(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
第１および第２の発光素子のセットが前記ハウジングに配列され、前記第２の発光素子のセットが、ボールの予想される軌道に沿って前記第１の発光素子のセットの後方の所定の距離に配列され、各発光素子のセットは、複数の発光素子を含み、各発光素子のセットが光の一連の離散パルスを放出するように構成されることと、
１または複数の光検出器が前記ハウジングに配列され、前記１または複数の光検出器は、ボールが発光素子のセットのどれかの光のパルスと交差する場合、光に接触する時に光電流を生成し、散乱光信号は、前記ボールに反射して前記１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つに接触することと、
１または複数の周辺光補償回路が前記１または複数の光検出器に結合されて前記１または複数の光検出器のそれぞれの前記光電流からオフセット電流を削減することと、
１または複数のコンバータ回路が前記１または複数の光検出器に結合されて前記１または複数の光検出器のそれぞれの前記光電流を検出電圧に変換することと、
前記１または複数のコンバータ回路のうちの１つからの検出電圧の測定を検出電圧のデータポイントとして読み取り、
ベースライン電圧値に基づいて複数の検出電圧のデータポイントのそれぞれを補償し、
曲線当てはめアルゴリズムを使用して複数の補償された検出電圧のデータポイントを電圧曲線に当てはめ、
前記曲線当てはめアルゴリズムによって生成された１または複数の電圧曲線から前記ボールの少なくとも１つの垂直位置を計算するように構成されたプロセッサと、を備えることを特徴とするボール検出システム。
【請求項２】
前記１または複数の光検出器は、左側の光検出器と右側の光検出器を含むことができ、それぞれが前記第１の発光素子のセットと前記第２の発光素子のセットとの間の前記ハウジングに配列され、前記左側および右側の光検出器が前記ハウジングの検出面の軸に沿って対称的に配列され、
前記１または複数のコンバータ回路は、前記左側の光検出器の光電流を左側の検出電圧に変換する左側コンバータ回路と前記右側の光検出器の光電流を右側の検出電圧に変換する右側コンバータ回路を含み、
前記プロセッサは、
前記左側コンバータ回路から測定された複数の左側の検出電圧のデータポイントを左側の電圧曲線に当てはめ、
前記右側コンバータ回路から測定された複数の右側の検出電圧のデータポイントを右側の電圧曲線に当てはめ、
前記左側および右側の曲線から前記ボールの少なくとも１つの側方位置を計算するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項３】
前記第１および第２の発光素子のセットはそれぞれ、互いに交互する光の離散パルスを放出することを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項４】
前記１または複数の光検出器は、それぞれが前記第１の発光素子のセットと前記第２の発光素子のセットとの間の前記ハウジングに配列された左側の光検出器と右側の光検出器を含み、前記左側および右側の光検出器が前記ハウジングの検出面の軸に沿って対称的に配列され、
前記１または複数のコンバータ回路は、前記左側の光検出器の光電流を左側の検出電圧に変換する左側コンバータ回路と前記右側の光検出器の光電流を右側の検出電圧に変換する右側コンバータ回路を含み、
前記プロセッサは、
前記第１の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に左側のコンバータ回路から測定された、第１の複数の左側の検出電圧のデータポイントを第１の左側曲線に当てはめ、
前記第１の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に前記右側のコンバータ回路から測定された、第１の複数の右側の検出電圧のデータポイントを第１の右側曲線に当てはめ、
前記第２の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に前記左側のコンバータ回路から測定された、第２の複数の左側の検出電圧のデータポイントを第２の左側曲線に当てはめ、
前記第２の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に前記右側のコンバータ回路から測定された、第２の複数の右側の検出電圧のデータポイントを第２の右側曲線に当てはめ、
前記第１の左側および第２の左側曲線か、または前記第１の右側および第２の右側曲線のどちらかから前記ボールの少なくとも１つの垂直位置を計算し、
前記第１の左側および第１の右側曲線か、または前記第２の左側および第２の右側曲線のどちらかから前記ボールの少なくとも１つの側方位置を計算するようにさらに構成されることを特徴とする請求項３に記載のボール検出システム。
【請求項５】
前記ベースライン電圧値は、前記第１の発光素子のセットも前記第２の発光素子のセットも光を放出しない時に測定される前記１または複数のコンバータ回路のうちの１つの検出電圧の測定方法であり、
前記プロセッサは、
光の各離散パルスが前記第１および第２の発光素子のセットによって放出される前に本ベースライン電圧値を判定し、
前記検出電圧のデータポイントの値から前記本ベースライン電圧値を減算することによって検出電圧のデータポイントを補償するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項６】
前記１または複数の周辺光補償回路はそれぞれ、ＰＮＰトランジスタを含み、各ＰＮＰトランジスタは、前記オフセット電流を前記１または複数の光検出器のうちの対応する１つに印加し、
前記１または複数のコンバータ回路のうちの対応する１つが、前記第１の発光素子のセットも前記第２の発光素子のセットも光を放出しない間、所定の設定ポイントよりも大きい検出電圧値を出力する時に前記オフセット電流の値が選択され、前記検出電圧値を前記所定の設定ポイントと同じまたは未満に変更する前記オフセット電流が選択されることを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項７】
前記所定の設定ポイントは０Ｖであることを特徴とする請求項６に記載のボール検出システム。
【請求項８】
前記１または複数のコンバータ回路は、トランスインピーダンス増幅器回路であることを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項９】
狭帯域フィルタで前記１または複数の光検出器および前記第１または第２の発光素子のセットによって放出される波長範囲の外側のブロック光を覆うことを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項１０】
狭帯域フィルタで前記１または複数の光検出器および９４０ｎｍ±２５ｎｍ波長範囲の外側のブロック光を覆うことを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項１１】
前記第１および第２の発光素子のセットはそれぞれ、５％のデューティーサイクルを有する２５μｓのパルスで光の前記一連のパルスを放出することを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項１２】
前記曲線当てはめアルゴリズムは、非線形レーベンバーグ−マルカート法曲線当てはめアルゴリズムであることを特徴とする請求項１に記載のボール検出システム。
【請求項１３】
ボールの少なくとも１つの垂直位置を検出する方法であって、
第１および第２の発光素子のセットから光の一連のパルスを放出し、前記第１の発光素子のセットの前記パルスが前記第２の発光素子のセットの前記パルスと交互することと、
１または複数の光検出器において、光の前記一連のパルスのパルスと交差する前記ボールによって生じる散乱光信号を受信することと、
前記散乱光信号の受信に応答して前記１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つで光電流を生成することと、
１または複数の周辺光補償回路を使用して前記少なくとも１つの光検出器の光電流からオフセット電流を削減することと、
前記削減された光電流を１または複数のコンバータ回路で検出電圧に変換することと、
前記検出電圧の値を検出電圧のデータポイントとして測定すること、
ベースライン電圧値に基づいて前記検出電圧のデータポイントを補償することを反復によって複数の補償された検出電圧のデータポイントを生成することと、
曲線当てはめアルゴリズムを使用して前記複数の補償された検出電圧のデータポイントの少なくともサブセットを１または複数の電圧曲線に当てはめることと、
前記１または複数の電圧曲線から前記ボールの少なくとも１つの垂直位置を計算することを備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
光の前記一連のパルスの各パルスを放出する前に、
周辺光のレベルに応答して前記１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つでオフパルス光電流を生成することと、
前記１または複数の周辺光補償回路を使用して前記オフパルス光電流から前記オフセット電流を削減することと、
前記削減されたオフパルス光電流を前記１または複数のコンバータ回路でオフパルス検出電圧に変換することと、
オフパルス検出電圧の値を本ベースライン電圧値として測定することと、
前記検出電圧のデータポイントの補償は、前記検出電圧のデータポイントの値から前記本ベースライン電圧値を減算することをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記１または複数の周辺光補償回路はそれぞれ、ＰＮＰトランジスタを含み、前記ＰＮＰトランジスタは、前記オフセット電流を少なくとも１つの光検出器に印加することと、  オフセット電流の値は、前記第１の発光素子のセットも前記第２の発光素子のセットも光を放出しない間、所定の設定ポイントよりも大きい検出電圧値が測定される時に選択され、前記検出電圧値を前記所定の設定ポイントと同じまたは未満に変更するオフセット電流が選択されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記所定の設定ポイントは０Ｖであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記曲線当てはめアルゴリズムは、非線形レーベンバーグ−マルカート法曲線当てはめアルゴリズムであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
ハウジングと、
第１および第２の発光素子のセットがハウジングに配列され、前記第２の発光素子のセットが、ボールの予想される軌道に沿って前記第１の発光素子のセットの後方の所定の距離に配列され、各発光素子のセットは、複数の発光素子を含み、各発光素子のセットが光の一連の離散パルスを放出するように構成されることと、
