KR101810440B1 - 이동체의 회전수 계측 장치 - Google Patents

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Abstract

사용자 등이 용이하게 구체인 이동체의 회전수를 계측할 수 있는 이동체의 회전수 계측 장치를 제공한다. 입력부(20)에는, 이동체인 구체의 경 정보가 입력된다. 계측 처리부(24)는 도플러(doppler) 신호 및 경(徑) 정보에 기초하여, 상기 이동체의 이동 속도 및 회전수를 산출한다. 계측 처리부(24)는, 소정의 계측 시간 중에 계속하여 얻어지는 도플러 신호 중, 피크값의 최댓값을 이용하여 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 주파수 폭의 최댓값을 이용하여 회전수를 산출한다. 표시부(18)는, 산출된 이동 속도 및 회전수를 포함하는 표시 내용을 표시한다.

Description

이동체의 회전수 계측 장치{MOVING BODY ROTATION SPEED MEASUREMENT DEVICE}
본 발명은, 구체의 이동체의 회전수를 계측하는 회전수 계측 장치에 관한 것이다.
야구의 투구 등, 구체인 이동체의 회전수를 측정하는 방법으로서는, 주로 이하의 3개의 방법이 알려져 있다. (1) 이동하는 구체의 화상을 촬영하고, 화상 해석 기술을 이용하여 회전수를 산출하는 방법(예를 들어, 하기 특허 문헌 1 참조), (2) 구체 내에 가속도 센서를 장착하고, 얻어진 가속도 데이터의 주기성으로부터 회전 속도를 계측하는 방법(예를 들어, 하기 특허 문헌 2 참조), (3) 안테나로부터 전파를 송신파로서 발신하고, 송신파와, 이동체로부터의 반사파와의 주파수 변화로부터 이동체의 이동 속도를 산출하는 도플러(doppler)법(예를 들어, 하기 특허 문헌 3 ~ 5 참조).
일본국 공개특허공보 특개2006-234485호 일본국 공개특허공보 특개2010-256068호 일본국 공개특허공보 특개2003-294777호 일본국 공개특허공보 특개2003-043141호 미국 등록특허공보 6244971호
그렇지만, 상술한 종래 기술 중, (1)의 화상 해석 기술을 이용하는 방법에서는, 화상 촬영을 위한 카메라 등을 이용하기 때문에, 대규모의 시스템이 필요하고, 도입에는 다대(多大)한 코스트가 든다고 하는 문제점이 있다. 또한, (1)의 방법에서는, 자동으로 회전수를 계측하는 것이 곤란하고, 예를 들어 사용자가 자신의 투구의 회전수를 계측하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있다.
또한, (2)의 구체 내에 가속도 센서를 장착하는 방법에서는, 구체의 성질이나 성능을 통상(通常)의 구체와 마찬가지로 하는 것이 곤란하게 되고, 적용 분야가 한정되어 버린다고 하는 문제점이 있다. 또한, (3)의 도플러법에서는, 일반적으로 전파의 송신계의 기기와 수신계의 기기가 나뉘어 있고, 안정된 계측을 행하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있다. 또한, (3)의 방법에서는, 계측 장치의 소형화를 도모하는 것이 곤란하다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정에 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 사용자 등이 용이하게 구체인 이동체의 회전수를 계측할 수 있는 이동체의 회전수 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 이동체의 회전수 계측 장치는, 지향성을 가지고, 공급되는 송신 신호에 기초하여 구체의 이동체를 향하여 송신파를 송신하는 것과 함께, 상기 이동체에서 반사된 반사파를 수신하여 수신 신호를 생성하는 안테나와, 상기 안테나에 상기 송신 신호를 공급하는 것과 함께, 상기 수신 신호에 기초하여 도플러 주파수를 가지는 도플러 신호를 생성하는 도플러 센서와, 상기 구체의 경(徑) 정보가 입력되는 입력부와, 상기 도플러 신호 및 상기 경 정보에 기초하여, 상기 이동체의 이동 속도 및 회전수를 산출하는 계측 처리부와, 상기 산출된 이동 속도 및 회전수를 포함하는 표시 내용을 표시하는 표시부와, 적어도 상기 표시부를 보지(保持)하는 케이스를 구비하고, 상기 안테나는, 소정의 계측 시간 중 계속하여 상기 송신파의 송신 및 상기 반사파의 수신을 행하고, 상기 도플러 센서는, 상기 소정의 계측 시간 중 계속하여 상기 송신 신호의 공급 및 상기 도플러 신호의 생성을 행하고, 상기 계측 처리부는, 소정의 계측 시간 중의 각 시각에 있어서의 상기 도플러 신호를 신호 강도 분포 데이터로 변환하고, 상기 소정의 계측 시간 중의 상기 신호 강도 분포 데이터 중, 상기 도플러 주파수의 피크값의 최댓값을 이용하여 상기 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 상기 신호 강도 분포 데이터의 분포 폭이 최댓값을 취하는 시각에 있어서의 상기 도플러 신호의 신호 강도 분포 데이터를 이용하여 상기 회전수를 산출하고, 상기 분포 폭은, 상기 도플러 신호의 고주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 값이 되는 점과, 상기 도플러 신호의 저주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 값이 되는 점과의 사이의 폭, 또는, 상기 도플러 신호의 고주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정의 레벨 낮은 값이 되는 점과, 상기 피크값을 취하는 점과의 사이의 폭, 중 어느 것인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 도플러 신호를 이용하는 것에 의하여, 비교적 낮은 주파수 영역에서 이동체의 회전수 및 이동 속도를 계측할 수 있기 때문에, 간이(簡易)한 구성으로 이동체의 회전수 및 이동 속도를 계측할 수 있다.
도 1은 실시예에 관련되는 회전수 계측 장치(10)의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 2는 회전수 계측 장치(10)의 정면도이다.
도 3은 도 2의 A 방향으로부터 본 도면이다.
도 4는 도 2의 B 방향으로부터 본 도면이다.
도 5는 도 4에 있어서 안테나를 90도 회전시킨 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 계측 모드의 선택 화면의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 7은 회전수 계측 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 8은 이동체(야구 볼(6))의 회전수를 검출하는 원리의 설명도이다.
도 9는 도플러 신호(Sd)를 웨이브렛 해석한 결과를 도시하는 도면이다.
도 10은 안테나(14)로부터 송신되는 송신파의 파면(波面)과 이동체의 이동 방향과의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 11은 회전수 계측 장치(10)의 기능 블록도이다.
도 12는 야구 볼(6)을 투구하였을 때의 도플러 신호(Sd)의 일례를 도시하는 선도(線圖)이다.
도 13은 신호 강도 분포 데이터(P)의 일례를 도시하는 선도이다.
도 14는 시각 t1 ~ t4에 있어서의 이동체의 위치를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 15는 야구 볼(6)을 이동체로서 계측하는 경우의 회전수 계측 장치(10)의 설치 상태를 설명하는 평면도이다.
도 16은 회전수 계측 장치(10)의 동작을 도시하는 플로 차트이다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 실시예에 관련되는 회전수 계측 장치(10)의 외관을 도시하는 사시도이고, 도 2는, 회전수 계측 장치(10)의 정면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이동체의 회전수 계측 장치(10)(이하 단지 회전수 계측 장치(10)라고 한다)는, 케이스(12)와, 안테나(14)와, 안테나 지지부(16)와, 표시부(18)와, 입력부(20)를 포함하여 구성되어 있다.
케이스(12)는, 상하 방향의 두께와, 두께보다도 큰 치수의 좌우 방향의 폭과, 폭보다도 큰 치수의 전후(前後) 방향의 길이를 가지고, 직사각형 판상(板狀)을 나타내고 있다.
케이스(12)의 상면(上面)(1202)은, 긴쪽 방향을 케이스(12)의 전후 방향으로 평행시킨 거의 장방형(長方形)을 나타내고 있다.
상면(1202)의 전후는 각각 케이스(12)의 전면(前面)(1204)과 후면(後面)(1206)에 접속되어 있다.
