JP5649993B2 - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置および測定方法に関し、特に、打撃物と被打撃物の両方の運動状態をより正確に測定することができるようにする測定装置および測定方法に関する。

野球、ゴルフ、テニス、サッカーなどのスポーツにおいて、例えば、プレーヤが用いるバットやゴルフクラブ、テニスラケット、あるいはサッカーにおけるプレーヤの脚部など、打撃物の速度を測定することは、そのプレーヤの持つパワー的な能力を測定するという意味で重要である。また、野球ボールやゴルフボール、テニスボール、サッカーボールなどの、被打撃物の速度を測定することも、プレーヤが行った打撃（ショット）の質、即ち、パフォーマンスレベルを測定するという意味で重要である。

従って、スポーツにおいて打撃物と被打撃物の速度を同時に測定することは、基礎的な測定と言うことができ、各々の競技において技能の向上を図る上で重要である。これらの測定方法には、従来、映像を使った方法、磁気を使った方法、光学センサを用いた方法、ドップラセンサを用いた方法など、様々な方法があるが、最近では特に、簡便で安価であることなどから、ドップラセンサを用いる方法が多く利用されている。

例えば、ドップラセンサを用いて、ゴルフにおいて、スイングしたときのクラブヘッドの速度を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、ドップラセンサを用いて、ゴルフにおける打撃物としてのクラブヘッドの速度（ヘッドスピード）と被打撃物としてのゴルフボールの速度（ボールスピード）の両方を測定するものもある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−３２６３１８号公報 特開２０１０−０２５７３７号公報

しかしながら、特許文献２で開示されている測定方法では、１個のドップラセンサにより取得したドップラ信号に基づいて、クラブヘッドの速度とゴルフボールの速度を測定している。この場合、１個のドップラセンサから取得したドップラ信号を、クラブヘッド側の信号と、ゴルフボール側の信号に適切に分離できるかが重要となるが、クラブヘッドとゴルフボールの速度が近い場合に正確に分離することが難しい。そのため、クラブヘッドとゴルフボールの運動状態を正確に測定できないことがあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、打撃物と被打撃物の両方の運動状態をより正確に測定することができるようにするものである。

本発明の一側面の測定装置は、第１の送信信号を出力するとともに、前記第１の送信信号が打撃物に反射して戻ってきた信号である第１のドップラ信号を受信する第１のドップラセンサと、前記打撃物によって被打撃物が打撃された瞬間である打撃タイミングを検出する打撃タイミング検出手段と、検出された前記打撃タイミングから所定期間前の時刻までの前記第１のドップラ信号に基づいて前記打撃物の速度を演算する打撃物速度演算手段と、演算された前記打撃物の速度に基づいて、画像を撮像する撮像タイミングを決定する撮像タイミング決定手段と、決定された前記撮像タイミングに従い、前記被打撃物の運動状態を演算するための前記画像であって、打撃直後の前記被打撃物を含む前記画像を撮像する撮像手段とを備える。

本発明の一側面の測定方法は、ドップラセンサと、打撃タイミング検出手段と、演算手段と、撮像タイミング決定手段と、撮像手段とを備える測定装置による測定方法であって、前記ドップラセンサが、送信信号を出力するとともに、前記送信信号が打撃物に反射して戻ってきた信号であるドップラ信号を受信し、前記打撃タイミング検出手段が、前記打撃物によって被打撃物が打撃された瞬間である打撃タイミングを検出し、前記演算手段が、検出された前記打撃タイミングから所定期間前の時刻までの前記ドップラ信号に基づいて前記打撃物の速度を演算し、前記撮像タイミング決定手段が、演算された前記打撃物の速度に基づいて、画像を撮像する撮像タイミングを決定し、前記撮像手段が、決定された前記撮像タイミングに従い、前記被打撃物の運動状態を演算するための前記画像であって、打撃直後の前記被打撃物を含む前記画像を撮像する。

本発明の一側面においては、ドップラセンサから送信信号が出力されるとともに、送信信号が打撃物に反射して戻ってきた信号であるドップラ信号がドップラセンサで受信される。打撃物によって被打撃物が打撃された瞬間である打撃タイミングが検出され、検出された打撃タイミングから所定期間前の時刻までのドップラ信号に基づいて打撃物の速度が演算され、演算された打撃物の速度に基づいて、画像を撮像する撮像タイミングが決定され、決定された撮像タイミングに従い、被打撃物の運動状態を演算するための画像であって、打撃直後の被打撃物を含む画像が撮像される。

本発明の一側面によれば、打撃物と被打撃物の両方の運動状態をより正確に測定することができる。

本発明を適用した測定システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 図１の測定システムの配置例を示す図である。 計測装置内の２個のドップラセンサとその測定範囲との関係について説明する図である。 インパクト測定モードによる測定処理について説明するフローチャートである。 本発明を適用したコンピュータの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

［測定システムの構成例］
図１は、本発明を適用した測定システムの一実施の形態の構成例を示している。

図１の測定システムは、ヘッド計測装置１、ストロボカメラ２、データ処理装置３、及び動画像カメラ４を有し、プレーヤ（被験者）がゴルフクラブをスイングして、所定の位置に置かれたゴルフボールを打撃したときの、打撃物であるゴルフクラブの速度と、被打撃物であるゴルフボールの速度を同時に測定するシステムである。以下において、ゴルフクラブの速度はヘッドスピード、ゴルフボールの速度はボールスピードともいう。

図１の測定システムは、ゴルフボールがゴルフクラブに打撃された瞬間のゴルフクラブとゴルフボールの速度を測定して表示するインパクト測定モード（第１の測定モード）と、ゴルフクラブとゴルフボールの速度の測定の他に、プレーヤのスイング動作全体の画像も撮影して表示する画像付き測定モード（第２の測定モード）とを有している。

