JP2660033B2

JP2660033B2 - ボール位置判定装置

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Publication number: JP2660033B2
Application number: JP50580488A
Authority: JP
Inventors: ブルースハルクロキャンディ; ジョンロバートバクスター
Original assignee: KARUDON Pty Ltd
Current assignee: KARUDON Pty Ltd
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH02504113A; EP0368878A4; DE3887148D1; EP0368878A1; DE3887148T2; EP0368878B1; WO1989000066A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はボール位置判定装置に関し、特にテニスボー
ルに代表されるボールがライン付近のコート表面に落ち
た時にその落下位置を判定する装置に関する。

〔従来の技術〕

これは、既に解決策がいくつか提案されている周知の
問題である。例えば、米国特許第3,883,860号及び同第
4,299,384号が開示しているシステムは、コート表面に
露出して設けられたセンサ導電体相互間に接触が生じる
と回路を閉じるような導電性ファイバを備えたボールを
用いている。しかし、これらのシステムは次のような問
題を有する。このシステムに使用するボールは従来から
使用されてきたテニスボールと色、表面の質、摩擦係数
および慣性モーメント等の点において異なっていること
を要し、またコートもライン付近の表面の質を異なるも
のとすることが必要である。そのうえ、前記の回路は、
アルミニウム製テニスラケット他のいかなる導電体によ
っても、あるいはボールから落ちてコート上のセンサ導
電体相互間にまたがって横たわるような導電性ファイバ
によっても閉じられるものであることが必要である。

また、米国特許第3,774,194号及び同4,664,376号はコ
ートに埋設した検出コイルを用いて電磁気的検出を行う
システムを示している。

前者の特許はラジオ周波数ブリッジ回路を用いてお
り、そのブリッジを構成する「部分」の一つは埋設コイ
ルからなり、前記回路はこの埋設コイルが発するラジオ
周波数と同調する共鳴電気回路を含むテニスボールを検
知する。

後者の特許公報は発振器の共振器の一部としての埋め
込みコイルを開示している。この発振器の周波数及びＱ
は、本質的に零でない透磁率のボールが近くにあると変
化する。

今までの構成では外的影響に対して敏感であるという
欠点があり、更に、ボールが丁度「イン」又は「アウ
ト」である場合にボールがラインにタッチしたか否かを
決めることは極めて困難である。むしろ、上記のシステ
ムは単に検知コイルにボールが近くに接近したかを検出
するだけである。更に、米国特許公報3774194号に記述
されるボールは、通常のボールと本質的に異なる物理的
特性、例えば異なる固有軸を持つ必要のある慣性モーメ
ントを有している。

ボールが「イン」であるか又は「アウト」であるかを
決めるために、受け取ったデータを、ボールが近くを通
過したことによって発生され得られたパルス形状のデー
タのパターン認識アルゴリズム又は演算アルゴリズムに
よって処理する必要がある。米国特許4664376号に示さ
れるように単にボールが近くに存在することを測定する
だけでは、後で示される理由で不正確な結果となるであ
ろう。

本発明の目的は少なくとも上述の一つ以上の欠点を解
消することにある。

〔発明の要約〕

本発明の一形態によれば、遊戯面の下に、送信コイル
と受信コイルとを含む、ボール位置判定装置が提供され
ている。これら二つのコイルは遊戯コートの選択部分の
下に相互に隣接して揃えて置かれている。

各コイルは重なり合って隣接配置されるのが好まし
い。

遠磁界源から受ける信号を受信コイルで相殺できるよ
うに受信コイルの形を決めるのが好ましい。

２個の受信コイルが送信コイルに隣接しているのが好
ましい。

受信コイルが第１の時計方向に巻いた第１の部分と、
反時計方向に巻いた第２の部分とを含んでいて、それに
より遠磁界源から受けた信号を受信コイルで実質的に相
殺するようにすることが好ましい。

