JP2770682B2 - 球体の飛翔計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばクラブにより
打ち出されるゴルフボールなどのように高速で飛行する
飛翔体の仰角、水平角、および速度を算出する球体の飛
翔計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】クラブにより打ち出されるゴルフボール
の打ち出し角度や飛翔速度を測定する装置として、以下
のようなものが知られている。 （１） インパクト位置直前にクラブヘッドを検知する
磁気センサが配置されている。インパクトの際、この磁
気センサから得られる交流波形に基づき、クラブヘッド
のスピード、フェース角度、ブロー方向およびヒッティ
ングエリアなどが算出される。また、インパクト後のボ
ールを検出するために、ボールの飛球方向に沿って２系
統のボール検出部が順次配置されている。ここで、各ボ
ール検出部は、赤外線ダイオードと複数個のフォトトラ
ンジスタとをボール飛球線を挟んで対向するように配置
した構成となっている。このような構成において、イン
パクトされて飛行するボールにより赤外線ダイオードの
出力光が遮られると、この出力光を受光すべきフォトト
ランジスタからボール検出信号が得られる。このように
して各ボール検出部の各フォトトランジスタから得られ
る検出信号に基づき、ボールの飛出方向（左右のブレ角
度）、仰角および初速度などを算出する。ここで、各ボ
ール検出部のフォトトランジスタの検出信号は、同ボー
ル検出部内の赤外線ダイオードに対応した成分のみなら
ず、他方のボール検出部内の赤外線ダイオードに対応し
た成分をも含んでいる。そして、ボール位置を検出する
ためには、検出信号内のこれらの２成分を分離する必要
がある。そこで、各赤外線ダイオードを、互いに位相が
１８０°ずれた２相のパルス信号により駆動する。ま
た、フォトトランジスタの検出信号に含まれる２成分を
各パルス信号に同期した２系統のサンプリングパルスに
よって各々サンプリングするようにした。このボール検
出信号よりボールの位置を検出し、検出結果からボール
の飛出水平角（左右のブレ角度）、仰角、および初速な
どを算出する（三菱電機技報ｖｏｌ．５８・Ｎｏ２・１
９８４号公報）。 （２） ボールに超反射性の半円形のストリップを取り
付けて、飛行するボールに対し照明装置より光を照射
し、ストリップによる反射光を複数のセンサによって検
出する。そして、センサによる検知結果から実際にゴル
フコースにおいてプレイされた場合に結果として出るで
あろう到達距離、左方あるいは右方への距離、およびボ
ールの高さの最適な高さからの差などを検出する（特開
昭４８−４０５１４号公報）。 （３） ボールの飛球方向に沿って２系統のボール検出
部が順次配置されている。各ボール検出部は、光源と複
数個のフォトトランジスタとをボール飛球線を挟んで対
向するように配置した構成を有する。各光源として、前
面にスリットを有する密閉箱内に発光素子およびこの発
光素子の出力光を集光する手段を収納したものを用い、
各光源の出力光が各々対応する系統のフォトトランジス
タによって受光されるようにした。このような構成によ
り、各フォトトランジスタから得られる検出信号に基づ
き、各ボール検出部間をボールが通過する際の通過時間
および通過距離が算出され、算出結果に基づいてクラブ
およびボールのスピードが測定される（特公昭５８−４
４３８７号公報）。 その他、ボールを光学的に検知することにより、ボール
の飛び角度又は速度などを測定する装置が、特開昭４９
−１１１７２９号公報、特開昭５６−４３５０５号公
報、および特開昭６１−２０４５１４号公報に開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の測定装置は、いずれも装置の構成が複雑であるとい
う問題があった。また、特に、（１）の装置の場合、２
系列のボール位置検出手段を必要とし、組立精度が測定
精度に及ぼす影響が大きく、部品点数の増加と共にコス
ト面でも不利であった。また、ボールが球体であるとい
う飛翔体の形状について考慮されておらず、計算精度が
低いという問題があった。また、（２）の装置の場合、
ボールに超反射性のストリップを設けるなど特殊のボー
ルしか使用することができず、（３）の装置において
は、クラブやボールの速度しか測定することができない
という問題があった。

【０００４】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、構成が簡単であり、高精度な結果が得られる
球体の飛翔計測装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の球体の飛
翔計測装置は、球形の飛翔体が所定の飛行開始点から飛
行を開始するのを検出する飛行開始検出手段と、前記飛
行開始点から見て前記飛翔体の飛行方向前方に配置さ
れ、複数の光ビームを、各々の光ビームが前記飛行開始
点から一定の距離だけ離間した平面に沿い、かつ、各々
の光ビームのうち少なくとも２本が飛行中の飛翔体と交
差するような方向に所定の１点の位置から放射するマル
チビーム発光部と、該マルチビーム発光部が放射する複
数の光ビームを各々受光するマルチビーム受光部と、前
記マルチビーム発光部が出力する複数の光ビームのうち
前記飛翔体と交差する２本の光ビームについて、前記飛
翔体が飛行を開始してから各光ビームと交差を開始する
までの時間および交差を終了するまでの時間を各々計時
し、これら計時結果と前記飛翔体の球径と飛行開始位置
と前記マルチビーム発光部の位置と前記２本のビームの
各角度とに基づいて前記飛翔体の仰角、水平角および速
度を算出する演算処理手段とを具備することを特徴とし
ている。請求項２記載の球体の飛翔計測装置は、球形の
飛翔体が所定の飛行開始点から飛行を開始するのを検出
する飛行開始検出手段と、前記飛行開始点から見て前記
飛翔体の飛行方向前方に配置され、複数の光ビームを、
各々の光ビームが前記飛行開始点から一定の距離だけ離
間した平面に沿い、かつ、各々の光ビームのうち少なく
とも２本が飛行中の飛翔体と交差するような方向に所定
の１点の位置から放射するマルチビーム発光部と、該マ
ルチビーム発光部が放射する複数の光ビームを各々受光
するマルチビーム受光部と、前記飛行開始点から見て前
記マルチビーム発光部よりも更に前記飛翔体の飛行方向
前方に配置され、各々同一平面に沿って鉛直方向に進む
複数の平行な光ビームを、そのうち少なくとも３本が飛
行中の飛翔体と交差するような間隔で所定の複数位置か
ら放射する平行マルチビーム発光部と、該平行マルチビ
ーム発光部が出力する複数の光ビームを各々受光する平
行マルチビーム受光部と、前記平行マルチビーム発光部
が出力する複数の光ビームのうち前記飛翔体と交差する
３本の光ビームについて、前記飛翔体が各光ビームと交
差を開始してから交差を終了するまでの時間を各々計時
し、これら計時結果と前記飛翔体の球径と飛行開始位置
と前記平行マルチビーム発光部の位置と前記３本のビー
ムの各位置とに基づいて前記飛翔体の水平角を算出する
とともに、前記マルチビーム発光部が出力する複数の光
ビームのうち前記飛翔体と交差する２本の光ビームにつ
いて、前記飛翔体が飛行を開始してから各光ビームと交
差を開始するまでの時間および交差を終了するまでの時
間を各々計時し、これら計時結果と前記飛翔体の球径と
飛行開始位置と前記マルチビーム発光部の位置と前記２
本のビームの各角度と前記飛翔体の水平角とに基づいて
前記飛翔体の仰角および速度を算出する演算処理手段と
を具備することを特徴としている。

