DE69725095T2

DE69725095T2 - Halterungsvorrichtung für vorherbestimmte bewegungen

Info

Publication number: DE69725095T2
Application number: DE69725095T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Amano; Kazuo Uebaba; Hitoshi Ishiyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: DE69725095D1; EP0842635B1; CN1155331C; CN1310616C; DE69739489D1; EP0842635A1; CN1589734A; WO1997037588A1; JP3608204B2; CN1194574A; EP1338241A1; US6241684B1; EP1338241B1; CN1545979A; EP0842635A4; CN1286430C; TW357077B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Trainingsunterstützungsvorrichtung, die in geeigneter Weise verwendet wird, um den Benutzer ein angemessenes Training (Übung) vorzuschreiben.
Genauer ist die vorliegende Erfindung geeignet für die Verwendung in einer Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung, die den Benutzer ermöglicht, seine eigene maximale Sauerstoffaufnahmemenge leicht zu ermitteln; in einer Trainingsunterstützungsvorrichtung, die die oberen und unteren Grenzwerte für eine Pulsrate entsprechend einer angemessenen Übungsintensität anzeigt; in einer tragbaren Pulswellenmeßvorrichtung, die an einer tragbaren Vorrichtung vorgesehen ist und die Pulsrate oder andere Pulswelleninformationen mißt; oder in der Technik zum Senden von Informationen zwischen einer tragbaren Pulswellenmeßvorrichtung und einer Datenverarbeitungsvorrichtung, die die Meßdaten von der obenerwähnten tragbaren Pulswellenmeßvorrichtung verarbeitet.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren haben viele Leute trainiert, um ihre Gesundheit zu verbessern.
Beim Trainieren ist es jedoch erforderlich, die Übung mit einer geeigneten Intensität auszuführen, da eine Übung unterhalb eines gegebenen Intensitätsniveaus nicht wirkungsvoll ist, während eine Übung oberhalb eines gegebenen Intensitätsniveaus gefährlich ist. Bisher war es jedoch schwierig, zu erkennen, ob die Übungsintensität angemessen ist.
Dies liegt daran, daß es schwierig ist, Daten zum Ermitteln einer geeigneten Übungsintensität zu erhalten, und daß es schwierig ist, die eigenen Daten sofort und genau zu übermitteln. Diese verschiedenen Faktoren, die eine Rolle spielen, werden im folgenden genauer erläutert.
(1) Datenerfassung
Die Übungsintensität kann durch ein herkömmliches bekanntes Verfahren erhalten werden, das z. B. die maximale Sauerstoffaufnahmemenge verwendet.
Im allgemeinen bezieht sich die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max) auf die maximale Menge an Sauerstoff, die von einer Person (oder allgemeiner von einem lebenden Körper) pro Zeiteinheit aufgenommen wird. Genauer kann die Körpergröße berücksichtigt werden, so daß der Wert von VO_2max dividiert durch das individuelle Körpergewicht (VO_2max/wt) ein absoluter Anzeiger ist, der die Ausdauer dieser Person angibt. Aus diesem Grund ist die Bedeutung der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge in der Sportmedizin und dergleichen extrem hoch. Durch Verwenden der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge pro Einheitskörpergewicht ist es z. B. möglich, die individuelle Ausdauer quantitativ zu bewerten, wodurch es einfacher wird, die Wirkung des Trainings zu bestätigen.
Es gibt viele herkömmliche bekannte Verfahren zum Ermitteln der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge. Alle haben jedoch den Punkt gemeinsam, daß eine Testperson (Testsubjekt) eine Übung mit einer gegebenen Intensität durchführen muß, wobei physiologische Parameter bezüglich der Übung gemessen werden.
Diese verschiedenen Verfahren können allgemein in zwei Typen unterteilt werden: ein direktes Verfahren, bei dem die maximale Sauerstoffaufnahme menge direkt ermittelt wird, in dem die Ausatemluft der Testperson gemessen wird; und ein indirektes Verfahren, bei dem physiologische Parameter, die eine hohe Korrelation zur maximalen Sauerstoffaufnahmemenge aufweisen, gemessen werden und die maximale Sauerstoffaufnahmemenge indirekt aus diesen Parametern erhalten wird. Im Fall der indirekten Verfahren stehen eine Vielfalt von Verfahren zur Verfügung, einschließlich derjenigen, die die Herzbelastungs- oder Milchsäurewerte messen, die eine hohe Korrelation zur maximalen Sauerstoffaufnahmemenge aufweisen, oder ein Verfahren, das ein Astrand-Ryhming-Nomogramm verwendet.
Im Fall sowohl der direkten als auch der indirekten Verfahren erfordert der Stand der Technik jedoch die Verwendung einer Vorrichtung, wie z. B. einer Tretmühle oder eines Fahrrad-Ergometers, um die Testperson mit einer gegebenen Übungsbelastung zu beaufschlagen. Aus diesem Grund gab es physikalische Beschränkungen bezüglich der Anzahl und des Ortes solcher Vorrichtungen, sowie eine Notwendigkeit, die Testperson für die Vorrichtung selbst zu beschränken. Dementsprechend war dies problematisch, da es der Testperson eine physiologische Beanspruchung auferlegt.
Außerdem wird im Fall der direkten Verfahren die Vorrichtung selbst sehr groß, da sie das von der Testperson ausgeatmete Luftgas direkt mißt. Außerdem ist es erforderlich, dem Subjekt bis zur äußersten Grenze eine Übungsbelastung aufzuerlegen, so daß die Anwendung dieser Verfahren im Fall von Individuen, die krank, nicht bei guter Gesundheit oder mittleren Alters oder älter waren, problematisch war.
Unter den indirekten Verfahren erfordert andererseits das Verfahren, bei dem der Milchsäurewert gemessen wird, daß Blut entnommen wird, während das Verfahren, bei den die Herzbelastung gemessen wird, erfordert, daß der systolische Blutdruck ermittelt wird. Diese Verfahren sind dementsprechend mühsam.
(2) Datenübertragung
Bezüglich der Pulswellenmeßvorrichtungen, die am Arm angebracht sind und verschiedene Informationen anzeigen können, sind Vorrichtungen verfügbar, die Änderungen der Blutmenge optisch erfassen und die Pulsrate und andere Pulswelleninformationen auf der Grundlage dieser erfassenden Ergebnisse messen. Bei diesen Typen von optischen Pulswellenmeßvorrichtungen ist eine Sensoreinheit, die mit einem lichtempfangenden Element wie z. B. einem Phototransistor und einem lichtemittierenden Element wie z. B. einer LED (lichtimitierende Diode) z. B. am Finger angebracht. Anschließend wird Licht von der LED ausgesendet, wobei das von den Blutgefäßen im Finger reflektierte Licht am Phototransistor empfangen wird. Die Änderung der Blutmenge wird somit als Änderung der empfangenden Lichtmenge erfaßt. Die Pulsrate und dergleichen werden anschließend auf der Grundlage dieses erfaßten Ergebnisses berechnet und angezeigt. Für diesen Zweck ist die Vorrichtung so gestaltet, daß ein Signal zwischen den Vorrichtungskörper und der Sensoreinheit mittels eines Verbinders des Hauptkörpers der Vorrichtung und eines Verbinders, der aus einem Verbindermaterial besteht, das an der Spitze eines Kabels ausgebildet ist, das sich ausgehend von der Sensoreinheit erstreckt, eingegeben und ausgegeben werden kann.
Da die obenbeschriebene Pulswellenmeßvorrichtung am Arm angebracht ist, wird es dann, wenn eine Zeitmeßfunktion ebenfalls in der Vorrichtung vorgesehen ist, möglich, runden Strich oder Spurtzeiten zu messen, während auch die Pulswelle während z. B. eines Marathonlaufes gemessen wird. Wenn dementsprechend diese Daten sequentiell auf einer Anzeige auf dem Hauptkörper der Vorrichtung am Ende des Wettkampfes angezeigt werden, werden Referenzdaten zum Ermitteln der Schrittfrequenz Zuweisung für das nächste Rennen erhalten.
Um jedoch eine genauere Analyse der während eines Marathonlaufes erhaltenen Informationen durchzuführen, wird es notwendig, die im Hauptkörper der Vorrichtung gespeicherten Informationen zu einer Datenverarbeitungsvorrichtung zu senden, die separat vom Vorrichtungshauptkörper vorgesehen ist. Im Stand der Technik muß jedoch ein Kommunikationskabel zwischen dem Vorrichtungshauptkörper und der Datenverarbeitungsvorrichtung angebracht werden, so daß diese Informationen übermittelt werden konnten. Dies stellt dementsprechend eine mühsame Prozedur für den Benutzer dar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der obenbeschriebenen Umstände erdacht, und hat als erste Aufgabe, eine Trainingsunterstützungsvorrichtung zu schaffen, die obere und untere Grenzwerte für die Pulsrate entsprechend einer geeigneten Übungsintensität anzeigen kann.
Ferner hat die vorliegende Erfindung als zweite Aufgabe, eine Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung zu schaffen, die nicht erfordert, daß der Benutzer durch die Vorrichtung einschränkt ist, und die die maximale Sauerstoffaufnahmemenge leicht und ohne mühsame Operationen ermitteln kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung geschaffen, die in einen tragbaren Gegenstand eingebaut ist, der von einer Testperson getragen wird, umfassend: Übungsintensität-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Übungsintensität der Testperson; Pulsschlag-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Pulsschlages der Testperson; Aufzeichnungsmittel zum Aufzeichnen der Beziehung einer Maximal-Sauerstoftaufnahmemenge, die der Übungsintensität und dem Pulsschlag entspricht, im voraus; Berechnungsmittel zum Ermitteln der Maximal-Sauerstoftaufnahmemenge entsprechend dem von den Erfassungsmitteln erfaßten Pulsschlag und der von den Übungsintensität-Erfassungsmitteln erfaßten Übungsintensität anhand der im Aufzeichnungsmittel gespeicherten Beziehung; Eingabemittel zum Eingeben des Körpergewichts und der Körperhöhe oder des Schrittmaßes der Testperson; und Schrittzahl-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Laufschrittzahl, d. h. der Anzahl von Schritten pro Zeiteinheit, der Testperson; dadurch gekennzeichnet, daß die Übungsintensität-Erfassungsmittel ein Produkt aus einem eingegebenen Schrittmaß oder einem aus der Körperhöhe ermittelten Schrittmaß und einer erfaßten Schrittzahl als die von der Testperson pro Zeiteinheit gelaufene Strecke definieren, und als Übungsintensität einen Wert erfassen, der erhalten wird durch Multiplizieren des Produkts mit dem eingegebenen Körpergewicht, und die Übungsintensität ändert durch Korrigieren des Schrittmaßes, um die von den Erfassungsmitteln erfaßte Schrittzahl anzupassen, unter Verwendung einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Schrittzahl und dem Schrittmaßkorrekturkoeffizienten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das die Funktionsstruktur der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß einer Vorrichtung zeigt, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
2 ist ein Blockschaltbild, das die elektrische Struktur der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß derselben Vorrichtung zeigt.
3 ist ein Diagramm, daß das in der vorliegenden Erfindung verwendete Astrand-Ryhming-Nomogramm beschreibt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Übungsintensität und der Herzschlagrate zeigt.
5 zeigt die externe Struktur der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß derselben Vorrichtung.
6 ist ein Flußdiagramm, das die Hauptoperationen in derselben Vorrichtung zeigt.
7 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitung für die Berechnungsanzeige in derselben Vorrichtung zeigt.
8 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitung zur Benachrichtigung des Benutzers über eine Erhöhung der Übungsintensität in derselben Vorrichtung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Schrittzahl und dem Schrittweitenkorrekturkoeffizienten in der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Blockschaltbild, das die elektrische Struktur der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Höhendifferenz und dem Schrittweitenkorrekturkoeffizienten in derselben Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Flußdiagramm, das die Hauptoperationen in derselben Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Struktur einer Trainingsunterstützungsvorrichtung zeigt.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Pulsratentabelle in derselben Vorrichtung zeigt.
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel einer Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 8 zeigt.
16 ist eine Schrägansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild des Schrittmachers zeigt, der für die Trainingsunterstützungsvorrichtung verwendet wird.
17 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der elektrischen Struktur des Schrittmachers zeigt.
18 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Struktur des Schrittzahlsignalgenerators 24 zeigt.
19 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Struktur eines Puls/Schrittzahl-Detektors 22 zeigt.
20 ist ein Flußdiagramm, das die Reihenfolge der Verarbeitung im Puls/Schrittzahl-Detektor 22 zeigt.
21A ist ein Diagramm, daß das Signal zeigt, das erhalten wird, wenn eine Frequenz Fa und eine Frequenz Fb summiert werden.
21B ist ein Graph, der das Ergebnis zeigt, das nach der Ausführung einer FFT-Verarbeitung für das summierte Signal zeigt.
22A zeigt das Ergebnis, das nach der Ausführung einer FFT-Verarbeitung für das vom Pulswellensensor 301 ausgegebene Signal erhalten wird.
22B zeigt das Ergebnis, das nach der Ausführung einer FFT-Verarbeitung für das vom Körperbewegungssensor 302 ausgegebene Signal erhalten wird.
22C zeigt die Pulswellenkomponente die durch Subtrahieren des in 22b gezeigten Ergebnisses von dem in 22a gezeigten Ergebnis erhalten wird.
23 ist das Ergebnis, das nach Ausführen einer FFT-Verarbeitung des Ausgangs des Körperbewegungssensors 302 erhalten wird.
24 ist ein Flußdiagramm, daß das Verarbeitungsverfahren zum Spezifizieren der Pulswellenkomponente nach dem Spezifizieren der Oberwelle des Körperbewegungssignals zeigt.
25 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Spezifizieren der Pulswellenkomponente unter Verwendung des Puls/Schrittzahl-Detektors 22 zeigt.
26 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Spezifizieren der Pulswellenkomponente unter Verwendung des Puls/Schrittzahl-Detektors 22 zeigt.
27 ist ein seit Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Operation des Schrittmachers.
28 ist ein Querschnittsansicht, die den Zustand der Installation zeigt, wenn ein Piezoelement als Schrittzahlmeldemittel verwendet wird.
29 zeigt die Struktur der tragbaren Pulswellenmeßvorrichtung und eine Datenverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten der von der obenerwähnten Vorrichtung gemessenen Pulswellendaten.
30 zeigt das Verfahren der Verwendung einer am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung gemäß derselben Vorrichtung.
31 ist eine Draufsicht des Hauptkörpers dieser Meßvorrichtung.
32 zeigt eine Anordnung, in der die Sensoreinheit in dieser Meßvorrichtung am Finger angebracht ist.
33 ist ein Blockschaltbild, das den Datenprozessor dieser Meßvorrichtung zeigt.
34 zeigt die Beziehung zwischen den elektrischen Verbindungen im Verbinder dieser Meßvorrichtung.
35 zeigt die Struktur des Verbinderstücks 80.
36 zeigt die Struktur des Verbinders 70.
37 zeigt die Struktur der Verbinderabdeckung 90.
38 zeigt die Struktur der Kommunikationseinheit 100.
39 zeigt die Anordnung zum Anbringen der Kommunikationseinheit 100 am Verbinder 70 anstelle des Verbinderstücks 80.
40 zeigt das Verfahren zur Verwendung einer Pulswellenmeßvorrichtung, die am Arm angebracht ist.
41 zeigt die Struktur der Kommunikationseinheit 100.
42 zeigt die Struktur des Verbinders 70A.
43 zeigt die Struktur der Verbinderabdeckung 90A.
44 zeigt das Verfahren zur Verwendung der Pulswellenmeßvorrichtung, die am Arm angebracht ist.
45 ist ein Blockschaltbild, das die Struktur der Übertragungsvorrichtung 400 zeigt.
46 zeigt den Fall, in dem die Vorrichtung in ein Halsband eingebaut.
47 zeigt den Fall, in dem die Vorrichtung in eine Brille eingebaut ist.
48 zeigt ein Beispiel einer Modifikation der Schrittzahlmeldeanordnung.
49 zeigt die Anordnung, bei der der Benutzer über die Änderung des VO_2max über eine verlängerte Zeitperiode benachrichtigt wird.
50 bis 53 zeigen Beispiele von Anzeigen für die Anzeigevorrichtung 208.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert. Die Vorrichtungen, die nicht der Erfindung entsprechen, sind lediglich zur Erläuterung dargestellt.
1. Ausführungsform 1
Eine Vorrichtung, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
1.1. Struktur der Vorrichtung
Zuerst wird eine Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge-Schätzvorrichtung erläutert. Die Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge-Schätzvorrichtung gemäß dieser Vorrichtung verwendet ein Astrand-Ryhming-Nomogramm (P. O. Astrand und I. Rhyming: A nomogram for calculation of aerobic capacity (physical fitness) from pulse rate during submaximal work, J. Appl. Physiol., 218-221, 1954), um die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO₂max) (Liter/min)) anhand der Übungsintensität (Operationsintensität, Arbeit) und der Herzschlagrate zu einem gegebenen Zeitpunkt zu schätzen, wenn die Testperson eine spezifizierte Übung ausführt. Diese geschätzte Wert wird anschließend durch das Körpergewicht der Testperson dividiert, um eine maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt (Einheit: ml/kg/min)) pro Einheitskörpergewicht zu erhalten.
1.1.1. Astrand-Ryhming-Nomogramm
Vor der Erläuterung der Struktur dieser Vorrichtung wird zuerst das obenerwähnte Astrand-Ryhming-Nomogramm kurz erläutert. 3 zeigt die Einzelheiten eines Nomogramms.
In diesem Nomogramm sind die Übungsintensität und die Herzschlagrate jeweils auf den rechten und linken Achsen aufgezeichnet. Die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max) wird durch die Koordinaten des Schnittpunkts der Mittellinie mit einer geraden angezeigt, die zwischen den zwei Achsen gezogen ist. Parameter, die für jedes der beiden Geschlechter geeignet sind, werden verwendet. Mit anderen Worten, durch Angeben des Geschlechts des Subjekts kann die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max) aus einer Funktion geschätzt werden, die die Übungsintensität und die Herzschlagrate als Argumente verwendet.
1.1.1.1. Bedingungen für die Anwendung eines Nomogramms
Die Bedingungen, unter denen ein Astrand-Ryhming-Nomogramm verwendet werden kann, werden im folgenden erläutert.
Im allgemeinen, wenn die Übungsintensität unter einem spezifischen Niveau liegt, ist die Beziehung zwischen der Herzschlagrate und der Übungsintensität so beschaffen, daß die Herzschlagrate proportional zur Übungsintensität ansteigt, wie in 4 gezeigt. Wenn jedoch die Übungsintensität einen gegebenen Wert überschreitet, verlangsamt sich der Faktor des Anstiegs der Herzschlagrate bezüglich der Erhöhung der Übungsintensität, bis schließlich eine Sättigung eintritt. Der Punkt, an dem die Abweichung von der Proportionalbeziehung zwischen der Übungsintensität und der Herzschlagrate aufzutreten beginnt wird typischerweise als HRtp (Herzratenwendepunkt) bezeichnet.
Obwohl dieser HRtp etwas höher ist als die anaerobe Schwelle (AT-Wert), wird dieser grob als mit dieser äquivalent betrachtet.
Das Astrand-Ryhming-Nomogramm wird gebildet, indem vorausgesetzt wird, daß eine geradlinige Beziehung zwischen der Übungsintensität und der Herzschlagrate der Testperson besteht.
Um die maximale Sauerstoffaufnahmemenge unter Verwendung des obenerwähnten Nomogramms genau zu schätzen, ist es aus diesem Grund erforderlich, eine geradlinige Beziehung zwischen der Übungsintensität der Testperson und der Herzschlagrate herzustellen. Um zu beurteilen, ob eine geradlinige Beziehung besteht, ist es erforderlich, die Übungsintensität wenigstens an drei oder mehr Stufen zu messen und die Herzschlagrate in jeder Stufe zu ermitteln. Ferner ist es erforderlich, daß die Testperson trainiert, bis der HRtp erscheint.
1.1.2. Funktionsstruktur
Die Funktionsstruktur der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß dieser Vorrichtung wird im folgenden erläutert. 1 ist ein Blockschaltbild, das die Funktionsstruktur der Vorrichtung zeigt.
In dieser Figur ist der Pulswellendetektor 101 ein Sensor, der die Pulswellenform der Testperson erfaßt. Das Pulswellenformsignal vom Pulswellendetektor 101 wird vom A/D-Umsetzer 1021 in ein digitales Signal umgesetzt und einer FFT-Verarbeitung mittels des FFT-Prozessors 103 unterworfen. Anschließend wird die Pulsrate aus den Ergebnissen dieser Verarbeitung ermittelt. Es ist zu beachten, daß es erforderlich ist, die Herzschlagrate für diese Vorrichtung zu erhalten. Da jedoch die Herzschlagrate gleich der Pulsrate ist, wird angenommen, daß die erhaltene Pulsrate die Herzschlagrate ist. Mit Bezug auf den Pulswellendetektor 101 ist es dementsprechend akzeptabel, eine Bauform einzusetzen, bei der der Herzschlag direkt erfaßt wird.
Der Körperbewegungssensor 104 ist ein Sensor zum Erfassen der Körperbewegung, wenn die Testperson läuft. Er kann z. B. aus einem Beschleunigungssensor gebildet sein. Das Körperbewegungssignal von diesen Körperbewegungsdetektor 104 wird mittels des A/D-Umsetzers 105 in ein digitales Signal umgesetzt und der FFT-Verarbeitung mittels des FFT-Prozessors 106 unterworfen, in der gleichen Weise wie die Pulswellenform. Die Schrittzahl während des Laufens, d. h. die Anzahl der Schritte pro Zeiteinheit, wird aus den Ergebnissen dieser Verarbeitung erhalten.
Die Aufzeichnungsvorrichtung 107 zeichnet Informationen bezüglich der Schrittweite, des Geschlechts und des Gewichts der Testperson auf.
Die Übungsintensität-Berechnungsvorrichtung 108 berechnet die Übungsintensität anhand der erhaltenen Schrittzahl und der Schrittweite und des Körpergewichts der Testperson. In diesem Beispiel wird angenommen, daß die von der Testperson ausgeführte Übung ein Laufen ist, so daß die Übungsintensität als Produkt der pro Zeiteinheit gelaufenen Strecke und des Körpergewichts der Testperson angegeben werden kann. Die pro Zeiteinheit gelaufene Strecke kann erhalten werden durch Multiplizieren der Schrittweite und der Schrittzahl der Testperson.
Die Nomogramm-Aufzeichnungsvorrichtung 109 zeichnet die obenbeschriebenen Astrand-Ryhming-Nomogramm-Beziehungen auf. Wenn diese Nomogramme verwendet werden, kann dementsprechend die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max) anhand der Herzschlagrate, der Übungsintensität und des Geschlechts der Testperson erhalten werden.
Die VO_2max/wt-Berechnungsvorrichtung 110 berechnet die maximale Sauerstoffaufnahmemenge pro Gewichtseinheit (VO_2max/wt) durch Dividieren der erhaltenen maximalen Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max) durch das Körpergewicht der Testperson.
Die VO_2max/wt-Anzeigevorrichtung 11 112 zeigt den für die maximale Sauerstoffaufnahmemenge pro Gewichtseinheit (VO_2max/wt) erhaltenen Wert der Testperson an.
Die Steuervorrichtung 20 steuert die verschiedenen Operationen in diesem Fall.
1.1.3. Elektrische Struktur
Im folgenden wird die elektrische Struktur zur Verwirklichung der in 1 gezeigten Funktionsstruktur erläutert. 2 ist ein Blockschaltbild, das diese Struktur zeigt.
In dieser Fig. führt die CPU 201 die Steuerung der verschiedenen Teile über den Bus B aus, und führt verschiedene Verarbeitungen und Berechnungen durch. Die FFT-Prozessoren 103, 106, die in 1 gezeigt sind, entsprechen der Übungsintensität-Berechnungsvorrichtung 108, der VO_2max/wt-Berechnungsvorrichtung 110 und der Steuervorrichtung 120.
Der ROM 202 speichert Grundprogramme, die von der CPU 201 verwendet werden, sowie die durch das obenerwähnte Astrand-Ryhming-Nomogramm ausgedrückte Beziehung und entspricht der in 1 gezeigten Nomogramm-Aufzeichnungsvorrichtung 109.
