JPH02504113A - ボール位置判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 エニ上位ｌ塗里茎１ 、〔産業上の利用分野〕 本発明はポール位置検出装置に関し、特にテニスボールに代表されるボールがラ イン付近のコート表面に落ちた時にその落下位置を検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

これは、既に解決策がいくつか提案されている周知の問題である。例えば、米国 特許第３．８８３．８６０号及び同第４．２９９．３８４号が開示しているシス テムは、コート表面に露出して設けられたセンサ導電体相互間に接触が生じると 回路を閉じるような導電性ファイバを備えたボールを用いている。しかし、これ らのシステムは次のような問題を有する。このシステムに使用するボールは従来 から使用されてきたテニスボールと色、表面の質、摩擦係数および慣性モーメン ト等の点において異なっていることを要し、またコートもライン付近の表面の質 を異なるものとすることが必要である。そのうえ、前記の回路は、アルミニウム 製テニスラケット他のいかなる導電体によっても、あるいはボールから落ちてコ ート上のセンサ導電体相互間にまたがって横たわるような導電製ファイバによっ ても閉じられるものであることが必要である。

また、米国特許第３．７７４．１９４号及び同４．６６４．３７６号はコートに 埋設した検出コイルを用いて電磁気的検出を行うシステムを示している。

前者の特許はラジオ周波数ブリッジ回路を用いており、そのうちの「アーム」の 一つは埋設コイルからなり、前記回路はこの埋設コイルが発するラジオ周波数と 同調する共鳴電気回路を含むテニスボールを検知する。

後者の特許公報は発振器の共振器の一部である埋め込みコイルを開示している。

この発振器の周波数及びキュー値は、本質的に零でない透磁率のボールが近くに あると変化される。

今までの構成では外的影響に対して敏感であるという欠点があり、更に、ボール が丁度「インコ又は「アウト」である場合にボールがラインにタッチしたか否か を決めることは極めて困難である。むしろ、上記のシステムは単に検知コイルに ボールが近（に接近したかを検出するだけである。更に、米国特許公報３７７４ １９４号に記述されるボールは、通常のボールと本質的に異なる物理的特性、例 えば異なる固有軸を持つ必要のある慣性モーメントを有している。

ボールが「インコ又は「アウト」で有るかを決めるために、得算エルゴリズルに よって処理する必要がある。米国特許４６６４３７６号に示されるようにボール が近くに存在することを測定すると、後で示される理由で不正確になる。

本発明の目的は少なくとも上述の一つ以上の欠点を解消することにある。

発明の要約 本発明の一形態によればボール位置判定装置は競技面の下に、送信コイルと受信 コイルとを含み、これら２つのコイルは競技コートの選択部分の下に相互に隣接 して揃えて置かれている。

各コイルはおおい掛けるようにして隣り合わせにするのが好ましい。

遠いフィールドソースから受ける信号を受信コイルで相殺でき２個の受信コイル が送信コイルに隣接しているのが好ましい。

から受けた信号を受信コイルで実質的に相殺するようにすることが好ましい。

本発明の電磁質問装置ではコートラインの近くに、コートの面の下に送信コイル と受信コイルとが配置されている。

これらのコイルの各軸はコートラインに平行であり、そしてこれらのコイルから の信号を使用して透磁率が零でない材料のボールを検知する。

普通テニスボールに使用されているラテックスラバー「フィラー」添加物の幾分 かをフェライトのような高透磁率の磁性材料の粉粒と取り替えたボールが好まし い。

好ましくは、このボールでは、テニスボールに通常台まれるラテックスゴム“充 填剤（Ｆｉｌｌｅｒ）”用添加剤が、フェライトのような高透磁率の磁性材料の パウダー粒子で置換されている。

好ましくは、送信コイルを通して、交番磁界を２マイクロ秒〜２００マイクロ秒 の範囲内で選択された送信周期で送信する送信機手段が設けられ、その信号がボ ールから受信コイルまたは受信コイル群によって受信され、そのボールが、他の 効果を伴って該信号を再放射する。

