(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示部を有して身体に装着する携帯可能な筐体と、
この筐体の表面に配備して人体インピーダンスを測定する電極と、
性別、年齢、身長および体重の個人データを入力する個人データ入力手段と、
前記人体インピーダンスと個人データに基づいて体脂肪率を算出する体脂肪率算出手段と、
前記個人データと体脂肪率に基づいて基礎代謝量を算出する基礎代謝量算出手段と、
目標の体脂肪率を設定する目標体脂肪率設定手段と、
前記目標体脂肪率と測定体脂肪率の差から減量すべき体脂肪量を計算する減量体脂肪計算手段と、
前記減量体脂肪量を消費するためのカロリー量を計算する減量カロリー計算手段と、
前記減量カロリーを、基礎代謝量で決る運動形態別の運動強度と運動時間の積であらわした目標の運動量に置き換える目標運動量設定手段と、
２次元乃至３次元の動きより運動形態を判別すると共に、運動形態別の運動時間を測定する運動量測定手段と、
運動形態から基礎代謝量で決る運動強度を求め、この運動強度と運動時間の積より実際の消費カロリーを計算する消費カロリー計算手段と、
前記減量カロリーから実際の消費カロリーを差し引いて、前記減量体脂肪量を消費するための残り消費カロリーを計算する残り消費カロリー計算手段と、
この残り消費カロリーを運動形態別の残り運動時間に置き換えて残り運動量を計算する残り運動量計算手段と、
を備え、
体脂肪率の他に、前記運動形態別の目標の運動量の運動時間と残り運動時間を前記表示部に表示することを特徴とする体脂肪測定機能付き運動量測定装置。
【請求項２】
前記運動量測定手段を２次元乃至３次元の動きをカウントする体動計と２次元乃至３次元の加速度を検出する加速度計で構成することを特徴とする請求項１記載の体脂肪測定機能付き運動量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、身体の２次元乃至３次元の動きを検知して運動量を測定する運動量測定装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
運動量測定装置は、身体の２次元乃至３次元の動きすなわち体動を検知して運動量や消費カロリーを計算する。運動量や消費カロリーの計算は、運動強度と運動時間の積によって求める。
運動強度は、例えば散歩の場合２．０、駆足の場合７．０というように、それぞれの運動形態によって基礎代謝量の何倍のエネルギーを消費するかであらわす。実際の運動がどの運動形態になるかは、体動を実測して判別する。
このように、運動量や消費カロリーは基礎代謝量をファクターに入れて本来計算すべきものである。
【０００３】
基礎代謝量は身体が消費する基本的なエネルギー量で、年齢や体重によって異なるが、エネルギーを消費する場所である筋肉が増えると、身体が消費するエネルギーも多くなり、基礎代謝量も大きくなる。
反対に筋肉量が減少すると、脂肪を燃焼させる場所が少なくなるので、基礎代謝量が低下して肥満に結び付く。
このように、基礎代謝量は筋肉量に比例するので、実際の値に近い基礎代謝量を求めるには、性別、年齢、身長、体重だけでなく、体重から体脂肪を除いた筋肉量をあらわす指標である除脂肪体重をもとに計算するのが正解である。
そのためには体脂肪率を測定する必要がある。
【０００４】
ところが従来の運動量測定装置は、体脂肪率を測定する機能がないため、筋肉の多いいわゆるスポーツマンと、脂肪の多い肥満者を区別できない本質的な欠陥があり、明らかに筋肉量が違う人でも、基礎代謝量の違いにかかわらず同じように消費カロリーを計算していた。
【０００５】
また、従来の運動量測定装置は、実際の運動量や消費カロリーを表示するだけで、運動の目標を立てたり、現在の運動量が適正かどうかを評価したり、運動の成果を具体的に把握できるものはなかった。
そのため、すぐに飽きられてしまうことが多く、長期間有効に利用されることが少なかった。