Mit Bezug auf die Anordnung zum Speichern der Nomogramme im ROM 202 können die 3 gezeigten Nomogramm-Beziehungen in einer Tabelle umgesetzt und gespeichert werden. Wenn die signifikante Ziffer der Herzschlagrate und der Übungsintensität bis zur dritten Stelle ausgeführt wird, wird ein 50-Stufen-Intervall von 120 bis 170 (Schläge/min) für die Pulsrate bereitgestellt und ein 120-Stufen-Intervall von 300 bis 1.500 (kpm/min) für die Übungsintensität bereitgestellt. Wenn diese kombiniert werden, ergeben sich somit 6.000 Arten. Dementsprechend resultieren 12.000 Arten, wenn die Daten für die verschiedenen Geschlechter kombiniert werden. Mit anderen Worten, die Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max), die der Übungsintensität und der Herzschlagrate entspricht, kann mittels der Struktur erhalten werden, in der die Werte der Maximal-Sauerstoftaufnahmemenge (V_2max) entsprechend den obenerwähnten Kombinationen im ROM 202 gespeichert sind, wobei die Werte entsprechend der gemessenen Herzschlagrate und der Übungsintensität von der CPU 201 ausgelesen werden. Die für die Tabelle erforderliche Kapazität ist gleich 12.000 Arten, oder etwas weniger als 12 Kilobyte.
Die Einheit der Übungsintensität, die von der rechten Achse gezeigt ist, ist kpm/min, so daß sie CPU 201 die erhaltene Übungsintensität in Kilopondmeter umsetzt und anschließend das Nomogramm anwendet. Es ist zu beachten, daß 1,00 [kpm/min] = 0,1653 [W] gilt.
Es ist ferner annehmbar, eine Bauform zu schaffen, in der der ROM 202 die Funktionen selbst aufzeichnet, wie durch das Nomogramm angegeben, statt eine Tabelle zu verwenden, während die CPU 201 Berechnungen unter der Verwendung dieser Funktionen ausführt.
Der RAM 203 speichert vorübergehend verschiedene Daten, die bei der Steuerung von der CPU 201 verwendet werden, wie z. B. das Körpergewicht, die Schrittweite und das Geschlecht der Testperson. Der RAM 203 entspricht der in 1 gezeigten Aufzeichnungsvorrichtung 107.
Die Sensorschnittstelle 204 führt eine Abtastung jedes Analogausgangssignals vom Pulswellendetektor 101 und Körperbewegungsdetektor 104 in entsprechend spezifizierten Zeitperioden aus und setzt anschließend das Analogsignal in ein Digitalsignal um und gibt dieses aus. Die Sensorschnittstelle 204 entspricht den in 1 gezeigten A/D-Umsetzern 1021, 105.
Zusätzlich zu den normalen Funktionen einer Uhr ist die Taktschaltung 205 mit einer Funktion zum Senden eines Unterbrechnungssignals zu CPU 201 in spezifischen Zeitintervallen, die im voraus bestimmt werden, versehen.
Die Bedienungsvorrichtung 206 ist so beschaffen, daß die Testperson verschiedene Werte eingibt und verschiedene Funktionsmodi einstellt. Sie umfaßt verschiedene Knopfschalter, die später beschrieben werden.
Die Alarmvorrichtung 207 erzeugt einen Alarm unter der Steuerung der CPU 201 und benachrichtigt die Testperson über verschiedene Änderungen des Zustands. Diesbezüglich ist der Alarm nicht spezifisch auf einen Alarm beschränkt, der auf den Hörsinn beruht. Vielmehr kann der Alarm irgendeine Form annehmen, die von den fünf Sinnen der Testperson erkannt werden, wie z. B. eine Schwingung, die auf der Tastwahrnehmung beruht.
Die Anzeigevorrichtung 208 zeigt verschiedene Informationen von der CPU 201 an und umfaßt z. B. eine LCD (Flüssigkristallanzeigevorrichtung). Die Anzeigevorrichtung 208 entspricht der VO_2max/wt-Anzeigevorrichtung 11 112, die in 1 gezeigt ist.
1.1.4. Externe Struktur
Die Maximal-Sauerstoffaufnahme-Schätzvorrichtung ist typischerweise in ein Objekt eingebaut, das von der Testperson mit geführt werden kann. Ein Beispiel dieser Bauform ist die in 5 gezeigte Anordnung, in der die Vorrichtung in eine Armbanduhr eingebaut ist.
Wie in dieser Figur gezeigt ist, umfaßt die Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge-Schätzvorrichtung ein Vorrichtungshauptkörper 500 mit der Struktur einer Armbanduhr, ein Kabel 501, das mit dem Vorrichtungshauptkörper 500 verbunden ist, und einen Pulswellendetektor 101, der an der Spitze des Kabels 501 vorgesehen ist.
Ein Armband 502 ist am Vorrichtungshauptkörper 500 angebracht. Genauer ist ein Ende des Armbands 502 um das Handgelenk des Benutzers von der 12-Uhr-Position ausgehend gewickelt, wobei das andere Ende an der 6-Uhr-Position des Vorrichtungshauptkörpers 500 befestigt ist.
Ein Verbinder 503 ist an der Oberfläche des Vorrichtungshauptkörpers 500 an der 6-Uhr-Position vorgesehen. Ein Verbinderstück 504, das an einem Ende des Kabels 501 vorgesehen ist, ist am Verbinder 503 angebracht, so daß es frei abnehmbar ist. Durch Lösen des Verbinderstücks 504 vom Verbinder 503 kann die Vorrichtung als eine gewöhnliche Armbanduhr oder Stoppuhr verwendet werden.
Eine Anzeigevorrichtung 208 ist an der Oberfläche des Vorrichtungshauptkörpers 500 vorgesehen. Zusätzlich zum Anzeigen der aktuellen Zeit und des Datums verwendet die Anzeigevorrichtung 208 eine Punktmatrix oder eine Segmentanzeige zum Anzeigen verschiedener Informationen, wie z. B. der geschätzten maximalen Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt), der Modi und dergleichen.
Der Knopfschalter 511 ist unterhalb der Anzeigevorrichtung 208 auf der Oberfläche des Vorrichtungshauptkörpers 500 angeordnet. Er wird verwendet, um den Einstellwert um eins zurückzudrehen, wenn die Schrrittweite, das Körpergewicht, die Zeit oder Datenwerte korrigiert werden.
Zusätzlich ist ein Knopfschalter 512 oberhalb der Anzeigevorrichtung 208 angeordnet, um die Einstellwerte um eins vorzurücken, wenn die Schrittweite, das Körpergewicht, die Zeit oder Datenwerte korrigiert werden. Er wird ferner von der Testperson verwendet, um die Messung der verstrichenen Zeit zu starten oder zu stoppen, um das Geschlecht der Testperson einzustellen, und dergleichen.
Die Knopfschalter 513 bis 516 sind am Außenumfang und an der Oberfläche des Vorrichtungshauptkörpers 500 jeweils an den Positionen 2-, 4-, 8- und 10-Uhr vorgesehen. Die Funktionen dieser jeweiligen Knöpfe sind wie folgt:
Der Knopfschalter 513 ist vorgesehen, um die verschiedenen Modi der Vorrichtung einzustellen, wie z. B. den Zeitanzeigemodus, den Zeitmeßmodus, den Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzmodus, den Eingabeund Aktualisierungsmodus, und dergleichen. Der Knopfschalter 514 dient zum Einstellen, welcher Wert unter den Werten für die Zeit (Stunde, Minute, Sekunden), das Datum (Jahr-Monat-Tag), 12/24-Stunden-Uhranzeige, Körpergewicht, Schrittweite und Geschlecht eingegeben/aktualisiert wird, wenn sich die Vorrichtung im Eingabe- und Aktualisierungsmodus befindet. Der Knopfschalter 515 dient zum Umschalten der Inhalte der Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 208. Schließlich dient der Knopfschalter 516 zum Einschalten einer Hintergrundbeleuchtung in der Anzeigevorrichtung zu 108. Wenn der Knopfschalter 216 gedrückt wird, wird ein Elektrolumineszenz-EL- Hintergrundlicht auf der Anzeigevorrichtung 208 für z. B. 3 Sekunden eingeschaltet, woraufhin es automatisch ausgeschaltet wird.
Der Pulswellendetektor 101 umfaßt eine blaue LED und ein Lichtempfangselement (in den Figuren beide nicht gezeigt) und ist vor der Aufnahme von Licht durch ein Band 520 zum Befestigen des Sensors in seiner Stellung abgeschirmt. Der Pulswellendetektor 101 ist zwischen der Basis und dem zweiten Gelenk des Zeigefingers der Testperson angebracht. Der Pulswellendetektor 101 strahlt Licht von einer blauen LED ab und empfängt das Licht, das von dem Hämoglobin in den Kapillaren reflektiert wird, an einem Lichtempfangselement. Die ausgegebene Wellenform entsprechend diesem empfangenen Licht wird über das Kabel 501 als Pulswellenform an dem Vorrichtungshauptkörper 500 ausgegeben.
Es ist zu beachten, daß die im äußeren Erscheinungsbild der Vorrichtung nicht sichtbaren Elemente, wie z. B. die CPU 201, der Körperbewegungsdetektor 104, die Sensorschnittstelle 204 und dergleichen, im Vorrichtungshauptkörper 500 aufgenommen sind.
1.2. Operation der Vorrichtung
Die Operation der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung wird im folgenden erläutert. Wie oben erläutert worden ist, ist diese Vorrichtung mit verschiedenen Modi versehen, von denen einer der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzmodus ist, der die maximale Menge des aufgenommenen Sauerstoffes schätzt. Die Operation dieses Modus wird im folgenden erläutert, während eine Erläuterung der anderen Modi weggelassen wird, da sie sich nicht direkt auf diese Anmeldung beziehen.
1.2.1. Voraussetzung zum Schätzen der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge
Wenn die Testperson den Knopfschalter 513 betätigt, um den Betriebsmodus des Vorrichtungshauptkörpers 500 in dem Modus zum Schätzen der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge zu versetzen, führt die CPU 201 zuerst das in 6 gezeigte Programm aus. Dieses Hauptprogramm setzt die Informationen, die als Voraussetzung verwendet werden, wenn die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) geschätzt wird. Genauer führt die CPU 201 die folgenden Schritte S1 bis S11 aus.
Zuerst führt die CPU 201 im Schritt S1 die Anfangseinstellungsverarbeitung aus, wie z. B. die Sicherung des erforderlichen Bereiches im RAM 203, die Löschung des obenerwähnten Bereiches, und dergleichen.
Als nächstes ermittelt die CPU 201 im Schritt S2, ob Informationen bezüglich des Geschlechts, des Körpergewichts und der Schrittweite der Testperson im RAM 203 gesetzt sind. Wenn die maximale Sauerstoftaufnahmemenge in dieser Vorrichtung zum ersten Mal geschätzt wird, ist die obenerwähnte Information im RAM 203 nicht gesetzt, so daß die Ermittlung im Schritt S2 ausgeführt wird.
Wenn die obenerwähnte Information im RAM 203 gesetzt ist, dann liest die CPU 201 jedoch die obenerwähnten gesetzten Werte aus dem RAM 203 im Schritt S3 aus und zeigt diese auf der Anzeigevorrichtung 208 an. Anschließend wird im Schritt S4 eine Nachricht angezeigt, die die Testperson auffordert, auszuwählen, ob diese Werte aktualisiert werden sollen.
Wenn die Testperson angibt, daß sie nicht wünscht, diese Werte zu aktualisieren, setzt die CPU 201 anschließend im Schritt S5 die obenerwähnten Informationen als vorgegebenen Wert in den RAM 203 ein.
Wenn andererseits die obenerwähnten Informationen nicht im RAM 203 gesetzt sind, oder wenn die Testperson angibt, daß es wünscht, die Informationen zu aktualisieren, ermittelt anschließend die CPU 201 im Schritt S6, ob die obenerwähnten Informationen eingegeben worden sind. Wenn die Informationen eingegeben worden sind, rückt die Verarbeitung anschließend zu Schritt S6 vor. Mit anderen Worten, der Verarbeitungsablauf wartet im Schritt S6, bis das Geschlecht, das Körpergewicht und die Schrittweite der Testperson eingegeben worden sind. Sobald diese Informationen eingegeben/aktualisiert worden sind, setzt ferner die CPU 201 anschließend im Schritt S7 diese Werte im RAM 203.
Bezüglich der Anweisung zum Aktualisieren des Geschlechts und dergleichen kann ein Lösungsansatz betrachtet werden, bei dem z. B. der Betriebsmodus des Vorrichtungshauptkörpers 500 in den Eingabe/Aktualisierungs-Modus versetzt wird, wenn die Testperson den Knopfschalter 513 betätigt. Ferner kann als ein Mittel zum Anzeigen, daß der Wert nicht aktualisiert werden soll, ein Lösungsansatz betrachtet werden, bei dem die Testperson den Knopfschalter 513 für eine spezifische Zeitperiode nicht betätigt. Verfahren zum Aktualisieren/Eingeben des Geschlechts, des Körpergewichts, der Schrittweite und andere Informationen umfassen ein Verfahren, bei dem die Testperson die Vorrichtung in dem Eingabe/Aktualisierungs-Modus versetzt, den Knopfschalter 514 verwendet, um das Aktualisieren/Eingabe-Ziel für das Geschlecht, das Körpergewicht, die Schrittweite und dergleichen zu setzen und anschließend den Zielwert unter Verwendung der Knopfschalter 511 und 512 erhöht oder reduziert.
Wenn Informationen bezüglich des Geschlechts, des Körpergewichts und der Schrittweite der Testperson im RAM 203 gesetzt sind, erfaßt die CPU 201 anschließend im Schritt S8 das Körperbewegungssignal vom Körperbewegungsdetektor 104 und ermittelt, ob die Testperson bereits zu laufen begonnen hat. Wenn die Testperson noch nicht zu laufen begonnen hat, kehrt die Verarbeitung anschließend erneut zum Schritt S8 zurück. Mit anderen Worten, die Verarbeitungsreihenfolge wartet in Schritt S8, bis die Testperson zu laufen beginnt.
Wenn die Testperson zu laufen beginnt, erfaßt die CPU 201 anschließend im Schritt S9 die Schrittzahl des Laufens unter Verwendung eines Verfahrens, das im folgenden erläutert wird. Anschließend wird im Schritt S10 die Steuerung bezüglich des Alarms 207 ausgeführt, der zum Informieren der Testperson dient, das der Beginn des Laufens bestätigt worden ist, so daß die Alarmvorrichtung 207 z. B. für 10 Sekunden einen Alarmton erzeugt, der der erfaßten Schrittzahl entspricht. Als Ergebnis wird ein mit der Übung synchronisierter Alarmton erzeugt, wenn die Testperson zu laufen beginnt.
Im Schritt S11 autorisiert die CPU 201 die Ausführung von zwei Unterbrechungsprozessen (Berechnungsanzeigeverarbeitung und Übungsintensitäts-Erhöhungsmeldungsverarbeitung), die in jeweiligen festen Zeitintervallen ausgeführt werden. Mit anderen Worten, wenn Informationen wie z. B. das Geschlecht des Benutzers im RAM 203 gesetzt sind und die Testperson zu laufen beginnt, ist die CPU 201 so beschaffen, daß sie dann die Berechnungsanzeigeverarbeitung und die Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung parallel in jeweiligen festen Zeitintervallen ausführt.
1.2.2. Schrittzahlerfassung
Das Prinzip der Schrittzahlerfassungsoperation während des Laufens, die im Schritt S9 ausgeführt wird, wird im folgenden kurz erläutert.
Wenn die Testperson läuft, kann berücksichtigt werden, daß (1) ein Beschleunigungssignal die Vertikalbewegung begleitet, und (2) ein Beschleunigungssignal die Schwingbewegung der Arme begleitet, die im Körperbewegungssignal am Körperbewegungsdetektor 104 überlagert sind.
Wenn versucht wird, die Komponenten des Beschleunigungssignals separat zu erfassen, dann wird, da die Vertikalbeschleunigung gleichermaßen ausgedrückt wird, wenn ein Schritt mit dem rechten Fuß durchgeführt wird und wenn ein Schritt mit dem linken Fuß durchgeführt wird, eine Periode des Beschleunigungssignals, das die Vertikalbewegung begleitet, als äquivalent zu einem Schritt während des Laufens betrachtet.
Andererseits ist die Bewegung des linken Arms, an dem der Vorrichtungshauptkörper 500 befestigt ist, eine Pendelbewegung, bei der die linke Hand von einer vorderen Position zurückgezogen wird, wenn der linke Fuß nach vorne gebracht wird, und von einer hinteren Position nach vorne gebracht wird, wenn der rechte Fuß nach vorne gebracht wird. Dementsprechend ist das Beschleunigungssignal, das die Armschwingung begleitet, mit dem Beschleunigungssignal, das die Vertikalbewegung begleitet, synchronisiert. Ferner ist eine Periode dieser Bewegung äquivalent zu zwei Schritten während des Laufens.
Aus diesem Grund sind die erste Oberwellenkomponente des Körperbewegungssignals, in dem die Beschleunigungskomponenten von der Vertikalbewegung und der Armschwingungsbewegung überlagert sind, von der Vertikalbewegung abhängig, während die zweite Oberwellenkomponente von der Armschwingungsbewegung abhängig ist.
Beim Laufen ist jedoch typischerweise die Beschleunigung, die die Armschwingbewegung begleitet, größer als die Beschleunigung, die die Vertikalbewegung begleitet. Somit ist die zweite Oberwelle der Armschwingungsbewegung charakteristisch im Körperbewegungssignal ausgeprägt. Dementsprechend kann die Schrittzahl des Laufens z. B. als Ergebnis der folgenden Verarbeitung erfaßt werden, die von der CPU 201 für das Körperbewegungssignal vom Körperbewegungssensor 104 ausgeführt wird.
Das heißt, die CPU 201 führt zuerst eine FFT-Verarbeitung des Körperbewegungssignals vom Körperbewegungssensor 104 aus. Zweitens wird die Oberwellenkomponente mit der größten Schrittzahl als die zweite Oberwellenkomponente definiert, während deren Spitzenfrequenz erfaßt wird. Drittens wird die obenerwähnte Spitzenfrequenz ermittelt und mit 1/2 multipliziert, um die Schrittzahl zu erhalten.
1.2.3. Berechnungsanzeigeverarbeitung
Als nächstes wird die Operation bei der Berechnungsanzeigeverarbeitung, die ein Typ von Unterbrechungsverarbeitung ist, mit Bezug auf 7 erläutert. In dieser Berechnungsanzeigeverarbeitung wird die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) in festen Zeitintervallen anhand der Übungsintensität und der Herzschlagrate der Testperson während des Laufens geschätzt und auf der Anzeige angezeigt.
Die CPU 201 erfaßt den Beginn des Laufens von der Testperson (S8) und gibt die Erlaubnis zur Ausführung der Unterbrechungsverarbeitung (Schritt S11). Die CPU 201 führt anschließend die in 7 gezeigte Berechnungsanzeigeverarbeitung in spezifischen Zeitintervallen (z. B. 30 s) aus.
Zuerst liest die CPU 201 im Schritt Sa1 die Pulswellenform vom Pulswellendetektor 101 über die Sensorschnittsteile 204 aus und ermittelt die Pulsrate, d. h. die Herzschlagrate (Schläge/min).
Als nächstes wird im Schritt Sa2 das Körperbewegungssignal vom Körperbewegungssensor 104 in der gleichen Weise im Schritt S9 verarbeitet, um die Schrittzahl des Laufens zu erfassen.
Im Schritt Sa3 multipliziert die CPU 201 die Schrittweite der Testperson, die im RAM 203 gespeichert ist, mit der im unmittelbar vorangehenden Schritt erfaßten Schrittzahl, um die von der Testperson pro Zeiteinheit gelaufene Strecke zu berechnen. Diese gelaufene Strecke wird anschließend mit dem Körpergewicht des Benutzers multipliziert, das im RAM 203 gespeichert ist, um die Übungsintensität [W] zu erhalten. Diese wird anschließend in [kpm/min] umgesetzt.
Anschließend speichert die CPU 201 im Schritt Sa4 die umgesetzte Übungsintensität [kpm/min] und die erfaßte Herzschlagrate [Schläge/min] als ein Paar im RAM 203.
Im Schritt Sa5 ermittelt die CPU 201, ob wenigstens drei Übungsintensität/Herzschlagraten-Paare im RAM 203 gespeichert sind. Wenn weniger als drei Paare vorhanden sind, ist es nicht möglich, zu ermitteln, ob eine geradlinige Beziehung zwischen der Übungsintensität und der Herzschlagrate besteht. Somit ist das Ergebnis der Ermittlung gleich [nein], wobei die aktuelle Berechnungsanzeigeverarbeitung beendet wird. Wie im folgenden beschrieben wird, erhöht die Testperson die Übungsintensität während des Laufens in Stufen in Reaktion auf die Verarbeitung, die der Testperson meldet, die Übungsintensität zu erhöhen. In dessen wird die Berechnungsanzeigeverarbeitung alle 30 Sekunden ausgeführt, wobei die Anzahl der im RAM 203 gespeicherten Übungsintensität-Herzschlagraten-Paare ansteigt. Sobald somit drei oder mehr Übungsintensität-Herzschlagraten-Paare vorhanden sind, wird das Ergebnis der Ermittlung gleich [ja].
Wenn drei oder mehr Übungsintensität-Herzschlagraten-Paare vorhanden sind, ermittelt anschließend die CPU 201 im Schritt Sa6, ob eine geradlinige Beziehung zwischen diesen besteht. In diesem Fall ist es annehmbar, zu berücksichtigen, daß ein leichter Fehler in der Übungsintensität und in der Herzschlagrate enthalten ist. Wenn eine geradlinige Beziehung besteht, wird das obenerwähnte Laufen vor dem Erscheinen eines Herzratenwendepunk tes HRtp ausgeführt und erfüllt die Bedingungen zum Anwenden eines Astrand-Ryhming-Nomogramms. Somit führt die CPU 201 die folgenden Schritte Sa7 bis Sa9 aus, um die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO2_max/wt) zu schätzen.
Mit anderen Worten, im Schritt Sa7 liest die CPU 201 aus der im ROM 202 gespeicherten Tabelle den Wert, der dem Geschlecht der Testperson entspricht und der im RAM aufgezeichnet wurde, für die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max), die der Herzschlagrate und der Übungsintensität entspricht, die im Schritt Sa4 während der aktuellen Berechnungsanzeigeverarbeitung gespeichert worden sind. Im Schritt Sa8 dividiert die CPU 201 die ausgelesene maximale Sauerstoffaufnahmemenge VO_2max) durch das Körpergewicht der Testperson, das im RAM 203 gespeichert ist, und zeigt im Schritt Sa9 den aus dieser Divisionsoperation erhaltenen Wert als die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) pro Einheitskörpergewicht auf der Anzeigevorrichtung 208 an.
Sobald eine geradlinige Beziehung zwischen der Übungsintensität und der Herzschlagrate erreicht wird, nachdem die Testperson zu laufen begonnen hat, wird dementsprechend die maximale Sauerstoftaufnahmemenge (VO_2max/wt) pro Einheitskörpergewicht auf der Anzeigevorrichtung 208 jedesmal angezeigt, wenn die Berechnungsanzeigeverarbeitung ausgeführt wird.
Wenn andererseits im Schritt Sa6 keine geradlinige Beziehung erhalten wird, wird angezeigt, daß der Herzschlagratenwendepunkt HRtp während des Laufens erreicht worden ist, oder daß die Testperson aus einem bestimmten Grund das Laufen gestoppt hat. Dementsprechend benachrichtigt die CPU 201 im Schritt Sa10 die Testperson hierüber, in dem sie einen Befehl zum Stoppen des Laufens anzeigt (oder eine Anzeige anzeigt, daß die Vorrichtung den Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzmodus verlassen hat, wenn kein Körperbewegungssignal ausgegeben wird). Diese Meldung kann mittels eines Alarmtons von der Alarmvorrichtung 207 oder mittels sowohl der Anzeigevorrichtung als auch des Alarmtons bewerkstelligt werden.