これらのコイルの各軸はコートラインに平行であり、
そしてこれらのコイルからの信号を使用して透磁率が零
でない材料のボールを検知する。

普通テニスボールに使用されているラテックスラバー
「フイラー」添加物の幾分かをフエライトのような高透
磁率の磁性材料の粉粒と取り替えたボールが好ましい。

好ましくは、送信コイルを通して、交番磁界を２マイ
クロ秒〜200マイクロ秒の範囲内で選択された送信周期
で送信する送信機手段が設けられ、その信号がボールか
ら受信コイルまたは受信コイル群によって受信され、そ
のボールが、他の効果を伴って該信号を再放射する。

好ましくは、受信コイルに誘導された信号は、検出器
手段によって、同期復調され、低周波数域がフィルタさ
れる。同期復調器の基準位相は、磁界成分をボールの透
磁率に対して位相一致させるかあるいは該ボールの透磁
率の位相に対して直角にさせるかを選択するように選択
される。次に、上記の低周波数域フィルタ信号は、更に
その信号を既知の信号結果と比較することによって処理
され、最終の「イン」または「アウト」の評価を行う。

好ましくは、複数の個別にされた受信コイルが設けら
れ、各コイルはテニスコート面の下のラインの選択した
長さを占めており、好ましくは、この受信コイルはメー
トルのオーダーの細長いものに形成される。これらの上
記した受信コイルは、好ましくは、コートラインの全長
の下に各端部の一部が隣接するコイルと重なり合うよう
に端部をよせて置かれている。この送信コイルも同様に
分割され、ラインの全長に渡って延びているのが好まし
い。

ここで述べられるシステムは、以前に存在する多数の
問題を解決することができる。

第１に、物理的相違：ボール及びコートは、物理的に標準のものと何ら区別
できないように、作ることができる。

第２に、ボール以外の検出可能な物体がラインを横切
る場合に、誤りのトリガ信号の発生を最小化できる。

第３に、遠磁界による電磁干渉（E.M.I）に対する感
受性の低下。

前記直角位相及び同相の信号の両者は、電磁干渉に対
して等しく感受性が高い。それゆえ、直角位相チャネル
内のどんな重要な信号も誤り信号を示す。もし、更に、
遠磁界が相殺され、一方、近磁界が相殺されないよう
に、受信コイル回路が構成されるならば、システムは、
遠磁界に無効にされないコイルを含むシステムと比較し
て、電磁干渉に対して比較的無感応であることができ
る。

第４に、正確性：プロセスは、ボールのどの部分が“ちょうどイン／ア
ウト”である場合にラインにタッチしたか否かを合理的
に正確に決定する手段を含み得る。これは、一部に、ま
さに固定値との大きさの比較ではなく、信号値同志のあ
る比率あるいは比較を必要とするプロセスアルゴリズム
によって達成され得る。

更に、それらの比率及び比較の一部は、コートライン
の同じ長さに感応するがラインを挟んで異なる空間の感
応性を有する異なる受信コイル回路からのデータの間に
あることが最も良い。二つの異なるコイル信号からのデ
ータを利用して処理することにより、最終の“イン"/
“アウト”の判定を、コイルの深さあるいはボールの透
磁率に比較的無関係にすることができる。

〔図面の簡単な説明〕

本発明の理解を容易にするため、次の図につき、説明
を加える。

第１図は、本発明の好ましい実施例にかかる一つの送
信コイルと二つの受信コイルから成る回路であって遠磁
界とバランスされ、その端部において、等しい感度を持
った回路の配置を示す図である。

第２図は、第１図の配置の平面図である。

第３図は、第１図および第２図の実施例における回路
構成を示す概略図である。

また、第４図は、第１図、第２図および第３図の構成
を有する埋め込み型コイルシステム上のコートに当たる
異なった弾道のボールから得られる波形を示すグラフで
ある。

図面を参照すると、送信コイル１および受信コイル
２、３が示されている。受信コイル２、３は、受信コイ
ル２については、矢印４、５、６で示され、受信コイル
３については、矢印７、８で示されるように、時計方向
および反時計方向に巻かれた巻線を備えた二つの独立し
た受信コイル回路である。すなわち、コイル２は、効果
的には、３つの直列な巻線９、10、11より成り、巻線９
が、第２図の上部で時計方向に巻かれ、第２図の中央部
で反時計方向に巻かれた巻線10と連なり、第２図の下部
で時計方向に巻かれた巻線11と連なっている。