１または複数の光検出器が前記ハウジングに配列され、
前記１または複数の光検出器は、投射物が前記発光素子のセットのどれかの光のパルスと交差する場合、光に接触する時に光電流を生成し、散乱光信号は、前記ボールに反射して前記１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つに接触することと、
１または複数の周辺光補償回路が前記１または複数の光検出器に結合されて前記１または複数の光検出器のそれぞれの前記光電流からオフセット電流を削減することと、
前記１または複数の光検出器のうちの１つからの検出光電流の振幅を検出データポイントとして読み取り、
ベースラインデータ値に基づいて複数の検出データポイントのそれぞれを補償し、
曲線当てはめアルゴリズムを使用して複数の補償された検出データポイントをデータ曲線に当てはめ、
前記曲線当てはめアルゴリズムによって生成された１または複数のデータ曲線から前記ボールの少なくとも１つの垂直位置を計算するように構成されるプロセッサと、を備えることを特徴とする投射物検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年１１月１９日に出願した米国特許仮出願第６２／０７５，０４４号明細書に基づき、その開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
対象となるシステムおよび方法は、一般的には投射物の検出およびその位置の測定に向けられている。具体的には、限定的ではないが、検出システムは、システムによって発射された光の離散パルスビームを横断するボールなど、投射物の位置、速度、および他の軌跡特徴を測定する。システムは、野球またはソフトボールの試合において、ホームプレートに据え付けて、ボールが所定のストライクゾーンに入ったかどうかを判定するために使用できる特定のアプリケーションを有するが、システムはまた、投射物の位置および／または速度の測定が所定の３次元空間内であることが望まれる他のコンテキストにも役立つ。
【０００３】
野球およびソフトボールの試合において、ストライクゾーンは、バッターがバットを振ってない時に「ストライク」としてカウントされるために投球が通過しなければならない境界を定義するホームプレート上の概念的な直角五角注である。
【０００４】
図１に示すように、ストライクゾーン１２の最上部１０は、野球の公認規則ではバッターの肩の最上部とユニフォームパンツの最上部との中間ポイントにおける水平線と定義される。ストライクゾーン１２の下部１４は、バッターの膝当ての下のくぼみにおける線である。ストライクゾーン１２の右の境界１６と左の境界１８は、ホームプレート２４の端２０と端２２に対応する。ストライクゾーンの外側の境界に接する投球は、ストライクゾーンのど真ん中に投げられた投球のストライクと同等である。バッターが振ってないおよびストライクゾーンを通過してない投球は、ボールと呼ばれる。
【０００５】
規則で正式にはホームベースと指定されている、ホームプレートは、選手が得点するために触らなければならない最終ベースである。ホームプレートは、地表面に設置された白いゴム製の五角すいスラブである。バッターは、ピッチャーの投球を受ける準備ができた時にバッターボックス内に立つ。
【０００６】
野球において、審判員は、試合の開始および終了を含む、試合の審判を務め、試合およびグラウンドの規則を執行し、プレーの審判判定を行い、および懲戒処分を担当する責任を負う人である。二人以上の審判員が審判を務める試合において、主審（球審）は、試合全体の責任を負う審判員である。この審判員は、ボールとストライク、ならびにフェアボールと一／三塁に届かないファウルボールをコールし、バッターまたはホームプレートに近い走者(base runners)に関するほとんどのコールを行う。審判員２６は通常、キャッチャーボックスの後ろに配置され、投球がストライクまたはボールであるかどうかを宣言する。
【０００７】
投球がストライクゾーンまたは境界の外側を通過したかどうかの判定で人的過誤が存在し得ることは明白である。これは特に、審判員が典型的には、プロでないおよび／または志願者であるリトルリーグおよび大学リーグの野球の試合の場合に該当する。これらの状況における人的過誤の確率がさらに高い。
【０００８】
従って、特に審判員が典型的には、プロでないまたは志願者である野球および／またはソフトボールリーグで使用される投球を「ボール」または「ストライク」に分類する時の人的過誤を削減する機構を提供することが望ましい。
【０００９】
この機構の処理および電力消費が効率的である一方、そのカテゴリ化も正確であることがさらに望ましい。
【００１０】
この機構がさまざまに変動する照明調整で正確かつ効率的に動作することがさらに望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願第１３／８３３，３６６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様において、ボール検出システムは、ハウジングと、第１および第２の発光素子のセットがハウジングに配列され、第２の発光素子のセットが、ボールの予想される軌道に沿って第１の発光素子のセットの後方の所定の距離に配列され、各発光素子のセットは、複数の発光素子を含み、各発光素子のセットが光の一連の離散パルスを放出するように構成されることと、１または複数の光検出器がハウジングに配列され、１または複数の光検出器は、ボールが発光素子のセットのどれかの光のパルスと交差する場合、光に接触する時に光電流を生成し、散乱光信号は、ボールに反射して１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つに接触することと、１または複数の周辺光補償回路が１または複数の光検出器に結合されて１または複数の光検出器のそれぞれの光電流からオフセット電流を削減することと、１または複数のコンバータ回路が１または複数の光検出器に結合されて１または複数の光検出器のそれぞれの光電流を検出電圧に変換することと、プロセッサとを含む。プロセッサは、１または複数のコンバータ回路のうちの１つからの検出電圧の測定を検出電圧のデータポイントとして読み取り、ベースライン電圧値に基づいて複数の検出電圧のデータポイントのそれぞれを補償し、曲線当てはめアルゴリズムを使用して複数の補償された検出電圧のデータポイントを電圧曲線に当てはめ、および曲線当てはめアルゴリズムによって生成された１または複数の電圧曲線からボールの少なくとも１つの垂直位置を計算するように構成され得る。
【００１３】
１または複数の光検出器は、左側の光検出器と右側の光検出器を含むことができ、それぞれが第１の発光素子のセットと第２の発光素子のセットとの間のハウジングに配列され、左側および右側の光検出器がハウジングの検出面の軸に沿って対称的に配列され、そして１または複数のコンバータ回路は、左側の光検出器の光電流を左側の検出電圧に変換する左側コンバータ回路と右側の光検出器の光電流を右側の検出電圧に変換する右側コンバータ回路を含む。プロセッサは、左側コンバータ回路から測定された複数の左側の検出電圧のデータポイントを左側の電圧曲線に当てはめ、右側コンバータ回路から測定された複数の右側の検出電圧のデータポイントを右側の電圧曲線に当てはめ、および左側および右側の曲線からボールの少なくとも１つの側方位置を計算するようにさらに構成され得る。
【００１４】
第１および第２の発光素子のセットはそれぞれ、互いに交互する光の離散パルスを放出することができる。１または複数の光検出器は、それぞれが第１の発光素子のセットと第２の発光素子のセットとの間のハウジングに配列された左側の光検出器と右側の光検出器を含むことができ、左側および右側の光検出器がハウジングの検出面の軸に沿って対称的に配列され、そして１または複数のコンバータ回路は、左側の光検出器の光電流を左側の検出電圧に変換する左側コンバータ回路と右側の光検出器の光電流を右側の検出電圧に変換する右側コンバータ回路を含む。プロセッサは、第１の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に左側のコンバータ回路から測定された、第１の複数の左側の検出電圧のデータポイントを第１の左側曲線に当てはめ、第１の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に右側のコンバータ回路から測定された、第１の複数の右側の検出電圧のデータポイントを第１の右側曲線に当てはめ、第２の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に左側のコンバータ回路から測定された、第２の複数の左側の検出電圧のデータポイントを第２の左側曲線に当てはめ、第２の発光素子のセットが光のパルスを放出する時に右側のコンバータ回路から測定された、第２の複数の右側の検出電圧のデータポイントを第２の右側曲線に当てはめ、第１の左側および第２の左側曲線か、または第１の右側および第２の右側曲線のどちらかからボールの少なくとも１つの垂直位置を計算し、および第１の左側および第１の右側曲線か、または第２の左側および第２の右側曲線のどちらかからボールの少なくとも１つの側方位置を計算するようにさらに構成され得る。
【００１５】
ベースライン電圧値は、第１の発光素子のセットも第２の発光素子のセットも光を放出しない時に測定される１または複数のコンバータ回路のうちの１つの検出電圧の測定方法である。プロセッサは、光の各離散パルスが第１および第２の発光素子のセットによって放出される前に本ベースライン電圧値を判定し、および検出電圧のデータポイントの値から本ベースライン電圧値を減算することによって検出電圧のデータポイントを補償するようにさらに構成され得る。
【００１６】
１または複数の周辺光補償回路はそれぞれ、ＰＮＰトランジスタを含むことができ、各ＰＮＰトランジスタは、オフセット電流を１または複数の光検出器のうちの対応する１つに印加し、そして１または複数のコンバータ回路のうちの対応する１つが、第１の発光素子のセットも第２の発光素子のセットも光を放出しない間、所定の設定ポイントよりも大きい検出電圧値を出力する時にオフセット電流の値が選択され、検出電圧値を所定の設定ポイントと同じまたは未満に変更するオフセット電流が選択される。所定の設定ポイントを０Ｖとする。
【００１７】
１または複数のコンバータ回路は、トランスインピーダンス増幅器回路となり得る。
【００１８】
狭帯域フィルタで１または複数の光検出器および波長範囲の外側のブロック光を覆うことができる。波長範囲は、第１または第２の発光素子のセットによって放出される範囲となる。波長範囲は、９４０ｎｍ±２５ｎｍとなる。
【００１９】
第１および第２の発光素子のセットはそれぞれ、５％のデューティーサイクルを有する２５μｓのパルスで光の一連のパルスを放出することができる。
