確認部 5 6 6 と、 基準波の周波数の 2 / 3 倍の周波数の近傍に高レベルの信号があるか否かを判断する第 2 波確 認部 5 6 7 と、 さ らに、 第 1 波確認部 5 6 6 が基準波の周波数の 1 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号がない と判断し、 第 2 波確認部 5 6 7 が基準波の周波数の 2 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号 がない と判断 した と きに、 特定された基準波を体動の基本的な周波数 を備えた基本波に対する第 2 高調波である と判断する信号判別部 5 6 8 を備えている。

信号判別部 5 6 8 は、 第 1 波確認部 5 6 6および第 2 波確認部 5 6 7 の確認結果に基づいて、 基準波の周波数の 1 / 3倍の周波数の近傍 に高レベルの信号にあるか、 または、 基準波の周波数の 2 / 3 倍の周 波数の近傍に高レベルの信号がある と判断した と きに、 特定された基 準波を体動の基本波に対する第 3 高調波である と判断するが、 その際、 基準波が所定の周波数 （第 2 の設定周波数） 以上にある と判断した と きには じめて基準波は第 3 高調波である と断定し、 基準波が第 2 の設 定周波数以下にある と判断 した と きには、 基準波は第 2 高調波である と断定するよ う に している。 図 4 に、 体動信号演算部 5 6 3 および体動成分抽出部 5 6 4 によつ て得られる信号 （スペク ト ル） の例を示 してある。 図 4 ( a ) は、 走 行時に得 られるスペク ト ルの例を示 してあ り 、 図 4 ( b ) は、 歩行時 に得られるスペク トルの例を示 してある。 このよ う に、 走行時および 歩行時では、 得られるスペク トルに明確な差が見られるので、 本例の ピ ッチ計測部 5 6 においては、 このよ う なスぺク トルの違いを 自動旳 に把握して走行時でも歩行時で も 自動的にピ ッチを精度良 く 計測で き る よ う に している。

走行時および歩行時のスぺク ト ルの相違は以下のよう な原因による もの と考え られる。 まず、 図 4 ( a ) に示 した走行時の典型的なスぺ ク ト ラムにおいては、 体動の基本波に対応する線スぺク トル S A 1 、 および体動の基本波に対する第 2 高調波成分に相当する線スぺク ト ル S A 2 が出現し、 そのう ち、 第 2 高調波成分に相当する線スペク ト ル S A 2 は、 基本波に対応する線スぺク トル S A 1 に比 して レベルが著 し く 高い。 この現象には幾つかの原因が考え られる。 まず第 1 に、 走 行時には、 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 高調波が高い レベルで出現し易い。 第 2 に、 腕の振 り は腕の振 り 出 し及び引 き戻 しを一周期とする振 り 子 運動に相当するので、 これによ つて体動の基本波が得られる。 しか し ながら、 走行時には腕の振 り を滑ら かな振り 子運動にするのが難しい ので腕の振 り によ る基本波の レベルは弱めになる。 第 3 に、 腕の振 り 出 し及び引 き戻しのそれそれの瞬間に加速度がかかる。 従って、 体動 セ ンサには腕の振 り の基本波の第 2 高調波が高い強度で検出される。 これらの原因によ って走行時には体動の基本波の レベルよ り も非常に 高い レベルの第 2 高調波が得られる。

これに対して、 図 4 ( b ) に示 した歩行時の典型的なスペク ト ラム においては、 体動の基本波に対応する線スペク ト ル S B 1 、 体動の基 本波の第 2 高調波成分に相当する線スぺク ト ル S B 2 、 および体動の 基本波の第 3 高調波成分に相当する線スぺク トル S B 3 が出現する。 こ の歩行時には、 走行時ほど体動に上下動がな く 、 ま た、 手振 り に起 因する体動の基本波の成分が強 く 出現するので、 その特徴と して基本 波に対応する線スペク トル S B 1 が強く 現れる。 その結果、 各線ス ぺ ク ト ル S B 1 および S B 2 の比率は一定しないものの、 走行時に比較 して、 第 2 高調波の線スぺク ト ル S B 2 に対する基本波の線スぺク ト ル S B 1 の比が歩行時には強 く なる。 さ らに、 第 3 高調波を示す線ス ぺク トル S B 3 が現れ、 体動の基本波に対応する線スぺク トル S B 1 、 および第 3高調波成分に相当する線スぺク ト ル S B 3 が第 2 高調波成 分に相当する線スぺク トル S B 2 よ り も レベルが高 く なる。

さ らに、 走行時のピ ッチ （通常は第 2 高調波の周波数が参照される こ とが多い） は 1 5 0 ~ 2 0 0 回/分であ り 、 また、 歩行時の ピ ッチ は 1 0 0 〜 1 5 0 回/分であるので、 走行時の第 2 高調波と歩行時の 第 3 高調波はほぼ同 じ周波数帯に表れる。 従って、 所定の周波数 （第 1 の設定周波数） 以上の高レ ベルの信号を特定し、 その信号が第 2 高 調波であるか、 あるいは第 3 高調波であるかを判断するこ とによ り 、 走行時の体動によ るスぺク トルか、 歩行時の体動によ るスぺク トルで あるかの判断を 自動的に行う こ とがで き る。 そ して、 第 2 高調波であ ればその周波数を、 また、 第 3 高調波であればその 2 / 3 の周波数を ピ ッチと して出力する こ と によ り 、 走行あるいは歩行といった状況の 違いにかかわ らず精度の高いピ ッチを表示あるいは出力する こ とがで き る。

図 4 に示 したスぺク トルの例においては、 上述した第 2 高調波ある いは第 3 高調波が出現する と予想される周波数帯よ り 低めの 1 0 0 回 /分を第 1 の設定周波数と する と、 走行時の第 2 高調波に対応する線 スぺク トル S A 2 、 歩行時の第 2 高調波に対応する線スぺク ト ル S B 2 、 および歩行時の第 3高調波に対応する線スぺク ト ル S B 3 が基準 波と して特定されう る対象 となる。 そ して、 これらの 1 0 0 回/分以 上の周波数領域を監視してそ こ に出現した高レベルの信号が基本波に 対する第 2 高調波であるのか第 3高調波であるのかを判断する こ とに よ り 、 走行状態あるいは歩行状態の ピ ッチを精度良 く 導出する こ とが でき る。 すなわち、 歩行時には、 1 0 0 回 /分以上の周波数領域に第 3 高調波が高レベルの信号と して出現するので、 この信号が第 3 高調 波である と判断で きれば、 こ の信号の周波数に 2 / 3 倍を掛けた値か ら歩行時のピ ッチを求める こ とがで き る。 また、 走行時には、 1 0 0 回/分以上の周波数領域に基本波に対する第 2 高調波が高レベルの信 号と して出現するので、 こ の信号が第 2 高調波である と判断で きれば、 この信号の周波数から走行時の ピ ッ チを求める こ とがで き る。 図 5に示 したフ ローチヤ一 ト に基づ き、 本例のピ ッチ計測部の ピ ツ チ導出部 5 6 0において、 走行時および歩行時のスぺク トルの違いを 利用 して ピ ッチを求める処理を説明する。 ま ず、 ステ ップ S T 1 にお いて、 信号特定部 5 6 5を用いて周波数分析後に抽出されたスぺク ト ルから レベルの最も高い信号 （線ス ペク ト ル） を特定する。 こ の信号 がピ ッチを求める際に参照される基準波と して特定される。 次に、 ス テ ツ プ S T 2 において、 こ の基準波の周波数 （ F b ) が第 1 の設定周 波数である 1 0 0回 /分以上であるか否かを判断する。 基準波の周波 数が 1 0 0回 /分未満の場合は、 ステ ッ プ S T 3 において、 先の信号 を除 く 信号の中から レベルの最も レベルの高い信号を検索する。 ス テ ツ ブ S T 3 において、 相応の信号が見つからない場合には、 以下に 説明する処理をバイ パス して信号判別部 5 6 8 に移行 し、 ステ ッ プ S T 1 0において、 前回導出 した ピ ッ チをそのま ま今回の ピ ッチと して 処理を終了する。

