JP2007014671A - ボールおよびその移動記録の認識・表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】大掛かりでコストのかかる機器類を要さずに、飛行中のボール位置のみならず、ボールの回転状態，移動方向，移動速度などの挙動までもリアルタイムで認識できるようなシステムを提供する。
【解決手段】角速度センサ，加速度センサの少なくとも一方を内部に有すると共に、それにより検出された信号を無線で発信する手段を具備するボールを用いたボール移動記録の認識・表示システムであり、前記ボールから発信された信号を受信して演算処理することにより、ボールの回転状態，移動方向，移動速度，現在位置に関する記録をリアルタイムで得て表示する（あるいは、前記記録をメモリに蓄えておき、しかる後に蓄えた記録を表示する）ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、時間的に変化するボールの位置や飛行状態を認識・表示するためのシステムに関する。

これまで、ゴルフなどの球技に使われるボールの速度，位置の検出に関する各種手法が提案されている。
特許文献１に係る手法は、
カメラで所定の時間露光して露光開始時から露光終了時までの飛翔体の飛翔軌跡を撮影し、
この撮影された撮影画像内の飛翔軌跡中の露光開始時の飛翔体の輪郭および露光終了時の飛翔体の輪郭から、飛翔体の露光開始時の第１の重心位置と露光終了時の第２の重心位置を検出し、
検出された前記第１の重心位置、前記第２の重心位置、および、前記カメラによる撮影時の露光時間を少なくとも用いて、飛翔体の飛翔パラメータを算出することを特徴とする飛翔体の飛翔挙動測定方法（請求項１）である。

特許文献２に係る手法は、ＩＰネットワークを利用した手法であり、ボールにＲＦＩＤタグを付け、これをゴルフコース内に複数設置したアンテナを用い、最も近いアンテナの場所からボールの位置を検出するシステムについて、下記（００４１）に示すように記載されている。
＜特許文献２ ００４１＞
サーバ装置０２１には、固定式通信機能付電波受発信機１４１から１６８までの設置位置を予め登録してあり、コース上に常に電波を発信している。また、ゴルフボール内部には予めプレーヤ００２が所有者情報を書き込んだＲＦＩＤが内蔵してある。プレーヤ００２がゴルフボールを打つと、落ちた先に最も近いところにある電波受発信機１６８からの電波を受信し、内部のＲＦＩＤチップが共振して、電波受発信機１６８はゴルフボールの所有者情報を受信する。
特開２００２−２０２３１７号公報 特開２００４− ９７３８１号公報 特開平８−３３４３３０号公報 特開２００３−１１５７４３号公報

特許文献１に係る方法では、少なくとも1台のカメラおよび撮影された画像を処理して、ボール位置を算出するための画像処理手段が必要であり、どうしても大掛かりでコストの高いものになっていた。

特許文献２に係る方法では、検出できるのは、ボールに最も近いアンテナの位置という大まかな位置しか分からず、さらにボールの初速や飛行中の挙動などについても検出することはできなかった。

本発明は、かかる課題を解決するものであり、大掛かりでコストのかかる機器類を要さずに、飛行中のボール位置のみならず、ボールの回転状態，移動方向，移動速度などの挙動までもリアルタイムで認識できるようなシステムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１によるボールは、
角速度センサ，加速度センサの少なくとも一方を内部に有すると共に、それにより検出された信号を無線で発信する手段を具備することを特徴とする。

本発明の請求項２によるボールは、
ボ−ルの芯中央に空洞を設け、ボールＳＡＷデバイス（球状弾性表面波素子）からなるジャイロセンサ（角速度センサおよび加速度センサ）およびそれにより検出された信号を無線で発信する手段を、前記空洞内に封入してなる構成であり、
無線による信号発信手段は、ボールの個別情報も合わせて発信する機能を備えることを特徴とする。

また、前記ボールを用いたボール移動記録の認識・表示システムは、
請求項１記載のボールから発信された信号を受信して演算処理することにより、ボールの回転状態，移動方向，移動速度，現在位置に関する記録をリアルタイムで得て表示する（あるいは、前記記録をメモリに蓄えておき、しかる後に蓄えた記録を表示する）ことを特徴とするボール移動記録の認識・表示システムである。

