JPH03238356A - 衝撃領域検出装置 - Google Patents

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】 〔発明の分野〕 本発明は、標的の何れの領域に移動物体、例えば野球ポ
ールが当ったかを判定するための装置に関し、詳しくは
判定体として圧電フィルムを使用する前記装置に関する
。

〔従来技術の説明〕

圧電フィルムを使用する種々の形式の標的装置がある。

しかしながら、これら標的装置は衝撃だけを検出し、衝
撃の位置或は領域を表示することはない、加えて、多く
のこうした標的装置は衝撃によって消費或は破壊され然
も再使用するための設計形状を有していない。

衝撃の領域を表示するために特別に設計されたものは勿
論あるが、それらは非常に複雑なものである。それら装
置は赤外線或は電気光学的センサを使用し、標的を非常
に嵩張るものとし且つ製造費用を高価なものとしている
。

本発明は安価で製造の容易な、物体が標的に当った正確
な位置を表示する標的を提供する０本発明は野球、サッ
カー、或はアイスホッケーの如きスポーツ競技のために
使用し、ボールがプレートを横切った或はゴールに入っ
た正確な領域を表示させ得る０本発明はまた、マーシャ
ルアーツ或はボクシングタイプのスポーツでの一撃に際
しての手或は足の標的への衝突領域を表示させるために
も使用し得る。本発明は、標的その他物体上の物体の衝
突領域の判定が重要であるおもちゃ及びある種の工業に
対する用途もまた有する。

〔発明が解決しようとする課題１ 解決しようとする課題は、衝撃によって消費或は破壌さ
れる点及び衝撃の位置或は領域が表示されない点、そし
て高価で製造が容易ではない点である。

〔課題を解決するための手段〕 本発明は標的のどの領域に移動物体が衝突したかを判定
するための装置にして、フレーム上に取付けた可撓性の
支持表面と、該可撓性の支持表面に取付けたトランスデ
ユーサ手段と、信号プロセス処理手段とを有している。

本発明は移動物体の通路に配設される。前記トランスデ
ユーサ手段は物体の装置への衝突に際して信号を発生す
る。信号プロセス処理手段が、トランスデユーサ手段の
発生した信号に応答して該信号を評価し、標的のどの位
置に物体が衝突したかを判定する。

［実施例の説明］ 同じ参照番号は同じ要素を表す図面を参照するに、第１
図から第１２図には先願の衝突領域判定装置例が例示さ
れ、第１図には本発明に従う衝突領域判定装置１０が例
示される。衝突領域判定装置１０は可撓性の薄板１４に
取付けたトランスデユーサ１２の形態の標的表面を含ん
でいる。薄板１４はカンバスの如き繊維とし得るもので
あり、枠１８にばね１６によって取付けられ且つぴんと
張られたトランポリン状構造体を創出する。別様には薄
板１４は、枠１８に適宜態様にて取付けたしなやかで且
つ容易に圧縮し得るフオーム或はゴム材料とし得る。

枠１８は、衝突領域判定装置１ｏをその使用意図に適し
た高さ及び方向で支持するために枠２゜に取付は得、或
は例えば、支持体から吊下げ或は壁に固定し得る。例え
ば、野球における投球がストライクゾーンの範囲内のも
のか或は外れたかを判定するためには、衝突領域判定装
置１０は好ましくはストライクゾーンの適宜の領域に位
置決めされ、一方、ボクシング或はマーシャルアーツで
の練習に於て一撃の加えられる領域を判定するためには
、衝突領域判定装置１０は人間の胴の高さに位置決めさ
れる。

前記トランスデユーサ１２は単一層の圧電フィルム或は
２層の圧電フィルムからなるバイモルフ積層体であり得
る。トランスデユーサ１２はまた圧電フィルムのマルチ
モルフ（即ち２層以上の）積層体とも為し得る。都合上
、本発明ではトランスデユーサ１２は２枚の圧電フィル
ム２２及び２４から成るバイモルフ積層体（第１図参照
）として説明される。２枚の圧電フィルム２２及び２４
はポリ弗化ビニルポリマー或はＰＶＤＦ、その他任意の
圧電ポリマー材料であり得る。各圧電フィルム２２及び
２４はその各側の表面上に電極コーティングを有し、こ
れら電極コーティングが圧電フィルムとの密着を提供す
る。電極コーティングは非常に薄いものでありまた導電
性インクのスクリーン印刷、真空蒸着その他の如き周知
の数多くの金属被覆技術によって塗布し得る。電極コー
ティングそのように薄く相対的寸法では描けないため図
面では分けて例示されていない。

各圧電フィルム２２及び２４は既知の極性を有する。従
来知られているように、圧電フィルムの形成プロセスに
は極性付はプロセスの使用が関与される。例えば米国特
許第４．６７５．９５９号を参照されたい。極性付は期
間中圧電フィルムは、その内部の個々の結晶の極性軸を
整列させ、結晶内部の双極子に関して整列した極性を与
える強電界を受ける。双極子は、代表的に圧電フィルム
の平面に対して直交する軸である極性の軸に沿って整列
される。第５Ａ図及び５Ｂ図には考え得る２つのバイモ
ルフ形状が示され、第５Ｃ図には極性付けされた圧電ポ
リマーフィルム層から成るマルチモルフ形状が示される
。各フィルム層の極性は、極性付は電界方向を表す縦方
向矢印によって示される。矢印尾部は正の極性付は電位
を受けるフィルム表面に相当しその結果、主要な負の電
荷を有する。矢印先端は負の極性付は電位を受けるフィ
ルム表面に相当しその結果、主要な正の電荷を有する。

