(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数の基準信号に基づいて生成した音波を対象物に向けて送波する送波手段と、該対象物から反射してきた音波を受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラ信号成分を抽出する受波手段と、該ドップラ信号成分に基づいて本装置に対する該対象物の相対移動速度を演算する速度演算手段とを備えた投球ボールの速度測定装置において、
上記受波手段に、上記基準信号と同じ周波数の信号成分を選択的に減衰させる信号減衰手段を設け、
上記受波手段を、上記対象物から反射してきた音波を受波する受波器と、該受波器から出力される受信信号を増幅する増幅器と、該増幅器から出力される受信信号と上記基準信号とを混合する混合器と、該混合器から出力される信号中からドップラシフトを受けた反射波信号成分と基準信号との差分を上記ドップラ信号成分として選択的に通過させる帯域通過手段とを用いて構成し、
上記信号減衰手段を、上記受波器と上記増幅器との間に設け、
上記帯域通過手段を、上記差分信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の差分信号成分の中から最も周波数の高いものを選択して出力するように構成したことを特徴とする投球ボールの速度測定装置。
【請求項２】
所定周波数の基準信号に基づいて生成した音波を対象物に向けて送波する送波手段と、該対象物から反射してきた音波を受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラ信号成分を抽出する受波手段と、該ドップラ信号成分に基づいて本装置に対する該対象物の相対移動速度を演算する速度演算手段とを備えた投球ボールの速度測定装置において、
上記受波手段に、上記基準信号と同じ周波数の信号成分を選択的に減衰させる信号減衰手段を設け、
上記受波手段を、上記対象物から反射してきた音波を受波する受波器と、該受波器から出力される受信信号を増幅する増幅器と、該増幅器から出力される受信信号と上記基準信号とを混合する混合器と、該混合器から出力される信号中からドップラシフトを受けた反射波信号成分と基準信号との差分を上記ドップラ信号成分として選択的に通過させる帯域通過手段とを用いて構成し、
上記信号減衰手段を、上記増幅器と上記混合器との間に設け、
上記帯域通過手段を、上記差分信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の差分信号成分の中から最も周波数の高いものを選択して出力するように構成したことを特徴とする投球ボールの速度測定装置。
【請求項３】
所定周波数の基準信号に基づいて生成した音波を対象物に向けて送波する送波手段と、該対象物から反射してきた音波を受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラ信号成分を抽出する受波手段と、該ドップラ信号成分に基づいて本装置に対する該対象物の相対移動速度を演算する速度演算手段とを備えた投球ボールの速度測定装置において、
上記受波手段に、上記基準信号と同じ周波数の信号成分を選択的に減衰させる信号減衰手段を設け、
上記受波手段に、上記受信信号のドップラシフトを受けた反射波信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の受信信号の中から最も周波数の高いものを選択して出力するように構成した分割帯域通過手段を設け、
上記信号減衰手段を、上記分割帯域通過手段に入力する受信信号中の上記反射波信号成分を通過させるように構成したことを特徴とする投球ボールの速度測定装置。
【請求項４】
請求項１、２叉は３の投球ボールの速度測定装置において、
上記信号減衰手段として、上記基準信号の周波数に減衰帯域の中心周波数を設定した帯域阻止濾波器を用いたことを特徴とする投球ボールの速度測定装置。
【請求項５】
所定周波数の基準信号に基づいて生成した音波を対象物に向けて送波する送波手段と、該対象物から反射してきた音波を受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラ信号成分を抽出する受波手段と、該ドップラ信号成分に基づいて本装置に対する該対象物の相対移動速度を演算する速度演算手段とを備えた投球ボールの速度測定装置において、
上記受波手段に、上記基準信号と同じ周波数の信号成分を選択的に減衰させる信号減衰手段を設け、
上記受波手段に、上記受信信号のドップラシフトを受けた反射波信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の受信信号の中から最も周波数の高いものを選択して出力するように構成した分割帯域通過手段を設け、