コイル３は、効果的には、二つの直列な巻線12、13よ
り成り、巻線12が、第２図の上半部で時計方向に巻か
れ、第２図の下半部で半時計方向に巻かれた巻線13と連
なっている。

各巻線の巻きのサイズおよび数は、送信周波数で、遠
磁界により各コイルに誘導された信号が実質的に相殺さ
れあるいはゼロとなるように選択される。これにより、
実質的に、コイル回路内の電磁干渉のレベルが低下す
る。本明細書において、「遠磁界」とは、受信コイルか
らコイルの幅より少なくとも10倍離れた磁界源により生
成された磁界を意味するものである。

前記相殺を成功させるためには、送信コイルの空間イ
ンピーダンスの影響を考慮に入れねばならない。例え
ば、前記コイルが図の中心に対して対称に変位させられ
た場合には、各巻線が同数の巻き回数を持つコイル３
は、送信コイルの駆動インピーダンスにかかわりなく遠
磁界とバランスされる。これに対して、同一寸法の場合
は、コイル２の外側コイル９及び11の巻き回数は、内側
コイル10に比べて送信コイル１の駆動インピーダンスに
依存している。ボール24に対するコイルの感度は受信コ
イルの両端で最も高い。

感度をもっと均一にするためには、参照番号14で示す
ように両端において各コイルの巻線を分割する必要があ
る。

発振器15で作られた信号はアンプ16を経て増幅され、
コイル２と３に受信された時にアンプ17で増幅され、そ
れから、送信周波数で同期復調され、それからローパス
フィルタをかけられる。同期復調の基準位相は、ボール
の透磁率とほぼ同位相の成分とボールの透磁率に対して
直角位相の成分との両方の成分を選択するように選ばれ
る。これらは、第３図において、同位相成分用の同期復
調器及びローパスフィルタ18と直角移相器20を用いた直
角位相用の同期復調器及びローパスフィルタ19として示
されている。

静止背景信号が、21、22において差し引かれ、コイル
の磁気的環境の変化の関数である大きさを有する信号が
得られる。同位相成分は以降の処理に使用され、直角位
相成分は、電磁干渉の識別ばかりでなく、コートのライ
ンを横切るアルミニウム製テニスラケット、テニスシュ
ーズの金属鋲等のボールと異なる反応−抵抗比を持つ物
質の識別等のような識別の用途にも用いることができ
る。受信コイル対からのデータは、局所マイクロプロセ
ッサ25によって処理され、処理済の情報は28で示される
中央マイクロプロセッサに達する。同様の受信・連続処
理回路がコイル２に用いられる。そして、対応するデー
タが参照番号26、27で示すように、共通の局所マイクロ
プロセッサ25に達する。

従って、送信コイルと受信コイルを備える概念を導入
することによって、第１の離れた源すなわち遠磁界によ
る電磁干渉に影響されにくいように受信コイルを調整す
ることが可能であり、かつ受入れた信号を抵抗と反動の
要素に関して検査し、ついで限られた範囲の信号だけを
受け入れる実質的な識別を行うことも可能である。

ボール、特にテニスボールは、ボールの特性およびボ
ールの取扱い−はね返り特性がボールが実質的に透磁性
を有する以外は厳密に同一のままであるように、前にあ
った充填物を同じ重さに置き換えたゴムの混合物に混ぜ
た少量のフェライトを有する。

二つの受信コイルを使用する理由は、もし一つだけの
受信コイル（例えばコイル３）を使用すると、もしテニ
スボールがこのコイルの対照的な分割線に沿った正確な
位置を維持すると、検出されるべきものが現れず、それ
ゆえこの位置のボールを検出するようにもう一つの別の
コイルを必要とするからである。

