KR101062380B1

KR101062380B1 - 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치 및 이를 이용한 측정방법

Info

Publication number: KR101062380B1
Application number: KR1020100095903A
Authority: KR
Inventors: 한상훈
Original assignee: 주식회사 베이스온
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2011-09-06
Also published as: WO2012044134A3; WO2012044134A2

Abstract

본 발명은 광막을 형성하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 감지하여 비행경로 및 비행속도를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 비행물체(P)의 비행경로 상에 빛을 조사하여 광막을 형성하는 광막발생모듈(L)과, 상기 광막발생모듈(L)로부터 조사되는 광막 및 상기 광막을 통과하는 비행물체(P)의 그림자를 수신하는 광막수신모듈(34,35,44,45)과, 상기 광막수신모듈(34,35,44,45)에 수신된 신호로부터 상기 비행물체(P)의 비행경로 및 비행속도를 계산하는 메인제어부를 포함하여 구성되고, 상기 광막수신모듈(34,35,44,45)을 구성하는 단위수신모듈은 상기 광막발생모듈(L)과 마주보는 위치에 다양한 각도로 서로 연결되는 다수개의 직선경로 또는 연속적인 곡선경로를 따라 설치되어 상기 광막발생모듈(L)로부터 조사되는 광막 및 상기 광막을 통과하는 비행물체(P)의 그림자를 수신한다.

Description

비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치 및 이를 이용한 측정방법{A Device for Measuring Flying Position and Velocity of Flying Object And Method Using This}

본 발명은 비행하는 물체의 비행경로 및 속도를 측정하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 비행물체가 광막을 통과하는 과정에서 형성되는 그림자 정보를 통해 비행물체의 비행경로 및 속도를 정확하게 측정하는 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.

최근에는 실내골프연습장이나 실내야구연습장 등에서 사용자가 피타격물체인 골프공이나 야구공을 단순히 타격하는 연습에 그치는 것이 아니라, 상기 피타격물체, 보다 정확하게는 특정 비행물체의 이동을 정확하게 디스플레이하여 사용자의 흥미를 유발하는 시스템이 개발되어 사용되고 있다.

이러한 시스템은 비행물체의 비행경로 및 비행속도 등을 측정하여, 이를 디스플레이장치에 표시함으로써, 사용자가 자신이 타격한 물체의 비행경로와 속도 등을 인지할 수 있도록 한다.

이와 관련된 선행기술은 대한민국 공개특허 제2003-0027149호 및 등록특허 제10-0946616호 등에 개시되어 있다.

도 1(a) 및 도 1(b)에는 종래기술에 의한 비행물체의 비행경로 및 속도를 측정하기 위한 시스템이 개략적으로 도시되어 있다.

이에 따르면, 광막발생부(1)로부터 발생된 광막(A)은 수광부(2)로 조사된다. 이때 상기 광막발생부(1)에 의해 발생된 광막(A) 부분을 비행물체가 지나가게 되면, 그 순간 비행물체에 의해 그림자가 수광부(2)에 발생하게 되고, 이러한 그림자를 통해 비행물체의 위치를 파악할 수 있게 된다.

또한, 도 1(a)에서 보듯이, 상기 광막발생부(1) 및 수광부(2)가 나란히 2개 설치됨으로써, 비행물체가 두 광막(A)을 지나가는 시간차 및 광막(A) 사이의 거리를 통하여 비행물체의 비행속도를 측정할 수 있다.

이에 따라, 비행물체의 이동경로와 이동속도를 모두 알 수 있고, 이는 데이터처리부(3)에 의해 처리되어 별도의 디스플레이부(미도시)를 통해 표시된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 1(b)에서 보듯이, 광막발생부(1)에 의해서 형성되는 광막(A)은 대략 삼각형태를 띠게 되고, 이는 바닥에 구비된 수광부(2)로 전달된다. 따라서, 비행물체가 광막이 형성된 부분(A)을 통과하게 된다면 비행물체의 경로와 속도가 측정될 수 있지만, 그 외의 부분(B)을 통과하게 되면 측정이 불가능하다.

물론, 상기 광막발생부(1)와 수광부(2) 사이의 거리(h)를 멀게 함으로써, 상기 광막이 형성된 부분(A)의 면적이 커지게 할 수 있으나, 이는 비행경로 및 비행속도 측정시스템의 전체 크기를 커지게 하는 문제점이 있고, 또한 광막이 형성되지 않는 부분(B)이 여전히 넓게 존재하게 된다.

이와 같이 종래기술에 의한 비행경로 및 비행속도 측정시스템은 보다 다양한 비행경로 측정을 위해서는 설치공간이 충분히 확보되어야 하므로, 공간활용측면에서 보았을 때 불리한 면이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 비행하는 물체의 비행경로 및 속도를 한정된 공간을 효율적으로 활용하면서 측정할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 광막을 형성하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 감지하여 비행경로 및 비행속도를 측정하는 장치에 있어서, 상기 비행물체의 비행경로 상에 빛을 조사하여 광막을 형성하는 광막발생모듈과, 상기 광막발생모듈로부터 조사되는 광막 및 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 수신하는 광막수신모듈과, 상기 광막수신모듈에 수신된 신호로부터 상기 비행물체의 비행경로 및 비행속도를 계산하는 메인제어부를 포함하여 구성되고, 상기 광막수신모듈을 구성하는 단위수신모듈은 상기 광막발생모듈과 마주보는 위치에 다양한 각도로 서로 연결되는 다수개의 직선경로 또는 연속적인 곡선경로를 따라 설치되어 상기 광막발생모듈로부터 조사되는 광막 및 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 수신한다.

상기 광막발생모듈 및 상기 광막수신모듈에 의해 형성되는 광막은 4각 이상의 다각면형상 또는 곡면형상으로 형성된다.

상기 광막발생모듈과 상기 광막수신모듈은 상기 비행물체의 이동경로를 따라 다수개가 쌍을 이루어 구비된다.

상기 프레임은 상기 비행물체의 이동경로를 따라 이격되어 쌍을 이루어 구비되고, 상기 각각의 프레임에는 광막발생모듈과 광막수신모듈이 각각 구비되며, 상기 두 프레임에 각각 설치되는 두 광막발생모듈은 서로 반대방향으로 광막을 조사하도록 반대되는 위치에 설치됨과 동시에 상기 한 쌍의 광막수신모듈도 이에 대응하여 서로 마주보도록 설치된다.

상기 두 광막수신모듈은 각각 설치면으로부터 직교하게 연장되는 수직부와 상기 수직부로부터 다시 직교하게 연장되는 연장부로 구성되는 수신바를 따라 설치되어, 상기 두 쌍의 광막발생모듈 및 광막수신모듈은 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로 사각면 형상의 광막을 구성한다.

상기 광막발생모듈에 의해 조사되는 광막의 적어도 일부를 감싸도록 프레임이 구비되고, 상기 프레임은 다양한 각도로 서로 연결되는 다수개의 직선경로 또는 연속적인 곡선경로로 연장되어 형성되며, 상기 광막수신모듈의 단위수신모듈은 상기 프레임을 따라 설치된다.

상기 프레임은 서로 직교하게 연결되고 상기 광막수신모듈의 단위수신모듈이 그 내측에 설치되는 수신바와, 상기 수신바에 연결되고 지면에 접하여 상기 프레임을 지지하며 상기 광막발생모듈이 설치되는 지지바를 포함하여 구성된다.