上記各部分帯域通過部を、上記信号減衰手段として兼用したことを特徴とする投球ボールの速度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物から反射されてきた音波を受波して得られた受信信号のドップラ信号成分の周波数に基づいて、該対象物の本装置に対する相対移動速度を測定する速度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の速度測定装置として、所定周波数の基準信号に基づいて生成した音波を対象物に向けて送波する送波手段と、該対象物から反射してきた音波を受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラ信号成分を抽出する受波手段と、該ドップラ信号成分に基づいて本装置に対する該対象物の相対移動速度を演算する速度演算手段とを備えた速度測定装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の速度測定装置において、音波を送波する対象物が小さかったり対象物が遠くにあったりする場合でも所定の測定精度を得ることができるようにするためには、送波手段における送波レベルを上げたり、受波手段における信号の増幅度を高めるなどの対策が必要であった。しかしながら、これらの対策を行うと、対象物からの反射波に比較してレベルの大きい、基準信号と同じ周波数の音波が送波手段から受波手段に回り込んだり、対象物の近辺に位置する静止物体から反射したドップラ効果を受けない反射波を受波手段が受波したりすることにより、受波手段の増幅器や混合器等の信号処理回路が飽和する可能性が高まり、正常な信号処理ができなくなるおそれがあった。
【０００４】
図１２は従来の速度測定装置の一構成例を示すブロック図であり、図１３は同速度測定装置における前置増幅器及びミキサ（混合器）の許容入力範囲であるダイナミックレンジの説明図である。この速度測定装置は、送波器１１を有する送波手段としての超音波送波部１０と、受波器２１を有する受波手段としての超音波受波部２０と、信号処理部３０とを備えている。超音波受波部２０には、上記受波器２１のほか、前置増幅器２２及びミキサ２３も備えている。ここで、図１３に示すように前置増幅器２２の電圧増幅度（ゲイン）Ｇampを２００倍、ミキサ２３のノイズレベルを２ｍＶ、前置増幅器２２及びミキサ２３の飽和レベルを１Ｖとすると、ミキサ２３のダイナミックレンジＤＲmixは２ｍＶ〜１Ｖとなり、ミキサ２３側から見た前置増幅器２２の相対的なダイナミックレンジＤＲampは１０μＶ〜５ｍＶとなる。したがって、相対移動する対象物から反射してドップラシフトを受けた超音波の処理可能な前置増幅器の入力レベルの下限は１０μＶであり、送波器１１から受波器２１に回り込んだ超音波や静止物体からの反射された超音波に対応する前置増幅器２２の許容入力レベルは５ｍＶ未満である。かかる速度測定装置において前置増幅器２２のゲインＧampを例えば倍の４００倍に上げると、上記前置増幅器２２の許容入力レベルが半分の２．５ｍＶ未満となってしまうため、送波器１１から送波される超音波のレベルを半分に落とすか、送波器１１から受波器２１への直接波の回り込みを減らす等の何らかの考慮が必要となってくる。従って、結局、小さい対象物や遠くにある対象物の相対速度を精度良く測定することが困難となる。
【０００５】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、送波手段から受波手段への音波の回り込みや対象物の近辺にある静止物体からの音波の反射があっても、小さい対象物や遠くにある対象物の相対速度を精度良く測定することができる速度測定装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１乃至５の発明は、所定周波数の基準信号に基づいて生成した音波を対象物に向けて送波する送波手段と、該対象物から反射してきた音波を受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラ信号成分を抽出する受波手段と、該ドップラ信号成分に基づいて本装置に対する該対象物の相対移動速度を演算する速度演算手段とを備えた投球ボールの速度測定装置において、上記受波手段に、上記基準信号と同じ周波数の信号成分を選択的に減衰させる信号減衰手段を設けた。
【０００７】
従って、受波手段に設けた信号減衰手段により、対象物から反射してきた音波を受波した受信信号のうち基準信号と同じ周波数の信号成分、すなわち送波手段から受波手段への音波の回り込みや対象物の近辺にある静止物体からの音波の反射に対応する信号成分を選択的に減衰させる。この選択的な信号の減衰により、受波手段内の信号減衰手段よりも後段にある信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができる。
【０００８】
