JPH05131040A - 運動状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ ヘッドアップ検出装置等の運動状態検出装置
を市販のマイクロホン、特にコンデンサマイクロホンを
使用することによって軽量化、コンパクト化、低価格化
を図る。 ［構成］ コンデンサマイクロホン等の受圧素子等から
なる第１手段と、該受圧素子からの出力に基づいて前記
スウイング等の運動をする者の体の上下動作の状況を判
断する第２手段とを構成要素とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ゴルフ、テニス、バ
ッテング、マラソン等の練習及び訓練に用いられる運動
状態検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の運動状態検出装置として
は、例えば特許出願公開平成１年１８５２７６号の如き
ものが知られており、この装置の発明の前提及び構成を
説明する。即ち、図１１に示すようにプレーヤ９０がゴ
ルフクラブ９１を振り上げ、ボール９２を目で捕らえ、
クラブヘッド９４でボール９２を打撃する状態を示すも
ので、このときアマチュアのプレーヤ９０は、プロのプ
レーヤと違いボール９２を打撃し終わるまで目で捕らえ
ておらず、目は打球の飛ぶ方向、あるいは目標とした方
向を見てしまい、その結果、プレーヤ９０の頭部が打撃
方向に回転し、打撃されたボール９２は狙った方向に飛
んで行かないと云う現象に会う機会が良くある。これが
スポーツにおけるヘッドアップと云われるもので、現在
ではプレーヤの腕前のレベルを判断する１つの尺度とし
て一般的に使われており、皆がこのヘッドアップを解消
するようなフォームを研究して練習している。このよう
な状況下で、上記出願公開のものの発明はなされたもの
であるので、次に図９及び図１０に基づいてその構成を
説明する。すなわち、ゴルフ用帽子１０６には、その前
面側にゴルフボール９２の打撃音を集音マイクロホン等
のショット検出回路１００が取り付けられ、そのショッ
ト検出回路１００でその打撃音を検出すると共に、回転
機械方式の回転検出手段１０１で練習者、即ちプレーヤ
の頭部のヘットアップを検出し、それらの検出出力に基
づいて処理手段１０２が前記回転検出手段１０１とショ
ットの瞬間の時間との関係を判断し、告知手段１０５を
介してプレーヤ９０に知らせるものである。なお、１０
３はショット検出回路１００、回転検出手段１０１、処
理手段１０２のそれぞれに給電するための電源、１０４
はスイッチ、１０７は帽子１０６の側面に設けられた前
記電源１０３を収納するためのポケット、１０８も帽子
１０６の側面に設けられた前記処理回路１０２、告知装
置１０５を収納するためのポケットである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような一従来例として示したヘッドアップ検出装置にあ
つては、回転検出手段１０１が回転機械方式のものであ
ったので、必然的に重く、かつ大きな形状になってしま
うという問題点があつた。そのため、帽子１０６の形状
がこの装置の重さのため変形しないように硬い材質で作
らなくてはならず、また装置が装着くされた帽子を被っ
て練習等のプレーをした場合には頭に何かが乗っかつて
いるという違和感を乗せたという感覚があり実際にプレ
ーをしている時の感覚と異なるという問題点があつた。
さらには回転機械式のものであるため回転方向の力は検
出するが、本来検出しなくてはならない上下方向の動き
を検出していないので精度が出ないと云う問題点があっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、小生がマイ
クロホン、特にオーデイオ等に大量に低コストで生産さ
れているコンデンサマイクロホンの各種環境下における
特性の差違を調査研究している間に着想したものの１つ
で、スウイングをする者の頭部の上下方向の動きをコン
デンサマイクロホン等の受圧素子で検出する第１手段
と、該第１手段からの出力に基づいて前記スウイングす
る者の頭部の上下動作の状況を判断する第２手段とを備
えてなる。

