(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脈拍測定手段を内蔵する携帯用小型電子機器において、
温度を測定し温度データを得る温度測定手段と、
測定対象となるユーザの動きを検出する体動検出手段と、
前記体動検出手段の検出結果に基づいて前記ユーザの活動量を測定する活動量測定手段と、
前記活動量測定手段によって測定された活動量と、前記脈拍測定手段によって測定された脈拍データと、前記温度測定手段によって測定された温度データとに基づいて、前記活動量が前記ユーザの体調に及ぼす負担感の大きさを求める体調状態測定手段と
を具備することを特徴とする携帯用小型電子機器。
【請求項２】
前記温度測定手段によって測定された温度データに基づいて温度を表示する温度表示手段と、
前記脈拍測定手段で測定された脈拍データと前記温度測定手段で測定された温度データとを用いて、前記脈拍データを予め設定された温度での脈拍数に換算し、当該脈拍数に対する前記測定された脈拍データの偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差を告知する偏差告知手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の携帯用小型電子機器。
【請求項３】
前記ユーザの活動量の基準データを記憶した記憶手段を備え、
前記体調状態測定手段は、前記基準データを加味して前記活動量が前記ユーザの体調に及ぼす負担感の大きさを求めることを特徴とする請求項１記載の携帯用小型電子機器。
【請求項４】
前記体調状態測定手段によって求められた、前記活動量が前記ユーザの体調に及ぼす負担感の大きさを該ユーザに指示する
ことを特徴とする請求項１または３記載の携帯用小型電子機器。
【請求項５】
前記基準データは、最大酸素消費量、基礎代謝時の脈拍あるいは心拍数、負荷度に対する脈拍あるいは心拍数の変化率、身長、体重、歩幅のうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項３または４記載の携帯用小型電子機器。
【請求項６】
外部機器から供給される情報を基準データとして前記記憶手段に記憶させる手段を具備することを特徴とする請求項３ないし５いずれかに記載の携帯用小型電子機器。
【請求項７】
環境温度を測定し温度データを得る環境温度測定手段と、
前記脈拍測定手段で測定された脈拍データと前記環境温度測定手段で測定された温度データとを用いて、前記脈拍データを予め設定された環境温度での脈拍数に換算し、当該脈拍数に対する前記測定された脈拍データの偏差を算出する環境偏差算出手段とを具備し、
前記温度表示手段は、前記環境温度測定手段によって測定された温度データに基づいて環境温度を表示し、
前記偏差告知手段は、前記環境偏差算出手段で算出された偏差を告知する
ことを特徴とする請求項２記載の携帯用小型電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、現在の脈拍と生理的に快適な標準温度における脈拍との偏差を表示することができる携帯用小型電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、被測定者の体調状態および運動能力を非観血的にチェックできる装置として、例えば、実公昭５９−１３３９８８号公報に示される脈拍計測機能を有する携帯用小型電子機器が知られている。
また、特開昭５９−９１３８９号公報、特開平５−２２０３４号公報には、年齢および最大運動強度から、目標脈拍数を求め、これと運動時の脈拍とを比較する装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、運動時や日常の活動時において、人体では血液の循環が体温調節に重要な役割を果たしており、例えば、寒冷環境においては体温の放散が進み脈拍数は減少する。すなわち、脈拍数は外部環境温度の影響を受け変動してしまう。このため、体調状態や運動状態が同じであっても、外部環境温度の違いによって脈拍数が異なってくる。また、同様にして体温の違いがあっても、脈拍数は異なってくる。
【０００４】
これに対し、従来の脈拍計測装置は、温度あるいは体温の変化にともなう脈拍変動を考慮していないため、単純に現時点の脈拍数を示すだけであり、体温や体調状態を正確には判断できないという問題があった。
また、最適な運動を行うために、最大運動強度から目標脈拍数を示す従来装置においても、環境温度や体温による脈拍数の変動を考慮していないため、適切な目標脈拍数を示すことができないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、脈拍数に対する体温や環境温度の影響の度合いを被測定者に知らせることができる携帯用小型電子機器を提供することを目的としている。
また、この発明の他の目標は、運動を行うに際し、体温や環境温度に応じた目標脈拍数を指示することができる携帯用小型電子機器を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の携帯用小型電子機器は、脈拍測定手段を内蔵する携帯用小型電子機器において、
温度を測定し温度データを得る温度測定手段と、
測定対象となるユーザの動きを検出する体動検出手段と、
前記体動検出手段の検出結果に基づいて前記ユーザの活動量を測定する活動量測定手段と、
