JPH0244198A

JPH0244198A - 二次元位置検出器

Info

Publication number: JPH0244198A
Application number: JP19484488A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Kawai; 孝明川合; Shigeki Nakase; 仲瀬　重樹; Shigeyuki Nakamura; 重幸中村
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1988-08-04
Filing date: 1988-08-04
Publication date: 1990-02-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はボール、弾丸などの飛翔物体が通過する二次元
位置を、光学的に検出するための二次元位置検出器に関
するものである。

〔従来の技術〕

飛翔物体が通過する位置を二次元的に検出するに当って
は、これを光学的に検出することが望ましい。このよう
な検出器としては、例えば第１０図のようなものが考え
られる。図示の通り、飛翔物体としてのボール１の通過
経路に２個の発光ダイオードＬＥＤ　　、ＬＥＤ２を配
設しこれらに対向して２列のフォトダイオードＰ　Ｄ　
　−Ｐ　Ｄ　１９゜ＰＤ　−ＰＤ２９を配設する。そし
て、発光ダイオ一ドＬＥＤ　　、＝ＬＥＤ２を点灯させ
た状態でボールーを矢印Ａの如く通過させれば、フォト
ダイオードＰＤ　　　ＰＤ　　それぞれでボール１の検
知が１２°　　２Ｂできる。ここで、ボール１が光信号を遮ったフォトダイ
オードＰＤ　　　ＰＤ　　の出力信号は、ボー１２°　
　　２６ルーの通過位置に関する情報を含んでいる。そこで、こ
れらの出力信号に対して適当な演算を施すと、上記ボー
ル１の位置を二次元的に求めることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしなから、第１０図のような方法では多数のフォト
ダイオードＰＤが必要になるため、回路が複雑になると
いう欠点があった。すなわち、検出信号を増幅するため
のアンプが１８個のフォトダイオードＰＤごとに必要に
なり、多くのＩＣ。

抵抗、コンデンサを用いなければならない。このため、
基板が大きくなって回路が大型化し、消費電力も増大し
てしまう。また、フォトダイオードの制御は一般的に困
難である。

そこで本発明は、小規模かつ簡単な回路構成によって飛
翔物体の二次元位置を光学的に検出することのできる二
次元位置検出器を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係わる二次元位置検出器は、飛翔物体が通過す
る二次元位置を光学的に検出する二次元位置検出器にお
いて、飛翔物体が通過する通過方向と交叉する第１の軸
に沿って配設された複数の第１の発光素子（例えば発光
ダイオード）と、通過方向および第１の軸の双方と交叉
する第２軸に沿って配設された複数の第２の発光素子（
例えば発光ダイオード）と、複数の第１および第２の発
光素子のそれぞれとの間で飛翔物体の通過位置を挟むよ
うに配設されて当該複数の第１および第２の発光素子か
らの光信号をそれぞれ受光する第１および第２の受光素
子（例えば発光ダイオード）と、複数の第１および第２
の発光素子を所定の順序で時分割に点灯させる点灯駆動
手段と、第１および第２の受光素子の出力信号によって
飛翔物体が光信号を遮ったことを検出し、当該検出時点
に時分割点灯された第１および第２の発光素子の第１お
よび第２の軸における位置関係から飛翔物体の通過位置
を二次元的に算出する演算手段とを備えることを特徴と
する。

〔作用〕

本発明の構成によれば、受光素子は最低で２個設けるだ
けであるので、検出回路を簡単にできる。

また、発光素子は時分割点灯されるので、受光素子の検
出のタインミングを発光素子の点灯のタイミングと対応
させることにより、飛翔物体の通過位置を正確に検知で
きる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は第１実施例に適用される検出器の斜視図である
。図示の通り、Ｌ字型の枠体２の先端部には各１個のフ
ォトダイオードＰＤ、ＰＤｈが■ 配設され、これらに対向して枠体２の内面に垂直検出用
の発光ダイオードＬＥＤｖ工〜ＬＥＤ、ｎと水平検出用
の発光ダイオードＬＥＤｈ１〜ＬＥＤｈＩＩｌが各−列
に配設されている。そして、発光ダイオードＬＥＤｖｌ
−ＬＥＤ、。からの光信号はフォトダイオードＰＤ　　
に受光され、発光ダイオードＬＥＤ　　〜ＬＥＤｈｌｌ
ｌからの光信号はフォトダイオ−ドＰＤｈに受光される
ようになっている。上記の発光ダイオードＬＥＤ　　Ｌ
ＥＤｈｊ（１≦１≦ｖｌ’ ｎ、１≦ｊ≦ｍ）は時分割点灯されるようになりており
、これによってどの位置にボール１があるかが認識され
る。なお、このような時分割点灯のための制御回路につ
いては、第２実施例において詳述する。