そして、請求項１の発明は、上記受波手段を、上記対象物から反射してきた音波を受波する受波器と、該受波器から出力される受信信号を増幅する増幅器と、該増幅器から出力される受信信号と上記基準信号とを混合する混合器と、該混合器から出力される信号中からドップラシフトを受けた反射波信号成分と基準信号との差分を上記ドップラ信号成分として選択的に通過させる帯域通過手段とを用いて構成し、上記信号減衰手段を、上記受波器と上記増幅器との間に設けた。
【０００９】
従って、受波手段の受波器と増幅器との間に設けた信号減衰手段で行う上記特定の信号成分の選択的な減衰により、該信号減衰手段よりも後段にある増幅器や混合器等の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、上記受波手段を、上記対象物から反射してきた音波を受波する受波器と、該受波器から出力される受信信号を増幅する増幅器と、該増幅器から出力される受信信号と上記基準信号とを混合する混合器と、該混合器から出力される信号中からドップラシフトを受けた反射波信号成分と基準信号との差分を上記ドップラ信号成分として選択的に通過させる帯域通過手段とを用いて構成し、上記信号減衰手段を、上記増幅器と上記混合器との間に設けた。
【００１１】
従って、受波手段の増幅器と混合器との間に設けた信号減衰手段で行う上記特定の信号成分の選択的な減衰により、該信号減衰手段よりも後段にある混合器等の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができる。
【００１２】
そして、請求項１及び２の発明は、上記帯域通過手段を、上記差分信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の差分信号成分の中から選択して出力するように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
従って、混合器から出力される信号を後段の帯域通過手段に入力し、複数の部分帯域通過部を通過する複数の受信信号の中から選択して出力することにより、ほぼ正弦波となった、ドップラ信号成分としての差分信号成分に基づいて、本装置に対する対象物の相対移動速度を演算することができる。
しかも、上記選択は最も周波数の高いものを選択するようにした。
従って、ピッチャーから反射された超音波ではなく、ボールから反射された超音波を選択できる。これは、ピッチャーから反射された超音波とボールから反射された超音波との周波数を比べた場合、ボールから反射された超音波の周波数が高い（ドップラ周波数が高い）ためである。
【００１４】
また、請求項３の発明は、上記受波手段に、上記受信信号のドップラシフトを受けた反射波信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の受信信号の中から選択して出力するように構成した分割帯域通過手段を設け、上記信号減衰手段を、上記分割帯域通過手段に入力する受信信号中の上記反射波信号成分を通過させるように構成した。
【００１５】
従って、信号減衰手段で行う上記特定の信号成分の選択的な減衰により、該信号減衰手段の後段にある分割帯域通過手段等の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができる。そして、上記信号減衰手段で上記特定の信号成分を選択的に減衰させ且つドップラシフトを受けた反射波信号成分を含む受信信号を分割帯域通過手段に入力し、複数の部分帯域通過部を通過する複数の受信信号の中から選択して出力することにより、ほぼ正弦波となった、ドップラ信号成分としての反射波信号成分に基づいて、本装置に対する対象物の相対移動速度を演算することができる。
しかも、上記選択は最も周波数の高いものを選択するようにした。
従って、ピッチャーから反射された超音波ではなく、ボールから反射された超音波を選択できる。これは、ピッチャーから反射された超音波とボールから反射された超音波との周波数を比べた場合、ボールから反射された超音波の周波数が高い（ドップラ周波数が高い）ためである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１、２叉は３の投球ボールの速度測定装置において、上記信号減衰手段として、上記基準信号の周波数に減衰帯域の中心周波数を設定した帯域阻止濾波器を用いた。
【００１７】
従って、上記信号減衰手段として、上記基準信号の周波数に減衰帯域の中心周波数を設定した帯域阻止濾波器を用いことにより、上記特定の信号成分のみを確実に減衰させることができる。
なお、上記帯域阻止濾波器としてはノッチフィルタを用いるのが好ましい。このノッチフィルタは、減衰帯域におけるＱが高く、上記特定の信号成分のみを減衰させる機能が優れている。
【００１８】
また、請求項５の発明は、上記受波手段に、上記受信信号のドップラシフトを受けた反射波信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の受信信号の中から選択して出力するように構成した分割帯域通過手段を設け、上記各部分帯域通過部を、上記信号減衰手段として兼用した。