【００２０】
曲線当てはめアルゴリズムは、非線形レーベンバーグ−マルカート法曲線当てはめアルゴリズムとなる。
【００２１】
発明の別の態様において、ボールの少なくとも１つの垂直位置を検出する方法は、第１および第２の発光素子のセットから光の一連のパルスを放出し、第１の発光素子のセットのパルスが第２の発光素子のセットのパルスと交互することと、複数の補償された検出電圧のデータポイントを生成することと、曲線当てはめアルゴリズムを使用して複数の補償された検出電圧のデータポイントの少なくともサブセットを１または複数の電圧曲線に当てはめることと、１または複数の電圧曲線からボールの少なくとも１つの垂直位置を計算することを含む。複数の補償された検出電圧のデータポイントは、１または複数の光検出器において、光の一連のパルスのパルスと交差するボールによって生じる散乱光信号を反復的に受信すること、散乱光信号の受信に応答して１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つで光電流を生成すること、１または複数の周辺光補償回路を使用して少なくとも１つの光検出器の光電流からオフセット電流を削減すること、削減された光電流を１または複数のコンバータ回路で検出電圧に変換すること、検出電圧の値を検出電圧のデータポイントとして測定すること、およびベースライン電圧値に基づいて検出電圧のデータポイントを補償することによって生成され得る。
【００２２】
方法は、光の一連のパルスの各パルスを放出する前に、周辺光のレベルに応答して１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つでオフパルス光電流を生成することと、１または複数の周辺光補償回路を使用してオフパルス光電流からオフセット電流を削減することと、削減されたオフパルス光電流を１または複数のコンバータ回路でオフパルス検出電圧に変換することと、およびオフパルス検出電圧の値を本ベースライン電圧値として測定することをさらに含むことができる。検出電圧のデータポイントの補償は、検出電圧のデータポイントの値から本ベースライン電圧値を減算することを含むことができる。
【００２３】
１または複数の周辺光補償回路はそれぞれ、ＰＮＰトランジスタを含むことができ、ＰＮＰトランジスタは、オフセット電流を少なくとも１つの光検出器に印加する。オフセット電流の値は、第１の発光素子のセットも第２の発光素子のセットも光を放出しない間、所定の設定ポイントよりも大きい検出電圧値が測定される時に選択され、検出電圧値を所定の設定ポイントと同じまたは未満に変更するオフセット電流が選択される。
【００２４】
発明の別の態様において、投射物検出システムは、ハウジングと、第１および第２の発光素子のセットがハウジングに配列され、第２の発光素子のセットが、ボールの予想される軌道に沿って第１の発光素子のセットの後方の所定の距離に配列され、各発光素子のセットは、複数の発光素子を含み、各発光素子のセットが光の一連の離散パルスを放出するように構成されることと、１または複数の光検出器がハウジングに配列され、１または複数の光検出器は、投射物が発光素子のセットのどれかの光のパルスと交差する場合、光に接触する時に光電流を生成し、散乱光信号は、ボールに反射して１または複数の光検出器のうちの少なくとも１つに接触することと、１または複数の周辺光補償回路が１または複数の光検出器に結合されて１または複数の光検出器のそれぞれの光電流からオフセット電流を削減することと、プロセッサとを含むことができる。プロセッサは、１または複数の光検出器のうちの１つからの検出光電流の振幅を検出データポイントとして読み取り、ベースラインデータ値に基づいて複数の検出データポイントのそれぞれを補償し、曲線当てはめアルゴリズムを使用して複数の補償された検出データポイントをデータ曲線に当てはめ、および曲線当てはめアルゴリズムによって生成された１または複数のデータ曲線からボールの少なくとも１つの垂直位置を計算するように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】先行技術に係るホームプレートの上のストライクゾーンを示した絵画図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの配置およびリモートコントローラユニットの無線接続の略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る検出面から垂直に伸長した光ビームを有する電子ホームプレートの略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る異なる高さで電子ホームプレートの上を通過するボールの電子ホームプレートから伸長した発散光ビームを概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートに組み込まれた電子機器の主要部品の略図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの回路のサブセットの略図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの回路のサブセットの略図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの回路のサブセットの略図である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの回路のサブセットの略図である。
【図７】本発明の実施形態に係る衝撃吸収機構が備わった電子ホームプレートのハウジングの略図である。
【図８Ａ】本発明の２つの実施形態の、光変動補償の有り無し両方で光検出器および対応する受光器の出力を表す電圧の経時変化グラフである。
【図８Ｂ】本発明の２つの実施形態の、光変動補償の有り無し両方で光検出器および対応する受光器の出力を表す電圧の経時変化グラフである。
【図９】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの上を通過する野球ボールの位置および速度の自動判定のプロセスのフローチャート図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートに組み込まれた電子機器のアナログフロントエンドおよびＦＰＧＡベースのアルゴリズムを表す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る光検出器で受信される光信号の周辺光補償のプロセスのフローチャート図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの制御およびその出力の検査のためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面の図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態に係る電子ホームプレートの制御およびその出力の検査のためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）画面の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
同種の参照番号が全体にわたって同種の要素を指す、添付図面で示した例示的実施形態についてこれより詳細に述べる。開示されたシステムおよび方法を説明するために図を参照して以下の実施形態を説明する。
【００２７】
以下の説明を主に野球の試合と対応させて本明細書に示す。しかしながら、発明の原理および範囲は、他の試合に完全に適応可能であり、本明細書でさらに詳述するように、実際にはスポーツでない文脈に適用可能である。
【００２８】
２０１４年７月２４日の米国特許出願公開番号２０１４／０２０６４８０として公開された、米国特許出願第１３／８３３，３６６号明細書および係属中の本出願は、ホームプレートの上に伸長する光のビーム（好適には赤外線）を投影する「電子ホームプレートシステム」を説明している。ボールが電子ホームプレートシステムの上を横断すると、ボールに接触するビームからの光は、散乱光信号に反射し、さらに電子ホームプレートシステムの光検出器によって受信される。プロセッサはその後、受信された散乱光信号の強度およびその受信のタイミングを解析して、ボールが光ビームを横断する時のボールの位置、さらにその速度を計算することができる。上述したアプリケーションは、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２９】
図２−図５および図７に関し、ホームプレートの上を通過する野球ボールの存在、位置および速度の検出および表示に適応した電子および光電子部品を包含する、野球およびソフトボールの試合用の低コストで効率的なホームプレートである、ボールまたは投射物検出システム３０（本文脈において電子ホームプレートまたはＥＨＰとも呼ばれる）が提供されている。
【００３０】
電子ホームプレートは、投球が「ボール」または「ストライク」であるかどうかを判定する時に審判員を支援するために設計され、野球の訓練演習に使用することができる。対象となる電子ホームプレートは、プロとプロでない両方のカテゴリの野球の試合で使用されることを想定しているが、対象となる電子ホームプレートは主に、審判員が典型的には、プロでないおよび志願者であるリトルリーグおよび大学リーグの市場をターゲットにすることができる。
【００３１】
電子ホームプレートはまた、ピッチャーの訓練補助としても大いに価値がある。システムは、投球の位置および速度のＸＹマップの取得を容易にする。即ち、ピッチャーは、電子ホームプレートの上で多数の投球を行って、各投球の速度が付いた、行った全ての投球のＸＹマップを取得することができる。
【００３２】
電子ホームプレート３０は、ボール３２がストライクゾーン４２の側方境界３８、４０とほぼ一致するホームプレート３０の外縁部３４と外縁部３６との間を通過する時に、そのボールを自動的に検出するように設計されている。電子ホームプレート３０はまた、ＥＨＰの上を通過するボールの高さを自動的に算出し、そして算出された高さが、図１に示すように、関心のあるバッターの身長が膝から胸までのストライクゾーンに対応するように調節された、ストライクゾーン４２の上の境界４４と下の境界４６との間に収まるかどうかを判定するように構成される。
【００３３】
意図する機能性をもたらすために、電子ホームプレート３０は、ボール検出システムのハウジングに組み込まれたサブシステムを備える。これらは、以下を含む。
●  例えば、近赤外または光スペクトルの他の不可視領域で放出する発光ダイオードなどの、目に安全なエミッタ、または場合によりソーラーブラインドＵＶエミッタ
●  出力信号を増幅および調整するために電子機器に装備された少なくとも１つの、好適には２つの高感度光検出器
