JPH06335548A - 物体衝突位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゴルフのアプローチショット、遊戯ガンを用
いたシューティング、或いは、野球のバッティング等、
あらゆるショット競技の練習及び遊戯用の装置を提供す
る。 【構成】 ボール１７等を射出する位置１６に対向して
ターゲットスクリーン１２を設け、その周囲の少なくと
も３箇所及び射出位置にボール１７の衝突音を検出する
マイク１０１〜１０５を設ける。制御部１４において各
マイクの検出時刻を解析することにより、ボール１７の
飛行時間及びターゲットスクリーン上の衝突位置及びボ
ール１７の軌道を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゴルフ（特にアプロー
チ）やシューティングの練習装置及びゲーム装置等とし
て使用することのできる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゴルフ競技に要求される技術は、ボール
を正しい方向に極力遠方まで飛ばすためのフルショット
と、ボールを正確な方向・距離に打つことを主眼とする
アプローチショットと、グリーン上のホールに入れるた
めのパットとに分けて考えることができる。一般のゴル
ファーの場合、フルショット、アプローチ、パットの各
打数はほぼ同程度になると言われているため、ゴルフの
スコアを上げるためにはこれらの各技術を均等に練習す
る必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このうち、フルショッ
トは各所に設けられた一般に「打ちっ放し」と呼ばれる
ゴルフ練習場で練習することができ、パットも、ゴルフ
練習場に併設された専用の練習場や市販のパット練習用
マット等で容易に練習することができる。アプローチシ
ョットは、使用するクラブの最大飛距離よりも短い距離
（一般に１００ｍ以下）を、力を加減しつつ、方向及び
距離が正確となるように打たなければならない。そのた
め、パット練習場ではもちろん一緒に練習をすることは
できず、一方、「打ちっ放し」練習場においても、一般
的には「打ちっ放し」練習場はドライバ技術を主として
練習するように設計されているため、比較的短い距離で
ボールの行方を正確にチェックすることが必要なアプロ
ーチショットの練習には適していない。また、実際のゴ
ルフ場では普通に存在する打球点とグリーンとの高低差
に対応した練習ができるような練習場はほとんど存在し
ない。

【０００４】場所を取らないゴルフ練習装置は既に各種
考案されているが、高価な業務用の装置を除き、一般家
庭で購入できる練習装置は、フォーム修得や素振りの練
習用のものが主で、本物のボールを打つことのできるも
のは、広い庭を必要とするパイプとネットでできた練習
ネットかバット練習用マットぐらいしかない。

【０００５】そこで本発明は、上記課題を解決し、従来
困難であったゴルフのアプローチショットを効率よく、
しかも楽しく練習することができるショット練習装置の
実現を可能とする物体衝突位置検出装置を提供すること
を目的とする。そして本発明は、このような物体衝突位
置検出装置を利用することにより、単にゴルフの練習に
とどまらず、野球のバッティング及びピッチングの練習
や遊戯ガンを用いたシューティングの練習等、各種競技
のショット練習及びスローイング練習や遊戯に使用でき
る装置の実現をも企図するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る物体衝突位置検出装置は、 a)検出エリア周囲の同一直線上でない少なくとも３箇所
に置かれた衝突音検出手段と、 b)各衝突音検出手段によって衝突音が検出された時刻に
基づき、検出エリア内の物体衝突位置を算出する演算手
段とを備えることを特徴とする。

【０００７】また、それに加えて、 d)衝突する物体が所定の地点から射出された時刻を検出
する射出時刻検出手段と、 e)各衝突音検出手段によって衝突音が検出された時刻及
び射出時刻検出手段によって検出された射出時刻とに基
づき、射出地点における物体の射出時点から物体の衝突
時点までの移動時間を算出し、更に、該移動時間と演算
手段が算出した物体衝突位置とより、衝突するまでの物
体の軌道及び衝突した後の仮想軌道を算出する第２演算
手段とを備えるようにしてもよい。

【０００８】このような物体衝突位置検出装置を利用し
て上記課題を解決するために成された本発明に係るショ
ット練習装置は、 a)枠に張設されたシートから成るターゲットスクリーン
と、 b)前記ターゲットスクリーンの周囲に配置された少なく
とも３個の衝突音検出手段と、 c)各衝突音検出手段によって衝突音が検出された時刻に
基づき、射出地点における飛翔体の射出時点から飛翔体
のターゲットスクリーンへの衝突時点までの飛行時間
と、ターゲットスクリーン上における飛翔体の衝突位置
を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】また、それに加えて、 d)ターゲットスクリーンの前方に設けられた射出地点に
おける飛翔体の射出時刻を検出する射出時刻検出手段
と、 e)上記飛翔体の飛行時間と衝突位置とより、ターゲット
スクリーンに衝突するまでの飛翔体の軌道及び衝突した
後の仮想軌道を算出する第２演算手段、を備えるように
してもよい。更に、演算手段又は第２演算手段が算出し
た結果であるターゲットスクリーン上の飛翔体の衝突位
置、飛翔体の軌道等を表示する表示手段（ディスプレ
イ）を設けたり、ターゲットスクリーンのシートに飛翔
体の衝突目標点及び得点領域を描くようにしてもよい。

【００１０】

【作用】本発明の物体衝突位置検出装置では、ある物体
が検出エリア内で他の物体と衝突すると、各衝突音検出
手段がその衝突の際に発生する衝突音を検出する。演算
手段は、各衝突音検出手段からの検出信号に基づいて各
衝突音が検出された時刻（衝突音検出時刻）を特定し、
各衝突音検出時刻と所定の音速値を用いて衝突位置の計
算を行なう。衝突音検出手段は検出エリア周囲の同一直
線上でない少なくとも３箇所に置かれているため、この
計算において、地震の震源地決定と同様の原理により、
検出エリア内における物体の衝突点の位置（物体衝突位
置）が算出される。なお、ここで用いる音速値は、予め
理科年表等を参照することにより標準的な値を定めてお
き、それを用いるようにしてもよいし、それに加えて周
辺温度測定手段設け、測定温度により標準音速値を補正
するようにしてもよい。さらに、衝突音検出手段を４個
以上用いることにより、音速を未知数に含めて演算し、
音速と衝突位置から３個の衝突音検出手段までの距離と
を同時に算出することも可能である。

【００１１】物体の射出地点と衝突の検出エリアとの位
置関係は、射出地点と各衝突音検出手段とを設置した時
点で決定され、予めわかっているため、物体の移動時間
と衝突位置より、物体の軌道を決定することができる。
この軌道の形は衝突の有無にかかわらないため、物体が
衝突しなかったならば移動した仮想軌道も求めることが
できる。第２演算手段はこの軌道計算を行なうものであ
る。すなわち、衝突音の検出時刻及び物体の射出時刻に
基づいて移動時間を算出し、その移動時間と演算手段に
よって算出された物体衝突位置とより、物体の軌道（仮
想軌道を含む）を算出する。

【００１２】本発明のショット練習装置は上記の物体衝
突位置検出装置を利用したものであり、その作用は以下
の通りである。プレーヤは射出地点においてターゲット
スクリーンに向かい、例えばゴルフのアプローチショッ
トの練習であればクラブでボールを打球し、ガンシュー
ティングであれば引き金を引いて弾を発射する。射出さ
れた飛翔体はターゲットスクリーンに衝突し、そこで衝
突音を発生する。この衝突音はターゲットスクリーンの
周囲に配置された（枠に固定するのが便利であるが、必
ずしもそれにこだわらない）３個の衝突音検出手段によ
り検出される。演算手段は、各衝突音検出手段からの検
出信号に基づいて各衝突音が検出された時刻を特定し、
所定の音速値を用いて地震の震源地決定と同様の原理に
より、ターゲットスクリーン上の衝突点の位置を決定す
る。なお、ここで用いる音速値は、予め理科年表等を参
照することにより標準的な値を定めておき、それを用い
るようにしてもよいし、それに加えて周辺温度測定手段
を設け、測定温度により標準音速値を補正するようにし
てもよい。さらに、衝突音検出手段を４個以上用いるこ
とにより、音速を未知数に含めて演算し、音速と衝突位
置から３個の衝突音検出手段までの距離を同時に算出す
ることも可能である。