前記活動量測定手段によって測定された活動量と、前記脈拍測定手段によって測定された脈拍データと、前記温度測定手段によって測定された温度データとに基づいて、前記活動量が前記ユーザの体調に及ぼす負担感の大きさを求める体調状態測定手段とを具備したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の携帯用小型電子機器は、請求項１記載のものにおいて、前記温度測定手段によって測定された温度データに基づいて温度を表示する温度表示手段と、前記脈拍測定手段で測定された脈拍データと前記温度測定手段で測定された温度データとを用いて、前記脈拍データを予め設定された温度での脈拍数に換算し、当該脈拍数に対する前記測定された脈拍データの偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差を告知する偏差告知手段とを具備することを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の携帯用小型電子機器は、請求項１記載のものにおいて、前記ユーザの活動量の基準データを記憶した記憶手段を備え、前記体調状態測定手段は、前記基準データを加味して前記活動量が前記ユーザの体調に及ぼす負担感の大きさを求めることを特徴としている。
請求項４記載の携帯用小型電子機器は、請求項１または３記載のものにおいて、前記体調状態測定手段によって求められた、前記活動量が前記ユーザの体調に及ぼす負担感の大きさを該ユーザに指示することを特徴としている。
【０００９】
請求項５記載の携帯用小型電子機器は、請求項３または４記載のものにおいて、前記基準データは、最大酸素消費量、基礎代謝時の脈拍あるいは心拍数、負荷度に対する脈拍あるいは心拍数の変化率、身長、体重、歩幅のうち少なくとも一つを含むことを特徴としている。
請求項６記載の携帯用小型電子機器は、請求項３ないし５いずれかに記載のものにおいて、外部機器から供給される情報を基準データとして前記記憶手段に記憶させる手段を具備することを特徴としている。
【００１０】
請求項７記載の携帯用小型電子機器は、請求項２記載のものにおいて、
環境温度を測定し温度データを得る環境温度測定手段と、
前記脈拍測定手段で測定された脈拍データと前記環境温度測定手段で測定された温度データとを用いて、前記脈拍データを予め設定された環境温度での脈拍数に換算し、当該脈拍数に対する前記測定された脈拍データの偏差を算出する環境偏差算出手段とを具備し、
前記温度表示手段は、前記環境温度測定手段によって測定された温度データに基づいて環境温度を表示し、前記偏差告知手段は、前記環境偏差算出手段で算出された偏差を告知することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態による携帯用小型電子機器は、使用者が自らの体調状態を把握できるようにするものであり、特にランニング時の体調状態の把握に適した構成となっている。図１および図２は本発明の一実施形態による携帯用小型電子機器の構成を示すブロック図および外観図であり、図１に示す装置は図２に示される腕時計構造の装置本体１の内部に組み込まれている。
【００１２】
図１において、脈波検出部２は使用者の指の付け根における脈波を常時測定するもの、体温検出部３は使用者の橈骨動脈近傍の皮膚の温度（体温）を常時測定するもの、環境温度検出部４は被測定者（使用者）がおかれる環境の温度（以後、環境温度）を常時測定するもの、加速度センサ５は本装置の使用者の体動を捉える体動検出手段の一例であり、それぞれ、測定結果をアナログ信号で出力する。Ａ／Ｄ変換器６，７，８，および９は、それぞれ、脈波検出部２、体温検出部３、環境温度検出部４、および加速度センサ５から出力されるアナログ信号を量子化してデジタル信号へ変換してバスへ出力する。なお、ＣＰＵ１０にＡ／Ｄ変換機能がある場合にはこれらのＡ／Ｄ変換器を設ける必要はない。
【００１３】
ＣＰＵ１０は本装置内の各回路を制御する中枢部であり、各種演算処理を行うとともに、バスを介してデジタル信号を送受することにより後述する各種機能を実現する。また、ＲＯＭ１１には、ＣＰＵ１０が実行する制御プログラムや制御データ等が格納されている。一時記憶メモリ１２はＲＡＭの一種であって、ＣＰＵ１０が演算を行う際の作業領域として使用される。データメモリ１３はバッテリーバックアップされたＲＡＭ等で構成される不揮発性メモリであって、後述する各種データを格納する。
【００１４】
時計回路１４は時刻を生成するものであり、この時刻は腕時計による表示やＣＰＵ１０による処理に使用される。なお、ＣＰＵ１０に時刻を生成する機能があれば、時計回路１４を設ける必要はない。また、操作部１５には装置本体１に設けられた各種ボタンが設けられており、これらのボタンが押下されたことを検出して当該ボタンの種類を出力する。ブザー１６は、市販のデジタル式腕時計に付属したアラーム機構であり、ＣＰＵ１０からの鳴動開始，鳴動停止の指示に基づいてアラーム音を発する。
【００１５】
Ｉ／Ｏインターフェイス１７は、装置の外部に設けられた機器との間で通信（例えば、光通信）を行うための手段である。このＩ／Ｏインターフェイス１７を用いることで、例えば、データメモリ１３に格納された各種データを外部機器へ転送することができる。１８は現在時刻や日付を表示する液晶パネル等の表示部であり、図２に示されるように、腕時計構造を有する装置本体１の上面部に、一般のデジタル腕時計と同様に設けられている。
【００１６】
図２に示すように、本装置は、装置本体１，この装置本体１に接続されたケーブル１９，このケーブル１９の先端側に設けられたセンサユニット２０から構成されている。装置本体１には、腕時計の１２時方向から使用者の腕に巻き付いて、腕時計の６時方向で固定されるリストバンド２１が取り付けられている。この装置本体１は、このリストバンド２１によって使用者の腕から着脱自在となっている。なお、図示を略すが、リストバンド２１において、装着時に橈骨動脈近傍の皮膚に接触する位置には、体温検出部３の温度センサが設けられている。
【００１７】
