JP4456885B2 - 計測システムおよび受信機 - Google Patents

Description

この発明は自転車などの集団レースの計測システムおよび受信機に関し、特に正確なゴール時刻を検出できる計測システムおよび受信機に関する。

図１１は自転車競技におけるゴール地点の詳細を示す図である。図１１を参照して、競技用自転車１００には、ＩＤタグ１４０のアンテナコイル１４１が走行方向に対して垂直方向に取付けられ、この状態で、ゴールライン２０１の前後に敷設されたトリガー線２０２および２０３を通過する。このとき、ＩＤタグ１４０がトリガー線２０２と２０３との間で起動されて、その通過時を検出するデータを送信し、データ受信機２１０が受信する。データ受信機２１０は、受信データを管理コンピュータ２２０へ送信し、そこで全参加者のゴール通過時刻を管理する。

図１２はＩＤタグ１４０のアンテナコイル１４１の移動状態とトリガー線２０２および２０３の作る磁気フィールド１０２および１０３との関係を示す図である。図１１および図１２を参照して、ＩＤタグ１４０のアンテナコイル１４１は、相互に電流の流れる方向が異なるトリガー線２０２および２０３の作る磁気フィールド１０２および１０３に対して垂直にアンテナコアコイル１４１を配置した状態で図中矢印Ａ方向に移動する。図中１０４は磁気のレベルを示すグラフであり、トリガー線２０２および２０３のちょうど中間で磁気の最高レベルがくるようになっている。磁気の最高レベルをはさんでＩＤタグ１４０は起動され、ＩＤ番号を含むデータを図中矢印Ｂで示す方向に何度か発信する。データ受信器２１０は、ＩＤタグ１４０からのＩＤの発信の最初と最後の時刻を計測し、その平均値を算出し、それが最大レベルを通過する時間と考えて、それをゴール時間として検出し、それを管理コンピュータ２２０へ送信してゴール時間の管理を行っている。

従来の計測システムにおいては上記のようにしてゴール時間を検出していた。しかしながら、ＩＤタグ１４０のＩＤ番号の発信の最初と最後の時刻が確実に検出されているかというと、現実にはそうではなく、最初の発信時刻または最後の発信時刻が検出できているかどうかは不明であり、正確なゴール時刻を検出できないという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、競技者のゴール時刻を正確に検出できる計測システムおよび受信機を提供することを目的とする。

この発明にかかる計測システムは、水平方向に相互に間隔をあけて配置され、相互に逆位相に電流が流される第１および第２のトリガー線を含み、第１および第２トリガー線によって、その中心部に水平方向の磁力が打ち消されたヌル点が形成され、所定のＩＤ番号を有し、第１および第２トリガー線上をアンテナコイルを水平に保持した状態で水平方向に移動するＩＤタグとを含み、ＩＤタグは、ヌル点を検出するヌル点検出手段と、ヌル点検出手段がヌル点を検出したとき、自分のＩＤ番号を含むＩＤ情報を発信する発信手段とを含み、発信手段の発信したＩＤ情報を受信する受信機とを含む。

好ましくは、ＩＤ情報は、ＩＤ番号と、ヌル点検出からの送信回数とを含む。

さらに好ましくは、発信手段は、所定の時間ごとにＩＤ情報を複数回送信する。

さらに好ましくは、所定の時間はＩＤタグごとに予め定められる。

さらに好ましくは、第１および第２のトリガー線の対は複数設けられ、複数のトリガー線の各々の相互の間隔はそれぞれ異なり、電流量も異なる。

この発明の他の局面によれば、受信機は、所定のトリガー信号を発信するトリガー信号発信手段と、トリガー信号によって起動され、所定のヌル点を検出して所定のＩＤ情報を所定の間隔で複数回発信するＩＤタグからのＩＤ情報を受信する、受信手段とを含み、ＩＤタグ情報は、ＩＤタグのＩＤ番号とＩＤ番号の送信回数を示すカウント値を含み、ＩＤタグ情報からＩＤタグのヌル点検出時刻を演算する手段と含む。

ＩＤタグは、第１および第２トリガー線の中心部で水平方向の磁力が打ち消されたヌル点を検出する検出手段を有し、ヌル点を検出したとき、自分のＩＤ番号を含むＩＤ情報を発信し、これを受信機が受信してＩＤタグのゴールを検出する。所定のヌル点の通過時をゴール時点として検出するため、競技者のゴール時刻を正確に検出できる計測システムが提供できる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