【０００６】

【作用】上記請求項１に関わる発明によれば、球形の飛
翔体は、飛行中において少なくとも２本の光ビームと交
差する。そして、飛翔体と交差したビームがわかると、
これら２本のビームについてそれぞれビームの角度が得
られる。また、各ビームについて飛翔体が飛行を開始し
てからの交差開始時間及び交差終了時間を計時すること
で、未知数として仰角，水平角，速度を持つ２つの方程
式が各ビームについて得られる。つまり、３つの未知数
を持つ４つの方程式が得られる。ここで、これらの方程
式には、飛行開始位置，マルチビーム発光部の位置，飛
翔体の球径と上述したビームの各角度が含まれるが、飛
行開始位置とマルチビーム発光部の位置は何れも設定値
で既知の値であり、飛翔体の球径についても既知もしく
は測定値を持つ。さらに、これら４つの方程式から未知
数の一つである速度を除去でき、仰角，水平角の２つの
未知数を持つ方程式が２つ得られる。これらの方程式を
算術的に解くことで、仰角及び水平角の解が得られる。
次に、これら仰角及び水平角を用いることで、上述した
４つの方程式と交差開始時間又は交差終了時間から速度
が求められる。なお、仰角及び水平角を求めるにあた
り、代入法を用いることも可能である。上記請求項２に
関わる発明によれば、球形の飛翔体は、飛行中において
平行マルチビーム発光部から放射される少なくとも３本
の光ビームと交差する。そして、これら３本の光ビーム
について、飛翔体との交差開始時間及び交差終了時間を
それぞれ計時することで、飛翔体が各光ビームを横切る
時間が得られる。次いで、これらの時間と、飛翔体の球
径，飛行開始位置，平行マルチビーム発光部の位置，３
本のビームの各位置から水平角が算出される。また、飛
翔体の仰角及び速度は、算出された水平角を用い、上述
した請求項１の場合と同様に算出される。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。 ＜第１実施例＞図１はこの発明の第１実施例による球体
の飛翔計測装置の構成を示すブロック図である。図１に
おいて、１はマルチビーム発光部であり、複数の光ビー
ムＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂnを放射する（図３参照）。な
お、マルチビーム発光部１の詳細な構成については後述
する。２はマルチビーム受光部であり、マルチビーム発
光部１より放射された光ビームＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂn
を受光し、電気信号に変換する。３は球形飛翔体であ
り、矢印ｕ方向へ飛行する。４は発光源、５は発光源４
の出力光を受光して電気信号に変換する受光器である。
球形飛翔体３は、これらの発光源４および受光器５間を
結ぶ直線の極近傍に配置され、発光源４の出力光は、打
ち出された球形飛翔体３によって必ず遮られるようにな
っている。６は演算処理部であり、マルチビーム発光部
１の駆動制御を行うと共にマルチビーム受光部２から得
られる信号に基づき球形飛翔体３の飛び出し仰角、水平
角および速度を演算する。この演算の際、図１に示す直
交座標系を想定して球形飛翔体３の位置を特定する。こ
こで、直交座標のＹ軸は、水平面内にあって発光源４か
ら受光器５へ射出される光の射出方向と一致している。
Ｘ軸は上記水平面内にあってＹ軸と直交し、Ｚ軸はＹ軸
およびＸ軸に垂直となっている。マルチビーム発光部１
より発せられる光ビームＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂnは全
て、Ｙ−Ｚ平面に平行となるように放射される。

【０００８】図２は以上説明した発光源４、マルチビー
ム発光部１、受光器５、マルチビーム受光部２および演
算処理部６の電気的構成を示すブロック図である。

【０００９】演算処理部６は、マルチビーム発光部１の
駆動制御を行うコントロール部６ａとマルチビーム受光
部２から得られる信号を処理する演算処理回路６ｂとか
らなる。マルチビーム発光部１は半導体レーザ等による
発光素子１ａと、この発光素子１ａを駆動する駆動回路
１ｂとを有する。同様に発光源４は、発光素子４ａと発
光素子４ａを駆動する駆動回路４ｂとを有する。各駆動
回路１ｂおよび４ｂは、コントロール部６ａからの制御
信号に従って発光素子１ａおよび４ａを各々発光させ
る。

【００１０】受光器５は、受光素子５ａ、電流／電圧変
換器５ｂ、増幅器５ｃおよび波形整形器５ｄとからな
る。ここで、受光素子５ａは発光源４の出力光を受光す
る。球形飛翔体３によって発光源４の出力光が遮られる
と、受光素子５ａの受光量が変化し、この結果、受光素
子５ａの出力電流が変化する。この出力電流の変化に対
応した電圧波形が電流／電圧変換器５ｂから出力され
る。そして、電流／電圧変換器５ｂが出力する電圧波形
は、増幅器５ｃによって増幅され、波形整形器５ｄによ
り整形されて出力される。

【００１１】マルチビーム受光部２は、マルチビーム発
光部１が出力するｎ本のビーム光Ｂ１〜Ｂｎを各々受光
する受光素子２ａ_k（ｋ＝１〜ｎ）を有する。また、各
受光素子２ａ_kについて、受光器５と同様、電流／電圧
変換器２ｂ_k、増幅器２ｃ_k、波形整形器２ｄ_kが設けら
れると共にタイマカウンタ２ｅ_kおよび２ｆ_kが設けられ
ている。ここで、タイマカウンタ２ｅ_kおよび２ｆ_kは、
波形整形器５ｄから得られる信号によって計時を開始す
る。また、タイマカウンタ２ｅ_kおよび２ｆ_kは、波形整
形器２ｄ_kから得られる信号の変化に基づき計時を停止
する。

【００１２】次に図３を参照しマルチビーム発光部１の
具体的構成について説明する。図３において、１ｃは発
光素子１ａの出力光を平行光にするコリメートレンズで
ある。１ｄはコリメートレンズ１ｃから得られる平行光
を適切なビーム形状に加工するスリットである。また、
１ｅ、１ｇ、…は、各々ビームスプリッタである。ここ
で、スリット１ｄを通過した光ビームは、ビームスプリ
ッタ１ｅ，１ｇ，・・・を順次通過した後、全反射ミラ
ー１ｉによって反射される。このようにして、Ｙ軸から
の仰角が最も小さい光ビームＢ1が得られる。一方、ス
リット１ｄを通過した光ビームの一部は、ビームスプリ
ッタ１ｅにより反射される。この反射光は全反射ミラー
１ｆにより全反射され、全反射ミラー１ｉに入射する。
ここで、全反射ミラー１ｆの反射光は、ビームスプリッ
タ１ｇの透過光より大きな入射角で全反射ミラー１ｉへ
入射する。従って、全反射ミラー１ｆからの反射光が全
反射ミラー１ｉによって反射されることにより、光ビー
ムＢ1より仰角の大きな光ビームＢ2が得られる。同様
に、スリット１ｄを通過した光が、ビームスプリッタ１
ｅ，１ｇ、全反射ミラー１ｈ，１ｉを経由することによ
り、光ビームＢ2よりさらに仰角の大きな光ビームＢ3が
得られる。以下図示は略したが、同様の構成により各々
仰角の異なった光ビームＢ4〜Ｂnが得られる。光ビーム
Ｂ1〜Ｂnの仰角は、ビームスプリッタ１ｅ，１ｇ，・・
・の設定角度により調節する。また、放射される光ビー
ムＢ1〜Ｂnの光強度を一様化するため、ビームスプリッ
タ１ｅ，１ｇ，・・・として、光反射率および透過率が
適度に異なったものを使用している。

【００１３】また、マルチビーム発光部１として、図４
に示すような構成も考えられる。図４においては、放射
される光ビーム毎に発光素子１ａ’、コリメートレンズ
１ｃ’、およびスリット１ｄ’が設置されている。