또한, 상면(1202)에 대향하는 하면(下面)(1203)에는 회전수 계측 장치(10)를 삼각(三脚) 등의 고정구(固定具)에 장착하기 위한 도시하지 않는 암나사(카메라 나사)가 설치되어 있다.
안테나(14)는, 안테나 지지부(16)를 통하여 케이스(12)의 상면(1202)에 연결되어 있다.
안테나(14)는, 지향성을 가지고, 후술하는 도플러 센서(22)(도 7 참조)로부터 공급되는 송신 신호에 기초하여 이동체를 향하여 송신파를 송신하는 것과 함께, 이동체에서 반사된 반사파를 수신하여 수신 신호를 생성하고 도플러 센서(22)에 공급하는 것이다.
본 명세서에 있어서는, 안테나(14)의 이득이 최대가 되는 방향을 따라 연재(延在)하는 가상선을 안테나의 지향 방향을 나타내는 가상축(L)으로 한다.
본 실시예에서는, 안테나(14)는, 직사각형 판상의 패치(patch) 안테나로 구성되고, 두께 방향의 일방(一方)의 면이 송신파를 송신하고 또한 반사파를 수신하는 표면이고, 표면의 반대 측이 이면(裏面)으로 되어 있다.
또한, 안테나(14)로서 패치 안테나를 이용하였기 때문에, 회전수 계측 장치(10)의 소형화를 도모하는 데 있어서 유리하게 된다. 그렇지만, 안테나(14)로서 혼(horn) 안테나 등 종래 공지의 여러 안테나가 사용 가능하다.
덧붙여, 안테나(14)의 지향각이 너무 좁으면, 이동체의 측정 범위가 한정되는 불리한 점이 있고, 안테나(14)의 지향각이 너무 넓으면, 측정 대상이 되는 이동체 이외의 물체로부터의 불필요한 반사파를 수신하게 되어 측정 정도(精度)를 확보하는 데 있어서 불리하게 된다.
그 때문에, 안테나(14)의 지향각은, 5도 ~ 90도로 하는 것이 이동체의 측정 범위를 확보하면서 측정 대상 외의 물체로부터의 불필요한 반사파의 수신을 억제하는 데 있어서 유리하다.
안테나 지지부(16)는, 케이스(12)에 설치되고 가상축(L)의 기울기가 변화 가능하게 되도록 안테나(14)를 지지하는 것이다.
본 실시예에서는, 안테나 지지부(16)는, 프레임(16A)과, 케이스(16B)를 구비하고 있다.
프레임(16A)은, 케이스(12)의 전면(1204)에 설치되고 케이스(12)의 폭 방향으로 연재하는 기부(基部)(1602)와, 기부(1602)의 양단(兩端)으로부터 전방(前方)으로 기립하는 2개의 기둥부(1604)로 구성되어 있다.
케이스(16B)는, 안테나(14)를 평면으로부터 보았을 때의 윤곽보다도 한층 작은 직사각형 판상을 나타내고, 케이스(16B)의 4변을 안테나(14)의 4변에 평행시킨 상태로 안테나(14)의 배면(背面)에 취착(取着)되어 있다.
보다 상세하게는, 케이스(16B)는, 안테나(14)에 대향하는 직사각형 판상의 저벽(底壁)과, 당해 저벽으로부터 기립하는 4개의 측벽(側壁)을 가지고, 이것들 4개의 측벽의 상부(上部)가 안테나(14)의 배면에 접속되어 있다. 또한, 이것들 저벽과 4개의 측벽과 안테나(14)로 둘러싸인 수용 공간에는, 후술하는 도플러 센서(22)가 수용되어 있다.
또한, 안테나(14)와 도플러 센서(22)가 일체적으로 설치된 일체형 모듈을 이용하여도 무방하다. 이 경우, 도플러 센서(22)는 안테나(14)의 배면에 일체적으로 설치되어 있다.
이와 같은 일체형 모듈을 이용한 경우는, 안테나(14)와 도플러 센서(22)와의 사이에서의 신호 경로의 거리를 단축하는 것으로 신호에 더하여지는 노이즈를 저감하는 데 있어서 유리하게 되고, 또한, 회전수 계측 장치(10)의 소형화를 도모하는 데 있어서 유리하게 된다.
덧붙여, 도플러 센서(22)는, 케이스(12)에 수용되어 있어도 무방하다.
케이스(16B)는, 4개의 측벽 중 대향하는 2개의 측벽이 2개의 기둥부(1604)의 사이에 배치되고, 케이스(12)의 좌우 방향으로 축심을 향한 지축(支軸)(16C)을 통하여 2개의 기둥부(1604)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
따라서, 안테나 지지부(16)는, 가상축(L)의 기울기가 변화 가능하게 되도록 안테나(14)를 지지하고 있다.
본 명세서에 있어서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 가상축(L)이 후술하는 표시부(18)의 표시면(1802)과 평행하는 가상 평면(P)과 이루는 각도를 안테나각(θ)으로 한다. 본 실시예에서는, 안테나 지지부(16)는, 안테나각(θ)이 ±90도의 범위에서 변화하도록 안테나(14)를 지지하고 있다. 바꾸어 말하면, 안테나각(θ)은 180도의 범위에서 변화한다. 덧붙여, 안테나각(θ)의 조정 범위는 180도로 한정되는 것이 아니고, 조정 범위를 어떻게 설정할지는 임의이다.
여기에서, 도 4에 도시하는 바와 같이 가상축(L)이 케이스(12)의 상방을 향한 상태에서 안테나각 θ = ＋90도이고, 도 5에 도시하는 바와 같이 가상축(L)이 케이스(12)의 전방을 향한 상태에서 안테나각 θ = 0도이고, 도 3에 도시하는 바와 같이 가상축(L)이 케이스(12)의 하방을 향한 상태에서 안테나각 θ = -90도이고, 따라서, 안테나각(θ)의 조정 범위는 ±90도가 된다.
덧붙여, 본 실시예에서는, 안테나 지지부(16)가 안테나(14)를 단일의 지축(16C) 둘레에 회전 가능하게 지지하는 경우에 관하여 설명하였지만, 안테나 지지부(16)는 가상축(L)의 기울기가 변화 가능하게 되도록 안테나(14)를 지지할 수 있으면 되고, 안테나 지지부(16)로서 종래 공지의 여러 기구가 사용 가능하다.
예를 들어, 지축(16C)과 직교하는 평면 상을 연재하는 다른 지축을 더 설치하는 것에 의하여, 안테나 지지부(16)가 안테나(14)를 2개의 지축 둘레에 회전 가능하게 지지하는 구성으로 하여도 무방하다. 이 경우는, 안테나(14)의 가상축(L)의 기울기의 조정의 자유도를 확보하는 데 있어서 보다 유리하게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 안테나 지지부(16)는, 미리 정해진 복수의 안테나각(θ), 예를 들어, ＋90도, 0도, －90도의 3개의 각도로 안테나(14)를 보지하는 클릭 기구를 구비하고 있다. 이것에 의하여, 미리 정해진 복수의 안테나각(θ)으로의 설정 조작의 용이화가 도모되고 있다.
나아가, 본 실시예에서는, 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이, 안테나 지지부(16)에, 안테나가 미리 정해진 복수의 안테나각(θ) 중 어느 하나에 위치하고 있는지를 나타내는 각도 표시부(16D)가 설치되어 있다. 이것에 의하여, 안테나각(θ)의 확인의 용이화가 도모되고 있다.
각도 표시부(16D)는, 일방의 기둥부(1604)에 설치된 창부(窓部)와, 케이스(16B)의 개소에 설치된 지표(指標)로 구성되어 있다.
지표는, 안테나각(θ)의 ＋90도, 0도, －90도에 대응한 케이스(16B)의 개소에 A, B, C라고 하는 기호 혹은 숫자 혹은 눈금선 등으로 형성되어 있다.