【０００６】
そこで本発明は、従来の運動量測定装置に体脂肪測定機能を付加することにより、基礎代謝量の違いを反映して消費カロリーの計算精度を高めると共に、運動の目標や成果を具体的に把握できるようにすることを目的になされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明は以下のように構成した。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明は、表示部を有して身体に装着する携帯可能な筐体と、
この筐体の表面に配備して人体インピーダンスを測定する電極と、
性別、年齢、身長および体重の個人データを入力する個人データ入力手段と、
前記人体インピーダンスと個人データに基づいて体脂肪率を算出する体脂肪率算出手段と、
前記個人データと体脂肪率に基づいて基礎代謝量を算出する基礎代謝量算出手段と、
目標の体脂肪率を設定する目標体脂肪率設定手段と、
前記目標体脂肪率と測定体脂肪率の差から減量すべき体脂肪量を計算する減量体脂肪計算手段と、
前記減量体脂肪量を消費するためのカロリー量を計算する減量カロリー計算手段と、
前記減量カロリーを、基礎代謝量で決る運動形態別の運動強度と運動時間の積であらわした目標の運動量に置き換える目標運動量設定手段と、
２次元乃至３次元の動きより運動形態を判別すると共に、運動形態別の運動時間を測定する運動量測定手段と、
運動形態から基礎代謝量で決る運動強度を求め、この運動強度と運動時間の積より実際の消費カロリーを計算する消費カロリー計算手段と、
前記減量カロリーから実際の消費カロリーを差し引いて、前記減量体脂肪量を消費するための残り消費カロリーを計算する残り消費カロリー計算手段と、
この残り消費カロリーを運動形態別の残り運動時間に置き換えて残り運動量を計算する残り運動量計算手段と、
を備え、
体脂肪率の他に、前記運動形態別の目標の運動量の運動時間と残り運動時間を前記表示部に表示することを特徴とする体脂肪測定機能付き運動量測定装置である。
請求項２の発明は、前記運動量測定手段を２次元乃至３次元の動きをカウントする体動計と２次元乃至３次元の加速度を検出する加速度計で構成することを特徴とする請求項１記載の体脂肪測定機能付き運動量測定装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１に、本発明を実施した体脂肪測定機能付き運動量測定装置の正面図を示す。
運動量測定装置は、ケース１内に人体インピーダンス測定回路２と加速度計３と体動計（図示しない）を内蔵し、正面にＬＣＤの表示部Ｄを設け、その下方に電源／選択キーＫ１、数字のダウンキーＫ２とアップキーＫ３、確定キーＫ４および開始／終了キーＫ５を配置し、上下の側面に互いに電気的に絶縁する４端子電極を構成する一方の給電側電極Ｅ１、Ｅ１と、他方の検出側電極Ｅ２、Ｅ２を固着する。
【００１１】
電源／選択キーＫ１は、約２秒のロングオンによる電源のオン・オフと、入力データや表示データの切換え操作を行う。
ダウンキーＫ２は、キーを押す毎に数字を１ずつ下降させて数字を入力する。
アップキーＫ３は、キーを押す毎に数字を１ずつ上昇させて数字を入力する。
性別、年齢、身長、体重の個人データを入力するときは、それぞれのデフォルト値が表示され、データ入力はそれらの数値をダウンキーＫ２とアップキーＫ３で修正しながら行う。
確定キーＫ４は、入力データの確定を行い、確定キー４が押されると次の入力に移行する。
開始／終了キーK５は、体脂肪の測定や運動量の測定をスタートさせる。
【００１２】
表示部Ｄは、性別、年齢、身長、体重などの入力データ、体脂肪率、基礎代謝量、体型区分、運動量、消費カロリーなどの測定結果、目標体脂肪率を達成するための減量体脂肪と、減量体脂肪を消費するための運動量や消費カロリーなどを表示する。
【００１３】
図２に、人体インピーダンス測定回路の回路図を示す。
人体インピーダンス測定回路２は、発振器２１が生成する５０ｋＨｚの正弦波
