(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の個人情報を入力する入力部と、被験者の運動中の心拍あるいは脈拍を検出する拍動センサーと、前記入力部からの個人情報に基づいて被験者の１回拍出量を推定し前記拍動センサーからの信号をカウントする演算部を含む制御部と、該制御部にて得られた運動中の被験者の心拍出量を表示する表示部とを設けるとともに、該表示部に、運動中の被験者の心拍出量に加えて、累積心拍出量、体内血液循環回数および運動強度表示部を設けたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
被験者の個人情報を入力する入力部と、被験者の運動中の心拍あるいは脈拍を検出する拍動センサーと、前記入力部からの個人情報に基づいて被験者の１回拍出量を推定し前記拍動センサーからの信号をカウントする演算部を含む制御部と、該制御部にて得られた運動中の被験者の心拍出量を表示する表示部とを設けるとともに、前記入力部あるいは表示部に、運動中における被験者の主観的快適度を入力する入力手段を設置して、該入力手段からの情報により前記被験者の１回拍出量を補正するように構成したことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の表示装置を視認位置に取り付けるとともに、ハンドルバーの握り部に前記拍動センサーを設置したことを特徴とする自転車。
【請求項４】
前記拍動センサーが、左右のハンドルバーの握り部にそれぞれ設置した電極間の電位差を検出する検出手段から構成されたことを特徴とする請求項３に記載の自転車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運動中の被験者の心拍出量（血流量）を表示する表示装置に関するもので、特に、自転車によるトレーニング中の心臓の負担度合および運動量を把握するのに適する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ジョギング中や設置型自転車のペダリング中の運動量を測定および表示する種々の装置が提案されて使用されている。最も簡便なものとしては「万歩計」と称されるものがあり、上下振動を検出して歩数や消費エネルギーを算出推定して表示しているが、精度的には取るに足らないものであった。そこで、被験者の個人情報と、被験者の運動中の速度および心拍数とから、被験者に最適な運動継続方法を指示する適正運動指示装置を備える特開平７−２４６２５５号公報に開示された第１従来例のものや、設置型自転車の負荷ペダリングによりダイエットを目的とするトレーニングシステムにおいて、負荷と運動時間から脂肪消費量の累積値を演算してグラフ表示する表示手段を設けた特開平９−１７３５００号公報に開示された第２従来例のものが提案され、精度の向上と運動状態に応じたきめ細かな表示および指示が可能となってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１従来例に開示されたものでは、運動中の移動距離や消費エネルギーを光学的手段あるいは音声手段により表示しつつ、被験者個人の運動特性に応じた最適な運動継続方法を指示することが可能であるものの、表示されるのが移動距離や消費エネルギーのみであり、運動中の被験者にとっていまひとつ実感に乏しいものであった。また、前記第２従来例に開示されたものでは、ダイエット中の映像シミュレーションや脂肪消費量の累積値を分かり易いグラフ表示にて行えて運動効果の目標の設定が容易となったものの、センサー等の諸装置が室内用に設定されて使用場所が限定される他、表示内容が被験者の心拍数や運動時間および負荷といった単なる数値的な指標のみで、被験者個人のばらつきについて何らの配慮もなされていないことから、指標としても限界があった。
【０００４】