該先願例に於ては各圧電フィルム２２及び２４は対向直
列積み重ね形状を有し且つ積層されてバイモルフを形成
する。対向直列積み重ね形状に於て、各圧電フィルムの
互いに対面する側面は同一電荷を有する。斯（して、各
圧電フィルム２２及び２４は、正に帯電した表面を互い
に対面させた（第５Ａ図参照）正連続対向形状或は、負
に帯電した表面を互いに対面させた（第５Ｂ図参照）負
連続対向形状で積層され得る。都合上、該先願例ではト
ランスデユーサ１２は負連続対向形状で積層した圧電バ
イモルフトランスデユーサとして説明されている。各圧
電フィルム２２及び２４は各層間の良好な電気的接触を
保証する、例えば導電性粘着材を使用しての任意の適宜
態様に於て互いに積層される。

前述のバイモルフ積層体の固有の利益は、ランダム振動
の形の騒音に対し無感性であることである。前述の如き
連続対向状態で形成された場合、トランスデユーサ１２
は同相分排除を提供する。

即ち、当業者には周知の如（トランスデユーサ１２は差
動入力装置として機能する。該差動入力装置に於ては、
ランダム振動（風によって引き起こされる振動の如き）
によって発生した騒音に於てそうであるように、両圧電
フィルム２２及び２４上に同時に且つ同位相で出現する
入力は無視される。しかしながら、トランスデユーサ１
２に衝突した物体によって引き起こされた如き、非−同
時の或は同位相ではない入力は、以下に詳しく説明され
るように感知されそして出力信号が発生される。

都合上、該先願例は野球のボールのストライク及びボー
ルを判定するための野球ボール標的に関して説明されて
いるが、該先願例はこうした形状或は使用に限定される
ものではなく、多（のその他スポーツ或は衝撃の領域を
感知し且つ表示することが所望される任意のその他セツ
ティングに適用し得るものであることを理解されたい。

第１図及び第２図に示されるような第１具体例に於ては
トランスデユーサ１２は、それが標的の全ストライクゾ
ーンを覆うように可撓性薄板１４に取付けられる。標的
での野球ボールの衝撃がトランスデユーサ１２に電気的
出力信号を発生させる。この信号を検知しそしてプロセ
ス処理するため、トランスデユーサ１２の圧電フィルム
２２及び２４は極性検知体（図示せず）に結合される。

作動に際し、標的での衝撃領域を判断されるべき野球ボ
ールその他物体３２が標的に差し向けられる。物体はト
ランスデユーサ１２か或は薄板１４の前記トランスデユ
ーサ１２によって覆われない部分に衝突する。もし物体
３２が第６図に示されるようにトランスデユーサ１２に
直接衝突すると（即ちストライクの時は）、衝撃によっ
て生じた力が圧電フィルム２２及び２４に圧縮及び引張
の両心力を発生させる。その結果としての第６図に示さ
れるような変形が、各圧電フィルム層の表面電荷密度を
変化させる。従って、圧電フィルム２２の対向表面の電
極コーティング間には電圧ｖ１が発現し、圧電フィルム
２４の対向表面の電極コーティング間には電圧ｖ２が（
第７図参照）発現する。圧電フィルム２４は衝撃下で圧
電フィルム２２よりも更に変形し、その結果より大きい
電圧■２を発生する。全電圧出力■。はＶ、　＋　Ｖｉ
に等しい。トランスデユーサ１２は負連続対向形状で積
層された圧電バイモルフトランスデユーサであることか
ら、全電圧出力■。の極性は第７Ｂ図の出力波形から理
解されるように負である。キルヒホフの法則からＶ、−
Ｖ、＋Ｖ。＝０であり或はＶ。＝Ｖ＋　　Ｖｉである。

ここで、■、は圧電フィルム２２の電極コーティングを
横断して創出される電圧であり、■２は圧電フィルム２
４の電極コーティングを横断して創出される電圧であり
、ｖｏは極性検知体に入力される全出力電圧である。”
ストライク”が投げられると■２は、トランスデユーサ
１２の構造上ｖ１よりも大きくなる。斯くして負のＶ０
値が極性検知体に入力され、装置は”ストライク”が投
じられたことを表示する。