【００１３】射出時刻検出手段は、例えばゴルフ練習装
置であれば打球音を検出し、ガンシューティングであれ
ば引き金の動作や弾の動作を電気的に検出する等で射出
時刻を検出する。この射出時刻検出信号は演算手段に送
られる。射出された飛翔体（打球されたボール、発射さ
れた弾等）は射出時の初速、射出角度等に依存した軌道
によりターゲットスクリーンの方に飛行し、所定の時間
後にターゲットスクリーンの或る点（衝突点）に衝突す
る。このターゲットスクリーン上の衝突位置は上記方法
で決定され、また、ターゲットスクリーンへの衝突時刻
も（衝突位置及び音速が算出されているため）上記方法
から容易に算出される。射出地点とターゲットスクリー
ンとの位置関係は、ターゲットスクリーンと射出地点と
を設置した時点で決定され、予めわかっているため、飛
翔体の飛行時間（これは、検出された射出時刻と算出さ
れた衝突時刻との差として求めることができる）と衝突
点の座標より、飛翔体の軌道を決定することができる。
この軌道の形は衝突の有無にかかわらないため、飛翔体
がターゲットスクリーンに衝突しなかったならば飛行し
た仮想軌道も求めることができる。第２演算手段はこの
軌道計算を行なうものである。演算手段、第２演算手段
による演算結果は、ＣＲＴ、ＬＣＤ等の表示手段（ディ
スプレイ）の他、音、紙へのプリントアウト等、種々の
形式でプレーヤに対して知らせることができる。プレー
ヤは、その出力結果に基づき、自分のショットが思い通
りになっているか否かを判断することができ、次回のシ
ョットの練習に活かすことができる。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例（以下「実施例１」とい
う）であるゴルフアプローチショット練習装置の全体を
図１に示す。本実施例のゴルフアプローチショット練習
装置では、ターゲットスクリーンとして、ほぼ正方形の
枠（フレーム）１１に、布や樹脂若しくはその複合材か
ら成るシート１２を張ったものを用いる。なお、シート
１２の中に金属線、グラスファイバ、カーボンファイバ
等の補強材（線状又は網状）を含ませてもよい。ターゲ
ットスクリーン（シート本体部）の大きさは約１〜２ｍ
四方程度とし、フレーム１１としてはアルミニウムやス
チールの引抜材、パイプ等（取り扱いのことを考慮する
と、軽量であるアルミニウムパイプが適している）を使
用することができる。このシート１２の材質や張力を適
度に調整することにより、シート１２に当たったボール
１７の運動エネルギのほとんどを吸収し、ボール１７が
ほぼシートの真下に落下するようにすることができる。

【００１５】以下、シート１２及びフレーム１１の一構
成例を図８〜図１１により詳しく説明する。図８に示す
ように、シート１２の上部では、幅方向全長に亙ってシ
ート上端が袋状に縫着又は接着し、その袋内に上部バー
１２１を通す。シート１２下部はやや幅を狭くし、スカ
ート部１３とする。シート１２本体部とスカート部１３
との境界部分には、シート１２とそれに縫着又は接着さ
れた裏布（プラスチックシート等、どのようなシートで
もよい）１２３により上端と同じく幅方向に伸びる袋状
の空間を形成し、その内部に下部バー１２２を通す。下
部バー１２２はシート１２本体及びスカート部１３から
左右にややはみ出させる。スカート部１３の裏側にはス
ポンジ１２５を下部１２６のみでシート１２（スカート
部１３）に固定（接着）する。

【００１６】フレーム１１は図９に示すように、アルミ
ニウム引抜材である上部ビーム１１１、左右のコラム１
１２及び足１１３で構成される。上部ビーム１１１の断
面を図１１に示す。シート１２上部に固定された上部バ
ー１２１は、上部ビーム１１１の所定の空間１１１ａ
（この空間１１１ａは上部ビーム１１１の全長に亙って
設けられている）に収納され、これにより、シート１２
は上部ビーム１１１から吊り下げられる。

【００１７】図１０に示すように、本実施例では左右の
コラム１１２は上部ビーム１１１と同じ部材を使用し、
上部ビーム１１１として用いた際にシート１２を吊り下
げた空間１１２ｂ（スリット）にシート１２の左右辺を
収納している。このスリット１１２ｂの入口１１２ｃは
シート１２の厚みよりもやや広い程度に狭くなっている
が、内部はシート１２が十分波打つことができるだけの
幅を有している。下部バー１２２の左右の端部（シート
１２及びスカート部１３の左右から突出した部分）は左
右コラム１１２の内部に設けられた別の空間１１２ｄ
（スロット）内に挿入する。このスロット１１２ｄも左
右コラム１１２の全長に亙って設けられているため、こ
れにより、下部バー１２２は上下に自由に移動すること
ができるようになっている。

【００１８】以上の構成により、シート１２にボール１
７が衝突したとき、シート本体の下端にある下部バー１
２２がスロット１１２ｄに沿って上に移動することがで
きるため、シート１２は後方にたわむことができ、ボー
ル１７の運動エネルギのほとんどを吸収する。これによ
り、ボール１７はほぼシートの真下に落下する。従っ
て、ボール１７がプレーヤの方に高速で返ってきて怪我
をする危険性がない。しかも、シート１２は、ボール１
７の衝突時以外は常時平面状に張設された状態となって
いるため、点数用の的等を描いた場合に、正確な的当て
練習を行なうことができる。また、ボール１７の衝突の
勢いが強いときには、シート１２の左右が中央側に引っ
張られ、シート１２の左右辺がスリット１１２ｂから外
れる恐れがあるが、本実施例の左右コラム１１２では、
スリット１１２ｂ入口を狭くし、内部を広くしているた
め、スリット１１２ｂの入口の狭い部分１１２ｃではシ
ート１２は波打つことができず、内部に入った広い部分
でのみ波打つため、その波打ち部分がくさびの役目をし
てスリット１１２ｂから外れることを防止する。従っ
て、スリット１１２ｂの内部の幅はシート１２の波打ち
の幅よりも大きくしておくことが望ましい。

【００１９】落下したボール１７は、まずスポンジ１２
５により落下エネルギが吸収され、大きく飛び跳ねない
ようになっている。そして、図１に示すように、ターゲ
ットスクリーンを構成するシート１２の下端１３を手前
側に延長することにより、打球地点の方に自動的に戻っ
てくる。従って、ゴルフボールの回収が効率よく行なえ
るようになる。なお、ターゲットスクリーンのシート１
２をそのまま下側に延長するのではなく、別途ボール返
送用のシート（機構）を取り付けてもよい。また、図７
に示すように、ターゲットスクリーンのシートの下端か
ら打球地点に向かって狭くなるボール集束枠２０を設け
てもよい。このとき、ボール集束枠２０のターゲットス
クリーン側の端部をフレーム１１の下端に固定すること
により、ボール１７の逃げを防止することができるとと
もに、ボール集束枠２０の固定及び自立という効果が得
られる。なお、図１及び図７に、打球地点で打たれてか
らターゲットスクリーンに当たり、打球点に返ってくる
までのボール１７の軌道１８を２点鎖線で示す。

【００２０】ターゲットスクリーンのボールが当たった
点を検出することは、震源地検出の原理と同様、振動検
出器（音声検出器）を最低３個設けることにより可能で
あるが、本実施例のゴルフアプローチショット練習装置
では、音速の変化を補正するために、音声検出器である
マイクロフォンを４個（１０１〜１０４）用いている。
４個のマイクロフォンはそれぞれフレーム１１の４隅に
設置され、ボール１７がターゲットスクリーンのシート
１２に当たった時に発生し、空気中を伝わってくる衝突
音を検出する。各マイクロフォン１０１〜１０４は制御
部１４に接続され、制御部１４は、各マイクロフォン１
０１〜１０４が検出した衝突音の信号を受けた時点の時
刻を検出する。

【００２１】人工芝等によるマット１６を敷いた打球地
点にも１本のマイクロフォン１０５を設置し、クラブ１
９がボール１７を打撃した時の音を検出する。この信号
も同様に制御部１４に送られ、その時刻が検出される。

【００２２】制御部１４にはＣＲＴ、ＬＣＤ等の表示装
置１５が接続され、制御部１４において種々解析された
結果（後述する判定結果、得点、指示等）は、この表示
装置１５の画面上に表示され、打球後即時にプレーヤー
に知らされる。

