(57)【要約】【課題】  体の傾きが同じ程度の場合の「ゆっくり歩行」と「階段上昇」といった、従来では判別が困難であった体動までをも高精度に区別して体動判定を行い得る運動測定装置を提供する。【解決手段】  測定対象者に対する少なくとも２軸以上の方向の振動を検出するＸ、Ｙ、Ｚ軸の振動センサー部１５・１６・１７を有する振動センサー部４と、振動センサー部４からの出力信号２０によって測定対象者のＰＩＭ値、及びＤＣ値を算出するＰＩＭ演算部７、及び信号処理部５と、信号処理部５から得られるＸ、Ｙ、Ｚ軸の振動センサー部１５・１６・１７の、測定対象者の少なくとも前後方向及び上下方向に対するＰＩＭ値、並びに少なくとも前後方向に対するＤＣ値によって測定対象者の体動の判定を行う体動判定部９とを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象者に対する少なくとも２軸以上の方向の振動を検出する振動センサーを有する振動検出部と、
上記振動検出部から出力される信号から上記信号の振幅値の絶対値の和である測定対象者の振動強度を算出する振動強度算出部と、
上記振動検出部から出力される信号から測定対象者の重心の位置の変化量を算出する信号処理部と、
上記信号処理部から得られる上記振動センサーの測定対象者の少なくとも前後方向、及び上下方向に対する上記振動強度、並びに測定対象者の少なくとも前後方向に対する重力成分によって測定対象者の運動状態である体動の判定を行う体動判定部とを備えていることを特徴とする運動測定装置。
【請求項２】
前記体動判定部は、前記信号処理部から得られる前記振動センサーの測定対象者の少なくとも前後方向、及び上下方向に対する前記振動強度、並びに測定対象者の少なくとも前後方向、及び左右方向に対する重力成分によって測定対象者の運動状態である体動の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の運動測定装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記振動検出部から出力される信号の交流成分を前記振動強度算出部に出力する交流成分抽出部と、
上記振動検出部から出力される信号の直流成分から前記重力成分を算出する直流成分抽出部を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の運動測定装置。
【請求項４】
前記体動判定部は、前記振動強度算出部から得られる前記振動センサーの測定対象者の少なくとも上下方向、及び前後方向に対する前記振動強度が、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域のどの位置に相当するのかを識別する識別部によって識別された結果と、
予め測定された体動データによって作成される重力成分の分布領域の、どの位置に上記信号処理部から得られる上記振動センサーの測定対象者の前後方向に対する重力成分が相当するのかを上記識別部によって識別された結果とによって体動の判定を行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の運動測定装置。
【請求項５】
前記体動判定部は、前記振動強度算出部から得られる前記振動強度が、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果が、予め測定された体動データのうちの複数の振動強度の分布領域に属したときに、
上記直流成分抽出部から得られる上記振動センサーの測定対象者の前後方向に対する重力成分が、予め測定された体動データによって作成される重力成分の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果によって体動の判定を行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の運動測定装置。
【請求項６】
前記体動判定部は、前記振動強度算出部から得られる前記振動強度が、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果が、予め測定された体動データのうちの複数の振動強度の分布領域に属したときに、
上記直流成分抽出部から得られる上記振動センサーの測定対象者の前後方向、及び左右方向に対する重力成分が、予め測定された体動データによって作成される重力成分の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果によって体動の判定を行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の運動測定装置。
【請求項７】
前記体動判定部は、設定される期間ごとに体動判定を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の運動測定装置。
【請求項８】
予め測定された体動データによって作成される振動強度及び重力成分の分布領域は、少なくとも「歩く」、「走る」、「階段を昇る」、又は「階段を降りる」に分類されることを特徴とする請求項４、５又は６記載の運動測定装置。
【請求項９】
前記運動測定装置は、前記振動検出部から出力される信号のうちの交流成分信号からさらに振動回数を算出する振動回数算出部と、
上記振動回数算出部から得られる振動回数によって歩数を算出、出力する歩数安静体動数カウンタ算出部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の運動測定装置。
【請求項１０】
前記振動回数算出部は、前記振動検出部から出力される信号のうちの交流成分信号と上記閾値とが交差する回数、
又は上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数、
又は上記交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数を算出することを特徴とする請求項９記載の運動測定装置。
【請求項１１】
前記歩数安静体動カウンタ算出部は、
前記交流成分信号と前記閾値とが交差する回数によって前記振動回数が算出された場合には、上記振動回数を２で除算したものを歩数とし、
上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を歩数とし、
上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を歩数として算出することを特徴とする請求項９記載の運動測定装置。
【請求項１２】
前記体動判定部は、前記振動強度から前記体動と上記体動よりも上記振動強度が小さい体動である安静時体動とを区別して判定を行うことを特徴とする請求項９記載の運動測定装置。
【請求項１３】
前記歩数安静体動カウンタ算出部は、
前記振動強度が前記体動判定部によって安静時体動によるものではないと判定された場合には、
前記交流成分信号と前記閾値とが交差する回数によって前記振動回数が算出された場合には、上記振動回数を２で除算したものを歩数とし、
上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を歩数とし、
上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を歩数として算出することを特徴とする請求項９記載の運動測定装置。
【請求項１４】
前記歩数安静体動カウンタ算出部は、設定される期間ごとに歩数算出を行うことを特徴とする請求項９、１１、又は１３記載の運動測定装置。
【請求項１５】
前記歩数安静体動カウンタ算出部は、
前記振動強度が前記体動判定部によって微小ノイズ（安静時体動）によるものと判定された場合には、
前記交流成分信号と前記閾値とが交差する回数によって前記振動回数が算出された場合には、上記振動回数を安静時体動数、または上記振動回数を２で除算したものを安静時体動数とし、
上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を安静時体動数とし、上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を安静時体動数として算出することを特徴とする請求項９，１１記載の運動測定装置。
【請求項１６】
前記歩数安静体動カウンタ算出部は、設定される期間ごとに安静時体動数の算出を行うことを特徴とする請求項９，１１，１５のいずれか１項に記載の運動測定装置。
【請求項１７】