【００１４】次に、球体の飛翔計測装置の動作について
説明するが、それに先立って、球形飛翔体３の仰角、水
平角、および速度を求めるための理論的説明を行ってお
く。なお、以下では、図５に示すように、基準の座標を
Ａ（０，０，０）とし、所定の飛行開始点におかれた球
形飛翔体３の中心座標をＢ（０，ｙ₀，ｚ₀）、マルチビ
ーム発光部１の発光点Ｑの座標を（ｘ₅，０，０）とす
る。また、球形飛翔体３の飛び方向の速度をｖ、飛び出
し仰角をθ、目標の飛球線ｓとのブレ角度、すなわち飛
び出し水平角をα、球形飛翔体３の半径をｒとする。ま
た、図６に示すように、光ビームＢ1の水平面に対する
角度をｗ1、光ビームＢ2の角度（ｗ1＋△ｗ）をｗ2、光
ビームＢnの角度｛ｗ1＋△ｗ×（ｎ−１）｝をｗnとす
る。

【００１５】さて、図５において、球形飛翔体３の飛び
方向の速度をｖ、打撃後ｔ秒後の球形飛翔体３の中心座
標をＣ（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）とすると、 ｘ₁＝ｖｔcosθcosα …(1) ｙ₁＝ｖｔcosθsinα＋ｙ₀ …(2) ｚ₁＝ｖｔsinθ＋ｚ₀ …(3) と表すことができる。また、球形飛翔体３の中心座標が
Ｃ（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）にある時に、球形飛翔体３とマル
チビーム発光部１から照射される光ビームと交点Ｄ（ｘ
₃，ｙ₃，ｚ₃）において交差したとすると、この交点の
座標（ｘ₃，ｙ₃，ｚ₃）は ｘ₃＝ｘ₅ …(4) ｙ₃＝（ｙ₁＋ｚ₁tanｗ）／（１＋tan²ｗ） …(5) ｚ₃＝ｙ₃tanｗ …(6) となる。ここで、球形飛翔体３の半径をｒとすると （ｘ₃−ｘ₁）²＋（ｙ₃−ｙ₁）²＋（ｚ₃−ｚ₁）²＝ｒ² …(7) と表すことができる。そして、(7)式に(1)〜(6)式を代
入すると （ｘ₅−ｖｔcosθcosα）²＋｛（ｖｔcosθsinαsinｗ＋ｙ₀sinｗ） −（ｖｔsinθcosｗ＋ｚ₀cosｗ）｝²＝ｒ² …(8) となる。(8)式を展開すると （ｖｔ）²｛（cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ−sinθcosｗ）²｝ ＋２ｖｔ｛（cosθsinαsinｗ−sinθcosｗ）（ｙ₀sinｗ−ｚ₀cosｗ） −ｘ₅cosθcosα｝＋｛ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ−ｚ₀cosｗ）²−ｒ²｝＝０ …(9) となる。ここで、 （cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ−sinθcosｗ）²＝Ａ （cosθsinαsinｗ−sinθcosｗ）（ｙ₀sinｗ−ｚ₀cosｗ） −ｘ₅cosθcosα＝Ｂ ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ−ｚ₀cosｗ）²−ｒ²＝Ｃ とすると、(9)式は Ａｖ²ｔ²＋２Ｂｖｔ＋Ｃ＝０ …(10) となり、 ｔ＝｛−Ｂ±√（Ｂ²−ＡＣ）｝／ｖＡ …(11) と表すことができる。従って、球形飛翔体３が光ビーム
と交差し始める時間ｔは ｔ＝｛−Ｂ−√（Ｂ²−ＡＣ）｝／ｖＡ …(12) となり、交差し終わる時間ｔは ｔ＝｛−Ｂ＋√（Ｂ²−ＡＣ）｝／ｖＡ …(13) となる。

【００１６】ここで、図６に示すように球形飛翔体３が
光ビームＢ2および光ビームＢ3と交差したとして、これ
ら２つの光ビームについて、球形飛翔体３が各々と交差
し始める時間の比ｋ1を求める。ここで、(12)式より、
球形飛翔体３が光ビームＢ2と交差し始める時間ｔ2は ｔ2＝｛−Ｂ2−√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／ｖＡ2 となる。但し、 Ａ2＝（cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ2−sinθcosｗ2）² Ｂ2＝（cosθsinαsinｗ2−sinθcosｗ2）（ｙ₀sinｗ2−ｚ₀cosｗ2） −ｘ₅cosθcosα Ｃ2＝ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ2−ｚ₀cosｗ2）²−ｒ² とする。また、球形飛翔体３が光ビームＢ3と交差し始
める時間ｔ1は ｔ1＝｛−Ｂ3−√（Ｂ3²−Ａ3Ｃ3）｝／ｖＡ3 となる。但し、 Ａ3＝（cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ3−sinθcosｗ3）² Ｂ3＝（cosθsinαsinｗ3−sinθcosｗ3）（ｙ₀sinｗ3−ｚ₀cosｗ3） −ｘ₅cosθcosα Ｃ3＝ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ3−ｚ₀cosｗ3）²−ｒ² とする。このように、未知数としてα，θ，ｖを持つ２
つの方程式が得られる。そして、球形飛翔体３が光ビー
ムＢ2と交差し始める時間ｔ2と、光ビームＢ3と交差し
始める時間ｔ1との比ｋ1を求めると ｋ1＝ｔ2／ｔ1 ＝Ａ3｛−Ｂ2−√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／Ａ2｛−Ｂ3−√（Ｂ3²−Ａ3Ｃ3）｝ となる。つまり、未知数としてα，θを持つ方程式が得
られる。 同様にして、球形飛翔体３が光ビームＢ2と交
差し終える時間ｔ3と、光ビームＢ3と交差し終える時間
ｔ4との比ｋ2を求めると ｋ2＝ｔ3／ｔ4 ＝Ａ3｛−Ｂ2＋√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／Ａ2｛−Ｂ3＋√（Ｂ3²−Ａ3Ｃ3）｝ となる。 以上のように、未知数としてα，θ，ｖを持つ
４つの方程式が得られるとともに、これら４つの方程式
から、未知数としてα，θを持つ２つの方程式が得られ
る。次に、球形飛翔体３が光ビームＢ2と交差し始めた
実測時間Ｔ2と、光ビームＢ3と交差し始めた実測時間Ｔ
1との比Ｋ1を求める。 Ｋ1＝Ｔ2／Ｔ1 同じく、球形飛翔体３が光ビームＢ2と交差し終えた実
測時間Ｔ3と、光ビームＢ3と交差し終えた実測時間Ｔ4
との比Ｋ2を求める。 Ｋ2＝Ｔ3／Ｔ4 そして、実測されたこれら比Ｋ1，比Ｋ2を用いて上述し
たｋ1，ｋ2に関する方程式を解くことで、水平角αおよ
び仰角θの解が得られる。 最後に、 球形飛翔体３の速度
ｖを求める。ここで、速度ｖは、(11)式をｖについて解
いた ｖ＝｛−Ｂ−√（Ｂ²−ＡＣ）｝／ＡＴ より求められる。この式に仰角θおよび水平角αと、光
ビームと交差し始めた実測時間Ｔを代入する。そして、
この式より、光ビームＢ2と交差し始めた実測時間Ｔ2を
使用して ｖ＝｛−Ｂ2−√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／Ａ2Ｔ2 より、球形飛翔体３の速度ｖが求められる。但し、 Ａ2＝（cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ2−sinθcosｗ2）² Ｂ2＝（cosθsinαsinｗ2−sinθcosｗ2）（ｙ₀sinｗ2−ｚ₀cosｗ2） −ｘ₅cosθcosα Ｃ2＝ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ2−ｚ₀cosｗ2）²−ｒ² とする。あるいは、このようにする代わりに ｖ＝｛−Ｂ＋√（Ｂ²−ＡＣ）｝／ＡＴ として、この式に、光ビームと交差し終わった実測時間
Ｔを代入してもよい。以上のようにして、球形飛翔体３
の仰角、水平角、および速度が求められる。