一方、 ステ ッ プ S T 3 において、 次の レベルの信号が検出された場 合は、 ステ ッ プ 4 に移行し、 先の信号を除 く 信号の中から レベルの'最 も レベルの高い信号を基準波と特定する。 そ して、 ステ ッ プ S T 2 に 戻 り 、 第 1 の設定周波数以上であるか否かを判定する。

ステ ッ プ S T 2において 1 0 0回 /分以上の高レベルの信号である と判断される と、 次に、 ス テ ッ プ S T 5 において、 第 1 波確認部 5 6 6 を用いて、 特定された基準波の周波数 F bの 1 / 3倍の周波数の近 傍に、 基準波の強度 （振幅あるいは レベル） に対して 1 / 2倍以上の 強度 （振幅あるいはレベル） を有する信号があるか否かを判断する。 基準波が第 3高調波である場合は、 基準波の周波数 F bの 1 / 3倍の 近傍に体動の基本波を示す高レベルの信号が表れるはずであ り 、 これ を検出するこ とによ り 第 2 高調波あるいは第 3 高調波であるかの判断 が可能である。 基準波の周波数の 1 / 3 倍の周波数に高レベルの信号 があるか否かを判断する際は、 周波数分析を行う 周波数分析部 5 6 9 の能力にも よ るが、 上述した線スぺク ト ルが得られる周波数分解能の + /— 1 分解能程度の範囲に高レベルの信号があれば基準波の周波数 の 1 / 3 倍に高レベルの信号がある と判断するこ とが望ま し く 、 さ ら に高い分解能を備えている場合は、 分解能に応じた周波数帯を判断対 象と して選択する こ とが望ま しい。

ステ ッ プ S T 5 において、 基準波の周波数 F b の 1 / 3倍の周波数 の近傍に基準波の レベルの 1 / 2 倍以上の レベルの信号がない と判断 される と、 ステ ッ プ S T 6 に移行する。 ステ ッ プ S T 6 においては、 第 2 波確認部 5 6 7 を用いて、 基準波の周波数の 2 / 3倍の周波数の 近傍に基準波の レベルの 1 / 2 倍以上の レベルの信号があるか否かを 判断する。 基準波が第 3高調波であ る場合は、 基準波の周波数 F b の 2 / 3 倍の近傍に第 2 高調波を示す高レベルの信号が表れるはずであ り 、 これを検出する こ とによ り 第 2 高調波あるいは第 3高調波である かの判断が可能である。 このステ ッ プにおいても上記のステ ッ プと同 様に周波数解析をする際の分解能に応じた周波数帯を判断対象と して 選択する こ とが望ま しい。

基準波が第 3 高調波である場合は、 上述 したよ う に、 体動の基本波 および第 2 高調波を示すかな り 強度の高い信号が得られる こ とが多い。 従って、 上述したステ ップ S T 5 あるいはステ ッ プ S T 6 のいずれか 一方だけ、 すなわち、 第 1 波確認部 5 6 6 あるいは第 2 波確認部 5 6 7 の一方を用いて第 2 高調波あるいは第 3高調波であるかを判断する こ と も も ちろん可能である。 また、 本例のよ うに、 ステ ッ プ S T 5 お よびステ ップ S T 6の両方、 すなわち、 第 1 波確認部 5 6 6および第 2波確認部 5 6 7の両方で第 2高調波あるいは第 3高調波であるかを 判断する こ と によ り 、 第 3高調波が得られる状態 （歩行時） において、 基本波あるいは第 2高調波の レベルが非常に小さ い、 通常とは若干 違ったパター ンの体動を行う ユーザーに対 して も的確に ピ ッチを導出 する こ とがで き る。 ま た、 本例では高レベルの信号であるか否かを基 準波の レベルの 1 / 2以上の レベルを持った信号であるか否かによ つ て判断 しているが、 この値は 1 つの例であ り 、 体動セ ンサから の信号 を増幅 · 変換し、 さ ら に周波数分析を行って得られる信号に含まれた ノ イ ズに対し区別で き るよ う な レベルであれば良いこ とはもちろんで ある。

ステ ッ プ S T 5および S T 6において、 基準波の周波数 F bの 1 / 3倍および 2 / 3倍の周波数の近傍に高 レベルの信号がなければ、 S 準波は、 第 2高調波に相当する信号 と判断で き る。 従って、 ステ ッ プ 8に移行 し、 信号判別部 5 6 8 において基準波の周波数 F bをそのま ま ピ ッチ と して導出する。. も ちろん、 ピ ッチ と して体動の周波数を導 出する場合は、 基準波の周波数 F bの 1 / 2 を導出する こ とも可能で ある。

これに対し、 ステ ッ プ S T 5において、 基準波の周波数 F bの 1 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号があった場合、 あるいはステ ツ ブ S T 6 において、 基準波の周波数 F bの 2 / 3倍の周波数の近傍に 高レベルの信号があった場合は、 ス テ ッ プ S T 7 に移行して基準波の 周波数 F bが第 2 の設定周波数である 1 5 0 回 /分以上であるか否か を判断する。 この 1 5 0回 /分とい う第 2の設定周波数の値は、 第 1 の設定周波数の値の 1 0 0回/分の 1 . 5倍の数値である。 通常の場 合、 歩行中のピ ッチは、 1 0 0回/分〜 1 5 0回/分であ り第 3高調 波と して 1 5 0 回/分〜 2 2 5 回/分の基準波が得られる と予想され る。 また、 走行中のピ ッチは、 1 5 0 回 /分〜 2 0 0 回/分であ り 、 第 2 高調波と して 1 5 0 回 /分〜 2 0 0 回/分という ほぼ同 じ周波数 帯の基準波が得られる と予想される。 しかしながら、 走行中の ピ ッチ と比較し歩行中のピ ッチの方が安定 している と考え られ、 第 3 高調波 と して 1 5 0 回/分以下の周波数の信号が得られる可能性は非常に小 さい。 従って、 ステ ッ プ S T 7 において、 基準波の周波数 F b が 1 5 0 回/分以上である と判断 した場合にのみ、 特定された基準波が第 3 高調波である と判断し、 一方、 基準波の周波数 F bが 1 5 0 回/分未 満の場合は、 ステ ッ プ S T 5 あるいは S T 6 によ って検出された高レ ベルの信号はあ く までノ イ ズであって、 基準波は第 2 高調波である と 判断する よ う に している。 この第 2 の設定周波数の値である 1 5 0 回 /分も も ち ろん例示であ り 、 ユーザ一や測定状況などによ って変更 し た り 、 あるいは調整で き る よ う に して も良いこ とはも ちろんある。 こ のよ う に、 ステ ッ プ S T 7 において、 第 2 の設定周波数を用いて第 2 高調波であるか否かを判断する こ と によ り 、 基準波の周波数の 1 / 3 倍あるいは 2 / 3 倍の周波数の近傍に高レベルの ノ イ ズがあった場合 でも、 誤って第 3 高調波である と判断 して しま う こ と を未然に防止す る こ とがで き る。 従って、 本発明の ピ ッチ計測装置においては、 走行 時および歩行時に状況の変化に応じて極めて精度の良いピ ッチを 自動 的に導出する こ とがで きる。

ステ ッ プ S T 7 において、 基準波が第 2 高調波である と判断された 場合は、 ステ ッ プ S T 8 に移行し、 上述 したよ う に基準波の周波数 F b を ピッチと して導出する。 一万、 基準波が第 3高調波である と判断 された場合は、 ステ ッ プ S T 9 に移行し、 基準波の周波数 F b を 2 / 3倍し、 ピ ッチ と して導出する。 体動の基本周波数を ピッチ と して採 用する場合は基準波の周波数 F の 1 / 3 を導出すれば良いこ とはも ち ろんである。

