JPH1163916A - ゴルフボ−ルの飛距離計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受光素子の補正を必要とすることなく、打球
の打ち出し仰角及び打ち出し速度を計測、算出する。 【解決手段】 光源と、該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受光素子を直線上に配置した
受光素子列を異なる角度で、２列に配置した受光素子列
群とからなり、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時刻の
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、上記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−ルの飛距離計測装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴルフボ−ルの飛
距離測定を目的としたゴルフボ−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】

【従来技術】従来、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−ルの打球の場
合、空気の抵抗やゴルフボ−ルのスピンにより真空中の
場合とは異なる運動をする。この運動については、例え
ば日本工業大学研究報告第１６巻第４号に述べられてい
る運動方程式により表わすことができ、打球の打ち出し
仰角と、打ち出し速度を変数として打球の空中飛距離
（キャリ−）を算出する実験式が作られている。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−を知るために、例えば特
開昭５６−４３５０５号公報等に開示されている打ち出
し仰角と、打ち出し速度を計測し、この測定した打ち出
し速度から打球の飛距離を推定する装置が利用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述した従来の
技術において、上記した特開昭５６−４３５０５号公報
では、打球の打ち出し速度を測定する方法として、図５
に示すように同心円弧状に並んだ２列の光電素子ＡとＢ
に対して打球が横切る時、各列において最初の打球によ
り光電素子が遮断される時刻の差を測り、その間に打球
が移動する距離は、列の間隔であるとして打ち出し速度
を算出していた。また円弧状に並んだ２つの光電素子群
ＡとＢのうち、外側の列Ｂに属する光電素子の位置Ｍと
ゴルフボ−ル１の定値箇所Ｔとを結ぶ線分が、水平線と
をなす角度θを打球の打ち出し仰角としていた。しかし
ながらこの方法では、隣り合う光電素子間のどこを打球
が通過しようと、ゴルフボ−ル１の定置箇所Ｔと最初に
ゴルフボ−ル１の打球を検出した光電伝素子の位置Ｍの
なす角度θを持って打球の通過点としているので、ゴル
フボ−ル１の打ち出し仰角に対する精度が低く、またゴ
ルフボ−ル１の打球速度の算出に用いた時間中に打球
が、移動する距離が光電素子群の列間隔と常に等しいと
はいえないので、これらによって求めた打球のキャリ−
も高い精度には、なり得ないという問題点があった。ま
た従来知られている方法として、 受光素子を直線上に
配置した受光素子列を平行に２列配置し、打球の通過時
に各受光素子列内の打球の通過位置を、複数の受光素子
の受光する光量の比から求めるというものがあり、比を
用いるために精度は高くなるが、複数の受光素子間で同
じ受光量に対して電気出力が等しくなるように、予め正
確に補正しておかなければなら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、従来の不具合
点に鑑みなされたもので、光源と、該光源により照射さ
れる光線の打球による反射光を受光する受光素子を直線
上に配置した受光素子列を異なる角度で２列に配置した
受光素子列群とからなり、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
した時刻の時間差により、打球の打ち出し仰角と打ち出
し速度を計算し、前記打ち出し仰角と前記打ち出し速度
とから打球の飛距離を算出するゴルフボ−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】本発明はゴルフボ−ルの飛距離計
測装置に関するものであり、第１の受光素子列がゴルフ
ボ−ル１の打球を検出すると、発光部が光線の照射光量
を増し、第２、第３の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−タとしてサン
プリング時刻との対でメモリに格納し、各受光素子列内
において隣り合う受光素子同士の最大出力時の時刻の時
間差を求める。受光素子列毎のゴルフボ−ルが通過する
時間差と、受光素子列内の受光素子の配置及び受光素子
列配置角度の差異により、ゴルフボ−ル１の打球の打ち
出し仰角及び打球の打ち出し速度を計算する。