【００１９】
従って、受波手段に設けた分割帯域通過手段の複数の部分帯域通過部を通過する複数の受信信号の中から選択して出力することにより、ほぼ正弦波となった、ドップラ信号成分としての反射波信号成分に基づいて、本装置に対する対象物の相対移動速度を演算することができる。そして、上記部分帯域通過部を上記信号減衰手段として兼用しているため、上記特定の信号成分を選択的に減衰させ、分割帯域通過手段内あるいはその後段の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができる。
しかも、上記選択は最も周波数の高いものを選択するようにした。
従って、ピッチャーから反射された超音波ではなく、ボールから反射された超音波を選択できる。これは、ピッチャーから反射された超音波とボールから反射された超音波との周波数を比べた場合、ボールから反射された超音波の周波数が高い（ドップラ周波数が高い）ためである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、野球ボール等の移動している対象物から反射した超音波のドップラ効果を利用して該対象物の移動速度を測定する速度測定装置に適用した実施形態について説明する。
【００２４】
〔実施形態１〕
図１は本実施形態に係る速度測定装置のブロック図である。この速度測定装置は、送波手段としての超音波送波部１０と、受波手段としての超音波受波部２０と、信号処理部３０とを備えている。
【００２５】
上記超音波送波部１０は、所定周波数Ｆｏの基準信号に基づいて送波器１１で生成した超音波を、移動速度Ｖで近づくように移動する対象物としてのボール５０に向けて送波するものであり、電気信号を超音波に変換する超音波振動子等からなる送波器１１、所定周波数Ｆｏの基準信号を発生させるための基準発振器１２、基準信号を送波器の駆動に必要なレベルまで増幅する出力増幅器１３等により構成されている。
【００２６】
上記超音波受波部２０は、上記ボール５０から反射してきた超音波を受波器２１で受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラ信号成分を抽出するものであり、超音波を電気信号に変換する超音波振動子等からなる受波器２１、受波器２１から出力された微弱な受信信号を増幅する前置増幅器２２、該増幅器２２から出力される周波数Ｆｉの反射波信号成分を含む受信信号と上記周波数Ｆｏの基準信号とを混合する混合器としてのミキサ２３、該ミキサ２３から出力される信号中からドップラシフトを受けた反射波信号成分と基準信号との差分（周波数Ｆｄ）をドップラ信号成分として選択的に通過させる帯域通過手段としてのローパスフィルタ２４等により構成されている。
【００２７】
また、受波器２１と前置増幅器２２との間には、基準信号と同じ周波数の信号成分を選択的に減衰させる信号減衰手段として、基準信号の周波数Ｆｏに減衰帯域の中心周波数を設定した帯域阻止濾波器であるノッチフィルタ２５を備えている。このノッチフィルタ２５は、例えばローパスフィルタおよびハイパスフィルタのカットオフ周波数を同じにしたものを並列に組み合わせて構成したものであり、比較的Ｑの高い特性を得ることができる。ノッチフィルタ２５の基本波信号成分に対する減衰率は、後段の回路において所定の信号処理を行えるように設定される。例えば、前置増幅器２２及びミキサ２３の基本波信号成分に対する最大許容入力レベルに基づいて設定される。更に具体的には、前置増幅器２２のゲインが４００倍、最大許容出力レベル（振幅）が４Ｖppの場合に、受波器２１から前置増幅器２２に入力される受信信号中の基本波信号成分のレベルが１０ｍＶppよりも大きいと、前置増幅器２２は飽和してしまうので、ノッチフィルタ２５により基本波信号成分のレベルを１０ｍＶpp未満に減衰できるようにノッチフィルタ２５の減衰率を設定する。また、前置増幅器２２の最大許容出力レベルよりもミキサ２３の最大許容入力レベルが小さい場合には、前置増幅器のゲインを考慮してミキサ２３へ入力される基本波信号成分のレベルが上記最大許容入力レベル未満になるように、ノッチフィルタ２５の減衰率を設定する。この場合には、前置増幅器２２とミキサ２３との間にノッチフィルタ２５を設けたり、前置増幅器２２の前後段の両方にノッチフィルタ２５を設けたりしてもよい。
【００２８】
上記信号処理部３０は、上記ローパスフィルタ２４から出力されるドップラ信号成分としての差分信号成分の周波数Ｆｄを計測する周波数計測器３１、差分信号成分の周波数の計測結果からボール５０の移動速度Ｖを演算する速度演算手段としての演算器３２、速度Ｖの測定結果を表示する液晶パネル等からなる表示器３３等により構成されている。上記演算器３２は、次の（１）式に基づいてボール５０の移動速度Ｖを演算する。なお、（１）式中のＣは音速を示している。
【数１】
Ｆｄ＝２・Ｖ・Ｆｏ／（Ｃ−Ｖ）  ・・・（１）
【００２９】