前記歩数安静体動カウンタ算出部は、前記体動判定部での体動の判定結果によって出力を行うかどうかが決定されることを特徴とする請求項９、１１、１３，１４、１５、１６のいずれか１項に記載の運動測定装置。
【請求項１８】
前記信号処理部は、前記交流成分信号中の高周波成分を選択的に通過させないようにするフィルターを備えた交流成分抽出部を含んでいることを特徴とする請求項８〜１６のいずれか１項に記載の運動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象者の生活体動解析等に使用する運動測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象者が振動センサーを直接服装などに装着し、測定対象者の行動異常や運動量を記録・分析し、これによって健康状態を維持、管理することを目的とするための運動量測定器が広く利用されている。
【０００３】
例えば、手軽に個人の活動度が計測できるものとしては、一般的に万歩計（登録商標）が知られている。また、中・長期的に睡眠・覚醒リズムを計測するものとしては、Ａｍｂｕｌａｔｏｒｙ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｉｎｃ（A.M.I）のアクティグラフ（商品名）などが知られている。このアクティグラフは、非常に微細な振動を検出することができる1軸振動センサーを１つ搭載しており、測定対象者の体動を、加速度センサーから出力される加速度波形が所定閾値を交差する回数や、上記加速度波形の振幅の積分値を、任意の時間間隔で算出し時系列情報として記録する。アクティグラフは睡眠や疲労、ＡＤＨＤ（注意欠陥多動性障害）などの研究等において、よく利用されている。
【０００４】
また、振動センサーを使用することによって、運動状態を判別できる運動状態判別器がある。例えば、特許文献１には人に振動センサーを装着し、加速度の変化の大きさによって体動を検出できる装置が開示されている。この装置は、より詳しくは、直交する上下方向と前後方向とで得られる所定期間内における加速度の変化の大きさによって、上記装置を装着した測定対象者の静的状態と動的状態との区別を行い、動的状態である場合には、加速度の変化の大きさによって、測定対象者の安定状態と危険状態とを区別する。
【０００５】
また、センサーが収められた装置がどちらの方向に何度傾斜したのかを検出できる、つまり直流成分信号の検出が可能な振動センサーを利用した重力加速度方向検出器もある。例えば、特許文献２では、測定対象者の体の傾きによって変化する加速度に基づいて振動センサーからの直流成分信号をもとに測定対象者の姿勢状態を判別し、交流成分信号の周波数と振幅値とによって測定対象者の運動状態を判別する装置が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３、４には、測定対象者の平地走行、階段上昇、階段下降等の運動の状況を前後方向と上下方向とに対しての振動強度をもとに識別する装置が開示されている。なお、特許文献３、４に開示の装置では、振動センサーからの直流成分信号は用いられてはいない。
【特許文献１】特開２００４−８１６３２号公報（平成１６年３月１８日公開）
【特許文献２】特開平７−１７８０７３号公報（平成７年７月１８日公開）
【特許文献３】特開２００２−２０００５９号公報（平成１４年７月１６日公開）
【特許文献４】特開平１１−４２２２０号公報（平成１１年２月１６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記アクティグラフでは、腕や足首などに装着されることから、腰部などに装着する場合に比べて、わずかな体動でも検出できる特徴はあるものの、重力加速度方向を検出する振動センサーを備えていないため、測定対象者の姿勢や運動状態、及び歩数を算出するのは困難である。
【０００８】
また、特許文献１に開示の装置においては、所定期間内における加速度の変化のみから体動判定を行うため、「ゆっくり歩行」した場合と「階段上昇」した場合とのように加速度の変化が似ているものの異なった体動の違いを区別することが困難である。
【０００９】
さらに、特許文献２に開示の装置においても、測定対象者の体の傾きによって変化する加速度に基づいて測定対象者の姿勢の判別のみを行うことから、体の傾きが同様であって体動が異なる場合に、体動の違いを判別することは困難である。つまり、体の傾きが同じ程度に上体を直立におこした状態で「ゆっくり歩行」した場合と「階段上昇」した場合とでは、特許文献２に開示の装置では体動の違いを判別することはできないことになる。
【００１０】
また、特許文献３及び４に開示の運動測定装置においては、互いに直交する２軸以上の振動センサーから前後方向と上下方向との振動強度のみによって体動判定を行う。このため、たとえば、「ゆっくり歩行」した場合と「階段上昇」した場合との体動の違いの区別が困難である。これは、前後方向と上下方向との振動強度が、「ゆっくり歩行」と「階段上昇」とで、それぞれ同じ特徴を示す傾向があるためである。
【００１１】
「ゆっくり歩行」と「階段上昇」とでは、測定対象者が消費するエネルギーが大きく異なることになるため、前後方向と上下方向との振動強度のみから体動判定を行う方法では、心臓ペースメーカなどを制御する装置などの、人体に直接作用する装置等に用いられた場合に特に大きな問題を引き起こす可能性がある。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、「ゆっくり歩行」と「階段上昇」といった、従来では判別が困難であった体動までをも高精度に区別して体動判定を行い得る運動測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の運動測定装置では、上記課題を解決するために、測定対象者に対する少なくとも２軸以上の方向の振動を検出する振動センサーを有する振動検出部と、上記振動検出部から出力される信号から上記信号の振幅値の絶対値の和である測定対象者の振動強度を算出する振動強度算出部と、上記振動検出部から出力される信号から測定対象者の重心の位置の変化量を算出する重心算出部と、上記重心算出部から得られる上記振動センサーの測定対象者の少なくとも前後方向、及び上下方向に対する上記振動強度、並びに測定対象者の少なくとも前後方向に対する上記重力成分によって測定対象者の運動状態である体動の判定を行う体動判定部とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の発明によれば、２軸以上の方向の振動センサーから出力される信号から２軸以上の方向の振動強度を振動強度算出部で算出し、２軸以上の方向の振動強度に基づいて体動判定を体動判定部で行うことができる。そのため、１軸の方向しかない振動センサーに比べて、体動判定部によって様々な方向に対しての体動の判定を行うことができる。
【００１５】
さらに、少なくとも前後方向と上下方向とに対する振動センサーを有していることから、測定対象者の前後方向への振動だけでなく上下方向への振動も、出力される信号から上記信号の振幅値の絶対値の和である測定対象者の振動強度として振動強度算出部で算出できる。
【００１６】
しかも、少なくとも前後方向の重力成分を信号処理部で算出することから、測定対象者の少なくとも前後方向に対しての重心の移動を算出できる。
【００１７】
よって、測定対象者の振動強度が同じであって異なる種類の体動を、重心の移動を含めて判定することによって異なる種類の体動であると区別することができるようになる。つまり、体動判定部によって、より精度の高い体動の判定が行われる。
【００１８】
その結果、体の傾きが同じ程度の場合の「ゆっくり歩行」と「階段上昇」といった、従来では判別が困難であった体動までをも高精度に区別して体動判定を行い得る運動測定装置を提供することが可能になる。
【００１９】
なお、特許文献２の装置では具体的にどのように周波数及び振幅を動作状態判定に利用しているかの記述はなく、「走行」、「歩行」以外に何が識別できるのかも明示されていない。
【００２０】
しかし、本発明の運動測定装置では、振動検出部から出力される信号、つまり周波数及び振幅から上記信号の振幅値の絶対値の和である測定対象者の振動強度を算出することから、具体的に振動検出部から出力される信号から振動強度を算出することが可能である。従って、高精度の体動判定を行うことを実現可能にしている。
【００２１】
また、本発明の運動測定装置では、前記体動判定部は、上記信号処理部から得られる上記振動センサーの測定対象者の少なくとも前後方向、及び上下方向に対する上記振動強度、並びに測定対象者の少なくとも前後方向、及び左右方向に対する上記重力成分によって測定対象者の運動状態である体動の判定を行うことが好ましい。