好ましくは、受信コイルに誘導された信号は、検出器手段によって、同期復調さ れ、低周波数域がフィルターされる。同期復調器の基準位相は、磁界成分をボー ルの透磁率に対して位相一致させるかあるいは該ボールの透磁率の位相に対して 直角にさせるかを選択するように選択される。次に、上記の低周波数域フィルタ て処理され、最終の「イン」または「アウト」の評価を行う。

好ましくは、複数の個別にされた受信コイルが設けられ、各コイルはテニスコー トとしてのプレイ面の下のラインの選択した長い長さを占めており、好ましくは 、この長さはメートルのオーダーの細長いものに形成される。これらの上記した 受信コイルは、好ましくは、コートラインの長さより下に各端部の比率が隣接す るコイルにオーバラップするように端部をよせて置かれている。

この送信コイルも同様に分割され、ラインの長さに渡って延びているのが好まし い。

ここで述べられるシステムは、複数の以前に存在する問題を解決することができ る。

第１に、物理的相違、 ボール及びコートは、標準から物理的に区別できないように、作られ得る。

第２に、過ったトリガは、検出可能な物体がボール以外のラインを横切る場合に 、最小化され得る。

第３に、遠いフィールドの発生された電磁干渉（Ｅ、Ｍ、りへの減少された感受 性。

前記直角位相及び同相の信号の両者は、電磁干渉に等しく感受的である。それゆ え、直角位相チャネル内のどんな重要な信号も過った信号を示す。もし、更に、 遠い磁場がキャンセルされ、一方、近いフィールドがキャンセルされないように 、レシーブコイル回路が構成されるならば、システムは、遠いフィールドに無効 にされないコイルを含むシステムに比較して、電磁干渉に比較的無感応であり得 る。

第４に、正確性、 ある場合にラインにタッチしたか否かを合理的に正確に決定する手段を含み得る 。これは、まさに固定値への大きさの比較ではなく、信号値のある割合あるいは 比較を必要とするプロセスアルゴリズム部分によって達成され得る。

更に、コートラインの同じ長さに感応するがラインを横切る異なる空間の感応性 を有する異なるレシーブコイル回路からのデータ間に、前記割合あるいは比較の いくつかがあることが最も良い。２つの異なるコイル信号からのデータを利用す るプロセスは、最終の“イン”／″アウト評価が、コイルの深さあるいはボール の透磁率に比較的独立であることを可能にする。

図面の簡単な説明 本発明の理解を容易にするため、次のダイアグラムにつき、説明を加える。

第１図は、本発明の好ましい実施例にかかる１つの送信コイルと遠離界とバラン スされ、その端部において、等しい感度を持った２つの受信コイル回路の配置を 示すダイアグラムである。

第２図は、第１図の配置の平面図である。

第３図は、第１図および第２図の実施例における回路構成を示す概略図である。

また、第４図は、第１図、第２図および第３図の構成を有する埋め込み型コイル システム上のコートに当たる異なった弾道のボールから得られる波形を示すグラ フである。

図面を参照すると、送信コイル１および受信コイル２．３が示されている。受信 コイル２．３は、受信コイル２については、矢印４．５．６で示され、受信コイ ル３については、矢印７．８で示されるように、時計方向および反時計方向に巻 かれた巻線を備えた２つの独立した受信コイル回路である。すなわち、コイル２ は、効果的には、３つの直列な巻線９．１゛０．１１よりなり、１つは、ダイア グラムの頂部で、時計方向に巻かれ、中央部で、反時計方向に巻かれた巻線１０ が連なり、ダイアグラムの底部で、時計方向に巻かれた巻線が連なっている。

コイル３は、効果的には、２つの直列な巻線１２．１３よりなり、１つの巻線１ ２は、ダイアグラムの頂半部で、時計方向に巻かれ、ダイアグラムの底生部で、 時計方向に巻かれた巻線１３が連なっている。

