JP4040286B2 - 物体通過計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式センサを利用して物体の通過を計測する物体通過計測装置に関し、詳しくは、受光手段の受光パターンにおける物体による光の遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間等に基づいて、計測領域内を通過した物体の通過情報を検出する物体通過計測装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の物体通過計測装置、例えばゴルフボール又は野球ボール等の飛球状態を検出する装置としては、特開平６−２９２７４７号公報に記載されているように、測定面を飛球が通過したときに、その通過点の上下方向位置及び左右方向位置を二次元座標として検出する多数の反射型光学センサが、各座標点に対して少なくとも二つの方向から光を照射するように床面に埋め込まれ、ゴルフボールからの反射光を検出した複数の光学センサの出力信号に基づいて該ゴルフボールの通過点の座標を算出する飛球方向検出装置がある。
【０００３】
また、特開平６−１５４３８０号公報に記載されているように、ボールの飛び出し方向に対して直交する方向の光束を下方から垂直上方へ射出する光束源と、該光束源付近に複数の受光センサを各列毎に等間隔に並べて配置した２組の受光センサ列と、上記光束中のボールが反射する予め定めた２方向の光を受けて該ボールの位置及び飛び出し方向を演算によって求めるコンピュータとを備えたボール飛び出し方向検知装置がある。
【０００４】
さらに、特開２０００−３４２７３５号公報に記載されているように、奥行きを有してホームベース上に設置された計測枠内に所定間隔毎に垂直方向及び水平方向に設置された前部光電センサと、該前部光電センサとは一定の距離を隔てて枠の垂直方向又は水平方向に設置された後部光電センサと、該光電センサから放射された光を遮った際の光電センサの水平及び垂直位置に基づきボールかストライクかの判定を行うと共に、上記前部光電センサを遮った後に後部光電センサを遮るまでに要した時間から球速を演算する機能を有する制御装置とを備えた投球練習機がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の飛球状態検出装置においては、ボールの通過点の座標を算出したり、ボールの飛び出し方向を求めると共に、ボールの速度情報を同時に知るには多数の光学センサが必要となるものであった。例えば、特開２０００−３４２７３５号公報に記載されているように、ボールの通過経路上の２点間に別々の光学センサを設けておき、ボールが２点間の光学センサを通過するのに要した時間を測定して演算により球速を計測していた。このように、打球からあらゆる情報を同時に検出して必要な飛球状態を検出するには、部品点数が多くなり、装置が複雑かつ大掛かりとなるものであった。また、装置によっては光学センサ等を地中に埋設する工事が必要となり、装置の設置コストが上昇することがあった。さらに、装置を実際に運用する際には、計測対象となるボール等の大きさに応じて光学センサ等の初期設定などのセッティングが必要となり、手間が掛かるものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、簡単な構成により、受光手段の受光パターンにおける物体による光の遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間等に基づいて、計測領域内を通過した物体の通過情報を検出する物体通過計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による物体通過計測装置は、発光部から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域を走査する走査光を発生する光走査手段と、この光走査手段に所定距離で対向配置され、該光走査手段からの走査光を再帰反射し得る光反射手段と、上記光走査手段の近傍に配置され、該光走査手段で上記計測領域を走査することにより上記光反射手段で再帰反射された光ビームを受光し得るものとされ、上記再帰反射された光ビームの受光タイミングと、上記光走査手段からの走査光が上記計測領域内を通過する物体によって遮断されることにより生じる再帰反射による光ビームの非受光タイミングとから、上記計測領域内を物体が通過する際のその物体による光ビームの遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間を示す受光パターンのデータを出力する受光手段と、この受光手段の受光パターンのデータに基づいて、上記計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出する物体通過検出手段と、を備えて成るものである。
【０００８】
このような構成により、光走査手段により発光部から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域を走査する走査光を発生し、上記光走査手段に所定距離で対向配置された光反射手段で該光走査手段からの走査光を再帰反射し、上記光走査手段の近傍に配置され、該光走査手段で上記計測領域を走査することにより上記光反射手段で再帰反射された光ビームを受光し得るものとされた受光手段により、上記再帰反射された光ビームの受光タイミングと、上記光走査手段からの走査光が上記計測領域内を通過する物体によって遮断されることにより生じる再帰反射による光ビームの非受光タイミングとから、上記計測領域内を物体が通過する際のその物体による光ビームの遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間を示す受光パターンのデータを出力し、上記受光手段の受光パターンのデータに基づいて、物体通過検出手段により上記計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出する。これにより、一つの光走査手段と一つの受光手段を用いた簡単な構成により、計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度を含む物体の通過情報を検出することができる。
【０００９】
また、上記発光部から射出される光ビームの進行方向を振るのは、電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いたものである。これにより、上記発光部からの光ビームが共振型ミラーの揺動に応じて周期的に走査されるようになる。
【００１０】
さらに、上記光走査手段は、発光部からの光ビームを一直線上で走査するものとし、上記光反射手段は、光走査手段からの走査光を再帰反射する所定形状の再帰反射体を等間隔で列状に配置してもよい。これにより、上記光走査手段からの光ビームが個々の再帰反射体で光走査手段側に反射される。
【００１１】
さらにまた、上記光走査手段の発光部からの光ビームをパルス光にし、上記光反射手段にて走査光を再帰反射する部材を所定長さで連続する直線状に形成してもよい。これにより、上記光走査手段からのパルス光が直線状に連続する再帰反射部材で各パルス毎に光走査手段側に反射される。
【００１２】
また、上記物体通過検出手段は、現在の物体の通過情報を用いてその後の物体移動予測を行うものである。これにより、所定の計測領域内を通過した現在の物体の通過位置、通過角度、通過速度等を用いてその後の物体移動予測を行うことが可能となる。
【００１３】