以上に示 した機能を備えた ピッチ計測部 5 6 は、 本例のよ う に多機 能型の電子機器 1 の機能の 1 つ と して実現する こ とも可能である し、 ピ ッチを計測する単独の機能を備えたピ ッチ計と して提供する こ と も も ちろん可能である。 また、 図 5 に基づ き説明 した ピ ッチを求める処 理は、 パソコ ンな どによ って体動セ ンサから得られたデータ を解析す る際にソ フ ト ウ エアと して実現する こ と も も ちろん可能である。 本発 明のピ ッチ計測方法を採用 した ソ フ ト ウ エアにおいては、 ユーザーが 走行状態であ るか歩行状態であ るかを指定しな く ても 自動的に判断す る こ とが可能であ り、 その状態に則 した ピ ッチを極めて高い精度で導 出する こ とがで き、 様々な解析プロ グラムに適用する こ とが可能であ る。 そ して、 このよう なソ フ ト ウ ェ アは、 フ ロ ッ ピーディ スクやハ ー ドデ ィ ス クな どの磁気記録媒体や、 その他の C Dや R O Mといった コ ン ピュータあるいはマイ ク ロ プロセ ッサーな どに読み取り 可能な媒体 に収納して提供する こ とが可能であ る。 携帯型電子機器の全体構成 ―

以下に上述した本発明のピ ッチ計測機能を備えた携帯用電子機器の 構成およびその操作について説明する。

図 1 に戻って、 本例の携帯用電子機器 1 の腕時計構造を有する装置 本体 1 0 には、 脈波を計測するための脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 がケーブル 2 0 によって接続されてお り 、 ケーブル 2 0 の先端側には コネ ク夕 ピース 8 0 が構成され、 このコ ネ クタ ピース 8 0 が本体 1 0 の 6 時方向に構成されているコネク タ部 7 0 に対して着脱自在に取付 で き るよ う になつている。 脈波検出用セ ンサユニ ッ ト 3 0 は、 センサ 固定用パ ン ド 4 0 によ って遮光さ れなが ら 人差 し指の根元か ら指関節 ま での間に装着され、 指の根元に装着する こ と に よ っ てケーブル 2 0 が短 く 、 ラ ンニ ン グ中に邪魔にな ら ない よ う にな つて い る。 ま た、 掌 か ら指先までの体温の分布を計測する と、 寒い と き には、 指先の温度 が著 し く 低下する のに対 し、 指の根元の温度は比較的低下 しないので、 指の根元に脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 を装着する こ と によ り 、 寒 い 曰 に屋外で ラ ンニ ン グ した と きで も脈拍数な どを正確に計測で き る よ う にな つて い る。

図 6 に、 本例の携帯用電子機器の装置本体 1 0 を リ ス ト バ ン ド や ケーブルな どを外 した状態で示 して あ り 、 ま た、 図 7 に携帯用電子機 器 1 を本体の 3 時方向か ら みた状態を示 して あ る。

図 6 に示すよ う に、 本例の装置本体 1 0 は、 樹脂製の時計ケース 1 1 (本体ケース ） を備えてお り 、 こ の時計ケース 1 1 の表面側には、 現在時刻や日付に加えて、 走行時や歩行時の ピ ッ チ、 及び脈拍数な ど の脈波情報な どを表示する E L バ ッ ク ラ イ ト 付き の液晶表示装置 1 3 (表示装置） が構成さ れて い る 。 液晶表示装置 1 3 は、 表示面の左上 側に位置する第 1 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 1 、 右上側に位置する第 2 のセグメ ン ト 表示領域 1 3 2 、 右下側に位置する第 3 のセ グメ ン 卜 表示領域 1 3 3 、 及び左下側に位置する ド ッ ト 表示領域 1 3 4 を備え てお り 、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 では、 各種の情報を グラ フ ィ ッ ク表示 可能で き る よ う に なつ て い る。

時計ケース 1 1 の内部には、 上述 した よ う に、 ピ ッ チ を求める ため の体動セ ンサ 9 0 が内蔵さ れてお り 、 こ の体動セ ンサ 9 0 と しては、 加速度セ ンサな どを用い る こ と がで き る。 ま た、 時計ケース 1 1 の内 部には、 体動セ ンサ 9 0 に よ る検出結果 （体動信号） に基づいて ピ ッ チを求める と と も に、 それを液晶表示装置 1 3 で表示する ために、 ま た、 脈波検出用セ ンサユニ ッ ト 3 0 によ る検出結果 （脈波信号） に基 づいて脈拍数の変化な どを求める と と もに、 それを液晶表示装置 1 3 で表示するために、 各種の制御やデータ処理を行う制御部 5 が構成さ れている。 制御部 5 には、 計時回路も構成されているため、 通常時刻、 ラ ッ プタ イ ム、 ス プリ ッ ト タ イ ムな ども液晶表示装置 1 3 に表示可能 である。

時計ケース 1 1 の外周部には、 時刻合わせや表示モー ドの切換など の外部操作を行う ためのボタ ンス ィ ッチ 1 1 1 〜 1 1 5 が構成されて いる。 ま た、 時計ケースの表面には、 大きめのポタ ンスイ ッチ 1 1 6 、 1 1 7 が構成されている。 時計ケース 1 1 の内部には、 さ らに、 携帯 用電子機器 1 の電源となるボ夕 ン形の小型の電池 5 9 が収納されてお り 、 ケーブル 2 0 を介 して電池 5 9 から脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 にも電力を供給で き るよ う になつている。 このケーブル 2 0 は、 さ らに、 脈波検出用センサュニ ッ ト 3 0 の検出結果を時計ケース 1 1 の 制御部 5 に入力するために も用い られる。

本例の携帯用電子機器 .1 は多機能型の装置であ り 、 機能を増やすに ともなって装置本体 1 0 を大型化する必要がある。 しかしながら、 装 置本体 1 0 には、 腕に装着される とい う制約があるため、 装置本体 1 0 を腕時計における 6 時あるいは 1 2 時方向に向けては拡大する こ と は難しい。 そ こで、 本例では、 装置本体 1 0 には、 3 時及び 9 時の方 向における長さ寸法が 6 時及び 1 2 時の方向における長さ寸法よ り も 長い横長の時計ケース 1 1 を用いる こ とによ り 、 多 く の機能を実現す るための制御部あるいは他の機能ユニ ッ ト を収納で き る よ う に して い る。 3 時および 9 時方向に時計ケース 1 1 を伸ば して も、 リ ス ト ノ^;；ン ド 1 2 は、 3 時の方向側に偏った位置で接続 している。 このため、 リ ス ト バン ド 1 2 か らみる と、 腕時計における 9 時の方向に大きな張出 部分 1 0 1 を有する こ とになるが、 この大きな張出部分は 3 時の方向 にはない。 従って、 横長の時計ケース 1 1 を用いたわ り には、 手首を 自由に曲げる こ とがで き、 また、 転んでも手の甲を時計ケース 1 1 に ぶっける こ とがないよ う になつている。

また、 時計ケース 1 1 の内部の配置においても、 電池 5 9 の 9 時方 向にブザー用の偏平な圧鼋素子 5 8 を配置 し、 この圧電素子 5 8 よ り も重い電池 5 9 が 3時方向に偏った位置にあ り 、 装 S本体 1 0 の重心 位置が 3 時の方向に偏るよ う に している。 そ して、 この重心位置の近 傍に リ ス トバン ド 1 2 を接続 してあるので、 装置本体 1 0 を腕に安定 した状態で装着で きる。 ま た、 電池 5 9 と圧電素子 5 8 と を平面旳に 配置する こ と によ り装置本体 1 0 を薄型化し、 さ ら に、 図 7 に示すよ う に、 裏面部 1 1 9 に電池蓋 1 1 8 を設ける こ とによ って、 ユーザー が容易に電池 5 9 を交換で き るよ う に している。

図 7 に示すよ う に、 本例の時計ケース 1 1 の 1 2 時方向には、 リ ス トノ、 'ン ド 1 2 の端部に取 り 付け られた止め軸 1 2 1 を保持するための 連結部 1 0 5 が形成されている。 また、 時計ケース 1 1 の 6時方向に は、 腕に巻かれた リ ス ト パン ド 1 2 が長さ方向の途中位置で折 り返さ れる と と もに、 この途中位置を保持する ための留め具 1 2 2 が取 り付 け られる受け部 1 0 6 が形成されている。