ヘッド計測装置１は、ドップラセンサ１１、コンパレータ１２、及びADC(A/Dコンバータ)１３を、それぞれ２個ずつ備えている。ドップラセンサ１１は、マイクロ波の信号を送信信号として出力するとともに、出力した送信信号が所定の物体に反射して周波数が変更され、所定のドップラ周波数となった反射信号（以下、ドップラ信号という。）を受信する。ドップラセンサ１１が出力する送信信号の周波数は、例えば、24.11GHzである。コンパレータ１２は、ドップラセンサ１１が受信したドップラ信号の出力レベルを、予め設定された基準レベルＶ_ＴＨと比較し、その出力レベルが基準レベルＶ_ＴＨ以上である場合に、測定対象の物体を検出した検出信号Ｋ１またはＫ２を出力する。ADC１３は、ドップラセンサ１１が出力するドップラ信号を所定のビット数（例えば、１６ビット）でAD変換し、AD変換後のデジタル化されたドップラ信号ＳＩＧ１またはＳＩＧ２を出力する。

２個のドップラセンサ１１、コンパレータ１２、及びADC１３のうち、一方は右打ちのプレーヤのヘッドスピード検出用であり、他方は左打ちのプレーヤのヘッドスピード検出用である。本実施の形態では、ドップラセンサ１１ａ、コンパレータ１２ａ、及びADC１３ａが右打ち用に設定されており、ドップラセンサ１１ｂ、コンパレータ１２ｂ、及びADC１３ｂが左打ち用に設定されている。右打ち用と左打ち用の違いは、ヘッド計測装置１内のドップラセンサ１１の取り付け位置の違いであるが、詳細については図３を参照して後述する。

以下では、右打ちのプレーヤ用の設定がなされている場合について主に説明し、左打ちのプレーヤ用の設定にした場合の相違部分については必要に応じて適宜説明する。

ヘッド計測装置１は、マイクロホン１４、バッファメモリ１５、切替部１６、表示部１７、制御部１９、及び入出力部２０も有している。

マイクロホン１４は、被打撃物であるゴルフボールが打撃物であるゴルフクラブに打撃されたときの音声信号Ｍを取得することで、インパクトの瞬間、即ち、被打撃物であるゴルフボールが打撃物であるゴルフクラブに打撃された瞬間のタイミングを検出する。

バッファメモリ１５は、制御部１９の制御により、ドップラセンサ１１ａから出力されたドップラ信号ＳＩＧ１、または、ドップラセンサ１１ｂから出力されたドップラ信号ＳＩＧ２を、予め設定された測定時間に対応する所定のデータ量だけ記憶する。バッファメモリ１５はリングバッファとなっており、基準レベルＶ_ＴＨ以上の新たなドップラ信号が供給されると、そこに記憶されている所定量のデータのうち、古いものから順次更新される。具体的には、例えば、右打ち用の設定の場合、ドップラ信号ＳＩＧ１が、アドレスの小さな方から順に書き込まれ、全てのデータ領域に対し書き込みがされた場合、データの古い方から（即ち、アドレスの小さな方から）再度上書きすることにより、一定量（一定時間）の最新のドップラ信号ＳＩＧ１がバッファメモリ１５に記憶される。左打ち用の設定の場合には、ドップラ信号ＳＩＧ１ではなくドップラ信号ＳＩＧ２が、同様の要領でバッファメモリ１５に記憶される。

切替部１６は、例えば、DIPスイッチ等により構成され、右打ちのプレーヤ用と、左打ちのプレーヤ用の動作設定を切り替える。換言すれば、切替部１６は、制御部１９が行うゴルフクラブの速度の演算対象を、ドップラセンサ１１ａのドップラ信号とするか、または、ドップラセンサ１１ｂのドップラ信号とするかを切り替える。なお、右打ちのプレーヤ用と、左打ちのプレーヤ用の動作設定を切り替えは、ヘッド計測装置１とデータ処理装置３を接続し、入出力部２０を介してデータ処理装置３から供給される制御信号に基づいて行うようにしてもよい。この場合、切替部１６は省略することができる。

表示部１７は、３つのLED１８ａ乃至１８ｃを備え、制御部１９からの制御信号に基づいて、LED１８ａ乃至１８ｃを点灯または消灯させる。１番目のLED１８ａは、ドップラセンサ１１ａが物体（ゴルフクラブ）を検出したとき、点灯する。２番目のLED１８ｂは、インパクトが検出されたとき、点灯する。３番目のLED１８ｃは、ドップラセンサ１１ａが物体（ゴルフクラブ）を検出し、かつ、物体検出から所定時間内にインパクトが検出されたとき、点灯する。換言すれば、３番目のLED１８ｃは、１番目のLED１８ａが点灯してから所定時間の間に２番目のLED１８ｂが点灯したとき、点灯する。詳細は後述するが、３番目のLED１８ｃの点灯は、制御部１９で演算されたヘッドスピードがストロボカメラ２に出力されたことを意味する。

なお、３つのLED１８ａ乃至１８ｃは、点灯の代わりに、点滅等の表示でもよい。また、３つのLED１８ａ乃至１８ｃの点灯を制御する制御信号をデータ処理装置３に送信し、LED１８ａ乃至１８ｃと同様の表示を、データ処理装置３の後述する表示部３４に表示させるようにしてもよい。この場合、表示部１７は省略することができる。

