JP3417006B2 - ピッチメーカ - Google Patents
ピッチメーカInfo
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- JP3417006B2 JP3417006B2 JP26748793A JP26748793A JP3417006B2 JP 3417006 B2 JP3417006 B2 JP 3417006B2 JP 26748793 A JP26748793 A JP 26748793A JP 26748793 A JP26748793 A JP 26748793A JP 3417006 B2 JP3417006 B2 JP 3417006B2
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Description
を携帯者に指示する際に用いて好適なピッチメーカに関
する。
ランニグペースメーカは、従来から種々のタイプのもの
が開発されている。
し、この設定値と使用者の走行中の脈拍との偏差に応じ
てペース音の周期を可変するものがある(特公昭61−
953号)。この装置においては、携帯者の脈拍が上限
値を越えるとピッチ音の周期を長くし、逆に脈拍が下限
値を下回るとペース音の周期を短くする制御が行われ、
常に適切な負荷が携帯者へかかるように調整する。
出し、この検出結果が予め設定されている最高・最小脈
拍数の範囲外になった際には、設定ペースを変更するも
のも知られている(特開昭62−53677号)。
を発するものや(特公昭60−21357号)、脈拍数
を異なる報知音にて使用者に知らせるものも開発されお
り(特開昭61−52852号、特開昭57−1422
37号)、これらもペースメーカあるいはその補助装置
として使用することができる。
を行う場合、走り始めはウォーミングアップとして徐々
にピッチを上げていき、その後に所望の一定ピッチで走
ろうとするのが一般的である。
初から設定ペースでピッチ音を鳴らすため、携帯者の運
動ピッチが追いつかず、走り難いという欠点があった。
特に、いきなり設定ピッチで走り出すと、負荷が過大と
なる場合も多いため、健康管理の点でも問題が生じた。
音が鳴らされているため、電池寿命が短くなるという欠
点があり、さらに、単にピッチを指示するだけなので、
携帯者の練習成果(例えば、体力の向上)を知ることが
できないという不満があった。
たもので、無理のない自由なピッチでウォーミングアッ
プすることができるペースメーカを提供することを第1
の目的としている。
を延ばすことができるピッチメーカを提供するところに
あり、さらに、第3の目的は走行中のピッチのみなら
ず、走行練習の成果を告知することができるピッチメー
カを提供するところにある。
に、本発明に係るピッチメーカは、携帯者の脈拍を測定
する脈拍測定手段と、脈拍の下限値を設定する脈拍値設
定手段と、携帯者の運動ピッチを検出するピッチ検出手
段と、前記携帯者の脈拍が前記脈拍値設定手段で設定し
た下限値を上回ったときに、前記ピッチ検出手段が検出
した携帯者の運動ピッチを初期指示ピッチとして設定す
る指示ピッチ設定手段と、前記指示ピッチ設定手段が初
期指示ピッチを設定した場合にこれに対応する間隔で前
記携帯者にピッチを告知するピッチ告知手段、とを具備
することを特徴とする。
者の脈拍を測定する脈拍測定手段と、脈拍の下限値およ
び上限値を設定する脈拍値設定手段と、携帯者の運動ピ
ッチを検出するピッチ検出手段と、前記携帯者の脈拍が
前記脈拍値設定手段で設定した下限値を上回ったとき
に、前記ピッチ検出手段が検出した携帯者の運動ピッチ
を初期指示ピッチとして設定する指示ピッチ設定手段
と、前記初期指示ピッチ設定された後に、前記脈拍測定
手段が測定した脈拍が前記上限値を上回った場合には前
記指示ピッチ設定手段に設定された指示ピッチを低下さ
せ、前記脈拍測定手段が測定した脈拍が前記下限値を下
回った場合には前記指示ピッチ設定手段に設定された指
示ピッチを上昇させる指示ピッチ変更手段と、前記初期
指示ピッチが設定されたときから、前記指示ピッチ設定
手段内に設定されている指示ピッチに対応する間隔で携
帯者にピッチを告知するピッチ告知手段、とを具備する
ことを特徴とする。
ピッチを設定する目標ピッチ設定手段を設け、前記指示
ピッチ変更手段は、前記初期指示ピッチが設定された後
に、前記脈拍測定手段が測定した脈拍が前記上限値を上
回った場合には前記指示ピッチ設定手段に設定された指
示ピッチを低下させ、これ以外の場合には前記目標ピッ
チに近づくように前記指示ピッチ設定手段に設定された
指示ピッチを変更することが好ましい。
ピッチ設定手段が設定した指示ピッチと前記ピッチ検出
手段が検出する携帯者の運動ピッチとを比較し、両者が
所定時間一致している場合には、前記告知手段の駆動エ
ネルギーを弱くするか、もしくは、前記告知手段の動作
を停止させる告知状態制御手段を具備することが好まし
い。
脈拍検出手段が検出した脈拍を監視し、一定期間内の脈
拍上昇量が所定値を超えた場合は、前記ピッチ検出手段
のその時点の検出ピッチより低いピッチを指示し、更
に、一定期間内の脈拍下降量が所定値を超えた場合は、
前記ピッチ検出手段のその時点の検出ピッチより高いピ
ッチを指示するピッチ指示手段と、前記ピッチ指示手段
がピッチを指示している間だけ、その指示ピッチに対応
する間隔で携帯者にピッチを告知するピッチ告知手段、
とを具備することが好ましい。
ピッチ検出手段が検出したピッチを所定の間隔で記憶す
るピッチ記憶手段と、前記ピッチ記憶手段に記憶された
ピッチの推移を表示するピッチ推移表示手段、とを具備
することが好ましい。
ピッチ検出手段が検出したピッチの平均値を算出して記
憶する平均ピッチ記憶手段と、前記平均ピッチ記憶手段
に記憶された平均ピッチの推移を表示する平均ピッチ推
移表示手段、とを具備することが好ましい。