もちろん、これを達成するため、第２の受信コイルも
遠磁界源による電磁干渉に対して本質的にバランスされ
または０であるように巻かなければならないが、第１コ
イルすなわちコイル２とは異なるように巻かれる。

第２図に特に示すように配列されたコイルは、任意の
長さであるが、テニスコートに予想される、23のよう
な、各ラインのそれぞれの下に適当に配置される。

各受信コイルは送信領域に対して「無効」である、す
なわち、送信コイルによっていずれかの受信コイルに誘
導された全信号は、送信コイルの選択された巻き線の形
状のために実質的に最小化される。これは、高い安定性
許容限度と大きいダイナミックレンジを必要としない比
較的簡単な電子部品のためになる。

次に、「イン」又は「アウト」の判定をどのように解
釈すべきかについて述べよう。これは、多数の異なる跳
ね返り位置について一つのボールの適切な印を決定し、
次いでこれをマイクロプロセッサのメモリ内に記憶し、
次いで知られていない位置を決定すべきとき、これを来
入する信号と比較することを含む。

大きな信号が受信コイル対の何れかのコイルの直角位
相成分に存在する間はそのコイル対からのデータについ
ての全てのテニスボールの「イン」又は「アウト」の判
定を行なうのを阻止する必要がある。かくして、ボール
が「イン」か「アウト」かをシステムが判定できない場
合も起るが、これは頻繁には起きない。

第４図は、ローパスフィルタの出力部での四つの信号
波形を図示する。この信号波形は、第１図及び第２図に
示す形状の埋設コイルシステム上のコートに異なる軌道
で当たるボールから得られる同相成分から背景成分を引
いたものである。破線はコイル２からの応答を表し、実
線はコイル３についてのものである。

「イン」／「アウト」縁がコイル３の回路の二つの巻
線間の境界、すなわち第２図の中心の真上にあると仮定
し、各場合において、図の下部が「イン」側上にあり且
つ上部が「アウト」側上にある場合に、ボールの射影が
紙面下部から上部まで横切ると仮定する。

ボールがコートにほとんど垂直に近づいてコートに当
たる「ハイロブ」によるボールの軌道であって、正確に
コイルシステムの中心に落下する、即ちボールが「イ
ン」である場合と、中心より少し上に落下するボールが
丁度「アウト」となる場合が、第４（ａ）図及び第４
（ｂ）図に夫々図示してある。

ボールがコートにほぼ水平に近づいてコートに当た
る、ネットを掠める速いショットの軌跡による波形は、
第４（ｃ）図及び第４（ｄ）図に図示してあり、第４
（ｃ）図は、ボールの「フットプリント」が「イン」／
「アウト」縁について対称的であるような軌道について
であり、第４（ｄ）図は、ボールが丁度「アウト」であ
るような軌道についてである。

ボールが「イン」か「アウト」かを決定するために多
くのアルゴリズムを採用することができる。あらゆる正
確なアルゴリズムはある範囲のあり得る波形に及ぶ波形
辞典との波形比較か、相互の信号値の比較をする、即ち
一定値に対する大きさの比較をするのではないアルゴリ
ズムかのいずれかを必要とする。例えば、このような後
者のあるアルゴリズムの一部は、（∫（S3＋Kabs（S3））dt）／（∫S2dt）の値を決定する。ここに、S2およびS3はコイル２および
３から取り出された静止した信号をもつ前記低域通過信
号であり、「abs（S3）はS3の絶対値を意味し、Ｋは一
定である。もしこの値がある一定値よりも小さければ、
ボールは「アウト」であるとみなされる。さもなけれ
ば、ある他の基準をも満たす限り、ボールは「イン」と
みなされる。一対の一方のコイル回路のデータを他方の
コイル回路のデータと比較すると、コート面の下のコイ
ルの深さ及びボール透磁率に比較的無関係な結果が得ら
れる。