別様には、もし物体３２が第８図に示されるようにトラ
ンスデユーサ１２によって覆われない標的領域に当る（
即ち”ボール”の場合）と、衝撃によって生じた力が圧
電フィルム２２及び２４を別の態様でやはり変形せしめ
る。この場合、圧電フィルム２２及び２４は主として引
張応力を受ける。変形によって各圧電フィルムの表面電
荷密度が変化する。従って、圧電フィルム２２の対向表
面の電極コーティング間には電圧ｖｌが発現し、圧電フ
ィルム２４の対向表面の電極コーティング間には電圧ｖ
２が（第９Ａ図参照）発現する。圧電フィルム２２は衝
撃下で圧電フィルム２４よりも更に変形し、その結果発
生する電圧ｖ１は電圧Ｖ、よりも大きい。全電圧出力ｖ
０はＶ、＋Ｖ、に等しい。全電圧出力ｖ０の極性は第９
Ｂ図の出力波形から理解されるように正である。キルヒ
ホフの法則からＬ−Ｖ、＋Ｖｏ＝０であり或は■。＝Ｌ
　　Ｌである。”ボール”が投げられると、電圧■、は
トランスデユーサ１２の構造上電圧ｖ２よりも太き（な
る、斯くして正の■。値が極性検知体に入力され、装置
は”ボール”が投じられたことを表示する。

野球ボール標的の全ボールゾーンをトランスデユーサ１
２によって覆う一方、ストライクゾーンを覆わないでお
く（第３図参照）ことにより、同様の結果を達成し得る
。その場合、トランスデユーサへの直接的な衝突（即ち
”ボール”である場合）はやはり負の出力電圧を発生さ
せる。しかしながらこの具体例では負のｖ０値が装置を
して”ストライク”ではなく”ボール”が投じられたこ
とを表示せしめることを理解されたい、同様に、覆われ
ないストライクゾーンへの衝撃は正の■。値を創出させ
それにより装置は”ストライク”が投じられたことが表
示される。

バイモルフトランスデユーサ１２Ａ及び１２Ｂもまた、
標的のストライク及びボール両ゾーンの夫々を覆って配
置し得る（第４図参照）。好ましくは２つのバイモルフ
トランスデユーサ１２Ａ及び１２Ｂは電気的に連結され
或はそれらの間に電気的接触がないよう互いに隔絶され
る。標的のストライクゾーンは機械的、例えばバイモル
フトランスデユーサ１２Ａ及び１２Ｂを別の薄板に配置
し２つのゾーン間の機械的クロストークを最小限とする
ことによってもまた、ボールゾーンから切り離し得る。

バイモルフトランスデユーサ１２Ａは好ましくは、２つ
の圧電フィルム２２Ａ及び２４Ａのバイモルフ積層体で
ある。バイモルフトランスデユーサ１２Ｂもまた、好ま
しくは２つの圧電フィルム２２Ｂ及び２４Ｂのバイモル
フ積層体である。バイモルフトランスデユーサ１２Ａの
極性はバイモルフトランスデユーサ１２Ｂのそれと反対
である。即ち、もしバイモルフトランスデユーサ１２Ａ
が例えば、負連続対向形状で積層された場合は、バイモ
ルフトランスデユーサ１２Ｂは正連続対向形状で、従っ
て逆に積層される。都合上、該先願例は負連続対向形状
で積層されたバイモルフトランスデユーサ１２Ａ及び正
連続対向形状で積層したバイモルフトランスデユーサ１
２Ｂに関して説明される。第１０図に示されるように、
電気伝導体２８及び２８°がバイモルフトランスデユー
サ１２Ａの圧電フィルム２２Ａ及び２４Ａを比較器３４
及びアースに夫々接続する。バイモルフトランスデユー
サ１２Ｂのためには、電気伝導体３０及び３０°がバイ
モルフトランスデユーサ１２Ｂの圧電フィルム２２Ｂ及
び２４Ｂを比較器３４°及びアースに夫々接続する。各
−対の電気伝導体は圧電フィルム層の電極コーティング
に付設される。電極コーティングは極めて薄く、従って
図面には描けないので明瞭化のために図面上では省略さ
れている。しかしながら各圧電フィルム２２Ａ、２４Ａ
、２２Ｂ及び２４Ｂは常に電極コーティングと共に各表
面に設けられる。

該具体例に於て衝撃領域を判定するための方法は、トラ
ンスデユーサ１２が標的の一方の領域だけを覆う、先に
説明された方法と類似である。仮に標的におけるその衝
突領域を判定されるべき野球ボールその他物体がトラン
スデユーサ１２Ａに直接衝突した場合は全出力電圧■。

が発生される。

トランスデユーサ１２Ａは第１具体例で説明した如く負
連続対向形状で積層されていることから、全出力電圧Ｖ
。Ａは負である。こうした負のＶ。Ａ値は電気伝導体２
８を介して比較器３４（第１０図参照）へと伝達される
。比較器３４は信号Ｖ。Ａを予備決定参照水準と比較し
、信号が騒音或は標的の振動によって生じた誤信号では
ないことを保証する。もし信号Ｖｌ、Ａの大きさがが比
較器３４の参照水準よりも大きい場合は、比較器３４は
負の出力信号Ｖ。Ａを創出し、該信号Ｖ。えが極性検知
体２６に入力されそれにより装置は”ストライク”が投
じられたことが表示される。