脈拍測定手段および前記ピッチ検出手段が、異なる波長
の光を携帯者の生体組織に照射したときに得られる透過
光または反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記
光量検出手段の検出信号に含まれる周波数成分の振幅
を、前記各波長の光について比較し、その振幅の比の関
係から前記携帯者の脈拍およびピッチを検出する識別手
段により構成されていることが好ましい。
脈拍測定手段または前記ピッチ検出手段の少なくともい
ずれか一つは、測定時においてのみ給電されるように構
成されていることが好ましい。
給電は、パルス電流による給電であることが好ましい。
りである。
ッチ設定手段によってその時の走者のピッチが設定さ
れ、これに応じたピッチ告知がなされる(請求項1〜
4)。
から外れると、指示ピッチ変更手段が、脈拍をもとに戻
すように、ピッチ指示を変更する(請求項2〜4)。さ
らに、指示ピッチと走者のピッチ所定時間一致すると、
告知状態制御手段によって、ピッチ音等の停止される
(請求項4)。
り、走者の脈拍が上下限値から外れているときだけ、ピ
ッチ放音等がなされ、脈拍が上下限値の範囲内になるよ
うに導かれる(請求項5〜8)。
かつ、その推移が表示される(請求項10〜13)。
る。
す斜視図であり、図において1が装置本体である。装置
本体1は、ベルト2によって使用者(走者)の腕3に取
り付けられている。
示すブロック図であり、図において、11,12は波長
660nm,940nmのフォトカプラ型のフォトセン
サである。これらセンサ11,12は、図2の(b)に
示すように、所定のキャップC内に配置されている。キ
ャップCは、図3に示すように、走者の指の先端部分に
装着されるようになっており、装着状態においては、セ
ンサ11、12が指の幅方向に沿って配置される。セン
サ11、12の出力信号は、リード線5を介して本体1
内の回路に入力されるようになっている。なお、図2の
(a)に示すように、センサ11、12が指の長手方向
に配置されるように、キャップ内に取り付けるようにし
てもよい。
光は、血管や組織によって反射された後に、その受光部
において受光され、この受光信号は、図1に示すよう
に、各々信号Sa、Sbとして高速フーリエ変換回路1
3に入力される。高速フーリエ変換回路13は、信号S
a、Sbをフーリエ変換し、周波数スペクトルを得る回
路である。14は比較回路であり、高速フーリエ変換回
路13が出力する周波数スペクトルを一時記憶し、代表
的な基線について、その大きさを比較する。判定回路1
5は、比較回路14の比較結果に基づき、走者の脈拍と
ピッチを検出し、その値を示す脈拍検出信号BSとピッ
チ検出信号PSを各々出力する。この場合、上述した高
速フーリエ変換回路13、比較回路14および判定回路
15は、脈拍/ピッチ検出部16を構成している。な
お、脈拍/ピッチ検出部16の検出原理については後述
する。
LLを設定する上下限値設定部であり、選択スイッチS
の操作により上限値ULの設定と下限値LLの設定が切
り換えられる。また、この上下限値設定部20は、アッ
プスイッチUが操作されると、その操作に応じて設定値
を上昇させ、ダウンスイッチDが操作されると、その操
作に応じて設定値を減少させる。上下限値設定部20が
設定した上限値ULおよび下限値LLは、各々上下限比
較部21に供給される。
給される脈拍検出信号BSが示す脈拍が、下限値LLを
超えたか否か、または上限値ULを超えたかを検出し、
その状態を示す信号SSをピッチ制御信号発生部22に
出力する。
5から供給されるピッチ検出信号PSと、上下限比較部
21から供給される信号SSとに基づいて、ピッチ制御
信号PCSを作成する回路であり、例えば、図4に示す
構成になっている。
あり、信号SSに基づいて、走者の脈拍が最初に下限値
LLを上回ったことを検出すると、信号Saを制御部3
1に出力する回路である。制御部31は、信号Saが供
給されると、その時点のピッチ検出信号PSが示す走者
のピッチを、ピッチ制御信号PCSとして出力する。ま
た、制御部31は、信号Saが入力された後に、信号S
Sをチェックして走者の脈拍が下限値LLを下回ったか
否かを監視し、下回った場合には、走者の脈拍が再び下
限値LLを上回るまで、所定のレートでピッチが上昇す
るようピッチ制御信号PCSを調整する。同様に、制御
部31は、信号SSをチェックして走者の脈拍が上限値
ULを上回ったか否かを監視し、上回った場合には、走
者の脈拍が上限値ULを下回るまで、所定のレートでピ
ッチが下降するようピッチ制御信号PCSを調整する。
御信号PCSとピッチ検出信号PSを比較し、両者が所
定時間一致している場合(あるいはほぼ等しい場合)
は、ピッチ制御信号PCSの出力を停止させるととも
に、両者に相違が生じれば再びピッチ制御信号PCSを
出力させる回路である。ただし、制御部31は、ピッチ
を変更(上昇もしくは下降)するときは、停止制御部3
2の動作に係わらず、ピッチ制御信号PCSを出力し続
けるようになっている。
よび処理内容であるが、同様の処理が行えれば、他の回
路構成であってもよく、また、ソフトウエアによって実
現してもよい。
ば、圧電ブザーとその駆動回路で構成され、ピッチ制御
信号PCSに応じたピッチで、たとえば「ピッ,ピッ,
……」という音を放音する。また、ピッチ制御信号PC
Sが供給されない場合は、放音が停止される。
り、図3に示すように、ピッチ制御信号PCSが示すピ
ッチを数値で表示するとともに、そのピッチに応じてマ
ークMを点滅させる。また、判定回路15から供給され
る脈拍検出信号BSに基づいて脈拍を数値表示する。さ
らに、表示部26は、図1に示す選択スイッチSによっ
て表示モードが変更されると、上下限値設定部20に設
定された上限値ULおよび下限値LLの値を表示するよ
うになっている(図示略)。
について説明する。
光の比は、物質の濃度と光路長に比例した分だけ減少す
