運動計測装置
【課題】消費電力を極力低減することができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間を生じさせることなく高精度に運動量を計測すること。
【解決手段】身体に作用する物理量を検出する運動センサ２０と、該運動センサによる測定結果に基づいて、運動強度を演算する演算手段２１と、該演算手段による演算結果を記憶する記憶手段２５と、本体表面に設けられ、演算手段による演算結果を表示する表示部４と、身体が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサ２２と、該振動センサが振動を検出したときに、運動センサに電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段２４を備えている運動計測装置１を提供する。
【解決手段】身体に作用する物理量を検出する運動センサ２０と、該運動センサによる測定結果に基づいて、運動強度を演算する演算手段２１と、該演算手段による演算結果を記憶する記憶手段２５と、本体表面に設けられ、演算手段による演算結果を表示する表示部４と、身体が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサ２２と、該振動センサが振動を検出したときに、運動センサに電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段２４を備えている運動計測装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者が身体の一部、例えば、手首に装着することで、運動量や歩行時或いは走行時の歩数や消費エネルギー等を計測することができる運動計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歩行動作に伴う振動を検出し、振動の回数を歩数としてカウントして表示したり、歩数から消費エネルギーを算出して表示したりする歩数計や、さらに細かく運動の状況を監視したりする健康管理のための各種の装置が、従来より数多く知られている。その１つとして、歩行に伴う振動の検出に加速度センサを使用した装置が知られている。この装置では、一般的に、身体の動作が不規則であるがゆえに、加速度センサに電力を常に供給して身体の動きのモニタリングを行い、動作状態の判断を行っている。
【０００３】
ところが、常に加速度センサに電力を供給しているので、消費電力が大きく、電力効率の悪いものであった。そこで、このような不具合を解消するために、低消費電力化を図った装置が知られている。例えば、加速度センサを低消費電力化のために、常時駆動するのではなく、間欠的に駆動するようにした歩数計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置では以下の課題がまだ残されている。
即ち、特許文献１に記載されている歩数計は、加速度センサの駆動（センシング）を間欠的に行うことで消費電力の低減を図っているが、動いていないときや装着していないときであっても、加速度センサを間欠的に作動させている。そのため、無駄に電力を消費してしまい、依然として電力消費の無駄があった。また、間欠動作の合間に身体動作が起きてしまった場合には、計測できない空白期間が生じる可能性もあった。
【０００５】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、消費電力を極力低減することができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間を生じさせることなく高精度に運動量を計測することができる運動計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の運動計測装置は、本体と、該本体の下面を生体表面側に向けた状態で、該本体を身体に装着する固定手段と、前記身体に作用する物理量を検出する運動センサと、該運動センサによる測定結果に基づいて、運動強度を演算する演算手段と、該演算手段による演算結果を記憶する記憶手段と、前記本体表面に設けられ、前記演算手段による演算結果を表示する表示部と、前記身体が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサと、該振動センサが振動を検出したときに、前記運動センサに電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
この発明に係る運動計測装置においては、まず、本体の下面を生体表面、即ち、皮膚側に向けた状態で、該本体を固定手段によって身体に装着する。この状態で体を動かして身体に所定以上の振動が発生すると、振動センサが該振動を検出してその旨を電源制御手段に出力する。なお、ほとんど体が動いていない静止状態では、振動センサは振動を検出しない。
一方、電源制御手段は、振動が検出されると同時に運動センサに電力を供給する。これにより、運動センサは、身体に作用する各種の物理量、例えば、加速度や角速度等の検出を始めると共に、検出結果を演算手段に出力する。演算手段は、送られてきた検出結果に基づいて、運動強度の演算を行う。また、この運動強度は、記憶手段に記憶されると共に表示部に表示される。
【０００８】
これにより、使用者は現在の運動強度を容易に確認でき、運動量や身体状態の監視を行うことができる。特に、振動センサが所定の以上の振動を検出したときだけ、運動センサが作動するので、使用者が静止しているときには無駄な計測を行わない。そのため、消費電力の低減化を図ることができる。また、体が動いたと同時に運動センサによる計測を開始するので、従来のものとは異なり、計測の空白時間が発生することがない。そのため、体を動かした全ての状態で計測を行えるので、高精度に運動量を計測でき、計測の信頼性を向上することができる。
なお、振動センサは、単に振動したか否かを機械的に検出、例えば、ボールの転がり等により検出するだけであるので、加速度センサ等の運動センサに比較して僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を供給するだけで済む。そのため、消費電力に多大な影響を与えることはない。
【０００９】
上述したように、本発明に係る運動計測装置によれば、消費電力を極力低減することができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間を生じさせることなく高精度に運動量を計測することができる。
【００１０】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明の運動計測装置において、前記本体の下面に設けられた少なくとも一対の電極を有し、該一対の電極間の電位差に基づいて本体が前記生体表面に接触しているか否かを検出する接触検出手段を備え、前記電源制御手段が、前記接触検出手段が非接触と判断したときに、前記運動センサ及び前記振動センサへの電力を遮断するように電源制御を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明に係る運動計測装置においては、本体を身体に装着すると、一対の電極が生体表面に接触し、該生体表面を通して放電が行われる。これにより、電極間の電位が低下する。よって、接触検出手段は、一対の電極間の電位差を検出することで、本体が身体に装着しているか否かを正確に検出することができる。
【００１２】
なお、電極は、一対でなくとも良く、例えば、複数の電極を備えて、これら各電極の電位差に基づいて接触の有無を検出しても構わない。また、心電位検出手段は、一対の電極間の電位差を監視しているだけであるので、加速度センサ等の運動センサに比較して僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を一対の電極に供給するだけで済む。そのため、振動センサと同時に消費電力に多大な影響を与えることはない。
【００１３】
また、電源制御手段は、接触検出手段が非接触と判断したときに、運動センサ及び振動センサへの電力を遮断させる。つまり、使用者が本体を身体から取り外した場合には、自動的に運動センサ及び振動センサへの電力供給が停止する。よって、取り外された本体に対して、仮に何らかの原因により振動が伝わったとしても、無駄に作動することがない。よって、さらなる消費電力の低減化を測ることができると共に、誤動作を防止でき、計測結果の信頼性を向上することができる。
【００１４】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明の運動計測装置において、前記電源制御部が、前記接触検出手段が接触と判断したときに、前記振動センサに電力を供給するように電源制御を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係る運動計測装置においては、接触検出手段が接触したと判断したときに、電源制御手段が振動センサに電力の供給を行って、振動検出待機状態にする。これにより、仮にこれ以降、使用者が静止状態であったとしても、確実に静止状態の開始時間をカウントすることができる。よって、本体を装着してから、使用者の静止時間（例えば、座って静かにしている時間等）と動作時間（動き回って何らかの作業をしている時間等）とを、明確に区別することができる。その結果、本体を装着している間の、使用者の活発度を調べることもできる。このように、より多角的な計測を行うことができ、計測種類のバリエーションを増すことができる。
