JP2010253238A - ヘッドスピード計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイングスピード計測装置を地中に隠蔽した状態で計測することを可能にする。
【解決手段】ゴルフボールを所定の位置に固定するための固定面を片端に有し、水平面（地面）に設置されたゴルフボール固定手段４２と、電波ビームを放射する放射面を有し、放射面は、ゴルフクラブをスイングしたときのスイング経路の直下に相当する水平面よりも下方側で、且つゴルフボール固定手段を基準としてヘッドが離遠する側において、略天頂方向に向けて配置され、放射面から放射される電波ビームの少なくともいずれかは、ゴルフボール固定手段の方向に鉛直方向から傾けて放射されることにより、ドップラーセンサ１１が検知するスイング速度の変化量に基づきヘッドがドップラーセンサ上方を通過するタイミングを把握し、その結果からインパクト瞬間の速度を算出することができる。従って、ヘッドスピードを計測する装置を提供することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ゴルフクラブをスイングしたときのヘッドスピードの計測技術に関し、特にドップラーセンサを利用したヘッドスピードの計測技術に関する。

従来、ゴルフクラブをスイングしたときのヘッドスピードを計測し、外部に報知する機器として図２９に示すヘッドスピード計測装置が提案されている。

特開２００１−３１４５４０号公報

特許文献１に示す従来のヘッドスピード計測装置は、ヘッド４４先端に取り付けた磁性体の被検知箔６４の通過時間を検知する複数のセンサ素子６１ａ、６１ｂと、通過時間に基づいて算出されたヘッドスピードを外部に報知する表示部６２とから構成され、複数のセンサ素子６１ａ、６１ｂと表示部６２は１つの筐体６３に収められ一体化している。そして、ゴルフクラブ６３をスイングしたときゴルフクラブ６３先端に取り付けられたヘッド６４が移動するスイング経路から離れた位置に、スイング経路と並行するよう本計測装置を設置し、ヘッドスピードを計測することができる。
しかしながら、複数のセンサ素子６１ａ、６１ｂを所定の間隔を空けて配置し、被検知箔６４がセンサ素子６１ａからセンサ素子６１ｂとの間を通過する時間から算出されるヘッドスピードはセンサ素子６１間における平均速度であり、ヘッドスピードの最高速度を検出することはできない。

従って、本発明の目的は、ゴルフクラブをスイングしたときヘッドスピードの最高速度を計測することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様によると、ゴルフボールを所定の位置に固定するための固定面を片端に有し、水平面（地面）に設置されたゴルフボール固定手段と、電波ビームを放射する放射面を有し、ゴルフクラブをスイングしたとき、前記ゴルフクラブ先端のヘッドの移動状態を周波数に換算し、検知信号として外部に出力するドップラーセンサと、前記検知信号の周波数に基づいてヘッドスピードを算出する速度算出制御手段と、を備えたヘッドスピード計測装置において、前記放射面は、前記ゴルフクラブをスイングしたときのスイング経路の直下に相当する前記水平面よりも下方側で、且つ前記ゴルフボール固定手段を基準として前記ヘッドが離遠する側において略天頂方向に向けて配置され、前記放射面から放射される電波ビームの少なくともいずれかは、前記ゴルフボール固定手段の方向に鉛直方向から傾けて放射されることを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様によると、前記ドップラーセンサは、誘電体からなる基板の一方の表面、または内部の略全面にグランドとして作用する接地電極と、前記接地電極と対向するよう前記基板の他方の表面に高周波信号が直接、供給され励振する給電素子と、前記給電素子から電波ビームが放射されることにより励起される少なくとも１つの無給電素子と、から構成されたアンテナを有し、電波ビームを送受信することを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様によると、前記ドップラーセンサから放射される電波ビームは、所定の順序、タイミングにて複数の方向へ放射されることを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様によると、前記ゴルフクラブをスイングしたとき、前記ヘッドの移動状態を周波数に換算して前記ドップラーセンサから外部に出力された検知信号の周波数に基づいて、前記検知信号において隣接する極大と極小との間の時間間隔である半周期毎の時間を抽出し、その最短時間から最高速度を算出することを特徴とする。

本発明によれば、ゴルフクラブをスイングしたときヘッドスピードの最高速度を計測することができる。

ヘッドスピード計測装置の第１の実施形態の使用図である。 ヘッドスピード計測装置の構成図である。 ドップラーセンサのアンテナ構成図である。 ヘッドスピード計測装置のブロック図である。 移動体がドップラーセンサを横切るときの検知速度を示す図である。 ドップラーセンサの設置面と放射方向の種類を示す図である。 図６に示したドップラーセンサの状態における検知速度を示す図である。 第１の実施例のヘッドスピード計測装置の出力を示す図である。 速度算出制御手段のフローチャートである。 スイングスピードと人の移動速度を示す図である。 スイングスピード計測装置の第２の実施形態の使用図である。 スイングスピード計測装置の第３の実施形態の使用図である。 スイングスピード計測装置の電波放射方向を示す図である。 スイングスピード計測装置の第４の実施形態の使用図である。

