JP2555500B2 - ゴルフコースの距離測定システム - Google Patents

ゴルフコースの距離測定システム

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JP2555500B2
JP2555500B2 JP3512111A JP51211191A JP2555500B2 JP 2555500 B2 JP2555500 B2 JP 2555500B2 JP 3512111 A JP3512111 A JP 3512111A JP 51211191 A JP51211191 A JP 51211191A JP 2555500 B2 JP2555500 B2 JP 2555500B2
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
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    • G—PHYSICS
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    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4812—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver transmitted and received beams following a coaxial path
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    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2102/00—Application of clubs, bats, rackets or the like to the sporting activity ; particular sports involving the use of balls and clubs, bats, rackets, or the like
    • A63B2102/32—Golf
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00—Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/10—Positions
    • A63B2220/13—Relative positions

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はゴルフコースにて距離を判定するために用い
る距離判定装置に関する。特に、ゴルファーとピンまで
の距離を携帯用光学トランシーバーをグリーン上のピン
に照準をあてることにより判定し、ディスプレイする装
置に関する。
発明の背景 従来、ゴルファーはピンまでの残りの距離をフェアウ
エイに沿って立てられたマーカーを参考に判断する。し
かしながら、ヤードマーカーは50ヤード、あるいは100
ヤードごとに立てられているので、ゴルファーはあくま
でも距離を推測するにすきず、正確な距離を知ることは
できなかった。しかも、固定されたヤードマーカはグリ
ーン上での様々なピンの位置を測定するのにはあてには
ならず、実際の距離で25ヤード異なることもある。
ピンまでの残り距離を正確に測定するために様々な試
みがなされている。ラジオトランシーバを使用するとい
うのもその試みの一つである。例えば、ウッダード他に
許可されたアメリカ合衆国特許番号３、868、692には、
ゴルフコースのグリーンに複数の送信機を配置すること
が開示されている。各送信機はそれぞれ異なった周波の
RF信号を生成するように構成されている。ゴルファーは
各送信機までの相対的な距離を表示する受信部を使用す
る。
同様のシステムがジョーンズ他に許可されたアメリカ
合衆国特許番号４、136、394で開示されている。このシ
ステムにおいて、グリーン上のピン、またはピン近傍に
備え付けられたベースユニットとゴルファーによって持
ち運びされる多くのリモートユニットを含む。リモート
ユニットはラジオパルスをベースユニットに伝送し、ベ
ースユニットは音響信号、あるいは超音波信号で応答す
る。ピンまでの距離はラジオパルスの送信から音響信号
受信までの時間で定義される。距離はリモートユニット
で読み取られディスプレイされる。
コッカレル他に許可されたアメリカ合衆国特許番号
４、698、781、並びにストームス他に許可されたアメリ
