TW458795B - Methods and apparatus for a portable golf training system with an optical sensor net - Google Patents

Description

45879 5 A7 -------B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明說明（1 ) 發明領域 本發明與高爾夫訓練裝置有關=更明確地說，本發明 是具有光學感測網的移動式高爾夫訓練系統，它可捕捉及 處理高爾夫球及/或高爾夫球桿的動態空間資訊。 發明背景 在高爾夫工業界，有各種的裝置及方法可以提供高爾 夫球飛行路徑及速率等有限的資訊。由於高爾夫球的飛行 與其它投射物體一樣，通常都依循相同的物理基本原理， 現今使用的系統嘗試提供經過計算的資訊，例如根搛極多 檢知器及其它相關設備所得到極多的量測以估計射程及飛 行路徑。 在過去，已提出很多量測高爾夫球、網球或任何其它 球形飛行物體之空間位置與資訊的系統。這些系統通常都 包括極多的檢知器及開關，沿著物體的預期飛行路徑擺放 。球形物體可能撞擊到特定的檢知器，藉以致動對應的電 氣開關。也可沿著物體的預期飛行路徑擺放很多發射型或 反射型的光電開關，當入射到某開關的光線被物體遮斷時 ，光電開關被致動。也有使用掃瞄雷射光束，使用凹面鏡 及透鏡系統使雷射光平行橫過球體的預期飛行路徑。球體 可能通過掃瞄平面，藉量測光束被切斷的時序，以決定飛 行中之球體的位置及角度。同時，也有提出視覺系統，提 供飛行物體的視頻攝影機影像，以提供相關的空間資訊。 現今分析高爾夫球及球桿之揮桿所採用的這些訓練系 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •J--------訂---------線！ -^1 1· ^1 ϋ |_1 _ .ϋ n ϋ n · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

A7 B7 1、發明說明（2 ) 統有很多缺點，例如，某些系統會影響飛行物體的路徑， 或無法得到精確的量測，致使所提供的飛行資訊不準確。 大多數的裝置也需要大量的開關、感應器或檢知器，以便 涵蓋球形飛行物體較大範圍的飛行路徑。爲克服上述習用 量測方法的缺點與問題，巳有系統是產生平行光帶投射到 —螢幕上以構成一線性的成像區，用以決定飛行球體的位 置。當飛行中的球體橫過平行光帶時，它在螢幕的成像區 上產生一黑影。使用感應器偵測此黑影的位置，藉以決定 飛行球體的瞬間空間位置。此系統的缺點已經由量測裝置 進一步地克服，決定飛行中物體的瞬間位置不須與物體接 觸。飛行資訊包括速率、位置及發射角度。儘管前述的努 力，至今，高爾夫訓練系統仍需要大量的儀器與設備。 發明槪述 本文所描述的發明是提供一種具有光學感測網之高爾 夫訓練系統的方法及裝置。按照本發明的原理，可以根據 尚爾夫球及/或球桿的資訊提供動態的空間資訊。一小型 、單一平面的光網可以捕捉與高爾夫球及/或高爾夫揮桿 有關的資訊。以本文所描述之系統可以量測及導出之相關 的球資訊1包括球速率、球的起飛角及方位角，它們也提 供計算出的相關球資訊，如球的旋轉、飛行距離、軌跡、 飛行時間及高度。也可量測球桿的資訊，並導出揮桿全程 的揮桿路徑 '桿頭速率（在擊中球前及後）、桿頭扭轉及 桿面角度。本發明的各種態樣使用光學感測網形成非平行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210Χ297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消费合作社印製 -> Α.--------訂---------線！--------^-----

Q A7 B7 五、發明說明（3 ) 的光線以提供球飛行及揮桿的資訊。以非平行的光線可以 侦測到球速及桿速的資訊。本發明的另態樣以平行或非 平行的光線提供球速及方向。在本發明的又.態樣中，根 據平行或非平行的光線提供球桿路徑的資訊3須瞭解，以 下說明書所描述之實施例的特定特徵可以單獨成立，或與 本發明其它的變化或態樣結合。 從以下的說明書及圖式將可明瞭本發明其它的目的及 優點。雖然以下的說明可能包括很多描述本發明之特定實 施例的特定細節，但不能解釋成對本發明之範圍的限制， 而是較佳實施例的例示。本發明的每一態樣，如本文所暗 示’具有很多變化，爲熟悉一般技術的人士所瞭解3 圖式簡單說明 圖1是按照本發明所提供之高爾夫訓練光學感測網系 統。 圖2是根據非平行光線之感測網的遮斷計算球速。 圖3是按照本發明另一態樣計算高爾夫球及桿相對速 率的簡示圖。 圖4 A - B解釋本發明的又一態樣，提供高爾夫球路 徑的方向資訊。 圖5解釋根據被選擇之光束的遮斷決定飛行球體（例 如高爾夫球）的路徑。 圖6是按照本發明之另一高爾夫訓練系統的簡單側視 圖，它提供球桿及球的動態空間資訊。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .—^--------訂---------線！----------------------- -6 - 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 圖7是處理及接收本文所描述之光學感測網之資訊的 裝置與步驟的簡單槪圖= 圖8是本文所描述之裝置提供的視覺輸出例，包括球 桿與球的相對資訊。 圖9 A - B簡單說明高爾夫球與桿頭的偏心接觸及效 果。 圖1 Ο A - B是提供球桿在與高爾夫球接觸後，捕捉 球桿之資訊的放大影像輸出。 