装置本体 1 0 の 6 時方向において、 裏面部 1 1 9 から受け部 1 0 6 に至る部分は、 時計ケース 1 1 と一体に成形されて裏面部 1 1 9 に対 して約 1 1 5 ° の角度をなす回転止め部 1 0 8 になってい る。 すなわ ち、 リ ス トパン ド 1 2 によ って装置本体 1 0 を右の手首 L (腕） の上 面部 L 1 (手の甲の側） に位置するよ う に装着した と き、 時計ケース 1 1 の裏面部 1 1 9 は、 手首 Lの上面部 L 1 に密着する一方、 回転止 め部 1 0 8 は、 橈骨 Rのある側面部 L 2 に当接する。 この状態で、 装 置本体 1 0 の裏面部 1 1 9 は、 橈骨 R と尺骨 Uを跨 ぐ感じにある一方 . 回転止め部 1 0 8 と裏面部 1 1 9 との屈曲部分 1 0 9 から 回転止め部 1 0 8 にかけては、 橈骨 R に当接する感 じになる。 このよ う に、 回転 止め部 1 0 8 と裏面部 1 1 9 とは、 約 1 1 5 ° という解剖学的に理想 的な角度をな しているため、 装置本体 1 0 を矢印 Aま たは矢印 Bの方 向に回そ う と して も、 装置本体 1 0 は、 腕 L の周 り を不必要にずれな い。 また、 裹面部 1 1 9 及び回転止め部 1 0 8 によ って腕の回 り の片 側 2 力所で装置本体 1 0 の回転を規制するだけである ため、 腕が細 く ても、 襄面部 1 1 9及び回転止め部 1 0 8 は確実に腕に接するので、 回転止め効果が確実に得られる一方、 腕が太 く て も窮屈な感じがない よ う になつている。 脈波検出の機能について

図 8 に、 本例の電子機器 1 に装着さ れた脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 の構成を断面を用いて示 してある。 本例の脈波検出用センサュ ニ ヅ ト 3 0 は、 そのケース体と してのセ ンサ枠 3 6 の襄側に裏蓋 3 0 2 が被さ れる こ とによって、 内側に部品収納空間 3 0 0 が構成されて いる。 部品収納空間 3 0 0 の内部には、 回路基板 3 5 が配置されてお り、 回路基板 3 5 には、 L E D 3 1 、 フ ォ ト ト ラ ンジスタ 3 2 、 その 他の電子部品が実装されている。 脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 には ブッ シュ 3 9 3 によってケーブル 2 0 の端部が固定され、 ケーブル 2 0 の各配線は、 各回路基板 3 5 のパターン上にはんだ付けされている 脈波検出用セ ンサユニ ッ ト 3 0 は、 図 1 ( b ) に示したよ う に、 ケ一 ブル 2 0 が指の根元側から装置本体 1 0 の側に引 き出されるよ う に し て指に取 り付け られる。 従って、 L E D 3 1 及びフ ォ ト ト ラ ンジスタ 3 2 は、 指の長さ方向に沿って配列される こ とにな り 、 そのう ち、 L E D 3 1 は指の先端側に位置 し、 フ ォ ト ト ラ ンジスタ 3 2 は指の根元 の方に位置する。 このよ う に配置する こ とによ り 、 外光がフ ォ ト ト ラ ンジスタ 3 2 に届 きに く い とい う効果を持たせる こ とがで きる。

脈波検出用センサユニ ッ ト 3 0では、 セ ンサ枠 3 6の上面部分 （実 質的な脈波信号検出部） にガラ ス板から なる透光板 3 4によって光透 過窓が形成され、 こ の透光板 3 4に対して、 L E D 3 1及びフ ォ ト ト ラ ンジスタ 3 2は、 それそれ発光面及び受光面を透光板 3 4の方に向 けて配置されている。 このため、 透光板 3 4の外側表面 3 4 1 (指表 面との接触面/センサ面） に指の表面を密着させる と、 L E D 3 1 は、 指表面の側に向けて光を発する と と も に、 フ ォ ト ト ラ ジス 夕 3 2は、 L E D 3 1 が発した光のう ち指の側から反射 して く る光を受光する こ とができ る。 透光板 3 4の外側表面 3 4 1 と指表面との密着性を高め られるよ う に、 透光板 3 4の外側表面 3 4 1 は、 その周囲部分 3 6 1 から突出 している構造になっている。

本例では、 L E D 3 1 と して、 I n G a N系 （イ ンジ ウム 一ガ リ ウ ム —窒素系） の青色 L E Dを用いてあ り 、 その発光スペク トルは、 4

5 O n mに発光ピーク を有 し、 その発光波長領域は、 3 5 0 n mから

6 0 O n mまでの範囲にある。 かかる発光特性を有する L E D 3 1 に 対応させて、 本例では、 フ ォ ト ト ラ ンジス夕 3 2 と して、 G a A s P 系 （ガ リ ウム 一砒素一 リ ン系） のフ ォ ト ト ラ ンジスタ を用いてあ り 、 その素子自身の受光波長領域は、 主要感度領域が 3 0 O n mから 6 0 0 n mまでの範囲にあって、 3 0 0 n m以下にも感度領域がある。 本例の脈波検出用セ ンサュニ ヅ ト 3 0を、 セ ンサ固定用パン ド 4 0 によ って指の根元に装着し、 この状態で、 L E D 3 1 から指に向けて 光を照射する と、 この光が血管に届いて血液中のヘモグロ ビンによ つ て光の一部が吸収され、 一部が反射する。 指 （血管） から反射 して き た光は、 フ ォ ト ト ラ ン ジス タ 3 2 に よ っ て受光さ れ、 その受光量変化 が血量変化 （血液の脈波） に対応す る。 すなわち、 血量が多い と き に は、 反射光が弱 く な り 、 逆に、 血量が少な く なる と、 反射光が強 く な る。 従って、 反射光強度の変化を検出すれば、 脈拍数な どを計測で き る。

本例では、 発光波長領域が 3 5 0 n mか ら 6 0 0 n mまでの範囲に ある L E D 3 1 と、 受光波長領域が 3 0 0 n mか ら 6 0 0 n mまでの 範囲の フ ォ ト ト ラ ンジスタ 3 2 と を用いてあ り 、 その重な り 領域であ る約 3 0 0 n mか ら約 6 0 0 n mま での波長領域、 すなわち、 約 7 0 O n m以下の波長領域におけ る検出結果に基づいて生体情報を表示す る。 かかる脈波検出用セ ンサユニ ッ ト 3 0 を 用いれば、 外光が指の露 出部分にあた っ て も 、 外光に含まれる光の う ち波長領域が 7 0 O n m 以下の光は、 指を導光体と して フ ォ ト ト ラ ン ジス タ 3 2 (受光部） に ま で到達 しない。 その理由は、 外光に含ま れる波長領域が 7 0 O n m 以下の光は、 指を透過 しに く い傾向にあ る ため、 外光がセ ンサ固定用 パ ン ド 4 0で覆われて いない指の部分に照射されて も 、 指を通って フ ォ ト ト ラ ン ジス タ 3 2 ま で届かないか ら であ る。 こ れに対 し、 8 8 O n m付近に発光 ピーク を有す る L E D と、 シ リ コ ン系のフ ォ ト ト ラ ンジス タ と を用い る と、 そ の受光波長範囲は、 3 5 0 n mか ら 1 2 0 O n mま での範囲に及ぶ。 こ の場合には、 指を導光体と して受光部に ま で容易に届いて し ま う よ う な Ι ΙΏの波長の光に よ る検出結果に基 づいて脈波を検出 する こ と に な るので、 外光の変動に起因する誤検出 が起こ り やすい。

