JP3227384B2 - 飛行球体の回転数測定装置 - Google Patents

飛行球体の回転数測定装置

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JP3227384B2 JP17295796A JP17295796A JP3227384B2 JP 3227384 B2 JP3227384 B2 JP 3227384B2 JP 17295796 A JP17295796 A JP 17295796A JP 17295796 A JP17295796 A JP 17295796A JP 3227384 B2 JP3227384 B2 JP 3227384B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はゴルフボールやテニ
スボールなどの飛行球体の回転数測定装置に関し、さら
に詳しく言えば、打ち出された飛行球体が空間に舞って
いるときの回転数(スピン量)を計測できる飛行球体の
回転数測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】回転体の回転数を非接触で計測するに
は、おおよそのところその回転体に特定の光反射マーク
を付し、所定時間内におけるその光反射マークの移動量
を光学的に読み取るようにしている。
【0003】ゴルフボールについても原理的には同じで
あって、例えば特公昭60−21349号公報において
は、ゴルフボールの表面2箇所に同ボール中心に対して
所定角度θ°であるように反射マークを貼り付けるとと
もに、このゴルフボールが打撃されて飛んで行く時のゴ
ルフボール通過面に対して投光部と受光部とを配置し、
その投光部より出た光が反射マークに当たって反射した
反射光を受光部にて受光して、上記2個の反射マークよ
り得られる2つの電気信号の時間間隔tから、そのゴル
フボールのスピン量SをS=60×θ/t×360r.
p.mの式から求めるようにしている(従来例1)。
【0004】この従来例1に類する方法としては、他に
も特公昭60−22302号(従来例2)や特公昭60
−22303号(従来例3)等がある。また、原理は同
じであるが、写真撮影やビデオカメラを用いて飛行球体
の回転数を測定することも知られている。すなわち、飛
行中の飛行球体の映像を所定の時間間隔を置いて複数枚
とり、その飛行球体上の特定位置に付されているマーク
の移動量から演算により回転数を割り出すようにしてい
る(従来例4)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
1ないし従来例3の場合、投光部の投光面および受光部
の受光面はともに光ファイバの束よりなり、その照射面
積および照射光量に限界があるため、飛行球体(例え
ば、ゴルフボール)の有効検出範囲はたかだか縦500
mm、横15mm、高さ数10cm程度しかない。
【0006】したがって、ショット直後の比較的ブレが
少なく、未だ低い位置にあるボールについては計測可能
であるが、それ以後の高く打ち出され、しかも球筋が一
定しないボールについてはその回転数を測定することが
できない。
【0007】一方、従来例4のように写真撮影やビデオ
カメラで静止画を得るにしても、ボールの回転が高速で
あったり、その移動速度が高速の場合には、画像を取り
込む時間が長いと、その画像が潰れてしまうため、高速
シャッタやマイクロフラッシュなどの発光時間が短い発
光装置が別途に必要となり、全体的に装置が複雑なもの
となってしまうという欠点がある。
【0008】また、静止画を画像入力装置でコンピュー
タに取り込み、そのモニタ上でカーソルを合わせて移動
量を読み取る方法、また、計測を自動化する目的で画像
を2値化処理して、コンピュータに球体上の特定位置に
あるマークを認識させる方法も知られているが、いずれ
にしてもそのプログラムが複雑になるとともに、データ
処理に時間がかかるという問題がある。
【0009】さらに、移動量の測定精度を高めるには、
ボールを画像内に大きく捕らえる必要があるが、このよ
うにすると測定対象領域が縮小されてしまい、従来例1
ないし従来例3の場合と同様に、高く打ち出されて空中
に舞っている例えば最高点付近のボールについてはその
回転数を計測することは困難であった。