カ合衆国特許番号４、703、444でもゴルフコースにリモ
ートステーションを設置するシステムが開示されてい
る。このシステムにおいて、ゴルファーの携帯するポー
タブルユニットから伝送された信号が３つのステーショ
ンで受信される。ゴルファーの現在地は三角法で決定さ
れ、中央CPUに送られる。
中央CPUはコース上の所定の主要箇所の位置を記憶し
てる。CUPはゴルファーの現在地から特定の主要箇所ま
での距離を計算し、ポータブルユニットに伝送し、デジ
タル表示部を用いてディスプレイされる。
ファーマーに許可されたアメリカ合衆国特許番号４、
088、324では、別のアプローチによるシステムが開示さ
れている。これは、ボールを打つことで発生する減速度
衝撃パルスを検知するゴルフヘッドに取付けられた加速
センサーを利用するものである。ゴルフクラブのグリッ
プに取付けられた電子回路は加速センサーからのアナロ
ク信号をボールの飛距離に比例させてデジタル信号に変
換する。変換されたデジタル信号は距離に換算され、ゴ
ルフクラブの一端に備えられたデジタルディスプレイに
表示される。ゴルファーはホールまでの距離から飛距離
を引くことにより現在地を判断することができる。
さらに別の距離測定装置がドイツ公開公報Ａ−3 318
556において開示されている。このシステムは分離した
構成要素から成るかさばったシステムで、光学機能、電
子機能、計算機能がそれぞれ物理的に分離した３つのハ
ウジングに備わっている。適切な安定性を得るため、三
脚に光学システムはとりつけられる。
発明の概要 本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、グリー
ン上のピンまでの距離を正確に測定する装置を提供す
る。
本発明はピンに取付けられた距離を測定する受動逆反
射体と互いに協働する携帯用電子／光学TDR（時間領域
を使った反射率測定;Time Domain Reflectometry）トラ
ンシーバを含む。
トランシーバは光パルスをピンに取付けられた受動逆
反射体に送信する。トランシーバの光学送信部からピン
にある逆反射体に送られる光はハンドユニットの光学受
信部で反射する。
送信パルス列は受信パルス列とのエッジ同期において
異なる。エッジ位置の違いは送信された光学信号の走行
時間に比例する。エッジ位置に反応するタイミング装置
は信号に対する走行時間を測定する。測定された時間差
は距離として表示される。ハンドユニットは距離をゴル
ファーに対して、ディジタル表示する表示部を含む。
本発明のその他の目的は、以下の図面及び後述する詳
細な説明により明らかになるでろう。
図面の簡単な説明 図１は携帯用光学トランシーバの機械構成例を示す図
である。
図２は図１に示されたトランシーバーの光学望遠鏡部
の詳細なる構成図である。
図３は図４に示される本実施例の取付け機構を示す断
面図である。
図４はトランシーバーの望遠鏡部に位置する光学送信
機と受信要素の好適な取付け構成を示す図である。
図５はフラグピンに取付けられた反射体とともに携帯
用光学トランシーバが使用される例を表す図である。
図６は測定システムの電子部における信号と制御波形
を示すタイミングチャートである。
図７はトランシーバの電子部から見た基本的な動作を
示す概念図である。
図８、図９、図10、図11、図12は本実施例のトランシ
ーバにおける電気構成を示す構成図である。
好適な実施例の詳細な説明 本発明の好適で例証的な実施例を説明する。発明の範
囲内で本発明の他の実施例や変形例も考慮できる事は以
下の説明で明らかである。
発明の概観 図１は片手で扱える「ピストル型」トランシーバ10を
独立して示している。このトランシーバの略図のうち、
ハンドル16にはバッテリーモデュール20が備えられ、本
体17はエレクトロニクスモデュール21を備えている。本
体17の「筒」部には光学システム22が配されており、ボ
ディ17の後部には使用者12に測定距離を表示する英数字
表示部18が配されている。
図５は使用中のシステムを示している。図中、ゴルフ
ァーあるいは使用者12はトランシーバ10をフェアウェイ
よりいくらか離れた所にあるピン14に向けている。
トランシーバは送信部及び受信部を有している。使用
時には、送信部はピン14に組み込まれた逆反射体15へ光
信号を送信する。
逆反射体15は光信号を収集し、トランシーバ10の受信
部へ反射する。光信号の送信時間を決定するために、送
信光信号及び受信光信号のエッジの時間差が比較され
る。
トランシーバは、信号エッジ情報をゴルファー12に表
示される測定距離に自動的に変換する電算及び表示回路
を有している。