もし物体がトランスデユーサ１２Ｂに直接光るとじボー
ル”の場合は）衝撃によって生じた力が圧電フィルム２
２Ｂ及び２４Ｂを第１具体例に於て先に説明されたよう
に変形せしめる。圧電フィルム２２Ｂ及び２４Ｂの各電
極コーティング間に電圧■１及びＶ、が発現し、全出力
電圧■。、は■１及び■、の合計に等しい、しかしなが
らこの場合は、圧電フィルム２２Ｂ及び２４Ｂが正連続
対向形状で積層されていることから、全出力電圧Ｖ。Ｂ
は正である。キルヒホフの法則から　−Ｖｔ＋Ｌ＋Ｖｏ
ｍ＝Ｏであり或はＶ。ｓ　＝ｖｘ−Ｖ１である。ここで
ｖｌは圧電フィルム２２Ｂの電極コーティングを横断し
て創出される電圧であり、Ｖ！は圧電フィルム２４Ｂの
電極コーティングを横断して創出される電圧であり、ｖ
ｏｍは全出力電圧である。”ボール”が投げられると電
圧ｖ２はトランスデユーサ１２Ｂの構造上電圧ｖ２より
も大きくなる。斯くして、正のＶ。、値が電気伝導体３
ｏを介して比較器３４°に入力される（第１０図参照）
、比較器３４゛はトランスデユーサ１２Ａ及び比較器３
４からの信号Ｖ。、ｌのために説明したと同一様式で信
号ＶＯａが誤信号かどうかを確定する。もし信号Ｖ。。

が真の衝撃によって発生された信号である場合は比較器
３４°は正のｖＯ８値を創出し、これが極性検知体２６
に入力されそれによって装置は”ボール”が投じられた
ことを表示する。

上述した３つの場合に於ては衝撃に際して発生された電
圧信号の第１ピークのみが使用される。

別様には標的における物体３２の衝突領域を増幅比較器
を使用して判定し得る。トランスデユーサ１２は一方の
領域（ストライク或はボールの何れか）だけを覆う、ス
トライク或はボール領域はそれら領域間の機械的クロス
トークを最小限とするために機械的に断続される０作動
に際し、例示目的上、トランスデユーサ１２が（第２図
に示される如く）標的のストライクゾーンを覆う場合は
トランスデユーサ１２は電気伝導体３８及び３８゜によ
って比較器３６及びアースに夫々結合される（第１１図
参照）、衝撃の領域を判定するべき野球ボールその他物
体が標的に差し向けられる。該物体がトランスデユーサ
１２に衝突すると信号が発生される。第１１図に示され
るように、この信号は先ず、信号が標的の振動或は騒音
によって生じた誤信号ではないことを保証するために、
信号の振幅を予備決定された参照水準と比較する比較器
３６を介して伝達される。もし信号の振幅が比較器３６
の参照水準よりも大きい場合は比較器３６は出力信号を
創出する。出力信号は次いで、比較器３６の参照水準よ
りも高い、予備決定された参照水準を有する比較器３６
°に入力される。比較器３６゛は物体３２がトランスデ
ユーサ１２に直接衝突した場合に発生された信号の振幅
と、物体３２がトランスデユーサ１２によっては覆われ
ない標的部分に衝突した場合に発生した信号の振幅との
間の差を認識する。ストライクゾーン及びボールゾーン
の機械的断続が１００％の効果を生じるものではないこ
とから、圧電フィルムで覆われない表面への衝突は圧電
フィルムを幾分変形させる。直接的及び非直接的な衝突
の場合にはトランスデユーサ１２は与えられた極性及び
振幅の信号を出力する。トランスデユーサ１２への直接
的な衝突は非直接的な衝突によって発生された信号の振
幅よりも大きい振幅を有する信号を発生させる。トラン
スデユーサ１２への直接的な衝突によって発生された信
号の出力信号の振幅は、比較器３６及び３６°の予備決
定された両参照水準よりも大きい。次いで比較器３６°
は信号を出力し、それにより装置１０は”ストライク”
が投じられたことを表示する。もし物体３２が標的の、
トランスデューサ１２によって覆われないボールゾーン
に衝突すると、発生信号の振幅は、比較器３６の予備決
定参照値より大きいが、比較器３６゛の予備決定参照水
準よりは小さいものとなる。従って、比較器３６だけが
信号を出力し、それにより装置１０は”ボール”が投じ
られたことを表示する。

同一の結果は、野球ボール標的の全ボールゾーンをトラ
ンスデユーサ１２で覆う一方、ストライクゾーンな覆わ
ないでお（ことによって達成し得る。この場合、トラン
スデユーサへの直接的な衝突（即ち”ボール”の時）は
両比較器３６及び３６°の予備決定参照値よりも大きな
振幅の出力信号を発生させる。次いで比較器３６゛は出
力信号を創出しそれにより装置は”ボール”が投じられ
たことを表示する。同様に、物体３２が標的の、トラン
スデユーサによって覆われないストライクゾーンに衝突
すると比較器３６の予備決定参照値より大きな、しかし
比較器３６°のそれよりも大きくない振幅を有する出力
信号が創出される。従っで比較器３６だけが出力信号を
創出し、それにより装置１０は”ストライク”が投じら
れたことを表示する。