Auf diese Weise wird die Berechnungsanzeigeverarbeitung alle 30 Sekunden ausgeführt, nachdem die Testperson zu laufen begonnen hat. Sobald eine geradlinige Beziehung zwischen der Übungsintensität und der Herzschlagrate während des Laufens ermittelt wird, wird die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) anhand der Übungsintensität und der Herzschlagrate geschätzt und auf der Anzeigevorrichtung angezeigt. Wenn andererseits keine geradlinige Beziehung erhalten wird, wird die Testperson aufgefordert, das Laufen zu stoppen. Wenn unzureichende Daten vorliegen, um zu ermitteln, ob eine geradlinige Beziehung erhalten worden ist, werden die aktuelle Übungsintensität und die Herzschlagrate aufgezeichnet und die Ermittlung wird bis zum nächsten Mal zurückgestellt.
Es ist zu beachten, daß das Zeitintervall zur Ausführung der Berechnungsanzeigeverarbeitung nicht auf 30 Sekunden beschränkt ist.
1.2.4. Übungsintensität-Erhöhungsmeldemittel
Im folgenden wird 8 verwendet, um die andere Unterbrechungsverarbeitung, die Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung, zu erläutern. In dieser Übungsintensität-Erhöhrungsmeldeverarbeitung wird eine Anweisung zum Erhöhen der Übungsintensität während des Laufens in festen Zeitintervallen (z. B. 120 s) an die Testperson gerichtet, nachdem die Testperson zu laufen begonnen hat.
Die CPU 201 erfaßt, daß die Testperson zu Laufen begonnen hat (Schritt S8), und erlaubt die Ausführung der Unterbrechungsverarbeitung (Schritt S11). Wenn dies stattfindet, führt die CPU 201 anschließend die in 8 gezeigte Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung in festen Zeitintervallen (z. B. 120 s) aus.
Zuerst erfaßt die CPU 201 im Schritt Sb1 die Schrittzahl des Laufens durch Verarbeiten des Körperbewegungssignals des Körperbewegungssensors 104 in der Weise, wie oben in den Schritten S9 und Sa2 beschrieben worden ist.
Als nächstes ermittelt die CPU 201 im Schritt Sb2 die Schrittzahl, bei der ein Anstieg von 10% über der in vorangehenden Schritt erfaßten Schrittzahl vorliegt, und steuert die Alarmvorrichtung 207, um einen Piepalarm entsprechend dieser Schrittzahl für z. B. 10 Sekunden zu erzeugen. Als Ergebnis kann die Testperson entsprechend den Zeitpunkt erkennen, zu dem die Übungsintensität während des Laufens in Stufen erhöht werden soll, sowie die Schrittzahl, wenn in der nächsten Stufe gelaufen wird.
Auf diese Weise wird die Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung alle 120 Sekunden ausgeführt, nachdem die Testperson zu laufen begonnen hat, wobei die Testperson benachrichtigt wird, jedesmal die Übungsintensität um 10% zu erhöhen.
Bezüglich der Übungsintensität während des Laufens ist zu beachten, daß die Übungsintensität während der Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung nicht erhalten wird, sondern durch Messungen und Berechnungen in den Schritten Sa2 und Sa3 in der obenbeschriebenen Berechnungsanzeigeverarbeitung erhalten wird. Somit ist es nicht notwendig, daß die Testperson die Übungsintensität um nur 10% erhöht. Mit anderen Worten, die Übungsintensität-Erhöhungsmeldung ist lediglich ein Sollwert. Daher kann die Testperson die Übungsintensität auf einem konstanten Niveau halten, oder kann im Gegensatz hierzu die Übungsintensität bis zu einem gewissen Maß reduzieren. Es ist ferner außerdem annehmbar, daß die Testperson die Übungsintensität entsprechend seiner eigenen Vorlieben verändert.
Außerdem ist hinsichtlich eines Sollwertes das Intervall zum Ausführen der Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung nicht auf 12 Sekunden beschränkt.
1.3. Spezifische Operation
Im folgenden wird die spezifische Operation der Vorrichtung dieses Typs erläutert.
Die Testperson betätigt den Knopfschalter 513, um den Vorrichtungshauptkörper 500 in den Modus zum Schätzen der maximalen Sauerstoffaufnahmemenge zu versetzen. Als Ergebnis führt die CPU 201 das in 6 gezeigte Hauptprogramm aus. Informationen bezüglich des Geschlechts, des Körpergewichts und der Schrittweite, die derzeit gesetzt sind, werden auf der Anzeigevorrichtung 208 angezeigt (Schritt S3). Wenn die angezeigten Informationen sich hiervon denjenigen der Testperson unterscheiden, betätigt die Testperson den Knopfschalter 514, um das Ziel für die Aktualisierung auszuwählen. Anschließend setzt die Testperson unter Verwendung der Knopfschalter 511 und 512 die ausgewählten Werte, so daß sie für die Testperson geeignet sind. Als Ergebnis wird dieser Wert im RAM 203 als Neuinformation bezüglich der Testperson gesetzt (Schritt S7). Wenn andererseits die angezeigten Informationen diejenigen der Testperson sind, betätigt die Testperson die Vorrichtung für eine spezifische Zeitperiode nicht, so daß diese Tatsache deren Vorrichtungshauptkörper 500 mitgeteilt wird. Als Ergebnis wird die vorangehende Information im RAM 203 als Informationen bezüglich der Testperson zurückgesetzt (Schritt S5). Auf diese Weise werden verschiedene Informationen, wie z. B. das Geschlecht und dergleichen, in bezug auf die Testperson im RAM 203 gesetzt. Als Ergebnis wird das nächste Mal, wenn die Vorrichtung in den Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzmodus versetzt wird, die Information erneut ausgelesen und angezeigt, so daß die Testperson nicht erneut Informationen bezüglich sich selbst jedesmal eingegeben muß, wenn die Vorrichtung in den Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzmodus versetzt wird.
Sobald Informationen, wie z. B. das Geschlecht und dergleichen, bezüglich der Testperson im RAM 203 gesetzt sind und die Testperson zu laufen beginnt, wird ein Alarmton entsprechend der Schrittzahl des Laufens erzeugt (Schritt S10). Somit kann die Testperson bestätigen, daß der Vorrichtungshauptkörper 500 das Laufen erfaßt hat und die Schätzungsverarbeitung eingeleitet hat.
Wenn die Testperson zu laufen beginnt, wird die Verarbeitung am Vorrichtungshauptkörper 500 zugelassen (Schritt S11). Somit werden die Berechnungsanzeigeverarbeitung und die Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung alle 30 Sekunden bzw. alle 120 Sekunden ausgeführt.
Nach dem Beginn des Laufens führt die Testperson das Laufen mit einer konstanten Schrittzahl für 120 Sekunden aus, bis die erste Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung eingeleitet wird. Während dieser 120 Sekun den wird die Berechnungsanzeigeverarbeitung vier mal ausgeführt. Da jedoch die Übungsintensität konstant ist, wird nur ein Übungsintensität-Herzschlagraten-Paar erhalten. Dementsprechend wird in dieser Zeitspanne die Verarbeitung in den Schritten Sa6 bis Sa9 in der ßerechnungsanzeigeverarbeitung nicht ausgeführt.
Sobald 120 Sekunden seit dem Starten des Laufens der Testperson verstrichen sind, wird als nächstes die erste Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung ausgeführt. Als Ergebnis wird ein Alarmton in einem Intervall erzeugt, der eine Erhöhung von 10% über der vorherigen Schrittzahl repräsentiert. Entsprechend dem Alarmton erhöht die Testperson die Schrittzahl um 10% und versucht, das Laufen mit dieser Schrittzahl für 120 Sekunden aufrecht zu erhalten, bis die zweite Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung ausgeführt wird. Die Berechnungsanzeigeverarbeitung wird während dieser 120 Sekunden vier mal ausgeführt. Die Anzahl der erhaltenen Übungsintensität-Herzschlagraten-Paare in Kombination mit den in der vorherigen Verarbeitung erhaltenen Paar überschreitet jedoch nicht zwei. Dementsprechend werden die Schritte Sa6 bis Sa7 in der Berechnungsanzeigeverarbeitung während dieses Zeitintervalls nicht ausgeführt.
Wenn die 120 Sekunden verstrichen sind, seit die erste Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung ausgeführt wurde, wird die zweite Übungsintensität-Erhöhungsmeldeverarbeitung ausgeführt. Es wird ein Alarmton in einem Intervall erzeugt, der einer weiteren Erhöhung von 10% der Schrittzahl entspricht. Die Testperson erhöht die Schrittzahl um 10% und versucht, das Laufen mit dieser Schrittzahl beizubehalten.
Wenn die Berechnungsanzeigeverarbeitung 30 Sekunden nach diesem Zeitpunkt ausgeführt wird, wird erkannt, daß die Änderung der Pulsrate aufgrund der Erhöhung der Schrittzahl bereits in einem stationären Zustand eingetreten ist. Aus diesem Grund ergibt das erhaltene Übungsintensität-Herzschlagraten-Paar in Kombination mit den vorher erhaltenen Paaren drei Paare. Wenn dementsprechend eine geradlinige Beziehung zwischen diesen Paaren festgestellt wird, werden anschließend die Schritte Sa7 bis Sa9 in der Berechnungsanzeigeverarbeitung ausgeführt, wobei die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) pro Einheitskörpergewicht der Testperson auf der Anzeigevorrichtung 208 angezeigt wird. Als Ergebnis kann die Testperson ihre maximale Sauerstoffaufnahmemenge pro Einheitskörpergewicht (VO_2max/wt) erkennen.
Jedesmal, wenn die Berechnungsanzeigeverarbeitung alle 30 Sekunden anschließend ausgeführt wird, wird die maximale Sauerstoffaufnahmemenge pro Einheitskörpergewicht (VO_2max/wt) der Testperson auf der Anzeigevorrichtung 208 angezeigt. Die angezeigte maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) sollte sich nicht sehr stark verändert haben. Das heißt, während die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) durch Training verbessert werden kann, ist sie im wesentlichen ein für jedes Individuum spezifischer Wert.
Da die Übungsintensitäts-Erhöhungsmeldeverarbeitung alle 120 Sekunden ausgeführt wird, wird der Alarmton in einem Intervall erzeugt, das einer Erhöhung der Schrittzahl von 10% entspricht. Die Testperson erhöht die Schrittzahl um 10% und versucht, das Laufen auf diesem Niveau zu halten. Als Ergebnis der Erhöhung der Schrittzahl in Stufen können jedoch die Übungsintensität und die Herzschlagrate an diesem Zeitpunkt von der geradlinigen Beziehung mit der vorher erhaltenen Übungsintensität und Herzschlagrate abweichen. Wenn dies auftritt, zeigt dies an, daß ein Herzratenwendepunkt HRtp überschritten worden ist. Dementsprechend wird in diesem Fall eine Anweisung zum Stoppen des Laufens auf der Anzeige 208 als Ergebnis der Berechnungsanzeigeverarbeitung angezeigt, die zu diesem Zeitpunkt (Schritt Sa10) ausgeführt wird. Anschließend wird die Ausführung der Unterbrechungsverarbeitung nicht erlaubt (Schritt S11), wobei die Operation des Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzmodus beendet wird. Als Ergebnis enden die Operationen in dieser Vorrichtung.
Als Ergebnis der vorliegenden Vorrichtung ist die Testperson fähig, seine eigene maximale Sauerstoffaufnahmemenge zu erkennen durch einfaches Ausführen des Laufens gemäß seiner eigenen Vorliebe, ohne durch eine große Vorrichtung beschränkt zu sein. Dementsprechend ist es für die Testperson sehr einfach, eine objektive Bewertung seines physischen Leistungsvermögens zu erhalten und die Wirkungen des Trainings zu bestätigen.
In der vorangehenden Vorrichtung umfaßt der Pulswellendetektor 101 eine blaue LED und ein Lichtempfangselement und ist so beschaffen, daß er das vom Hämoglobin in den Kapillaren reflektierte Licht als Pulswellenform erfaßt. Es sind jedoch Alternativen vorstellbar. Zum Beispiel ist es annehmbar, z. B. ein piezoelektrisches Mikrophon zu verwenden, um einen Pulswellendetektor 101 zu bilden. Wenn jedoch ein piezoelektrisches Mikrophon verwendet wird, werden die Schwingungen, die die Pulswelle begleiten, und die Schwingungskomponente, die die Körperbewegung begleitet, gleichzeitig erfaßt. Als Ergebnis ist es notwendig, eine Verarbeitung zum Subtrahieren des Körperbewegungssignals vom Köperbewegungsdetektor 104 von der Ausgangssignalkomponente vom piezoelektrischen Mikrophon durchzuführen, so daß nur die Schwingungskomponente, die die reine Pulswelle begleitet, erhalten wird.
In der obenbeschriebenen Vorrichtung wurde die FFT-Verarbeitung verwendet, um das Pulswellensignal zu erhalten, oder um die Herzschlagrate oder Schrittzahl aus dem Körperbewegungssignal zu erhalten. Es sind jedoch auch Alternativen denkbar. Ferner ist es auch annehmbar, eine MEM-Analyse, eine Elementarwellenanalyse oder dergleichen zu verwenden. Ferner kann eine einfache Spitzenerfassung ebenfalls verwendet werden.
In der vorangehenden Vorrichtung wurde der Schrittweitenwert direkt in den Vorrichtungshauptkörper 500 eingegeben. Es ist jedoch auch annehmbar, eine Bauform vorzusehen, bei der statt dessen der Körpergrößenwert eingegeben wird. Die Schrittweite wird anschließend indirekt erhalten durch Multiplizieren des Eingabewertes für die Körpergröße mit einem festen Koeffizienten, oder entsprechend einer Funktion, die erhalten wird, indem die eingegebene Körpergröße und das Körpergewicht als Argumente genommen werden. Dieser Schrittweitenwert wird anschließend im RAM 203 gesetzt und kann verwendet werden, wenn die Übungsintensität erhalten wird.
2. Ausführungsform 1
Im folgenden wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Obwohl leichte Unterschiede zwischen den Individuen vorhanden sind, wird im allgemeinen angenommen, daß die Schrittweite kürzer wird, wenn die Schrittzahl beim Laufen ansteigt. In der ersten Vorrichtung wurde jedoch ein konstanter Wert für die Schrittweite verwendet, trotz der Tatsache, daß die Schrittzahl erhöht wurde, da der Schrittweitenwert, der im RAM 203 gesetzt wurde, ohne Modifikation verwendet wurde. Das heißt, die erste Vorrichtung berücksichtigt nicht diese Eigenschaft des Laufens.
Dementsprechend hat aus dieser Perspektive die erste Vorrichtung den Nachteil, daß die Übungsintensität, die im Schritt Sa3 erhalten wird, tendenziell ungenau ist.
Somit wird in der ersten Ausführungsform eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der Schrittzahl und dem Schrittweitenkorrekturkoeffizienten zeigt, im voraus erhalten und gespeichert. Wenn sich die Schrittzahl während des Laufens ändert, wird anschließend der der geänderten Schrittzahl entsprechende Schrittweitenkorrekturkoeffizient ausgelesen und mit der im RAM 203 gesetzten Schrittweite multipliziert, um somit die Schrittweite entsprechend der obenerwähnten Schrittzahl zu korrigieren. Dementsprechend wird der in der ersten Vorrichtung auftretende Mangel in der ersten Ausführungsform, der zweiten Vorrichtung, beseitigt.
Dementsprechend enthält die Struktur der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß der zweiten Vorrichtung keine wesentlichen Komponenten, die zu der Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung gemäß der ersten Vorrichtung, die in den 1 und 2 gezeigt ist, hinzugefügt werden müssen. Vielmehr ist es lediglich erforderlich, eine Tabelle im RAM 203 vorzusehen, die die Beziehung zwischen der Schrittzahl und dem Schrittweitenkorrekturkoeffizienten zeigt. In dieser Tabelle wird der Schrittweitenkorrekturkoeffizient etwas kleiner als 1, entsprechend einer Erhöhung der Schrittzahl, wie mit der durchgezogenen Linie in 9 gezeigt ist. Es ist zu beachten, daß die Standardschrittzahl die Schrittzahl ist, bei der die Schrittweite während des Laufens gleich der eingegebenen Schrittweite (Standardschrittweite) wird.
Die Beziehung zwischen der Schrittzahl und dem Schrittweitenkorrekturkoeffizienten wird für jede Testperson als stark variierend betrachtet. Dementsprechend ist es erforderlich, die durch die durchgezogene Linie in 9 angegebene Beziehung zu editieren, um die individuellen Eigenschaften der Testperson anzugleichen, so daß sie gleich denjenigen werden, die durch die gestrichelte Linie in derselben Figur gezeigt sind.
Die Einzelheiten sind wie folgt. Erstens, die Testperson mißt die Schrittweite bezüglich der Standardschrittzahl nach einer Erhöhung des Schrittzahl in Stufen von z. B. 10% und ermittelt, in welcher Proportion die gemessene Schrittweite bezüglich der Standardschrittweite steht. Zweites, die Testperson verwendet die Knopfschalter 511–514, um diesen Proportionalitätsfaktor und dem Proportionalitätsfaktor bezüglich der Standardschrittzahl in den Vorrichtungshauptkörper 500 einzugeben.
Wenn dies durchgeführt worden ist, führt die CPU 201 die folgenden Operationen aus. Das heißt, die CPU 201 zeichnet den eingegebenen Schrittzahlfaktor und den Schrittweitenfaktor auf und interpoliert zwischen diesen Aufzeichnungen, um die Kennlinien zu erhalten, wie z. B. durch die gestrichelte Linie in 9 gezeigt ist. Diese wird anschließend in eine Tabelle umgesetzt und in einen spezifischen Bereich im RAM 203 gespeichert.
Wenn die Testperson läuft und die Übungsintensität im Schritt Sa3 berechnet wird, ermittelt die CPU 201 zuerst, welchen Faktor die im vorangehenden Schritt Sa2 erfaßte Schrittzahl bezüglich der Standardschrittzahl aufweist, und liest zweitens den Schrittweitenkorrekturkoeffizienten, der diesem Faktor entspricht, aus der oben Tabelle aus. Drittens multipliziert die CPU 201 die aus dem RAM 203 ausgelesene Standardschrittweite mit dem obenerwähnten Koeffizienten, um die Schrittweite zu korrigieren, so daß sie mit der Schrittzahl des Laufens übereinstimmt. Viertens verwendet die CPU 201 die korrigierte Schrittweite bei der Berechnung der Übungsintensität.
Dementsprechend wird in der zweiten Vorrichtung die Schrittweite selbst dann korrigiert, wenn die Schrittzahl während des Laufens erhöht wird. Außerdem gleicht diese Korrektur die für die individuelle Testperson spezifischen Eigenschaften an, was ermöglicht, daß die maximale Sauerstoffauf nahmemenge (VO_2max/wt) genauer erhalten wird.
3. Ausführungsform 2
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden erläutert.
Während des Laufens muß die Aktivität nicht unbedingt auf einen flachen Weg beschränkt sein. Vielmehr gibt es auf einer typischen Straße im allgemeinen einige Steigungen. In dem Fall, indem Steigungen während des Laufens auftreten, wird die Schrittweite kürzer, wenn bergauf gelaufen wird, wird jedoch länger, wenn bergab gelaufen wird (im Fall von Marathonläufern ist diese Beziehung jedoch umgekehrt).
Aus diesem Grund variiert selbst dann, wenn die Schrittzahl konstant ist, die Schrittweite, wenn auf einer Steigung gelaufen wird. Somit ändert sich die Übungsintensität. In der obigen ersten Vorrichtung wird jedoch der im RAM 203 gesetzte Wert für die Schrittweite verwendet. Wenn die Schrittzahl konstant ist, wird dementsprechend eine Übungsintensität als ein konstanter Wert berechnet, selbst wenn Steigungen vorhanden sind.
Daher hat die erste Vorrichtung den Nachteil, daß die im Schritt Sa3 erhaltene Übungsintensität tendenziell ungenau ist.
Daher wird in dieser dritten Vorrichtung während des Laufens die Steigung erhalten, wobei die Schrittweite in Reaktion auf diese Steigung korrigiert wird. Als Ergebnis wird der in der ersten Vorrichtung aufgetretene Nachteil hier beseitigt.
10 ist ein Blockschaltbild, daß die elektrische Struktur der Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge-Schätzvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Die in dieser Figur gezeigte Struktur unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Struktur der ersten Vorrichtung durch das Vorsehen eines Höhenmessers 210. Dieser Höhenmesser 210, der innerhalb des Vorrichtungshauptkörpers 500 aufgenommen ist, erhält die Höhendifferenz auf der Grundlage der Luftdruckdifferenz.
Wenn die Verarbeitung zum Erhalten der Höhendifferenz während der Berechnungsanzeigeverarbeitung ausgeführt wird, beträgt das Verarbeitungsintervall 30 Sekunden. Dementsprechend wird die Höhendifferenz während des Laufens für dieses Zeitintervall erhalten.
Außerdem ist der RAM 203 in der dritten Vorrichtung mit einer Schrittweitenkoeffiziententabelle versehen, die Eigenschaften wie in 11 gezeigt aufweist.
Wie mit der durchgezogenen Linie in dieser Tabelle gezeigt ist, wird dann, wenn die Steigung positiv ist, d. h. wenn ein Hügel erklommen wird, der Schrittweitenkorrekturkoeffizient allmählich kleiner als [1], wenn die Steigung stärker wird. Im Gegensatz hierzu wird dann, wenn die Steigung negativ ist, d. h. wenn ein Hügel abwärts gelaufen wird, der Schrittweitenkorrekturkoeffizient allmählich größer als in [1], wenn die Steigung stärker wird.
Wie in der zweiten Vorrichtung variiert die Beziehung zwischen der Steigung und dem Schrittweitenkorrekturkoeffizienten deutlich zwischen individuellen Testpersonen. Somit ist es erforderlich, die mit der durchgezogenen Linie in der Figur gezeigte Beziehung zu editieren, um sie an die Eigenschaften der individuellen Testperson anzupassen, so daß die Beziehung so wird, wie durch die gestrichelte Linie in der Figur gezeigt ist.
Die Einzelheiten dieses Prozesses sind wie folgt. Erstens, die Testperson läuft einen Weg mit einer Steigung, wobei der Faktor der Laufschrittweite bezüglich der Standardschrittweite zusammen mit der Steigung ermittelt wird. Vorzugsweise wird mehr als ein Steigungs-Schrittweite-Paar verwendet. Zweitens verwendet die Testperson die Knopfschalter 511–514, um die erhaltene Steigung und den Schrittweitenfaktor in den Vorrichtungshauptkörper 500 einzugeben.
Als Ergebnis führt die CPU 201 die folgenden Operationen aus. Das heißt, die CPU 201 zeichnet die eingegebene Steigung und den Schrittweitenfaktor auf und interpoliert zwischen diesen Aufzeichnungen, um die Kennlinie zu erhalten, die in 11 z. B. mit der gestrichelten Linie gezeigt ist. Diese wird anschließend in eine Tabelle umgesetzt und in einem spezifischen Bereich im RAM 203 gespeichert.
Wenn die Testperson läuft, wird das Flußdiagramm für die Berechnungsanzeigeverarbeitung, die als eine Unterbrechungsverarbeitung ausgeführt wird, so wie in 12 gezeigt ist. Wie in dieser Figur gezeigt ist, weist die Berechnungsanzeigeverarbeitung in dieser dritten Vorrichtung die Schritte Sa104– Sa103 auf, die zu der in 7 gezeigten Verarbeitung unmittelbar vor dem Schritt Sa2 hinzugefügt sind.
Das heißt, wenn die Schrittzahl während des Laufens im Schritt Sa2 erfaßt wird, erhält anschließend im Schritt Sa102 die CPU 201 die Informationen bezüglich der Höhendifferenz, die vom Höhenmesser 210 erfaßt worden ist. Die CPU 201 speichert diese Informationen im RAM 203 und ermittelt in einem Schritt Sa103, ob eine Höhendifferenz vorhanden ist, auf der Grundlage der erhaltenen Informationen.
Wenn zu diesem Zeitpunkt keine Höhendifferenz vorhanden ist, oder genauer, wenn während des Laufens, das zwischen der vorangehenden und der aktuellen Ausführung der Berechnungsanzeigeverarbeitung durchgeführt wird, keine Höhendifferenz vorhanden ist, zeigt dies an, daß die Testperson auf einem flachen Weg gelaufen ist. Die im RAM 203 gesetzte Standardschrittweite wird daher ohne Modifikation verändert, wenn die Übungsintensität berechnet wird (Schritt Sa3).