主要元件對照 2 0 光學感測網 10 高爾夫訓練系統 12 第一腿 14 第二腿 16 第一發光器 18 第二發光器 2 2 資料處理器 2 4 影像顯示器 3 0 高爾夫球 3 2 光學感測網 3 4 球路徑 4 0 球桿 4 4 球的飛行路徑 5 2 揮桿路徑 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閲讀背面之注^•項再填寫本頁) -Ά--------訂---------線！ -- ---------------------- A7 ______B7 五、發明說明（5 ) 4 2 光學感測網 5 0 高爾夫球 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 8 桿頭 發明詳細說明 圖1說明按照本發明具有光學感測網2 0的高爾夫訓 練系統1 0。本發明所提供的重要優點是球可以放置在本 文所描述之訓練系統內相對於光學感測網的不同位置。球 不需要像大多數較早期的裝置，需要放置在固定點。因此 ，個人可以自由擊球，沒有多個感應器以及位置固定的球 座，雖然爲獲得更多的球及桿的資訊可以選擇球座的位置 0

經濟部智慧財產局員工消費合作杜印M 如圖1所示，訓練系統1 0包括大致上呈L -形的框 架，具有第一腿1 2及第二腿1 4。第一腿1 2是放置在 較水平的位置，第二腿1 4可以置於大致上垂直傾斜的位 置。兩腿或其一可以形成彎曲結構以構成一曲線形狀。系 統還包括一發光器總成，第一發光器1 6連接到框架的第 一腿1 2，第二發光器1 8連接到框架的第二腿1 4。第 一及第二發光器1 6及1 8也發射脈衝的雷射光束，且可 被濾波，以與高爾夫球越過光學感測網2 0時周圍照明所 產生的光線間有所差異u此外，發光器總成也可包括至少 -個分光鏡，以便將來自發光器的單光束均等地分光到各 個光檢知器。發光器總成也可提供一聚焦的雷射光束以及 分光鏡，以產生發散的光線，由系統內的光檢知器接收。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） '· : ；"q >7 Α7 ___Β7____ 五、發明說明（6 ) 如習知技術，也可以選用各種抗反射塗層，以增進透過分 光鏡以及發光器總成其它組件的光線= 本文所提供的光學感測網可以量測及處理高爾夫球及 球桿相關的動態資訊。第一組光檢知器的光檢知器陣列沿 著框架的第…腿間隔配置，用以接收發射自第二發光器的 非平行光線。第二組光檢知器沿著框架的第二腿間隔配置 ，用以接收發射自第一發光器的非平行光線。在框架之第 一腿及第二腿上的光檢知器陣列以比高爾夫球半徑小的既 定間隔距離排列成直線。結果，來自第一及第二發光器的 非平行光線提供_·非對稱的光學感測網，它捕捉球形物體 相關的運動資訊，例如，在揮桿動作期間，高爾夫球及球 桿通過至少部分的感測網。此外，非對稱的光學感測網可 以提供二維及單平面的光網，具有較均勻的密度。感測網 的大小可按照所要的操作參數改變，其尺寸範圍最好從2 到4呎。也可選擇發光器與檢知器的其它組合。 光學感測網也可配置資料處理器2 2，與發光器總成 、檢知器陣列或高爾夫訓練系統中所選用之組件的任何組 合通信。資料處理器或電腦2 2可以連接到計時器以及相 關的儀器，以量測被選擇之光檢知器被高爾夫球或球桿遮 斷的周期。此外，資料處理器可以根據所選擇之光檢知器 的遮斷及它們各自被遮斷的時間周期，處理有關高爾夫球 及球桿的運動資訊。也可進一步配置影像顯示器2 4 ’用 以顯示高爾夫球及球桿之移動所產生的資料。 如圖1所示，高爾夫裝置包括一光網2 0 ’以一角度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印衆 * · —— — — ——II 1111111 I fllllllllllllllllf — — — — — A7 B7 458 795 五、發明說明（7 ) 放置》系統實質上是呈L _形的框架，相對於地面以一預 選或可變的角度（<3 )放置。框架中水平的腿部1 2放置 於地面，靠近擊球區，框架中較垂直的腿部1 4以一角度 向上延伸，其方向.-般是朝向擊球者。框架角度Θ的範圍 從0到9 0度，以大約3 0到6 0度爲佳。垂直的腿部 1 4也包括一支架，以助框架保持在一固定的位置。本文 中所描述之L -形框架的開放構造使擊球者可以揮桿通過 光學感測網，且擊中訓練系統的危險極小。也可選擇其它 的框架結構，具有其它附加的腿部，須允許高爾夫球及/ 或球桿自由通過本文所描述的光學感測網2 0。揮桿時， 呈角形的系統1 〇可以捕捉到較多的球桿資訊，特別是當 位置靠近擊球者的身體時，因此，提供一不佔空間的高爾 夫訓練系統。傾斜的框架要放置成一較佳的角度，以易於 捕捉較高角度不同軌跡的擊球。此外，框架及感測網呈角 形放置可以提供解析度較佳的揮桿資訊。同樣地，也可同 時捕捉及處理高爾夫球的動態空間資訊。在高爾夫球通過 光學感測網2 0後，球可以被沿著球飛行路徑放置的攔截 網收回或捕捉，以允許擊球者多次擊球以蒐集更多的高爾 夫球及球桿資訊。 本發明的另…型式提供一光學感測系統’用以量測實 質上球形之飛行物的動態空間資訊ΰ感測系統包括支撐框 架，具有至少兩個延伸部及至少一個放射非平行光線的光 源或雷射。每一個光源可沿著框架的既定平面或模式放置 。複數個光檢知器可以沿著支撐框架以既定的空間間隔一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^--II----訂---------線----------I--I ----------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格<210 X 297公釐） 458795 A7 _B7 五、發明說明（8 ) 字排開。