別様には、標的の一方のゾーンだけをトランスデユーサ
１２で覆うのに代えて、標的のストライク及びポール両
ゾーンを例えば、圧電バイモルフトランスデユーサ１２
Ａ及び１２Ｂでもって覆い得る。圧電バイモルフトラン
スデユーサ１２Ａ及び１２Ｂは２対の電気的伝導体によ
って比較器４０に結合される。第１２図のダイヤグラム
に示されるように、一対の電気的伝導体４２及び４２゛
が圧電バイモルフトランスデユーサ１２Ａを比較器４０
及びアースの夫々に結合する。一対の電気的伝導体４４
及び４４°が圧電バイモルフトランステューサ１２Ｂを
比較器４０及びアースの夫々に結合する。比較器４０は
どちらのゾーンに衝突があったかを判定するために使用
される。物体３２が標的に衝突すると、２つの圧電バイ
モルフトランスデユーサ１２Ａ及び１２Ｂは出力信号を
発生する。どちらの圧電バイモルフトランスデユーサに
物体３２が直接衝突したかに依存して、一方の出力信号
は他方のそれよりも大きな振幅を有する。もし、例えば
物体３２が圧電バイモルフトランスデユーサ１２Ａに衝
突した場合はそれによっては制される出力信号の振幅は
圧電バイモルフトランスデユーサ１２Ｂから発生する出
力信号の振幅よりも大きい。両圧電バイモルフトランス
デユーサ１２Ａ及び１２Ｂからの出力信号は何れの出力
信号の振幅が大きいかを判定するために比較器４０によ
って比較され、斯くして何れのゾーンに衝突がなされた
かが判定される。

第４具体例では衝撃の領域は時間遅れ検知体を使用して
判定される。ストライク及びゾーン両ゾーンは第１２図
に示されるように圧電バイモルフトランスデユーサ１２
Ａ及び１２Ｂによって覆われる。ストライク及びボール
ゾーンは棲械的に連結される。機械的連結により、一方
のゾーンへの直接的な衝突によって生じた衝撃波をして
そのゾーンを介し衝突の為されなかった方のゾーンへと
伝播可能ならしめる０例えば、衝撃波が圧電フィルムに
発生されそれにより出力信号が創出される。出力信号の
振幅が最初に上昇する０次いで衝撃波が衝撃を受けた圧
電フィルムを介し圧電バイモルフトランスデユーサ１２
Ｂの衝撃を受けなかった圧電フィルムへと伝播され、該
圧電バイモルフトランスデユーサ１２Ｂをして出力信号
を発生せしめる。（第１３図参照）圧電バイモルフトラ
ンスデユーサ１２Ａによって発生された最初の信号の振
幅の上昇と、圧電バイモルフトランスデユーサ１２Ｂに
よって発生された次の信号の振幅の上昇との間の相移動
が存在する。特定の材料を通して衝撃波が伝播すること
による時間遅れ定数を使用するして、時間遅れ検出体は
物体３２がどの領域に衝突したかを使用者に表示する。

ある状況に於ては２つ以上の別個の標的ゾーンを装置に
設けることが所望され得る０例えば、ゴルフ或はアーチ
エリ−に於ては多数の円形の同心状のゾーンを有する的
が所望される。第１４図には野球のための本発明に従う
複合標的ゾーン配列が示される。しかしながら本発明は
野球或はその他任意の使用に限定されるものではない０
本発明を例示するために野球が使用されたが、本発明は
衝撃を受けたゾーンの検出が所望される任意の運動に適
用可能である。第１４図に於ては一般的な矩形のストラ
イクゾーンが画定され、該ストライクゾーンの境界内部
には、投手の狙う多くの小さいゾーンが存在する。Ａか
らＪまでの９つのゾーンの各々は、独立状態の個別のト
ランスデユーサを含む。第１４図の前記ＡからＪまでの
９つのゾーンの前記トランスデユーサは好ましくは、共
通端子（図示せず）或は接地面を共有し、また各ゾーン
には夫々独立した導線（第１４図ではａからｊによって
示される）が設けられる。

この、多数のゾーンを有する具体例に於ては物体が衝突
した正にそのゾーンは、種々のゾーンからの電荷或は出
力電圧を比較することによって決定され得る。衝撃を受
けたゾーンから創成される測定電圧出力は最も大きい。

しかしながら、種々のゾーンに対応する個々のトランス
デユーサが同等の面積を有していない場合には問題が生
じる。

先に言及された先願例と同様、本発明の信号プロセス処
理手段は好ましくは、電圧検出を原理として作動される
。Ｖ＝Ｑ／Ｃ（トランスデユーサの出力端子に於て創成
される電圧は、衝撃によって弓き起こされた電荷をトラ
ンスデユーサのキャパシタンスで割ったものに等しい）
であること、またキャパシタンスＣがトランスデユーサ
の面積と比例することから、異なる面積のトランスデユ
ーサは、同一の衝撃に対して異なる出力電圧を創成する
。これは検出エラーを招く。こうしたエラーを避けるた
め、信号検出手段への入力電圧は該入力電圧が各々のト
ランスデユーサの面積と関係な（なるよう、”標準化”
する必要がある。

トランスデユーサの面積と関係な（電圧信号を発生させ
る一つの方法は出力電荷を検出することである。第１５
Ａ図に示されるこの技術では、各圧電トランスデユーサ
（キャパシタとしてホされる）が電荷増幅器７０と関連
付けされる。各電荷増幅器７０は、物体の衝撃を受ける
に際し関連するＡからＪのトランスデユーサによって創
成された電荷を入力として受ける。全ての電荷増幅器７
０のフィードバラツクキャパシタンス７２は等しい。創
成された電荷は衝撃力の関数であり且つトランスデユー
サの面積と無関係である。従って、各電荷増幅器７０か
らの出力は、面積の異なる各トランスデユーサからの電
圧信号である。電荷増幅器の出力は、トランスデユーサ
の面積と無関係の入力電荷の大きさと比例する。