また、装置本体１表面には皮膚から遠ざかるように立ち上がった台座４ａが形成されており、この台座４ａの先端部には、環境温度検出部４に接続された温度センサ４ｂが固着されている。このように温度センサ４ｂを皮膚から遠ざけるのは、環境温度の測定において皮膚からの熱伝導による影響を除外するためである。したがって、台座４ａを熱伝導率の低い素材から形成することが望ましい。また、台座４ａを光ファイバ等の形状を柔軟に変化させ得る素材から形成し、皮膚から十分な距離を保ちつつ、運動等の邪魔にならないよう構成してもよい。なお、装置本体１表面における台座４ａおよび温度センサ４ｂの取り付け位置は任意であるが、本実施形態では、より正確な環境温度の測定を実現できるよう、例えば、衣服に覆われ易い位置を避ける等の工夫を施している。
【００１８】
また、センサユニット２０は、センサ固定用バンド２２によって遮光されており、使用者の人指し指の付け根〜第２指関節の間に装着されている。なお、このセンサユニットは２０は、装着位置をずらすことが可能であり、例えば、使用者の人指し指の指尖部に装着することも可能である。
センサユニット２０は、例えば、赤外線発光ダイオード等の発光素子とフォトトランジスタ等の光センサとからなる光電式脈波センサとして機能するものであり、発光素子から放射された光は、光電式脈波センサが接触する皮膚直下を通る血管内の赤血球のヘモグロビンにより吸収されつつ皮下組織などから反射され、光センサによって受光されて光電変換される。こうして得られた信号は、所定の吸光特性を有するヘモグロビンの量の変化、すなわち血流脈波を表している。なお、信号対雑音（ＳＮ）比を考慮すると、発光素子に用いる発光ダイオードとしては青色光のものが好適である。
【００１９】
一方、腕時計の６時の方向の表面側には、コネクタ部２３が設けられている。このコネクタ部２３にはケーブル１９の端部に設けられたコネクタピース２４が着脱自在に取り付けられており、コネクタピース２４をコネクタ部２３から外すことにより、本装置を通常の腕時計やストップウオッチとして用いることができる。
【００２０】
なお、コネクタ部２３を保護する目的から、ケーブル１９とセンサユニット２０をコネクタ部２３から外した状態では所定のコネクタカバーを装着する。このコネクタカバーは、コネクタピース２４と同様に構成された部品から電極部などを除いたものが用いられる。
【００２１】
次に、図２におけるその他の部品について図３を参照して説明する。図３は、本実施形態における装置本体１の詳細を、ケーブル１９やリストバンド２１を外した状態で示したものである。ここで、同図において、図２と同一の部品には同一の符号を付してありその説明を省略する。
【００２２】
図３において、装置本体１は樹脂製の時計ケース２５を具備している。時計ケース２５の表面には、現在時刻や日付に加えて、脈拍数などの脈波情報をデジタル表示するための表示部１８が設けられている。この表示部１８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１８-1，右上側に位置する第２のセグメント領域１８-2，右下側に位置する第３のセグメント領域１８-3，左下側に位置するドット表示領域１８-Dから構成されている。
【００２３】
ここで、第１のセグメント領域１８-1には日付，曜日，現在時刻などが表示される。また、第２のセグメント領域１８-2には各種の時間測定を実施するにあたって経過時間などが表示される。また、第３のセグメント領域１８-3には後述する偏差や、温度、ピッチ等の各種の計測値または目標値などが表示される。さらに、ドット表示領域１８-Dには各種の情報をグラフィック表示することが可能であるとともに、ある時点において装置がどのようなモードにあるかを表すモード表示、棒グラフ表示などの様々な表示が可能である。
【００２４】
なお、本装置が有するモードとしては、普通の腕時計およびストップウォッチとして使用する「通常使用モード」と、標準の脈拍数に対する現在の脈拍数の偏差を求めて使用者に知らせる「監視モード」と、適正なランニングのピッチを使用者に知らせる「調整モード」と、標準の脈拍数の基準となる基準データを設定するための「設定モード」との４つのモードを有する。これらのモードにおける機能ついては後述する。
【００２５】
時計ケース２５の外周部と表面部には、各種ボタンスイッチ２６〜３２が設けられている。腕時計の４時の方向にあるボタンスイッチ２７は、装置が有する各種モードの切り換えを指示するためのものであり、このボタンを押す度に、ＣＰＵ１０（図１参照）が各回路を制御して上記各モードを巡回的に切り替える。なお、電源投入時は通常使用モードに初期化される。また、表示部１８の上側に位置するボタンスイッチ３２は、測定動作の開始／停止の指示を行うために使用される。
【００２６】
また、この腕時計の電源として用意されているのは、時計ケース２５に内蔵されたボタン形の電池３３であって、図２に示すケーブル１９は電池３３からセンサユニット２０に電力を供給し、センサユニット２０の検出結果を脈波検出部２に送出する役割を果たしている。また、時計ケース２５の内部には、電池３３に対して９時の方向に、ブザー１６として用いられる偏平な圧電素子３４が配置されている。なお、図示を略すが、環境温度検出部４の温度センサは装置本体１上の皮膚に接触しない位置に設けられている。
【００２７】
次に、ＣＰＵ１０の機能を設定モードにおける機能と監視モードにおける機能と調整モードにおける機能とに分けて説明する。なお、通常使用モードにおける機能は通常のデジタル腕時計およびストップウォッチにおける機能と同様であるため、その説明を省略する。
【００２８】
Ａ．設定モードにおけるＣＰＵ１０の機能
設定モードにおいて、ＣＰＵ１０は、操作部１５の操作によって入力される基準データをデータメモリ１３に格納する。ここでいう基準データとは、個人差のあるデータであり、具体的には、使用者の体重、歩幅（あるいは身長）、最大酸素消費量、基底状態（基礎代謝状態）における脈拍数（以後、基底脈拍数）、体調状態が正常な場合の最大酸素消費量に対するエネルギー消費量の割合（活動量：運動強度）に対する脈拍数の変化率（以後、負荷−脈拍変化率）などである。