【0010】また、テニスにおけるテニスボールのスピ
ン量に至っては、ゴルフ以上にボールの軌跡が一定しな
いため、そのスピン計測はさらに困難であった。
【0011】本発明は、このような従来の事情にかんが
みなされたもので、その目的は、フィールド上の所定範
囲の空間を計測対象領域とし、例えば高く打ち上げられ
た飛行球体の回転数を計測し得るようにした比較的構成
が簡単な飛行球体の回転数測定装置を提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、飛行球体の表面の一部分にその地肌面と
は光反射率が異なるマークを付し、その反射光量を検出
することにより上記飛行球体の回転数を測定する飛行球
体の回転数測定装置において、打球位置から打ち出され
た以後の上記飛行球体の予想される飛行経路を含む空間
内に上記飛行球体が少なくとも2回転して移動する範囲
以上の計測対象領域を設定し、その計測対象領域に向け
て光を照射するDCライトからなる投光部と、上記計測
対象領域中を飛行している上記飛行球体からの反射光を
受光し、かつ、その反射光量の変動に応じた信号を出力
する光電子増倍管からなる受光部と、同受光部からの出
力信号に基づいて上記飛行球体の回転数を検出する回転
数検出手段とを備え、上記投光部の前方5〜50m内の
任意の5mの領域内が100ルクス以上の照度である
とを特徴としている。
【0013】投光部に光量変化がきわめて少ないDCラ
イトを用いたことにより、飛行球体の回転による光量変
化を高精度に計測することができる。
【0014】また、受光部に光電子増倍管を用いたこと
により、フォトダイオードやフォトトランジスタ、光電
管などに比べて、バックグラウンドに存在する光量に対
して飛行球体からの反射光量変動分を大きくとることが
できる。
【0015】また、照度に関して、投光部の前方5〜5
0m内の任意の5mの領域内を100ルクス以上の照度
としたことにより、特に空中に高く舞っているゴルフボ
ールの回転数を高精度に計測することができる。
【0016】すなわち、通常、ゴルフボールは速度40
〜60m/s、スピン量2000〜9000rpmで飛
行し、最高速度である60m/sの場合のスピン量は少
ない場合でも約2000rpmと言われている。一方、
ゴルフボールに光反射テープを貼って回転数を計測する
場合、その反射光の光量変動は測定上、少なくとも1周
期が必要とされる。そして、ゴルフボールから1周期の
反射光の光量変動を得るためには、光反射テープの形態
に関わらずゴルフボールが1回転すればよい。これらの
ことから、最も広い計測領域を必要とする条件、すなわ
ち、最高速度(60m/s),最低スピン量(2000
rpm)で飛行するゴルフボールが1回転する間に飛行
する距離は、次式から1.8mと求められる。 60m/s×(1×60/2000)s=1.8m したがって、投光部の照射範囲は、少なくとも1.8m
の長さを有していればよい。
【0017】ところで、光変化の一方のピークが計測領
域の例えば中心付近で得られる場合、もう一方のピーク
を計測するには、計測領域が広いほどよい。すなわち、
計測領域がボール1回転あたりの移動距離の約2倍であ
れば、少なくとも反射光の光量変動が2周期得られるた
め、光量変動のピークが計測領域の任意位置で得られて
も、ボールのスピン量を高い精度で計測できることにな
る。したがって、次式に基づいて投光部の照射範囲を約
半径1.8m、直径にして約3.6mにすると、任意の
通常のクラブで打ち出されたボールのスピン量を確実に
計測できる。 60m/s×(2×60/2000)s=3.6m
【0018】例えば、投光部を飛行球体(例えば、ゴル
フボール)の飛来が予想される飛行エリアの下部に配置
し、その上方空間、すなわち空に向けて同投光部から光
を照射する。この場合、バックグラウンド(屋外の場合
は空)の明暗は少なくとも秒、分単位では急変せず比較
的安定しているため、ゴルフボールが飛来しない場合、
その受光部から出力される検出信号は、そのレベルの高
低は別としてほぼ一定と見なしてよいレベルに安定して
いる。
【0019】この状態で、上記マークが付されたゴルフ
ボールが飛来すると、その回転数に応じて受光部の受光
量(受光レベル)が変化する。その際の変化速度はバッ
クグラウンドの変化に対して比較にならない程高速で、