【０００５】

【作用】例えばゴルフのクラブ、テニスのラケツト、バ
ッテイング等のスウイングを練習する人の頭部に本件装置
の受圧素子を取付け、頭部を上下動させるこよによつて
マイクロホンの受圧面、例えばコンデンサマイクロホン
にあつてはエレクトレットフィルムが圧力変動を受けて
変形することを利用し、その変形量を電気的に信号処理
して、マイクロホンの上下動の状況、即ち頭部の上下動
作の状況を検出し、例えばその検出信号から前記スウイ
ングの状態を判断し、その結果を練習する人に報知す
る。また、本件装置をマラソン選手等の陸上選手の膝に
取り付けて練習をした場合、足が十分に上がっていない
のか、上げ過ぎなのかが容易に検出できる。

【０００６】

【実施例】図１に基づいて本件発明の構成要素の１つで
ある受圧素子、特にコンデンサマイクロホンの構成を詳
細に説明する。同図１において、１０は一般に市販され
ているオーデイオ用のコンデンサマイクロホン（受圧素
子）で、円筒状ケーシング１１、回路基板１２、ＦＥＴ
トランジスタ１３、間隔保持用絶縁性円筒１４ 、受圧
用エレクトレットフィルム１５ａ、固定電極板１５ｂ、
リング状のスペーサ用絶縁性フィルム１６、引き出し用
リード線１７等から構成されている。

【０００７】次に、上記各構成要素について詳細に説明
する。前記円筒状ケーシング１１は、底部に形成されて
いる底壁に前記リード線１７が貫通する小孔１１ａが穿
設され、またケーシング１１の上端部に形成された開口
部は網目状保護部材１９によつて形成されている。回路
基板１２は前記ケーシング１１の底部に配設され、前記
ＦＥＴトランジスタ１３が載置されると共に、前記リー
ド線１７が接続されている。間隔保持用絶縁性円筒１４
は、前記ケーシング１１の底壁と、ＦＥＴトランジスタ
１３のリード１３ａに接続された前記固定電極１５ｂと
の間隔を一定に保持するものである。スペーサ用絶縁性
フィルム１６のそれぞれは、受圧用エレクトレットフィ
ルム１５ａと固定電極板１５ｂとの間の間隔を一定に保
持すると共に、ケーシング１１や間隔保持用絶縁性円筒
１４との間隔を一定に保持するものである。

【０００８】以上が、一般に市販され、使用されている
コンデンサマイクロホンの主な構成である。ここでは加
速度センサとして使用するため以下に述べる工夫をして
いる。即ち、１８はガラス製密閉部材で、前記コンデン
サマイクロホン１０の外側全体を気密状に覆ってコンデ
ンサマイクロホン１０内を低圧状態、特に真空状態に保
持されている。なお前記ガラス製密閉部材１８は、コン
デンサマイクロホン１０の外径より若干大きな内径を有
し、かつコンデンサマイクロホン１０の軸方向長さより
も約３倍の長さを有するガラス製円筒からなり、その中
空部内にコンデンサマイクロホン１０が挿入され、該コ
ンデンサマイクロホン１０は接着剤によつてその円筒内
に固定される。

【０００９】その後その一端開口部近傍をバーナ等によ
りガラスを溶かしてその一端開口部を閉塞してから、他
端開口部から空気を抜き取り、その工程が終了してから
この他端開口部近傍のガラスを溶かすことによつてコン
デンサマイクロホン１０を真空状態に密閉する。

【００１０】次に、上記のように構成されたものの作用
説明を行なう。上記構成の説明の中で説明したコンデン
サマイクロホン１０、すなわち外気に対して気密状態に
密封されたコンデンサマイクロホン１０を、移動方向に
向け、すなわちエレクトレットフィルム１５ａを移動方
向に向けて加速変位させると、そのエレクトレットフィ
ルム１５ａに加速度が作用する。

【００１１】なお、上記の如きコンデンサマイクロホン
を使用した加速度センサについては小生が本件出願以前
に関連する出願を行っているので、他の構成による加速
度センサの説明は省略する。

