(57)【要約】【課題】計測ユニットの取り付け位置の自由度を高めながら、複数の計測ユニットからの計測データ間で同期をとることにより正確な運動解析を実行する運動解析システム等を提供すること。【解決手段】被計測体に取り付けられ、被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成する計測ユニット１０−１、１０−２と、同期用情報の発生を指示する解析制御装置２０と、を含み、計測ユニットは、同期用情報の検出の有無を表す第２のデータと第１のデータとを含む計測データを生成し、解析制御装置は、計測データを受け取り、第２のデータに基づいて、計測ユニットが同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断し、同期用情報の発生を指示したタイミングと検出タイミングとを比較した結果に基づいて、複数の計測ユニットが生成する計測データの間で同期をとり、被計測体の運動を解析する。【選択図】図１
2014128452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測体に取り付けられ、前記被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成する計測ユニットと、
同期用情報の発生を指示する解析制御装置と、を含み、
前記計測ユニットは、
前記同期用情報の検出の有無を表す第２のデータと前記第１のデータとを含む計測データを生成し、
前記解析制御装置は、
前記計測データを受け取り、
前記第２のデータに基づいて、前記計測ユニットが前記同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断し、
前記同期用情報の発生を指示したタイミングと前記検出タイミングとを比較した結果に基づいて、複数の前記計測ユニットが生成する前記計測データの間で同期をとり、前記被計測体の運動を解析する運動解析システム。
【請求項２】
請求項１に記載の運動解析システムにおいて、
前記計測ユニットは、
前記物理量を計測して前記第１のデータを生成するセンサー部と、
前記同期用情報を検出して前記第２のデータを生成する同期用情報検出部と、を含む運動解析システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の運動解析システムにおいて、
前記同期用情報を発生する同期用情報発生部、を含み、
前記解析制御装置は、
前記同期用情報発生部に前記同期用情報の発生を指示する運動解析システム。
【請求項４】
請求項３に記載の運動解析システムにおいて、
前記同期用情報発生部は、
前記同期用情報として光を発生する運動解析システム。
【請求項５】
請求項３に記載の運動解析システムにおいて、
前記同期用情報発生部は、
前記同期用情報として電波を発生する運動解析システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の運動解析システムにおいて、
前記解析制御装置は、
前記同期用情報を複数回発生させる運動解析システム。
【請求項７】
請求項６に記載の運動解析システムにおいて、
前記解析制御装置は、
前記同期用情報が発生する期間をランダムに変化させる運動解析システム。
【請求項８】
請求項１に記載の運動解析システムにおいて、
前記計測ユニットは、
前記被計測体の運動に基づく物理量を計測する通常モードと、前記同期用情報を検出する同期モードと、を切り換えて動作し、
計測開始時に前記同期モードで動作し、
前記同期用情報を検出した後に前記通常モードに移行する運動解析システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の運動解析システムにおいて、
前記計測ユニットは、
前記被計測体の運動に基づく加速度および角速度を計測する慣性センサーを含む運動解析システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の運動解析システムにおいて、
前記計測ユニットは、
前記被計測体の衝突による衝撃を前記同期用情報とする運動解析システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の運動解析システムにおいて、
前記計測ユニットは、
前記計測データを記憶する記憶部を含み、
前記解析制御装置は、
前記記憶部に記憶された前記計測データを受け取る運動解析システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の運動解析システムで使用される計測ユニット。
【請求項１３】
被計測体に取り付けられ、前記被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成し、同期用情報の検出の有無を表す第２のデータと前記第１のデータとを含む計測データを生成する計測ユニット、を含む運動解析システムの運動解析方法であって、
前記同期用情報の発生を指示するステップと、
前記計測データを受け取るステップと、
前記第２のデータに基づいて、前記計測ユニットが前記同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断するステップと、
前記同期用情報の発生を指示したタイミングと前記検出タイミングとを比較した結果に基づいて、複数の前記計測ユニットが生成する前記計測データの間で同期をとり、前記被計測体の運動を解析するステップと、を含む運動解析方法。
【請求項１４】
被計測体に取り付けられ、前記被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成し、同期用情報の検出の有無を表す第２のデータと前記第１のデータとを含む計測データを生成する計測ユニット、を含む運動解析システムに用いられるプログラムであって、
コンピューターに、
前記同期用情報の発生を指示するステップと、
前記計測データを受け取るステップと、
前記第２のデータに基づいて、前記計測ユニットが前記同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断するステップと、
前記同期用情報の発生を指示したタイミングと前記検出タイミングとを比較した結果に基づいて、複数の前記計測ユニットが生成する前記計測データの間で同期をとり、前記被計測体の運動を解析するステップと、を実行させるプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラムを記録した、コンピューター読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動解析システム、計測ユニット、プログラム、記録媒体および運動解析方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な分野において運動を解析するシステムが必要とされている。例えば、ゴルフクラブやテニスラケットのスイング軌道、野球のピッチングやバッティング等の運動フォーム等を解析し、解析結果から改善点を明らかにすることで競技力の向上につなげることができる。
【０００３】
運動解析システムとしては、従来から光学式モーションキャプチャーが知られている。これは、マーカーが取り付けられた対象を赤外線カメラ等で連続撮影し、撮影された連続画像を用いてマーカーの移動軌跡を算出することで、運動を解析するシステムである（特許文献１）。
【０００４】
これに対して、近年、被検査体に小型の慣性センサーを取り付け、センサーの出力データから被検査体の運動を解析する手法が提案されている（特許文献２）。この手法では、赤外線カメラが不要であるため取り扱いが容易であるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１１０３８２号公報
【特許文献２】特開２００８−０７３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献２の発明は、第１、第２のジャイロセンサーがそれぞれゴルフクラブのヘッド部、グリップ部に固定されている。そのため、ジャイロセンサーを制御する制御部や、ジャイロセンサーからのデータを記憶する記憶部を、ゴルフクラブ内に設けて有線で接続することが可能である。このとき、主制御部は、第１のジャイロセンサーからのデータも、第２のジャイロセンサーからのデータもほぼリアルタイムに取得し、記録することができる。
【０００７】
つまり、特許文献２の発明は、第１、第２のジャイロセンサーからのデータを時間的なずれを生じることなく対応させることが可能であり、２つのデータ間で同期がとれないという問題は生じにくい。ここで、「同期をとる」とは複数のセンサーからのデータを１つの時間軸上で互いに関連付けることをいう。
【０００８】
しかし、例えば計測に用いる複数のセンサーが離れて配置されている場合や、センサー内のバッファーに一時記憶されたデータをまとめて受け取る場合には、データを受け取る側が複数のセンサーのデータ間の同期をとる必要が生じる。
【０００９】
ここで、計測に用いる複数のセンサーが離れて配置され、無線でデータを取得する運動解析システムを考える。このとき、特許文献２に記載の手法では、スイッチがオン状態となってからの経過時間に基づいて、複数のセンサーのデータ間で同期をとることになる。しかし、このようなシステムでは、無線を使って順番に各センサーのスイッチをオン状態
する。そのため、スイッチがオン状態になるまでの時間は各センサーで異なっている。したがって、特許文献２に記載の手法では、複数のセンサーからのデータ間で同期をとることができない。