かつ、大きいため、その変化量を抽出することにより、
ゴルフボールの回転数が求められる。
【0020】要するに、バックグラウンドが明暗しても
その光量変化の周期と、ゴルフボールが飛来した際の光
量変化の周期とが一致していなければ、ゴルフボールの
回転数を計測することが可能となる。したがって、投光
器としては光量変動を含まないDCライトを使用すると
よい。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を説明する。図1にはこの測定装置により、飛
行中のゴルフボールBの回転数(スピン量)を測定する
状態の模式図が示されている。この場合、ゴルフボール
Bの表面の一部分にその地肌面とは光反射率が異なるマ
ークMが付されるのであるが、この実施例では、ゴルフ
ボールBの1/2面、すなわちその半球面を覆うように
例えば黒色塗装からなるマークMが付けられている。
【0022】この測定装置は、打球位置から打ち出され
た以後のゴルフボールBの予想される飛行経路を含む空
間である計測対象領域Aに向けて例えばその真下方向か
ら光を照射する投光部10と、その計測対象領域A中を
飛行しているゴルフボールBから反射された散乱光を受
光するため例えば光軸を垂直方向に向けた受光部20
と、同受光部20からその受光量に応じて出力される出
力信号に基づいてゴルフボールBの回転数を検出する回
転数検出手段30と、投光部10に電力を供給するDC
定電圧電源12および受光部20に電力を供給する高圧
電源回路40とを備えている。
【0023】この実施例において、投光部10にはそれ
自体の光量変化がゴルフボールBの回転による光量変化
の計測に支障を来さないようにするため、光量変化がな
いDCライトが用いられている。具体的には、16個の
85Wの自動車用ハロゲンランプ11と、それに必要と
される電力を供給するためのDC0〜12V可変のDC
定電圧電源12とから構成されている。なお、各ハロゲ
ンランプ11は計測対象領域A内の照度がほぼ均一とな
るように、その各光軸の向きが設定され配置されてい
る。
【0024】これに対して、受光部20は、例えば直径
100mmで、焦点距離75mmの集光レンズと、光電
子増倍管とから構成されている。この光電子増倍管とし
ては、例えば浜松ホトニクス社製R2228(商品名)
などがある。
【0025】ここで光電子増倍管を用いたのは、バック
グラウンドに存在する光量に対して、ゴルフボールBか
らの反射光量変動分を大きくとる目的で夜間での計測を
行なう際、フォトダイオードやフォトトランジスタ、光
電管などを用い増幅器で信号増幅するよりも高いS/N
比が得られるからである。
【0026】回転数検出手段30は、受光部20の光電
子増倍管から光量変化に応じて出力される出力電流を電
圧信号に変換する電流−電圧変換回路31と、そのアナ
ログ電圧信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路
32と、そのデジタル信号から電圧変動の周期T(se
c)を計算し、この周期Tのデータから60(sec)
/T(sec)なる演算により、ゴルフボールBのスピ
ン量Sを求めるデジタル演算回路33と、そのスピン量
Sを表示する表示部34とを備えている。なお、電圧変
動の周期Tは、電圧変動の極大を認識する演算と、その
極大間の時間を計算する演算とにより求められる。
【0027】なお、この実施例においては、A/D変換
回路32、デジタル演算回路33および表示部34はパ
ーソナルコンピュータを利用して実現しており、電圧変
動の波形をCRT上に表示し、観察できるようにしてい
る。また、この実施例ではバックグラウンドに存在する
光量の変動が小さい場合を想定して、変動信号の極大間
の時間から周期Tを求めるようにしているが、バックグ
ラウンドに存在する光量自体が大きく変動している場合
には、フィルター回路を設けることにより、不用な変動
成分を除去すればよい。さらに、所望の光量変動の波形
を充分長く得られるように投光部10を適宜設計し、そ
の信号を高速フーリエ変換(FFT)することにより、
その周波数成分からゴルフボールBの反射光量の変動周
期を求めるようにすることも可能である。
【0028】さらに、上記実施例ではゴルフボールBの
光反射率を変えるため、その半球面に黒色塗装よりなる