上記信号処理部３０には、気温による音速変動の補正に用いる温度計測器を設けてもよい。この補正は、例えば次の（２）式に基づいて行うことができる。なお、（２）式中のｔは温度計測器で計測される外気温を示している。
【数２】
Ｃ＝３３１．５＋０．６・ｔ  ・・・（２）
【００３０】
図２は、上記構成の速度測定装置の超音波受波部２０中の複数箇所（Ａ〜Ｄ点）における各周波数（Ｆｏ，Ｆｉ，Ｆｄ）の信号成分の強度（レベル）を示す説明図である。以下、受信信号中の周波数Ｆｏの信号成分を基本波信号成分、周波数Ｆｉの信号成分を反射波信号成分、周波数Ｆｄ（＝Ｆｉ−Ｆｏ）の信号成分を差分信号成分という。なお、図２中の符号ＤＲmixの範囲はミキサ２３のダイナミックレンジを示し、符号Ｆlpの破線はローパスフィルタ２４の特性を示している。
【００３１】
上記構成の速度測定装置の前置増幅器２２の電圧増幅度（ゲイン）Ｇampを２００倍、ミキサ２３のノイズレベルを２ｍＶ、ミキサ２３の飽和レベルを１Ｖ、ノッチフィルタ２５の基本波信号成分に対する減衰率を２００分の１とする。この構成において、図１中Ａ点におけるボール５０から反射した反射波信号成分（Ｆｉ）のレベルを１００μＶ、送波器１１からの直接波の回り込みによる基本波信号成分（Ｆｏ）のレベルを５ｍＶとすると、Ｂ点における基本波信号成分（Ｆｏ）のレベルはノッチフィルタ２５によって２５μＶ（＝５ｍＶ／２００）に減衰され、Ｃ点の前置増幅器２２通過後はミキサ２３の飽和レベル以下の５ｍＶになる。すなわち、従来のノッチフィルタを設けない装置の場合には、Ｂ点における基本波信号成分（Ｆｏ）のレベルが５ｍＶのとき、Ｃ点の前置増幅器２２通過後にミキサ２３の飽和レベル１Ｖに達していたが、本実施形態のノッチフィルタを設けた装置の場合には、Ｃ点の前置増幅器２２通過後の基本波信号成分（Ｆｏ）のレベルは５ｍＶと十分に小さく、ミキサ２３の正常動作範囲内に入っている。
（以下、余白）
【００３２】
一方、反射波信号成分（Ｆｉ）はノッチフィルタ２５によって影響されず、前置増幅器２３でミキサ２３のダイナミックレンジＤＲmix内の２０ｍＶまで増幅される。そして、Ｄ点のミキサ２３から出力された受信信号は、図２の符号Ｆlpで示す特性を有するローパスフィルタ２４により、ドップラ信号成分としての差分信号成分（Ｆｄ）が抽出される。この差分信号成分（Ｆｄ）は信号処理部３０に入力され、周波数計測器３１による周波数Ｆｄの計測結果に基づき、演算器３２でボール５０の速度が演算され、その結果が表示器３３に表示される。
【００３３】
図３（ａ）、（ｂ）は、上記超音波送波部１０の構成例を示す説明図である。図３の超音波送波部１０においては、上記出力増幅器１３が、上記基準信号を増幅する増幅器１３ａと、上記送波器１１の超音波振動子１１ａとともに直列共振回路１１０を構成するコイルなどの誘導性インピーダンス素子１３１とから構成されている。
【００３４】
上記直列共振回路１１０は、上記増幅器１３ａからの出力信号に含まれる上記基準信号と同じ周波数以外の信号成分を減衰あるいは阻止して、ほぼ正弦波となった上記基準信号成分を上記超音波振動子１１ａに印加することができるように、共振周波数が上記基準信号と同じ周波数に設定されている。これにより、ほぼ正弦波となった上記基準信号成分で上記超音波振動子１１ａを駆動することができる。
【００３５】
図３（ａ）の超音波送波部においては、上記直列共振回路１３ｂは、上記誘導性インピーダンス素子１３１と、該誘導性インピーダンス素子１３１に直列に接続された上記超音波振動子１１ａとから構成されている。図３（ａ）の直列共振回路１３ｂの共振周波数ｆ１は、超音波振動子１１ａのキャパシタンスをＣｓ、誘導性インピーダンス素子１３１のインダクタンスをＬ１とすると、次の（３）式で表される。
【００３６】
【数３】
0004181248.tif 000002
【００３７】
そして、この共振周波数ｆ１が、上記基準信号の周波数Ｆｏと同じ周波数となるように、上記誘導性インピーダンス素子１３１のインダクタンスＬ１を設定している。この共振周波数では、上記回路のインピーダンスが最も小さくなり、上記超音波振動子を駆動する信号レベルが最も高くなる。
【００３８】
ところが、超音波振動子１１ａの振動部は、圧電セラミックに電極を形成した構造であり、そのキャパシタンスＣｓが、環境条件、例えば温度によって変動してしまう。このため、常温で共振周波数ｆ１が上記基準信号の周波数Ｆｏと等しくなるように設定していても、温度変動によって上記基準信号の周波数Ｆｏから共振周波数ｆ１がずれてしまうことが考えられる。そしてこれにより、上記超音波振動子を駆動する信号レベルが十分に得られず、該超音波振動子１１ａによって送波される音波の送波レベルが小さくなってしまうおそれがある。
【００３９】