そこで本発明は、前記従来の表示装置の諸課題を解決して、屋外での使用にも適し、新しい尺度の表示内容の採用によって運動強度や運動量の明瞭で適正な把握を可能とした表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、被験者の個人情報を入力する入力部と、被験者の運動中の心拍あるいは脈拍を検出する拍動センサーと、前記入力部からの個人情報に基づいて被験者の１回拍出量を推定し前記拍動センサーからの信号をカウントする演算部を含む制御部と、該制御部にて得られた運動中の被験者の心拍出量を表示する表示部とを設けるとともに、該表示部に、運動中の被験者の心拍出量に加えて、累積心拍出量、体内血液循環回数および運動強度表示部を設けたことを特徴とするものである。また本発明は、被験者の個人情報を入力する入力部と、被験者の運動中の心拍あるいは脈拍を検出する拍動センサーと、前記入力部からの個人情報に基づいて被験者の１回拍出量を推定し前記拍動センサーからの信号をカウントする演算部を含む制御部と、該制御部にて得られた運動中の被験者の心拍出量を表示する表示部とを設けるとともに、前記入力部あるいは表示部に、運動中における被験者の主観的快適度を入力する入力手段を設置して、該入力手段からの情報により前記被験者の１回拍出量を補正するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記表示装置を視認位置に取り付けるとともに、ハンドルバーの握り部に前記拍動センサーを設置したことを特徴とする自転車を解決手段とする。また本発明は、前記拍動センサーが、左右のハンドルバーの握り部にそれぞれ設置した電極間の電位差を検出する検出手段から構成されたことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【０００６】
【実施の形態】
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の表示装置における入力部および表示部の全体平面図、図２は本発明の表示装置の概略ブロック構成図、図３は本発明の表示装置を取り付けた自転車の全体側面図、図４は図３の要部拡大図、図５は本発明の表示装置における制御フロー図、図６は心拍と運動との関係図である。
本発明の表示装置は、図２に示すように被験者の個人情報を入力する入力部２と、被験者の運動中の心拍あるいは脈拍を検出する拍動センサー１２と、前記入力部２からの個人情報に基づいて被験者の１回拍出量を推定し前記拍動センサー１２からの信号をカウントする演算部１８を含む制御部１４と、該制御部１４にて得られた運動中の被験者の心拍出量を表示する表示部３とを設けるとともに、該表示部３に、運動中の被験者の心拍出量に加えて、累積心拍出量、体内血液循環回数および運動強度表示部９、８、１０を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
以下に詳述すると、図１に示すように、表示装置１は上部の入力部２と下部の表示部３とを有する。入力部２には多数の押しボタンから構成される数種類の入力部が配設され、男女差を識別する男女入力部４、年代年齢を入力する年齢入力部５、身体情報を入力する体重、身長入力部６および被験者の日常の運動量を入力する運動量入力部７とから構成される。これらの入力部を、後述する表示部のパネルに表示されたタッチパネル方式とすることもできる。
表示部３には、心拍出量（血流量）と血液総量から血液循環数を数値表示する血液循環数表示部８、運動中を通じて流れた総心拍出量を表示する累積心拍出量表示部９およびレッドゾーン１０Ｂを設けて運動強度（きつさの指標）を表示する運動強度表示部１０が配設される。
【０００８】
さらに、表示部３の一部に運動中の被験者の快適度を把握して前記個人情報に基づく被験者の１回拍出量の推定算定値を補正できる快適ボタン１１および時計Ｔが配設される。前記快適ボタン１１は現在の運動が被験者にとって主観的に快適と感じられる場合に押下されることによって、入力部２によって入力された個人情報がそのまま使用されるが、例えば所定時間快適ボタン１１が押下されない場合、検出されている心拍数に基づいて、現在の運動がきついか楽かを判断して前記個人情報に基づく被験者の１回拍出量の推定算定値を補正する。快適ボタンとしては、きつい場合および楽な場合にのみ押下する２つのボタンを配設してもよいし、これらに加えて快適な場合にのみ押下するボタンを加えて配設するように構成してもよい。これらの場合は、心拍数に基づいて現在の運動がきついか楽かを判断する判断手段を補正する。なお、前記時計Ｔは、現在の時刻を表示したり、運動時間の表示に切り換えることもできるし、心拍数や後述する消費エネルギーの表示機能に切り換えることもできる。