상기 메인제어부에는 디스플레이부가 연결되어 상기 비행물체의 정보 또는 시뮬레이션 상황을 표시한다.

본 발명에 의한 다른 특징에 따르면, 본 발명은 광막을 형성하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 감지하여 비행경로 및 비행속도를 측정하는 방법에 있어서, 광막발생모듈로부터 빛이 조사되어 다양한 각도로 서로 연결되는 다수개의 직선경로 또는 연속적인 곡선경로를 따라 설치된 광막수신모듈에 전달되어 광막을 형성하는 광막형성단계, 상기 광막을 다수개의 구획으로 구분하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 통해 상기 비행물체가 통과하는 구획을 구분하는 구획확인단계, 상기 광막수신모듈에 수신된 상기 비행물체의 그림자의 위치 및 상기 비행물체가 통과한 구획을 토대로 상기 비행물체의 위치를 계산하는 위치연산단계를 포함하여 구성된다.

상기 광막수신모듈은 서로 직교하게 연결되는 두 직선경로를 따라 설치되어 상기 광막발생모듈과 함께 사각형상의 광막을 형성하고, 상기 구획확인단계는 4분면으로 구획된 상기 광막의 제1구획면~제4구획면 중 어느 하나의 구획면으로 비행물체가 이동하는 것을 확인한다.

상기 광막발생모듈 및 상기 광막수신모듈은 서로 이격된 두 쌍으로 구비되고, 상기 두 쌍의 광막발생모듈 및 광막수신모듈은 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로 사각면 형상의 광막을 구성하며, 상기 구획확인단계는 4분면으로 구획된 상기 광막의 제1구획면~제4구획면 중 어느 하나의 구획면으로 비행물체가 이동하는 것을 확인한다.

상기 두 광막발생모듈로부터 발생된 두 광막을 순차적으로 통과하는 비행물체에 의해 각각 발생하는 두 그림자의 위치가 상기 사각면 형상의 광막을 구성하는 4변 중에서 좌변, 상변 및 우변 중 어느 위치의 광막수신모듈에 수신되는지를 인지하여 상기 구획면을 4분면으로 구획한다.

상기 위치연산단계는, 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로,

i) 상기 비행물체가 4분면 중에서 좌측에 해당하는 제1분면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는

x=a1*a2*b1/(a1*b1+a2*b2)

y=a2*b1*b2/(a1*b1+a2*b2)이고,

ii) 상기 비행물체가 4분면 중에서 상측에 해당하는 제2분면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는

x=a1*a2/(a2-a3-a1*a2)

y=a2*b2/(a2-a3-a1*a2)이며,

iii) 상기 비행물체가 4분면 중에서 우측에 해당하는 제3분면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는

x=a2*a2*b2/(b3*(a2-a3)+a2*b2)

y=a2*b2*b3/(b3*(a2-a3)+a2*b2)

ⅳ) 상기 비행물체가 4분면 중에서 하측에 해당하는 제4분면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는

x=a2*b1/(b1+b3)

y=b1*b3/(b1+b3)

으로 계산된다. 이때,

x는 상기 두 광막발생모듈 사이를 연결하는 가로축 상의 위치,

y는 상기 두 광막발생모듈로부터 직교하게 연장되는 세로축 상의 위치,

a1은 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로 상대적으로 좌측에 위치한 제2광막발생모듈에 의해 상변의 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 위치,

a2는 상기 두 광막발생모듈의 가로축 상의 거리,

a3는 제1광막발생모듈에 의해 상기 광막의 상변에 해당하는 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 거리,

b1은 상기 제1광막발생모듈에 의해 상기 광막의 좌변에 해당하는 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 세로축 상의 높이,

b2는 광막발생모듈로부터 상기 광막의 상변에 해당하는 광막수신모듈로 연장되는 세로축 상의 거리,

b3는 상기 제2광막발생모듈에 의해 상기 광막의 우변에 해당하는 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 세로축 상의 높이를 각각 나타낸다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 광막발생모듈과 광막수신모듈이 사각면형상의 광막을 형성하게 되고, 메인제어부의 연산을 통해 광막수신모듈에 수신되는 비행물체의 그림자의 위치를 보상하여 정확한 비행경로의 계산이 가능하므로, 삼각형상에 의한 경우보다 공간의 낭비 없이 광막을 발생시킬 수 있고, 이는 보다 한정된 공간에도 설치 및 운영을 가능하게 하여 효율적인 공간 활용이 가능해지는 효과가 있다.

특히, 본 발명에서는 광막수신모듈이 직선구간에 설치되는 것이 아니라, 비행경로의 적어도 일부를 감싸도록 서로 직교하게 연장되는 직선경로 또는 곡선경로를 따라 설치되므로, 다양한 다각형상이나 곡면형상의 광막을 형성할 수 있어, 측정장치의 보다 다양한 활용이 가능해진다.

그리고, 본 발명에서는 단순히 비행물체의 비행경로 및 비행속도뿐 아니라, 사용자가 투구 또는 타격한 목적물이 일정한 구획을 통과하였는지 여부 또는 사용자를 향해 날아오는 목적물의 이동속도와 이를 사용자가 타격한 후의 비행물체의 비행경로 및 속도를 다시 측정하는 등 다양한 활용이 가능해지는 효과도 기대할 수 있다.

도 1(a) 및 도 1(b)에는 종래기술에 의한 비행물체의 비행경로 및 속도를 측정하기 위한 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치의 제1실시예의 구성을 보인 구성도.
도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명 제1실시예를 구성하는 제1광막발생모듈 및 제1광막수신모듈에 의해 제1광막이 형성된 모습을 보인 사시도.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명 제1실시예1를 구성하는 제2광막발생모듈 및 제2광막수신모듈에 의해 제2광막이 형성된 모습을 보인 사시도.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명 제1실시예를 구성하는 광막발생모듈 및 광막수신모듈에 의해 제1광막 및 제2광막이 각각 형성된 모습을 보인 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치의 제2실시예의 구성을 보인 구성도.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명 제2실시예를 구성하는 광막발생모듈 및 광막수신모듈에 의해 제1광막~제4광막이 형성된 모습을 각각 보인 사시도.
도 8는 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치의 또 다른 실시예의 구성을 보인 구성도.
도 9은 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법의 바람직한 실시예의 구성을 보인 순서도.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치 및 이를 이용한 측정방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

이하에서는 두 가지 실시예를 순서대로 설명하기로 한다.

<실시예 1>

도 2에는 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치의 실시예1의 구성이 구성도로 도시되어 있다.

이에 따르면, 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치(이하 '측정장치'라 한다)는 후술할 광막발생모듈(L,광막발생부)과 광막수신모듈(34,35,44,45,광막수신부)에 의해 형성되는 광막을 비행물체(P)가 통과하는 과정에서 그 위치와 속도를 측정하기 위한 것으로, 바닥(지면)에 설치된 바닥부(10) 상에 설치될 수 있다. 상기 바닥부(10)는 사용자가 목적물, 예를 들어 골프공이나 야구공 등을 타격하기 위한 발판이거나 또는 목적물의 이동경로를 표시하기 위한 가이드라인일 수 있다.

상기 바닥부(10)에는 프레임(20)이 설치된다. 상기 프레임(20)은 본 발명 실시예의 골격을 형성하는 것으로, 도시된 바와 같이 대략 4각틀형상으로 형성된다. 상기 프레임(20)은 상기 바닥부(10)로부터 직교한 방향으로 설치되고, 본 실시예에서는 서로 대칭되는 2개가 쌍을 이루어 하나의 프레임(20)을 이루게 된다. 물론, 상기 프레임(20)은 하나로 구성될 수도 있다.