【００１６】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記本体の下面に設けられて前記生体表面に接触する第１の電極と、前記本体に設けられて指を接触可能な第２の電極とを有し、心電位を検出する心電位検出手段を備え、前記演算手段が、前記心電位に基づいて心拍数を演算し、前記電源制御手段が、前記振動センサと同じタイミングで前記心電位検出手段に電力を供給することを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係る運動計測装置においては、まず、本体を身体に装着した時点で、第１の電極が生体表面に接触した状態となっている。また、振動センサが振動を検知し、電力が供給されたと同時に、心電位検出手段にも電力が供給される。そして、使用者が心拍数の計測を希望する場合には、本体に設けられた第２の電極に指を接触させる。これにより、心臓を間に挟んだ状態で閉回路が構成された状態になるので、心電位検出手段がそのときの心電位を検出できる。そして、演算手段が、この心電位から心拍数の演算を行う。また、この心拍数は、運動強度と同時に記憶手段に記憶されると共に表示部に表示される。
【００１８】
このように、使用者は必要な時に簡単に指を第２の電極に触れて、心拍数の確認を行える。特に、両電極による心電位に基づいて心拍数を計測するので、体動ノイズの影響を受けることなく、運動中であっても高精度に心拍数を計測することができる。よって、使用者は、運動中であっても自身の心拍数を正確に把握することができる。また、使用者が第２の電極に触れたときだけ心拍数を測定するので、消費電力を極力抑えることができる。
【００１９】
また、表示部には、心拍数と共に上述した運動強度も表示されるため、使用者は現在の運動量（運動負荷）が適正であるか否かを判断することができる。例えば、他人と同じ運動を行っているが、心拍数が高いので自分にとっては運動量が高く負荷が大きい運動である等、客観的に判断することができる。このように、運動強度と心拍数とを関係付けながら、身体状態を監視することができる。また、演算された運動強度及び心拍数は、記憶手段に記憶されているので、過去の身体状態を確認することも可能である。
【００２０】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記振動センサが、常閉式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号により振動を検知することを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係る運動計測装置においては、振動センサが常閉式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号で振動を検知するので、振動を高精度に検出でき、誤検出を防止することができる。そのため、測定結果の信頼性を向上することができる。
【００２２】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記振動センサが、常開式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号により振動を検知することを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係る運動計測装置においては、振動センサが常開式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号で振動を検知するので、静止状態では、微弱な振動検出用の電流でさえも流れることはない。よって、さらなる消費電力化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記本体が、前記固定手段によって腕に装着可能とされた腕時計型であることを特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る運動計測装置は、固定手段によって本体を手首（腕）に装着でき、腕時計のように使用することができるので、装着後の違和感や圧迫感がなく、長時間（例えば一日中）装着しても疲れない。よって、使用者の負担を低減することができると共に、長時間に亘る計測を容易に行える。
【００２６】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記本体が、内部への液体の侵入を防止する水密構造とされていることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係る運動計測装置においては、本体が水密構造とされているので、使用者が水の中にいたとしても、計測を行うことができる。例えば、水泳中や入浴中であっても、計測を行うことができる。このように使用範囲を広げることができ、使い易さが向上する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る運動計測装置によれば、さらなる消費電力の削減を図ることができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間が生まることなく高精度に運動量を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る運動計測装置の第１実施形態を、図１から図６を参照して説明する。本実施形態の運動計測装置１は、腕時計型のものであって、手首（腕）に装着した状態で、運動強度や心拍数を計測するものである。この運動計測装置１は、図１から図３に示すように、各種の電子部品を内蔵したハウジング（本体）２と、ハウジング２の下面を生体表面側、即ち、皮膚側に向けた状態でハウジング２を手首に装着する固定手段３とを備えている。
【００３０】
ハウジング２は、プラスチックやアルミニウム等の金属材料からなり、所定の厚みを持って、例えば、上面視略長方形状に形成されている。この際、ハウジング２は、適宜図示しないＯリングやシール等によって内部に液体が侵入しないようになっている。つまり、水密構造とされている。
また、ハウジング２の表面には、後述する演算手段２１による演算結果を始めとする各種の情報を表示する表示部４と、使用者が演算条件や判断条件等の各種のデータを入力可能な複数のボタン５、６からなる入力手段７と、使用者が指を接触可能な心電位計測用のタッチ電極（第２の電極）８とが設けられている。
【００３１】
また、ハウジング２の側面には、表示部４の内部に組み込まれたライト４ａをＯＮ／ＯＦＦ操作するライトボタン９が設けられており、ハウジング２の下面には、皮膚に常に接触する心電位計測用の下面電極（第１の電極）１０が設けられている。この下面電極１０と上記タッチ電極８とで、心電位を検出する心電位検出手段１１を構成している。
【００３２】
上記固定手段３は、ハウジング２に基端側が取り付けられて手首に装着可能な第１のバンド１５及び第２のバンド１６を有している。第１のバンド１５及び第２のバンド１６は、ハウジング２の長手方向に、該ハウジング２を挟んで対向するように設けられている。また、両バンド１５、１６は、伸縮自在な弾性材料により形成されている。
第１のバンド１５には、先端にバックル１５ａ及びタング１５ｂが取り付けられている。また、第２のバンド１６には、タング１５ｂが挿入される挿入孔１６ａが該第２のバンド１６の長手方向に沿って複数形成されている。これにより、使用者の手首の太さに応じて第１のバンド１５及び第２のバンド１６の長さを調整することができるようになっている。これにより、ハウジング２を装着している間、下面電極１０を確実に皮膚に接触させることができるようになっている。
【００３３】
また、ハウジング２内には、図４に示すように、ハウジング２に作用する３軸方向にベクトルを持った加速度（物理量）を検出する３軸加速度センサ（運動センサ）２０と、該３軸加速度センサ２０により検出された各方向の加速度をスカラ量に変換すると共に、該スカラ量に基づいて運動強度を演算する演算手段２１と、手首（身体）が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサ２２と、該振動センサ２２が所定以上の振動を検出したときに、上記３軸加速度センサ２０を有する主要回路部２３に電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段２４と、演算手段２１による演算結果を記憶するメモリ（記憶手段）２５と、演算手段２１から出力された信号を受信したときに音声を出力する音声出力部２６とが内蔵されている。
また、上記演算手段２１は、運動強度の演算を行うと共に、心電位検出手段１１により検出された心電位に基づいて心拍数を演算するようになっている。
【００３４】
また、ハウジング２内には、通常の運動計測機能を果たす上記主要回路部２３と、上記電源制御手段２４を有する体動検出回路部２７とが内蔵されている。
主要回路部２３は、演算手段２１及びメモリ２５の他、計測時間を計る計時手段３０及び計測データ保存手段３１からなる制御回路３２を有している。この制御回路３２には、複数のボタン５、６からなる入力手段７、表示部４、ライトボタン９でＯＮ／ＯＦＦ操作されるライト４ａ及び音声出力部２６が接続されている。また、制御回路３２には、３軸加速度センサ２０で検出された加速度データが、増幅手段３３及びＡ／Ｄ変換手段３４を介して入力されると共に、心電位検出手段１１で検出された心電位データが、フィルタ手段３５、増幅手段３６及び上記Ａ／Ｄ変換手段３４を介して入力されるようになっている。なお、増幅手段３６の増幅率は、増幅率設定手段３７により適宜に調整されるようになっている。