【００２３】図２は使用するクラブ１９の番手や打ち方
により変化するボールの軌道の各種を示したものである
が、この図からわかるように、ボールの飛距離はターゲ
ットスクリーンに当たった高さだけで一義的に決まるも
のではなく、打ち出し角度や打球速度によっても変化す
る。従って、本実施例のゴルフアプローチショット練習
装置では、ターゲットスクリーン１２のボールが当たっ
た点の座標と、打球時点からターゲットスクリーン１２
に当たった時点までの時間とに基づき、まずボール１７
がターゲットスクリーン１２に当たるまでの軌道を計算
し、それに基づいてボール１７の落下地点、落下速度、
落下角度等を算出する。さらに、その落下速度と落下角
度、落下時点におけるボール１７の落下エネルギ及び転
がり抵抗を設定することにより、落下した後のボール１
７の転がる距離まで計算する。これらの計算方法につい
ては、後に詳述する。

【００２４】制御部１４の電気的構成を図３に示す。衝
突音検出手段である４本のマイクロフォン１０１〜１０
４からの信号は、まず、それぞれに設けられたフィルタ
や増幅器等１０６〜１０９を通過する。フィルタの通過
により、マイクロフォン１０１〜１０４の信号から周囲
の雑音等の成分が除去されて所定の衝突音のみの信号が
取り出される。フィルタや増幅器等１０６〜１０９を通
過した信号は２つに分けられ、一方は、それら４つの信
号が集合されて到着検出回路１３２に送られ、そこで最
先の衝突音が検出される。この信号はデータメモリ制御
回路１３４を介してデータメモリ１３３に送られる。打
球点のマイクロフォン１０５からの打球音信号も、同様
にフィルタ、増幅器等１３０を介して打球検出回路１４
１に送られ、そこで打球音が検出されてデータメモリ制
御回路１３４に送られる。ターゲットスクリーン１２の
周囲の４本のマイクロフォン１０１〜１０４からの信号
はＡ／Ｄ変換器１３１にも送られ、データメモリ制御回
路１３４からの信号を基に、ボール１７が到達する前後
の一定時間だけ各マイクロフォン１０１〜１０４からの
検出信号が別個にＡ／Ｄ変換されてデータメモリ１３３
に書き込まれる。

【００２５】各衝突音のデータはＭＰＵ回路（マイクロ
プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、発振回路、デコーダ等を
含む）１３５により読み出され、複雑に振動している衝
突音の波形から正確に到達時間を求めるための前処理が
行なわれた後、ボール１７の軌道等、後述の各種データ
の算出や判定が行なわれる。ＭＰＵ回路１３５はこれら
の計算を行なった後の結果（評価、得点等）を出力回路
１３６に送り、出力回路１３６はその結果をモニタ、プ
リンタ、音声合成装置等の各種出力装置１３８より出力
し、プレーヤに知らせる。なお、プレーヤによる後述の
各種モードの切り替えやデータ入力のために制御部１４
のボックスには各種キー及びスイッチ１３９が設けられ
ており、これらの入力コマンドは入力回路１３７を介し
てＭＰＵ回路１３５に送られる。

【００２６】次に、ボール１７がターゲットスクリーン
１２に当たった際の衝突音を検出することにより、ボー
ル１７のターゲットスクリーン１２上の衝突位置を算出
する方法と、音波伝達媒体（今の場合、空気）の温度に
よる伝達速度の違いを補正するための計算方法を説明す
る。説明を簡略化するために、ターゲットスクリーン１
２は１辺の大きさが１であるとし、また、ボール１７が
飛行する際の空気抵抗は無視する。

【００２７】○ターゲットスクリーン上でのボールの衝
突位置の検出 図４に示すように、正方形のターゲットスクリーン１２
の４隅の座標をそれぞれＳ1（０，０）、Ｓ2（０，
１）、Ｓ3（１，１）、Ｓ4（１，０）とし、ボール１７
の衝突位置の座標をＰ（Ｘ，Ｙ）とする。そして、点Ｐ
から４隅Ｓ1〜Ｓ4までの距離をそれぞれＬ1〜Ｌ4とす
る。４隅Ｓ1〜Ｓ4には上述の通り、衝突音検出手段とし
てのマイクロフォン１０１〜１０４が設置されている。
ここで、後の計算の便宜のために、衝突音が点ＰからＳ
1〜Ｓ4に置かれた４本のマイクロフォン１０１〜１０４
のうちのいずれか最も点Ｐに近いマイクロフォンに到達
するまでの時間（最短時間。これは、直接的には測定不
可能である。）をｔ0とし、その時刻（最初のマイクロ
フォンに衝突音が到着した時刻）から４本のマイクロフ
ォン１０１〜１０４に衝突音が到達するまでの時間をｔ
1、ｔ2、ｔ3、ｔ4とする（従って、ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4
のうちの少なくとも１つは０である）。

【００２８】以上の関係より、Ｌ1〜Ｌ4について次の式
が成り立つ。 Ｌ1²＝ Ｘ² ＋ Ｙ² ＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ1）² …(1) Ｌ2²＝ Ｘ² ＋（Ｙ−１）²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ2）² …(2) Ｌ3²＝（Ｘ−１）²＋（Ｙ−１）²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ3）² …(3) Ｌ4²＝（Ｘ−１）²＋ Ｙ² ＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ4）² …(4) なお、Ｃは音速である。式(1)から式(4)を引くことによ
り、Ｘは Ｘ＝｛Ｃ²・（ｔ0＋ｔ1）²−Ｃ²・（ｔ0＋ｔ4）²＋１｝／２ …(5) となり、式(4)から式(3)を引くことにより、Ｙは Ｙ＝｛Ｃ²・（ｔ0＋ｔ1）²−Ｃ²・（ｔ0＋ｔ2）²＋１｝／２ …(6) となる。式(5)及び(6)は未知数であるＣ（音速）及びｔ
0を含むため、以下、これらの値を求める。

【００２９】まず、式(1)〜(4)より （Ｌ1²＋Ｌ3²）−（Ｌ2²＋Ｌ4²）＝０ の関係が成り立つため、 Ｃ²・｛２・ｔ0・（ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4）＋ ｔ1²−ｔ2²＋ｔ3²−ｔ4²｝＝０ …(7) となる。ここでＣ²＞０であるため、ｔ0〜ｔ4の間に
は、 ２・ｔ0・（ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4）＋ｔ1²−ｔ2²＋ｔ3²−ｔ4²＝０ …(8) の関係がある。以下、式(8)において、ｔ1−ｔ2＋ｔ3−
ｔ4≠０の場合とｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4＝０の場合とに分
けて考える。

【００３０】Ｉ ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4≠０の場合 この場合、式(8)より、 ｔ0＝−(ｔ1²−ｔ2²＋ｔ3²−ｔ4²)／｛２・(ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4)｝…(9) となる。ｔ0＋ｔi＝Ｔi（ｉ＝１，２，３，４）と置
き、式(1)に式(5)、(6)を代入すると、 Ｃ⁴・｛Ｔ1⁴＋Ｔ3⁴−２・Ｔ2²・（Ｔ1²−Ｔ2²＋Ｔ3²）｝− ２・Ｃ²・（Ｔ1²＋Ｔ3²）＋２＝０ …(10) となる。ここで、 ａ＝Ｔ1⁴＋Ｔ3⁴−２・Ｔ2²・（Ｔ1²−Ｔ2²＋Ｔ3²） ｂ＝−（Ｔ1²＋Ｔ3²） と置くと、式(10)は ａ・（Ｃ²）²＋２・ｂ・Ｃ²＋２＝０ …(101) という２次方程式で表わされる。

【００３１】Ｃ²＞０、Ｔi＞０であることから、２次方
程式(101)の解Ｃ²は Ｃ²＝｛−ｂ−（ｂ²−２・ａ）^1/2｝／ａ となる。従って、 Ｃ²＝［（Ｔ1²＋Ｔ3²）−｛（Ｔ1²＋Ｔ3²）²− ２・（Ｔ1⁴＋Ｔ3⁴−２・Ｔ2²・（Ｔ1²−Ｔ2²＋Ｔ3²））｝^1/2］／ ｛Ｔ1⁴＋Ｔ3⁴−２・Ｔ2²・（Ｔ1²−Ｔ2²＋Ｔ3²）｝ …(11) となる。