【００１０】
運動解析システムとしては、計測に用いられる複数のセンサーの配置の自由度が高いことが好ましい。しかし、異なるセンサーからのデータ間で正しく同期をとることができなければ、運動解析を正しく行うことができない。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、運動に基づく物理量を計測する計測ユニットの取り付け位置の自由度を高めながら、複数の計測ユニットからの計測データ間で同期をとることにより正確な運動解析を実行する運動解析システム、計測ユニットおよび運動解析方法を提供することができる。ここで、運動解析とは例えば被計測体の運動による特定部位の位置、速度、加速度等を解析することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
【００１３】
［適用例１］
本適用例に係る運動解析システムは、被計測体に取り付けられ、前記被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成する計測ユニットと、同期用情報の発生を指示する解析制御装置と、を含み、前記計測ユニットは、前記同期用情報の検出の有無を表す第２のデータと前記第１のデータとを含む計測データを生成し、前記解析制御装置は、前記計測データを受け取り、前記第２のデータに基づいて、前記計測ユニットが前記同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断し、前記同期用情報の発生を指示したタイミングと前記検出タイミングとを比較した結果に基づいて、複数の前記計測ユニットが生成する前記計測データの間で同期をとり、前記被計測体の運動を解析する。
【００１４】
本適用例に係る運動解析システムは、計測ユニットと解析制御装置とを含む。計測ユニットは、被計測体に取り付けられ、被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成する。計測ユニットは、例えば加速度センサー、角速度センサー、速度センサー等の物理量センサーを含んでおり、物理量センサーからの出力データが第１のデータに対応する。
【００１５】
そして、計測ユニットは、解析制御装置の指示によって発生する同期用情報を検出し、検出の有無を表す第２のデータも生成する。同期用情報として例えば、光、電波、音等を用いることができる。このとき、計測ユニットは、例えば受光素子（受光装置）、電波受信器、マイク等を含むことで同期用情報を検出し、第２のデータを生成できる。そして、計測ユニットは第１のデータと第２のデータとを含む計測データを解析制御装置に出力する。
【００１６】
計測データを受け取った解析制御装置は、第２のデータに基づいて、計測ユニットが同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断する。そして、解析制御装置は、同期用情報の発生を指示したタイミング（以下、発生タイミング）と検出タイミングとを比較することで、発生タイミングを基準とする、その計測データのタイミングのずれ（以下、タイムラグ）を知ることができる。
【００１７】
解析制御装置は、複数の計測ユニットが生成する計測データのそれぞれについて、タイムラグを把握することで、複数の計測データの間で同期をとることができる。したがって
、複数の計測データに含まれる第１のデータ（被計測体の運動に基づく物理量）を正確に対応させることができ、被計測体の正確な運動解析を実行できる。
【００１８】
このとき、計測ユニットは、同期用情報を検出することができれば解析制御装置から離れていても構わない。同期用情報として例えば光を用いた場合、かなり広範な範囲で計測ユニットを配置することが可能である。すなわち、本適用例に係る運動解析システムは、計測ユニットの取り付け位置の自由度を高めながら、複数の計測ユニットからの計測データ間で同期をとることにより正確な運動解析を実行できる。
【００１９】
［適用例２］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記計測ユニットは、前記物理量を計測して前記第１のデータを生成するセンサー部と、前記同期用情報を検出して前記第２のデータを生成する同期用情報検出部と、を含んでもよい。
【００２０】
本適用例に係る運動解析システムの計測ユニットは、センサー部と同期用情報検出部と、を含む。センサー部は、被計測体の運動に基づく物理量を検出して、検出した物理量に応じて第１のデータを生成する。センサー部は、例えば加速度センサー、角速度センサー、速度センサー等であって、物理量として加速度、角速度、速度等を計測してもよい。さらに、２軸以上で物理量を計測するセンサーであってもよい。例えばセンサー部が３軸の加速度センサーである場合、第１のデータはｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの加速度を含んでいてもよい。
【００２１】
同期用情報検出部は、同期用情報を検出して、検出の有無を表す第２のデータを生成する。同期用情報検出部は、例えば受光素子（受光装置）、電波受信器、マイク等であって、同期用情報である光、電波、音等を検出できる。そして、検出の有無に応じて、第２のデータを生成する。第２のデータは例えばデジタル信号であり、同期用情報が検出された場合には“１”（ハイレベル）に、検出されなかった場合には“０”（ローレベル）に変化してもよい。
【００２２】
なお、本適用例に係る運動解析システムの計測ユニットが生成する計測データは、第１のデータと第２のデータとを含むが、計測データは離散的なデータであってもよい。つまり、第１のデータと第２のデータが所定のサンプリング周期（例えば０．００１秒）でサンプリングされて計測データが生成されてもよい。
【００２３】
本適用例に係る運動解析システムの計測ユニットは、センサー部とは独立して同期用情報検出部を含む。そのため、センサー部が検出する物理量に関係なく、自由に同期用情報を選択することが可能になる。
【００２４】
［適用例３］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記同期用情報を発生する同期用情報発生部、を含み、前記解析制御装置は、前記同期用情報発生部に前記同期用情報の発生を指示してもよい。
【００２５】
本適用例に係る運動解析システムは、同期用情報発生部を含んでいてもよい。同期用情報発生部は解析制御装置の指示にしたがって同期用情報を発生する。同期用情報発生部は、例えば発光素子（発光装置）、電波送信器、スピーカー等であって、同期用情報である光、電波、音等を発生する。なお、同期用情報発生部は解析制御装置に含まれていてもよいが、解析制御装置から独立して存在することが好ましい。このとき、同期用情報発生部の配置の自由度が高まり、運動解析システムにおける配置上の制約をさらに小さくすることができる。
【００２６】
［適用例４］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記同期用情報発生部は、前記同期用情報として光を発生するようにしてもよい。
【００２７】
［適用例５］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記同期用情報発生部は、前記同期用情報として電波を発生するようにしてもよい。
【００２８】
同期用情報発生部は、例えば発光素子（発光装置）、電球、フラッシュ等であって、同期用情報である光を発生してもよい。同期用情報発生部と計測ユニットとの間に光を遮る物がなければ、同期用情報である光が届く範囲で自由に計測ユニットを配置できるので、計測ユニットの取り付け位置の自由度が高い。
【００２９】
また、同期用情報発生部は、例えば電波送信器であって、同期用情報である電波を発生してもよい。同期用情報発生部と計測ユニットとの間に障害物があっても、回折によって同期用情報である電波が届く可能性がある。そのため、さらに計測ユニットの取り付け位置の自由度が高い。
【００３０】
なお、いずれの場合でも、同期用情報である光、電波は例えば自然光、ラジオ等の電波と区別されるように、特定波長帯域の光、電波を用いることが好ましい。
【００３１】
［適用例６］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記解析制御装置は、前記同期用情報を複数回発生させてもよい。
【００３２】
［適用例７］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記解析制御装置は、前記同期用情報が発生する期間をランダムに変化させてもよい。
【００３３】
これらの適用例によれば、解析制御装置は、同期用情報を複数回発生させる。そのため、障害物の存在や通信状態の悪化により、計測ユニットが一部の同期用情報を検出できない場合でも、他の同期用情報を検出できていれば、解析制御装置は計測データの間で同期をとることが可能である。
【００３４】
そのため、これらの適用例によれば、同期用情報の検出時のエラーに強く、信頼性の高い運動解析システムを実現することができる。
【００３５】
ここで、解析制御装置は、同期用情報が発生する期間をランダムに変化させてもよい。このとき、同期用情報が発生している期間がランダムに変化するので、期間を同一にする場合に比べて誤って対応させること、すなわち計測データ間の同期を失敗するおそれが少ない。そのため、解析制御装置はより正確に計測データの間で同期をとることが可能であり、さらに信頼性の高い運動解析システムを実現することができる。