【００１２】上記説明ではコンデンサマイクロホン１０
を密閉部材１８で真空封止することによつて加速度セン
サを得る１つの方法について述べたが、該密閉部材１８
を用いず、コンデンサマイクロホン１０のリード線１７
の引出し用小孔１１ａを接着剤等で完全に封止し（なお
コンデンサマイクロホン１０の内部、外部間の空気流通
抵抗の大きさによつては小孔１１ａの大きさをより小さ
くする場合もある）、かつ全面を大きな空気流通抵抗を
有するスポンジで覆うことによつて上下方向の速度成分
を検出する速度センサを構成することができる。なお、
これらのことについても、小生が本出願以前に多くの関
連する出願を行っているので詳細な説明に付いては省略
する。

【００１３】次に、上記の如く構成された速度センサ、
または加速度センサを用いて構成された各種ヘッドアッ
プ検出装置を例にとって説明する。

【００１４】まず、第１実施例を図２に示し、その構成
を説明する。同図において、２０は上下方向の速度成分
を検出する速度センサで、上記説明の中で開示したコン
デンサマイクロホン１０をスポンジ等の多孔性封止部材
で全面的に覆い、かつそのリード線１７の引出し用小孔
１１ａを樹脂等で封止したものである。２１はフィルタ
回路で、スウイング等の練習における頭部の上下方向の
速度成分のみを通過させるための周波数帯域を有するバ
ンドパスフィルタによつて構成されている。２２は積分
回路で、前記速度センサ２０で検出された上下方向の速
度成分を積分して上下方向の変位量を求める。２３は演
算増幅器２３ａと基準電圧２３ｂを有する比較回路で、
前記積分回路２２の出力が基準電圧２３ｂを越えたと
き、または越えている間、出力をハイレベルにする。な
お上記基準電圧２３ｂは、例えば標準的な上級者のスウ
イング時における頭部の変位量の最大値に相当するよう
な値に設定されている。２４は警報音発生回路で、比較
回路２３からハイレベル信号が供給されている間、所定
の周波数で発振する発振回路から構成されている。２５
はスピーカで、前記警報音発生回路２４からの出力に基
づいて警報音を発生する。なお、上記の如く構成された
装置は図１０に示された従来例のように帽子１０６に取
り付けられおり、以下に述べる各実施例の構成のものも
同様にして帽子１０６に取り付けられる。

【００１５】次に、上記構成のものの作用を説明する。
図２に示される装置を図１０に示す帽子１０６に取り付
けてゴルフクラブ、バット等をスウイングする体制に入
ってから実際にスウイングする間には、スウイングによる
頭部の上下速度成分の他に、風による気圧変動成分等が
速度センサ２０によって検出される。その検出された信
号成分のうち、フィルタ回路２１の通過周波数帯域に入
る信号成分、即ちスウイング動作による上下速度信号成
分が抽出され、積分回路２２で変位信号に変換され、そ
の検出された変位量が設定された標準的な上級者の最大
変位量、即ち基準電圧２３ｂを越えていると、即ち中級
者、下級者のレベルのスウイングの仕方をしていると比
較回路２３の出力がハイレベルになり、警報音発生回路
２４からの発振出力によってスピーカ２５から警報音が
発せられ、スウイングする人はその警報音が発生しなく
なる理想のホームを目指してフォームを変えて練習する
ことにより技術が上達する。

【００１６】次に、上記速度センサ２０に替えて、図１
に示す加速度センサを用いた第２実施例を図３に基づい
て説明する。なお、図３において図２と同一構成のもの
には同一符号を付してその説明を省略する。図３におい
て、２６は図１に示すコンデンサマイクロホン１０利用
の加速度センサで、頭部の上下方向の加速度信号成分の
みを検出する。２７は機能的には図２のフィルタ回路２
１の機能と同等で、スウイングによる頭部の上下方向の
加速度信号成分のみを抽出し、他の動作に伴う加速度信
号成分を遮断する。２８、２９は第１及び第２積分回路
で、第１積分回路２８では加速度センサ２６からの出力
信号を所定の積分時定数で積分して上下方向の速度信号
を作成し、また第２積分回路２９では第１積分回路２８
で作成された速度信号を所定の積分時定数で積分してス
ウイングに伴う上下方向の変位量が求められる。

