JP2003503121A - 光センサネットを有する携帯型ゴルフトレーニングシステムのための方法及び装置 - Google Patents

光センサネットを有する携帯型ゴルフトレーニングシステムのための方法及び装置

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JP2003503121A JP2001505990A JP2001505990A JP2003503121A JP 2003503121 A JP2003503121 A JP 2003503121A JP 2001505990 A JP2001505990 A JP 2001505990A JP 2001505990 A JP2001505990 A JP 2001505990A JP 2003503121 A JP2003503121 A JP 2003503121A
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フォーカルトロン コーポレイション
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Abstract

(57)【要約】 光センサネットシステム（１０）は、ほぼ球状の投射物の関連する力学的な情報を測定する。このシステムのための支持フレーム（１２，１４）は、発散する非平行の光線を発する発光器（１６，１８）を含むことができる。発せられた非平行の光線は、実質的に単一面内に配置された複数の光検出器に向けられ、これにより受光される。交差する非平行の光線は、ゴルフボールとゴルフクラブが通過するときにこれら両方の情報を捕捉できる非対称な光センサネット（２０）を形成する。光線を受光する光検出器は、予め選択された位置にゴルフボールなどのほぼ球場の物体の直径よりも小さい距離だけ離間して配置される。データプロセッサ又はコンピュータ（２２）はセンサネットに接続され、ゴルフボール及びゴルフクラブについての関連する空間情報を検出し、ボールのスピード、クラブのスピードを含む力学的な情報を、少なくとも一部は遮断される光線の位置に基づいて、そして光検出器へ向けて発せられる光線が遮られている時計装置によってモニタされる測定時間に基づいて、即時に決定する。光センサネット及び支持フレームは、広い範囲のゴルフショットについて相対的に多くの情報を捕捉するよう、予め選択された角度Ωだけ傾けられ、ゴルフボール及び／又はゴルフクラブを描写する解像度の高い画像を与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、ゴルフトレーニング機器に関する。より詳は、ゴルフボールとゴル
フクラブのいずれか一方又は両方の力学的な空間情報の捕捉及び処理を行う光セ
ンサーネットを有する携帯型ゴルフトレーニングシステムに関連する。
【０００２】 （発明の背景） ゴルフ関連産業における種々の装置及び方法は、ゴルフボールの軌跡及びスピ
ードに関して限られた情報を与えるものである。飛行中のボールは一般に、他の
投射物と同様の物理学の基本法則に従い、今日利用できるシステムは、検出器の
ホストや他の関連装置によって得られるボールについての大量の測定に基づいて
、予測される飛距離及び飛行経路などの計算情報を与えようとするものである。
【０００３】 過去において多くのシステムが、ゴルフボール、テニスボールその他の球状の
投射物について、空間的な位置及び情報を測定することを提案してきた。一般に
これらのシステムには、物体の予測される飛行経路に沿って多くの検出器及びス
イッチが配置されている。球状物体は、どれかの検出器に当たり、対応する電気
的スイッチを作動させる。この予測される飛行経路に多数の透過型又は反射型の
光電スイッチを配置し、特定のスイッチの入力光が物体によって遮られたときに
作動するようにすることもできる。凹面鏡及びレンズ系を用いて、球状物体の予
測される飛行経路にわたって互いに平行になるようにした複数のレーザービーム
を走査させることも提案されている。この球状物体は走査面を通過し、これによ
りビームが遮られたタイミングを測定して、飛行している球状物体の投射始点及
び角度を決定する。同時に、関連する空間情報を与えるために投射物のビデオカ
メラ画像を与える映像装置が提案されている。
【０００４】 今日のこれらのトレーニングシステムのうち、ゴルフボール及びクラブスイン
グの解析用に採用されたものには、多くの欠点がある。例えば、いくつかのシス
テムは、投射物の予定された経路に影響を及ぼしたり、あるいは丁寧な測定を行
わないで不正確な飛行情報を与えてしまう。また、ほとんどの装置は、球状投射
物の相当に広い飛行経路領域をカバーするために、非常に多くのスイッチ、セン
サ又は検出器を必要とする。このような従来からの測定方法の欠点や問題のいく
つかを改善するために、平行な光の帯を生成し、これをスクリーンに投影して線
形のイメージ領域を形成して、飛行している球状物体の位置を決定するシステム
が提案された。飛行している球状物体が平行な光の帯を横切ると、スクリーン上
のイメージ領域にシルエットを生成する。このシルエットの位置はセンサを用い
て検出され、これにより飛んでいる球状物体の空間的な位置が即時に決定される
。このシステムの欠点は、さらに、接触することなく、飛行物体の瞬間的な位置
を決定すると言われる測定装置を用いることによって改善された。飛行情報には
、スピード、位置、および投射角が含まれる。前述のような努力にも拘わらず、
今日のゴルフトレーニングシステムは、いまだに多くの計器の使用や装置の設置
を必要としている。
【０００５】 （発明の概要） 本発明は、光センサネットを有するゴルフトレーニングシステムのための方法
及び装置を提供する。本発明の原理によれば、ゴルフのボールとクラブのうちの
一方又は両方の情報に基づいて、力学的な空間情報が与えられる。コンパクトな
単一平面状の光ネットが、ゴルフボール、及び／又は、ゴルフスイングに関する
この情報を捕捉することができる。ここで説明するシステムを用いてボールのス
ピード、ボールの発射点および方位角を含む関連するボールの情報が測定され或
いは引き出され、これによりボールのスピン、飛距離、軌跡、飛行の時間及び高
さなどが計算され、関連するボールの情報が与えられる。ゴルフクラブの情報に
ついても測定或いは引き出すことが可能であり、クラブのスイング経路、ヘッド
スピード（インパクトの前後）、ヘッドのねじれ、ならびにスイング全体でのク
ラブのフェースの角度が与えられる。
【０００６】 本発明の種々の態様では、非平行の光線から形成される光センサネットを用い
て、ボールの飛行及びクラブのスイングに関する情報が与えられる。ボールのス