【００３２】ＴiはＰとＳiとの間の距離（Ｌi）に比例
するため、上記式(7)の場合と同様、 Ｔ1²＋Ｔ3²＝Ｔ2²＋Ｔ4² の関係がある。これを使って式(11)を整理すると、 Ｃ²＝［−｛４・（Ｔ1²＋Ｔ3²）²−（Ｔ1²−Ｔ3²）²｝^1/2＋Ｔ1²＋Ｔ3²］／ ｛Ｔ1⁴＋Ｔ3⁴−２・Ｔ2²・Ｔ4²｝ …(12) （ただし、ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4≠０） 以上より、ターゲットスクリーン１２上のボール１７の
衝突点の座標Ｘ，Ｙは、式(9)により求められたｔ0と式
(12)より求められたＣ²を式(5)及び(6)に代入すること
により、求められる。

【００３３】 II 式(8)で、ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4＝０の場合 この場合、（ｔ1＝ｔ2、ｔ3＝ｔ4）又は（ｔ1＝ｔ4、ｔ
2＝ｔ3）の場合が考えられる。これらについて更に場合
分けをする。

【００３４】II-１ ｔ1＝ｔ2、ｔ3＝ｔ4 かつ ｔ1≠
ｔ4、ｔ2≠ｔ3 の場合 この場合、ターゲットスクリーン１２の中心を通るＸ軸
に平行な直線上に点Ｐが存在する（但し、ターゲットス
クリーン１２の中心は除く）ということであるため、以
下の関係式が成り立つ。 Ｙ＝0.5 Ｌ1²＝Ｌ2²＝ Ｘ² ＋(0.5)²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ1）² …(13) Ｌ3²＝Ｌ4²＝（Ｘ−１）²＋(0.5)²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ4）² …(14) 現在、未知数はＣ（音速）、ｔ0（打撃点Ｐに最も近い
隅Ｓiまでの衝突音の伝達時間）、Ｘ，Ｙ（打撃点Ｐの
座標）の４つであるため、上記３式からこれら４個の未
知数を得ることは不可能である。そこで、Ｃ（音速）
を、上記ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4≠０の場合に求めた値又は
25℃時の標準音速（理科年表等に記載されている）を用
いる。こうすると、式(13)、(14)より、 Ｘ＝±｛４・Ｃ²・（ｔ0＋ｔ1）²−１｝^1/2／２ …(15) となる。Ｘ≧０、かつ実数であるため、このうち、真の
解は Ｘ＝＋｛４・Ｃ²・（ｔ0＋ｔ1）²−１｝^1/2／２ のみとなる。これを式(13)に代入し、整理すると、 ４・Ｃ・ｔ0²・｛Ｃ²・（ｔ1−ｔ4）²−１｝＋４・Ｃ²・ｔ0・
（ｔ1＋ｔ4）・｛Ｃ²・（ｔ1−ｔ4）²−１｝＋｛Ｃ²・（ｔ
1−ｔ4）²−１｝²＋４・｛Ｃ²・（ｔ1−ｔ4）²−１｝Ｃ²・
ｔ1・ｔ4＋１＝０ となる。上式で｛−Ｃ²・（ｔ1−ｔ4）²＋１｝＝Ａと置
き、ｔ0について解くと、 ｔ0＝｛−（ｔ1＋ｔ4）＋（Ａ−１）^1/2／（Ｃ²・Ａ）
^1/2｝／２ が得られる。これを式(15)に代入することにより、ｔ1
−ｔ4＞０のとき、 Ｘ＝｛（１−Ａ²）^1/2＋Ａ^1/2｝／（２・Ａ^1/2） となり、ｔ1−ｔ4＜０のとき、 Ｘ＝｛（１−Ａ²）^1/2−Ａ^1/2｝／（２・Ａ^1/2） となる。なお、上述の通り、Ｙ＝0.5である。

【００３５】II-２ ｔ1＝ｔ4、ｔ3＝ｔ2 かつ ｔ1≠
ｔ3、ｔ2≠ｔ4 の場合 この場合、打撃点Ｐはターゲットスクリーンの中心を通
ってＹ軸に平行な直線上に存在する（但し、ターゲット
スクリーンの中心は除く）。II−１の場合と同様、Ｃ
（音速）を既知数として扱うことにより、ｔ0、Ｙは次
のように求められる。Ｃ²・（ｔ1−ｔ2）²−１＝Ａと置
くことにより、 ｔ0＝｛−（ｔ1＋ｔ2）＋（Ａ−１）^1/2／（Ｃ²・Ａ）
^1/2｝／２ ｔ1−ｔ2＞０のとき、 Ｙ＝｛（１−Ａ²）^1/2＋Ａ^1/2｝／（２・Ａ^1/2） ｔ1−ｔ2＜０のとき、 Ｙ＝｛（１−Ａ²）^1/2−Ａ^1/2｝／（２・Ａ^1/2） となる。なお、上述の通り、Ｘ＝0.5である。

【００３６】II-３ ｔ1＝ｔ2＝ｔ3＝ｔ4の場合 これは、衝突点Ｐがターゲットスクリーン１２の中心で
あるということであり、 Ｘ＝0.5 Ｙ＝0.5 となる。以上より、全ての場合について、ターゲットス
クリーン１２上でのボール１７の衝突位置の座標Ｐ
（Ｘ，Ｙ）が求められたことになる。この座標値Ｐ
（Ｘ，Ｙ）を、予めターゲットスクリーン１２上に描い
ておいた同心円状の的（まと）の位置と比較することに
より、ボール１７が的のどの位置（中心か、その周辺の
円内か）に当たったかを判定することができ、得点計算
を行なうことができる。これらの計算はＭＰＵ回路１３
５が行なう。

【００３７】次に、ボール１７がターゲットスクリーン
１２に当たった時刻Ｔ0は、４個のマイクロフォン１０
１〜１０４のいずれかが最初に衝突音を検出した時刻を
Ｔ00とすると、 Ｔ0＝Ｔ00−ｔ0 となる。ただし、ｔ1＝ｔ2＝ｔ3＝ｔ4の場合は、ｔ0
は、音速Ｃとしてｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4≠０の場合に求め
た値、又は25℃の時の音速値を用いることにより、 Ｔ0＝Ｔ00−２^1/2／（２・Ｃ） とする。

【００３８】○打たれたボールの軌道計算 以下の計算において使用する変数を次のように定める。 θ：ボールの打ち出し角度 Ｔf：ボールが打たれてからターゲットスクリーンに到
着するまでの時間 Ｌ0：打球点からターゲットスクリーンまでの距離 Ｘ：ターゲットスクリーン上のボール衝突箇所Ｐ（Ｘ，
Ｙ）の水平方向の座標値 Ｙ：ターゲットスクリーン上のボール衝突箇所Ｐ（Ｘ，
Ｙ）の垂直方向の座標値 Ｖ0：ボールの打ち出し速度（初速） Ｔ0：打たれたボールがターゲットスクリーンに到着し
た時刻（打球時を０とする） Ｌs：打球点から打球時刻検出用マイクロフォンまでの
距離 Ｈg：打球点と落下目標点との間の高度差 Ｔs：打球音検出時刻（打球時を０とする） ｇ：重力の加速度 なお、上記において、打球点からターゲットスクリーン
までの距離Ｌ0は、ターゲットスクリーン１２と打球地
点マット１６とを設置した時点で実測してもよいが、予
め標準的な距離を決めておき（例えば、２〜４ｍ程度の
間で５０ｃｍ程の間隔で標準位置を決めておき）、プレ
ーヤはその中の好みの距離を選択して打球地点マット１
６を設置し、選択した距離をボタンやキー等でワンタッ
チで指定するという方法が好ましい。なお、打球点に距
離センサを設け、それによりターゲットスクリーン１２
までの距離を測定して、自動的に制御部に距離データを
送るようにしてもよい。

【００３９】運動方程式より、時刻ｔにおけるボールの
ｘ方向（ボールの飛行方向）、ｙ方向（高さ方向）の位
置はそれぞれ次のようになる。 ｘ＝（Ｖ0・cosθ）・ｔ …(16) ｙ＝（Ｖ0・sinθ）・ｔ−ｇ・ｔ²／２ …(17) また、時刻ｔにおけるｘ方向、ｙ方向の速度は、次のよ
うになる。 Ｖx＝Ｖ0・cosθ …(18) Ｖy＝Ｖ0・sinθ−ｇ・ｔ …(19)