안테나(14)의 안테나각(θ)이 ＋90도, 0도, －90도의 각각으로 전환되면, 케이스(16B)의 개소에 형성된 A, B, C의 지표가 상기 창부를 통하여 선택적으로 노출되는 것으로 안테나(14)가 복수의 안테나각(θ) 중 어느 하나에 위치하고 있는지가 나타내지게 된다.
덧붙여, 이와 같은 각도 표시부(16D)로서 종래 공지의 여러 표시 기구가 사용 가능하다.
표시부(18)는, 직사각형상의 평탄한 표시면(1802)을 상방을 향하게 하여 케이스(12)의 상면(1202)에 설치되고, 상면(1202)의 대부분은 표시면(1802)으로 점유되어 있다.
본 실시예에서는, 표시면(1802)은 케이스(12)의 전후 방향을 따른 길이가 케이스(12)의 좌우 방향을 따른 폭보다도 긴 장방형을 나타내고 있다.
표시부(18)는, 계측 결과인 이동체의 이동 속도 및 회전수를 포함하는 여러 표시 내용을 숫자, 기호, 아이콘 등의 형태로 표시면(1802)에 표시시킨다.
이와 같은 표시부(18)로서 액정 패널 등의 플랫 패널 디스플레이를 이용할 수 있다.
입력부(20)는, 상면(1202)의 후면(1206) 쪽의 개소에 설치되어 있다.
본 실시예에서는, 입력부(20)는, 모드 선택 버튼, 전원 버튼을 포함하는 복수의 조작 버튼을 포함하여 구성되어 있다. 덧붙여, 상술한 표시부(18)를 터치 패널식 디스플레이로 하여, 입력부(20)를 표시부(18)로 겸하도록 하여도 무방하다.
전원 버튼은, 전원의 온, 오프를 행하기 위한 것이다.
모드 선택 버튼은, 회전수 계측 장치(10)의 계측 모드를 선택하기 위한 버튼이다. 본 실시예에서는, 회전수 계측 장치(10)의 계측 모드로서, 골프 모드, 배트 모드, 볼 모드 중 어느 하나를 선택 가능하게 한다. 골프 모드는, 골프 클럽에 의한 골프 볼의 타구 속도를 계측하는 모드이다. 배트 모드는, 야구 배트에 의한 야구 볼(6)의 타구 속도를 계측하는 모드이다. 볼 모드는, 투수에 의한 야구 볼(6)의 투구 속도를 계측하는 모드이다.
도 6은, 계측 모드의 선택 화면의 일례를 도시하는 설명도이다. 도 6에는, 회전수 계측 장치(10)의 표시면(1802) 상에, 계측 모드로서, 골프 모드 선택부(1810), 배트 모드 선택부(1812), 볼 모드 선택부(1814)가 표시되어 있다. 도 6에서는, 볼 모드 선택부(1814)가 선택되어 있고, 다른 선택부와는 다른 색으로 표시된다. 유저(user)는, 어느 하나의 선택부를 선택하여 결정 조작을 행하는 것에 의하여, 계측 모드를 설정할 수 있다.
덧붙여, 이와 같은 계측 모드 선택 화면으로서 종래 공지의 여러 표시 형태가 사용 가능하다. 또한, 계측 모드의 선택에 있어서는, 반드시 표시를 수반하지 않아도 무방하고, 종래 공지의 여러 선택 형태가 사용 가능하다.
이와 같은 모드 선택을 행하는 것에 의하여, 후술하는 구체의 회전수를 산출할 때에 필요하게 되는 구체의 경 정보가 입력된다. 즉, 이동체인 구체는 구기용 볼이고, 입력부(20)에는, 구기용 볼의 종류가 입력된다. 후술하는 연산부(30)에서는 구기용 볼의 종류별의 경(직경 또는 반경(半徑))을 기록한 데이터베이스를 구비하고 있기 때문에, 구기용 볼의 종류가 특정되면, 구체의 경을 특정할 수 있다.
또한, 이와 같이 모드 선택을 행하는 것이 아니고, 입력부(20)에 대하여, 이동체인 구체의 경의 값을 직접 입력하도록 하여도 무방하다.
이하의 설명에서는, 계측 모드를 볼 모드로 선택하고, 이동체로서 사용자가 던진 야구 볼(6)의 이동 속도 및 회전수를 계측하는 경우에 관하여 설명한다.
덧붙여, 회전수 계측 장치(10)를 사용할 때의 케이스(12)의 자세는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은, (1) 케이스(12)의 상면(1202)(표시면(1802))을 상방을 향하게 한 자세, (2) 케이스(12)의 전면(1204)을 상방을 향하게 하고 상면(1202)(표시면(1802))을 측방을 향하게 한 자세 중 어느 하나로 하고, 안테나(14)의 가상축(L)이 이동체의 이동 방향에 합치하도록 안테나각(θ)을 조정한다.
또한, 회전수 계측 장치(10)는, 도시하지 않는 전력 축전용의 배터리를 구비하고, 배터리에 축전된 전력을 이용하여 구동하도록 하여도 무방하다. 이것에 의하여, 회전수 계측 장치(10)를 사용자의 근방에 설치 가능하게 되고, 또한 투구 등의 방해가 되기 어렵게 할 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하여 회전수 계측 장치(10)의 제어계의 구성에 관하여 설명한다. 도 7은, 회전수 계측 장치(10)의 구성을 도시하는 블록도이다.
덧붙여, 도 7에 있어서 부호 6은 구체의 이동체로서의 야구 볼을 나타내고, 부호 M은 야구 볼(6)을 투구하는 사용자를 나타낸다.
회전수 계측 장치(10)는, 상기 안테나(14), 표시부(18), 입력부(20)에 더하여, 도플러 센서(22), 계측 처리부(24) 등을 포함하여 구성되어 있다.
도플러 센서(22)는, 안테나(14)와 도시하지 않는 케이블에 의하여 접속되고, 당해 케이블을 통하여 안테나(14)에 송신 신호를 공급하는 것과 함께, 안테나(14)로부터 공급되는 수신 신호를 받아들여 도플러 신호(Sd)를 검출하는 것이다.
도플러 신호란, 송신 신호의 주파수(F1)와 수신 신호의 주파수(F2)와의 차분(差分)의 주파수(F1-F2)로 정의되는 도플러 주파수(Fd)를 가지는 신호이다.
도플러 센서(22)는, 시판되고 있는 여러 가지의 것이 사용 가능하다.
덧붙여, 상기 송신 신호로서는, 예를 들어, 24GHz 혹은 10GHz의 마이크로파가 사용 가능하고, 도플러 신호(Sd)를 얻을 수 있는 것이면 송신 신호의 주파수는 한정되지 않는다. 이것에 의하여, 회전수 계측 장치(10)의 범용성을 높일 수 있다.
또한, 송신파의 출력은 예를 들어 10mW 이하로 한다. 이것은, 회전수 계측 장치(10)를 배터리 구동으로 한 경우, 사용 가능 시간을 길게 하기 위하여, 소비 전력은 가능한 한 낮게 억제하는 것이 바람직하기 때문이다. 회전수 계측 장치(10)에 있어서, 안테나(14)로부터의 송신파의 송신에 소비되는 전력은 극히 크다. 이와 같이, 송신파의 출력을 예를 들어 10mW 이하로 하는 것에 의하여, 소비 전력을 저감하고, 배터리로 구동하는 회전수 계측 장치(10)의 사용 가능 시간을 길게 할 수 있다.
여기에서, 도플러 센서(22)를 이용한 이동체의 이동 속도 검출의 원리에 관하여 설명한다.
종래부터 알려져 있는 바와 같이, 도플러 주파수(Fd)는 식 (1)로 나타내진다.
Fd = F1-F2 = 2·V·F1/c　　　(1)
단, V: 이동체의 이동 속도, c: 광속(3·108m/s)
따라서, (1) 식을 V에 관하여 풀면, (2) 식이 된다.
V = c·Fd/(2·F1)　　　　 　　(2)
즉, 이동체의 이동 속도 V는, 도플러 주파수(Fd)에 비례하게 된다.