本発明によるボールは、ジャイロスコープを構成する検出素子が１〜１０ｍｍ程度の径のボールＳＡＷデバイス（球状弾性表面波素子）であり、センサ部と信号発信手段が共にボール内に封入され、ボールに違和感を覚えることがない。
また、上記ボールを用いた認識・表示システムによると、ボールの位置をリアルタイムで正確に認識でき、信号発信手段から無線で受信されたボールの回転状態，移動方向，移動速度，現在位置に関する情報に基づいて、ボール移動記録をモニタ等で表示することが可能である。

また、ボール内の信号発信手段から無線で発信される情報には、ボール所有者やボール毎に一意のＩＤなどの個別情報が含まれるため、移動記録を監視することで、紛失，他人のボールとの間違い，競技中の不正などが解消される。

以下、本発明によるボールおよびボール移動記録の認識・表示システムの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明によるボールの一例について、概念的に示す説明図である。

同図では、ジャイロセンサ（角速度センサ）２と加速度センサ３とは別々のセンサとして図示されているが、それらを兼ねるジャイロセンサでも良い。
厳密には、両者は以下の様に相違する。

角速度センサは、角速度を検出して（ロボットなどの）姿勢制御を行なうことに利用されており、角速度を積分して傾斜角度を知ることが可能である。
加速度センサーは変化する加速度のみを計測するものであるが、「Ｇセンサ」と称されるタイプのセンサでは、重力加速度を含む加速度を計測可能であり、重力加速度と加速度の関係から傾斜角を計算制御することも可能である。

すなわち、何れか一方のセンサによって、ボールの変位状態（ボール表面の１点が、３次元空間内でどこを向いているか？）が認識され、加速度センサを併用することで、移動するボールの方向や速度も認識され、ボールの座標位置も把握されることになる。
地球に例えると、ボールの変位状態は自転の状態であり、座標位置は公転による３次元空間内での位置情報にあたる。

ジャイロセンサにより検出された信号を無線で発信する手段を構成するのは、
上記センサ駆動のための駆動回路，信号送信のための蓄電装置，メモリー５，アンテナ６である。（同図では、駆動回路と蓄電装置は、双方を合わせて４としている）
メモリー５には、ボールの個別情報も記憶される。

ボ−ル１の芯中央に空洞を設け、ボールＳＡＷデバイス（球状弾性表面波素子）からなるジャイロセンサ（角速度センサ２および加速度センサ３）および駆動回路／蓄電装置４，メモリー５，アンテナ６を、前記空洞内に封入してなる構成とする。

ここで、ボールＳＡＷデバイス（球状弾性表面波素子）によるジャイロセンサについて説明する。
弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）は、弾性表面波の伝搬速度が電磁波に比べて非常に遅いため、信号処理デバイスとして非常に小型に作り込むことが可能である。
また、電磁波を一旦、弾性表面波に変換することで、周波数フィルタ，非線型現象を利用した高調波発振素子，あるいは光と弾性波の相互作用に基づく光変調素子など、様々な信号処理デバイスに応用することが可能である。

ＳＡＷデバイスは、上述したようなセンサに限らず、回転や方位の変化を検知測定するためのジャイロへの利用が提案されていた（例えば、特許文献３参照）。
図４に示すように、平面型ジャイロ４０は、弾性波基体４１上に、定在波励起用すだれ状電極４２ａ，４２ｂ，反射器４３ａ，４３ｂ、弾性表面波摂動体４４及び弾性表面波検出用すだれ状電極４５ａ，４５ｂを備えている。
まず、定在波励起用すだれ状電極４２ａ，４２ｂは、弾性波基体４１表面に弾性表面波を励起する。
励起された弾性表面波は、基体表面を紙面左右方向に伝搬し、両端の反射器４３ａ，４３ｂで反射され、反射器４３ａ，４３ｂ間に定在波を形成する。
定在波の腹の部分では、弾性表面波摂動体４４により基体垂直方向に振動成分を持った垂直振動が発生する。
このとき、平面型ジャイロ４０が回転すると、弾性波基体４１の回転運動に応じて、定在波の腹の垂直振動がコリオリの力によって楕円状の振動に変化する。
この結果、レーリー波等の進行する弾性波が発生し、弾性表面波摂動体４４から定在波の経路と直交する方向に伝搬する。
この弾性波を、弾性表面波検出用すだれ状電極４５ａ又は４５ｂにより検出する。