ま た、 約 7 0 O n m以下の波長領域の光を利用 して、 脈波情報を得 てい るので、 血量変化に基づ く 脈波信号の S /N比が高い。 その理由 と して、 血液中のヘモ グロ ビ ンは、 波長が 3 0 O n mから 7 0 O n m までの光に対する吸光係数が、 従来の検出光である波長が 8 8 0 n m の光に対する吸光係数に比 して数倍〜約 1 0 0倍以上大きいため、 血 量変化に感度よ く 変化するので、 血量変化に基づ く脈波の検出率 （ S / N比） が高いから と考え られる。 図 9 に、 脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 から の入力結果に基づいて 脈拍数な どを も とめる脈波計測部 5 5 の概略構成を示 してある。 脈波 計測部 5 5 は、 脈波検出用セ ンサュニ ッ ト 3 0 からケーブル 2 0 を介 して入力された信号を制御部 5 の脈波信号変換部 5 5 1 によ って増幅 した後、 デジタル信号に変換して R A M 4 の脈波信号記憶部 5 5 2 に 出力する よ う になっている。 脈波信号記憶部 5 5 2 に一時的に記憶さ れた脈波データ は制御部 5 の脈波信号演算部 5 5 3 によって読み出さ れ周波数分析と して高速フー リ エ変換 （ F F T処理） が行われる。 そ の結果が脈波成分抽出部 5 5 4 に入力され、 脈波成分抽出部 5 5 4 に おいては、 脈波信号演算部 5 5 3 か らの入力信号から脈波成分を抽出 して脈拍数演算部 5 5 5 に出力 し、 さ ら に、 こ の脈拍数演算部 5 5 5 は、 入力された脈波の周波数成分によ り 脈拍数を演算する と共に、 そ の結果を液晶表示装置 1 3 に出力で きる よ う になつている。

―— 携帯用電子機器の操作について ―

本例の携帯用電子機器 1 は、 上述 したよ う に計時機能、 脈波計測機 能さ ら に ピッチ計測機能を備えてお り 、 時計モー ド、 ス ト ッ プゥォ ッ チモー ド、 計時と併せて脈波情報の計測を行う脈拍計モー ド 、 さ ら に、 ピッチを計測するモー ドに切 り換え られる よ う になつている。 以下に、 本例の携帯用電子機器 1 の各モー ド を説明する。

図 1 0 に、 携帯用電子機器 1 で行われる各モー ド、 及びそのと きの 液晶表示装置 1 3 における 表示内容を模式的に表 して あ る。 ステ ッ プ S T 1 1 は、 時計モー ド を 示 してお り 、 第 1 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 1 に 1 9 9 4年 1 2月 6 曰、 月 曜 日であ る 旨が表示さ れ、 第 2のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 2 には、 現在時刻が午後 1 0時 0 8分 5 9秒で あ る 旨が表示さ れて い る。 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 現在のモー ド が時計モー ド であ る と して 「 T I M E」 と表示さ れて いる。 ド ッ ト 表 示領域 1 3 4 において 「 T I M E」 と表示さ れて い る のは、 こ の時計 モー ド が選択さ れた直後の数秒間だ けであ る 。 なお、 第 3のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 3 には、 何も 表示さ れて いな い。

本例の携帯用電子機器 1 は、 時計モー ド の と き に 2時方向 にあ るポ タ ン ス ィ ツ チ 1 1 1 を押す と、 た と えば 1 時間経過 した時にア ラーム 音を発生させ る こ とがで き 、 こ のアラ ームの発生時刻は、 任意に設定 で き る。 ま た、 1 1 時方向にあ るポ タ ンス ィ ッ チ 1 1 3 を押す と、 液 晶表示装置 1 3の E L ク ラ イ ト が 3秒間点灯 し、 しかる後に、 自 動的に消灯す る よ う になって い る。

こ のモー ドか ら 4時方向にあ る ボタ ンス ィ ッ チ 1 1 2 を押す と 、 ラ ンニ ン グモー ド （ ステ ッ プ S T 1 2 ) に切 り 換わ る。 このモー ド は、 携帯用電子機器 1 を ス ト ッ プウ ォ ッ チ と して使用する と き のモー ド で あ る。 ラ ンニ ン グモー ドでは、 計測を開始す る前 （待機状態） におい て、 第 1 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 1 に現在時刻が表示さ れ、 第 2 の セグメ ン ト 表示領域 1 3 2 には、 「 0 : 0 0 ' ： 0 0 " ： 0 0」 と表 示さ れて いる。 ド ッ ト 表示領域 1 3 4では、 ラ ンニ ン グモー ド であ る 旨のガイ ド表示 と して 「 R U N」 と 2秒間だ け表示 した後、 グラ フ ィ ッ クが切 り 換わ る。

こ のモー ドか ら 4時方向にあるポタ ンス ィ ツ チ 1 1 2 を押す と、 ラ ッ プタ イ ムの リ コールモー ド （ス テ ッ プ S T 1 3 ) に切 り換わる。 こ のモー ドは、 携帯用電子機器 1 を 用いて過去に計測 した ラ ッ プタ イ ムゃス プ リ ツ ト タ イ ム を読みだ すモー ド であ る。 ラ ッ プタ イ ムの リ コールモー ド では、 第 1 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 1 に 日付が表示さ れ、 第 2のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 2 には現在時刻が表示されてい る。 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 リ コ ールモー ド であ る 旨のガイ ド表示 と して 「 L A P /R E C A L L」 と 2秒間だ け表示され、 次に、 最新の ラ ッ プ毎の脈拍数の推移が表示さ れる。

このモー ドか ら 4時方向にあ る ボタ ンス ィ ッ チ 1 1 2 を押す と 、 脈 波計測結果の リ コ ールモー ド （ステ ッ プ S T 1 4 ) に切 り 換わ る。 こ のモー ドは、 過去に行っ た マラ ソ ン な どの と き、 携帯用電子機器 1 を 用いて計測、 記憶 しておい た脈拍数の時間的変化、 お よび、 携帯用電 子機器 1 を用 いて過去に計測 した ピ ッ チの時間的変化を読みだ すモー ド であ る。 こ の リ コ ールモー ドでは、 第 1 のセグメ ン ト 表示領域 1 3 1 に 日付が表示さ れ、 第 2 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 2 には現在時刻 が表示さ れて い る 。 ド ッ ト 表示領域 1 3 4に は、 「： R E S U L T /R E C A L L」 と 2秒間だけ表示さ れ、 次に、 平均脈拍数の時間的変化 を表すグラ フ が表示さ れる 。

こ のモー ドか ら 、 再度、 4時方向にある ポタ ンス ィ ッ チ 1 1 2 を押 すと、 矢印 P 1 で示すよ う に、 時計モー ド （ ステ ッ プ S T 1 1 ) に戻 る。 ま た、 ス テ ッ プ S T 1 2〜 S T 1 4において、 入力がない状態が 1 0分間継続 した と き も、 矢印 P 2 で示すよ う に、 時計モー ド （ス テ ツ プ S T 1 1 ) に 自動的に戻る 。 こ の時計モー ド に戻っ た と き には、 第 1 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 1 に 日付が表示さ れ、 第 2 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 2 に現在時刻が表示される。

本例の電子機器 1 では、 時計モー ド にな っ た と き、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 図 1 1 ( a ) に拡大して示すよ う に、 時計モー ド に戻つ た と して 「 T I M E」 と表示さ れる が、 この案内表示は、 図 1 1 ( b ) に示すよ う に、 2秒後に 自 動的に消え、 時計モー ド の通常状態 (ス テ ッ プ S T 1 5 ) と な る。 この時計モー ドの通常状態では、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4に何も表示さ れない状態の ま ま であ る。 すなわち、 ユーザにモー ド の案内 を行 う の に必要最小限の時間だ け ド ッ ト 表示 し、 そ こ が消えて いる こ と 自身が時計モー ド の通常状態であ る 旨のモー ド 表示 とす る こ と に よ っ て、 省電力化を図 ってある。 本例の携帯用電子機器 1 は、 上述 したいずれの状態か ら も、 コ ネ ク タ 部 7 0 に対 して コ ネ ク タ ピース 8 0 を装着す る と、 図 1 0に矢印 P 3で示すよ う に、 ラ ン ニ ン グモー ド （ス テ ッ プ S T 1 2 ) に 自 動的に 切 り 換わ る 。 この と き のラ ンニ ングモー ドは、 ス ト ッ プウ ォ ッ チ と し て動作す る だ けで な く 、 ラ ンニ ング中の ピ ッ チ及び脈拍数を計測で き るモー ド であ る。