以下、図面を参照しながら、本発明におけるヘッドスピード計測装置について説明する。
尚、以下実施例における図面の基板の厚みやパターン寸法は説明の都合上、実際の形状とは異なる。図１は、本発明におけるヘッドスピード計測装置の第１の実施形態の使用状態を示す、（ａ）正面図および（ｂ）上面図である。図２は、同装置の（ａ）上面図および（ｂ）断面図である。

図に示すようにドップラーセンサ１１は、ゴルフボール固定手段４２の近傍、且つスイング経路の直下に相当する地面よりも下方の位置、且つゴルフクラブをスイングしたときゴルフボール固定手段４２を基準としてヘッドが離遠する方向側に、電波ビームの放射面を天頂方向に向け、ドップラーセンサ１１から放射される電波ビームの放射方向φ１とヘッド接近方向とが略同一となるよう、本発明のヘッドスピード計測装置５１を設置している。ヘッドスピード計測装置５１は図２（ｂ）に示すようにドップラーセンサ１１と速度算出制御手段２１が一体化している。

ドップラーセンサ１１は、給電素子２にて励起され導波器として作用する無給電素子３ａを給電素子２の励振方向と直交し、且つ給電素子２の給電孔５から近い側に相当する端辺と対向する位置に、給電素子２にて励起され反射器として作用する無給電素子３ｂを給電素子２の励振方向と直交し、且つ給電素子２の給電孔５から遠い側に相当する端辺と対向する位置に、各々所定の間隔を空けて形成している。無給電素子３ａの励振方向における１辺の長さは給電素子２の励振方向における１辺の長さＬより短いため、無給電素子３ａは導波器として作用する。それに対し、無給電素子３ｂの励振方向における１辺の長さは給電素子２の励振方向における１辺の長さＬと同じで、無給電素子３ｂの共振周波数は給電素子２の使用周波数と同じである。そして、給電素子２と無給電素子３ｂとの位置関係から給電素子２と無給電素子３ｂの位相状態を略同一となり反射器として作用する。

仮に、無給電素子３ｂの励振方向における１辺の長さが給電素子２の励振方向における１辺の長さＬより長い場合、無給電素子３ｂの共振周波数は給電素子２の使用周波数よりも低域側にシフトするため、無給電素子３ｂは反射器（給電素子２よりも位相が進んだ状態）として作用する。以下、実施例では給電素子２の位相に対して０〜１８０ｄｅｇｒｅｅ位相が進んだ無給電素子３ｂの状態を反射器として定義する。このように、給電素子２を中心として対称に配置した無給電素子３ａを導波器、無給電素子３ｂを反射器として作用させることにより、基板１ａ面から放射される電波ビームは、空間で結合し基板１ａ面に対し鉛直方向から所定の方向φ１（図中、下方向）へと、給電素子２の略中心部を基準としθ１だけ傾いて放射される。

ドップラーセンサ１１の給電素子２と無給電素子３の配置例は、図３（ａ）図３（ｂ）に示す形態のいずれを使用してもよく、図２に示す構造は、最大放射強度方向を指すθ１の角度が最も大きく、逆に半値角は狭くなっているため、後述するボール固定手段とドップラーセンサ１１の設置との距離が遠い場合は有効である。最適なものは、センサから放射される最大放射方向が、ボール固定手段に固定されたボール方向に向くことであり、ドップラーセンサ１１の設置位置にあわせて、図２または図３から選択するとよい。いずれの構造を利用するにしても、電波ビームを鉛直方向から基板面に対し水平方向へと傾け、局在的に電波ビームを絞って放射することができる。
本発明のドップラーセンサ１１を、ゴルフボール固定手段４２の近傍、且つスイング経路の直下に電波ビームの放射面を略天頂方向に向けて配置すれば、地面に対し鉛直方向から所定の方向φ１に向けて局在的に指向性が高い高利得の電波ビームを放射することができる。