まず、この発明の原理について説明する。図１はこの発明の原理を説明するための図であり、平面５１の上にトリガー線５２（図面の手前側へ電流が流れている）とトリガー線５３（図面の奥側へ電流が流れている）とが置かれており、そこへ図中矢印Ａ方向に、水平方向のアンテナコイル１１を有するＩＤタグが通過する状態を示す図である。ＩＤタグはアンテナコイル１１とフェライト１２とを含み、その具体的な構成は後述する。

ここでは、トリガー線５２、５３に流れる電流を直流として説明するが、交流信号を用いて、逆位相の電流を流すようにしてもよい。

このとき、トリガー線５２および５３によって、図中太線で示す方向に磁界が生じ、図中格子で示す範囲においてアンテナコイル１１に電圧が生じる。しかし、トリガー線５２と５３との中央部では、トリガー線５２と５３の磁力の水平方向成分が打ち消されて垂直成分のみになってしまう。この水平方向成分が無くなったこの点を「ヌル点」５０と呼ぶ。ヌル点５０は、実際には点ではなく線となって図中矢印Ｂで示すように、上方へ連続している。トリガー線５２、５３が平行に紙面の奥へと連続する場合は線が面となる。この面をうまく利用すれば、トリガー線５２と５３との中点の矢印Ｂと平面５１の交点を通る面をゴールラインとして、ヌル点５０を基準とするゴールの面を作成できる。

すなわち、図１に示すように、アンテナコイル１１を水平方向に保持されたＩＤタグを有する競技者がトリガー線で夾まれたゴールラインに到着すると、そのヌル点５０の通過時を検出することによってそのゴール時刻を測定することが可能になる。

なお、図１において、ＩＤタグがヌル点５０に近づく側のトリガー線５２で形成される磁界を立ち上がり磁界２４といい、ヌル点５０を通過後のトリガー線５３で形成される磁界を送信磁界２５という。ＩＤタグは、立ち上がり磁界２４において後に説明するヌル点検出の準備を行い、送信磁界２５においてヌル点の検出時刻とともに自分の有するＩＤ番号を図示のない受信器に送信する。

次にＩＤタグについて説明する。図２は、ＩＤタグ１０の構成を示すブロック図である。図２を参照して、ＩＤタグ１０は、上記した、トリガー信号を検出するアンテナコイル１１と、アンテナコイル１１に接続されたトリガー信号検出部１５と、ヌル点５０を検出するトリガーヌル検出部１６と、所定のＩＤを記憶するとともに、ＩＤタグ１０全体を制御するマイコン２０と、マイコン２０によって制御される周波数制御部１７、発振／変調部１８および出力部１９と、出力部１９に接続された送信アンテナ２１とを含む。ＩＤタグ１０は、後に説明する所定の方法で、ヌル点検出部１６で検出されたヌル点検出時を基準に、所定のＩＤ番号を送信アンテナ２１によって外部へ送信する。

また、ＩＤタグ１０は外部からのトリガー信号を受けて図示のないスイッチをＯＮし、内蔵する電池１４からの電源を駆動源とする形式である。また、この実施の形態においては、ＩＤタグ１０は、電池１４の充電回路１３や内蔵電池１４の電源制御部２２を有している。しかしながら、ＩＤタグ１０は、外部から電源を受けるパッシブ形式であってもよい。

次にＩＤタグ１０の動作について説明する。図３はＩＤタグ１０の動作を示すフローチャートである。図１〜図３を参照してＩＤタグ１０は、過去の一定時間以内にトリガー線５２，５３による磁界を検出していない場合（すなわち、競技者がスタートしてゴールに近づくまで）はスタンドバイ状態にある（ステップＳ１１、以下、ステップを省略する）。

ＩＤタグ１０には所定のタイムアウト時間が設定されており、トリガー線５２，５３によるトリガー磁界を検出してから所定の時間内に上記したトリガーのヌル点５０を検出しなければ、検出したトリガー磁界はゴールを示すトリガー線５２，５３からの磁界ではないと判断するようになっている。

ＩＤタグ１０がトリガー線５２に近づき、立ち上がり磁界２４（ゴール前の幅１ｍ程度のエリア）を検出すれば（Ｓ１２でＹ）、トリガー磁界がある場合は（Ｓ１３でＹ）、ヌル点５０が現れるのを待つ。なお、磁界を喪失したり（Ｓ１３でＮ）、ヌル点が検出できなかったとき（Ｓ１４でＮ）は、送信をあきらめてスタンバイに戻る（Ｓ１１）。すなわち、立ち上がり磁界２４は、ＩＤタグ１０をスタンバイ状態から起こし、ヌル点５０を検出する準備待機状態に移す。

