JPS6013469B2 - ボ−ル速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、野球の投球練習等に於けるボールの速度検出
に好適な光学式ボール速度検出装置に関する。

野球のボール速度を光学的に測定する方法は光センサー
の応用として既に知られている。

ところで、従来のポール速度検出方式では「第１の位置
に格子状に多数の光線を配すと共に、第２の位置に格子
状に多数の光線を配し、第１の位置と第２の位置とでボ
−ノレの通過を検知すると共に、第１の位置から第２の
位置までのボール移動時間Ｔを求め、第１の位置と第２
の位置との間隔Ｌを時間Ｔで割算することによって速度
を決定していた。ところが、格子状に光線を配さなけれ
ばならないので、装置が複雑且つ大型になった。この種
の欠点を解決するために、ボぜルの移動を横から２次元
イメージセンサーでとらえて、速度検出を行うことが考
えられる。

ところが、同一ボール速度にあっても、センサーに対し
て近い位置にボールがある場合と、遠い位置にボールが
ある場合とでは異なる測定結果となる。そこで、本発明
の目的は、装置の小形化、低コスト化、及び高精度化が
可能なボール速度検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、ｘｙ座標で示すこ
とが可能な所定平面の延長平面上に固定配置され且つそ
の感光部の一次元配列方向が前記延長平面上の第１の直
線に一致するように配置され且つその感光部の｝次元配
列方向の長さが前記所定平面のｘ軸方向の長さ及びｙ軸
方向の長さよりも４・さくなるように形成された第１の
一次元ィメ−ジセンサ−と、前記延長平面上に固定設置
され且つその感光部の一次元配列方向が前記第１の直線
に対して所定角度を有する第２の直線に一致するように
配置され且つその感光部の一次元配列方向の長さが前記
所定平面のｘ軸方向の長さ及び前記ｙ軸方向の長さより
も小さくなるように形成された第２の一次元イメージセ
ンサーと、少なくとも前記所定平面の総ての位置におけ
るボールの結像を前記第１の一次元イメージセンサー上
に得ることが可能なように形成され且つ配置された第１
のレンズと、少なくとも前記所定平面の総ての位置にお
けるボールの結像を前記第２の一次元イメージセンサー
上に得ることが可能なように形成され且つ配置された第
２のレンズと、前記第１の一次元イメージセンサーと前
記第２の一次元イメージセンサーとを同期ごせて駆動す
るためのクロック信号発生器と、前記第１の一次元イメ
ージセンサ−の出力に基づいて該第１の一次元イメージ
センサー上の結像点位置を示す信号を形成する第１の結
像点位置信号形成回路と、前記第２の一次元イメージセ
ンサーの出力に基づいて該第２の一次元イメージセンサ
ー−ヒの結像点位置を示す信号を形成する第２の結像点
位置信号形成回路と、前記第１及び第２の結像点位置信
号形成回路の出力信号に基づいて前記ｘｙ平面を横切る
ようり通過するボールのｘ（又はｙ）座標位置を求める
ボール位置演算回路と、前記第２（又は第１）の一次元
イメージセンサーの出力に基づいて前記第２（又は第１
）の−次元イメージセンサーの感光部をボールが横切る
のに要する時間Ｔを測定する時間測定回路と、前記時間
測定回路で測定した時間Ｔと前記感光部の幅ａと前記ボ
ール位置演算回路から得られるボールの座標位置ｘ（又
はｙ）とに基づいてポール速度ＶをＶ＝ｍａ／Ｔ（但し
ｍはポール位置ｘ（又はｙ）に依存して変化する前記第
２（又は第１）のレンズを通して結ばれる像の縮小率で
ある）で求める速度演算回路と、前記速度演算回路の出
力を表示又は記録する速度出力装置と、から成るボール
速度検出装置に係わるものである。