【００１７】次に上記構成の作用を説明する。図３に示
される装置を上記実施例と同様に図１０に示す帽子１０
６に取り付けてゴルフクラブ、バット等をスウイングす
ると、そのスウイングによる頭部の上下加速度成分の他
に、他の動作による上下加速度成分が加速度センサ２６
によって検出される。その検出された信号成分のうち、
フィルタ回路２７の通過周波数帯域に入る信号成分、即
ちスウイング動作による上下加速度信号成分が抽出さ
れ、第１積分回路２８を介して第２積分回路２９に供給
されることによつて変位信号に変換され、その変換され
た変位量が設定された標準的な上級者の最大変位量を越
えると、即ち中級者、下級者のスウイングの仕方をして
いると比較回路２３の出力がハイレベルになり、警報音
発生回路２４から発振出力がスピーカ２５に供給され警
報音が発せられる。

【００１８】次に、第３実施例を図４に基づいて説明す
る。なお、図４において図３と同一構成のものには同一
符号を付してその説明を省略する。図４において、３１
はＡ／Ｄ変換回路で、フィルタ回路２７から供給される
上下方向のアナログ加速度信号をデジタル加速度信号に
変換する。３２はマイクロコンピュータで、後述の第１
乃至第３メモリ３３〜３５のそれぞれに記憶された複数
のタイプの異なる上級者、即ち複数のタイプの異なるプ
ロのスウイングの加速度波形を順次読み取り、その読み
取った加速度波形と前記Ａ／Ｄ変換回路３１から供給さ
れる出力との間で相関を取ることによってどのメモリに
記憶されたプロのスウイングの波形に一番近いかを判定
して、その最も近いプロの名前を表示装置３６に供給し
て表示せしめる。また前記マイクロコンピュータ３２
は、比較回路２３を構成する基準電圧２３ｂ’を前記判
定結果に基づいて変化せしめる（スウイングする人と、
その人に最も似通っているタイプのプロのスウイングと
を比較するために）ための信号を出力する。またさらに
前記マイクロコンピュータ３２は、Ａ／Ｄ変換回路３１
から供給されたデジタル加速度信号を２回続けて不完全
積分してスウＤ変イングする人の頭部の最大変位量を求
め、比較回路２３’に供給する。３３、３４、３５は第
１、第２、第３メモリで、スウイングの大きなプロプレ
ーヤ、中ぐらいのプロプレーヤ、小さなプロプレーヤの
スウイング時の上下方向加速度信号の波形、それらのプ
ロの名前、比較回路２３’の基準電圧２３ｂ’の値等を
記憶している。比較回路２３’は、前記マイクロコンピ
ュータ３２からの指示に基づいて基準電圧２３ｂ’を変
化せしめ、またその設定される基準電圧２３ｂ’と前記
マイクロコンピュータ３２から供給される上下方向加速
度信号とを比較し、供給された上下方向加速度信号の方
が大きい場合、出力をハイレベルにし、警報を発生す
る。

【００１９】次に上記構成のものの作用を説明する。図
４に示される装置を上記第３実施例と同様に図１０に示
す帽子１０６に取り付けてゴルフクラブ、バット等をス
ウイングすると、そのスウイングによる頭部の上下方向加
速度信号成分、スウイングする人の他の動作に伴う上下
方向加速度信号成分が加速度センサ２６によって検出さ
れる。その検出された上下方向加速度信号成分のうち、
フィルタ回路２７の通過周波数帯域に入る信号成分、即
ちスウイング動作による上下方向加速度信号成分がフィ
ルタ回路２７によつて抽出され、Ａ／Ｄ変換回路３１を
介してマイクロコンピュータ３２に供給され、マイクロ
コンピュータ３２によつて第１乃至第３メモリ３３〜３
５のそれぞれに記憶された上級者のスウイング波形との
間の相関が順次とられ、そのうち最も相関関係の大きい
波形の上級者の名前がその波形の記憶されていたメモリ
から読み取られ、表示装置３６に表示される。また一方
でマイクロコンピュータ３２は、実際にスウイングして
いる人と最も相関の高い、即ちスウイングの最も似通っ
たプロの上下方向加速度信号の波形が記憶されいるメモ
リから、基準電圧２３ｂ’を最適なものに替えるための
値が読み取られ、その読み取られた基準電圧に替えるた
めの信号を比較回路２３’に供給する。そして、比較回
路２３’は前記マイクロコンピュータ３２によつて指示
され設定された基準電圧とＡ／Ｄ変換回路３１からの出
力信号とを比較して、該Ａ／Ｄ変換回路３１から供給さ
れた値が基準電圧よりも大きい場合には上記の如く警報
音を発生する。