【００２９】
ところで、脈拍数はエネルギー消費量のみならず、環境温度および体温に応じて変動する（なお、人間は恒温動物であるので、その深部体温は基本的に変動しない。しかしながら、特に体表（例えば、橈骨動脈付近）において測定される体温には環境温度に応じた少なからぬ変動があり得るので、ここでは、体温が変動し得るものとして説明する）。例えば、図４に示すように、酸素消費量（エネルギー消費量）が同一であっても環境温度の上昇に伴って心拍数（脈拍数）が高くなる。
また、環境温度あるいは体温が異なると、運動強度に対する脈拍数の変化率も異なることが知られている。
【００３０】
したがって、ＣＰＵ１０は、各環境温度毎および各体温毎に基底脈拍数および負荷−脈拍変化率を設定する機能を備えている。なお、本実施形態では、図５（ａ），図５（ｂ）に示されるように、環境温度については１０℃間隔で代表値（例えば、１０℃、２０℃、３０℃）を設定し、体温については１℃間隔で代表値（例えば、３５．５℃、３６．５℃、３７．５℃）を設定し、当該代表値に対して基底脈拍数および負荷−脈拍変化率を設定するようにしている。もちろん、各間隔は適宜設計すべき事項である。
【００３１】
上述した基底脈拍数および負荷−脈拍変化率の設定は環境温度と体温とで独立して行うようにしてもよいし、実質的に同一となる環境温度および体温について同時に行うようにしてもよい。また、基準データのモデルとなる複数のモデルデータをデータメモリ１３に予め記憶させ、これらのモデルデータから使用者が任意のモデルデータを選択して基準データとするようにしてもよい。
【００３２】
また、データメモリ１３に、環境温度に対する基底脈拍数および負荷−脈拍変化率の関係を表す情報と、体温に対する基底脈拍数および負荷−脈拍変化率の関係を表す情報とを格納し、ある温度における基底脈拍数および負荷−脈拍変化率が設定された場合には、ＣＰＵ１０が当該情報を利用し、他の温度における基底脈拍数および負荷−脈拍変化率を近似的に求めて、あるいは複数のモデルデータから最適なモデルデータを選択して、基準データとして設定するようにしてもよい。
【００３３】
基底脈拍数は、例えば、体温が最も低下した時の測定値とする。この測定は、被測定者（使用者）が深い睡眠状態にある時に行われるのが望ましく、レム睡眠状態における測定は避けるべきである。また、負荷−脈拍変化率は既知の統計データをデータメモリ１３に記憶させておくようにしてもよいし、より好適には、使用者に対する負荷試験（図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるグラフを得るための試験）の試験結果を用いるようにしてもよい。
【００３４】
ところで、図４に示されるように、環境温度に対する心拍数（脈拍数）の変動の仕方は、酸素消費量（エネルギー消費量）によらずほぼ同じである（それぞれの酸素消費量における曲線の傾向がほぼ同じである）。したがって、測定された環境温度と測定時の脈拍数とが既知であれば、当日の環境標準温度（後述する）に換算した脈拍数（以後、環境標準脈拍数）を求めることができる。
【００３５】
また、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、環境温度が一定であれば、エネルギー消費量に対する心拍数（脈拍数）の変化率は一定であるので、当該環境温度における基底脈拍数および負荷−脈拍変化率と測定されたエネルギー消費量および最大酸素消費量とから、当該環境温度において期待される脈拍数（以後、期待脈拍数）を求めることができる。
よって、上記標準脈拍数に対する脈拍数の偏差と、上記期待脈拍数に対する脈拍数の偏差を求めることができる。これらの偏差は、体調状態の指標となり得る。なお、上述したことは、体温についても同様にあてはまる。以後、環境標準温度に対応する体温を標準温度と称す。
【００３６】
前述の環境標準温度および標準温度は生理的に快適な環境温度および体温であり、統計的手法によって得られる。本実施形態においては、これらの環境標準温度および標準温度を、一年を一周期として経日変動するよう設定するが、以下、その理由について、図６および図７を参照して説明する。
図６（ａ）〜（ｄ）は複数の被測定者の直腸温の一日における変動を示すグラフであり、それぞれ、春、夏、秋、冬における測定結果を示している。図６（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、人間の体温は一年を通じて変動している。また、図７は被測定者の直腸温の一日における変動を環境温度別に示すグラフであり、この図から、環境温度に応じて体温が変動することが分かる。したがって、季節の移り変わりに伴った環境温度（気温）の変化に応じて、体温が一年を一周期として経日変動すること、すなわち体温が年内変動を伴うことが明らかである。このように、体温は年内変動を伴うので、生理的に快適な環境温度および体温は当該年内変動に応じて変動することが予測される。これが、環境標準温度および標準温度を、一年を一周期として経日変動するよう設定する理由である。
【００３７】
ここで、環境標準温度の設定手順の一例について具体的に説明する。
まず、一日平均の環境温度が最も高くなる日（夏）と最も低くなる日（冬）において環境標準温度（例えば、２６℃および２２℃）を統計的に特定する。次に、上記両日の中間となる日（両日との間の日数が等しい日、あるいは環境温度が両日の環境温度の平均値となる日）において環境標準温度（例えば、２４℃）を統計的に特定する。なお、上記中間となる日は、春と秋とでそれぞれ有り得るが、いずれの日においても標準環境温度は同一となることが予測されるので、いずれか一方の環境標準温度を特定すれば、それを他方の環境標準温度とすることができる。次に、上記各日において対応する標準環境温度となり、かつ、年間の環境温度と同様に推移する曲線の式を求めれば、これを環境標準温度の算出式として使用することができる。
