JPH11155995A - ゴルフボールの飛距離計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゴルフボールに印刷されているマークや汚れ
によって、その部分に照射された赤外線の一部が吸収さ
れ、赤外線の反射光の受光量のピークが２つ現れたり、
マークや汚れがないときに比べてずれたりして、サンプ
リング時刻に信頼性がなく、ゴルフボールの打ち出し仰
角と打ち出し速度が正確に計れないという問題点があっ
た。 【解決手段】 赤外線の複数の発光素子からなる光源
と、該赤外線の光源より照射される光線の打球による反
射光を受光する第１の受光素子列と、前記赤外線の光源
を中間に配して異なる角度でそれぞれ配置した第２と第
３の受光素子列群とからなり、ゴルフボール表面のマー
クや汚れによる第２と第３の受光素子列群の受光素子の
受光量に変動がある場合に、ゴルフボールの中心を通っ
てゴルフボールの軌跡に直交する直線が受光素子を通る
ときのサンプリング時刻を検出演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はゴルフボールの飛距離測
定を目的とした、ゴルフボールの打ち出し仰角と打ち出
し速度の測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空中をある打ち出し仰角と打ち出し速
度で打ち出された物体の飛距離は、重力加速度を用いて
算出することができる。ゴルフボールの打球の場合、空
気の抵抗やボールのスピンにより真空中の場合とは異な
る運動をする。そこでゴルフ練習場のような空間的に限
られた場所においても、打者が自打球のキャリーを知る
ために、本願出願人の出願になる特願平９−２２０１５
８号で、打球に赤外線を照射し、その打球の赤外線の反
射光の受光量の最大値を利用して、打ち出し仰角と打ち
出し速度を計測し、それらから打球の飛距離を推定する
装置が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この特願平９−２２０
１５８号のゴルフボールの打球に赤外線を照射し、その
打球の赤外線の反射光の受光量の最大値を利用して、ゴ
ルフボールの打ち出し仰角と打ち出し速度を計測する装
置では、ゴルフボールに印刷されているマークや汚れに
よって、その部分に照射された赤外線の一部が吸収さ
れ、図６のａ１のグラフのように赤外線の反射光の受光
量のピークが２つ現れたり、または、図６のａ２のグラ
フのように最大値がマークや汚れがないときに比べてず
れたりして、サンプリング時刻に信頼性がなく、ゴルフ
ボールの打ち出し仰角と打ち出し速度が正確に計れない
という問題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の問題に鑑
みなされたもので、赤外線の複数の発光素子からなる光
源と、該赤外線の光源より照射される光線の打球による
反射光を受光する第１の受光素子列と、該第１の受光素
子列の受光をトリガとして受光を感知する受光素子を一
直線上に配置した受光素子列を、前記赤外線の光源を中
間に配して異なる角度でそれぞれ配置した第２と第３の
受光素子列群とからなり、前記打球の通過時に各受光素
子列内の隣り合う受光素子同士が最大の光量の反射光を
受光した第２と第３の受光素子列群の通過の時間差によ
り、打球の打ち出し仰角と打ち出し速度を計算し、前記
打球の打ち出し仰角と打ち出し速度とから打球の飛距離
を算出するゴルフボールの飛距離計測装置において、ゴ
ルフボール表面のマークや汚れによる第２と第３の受光
素子列群の受光素子の受光量に変動がある場合に、ゴル
フボールの中心を通ってゴルフボールの軌跡に直交する
直線が受光素子を通るときの時刻を検出することを特徴
とするゴルフボールの飛距離計測装置を提案するもので
ある。

【０００５】

【発明の実施の形態】第１受光素子列が打球を検出する
と発光部が光線の照射光量を増し、第２、第３受光素子
列の各受光素子が受光量に応じた電気量をそれぞれ出力
する。この出力値を、サンプリング時間毎にＡ／Ｄ変換
した数値データとしてサンプリング時刻との対でメモリ
に格納し、各受光素子の最大出力（ピーク）時の時刻を
推定し、その推定した時刻より各受光素子列内の隣り合
う受光素子毎の時間差を求める。更に、受光素子列の時
間差と、受光素子列内の受光素子の配置および受光素子
列配置の角度の差異により打球の打ち出し仰角および打
球の打ち出し速度を計算する。