図３（ｂ）は、このような環境条件による超音波振動子１１ａのキャパシタンスＣｓの変動に起因する上記送波レベルの低下を防止し得る改良を施した超音波送波部１０の一例を示すものである。この超音波送波部１０においては、上記超音波振動子１１ａと並列にコンデンサ１３３を接続している。該コンデンサ１３３としては、上記超音波振動子１１ａよりも、そのキャパシタンスが温度変動しにくいコンデンサ、例えばフィルムコンデンサを用いることができる。そして、該コンデンサ１３３、上記出力増幅器１３の誘導性インピーダンス素子１３１、及び、上記超音波振動子１１ａを用いて構成される直列共振回路１１１の共振周波数ｆ２が基準信号の周波数Ｆｏと等しくなるように、上記誘導性インピーダンス素子１３１のインダクタンスＬ２を設定している。すなわち、上記コンデンサ１３３のキャパシタンスをＣ１としたときに、次の（４）式を満たすように、該インダクタンスＬ２が設定されている。
【００４０】
【数４】
0004181248.tif 000003
【００４１】
このように上記コンデンサ１３３を上記超音波振動子１１ａに並列に接続した場合、該超音波振動子１１ａの両端の接点間のキャパシタンス、すなわち図３（ｂ）中の端子Ｎ１と接地端子との間のキャパシタンスは、上記コンデンサ１３３のキャパシタンスＣ１と上記超音波振動子１１ａのキャパシタンスとの和となる。そして、上記（４）式から判るように、上記共振周波数ｆ２は、この和の１／２乗に反比例することとなる。一方、図３（ａ）の直列共振回路の共振周波数ｆ１は、（３）式に示したように、上記超音波振動子１１ａのキャパシタンスの和の１／２乗に反比例する。このため、図３（ｂ）の直列共振回路では、上記コンデンサ１３３を接続しない場合に比して、上記超音波振動子１１ａのキャパシタンスＣｓが直列共振回路の共振周波数に影響を与える割合が小さい。すなわち、該振動子のキャパシタンスＣｓが温度などの環境条件で変動したとしても、この温度変動分が上記共振周波数に影響を与える割合が小さい。しかも、上記コンデンサ１３３のキャパシタンスＣ１は上記超音波振動子１１ａのキャパシタンスよりも変動しにくい。
【００４２】
従って、図３（ｂ）の超音波速度測定装置においては、上記コンデンサＣ１を接続しない場合に比して、共振周波数が所望の周波数すなわち基準信号の周波数Ｆｏからずれにくくなるので、上記超音波振動子に印加する信号レベルが変動しにくくなる。よって、上記超音波振動子１１ａを駆動する信号レベルを十分に得ることができ、該超音波振動子１１ａによって送波される音波の送波レベルが小さくなるのを防止することができる。
【００４３】
この共振周波数のずれを良好に防止するためには、上記コンデンサ１３３のキャパシタンスＣ１を、上記超音波振動子１１ａのキャパシタンスＣｓよりも十分に大きく設定するのが望ましい。具体的には、上記コンデンサ１３３のキャパシタンスＣ１を、上記超音波振動子１１ａのキャパシタンスＣｓの５倍〜５０倍、好ましくは、１０倍〜１５倍に設定すればよい。このように設定すれば、上記共振周波数ｆ２は、上記コンデンサのキャパシタンスＣ１と上記誘導性インピーダンス素子１３２のインダクタンスとによってほぼ決定されることとなる。本発明者らが、常温でのキャパシタンスＣｓが２４００ｐＦの超音波振動子１１ａ及び２２０００ｐＦのコンデンサ１３３を用いたところ、十分な送波レベルを安定して送波することができた。
【００４４】
図３（ａ）及び（ｂ）の超音波送波部１０は、基準信号を送波器の駆動に必要なレベルまで増幅するために、上記直列共振回路１１０、１１１とは別個に設けた増幅器１３ａを有しているが、該直列共振回路１１０、１１１を、上記基準信号を送波器１１の駆動に必要なレベルに増幅して該送波器１１の超音波振動子１１ａに印加するように構成してもよい。具体的には、直列共振回路１１０において、上記共振周波数ｆ２の信号は「共振回路のＱ」倍に増幅されて上記超音波振動子１１ａに印加されることとなるので、該共振回路のＱが、上記基準信号を送波器の駆動に必要なレベルまで増幅できるような値となるように、上記直列共振回路の誘導性インピーダンス素子１３１の抵抗値を設定すればよい。このように上記直列共振回路１１０を構成すれば、上記増幅器１３ａを別個に設ける必要がなくなり、装置構成を簡単にできる点で好ましい。また、このように直列共振回路１１０を構成し、かつ、上記増幅器１３ａを設けた場合には、上記基準発振器１２からの信号レベルを低減させても、十分に送波レベルを確保することが可能となる。よって、低電圧動作が実現可能となる。なお、直列共振回路で共振周波数での信号を前記「共振回路のＱ」倍に増幅するためには、該共振回路前段の回路の出力インピーダンスが十分に低いことが必要であるので、前記増幅器１３ａを設ける場合には、該増幅器１３ａとして、出力インピーダンスが十分に低いものを用いるのが良い。また、前記増幅器１３ａを設けない場合には、前記共振回路前段に、出力インピーダンスが十分に低いバッファ回路を設ければよい。
【００４５】