따라서, 도플러 신호(Sd)로부터 도플러 주파수(Fd)를 검출하고 당해 도플러 주파수(Fd)로부터 이동 속도 V를 구할 수 있다.
다음으로, 이동체의 회전수의 계측에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 8은, 이동체(야구 볼(6))의 회전수를 검출하는 원리의 설명도이다.
이동체의 표면 중, 송신파(W1)의 송신 방향과 이루는 각도가 90도에 가까운(대략 90°) 표면의 부분인 제1 부분(A)에서는 송신파(W1)가 효율 좋게 반사되고, 따라서, 제1 부분(A)에서는 반사파(W2)의 강도가 높다.
한편, 이동체의 표면 중, 송신파(W1)의 송신 방향과 이루는 각도가 0도(대략 0°)에 가까운 표면의 부분인 제2 부분(B), 제3 부분(C)에서는 송신파(W1)가 효율 좋게 반사되지 않고, 따라서, 제2, 제3 부분(B, C)에서는 반사파(W2)의 강도가 낮다.
제2 부분(B)은, 이동체의 회전에 의하여 이동하는 방향과 이동체의 이동 방향이 반대 방향이 되는 부분이다.
제3 부분(C)은, 이동체의 회전에 의하여 이동하는 방향과 이동체의 이동 방향이 같은 방향이 되는 부분이다.
제1 부분(A)에서 반사되는 반사파(W2)에 기초하여 검출되는 속도를 제1 속도 VA, 제2 부분(B)에서 반사되는 반사파(W2)에 기초하여 검출되는 속도를 제2 속도 VB, 제3 부분(C)에서 반사되는 반사파(W2)에 기초하여 검출되는 속도를 제3 속도 VC로 한다.
그러면, 이하의 식이 성립한다.
VA = V　　　　　(4)
VB = VA-ωr　 (5)
VC = VA+ωr　 (6)
(단, V는 이동체의 이동 속도, ω는 각속도(rad/s), r은 이동체의 반경)
따라서, 제1, 제2, 제3 속도 VA, VB, VC를 계측할 수 있으면, 식 (4)에 기초하여 제1 속도 VA로부터 이동체의 이동 속도 V가 구하여질 수 있다. 또한, (5) 식 또는 (6) 식에 기초하여, 제2, 제3 속도 VB, VC로부터 각속도 ω가 구하여지기 때문에, 각속도 ω로부터 회전수를 산출할 수 있다. 덧붙여, 상기 식 (5), (6)에 나타내는 바와 같이, 회전수의 산출에는 이동체의 반경의 값을 이용하기 때문에, 입력부(20)로부터, 구체의 경 정보를 입력한다.
즉, 후술하는 속도·회전수 산출부(30B)는, 이동체인 구체의 표면 중, 송신파(W1)의 송신 방향과 이루는 각도가 대략 90°인 제1 부분(A)과, 송신파(W1)의 송신 방향과 이루는 각도가 대략 0° 또한 구체의 회전 방향이 구체의 이동 방향과 반대 방향이 되는 제2 부분(B)과, 송신파(W1)의 송신 방향과 이루는 각도가 대략 0° 또한 구체의 회전 방향이 구체의 이동 방향과 같은 방향이 되는 제3 부분(C)으로부터의 반사파를 이용하여 각각 속도를 산출하고, 제1 부분(A)으로부터의 반사파(W2)를 이용하여 산출한 제1 속도 VA는 구체의 이동 속도 V를 나타내고, 제2 부분(B)으로부터의 반사파(W2)를 이용하여 산출한 제2 속도 VB는 제1 속도 VA로부터 구체의 각속도 ω와 구체의 반경 r과의 곱을 뺀 값을 나타내고, 제3 부분(C)으로부터의 반사파(W2)를 이용하여 산출한 제3 속도 VC는 제1 속도 VA에 구체의 각속도 ω와 구체의 반경 r과의 곱을 더한 값을 나타내는 것으로 하고, 제1 속도 VA, 제2 속도 VB 및 제3 속도 VC로부터 구체의 각속도 ω를 산출하는 것에 의하여 구체의 회전수를 산출한다.
다음으로, 제1, 제2, 제3 속도 VA, VB, VC의 계측에 관하여 설명한다.
도 9는, 전용의 장치에 의하여 타출(打出)된 이동체를 회전수 계측 장치(10)로 계측한 경우에 있어서의 도플러 신호(Sd)를 웨이브렛 해석한 결과를 도시하는 도면이다.
횡축(橫軸)은 시간 t(ms), 종축(縱軸)은 도플러 주파수(Fd(kHz)) 및 이동체의 이동 속도 V(m/s)를 나타낸다. 또한, 횡축에 있어서의 시각 t0는, 이동체가 타출된 시각을 나타낸다.
이와 같은 선도는, 예를 들어, 도플러 신호(Sd)를 샘플링하여 디지털 오실로스코프(oscilloscope)에 받아들여 디지털 데이터로 변환하고, 당해 디지털 데이터를 퍼스널 컴퓨터 등을 이용하여 웨이브렛 해석, 혹은, FFT 해석하는 것으로 얻어진다.
도 9에 도시하는 주파수 분포에 있어서, 해칭으로 도시한 부분은 도플러 신호(Sd)의 강도가 크고, 실선으로 도시한 부분은 도플러 신호(Sd)의 강도가 해칭으로 도시한 부분보다도 작은 것을 도시하고 있다.
따라서, 부호 DA로 도시하는 주파수 분포는, 신호 강도가 강하고, 제1 속도 VA에 대응하는 부분이다.
부호 DB로 도시하는 주파수 분포는, 주파수 분포 DA보다도 신호 강도가 낮고, 제2 속도 VB에 대응하는 부분이다.
부호 DC로 도시하는 주파수 분포는, 주파수 분포 DA보다도 신호 강도가 낮고, 제3 속도 VC에 대응하는 부분이다.
따라서, 도플러 신호(Sd)의 강도를 주파수에 관하여 해석하는 것에 의하여, 주파수 분포 DA, DB, DC를 특정하고, 각각의 주파수 분포 DA, DB, DC로부터 상기 식 (4), (5), (6)의 원리를 이용하는 것에 의하여, 제1, 제2, 제3 속도 VA, VB, VC를 시계열(時系列) 데이터로서 얻을 수 있는 것이다.
즉, 후술하는 속도·회전수 산출부(30B)는, 도플러 신호(Sd)의 신호 강도 분포 데이터 중, 신호 강도가 상대적으로 높은 성분을 제1 부분(A)으로부터의 반사파 성분, 신호 강도가 상대적으로 낮은 성분 중 제1 부분(A)으로부터의 반사파 성분보다도 주파수가 낮은 성분을 제2 부분(B)으로부터의 반사파 성분, 신호 강도가 상대적으로 낮은 성분 중 제1 부분(A)으로부터의 반사파 성분보다도 주파수가 높은 성분을 제3 부분(C)으로부터의 반사파 성분으로서 구체의 회전수를 산출한다.
이와 같은 처리는, 종래 공지의 여러 신호 처리 회로를 이용하는 것에 의하여, 혹은, 신호 처리 프로그램에 기초하여 동작하는 마이크로 프로세서를 이용하는 것에 의하여 실현 가능하다.
여기에서, 도 9에 있어서의 이동체의 이동 속도 변화(타출 직후에 있어서의 속도의 상승)에 관하여 설명한다. 도 9에 있어서, 이동체의 타출 직후(시각 t0 근방)에서는, 이동체의 이동 속도가 시각과 함께 증가하고, 최종적으로 일정한 이동 속도로 되어 있다. 이것은, 안테나(14)로부터 송신되는 송신파와 이동체의 위치와의 사이의 각도에 기인하는 오차에 의한 것이다.