システムレベルの説明 図６は波形図、図７は略概念図であり、本発明の基本
的な操作を説明している。操作時には、使用者12はトリ
ガー24を使用して送信部を起動する。送信部はコヒーレ
ント光のパルス波を生成して発する。図６のパネルＡは
この送信信号の方形の波形である。好適な反復率は10KH
zで、その波形期間はシステムが測定する最長時間の２
倍である。この反復率の時の期間は十分に短く、使用者
の動きによって測定が妨げられることはない。
このパネルＡのパルス波が逆反射体に入射すると、反
射体は光エネルギーのいくらかをトランシーバの受信部
へ返す。
受信部は入射光エネルギーがしきい値を越えると検出
信号を生成する。受信部の前端部で展開された受信波形
信号は図６のパネルＢ（パネルＡ）で表される。
一般に、送信波形と受信波形（パネルＢ）とは図６に
送受信信号間の時間差「ｔ」として示されるエッジ同期
に関してのみ異なっている。この時間差はトランシーバ
と逆反射体間の距離、逆反射体への光信号送信・反射時
間に直線的に比例している。
受信回路はパネルＢの検出波形を微分して図６のパネ
ルＣで表される波形を生成する。微分波形の立ち下がり
エッジと立ち上がりエッジは図６のパネルＤ及びパネル
Ｅで表される制御信号の生成に使用される。これらの制
御信号は受信波形におけるエッジ位置を示している。受
信波形の第１の立ち下がりエッジ60は「目標捕捉パル
ス」61に相当し、またこれを生成する。この制御信号61
は自動化された測定システムを初期化したり始動させる
のに使用される。
一度この方法でシステムが初期化されると、変換カウ
ンタがカウントウインドウ58間をカウントアップする。
このカウント動作により、測定時間からゴルファーに表
示される測定距離への変換が行なわれる。図６の例で
は、送信波形の次の先頭エッジ62が変換カウンタの起動
に使用されている。これは「スタートカウント」信号63
に当たる。変換カウンタは、エッジ64として図６のパネ
ルＦで表される、次の反射波形の「スタートカウント」
信号63から立ち上がりエッジ65まで伸びるカウントウイ
ンドウ間を一定の割合でカウントする。この「ストップ
カウント」信号60は次の受信パルスの立ち上がりエッジ
65に相当する。
エッジ63、64に規定されるカウントウインドウの間、
160MHzのクロックからのカウントは変換カウンタで収集
される。遅延時間を直接測定ヤード数に変換するため
に、発振クロック周波数が評価される。
受信部はまた、測定結果が出た時点で送信部を遮断し
てバッテリーの消費を節約する。しかし、この特徴は図
６の波形には表されてはいない。
要するに、トリガー24による起動の結果、光パルスの
送信が行なわれる。一度目標が捕えられると、送信時間
測定が自動的に行なわれて送信レーザは遮断される。
図６に示される制御機能を生成する構成要素は図７に
示す通りである。図示するように、安定自走マルチバイ
ブレータ発振部40はレーザダイオード36のための送信反
復率を確立するおよそ10KHzのクロックレートを供給す
るのに使用される。ビームインタラプト変調回路42は送
信ビームをパルス変調するためのものである。好適な効
率のサイクルは50パーセントである。変調回路42は送信
ダイオード36を駆動して送信光信号41を生成する。
システムの受信部は入射光を電気エネルギーに変換す
る光センサ33を有している。センサ33はインピーダンス
変換や受信信号の回復を行なうバッファ回路43に接続さ
れている。
受信信号は、受信波形の立ち上がりエッジ、立ち下が
りエッジを抽出するために微分される。微分処理は増幅
器45と関連して行なわれる。
立ち上がり及び立ち下がりエッジ信号は立ち上がりパ
ルスストリッパ46及び立ち下がりパルスストリッパ47に
よって微分信号から抽出される。エッジ信号は論理レベ
ル制御信号に変換される。
目標捕捉パルス信号は、適当なフリップフロップ49に
ラッチされた後に、表示カウンタをリセットして初期化
するのに使用されるが、この信号は導線44を介した送信
光信号の中断にも使用される。
光学システム 光学システム22を図２に独立して示す。トランシーバ
の受信機能が光を集めるためには、望遠鏡式の光学シス
テムを使用することが望ましい。図２に示されるよう
に、およそ２インチの穴を有するをチューブ部材30が、
光の収集のために配されている。チューブ部材30の前部
近くには好ましくは0.5インチ（1.27cm）から1.0インチ
（2.54cm）の間の厚さの受信コリメータ31が配されてい
る。動作時には、コリメータは軸外照射光の収集を無く
すようなサイズにされる。望遠鏡はおよそ３度あるいは