●  無線トランシーバ（例えば、ＺｉｇｂｅｅまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ無線）、光信号処理電子機器、およびＦＰＧＡ（現場でプログラム可能なゲートアレイ）の形式にすることができるマイクロコンピュータ（つまり、プロセッサ）を含む電子部品
●  電池、または代替として有線電力源
●  電子ホームプレートに組み込まれたトランシーバに／から無線信号を作り出し、送信および受信するためにそれ自身のトランシーバ（例えば、ＺｉｇｂｅｅまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ無線など）を有する、電子ホームプレートと無線通信するためのリモートコントローラサブシステム
●  ストライクゾーンの境界内を通過するボールの検出に応答して、光、音声、無線または他の何らかの形式の「ストライク」信号を作り出す表示システム
【００３４】
具体的には、図２−図５および図７に示すように、ＥＨＰ３０は、各セット４８が、並んで配置された複数の発光素子５０を含む、発光素子５０の２つのセット４８が装備されている。発光素子５０は、ＥＨＰの上で垂直に伸長する光ビーム５２を生成する。第１の発光素子のセット４８ａは、ＥＨＰの「前方」４９に位置付けられる一方、第２の発光素子のセット４８ｂは、ハウジング５６が先細りするＥＨＰの「後方」５３に位置付けられる。つまり、第２の発光素子のセット４８ｂは、ボール３２の予想される軌道に沿って第１の発光素子のセット４８ａの後方に位置付けられる。第１および第２の発光素子のセット４８ａ、４８ｂの並びは、互いに平行であり、それらの間の距離は、周知で事前に決定されていて、従って、本明細書でさらに説明される計算に使用することができる。各セット間の周知の距離を有する３つ以上の発光素子のセットを使用して、電力消費および処理時間という代償を払うが、システムの検出分解能が潜在的に向上することに留意されたい。
【００３５】
発光素子５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよく、以下そのように呼ぶ。これらのＬＥＤ５０はそれぞれ、特定の幅となり、それによって底部の該特定の幅である、光ビーム５２から形成される光の「カーテン」を投影する。さらに、ＬＥＤは、所定の角度で光を広げ、その結果、光ビームを発散する統合レンズ（別個に図示せず）を含むことができ、この発散の一部は、本明細書でさらに説明される計算によってボールの高さを計算するために使用される。図示された実施形態において、角度±３°は、光ビーム５２の強度を犠牲にするまたは第１の発光素子のセット４８ａからの光ビーム５２を第２の発光素子のセット４８ｂからの光ビームに過度にオーバーラップすることをせずに、これらの計算に十分な情報を提供する時に好適であるように判定されている。
【００３６】
本システムの目の安全性は、ある波長の過度な電力が作り出されると、ＬＥＤが注意散漫またはさらに目のくらみまたは発作の危険となる恐れがあるので、重大な留意点である。ＥＨＰ３０は従って、目にも安全で、光検出器が信号を検出するために十分な電力も生成する発光素子５０を使用することができる。図示された実施形態の計算と試験は、満足のいく性能が、ＬＥＤがＣＤＲＨクラス１の安全規格を満たす（スペクトルの近赤外部分内の）８００−１０００ｎｍ範囲で動作することによって獲得されることを示している。つまり、発光素子５０は、ＩＲエミッタであってもよい。より好適には、９４０±２５ｎｍの範囲がさらに、分光放射照度が隣接波長の２５％まで減少する太陽光吸収帯であることが判定され、それにより、システムは、隣接波長にフィルタをかけることができ、従って太陽光の大部分が発光素子５０からの光の検出の犠牲にならない。
【００３７】
発光素子５０は、好適にはハウジング５６の検出面５８に配列される。電子ホームプレート３０の文脈において、検出面５８は、好適には、上に向いたハウジング５６の表面、つまり上方メンバである。しかしながら、他の実施形態がホームプレートの横、後ろまたは上に置くことができる、プレート自体の外部の異なる様式のハウジングを使用できることに留意されたい。そのような実施形態において、検出面は一般的に、ホームプレートに対向するハウジングの横側、つまりボールが進むと予想される空間（例えば、ストライクゾーン）に対向する横側である。
【００３８】
生成された光ビーム５２がハウジング５６の検出面５８を通過することを可能にするために、検出面５８は、発光素子５０またはその並びと揃ったスリット９１などの開口部が形成される。他の実施形態において、発光素子５０は、検出面５８の中または下にあるよりもむしろ、上部にあったほうがよい。
【００３９】
光ビーム５２は、発光素子５０から放出される光の離散パルスの形をとる。連続ストリームの代わりにパルスを用いることによって、ビームの強度が向上し、周辺光の変動の効果を少なくする検出回路の利得をかなり削減できるようにする。低いデューティーサイクルはまた、システム全体の電力消費も削減し、これは特に、電池駆動の実施形態に有利である。さらに、離散パルスの使用は、受信されて解析される多数のデータポイントを削減するが、十分高速なパルスレートで、ボールの軌跡特性を正確に計算するのに十分なデータポイントをなおも作り出すことができる。例えば、連続する光放出から５％のデューティーサイクルを有する好適な２５μｓのパルス持続時間（結果的に、２ｋＨｚのパルスレートになる）に切り替えることによって、係数８．５で光強度が増加する一方、電力消費が５０％削減する。この構成のシミュレーションもまた、１００ｍｐｈまでの速度で標準の野球ボール（直径が３インチよりもわずかに短い）の位置精度を提供するのに十分なデータポイントを生成することを示している。
【００４０】
以前に提案したように、ボールが通過する時に２つの個別の散乱光信号を受信する調整（２つのビームが交差するイベントに対応する）を与えるために、第１の発光素子のセット４８ａによって作り出される光ビーム５２は、第２の発光素子のセット４８ｂの光ビームと交差してはいけない。これは主に、第１の発光素子のセット４８ａと第２の発光素子のセット４８ｂとの間の十分な所定の距離、および発光素子５０のレンズによって生じる十分に小さい発散角度によって実現され得る。しかしながら、交差は、パルスの交互パターンによって全て除くことができる。つまり、第１の発光素子のセット４８ａは、第２の発光素子のセット４８ｂによって放出される各光ビームのパルスと一致しない各光ビームのパルスを放出する。さらに、そのような実施形態において、散乱光信号源は、直前のアクティブな発光素子のセット４８と比べると、その受信のタイミングによって全部または部分的に判定される。
【００４１】
ＥＨＰ３０は、ホームプレートのハウジング５６の垂直寸法で定義される厚みを除く、標準サイズの野球ホームプレートと想定され、図２、図３、図５および図７に示すように、ＥＨＰ３０の上を通過する野球ボールの存在、高さ、側方位置、および速度を検出し、算出し、および表示するように適応された必要な電子部品５７を包含する。電子ホームプレート３０は、上方メンバ（つまり、検出面）５８と下部モジュール６０を有する、ホームプレートのハウジング５６を含む。上方メンバ５８と下部モジュール６０は、一方に対してそれぞれ垂直に配置されて空間６２を定義し、その間に電子ホームプレートを機能させるＥＨＰの電子機器５７を包含する。
【００４２】
１または複数の光検出器６４は、ＥＨＰ３０に組み込まれて光検出器（複数）に入射する散乱光６６を検出する。光センサおよび増幅器は、１００ｍｐｈおよびそれを超えて移動するボールを検出するのに十分素早く応答することができる。
【００４３】
高さを測定するために、１つのみの光検出器（ＰＤ）が必要となる。側方位置を測定するために、少なくとも第２の光検出器が必要となる。２つの大面積光検出器により、ＦＯＶ（視野）は、プレート面積のどこでも受信された散乱光信号を検出するのに十分大きく、上述した光強度と本明細書でさらに説明される周辺光補償プロセスが与えられる。２つの光検出器が用いられる場合、好適には、その２つは、第１の発光素子のセット４８ａと第２の発光素子のセット４８ｂとの間に配列され、そして第１の発光素子のセット４８ａから第２の発光素子のセット４８ｂに延びたハウジング５６の軸に沿って対称に位置付けされる。例えば、左側の光検出器６４ａは、ハウジング５６の軸の左側の特定の距離に配列され、右側の光検出器６４ｂは、同じ軸の右側の同じ特定の距離に配列される。
【００４４】
狭帯域フィルタ１０２は、ＬＥＤの放出スペクトルの外側の一部またはすべての光を遮断するために用いられる。このフィルタは、光検出器（複数）６４の上に置かれた着色ガラスのバイパスフィルタの形をとることができる。以前に述べたように、ＬＥＤ波長または波長範囲、従ってフィルタ範囲は、この波長の太陽光の放射照度を減少するために、大気中の酸素吸収帯と一致するように選択される。以前に述べたように、９４０ｎｍ±２５ｎｍ帯がこの目的に好適な範囲である。
【００４５】
発光素子５０と同様に、検出面５８の開口部９１もまた、各光検出器６４の上に提供される。狭帯域フィルタ１０２は、この開口部９１の上または下に設置される。
【００４６】
ハウジング５６全体は、特に検出面５８は、不透明な白色ビニールで覆面される。この覆面は、光検出器（複数）６４の視野を制限し、従ってプレートの上の関心のある領域のみを直接見るので、周辺光の効果が減少し、さらにバッターが自分の構えを変えるまたはキャッチャーがプレートの近くで自分のグローブを移動するなど、プレート近くの活動(activity)によって誤トリガが生じるのを回避する。覆面はまた、光ビーム５２が、発散する前に制御された幅でスリット９１から出てくることも保証する。
【００４７】
ボールは、（それぞれの光ビームの横断およびビーム間の距離に対応する各ピークが検出信号に見られる、受信された散乱光信号のピーク間の時間ギャップによる）速度、（光検出器によって検出されるピーク振幅の比率による）側方位置、および（測定間のギャップの第２の測定幅の比率による）垂直位置を測定するために、２つの光ビーム５２と交差しなければならない。
【００４８】
データを処理するおよび必要な計算を行うマイクロコンピュータまたはプロセッサ７８は、好適には、ＦＰＧＡ（現場でプログラム可能なゲートアレイ）の形式において、以下の段落に示すように、ハウジング５６に組み込まれる。このＦＰＧＡは、より具体的には、スパルタン６ＦＰＧＡモジュールにしてもよい。ＦＰＧＡを以下に仮定するが、当業者は、以下の開示を他のマイクロコンピュータまたはプロセッサに適応することができる。
【００４９】
光信号処理電子機器（本明細書では受光器または光受信器とも呼ばれる）８０は、光検出器（複数）６４とＦＰＧＡ７８とが結合されて動作するハウジング５６に組み込まれてＥＨＰ３０の機能性をサポートする。光受信器８０の電子機器の可能な構成を本明細書でさらに説明する。
【００５０】