制御部１９は、切替部１６の設定に基づいて、ドップラ信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２の制御を行う。即ち、制御部１９は、切替部１６において右打ち用の動作設定がなされている場合、コンパレータ１２ａから物体（ゴルフクラブ）を検出した旨の検出信号Ｋ１が供給された時点から、ADC１３ａから供給されるドップラ信号ＳＩＧ１のバッファメモリ１５への書き込みを開始する。そして、制御部１９は、ヘッドスピードの計測に十分なデータ（ドップラ信号ＳＩＧ１）がバッファメモリ１５に保存されたときから、ヘッドスピードの演算を開始する。ヘッドスピードの演算は、ドップラ信号ＳＩＧ１が新たにバッファメモリ１５に供給される度に実行される。即ち、ドップラ信号ＳＩＧ１の更新に応じて、ヘッドスピードも更新されることで、インパクトにより近いタイミングで計測された最新のヘッドスピードが常に求められる。

ヘッドスピードは、次のドップラ効果の公式により求めることができる。
ｖ＝（ｃ・Ｆ_ｄ）／（２・Ｆ_ｔ）
ここで、ｃは光速（299792485m/s）、Ｆ_ｄは、受信したドップラ信号ＳＩＧ１の周波数（ドップラ周波数）、Ｆ_ｔは、ドップラセンサ１１ａの出力周波数である。

また、制御部１９は、検出信号Ｋ１が供給されてから所定の時間内に、マイクロホン１４からの音声信号Ｍによりインパクトの瞬間が検出されたとき、直近に計測されたヘッドスピードを、入出力部２０を介して、ストロボカメラ２に送信する。また、制御部１９は、計測結果であるヘッドスピードをストロボカメラ２に送信した後、ドップラ信号ＳＩＧ１のバッファメモリ１５への書き込みを終了（停止）する。

さらに制御部１９は、表示部１７のLED１８ａ乃至１８ｃの点灯を制御する。具体的には、制御部１９は、コンパレータ１２ａから検出信号Ｋ１が供給されたとき、１番目のLED１８ａを点灯させ、検出信号Ｋ１が供給されてから所定の時間内に、マイクロホン１４から音声信号Ｍが供給されたとき、２番目のLED１８ｂを点灯させる。そして、制御部１９は、計測結果であるヘッドスピードをストロボカメラ２に出力したとき、３番目のLED１８ｃを点灯させる。また、制御部１９は、LED１８ａ乃至１８ｃの消灯も制御する。

このように、ゴルフクラブの検出、インパクトの瞬間の検出、計測結果であるヘッドスピードの出力、のそれぞれに対応してLED１８ａ乃至１８ｃを点灯させることにより、測定データが正常に取得できたか否かを一目で分かりやすくしている。

切替部１６において左打ち用の動作設定がなされている場合には、制御部１９は、上述した検出信号Ｋ１およびドップラ信号ＳＩＧ１に代えて、検出信号Ｋ２およびドップラ信号ＳＩＧ２を用いて同様の制御を行う。従って、右打ち用の設定か、または、左打ち用の設定かに応じて、２個ずつ用意されたドップラセンサ１１、コンパレータ１２、及びADC１３の一方は未使用となる。ヘッド計測装置１を右打ち専用、または、左打ち専用とする場合には、切替部１６と、ドップラセンサ１１、コンパレータ１２、及びADC１３の不要な一方は省略し、コストダウンさせることができる。

ストロボカメラ２は、通信部２１、制御部２２、撮像部２３、及び、ストロボ装置２４を備える。なお、ストロボ装置２４は２個設けられており、それらをストロボ装置２４ａおよび２４ｂと区別する。

通信部２１は、ヘッド計測装置１の入出力部２０と接続され、ヘッド計測装置１で計測されたヘッドスピードを取得し、制御部２２に供給する。また、通信部２１は、データ処理装置３の通信部３１と接続され、制御部２２から供給された、撮像部２３で撮像された２枚の画像（のデータ）を、データ処理装置３に送信する。

制御部２２は、通信部２１から供給される、ヘッド計測装置１で計測されたヘッドスピードに基づいて、撮像部２３が行う２回の撮像のタイミングを決定し、決定した撮像タイミングに基づき、撮像部２３およびストロボ装置２４を制御する。

より具体的には、制御部２２は、通信部２１から供給されるヘッドスピードに基づいて、１回目の撮像タイミングと、２回目の撮像タイミング（１回目の撮像タイミングから２回目の撮像タイミングまでの時間間隔）を決定する。そして、制御部２２は、決定された１回目の撮像タイミングとなったときに、ストロボ装置２４ａを制御してストロボ発光させるとともに、撮像部２３を制御して、撮像させる。また、制御部２２は、決定された２回目の撮像タイミングとなったときに、ストロボ装置２４ｂを制御してストロボ発光させるとともに、撮像部２３を制御して、撮像させる。これにより、インパクト直後のゴルフボールを、異なる時刻で撮像した２枚の画像が得られる。換言すれば、通信部２１から供給されるヘッドスピードに基づいて、撮像部２３が２回の撮像を行ったとき、それぞれの画像にゴルフボールが捉えられるように、制御部２２によって撮像タイミングが決定される。制御部２２は、２回の撮像により得られた２枚の画像を、ヘッド計測装置１で計測されたヘッドスピードとともに、通信部２１を介して、データ処理装置３に出力する。

撮像部２３は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)カメラやCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサカメラにより構成され、制御部２２から指示された撮像タイミングで撮像を行い、その結果得られた２枚の画像を制御部２２に供給する。撮像部２３の撮像により得られた２枚の画像は、データ処理装置３の演算部３２が、インパクト直後のゴルフボールの運動状態（速度）を演算するために用いられる。

ストロボ装置２４は、ストロボ発光可能な照明装置であり、制御部２２から指示された撮像タイミングでストロボ発光し、ゴルフボールに光を照射する。ストロボ装置２４ａは、１回目の撮像用のストロボ装置２４であり、ストロボ装置２４ｂは、２回目の撮像用のストロボ装置２４である。