光檢知器也可間隔配置以偵測來自光源放射的非 平行光線。第一光源放射第一組非平行光線到第一組光檢 知器，以及，第二光源放射第二組非平行光線到第二組光 檢知器。光源可以是半導體二極體雷射，並沿著光軸放置 圓柱形透鏡，以提供一發散的光線形成實質上扇形的圖案 或結構。例如，所配置的光源是功率3 — 2 0毫瓦的雷射 ，可以放射波長6 3 0 - 7 9 0奈米的光束。也可以使用 其它不同輸出功率及頻率的各種光源構成非平行光線的陣 列。也可以選用透鏡、濾鏡及分光鏡，以使來自單光源的 光線發散。此外，按照本發明也可選用各種光檢知器或光 感應器，包括P IN、MSN及二極體，可以從以*41 Packard、Temic、Siemens ' Hamamatsu 等供應商獲得。 訓練系統中的第一及第二組光檢知器可以偵測非平行 光線交叉所提供的非對稱2維或單平面的光學感測網。感 測網可以相對於地面各種角度，角度愈朝向擊球者，所能 捕捉到的揮桿資訊也愈多，且提供一不佔空間的系統。當 飛行球體、桿身、桿頭通過光線時，因感測網內不同光線 的遮斷而被偵測及量測。也可選用資料處理器及儀器與複 數個光檢知器通信，以量測被選擇之光檢知器的光線被飛 行球體遮斷或阻擋的複數個遮斷時間。此外，資料處理器 或微處理器也可根據每一個被選擇之光檢知器的位置及遮 斷時間以處理及提供動態的空間資訊。每一個光檢知器間 的問隔距離不超過球體的直徑長度，以使至少有兩條光線 被遮斷。飛行物體或高爾夫球的各種既定資訊可以進一步 ---11 - ί請先閲讀背面之注§項再填寫本頁) "!1--—訂·！線！ -----— — — — — — — — —-----I__ 45B 795 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Β7 五、發明說明（9 ) 地儲存在耦合到微處理器的記億體中。儲存的資訊與來自 訓練系統之光學感測網的量測讀數結合’即可提供飛行球 體動態的空間資訊，例如它的速率及方向°事實上’不需 要飛行物體既定的初始位置或速度就可導出這些資訊。按 照本發明所提供的另一項優點是高爾夫球與感測網間不需 要固定的距離即可計算出球的動態資訊。雖然也可在訓練 系統中添加感應器及開關以決定初始的發射事件或位置， 但並非必要。此外，動態的空問資訊也可包括真正打球時 所遭遇之各種條件變化的修正因數*例如風速及風向.、濕 度、溫度、氣壓等。這些會反映在實際打球或各種模擬的 環境條件，可以儲存在系統記憶體中，由個人按需要下達 命令後執行。 如圖2所示，根據量測由非平行光線所構成之光學感 測網中光線的遮斷來計算球速及方向。在感測網中有3或 多條光線被遮斷。複數個間隔一既定距離的各個檢知器（ η，η + 1，η + 2 .........)偵測各自的光線。例如，當 多條雷射光束被飛行中的高爾夫球3 0遮斷，量測到的遮 斷時間（t "，t „ . i，t η . £ ......... t "可對應或轉 換成球之截面部分的物理長度（d ，d u < i，Cl η , 2…… …d η + 1 ) 。t 11的足義是弟η個檢知器的光線被遮斷的時 間間隔，時間基準可由訓練系統中的儀器量測及提供。d „ 的定義是遮斷第η個檢知器之光線之球的長度。由於高爾 夫球的直徑及曲率是既定的已知變數，且光束被遮斷的時 間可以量測，球的整個影像即可沿著它不連續的橫剖面路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

— — — —— — — — —— — (I— I » ---I — I I I I i I I __ ___I I I I I I 4 Mi 79 5 A7 B7 五、發明說明（ίο ) 徑重建。一旦高爾夫球的影像與橫剖而路徑匹配，即可得 到質量中心的位置。因此，根據可量測的球路徑資訊即可 得到球速 '方向及軌跡’亦即導自阻擋雷射光束的路徑。 按照本發明的此態樣，光學感測系統可以提供飛行球 體瞬時的動態資訊，例如高爾夫球。感測系統也可包括支 撐框架的結構’以及至少一個發光器總成，用以放射非平 行光線形成一光學感測網。支撐框架具有2個延體，一般 的設計是呈L 一形配置。第一發光器總成可以配置在第.一 延體’第二發光器總成配置在第二延體。發光器總成包括 一光源及光學元件或透鏡’用以提供非平行光線。發光器 可以是聚焦的雷射光源，或非相千的L E D或白光，光學 元件可以是分光鏡或圓柱形透鏡。每一個雷射光源提供一 聚焦的雷射光束，經由光學分光鏡將光線均等地分配到複 數個被選擇的光檢知器。光檢知器可在空間中排列以構成 一非對稱的光學感測網，用以偵測光源所放射的多條光線 。此外，光檢知器可沿著支架配置，並相隔一所選擇或既 定的空間間隔，以偵測第一及第二發光器總成的放射的非 平行光線。這些空間間隔可以改變’且等於或小於高爾夫 球的既定半徑。結果，飛行中的球體至少可以遮斷3條光 線，以按照本發明提供動態的空間資訊。光檢知器也可相 對於發光器總成垂直或水平地直線排列’以偵測放射的光 ，以及當飛行球體通過光學感測網時各條光線被遮斷的時 間。此外，感測系統也可包括儀器及資訊處理器’並與光 檢知器通信，用以量測及處理被選擇之光檢知器的光線被 ___-13-__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -K— i_i I n n ϋ I 線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公复） 4b” :’ :一 5 A7 ______B7_ 五、發明說明（11 ) 球體遮斷或阻擋的複數個遮斷時間u光線的阻擋時間可被 量測並輸入到具有算術運算器的電腦，它偵測一個或複數 個光線被阻擋的光電二極體。