JPS61204514A - 移動物体の進行方向測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばゴルフボールがクラブによって打ち出
された際のゴルフボールの打ち出し角度の如く、移動物
体の進行方向を精確に測定する装置に関する。

（従来の技術） ゴルフに用いるクラブの開発に於ては、試作したクラブ
の所定の打ち出し動作によってゴルフボールが実際にど
の方向に飛ぶか、特に水平面に対して何度の角度で打ち
出されるかが、重要なデータとなる。

従来、ゴルフボールの打ち出し角度を測定するには、第
６図に示す如くゴルフボール（８）の進行路（第６図紙
面を貫通する方向）を挾んで配設された投光装置（９）
と受光装置硼が用いられていた。投光装置（９）は鉛直
方向に多数の投光器ωを配設してなり、受光装置（涛は
多数の受光器田を前記各投光器（９に対向して配設した
ものである。

投光装置（９）の各投光器＠からは常に光（２）が放射
されている。打ち出されたゴルフボール（８）が投光装
置（９）と受光装置＋９Ｑとの間を高さＨにて通過する
際、高さＨの付近にある投光器のからの光０υは一瞬遮
断されるから、出力レベルの低下した受光器（９３１を
識別することにより、ゴルフボール（８）の通過高さＨ
を知ることが出来る。ゴルフボール（８）のティアツブ
位置から投光或は受光装置＋９）　ａｌｌｌＩまでの水
平距離りは既知であるから、ゴルフボールの打ち出し角
度θは下式によって計算される（第４図参照）。

（発明が解決しよとする問題点） ところが上記測定装置に於ては、投光器−としてＬＥＤ
、受光器（□とじてフォトトランジスタを用いた場合で
も、ＬＥＤ或はフォトトランジスタの配設ピッチは数園
以上となり、前記高さＨの測定精度はこの配設ピッチの
数団よりも小さくすることが出来ない問題があった。こ
のことが、より高性能なりラブの開発を阻んでいたので
ある。

（問題を解決する為の手段） 本発明の測定装置は、レーザビーム発生装置（１）と、
該装置（１）から射出されるレーザビームに対し査手段
と、該走査手段からのレーザビームを受光するべく光入
射端をビーム走査線上に密に配設した多数本の光ファイ
バーωを各光ファイバー共通の受光器６υへ接続してな
る光検出装置（５）と、前記受光器（５１１からの受光
信号ａを入力すべき信号処理回路とから構成される。該
信号処理回路はレーザビームの１走査間での走査開始か
ら前記受光信号ａに所定値以上のレベル変化が生じるま
での時間Ｔを表わす時間信号ｇを作成する手段と、該時
間信号ｇに演算処理を施して時間Ｔ内でのレーザビーム
の走査距離に応じた大きさの信号１を作成する手段とを
具えている。

（作　用） ビーム発生装置（１）から射出されたレーザビームは走
査手段の作動によって所定の進行路に偏向され、同時に
該進行路を平面内にて平行に移動し、この移動を走査範
囲内に於て高速度で反復する。

この結果、レーザビームは平行レーザビーム（７）とな
って前記平面に沿う一次元方向の走査を繰り返す。

光検出装置（５）の各光ファイバー（至）の光入射端に
対して、前記平行レーザビーム（７）が順次入射する。

？ ＝； になる。従って受光器ａｌｌは一定レベルの受光信号ａ
を出力する。

前記レーザビーム（７）が偏向されて平面内を移動する
ことにより、レーザビームのビーム径に等しい幅の走査
空間（２）が形成される。

移動物体が該走査空間を横切る際、移動物体の先端が走
査空間に差し掛かってから、移動物体の全体が走査空間
を脱出するまでには、移動物体の速度に反比例した一定
の時間が経過する。

レーザビーム（７）は前記走査空間（２）に於て一次元
方向の走査を高速度で繰り返しており、移動物体が走査
空間を通過するのに必要な時間内に、少なくとも１回の
走査を行なう。従って、移動物体が走査空間を通過する
タイミングとは関係な（、レーザビーム（７）は必ず該
移動物体によって遮光されることになる。