上記本発明によれば、従来のように多数の光線を格子状
に配す必要がなくなるので、装置を４・形化、低コスト
化することが化館になる。

またボールのｘ（又はｙ）方向の位置の変化を考慮して
速度測定を行なうので、精度が高くなる。以下、図面を
参照して本発明の実施例について述べる。

本発明の実施例に係わる野球のストライクボールを判定
する装置におけるセンサーは、第１図及び第２図に示す
ように配置されている。投手又は捕手側からホームベー
ス盤方向を見た状態を示す第１図、ベース盤の上から下
も見た状態を示す第２図から明らかなように、第１の一
次元イメージセンサーーは、ベース盤３の上に配置され
、第２の一次元イメージセンサー２はベース盤３の横貝
０ち打者が立つ位置に配遣されている。鎖線で囲んで示
す所定平面４はストライクゾーンであり、ボールが横切
るように通過する領域である。この実施例では、この所
定平面４の中心点Ｐｏがｘｙ座標の原点とされているの
で、所定平面４中の各部を刈座標点で示すことが可能で
ある。原点Ｐｏからｙ軸方向に距離Ｙｏだけ離れた位置
に第１の一次元イメージセンサー１が固定設置され、ま
た原点Ｐ。から文軸方向に距離Ｘｏだけ離れた位置に第
２の一次元イメージセンサー２が固定設置されている。
夫々のセンサー１，２に沿って引かれた第１の直線５及
び第２の直線６は所定平面４の延長平面に含まれる直線
であり、この内第１の直線５はｘ軸に平行に、また第２
の直線６はｙ軸に平行に描かれている。第１及び第２の
一次元イメージセンサー１，２の感光部の一次元配列方
向則ち読み出し走査方向は、第１及び第２の直線５，６
と一致している。

この実施例の場合、第１の直線５と第２の直線６とは直
交しているので、第１の一炊元イメージセンサー１の感
光部の一次元配列方向は第２の一次元イメージセンサー
２の一次元配列方向に対して９０度づれている。尚第１
及び第２の一次元イメージセンサーー，２の感光部の一
次元配列方向の長さは、図面から明らかなように、所定
平面４のｘ軸方向の長さ及びｙ軸方向の長さより短かし
、。しかし、所定平面４と第１及び第２の一次元イメー
ジセンサー１，２との間に第１及び第２のレンズ７，８
が配置され、これ等は凸レンズ構成であるから、ボール
位置が少なくとも所定平面４の中で変化したとしても、
所定平面４の総ての場所のボールの結像を夫々のセンサ
ー１，２上に得ることが可能である。尚焦点距離ｆｙの
第１のレンズ７はその光軸ｙ軸に一致させた状態で、第
１の一次元イメージセンサー１から距離Ｂｙの所に配置
されている。また焦点距離ｆｘの第２のレンズ８はその
光軸をｘ軸に一致させた状態で、第２の一次元イメージ
センサー２から距離ＢＸの所に配置されている。第１図
において鎖線で示されている第１及び第２の照明光線Ｌ
及びＬ２は一対のセンサーー，２に対向配置され、必要
に応じてセンサー１，２にバイアス的光を与えるもので
ある。

外光条件及びボールの反射件によってこの照明光線Ｌ，
，−を使用した場合には、ボールの通過によって暗い結
像が生じ、これに応答して出力レベルが低下し、明確に
ボール位置を検出することが可能になる。第１図の装置
に使用されている第１及び第２の一次元イメージセンサ
ー１，２は、この実施例の場合、ＣＣＤ（電荷転送ティ
バィス）イメージセンサーであって、第４図に原理的に
示す如く感光部Ａ，〜Ａｎが直線状即ち一次元に配置さ
れ、この感光部ぶ，〜ＡｎがトランスフアゲートＧを介
して読み出しレジスタとしてのＣＣＤに結合されたもの
である。即ちＭＯＳキャパシタによって構成された感光
部Ａ，〜Ａｎに光が照射されることによって蓄積された
電荷が、トランスフアゲートＧを介してＣＣＤに受け渡
され、読み出しレジスタとしてＣＣＤで転送されるもの
である。第３図は検出装置全体を示すものであり、第１
及び第２の一次元イメージセンサー１，２は共通のクロ
ツク信号発生器１０からの例えば４０ｋＨＺのクロツク
パルスによって走査即ち読み出しのためのシフト駆動さ
れる。

今、例えばある時点で第１の一次元イメージセンサー１
の第４図に示す受光部Ａ３にボールの結像が得られたと
すれば、所定の読み出し走査貝０ちシフト動作によって
、例えば第５図Ａに示す如くｔ３時点で出力が得られる
。−走査期間（ｔｏ〜ｔｎ）に於ける出力発生時点と感
光部とは所定の対応関係を有しているので、出力発生時
点に基づいて結像位置（感光又は非感光位置）を容易に
知ることが出来る。第２の一次元イメージセンサー２に
おいても、例えば第５図Ｂのような出力が得られ、これ
によって結像位置を容易に知ることが出来る。一対のセ
ンサー１，２から読み出された出力は、第１及び第２の
波形整形回路１１，１２によって波形整形され、第１及
び第２の結像点位置信号形成回路１３，１４に送られる
。