Wenn andererseits eine Höhendifferenz vorhanden ist, ermittelt die CPU 201 anschließend zuerst im Schritt Sa103 die Steigung anhand der Höhendifferenz und der gelaufenen Strecke während der letzten 30 Sekunden. Zweitens wird der Schrittweitenkorrekturkoeffizient entsprechend dieser Steigung durch Auslesen aus der Tabelle erhalten. Drittens wird die aus dem RAM 203 ausgelesene Standardschrittweite mit dem Korrekturkoeffizienten multipliziert, um die Schrittweite entsprechend dieser Steigung zu korrigieren. Wenn somit während des Laufens eine Höhendifferenz auftritt, korrigiert die CPU 201 die im RAM 203 gesetzte Standardschrittweite und verwendet diese korrigierte Schrittweite, um die Übungsintensität zu berechnen (Schritt Sa3).
Dementsprechend wird in dieser dritten Vorrichtung die Schrittweite in Reaktion auf die Steigung während des Laufens korrigiert. Außerdem wird diese Korrektur an die individuellen Eigenschaften der Testperson angeglichen, so daß es möglich ist, die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) genauer zu erhalten.
Es ist zu beachten, daß es ferner annehmbar ist, die Übungsintensität nach Berücksichtigung der Änderung der Positionsenergie der Testperson, die eine Höhenänderung begleitet, zu erhalten, unabhängig von der Änderung der Schrittweite aufgrund der Steigung. Mit anderen Worten, es ist ferner annehmbar, eine Bauform zu schaffen, in der die Positionsenergie, die als Produkt der Höhendifferenz, die vom Höhenmesser 210 erhalten wird, und des Körpergewichts der Testperson, das im RAM 203 gesetzt ist, ausgedrückt wird, zu der erhaltenen Übungsintensität addiert oder von dieser subtrahiert wird (addiert, wenn ein Hügel erklommen wird, und subtrahiert, wenn ein Hügel abwärts gelaufen wird).
Ferner kann die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) noch genauer erhalten werden, indem die beiden zweiten und dritten Vorrichtungen kombiniert werden. Das heißt, wenn die im RAM 203 gesetzte Schrittweite korrigiert wird, um sie an die Schrittzahl und die Steigung anzupassen, kann die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) noch genauer erhalten werden.
4. Vorrichtung 4
4.1. Grundstruktur und Operation
Die vierte Vorrichtung wird im folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert.
13 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Struktur der Trainingsunterstützungsvorrichtung gemäß der vierten Vorrichtung zeigt.
In dieser Figur umfaßt der Mikrocomputer 1 eine CPU (Zentraleinheit) und deren Peripherieschaltungen. Der Mikrocomputer 1 steuert alle Teile der Vorrichtung und ermittelt die obere Grenze UL und die untere Grenze LL der Pulsrate.
Der Eingang 7 ist mit einem Modusschalter M versehen, der beim Auswählen jedes der Modi verwendet wird, mit einem Aufwärtsschalter U und einem Abwärtsschalter T, die zum Ändern der Einstellungswerte verwendet werden, und mit einem Setzschalter S, der zum Festlegen der Einstellungswerte verwendet wird.
Die Anzeigevorrichtung 8 umfaßt eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und zeigt die Obergrenze UL und die Untergrenze LL, die vom Mikrocomputer 1 ermittelt worden sind, an.
Die Pulsratentabellen-Aufzeichnungsvorrichtung 9 wird von einem ROM (Nur-Lese-Speicher) gebildet und speichert die unten gezeigte Pulsratentabelle.
14 ist eine erläuternde Figur, die ein Beispiel der Pulsratentabelle zeigt.
Wie in dieser Figur gezeigt ist, speichert diese Pulsratentabelle die Pulsrate entsprechend VO_2max für jede VO_2max In der Figur ist VO_2max die Sauerstoffaufnahmemenge zu dem Zeitpunkt, zu dem ein gegebenes Individuum mit seiner maximalen Intensität trainiert. VO_2max wird verwendet, um die maximale Sauerstoffaufnahmemenge sowie die Übungsintensität, wie z. B. die Übung bei einer VO_2max von 40 (ml/kg/min) anzugeben.
Die Pulsrate, die der jeweiligen VO_2max in dieser Figur entspricht, zeigt die Pulsrate an, bei der eine durchschnittliche Person, für die der obenerwähnte Wert VO_2max gilt, mit einer Intensität trainiert, die 50% von VO_2max entspricht.
Es ist zu beachten, daß es zwei Typen von Pulsratentabellen gibt, die in der Pulsratentabellen-Aufzeichnungsvorrichtung 9 aufgezeichnet werden (nämlich für Männer und Frauen). Die in 14 gezeigte Tabelle gilt für Männer.
Die Operation einer Trainingsunterstützungsvorrichtung gemäß der obigen Struktur wird im folgenden erläutert.
Der Benutzer schätzt seine eigene VO_2max im voraus unter Verwendung der Verfahren, die in den ersten bis dritten Vorrichtungen erläutert worden sind, oder mittels eines herkömmlichen indirekten Verfahrens. In diesem Fall ist ein indirektes Verfahren verfügbar, bei dem VO_2max/wt anhand der Herzschlagrate und der Leistung unter maximaler Übung geschätzt wird (siehe Hokon-No-Kagaku (Science of Health), Bd. 32, Nr. 3, 1990).
Als nächstes schaltet der Benutzer die Stromquelle für die Vorrichtung ein und drückt den Modusschalter M (siehe 13), um somit die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 8 in den in 15(a) gezeigten Zustand zu ändern.
Wenn in diesem Zustand der Benutzer den Aufwärtsschalter U (oder den Abwärtsschalter D) ein Mal drückt, ändert sich die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 8 von 1 (männlich) auf 2 (weiblich), oder von 2 (weiblich) nach 1 (männlich). Nach der Anpassung der Anzeige an sein Geschlecht auf diese Weise gibt der Benutzer anschließend den obenerwähnten Wert durch Drücken des Setzschalters S ein. Beispielsweise wird in diesem Fall 1 (männlich) eingegeben.
Sobald das Geschlecht des Benutzers eingegeben ist, liest der Mikrocomputer 1 die Pulsratentabelle, die dem eingegebenen Geschlecht entspricht, aus den zwei Pulsratentabellen (für Männer und Frauen) aus, die in der Pulsratentabellen-Aufzeichnungsvorrichtung 9 gespeichert sind. Da in diesem Fall (1) männlich eingegeben wurde, liest der Mikrocomputer 1 die Pulsratentabelle für Männer aus (siehe 14).
Als nächstes drückt der Benutzer den Modusschalter M, was die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 8 veranlaßt, in den in 15(b) gezeigten Zustand zu wechseln.
In diesem Zustand wird die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 8 hochgezählt, wenn der Benutzer weiterhin den Aufwärtsschalter U drückt, oder heruntergezählt, wenn der Benutzer fortgesetzt den Abwärtsschalter D drückt. Sobald der Benutzer die Anzeige an seine eigene VO_2max angeglichen hat, gibt er diesen Wert durch Drücken des Setzschalters S ein. In diesem Fall wird beispielsweise 40 eingegeben.
Sobald die VO_2max eingegeben worden ist, liest der Mikrocomputer 1 die Pulsrate, die dieser VO_2max entspricht, aus der oben ausgelesenen Pulsratentabelle aus (siehe 14). Da hier 40 eingegeben wurde, liest der Mikrocomputer 1 den Wert 125 aus, der dem obenerwähnten Wert 40 entspricht.
Als nächstes ermittelt der Mikrocomputer 1 den Wert der oberen Grenze UL für die Pulsrate durch Multiplizieren der ausgelesenen Pulsrate mit einem spezifischen Obergrenzwertkoeffizienten 1, 2 (z. B. 120%). Da in diesem Beispiel die obenerwähnte Pulsrate 125 betrug, wird der Wert der Obergrenze gleich 150.
In ähnlicher Weise ermittelt der Mikrocomputer 1 den Wert der Untergrenze LL für die Pulsrate durch Multiplizieren der oben ausgelesenen Pulsrate mit einem spezifischen Untergrenzwertkoeffizienten 0,8 (d. h. 80%). Da in diesem Beispiel die obenerwähnte Pulsrate 125 betrug, wird der Wert der Untergrenze gleich 100.
Schließlich sendet der Mikrocomputer 1 die Obergrenze UL und die Untergrenze LL zu Anzeigevorrichtung 8, wo diese angezeigt werden.
4.2. Beispielanwendung im Schrittmacher
Als nächstes wird eine Beispielanwendung erläutert, in der die Vorrichtung in einem Schrittmacher verwendet wird.
4.2.1. Gesamtstruktur
Die Struktur eines Schrittmachers, in welchem diese Vorrichtung verwendet wird, wird mit Bezug auf die Figuren erläutert.
16 ist eine Schrägansicht des äußeren Erscheinungsbildes des obenerwähnten Schrittmachers.
In dieser Figur ist der Hauptkörper 14 der Vorrichtung am Arm des Benutzers mittels eines Armbandes 12 angebracht.
Ein Pulswellensensor 301 (siehe 19) und ein Körperbewegungssensor 302 (siehe 19), die später erläutert werden, sind mittels eines Fingerriemens 15 am Finger in ihrer Stellung fixiert.
17 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel des elektrischen Aufbaus des obenerwähnten Schrittmachers.
In dieser Figur ist das Ober- und Untergrenzeneinstellelement 21 die Vorrichtung, die bereits oben unter dem Abschnitt "Grundstruktur und Operation" erläutert worden ist. Das Ober- und Untergrenzeneinstellelement 21 ermittelt die Obergrenze und die Untergrenze LL der Pulsrate und gibt diese aus.
Der Pulsrate/Schrittzahl-Detektor 22 erfaßt die Schrittzahl und den Puls des Benutzers während der Übung und gibt ein Schrittzahlerfassungssignal PS und ein Pulserfassungssignal BS aus, die diese Werte anzeigen. Die Struktur und die Operation des Puls/Schrittzahl-Detektors 22 wird im folgenden unter (2) Puls/Schrittzahl-Detektor genauer beschrieben.
Das Ober- und Untergrenzenvergleichelement 23 erfaßt, ob der Puls, der vom Pulserfassungssignal B angezeigt wird, das vom Puls/Schrittzahl-Detektor 22 geliefert wird, die Untergrenze LL oder die Obergrenze UL überschreitet. Ein Signal SS, das diesen Zustand ausdrückt, wird an den Schrittzahlsignalgenerator 24 ausgegeben.
Der Schrittzahlsignalgenerator 24 ist eine Schaltung zum Bilden eines Schrittzahlsteuersignals PCS auf der Grundlage des Schrittzahlertassungssignals PS, das vom Puls/Schrittzahldetektor 22 geliefert wird, und des Signals SS, das vom Ober- und Untergrenzenvergleichselement 23 geliefert wird. Sie weist z. B. die in 18 gezeigte Struktur auf.
In 18 ist das Anfangsschrittzahl-Einstellelement 33 eine Schaltung, die den ersten Zeitpunkt erfaßt, zudem die Pulsrate des Benutzers die Untergrenze LL überschreitet, auf der Grundlage des Signals SS, und die ein Signal Sa an die Steuervorrichtung 34 ausgibt.
Wenn das Signal Sa zugeführt wird, gibt die Steuervorrichtung 34 die Schrittzahl des Benutzers, die zu diesem Zeitpunkt vom Schrittzahlerfassungssignal PS angegeben wird, als Schrittzahlsteuersignal PCS aus.
Die Steuervorrichtung 34 prüft das folgende Signal SS, nachdem das Signal Sa ausgegeben worden ist. Wenn die Pulsrate des Benutzers kleiner als die Untergrenze LL ermittelt wird, stellt die Steuervorrichtung 34 anschließend das Schrittzahlsteuersignal PCS so ein, daß die Schrittzahl mit einer festen Rate erhöht wird, bis die Pulsrate des Benutzers wieder über der Untergrenze LL liegt.
Außerdem prüft die Steuervorrichtung 34 das Signal SS, das der Ausgabe des Signals Sa folgt. Wenn die Pulsrate des Benutzers größer als die Obergrenze UL ermittelt wird, stellt die Steuervorrichtung 34 anschließend das Schrittzahlsteuersignal PCS so ein, daß die Schrittzahl mit einer festen Rate gesenkt wird, bis die Pulsrate wieder unter der Obergrenze UL liegt.
Das Stoppsteuerelement 35 ist eine Schaltung zum Vergleichen des Schrittzahlsteuersignals PCS und des Schrittzahlerfassungssignals PS. Das Stoppsteuerelement 35 stoppt die Ausgabe des Schrittzahlsteuersignals PCS, wenn diese Signale für eine feste Zeitperiode äquivalent sind (oder wenn sie nahezu gleich sind), und gibt das Schrittzahlsteuersignal PCS wieder aus, wenn die zwei Signale verschieden sind. Wenn sich jedoch die Schrittzahl ändert (ansteigt oder absinkt, ist die Steuervorrichtung 34 so ausgelegt, daß sie die Ausgabe des Schrittzahlsteuersignals PCS unabhängig von der Operation der Stoppsteuervorrichtung 35 fortsetzt.
Die Struktur des Schrittzahlsignalgenerators 24 und Einzelheiten der Verarbeitung wurden oben erläutert. Vorausgesetzt, daß dieselbe Verarbeitung ausgeführt wird, sind jedoch andere Schaltungsstrukturen möglich. Außerdem ist es auch annehmbar, das Vorangehende mittels Software zu verwirk lichen.
Der in 17 gezeigte Tongeber 25 wird von einem piezoelektrischen Summer und dessen Ansteuerschaltung gebildet und gibt z. B. einen Piepton mit einer Schrittzahl entsprechend dem Schrittzahlsteuersignal PCS aus. Wenn das Schrittzahlsteuersignal PCS nicht zugeführt wird, wird die Tonabgabe gestoppt.
Die Anzeigevorrichtung 26 umfaßt eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Wie in 16 gezeigt ist, zeigt die Anzeigevorrichtung 26 die vom Schrittzahlsteuersignal PCS angegebene Schrittzahl als numerischen Wert an und schaltet eine Markierung MK in Reaktion auf diese Schrittzahl ein und aus. Ferner zeigt die Anzeigevorrichtung 26 eine Pulsrate auf der Grundlage des Pulserfassungssignals BS an, das vom Puls/Schrittzahl-Detektor 22 geliefert wird. Wenn der Anzeigemodus mittels des Modusschalters M (siehe 13) des Ober- und Untergrenzeneinstellelements 21 geändert wird, ist die Anzeigevorrichtung 26 dafür ausgelegt, die Werte einer Obergrenze UL und einer Untergrenze LL (in den Figuren nicht gezeigt) anzuzeigen.
4.2.2. Puls/Schrittzahl-Detektor
Im folgenden werden die Struktur und die Operation des Puls/Schrittzahl-Detektors 22 mit Bezug auf die Figuren erläutert.
19 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel der Struktur eines Puls/Schrittzahl-Detektors 22 zeigt.
In dieser Figur erfaßt der Pulswellensensor 301 die Pulswelle im Körper und gibt das erfaßte Pulswellensignal an eine Pulswellensignalverstärkungsschaltung 303 aus. Der Pulswellensensor 301 kann z. B. ein piezoelektrisches Mikrophon sein.
Der Köperbewegungssensor 302 erfaßt die Körperbewegung und gibt das erfaßte Körperbewegungssignal an eine Körperbewegungssignalverstärkungsschaltung 304 aus. Der Körperbewegungssensor 302 kann z. B. ein Beschleunigungssensor sein.
Die Pulswellensignalverstärkungsschaltung 303 verstärkt das erfaßte Pulswellensignal und gibt das Signal an eine A/D-Umsetzungsschaltung 305 und eine Pulswellenform-Umformungsschaltung 306 aus.
Die Körperbewegungssignalverstärkungsschaltung 304 verstärkt das erfaßte Körperbewegungssignal und gibt das Signal an eine A/D-Umsetzungsschaltung 305 und eine Körperbewegungswellenform-Umformungsschaltung 307 aus.
Die A/D-Umsetzungsschaltung 305 setzt das verstärkte Pulswellensignal und das Körperbewegungssignal von analogen in digitale Signale um und gibt dieses Ergebnis an die CPU 308 aus.
Die Pulswellenform-Umformungsschaltung 306 formt das verstärkte Pulswellensignal um und gibt es an die CPU 308 aus.
Die Körperbewegungswellenform-Umformungsschaltung 307 formt das verstärkte Körperbewegungssignal um und gibt das Ergebnis an die CPU 308 aus.
20 ist ein Flußdiagramm, das die Reihenfolge der Verarbeitung im Puls/Schrittzahl-Detektor 22 zeigt.
Im Schritt SF1 in dieser Figur wird die Pulswelle erfaßt, wobei das Pulswellensignal verstärkt wird und das verstärkte Pulswellensignal von analog nach digital umgesetzt wird.
Im Schritt SF2 wird die Körperbewegung erfaßt, wobei dieses Körperbewegungssignal verstärkt wird und das verstärkte Körperbewegungssignal von einem analogen in ein digitales Signal umgesetzt wird.
Im Schritt SF3 werden die analog/digital-umgesetzten Pulswellen- und Körperbewegungssignale der FFT-Verarbeitung unterworfen.
Im Schritt SF4 wird die Herzfrequenzkomponente auf der Grundlage der FFT-verarbeiteten Pulswellen- und Körperbewegungssignale extrahiert.
Im Schritt SF5 wird die Pulsrate auf der Grundlage der extrahierten Herzfrequenzkomponente berechnet.
Die Herzfrequenzkomponente, die in dieser Beschreibung verwendet wird, ist als die Herzfrequenzkomponente definiert, die erhalten wird nach Entfernen der Frequenzkomponente, die dem Körperbewegungssignal entspricht, aus dem nach der FFT-Verarbeitung des Pulswellensignals erhaltenen Ergebnis.
4.2.2.1. Prinzip der Verarbeitung zum Extrahieren der Herzfrequenzkomponente
Die Herzfrequenzkomponente wurde im obigen Schritt SF4 extrahiert. Das Prinzip hinter dieser Operation wird im folgenden erläutert.
21A zeigt das Signal, das nach Addieren der Frequenzen fA und fB erhalten wird (wobei jedoch die Amplitude der Frequenz fB gleich 1/2 derjenigen der Frequenz fA ist). 21B ist ein Graph, der das Ergebnis zeigt, das nach der FFT-Verarbeitung des addierten Signals erhalten wird.
Die niedrigste Frequenz, die als Ergebnis der FFT-Verarbeitung erhalten wird, wird entsprechend dem Kehrwert der Dauer der Analyse ermittelt. Wenn z. B. die Dauer der Analyse 16s betrug, ist das Linienspektrum gleich 1/16 s. Mit anderen Worten, eine Auflösung von 62,5 ms wird erhalten. Dementsprechend wird das der Analyse unterworfene Signal bis auf eine Oberwellenkomponente aufgelöst, die ein ganzzahliges Vielfaches von 16 Hz ist. Die Größe (Leistung) der jeweiligen Oberwellenkomponenten wird längs der vertikalen Achse ausgedrückt. 21B zeigt, daß die Frequenz fB die halbe Leistung der Frequenz fA aufweist.
Die 22A ist ein Graph, der ein Beispiel der Ergebnisse zeigt, die nach der Ausführung der FFT-Verarbeitung für das vom Pulswellensensor 301 und vom Körperbewegungssensor 302 während der Übung ausgegebene Signal erhalten werden. 22A zeigt das Ergebnis (Pulswellenspektrum fmg), das nach Ausführen der FFT-Verarbeitung des vom Pulswellensensor 301 ausgegebenen Signals erhalten wird; 22B zeigt das Ergebnis (Körperbewegungsspektrum fsg), das nach Ausführen der FFT-Verarbeitung des vom Körperbewegungssensors 302 ausgegebenen Signals erhalten wird; und 22C zeigt das Herzschlagspektrum fM, das nach Subtrahieren des Körperbewegungsspektrum fsg vom Pulswellenspektrum fmg erhalten wird.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, sind die Herzfrequenzkomponente und die Frequenzkomponente von dem durch die Körperbewegung erzeugten Signal beide in 22A vorhanden.
Da im Gegensatz hierzu der Körperbewegungssensor 302 nur der Körperbewegung entspricht, wird in 22B nur die Frequenzkomponente von dem durch die Körperbewegung erzeugten Signal erhalten.
Dementsprechend wird das Körperbewegungsspektrum fsg vom Pulswellenspektrum fmg subtrahiert, wobei das größte Spektrum aus dem verbleibenden Linienspektrum fM als die Herzfrequenzkomponente spezifiziert wird.
Die Pulsrate wird auf der Grundlage dieser Herzfrequenzkomponente in dem in 20 gezeigten Schritt SF5 berechnet.
Es kann jedoch schwierig sein, die Frequenzanalyse der von diesen Sensoren ausgegebenen Wellenformen mittels des Verfahrens des einfachen Nehmens der Differenz wirklich durchzuführen, aufgrund des Einflusses der Oberwellensignale. Dementsprechend wird im folgenden das Verfahren zum Spezifizieren der Pulswelle genauer erläutert.
Zuerst wird der Frequenzbereich für die Analyse betrachtet. Gewöhnlich beträgt die Frequenz der Körperbewegung 1–2 Hz. Wenn dementsprechend fmax = 4 Hz gilt, ist ein Überprüfung bis zur dritten Oberwelle ausreichend.
In dieser Vorrichtung wird die maximale Körperbewegungskomponente im Frequenzbereich von 2–4 Hz extrahiert, wobei die maximale Komponente darin als die zweite Oberwelle der Körperbewegungskomponente angenommen wird. Der Grund für diese Annahme wird im folgenden erläutert.
23 zeigt die Ergebnisse, die nach Ausführen der FFT-Verarbeitung für den Ausgang vom Körperbewegungssensor 302 erhalten werden. Im allgemeinen wird während des Übens, und insbesondere während des Laufens, die Leistung der zweiten Oberwelle im Vergleich zur Grundwelle höher (z. B. eine Erhöhung auf das 3–10-fache im Fall des normalen Laufens) wie in 23 gezeigt ist. Die folgenden drei Punkte können betrachtet werden, wenn die vom Körperbewegungssensor 302 erfaßten Faktoren analysiert werden, wenn der Benutzer läuft. Nämlich,

1. Aufwärts- und Abwärtsbewegung während des Laufens
2. die Grundwelle der Armschwingung
3. die zweite Oberwelle der Armschwingung

Mit Bezug auf (1) erscheint die Aufwärts- und Abwärtsbewegung gleichmäßig, wenn ein Schritt mit dem rechten Fuß vorgenommen wird und wenn ein Schritt mit dem linken Fuß vorgenommen wird, so daß diese Bewegung die zweite Oberwelle der Körperbewegungskomponente wird.
Mit Bezug auf (2) wird eine Pendelbewegung angezeigt, bei der die schwingende Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Arme eine Periode bildet. Typischerweise ist es jedoch schwierig, die Schwingung der Arme während des Laufens in eine gleichmäßige Pendelbewegung zu bringen, während die Leistung dieser Komponente schwach ist.
Mit Bezug auf (3) erscheint die zweite Oberwelle stärker als die Grundwelle, da die Beschleunigung zu dem Zeitpunkt, zu dem die Arme vorwärts schwingen, und zu dem Zeitpunkt, zu dem sie zurückgezogen werden, ausgeübt wird.
Dementsprechend wird innerhalb der Frequenz der Körperbewegung die zweite Oberwellenkomponente charakteristisch erhalten.
Im Fall des gewöhnlichen Laufens bei einem Bereich von 2 bis 4 Hz ist es möglich, den Bereich abzudecken, indem die zweite Oberwelle erscheint, unabhängig davon, ob die Schrittzahl des Laufens langsam oder schnell ist. Dementsprechend ist es durch Extrahieren der charakteristischen zweiten Oberwellenkomponente nach der Begrenzung des Bereiches in dieser Weise möglich, die Genauigkeit der Erfassung zu erhöhen.
4.2.2.2. Einzelheiten der Verarbeitung zum Extrahieren der Herzfrequenzkomponente
24 ist ein Flußdiagramm für das Verarbeitungsverfahren zum Spezifizieren der Pulswellenkomponente nach dem Spezifizieren der Oberwelle des Körperbewegungssignals.
Im Schritt SD1 ermittelt die CPU 308 das Linienspektrum fs, bei dem die Leistung P maximal ist, auf der Grundlage der Ergebnisse der Frequenzanalyse des Körperbewegungssignals.