また、上記光走査手段と受光手段とを対にして複数組隣接させて設け、上記光走査手段からの光ビームによる計測領域を平行に複数形成してもよい。これにより、物体通過の計測領域が複数形成されて計測制度が向上する。
【００１４】
さらに、上記光走査手段からの光ビームを上下、左右に振って２次元走査により計測領域を走査してもよい。これにより、物体通過の計測領域が２次元的に広がって計測制度が向上する。
【００１５】
さらに、上記光走査手段と受光手段と物体通過検出手段とを組み合わせて一つのセンサユニットを構成し、このセンサユニットを上記光反射手段に対し所定距離で対向配置したものを２組有し、該両者を、それらの間に各々の光走査手段からの光ビームの走査光による所定の計測領域が互いに重なることなく全領域をカバーするように配置してもよい。これにより、対向配置された２組のセンサユニットと光反射手段との間の全領域をカバーする計測領域によって、対向配置された光反射手段間のどのような位置を物体が通過してもその通過情報を検出することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による物体通過計測装置の実施の形態を示すブロック図であり、図２は上記物体通過計測装置の外観を示す斜視図である。この物体通過計測装置は、光学式センサを利用して物体の通過を計測するもので、センサユニット１と、反射部２と、制御部３と、出力部４とを備えて成る。ただし、図２では、制御部３及び出力部４の図示は省略している。
【００１７】
上記センサユニット１は、外部に放出した走査光の反射戻り光を受光することで物体の通過を検出するもので、図１に示すように、発光部５と、発光制御部６と、光走査部７と、光走査駆動部８と、受光部９と、物体通過検出部１０とを有している。
【００１８】
上記発光部５は、物体通過を計測するための光ビームを射出する光源となるもので、例えば半導体レーザから成る。この半導体レーザは、所要の波長のレーザ光を発生するもので、発光制御部６から出力される駆動信号によって駆動制御されるようになっている。この場合、上記発光制御部６は、例えば水晶発振子からのクロック信号に同期すると共に予め設定された周波数で変調がかけられたレーザ駆動信号を生成し、制御部３からの発光指令を受けて該レーザ駆動信号を発光部５としての半導体レーザに出力する。
【００１９】
光走査部７は、上記発光部５から射出される光ビームの進行方向を振って走査光を発生するもので、内部構成は図示省略したが、発光部５からの光ビームの進行方向を振るための可動ミラーと、その駆動回路とから成る。上記可動ミラーとしては、例えば、電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いるとよい。具体的には、本出願人により先に提案され、特開平７−１７５００５号公報及び特開平７−２１８８５７号公報等に記載されたマイクロマシニング技術を用いて製造される半導体ガルバノミラーを用いるの好適である。
【００２０】
ここで、上記半導体ガルバノミラーの基本的な構成について簡単に説明しておく。半導体ガルバノミラーは、例えば図３に示すように、シリコン基板１１の内側に、トーションバー１２と該トーションバー１２により支持された可動板１３とをシリコン基板１１に一体に設け、可動板１３の上面には、その周辺に平面コイル１４を設け、該平面コイル１４で囲まれた略中央にミラー１０を設け、シリコン基板１１を枠状の絶縁基板１６上に載置してある。そして、上記シリコン基板１１の対向する側面に、Ｎ極、Ｓ極を対向させて永久磁石１７が配置されている。なお、符号１８は、平面コイル１４と電気的に接続する電極端子を示している。
【００２１】
この半導体ガルバノミラーは、上記電極端子１８から平面コイル１４に交流電流を流すと、可動板１３の両端にフレミングの左手の法則に従って電磁力が働き、該可動板１３はトーションバー１２を中心に周期的に図中の矢印Ａ，Ｂ方向に揺動する。前記交流電流の周波数を半導体ガルバノミラーの共振周波数（例えば1.5ｋＨｚ）付近に設定すれば、小さい入力で可動板１３の振れ角を大きくできる。
【００２２】
上記のような半導体ガルバノミラーを光走査部７として用い、発光部５からの光ビーム（レーザ光）がミラー１５に照射されるように光学系を設計すれば、可動板１３の矢印Ａ，Ｂ方向の揺動動作によって、レーザ光が一直線上で所要の振れ角で走査されるようになる。なお、光走査駆動部８は、制御部３からのミラー角度の指令を受けて走査駆動信号を光走査部７へ送るものである。
【００２３】
そして、上記発光部５と光走査部７とで、光源から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域Ｄ（第２図参照）を走査する走査光を発生する光走査手段を構成している。
【００２４】
受光部９は、上記光走査部７で上記計測領域Ｄを走査することにより後述の反射部２で該光走査部７からの光ビームが再帰反射された光を受光する受光手段となるもので、上記光走査部７の近傍に設けられている。この受光部９は、図示省略したが、内部に受光素子、増幅回路及び検波回路等を備えている。受光素子は、集光レンズ１９により集光された反射光を受光して電気信号に変換し、該受光信号が、増幅回路で所要のレベルまで増幅される。検波回路は、上記増幅回路からの出力信号を基に、受光した光の変調成分を復調する。そして、この検波された変調成分を基に、上記受光素子で受光した反射光が光走査部７から放出された光ビームの反射戻り光であるかを判断し、反射戻り光であると判断できたときには、受光波形を示す信号を後述の物体通過検出部１０に出力する。そして、上記受光部９の前面には、反射部２で再帰反射された光を該受光部９の受光面に集光する集光レンズ１９が設けられている。この集光レンズ１９としては、例えばフレネルレンズ等を用いるのが好適である。
【００２５】
物体通過検出部１０は、上記受光部９の受光パターンのデータにおける物体による光の遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間等に基づいて、上記計測領域Ｄ内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出する物体通過検出手段となるもので、図示省略したが、内部に検出信号処理部、演算部及び演算結果一時保持部等を備えている。上記検出する物体の通過情報は、所定の計測領域Ｄでの物体通過位置、物体通過角度、物体通過速度等である。そして、これらの物体の通過情報を用いてその後の物体移動予測を行うことも可能となる。
【００２６】
前記反射部２は、上記光走査部７からの走査光を再帰反射し得る光反射手段となるもので、該光走査部７に所定距離で対向配置されている。この反射部２は、図２に示すように、例えば角棒状の支柱２０の一側面に、光走査部７からの走査光を再帰反射する所定形状の再帰反射体２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎを等間隔で上下に並ぶ列状に配置して構成されている。再帰反射体２１ａ〜２１ｎは、反射光の大部分が再帰反射になるような反射面を有する部材であって、ここでは、例えば短冊状に形成され、支柱２０の光走査部７に対向する面の所定位置に取り付けられている。なお、図１では図示の都合上、反射部２の入射光と反射光とが異なる光路を進むかのごとく表記されているが、実際の再帰反射とは、広い入射角に亘って、入射光の光路にほぼ沿う方向に、選択的に反射光が戻るような反射を意味している。
【００２７】
前記制御部３は、外部等から入力される制御指令に応じて、センサユニット１の動作を制御する信号を生成するとともに、センサユニット１で計測された物体の通過に関する情報を出力部４で出力させる信号を生成するものである。また、出力部４は、上記制御部３から出力された前記計測領域Ｄでの物体通過位置、物体通過角度、物体通過速度等の計測結果を外部に出力するもので、その計測結果を視覚的に表示する表示装置、又は紙面に印刷する印刷装置、その他公知の出力方式で外部に示す装置等である。
