JPS5839951A - 飛行物体速度測定装置 - 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】 本発明は飛行する物体（例えばボール等）の速度を測定
する装置に関するものである。

従来、野球のボールやバスケットのボールの速度を簡単
に測る装置は無く、その到達距離により推定したり、あ
るいはストップウォッチを用いて目測によりボールが一
淀の距離を飛行した時間を計測してその速度を計算して
いた。また１組の投光体と受光体を組合せたものを２組
用意し、これらを一定の間隔を設けて設置しその通過時
間と距離によりその速度を測定する方法もあるが、測定
しようとする物体が丁度その１本の光軸を横切らねばな
らず、ボールの如く比較的その的が定まらないものに対
しては不向であった。

そこで本発明は一定の大きな的を設け、測定しようとす
る物体をその的に向かって投げ、的の後部に１または２
以上の投光体と２以上の受光体により光軸の面を作り、
これら光軸のピッチを測定これらを２組一定の距離をお
いて設けておｔ／ｚで１物体がそれぞれの光軸面を通過
したことを受光体により検出して通過時間を求め、光軸
面間との距離とにより演算して物体の速度を求めるもの
である０ 以下、本発明を実施例を参照しながら説明する。第１図
は本発明の飛行物体速度測定装置の斜視図であるが必要
なもののみ示してｌ／）る。１＆まケースであり中空の
パイプ構造となってし＼る。これ（ま測定しようとする
飛行物体の通路としてだしまで４１なく、投光体と受光
体を一定の距離をおし）で保持し外乱等により受光体が
誤動作することを防止している。２は防御板であり、３
４２防御板Ｇこ設置すられた測定する物埜の人口である
。測定しようとする物体はこの入口乙に向かって投しプ
入れられ４の出口より出て行くのであるが、この入口６
＆ま的の役目をし、かつ投げ入れた物体力（この的しこ
入らなかった場合測定装置本体に当るので防御板２Ｇま
これを防止している。このため入口乙の大きさ番ま後に
あるパイプ（実施例の場合はケース１になる）の孔より
小さいかあるいは同等にしておく。

５．６はそれぞれ入口側及び出口側の受光部であり、７
．８はそれぞれ入口側及び出口側の投光部である。

第２図は第１図の実施例のＡ−Ａ断面図であり、またそ
のＢ−Ｂ断面も同様な構造となっている。９は受光体で
あり、これは１０のフード及び受光センサー１１より成
っており、１２はこれのリード線である。１３は投光体
であり、１４のレンズ、１５の発光体より成っており１
６はごれのリード線である。発光体１５としては可視光
線、紫外線あるいは赤外線を発するランプあるいは発光
ダイオード等を使用し、レンズ付のものを使用する場合
はレンズ１４は無くても良い。受光センサー１１は発光
体１５の発する光を感受して電気信号に変換するもので
ある。第２図においてはこれらの投光体と受光体をそれ
ぞれの光軸が一致するようにして、測定しようとする物
体の大きさより小さいピッチで同一平面上に並べている
のを示している。ここで光軸とは受光体においては光を
最も強く感じる方向のことをいい・投光体においてはレ
ンズを通して最も光を強く放射する方向のことをいうの
だけでなく、投光体と受光体を必要な距離だけ離して投
光体からの光を受光体が感受しうる方向のことをいうの
である。１８はこれらの光軸を示している。これらの投
光体１６と受光体９はその光軸がパイプ（第１図の実施
例ではケース１になる）の内側を通り、パイプの中で同
一平面上にあり、かつその平面がパイプの中心線と直角
になるようにしている。なお複数の投光体から受光体へ
の光軸が測定しようとする物体の大きさより小さいピッ
チで並び、この光軸を包絡する最小面積の面を光軸面と
称する。