【００２２】
これにより、少なくとも前後方向及び左右方向の重力成分を信号処理部で算出することから、測定対象者の少なくとも前後方向及び左右方向に対しての重心の移動を算出できる。
【００２３】
よって、測定対象者の振動強度が同じであって異なる種類の体動を、重心の移動を含めて判定することによって異なる種類の体動であるとより高精度に区別することができるようになる。つまり、体動判定部によって、より精度の高い体動の判定が行われる。
【００２４】
その結果、高精度の体動判定を行い得る運動測定装置を提供することが可能になる。
【００２５】
また、本発明の運動測定装置では、前記信号処理部は、前記振動検出部から出力される信号の交流成分を前記振動強度算出部に出力する交流成分抽出部と、上記振動検出部から出力される信号の直流成分から前記重力成分を算出する直流成分抽出部を備えていることが好ましい。
【００２６】
これにより、交流成分は、交流成分抽出部に入力される振動の強弱に応じて、出力される波形の振幅が変わる。このように振幅の値が振動の強さに対応するため、交流成分は振動強度の的確な算出に利用しやすい。
【００２７】
これに対して、直流成分は加速度の変化といった重力成分の的確な算出に用いることが可能である。
【００２８】
このため、信号処理部から出力、及び信号処理部で算出される交流成分、及び直流成分によって振動強度と重力成分とを的確に算出することが可能になる。
【００２９】
その結果、振動強度と重力成分とを的確に算出することができる運動測定装置が実現できる。
【００３０】
また、本発明の運動測定装置では、前記体動判定部は、前記振動強度算出部から得られる前記振動センサーの測定対象者の少なくとも上下方向、及び前後方向に対する前記振動強度が、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域のどの位置に相当するのかを識別する識別部によって識別された結果と、予め測定された体動データによって作成される重力成分の分布領域の、どの位置に上記信号処理部から得られる上記振動センサーの測定対象者の前後方向に対する重力成分が相当するのかを上記識別部によって識別された結果とによって体動の判定を行うことが好ましい。
【００３１】
これにより、体動の判定に上記振動センサーの上下方向及び前後方向に対する振動強度を用いることから、体動の判定に１方向の振動強度のみしか用いない場合に比べて、体動を１方向の振動強度のみの場合よりも多い２方向の振動強度によって表現することができる。
【００３２】
つまり、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域のどの位置に振動強度が相当するのかをより詳細に決定することができる。よって、体動の判定をより正確に行うことができる。
【００３３】
さらに体動の判定に上記振動センサーの前後方向に対する重力成分を用いることから、測定対象者の重心が前後方向のどの位置にかかっているのかの情報を体動の判定に利用することができ、より正確な体動の判定を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本発明の運動測定装置では、前記体動判定部は、前記振動強度算出部から得られる前記振動強度が、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果が、予め測定された体動データのうちの複数の振動強度の分布領域に属したときに、上記直流成分抽出部から得られる上記振動センサーの測定対象者の前後方向に対する重力成分が、予め測定された体動データによって作成される重力成分の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果によって体動の判定を行うことが好ましい。
【００３５】
これにより、予め測定された体動データのうち、測定対象者の振動強度が予め測定された体動データのうちの複数の振動強度の分布領域に属した場合のように、測定対象者体動の判定が行えない場合にも、さらに体動の判定に上記振動センサーの前後方向に対する重力成分を用いることができる。つまり、測定対象者の重心が前後方向のどの位置にかかっているのかの情報を体動の判定にさらに利用することができる。
【００３６】
よって、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域の、同じ分布領域内に相当する振動強度を有する体動同士を、重心の位置によって区別することが可能になる。
【００３７】
その結果、より正確な体動の判定を行うことが可能となる。
【００３８】
また、本発明の運動測定装置では、前記体動判定部は、前記振動強度算出部から得られる前記振動強度が、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果が、予め測定された体動データのうちの複数の振動強度の分布領域に属したときに、上記直流成分抽出部から得られる上記振動センサーの測定対象者の前後方向、及び左右方向に対する重力成分が、予め測定された体動データによって作成される重力成分の分布領域のどの位置に相当するのかを識別部によって識別された結果によって体動の判定を行うことが好ましい。
【００３９】
これにより、予め測定された体動データのうち、測定対象者の振動強度が予め測定された体動データのうちの複数の振動強度の分布領域に属した場合のように、測定対象者体動の判定が行えない場合にも、さらに体動の判定に上記振動センサーの前後方向と左右方向とに対する重力成分を用いることができる。つまり、測定対象者の重心が前後方向と左右方向とのどの位置にかかっているのかの情報を体動の判定にさらに利用することができる。
【００４０】
よって、予め測定された体動データによって作成される振動強度の分布領域の、同じ分布領域内に相当する振動強度を有する体動同士を、重心の位置によって区別することが可能になる。
【００４１】
その結果、より正確な体動の判定を行うことが可能となる。
【００４２】
また、本発明の運動測定装置では、前記体動判定部は、設定される期間ごとに体動判定を行うことが好ましい。
【００４３】
これにより、体動判定部は、設定される期間内での測定対象者の体動を順次判定することができる。つまり、より測定対象者の実時間に即した体動判定を行うことが可能になる。
【００４４】
その結果、より測定対象者の実時間に即した体動判定を行うことが可能な運動測定装置が実現できる。
【００４５】
また、本発明の運動測定装置では、予め測定された体動データによって作成される振動強度及び重力成分の分布領域は、少なくとも「歩く」、「走る」、「階段を昇る」、又は「階段を降りる」に分類されることが好ましい。
【００４６】
これにより、人間、動物及び機械が通常行うと考えられる「歩く」、「走る」、「階段を昇る」、又は「階段を降りる」といった基本的な体動を体動判定部によって判定することが可能になる。
【００４７】
その結果、本発明の運動測定装置によって人間、動物及び機械が通常行うと考えられる上記基本的な体動を判定することが可能になる。
【００４８】
また、本発明の運動測定装置では、前記運動測定装置は、前記振動検出部から出力される信号のうちの交流成分信号からさらに振動回数を算出する振動回数算出部と、上記振動回数算出部から得られる振動回数によって歩数を算出、出力する歩数安静体動カウンタ算出部をさらに備えていることが好ましい。
【００４９】
これにより、より精度の高い体動判定を行うことが可能な本発明の運動測定装置によって、高精度に測定対象者の振動回数を算出することが可能であることから、測定対象者の体動に伴う歩数を歩数安静体動カウンタ算出部によって高精度に算出することが可能になる。
【００５０】
また、本発明の運動測定装置では、前記振動回数算出部は、前記振動検出部から出力される信号のうちの交流成分信号と上記閾値とが交差する回数、又は上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数、又は上記交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数を算出することが好ましい。
【００５１】
これにより、交流成分信号と閾値とが交差する回数によって振動数が算出された場合には、実際の歩数の２倍の振動数が算出される。
【００５２】