【０００６】

【実施例】本発明の計測器は、図１に要部を一部破断状
態で示すように、光線をゴルフボール１の打球に照射す
るための発光素子を配列した発光部２と、光線を照射さ
れたゴルフボール１の打球の反射光を受光する受光素子
３，４，５の列と、受発光素子を配置した回路基板６
と、この回路基板６を固定し且つ受発光素子の光軸と同
軸な光路孔を有する箱状部材７と、この箱状部材７にあ
けた光路孔と共同して受光光線の絞りとなる光路孔を有
する絞板８とよりなる。

【０００７】構成の詳細を図２、図３および図４を参照
して説明する。第１受光素子３の列はゴルフボール１が
打ち出されたことを検出するための受光素子列であり、
打球がその列を通過した際にそれを判別することができ
る程度に粗な配置で構わない。図２のＷａは第２受光素
子列の受光素子４を横方向の間隔、Ｈａは縦方向の間隔
を一列に配置したもので、下からｎ番目の受光素子４の
位置を（Ｘａｎ，Ｙａｎ）で表す。また、Ｗｂは第３受
光素子列の列の横方向の間隔、Ｈｂは縦方向の間隔を一
列に配置したもので、下からｎ番目の受光素子５の位置
を（Ｘｂｎ，Ｙｂｎ）で表す。ただし、第２、第３の受
光素子４，５の列は異なる角度で配置する。すなわち、
Ｗｂ／Ｈｂ≠Ｗａ／Ｈａとなる。

【０００８】この種の装置は屋外で使用することが多い
ので、外光の影響を小さくするために、発光部２には例
えば赤外発光ダイオードを用いて、一定周波数の搬送波
として照射する。搬送周波数は、例えば一般にフィルタ
が流通しているために実現しやすい４５５ｋＨｚで良
い。第１受光素子列の受光素子３がゴルフボール１の打
球の反射光を受光すると、トリガ発生回路９がトリガ信
号を発生し、このトリガ信号によりＣＰＵ１０が発光部
２の光線の照射光量をドライバ１６を介して増幅し、第
２受光素子列の各受光素子４および第３受光素子列の各
受光素子５が受光量に応じた電気量をそれぞれ出力す
る。コントローラ１１は該出力電気量をサンプリング時
間毎にＡ／Ｄ変換した後、サンプリング時刻との対とし
てメモリ１２に格納する。ただしサンプリング時刻に関
しては、第２受光素子列および第３受光素子列につい
て、それぞれの列内においては同期がとれていればよ
く、列間においては同期がとれている必要はない。

【０００９】第２受光素子列の隣り合う受光素子４同士
の最大出力時の時刻の時間差、第３受光素子列の隣り合
う受光素子５同士の最大出力時の時刻の時間差をそれぞ
れ求め、受光素子列毎の通過時間差と、受光素子列内の
受光素子４、５の配置および受光素子列の配置の角度の
差異により打球の打ち出し仰角および打球の打ち出し速
度を算出する。

【００１０】次に実際の測定方法を、打球の打ち出し仰
角について説明する。通常、発光部２の赤外発光ダイオ
ードは定格順電流による輝度の光線を照射している。打
者がゴルフボールを打つと、打球は発光部２の照射範囲
１４に達し照射光を反射する（図３参照）。ゴルフボー
ル１の打球が第１受光素子列の受光範囲１５に入ると、
ゴルフボール１の打球の反射光を第１受光素子列中の１
つあるいは複数の受光素子３が受光し、受光素子３より
出力される電気量を基準の値と比較し、大きいときはト
リガ発生回路９がトリガ信号を発生してＣＰＵ１０に印
加する。ＣＰＵ１０はトリガ信号を受けるとドライバ回
路１６により発光部２の赤外発光ダイオードに定格の尖
頭順電流を与え発光輝度を上げ、第２、第３受光素子列
に対する打球の反射光量が多くなるようにする。またト
リガ信号により第２、３の受光素子列の各受光素子４，
５の出力電気量のサンプリングを開始する。