この結果、受光器６１１から出力される受光信号ａには
、移動物体が前記走査空間を通過した瞬間にレベル変化
が生じる。

信号処理回路は、前記受光信号ａのレベル変化は、例え
ばレーザビームの走査が光検出装置（５）の端部に配設
された光ファイバー艶から始まった後、移動物体が走査
空間を通過するまでの時間Ｔを表わしている。

信号処理回路は更に、前記時間信号ｇに基づいて時間Ｔ
内でのレーザビームの走査距離に応じた大きさの信号ｉ
を作成する。該信号ｉは、走査開始時点に於てレーザビ
ームを受ける光ファイバーと、移動物体の通過によって
受光を妨げられた光ファイバーとの間隔に比例した大き
さを有している。従って該信号ｉに適当な演算処理を施
すことにより、移動物体が走査空間を横切る際の光ファ
イバー配役方向の通過位置、即ち移動物体の進行方向を
知ることが出来る。

（発明の効果） 移動物体が走査空間を横切る位置の測定精度は主にレー
ザビームのビーム径によって決まり、該ビーム径は従来
装置に於ける投光器或は受光器の大きさに比べて遥かに
小径に形成することが可能であるから、移動物体の進行
方向を極めて高い精度で測定することが出来る。

（実施例） 第１図は本発明に係る測定装置をゴルフボールの打ち出
し角度の測定装置に実施した一例である。

レーザ発生装置（１）に対向してスキャナー駆動回路■
が接続されたレーザスキャナー（２）が配設され更に該
レーザスキャナー（２）に対向してスキャンミラー（３
）が配設されている。尚、これらの装置はゴルフボール
の打ち出し方向に向かって描かれた立面図である。レー
ザスキャナー（２）はレーザビーム発生装置から射出さ
れるレーザビームをスキャンミラー（３）に向かって反
射すると共に、反射方向を±１５０　の範囲で振動させ
るものである。この振動周波数は略３　ＫＨｚである。

スキャンミラー（３）は反射面が放物面であって、該放
物面の焦点位置に前記レーザスキャナー（２）のビーム
射出点が一致する様に配設されている。又、レーザビー
ム発生装置（１）、レーザスキャナー（２）及びスキャ
ンミラー（３）は、第２図に示す如く水平面上に於ける
配設位置が互いに僅かにずれており、レーザビーム発生
装置（１）から射出されたレーザビームは各装置に進行
を妨げられることはない。

スキャンミラー（３）の両端部には、レーザスキャナー
（２）によって最大角度（±１５°）に偏向されたレー
ザビーム１（３）が入射する位置に、後述する走査端検
出用の受光素子＋４１　（４Ｉが夫々配設されている。

スキャンミラー（３）によって反射されたレーザビーム
（７）は、後述する光検出装置（５）に向かって水平に
進行すると共に、レーザスキャナー（２）の偏向により
この水平の進行路を鉛直方向に連続的に移動し、平行レ
ーザビームとなって一次元方向（鉛直方向）の走査を繰
り返す。

光検出装置（５）は、第１図及び第３図に示す如く多数
の光ファイバー■を具え、各光ファイバー（至）の光入
射端（５０ａ）を前記レーザビーム（７）の走査線上に
互いに隙間無く一列に配設し、出力側の端部（５０ｂ）
を束状に寄せ集めて各光ファイバー共通の受光器６υへ
接続している。該受光器（５１１は何れかの光ファイバ
ー艶からのレーザビームを連続的に受けて略一定レベル
の受光信号ａを出力する。

前記受光信号ａは増幅器（６ＩＩＩを介して信号処理回
路（６）へ接続される。該信号処理回路（６）には、ス
キャンミラー（３）の両端部に装備された受光素子（４
）　ｔ４１ｍからの走査端信号ｅ及びｆが入力されると
共に、クロックパルス発生器（財）からのクロックパル
スｂが入力されている。信号処理回路（６）は、上記各
入力信号に基づいて後述する制御信号ｊを作成し、カウ
ンター＠を制御する。尚、クロックパルスｂの周波数は
略ＩＭＩ（Ｚである。