In den Schritten SD2 entscheidet die CPU 308, ob einer Körperbewegungskomponente P(fs/2) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th an einer Frequenzposition vorhanden ist, die gleich der Hälfte derjenigen der Frequenz fs ist.
Wenn das Ergebnis dieser Ermittlung Ja ist, d. h. wenn eine Körperbewegungskomponente P(fs/2) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th vorhanden ist, rückt die Verarbeitung zum Schritt SD3 vor.
Im Schritt SD3 wird die Frequenz fs als die zweite Oberwelle spezifiziert (HMC = 2}.
Wenn das Ergebnis der Ermittlung im Schritt SD2 Nein ist, d. h. wenn keine Körperbewegungskomponente P(fs/2) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th vorhanden ist, rückt die Verarbeitung zum Schritt SD4 vor.
Im Schritt SD4 entscheidet die CPU 308, ob eine Körperbewegungskomponente P(fs/3) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th bei einer Frequenz vorhanden ist, die gleich 1/3 derjenigen der Frequenz fs ist.
Wenn das Ergebnis dieser Ermittlung Ja ist, d. h. wenn eine Körperbewegungskomponente P(fs/3) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th vorhanden ist, rückt die Verarbeitung zum Schritt SD5 vor.
Im Schritt SD5 spezifiziert die CPU 308 fs als die dritte Oberwelle (HMC = 3) der Körperbewegung.
Wenn das Ergebnis im Schritt SD4 Nein ist, d. h. wenn keine Körperbewegungskomponente P (fs/3) oberhalb eines gegebenen festen Wertes Th vorhanden ist, spezifiziert die CPU 308 die Frequenz fs als die Frequenz fs1 der Grundwelle.
Als Ergebnis der vorangehenden Verarbeitung ist es möglich, zu spezifizieren, welche der Oberwellen die Frequenz fs ist, so daß im Schritt SD7 die Grundwelle fs1 der Körperbewegung erhalten wird.
In den Schritten SD8 bis SD11 wird unter Verwendung der Ergebnisse der Frequenzanalyse der Pulswelle ein Vergleich zwischen der Frequenz fm und der Körperbewegungsfrequenz für die Linienspektren in sequentieller Reihenfolge beginnend mit dem Linienspektrum mit der größten Leistung P durchgeführt. Auf diese Weise wird geprüft, ob diese Frequenz mit der Grundwelle (fs1), der zweiten Oberwelle (2 × fs1) oder der dritten Oberwelle (3 × fs1) des Körperbewegungssignals übereinstimmt.
Als Ergebnis dieser Verarbeitung kann im Schritt SD12 die maximale Pulswellenfrequenzkomponente fm, die nicht mit einer Körperbewegungskomponente übereinstimmt, extrahiert werden.
Dies schließt die Erläuterung der Struktur und der Operation des Puls/Schrittzahl-Detektors 22 ab.
4.2.3. Operation
Die Operation des Schrittmachers wird im folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert.
Zuerst ermittelt das in 17 gezeigte Ober- und Untergrenzeneinstellelement 21 (d. h. die Trainingsunterstützungsvorrichtung) die Obergrenze UL und die Untergrenze LL für die Pulsrate mittels der Verarbeitung, die oben unter dem Abschnitt mit dem Titel "Grundstruktur und Operation" beschrieben worden ist.
Als nächstes wird der in 16 gezeigte Fingerriemen 15 am Finger angebracht, wobei z. B. ab dem in 27 gezeigten Zeitpunkt t₁ mit dem Laufen begonnen wird.
Als Ergebnis erfaßt der in 17 gezeigte Puls/Schrittzahl-Detektor 22 den Puls und die Schrittzahl des Benutzers mittels der oben in (2) "Puls/Schrittzahl-Detektor" beschriebenen Verarbeitung und gibt das Pulserfassungssignal BS und das Schrittzahlerfassungssignal PS, die diese Werte ausdrücken, aus.
Das Ober- und Untergrenzenvergleichselement 23 vergleicht das Pulserfassungssignal BS und die Obergrenze UL und die Untergrenze LL und gibt das Signal SS entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleichs aus.
Wenn in diesem Fall der Benutzer zuerst mit dem Laufen beginnt, erreicht sein Puls nicht die Untergrenze LL, wie in 27 gezeigt ist. Aus diesem Grund gibt das Anfangsschrittzahleinstellelement 33 (siehe 18) kein Signal Sa aus, wobei die Steuervorrichtung 34 nicht die Einstellung der Anfangsschrittzahl ausführt. Dementsprechend wird kein Schrittzahlsteuersignal PCS erzeugt, wobei der Tongeber 25 keinen Schrittzahlton erzeugt.
Als nächstes beendet der Benutzer das Aufwärmen und die Schrittzahl steigt allmählich an. Die Übungsintensität erhöht sich entsprechend der ansteigenden Schrittzahl, so daß die Pulsrate ansteigt.
Zu dem in 27 gezeigten Zeitpunkt t₂ überschreitet die vom Pulserfassungssignal BS angezeigte Pulsrate die Untergrenze LL. Das vom Ober- und Untergrenzenvergleichselement 23 ausgegebene Signal SS zeigt (die überschrittene Untergrenze) an, wobei das Anfangsschrittzahl-Einstellelement 33 (siehe 18) ein Signal Sa ausgibt.
Wenn das Signal Sa ausgegeben wird, nimmt die Steuervorrichtung 34 die vom Schrittzahlerfassungssignal PS angezeigte Schrittzahl des Benutzers auf und setzt diese als die Anfangsschrittzahl ein. Das Schrittzahlsteuersignal PCS wird in Reaktion auf diese Schrittzahl ausgegeben.
Als Ergebnis erzeugt der Tongeber 25 einen Schrittzahlton mit einer Schrittzahl entsprechend dem Schrittzahlsteuersignal PCS (der Schrittzahl des Benutzers zum aktuellen Zeitpunkt, oder 160 Schritte/min für das in 27 gezeigte Beispiel). Mit anderen Worten, wenn der Puls des Benutzers die Untergrenze LL überschreitet, wird der Schrittzahlton zum ersten Mal erzeugt. Außerdem ist das Intervall, während dem der Ton abgegeben wird, äquivalent zur Schrittzahl des Benutzers zu diesem Zeitpunkt.
Wenn ferner die Schrittzahl des Benutzers und die vom Tongeber 25 erzeugte Schrittzahl äquivalent sind und die Dauer dieser Äquivalenz eine spezifische Zeitperiode überschreitet, gibt die Stoppsteuervorrichtung 35 (siehe 18) ein Steuersignal bezüglich der Steuervorrichtung 34 aus. Als Ergebnis wird das Schrittzahlsteuersignal PCS beendet und der Schrittzahlton vom Tongeber 25 endet. Dementsprechend wird die Abgabe des Schrittzahltons am Tongeber 25 nur vom Zeitpunkt t₂ bis zum Zeitpunkt T₁ ausgeführt, wie in 27 gezeigt ist.
Der Grund für die Abschaltung des Schrittzahltons nach Verstreichen der Zeitspanne T₁ ist folgender. Die Schrittzahl eines Benutzers, der einen stationären Zustand im Laufen erreicht hat, ist nämlich typischerweise stabil, so daß bei Fehlen irgendeines Grundes, warum dies nicht auftreten sollte, das Laufen mit einer nahezu konstanten Schrittzahl ausgeführt wird, selbst wenn kein Schrittzahlton oder eine andere Anweisung bereitgestellt wird. Dementsprechend wird die unnötige Schrittzahlanweisung nicht ausgeführt, wodurch der Energieverbrauch reduziert wird.
Als nächstes steigt der Puls des mit der Anfangsschrittzahl laufenden Benutzers an, wie in 27 gezeigt ist. Wenn der Puls die Obergrenze UL zum Zeitpunkt t₃ überschreitet, zeigt das Ausgangssignal SS vom Ober- und Untergrenzenvergleichselement 23 dies an [Obergrenze überschritten]. Die Steuervorrichtung 34 (siehe 18) paßt das Schrittzahlsteuersignal PCS an, so daß die Schrittzahl mit einer festen Rate gesenkt wird, bis der Puls des Benutzers unter die Obergrenze UL fällt.
Die Steuervorrichtung 34 gibt erneut ein Schrittzahlsteuersignal PCS aus, wenn sich die Schrittzahl ändert, und gibt einen Schrittzahlton vom Tongeber 25 aus. Dies ist erforderlich, um dem Benutzer die Schrittzahländerung bewußt zu machen.
Zum Zeitpunkt t₄ fällt der Puls des Benutzers unter die Untergrenze UL und die Steuervorrichtung 34 hält die Einstellung bezüglich des Schrittzahlsteuersignals PCS. Dementsprechend ist die Einstellung der Schrittzahl der Steuervorrichtung 34 auf die Schrittzahl unmittelbar vor dem Zeitpunkt t₄ fixiert (145 Schritte/min). Wenn die veränderte Schrittzahl und die Schrittzahl des Benutzers für eine feste Zeitperiode übereinstimmen, wird dies von der Stoppsteuervorrichtung 35 erfaßt und das Schrittzahlsteuersignal PCS wird erneut gestoppt.
Wenn als nächstes die Schrittzahl des Benutzers sich zum Zeitpunkt t₅ wegen eines bestimmten Grundes wie z. B. einer Änderung der physischen Bedingung ändert, wird dies von der Stoppsteuervorrichtung 35 erfaßt. Als Ergebnis gibt die Stoppsteuervorrichtung 35 ein Schrittzahlsteuersignal PCS an die Steuervorrichtung 34 aus. Als Ergebnis gibt der Tongeber 25 erneut einen Schrittzahlton aus, wobei der Benutzer die Schrittzahl seines Laufens entsprechend dem Schrittzahlton variiert. Wenn die Schrittzahl des Benutzers und die Einstellungsschrittzahl der Steuervorrichtung 34 für eine feste Zeitperiode übereinstimmen, wird die Erzeugung des Schrittzahlsteuersignals PCS von der Stoppsteuervorrichtung 35 gestoppt. Der Puls des Benutzers sinkt allmählich, so daß er z. B. zum Zeitpunkt t₆ unter die Untergrenze LL fällt. Da das Ausgangssignal SS vom Ober- und Untergrenzenvergleichselement 23 anzeigt, daß die Schrittzahl unter die Untergrenze gefallen ist, stellt die Steuervorrichtung 34 das Schrittzahlsteuersignal PCS so ein, daß die Schrittzahl mit einer festen Rate ansteigt, bis der Puls des Benutzers die Untergrenze LL überschreitet.
Die Steuervorrichtung 34 gibt erneut ein Schrittzahlsteuersignal PCS aus, wenn sich die Schrittzahl ändert, und veranlaßt die Ausgabe eines Schrittzahltons vom Tongeber 25. In diesem Fall besteht eine leichte Zeitdifferenz vom Zeitpunkt t₆, zu dem der Puls unter die Untergrenze LL fällt, und dem Zeitpunkt t₇, zu dem die Einstellung des Schrittzahlsteuersignals PCS eingeleitet wurde. Dies liegt daran, daß die Steuervorrichtung 34 das Signal SS in spezifischen Perioden überwacht. Im Fall dieses Beispiels ist der Zeitablauf t₇, mit dem die Überwachung ausgeführt wird, etwas langsamer als der Zeitablauf des Zeitpunkts t₆. Dies stellt jedoch kein Problem dar, daß eine ausreichende frühe Periode für die Schrittzahlanweisung an den Benutzer gesetzt ist.
Der zum Zeitpunkt t₇ erzeugte Schrittzahlton wird nach Verstreichen der Zeit T₄ gestoppt. Dies wird unter der Steuerung der Stoppsteuervorrichtung 35 in der gleichen Weise wie oben beschrieben bewerkstelligt.
Dies schließt die Erläuterung der Operation des Schrittmachers ab.
5. Vorrichtung 5
5.1. Struktur der Vorrichtung
5.1.1. Gesamtstruktur
Die fünfte Vorrichtung wird im folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert.
29 zeigt die tragbare Pulswellenmeßvorrichtung und die Datenverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten der von dieser tragbaren Pulswellenmeßvorrichtung gemessenen Informationen gemäß der vorliegenden Vorrichtung. Im folgenden werden diese gemeinsam als eine Pulswelleninformation-Verarbeitungsvorrichtung bezeichnet. 30 ist eine erläuternde Figur, die das Verfahren der Anwendung für die tragbare Pulswellenmeßvorrichtung zeigt. Wie aus diesen Figuren deutlich wird, nimmt die tragbare Vorrichtung die Form einer Pulswellenmeßvorrichtung an, die an dem Arm angebracht ist, der eine Armbanduhr trägt. Wie in 29 gezeigt ist, wird die Pulswelleninformation-Verarbeitungsvorrichtung 1 von der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A und einer Datenverarbeitungsvorrichtung 1B, die Daten zwischen sich und der Pulswellenmeßvorrichtung 1A, die am Arm angebracht ist, gebildet.
Wie später erläutert wird, ist ein Verbinder 70 an der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A vorgesehen. Eine Kommunikationseinheit 100 für die Kommunikation mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 1B ist am Verbinder 70 angebracht. Die Kommunikationseinheit 100 wird verwendet, um Daten, die ein optisches Signal verwenden, zwischen der Pulswellenmeßvorrichtung 1A, die am Arm angebracht ist, und der Datenverarbeitungsvorrichtung 1B auszutauschen. Die Kommunikationseinheit 100 ist so beschaffen, daß die von der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A frei abnehmbar ist. Wie im folgenden erläutert wird, kann das Verbinderstück 80 anstelle der Kommunikationseinheit 100 am Verbinder 70 angebracht werden, wobei eine Sensoreinheit 30 zum Messen der Pulswelle am Ende des Verbinderstücks 80 mittels eines Kabels 2 vorgesehen ist.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 1B wird von einem Vorrichtungshauptkörper 2, eine Anzeigevorrichtung 3, eine Tastatur 4, einem Drucker 5 und dergleichen gebildet. Mit Ausnahme der folgenden Punkte ist die in der gleichen Weise wie ein gewöhnlicher Personalcomputer ausgebildet. Entsprechend wird eine genaue Beschreibung derselben weggelassen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 1B enthält im Innern eine Sendesteuervorrichtung und eine Empfangssteuervorrichtung, die in den Figuren nicht gezeigt sind, um Daten mittels optischer Signale zu senden und zu empfangen. Die Sendesteuervorrichtung ist mit einer LED 61 zum Senden optischer Signale versehen, während die Empfangssteuervorrichtung mit einem Phototransistor 62 zum Empfangen optischer Signale versehen ist. Die LED 61 und der Phototransistor 62 verwenden nahe Infrarotstrahlung (mit einer Mittenwellenlänge von z. B. 940 nm) und führen eine optischen Datenaustausch über einen Sichtbares-Licht-Abschirmfilter 63 zum Abschirmen sichtbaren Lichts und durch ein Kommunikationsfenster 6 aus, das für die optische Kommunikation verwendet wird und an der vorderen Oberfläche der Datenverarbeitungsvorrichtung 1B vorgesehen ist.
Wie in 30 gezeigt ist, umfaßt die Pulswellenmeßvorrichtung 1A, die am Arm angebracht ist, im wesentlichen einen Vorrichtungshauptkörper 10 mit einer Armbanduhrstruktur, ein am Vorrichtungshauptkörper 10 angebrachtes Kabel 20 und eine am Ende des Kabels 20 vorgesehene Sensoreinheit 30.
Ein Armband 12 ist am Vorrichtungshauptkörper 10 vorgesehen und ausgehend von der 12-Uhr-Position um den Arm gewickelt und an der 6-Uhr-Position befestigt. Dieser Vorrichtungshauptkörper 10 ist so beschalten, daß er vom Arm des Benutzers mittels des Armbandes 12 frei abnehmbar ist. Die Sensoreinheit 30 ist mit einem Band 40 versehen, das eine Breite von etwa 10 mm aufweist, um den Sensor in Stellung zu halten. Dieses Band 40 zum Fixieren des Sensors in seiner Stellung ist zwischen der Basis und dem Gelenk des Zeigefingers angebracht.
Es ist zu beachten, daß dann, wenn eine Richtung entsprechend den Zeitpositionen auf einem Uhrziffernblatt angegeben wird, sich dies auf die Richtung des Vorrichtungshauptkörpers bezieht und nicht bedeutet, daß die Anzeige auf der Oberfläche des Vorrichtungshauptkörpers die Form von Uhrzeigern annimmt.
5.1.2. Struktur des Hauptkörpers der Vorrichtung
Die anderen Komponenten in 30 werden im folgenden mit Bezug auf 31 erläutert, die eine Draufsicht des Hauptkörpers der Pulswellenmeßvorrichtung 1A ist, die am Arm angebracht ist.
In 30 ist der Vorrichtungshauptkörper 10 mit einem Kunstharzuhrgehäuse 11 versehen. Eine Flüssigkristallvorrichtung 13 ist auf der Oberfläche des Uhrgehäuses 11 ausgebildet, um die aktuelle Zeit und das Datum sowie die Pulsrate und andere Pulswelleninformationen in digitaler Form anzuzeigen.
Ein Datenprozessor 50, der eine Signalverarbeitung des erfaßten Ergebnisses ausführt, ist im Uhrgehäuse 11 aufgenommen, um die Änderung der Pulsrate auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung durch die Sensoreinheit 30 (d. h. des Pulswellensignals) anzuzeigen. Eine Uhrkomponente ist ebenfalls im Datenprozessor 50 ausgebildet, so daß es möglich ist, die reguläre Zeit, die Rundenzeit, eine Spurtzeit und dergleichen auf der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 anzuzeigen.
Knopfschalter 111 bis 115 sind am Außenumfang des Uhrgehäuses 11 ausgebildet, um die verschiedenen Modi zu wechseln, wie z. B. den Zeitein stellmodus, den Anzeigemodus, den Pulswellenmeßmodus, den Stoppuhrmodus, den Datenübertragungsmodus und dergleichen, während die Knopfschalter 116 bis 117 (in 30 nicht gezeigt) an der Oberfläche des Uhrgehäuses 11 ausgebildet sind.
Ein flache knopfförmige Batterie 590 ist im Uhrgehäuse 11 aufgenommen, wie mit der gestrichelten Linie in 31 gezeigt ist, und bildet die Stromquelle für die Pulswellenmeßvorrichtung 1A, die am Arm angebracht ist. Das Kabel 20 liefert elektrische Leistung von der Batterie 590 zur Sensoreinheit 30, und gibt die Ergebnisse der Erfassung von der Sensoreinheit 30 in den Datenprozessor 50 innerhalb des Uhrgehäuses 11 ein. Das Uhrgehäuse 11 ist in horizontaler Richtung länger. Dieses Merkmal wird verwendet, um die Batterie 590 und ein flaches piezoelektrisches Element für den Summer nebeneinander in Ebenenrichtung innerhalb des Uhrgehäuses 11 anzuordnen. Als Ergebnis ist es möglich, den Vorrichtungshauptkörper 10 dünner zu machen.
5.1.3. Struktur der Sensoreinheit
Wie in 30 gezeigt ist, umfaßt die Sensoreinheit 30 ein Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung und eine optische Einheit 300. Das Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung wird von einem dicken Kunstharzgußgegenstand gebildet, der flexibel ist. Das Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung, das herumgewickelt wird, um einen Kreis zu bilden, wird herausgezogen und um die Basis des Fingers gewickelt. Wenn es losgelassen wird, wickelt sich das Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung anschließend eng um die Basis des Fingers unter seiner inhärenten Rückstellkraft. Das Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung ist um dessen Mittelbereich dicker, wo ein Loch 41 zum Aufnehmen der optischen Einheit 300 ausgebildet ist.
Wie in 32 gezeigt ist, bedeckt eine hintere Abdeckung 3021 den Sensorrahmen 3011 der optischen Einheit 300 als ein Gehäuse hierfür, so daß der innere Bereich einen Komponentenaufnahmeraum bildet. Ein lichtdurchlässiges Fenster ist im oberen Abschnitt des Sensorrahmens 3011 mittels einer Glasplatte 3041 (Filter) ausgebildet. Eine Leiterplatte 3051 ist am inneren Teil des Sensorrahmens 3011 befestigt, so daß jede Glasplatte 3041 gegenüberliegt. Elektrische Bauteile, wie z. B. die LED 31, die für die Pulswellenmessung verwendet wird, ein Phototransistor 32, der für die Pulswellenmessung verwendet wird, (nicht gezeigte) Transistoren und dergleichen, sind auf der Leiterplatte 3051 montiert. Die lichtemittierenden Oberflächen der LED 31, die für die Pulswellenmessung verwendet wird, und die lichtempfangende Oberfläche des Phototransistors 32, der für die Pulswellenmessung verwendet wird, sind in Richtung der Glasplatte 3041 ausgerichtet.
Wenn bezüglich des optischen Sensors 300 das Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung an der Basis des Fingers angebracht wird, so daß die Glasplatte 3041 an der Innenseite bezüglich des Bandes 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung angebracht ist, sind die lichtemittierende Oberfläche der LED 31, die für die Pulswellenmessung verwendet wird und die lichtempfangende Oberfläche des Phototransistors 32, der für die Pulswellenmessung verwendet wird, in Richtung zur Oberfläche des Fingers ausgerichtet. Wenn dementsprechend der Finger mit dem Licht von der für die Pulswellenmessung verwendetem LED 31 bestrahlt wird, empfängt der für die Pulswellenmessung verwendete Phototransistor 32 das von den Blutgefäßen im Finger reflektierte Licht. Das resultierende empfangende Licht (d. h. das Pulswellensignal) wird von der optischen Einheit 300 über ein Kabel 20 in den Vorrichtungshauptkörper 10 eingegeben.
Die Sensoreinheit 30 verwendet eine LED 31, die für die Pulswellenmessung verwendet wird und einen Emissionslichtwellenlängenbereich von 350–600 nm aufweist, und einen für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistor, der einen Empfangslichtwellenlängenbereich von 300–600 nm aufweist. Physiologische Informationen werden auf der Grundlage des Ergebnisses der Erfassung im Bereich der Überlappung dazwischen (d. h. bei etwa 300–600 nm, angezeigt. Im Fall von Außenlicht ist es für das Licht im Wellenlängenbereich unterhalb von 700 nm schwierig, durch den Finger zu gelangen. Selbst wenn somit Außenlicht einen Abschnitt des Fingers bestrahlt, der nicht mit dem Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung abgedeckt ist, verwendet dieses den Finger als Lichtleiter, wie durch die gestrichelte Linie X in der Figur gezeigt ist, erreicht jedoch nicht den für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistor 32. Vielmehr durchläuft nur Licht in Wellenlängenbereichen, die die Erfassung nicht beeinträchtigen, den Finger als Lichtleiter. Das Licht im unteren Wellenlängenbereich von 300 nm oder weniger wird nahezu vollständig von der Hautoberfläche absorbiert. Selbst wenn somit der Wellenlängenbereich des empfangenen Lichts auf 700 nm oder weniger eingestellt wird, ist der wirkliche Wellenlängenbereich des empfangenen Lichts gliche 300 bis 700 nm. Dementsprechend ist es möglich, die Auswirkung von Außenlicht zu beschränken, ohne den Finger wesentlich abzudecken, sondern indem vielmehr eine minimale Fläche abgedeckt wird. Vorausgesetzt, daß eine kleine Sensoreinheit 30 wie in dieser Vorrichtung verwendet wird, stellt die Vorrichtung ferner kein Hindernis beim Laufen dar, da die Vorrichtung in der Hand gegriffen werden kann, wenn sie an der Basis des Fingers angebracht ist.
Ein Teil des von der für die Pulswellenmessung verwendeten LED 31 emittierten Lichts erreicht die Blutgefäße durch den Finger, wie durch den Pfeil C in der Figur gezeigt ist. Das vom Hämoglobin im Blut reflektierte Licht erreicht den Phototransistor 32, der für die Pulswellenmessung verwendet wird, wie durch den Pfeil B gezeigt ist. Die längs dieses Weges empfangene Lichtmenge ist die vom Körper reflektierte Lichtmenge. Ferner wird ein Teil des von der für die Pulswellenmessung verwendeten LED 31 emittierten Lichts von der Oberfläche des Fingers reflektiert, wie durch den Pfeil E gezeigt ist und erreicht den Phototransistor 32. Die längs dieses Weges empfangene Lichtmenge ist die von der Haut reflektierte Lichtmenge. Ein Teil des von der für die Pulswellenmessung verwendeten LED 31 emittierten Lichts und ein Teil des von den Blutgefäßen reflektierten Lichts wird innerhalb des Fingers absorbiert oder gestreut, wie durch die Pfeile F und G gezeigt ist, und erreicht somit nicht den für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistor 32.