【０００９】
図６は、運動の強さ（酸素摂取量）と心拍数および心拍出量ならびに１回拍出量の関係図（ミッチェル等、１９７１年計測）である。図６（Ａ）は１分間の酸素摂取量に対する１分間の心拍出量（血流量）の関係を示し、ほぼ直線的な関係で上昇することが理解される。図６（Ｂ）は１分間の酸素摂取量に対する１分間の心拍数の関係を示し、これもほぼ直線的な関係で上昇することが理解される。図６（Ｃ）は１分間の酸素摂取量に対する１回拍出量の関係を示し、所定の酸素摂取量に達するとそれ以降は１回拍出量はそれほど上昇しないことが理解される。一般に、最大酸素摂取量のほぼ５０％の酸素摂取量の運動強度に達すると、最大１回拍出量に対する％はほぼ１００％に達することが分かっている。つまり、運動強度が５０％に達した段階で１回の拍出量が最大のほほ一定値となるというものである。
【００１０】
図２は、本発明の表示装置の概略ブロック構成図である。表示装置は心臓部である制御部１４と入力部２と電池１９および表示部３とを本体部内に収納あるいは配設し、該本体部外に拍動センサー１２および必要に応じて速度センサー１３（表示装置を自転車等の走行装置に設置した場合に、自転車等の走行装置の速度を検出することによって、運動量として走行距離を表示したり、制御部の電源断続を自動的に行ったりすることができる）を設けたものである。制御部１４内には、電池１９の電源投入のもとで、入力部２から入力された前述の個人情報を信号処理部１７を通じて記憶するＲＡＭ１６と、拍動センサー１２から入力され信号処理部１７を通じて取り込んだ信号と前記個人情報とからＲＯＭ１５のプログラムに基づいて必要な表示信号に演算する演算部１８とが配設される。演算部１８で演算された表示信号は表示部３に出力されて前述した各種情報が表示される。
【００１１】
図３および図４は、本発明の表示装置を取り付けた自転車の全体側面図とその要部拡大図である。前述した本発明の表示装置１における入力部２と表示部３とからなる本体部を、自転車２０の視認位置、好適にはハンドルバー２１の略中間部上に着脱自在に装着して構成し、必要に応じて表示装置を取り外してジョギング等に携行して使用することもできる。その場合は、拍動センサー１２として、胸部や手首に巻き付ける脈拍検出センサーや、手指での血流変動から拍動を検出する赤外線センサー等が用いられる。表示部や制御部の制御用の電源としては、本体内に収納された電池を使用するか、発電機により充電された二次電池等にリード線等により接続される。本実施の形態では、図４の拡大図に示すように、拍動センサー１２として、ハンドルバー２１の左右の握り部にそれぞれ設置した電極１２、１２間の電位差を検出することで拍動を検出できる特性を利用して検出手段を構成したものである。符号２２は本体部と拍動センサー１２との間を接続するセンサケーブルを示す。
【００１２】
図５は、本発明の表示装置における制御フロー図である。以下に詳述すると、ステップＳ１において入力部２における各入力部４〜７により被験者の各種個人情報（パラメータ）が入力される。運動開始前に、これらの情報に基づいて、ステップＳ２において性別、年齢および日常運動量から予測最大酸素摂取量（ＶＯ２ｍａｘ）が算出される。ステップＳ３では性別、年齢、身長、体重および日常運動量から予測最大１回拍出量（ＳＶｍａｘ）が算出される。ステップＳ４では性別、年齢、身長、体重、日常運動量から予測総血液量（被験者の体内にある血液の量：ＴＢＱ）が算出される。これらの算出データはステップＳ６にて記憶装置であるＲＡＭ１６に記憶される。
【００１３】
ステップＳ５にて運動が開始されると、ステップＳ７にて現在の心拍数、年齢から最大酸素摂取量に対する現在の対最大値％（％ＶＯ２ｍａｘ）が算出される。つまり被験者の現在の酸素摂取量すなわち運動強度がどのあたりにあるかが判定される。次いで、ステップＳ８にて前記ステップＳ２およびＳ７の予測最大酸素摂取量（ＶＯ２ｍａｘ）と最大酸素摂取量に対する現在の対最大値％（％ＶＯ２ｍａｘ）から酸素摂取量（ＶＯ２）が算出される。ステップＳ９では酸素摂取量（ＶＯ２）から消費エネルギーを算出して、ステップＳ１０にて表示する。