第１の結像点位置信号形成回路１３は、第１の一次元イ
メージセンサー１の中心点ふを零点とし、これより第１
の直線５の右側をＸ軸、これより左側を−×軸として、
所定時点に於ける結像点位置データ×を求めるものであ
る。また第２の結像点位置信号形成回路１４は、第２の
一次元イメージセンサー２の中心点Ｙｏを零点とし、こ
れより第２の直線６の上側をＹ軸、下側を−Ｙ軸として
、所定時点に於ける結像点位置データＹを求めるもので
ある。データＸ及びデータＹが入力される演算回路１５
は、検出によって得られるデータＸ及びデータＹ、メモ
川こ予め記憶されている第１のレンズ７の焦点距離ｆｙ
、第２のレンズの焦点距離ｆＸ、第１のレンズ７とセン
サー１との間隔Ｂｙ、第２のレンズ８とセンサー２との
間隔Ｂｘ、ｘｙ座標の原点Ｐｏからセンサー１までの距
離Ｙｏ及び原点Ｐｏからセンサー２までの距離ふに基づ
いて次の演算をするものである。Ｘ＝（ＢｆＸ＋ＱＹ）
Ｘ ……‘１｝式ｆＸｆｙ＋ＸＹｙ＝
（Ｑｆｙ＋８ｘ）Ｙ ……【２）式
但し、Ｑ＝ふ−（ｆｘ十Ｂｘ）、８＝Ｙｏ−（ｆｙ＋Ｂ
ｙ）とする。

この演算回路１５によって求められた、ｘｙ座標におけ
るボールの位置を示す座標データｘ，ｙは次段のコース
判定回路１６に送られる。

コース判定回路１６にはストライクコース則ち所定平面
４を示すデータが予めメモリに記憶されているので、ス
トライクコースを示すデータと、検出された座標データ
ｘ及びｙとの比較を行って検出データｘ，ｙで決まる座
標点位置即ちボール位置が所定平面４内であるか否かを
判定するものである。

コース判定回路１６の出力に結合された出力装置１７は
、判定結果を発光素子及びブザーによって知らせると共
に必要に応じてデータレコーダに記録するものである。

尚演算回路１５に於ける演算式｛１｝，脚は、次のよう
に算出されている。まず、第１及び第２のレンズ７，８
を通して得られる結像点位置Ｘ，Ｙを示す式は次の通り
である。

ｆｙ Ｘ＝−ＸＸＹ。

−ｙ−そｙｆｙ ＝−×Ｘび。

−そｙ）−ｙ＝−ぞ士 肌｛３’ ｆＸ ＝・ ｙＬ Ｙ＝−ｙＸＸ。

十Ｘ−夕× Ｘ＋（ふ−そＸ）＝−み
……｛４｝×十Ｑ但し、クｘ＝ｆｘ十Ｂｘ そｙ＝ｆｙ＋Ｂｙ Ｑ＝ふ−夕× Ｂ＝Ｙｏ−そｙとする。

（４拭より、ｙ＝‐埜＄，Ｙ ……｛５’
ｆＸ【３拭より、文＝−止Ｉ．ｘ ……■
ｆｙ｛６１式を‘３’式に代入すれば次式が得られる。

．‐ｙ（１十洋）＝Ｘ３−＆ＹｆＸｆｙ ｙ＝著戸表卓‐Ｙ −（雫苧三隻き）‐Ｙ ‐‐‐‐‐‐（７１‘５｝
式を■式に代入すれば次式が得られる。

．．Ｘ（１十鰐）＝‐四凶・ｘｆＸｆｙ Ｘ＝（亀申主要壬‐Ｘ …‐‐‐【８）よって、
‘１｝式と同じ（８｝式が得られ、｛２）式と同じ【７
｝式が得られる。

第２の一次元イメージセンサー２に波形整形回路１２を
通して接続された時間測定回路１８は、センサー２の出
力に基づいてボールの結像がセンサー２の感光部を横切
るのに要する時間Ｔを測定する回路である。