보다 상세하게는, 상기 식 (2)에 의하여 산출되는 이동체의 이동 속도는, 안테나(14)의 지향성을 나타내는 가상축(L)과 일치하는 방향의 이동 속도 성분이다. 따라서, 이동체의 이동 궤적이 안테나(14)의 지향성을 나타내는 가상축(L)에 대하여 어긋날수록 식 (2)에 의하여 얻어지는 이동체의 이동 속도의 오차가 증대하는 경향이 된다.
도 10은, 안테나(14)로부터 송신되는 송신파의 파면과 이동체의 이동 방향과의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 10(a)에 도시하는 바와 같이, 안테나(14)의 지향성을 나타내는 가상축(L)에 대하여 각도(θ)로 이동하는 이동체의 이동 속도는, 실제의 이동 속도보다도 cosθ 늦게 계측된다.
여기에서, 도 10(a)에 도시하는 바와 같이, 이동체가 안테나(14)로부터 충분히 원방(遠方)에 위치하는 경우에는, 송신파는 일반적으로는 평면파(보다 상세하게는, 가상축(L)에 대하여 수직인 파면(W)을 가지는 평면파)가 된다. 즉, 안테나(14)로부터 송신된 송신파의 파면(W)의 법선(法線) 방향은, 가상축(L)과 상시(常時) 일치한다. 이 때문에, 일정 방향으로 이동하는 이동체의 이동 방향과 파면(W)의 법선 방향과의 각도(θ)는 상시 일정하다(도 10(a)에 있어서는, θ1 = θ2가 된다). 이것에 의하여, 이동체의 이동 속도의 오차(지연)는, 상시 일정하다.
한편, 도 10(b)에 도시하는 바와 같이, 이동체가 안테나(14)의 근방에 위치하는 경우에는, 송신파는 구면파(보다 상세하게는, 안테나(14)의 위치를 중심으로 하는 구면파)가 된다. 즉, 안테나(14)로부터 송신된 송신파의 파면(W)의 법선 방향은, 위치에 따라 변화한다. 이 때문에, 일정 방향으로 이동하는 이동체의 이동 방향과 파면(W)의 법선 방향과의 각도(θ)는 위치에 따라 다르다(도 10(b)에 있어서는, θ3 ≠ θ4가 된다). 이것에 의하여, 이동체의 이동 속도는, 이동체의 위치에 따라 다른 오차(지연)를 가지고 계측된다.
도 10(a)와 같이, 이동체와 안테나(14)가 충분히 원방에 있고, 각도 오차를 충분히 무시할 수 있는 경우나, 이동체와 안테나(14)와의 위치 관계가 고정되어 있는 경우에는, 계측 시간 내의 이동 속도의 평균값을 취하는 것 등으로 용이하게 계측하는 것이 가능하다. 한편, 도 10(b)와 같이, 이동체가 안테나(14)의 근방을 통과하는 것과 같은 구성의 경우, 각도 오차에 의한 주파수의 시간 변화를 무시할 수 없다.
이와 같은 각도 오차에 기초하는 속도의 계측 오차를 회피하기 위하여서는, 예를 들어 이동체의 이동 개시 시각(도 9에 있어서의 t0)으로부터 충분한 시간이 경과하고 나서(도 10(a)와 같은 위치 관계가 되고 나서) 계측을 행하는 방법이 있다. 그러나, 한편으로, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제2 속도 VB에 대응하는 주파수 분포 DB 및 제3 속도 VC에 대응하는 주파수 분포 DC는, 시간의 경과, 즉, 이동체와 안테나(14)와의 거리가 멀어지는 것과 함께 감소하여 버리기 때문에, 회전수의 계측을 행할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한, 사용자가 스스로의 투구의 속도 및 회전수를 계측하는 경우 등은, 사용자 자신이 회전수 계측 장치(10)의 조작을 행할 필요가 있고, 이동체의 이동 개시 지점(사용자의 위치)과 안테나(14)의 설치 위치(회전수 계측 장치(10)의 설치 위치)를 크게 할 수 없다.
이와 같은 문제를 해결하는 수단으로서, 회전수 계측 장치(10)에서는, 이동체가 이동을 개시하고 나서 소정 시간 계속하여 도플러 신호의 계측을 행한다. 즉, 안테나(14)는, 소정의 계측 시간 중 계속하여 송신파의 송신 및 반사파의 수신을 행하고, 도플러 센서(22)는, 소정의 계측 시간 중 계속하여 송신 신호의 공급 및 도플러 신호의 생성을 행한다.
그리고, 얻어진 소정 시간분의 도플러 신호 중, 주파수의 피크값을 이용하여 이동체의 이동 속도를, 진폭의 최댓값을 이용하여 이동체의 회전수를 산출한다. 즉, 후술하는 연산부(30)(도 11 참조)는, 소정의 계측 시간 중에 계속하여 얻어지는 도플러 신호 중, 피크값의 최댓값을 이용하여 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 폭의 최댓값을 이용하여 상기 회전수를 산출한다.
이것에 의하여, 이동체가 안테나(14)의 근방을 통과하고, 통상의 계측 방법에서는 각도 오차가 생길 가능성이 있는 것과 같은 경우에서도, 이동체의 이동 속도 및 회전수를 안정하여 계측할 수 있다.
도 7로 되돌아와 설명을 계속한다.
계측 처리부(24)는, 도플러 센서(22)로부터 공급되는 도플러 신호(Sd)를 입력하여 연산 처리를 행하는 것에 의하여, 이동체(본 실시예에서는 야구 볼(6))의 이동 속도 및 회전수를 산출하는 것이다.
본 실시예에서는, 계측 처리부(24)는, 마이크로 컴퓨터(26)에 의하여 구성되어 있다.
마이크로 컴퓨터(26)는, CPU(26A)와, 도시하지 않는 인터페이스 회로 및 버스 라인을 통하여 접속된 ROM(26B), RAM(26C), 인터페이스(26D), 표시용 드라이버(26E) 등을 포함하여 구성되어 있다.
ROM(26B)은 CPU(26A)가 실행하는 이동체의 이동 속도 및 회전수를 산출하기 위한 제어 프로그램 등을 격납하고, RAM(26C)은 워킹 에어리어(working area)를 제공하는 것이다.
인터페이스(26D)는, 도플러 신호(Sd)를 입력하여 CPU(26A)에 공급하고, 또한, 입력부(20)로부터의 조작 신호를 받아들여 CPU(26A)에 공급하는 것이다.
표시용 드라이버(26E)는 CPU(26A)의 제어에 기초하여 표시부(18)를 구동하는 것이다.
도 11은, 마이크로 컴퓨터(26)의 구성을 기능 블록으로 도시한 회전수 계측 장치(10)의 블록도이다.
마이크로 컴퓨터(26)는, 기능적으로는, 축적부(28)와, 연산부(30)와, 제어부(32)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 축적부(28)와, 연산부(30)와, 제어부(32)는, CPU(26A)가 상기 제어 프로그램을 실행하는 것으로 실현되는 것이지만, 이것들의 부분은, 회로 등의 하드웨어로 구성된 것이어도 무방하다.
축적부(28)는, 도플러 신호(Sd)를 미리 정해진 샘플링 주기(周期)로 시간 경과에 따라 차례로 축적하는 것이다.
본 실시예에서는, CPU(26A)가 도플러 신호(Sd)를 상기 샘플링 주기로 샘플링하여 RAM(26C)에 도플러 신호(Sd)의 샘플링 데이터로서 격납한다.
축적부(28)는, 예를 들어, 회전수 계측 장치(10)의 전원이 투입되는 것과 동시에 샘플링 동작을 개시한다.
도 12는, 야구 볼(6)을 투구하였을 때의 도플러 신호(Sd)의 일례를 도시하는 선도이고, 횡축에 시간 t(sec), 종축에 진폭(임의 단위)을 취하고 있다.
도 12에 있어서, 처음의 큰 진폭을 나타내는 파형 부분이 사용자의 움직임에 의하여 생기는 도플러 신호의 부분을 나타내고, 그 후에 계속되는 파형 부분이 투구된 야구 볼(6)에 의하여 생기는 도플러 신호의 부분을 나타내고 있다.