상기 한 쌍의 프레임(20)은 서로 대칭되는 형상으로 형성되는데, 상기 한 쌍의 프레임(20) 중 상대적으로 전방에 설치되는 제1프레임(30)을 기준으로 설명하면, 상기 제1프레임(30)은 수신바(31,32)와 지지바(35)로 구성된다.

상기 수신바(31,32)는 아래에서 설명될 광막수신모듈(34)이 설치되는 부분으로, 도시된 바와 같이, 서로 직교하게 연장되는 수직부(31)와 연장부(32)로 구성된다. 상기 수직부(31)는 상기 지지바(35)와 연결되고, 상기 연장부(32)는 상기 바닥부(10)와 평행하게 연장되도록 형성된다.

이때, 상기 수신바(31,32)에는 광막수신모듈(34,35)이 설치된다. 상기 광막수신모듈(34,35)은 아래에서 설명될 제1광막발생모듈(L1)로부터 조사되는 제1광막(A) 및 사용자에 의해 타격되거나 기계장치에 의해 비행하는 비행물체(P)의 그림자를 수신하는 부분으로, 상기 수신바(31,32)를 따라 설치된다.

보다 정확하게는, 상기 수신바(31,32) 중에서 수직부(31)에는 제1광막수신모듈(34,35) 중 제1수신부(34)가 설치되고, 상기 연장부(32)에는 제1광막수신모듈(34,35) 중 제2수신부(35)가 설치된다.

이때, 상기 제1광막수신모듈(34,35)은 다수개의 단위수신모듈로 구성되고, 상기 다수개의 단위수신모듈은 상기 수신바(31,32)의 내면을 따라 연속적으로 설치되어 상기 제1광막(A) 또는 비행물체(P)의 그림자를 인식하게 된다.

상기 제1프레임(30)의 지지바(33)는 바닥부(10)와 접하는 부분으로, 상기 제1프레임(30)을 지자하는 역할을 한다. 상기 지지바(33)는 상기 수신바(31,32)의 수직부(31)와 직교하게 연결된다.

상기 지지바(33)에는 제2광막발생모듈(L2)이 설치된다. 상기 제2광막발생모듈(L2)은 제2광막(B)을 형성하기 위한 것으로, 일종의 광원에 해당한다. 상기 광원의 종류로는 가시광선, 적외선, 또는 레이저 등이 가능하나, 본 실시예에서는 레이저가 사용된다.

이때, 상기 지지바(33)에는 제2광막발생모듈(L2)이 설치되어, 제2프레임(40)의 광막수신모듈(34)로 빛을 조사하에 제2광막(B)을 형성하게 된다. 즉, 상기 제1프레임(30)의 지자바(33)에 형성된 제2광막발생모듈(L2)은 제2프레임(40)의 제2광막수신모듈(44,45)에 빛을 조사하고, 제2프레임(40)의 지자바(43)에 설치되는 제1광막발생모듈(L1)은 제1프레임(30)의 제1광막수신모듈(34,35)에 빛을 조사하게 되는 것이다. 물론, 상기 프레임(20)의 형상변경을 통해 제1프레임(30)에 제1광막발생모듈(L1)이 설치될 수도 있다.

상기 제1프레임(30)과 이격된 위치에는 제2프레임(40)이 설치된다. 상기 제2프레임(40)은 상기 비행물체(P)의 이동경로를 기준으로 상기 제1프레임(30)으로부터 소정거리 이격되어 설치되는데, 상기 제2프레임(40)은 제1프레임(30)과 조립되어 상호 결합될 수도 있다.

이때, 상기 제2프레임(40)의 구조는 제1프레임(30)의 구조와 대칭으로 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.

정리하면, 상기 광막발생모듈(L)과 광막수신모듈(34,35,44,45)은 하나의 광막모듈(도면부호 부여 않음)이 되어 광막을 형성하게 된다. 그리고, 상기 광막모듈은 적어도 2쌍 이상이 구비되는데, 각각의 광막모듈은 서로 일정거리 이격되도록 설치된다. 이는 각각의 광막을 순차적으로 통과하는 비행물체의 비행시간을 측정하여 비행속도를 알 수 있게 되는 것이다. 즉, 비행물체의 비행속도 V는,

V=L/S 이 되는데, 여기서 L은 광막모듈 사이의 거리(=상기 제1프레임(30)과 제2프레임(40) 사이의 거리)이고, S는 각 광막모듈을 지나는 비행물체의 비행시간을 나타낸다.

다음으로, 도 3을 참조하여 제1광막(A)이 형성되는 모습을 살펴보기로 한다. 도 3(a)에서 보듯이, 상기 제1광막발생모듈(L1)로부터 빛이 조사되면, 상기 빛은 부채꼴 형상으로 퍼지면서 상기 제1광막수신모듈(34,35)을 향해 조사된다.

이때, 상기 제1프레임(30)의 제1광막발생모듈(L1)은 직교한 형태로 연장되는 수신부에 설치되므로, 상기 제1광막(A)은 전체적으로 사각면 형상으로 형성된다.

그리고, 도 4를 참조하여 제2광막(B)이 형성되는 모습을 살펴보면, 도 4(a)에서 보듯이, 상기 제2광막발생모듈(L2)로부터 빛이 조사되면, 상기 빛은 부채꼴 형상으로 퍼지면서 상기 제2광막수신모듈(34,35)을 향해 조사된다.

그리고, 상기 제1광막(A)과 마찬가지로, 제2프레임(40)의 제2광막발생모듈(L2)은 직교한 형태로 연장되는 수신부에 설치되므로, 제2광막(B)은 전체적으로 사각면 형상으로 형성된다.

이때, 상기 제2광막(B)은 상기 제1광막(A)과 이격된 위치에 평행하게 형성된다. 상기 제1광막(A)과 제2광막(B)의 이격된 거리는 상기 제1광막발생모듈(L1) 및 제2광막발생모듈(L2) 사이의 거리에 대응되는데, 이들 사이의 거리는 일정하게 유지되므로 아래에서 설명하는 바와 같이 비행물체(P)의 이동속도가 연산될 수 있다.

도 5에는 상기 제1광막(A)과 제2광막(B)이 모두 형성된 상태가 도시되어 있다. 여기서 표시된 ①~④는 아래에서 설명될 비행물체(P)의 비행위치를 계산하기 위해 편의상 구획한 것으로, 각각 제1구획면 내지 제4구획면으로 칭하기로 한다.

한편 도 2에서 보듯이, 상기 측정장치는 별도의 그물망(50)의 입구부에 설치될 수 있다. 상기 그물망(50)은 비행물체(P)가 예상범위 외측으로 벗어나는 것을 방지하기 위한 것으로, 그 내측에는 표지부(60)가 구비될 수 있다.

상기 표지부(60)는 일종의 과녁으로 구성되어 사용자가 타격한 비행물체(P)의 목표가 된다. 본 실시예에서 상기 표지부(60)는 비행물체(P)의 목표이고, 상기 측정장치는 사용자가 던진 공의 궤적을 계산하여 일정 구간을 통과하는지 여부를 판단하여 스트라이크 또는 볼을 판단하게 된다.

또는, 상기 표지부(60)의 배면으로부터 비행물체(P)가 발사되어 상기 표시장치를 통과하여 사용자가 타격하는 위치로 날아오도록 구성될 수도 있다.