ピ ッ チ計 と しての機能および脈拍計 と しての機能を ラ ンニ ン グモ一 ド において活用 す る様子を図 1 2 を 中心に参照 して説明す る。

ま ず、 図 1 2 において、 ピ ッ チ計及び脈拍計 と して機能を発揮する ラ ンニン グモー ド に切 り換わ る と （ス テ ッ プ S T 3 1 ) 、 図 1 3 ( a ) に示すよ う に、 液晶表示装置の第 1 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 1 に現在時刻が表示さ れ、 第 2 のセグメ ン ト 表示領域 1 3 2 には、 「 0 : 0 0 ' : 0 0 " ： 0 0」 と表示さ れ、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 「 R U N」 と表示さ れる。 ま た、 第 3のセグメ ン ト 表示領域 1 3 3で ハ一 ト のマークが点滅 して、 ピ ッチ計及び脈拍計 と して機能で き る ラ ンニ ングモー ドに切 り 換わ っ た こ と を表示する。

こ のモー ド の切 り 換え によ って、 脈波計測部 5 5 な どに電力が供給 さ れ、 動作周期の設定な ど とい った初期化処理が行われる。 それか ら 2秒後に、 初期の脈拍数を計測す る ための脈波信号の取 り 込みが行わ れる。 こ の と き、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 には、 「 S T O P / 5」 と の 表示 （ス テ ッ プ S T 3 2 ) と、 「M O T I 〇 N/ 4」 との表示 （ス テ ツ プ S T 3 3 ) とが 2 H zで交互に行われ、 5秒間、 動かないよ う に と表示さ れる。 こ の と き 表示さ れる数字は 5秒間に対す る カ ウ ン ト ダウ ンであ り 、 切 り 換わ っ てい く 。 そ して、 時間の計測を開始する よ う に、 装置本体 1 0表面の上側に位置す るポタ ン ス ィ ツ チ 1 1 7が押 される ま で待機状態と なる （ステ ッ プ S T 3 4 ) 。

この待機状態では、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 図 1 3 ( b ) に示 すよ う に、 脈波信号の原波形がグラ フ ィ ッ ク表示される。 こ こ で表示 される原波形は、 最新のデ一夕 であ る。 従っ て、 時間の計測 （マラ ソ ン） を開始する前に、 脈波信号の原波形の波形や レベルを確認すれば、 L E D 3 1 ゃフ ォ ト ト ラ ン ジス 夕 3 2の装着状態の良否を詳 し く 判別 で き る。 ま た、 原波形の形状や レベルを確認 しなが ら L E D 3 1 や フ ォ ト ト ラ ン ジス 夕 3 2 を調整する こ と に よ り 、 L E D 3 1 やフ ォ ト ト ラ ンジス タ 3 2 の位置を最適な位置に設定する こ と もで き る。 しか も 、 周囲の温度や湿度が計測可能な環境であ るか否かを予め確認で き る。 さ ら に、 かかる機能は、 携帯用電子機器 1 の製造時において、 そ の検査な どに も利用で き る。 ま た、 原波形を グラ フ ィ ッ ク 表示する た め、 電池の消耗な どに よ っ て時間軸が変動 したか否かな ども確認す る こ と もで き る 。 なお、 第 3のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 2 には、 パルス 変換から 求めた初期の脈拍数 「 7 5」 が表示される。

こ の状態から 、 マラ ソ ン を スタ ー ト する と 同時に、 装置本体 1 0の 表面の上側に位置するポタ ンス ィ ッ チ 1 1 7 を押す と、 経過時間の計 測が開始さ れ、 こ れと と も に、 ピ ッ チ及び脈拍数の計測が行われる

(ステ ッ プ S T 3 5 ) 。 これ ら の計測結果は、 図 1 4 ( a ) に示 した よ う に、 ま ず、 第 2 の セ グメ ン ト 表示領域 1 3 2 に経過時間が表示され、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 には、 脈拍数の時間的変化がグラ フ ィ ッ ク表示さ れる。 こ の と き 行う グラ フ ィ ッ ク 表示は、 縦軸の略中間位置を脈拍数 6 5 と して、 下 方か ら上方に延びる棒グラ フ に よ る 表示であ る。 こ の間、 第 3 のセ グ メ ン ト 表示領域 1 3 3 には、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 に表示さ れた グラ フの縦軸の目盛 り と、 その と きの脈拍数が表示さ れる。

こ の状態で、 脈拍数が レ ン ジ内 （脈拍数 1 2 0 か ら 1 6 8 ま での指 定範囲内） に入っ た と き 、 図 1 4 ( b ) に示すよ う に、 脈拍数は、 予 め設定さ れた基準脈拍数に対す る差 と して グラ フ ィ ッ ク表示さ れる ( ステ ッ プ S T 3 6 ) 。 こ の と き行 う グラ フ ィ ッ ク 表示は、 縱軸の略 中間位置 を例えば、 脈拍数 1 5 0 と して、 こ の値か ら の差に相 当す る 分を上下 （正 - 負 方向） に延びる棒グラ フ に よ る表示であ る。 ま た、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 の右側端部には、 脈拍数の指定範囲を示すマー クが表示される。

こ の間に 8 時方向にある ボタ ン ス ィ ッ チ 1 1 4 を押す と、 ド ッ ト 表 示領域 1 3 4 に ピ ッ チの時間的変化がグラ フ ィ ッ ク表示さ れる （ス テ ツ プ S T 3 7 ) 。 こ の と き行う グラ フ ィ ッ ク表示は、 図 1 4 ( c ) に示すよ う に、 縦軸の略中間位置を例えば ピ ッ チ 1 7 0 (回 /分） と した折れ線グラ フ であ る。 こ の と き 、 第 3 のセ グメ ン ト 表示領域 】 3 3 には、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 に表示された グラ フ の縦軸の 目盛 り (縦軸の略中間位置が ピ ッ チ 1 7 0 であ る 旨） と 、 その と き の ピ ッ チ が表示さ れる 。 こ のよ う に、 本例の携帯用電子機器 1 では、 ド ッ ト 表 示領域 1 3 4 において、 ピ ッ チの時間旳変化を折れ線グラ フ な どと い っ た脈拍数の表示 と異な る形態で表示 してある ため、 ラ ンナーは、 その表示形態をみる だ けで現在の表示がいずれの情報を表示 して い る かを簡単に判別で き る。 ま た、 本例の電子機器 1 には、 走行中であ る か、 あ る いは歩行中であ る かを設定する ス ィ ツチは用意さ れてお ら ず いずれの状態であ って も 的確な ピ ッ チが表示さ れる よ う にな っ てい る こ の状態か ら 、 再び、 8時方向にあ るボタ ンス ィ ッチ 1 1 4 を押す と、 ド ヅ ト 表示領域 1 3 4 に脈拍数の時間的変化が表示さ れる状態 (ステ ッ プ S T 3 6 ) に戻る。

ま た、 所定の通過点を通る と き、 装置本体 1 0表面の下側に位置す る ボタ ン ス ィ ッ チ 1 1 6 を押す と、 その と き のラ ッ プタ イ ムが第 1 の セ グメ ン ト 表示領域 1 3 1 に表示さ れる （ス テ ッ プ S T 3 8 ) 。 そ し て、 1 0秒後には 自動的に ステ ッ プ S T 3 6 に戻る。

しかる後、 ゴールに到着する と 同時に装置本体 1 0表面の上側に位 置するポタ ン ス ィ ッ チ 1 1 7 を押す と、 脈拍数、 ピ ッ チ、 及び時間の 計測が停止 し、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 「 C 00 L I N G / D 〇 WN」 と表示さ れる （ス テ ッ プ S T 3 9 ) 。 こ の状態か ら 2分経過す る と、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 ゴール した以降の脈拍数の時間的 変化が脈拍回復特性と して グラ フ ィ ヅ ク 表示さ れ る （ ス テ ッ プ S T 4