도 11의 설명으로 되돌아와, 연산부(30)는, 도플러 신호 및 이동체의 경 정보에 기초하여, 이동체의 이동 속도 및 회전수를 산출한다. 연산부(30)는, 신호 강도 분포 데이터 생성부(30A), 속도·회전수 산출부(30B)에 의하여 구성된다.
신호 강도 분포 데이터 생성부(30A)는, 축적부(28)에 축적된 도플러 신호(Sd)의 샘플링 데이터를 주파수 해석(연속 FFT 해석, 혹은, 웨이브렛 해석)하는 것에 의하여 신호 강도 분포 데이터를 생성하는 것이다.
바꾸어 말하면, 신호 강도 분포 데이터 생성부(30A)는, 도플러 센서(22)로부터 얻어진 도플러 신호(Sd)를 주파수 해석하는 것에 의하여 주파수마다의 신호 강도의 분포를 나타내는 신호 강도 분포 데이터를 생성한다.
본 실시예에서는, 신호 강도 분포 데이터 생성부(30A)는, 축적부(28)에 축적된 시계열 데이터인 도플러 신호(Sd)의 샘플링 데이터를 미리 정해진 구간으로 특정하여 신호 강도 분포 데이터의 생성을 실시한다. 즉, 신호 강도 분포 데이터 생성부(30A)는, 소정의 계측 시간 중의 각 시각(샘플링 간격 주기)에 있어서의 도플러 신호를 신호 강도 분포 데이터로 변환한다. 도플러 신호(Sd)의 샘플링 데이터의 구간은 미리 정해진 계측 시간에 기초하여 특정된다.
바꾸어 말하면, 신호 강도 분포 데이터 생성부(30A)는, 방류 방식으로 축적되어 있는 도플러 신호(Sd)의 샘플링 데이터 중, 야구 볼(6)이 투구된 후의 일정한 구간에 있어서의 샘플링 데이터를 특정하여 신호 강도 분포 데이터의 생성을 실시한다.
도 13은, 신호 강도 분포 데이터 생성부(30A)에 의하여 생성된 신호 강도 분포 데이터(P)의 일례를 도시하는 선도이고, (a)는 시각 t1, (b)는 시각 t2, (c)는 시각 t3, (d)는 시각 t4(t1＜t2＜t3＜t4)에 있어서의 신호 강도 분포 데이터이다. 도 13에서는, 횡축에 주파수 f(Hz), 종축에 신호 강도(임의 단위)를 취하고 있다.
또한, 도 14는, 시각 t1 ~ t4에 있어서의 이동체의 위치를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 14에 있어서, 지점 S0은 이동체의 이동 개시점이고, 파면(W)은 회전수 계측 장치(10)의 안테나(14)로부터 송신되는 송신파의 파면을 도시하고 있다. 지점 S0로부터 이동을 개시한 이동체(야구 볼(6))는, 시각 t1에 회전수 계측 장치(10)의 근방의 지점 S1을, 시각 t2에 지점 S2를, 시각 t3에 지점 S3을 각각 통과하고, 시각 t4에는 파면(W)이 거의 평면파가 되는 지점 S4까지 이동하고 있다.
도 13(a)은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 회전수 계측 장치(10)의 근방을 통과하고 있는 시각 t1에 있어서의 신호 강도 분포 데이터(P)이다. 이 때문에, 도 13에 도시하는 4개의 그래프 중, 신호 강도(ST)의 값이 가장 크고, 신호 강도 분포의 폭(SW)도 가장 넓어지고 있다.
또한, 도 13(b) ~ (d)에 도시하는 바와 같이, 시각의 경과(즉, 이동체와 회전수 계측 장치(10)와의 거리의 증가)에 수반하여, 신호 강도(ST)의 값은 작고, 신호 강도 분포의 폭(SW)도 좁아지고 있다.
한편으로, 신호 강도 분포의 피크값에 대응하는 주파수(피크 주파수)(PK)는, 시각의 경과(즉, 이동체와 회전수 계측 장치(10)와의 거리의 증가)에 수반하여 커지고 있다.
이것은, 도 10에 도시한 바와 같이, 이동체가 회전수 계측 장치(10)의 근방에 있을 때(예를 들어 시각 t1, 도 13(a))는, 각도 오차에 기초하는 속도의 계측 오차가 생겨 이동 속도가 실제로 늦게 계측되고 있기 때문이다. 한편으로, 이동체의 위치가 각도 오차를 무시할 수 있는 만큼 원방까지 이른 시각(예를 들어 시각 t4, 도 13(d))에서는, 이동체와 회전수 계측 장치(10)와의 거리가 증가하였기 때문에, 신호 강도는 낮아졌지만, 각도 오차가 해소되었기 때문에, 주파수의 값은 진정한 이동 속도를 나타내는 값에 가까워져 있다.
도 11의 설명으로 되돌아와, 속도·회전수 산출부(30B)는, 신호 강도 분포 데이터(P)에 기초하여, 이동체의 이동 속도 및 회전수를 산출한다. 보다 상세하게는, 속도·회전수 산출부(30B)는, 도플러 주파수의 피크값(PK)을 이용하여 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 피크값을 중심으로 한 소정의 주파수대의 폭(SW)을 이용하여(보다 상세하게는, 폭(SW)이 최댓값을 취하는 시각에 있어서의 도플러 신호(Sd)의 신호 강도 분포 데이터를 이용하여) 이동체의 회전수를 산출한다. 피크값을 중심으로 한 소정의 주파수대란, 도플러 주파수의 고주파 측 및 저주파 측에 있어서, 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 신호 강도를 취하는 점간(点間)의 폭, 즉, 도플러 신호의 고주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 값이 되는 점과, 도플러 신호의 저주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 값이 되는 점과의 사이의 폭을 가리킨다.
또한, 속도·회전수 산출부(30B)는, 도플러 주파수의 피크값을 이용하여 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 도플러 신호의 고주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 값이 되는 점과, 피크값을 취하는 점과의 사이의 폭을 이용하여 회전수를 산출하도록 하여도 무방하다. 이것은, 저주파 측에서는 고주파 측과 비교하여, 이동체 이외의 장애물(예를 들어, 야구 볼(6)의 투구를 행하는 투수의 신체 등)에 기인하는 노이즈 성분이 포함되어 있을 가능성이 높기 때문이다.
본 실시예에서는, 속도·회전수 산출부(30B)는, 소정의 계측 시간 중에 계속하여 얻어지는 도플러 신호 중(예를 들어, 도 13(a) ~ (d)), 피크값(PK)의 최댓값을 이용하여 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 주파수대의 폭(SW)의 최댓값을 이용하여 회전수를 산출한다. 도 13을 예로 하면, 도 13(d)에 있어서의 피크값(피크 주파수)(PK)을 이용하여 이동 속도를, 도 13(a)에 있어서의 주파수 폭(SW)을 이용하여 회전수를, 각각 산출한다. 구체적인 산출식은, 상기 식 (1) ~ (6) 대로이다.
덧붙여, 속도·회전수 산출부(30B)에 있어서, 미리 구체의 경 정보마다(예를 들어 구기용 볼의 종류마다) 캘리브레이션(calibration)을 행하고, 피크 주파수(PK)와 이동 속도에 관한 상관식 및 주파수 폭(SW)과 회전수에 관한 상관식을 생성하여 두고, 입력부(20)에 입력된 경 정보에 기초하여 상관식을 선택하여 이동 속도 및 회전수를 산출하도록 하여도 무방하다. 이것은, 실제의 계측 시에는 계측 오차의 원인이 되는 각종의 노이즈가 생기기 때문이고, 상관식을 이용하는 것에 의하여, 계측 데이터로부터 진정한 값에 보다 가까운 이동 속도 및 회전수를 산출할 수 있다.
제어부(32)는, 입력부(20)의 조작을 받아들여, 골프 모드, 배트 모드, 볼 모드 중 어느 하나의 계측 모드를 설정하는 것이다.