別の技術は、各トランスデユーサの出力を横断して個別
の外部コンデンサを使用して各トランスデユーサの異な
るキャパシタンスを補償することである。この技術の概
略は第１５Ｂ図に示される。各トランスデユーサと平行
しているのがコンデンサである。外部コンデンサ０１〜
Ｃ９のキャパシタンスはＣａ＋　Ｃ＋”　Ｃｍ十ＣＢ　
＝Ｃｃ＋　Ｃｓ　ニー　Ｃ＋”Ｃｓ”Ｃｂａ＋ａｎｃｅ
である場合の一様性が維持されるよう決定される。前記
Ｃ，，Ｃ，、〜Ｃ１はトランスデユーサのキャパシタン
スを表し、Ｃ１，Ｃ，〜Ｃ１は外部コンデンサのキャパ
シタンスを表す。従って、各トランスデユーサはプロセ
ス処理回路への入力時にその表面積とは無関係に一定の
皮相キャパシタンスを、従ってその実際のキャパシタン
スを具備せしめられる。斯（してトランスデユーサから
の出力は標準化され且つ表面積とは独立される。

トランスデユーサの出力が”標準化”されることにより
種々のトランスデユーサの出力電圧は、最も高い出力電
圧を有するトランスデユーサを決定するためにマイクロ
プロセッサに於て直接比較し得るようになる。特定のト
ランスデユーサへの衝撃を判定（相移動、量比較等によ
る）するための、先に言及された技術はマルチゾーン具
体例にもまた適用可能である。

本発明は、単一トランスデユーサ或はマルチトランスデ
ユーサ形式を問わず、第１６図に示される如（、単一の
自己収納パッケージに於て具体化し得る。パッケージ５
０はターゲツト面５２、ケーブル５４そしてコネクタ５
６を具備する。

ターゲツト面５２は好ましくは、第１７図に於て断面が
示されるように、層構造を含む。例えば好ましくは肉厚
が０．０４インチ（約１．０２センチ）の”Ｌｅｘａｎ
”の商標の元に販売される如きプラスチックの基底層７
２が、剛性及び耐久性を提供するために具備される。該
基底層７２には、好ましくは肉厚が５ミルの、”Ｍｙｌ
ａｒ”の商標の元に販売される如きプラスチックフィル
ムの第１の保護層７４が位置付けられる。該第１の保護
層の隣には圧電トランスデユーサ７６が位置付けられる
。

該圧電トランスデユーサは、具体例がバイモルフ或はマ
ルチモルフ構造のものである場合には圧電フィルムの単
一の相か或は複数の層である。圧電トランスデユーサは
好ましくは、”Ｋｙｎａｒ”の商標の元に販売される如
き圧電フィルムから作成される。圧電フィルムの各層は
、その両面に伝導面（図示せず）を具備する。圧電フィ
ルム贋に隣合って第２の保護層７８が位置付けられる。

第１の保護層７４及び第２の保護層７８を単一或は複数
のトランスデユーサの各側に設けるのは、圧電フィルム
の前記伝導面を保護するためである。これら全ての層は
好ましくは、”４４４”の如き両面テープの如き粘着材
によって互いに連結される。

使用に際し、基底層を具備するターゲツト面の側面が物
体の直接衝撃に対して露呈される。標的の相構造が安価
な、然も耐久性のある衝撃ゾーンを提供する。パッケー
ジ５０内部の個々のトランスデユーサＡ−Ｊへの種々の
導線ａ−Ｊがケーブル５４及びコネクタ５６を貫いて挿
通される。コネクタ５６は信号検出手段の回路に導通す
る対応するコネクタと結合される。信号検出手段の回路
を衝撃領域から安全な距離離間させるのが一般に好まし
い。

第１８図に例示される野球での使用状況に於ては、（第
１８図にはパッケージ５０はスクリーン６０を通して示
されろ）トランスデユーサによって画定されるターゲッ
トゾーンは好ましくは、代表的な野球のストライクゾー
ンと同じ大きさである。第１４図に示されるトランスデ
ューサエは投げたボールがぶつかりそうな領域に対応し
、一方もっと小さいトランスデユーサＡ−Ｈは、代表的
ストライクゾーン（内側上方、外側下方、等）内側周界
に沿った領域に対応し、トランスデユーサＪはストライ
クゾーン外側周囲の”ボール”領域に対応する。ストラ
イクゾーン内の周辺領域はピッチャ−にとって最も関心
のある領域である。本発明を使用することによって、ピ
ッチャ−はストライクゾーンの周囲のどの領域にボール
がぶつかったかを即座に知ることが出来る。