【０００６】

【実施例】以下、添付図面を基にして本発明のゴルフボ
−ルの飛距離計測装置の構成面の説明をする。図１に上
記、ゴルフボ−ルの飛距離計測装置の要部を一部破断し
た状態で示す。光線をゴルフボ−ル１の打球に照射する
為の発光素子２を配列した発光部３と、光線を照射され
たゴルフボ−ル１の打球の反射光を受光する受光素子
４、５、６の列と、発光素子２と受光素子４、５、６を
配置した回路基板７、８と、該回路基板７、８を固定
し、且つ受光素子４、５、６の光軸と同軸な光路孔９を
有する箱状部材１０と、該箱状部材１０にあけた光路孔
９と共同して、受光光線の絞りとなる光路孔９−２を有
する絞板１１から構成されている。

【０００７】次にゴルフボ−ルの飛距離計測装置の構成
の詳細を図２、図３、図４を基にして説明する。第１受
光素子４が配置されている列は、ゴルフボ−ル１が打ち
出されたことを検出する為の受光素子列であり、ゴルフ
ボ−ル１の打球が上記受光素子列を通過した際に、それ
を判別することができるように配置されている。第２の
受光素子５、５、………、５の列は受光素子を横方向の
間隔Ｗａ、縦方向の間隔Ｈａに設定し、一列に配置した
ものである。下からｎ番目の受光素子５の位置を（Ｘａ
ｎ、Ｙａｎ）で表わす。また第３受光素子６、６……
…、６の列は受光素子を横方向の間隔Ｗｂ、縦方向の間
隔Ｈｂで一列に配置したもので、下からｎ番目の受光素
子の位置を（Ｘｂｎ、Ｙｂｎ）で表わす。ただし、第２
第３の受光素子５、６の列は異なる角度（Ｗｂ／Ｈｂ≠
Ｗａ／Ｈａ）で配置する。

【０００８】本件のような装置は、屋外で使用すること
が多い為に太陽光線やゴルフ練習場に設けられている照
明等、外光の影響を小さくする為に、発光素子２の発光
部３には例えば、発光ダイオ−ドを使用して一定周波数
の搬送波として、ゴルフボ−ル１に向かって赤外線を照
射する。搬送周波数としては４５５ＫＨＺとし、この周
波数は、一般に多く流通しているフィルタを使用して実
現する。

【０００９】第１受光素子４の列が、ゴルフボ−ル１の
打球の反射光を受光すると、トリガ発生回路１２がトリ
ガ信号を発生し、該トリガ信号によりＣＰＵ１３が発光
部３の光線の照射光量を増し、第２受光素子５、５、…
……、５の各受光素子及び第３受光６、６、………、６
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。コントロ−ラ１４は、上記した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１５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５の列及び第３受光素子
の列６について、それぞれの列内において同期が採れて
いれば良く、列間において同時である必要はない。

【００１０】第２受光素子５、５、………、５の隣り合
う受光素子同士の最大出力時の時間差、第３受光６、
６、………、６の隣り合う受光素子同士の最大出力時の
時刻の時間差をそれぞれ求め、受光素子列毎の時間差
と、受光素子列内の受光素子の配置及び受光素子列配置
の角度の差異により、ゴルフボ−ル１の打球の打ち出し
仰角及びゴルフボ−ル１の打球の打ち出し速度を算出す
る。求められたゴルフボ−ル１の打球の打ち出し仰角と
打ち出し速度の値を用いて、ＣＰＵ１３により飛距離の
算出を行う。本発明においては、ゴルフボ−ル１の打球
の通過位置は求められない為、ゴルフボ−ル１の打球の
初期位置は判らないが、その誤差はせいぜい数ｃｍ程度
であり、数百ヤ−ドの飛距離の算出にあたって無視でき
る範囲のものである。尚、算出した距離は、ＬＣＤ１６
の表示手段により表示される。

【００１１】次に、実際の測定方法をゴルフボ−ルの打
ち出し仰角について説明する。通常時、発光部３の赤外
発光ダイオ−ド２は定格順電流による輝度の光線を照射
している。図示しない打者がゴルフボ−ル１を打つと、
打球は発光部３の照射範囲１７に達し、照射光を反射す
る（図３を参照）。ゴルフボ−ル１の打球が、第１受光
素子４の列の受光範囲１８に入ると、打球の反射光を第
１受光素子４の列中の１つ或いは、複数の受光素子が受
光し、第１受光素子４より出力される電気量を基準の値
と比較し、比較した結果大きい値のときには、トリガ発
生回路１２がトリガ信号を発生して、ＣＰＵ１３に印加
する。