第６図は投光体１６が２と受光体９が２０の場合の投光
体と受光体の配置を示しており、このように１の投光体
で多数の投光体を兼用させることもできる例である。

第４図は投光体１６が細長い白熱電球や蛍光灯等の如き
場合の実施例を示している。２０はスリットであり、こ
のスリットの光軸と受光体９の光軸を合わせておく。

第５図はケース１が円形の場合で投光体が１の場合の投
光体１６と受光体９の配置の実施例の断面図である。こ
のように投光体１６の光源が光を放射状に発する場合は
１または２の投光体のみで良いことになる。

一方、受光体の方は１のみでは光軸面は形成されないの
で複数用いる必要がある。ただ受光センサーとしてＯＤ
Ｓを使用し受光部分を細長く製作すれば光軸が平面とな
るので所定の目的を達することができるが、物体の通過
信号が多少不明確になる。

第２図、第６図、第４図、第５図における１９はサポー
ト兼用カバーであり、投光体及び受光体を固定し、外部
からの光により受光体が誤動作するのを防止している。

第２図の１７は透光体であり、投光体及び受光体に異物
が入るのを防止する。また必要に応じてフィルタとして
も良い。ここで透光体とは光を通すガラスやプラスチッ
クでできている。

第６図は第１図）本発明の実施例の入口６から出口４へ
の中央部付近の縦断面図であり、説明のため必要なもの
のみを示している。今、測定しよ　　−うとする物体２
１が防御板２の入口６から投げ入れられると、入口側の
光軸１８を横切り出口側の同じく光軸１８を横切ること
になる。入口側の光軸面と出口側の光軸面の距離をＬｌ
とし、入口側の光軸１８を横切り出口側の光軸１８を横
切るまでの時間をＴとすると、物体の速度ＶはＶ七ｒ、
　１／　Ｔ　　　となる。

また、光軸１８は物体２１の大きさより小さいピッチで
並べられて、平面を形成しているので物体２１は入口６
から一定の速度以上で入れば、必ずどれかの光軸を横切
るので受光体より信号として取り出すことができる。

第７図は光軸面間の距離と物体の光軸面間通過時間とに
より、物体の速度を測定して表示する電気回路の実施例
のブロック図である。１ろは投光体であり、６１はその
電源である。第７図の実施例では個個の受光体９に対し
て各各段光体１６があるが、第６図、第４図１．第５図
の実施例の如く１または２の投光体１３で兼用させるこ
ともできる。５は入口側受光部であり、６は出口側受光
部である。これらは第１図に示す入口側受光部５と出口
側受光部６と同一のものであり、ブロック図として示し
ているだけである。これらの受光体９の出力は波形整形
回路２２に接続されてデジタル信号化されている。実施
例においては物体が光軸を横切った場合、波形整形回路
２２の出力が１となるようにしている。２６は論理和回
路であり、入口側受光部５及び出口側受光部６にそれぞ
れ設けている。この論理和回路２６により、入口側受光
部５のどの光軸を横切っても同等な信号として取り出し
ている。これは出口側受光部乙においても同様である。

２４はフリップフロ、プ回路であり、その出力は物体２
１が入口側の光軸を横切ると１となり、出口側の光軸を
横切ると０となるように接続されている。２５は基準パ
ルス発生回路であり、一定の正確な周期のパルスを発生
している。２６は論理積回路であり、２４の７リツプフ
ロツプ回路の出力が１の時だけ基準パルス発生回路２５
の出力が出るようにしている。２７はカウンタ回路であ
り、この論理積回路の出力パルスを計数するようにして
いる。今、基準パルスの発振周波数をＲ（Ｈ２）、計数
したパルス数をＮ、光軸面間の距離をＬｌ（ｍ）とする
と、その測定しようとする物体の速度はこれをＶ（ｍ／
５ｅｃ）とすれば、　Ｖ＝Ｌ　１Ｘ　Ｒ／Ｎ　　　とな
る。

