JP2005344955A - 着弾位置計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾丸が着弾した標的上の位置を簡単な構成によって計測する。
【解決手段】光源１の光を垂直光ファイバ２ｖ，２ｈで導いて標的Ｔの垂直範囲の一端側から標的Ｔの水平範囲をカバーするように垂直光ビームＢｖを出射すると共に標的Ｔの垂直範囲をカバーするように水平光ビームＢｈを出射し、垂直光ビームＢｖを垂直フォトダイオード４ｖで受光し、水平光ビームＢｈを水平フォトダイオード４ｈで受光し、受光状態を制御装置６で監視して着弾位置を計測する。
【効果】弾丸が着弾した標的上の位置を簡単な構成によって計測することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、着弾位置計測装置に関し、さらに詳しくは、弾丸が着弾した標的上の位置を簡単な構成によって計測できるようにした着弾位置計測装置に関する。

従来、標的の前方に光の面を形成し、その光の面を通過した弾丸からの反射光を検出して通過位置を求め、その通過位置を標的上の着弾位置に換算して表示する弾丸の標的到達位置計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、座標入力面の一方側に多数の発光素子を並べて座標入力面を横切るように多数の光ビームを形成し、座標入力面の他方側に多数の受光素子を並べて光ビームをそれぞれ受光させ、対象物で光ビームが遮断された受光素子の位置から対象物の位置を検出する光学式デジタイザが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２３０６９９号公報 特開平１０−１８７３３１号公報

上記従来の弾丸の標的到達位置計測装置では、標的範囲外から光を投光し、標的範囲内を通過する弾丸からの反射光を標的範囲外で検出する反射光方式であるため、例えば標的サイズが６０［ｃｍ］×６０［ｃｍ］の場合、光路長が１２０［ｃｍ］にもなることがある。しかし、このように長い光路長で光を確実に検知するためには、強い光源か又は高感度の受光器が必要になり、構成が大掛かりになる問題点がある。また、高感度の受光器を用いた場合は、ノイズ光による誤動作が起こりやすくなる問題点がある。
他方、上記光学式デジタイザは、光ビームが遮断されたことを検出する透過光方式であり、これを弾丸の標的到達位置計測装置に応用すると、光路長が反射光方式の半分で済み、光源も受光器も、構成を簡単化できる。
ところが、上記光学式デジタイザでは、光ビームの集光性が十分でないため、対応する発光素子と受光素子の組を１組ずつ駆動して光ビームが遮断されたか否かを順に調べてゆく走査方式になっている。しかし、走査方式では、高速（例えば２００[ｍ／ｓ]〜８００[ｍ／ｓ]）で光ビームを通過する弾丸を確実に検出することが難しい問題点がある。
そこで、本発明の目的は、弾丸が着弾した標的上の位置を簡単な構成によって計測できるようにした着弾位置計測装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、標的の水平範囲をカバーする垂直光を形成する垂直光形成手段と、標的の垂直範囲をカバーする水平光を形成する水平光形成手段と、標的の水平範囲をカバーする３.５[ｍｍ]以下のピッチの平行な垂直光ビームおよび標的の水平範囲をカバーする３.５[ｍｍ]以下のピッチの平行な水平光ビームをそれぞれ受光すると共に５[μｓ]の光ビーム遮断状態を検知可能な受光手段と、前記受光手段の視野を制限してノイズ光の入射を防ぐ視野制限手段と、前記受光手段のいずれかが光ビーム遮断状態を検知した時にトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、前記トリガ信号を検知するとどの受光手段が光ビーム遮断状態を検知したかを記憶する記憶手段と、前記トリガ信号を検知すると前記記憶手段による記憶結果および前記標的に対する前記垂直光ビームおよび前記水平光ビームの位置関係に基づいて標的上の着弾位置を求める着弾位置取得手段とを具備したことを特徴とする着弾位置計測装置を提供する。
上記構成において、垂直光形成手段側で垂直光ビームを形成し、水平光形成手段側で水平光ビームを形成してもよい。また、垂直光形成手段で平面的な垂直光を形成し、水平光形成手段で平面的な水平光を形成し、受光手段側で視野を制限することにより実質的に垂直光ビームや水平光ビームを形成してもよい。

