JPS63194679A - 光電気−圧電気式速度／衝撃センサ - Google Patents

光電気−圧電気式速度／衝撃センサ

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JPS63194679A
JPS63194679A JP63019710A JP1971088A JPS63194679A JP S63194679 A JPS63194679 A JP S63194679A JP 63019710 A JP63019710 A JP 63019710A JP 1971088 A JP1971088 A JP 1971088A JP S63194679 A JPS63194679 A JP S63194679A
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    • G01P3/68—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using optical means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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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】 ３、　日のさ細な２Ｂ ［技術分野］ 本発明は、競技者により投げられるかそうでなければ押
し進められる野球ボールやそのほかの物体のような投射
物の衝突の場所および速度の測定に関するものである。
［従来の技術〕 光学技術を使用して投射物の速度やその他の運動学的パ
ラメータを測定する種々の装置が知られている。たとえ
ば米国特許第３．０２５．４０６号明細書では、光ビー
ムがスクリーンを横切ってジグザグ路をなすようにする
一対の互いに対向する鏡を利用する光スクリーンを開示
する。この特許明細書で開示される装置は、周囲径が小
さくなければ感知されない監視領域を通過することにな
ってしまうであろう弾道物体の周囲径の小さいものに有
用である。
米国特許第６，７２７，０６９号明細書は、投射物の速
度、大きさおよび場所を測定する装置な開示し、これは
、標的フレームを通過する投射物の場所および直径を指
示する水平方向および鉛直方向の光ビーム配列を備える
。近傍の２つの光ビーム配列が、投射物の速度を、投射
物が両方の配列を通過するのにかかる時間の関数として
測定するのに用意される。
米国特許第４，１２８．７６１号明細書では、投射物が
、光応答装置を有する第１のフレーム（枠体）と光応答
装置を有する第２のフレームとを通過しそれにより、投
射物速度を計算するため、時間移動基準が対数関数的ダ
イオード回路に提供される弾道速度測定機器を開示する
。
野球やゴルフのようなゲームで使用される投射物の速度
および運動学的パラメータを測定する装置もまた知られ
ている。たとえば、米国特許第４．１７７．９９４号明
細書では、ゴルフボールが当たると、垂直および水平ワ
イヤ間に格子点接触が生ずる平行な複数の水平および垂
直導体ワイヤの格子を構成するゴルフ練習装置を開示す
る。
光センサは、ゴルフボールが当たるときを決定しそして
タイミング機構を始動する。メツシュ状のワイヤはゴル
フボールの位置を感知し、そしてタイミング機構を停止
する。こうして、ゴルフボールが格子に当たると、速度
および位置したがって移動するゴルフボールのパスの計
算が可能となるよう情報が与えられる。
米国特許４．１９９．１４１号明細書では、ストライク
ゾーンがボールゾーンにより包囲されて構成される野球
のピッチング得点記録装置を開示する。ゾーンはボール
が当たると表示手段に信号を提供する機械的衝撃センサ
またはスイッチ手段を有する。しかし、ボールの速度は
開示される装置によっては決定できない。
米国特許４．５６３．００５号明細書では、標的ゾーン
を横切る野球ボールの座標を計算するコンピュータに信
号を送るため、標的ゾーンを横切って、斜行ないし対角
走査線または光パルスを提供する対向する赤外放射器お
よび受信機を構成する野球のピッチング評価装置を開示
する。米国特許第４，１９９．１４１号と同様、野球ボ
ールの速度は開示の装置では決定できない。