또한, 제어부(32)는, 산출된 이동체의 이동 속도 및 회전수를 표시부(18)에 표시시킨다.
다음으로, 회전수 계측 장치(10)의 동작에 관하여 설명한다. 이하에서는, 이동체가 야구 볼(6)이고, 회전수 계측 장치(10)에 의하여 사용자(M)의 손(H)으로 투구된 야구 볼(6)의 이동 속도 및 회전수를 계측하는 경우에 관하여 설명한다.
도 15는, 야구 볼(6)을 이동체로서 계측하는 경우의 회전수 계측 장치(10)의 설치 상태를 설명하는 평면도이다. 또한, 도 16은, 야구 볼(6)을 이동체로서 계측하는 경우의 회전수 계측 장치(10)의 동작을 도시하는 플로 차트이다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 우선, 회전수 계측 장치(10)는, 표시면(1802)에 모드 선택 화면을 표시하고(스텝 S10), 계측 모드가 선택될 때까지 대기한다(스텝 S12: No의 루프). 사용자(M)는, 모드 선택 버튼을 조작하여, 회전수 계측 장치(10)의 계측 모드를 선택한다. 본 실시예에서는, 사용자(M)는, 골프 모드, 배트 모드, 볼 모드 중, 볼 모드를 선택한다. 덧붙여, 모드 선택 화면에 대신하여, 이동체인 구체의 경(직경이나 반경 등)을 입력시키는 화면을 표시하여도 무방하다.
계측 모드가 선택되면(스텝 S12: Yes), 회전수 계측 장치(10)는, 선택된 모드로 이동체가 되는 구기용 볼의 경 정보를 특정한다(스텝 S14).
다음으로, 사용자(M)는, 도 15에 도시하는 바와 같이, 야구 볼(6)의 투구 방향(홈 베이스와 피처를 잇는 직선을 따른 방향)에 있어서, 사용자(M)의 서는 위치로부터 예를 들어 1.5m ~ 2.0m 정도 전방의 개소에 회전수 계측 장치(10)를 설치한다.
즉, 회전수 계측 장치(10)의 상면(1202)(표시면(1802))을 투구 방향과 반대 방향을 향하게 하는 것과 함께, 전면(1204)을 상방을 향하게 하고, 후면(1206)을 지면을 향하게 한다. 그리고, 안테나(14)의 안테나각(θ)을 조정하고 가상축(L)을 투구 방향과 합치시킨다.
이 경우, 안테나각(θ)은 예를 들어 -90도가 된다.
회전수 계측 장치(10)는, 지면 상에 재치(載置)하여도 무방하고, 혹은, 삼각 등의 고정구를 통하여 설치하여도 무방하다.
이것에 의하여, 안테나(14)로부터 송출된 송신파(W1)가 야구 볼(6)에 닿고, 반사파(W2)가 안테나(14)에 수신 가능한 상태가 된다.
또한, 사용자(M)가 표시면(1802)을 용이하게 시인할 수 있는 상태가 된다.
덧붙여, 이동체로서 골프 볼 등 다른 구기용 볼의 이동 속도 및 회전수를 계측하는 경우에도, 이동체의 이동 개시 위치로부터 예를 들어 1.5m ~ 2.0m 정도 전방의 개소에 회전수 계측 장치(10)를 설치한다.
다음으로, 사용자(M)가 손(H)에 의하여 야구 볼(6)을 투구하면, 회전수 계측 장치(10)에 의한 계측 동작이 실행된다.
구체적으로는, 송신파(W1)가 야구 볼(6)에 반사되고, 반사파(W2)가 도플러 센서(22)에서 수신되고, 도플러 센서(22)에서 도플러 신호(Sd)가 생성된다(스텝 S16).
도플러 신호(Sd)는, 축적부(28)에 의하여 샘플링 주기로 샘플링되어 시계열 데이터로서 축적부(28)에 축적된다(스텝 S18).
소정의 계측 시간이 경과할 때까지는(스텝 S20: No의 루프), 스텝 S16으로 되돌아와, 도플러 신호(Sd)의 생성 및 축적이 계속된다. 소정의 계측 시간이 경과하면(스텝 S20: Yes), 신호 강도 분포 데이터 생성부(30A)는, 계측 시간 내의 각 샘플링 시각에 있어서의 신호 강도 분포 데이터(P)를 생성한다(스텝 S22).
다음으로, 속도·회전수 산출부(30B)는, 스텝 S22에서 생성된 신호 강도 분포 데이터(P) 중, 피크 주파수(PK)의 값이 최대의 시각을 특정한다(스텝 S24). 그리고, 속도·회전수 산출부(30B)는, 특정한 시각에 있어서의 피크 주파수(PK)를 이용하여 야구 볼(6)의 이동 속도를 산출한다(스텝 S26).
또한, 속도·회전수 산출부(30B)는, 스텝 S22에서 생성된 신호 강도 분포 데이터(P) 중, 주파수대의 폭(SW)이 최대의 시각을 특정한다(스텝 S28). 그리고, 속도·회전수 산출부(30B)는, 특정한 시각에 있어서의 주파수대의 폭(SW)을 이용하여 야구 볼(6)의 회전수를 산출한다(스텝 S30). 이 때, 회전수의 산출에는, 스텝 S14에서 특정된 경 정보가 이용된다.
그리고, 제어부(32)는, 스텝 S26에서 산출된 이동 속도 및 스텝 S30에서 산출된 회전수를 포함하는 정보를 계측 데이터로서 표시면(1802)에 표시시키고(스텝 S32), 계측 동작을 종료한다.
덧붙여, 계측 데이터를 어떠한 표시 형태로 표시시킬지는 임의이다. 구체적으로는, 예를 들어 표시 형태를 선택하는 표시 모드를 설정하기 위한 조작을 입력부(20)에 대하여 행하는 것으로, 제어부(32)가 그 조작을 받아들이고, 이동 속도 및 회전수의 쌍방 혹은 일방을 표시시키도록 하면 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 회전수 계측 장치(10)에 의하면, 도플러 신호(Sd)를 이용하는 것에 의하여, 비교적 낮은 주파수 영역에서 이동체의 회전수 및 이동 속도를 계측할 수 있기 때문에, 간이한 구성으로 이동체의 회전수 및 이동 속도를 계측할 수 있다.
또한, 회전수 계측 장치(10)는, 소정의 계측 시간 중에 계속하여 얻어지는 도플러 신호(Sd) 중, 피크 주파수의 최댓값을 이용하여 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 주파수 폭(SW)의 최댓값을 이용하여 회전수를 산출한다. 이것에 의하여, 회전수 계측 장치(10)의 근방을 이동체가 이동하는 경우여도, 각도 오차의 영향을 받기 힘들게 하여, 측정 정도를 향상시킬 수 있다.
또한, 회전수 계측 장치(10)는, 입력부(20)를 통하여 이동체인 구체의 경 정보를 입력시키기 때문에, 이동체의 회전수의 산출에 불가결한 경 정보를 용이하게 취득할 수 있다. 예를 들어 입력부(20)로부터 구기용 볼의 종류를 입력하도록 하면, 사용자가 구체의 경 정보를 직접 알지 못하여도 회전수의 계측을 행할 수 있다. 또한, 예를 들어 입력부(20)로부터 구체의 경의 값을 입력하도록 하면, 계측에 특수한 사이즈의 구체를 이용하는 것과 같은 경우에도 대응할 수 있다.
또한, 회전수 계측 장치(10)에 있어서, 미리 구체의 경 정보마다 상관식을 생성하여 두고, 직경 정보에 기초하여 상관식을 선택하여 이동 속도 및 회전수를 산출하도록 하면, 계측 시에 생기는 각종의 노이즈의 영향을 저감할 수 있고, 이동 속도 및 회전수의 산출 정도를 향상시킬 수 있다.
또한, 회전수 계측 장치(10)에 있어서, 송신파의 주파수대역을 24GHz 혹은 10GHz로 하면, 회전수 계측 장치(10)의 범용성을 높일 수 있다.