なお、標準温度についても上述した環境標準温度の設定手順と同様な指針で設定することができる。
【００３８】
Ｂ．監視モードにおけるＣＰＵ１０の機能
監視モードにおいて、ＣＰＵ１０は、脈波検出部２からＡ／Ｄ変換器６を介して出力されるデジタル信号をパルス信号として捉え、その計数を一定時間だけ行い、１分間あたりの計数値、すなわち脈拍数を求めるとともに、体温検出部３からＡ／Ｄ変換器７を介して出力されるデジタル信号に基づいて体温、環境温度検出部４からＡ／Ｄ変換器８を介して出力されるデジタル信号に基づいて環境温度（例えば、２５℃）を求め、表示部１８のセグメント領域１８-3に表示する。
また、ＣＰＵ１０は、求めた環境温度および体温と測定時の脈拍数とに基づいて、当日の環境標準温度および標準温度に換算した環境標準脈拍数および標準脈拍数を求め、これらの環境標準脈拍数および標準脈拍数に対する測定された脈拍数の各偏差（例えば、１５および７）を算出し、表示部１８のセグメント領域１８-3に表示する。
【００３９】
ところで、使用者は、自らの運動強度（エネルギー消費量／最大酸素消費量）を把握し、当該運動に対する負担感（主観的運動強度）を感じているため、表示部１８に表示された偏差を視認することにより、自らの体調状態を概ね把握することができる。例えば、実感に一致して偏差が正の方向に大きくなる場合には体調状態が悪いこと、実感に一致して偏差が負の方向に大きくなる場合には体調状態が向上したこと（例えば、運動に慣れてきた場合など）を判断できる。
【００４０】
ところで、上記体調状態の把握は、偏差を表示することによって可能となるものである。例えば、偏差を表示するのではなく、単に、測定された脈拍数を特定の環境温度または体温に換算した脈拍数を表示するだけでは、当該特定の環境温度または体温における適正な脈拍数を使用者が知っている必要がある。仮に、当該特定の環境温度または体温における適正な脈拍数を併せて表示するようにしても、使用者自らが両者を見比べなければならない。
これに対して、偏差を表示するようにすれば、使用者は当該偏差のみを読みとり、これを自身の主観的運動強度と照らし合わせるだけでるだけ体調状態を把握することができるので、運動中の使用者であっても容易に自らの体調状態を把握することができる。
【００４１】
また、上記偏差に応じて、主観的運動強度を表示部１８に表示するようにしてもよい。主観的運動強度としては、「非常にきつい」、「かなりきつい」、「きつい」、「ややきつい」、「楽である」、「かなり楽である」、「非常に楽である」といったグレードが考えられ、上記偏差が正の方向に大であれば「非常にきつい」、負の方向に大であれば「非常に楽である」とグレード分けすることで主観的運動強度を表すことができる。実際の表示は、上記グレードを表す数値を用いて行うのが一般的であると考えられるが、この際、表示される数値は人間の実感に線形に対応していることが望まれる。なお、グレードを表す数値の例としては、「非常にきつい」が１９、「かなりきつい」が１７、「きつい」が１５、「ややきつい」が１３、「楽である」が１１、「かなり楽である」が９、「非常に楽である」が７、といったものが挙げられるが、統計に基づいて他のグレード分けおよび数値化を採用してもよい。
【００４２】
また、ＣＰＵ１０は、加速度センサ５からＡ／Ｄ変換器９を介して出力されるデジタル信号から、使用者の挙動、具体的にはランニング中の使用者の腕の振りの周波数を求め、当該周波数からランニングのピッチを求め、このピッチと、データメモリ１３に格納された使用者の基準データ、具体的には使用者の体重および歩幅とから、エネルギー消費量を求め、このエネルギー消費量とデータメモリ１３に格納されている最大酸素消費量から運動強度を算出する。
なお、腕の振りの周波数は、通常、ピッチの周波数の１／２となることから、２倍して単位時間あたりの数に換算することにより、単位時間あたりの歩数（ピッチ）が得られる。したがって、このピッチに使用者の体重（質量）を乗算することによりエネルギー消費量が得られるのである。
【００４３】
さらに、ＣＰＵ１０は、求めた運動強度、脈拍数、および環境温度または体温と、当該環境温度または体温に対応してデータメモリ１３に格納された基底脈拍数および負荷−脈拍変化率とに基づいて、当該環境温度または体温における期待脈拍数を求め、当該期待脈拍数に対する測定された脈拍数の偏差を求める。なお、期待脈拍数を求める場合には、公知の補間手法を用いて、代表値でない温度（例えば、２５℃の環境温度）における期待脈拍数を求めるようにしてもよいし、当該温度が含まれる温度幅の代表値をそのまま採用して期待脈拍数を求めるようにしてもよい。
【００４４】
これらの偏差は、当該偏差が得られた時点の運動強度に対応付けてデータメモリ１３に格納されるとともに、表示部１８の所定領域に表示される。また、ＣＰＵ１０は、操作部１５の操作に応じて、データメモリ１３に格納された偏差および運動強度を読み出し、これらを関連付けて表示部１８の所定セグメント領域に表示する機能を有する。
【００４５】
さらに、ＣＰＵ１０は、期待脈拍数に対する偏差に応じて、体調状態のグレードを判定する機能を有する。具体的には、予め設定された複数（例えば、５個）の閾値に基づいて数段階（例えば、６段階）にグレード分けする。ＲＯＭ１１には、例えば、図８に示されるようなフェイスチャートの各図形データ（例えば、ビットマップデータ）が上記グレードに対応して格納されており、ＣＰＵ１０は、判定したグレードに対応する図形をＲＯＭ１１から読み出し、偏差と併せて表示部１８のセグメント領域１８-Dに表示する。
【００４６】
Ｃ．調整モードにおけるＣＰＵ１０の機能