【００１１】第２受光素子列の受光範囲１７にゴルフボ
ール１の打球が達すると打球の反射光が第２受光素子列
内の複数の受光素子４で受光される。この時各受光素子
４の出力は受光素子４の受光量に比例する量であり、従
って打球と受光素子の距離の２乗に反比例した電気量で
ある（本実施例では電圧出力）。コントローラ１１の指
示するサンプリング時間毎にサンプル＆ホールド回路お
よびアナログスイッチ回路１８により各受光素子４の電
気量を一斉に保持し、Ａ／Ｄコンバータ１９により数値
変換後サンプリング時刻との対にして順次メモリ１２に
格納する。第３受光素子列６においても同様である。ゴ
ルフボール１の打球が各受光素子列に近くなるほど受光
素子４，５の受光量が多くなるので、出力される電気量
は大きくなる。

【００１２】一方ゴルフボール１の打球が受光素子列の
前を通り過ぎて遠ざかると出力される電気量は小さくな
る。ゴルフボール１の打球の初速度の範囲を２０〜８０
ｍ／ｓと考えると、第２、第３の受光素子列の間隔が６
０ｍｍであれば、０．７５〜３ｍｓでゴルフボール１の
打球は第２、第３受光素子列間を通過する。従って３ｍ
ｓの間サンプリングを繰り返せばほとんどのゴルフボー
ル１の打球の通過に対して、受光素子列の各受光素子
４，５が出力する電気量の変化を記録できる。

【００１３】サンプリングをしている時間は総じて短時
間であるから、その間ゴルフボール１の打球は等速直線
運動をしているものと仮定して以下の計算を行う。サン
プリングを終了すると、ＣＰＵ１０は発光部２への印加
電流を定格順電流に下げ、メモリ１２に格納した数値デ
ータの比較を開始する。

【００１４】まず、第２、第３の受光素子列内の各受光
素子４，５について、メモリ１２に格納した数値データ
の最大値を探索し、この最大値が打球の反射光を受光し
たと認められる場合、例えば最大値が基準の値に比べて
ある閾値以上大きい場合にその最大値の時刻を求める。
数値データは各受光素子に関して時系列に収集している
ため、最大値になる前後のデータを併せれば、サンプリ
ング時間の間を補間し、より高精度に最大値の時刻を求
めることができる。

【００１５】ここで、数値データが最大値のときの時刻
を推定する例を、図５、図６を参照して説明する。図
５、図６のａ１、ａ２、ａ３は第２受光素子列の受光素
子を、縦軸は電圧値を、横軸は時刻を、実線は時刻に対
するＡ／Ｄコンバータ２２での受光素子ａ１、ａ２、ａ
３の電圧値の変化を表し、電圧値が高いほど受光量が多
いことを表す。また、ゴルフボール１の通過がない場合
には、受光素子ａ１、ａ２、ａ３の電圧値は、０ボルト
の電圧値を示す。図５は、ゴルフボール１の表面のマー
クや汚れがない面が受光素子に面しているときのサンプ
リング時刻に対するＡ／Ｄコンバータ１９でのａ１、ａ
２、ａ３の電圧値の変化を表すグラフであり、図６は、
ゴルフボール１の表面のマークや汚れの面が受光素子に
面しているときのサンプリング時刻に対するＡ／Ｄコン
バータ１９でのａ１、ａ２、ａ３の電圧値の変化を表す
グラフである。このグラフの電圧値はＡ／Ｄコンバータ
１９を介して数値データに変換されて、コントローラ１
１を介して、メモリ１２に保存されている。