【００３５】
３軸加速度センサ２０は、３次元、即ち、３軸（Ｘ・Ｙ・Ｚ）方向の加速度を検出するもので、例えば、ピエゾ抵抗型の３軸加速度センサである。特に、ピエゾ抵抗効果を利用して検出するタイプのものは、近年、マイクロマシニング技術により、信号増幅回路やＡ／Ｄ変換回路、温度補償回路まで含めて、ワンパッケージの小型薄型モジュールとして安価に市場に提供されている。また、その検出原理は、例えば、上面にピエゾ抵抗素子を有する薄いシリコンの梁（ビーム）によって錘を支え、加速度によって錘が動いた時の、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化に基づいて加速度を検出するというものである。
【００３６】
本実施形態の運動計測装置１は、運動センサとして上記３軸加速度センサ２０のみを使用し、角速度センサ等の他のセンサは全く使用していない。また、心電位検出手段１１は、タッチ電極８及び下面電極１０により、心臓の活動に伴って発生する微小な起電力を、Ｒ−Ｒ間隔（心室が収縮する間隔）で計測することで、心電位の検出を行っている。
【００３７】
また、本実施形態の運動計測装置１は、演算手段２１が演算された心拍数が予め設定された範囲内であるか否かを判断すると共に、範囲外であると判断したときに、その旨を音声により報知するように音声出力部２６に信号を出力するようになっている。
【００３８】
上記体動検出回路部２７は、図４及び図５に示すように、電源部４０、振動センサ２２、インバータ４１、信号平滑化手段４２及び電源制御手段２４から構成されており、振動センサ２２が所定以上の振動を検出したときだけ、３軸加速度センサ２０を有する主要回路部２３への電源をＯＮにするようになっている。また、主要回路部２３の電源がＯＮすることで、振動センサ２２の作動タイミングと心電位検出手段１１の作動タイミングが同期するようになっている。
【００３９】
この振動センサ２２は、通常時に閉回路（ノーマルクローズ）、即ち、常閉式のものであり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号によって振動を検知するように、体動検出回路部２７に組み込まれている。
具体的に説明すると振動センサ２２は、図６に示すように、一定の間隔を空けた状態で対向配置された、凹部を有する一対の電極部材４５と、この状態を維持したまま一対の電極部材４５を固着する成形絶縁物４６と、該成形絶縁物４６と一対の電極部材４５とで形成される空室４７内に転動自在に収納された２個の導電性球体４８とを備えている。
【００４０】
２個の導電性球体４８は、静止状態ではその姿勢に関わらず常に互いに接触した状態で、一対の電極部材４５の内面にも接触するようになっている。これにより、一対の電極部材４５は、導電性球体４８を介して相互に導通状態となっている。そして、身体を動かして振動が伝わると、２個の導電性球体４８が空室４７内で互いに擦れながら転動する。これにより、一対の電極部材４５と導電性球体４８との間の接点が、導通、非導通を繰り返すようなっている。
その結果、振動センサ２２を流れる電流は、波形が乱れた状後でインバータ４１に入力する。ここで、インバータ４１は、一定のレベル以下の電流をカットすると共にチャタリング信号に変換している。これにより、所定以上の振動以外による電流の乱れをカットしている。また。インバータ４１を通過したチャタリング信号は、信号平滑化手段４２によって安定した信号になり、電源制御手段２４に入力する。
【００４１】
次に、上述した運動計測装置１により、使用者の手首に装着された状態で運動強度及び心拍数を計測する場合について説明する。
まず、使用者の手首を巻回するように両バンドを巻き、手首の太さに応じて第１のバンド１５のタング１５ｂを第２のバンド１６の挿入孔１６ａ内に挿入して、ハウジング２を手首に装着する。これにより、下面電極１０を確実に皮膚に接触させることができる。
【００４２】
この状態の後、使用者がほとんど動かず静止している場合には、２個の導電性球体４８が動かないので、振動センサ２２が振動を検出せず、主要回路部２３に電源が入らない。また、僅かに動いたことによって、２個の導電性球体４８が転動して電流の波形が若干乱れたとしても、インバータ４１でカットされる。このように、所定以上の振動以外では、主要回路部２３に電源が入らない。
【００４３】
一方、ハウジング２を装着後、何らかの運動を行った場合には、２個の導電性球体４８が空室４７内で激しく転動して電流が乱れる。この乱れた電流は、インバータ４１を通過した後、チャタリング信号となって信号平滑化手段４２を介して電源制御手段２４に入力する。電源制御手段２４は、この信号を受けて主要回路部２３に電力を供給して作動させる。つまり、３軸加速度センサ２０及び心電位検出手段１１が、作動を開始する。但し、心電位検出手段１１に関しては、タッチ電極８に触れるまで待機状態となっている。
【００４４】
作動した３軸加速度センサ２０は、手首に作用する各方向（ＸＹＺ方向）の加速度を検出して、増幅手段３３に送る。増幅手段３３は、この各方向の加速度を処理し易い大きさに増幅した後、Ａ／Ｄ変換手段３４に出力する。Ａ／Ｄ変換手段３４は、増幅された各方向の加速度をデジタル信号に変換して、３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）データを生成する。また、Ａ／Ｄ変換手段３４は、生成した３次元データを演算手段２１に出力する。
【００４５】
演算手段２１は、送られてきた３次元データをスカラ量に変換し、該スカラ量を適宜所定処理しながら運動強度を演算する。この演算された運動強度は、メモリ２５に記憶されると共に表示部４に表示される。これにより、使用者は現在の運動強度を容易に確認することができ、運動量や身体状態の監視を行うことができる。
特に、振動センサ２２が所定以上の振動を検出したときだけ、３軸加速度センサ２０が作動するので、使用者が静止しているときには無駄な計測を行わない。そのため、消費電力の低減化を図ることができる。また、体が動いたと同時に３軸加速度センサ２０による計測を開始するので、従来のものとは異なり、計測の空白時間が発生することがない。そのため、体を動かした全ての状態で計測を行えるので、高精度に運動量を計測でき、計測の信頼性を向上することができる。
【００４６】
また、ハウジング２は、腕時計タイプであるので、違和感なく装着することができる。よって、長時間（例えば、１日中）装着したとしても、不快感や拘束感を感じることなく、連続的な計測を容易に行うことができる。
なお、振動センサ２２は、単に振動したか否かを機械的に検出だけであるので、従来の加速度センサ等と比較して、僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を供給するだけで済む。そのため、消費電力に多大な影響を与えることはない。
【００４７】
一方、心拍数を測定する場合には、使用者はハウジング２のタッチ電極８に指先を接触させる。これにより、心臓を間に挟んだ閉回路が構成された状態になるので、心電位検出手段１１がこのときの心電位を検出できる。そして、心電位検出手段１１は、検出した心電位をフィルタ手段３５に出力する。フィルタ手段３５は、検出した心電位をフィルタ処理して余分な信号を取り除いた後、増幅手段３６に出力する。増幅手段３６は、心電位を処理し易い大きさに増幅した後、Ａ／Ｄ変換手段３４に出力する。Ａ／Ｄ変換手段３４は、増幅された心電位をデジタル信号に変換して、心電位データを生成した後、演算手段２１に出力する。
そして、演算手段２１が、送られてきた心電位データをＲ−Ｒ間隔で計測すると共に、１分間の心拍数に換算する。換算された心拍数は、運動強度と共にメモリ２５に記憶されると共に表示部４に表示される。
【００４８】
これにより、使用者は、心拍数を確認することができる。特に、ハウジング２が腕時計タイプであるので、使用者は必要なときに簡単に指をタッチ電極８に触れて心拍数の確認を行える。また、下面電極１０及びタッチ電極８による心電位に基づいて心拍数を計測するので、光電脈波を検出するものとは異なり、体動ノイズの影響を受けることなく、運動中であっても高精度に心拍数を計測することができる。よって、使用者は、運動中であっても自身の心拍数を正確に把握することができる。また、使用者がタッチ電極８に触れたときだけ心拍数の計測を行うので、消費電力を極力抑えることができる。
【００４９】
また、表示部４には、心拍数と共に上述した運動強度も表示されるため、使用者は現在の運動量（運動負荷）が適正であるか否かを判断することができる。例えば、他人と同じ運動を行っているが、心拍数が高いので自分にとっては運動量が高く負荷が大きい運動である等、客観的に判断することができる。このように、運動強度と心拍数とを関係付けながら、身体状態を監視することができ、運動負荷が個々人に適しているか否かの評価を簡単に行うことができる。また、演算された運動強度及び心拍数は、メモリ２５に記憶されているので、過去の身体状態を確認することも可能である。
【００５０】
また、演算手段２１は、演算した心拍数が予め設定された範囲内であるか否かを判断して、範囲外であると判断したときに音声主力部に信号を出力する。音声出力部２６は、この信号を受けて音を鳴らしてその旨を使用者に知らせて報知する。これにより、使用者は現在の運動がどの程度心臓に負荷をかけているかを速やかに知ることができる。
【００５１】
