JPH1014894A

JPH1014894A - 携帯用保護具

Info

Publication number: JPH1014894A
Application number: JP8173253A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Matsunaka; 雅彦松中; Eiichi Tanaka; 栄一田中; Keiko Nakanishi; 圭子中西
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 1998-01-20
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JP3811995B2

Abstract

(57)【要約】【課題】手袋などの保護手段を装着した状態でも、生
体信号の検出と、スポーツなど屋外での激しい運動時に
おけるモニタリングを容易にする。【解決手段】保護手段６の内部に、生体信号検出手段
７と演算手段８を設けさらに外部表面には表示手段９を
設けることにより、保護手段６を装着した状態で各種情
報をモニタリングできる。また、演算手段８はカオス指
標を算出することにより従来の指標に比べてより正確に
心身状態について定量化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として野外で使
用する手袋などの保護具にセンサ及び表示手段を一体化
させ、野外での活動を安全に快適に行うことを支援する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】冬のジョギングやスキー・スケートなど
を楽しむ場合、手袋などの保護具は身体を保護するため
の必需品である。手袋を装着することによって、寒さや
怪我をある程度防ぐことができる。この手袋の特徴を巧
みに利用した技術がこれまでにいくつか考案されてい
る。

【０００３】例えば実公昭６０−４１２１１号公報で
は、脈波センサーを保温性のある測定用手袋に内蔵し、
被測定者がこの測定用手袋を装着することによって指先
を保温し、周囲温度の影響を受けることなく正確な脈波
測定が行える技術が開示されている。図６において、手
袋１内部の指先部分には脈波センサ２が配設され、リー
ド線３を介して測定装置４と接続されている。測定装置
４にはディスプレイ５が設けられている。

【０００４】上記構成において、指尖部より検出された
脈波信号はリード線３により測定装置４に送られ波形や
単位時間当たりの脈拍数などがディスプレイ５に表示さ
れる。手袋を装着することにより周囲温度による影響の
除去や、光学的なセンシングにおいては外乱光の除去が
可能になる。

【０００５】実開平４−７０００３号公報でも同様の技
術が開示されている。複数の生理反応センサーを手袋に
内蔵し測定器とを結ぶ導線を配設したものである。手袋
を着用することにより、皮膚温の測定時にも外気温の影
響を受けないという利点がある。

【０００６】一方、手袋などにセンサを内蔵しないで例
えば腕時計などからリード線をのばし指尖部に装着する
ためのセンサ部を設けた構成の技術については非常に多
くのものが考案されている。現在の指尖脈波計の市場に
おいてはこの構成の商品が一般的である。利用者は、腕
時計を装着しリード線でつながったセンサ部を指に固定
する。腕時計のディスプレイ部には単位時間当たりの脈
拍数が表示される仕組みである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在市販されている腕
時計型脈波センサは、通常の腕時計としても利用可能で
あり用途の広い技術であるといえる。しかしながら、冬
期の屋外スポーツにおいて手袋などを着用しようとした
ときに指尖部のセンサのために装着が困難であるという
課題を有していた。

【０００８】また、通常の着脱の際にも腕時計とセンサ
部の両方を順に着脱しなければならず、利用者にとって
手間がかかるという課題があった。

【０００９】また仮に大きめの手袋によって装着ができ
ても、例えばスキー用の手袋のように手首までが覆われ
る型のものでは腕時計の表示部はほぼ完全に隠れてしま
い、表示部を確認しようとするたびに手首の保護部分を
捲らねばならず大変使いづらいという課題を有してい
た。

【００１０】そして、手袋を利用してセンサを装着する
ものについてはリード線を介して外部にある測定器に接
続をしなければならないため、スポーツなど屋外での形
態利用には不向きであるという課題を有していた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、手袋などの保護手段に生体情報や環境情報
を収集するための生体信号検知手段や環境情報検知手段
を設け、さらに演算手段、計時手段、表示手段を保護手
段上に形成したものである。

【００１２】上記発明によれば、生体信号検知手段や環
境情報検知手段が検知した情報を保護手段上の表示手段
により確認できるため特に冬期の野外活動などにおいて
利用者の利便性を向上させることができるとともに、生
体の負荷などをモニターできることにより過労による事
故の発生を低減することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、身体の一部を覆う保護
手段と、前記保護手段に配設され、被覆部から生体信号
を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段
が検出した生体信号を定量的に指標化する演算手段と、
前記保護手段に配設され前記演算手段の演算結果を表示
する表示手段とを有するものである。