調整モードにおいて、ＣＰＵ１０は、監視モードと同様の機能に加えて、求めた偏差が所定の閾値を超過した場合にはランニングのピッチを調整するための情報を使用者に知らせる機能を有する。
【００４７】
ＣＰＵ１０は、期待脈拍数に対する偏差を求める際に、加速度センサ５による測定結果からランニングのピッチを求めており、当該偏差が上記所定の閾値を超過した場合には、当該偏差が上記所定の閾値を超過した度合い（差）に対応する割合で当該ピッチより低い（遅い）ピッチを目標ピッチとして設定し、当該目標ピッチでブザー１６を鳴動させる。あるいは、当該目標ピッチで表示部１８の全領域あるいは所定の領域を点滅させる。
【００４８】
以上説明したように、上述した実施形態の携帯用小型電子機器によれば、使用者は、環境温度を考慮した環境標準脈拍数に対する現在の脈拍数の偏差を知ることができる。したがって、使用者は、正確かつ直感的に体調状態を評価することができるとともに、運動能力の変化、向上を評価することができる。また、使用者は、体温の変動を考慮した偏差と、反応が体温よりも遥かに速い環境温度を考慮した偏差との両方を知ることができるので、正常な体調状態からのズレを的確に把握することができるとともに、実感に即した情報を即座に取得することができる。
【００４９】
ところで、生体の状態、特に循環器系の状態はストレス等の負荷によって変動するのみならず、一定のリズムによって変動することがわかってきている。この変動周期が一日となる変動を日内変動というが、データメモリ１３に使用者の体温や脈拍あるいは心拍数などの日内変動を表す情報を格納し、この情報に基づいて時刻に応じた日内変動による変動量（例えば、「＋０．３」等）を表示部１８の所定セグメント領域に表示するようにしてもよい。ここで表示される変動量は、脈拍数および体温の不自然な変動（使用者の実感を伴わない変動）が日内変動によるものなのか他の要因（例えば、情動）によるものなのかを使用者が判断する指標となり得る。
【００５０】
なお、環境温度および体温に加えて、体温に比較して環境温度の影響をより受けやすい末梢の皮膚温を測定するようにしてもよい。この場合には、図５（ａ）または図５（ｂ）に相当する、末梢の皮膚温に対応した基底脈拍数および負荷−脈拍変化率に基づいた処理が行われる。
【００５１】
さらに、音声合成ＩＣおよび発音手段（例えば、アンプおよびスピーカ）を付加し、当該音声合成ＩＣおよび発音手段を用いて偏差やグレード、ピッチの指示等を使用者に知らせるようにしてもよい。また、図９に示すように、装置本体１の下面内側の一部に７０μｍ程度の厚さの凹部を形成し、ここにピエゾ素子ＰＺＴを取り付けても良い。このピエゾ素子ＰＺＴに適切な周波数の交流電圧を印加すると、ピエゾ素子ＰＺＴが振動して携帯機器を装着している使用者に伝達される。したがって、ピエゾ素子ＰＺＴの振動周期をピッチに応じた周期とするよう回路を構成すればよい。なお、ピエゾ素子ＰＺＴの厚みは１μｍ，その直径は凹部の直径の８０％程度にすると良い。このように、ピエゾ素子ＰＺＴの直径を凹部のそれの８０％程度とすると、告知音の音圧を大きくすることができる。さらに、アナログ針を用いて偏差やグレードを表すことも可能である。
【００５２】
また、脈波から脈拍数を求めるのではなく、心電から心拍数を求めるようにし、この心拍数の変化に基づいて上述と同様の処理を行うようにしてもよい。もちろん、この場合には、心臓を挟んで対向するよう胸部に２つの電極を配し、これらの電極に接続されたアンプ等の回路を用いて、心電を測定し、心電から心拍数を求める必要がある。
【００５３】
＜変形例１＞
上述した実施形態の変形例として、腕時計構造の装置本体のみで上記実施形態による装置と同様の機能を有する構成を、図１０を参照して説明する。なお、この図に示す携帯用小型電子機器３５は、図１に示される構成を全て有している。携帯用小型電子機器３５には、モード切替ボタン３６が取り付けられている。モード切替ボタン２１は通常使用モードと監視モードと設定モードとを切り替えるためのボタンであって、このボタンを押す度に、ＣＰＵ１０（図１参照）が各回路を制御して前述の各モードを巡回的に切り替える。なお、電源投入時は通常使用モードに初期化される。また、図示を略すが、携帯用小型電子機器３５には、測定動作の開始／停止の指示を行うために使用されるスイッチが設けられている。
【００５４】
図８において、脈波センサと温度センサとを兼ねたセンサ３７は、取り付け具３８によって時計のバンド３９に取り付けられている。取り付け具３８の取り付け位置は、腕時計の装着時にセンサ３７が使用者の橈骨動脈近傍に位置するよう設定される。センサ３７の脈波センサ部分は図１の脈波検出部２に、温度センサ部分は体温検出部３に包含されている。
【００５５】
なお、脈波センサとしては、光電式（光学式）や圧力式などの任意の構造の脈波センサ、およびこれらの組み合わせを使用することができる。また、携帯用小型電子機器３５の表面には、環境温度検出部４に包含されるサーミスタ等の温度センサが、皮膚からの熱伝導による影響を除外するための台座を介して設けられている。このような構成によれば、腕時計構成の装置本体のみで前述の作用効果が得られる。
【００５６】
＜変形例２＞
また、前述の実施形態の携帯用小型電子機器から加速度センサ５およびＡ／Ｄ変換器９を取り除き、エネルギー消費量の検出をしない構成としてもよい。もちろん、この際、基準データに使用者の負荷−脈拍変化率、体重、および歩幅（身長）を含めなくても、環境標準脈拍数および標準脈拍数に対する現在の脈拍数の各偏差を求めることができる。すなわち、使用者は自らの実感と上記各偏差とに基づいて自身の体調状態を把握することができる。
【００５７】