各巻線のターンのサイズおよび数は、送信周波数で、遠離界から各コイルに誘導 された信号が実質的にキャンセルあるいはゼロとなるように選択される。これに より、実質的に、コイル回路内の電磁干渉のレベルが低下する。本明細書におい て、「遠離界」とは、受信コイルからコイルの幅より少なくとも１０倍離れたソ ースにより生成された磁界を意味するものである。

前記解除を成功させるためには、転送コイルの空間インピーダンスの影響を考慮 に入れねばならない。例えば、前記コイルがダイヤグラムの回りに対称に変位さ せられた場合には、各巻線が同数の巻き回数を持つコイル３は、転送コイルの駆 動インピーダンスにかかわりなく遠視野までバランスされる。これに対して、同 一寸法に付いて、内側コイル１０に対するコイル２、外側コイル９及び１１の巻 き回数は、転送コイル１の駆動インピーダンスに依存している。ボール２５に対 するコイルの感度は受信コイルの両端で最も高い。

感度をもっと均一にするためには、参照番号１４で示すように各コイルの巻線を 分割する必要がある。

オシレータ１５で作られた信号はアンプ１６を経て増幅され、コイル２と３に受 信された時にアンプ１７で増幅され、それから、転送周波数で同調検波され、そ れからローパスフィルターをかけられる。同調検波の基準位相は、ボールの透磁 率とほぼ同位相の成分とボールの透磁率に対して直角位相の成分との両方の成分 を分用の同調検波器及びローパスフィルター１８と直角位相移動器２０を用いた 直角位相用の同調検波器及びローパスフィルター１９として示されている。

静止背景信号は２１．２２において差し引かれ、コイルの磁性環境の変化の関数 である強度を有する信号が得られる。同位相成分は以降の処理に使用され、直角 位相成分は、電磁干渉の識別ばかりでなく、コートのラインを横切るアルミニウ ム製テニスラケット、テニスコ−トの金属鎖等のボールと異なる反応−抵抗比を 持つ物質の識別等のような識別の用途にも用いることができる。

受信コイル対からのデータは、局所マイクロプロセッサ２５によって処理され、 処理済の情報は２８で示される中央マイクロプロセッサに達する。同様の受信・ 連続処理回路がコイル２に用いられる。そして、対応するデータが参照番号２６ ．２７で示すように、共通の局所マイクロプロセッサ２５に達する。

従って、送信コイルと受信コイルを備える概念を導入することによって、第１に 離れた源すなわち遠い領域からの電磁干渉に影響されにくいように受信コイルを 合わせることが可能であり、かつ受入れた信号を抵抗と反動の要素に関して検査 し、ついで限られた範囲の信号だけを受は入れる実質的な識別を行うことも可能 である。

ボール、特にテニスボールは、ボールの特性およびボールの取扱い−はね返り特 性がボールが実質的に透磁性を有する以外は厳密に同一のままであるように、前 にあった充填物を同じ重さに置き換えたゴムの混合物に混ぜた少量のフ、エライ トを有する。

２つの受信コイルを使用する理由は、もし１つだけの受信コイル（例えばコイル ３）を使用すると、もしテニスボールがこのコ゛イルの横方向の境界線に沿った 正確な位置を維持すると、検出されるべきものが現れないだろう、それゆえこの 位置のボールを検出するようにもう１つの別のコイルを必要とする。

もちろん、第２の受信コイルは遠い領域の源の電磁干渉に対して本質的に約合わ され、すなわち無効であるように巻かなければならないが、第１コイルとは違っ て巻かれる、即ちコイル２はこれを達成している。

第２図に特に示すように並べられたコイルは、任意の長さであるが、テニスコー トに予想される、２３のような、各線それぞれの下におおむね位置決めされる。

各受信コイルは送信領域に対して「無効」である、すなわちいずれかの受信コイ ルの送信コイルによって誘導されたネット信号は、送信コイルと関連した巻き線 の選択された形状寸法のために実質的に最小化される。これは高い安定性許容限 度と大きいダイナミックレンジを必要としない比較的簡単な電子部品に対して電 気伝導性がある。