先に簡単に説明した知られている様式の装置は一定の種
々の不利益を有する。複数の平行光学格子を使用する装
置は、速度の測定が可能であるが製造コストが高いもの
につきまた多大の電力を消費し、信顆できずそして周囲
照明の変動および陰にだいし容認できないほどに敏感な
ことがある。
ワイヤ格子を採用する装置は、機械的に複雑であり、投
射物の衝突から損傷を受けやすくそして精度、信頼性お
よび費用間で妥協できない場合がある。
それゆえ、製造費用が廉価で低電力消費で、そして高い
信頼性を有し、投射物の速度と衝撃とを測定できる装置
に対する需要がある。
［発明の概要］ 本発明は投射物の速度を決定する装置を包含し、そして
平面状の複数の光ビームの配列を発生する光学手段を構
成する。投射物が光ビーム配列を通過するときを感知し
投射物が光ビーム配列を通過する時点を表わす信号を発
生する光学手段に回路手段が動作的に関連する。投射物
がトランスジューサ手段に当たる時点を表わす信号を発
生するために、トランスジューサ手段が光ビーム配列か
ら離間される。計算手段が第１の回路手段からの信号お
よびトランスジューサ手段からの信号に応答してこれら
信号から投射物の速度を計算するために用意される。
装置は、投射物の速度の視覚的な表示を提供するために
計算手段に動作的に結合される表示手段を備えてもよい
。
トランスジューサ手段は複数の明確な個々独立のゾーン
に分割可能であり、各ゾーンは、投射物が当たるときだ
け、信号を発生するようになされる。この実施例と一緒
に、第３の回路手段が、投射物によるゾーン打撃を表わ
す信号を発生するために用意される。この実施例では、
投射物の速度および投射物により打撃を受けるゾーンの
視覚的な表示を提供するため、第３回路手段および計算
手段に動作的に結合される表示手段を別途に構成可能で
ある。
［発明の説明コ 図面を参照すると、第１図には、本発明による装置１０
の一実施例が図示されている。なお、図中、同一参照番
号は同一部位および同一部材を示すものとする。装置１
０は、頂部壁１４および底部壁１６、側部壁１８．２ｏ
および背部壁２２（第２図参照）を備える一般的に矩形
の箱部材またはフレーム１２を構成する。フレーム１２
は、さらにフレーム１２の内部に一般的に矩形の開口（
参照番号は省略）を画定する前部壁２４をも構成する。
フレーム１２は、木材、金属、織物またはポリカーボネ
ートのようなプラスチックなどの適当な材料から構成可
能である。
複数の光電光源２６．２８が、底部壁１６および側部壁
２０にそれぞれ直線状の態様で配列される。数の等しい
複数の光電検出器３ｏ、３２がそれぞれ頂部壁１４およ
び側部壁１８に直線状の態様で配列され、また光電光源
２６．２８と１対ｌの対応関係にて配列される。複数の
光源２６．２８と複数の検出器３０．３２は各々ある共
通軸線で整列しそして光源２６および検出器３０の軸線
および光源２８および検出器３２の軸線はほぼ相互に直
交配置にて配列される。当業者であれば容易に理解され
るように、この配列により、はぼ相互に直交する（第１
図で破線により図示される）複数の光ビームの平面状の
格子３４が設定される。
もちろん、複数の光ビームによる格子が図面に図示され
るけれども、本発明は直交する光ビームの格子に制限さ
れるものではない０本発明には、たとえば、複数光源２
６と複数検出器３０だけをまたは複数光源２８と複数検
出器３２だけを使用して実現される平行光ビームの配列
が含まれる。
光ビームの配列が配列面を通る投射物の通過を感知する
よう配列されているかぎり、複数光ビームの任意の平面
形態のものまたは空間的関係のものが本発明に包含され
る。
光源および検出器の数および隣接する光源および隣接す
る検出器間の間隔は、装置１０によりその速度および衝
撃が測定されるべき投射物の任意の直径のものに適応で
きるよう選択できる。図面では、光源および関連の検出
器のわずか１０対が図示されるが、投射物が格子３４を
通過するとき、常に少なくとも１つの光ビームを遮断す
るように、十分な数の光源および検出器が用意されねば
ならない。こうして、もし装置１０がちょうど３インチ
（約７．６２センチ）よりは大きい直径を有する標準的
な野球用ボールＢの速度および衝撃を測定するのに使用
される場合、複数の光源と検出器とが格子３４を構成す
る光ビームが２インチ（約５．０８センチ）よりも小さ
く離間するよう離間すべきであり、その結果、格子３４