上述したように本実施形態の運動計測装置１によれば、消費電力を極力低減することができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間を生じさせることなく高精度に運動量及び心拍数を計測することができる。なお、使用者が予め入力手段７により、様々な演算条件及び判断条件のパラメータ、例えば、年齢、性別や体重等の個人データを入力しておくことで、より正確な運動強度の演算も可能となる。
【００５２】
また、振動センサ２２が、振動を高精度に検出するので誤検出を防止することができる。また、ハウジング２が、腕時計タイプであるので、装着後の違和感や圧迫感がなく、長時間（例えば、一日中）装着しても疲れない。よって、使用者の負担を低減することができると共に、長時間に亘る計測を容易に行える。また、ハウジング２が水密構造とされているので、使用者が水泳中や入浴中であっても、計測を行うことができる。よって、使用範囲を広げることができ、使いや易さが向上する。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る運動計測装置の第２実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第２実施形態では、第１実施形態の構成に加え、ハウジング２が装着されたか否かを検出する接触検出手段を付加した点である。
【００５４】
即ち、本実施形態の運動計測装置５０は、図７及び図８に示すように、ハウジング２の下面に設けられた少なくとも一対の電極５１、５２を有し、該一対の電極５１、５２間の電位差に基づいてハウジング２が皮膚に接触しているか否かを検出する接触検出手段５３を備えている。なお、本実施形態では、一対の電極５１、５２のうち、一方の電極５１が、第１実施形態で示した下面電極１０の役割も果たす共通電極となっている。また、一方の電極５１と他方の電極５２との間は、楕円状に形成された絶縁体５４によって電気的に絶縁した状態となっている。
【００５５】
また、本実施形態の電源制御手段２４は、接触検出手段５３が非接触と判断したときに、３軸加速度センサ２０及び振動センサ２２への電力を遮断するように電源制御を行うと共に、接触検出手段５３が接触と判断したときに、振動センサ２２に電力を供給するように電源制御を行うようになっている。
【００５６】
このように構成された運動計測装置５０においては、ハウジング２を手首に装着すると、一対の電極５１、５２が皮膚に接触するので、皮膚を通じて放電が行われる。これにより、一対の電極５１、５２間の電位が低下する。よって、接触検出手段５３は、一対の電極５１、５２間の電位を検出することで、ハウジング２が装着されたか否かを正確に検出することができる。
なお、心電位検出手段１１は、一対の電極５１、５２間の電位差を監視しているだけであるので、３軸加速度センサ２０と比較して僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を一対の電極５１、５２に供給するだけで済む。そのため、振動センサ２２と同様に、消費電力に多大な影響を与えることはない。
【００５７】
また、電源制御手段２４は、接触検出手段５３が非接触と判断したときに、３軸加速度センサ２０を有する主要回路部２３及び振動センサ２２への電力を遮断する。つまり、使用者がハウジング２を手首から取り外した場合には、自動的に主要回路部２３及び振動センサ２２への電力供給が停止する。よって、取り外されたハウジング２に対して、仮に何らかの原因により振動が伝わったとしても、無駄に作動することがない。よって、さらなる消費電力の低減化を図ることができると主に、誤動作を防止でき、計測結果の信頼性を向上することができる。
【００５８】
更に、電源制御手段２４は、接触検出手段５３が接触したと判断したときに振動センサ２２に電力の供給を行って、振動検出待機状態にする。これにより、仮にこれ以降、使用者が静止状態であったとしても、確実に静止状態の開始時間をカウントすることができる。よって、ハウジング２を装着してから、使用者の静止時間（例えば、座って静かにしている時間等）と動作時間（動き回って何らかの作業をしている時間等）とを、明確に区別することができる。その結果、ハウジング２を装着している間の、使用者の活発度を調べることもできる。このように、より多角的な計測を行うことができ、計測種類のバリエーションを増すことができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、一方の電極５１が、心電位検出用の電極（第１実施形態における下面電極１０）を兼ねた共通電極であるので、電極数を極力減らすことができ、構成の簡略化を図ることができる。
【００６０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００６１】
例えば、上記各実施形態では、常閉式の振動センサ２２を使用した場合を説明したが、この場合に限られず、例えば、図９に示すように、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号により振動を検知する常開式の振動センサ６０を使用して、体動検出回路６１を構成しても構わない。このように常開式の振動センサ６０を使用することにより、静止状態では、微弱な振動検出用の電流でさえも流れることがないので、より無駄な消費電力を減らすことができる。
【００６２】
また、上記各実施形態では、運動センサとして３軸加速度センサを例にして説明したが、３軸加速度センサに限られず、単なる加速度センサでも構わないし、角速度センサでも構わない。また、振動センサは、上述した例に限定されるものではなく、機械的に振動を検出できるものであれば構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の係る運動計測装置の第１実施形態を示す、全体外観図である。
【図２】図１に示す運動計測装置のハウジング周辺を、斜め上方から見た外観図である。
【図３】図１に示す運動計測装置のハウジング周辺を、斜め下方から見た外観図である。
【図４】図１に示すハウジング内の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す振動センサを有する体動検出回路部の構成図である。
【図６】図５に示す振動センサの断面図である。
【図７】本発明の係る運動計測装置の第２実施形態を示す図であって、ハウジング周辺を斜め下方から見た外観図である。
【図８】図７に示すハウジング内の概略構成を示すブロック図である。
【図９】常開式の振動センサを有する体動検出回路部の構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１、５０ 運動計測装置
２ ハウジング（本体）
３ 固定手段
８ タッチ電極（第２の電極）
１０ 下面電極（第１の電極）
１１ 心電位検出手段
２０ ３軸加速度センサ（運動センサ）
２１ 演算手段
２２、６０ 振動センサ
２４ 電源制御手段
２５ メモリ（記録手段）
５１、５２ 一対の電極
５３ 接触検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者が身体の一部、例えば、手首に装着することで、運動量や歩行時或いは走行時の歩数や消費エネルギー等を計測することができる運動計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歩行動作に伴う振動を検出し、振動の回数を歩数としてカウントして表示したり、歩数から消費エネルギーを算出して表示したりする歩数計や、さらに細かく運動の状況を監視したりする健康管理のための各種の装置が、従来より数多く知られている。その１つとして、歩行に伴う振動の検出に加速度センサを使用した装置が知られている。この装置では、一般的に、身体の動作が不規則であるがゆえに、加速度センサに電力を常に供給して身体の動きのモニタリングを行い、動作状態の判断を行っている。
【０００３】
ところが、常に加速度センサに電力を供給しているので、消費電力が大きく、電力効率の悪いものであった。そこで、このような不具合を解消するために、低消費電力化を図った装置が知られている。例えば、加速度センサを低消費電力化のために、常時駆動するのではなく、間欠的に駆動するようにした歩数計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置では以下の課題がまだ残されている。
即ち、特許文献１に記載されている歩数計は、加速度センサの駆動（センシング）を間欠的に行うことで消費電力の低減を図っているが、動いていないときや装着していないときであっても、加速度センサを間欠的に作動させている。そのため、無駄に電力を消費してしまい、依然として電力消費の無駄があった。また、間欠動作の合間に身体動作が起きてしまった場合には、計測できない空白期間が生じる可能性もあった。
【０００５】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、消費電力を極力低減することができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間を生じさせることなく高精度に運動量を計測することができる運動計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の運動計測装置は、本体と、該本体の下面を生体表面側に向けた状態で、該本体を身体に装着する固定手段と、前記身体に作用する物理量を検出する運動センサと、該運動センサによる測定結果に基づいて、運動強度を演算する演算手段と、該演算手段による演算結果を記憶する記憶手段と、前記本体表面に設けられ、前記演算手段による演算結果を表示する表示部と、前記身体が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサと、該振動センサが振動を検出したときに、前記運動センサに電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