上記第１の観点による着弾位置計測装置では、光ビームが遮断されたことを検出する透過光方式としたため、光路長が反射光方式の半分で済み、光源や受光手段の構成を簡単化できる。また、視野制限手段を設けたため、受光手段に対応しない光ビームの如きノイズ光が該受光手段に入射するのを防止できる。このため、走査方式とする必要がなくなり、高速（例えば４００[ｍ／ｓ]）で光ビームを通過する弾丸を確実に検出できるようになる。
なお、光ビームのピッチを３.５[ｍｍ]以下とすることにより、直径が７［ｍｍ］より大きい弾丸の必ず中央近傍が光ビームを遮断するため、検出の確実性を高めることが出来る。
また、５[μｓ]の光ビーム遮断状態を検知可能な受光手段とすることにより、長さ１[ｃｍ]，速度４００[ｍ／ｓ]の弾丸通過を確実に検出できるようになる。

第２の観点では、本発明は、上記構成の着弾位置計測装置において、前記垂直光形成手段は、光源と、前記光源の光を導き前記標的の前方位置で前記標的の垂直範囲の一端側から垂直に出射する垂直光ファイバとを有してなり、前記水平光形成手段は、前記光源と、前記光源の光を導き前記標的の前方位置で前記標的の水平範囲の一端側から水平に出射する水平光ファイバとを有してなることを特徴とする着弾位置計測装置を提供する。
上記第２の観点による着弾位置計測装置では、光ファイバを密に並べることが出来るため、容易に光ビームのピッチを３.５[ｍｍ]以下とすることが出来る。また、光源を任意の場所に設置できるため、空間的・熱的制約が緩和され、安価な強い光源を使用可能になる。また、一つの光源を垂直光の形成および水平光の形成の両方に兼用できる。

第３の観点では、本発明は、上記構成の着弾位置計測装置において、前記着弾位置取得手段は、校正モードを有し、前記校正モード中に遮断された垂直光ビームおよび水平光ビームに対応する受光手段の位置と入力された標的上の位置とに基づいて前記標的に対する前記垂直光ビームおよび前記水平光ビームの位置関係を得ることを特徴とする着弾位置計測装置を提供する。
標的上の着弾位置を求めるためには、標的に対する垂直光ビームおよび水平光ビームの位置関係が判っている必要があるが、標的の変更などにより位置関係が変わることがある。
そこで、上記第３の観点による着弾位置計測装置では、校正モードとした上で、校正治具により垂直光ビームおよび水平光ビームを遮断し、その遮断した箇所の標的上の位置を入力する。これにより、標的に対する垂直光ビームおよび水平光ビームの位置関係を更新することが出来る。

第４の観点では、本発明は、上記構成の着弾位置計測装置において、前記標的の画像を表示すると共に該画像上に前記着弾位置取得手段で求めた着弾位置を表示する表示手段を具備したことを特徴とする着弾位置計測装置を提供する。
上記第４の観点による着弾位置計測装置では、標的の画像と着弾位置とが表示されるから、射撃結果を容易に視認することが出来る。

本発明の着弾位置計測装置によれば、弾丸が着弾した標的上の位置を、簡単な構成によって、計測することが出来る。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る着弾位置計測装置１００を示す説明図である。
この着弾位置計測装置１００は、ハロゲンランプのような安価で強い光源１と、光源１の光を導き標的Ｔの前方位置で標的Ｔの垂直範囲の一端側から標的Ｔの水平範囲をカバーする３.５[ｍｍ]以下のピッチの平行な垂直光ビームＢｖを出射する垂直光ファイバ２ｖと、光源１の光を導き標的Ｔの前方位置で標的Ｔの水平範囲の一端側から標的Ｔの垂直範囲をカバーする３.５[ｍｍ]以下のピッチの平行な水平光ビームＢｈを出射する水平光ファイバ２ｈと、垂直光ビームＢｖをそれぞれ受光すると共に５[μｓ]の光ビーム遮断状態を検知可能な垂直フォトダイオード４ｖと、水平光ビームＢｈをそれぞれ受光すると共に５[μｓ]の光ビーム遮断状態を検知可能な水平フォトダイオード４ｈと、垂直フォトダイオード４ｖ及び水平フォトダイオード４ｈからの信号を導くケーブル５と、パーソナルコンピュータの如き制御装置６とを具備している。