【００３６】
［適用例８］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記計測ユニットは、前記被計測体の運動に基づく物理量を計測する通常モードと、前記同期用情報を検出する同期モードと、を切り換えて動作し、計測開始時に前記同期モードで動作し、前記同期用情報を検出した後に前記通常モードに移行してもよい。
【００３７】
本適用例に係る運動解析システムは、動作モードを切り換える計測ユニットを含むことで、被計測体の運動に基づく物理量の計測（通常モード）と、同期用情報の検出（同期モード）とを排他的に実行することができる。
【００３８】
そのため、同期用情報が発生すると被計測体の運動に基づく物理量の計測に影響するような場合でも、正確な運動解析が可能になる。例えば、被計測体の運動の解析のために物理量として速度が計測されるとする。このとき、例えば３０ｋｍ／秒以上のｘ軸方向の速度の発生を同期用情報として用いると、被計測体の運動に加えて同期用情報が第１のデータに影響してしまい、正しい計測データが得られない。本適用例によれば、同期用情報として第１のデータとして計測されるのと同じ種類の物理量を使用した場合でも、動作モードを切り換えることで正しい計測データを得ることができる。
【００３９】
このとき、計測ユニットは、計測開始時に同期モードで動作し、同期用情報を検出した後に通常モードに移行する。最初に同期をとることで、通常モードに移行してからの第１のデータは、被計測体の運動に基づくものとして有効に使用できる。
【００４０】
なお、動作モードが同期モードである場合には、第１のデータは被計測体の運動解析には使用されない可能性が高いので、ダミーの値である固定値を用いてもよい。また、動作モードが通常モードである場合には、もはや同期用情報は検出しないので、第２のデータは非検出を示す値に固定されてもよい。
【００４１】
［適用例９］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記計測ユニットは、前記被計測体の運動に基づく加速度および角速度を計測する慣性センサーを含んでもよい。
【００４２】
［適用例１０］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記計測ユニットは、前記被計測体の衝突による衝撃を前記同期用情報としてもよい。
【００４３】
これらの運動解析システムによれば、計測ユニットは、被計測体の運動に基づく加速度および角速度を計測する慣性センサーを含んでもよい。慣性センサーは、例えば３軸の加速度センサーと３軸の角速度センサーを含むので、被計測体の運動を正確に検出することができる。
【００４４】
ここで、計測ユニットは、被計測体の衝突による衝撃を同期用情報としてもよい。このとき、同期用情報についても慣性センサーが検出する。例えば、運動解析としてゴルフのスイングの軌跡を検出する場合に、同期用情報としてはユーザーがジャンプして着地するような衝撃や、意図的にゴルフクラブを地面に衝突させる衝撃を用いることが可能である。これらの衝撃は、通常のスイングとは大きく異なる加速度、角速度、衝撃の方向を示すため、計測ユニットは同期用情報であると区別することが可能である。
【００４５】
これらの運動解析システムによれば、計測ユニットは同期用情報検出部として例えば受光素子（受光装置）、電波受信器、マイクを含む必要がないため構成を簡単にできる。また、本適用例に係る運動解析システムは、同期用情報発生部として例えば発光素子（発光装置）、電波送信器、スピーカー等を含む必要がないため構成要素を少なくできる。なお、慣性センサーはさらに地磁気センサーを含んでいてもよい。
【００４６】
［適用例１１］
前記適用例に係る運動解析システムにおいて、前記計測ユニットは、前記計測データを記憶する記憶部を含み、前記解析制御装置は、前記記憶部に記憶された前記計測データを
受け取ってもよい。
【００４７】
本適用例に係る運動解析システムの計測ユニットは、計測データを記憶する記憶部を含む。そのため、解析制御装置は、記憶部に記憶された前記計測データをまとめて受け取ることができ、計測ユニットへのアクセスの頻度が少なくなり、通信制御にかかる負担を軽減することができる。
【００４８】
［適用例１２］
本適用例に係る計測ユニットは、前記の運動解析システムで使用される。
【００４９】
［適用例１３］
本適用例に係る運動解析方法は、被計測体に取り付けられ、前記被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成し、同期用情報の検出の有無を表す第２のデータと前記第１のデータとを含む計測データを生成する計測ユニット、を含む運動解析システムの運動解析方法であって、前記同期用情報の発生を指示するステップと、前記計測データを受け取るステップと、前記第２のデータに基づいて、前記計測ユニットが前記同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断するステップと、前記同期用情報の発生を指示したタイミングと前記検出タイミングとを比較した結果に基づいて、複数の前記計測ユニットが生成する前記計測データの間で同期をとり、前記被計測体の運動を解析するステップと、を含む。
【００５０】
［適用例１４］
本適用例に係るプログラムは、被計測体に取り付けられ、前記被計測体の運動に基づく物理量を計測して第１のデータを生成し、同期用情報の検出の有無を表す第２のデータと前記第１のデータとを含む計測データを生成する計測ユニット、を含む運動解析システムに用いられるプログラムであって、コンピューターに、前記同期用情報の発生を指示するステップと、前記計測データを受け取るステップと、前記第２のデータに基づいて、前記計測ユニットが前記同期用情報を検出したタイミングである検出タイミングを判断するステップと、前記同期用情報の発生を指示したタイミングと前記検出タイミングとを比較した結果に基づいて、複数の前記計測ユニットが生成する前記計測データの間で同期をとり、前記被計測体の運動を解析するステップと、を実行させる。
【００５１】
［適用例１５］
本適用例に係る記録媒体は、前記のプログラムを記録した、コンピューター読み取り可能な記録媒体である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施形態の運動解析システムの構成例を示す図。
【図２】第１実施形態の運動解析システムでゴルフスイングを計測する例を示す図。
【図３】計測されたゴルフクラブ（運動器具）の軌跡の例を示す図。
【図４】図１の計測ユニットのブロック図。
【図５】図１の解析制御装置のブロック図。
【図６】第１実施形態の運動解析システムの構成要素の動作を説明する図。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は計測データの例を示す図。
【図８】図７（Ａ）、図７（Ｂ）の計測データ間の同期を説明する図。
【図９】計測ユニットのサンプリング周期が異なる場合の運動解析システムの構成要素の動作を説明する図。
【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は図９の場合の計測データの例を示す図。
【図１１】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）の計測データ間の同期を説明する図。
【図１２】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）の計測データ間の同期をとる際にずれが生じた場合の例を示す図。
【図１３】期間がランダムな複数回の発光を行う場合の運動解析システムの構成要素の動作を説明する図。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は図１３の場合の計測データの例を示す図。
【図１５】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）の計測データ間の同期を説明する図。
【図１６】第１実施形態の運動解析システムの計測ユニットの処理を示すフローチャート図。
【図１７】第１実施形態の運動解析システムの解析制御装置の処理を示すフローチャート図。
【図１８】第２実施形態の運動解析システムの構成例を示す図。
【図１９】第２実施形態の運動解析システムの構成要素の動作を説明する図。
【図２０】図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は計測データの例を示す図。
【図２１】図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）の計測データ間の同期を説明する図。
【図２２】第２実施形態の運動解析システムの計測ユニットの処理を示すフローチャート図。
【図２３】第２実施形態の運動解析システムの解析制御装置の処理を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００５４】
１．第１実施形態
［運動解析システムの構成］
図１は、本実施形態の運動解析システム１の構成例を示す図である。運動解析システム１は、複数の計測ユニット１０−１、１０−２、解析制御装置２０、発光装置９０を含んで構成されている。
【００５５】