この発明に係る運動計測装置においては、まず、本体の下面を生体表面、即ち、皮膚側に向けた状態で、該本体を固定手段によって身体に装着する。この状態で体を動かして身体に所定以上の振動が発生すると、振動センサが該振動を検出してその旨を電源制御手段に出力する。なお、ほとんど体が動いていない静止状態では、振動センサは振動を検出しない。
一方、電源制御手段は、振動が検出されると同時に運動センサに電力を供給する。これにより、運動センサは、身体に作用する各種の物理量、例えば、加速度や角速度等の検出を始めると共に、検出結果を演算手段に出力する。演算手段は、送られてきた検出結果に基づいて、運動強度の演算を行う。また、この運動強度は、記憶手段に記憶されると共に表示部に表示される。
【０００８】
これにより、使用者は現在の運動強度を容易に確認でき、運動量や身体状態の監視を行うことができる。特に、振動センサが所定の以上の振動を検出したときだけ、運動センサが作動するので、使用者が静止しているときには無駄な計測を行わない。そのため、消費電力の低減化を図ることができる。また、体が動いたと同時に運動センサによる計測を開始するので、従来のものとは異なり、計測の空白時間が発生することがない。そのため、体を動かした全ての状態で計測を行えるので、高精度に運動量を計測でき、計測の信頼性を向上することができる。
なお、振動センサは、単に振動したか否かを機械的に検出、例えば、ボールの転がり等により検出するだけであるので、加速度センサ等の運動センサに比較して僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を供給するだけで済む。そのため、消費電力に多大な影響を与えることはない。
【０００９】
上述したように、本発明に係る運動計測装置によれば、消費電力を極力低減することができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間を生じさせることなく高精度に運動量を計測することができる。
【００１０】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明の運動計測装置において、前記本体の下面に設けられた少なくとも一対の電極を有し、該一対の電極間の電位差に基づいて本体が前記生体表面に接触しているか否かを検出する接触検出手段を備え、前記電源制御手段が、前記接触検出手段が非接触と判断したときに、前記運動センサ及び前記振動センサへの電力を遮断するように電源制御を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明に係る運動計測装置においては、本体を身体に装着すると、一対の電極が生体表面に接触し、該生体表面を通して放電が行われる。これにより、電極間の電位が低下する。よって、接触検出手段は、一対の電極間の電位差を検出することで、本体が身体に装着しているか否かを正確に検出することができる。
【００１２】
なお、電極は、一対でなくとも良く、例えば、複数の電極を備えて、これら各電極の電位差に基づいて接触の有無を検出しても構わない。また、心電位検出手段は、一対の電極間の電位差を監視しているだけであるので、加速度センサ等の運動センサに比較して僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を一対の電極に供給するだけで済む。そのため、振動センサと同時に消費電力に多大な影響を与えることはない。
【００１３】
また、電源制御手段は、接触検出手段が非接触と判断したときに、運動センサ及び振動センサへの電力を遮断させる。つまり、使用者が本体を身体から取り外した場合には、自動的に運動センサ及び振動センサへの電力供給が停止する。よって、取り外された本体に対して、仮に何らかの原因により振動が伝わったとしても、無駄に作動することがない。よって、さらなる消費電力の低減化を測ることができると共に、誤動作を防止でき、計測結果の信頼性を向上することができる。
【００１４】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明の運動計測装置において、前記電源制御部が、前記接触検出手段が接触と判断したときに、前記振動センサに電力を供給するように電源制御を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係る運動計測装置においては、接触検出手段が接触したと判断したときに、電源制御手段が振動センサに電力の供給を行って、振動検出待機状態にする。これにより、仮にこれ以降、使用者が静止状態であったとしても、確実に静止状態の開始時間をカウントすることができる。よって、本体を装着してから、使用者の静止時間（例えば、座って静かにしている時間等）と動作時間（動き回って何らかの作業をしている時間等）とを、明確に区別することができる。その結果、本体を装着している間の、使用者の活発度を調べることもできる。このように、より多角的な計測を行うことができ、計測種類のバリエーションを増すことができる。
【００１６】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記本体の下面に設けられて前記生体表面に接触する第１の電極と、前記本体に設けられて指を接触可能な第２の電極とを有し、心電位を検出する心電位検出手段を備え、前記演算手段が、前記心電位に基づいて心拍数を演算し、前記電源制御手段が、前記振動センサと同じタイミングで前記心電位検出手段に電力を供給することを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係る運動計測装置においては、まず、本体を身体に装着した時点で、第１の電極が生体表面に接触した状態となっている。また、振動センサが振動を検知し、電力が供給されたと同時に、心電位検出手段にも電力が供給される。そして、使用者が心拍数の計測を希望する場合には、本体に設けられた第２の電極に指を接触させる。これにより、心臓を間に挟んだ状態で閉回路が構成された状態になるので、心電位検出手段がそのときの心電位を検出できる。そして、演算手段が、この心電位から心拍数の演算を行う。また、この心拍数は、運動強度と同時に記憶手段に記憶されると共に表示部に表示される。
【００１８】
このように、使用者は必要な時に簡単に指を第２の電極に触れて、心拍数の確認を行える。特に、両電極による心電位に基づいて心拍数を計測するので、体動ノイズの影響を受けることなく、運動中であっても高精度に心拍数を計測することができる。よって、使用者は、運動中であっても自身の心拍数を正確に把握することができる。また、使用者が第２の電極に触れたときだけ心拍数を測定するので、消費電力を極力抑えることができる。
【００１９】
また、表示部には、心拍数と共に上述した運動強度も表示されるため、使用者は現在の運動量（運動負荷）が適正であるか否かを判断することができる。例えば、他人と同じ運動を行っているが、心拍数が高いので自分にとっては運動量が高く負荷が大きい運動である等、客観的に判断することができる。このように、運動強度と心拍数とを関係付けながら、身体状態を監視することができる。また、演算された運動強度及び心拍数は、記憶手段に記憶されているので、過去の身体状態を確認することも可能である。
【００２０】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記振動センサが、常閉式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号により振動を検知することを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係る運動計測装置においては、振動センサが常閉式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号で振動を検知するので、振動を高精度に検出でき、誤検出を防止することができる。そのため、測定結果の信頼性を向上することができる。
【００２２】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記振動センサが、常開式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号により振動を検知することを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係る運動計測装置においては、振動センサが常開式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号で振動を検知するので、静止状態では、微弱な振動検出用の電流でさえも流れることはない。よって、さらなる消費電力化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記本体が、前記固定手段によって腕に装着可能とされた腕時計型であることを特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る運動計測装置は、固定手段によって本体を手首（腕）に装着でき、腕時計のように使用することができるので、装着後の違和感や圧迫感がなく、長時間（例えば一日中）装着しても疲れない。よって、使用者の負担を低減することができると共に、長時間に亘る計測を容易に行える。