垂直光ファイバ２ｖの光出射端部と水平光ファイバ２ｖの光出射端部と垂直フォトダイオード４ｖと水平フォトダイオード４ｈとは、枠３に固定されている。

制御装置６は、操作者が指示の入力等を行うための操作部６ａと、操作者に対するメッセージの表示等を行うための表示部６ｂとを有している。

図２に示すように、保持孔２１及び視野制限孔２２が千鳥状に穿設されたスリットブロック２０の保持孔２１に、垂直フォトダイオード４ｖは嵌着されている。
視野制限孔２２は、連通する保持孔２１に嵌着されている垂直フォトダイオード４ｖの視野を制限し、対向する垂直光ファイバ２ｖからの垂直光ビームＢｖ以外のノイズ光が入らないようにしている。
通過する弾丸から見た視野制限孔２２のピッチｐは、保持孔２１を千鳥状に穿設しているため、垂直フォトダイオード４ｖの直径より小さくすることが出来る。例えば、垂直フォトダイオード４ｖの直径が３.５[ｍｍ]でも、ピッチｐ＝２[ｍｍ]にすることが出来る。
同様に、水平フォトダイオード４ｈもスリットブロックに嵌着されている。

図３は、垂直フォトダイオード４ｖ−１，４ｖ−２，…と、制御装置６に内蔵されるデータ処理回路１０を示す回路図である。
全ての垂直フォトダイオード４ｖ−１，４ｖ−２，…が垂直光ビームＢｖを受光しており、マイクロプロセッサ１６のリード信号ＲＥＡＤが「Ｌ」のとき、オア回路１１−１，１１−２，…には、全て「Ｌ」が入力されている。また、ラッチ回路１２−１，１２−２，…にも、全て「Ｌ」が入力されている。
弾丸が通過して、例えば垂直フォトダイオード４ｖ−８，４ｖ−９，４ｖ−１０に入射していた垂直光ビームＢｖが遮断されたとき又はマイクロプロセッサ１６のリード信号ＲＥＡＤが「Ｈ」にされたとき、オア回路１１−１，１１−２に「Ｈ」が入力され、トリガ信号ＴＲＧ−１，ＴＲＧ−２が発生する。そして、トリガ信号ＴＲＧ−１により、ラッチ回路１２−１は、垂直フォトダイオード４ｖ−１〜４ｖ−８の状態を読み込んで保持する。また、トリガ信号ＴＲＧ−２により、ラッチ回路１２−２は、垂直フォトダイオード４ｖ−９〜４ｖ−１６の状態を読み込んで保持する。

オア回路１１−１，１１−２，…の出力は、オア回路１４で統合され、一つの出力となってマイクロプロセッサ１６に入力されている。従って、オア回路１１−１，１１−２，…のいずれかでトリガ信号が発生すると、オア回路１４もトリガ信号ＴＲＧを発生し、マイクロプロセッサ１６に入力する。

マイクロプロセッサ１６は、トリガ信号ＴＲＧが発生したことを検知すると、セレクト信号ＳＥＬによりバスインターフェース１３−１，１３−２，…を順に選択し、ラッチ回路１２−１，１２−２，…のデータを読み込み、「Ｈ」のデータの位置から、どの垂直光ビームＢｖが遮断されたのかを検出する。
同様に、水平フォトダイオードの状態もマイクロプロセッサ１６に読み込まれる。

図４は、標的Ｔと垂直光ビームＢｖおよび水平光ビームＢｈの位置関係を設定／更新するための校正治具３０の説明図である。
校正治具３０は、枠３の上面と下面を把持すると共に水平に移動させうる水平スライダ３１と、水平スライダ３１の側面を把持すると共に垂直に移動させうる垂直スライダ３２と、垂直スライダ３２に取り付けられ標的Ｔへ延びている指示棒３３とからなっている。

図５は、制御装置６による着弾計測処理を示すフロー図である。
ステップＳ１では、マイクロプロセッサ１６は、メニューを表示部６ｂに表示する。このメニューでは「校正モード」と「計測モード」と「終了」のいずれかを選択できる。

ステップＳ２では、「校正モード」が選択されたら図６のステップＳ１０へ進み、そうでなければステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、「計測モード」が選択されたらステップＳ５へ進み、そうでなければステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、「終了」が選択されたら処理を終了し、そうでなければステップＳ１に戻る。

ステップＳ５では、「校正モード」が１回も行われていないならステップＳ６へ進み、「校正モード」が１回でも行われていたら図７のステップ２０へ進む。
ステップＳ６では、マイクロプロセッサ１６は、「校正モード」を行うように操作者に警告する。そして、ステップＳ１に戻る。