ピード及びクラブのスピードの情報は、非平行の光線を用いて検出することがで
きる。本発明の別の態様では、平行又は非平行の光線のいずれかを用いてボール
のスピード及び方向が与えられる。さらに別の態様では、平行又は非平行の光線
のいずれかに基づいて、クラブの経路の情報が与えられる。明細書の以下の部分
で説明する実施例の個々の特徴は、それ単独で、或いは他の変形例及び本発明の
他の態様との組み合わせで考慮されることが理解されるべきである。
【０００７】 本発明の他の目的及び効果については、明細書及び図面をさらに考慮すること
とによって明らかとなるだろう。以下の説明には、本発明の特定の実施例を説明
する多くの具体的な詳細が含まれているが、これは発明の範囲を限定するものと
解すべきではなく、好ましい実施例を例示していると解すべきである。本発明の
各態様に対しては、ここで提案されているように、この分野の通常の知識を有す
る者に知られている多くの変形が可能である。
【０００８】 （発明の詳細な説明） 図１は、本発明に基づいて構成された光センサネット２０を有するゴルフトレ
ーニングシステムを例示している。本発明によって与えられる重要な利点は、こ
こで説明するトレーニングシステム内で、ボールを、光センサネットから見て色
々な位置に置くことができるという点である。これまでのほとんどの装置とは異
なり、ボールを必ずしも決められた点に置く必要はない。多くのボール及びクラ
ブの情報を与えるために選択された多数のセンサが設けられたりティー位置が固
定されることはなく、人は自由にゴルフボールを打つことができる。
【０００９】 図１に示すように、トレーニングシステム１０は、第一のレッグ１２及び延長
部である第二のレッグ１４を有する、全体としてＬ字型のフレームを含んでいる
。第一のレッグ１２は、相対的に水平な場所に配置され、第二のレッグ１４は実
質的に垂直な傾いた状態で配置される。一方又は両方のレッグを屈曲させて、曲
げられた形状を形成することができる。このシステムは、さらに、フレームの第
一のレッグに接続された第一の発光器１６およびフレームの第二のレッグに接続
された第二の発光器１８を有する発光器組立体を含むことができる。各発光器１
６及び１８は、実質的に単一の面内で広がる非平行の光線を発する。第一及び第
二の発光器１６及び１８はまた、パルス状のレーザービームを発するものでもよ
く、光センサネット２０を横切るゴルフボールによって生成される光線から、周
囲の照明によって生成される光線を分けるために、フィルターにかけてもよい。
また、この発光器組立体には、発光器から対応する光検出器へ等しく届くよう単
一の光ビームを分離する光学ビームスプリッタを少なくとも一つ含めることがで
きる。この発光器組立体は、フォーカスされたレーザービームと、発散する光線
を生成するビームスプリッタを与え、この発散した光線はシステム内の光検出器
によって受光される。ビームスプリッタを始めとする発光器組立体の部品を通る
光の透過を促進するために、この分野で知られている種々の反射防止コーティン
グを選択することができる。
【００１０】 ここで用いられている光センサネットは、ゴルフボールとゴルフクラブ両方の
関連する力学的な情報を測定し処理することができる。離間して設けられた光検
出器の第一の組からなる光検出器配列を、第二の発光器から発せられる非平行の
光線を受光するように、フレームの第一のレッグに沿って配置することができる
。離間して設けられた光検出器の第二の組は、第一の発光器から発せられる非平
行の光線を受光するフレームの第二のレッグに沿って配置することができる。フ
レームの第一のレッグ上及び第二のレッグ上の光検出器配列は、ゴルフボールの
半径よりも小さい予め決められた間隔で、空間的に並べて配置される。その結果
、第一、第二の両方の発光器からの非平行の光は非対称な光センサネットを構成
し、これはゴルフボールやスイング運動をしているゴルフクラブのような球状物
体がセンサネットの少なくとも一部を通過するときに、これらにの運動に関する
情報を捕捉する。さらに、非対称な光センサネットは、相対的に一様な密度を有
する二次元的かつ単一平面状の光ネットを与える。センサネットの寸法は所望の
動作パラメータに応じて変えることができるが、２フィーから４フィートのの範
囲の寸法とするのが好ましい。追加の発光器及び光検出器の色々な組み合わせを
選択することもできる。
【００１１】 データプロセッサ２２にも、発光器組立体、検出器配列、その他ゴルフトレー
ニングシステム内の選択された部品の任意の組み合わせと連絡した光センサを設
けることができる。このデータプロセッサ或いはコンピュータ２２には、ゴルフ
ボール及びゴルフクラブによる、選択された光検出器についての途絶の期間を測
定するためのタイマー及び関連する装置に接続されていてもよい。さらに、デー
タプロセッサを、選択された光検出器の途絶及び対応する途絶の時間に基づいて
、ゴルフボール及びゴルフクラブについての関連する運動情報を処理するように
することもできる。映像ディスプレー２４は、さらに、ゴルフボールとゴルフク
ラブの一方又は両方の運動から生成されたデータを表示するようにしてもよい。
【００１２】 図１に示すように、このゴルフトレーニング装置は、傾けて配置された光格子
２０を含むことができる。全体としてＬ字型のこのシステム用のフレームは、地
面に対して予め決められた角度或いは可変の角度（Θ）を有するように配置され
る。フレームのうち水平なレッグ部分１２は、ボールを打つエリアに近接した地
面に置かれ、フレームのうち垂直なレッグ部分１４は、一般にプレーヤーの方向
を向いて上向きに延びている。フレームの角度Θは０度から９０度の範囲とする
ことができるが、好ましくは３０度から６０度の範囲とする。垂直レッグ部１４
は、固定位置にフレームを保持するのを助けるために、スタンド又は支持部材を
含めることができる。フレームの形状を上記のようなＬ字型の開いた構造にする
ことによって、プレーヤーがこの光センサネットを通過するようにスイングする
ときに、このトレーニングシステムの一部を叩いてしまう危険性を最小限に抑え
ることができる。ゴルフボール及び／又はクラブがここで説明した光センサネッ
ト２０を自由に通過できるようにした追加のレッグ部を有するような別のフレー
ム構成を選択することもできる。システム１０を傾けた構造にしたことによって
、特にプレーヤーに相対的に近づけて配置したときに、スイング時における相対
的に多くのゴルフクラブの情報を捕捉することができ、コンパクトなゴルフトレ
ーニングシステムを提供することができる。傾いたフレームを好ましい角度に配