【００２６】
また、本発明の運動計測装置は、上記本発明のいずれかの運動計測装置において、前記本体が、内部への液体の侵入を防止する水密構造とされていることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係る運動計測装置においては、本体が水密構造とされているので、使用者が水の中にいたとしても、計測を行うことができる。例えば、水泳中や入浴中であっても、計測を行うことができる。このように使用範囲を広げることができ、使い易さが向上する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る運動計測装置によれば、さらなる消費電力の削減を図ることができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間が生まることなく高精度に運動量を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る運動計測装置の第１実施形態を、図１から図６を参照して説明する。本実施形態の運動計測装置１は、腕時計型のものであって、手首（腕）に装着した状態で、運動強度や心拍数を計測するものである。この運動計測装置１は、図１から図３に示すように、各種の電子部品を内蔵したハウジング（本体）２と、ハウジング２の下面を生体表面側、即ち、皮膚側に向けた状態でハウジング２を手首に装着する固定手段３とを備えている。
【００３０】
ハウジング２は、プラスチックやアルミニウム等の金属材料からなり、所定の厚みを持って、例えば、上面視略長方形状に形成されている。この際、ハウジング２は、適宜図示しないＯリングやシール等によって内部に液体が侵入しないようになっている。つまり、水密構造とされている。
また、ハウジング２の表面には、後述する演算手段２１による演算結果を始めとする各種の情報を表示する表示部４と、使用者が演算条件や判断条件等の各種のデータを入力可能な複数のボタン５、６からなる入力手段７と、使用者が指を接触可能な心電位計測用のタッチ電極（第２の電極）８とが設けられている。
【００３１】
また、ハウジング２の側面には、表示部４の内部に組み込まれたライト４ａをＯＮ／ＯＦＦ操作するライトボタン９が設けられており、ハウジング２の下面には、皮膚に常に接触する心電位計測用の下面電極（第１の電極）１０が設けられている。この下面電極１０と上記タッチ電極８とで、心電位を検出する心電位検出手段１１を構成している。
【００３２】
上記固定手段３は、ハウジング２に基端側が取り付けられて手首に装着可能な第１のバンド１５及び第２のバンド１６を有している。第１のバンド１５及び第２のバンド１６は、ハウジング２の長手方向に、該ハウジング２を挟んで対向するように設けられている。また、両バンド１５、１６は、伸縮自在な弾性材料により形成されている。
第１のバンド１５には、先端にバックル１５ａ及びタング１５ｂが取り付けられている。また、第２のバンド１６には、タング１５ｂが挿入される挿入孔１６ａが該第２のバンド１６の長手方向に沿って複数形成されている。これにより、使用者の手首の太さに応じて第１のバンド１５及び第２のバンド１６の長さを調整することができるようになっている。これにより、ハウジング２を装着している間、下面電極１０を確実に皮膚に接触させることができるようになっている。
【００３３】
また、ハウジング２内には、図４に示すように、ハウジング２に作用する３軸方向にベクトルを持った加速度（物理量）を検出する３軸加速度センサ（運動センサ）２０と、該３軸加速度センサ２０により検出された各方向の加速度をスカラ量に変換すると共に、該スカラ量に基づいて運動強度を演算する演算手段２１と、手首（身体）が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサ２２と、該振動センサ２２が所定以上の振動を検出したときに、上記３軸加速度センサ２０を有する主要回路部２３に電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段２４と、演算手段２１による演算結果を記憶するメモリ（記憶手段）２５と、演算手段２１から出力された信号を受信したときに音声を出力する音声出力部２６とが内蔵されている。
また、上記演算手段２１は、運動強度の演算を行うと共に、心電位検出手段１１により検出された心電位に基づいて心拍数を演算するようになっている。
【００３４】
また、ハウジング２内には、通常の運動計測機能を果たす上記主要回路部２３と、上記電源制御手段２４を有する体動検出回路部２７とが内蔵されている。
主要回路部２３は、演算手段２１及びメモリ２５の他、計測時間を計る計時手段３０及び計測データ保存手段３１からなる制御回路３２を有している。この制御回路３２には、複数のボタン５、６からなる入力手段７、表示部４、ライトボタン９でＯＮ／ＯＦＦ操作されるライト４ａ及び音声出力部２６が接続されている。また、制御回路３２には、３軸加速度センサ２０で検出された加速度データが、増幅手段３３及びＡ／Ｄ変換手段３４を介して入力されると共に、心電位検出手段１１で検出された心電位データが、フィルタ手段３５、増幅手段３６及び上記Ａ／Ｄ変換手段３４を介して入力されるようになっている。なお、増幅手段３６の増幅率は、増幅率設定手段３７により適宜に調整されるようになっている。
【００３５】
３軸加速度センサ２０は、３次元、即ち、３軸（Ｘ・Ｙ・Ｚ）方向の加速度を検出するもので、例えば、ピエゾ抵抗型の３軸加速度センサである。特に、ピエゾ抵抗効果を利用して検出するタイプのものは、近年、マイクロマシニング技術により、信号増幅回路やＡ／Ｄ変換回路、温度補償回路まで含めて、ワンパッケージの小型薄型モジュールとして安価に市場に提供されている。また、その検出原理は、例えば、上面にピエゾ抵抗素子を有する薄いシリコンの梁（ビーム）によって錘を支え、加速度によって錘が動いた時の、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化に基づいて加速度を検出するというものである。
【００３６】
本実施形態の運動計測装置１は、運動センサとして上記３軸加速度センサ２０のみを使用し、角速度センサ等の他のセンサは全く使用していない。また、心電位検出手段１１は、タッチ電極８及び下面電極１０により、心臓の活動に伴って発生する微小な起電力を、Ｒ−Ｒ間隔（心室が収縮する間隔）で計測することで、心電位の検出を行っている。
【００３７】
また、本実施形態の運動計測装置１は、演算手段２１が演算された心拍数が予め設定された範囲内であるか否かを判断すると共に、範囲外であると判断したときに、その旨を音声により報知するように音声出力部２６に信号を出力するようになっている。
【００３８】
上記体動検出回路部２７は、図４及び図５に示すように、電源部４０、振動センサ２２、インバータ４１、信号平滑化手段４２及び電源制御手段２４から構成されており、振動センサ２２が所定以上の振動を検出したときだけ、３軸加速度センサ２０を有する主要回路部２３への電源をＯＮにするようになっている。また、主要回路部２３の電源がＯＮすることで、振動センサ２２の作動タイミングと心電位検出手段１１の作動タイミングが同期するようになっている。
【００３９】
この振動センサ２２は、通常時に閉回路（ノーマルクローズ）、即ち、常閉式のものであり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号によって振動を検知するように、体動検出回路部２７に組み込まれている。
具体的に説明すると振動センサ２２は、図６に示すように、一定の間隔を空けた状態で対向配置された、凹部を有する一対の電極部材４５と、この状態を維持したまま一対の電極部材４５を固着する成形絶縁物４６と、該成形絶縁物４６と一対の電極部材４５とで形成される空室４７内に転動自在に収納された２個の導電性球体４８とを備えている。
【００４０】
２個の導電性球体４８は、静止状態ではその姿勢に関わらず常に互いに接触した状態で、一対の電極部材４５の内面にも接触するようになっている。これにより、一対の電極部材４５は、導電性球体４８を介して相互に導通状態となっている。そして、身体を動かして振動が伝わると、２個の導電性球体４８が空室４７内で互いに擦れながら転動する。これにより、一対の電極部材４５と導電性球体４８との間の接点が、導通、非導通を繰り返すようなっている。
その結果、振動センサ２２を流れる電流は、波形が乱れた状後でインバータ４１に入力する。ここで、インバータ４１は、一定のレベル以下の電流をカットすると共にチャタリング信号に変換している。これにより、所定以上の振動以外による電流の乱れをカットしている。また。インバータ４１を通過したチャタリング信号は、信号平滑化手段４２によって安定した信号になり、電源制御手段２４に入力する。
【００４１】
次に、上述した運動計測装置１により、使用者の手首に装着された状態で運動強度及び心拍数を計測する場合について説明する。
まず、使用者の手首を巻回するように両バンドを巻き、手首の太さに応じて第１のバンド１５のタング１５ｂを第２のバンド１６の挿入孔１６ａ内に挿入して、ハウジング２を手首に装着する。これにより、下面電極１０を確実に皮膚に接触させることができる。
【００４２】