る。このことは、「ランバートベール」の法則として周
知のことである。
うにして求められる。
の濃度をC、微少光路長をΔL、入射光の光量をIi
n、物質Mの吸光係数をkとすると、次式が成立する。
長を5倍にすると、数1の関係は次のように変化する。
nが10のときに、その透過光量が9であるとすると、
図5(b)の場合には、入射光量10に対して透過光量
が5.9となり、すなわち、Iout/Iin=0.9
5となることである。
量と透過光量の関係は、数1を積分して、
in、吸光係数kおよび光路長Lが一定であるなら、透
過光量Ioutを測定することにより、物質Mの濃度変
化を測定することができる。
る反射光を測定しても、上述の場合と全く同様の原理で
濃度変化が測定ができる。この濃度変化を測定すること
は、血液の脈動を測定することであり、すなわち、脈拍
を測定することである。
るが、生体が運動している場合には、その体動が血液脈
動に影響するため、脈拍を正確に検出するためには、以
下に述べる処理をしなければならない。
チ検出 さて、図6は、人の血管部分に外部から光を照射したと
きの吸光度の分布を示す図であり、I2は組織による吸
光成分、I3は静脈血による吸光成分、I4は動脈血によ
る吸光成分である。
濃度が変化しないため一定である。また、静脈血による
吸光成分I3も一定である。これは、静脈には脈動がな
く、濃度変化がないためである。図7は、このことを示
す図であり、心臓から送り出された血液の脈動が次第に
なくなり、静脈においては完全に消えている。
した濃度変化があるため、吸光度が変化する。したがっ
て、血管に光を照射して、その透過光または反射光の光
量変化を測定することにより、脈拍を測定できることに
なる。なお、上述した測定原理については、例えば、特
公平2−44534号公報にも記載されている。
体動の影響が静脈に及び、静脈血の流れが動的になっ
て、その吸光度が変動する。同様に、手足の振りによっ
て組織が振動するため、この部分の吸光度も変動する。
したがって、運動中においては、血管に照射した光の透
過光や反射光の光量を単に検出しても、脈拍を正確に検
出することは難しい。
考察する。まず、光による脈波検出は、安静時において
は、次のように数式化することができる。
脈血の吸光率、動脈直流分は動脈血のうちの直流成分
(脈動しない成分)、静脈レベルは静脈血の流量である
(なお、静脈に脈動成分がないことは前述したとおりで
ある)。また、脈振幅・F(θM)は動脈血の交流分で
あり、言い替えればヘモグロビン量の交流的な変動振幅
(脈振幅)と周波数(θM)を有する周期関数である。
も体動による脈動成分が重畳されるから、この成分を数
5に加えれば、運動時の受光光量についても数式化する
ことができる。ここでは、腕を振った場合(ランニング
の時の腕の振り)を例にとると、次式のようになる。
振りのストロークによって変動を受けるヘモグロビン量
の交流成分の振幅(腕振幅)および周波数(θs)を有
する周期関数である。
各々心臓から送り出される動脈血中のヘモグロビン(酸
素と十分に結合したヘモグロビン:以下、酸素ヘモグロ
ビンという)と、身体で酸素が消費され静脈を介して心
臓に戻るヘモグロビン(以下、還元ヘモグロビンとい
う)の吸光スペクトルを示しており、図示のように、波
長によって吸光度が変化する。すなわち、酸素ヘモグロ
ビンは赤外光(ピーク値940nm)を強く吸収し、還
元ヘモグロビンは赤色光(ピーク値660nm)を強く
吸収する。すなわち、数6における動脈血の吸光率(K
動)と、静脈血の吸光率(K静)は、それぞれ波長によ
って異なり、この実施例において用いる660nmと9
40nmの波長においては、図10に示す大小関係を有
している。この点を考慮して、数6で示される受光光量
を異なる2つの波長(660nmと940nm)につい
て数式化すると以下のようになる。
0,940は各々波長を示しており、添え字がついた項や係
数は、その波長における値を示している。
時間軸上では変動する周期的信号であり、以下では受光
信号ということにする。今、これらの受光信号を各々フ
ーリエ変換すると、それぞれの信号に含まれる周波数成
分の振幅値が検出される。例えば、図9の(a)に示す
ように660nmの波長においては、周波数θMのとこ
ろで、K動660・脈振幅、すなわち、動脈血の脈動周波
数成分における振幅が検出され、また、周波数θsのと
ころで(K動660+K静660)腕振幅、すなわち、静脈と
動脈の双方に重畳された腕ストロークの周波数における
振幅が検出される。そして、同図(b)に示すように、
940nmの波長においても、同じ周波数においてそれ
ぞれの振幅が検出される。
静脈血の吸光度の大小関係は、図10に示すように、
11に示すように、周波数成分f1とf2の振幅が波長6
60nmのときに各々a,bであり、また、波長940
nmのときに各々c,dであった場合は、(a/b)<
(c/d)または(c/a)>(d/b)が成り立て
ば、f1が動脈の周波数であり、f2が腕の振りによる周
波数であることが判る。したがって、f1を1分あたり
に換算すれば脈拍が求められる。また、一般に、腕の振
りは、ピッチ(歩数)の1/2であるから、f2を2倍
して1分あたりに換算すればピッチが求められる。
びピッチの検出原理である。
この図の(a)および(b)は、各々660nmおよび
940nmの波長を用いて測定を行った場合の検出信号
の周波数スペクトラムである。なお、この実験は、心電
計をつけて脈拍周波数を予め特定できるようにし、被測
定者がメトロノームに併せて一定のストロークで腕を振
るようにして行った(ランニングを行うときのように腕
を振った)。また、これらの図に示すS1は、ストロー
ク(体動)の基本周波数、S2はストロークの第2高調
波であり、M1は血液脈動の基本周波数(すなわち、脈
拍周波数)である。
(a)と(b)について比較すれば、上述した関係式か