也可選用系統微處理器，根 據所獲得的資訊，包括每一個被選擇之光檢知器的位置及 遮斷時間，處理及計算飛行球體實質的瞬間動態資訊。此 外，也可以選擇影像顯示器，用以顯示由高爾夫球的移動 所產生的資料《 本發明的另一態樣是提供高爾夫球及球桿的動態空間 資訊。如圖3所示，本發明的變化包括與本文所描述相同 的光學感測網，具有非平行或平行光線。如同本文所描述 的其它實施例，不需要球座感測器或在固定位置擊球即可 計算出球速及桿速。光學感測網3 2放置在球路徑3 4的 線中，根據被選擇之光線的遮斷時間|即可捕捉與球3 〇 及球桿4 0相關的資訊。這些訓練系統選用一L -形的框 架，以允許擊球者擊球3 0及揮桿通過光網3 2。當高爾 夫球3 0通過光網3 2 ’即建立…開始時間t '0。跟在 高爾夫球3 0之後，光網3 2偵測到球桿的時間定義成t =t。。在此時間，假設球3 0在t = X時被擊中，此時 是未知數。球桿在擊中球後的速度可表示成： tr-x 球速可定義成： -14 - <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I ^-----------------^1 ----------------------- A7 B7 五、發明說明（12 ) g可由經驗資料決定，也可表示成球桿與球撞擊期間 球桿的位能=因此，當應用能量不滅原理，坷得到： -McVl=-MbVl +-McV^gy-McV^u 其中，Μ。是球桿的質量’ 是球桿在撞擊前的速 度，M b是球的質量，V h是球在撞擊後的速度，v <' a是球 桿在撞擊後的速度。f表示與球桿與球撞擊後，與動量轉 移有關的速率比，它是球速的函數’由經驗資料決定.。

Vcb=JVc]+a 其中，a是球桿與球的質量比，近似等於MΚ] = vl (1 + + ^ ^ Μ (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁)

Vcb g f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

A

S

V 其中 f2 是所量測之球與球桿通過光學感測網之間的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -n I ^1 .^1 1 i I I n ϋ I n n n n n 1 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（13 ) 時間資料，cL = d/cos0c，以及，cK = d/cos0b。結果可以得 到下式：

根據實驗及場分析，f可以下式表示： f(vb) = (0.07 + 〇.〇4 Vbj 其中，V h的量測單位是m p h或英里/小時，g視所 選用的球桿而定，値在〇 . 0 1到0 . 1之間。因此，經 由以上的計算，球速（V h )及桿速（V。a )可以在球座 位置不需要感測器的情況下計算得到。如果網與球座位置 間的距離大約1 0吋左右，所決定的速率精確度可優於 0，1 %。在傾斜的框架結構中，此項計算可以很容易地 決定，因爲從框架的位置可以很容易地決定d b及d t，無 論是與地面9 0度垂直或傾斜。 本發明也包括根據移動物體與光學感測網間的上述關 係提供動態空間資訊的方法。該方法包括感測系統選擇發 散的光源以朝向光檢知器陣列放射至少兩組非平行光線以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -1,6 - <請先閱讀背面之注$項再填窝本頁) — — — — — — — * — — — — — — — — I I — — 111 — f — — — — — — — — — If — — — . A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（14 ) 形成光學感測網。至少一個移動物體，如球及/或球桿通 過光學感測網內的非平行光線，以遮斷放射到光檢知器陣 列的發光器。移動物體通過光學感測網導致光檢知器接收 發散光源所放射的光線中斷而識別出被選擇的光檢知器。 光檢知器陣列中被選擇之檢知器被遮斷的時間可以量測， 因此，根據量測被選擇之光檢知器接收非平行光線被中斷 的時間，即可提供移動物體之動態的空間資訊。移動物體 可以是具有預選直徑的高爾夫球、球桿或兩者。 本發明此態樣的另一變化包括應用加權修正的觀念， 以平行或非平行的雷射光束增進決定球及球桿位置的精確 度。當框架是傾斜時，球的起飛角及方位角不同，被球及 球桿阻擋的光束數量也不同。因此，可以使用在不同角度 被球阻擋之光束的總數來增進決定球及球桿之位置的精確 度，如圖4 A - B所示。視光學感測網的相對角度 '球的 飛行路徑、以及球桿的揮桿路徑而定，被阻擋的光束數量 有所不同。在一例中，如圖4 A所示’僅光束# 2、3及 4被通過的球阻擋。同時，在圖4 B中，當球及/或光網 的位置在不同角度時，光束#2、3、4、5被阻擋。按 照本發明的此態樣，被阻擋之光束的數量’時間多長及順 序爲何，所有的資訊都用來提供球的資訊，如速率及方向 〇 關於本發明的另一態樣’如圖5所示，可以使用平行 或非平行光束偵測球速及它的相對方向，且不需要知道球 的開始位置或球座的位置。