運動解析システム１は、２つの計測ユニット１０−１、１０−２を含むが３つ以上であってもよい。本実施形態では、解析制御装置２０と計測ユニット１０−１、１０−２は無線接続されており、運動解析システム１における計測ユニット１０−１、１０−２の配置の自由度は高い。解析制御装置２０と計測ユニット１０−１、１０−２の間は、帯域消費を抑えるためにマルチキャストやブロードキャストを行わず、ユニキャストで通信が行われる。計測ユニット１０−１、１０−２から解析制御装置２０へは計測データが無線送信され、解析制御装置２０から計測ユニット１０−１、１０−２へは例えば計測開始指示などの制御信号が無線送信される。
【００５６】
計測ユニット１０−１、１０−２は、運動解析の対象（以下、被計測体）に取り付けられる。被計測体は、運動解析システム１の使用者（以下、ユーザー）および運動器具（例えばゴルフクラブ、テニスラケット）の少なくとも一方である。運動解析システム１は様々な運動の解析に適用可能であるが、本実施形態ではゴルフスイングの解析に用いられる（図２参照）。
【００５７】
計測ユニット１０−１、１０−２は、それぞれ慣性センサー１１１−１、１１１−２（本発明のセンサー部に対応）と受光部１１４−１、１１４−２（本発明の同期用情報検出部に対応）とを含む。慣性センサー１１１−１、１１１−２は、ユーザーがゴルフスイングをすることで生じる加速度および角速度（本発明の物理量に対応）を計測して、慣性センサーデータ（本発明の第１のデータに対応）を生成する。
【００５８】
受光部１１４−１、１１４−２は、発光装置９０からの特定波長帯域の光（本発明の同期用情報に対応、以下単に光とする）を検出して、検出の有無を表す検出データ（本発明の第２のデータに対応）を生成する。なお、受光部１１４−１、１１４−２は、光を検出した場合に検出データを“１”（ハイレベル）に、検出しなかった場合に検出データを“０”（ローレベル）にする。
【００５９】
発光装置９０（本発明の同期用情報発生部に対応）は、解析制御装置２０からの発光指示にしたがって計測ユニット１０−１、１０−２に向けて光を発する。発光装置９０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子、電球、フラッシュ等であってもよい。本実施形態では、発光装置９０と解析制御装置２０とは近接しているため有線接続されているが、無線接続されていてもよい。また、発光装置９０が解析制御装置２０に含まれる構成であってもよい。
【００６０】
解析制御装置２０は、被計測体の運動解析を実行する運動解析部２０１と、解析制御装置２０だけでなく運動解析システム１の全体の制御を行う主制御部２０３とを含む。本実施形態では、ＰＣ（Personal Computer）によって解析制御装置２０を実現している。そして、プログラムにしたがってＣＰＵ２００が運動解析部２０１、主制御部２０３として機能する。
【００６１】
解析制御装置２０の運動解析部２０１は、計測ユニット１０−１、１０−２からの計測データを受け取り、検出データを利用して計測データ間の同期をとることで、被計測体の運動を正確に解析することができる。
【００６２】
図１を用いて運動解析システム１の構成の概略を説明したが、計測ユニット１０−１、１０−２と解析制御装置２０の詳細なブロック図については後述する。また、計測ユニット１０−１、１０−２の構成は同一である。これらの符号に含まれる「−１」「−２」は複数の計測ユニット１０を個別に区別するためのものであり、構成が異なることを意味するものではない。以下においては、重複説明回避のため特に断ることなく、計測ユニット１０−１、１０−２を計測ユニット１０として説明することがある。また、慣性センサー１１１−１、１１１−２についても慣性センサー１１１として、受光部１１４−１、１１４−２についても受光部１１４として説明することがある。
【００６３】
なお、本実施形態の運動解析システム１は、同期用信号として光を用いており、発光装置９０を含み、計測ユニット１０に受光部１１４を含む。しかし、同期用信号として、他に例えば電波や音を使用してもよい。同期用信号を電波とした場合、発光装置９０に代えて電波送信器を、受光部１１４に代えて電波受信器を用いることができる。同期用信号を音とした場合、発光装置９０に代えてスピーカーを、受光部１１４に代えてマイクを用いることができる。例えば、発光装置９０と計測ユニット１０との間に障害物が存在し、光が計測ユニット１０の受光部１１４に届かない場合でも、同期用信号として電波や音を用いた運動解析システム１ならば、回折や反射によって計測ユニット１０が同期用信号を受け取れる可能性がある。
【００６４】
また、本実施形態の運動解析システム１は、解析制御装置２０をＰＣで実現しているが、専用のハードウェアで構成されていてもよい。このとき、運動解析部２０１および主制御部２０３の少なくとも一方が、ＣＰＵ２００ではなく専用のハードウェアで構成されていてもよい。
【００６５】
図２は、運動解析システム１でゴルフスイングを計測する場合を例示する図である。ユーザーはゴルフクラブ３０を持ちスイングをする。このとき、ゴルフクラブ３０には計測ユニット１０−１が取り付けられており、ユーザーの手首には計測ユニット１０−２が取
り付けられている。計測ユニット１０−１、１０−２は、それぞれゴルフクラブ３０、ユーザーの手首での、ゴルフスイングによる加速度および角速度を計測する。また、計測ユニット１０−１、１０−２は、発光装置９０からの光も検出する。
【００６６】
発光装置９０は、解析制御装置２０と有線接続されており、解析制御装置２０からの発光指示にしたがって計測ユニット１０−１、１０−２に向けて光を発する。計測ユニット１０−１、１０−２は、光が届く範囲で発光装置９０から離れることが可能である。
【００６７】
なお、計測ユニット１０は、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）加速度センサー、３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）角速度センサーを含む。加速度センサーは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の加速度をそれぞれ計測し、計測した加速度データを出力する。また、角速度センサーは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの角速度をそれぞれ計測し、計測した角速度データを出力する。
【００６８】
図３では、ゴルフクラブ３０のクラブヘッドのスイング軌跡Ａを示している。スイング軌道Ａは、スイング起動位置Ｐ１、トップ位置Ｐ２、インパクト位置Ｐ３およびフォロースルートップ位置Ｐ４を含んでいる。運動解析システム１は、このようなスイング軌跡Ａを表示するだけではなく、スイング軌跡Ａに対して、ユーザーがどのように手首を運動（移動）させているかを解析して改善に役立つ情報を提供する。
【００６９】
例えば、ゴルフスイングの解析においては、手首とゴルフクラブ３０のなす角度(コック)のスイング中の変化や、ダウンスイング前半で保持していた力が緩んで手首とゴルフクラブ３０の間の角度が開き始めるアンコックのタイミングが分析される。アンコックの時点が早すぎるとインパクトに向けてクラブヘッドを十分に加速できないなどの判断ができる。
【００７０】
このような判断を正しく行うために、運動解析システム１は計測データ間で同期をとる必要がある。つまり、計測ユニット１０−１、１０−２は、それぞれゴルフクラブ３０、ユーザーの手首に装着されているため、計測ユニット１０−１、１０−２からの計測データ間で同期がとれないと正確な解析が不可能になる。運動解析システム１は、計測ユニット１０−１、１０−２に同時に届く発光装置９０からの光を同期用信号として利用することで、計測データ間で同期をとることができる。以下に、まず計測ユニット１０、解析制御装置２０の詳細な構成を説明してから、計測データ間で同期をとる方法について説明する。
【００７１】
［計測ユニットの構成］
図４は、計測ユニット１０のブロック図である。計測ユニット１０は、図１に示した慣性センサー１１１、受光部１１４の他に、記憶部１１５、制御部１１６、通信部１１８を含む。ただし、計測ユニット１０は、図４の構成要素（各部）の一部を省略または変更し、あるいは他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００７２】
慣性センサー１１１は、前記のように３軸加速度センサーと３軸角速度センサーを含む。したがって、慣性センサー１１１は、詳細には加速度センサー１１２ｘ、１１２ｙ、１１２ｚと、角速度センサー１１３ｘ、１１３ｙ、１１３ｚを含む。受光部１１４は、図１を参照して説明した通りであり、ここでは説明を省略する。
【００７３】
制御部１１６は、慣性センサー１１１からの慣性センサーデータと、受光部１１４からの検出データとを所定周期でサンプリングして計測データを生成し、計測データを記憶部１１５に順番に記憶させる。なお、所定周期とは、例えば慣性センサー１１１の応答周波数に基づいて定められ、１０００Ｈｚや５００Ｈｚであってもよい。
【００７４】
制御部１１６は、通信部１１８を介して、解析制御装置２０からの制御信号を受け取る。例えば、解析制御装置２０からの計測開始指示があれば慣性センサー１１１や受光部１１４を動作させて、計測データの記憶部１１５への記憶を開始する。また、例えば解析制御装置２０からの計測停止指示があれば計測データの記憶部１１５への記憶を停止して、記憶部１１５に記憶された計測データを、通信部１１８を介して解析制御装置２０へと送信する。なお、制御部１１６はＣＰＵであってもよい。
【００７５】
計測ユニット１０は、運動解析システム１において解析制御装置２０と無線接続されており、計測ユニット１０の配置の自由度は高い。例えば、運動器具に取り付けることも、ユーザーの体の一部に取り付けることもできる（図２参照）。