次に図４を用いヘッドスピード計測装置５１の電気的な構成について説明する。
ヘッドスピード計測装置５１は、ゴルフクラブをスイングしたとき、ゴルフクラブ先端のヘッドの移動状態を周波数に換算し、検知信号として外部に出力するドップラーセンサ１１と、ドップラーセンサ１１から出力された検知信号の周波数に基づいてヘッドスピードの最高速度を算出する速度算出制御手段２１と、計測したヘッドスピードを使用者へ知らせる速度報知手段３１とから構成されている。
ドップラーセンサ１１には、送信波を発生する発振器１２と、送信波を前方に放射してゴルフクラブをスイングしたとき、送信波がゴルフクラブ先端のヘッドに衝突し反射して戻ってきた反射波を受信波として受信するアンテナ１３と、送信波と受信波の周波数の差分を抽出する検波器１４とを備えている。
速度算出制御手段２１には、ドップラーセンサ１１から出力された検知信号の電圧値レベルを速度算出制御手段２１に印加する電源電圧範囲内にて電圧ピーク値が顕在化する電圧値レベルまで検知信号を増幅する信号増幅部２２と、信号増幅部２２にて増幅された検知信号の電圧値または周波数が所定値よりも高くなったとき後述する第１演算部２５における演算処理を開始する測定開始判定部２３と、検知信号の周波数に基づいて半周期毎の時間を抽出し最短時間を算出する第１演算部２５と、第１演算部２５の演算結果と、その時の時間またはそのタイミング情報とを記憶する記憶部１９と、検知電圧の電圧値が所定値よりも大きくなったときまたは周波数が所定値よりも小さいときにヘッドの位置を定めるヘッド通過判定部２４と、ヘッド通過判定部２４が判定したタイミングを基準にして、所定の波長分さかのぼり、ヘッドがゴルフボール固定手段４２の直前にあるときのタイミング情報を逆算し、ヘッドがボールに当たる直前つまりインパクト瞬間の速度を算出する第２演算部２６と、第２演算部２６にて算出された最高速度が所定値よりも速いとき後述する速度報知手段３１に速度情報を出力する信号出力判定部２７とを備えている。
速度報知手段３１には、使用者にゴルフクラブをスイングするタイミングを知らせるための計測可否表示部（図中、『ＲＥＡＤＹ』と表示された下部のライトが点灯時は計測可能、『ＷＡＩＴ』と表示された下部のライトが点灯時は計測不可能）と、信号出力判定部２７から出力された速度情報に基づいてヘッドスピードを小数点１桁まで表示が可能な速度表示部とを備えている。

次に図５を用いてドップラーセンサの設置状態と移動体の移動方向との関係により、ドップラーセンサが検知できる移動体の速度変化について説明する。
図５（ａ）にしめすクラブヘッド４４が仮に速度Ｖでドップラーセンサ１１の上方を垂直方向に横切るときに、横軸をドップラーセンサ１１とクラブヘッド４４との水平方向距離Ｌとし、縦軸にドップラーセンサ１１が検知できる速度を示したものが図５（ｂ）である。尚図５（ｂ）の実線はドップラーセンサ１１とクラブヘッドの垂直方向の距離ｈが小さいときであり、一点破線はｈが大きいときである。図５（ａ）に示すようにクラブヘッド４４の移動方向と、クラブヘッドの位置とドップラーセンサとを結ぶ直線とでなす角度αとしたときに、ドップラーセンサ１１が検知するクラブヘッドの速度Ｖｓは、式１で示すことができる。
Ｖｓ＝Ｖ×ｃｏｓα ・・・（１）
尚、ここでαは、式２で表すことができる。
α＝ａｔａｎ（ｈ／Ｌ）・・・（２）
図５（ｂ）のグラフに示すようにドップラーセンサ上方に近づくにつれてヘッド速度は減速するように見えて、完全に上方に来たとき即ち電波の放射面と正対する位置に来たときに限りなく０に近くなる。（実際にはクラブヘッドのあらゆる面の反射波の合成値により得られるために０になることはないが、かなり減速した状態になる）また、クラブヘッドがドップラーセンサ近傍を通過するか、遠方を通過するかでは、後者の方がαが大きくなるためにドップラーセンサの検知する速度の減速量が大きくなり、一点破線のように見える。