이와 같이 상기 표지부(60)의 배면으로부터 비행물체(P)가 발사되는 경우에는, 도시되지는 않았으나, 상기 표지부(60)에 비행물체(P)가 튀어나오는 개구부가 형성되고, 또한 상기 표지부(60)는 별도의 액정프로젝터와 같은 장치의 스크린 역할을 하여 특정한 화면이 투사될 수도 있다. 이때 상기 측정장치는 사용자가 타격한 공이 날아가는 궤적과 속도를 계산하는 방식으로 사용될 수 있다.

상기 그물망(50)은 대략 직육면체 형상으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않으며, 내측으로 갈수록 확대되도록 구성될 수도 있다.

도면부호 70은 디스플레이부로, 아래에서 연산된 비행물체(P)의 속도 및 위치 등의 데이터를 표시하는 역할을 한다. 물론, 상기 표지부(60)가 상기 디스플레이부(70)의 역할을 할 수도 있다.

이하에서는 상기 측정장치에 의해 비행물체의 이동위치를 측정하는 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 측정장치에 의해 형성되는 광막(A,B)을 총 4개의 구획면으로 구획하고, 비행물체(P)가 상기 4개의 구획면 중 어느 면을 통과하는 지를 판단하는 과정이 필요하다.

아래에서는 비행물체(P)가 제1구획면 내지 제4구획면(①~④)을 통과하는 경우로 나누어 각각의 경우에 비행물체(P)의 이동위치를 연산하는 과정을 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 이하에서 설명되는 기호의 의미를 먼저 살펴보면 아래 표 1과 같다.

x1	비행물체의 가로축 상의 위치
y1	비행물체의 세로축 상의 위치
a1	제2광막발생모듈(L2)에 의해 상변의 광막수신모듈(35)에 형성되는 비행물체(P)의 그림자의 가로축 상의 위치
a2	두 광막발생모듈(L)의 가로축 상의 거리
a3	제1광막발생모듈(L1)에 의해 광막의 상변에 해당하는 광막수신모듈(35)에 형성되는 비행물체(P)의 그림자의 가로축 상의 거리
b1	제1광막발생모듈(L1)에 의해 광막의 좌변에 해당하는 광막수신모듈(34)에 형성되는 비행물체(P)의 그림자의 세로축 상의 높이
b2	광막발생모듈(L)로부터 광막의 상변에 해당하는 광막수신모듈(35,45)로 연장되는 세로축 상의 거리
b3	제2광막발생모듈(L2)에 의해 광막의 우변에 해당하는 광막수신모듈(44)에 형성되는 비행물체(P)의 그림자의 세로축 상의 높이
L1	제1광막발생모듈(L1)
L2	제2광막발생모듈(L2)

그리고 아래 <그림1> 내지 <그림4>는 각각 일종의 그래프로서, 도 5의 측정장치를 정면에서, 즉 이동물체의 이동방향을 기준으로 바라본 모습으로 볼 수 있다. 이 경우 제1광막수신모듈(34,35)과 제2광막수신모듈(44,45)은 겹쳐지게 보이게 되어 대략 '┏┓' 형상을 갖게 되고, 이에 더하여 지면과 함께 직사각형상을 이루게 된다.

이때, X축은 제1광막발생모듈(L1) 및 제2광막발생모듈(L2) 사이를 연결하는 가로축을 의미하고, Y축은 제2광막발생모듈(L2)로부터 수직한 방향으로 연장되는 세로축을 의미한다.

(1) 이동물체가 제1구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제1구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림1>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제1구획면(①)을 통과하게 되면, 제1광막(A)에 의한 그림자는 제1광막수신모듈(34,35)의 제1수신부(34,좌변)에 수신되고, 제2광막(B)에 의한 그림자는 제2광막수신모듈(44,45)의 제2수신부(45,상변)에 수신된다.

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제1구획면(①)을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림1>

2) 비행물체 위치의 연산

상기 <그림1>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제1구획면(①)을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

상기 제2광막발생모듈(L2)에 의해 형성되는 제2광막(B)의 경로(직선)의 기울기를 A라 하고, 제1광막발생모듈(L1)에 의해 형성되는 제1광막(A)의 경로(직선)의 기울기를 A'라 하면,

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b1로 표현되고, 이를 이동물체의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b1 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b2/a1

(4) A'=-b1/a2 가 된다.

상기 (3) 및 (4)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a1*a2*b1/(a1*b1+a2*b2)

y1=a2*b1*b2/(a1*b1+a2*b2) 이 된다.

여기서 a1 및 b1은 각각 제1광막수신모듈(34,35) 및 제2광막수신모듈(44,45)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고, a2 및 b2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(2) 이동물체가 제2구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제2구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림2>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제2구획면(②)을 통과하게 되면, 제1광막(A)에 의한 그림자는 제1광막수신모듈(34,35)의 제2수신부(35,상변)에 수신되고, 제2광막(B)에 의한 그림자는 제2광막수신모듈(44,45)의 제2수신부(45,상변)에 수신된다.

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제2구획면(②)을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림2>

2) 비행물체 위치의 연산

상기 <그림2>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제2구획면(②)을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

상기 제2광막발생모듈(L2)에 의해 형성되는 제2광막(B)의 경로(직선)의 기울기를 A라하고, 제1광막발생모듈(L1)에 의해 형성되는 제1광막(A)의 경로(직선)의 기울기를 A'라하면,

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b1로 표현되고, 이를 이동물체의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b1 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b2/a1

(4) A'=b2/(a3-a2) 가 된다.

한편, b1은 실질적으로는 제1광막수신모듈(34,35)을 벗어난 위치로서,

(5) b1=a2*b2/(a2-a3)로 계산된다.

상기 (3) 내지 (5)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a1*a2/(a2-a3-a1*a2)

y1=a2*b2/(a2-a3-a1*a2) 이 된다.

여기서 a1, a3, b2는 각각 제1광막수신모듈(34,35) 및 제2광막수신모듈(44,45)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고 a2 및 b2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(3) 이동물체가 제3구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제3구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림3>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제3구획면(③)을 통과하게 되면, 제1광막(A)에 의한 그림자는 제1광막수신모듈(34,35)의 제2수신부(34,상변)에 수신되고, 제2광막(B)에 의한 그림자는 제2광막수신모듈(44,45)의 제1수신부(44,우변)에 수신된다.

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제3구획면(③)을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림3>

2) 비행물체(P) 위치의 연산

상기 <그림3>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제3구획면(③)을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b1로 표현되고, 이를 이동물체의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b1 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b3/a2

(4) A'=b2/(a3-a2) 가 된다.

(5) b1=a2*b2/(a2-a3)로 계산된다.

상기 (3) 내지 (5)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a2*a2*b2/(b3*(a2-a3)+a2*b2)

y1=a2*b2*b3/(b3*(a2-a3)+a2*b2) 이 된다.

여기서 a3, b2, b3는 각각 제1광막수신모듈(34,35) 및 제2광막수신모듈(44,45)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고 a2 및 b2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(4) 이동물체가 제4구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제4구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림4>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제4구획면(④을 통과하게 되면, 제1광막(A)에 의한 그림자는 제1광막수신모듈(34,35)의 제1수신부(34,좌변)에 수신되고, 제2광막(B)에 의한 그림자는 제2광막수신모듈(44,45)의 제1수신부(44,우변)에 수신된다.