【００１７】次に、本実施例における球体の飛翔計測装
置の具体的動作について説明する。まず、飛行開始点に
置かれた球形飛翔体３が、打撃などにより矢印ｕ方向へ
飛行を開始する。この時、球形飛翔体３は、発光源４か
ら受光器５へと向かう光ビームと交差し、受光器５への
入射光量が変化する。受光器５内では、図２に示すよう
に、光電変換手段である受光素子５ａにおいて光量の変
化が電流の変化として検出される。電流の変化は電流／
電圧変換器５ｂにより電圧の変化に変換され、増幅器５
ｃにおいて適当な信号レベルに増幅される。更に、波形
整形器５ｄにより波形整形された信号は、コントロール
部６ａにより、マルチビーム受光部２内のタイマカウン
タ２ｅ_k（ｋ＝１〜ｎ）および２ｆ_k（ｋ＝１〜ｎ）に供
給される。各タイマカウンタ２ｅ_k（ｋ＝１〜ｎ）およ
び２ｆ_k（ｋ＝１〜ｎ）は、波形整形器５ｄからの信号
を受信することによりカウントを開始する。

【００１８】球形飛翔体３は、発光源４より発せられる
光ビームを横切った後に飛行を続け、マルチビーム発光
部１からマルチビーム受光部２に向けて放射される複数
の光ビームのうち少なくとも２つの光ビームを横切る。
そして、受光素子２ａ_k（ｋ＝１〜ｎ）のうち少なくと
も２個の受光素子の受光量が変化し、これらの変化が各
受光素子の電流の変化となって現れる。この結果、波形
整形器２ｄ_k（ｋ＝１〜ｎ）が出力する信号Ｐ1，Ｐ2，
・・・，Ｐnのうち少なくとも２つの信号のレベルが時
間的に変化する。この信号変化に基づき、コンロトール
部６ａにより、信号変化に対応したタイマカウンタ２ｅ
_kおよび２ｆ_kのカウントの停止が制御される。そして、
タイマカウンタ２ｅ_kおよび２ｆ_kのカウント値により、
球形飛翔体３が光ビームＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂnのいず
れかと交差し始める時間および交差し終わる時間が求め
られる。以下にその例を示して説明する。

【００１９】図６および図７の例に示すように、球形飛
翔体３が光ビームＢ2および光ビームＢ3と交差したとす
る。まず、球形飛翔体３は光ビームＢ1と交差しないの
で、受光素子２ａ1への入射光量は変化しない。従っ
て、波形整形器２ｄ1の出力信号Ｐ1は図７に示すように
変化しない。このため、タイマカウンタ２ｅ1，２ｆ1は
カウントオーバーするまでカウントを継続し、カウント
オーバーとなった後、カウント値が０となって停止す
る。これに対し、光ビームＢ2は球形飛翔体３と交差
し、受光素子２ａ2の受光量が変化することにより、図
７に示す信号Ｐ2が波形整形器２ｄ2から出力される。こ
こで、球形飛翔体３が光ビームＢ2と交差し始めた時刻
がｔ2であり、交差し終わった時刻がｔ3である。そし
て、ｔ2での信号変化により、タイマカウンタ２ｅ2のカ
ウントが停止する。更に、ｔ3での信号変化により、タ
イマカウンタ２ｆ2のカウントが停止する。同様にし
て、光ビームＢ3を受光する受光素子２ａ3の出力変化に
応じて、波形整形器２ｄ3より出力される信号Ｐ3も図７
に示すように変化する。この例の場合、球形飛翔体３は
ｔ1において光ビームＢ3と交差し始め、ｔ4において交
差し終わっている。そして、ｔ1における信号Ｐ3の変化
によりタイマカウンタ２ｅ3のカウントが停止し、ｔ4に
おける変化によりタイマカウンタ２ｆ3のカウントが停
止する。そして、信号Ｐ2，Ｐ3以外の信号は信号Ｐ1と
同様変化しないので、タイマカウンタ２ｅ2，２ｆ2，２
ｅ3，２ｆ3以外のカウンタはカウントを続け０で停止す
る。そして、各タイマカウントのカウント値のうち、値
が０でないカウント値、すなわち、タイマカウンタ２ｅ
2，２ｆ2，２ｅ3，２ｆ3のカウント値が演算処理部６ｂ
に取り込まれる。これらのカウント値により、球形飛翔
体３が飛行し始めてから光ビームＢ2および光ビームＢ3
と交差するまでの経過時間が求められる。

【００２０】次に、演算処理部６ｂによる、球形飛翔体
３の速度および打出し角度（仰角および水平角）の算出
処理について、図８のフローチャートを参照して説明す
る。以下では、図５に示すように、球形飛翔体３が光ビ
ームＢ2および光ビームＢ3と交差した場合について説明
する。まず、ステップＳ１において、マルチビーム受光
部２における信号の出力により、球形飛翔体３がどの光
ビームと交差したかが検知される。ここで、球形飛翔体
３がいずれの光ビームと交差したかが分かると、仰角θ
および水平角αの範囲を絞り込むことができる。この範
囲の絞り込みのための領域選択処理をステップＳ１にお
いて行う。以下、この領域選択処理について説明する。
例えば、球形飛翔体３が光ビームＢ1および光ビームＢ2
と交差した場合、仰角θおよび水平角αは図９における
領域Ａ内のいずれかの値と推定され、仰角θは０≦θ＜
８、水平角αは−４≦α＜１０の範囲内となる。また、
球形飛翔体３が光ビームＢ1、光ビームＢ2、および光ビ
ームＢ3と交差した場合、仰角θおよび水平角αは図８
における領域Ｂ内のいずれかの値と推定され、仰角θは
８≦θ＜１２、水平角αは−１０≦α＜−４の範囲内と
なる。この例のように、球形飛翔体３が光ビームＢ2お
よび光ビームＢ3と交差した場合は、領域Ｃが選択され
る。そして、ステップＳ２において、ステップＳ１で選
択された領域に関して、仰角θおよび水平角αの可変範
囲が設定される。領域Ｃの場合であれば、仰角θは１３
≦θ＜１８、水平角αは−４≦α＜１０の範囲に設定さ
れる。次にステップＳ３において、この領域内の飛び出
し角θ，αの各組合せについて、球形飛翔体３が各光ビ
ームと交差し始める時間および交差し終わる時間を計算
する。