を通過する野球用ボールＢは少なくとも一つの光ビーム
を遮断するようになる。光源および検出器の正確な間隔
はまた部分的に複数光源の分散角度（ｄｉｓｐｅｒｓｉ
ｏｎ　　ａｎｇｌｅ）またはビーム角度θに依存する。
複数光源２６．２８および複数検出器３０．３２は、光
学スペクトル内の任意の適当な波長で動作するようなさ
れる。本発明はある特定の波長に制限されるものではな
いけれども、装置１０を周囲照明の変動および陰に敏感
でないようにするためには、光学スペクトルの赤外領域
の波長が好ましい。さらに、決して必要というわけでは
ないけれども、垂直配向される複数検出器３０をフレー
ム１２の頂部壁１４に配置し、検出器が浮遊光学信号に
敏感でないようにすることが好ましい。
複数の検出器３ｏは、同様の効果を付帯して、側部壁１
８または２ｏのいずれかに装着可能である。
フレーム１２の背部壁２２が剛性のまたは可撓性の材料
とされ、その主要目的は、格子３４からある知られる距
離で、（以下に説明される）力トランスジューサ３６を
支持することである。一実施例において、背部壁２２は
、トランスジューサ３６の面に当たったボールを投げ手
の方へ戻る方向で相当距離だけ推進するよう、十分なば
ね作用または弾性を有する引っ張り布から構成可能であ
る。
背部壁２２には、前部と後部に電気伝導性材料の層を有
する圧電性ポリマー材料のシートが好ましいがこれであ
る必要はない力トランスジューサ３６が用意される。よ
り好ましくは、トランスジューサ３６は、弗化ビニリデ
ン単重合体または弗化ビニリデンと一以上の共重合可能
モノマーとのコポリマーの樹脂質の圧電性フィルムであ
り、このようなフィルムは前面および後面に被着される
金属性のコーティングを有し、そして以後ＰＶＤＦフィ
ルムと呼称することにする。トランスジューサ３６は、
背部壁２２の内側面と同一の拡がりを有しそしてこれに
適宜接着されるＰＶＤＦフィルムの一体シートが可能で
ある。しかし、力トランスジューサ３６は、測定される
投射物の衝突ゾーンの情報を提供するために、複数の個
々側々のゾーンに分割されるのが好ましい。
トランスジューサ３６は、格子３４と同様に格子に分割
可能でありまた第３図にもっとも良好に図示されるよう
に複数の「ボール」ゾーンにより包囲される「ストライ
ク」ゾーン３８に分割可能である。「ボール」ゾーンは
、野球言葉に従って、たとえば、「外角高め」ゾーン４
０、「外角低め」ゾーン４２、「内角高め」ゾーン４４
のように命名可能である。明らかに、トランスジューサ
３６は、測定される投射物に適当な任意の数および形態
のゾーンに分割可能であるやたとえば、もし装置１０が
ホッケーのパックの速度および衝撃を測定するのに使用
される場合は、トランスジューサ３６は、「ゴール」ま
たは「ノーゴール」ゾーンに分割可能であり、「ゴール
」ゾーンはさらに、適当に、高め／低め、左／右などの
ように細分される。
（平行ライン配列ではない）格子配列３６が使用される
場合に相互に直交する一対の複数光ビームのいずれの対
が遮断されるかを感知することによってもまた、ゾーン
衝撃が決定可能である。適当な検出回路系は当業者には
明らかであるので、ここでは説明しない、上の場合に、
トランスジューサ３６を複数のゾーンに分割する必要性
はなくそしてトランスジューサ３６は単に一体構造物を
構成してもよい。
当業者には明らかなように、力トランスジューサ３６は
、投射物が当たるときに、ある電気的信号を発生する。
もし力トランスジューサ３６が単一の一体のＰＶＤＦの
シートであるならば、投射物の衝突で、ただ一つの信号
が発生される。もしトランスジューサ３６が複数のゾー
ンに分割されるならば、各ゾーンは、付近のゾーンとは
無関係に、投射物衝突で一つの信号を発生する。
複数の検出器３０．３２およびトランスジューサ３６（
または、トランスジューサ３６の個々のゾーン）には、
第４図に図示されるように、それらの出力を適当な電子
処理動作回路系へ接続するために、それぞれ複数のワイ
ヤリード線４６．４８が用意される。検出器３０．３２
からのり−ト線４６が、格子３４を構成する複数の光ビ
ームのうち少なくとも一つが投射物により遮断されたこ
とを感知し、光ビームの遮断に応答して一つのパルス５
２を発生する第１の回路５０へ接続される。複数の光ビ
ームうちの一つの遮断を感知しそして応答して出力パル