【００７６】
［解析制御装置の構成］
図５は、解析制御装置２０のブロック図である。解析制御装置２０は、図１に示した運動解析部２０１、主制御部２０３の他に、通信部２１０、操作部２２０、ＲＯＭ２３０、ＲＡＭ２４０、記録媒体２５０、表示部２６０を含む。また、図１を参照して説明したように、ＣＰＵ２００が運動解析部２０１、主制御部２０３として機能するが、運動解析部２０１は、さらにデータ取得部２０２、演算部２０４、同期補正部２０６を含む。ただし、解析制御装置２０は、図５の構成要素（各部）の一部を省略または変更し、あるいは他の構成要素を付加した構成としてもよい。
【００７７】
通信部２１０は、複数の計測ユニット１０−１、１０−２（図１参照）からの計測データを受信し、運動解析部２０１に送る処理を行う。また、通信部２１０は、主制御部２０３から計測ユニット１０−１、１０−２への制御信号（例えば計測開始指示等）を送信する。
【００７８】
操作部２２０は、ユーザーからの操作データを取得し、運動解析部２０１、主制御部２０３に送る処理を行う。操作データとは、例えば運動解析の対象について指示したり、表示部２６０に表示する内容を指定したりするためのデータである。ユーザーは、操作データによって、例えばトップ位置Ｐ２からフォロースルートップ位置Ｐ４までについてだけ運動解析を実行させて、インパクト位置Ｐ３におけるクラブヘッドのスピードを表示させることができる（図３参照）。
【００７９】
ＲＯＭ２３０は、ＣＰＵ２００が運動解析部２０１、主制御部２０３として機能し、各種の計算処理、制御処理を行うためのプログラム等を記憶している。ＲＯＭ２３０は、他にアプリケーション機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶していてもよい。
【００８０】
ＲＡＭ２４０は、ＣＰＵ２００の作業領域として用いられ、ＲＯＭ２３０から読み出されたプログラムやデータ、操作部２２０から入力されたデータ、運動解析部２０１が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【００８１】
記録媒体２５０は、各種のアプリケーションプログラムやデータを記憶するための、コンピューター読み取り可能な記録用の媒体（メディア）である。例えば、コンピューター（ＰＣ）を解析制御装置２０として機能させるためのアプリケーションプログラム（運動解析システム１に用いられるプログラム）が記憶されていてもよい。また、記録媒体２５０は、運動解析部２０１の処理により生成されたデータのうち、長期的な保存が必要なデータを記録する記録部としても機能するようにしてもよい。記録媒体２５０は、例えば、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、不揮発性メモリー（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリーなど）により実現することができる。
【００８２】
表示部２６０は、運動解析部２０１の処理結果を文字やグラフ、その他の画像として表示するものである。表示部２６０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などである。なお、１つのタッチパネル型ディスプレイで操作部２２０と表示部２６０の機能を実現するようにしてもよい。
【００８３】
ＣＰＵ２００は、ＲＯＭ２３０、記録媒体２５０に記憶されているプログラムにしたがって、運動解析部２０１、主制御部２０３として機能するが、運動解析部２０１は、さらにデータ取得部２０２、演算部２０４、同期補正部２０６を含む。データ取得部２０２は、通信部２１０を介して受信した複数の計測データを受け取る。
【００８４】
演算部２０４は、計測データに含まれる検出データに基づいて、各計測ユニットが発光装置９０からの光を検出したタイミングである検出タイミングを求める。そして、主制御部２０３が発光装置９０に発光を指示したタイミング（発生タイミング）と検出タイミングとの時間差を求める。
【００８５】
同期補正部２０６は、演算部２０４が求めた発生タイミングと検出タイミングとの時間差に基づいて、データ取得部２０２が受け取った複数の計測データの間で同期をとる。そして、運動解析部２０１は、同期のとれた計測データを用いて、被計測体の運動を正確に解析する。
【００８６】
なお、主制御部２０３については、図１を参照して説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略するが、主制御部２０３は不図示の発光指示信号によって発光装置９０に発光を指示する。
【００８７】
［計測データ間の同期方法］
図６は、運動解析システム１の構成要素である解析制御装置２０、発光装置９０、計測ユニット１０−１、１０−２の動作を時系列に並べた図である。時刻ｔ１〜時刻ｔｎ＋５の隣接する時刻の間隔は、計測ユニット１０−１、１０−２に含まれる慣性センサー１１１−１、１１１−２のサンプリング周期（例えば、０．００１秒）に対応する。
【００８８】
時刻ｔ１で解析制御装置２０は計測ユニット１０−１、１０−２に対して計測開始を指示する。そして、計測ユニット１０−１は時刻ｔ２で計測開始可能となり、計測ユニット１０−２は時刻ｔ４で計測開始可能となっている。
【００８９】
ここで、計測ユニット１０−１、１０−２で計測開始可能となるタイミングが異なるのは、解析制御装置２０がユニキャストで計測開始コマンドを送信しているからである。すなわち、解析制御装置２０が最初に計測ユニット１０−１を指定して計測開始を指示し、その後に計測ユニット１０−２を指定して計測開始を指示するからである。
【００９０】
もし、運動解析システム１で、ブロードキャストやマルチキャストが使用できる通信方式を採用するならば、計測ユニット１０−１、１０−２が計測開始可能になるタイミングをほぼ同時にすることができる。しかし、計測ユニットの数が増加すると帯域幅の消費が大きくなるという問題が生じる。また、一般的なワイヤレス通信のプロトコルでは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のようにマルチキャストに対応していないものも多く、マルチキャストが必要になる場合は独自の通信プロトコルを用意する必要がある。すなわち、拡張性の面で問題がある。
【００９１】
また、運動解析システム１で、計測ユニット１０−１、１０−２と解析制御装置２０とを有線接続するならば、計測ユニット１０−１、１０−２が計測開始可能になるタイミン
グをほぼ同時にすることができる。しかし、計測ユニット１０−１、１０−２の配置の自由度が低くなり実用上の問題が生じる。
【００９２】
そして、運動解析システム１で、解析制御装置２０がユニキャストで計測開始コマンドを送信するとして、一定の時間間隔Ｔ０で計測開始を指示し、その時間間隔Ｔ０の分だけ計測データをずらすことで同期をとる手法も考えられる。しかし、無線での通信状態が変化して、１つの計測ユニットに対してだけ計測開始コマンドの再送が生じることもあり得る。そのため、計測ユニット１０−１、１０−２の計測開始可能となる時間間隔がＴ０に一致するとは限らない。
【００９３】
そこで、運動解析システム１は、計測ユニット１０−１、１０−２に同時に届く発光装置９０からの光を同期用信号として利用する。時刻ｔ５で解析制御装置２０は発光装置９０に対して発光指示を行い、発光装置９０は発光を開始する。そして、発光装置９０は時刻ｔ５〜時刻ｔ７で発光を続ける。
【００９４】
このとき、計測ユニット１０−１、１０−２は計測を開始しており、慣性センサーデータを生成するとともに、発光装置９０からの光を検出して検出の有無を応じた検出データを生成している。つまり、慣性センサーデータと検出データとを含む計測データを生成している。図６で丸のついている部分は、計測ユニット１０−１、１０−２が計測データを生成していることを意味する。そして、黒い丸は光の検出が無いこと（検出データ＝“０”）を、白い丸は光を検出したこと（検出データ＝“１”）を示す。計測ユニット１０−１、１０−２は時刻ｔ５〜時刻ｔ７において発光装置９０からの光を検出している。
【００９５】
その後、計測ユニット１０−１、１０−２はしばらく計測を続ける。そして、時刻ｔｎ＋２で解析制御装置２０は計測ユニット１０−１、１０−２に対して計測停止を指示する。計測ユニット１０−１は時刻ｔｎ＋３で計測を停止し、計測ユニット１０−２は時刻ｔｎ＋５で計測を停止する。
【００９６】
図７（Ａ）は、このときの計測ユニット１０−１の計測データを示し、図７（Ｂ）は計測ユニット１０−２の計測データを示す。解析制御装置２０は計測停止指示の後、図７（Ａ）、図７（Ｂ）のようなデータを受け取ることになる。しかし、計測ユニット１０−１と計測ユニット１０−２の計測開始時刻と計測停止時刻とは異なるため、図７（Ａ）と図７（Ｂ）の計測データを並んでいる順番で単純に対応させることはできず、検出データに基づいて同期をとる必要がある。
【００９７】
なお、図７（Ａ）、図７（Ｂ）では慣性センサーデータをＤＡｎ、ＤＢｎのように簡略に表記しているが、それぞれのデータは加速度センサー１１２ｘ、１１２ｙ、１１２ｚおよび角速度センサー１１３ｘ、１１３ｙ、１１３ｚ（図４参照）からのデータを全て含んでいる。
【００９８】
図８は、解析制御装置２０が検出データに基づいて計測データの同期をとり、計測ユニット１０−１、１０−２からの慣性センサーデータを時間軸に沿って適切に配置した様子を示している。解析制御装置２０は、時刻ｔ５で発光装置９０に対して発光指示を行い、発光が時刻ｔ５〜時刻ｔ７まで継続することを把握している。