【００２０】次に、第４実施例を図５に基づいて説明す
る。なお、図５において図４と同一構成のものには同一
符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明
する。即ち、３７は２乗回路で、フィルタ回路２７から
供給される上下方向のアナログ加速度信号を２乗し、か
つその２乗した値に所定の係数を乗算することによって
スウイングする人の頭部の上下方向のエネルギーを算出
する。３８はマイクロコンピュータで、前記２乗回路３
７で求められたスウイングする人の頭部の上下方向の運
動エネルギーを入力し、その運動エネルギーに基づいて
最大エネルギー、累積エネルギー等を算出する。また前
記マイクロコンピュータ３８は、図示されない切り替え
スイッチによってメモリ３９に記憶された上級者の最大
エネルギーと累積エネルギーのうち選択された一方を読
み取ると共に、読み取った一方のエネルギーに対応す
る、前記比較回路２３’の基準電圧２３ｂ’を読み取
り、該基準電圧２３ｂ’を変えるための信号を比較回路
２３’に供給する。そして比較回路２３’は、基準電圧
２３ｂ’をその切り替えスイッチの切り替え状態に合わ
せて変化させる。

【００２１】次に、第５実施例を図６に基づいて説明す
る。なお、図６において図５と同一構成のものには同一
符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明
する。即ち、４０はマイクロコンピュータで、Ａ／Ｄ変
換回路３１から供給されるスウイングする人の頭部の上
下方向の運動エネルギーを時時刻刻の状態を示す波形に
基づいて、最大エネルギー、累積エネルギー、継続時間
（所定以上の運動エネルギーが生じている時間）等を算
出し、メモリ４１に記憶された上級者のそれらの値と共
に、表示装置４２に供給し、表示せしめる。また前記マ
イクロコンピュータ４０は算出した最大エネルギーを比
較回路２３に供給し、それによって比較回路２３は基準
電圧２３ｂと比較して、基準電圧２３ｂを越えた場合に
は警報を発生せしめるために出力をハイレベルにする。

【００２２】次に、第６実施例を図７に示し、その構成
を説明する。なお、図７において図２と同一構成のもの
には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分の
みを説明する。即ち、同図において、４４はマイクロホ
ンで、スウイングをする人の近傍に設置されて、スウイン
グに伴ってゴルフクラブ、バット、テニスラケット等か
ら発生する音、即ちカルマン渦による音を検出する。４
５はカルマン渦検出回路で、前記マイクロホン４４から
の検出出力に基づいて、カルマン渦による音（その周波
数は振り回されるものの太さに反比例し、かつ速度に比
例する）をフィルタ機能によって抽出し、その振り回す
もの特有な周波数が検出されたとき、ハイレベルな信号
をアンドゲート４６に供給する。

【００２３】次に、上記構成のものの作用を説明する。
図７に示される装置を図１０に示す帽子１０６に取り付
けてゴルフクラブ、バット、テニスラケット等をスウイ
ングすると、そのスウイング動作による頭部の上下方向
速度信号成分、スウイングする人の他の動作（例えばし
ゃがみこむ動作）による上下方向速度信号成分、風によ
る気圧変動成分等が速度センサ２０によって検出され
る。その検出された信号成分のうち、フィルタ回路２１
の通過周波数帯域に入る信号成分、即ちスウイング動作
による上下方向速度信号成分が抽出され、積分回路２２
で変位信号に変換され、その検出された変位量が設定さ
れた上級者の最大変位量を越えると、即ち中級者、下級
者のレベルのスウイングをしていると比較回路２３の出
力がハイレベルになり、警報音発生回路２４からの発振
出力によってスピーカ２５から警報音が発せられ、スウ
イングする人はその警報音が発生しなくなる理想のホー
ムを目指して練習することにより技術が上達する。