図４は、上記超音波送波部１０の他の一例を示す説明図である。この超音波送波部１０は、上記基準発信器からの出力信号を昇圧する昇圧用のトランス１４を有している。具体的には、該昇圧用のトランス１４の１次側のコイルに上記出力信号が入力され、２次側のコイルが上記超音波振動子１１ａに接続されている。該トランスの１次側のコイルと２次側のコイルとの巻線数の比は１：ｎとなっている。また、この超音波送波部１０においても、図３（ｂ）の超音波送波部１０の場合と同様、超音波振動子１１ａのキャパシタンスＣｓの温度変動による送波レベルの低下を防止するために、超音波振動子１１ａに並列にコンデンサ１３４が接続されている。そして、上記トランスを２次側から見て、１つのコイルに等価変換したときの該コイルのインダクタンス（以下、トランスのインダクタンスという）Ｌ２と、上記コンデンサ１３４と、上記超音波振動子１１ａのキャパシタンスＣｓとで構成される直列共振回路の共振周波数ｆ３が、上記基準信号の周波数Ｆｏと等しくなるように、上記トランスのインダクタンスＬ２が設定されている。具体的には、上記コンデンサ１３４のキャパシタンスをＣ２としたときに、次の（５）式を満たすように、上記トランスのインダクタンスＬ２が設定されている。
【００４６】
【数５】
0004181248.tif 000004
【００４７】
これにより、図３（ｂ）の超音波送波部１１と同様に、上記超音波振動子１１ａを駆動する信号レベルを十分に得ることができ、該超音波振動子１１ａによって送波される音波の送波レベルが小さくなるのを防止することができる。
【００４８】
しかも、図４の超音波送波部１１においては、上記昇圧用のトランス１４で、上記基準信号の信号レベルをｎ倍に増幅することができるので、簡素な構成で該基準信号を送波器１１の駆動に必要なレベルに増幅することができる。
さらに、この超音波送波部１１で、共振回路のＱが、上記基準信号を送波器の駆動に必要なレベルまで増幅できるような値となるように、上記直列共振回路を構成すれば、上記基準発振器１２からの信号レベルを低減させても、十分に送波レベルを確保することが可能となる。よって、さらに低電圧動作が実現可能となる。
【００４９】
以上、本実施形態に係る速度測定装置によれば、ノッチフィルタ２５よりも後段にある前置増幅器２２やミキサ２３が飽和レベルに到達しないという条件下で前置増幅器２２の増幅度や送波器１１の送波レベルの上限を高くすることができるので、送波器１１から受波器２１への直接波の回り込みや、ボール５０の近辺にある静止物体からの超音波の反射があっても、小さく且つ本装置から遠くにある対象物であるボール５０の速度を精度良く測定することができる。
【００５０】
また、本実施形態に係る速度測定装置において、上記超音波送波部１０として、キャパシタンス成分を有する超音波振動子１１ａと、上記基準信号と同じ周波数Ｆｏの信号を選択的に該超音波振動子１１ａに印加して該超音波振動子１１ａを駆動すべく、共振周波数が上記基準信号と同じ周波数Ｆｏに設定された直列共振回路を、上記超音波振動子１１ａと共に構成する誘導性インピーダンス素子とを有し、かつ、上記超音波振動子１１ａを駆動することで上記超音波を送波するものを用いた場合には、図３（ｂ）、あるいは、図４の例のように、上記超音波振動子１１ａと並列に、該超音波振動子に比して、キャパシタンスが環境条件によって変動しにくいコンデンサを接続し、かつ、上記誘導性インピーダンス素子、コンデンサ、及び、超音波振動子１１ａを用いて構成される上記直列共振回路の共振周波数が基準信号の周波数Ｆｏと等しくなるように上記誘導性インピーダンス素子のインダクタンスを設定するのが望ましい。このような構成を採用すれば、上記超音波振動子１１ａを駆動する信号レベルを十分に得ることができ、該超音波振動子１１ａによって送波される音波の送波レベルが小さくなるのを防止することができる。
【００５１】
〔実施形態２〕
図５は、本発明の他の実施形態に係る速度測定装置のブロック図である。なお、本速度測定装置の超音波送波部１０、超音波受波部２０の受波器２１からミキサ２３までの部分、及び信号処理部３０の構成は、前述の図１の構成と同様であるので、それらの説明は省略する。なお、本装置の信号処理部３０には、気温による音速変動の補正に用いる温度計測器３４を設けている。
【００５２】
前述の図１の装置において受波器２１に入ってくる反射波は一つの周波数成分とは限らない場合がある。すなわち、反射波を発生させる対象物が車や空中を飛んでくるボールのように一つだけであれば、それらの対象物から反射されてくるドップラシフトを受けた反射波の周波数は一つであると考えることができ、抽出されるドップラ信号成分は正弦波となる。しかしながら、例えばピッチャーが投げるボールの初速を測定するような場合では、図６（ａ）に示すようにボール以外にピッチャーの腕や身体のあらゆる部分から周波数の異なるドップラシフトを受けた反射波信号成分Ｆi1〜Ｆi5を含む音波が反射されてくる。このように周波数の異なる複数の反射波信号成分Ｆi1〜Ｆi5を含む音波を受信すると、図６（ｂ）に示すように受信信号Ｆｉの波形は歪みを生じ、周波数の誤計測を招く可能性がある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、上記複数の反射波信号成分に対応する差分信号成分Ｆd1〜Ｆd5のすべてを通過させてしまうローパスフィルタ２４に代えて、差分信号成分がとり得る周波数帯域を複数に分割した部分帯域のそれぞれに通過帯域が設定された複数の部分帯域通過部を有し、且つ該複数の部分帯域通過部を通過する複数の差分信号成分の中から選択して出力するように構成した分割帯域通過手段を設けている。