この特性を利用して、図６に示したセンサの設置状態と、電波の指向状態とを設定したときにそれぞれのドップラーセンサから得られる検知信号を図７に示す。
図６（ａ）は、ドップラーセンサ１１の電波放射面１１ａを天頂方向に設定し、更に電波放射方向φ１も天頂方向に設定した状態である。この時ドップラーセンサ１１の検波器が１４が出力し、速度算出制御手段２１の信号増幅部２２の出力結果を図７（ａ）に示す。図７は、横軸に時間、縦軸に検知信号（電圧値）としている。図内一点破線は、クラブヘッドがボール固定手段４２直前のインパクト瞬間のタイミングｔ１を示し、二点破線はクラブヘッドがドップラーセンサ１１の天頂方向にきたタイミングｔ２を示す。図７（ａ）に示すようにドップラーセンサ１１は天頂方向を向いているために、検知信号であるドップラー波形は、ヘッドがドップラーセンサに近づくにつれて（時間の経過と共に）、その周期は長くなり、速度が低下していることを示している。ただし、電波放射方向も天頂方向を向いているために、測定開始判定部２３が設定している閾値Ｖｓを超える信号を得られるのは、ｔ１を経過しｔ２に近づいたときであり、この状態では使用者が要求するインパクト瞬間の速度を見落とすことになる。
図６（ｂ）は、ドップラーセンサ１１は、図６（ａ）と同様に電波放射面１１ａを天頂方向に設定しているが、電波の放射方向φ１はボール固定手段４２に設定した状態である。つまり本実施例で採用している状態であり、この時ドップラーセンサ１１の検波器１４が出力し、速度算出制御手段２１の信号増幅部２２の出力結果を図７（ｂ）に示す。 図７（ｂ）のドップラー波形は、図７（ａ）と同様ドップラーセンサに近づくにつれて（時間の経過と共に）、その周期は長くなり、速度が低下していることを示している。図７（ａ）と異なるのは、ドップラーセンサからの電波放射方向がボール固定手段に向いているために、検知信号強度が大きくなる。従って、クラブヘッド４４がインパクト瞬間よりもかなり手前の位置から測定開始判定部２３が設定している閾値Ｖｓを超えるために、時間ｔ１における振幅値を高感度に計測することができる。また、その後ｔ２においても図７（ａ）に比べて振幅値は低いものの、ヘッド通過判定部２４が設定するＶｈよりも大きい振幅値を得ているために、時間ｔ２付近にてヘッドがセンサ上方を通過したことを判断することができる。
ここで、ドップラー信号の周波数は、使用する電波の周波数により決まる。例えば日本国で許可されている電波の周波数は１０．５ＧＨｚであり、その時の空間波長は２８ｍｍになる。ドップラー波形は、送信波と受信波の干渉により発生するため、１周期は１４ｍｍとなる。図７（ｂ）は、時間ｔ２とｔ１の間にドップラー波形が２周期検知しているため、ｔ２からｔ１までの距離が２８ｍｍとなる。この距離２８ｍｍは、図６（ｂ）に示すドップラーセンサ１１とボール固定手段４２との距離Ｌｂであるために、ドップラーセンサの固定位置を定めておき、ヘッドがセンサ上方を通過したタイミングｔ２を把握するだけで、その位置に応じたドップラー波形の周期によって、インパクト瞬間のタイミングｔ１を見つけることができ、その時間ｔ１の速度をドップラー波形の周期から算出して、インパクト瞬間におけるヘッドの移動方向とセンサ方向となす角αに相当して遅く見える分を補正することにより、インパクト瞬間のヘッド速度を算出することができる。
図６（ｃ）は、ドップラーセンサ１１の電波放射面１１ａはボール固定手段４２の方向に設定し、更に電波放射方向φ１もボール固定手段の方向に設定した状態である。この時ドップラーセンサ１１の検波器１４が出力し、速度算出制御手段２１の信号増幅部２２の出力結果を図７（ｃ）に示す。この状態では、ゴルフヘッドのスイング経路と、ドップラーセンサの電波放射面がほぼ対向しているために、図７（ｃ）に示すように波形は、周期変化がほとんどない状態で検知信号を得ることができる。従って、ゴルフスイングの初期の速度から検知することが可能だが、ドップラー波形の周期の差からゴルフヘッドの位置を推測することはできない。また信号強度に着目すると、クラブヘッドがドップラーセンサの真上を通過する際、ドップラーセンサの放射分布からクラブヘッドが逸脱するために信号強度が低下することが想定されるが、使用者の保有するクラブの種類や番手によりクラブヘッドの大きさは様々なサイズがあるために、電波の反射面積が異なりひいては電波の反射強度の変化につながるため、ドップラーセンサの検知信号の変化によってクラブヘッドのスイング径路上の位置を判断することはできない。以上図６に示す３つの設置状態において、クラブヘッドのスイング径路上の位置を把握してインパクト瞬間のドップラー波形を識別可能な感度で計測できるのは、本実施例で示す図６（ｂ）のドップラーセンサの放射面を頂点方向にして、電波の放射方向をボール固定手段の方向に向けた場合だけである。更にこの設置手段の効果としては、一般にドップラーセンサの放射面の垂直方向である厚み方向が図に示すように薄く構成できるため、自動でボールを設置するシステムへの組込み自由度が広がり、またこのシステム内に収納し、上方を電波が透過する樹脂製，木材，ゴム系の材料で蓋をすることで、使用者はセンサの存在を黙認できずまた、破壊する危険性のない普段どおりのスイングをしながらスイングスピードを計測できるシステムを提供できる。