マークMを付しているが、部分的な反射率の変え方はこ
の実施例に限定されるものではない。例えば、塗り分け
を4等分、すなわちゴルフボールBの表面を4等分し、
その対向する2つの分割面に光反射マークMを付けても
よく、また、その色としても黒色に限定されるものでは
ない。
【0029】要は、ゴルフボールBの回転に応じて反射
光量が変化すればよく、その反射光量の変化からボール
の回転数が求められる方法であれば特に限定されるもの
ではない。例えば、塗り分けを4等分した場合には、2
等分した場合に比べてボールの回転数に対する光量変化
の周期が1/2になるため、特にバックグラウンドや投
光自体に光量変化がある場合、その光量変化の周期とボ
ールの回転による反射光の光量変化の周期とを異ならせ
ることにより、より分離が容易となる場合がある。
【0030】また、上記実施例は特にゴルフボールBの
バックスピンを計測するため、計測対象領域Aの真下に
投光部10と受光部20とを配置しているが、投光部1
0および受光部20の各光軸の向きはこれに限定される
ものではなく、計測するスピンの回転軸の方向や計測場
所の背景からの反射光などを考慮して適宜設定すること
ができる。
【0031】次に、疑似的に上記ゴルフボールBが空中
で回転している状態を作り出し、この回転数測定装置に
てそのスピン量(回転数)を測定したので、それを図2
に基づいて説明する。なお、同図(a)はそのテスト風
景の模式的側面図であり、同図(b)はその模式的平面
図である。
【0032】まず、回転速度が可変のモータ50の回転
軸に上記のように半面が黒色とされたゴルフボールBを
取り付け、同ゴルフボールBを地上から850mmの位
置に設置するとともに、受光部20をゴルフボールBか
ら30m離れた位置において、その受光光軸がゴルフボ
ールBの回転中心をとおり、かつ、水平となるように設
置した。
【0033】このテストでは、上記のように受光部20
の受光光軸を水平方向としているために、投光部10を
その受光部20の近傍に配置すると、地面からの反射光
がノイズとなって現れるおそれがあるため、ゴルフボー
ルBのみを投光するように、その光源に乾電池式のペン
ライトを用い、同ゴルフボールBに対して斜め下方位置
から投光した。
【0034】なお、このテストはバックグラウンドに存
在する光量に対してゴルフボールBからの光量変動を大
きくとるために夜間に行ない、照度計51にてゴルフボ
ールB近傍の照度を測定するとともに、同ゴルフボール
Bが計測領域を飛行しながら回転する現実の場合を想定
して、図2(b)に示されているように、ゴルフボール
Bの位置を受光部20の受光光軸上にある(中)位置
と、同受光光軸から左右方向にそれぞれ2.5m移動さ
せた(右)位置および(左)位置の各位置において計測
した。また、モータ10によるゴルフボールBの回転数
は各位置において、それぞれ2000rpm,6000
rpm,9000rpmとした。
【0035】〈テスト1〉ゴルフボールBを受光部20
の受光光軸上の(中)位置、その周囲の照度を70ルク
スとして、モータ50にて9000rpmで回転させ
た。そして、受光部20にてその反射光量を検出し、そ
の出力信号を回転数検出手段30に取り込み、波形観察
して変動周期を読み取ろうとしたが、波形不良で計測で
きなかった。
【0036】〈テスト2〉ゴルフボールBの周囲の照度
を100ルクスに上げ、それ以外はテスト1と同じ条件
としたところ、周期0.0067secの波形が観測さ
れた。したがって、この場合の計測値は実際の回転数よ
り若干低い8960rpmであった。
【0037】〈テスト3〉ゴルフボールBの周囲の照度
を100ルクスとし、モータ50により6000rpm
で回転させ、それ以外はテスト1と同じ条件で計測した
ところ、周期0.010secの波形が観測され、これ
により実際の回転数と同じ6000rpmが計測され
た。
【0038】〈テスト4〉ゴルフボールBの周囲の照度
を100ルクスとし、モータ50により2000rpm
で回転させ、それ以外はテスト1と同じ条件で計測した
ところ、周期0.030secの波形が観測された。こ
れにより、実際の回転数と同じ2000rpmが計測さ
れた。
【0039】〈テスト5〉ゴルフボールBを受光部20
の受光光軸から2.5m右に移動した(右)位置、その