データ処理装置３は、通信部３１、演算部３２、表示制御部３３、及び表示部３４により構成される。データ処理装置３は、例えば、パーソナルコンピュータ等で構成することができる。

通信部３１は、ストロボカメラ２及び動画像カメラ４と所定のデータ形式によるデータの授受を行う。具体的には、通信部３１は、ストロボカメラ２から供給される、ヘッドスピードと、インパクト直後に撮像された２枚の画像を受信して、演算部３２へ供給するとともに、画像付き測定モードにおいてはさらに動画像カメラ４から供給される、プレーヤのスイング動作を撮影して得られた動画像データも取得して、表示制御部３３へ供給する。また、通信部３１は、表示制御部３３から供給される制御コマンドを、動画像カメラ４に送信する。

演算部３２は、ヘッド計測装置１で計測されて、ストロボカメラ２を介して供給されたヘッドスピードを表示制御部３３に供給する。なお、ヘッドスピードは、通信部３１から、直接、表示制御部３３に供給するようにしてもよい。

また、演算部３２は、ストロボカメラ２で撮像された、インパクト直後のゴルフボールが映る２枚の画像から、ゴルフボールの運動状態、具体的には、速度、単位時間当たりの回転数、および、回転方向のなかの少なくとも１つを算出し、表示制御部３３に供給する。本実施の形態のインパクト測定モードでは、ゴルフボールの速度が少なくとも求められるものとする。

ゴルフボールの速度、並びに、単位時間当たりのゴルフボールの回転数および回転方向は、例えば、次のような方法で算出することができる。ゴルフボールには、その表面に、ゴルフボールメーカのメーカ名またはブランド名の文字やマーク（ロゴ）が付されていることが多い。演算部３２は、ゴルフボールの表面に付されている文字やマークの一部を特徴点として検出する。そして、１回目の撮像により得られた第１の画像と、２回目の撮像により得られた第２の画像とで、対応する特徴点どうしの位置を比較することにより、ゴルフボールの移動距離、回転数および回転方向が算出される。ゴルフボールの移動距離を、第１の画像と第２の画像の撮像時間間隔で除算することで、ゴルフボールの速度が求められる。第１の画像と第２の画像の撮像時間間隔は、ストロボカメラ２から、２枚の画像とともに取得することができる。ゴルフボールの速度、並びに、単位時間当たりのゴルフボールの回転数および回転方向の詳細な算出方法については、例えば、本出願人の先願である特開2009-247642号公報に開示されている。

演算部３２で求められたゴルフボールの速度と、ゴルフボールの回転数および回転方向は、ヘッド計測装置１による計測結果であるヘッドスピードとともに、表示制御部３３に供給される。

表示制御部３３は、インパクト測定モードでは、ゴルフクラブの速度とゴルフボールの速度の両方を表示部３４に表示させる。

また、表示制御部３３は、ゴルフクラブの速度とゴルフボールの速度の他に、ゴルフボールの速度（ボールスピード）[m/s]をゴルフクラブの速度（ヘッドスピード）[m/s]で除算して得られるミート率も表示部３４に表示させるようにすることができる。さらに、表示制御部３３は、ボールスピードを用いた所定の計算式で求められる標準的なゴルフボールの飛距離も併せて表示させるようにしてもよい。標準的なゴルフボールの飛距離は、例えば、（ボールスピード[m/s]×３．８）[yard]として計算することができる。

さらに、画像付き測定モードでは、表示制御部３３は、通信部３１を介して動画像カメラ４から取得したプレーヤのスイング動作の動画像に、演算部３２で求められたゴルフクラブの速度とゴルフボールの速度を重畳させて、表示部３４に表示させる。あるいは、表示制御部３３は、演算部３２で求められたゴルフボールの速度、回転数および回転方向から、ゴルフボールの弾道（飛球の軌跡）を計測し、表示部３４に表示させてもよい。

プレーヤのスイング動作を撮影した所定期間の動画像のなかから、インパクト瞬間の画像を特定するには、例えば、次のようにすることができる。インパクトが検出された旨のタイミング信号（音声信号Ｍ）が、ヘッド計測装置１から、ストロボカメラ２を介して、データ処理装置３に供給される。このとき、ヘッド計測装置１の入出力部２０は、タイミング信号をストロボカメラ２に出力すると同時に、内部カウンタによるカウント動作を開始する。データ処理装置３の表示制御部３３は、ストロボカメラ２を介してタイミング信号を取得して、インパクトが検出されたことを認識するとともに、入出力部２０のカウント値を読み込み、通信による遅れ量（入出力部２０がタイミング信号を出力してから表示制御部３３が認識するまでの時間差）を取得する。そして、表示制御部３３は、タイミング信号を受信した時刻から遅れ量だけ遡った時刻に、動画像カメラ４で撮像された画像を、インパクト時の画像とする。これにより、動画像カメラ４で撮像されたスイング動作全体の動画像のなかからインパクト時の画像を正確に特定することができ、表示制御部３３は、インパクト時の画像を中心として前後に所定枚数の撮像画像を、スイング動作全体の動画像として表示部３４に表示させる。なお、ストロボカメラ２を介さずに、ヘッド計測装置１とデータ処理装置３を直接接続し、タイミング信号とカウント値を、ヘッド計測装置１から直接取得するようにしてもよい。

表示部３４は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成され、インパクト測定モードでは、ゴルフクラブの速度とゴルフボールの速度を表示する。また、画像付き測定モードでは、表示部３４は、ゴルフクラブの速度とゴルフボールの速度の他に、プレーヤのスイング動作の動画像やゴルフボールの弾道も表示する。

なお、演算結果の速度が前回の演算結果と全く同一である場合には、前回の測定表示のままなのか、新たに測定された結果であるのかが分からない場合もあり得る。そこで、最新の測定結果を表示する場合には、最初の一定時間、測定結果を点滅表示させることで、測定結果の表示が更新されたことを表すようにしてもよい。