それ以下の視野に限定するのが望ましい。
望遠鏡の後部は視準光を収集したり反射するための鏡
32を備えている。収集された光のための狭いバンドの光
学フィルタ34が、必須と言うわけではないが、設けられ
ることが望ましい。フィルタを備えていれば、受信光信
号のSN比を向上させることができる。光電変換回路また
はセンサ33はEG＆G Corp.製のFFD−100光検出回路であ
ることが好ましい。このフォトダイオード検出器は本願
には十分な変換効率、感応性や周波数応答（電気的立ち
上がり時間）を有している。
管状ハウジング30と同心で、送信ダイオード38と同心
のハウジング35内の受信ダイオードを支持する支持部28
を有することが望ましい。
好ましい送信ダイオードはSharp Corp.製のLDM22レー
ザダイオードである。このレーザダイオードよりの出力
は送信コリメータチューブ37と照射光を0.05ミリラジア
ンの発散あるいは100ヤード（30.48cm）につき１フット
（91.44m）の発散に限定するコリメータレンズ27とによ
って視準される。
適当な導体26は受信センサ33と送信レーザ装置36を電
気モデュール21に接続するためのものである。
電気モデュール トランシーバの好適で具体的な実施例の装置の種類や
回路の値を図８、９、10、11及び12の略図に示す。
システムの一部は鋭角な信号エッジの検出に依存して
いる。これら波形の特徴は非常に鋭い立ち上がり時間を
有し、広いバンド幅及び高速素子を必要とするような高
周波数成分に富んでいる。このため、種々のロジックや
装置デバイスファミリは略図示されている。広いバンド
幅や高ゲインファクターは注意深く素子をレイアウトす
ることやシステム全体の安定した動作を必要とする。
図８の上部はフォトダイオード受信検出部あるいはト
ランシーバの先端部である。フォトダイオードセンサ33
の出力は、インピーダンス変換を行ないバッファ機能を
有するFET増幅ステージに接続されている。受信部のこ
のステージでは、検出信号は小さい値のキャパシタ70を
介して、オペレーション増幅器71に代表される他のゲイ
ンステージにゆるやかに接続されている。オペレーショ
ン増幅器の出力はキャパシタ72、レジスタ73により形成
されるキャパシタレジスタ網を通じて微分される。微分
信号はトランジスタ74、75、76により提供される幾つか
の増幅ステージで増幅される。増幅微分信号はVDC方向
に向かってバイアスされたトランジスタ78に容量77で容
量結合される。ベースに立ち上がりパルスが現れると、
エミッタは信号を生成する。トランジスタ80、81やコン
パレータ82と提携する適当な論理バッファの後で、立ち
上がりストリップパルスはORゲート83に接続され、制御
信号として使用される。
同様に、増幅微分信号はキャパシタ84を通じて容量結
合され、トランジスタ85、86及びコンパレータ87を通し
て図９に示す立ち下がりパルスストリッパに変換され
る。この論理レベル信号は制御機能に使用され、フリッ
プフロップ（FF）88に供給される。
160MHzの発振器を示す図10に戻る。80MHzのクリスタ
ル周波数は図示のORの集合及びインバータにより２倍化
される。「クロックゲート」NOR89からのクロック出力
は図11のカウンタ90のクロックに使用される。クロック
パルスはNORゲート89への入力79を通じて「オフ」にさ
れる。操作時には、「ストップカウント」信号がこのNO
R89への入力に適用され、時間から距離への変換を完成
させる。
時間差情報やヤードゲージ表示に変換するカウンタ回
路を示す図12に戻る。直列カウンタ90、91及び92はカウ
ンタ90の入力Ｇへ供給されたクロックパルスをカウント
する。操作時には、カウンタ90は「１の位」をカウント
し、10カウントする毎にオーバーフローして、「10の
位」をカウントする次のカウンタステージ91をクロック
する。同様に、カウンタ91のオーバーフローは「100の
位」をカウントするカウンタ92をクロックする。これら
３つの位の表示駆動装置は93、94そして95である。これ
ら駆動装置が集合的に表示部18を形成している。レジス
タ96及びキャパシタ97はカウンタをリセットするための
パワーとなる。98で総称されたトランジスタ配列は高速
カウンタ90と「１の位」の表示間の適切なインタフェー
スを提供する。
図９はシステムの制御論理を示している。フリップフ
ロップ69は「ストップカウンタ」フリップフロップと称
される。図中、ラベルＦの出力は図11のビームインタラ
プト変調器のANDゲート52に供給される。このフリップ
フロップは、測定サイクルの終了時点でレーザダイオー