さらに、上述した実施形態の携帯用小型電子機器から、適正なランニングのピッチを知らせる機能を取り除いた態様や、環境温度を検出しない態様も考えられる。環境温度を検出しない場合、標準脈拍数からの偏差や体調状態の判断結果等が即座に変動することはないので、使用者の実感に即した結果を即座に出すことはできない。しかしながら、体温もある程度の範囲でゆっくりと環境温度に追従していくので、タイムラグはあるものの、使用者の実感に即した結果を出すことができる。
【００５８】
＜変形例３＞
他の変形例について図１１を参照して説明する。図１１に示す携帯用小型電子機器は腕時計ではなく、ネックレスを使用した態様を示す図であり、この図において、４０はセンサパッドであって、たとえばスポンジ状の緩衝材で構成される。センサパッド４０の中には、前述した光電式脈波センサとしての機能と接触している皮膚の温度を測定する温度センサとしての機能とを有するセンサ４１が皮膚面に接触するように取り付けられている。これにより、このネックレスを首にかけると、光電式脈波センサ４１が首の後ろ側の皮膚に接触して脈波および接触している皮膚の温度を測定することができる。
【００５９】
また、中空部を有する本体４２の表面には、皮膚からの熱伝導による影響を除外するための台座を介して環境温度を測定するための温度センサが設けられている。さらに、本体４２の中空部には、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、各種検出部等の本装置の主要部分が組み込まれている。この本体４２はブローチ様の形状をしたケースであって、その前面には例えばグラフィック表示部やボタンが設けられている。また、センサ４１と本体４２はそれぞれ鎖４３に取り付けられており、この鎖４３の中に埋め込まれたリード線（図示略）を介して電気的に接続されている。なお、センサ４１に隣接して加速度センサが取り付けられている。
【００６０】
＜変形例４＞
その他の変形例について図１２を参照して説明する。図１２は眼鏡を使用した態様を示す図であり、この図に示すように、装置本体は本体４４ａと本体４４ｂに分かれ、それぞれ別々に眼鏡の蔓４５に取り付けられており、これら本体が蔓４５内部に埋め込まれたリード線を介して互いに電気的に接続されている。
【００６１】
本体４４ａは表示制御回路を内蔵しており、この本体４４ａのレンズ４６側の側面には全面に液晶パネル４７が取り付けられ、また、該側面の一端には鏡４８が所定の角度で固定されている。さらに本体４４ａには、光源（図示略）を含む液晶パネル４７の駆動回路と、表示データを作成するための回路が組み込まれている。この光源から発射された光は、液晶パネル４７を介して鏡４８で反射されて、眼鏡のレンズ４６に投射される。また、本体４４ｂには、装置の主要部が組み込まれており、その上面には各種のボタンが設けられている。なお、これらボタン４９，５０の機能は装置毎に異なる。
【００６２】
一方、光電式脈波センサを構成する青色光を発する赤外線発光ダイオードおよび光センサはパッド５１，５２に内蔵されると共に、パッド５１，５２を耳朶へ固定するようになっている。これらのパッド５１，５２は、本体４４ｂから引き出されたリード線５３，５３によって電気的に接続されており、少なくとも一方のパッドには耳朶の温度を測定する温度センサが内蔵されている。また、眼鏡のフレーム表面（皮膚と相対する面の裏面）には、環境温度を測定するための温度センサが設けられており、この温度センサはフレームおよび蔓４５内部に埋め込まれたリード線を介して本体４４ｂに接続されている。なお、本変形性において熱伝導による影響を除外するための台座を使用していないのは、温度センサの位置が皮膚から十分に離れているためである。
なお、図示を略すが、本体４４ｂには加速度センサおよび環境温度検出部が組み込まれている。
【００６３】
＜応用例＞
次に、前述した実施形態による携帯用小型電子機器をコンピュータシステムと組み合わせた応用例について、図１３を参照して説明する。
図１３において、パーソナルコンピュータは本体５４，ディスプレイ５５，キーボード５６，プリンタ５７などから構成されており、以下の点を除いて通常のパーソナルコンピュータから構成されているため、その内部構成の説明の詳細は省略する。
【００６４】
すなわち、本体５４は、光信号によるデータを送受信するための図示しない送信制御部及び受信制御部を内蔵しており、これら送信制御部と受信制御部は、それぞれ光信号を送信するためのＬＥＤ５８と光信号を受信するためのフォトトランジスタ５９を有する。これらＬＥＤ５８，フォトトランジスタ５９は何れも近赤外線用のもの（例えば中心波長が９４０ｎｍのもの）が用いられ、可視光を遮断するための可視光カット用のフィルタ６０を介し、本体５４の前面に設けられた光通信用の通信窓６１から光通信を行う。
【００６５】
一方、パーソナルコンピュータと接続される装置側では、以下のような構成となっている。ここでは、図１ないし図３に示される腕時計構造の携帯用小型電子機器を例に挙げて説明するが、ネックレスや眼鏡等の各種の携帯機器であっても何ら問題ない。前述したように、腕時計の装置本体１では、コネクタ部２３が着脱可能に構成されている。したがって、コネクタ部２３が取り外されたコネクタ部分に対して、コネクタカバーの代わりに、図１３に示すように通信コネクタ６２を取り付けるようにすれば良い。この通信コネクタ６２には、パーソナルコンピュータ側と同様にＬＥＤとフォトトランジスタ及び光通信用のインターフェイスとが組み込まれている。また、腕時計の装置本体１の内部には光通信のための光インターフェイス部（図示略）が設けられている。
【００６６】
パーソナルコンピュータ側のＲＡＭやハードディスク等に格納された各種の情報を、当該パーソナルコンピュータ側から腕時計側へ転送するには、例えば、キーボード５６から転送コマンドを投入する。これにより、パーソナルコンピュータ側の情報が、ＬＥＤ５８及び通信窓６１を介して近赤外光で出力される。一方、腕時計側ではこの近赤外光が通信コネクタ６２を介して腕時計の光インターフェイス部へ送られる。