また、交流成分信号が交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ閾値を越える回数及び、交流成分信号が交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ閾値を越える回数によって振動数が算出された場合には、実際の歩数と同数の振動数が算出される。
【００５３】
その結果、振動数に基づいて振動回数算出部によって歩数を算出することが可能になる。
【００５４】
また、本発明の運動測定装置では、前記歩数安静体動カウンタ算出部は、前記交流成分信号と前記閾値とが交差する回数によって前記振動回数が算出された場合には、上記振動回数を２で除算したものを歩数とし、上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を歩数とし、上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって上記振動回数が算出された場合には上記振動回数を歩数として算出することが好ましい。
【００５５】
これにより、交流成分信号と閾値とが交差する回数によって振動数が算出された場合にも、振動数を２で除算した数を歩数とすることから、振動数の１／２である実際の歩数を算出することができる。
【００５６】
また、交流成分信号が交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ閾値を越える回数及び、交流成分信号が交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ閾値を越える回数によって振動数が算出された場合にも振動数と同じになる実際の歩数を算出することができる。
【００５７】
その結果、振動数に基づいて歩数安静体動カウンタ算出部によって歩数を算出することが可能になる。
【００５８】
また、本発明の運動測定装置では、前記体動判定部は、前記振動強度から活動時の体動と安静時の体動とを区別して判定を行うことが好ましい。
【００５９】
これにより、一般的に安静時の体動による振動強度よりも測定対象者の活動時の体動による振動強度のほうが大きいことから、振動強度を測定対象者の前記体動と上記体動よりも上記振動強度が小さい体動である安静時の体動との区別に用いると、振動強度の大きさを比較するだけで容易に区別を行うことが可能になる。つまり、測定対象者の体動のみを検出することが容易になる。
【００６０】
その結果、上記体動としての活動時の体動の検出精度を高くすることができ、活動時と安静時を区別することができる運動測定装置を実現できる。
【００６１】
また、本発明の運動測定装置では、前記歩数安静体動カウンタ算出部は、前記振動強度が前期体動判定部によって安静時体動によるものではないと判定された場合であって、前記振動回数が、前記交流成分信号と前記閾値とが交差する回数によって算出された場合には、上記振動回数を２で除算したものを歩数とし、上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数によって算出された場合には上記振動回数を歩数とし、上記振動回数が、上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって算出された場合には上記振動回数を歩数として算出することが好ましい。
【００６２】
これにより、体動判定部によって振動が測定対象者の体動でなく安静時体動であると判定された場合には歩数安静体動カウンタ算出部で歩数の算出を行わないため、体動以外のノイズのすべてを歩数安静体動カウンタ算出部で歩数として算出する必要がなくなる。よって歩数安静体動カウンタ算出部に無駄な算出を行わせないため、歩数安静体動カウンタ算出部の負担を軽減する。
【００６３】
その結果、歩数安静体動カウンタ算出部の耐久性を向上させることができる。
【００６４】
また、本発明の運動測定装置では、前記歩数カウンタ算出部は、設定される期間ごとに歩数算出を行うことが好ましい。
【００６５】
これにより、歩数安静体動カウンタ算出部は、設定される期間内での測定対象者の歩数を順次算出することができる。つまり、より測定対象者の実時間に即した歩数を算出することが可能になる。より測定対象者の実時間に即した歩数算出を行うことが可能な運動測定装置が実現できる。
【００６６】
また、本発明の運動測定装置では、前記歩数安静体動カウンタ算出部は、前記振動強度が前期体動判定部によって安静時体動によるもの判定された場合であって、前記振動回数が、前記交流成分信号と前記閾値とが交差する回数によって算出された場合には、上記振動回数を、または上記振動回数を２で除算したものを安静時体動数とし、上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の小さい値側から大きい値側へ上記閾値を越える回数によって算出された場合には上記振動回数を安静時体動数とし、上記振動回数が上記交流成分信号が該交流成分信号の振幅値の大きい値側から小さい値側へ上記閾値を越える回数によって算出された場合には上記振動回数を安静時体動数として出力することが好ましい。
【００６７】
これにより、体動判定部によって振動が測定対象者の体動でなく安静時体動であると判定された場合には
また、本発明の運動測定装置では、前記歩数安静体動カウンタ算出部は、設定される期間ごとに安静時体動数の算出を行うことが好ましい。
【００６８】
これにより、歩数安静体動カウンタ算出部は、設定される期間内での測定対象者の案世辞体動を順次算出することができる。つまり、より測定対象者の実時間に即した安静時を算出することが可能になる。より測定対象者の実時間に即した安静時体動の算出を行うことが可能な運動測定装置が実現できる。
【００６９】
また、本発明の運動測定装置では、前記歩数安静体動カウンタ算出部は、前記体動判定部での体動の判定結果によって出力を行うかどうかが決定されることが好ましい。
【００７０】
これにより、例えば体動判定部によって測定対象者の体動が「歩行」と判定された場合には歩数安静体動カウンタ算出部から歩数を算出し、測定対象者の体動が「走行」と判定された場合には歩数安静体動カウンタ算出部から歩数の算出を行わずに体動判定部から消費カロリーなどを算出するといった、測定対象者の体動に合わせた出力を行う運動測定装置を実現することができる。
【００７１】
また、本発明の運動測定装置では、前記信号処理部は、前記交流成分信号中の高周波成分を選択的に通過させないようにするフィルターを備えた交流成分抽出部を含んでいることが好ましい。
【００７２】
これにより、交流成分抽出部によって高周波成分のノイズ情報が交流成分信号中から除外できる。高周波成分のノイズ情報は歩行時の体動以外のノイズであることから、高周波成分のノイズ情報を除外した残りの交流成分信号では、歩行時に生じる交流成分信号の波形以外のほとんどが除去される。
【００７３】
よって、歩行時の交流成分信号の振幅値のみをもとに歩数の算出が行えることから、ごく僅かな体動であってもノイズと区別して歩数安静体動カウンタ算出部での歩数算出を正確に行うことが可能になる。その結果、本発明の運動測定装置による正確な歩数算出を実現する。
【発明の効果】
【００７４】
本発明の運動測定装置は、以上のように、測定対象者に対する少なくとも２軸以上の方向の振動を検出する振動センサーを有する振動検出部と、上記振動検出部から出力される信号から上記信号の振幅値の絶対値の和である測定対象者の振動強度を算出する振動強度算出部と、上記振動検出部から出力される信号から測定対象者の重心の位置の変化量を算出する信号処理部と、上記信号処理部から得られる上記振動センサーの測定対象者の少なくとも前後方向、及び上下方向に対する上記振動強度、並びに測定対象者の少なくとも前後方向に対する上記重力成分によって測定対象者の運動状態である体動の判定を行う体動判定部とを備えているものである。
【００７５】
それゆえ、測定対象者の少なくとも前後方向に対しての重心の移動を重力成分として算出できるため、測定対象者の振動強度が同じであって異なる種類の体動を区別することができるようになる。つまり、体動判定部によって、より精度の高い体動の判定が行われる。
【００７６】
したがって、体の傾きが同じ程度の場合の「ゆっくり歩行」と「階段上昇」といった、従来では判別が困難であった体動までをも高精度に区別して体動判定を行い得る運動測定装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
本発明の一実施形態について図１ないし図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００７８】