【００２８】
次に、このように構成された物体通過計測装置における物体通過の検出について説明する。図２において、センサユニット１の光走査部７から光ビーム２２ａ〜２２ｎが放出され、上記光走査部７を一つの頂点としてΔ形に拡がる計測領域Ｄを形成する走査光を発生するとし、この計測領域Ｄ内を例えばボール２３等の物体が矢印Ｆ方向に通過するとする。そして、上記センサユニット１と反射部２とで、上記計測領域Ｄ内を通過するボール２３等の物体通過位置、物体通過角度、物体通過速度等の通過情報を検出するとする。
【００２９】
いま、説明を簡単にするため、図２において、上記ボール２３が計測領域Ｄを含む平面に対して直交する方向に真っ直ぐに通過するとする。このとき、ボール２３が計測領域Ｄを通過する間は、上記光走査部７から再帰反射体２１ａ〜２１ｎに進む光ビーム２２ａ〜２２ｎの内、ボール２３に当たった光ビームは遮断されて対応する再帰反射体には到達しない。したがって、受光部９は、上記ボール２３で遮断された部分の再帰反射体からの反射光を受光しない。このときのボール通過の計測データは、図４に示すようになる。
【００３０】
図４は、横軸を計測の経過時間とし、縦軸を再帰反射体２１ａ〜２１ｎの配置間隔として、上記ボール２３が計測領域Ｄを通過するときの受光部９での受光パターンをマトリックス状に示している。図において、×印はボール２３によって光ビームが遮断されたポイントを示し、横軸のＳはボール通過による光ビームの遮断開始時を示し、Ｅは遮断終了時を示し、Ｃは中間時を示している。この場合、図２に示す反射部２の再帰反射体２１ａ〜２１ｎの列は上記遮断開始時Ｓに対応する位置に在る。
【００３１】
図２において、ボール２３が計測領域Ｄの手前側から該計測領域Ｄにさしかかると、該ボール２３の先端のみで光ビームを遮る。したがって、図４において、遮断開始時Ｓにボール２３の先端での遮断点Ｐが検出される。以後、時間の経過と共に遮断点の数が増えて行く。その後、ボール２３が計測領域Ｄを抜けるときには、該ボール２３の後端のみで光ビームを遮り、遮断終了時Ｅにボール２３の後端での遮断点Ｑが検出される。そして、ボール２３による光ビームの遮断開始時Ｓから遮断終了時Ｅまでの中間時Ｃにおいて、遮断点の数が最も多くなり該ボール２３の直径部分が通過したことが分かる。
【００３２】
上記の受光パターンのデータから、図２に示すように通過するボール２３について、次のような通過情報が分かる。まず、先端での遮断点Ｐと後端での遮断点Ｑが同じ高さにあることから、計測領域Ｄを真っ直ぐ（水平）に通過していることが検出される。また、ボール２３のサイズを予め入力しておけば、中間時Ｃにおける遮断点の最大個数（図４では２１個）との関係から光走査部７を中心とする円弧領域（図５ではＥ21）が決定される。このとき、図４に示す中間時Ｃにおける遮断数は、再帰反射体２１ａ〜２１ｎの配置間隔が既知であることから、ボール２３の直径サイズに相当する。
【００３３】
さらに、図４に示す中間時Ｃにおける最大遮断数の中心点Ｏ（ボール２３の中心に当たる）に対応する光ビームを記録しておくことにより、図５において、第１の光ビーム２２ａから第ｎの光ビーム２２ｎの内のどの光ビーム２２ｍに対応するかにより、上記円弧領域Ｅ21における上記ボール２３の通過位置（物体通過位置）が検出される。
【００３４】
また、図４において、光ビームの遮断開始時Ｓから遮断終了時Ｅまでの時間はボール２３の直径が通過した時間であるので、ボール２３の直径をその通過時間で除算することにより、ボール２３の速度（物体通過速度）が検出される。
【００３５】
次に、図２において、ボール２３が計測領域Ｄを含む平面に対して斜め方向に或る傾斜角で通過するとする。このとき、図６において、遮断開始時Ｓにボール２３の先端での遮断点Ｐ1が検出され、遮断終了時Ｅにボール２３の後端での遮断点Ｑ1が検出されたとする。これにより、上記先端での遮断点Ｐ1の高さと後端での遮断点Ｑ1の高さとの差Ｚが求められ、この間にボール２３の直径が通過しているので、次のようにして物体通過角度が求められる。
【００３６】
すなわち、図７において、ボール２３が通過する側面形状にて三角形Ｐ1Ｑ1Ｒ1を考え、ボール２３の通過角度をθとすると、近似的に、
通過角度θ＝tan-1(Ｚ／ボールの直径)
で求められる。このようにして、ボール２３の通過角度（物体通過角度）が検出される。
【００３７】
次に、図１において、発光部５からの光ビームは光走査部７で高速にスキャンされているので、図６において、ボール２３が先端での遮断点Ｐ1から後端での遮断点Ｑ1まで通過する間に、どれだけのスキャン数の光ビームを遮ったかによりボール２３の速度を演算することができる。例えば、光走査部７を周波数１０kHzでスキャンさせると、往復を考慮して１秒間に20000回スキャンすることになる。ここで、ボール２３が図２に示す計測領域Ｄを通過したときに光ビームを遮った回数が４０回であったとすると、ボール２３の通過に0.002秒かかったことが分かる。そして、ボール２３の直径を例えば７４mmとすると、該ボール２３の速度の水平方向成分Ｖxは、
Ｖx＝７４(mm)／２(msec)＝３７(m/sec)＝133.2(km/h)
で求められる。
【００３８】
このようにして、ボール２３の速度の水平方向成分Ｖxが求められると、図７に示すボール２３の通過角度θの関係から、該ボール２３のθ方向の速度Ｖは、
Ｖ＝Ｖx／cosθ
で求められる。これにより、ボール２３の通過速度（物体通過速度）が検出される。なお、上記のようにボール２３の通過速度が演算されると、該ボール２３の時間ｔ後の到達距離も算出できる。
【００３９】
なお、図２においては、反射部２の再帰反射体２１ａ〜２１ｎを例えば短冊状に形成して、例えば角棒状の支柱２０の一側面に等間隔で上下に並べて配置したものとしたが、本発明はこれに限らず、前記発光部５からの光ビームをパルス光にし、上記反射部２にて走査光を再帰反射する部材を所定長さで連続する直線状に形成して角棒状の支柱２０の一側面に取り付けてもよい。
【００４０】
また、以上の説明では、計測領域Ｄを通過する物体としてボール２３を例として説明したが、他の形状の物体であっても、計測領域Ｄの光ビームに対する物体先端での遮断点、後端での遮断点、先端での遮断点から後端での遮断点まで通過する時間等を計測することにより、上記と同様に物体の通過情報を検出することができる。
【００４１】
図８は、本発明の第２の実施形態を示す概略上面図である。この実施形態は、図２に示すセンサユニット１の光走査部７と受光部９とを対にして複数組（７1，９1：７2，９2）隣接させて設け、上記光走査部７1，７2からの光ビームによる計測領域Ｄを平行に複数（Ｄ1，Ｄ2）形成したものである。この場合は、物体通過の計測領域ＤがＤ1，Ｄ2のように複数形成されて計測制度が向上する。
【００４２】
図９は、本発明の第３の実施形態を示す概略上面図である。この実施形態は、図２に示すセンサユニット１の光走査部７からの光ビームを上下、左右に振って２次元走査により計測領域Ｄを走査するようにしたものである。この場合は、物体通過の計測領域Ｄが２次元的に広がって計測制度が向上する。
【００４３】