【００１４】
前記ステップＳ７にて最大酸素摂取量に対する現在の対最大値％が算出されると、これに基づいてステップＳ１１にて最大１回拍出量に対する現在の対最大値％（％ＳＶｍａｘ）が算出される。すなわち、現在の１回の心拍による血流量が最大１回拍出量の何％程度であるか（前述したように運動強度が５０％程度に達すると、ほぼ最大１回拍出量１００％に到達する）を算出することにより、その算出結果をステップＳ１２において運動強度表示部１０に表示する。運動強度表示部１０（図１）は扇形を呈しており、レッドゾーン１０Ｂは、ほぼ最大１回拍出量１００％に到達する運動強度が５０％程度以上の過度な状態（きつい）を表示点灯させるものであり、適正範囲１０Ａにおける下方での表示点灯は軽すぎる運動状態にあることを示し、レッドゾーン１０Ｂに近い適正範囲１０Ａでの点灯表示が適正で快適な運動状態にあることを示すものである。
【００１５】
ステップＳ１３にて前記予測最大１回拍出量（ＳＶｍａｘ）と最大１回拍出量に対する現在の対最大値％（％ＳＶｍａｘ）とから、１回拍出量（ＳＶ）が算出される。次いで、ステップＳ１４にて１回拍出量（ＳＶ）および現在の心拍数（ＨＲ（ｎｏｗ））から１分間の心拍出量（ＣＯＱ）が算出推定され、ステップＳ１５にて前記１分間の心拍出量（ＣＯＱ）および時間から運動中における総心拍出量である累積心拍出量（ＴＣＯＱ）が算出される。さらにステップＳ１６にて被験者の前記予測総血液量（ＴＢＱ）および累積心拍出量（ＴＣＯＱ）から血液循環数が算出推定される。そして、ステップＳ１７において、ステップＳ１５の累積心拍出量（ＴＣＯＱ）が表示部３における累積心拍出量表示部９にて表示され、ステップＳ１６の血液循環数が血液循環数表示部８にて表示される。
【００１６】
一方、運動開始前に入力した被験者の個人情報によって運動を開始した後に、被験者が現在行っている運動について、きついか適正であるかあるいは楽すぎるかを主観的に感じた情報として、ステップＳ１８において主観的運動強度ボタンである快適ボタンを押下することによって、ステップＳ７に戻り、最大酸素摂取量に対する現在の対最大値％の算出（被験者が個人情報として把握しているデータのパラメータと、運動開始時あるいは運動中のパラメータとの間にずれが生じても、現在の運動中の負荷を快適と感じるかどうかで最大酸素摂取量に対する現在の酸素摂取量の比率を補正変更する。）の際に補正を加えることで学習機能を持たせることが可能である。つまり、体力の学習を可能とした。かくして、被験者は運動強度および血液の体内循環数というきわめて分かり易く、新しい指標によって、適正運動量を的確に把握して安全に運動を続行することができる。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、入力部の入力形式（入力ボタンの他に、表示部におけるタッチパネル形式、メニュー選択形式等）、表示部の表示形式（ＬＥＤ表示の他、液晶画面表示等）および各表示部の配列（血液循環数表示部を切換え操作により心拍出量を表示するように構成することもできる）、快適ボタンの形式（運動強度が快適以外のとき押下するもの、運動強度に応じて複数の選択ボタンを配設したもの、運動強度を無段階でスライド摘みにて選定するもの等）、拍動センサーの形式（電位差測定、赤外線測定、脈動検出等）およびその配設位置（自転車等の走行車両への取付位置）ならびに信号の採取形態（ハンドルバーの握りに添設したり、握り端部に赤外センサーを設置したり、センサーを埋設した専用の手袋や指サックを用いてもよい）、各信号の演算形態等については適宜選定できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、本発明によれば、被験者の個人情報を入力する入力部と、被験者の運動中の心拍あるいは脈拍を検出する拍動センサーと、前記入力部からの個人情報に基づいて被験者の１回拍出量を推定し前記拍動センサーからの信号をカウントする演算部を含む制御部と、該制御部にて得られた運動中の被験者の心拍出量を表示する表示部とを設けるとともに、該表示部に、運動中の被験者の心拍出量に加えて、累積心拍出量、体内血液循環回数および運動強度表示部を設けたことにより、検出された被験者の運動中の心拍数から、個人情報に基づいて適正に算出されて出力表示された心拍出量という新しい指標によって、個人に相応しい適正運動量を的確に把握して安全に運動を続行することができる他、さらに、運動を始める動機付けや継続性の維持に寄与することができる。