【００４０】まず、ボール１７の打球音が打球点のマイ
クロフォン１０５に届いた時刻ｔsと、打球位置からマ
イクロフォン１０５迄の距離Ｌs、及び、ボール１７が
ターゲットスクリーン１２に当たった時刻Ｔ0から、ボ
ール１７の飛行時間Ｔfを求めると、次のようになる。 Ｔf＝Ｔ0−Ｔs＋Ｌs／Ｃ なお、ボール１７の速度は音速に比べると非常に遅いた
め、音速の気温による変化（約0.6m/sec/℃）は無視し
ている。

【００４１】次に、打ち出し角度θ、初速Ｖ0で打たれ
たボール１７が、飛行時間Ｔfの後に、打球点から水平
距離Ｌ0だけ離れたターゲットスクリーン１２に到着す
るため、次の式が成り立つ。 Ｌ0＝Ｖ0・Ｔf・cosθ …(20) 垂直方向についても同様である。 Ｙ＝（Ｖ0・sinθ）・Ｔf−ｇ・Ｔf²／２ …(21)

【００４２】式(20)、(21)より、打ち出し角度θは次の
ように求められる。 θ＝atan｛（１／２）・（２・Ｙ＋ｇ・Ｔf²）／Ｌ0｝ …(22) また、式(22)を式(20)に代入することにより、初速Ｖ0
は Ｖ0＝（１／２）・｛４・Ｌ0²＋４・Ｙ²＋ ４・Ｙ・ｇ・Ｔf²＋ｇ²・Ｔf⁴｝^1/2／Ｔf …(23) と、ボール１７の飛行時間ＴfとＹ（これは、先に求め
たターゲットスクリーン１２上の衝突点Ｐの高さであ
る）より求めることができる。

【００４３】次に、式(22)と(23)を垂直方向の位置に関
する運動方程式に代入し、ボール１７の飛行高さＨを求
めると、 Ｈ＝（Ｔ／２）・（２・Ｙ−ｇ・Ｔf²−ｇ・Ｔ・Ｔf）／Ｔf となる。打球点との高度差がＨgであるグリーンにボー
ル１７が落下するとき、Ｈ＝Ｈgとすることにより、飛
行時間Ｔaは、次のように求めることができる。 Ｔa＝｛２・Ｙ＋ｇ・Ｔ0²＋（４・Ｙ²＋４・Ｙ・ｇ・Ｔ0²＋ｇ²・Ｔ0⁴− ８・ｇ・Ｈg・Ｔ0²）^1/2｝／（２・ｇ・Ｔ0） …(24)

【００４４】このようにして求められたＴaと式(22)、
(23)を水平方向の運動方程式(16)に代入することによ
り、ボール１７の飛距離Ｌfは Ｌf＝Ｖ0・Ｔa・cosθ …(25) と求めることができる。

【００４５】次に、最高到達高度Ｙmを求めるために、
垂直方向の速度Ｖyが０となる時刻Ｔmを計算すると、 Ｖy＝Ｖ0・sinθ−ｇ・ｔ Ｖ0・sinθ−Ｔm＝０ Ｔm＝（Ｖ0・sinθ）／ｇ となり、これを式(21)に代入することにより、 Ｙm＝（Ｖ0²・sin²θ）／（２・ｇ） となる。以上より、ボール１７の打球後の飛行軌道が全
て計算できたことになる。ＭＰＵ回路１３５は、これら
の軌道を計算した後、出力回路１３６を介してディスプ
レイ１５等に図２等の態様で軌道を表示する。このと
き、もちろん、ターゲットスクリーン１２の位置を表示
するとともに、ターゲットスクリーン１２が無いものと
した場合の、その後の仮想軌道をも表示する。

【００４６】○着地後のボールの運動の計算 実際にボール１７がグリーンに着地したときは、数回の
バウンドを繰り返した後、芝生の上を転がって停止す
る。このとき、クラブの種類や、ボールの種類、打ち方
などによりボール１７に与えられるバックスピンの量が
変化し、また落下場所毎にグリーンの状態が微妙に変化
するため、正確にバウンドや転がり距離を算出すること
は不可能である。しかし、落下速度、落下角度、球質係
数、グリーンの硬さ、グリーンの転がり抵抗等を使って
計算することにより、落下後のボールの運動を実際に近
似して模擬することは可能である。以下、このような落
下後のボールの運動を模擬する計算の一例を示す。ま
ず、着地時の落下角度θfと水平方向の速度Ｖxを求め
る。ボール１７の運動方向を示す角度θtは、速度の垂
直方向成分Ｖyと水平方向成分Ｖxより次のように表わす
ことができる。 tanθt＝Ｖy／Ｖx となる。この式に、ボール１７が着地するまでの時間Ｔ
aとＸ方向の速度Ｖx（いま、空気抵抗の影響を無視して
いるため、Ｖxは常に初速Ｖ0に等しい）を代入すると、
着地時点における落下角度θfは、 tanθf＝｛Ｖ0・sinθ−ｇ・Ｔa｝／（Ｖ0・cosθ） θf＝atan｛tanθ−ｇ・Ｔa／（Ｖ0・cosθ）｝ となる。

【００４７】ボール１７は着地時にグリーンにめり込む
ことにより、その運動エネルギの一部が吸収されるが、
その吸収の度合いはグリーンの「カタサ」と落下角度θ
f等により変化する。そこで、グリーンの「カタサ」を
エネルギ吸収係数Ａにより表現する。また、実際には、
ボール１７がグリーンに着地したときは、数回のバウン
ドを繰り返した後、芝生の上を転がって停止するが、本
装置では着地後直ちに転がり運動に入るものとし、ま
ず、転がり開始時の水平方向の速度Ｖgを次の式で近似
する。 Ｖg＝Ｖ0・cosθ・（cos²θf＋Ａ・sin²θf）^1/2 …(26)

【００４８】次に、転がり抵抗Ｒと式(25)を、負の一定
加速度を受ける物体の運動方程式に代入し、転がり速度
Ｖrが０（停止）となるまでの時間Ｔrを求める。 Ｖr＝Ｖg−Ｒ・Ｔr＝０ Ｔr＝Ｖg／Ｒ さらに、Ｒと式(25)、(26)を負の一定加速度を受ける物
体の移動距離を表わす運動方程式に代入することによ
り、ボールの転がる距離Ｌrは Ｌr＝Ｖg・Ｔr−Ｒ・Ｔr²／２ と求めることができる。

【００４９】以上の計算は、ターゲットスクリーン１２
の原点（左下隅Ｓ1）を打球点と同じ高さにあるものと
仮定して行なったが、本装置を実際に使用する場合はタ
ーゲットスクリーン１２を打球点よりも若干高くした方
が使い勝手が良い。このように打球点とターゲットスク
リーン１２との間に高低差を設けた場合の側面図を図５
に示す。この場合、計算に用いる高さの情報は、図５に
示すように、ボール１７の当たった点の高さ方向の位置
Ｙに、ターゲットスクリーン１２を持ち上げた高さＹ0
を加えたものを用いる必要がある。

【００５０】さらに、これまでの式は、打球点とターゲ
ットスクリーン１２の中心とを含む垂直平面内を飛行す
る場合を仮定しており、ボール１７の飛行軌道が左右に
ずれた場合には、打球点からターゲットスクリーン１２
の衝突点Ｐまでの水平距離Ｌ01は Ｌ01＝｛Ｌ0²＋（Ｘ−0.5）²｝^1/2 となり、ボール１７の飛行距離を正確に算出するために
はこれまでの計算式を修正する必要がある。

【００５１】しかし、ゴルフのアプローチショット練習
装置として打球結果を表示する場合、打球点と落下点と
を結ぶ直線距離で飛距離を表現するよりも、ターゲット
スクリーン１２の中心線６１に平行な線と直交する線に
よる座標系を用いて、飛距離が何ｍ、ズレが左に何ｍで
あると表現する方が、また、目標に対しても手前何ｍ、
右に何ｍと表現した方が、練習する者にとっては理解し
易い。このため、本装置では飛距離は全てＬfで、転が
り距離はＬrで、そしてボール１７が止まった位置まで
の距離はＬf＋Ｌrで表現する。