図１０は、本発明の第４の実施形態を示す外観斜視図である。この実施形態は、図２に示すセンサユニット１を反射部２に対し所定距離で対向配置したものを２組有し、該両者を、それらの間に各々の光走査部７からの光ビームの走査光による所定の計測領域Ｄが互いに重なることなく全領域をカバーするように配置したものである。すなわち、二つの反射部２ａ，２ｂを所定距離で対向配置し、互いの反射部２ａ，２ｂの内側面の上端部と下端部とにそれぞれセンサユニット１の光走査部７ａと受光部９ａ、光走査部７ｂと受光部９ｂを設け、一方の光走査部７ａと受光部９ａとで第１の計測領域Ｄａを形成し、他方の光走査部７ｂと受光部９ｂとで第２の計測領域Ｄｂを形成している。この場合は、対向配置された２組のセンサユニット（７ａ，９ａ：７ｂ，９ｂ）と反射部２ａ，２ｂとの間の全領域をカバーする計測領域Ｄａ，Ｄｂによって、上記対向配置された反射部２ａ，２ｂ間のどのような位置をボール２３（物体）が通過してもその通過情報を検出することが可能となる。
【００４４】
なお、図１０の実施形態においても、図８又は図９の実施形態を適用して計測制度を向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、光走査手段により発光部から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域を走査する走査光を発生し、上記光走査手段に所定距離で対向配置された光反射手段で該光走査手段からの走査光を再帰反射し、上記光走査手段の近傍に配置され、該光走査手段で上記計測領域を走査することにより上記光反射手段で再帰反射された光ビームを受光し得るものとされた受光手段により、上記再帰反射された光ビームの受光タイミングと、上記光走査手段からの走査光が上記計測領域内を通過する物体によって遮断されることにより生じる再帰反射による光ビームの非受光タイミングとから、上記計測領域内を物体が通過する際のその物体による光ビームの遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間を示す受光パターンのデータを出力し、上記受光手段の受光パターンのデータに基づいて、物体通過検出手段により上記計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出することができる。これにより、一つの光走査手段と一つの受光手段を用いた簡単な構成により、計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度を含む物体の通過情報を検出することができる。
【００４６】
また、請求項２に係る発明によれば、上記発光部から射出される光ビームの進行方向を振る手段として電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いたことにより、上記発光部からの光ビームが共振型ミラーの揺動に応じて周期的に高精度で走査することができる。
【００４７】
さらに、請求項３に係る発明によれば、光走査手段は、発光部からの光ビームを一直線上で走査するものとし、光反射手段は、上記光走査手段からの走査光を再帰反射する所定形状の再帰反射体を等間隔で列状に配置したことにより、上記光走査手段からの光ビームが個々の再帰反射体で光走査手段側に反射されるようにできる。
【００４８】
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、光走査手段の発光部からの光ビームをパルス光にし、光反射手段にて走査光を再帰反射する部材を所定長さで連続する直線状に形成したことにより、上記光走査手段からのパルス光が直線状に連続する再帰反射部材で各パルス毎に光走査手段側に反射されるようにできる。
【００４９】
また、請求項５に係る発明によれば、上記物体通過検出手段は、現在の物体の通過情報を用いてその後の物体移動予測を行うことにより、所定の計測領域内を通過した現在の物体の通過位置、通過角度、通過速度等を用いてその後の物体移動予測を行うことができる。
【００５０】
また、請求項６に係る発明によれば、光走査手段と受光手段とを対にして複数組隣接させて設け、上記光走査手段からの光ビームによる計測領域を平行に複数形成することにより、物体通過の計測領域が複数形成されて計測制度が向上する。
【００５１】
さらに、請求項７に係る発明によれば、光走査手段からの光ビームを上下、左右に振って２次元走査により計測領域を走査することにより、物体通過の計測領域が２次元的に広がって計測制度が向上する。
【００５２】
さらにまた、請求項８に係る発明によれば、光走査手段と受光手段と物体通過検出手段とを組み合わせて一つのセンサユニットを構成し、このセンサユニットを光反射手段に対し所定距離で対向配置したものを２組有し、該両者を、それらの間に各々の光走査手段からの光ビームの走査光による所定の計測領域が互いに重なることなく全領域をカバーするように配置したことにより、対向配置された２組のセンサユニットと光反射手段との間の全領域をカバーする計測領域によって、対向配置された光反射手段間のどのような位置を物体が通過してもその物体の通過情報を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による物体通過計測装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】 上記物体通過計測装置の外観を示す斜視図である。
【図３】 光走査部の具体例としての半導体ガルバノミラーの基本的な構成を示す分解斜視図である。
【図４】 本発明において物体が水平に通過するのを検出する状態を説明する受光パターンを示す図である。
【図５】 本発明において物体の通過位置を検出する状態を説明する図である。
【図６】 本発明において物体が斜め方向に或る傾斜角で通過するのを検出する状態を説明する受光パターンを示す図である。
【図７】 本発明において物体の通過角度を検出する状態を説明する図である。
【図８】 本発明の第２の実施形態を示す概略上面図である。
【図９】 本発明の第３の実施形態を示す概略上面図である。
【図１０】 本発明の第４の実施形態を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１…センサユニット
２…反射部
３…制御部
４…出力部
５…発光部
６…発光制御部
７…光走査部
８…光走査駆動部
９…受光部
１０…物体通過検出部
２１ａ〜２１ｎ…再帰反射体
２２ａ〜２２ｎ…光ビーム
２３…ボール（物体）
Ｄ…計測領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式センサを利用して物体の通過を計測する物体通過計測装置に関し、詳しくは、受光手段の受光パターンにおける物体による光の遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間等に基づいて、計測領域内を通過した物体の通過情報を検出する物体通過計測装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の物体通過計測装置、例えばゴルフボール又は野球ボール等の飛球状態を検出する装置としては、特開平６−２９２７４７号公報に記載されているように、測定面を飛球が通過したときに、その通過点の上下方向位置及び左右方向位置を二次元座標として検出する多数の反射型光学センサが、各座標点に対して少なくとも二つの方向から光を照射するように床面に埋め込まれ、ゴルフボールからの反射光を検出した複数の光学センサの出力信号に基づいて該ゴルフボールの通過点の座標を算出する飛球方向検出装置がある。
【０００３】
また、特開平６−１５４３８０号公報に記載されているように、ボールの飛び出し方向に対して直交する方向の光束を下方から垂直上方へ射出する光束源と、該光束源付近に複数の受光センサを各列毎に等間隔に並べて配置した２組の受光センサ列と、上記光束中のボールが反射する予め定めた２方向の光を受けて該ボールの位置及び飛び出し方向を演算によって求めるコンピュータとを備えたボール飛び出し方向検知装置がある。