即ちこれは、センサー２が第６図に示す如く幅ａの感光
部３１を有するものであり、ボールの結像３２が矢印３
３で示すように感光部３１を横切り、且つ読み取りの走
査が矢印３４の方向になされるとすれば、ボ−ル結像３
２の中心が感光部３１の左端を通過する時点から右端を
通過する時点までの所要時間Ｔを求める回路である。こ
の時間Ｔの測定を更に詳しく説明すると、感光部３１の
幅ａが例えば０．４３肌程度あるとすれば、ボール結像
３が感光部３１を通過する間に矢印３４の方向の読み取
り走査が複数回行われる。

この結果、ボール結像３２の通過に応答して、第７図Ａ
に説明的に示す如くｔ．〜ら時点の各走査で出力パルス
が得られる。そこで、このパルス列を第７図Ｂに示す如
く矩形波とし、立上り時点ｔ，から立下り時点ｔ２まで
の時間Ｔを測定する。もし、ボールが常に同じコースを
通るものと仮定すれば、ａ／Ｔでボールの移動速度を求
めることが出来るのが、実際には、ボールのコースは異
なるので、コースに応じて補正を行う。このため、速度
演算回路１９が設けられ、ここに時間測定回路１８から
時間Ｔのデータと、位置演算回路１５からボールの座標
位置データｘが入力されている。

速度演算回路１９の内部メモリには第１図における原点
Ｐｏからセンサー２までの距離ふと、レンズ８とセンサ
ー２との間隔Ｂｘとが記憶されているので、ｘ軸方向の
ボール位置を示すデータｘが与えられると、ボールとそ
の結像と＆の縮小率ｍが、ｍ＝太古こ耳で求められる。

次に内部メモリに予め記憶させておいた感光部３１の幅
ａを弄り用してボ‐ル遠度Ｖをｖ＝砦で求める。このよ
うに縦４・率ｍを考慮して速度Ｖを求めると、ボールの
ｘ軸方向の位置変化に無関係にボール速度が正確に検出
される。速度演算回路１９で求めた検出速度は速度出力
装置２０における速度表示器に送られて表示され、必要
に応じてデータレコーダにて記録される。

上述から明らかなように、本実施例によれば、一次元イ
メージセンサー１，２によって速度検出が可能となり、
装置が小形化、低コスト化される。

またボールのｘ軸方向の変化を補正した状態で速度検出
を行うので、正確な値が得られる。

またセンサー１，２をコース判定と兼用することが可能
となり、コース判定と速度検出との両方を容易に行なう
ことが可能になる。また１つのセンサー２の感光部３１
を横切る時間を測定して速度を求めているので、速度検
出機構が極めて簡略化されている。以上、本発明の実施
例について述べたが、本発明は上述の実施例に限定され
るものではなく、更に変形可能なものである。

例えば、ＣＣＤ一次元イメージセンサーー，２の代りに
、第８図に示す、複数のフオトダィオードＤ，，Ｄ２，
……Ｄｎと、これ等に夫々直列に接続されたＦＥＴ構造
のＭＯＳトランジスタＱ，，Ｑ２，……Ｑｎと、このＭ
ＯＳトランジスタＱ，〜Ｑｎを制御するシフトレジスタ
構成の走査回路ＳＲと、ＭＯＳトランジスタＱ，〜Ｑｎ
とフオトダイオードＤ，〜Ｄｎとの直列回路に負荷抵抗
Ｒしを介して電圧を印加する鰭源Ｅと、コンデンサＣを
介して設けられたＯＣＴとから成る固体イメージセンサ
ーを使用してもよい。尚フオトダィオードＤ，〜Ｄｎは
例えば第１図の第１の直線５又は第２の直線６に沿って
直線的に配列される。また第９図に示す如く２つの一次
元イメージセンサー２ａ，２ｂを所定間隔ａで配置し、
好ましくは共通のレンズ８を介してボール結像が例えば
左から右に向って横切るようになし、１番目のセンサー
２ａの感光部３１ａの左端をボール結像３２が機切って
から２番目のセンサー２ａの感光部３１ｂの右端を横切
るまでの時間Ｔを求め、Ｖ＝ｍ・ａ／Ｔの演算を行って
もよい。

これにより、更に精度が高くなる。この場合、感光部３
１ａ，３１ｂは第６図の感光部３１と均等であり、間隔
ａは第６図の幅ａと均等である。また実施例ではＹ軸の
センサー２で時間Ｔを求めたが、Ｘ軸のセンサー１で時
間Ｔを求め、速度検出の際にボールのｙ軸方向の変化を
補正するようにしてもよい。