【００１４】そして、保護手段を例えば手の部分に装着
することによって生体信号検出手段より利用者の生体信
号が検出され、演算手段が生体情報を指標化し、その結
果を保護手段と一体化して設けられた表示手段で表示す
ることにより、手袋などの保護手段を装着するだけで生
体信号のモニタリングができる。

【００１５】または、保護手段が手の甲の部分を保護す
る場所の表面に表示手段を設けた場合は、腕時計型の表
示手段に比べてより広い表示面積を確保することができ
る。

【００１６】また、演算手段は、生体信号に関してカオ
ス処理を行いカオス指標を算出するものである。

【００１７】そして、カオス指標を用いることにより生
体の状態をより高い精度でモニタリングすることができ
る。

【００１８】さらに、演算手段による演算結果を記憶す
る記憶手段と、前記記憶手段に記憶された演算結果の時
間的な変化に基づいて利用者の心身への負荷量を判定す
る判定手段を備え、前記判定手段による判定結果を表示
手段に表示するものである。

【００１９】そして、記憶手段が逐次演算手段の演算結
果を記憶することにより生体信号の時系列データが得ら
れ、その変化から利用者に加えられている負荷量が判定
でき、利用者に表示することができる。

【００２０】さらに、計時手段を備え、判定手段が利用
者の心身への負荷量を判定する際に前記計時手段からの
時刻情報に応じて判定基準を変化させるものである。

【００２１】そして、計時手段が出力する時刻情報に応
じて判定手段が判定を行う際に用いる判定基準を変える
ことにより、ヒトが本来有する生物リズムによりベース
ラインの変化に対応した判定ができる。

【００２２】さらに、身体の一部を覆う保護手段と、前
記保護手段に配設され環境情報を検知する環境情報検知
手段と、前記保護手段に配設され前記環境情報検知手段
によって検知された環境情報を表示する表示手段とを有
するものである。

【００２３】そして、環境情報検知手段が例えば気温や
湿度を測定する際、保護手段を介しているために体温等
の影響を受けず正確な環境情報を検知することができ
る。または、環境情報検知手段を保護手段粥房記を保護
する部分の表面に設けた場合、指で雪面に触れるだけで
雪面温度がわかり、スキーなどでのワックスがけといっ
たメンテナンス作業に必要な情報を容易に得ることがで
きる。

【００２４】さらに、計時手段を備え、判定手段が利用
者の心身への負荷量を判定する際に前記計時手段からの
経過時間情報に応じて判定基準を変化させるものであ
る。そして、判定手段は計時手段によって単位時間当た
りの変化量に関する情報を得ることができるため、心身
への負荷のかかり方の急激度を知ることができる。

【００２５】さらに、保護手段の身体への装着を検知す
る装着検知手段を備え、前記装着検知手段が保護手段の
身体への装着を検知している間のみ表示手段が作動する
ものである。

【００２６】そして、利用者が保護手段を装着したこと
を装着検知手段が検知して通電されるため消費電力を節
約することができる。

【００２７】さらに、光発電手段を備え、前記光発電手
段による電力を利用して動作するものである。

【００２８】そして、保護手段の表面上に光発電手段を
配設した場合、腕時計などに比べて広い面積を確保でき
るためより大きな電力を発電でき、必要とされる電力の
充分量を供給できる。

【００２９】以下、本発明の実施例について図面を用い
て説明する。（実施例１）図１において保護手段６は手袋の形状をし
ている。保護手段６には生体信号検出手段７、演算手段
８、表示手段９が配設されている。このうち表示手段９
は保護手段６の外部表面上に構成されている。生体信号
検出手段７は、発光ダイオード１０、フォトトランジス
タ１１、アンプ１２より構成されている。発光ダイオー
ド１０とフォトトランジスタ１１は、保護手段６が人差
し指を保護する部分の内部に向かい合って配設されてい
る。

【００３０】上記構成において、利用者が保護手段６に
手を通すと発光ダイオード１０とフォトトランジスタ１
１が人差し指の両側に接する。発光ダイオード１０から
の赤色光が指を透過しフォトトランジスタ１１に到達す
る際、血管を流れる血液中のヘモグロビン量の変化によ
り、その光量が脈拍に同期して変化する。フォトトラン
ジスタ１１からの信号をアンプ１２が増幅することによ
り利用者の脈波信号を得ることができる。