交流電圧を駆動回路２２、トランスＴ１、切換スイッチ２３Ａを介してケース１
の給電側電極Ｅ１、Ｅ１に供給する。
【００１４】
人体インピーダンスを測定するときは、両腕を肩の高さでまっすぐ伸ばし、図３に示すように、ケース１の給電側電極Ｅ１、Ｅ１と検出側電極Ｅ２、Ｅ２を左右の人差し指と親指で挟む。
これにより、左右の検出側電極Ｅ２、Ｅ２の間に交流電圧が発生し、両手間の人体インピーダンスを測定する。
【００１５】
検出側電極Ｅ２、Ｅ２に発生した交流電圧を切換スイッチ２３Ａ、トランスＴ２、帯域フィルタ２４、整流回路２５、増幅器２６を介して直流電圧に変換し、波形整形、レベル調整、オフセット調整した後、Ａ／Ｄ変換器２７、Ｉ／Ｏインタフェース１６を介してＣＰＵ１４に入力する。
【００１６】
人体インピーダンス測定回路２を構成する要素の経時変化や温度特性による測定誤差を修正するため、人体インピーダンスを測定する前に、検出側回路の出力特性をあらかじめ校正する。
すなわち、２つの変量である人体インピーダンスＺと検出側回路が検出する交流電圧Ｖの関係を回帰直線Ｚ＝ｋ・Ｖ＋Ｃ０にあてはめる。
そして、抵抗値が既知の２つの抵抗Ｒ１とＲ２の両端に、人体インピーダンスＺを測定するときと同じ所定の交流電圧を印加し、抵抗Ｒ１とＲ２の両端に発生する交流電圧Ｖを検出して回帰直線の比例定数ｋと固定定数Ｃ０を求める。
【００１７】
このため、ＣＰＵ１４から制御信号を出力してＩ／Ｏインタフェース１６、切換ユニット２８、切換制御回路２９Ａを介して切換スイッチ２３Ａを切換え、トランスＴ１の二次側とトランスＴ２の一次側との間に２つの抵抗Ｒ１とＲ２を接続する。次に、ＣＰＵ１４から制御信号を出力してＩ／Ｏインタフェース１６、切換ユニット２８、切換制御回路２９Ｂを介して切換スイッチ２３Ｂを切換え、測定対象を抵抗Ｒ１あるいは抵抗Ｒ２に切換える。
【００１８】
図４に、本発明を実施した体脂肪測定機能付き運動量測定装置の機能ブロック図を示す。
運動量測定装置は、ケース１に取り付けた電極を介して人体インピーダンスを測定する人体インピーダンス測定手段１１０と、キーを操作して性別、年齢、身長、体重の個人データを入力する個人データ入力手段１２０と、人体インピーダンスと個人データに基づいて体脂肪率を算出する体脂肪率算出手段１３０と、個人データと体脂肪率に基づいて体型を判別する体型判別手段１４０と、個人データと体脂肪率に基づいて基礎代謝量を算出する基礎代謝量算出手段１５０と、目標の体脂肪率を設定する目標体脂肪率設定手段１６０と、目標体脂肪率と測定体脂肪率の差から減量すべき体脂肪量を計算する減量体脂肪計算手段１７０と、減量体脂肪を消費するためのカロリー量を計算する減量カロリー計算手段１８０と、減量カロリーを運動量に置き換えて目標の運動量を設定する目標運動量設定手段１９０と、２次元乃至３次元の体動を検知する体動検知手段２００と、２次元乃至３次元の加速度を検知する加速度検知手段２１０と、検知した体動と加速度に基づいて実際の運動量を測定する運動量測定手段２２０と、測定した運動量から実際の消費カロリーを計算する消費カロリー計算手段２３０と、減量カロリーから実際の消費カロリーを差し引いて残り消費カロリーを計算する残り消費カロリー計算手段２４０と、残り消費カロリーを運動量に置き換えて残り運動量を計算する残り運動量計算手段２５０で構成する。
【００１９】
体型判別手段１４０は、図５に示すように、縦軸と横軸を構成する体重と体脂肪率をそれぞれ健康範囲以下、健康範囲、健康範囲以上の３段階に区分してマトリックスを９区域に分割し、個人データ入力手段１２０が入力した身長、体重と体脂肪率算出手段１３０が算出した体脂肪率がどの区域に該当するかをドットで表示する。
体重の健康範囲は、理想体重×０．９〜理想体重×１．１とし、体脂肪率の健
康範囲は、女性の場合１７〜２４％、男性の場合１４〜２０％とする。