【０００４】
さらに、特開２０００−３４２７３５号公報に記載されているように、奥行きを有してホームベース上に設置された計測枠内に所定間隔毎に垂直方向及び水平方向に設置された前部光電センサと、該前部光電センサとは一定の距離を隔てて枠の垂直方向又は水平方向に設置された後部光電センサと、該光電センサから放射された光を遮った際の光電センサの水平及び垂直位置に基づきボールかストライクかの判定を行うと共に、上記前部光電センサを遮った後に後部光電センサを遮るまでに要した時間から球速を演算する機能を有する制御装置とを備えた投球練習機がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の飛球状態検出装置においては、ボールの通過点の座標を算出したり、ボールの飛び出し方向を求めると共に、ボールの速度情報を同時に知るには多数の光学センサが必要となるものであった。例えば、特開２０００−３４２７３５号公報に記載されているように、ボールの通過経路上の２点間に別々の光学センサを設けておき、ボールが２点間の光学センサを通過するのに要した時間を測定して演算により球速を計測していた。このように、打球からあらゆる情報を同時に検出して必要な飛球状態を検出するには、部品点数が多くなり、装置が複雑かつ大掛かりとなるものであった。また、装置によっては光学センサ等を地中に埋設する工事が必要となり、装置の設置コストが上昇することがあった。さらに、装置を実際に運用する際には、計測対象となるボール等の大きさに応じて光学センサ等の初期設定などのセッティングが必要となり、手間が掛かるものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、簡単な構成により、受光手段の受光パターンにおける物体による光の遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間等に基づいて、計測領域内を通過した物体の通過情報を検出する物体通過計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による物体通過計測装置は、発光部から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域を走査する走査光を発生する光走査手段と、この光走査手段に所定距離で対向配置され、該光走査手段からの走査光を再帰反射し得る光反射手段と、上記光走査手段の近傍に配置され、該光走査手段で上記計測領域を走査することにより上記光反射手段で再帰反射された光ビームを受光し得るものとされ、上記再帰反射された光ビームの受光タイミングと、上記光走査手段からの走査光が上記計測領域内を通過する物体によって遮断されることにより生じる再帰反射による光ビームの非受光タイミングとから、上記計測領域内を物体が通過する際のその物体による光ビームの遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間を示す受光パターンのデータを出力する受光手段と、この受光手段の受光パターンのデータに基づいて、上記計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出する物体通過検出手段と、を備えて成るものである。
【０００８】
このような構成により、光走査手段により発光部から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域を走査する走査光を発生し、上記光走査手段に所定距離で対向配置された光反射手段で該光走査手段からの走査光を再帰反射し、上記光走査手段の近傍に配置され、該光走査手段で上記計測領域を走査することにより上記光反射手段で再帰反射された光ビームを受光し得るものとされた受光手段により、上記再帰反射された光ビームの受光タイミングと、上記光走査手段からの走査光が上記計測領域内を通過する物体によって遮断されることにより生じる再帰反射による光ビームの非受光タイミングとから、上記計測領域内を物体が通過する際のその物体による光ビームの遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間を示す受光パターンのデータを出力し、上記受光手段の受光パターンのデータに基づいて、物体通過検出手段により上記計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出する。これにより、一つの光走査手段と一つの受光手段を用いた簡単な構成により、計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度を含む物体の通過情報を検出することができる。
【０００９】
また、上記発光部から射出される光ビームの進行方向を振るのは、電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いたものである。これにより、上記発光部からの光ビームが共振型ミラーの揺動に応じて周期的に走査されるようになる。
【００１０】
さらに、上記光走査手段は、発光部からの光ビームを一直線上で走査するものとし、上記光反射手段は、光走査手段からの走査光を再帰反射する所定形状の再帰反射体を等間隔で列状に配置してもよい。これにより、上記光走査手段からの光ビームが個々の再帰反射体で光走査手段側に反射される。
【００１１】
さらにまた、上記光走査手段の発光部からの光ビームをパルス光にし、上記光反射手段にて走査光を再帰反射する部材を所定長さで連続する直線状に形成してもよい。これにより、上記光走査手段からのパルス光が直線状に連続する再帰反射部材で各パルス毎に光走査手段側に反射される。
【００１２】
また、上記物体通過検出手段は、現在の物体の通過情報を用いてその後の物体移動予測を行うものである。これにより、所定の計測領域内を通過した現在の物体の通過位置、通過角度、通過速度等を用いてその後の物体移動予測を行うことが可能となる。
【００１３】
また、上記光走査手段と受光手段とを対にして複数組隣接させて設け、上記光走査手段からの光ビームによる計測領域を平行に複数形成してもよい。これにより、物体通過の計測領域が複数形成されて計測制度が向上する。
【００１４】
さらに、上記光走査手段からの光ビームを上下、左右に振って２次元走査により計測領域を走査してもよい。これにより、物体通過の計測領域が２次元的に広がって計測制度が向上する。
【００１５】
さらに、上記光走査手段と受光手段と物体通過検出手段とを組み合わせて一つのセンサユニットを構成し、このセンサユニットを上記光反射手段に対し所定距離で対向配置したものを２組有し、該両者を、それらの間に各々の光走査手段からの光ビームの走査光による所定の計測領域が互いに重なることなく全領域をカバーするように配置してもよい。これにより、対向配置された２組のセンサユニットと光反射手段との間の全領域をカバーする計測領域によって、対向配置された光反射手段間のどのような位置を物体が通過してもその通過情報を検出することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による物体通過計測装置の実施の形態を示すブロック図であり、図２は上記物体通過計測装置の外観を示す斜視図である。この物体通過計測装置は、光学式センサを利用して物体の通過を計測するもので、センサユニット１と、反射部２と、制御部３と、出力部４とを備えて成る。ただし、図２では、制御部３及び出力部４の図示は省略している。
【００１７】
上記センサユニット１は、外部に放出した走査光の反射戻り光を受光することで物体の通過を検出するもので、図１に示すように、発光部５と、発光制御部６と、光走査部７と、光走査駆動部８と、受光部９と、物体通過検出部１０とを有している。