ＥＨＰは、電池８２で駆動するか、または代替として、有線電力を受け取ることができる。電池駆動の実施形態において、リン酸鉄リチウム（ＬｉＰｏ）モジュールは、その高い安全要因、高充電サイクル寿命、および低コストであるため、リチウムイオンまたは他の一般の電池に好適である。充電管理基板(charge management board)を電池モジュールに統合して、システムが、充電しながら動作することができ、動作を継続して、突然充電器から切り離されても中断しないラップトップとほとんど同じように使用されるようにできる。そのような構成において、プレートは、プラグを抜いたままでおよそ６時間実行することができる。
【００５１】
（図４に最も良く示した）発光素子５０の各光ビーム５２は、ハウジング５６の上方メンバ５８から離れた垂直方向で変化する横断セクションを有する円錐形の発散ビームである。以前に述べたように、ビームは、一定の強度ではなく、光の個別のパルスから形成されるが、パルスの早い速度は、標準の投球速度を進むボール３２がプレートを横断する時に発光素子のセット４８のどちらかからのパルスと多数交差することを保証する。
【００５２】
試合中、投球が行われると、ボール３２がストライクゾーン４２を通過すると、投球が「ストライク」であることを示す表示がアクティブ化される。
【００５３】
より具体的には、ボール３２がストライクゾーン４２を通過すると、図３および図４に示すように、ボールは、第１の発光素子のセット４８ａおよび第２の発光素子のセット４８ｂからの光ビーム５２と交差する。野球ボールの表面と光ビーム５２とのインタラクションによって、光ビーム５２と野球ボール３２が交差するポイントから複数の方向で野球ボールの表面に反射した光の散乱が生じる。
【００５４】
光検出器（複数）６４による散乱（反射）光６６の検出は、ある調整に従って、「ストライク」が検出されたことを示すインジケータシステム６８をアクティブ化する。「ストライク」を宣言するために、２つの位置調整が満たされる：
（ａ）水平：野球ボールがホームプレートの上でその側端３４と側端３６との間を通過して検出されなければならない。
（ｂ）垂直：通過するボールの高さは、ストライクゾーン４２の上の境界４４と下の境界４６との間に収まらなければならない。
【００５５】
ＥＨＰ３０の表示システム６８は、いくつかのフォーマットで企図されている。例えば、１または複数の可視発光ダイオード７０（発光素子５０とは個別の、好適には、近赤外または可視スペクトルの外側の他の光）は、「ストライク」が検出された後点灯して、審判員に警告することができる。代替として、無線信号を、ＥＨＰ３０から野球の試合を審判する競技役員のリモートコントローラ装置５４に送信することができる。さらに、「ストライク」インジケータは、ＥＨＰ３０で作り出される（図５に示すような）音声信号１０６の形式にすることができる。携帯電話のユーザが、投球がどのように判定されるか（「ストライク」または「ボール」）および投球の位置／速度を見ることを可能にする携帯電話のアプリケーションを提供できることも企図されている。
【００５６】
ＥＨＰ３０と試合の競技役員（審判員、記録係その他など）との間の無線通信が企図されている。このため、競技役員（複数）は、制御コマンドおよびＥＨＰ３０との情報交換、ならびに試合結果および統計記録を容易にするリモートコントローラサブシステム５４を備える。競技役員は、携帯電話／タブレット／ラップトップ／デスクトップをリモートコントローラ５４として使用するか、またはリモートコントローラ５４とＥＨＰ３０との間の情報通信のために使用できる。
【００５７】
ＥＨＰ３０と審判員が所持しているリモートコントローラ装置５４との間の無線通信を提供するために、トランシーバ７２は、ＥＨＰのハウジング５６に組み込まれ、そしてトランシーバ７４は、コマンドとデータがその間に通信チャネル７６を介して通信するためのコントローラ装置５４に含められる。トランシーバを例えば、ＺｉｇｂｅｅまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ無線に使用される無線トランシーバとして実装することができる。
【００５８】
図２、図３、および図５に示すように、リモートコントローラ装置５４は、ボタン８６の「オン」、ボタン８８の「オフ」、ボタン９０の「消去」が備わっている。記録係、または同様の権限を持つ人は、各投球が行われる前にホームプレート３０をアクティブ化する（「アームする」）ために、コントローラ装置５４に備わったオンボタンを作動させる。同様に、記録係は、各投球の後、またはより便利であれば、バッターが三振または安打のいずれかによりプレートから離れた後に、オフボタン８８を作動させることによってホームプレート３０を非アクティブ化する（「ディスアームする」）。
【００５９】
アーミングサブシステム１１６（図５に示す）は、リモートコントローラからオンコマンドを受信するとアクティブ化され、次に、ＦＰＧＡ７８および発光素子５０（リモートコントローラからそこでオン信号が受信されるまで「待機状態」である）をアクティブ化する。アーミングサブシステム１１６は、オフコマンドを受信すると、その後、同様にＦＰＧＡ７８および発光素子５０を非アクティブ化する。光検出器（複数）６４は、いくつかの実施形態において、アーミングサブシステム１１６の状態に関わらず、常にアクティブにすることができるが、非アクティブなＦＰＧＡ７８によって無視される。
【００６０】
電子ホームプレート３０がオンである間、ホームプレートを横断するどの移動も光検出器（複数）６４によって検出されて、側方ストライク(lateral strike)を示す信号を作り出す。誤った「ストライク」信号を回避するために、審判員は、投球が行われる前に即座にＥＨＰ３０をアクティブ化し、それによってバッターが位置につくまたはバットの素振り練習をするなど、ホームプレート上のランダムな動きを警告することを回避する。さらに、電力は、発光素子５０など、さまざまなサブシステムに保存され、必要になるまで非アクティブまたは待機状態のままにすることができる。
【００６１】
ストライクが表示サブシステム６８によって表示されると、競技役員は、表示サブシステム６８をリセットする消去ボタン９０を作動させることができる。例えば、表示サブシステム６８が可視発光ダイオード７０をアクティブ化する実施形態において、消去ボタン９０は、可視発光ダイオード７０を消す。同様の非アクティブ化も、必要に応じて他のインジケータに適用することができる。いくつかの実施形態において、消去ボタン９０はさらに、オフボタン８８のすべての機能を遂行できる。
【００６２】
アーミングサブシステム１１６は、ＬＥＤ電力供給装置１１８と、リモートコントローラ５４との無線接続／コントローラ（トランシーバ７２）を有することができる。図示された以外のいくつかの実施形態において、ＥＨＰ３０はさらに、または代替として、リモートコントローラ５４または他の外部システムとのケーブル接続を可能にし、イーサネットポートまたは同様のポートを有し、そしてアーミングサブシステム１１６は従って、イーサネットポートに結合された有線コントローラを有することができる。
【００６３】
アーミングサブシステム１１６は、表示サブシステム６８および信号処理アルゴリズム１２２と一緒に、ＦＰＧＡモジュール７８の一部として企図されている。
【００６４】
試合の開始前に、審判員（または別の競技役員）は、野球ボールが垂直のストライクゾーンに入ると、即ち、光ビーム５２を横断する野球ボールがストライクゾーン４２の上の境界４４と下の境界４６との間に収まる高さが検出されると表示をアクティブ化するストライクゾーンパラメータを（例えば、選手のジャージ番号を選択することによって）リモートで調節する能力が与えられている。
【００６５】
動作中、審判員（または他の競技役員）は、無線信号８３を、通信チャネルを介してコントローラ装置５４からＥＨＰ３０に送信して、試合の次のバッター（関心のあるバッター）の特定の身長に対応するストライクゾーンのパラメータを用いて動作７８を提供する。
【００６６】
ストライクゾーンのパラメータのデータベース８４は、審判員（または他の競技役員）に使用可能である。データベース８４は、リモートコントローラ５４、または別のコンピュータまたはそれに接続されたメモリに常駐することができる。好適には、シーズンの前に、すべての有資格選手は、測定された自分達のストライクゾーンを有し、これらの測定値は、データベース８４に格納される。投球の前に、審判員（または記録係）は、リモートコントローラを作動させてデータベース８４から関心のある現在の選手（つまり、現在のバッター）のジャージ番号を選択する。試合のすべての選手のジャージ番号に対応するストライクゾーンのパラメータ（上の境界と下の境界）は、試合の前の保管用にＥＨＰ３０、特にＦＰＧＡ７８に送信された場合もあり、または各選手が関心の対象になる時に個々に送信されてもよい。パラメータは次に、本明細書でさらに詳細に提示されるように、計算に使用される。ＦＰＧＡ７８は、好適には、関心のある選手が試合によって異なることが予想されるので、この情報は、試合が終了した後、ストレージに保存するために保持されない。
【００６７】
ストライクゾーンの境界に対してボールの正確な検出を獲得するために、重要な設計検討は、周辺光の調整でも光検出器６４によって容易に検出可能である光ビーム５２と交差する野球ボール３２からの散乱光６６の量を提供することである。
【００６８】
発光素子５０の電力がＰ（Ｗ）であり、野球ボールが発光素子５０からある割合ｆの光ビーム５２と交差すると、散乱する光は、ｆｗと記述され、これは、ほぼ半球上のランバート分布に対応する。
【００６９】
光検出器６４（つまり、光受信器）が伝熱面積Ａを有していれば、高さｈ（ｍ）（例えば、図３に示したｈ１またはｈ２）の光ビーム５０を横断する野球ボールから検出された電力は、以下の通りである。
【００７０】
【数１】
0006576459.tif 000002
【００７１】
本システムは、ストライクゾーン４２の上を通過するどの野球ボールも１または複数の光ビーム３２と交差するように設計されている。１ｍＷエミッタおよび光検出器の伝熱面積が１００ｍｍ2、ここにｆ＝１００％およびｈ＝１ｍの場合、受信電力は、およそ１６ｎＷである。この信号は、電子光電流のパルスとして検出され、その長さは、野球ボールの速度およびその直径（〜７４ｍｍ）に応じて異なる。
【００７２】
極端な例として、１００ｍｐｈの速球では、結果として光検出器がおよそ１．７ｍｓ長の光電流パルスを放出する。従って、光検出器の検出帯域幅は、１０ｋＨｚオーダーにしなければならない。
【００７３】
典型的な光検出器は、１０-13Ｗ／√Ｈｚオーダーの雑音等価電力を有し、従って、１０ｋＨｚの帯域幅で１０-11Ｗを検出する能力がある。これらの検討は、例えば、信号対雑音比の計算を１６００にして、提案したスキームの実現可能性を確立する。
【００７４】
光検出器６４の光センサおよび増幅器は、明るい日光または野球場の常夜灯の下で反射したエミッタ光を検出することができる。
【００７５】