この状態の後、使用者がほとんど動かず静止している場合には、２個の導電性球体４８が動かないので、振動センサ２２が振動を検出せず、主要回路部２３に電源が入らない。また、僅かに動いたことによって、２個の導電性球体４８が転動して電流の波形が若干乱れたとしても、インバータ４１でカットされる。このように、所定以上の振動以外では、主要回路部２３に電源が入らない。
【００４３】
一方、ハウジング２を装着後、何らかの運動を行った場合には、２個の導電性球体４８が空室４７内で激しく転動して電流が乱れる。この乱れた電流は、インバータ４１を通過した後、チャタリング信号となって信号平滑化手段４２を介して電源制御手段２４に入力する。電源制御手段２４は、この信号を受けて主要回路部２３に電力を供給して作動させる。つまり、３軸加速度センサ２０及び心電位検出手段１１が、作動を開始する。但し、心電位検出手段１１に関しては、タッチ電極８に触れるまで待機状態となっている。
【００４４】
作動した３軸加速度センサ２０は、手首に作用する各方向（ＸＹＺ方向）の加速度を検出して、増幅手段３３に送る。増幅手段３３は、この各方向の加速度を処理し易い大きさに増幅した後、Ａ／Ｄ変換手段３４に出力する。Ａ／Ｄ変換手段３４は、増幅された各方向の加速度をデジタル信号に変換して、３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）データを生成する。また、Ａ／Ｄ変換手段３４は、生成した３次元データを演算手段２１に出力する。
【００４５】
演算手段２１は、送られてきた３次元データをスカラ量に変換し、該スカラ量を適宜所定処理しながら運動強度を演算する。この演算された運動強度は、メモリ２５に記憶されると共に表示部４に表示される。これにより、使用者は現在の運動強度を容易に確認することができ、運動量や身体状態の監視を行うことができる。
特に、振動センサ２２が所定以上の振動を検出したときだけ、３軸加速度センサ２０が作動するので、使用者が静止しているときには無駄な計測を行わない。そのため、消費電力の低減化を図ることができる。また、体が動いたと同時に３軸加速度センサ２０による計測を開始するので、従来のものとは異なり、計測の空白時間が発生することがない。そのため、体を動かした全ての状態で計測を行えるので、高精度に運動量を計測でき、計測の信頼性を向上することができる。
【００４６】
また、ハウジング２は、腕時計タイプであるので、違和感なく装着することができる。よって、長時間（例えば、１日中）装着したとしても、不快感や拘束感を感じることなく、連続的な計測を容易に行うことができる。
なお、振動センサ２２は、単に振動したか否かを機械的に検出だけであるので、従来の加速度センサ等と比較して、僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を供給するだけで済む。そのため、消費電力に多大な影響を与えることはない。
【００４７】
一方、心拍数を測定する場合には、使用者はハウジング２のタッチ電極８に指先を接触させる。これにより、心臓を間に挟んだ閉回路が構成された状態になるので、心電位検出手段１１がこのときの心電位を検出できる。そして、心電位検出手段１１は、検出した心電位をフィルタ手段３５に出力する。フィルタ手段３５は、検出した心電位をフィルタ処理して余分な信号を取り除いた後、増幅手段３６に出力する。増幅手段３６は、心電位を処理し易い大きさに増幅した後、Ａ／Ｄ変換手段３４に出力する。Ａ／Ｄ変換手段３４は、増幅された心電位をデジタル信号に変換して、心電位データを生成した後、演算手段２１に出力する。
そして、演算手段２１が、送られてきた心電位データをＲ−Ｒ間隔で計測すると共に、１分間の心拍数に換算する。換算された心拍数は、運動強度と共にメモリ２５に記憶されると共に表示部４に表示される。
【００４８】
これにより、使用者は、心拍数を確認することができる。特に、ハウジング２が腕時計タイプであるので、使用者は必要なときに簡単に指をタッチ電極８に触れて心拍数の確認を行える。また、下面電極１０及びタッチ電極８による心電位に基づいて心拍数を計測するので、光電脈波を検出するものとは異なり、体動ノイズの影響を受けることなく、運動中であっても高精度に心拍数を計測することができる。よって、使用者は、運動中であっても自身の心拍数を正確に把握することができる。また、使用者がタッチ電極８に触れたときだけ心拍数の計測を行うので、消費電力を極力抑えることができる。
【００４９】
また、表示部４には、心拍数と共に上述した運動強度も表示されるため、使用者は現在の運動量（運動負荷）が適正であるか否かを判断することができる。例えば、他人と同じ運動を行っているが、心拍数が高いので自分にとっては運動量が高く負荷が大きい運動である等、客観的に判断することができる。このように、運動強度と心拍数とを関係付けながら、身体状態を監視することができ、運動負荷が個々人に適しているか否かの評価を簡単に行うことができる。また、演算された運動強度及び心拍数は、メモリ２５に記憶されているので、過去の身体状態を確認することも可能である。
【００５０】
また、演算手段２１は、演算した心拍数が予め設定された範囲内であるか否かを判断して、範囲外であると判断したときに音声主力部に信号を出力する。音声出力部２６は、この信号を受けて音を鳴らしてその旨を使用者に知らせて報知する。これにより、使用者は現在の運動がどの程度心臓に負荷をかけているかを速やかに知ることができる。
【００５１】
上述したように本実施形態の運動計測装置１によれば、消費電力を極力低減することができると共に、身体の動きが生じると同時に計測を開始して、計測の空白期間を生じさせることなく高精度に運動量及び心拍数を計測することができる。なお、使用者が予め入力手段７により、様々な演算条件及び判断条件のパラメータ、例えば、年齢、性別や体重等の個人データを入力しておくことで、より正確な運動強度の演算も可能となる。
【００５２】
また、振動センサ２２が、振動を高精度に検出するので誤検出を防止することができる。また、ハウジング２が、腕時計タイプであるので、装着後の違和感や圧迫感がなく、長時間（例えば、一日中）装着しても疲れない。よって、使用者の負担を低減することができると共に、長時間に亘る計測を容易に行える。また、ハウジング２が水密構造とされているので、使用者が水泳中や入浴中であっても、計測を行うことができる。よって、使用範囲を広げることができ、使いや易さが向上する。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る運動計測装置の第２実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第２実施形態では、第１実施形態の構成に加え、ハウジング２が装着されたか否かを検出する接触検出手段を付加した点である。
【００５４】
即ち、本実施形態の運動計測装置５０は、図７及び図８に示すように、ハウジング２の下面に設けられた少なくとも一対の電極５１、５２を有し、該一対の電極５１、５２間の電位差に基づいてハウジング２が皮膚に接触しているか否かを検出する接触検出手段５３を備えている。なお、本実施形態では、一対の電極５１、５２のうち、一方の電極５１が、第１実施形態で示した下面電極１０の役割も果たす共通電極となっている。また、一方の電極５１と他方の電極５２との間は、楕円状に形成された絶縁体５４によって電気的に絶縁した状態となっている。
【００５５】
また、本実施形態の電源制御手段２４は、接触検出手段５３が非接触と判断したときに、３軸加速度センサ２０及び振動センサ２２への電力を遮断するように電源制御を行うと共に、接触検出手段５３が接触と判断したときに、振動センサ２２に電力を供給するように電源制御を行うようになっている。
【００５６】
このように構成された運動計測装置５０においては、ハウジング２を手首に装着すると、一対の電極５１、５２が皮膚に接触するので、皮膚を通じて放電が行われる。これにより、一対の電極５１、５２間の電位が低下する。よって、接触検出手段５３は、一対の電極５１、５２間の電位を検出することで、ハウジング２が装着されたか否かを正確に検出することができる。
なお、心電位検出手段１１は、一対の電極５１、５２間の電位差を監視しているだけであるので、３軸加速度センサ２０と比較して僅かな（無視できる程度の）検出用の電流を一対の電極５１、５２に供給するだけで済む。そのため、振動センサ２２と同様に、消費電力に多大な影響を与えることはない。
【００５７】
また、電源制御手段２４は、接触検出手段５３が非接触と判断したときに、３軸加速度センサ２０を有する主要回路部２３及び振動センサ２２への電力を遮断する。つまり、使用者がハウジング２を手首から取り外した場合には、自動的に主要回路部２３及び振動センサ２２への電力供給が停止する。よって、取り外されたハウジング２に対して、仮に何らかの原因により振動が伝わったとしても、無駄に作動することがない。よって、さらなる消費電力の低減化を図ることができると主に、誤動作を防止でき、計測結果の信頼性を向上することができる。
【００５８】
更に、電源制御手段２４は、接触検出手段５３が接触したと判断したときに振動センサ２２に電力の供給を行って、振動検出待機状態にする。これにより、仮にこれ以降、使用者が静止状態であったとしても、確実に静止状態の開始時間をカウントすることができる。よって、ハウジング２を装着してから、使用者の静止時間（例えば、座って静かにしている時間等）と動作時間（動き回って何らかの作業をしている時間等）とを、明確に区別することができる。その結果、ハウジング２を装着している間の、使用者の活発度を調べることもできる。このように、より多角的な計測を行うことができ、計測種類のバリエーションを増すことができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、一方の電極５１が、心電位検出用の電極（第１実施形態における下面電極１０）を兼ねた共通電極であるので、電極数を極力減らすことができ、構成の簡略化を図ることができる。