次に図４，図８，図９を用いて速度算出制御手段２１の動作フローについて説明する。
基板１ｂには速度算出制御手段２１が配置され、ドップラーセンサ１１から出力された検知信号を増幅する少なくとも１つのオペアンプから構成される増幅回路を信号増幅部２２として備え、増幅した検知信号を図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）のアナログ電圧をデジタル電圧に変換する機能を有したＡＤ変換機能ポートに入力される。図示しないＣＰＵには、測定開始判定部２３、ヘッド通過判定部２４、第１演算部２５、第２演算部２６、ヘッド通過判定部２７の機能を有し、ＡＤ変換機能ポートに入力された検知信号に基づきヘッドスピードを算出し速度報知手段３１に速度情報を出力する。
図中、最上段に示す検知信号の電圧波形は、ドップラーセンサ１１から出力された検知信号を速度算出制御手段２１に備えた信号増幅部２２により増幅した後の検知信号を示し、速度算出制御手段２１に印加する電源電圧範囲内にて電圧ピーク値が顕在化している。信号増幅部２２を構成するオペアンプ等の増幅回路の増幅率を大きくし過ぎると検知信号の電圧ピーク値が電源電圧範囲内にて振り切れ、検知信号がサイン波から矩形波に変化してしまう。そうすると、検知信号にサイン波と矩形波が混在する不具合が生じ、精度良く最高速度を算出することができなくなる。本発明によれば、検知信号がサイン波から矩形波に変化することを防止し精度良く最高速度を算出することができる。

また、ドップラーセンサ１１から出力される検知信号は必ずしも電圧のプラス方向側とマイナス方向側に対称的なサイン波形として出力される訳ではない。従って、検知信号の電圧値レベルは、速度算出制御手段２１に印加する電源電圧範囲内にてピーク値が顕在化する電圧値レベルまで信号増幅部にて増幅し、その増幅された検知信号を直接、速度算出制御手段２１に備えた図示しないＡＤ変換機能部に入力し、第１演算部２５にて検知信号のピーク値をもとに半周期毎（ピーク→ボトム、ボトム→ピーク、…）の時間を抽出し最短時間を算出することが望ましい。

最初にボール固定手段にボールが設置されて計測開始状態になると、最初のフローであるＳ０１にてゴルフヘッドからの反射信号が所定強度以上になりボール固定手段に向かってきているか否かを判定するため、測定開始判定部２３にて検知信号ＶがＶｓ２＜ＶまたはＶ＞Ｖｓ１になるか比較している。判定の結果振幅値が閾値Ｖｓ１を超えるか，Ｖｓ２を下回った場合には、次のフローであるＳ０２にて、そのドップラー波形のピークあるいはボトムの時間を抽出する。ここで、ドップラー波形が右肩上がりの上昇時には、検知信号Ｖが下降し始めるタイミングまで計測を継続し、下降する直前の計測点が最大値と見極めＳ０３にてその時の時刻ｔ０１と反射信号量Ｖｓ０１を記憶部１９に保存する。尚ドップラー波形は右肩下がりの下降側から検知する可能性があるため、その場合にはＶが上昇する直前の最小値をボトム値とし、その時の時刻と反射信号量を記憶部１９に保存する。このピーク値あるいはボトム値の判定は、Ｓ０４のヘッド通過判定部２４にて検知信号ＶがＶｈを超えるまで継続するため、再度Ｓ０２のフローにて次のボトム値の計測に移行する。尚図の説明上ヘッド通過判定部の閾値を上昇側に設定しているが、下降側に発生する可能性もあるため、図示していないがあたかじめ下方側の閾値も設定している。尚、上述したようにクラブヘッドがドップラーセンサ上方を通過する際は、検知信号の振幅値が増加すると共に速度が極端に遅くなるため、周期が所定以上になったことで判定してもよい。
次にＳ０４にてゴルフヘッドがドップラーセンサの上方を通過したか否か判定するために、検知信号Ｖが閾値Ｖｈを超えたかどうかの判定を行い、ここで閾値Ｖｈを超えると、そのタイミングｔ２を記憶すると共に、第１演算部２５でのピーク値及びボトム値計測を終了する。
次にＳ０５にて第２演算部２６があらかじめ記憶部１９に記憶しているインパクト瞬間のタイミングを選択する。インパクト瞬間のタイミングは上述したように、ボウル固定手段４２とセンサ設置位置との距離が定まっていれば、使用する電波の周波数から一義的に定まり、例えば使用する周波数を１０．５ＧＨｚで距離を１４ｃｍに定めると、ドップラー波形は１周期が１４ｍｍあるために、その距離の間に１０波長出現することになる。するとピーク値及びボトム値がそれぞれ１０回発生するため、ヘッド通過判定部が判定したタイミングからピーク値またはボトム値１０回分さかのぼった地点か、ピーク値、ボトム値をそれぞれの極値とすると、２０個の極値データ分さかのぼった地点をインパクト瞬間と定めてもよい。この何れかのさかのぼる数値を記憶部１９にあらかじめ設定しておき、このＳ０５のタイミングで第２演算部２６が記憶部１９から例えば極値２０というデータを読み出し、更に記憶部１９に格納されたデータの新しい側から２０個さかのぼった値を抽出する。
次に、Ｓ０６にて抽出したタイミングと前後の極値における時間データとから、第２演算部２６で半周期の時間を演算し、得られた時間と半周期の距離７ｍｍ（半波長）より、ドップラーセンサが検知する仮の速度が算出できる。更に第２演算部２６は、ボール固定手段４２とドップラーセンサの水平方向の距離（１４ｃｍ）と鉛直方向（高さ方向）の距離とから補正すべき値が決定するため、その値をあらかじめ記憶部１９に設定してある値を式２に代入しαを導き、得られたαを式１に代入し、実際のゴルフヘッドのスイングスピードを算出する。
次に、Ｓ０７にて信号出力判定部２７が速度報知手段３１に得られた速度情報を出力し、速度報知手段３１が速度を表示する。
最後に、Ｓ０８にて例えば既設の自動ボール搬送装置のボール有無検知センサなどの外部信号を得ることができるのであれば、次のボールが置かれたかどうかをこの外部信号から判断して、ボールが設置されたと判断できた時に、初期状態の計測開始にもどる。
このようにドップラーセンサは、地面よりも下方に設置しているため、速度を計測されているというイメージを受けることが無く、また誤ってヘッドまたは打ち出したボールにて破壊することが無く気兼ねなくスイングすることが可能である。またドップラーセンサの放射面を天頂方向に向けて電波放射方向をボール固定手段に定めると、ゴルファーが最も知りたいインパクト瞬間を確実に捉え、更にドップラーセンサの最大の特長であるドップラー周期から速度を算出するために高精度のスイングスピード情報を提供することができる。