また、一層の判別の目的でデータがある制限の範囲内
にあることをチェックすることが望ましい。例えば、信
号が大きすぎるか小さすぎる場合、すなわち、明らかに
不可能なボールの軌道によってしか作ることのできない
パルスの波形の信号は、受け入れられない判定を必要と
する。

ボールが受信コイル対の端近くのラインの近くに落下
する場合およびボール軌道の一部が正確なボールの位置
の判定に必要とされる受信コイル対の感受帯域のあまり
にも遠い外側である場合には、問題の前記コイル対およ
びボールが横切るそのコイル対に隣接したコイル対から
のデータを検討することによってボールが「イン」か
「アウト」かについて判定をすることが必要である。

簡単で高精度とするためには、ラインの近くの全ての
領域に対し、該コイルの近くの領域内の全てのボール位
置が、その位置を判定するために使用できる実質的な信
号を受信コイル内に誘導することができるように、隣接
する受信コイル対を重ならせることが最も良い。検出さ
れて処理されたボール信号が、該ボールがコイル対の何
れかの端部の近くを横断しているということを指示して
いるか否かの決定をするために、上記判定がなされなけ
ればならない。

各コイル対からの処理されたデータが送られた中央マ
イクロプロセッサが警告を受けると、上記中央マイクロ
プロセッサは、ボール24が横断したところの近くの全て
のコイル対からのデータを選択しあるいは結合し、ボー
ル24がインかアウトかということに関する最初の判定を
行う。

金属強化ロッドを有するテニスコートにおいて、透磁
性を有するロッドの存在によって該ロッドの近傍の磁界
は実質的に変えられる。さらに、上記ロッド近くを横断
するボールに対する応答は、ロッドからの対応するボー
ルの軌跡のものとは異なる。

このような好ましくない状況を避けるために、例え
ば、アルミニウム製の金属スクリーンをロッドとコイル
の間に挿入してもよい。上記スクリーンの存在によって
伝導コイルによって発生させられる磁界の強度が変わ
り、スクリーンが存在しない場合に比較して、巻線に近
接したところに対して巻線から離れたところが比較的弱
くなる。