ら、M1が脈拍であることが識別される。そして、この
ときの脈拍値は心電計による脈拍値と一致した。
イッチSを操作して、上限値ULと下限値LLを設定す
る。この設定に際しては、例えば、周知のカルボーネの
式などを参考にして行う。このカルボーネの式によれ
ば、運動時に目安にする脈拍数は、次のようにして求め
られる。
%の範囲で適宜設定すればよいが、例えば、80%程度
でかなりきつい運動になり、50%程度でもややきつい
運動になる。
の脈拍数70の人が、上限値ULを運動量80%で、下
限値LLを運動量60%で設定したとすると、上限値U
Lは166回/分、下限値LLは142回/分になる。
図13に示す破線は、この例の場合の上限値ULと下限
値LLを示している。
装着するとともに、例えば、図13に示す時刻t1から
走行を開始する。この結果、センサ11、12から出力
される信号Sa、Sbは、血液脈波に体動成分が重畳さ
れた信号となる。これらの信号Sa、Sbは、高速フー
リエ回路13によってフーリエ変換された後、比較回路
14で代表的な周波数成分の振幅について比較される。
S1、M1と同図(b)のS1、M1について大きさを
比較する。この比較結果は、判定回路15に供給され、
前述したように、図11に示す周波数成分f1とf2の振
幅a,b,c,dについて(a/b)<(c/d)また
は(c/a)>(d/b)が成り立てば、f1が動脈の
周波数であり、f2が腕の振りによる周波数であると判
定される。そして、判定回路15は、判定結果に基づ
き、走者の脈拍とピッチを検出し、その値を示す脈拍検
出信号BSとピッチ検出信号PSを各々出力する。
号BSと上限値UL、下限値LLとを比較し、比較結果
に対応する信号SSを出力する。この場合、走り初めに
おいては、図13に示すように、走者の脈拍は下限値L
Lに達していない。このため、図4に示す初期ピッチ設
定部30は信号Saを出力せず、制御部31は初期ピッ
チの設定を行わない。したがって、ピッチ制御信号PC
Sが発生されず、放音部25はピッチ音を発生しない。
て、徐々にピッチがあがってくると、これに従って運動
量が大きくなり、脈拍が上昇していく。そして、図13
に示す時刻t2に達すると、脈拍検出信号BSが示す脈
拍が下限値LLを超える。この結果、上下限比較値21
が出力する信号SSは、「下限値超え」を示すものとな
り、図4に示す初期ピッチ設定部30が信号Saを出力
する。信号Saが出力されると、同図に示す制御部31
はピッチ検出信号PSが示す走者のピッチを取り込み、
これを初期ピッチとして設定するとともに、このピッチ
に対応するピッチ制御信号PCSを出力する。これによ
り、放音部25は、ピッチ制御信号PCSに対応するピ
ッチ(この場合は、現時点の走者のピッチであり、図1
3に示す例では160歩/分)でピッチ音を発生する。
すなわち、走者の脈拍が下限値LLを超えたときに、始
めてピッチ音が発生され、しかも、その放音間隔はその
時点の走者のピッチに等しいものになる。
走者のピッチとが一致し、この一致時間が所定期間を経
過すると、図4に示す停止制御部32が制御部31に対
して制御信号を出力し、これにより、ピッチ制御信号P
CSが停止され、放音部25のピッチ音が停止する。し
たがって、放音部25におけるピッチ音の放音は、時刻
t2から時間T1だけ行われる。時間T1経過後にピッチ
音を切ってしまうのは、定常的な走行状態に入った走者
のピッチは一般に安定しており、何らかの理由がない限
り、ピッチ音等の指示がなくとも、ほとんど一定のピッ
チで走行するため、不要なピッチ指示は行わず、消費電
力を節約するためである。
拍が、図13に示すように上昇していき、時刻t3にお
いて上限値ULを超えると、上下限比較部21の出力信
号SSは「上限値超え」を示すものとなり、制御部31
は走者の脈拍が上限値ULを下回るまで所定のレートで
ピッチが下降するようピッチ制御信号PCSを調整す
る。
して、再びピッチ制御信号PCSを出力し、放音部25
からピッチ音を出力させる。これは、走者に対し、ピッ
チ変更を認識させる必要があるためである。
上限値ULを下回り、制御部31はピッチ制御信号PC
Sに対する調整を停止する。したがって、制御部31の
設定ピッチは、時刻t4の直前のピッチ(145歩/
分)に固定される。そして、変更されたピッチと走者の
ピッチとが所定時間一致すると、これが停止制御部32
に検出され、再びピッチ制御信号PCSが停止される。
時刻t5において、走者のピッチが変動すると、これが
停止制御部32(図4参照)に検出される。これによ
り、停止制御部32は、制御部31にピッチ制御信号P
CSを出力させる。これにより、放音部25が、再びピ
ッチ音を放音し、走者はこのピッチ音に従って自己の走
行ピッチを可変する。そして、走者のピッチと制御部3
1の設定ピッチとが所定時間一致すると、停止制御部3
2によってピッチ制御信号PCSの発生が停止される。
ば、時刻t6において、下限値LLを下回ると、上下限
比較部21の出力信号SSは下限値以下を示すものとな
り、制御部31は走者の脈拍が下限値LLを上回るまで
所定のレートでピッチが上昇するようピッチ制御信号P
CSを調整する。また、制御部31は、このピッチ変更
に際して、再びピッチ制御信号PCSを出力し、放音部
25からピッチ音を出力させる。この場合、脈拍が下限
値LLを下回る時刻t6からピッチ制御信号PCSの調
整が開始される時刻t7まで若干の時間差があるが、こ
れは制御部31が所定周期毎に信号SSの監視を行って
いるためであり、この例の場合には、監視が行われるタ
イミングt7が時刻t6より微少タイミングだけ遅れてい
る。しかしながら、走者へのピッチ指示には、十分に早
い周期が設定されているので、実用上の問題はない。
間T4経過後に停止されるが、これは上述の場合と同様
に停止生後部32の制御によるものである。
ク図である。この実施例が前述した第1実施例と異なる