在接觸後’高爾夫球的外前表 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) ·!!11訂 ---------I — — — —— —— — — — — — —— — — — — — — — — 」7- 9 5 A7 B7 五、發明說明（15 ) 面截過光束面。高爾夫球在t二tl，Ϊ2，t3，t4及 t 5時分別截切到光束# 1、2、3、4及5。經由t '， t 2，t 3，t 4及t 5的時間比，（由於將高爾夫球的曲率 考慮成一參數），即可決定球速及方向，且不需要知道它 的原始位置： 步驟1 —決定多少光束被阻擋 步驟2 —決定那一條光束先被阻擋 步驟3 —參考第一光束決定每一條光束問的時間比 步驟4 —由於只有一個行進方向能匹配資料所給的時 間比，因此，每一條光束被阻擋之時間t i ......... t 5間適 當的時間解析度即可決定球的方向。 步驟5 —參考光束平面的方向或相對角度一旦已知， 即可根據具有已知曲率之球遮斷光束的時間決定球速。 本發明也提供計算球行進資訊的方法與裝置，不需要 固定球的開始位置或球桿擊中球時的撞擊時間。可以量測 不同被阻擋光束間的時間比以提供球飛行的資訊。經由應 用球的曲率，且知道每一光朿何時被阻擋，使用簡單的平 均法即可得到良好的球位置估計。 文(第螩光束的位置)χ(Δ0 球的中心位置=—-^-- Σμ i=1 N的定義是被球阻擋的光束條數。 本發明的另一態樣提供高爾夫球通過本文所插述之光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 —— — — — —II — — — — — — — — ϊ I — — — — — — — — — — — — — — —I — I 111 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 4 5 8 79 5 A7 ___B7_____ 五、發明說明（16 ) 學感測網的動態空間資訊。關於本文所描述的此型訓練系 統，如圖6的說明，當球桿通過感測網4 2時，桿身4 6 及桿頭4 8部分的位置被感測網4 2偵測及監視。除了偵 測球的飛行路徑4 4及本文所描述資訊外，訓練系統也可 決定揮桿路徑5 2以及由於桿頭與高爾夫球撞擊之位置偏 離桿頭重心而對桿頭施加扭力所造成桿頭的扭轉。雖然圖 6所顯示的是傾斜的L -形框架，須瞭解，也可以使用其 它不傾斜的框架結構。同樣地，關於此態樣，光學感測網 4 2也包括平行或非平行的光線。光學感測網4 2可以偵 測及追蹤揮桿路徑5 2及桿頭的移動，也可收集及量測相 關的時間資料，以便將重要的揮桿資訊顯示及告知擊球者 。當擊球者的位置靠近光網4 2時，球桿的資訊也可以被 決定，經由識別那一個光檢知器被遮斷以及遮斷的時間多 長，即可導出球及球桿的資訊。光網4 2的遮斷典型上是 從高爾夫球5 0通過開始，接著是桿頭4 8通過。因此， 按照本發明提供一種得到動態空間資訊的方法V其步驟包 括高爾夫球通過光學感測網內的平行或非平行的光線，並 中斷光線對光檢知器陣列的照射。由於高爾夫球通過光學 感測網，因此識別出中斷接收發散光源所放射之光線的...-群光檢知器。在系統内，可以偵測及量測此群被選擇之光 檢知器的光線被中斷的時間。結果是，根據量測被選擇之 光檢知器中斷接收非平行光線的中斷時間1可以計算出動 態的空間資訊。包括球桿的速率及揮桿路徑等資訊。同樣 地，當揮桿訓練系統被架構成不僅可以偵測揮桿動作》還 _____ 1Q -___ 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) "' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - — — — — III ·111111--— I I -----— II--— — — — — — — — —---- A7 458795 B7 五、發明說明（17 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 有3 —組被選擇之光檢知器可以偵測及量測到被高爾夫球 中斷的時間，當球通過光網，就可以提供梠關於球的資訊 ，如速率及軌跡。 圖7簡單說明從本文所描述之光學感測網接收及處理 資訊的裝置及步驟。提供·一微處理器控制系統，它包括一 組檢知器及雷射，安裝在一機械的框架上以構成一光學感 測網。系統進一步包括類比到數位（A / D )轉換器或調 整電路，一電腦或中央處理單元（CPU)，它接收或取 得光檢知器的輸入，以執行選擇性或必須的邏輯決策，·一 唯讀記憶體（R Ο Μ )排，內含有演算法，以使c P U執 行計算，一隨機存取記憶體（R A Μ )排，用以儲存計算 的資料，一邏輯解碼器，以及一組輸出埠，例如串列匯流 排或萬用串列匯流排（USB)，與顯示器及/或其它個 人電腦通信。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 當擊球者揮桿打中高爾夫球時，球通過光網首先觸發 電腦化之訓練系統中的電子電路以開始收集與高爾夫球及 球桿相關的資料。在電路被移動較快的高爾夫球觸發後， 微處理器及R A Μ開始收集資料一段既定的時間，直到球 桿通過光網並取得計算所需的所有資料。從雷射光檢知器 接收的球及揮桿路徑信號先被類比到數位（A / D電路） 整理成適當的座標及持續時間的資訊。收集到的資訊接著 由微處理器或C P U使用儲存在記憶體或R Ο Μ排中的既 定演算法分析。之後，微處理器執行計算，計算後的資料 可以暫時保存在R A Μ中，如有需要或想要，可做其它的 _ . 