まず、図１（ａ）〜図１（ｃ）を用いて測定対象者に対する運動測定装置１の装着方向の説明をする。図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本実施の形態における測定対象者の姿勢に対する運動測定装置１の向きの例を示す図である。
【００７９】
本実施の形態における運動測定装置１は、測定対象者に装着され、体の動きの情報から体動判定及び歩数カウント、安静時体動数の算出を行う装置である。以降、運動測定装置１を腰部に装着することを想定して説明を行うものとする(図１（ｂ）及び図１（ｃ）)。また、運動測定装置１には、振動センサーの軸方向が運動測定装置１に固定されているＸ、Ｙ、Ｚ方向の３軸の振動センサーが内蔵されている（図１（ａ））。図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように運動測定装置１は、振動センサーの軸方向が測定対象者に対して、人体の前後方向（正面と背面方向）にＸ軸、上下方向（頭上方向と足下方向）にＹ軸、左右方向（右手方向と左手方向）にＺ軸が位置するように装着される。
【００８０】
図１（ａ）〜図１（ｃ）における運動測定装置１の振動センサーの、各軸の名称Ｘ、Ｙ、Ｚの後の（）の中に記してある＋または−の符号は、振動センサーの軸に対してかかる加速度が＋方向から−方向へかかった場合には振動センサーの出力振幅値を＋（正値）とし、振動センサーの軸に対してかかる加速度が−方向から＋方向へかかった場合には振動センサーの出力振幅値を−（負値）とすることを示す。
【００８１】
次に、図２を用いて本実施の形態における運動測定装置１の機能ブロックの説明をする。図２は、３軸の振動センサーを内蔵する運動測定装置１の機能ブロック図である。
【００８２】
まず、振動センサー部４は、測定対象者の体動振動を抽出するＸ、Ｙ、Ｚ軸の振動センサー部１５・１６・１７からなり、出力されるセンサー信号は交流成分抽出部１１と直流成分抽出部１２とに入力される。ここで、交流成分抽出部１１と直流成分抽出部１２とをまとめて信号処理部５とする。各３軸の振動センサー部１５・１６・１７から出力された信号は、交流成分抽出部１１と直流成分抽出部１２とにおいて、交流信号（ＡＣ）の波形と直流信号（ＤＣ）の波形とに分離される。ここで言うところの波形とは、交流信号、直流信号等の出力信号の振幅値を時間軸に対してプロットしたものである。
【００８３】
そして、分離された交流信号及び直流信号の波形は、設定される期間ごとに区切られ、区切られた波形ごとに後述の処理が行われる。本実施の形態では、設定される期間は一定に１０秒であるとする。区切られた交流信号の波形は、設定される閾値Ｔｚ（ほとんどの場合０．０１Ｇ／ｒａｄ／ｓｅｃから０．１Ｇ／ｒａｄ／ｓｅｃ）を跨ぐ回数を算出する振動回数算出部としてのＺＣ演算部６によってＺＣ値（Zero Crossing値）が算出され、出力される。それと同時に振動強度算出部としてのＰＩＭ演算部７によって、絶対値の和である、振動強度としてのＰＩＭ値（Proportional Integrating Measure値）が算出され、出力される。このように、設定される期間ごとに区切られた交流信号の波形から、ＺＣ演算部６及びＰＩＭ演算部７によってＺＣ値とＰＩＭ値とが出力される。
【００８４】
また、直流成分抽出部１２では、設定される時間ごとにセンサー信号の直流信号の波形が分離される。分離方法は、センサー信号の波形を一定の周期間隔で数値化する一般にサンプリングと呼ばれる抽出を行い、サンプリング値を平均することで直流成分値が算出される。具体的な算出方法としては上記サンプリングによって得られた値の和をサンプリング総数で除算することによって求める。例えば、設定される期間が１０秒で、サンプリングの周期（サンプリング周波数）が１０Ｈｚ（０．１ミリ秒）とした場合、サンプリング総数は１０／０．１＝１００となる。ここで、直流成分値は運動測定装置１の傾斜角度が変化することから値が変化するので、直流成分値によって測定対象の重心の変化量を表すことが可能になる。
【００８５】
上述のようにしてＺＣ値、ＰＩＭ値、及びＤＣ値が算出され、歩数カウンタおよび安静時体動算出部８へは前記ＺＣ値と前記ＰＩＭ値とが入力され、識別部１０へは、前記ＰＩＭ値と前記ＤＣ値とが入力される。
【００８６】
次に、図３（ａ）〜５（ｂ）を用いて出力信号２０がＰＩＭ値、ＺＣ値及びＤＣ値として出力されるまでの説明をする。
【００８７】
最初に、図３（ａ）〜図３（ｃ）を用いて出力信号２０が交流成分としての交流成分信号２１と直流成分としての直流成分信号２２とに加工されるまでを説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、上記運動測定装置の振動センサーから出力されるＸ、Ｙ、Ｚ軸信号２５・２６・２７の波形及びこれらの波形のＡＣ成分信号とＤＣ成分信号とを示した図である。
【００８８】
まず、図３（ａ）に振動センサー部４から出力されるＸ、Ｙ、Ｚの各３軸の振動センサー部１５・１６・１７からの出力信号２０を示す。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚの各３軸の振動センサー部１５・１６・１７から出力されるセンサー信号はＸ軸信号２５、Ｙ軸信号２６、Ｚ軸信号２７とする。また、図３（ｂ）に交流成分抽出部１１において出力される交流成分信号２１を示し、図３（ｃ）に直流成分抽出部１２において出力される直流成分信号２２を示す。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、運動測定装置１を前後方向及び左右方向に対しては静止させて、上下方向にのみ振動させた場合の例である。なお、ここでは、運動測定装置１を理想的に上下方向のみに振動させたものとする。
【００８９】
図３（ａ）に示されるように、前後方向及び左右方向への動作が静止中の場合には、振動センサー部４から出力されるＹ軸信号２６は、Ｙ軸方向にのみ重力加速度がかけられた状態であって１Ｇを示す。そして、測定対象者が運動測定装置１を上下方向に振動させた瞬間にＹ軸信号２６が２Ｇ付近にまで至り、静止状態に戻ると再び１Ｇを示す。一方、Ｘ軸信号２５、及びＺ軸信号２７は、それぞれ前後方向と左右方向とのセンサー部からの信号であるので重力加速度は０Ｇを示す。図３（ａ）の区切り期間２４は設定される期間であって、本実施の形態では１０秒としている。また、図３（ａ）の破線は加速度０Ｇ値２８を示している。
【００９０】
運動測定装置１を上下方向に振動させた前述の場合では、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の振動センサー部１５・１６・１７から出力されるＸ、Ｙ、Ｚ軸信号２５・２６・２７は、交流成分抽出部１１と直流成分抽出部１２とにおいて、それぞれ交流成分信号２１（図３（ｂ））と直流成分信号２２(図３（ｃ）)とに加工される。ここで、交流成分信号２１は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸信号２５・２６・２７が交流成分抽出部１１によって加工されたものである交流成分Ｘ、Ｙ、Ｚ軸信号３５・３６・３７からなり、直流成分信号２２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸信号２５・２６・２７が直流成分抽出部１２によって加工されたものである直流成分Ｘ、Ｙ、Ｚ軸信号４５・４６・４７からなる。
【００９１】
図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いてＺＣ値算出方法、及びＰＩＭ値算出方法を説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、ＺＣ値算出方法、及びＰＩＭ値算出方法を示す図である。
【００９２】
まず、交流成分信号２１は、ＺＣ演算部６、及びＰＩＭ演算部７に入力される。図４（ａ）を用いてＺＣ値算出方法の説明を行うと、振動が生じた期間では交流成分信号２１の波形が閾値Ｔｚ５４に対しての交差５１・５２が生じる。ここでは、運動測定装置１を理想的に上下方向（Ｙ軸方向）のみに振動させたものとしていることから、交流成分Ｙ軸信号３６の波形のみが見られることになる。
【００９３】
このように、区切り期間２４の期間に閾値Ｔｚ５４と交流成分Ｙ軸信号３６の波形とが交差する回数が、ＺＣ演算部６で算出され、出力されるＺＣ値となる。ここで、交流成分Ｙ軸信号３６の波形が閾値Ｔｚ５４よりも数値の高い側へ越える場合に生じる交差５１の回数をＺＣ値としても、交流成分Ｙ軸信号３６の波形が、閾値Ｔｚ５４よりも数値の低い側へ越える場合に生じる交差５２の回数をＺＣ値としても、後述する歩数算出安静時体動数算出、及び体動判定に用いるＺＣ値を２倍することによって、交差する回数を求めることが可能である。