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제4구획면(④을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림4>

2) 비행물체 위치의 연산

상기 <그림4>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제4구획면(④을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b1로 표현되고, 이를 이동물체의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b1 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b3/a2

(4) A'=-b1/a2 가 된다.

상기 (3) 및 (4)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a2*b1/(b1+b3)

y1=b1*b3/(b1+b3) 이 된다.

여기서 b1 및 b3는 각각 제1광막수신모듈(34,35) 및 제2광막수신모듈(44,45)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고 a2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(5) 가변된 광막발생모듈 높이의 보상

만약 광막발생모듈(L)의 높이가 변하는 경우, 예를 들어 상기 광막발생모듈(L)이 지면 아래의 홈에 설치되는 등의 경우에는 다음과 같은 보상을 통하여 연산될 수 있다.

아래 <그림5>에서 보듯이 광막발생모듈(L)이 'K'만큼 하방에 설치되는 경우에는, Y축의 값들에 'K'값을 보상하여 X축이 기존과 동일한 높이가 되도록 하고 상기한 (1)~(4)의 방식과 동일하게 계산한다. 도면부호 L1' 및 L2'는 하방으로 이동된 광막발생모듈(L)을 의미한다.

즉, b1'=b1+K, b2'=b2+K, b3'=b3+K로 각각 놓고 동일한 방식으로 계산하는 것이다.

그리고, 최종적으로 구한 값에서 'K'를 빼줌으로써 정확한 위치가 계산된다. 즉 비행물체(P)의 위치는 (x1,y1-K)이 된다.

(6) 결론

상기한 바와 같이, 상기 광막을 4개의 구간으로 구획하고, 각각의 구획을 비행물체(P)가 통과하는 경우에 상기 연삭식으로부터 비행물체(P)의 정확한 위치를 연산할 수 있게 되고, 광막발생모듈(L)의 위치가 변하는 경우에도 상기한 바와 같은 보상을 통해 정확한 위치를 측정할 수 있다.

<실시예 2>

이하에서는 상기한 실시예1과 다른 구조를 중심으로 설명하기로 한다.

도 6에는 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치의 제2실시예의 구성이 구성도로 도시되어 있고, 도 7(a) 및 도 7(b)에는 본 발명 실시예2을 구성하는 광막발생모듈 및 광막수신모듈에 의해 제1광막~제4광막이 형성된 모습이 각각 사시도로 도시되어 있다.

이에 보듯이, 본 실시예에서는 프레임(100)이 총 2개의 개별프레임(200,300)이 쌍을 이루어 구비되는데, 이를 각각 전방프레임(200)과 후방프레임(300)으로 칭하기로 한다.

먼저 전방프레임(200)을 살펴보면, 상기 전방프레임(200)은 제1설치바(210)와 제2설치바(220)로 구성된다. 상기 제1설치바(210) 및 제2설치바(220)는 서로 이격된 상태로 평행하게 구비되는데, 상기 제1설치바(210) 및 제2설치바(220) 사이에는 후술할 제1광막(A1) 및 제2광막(A2)이 형성된다.

상기 전방프레임(200)에는 광막발생모듈(F1,F2)과 광막수신모듈(215,225)이 설치된다. 이때, 상기 광막수신모듈(215,225)은 서로 이격되어 평행하게 연장되는 제1전방수신모듈(215) 및 제2전방수신모듈(225)로 구성되고, 상기 광막발생모듈(F1,F2)은 서로 이격되어 상기 제2전방수신모듈(225) 및 제1전방수신모듈(215)에 빛을 조사하여 각각 삼각면형상의 광막(A1,A2)을 형성하는 제1전방발생모듈(F1) 및 제2전방발생모듈(F2)로 구성된다.

보다 정확하게는, 상기 제1전방수신모듈(215)과 상기 제2전방발생모듈(F2)은 상기 제1설치바(210)에 구비되고, 상기 제2전방수신모듈(225) 및 제1전방발생모듈(F1)은 상기 제2설치바(220)에 구비된다. 상기 제1전방발생모듈(F1)과 상기 제2전방발생모듈(F2)은 각각 상기 제2설치바(220)와 상기 제1설치바(210)의 연장선상에 평행하게 별도로 배치될 수도 있다.

그리고, 상기 제1전방발생모듈(F1) 및 상기 제2전방발생모듈(F2)에 의해 형성되는 광막(A1,A2)은 서로 합쳐져 4각면형상으로 형성된다. 이때, 상기 제1전방발생모듈(F1)에 의한 광막을 제1광막(A1)이라 하고, 제2전방발생모듈(F2)에 의한 광막을 제2광막(A2)이라 한다.

즉, 도 6에서 보듯이, 상기 제1전방발생모듈(F1) 및 제2전방발생모듈(F2)은 각각 삼각형상의 광막(A1,A2)을 형성시키는데, 상기 두 광막(A1,A2)은 삼각형상 중 가장 긴 선분이 서로 마주보도록 배치되어 하나의 사각면 형상을 형성하게 되는 것이다.

이는 상기 제1전방발생모듈(F1) 및 제2전방발생모듈(F2)이 서로 상보적인 위치에 설치되어 각각 삼각형상의 빛을 조사함으로써 가능해진다.

한편, 상기 후방프레임(300)은 상기 전방프레임(200)과 비교하여 광막발생모듈(R1,R2) 및 광막수신모듈(315,325)이 서로 대칭되도록 설치된다. 이는 상기 비행물체(P)가 통과하는 구획을 4개 부분으로 구획하기 용이하도록 하기 위한 것으로, 이는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 후방프레임(300)의 광막발생모듈(R1,R2)에 의해 발생되는 광막을 각각 제3광막(B1) 및 제4광막(B2)이라 한다.

먼저, 상기 측정장치에 의해 형성되는 광막을 총 4개의 구획면으로 구획하고, 비행물체(P)가 상기 4개의 구획면 중 어느 면을 통과하는 지를 판단하는 과정이 필요하다.

아래에서는 비행물체(P)가 제1구획면 내지 제4구획면(Ⅰ~Ⅳ)을 통과하는 경우로 나누어 각각의 경우에 비행물체(P)의 이동위치를 연산하는 과정을 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해 이하에서 설명되는 기호의 의미를 먼저 살펴보면 아래 표 2와 같다.

x1	비행물체의 가로축 상의 위치
y1	비행물체의 세로축 상의 위치
a1	총 4개의 광막발생모듈 중에서 비행물체에 빛을 조사하게 되는 두 광막발생모듈 중 상대적으로 하방(같은 높이라면 상대적으로 좌측)에 위치한 광막발생모듈에 의해 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 위치
a2	광막수신모듈의 길이
a3	총 4개의 광막발생모듈 중에서 비행물체에 빛을 조사하게 되는 두 광막발생모듈 중 상기 a1에서 선택된 광막발생모듈 이외의 광막발생모듈에 의해 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 거리
b1	비행물체에 그림자를 형성하게 하는 광막발생모듈에 의한 빛의 경로와 세로축(y축)이 접하는 지점
b2	제1수신모듈(215,315) 및 제2수신모듈(225,325) 사이의 세로축 상의 거리
F1,F2	제1전방발생모듈, 제2전방발생모듈
R1,R2	제1후방발생모듈, 제2후방발생모듈
A,A'	기울기

그리고 아래 <그림5> 내지 <그림8>는 각각 구획면을 나타내는 예시도와 각 경우의 연산을 위한 일종의 그래프로서, 도 6의 측정장치를 정면에서, 즉 비행물체의 이동방향을 기준으로 바라본 모습으로 볼 수 있다.