点は、ピッチ記憶処理部40が設けられ、また、表示部
26がピッチ記憶処理部40の記憶内容に基づいて表示
を行うようになっている点である。
チ(図示略)が押されると、ピッチ検出信号PSの値を
所定間隔(例えば、2分〜5分間隔)毎にサンプリング
して記憶する。この記憶処理は、ストップスイッチ(図
示略)が押されるまで継続される。なお、スタートとス
トップの指示は、例えば、アップスイッチU,ダウンス
イッチD,選択スイッチSの組み合わせ操作によって行
うようにしてもよい。
と、ピッチ記憶処理部40は、再び記憶処理を開始する
が、前回の記憶エリアとは違ったエリアにピッチを記憶
する。このように、記憶処理部40には、数十回分のラ
ンニングにおけるピッチを個別に記憶する記憶エリア4
0a−1〜40a−nが設けられている。
ッチが押されると、その回のランニングピッチの平均を
計算し、記憶エリア40a−1〜40a−nに対応する
平均値記憶エリア40b−1〜40b−nに記憶する。
なお、各記憶エリア40a−1〜40a−n、40b−
1〜40b−nが満杯になると、もっとも古いデータを
記憶しているエリアに新たなデータが記憶されるように
なっている。
U、ダウンスイッチDおよび選択スイッチSの組み合わ
せ操作により、目標ピッチの設定記憶がされるようにな
っている。この場合の目標ピッチは、図に示す記憶エリ
ア40cに記憶される。
示動作について説明する。なお、表示動作以外は、前述
の第1実施例と同様である。
Dおよび選択スイッチSの所定の組み合わせ操作によ
り、第1表示モードまたは第2表示モードを選択する。
ア40a−1〜40a−nのうち、数回分前から今回に
至るまでの記憶エリアが選択され、その記憶エリア内の
ピッチデータが読み出される。このようにして読み出さ
れたピッチデータは、表示部26において図15に示す
ように表示される。すなわち、目標値に対して、最新の
数回分のランニングにおけるピッチが時間に対する推移
で表示される。
や体力(心肺機能)などの向上を知ることができる。ま
た、ランニング中のピッチ変化を知ることができるの
で、走行上の特徴なども把握することができる。
憶エリア40b−1〜40b−n内の平均ピッチデータ
が読み出され、表示部26において図16に示すような
表示が行われる。すなわち、過去から現在に至るランニ
ングの平均ピッチの推移が表示される。この場合、ピッ
チ記録時に日付を入力するようにしておき、記憶エリア
40b−1〜40b−n内の平均ピッチデータを日付に
対する推移で表示するように構成してもよい。
表示よりも長いスパンでピッチの推移を知ることがで
き、走行練習の成果や体力向上の度合いなどを知ること
ができる。
0内のデータを、外部機器(コンピュータ等)に転送す
るためのインターフェイス45を設けてもよい。このよ
うにすることで、外部機器の大きな画面に図15、16
の表示行わせることができる。また、ピッチデータに対
する各種分析や処理などを行うこともできる。
する必要がある場合には、各選手のデータを外部機器に
入力して処理することは有効である。
施例が前述した第1、第2実施例と異なる点は、走者の
脈拍が上限値ULを超えない限りは、目標ピッチに推移
するようにピッチ制御信号PCSを自動調整する点であ
る。
イッチU、ダウンスイッチDおよび選択スイッチSの所
定の組み合わせ操作により目標ピッチRPが設定される
目標ピッチ設定部50を設け、ピッチ信号発生部22は
目標ピッチRPに応じた制御を行うようになっている。
応する図であり、この図を用いて第3実施例におけるピ
ッチ制御を説明する。
が設定されたとし、また、走者が時刻t2から初期ピッ
チ(160歩/分)で安定に走行していたとする。この
場合、走者の脈拍は、上限値ULと下限値図LLの間に
あるので、ピッチ信号発生部22(図17参照)は、時
刻t2から所定時間が経過した時刻t2’において、所定
レートで目標ピッチの165歩/分に近づくようにピッ
チ制御信号PCSを調整する。そして、走者の脈拍が上
限値ULを超えると(時刻t3〜t4)、所定レートでピ
ッチが低下するようにピッチ制御信号PCSを調整す
る。
脈拍が下がってくると、再び、目標ピッチの165歩/
分に近づくように、ピッチ制御信号PCSを調整する
(時刻t4〜t6)。
拍が下限値LLを下回るが、走者は目標ピッチRPで安
定に走っているので、ピッチ変更は行わない。以上のよ
うにして、走者に無理のない限り、目標ピッチRPに誘
導するように、ピッチ制御信号PCSを調整する。
場合は、図18に破線で示すように、目標ピッチRPを
自動更新して上昇させるように制御してもよい。
いる期間を示しており、その制御は第1実施例と同様で
ある。
施例は、第1実施例における初期ピッチ設定部30、制
御部31および停止制御部32(図4参照)に代えて、
図19に示す初期ピッチ指示部33、制御部34を設け
ている。なお、他の部分は、第1実施例と同様の構成に
なっている。
き、走者の脈拍が上限値ULを超えたか否かを監視し、
上限値ULを超えれば、その時のピッチ検出信号PSか
ら走者のピッチを認識し、これより低いピッチを指示す
るピッチ制御信号PCSを出力する。この場合のピッチ
制御信号PCSは、走者の脈拍が上限値ULを超えてい
る間出力される。また、制御部34は、信号SSに基づ
き、走者の脈拍が下限値LLを下回ったか否かを監視
し、下限値LLを下回れば、その時のピッチ検出信号P
Sから走者のピッチを認識し、これより高いピッチを指
示するピッチ制御信号PCSを出力する。この場合のピ
ッチ制御信号PCSは、走者の脈拍が下限値LLより低
い間出力される。
に基づき、走者の脈拍が下限値LLを最初に上回った時
点を検出し、この時点におけるピッチ検出信号PSから
走者のピッチを検出して、これと同じピッチを指示する
ピッチ制御信号FPCSを所定時間出力する。
はFPCSが出力されると、これらに対応する間隔でピ
ッチ放音を行う。