置すると、軌跡の異なる変化するゴルフショットの高い角度を捕捉する傾向があ
る。さらに、フレーム及びセンサネットを傾けた配置は、ゴルフクラブのスイン
グ情報の解像度を改善する。ゴルフボールの力学的な空間情報も同様に捕捉され
、同時に処理される。ゴルフボールが光センサネット２０を通過したあとは、ボ
ールはその飛行経路に沿って配置されたボールネットで回収され或いは捕球され
、人は何回もボールを打ってゴルフボール及びクラブに関する多くの情報を得る
ことができる。
【００１３】 本発明の別の変形例は、実質的に略球状の投射物の力学的な空間情報を測定す
るシステムを与える。このセンサシステムは、非平行の光線を発する少なくとも
一つの光源又はレーザーを有する少なくとも二つの延長部を有する支持フレーム
を含むことができる。各光源は、所定の平面又はパターン内のフレームに沿った
位置に配置される。多数の光検出器を、支持フレームに沿って所定の間隔で並べ
て配置することができる。光検出器は、光源から発せられた非平行の光線を検出
するよう離間して配置される。第一の光源は第一の組の非平行の光線を光検出器
の第一の組に対して発し、第二の発光器は第二の組の非平行の光線を光検出器の
第二の組に対して発する。光源は、光軸に沿って配置された円柱を有する半導体
ダイオードレーザーとすることができる。このレンズを用いると、実質的に扇形
のパターン又は形状を形成する発散する光線が得られる。例えば、光源を、消費
電力が３〜２０ｍＷ、波長が６３０〜７９０ｎｍのレーザービームを発するよう
構成することができる。異なる電力及び周波数出力を有するこれ以外の多くの光
源を選択して、非平行の光線の配列を形成することもできる。選択されたレンズ
、フィルター及びビームスプリッタを、単一の光源から光線の分散を与えるよう
選択してもよい。加えて、Hewlett-Packard、Temic、Siemens、Hamamatsuなどの
業者から入手できるＰＩＮ、ＭＳＮ及びダイオードを含む多くの光検出器又はフ
ォトセンサを、本発明用に選択することができる。
【００１４】 トレーニングシステム内における光検出器の第一及び第二の組は、交差する非
平行の光線を検出して、非対称な二次元的もしくは単一平面の光センサネットを
与えることができる。センサネットは、地面に対して様々な角度で形成すること
ができるが、より大きくプレーヤー側に傾けてより多くのスイング情報を取得す
るとともに、システムをコンパクトにするのが好ましい。略球状の投射物、クラ
ブのシャフト及びクラブのヘッドが光線を通過するときにセンサネット内での光
線の遮断が検出され、測定がなされる。データプロセッサ及び使用機器は、選択
された光検出器への光線が略球状の投射物によって遮断され又は遮られる種々の
遮断時間を測定できるように、多数の光検出器と連絡しているものを選択しても
よい。さらに、データプロセッサ又はマイクロプロセッサは、選択された各光検
出器についての位置と遮断時間に基づいて、略球状の投射物に関する力学的な空
間情報を処理し生成する。略球状の物体の直径寸法は与えられているので、各光
検出器は、少なくとも二つの光線が遮断されるよう、略球状の直径よりも小さい
所定距離だけ離間して配置される。投射物もしくはゴルフボールに関する予め決
められている種々の情報が、さらにマイクロプロセッサに接続されていメモリに
格納されるようにしてもよい。格納されている情報とトレーニングシステム内の
光センサネットで測定された読みの値の組み合わせによって、略球状の投射物に
ついてのスピードや方向などの力学的な空間情報が与えられる。本発明によって
得られる明確な利点は、ゴルフボールとセンサネットの間の距離を固定せずに力
学的なボール情報を計算できることである。初期の投射事象や位置を決定するた
めに、追加のセンサやスイッチをトレーニングシステムに設けることもできるが
、必須ではない。さらに、力学的な空間情報には、風速、風向、湿度、温度、圧
力といった変わりうるプレー条件を考慮した何らかの補正ファクターを含めるこ
とができる。このような周囲の状況は、システムメモリに格納され、所望のコマ
ンドによって実行される既にあるヒッティング条件あるいは種々のシミュレーシ
ョンに対して影響を与えうる。
【００１５】 図２に示すように、ボールのスピード及び方向の計算は、非平行の光線によっ
て形成される光センサネット内での光の途絶の測定に基づいて行われる。三つ又
はそれ以上の光線がセンサネット内で途絶される。数多くある個々の検出器（ｎ
，ｎ＋１，ｎ＋２，…）は、所定距離だけ隔てられているそれぞれの光線を検出
することができる。例えば、多数のレーザービームが飛行するボール３０によっ
て断面的に遮られると、測定される遮断時間（ｔn，ｔn+1，ｔn+2，…ｔn+i）は
、ボールの断面部分の物理的な長さに対応し或いは換算される。ここでｔnは、
ｎ番目の検出器についての光線を遮断している時間間隔であり、時間軸はトレー
ニングシステム内の装置によって測定されて与えられる。ｄnは、ｎ番目の検出
器に向かっている光を遮断するボールについての距離である。ゴルフボールの直
径及び曲率は既知の変数として予め決めておくことができ、またビームの遮断時
間は測定されるので、飛び飛びの断面経路とともに、ボールの全体画像を再構成
することができる。いったんゴルフボールの画像が断面経路に対して一致し或い
は適合すると、質量中心の位置が得られる。したがって、ボールのスピード、方
向、および軌跡は、測定可能なレーザービームの遮断経路から導かれるボールの
経路情報を基礎としている。
【００１６】 本発明のこの態様では、光センサシステムはこのようにゴルフボールのような
球状の投射物について力学的な情報を即時に与えることができる。センサシステ
ムには、非平行の光線を発して光センサネットを形成する発光器組立体を少なく
とも一つ有する構造支持フレームを含めることができる。支持フレームは、二つ
の延長部によって全体としてＬ字型に形成することができる。第一の発光器組立
体は第一の延長部に配置し、第二の発光器組立体は第二の延長部に配置すること
ができる。これらの発光器組立体にはそれぞれ、光源と、非平行の光線を与える
光学エレメントもしくはレンズを含めることができる。発光器はフォーカスされ
たレーザー光源又は非可干渉のＬＥＤ又は白色光とすることができ、光学エレメ
ントはビームスプリッタ又は円柱レンズとすることができる。各レーザー光源は
、光学ビームスプリッタを通すようフォーカスされたレーザービームを与え、選
択された多数の光検出器に対して光線を均等に分割することができる。光検出器
は、発光器から発せられる多数の光線を検出するために、非対称な光センサネッ
トを構成するよう空間的に配置される。さらに、光検出器は、支持フレームに沿