이 경우 전방프레임(200)에 의한 제1광막 및 제2광막(A1,A2)과 후방프레임(300)에 의한 제3광막 및 제4광막(B1,B2)은 비행물체(P)의 비행방향에서 보았을 때 서로 겹쳐보이게 되므로, 겹쳐보이는 상태로 가정하고 도시하였다.

(1) 이동물체가 제1구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제1구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림5a>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제1구획면(Ⅰ)을 통과하게 되면, 이는 결국 제1전방발생모듈(F1)에 의한 제1광막(A1) 및 제2후방발생모듈(R2)에 의한 제4광막(B2)이 서로 겹치는 부분(제1구획면(Ⅰ))을 통과함을 의미한다.

즉, 제1전방발생모듈(F1)에 의한 그림자가 제1전방수신모듈(215)에 형성됨과 동시에, 제2후방발생모듈(R2)에 의한 그림자가 제2후방수신모듈(325)에 형성되면 비행물체(P)가 제1구획면(Ⅰ)을 통과했음을 알 수 있는 것이다.

<그림 5a>

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제1구획면(Ⅰ)을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림 5b>

2) 비행물체 위치의 연산

상기 <그림5b>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제1구획면(Ⅰ)을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

상기 제1전방발생모듈(F1)에 의해 형성되는 제1광막(A1)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제1전방발생모듈(F1)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A라 하고, 제2후방발생모듈(R2)에 의해 형성되는 제4광막(B2)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제2후방발생모듈(R2)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A'라 하면,

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b2로 표현되고, 이를 비행물체(P)의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b2 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b2/a1

(4) A'=-b2/a3 가 된다.

상기 (3) 및 (4)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a1*a3/(a1+a3)

y1=a2*b2/(a1+a3) 이 된다.

여기서 a1 및 a3은 각각 제1전방수신모듈(215) 및 제2후방수신모듈(325)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고, a2 및 b2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(2) 이동물체가 제2구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제2구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림6a>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제2구획면(Ⅱ)을 통과하게 되면, 이는 결국 제1전방발생모듈(F1)에 의한 제1광막(A1) 및 제1후방발생모듈(R1)에 의한 제3광막(B1)이 서로 겹치는 부분(제2구획면(Ⅱ))을 통과함을 의미한다.

즉, 제1전방발생모듈(F1)에 의한 그림자가 제1전방수신모듈(215)에 형성됨과 동시에, 제1후방발생모듈(R1)에 의한 그림자가 제1후방수신모듈(315)에 형성되면 비행물체(P)가 제2구획면(Ⅱ)을 통과했음을 알 수 있는 것이다.

<그림6a>

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제2구획면(Ⅱ)을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림6b>

2) 비행물체 위치의 연산

상기 <그림6b>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제2구획면(Ⅱ)을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

상기 제1전방발생모듈(F1)에 의해 형성되는 제1광막(A1)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제1전방발생모듈(F1)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A라하고, 제1후방발생모듈(R1)에 의해 형성되는 제3광막(B1)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제1후방발생모듈(R1)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A'라하면,

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b1로 표현되고, 이를 이동물체의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b1 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b2/a1

(4) A'=b2/(a3-a2) 가 된다.

한편, b1은 실질적으로는 제1전방수신모듈(215)을 벗어난 위치로서,

(5) b1=a2*b2/(a2-a3)로 계산된다.

상기 (3) 내지 (5)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a1*a2/(a2-a3-a1*a2)

y1=a2*b2/(a2-a3-a1*a2) 이 된다.

여기서 a1, a3는 각각 제1전방수신모듈(215) 및 제1후방수신모듈(315)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고 a2 및 b2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(3) 이동물체가 제3구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제3구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림7a>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제3구획면(Ⅲ)을 통과하게 되면, 이는 결국 제2전방발생모듈(F2)에 의한 제1광막(A2) 및 제1후방발생모듈(R1)에 의한 제3광막(B1)이 서로 겹치는 부분(제3구획면(Ⅲ))을 통과함을 의미한다.

즉, 제2전방발생모듈(F2)에 의한 그림자가 제2전방수신모듈(225)에 형성됨과 동시에, 제1후방발생모듈(R1)에 의한 그림자가 제1후방수신모듈(315)에 형성되면 비행물체(P)가 제3구획면(Ⅲ)을 통과했음을 알 수 있는 것이다.

<그림7a>

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제3구획면(Ⅲ)을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림7b>

2) 비행물체 위치의 연산

상기 <그림7b>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제3구획면(Ⅲ)을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

상기 제2전방발생모듈(F2)에 의해 형성되는 제2광막(A2)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제2전방발생모듈(F2)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A'라하고, 제1후방발생모듈(R1)에 의해 형성되는 제3광막(B1)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제1후방발생모듈(R1)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A라하면,

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b2로 표현되고, 이를 이동물체의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b2 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b2/a1

(4) A'=-b2/a3 가 된다.

상기 (3) 및 (4)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a1*a3/(a1+a3)

y1=a3*b2/(a1+a3) 이 된다.

여기서 a1, a3는 각각 제2전방수신모듈(225) 및 제1후방수신모듈(315)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고 b2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(4) 이동물체가 제4구획면을 통과하는 경우

1) 비행물체가 제4구획면을 통과하는지 여부의 확인

이는 다음과 같은 과정을 통해 확인될 수 있다. 먼저 아래 <그림8a>에서 보는 바와 같이, 비행물체(P)가 제4구획면(Ⅳ)을 통과하게 되면, 이는 결국 제2전방발생모듈(F2)에 의한 제2광막(A2) 및 제2후방발생모듈(R2)에 의한 제4광막(B2)이 서로 겹치는 부분(제4구획면(Ⅳ))을 통과함을 의미한다.

즉, 제2전방발생모듈(F2)에 의한 그림자가 제2전방수신모듈(225)에 형성됨과 동시에, 제2후방발생모듈(R2)에 의한 그림자가 제2후방수신모듈(325)에 형성되면 비행물체(P)가 제4구획면(Ⅳ)을 통과했음을 알 수 있는 것이다.

<그림8a>

이와 같은 신호가 메인제어부에 전달되면 메인제어부는 비행물체(P)가 제4구획면(Ⅳ)을 통과한 것으로 인지하고 다음과 같은 연산을 수행하게 된다.

<그림8b>

2) 비행물체 위치의 연산

상기 <그림8b>에서 보듯이, 비행물체(P)가 제4구획면(Ⅳ)을 통과하는 경우에는 다음과 같이 비행물체(P)의 이동위치가 측정될 수 있다.

상기 제2전방발생모듈(F2)에 의해 형성되는 제2광막(A2)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제2전방발생모듈(F2)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A'라하고, 제2후방발생모듈(R2)에 의해 형성되는 제4광막(B2)을 통과하는 상기 비행물체(P)의 그림자와 상기 제2후방발생모듈(R2)을 잇는 경로(직선)의 기울기를 A라하면,

두 직선은

Y=AX

Y=A'X+b1으로 표현되고, 이를 비행물체의 위치에 대입하면,

(1) y1=Ax1

(2) y1=A'x1+b1 이 된다.

이때 기울기 A 및 A'는 각각

(3) A=b2/a1

(4) A'=b2/(a3-a2) 가 된다.

상기 (3) 및 (4)의 식을 (1) 및 (2)에 넣고 정리하면,

x1=a1*a2/(a2-a3-a1*a2)

y1=a2*b2/(a2-a3-a1*a2) 이 된다.