カウンター（＠は上記制御信号ｆに基づいて後述の時間
信号ｇを作成し、演算回路（聞へ入力する。

該演算回路ｔｅｌＪは時間信号ｇに必要な演算処理を施
スコトにより、ゴルフボールの打ち出し角度θを算出す
るのである。尚、該演算処理に必要なデータは予めＲＯ
Ｍ（６３１に記憶されており、演算処理時にデータ信号
りとして入力される。

演算回路（（財）の出力信号ｉは記録装置（６５１へ入
力され、これによって演算結果即ち打ち出し角度θが記
録或は表示される。

第４図に示す如（、ティアツブされたゴルフボ−ル（８
）はクラブ曽によって仰角θで打ち出された後、レーザ
ビーム（７）の進行路が形成するレーザビーム走査空間
（７１１を横切る。

ゴルフボール（８）が前記走査空間（社）に差し掛って
から、走査空間を完全に脱出するまでにはゴルフボール
の直径、打ち出し角度θ、ボールの速度及び走査空間の
１ｌＩｉｔによって決まる時間’ｒｏが経過する。

レーザビームの走査周波数は前述の如く略３ＫＨ２であ
って、実際の測定に於ては上記時間’ｒｏ内にレーザビ
ームは略３回の走査を行なう。従って、ゴルフボールの
打ち出しのタイミングに拘らず、レーザビーム（７）は
該ゴルフボールを略３回照射するのである。

この結果、光検出装置（５）から出力される受光信号ａ
には、１回の測定に於て必ず２回以上のレベル低下が生
じることになる。

第１図に示す如く、レーザビーム１が受光素子（４）或
は（４αを照射したとき、該受光素子（４１（４０１か
ら信号処理制御回路（６）へ走査端信号ｅ或はｆが入力
され、該回路（６）はこれによって各走査毎に走査開始
時点Ｓ及び終了時点Ｅを検知する。

第５図（ａ）に示す如（１走査期間Ｓ−Ｈに於て、受光
信号ａにはゴルフボールがレーザビームを遮光し始めた
時点Ａから遮光を終了する時点Ｂまでの間、出力レベル
の低下が生じる。

信号処理回路（６）は上記出力レベルの低下を検出して
、遮光開始時点Ａ及び遮光終了時点Ｂを検知する。

信号処理制御回路（６）はクロックパルス発生器（６１
１から入力されるクロックパルスｂと、査定開始時点Ｓ
１終了時点Ｅ及び遮光開始時点Ａ、遮光終了時点Ｂを夫
々示す信号とを含む制御信号ｊをカウンター（（支）へ
送る。

カウンター（■は第５図（ｂ）（Ｃ）（ｄ）に示す如く
、走査開始時点Ｓから遮光開始時点Ａまでのクロックパ
ルスｂのパルス数Ｈａと、遮光終了時点Ｂまでのパルス
数Ｎｂを積算し、これらを時間信号ｇとして演算回路（
圓へ入力する。

演算回路（財）は、上記パルス数Ｎａ及びＮｂに後述の
演算処理を施して、ゴルフボールの打ち出し角度θを算
出する。

走査に於て、パルス数Ｎａは走査開始時点Ｓから遮光開
始時点Ａまでの時間を表わし、パルス数Ｎｌ）は遮光終
了時点Ｂまでの時間を表わし、これらの時間は更に走査
線下端からの走査距離を表わす。

従ってゴルフボール（８）の中心が走査空間の中央部を
通過する瞬間のゴルフボールの高さＨは、下式によって
求めることが出来る。

但し、Ｈｏ：ティーアップされたゴルフボールの中心点
から走査空間下端までの垂直距離 Ｖ：レーザビームの垂直方向の走査速度ｆｏ：クロツタ
パルスの周波数 更にゴルフボールの打ち出し角度θは、ティアツブされ
たゴルフボールの中心点から走査空間（２）までの水平
距離をＬとして、前述の（１１式によって計算すること
ができる。