図１０（ａ）にゴルフヘッドに対してドップラーセンサから出力される検知信号の周期および周波数を表し、図１０（ｂ）には、人が歩行する速度に対する周期と周波数をあらわす。速度算出制御手段２１には、第２演算部２６にて算出された最高速度が所定値よりも速いとき速度報知手段３１に速度情報を出力する信号出力判定部２７を備えている。例えば、信号出力判定部２７における出力可否の閾値（図中、Ｖｓ）を１０ｍ／秒とした場合、第２演算部２６にて算出された最高速度（図中、Ｖｍａｘ）がこの閾値（図中、Ｖｓ）を超えた時だけ速度報知手段３１へ速度情報を出力することになる。本発明によれば、ヘッドスピードとは無関係な人の動き等を誤って報知することを防止できる。
尚、外部信号が、ボールがなくなった瞬間を１０μ秒以下の精度で検知できるようであれば、ヘッドスピード算出精度に与える影響がほとんどないため、その外部信号をトリガとしてそのタイミングがインパクト瞬間と定め、第２演算部で速度算出を行ってもよく、目的に応じて選択すると良い。

図１１は、本発明におけるヘッドスピード計測装置の第２の実施形態の使用状態を示す、（ａ）正面図および（ｂ）上面図である。

図に示すようにドップラーセンサ１１は、ゴルフボール固定手段４２の近傍、且つスイング経路の直下に相当する地面よりも下方の位置、且つゴルフクラブをスイングしたときゴルフボール固定手段４２を基準としてヘッドが接近する方向側に、電波ビームの放射面を天頂方向に向け、ドップラーセンサ１１から放射される電波ビームの放射方向φ１とヘッド離遠方向とが略同一となるよう、本発明のヘッドスピード計測装置５１を設置している。

センサ設置位置は、第１の実施例とはボール固定手段をはさんで対称の位置に設置してあり、ヘッドスピード計測装置５１の構成やアンテナ構造及び測定原理は同じである。本実施例は、センサの設置位置がボール固定手段４２よりもスイング径路上の手前にあることから、測定開始判定部２３がドップラー波形を捕らえ、第１演算部２５がドップラー波形のピーク値またはボトム値の計測を行っているときに、ヘッド通過判定部２４でドップラーセンサ上面をヘッドが通過したことを判定した後、センサとボール固定手段間距離に相当するドップラー周期の周期数（波長の数）をカウントするまで第１演算部は計測を続行し、インパクト瞬間のタイミングを定め、その後第２演算部でドップラーセンサが検知する周波数を算出した後に、実際のクラブヘッドスピードの値を式１及び式２を基に演算し、求めることができる。詳細は、第１の実施例と同様につき省略する。
本発明においてもゴルファーは、スイングスピード計測装置の存在を意識することなくスイングを楽しむことができ、更にゴルファーが最も要求するインパクト瞬間の速度を知ることができるヘッドスピード計測装置を提供できる。