【００９９】
そこで、図７（Ａ）の計測データで検出データが“１”となっている部分、すなわちＤＡ３〜ＤＡ５と、図７（Ｂ）の計測データで検出データが“１”となっている部分、すなわちＤＢ１〜ＤＢ３とを対応させる。その結果、解析制御装置２０は図８のように計測ユニット１０−１、１０−２の慣性センサーデータを正しく同期させることができ、正確な運動解析を行うことができる。
【０１００】
なお、この例では発光が継続する期間（時刻ｔ５〜時刻ｔ７に対応し検出データ＝“１”となる全てのデータ）を考慮して同期をとったが、発光の開始（時刻ｔ５に対応し検出データが“０”から“１”に変化したデータ）だけを考慮してもよいし、発光の終了（時刻ｔ７に対応し検出データが“１”から“０”に変化したデータ）だけを考慮してもよい。
【０１０１】
ここで、計測ユニット１０−１、１０−２のサンプリング周期が同一である必要はない。図９は、解析制御装置２０、発光装置９０、計測ユニット１０−１、１０−２の動作を時系列に並べた図である。なお、図１〜図８と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。
【０１０２】
図９では、計測ユニット１０−２の慣性センサー１１１−２のサンプリング周期は、計測ユニット１０−１の慣性センサー１１１−１の２倍であるとする。例えば、慣性センサー１１１−１のサンプリング周期が０．００１秒であるとする。このとき、慣性センサー１１１−２のサンプリング周期は０．００２秒である。なお、図９における隣接する時刻の間隔は、短い方のサンプリング周期（０．００１秒）に合わせてある。
【０１０３】
図９に示されるように、計測ユニット１０−２の動作は、時刻ｔｉ（ｉは奇数）でのみ変化すると考えることができる。計測ユニット１０−２は時刻ｔ３で計測開始状態となり、時刻ｔ５〜時刻ｔ８で検出データが“１”に変化する。その後、計測ユニット１０−２はしばらく計測を続ける。そして、計測ユニット１０−２は時刻ｔｎ＋５で計測を停止する。なお、解析制御装置２０、発光装置９０、計測ユニット１０−１の動作は、図６と同じであり説明を省略する。
【０１０４】
図１０（Ａ）は、このときの計測ユニット１０−１の計測データを示し、図１０（Ｂ）は計測ユニット１０−２の計測データを示す。解析制御装置２０は計測停止指示の後、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）のようなデータを受け取ることになる。しかし、計測ユニット１０−１と計測ユニット１０−２の計測開始時刻と計測停止時刻とは異なり、しかも計測ユニット１０−２の慣性センサー１１１−２のサンプリング周期は２倍である。そのため、図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）の計測データを並んでいる順番で単純に対応させることはできず、データ数も異なる。解析制御装置２０は、サンプリング周期の違いを考慮した上で、検出データに基づいて同期をとる必要がある。なお、図１０（Ｂ）の計測データ数ｍは、図１０（Ａ）の計測データ数ｎの半分または約半分である。
【０１０５】
図１１は、解析制御装置２０が検出データに基づいて計測データの同期をとり、計測ユニット１０−１、１０−２からの慣性センサーデータを時間軸に沿って適切に配置した様子を示している。解析制御装置２０は、時刻ｔ５で発光装置９０に対して発光指示を行い、発光が時刻ｔ５〜時刻ｔ７まで継続することを把握している。
【０１０６】
そこで、図１０（Ａ）の計測データで検出データが“１”となっている部分、すなわちＤＡ３〜ＤＡ５と、図１０（Ｂ）の計測データで検出データが“１”となっている部分、すなわちＤＣ１〜ＤＣ２とを対応させる。このとき、図１０（Ｂ）の１つの計測データが、２つの時刻に対応するように調整する。その結果、解析制御装置２０は図１１のように計測ユニット１０−１、１０−２の慣性センサーデータを正しく同期させることができ、正確な運動解析を行うことができる。
【０１０７】
ただし、解析制御装置２０が、図１０（Ｂ）の１つの計測データを２つの時刻に対応するように調整する際に、図１２のようにずれが生じる可能性がある。図１２と図１１とを比較すると、例えば慣性センサー１１１−２のデータの１つであるＤＣ１は時刻ｔ４に対
応づけられている。
【０１０８】
しかし、図１２のような調整が行われた場合でも、例えば慣性センサー１１１−１、１１１−２のサンプリング周期がそれぞれ０．００１秒、０．００２秒であれば、０．００１秒の差が生じるだけである。そのため、この０．００１秒が通常の誤差の範囲内、すなわち許容範囲内であれば特に問題はなく、ほぼ正確な運動解析を行うことができる。
【０１０９】
ここで、運動解析システム１では同期用情報として発光装置９０からの光を用いる。そのため、計測ユニット１０−１、１０−２は、例えばユーザーの運動によって位置が変化するため、瞬間的に光を受け取れない可能性がある。このような場合でも、解析制御装置２０からの発光指示を工夫することで、光を検出する際のエラーに強く、信頼性の高い運動解析システム１を実現することができる。
【０１１０】
図１３は、解析制御装置２０、発光装置９０、計測ユニット１０−１、１０−２の動作を時系列に並べた図である。なお、図１〜図１２と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。
【０１１１】
図１３では、解析制御装置２０は発光指示を１回だけでなく複数回行い、発光指示には発光期間の指定も含まれている。図１３の例で具体的に述べると、解析制御装置２０は、まず時刻ｔ５で発光装置９０に対して発光期間を３とする発光指示を行う。そして、発光装置９０は、時刻ｔ５〜時刻ｔ７で発光を続ける。ここで、発光期間が３であるとは、発光指示を行った時刻を含めて以降の３つの時刻で発光状態となることを意味する。
【０１１２】
そして、解析制御装置２０は、時刻ｔ９で発光期間を１とする発光指示を行い、時刻ｔ１１で発光期間を２とする発光指示を行う。なお、図１３では省略しているが、解析制御装置２０はこの後も発光指示を行ってもよい。ここで、発光期間は計測データ間で同期をとる際に、マッチングのためのパターンとして使用される。そのため、それぞれの発光指示における発光期間は互いに異なっていることが好ましい。
【０１１３】
例えば、図１３の例では発光期間は３、１、２、・・・のように変化しているが、解析制御装置２０は、このように値が変化する数列を予め記憶しておき、数列に基づいて発光期間を指定してもよい。また、解析制御装置２０は乱数発生器を内蔵し、ランダムに発光期間を指定してもよい。なお、図１３の例では、３回の発光の間の期間（非発光期間）が１であるが、非発光期間がランダムに変化してもよく、マッチングのためのパターンとして使用されてもよい。
【０１１４】
このとき、計測ユニット１０−１、１０−２は、理想的には図１３のように、発光装置９０の発光に対応して検出データを“１”にする（図１３の白丸が対応）。すなわち、計測ユニット１０−１、１０−２は、理想的には、時刻ｔ５〜時刻ｔ７、時刻ｔ９、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２で検出データを“１”にする。なお、その他の動作については、図６と同じであり説明を省略する。
【０１１５】
図１４（Ａ）は、このときの計測ユニット１０−１の計測データを示し、図１４（Ｂ）は計測ユニット１０−２の計測データを示す。ここで、図１４（Ｂ）の計測データは、検出データが“１”であるべきところ、ユーザーの影に入って光の検出ができずに、検出データが“０”となったデータ（慣性センサーデータのＤＢ５に対応）を含むとする。
【０１１６】
解析制御装置２０は計測停止指示の後、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）のようなデータを受け取ることになる。しかし、図１４（Ｂ）の計測データは、同期に用いる検出データが誤って“０”となったデータを含んでいる。そこで、解析制御装置２０は、全ての発光指
示における発光期間を用いて、完全一致を要求しないパターンマッチングを行う。
【０１１７】
図１５は、解析制御装置２０が検出データに基づいて計測データの同期をとり、計測ユニット１０−１、１０−２からの慣性センサーデータを時間軸に沿って適切に配置した様子を示している。解析制御装置２０は、時刻ｔ５、時刻ｔ９、時刻ｔ１１でそれぞれ期間が３、１、２である発光指示を行ったことを把握している。
【０１１８】
そこで、図１４（Ａ）の計測データで検出データが“１”となっている部分、すなわちＤＡ３〜ＤＡ５、ＤＡ７、ＤＡ９〜ＤＡ１０と、図１４（Ｂ）の計測データで検出データが“１”となっている部分、すなわちＤＢ１〜ＤＢ３、ＤＢ７〜ＤＢ８とを抽出する。そして、それぞれの期間を抽出すると、ＤＡ３〜ＤＡ５とＤＢ１〜ＤＢ３、ＤＡ９〜ＤＡ１０とＤＢ７〜ＤＢ８とが対応する。また、これらについては、データの前後関係も対応する。すなわち、ＤＡ３〜ＤＡ５はＤＡ９〜ＤＡ１０よりも前のデータであり、同じくＤＢ１〜ＤＢ３はＤＢ７〜ＤＢ８よりも前のデータである。
【０１１９】
ここで、図１４（Ａ）の計測データのＤＡ７に対応する、図１４（Ｂ）の計測データのデータはない。しかし、３回の発光指示のうち、２回のパターンが一致しているので、解析制御装置２０は図１５のような対応が正しいと判断できる。その結果、解析制御装置２０は、計測ユニット１０−２の計測データに光の検出エラーを含んでいても慣性センサーデータを正しく同期させることができ、正確な運動解析を行うことができる。
【０１２０】