【００３１】演算手段８は、生体信号検出手段７が検出
した脈波信号から一分当たりの脈拍数を求める。このた
めに一分間、波の数を数えてもよいが、１０秒程度の時
間窓を設定してその間の時系列データに対して自己相関
関数を用いて基本周波数を求めそこから脈拍数を計算し
てもよい。脈拍数は表示手段９に表示され、利用者に伝
えられる。

【００３２】また、計時手段１３は表示手段９と接続さ
れている。計時手段１３は現在時刻を計時し、表示手段
９によって利用者に報知される。

【００３３】そして、保護手段６の小指を保護する部分
の先には環境情報検知手段１４が配設され、表示手段９
と接続している。環境情報検知手段１４には例えばサー
ミスタや熱伝対などの温度検知素子が利用されており、
外気の温度を表示手段９上に表示することができる。ま
た、競技スキーなどではスキー板のワックス掛けは勝敗
を左右する非常に重要な作業であるが、これには雪温の
情報が欠かせない。本発明によれば、指先で雪面に触れ
るだけで簡単に雪温を確認することもできる。

【００３４】さらに、演算手段８が行う演算として、脈
拍数のカウント以外にカオス指標を用いた演算を行って
もよい。ここでカオス指標とは得られた時系列データの
非線形的な振る舞いを定量化する指標である。例えば、
心電図や脈波のピーク間の間隔はカオス的な振る舞いを
することが知られている。これを表す指標としては、相
関次元・最大リアプノフ指数・ＫＳエントロピーなどが
ある。

【００３５】図２に、自動車の長時間運転時の脈拍数と
最大リアプノフ指数の変化を示す。運転開始に伴う最大
リアプノフ数の減少と休憩後の回復が顕著に認められ
る。カオス指標であるリアプノフ指数は心拍数に較べ
て、変化率という点で明確な違いがある。これは、リア
プノフ指数が、身体負荷を表す際に解像力という点で優
れていることを意味する。

【００３６】演算手段８は、リアプノフ指数などのカオ
ス指標を求めることによりより正確な判定を実現する。
リアプノフ指数を求める手順を以下に示す。

【００３７】リアプノフ指数とは、時間の経過に伴って
アトラクタ上の近接する点がどの程度離れるかを表す指
標で、もととなるデータの将来の予測しにくさを表して
いる。これはカオスの特徴の一つである初期値依存性と
深く関わっている。アトラクタとは、ｎ次元空間におけ
る系の軌道を表すものもである。心拍間隔など一次元の
データ系列に対しては、（式１）Ｘ(t1), Ｘ(t2),・・・・, Ｘ(ti),・・・・に対して、これをｎ次元相空間に対してＮポイントのデ
ータを埋め込むために以下のようなデータセットを用意
する。（式２）｛Ｘ(t1),Ｘ(t1+τ),・・・・,Ｘ(t1+(n-1)τ)｝｛Ｘ(t2),Ｘ(t2+τ),・・・・,Ｘ(t2+(n-1)τ)｝・・・・・｛Ｘ(ti),Ｘ(ti+τ),・・・・,Ｘ(ti+(n-1)τ)｝・・・・・｛Ｘ(tN), Ｘ(tN+τ),・・・・,Ｘ(tN+(n-1)τ)｝ここでｉ番目の点を（式３）Ｘin＝｛Ｘ(ti),Ｘ(ti+τ),・・・・,Ｘ(ti+(n-1)τ)｝と表わすことができる。

【００３８】この様にして得られたアトラクタ上のある
点Ｘ(0)を基準としたとき、その軌道上の次の点Ｘ(1)に
ついてベクトルＸ(0)Ｘ(1)に直交し、単位距離だけ離れ
た点をＹ₀（０）とする。Ｘ（０）、Ｙ₀（０）について
τ時間経過したときの点を、Ｘ（τ）、Ｙ₀（τ）とす
る。そしてＸ（０）とＹ₀（０）の距離をｄ₀（０）、Ｘ
（τ）とＹ₀（τ）の距離をｄ₀（τ）とする。このとき
の２点間の距離のτ時間経過後の拡大（縮小）率は、ｄ
₀（τ）をｄ₀（０）で割ることにより求められる。

【００３９】次に、Ｘ（τ）とＹ₀（τ）と同一方向で
単位距離だけ離れた点をＹ₁（０）とする。Ｘ（τ）、
Ｙ₁（０）についてτ時間経過したときの点を、Ｘ（２
τ）、Ｙ₁（τ）とする。そしてＸ（τ）とＹ₁（０）の
距離をｄ₁（０）、Ｘ（２τ）とＹ₁（τ）の距離をｄ₁
（τ）とする。このときの２点間の距離のτ時間経過後
の拡大（縮小）率は、ｄ₁（τ）をｄ₁（０）で割ること
により求められる。