スを発生する特定の回路系の詳細については、このよう
な回路の詳細は、当業者には明らかであるので、説明し
ないものとする。
力トランスジューサ３６からの（または、もし力トラン
スジューサが複数のゾーンに分割される場合は、力トラ
ンスジューサ３６０種々のゾーンからの）リード線４８
が、投射物衝突で力トランスジューサにより発生される
信号に応答し、力トランスジューサ３６からの出力に応
答して一つのパルス５６を発生する第２の回路系５４へ
接続される。第１回路系５ｏでと同様に、第２回路系５
４の詳細は、当業者には明らかであるので、説明しない
。
理解されるように、パルス５２の前縁５８が、格子３４
の複数光ビームの一つが投射物により遮断された時点を
表わす。同様に、パルス５６の前［６０が、投射物が力
トランスジューサ３６またはトランスジューサ３６の複
数ゾーンの一つに当たる時点を表わす。トランスジュー
サ３６を知られる距離Ｘだけ格子３６から離間すること
により、投射物の速度は、距離Ｘを、パルス５２の前縁
５８とパルス５６の前縁６ｏとの間の時間間隔ｔで除算
することにより計算できる。この計算はプログラマブル
コンピュータ６２の適当なソフトウェアを利用すること
によりまたは代替え的に、時間間隔ｔを速度に変換する
計算回路６４により行なうことができる。計算回路６４
の特定の詳細は当業者に明らかであるので説明しない。
もし速度がコンピュータ６２により計算されるならば、
コンピュータは、計算された速度をＣＲＴ表示装置また
はモニター６６に表示するようプログラム可能である。
もし、計算回路が速度を計算するのに使用されるならば
、回路６４は従来のＬＥＤまたはＬＣＤ表示装置６８を
駆動するよう設計可能である。表示装置６８には、速度
と（力トランスジューサ３６が複数ゾーンに分割される
場合は）衝突ゾーンの両方を指示するのに適当な英数字
指示器７０を備えることも可能である。
衝突ゾーン情報が、検出器３０．３２からのリード線４
６および力トランスジューサ３６の複数ゾーンからのリ
ード線４８が接続される第３の回路系７２により発生さ
れる。第３回路系７２の出力は、コンピュータ６２へま
たは直接表示装置７ｏのいずれかへ接続され、そして投
射物が当たるゾーンを表わす。回路５０．５４．６４で
と同様、回路７２の詳細は、当業者に明らかであるので
、説明しない。
第４図に図示される回路系に加えて、装置１０が競技者
と相互作用し合うように手の込んだ別のプロセッシング
回路が用意できる。たとえば、競技者は、モニター６６
または表示装置６日を用いて、ピッチング速度および配
球ないし投球を監視することにより、ピッチング技術を
検査できる。
さらに競技者Ａは、いずれの競技者が首尾一貫してより
速いかまたは一定の配球を有するかの記録を取る装置１
０を使って競技者Ｂと競争することができる。コンピュ
ータ６２が、検出器および力トランスジューサの出力処
理するのに使用される場合、コンピュータ６２は、競技
者が実際に有名な打者へ投球できるよう、有名な打者の
種々の性質を模擬（シミュレート）するようプログラム
できる。たとえば、コンピュータ６２は、外角高めの投
球に対し一貫してホームランを打つことが知られている
打者を模擬するようプログラムできる。もし、競技者が
、外角高めの投球を行なうならば、コンピュータは、模
擬される打者によるホームランを競技者に課する。力ト
ランスジューサ３６の複数ゾーンの背後に配置される複
数の表示光のような適当な表示装置により、移動目標が
投球者に提供でき、投球者は指示されるゾーンに当てよ
うと試みることができる。コンピュータ６２は、競技者
が投球できるゾーンを無作為に選択するようプログラム
でき、こうして競技者の腕前および投球が検査される。
さらに、任意の数のそのほかの修正およびゲームが当業
者には明らかであろう。
本発明は、これおを野球のような特定のものを参照しつ
つ説明したけれども、本発明は野球ボールの速度または
衝撃の測定に制限されるものでない。上述のように、本
発明は、ホッケーやテニスやゴルフやその他のゲームの
ような投射物を投げるかまたは打ちこれを標的またはゴ
ールに導く技術を含むゲームに適合可能である。
本発明の技術思想から逸脱することなく種々の応用およ
び変更が可能であることは当業者には明らかであろう。
４、　　の、　ｔｆＥ！ 第１図は、本発明の一実施例による装置の等角投影図で
ある。