図１２は、本発明におけるヘッドスピード計測装置の第３実施形態を示す、（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。図１３は、同、設置例を示す（ａ）正面図および（ｂ）上面図である。
図１３に示すヘッドスピード計測装置５１のドップラーセンサ１１には、基板１ａの片表面に高周波信号が直接、供給される給電素子２と、給電素子２にて励起される給電素子２と略同一形状の複数の無給電素子３ａ、３ｂが給電素子２の励振方向と直交する端辺と対向する位置に各々、所定の間隔を空けて形成され、各無給電素子３ａ、３ｂの励振方向と直交し、且つ給電素子２と隣接しない端辺の略中央部には薄膜の伝送線路６ａ、６ｂの片端が各々、接続されている。そして、伝送線路６ａ、６ｂの他端には、速度算出制御手段２１に備えた図示しない電波方向切替手段２９から制御線９ａ、９ｂに所定の電圧を印加することにより高周波信号を通過または遮断するスイッチ８ａ、８ｂの入力端が各々、独立して接続されている。スイッチ８ａ、８ｂの出力端は、基板１ａ内部の略全面に形成された高周波信号のグランドとして作用する接地電極４に導通孔７ａ〜７ｃを介し各々、接続されている。スイッチ８ａ、８ｂは、使用周波数において高周波信号を通過または遮断できる機能を保有していれば良く、ダイオードや電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ、トランジスタ等を複合し高機能化した高周波スイッチ（ＭＭＩＣ）、ＭＥＭＳスイッチ等を使用できる。例えば、スイッチ８ａ、８ｂに電界効果トランジスタを用いた場合、各ドレイン端子を入力端とし所定の長さに設定された伝送線路６ａ、６ｂの片端に、各ソース端子を出力端として接地電極４に各々接続し、各ゲート端子を制御線９ａ、９ｂに接続する。そして、速度算出制御手段２１に備えた図示しない電波方向切替手段２９からリード線１６を介し制御線９ａ、９ｂに一定の直流電圧を印加すれば、各スイッチ８ａ、８ｂの入力端から出力端へ高周波信号を通過または遮断し、スイッチ８ａ、８ｂが一方の状態のときは各無給電素子３ａ、３ｂを導波器として、スイッチ８ａ、８ｂが他方の状態のときは各無給電素子３ａ、３ｂを反射器として各々、独立して作用させることができる。従って、無給電素子３ａ、３ｂは給電素子と略同形状ではあるが、伝送線路の長さを所定の長さに設定しスイッチ８ａ、８ｂを適宜、切り替えることにより無給電素子３ａ、３ｂの何れか一方を導波器、他方を反射器として作用させることができ、基板１ａ面から放射される電波ビームを基板１ａ面に対し、鉛直方向から所定の方向φ１（図中、下方向）と、所定の方向φ２（図中、上方向）に切り替えて放射することができる。給電素子２の略中心部を基準とし傾いて放射される電波ビームの放射方向φ１におけるθ１とθ２は、第１の実施例と同じである。また、放射方向φ２におけるθ１’とθ２’はθ１’＝（−１）×θ１、θ２’＝（−１）×θ２となる。本実施例では、導波器として作用させるときの無給電素子３ａ、３ｂの位相は９０〜１２０ｄｅｇｒｅｅ、反射器として作用させるときの位相は０〜マイナス９０ｄｅｇｒｅｅとしている。
ヘッドスピード計測装置５１は、ドップラーセンサ１１と電波方向切替手段２９を備えた速度算出制御手段２１とを一体化して備えているため、電源電圧および通信系以外の余計な配線（例えば、スイッチを切り替える配線）を外部に引き出す必要が無く取り扱いが容易となる。

図１３に示すゴルフボール固定手段４２の近傍、且つスイング経路の直下に相当する地面よりも下方の位置、且つゴルフクラブをスイングしたときゴルフボール固定手段４２を基準としてヘッドが離遠する方向側にヘッドスピード計測装置５１は設置されており、電波ビームの放射面を略天頂方向に向け、ドップラーセンサ１１から放射される電波ビームの放射方向φ１とヘッド接近方向とが略対向するよう、本発明のヘッドスピード計測装置５１を設置すれば、ドップラーセンサ１１にてヘッドの移動状態が検出できヘッドスピードを計測することができる。第１、第２の実施例に示したヘッドスピード計測装置５１の設置例と同様の効果が得られるとともに、ドップラーセンサ１１に複数の検波器１４を備えずとも、電波ビームの放射方向φ１からはインパクト瞬間のヘッドスピードを計測でき、放射方向φ２からは、打ち出したボールのスピードを検出できるため、使用者がゴルフクラブをフルスイングしたことと、スイングした速度がボールに的確にミートしてボールに力が加わりロスの小さな理想的なスイングになっていたかを確実に認識できる。