9Π - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公* ) 456795 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（18 ) 計算。所決定的球速、球起飛方向、球的飛行軌跡、揮桿 路徑、桿面角度及桿頭扭轉等資訊，接著直接經由解碼器 與不同的周邊間通信，包括顯示器及其它電腦系統，以便 做其它的處理，如其它的高爾夫訓練及遊戲軟體，包括家 庭娛樂系統或電視遊樂器。在高爾夫球及球桿的資訊傳送 給顯示器或其它P C後t可將電子系統重置，以便接收新 的資料。光學框架上的L E D指示器用以指示單元已準備 好下一次的擊球。 有了本文所描述的電子偵測電路及裝置，也可以提供 列印的影像輸出，如圖8所示，它包括高爾夫球與球桿相 關的資訊。輸出中可包括代表球之路徑的影像以及另一個 代表球桿的影像。輸出的水平軸被分成兩部分以說明球及 球桿沿著X 一軸及Y—軸的影像。輸出可以導自光網内發 光器的遮斷，並可轉換成與被遮斷之檢知器對應的影像。 在此同時，輸出的垂直軸是時間刻度，當光網中被選擇之 光檢知器的第一群遮斷時間被觀測到，從t = 0開始’它 典型上是由球產生，光網中被選擇之光檢知器的第二群遮 斷時間是由球桿所產生。這些系統可以選擇各種的時間刻 度，包括從光學感測網捕捉資料所顯示的1 〇 e秒刻度。 球的一般路徑可以追蹤與桿身相關之互補影像所提供的影 像。從顯示的輸出甚至可以看到桿身的彎曲。如本文中所 描述之發明的其它實施例，一具有傾斜設計的小型感測網 可以提供更中肯的球桿寶訊，因爲近身放置的感測網可以 捕捉到較大部分的桿身及桿頭的資訊。結合資訊並輸出’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί ^----11--訂---------線！ ---------------I_______ <請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 - 4c 95 A7 B7 五、發明說明（19 ) 可用來計算球的飛行及球桿的揮桿，以提供真實或接近真 實的球軌跡預测。 可以爲本文所描述的高爾夫訓練系統發展各種演算法 ，以供揮桿資訊的識別模型，它指示桿頭在與高爾夫球撞 擊後’桿頭的扭轉方向。例如.如圖9 A - B所示與球偏 心的接觸’例如桿頭的趾部擊中球，一般會使桿頭順時針 旋轉，如圖所示。當桿頭與球接觸的部位不是質量中心（ CM)且是遠離擊球者，通常會發生趾部擊球。本文提供 之光學感測網所捕捉到的桿頭及桿身影像是時間的函數， 如圖1 Ο A - B所示。沿著X -軸所捕捉之趾部擊球的球 桿影像以時間爲函數繪製的圖，如圖1 〇 A所示。同樣地 ，當發生頭部擊球時，桿頭與球的接觸不是在球桿的質量 中心且是朝向擊球者，桿頭一般是逆時針旋轉。如圖1 0 B所示，所捕捉到的影像是反映頭部擊球的球桿。根據本 文之光學感測網系統所提供的揮桿資訊，在訓練期間指示 修正的步驟，即可做到高爾夫球與球桿間所相要的square 接觸。 雖然本發明是參考前述的應用詳細解釋，但不能將這 些對較佳實施例及方法的描述與說明解釋成限制之意。須 瞭解，本發明的所有態樣並不受限於本文所說明的特定描 述、結構或相對的比例，它們視條件及變數而變。熟悉此 方面技術之人士在參考了本揭示後，應瞭解所揭示之發明 的各實施例在結構及細節上的各種修改，以及本發明的其 它變化。因此，所附申請專利範圍意欲涵蓋所描述之實施 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1-----—訂·！! 線 — — — — — — — — — — —-------— II__ ,99 „ -' '79 5 A7 _B7_ 五、發明說明（20 ) 例的這類修改、變化及相等物，都在本發明真正的範圍與 精神之內。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 --

t - —1 - i t 一51 I I n I- - .1 I I « ί ί n n n —1 I u I I 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. ^· /35 ^· /35 經漓部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種光學感測系統，用以量測一實質上爲球形之 飛行物體的動態空間資訊，包括： 一支撐框架’至少具有放射非平行光線之光源，其中 光源沿著框架的…既定位置設置； 複數個光檢知器，沿著支撐框架相間隔開配置，用以 偵測從光源放射的該非平行光線，當球形飛行物體通過光 線時，光線被遮斷；以及 --資料處理器，與複數個光檢知器通信，用以量測複 數個中斷時間，其中，到達被選擇之光檢知器的光線被球 形飛行物體遮斷，並根據每一個被選擇之光檢知器的位置 及中斷時間1提供球形飛行物體的動態空間資訊。 — 2 .如申請專利範圍第1項的光學感測系統，其中的 支撐架包括第一光源，放射第一組非平行光線到第一組 光檢知器，以及第二發光器，放射第二組非平行光線到第 二組光檢知器。 3 .如申請專利範圍第2項的光學感測系統，其中第 一及第二組光檢知器偵测相交叉的非平行光線，提供一非 對稱的2維光學感測網。 4 .如申請專利範圍第1項的光學感測系統，其中的 光檢知器以既定的空間間隔排列成直線。 5 .如申請專利範圍第4項的光學感测系統，其中的 球形飛行物體具有一半徑長度，且其中每一個光檢知器間 的間隔距離小於球形飛行物體的半徑長度。 6 .