またセンサー１，２を第；図に示すようにｘ軸及びｙ軸
上に配置させず、例えばｙ＝ｘで表わされる直線上に一
方のセンサーを配し、ｙ＝−ｘで表わされる直線上に配
してもよい。

この際、感光部配列方向はｙ＝ｘ及びｙ＝一ｘに直交す
る方向に一致させる。またセンサー１，２はベース盤３
内又はこれと実質的に同一平面内に配置してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わる野球のボール移動状態
検出装置のセンサー部分を示す正面図、第２図は第１図
のセンサー部分の平面図、第３図はボール移動状態検出
装置の全体を示すブロック図、第４図はＣＣＤ一次元イ
メージセンサーの原理図、第５図は一対のセンサー１，
２からの出力を示す波形図である。 第６図は第１図のセンサーの説明的平面図、第７図Ａは
第６図のセンサーを結像が横切る場合の出力を説明的に
示す波形図、第７図Ｂは第７図Ａの波形を整形した状態
を示す波形図である。第８図はイメージセンサーの変形
例を示す回路図である。第９図は変形例におけるセンサ
ーの配置を示す平面図である。尚図面に用いられている
符号において、１‘ま第１の一次元イメージセンサー、
２は第２の一次元イメージセンサー、４は所定平面、５
は第１の直線、６は第２の直線、７は第１のレンズ、８
は第２のレンズ、１０はクロック信号発生器、１３は第
１の結像点位置信号形成回路、１４は第２の結像点位置
信号形成回路、１５は演算回路、１６はコース判定回路
、１７は出力装置、１８は時間測定回路、１９は速度演
算回路、２川ま速度出力装置である。 第１図 第２図 第４図 第５図 第６図 第９図 第３図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ｘｙ座標で示すことが可能な所定平面の延長平面上
   に固定配置され且つその感光部の一次元配列方向が前記
   延長平面上の第１の直線に一致するように配置され且つ
   その感光部の一次元配列方向の長さが前記所定平面のｘ
   軸方向の長さ及びｙ軸方向の長さよりも小さくなるよう
   に形成された第１の一次元イメージセンサーと、 前記
   延長平面上に固定配置され且つその感光部の一次元配列
   方向が前記第１の直線に対して所定角度を有する第２の
   直線に一致するように配置され且つその感光部の一次元
   配列方向の長さが前記所定平面のｘ軸方向の長さ及び前
   記ｙ軸方向の長さよりも小さくなるように形成された第
   ２の一次元イメージセンサーと、 少なくとも前記所定
   平面の総ての位置におけるボールの結像を前記第１の一
   次元イメージセンサー上に得ることが可能なように形成
   され且つ配置された第１のレンズと、 少なくとも前記
   所定平面の総ての位置におけるボールの結像を前記第２
   の一次元イメージセンサー上に得ることが可能なように
   形成され且つ配置された第２のレンズと、 前記第１の
   一次元イメージセンサーと前記第２の一次元イメージセ
   ンサーとを同期させて駆動するためのクロツク信号発生
   器と、 前記第１の一次元イメージセンサーの出力に基
   づいて該第１の一次元イメージセンサー上の結像点位置
   を示す信号を形成する第１の結像点位置信号形成回路と
   、 前記第２の一次元イメージセンサーの出力に基づい
   て該第２の一次元イメージセンサー上の結像点位置を示
   す信号を形成する第２の結像点位置信号形成回路と、
   前記第１及び第２の結像点位置信号形成回路の出力信号
   に基づいて前記ｘｙ平面を横切るように通過するボール
   のｘ（又はｙ）座標位置を求めるボール位置演算回路と
   、 前記第２（又は第１）の一次元イメージセンサーの
   出力に基づいて前記第２（又は第１）の一次元イメージ
   センサーの感光部のボールを横切るのに要する時間Ｔを
   測定する時間測定回路と、 前記時間測定回路で測定し
   た時間Ｔと前記感光部の幅ａと前記ボール位置演算回路
   から得られるボールの座標位置ｘ（又はｙ）とに基づい
   てボール速度ＶをＶ＝ｍａ／Ｔ（但しｍはボール位置ｘ
   （又はｙ）に依存して変化する前記第２（又は第１）の
   レンズを通して結ばれる像の縮小率である）で求める速
   度演算回路と、 前記速度演算回路の出力を表示又は記
   録する速度出力装置と、から成るボール速度検出装置。