또한, 회전수 계측 장치(10)에 있어서, 송신파의 출력을 10mW 이하로 하면, 회전수 계측 장치(10)에 있어서의 소비 전력을 저감시킬 수 있고, 회전수 계측 장치(10)가 배터리로 구동되는 경우에도 실용성을 향상시킬 수 있다.
또한, 회전수 계측 장치(10)에 있어서, 안테나(14)와 상기 도플러 센서(22)가 일체적으로 설치된 일체형 모듈을 구성하도록 하면, 회전수 계측 장치(10)를 한층 더 소형화할 수 있고, 가반성(可搬性)을 향상시킬 수 있다. 또한, 회전수 계측 장치(10)의 설치 면적을 감소시킬 수 있기 때문에, 사용자 등의 근처에 설치하여도 방해가 되기 어렵게 할 수 있다.
또한, 회전수 계측 장치(10)에 있어서, 배터리에 축전된 전력을 이용하여 구동하도록 하면, 계측 장소를 선택하지 않고 계측을 행할 수 있고, 회전수 계측 장치(10)의 편리성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 안테나 지지부(16)에 의한 안테나(14)의 지지가, 가상축(L)이 표시부(18)의 평탄한 표시면(1802)과 평행하는 가상 평면(P)과 이루는 안테나각(θ)이 ±90도의 범위에서 변화하도록 된다.
따라서, 표시면(1802)의 방향과 안테나(14)의 가상축(L)의 방향을 동일한 방향으로부터 반대의 방향의 사이까지 조정할 수 있기 때문에, 표시부(18)의 시인성 및 이동체의 이동 속도의 측정 정도의 쌍방을 확보하는 데 있어서 보다 유리하게 된다.
또한, 본 실시예에서는, 볼 모드의 경우에, 야구용의 볼을 예로 들어 설명하였지만, 계측의 대상이 되는 이동체는, 골프 볼이나 축구 볼, 발리볼, 테니스 볼, 핸드볼, 혹은, 투척 경기에 있어서의 포환 등 임의이다.
6……야구 볼, 10……회전수 계측 장치, 12……케이스, 14……안테나, 16……안테나 지지부, 18……표시부, 20……입력부, 22……도플러 센서, 24……계측 처리부, 26……마이크로 컴퓨터, 28……축적부, 30……연산부, 30A……신호 강도 분포 데이터 생성부, 30B……속도·회전수 산출부, 32……제어부, Fd……도플러 주파수, L……가상축, M……사용자, PK……피크 주파수(피크값), SW……주파수 폭, Sd……도플러 신호, V……이동 속도, W1……송신파, W2……반사파.

Claims (12)

  1. 지향성을 가지고, 공급되는 송신 신호에 기초하여 구체의 이동체를 향하여 송신파를 송신하는 것과 함께, 상기 이동체에서 반사된 반사파를 수신하여 수신 신호를 생성하는 안테나와,
    상기 안테나에 상기 송신 신호를 공급하는 것과 함께, 상기 수신 신호에 기초하여 도플러(doppler) 주파수를 가지는 도플러 신호를 생성하는 도플러 센서와,
    상기 구체의 경(徑) 정보가 입력되는 입력부와,
    상기 도플러 신호 및 상기 경 정보에 기초하여, 상기 이동체의 이동 속도 및 회전수를 산출하는 계측 처리부와,
    상기 산출된 이동 속도 및 회전수를 포함하는 표시 내용을 표시하는 표시부와,
    적어도 상기 표시부를 보지(保持)하는 케이스
    를 구비하고,
    상기 안테나는, 소정의 계측 시간 중 계속하여 상기 송신파의 송신 및 상기 반사파의 수신을 행하고,
    상기 도플러 센서는, 상기 소정의 계측 시간 중 계속하여 상기 송신 신호의 공급 및 상기 도플러 신호의 생성을 행하고,
    상기 계측 처리부는, 소정의 계측 시간 중의 각 시각에 있어서의 상기 도플러 신호를 신호 강도 분포 데이터로 변환하고, 상기 소정의 계측 시간 중의 상기 신호 강도 분포 데이터 중, 상기 도플러 주파수의 피크값의 최댓값을 이용하여 상기 이동 속도를 산출하는 것과 함께, 상기 신호 강도 분포 데이터의 분포 폭이 최댓값을 취하는 시각에 있어서의 상기 도플러 신호의 신호 강도 분포 데이터를 이용하여 상기 회전수를 산출하고,
    상기 분포 폭은, 상기 도플러 신호의 고주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 값이 되는 점과, 상기 도플러 신호의 저주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정 레벨 낮은 값이 되는 점과의 사이의 폭, 또는, 상기 도플러 신호의 고주파 측에 있어서 신호 강도가 피크값으로부터 소정의 레벨 낮은 값이 되는 점과, 상기 피크값을 취하는 점과의 사이의 폭, 중 어느 것인
    것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 계측 처리부는, 구체 표면 중, 상기 송신파의 송신 방향과 이루는 각도가 90°인 제1 부분과, 상기 송신파의 송신 방향과 이루는 각도가 0° 또한 상기 구체의 회전 방향이 상기 구체의 이동 방향과 반대 방향이 되는 제2 부분과, 상기 송신파의 송신 방향과 이루는 각도가 0° 또한 상기 구체의 회전 방향이 상기 구체의 이동 방향과 같은 방향이 되는 제3 부분으로부터의 반사파를 이용하여 각각 속도를 산출하고, 상기 제1 부분으로부터의 반사파를 이용하여 산출한 제1 속도는 상기 구체의 이동 속도를 나타내고, 상기 제2 부분으로부터의 반사파를 이용하여 산출한 제2 속도는 상기 제1 속도로부터 상기 구체의 각속도와 상기 구체의 반경과의 곱을 뺀 값을 나타내고, 상기 제3 부분으로부터의 반사파를 이용하여 산출한 제3 속도는 상기 제1 속도에 상기 구체의 각속도와 상기 구체의 반경과의 곱을 더한 값을 나타내는 것으로 하고, 상기 제1 속도, 상기 제2 속도 및 상기 제3 속도로부터 상기 구체의 각속도를 산출하는 것에 의하여 상기 구체의 회전수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 계측 처리부는, 상기 도플러 신호의 주파수 분포 데이터 중, 신호 강도가 소정값 이상인 성분을 상기 제1 부분으로부터의 반사파 성분, 신호 강도가 소정값 미만인 성분 중 상기 제1 부분으로부터의 반사파 성분보다도 주파수가 낮은 성분을 상기 제2 부분으로부터의 반사파 성분, 신호 강도가 소정값 미만인 성분 중 상기 제1 부분으로부터의 반사파 성분보다도 주파수가 높은 성분을 상기 제3 부분으로부터의 반사파 성분으로서 상기 구체의 회전수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  7. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구체는 구기용 볼이고,
    상기 입력부에는, 상기 구기용 볼의 종류가 입력되고,
    상기 계측 처리부에는, 상기 입력부에 입력되는 종류의 상기 구기용 볼의 경이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  8. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력부에는, 상기 구체의 경의 값이 입력되는
    것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  9. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계측 처리부는, 미리 상기 구체의 상기 경 정보마다 상기 도플러 주파수로부터 상기 이동 속도 및 상기 회전수를 산출하는 상관식을 가지고, 상기 입력부에 입력된 상기 경 정보에 기초하여 상기 상관식을 선택하여 상기 이동 속도 및 상기 회전수를 산출하는
    것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  10. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신파의 주파수대역이 24GHz 혹은 10GHz이고, 상기 송신파의 출력이 10mW 이하인
    것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  11. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나와 상기 도플러 센서가 일체적으로 설치된 일체형 모듈을 구성하고 있는
    것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
  12. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    전력을 축전하는 배터리를 구비하고,
    상기 배터리에 축전된 상기 전력을 이용하여 구동하는
    것을 특징으로 하는 이동체의 회전수 계측 장치.
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