如申請專利範圍第1項的光學感測系統，其中的 ----------裝------訂------線 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（公釐） -24- 8 8 8 8 ABCD 458795 六、申請專利範圍 至少一個光源是雷射’沿著光軸放置一圓柱形透鏡，用以 提供發散的光線。 7 ·如申請專利範圍第6項的光學感測系統，其中發 散的光線形成一實質扇形的圖案。 8 .如申請專利範圍第1項的光學感測系統，其中球 形飛行物體的動態空間資訊包括它的速率與方向。 9 ·如申請專利範圍第1項的光學感測系統，其中提 供動態的空間資訊不需要初始的球座位置感測器。 1 0 .如申請專利範圍第1項的光學感測系統，其中 的動態空間資訊包括至少一個考慮擊球條件改變的修正因 數。 1 1 · 一種光學感測系統，用以提供球形飛行物體的 瞬間動態資訊，包括： 一支撐框架，具有至少兩個延體，以及提供非平行光 線的第一發光器總成及第二發光器總成，其中，第一發光 器總成置於第一延體上’第二發光器總成置於第二延體上 複數個光檢知器，沿著支撐框架按所選擇的空間間距 間隔配置，用以偵測從第一及第二發光器總成放射的非平 行光線，以及當球形飛行物體通過光線時，偵測光線被遮 斷的時問；以及 一微處理器控制系統，與複數個發光器及光檢知器通 信’用以量測複數個中斷時間，其中，到達被選擇之光檢 知丨器的光線被球形飛行物體遮斷，並根據每一個被選擇之 本紙張尺度逍用中國國家揉準< CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------^------ΪΤ------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -25- 458795 ABCD 經漓部智慧財產局w工消費合作社印製 六、申請專利範圍 光檢知器的位置及中斷時間，處理球形飛行物體實質上瞬 間的動態資訊。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統，其 中支撐框架的兩個延體--般是提供呈L 一形的框架，它包 括複數個光檢知器，以既定的間隔實質上垂直及水平地配 置u 1 3 .如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統，其 中的發光器總成包括一光源以及一光學元件，提供非平行 的光線。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項的光學感測系統，其 中的光學元件是分光鏡。 1 5 ·如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統，其 中的發光器是聚焦的雷射光源。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項的光學感測系統，其 中每一個雷射光源包括一聚焦的雷射光束，以及一分光鏡 1具有將雷射光束所產生的信號均等地分散到光檢知器的 功能。 1 7 .如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統，其 中光檢知器與來β發光器的光線對齊，且其中光檢知器間 的間隔距離小於高爾夫球的半徑。 1 8 .如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統，其 中的光檢知器排列成.一非對稱的光學感測網’用以偵測放 射自發光器的多條光線。 1 9 .如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統’進 ------------^------1Τ------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS)A4規格（2丨0X297公釐）_ 26 - 458795 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一步包括一影像顯示器’用以顯示該高爾夫球移動所產生 的資料。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 0 .如中請專利範圍第1 1項的光學感測系統，其 中的球形飛行物體是高爾夫球。 2 1 .如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統，進 一步包括沿著高爾夫球預期路徑放置的高爾夫球攔截網。 2 2 .如申請專利範圍第1 1項的光學感測系統，其 中的微處理器控制系統進一步包括一類比到數位轉換器， —中央處理單元、一記憶體、一邏輯解碼器及一組輸出埠 2 3 . —種尚爾夫訓練系統，具有一光學感測網，用 以量測高爾夫球及球桿相關的動態資訊，包括： 一實質呈L 一形的框架，具有第一腿及第二腿； 一發光器k成，包括第一發光器，連接到框架的第一 腿，以及第二發光器，連接到框架的第二腿，其中，每一 個發光器在一實質寧·一的平面上放射一擴散的非平行光線 r 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 一光檢知器陣列，包括第一組沿著框架之第一腿間隔 配置的光檢知器’接收第二發光器所放射的非平行光線， 以及第二組沿著框架之第二腿間隔配置的光檢知器，接收 第…發光器所放射的非平行光線，其中，來自第一及第二 發光器的非平行光線構成一非對稱的光學感測網，在揮桿 動作期間，當高爾夫球及球桿通過至少部分的感測網時， 它捕捉高爾夫球及球桿相關的運動資訊；以及 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公嫠）-27 - 458795 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 六、申請專利範圍 +·+ -資料處理器，與光檢知器陣列通信，量測被選擇之 光檢知器被高爾夫球或球桿遮斷的時間，並根據被選擇之 光檢知器的遮斷及它們各自被遮斷的時間，處理高爾夫球 及球桿相關的運動資訊。 