5.1.4. Struktur des Datenprozessors
Die Pulsrate wird im Vorrichtungshauptkörper 10 anhand des obenbeschriebenen Pulswellensignals erhalten. 33 ist ein Blockschaltbild eines Teils der Funktionen des Datenprozessors 50, der innerhalb des Uhrgehäuses 11 ausgebildet ist. In dieser Figur setzt der Pulswellensignalumsetzer 51 das von der Sensoreinheit 30 über das Kabel 20 eingegebene Signal in ein Digitalsignal um und gibt dieses Digitalsignal an die Pulswellensignalaufzeichnungsvorrichtung 52 aus. Die Pulswellensignalaufzeichnungsvorrichtung 52 ist ein RAM (Schreib/Lese-Speicher) zum Speichern digitalisierter Pulswellendaten. Die Pulswellensignalberechnungsvorrichtung 53 liest die in der Pulswellensignalaufzeichnungsvorrichtung 52 gespeicherten Pulswellendaten aus und gibt das nach einer Frequenzanalyse erhaltene Ergebnis in den Pulswellenkomponentenextrahierer 54 ein. Dieser Pulswellenkomponentenextrahierer 54 extrahiert die Pulswellenkomponente aus dem von der Pulswellensignalberechnungsvorrichtung 53 ausgegebenen Signal und gibt diese an die Pulsratenberechnungsvorrichtung 55 aus. Die Pulsratenberechnungsvorrichtung 55 berechnet die Pulsrate anhand der Frequenzkomponente der eingegebenen Pulswelle und gibt dieses Ergebnis an die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 aus.
Eine Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 ist am Datenprozessor 50 ausgebildet, um die von der Pulsratenberechnungsvorrichtung 55 erhaltenen Pulswelleninformationen, die diesen Pulswelleninformationen zugeordneten Zeitdaten, die Spurt- oder Rundenzeit während eines Marathons, die unter Verwendung der Uhrfunktion der Pulswellenmeßvorrichtung 1A gemessen wird, welche am Arm angebracht ist, zu speichern.
Die Kommunikationseinheit 100 kann am Verbinder 70 anstelle des Verbinderstücks 80 angebracht werden, wobei die folgenden Komponenten in dem Fall arbeiten, indem die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung 1A in den Datenübertragungsmodus ersetzt wird. Das heißt, die Datenausgangssteuervorrichtung 57 gibt Pulswelleninformationen und die in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeicherten Zeitdaten an den Datenprozessor 1B über die Kommunikationseinheit 100 als optisches Signal aus. Die Dateneingabesteuervorrichtung 58 empfängt das vom Datenprozessor 1B über die Kommunikationseinheit 100 gesendete optische Signal und speichert dieses in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56.
5.1.5. Struktur des Verbinders
Die Pulswellenmeßvorrichtung 1A, die am Arm angebracht ist, kann als gewöhnliche Armbanduhr während normaler Aktivitäten verwendet werden, wobei das Verbinderstück 80 und die Kommunikationseinheit 100, wie in 29 gezeigt ist, so gestaltet sind, daß sie abnehmbar an der Oberfläche der an der 6-Uhr-Position des Vorrichtungshauptkörpers positionierten Kante angeordnet sind. Durch Positionieren des Verbinders 60 an der 6-Uhr-Position ist der Verbinder auf der Seite der Armbanduhr angebracht, die dem Körper des Benutzers näher ist, wenn der Vorrichtungshauptkörper 10 am Arm angebracht ist. Somit kann er vom Benutzer leicht manipuliert werden. Da ferner der Verbinder 70 nicht von der 3-Uhr-Seite des Vorrichtungshauptkörpers 10 der Armbanduhr hervorsteht, kann der Benutzer während der Übung sein Handgelenk frei bewegen. Selbst wenn der Benutzer während der Übung hinfällt, stößt der Rücken der Hand nicht gegen der Verbinder 70.
34 zeigt die elektrische Verbindung zwischen dem Verbinder 70 und dem Verbinderstück 80 oder der Kommunikationseinheit 100. Diese Figur zeigt die Kombination einer Sensorschaltungselektrode auf der Seite des Verbinderstücks 80 und einen Anschluß auf der Seite des Verbinders 70 zum Ausführen der Eingabe und Ausgabe von Signalen mit dieser Sensorschaltung. Diese Figur zeigt den Fall, bei dem der Verbinder 70 und das Verbinderstück 70 verbunden sind, jedoch ist dies vollständig äquivalent zu dem Fall, in dem die Kommunikationseinheit 100 anstelle des Verbinderstücks 80 angeschlossen ist.
In 34 sind Anschlüsse 751–756 am Verbinder 70 ausgebildet. Elektroden 831-836 sind am Verbinderstück 80 entsprechen diesen Anschlüssen ausgebildet. Der Anschluß 752 ist ein positiver Anschluß zum Zuführen der Antriebsspannung VDD zur LED 31, die für die Pulswellenmessung verwendet wird, über die Elektrode 832, während der Anschluß 753 ein negativer Anschluß für die für die Pulswellenmessung verwendete LED 31 über die Elektrode 833 ist. Der Anschluß 754 führt eine konstante Antriebsspannung dem Korrektutvorrichtungsanschluß des Phototransistors 32 zum Messen der Pulswellen über die Elektrode 834 zu.
Der Anschluß 751 ist der Anschluß, in dem über die Elektrode 831 das Signal vom Emitteranschluß des für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistors 32 eingegeben wird. Der Anschluß 755 ist der Anschluß, in dem über die Elektrode 835 das Signal zum Erfassen, ob das Verbinderstück 80 am Verbinder 70 angebracht ist, eingegeben wird. Die Elektrode 836 ist am menschlichen Körper an der Sensoreinheit 30 geerdet, so daß dann, wenn der Anschluß 751 und die Elektrode 836 elektrisch verbunden sind, die Elektroden 831–834 infolge der Verwendung von VDD als Erdungsleitung abgeschirmt sind.
Ein Kondensator C1 und ein Schalter SW1 sind zwischen die Anschlüsse (zwischen die Elektroden 832, 833) der für die Pulswellenmessung verwendeten LED 31 an der Seite des Verbinderstücks 80 eingesetzt. Der Schalter SW1, der geschlossen ist, wenn das Verbinderstück 80 vom Verbinder 70 entfernt wird, verbindet den Kondensator C1 parallel mit der LED 31, die für die Pulswellenmessung verwendet wird, und wird geöffnet, wenn das Verbinderstück 80 am Verbinder 70 angebracht wird.
In ähnlicher Weise sind ein Kondensator C2 und ein Schalter SW2 zwischen den Anschlüssen (zwischen den Elektroden 831, 834) des für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistors 32 eingebaut. Der Schalter SW2, der geschlossen wird, wenn das Verbinderstück 80 vom Verbinder 70 abgenommen wird, verbindet den Kondensator C2 parallel mit dem für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistor 32, und wird geöffnet, wenn das Verbinderstück 70 am Verbinder 70 angebracht wird.
5.1.6. Struktur des Verbinderstücks
Die Struktur des Verbinders 70 und des Verbinderstücks 80 wird im folgenden erläutert. 35 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur des Verbinderstücks 80 zeigt. 36 ist eine vergrößerte Ansicht des Verbinders 70.
Ein Paar Vorsprünge 81, 82 sind auf jeder Seite der Bodenfläche 801 des Verbinderstücks 80 in 35 ausgebildet, die sich in Abwärtsrichtung erstrecken. Vier Verriegelungselemente 811, 812, 821, 822 ragen am unteren Ende der Vorsprünge 81, 82 nach innen. Zwei Betätigungsstifte 857, 858 sind an der unteren Oberfläche 801 ausgebildet, um die (oben erläuterte) Schaltung umzuschalten, die den Einfluß der statischen Elektrizität stoppt, wenn das Kabel 20 mit dem Vorrichtungshauptkörper 10 verbunden wird. Wenn das Verbinderstück 80 vom Verbinder 70 gelöst wird, ragt das Ende dieser Betätigungsstifte von der unteren Oberfläche 801 des Verbinderstücks 80 nach außen.
Sechs Elektroden 831–836 sind an der unteren Oberfläche 801 des Verbinderstücks 80 ausgebildet. Kreisförmige Ausbuchtungen 841–846 sind um deren Umfang ausgebildet. Wie im folgenden erläutert wird, gleitet das Verbinderstück 80 dann, wenn das Verbinderstück 80 am Verbinder 70 angebracht wird, in Richtung des Pfeils Q, nachdem der Verbinder 70 vom Verbinderstück 80 abgedeckt worden ist. Die Elektroden 831–836 sind in zwei Reihen von Elektroden 831–833 und Elektroden 834–836 längs der Gleitrichtung (d. h. der durch den Pfeil Q angegebenen Richtung) ausgebildet. Im Falle beider dieser Reihen ist jede Elektrode auf der Diagonalen angeordnet, so daß sie in einer Richtung senkrecht zur Gleitrichtung des Verbinderstücks 80 abweichen.
5.1.7. Struktur des Verbinders Wie in 36 gezeigt ist, sind Verriegelungsteile 71–74 am Verbinder 70 ausgebildet, die sich nach außen erstrecken. Dementsprechend bedeckt das Verbinderstück 80 zum Verbinder 70, so daß die Vorsprünge 81, 82 des Verbinderstücks 80 an der Außenseite der Verriegelungsteile 71–74 des Verbinders 70 positioniert sind, wobei die Verriegelungselemente 811, 821 des Verbinderstücks 80 zwischen den Verriegelungsteilen 71 und 72 und zwischen den Verriegelungsteilen 73 und 74 positioniert sind. Anschließend wird das Verbinderstück 80 auf den Verbinder 70 geschoben, so daß die Verriegelungselemente 811, 821 zwischen den Verriegelungsteilen 71 und 72 und zwischen den Verriegelungsteilen 73 und 74 hindurchdringen. (Erste Operation zum Anbringen des Verbinderstücks 80 am Verbinder 70). Anschließend wird das Verbinderstück 80 in Richtung des Pfeils Q geschoben (d. h. in Richtung der Anbringung des Verbinderstücks 80 von der 6-Uhr-Richtung zur 12-Uhr-Richtung auf dem Vorrichtungshauptkörper 10). (Zweite Operation zum Anbringen des Verbinders 70 am Verbinderstück 80). Als Ergebnis dringen die Unterseiten der Verriegelungsteile 71, 73 in die Verriegelungselemente 811, 821 ein, während die Verriegelungselemente 821, 822 in die Unterseiten der Verriegelungsteile 72, 74 eindringen. Als Ergebnis halten die Verriegelungselemente 811, 821, 812, 822 die Verriegelungsteile 71–74 jeweils mit der unteren Oberfläche 811 des Verbinderstücks 80. Auf diese Weise wird das Verbinderstück 80 leicht und sicher am Verbinder 70 angebracht.
Ähnlich den Elektroden 831–836 sind Anschlüsse 751–756 in zwei Reihen der Anschlüsse 754–756 und der Anschlüsse 751–753 längs der Gleitrichtung (d. h. der Richtung des Pfeils Q) des Verbinderstücks 80 ausgebildet. Wie im Fall der Elektroden 831–836 ist ferner im Fall der beiden Reihen jede Elektrode auf der Diagonalen angeordnet, um somit in einer Richtung senkrecht zur Gleitrichtung des Verbinderstücks 80 abzuweichen. Wenn dementsprechend der Verbinder 70 am Verbinderstück 80 angebracht wird, werden die sechs Anschlüsse 751–756 mit den sechs Elektroden 831–836 elektrisch verbunden, so daß die Ergebnisse der Messung von der Sensoreinheit 30 über das Kabel 20 in den Vorrichtungshauptkörper 10 eingegeben werden können. Die Anschlüsse 751–756 sind innerhalb der Löcher 761–766 angeordnet, die im Verbinder 70 ausgebildet sind.
Wenn das Verbinderstück 80 vom Verbinder 70 abgenommen wird, gleitet das Verbinderstück 80 in entgegengesetzter Richtung, wie durch den Pfeil R gezeigt ist. Als Ergebnis kehren die Verriegelungselemente 811, 821 in eine Position zwischen den Verriegelungsteilen 71 und 72 und zwischen den Verriegelungsteilen 73 und 74 zurück. Wenn dementsprechend das Verbinderstück 80 in diesem Zustand angehoben wird, kann es leicht und sicher vom Verbinder 70 abgenommen werden.
Auf diese Weise wird ein Verriegelungsmechanismus 700 ausgebildet, der einrastet, wenn das Verbinderstück 80 auf den Verbinder 70 in der durch den Pfeil Q gezeigten Richtung geschoben wird und der aus dem Verriegelungszustand gelöst wird, wenn das Verbinderstück 80 in entgegengesetzter Richtung (durch den Pfeil R gezeigt) verschoben wird. Obwohl der Verriegelungsmechanismus dieser Bauform eine kleine Komponente ist wird ferner die Verriegelungswirkung mit Sicherheit bewirkt.
5.1.8. Struktur des Anschlagmechanismus
Wie in 36 gezeigt ist, sind vertikale Wände 711, 721, 731 und 741 zu Verriegelungsteilen 71–74 in der durch den Pfeil Q gezeigten Richtung ausgebildet. Wenn dementsprechend das Verbinderstück 80 am Verbinder 70 angebracht wird, gleitet das Verbinderstück in Richtung des Pfeils R (zweite Operation), wodurch die Verriegelungselemente 811, 812, 821, 822 veranlaßt werden, jeweils mit den vertikalen Wänden 711, 721, 731, 741 in Kontakt zu kommen, wobei das Verbinderstück 80 an der Position der Anbringung am Verbinder 70 gestoppt wird. Mit anderen Worten, die vertikalen Wände 711, 721, 731, 741 dienen als erste Anschläge bezüglich des Verbinderstücks 80.
Wenn im Gegensatz hierzu das Verbinderstück 80 vom Verbinder 70 abgenommen wird durch Verschieben in Richtung des Pfeils R, kommen die Verriegelungselemente 811, 821 mit der Rückseite der vertikalen Wände 721, 741 der Verriegelungsteile 72, 74 in Kontakt, wobei das Verbinderstück 80 und der Verbinder 70 an ihren Ausgangspositionen gestoppt werden. Mit anderen Worten, die Rückseite der vertikalen Wände 721, 741 dient als ein zweiter Anschlag bezüglich des Verbinderstücks 80.
5.1.9. Struktur des Schaltmechanismus
Wie in 34 gezeigt ist, ist das Schließen des Schalters SW1 mit der Bewegung des Betätigungsstifts 858 verknüpft, wie durch den Pfeil gezeigt ist. Der Kondensator C1 wird elektrisch parallel mit der für die Pulswellenmessung verwendeten LED 31 verbunden. Selbst wenn dementsprechend ein Teil mit einer höheren Spannung aufgrund einer statischen Aufladung mit den Elektroden 832, 833 in Kontakt kommt, wird die Ladung im Kondensator C1 gespeichert und beschädigt nicht die für die Pulswellenmessung verwendete LED 31.
Wenn in 34 das Verbinderstück 80 am Verbinder 70 angebracht wird, wird der Schalter SW1 geöffnet, so daß eine Schaltungsstruktur gebildet wird, die die Pulswelle messen kann. Selbst wenn im Kondensator C1 eine Ladung gespeichert ist, wird diese Ladung nicht über die Elektroden 832, 833 und der Anschlüsse 752, 753 abgebaut, so daß die im Verbinder 70 und im Vorrichtungshauptkörper 10 enthaltenen Schaltungen nicht beeinträchtigt werden. Auf diese Weise ist der Schaltmechanismus, obwohl er eine einfache Struktur aufweist, mit Sicherheit mit der Anbringungsoperation zum Anbringen des Verbinderstücks 80 am Verbinder 70 verknüpft.
5.1.10. Struktur der Verbinderabdeckung
37 ist eine erläuternde Figur, die die Struktur der Verbinderabdeckung 90 zeigt. Die Verbinderabdeckung 90 wird am Verbinder 70 angebracht, wenn das Verbinderstück 80 oder die Kommunikationseinheit 100 vom Verbinder 70 abgenommen werden und die Pulswellenmeßvorrichtung 1A, die am Arm angebracht ist, als gewöhnliche Armbanduhr verwendet wird. Anders als das Verbinderstück 80 ist die Verbinderabdeckung 90 dünn, da sie keine Elektroden, Sensorschaltungen oder Kabel erfordert. Ferner ist die Verbinderabdeckung 90 in einer Form gestaltet, die das Erscheinungsbild nicht beeinträchtigt, wenn sie am Verbinder 70 angebracht ist. Die Struktur der Anbringung bezüglich des Verbinders 70 ist jedoch die gleiche wie beim Verbinderstück 80. Mit anderen Worten, es ist ein Paar von Vorsprüngen 91, 92 an der unteren Oberfläche 901 der Verbinderabdeckung 90 ausgebildet, die in Vorwärtsrichtung von jeder Seite desselben hervorstehen. Vier Verriegelungselemente 911, 912, 921, 922 ragen an der Unterkante der Vorsprünge 91, 92 nach innen. Ausbuchtungen 941–946 sind an der unteren Oberfläche 901 entsprechend den Positionen, an denen die Anschlüsse 751–756 des Verbinders 70 angeordnet sind, ausgebildet. Die Ausbuchtungen 941–946 und die Anschlüsse 751–756 bilden einen Schnappmechanismus.
Wie im Fall des Verbinderstücks 80 deckt dann, wenn die Verbinderabdekkung 90 am Verbinder 70 angebracht wird, die Verbinderabdeckung 90 den Verbinder 70 ab, so daß die Verriegelungselemente 911, 921 der Verbinderabdeckung 90 zwischen den Verriegelungsteilen 71 und 72 und zwischen den Verriegelungsteilen 73 und 74 angeordnet sind. Anschließend wird die Verbinderabdeckung 90 in Richtung zum Verbinder 70 gedrückt, so daß die Verriegelungselemente 911, 921 zwischen den Verriegelungsteilen 71 und 72 und zwischen den Verriegelungsteilen 73 und 74 hindurchdringen. Wenn anschließend die Verbinderabdeckung 90 in die durch den Pfeil Q gezeigte Richtung gleitet (von der 6-Uhr-Richtung zur 12-Uhr-Richtung auf dem Vorrichtungshauptkörper 10), dringen die Verriegelungselemente 911, 921 in die Unterseite der Verriegelungsteile 71, 73 ein, wobei die Verriegelungselemente 912, 922 in die Unterseite der Verriegelungsteile 72, 74 eindringen. Als Ergebnis halten die Verriegelungsteile 71–74 sich jeweils zwischen den Verriegelungselementen 911, 921, 912, 922 und dem Boden 901 der Verbinderabdeckung 90. Die Anschlüsse 751–756 des Verbinders 70 weisen eine Schnappfestigkeit auf, sobald sie die Ausbuchtungen 941–946 überwunden haben. Auf diese Weise gelangt die Verbinderabdeckung 90 in einen Zustand der Anbringung am Verbinder 70.
5.1.11. Struktur der Sensoreinheit
Wie in 38 gezeigt ist, ist die Außenansicht der Kommunikationseinheit 100 dieselbe wie diejenige des Verbinderstücks 80. Mit anderen Worten, wie aus dem Vergleich mit 35 deutlich wird, ist das Kommunikationskabel 20 nicht an der Kommunikationseinheit 100 angebracht, jedoch bedeckt ein rechtwinkliger Sichtbares-Licht-Abschirmfilter 1001 den Mittelabschnitt der oberen Oberfläche des Kommunikationssensors 100. Ein Loch von ungefähr der Form des Filters 1001 öffnet sich direkt unterhalb des Filters 1001, um die LED 1015 und den Phototransistor 102 freizulegen. Dies dient zum Senden und Empfangen optischer Signale über den Filter 1001.
Mit anderen Worten, der Innenbereich der Kommunikationseinheit 100 ist ein Raum zur Aufnahme von Komponenten. Eine nicht gezeigte Leiterplatte ist in Stellung befestigt, so daß sie den Filter 1001 auf der oberen Oberfläche gegenüberliegt. Die LED 1015, der Phototransistor 102 und andere elektronische Elemente sind auf dieser Leiterplatte montiert. Die LED 1015 und der Phototransistor 102 verwenden Infrarotstrahlung mit einer mittleren Wellenlänge von etwa 940 nm, wobei ihre jeweiligen lichterzeugenden und lichtempfangenden Oberflächen dem Filter 1001 zugewandt sind.
Es ist zu beachten, daß die Strukturen der Vorsprünge 1100, 1200 der Verriegelungselemente 1011, 1012, 1021, 1022, der Elektroden 1031–1036, der Ausbuchtungen 1041–1046 und der Betätigungsstifte 1057, 1058 dieselben Funktionen aufweisen wie die Vorsprünge 81, 82, die Verriegelungselemente 811, 812, 821, 822, die Elektroden 831–836, die Ausbuchtungen 841–846 und die Betätigungsstifte 857, 858, die in 35 gezeigt sind.
5.2. Operation der Vorrichtungen
Im folgenden wird die Operation der Vorrichtung gemäß der vorangehenden Struktur erläutert. Dieses Beispiel verwendet den Fall, bei dem der Benutzer einen Marathon läuft.
5.2.1. Gewöhnliche Armbanduhr
Wenn die Pulswellenmeßvorrichtung 1A, die am Arm angebracht ist, als eine gewöhnliche Armbanduhr verwendet wird, wird das Verbinderstück 80 des Vorrichtungshauptkörpers 10 vom Verbinder 70 abgenommen, wodurch das Kabel 20 und die Sensoreinheit 30 entfernt werden. In diesem Zustand wird der Vorrichtungshauptkörper 10 anschließend mittels des Armbandes 12 am Arm befestigt. Die in 37 gezeigte Verbinderabdeckung 90 wird zu diesem Zeitpunkt am Verbinder 70 angebracht, was nicht nur das Erscheinungsbild der Anordnung verbessert, sondern auch den Verbinder 70 schützt.
5.2.2. Operation im Pulswellenmeßmodus
Wenn die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung 1A verwendet wird, um die Pulsrate während des Laufens zu messen, wird das Verbinderstück 80 am Verbinder 70 wie in 30 gezeigt angebracht, wobei das Kabel 20 am Vorrichtungshauptkörper 10 angebracht wird. Der Vorrichtungshauptkörper 10 wird anschließend mittels des Armbandes 12 am Arm befestigt. Nach dem festen Anbringen der Sensoreinheit 30 (Glasplatte 3041 der optischen Einheit 300, die in 31 gezeigt ist) am Finger mittels des Bandes 40 zum Fixieren des Sensors in Stellung beginnt der Benutzer, zu laufen.
Wenn wie in 32 gezeigt Licht in Richtung des Fingers von der für die Pulswellenmessung verwendeten LED 31 gesendet wird, erreicht dieses Licht die Kapillaren, wo ein Teil desselben vom Hämoglobin im Blut absorbiert wird und ein Teil reflektiert wird. Das von den Kapillaren in Finger reflektierte Licht wird von den für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistor 32 empfangen. Die Änderung der Menge dieses empfangenen Lichts entspricht der Änderung des Blutvolumens, die durch die Pulswellen im Blut erzeugt wird. Mit anderen Worten, wenn das Blutvolumen groß ist, wird das reflektierte Licht schwächer, während dann, wenn das Blutvolumen gering ist, das reflektierte Licht stärker wird. Somit kann die Pulswelle durch Überwachen der Änderung der Intensität des reflektierten Lichts an den für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistor 32 erfaßt werden.
Andererseits setzt der in 33 gezeigte Datenprozessor 50 das Signal, das von dem für die Pulswellenmessung verwendeten Phototransistor 32 eingegeben wird, in ein digitales Signal um. Die Pulsrate wird berechnet, indem eine Frequenzanalyse und dergleichen mit diesem digitalen Signal ausgeführt wird, wobei die erhaltene Pulsrate anschließend auf der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 angezeigt wird. Auf diese Weise dient die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung 1A als Pulswellenmeßgerät. Gleichzeitig werden die Pulsrate und die Zeit, zu der sie gemessen wurde, von der Pulsratenberechnungsvorrichtung 55 an die Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 ausgegeben und darin gespeichert. Wenn außerdem die Runden- oder Spurtzeit während eines Marathons gemessen wird, werden diese Daten ebenfalls in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert. In dem Fall, in dem eine Funktion zum Messen der Temperatur oder Feuchtigkeit zum Vorrichtungshauptkörper 10 hinzugefügt ist, werden ferner diese Daten ebenfalls in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert. Sobald der Marathonlauf beendet ist, können die obenerwähnten Informationen wieder sequentiell auf der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 angezeigt werden.