って配置され、第一及び第二の発光器組立体から発せられる非平行の光線を検出
するよう、少なくとも選択された又は予め決められた空間間隔だけ隔てられる。
これら空間間隔は変えることができ、決められているゴルフボールの半径と等し
いかこれよりも小さくする。その結果、飛行する球状物体は、少なくとも三つの
光線を遮って、本発明に基づく力学的な空間情報を与える。さらに光検出器を、
相対的に垂直又は水平に発光器組立体と一列に並ぶよう配置して、球状物体が光
センサネットを通過するときにそれぞれの光線について発せられた光及び遮断時
間を検出するようにすることができる。加えて、センサシステムには、選択され
た光検出器への光線が球状物体によって遮断され又は遮られる多数の遮断時間を
測定し処理するために、光検出器と連絡している装置及びデータプロセッサを含
めることができる。光線の遮断時間は測定され、光線が遮断された一つ又は複数
のフォトダイオードを検出する算術演算器を有するコンピュータへ入力される。
選択された各光検出器についての位置及び遮断時間を含む利用可能な情報に基づ
いて、球状投射物についての実質的に瞬時に力学的情報を処理し計算する、シス
テムのマイクロプロセッサが選択される。加えて、映像ディスプレーが選択され
、ゴルフボールの移動から生成されるデータを表示する。
【００１７】 本発明の別の態様は、ゴルフボールとクラブの両方の力学的な空間情報を与え
る。図３に示すように、本発明の変形例は、ここで説明したのと同様に非平行又
は平行な光線を有する光センサネットを含むことができる。本発明の他の実施例
で説明したのと同様に、ティー用のセンサを用いずに、また固定位置からボール
を打たなくても、ボール及びクラブのスピードを計算することができる。光セン
サネット３２は、選択された光線に対する途絶時間に基づいて、ボール３０及び
ゴルフクラブ４０に関する情報を捕捉しようとするボールの経路３４のラインに
沿って配置することができる。このトレーニングシステムのためのＬ字型のフレ
ームは、人がボール３０を打ち、センサネット３２を通過してスイングすること
ができるようなものを選ぶことができる。ゴルフボール３０が光ネット３２を通
過するときを、初期時刻としてｔ＝０とすることができる。ゴルフボール３０に
続いて生じる、光ネット３２によってゴルフクラブが検出される時刻については
、ｔ＝ｔcとする。このとき、ボール３０は、この時点では不明な時刻ｔ＝ｘに
おいてヒットされたと仮定する。インパクト後のクラブのスピードは、
【００１８】
【数１】 と表される。ボールのスピードは、
【００１９】
【数２】 と表される。ｇは実験データから決定されるものであり、これはクラブのボール
に対するインパクトの際のシャフトのポテンシャルエネルギーを表す。したがっ
て、エネルギー保存の法則が適用すると、
【００２０】
【数３】 と表される。ここで、Ｍcはクラブの質量、Ｖcbはインパクト前のクラブのスピ
ード、Ｍbはボールの質量、Ｖbはインパクト後のボールのスピード、そしてＶca はインパクト後のクラブのスピードである。ｆはスピード比を表すものであり、
これは、インパクトに起因するクラブとボールとの間の運動量の移動に関連し、
ボールのスピードの関数であって実験データによって決定される：
【００２１】
【数４】 ここでａはクラブとボールの質量比であり、ａは近似的にＭb／Ｍcに等しい。
【００２２】
【数５】 ここでｔcは、光センサネットを透過するボールとクラブの間の測定された時間
データであり、ｄc＝ｄ／cosΘｃ、ｄb＝ｄ／cosΘｂである。結果として、次の
式が得られる：
【００２３】
【数６】 実験及びフィールド解析に基づいて、ｆは以下の式から決定される：
【００２４】
【数７】 ここでＶbは、ｍｐｈ、すなわち時間当たりのマイル数で測定され、ｇは選択し
たシャフトに応じて０．０１から０．１までの間で決定される。したがって、上
の計算を用いると、ティー位置にセンサを配置せずに、ボールのスピード（Ｖb
）及びクラブのスピード（Ｖca）を計算することができる。スピードを決定する
際の精度は、ネットとティー位置との間の間隔を約１０インチとした場合には、
０．１％よりも高いことが観察された。フレームを傾けた構成では、地面に対し
て９０度であるか傾いているかに関係なく、ｄb及びｄcをフレーム位置から直ち
に決定することができるので、この計算は直ちに決定される。
【００２５】 本発明は、上で説明した移動物体と光センサネットとの関係に基づいて力学的
な空間情報を与える方法も含んでいる。この方法には、光検出器配列に向かう最
低二つの非平行の光線を発して光センサネットを形成する発散光の光源を有する
センサシステムを最初に選択することを含めることができる。ボール及び／又は
ゴルフクラブなどの少なくとも一つの移動物体は、光センサネット内の非平行の
光線を通過して光検出器に向かって放射された光線を遮る。選択された光検出器
は、発散光源から発せられ光センサネットを通過する移動物体によって遮断され
た光線を受光するものとして特定することができる。光検出器配列内における選
択さた検出器に対する遮断時間が測定され、遮断された非平行の光線を受光する
選択された光検出器に対する測定されたこの遮断時間に基づいて、移動物体につ
いての力学的な空間情報が与えられる。この移動物体は、所定の直径を有するゴ
ルフボール、ゴルフクラブ、あるいはこれら両方であってもよい。
【００２６】 本発明のこの態様に対する別の変形例では、平行又は非平行のレーザービーム
を用い、重み付け補正の概念を適用してボールとクラブの位置決定の精度を改善
することができる。異なる出発点及び方位角でフレームを傾けると、ボール及び
クラブによって遮断されるビームの数が違ってくる。したがって、図４Ａ、図４
Ｂに示すように異なる角度のボールによって遮断されるビームの総数を用いて、
ボールとクラブの位置の決定精度を改善することができる。光センサネットの相
対角、ボールの飛行経路、そしてゴルフクラブのスイング経路に依存して、遮断
される光ビームの数は異なる。図４Ａに示す場合には、ビーム♯２，３，４だけ
が通過するボールによって遮断される。一方、図４Ｂでは、ボール及び／又は光
ネットが異なる角度に配置されたときに、ビーム♯２，３，４，５が遮断される
。遮断されるビームの数、どれだけの長さか、どういう順番かというすべてが、
本発明のこの態様による情報を与え、スピード及び方向といったボールの情報を
与える。
【００２７】 本発明のさらに別の態様では、図５に示すように、ボールの最初の出発位置も
しくはティー位置を知ることなく、平行又は非平行の光のビームを用いてボール