その上、運動中に流れた血液の総量と体内を流れた血液循環回数を明瞭に把握して、運動効果の確認が行えるとともに、現在の運動の負荷に対する自らの体力の把握と、今後の運動の継続形態の指針を得ることができる。
【００１９】
また、被験者の個人情報を入力する入力部と、被験者の運動中の心拍あるいは脈拍を検出する拍動センサーと、前記入力部からの個人情報に基づいて被験者の１回拍出量を推定し前記拍動センサーからの信号をカウントする演算部を含む制御部と、該制御部にて得られた運動中の被験者の心拍出量を表示する表示部とを設けるとともに、前記入力部あるいは表示部に、運動中における被験者の主観的快適度を入力する入力手段を設置して、該入力手段からの情報により前記被験者の１回拍出量を補正するように構成した場合は、検出された被験者の運動中の心拍数から、個人情報に基づいて適正に算出されて出力表示された心拍出量という新しい指標によって、個人に相応しい適正運動量を的確に把握して安全に運動を続行することができる他、さらに、運動を始める動機付けや継続性の維持に寄与することができる。その上、被験者が個人情報として把握しているデータのパラメータと、運動開始時あるいは運動中のパラメータとの間にずれが生じても、現在の運動中の主観的な快適度の入力で、最大酸素摂取量に対する現在の酸素摂取量の比率を補正変更して学習機能を持たせることが可能となる。
【００２０】
さらにまた、自転車に表示装置を視認位置に取り付けるとともに、ハンドルバーの握り部に前記拍動センサーを設置した場合は、表示装置を自転車によるトレーニングの際に車体に簡便に取り付けて、普通に搭乗するだけで、被験者の運動中の心拍数を容易に測定でき、該心拍数と個人情報に基づいて適正に算出されて出力表示された心拍出量というきわめて分かり易い指標により、個人に相応しい適正運動量を的確に把握し自転車による運動を安全に続行することができる。
また、前記拍動センサーが、左右のハンドルバーの握り部にそれぞれ設置した電極間の電位差を検出する検出手段から構成された場合は、被験搭乗者の左右の掌の微弱電位差を検出すればよく、センサーの構造が簡素化される。
かくして、屋外での使用にも適し、新しい尺度の表示内容の採用によって運動強度の明瞭で適正な把握を可能とした表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の１実施の形態の入力部および表示部の全体平面図である。
【図２】同、表示装置の概略ブロック構成図である。
【図３】本発明の表示装置を取り付けた自転車の全体側面図である。
【図４】同、図３の要部拡大図である。
【図５】本発明の表示装置の制御フロー図である。
【図６】心拍と運動との関係図である。
【符号の説明】
１    表示装置
２    入力部
３    表示部
４    男女入力部
５    年齢入力部
６    体重、身長入力部
７    運動量入力部
８    血液循環数表示部
９    累積心拍出量表示部
１０    運動強度表示部
１０Ａ  適正範囲
１０Ｂ  レッドゾーン
１１    快適ボタン（主観的快適度入力手段）
１２    拍動センサー
１３    速度センサー
１４    制御部
１５    ＲＯＭ
１６    ＲＡＭ
１７    信号処理部
１８    演算部
１９    電池
２０    自転車
２１    ハンドルバー
２２    センサケーブル
Ｔ    時計部（酸素摂取量表示部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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