ヌル点５０を検出すると（Ｓ１４でＹ）、ＩＤタグ１０は内蔵するタイマーをリセットし（Ｓ１５）、カウントを開始し、所定のカウントに達するまでに、送信周波数のセット（Ｓ１６）やＰＬＬ回路の立ち上げ（Ｓ１７）やデータのセットなどの送信データの準備を行う（Ｓ１８）。なお、送信データの準備は、電池情報の検出（Ｓ１９）、送信遅延カウンタのセット（Ｓ２０）および送信カウンタ１のセット（Ｓ２１）を含む。

送信データの準備ができると、カウンタが所定のカウント（遅延カウンター-＝０）に達したらセットしたデータ（ＩＤ番号と送信カウンタの値）で信号を送信する（Ｓ２２）。これが１回目のデータの送信になる。

その後、遅延カウンタを確認して、データの送出を連続して行う（Ｓ２３）。すなわち、ヌル点５０を通過後各ＩＤタグ１０によって定められた所定の間隔で、続けて１６回までデータを送信する（Ｓ２３〜Ｓ２５）。１６回の送信後スタンバイ状態に戻る（Ｓ１１）。

なお、この所定の間隔は各ＩＤタグ１０ごとに予め定められており、たとえば、１０ｍＳから３０ｍＳである。また、この間隔はＩＤ番号からデータテーブルを参照して取得できる時間に応じた遅れで追加してＩＤタグ１０は１回目以降、ＩＤにカウントを付加させたデータを出力する。

以上のように、ＩＤタグ１０は、データ送信時にＩＤ番号とともに何回目の送信であるかが分かるカウントのデータ（カウント値）を付与して送信する。これにより受信機３０は以下に示す演算を行うことによって過去にさかのぼりヌル点を通過した時間を計算できる。すなわち、受信機３０は、１６回のうち一度でも受信に成功すれば、そのＩＤタグ１０のゴール時刻の計測に成功することになる。

次にヌル点５０の検出方法について説明する。ヌル点５０は概念上は明確であるが、ここでは、トリガー線の位置、トリガー線に流れる電流、ＩＤタグ１０の垂直方向の高さ等を仮定して、２つのトリガー線による合成磁界のシミュレーションを行った。

図４は、所定の条件でシミュレーションを行った場合の２つのトリガー線による合成磁界を真数表示した場合のグラフであり、図５は、図４の合成磁界を用いて、ＩＤタグ１０を移動させた時の真数表示のヌルポイントを拡大表示した場合の図である。図５において、横軸は距離（ｍ）を表し、縦軸は磁界に比例する量の相対値である。

図５を参照して、真数表示においては、Ｘ軸を切る前後のプラスマイナス２０程度の範囲内をヌル点通過時と判断するのが好ましい。

次にヌル点検出の別の方法について説明する。図６は、アンテナコイルの検出する磁界の強度の表示を対数表示に変えた場合を示す図である。図６を参照して、この場合は、ヌル点の前後で大きくデータ値が変っているため、検出が容易である。すなわち、この場合においては、たとえば、１０を境界としてヌル点を判断すれば十分である。

次に受信機３０の構成について説明する。図７は受信機３０の構成を示すブロック図である。図７を参照して、受信機３０は、それぞれが図示の無いアンテナを介して、ＩＤタグ１０からのＩＤ番号とカウント値とを受信する受信ユニット３１ａ，３１ｂ、・・・３１ｎと、受信ユニット３１ａ，３１ｂ、・・・３１ｎに接続されたデータ処理部３２と、受信機３０全体を制御するマイコン３３と、マイコン３３に接続され、受信したデータを一時的に保持するデータバッファ３４、ＩＤタグ１０に対してトリガー信号を出力するトリガー信号生成部３６、データを図示のない外部の管理用パソコンへ出力するデータ出力部４０および受信したデータ等を表示する表示部３５とを含む。マイコン３３は計時機能を有し、正確な現在時刻を検出可能である。

トリガー信号生成部３６はトリガー出力を行うトリガー出力部３９を有するトリガーユニット３７とトリガー信号のレベルを調整するトリガーレベル調整部３８とに接続されている。