一方、レーザビームの走査が走査端信号ｆの入力によっ
て始まった場合には、ゴルフボールの通過高さＨは上記
同様の原理により下式によって算出される。

但し、Ｈｌ：ティーアップされたゴルフボールの中心点
から走査空間上端までの垂直距離 上記信号処理回路の信号処理フローを第６図に示す。測
定が開始されると先ずＲＯＭ＋６３１から演算回路（晒
へ必要なデータが読込まれる（財）。信号処理制御回路
（６）は受光信号ａにレベル低下が生じたかどうかを常
に判断（９５１１，、ており、レベル低下が生じたとき
、次の走査端信号ｅ或はｆの入力を待つ（（ト）。

信号ｅ或はｆが入力されると同時にカウンター（面を動
作させ、これによってＮａ及びＮｂを計数（潤する。次
に入力された走査端信号がｅであるかｆであるかが判断
（（ト）される。演算回路（圓は、走査端信号ｅが入力
された場合は（２）式及び（１）式によって打ち出し角
度θを算出（９ｇｌシ、走査端信号ｆが入力された場合
は（３）式及び（１）式によって打ち出し角度θを算出
ａ（ト）する。最後に記録装置間が計算結果を出力（１
０１）　して１回の測定が終了する。

上記測定装置は、レーザビームのビーム径を例えば０．
５　ｗｎ以下にすることが出来るから、従来の装置に比
べて極めて高い精度でゴルフボールの打ち出し角度を測
定することが出来る。

尚、本発明の測定装置はゴルフボールの打ち出し角度の
測定のみならず、凡ゆる移動物体の進行方向の測定に適
用出来るのは勿論である。又、装置構成は図示した実施
例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術範囲内で種々
の変形が可能である。

例えば、上記測定装置を２台用意し、夫々の走査空間が
同一平面上に垂なり且つレーザビームの進行方向が直交
する様に配設することにより、移動物体進行方向を３次
元ベクトルとして知ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測定装置の概略図、第２図は測定
装置の配置を示す平面図、第３図は光検出装置の正面図
、第４図は測定原理の説明図、第５図（ａ）〜（ｄ）は
信号のタイミングチャート、第６図はフローチャート、
第７図は従来装置の概略図である。 （１）・・・レーザ発生装置　（２）・・・レーザスキ
ャナー（３）・・・スキャンミラー　（５）・・・光検
出装置（７）・・・レーザビーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］レーザビーム発生装置（１）と、該装置（１）か
   ら射出されるレーザビームに対し連続的且つ周期的な偏
   向を施しビームを平面内の互いに平行な方向へ進行せし
   めて一次元方向の走査を繰り返す走査手段と、該走査手
   段からのレーザビームを受光するべく光入射端をビーム
   走査線上に密に配設した多数本の光ファイバー（５０）
   を各光ファイバー共通の受光器（５１）へ接続してなる
   光検出装置（５）と、前記受光器（５１）からの受光信
   号ａを入力すべき信号処理回路とから構成され、該信号
   処理回路はレーザビームの１走査間での走査開始から前
   記受光信号ａに所定値以上のレベル変化が生じるまでの
   時間Ｔを表わす時間信号ｇを作成する手段と、該時間信
   号ｇに演算処理を施して時間Ｔ内でのレーザビームの走
   査距離に応じた大きさの信号ｉを作成する手段とを具え
   ている移動物体の進行方向測定装置。 ［２］走査手段はレーザビーム発生装置から射出される
   レーザビームを平面内にて周期的に変動する角度で偏向
   せしめるレーザスキャナー（２）と、該レーザスキャナ
   ー（２）から射出されるレーザビームを反射するスキャ
   ンミラー（３）とからなり、該スキャンミラー（３）は
   反射面が放物面であって、該放物面の焦点位置に前記レ
   ーザスキャナー（２）がビーム射出点を一致して配備さ
   れている特許請求の範囲第１項に記載の測定装置。