【００５２】次に、ボール落下位置の中心線に対する左
右のズレＸfは、図６より Ｌf／Ｌ0＝Ｘf／（Ｘ−0.5） の関係があることから、 Ｘf＝｛Ｌf・（Ｘ−0.5）｝／Ｌ0 となる。同様に、飛んだボール１７が落下後転がって停
止した位置のズレＸaは、 Ｘa＝｛（Ｌf＋Ｌr）・（Ｘ−0.5）｝／Ｌ0 となる。なおＸaは、正の場合右へのズレを、負の場合
左へのズレを意味する。

【００５３】ゴルフに上達するためには、短時間でもよ
いが、クラブの素振り等の練習を毎日続けることが必要
であると言われている。しかし、毎日の練習が単調では
プレーヤも飽きてしまい、長続きしなくなる。上述の通
り、本ショット練習装置をゴルフのアプローチショット
練習装置として用いた場合、１回の打撃から採取したデ
ータより上述の各種計算を行ない、それらの結果を種々
の態様で表示（例えば、ボールの軌道を図２、図５又は
図６に示すようにディスプレイ１５に表示したり、ター
ゲットシート１２上における衝突箇所を図１に示すよう
なターゲットスクリーン上に描かれた的（まと）の位置
と比較し、点数付けを行なって得点表示を行なう等）す
るため、毎日練習しても飽きない。そして、ボール１７
及びクラブ１９は実際のものを使用するため、実際のア
プローチショットに極めて近い状態の練習を行なうこと
ができる。また、打撃されたボールは自然にプレーヤの
方に戻ってくるため、毎回ボール１７を取りにゆかなく
とも連続して多数回のショットを行なうことができ、効
率よく練習を行なうことができる。

【００５４】本発明の他の実施例（以下「実施例２」と
いう）であるゴルフアプローチショット練習装置につい
て説明する。本実施例のゴルフアプローチショット練習
装置の全体は、図１に示された上記の実施例１の構成と
同様であり、制御部１４の電気的構成も、図３に示され
た実施例１の構成とほぼ同様である（後述のように、衝
突位置の算出の方法によっては制御部１４の電気的構成
が若干異なることがある）。本実施例は、ボール１７が
ターゲットスクリーン１２に当たった際の衝突音を検出
することにより、ボール１７のターゲットスクリーン１
２上の衝突位置を算出する方法において実施例１と相違
する。以下、本実施例におけるこの衝突位置の算出方法
について図１２〜図１４を参照しつつ説明する。説明を
簡略化するために、マイクロフォン１０１〜１０４はタ
ーゲットスクリーンの４隅にあるものとし、ボール１７
が運動する際の空気抵抗は無視する。

【００５５】○ターゲットスクリーン上でのボールの衝
突位置の検出 図１３に示すように、長方形のターゲットスクリーン１
２の４隅の座標をそれぞれＳ1（０，０）、Ｓ2（０，Ｍ
y）、Ｓ3（Ｍx，Ｍy）、Ｓ4（Ｍx，０）とし、ボール１
７の衝突位置の座標をＰ（Ｘ，Ｙ）とする。そして、点
Ｐから４隅Ｓ1〜Ｓ4までの距離をそれぞれＬ1〜Ｌ4とす
る。４隅Ｓ1〜Ｓ4には実施例１と同様、衝突音検出手段
としてのマイクロフォン１０１〜１０４が設置されてい
る（図１参照）。本装置は各マイクロフォンに衝突音が
到達した時刻を測定する。各々のマイクロフォンに衝突
音が到達した時刻をｔa1，ｔa2，ｔa3，ｔa4とする。

【００５６】衝突点を特定するためには、衝突点から３
つ以上のマイクロフォンまでの距離がわかればよい。こ
こでは、マイクロフォン１０１を基準とし、それを挟む
マイクロフォン１０２とマイクロフォン１０４の３つの
マイクロフォンを使用する場合について説明する。

【００５７】ターゲットスクリーン１２にボール１７が
衝突し、その衝突により発生した衝突音がマイクロフォ
ン１０１に到達するまでの時間（以下「衝突音到達時
間」という）をｔ0（これは、直接的には測定不可能で
ある）、マイクロフォン１０１とマイクロフォン１０２
との衝突音到達時間の差をｔ2、マイクロフォン１０１
とマイクロフォン１０４との衝突音到達時間の差をｔ4
とすると、 ｔ2＝ｔa2−ｔa1 …(27) ｔ4＝ｔa4−ｔa1 …(28) となる。

【００５８】上述の時間ｔ0,ｔ2,ｔ4をターゲットスク
リーン１２上の座標軸、すなわち距離に変換するには音
速が必要である。音速Ｃは気温Ｔにより変化し、次式に
より得られる。 Ｃ＝331.5＋0.6・Ｔ …(29) 音速についての詳細は後述する。

【００５９】ターゲットスクリーン１２にボール１７が
衝突した位置（衝突点）Ｐからマイクロフォン１０１ま
での距離Ｌ0（＝Ｌ1）、Ｌ0とＬ2との差Ｌt2、Ｌ0とＬ4
との差Ｌt4は、上述の音速Ｃを用いることにより、 Ｌ0 ＝ｔ0・Ｃ …(30) Ｌt2＝ｔ2・Ｃ …(31) Ｌt4＝ｔ4・Ｃ …(32) と表わされる。

【００６０】図１３における衝突点Ｐ（Ｘ，Ｙ）と上述
の式(30),(31),(32)との関係は次式のようになる。 Ｘ² ＋Ｙ² ＝Ｌ0² …(33) （Ｍx−Ｘ）²＋Ｙ² ＝（Ｌ0＋Ｌt4）² …(34) Ｘ² ＋（Ｍy−Ｙ）²＝（Ｌ0＋Ｌt2）² …(35) 上記の３式よりＸ，Ｙ，Ｌ0を次のように算出できる。 Ｘ ＝（Ｍx²−２・Ｌ0・Ｌt4＋Ｌt4²）／（２・Ｍx） …(36) Ｙ ＝（Ｍy²−２・Ｌ0・Ｌt2＋Ｌt2²）／（２・Ｍy） …(37) Ｌ0＝［｛Ｂ4・Ｂ2・（Ｂ2＋Ｂ4＋２・Ｌt2・Ｌt4）｝^1/2 −（Ｂ4・Ｌt4・Ｍy²＋Ｂ2・Ｌt2・Ｍx²）］ ／｛２・（Ｂ2・Ｍx²＋Ｂ4・Ｍy²−Ｍx・Ｍy）｝ …(38) または Ｌ0＝［−｛Ｂ4・Ｂ2・（Ｂ2＋Ｂ4＋２・Ｌt2・Ｌt4）｝^1/2 −（Ｂ4・Ｌt4・Ｍy²＋Ｂ2・Ｌt2・Ｍx²）］ ／｛２・（Ｂ2・Ｍx²＋Ｂ4・Ｍy²−Ｍx・Ｍy）｝ …(39) ただし、 Ｂ2＝Ｍy²−Ｌt2² Ｂ4＝Ｍx²−Ｌt4² Ｌ0は２つの解を持つが、衝突点ＰがＳ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ
4を頂点とする長方形の内側にある場合、式(38)が衝突
点ＰとＳ1の距離になる。それ以外の場合については、
後で詳述する。

【００６１】○精度及び信頼性向上のための手法 上述の算出方法において使用する測定値（衝突音到達時
刻）はｔa1,ta2,ta4の３つである。ここで、もう一つの
測定値ｔa3を使用することにより、衝突点Ｐ（Ｘ，Ｙ）
について４通りの方法で４つの解を得ることができる。
この４つの解の平均値を求めることにより誤差を減ら
し、精度を向上させることができる。また、４つの解を
比較し、その差がある設定値以内であれば正常、設定以
上であれば何らかの測定ミスがあると判断する異常処理
を行なうことにより信頼性の向上が可能である。

【００６２】○音速Ｃの測定 前述したようにボール１７の衝突位置を算出するために
は、発生した衝突音の空気中の伝達速度（音速）の値が
必要である。高い精度が要求されない場合や気温が一定
の場合は、予め設定した音速を使って衝突位置を算出す
ることができる。気温の変動が大きい場合や高い精度が
要求される場合は、音速又は気温を測定する必要があ
る。以下、音速を求めるための方法として、サーミスタ
等の温度センサを使う方法と、４個以上の設けたマイク
ロフォンから得られるデータを解析する方法とを説明す
る。