投げたボールがターゲットゾーンを完全に外れた、”ワ
イルドピッチ”に類似する状況の場合には、ボールは他
のトランスデユーサに直接当ること無（、布製のスクリ
ーン６０に当る。”ワイルドピッチ”によって、パッケ
ージ５０における各トランスデユーサはスクリーン６０
の媒体を通して一斉に僅かに振動する。しかしながら、
トランスデユーサに直接ぶつかる分けではないので、任
意のその他のトランスデユーサよりも特に高い或は早い
電気的出力はどのトランスデユーサからも創成されない
。信号検出手段は多くのトランスデユーサ、若しくは全
でのトランスデユーサからの比較的小さい多（の信号を
検出する。前記信号検出手段は多くの比較的小さい電気
的出力から成る状況の如きを検出するべくプログラムさ
れ得、それにより”ワイルドピッチ”の如き状況を認識
する。本発明の好ましい具体例に於ては、各トランスデ
ユーサからの正の信号が合計される０合計された信号の
振幅が予備設定された域値水準よりも小さい場合にはワ
イルドピッチと認識される。同様に、ターゲットゾーン
がスクリーン全体の一部分だけを形成するアーチエリ−
の如きその他の使用状況に於ては、ターゲットゾーンで
はない布部分への衝突を検出可能である。

例えば、野球のピッチングにおける使用のためには、パ
ッケージ５０を重いスクリーン６０に当接させた状態で
取付けるのが好ましい、パッケージ５０は好都合には、
該パッケージ５０をスクリーン６０の、ボールがぶつか
る側と反対の側に縫い付けたポケット６１内に単に差し
込むことによって、第１９図に示されるように取付は得
る。パッケージ５０を衝突面に固定する他の手段も同様
に提供され得る。該手段は、粘着材を使用してのパッケ
ージの衝突面への粘着或はスクリーン６０へのパッケー
ジの縫い付けを含む、ケーブル５４は好ましくは、衝撃
のショックで飛び出さないよう折り込まれる０次いでコ
ネクタ５６が、信号プロセス処理手段に結合された第２
のケーブル５８に結合される。好ましくはカンバスの如
き重い布地から作成されたスクリーン６０は第１８図に
示されるフレーム６２の如き従来通りの手段によって直
立状態に取付けられる。スクリーンはロッド６４の如き
ウェイトによって加重される。野球での使用に於ては、
第１９図に示される好ましい具体例が、安価で使用し易
く且つ補修し易いピッチングデバイスを提供するために
示された０本具体例は実用に際してのその他デバイスよ
りも更に正確である。

〔発明の効果〕

本発明は安価で製造の容易な、物体が標的に当った正確
な位置を表示する標的を提供する効果を奏する０本発明
は野球、サッカー、或はアイスホッケーの如きスポーツ
競技のために使用し、ボールがプレートを横切った或は
ゴールに入った正確な領域を表示させ得る０本発明はま
た、マーシャルアーツ或はボクシングタイプのスポーツ
での一撃に際しての手或は足の標的への衝突領域を表示
させるためにも使用し得る０本発明は、標的その他物体
上の物体の衝突領域の判定が重要であるおもちゃ及びあ
る種の工業に対する用途もまた有する。

以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内
で多くの変更を成し得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