【００１８】
上記発光部５は、物体通過を計測するための光ビームを射出する光源となるもので、例えば半導体レーザから成る。この半導体レーザは、所要の波長のレーザ光を発生するもので、発光制御部６から出力される駆動信号によって駆動制御されるようになっている。この場合、上記発光制御部６は、例えば水晶発振子からのクロック信号に同期すると共に予め設定された周波数で変調がかけられたレーザ駆動信号を生成し、制御部３からの発光指令を受けて該レーザ駆動信号を発光部５としての半導体レーザに出力する。
【００１９】
光走査部７は、上記発光部５から射出される光ビームの進行方向を振って走査光を発生するもので、内部構成は図示省略したが、発光部５からの光ビームの進行方向を振るための可動ミラーと、その駆動回路とから成る。上記可動ミラーとしては、例えば、電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いるとよい。具体的には、本出願人により先に提案され、特開平７−１７５００５号公報及び特開平７−２１８８５７号公報等に記載されたマイクロマシニング技術を用いて製造される半導体ガルバノミラーを用いるの好適である。
【００２０】
ここで、上記半導体ガルバノミラーの基本的な構成について簡単に説明しておく。半導体ガルバノミラーは、例えば図３に示すように、シリコン基板１１の内側に、トーションバー１２と該トーションバー１２により支持された可動板１３とをシリコン基板１１に一体に設け、可動板１３の上面には、その周辺に平面コイル１４を設け、該平面コイル１４で囲まれた略中央にミラー１０を設け、シリコン基板１１を枠状の絶縁基板１６上に載置してある。そして、上記シリコン基板１１の対向する側面に、Ｎ極、Ｓ極を対向させて永久磁石１７が配置されている。なお、符号１８は、平面コイル１４と電気的に接続する電極端子を示している。
【００２１】
この半導体ガルバノミラーは、上記電極端子１８から平面コイル１４に交流電流を流すと、可動板１３の両端にフレミングの左手の法則に従って電磁力が働き、該可動板１３はトーションバー１２を中心に周期的に図中の矢印Ａ，Ｂ方向に揺動する。前記交流電流の周波数を半導体ガルバノミラーの共振周波数（例えば1.5ｋＨｚ）付近に設定すれば、小さい入力で可動板１３の振れ角を大きくできる。
【００２２】
上記のような半導体ガルバノミラーを光走査部７として用い、発光部５からの光ビーム（レーザ光）がミラー１５に照射されるように光学系を設計すれば、可動板１３の矢印Ａ，Ｂ方向の揺動動作によって、レーザ光が一直線上で所要の振れ角で走査されるようになる。なお、光走査駆動部８は、制御部３からのミラー角度の指令を受けて走査駆動信号を光走査部７へ送るものである。
【００２３】
そして、上記発光部５と光走査部７とで、光源から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域Ｄ（第２図参照）を走査する走査光を発生する光走査手段を構成している。
【００２４】
受光部９は、上記光走査部７で上記計測領域Ｄを走査することにより後述の反射部２で該光走査部７からの光ビームが再帰反射された光を受光する受光手段となるもので、上記光走査部７の近傍に設けられている。この受光部９は、図示省略したが、内部に受光素子、増幅回路及び検波回路等を備えている。受光素子は、集光レンズ１９により集光された反射光を受光して電気信号に変換し、該受光信号が、増幅回路で所要のレベルまで増幅される。検波回路は、上記増幅回路からの出力信号を基に、受光した光の変調成分を復調する。そして、この検波された変調成分を基に、上記受光素子で受光した反射光が光走査部７から放出された光ビームの反射戻り光であるかを判断し、反射戻り光であると判断できたときには、受光波形を示す信号を後述の物体通過検出部１０に出力する。そして、上記受光部９の前面には、反射部２で再帰反射された光を該受光部９の受光面に集光する集光レンズ１９が設けられている。この集光レンズ１９としては、例えばフレネルレンズ等を用いるのが好適である。
【００２５】
物体通過検出部１０は、上記受光部９の受光パターンのデータにおける物体による光の遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間等に基づいて、上記計測領域Ｄ内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出する物体通過検出手段となるもので、図示省略したが、内部に検出信号処理部、演算部及び演算結果一時保持部等を備えている。上記検出する物体の通過情報は、所定の計測領域Ｄでの物体通過位置、物体通過角度、物体通過速度等である。そして、これらの物体の通過情報を用いてその後の物体移動予測を行うことも可能となる。
【００２６】
前記反射部２は、上記光走査部７からの走査光を再帰反射し得る光反射手段となるもので、該光走査部７に所定距離で対向配置されている。この反射部２は、図２に示すように、例えば角棒状の支柱２０の一側面に、光走査部７からの走査光を再帰反射する所定形状の再帰反射体２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎを等間隔で上下に並ぶ列状に配置して構成されている。再帰反射体２１ａ〜２１ｎは、反射光の大部分が再帰反射になるような反射面を有する部材であって、ここでは、例えば短冊状に形成され、支柱２０の光走査部７に対向する面の所定位置に取り付けられている。なお、図１では図示の都合上、反射部２の入射光と反射光とが異なる光路を進むかのごとく表記されているが、実際の再帰反射とは、広い入射角に亘って、入射光の光路にほぼ沿う方向に、選択的に反射光が戻るような反射を意味している。
【００２７】
前記制御部３は、外部等から入力される制御指令に応じて、センサユニット１の動作を制御する信号を生成するとともに、センサユニット１で計測された物体の通過に関する情報を出力部４で出力させる信号を生成するものである。また、出力部４は、上記制御部３から出力された前記計測領域Ｄでの物体通過位置、物体通過角度、物体通過速度等の計測結果を外部に出力するもので、その計測結果を視覚的に表示する表示装置、又は紙面に印刷する印刷装置、その他公知の出力方式で外部に示す装置等である。
【００２８】
次に、このように構成された物体通過計測装置における物体通過の検出について説明する。図２において、センサユニット１の光走査部７から光ビーム２２ａ〜２２ｎが放出され、上記光走査部７を一つの頂点としてΔ形に拡がる計測領域Ｄを形成する走査光を発生するとし、この計測領域Ｄ内を例えばボール２３等の物体が矢印Ｆ方向に通過するとする。そして、上記センサユニット１と反射部２とで、上記計測領域Ｄ内を通過するボール２３等の物体通過位置、物体通過角度、物体通過速度等の通過情報を検出するとする。
【００２９】
いま、説明を簡単にするため、図２において、上記ボール２３が計測領域Ｄを含む平面に対して直交する方向に真っ直ぐに通過するとする。このとき、ボール２３が計測領域Ｄを通過する間は、上記光走査部７から再帰反射体２１ａ〜２１ｎに進む光ビーム２２ａ〜２２ｎの内、ボール２３に当たった光ビームは遮断されて対応する再帰反射体には到達しない。したがって、受光部９は、上記ボール２３で遮断された部分の再帰反射体からの反射光を受光しない。このときのボール通過の計測データは、図４に示すようになる。
【００３０】