のスピード及びその相対方向が検出される。ゴルフボールの前方外面が光ビーム
面に接すると、これを遮る。ゴルフボールは、光ビーム♯１，２，３，４，５を
それぞれ時刻ｔ＝ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4，ｔ5において遮る。ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4
，ｔ5の時間比を調べることによって（ゴルフボールの曲率は与えられたパラメ
ータと考えることができるので）、ボールの速度及び方向を、その元の位置を知
ることなく、以下のようにして決定することができる： ステップ１ → いくつのビームが遮断されたかを決定する ステップ２ → どのビームが最初に遮断されたかを決定する ステップ３ → 最初のビームに関して各ビームの時間比を決定する ステップ４ → データによって与えられる時間比に一致するボールの移動方向
はたった一つなので、ボールの方向は、各ビームｔ1，…，ｔ5に対する遮断時間
の間で適当な時間解像度で決定することができる ステップ５ → 方向もしくは光ビーム面に対する相対角を知ったら、ボールの
スピードも、既知の曲率を有するボールによって遮断される時間に基づいて決定
することができる。
【００２８】 このように、本発明は、クラブがボールをヒットしたときのボールの最初の位
置及びインパクト時刻を固定せずにボールの移動情報を計算する方法及び装置を
提供する。遮断された異なるビームの間の時間比が測定されると、ボールの飛行
情報が与えられる。ボールの曲率を適用することによって、そして各ビームが遮
断された時刻を知ることにより、単純な平均化方法を用いてボールの位置をより
良く予測することができる。
【００２９】
【数８】 ここで、Ｎはボールによって遮断されるビームの数である。
【００３０】 本発明の別の態様は、ゴルフクラブが上記の光センサネットを通過するときの
ゴルフクラブの力学的な空間情報を与える。ここで説明されるトレーニングシス
テムのこの変形例については、図６に示すように、クラブのシャフト４６及びク
ラブのヘッド４８の部分は、クラブが通過するときにセンサネット４２によって
検出され、モニタされる。ボールの飛行経路４４の検出及び情報に加え、このト
レーニングシステムは、クラブのスイング経路５２とクラブヘッドのねじれの両
方を決定することができる。このクラブヘッドのねじれは、ヘッドの重心からは
ずれた位置でボールをヒットするときに加わるトルクに起因する。図６には傾け
たＬ字型のフレームを示してあるが、別の構造の傾けないフレームを選ぶことも
できることが理解されるだろう。同様に、光センサネット４２は、この態様では
、平行及び非平行の両方の光線を含むことができる。スイング経路５２及びクラ
ブヘッドの移動は光センサネット４２によって検出・追跡され、重要なゴルフス
イング情報を観測し、これをプレーヤーに知らせることができるように、関連す
る時間データが収集され、測定される。クラブ情報が決定されるようプレーヤー
が相対的にネット４２の近くに位置しているときは、どの光検出器がどれだけの
時間途絶されていたかを特定することによって、ボールとゴルフクラブの両方の
情報を引き出すことができる。ネット４２の最初の途絶は通常ゴルフボール５０
が通過することによって起こり、つぎにクラブヘッド４８による途絶が続く。本
発明に基づいて与えられる力学的な空間情報を得るための方法は、ゴルフクラブ
を光センサネット内の平行又は非平行の光線を通過させて光検出器配列に向かう
光線の放射を遮るというステップを含む。選択された光検出器のグループは、発
散光源によって発せられ光センサネットを通過するゴルフクラブによって遮られ
た光線を受光するものとして特定することができる。選択された検出器のこのグ
ループに対する光線の遮断時間については、このシステム内で検出し測定するこ
とができる。その結果、遮断された非平行光線を受光した選択された光検出器に
おける測定された遮断時間に基づいて、ゴルフクラブについて力学的な空間情報
を計算することができる。これにはクラブのスピード及びスイング経路の情報が
含まれる。同様に、このスイングトレーニングシステムがゴルフクラブのスイン
グの検出だけを行うよう構成されているのでない場合には、他の選択された光検
出器のグループが、ネットを通過するときのゴルフボールについての遮断時間を
検出・測定して、スピード、軌跡などの関連するボール情報を与える。
【００３１】 図７は、上記で説明した光センサネットから情報を受け取り処理する装置及び
ステップを示した簡略化した図である。マクロプロセッサ制御システムを設ける
ことができ、これは機械的なフレームに取り付けられて光学的な検出ネットを構
成する一組の検出器及びレーザーを有している。このシステムにはさらに、アナ
ログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、コンディショニング回路、検出器入力を受
信又は取得して選択された又は必要な論理的決定を実行するコンピュータ又は中
央処理ユニット（ＣＰＵ）、ＣＰＵに計算を実行させるためのアルゴリズムが格
納された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）バンク、計算データを格納するランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）バンク、論理デコーダ、及びディスプレー及び／又は
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）と通信するシリアル・バス又はユニバーサル・
シリアル・バス（ＵＳＢ）などの出力ポートの組を含めることができる。
【００３２】 ゴルフプレーヤーがクラブをスイングしてゴルフボールをインパクトすると、
ボールが光ネットを通過し、まずコンピュータ化したトレーニングシステム内の
電子回路をトリガーして、ゴルフボールとクラブの両方に関するデータの収集を
開始する。相対的に速く移動するゴルフボールによって回路が最初にトリガーさ
れたあと、マイクロプロセッサ及びＲＡＭは動作を開始し、続くクラブが光ネッ
トを通過して計算に必要なすべてのデータが取得されるまでの所定の期間にわた
ってデータを収集する。レーザー光検出器から受け取ったボール及びクラブスイ
ングの経路信号は、まず、アナログ−ディジタル回路（Ａ／Ｄ回路）によって、
適切な座標及び時間情報に対してソートされる。収集された情報は、続いて、メ
モリ又はＲＯＭバンクに格納されている所定のアルゴリズムを使ってマイクロプ
ロセッサ又はＣＰＵによって解析される。マイクロプロセッサによる計算が実行