ＥＨＰ検出面５８に入射する起こり得る直射日光の問題を回避するために、光受信器８０は、ＥＨＰ上を通過する野球ボールに反射する光６６に対応する信号よりも高いいくつかの大きさのオーダーである、日光暴露による光検出器で生成される光電流をオフセットする周辺光補償回路９２を含むことを企図している。この周辺光補償回路９２のより詳細な実施形態を本明細書でさらに説明する。
【００７６】
光受信器８０はまた、好適には、光受信器も含み、この光検出器は、緩やかな利得帯域幅積、低い入力バイアス電流およびオフセット電圧、およびレイルツーレイル電力供給範囲により、好適には、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）回路９４である。明確にするために、光受信器回路９４は、以下の段落および図においてＴＩＡ回路またはＴＩＡと呼ばれるが、当業者は、同様の特性の他の回路を代用することができるであろう。
【００７７】
ＴＩＡ回路９４または別のコンバータ回路もまた、光電流を電圧に変換し、この電圧は次に、ＦＰＧＡ７８または他のプロセッサによって処理されるアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２４によってアナログからデジタルにさらに変換される。このＡＤＣ１２４は、１ＭＳｐｓＡＤＣである。
【００７８】
一実施形態に従って、ＥＨＰ３０の電子機器５７のサブセットの略図を図６Ａ−図６Ｄに示す。この特定の実施形態は、別個のＴＩＡ９４とＡＤＣ１２４に結合された、２つの光検出器６４を企図している。周辺光補償回路９２は、各光検出器の別個のＰＮＰトランジスタ９６と、ＦＰＧＡ７８および基準電圧１２８から入力されるアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２４の形をとる。
【００７９】
図７について、ＥＨＰ電子機器５７、発光素子５０、および光検出器６４は、ＥＨＰハウジング５６の上方メンバ（つまり、検出面）５８に流れる（スリットまたは開口部９１内の）小窓の後ろに収納される。窓は、発光素子５０によって放出される光の主な範囲またはその範囲のみを透過的にすることができ、発光素子５０が赤外線などの不可視光のみを放出する場合、上方メンバ５８は、不透明な可視になる。上方メンバ５８の下の部品は、ボタンモジュール６０内に埋め込まれる。
【００８０】
ボール、バット、および選手がＥＨＰ３０に衝突することによる機械的応力および衝撃に耐えるための衝撃吸収機構１０８がハウジング５６に与えられている。衝撃吸収は、空間６２に電子機器を収納したリムーバブルモジュールとしてボタンモジュール６０を形成することによって実行される。リムーバブルボタンモジュール６０は、衝撃吸収体マウント１１０を通って地中に埋め込まれた樹脂ボールト１１２にプラグ接続されている。応力は、電子機器および光学機器の周りから地中に移動する。ゴム製の上部メンバ５８は、モジュール６０に取り付けられる。
【００８１】
ＥＨＰ３０のハウジング５６は、ホームプレートの上からストライクゾーンを通過する野球ボールの存在を検出して示すために必要なすべての電子部品５７を収容するボタンモジュール６０の空間６２の寸法で定義される、厚みを除いて、標準サイズの野球ホームプレートの寸法を有すると想定される。
【００８２】
対象となる電子ホームプレートの製作において、型(mold)は、上方メンバ５８の押し込み(indentation)がより厚いことを除いて、従来のホームプレートと同様に製造できる。レンズを有する発光ダイオード５０は、上方メンバ５８に作られた押し込みにはめ込まれ、押し込みは次に、前述のスリット９１として機能する。１または複数の光受信器（光検出器６４）、電子部品５７、および電池８２は、リムーバブルボタンモジュール６０内で組み立てられて、ボタンモジュールはその後、上方メンバ６８に取り付けられる。あるいは、光検出器６４、電子部品５７、および電池８２をボタンモジュール６０に取り付けることができる。
【００８３】
発光素子５０および光検出器６４は、雨、埃および泥があるところで動作しなければならない。これは、審判員がＥＨＰ３０の検出面５８を定期的にきれいにすることを要求し、標準の先行技術のホームプレートにおいて審判員がすでに行っている。
【００８４】
図５に示すように、野球ボールからの散乱光６６は、狭帯域フィルタ（ＮＢＦ）１０２経由で光検出器（複数）６４に到達する。審判員は、無線リンク７６経由のリモートコントローラ５４によってストライク表示サブシステム６８を「アームする」。
【００８５】
ストライクの判定に対応する光パルスは、ＬＥＤストライクインジケータ光７０の点灯をトリガする。インジケータサブシステム６８のインジケータＬＥＤ７０は、ハウジングの上方メンバ５８、例えば、図２に示すように、プレートの側端に取り付けられたＬＥＤテープストリップの形式にすることができる。代替または追加として、例えば、無線信号１０４または音声信号１０６など、他の形式のストライク表示が企図されている。
【００８６】
散乱光信号６６は、光検出器（複数）６４によって検出されると、光電流振幅の２つの連続「ピーク」を形成する。光ビーム５２の離散パルスの性質のため、散乱光信号６６も離散的であり、結果として生じる光電流は、一連のデータポイントとして扱われる、離散パルスで作り出される。図８Ａは、２つの光検出器６４ａ、６４ｂのデータポイントの例示的な出力グラフを示し、出力された光電流（ＴＩＡ９４によって電圧に変換される）の振幅をＹ軸のグラフに描き、時間をＸ軸のグラフに描いている。
【００８７】
両方の光検出器６４から生成されるデータポイントで可視となる、第１のピーク１７１は、第１の発光素子のセット４８ａから放出される光ビーム５２の横断に対応し、第２のピーク１７３は、第２の発光素子のセット４８ｂから放出される光ビーム５２の横断に対応する。
【００８８】
曲線当てはめアルゴリズム、例えば、非線形レーベンバーグ−マルカート法曲線当てはめアルゴリズムは、必要に応じて、発光素子５０の個々のパルスから生じるデータポイントを曲線に当てはめるために用いられる。時間、振幅および幅などのピークの特徴は、曲線からより容易に計算することができる。さらに、データを曲線に当てはめることは、予想しない外乱によって生じる異常データポイントの効果を減少する。対応するＴＩＡ９４または他のコンバータ回路によって電圧に変換される、各光検出器６４の光電流を表すデータポイントをそれぞれ異なる曲線に当てはめることができ、例えば、図８Ａに見られるように、別個の曲線１８１ａと１８１ｂは、それぞれの２つの光検出器の出力のために生成され、各曲線は、二重ガウス分布である。
【００８９】
図８Ａの例の測定された出力において、２つの光電流（電圧）１８１ａと１８１ｂは、ほぼ等しく、第１のピーク１７１で強く揃い、第１の発光素子のセット４８ａからの光ビーム５２と交差したボール３２が各光検出器からほぼ等しい距離であることを示し、光検出器６４ａと６４ｂがＥＨＰ３０の真ん中から等間隔であれば、これは、ボール３２がＥＨＰ３０のほぼ真ん中で第１の発光素子のセット４８ａを横断したことを示す。第２のピーク１７３において、第１の光電流１８１ａの振幅がより強く、ボール３２が第２の発光素子のセット４８ｂを横断した時、そのボールが第２の光電流１８１ｂの光検出器６４ｂよりも対応する光検出器６４ａに近かったことを示し、それによってより反射した光を第１の光検出器６４ａに提供する。
【００９０】
ボール３２が各発光素子のセット４８を横断する時のボールの高さは、その横断の間の、対応するピークの幅によって判定され、（２つのピーク間の時間として定義される）ボールの速度に標準化される。以前に述べたように、発散のために光ビーム５２がより広範である、より大きい高さの光ビーム５２を横断するボールは、ビームを完全に超える前により多くの光ビーム５２のパルスを反射する。
【００９１】
以下、ＦＰＧＡ７８がボールの「その」高さを第２の発光素子のセット４８ｂのその高さとして計算すると仮定する。しかしながら、他の実施形態は、第１の発光素子のセット４８ａのボールの高さを計算するまたは２つの高さの平均を計算することができる。
【００９２】
高さと側方位置のより厳密な測定を提供するために必要な計算を本明細書でさらに説明する。
【００９３】
第１の発光素子のセット４８ａと第２の発光素子のセット４８ｂが交互パターンでパルスを放出する実施形態において、固有の散乱光信号の受信の厳密なタイミングを各発光素子のセット４８のパルスのタイミングと比較して、所与のデータポイントが第１のピークまたは第２のピークのデータポイントであるかどうかを判定する時にさらに支援することができる。そのような実施形態の２つの光検出器の例示的な出力グラフを図８Ｂに示す。この例において、４つの曲線が生成され、それぞれ、送り元(source)発光素子のセットと送り先(destination)光検出器との各組み合わせによってデータポイントを表す。具体的には、曲線１９１ａは、第１の（例えば、左の）光検出器６４ａに反射する第１の（例えば、前方の）発光素子４８ａのパルスから生じる複数のデータポイントに当てはまり、曲線１９１ｂは、第２の（例えば、右の）光検出器６４ｂに反射する第１の発光素子４８ａのパルスから生じる複数のデータポイントに当てはまり、曲線１９１ｃは、第１の光検出器６４ａに反射する第２の（例えば、後方の）発光素子４８ｂのパルスから生じる複数のデータポイントに当てはまり、曲線１９１ｄは、第２の光検出器６４ｂに反射する第２の発光素子４８ｂのパルスから生じる複数のデータポイントに当てはまる。
【００９４】
図８に示したデータポイントを二重ガウス分布ではなく、単一ガウス分布に当てはめて予測してもよいことに留意されたい。
【００９５】
図９は、本発明の実施形態に従って、電子ホームプレートの基本的な機能性によって提供される「ストライク」の自動判定のフローチャート図である。ある動作は、本説明のために審判員と仮定された、人間の入力を用いることができるが、どの人間も必要な入力を提供することができ、実際には入力の一部またはすべてが生成されて自動的に供給される実施形態が想定されている。
【００９６】
プロセスは、審判員がリモートコントローラ５４を使用してすべての有資格選手のデータベース８４を開くブロック２００において開始され、ブロック２１０においてデータベース８４から関心のあるバッターのジャージ番号を選択する。その後、ブロック２２０において審判員は、関心のあるバッターのストライクゾーンのパラメータをＥＨＰ３０に送信する。代替として、試合のすべてのバッターのストライクゾーンのパラメータをすでにＥＨＰ３０に格納することができ、ジャージ番号の選択は、ジャージ番号を送信するだけであり、そうするとＦＰＧＡ７８がストレージから正しいストライクゾーンのパラメータを呼び出す。別の代替として、審判員は、ブロック２２０において開始して、ストライクゾーンのパラメータを、それらのパラメータが審判員に周知であれば、直接リモートコントローラ５４に入力することができる。
【００９７】
その後、ブロック２３０において、審判員は、投球が行われる直前にＥＨＰ３０をアクティブ化する（アームする）ために、リモートコントローラ５４のオンスイッチを作動させる。