第２図は第１実施例におけるボール１の位置検出のため
のフローチャートである。

まず、検出にあたってはＬＥＤドライバを駆動する（ス
テップ２０１）。そして、カウント値ｉとしてｉ−１を
セットしくステップ２０２）、発光ダイオードＬＥＤ　
　（−、ＬＥＤｖ□）を時分割点ｌ灯する（ステップ２０４）。同時に、フォトダイオード
ＰＤ　　による検出を行ない（ステップ２０５）、ステ
ップ２０７でボール１が有りと判断されるまでカウント
値ｉをカラン！・アップして（ステップ２０８）発光ダ
イオードＬＥＤｖ工の時分割点灯を繰り返す。なお、カ
ウント値ｉがｎ（発光ダイオードＬＥＤ　　の総数）を
越えたとス■ チップ２０９で判断されたら、ステップ２０２でカウン
ト値ｉを１に戻して同様の処理を繰り返す。

いま、飛翔しているボール１が第３図（ａ）の位置に達
したとすると、カウント値ｉがｉ−ａとなった時点すな
わち発光ダイオードＬＥＤ　　が時ａ分割点灯している時点で、フォトダイオードＰＤ　　は
光信号を受信しないことによりボールＩ■ を検出する。このときには、第２図のステップ２０７で
ボール有りと判断され、ステップ２１１でカウント値ｉ
としてｉ−ａがメモリに格納される。そして、ステップ
２１２に進み、別のカウント値ｊとしてｊ−１がセット
される。以下、発光ダイオードＬＥＤｈｊについて時分
割点灯を順次に行ない、ステップ２１７でボール有りと
判断されたとき、すなわち第３図（ａ）で発光ダイオー
ドＬＥＤｈｂが時分割点灯されているときにフォトダイ
オードＰＤｈでボールが検知されたときは、このときの
カウント値ｊであるｊ−ｂをメモリに格納する（ステッ
プ２２０）。そして、上記のメモリに格納したカウント
値ｉｍａＳ　ｊ−ｂの値にもとづいて、ステップ２２１
でボール１の位置の演算を行なう。

ボールの二次元的な位置は、第３図（ｂ）のようにして
求められる。まず、同図（ｂ）においてフォトダイオー
ドＰＤの位置ＨＳＨはあＰＤＨＰＤＶらかじめ設定されている。また、ボールを検出した時点
に対応するカウント値１＋　　Ｊの値（ａ、ｂ）から対
応する発光ダイオードＬＥＤの位置Ｈ■。

ＨＩ＋は容易に求めることができる。すると、第３図（
ｂ）において−次直線ｆ　（ｘ）　、ｇ　（ｘ）はｆ　
（ｘ）−一（Ｈ／Ｈ）　ｘ十ＨＰＤＨＰＤＨＨ・・・（１）ｇ　（ｘ）寓−（Ｈ／　Ｈ）　ｘ　＋　ＨｖＶ　　　　
　ＰＤＶ・・・　（２）となることがわかる。そこで、上記（１）、（２）式よ
りボール１の位置すなわち交点（Ｘｌ。

ｚ　１）の座標を求めると、ｘ　　　−（（Ｈ−Ｈ）ＨＨ１１Ｖ　　　　　ＰＤＨＨＰＤＶ／（−ＨＨ＋ＨＨ）　　・・・　（３）ＰＤＨＰＤＶ　
　　　　Ｖ　　　Ｈｚ　　　＝−（Ｈ／Ｈ）ｘ　　　＋Ｈ−（４）Ｉ　　　
　　　　　　ＰＤＨＨＩ　　　　ＰＤＨとなる。

上記実施例においては、受光素子（フォトダイオードＰ
Ｄ）は各１個ずつであり、従って検出のための回路を小
規模とすることができる。なお、発光素子（発光ダイオ
ードＬＥＤ）は多数であって時分割点灯駆動することが
必要になるが、その回路は検出回路に比べて簡単である
。また、時分割点灯なので消費型°力も少なく抑えるこ
とができる。さらに、式（１）〜（４）で示したように
、位置演算も簡単なので簡単な回路によって高速演算す
ることが可能である。

次に、第１実施例の第１および第２の変形例を説明する
。

第４図は第１の変形例の斜視図である。図示の通り、第
１図の検出器を直夕Ｉ）に２個並置する。そして、枠体
２Ａ、２Ｂそれぞれからなる第１、第２の検出器のそれ
ぞれについて、第１の実施例と同様の時分割点灯による
ボール検出を行なう。すると、枠体２Ａ、２Ｂのそれぞ
れの位置でのボール１の二次元位置が求められるので、
ボール１の軌道を求めることが可能になる。また、第１
、第２の検出器における検出の時間間隔にもとづいて、
ボール１の飛翔速度を計算することもできる。