された後、計算されたデータは、追加計算の必要又は希望があった場合のために
、一時的にＲＡＭに保持される。ボールのスピード、ボールの投射方向、ボール
の移動軌跡、クラブのスイング経路、クラブフェースの角度、クラブヘッドのね
じれについての決定された情報は、デコーダを通して他の周辺装置との間で通信
するよう指示される。周辺装置には、ディスプレーや追加処理のための別のコン
ピュータシステム、例えばホーム・エンターテインメント・システム及びテレビ
ゲームなどにおける他のゴルフトレーニングソフトやゲームソフトなどが含まれ
る。ボール及びクラブのスイングに関する情報がディスプレー又は追加のＰＣに
渡されたあと、電子システムは、新たなデータを受け取るようリセットされる。
光学フレーム上のＬＥＤ表示器を点灯して、次のプレー又はゴルフショットのた
めの準備ができている（READY）ことを表示してもよい。
【００３３】 ここで説明した電子検出回路及び装置を用いると、図８に示すような、ゴルフ
クラブ及びボールの情報に関連する印刷された視覚的なアウトプットが得られる
。このアウトプットには、ボールの経路を示す画像及びゴルフクラブを示す別の
画像を含めることができる。このアウトプットの水平軸は、Ｘ軸及びＹ軸の両方
に沿ったボールとクラブの画像を図示するために分割してもよい。このアウトプ
ットはネット内の光線の途絶から導かれ、途絶された選択された検出器に対応す
る画像に変換してもよい。同時に、このアウトプットの垂直軸を、ネット内の選
択された検出器の第一グループの途絶時間が観測されたときであるｔ＝０から開
始する時間軸のスケールとすることができる。この途絶は通常はボールに起因し
、第二グループの選択された検出器の途絶時間はクラブに起因する。時間軸のス
ケールとしては、光センサネットからデータを捕捉するために、図示した１０-6 秒のスケールを含む種々のものを選択することができる。ボールの一般的な経路
は与えられる画像によって、これと相補的関係にあるクラブシャフトの画像との
関連で追跡することができる。上記発明の他の具体例と同様に、傾けた構造のコ
ンパクトなセンサネットは、近づけて配置したセンサネットによってクラブシャ
フト及びヘッドの情報の相対的に多くの部分を捕捉することができるので、より
多くの関連するゴルフクラブの情報を与えることができる。合体された情報及び
アウトプットは、ボールの飛行及びクラブのスイングを計算し、現実の或いは現
実に近いボールの軌跡を予測するのに用いられる。
【００３４】 ここで説明したゴルフトレーニングシステムで、ゴルフボールにインパクトし
たあとのクラブヘッドのねじれ方向を表すクラブスイングの情報のパターン認識
を与えるために、種々のアルゴリズムを開発することができる。例えば図９Ａ、
図９Ｂに示すように、トゥーショット（toe shot）のように中心から外れてボー
ルと接触する場合には、クラブヘッドは図示するように一般に時計回りの方向に
回転する。トゥーショットは一般に、ヘッドの質量中心（ＣＭ）ではなくプレー
ヤーから離れた側でボールと接触する場合に起こる。クラブヘッドとシャフトの
画像は、上記の光センサネットによって、時間の関数として、図１０Ａ、図１０
Ｂに示すように捕捉される。トゥーショットに対するクラブの画像は、図１０Ａ
に示すようにＸ軸に沿って捕捉され、時間に対してプロットされる。同様に、ボ
ールとの接触がクラブの質量中心ではなくプレーヤー側に寄っているヘッドショ
ット（head shot）が起こるときは、クラブヘッドは一般に反時計回りの方向に
回転する。図１０Ｂに示すように、ヘッドショットの場合のクラブの画像は、ゴ
ルフボールとのこの種の接触を反映するように捕捉されている。光学センサネッ
トシステムを用いて得られるクラブスイングの情報に基づいて、ゴルフボールと
ゴルフクラブとの間の望ましい直角な接触が達成されるように、トレーニング中
に矯正手段を処方するようにすることができる。
【００３５】 本発明について、上記の応用を参照しながら詳細に説明してきたが、好適な実
施列及び方法に関するこれらの説明及び例示は、限定的な意味に解されることを
意図したものではない。本発明のすべての態様は、ここに含まれている種々の条
件や変動要因に依存する特定の描写、構成又は関連する部分には限定されない。
開示された発明の種々の具体例の形態及び詳細部分における多くの変更並びにそ
の他の変更は、当業者が本明細書の開示を見れば自明であろう。したがって、添
付の特許請求の範囲は、本発明の真正な精神及び範囲に含まれるこのような変更
、修正、あるいは実施例の均等物をカバーすると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によって提供されるゴルフトレーニング光センサネットシステムである
。
【図２】 非平行の光線を用いたセンサネットの途絶に基づいたボールのスピードの計算
を例示した図である。
【図３】 本発明の別の態様による、関連するゴルフボール及びクラブのスピードの計算
を説明する簡略化した図である。
【図４Ａ】 ゴルフボールの経路に関する方向の情報を与える、本発明の更に別の態様を説
明するための図である。
【図４Ｂ】 ゴルフボールの経路に関する方向の情報を与える、本発明の更に別の態様を説
明するための図である。
【図５】 選択した光ビームの途絶に基づいてゴルフボールなどの球状投射物の経路を決
定することを説明する図である。
【図６】 ゴルフのクラブとボールの力学的な空間情報を与える本発明の他のゴルフトレ
ーニングシステムの簡略化した側面図である。
【図７】 ここで説明する光センサネットからの情報の受け取り及び処理に含まれる装置
及びステップを例示する簡略化した図である。
【図８】 ここで説明する装置によって与えられる、関連するゴルフクラブ及びボールの
情報を含む映像出力の例である。
【図９Ａ】 中心を外れた接触及びクラブヘッドとの関連で見たゴルフボールへの効果を説
明する簡略化した図である。
【図９Ｂ】 中心を外れた接触及びクラブヘッドとの関連で見たゴルフボールへの効果を説
明する簡略化した図である。
【図１０Ａ】 ゴルフボールに接触した後のゴルフクラブの捕捉された情報を与える拡大した
映像出力を例示した図である。
【図１０Ｂ】 ゴルフボールに接触した後のゴルフクラブの捕捉された情報を与える拡大した
映像出力を例示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 は、広い範囲のゴルフショットについて相対的に多くの 情報を捕捉するよう、予め選択された角度Ωだけ傾けら れ、ゴルフボール及び／又はゴルフクラブを描写する解 像度の高い画像を与える。