【００９４】
そのため、閾値Ｔｚ５４と交流成分Ｙ軸信号３６の波形とが交差する回数ではなくて、交流成分Ｙ軸信号３６の波形が、閾値Ｔｚ５４よりも数値の高い側へ越える場合に生じる交差５１の回数、又は交流成分Ｙ軸信号３６の波形が、閾値Ｔｚ５４よりも数値の低い側へ越える場合に生じる交差５２の回数のどちらをＺＣ値と決めても良い。ＺＣ値を算出するための閾値Ｔｚ５４は、ほとんどの場合、０．０１Ｇ／ｒａｄ／ｓｅｃから０．１Ｇ／ｒａｄ／ｓｅｃまでの値に設定される。
【００９５】
次に、図４の（ｂ）を用いてＰＩＭ値の算出方法の説明を行う。各３軸のＰＩＭ値は、前記区切り期間２４内における振幅値の絶対値の和である。つまり交流成分信号２１である交流成分Ｘ、Ｙ、Ｚ軸信号３５・３６・３７の波形と加速度０Ｇ値２８との間に挟まれた領域の面積であり、斜線部分の領域５５がＰＩＭ値となる。なお、言い換えるとＰＩＭ値は交流信号の振幅値の絶対値と加速度０Ｇ値２８とを挟む領域の面積である。
【００９６】
運動測定装置１を素早く振動させると、振動センサーから得られる交流成分信号２１の振幅回数が増えて前記ＺＣの値は増加する。運動測定装置１を強く振ると、交流成分信号２１の振幅値が大きくなって前記ＰＩＭ値が大きくなる。また、直流成分抽出部１２からは出力信号２０の直流成分信号２２が出力されるが、傾斜角度が変化することからＤＣ値も変化する。このようにして、区切り期間２４ごとに前記ＺＣ値、前記ＰＩＭ値、前記ＤＣ値が得られる。そして、歩数安静体動カウンタ算出部８へは前記ＺＣ値と前記ＰＩＭ値とが入力され、識別部１０へは、前記ＰＩＭ値と前記ＤＣ値とが入力される。
【００９７】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて交流成分信号２１中のノイズ情報を除外する方法を説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、歩行時のＹ軸振動センサー部１６の出力信号及びそのＡＣ成分信号を示す図である。
【００９８】
前記交流成分抽出部１１には２Ｈｚから３Ｈｚの信号を通過させるバンドパスフィルタ（BPF：Band-Pass Filter）を用いる。これによって、図５（ｂ）に示すように直流成分と高周波成分のノイズが除外でき、日常生活の微小な体動を検出しつつ歩数の算出を行うことができる。図５（ａ）では、歩行時の測定対象者を測定したときの交流成分信号６１を例に示す。また図５（ａ）は、交流成分信号６１のうちの、Ｙ軸の振動センサーから得られる交流成分Ｙ軸信号６２を、上記ＢＰＦに通す前の波形を示している。そして、図５（ｂ）では、交流成分信号６１をＢＰＦに通した後の交流成分信号６１ａと交流成分Ｙ軸信号６２をＢＰＦに通した後のＹ軸信号６９を示している。
【００９９】
この交流成分Ｙ軸信号６２を用いて歩数をカウントするためには、閾値Ｔｚ６６を越える振幅値６３・６４・６５を検出する必要がある。さらに、測定対象者の足の地面への着地時を正確に検出する必要があるため、閾値Ｔｚ６６は交流成分Ｙ軸信号６１の波形の振幅値が大きい部分に設定する。そして、閾値Ｔｚ６６とＹ軸信号６２の振幅値とを比較する。このようにして、閾値Ｔｚ６６を越えない振幅値６８を示す場合には、歩行時の波形ではなくノイズであるものとして、歩数をカウントすることを防ぐ。しかし、歩行時の波形ではなくノイズである振幅値６７のような部分を歩数としてカウントすることを防ぐ必要がある。
【０１００】
このため、本実施の形態の運動測定装置１では、上記ＢＰＦのような周波数の限定された波形を利用することによって、前述のような除去するための対策を行う必要性がなくなる。つまり、上記ＢＰＦに交流成分Ｙ軸信号６２を通すことによって、交流成分Ｙ軸信号６２の波形はＢＰＦに通した後のＹ軸信号６９の波形のように滑らに変換されるため、閾値Ｔｚ６６を越える振幅値６３・６４・６５のような歩行時の波形（足が地面に着地した瞬間の波形）を除く余分なノイズは、ＢＰＦによって極力除去できる。
【０１０１】
また、日常生活のちょっとした微小な体動をも極力検出できるようにするため、ＺＣ値算出のための閾値Ｔｚ６６はほとんどの場合０．０１Ｇ／ｒａｄ／ｓｅｃから０．１Ｇ／ｒａｄ／ｓｅｃまでの値といった、歩行時の振幅値の大きさよりも低い値に設定される。
【０１０２】
なお、本実施の形態では、歩行による体動以外のノイズをＢＰＦによって除外できることから、極めて微小な動きを検出して歩数の算出が可能となる。また、本実施の形態では２Ｈｚから３Ｈｚの信号を通過させるＢＰＦを用いたが、本発明はこれに限らず、他の低周波成分のみを通過させるようなＬＰＦ（Low Pass Filter）などを用いても良い。
【０１０３】
次に、図６を用いて本実施の形態における運動測定装置１の機能ブロックの具体的な機能の説明をする。ここで、図２の各ブロックが機能する機能図を図６に示す。
【０１０４】
振動検出部８０は、互いに直交する振動センサーである。ＡＤ変換部（Analog To Digital Converter）８１は振動センサーからのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するための回路である。ここで、サンプリング周波数は、例えば１００Ｈｚに設定する。ＢＰＦ８２は前記交流成分抽出部１１に相当し、例えば２Ｈｚから３Ｈｚを通過させるバンドパスデジタルフィルタである。また、同様にＡＶＥ８３は前記直流成分抽出部１２に相当し、ＡＤ変換部８１から出力されるデジタル信号に対して前記区切り期間２４ごとに平均化演算を行う。ＣＰＵ（Central Processing Unit）８６は運動測定装置全体の制御を行うものであって、歩数安静体動カウンタ算出部８によって歩数計算、及び体動判定部９によって体動判定処理を行う。ＲＡＭ（Random Access Memory）８４は、ＣＰＵ８６が使用する各種データを一時的に保存するものである。例えば、前記ＺＣ値、前記ＰＩＭ値、前記ＤＣ値を一時的に格納するときに使用される。また、ＲＯＭ（Read Only Memory）８５は、ＣＰＵ８６の処理手順を格納するものである。そして、ＲＴＣ（Real Time Clock）８８はＣＰＵ８６から参照され、時間を管理するリアルタイムクロックである。また、出力部８７は、体動判定、歩数、及び安静時体動数の結果を算出するものである。
【０１０５】
次に、図７及び図８を用いて測定対象者の歩数及び安静時体動数を算出する方法の説明を行う。測定対象者の歩数および安静時体動数の歩数安静時体動数カウンタ算出部８によって算出され、測定対象者の体動の種類の算出は体動判定部９によって行われる(図２)。
【０１０６】
まず、歩数の算出フロー図を図７に示す。図７は、歩数、安静体動数の算出アルゴリズムの一例を示す図である。
【０１０７】
運動測定装置１の電源がＯＮされたとき又は、運動測定装置１の測定開始ボタンなどが押されると、上記歩数安静時体動数カウンタ算出部８には上記ＺＣ演算部６と上記ＰＩＭ演算部７とから出力されるＺＣ値、及びＰＩＭ値が取り入れられる（Ｓ１）。この上記ＺＣ値、及び上記ＰＩＭ値は、前記設定される期間２４ごとに期間内に取り入れが行われる。また、算出された歩数値、及び安静時体動数は、この前記設定される期間２４ごとに単位ごとに出力される。
【０１０８】
歩数算出には、歩行に含まれない、２Ｈｚから３Ｈｚの動き、例えばデスクワーク、電車、又はその他の乗り物などで歩行に関する動きを除く体動を除去するための機構が必要となる。このため、Ｙ軸の上記ＰＩＭ値が歩行閾値Ｔｈ以下の場合には、上述の歩行に含まれない動きのような余計な微動を安静時体動と捉え（Ｓ３）、歩行状態ではないと判断して歩数のカウントを行わないようにする（Ｓ２でＮＯ）。ここで、歩行閾値Ｔｈは、上記ＺＣ値を算出するための閾値Ｔｚとは別の閾値である。歩行閾値Ｔｈは、歩行と安静時体動とを区別する値であり歩行閾値Ｔｈと表記する。本実施の形態では、ＡＤ変換部におけるサンプリング周波数が１０Ｈｚであり、設定される期間２４が１０秒のとき、歩行閾値Ｔｈを３０００として以降の説明を行う。
【０１０９】