第５図は第２の変形例の斜視図である。この場合には、
枠体２Ａ〜２Ｃからなる第１〜第３の検出器を直列に並
置する。このような装置において、各検出器でボール１
の二次元位置を求めれば、ボ−ル１が曲っていること等
をも知ることができる。

また、検出の時間間隔から飛翔速度が求められるだけで
なく、速度変化も知ることができる。

次に、第６図ないし第９図を参照して、本発明の第２実
施例を説明する。

第６図はその要部の斜視図である。枠体２からなる検出
器については、第１実施例と同様に構成される。本実施
例では、これに加えてボール１の打ち出しを検知するセ
ンサ部を備えている。すなわち、矢印Ｂ方向に回転する
ハンマー４は載置板５の上のボール１を打ち出すように
なっており、その打ち出しタイミングは磁気センサ６で
検知される。

第２実施例の検知回路は第７図のように構成される。発
振回路１１は所定のタイミングパルスを出力するもので
、このパルスは変調回路１２を介してドライバ回路１３
Ｖ、１３Ｈに与えられ、これによって発光ダイオードＬ
ＥＤｖ１〜Ｌ　Ｅ　Ｄ　ｖｎ’ＬＥＤ　−ＬＥＤｈ、ｌ
ｌが時分割点灯駆動される。こｔの光信号はフォトダイオードＰＤ　１ＰＤｈにより検出
され、クランプ回路１４Ｖ、１４Ｈのそれぞれでクラン
プされた後、ライントライバ回路１５Ｖ、１５Ｈを介し
てカウンター６Ｖ１゜１６Ｖ２，１６Ｈに与えらｎる。

ここで、カウンター６■１はボール１の打ち出し時点か
らの時間に対応してカウント値をカウントアツプするも
のであり、カウンター６Ｖ２゜１６Ｈはそれぞれボール
検知した発光ダイオードＬＥＤ　　ＬＥＤｈｊを認識す
るカウント値をカラｖｌ’ シトアップ／リセットするものである。従って、ボール
１が枠体２の位置に来たことが検出されたときはカウン
ター６ｖ１の内容はメモリー７ｖ１に格納され、ボール
１の位置がフォトダイオードＰＤ　　により検出された
ときはカウンター６Ｖ２■ の内容はメモリー７Ｖ２に格納され、ボール１の位置が
フォトダイオードＰＤ　　により検出されたときはカウ
ンター６Ｈの内容はメモリ１７Ｈに格納される。ボール
検出が終了すると、メモリー７Ｖ１，１７Ｖ２，１７Ｈ
の内容バインターフェイス回路１８を介してコンピュー
タ２０に出力され、所定の演算が施された後に結果がデ
イスプレィ２１で表示される。なお、上記の回路の制御
は制御部１９によって一括してなされる。また、第７図
のスタート信号は第６図の磁気センサ６から与えられる
ものである。

次に、上記第２実施例の作用を順次に説明する。

第８図のフローチャートを参照する。まず、第６図の磁
気センサ６からのスタート信号がＯＮになる（ステップ
８０１）と、第７図の制御部１９からの指令によってド
ライバ回路１３ＶがＯＮになる（ステップ８０２）。そ
して、第７図のカウンタ１６Ｖ１のカウント値にとして
に−１がセットされる（ステップ８０５）。これにより
、まず発光ダイオードＬＥＤ　　（−ＬＥＤｖ□）が時
分割点灯され、フォトダイオードＰＤ　　によるボール
検出がされる。この時分割点灯によるボール検出は、ス
テップ８１０でカウント値ｔ、ｋがカウントアツプされ
ることによりステップ８０９でボールａりとされるまで
繰り返され、ボール有りとされたときはステップ８１３
でカウント１ｉｉｋがメモリ１７Ｖ１に格納される。こ
れにより、メモリ１７Ｖ１の値（カウント値ｋ）を知る
ことでボール１の飛翔時間を知ることができる。

ボールの二次元位置については、第２図で説明したのと
同様にして求めることができる。なお、第８図のフロー
チャートから明らかなように、カウンタ１６Ｖ２におけ
るカウント値ｉは速度検出の際に求められているので、
改めて求めることは不要である。