なお、解析制御装置２０は、パターンを比較する際にマッチしたデータについて、データの前後関係で判断していたが、データの厳密な間隔（例えば、ＤＡ３とＤＡ９との間隔、ＤＢ１とＤＢ７との間隔）を比較して判断してもよい。
【０１２１】
［フローチャート］
図１６、図１７は、運動解析システム１による運動解析方法の一例を示すフローチャート図である。図１６は計測ユニット１０による処理のフローチャート図であり、図１７は解析制御装置２０による処理のフローチャート図である。計測ユニット１０の制御部１１６、解析制御装置２０の主制御部２０３は、プログラムにしたがって、これらの処理を実行してもよい。
【０１２２】
図１６のように、計測ユニット１０の制御部１１６は、計測開始の指示があるまで、すなわち解析制御装置２０から計測開始コマンドを受信するまで待機し（Ｓ１１０のＮ）、計測開始コマンドを受信すると（Ｓ１１０のＹ）、慣性センサー１１１に被計測体の運動に基づく加速度、角速度を計測させて慣性センサーデータを生成させる（Ｓ１２０）。ここで、被計測体は例えばユーザーやゴルフクラブであり（図２参照）、運動とは例えばゴルフスイングである（図３参照）。慣性センサーデータは、加速度センサーが計測したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の加速度、および角速度センサーが計測したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの角速度を含む。
【０１２３】
計測ユニット１０の受光部１１４は、発光装置９０からの発光を検出する。ここで、検出される光は計測データで同期をとるための同期用情報である。受光部１１４は発光装置９０から光を検出した場合には（Ｓ１３０のＹ）、光の検出があったことを示す検出データ“１”を生成する（Ｓ１４０）。受光部１１４は発光装置９０から光を検出しなかった場合には（Ｓ１３０のＮ）、光の検出がなかったことを示す検出データ“０”を生成する（Ｓ１５０）。
【０１２４】
そして、制御部１１６は慣性センサーデータと検出データを含む計測データを生成して記憶部１１５に記憶する（Ｓ１６０）。その後、計測停止の指示があった場合、すなわち
解析制御装置２０から計測停止コマンドを受信した場合には（Ｓ１７０のＹ）、記憶部１１５に記憶された計測データを解析制御装置２０に送信する（Ｓ１８０）。そして、ステップＳ１１０に戻り、解析制御装置２０から次の計測開始コマンドを受信するまで待機する。
【０１２５】
制御部１１６は、計測停止の指示がない場合（Ｓ１７０のＮ）、ステップＳ１２０に戻り、慣性センサー１１１に被計測体の運動に基づく加速度、角速度を計測させて慣性センサーデータを生成させる。
【０１２６】
一方、図１７のように、解析制御装置２０の主制御部２０３は、まず計測ユニット１０に計測開始を指示する（Ｓ２１０）。すなわち、主制御部２０３は、計測ユニット１０に計測開始コマンドを送信する。そして、主制御部２０３は、発光装置９０に発光を指示する（Ｓ２２０）。主制御部２０３は、発光装置９０が所定回数の発光をするまで発光指示を続ける（Ｓ２３０のＮ）。
【０１２７】
そして、主制御部２０３は、発光装置９０が所定回数の発光をすると（Ｓ２３０のＹ）、計測ユニット１０が十分な計測データを得るまで待機する（Ｓ２４０のＮ）。そして、計測ユニット１０が十分な計測データを得ると（Ｓ２４０のＹ）、主制御部２０３は、計測ユニット１０に計測停止を指示する（Ｓ２５０）。すなわち、主制御部２０３は、計測ユニット１０に計測停止コマンドを送信する。
【０１２８】
解析制御装置２０のデータ取得部２０２が、計測ユニット１０から計測データを受け取ると（Ｓ２６０）、解析制御装置２０の演算部２０４は、各計測データについて、検出データに基づいて光を検出したタイミング（検出タイミング）を求める（Ｓ２７０）。
【０１２９】
同期補正部２０６は、主制御部２０３が発光装置９０に発光を指示したタイミング（発生タイミング）と、演算部２０４が求めた検出タイミングとを比較する。そして、計測データ間の同期をとって、被計測体の運動を解析する（Ｓ２８０）。例えば、手首とゴルフクラブのなす角度(コック)のスイング中の変化や、ダウンスイング前半で保持していた力が緩んで手首とクラブの間の角度が開き始めるアンコックのタイミングを解析してもよい。そして、例えばアドバイスを作成して、表示部２６０に表示してもよい。
【０１３０】
以上のように、本実施形態の運動解析システム１、運動解析方法等は、解析制御装置２０と無線で通信するため計測ユニット１０の取り付け位置の自由度を高めることができる。そして、解析制御装置２０は、同期用情報に基づいて、複数の計測ユニット１０からの計測データ間で同期をとることにより正確な運動解析を実行できる。
【０１３１】
２．第２実施形態
［運動解析システムの構成］
図１８は、本実施形態の運動解析システム１の構成例を示す図である。運動解析システム１は、複数の計測ユニット１０−１、１０−２、解析制御装置２０を含んで構成されている。第１実施形態の運動解析システム１と比較すると、本実施形態の運動解析システム１は発光装置９０を含まず、計測ユニット１０−１、１０−２も受光部１１４−１、１１４−２を含まない。本実施形態の計測ユニット１０−１、１０−２では、慣性センサー１１１−１、１１１−２が同期用情報検出部の機能も兼ねる。なお、図１〜図１７と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
【０１３２】
本実施形態の運動解析システム１も第１実施形態の運動解析システム１と同様にゴルフスイングを計測する（図２参照）。そして、本実施形態の運動解析システム１もゴルフスイングを正確に解析して、クラブヘッドのスイング軌跡などを表示することができる（図
３参照）。しかし、本実施形態の運動解析システム１では、発光装置９０を省略することができる。そのため、運動解析システム１の構成要素の数が減り、コストを抑えることが可能である。なお、発光装置９０以外の構成要素については、図２に示された第１実施形態の運動解析システム１と同じである。
【０１３３】
本実施形態の運動解析システム１では、発光装置９０からの光（同期用情報）に代えて、ユーザーがジャンプして着地する際に生じる大きな衝撃（以下、ジャンプの衝撃）を同期用情報として用いる。そのため、本実施形態の計測ユニット１０では、受光部１１４を省略することができ、部品数が減少して小型化、軽量化が可能になる。なお、受光部１１４以外の要素については、図４に示された第１実施形態の計測ユニット１０と同じである。
【０１３４】
本実施形態の計測ユニット１０は、慣性センサー１１１がジャンプの衝撃を検出するときには、通常の運動であるゴルフスイングによる加速度および角速度を正確に計測することは不可能になる。そのため、本実施形態の計測ユニット１０の制御部１１６は、ゴルフスイングに基づく加速度および角速度を計測する通常モードと、ジャンプの衝撃を検出する同期モードの２つの動作モードを排他的に選択する。
【０１３５】
具体的には、計測ユニット１０は、同期モードでジャンプの衝撃（例えば、ｚ軸方向の大きな加速度）を検出して、検出データ“１”を計測データに含める。その後に、通常モードでゴルフスイングに基づく加速度および角速度を計測して得られた慣性センサーデータを計測データに含める。すなわち、慣性センサー１１１は、その機能を時間によって分けており、同期用情報検出部として機能した後に通常の運動を計測するセンサーとして機能する。
【０１３６】
ここで、計測ユニット１０の計測データについて、動作モードが同期モードの場合には、検出データ（例えば１ビットのデータ）だけが必要なデータであり、動作モードが通常モードの場合には、慣性センサーデータ（例えば６軸×１０ビットのデータ）だけが必要なデータである。そのため、動作モードに合わせて計測データのフォーマットを変えてもよい。しかし、解析制御装置２０が第１実施形態と同じ処理で計測データ間の同期をとることができれば、運動解析システム１の計測ユニットを自由に選択できることになるため好ましい。
【０１３７】
そこで、本実施形態の計測ユニット１０は、同期モードの場合に慣性センサーデータとしてダミーの固定値（ダミー値）を使用する。また、通常モードの場合には、検出データを“０”に固定する。そして、第１実施形態と同様に計測データは、慣性センサーデータと検出データとを含んで構成される。そして、解析制御装置２０の構成は第１実施形態と同じである（図５参照）。
【０１３８】
［計測データ間の同期方法］
図１９は、本実施形態の運動解析システム１の構成要素である解析制御装置２０、計測ユニット１０−１、１０−２の動作を時系列に並べた図である。運動解析システム１の構成要素ではないが、説明の都合上、ユーザーの動作も図１９に記載している。なお、図１〜図１８と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。特に、図６と同じ内容については重複説明を回避するため説明を省略する。
【０１３９】
図１９のように、計測ユニット１０−１、１０−２は、それぞれ時刻ｔ２、時刻ｔ４で計測開始可能となるが、動作モードは同期モードである。つまり、計測ユニット１０−１、１０−２は、計測開始後、同期用情報であるジャンプの衝撃を検出する。
【０１４０】
解析制御装置２０は、計測開始指示の後、ユーザーに対してジャンプするように促す。具体的には、表示部２６０に「ジャンプをしてください」と表示してもよい。また、解析制御装置２０がスピーカー（不図示）を含んでいて、「ジャンプをしてください」と音声でユーザーに伝えてもよい。なお、本実施形態ではジャンプの衝撃を同期用情報とするが、ゴルフクラブ（運動器具）に衝撃を与えたり、特定の動き（例えば上下に数回振るなど）をさせたりすることを同期用情報としてもよい。また、ユーザーがジャンプしなければならないことを知っている場合には、解析制御装置２０がジャンプを促す動作は省略されてもよい。