よって２８に演算回路を設けて２６の論理和回路の出力
が１になった信号、即ち基準パルスカウント終了の信号
にて、これを計算させ、この出力を２９の表示回路にて
信号処理し、６０の表示器にて求める速度を表示するよ
うにしている。

第８図は第６図と同じく本発明の実施例の入口６から出
口４にかけての中央部付近の縦断面図であるが説明のた
め必要なもののみ示している。

今、物体２１が第８図において上下方向に対して矢印の
如く斜めに飛行した場合は、光軸面間の物体の飛行距離
が光軸面間距離Ｌ１より長くなるので第７図に示すブロ
ック図の回路で処理すると実際の速度を示さなくなる。

そこで入口の光軸と出口の光軸（それぞれ第８図の１８
に同一番号で示している）の各各についてどの光軸を物
体が横切ったかを検出し、その上下方向の差（第８図で
Ｌ２として示す）を求め、これと光軸面間距離（同図に
Ｌｌで示す）とにより実際の飛行距離を算出し、光軸面
間の物体の通過時間でで割れば実際の飛行速度Ｖとなる
。つまり、式で示せば、Ｖ＝　　（Ｌｌ）”＋（Ｌ２）
”／Ｔとなる。

また他の方法として、入口側の光軸と出口側の光軸につ
いてそれぞれどの光軸を最初に横切ったかを検出してや
れば、それぞれの光軸間の距離は最初の設定で決まって
おり、通過時間Ｔも光軸を横切った信号から分るので同
様に物体の速度を算出することができる。これらの信号
処理の方法は次の６次元的に斜めに物体が入った場合と
同様であるので、後に説明する。

第９図は上下方向のみならず左右方向に対しても物体が
斜めに入った場合の投光体１６と受光体９の配置の実施
例を示している。本図においてはケース、防御板等は省
略している。説明の便宜のため入口側の横軸をＸ１軸、
縦軸をＸ１軸、その原点を０１とし、出口側の横軸をＸ
２軸、縦軸をＸ２軸とし、その原点を０２とする。

Ｘ１軸上とＸ１軸上に投光体１６と受光体９をその先軸
が一致するようにして、一定の間隔をおいて並べ、Ｘ１
軸と平行な光軸と°Ｙ１軸に平行な光軸が格子状になる
ようにしておく。またＸ２軸、Ｘ２軸上にも同じく投光
体と受光体を設は同じく光軸１８が格子状になるように
しておく。゛これらの光軸１８が格子状になったｘｌ、
Ｙ１平面とｘ２、Ｙ２平面を一定の距離Ｌ１を設けて向
い合わせて平行に設置しておく。

今、物体が物体がｘ１゛、Ｙ１平面を６２の点で通過し
、ｘ２、Ｙ２平面を３６の点で通過したとすると、物体
は光軸面に対し斜めに飛行し、図面よりＸ１軸、Ｘ２軸
に対してＬ３だけ偏り、Ｘ１軸、Ｘ２軸に対してはＬ２
だけ偏っていることになる。一方通過時間Ｔは先に述べ
たようにｘｌ。

Ｙ１軸平面を物体２１が通過した信号、及びｘ２、Ｙ２
平面を通過した信号から計測することができるので、そ
の測度Ｖは次式の通りとなる。

第１０図は以上の上下及び左右方向に対して物体２１が
斜めに入°つた場合の速度を求めるための信号処理のブ
ロック図を示している。本ブロック図は１実施例であり
、分り易くするため信号の流れによって示している。こ
の信号処理は相当に複雑であり、また演算回路を重複し
て使用している。他の速度を求める信号処理の方法とし
て、マイクロコンピュタを使用してプログラムを作成し
てソフトで演算処理する方法がある。こちらの方が回路
も重複しないし、既成の装置を使用することもできるの
で便利かと思われる。