現在好ましい具体例が図面に例示されるが、本発明はこ
うした配列構成及び手段に限定されるものではないこと
を理解されたい。 第１図は先願例の衝突領域判定装置の第１具体例の斜視
図である。 第２図は先願例の第１具体例に従う標的手段の正面図で
ある。 第３図は先願例の別の具体例に従う標的手段の正面図で
ある。 第４図は先願例の別の具体例に従う標的手段の正面図で
ある。 第５Ａ図は先願例と共に使用するに適した別形態のトラ
ンスデユーサ形状の概略図である。 第５Ｂ図は先願例と共に使用するに適した別形態のトラ
ンスデユーサ形状の概略図である。 第５Ｃ図は先願例と共に使用するに適した別形態のトラ
ンスデユーサ形状の概略図である。 第６図は第１図を線６−６で切断した部分断面図であり
、先願例の第１具体例の機械的作動が例示されている。 第７Ａ図は、物体が第６図に示されるように先願例の衝
突領域判定装置に衝突した結果発生された電気的出力応
答を例示する回路ダイヤグラムである。 第７Ｂ図は物体が第６図に示されるように先願例の衝突
領域判定装置に衝突した結果発生された電気的出力応答
を例示する波形である。 第８図は第１図を線６−６で切断した部分断面図であり
、先願例の第１具体例の機械的作動が例示されている。 第９Ａ図は、物体が第８図に示されるように先願例の衝
突領域判定装置に衝突した結果発生された電気的出力応
答を例示する回路ダイヤグラムである。 第９Ｂ図は物体が第８図に示されるように先願例の衝突
領域判定装置に衝突した結果発生された電気的出力応答
を例示する波形である。 第１０図は先願例の第１具体例のための信号プロセス処
理回路の概略ダイヤグラム図である。 第１１図は先願例の第２具体例のための信号プロセス処
理回路の概略ダイヤグラム図である。 第１２図は先願例の第３具体例のための信号プロセス処
理回路の概略ダイヤグラム図である。 第１３図はストライクが投じられた場合及びポールが投
じられた場合の先願例の第４具体例の時間遅れ応答を示
すダイヤグラム図である。 第１４図は多数の別個の衝撃領域の各々に於て別体のト
ランスデユーサを具備する本発明に従う衝撃検出体を例
示する概略図である。 第１５Ａ図は第１４図に示されるトランスデユーサから
の出力信号をプロセス処理するための２つの異なる回路
の概略図である。 第１５Ｂ図は第１４図に示されるトランスデユーサから
の出力信号をプロセス処理するための２つの異なる回路
の概略図である。 第１６図は本発明のトランスデユーサの１パツケージン
グ方法を示す斜視図である。 第１７図は第１６図を線１６−１６で切断した断面図で
ある。 第１８図は第１４図に示される衝撃検出体を使用する本
発明の衝撃領域検出装置の１具体例の斜視図である。 第１９図は第１８図を！ｉ！１８−１８で切断した断面
図である。 尚１図中主な部分の名称は以下の通りである。 １０：衝突領域判定装置 １２：トランスデユーサ １４：薄板 １６：ばね １Ｂ、２０：枠 ２２．２４：圧電フィルム ３２：物体 ５０：パッケージ ５２：ターゲツト面 ５４：ケーブル ５６：コネクタ ６０ニスクリーン ７０：電荷増幅器 ７２；基底層 ７４：第１の保護層 ７６：圧電トランスデユーサ ７８：第２の保護層 同 風間弘 慝・ （ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ Ｖ２）曜ｖ１ ＦＩＧ、　＋４ ＦＩＧ　＋５Ａ ＦＩＧ、　１７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、その少なくとも一部分に複数の衝撃ゾーンを含む衝
   撃領域での物体の衝突を検出するための装置であって、 複数のトランスデューサにして、その各々が一つの衝撃
   ゾーンと同一の大きさの表面を具備し、各トランスデュ
   ーサが第１表面及び第２表面を具備する圧電フィルムの
   層を含み、前記第１の表面及び第２の表面が反対の極性
   を有する前記複数のトランスデューサと、 前記トランスデューサに応答し得る信号プロセス処理手
   段にして、前記トランスデューサからの電気的出力を御
   検出用になっておりそれにより、もしあれば、どの衝撃
   ゾーンに物体が当ったかを判定するための前記信号プロ
   セス処理手段とによって構成される前記物体の衝突を検
   出するための装置。 ２、信号プロセス処理手段は、複数のトランスデューサ
   からの電気的信号間の時間差を検出するための時間差検
   出手段を具備している請求の範囲第１項記載の物体の衝
   突を検出するための装置。 ３、信号プロセス処理手段は、複数のトランスデューサ
   からの電気的信号の相対的大きさを比較するための比較
   手段を具備している請求の範囲第１項記載の物体の衝突
   を検出するための装置。 ４、複数のトランスデューサからの個々の電気的出力信
   号を標準化するための標準化手段を具備している請求の
   範囲第１項記載の物体の衝突を検出するための装置。 ５、標準化手段は複数のトランスデューサの各々と関連
   付けられた電荷増幅器を具備している請求の範囲第４項
   記載の物体の衝突を検出するための装置。 ６、標準化手段は、複数のトランスデューサと並列した
   個別のコンデンサを具備している請求の範囲第４項記載
   の物体の衝突を検出するための装置。 ７、その少なくとも一部分に複数の衝撃ゾーンを含む衝
   撃領域での物体の衝突を検出するための装置であって、 衝撃ゾーンと同じ大きさの表面を各々具備する複数のト
   ランスデューサにして、反対の極性を有する第１の表面
   及び第２の表面を具備する第１の圧電フィルム層及び、
   第２の圧電フィルム層にして、前記第１の圧電フィルム
   層に隣合って配設されそれによって前記第１の圧電フィ
   ルム層及び第２の圧電フィルム層の対向する各面が類似
   の極性を有する前記第２の圧電フィルム層を有する前記
   複数のトランスデューサと、 該複数のトランスデューサに応答し得る信号処理手段に
   して、前記複数のトランスデューサからの出力電圧及び
   前記複数のトランスデューサ内の前記第１の圧電フィル
   ム層及び前記第２の圧電フィルム層間の電圧差を検出す
   るようになっておりそれにより、もしあれば、どの衝撃
   ゾーンに物体が当ったかを判定するための前記信号処理
   手段と によって構成される前記物体の衝突を検出するための装
   置。 ８、信号処理手段は、複数のトランスデューサからの電
   気的信号間の時間差を検出するための時間差検出手段を
   具備している請求の範囲第７項記載の物体の衝突を検出
   するための装置。 ９、信号処理手段は、複数のトランスデューサからの電
   気的信号の相対的大きさを比較するための比較手段を具
   備している請求の範囲第７項記載の物体の衝突を検出す
   るための装置。 １０、複数のトランスデューサからの個々の電気的出力
   信号を標準化するための標準化手段を具備している請求
   の範囲第７項記載の物体の衝突を検出するための装置。 １１、標準化手段は複数のトランスデューサの各々と関
   連付けられた電荷増幅器を具備している請求の範囲第９
   項記載の物体の衝突を検出するための装置。 １２、標準化手段は、複数のトランスデューサの少なく
   とも１つと並列した個別のコンデンサを具備している請
   求の範囲第９項記載の物体の衝突を検出するための装置
   。