おける時刻t2において、走者の脈拍が下限値LLを上
回ると、その時点の走者のピッチに合わせて所定時間だ
けピッチ放音がなされる。その後は、走者の脈拍が上限
値ULを上回っている時刻t3〜t4の間に、走者のピッ
チ(例えば、時刻t3において検出したピッチ)より低
いピッチで放音がなされ、また、走者の脈拍が下限値L
Lを下回っている時刻t6〜t8の間に、走者のピッチ
(例えば、時刻t6において検出したピッチ)より高い
ピッチで放音がなされる。また、走者の脈拍が下限値L
Lから上限値ULの間にある場合は、指示ピッチと走者
のピッチがずれても、ピッチ放音は行われない。
るように、脈拍が下限値LLから上限値ULにある間
は、任意のピッチで走れるという利点が得られる。これ
は、例えば、上り坂と下り坂のように、同じピッチでも
運動強度が異なる場合に、無理に同じピッチで走り続け
るのは走者にとって辛いため、傾斜に合わせた自由なピ
ッチで走る場合などに極めて好適である。仮に、上り坂
でも一定ピッチで放音され、脈拍が上限値ULを上回ら
ないと指示ピッチが下がらないとすれば、走者にとって
は非常につらいペース指示となってしまう。
LLと上限値ULの間を外れたときは、適正な脈拍に戻
すようにピッチが指示されるので、無理のない適切な運
動管理ができる。
を省略し、初期ピッチの放音を行わないように構成して
もよい。
ロック図である。なお、この実施例は、上述した第4実
施例に脈変化検出部35を追加したものである。
出信号BSを監視し、走者の脈拍上昇の度合いが所定値
を超えたときは、その時点のピッチ検出信号PSから走
者のピッチを検出し、これより低いピッチを示すピッチ
制御信号PCS’を出力する。この出力は、脈拍上昇の
度合いが所定値を下回るまで続けられる。
て、走者の脈拍下降の度合いが所定値を超えたときは、
その時点のピッチ検出信号PSから走者のピッチを検出
し、これより高いピッチを示すピッチ制御信号PCS’
を出力する。この出力は、脈拍下降の度合いが所定値を
下回るまで続けられる。
S,PCS’およびFPCSが出力されると、これらに
対応する間隔でピッチ放音する。
示す時刻t2〜t3間のように、一定のピッチで走ってい
ても脈拍が上昇し続けた場合は、現時点の走行ピッチよ
り若干下げたピッチが指示される。
および下降が所定の変化量を超えた場合に、上限値UL
または下限値LLに達しなくても、現行の走行ピッチを
是正して適正脈拍に推移するようなピッチが指示される
から、脈拍の変動が抑制されて適切な運動量管理がなさ
れる。
あまり大きくなく、かつ、上限値ULと下限値LLの間
であれば、ピッチの放音がなされないので、走者は自由
なピッチで走行することができる。
を省略し、初期ピッチの放音を行なわないように構成に
してもよい。
ランニングに限らずピッチを伴うあらゆる運動にも当然
適用できる。さらには、以下のような変形が可能であ
る。
ついての変形例 実施例においては、センサを指先に装着して指尖脈波
を検出するようにしたが、指の根元部分の血管の脈波を
検出するように構成してもよい。また、とう骨動脈を検
出したり、耳の血管の脈波を検出するようにしても同様
の効果が得られる。また、検出部位は、動脈と静脈に光
を照射することができる部分であれば、その他のいろい
ろ部位が可能である。
したキャップによる装着(第2図参照)に限らない。例
えば、手袋状のものや、バンド状のものを用いてセンサ
を装着してもよく、さらに、粘着テープ等を用いて測定
部位に貼着してもよい。
で用いた高速フーリエ変換に限らない。例えば、離散フ
ーリエ変換や最大エントロピー法を用いてもよい。要
は、センサ信号に含まれる周波数成分を抽出し、その振
幅の比較ができるような解析法であればよい。
nm,940nmの光を用いたが、波長はこれにに限ら
ない。酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光度
に差が生じる周波数を選べばよい。
縮を圧電変換して検出してもよく、人体に接する電極を
設けて心電位を検出してもよい。
方法に換えて、本体1(図4参照)内に加速度センサを
設けて走者の腕の振りに伴う加速度変化を検出し、これ
によって、ピッチ測定を行うようにしてもよい。なお、
加速度センサは、腕のみに限らず、走者の身体のどこか
に装着すれば、その加速度変化からピッチの測定を行う
ことができる。
いて用いた高速フーリエ変換による脈拍検出では、体動
成分を除去した正確な脈拍が検出できたが、誤差が許容
される範囲であれば、体動成分を無視した単純な脈拍検
出を用いてもよい。すなわち、光センサや圧電センサあ
るいは心電位検出器から直接脈拍を検出してもよい(例
えば、前述した特公昭61−953に示される脈拍検
出)。
すると、放音を停止するようにしたが、これに換えて、
放音を弱くするように構成してもよい。例えば、ピッチ
信号発生部22(図1、図14、図17参照)が弱音指
示信号Sbを出力し、放音部25は弱音指示信号Sbが
供給されたときにピッチ音を弱くする。
ては、音を用いたが、これに換えて、例えば、光や触覚
による告知を行っても良い。例えば、光の場合は、LE
D等を指示ピッチに合わせて点滅させてもよい。
の下面から突出する形状記憶合金を設け、この形状記憶
合金に指示ピッチに合わせたタイミングで通電を行うよ
うにする。あるいは、偏心荷重を回転させて人体に振動
を伝える振動アラームが周知であるが、これを本体1と
一体もしくは別体に設け、指示ピッチに合わせて通電す
るようにしてもよい。さらに、本体1の下面内側の一部
を図21に示すように70μm程度の厚さにして凹部を
作り、ここに、ピエゾ素子PZTを取り付けるようにし
てもよい。このピエゾ素子に適当な周波数の交流電流を
印加すると、ピエゾ素子PZTが振動し、その振動が人
体に伝達される。したがって、指示ピッチに合わせたタ
イミングで交流電流を印加するようにすれば、触覚的な