９区域は、縦軸（体重）の上から下、横軸（体脂肪率）の左から右の順にそれぞれ超スポーツマン型、スポーツマン型、肥満型、スポーツマン理想型、健康理想型、過脂肪型、超やせ型、やせ型、超過脂肪型などのように分類する。
ここで、理想体重＝（身長−１００）×０．９×０．９１とする。
【００２０】
基礎代謝量算出手段１５０は、次の計算式に基づいて基礎代謝量を算出する。
基礎代謝量＝Ｃ0 ×体重×（１００−体脂肪率）／１００＋Ｃ1
Ｃ0 ＝２４．０３４９  女性４０歳未満
２１．９５１  女性４０歳以上
２７．７１７  男性４０歳未満
２５．３３３  男性４０歳以上
Ｃ1 ＝４２７．６４  女性４０歳未満
４２４．３８  女性４０歳以上
１８８．２１  男性４０歳未満
２４３．２８  男性４０歳以上
【００２１】
目標体脂肪率設定手段１６０は、現在の体脂肪率と比較して、例えば、女性の場合１７〜２４％、男性の場合１４〜２０％とされる健康体脂肪率の中から目標とする体脂肪率を設定する。
【００２２】
減量体脂肪計算手段１７０は、目標体脂肪率と測定体脂肪率の差から減量すべき体脂肪量を求める。
減量体脂肪量（ｋｇ）＝（測定体脂肪率−目標体脂肪率）／１００×体重  （ｋｇ）
なお、測定体脂肪率が目標体脂肪率を下回る場合は、減量体脂肪量を０とする。
【００２３】
減量カロリー計算手段１８０は、体脂肪１ｋｇはおよそ７０００ｋｃａｌに相当することから、次の計算式によって減量体脂肪計算手段１７０が計算した減量体脂肪量を消費するのに必要なカロリー量を求める。
減量カロリー（ｋｃａｌ）＝  減量体脂肪量（ｋｇ）×７０００（ｋｃａｌ／ｋｇ）
【００２４】
目標運動量設定手段１９０は、減量カロリー計算手段１８０が計算した減量カロリーを運動量に置き換えて目標の運動量を設定する。
運動量は、次のように運動強度と運動時間の積であらわされる。
運動量（ｋｃａｌ）＝  運動強度（ｋｃａｌ／分）×  運動時間（分）
運動強度は、運動の際に消費する１分当りの消費カロリーをあらわし、次の式で計算する。
運動強度（ｋｃａｌ／分）=（エネルギー代謝率×基礎代謝量＋安静時の代謝量）（ｋｃａｌ）／１４４０（分）
エネルギー代謝率は、運動形態によって基礎代謝量の何倍のカロリーを消費するかをあらわし、例えば、散歩は２．０、通常の歩行は３．０、速足は５．０、駈足は７．０などのように実測によって求める。
また、安静時の代謝量は基礎代謝量の１．２倍とする。
以上により、運動形態別の運動強度を次のように求める。
散歩の運動強度（ｋｃａｌ／分）=（２．０×基礎代謝量＋安静時の代謝量）（ｋｃａｌ）／１４４０（分）
歩行の運動強度（ｋｃａｌ／分）=（３．０×基礎代謝量＋安静時の代謝量）（ｋｃａｌ）／１４４０（分）
速足の運動強度（ｋｃａｌ／分）=（５．０×基礎代謝量＋安静時の代謝量）（ｋｃａｌ）／１４４０（分）
駈足の運動強度（ｋｃａｌ／分）=（７．０×基礎代謝量＋安静時の代謝量）（ｋｃａｌ）／１４４０（分）
次に、運動形態別に減量カロリーを消化するのに必要な運動時間を次のように求める。
運動時間（分）=  減量カロリー（ｋｃａｌ）／  運動形態別の運動強度（ｋｃａｌ／分）
以上により、目標の運動量は、例えば、通常の歩行の場合は５０００分、速足の場合は３０００分というように運動形態別の運動時間で表示する。
なお、目標の運動時間は、体脂肪が燃えだすまでに最低必要といわれる１２分以上の時間を設定する。
【００２５】
体動検知手段２００は、体動計によって運動の体動を検知する。
体動計は、体動によって振動する２軸あるいは３軸の振子に磁石を取り付け、この磁石によってリードスイッチをオン・オフして体動の回数をカウントする。
【００２６】
加速度検知手段２１０は、加速度計によって運動の加速度を検知する。
加速度計は、図６に示すように、半導体圧力センサ３１の圧力ポート３１ａに揺動自在に振子３２を挿入する。
振子３２は、可撓性の弾性線３２ａの先端におもり３２ｂを取り付け、基端を半導体圧力センサ３１のシリコンダイヤフラム３１ｂに固着する。