0

こ の脈拍回復特性について のグラ フ ィ ッ ク表示は、 図 1 5 ( a ) に 示すよ う に、 ま ず、 縦軸の略中間位置を脈拍数 1 5 0 と した 目盛 り の ま ま で下から 上に延びる棒グラ フ表示に切 り 換わ る。 そ して、 図 1 5 ( b ) に示すよ う に、 2分間の回復特性が計測さ れる。 こ の間、 第 3 のセ グメ ン ト 表示領域 1 3 3には、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 に表示さ れ た グラ フ の縦軸の 目盛 り と、 その と きの脈拍数が表示さ れる。

こ の状態から 、 8時方向にある ボタ ンス ィ ッ チ 1 1 4 を押す と、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 に 「 P U L S E /R E S U L T j と 1 . 5秒間 表示された後 （ステ ッ プ S T 4 1 ) 、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 今 回のマラ ソ ンにおける脈拍数の時間的変化が表示される （ステ ッ プ S T 4 2 ) 。 ま た、 8時方向にあるボタ ンス ィ ッ チ 1 1 4 を押す と、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 に 「 P I T C H/ R E S U L T」 と 1 . 5秒間 表示さ れた後 （ス テ ッ プ S T 4 3 ) 、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 今 回のマラ ソ ン におけ る ピ ッ チの時間的変化が表示される （ ステ ッ プ S T 4 4 ) 。 さ ら に、 8時方 向にある ボタ ンス ィ ッ チ 1 1 4 を押す と 、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 に 「 C O O L I N G/D O WN」 と 1 . 5秒間 表示さ れた後 （ス テ ッ プ S T 4 5 ) 、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4に ゴ一ル した以降の脈拍数の時間的変化が脈拍回復特性と して グラ フ ィ ッ ク 表 示さ れる状態 （ス テ ッ プ S T 4 0 ) に戻る。

なお、 ゴール した以降、 装置本体 1 0表面の下側に位置す るポタ ン ス ィ ッチ 1 1 6を押す と、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4 には、 今回の結果を 記憶 してお く か否かの案内 「 P R O T E C T /M E M O ? Y」 が表示 さ れ （ス テ ッ プ S T 4 6 ) 、 装置本体 1 0表面の上側に位置す るボタ ン ス ィ ッ チ 1 1 7 を押 して 「 Y E S」 と返答する と、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 結果を記憶処理中であ る と して 「 M E M O R Y」 と表示 され （ス テ ッ プ S T 4 7 ) 、 2秒後には、 初期状態 （ス テ ッ プ S T 3 1 ) に戻る。

こ の ピ ッ チ計及び脈拍計 と して の計測が終了 した後に、 4時方向に あ るポタ ン ス ィ ッ チ 1 1 2 を押す と 、 図 1 0 に示 した よ う に、 ラ ッ プ タ イ ムの リ コ ールモー ド （ ステ ッ プ S T 1 3 ) に切 り 換わ る。 こ の モー ドか ら 、 4時方向にあ るボタ ン ス ィ ッ チ 1 1 2 を押す と、 脈波計 測結果の リ コ ールモー ド （ステ ッ プ S T 1 4 ) に切 り 換わ る。 こ の モー ド において も 、 ド ッ ト 表示領域 1 3 4には、 ピ ッ チ及び脈拍数の 時間的変化を グラ フ ィ ッ ク表示する こ とがで き る。 こ の状態か ら 、 4 時方向にあるポ夕 ンス イ ッ チ 1 1 2 を押す と 、 時計モー ド （ス テ ッ プ S T 1 1 ) に戻る。

このモー ドに戻 した と きも、 第 1 のセグメ ン ト表示領域 1 3 3 に 日 付が表示され、 第 2 のセグメ ン ト表示領域 1 3 2 に現在時刻が表示さ れる。 また、 ド ッ ト表示領域 1 3 4 には、 時計モー ドに戻った と して

「 Τ Ι Μ Ε」 との案内表示が行われるが、 この表示は、 矢印 Ρ 4で示 すよ う に、 2 秒後に 自動的に消え、 時計モー ドの通常状態 （ステ ッ プ S Τ 1 5 ) となる。 このよ う に、 本例の携帯型電子機器は、 多種多様な表示および計測 機能を備えた装置であ り 、 マラ ソ ンなどを行いながら ラ ッ プ、 脈拍お よびピ ッチといった種々の表示な どを行う こ とがで き る。 このよう な 多機能型の携帯型の電子機器において、 ピ ッチ計測はボ夕 ン 1 つの操 作で行う こ とが可能であ り 、 さ らに、 走行あるいは歩行といった状況 の設定は一切不要である。 従って、 ユーザ一は希望する と きにす ぐ に ピ ッチを表示する こ とがで き、 また、 走行あ るいは歩行といった状況 設定が不要なので精度の高い ピ ッチを即座に得る こ とがで き る。 さ ら に、 ピ ッチを計測ある いは表示するための操作は簡単なので、 ピッチ を計測する操作の煩わ しさはな く 、 いつでも ピッチを表示 して身体あ るいは走行、 歩行の状況を手軽に把握する こ とがで き る。 以上に説明 したよ う に、 本発明に係る ピ ッチ計測装置、 電子機器お よびピ ッチ計測方法においては、 体動信号を周波数分析した際に、 歩 行時と走行時では第 1 の設定周波数、 た とえば、 1 0 0 回/分以上の 周波数領域に出現する高レベルの信号と して、 歩行時には第 3 高調波 が出現し、 走行時には第 2 高調波が出現する こ とを見いだ し、 この違 いを利用する こ とによ り いずれの状態でも ピ ッチを 自動的に精度良 く 導出で き る よ う に して いる。 従って 、 本発明に よ れば、 走行時及び歩 行時のいずれの場合で も 、 ピ ッ チを正確にかつ迅速に求める こ とがで き る と と も に、 走 る時と歩 く 時とでモー ド を切 り 換え る ための外部操 作、 解析モー ド の変更な どが不要で あ り 、 簡単に精度の高い ピ ッ チ を 得る こ と がで き る 。

さ ら に、 ピ ッ チを求め る対象と な る基準波が第 2 高調波で あ るか、 あ る いは第 3 高調波である かは、 例えば、 基準波の周波数の 1 Z 3 あ るいは 2 / 3 の近傍に高レ ベルの信号があ る か否かに よ って判断する こ と がで き る 。 ま た、 基準波の周波数の 1 / 3 倍ま たは 2 / 3 倍の周 波数の近傍に高 レ ベルの ノ ィ ズがあ る場合で も 、 基準波の周波数が所 定の周波数レ ベル （第 2 の設定周波数） 以上であ る と判断 した と き に は じめて基準波は第 3 高調波であ る と断定す る よ う に構成する こ とが 可能であ る。 こ の よ う なダブルチ ェ ッ ク の可能な計測装置およ び計測 方法を採用す る こ と に よ り 、 第 2 高調波であ るか第 3 高調波であ るか を判断す る際に ノ イ ズな どに起因す る誤 っ た判断がされる のを未然に 防止す る こ とがで き 、 さ ら に精度良 く ピ ッ チ を導出す る こ とがで き る < ま た、 本発明の ピ ッ チ計測装置あ る いは ピ ッ チ計測方法を採用 す る こ と に よ り 、 簡単に走行時お よび歩行時の ピ ッ チ を求め ら れる ので、 上記の例に示 した よ う な多機能の電子機器に ピ ッ チ計測機能を搭載す るのに適 してお り 、 多種多様な機能を操作す る 中で も簡単な操作で精 度の良い ピ ッ チを得る こ と がで き る 。 産業上の利用可能性

本発明は走行時あ るいは歩行時の ピ ッ チ を計測する ピ ッチ計測装置 およびピ ッチ計測方法に関す る も のであ り 、 本発明に よ り 走行ある い は歩行の区別を する こ とな く ピ ッ チ を導出す る こ とが可能 と な る。 従って、 ピ ッ チ計測機能も 含めた多機能型の電子機器において、 簡単 な操作で ピ ッ チを精度良 く 求め る こ とが可能であ り 、 誤 り 計測な どを 未然に防止す る こ と がで き る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 体動を検出す る体動セ ンサ と、