【００９８】
図５に示した実施形態ではＦＰＧＡである、アクティブ化されたプロセッサ７８は、ブロック２４０において発光素子のセット４８の発光素子５０をオンにして、光検出器６４の第１の散乱光信号の受信を「待つ」。
【００９９】
投球ボール３２は、ＥＨＰ３０の上を通過して、ブロック２５０において対応する横断の高さの１つの光ビーム５２を横断する（つまり、交差する）。さらに、ブロック２６０において野球ボールは、別の光ビーム５２を横断する。光ビーム５２を横断する野球ボールの表面に反射する光が散乱して、光検出器（複数）６４の表面に入射し、光検出器６４が散乱光を検出して光検出器６４に入射する光信号に対応する電子光電流を作り出すようにする。
【０１００】
論理はさらに、散乱光が検出されたかどうかを判定するブロック２７０に移動する。この時散乱光が検出されなかった場合、論理は、投球した結果、野球ボールがホームプレートの上の側方境界３８と４０との間のストライクゾーンを通過しなかったことを意味する、「ボール」が宣言されるブロック２８０に移動する。
【０１０１】
しかしながら、論理ブロック２７０において、散乱光が検出されたと判定された（「側方」ストライクの表示）場合、論理は、ＦＰＧＡ７８が横断する野球ボールの高さを算出するブロック２９０に移動する。
【０１０２】
図３−図５に概略的に示すように、投球の高さが判定される。ＬＥＤ５０は、幅が高さの関数として変化する、離散パルスを放出する光ビーム５２の「ピケットフェンス」または「カーテン」を作り出す。円錐形のビーム５２を通過するボール３２は、ボールのより多くの信号がより大きい高さで作り出され、ボールの速度を標準化する、一連の散乱光信号６６を経時的に作り出す。ＦＰＧＡ７８は、ボール３２による（第１の発光素子のセット４８ａと第２の発光素子のセット４８ｂからの）２つのビームの横断に対応する光検出器（複数）６４の読み取りに基づいて計算を行う。
【０１０３】
ブロック２９０から論理は、ＦＰＧＡ７８が、算出された横断の高さをストライクゾーンの境界、具体的には、ブロック２２０で設定されたように、ストライクゾーンの上の境界４４と下の境界４６と相関させるブロック３００に移動する。
【０１０４】
情報はさらに、算出された横断の高さがストライクゾーンの上の境界４４と下の境界４６との間に収まるかどうかの判定が行われる論理ブロック３１０に移動する。算出された高さ（複数）がストライクゾーンのパラメータの中になければ、論理は、「ボール」が宣言されたブロック３２０に移動する。
【０１０５】
しかしながら、ブロック３１０において算出された高さがストライクゾーンの上の境界４４と下の境界４６との間で見つかると、ブロック３３０において「ストライク」が宣言され、論理はさらに、「ストライク」表示信号が生成されるブロック３５０に移動する。
【０１０６】
この場合、表示サブシステム６８は、可視光、音声信号、無線信号のいずれかの形式および／または携帯電話のユーザが結果を見るための携帯電話のアプリケーションなど、システムの実施形態に応じて異なる使用で「ストライク」信号を作動させる。光および／または音声信号は、審判員（または他の競技役員）によって容易に気付かれる。無線「ストライク」信号はさらにまたは代替として、ＥＨＰのトランシーバ７２からリモートコントローラ５４のトランシーバ７４に送信され、審判員（または他の競技役員）に投球の結果が「ストライク」であることを警告する。
【０１０７】
周知の位置の少なくとも２つの光検出器６４の両方が散乱光信号を受信すると、論理はまた、野球ボールの側方位置も算出する。これは、ストライクの側方認定が、ただボールが光ビーム５２と交差するかどうかだけで判定されるので、「ストライク」の決定と関係しないが、訓練または他の目的に役立つことができる。側方位置は、ブロック３４０における信号処理ソフトウェア１２２（図５に示す）の２つ（または３つ以上）の光検出器６４によって受信される信号のピーク振幅の比率によって計算される。
【０１０８】
ホームプレートの上を通過する野球ボールの速度を算出するために、ブロック３６０においてＦＰＧＡ７８は、ボールがブロック２５０において第１の光ビームを横断する時の第１の散乱光信号の検出と、ボールがブロック２６０において第２の光ビームを横断する時の第２の散乱光信号の検出との間の時間差に基づいて野球ボールの速度を算出する。具体的には、ボールが２つの光ビーム５２を通過する時、光検出器６４は、ボールが発光素子のセット４８と対応するスリット９１の真上にある時（後者は図２、図４、図５および図７に示す）にそれぞれに生じる、２つのピークを「見る」。２つのスリット９１の真ん中との間隔が周知であるので、速度を算出するために、ＦＰＧＡ７８は、この距離をサンプリングＡＤＣ（アナログ・デジタルコンバータ）１２４（図５、図６および図１０に示す）によって測定される２つの信号ピーク間の時間で除する。関心のある２つの信号のピークは、ＦＰＧＡコードで定義される。
【０１０９】
厳密な速度は、訓練または他の目的に役立つことができる。さらに、上記の理由で、ブロック２９０において速度がボールの高さの判定に使用される。このため、いくつかの実施形態において、ブロック３６０の動作をブロック２９０の前または同時に遂行することがより便利となる。しかしながら、高さの計算では、速度は、マイル／時間または他の従来の速度測定にまだ変換されなくてもよいが、より抽象的な「光信号間の時間」形式で使用して、ブロック３３０の後など、後のポイントで変換することができる。
【０１１０】
「ストライク」が判定されて「ストライク」の表示が生成されると、審判員は、リモートコントローラのオフボタン８８を作動させて、次の投球が行われるまでブロック３７０においてＥＨＰを非アクティブ化する。
【０１１１】
ホームプレートの発光素子５０もまた、ブロック２７２または３７０において、電力消費を最小限にするために、投球が検出された後またはＬＥＤのアクティブ化以降の設定時間期間の後のいずれかに自動的に非アクティブすることができる。
【０１１２】
さらに、ブロック３８０において、ＥＨＰは、投球した位置および速度のＸＹマップを訓練支援ツールとして作り出すことができる。
【０１１３】
図１０について、ＥＨＰ３０のＦＰＧＡ７８、ＡＤＣ１２４およびアナログフロントエンド１３２が常駐する、ＰＣＢ（プリント基板）１３０を概略的示している。
【０１１４】
ＥＨＰ３０のアナログフロントエンド１３２は、出力信号をトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）９４に、その後に続いて周辺光補償回路９２に供給する光検出器６４を包含する。ＴＩＡ９４の出力から（図５および図６Ａ−図６Ｄにも示す）、信号は、アナログ形式のＡＤＣ１２４に適用されて、デジタル形式のＡＤＣ１２４によって、アルゴリズム１３４に対応して動作するＦＰＧＡ７８に出力される。
【０１１５】
図１０に示すように、ＦＰＧＡは、ブロック１３６のデジタル雑音フィルタをアナログフロントエンド１３２から受信された信号（複数）に適用する。次にブロック１３８において、ＦＰＧＡは、「アーム」信号を待って、「アーム」（オン）信号が審判員（または他の試合の競技役員）によって作動されたリモートコントローラ５４から受信されると、ブロック１４０においてＬＥＤ（発光素子５０）をアクティブ化する。
【０１１６】
ＬＥＤがアクティブ化すると、ブロック１４２においてＦＰＧＡ７８は、発光素子５０の一部またはすべてが光パルスを放出しているが、投球がまだ発生していない時の「オンパルス」調整を表すベースライン電圧を判定する。これらのオンパルス調整は、光ビーム５２が、張り出したバックネットまたは屋内競技場の屋根など、ボール以外の物と交差する結果として生じる散乱光信号の反射である。「オンパルス」電圧は次に、周辺調整をそれ自体の調整で、または平均「オンパルス」と平均「オフパルス」との間の差の調整のいずれかで補償する場合に検討される。ＦＰＧＡ７８はまた、初期化して周辺光補償に関与することもでき、本明細書でさらに、具体的には図１１を参照して説明される。論理は次に、ＦＰＧＡが最初のピークの到来を待つブロック１４４に移動する。
【０１１７】
最初のピークの電圧が受信されると、論理は、任意の信号をデバウンスするブロック１４６に移動し、ブロック１４８において第１のピーク時間、振幅、および幅を算出する。
【０１１８】
ブロック１４８において最初にデバウンスされた信号のパラメータを算出した後、論理は、ブロック１５０に移動して第２のピークが到来するのを待つ。第２のピークが受信されると、論理は、ブロック１５２において信号をデバウンスして、ブロック１５４において第２のピーク時間、振幅、および幅を算出する。
【０１１９】
両方の信号がブロック１４８および１５４において処理されると、ＦＰＧＡ７８は、電池残量を節約するために、ブロック１５６においてＬＥＤ５０をディスアームして非アクティブ化する。ＬＥＤは、投球が差し迫る時のみ作動して、すべての計算は、好適には、非アクティブ化されたＬＥＤを用いて遂行される。
【０１２０】
ブロック１５６から、論理は、ＦＰＧＡ７８が２つ（または３つ以上の）光検出器によって検出された（横断する２つの光ビームの）ピーク振幅の比率を使用して、側方のボール位置を計算する。論理はさらに、ブロック１６０において第２のピーク幅の内部ピークギャップ(inter-peak gap)の比率によってボールの垂直位置（高さ）を算出する。
【０１２１】
さらに、ブロック１６２において、ＦＰＧＡ７８は、横断する２つの光ビームに対応する２つのピーク間の時間ギャップおよびＥＨＰハウジングの上部メンバのスリット間の距離によってボールの速度を算出する。
【０１２２】
ブロック１６２から、アルゴリズムは、論理が関心のあるバッターの特定のジャージ番号に調節されたストライクゾーンのパラメータによるボール／ストライクを判定するブロック１６４に移動する。投球が「ストライク」または「ボール」と認定される判定の後、論理は、結果が無線（または有線）インタフェースを介してリモートコントローラにレポートされるブロック１６６に移動する。
【０１２３】
本発明の実施形態において、高さのより具体的な計算は以下の通りである：
ボールがＬＥＤからの光のカーテンを通過するので、結果として生じる散乱光信号を時間の関数として以下にモデル化する：
【０１２４】
【数２】
0006576459.tif 000003
【０１２５】
光信号は、
【０１２６】
【数３】
0006576459.tif 000004
【０１２７】
であれば、その半分の振幅ポイントを有する。高さｈの光のカーテンの幅ｄは、
ｈ ｔａｎ ０であり、ここに０は、垂直方向に拡大するカーテンの半分の角度である。その半分の光散乱強度のポイント間のカーテンをボールが横断する時間は、ｔ＝ｄ／ｖであり、ここにｖは、ボールの速度である。結果としてσの値を満たさなければならない：
【０１２８】
【数４】
0006576459.tif 000005
【０１２９】
を与えるので、散乱光信号の時間依存性は以下に当てはめられる：
【０１３０】
【数５】