ピッチ告知を行うことができる。なお、ピエゾ素子PZ
Tの厚みは100μm、直径は凹部の直径の80%程度
にするとよい。
は、直接脈拍値を入力したが、これに換えて、カルボー
ネの式における「運動の強さ」を入力するように構成し
てもよい。すなわち、走者が、その日の体調や運動の目
的に応じて、例えば、80%、50%……等の運動強度
の目安を入力すると、上下限設定部20が数10に示し
たカルボーネの式に基づいて上限値ULと下限値LLを
計算して設定する。ただし、この場合においては、予
め、走者の年齢と安静時の脈拍数を上下限設定部20に
入力しておくようにする。
略 実施例においては、走者のピッチが指示ピッチに一致
すると、放音を停止するようにしているが、このような
ピッチ告知の停止は、光や触覚によるピッチ告知につい
ても当然に適用することができる。さらに、走行開始直
後からピッチを告知するピッチ作成手段を有した従来タ
イプのペースメーカに、本実施例において示したピッチ
告知の停止処理を付加してもよい。
問題にならないときは、ピッチ音を常に鳴らすように構
成してもよい。
の記憶およびそれらの表示は、他の実施例にも勿論適用
可能である。
の特定部分を測定時においてだけ駆動するように構成し
てもよい。すなわち、電源(例えば、電池)の電流をオ
ン/オフ制御するように構成し、測定時にスイッチをオ
ンにして、回路全体あるいは特定部分に電源が供給され
るように構成する。
われるように、周期的に間欠駆動するように構成し、測
定タイミングにおいてだけ回路全体あるいは特定部分に
電源が供給されるように構成してもよい。この場合、測
定タイミングは、ハードウエア回路によるタイマ機能を
用いて設定してもよく、また、マイクロコンピュータに
プログラムして設定してもよい。
れの場合であっても、給電の際には、パルス電流によっ
て駆動するように構成することもできる。このようにす
れば、回路の消費電流が大幅に低減する効果が得られ
る。
還元ヘモグロビンの吸光特性が変化する。すなわち、静
脈血の吸光スペクトルは、初めは図8に示す曲線C1に
近い曲線であっても、運動強度が大きくなるにしたがっ
て曲線C2に近づいてくる。
度(すなわち、動脈血の酸素飽和度)は、運動強度に関
わらず一定であるから、前述の実施例で示したように、
異なる波長の光を用いて測定を行えば、その測定結果を
比較することにより、生体の運動強度が求められる。し
かも、各実施例の場合、940nmと660nmの光を
用いているので、運動強度の変化を大きく取り出すこと
ができる。運動強度の検出例を具体的に示せば以下の通
りである。
0nmまたは940nmの光について適宜サンプリング
すれば、そのサンプリング値の変化の状況は運動強度を
反映することになるので、生体の運動中における運動強
度の変化を検出することができる。
ついて、周波数θsとθMの振幅の比を比較すれば、θM
の振幅は運動強度によっては変化しないから、この比は
運動強度を反映した値となる。したがって、この比の値
の変動により、生体の運動強度の変化を検出することが
できる。また、この比と運動強度との関係を予め調べて
記憶しておけば、この記憶内容を参照することにより、
運動強度を測定することができる。
の光の受光量を参照値として用いる。すなわち、この波
長においては、図6に示したように、酸素ヘモグロビン
と還元ヘモグロビンの吸光度が変化しないから、この波
長の光の受光信号を基準値として、他の波長の光の受光
信号中の周波数θsの振幅と比較すれば、その比の変化
から運動強度を測定することができる。
場合は、ピッチのみならず、運動強度を表示し、さらに
は、データとしてピッチとともに記憶してもよい(例え
ば、第2実施例の記憶処理部40に記憶する)。
も影響するので、運動強度を直接把握できるようにする
ことは、運動管理において極めて有意義である。
きは、警告を行うように構成することもできる。
ば、走者の脈拍が下限値を上回ったときに、その時の走
者のピッチでピッチ告知をするようにしたので、無理の
ない自由なピッチでウォーミングアップすることがで
き、また、走者がピッチ音に違和感を感じることがな
い。、また、装置が指示するピッチと走者のピッチが所
定時間一致している場合は、ピッチ告知を停止するか、
弱エネルギー駆動するようにしているので、低消費電力
化が図れ、電池寿命を延ばすことができる。
の平均を記憶して表示するようにしているので、走行練
習の成果や体力の向上を知ることができる。
である。
略構成図である。
成例を示すブロック図である。
図である。
布を示す図である。
の変化を示す図である。
度特性を示す図である。
光を用いたときに検出される血液脈動と体動の振幅を示
す図である。
定光を用いたときの動脈血と静脈血の吸光率の関係を示
す図である。
定光を用いたときに検出された2つの周波数成分のう
ち、いずれが血液脈動でいずれが体動であるかを示す図
である。
いて測定を行った場合の検出信号の周波数スペクトラム
を示すグラフである。
ングチャートである。
る。
る。
ングチャートである。
である。
である。
場合の設置状態を示す断面図である。
手段;光量検出手段) 13 高速フーリエ変換回路(脈拍測定手段;ピッチ検
出手段;識別手段) 14 比較回路(脈拍測定手段;ピッチ検出手段;識別
手段) 15 判定回路(脈拍測定手段;ピッチ検出手段;識別
手段) 16 脈拍/ピッチ検出部(脈拍測定手段;ピッチ検出
手段;識別手段) 20 上下限設定部(脈拍値設定手段) 21 上下限比較部(指示ピッチ設定手段) 22 ピッチ制御信号発生部(指示ピッチ設定手段;指
示ピッチ変更手段) 25 放音部(ピッチ告知手段) 26 表示部(ピッチ推移表示手段) 30 初期ピッチ設定部(指示ピッチ設定手段) 31 制御部(指示ピッチ設定手段;指示ピッチ変更手
段) 32 停止制御部(告知状態制御手段) 33 初期ピッチ指示部(初期ピッチ指示手段) 34 制御部(第1のピッチ指示手段、第2のピッチ指