【００４０】このステップを繰り返し、各ステップで求
められる距離の拡大（縮小）率の平均がリアプノフ指数
である。これを一般化すると次のように表すことができ
る。

【００４１】

【数１】

【００４２】なお、埋め込み次元が例えば３次元であれ
ば、各次元ごとに計三つのリアプノフ指数が得られる
が、そのうち最大のものを特に最大リアプノフ指数とい
う。表示手段９は、最大リアプノフ指数の変化をグラフ
により視覚的に利用者に報知する。

【００４３】なお、生体信号検出手段７や環境情報検出
手段１４のセンサ部を配設する部分や保護手段６のいず
れの場所であってもよいことは言うまでもない。

【００４４】（実施例２）図３は本発明の実施例２の構
成を示すブロック図である。図１における保護手段６は
図３においては図示を省略しているが、図３に示される
すべてのブロックは保護手段６に配設されているものと
する。図３において、記憶手段１５は演算手段８から演
算結果を受け取り逐次記録すると共に、判定手段１６か
ら記録したデータを読みとれるように構成されている。
また、演算手段８から判定手段１６に対しては最新の演
算結果が伝えられるよう構成されている。

【００４５】上記構成において、判定手段１６は記憶手
段１５に記憶された時系列データから単位時間当たりの
平均変化率を求める。これはデータ系列を微分してやる
ことによって求めることができる。例えば利用者に急激
なストレスが負荷されたときはリアプノフ指数は短時間
の間に大きく減少することが予想される。判定手段１６
が新しいデータを演算手段８から受け取った時点で、こ
れまでの変化率と大きく異なる傾向を示した場合、この
ような急激なストレスがかかった可能性があると判断さ
れる。運動時などでの急な体調変化は、事故などの原因
となりやすい。判定手段１６はこのような急激な変化を
あらかじめ設定された閾値を用いて判定し、表示手段９
上に警告として出力する。閾値としては、例えば過去の
変化率に対して±２０％の差が生じた時を基準とすれば
よい。また、閾値を複数のレベルに設定して段階別の判
定を行ってもよい。

【００４６】さらに、図３において計時手段１３は判定
手段１６に接続されている。これにより時刻情報が判定
手段１６に送られる。

【００４７】生体は、日内変動という生体リズムを有し
ており、時刻ごとに特徴のある変化を示す。図４は最大
リアプノフ指数と心拍数の一日の変化を示したものであ
る。横軸は時刻を表している。このときの被験者は午前
７時２０分頃に起床しているが、その前後の時間帯はリ
アプノフ指数が大きく減少している。また脈拍数につい
ては午前中と午後に二つのが認められる。午後にみられ
る山については加齢によって消失することがあるといわ
れている。なお、ここでも心拍数はリアプノフ指数と負
の相関を持っているがその変動幅の割合はリアプノフ指
数と比較してかなり小さいことがわかるであろう。

【００４８】このように一日の間で生体信号のベースラ
インが大きく変動することを考慮することにより、より
正確な判定が出来るようになる。すなわち、起床直後の
時間帯では、元々ベースラインが急激に下がる傾向にあ
るため休憩が必要であるという判断の基準（負の微分値
が続く時間）をやや緩くしたり、夕方の比較的安定した
時間帯では判断の基準を厳しくしたりする必要がある。
記憶手段７には各時間帯に対応する基準が格納されてい
る。

【００４９】なお、夜間勤務の運転者など人によって生
活リズムは様々に異なることが予想されるが、そのよう
な場合には起床時刻を入力する入力手段を設けて計時手
段を起床時からの経過時間に置き換えて情報を利用して
もよい。

【００５０】また、計時手段１３を利用して単位時間当
たりのリアプノフ指数の変化量を知ることもできる。短
時間の間に急激な変化が生じた場合はそれだけ、急激に
負荷がかかったということでありゆっくりと負荷をかけ
た場合よりも疲労が激しく、突発的な事故などが起りや
すくなることが予想される。判定手段１６はこのような
時間当たりの変化を判定に反映させることもできる。