磁界が感知帯域にわたってより均一であるようにする
ために、巻線は平らな螺旋形に巻き、単位長さ当たりの
巻数は巻線の中央から外側周囲にいくに従って増加させ
なければならない。このことはまた、各受信コイル巻線
にも適用され、同様な広がりをもつように分配されなけ
ればならない。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】遊戯面下に磁界を発生する送信コイルと磁
界を検出する受信コイルとを包含し、これらの二つのコ
イルが遊戯コートの選択された部分の下に相互に隣接す
るような配列で配置され、実質的に透磁率のあるボール
位置判定装置。
【請求項２】前記それぞれのコイルは重なった関係にあ
るため隣接した配列で配置されており、前記受信コイル
の位置は送信コイルからの送信磁界に対して実質的に零
であるようになっていることを特徴とする請求項１記載
のボール位置判定装置。
【請求項３】前記受信コイルは、その形状が遠磁界源か
ら受信した信号の実質的な自己相殺を行うように適合さ
れることを特徴とする請求項１または２記載のボール位
置判定装置。
【請求項４】前記送信コイルに隣接して二つの受信コイ
ルが配置されたことを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか一つに記載のボール位置判定装置。
【請求項５】前記受信コイルは第１の時計周りの方向に
巻かれた第１の部分と、反時計周りの方向に巻かれた第
２の部分とを包含し、それにより遠磁界源から受信した
任意の信号を実質的に自己相殺することを特徴とする請
求項１ないし３のいずれか一つに記載のボール位置判定
装置。
【請求項６】前記送信コイルに隣接して二つの受信コイ
ルが配置され、さらに受信コイルの第１のものは、時計
周りの方向に巻かれた部分と、反時計周りの方向に巻か
れた部分との二つの部分を包含し、第２の受信コイル
は、３つの部分を有するように巻かれ、該３つの部分の
うちの二つの部分は、時計周りか反時計周りかのいずれ
かの方向に巻かれ、第３の部分は、前記第１の受信コイ
ルの二つの部分の間にあって該第１の受信コイルの二つ
の部分に対して反対周りの方向へ巻かれ前記第１の受信
コイルの二つの部分の間の境界が、前記第２の受信コイ
ルの３つの部分のいずれかの間の境界と同一平面内で見
たとき、一致していないことを特徴とする請求項１ない
し５のいずれか一つに記載のボール位置判定装置。
【請求項７】前記送信コイルは細長く且つ遊戯面上の一
つの線上の実質的下まで延びており、前記受信コイルは
送信コイルに関して対称的に配列され、送信コイルと実
質的に同じ長さで実質的に一致するように延びているこ
とを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載
のボール位置判定装置。
【請求項８】前記送信コイルに結合された交番電磁信号
を発生するのに適合した送信手段が設けられ、受信コイ
ルに結合され且つ送信コイルおよびこれと対応する受信
コイルの双方に近い近磁界内に透磁率を有するボールが
存在することにより再発生した信号を検出するようにな
った検出手段が設けられたことを特徴とする請求項１な
いし７のいずれか一つに記載のボール位置判定装置。
【請求項９】前記検出手段は送信コイルにおいて送信さ
れた信号に対して検出された信号の同期復調を行う手段
を包含することを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
か一つに記載のボール位置判定装置。
【請求項１０】前記検出手段は、低域通過フィルタに接
続する同期復調器を含むことを特徴とする請求項１ない
し９のいずれか一つに記載のボール位置判定装置。
【請求項１１】前記検出手段は、さらに、ボール位置を
決定するための処理手段と、前記各対の各受信コイル回
路にて受信される信号の振幅を比較するための処理を行
なう手段を含むアルゴリズムとを含むことを特徴とする
請求項１ないし10のいずれか一つに記載のボール位置判
定装置。
【請求項１２】前記送信磁界は、実質的に正弦波であ
り、前記同期検出器は、ボールの透磁率と同位相または
直角位相であるように選定されており、また、前記同期
検出器は、ボールに対するものとは異なるリアクタンス
対抵抗比を有する物質から生ずる為信号を拒絶するため
の判別を行なうための手段を含むことを特徴とする請求
項１ないし11のいずれか一つに記載のボール位置判定装
置。
【請求項１３】前記処理手段の部分としてマイクロプロ
セッサを含み、該マイクロプロセッサは、ボールの見掛
け上の軌道についての判別および判定のための制限パラ
メータを含むソフトウエアアルゴリズムを含むことを特
徴とする請求項１ないし12のいずれか一つに記載のボー
ル位置判定装置。
【請求項１４】検出され処理されたボール信号がボール
がいずれかのコイル対のいずれかの端部の近くを横切っ
たことを指示しているか否かを決定するように判定を行
なうソフトウエアアルゴリズムを含むマイクロプロセッ
サと、各コイル対からの処理データが送信される中央マ
イクロプロセッサとを含み、該中央マイクロプロセッサ
は、ボールが近くを横切ったコイル対のすべてからのデ
ータを選択しまたは結合して、ボールがインであったか
アウトであったかの最終判定を発生することを特徴とす
る請求項13に記載のボール位置判定装置。
【請求項１５】前記受信および送信コイルの各端部が広
げられていることを特徴とする請求項１ないし14のいず
れか一つに記載のボール位置判定装置。
【請求項１６】前記コイルの下に金属スクリーンが配置
されており、各コイルの各巻線は、平面的な螺旋状に巻
かれており、単位長さ当たりの巻線数は、各巻線の中央
から外側周辺にいくに従って増大しており、そのコイル
の物理的分布は、磁界がコイル感度ゾーンに亘って適当
に一様なものとされるように選定されていることを特徴
とする請求項１ないし15のいずれか一つに記載のボール
位置判定装置。
【請求項１７】実質的な透磁率を与える物質を内蔵した
テニスボールを含むことを特徴とする請求項１ないし16
のいずれか一つに記載のボール位置判定装置。