こ の体動セ ンサの検出結果を周波数分析する周波数分析手段と、 こ の周波数分析手段の分析結果か ら走行時ま たは歩行時の ピ ッ チを 求め る ピ ッ チ導出手段 と を 有 し、

こ の ピ ッ チ導出手段は、 前記分析結果の 中の第 1 の設定周波数以上 の領域でパ ワーが所定の レ ベル以上にあ る信号を前記ピ ッ チを求める ために参照す る基準波 と して設定 し、 こ の基準波が体動に対す る第 2 高調波で あ る か第 3 高調波であ るかを判断 して前記ピ ッ チを求める こ と を特徴 とす る ピ ッ チ計測装置。

2 . 請求項 1 において 、 前記ピ ッ チ導出手段は、 前記基準波が前記 第 2 高調波で あ る と判断 した と きは前記基準波の周波数を前記 ピ ツ チ と して 出力 し、 前記基準波が前記第 3 高調波であ る と判断 した と きは 前記基準波の周波数の 2 / 3 を 前記 ピ ッ チ と して 出力する こ と を特徴 と す る ピ ッ チ計測装置。

3 . 請求項 1 において 、 前記ピ ッ チ導出手段は、 前記分析結果の中 に前記基準波の周波数の 1 / 3 倍ま たは 2 / 3 倍の少な く と も いすれ かの周波数の近傍に高 レベルの信号があ るか否かを判断する高調波確 認手段と 、

前記基準波の周波数の 1 / 3 倍 ま たは 2 / 3 倍の少な く と も いずれ かの周波数の近傍に高 レベルの信号がない と判断 した と き に前記基準 波を前記第 2 高調波で あ る と判断す る信号判別手段と を備えて い る こ と を特徴とす る ピ ッチ計測装置。

4 . 請求項 3 において、 前記高調波確認手段は、 前記分析結果の中 に前記基準波の周波数の 1 / 3倍の周波数の近傍に高レベルの信号が あるか否かを判断する第 1 波確認手段であ り 、

前記信号判別手段は、 基準波の周波数の 1 / 3倍の周波数の近傍に 高レ ベルの信号がない と判断 した と きに前記基準波を前記第 2 高調波 である と判断する こ と を特徴とする ピ ッチ計測装置。

5 . 請求項 3 において、 前記高調波確認手段は、 前記分析結果の中 に基準波の周波数の 2 / 3 倍の周波数の近傍に高レベルの信号がある か否かを判断する第 2 波確認手段であ り 、

前記信号判別手段は、 基準波の周波数の 2 / 3倍の周波数の近傍に 高レ ベルの信号がない と判断 した と きに前記基準波を前記第 2 高調波 である と判断する こ と を特徴とする ピッチ計測装置。

6 . 請求項 3 において、 高調波確認手段は、 前記基準波の周波数の 1 / 3 倍および 2 / 3 倍の周波数に高レベルの信号があるか否かを判 断 し、

前記信号判別手段は、 前記基準波の周波数の 1 / 3倍の周波数の近 傍に高レベルの信号がな く 、 さ らに、 前記基準波の周波数の 2 / 3 倍 の周波数の近傍に高レベルの信号がない と判断した と きに前記基準波 を前記第 2 高調波である と判断する こ と を特徴とする ピ ッチ計測装置。

7 . 請求項 1 において、 前記ピ ッチ導出手段は、 前記基準波の周波 数が第 2 の設定周波数未満である と判断 した と きに前記基準波を前記 第 2 高調波である と判断する信号判別手段を備えている こ とを特徴と する ピ ッチ計測装置

8 . 請求項 6 において、 前記信号判別手段は、 前記基準波の周波数 の 1 / 3 倍および 2 / 3倍の周波数の近傍に高レ ベルの信号がないか または、 前記基準波の周波数が第 2 の設定周波数未満である と判断 し た と きに前記基準波を前記第 2 高調波である と判断し、

前記基準波の周波数の 1 / 3 倍ま たは 2 / 3 倍の周波数の近傍に高 レベルの信号があ り 、 前記基準波の周波数が前記第 2 の設定周波数以 上である判断 した と き に前記基準波を前記第 3 高調波である と判断す る こ とを特徴とする ピ ッチ計測装置。

9 . 体動を検出する体動セ ンサ と、

この体動セ ンサか らの信号を処理可能な制御装置と、

こ の制御装置から の出力を表示可能な表示装置と を有 し、 前記制御装置は、 前記体動セ ンサの検出結果を周波数分析する周波 数分析機能と、 こ の周波数分析手段の分析結果か ら走行時または歩行 時の ピ ッ チを求める ピ ッチ導出機能と を備えてお り 、

この ピ ッチ導出機能は、 前記分析結果の中の第 1 の設定周波数以上 の領域でパワーが所定の レ ベル以上にある信号を前記ピ ッチを求める ために参照する基準波と して設定し、 この基準波が体動に対する第 2 高調波であるか第 3高調波であるかを判断して前記ピ ッチを求め.. 前 記表示装置に出力する こ と を特徴と する電子機器。

1 0 . 体動を周波数分析する工程と、

この周波数分析手段の分析結果から走行時ま たは歩行時の ピ ッチを 求める ピ ッチ導出工程とを有 し、 こ の ピ ッチ導出工程は、 前記分析結果の中の第 1 の設定周波数以上 の領域でパワーが所定の レベル以上にある信号を前記ピッチを求める ために参照する基準波と して設定し、 こ の基準波が体動に対する第 2 高調波であるか第 3高調波であるかを判断して前記ピ ッチを求める こ とを特徴とする ピ ッチ計測方法。

1 1 . 請求項 1 0 において、 前記ピ ッチ導出工程では、 前記基準波 が前記第 2 高調波であ る と判断 した と きは前記基準波の周波数を前記 ピ ッチ と して出力 し、 前記基準波が前記第 3 高調波である と判断 した と きは前記基準波の周波数の 2 / 3 を前記ピ ッチと して出力する こ と を特徴とする ピ ッチ計測方法。

1 2 . 請求項 1 0 において、 前記ピ ッチ導出工程は、 前記分析結果 の中に前記基準波の周波数の 1 / 3 倍ま たは 2 / 3 倍の少な く とも い ずれかの周波数の近傍に高 レベルの信号があるか否かを判断する高調 波確認工程と、

前記基準波の周波数の 1 / 3 倍または 2 / 3 倍の少な く と も いずれ かの周波数の近傍に高レベルの信号がないと判断 した と き に前記基準 波を前記第 2 高調波である と判断する信号判別工程と を備えている こ とを特徴とする ピ ッチ計測方法。

1 3 . 請求項 1 1 において、 高調波確認工程では、 前記基準波の周 波数の 1 / 3 倍および 2 / 3 倍の周波数の近傍に高レ ベルの信号があ るか否かを判断し、

前記信号判別工程では、 前記基準波の周波数の 1 / 3 倍の周波数の 近傍に高 レベルの信号がな く 、 さ ら に、 前記基準波の周波数の 2 / 3 倍の周波数の近傍に高 レベルの信号がない と判断 した と き に前記基準 波を前記第 2 高調波であ る と判断す る こ とを特徴 とす る ピ ッチ計測方 法。

1 4 . 請求項 1 0 において 、 前記 ピ ッ チ導出工程は、 前記基準波の 周波数が第 2 の設定周波数未満であ る と判断 した と き に前記基準波を 前記第 2 高調波で あ る と判断す る信号判別工程を備えてい る こ と を特 徴と する ピ ッ チ計測方法。

1 5 . 請求項 1 2 において、 前記信号判別工程では、 前記基準波の 周波数の 1 / 3 倍および 2 / 3 倍の周波数の近傍に高 レベルの信号が ないか、 ま たは、 前記基準波の周波数が第 2 の設定周波数未満であ る と判断 した と き に前記基準波を前記第 2 高調波である と判断 し、 前記基準波の周波数の 1 / 3 倍ま た は 2 / 3 倍の周波数の近傍に高 レ ベルの信号があ り 、 前記基準波の周波数が前記第 2 の設定周波数以 上である と判断 した と き に前記基準波を 前記第 3 高調波で ある と判断 す る こ と を特徴と する ピ ッ チ計測方法。