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に略球状の投射物の力学的な空間情報を測定するため
    の光センサシステムであって、 非平行の光を発する少なくとも一つの光源を伴った支持フレームを備えており
    、この光源はフレームに沿って予め決められた位置に配置されており、 支持フレームに沿って間隔をおいて配置され、光源からの非平行の光と、略球
    状の投射物が光線を通過するときの光線の遮断とを検出する複数の光検出器を備
    えており、 複数の光検出器と連絡した、選択された光検出器への光線が略球状の投射物に
    よって遮られる複数の遮断時間を測定するとともに、選択された各光検出器につ
    いての位置及び遮断時間に基づいて略球状の投射物の力学的な空間情報を与える
    ためのデータプロセッサを備えていることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 支持フレームは、非平行の光線の第一の組を光検出器の第一
    の組へ放射する第一の発光器、並びに非平行の光線の第二の組を光検出器の第二
    の組へ放射する第二の発光器を含んでいる、請求項１記載の光センサシステム。
  3. 【請求項３】 光検出器の第一及び第二の組は、交差する非平行の光線を検
    出して非対称の二次元的な光センサネットを形成する、請求項２記載の光センサ
    システム。
  4. 【請求項４】 光検出器は予め決められた空間間隔で並べられ配置されてい
    る請求項１記載の光センサシステム。
  5. 【請求項５】 略球状の物体は一つの半径を有して形成され、各光検出器の
    間の間隔は、略球状の物体の当該半径よりも小さい、請求項４記載の光センサシ
    ステム。
  6. 【請求項６】 少なくとも一つの光源は、円柱レンズが発散する光線を与え
    る光軸に沿って配置されたレーザーである、請求項１記載の光センサシステム。
  7. 【請求項７】 発散する光線は実質的に扇形のパターンを形成する、請求項
    ６記載の光センサシステム。
  8. 【請求項８】 略球状の投射物についての力学的な空間情報はそのスピード
    及び方向を含む、請求項１記載の光センサシステム。
  9. 【請求項９】 力学的な空間情報は初期のティー位置のセンサなしに与えら
    れる、請求項１記載の光センサシステム。
  10. 【請求項１０】 変わりうるプレー条件を考慮した少なくとも一つの補正フ
    ァクターを含んでいる、請求項１記載の光センサシステム。
  11. 【請求項１１】 球状投射物についての力学的な情報を即時に与える光セン
    サシステムであって、 非平行の光線を与える第一の発光器組立体及び第二の発光器組立体を有する少
    なくとも二つの延長部を有する支持フレームを備えており、第一の発光器組立体
    は第一の延長部に配置され、第二の発光器組立体は第二の延長部に配置されてお
    り、 第一及び第二の発光器組立体から放射される非平行の光線を検出するとともに
    、略球状の投射物が光線を通過するときの光線の遮断時間をするための、支持フ
    レームに沿って選択された空間間隔で離して配置された複数の光検出器を備えて
    おり、 選択された光検出器への光線が球状物体によって遮られる複数の遮断時間を測
    定するとともに、選択された各光検出器について位置と遮断時間に基づいて球状
    投射物の力学的な情報を実質的に即時に処理するための、複数の発光器及び光検
    出器と連絡しているマイクロプロセッサ制御システムを有していることを特徴と
    する光センサシステム。
  12. 【請求項１２】 支持フレームの二つの延長部は全体としてＬ字型のフレー
    ムを与え、当該フレームは予め決められた間隔で実質的に垂直及び水平に配置さ
    れた複数の光検出器を含むんでいる、請求項１１記載の光センサシステム。
  13. 【請求項１３】 発光器組立体は、光源及び非平行の光線を与える光学エレ
    メントを備えている、請求項１１記載の光センサシステム。
  14. 【請求項１４】 光学エレメントはビームスプリッタである、請求項１３記
    載の光センサシステム。
  15. 【請求項１５】 発光器はフォーカスされたレーザー光源である、請求項１
    １記載の光センサシステム。
  16. 【請求項１６】 各レーザー光源は、フォーカスされたレーザービームと、
    レーザービームによって生成された光信号を光検出器に対して等しく分離する機
    能を有する光スプリッタを含んでいる、請求項１５記載の光センサシステム。
  17. 【請求項１７】 光検出器は発光器から放射される光線に並べられ、ゴルフ
    ボールの半径よりも小さい距離だけ離して配置されている、請求項１１記載の光
    センサシステム。
  18. 【請求項１８】 光検出器は、発光器から発せられた複数の光線を検出する
    ために非対称な光センサネットを形成するよう空間的に配置された、請求項１１
    記載の光センサシステム。
  19. 【請求項１９】 さらに前記ゴルフボールの移動から生成されるデータを表
    示するための映像ディスプレーを備える、請求項１１記載の光センサシステム。
  20. 【請求項２０】 球状物体はゴルフボールである、請求項１１記載の光セン
    サシステム。
  21. 【請求項２１】 さらに、ゴルフボールの予測される経路に沿って配置され
    たゴルフボール停止ネットを備えている、請求項１１記載の光センサシステム。
  22. 【請求項２２】 マイクロプロセッサ制御システムは、さらに、アナログ−
    ディジタル変換器、中央処理ユニット、メモリ、論理デコーダ、および出力ポー
    トの組を備えている、請求項１１記載の光センサシステム。
  23. 【請求項２３】 ゴルフボール及びゴルフクラブの関連する力学的な情報を
    測定する光センサネットを有するゴルフトレーニングシステムであって、 第一のレッグ及び第二のレッグを有する全体としてＬ字型のフレームを備えて
    おり、 フレームの第一のレッグに接続された第一の発光器及びフレームの第二のレッ
    グに接続された第二の発光器を含む発光器組立体を備えており、各発光器は実質
    的に単一面内で広がる非平行の光線を放射し、 フレームの第一のレッグに沿って間隔を置いて配置され第二の発光器から放射
    された非平行の光線を受光する光検出器の第一の組、およびフレームの第二のレ
    ッグに沿って間隔を置いて配置され第一の発光器から放射された非平行の光線を