【００５１】（実施例３）図５は本発明の実施例３の携
帯用保護具の外観図である。保護手段６の開口部には装
着検知手段１７が配設されている。装着検知手段１７
は、接点１８ａと１８ｂを有している。また、保護手段
６が手の甲を保護する部分には光発電手段１９が配設さ
れている。

【００５２】上記構成において、利用者が保護手段６を
装着すると内部生地が手首によって押圧され接点１８ａ
と接点１８ｂが接触し通電することにより、装着が検知
される。装着が検知されると、保護手段６上に構成され
た表示手段等の各手段（図示せず）に電力が供給され
る。

【００５３】また、光発電手段１９は太陽電池による発
電を行い、表示手段等の各手段への電源となる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、保護手段
上に生体信号検出手段、演算手段、および表示手段を構
成することにより、保護手段を装着するだけで生体信号
のモニタリングが可能になるとともに、表示手段を手の
甲に配設することにより、腕時計型に比べてより広い表
示面積を確保できるという効果を有する。

【００５５】そして、演算手段がカオス指標を算出する
ことにより生体の状態をより高い精度でモニタリングす
ることができるという効果を有する。

【００５６】そして、記憶手段と判断手段を設け演算結
果を逐次記憶手段に格納し判断手段が過去の演算結果の
変化率と最新の演算結果の変化率を比較することによ
り、ストレス負荷による変化をとらえることができると
いう効果がある。

【００５７】そして、時刻情報に応じて判定手段におけ
る判定条件を変更するため、生体リズムを考慮した判定
ができるという効果がある。

【００５８】そして、環境情報検出手段が外気や雪温な
どの情報を検出することにより、保護手段を装着した状
態で容易に環境情報を確認できるという効果がある。

【００５９】そして、判定手段は計時手段により単位時
間当たりのカオス指標の変化量を知ることができるた
め、心身への負荷の急激度を明らかにすることができる
という効果がある。

【００６０】そして、装着検知手段が利用者による保護
手段の装着を検知することにより、未装着の場合の電力
消費分を節約することができるという効果がある。

【００６１】そして、保護手段の表面に光発電手段を設
けることにより、広い面積に光発電素子を配設すること
ができ充分な電力を供給することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の携帯用保護具の外観図

【図２】自動車運転時の生体信号の変化を示すグラフ

【図３】本発明の実施例２の携帯用保護具の構成を示す
ブロック図

【図４】生体信号の日内変化を示すグラフ

【図５】本発明の実施例３の携帯用保護具の外観図

【図６】従来の携帯用保護具技術の構成図

【符号の説明】

６保護手段７生体信号検出手段８演算手段９表示手段１３計時手段１４環境情報検出手段１５記憶手段１６判定手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】身体の一部を覆う保護手段と、前記保護手
段に配設され、被覆部から生体信号を検出する生体信号
検出手段と、前記生体信号検出手段が検出した生体信号
を定量的に指標化する演算手段と、前記保護手段に配設
され前記演算手段の演算結果を表示する表示手段とを備
えた携帯用保護具。
【請求項２】演算手段は、生体信号をカオス処理しカオ
ス指標を算出することを特徴とする請求項１記載の携帯
用保護具。
【請求項３】演算手段による演算結果を記憶する記憶手
段と、前記記憶手段に記憶された演算結果の時間的な変
化に基づいて利用者の心身への負荷量を判定する判定手
段を備え、前記判定手段による判定結果を表示手段に表
示することを特徴とする請求項１または２記載の携帯用
保護具。
【請求項４】計時手段を備え、判定手段が利用者の心身
への負荷量を判定する際に前記計時手段からの時刻情報
に応じて判定基準を変化させることを特徴とする請求項
３記載の携帯用保護具。
【請求項５】身体の一部を覆う保護手段と、前記保護手
段に配設され環境情報を検知する環境情報検知手段と、
前記保護手段に配設され前記環境情報検知手段によって
検知された環境情報を表示する表示手段とを備えた携帯
用保護具。
【請求項６】計時手段を備え、判定手段が利用者の心身
への負荷量を判定する際に前記計時手段からの経過時間
情報に応じて判定基準を変化させることを特徴とする請
求項３記載の携帯用保護具。
【請求項７】保護手段の身体への装着を検知する装着検
知手段を備え、前記装着検知手段が保護手段の身体への
装着を検知している間のみ表示手段が作動することを特
徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の携帯用
保護具。
【請求項８】光発電手段を備え、前記光発電手段による
電力を利用して動作することを特徴とする請求項１ない
し７のいずれか１項記載の携帯用保護具。