【０１４１】
そして、時刻ｔ５でユーザーがジャンプして着地の衝撃が生じると、慣性センサー１１１−１、１１１−２からの出力に基づいて各計測ユニット１０の制御部１１６が検出データを“１”にして、計測データに含める。
【０１４２】
なお、ユーザーがジャンプした時間を解析制御装置２０が正確に把握するために、ジャンプの直前にユーザーがボタン（図５の操作部２２０に対応）を押すといった動作が行われることが好ましい。なお、ボタンなどの操作部２２０や表示部２６０は、解析制御装置２０の本体から離れてユーザーの近くに配置されており、解析制御装置２０の本体と無線通信を行ってもよい。
【０１４３】
そして、同期用情報であるジャンプの衝撃が検出されたので、時刻ｔ５よりも後の時刻では、計測ユニット１０−１、１０−２は通常モードで動作し、しばらくゴルフスイングによる加速度および角速度の計測を続ける。そして、計測ユニット１０−１は時刻ｔｎ＋３で計測を停止し、計測ユニット１０−２は時刻ｔｎ＋５で計測を停止する。
【０１４４】
図２０（Ａ）は、このときの計測ユニット１０−１の計測データを示し、図２０（Ｂ）は計測ユニット１０−２の計測データを示す。解析制御装置２０は計測停止指示の後、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）のようなデータを受け取ることになる。
【０１４５】
このとき、第１実施形態の場合とは異なり、検出データが“１”となるまでの間は、すなわち計測ユニット１０−１、１０−２が同期モードで動作している間は、慣性センサーデータは計測値ではなくダミーの固定値である。
【０１４６】
図２１は、解析制御装置２０が検出データに基づいて計測データの同期をとり、計測ユニット１０−１、１０−２からの慣性センサーデータを時間軸に沿って適切に配置した様子を示している。解析制御装置２０は、ユーザーがジャンプの直前にボタン（図５の操作部２２０に対応）を押すことで、時刻ｔ５で同期用情報であるジャンプの衝撃が生じることを把握している。
【０１４７】
そこで、図２０（Ａ）の計測データで検出データが“１”となっているデータと、図２０（Ｂ）の計測データで検出データが“１”となっているデータとを対応させる。その結果、解析制御装置２０は図２１のように計測ユニット１０−１、１０−２の慣性センサーデータを正しく同期させることができ、正確な運動解析を行うことができる。
【０１４８】
なお、ユーザーがジャンプの直前にボタンを押すような動作がない場合、時刻ｔ５との対応づけはできないが、検出データが“１”となっているデータに基づいて少なくとも計測データ間の同期をとることは可能である。
【０１４９】
［フローチャート］
図２２、図２３は、本実施形態の運動解析システム１による運動解析方法の一例を示すフローチャート図である。図２２は計測ユニット１０による処理のフローチャート図であ
り、図２３は解析制御装置２０による処理のフローチャート図である。なお、図１〜図２１と同じ要素およびステップには同じ符号を付しており詳細な説明を省略する。
【０１５０】
図２２のように、計測ユニット１０の制御部１１６は、計測開始の指示があるまで、すなわち解析制御装置２０から計測開始コマンドを受信するまで待機し（Ｓ１０のＮ）、計測開始コマンドを受信すると（Ｓ１０のＹ）、動作モードを同期モードにする（Ｓ２０）。
【０１５１】
そして、制御部１１６は、慣性センサー１１１からの出力に基づいて被計測体（ここではユーザー）と地面との衝突による衝撃（つまりジャンプの衝撃）があったと判断した場合には（Ｓ３０のＹ）、検出データ“１”を生成して（Ｓ４０）、動作モードを通常モードにする（Ｓ５０）。もし、ジャンプの衝撃がない場合には（Ｓ３０のＮ）、制御部１１６は検出データ“０”を生成する（Ｓ６０）。
【０１５２】
そして、制御部１１６は慣性センサーデータに対応する固定値（すなわちダミー値）と検出データを含む計測データを生成して記憶部１１５に記憶する（Ｓ７０）。もし、動作モードを同期モードのままであれば（Ｓ１００のＮ）、ステップＳ３０に戻ってジャンプの衝撃の検出を続ける。
【０１５３】
動作モードが通常モードになっている場合には（Ｓ１００のＹ）、制御部１１６は、慣性センサー１１１に被計測体の運動に基づく加速度、角速度を計測させて慣性センサーデータを生成させる（Ｓ１２０）。このとき、動作モードは通常モードであるため検出データは“０”に固定される。そして、制御部１１６は、慣性センサーデータと“０”である検出データを含む計測データを生成して記憶部１１５に記憶する（Ｓ１６０Ａ）。
【０１５４】
その後、計測停止の指示があった場合、すなわち解析制御装置２０から計測停止コマンドを受信した場合には（Ｓ１７０のＹ）、記憶部１１５に記憶された計測データを解析制御装置２０に送信する（Ｓ１８０）。そして、ステップＳ１０に戻り、解析制御装置２０から次の計測開始コマンドを受信するまで待機する。
【０１５５】
制御部１１６は、計測停止の指示がない場合（Ｓ１７０のＮ）、ステップＳ１２０に戻り、慣性センサー１１１に被計測体の運動に基づく加速度、角速度を計測させて慣性センサーデータを生成させる。
【０１５６】
一方、図２３のように、解析制御装置２０の主制御部２０３は、まず計測ユニット１０に計測開始を指示する（Ｓ２１０）。すなわち、主制御部２０３は、計測ユニット１０に計測開始コマンドを送信する。そして、主制御部２０３は、被計測体であるユーザーにジャンプをするように促す（Ｓ２１５）。例えば、主制御部２０３は、表示部２６０に「ジャンプをしてください」と表示してもよい。
【０１５７】
そして、主制御部２０３は、計測ユニット１０が十分な計測データを得るまで待機する（Ｓ２４０のＮ）。そして、計測ユニット１０が十分な計測データを得ると（Ｓ２４０のＹ）、主制御部２０３は、計測ユニット１０に計測停止を指示する（Ｓ２５０）。すなわち、主制御部２０３は、計測ユニット１０に計測停止コマンドを送信する。
【０１５８】
解析制御装置２０のデータ取得部２０２が、計測ユニット１０から計測データを受け取ると（Ｓ２６０）、解析制御装置２０の演算部２０４は、各計測データについて、検出データに基づいてジャンプの衝撃を検出したタイミング（検出タイミング）を求める（Ｓ２７０Ａ）。
【０１５９】
同期補正部２０６は、ユーザーがジャンプの直前にボタンを押すことで知らせるジャンプのタイミング（第１実施形態の発生タイミングに相当）と、演算部２０４が求めた検出タイミングとを比較する。そして、計測データ間の同期をとって、被計測体の運動を解析する（２８０Ａ）。
【０１６０】
以上のように、本実施形態の運動解析システム１、運動解析方法等は、解析制御装置２０と無線で通信するため計測ユニット１０の取り付け位置の自由度を高めることができる。そして、解析制御装置２０は、同期用情報に基づいて、複数の計測ユニット１０からの計測データ間で同期をとることにより正確な運動解析を実行できる。
【０１６１】
そして、本実施形態の運動解析システム１、運動解析方法等では、発光装置９０といった固有の同期用情報発生部が不要であるため、運動解析システム１のコストを抑えることが可能であり、固有の同期用情報検出部が不要であるため、計測ユニット１０の小型化、軽量化が可能である。
【０１６２】
これらの例示に限らず、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１６３】
１  運動解析システム、１０  計測ユニット、１０−１  計測ユニット、１０−２  計測ユニット、２０  解析制御装置（ＰＣ）、３０  ゴルフクラブ、９０  発光装置、１１１
慣性センサー、１１１−１  慣性センサー、１１１−２  慣性センサー、１１２ｘ  加速度センサー、１１２ｙ  加速度センサー、１１２ｚ  加速度センサー、１１３ｘ  角速度センサー、１１３ｙ  角速度センサー、１１３ｚ  角速度センサー、１１４  受光部、１１４−１  受光部、１１４−２  受光部、１１５  記憶部、１１６  制御部、１１８  通信部、２００  ＣＰＵ、２０１  運動解析部、２０２  データ取得部、２０３  主制御部、２０４  演算部、２０６  同期補正部、２１０  通信部、２２０  操作部、２３０  ＲＯＭ、２４０  ＲＡＭ、２５０  記録媒体、２６０  表示部、Ａ  スイング軌跡、Ｐ１
スイング起動位置、Ｐ２  トップ位置、Ｐ３  インパクト位置、Ｐ４  フォロースルートップ位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
2014128452.tif 000017
【図１８】
2014128452.tif 000018
【図１９】
2014128452.tif 000019
【図２０】
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【図２１】
2014128452.tif 000021
【図２２】
2014128452.tif 000022
【図２３】
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【図１４】
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【図１５】
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