図４は、横軸を計測の経過時間とし、縦軸を再帰反射体２１ａ〜２１ｎの配置間隔として、上記ボール２３が計測領域Ｄを通過するときの受光部９での受光パターンをマトリックス状に示している。図において、×印はボール２３によって光ビームが遮断されたポイントを示し、横軸のＳはボール通過による光ビームの遮断開始時を示し、Ｅは遮断終了時を示し、Ｃは中間時を示している。この場合、図２に示す反射部２の再帰反射体２１ａ〜２１ｎの列は上記遮断開始時Ｓに対応する位置に在る。
【００３１】
図２において、ボール２３が計測領域Ｄの手前側から該計測領域Ｄにさしかかると、該ボール２３の先端のみで光ビームを遮る。したがって、図４において、遮断開始時Ｓにボール２３の先端での遮断点Ｐが検出される。以後、時間の経過と共に遮断点の数が増えて行く。その後、ボール２３が計測領域Ｄを抜けるときには、該ボール２３の後端のみで光ビームを遮り、遮断終了時Ｅにボール２３の後端での遮断点Ｑが検出される。そして、ボール２３による光ビームの遮断開始時Ｓから遮断終了時Ｅまでの中間時Ｃにおいて、遮断点の数が最も多くなり該ボール２３の直径部分が通過したことが分かる。
【００３２】
上記の受光パターンのデータから、図２に示すように通過するボール２３について、次のような通過情報が分かる。まず、先端での遮断点Ｐと後端での遮断点Ｑが同じ高さにあることから、計測領域Ｄを真っ直ぐ（水平）に通過していることが検出される。また、ボール２３のサイズを予め入力しておけば、中間時Ｃにおける遮断点の最大個数（図４では２１個）との関係から光走査部７を中心とする円弧領域（図５ではＥ21）が決定される。このとき、図４に示す中間時Ｃにおける遮断数は、再帰反射体２１ａ〜２１ｎの配置間隔が既知であることから、ボール２３の直径サイズに相当する。
【００３３】
さらに、図４に示す中間時Ｃにおける最大遮断数の中心点Ｏ（ボール２３の中心に当たる）に対応する光ビームを記録しておくことにより、図５において、第１の光ビーム２２ａから第ｎの光ビーム２２ｎの内のどの光ビーム２２ｍに対応するかにより、上記円弧領域Ｅ21における上記ボール２３の通過位置（物体通過位置）が検出される。
【００３４】
また、図４において、光ビームの遮断開始時Ｓから遮断終了時Ｅまでの時間はボール２３の直径が通過した時間であるので、ボール２３の直径をその通過時間で除算することにより、ボール２３の速度（物体通過速度）が検出される。
【００３５】
次に、図２において、ボール２３が計測領域Ｄを含む平面に対して斜め方向に或る傾斜角で通過するとする。このとき、図６において、遮断開始時Ｓにボール２３の先端での遮断点Ｐ1が検出され、遮断終了時Ｅにボール２３の後端での遮断点Ｑ1が検出されたとする。これにより、上記先端での遮断点Ｐ1の高さと後端での遮断点Ｑ1の高さとの差Ｚが求められ、この間にボール２３の直径が通過しているので、次のようにして物体通過角度が求められる。
【００３６】
すなわち、図７において、ボール２３が通過する側面形状にて三角形Ｐ1Ｑ1Ｒ1を考え、ボール２３の通過角度をθとすると、近似的に、
通過角度θ＝tan-1(Ｚ／ボールの直径)
で求められる。このようにして、ボール２３の通過角度（物体通過角度）が検出される。
【００３７】
次に、図１において、発光部５からの光ビームは光走査部７で高速にスキャンされているので、図６において、ボール２３が先端での遮断点Ｐ1から後端での遮断点Ｑ1まで通過する間に、どれだけのスキャン数の光ビームを遮ったかによりボール２３の速度を演算することができる。例えば、光走査部７を周波数１０kHzでスキャンさせると、往復を考慮して１秒間に20000回スキャンすることになる。ここで、ボール２３が図２に示す計測領域Ｄを通過したときに光ビームを遮った回数が４０回であったとすると、ボール２３の通過に0.002秒かかったことが分かる。そして、ボール２３の直径を例えば７４mmとすると、該ボール２３の速度の水平方向成分Ｖxは、
Ｖx＝７４(mm)／２(msec)＝３７(m/sec)＝133.2(km/h)
で求められる。
【００３８】
このようにして、ボール２３の速度の水平方向成分Ｖxが求められると、図７に示すボール２３の通過角度θの関係から、該ボール２３のθ方向の速度Ｖは、
Ｖ＝Ｖx／cosθ
で求められる。これにより、ボール２３の通過速度（物体通過速度）が検出される。なお、上記のようにボール２３の通過速度が演算されると、該ボール２３の時間ｔ後の到達距離も算出できる。
【００３９】
なお、図２においては、反射部２の再帰反射体２１ａ〜２１ｎを例えば短冊状に形成して、例えば角棒状の支柱２０の一側面に等間隔で上下に並べて配置したものとしたが、本発明はこれに限らず、前記発光部５からの光ビームをパルス光にし、上記反射部２にて走査光を再帰反射する部材を所定長さで連続する直線状に形成して角棒状の支柱２０の一側面に取り付けてもよい。
【００４０】
また、以上の説明では、計測領域Ｄを通過する物体としてボール２３を例として説明したが、他の形状の物体であっても、計測領域Ｄの光ビームに対する物体先端での遮断点、後端での遮断点、先端での遮断点から後端での遮断点まで通過する時間等を計測することにより、上記と同様に物体の通過情報を検出することができる。
【００４１】
図８は、本発明の第２の実施形態を示す概略上面図である。この実施形態は、図２に示すセンサユニット１の光走査部７と受光部９とを対にして複数組（７1，９1：７2，９2）隣接させて設け、上記光走査部７1，７2からの光ビームによる計測領域Ｄを平行に複数（Ｄ1，Ｄ2）形成したものである。この場合は、物体通過の計測領域ＤがＤ1，Ｄ2のように複数形成されて計測制度が向上する。
【００４２】
図９は、本発明の第３の実施形態を示す概略上面図である。この実施形態は、図２に示すセンサユニット１の光走査部７からの光ビームを上下、左右に振って２次元走査により計測領域Ｄを走査するようにしたものである。この場合は、物体通過の計測領域Ｄが２次元的に広がって計測制度が向上する。
【００４３】
図１０は、本発明の第４の実施形態を示す外観斜視図である。この実施形態は、図２に示すセンサユニット１を反射部２に対し所定距離で対向配置したものを２組有し、該両者を、それらの間に各々の光走査部７からの光ビームの走査光による所定の計測領域Ｄが互いに重なることなく全領域をカバーするように配置したものである。すなわち、二つの反射部２ａ，２ｂを所定距離で対向配置し、互いの反射部２ａ，２ｂの内側面の上端部と下端部とにそれぞれセンサユニット１の光走査部７ａと受光部９ａ、光走査部７ｂと受光部９ｂを設け、一方の光走査部７ａと受光部９ａとで第１の計測領域Ｄａを形成し、他方の光走査部７ｂと受光部９ｂとで第２の計測領域Ｄｂを形成している。この場合は、対向配置された２組のセンサユニット（７ａ，９ａ：７ｂ，９ｂ）と反射部２ａ，２ｂとの間の全領域をカバーする計測領域Ｄａ，Ｄｂによって、上記対向配置された反射部２ａ，２ｂ間のどのような位置をボール２３（物体）が通過してもその通過情報を検出することが可能となる。
【００４４】
なお、図１０の実施形態においても、図８又は図９の実施形態を適用して計測制度を向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、光走査手段により発光部から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域を走査する走査光を発生し、上記光走査手段に所定距離で対向配置された光反射手段で該光走査手段からの走査光を再帰反射し、上記光走査手段の近傍に配置され、該光走査手段で上記計測領域を走査することにより上記光反射手段で再帰反射された光ビームを受光し得るものとされた受光手段により、上記再帰反射された光ビームの受光タイミングと、上記光走査手段からの走査光が上記計測領域内を通過する物体によって遮断されることにより生じる再帰反射による光ビームの非受光タイミングとから、上記計測領域内を物体が通過する際のその物体による光ビームの遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間を示す受光パターンのデータを出力し、上記受光手段の受光パターンのデータに基づいて、物体通過検出手段により上記計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出することができる。これにより、一つの光走査手段と一つの受光手段を用いた簡単な構成により、計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度を含む物体の通過情報を検出することができる。