여기서 a1, a3는 각각 제2전방수신모듈(225) 및 제2후방수신모듈(325)에 형성된 그림자의 위치로부터 정확하게 측정되고 a2, b2는 이미 알고 있는 값이므로, 결과적으로 비행물체(P)의 위치가 정확하게 계산될 수 있다.

(5) 결론

상기한 바와 같이, 상기 광막을 4개의 구간으로 구획하고, 각각의 구획을 비행물체(P)가 통과하는 경우에 상기 연삭식으로부터 비행물체(P)의 정확한 위치를 연산할 수 있게 되고, 광막발생모듈의 위치가 변하는 경우에도 상기한 바와 같은 보상을 통해 정확한 위치를 측정할 수 있다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법에 대해 살펴보기로 한다. 이때 상기 실시예 1을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 9에는 본 발명에 의한 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법의 바람직한 실시예의 구성이 순서도로 도시되어 있다.

이에 따르면, 광막발생모듈(L,광막발생부)과 광막수신모듈(34,35,44,45,광막수신부)에 의해 광막(A,B)이 형성된다.(S100) 이때, 상기 광막발생모듈(L)과 상기 광막수신모듈(34,35,44,45)은 2개의 쌍으로 구성되므로 제1광막(A)과 제2광막(B)이 소정 거리 이격되어 각각 형성된다.

상기 제1광막(A)과 제2광막(B)이 형성되면, 사용자에 의해 타격되거나 또는 던져진 비행물체(P)는 상기 제1광막(A) 및 제2광막(B)을 순차적으로 통과하게 된다.

이때, 상기 비행물체(P)가 통과하는 제1광막(A) 및 제2광막(B)은 다수개의 구획으로 구분된다.(S110) 보다 정확하게는 도 5(b)에서 보듯이 상기 제1광막(A) 및 제2광막(B)은 각각 총 4부분으로 구획되고, 상기 비행물체(P)가 상기 제1광막(A) 및 제2광막(B)을 통과하는 과정에서 발생되는 그림자에 의해 메인제어부는 비행물체(P)가 통과하는 구획면을 식별하게 된다. 그 정확한 방법은 상기한 바와 같다.

즉, 상기 구획확인단계는 4분면으로 구획된 상기 4각면형상의 다수개의 광막(A,B)의 제1구획면~제4구획면(①~④) 중 어느 하나의 구획면으로 비행물체가 각각 순차적으로 이동하는 것을 확인하는 것을 의미한다.

이와 같이 비행물체(P)가 통과하는 구획면이 확인되면, 다음으로 상술한 연산식에 의해 상기 비행물체(P)의 위치를 계산한다.(S120) 보다 정확하게는 제1광막발생모듈(L1)에 의한 그림자와 제2광막발생모듈(L2)에 의한 그림자가 각각 제1광막수신모듈(34,35) 및 제2광막수신모듈(44,45)에 수신되면, 이를 토대로 상기 비행물체(P)의 정확한 위치가 파악되는 것이다.

이때, 상기 제1광막수신모듈(34,35) 및 제2광막수신모듈(44,45)은 각각 직교한 방향으로 연장형성되어 대략 4각면 형상의 광막을 형성하게 되므로, 공간의 낭비 없이 광막을 형성할 수 있게 된다.(도 1(b) 비교참조)

이와 동시에, 상기 제1광막(A) 및 제2광막(B) 사이를 순차적으로 통과하는 비행물체(P)의 이동시간이 측정된다. 보다 정확하게는 제1광막(A)을 통과하는 시각 및 제2광막(B)을 통과하는 시각의 차이로부터 비행물체(P)의 이동시간이 측정되고, 상기 제1광막(A) 및 제2광막(B) 사이의 거리는 이미 아는 값이므로 이로부터 비행물체(P)의 이동속도가 계산되는 것이다.(S130)

마지막으로, 메인제어부에 의해 이와 같이 연산된 비행물체(P)의 위치 및 속도는 디스플레이부(70)에 전달되어 디스플레이된다.(S140) 이를 통해 사용자는 자신이 투구 또는 타격한 공의 이동경로 및 속도, 이에 더하여 제1광막(A) 및 제2광막(B)의 한정된 위치를 통과하였는지를 판단함으로써 정확한 투구 또는 타격이 이루어졌는지 등에 대한 판단을 받을 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

상기한 실시예에서는 상기 광막수신모듈(34,35,44,45)이 서로 직교한 제1수신부(34,44)와 제2수신부(35,45)로 구성되는 것을 예로 들었으나, 반드시 이에 한정되지는 않으며, 도 8에서 보듯이 광막수신모듈(134)은 곡선형상으로 형성되거나 또는 지면과 함께 5각 이상의 다각형상을 이루도록 형성될 수도 있다.

10: 바닥부 20: 프레임
30: 제1프레임 31: 수직부
32: 연장부 33: 지지부
34,35: 제1광막수신모듈 40: 제2프레임
41: 수직부 42: 연장부
43: 지지부 44,45: 제2광막수신모듈
50: 그물망 60: 표지부
70: 디스플레이부 L1,L2: 제1 및 제2광막발생모듈