示手段) 35 脈変化検出部(第3のピッチ指示手段) 40 記憶処理部(ピッチ記憶手段;平均ピッチ記憶手
段) 50 目標ピッチ設定部(目標ピッチ設定手段;平均ピ
ッチ推移表示手段) S 選択スイッチ(脈拍値設定手段) U アップスイッチ(脈拍値設定手段) D ダウンスイッチ(脈拍値設定手段)
Claims (10)
- 【請求項1】 携帯者の脈拍を測定する脈拍測定手段
と、 脈拍の下限値を設定する脈拍値設定手段と、 携帯者の運動ピッチを検出するピッチ検出手段と、 前記携帯者の脈拍が前記脈拍値設定手段で設定した下限
値を上回ったときに、前記ピッチ検出手段が検出した携
帯者の運動ピッチを初期指示ピッチとして設定する指示
ピッチ設定手段と、 前記指示ピッチ設定手段が初期指示ピッチを設定した場
合にこれに対応する間隔で前記携帯者にピッチを告知す
るピッチ告知手段、 とを具備することを特徴とするピッチメーカ。 - 【請求項2】 携帯者の脈拍を測定する脈拍測定手段
と、 脈拍の下限値および上限値を設定する脈拍値設定手段
と、 携帯者の運動ピッチを検出するピッチ検出手段と、 前記携帯者の脈拍が前記脈拍値設定手段で設定した下限
値を上回ったときに、前記ピッチ検出手段が検出した携
帯者の運動ピッチを初期指示ピッチとして設定する指示
ピッチ設定手段と、 前記初期指示ピッチが設定された後に、前記脈拍測定手
段が測定した脈拍が前記上限値を上回った場合には前記
指示ピッチ設定手段に設定された指示ピッチを低下さ
せ、前記脈拍測定手段が測定した脈拍が前記下限値を下
回った場合には前記指示ピッチ設定手段に設定された指
示ピッチを上昇させる指示ピッチ変更手段と、 前記初期指示ピッチが設定されたときから、前記指示ピ
ッチ設定手段内に設定されている指示ピッチに対応する
間隔で携帯者にピッチを告知するピッチ告知手段、 とを具備することを特徴とするピッチメーカ。 - 【請求項3】 請求項2において、 目標ピッチを設定する目標ピッチ設定手段を設け、 前記指示ピッチ変更手段は、前記初期指示ピッチが設定
された後に、前記脈拍測定手段が測定した脈拍が前記上
限値を上回った場合には前記指示ピッチ設定手段に設定
された指示ピッチを低下させ、これ以外の場合には前記
目標ピッチに近づくように前記指示ピッチ設定手段に設
定された指示ピッチを変更することを特徴とするピッチ
メーカ。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかにおいて、 前記ピッチ設定手段が設定した指示ピッチと前記ピッチ
検出手段が検出する携帯者の運動ピッチとを比較し、両
者が所定時間一致している場合には、前記告知手段の駆
動エネルギーを弱くするか、もしくは、前記告知手段の
動作を停止させる告知状態制御手段を具備することを特
徴とするピッチメーカ。 - 【請求項5】 請求項2または3において、 前記脈拍検出手段が検出した脈拍を監視し、一定期間内
の脈拍上昇量が所定値を超えた場合は、前記ピッチ検出
手段のその時点の検出ピッチより低いピッチを指示し、
更に、一定期間内の脈拍下降量が所定値を超えた場合
は、前記ピッチ検出手段のその時点の検出ピッチより高
いピッチを指示するピッチ指示手段と、 前記ピッチ指示手段がピッチを指示している間だけ、そ
の指示ピッチに対応する間隔で携帯者にピッチを告知す
るピッチ告知手段、 とを具備することを特徴とするピッチメーカ。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかにおいて、 前記ピッチ検出手段が検出したピッチを所定の間隔で記
憶するピッチ記憶手段と、 前記ピッチ記憶手段に記憶されたピッチの推移を表示す
るピッチ推移表示手段、 とを具備することを特徴とするピッチメーカ。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかにおいて、 前記ピッチ検出手段が検出したピッチの平均値を算出し
て記憶する平均ピッチ記憶手段と、 前記平均ピッチ記憶手段に記憶された平均ピッチの推移
を表示する平均ピッチ推移表示手段、 とを具備することを特徴とするのピッチメーカ。 - 【請求項8】 請求項1乃至5のいずれかにおいて、 前記脈拍測定手段および前記ピッチ検出手段が、 異なる波長の光を携帯者の生体組織に照射したときに得
られる透過光または反射光の光量を検出する光量検出手
段と、 前記光量検出手段の検出信号に含まれる周波数成分の振
幅を、前記各波長の光について比較し、その振幅の比の
関係から前記携帯者の脈拍およびピッチを検出する識別
手段により構成されていることを特徴とするピッチメー
カ。 - 【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかにおいて、 前記脈拍測定手段または前記ピッチ検出手段の少なくと
もいずれか一つは、測定時においてのみ給電されるよう
に構成されていることを特徴とするピッチメーカ。 - 【請求項10】 請求項9において、 前記給電は、パルス電流による給電であることを特徴と
するピッチメーカ。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008220498A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Fujitsu Ltd | 運動モニタリング装置、運動モニタリングプログラム、および運動モニタリング方法 |
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-
1993
- 1993-10-26 JP JP26748793A patent/JP3417006B2/ja not_active Expired - Lifetime
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