【００２１】また、ステップＳ３において、ステップＳ
１にて選択された領域に対応した２つの光ビームについ
て、球形飛翔体３が各々と交差し始める時間の比ｋ1を
求める。ここで、(12)式より、球形飛翔体３が光ビーム
Ｂ2と交差し始める時間ｔ2は ｔ2＝｛−Ｂ2−√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／ｖＡ2 …(14) となる。但し、 Ａ2＝（cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ2−sinθcos
ｗ2）² Ｂ2＝（cosθsinαsinｗ2−sinθcosｗ2）（ｙ₀sinｗ2
−ｚ₀cosｗ2）−ｘ₅cosθcosα Ｃ2＝ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ2−ｚ₀cosｗ2）²−ｒ² とする。また、球形飛翔体３が光ビームＢ3と交差し始
める時間ｔ1は ｔ1＝｛−Ｂ3−√（Ｂ3²−Ａ3Ｃ3）｝／ｖＡ3 …(15) となる。但し、 Ａ3＝（cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ3−sinθcos
ｗ3）² Ｂ3＝（cosθsinαsinｗ3−sinθcosｗ3）（ｙ₀sinｗ3
−ｚ₀cosｗ3）−ｘ₅cosθcosα Ｃ3＝ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ3−ｚ₀cosｗ3）²−ｒ² とする。そして、球形飛翔体３が光ビームＢ2と交差し
始める時間ｔ2と、光ビームＢ3と交差し始める時間ｔ1
との比ｋ1を求めると ｋ1＝ｔ2／ｔ1 ＝Ａ3｛−Ｂ2−√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／Ａ2｛−Ｂ3−√（Ｂ3²−Ａ3Ｃ3）｝ …(16) となる。ここで、領域Ｃにおける仰角θおよび水平角α
の範囲は、１３≦θ＜１８、−４≦α＜１０と設定され
ているので、まず仰角θの値が１３、水平角αの値が１
０の場合を計算する。次に、ステップＳ４において(13)
式より、球形飛翔体３が光ビームＢ2と交差し終える時
間ｔ3と、光ビームＢ3と交差し終える時間ｔ4との比ｋ2
を求めると ｋ2＝ｔ3／ｔ4 ＝Ａ3｛−Ｂ2＋√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／Ａ2｛−Ｂ3＋√（Ｂ3²−Ａ3Ｃ3）｝ …(17) となる。ここでもまた、ステップＳ４と同様、まず仰角
θの値が１３、水平角αの値が１０の場合を計算する。
更に、ステップＳ５において、ｋ1とｋ2の差ｋ3を求め
て ｋ3＝ｋ1−ｋ2 …(18) とする。

【００２２】次に、ステップＳ６において、タイマカウ
ンタ２ｅ2，２ｆ2，２ｅ3，２ｆ3によりカウントされ
た、球形飛翔体３が光ビームＢ2と交差し始めた実測時
間Ｔ2と、光ビームＢ3と交差し始めた実測時間Ｔ1との
比Ｋ1を求める。 Ｋ1＝Ｔ2／Ｔ1 …(19) 同じく、ステップＳ７において、球形飛翔体３が光ビー
ムＢ2と交差し終えた実測時間Ｔ3と、光ビームＢ3と交
差し終えた実測時間Ｔ4との比Ｋ2を求める。 Ｋ2＝Ｔ3／Ｔ4 …(20) そして、ステップＳ８において、Ｋ1とＫ2の差Ｋ3を求
めて Ｋ3＝Ｋ1−Ｋ2 …(21) とする。次に、ステップＳ９において、ステップＳ３〜
Ｓ５において求めたｋ1、ｋ2、ｋ3および、ステップＳ
６〜Ｓ８において求めたＫ1、Ｋ2、Ｋ3を以下の式に代
入する。 △1＝（Ｋ1−ｋ1）²＋（Ｋ3−ｋ3）² …(22) あるいは、 △1＝（Ｋ2−ｋ2）²＋（Ｋ3−ｋ3）² …(22)' でもよい。次に、ステップＳ１０において、△1の値を
保持する。そして、ステップＳ１１へ進み、仰角θの値
１３、および水平角αの値１０を記憶する。次に、ステ
ップＳ１２において、該領域内の仰角θおよび水平角α
全てについて、ステップＳ３からステップＳ１０に至る
までの処理を終了したか否かを判断する。この判断結果
が「ＮＯ」の場合は、ステップＳ３へ戻る。次に、例え
ば、仰角θの値を１３、水平角αの値を１１としてステ
ップＳ１０まですすみ、△2の値を求める。そして、ス
テップＳ１０において、△1の値と△2の値を比較する。
比較した結果△2の値の方が小さい場合はステップＳ１
１へ進み、この時の仰角θの値１３および水平角αの値
１１を記憶する。ステップＳ１０における比較の結果、
保持されている△1の値の方が小さい場合は、ステップ
Ｓ１２へ進む。ステップＳ１２において、該領域内の仰
角θおよび水平角α全てについて、ステップＳ３からス
テップＳ１０に至るまでの処理を終了したか否かを判断
する。そして、仰角θの値が１８、αの値が−４に至る
まで、ステップＳ３〜ステップＳ１２を繰り返す。そし
て、領域内の仰角θおよび水平角αの全てについてステ
ップＳ３〜ステップ１２を実行し終わると、ステップＳ
１２における判断結果が「ＹＥＳ」となって、ステップ
Ｓ１３へ進む。そしてステップＳ１３において、球形飛
翔体３の速度ｖを求める。ここで、速度ｖは、(11)式を
ｖについて解いた ｖ＝｛−Ｂ−√（Ｂ²−ＡＣ）｝／ＡＴ …(23) より求められる。この(23)式に、ステップＳ１１におい
て記憶された仰角θおよび水平角α、すなわち、△の値
が最小であるときの仰角θおよび水平角αと、光ビーム
と交差し始めた実測時間Ｔを代入する。あるいは、この
ようにする代わりに ｖ＝｛−Ｂ＋√（Ｂ²−ＡＣ）｝／ＡＴ …(23)' として、(23)'式に、光ビームと交差し終わった実測時
間Ｔを代入してもよい。そして、(23)式より、光ビーム
Ｂ2と交差し始めた実測時間Ｔ2を使用して ｖ＝｛−Ｂ2−√（Ｂ2²−Ａ2Ｃ2）｝／Ａ2Ｔ2 …(24) より、球形飛翔体３の速度ｖが求められる。但し、 Ａ2＝（cosθcosα）²＋（cosθsinαsinｗ2−sinθcos
ｗ2）² Ｂ2＝（cosθsinαsinｗ2−sinθcosｗ2）（ｙ₀sinｗ2
−ｚ₀cosｗ2）−ｘ₅cosθcosα Ｃ2＝ｘ₅ ²＋（ｙ₀sinｗ2−ｚ₀cosｗ2）²−ｒ² とする。以上のようにして、球形飛翔体３の仰角、水平
角、および速度が求められる。なお、本実施例では、図
８に示すステップ１で図９に示す領域に基づいて仰角
θ、水平角αの範囲を絞り込んで演算するよう構成した
が、演算処理部６ｂの速度が速度が速い場合は、全範囲
の仰角、水平角に対して順次演算するよう構成すること
もできる。

【００２３】以上のように、本実施例によれば、飛び出
し角θ，αの範囲が広い場合においても、高精度で飛翔
体の飛び方向と速度を測定することができる。また、連
続発光ビームを用いているので、高速物体の計測でも誤
差が少ない。