【００１２】ＣＰＵ１３は、トリガ信号を受けるとドラ
イバ回路１９により発光部３の赤外発光ダイオ−ド２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５、６の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、第３受光素子
５、６の列の各受光素子の出力電気量のサンプリングを
開始する。第２受光素子５の列の受光範囲２０に打球が
達すると、打球の反射光が第２受光素子５の列内の複数
の受光素子５、５、………、５で受光される。この時、
各受光素子５、５、………、５の出力は受光素子の受光
量に比例する量であり、従ってゴルフボ−ル１の打球と
受光素子の距離の２乗に反比例した電気量である。

【００１３】コントロ−ラ１４の指示するサンプリング
時間毎にサンプル＆ホ−ルド回路及びアナログスイッチ
回路２１により各受光素子の電気量を一斉に保持し、Ａ
／Ｄコンバ−タ２２により数値変換後サンプリング時刻
と対にして、順次メモリ１５に格納する。第３受光素子
６の列においても同様である。打球が受光素子５、６に
近くなるほど受光素子５、６の受光量が多くなるので、
出力される電気量は大きくなり、一方打球が受光素子
５、６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−ル１の打球の初速度の範囲を２０ｍ
／ｓ〜８０ｍ／ｓと考えると、第２、第３の受光素子
５、６の列の間隔が６０ｍｍであれば、０．７５ｍｓ〜
３ｍｓで打球は第２、第３受光素子５、６の列の間を通
過する。従って３ｍｓの間、サンプリングを繰り返せば
ほとんどの打球の通過に対して、受光素子５、６の出力
する電気量の変化を記録できる。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、その時間打球は等
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。

【００１４】サンプリングが終了すると、ＣＰＵ１３は
発光部３への印加電流を定格順電流に下げ、メモリ１５
に格納した数値デ−タの比較を開始する。まず第２、第
３受光素子５、６の各列内の各受光素子について、メモ
リ１５に格納した数値デ−タの時系列中から最大値を探
索し、該最大値がゴルフボ−ル１の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
てあるしきい値以上大きい場合に、その最大値の時刻を
求める。数値デ−タは、各受光素子に関して時系列に収
集してある為、最大値になる前後のデ−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】第２受光素子５の列内の下からｎ番目の受
光素子の数値デ−タの最大値の時刻をＴａｎ、第３受光
素子６の列内の下からｎ番目の受光素子の数値デ−タの
最大値の時刻をＴｂｎとする。打球の反射光を受光する
受光素子は、該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、受光素子の間隔をゴルフボ−ル１の大
きさに比べて小さくしておけば、ゴルフボ−ル１の打球
の反射光を受光する受光素子は複数あって、互いに隣り
合っている状態となる。また、受光素子の数値デ−タが
最大値になる時刻Ｔａｎ及びＴｂｎは、ゴルフボ−ル１
の打球が該受光素子に最も接近した時刻である。

【００１６】上記したゴルフボ−ル１の打球の等速直線
運動を仮定したので、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受光素子５の列内
における隣り合う受光素子同士の最大出力時の時刻の時
間差Ｔａｎ−Ｔａ（ｎ−１）、及び第３受光素子６の列
内における隣り合う受光素子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。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−ル１の打球
の反射光を受光する受光素子は隣り合っているという条
件を考慮すれば、偶然、図示しないクラブヘッド等で打
球以外のものによって、誤デ−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
受光素子５、６の各列における隣り合う受光素子同士の
最大出力時の時刻の時間差ΔＴａ及びΔＴｂは次のよう
になる。即ち、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受光素子５の列においてＤａ、
第３受光素子６の列においてＤｂとすると、