Ｙ軸の上記ＰＩＭ値が歩行閾値Ｔｈを上回る値である場合（Ｓ２でＹＥＳ）には、この期間に歩行が行われたとして、上記ＺＣ値を２で除算した値を歩数とする。ただし、Ｙ軸信号６２の波形が閾値Ｔｚ６６よりも数値の高い側へ越える回数をＺＣ値とした場合、またＹ軸信号６２の振幅値が閾値Ｔｚ６６よりも数値の低い側へ越える回数をＺＣ値とした場合には、（上記ＺＣ値を２で除算した値を歩数の値とせず）上記ＺＣ値をそのまま歩数の値とする。これは、歩行時に測定対象者の足が地面に着地した振動でＹ軸信号６２の１つの波形（振動センサーから出力される波形はインパルス状となり、ＢＰＦ８２通過後の波形では緩やかな山型の波形となる。）が生じるため、Ｙ軸信号６２の波形が１歩の歩行で閾値Ｔｚ６６と２回交差するからである。そして、Ｙ軸信号６２のＺＣ値が算出されると歩数として出力が行われる（Ｓ４）。
【０１１０】
Ｙ軸の上記ＰＩＭ値が歩行閾値Ｔｈを下回る値である場合（Ｓ２でＮＯ）には、この期間に安静時体動が行われたとして、上記ＺＣ値を２で除算した値または、上記ＺＣ値を安静時体動数とする。そして、Ｙ軸信号６２のＺＣ値が算出されると安静時体動数として出力が行われる（Ｓ３）。
【０１１１】
また、上記ＰＩＭ値にはＸ、Ｙ、Ｚの３軸のＰＩＭ値があり、安静時体動と区別する、Ｙ軸のＰＩＭ値を歩行閾値Ｔｈと比較し、Ｙ軸のＰＩＭ値が歩行閾値Ｔｈ以上でなければ安静時体動とみなす。これは、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すようにＹ軸が測定対象者の体の上下方向の振動に相当していることから、歩行中の測定対象者の足が地面に着地した時に、Ｙ軸ＰＩＭ値がもっとも大きくなるためである。つまりＹ軸のＰＩＭ値を用いた場合に歩行の体動とそれ以外の安静時体動との差が最も大きくなり、歩行の体動とそれ以外の安静時体動を区別しやすいためである。
【０１１２】
本実施の形態では、Ｙ軸のＰＩＭ値＞歩行閾値Ｔｈであるに歩数として出力し、Ｙ軸のＰＩＭ値＞歩行閾値Ｔｈでないときには、安静時体動として出力するとしていたが、本発明はこれに限らず、Ｙ軸のＰＩＭ値＝歩行閾値Ｔｈであるときには、歩数としてもよいし、安静時体動することも可能である。また、Ｙ軸のＰＩＭ値を歩行閾値Ｔｈとの比較に用いているが、本発明ではこれに限る必要はない。つまり、歩行閾値ＴｈをＸ、Ｚ軸の最適な値に変更することによって、Ｘ軸、及びＺ軸のＰＩＭ値を歩行の体動とそれ以外の安静時体動との区別に利用することが可能である。また、Ｓ３、及びＳ４におけるＺＣ値はＹ軸のＺＣ値に限らずＸ軸またはＺ軸のＺＣ値を用いても良い。
【０１１３】
図８に、一例として安静時体動との分離にＹ軸のＰＩＭ値を用い歩行閾値Ｔｈを３０００とし、２００歩の平坦歩行を試行回数２０回として行った後、上記手法によって算出した結果のグラフを示す。図８によって示されたグラフから本発明の運動測定装置１によって正確に歩数の算出ができることがわかる。
【０１１４】
なお、本実施の形態では歩行閾値Ｔｈを３０００としたが、本発明ではこれに限らない。
【０１１５】
次に、図９〜図１３を用いて体動判定部９における体動の判定の方法の説明を行う。
【０１１６】
体動判定部９で行う体動状態の判定算出フロー図を図９に示し、以降説明する。直流成分抽出部１２、ＺＣ演算部６、ＰＩＭ演算部７から出力される各軸センサーに対する上記ＺＣ値、ＰＩＭ値、ＤＣ値は、前記設定される期間２４ごとに出力される。体動状態の判定は、これらのうちＸ軸（前後方向）及びＹ軸（上下方向）のＰＩＭ値と、Ｘ軸（前後方向）、又はＸ軸（前後方向）及びＺ軸（左右方向）のＤＣ値とを用いて行う。
【０１１７】
図１０〜図１２に、Ｘ軸のＰＩＭ値を２次元平面のＸ軸、Ｙ軸のＰＩＭ値を２次元平面のＹ軸として、体動の違いによるＰＩＭの分布の様子を示す（ＰＩＭ分布図）。図１０〜図１２中に示す体動の種類は、一例として「走行」、「速歩行」、「歩行」、「ゆっくり歩行」、「階段降りる」、「速く階段降りる」、「ゆっくり階段降りる」、「速く階段昇る」、「階段昇る」、「ゆっくり階段昇る」及び、「座位、立位など」とし、以降ではこの体動を判定の対象とする。
【０１１８】
上記、体動状態は、図１０〜図１２中のＰＩＭ分布図の、楕円で囲った部分に分類される。わかりやすいように図を上記各種の体動のＰＩＭ分布図を図１０〜図１２の３つの図に分けて説明する。図１０の分布図中の斜線で示した領域は、ＰＩＭ領域「走行」９１、「速歩行」９２、「歩行」９３及び、「ゆっくり歩行」９４である。図１１の分布図の斜線で示した領域は、ＰＩＭ領域「階段降りる」９５、「速く階段降りる」９６及び、「ゆっくり階段降りる」９７である。図１２の分布図の斜線で示した領域は、ＰＩＭ領域「速く階段昇る」９８、「階段昇る」９９、「ゆっくり階段昇る」１００及び、「座位、立位など」１０１である。
【０１１９】
体動判定部９で行う体動状態判定では、まずＰＩＭ演算部７から出力されるＸ軸のＰＩＭ値とＹ軸のＰＩＭ値とが、ＰＩＭ分布図のどこに位置するのかを前記設定される期間２４ごとに識別する。
【０１２０】
例えば、図９に示すように、まず、ＰＩＭ演算部７から出力されるＸ軸及びＹ軸のＰＩＭ値と直流成分抽出部１２から出力されるＸ軸及びＺ軸のＤＣ値とが体動判定部９に取り入れられる（Ｓ５）。そして、ＰＩＭ領域「ゆっくり歩行」９４及び「階段昇る」９９でないと体動判定部９によって判定された場合（Ｓ６でＮＯ）には、ＰＩＭ領域「走行」９１、「速歩行」９２、「歩行」９３、「階段降りる」９５、「速く階段降りる」９６、「ゆっくり階段降りる」９７、「速く階段昇る」９８、「ゆっくり階段昇る」１００、「座位、立位など」１０１の順に体動判定部９によって測定対象者の体動の種類を判定していく（Ｓ７〜Ｓ１５）。
【０１２１】
図６中のＲＯＭ８５は、あらかじめ定めておいた「走行」９１から「座位、立位など」１０１までの上記体動の判別を行うための分布領域のテーブル表を有しており、ＰＩＭ演算部７から出力されるＸ軸（前後方向）及びＹ軸（上下方向）のＰＩＭ値、さらに直流成分抽出部１２から出力されるＸ軸（前後方向）及びＺ軸（左右方向）のＤＣ値がこのテーブル表の中に含まれるか含まれないかを判断する。図１０〜図１２中では各体動の領域を楕円で示しているが、ここでは簡略化のため、各体動の領域を四角形とした場合を想定して説明する。
【０１２２】
例えばＰＩＭ領域「走行」９１の分布領域が、「Ｘ軸方向の振動強度ＰＩＭ値」が「Ａ１からＡ２」、「Ｙ軸方向の振動強度ＰＩＭ値」が「Ｂ１からＢ２」としてテーブル表に規定されている場合、ＰＩＭ演算部７から出力されるＸ軸（前後方向）及びＹ軸（上下方向）のＰＩＭ値が４点（Ａ１・Ａ２・Ｂ１・Ｂ２）に内在するかどうかを判別する。ここで、Ｘ軸及びＹ軸のＰＩＭ値が４点（Ａ１・Ａ２・Ｂ１・Ｂ２）に内在するとは、Ｘ軸のＰＩＭ値を例にして説明するとＡ１≦Ａ２、Ｂ１≦Ｂ２の場合に、Ａ１≦Ｘ軸のＰＩＭ値≦Ａ２及びＢ１≦Ｘ軸のＰＩＭ値≦Ｂ２を満たすことをいう。
【０１２３】
一方、前記ＤＣ値によって、例えばＰＩＭ領域「階段昇る」９９とＰＩＭ領域「ゆっくり歩行」９４とを判別するには、「Ｘ軸（前後方向）のＤＣ値」が「Ａ１からＡ２」、「Ｚ軸（左右方向）のＤＣ値」が「Ｂ１からＢ２」としてテーブル表に規定されている場合、４点（Ａ１・Ａ２・Ｂ１・Ｂ２）に内在するかを判別する。上記ＤＣ値による体動判別にＸ軸（前後方向）のＤＣ値だけを用いる時には、「Ｘ軸（前後方向）のＤＣ値」が「Ｃ１からＣ２」としてテーブル表に規定されている場合、直流成分抽出部１２から出力されるＸ軸（前後方向）が２点（Ｃ１・Ｃ２）に内在するかどうかを判別する。
【０１２４】
しかし、体動判定部９で行う体動判定において、例えば、図１０〜図１２のＰＩＭ分布図に示すように、ＰＩＭ領域「階段昇る」９９とＰＩＭ領域「ゆっくり歩行」９４とのように領域同士が重なる場合がある。よってＰＩＭ分布図だけでは体動判定ができない場合がある。
【０１２５】
Ｘ軸方向及びＹ軸方向のＰＩＭ値のみでは判定ができないＰＩＭ領域「階段昇る」９９とＰＩＭ領域「ゆっくり歩行」９４とに、Ｘ軸及びＹ軸のＰＩＭ値が入ると判定された場合には（Ｓ６でＹＥＳ）、後述のように測定対象者のＸ軸方向のＤＣ値又は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向のＤＣ値に基づいて体動の判別を行う。
【０１２６】
そこで、測定対象者のＸ軸方向のＤＣ値、及びＺ軸方向のＤＣ値の分布図の一例を図１３に示す。上記ＰＩＭ値の分布図（図１０〜図１２）からは判別不能だった「階段昇る」と「ゆっくり歩行」との体動の違いの判定はＤＣ値を用いることによって行う。
【０１２７】