【００２４】＜第２実施例＞図１０は、この発明の第２
実施例による球体の飛翔計測装置の構成を示すブロック
図である。この図において図１の各部に対応する部分に
は同一の符号を付け、その説明を省略する。図１０にお
ける７は表面速度センサであり、被測定対象に光ビーム
を照射し、その反射光を検出することにより被測定対象
の表面速度を検出する。この表面速度センサ７により、
矢印ｕ方向へ飛行する球形飛翔体３の側部の表面速度が
検出される。８は、表面速度センサ７と同様な表面速度
センサであり、球形飛翔体３の下部の表面速度を検出す
る。図１１に表面速度センサ７および８の構成例を示
す。発光素子４１からの放射光は、コリメートレンズ４
２により平行光にされた後、ビームスプリッタ４３によ
りビームＢＭ１およびビームＢＭ２に分けられる。ビー
ムスプリッタ４３を透過後、ビームＢＭ１は全反射ミラ
ー４４により反射され、ビームＢＭ２は全反射ミラー４
５により反射される。ビームＢＭ１およびビームＢＭ２
は、球形飛翔体３の通過する空間において互いに角度δ
で交差するよう設定される。ビームＢＭ１およびＢＭ２
は、球形飛翔体３によって各々反射される。各反射光は
集光レンズ４６により受光素子４７に収束される。受光
素子４７は、ビームＢＭ１およびＢＭ２の各反射光の加
算結果に相当する電気信号を出力する。この電気信号に
基づき、球形飛翔体３の表面速度が演算される。なお、
この演算については後述する。ただし、この構成を図１
０に示す表面速度センサ７として使用する場合は、ビー
ムＢＭ１およびＢＭ２が球体の側部に直接照射されるよ
うに配置する。また、この構成を表面速度センサ８とし
て使用する場合は、９の全反射ミラーを使用する。この
全反射ミラー９は、表面速度センサ８が出力する光ビー
ムを反射して球形飛翔体３の下部へ照射すると共に、そ
の反射光を表面速度センサ８へ戻す。

【００２５】図１０において、１０は発光素子群からな
る平行マルチビーム発光部であり、球形飛翔体３の直進
方向と直角に交差するように複数の光ビームＨＢ1，Ｈ
Ｂ2，・・・、ＨＢnを放射する。この複数の光ビームは
平行であり、各ビーム間距離は等しく、通過する球形飛
翔体３と少なくとも３本の光ビームが必ず交差するよう
に設定される。１１は受光素子群からなる平行マルチビ
ーム受光部であり、平行マルチビーム発光部１０と対向
して配置される。平行マルチビーム受光部１１は図１２
に示すように、平行マルチビーム発光部１０が出力する
ｎ本の光ビームＨＢ1，ＨＢ2，・・・、ＨＢnを各々受
光する光電変換器１１ａ_k（ｋ＝１〜ｎ）を有する。ま
た、各光電変換器１１ａ_kについて、電流／電圧変換器
１１ｂ_k、増幅器１１ｃ_k、波形整形器１１ｄ_kが設けら
れると共にタイマカウンタ１１ｅ_kが設けられている。
ここで、タイマカウンタ１１ｅ_kは、波形整形器１１ｄ_k
から得られる信号の変化によって計時の開始および終了
を制御する。

【００２６】以上のような構成において、図１０に示す
位置Ａに置かれた球形飛翔体３が、打撃などにより矢印
ｕ方向へ飛行を開始すると、発光源４から受光器５へと
向かう光ビームと交差し、第１実施例と同様の動作が行
われる。以後、球形飛翔体３は飛行を続け、図１０に示
す位置Ｂにおいて表面速度センサ７および８より放射さ
れる光ビームと交差する。ここで、表面速度センサ７の
動作を、図１１により説明する。図１１に示すように、
ビームＢＭ１およびビームＢＭ２の交差する空間を球形
飛翔体３が通過する時、球形飛翔体３からの反射光はド
ップラ効果により周波数偏移を生ずる。図１１におい
て、ビームＢＭ１およびビームＢＭ２の交点における球
形飛翔体３の表面速度をＶとし、ビームＢＭ１及びビー
ムＢＭ２の光の周波数をＣ、光の波長をλとすると、ビ
ームＢＭ１による反射光の周波数ｆ₁およびビームＢＭ
２による反射光の周波数ｆ₂は、 ｆ₁＝Ｃ−（Ｖ／λ）・ｃｏｓ（９０−δ／２） …(25) ｆ₂＝Ｃ＋（Ｖ／λ）・ｃｏｓ（９０−δ／２） …(26) と表される。従って、反射光に含まれる、球形飛翔体３
の表面速度Ｖに比例した周波数偏移ｆｄは ｆｄ＝ｆ₁−ｆ₂＝−（２Ｖ／λ）・ｓｉｎδ／２ …(27) となる。球形飛翔体３による反射光は、集光レンズ４６
で集められ、受光素子４７において光電変換される。一
方、表面速度センサ８においても、同様な原理で信号が
得られる。表面速度センサ７、および表面速度センサ８
からの出力信号電流は、図示しない電流／電圧変換器に
おいて電圧信号に変換され、増幅器において適当な電圧
に増幅される。そして、Ａ／Ｄ変換器においてアナログ
信号からデジタル信号に変換される。

【００２７】図１０に示す位置Ｂを通過した球形飛翔体
３は、図１０に示す位置Ｃへ進み、マルチビーム発光部
１からマルチビーム受光部２に向けて放射される複数の
光ビームＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂnのうち少なくとも２つ
の光ビームを横切る。そして、第１実施例と同様に、球
形飛翔体３が光ビームＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂnのいずれ
かと交差し始める時間および交差し終わる時間が求めら
れる。

【００２８】次に、球形飛翔体３の速度ｖ、球形飛翔体
３の仰角θおよび水平角αの算出処理について説明す
る。まず、マルチビーム発光部１から放射される光ビー
ムＢ1，Ｂ2，・・・，Ｂnのうち球形飛翔体３が交差し
た少なくとも２本の光ビームについて、第１実施例の図
８に示すステップＳ３〜Ｓ９の処理を行う。すなわち、 △＝（Ｋ1−ｋ1）²＋（Ｋ3−ｋ3）² …(22)'' において△が最小となるθ、αの値を各々１つ求める。

【００２９】ここで、球形飛翔体３の水平角αの算出処
理について図１２〜図１５を参照して説明する。球形飛
翔体３が図１０に示す位置Ｆにおいて、平行マルチビー
ム発光部１０から放射される光ビームＨＢ1，ＨＢ2，・
・・，ＨＢnのうち少なくとも３本の光ビームと交差す
る。例えば、球形飛翔体３が光ビームＨＢ1、ＨＢ2、お
よびＨＢ3と交差したとする。これによって、光電変換
器１１ａ₁、１１ａ₂および１１ａ₃への入射光が遮ら
れ、図１４に示すように各光電変換器１１ａ₁、１１ａ₂
および１１ａ₃から得られる電気信号が変化する。図１
４において、球形飛翔体３が光ビームＨＢ2と交差し始
めた時刻がｔ21であり、光ビームＨＢ1と交差し始めた
時刻がｔ11、光ビームＨＢ3と交差し始めた時刻がｔ31
である。この信号の立ち上がりの時刻ｔ11、ｔ21、ｔ31
において、各々対応するタイマカウンタ１１ｅ₁、１１
ｅ₂および１１ｅ₃がカウントを開始する。そして、時間
の経過と共に球形飛翔体３は光ビームＨＢ1，ＨＢ2，Ｈ
Ｂ3と交差しつつ進行し、球形飛翔体３が各光ビームと
の交差し終わることにより各光電変換器１１ａ₁、１１
ａ₂および１１ａ₃から得られる電気信号が変化する。図
１４において、球形飛翔体３が光ビームＨＢ2と交差し
終わった時刻がｔ22であり、光ビームＨＢ1と交差し終
わった時刻がｔ12、光ビームＨＢ3と交差し終わった時
刻がｔ33である。この電気信号の変化はタイマカウンタ
１１ｅ₁、１１ｅ₂および１１ｅ₃に送られ、この時刻ｔ1
2、ｔ22、ｔ32においてタイマカウンタ１１ｅ₁、１１ｅ
₂および１１ｅ₃は各々カウントを停止する。そして、各
タイマカウンタ１１ｅ₁、１１ｅ₂および１１ｅ₃のカウ
ント値が演算処理部６に取り込まれる。