本願発明では、このようなＳＡＷデバイスにおいて、１対のすだれ状電極相互間を弾性表面波が伝搬する際の伝搬損失を出来る限り小さくし、共振周波数の精度を高める為の一つの提案として、特許文献４に示すような球状弾性表面波素子（ボールＳＡＷデバイス）があり、ＳＡＷデバイスのジャイロへの転用にあたり、弾性波基体４１として平板状基体ではなく球状基体からなる素子を採用することが、センサの小型化や感度・精度の向上の上でボールＳＡＷデバイスの採用が好適である。

図２は、上記ボール１がゴルフ・ボールの場合に用いられるティー７の一例を概念的に示す説明図である。
ティー７の内部には、無線機能および給電機能を奏するための給電回路／無線回路８とアンテナ９を有している。
本発明で用いる無線通信手段としては、ＩＥＥＥ８０２．１１の無線ＬＡＮ方式が例示され、導入も安価で安定した通信品質を実現できる。

上記ゴルフ・ボール１を用いたボール移動記録の認識・表示システムとしては、
ボールから発信された信号を受信して演算処理することにより、ボールの回転状態，移動方向，移動速度，現在位置に関する記録をリアルタイムで得て表示（あるいは、前記記録をメモリに蓄えておき、しかる後に蓄えた記録を表示）するためのモニタ機能が要求される。
図３は、ボール１内部から発信されたセンサによる情報を受信して、モニタ表示を行なっている場合の一例を示す説明図である。
同図では、画面１２には、ゴルフ・コースの特定のホールのマップ１３内で、ゴルフ・ボールの現在地１４を表示している。
ショットされて飛行中のゴルフ・ボールは、画面内でリアルタイムで位置１４が動いて表示されることも可能であり、他プレイヤーのゴルフ・ボールとの相違が明確な形で同一画面内で表示されることも可能である。

例えば、プレイヤーがショットを行なう時、ボールをティーに置いた時の位置を始点として、始点１４として設定し、表示画面１２に表示する。

プレイヤーがショットを行ない、ボールが打ち出されると、それに応じてジャイロセンサ２および加速度センサ３が反応する。
また、飛行中の空気抵抗や風の影響による加速度や角速度の変化、および着地した際の加速度にも同様にセンサが反応する。

ジャイロセンサおよび加速度センサからの信号は無線回路４を経てアンテナ６より無線でボール外部に発信される。

飛行中に電波状況が悪いときはセンサからの信号を一時的に内蔵したメモリー５に蓄えておき電波の安定したところで蓄えた信号を送信する。

この発信された信号は、受信機１０における受信アンテナ１１により受信する。

ボールからの信号は、ゴルフ場に１つ以上の無線の中継機を設置して中継機から無線、あるいは有線により表示機に送信されてもよい。

また、３箇所以上に無線の中継機を設置することにより無線により中継機とボールの位置関係を計測し、これによりボールの中のセンサからの信号から計算した位置に含まれる誤差を補正しても良い。

受信したジャイロセンサおよび加速度センサの信号から、ティーに置いたときの位置を始点としてボールの現在の位置を計算し表示画面１２に表示されているボールの現在位置を更新していくことにより、プレイヤーがボールの位置を知ることができる。
また、ボールの初速や回転の情報も表示すると、上手くショットできているか確認することができる。