2 4 .如申請專利範圍第2 3項的商爾夫訓練系統， 其中的第一腿實質上是水平放置，第二腿實質上是垂直放 直。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項的高爾夫訓練系統， 其中的第二腿的傾斜角度範圍大約3 0 — 6 0度。 2 6 .如申請專利範圍第2 4項的高爾夫訓練系統， 其中至少一腿是彎曲結構。 2 7 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 其中的發光器總成包括至少一個分光鏡，將來自至少一個 發光器的單光束均等地分散到光檢知器= 2 8 .如申請專利範圍第2 7項的高爾夫訓練系統| 其中的至少一個分光鏡包括抗反射鍍層。 2 9 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 其中的第一及第二發光器放射雷射的脈衝光束，且其中的 光檢知器被濾波，以與高爾夫球通過光學感測網時來自四 周照明所產生的光線有所差異。 3 0 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 其中的非對稱光學感測網提供一 2維的光網，具有較均勻 的密度。 3 1 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 本紙張尺度逋用中國國家榇準（CNS > A4規格（210X297公釐）_ 28 - ----------t------訂------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 458795 六、申請專利範圍 其中的發光器包括聚焦的雷射光束以及一分光鏡，用以提 供發散的光線供光檢知器接收。 3 2 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 其中在框架第一腿及第二腿上的光檢知器陣列，以小於高 爾夫球半徑的既定間隔排列成一直線。 3 3 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 其中光學感測網的長度尺寸在2到4呎之間。 3 4 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 其中的資料處理器是與發光器總成通信。 3 5 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 進一步包括一影像顯示器，用以顯示高爾夫球移動所產生 的資料。 3 6 .如申請專利範圍第2 3項的高爾夫訓練系統， 進一步包括放置在高爾夫球預期路徑上的捕捉網。 3 7 . —種以光學感測網提供移動物體動態空間資訊 的方法，其步驟包括： 選擇一感測系統，包括一發散的光源，用以朝向光檢 知器陣列放射至少2個非平行光線以構成一光學感測網； 至少一個移動物體通過光學感測網內的非平行光線以 中斷放射到光檢知器的光線； 識別因移動物體通過光學感測網致使中斷接收發散光 源所放射之光線的被選擇光檢知器； 偵測光檢知器陣列中偵測光線中斷之被選擇光檢知器 的中斷時間；以及 本紙張尺度適用中國國家標隼{ CNS ) A4规格（210X297公釐）~_ 29 - ----------¢------1T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本1) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 888 8 ABCD 458795 六、申請專利範圍 根據量測中斷接收非平行光線之被選擇光檢知器的中 斷時間，以量測移動物體的動態空間資訊。 3 8 .如申請專利範圍第3 7項提供動態空間資訊的 方法，其中的移動物體是具有預先選定直徑的高爾夫球。 3 9 _如申請專利範圍第3 7項提供動態空間資訊的 方法t其中的移動物體是卨爾夫球。 4 0 _如申請專利範園第3 8項提供動態空間資訊的 方法，進一步的步驟包括： 通過光學感測網的高爾夫球桿通過光學感測網內的非 平行光線，以中斷光線對光檢知器陣列的放射； 識別第二群被選擇之光檢知器，其所接收之發散光源 所放射的光線被通過光學感測網的高爾夫球桿中斷； 偵測光檢知器陣列中第二群偵測光線中斷之被選擇光 檢知器的中斷時間；以及 根據量測中斷接收非平行光線之被選擇光檢知器的中 斷時間，以計算高爾夫球桿的動態空間資訊。 4 1 .如申請專利範圍第4 0項提供動態空間資訊的 方法，其中的動態空間資訊包括高爾夫球的速率與軌跡。 4 2 .如申請專利範圍第4 0項提供動態空間資訊的 方法，其中的動態空間資訊包括球桿的速率及揮桿路徑。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ 3〇 _ ---------1------訂.------線' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製