第９図の飛翔物体であるボールの軌跡の演算を示してい
る。

同図において、ボール１の二次元位置の座標（ｘ、ｚ）
は前述の式（３）、（４）によつて求めることができる
。このときに必要とするデータは、第７図のメモリ１７
ｖ２に格納されたカウント値ｉとメモリ１７Ｈに格納さ
れたカウント値ｊである。

また、ボール１の速度はボール１が第９図の点ＩＡから
点ＩＢまでに要する時間ｔを知ることにより、速度ｖ　−ｐ　／　（ｔ　ＩＩｃｏｓ　ａ　・ｃｏｓ　
７）　　−（５）として求まる。ここで、時間ｔは第７
図のメモリ１７Ｖ１のカウント値ｋから知ることができ
、方向角αについては α−ｔａｎ−１ｆ（ｘ　　−ｘ　　）／Ｎｌ　　　・・
・（６）ローで求めることができ、仰角γについては、７−１ａｎ　
−’　（Ｚ　　／　（ＩＩ／ｃｏｓ　ａ）　ｌ　−（７
）■ で求めることができる。

第２実施例においても制御困難なフォトダイオードＰＤ
を少なくしているので、第１実施例と同様の効果を奏す
ることができる。しかも、第２実施例では飛翔物体の二
次元位置だけでなく、その速度と軌跡をも求めることが
できる。さらに、ポルの打ち出し検知と同時にフォトダ
イオードの時分割点灯を開始すればよいので、消費電力
を低減することもできる。本発明は弾丸、野球ボール、
テニスボール、ゴルフボールなどの他、鳥、昆虫などの
各種の飛翔物体の検出に幅広く応用することができる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、受光素子は最低
で２個設けるだけであるので、検出回路を簡単にできる
。また、発光素子は時分割点灯されるので、受光素子の
検出のタインミングを発光素子の点灯のタイミングと対
応させることにより、飛翔物体の通過位置を正確に検知
できるので、小規模かつ簡単な回路構成によって飛翔物
体の二次元位置を精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例の要部の斜視図、第２図
は、位置検出のためのフローチャート、第３図は、位置
検出の原理の説明図、第４図は、第１実施例の第１の変
形例の要部の斜視図、第５図は、第１実施例の第２の変
形例の要部の斜視図、第６図は、本発明の第２実施例の
要部の斜視図、第７図は、検出回路の一例の構成図、第
８図は、速度検出のためのフローチャー１％、第９図は
、飛翔物体の軌跡の演算の説明図、第１０図は、従来例
の要部の斜視図である。１・・・ボール、２，２Ａ〜２Ｃ・・・枠体、ＬＥＤ・
・・発光ダイオード、ＰＤ・・・フォトダイオード、４
・・・ハンマー　５・・・載置板、６・・・磁気センサ
、１３Ｖ、１３Ｈ・・・ドライバ回路、１６Ｖ１・・・
カウント値にのためのカウンタ、１６Ｖ２・・・カウン
ト［ｉのためのカウンタ、１６Ｈ・・・カウント値ｊの
ためのカウンタ。Ｄｆｉ特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社出願人代理人　
　　長谷用　　芳　　樹第１実湖５列み嚢郁第１図壇度検′上のたののフロ＋ヤード従来のイ立１検土第１０図

Claims

【特許請求の範囲】１、飛翔物体が通過する二次元位置を光学的に検出する
二次元位置検出器において、前記飛翔物体が通過する通過方向と交叉する第１の軸に
沿って配設された複数の第１の発光素子と、前記通過方
向および第１の軸の双方と交叉する第２軸に沿って配設
された複数の第２の発光素子と、前記複数の第１および
第２の発光素子のそれぞれとの間で前記飛翔物体の通過
位置を挟むように配設されて当該複数の第１および第２
の発光素子からの光信号をそれぞれ受光する第１および
第２の受光素子と、前記複数の第１および第２の発光素
子を所定の順序で時分割に点灯させる点灯駆動手段と、
前記第１および第２の受光素子の出力信号によって前記
飛翔物体が前記光信号を遮ったことを検出し、当該検出
時点に時分割点灯された前記第１および第２の発光素子
の前記第１および第２の軸における位置関係から前記飛
翔物体の通過位置を二次元的に算出する演算手段とを備
えることを特徴とする二次元位置検出器。２、前記飛翔物体が打ち出されたことを検出する打ち出
しセンサを更に備え、前記演算手段は前記打出しセンサ
による検出時点と前記第１および第２の受光素子のいず
れかによる検出時点の時間間隔から前記飛翔物体の飛翔
速度を算出することを特徴とする請求項１記載の二次元
位置検出器。３、前記打ち出しセンサの検出時点から前記点灯駆動手
段の動作を開始させることを特徴とすする請求項２記載
の二次元位置検出器。