次に、受信機３０のデータ検出動作について説明する。図８は受信機の動作を示すフローチャートである。図８を参照して、受信機３０は、複数の受信ユニット３１ａ〜３１ｎでそれぞれのＩＤタグ１０からのヌル点５０およびカウント値を受信する（Ｓ３１）。次いでそれぞれのデータについて同期を検出し（Ｓ３２）、受信データからゴール時刻データへのデータ変換を行う（Ｓ３３）。この変換されたデータに誤りが無いかどうかを検出後（Ｓ３４）、変換データに基づいて時刻データを付与する（Ｓ３５）。

Ｓ３５の時刻データの付与においては、まず受信データからＩＤ番号を抽出する（Ｓ３６）。そして、そのＩＤ番号より、そのＩＤタグ１０に固有の遅延時間Ｔを算出する。このＩＤと遅延時間の対応データは図示のないデータテーブルに格納されている。次いで、受信データから遅延カウンタＣを抽出し、Ｃ×Ｔで遅延時間を演算する（Ｓ３８、Ｓ３９）。次にゴール時間を時刻＝現在時間−遅延時間で計算し、ＩＤ番号に計算で得られた時刻を付与する（Ｓ４０、Ｓ４１）。ここまでの処理は図８に示すように、各受信データごとに行われる。

次いで、データを統合し、同一データを廃棄し、得られたデータをデータバッファ３４に格納する。その後、データバッファ３４に格納されたデータをデータ出力部４３から図示のない外部の管理コンピュータへ送信する。

なお、受信機３０はＩＤタグ１０を起動させるためのトリガー信号をトリガー出力部３９から出力する。それによって、上記したように、ＩＤタグ１０は内蔵の電池１４とマイコンとの間を遮断しているスイッチがＯＮされ、内蔵の電池１４から電源がマイコンに与えられ、上記したＩＤタグ１０に固有のＩＤ番号とヌル点検出からのカウンタ値とを出力する。

次にこの発明の実施の形態におけるコイル線の配置方法についての他の実施の形態について説明する。図９はこの実施の形態における、トリガー線の配置平面図（Ａ）と、その場合の各位置における検出レベルの実験結果を示す図である。この場合、ＩＤタグ１０は図中矢印方向に移動する。図９を参照して、この例においては、トリガー線４４をゴールライン４５の前後に５周させ、それぞれを、外側からｅｃｍ、ｄｃｍ、ｃｃｍ、ｂｃｍ、ａｃｍ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ）の範囲で夾むようにした。その結果、ゴールライン４５前の立ち上がり磁界領域４６およびゴールライン４５後の送信磁界領域４７において、ゴールライン４５の前後を除いて全体的にフラットな検出領域が得られるとともに、ゴールライン４５の前後ａｃｍ（好ましくは、幅１０ｃｍ以下）の範囲でヌル点５０において大きな検出レベル差（好ましくは３０ｄＢ以上）の差が得られるため、より正確なゴール時間を知ることができる。

なお、この実施の形態においては、トリガー線４４を１本の線で形成しているが、これに限らず、各トリガー線を別体としてもよい。

また、トリガー線４４をゴールライン４５の前後に周回する回数は任意の数でもよい。

次にこの発明の他の実施の形態について説明する。先の実施の形態においては、ヌル点の検出後、所定の時間をおいてからヌル点検出データを発信したが、この実施の形態においては、ヌル点検出と同時にヌル点検出データを発信する。

図１０は、この実施の形態におけるＩＤタグの動作モードを示すフローチャートである。図１０を参照して、この実施の形態においては、図３に示したフローチャートに対して、トリガー磁界の検出、すなわち、Ｓ１１およびＳ１２までは同じであるが、その次に、立ち上がり磁界２４でヌル点５０の検出のための待機状態に移行する。すなわち、Ｓ５０において、図３のＳ１６〜Ｓ２１の処理が行われる点が異なる。

その後、タイムアウトにならずにトリガーヌル点を検出すれば（Ｓ５８でＮ，Ｓ５９でＹ）、第１回目のデータを送出し、送信遅延カウンタをセットし送信カウンタセットを行う（Ｓ６０−Ｓ６２）。Ｓ５８でタイムアウトになれば、Ｓ１１へ戻り、Ｓ５９でトリガーヌル点を検出できなかったときはＳ５８へ戻る。

その後、トリガー磁界の検出が続けば（Ｓ６３でＹ）、先の実施の形態と同様に１６回までデータの送信を続ける（Ｓ６４、Ｓ６５、Ｓ６７）。Ｓ６３でトリガー磁界を検出できなければ、エラーフラグをＯＮしＳ１１へ戻る。