【００６７】
他方、腕時計側からパーソナルコンピュータ側へ生体状態の計測値などの各種の情報を転送する場合は、通信方向が上記と逆になる。すなわち、携帯機器の使用者は、腕時計に設けられたボタンスイッチを操作するなどして、携帯機器をデータ転送のためのモードに設定する。これにより、装置に内蔵されたプロセッサ等が転送すべき情報をＲＡＭ等から読み出して、これらを光インターフェイス部へ送出する。これにより、計測値が光信号へ変換されて通信コネクタ６２から送出され、通信窓６１及びフォトトランジスタ６０を介してパーソナルコンピュータ側へ転送される。
【００６８】
ところで、上記のような光通信を行う場合には、何れの機器が情報を発信したかどうかを識別できないと、本来は他の機器が受け取るべき情報を誤って受信してしまうことが起こりうる。そこで、本発明に係るＩ／Ｏインターフェイス手段には、情報を送信或いは受信するにあたって、何れの装置が情報を発信したかを示す識別情報を用いている。
【００６９】
以上のように外部機器と通信可能とすることで、携帯用小型電子機器側の情報を外部機器側へ転送することができると共に、外部機器から携帯用小型電子機器側に対して各種の設定や指示を行うことが可能になる。したがって、例えば、各温度毎の基底脈拍数や負荷−脈拍変化率等の設定を容易に行うことができるという利点がある。また、携帯用小型電子機器と外部機器との間を圧縮情報を用いた通信で実現するように構成すれば、転送すべき情報量を削減することができる。なお、このような圧縮情報を用いた通信は、外部機器側から携帯機器側へ情報を転送する場合であっても全く同様である。
なお、携帯用小型電子機器と外部機器との通信は、光通信に限定されるものではなく、無線電波を用いた通信や有線通信であってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、使用者（被測定者）が感じている負担感や活動状態と標準脈拍数からの偏差とを比べて、体調状態を自己判断することができる。この判断は、例えば、測定した脈拍数を所定の温度に換算した脈拍数と当該温度の標準的な脈拍数とを比較するよりも、遥かに容易となる。
また、活動状態を測定し、測定した活動状態を加味して体調状態を自らが判断するので、例えば、体調状態に応じて使用者に警告することも可能となる。
【００７１】
さらに、使用者の活動量の基準データに基づいて体調データを求めるので、各人毎に適切な体調状態の判定を行うことができる。
また、使用者の体調状態に応じて運動強度（ランニングのピッチなど）を指示できるので、使用者は安全で効率のよい運動を行うことができる。
さらに、使用者の基準データとして様々な値の組み合わせを許容しているので、基準データを使用者が入力する際には、使用者の要望に即した体調状態の判定、および運動強度の指示を得ることができる。
【００７２】
また、外部機器からの情報を基準データとして使用できるため、小さな形態用小型電子機器を用いて基準データを入力するよりも効率よく基準データを入力することができる。
さらに、体温のみならず、体温に比較して著しく応答速度が速い環境温度をも測定するようにしたので、使用者の実感を即座に反映した偏差の測定、体調状態の判断、運動強度の指示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による携帯用小型電子機器の構成を示すブロック図である。
【図２】  同携帯用小型電子機器の外観構成を示す斜視図である。
【図３】  同携帯用小型電子機器の一部外観構成を示す図である。
【図４】  環境温度に対する心拍数の変化に酸素摂取量が与える影響を示すグラフである。
【図５】  運動強度に対する心拍数の変化を表しており、（ａ）は当該変化に環境温度が与える影響、（ｂ）は当該変化に環境温度が与える影響を示す図である。
【図６】  複数の被測定者の直腸温の一日における変動を示すグラフであり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、春、夏、秋、冬における測定結果を示す。
【図７】  被測定者の直腸温の一日における変動を環境温度別に示すグラフである。
【図８】  本発明の一実施形態において使用されるフェイスチャートの一例を示す図である。
【図９】  ランニングピッチを振動にて知らせる手段の一例を示す一部断面図である。
【図１０】  本発明の一実施形態による携帯用小型電子機器の変形例を示す外観斜視図である。
【図１１】  同携帯用小型電子機器の他の変形例を示す外観斜視図である。
【図１２】  同携帯用小型電子機器の他の変形例を示す外観斜視図である。
【図１３】  同携帯用小型電子機器の応用例を示す外観図である。
【符号の説明】
１  装置本体
２  脈波検出部
３  体温検出部
４  環境温度検出部
４ａ  台座
４ｂ  温度センサ
５  加速度センサ
１０  ＣＰＵ
１１  ＲＯＭ
１２  一時記憶メモリ
１３  データメモリ
１５  操作部
１６  ブザー
１８  表示部
【図１】
0003704829.tif 000002
【図２】
0003704829.tif 000003
【図３】
0003704829.tif 000004
【図４】
0003704829.tif 000005
【図５】
0003704829.tif 000006
【図６】
0003704829.tif 000007
【図７】
0003704829.tif 000008
【図８】
0003704829.tif 000009
【図９】
0003704829.tif 000010
【図１０】
0003704829.tif 000011
【図１１】
0003704829.tif 000012
【図１２】
0003704829.tif 000013
【図１３】
0003704829.tif 000014