動画像カメラ４は、動画像を撮像可能なビデオカメラまたはビデオスチルカメラ等で構成され、画像付き測定モードにおいて、データ処理装置３の制御にしたがい撮像し、その結果得られる動画像データをデータ処理装置３に供給する。動画像カメラ４からデータ処理装置３に供給される動画像データには、動画像を構成する各画像の撮影時刻がメタデータとして含まれている。なお、インパクト測定モードのみで使用する場合、動画像カメラ４は省略することができる。

［測定システムの配置例］
図２は、上面から見たときの、図１の測定システムと、ゴルフボール及びプレーヤ一との位置関係を示す図である。なお、図２は、プレーヤが右打ちである場合の例である。

プレーヤ（の足）４１がゴルフボール４２を正面にして位置したとき、プレーヤ４１とゴルフボール４２を結ぶ直線上の、ゴルフボール４２より向こう側の離れた位置にヘッド計測装置１が配置され、さらに、ヘッド計測装置１よりも向こう側の離れた位置に、動画像カメラ４が配置されている。換言すれば、プレーヤ４１、ゴルフボール４２、ヘッド計測装置１、及び動画像カメラ４が、その順で略一直線上に配置されている。動画像カメラ４は、三脚４３で固定されている。

ストロボカメラ２は、ヘッド計測装置１の横で、飛球方向側に配置されている。なお、ストロボカメラ２の設置位置は、ストロボカメラ２の撮像タイミングに応じて最適な位置に決定すればよい。例えば、インパクト瞬間とほぼ同時とみなし、ヘッド計測装置１の上に重ねて配置してもよい。

ヘッド計測装置１とストロボカメラ２は、USBケーブル４４で接続されている。また、ストロボカメラ２とデータ処理装置３は、USBケーブル４５で接続されている。データ処理装置３と動画像カメラ４も、USBケーブル４６で接続されている。なお、各装置間の接続方法は、例えば、RS-232C、LAN、Bluetooth（登録商標）、赤外線通信など、有線、無線を問わず、各種の接続方法を採用することができる。

本実施の形態では、ヘッド計測装置１、ストロボカメラ２、データ処理装置３、及び動画像カメラ４を別々に設けたが、それらの全部または一部を一体として構成してもよい。例えば、ヘッド計測装置１とストロボカメラ２を一体としたり、データ処理装置３としてのパーソナルコンピュータが動画像カメラ４としてのカメラを有している場合などのように、データ処理装置３と動画像カメラ４を一体とすることも可能である。

［ドップラセンサ１１と測定範囲との関係］
次に、図３を参照して、ヘッド計測装置１内の２個のドップラセンサ１１と、その測定範囲との関係について説明する。図３においても、図２と同様、プレーヤが右打ちである場合の例とする。

ヘッド計測装置１内のマイクロホン１４とゴルフボール４２を結ぶ直線と、２個のドップラセンサ１１ａと１１ｂを結ぶ直線は直交し、２個のドップラセンサ１１ａと１１ｂを結ぶ直線上かつ２個のドップラセンサ１１ａと１１ｂの中間にマイクロホン１４が配置されている。従って、２個のドップラセンサ１１ａと１１ｂは、ゴルフボール４２とマイクロホン１４を結ぶ直線に対して左右対称に配置されている。

本実施の形態において、ドップラセンサ１１ａ及び１１ｂそれぞれのマイクロ波の放射角度は、例えば、８０度であるとする。ドップラセンサ１１ａは、図３に示すように、８０度の扇形の測定範囲が、ゴルフボール４２が置かれた位置から、ゴルフボール４２の飛球方向と反対方向（飛球方向の後ろ側）を向くように配置されている。一方、ドップラセンサ１１ｂは、８０度の扇形の測定範囲が、ゴルフボール４２が置かれた位置から、飛球方向と同方向を向くように配置されている。

このような位置関係においては、プレーヤが右打ちである場合、ゴルフボール４２を打撃するまでのゴルフクラブは、ドップラセンサ１１ａの測定範囲内で検出される。反対に、プレーヤが左打ちである場合には、ゴルフボール４２を打撃するまでのゴルフクラブは、ドップラセンサ１１ｂの測定範囲内で検出される。従って、ドップラセンサ１１ａが右打ちのプレーヤ用のヘッドスピード検出センサであり、ドップラセンサ１１ｂが左打ちのプレーヤ用のヘッドスピード検出センサとなる。

図３に示した例では、ゴルフボール４２とヘッド計測装置１との距離が３００mmに設定されているが、ゴルフボール４２とヘッド計測装置１との距離としては３００乃至６００mm程度が適切である。

［インパクト測定モードによる測定処理］
次に、図４のフローチャートを参照して、インパクト測定モードによる測定処理について説明する。なお、インパクト測定モードの動作設定は、この処理の開始前に既に行われているものとする。また、ヘッド計測装置１の切替部１６では右打ち用の設定がなされており、ドップラセンサ１１ａは、ヘッド計測装置１の電源投入とともにマイクロ波の出力を開始している。

初めに、ステップＳ１において、制御部１９は、ドップラセンサ１１ａが物体、即ちゴルフクラブを検出したかを判定する。具体的には、コンパレータ１２ａから検出信号Ｋ１が供給されたかを判定することで、ドップラセンサ１１ａがゴルフクラブを検出したか否かを判定し、ゴルフクラブを検出したと判定するまでステップＳ１の判定処理が繰り返される。

そして、ステップＳ１で、ドップラセンサ１１ａがゴルフクラブを検出したと判定された場合、処理はステップＳ２に進み、制御部１９は、１番目のLED１８ａを点灯させ、時間のカウントを開始する。