【００６３】 ［１］サーミスタ等の温度センサを用いる方法 この方法では、例えば、図１２に示すような温度検出回
路を図３に示した制御部１４の電気的構成に追加するこ
とにより、気温Ｔを測定する。この場合、温度を検出す
るサーミスタ１５２の出力信号は、増幅器１５４で増幅
された後にＡ／Ｄコンバータ１５６に入力される。Ａ／
Ｄコンバータ１５６に入力された信号の値はデジタル信
号に変換されてＭＰＵ回路１３５に取り込まれる。これ
によりＭＰＵ回路１３５は気温Ｔを得て、 Ｃ＝331.5＋0.6・Ｔ ［ｍ／秒］ により音速Ｃを算出する。なお、図１２では気温Ｔの検
出信号をＡ／Ｄ変換してＭＰＵ回路に入力する例を示し
たが、この他、電圧／周波数変換や電圧／パルス幅変換
をしてアナログ信号のままＭＰＵ回路に入力するなど、
多くの方法が考えられる。アナログ信号のままＭＰＵ回
路に入力した場合、例えばプログラムで入力信号を監視
して周波数やパルス幅を測定することにより、気温Ｔの
デジタル値を得ることができる。

【００６４】［２］４個以上設けたマイクロフォンから
得られるデータを解析する方法 図１３に示すように４隅Ｓ1〜Ｓ4にマイクロフォンを設
けた場合を考えると、この場合、衝突点の座標Ｐ（Ｘ，
Ｙ）とマイクロフォンが設けられた４隅の座標Ｓ1
（０，０）、Ｓ2（０，Ｍy）、Ｓ3（Ｍx，Ｍy）、Ｓ4
（Ｍx，０）との間には、次の式が成り立つ。 Ｌ1²＝ Ｘ² ＋ Ｙ² …(40) Ｌ2²＝ Ｘ² ＋（Ｙ−Ｍy）² …(41) Ｌ3²＝（Ｘ−Ｍx）²＋（Ｙ−Ｍy）² …(42) Ｌ4²＝（Ｘ−Ｍx）²＋ Ｙ² …(43) ただし、 Ｌi：衝突点から各マイクロフォンまでの距離（ｉ＝１
〜４） また、これらを音速と時間とによって表わすと、 Ｌ1²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ1）² …(44) Ｌ2²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ2）² …(45) Ｌ3²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ3）² …(46) Ｌ4²＝Ｃ²・（ｔ0＋ｔ4）² …(47) ただし、 ｔ0：衝突音発生から基準マイクロフォンに衝突音が到
達するまでの時間（衝突音到達時間） ｔi：基準マイクロフォンによる衝突音の検出時刻と各
マイクロフォンによる衝突音の検出時刻との差 式(40)〜(47)より ２・ｔ0・(ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4)＋ｔ1²−ｔ2²＋ｔ3²−ｔ4²＝０ ｔ0＝−(ｔ1²−ｔ2²＋ｔ3²−ｔ4²)／｛２・(ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4)｝ …(48) ここで式を簡略化するために Ｔ1＝ｔ0＋ｔ1 Ｔ2＝ｔ0＋ｔ2 Ｔ3＝ｔ0＋ｔ3 Ｔ4＝ｔ0＋ｔ4 とおく。式(40)〜(47)より、 ｛（Ｔ4²−１Ｔ1²）・Ｍx²−（Ｔ2²−Ｔ1²）・Ｍy²｝・Ｃ⁴ −２・Ｍy²・Ｍx²・（Ｔ4²＋Ｔ2²）・Ｃ² ＋Ｍx²・Ｍy²・（Ｍx²＋Ｍy²） ＝０ …(49) となる。ここで ａ＝（Ｔ4²−Ｔ1²）・Ｍx²−（Ｔ2²−Ｔ1²）・Ｍy² ｂ＝Ｍy²・Ｍx²・（Ｔ4²＋Ｔ2²） ｃ＝Ｍx²・Ｍy²・（Ｍx²＋Ｍy²） とおくと ａ・（Ｃ²）²−２・ｂ・（Ｃ²）＋ｃ＝０ …(50) いう２次方程式で表わされる。 Ｃ²＞０、Ｔi＞０より Ｃ²＝｛ｂ−（ｂ²−ａ・ｃ）^1/2｝／ａ Ｃ＞０より Ｃ＝［｛ｂ−（ｂ²−ａ・ｃ）^1/2｝／ａ］^1/2 なお、マイクロフォンの配置とボールの衝突位置によっ
ては音速Ｃを算出できない場合がある。例えば、ｔa1＝
ｔa2，ｔa1＝ｔa4，ｔa3＝ｔa2，ｔa3＝ｔa4の条件のう
ち、いずれか一つが成立する場合、式(48)の分母 ２・
(ｔ1−ｔ2＋ｔ3−ｔ4)が０となり、算出することができ
ない。このような場合は、気温が急激に変動しないこと
を利用し直前に求めた音速Ｃ等を代用することになる。
これに対し前述の温度センサを用いる方法は、衝突位置
に無関係に音速Ｃを求めることができるため、この点に
おいて本方法よりも有利である。

【００６５】以上のようにして音速Ｃを算出し、式(3
1),(32),(38),(39)によりＬt2，Ｌt4，Ｌ0を求め、これ
を式(36),(37)に代入することにより、本実施例におい
ても、衝突点Ｐの位置（Ｘ，Ｙ）を算出することができ
る。そして、衝突位置（Ｘ，Ｙ）の算出後、実施例１と
同様にして、打たれたボールの軌道計算や着地後のボー
ルの運動の計算を行なうことができる。

【００６６】これまでは、図１３に示したように各マイ
クロフォンをターゲットシート１２の４隅に配置し、衝
突点Ｐはそれらを頂点とする長方形の内側にあるものと
して説明してきたが、図１４に示すようにマイクロフォ
ンの外側に衝突点Ｐがある場合も算出可能である。ここ
では衝突点Ｐの範囲を、各マイクロフォンがつくる長方
形の外側まで広げた場合について説明する。これまでの
計算ではＬ0は、式(38)及び(39)によって与えられる２
つの解を持つ。図１４の無地の範囲においては、Ｌ0の
一つの解を与える式(38)が衝突点Ｐを表わすが、図１４
の斜線部の範囲においては、Ｌ0のもう一つの解を与え
る式(39)が衝突点Ｐを表わす。このように既に説明した
衝突位置検出のための計算では、Ｌ0として２つの値が
求められ、衝突点Ｐは一意に定まらない。また、この衝
突位置検出のための計算において必要となるマイクロフ
ォンのデータ（衝突音検出時刻）はｔa1,ｔa2,ｔa3,ｔa
4のうちの３つであるため、使用するマイクロフォンの
データの組み合わせは４通りある。したがって、既述の
衝突位置検出のための計算を４通りの方法で行なうと、
全部で８つの解を得ることができる。この８つの解は、
衝突点Ｐを示すＬ0を必ず４つ以上含む。このため、８
つの解の中に同様な値が４つ以上あれば、それが衝突点
Ｐを示すＬ0ということになる。上述のように、マイク
ロフォンを４個使用することにより、衝突点Ｐの位置
は、マイクロフォンのある平面上であればすべて検出可
能である。さらに、５個以上のマイクロフォンを設置す
ることにより、平面上にとどまらず、立体的な空間座標
に応用することも可能である。

【００６７】５個以上のマイクロフォンにより立体的な
空間における位置を検出するという方法を利用すると、
図１に示するように打球点にマイクロフォン１０５を設
置することなく、ボールの打たれた位置や時刻を検出す
ることも可能である。したがって、この方法によると、
特定の位置ではなく任意の位置からボールを打ち、その
ボールの運動をシミュレーションすることができる。こ
の場合、衝突位置検出用のマイクロフォンを共用しても
よいが、打ち出し位置検出用のマイクロフォンを別途設
けてもよい。

【００６８】また、ボールが打たれてから的（まと）に
到達するまでの時間の範囲は概ね予想できるため、図３
のデータメモリ制御回路１３４に打球検出回路１４１か
ら信号が到達した後、所定の時間内にＡ／Ｄ変換器１３
１から出力される信号以外はデータメモリ１３３に書き
込まないようにするとよい。これにより、外部からの雑
音による誤動作を大幅に軽減することができる。