Claims

광막을 형성하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 감지하여 비행경로 및 비행속도를 측정하는 장치에 있어서,
상기 비행물체의 비행경로 상에 빛을 조사하여 광막을 형성하는 광막발생모듈과,
상기 광막발생모듈로부터 조사되는 광막 또는 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 수신하는 광막수신모듈과,
상기 광막수신모듈에 수신된 신호로부터 상기 비행물체의 비행경로 및 비행속도를 계산하는 메인제어부를 포함하여 구성되고,
상기 광막수신모듈을 구성하는 단위수신모듈은 상기 광막발생모듈과 마주보는 위치에 다양한 각도로 서로 연결되는 다수개의 직선경로 또는 연속적인 곡선경로를 따라 설치되어 상기 광막발생모듈 및 상기 광막수신모듈에 의해 형성되는 광막은 4각 이상의 다각면형상 또는 곡면형상으로 형성됨을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치.
제 1 항에 있어서, 상기 광막발생모듈과 상기 광막수신모듈은 상기 비행물체의 이동경로를 따라 다수개가 쌍을 이루어 구비됨을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광막발생모듈에 의해 조사되는 광막의 적어도 일부를 감싸도록 프레임이 구비되고, 상기 광막수신모듈의 단위수신모듈은 상기 프레임을 따라 설치되고,
상기 프레임은
서로 직교하게 연결되고 상기 광막수신모듈의 단위수신모듈이 그 내측에 설치되는 수신바와,
상기 수신바에 연결되고 지면에 접하여 상기 프레임을 지지하며 상기 광막발생모듈이 설치되는 지지바를 포함하여 구성되며,
상기 수신바는 각각 설치면으로부터 직교하게 연장되는 수직부와 상기 수직부로부터 다시 직교하게 연장되는 연장부로 구성되어, 상기 한 쌍의 광막발생모듈 및 광막수신모듈은 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로 사각면 형상의 광막을 구성함을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치.
제 3 항에 있어서, 상기 프레임은 상기 비행물체의 이동경로를 따라 이격되어 쌍을 이루어 구비되고, 상기 각각의 프레임에는 광막발생모듈과 광막수신모듈이 각각 구비되며, 상기 두 프레임에 각각 설치되는 두 광막발생모듈은 서로 반대방향으로 광막을 조사하도록 반대되는 위치에 설치됨과 동시에 상기 한 쌍의 광막수신모듈도 이에 대응하여 서로 마주보도록 설치됨을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치.
광막을 형성하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 감지하여 비행경로 및 비행속도를 측정하는 장치에 있어서,
상기 비행물체의 비행경로 상에 빛을 조사하여 광막을 형성하는 광막발생모듈과,
상기 광막발생모듈로부터 조사되는 광막 또는 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 수신하는 광막수신모듈과,
상기 광막수신모듈에 수신된 신호로부터 상기 비행물체의 비행경로 및 비행속도를 계산하는 메인제어부를 포함하여 구성되고,
상기 광막수신모듈은 서로 이격되어 평행하게 연장되는 제1수신모듈 및 제2수신모듈로 구성되고, 상기 광막발생모듈은 서로 이격되어 각각 상기 제1수신모듈 및 제2수신모듈에 빛을 조사하여 서로 대칭되는 한 쌍의 삼각면형상의 광막을 형성하는 제1발생모듈 및 제2발생모듈로 구성되어, 상기 광막발생모듈 및 상기 광막수신모듈에 의해 형성되는 광막은 상기 한 쌍의 삼각면형상의 광막이 합쳐져 하나의 4각면형상으로 형성됨을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치.
제 5 항에 있어서, 상기 광막발생모듈 및 광막수신모듈로 구성되는 광막모듈은 적어도 2쌍 이상으로 구성되고, 각각의 광막모듈은 서로 일정거리 이격된 위치에 설치함을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정장치.
광막을 형성하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 감지하여 비행경로 및 비행속도를 측정하는 방법에 있어서,
광막발생모듈로부터 조사된 빛이 광막수신모듈에 전달되어 사각면 이상의 다각면형상 또는 원형면형상의 광막을 형성하는 광막형성단계,
상기 광막을 다수개의 구획으로 구분하고 상기 광막을 통과하는 비행물체의 그림자를 통해 상기 비행물체가 통과하는 구획을 구분하는 구획확인단계,
상기 광막수신모듈에 수신된 상기 비행물체의 그림자의 위치 및 상기 비행물체가 통과한 구획을 토대로 상기 비행물체의 위치를 계산하는 위치연산단계를 포함하여 구성되는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법.
제 7 항에 있어서, 상기 광막발생모듈 및 광막수신모듈로 구성되는 광막모듈은 서로 이격된 적어도 2쌍 이상으로 구성되어 다수개의 광막을 형성하고, 상기 구획확인단계는 4분면으로 구획된 상기 4각면형상의 다수개의 광막의 제1구획면~제4구획면 중 어느 하나의 구획면으로 비행물체가 각각 순차적으로 이동하는 것을 확인함을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법.
제 8 항에 있어서, 상기 광막수신모듈을 구성하는 단위수신모듈은 상기 광막발생모듈과 마주보는 위치에 직교하게 연결되는 두 개의 직선경로를 따라 설치되어 상기 광막발생모듈 및 상기 광막수신모듈에 의해 형성되는 광막은 사각면형상으로 형성됨을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법.
제 8 항에 있어서, 상기 광막수신모듈은 서로 이격되어 평행하게 연장되는 제1수신모듈 및 제2수신모듈로 구성되고, 상기 광막발생모듈은 서로 이격되어 상기 제1수신모듈 및 제2수신모듈에 각각 빛을 조사하는 제1발생모듈 및 제2발생모듈로 구성되어, 상기 광막발생모듈 및 상기 광막수신모듈에 의해 형성되는 광막은 4각면형상으로 형성됨을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법.
제 9 항에 있어서, 상기 위치연산단계는, 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로,
i) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 좌측에 해당하는 제1구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a1*a2*b1/(a1*b1+a2*b2)
y=a2*b1*b2/(a1*b1+a2*b2)이고,
ii) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 상측에 해당하는 제2구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a1*a2/(a2-a3-a1*a2)
y=a2*b2/(a2-a3-a1*a2)이며,
iii) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 우측에 해당하는 제3구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a2*a2*b2/(b3*(a2-a3)+a2*b2)
y=a2*b2*b3/(b3*(a2-a3)+a2*b2)
ⅳ) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 하측에 해당하는 제4구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a2*b1/(b1+b3)
y=b1*b3/(b1+b3)
으로 계산되고, 이때
x는 상기 두 광막발생모듈 사이를 연결하는 가로축 상의 위치,
y는 상기 두 광막발생모듈로부터 직교하게 연장되는 세로축 상의 위치,
a1은 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로 상대적으로 좌측에 위치한 제2광막발생모듈에 의해 상변의 제2광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 위치,
a2는 상기 두 광막발생모듈의 가로축 상의 거리,
a3는 제1광막발생모듈에 의해 상기 광막의 상변에 해당하는 제1광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 거리,
b1은 상기 제1광막발생모듈에 의해 상기 광막의 좌변에 해당하는 제1광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 세로축 상의 높이,
b2는 광막발생모듈로부터 상기 광막의 상변에 해당하는 광막수신모듈로 연장되는 세로축 상의 거리,
b3는 상기 제2광막발생모듈에 의해 상기 광막의 우변에 해당하는 제2광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 세로축 상의 높이를 각각 나타냄을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법.
제 10 항에 있어서, 상기 광막수신모듈 및 광막발생모듈은 상기 비행물체의 이동방향을 따라 이격된 한 쌍으로 구비되어, 상기 광막발생모듈 및 광막수신모듈은 각각 4개씩 구비되며,
상기 위치연산단계는, 상기 비행물체의 이동방향을 기준으로,
i) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 좌측에 해당하는 제1구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a1*a3/(a1+a3)
y=a2*b2/(a1+a3)
ii) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 상측에 해당하는 제2구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a1*a2/(a2-a3-a1*a2)
y=a2*b2/(a2-a3-a1*a2)이며,
iii) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 우측에 해당하는 제3구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a1*a3/(a1+a3)
y=a3*b2/(a1+a3)
ⅳ) 상기 비행물체가 상기 광막을 이루는 4분면 중에서 하측에 해당하는 제4구획면을 통과하는 경우에는 상기 비행물체의 위치(x,y)는
x=a1*a2/(a2-a3-a1*a2)
y=a2*b2/(a2-a3-a1*a2)
으로 계산되고, 이때
x는 상기 두 광막발생모듈 사이를 연결하는 가로축 상의 위치,
y는 상기 두 광막발생모듈로부터 직교하게 연장되는 세로축 상의 위치,
a1은 총 4개의 광막발생모듈 중에서 상기 비행물체에 빛을 조사하게 되는 두 광막발생모듈 중 상대적으로 하방(같은 높이라면 상대적으로 좌측)에 위치한 광막발생모듈에 의해 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 위치,
a2는 상기 광막수신모듈의 길이,
a3는 총 4개의 광막발생모듈 중에서 상기 비행물체에 빛을 조사하게 되는 두 광막발생모듈 중 상기 a1에서 선택된 광막발생모듈 이외의 광막발생모듈에 의해 광막수신모듈에 형성되는 비행물체의 그림자의 가로축 상의 거리,
b2는 상기 제1수신모듈 및 제2수신모듈 사이의 세로축 상의 거리를 각각 나타냄을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 연산단계에 이어, 나란히 설치되는 두 쌍의 광막발생모듈 및 광막수신모듈을 순차적으로 통과하는 비행물체의 시간차 및 거리를 통해 비행속도를 계산하는 속도연산단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 비행물체의 비행경로 및 비행속도 측정방법.