図６のステップＳ１０では、マイクロプロセッサ１６は、支持棒３３を標的ＴのセンターＣに合わせてから操作部６ａのエンターキーを押すように、表示部６ｂにメッセージを表示する。
ステップＳ１１では、操作者がエンターキーを押すまで待ち、エンターキーが押されたらステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２では、マイクロプロセッサ１６は、リード信号ＲＥＡＤによりラッチ回路１２−１，１２−２，…にフォトダイオードの状態を読み込む。
ステップＳ１３では、マイクロプロセッサ１６は、セレクト信号ＳＥＬによりバスインターフェース１３−１，１３−２，…を順に選択し、ラッチ回路１２−１，１２−２，…のデータを読み込み、「Ｈ」のデータの位置から、どの垂直光ビームＢｖが遮断されたのかを検出し、遮断されている垂直光ビームＢｖの座標の中央値をセンターＣの水平座標Ｈ０とする。また、どの水平光ビームＢｈが遮断されたのかを検出し、遮断されている水平光ビームＢｈの座標の中央値をセンターＣの垂直座標Ｖ０とする。

次に、ステップＳ１４では、マイクロプロセッサ１６は、支持棒３３を標的Ｔの領域「３」と領域「４」の境界円に合わせてから操作部６ａのエンターキーを押すように、表示部６ｂにメッセージを表示する。
ステップＳ１５では、操作者がエンターキーを押すまで待ち、エンターキーが押されたらステップＳ１６へ進む。
ステップＳ１６では、マイクロプロセッサ１６は、リード信号ＲＥＡＤによりラッチ回路１２−１，１２−２，…にフォトダイオードの状態を読み込む。
ステップＳ１７では、マイクロプロセッサ１６は、セレクト信号ＳＥＬによりバスインターフェース１３−１，１３−２，…を順に選択し、ラッチ回路１２−１，１２−２，…のデータを読み込み、「Ｈ」のデータの位置から、どの垂直光ビームＢｖが遮断されたのかを検出し、遮断されている垂直光ビームＢｖの座標の中央値を領域「３」と領域「４」の境界円の水平座標Ｈ１とする。また、どの水平光ビームＢｈが遮断されたのかを検出し、遮断されている水平光ビームＢｈの座標の中央値を領域「３」と領域「４」の境界円の垂直座標Ｖ１とする。

ステップＳ１８では、センターＣの座標Ｈ０，Ｖ０と、領域「３」と領域「４」の境界円の座標Ｈ１，Ｖ１とから、標的Ｔの領域「１」〜領域「１０」の座標範囲を計算し、記憶する。そして、図５のステップＳ１に戻る。

図７のステップＳ２０では、マイクロプロセッサ１６は、点数を「０」にする。
ステップＳ２１では、マイクロプロセッサ１６は、図８に示すように、標的Ｔの画像を表示部６ｂに表示する。

ステップＳ２２では、マイクロプロセッサ１６は、リード信号ＲＥＡＤによりラッチ回路１２−１，１２−２，…にフォトダイオードの状態を読み込む。このとき、全ての光ビームは遮断されていないから、ラッチ回路１２−１，１２−２，…の出力は全て「Ｌ」になる。

ステップＳ２２では、マイクロプロセッサ１６は、トリガ信号ＴＲＧが入力されたかチェックし、入力されていないならステップＳ２４へ進み、入力されたならステップＳ２６へ進む。
ステップＳ２４では、操作者が操作部６ａで「計測モード」の終了を指示したかチェックし、指示されていないならステップＳ２５へ進み、指示されたなら図５のステップＳ１に戻る。
ステップＳ２５では、操作者が操作部６ａで「点数クリア」を指示したかチェックし、指示されていないならステップＳ２３に戻り、指示されたならステップＳ２０に戻る。

ステップＳ２６では、マイクロプロセッサ１６は、セレクト信号ＳＥＬによりバスインターフェース１３−１，１３−２，…を順に選択し、ラッチ回路１２−１，１２−２，…のデータを読み込み、「Ｈ」のデータの位置から、どの垂直光ビームＢｖが遮断されたのかを検出し、遮断されている垂直光ビームＢｖの座標の中央値を着弾位置の水平座標Ｈｂとする。また、どの水平光ビームＢｈが遮断されたのかを検出し、遮断されている水平光ビームＢｈの座標の中央値を着弾位置の垂直座標Ｖｂとする。
ステップＳ２７では、記憶していた標的Ｔの領域「１」〜領域「１０」の座標範囲と着弾位置の座標Ｈｂ，Ｖｂを比較し、標的Ｔ上の着弾位置を計算する。
ステップＳ２８では、図９に示すように、標的Ｔの画像上に着弾位置を表示する。なお、図９の着弾位置「１」は１発目の着弾位置を表し、着弾位置「２」は２発目の着弾位置を表している。
ステップＳ２９では、標的Ｔ上の着弾位置から点数を計算し、図９に示すように点数を表示する。そして、ステップＳ２２に戻る。