0006576459.tif 000006
【０１３１】
小さい角度０では以下のように記される：
【０１３２】
【数６】
0006576459.tif 000007
【０１３３】
速度は、２つの光カーテンの間をボールが通過する時間によって判定され、従ってｈは、時間の関数として当てはめてられた光信号から判定される。
【０１３４】
全般周辺光とその中のランダムな変動の両方とも光検出器６４によって受信され、システムの計算がボールの動きから生じる光のみを考慮するように補償されなければならない。このような補償のプロセスをこれより説明する。
【０１３５】
全般周辺光は、光ビームを交差するボールによって作り出される散乱光信号よりも数桁大きく、従って好適には、飽和状態を回避するためにＴＩＡ９４の前に占められる。このプロセスは、好適には、各投球の前に即座に行われ、例えば、光ビーム５２が図９のブロック２４０で生成されるとすぐに、投球の周囲の任意の固有の周辺照明調整を周辺補償で占めることを保証する。図１０において、このプロセスは、ブロック１４２と同時に発生させることができる。
【０１３６】
このプロセスは、図１１のブロックフローチャートによって示されている。図５および図６に戻って参照することも役立つ。
【０１３７】
プロセスは、ブロック４１０において発光素子５０のパルス間のギャップを待つことから開始する。発光素子５０のパルスが交互する実施形態において、すべてのエミッタはギャップ中にオフにしなければならない。好適には、プロセスは、具体的には、発光素子５０のうちの少なくとも１つがパルスの放出を開始する直前のこのギャップ内の時間を待つ。
【０１３８】
ギャップ中、発光素子５０は、光を放出せず、従って、光検出器６４によって受信される任意の光は、発光素子５０から生じたパルスではなく、純粋に周辺調整に起因すると仮定することができる。この周辺光は、ブロック４２０において光検出器６４によって受信されて検出され、そして既存の周辺補償は、ブロック４３０においてＰＮＰトランジスタ９６によって光検出器６４に適用される。プロセスの最初の反復では、既存の補償のレベルは、全く補償がないか、または事前設定および／または格納されている基準レベル(base level)となる。
【０１３９】
ＰＮＰトランジスタ９６は、この補償をオフセット電流の形式で光検出器６４のカソードに適用し、それにより光検出器６４の光電流を削減する。ＰＮＰトランジスタ９６は、そのエミッタを精密な基準電圧１２８につなげてもよい。
【０１４０】
補償された光電流は次に、ＴＩＡ９４によって電圧に変換され、その後、以前に述べたさまざまなプロセスを経てブロック４４０においてＦＰＧＡ７８によって読み取られる。
【０１４１】
ＦＰＧＡ７８はこれより、ブロック４５０においてこの電圧が所望の設定ポイントよりも大きいかどうかをチェックする。この設定ポイントは、好適には０Ｖであるが、電圧変動が電圧を０Ｖまで下がらない、＜５Ｖまたは＜１０Ｖの範囲で可能な最低電圧にしてもよい。
【０１４２】
ブロック４５０において設定ポイントを超えてなければ、本補償は、十分であり、プロセスは、ブロック４１０に戻ってパルス間の新しいギャップを待つ。
【０１４３】
ブロック４５０において設定ポイントを超えていれば、ブロック４６０においてＦＰＧＡ７８は、ＤＡＣに電圧をＰＮＰトランジスタ９６に送るシグナルを出す。新しい電圧に応答して、ＰＮＰトランジスタ９６は、ブロック４７０においてその補償オフセット電流を増幅し、この電流は、次にブロック４３０において光検出器６４に印加される。プロセスは、ブロック４１０に戻ってパルス間の新しいギャップを待つ。
【０１４４】
図１１のプロセスを適用することによって、大部分の周辺光が光検出器６４の測定から除外され、ＦＰＧＡ７８と周辺光補償回路９２との閉フィードバックループで動作する。
【０１４５】
照明調整の付加的なランダム変動は次に、以下とおり別個に検討される。
【０１４６】
発光素子５０の離散パルスの性質、従って光検出器６４によって受信される散乱光信号６６に起因して、システムは、各パルスが本ベースライン照明調整に散乱光信号が無いことを判定する直前に光検出器６４の出力を再度測定することができる。従って、本「オフパルス」調整を表すベースライン電圧は、各パルスの直前に再判定され、ＦＰＧＡ７８が、該パルス中に測定された電圧からこの本ベースライン電圧を直接減算することにより、結果的に、照明変動によって生じる電圧の非常に正確な補償となる。好適には、これらの測定は、すでに適用された図１１のプロセスによる全般周辺補償を有する。さらに好適には、この減算されたベースライン電圧はさらに、例えば、図１０のブロック１４２において判定された平均「オンパルス」差分電圧を含む。
【０１４７】
図８Ａに戻り、投球にわたって２つの光検出器６４ａ、６４ｂの背景照明曲線１８２ａ、１８２ｂで変動する背景光が見られる。背景照明曲線１８２ａ、１８２ｂは次に、「生」電圧曲線１８１ａ、１８１ｂから減算された結果、投球自体の結果をより表している、補償された電圧曲線１８３ａ、１８３ｂが生じる。
【０１４８】
リモートコントローラ５４とそのオンボタン８６、オフボタン８８および消去ボタン９０と統合されてもされなくてもよい、システムの任意の数のユーザインタフェースを想定することができる。図１２Ａは、その１つの可能なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を示す。この例示的なＧＵＩは、ＸＹマップおよび投球軌跡マップと一緒に位置および速度結果を提供し、ボールの予想されるサイズおよび速度範囲のキャリブレーティングと関係のある、「ソフトボール」または「野球」の選択を可能する。ＥＨＰ３０とＧＵＩとの間の接続制御も提供され、ＥＨＰ３０は、野球のアイコンを作動させることによってアームまたはディスアームする（つまり、オンまたはオンにする）ことができる。ＧＵＩは現在、ピッチャーの訓練のために配置され、従って、ピッチャーの名前または目的とする投球スタイルの選択の入力も可能にし、後で見直すために投球マップを保存するまたは読み込むことができる。生試合のために配置された、別のＧＵＩ配置は代わって、バッターの名前または番号の入力によってストライクゾーンを調節できる場合もある。
【０１４９】
さらに、図１２Ｂは、両方が光検出器６４の実データポイントと曲線当てはめデータポイントならびに位置および速度の計算結果を表示し、ＧＵＩのサブスクリーンに表示される、交互しない発光素子のセット４８と２つの光検出器６４とを有するシステムの実施形態の出力を示している。
【０１５０】
制御装置とサブスクリーンとの組み合わせを完備した、他の多数のＧＵＩを上記の当業者は想定することができるが、これらは例示である。ＥＨＰ３０またはその部品が可能な制御を用いずに、投球の「ストライク」ステータスおよび位置／速度などの情報を提供する、付加的なＧＵＩをスマートフォンのアプリケーションまたは他のソフトウェアの形式で競技役員でない人(non-officials)に提供できることも想定されている。
【０１５１】
発明のハードウェア実装が現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の使用に限定されないことも再度留意されたい。代替として、発明の実施形態は、専用プロセッサまたはシステムオンチップ（ＳＯＣ）の処理部、あるいは本明細書で説明した機能を遂行するまたは本明細書で定義したある構造をエミュレートするプロセッサ命令を実行する、他の適切な測定を備えることができる。例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはプログラム可能な論理アレイ（ＡＳＩＣ）などに入っている個別の論理ゲートを使用する適切な回路もこれらの機能を遂行するために開発することができる。
【０１５２】
さらに、ソフトウェア実装において、上記および関係するアルゴリズム、および他の必要な命令は、ハードディスクドライブまたは光ディスクなど、１または複数の一時的でないコンピュータ可読媒体で実行可能な命令として符号化され、およびオペレーティングシステムまたは他の適した測定と協働する１または複数のコンピュータプロセッサを使用して実行され得る。
【０１５３】
簡潔に説明すると、本明細書は主に、具体的には電子ホームプレートの上を進む野球ボールまたはソフトボールの検出に向けられた発明の実施形態が説明されている。しかしながら、発明の範囲は、この文脈に限定されず、当業者は、任意の種類の投射物の速度、軌跡、または他の移動特性を測定するために開示された実施形態を変更することができることに留意されたい。
【０１５４】
例えば、他のスポーツの文脈において、発明のさまざまな実施形態は、ゴルフボール、バスケットボール、サッカーボールなどの移動の移動特性をそれらの動きの任意のポイントにおいて測定して、該特性が理想的であるかどうかを解析することもあり得る。一つの例では、ゴルフコースのティーの下に取り付けて、クラブから離れるインパクト時のゴルフボールの速度および軌跡を測定することができ、一方別の例では、バスケットボールコートのリング（ｈｏｏｐ）の下に取り付けて、ボールがネットに入る（または外れる）時のバスケットボールの速度および軌跡を測定することができる。
【０１５５】
スポーツの文脈以外では、移動特性はまた、弾道兵器、特に限定されないが、正確さが必須である大砲および長距離兵器にも重要である。発明の実施形態は従って、投射物のその源、目標、またはその間の任意のポイントの軌跡特徴を測定するために射撃場、または戦場でも構成され得る。当業者は、さらに本発明の他の適用も想像することができるであろう。
【０１５６】
上記の説明は、開示されたシステムおよび方法の可能な実装を例証することを意図し、制限するものではない。本開示は、その固有の形式および実施形態に関連して行われたが、上記で論じられた開示以外のさまざまな変更も、開示されたシステムおよび方法の精神または範囲から逸脱することなく行使されてもよいことに留意されたい。そのような変形形態、変更および代替は、開示の精査により当技術者には明らかとなるであろう。例えば、機能的に等価な要素または方法動作は、具体的に説明されたものと置換されてもよく、ある特徴は、他の特徴とは無関係に使用されてもよく、上記の実施形態のすべてまたは一部は、互いに選択的に組み合わされてもよく、ある場合、要素の特定の位置または方法動作のシーケンスは、添付の特許請求の範囲で定義されたとおり、開示されたシステムおよび方法の精神または範囲から逸脱することなく逆にされるまたは挿入されてもよい。
【図１】
0006576459.tif 000008
【図２】
0006576459.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0006576459.tif 000022
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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