    受光する光検出器の第二の組を含んだ光検出器配列を備えており、第一及び第二
    の発光器からの非平行の光線は非対称な光センサネットを形成し、この光センサ
    ネットはスイング運動中にセンサネットの少なくとも一部を通過するときに、ゴ
    ルフボール及びゴルフクラブの関連する運動情報を捕捉するものであり、 光検出器配列と連絡する、選択された光検出器のゴルフボール及びゴルフクラ
    ブるよる途絶の期間を測定するとともに、選択された光検出器の途絶及びそれぞ
    れの途絶時間に基づいてゴルフボール及びゴルフクラブの関連する運動情報を処
    理するデータプロセッサを備えていることを特徴とするゴルフトレーニングシス
    テム。
  24. 【請求項２４】 第一のレッグは実質的に垂直に配置され、第二のレッグは
    実質的に垂直に配置されている、請求項２３記載のゴルフトレーニングシステム
    。
  25. 【請求項２５】 第二のレッグは約３０度から６０度の角度範囲で傾けられ
    ている、請求項２４記載のゴルフトレーニングシステム。
  26. 【請求項２６】 少なくとも一つのレッグは屈曲されて形成されている、請
    求項２４記載ゴルフトレーニングシステム。
  27. 【請求項２７】 発光器組立体は、少なくとも一つの発光器からの単一の光
    ビームを複数の光検出器へ等しく分離する少なくとも一つの光ビームスプリッタ
    を含んでいる、請求項２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  28. 【請求項２８】 少なくとも一つの光ビームスプリッタは、反射防止コーテ
    ィングを含んでいる、請求項２７記載のゴルフトレーニングシステム。
  29. 【請求項２９】 第一及び第二の発光器は、パルス状のレーザービームを放
    射し、光検出器は、光センサネットを横切るゴルフボールによって生成される光
    線から周囲の照明によって生成される光線を分けるためにフィルターにかけられ
    ている、請求項２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  30. 【請求項３０】 非対称の光センサネットは、相対的に一様な密度を有する
    二次元的な光ネットを与える、請求項２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  31. 【請求項３１】 発光器は、フォーカスされたレーザービーム、および光検
    出器によって受光される発散した光を与えるビームスプリッタを含んでいる、請
    求項２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  32. 【請求項３２】 フレームの第一のレッグ上及び第二のレッグ上の光検出器
    配列は、空間的に並べられ、ゴルフボールの半径よりも小さい予め決められた空
    間間隔で配置されている、請求項２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  33. 【請求項３３】 光センサーネットの長さ寸法は、２フィートから４フィー
    トの範囲である、請求項２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  34. 【請求項３４】 データプロセッサは発光器組立体と連絡している、請求項
    ２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  35. 【請求項３５】 さらに、ゴルフボールの移動から生成されるデータを表示
    する画像ディスプレーを備えている、請求項２３記載のゴルフトレーニングシス
    テム。
  36. 【請求項３６】 さらに、ゴルフボールの予測される経路に沿って配置され
    た捕球ネットを備えている、請求項２３記載のゴルフトレーニングシステム。
  37. 【請求項３７】 光センサネットを用いて移動物体の力学的な空間情報を与
    える方法であって、 少なくとも二つの非平行の光線を光検出器配列に向けて放射し、光センサネッ
    トを形成する発散光源を含むセンサシステムを選択するステップと、 光検出器配列へ向かう光線の放射を遮るよう、少なくとも一つの移動物体を光
    センサネット内の非平行の光を通過させるステップと、 発散光源から放射され、光センサネットを通過する移動物体によって遮られた
    光線を受光した選択された光検出器を特定するステップと、 遮られた光線を検出する、光検出器配列内の選択された検出器について、遮断
    時間を検出するステップと、 遮られた非平行の光線を受光した選択された検出器についての測定された遮断
    時間に基づいて、移動物体についての力学的な空間情報を測定するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  38. 【請求項３８】 移動物体は予め決められた直径を有するゴルフボールであ
    る、請求項３７記載の力学的な空間情報を与える方法。
  39. 【請求項３９】 移動物体はゴルフクラブである、請求項３７記載の力学的
    な空間情報を与える方法。
  40. 【請求項４０】 請求項３８記載の力学的な空間情報を与える方法において
    、さらに、 光検出器配列への非平行の光線の放射を遮るために、光センサネット内の非平
    行の光線を通るようゴルフクラブを通過させるステップと、 光センサネットを通過するゴルフクラブによって遮断された、発散光源によっ
    て放射された光線を受光する選択された光検出器の第二のグループを特定するス
    テップと、 遮断された光線を受光する光検出器配列内の光検出器の第二のグループについ
    ての遮断時間を検出するステップと、 遮断された非平行の光線を受光した選択された光検出器についての測定された
    遮断時間に基づいて、ゴルフクラブの力学的な空間情報を計算するステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  41. 【請求項４１】 力学的な空間情報には、ゴルフボールのスピード及び軌跡
    が含まれている、請求項４０記載の力学的な空間情報を与える方法。
  42. 【請求項４２】 力学的な空間情報には、クラブのスピード及び経路が含ま
    れている、請求項４０記載の力学的な空間情報を与える方法。
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