周囲の照度を100ルクスとして、モータ50にて90
00rpmで回転させた。そして、受光部20にてその
反射光量を検出し、その出力信号を回転数検出手段30
に取り込み波形観察したところ、周期0.0067se
cの波形が観測された。したがって、この場合の計測値
は実際の回転数より若干低い8960rpmであった。
【0040】〈テスト6〉ゴルフボールBをモータ50
にて6000rpmで回転させ、それ以外はテスト5と
同じ条件で計測したところ、周期0.010secの波
形が観測され、これにより実際の回転数と同じ6000
rpmが計測された。
【0041】〈テスト7〉ゴルフボールBをモータ50
にて2000rpmで回転させ、それ以外はテスト5と
同じ条件で計測したところ、周期0.030secの波
形が観測され、これにより、実際の回転数と同じ200
0rpmが計測された。
【0042】〈テスト8〉ゴルフボールBを受光部20
の受光光軸から2.5m左に移動した(左)位置、その
周囲の照度を100ルクスとして、モータ50にて20
00rpmで回転させた。そして、受光部20にてその
反射光量を検出し、その出力信号を回転数検出手段30
に取り込み波形観察したところ、周期0.030sec
の波形が観測され、これにより実際の回転数と同じ20
00rpmが計測された。
【0043】〈テスト9〉ゴルフボールBをモータ50
にて6000rpmで回転させ、それ以外はテスト8と
同じ条件で計測したところ、周期0.010secの波
形が観測され、これにより実際の回転数と同じ6000
rpmが計測された。
【0044】〈テスト10〉ゴルフボールBをモータ5
0にて9000rpmで回転させ、それ以外はテスト8
と同じ条件で計測したところ、周期0.0067sec
の波形が観測された。したがって、この場合の計測値は
実際の回転数より若干低い8960rpmであった。
【0045】これらのテストの結果、ボール(飛行球
体)の近傍の照度が少なくとも100ルクスあれば、ボ
ールが受光部の受光軸からずれていても安定して、受光
部からそのスピン量(回転数)に応じた出力信号が得ら
れることが分かった。参考までに、上記テスト1〜10
の測定結果を次表に示す。
【0046】
【表1】
【0047】次に、実際にゴルフボールBを空中に打ち
出し、その飛行軌道の最高点近傍におけるスピン量を計
測したテスト11について説明する。 〈テスト11〉ゴルフボールには、4等分した球面のう
ち、対向する2つの分割面の光反射率が地肌面の光反射
率と異なるように、2つの分割面に黒色塗装を施した。
したがって、このゴルフボールは、1回転すると反射光
の光量変動が2周期得られることになる。そして、この
ゴルフボールをスイングロボットに取り付けられたゴル
フクラブのドライバにより、初速約60m/s,打ち出
し角度約11度,初期スピン量約3300rpmで空中
に打ち出した。
【0048】一方、投光部10は、打ち出し位置から前
方140m位置におけるゴルフボールのスピン量を計測
できるように設置した。なお、この位置におけるゴルフ
ボールの飛行高さは、約30mであった。この投光部1
0として、85Wの自動車用ハロゲンランプを300m
m間隔で8個並べた列を300mm間隔で並行に2列設
け(合計16個)、各ランプの光軸を鉛直に調整すると
ともに、DC定電圧電源により各ランプに12Vを印加
した。
【0049】図3にゴルフボールが反射した反射光の光
量変動を示す。この図によれば、ゴルフボールが3回転
するために要した時間は、0.05762秒であること
が判る。したがって、このときのゴルフボールのスピン
量は、次式から近似的に約3120rpmと算出でき
る。 60/(0.05762/3)=約3120rpm
【0050】ところで、ゴルフボールが計測対象領域を
通過する速度が60m/sであるとすると、ゴルフボー
ルが3回転する間に移動する距離は次式から近似的に約
3.6mと算出できる。 0.05762×60=約3.6m すなわち、換言すれば、計測対象領域の長さが3.6m
以上となるように、投光部10を適宜設定しておけば、
ゴルフボールが3回転したときの光量変動が得られ、こ
れによりゴルフボールのスピン量を高い精度で計測でき
ることが判る。
【0051】このような測定装置は、投光部10を構成
する16個のライトのうち、各列1つおきに合計8個の