ド36をオフにする。
フリップフロップ68は「目標捕捉」フリップフロップ
と称される。このフリップフロップはセンサ33からの処
理された信号によってトグルされる。このフリップフロ
ップの状態は、受信部が逆反射体15からの反射信号によ
って起動され、時間差測定が可能となったことを示して
いる。
フリップフロップ67は10Kcレーザ発振フリップフロッ
プと称される。このフリップフロップはクロックゲート
89を制御し、カウンタ90へのクロックパルスの印加を効
果的に制御する。
一般に、これらのフリップフロップは、正の電源に接
続された、プリセットピンを有し、レジスタ97及びキャ
パシタ98はリセット信号を各装置へ供給して初期化す
る。
パワーアップ時には、10KHzレーザ発振フリップフロ
ップ67はリセット状態に保持されクロックパルスをクロ
ックゲート89でブロックする。この時、目標捕捉フリッ
プフロップ68のパワーアップリセットは、レーザがオフ
であることを示す「レーザオフ」信号Ｆを生成するスト
ップカウントフリップフロップ69を「クリア」する。
この一連の過程が測定サイクルのカウンタの準備動作
である。受信部が最初に反射体からのパルス光を受信す
ると、目標捕捉フリップフロップ68はセット状態にトグ
ルされ、10KHzの発振フリップフロップ67をイネーブル
にし、ストップカウントフリップフロップ69のＪ入力を
論理「１」とすることによってそれをイネーブルとす
る。次の立ち上がりエッジ62により10Kc発振フリップフ
ロップはトグルされ、クロックゲート89はオープンされ
てカウンタ積算機能を開始する。センサからの次の受信
エッジ65はストップカウントフリップフロップ69をトグ
ルし、10KHzレーザ発振フリップフロップをクリアして
クロックゲートフリップフロップ89をクローズし、測定
を完了する。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−134584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−22465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165175（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−58476（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−37907（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4136394（ＵＳ，Ａ)

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ゴルファーとゴルフコース上に配置された
    ピンとの間の距離を測定するためのシステムであって、
    該システムは前記ピンに装着された光学性の逆反射体
    と、前記ゴルファーによって操作されるトランシーバと
    を備え、該トランシーバは、 （ｉ）手で持つことが可能なピストル形状のハウジング
    と、該ハウジングは本体部分と握り部分と銃身部分とを
    有し、 （ii）第１の反復レートで光パルスを発生すると共に、
    該光パルスを前記逆反射体に送信する光送信手段を含む
    光学系と、該光学系は該ハウジングの銃身部分に設けら
    れ、 （iii）前記逆反射体から反射された光パルスを受信し
    検知するとともに、前記光パルスを示す検出パルス信号
    を生成する光受信手段と、該光受信手段は入射した光を
    前記センサ上に集め焦点を合わせるテレスコープ手段を
    有し、 （iv）前記送信された光パルスの先頭エッジと、前記対
    応する検出パルス信号の対応する先頭エッジとの間の時
    間差を測定するタイミング手段と、該タイミング手段
    は、 （Ａ）該ハウジングの握り部分に備わっているトリガ
    と、該トリガの操作は、前記光送信手段にコヒーレント
    光のパルス波列を発生、放射させ、これにより複数の先
    頭及び後尾のエッジを有する方形の波形を生成し、 （Ｂ）前記方形の波形の複数の先頭及び後尾エッジの各
    エッジ位置を表す複数の制御信号を生成し、前記光受信
    手段により生成された検出パルス信号に応答する制御信
    号を生成する微分部とを備え、放出されたパルス波の先
    頭エッジと反射された信号の同じ先頭エッジの検出に応
    答して生成された制御信号との時間間隔を記録すること