詳しく説明すると、運動測定装置１の傾斜角度によってＤＣ値が変化することから、測定対象者の重心の移動が異なる場合にはＤＣ値も異なることとなる。つまり、図１３に示すように測定対象者の体動の種類が、「階段昇る」の場合には、「ゆっくり歩行」の場合に比べて重心が測定対象者の前方に移動することから、ＤＣ領域「階段昇る」１１９とＤＣ領域「ゆっくり歩行」１１４とは領域が重ならない。そのため、上記ＤＣ値を用いることによって「ゆっくり歩行」と「階段昇る」との体動の種類の違いが識別可能となる（前傾姿勢では、図１（ａ）Ｘ軸において前方が＋方向であり後方が−方向なのでＸ軸のＤＣ値は負値となっている）。
【０１２８】
したがって、ＰＩＭ領域「ゆっくり歩行」９４及び「階段昇る」９９であると体動判定部９によって判定された場合（Ｓ６でＹＥＳ）には、ＤＣ領域「ゆっくり歩行」１１４、ＤＣ領域「階段昇る」１１９の順に体動判定部９によって測定対象者の体動の種類を判定していく（Ｓ２３・Ｓ２４）。そしてＳ６〜Ｓ１７の全てに該当しなかった場合（Ｓ１５でＮＯ又は、Ｓ１７でＮＯの場合）には、「判定不能」であるとの出力を行いＳ５の処理に戻ってやり直しを行う。
【０１２９】
判別された体動状態は、例えば体動判定部９によって「走行」であると判定されれば［Ａ］を出力し、「速歩行」であると判定されれば［Ｂ］を出力するというように、出力部８７から判定結果が出力される。そして、出力されたこれらの体動状態を示す情報は、消費カロリー計算や人工心臓制御装置などに活用される。
【０１３０】
また、例えば判定された体動状態が「走行」である場合には、歩数安静体動カウンタ算出部８からの歩数の出力が行われず、判定された体動状態が「歩行」である場合に、歩数安静体動カウンタ算出部８からの歩数の出力が行われても良い。
【０１３１】
体動判定は、予め測定された体動データによって作成される領域である上記ＰＩＭ領域及び上記ＤＣ領域を用いて、測定対象物の体動を判別している。しかし各人の重心位置、振動強度及び振動方向は一般的に人によってそれぞれ異なる。よって各人にあわせた上記ＰＩＭ分布と前上記ＤＣ分布図とを用いて体動の判定を行っても良い。
【０１３２】
また、本実施の形態では、体動判定は「走行」から「座位、立位など」の１１種類の体動から行っているが、本発明ではこれに限らず、例えば体動の種類はより細かく設定しても良い。
【０１３３】
なお、本実施の形態では、体動状態判定はＳ５からＳ１７の順序で行うこととしているが、本発明ではこれに限らず、例えば他の順序で体動判定が行われても良い。
【０１３４】
また、本実施の形態では、重心の分布図をＸ軸のＤＣ値、及びＺ軸のＤＣ値の２次元分布で示したが、本発明ではこれに限らず、Ｘ軸のＤＣ値の1次元分布で重心位置を判別することによって体動状態を判別しても良い。
【０１３５】
なお、本実施の形態の運動測定装置１は、互いに直角に交わる２軸以上の振動を抽出する振動センサーを内蔵した運動測定装置１を人や動物、及び機械などに装着し、体動判定または歩数、及び安静時体動数の算出を行う。また、体動判定では、上下方向と前後方向との振動強度、及び前後方向または、前後方向と左右方向との重力成分から、より精度良く体動の判定を行うことができる。そして、極めて微小な動きを検出する前記アクティグラフでも歩数、及び安静時体動数の算出が可能となる。以上から上記運動測定装置１は、カロリー計算や心臓ペースメーカの制御などを精度良く行うことができる。
【０１３６】
また、この運動測定装置１は、従来から小型軽量化が進められている加速度センサーを用いる測定装置であることから、測定対象者の服のポケットに入る程度の大きさであって、通常、人が持ち歩くのに不都合がない程度の大きさであり、高齢者が片手でも軽く持ち上げることができる大きさである。
【０１３７】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
以上のように、本発明の運動測定装置は、加速度情報によって精度の良い体動判定を行うと共に、歩数、及び安静時体動数を時系列情報として記録、出力できる。また、人が持ち歩くのに不都合がない程度の大きさであり、高齢者が片手でも軽く持ち上げることができる大きさである。したがって、本発明は、体動の検出によって消費カロリー計算を行う万歩計（登録商標）などの健康管理器具、心臓ペースメーカ又は人工心臓の制御、健康管理、リハビリテーションに関連する産業分野に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明における運動測定装置の実施の一形態を示す図であり、（ａ）は上記運動測定装置の振動センサーの３つの軸を示す図であり、（ｂ）は立位の測定対象者に対する運動測定装置の向きを示す図であり、（ｃ）は仰臥位の測定対象者に対する運動測定装置の向きを示す図である。
【図２】上記運動測定装置の内部ブロック図である。
【図３】（ａ）は、上記運動測定装置における振動センサー部から出力されるＸ、Ｙ、Ｚ各軸の出力信号の波形を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の波形のＡＣ成分信号を示す図であり、（ｃ）は（ａ）の波形のＤＣ成分信号を示す図である。
【図４】（ａ）は、上記ＡＣ成分信号のＺＣ算出方法を示す図であり、（ｂ）は、上記ＡＣ成分信号のＰＩＭ算出方法を示す図である。
【図５】（ａ）は、上記運動測定装置における歩行時のＹ軸振動センサー部からの出力信号を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＣ成分信号を示す図である。
【図６】上記運動測定装置の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図７】上記運動測定装置における歩数、安静時体動数算出のアルゴリズムの一例を示す図である。
【図８】上記運動測定装置における歩数算出値と、実際の歩数値との比較図である。
【図９】上記運動測定装置における体動状態判定のアルゴリズムの一例を示す図である。
【図１０】上記運動測定装置におけるＸ、Ｙ軸ＰＩＭ値の分布の一例を示す図である。
【図１１】上記運動測定装置におけるＸ、Ｙ軸ＰＩＭ値の分布の一例を示す図である。
【図１２】上記運動測定装置におけるＸ、Ｙ軸ＰＩＭ値の分布の一例を示す図である。
【図１３】上記運動測定装置におけるＺ、Ｘ軸ＤＣ値の分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１    運動測定装置
４    振動センサー部(振動検出部)
５    信号処理部
６    ＺＣ演算部（振動回数算出部）
７    ＰＩＭ演算部（振動強度算出部）
８    歩数安静体動カウンタ算出部
９    体動判定部
１０    識別部
１１    交流成分抽出部
１２    直流成分抽出部
１５    Ｘ軸の振動センサー部（振動センサー）
１６    Ｙ軸の振動センサー部（振動センサー）
１７    Ｚ軸の振動センサー部（振動センサー）
２０    出力信号（出力される信号）
２１    交流成分信号
２２    直流成分信号
２４    設定される期間
２５    Ｘ軸信号
２６    Ｙ軸信号
２７    Ｚ軸信号
２８    加速度０Ｇ値
３５    交流成分Ｘ軸信号
３６    交流成分Ｙ軸信号
３７    交流成分Ｚ軸信号
４５    直流成分Ｘ軸信号
４６    直流成分Ｙ軸信号
４７    直流成分Ｚ軸信号
５１    交差
５２    交差
５４    閾値Ｔｚ
６１    交流成分信号
６１ａ  ＢＰＦに通した後の交流成分信号
６２    交流成分Ｙ軸信号
６３    閾値Ｔｚを越える振幅値
６４    閾値Ｔｚを越える振幅値
６５    閾値Ｔｚを越える振幅値
６６    閾値Ｔｚ
６７    ノイズである振幅値
６８    閾値Ｔｚを越えない振幅値
６９    ＢＰＦに通した後のＹ軸信号
８０    振動検出部
８１    ＡＤ変換部
８２    ＢＰＦ
８３    ＡＶＥ
８４    ＲＡＭ
８５    ＲＯＭ
８６    ＣＰＵ
８７    出力部
８８    ＲＴＣ
９１    ＰＩＭ領域「走行」
９２    ＰＩＭ領域「速歩行」
９３    ＰＩＭ領域「歩行」
９４    ＰＩＭ領域「ゆっくり歩行」
９５    ＰＩＭ領域「階段降りる」
９６    ＰＩＭ領域「速く階段降りる」
９７    ＰＩＭ領域「ゆっくり階段降りる」
９８    ＰＩＭ領域「速く階段昇る」
９９    ＰＩＭ領域「階段昇る」
１００    ＰＩＭ領域「ゆっくり階段昇る」
１０１    ＰＩＭ領域「座位、立位など」
１１４    ＤＣ領域「ゆっくり歩行」
１１９    ＤＣ領域「階段昇る」
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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