5.2.3. Operation im Datenübertragungsmodus
Nach der Verwendung am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A als Pulswellenmeßgerät, wie oben beschrieben worden ist, wird anschließend, wie in 29 gezeigt ist, eine Datenübertragung zwischen dem Datenprozessor 1B und der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A ausgeführt. Wie in 39 gezeigt ist, wird dies bewerkstelligt durch Entfernen des Verbinderstücks 80 vom Verbinder 70 und Anbringen der Kommunikationseinheit 100 am Verbinder 70. Dieser Zustand ist äquivalent zur Ausbildung eines Paares von Photokopplern zwischen dem Datenpro zessor 1B und der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A, so daß eine Zweiwege-Datenübertragung zwischen der LED 61 und dem Phototransistor 102 und zwischen der LED 1015 und dem Phototransistor 62 ausgeführt wird.
Als nächstes wird ein spezifischer Schalter unter den Knopfschaltern 111–117 betätigt, um die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung 1A in den Datenübertragungsmodus zu versetzen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Datenausgabesteuervorrichtung 57 in dem in 33 gezeigten Datenprozessor 50 fähig, Pulswelleninformationen, Zeitdaten oder dergleichen, die in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert worden sind, als optische Signale von der LED 1015 der Kommunikationseinheit 100 auszugeben. Wenn ein Befehl zum Senden von Daten am Datenprozessor 1B in diesem Bereitschaftszustand ausgegeben wird, wird über das Kommunikationsfenster 6 ein optisches Signal, das den Befehl anzeigt, von der LED 61 ausgegeben.
Wenn das optische Signal vom Phototransistor 102 in der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A empfangen wird, wird das Nachrichtensignal von der Dateneingabesteuervorrichtung 58 empfangen. Als Ergebnis gibt die Datenausgabesteuervorrichtung 57 Pulswelleninformationen, Zeitdaten oder dergleichen, die in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert worden sind, als optische Signale aus der LED 1015 aus. Dieses Lichtsignal wird vom Phototransistor 62 im Datenprozessor 1B empfangen, wobei somit das Nachrichtensignal vom Datenprozessor 1B aufgenommen wird. Die Pulswelleninformationen und Zeitdaten werden in einem spezifizierten Aufzeichnungsmedium bei Bedarf im Datenprozessor 1B aufgezeichnet und können an eine Anzeigevorrichtung 3 und einen Drucker 5 ausgegeben werden.
Somit werden nicht nur Pulswelleninformationen und dergleichen auf der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 des Vorrichtungshauptkörpers 10 in der Pulswellenmeßvorrichtung 1A gemäß dieser Vorrichtung angezeigt, sondern es werden zusätzlich Daten zum Datenprozessor 1B gesendet, wenn sich der Benutzer entfernt vom Datenprozessor 1B befindet, indem die Datenausgabesteuervorrichtung 57 und die LED 1015 innerhalb der Kommunikations einheit 100 verwendet werden. Mit anderen Worten, am Ende eines Marathonwettbewerbes können diese Daten alle zusammen am Datenprozessor 1B angezeigt werden, was ermöglicht, leicht eine Datenzusammenstellung auszuführen.
Außerdem können Daten vom Datenprozessor 1B unter Verwendung der Dateneingabesteuervorrichtung 58 und des Phototransistors 102 innerhalb der Kommunikationseinheit 100 empfangen werden. Dementsprechend ist es möglich, Bedingungen für verschiedene auszuführende Operationen an der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A vom Datenprozessor 1B zu der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A einzugeben und diese Bedingungen in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 zu speichern. Auf diese Weise kann die Einstellung dieser Bedingungen vom Datenprozessor 1B ausgeführt werden, so daß es nicht erforderlich ist, mehr Schalter an der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A vorzusehen. Da außerdem die Datenübertragung unter Verwendung der optischen Kommunikation, die eine abnehmbare Kommunikationseinheit 100 verwendet, ausgeführt wird, um die obenerwähnten Daten zu übermitteln, ist es nicht notwendig eine neue Schnittstelleneinheit oder dergleichen an der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A vorzusehen. Die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung 1A kann somit kleiner und leichter gemacht werden.
6. Vorrichtung 6
6.1. Struktur der Vorrichtung
Wenn die Pulswelle in der Vorrichtung 5 gemessen wurde, war ein Entwurf vorgesehen, indem entweder das Verbinderstück 80 oder die Kommunikationseinheit 100 selektiv am Verbinder 70 der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A angebracht werden konnte. Im Gegensatz hierzu sind in dieser Vorrichtung eine Kommunikationseinheit 200, in der das Verbinderstück 80 und die Kommunikationseinheit 100 einteilig ausgebildet sind, am Verbinder 70A der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A angebracht, wie in 40 gezeigt ist.
Als Ergebnis dieses Entwurfs gibt es mehr Elektroden, die den Verbinder 70A und die Kommunikationseinheit 200 verbinden, die in dieser Vorrichtung verwendet werden, als in der Vorrichtung 5.
Das heißt, die Struktur der Kommunikationseinheit 200 ist so beschaffen, wie durch die in 41 gezeigte vergrößerte Ansicht gezeigt ist. Ein Filter 1001 ist an der oberen Oberfläche der Kommunikationseinheit 200 vorgesehen, wobei ein Kabel 20 angeschlossen ist. Im Vergleich zu der in 38 gezeigten Kommunikationseinheit 100 sind die Elektroden 1137–1140 und die kreisförmigen Ausbuchtungen 1147–1150 an der unteren Oberfläche 1301 der Kommunikationseinheit 200 ausgebildet. Diese Elektroden sind paarweise angeordnet und sind jeweils parallel bezüglich der zwei Reihen von Elektroden angeordnet, die in 38 vorhanden sind. Es ist zu beachten, daß dies auch für die Ausbuchtungen gilt.
Es ist zu beachten, daß die Strukturen der Vorsprünge 1300, 1400, der Verriegelungselemente 1111, 1112, 1121, 1122, der Elektroden 1131–1136, der Ausbuchtungen 1141–1146 und der Betätigungsstifte 1157, 1158 die gleiche Funktion aufweisen wie die Vorsprünge 1100, 1200, die Verriegelungselemente 1011, 1012, 1021, 1022, die Elektroden 1031–1036, die Ausbuchtungen 1041–1046 und die Betätigungsstifte 1057, 1058, die in 38 gezeigt sind.
Bezüglich des in 36 gezeigten Verbinders 70 weist der in 42 gezeigte Verbinder 70A zusätzlich die Anschlüsse 757–760 und die Löcher 767–770 auf, die in dessen oberer Oberfläche ausgebildet sind. Diese Anschlüsse sind paarweise angeordnet und parallel bezüglich der zwei Reihen von Anschlüssen, die in 36 vorhanden sind, angeordnet. Das gleiche gilt für die Löcher.
Mit Bezug auf die in 37 gezeigte Verbinderabdeckung 90 weist die in 43 gezeigte Verbinderabdeckung 90A zusätzlich Ausbuchtungen 947–950 auf, die in ihrer unteren Oberfläche 901A ausgebildet sind. Diese Ausbuchtungen sind paarweise angeordnet und parallel bezüglich der zwei Reihen von Ausbuchtungen, die in 37 vorhanden sind, angeordnet.
Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, sind ferner Schaltungen äquivalent zu denjenigen, die an der LED 31 und am Phototransistor 32 jeweils in 34 vorgesehen sind, bezüglich der LED 1015 und des Phototransistors 102 hinzugefügt.
6.2. Operation der Vorrichtung
Die Operation dieser Vorrichtung wird im folgenden erläutert.
6.2.1. Gewöhnliche Armbanduhr
In diesem Fall wird das Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung vom Finger abgenommen, um somit auch die Sensoreinheit 30 zu entfernen, wobei die Verbinderabdeckung 90A am Verbinder 70A angebracht wird.
6.2.2. Operation im Pulswellenmeßmodus
Wenn während des Laufens die Pulsrate gemessen wird, wird die Verbinderabdeckung 90A vom Verbinder 70A abgenommen und an deren Stelle die Sensoreinheit 200 am Verbinder 70A angebracht. Der Benutzer beginnt anschließend, zu laufen. Nachdem das von der Sensoreinheit 30 erfaßte Pulswellensignal vom Datenprozessor 50 aufgenommen und in derselben Weise wie in der Vorrichtung 5 in ein digitales Signal umgesetzt worden ist, wird die Pulsrate berechnet, indem eine Frequenzanalyse und dergleichen mit dem digitalen Signal durchgeführt wird, wobei die erhaltene Pulsrate anschließend auf der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 angezeigt wird. Außerdem wird der Zeitpunkt, zu dem die Pulsrate gemessen wurde, ebenfalls zusammen mit der Pulsrate in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert.
6.2.3. Operation im Datenübertragungsmodus
Wenn eine Datenübertragung zwischen dem Datenprozessor 1B und der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A ausgeführt wird, wird ein spezifischer Knopfschalter betätigt, um die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung 1A in den Datenübertragungsmodus zu versetzen. Wie in der fünften Vorrichtung sendet als nächstes die Datenausgabesteuervorrichtung 57 Informationen, die in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert sind, mittels optischer Signale zum Datenprozessor 1B und führt eine Aufzeichnung der Informationen in den Aufzeichnungsmedien durch, und gibt sie an die Anzeigevorrichtung 3 oder den Drucker 5 oder dergleichen aus.
Als Ergebnis wird es in dieser Ausführungsform, sobald die Sensoreinheit 30 und die Kommunikationseinheit 200 angebracht worden sind, möglich, die Pulswelle zu messen und das Pulswellensignal von der Sensoreinheit 30 zum Vorrichtungshauptkörper 10 zu senden und Pulsinformationen und dergleichen vom Vorrichtungshauptkörper 10 zum Datenprozessor 1B zu senden, und dergleichen, ohne irgendwelche Verbindungs- oder Trennungsoperationen mit dem Verbinder 70A danach durchzuführen. Dementsprechend wird die Belastung des Benutzers deutlich reduziert.
7. Vorrichtung 7
7.1. Struktur der Vorrichtung
In dieser Vorrichtung wird die Übertragung der Pulswelleninformationen von der Sensoreinheit 30 zum Vorrichtungshauptkörper 10 mittels optische Signale ausgeführt, wie in 44 gezeigt ist. Mit anderen Worten, eine halbkugelförmige Übertragungsvorrichtung 400 ist längs der Längsrichtung der oberen Oberfläche des Bandes 40 zum Fixieren des Sensors in Stellung, der die Sensoreinheit 30 bildet, befestigt. Ferner senden und empfangen die Sensoreinheit 30 und die Übertragungsvorrichtung 400 das Pulssignal mittels einer elektrischen Verbindung über das Kabel 20B. Die Stromquelle wird von der Übertragungsvorrichtung 400 zur Sensoreinheit 30 weitergeleitet. Auf der Halterseite der Übertragungsvorrichtung 400 ist ein Loch vorgesehen. Eine Infrarot-LED 401, die ein für die optische Kommunikation verwendetes Element ist, ist durch dieses Loch freigelegt.
In dieser Vorrichtung wird entweder die Verbinderabdeckung 90 oder die Kommunikationseinheit 100 am Verbinder 70 angebracht.
Als nächstes wird das Blockschaltbild in 45 verwendet, um die Schal tungsstruktur der Übertragungsvorrichtung 400 zu erläutern. In dieser Figur tastet der A/D-(Analog-Digital)-Umsetzer 411 in spezifischen Zeitintervallen die von der Sensoreinheit 30 gesendeten Pulswellensignale ab und setzt das Signal in ein digitales Signal um.
Die Erkennungszahlaufzeichnungsvorrichtung 412 zeichnet Erkennungszahlen zum Erkennen, welche Vorrichtung das optische Signal gesendet hat, auf. Wenn das Pulssignal von der Übertragungsvorrichtung 400 nach außen gesendet wird, wird die Erkennungszahl dem optischen Signal zusammen mit dem Pulswellensignal aufgeprägt. Dies wird durchgeführt, um eine Konkurrenz zu verhindern, wenn mehrere Übertragungsvorrichtungen 400 vorhanden sind, da mehrere Individuen die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung verwenden. Dementsprechend wird den Erkennungsnummern, die in der Erkennungsnummeraufzeichnungsvorrichtung 412 innerhalb jeder Übertragungsvorrichtung aufgezeichnet ist, eine verschiedene Nummer zugewiesen, wenn eine Einstellung zum Zeitpunkt der Auslieferung durchgeführt wird. Somit sind in dieser Vorrichtung allen Vorrichtungen in dieser Vorrichtung eindeutige Nummern zugewiesen, einschließlich dem Vorrichtungshauptkörper 10 (d. h. dem Datenprozessor 50) und dem Datenprozessor 1B.
Die Steuervorrichtung 413 ist eine Schaltung zum Steuern alle Teile innerhalb der Übertragungsvorrichtung 400. Außerdem enthält der Sender 414 eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der LED 401. Durch Ansteuern der LED 401 werden die von der Steuervorrichtung 413 gebildeten Übertragungsdaten in ein optisches Signal umgesetzt und nach außen gesendet.
Eine (nicht gezeigte) Batterie, die die Stromquelle für die Sensoreinheit 30 und alle Teile innerhalb der Übertragungsvorrichtung 400 ist, ist innerhalb der Übertragungsvorrichtung 400 angeordnet.
7.2. Operation der Vorrichtung
Die Operation der Vorrichtung wird im folgenden erläutert.
7.2.1. Gewöhnliche Armbanduhr
In diesem Fall wird das Band 40 zum Befestigen des Sensors in Stellung vom Finger abgenommen, um somit auch die Sensoreinheit 30 und die Übertragungsvorrichtung 400 zu entfernen, wobei die Verbinderabdeckung 90 am Verbinder 70 angebracht wird.
7.2.3. Operation im Pulswellenmeßmodus
Wenn die Pulsrate während des Laufens gemessen wird, werden die Sensoreinheit 30 und die Übertragungsvorrichtung 400 am Finger mittels des Bandes 40 zum Fixieren des Sensors in Stellung angebracht, so daß der Lichtemitter der LED 401 in Richtung zur Ellbogenseite (Seite des Vorrichtungshauptkörpers 10) gerichtet ist, wie in 44 gezeigt ist. Die Verbinderabdeckung 90 wird vom Verbinder 70 der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A entfernt, wobei die Kommunikationseinheit 100 an deren Stelle angebracht wird. Anschließend beginnt der Benutzer, zu laufen.
Das von der Sensoreinheit 30 erfaßte Pulswellensignal wird von der Steuervorrichtung 413 aufgenommen, nachdem es vom A/D-Umsetzer 411 in ein digitales Signal umgesetzt worden ist. Die Steuervorrichtung 413 wendet die Informationen von der Erkennungszahlaufzeichnungsvorrichtung 412, wie z. B. eine Erkennungszahl, auf das aufgenommene digitalisierte Signal an und sendet das Signal zum Sender 414. Diese Informationen werden im Sender 414 in ein optisches Signal umgesetzt und von der LED 411 aus der Übertragungsvorrichtung 400 heraus gesendet. Dieses optische Signal wird über den Phototransistor 102 des Kommunikationsverbinders 1000 zum Datenprozessor 50 gesendet. Als Ergebnis extrahiert die Dateneingabesteuervorrichtung 58 den Erkennungszahlabschnitt vom optischen Signal und speichert diesen in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56. Die Sendequelle des optischen Signals wird als die Übertragungsvorrichtung 400 erkannt, die mit der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A versehen ist, und folglich werden die Daten als Pulswellensignale erkannt. Anschließend wird in der gleichen Weise wie in der Vorrichtung 5 das Pulssignal aufgenommen und die Pulsrate berechnet und auf der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 angezeigt. Die Pulsrate und der Zeitpunkt, zu dem sie gemessen wurde, werden gemeinsam in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert.
7.2.3. Operation im Datenübertragungsmodus
Wenn eine Datenübertragung zwischen dem Datenprozessor 1 und der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A ausgeführt wird, wird ein spezifischer Knopfschalter betätigt, um die am Arm angebrachte Pulswellenmeßvorrichtung 1A in den Datenübertragungsmodus zu versetzen. Wie in der fünften Vorrichtung sendet anschließend die Datenausgabesteuervorrichtung 57 Informationen, die in der Datenaufzeichnungsvorrichtung 56 gespeichert sind, mittels optische Signale zum Datenprozessor 1B und führt die Aufzeichnung der Informationen in den Aufzeichnungsmedien durch, und gibt sie an die Anzeigevorrichtung 3 oder den Drucker oder dergleichen aus.
Als Ergebnis wird es in dieser Vorrichtung, sobald der Kommunikationsverbinder 1000, die Sensoreinheit 30 und die Übertragungsvorrichtung 400 angebracht worden sind, möglich, die Pulswelle zu messen, das Pulswellensignal von der Sensoreinheit 30 zum Vorrichtungshauptkörper 10 zu senden, und die Pulsinformationen und dergleichen vom Vorrichtungshauptkörper 10 zum Datenprozessor 1B zu senden, und dergleichen, ohne irgendwelche Verbindungs- oder Trennungsoperationen mit dem Verbinder 70 anschließend durchzuführen. Dementsprechend wird die Belastung für den Benutzer deutlich reduziert.
8. Vorrichtung 8
Die VO_2max des Benutzers wurde in den vorangehenden ersten bis dritten Vorrichtungen erhalten, wobei der Benutzer über ein Training auf der Grundlage der erhaltenen VO_2max benachrichtigt wurde. Die Einzelheiten hierfür werden im folgenden erläutert. Erstens, um den Benutzer über das Training zu benachrichtigen, ist es notwendig, die optimale Übungsintensität des Benutzers, die Übungsdauer pro Sitzung und die Häufigkeit der Übung während einer gegebenen Zeitperiode zu spezifizieren.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die optimale Übungsintensität die Übungsintensität, die 50% von VO_2max entspricht. Dieser Wert kann somit direkt ermittelt werden, sobald VO_2max erhalten worden ist. Wenn ferner die typische Person als Subjekt genommen wird, ist eine geeignete Übungsdauer pro Sitzung gleich 20 min, während eine geeignete Übungshäufigkeit gleich 40–50% ist (d. h. vier bis fünf Tage in einer Periode von zehn Tagen).
Sobald dementsprechend in dieser Modifikation die VO_2max erhalten worden ist, wird ein Übungszielbildschirm wie z. B. in 50 gezeigt ist, auf der Anzeigevorrichtung 208 angezeigt. Aus dem Beispiel in dieser Figur wird deutlich, daß eine Übung von 750 kpm/min dreimal in der Woche für jeweils 20 Minuten geeignet ist. Hier wird der in 51 gezeigte Bildschirm in der Anzeigevorrichtung 208 angezeigt, wenn der Benutzer eine spezifische Manipulation durchführt.
In der Figur ist 601 eine Übungsmengensollwertanzeige, die einen Sollwert für den Benutzer bezüglich der Übungsmenge pro Woche anzeigt. Aus dem vorangehenden Beispiel ergäbe sich ein Übungsmengensollwert von [750 [kpm/min]·20 [min]·3 [mal] = 45.000 [kpm]]. Dementsprechend wird dieser Wert auf der Anzeigevorrichtung angezeigt. Es ist zu beachten, daß die Übungsmenge erhalten wird, indem das Integral der Übungsintensität bezüglich der Zeit genommen wird. 602 bezeichnet eine Übungsmengenistwertanzeige, die den kumulativen Wert für die vom Benutzer über die vergangene Woche durchgeführte Übungsmenge anzeigt. Das in der Figur gezeigte Beispiel nimmt jedoch den Zustand an, unmittelbar nachdem der Benutzer diese Vorrichtung zum erstenmal eingeschaltet hat und die VO_2max erhalten hat. Daher wird auf der Übungsmengenistwertanzeige 602 eine [0] angezeigt.
Als nächstes zeigt 603 eine Balkengraphenanzeige an, die den Übungsmengenistwert bezüglich des Übungsmengensollwertes als ein Prozentsatz desselben anzeigt. 604 ist eine Gesichtsdiagrammanzeige, die ein Gesichtsdiagramm entsprechend dem Verhältnis des Übungsmengenistwertes zum Übungsmengensollwert anzeigt. 607 ist eine Übungsintensitätssollwertanzeige, die den Übungsintensitätssollwert (750 [kpm/min]), der vorher erhalten worden ist, anzeigt. 606 ist eine Übungsintensitätistwertanzeige, die den Istwert der Übungsintensität anzeigt. Das in dieser Figur gezeigte Beispiel nimmt an, daß der Benutzer angehalten hat, so daß die Übungsintensitä tistwertanzeige 606 eine [0] anzeigt.
605 ist ein Übungsintensitätsmesser, in dem 20 LEDs in Intervallen von 10% innerhalb des Bereiches von [0%]–[200%] angeordnet sind. Durch Aufleuchten dieser LEDs wird der Faktor des Übungsintensitätsistwertes bezüglich des Übungsintensitätssollwertes angezeigt. Indem in dieser Figur gezeigten Beispiel ist der Übungsintensitätswert gleich [0], so daß keine der LEDs aufleuchtet. Unter den LEDs, die den Übungsintensitätsmesser 605 bilden, sind diejenigen, die [10–70%] entsprechen, gelb, diejenigen, die [80–120%] entsprechen blau und diejenigen, die [130% oder höher] entsprechen, rot.
Als nächstes ist in 52 ein Beispiel der Anzeige in dem Zustand gezeigt, indem der Benutzer eine Übung eines gegebenen Grades ausführt. Der Übungsmengenistwert in dem in der Figur gezeigten Beispiel ist [13.500], so daß [30%] des Übungsmengensollwertes erreicht worden sind. Dementsprechend wird ein Kuchendiagramm, das diesem entspricht, auf der Kuchendiagrammanzeige 603 angezeigt, wobei ein auf der Gesichtsdiagrammanzeigevorrichtung 604 angezeigtes Gesichtsdiagramm entsprechend dem Anteil des Sollwertes, der erreicht worden ist, geändert wird.
Andererseits ist der Übungsintensitätswertistwert [13000], was den Übungsintensitätssollwert von [750] deutlich überschreitet. Dementsprechend werden mehrere rote LEDs unter denjenigen, die für den Übungsintensitätsmesser 605 vorgesehen sind, beleuchtet. Dementsprechend kann der Benutzer erkennen, daß die Übungsintensität zu groß ist, indem er auf die Anzeige blickt.
Als nächstes ist in 53 ein geeigneter Zustand für die Übungsmenge und die Übungsintensität des Benutzers gezeigt. In dieser Figur ist der Übungsmengenistwert gleich [45.000 [kpm]], so daß der Übungsmengensollwert erreicht worden ist. Dementsprechend entsprechen die Anzeigen auf der Kuchendiagrammanzeigevorrichtung 603 und der Gesichtsdiagrammanzeigevorrichtung 604 diesem Zustand. Ferner ist der Übungsintensitätsistwert gleich [980 [kpm/min]], was innerhalb von ±20% des Übungsintensitätssollwertes liegt. Somit werden die entsprechenden grünen LEDs im Übungsintensitätsmesser 605 beleuchtet.
In dieser Modifikation wird die Übungsmenge jeden Tag fortlaufend über die letzten sieben Tage aufgezeichnet, wobei dieses kumulatives Ergebnis als Übungsmengenistwert angezeigt wird. Ferner werden zu einer spezifischen Zeit (z. B. um Mitternacht) die Daten für die Übungsmenge des ältesten Tages verworfen, wobei an deren Stelle die Übungsmengendaten vom neuen Tag verwendet werden.
Das obige Beispiel verwendet eine 7-Tage-Periode für das Intervall, über das die Übungsmengendaten addiert werden. Dieses Intervall kann jedoch auch z. B. zehn Tage oder dergleichen sein. Mit anderen Worten, der Benutzer kann dieses Intervall frei wählen. Dementsprechend kann der Benutzer spezifische Solldaten, wie z. B. [drei Monate] setzen und ist anschließend fähig, ein Training auszuführen, indem er eine beabsichtigte Übungsmenge für dieses Intervall einstellt.