おもり３２ｂは、運動によって３６０°揺動し、これによってシリコンダイヤフラム３１ｂが変形してひずみが生じる。
そのため、シリコンダイヤフラム３１ｂのストレイン・ゲージでピエゾ抵抗効果による抵抗変化が起こり、加速度に応じてブリッジ電圧が発生する。
このブリッジ電圧をハイゲインアンプで増幅して体動の加速度を測定する。
加速度計３は、ばねに取り付けたおもりの相対変位をストレイン・ゲージで検出したり、ばねの代わりに圧電素子を利用しておもりの変位に比例して生じる電荷を検出したり、あるいは、磁界の中をおもりに固定したコイルが動くときに生じる誘導起電力を検出して加速度を測定してもよい。
【００２７】
運動量測定手段２２０は、体動計のカウント値と加速度計３の出力電圧の大きさによって運動形態別の運動時間を測定し、運動形態を散歩、歩行、速足、駈足の４段階に区分する。
体動は、速く動くことによってピッチが増え、動きも大きくなる。
この動きの違いを加速度計３でとらえ、これによって散歩や駈足などの運動形態を判別する。
体動計がカウントされないときは、乗物などによって加速度計３が作動しても静止状態と判定し、誤って運動とみなされないようにする。
【００２８】
消費カロリー計算手段２３０は、運動量測定手段２２０が区分した運動形態から前出の運動強度を求め、これに運動時間を掛けて実際の消費カロリーを計算する。
消費カロリー（ｋｃａｌ）＝Σ｛運動形態別の運動強度（ｋｃａｌ／分）×  運動時間（分）｝
【００２９】
残り消費カロリー計算手段２４０は、減量カロリー計算手段１８０が計算した減量カロリーから消費カロリー計算手段２３０が計算した実際の消費カロリーを
差し引いて残り消費カロリーを求める。
残り消費カロリー（ｋｃａｌ）＝  減量カロリー（ｋｃａｌ）−  消費カロリー（ｋｃａｌ）
なお、体脂肪率の測定をやり直したときは、その都度新たに減量カロリーが設定されて残り消費カロリーは減量カロリーに等しくなる。
【００３０】
残り運動量計算手段２５０は、残り消費カロリー計算手段２４０が計算した残り消費カロリーを残り運動量に置き換える。
残り運動量は、運動形態別の残り運動時間であらわし、次のように計算する。
運動形態別の残り運動時間（分）=残り消費カロリー（ｋｃａｌ）／運動形態別の運動強度（ｋｃａｌ／分）
【００３１】
本発明を実施した体脂肪測定機能付き運動量測定装置は以上のような構成で、体脂肪を測定するときは、まず、電源／選択キーＫ１とダウンキーＫ２、アップキーＫ３および確定キー４を操作して性別、年齢、身長および体重の個人データを入力する。
このとき、入力データが前回と同じ場合は入力を省略できる。
次に、開始／終了キーK５を押した後、ケース１の上下の側面に設けた電極を左右の人差し指と親指で挟んで体脂肪の測定をスタートさせる。
測定を開始してしばらくすると、表示部Ｄに体脂肪率が表示され、体脂肪率と共にマトリックスの該当区域に体型区分がドットで表示される。
ここで電源／選択キーＫ１を押すと、表示部Ｄに基礎代謝量が表示され、測定体脂肪率が健康体脂肪率を上回るときは、電源／選択キーＫ１を押す毎に画面が切り換わり、減量体脂肪率（％）、減量体脂肪量（ｋｇ）、目標運動量などダイエットの目標値が順番に表示される。
これらのダイエットの目標値は、体脂肪の測定を行う毎に更新される。
【００３２】
次に、開始／終了キーK５を押すと、運動量の測定がスタートする。
運動量の測定がスタートした後は、電源／選択キーＫ１を押す毎に画面が切り換わり、残り運動量、実際の運動量、残り消費カロリー、実際の消費カロリーなどが順番に表示される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の体脂肪測定機能付き運動量測定装置は、２次元乃至３次元の動きを検知して運動形態を判別し、運動形態別に運動強度を求め、運動強度と運動時間の積として運動量をあらわす。運動強度は運動形態ごとに基礎代謝量の何倍かで求めるから、本発明によれば、基礎代謝量の違いが運動量の計算に反映される。従って従来に比べて計算精度が向上する。