ステップＳ３において、制御部１９は、ADC１３ａによってデジタル化されて供給されるドップラセンサ１１ａのドップラ信号ＳＩＧ１のバッファメモリ１５への保存（書き込み）を開始する。

ステップＳ４において、制御部１９は、バッファメモリ１５に、ヘッドスピードの計測に十分なデータ（ドップラ信号ＳＩＧ１）が保存されたか否かを判定する。ヘッドスピードを正確に計測するためには、ある程度の期間のドップラ信号ＳＩＧ１が必要である。ステップＳ４では、ヘッドスピードを正確に計測するために予め設定された所定期間の長さのドップラ信号ＳＩＧ１がバッファメモリ１５に蓄積されたか否かが判定され、蓄積されたと判定されるまで、ステップＳ４の処理が繰り返される。ただし、ステップＳ４の処理にはタイムアウトが設定されており、ステップＳ４でＮＯと判定される状態が長く続き、タイムアウトが発生した場合には、ステップＳ１の処理に戻るようになされている。

ステップＳ４で、ヘッドスピードの計測に十分なデータがバッファメモリ１５に保存されたと判定された場合、処理はステップＳ５に進み、制御部１９は、ヘッドスピードの計測を開始する。この処理以降、新たなドップラ信号ＳＩＧ１がバッファメモリ１５に供給される度に、ヘッドスピードも再計算（更新）される。

ステップＳ６において、制御部１９は、ドップラセンサ１１ａがゴルフクラブを検出してから所定の時間内にゴルフボールの打撃音を検出したかを判定する。より具体的には、制御部１９は、ステップＳ２で開始したカウントが所定のカウント数となるまでの間に、ゴルフクラブがゴルフボールを打撃した音声信号Ｍがマイクロホン１４から供給されたかを判定する。

ステップＳ６で、所定の時間内にゴルフボールの打撃音を検出していないと判定された場合、処理はステップＳ７に進み、制御部１９は、ドップラセンサ１１ａのドップラ信号のバッファメモリ１５への保存を終了し、ステップＳ８において、点灯している１番目のLED１８ａを消灯させ、測定処理を終了する。

従って、図４の測定処理では、ドップラセンサ１１ａによりゴルフクラブが検出されてから、所定の時間内にゴルフボールの打撃音が検出されなかった場合、測定は行われない。

一方、ステップＳ６で、所定の時間内にゴルフボールの打撃音を検出したと判定された場合、処理はステップＳ９に進み、制御部１９は、ヘッドスピードの最新の計測結果を、入出力部２０を介してストロボカメラ２に送信する。

そして、ステップＳ１０において、制御部１９は、ドップラセンサ１１ａからのドップラ信号のバッファメモリ１５への保存を終了し、ステップＳ１１において、２番目及び３番目のLED１８ｂ及び１８ｃを点灯させる。

ステップＳ１２において、ストロボカメラ２の制御部２２は、ヘッド計測装置１で計測されたヘッドスピードを、通信部２１を介して取得する。

ステップＳ１３において、制御部２２は、取得したヘッドスピードに基づいて、撮像部２３が行う２回の撮像のタイミングを決定し、決定した撮像タイミングに基づき、撮像部２３に撮像させる。制御部２２から指示された撮像タイミングにより、ストロボ装置２４はストロボ発光し、撮像部２３は撮像する。

ステップＳ１４において、制御部２２は、２回の撮像により得られた２枚の画像を、ヘッド計測装置１で計測されたヘッドスピードとともに、通信部２１を介して、データ処理装置３に転送する。

ステップＳ１５において、データ処理装置３の演算部３２は、ストロボカメラ２から受信した２枚の画像に基づいて、ボールスピードを算出する。算出されたボールスピードは、ヘッド計測装置１による計測結果であるヘッドスピードとともに、表示制御部３３に供給される。

ステップＳ１６において、表示制御部３３は、演算部３２から供給されたヘッドスピードとボールスピードを、表示部３４に表示させる。

ステップＳ１７において、ヘッド計測装置１の制御部１９は、ヘッドスピードの出力から一定時間経過後であって、ヘッドスピードとボールスピードの表示から一定時間経過後に相当する所定の時刻に、１乃至３番目のLED１８ａ乃至１８ｃを消灯させ、処理を終了する。

以上のように、インパクト測定モードによる測定処理では、ヘッド計測装置１において、一定期間のドップラ信号に基づいて、ヘッドスピードが、インパクトの瞬間まで継続的に測定されるとともに、音声信号Ｍ（ゴルフボールの打撃音）により、インパクトの瞬間が検出される。そして、インパクトの直前に計測されたヘッドスピードが、ストロボカメラ２に供給される。

ストロボカメラ２では、ヘッド計測装置１で計測されたヘッドスピードに基づいて、インパクト直後のゴルフボールを撮像する２回の撮像タイミングが決定されて、撮像される。そして、データ処理装置３において、撮像された２枚の画像に基づいて、ゴルフボールのボールスピードが計算される。

即ち、図１の測定システムでは、従来のように、１個のドップラセンサにより取得したドップラ信号に基づいて、ヘッドスピードとボールスピードの両方を測定するのではなく、ヘッドスピードについてはドップラセンサ１１の信号から測定し、ボールスピードについては、ゴルフボールを撮像した２枚の画像から測定するようになされている。したがって、打撃物と被打撃物それぞれの運動状態である、ゴルフクラブとゴルフボールの両方の速度をより正確に測定することができる。