Ｓ６５でデータを１６回送信し終わると、トリガー磁界の検出を続け（Ｓ６８）、トリガー磁界が検出できなくなると、Ｓ１１へ戻る。

上記実施の形態においては、受信機はＩＤタグから受信したデータを管理コンピュータに送信する例について説明したが、これに限らず、受信機のみで受信データの管理を行ってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明にかかる計測システムの原理を説明するための図である。 ＩＤタグの構成を示すブロック図である。 ＩＤタグの処理手順を示すフローチャートである。 所定の条件でシミュレーションを行った場合の２つのトリガー線による合成磁界を真数表示した場合のグラフである。 図４の合成磁界を用いて、ＩＤタグを移動させた時の真数表示のヌルポイントを拡大表示した図である。 アンテナコイルの検出する磁界の強度の表示を対数表示に変えた場合を示す図である。 受信機の構成を示すブロック図である。 受信機の動作を示すフローチャートである。 他の実施の形態における、トリガー線の配置平面図（Ａ）と、その場合の各位置における検出レベルの実験結果を示す図である。 他の実施の形態にかかるＩＤタグの処理手順を示すフローチャートである。 競技用自転車のゴール地点の詳細を示す図である。 ＩＤタグの移動状態とトリガー線の作る磁気フィールドとの関係を示す図である。

符号の説明

１０ ＩＤタグ、１１ アンテナコイル、１２ フェライト、１３ 充電回路、１４ 内蔵電池電源制御部、１５ トリガー検出部、１６ トリガーヌル検出部、１７ 周波数制御部、１８ 発振／変調部、１９ 出力部、２０ マイコン、２１ 送信アンテナ、２２ 電池、２４ 立ち上がり磁界、２５ 送信磁界、３０ 受信機、３１ 受信ユニット、３２ データ処理部、３３ マイコン、３４ データバッファ、３５ 表示部、３６ トリガー信号生成部、３７ トリガーユニット、３８ トリガーレベル調整部、３９トリガー出力部、４０ データ出力部、４４ トリガー線、４５ ゴールライン、５０ ヌル点、５１ 平面、５２、５３ トリガー線。

Claims (6)

1. 水平方向に相互に間隔をあけて配置され、相互に逆位相に電流が流される第１および第２トリガー線を含み、
   前記第１および第２トリガー線は１本の線で形成されるコイルに含まれ、
   前記第１および第２トリガー線によって、その中心部に水平方向の磁力が打ち消されたヌル点が形成され、
   所定のＩＤ番号を有し、前記第１および第２トリガー線上をアンテナコイルを水平に保持した状態で水平方向に移動するＩＤタグとを含み、
   前記ＩＤタグは、前記第１および第２トリガー線によって形成されたヌル点を検出するヌル点検出手段と、
   前記ヌル点検出手段が前記第１および第２トリガー線によって形成されたヌル点を検出したとき、自分のＩＤ番号を含むＩＤ情報を発信する発信手段とを含み、
   前記発信手段の発信したＩＤ情報を受信する受信機とを含む、
   計測システム。
2. 前記ＩＤ情報は、前記ＩＤ番号と、ヌル点検出からの送信回数とを含む、請求項１に記載の計測システム。
3. 前記発信手段は、所定の時間ごとに前記ＩＤ情報を複数回送信する、請求項１または２に記載の計測システム。
4. 前記所定の時間は前記ＩＤタグごとに予め定められる、請求項３に記載の計測システム。
5. 前記第１および第２トリガー線の対は複数設けられ、前記複数のトリガー線の各々の相互の間隔はそれぞれ異なる、請求項１から４のいずれかに記載の計測システム。
6. 所定のトリガー信号を発信するトリガー信号発信手段を含み、
   前記トリガー信号発信手段は、水平方向に相互に間隔をあけて配置され、相互に逆位相に電流が流される第１および第２トリガー線を介して前記トリガー信号を発信し、
   前記第１および第２トリガー線は１本の線で形成されるコイルに含まれ、
   前記トリガー信号によって起動され、前記第１および第２トリガー線によって形成されたヌル点を検出するヌル点検出手段を含み、所定のＩＤ情報を所定の間隔で複数回発信するＩＤタグからの前記ＩＤ情報を受信する、受信手段とを含み、
   前記ＩＤタグ情報は、前記ＩＤタグのＩＤ番号とＩＤ番号の送信回数を示すカウント値を含み、
   前記ＩＤタグ情報から前記ＩＤタグの前記ヌル点検出時刻を演算する手段と含む、受信機。

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