    で距離の測定を実行する ことを特徴とするゴルフコースの距離測定システム。
  2. 【請求項２】前記ハウジングの銃身部分はおよそ5cmの
    直径を有する ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  3. 【請求項３】前記光送信手段で発生する光パルスはおよ
    そ0.05ミリラジアンの拡散量を有する ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  4. 【請求項４】前記光学系は前記光送信手段と前記光受信
    手段とを備え、前記ハウジングの銃身部分に設けられる ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  5. 【請求項５】前記テレスコープ手段は、 （ａ）前端及び後端を有する円形断面のチューブと、 （ｂ）入射光を焦点位置に集め方向付けるために前記チ
    ューブ内の後端部に配置された鏡と、 （ｃ）前記焦点位置に配置され、前記センサーを保持し
    配置するセンサー指示手段とを更に備える ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  6. 【請求項６】前記光学系が、前記センサー指示手段と同
    心上で、前記前端に近接して送信ダイオードを配置する
    送信ダイオード指示手段を更に備える ことを特徴とする請求項５に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  7. 【請求項７】前記光学系は、前記チューブ内の前端に近
    接して配置され、光の軸からのずれ幅を３度以下に減少
    するコリメータ手段を更に備える ことを特徴とする請求項５に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  8. 【請求項８】前記光送信手段が、 （ａ）第１の反復レートでパルスを生成する発振手段
    と、 （ｂ）電気エネルギーを光パルスに変換する送信ダイオ
    ード手段と、 （ｃ）前記発振手段及び前記送信ダイオード手段と接続
    され、前記送信ダイオード手段を前記第１の反復レート
    で駆動するバッファドライバ手段とを備える ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  9. 【請求項９】前記光受信手段は、 （ａ）入射光のパルスを受信電気信号に変換するセンサ
    手段と、 （ｂ）前記受信電気信号を増幅し微分するとともに、前
    記光パルスのエッジを表す論理制御信号を生成する信号
    処理手段とを備える ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  10. 【請求項１０】前記タイミング手段は、 （ａ）タイミングウインドウを決定する論理手段と、該
    タイミングウインドウは、前記送信された光パルスの一
    つの先頭エッジから、戻ってきた光パルスの対応する先
    頭エッジまで伸びており、 （ｂ）前記論理手段と接続され、前記タイミングウイン
    ドウ期間中のパルスを累積するとともに、その累積数を
    発生する計数手段と （ｃ）前記類積数を測定距離として前記ゴルファーに対
    して表示する表示手段とを備える ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  11. 【請求項１１】前記光送信手段と接続され、距離測定を
    開始すべく前記光送信手段の動作を許可するためのスイ
    ッチ手段を更に備える ことを特徴とする請求項10に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
  12. 【請求項１２】送信されたパルスの波長と異なる波長の
    光による光の寄与を制限するために前記光受信部に近接
    して配置された光学バンドパスフィルタを更に備える ことを特徴とする請求項１または６に記載のゴルフコー
    スの距離測定システム。
  13. 【請求項１３】前記トランシーバは、電気信号処理を遂
    行する電子モジュールを更に備え、該電子モジュールは
    前記ハウジングの本体部分に設けられる ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフコースの距離
    測定システム。
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