次に、「インコ又は「アウト」の判定をどのように説明するかについて述べよう 。これは、多数の異なる跳ね返り位置についての決定、ボールについての適切な 印、次いでこれをマイクロプロセッサのメモリ内に記憶すること、次いで知られ ていない位置を決定すべきとき、これを導入する信号と比較することを含む。

大きな信号が受取コイル対の何れかのコイルの直角分に存在するとき、全てのテ ニスボールの「インコ又は「アウト」の判定をて、ボールが「イン」か「アウト 」かをシステムが判定できないとき、臨機の処置がとられるが、これは頻繁には 行われない。

第４図は、ローパスフィルタの出力部での四つの波形を図示する。第１図及び第 ２図に示す形体の直埋コイルシステム上のコートに異なる軌道で当たるボールに よる相の合った要素からバックグラウンドが減じである。点線はコイル２からの 応答を表し、実線はコイル３についてである。

「イン」／「アウト」縁がコイル３の回路の二つの巻線間の境界、すなわち第２ 図の中心の真上にあると仮定し、各場合において、ボールの投射がページの底部 から、底部が「イン」側上にあり且つ頂部がｒアウトｊ側上にある頂部まで横切 ると仮定する。

ボールがコートをほとんど垂直に叩く「ハイロブ」からのボールの軌道、正確に コイルシステムの中央に到り、即ちボールは「イン」であり、中央の少し上にあ ってボールが丁度「アウト」である、が、第４（ａ）図及び第４（ｂ）図に夫々 図示しである。

ボールがコートにほぼ水平に近づいてコートに当たる、ネットを掠める速いショ ットの軌跡による波形は、第４（ｃ）図及び第４（ｄ）図に図示してあり、第４ （Ｃ）図は、ボールの「フットプリント」が「イン」／「アウト」縁について対 称的であるような軌道についてであり、第４（ｄ）図は、ボールが丁度「アウト 」であるような軌道についてである。

ボールが「インコか「アウト」かを決定するために多くのアルゴリズムを採用す ることができる。あらゆる正確なアルゴリズムはある範囲のありうる波形に及ぶ 波形辞典との波形比較か、相互の信号値のある比又は比較をする、即ち一定値に 対する大きさの比較をするのではないアルゴリズムかのいずれかを必要とする。

例えば、このような後者のあるアルゴリズムの一部はの値を決定する。ここに、 Ｓ２およびＳ３はコイル２および３から取り出された静止した信号をもつ前記低 通過信号であり、「ＡＢＳ（Ｓ３ＪはＳ３の絶対値を意味し、Ｋは一定である。

もしこの値がある一定値よりも小さければ、ボールは「アウト」であるとみなさ れる。さもなげれば、ある他の基準をも満たす限り、ボールは「イン」とみなさ れる。一対の一方のコイル回路のデータを他方のコイル回路のデータと比較する と、表面以下のコイルのふかさ及びボールの透過性に比較的無関係な結果が得ら れる。

また、一層の判別の目的でデータがある拘束の範囲内にあることをチェックする ことが望ましい。例えば、明らかに不可能なボールの軌道によって作られていな い信号即ちパルスの波形は大きすぎようと小さすぎようと受は入れられない判定 を必要とする。

ボールが受信コイル対の端近くの線の近くに着地する場合およびボール軌道の一 部が正確なボールの位置の判定に必要とされる受信コイル対の感受帯域のあまり にも遠い外側である場合には、問題の前記コイル対およびボールが横切るそのコ イル対に隣接したコイル対からのデータを検討することによってボールが「イン 」か「アウト」かについて判定をすることが必要である。