【００４６】
また、請求項２に係る発明によれば、上記発光部から射出される光ビームの進行方向を振る手段として電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いたことにより、上記発光部からの光ビームが共振型ミラーの揺動に応じて周期的に高精度で走査することができる。
【００４７】
さらに、請求項３に係る発明によれば、光走査手段は、発光部からの光ビームを一直線上で走査するものとし、光反射手段は、上記光走査手段からの走査光を再帰反射する所定形状の再帰反射体を等間隔で列状に配置したことにより、上記光走査手段からの光ビームが個々の再帰反射体で光走査手段側に反射されるようにできる。
【００４８】
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、光走査手段の発光部からの光ビームをパルス光にし、光反射手段にて走査光を再帰反射する部材を所定長さで連続する直線状に形成したことにより、上記光走査手段からのパルス光が直線状に連続する再帰反射部材で各パルス毎に光走査手段側に反射されるようにできる。
【００４９】
また、請求項５に係る発明によれば、上記物体通過検出手段は、現在の物体の通過情報を用いてその後の物体移動予測を行うことにより、所定の計測領域内を通過した現在の物体の通過位置、通過角度、通過速度等を用いてその後の物体移動予測を行うことができる。
【００５０】
また、請求項６に係る発明によれば、光走査手段と受光手段とを対にして複数組隣接させて設け、上記光走査手段からの光ビームによる計測領域を平行に複数形成することにより、物体通過の計測領域が複数形成されて計測制度が向上する。
【００５１】
さらに、請求項７に係る発明によれば、光走査手段からの光ビームを上下、左右に振って２次元走査により計測領域を走査することにより、物体通過の計測領域が２次元的に広がって計測制度が向上する。
【００５２】
さらにまた、請求項８に係る発明によれば、光走査手段と受光手段と物体通過検出手段とを組み合わせて一つのセンサユニットを構成し、このセンサユニットを光反射手段に対し所定距離で対向配置したものを２組有し、該両者を、それらの間に各々の光走査手段からの光ビームの走査光による所定の計測領域が互いに重なることなく全領域をカバーするように配置したことにより、対向配置された２組のセンサユニットと光反射手段との間の全領域をカバーする計測領域によって、対向配置された光反射手段間のどのような位置を物体が通過してもその物体の通過情報を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による物体通過計測装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】 上記物体通過計測装置の外観を示す斜視図である。
【図３】 光走査部の具体例としての半導体ガルバノミラーの基本的な構成を示す分解斜視図である。
【図４】 本発明において物体が水平に通過するのを検出する状態を説明する受光パターンを示す図である。
【図５】 本発明において物体の通過位置を検出する状態を説明する図である。
【図６】 本発明において物体が斜め方向に或る傾斜角で通過するのを検出する状態を説明する受光パターンを示す図である。
【図７】 本発明において物体の通過角度を検出する状態を説明する図である。
【図８】 本発明の第２の実施形態を示す概略上面図である。
【図９】 本発明の第３の実施形態を示す概略上面図である。
【図１０】 本発明の第４の実施形態を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
１…センサユニット
２…反射部
３…制御部
４…出力部
５…発光部
６…発光制御部
７…光走査部
８…光走査駆動部
９…受光部
１０…物体通過検出部
２１ａ〜２１ｎ…再帰反射体
２２ａ〜２２ｎ…光ビーム
２３…ボール（物体）
Ｄ…計測領域
Claims (8)
- 発光部から射出される光ビームの進行方向を振って所定の計測領域を走査する走査光を発生する光走査手段と、
この光走査手段に所定距離で対向配置され、該光走査手段からの走査光を再帰反射し得る光反射手段と、
上記光走査手段の近傍に配置され、該光走査手段で上記計測領域を走査することにより上記光反射手段で再帰反射された光ビームを受光し得るものとされ、上記再帰反射された光ビームの受光タイミングと、上記光走査手段からの走査光が上記計測領域内を通過する物体によって遮断されることにより生じる再帰反射による光ビームの非受光タイミングとから、上記計測領域内を物体が通過する際のその物体による光ビームの遮断開始点、終了点及び最大遮断位置並びに遮断継続時間を示す受光パターンのデータを出力する受光手段と、
この受光手段の受光パターンのデータに基づいて、上記計測領域内を通過した物体の通過位置、通過角度、通過速度からなる物体の通過情報を検出する物体通過検出手段と、
を備えたことを特徴とする物体通過計測装置。 - 上記発光部から射出される光ビームの進行方向を振るのは、電磁力を利用して駆動される共振型ミラーを用いたことを特徴とする請求項１記載の物体通過計測装置。
- 上記光走査手段は、発光部からの光ビームを一直線上で走査するものとし、上記光反射手段は、光走査手段からの走査光を再帰反射する所定形状の再帰反射体を等間隔で列状に配置したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の物体通過計測装置。
- 上記光走査手段の発光部からの光ビームをパルス光にし、上記光反射手段にて走査光を再帰反射する部材を所定長さで連続する直線状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の物体通過計測装置。
- 上記物体通過検出手段は、現在の物体の通過情報を用いてその後の物体移動予測を行うことを特徴とする請求項１記載の物体通過計測装置。
- 上記光走査手段と受光手段とを対にして複数組隣接させて設け、上記光走査手段からの光ビームによる計測領域を平行に複数形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の物体通過計測装置。
- 上記光走査手段からの光ビームを上下、左右に振って２次元走査により計測領域を走査することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の物体通過計測装置。
- 上記光走査手段と受光手段と物体通過検出手段とを組み合わせて一つのセンサユニットを構成し、このセンサユニットを上記光反射手段に対し所定距離で対向配置したものを２組有し、該両者を、それらの間に各々の光走査手段からの光ビームの走査光による所定の計測領域が互いに重なることなく全領域をカバーするように配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の物体通過計測装置。
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