実施例１の着弾位置計測装置１００によれば、光ビームＢｖ，Ｂｈが遮断されたことを検出する透過光方式としたため、光路長が反射光方式の半分で済み、安価な光源１やフォトダイオード４ｖ，４ｈを使用できる。また、視野制限孔２２により、ノイズ光がフォトダイオード４ｖ，４ｈに入射するのを防止できる。このため、走査方式とする必要がなくなり、高速（例えば４００[ｍ／ｓ]）で光ビームを通過する弾丸を確実に検出できる。

光源１として、固体レーザ装置を用いてもよい。また、フォトダイオード４ｖ，４ｈを並べたように発光ダイオードを枠３に並べて光ビームを形成してもよい。
フォトダイオードの代わりにフォトトランジスタを用いてもよい。

実施例１の着弾位置計測装置１００を弾丸の通過方向に複数設置し、それぞれで計測した弾丸通過位置から弾丸の軌跡を計算するようにしてもよい。

本発明の着弾位置計測装置は、射撃の練習や競技に利用できる。

実施例１にかかる着弾位置計測装置を示す構成図である。 フォトダイオードの設置構造を示す斜視図である。 データ処理回路を示す回路図である。 校正治具を示す斜視図である。 着弾位置計測処理のフロー図である。 図５の続きのフロー図である。 図５のさらに続きのフロー図である。 標的の表示例を示す説明図である。 着弾位置の表示例を示す説明図である。

符号の説明

１ 光源
２ｖ 垂直光ファイバ
２ｈ 水平光ファイバ
３ 枠
４ｖ 垂直フォトダイオード
４ｈ 水平フォトダイオード
６ 制御装置
１０ データ処理回路
１１−１，１１−２，… オア回路
１２−１，１２−２，… ラッチ回路
１６ マイクロプロセッサ
２０ スリットブロック
２２ 視野制限孔
３０ 校正治具
３１ 水平スライダ
３２ 垂直スライダ
３３ 支持棒
１００ 着弾位置計測装置

Claims (4)

1. 標的の水平範囲をカバーする垂直光を形成する垂直光形成手段と、標的の垂直範囲をカバーする水平光を形成する水平光形成手段と、標的の水平範囲をカバーする３.５[ｍｍ]以下のピッチの平行な垂直光ビームおよび標的の水平範囲をカバーする３.５[ｍｍ]以下のピッチの平行な水平光ビームをそれぞれ受光すると共に５[μｓ]の光ビーム遮断状態を検知可能な受光手段と、前記受光手段の視野をそれぞれ制限してノイズ光の入射を防ぐ視野制限手段と、前記受光手段のいずれかが光ビーム遮断状態を検知した時にトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、前記トリガ信号を検知するとどの受光手段が光ビーム遮断状態を検知したかを記憶する記憶手段と、前記トリガ信号を検知すると前記記憶手段による記憶結果および前記標的に対する前記垂直光ビームおよび前記水平光ビームの位置関係に基づいて標的上の着弾位置を求める着弾位置取得手段とを具備したことを特徴とする着弾位置計測装置。
2. 請求項１に記載の着弾位置計測装置において、前記垂直光形成手段は、光源と、前記光源の光を導き前記標的の前方位置で前記標的の垂直範囲の一端側から垂直に出射する垂直光ファイバとを有してなり、前記水平光形成手段は、前記光源と、前記光源の光を導き前記標的の前方位置で前記標的の水平範囲の一端側から水平に出射する水平光ファイバとを有してなることを特徴とする着弾位置計測装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の着弾位置計測装置において、前記着弾位置取得手段は、校正モードを有し、前記校正モード中に遮断された垂直光ビームおよび水平光ビームに対応する受光手段の位置と入力された標的上の位置とに基づいて前記標的に対する前記垂直光ビームおよび前記水平光ビームの位置関係を得ることを特徴とする着弾位置計測装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の着弾位置計測装置において、前記標的の画像を表示すると共に該画像上に前記着弾位置取得手段で求めた着弾位置を表示する表示手段を具備したことを特徴とする着弾位置計測装置。

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