簡単で高精度とするためには、隣接する受信コイル対を重ならせて、ラインの近 くの全ての領域に対し、該コイルの近くの領域内の全てのボール位置が、少なく とも一つのコイルにおいて判定するために使用できる実質的な信号を誘導するこ とができるように指示しているか否かの決定をするために、上記判定がなされな ければならない。

各コイル対からの処理されたデータが送られた中央マイクロプロセッサ−が警告 を受けると、上記中央マイクロプロセッサ−は、ボール２４が横断したところの 近くの全てのコイル対からのデータを選択しあるいは結合し、ボール２４がイン かアウトかということに関する最初の判定を行う。

金属強化ロッドを有するテニスコートにおいて、透磁性を有するロッドの存在に よって該ロッドの近傍の磁場は実質的に変えられる。さらに、上記ロッド近くを 横断するボールに対する応答は、ロッドからの対応するボールの軌跡のものとは 異なる。

このような好ましくない状況を避けるために、例えば、アルミニュウム製の金属 スクリーンをロッドとコイルの間に挿入してもよい。

上記スクリーンの存在によって伝導コイルによって発生させられる磁場の強度を 変わり、スクリーンが存在しない場合に比較して、巻線に近接したところに対し て巻線から離れたところが比較的弱い。

磁場が感知帯域にわたってより均一であるようにするために、巻線は平らな螺旋 形に巻き、単位長さ当たりの巻数は巻線の中央から外側周囲にいくに従って増加 させなければならない。このことはまた、各受信コイル巻線に応用し、類似の外 拡散方式で分配されなければならない。

国際調査報告 ＡＩＩＮスτフ江Ｐご＝引に：α仏ＬＳシ旦コ圧フごゴｌコ５０％　ｆｌＧＪ　 Ｎ）、ＫＴ　ＡｔＪ　　８８　０　２２９１５　　４３７５２８９　　　　　　 １）Ｅ　　２７３２５４３　　　　　　　ＦＲ２３９８３５５ＧＢ　　２００１ ２５０ＵＳ　　４１ｉ６４３７６　　　　　ＭＩＩＯ！１１／８３　　　　　Ｅ Ｐ　　　９５４６７　　　　＋０８３０１９０４