インパクトの瞬間を検出する場合、単に音声信号のみを用いて打撃が行われたことを検出すると、ゴルフクラブによるゴルフボールの打撃以外の、関係のない音に反応してしまうことがある。一方、ドップラ信号を解析することでインパクトの瞬間を検出することは、短時間で高精度で求める必要があるため高価なプロセッサが必要となり、費用などの点で現実的ではない。そこで、本実施の形態では、コンパレータ１２ａから物体を検出した旨の検出信号Ｋ１が供給された時点から、即ち、ドップラセンサ１１ａがゴルフクラブを検出した時点から所定の時間内に、ゴルフボールの打撃音を検出したか否かを判定することで、高価なプロセッサを用いず、単に音声信号のみを用いて検出する場合より正確にインパクトの瞬間を特定している。即ち、図１の測定システムによれば、より安価、かつ、高精度に、ゴルフクラブの速度とゴルフボールの速度を求めることができる。

従来のゴルフクラブとゴルフボールの速度の測定では、プレーヤの一連のスイング動作の全てとゴルフボールが飛んでいる時間全部を格納するメモリ領域を確保し、記憶することが行われていた。これに対して、図１の測定システムでは、上述したようにインパクトの瞬間を正確に特定することができるので、速度の演算に最低限必要なメモリ容量だけメモリ領域を確保し、記憶させておけばよい。従って、バッファメモリ１５として必要なメモリ領域を、ゴルフクラブの速度を正確に測定できる最小のサイズとすることができる。例えば、インパクト前の０．２秒間の測定データを記憶する場合には、１６Ｋバイトのメモリ領域があればよい。

［本実施の形態の変形例］
上述した実施の形態では、インパクトの瞬間を検出する検出手段として、インパクト時の音を検出するマイクロホンを採用したが、これに限らず、その他のものを採用することができる。例えば、インパクトの瞬間を検出する検出手段としてラインセンサカメラを採用し、ラインセンサカメラが所定位置に置かれているゴルフボールを撮像し、撮像された画像に変化があった場合、即ち、撮像された画像からゴルフボールが消えた場合を、インパクトの瞬間として検出することができる。また、インパクトの瞬間を検出する検出手段として、透過型または反射型のレーザセンサを採用し、ゴルフボールに向けてレーザ光を照射し、透過してくるレーザ光の有無、または、反射してくるレーザ光の有無により、インパクトの瞬間を検出してもよい。

また、上述した実施の形態では、ゴルフボールの運動状態を演算するための２枚の画像を、ストロボカメラ２内の１つの撮像部２３で撮像するようにしたが、２枚の画像を異なるストロボカメラ２または撮像部２３で撮像するようにしてもよい。即ち、ストロボカメラ２または撮像部２３は２以上でもよく、２枚以上の画像を用いてゴルフボールの運動状態を演算するようにしてもよい。

図１の測定システムは、例えば、ゴルフクラブを販売するスポーツ店や、ゴルフのレッスンを行うゴルフレッスン場などで利用される。

しかしながら、ヘッド計測装置１は、携帯可能な小型の装置とすることが可能であるため、ストロボカメラ２（およびその先に接続されたデータ処理装置３）から切り離して、インパクト測定モードによるスピード測定のみを行う、ポータブル型の測定装置とすることも可能である。ポータブル型にした場合、例えば、ユーザ（プレーヤ）は、ゴルフ練習場などに持ち運んで使用することができる。ポータブル型のヘッド計測装置１とするには、バッテリと、計測結果のヘッドスピードを表示する７セグメントLED等をさらに設ければよい。

しかし、ヘッド計測装置１を、ストロボカメラ２等から切り離して使用する場合、ストロボカメラ２による撮像は行われないため、ボールスピードについては計測できないことになる。

そこで、ヘッド計測装置１単独による計測の場合、ヘッドスピードの計測に使用しない側のドップラセンサ１１、コンパレータ１２、及びADC１３を、ボールスピードの計測に使用することができる。

例えば、右打ち用の動作設定では、ドップラセンサ１１ａからのドップラ信号に基づいてヘッドスピードの計測が行われるが、ドップラセンサ１１ｂは未使用となる。図３を参照してわかるように、プレーヤが右打ちである場合、ドップラセンサ１１ｂの測定範囲には、ゴルフクラブの打撃により飛球するゴルフボール４２の軌道が含まれる。従って、ドップラセンサ１１ｂを、ゴルフクラブで打撃された後のゴルフボール４２の速度（ボールスピード）を測定するためのセンサとして使用することができる。ゴルフボール４２の速度の計測方法は、ゴルフクラブの速度と同様である。ただし、このような機能をヘッド計測装置１に備えさせる場合、バッファメモリ１５には、ボールスピード計測用のメモリ領域も必要になる。

さらに、ヘッド計測装置１が、未使用のドップラセンサ１１によるボールスピード計測機能を備えた場合には、ストロボカメラ２等と接続されている状態でも、未使用のドップラセンサ１１によるボールスピード計測処理を実行し、ヘッドスピードとともにボールスピードをデータ処理装置３に提供するようにしてもよい。この場合、データ処理装置３は、例えば、２枚の画像から演算部３２が算出したボールスピードと、ヘッド計測装置１で計測されたボールスピードの平均などを演算し、最終的なボールスピードとして表示させることができる。これにより、２個あるドップラセンサ１１を有効利用し、かつ、ボールスピードの計測精度を向上させることができる。

あるいはまた、ヘッド計測装置１が、ボールスピード計測機能を備え、ヘッドスピードとともにボールスピードを演算して、データ処理装置３に送信してきた場合には、データ処理装置３の演算部３２には、ボールスピード以外のゴルフボールの運動状態、例えば、単位時間当たりの回転数などを演算させるようにすることができる。これにより、ヘッド計測装置１のボールスピード計測機能を有効活用して、データ処理装置３を他の機能に使用することができ、各装置のリソースを十分に生かすことができる。