第１０図において、４２．４６．４４．４５はそれぞれ
Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ１軸、Ｘ２軸の投光体１６と受光体
９の群である。６１は投光体１６の電源である。これら
の各受光体は各各２２で示す波形整形回路に接続して、
デジタル信号化している。３４はＸ１軸距離信号発生回
路であり、−１゜体が最初に光軸を横切った信号により
原点から光軸までの距離Ａをデジタル信号のコードとし
て発生する回路である。なお、物体は複数の光軸を横切
ることになるので、最先に光軸を横切った信号のみを入
力とし他は禁止する回路を前段に有している。また同時
に２本の光軸を横切った場合は原点から２本の光軸まで
の平均の距離を出力Ａとして出すようにしている。以下
、同様な信号処理により、６５はＸ２軸距離信号発生回
路であり原点０２からの距離の信号Ｂｆｒ：発生させい
る。３６はＹ１軸距離信号発生回路であり、原点０１か
らの距離の信号Ｃを発生させている。３７はＹ２軸距離
信号発生回路であり、原点０２からの距離の信号りを発
生させている。

これらＡ、Ｂ、、ＯＳＤの信号を６８．６９の減算回路
にそれぞれ入れてその差を求めると、Ｌ　２＝Ｄ−０、
Ｌ３＝Ａ−Ｂ　　となる。

ここでｘｌ、Ｙ１平面とｘ２、Ｙ２平面との距離をＥ（
＝Ｌ１）とし、これをデジタル信号のコ−ドに変換する
回路を４１に設けておく。ここでフードとはデジタル信
号の１及び０の集合体より成り、一定の数量を表わすも
ののことをいう。

光軸面間の通過時間Ｔは第７図に示した回路と同じ回路
で計測できる。この場合、物体がＸｌ、Ｙ１平面を通過
した信号とＸ２、Ｙ２平面を通過した信号をフリップフ
ロップ回路２４に入れておく。第１０図においては、第
７図の演算回路２８は演算回路４６に置き換える。これ
は演算回路４６で通過時間Ｔを算出するためである。

これらを演算回路４０に入れて信号処理して、速度Ｖを
出し、２９の表示回路にて信号処理し表示器６０にて求
める速度を表示させている。

第８図に示す如く上下方向のみの飛行物体の偏りしか検
出できないような場合には、第９図のＸ１軸、Ｘ２軸に
光軸が平行な投光体１６と受光体９が無い場合に相当す
るので、第１０図において４２．４６のＸ１軸、Ｘ２軸
の投光体及び受光体を除き、それに伴う２２の波形整形
回路、６４のＸ１軸距離信号発生回路、６５のｘ２２軸
距離信発生回路を除いて６８の減算回路の出力をＯとし
ておけば、他は同一の回路で物体２１の速度を表示させ
ることができる。

本発明の飛行物体速度測定装置は測定しようとする物体
を一定の孔の中を飛行させれば測ることができるので、
野球の一ボール、バスケットのボール等の速度を測るの
に便利が良い。野球のボール等の如く速度が速く直進性
のよいものに対しては光軸面を通過する信号を第７図の
回路で処理してその速度を表示するものの方が簡単で良
いが、測定しようとする物体の方向が定まらないものに
対しては個個の光軸を横切る信号を検出して速度を表示
する飛行物体速度測定装置を使用しなければならない。

特に光軸を格子状として横軸及び縦軸の物体の通過信号
を各各別別に検出してその飛行距離と通過時間を求め、
その物体の速度を算出する飛行物体速度測定装置は迷走
しようとする物体が斜めから入ってもほぼ正確にその速
度を測定でキルのでゴルフボール、テニスボール等の速
度全測定するのに適している。また測定する物体の出口
４の近傍に飛行する物体を受は止める板や網等を張れば
狭い場所でも飛行物体の速度の測定ができる。