Außerdem ist es durch Vorsehen eines Verbinders 70, wie z. B. in der fünften Vorrichtung bis zur aktuellen Vorrichtung erläutert worden ist, und durch Anbringen einer Kommunikationseinheit 100 daran möglich, eine Zwei-Wege-Datenübertragung mit einer externen Vorrichtung durchzuführen. Das heißt die VO_2max oder die Pulswellendaten, die von der vorliegenden Vorrichtung gemessen worden sind, können einer externen Vorrichtung zugeführt werden. Außerdem ist es in der vorliegenden Vorrichtung möglich, ein Training vorzusehen, das nicht nur durch den für die VO_2max gemessenen Wert beeinflußt ist, sondern auch durch die verschiedenen Daten, die von der externen Vorrichtung erhalten werden (z. B. die Ergebnisse eines Arztoder Trainerbesuches).
9. Modifikationen
Im vorangehenden wurden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sowie eine Vorrichtung, die nicht der Erfindung entspricht, mit Bezug auf die Figuren genauer erläutert. Die spezifische Struktur der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt. Vielmehr sind eine Vielfalt von Modifikationen wie z. B. eine Änderung der Bauform innerhalb der Grenzen, die nicht von der Erfindung abweichen, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, denkbar, wobei im folgenden verschiedene Beispiele angegeben werden.
9.1. Modifikation der Vorrichtungsanordnung
Die Erfassungsstelle der Pulswelle ist nicht auf den Finger beschränkt. Vielmehr ist eine beliebige Stelle (z. B. das Ohr) annehmbar, vorausgesetzt, daß die Pulswelle dort gemessen werden kann.
Mit anderen Worten, obwohl die Anordnung der Vorrichtung gemäß den jeweiligen vorangehenden Vorrichtungen typischerweise die Form einer Armbanduhr aufwies, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Ein beliebiges Objekt, das von der Testperson täglich verwendet wird, oder ein am Körper getragenes Objekt (d. h. ein tragbares Objekt) ist ebenfalls annehmbar. Zum Beispiel kann die Vorrichtung in eine Brille, einen Ring, ein Halsband, ein Band oder dergleichen eingebaut sein, oder kann als eine Funktion eines Schrittzählers eingebaut sein, der über ein Band angebracht ist.
Eine Brille und ein Zubehör werden im folgenden als Beispiele von Gegenständen verwendet, in die die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eingebaut werden kann, zusätzlich zu einer Armbanduhr.
Das in 46 gezeigte Halsband kann als ein Beispiel eines Zubehörs genannt werden, in das die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eingebaut werden kann. In dieser Figur bezeichnet 550 ein Sensorkissen und umfaßt z. B. ein stoßdämpfendes Material, wie z. B. einen Schwamm. Eine Übertragungsvorrichtung 555, die in derselben Weise gebildet wird wie die in 44 gezeigte Übertragungsvorrichtung 400, ist am Sensorkissen 550 angebracht. Eine (nicht gezeigte) Sensoreinheit, die der optischen Einheit 300 entspricht, ist an der Übertragungsvorrichtung 555 vorgesehen. Diese Sensoreinheit ist so ausgebildet, daß sie mit der Hautoberfläche in Kontakt ist. Als Ergebnis kommt die Sensoreinheit dann, wenn dieses Halsband um den Hals getragen wird, mit der Haut an der Rückseite des Halses in Kontakt, was eine Messung der Pulswelle ermöglicht.
Eine Vielfalt von Teilen äquivalent zu denjenigen, die innerhalb des Vorrichtungshauptkörpers 10 der ersten Vorrichtung vorgesehen sind, sind im Gehäuse 551 aufgenommen, das die Form eines hohlen Stecheisens aufweist. Ein Verbinder ist am Gehäuse 551 vorgesehen, um entweder die Verbinderabdeckung 90 oder die Kommunikationseinheit 100 an ihrer vorderen Oberfläche anzubringen. In dieser Figur ist die Kommunikationseinheit 100 angebracht gezeigt.
Am Gehäuse 551 sind Knopfschalter vorgesehen. Die Knopfschalter 116, 117 der in 31 gezeigten Knopfschalter sind hier gezeigt. Es können jedoch auch andere Knopfschalter vorgesehen sein. Ferner ist die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 an der vorderen Oberfläche des Gehäuses 551 vorgesehen. Außerdem, wie in der Figur gezeigt ist, sind das Sensorkissen 550 und das Gehäuse 551 über eine Kette 552 verbunden.
Es ist zu beachten, daß es selbstverständlich annehmbar ist, andere Typen von Zubehör zusätzlich zum Halsband zu verwenden.
47 zeigt ein Beispiel eines Gehäuses, bei dem die vorliegende Erfindung in eine Brille eingebaut ist. Wie in dieser Figur gezeigt ist, sind ein Gehäuse 651a und ein Gehäuse 651b vorgesehen, um die tragbare Pulswellenmeßvorrichtung aufzunehmen. Diese Gehäuse sind an den Bügeln 652 der Brille angebracht und über einen Leiterdraht, der in den Bügeln 652 eingebettet ist, elektrisch verbunden.
Das Gehäuse 651a enthält eine Anzeigesteuerschaltung. Eine Flüssigkristalltafel 654 ist über der gesamten Oberfläche der Linsenseite (653) des Gehäuses 651a angebracht. Ein Spiegel 655 ist an der Kante dieser Seitenfläche in einem spezifischen Winkel befestigt. Eine Ansteuerschaltung für die Flüssigkristalltafel 654, die eine (nicht gezeigte) Lichtquelle enthält, ist im Gehäuse 651a eingebaut. Das von dieser Lichtquelle ausgesendete Licht läuft durch die Flüssigkristalltafel 654 und wird am Spiegel 655 reflektiert, um auf die Linse 653 der Brille aufzutreffen. Dies entspricht daher der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 13 in 33.
Die Bauteile, die äquivalent zu demjenigen sind, die innerhalb des Vorrich tungshauptkörpers 10 der ersten Vorrichtung aufgenommen sind, sind im Gehäuse 651b enthalten. Eine Vielzahl von Knopfschaltern sind an dessen oberer Oberfläche vorgesehen. Wie im Fall des Halsbandes sind nur die Knopfschalter 116, 117 gezeigt, jedoch können andere Knopfschalter vorgesehen sein. Außerdem ist ein Verbinder an der seitlichen Oberfläche gegenüberliegend derjenigen, die die Haut berührt, vorgesehen, um entweder das Verbinderstück 80, die Verbinderabdeckung 90 oder die Kommunikationseinheit 100 anzubringen. In der Figur ist die angebrachte Kommunikationseinheit 100 gezeigt.
Ein Phototransistor 32 und eine LED 31, die die optische Einheit 300 in der ersten Vorrichtung bilden, sind innerhalb der Kissen 656 aufgenommen, wobei das Ohrläppchen des Subjekts zwischen den Kissen 656, 656 gehalten wird. Außerdem sind diese Kissen über ein Kabel 20 mit dem Verbinderstück 80 verbunden.
Die Leiterdrähte, die das Gehäuse 651a und das Gehäuse 651b verbinden, können so beschaffen sein, daß sie sich längs der Bügel 652 erstrecken, oder können in einer einteiligen Weise mit den zwei obenbeschriebenen Gehäusen ausgebildet sein. Der Spiegel kann beweglich sein, so daß der Benutzer den Winkel zwischen der Flüssigkristalltafel 654 und dem Spiegel 655 einstellen kann. Obwohl ferner 47 die in Verbindung mit der ersten Vorrichtung beschriebene Situation zeigt, ist es auch annehmbar, dies mit den zweiten bis dritten Vorrichtungen zu kombinieren.
Die obenbeschriebenen Vorrichtungen können in verschiedener Weise kombiniert werden. Zum Beispiel kann die in 46 gezeigte Übertragungsvorrichtung 555 anstelle der in 44 gezeigten Übertragungsvorrichtung 400 verwendet werden, um das am Hals gemessene Pulswellensignal mittels eines optischen Signals zur Armbanduhr zu senden. In ähnlicher Weise ist es annehmbar, eine Bauform zu schaffen, in der nur eine Übertragungsvorrichtung an der in 47 gezeigten Brille vorgesehen ist, wobei das am Ohrläppchen gemessene Pulswellensignal zur Armbanduhr gesendet wird und die Übertragung zum Datenprozessor 1B anschließend über die Armbanduhr ausgeführt wird.
Die vorangehenden Erläuterungen verwendeten eine Bauform, in der das Verbinderstück oder die Kommunikationseinheit in lösbarer Weise an einer tragbaren Vorrichtung wie z. B. einer Armbanduhr, einem Halsband, einer Brille oder dergleichen angebracht wurden. Wenn jedoch die Pulswelle nicht gemessen wird, kann das Verbinderstück oder die Kommunikationseinheit ohne Probleme von der tragbaren Vorrichtung abgenommen belassen. werden. Vorausgesetzt, daß die Bauform nicht so beschaffen ist, daß das Verbinderstück und die Kommunikationseinheit alternativ am Verbinder angebracht werden, d. h. vorausgesetzt, daß die Bauform eine andere als diejenige der ersten Vorrichtung ist, kann dementsprechend die Kommunikationseinheit durch Fixieren derselben in Stellung an der Seite der tragbaren Vorrichtung angebracht werden. Als Ergebnis ist es möglich, den Verbinder 70 der tragbaren Vorrichtung zu eliminieren, so daß die Struktur der tragbaren Vorrichtung vereinfacht und die Herstellungskosten reduziert werden können.
9.2. Modifikation des Typs der Übung
Die von der Testperson in den vorangehenden ersten bis dritten Vorrichtungen ausgeführte Übung war das Laufen. Es sind jedoch andere Übungen denkbar. Zum Beispiel kann die gleiche Wirkung in dem Fall erhalten werden, indem die Übung das Schwimmen ist. In diesem Fall wird entsprechend der Laufschrittweite die Strecke angegeben, die mit jedem Schwimmzug abgedeckt wird, wobei die Anzahl der Schwimmzüge pro Zeiteinheit entsprechend der Schrittzahl erfaßt wird. Mit anderen Worten, vorausgesetzt, daß die Übungsintensität der Testperson und die Herzschlagzahl erfaßt werden können, ist die Form der Übung nicht beschränkt, wobei die maximale Sauerstoffaufnahmemenge (VO_2max/wt) erhalten werden kann.
Zur Wiederholung, der als Körperbewegungssensor 302 verwendete Beschleunigungssensor ist nicht auf den Arm beschränkt, sondern kann irgendwo am Körper des Läufers angebracht werden, um somit die Messung der Schrittzahl anhand der Beschleunigungsänderung zu ermöglichen.
9.3. Modifikation der Aufzeichnungsvorrichtung
Ferner umfaßte in jeder der vorangehenden Vorrichtungen die Pulsratentabellenaufzeichnungsvorrichtung 9 einen ROM. Es ist jedoch außerdem möglich, einen nichtflüchtigen Speicher (E²PROM, einen Flash-ROM, einen batteriegestützten RAM und dergleichen) zu verwenden, der für die Pulsratenaufzeichnungsvorrichtung 9 beschreibbar ist. In diesem Fall werden die Inhalte der in 14 gezeigten Pulsratentabelle gelegentlich überschrieben, in Reaktion auf eine Verbesserung des Übungsleistungsvermögens des Benutzers.
9.4. Modifikation der Schätzung und Eingabe der VO_2max
Mit Bezug auf die Verfahren zum Schätzen der VO_2max können zusätzlich zu dem obenbeschriebenen indirekten Verfahren andere Verfahren betrachtet werden, wie z. B. ein Verfahren, bei dem die Komponenten in der vom Subjekt ausgeatmeten Luft gemessen werden, oder ein Verfahren, bei dem die VO_2max aus dem Milchsäureschwellenwert erhalten wird.
Das Verfahren des ausgeatmeten Gases, das hier erwähnt worden ist, ist ein Verfahren zum Schätzen der V_2max/wt anhand des in der ausgeatmeten Luft vorhanden CO₂ und der Leistung unter maximalem Übungsaufwand, während das Milchsäureschwellen-Verfahren die VO_2max/wt anhand der Leistung unter maximalem Übungsaufwand und der Milchsäure im Blut schätzt.
Zusätzlich zu einem Verfahren, das den Aufwärtsschalter U und den Abwärtsschalter D verwendet, sind andere Verfahren verfügbar, um die VO_2max einzugeben, einschließlich des Verfahrens der Bereitstellung einer kleinen Zehnertastatur, oder eines Verfahrens, bei dem die Eingabe der VO_2max mittels Kommunikation von einem Personalcomputer oder einer anderen Vorrichtung (entweder drahtlos oder drahtgebunden) durchgeführt wird.
Ferner kann die von der Pulsratentabelle ausgelesene Pulsrate entsprechend dem Alter des Benutzers, der von einem (nicht gezeigten) Temperatursensor erhaltenen Umgebungstemperatur, oder der gewünschten Übungsintensität, die an die aktuelle physische Kondition der Person angepaßt ist, korrigiert werden.
Außerdem kann die Weite zwischen der Obergrenze UL und der Untergrenze LL ein anderer Wert als ±20% sein.
Bezüglich des von der CPU 308 ausgeführten Frequenzanalyseverfahrens können außerdem andere Verfahren zusätzlich zur FFT betrachtet werden, einschließlich des Maximum-Enthropie-Verfahrens, des Elementarwellenumsetzungsverfahrens und dergleichen.
9.5. Modifikation des Verfahrens zur Benachrichtigung des Benutzers
9.5.1. Benachrichtigung unter Verwendung des Sehsinns, des Tastsinns und dergleichen
Bezüglich des Verfahrens der Schrittzahlmeldung an den Benutzer in der vierten Vorrichtung können auch Verfahren, die auf den Sehsinn oder den Tastsinn beruhen, verwenden werden, zusätzlich den Schrittzahlton vom Tongeber 25. Zum Beispiel kann im Fall des Sehsinns eine LED oder dergleichen Zeitgleich mit der angezeigten Schrittzahl aufblinken. Im Fall des Tastsinns kann eine Formgedächtnislegierung vorgesehen sein, die von der Bodenfläche eines Hauptkörpers 14 nach außen hervorsteht (siehe 16), wobei durch diese Formgedächtnislegierung mit einem Zeitablauf, der mit der angezeigten Schrittzahl übereinstimmt, Strom geleitet wird. Alternativ ist herkömmlicherweise ein Vibrationsalarm bekannt, der durch Drehen einer exzentrischen Last dem Körper des Benutzers eine Schwingung mitteilt. Dieser Vibrationsalarm kann separat oder in einteiliger Weise mit dem Hauptkörper 14 vorgesehen sein, wobei zeitgerecht mit der angezeigten Schrittzahl Strom durch den Vibrationsalarm geleitet wird. Außerdem kann ein Hohlraum in einem Abschnitt der Innenseite der Bodenfläche des Hauptkörpers 14 mit einer Dicke von 70 μm ausgebildet sein, wie in 28 gezeigt ist. Ein Piezoelement PZT wird in diesem Hohlraum plaziert. Wenn ein Wechselstrom mit einer geeigneten Frequenz an das Piezoelement angelegt wird, schwingt das Piezoelement PZT, wobei diese Schwingung dem Benutzer mitgeteilt wird. Wenn daher ein Wechselstrom mit einem mit der angezeigten Schrittzahl übereinstimmenden Zeitablauf angelegt wird, ist es möglich, eine fühlbare Schrittzahlmeldung bereitzustellen. Außerdem kann das Piezoelement PZT eine Dicke von 100 μm aufweisen, mit einer Durchmesserlänge, die gleich 80% der Länge des Durchmesser des Hohlraums ist.
9.5.2. Meldung der Ergebnisse der Schrittzahlbewertung
Der Benutzer kann über die Ergebnisse einer Bewertung der aktuellen Schrittzahl benachrichtigt werden, d. h. ob sie in einem geeigneten Bereich liegt, zu niedrig oder zu hoch ist, statt einfach über die Schrittzahl informiert zu werden. Vorausgesetzt, daß die Anordnung zur Meldung der Ergebnisse dieser Bewertung auf dem Sehsinn, dem Hörsinn, dem Tastsinn oder einem der anderen fünf Sinne beruht, kann irgendeine Vorrichtung in geeigneter Weise verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Gesichtsdiagramm, wie z. B. in 48 gezeigt ist, verwendet werden, um anzuzeigen, ob die Ergebnisse der Bewertung im angemessenen Bereich liegen.
9.5.3. Meldung der VO_2max-Historie
Die VO_2max ist ein Maß der Zunahme der Ausdauer. Daher wird in jeder der vorangehenden Vorrichtungen die VO_2max-Historie über eine längere Zeitperiode im Speicher aufgezeichnet, wobei der Benutzer benachrichtigt wird, indem die Änderung auf der Anzeige 208 angezeigt wird. 49 zeigt ein Beispiel, bei dem die Änderung der VO₂max in Ein-Monats-Einheiten angezeigt wird. In dieser Figur wird der Mittelwert für Ein-Monats-Perioden, die sich vier bis sechs Monate vom aktuellen Zeitpunkt aus zurückerstrecken, in Form eines Histogramms angezeigt. Als Ergebnis kann der Benutzer die Wirkung des Trainings über eine längere Zeitperiode erkennen.
9.6. Modifikation des Verfahrens zum Spezifizieren der Herzschlagkomponente
9.6.1. Maximal vereinfachter Fall
In der vorangehenden vierten Vorrichtung wird die Herzschlagfrequenzkomponente entsprechend dem Flußdiagramm in 24 spezifiziert. Wenn jedoch die Verarbeitungskapazität der CPU 308 nicht ausreicht, kann die Verarbeitung für die Spezifizierung der Herzschlagfrequenzkomponente wie folgt vereinfacht werden.
25 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel des Verfahrens zum Spezifizieren der Herzschlagkomponente vom Puls/Schrittzahl-Detektor 22 zeigt.
In dieser Figur führt die CPU 308 im Schritt SB3 eine Pulswellen-Körperbewegung-Subtraktionsoperation durch (d. h. f_M = f_mg – f_sg), um die Frequenzkomponente zu extrahieren, die nur im Herzschlagsignal vorhanden ist. Im Schritt SB4 spezifiziert die CPU 308 die maximale Frequenzkomponente aus der extrahierten Pulswellenkomponente f_M. Die spezifizierte f_Mfmax ist die Herzschlagfrequenzkomponente. Es besteht eine Differenz der Änderung der Oberwellenkomponente in der Herzschlagkomponente und der Körperbewegungskomponente aufgrund der Übungsbelastung, so daß die Änderung der Herzschlagkomponente gut ausgedrückt ist. Dies wird durch die Änderung der Herzfunktion hervorgerufen, und ist in der Änderung des Pumpvolumens pro Herzschlag (SV) gut ausgedrückt. Wie ferner bekannt ist, steigt die Herzschlagrate an, wenn die Übungsbelastung größer wird.
9.6.2. Spezifizieren der maximalen Körperbewegungskomponente als zweite Oberwelle
In der vorangehenden Vorrichtung 4 wurde die maximale Körperbewegungskomponente anfangs als die zweite Oberwelle angenommen, wobei untersucht wurde, ob diese Annahme korrekt war (Schritte SD2, SD4). Die Wahrscheinlichkeit, daß diese Annahme richtig war, wird als veränderlich betrachtet, entsprechend den Bedingungen wie z. B. dem Übungstyp (Laufen, Schwimmen, schnell Gehen und dergleichen), der Bewegung des Körpers des Benutzers während des bestimmten, und dergleichen. Vorausgesetzt, daß die Bedingungen verstanden sind, wird dementsprechend die Wahrscheinlichkeit, daß die Annahme richtig ist, sehr hoch. In diesem Fall kann die Verarbeitung zur Überprüfung der Annahme weggelassen werden.
26 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem das Verfahren zum Spezifizieren der Pulswellenkomponente auf der Grundlage dieses Prinzips vereinfacht worden ist.
In den Schritten SC1–SC3 in dem in dieser Figur gezeigten Beispiel spezifiziert die CPU 308 die Frequenz fs2 der zweiten Oberwelle vom Körperbewegungssensor 302, die relativ leicht als Körperbewegungskomponente erfaßt wird.
In dem Fall, in dem die Übung z. B. das Laufen ist, wird die im Schritt SC2 gezeigte f_min mit 2 Hz definiert, d. h. der Frequenz, die die Untergrenze ist, bei der die zweite Oberwelle für die Laufbewegung erscheint.
Andererseits ist die in Schritt SC2 gezeigte f_max die Frequenz, die durch die Abtastrate für die A/D-Umsetzung bestimmt wird. Wenn die Abtastrate auf 8 Hz gesetzt ist, wird gemäß dem Abtasttheorem die maximale Frequenz, bei der die ursprüngliche Wellenform wieder erscheint, automatisch mit 4 Hz bestimmt.
Das maximale Linienspektrum in diesem Bereich von f_max bis f_min wird als zweite Oberwelle fs2 der Körperbewegungskomponente spezifiziert.
Als nächstes erhält die CPU 308 im Schritt SC4 die Frequenz fs1 der Grundwelle der Körperbewegung.
In den Schritten SC5–SC8 entfernt die CPU 308 die Pulswellenkomponente, die mit der Grundwelle (fs1) übereinstimmt, die zweite Oberwelle (2 × fs1) und die dritte Oberwelle (3 × fs1) der Körperbewegungskomponente aus dem vom Pulswellensensor 301 erfaßten Spektrum.
Im Schritt SC9 wird die maximale Frequenzkomponente, die nach dem obenbeschriebenen Entfernungsprozeß übrigbleibt, als Pulswelle fm spezifiziert.
9.7. Modifikation des Verarbeitungsanteils
In den vorangehenden fünften bis siebten Vorrichtungen wird die Pulsrate in der am Arm angebrachten Pulswellenmeßvorrichtung 1A berechnet, wobei die erhaltene Pulsrate zur Datenverarbeitungsvorrichtung 1B weitergeleitet wird. Es ist jedoch auch annehmbar, das erfaßte Pulswellensignal unverändert zum Datenprozessor 1B zu senden und die Pulsrate aus dem Pulswellensignal im Datenprozessor 1B zu berechnen.

Claims

Maximal-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung, die in einen tragbaren Gegenstand eingebaut ist, der von einer Testperson getragen wird, umfassend: Übungsintensität-Erfassungsmittel (104–108) zum Erfassen einer Übungsintensität der Testperson; Pulsschlag-Erfassungsmittel (101, 102, 103) zum Erfassen eines Pulsschlages der Testperson; Aufzeichnungsmittel (109) zum Aufzeichnen der Beziehung einer Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge, die der Übungsintensität und dem Pulsschlag entspricht, im voraus; Berechnungsmittel (108, 110) zum Ermitteln der Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge entsprechend dem von den Ertassungsmitteln erfaßten Pulsschlag und der von den Übungsintensität-Erfassungsmitteln erfaßten Übungsintensität anhand der im Aufzeichnungsmittel gespeicherten Beziehung; Eingabemittel (511, 512, 514) zum Eingeben des Körpergewichts und der Körperhöhe oder des Schrittmaßes der Testperson; und Schrittzahl-Erfassungsmittel (201) zum Erfassen einer Laufschrittzahl, d. h. der Anzahl von Schritten pro Zeiteinheit, der Testperson; dadurch gekennzeichnet, daß die Übungsintensität-Erfassungsmittel (104–108) ein Produkt aus einem eingegebenen Schrittmaß oder einem aus der Körperhöhe; ermittelten Schrittmaß und einer erfaßten Schrittzahl als die von der Testperson pro Zeiteinheit gelaufene Strecke definieren, und als Übungsintensität einen Wert erfassen, der erhalten wird durch Multiplizieren des Produkts mit dem eingegebenen Körpergewicht, und die Übungsintensität ändert durch Korri gieren des Schrittmaßes, um die von den Erfassungsmitteln erfaßte Schrittzahl anzupassen, unter Verwendung einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Schrittzahl und dem Schrittmaßkorrekturkoeffizienten.
Maximal-SauerstofFaufnahmemengen-Schätzvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: Meldemittel (208), die die Testperson auffordern, die Übungsintensität zu erhöhen.
Maximum-Sauerstoffaufnahmemengen-Schätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch: Mittel zum Aufzeichnen der gemessenen Maximal-Sauerstoffaufnahmemenge über eine spezifische Zeitperiode, und zum Melden der Ergebnisse der Änderung der Maximum-Sauerstoffaufnahmemenge an den Benutzer.