ライトのみを点灯させても、計測可能であった。要する
に、この測定装置は、16個のライトのうち、任意数の
ライトを用いても、ゴルフボールが光軸に対して交差す
るように通過すれば、ゴルフボールのスピン量を計測で
きるものである。なお、参考までに、85Wの自動車用
ハロゲンランプ1個の30m行方での照度分布の調査結
果を図4に示す。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果が奏される。すなわち、打球位置から打
ち出された以後の飛行球体(例えば、ゴルフボール)の
予想される飛行経路を含む空間の計測対象領域に向けて
光を照射する投光部と、その計測対象領域中を飛行して
いる飛行球体からの反射光を受光し、かつ、その反射光
量の変動に応じた信号を出力する受光部と、同受光部か
らの出力信号に基づいて上記飛行球体の回転数を検出す
る回転数検出手段とを備えている請求項1の発明によれ
ば、実際に空中に舞っているボールの例えばその飛行軌
跡の最高点付近での回転数を計測することができる。
【0053】この場合、上記計測対象領域を上記飛行球
体が少なくとも2回転して移動する範囲以上としたこと
により、飛行球体の光反射マークによる変動周波数をよ
り高精度に求めることができる。
【0054】また、投光部に光量変化がきわめて少ない
DCライトを用いたことにより、飛行球体の回転による
光量変化を高精度に計測することができる。
【0055】また、受光部に光電子増倍管を用いたこと
により、フォトダイオードやフォトトランジスタ、光電
管などに比べて、バックグラウンドに存在する光量に対
して飛行球体からの反射光量変動分を大きくとることが
できる。
【0056】また、投光部の前方5〜50m内の任意の
5mの領域内を100ルクス以上の照度としたことによ
り、特に空中に高く舞っているゴルフボールの回転数を
高精度に計測することができる。
【0057】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回転数測定装置の一実施例を説明
するための模式図。
【図2】モータによりゴルフボールを回転させ、その回
転数を本発明による回転数測定装置で計測したテスト時
の状態を模式的に示した側面図および平面図。
【図3】テスト11におけるゴルフボールが反射した反
射光の光量変動を示すグラフ。
【図4】85Wの自動車用ハロゲンランプ1個の照度分
布の調査結果を示すグラフ。
【符号の説明】
10 投光部 12 DC定電圧回路 20 受光部 31 電流−電圧変換回路 32 A/D変換回路 33 デジタル変換回路 34 表示部(CRT) 40 高圧電源回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 雄一 愛知県豊田市下林町7−40 住友ゴム祥 山寮 (72)発明者 宮本 芳明 兵庫県神戸市西区美賀多台1丁目3番 2703号 (72)発明者 山口 哲男 兵庫県西宮市石在町3−4 (56)参考文献 特開 昭62−254057(JP,A) 特公 昭60−21349(JP,B2)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 飛行球体の表面の一部分にその地肌面と
    は光反射率が異なるマークを付し、その反射光量を検出
    することにより上記飛行球体の回転数を測定する飛行球
    体の回転数測定装置において、 打球位置から打ち出された以後の上記飛行球体の予想さ
    れる飛行経路を含む空間内に上記飛行球体が少なくとも
    2回転して移動する範囲以上の計測対象領域を設定し、
    その計測対象領域に向けて光を照射するDCライトから
    なる投光部と、上記計測対象領域中を飛行している上記
    飛行球体からの反射光を受光し、かつ、その反射光量の
    変動に応じた信号を出力する光電子増倍管からなる受光
    部と、同受光部からの出力信号に基づいて上記飛行球体
    の回転数を検出する回転数検出手段とを備え、上記投光
    部の前方5〜50m内の任意の5mの領域内が100ル
    クス以上の照度であることを特徴とする飛行球体の回転
    数測定装置。
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