【００３４】
また、本発明の体脂肪測定機能付き運動量測定装置は、目標体脂肪率を設定してこの目標体脂肪率を達成するのに必要な運動量と、実際の運動量を差し引いた残り運動量を運動形態別の運動時間に換算して表示部に表示する。
これにより例えば散歩なら目標の運動時間はいくらで、それを達成するための残り時間はいくらである、ということが一目でわかるので、どのくらいの強さの運動をどのくらい行えばよいか、直ちに理解でき、このため、運動量を適量に調節できるばかりでなく、運動の興味を長く持続させることができ、運動の取組みが意欲的になって集中力が増し、短期間で十分な効果を上げることができる。
【００３５】
また、本発明の体脂肪測定機能付き運動量測定装置は、２次元乃至３次元の動きをカウントすると体動計と、加速度を検出する加速度計によって運動量を測定する。
従って、本発明によれば、歩数計のように上下動だけでなくあらゆる方向の動きを検知するので、生活活動の運動量の総量をとらえることができる。
また、体動計と加速度計を合わせて運動量を判定するので、乗物などによる運動量の測定誤りを未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した体脂肪測定機能付き運動量測定装置の正面図である。
【図２】本発明を実施した人体インピーダンス測定回路の回路図である。
【図３】本発明を実施した体脂肪測定機能付き運動量測定装置の使用説明図である。
【図４】本発明を実施した体脂肪測定機能付き運動量測定装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明を実施した体型判別図である。
【図６】本発明を実施した加速度計の断面図である。
【符号の説明】
１          ケース
１１０      人体インピーダンス測定手段
１２０      個人データ入力手段
１３０      体脂肪率算出手段
１４０      体型判別手段
１５０      基礎代謝量算出手段
１６０      目標体脂肪率設定手段
１７０      減量体脂肪計算手段
１８０      減量カロリー計算手段
１９０      目標運動量設定手段
２００      体動検知手段
２１０      加速度検知手段
２２０      運動量測定手段
２３０      消費カロリー計算手段
２４０      残り消費カロリー計算手段
２５０      残り運動量計算手段
１４        ＣＰＵ
１５        メモリ
１６        Ｉ／Ｏインタフェース
２          人体インピーダンス測定回路
２１        発振器
２２        駆動回路
２３        切換スイッチ
２４        帯域フィルタ
２５        整流回路
２６        増幅器
２７        Ａ／Ｄ変換器
２８        切換ユニット２８
２９        切換制御回路
３          加速度計
３１        半導体圧力センサ
３１ａ      圧力ポート
３１ｂ      シリコンダイヤフラム
３２        振子
３２ａ      弾性線
３２ｂ      おもり
Ｄ          表示部
Ｅ１        給電側電極
Ｅ２        検出側電極
Ｋ１        電源／選択キー
Ｋ２        ダウンキー
K３        アップキー
K４        確定キー
Ｋ５        開始／終了キー
Ｒ１、Ｒ２  ダミー抵抗
Ｔ１、Ｔ２  トランス
【図１】
0004638570.tif 000002
【図２】
0004638570.tif 000003
【図３】
0004638570.tif 000004
【図４】
0004638570.tif 000005
【図５】
0004638570.tif 000006
【図６】
0004638570.tif 000007