第２図は、第１図の線２−２に沿って得られる第１図の
装置の断面図である。
第３図は、第１図の装置の正面図である。
第４図は、本発明による電子回路系の簡単なブロック図
である。
図中の各参照番号が示す主な名称を以下に挙げる。
１０　　装置 １２　　フレーム（箱部材） １４　　頂部壁 １６　　底部壁 １８　　側部壁 ２０　　側部壁 ２２　　背部壁 ２４　　前部壁 ２６　　光源 ２８　　光源 ３０　　検出器 ３２　　検出器 ３４　　格子 ３６　　トランスジューサ ３８　　ストライクゾーン ４０　　外角高めゾーン ４２　　外角低めゾーン ４４　　内角低めゾーン ４６　　　リード線 ４８　　　リード線 ５０　　第１の回路 ５２　　パルス ５４　　第２の回路 ５６　　パルス ５８　　前縁 ６０　　前縁 ６２　　プログラマブルコンピュータ ６４　　計算回路 ６６　　　ＣＲＴ表示装置またはモニター６８　　　Ｌ
ＥＤまたはＬＣＤ表示装置７０　　英数字指示器 ７２　　第３の回路 代理人の氏名　倉　内　基　弘　　 同　　風間弘ｉ”・ 手続補正書 昭和６３年５月１０日

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）投射物の速度を決定する装置において、（ａ）平
    面状配列の複数の光ビームを発 生する光学手段と、 （ｂ）投射物が配列を通過するときを感 知しそして投射物が配列を通過する 時点を表わす信号を発生する光学手 段に動作的に関連される回路手段 と、 （ｃ）配列から離間されるトランスジュー サ手段であって、投射物がこれに当 たる時点を表わす信号を発生するた めに、投射物バスにあるトランスジ ューサ手段と、 （ｄ）回路手段からの信号およびトランス ジューサ手段からの信号に応答し、 これら信号から投射物の速度を計算 する計算手段と によって特徴付けられる装置。
  2. （２）光学手段は、配列を画定する複数共通軸線に配置
    される複数光電光源と関連の複数光検出器とである請求
    項第１項記載の装置。
  3. （３）投射物の速度の視覚的表示を提供するために計算
    手段に動作的に結合する表示手段によってさらに特徴付
    けられる請求項第１項記載の装置。
  4. （４）トランスジューサ手段は、複数の明確な個個独立
    のゾーンに分割され、各ゾーンは投射物が当たるときだ
    け信号を発生し、そして投射物が当たるゾーンを表わす
    信号を発生する第２の回路手段とを備える請求項第１項
    記載の装置。
  5. （５）投射物の速度および投射物が当たるゾーンの視覚
    的表示を提供するため、第２の回路手段および計算手段
    に動作的に結合する表示手段とによりさらに特徴付けら
    れる請求項第４項記載の装置。
  6. （６）トランスジューサ手段は、圧電性の力トランスジ
    ューサである請求項第１項記載の装置。
  7. （７）複数光ビームの配列がほぼ相互に垂直な複数ビー
    ムの平面状格子を画定する請求項第１項記載の装置。
  8. （８）計算手段はプログラム可能なコンピュータ手段か
    ら構成される請求項第１項記載の装置。
  9. （９）投射物が、その元の地点に戻る方向に相当距離だ
    け推進するようにする手段により特徴付けられる請求項
    第１項記載の装置。
  10. （１０）推進手段は、弾性の部材である請求項第９項記
    載の装置。
JP63019710A 1987-02-02 1988-02-01 光電気−圧電気式速度／衝撃センサ Pending JPS63194679A (ja)

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US07/010,025 US4770527A (en) 1987-02-02 1987-02-02 Photoelectric-piezoelectric velocity and impact sensor
US010025 1993-01-28

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JPS63194679A true JPS63194679A (ja) 1988-08-11

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