【００３０】図１３において、静止している球形飛翔体
３の中心位置を位置Ａ（０，ｙ₀，ｚ₀）とし、Ｘ軸方向
に距離ｌの点Ｅ（ｘ₇，０）からＹ軸の負方向へ等しい
間隔ｄで複数の光ビームＨＢ1，ＨＢ2，・・・、ＨＢn
が放射されているとする。この図において、位置Ａから
仰角θ、水平角αで飛び出した球形飛翔体３の３次元速
度をｖとすると、２次元平面速度ｖ_xyは ｖ_xy＝ｖcosθ …(33) となる。また、球形飛翔体３の半径をｒ、点Ｅからｎ番
目の光ビームの中心位置から球形飛翔体３の中心までの
距離を△ｄ、点Ｅからｎ番目の光ビームを球形飛翔体３
が横切る時間を△ｔn、光ビームを横切る球形飛翔体３
の投影長を２ｒnとすると △ｔn＝２ｒn／ｖ_xy …(34) となり(34)式より ｒn＝√（ｒ²−（△ｄ・cosα）²） …(35) となる。但し、△ｔn＝ｔn2−ｔn1であり、カウンタ値
は△ｔnが記録される。また、球形飛翔体３が点Ｅから
（ｎ−１）番目の光ビームを横切る時間を△ｔn-1、光
ビームを横切る球形飛翔体３の投影長を２ｒn-1とする
と △ｔn-1＝２ｒn-1／ｖ_xy …(36) となり(36)式より ｒn-1＝√（ｒ²−（ｄ＋△ｄ）²・cos²α）） …(37) となる。同様に球形飛翔体３が（ｎ＋１）番目の光ビー
ムを横切る時間を△ｔn+1、光ビームを横切る球形飛翔
体３の投影長を２ｒn+1とすると △ｔn+1＝２ｒn+1／ｖ_xy …(38) となり(38)式より ｒn+1＝√（ｒ²−（ｄ−△ｄ）²・cos²α）） …(39) となる。(34)、(35)、(38)および(39)式より （△ｔn+1／△ｔn）²＝｛ｒ²−（ｄ−△ｄ）²・cos²α｝ ／｛ｒ²−（△ｄ・cosα）²｝＝ｋn …(40) とすると ｒ²（ｋn−１）＝｛（ｋn−１）・△ｄ²＋２ｄ・△ｄ−ｄ²｝・cos²α …(41) となる。同様に、(34)、(35)、(36)および(37)式より （△ｔn／△ｔn-1）²＝｛ｒ²−（△ｄ・cosα)²｝ ／｛ｒ²−（ｄ＋△ｄ）²・cos²α）｝＝ｋn-1 …(42) とすると ｒ²（ｋn-1−１） ＝｛（ｋn-1−１）・△ｄ²＋２ｋn-1ｄ・△ｄ＋ｋn-1ｄ²｝・cos²α …(43) となる。そして、(41)および(43)式より （ｋn-1−１）／（ｋn−１） ＝｛（ｋn-1−１）・△ｄ²＋２ｋn-1ｄ・△ｄ＋ｋn-1ｄ²｝ ／｛（ｋn−１）・△ｄ²＋２ｄ・△ｄ−ｄ²｝＝Ｋ …(44) とすると ｛（ｋn-1−１）−Ｋ（ｋn−１）｝・△ｄ² ＋２ｄ・△ｄ（ｋn-1−Ｋ）＋（ｋn-1＋Ｋ）・ｄ²＝０ …(45) となる。従って Ｋ＝（ｋn-1−１）／（ｋn−１） …(46) より ２ｄ・△ｄ（ｋn-1−Ｋ）＋（ｋn-1＋Ｋ）・ｄ²＝０ …(47) となることから △ｄ＝｛−（ｋn-1＋Ｋ）・ｄ²｝／２ｄ（ｋn-1−Ｋ） …(48) となる。一方、図１３より tanα＝（ｎｄ＋△ｄ）／ｌ …（４
９） となり水平角αは α＝ｔａｎ^−１（ｎｄ＋△ｄ）／ｌ …
(50) となる。

【００３１】以上のようにして求めた水平角αを(22)''
式に代入することにより、仰角θが求められる。また、
第１実施例における以下の(23)式により、速度ｖが求め
られる。

【００３２】次に、演算処理部６は、上述にようにして
求めた球形飛翔体３の速度ｖ、仰角θ、水平角α、およ
び表面速度センサ７および表面速度センサ８より検出さ
れた周波数データから球形飛翔体３の回転におけるバッ
クスピン量およびサイドスピン量を求める。まず、演算
処理部６は、この周波数データをｎ等分してブロックデ
ータとしそのブロックデータ毎にフーリエ変換演算を行
い、各ブロックデータの平均周波数を求める。そして、
算出される周波数は球形飛翔体３の表面速度に比例する
ので、各ブロックデータにつき平均表面速度を求める。
ここで、球形飛翔体３が位置Ａより矢印ｕ方向へ回転し
ながら進行しており、表面速度センサ７からの光ビーム
が点Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）に照射されているとする。点Ｅの
座標は、球形飛翔体３の半径をｒ、点Ｅを通る半径とＺ
軸による角度をφ、Ｘ軸による角度をβとすると （ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｒsinφcosβ，ｒsinφsinβ，ｒcosφ） …(51) と表される。球形飛翔体３上の点Ｅが属するブロックデ
ータｎの、表面速度センサ７により求められる平均表面
速度Ｖ_Tnは Ｖ_Tn＝ｖcosθcosα＋△ｘ' …(52) となり、回転による表面速度成分Ｖ_TSnは Ｖ_TSn＝Ｖ_Tn−ｖcosθcosα＝△ｘ' …(53) となる。このように、ブロックデータ毎に表面速度成分
Ｖ_TSnを算出する。また、スピンによる表面速度のｘ成
分△ｘ'に含まれるバックスピン成分の大きさをＢ、サ
イドスピン成分の大きさをＳとすると △ｘ'＝Ｂｚ'＋Ｓ・√（ｒ−ｘ'²−ｚ'²） ＝Ｂ・ｚ’＋Ｓ・ｙ’ …(54) と表される。ただし、球体１の中心を（ｘ’，ｙ’，
ｚ’）＝（０，０，０）とする。そして、表面速度セン
サ７の検出結果により求められるＶ_TSnと、球形飛翔体
３のバックスピン量およびサイドスピン量によって表さ
れる表面速度のｘ成分△ｘ'との関係について、ブロッ
クデータの総和を以下のように求める。 _nΣ_n=₁△²＝_nΣ_n=₁ ｛Ｖ _TSn −（Ｂ・ｚ’＋Ｓ・ｙ’）｝ ² …(55) (32)式より、_nΣ_n=₁△²が最小となるバックスピンＢと
サイドスピンＳとを求めることにより、バックスピン量
およびサイドスピン量の真の値が求められる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、球形の飛翔体が所定の飛行開始点から飛行
を開始するのを検出する飛行開始検出手段と、前記飛行
開始点から見て前記飛翔体の飛行方向前方に配置され、
複数の光ビームを、各々の光ビームが前記飛行開始点か
ら一定の距離だけ離間した平面に沿い、かつ、各々の光
ビームのうち少なくとも２本が飛行中の飛翔体と交差す
るような方向に所定の１点の位置から放射するマルチビ
ーム発光部と、該マルチビーム発光部が放射する複数の
光ビームを各々受光するマルチビーム受光部と、前記マ
ルチビーム発光部が出力する複数の光ビームのうち前記
飛翔体と交差する２本の光ビームについて、前記飛翔体
が飛行を開始してから各光ビームと交差を開始するまで
の時間および交差を終了するまでの時間を各々計時し、
これら計時結果と前記飛翔体の球径と飛行開始位置と前
記マルチビーム発光部の位置と前記２本のビームの各角
度とに基づいて前記飛翔体の仰角、水平角および速度を
算出する演算処理手段とを設けたので、高速で飛行する
飛翔体の仰角、水平角、および速度を、複雑な構成を要
さず、かつ高精度に計測できるという効果がある。請求
項２記載の発明によれば、球形の飛翔体が所定の飛行開
始点から飛行を開始するのを検出する飛行開始検出手段
と、前記飛行開始点から見て前記飛翔体の飛行方向前方
に配置され、複数の光ビームを、各々の光ビームが前記
飛行開始点から一定の距離だけ離間した平面に沿い、か
つ、各々の光ビームのうち少なくとも２本が飛行中の飛
翔体と交差するような方向に所定の１点の位置から放射
するマルチビーム発光部と、該マルチビーム発光部が放
射する複数の光ビームを各々受光するマルチビーム受光
部と、前記飛行開始点から見て前記マルチビーム発光部
よりも更に前記飛翔体の飛行方向前方に配置され、各々
同一平面に沿って鉛直方向に進む複数の平行な光ビーム
を、そのうち少なくとも３本が飛行中の飛翔体と交差す
るような間隔で所定の複数位置から放射する平行マルチ
ビーム発光部と、該平行マルチビーム発光部が出力する
複数の光ビームを各々受光する平行マルチビーム受光部
と、前記平行マルチビーム発光部が出力する複数の光ビ
ームのうち前記飛翔体と交差する３本の光ビームについ
て、前記飛翔体が各光ビームと交差を開始してから交差
を終了するまでの時間を各々計時し、これら計時結果と
前記飛翔体の球径と飛行開始位置と前記平行マルチビー
ム発光部の位置と前記３本のビームの各位置とに基づい
て前記飛翔体の水平角を算出するとともに、前記マルチ
ビーム発光部が出力する複数の光ビームのうち前記飛翔
体と交差する２本の光ビームについて、前記飛翔体が飛
行を開始してから各光ビームと交差を開始するまでの時
間および交差を終了するまでの時間を各々計時し、これ
ら計時結果と前記飛翔体の球径と飛行開始位置と前記マ
ルチビーム発光部の位置と前記２本のビームの各角度と
前記飛翔体の水平角とに基づいて前記飛翔体の仰角およ
び速度を算出する演算処理手段とを設けたので、高速で
飛行する飛翔体の仰角、水平角、および速度を、簡単な
構成で、かつ高精度に計測できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１実施例による球体の飛翔計測
装置の構成を示す概略図である。