【００１６】例として、図６のａ１を用いて、ゴルフボ
ール１の表面のマークや汚れがない場合で推定される受
光量の最大値のときの時刻を推定してみる。閾値ｖ１と
閾値ｖ２は、０ボルトを越えているが０ボルトに近い値
を示し、ｖ２はｖ１より大きい値を示す。そして、閾値
ｖ１とａ１の電圧値の変化を表すグラフとの交点での始
めと終わりの時刻を見つけだす。この例では、始めの時
刻Ｔａ１１１と終わりの時刻Ｔａ１１２が見つけられ、
始めの時刻Ｔａ１１１と終わりの時刻Ｔａ１１２を足し
て、２で割り、この結果をＣＰＵ１０はＳＲＡＭ２０に
格納する。同様にして、閾値ｖ２も行い、このときの始
めの時刻Ｔａ１２１と終わりの時刻Ｔａ１２２が見つけ
られ、始めの時刻Ｔａ１２１と終わりの時刻Ｔａ１２２
を足して、２で割り、この結果をＣＰＵ１０はＳＲＡＭ
２０に格納する。ＣＰＵ１０はＳＲＡＭ２０に格納され
ている２つの時刻の平均値をとって、ゴルフボール１の
表面のマークや汚れがない場合で推定される受光量の最
大値のときの推定の時刻Ｔａ１が算出される。これ以
降、この推定値の時刻を数値データの最大値の時刻とし
て扱う。ここで、閾値ｖ１、ｖ２のどちらかで、ａ１の
電圧値の変化を表すグラフとの交点で始めの時刻と終わ
りの時刻が見つけられないときは、ａ１でのゴルフボー
ル１の通過はないと判断される。また、ここではｖ１と
ｖ２の２つの閾値を用いたが、１つまたは３つ以上の閾
値を用いても良い。

【００１７】さて、第２の受光素子列内の受光素子４の
電圧の数値データの最大値の時刻をＴａｎ、第３の受光
素子列内の受光素子５の電圧の数値データの最大値の時
刻をＴｂｎとする。ゴルフボール１の打球の反射光を受
光する受光素子は、受光素子の受光範囲内を打球が通過
した受光素子であり、受光素子の間隔をボールの大きさ
に比べて小さくしておけば、打球の反射光を受光する受
光素子は複数あって互いに隣り合っているものである。
また、受光素子の数値データが最大値になる時刻Ｔａｎ
およびＴｂｎは、打球が該受光素子に最も接近した時刻
である。

【００１８】ゴルフボール１の打球を等速直線運動と仮
定したので、図２から判るように、打球の反射光を受光
した受光素子については、第２の受光素子列内における
隣り合う受光素子４同士の最大出力時の時刻の時間差Ｔ
ａｎ−Ｔａ（ｎ−１）は総て等しく、また第３の受光素
子列内における隣り合う受光素子５同士の最大出力時の
時刻の時間差Ｔｂｎ−Ｔｂ（ｎ−１）はすべて等しいは
ずである。従って、複数の時間差の平均を求めることに
より、測定誤差を軽減することができる。また、ゴルフ
ボール１の打球の反射光を受光する受光素子は互いに隣
り合っているという条件を考慮すれば、偶然クラブヘッ
ドなど、打球以外のものによる反射光によって誤データ
が紛れ込んでも、それを除去することができる。以上の
ことから、第２、第３のそれぞれの受光素子列内におけ
る、隣り合う受光素子４，５同士の最大出力時の時刻の
時間差ΔＴａおよびΔＴｂは、次のようになる。すなわ
ち、ゴルフボール１の打球が受光範囲を通過したと認め
られる受光素子の範囲を第２の受光素子列においてＤ
ａ、第３の受光素子列においてＤｂとすると、 ΔＴａ＝（Ｔａｎ−Ｔａ（ｎ−１））のＤａにおける平
均。 ΔＴｂ＝（Ｔｂｎ−Ｔｂ（ｎ−１））のＤｂにおける平
均。 打球の打ち出し速度をＶ、打ち出し仰角をθとし、Γ＝
ｔａｎθとする。

【００１９】また、図２より、 ΔＬａ＝Ｖ×ΔＴａ ΔＬｂ＝Ｖ×ΔＴｂ ＴａｎおよびＴｂｎの各時刻における、対応する各受光
素子の位置と打球の位置とを結んだ直線は打球の軌跡と
直交することから、ΔＬａおよびΔＬｂは次のように計
算することができる。 ΔＬａ＝（Ｗａ＋Ｈａ×Γ）／（１＋Γ²）^1/2 ΔＬｂ＝（Ｗｂ＋Ｈｂ×Γ）／（１＋Γ²）^1/2 これらからΔＬｂ／ΔＬａ＝ΔＴａ／ΔＴｂ＝１＋（Ｗ
ｂ／Ｈｂ−Ｗａ／Ｈａ）／（Ｗａ／Ｈａ＋Γ）