【００２４】このようなスウイングをしている間に風が
吹くと、それによつて速度センサ２０を囲む大気が乱れ
るので、圧力変動を発生してそれがフィルタ回路２１、
積分回路２２を介して比較回路２３に供給されることに
なり、その結果、電圧値が基準電圧２３ａを越えると、
比較回路２３はハイレベルな信号をアンドゲート４６に
供給する。しかし、そのときマイクロホン４４によって
スウイング時の音が検出され、かつその検出された音の
周波数成分の中にカルマン渦による周波数成分が入って
いない場合にはカルマン渦検出回路４５からハイレベル
な信号がアンドゲート４６に供給されないので、警報音
は発生されない。

【００２５】しかしスウイングされると、それに伴う固
有な周波数のカルマン渦が発生するので、比較回路２３
からアンドゲート４６にハイレベルな信号が供給される
と、警報音が発せられる。即ち、風が吹いてもスウイン
グしない限り、スウイングするもの固有の周波数が検出
されないので、警報音が発生されないという効果が発揮
される。

【００２６】次に、第７実施例を図８に基づいて説明す
る。なお、図８に示す構成のものは図３及び図７に示す
構成のものを組み合わせたもので、上記において説明し
たもの以外には新しい構成のものはないので詳細な説明
は省略し、簡単な説明にとどめる。即ち、図８のものは
図３に示したマイクロホン４４、カルマン渦検出回路４
５、アンドゲート４６を付加したもので、図３に示した
装置を帽子１０６に装着してスウイングするために、し
ゃがみ込んでゴルフボール９２をセットしたときに警報
音がノイズ的に発生されないようにしたものである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造設備等に大きな投資をしなくても大量生産され、か
つ安価に販売されているオーディオ用のマイクロホンを
流用することによつて安価な部品を大量に、かつ容易に
得ることができるという極めて大きな効果が発揮され
る。また装置を小型、軽量に纏めることが出来るので、
柔らかい材質の帽子にも容易に取り付けられ、かつ装置
が取り付けられた帽子を被って練習しても違和感を感じ
ることがなく、実際にプレーをしているときと何等変わ
りなく練習が出来るいという効果が発揮される。さらに
は、電子式であるので上下方向の動作状態を検出できる
ので、機械式に比較して精度を上げることが出来るとい
う効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例に用いられる加速度センサ
の断面説明図である。

【図２】本発明による第１実施例を説明するための回路
ブロック図である。

【図３】本発明による第２実施例を説明するための回路
ブロック図である。

【図４】本発明による第３実施例を説明するための回路
ブロック図である。

【図５】本発明による第４実施例を説明するための回路
ブロック図である。

【図６】本発明による第５実施例を説明するための回路
ブロック図である。

【図７】本発明による第６実施例を説明するための回路
ブロック図である。

【図８】本発明による第７実施例を説明するための回路
ブロック図である。

【図９】従来例を説明するための回路ブロック図であ
る。

【図１０】図９に示した回路ブロック図をゴルフ用帽子
に取り付けるための説明図である。

【図１１】従来例を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１０ コンデンサマイクロホン ２０ 速度センサ ２１、２７ フィルタ回路 ２２、２８、２９ 積分回路 ２３、２３’ 比較回路 ２４ 警報音発生回路 ２５ スピーカ ２６ 加速度センサ ３１ Ａ／Ｄ変換回路 ３２、３８、４０ マイクロコンピュータ ３３、３４、３５、３９、４１ メモリ ３６、４２ 表示装置 ３７ ２乗回路 ４４ マイクロホン ４５ カルマン渦検出回路 ４６ アンドゲート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スウイングする者の頭部の上下方向の動
   作状態を検出する第１手段と、該第１手段からの出力に
   基づいて前記スウイングする者の頭部の上下方向の動作
   状態を判断する第２手段とを備えてなることを特徴とす
   る運動状態検出装置。