上述した実施の形態では、ゴルフにおける打撃物であるゴルフクラブの速度と被打撃物であるゴルフボールの速度を測定する例について説明したが、図１の測定システムは、ゴルフ以外のスポーツにおける打撃物と被打撃物の速度の測定に利用することができる。例えば、野球における打撃物であるバットと被打撃物である野球用ボールの速度の測定、フットボール（サッカー）における打撃物であるプレーヤの脚部と被打撃物であるサッカーボールの速度の測定、テニスにおける打撃物であるテニスラケットと被打撃物であるテニスボールの速度の測定などに利用することができる。ただし、被打撃物の速度は所定の位置に静止している状態から移動したときの速度に限定される。

［コンピュータのハードウエア構成例］
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。

図５は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータ（パーソナルコンピュータ）のハードウエアの構成例を示すブロック図である。

コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。

バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、入力部１０６、出力部１０７、記憶部１０８、通信部１０９、及びドライブ１１０が接続されている。

入力部１０６は、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる。出力部１０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部１０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部１０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ１１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体１１１を駆動する。

撮像部１２１は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS（Complementary Mental Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子により構成される。撮像部１２１は、被写体を撮像し、撮像した被写体の画像データを、入出力インタフェース１０５を介してCPU１０１等に供給する。

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

コンピュータ（CPU１０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記録媒体１１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。

コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記録媒体１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ 計測装置， ２ ストロボカメラ， ３ データ処理装置， ４ 動画像カメラ， １１ａ，１１ｂ ドップラセンサ， １２ａ，１２ｂ コンパレータ， １３ａ，１３ｂ ADC， １４ マイクロホン， １５ バッファメモリ， １６ 切替部， １７ 表示部， １８ａ乃至１８ｃ LED， １９ 制御部， ２２ 制御部， ２３ 撮像部， ３２ 演算部， ３３ 表示制御部， ３４ 表示部

Claims (8)

1. 第１の送信信号を出力するとともに、前記第１の送信信号が打撃物に反射して戻ってきた信号である第１のドップラ信号を受信する第１のドップラセンサと、
   前記打撃物によって被打撃物が打撃された瞬間である打撃タイミングを検出する打撃タイミング検出手段と、
   検出された前記打撃タイミングから所定期間前の時刻までの前記第１のドップラ信号に基づいて前記打撃物の速度を演算する打撃物速度演算手段と、
   演算された前記打撃物の速度に基づいて、画像を撮像する撮像タイミングを決定する撮像タイミング決定手段と、
   決定された前記撮像タイミングに従い、前記被打撃物の運動状態を演算するための前記画像であって、打撃直後の前記被打撃物を含む前記画像を撮像する撮像手段と
   を備える測定装置。
2. 前記第１のドップラ信号の信号レベルを所定の基準レベルと比較し、前記第１のドップラ信号の信号レベルが前記所定の基準レベル以上であることを検出する比較手段と、
   前記所定の基準レベル以上の新たな前記第１のドップラ信号により順次更新され、予め設定された所定期間の前記第１のドップラ信号を記憶する記憶手段と
   をさらに備え、
   前記打撃物速度演算手段は、前記記憶手段に記憶された前記所定期間の前記第１のドップラ信号が新たな前記第１のドップラ信号により更新される度に、前記打撃物の速度を演算する
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記撮像手段は、打撃直後の前記被打撃物を異なる時刻で２回撮像し、
   前記撮像手段により撮像された２枚の前記画像に基づいて、前記被打撃物の運動状態を演算する被打撃物速度演算手段をさらに備える
   請求項２に記載の測定装置。
4. 前記打撃物を用いて前記被打撃物を打撃するときのプレーヤの動作を撮像するプレーヤ撮像手段と、
   前記プレーヤ撮像手段により撮像された前記プレーヤの動画像と、演算により得られた前記打撃物の速度と前記被打撃物の運動状態を表示する表示手段と
   をさらに備える
   請求項３に記載の測定装置。
5. 前記第１のドップラセンサ及び前記打撃タイミング検出手段は、前記被打撃物の飛球方向に対して垂直な方向であるプレーヤの正面方向に配置される
   請求項１に記載の測定装置。
6. 第２の送信信号を出力するとともに、前記第２の送信信号が打撃物に反射して戻ってきた信号である第２のドップラ信号を受信する第２のドップラセンサと、
   前記打撃物速度演算手段の前記打撃物の速度の演算対象を、前記第１のドップラ信号から前記第２のドップラ信号に切り替える切替手段と
   をさらに備え、
   前記第１のドップラセンサは、右打ちまたは左打ちのいずれか一方のプレーヤ用のものであり、
   前記第２のドップラセンサは、前記右打ちまたは左打ちの他方のプレーヤ用のものである
   請求項１に記載の測定装置。
7. 前記打撃物はゴルフクラブであり、前記被打撃物はゴルフボールである
   請求項１に記載の測定装置。
8. ドップラセンサと、打撃タイミング検出手段と、演算手段と、撮像タイミング決定手段と、撮像手段とを備える測定装置による測定方法であって、
   前記ドップラセンサが、送信信号を出力するとともに、前記送信信号が打撃物に反射して戻ってきた信号であるドップラ信号を受信し、
   前記打撃タイミング検出手段が、前記打撃物によって被打撃物が打撃された瞬間である打撃タイミングを検出し、
   前記演算手段が、検出された前記打撃タイミングから所定期間前の時刻までの前記ドップラ信号に基づいて前記打撃物の速度を演算し、
   前記撮像タイミング決定手段が、演算された前記打撃物の速度に基づいて、画像を撮像する撮像タイミングを決定し、
   前記撮像手段が、決定された前記撮像タイミングに従い、前記被打撃物の運動状態を演算するための前記画像であって、打撃直後の前記被打撃物を含む前記画像を撮像する
   測定方法。

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