また、時々刻々変化するボールの過去の位置を表示し続けることにより、ボールの飛んだ軌跡を表示することや、３次元的に表示することや、飛行中の位置・回転の情報を他のコンピュータ，計測器，プリンタ等に出力することも、本発明の主旨を逸脱するものではない。

ボールのメモリに一意のＩＤを書き込んでおき、これを無線で外から読み出すことにより複数のボールがコース上にあるときでもこれらを区別して検出することができる。
また、これによりボールの所有者を特定することもできる。

また、無線機能を付与したカップを用いることにより、カップインを検出して表示機に表示することにより遠距離からでもカップインを確認することができる。

ボールの移動記録にかかる情報を認識するだけでなく、本発明は、以下に説明するような活用例にも応用できる。

＜ゴルフ練習場でのショット練習例＞
練習場にはプレイヤーを撮影するビデオカメラを設置し、プレイヤーのフォームを撮影し続けておく。
このとき、あとで参照する際のためにランダムアクセスが可能なメディアに保存しておくとよい。

プレイヤーは、あらかじめボールに関して初速あるいは回転数あるいは飛距離等の数値の範囲を指定しておく。

プレイヤーは、無線機能を有するティーを用いることにより、表示機のボールの始点を設定する。

プレイヤーがショットを行なうと、ボールの中の加速度センサおよびジャイロセンサからの信号が送信され表示機が受信する。

表示機においては、ボールからの信号から計算した結果の初速，回転数，飛距離などの数値が先に設定した範囲内にあった場合、音を出す等の方法でプレイヤーに知らせる。
これによりプレイヤーは所望のショットができているかどうかを確認することができる。

プレイヤーはそのショットを打ち終わってすぐに、あるいは練習の終わった後にショットしたボールからの信号を参照しながらビデオカメラにより録画された自分のフォームの映像を表示機に再生することができる。
これによりボールの初速や回転とフォームとの関係をプレイヤーが知ることができ練習の効率が上がる。

本発明によるボールの一例について、概念的に示す説明図。 ゴルフ・ボールの場合に用いられるティーの一例を概念的に示す説明図。 ボール１内部から発信されたセンサによる情報を受信して、モニタ表示を行なっている場合の一例を示す説明図。 ＳＡＷデバイスをジャイロに利用する場合の素子構成例を示す説明図。

符号の説明

１ ボール
２ ジャイロセンサ（角速度センサ）
３ 加速度センサ
７ ティー
８ 給電回路／無線回路８
９ アンテナ
４０ 平面型ジャイロ
４１ 弾性波基体
４２ａ，４２ｂ 定在波励起用すだれ状電極
４３ａ，４３ｂ 反射器
４４ 弾性表面波摂動体
４５ａ，４５ｂ 弾性表面波検出用すだれ状電極

Claims (5)

1. 角速度センサ，加速度センサの少なくとも一方を内部に有すると共に、それにより検出された信号を無線で発信する手段を具備することを特徴とするボール。
2. ボ−ルの芯中央に空洞を設け、ボールＳＡＷデバイス（球状弾性表面波素子）からなるジャイロセンサ（角速度センサおよび加速度センサ）およびそれにより検出された信号を無線で発信する手段を、前記空洞内に封入してなる構成であり、
   無線による信号発信手段は、ボールの個別情報も合わせて発信する機能を備えることを特徴とするボ−ル。
3. 請求項１または２に記載のボールから発信された信号を受信して演算処理することにより、ボールの回転状態，移動方向，移動速度，現在位置に関する記録をリアルタイムで得て表示することを特徴とするボール移動記録の認識・表示システム。
4. 請求項１または２に記載のボールから発信された信号を受信して演算処理することにより、ボールの回転状態，移動方向，移動速度，現在位置に関する記録をメモリに蓄えておき、しかる後に蓄えた記録を表示することを特徴とするボール移動記録の認識・表示システム。
5. ティー位置あるいはショット位置をボール移動記録の起点と設定する手段を備え、
   別途メモリに蓄えておいたコース情報と連動させて、ボール移動記録を表示することを特徴とする請求項３または４に記載のボール移動記録の認識・表示システム。

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