【図２】 同実施例による回路構成を示す図である。

【図３】 同実施例による光ビームの発光手段の構成例
を示す図である。

【図４】 その他の実施例による光ビームの発光手段の
構成例を示す図である。

【図５】 同実施例による球体の飛翔計測装置の動作を
説明する斜視図である。

【図６】 同実施例による飛翔体と光ビームの交差を説
明する縦断面図である。

【図７】 同実施例によるマルチビーム受光部の出力信
号を示す図である。

【図８】 同実施例による飛び角および速度の計測処理
を示すフローチャートである。

【図９】 同実施例による領域を示す図である。

【図１０】 この発明の第２実施例による球体の飛翔計
測装置の構成を示す図である。

【図１１】 同実施例による表面速度センサの動作を説
明する縦断面図である。

【図１２】 同実施例による平行マルチビーム受光部の
回路構成を示す図である。

【図１３】 同実施例による水平角の演算処理を説明す
る図である。

【図１４】 同実施例による平行マルチビーム受光部の
出力信号を示す図である。

【符号の説明】

１…マルチビーム発光部、２…マルチビーム受光部、３
…球形飛翔体、４…発光源、５…受光器、６…演算処理
部、１０…平行マルチビーム発光部、１１…平行マルチ
ビーム受光部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中條 康之 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株 式会社内 (56)参考文献 実開 昭59−41457（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A63B 69/36 541 G01P 3/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球形の飛翔体が所定の飛行開始点から飛
   行を開始するのを検出する飛行開始検出手段と、 前記飛行開始点から見て前記飛翔体の飛行方向前方に配
   置され、複数の光ビームを、各々の光ビームが前記飛行
   開始点から一定の距離だけ離間した平面に沿い、かつ、
   各々の光ビームのうち少なくとも２本が飛行中の飛翔体
   と交差するような方向に所定の１点の位置から放射する
   マルチビーム発光部と、 該マルチビーム発光部が放射する複数の光ビームを各々
   受光するマルチビーム受光部と、 前記マルチビーム発光部が出力する複数の光ビームのう
   ち前記飛翔体と交差する２本の光ビームについて、前記
   飛翔体が飛行を開始してから各光ビームと交差を開始す
   るまでの時間および交差を終了するまでの時間を各々計
   時し、これら計時結果と前記飛翔体の球径と飛行開始位
   置と前記マルチビーム発光部の位置と前記２本のビーム
   の各角度とに基づいて前記飛翔体の仰角、水平角および
   速度を算出する演算処理手段とを具備することを特徴と
   する球体の飛翔計測装置。
2. 【請求項２】 球形の飛翔体が所定の飛行開始点から飛
   行を開始するのを検出する飛行開始検出手段と、 前記飛行開始点から見て前記飛翔体の飛行方向前方に配
   置され、複数の光ビームを、各々の光ビームが前記飛行
   開始点から一定の距離だけ離間した平面に沿い、かつ、
   各々の光ビームのうち少なくとも２本が飛行中の飛翔体
   と交差するような方向に所定の１点の位置から放射する
   マルチビーム発光部と、 該マルチビーム発光部が放射する複数の光ビームを各々
   受光するマルチビーム受光部と、 前記飛行開始点から見て 前記マルチビーム発光部よりも
   更に前記飛翔体の飛行方向前方に配置され、各々同一平
   面に沿って鉛直方向に進む複数の平行な光ビームを、そ
   のうち少なくとも３本が飛行中の飛翔体と交差するよう
   な間隔で所定の複数位置から放射する平行マルチビーム
   発光部と、 該平行マルチビーム発光部が出力する複数の光ビームを
   各々受光する平行マルチビーム受光部と、 前記平行マルチビーム発光部が出力する複数の光ビーム
   のうち前記飛翔体と交差する３本の光ビームについて、
   前記飛翔体が各光ビームと交差を開始してから交差を終
   了するまでの時間を各々計時し、これら計時結果と前記
   飛翔体の球径と飛行開始位置と前記平行マルチビーム発
   光部の位置と前記３本のビームの各位置とに基づいて前
   記飛翔体の水平角を算出するとともに、前記マルチビー
   ム発光部が出力する複数の光ビームのうち前記飛翔体と
   交差する２本の光ビームについて、前記飛翔体が飛行を
   開始してから各光ビームと交差を開始するまでの時間お
   よび交差を終了するまでの時間を各々計時し、これら計
   時結果と前記飛翔体の球径と飛行開始位置と前記マルチ
   ビーム発光部の位置と前記２本のビームの各角度と前記
   飛翔体の水平角とに基づいて前記飛翔体の仰角および速
   度を算出する演算処理手段とを具備することを特徴とす
   る球体の飛翔計測装置。