なお、格子状に光軸を並べた面を多数並べて、物体が個
個の光軸を横切った信号を検出すれば速度のみでなく、
その物体の加速度や飛行の様子等をも測ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の飛行物体速度測定装置の実施例の斜視
図であり、第２図はそのＡ−Ａ断面図である。第６図、
第４図、第５図は本発明の飛行物体速度測定装置の投光
体と受光体の配置の実施例を示す断面図であり、第６図
は本発明の飛行物体速度測定装置の実施例の入口から出
口への縦断面図であり、第７図は本発明の飛行物体速度
測定装置の電気回路の実施例のブロック図であり、第８
図は本発明の飛行物体速度測定装置の実施例の入口から
出口への縦断面図であり、第９図は本発明の飛行物体速
度測定装置の投光体と受光体の配置の実施例の斜視図で
あり、第１０図は本発明の飛行物体速度測定装置の電気
回路の実施例のプロ。 り図である。１はケース、２は防御板、６は入口、４は
出口、５は入口側受光部、６は出口側受光部、７は人口
側投光部、８は出口側投光部、９は受光体、１０はフー
ド、１１は受光センサー、１２はリード線、１６は投光
体、１４はレンズ、１５は発光体、１６はリード線、。 １７は透光体、１８は光軸、１９はサポート兼用カバー
、２０はスリ、ト、２１は物体、２２は波形整形回路、
２６は論理和回路、２４はフリップフロ、ブ回路、２５
は基準パルス発生回路、２６は論理積回路、２７はカウ
ンタ回路、２８は演算回路、２９は表示回路、６０は表
示器、６１は電源、６２は入口側通過点、６６は出口側
通過点、３４はｘ１１軸距離信発生回路、６５はｘ２２
軸距離信発生回路、６６はＹ１軸距離信号発生回路、ろ
７はＹ２軸距離信号発生回路、ろ８．６９は減算回路、
４０は演算回路、４１はコード変換回路、４２、４３．
４４．４５はそれぞれＸ１軸、Ｘ２軸、Ｙ１軸、Ｘ２軸
の投光体と受光体の群であり、４６は演算回路である。 特許出願人　　中前富士男 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１または２以上の投光体を２以上の受光体の方に
   向け、これらの投光体から受光体への光軸が平面状にな
   るように投光体と受光体を並べたものを、一定の距離を
   おいてその先軸面を向い合わせて並べ、測定しようとす
   る物体がこれらの光軸面を通過する時間を測定して、そ
   の時間と光軸面間の距離より速度を算出することを特徴
   とする飛行物体速度測定装置。
2. （２）中空のパイプの円周上に１または２以上の投光体
   をその光軸がパイプの内側を通り、パイプの中で同一平
   面上にあり、かつその平面がパイプの中心線と直角にな
   るようにして、２組取りける。これら２組の光軸面を一
   矩の距離だけ離しておき、測定しよう物体がこれらの光
   軸面を通過する時間を測定して、その時間と光軸面間の
   距離により速度を算出することを特徴とする飛行物体速
   度測定装置。
3. （３）光軸を合わせた投光体と受光体を測定しようとす
   る物体の大きさより小さいピッチで光軸が平行になるよ
   うに並べて面を形成するようにしたものを２組一定の距
   離をおいて並べ１測定しようとする物体がこれらの面を
   形成した光軸の内いずれを最先に横切ったかを２の光軸
   面について検出し、その横切った光軸の信号により光軸
   間距離と通過時間を求めその物体の速度を算出すること
   を特徴とする飛行物体速度測定装置。
4. （４）（イ）投光体と受光体をその光軸が一致するよう
   にして、その光軸が同一平面上に縦横に格子状になるよ
   うに並べたものを２組格子状の光軸面が一定の距離をお
   いて平行になるように並べる。 （ロ）測定しようとする物体が格子状の光軸を横切った
   ことを２光軸面に２いて縦軸と横軸の各各別側に検出し
   て、その飛行距離と通過時間を求めその物体の速度を算
   出する。 以上のことを特徴とする飛行物体速度測定装置。