【００６９】以上の実施例１及び実施例２における計算
方法はあくまで一例であり、そのほかにも種々の計算方
法を用いることができる。例えば、マイクロフォンの取
付位置は図１に示すようなターゲットスクリーンの４隅
だけではなく、ひし形の位置やその他、練習装置の周囲
の空間等を考慮して任意の位置に取り付けることができ
るが、この場合、ボールの衝突箇所Ｐ（Ｘ，Ｙ）を検出
するための式はマイクロフォンの配置により変わる。し
かし、この場合でも、上記Ｘ，Ｙ算出式を変化させれば
良いのみであり、衝突箇所Ｐ（Ｘ，Ｙ）が算出された後
の軌道計算は上記例のまま行なうことができる。

【００７０】また、上記の実施例１及び実施例２におけ
る計算では、ボール１７の飛行中の空気抵抗は無視して
いるが、アプローチショットの場合、ボール１７を飛ば
す距離は比較的短く、ボール１７の飛行速度もそれほど
大きくないことと、ボール１７の質量も十分大きいこと
から、飛行中の空気抵抗はこのように無視することがで
きる。同様に、ボール１７のスピンによる飛行運動の変
化や着地後のブレーキ効果も計算から除外している。さ
らに、芝生に落下したボール１７は芝生によりその運動
エネルギの一部が吸収され、徐々にバウンド高さが低く
なってゆき、最後に転がる。転がる際も、芝生の転がり
抵抗により運動エネルギが吸収され、いずれ停止する。
これらスピン効果、バウンドの際のエネルギ吸収、転が
り抵抗等は、ボール１７や芝生の条件により異なるが、
予め代表的な条件の下でショットされたボール１７の飛
距離や最初に着地した後の転がり距離等を実測し、各種
パラメータの代表値（典型的な値）を定めておくことに
より、これらを考慮することができる。あるいは、その
代表値に対してプレーヤが任意に変更を加えることがで
きるようにしておくことにより、各種条件に対応した軌
道計算を行なうことができるようになる。

【００７１】なお、本練習装置を室内で使用することを
考慮すると、フレーム１１はパイプによる組立式とする
ことが好ましく、さらに、安全のために、ターゲットス
クリーンと打球地点との間に張るネット（もちろん、ボ
ールよりも小さな目を持つことが必要である）及びネッ
トとフレーム１１とを固定する金具等をセットにしてお
くことが望ましい。

【００７２】

【発明の効果】本発明の物体衝突位置検出装置は、ボー
ル等の飛翔体が所定のターゲット等に衝突する位置を検
出することができるため、単にゴルフの練習にとどまら
ず、各種競技のショット練習及びスローイング練習や遊
戯に利用することができる。例えば、野球のバッティン
グ及びピッチングの練習や、テニスの練習、アメリカン
フットボールのスローイング練習、遊戯ガンのシューテ
ィング練習等に利用可能である。また、ターゲットとし
て上記実施例のような特別なターゲットスクリーンを用
意するのではなく、例えば既存の壁に３個以上の振動検
出器（マイクロフォン等）を取り付けるという構成も可
能である。そして、ボール等の飛翔体の射出時刻検出手
段を備えている場合には、衝突位置だけでなく、飛翔体
の軌道を衝突後の仮想軌道も含めて計算することができ
るため、ゴルフのショット練習や野球のバッティング練
習、テニスの練習等を、より効果的に行なうことができ
る。なお、本発明の基本的な機能を基に、各種パラメー
タの入力やデータ処理を付加することにより、更に様々
なモードによる練習及び遊戯を行なうことができ、応用
範囲を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例であるゴルフアプローチショ
ット練習装置の概要を示す構成図。

【図２】 ショットによるボールの各種軌道とターゲッ
トスクリーンへの衝突位置及び角度との関係を示す説明
図。

【図３】 実施例のゴルフアプローチショット練習装置
の電気的構成を示すブロック図。

【図４】 ターゲットスクリーン上のボールの衝突箇所
と、その周囲に設けられたマイクロフォンとの位置関係
（実施例１の場合）を示す説明図。

【図５】 ショット位置とグリーン位置との間に高低差
がある場合の軌道説明図。

【図６】 ボールが左右にズレてショットされる場合の
軌道説明図。

【図７】 ターゲットスクリーンと打球地点との間にボ
ール集束枠を設けたゴルフアプローチショット練習装置
の概要を示す構成図。

【図８】 実施例のゴルフアプローチショット練習装置
のターゲットスクリーンシートの正面図（ａ）及び側面
図（ｂ）。

【図９】 ターゲットスクリーンシートをフレームに装
着した状態の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）。

【図１０】 図９のＡ及びＢの箇所の断面図。

【図１１】 図９のＣの箇所の断面図。

【図１２】 温度センサを用いて音速を求める場合に使
用する温度検出回路を示す図。

【図１３】 ターゲットスクリーン上のボールの衝突箇
所と、その周囲に設けられたマイクロフォンとの位置関
係（実施例２の場合）を示す説明図。

【図１４】 マイクロフォンが配置された４隅を頂点と
する長方形の外側に衝突箇所がある場合における、その
衝突箇所とマイクロフォンとの位置関係を示す図。

【符号の説明】

１１…フレーム １２…シート（ターゲットスクリーン） １３…シー
トの下端 １４…制御部 １５…表示
装置 １６…打球地点マット １７…ボー
ル １８…ボール軌道 １９…クラ
ブ １０１、１０２、１０３、１０４、１０５…マイクロフ
ォン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)検出エリア周囲の同一直線上でない少
   なくとも３箇所に置かれた衝突音検出手段と、 b)各衝突音検出手段によって衝突音が検出された時刻に
   基づき、検出エリア内の物体衝突位置を算出する演算手
   段とを備えることを特徴とする物体衝突位置検出装置。
2. 【請求項２】 更に、d)衝突する物体が所定の地点から
   射出された時刻を検出する射出時刻検出手段と、 e)各衝突音検出手段によって衝突音が検出された時刻及
   び射出時刻検出手段によって検出された射出時刻とに基
   づき、射出地点における物体の射出時点から物体の衝突
   時点までの移動時間を算出し、更に、該移動時間と演算
   手段が算出した物体衝突位置とより、衝突するまでの物
   体の軌道及び衝突した後の仮想軌道を算出する第２演算
   手段とを備える請求項１記載の物体衝突位置検出装置。
3. 【請求項３】 a)枠に張設されたシートから成るターゲ
   ットスクリーンと、 b)前記ターゲットスクリーンの周囲に配置された少なく
   とも３個の衝突音検出手段と、 c)各衝突音検出手段によって衝突音が検出された時刻に
   基づき、ターゲットスクリーン上における飛翔体の衝突
   位置を算出する演算手段とを備えることを特徴とするシ
   ョット練習装置。
4. 【請求項４】 更に、d)ターゲットスクリーンの前方に
   設けられた射出地点における飛翔体の射出時刻を検出す
   る射出時刻検出手段と、 e)各衝突音検出手段及び射出時刻検出手段からの検出信
   号を受けて射出地点における飛翔体の射出時点から飛翔
   体のターゲットスクリーンへの衝突時点までの飛行時間
   を算出し、更に、該飛行時間と演算手段が算出した衝突
   位置とより、ターゲットスクリーンに衝突するまでの飛
   翔体の軌道及び衝突した後の仮想軌道を算出する第２演
   算手段を備える請求項３記載のショット練習装置。
5. 【請求項５】 演算手段又は第２演算手段が算出した結
   果であるターゲットスクリーン上の飛翔体の衝突位置、
   飛翔体の軌道等を表示する表示手段を備えた請求項４記
   載のショット練習装置。
6. 【請求項６】 ターゲットスクリーンのシートに、飛翔
   体の衝突目標点及び得点領域が描かれている請求項３〜
   ５のいずれかに記載のショット練習装置。
7. 【請求項７】 飛翔体がゴルフボールであり、射出時刻
   検出手段が、クラブによるゴルフボールの打球音を検出
   する打球音検出器である請求項３〜６のいずれかに記載
   のショット練習装置。
8. 【請求項８】 ターゲットスクリーンのシートが枠の下
   から打球地点側に延長されており、それにより、シート
   に衝突した後のボールが打球地点側に戻ってくるように
   なっている請求項７に記載のショット練習装置。