【００６０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００６１】
例えば、上記各実施形態では、常閉式の振動センサ２２を使用した場合を説明したが、この場合に限られず、例えば、図９に示すように、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号により振動を検知する常開式の振動センサ６０を使用して、体動検出回路６１を構成しても構わない。このように常開式の振動センサ６０を使用することにより、静止状態では、微弱な振動検出用の電流でさえも流れることがないので、より無駄な消費電力を減らすことができる。
【００６２】
また、上記各実施形態では、運動センサとして３軸加速度センサを例にして説明したが、３軸加速度センサに限られず、単なる加速度センサでも構わないし、角速度センサでも構わない。また、振動センサは、上述した例に限定されるものではなく、機械的に振動を検出できるものであれば構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の係る運動計測装置の第１実施形態を示す、全体外観図である。
【図２】図１に示す運動計測装置のハウジング周辺を、斜め上方から見た外観図である。
【図３】図１に示す運動計測装置のハウジング周辺を、斜め下方から見た外観図である。
【図４】図１に示すハウジング内の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す振動センサを有する体動検出回路部の構成図である。
【図６】図５に示す振動センサの断面図である。
【図７】本発明の係る運動計測装置の第２実施形態を示す図であって、ハウジング周辺を斜め下方から見た外観図である。
【図８】図７に示すハウジング内の概略構成を示すブロック図である。
【図９】常開式の振動センサを有する体動検出回路部の構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１、５０ 運動計測装置
２ ハウジング（本体）
３ 固定手段
８ タッチ電極（第２の電極）
１０ 下面電極（第１の電極）
１１ 心電位検出手段
２０ ３軸加速度センサ（運動センサ）
２１ 演算手段
２２、６０ 振動センサ
２４ 電源制御手段
２５ メモリ（記録手段）
５１、５２ 一対の電極
５３ 接触検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
該本体の下面を生体表面側に向けた状態で、該本体を身体に装着する固定手段と、
前記身体に作用する物理量を検出する運動センサと、
該運動センサによる測定結果に基づいて、運動強度を演算する演算手段と、
該演算手段による演算結果を記憶する記憶手段と、
前記本体表面に設けられ、前記演算手段による演算結果を表示する表示部と、
前記身体が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサと、
該振動センサが振動を検出したときに、前記運動センサに電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段を備えていることを特徴とする運動計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の運動計測装置において、
前記本体の下面に設けられた少なくとも一対の電極を有し、該一対の電極間の電位差に基づいて本体が前記生体表面に接触しているか否かを検出する接触検出手段を備え、
前記電源制御手段は、前記接触検出手段が非接触と判断したときに、前記運動センサ及び前記振動センサへの電力を遮断するように電源制御を行うことを特徴とする運動計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の運動計測装置において、
前記電源制御部は、前記接触検出手段が接触と判断したときに、前記振動センサに電力を供給するように電源制御を行うことを特徴とする運動計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記本体の下面に設けられて前記生体表面に接触する第１の電極と、前記本体に設けられて指を接触可能な第２の電極とを有し、心電位を検出する心電位検出手段を備え、
前記演算手段は、前記心電位に基づいて心拍数を演算し、
前記電源制御手段は、前記振動センサと同じタイミングで前記心電位検出手段に電力を供給することを特徴とする運動計測装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記振動センサは、常閉式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号により振動を検知することを特徴とする運動計測装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記振動センサは、常開式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号により振動を検知することを特徴とする運動計測装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記本体は、前記固定手段によって腕に装着可能とされた腕時計型であることを特徴とする運動計測装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記本体は、内部への液体の侵入を防止する水密構造とされていることを特徴とする運動計測装置。
【請求項１】
本体と、
該本体の下面を生体表面側に向けた状態で、該本体を身体に装着する固定手段と、
前記身体に作用する物理量を検出する運動センサと、
該運動センサによる測定結果に基づいて、運動強度を演算する演算手段と、
該演算手段による演算結果を記憶する記憶手段と、
前記本体表面に設けられ、前記演算手段による演算結果を表示する表示部と、
前記身体が動いたときに、所定以上の振動を機械的に検出する振動センサと、
該振動センサが振動を検出したときに、前記運動センサに電力を供給するように電源制御を行う電源制御手段を備えていることを特徴とする運動計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の運動計測装置において、
前記本体の下面に設けられた少なくとも一対の電極を有し、該一対の電極間の電位差に基づいて本体が前記生体表面に接触しているか否かを検出する接触検出手段を備え、
前記電源制御手段は、前記接触検出手段が非接触と判断したときに、前記運動センサ及び前記振動センサへの電力を遮断するように電源制御を行うことを特徴とする運動計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の運動計測装置において、
前記電源制御部は、前記接触検出手段が接触と判断したときに、前記振動センサに電力を供給するように電源制御を行うことを特徴とする運動計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記本体の下面に設けられて前記生体表面に接触する第１の電極と、前記本体に設けられて指を接触可能な第２の電極とを有し、心電位を検出する心電位検出手段を備え、
前記演算手段は、前記心電位に基づいて心拍数を演算し、
前記電源制御手段は、前記振動センサと同じタイミングで前記心電位検出手段に電力を供給することを特徴とする運動計測装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記振動センサは、常閉式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の開信号により振動を検知することを特徴とする運動計測装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記振動センサは、常開式であり、所定以上の振動が作用したときの接点の閉信号により振動を検知することを特徴とする運動計測装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記本体は、前記固定手段によって腕に装着可能とされた腕時計型であることを特徴とする運動計測装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の運動計測装置において、
前記本体は、内部への液体の侵入を防止する水密構造とされていることを特徴とする運動計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２０９４３０（Ｐ２００７−２０９４３０Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０６４５（Ｐ２００６−３０６４５）
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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