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．遊戯面下に送信コイルと受信コイルとを包含し、これらの二つのコイルが遊 戯コートの選択された部分の下に相互に隣接するような配列で配置されたことを 特徴とするボール位置判定装置。
2. ２．前記それぞれのコイルは重なった関係にあるため隣接した配列で配置されて おり、前記受信コイルの位置は送信コイルからの送信磁界に対して実質的に零で あるようになっていることを特徴とする請求項１記載のポール位置判定装置。
3. ３．前記受信コイルは、その形状が遠磁界源から受信した信号の実質的な自己相 殺を行うように適合されることを特徴とする請求項１または２記載のポール位置 判定装置。
4. ４．前記送信コイルに隣接して二つの受信コイルが配置されたことを特徴とする 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のポール位置判定装置。
5. ５．前記受信コイルは第１の時計周りの方向に巻かれた第１の部分と、反時計周 りの方向に巻かれた第２の部分とを包含し、それによりファーフィールド電磁源 から受信した任意に信号を実質的に自己相殺を行うことを特徴とする請求項１な いし３のいずれか１つに記載のボール位置判定装置。
6. ６．前記送信コイルに隣接して二つの受信コイルが配置され、さらに受信コイル の第１のものは、時計周りの方向に巻かれた部分と、反時計周りの方向に巻かれ た部分との二つの部分を包含し、第２受信コイルは、時計周りか反時計周りかの いずれかの方向に巻かれた二つの部分と、前記第１の部分の間にあって前記第１ の二つの部分よりも逆周りの方向へ巻かれた第３の部分との３つの部分とを有す るように巻かれ、且つ、前記第１の前記コイルの前記部分の間の境界が、前記第 ２のコイルの部分のいずれかの間の境界と同一平面内で見たとき、一致していな いことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のボール位置判定装 置。
7. ７．前記送信コイルは細長い割合で且つ遊戯面上の一つの線上の実質的下まで延 びており、前記受信コイルはそれぞれの場合において送信コイルに関して対称的 に配列され、送信コイルと実質的に同じ寸法で実質的に一致するように延びてい ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載のボール位置判定装 置。
8. ８．前記送信コイルに結合された交番電磁信号発生するのに適合した送信手段が 設けられ、受信コイルに結合され且つ送信コイルおよびこれと対応する受信コイ ルの双方に近い近磁界内の透磁率により再発生した信号を検出するようになった 検出手段が設けられたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載 のポール位置判定装置。
9. ９．前記検出手段は送信コイルにおいて送信された信号に対して検出された信号 の同期復調を行う手段を包含することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか 一つに記載のポール位置判定装置。
10. １０．前記検出器手段は、低域フィルタに接続する同期復調器を含む請求の範囲 第１項から第９項のうちのいずれかに記載のポール位置判定装置。
11. １１．前記検出器手段は、さらに、ポール位置を決定するための処理手段と、前 記各対の各受信コイル回路にて受信される信号の振巾の間の比率または比較を決 定するための処理を行なう手段を含むアルゴリズムとを含む請求の範囲第１項か ら第１０項のうちのいずれかに記載のボール位置判定装置。
12. １２．前記送信磁界は、実質的に正弦波であり、前記同期検出器は、のポールの 透磁率と同位相または直角位相であるように選定されており、また、前記同期検 出器は、ポールのリアクチブ対レジスチブ比とは異なるリアクチブ対レジスチブ 比を有する物質から生ずる偽信号を拒絶するための判別を行なうための手段を含 む請求の範囲第１項から第１１項のうちのいずれかに記載のポール位置判定装置 。
13. １３．前記処理手段の部分としてマイクロプロセッサを含み、該マイクロプロセ ッサは、ポールの見掛け上の軌道についての判別および判定のための拘束パラメ ータを含むソフトウエアアルゴリズムを含むような請求の範囲第１項から１２項 のうちのいずれかに記載のポール位置判定装置。
14. １４．ポールがコイル対のどれかの端部のどちらかのの近くを横切ったかを、検 出され処理されたポール信号が指示しているか否かを決定するための判定をなす ためのソフトウエアアルゴリズムを含むマイクロプロセッサと、各コイル対から の処理データが送信される中央マイクロプロセッサとを含み、該中央マイクロプ ロセッサは、ポールが近くを横切ったコイル対のすべてからのデータを選択しま たは結合して、ポールがインであったかアウトであったかの最終判定を発生する ようになっている請求の範囲第１４項記載のポール位置判定装置。
15. １５．前記受信および送信コイル回路の端部の各巻回は、広げられており、該広 げられた巻回は、実質的に空間的に分離されたコイル回路の単一ストランドから なるか、または、前記コイル回路の各巻回は、１より多い群に一緒にまとめられ ているかし、前記群は、実質的に互いに空間的に分離されており、前記空間的分 離は、前記端部でのボールに対する感度が前記受信コイル対の中央近くのコート ラインに関しての対応するポールの位置のそれよりも実質的に高くないように選 定されている請求の範囲第１項から第１４項のうちのいずれかに記載のポール位 置判定装置。
16. １６．前記コイルの下に金属スクリーンが配置されており、各コイルの各巻線は 、平面的な螺旋状に巻かれており、単位長さ当たりの巻線数は、各巻線の中央か ら外側周辺にいくに従って増大しており、その幾何学的および導体密度は、磁界 がコイル感度ゾーンに亘って適当に一様なものとされるように選定されている請 求の範囲第１項項から第１５項のうちのいずれかに記載のポール位置判定装置。
17. １７．実質的な透磁率を与える物質を内蔵したテニスポールを含む請求の範囲第 １項から第１６項のうちのいずれかに記載のポール位置判定装置。
18. １８．実質的に前述した実施例に関して明細書中において説明し例示したポール 位置判定装置。