【００１７】ΔＴａ＝（Ｔａｎ−Ｔａ（ｎ−１））のＤ
ａにおける平均。

【００１８】ΔＴｂ＝（Ｔｂｎ−Ｔｂ（ｎ−１））のＤ
ｂにおける平均。

【００１９】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。また図２より、

【００２０】ΔＬａ＝Ｖ×ΔＴａ

【００２１】ΔＬｂ＝Ｖ×ΔＴｂ

【００２２】また、Ｔａｎ及びＴｂｎの時刻における対
応する各受光素子の位置と、ゴルフボ−ル１の打球の位
置とを結んだ直線は打球の軌跡と直交することからΔＬ
ａ及びΔＬｂは次のように計算することができる。

【００２３】ΔＬａ＝（Ｗａ＋Ｈａ×Γ）／（１＋Γ＾
２）＾（１／２）

【００２４】ΔＬｂ＝（Ｗｂ＋Ｈｂ×Γ）／（１＋Γ＾
２）＾（１／２）より、

【００２５】ΔＬｂ／ΔＬａ＝ΔＴａ／ΔＴｂ＝１＋
（Ｗｂ／Ｈｂ−Ｗａ／Ｈａ）／（Ｗａ／Ｈａ＋Γ）。

【００２６】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、

【００２７】Γ＝（Ｗｂ×ΔＴａ−Ｗａ×ΔＴｂ）／
（Ｈａ×ΔＴｂ−Ｈｂ×ΔＴａ）＝Ｗａ／Ｈａ×（（Ｗ
ｂ／Ｗａ−Ｈｂ／Ｈａ）／（ΔＴｂ／ΔＴａ−Ｈｂ／Ｈ
ａ）−１）。

【００２８】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。ゴルフボ−ル１の打
球の打ち出し角度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。測定精度については、１度以内
の誤差で求める為には、サンプリング時間として１μｓ
程度が必要だが、時系列デ−タを補間することにより、
最大値の時刻を計算し、更に複数の時間差の平均を求め
ることができる為に、１０μｓ程度のサンプリング時間
で良い。次に、ゴルフボ−ル１の打ち出し速度の算出に
ついて説明する。ゴルフボ−ル１の打ち出し速度の算出
は、上記したΓを用いて次のように計算することができ
る。

【００２９】Ｖ＝ΔＬａ／ΔＴａ＝（Ｗａ＋Ｈａ×Γ）
／（ΔＴａ×（１＋Γ＾２）＾（１／２））

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成となってい
るので、ゴルフボ−ルの打球の打ち出し仰角を精度良く
求めることができ、更に打ち出し速度を算出することが
できる為、キャリ−の推定値の信頼を、向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体の構成図

【図２】 詳細な説明図

【図３】 発光素子の照射範囲及び受光素子の受光範囲
の説明図

【図４】 ブロック図

【図５】 従来例

【符号の説明】

１ ゴルフボ−ル ２ 発光素子 ３ 発光部 ４ 受光素子 ５ 受光素子 ６ 受光素子 ７ 回路基板 ８ 回路基板 ９ 光路孔 １０ 箱状部材 １１ 絞板 １２ トリガ発生回路 １３ ＣＰＵ １４ コントロ−ラ １５ メモリ １６ ＬＣＤ １７ 照射範囲 １８ 受光範囲 １９ ドライバ回路 ２０ 受光範囲 ２１ サンプル＆ホ−ルド回路及びアナログスイッチ回
路 ２２ Ａ／Ｄコンバ−タ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源により照射される光線の
   打球による反射光を受光する受光素子を直線上に配置し
   た受光素子列を異なる角度で２列に配置した受光素子列
   群とからなり、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時刻の
   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、前記打ち出し仰角と前記打ち出し速度とから打球
   の飛距離を算出することを特徴とするゴルフボ−ルの飛
   距離計測装置。
2. 【請求項２】 受光素子列とトリガ回路を用いて、該受
   光素子列中の任意の受光素子が打球の通過時に反射光を
   受光すると、ＣＰＵに対して計測を開始するきっかけと
   なるトリガ信号を送る請求項１記載のゴルフボ−ルの飛
   距離計測装置。