【００２０】打ち出し仰角としては１象限あれば十分で
あるので、０≦θ＜９０度とすると、Γはその範囲で一
意であり、従って測定値ΔＴａ／ΔＴｂは一意に決まる
ことになる。上式をΓについて解くと、 Γ＝（Ｗｂ×ΔＴａ−Ｗａ×ΔＴｂ）／（Ｈａ×ΔＴｂ−Ｈｂ×ΔＴａ） ＝Ｗａ／Ｈａ×（（Ｗｂ／Ｗａ−Ｈｂ／Ｈａ）／（ΔＴｂ／ΔＴａ−Ｈｂ／ Ｈａ）−１）。

【００２１】従ってΓも測定値ΔＴｂ／ΔＴａにより一
意に決定できることが判る。打球の打ち出し仰角θはΓ
の逆正接を計算することにより求めることができる。

【００２２】精度については、１度以内の誤差で求める
ためは、サンプリング時間として１μｓ程度が必要だ
が、補間により最大時刻を計算し、さらに複数の時間差
の平均を求めることができるため、１０μｓ程度で構わ
ない。

【００２３】次に打ち出し速度の算出について説明す
る。打ち出し速度の算出は、前述したΓを用いて、次の
ように計算することができる。 Ｖ＝ΔＬａ／ΔＴａ ＝（Ｗａ＋Ｈａ×Γ）／（ΔＴａ×（１＋Γ²）^1/2）

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、打球の通過位置を特定
できるので、精度良く打球の打ち出し仰角を計測でき、
その打ち出し仰角を用いて算出した打球の移動距離より
打球の打ち出し速度を求めるので、キャリーの推定値の
信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一部破断外観斜視図

【図２】 計測位置関係説明図

【図３】 発光素子の照射範囲および受光素子の受光範
囲の説明図

【図４】 電気的ブロック図

【図５】 受光素子の電圧値と時刻のグラフ

【図６】 受光素子の電圧値と時刻のグラフ

【符号の説明】

１ ゴルフボール ２ 発光部 ３ 受光素子 ４ 受光素子 ５ 受光素子 ６ 受光素子 ７ 箱状部材 ８ 絞板 ９ トリガ発生回路 １０ ＣＰＵ １１ コントローラ １２ メモリ １３ ＬＣＤ １４ 照射範囲 １５ 受光範囲 １６ ドライバ回路 １７ 受光範囲 １８ サンプル＆ホールド回路およびアナログスイッチ
回路 １９ Ａ／Ｄコンバータ ２０ ＳＲＡＭ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線の複数の発光素子からなる光源
   と、該赤外線の光源より照射される光線の打球による反
   射光を受光する第１の受光素子列と、該第１の受光素子
   列の受光をトリガとして受光を感知する受光素子を一直
   線上に配置した受光素子列を、前記赤外線の光源を中間
   に配して異なる角度でそれぞれ配置した第２と第３の受
   光素子列群とからなり、前記打球の通過時に各受光素子
   列内の隣り合う受光素子同士が最大の光量の反射光を受
   光した第２と第３の受光素子列群の通過の時間差によ
   り、打球の打ち出し仰角と打ち出し速度を計算し、前記
   打球の打ち出し仰角と打ち出し速度とから打球の飛距離
   を算出するゴルフボールの飛距離計測装置において、 ゴルフボール表面のマークや汚れによる第２と第３の受
   光素子列群の受光素子の受光量に変動がある場合に、ゴ
   ルフボールの中心を通ってゴルフボールの軌跡に直交す
   る直線が受光素子を通るときのサンプリング時刻を検出
   演算することを特徴とするゴルフボールの飛距離計測装
   置。
2. 【請求項２】 前記第２と第３の受光素子列群の受光素
   子の受光量を一定期間受光し、その後、前記受光量にお
   ける任意のしきい値における交点の最大値と最小値のサ
   ンプリング時刻を抽出し、その最大値と最小値の中点が
   ゴルフボールの中心を通ってゴルフボールの軌跡に直交
   する直線が受光素子を通るときの時刻とすることを特徴
   とする請求項１記載のゴルフボールの飛距離計測装置。