図１４は、本発明におけるヘッドスピード計測装置の第４実施形態を示す、ドップラーセンサの変形例を示す正面図である。
図１４に示すドップラーセンサ１１は、給電素子２を中心として斜め方向に対称な位置に４つの無給電素子３ａ〜３ｄを配置している。そして、各無給電素子３ａ〜３ｄの励振方向と直交し、且つ給電素子２よりも遠い側の端辺の略中央部近傍にスイッチ８ａ〜８ｄの入力端が直接、接続され、各無給電素子３ａ〜３ｄの端辺の一部はスイッチ８ａ〜８ｄの制御端子と接触しないよう切り欠かれている。図１４で示したヘッドスピード計測装置５１のドップラーセンサ１１においては各無給電素子３ａ、３ｂに接続された伝送線路６ａ、６ｂの長さを調節し、スイッチ８ａ、８ｂの状態を適宜、切り替えたときに各無給電素子３ａ、３ｂが独立して導波器または反射器として作用する構造だったのに対し、図１４に示すアンテナでは、伝送線路は使用せずに各無給電素子３ａ〜３ｄの形状を調整しスイッチ８ａ〜８ｄの状態を適宜、切り替えたときに各無給電素子３ａ〜３ｄが独立して導波器または反射器として作用する構造となっている。従って、複数の無給電素子３ａ〜３ｄの位相状態を切り替えるときに伝送線路６を必要としないためアンテナ１３配置スペースを削減できドップラーセンサ１１の小型化が図れる。また、適宜、スイッチ８ａ〜８ｄを選択することにより電波ビームの放射方向を多方向（図中φ１〜φ６）に切り替えることができるため、このドップラーセンサ１１を備えたヘッドスピード計測装置５１は、ヘッドスピードやヘッドの進入・離遠方向を詳細に計測することができると共にスイングの経路方向だけでなく経路方向に対して左右方向をも検知できることからボールの飛び出し方向やクラブヘッドのスイング経路のぶれる方向なども検知ができ、ゴルファーがミスショットした時の状態をスイング経路またはボールの飛び出し方向として提示することが可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。

１、…基板
２、…給電素子
３、…無給電素子
４、…接地電極
５、…給電孔
６、…伝送線路
７、…導通孔
８、…スイッチ
９、…制御線
１１、…ドップラーセンサ
１２、…発振器
１３、…アンテナ
１４、…検波器
１９、…記憶部
２１、…速度算出制御手段
２２、…信号増幅部
２３、…測定開始判定部
２４、…ヘッド通過判定部
２５、…第１演算部
２６、…第２演算部
２７、…信号出力部
３１、…速度報知手段
４１、…ボール
４２、…ボール固定手段
４３、…クラブ
４４、…クラブヘッド
５１、…ヘッドスピード計測装置

Claims (4)

1. ゴルフボールを所定の位置に固定するための固定面を片端に有し、水平面（地面）に設置されたゴルフボール固定手段と、電波ビームを放射する放射面を有し、ゴルフクラブをスイングしたとき、前記ゴルフクラブ先端のヘッドの移動状態を周波数に換算し、検知信号として外部に出力するドップラーセンサと、
   前記検知信号の周波数に基づいてヘッドスピードを算出する速度算出制御手段と、を備えたヘッドスピード計測装置において、
   前記放射面は、前記ゴルフクラブをスイングしたときのスイング経路の直下に相当する前記水平面よりも下方側で、且つ前記ゴルフボール固定手段を基準として前記ヘッドが離遠する側において略天頂方向に向けて配置され、前記放射面から放射される電波ビームの少なくともいずれかは、前記ゴルフボール固定
   手段の方向に鉛直方向から傾けて放射されることを特徴とするヘッドスピード計測装置。
2. 前記ドップラーセンサは、誘電体からなる基板の一方の表面、または内部の略全面にグランドとして作用する接地電極と、前記接地電極と対向するよう前記基板の他方の表面に
   高周波信号が直接、供給され励振する給電素子と、前記給電素子から電波ビームが放射されることにより励起される少なくとも１つの無給電素子と、から構成されたアンテナを有
   し、電波ビームを送受信することを特徴とする請求項１記載のヘッドスピード計測装置。
3. 前記ドップラーセンサから放射される電波ビームは、所定の順序、タイミングにて複数の方向へ放射されることを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドスピード計測装置。
4. 前記ゴルフクラブをスイングしたとき、前記ヘッドの移動状態を周波数に換算して前記ドップラーセンサから外部に出力された検知信号の周波数に基づいて、前記検知信号において隣接する極大と極小との間の時間間隔である半周期毎の時間を抽出し、その最短時間から最高速度を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のヘッドスピード計測装置。

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