【００５４】
上記分割帯域通過手段は、上記部分帯域通過部として５個のバンドパスフィルタＢＰＦを含むフィルタ群２６と、各ＢＰＦを通過した信号を検出する５個の信号検出器を含む検出器群２７と、各信号検出器から出力される信号の中から一つの信号を速度Ｖを演算するための差分信号成分として選択する信号選択器２８とを用いて構成されている。
【００５５】
上記バンドパスフィルタ群２６は、高周波側から５つの通過帯域（ＨＨ，ＨＬ，Ｍ，ＬＨ，ＬＬ）に分割構成され、ミキサ２３から入力された差分信号成分を各帯域信号Ｓｅ（ＳｅＨＨ〜ＳｅＬＬ）に分離して信号検出器群２７に及び信号選択器２８に出力する。ここで、上記基準信号の周波数Ｆｏを３２．７６８ｋＨｚとし、測定速度範囲を１０〜２００ｋｍ／ｈとすると、ドップラ信号成分としての差分信号成分の周波数Ｆｄは上記（１）式により５３０Ｈｚ〜１２．５ｋＨｚとなるので、例えば上記５個のＢＰＦ１〜ＢＰＦ５の中心周波数をそれぞれ１．５ｋＨｚ、３．５ｋＨｚ、５．５ｋＨｚ、９．５ｋＨｚ、１１．５ｋＨｚに設定し、通過帯域幅を２ｋＨｚに設定すればよい（図６（ｃ）参照）。なお、上記バンドパスフィルタＢＰＦおよび信号検出器の個数は、５個に限定されるものではなく、測定速度範囲と要求される測定精度に応じて決定される。
【００５６】
上記信号検出器群２７は、バンドパスフィルタ群２６から出力される各帯域信号Ｓｅのうち、各信号検出器に予め設定されている閾値よりも大きな信号レベルをもつ帯域信号を優位レベルの検出信号Ｓｆとして信号選択器２８に出力する。
【００５７】
上記信号選択器２８は、優位レベルをもつ検出信号Ｓｆから最も周波数の高い検出信号Ｓｈを選択して、周波数計測器３１に出力する。ここで、複数の検出信号Ｓｆから最も周波数の高い信号を選択する理由は、例えばピッチャーから反射された超音波とボール５０から反射された超音波との周波数を比べた場合、ボールから反射された超音波の周波数が高い（ドップラ周波数が高い）ためである。なお、対象物から反射された超音波と目的外の超音波との関係が上述した関係にない場合には、信号選択器２８で選択する基準を適宜設ければよい。
【００５８】
上記信号選択器２８でどのバンドパスフィルタＢＰＦを通過した信号を選択するかについては、いくつかの方法が考えられる。例えば、本実施形態のように信号検出器から同時に複数の信号が出力される場合は中心周波数が一番高いＢＰＦを通過した信号を選択する方法や、一番最初に信号検出器から出力された信号を選択する方法などがある。
【００５９】
図７は、本実施形態に係る速度測定装置の他の一例のブロック図である。この速度測定装置においては、上記分割帯域通過手段を、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器とディジタル信号処理手段とを用いて構成している。具体的には、図５の速度測定装置におけるフィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２に代え、アナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器という）６１及び前記フィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２の機能を有し、ディジタル信号を処理するディジタル信号処理手段としてのＤＳＰ６２を設けている。該ディジタル信号処理手段としては、ＤＳＰ６２以外の１チップ化したディジタル信号処理用のＩＣ、例えばマイコンなどを用いてもよい。
【００６０】
上記ＡＤ変換器６１では、ミキサ２３から出力されたアナログ信号を、デジタル信号に変換する。そして、上記ＤＳＰ６２においては、例えばフーリエ変換などのディジタルフィルタ処理を行うことで、前記フィルタ群と同様の作用を得ることができる。
【００６１】
そして前記フィルタ処理を行った後に、信号検出処理、信号選択処理を行って得られるディジタル信号に対して周波数を求めて、前記ボール５０の移動速度Ｖを演算する。
【００６２】
なお、上記ディジタル信号処理手段としてのＤＳＰ６２に持たせる機能は、前記フィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２の機能に限定されるものではなく、該ディジタル信号処理手段の処理能力に合わせて、その範囲を適宜選択すればよい。
【００６３】
以上、本実施形態に係る速度測定装置によれば、図１の装置と同様に、送波器１１から受波器２１への直接波の回り込みや、ボール５０の近辺にある静止物体からの超音波の反射があっても、小さく且つ本装置から遠くにある対象物であるボール５０の速度を精度良く測定することができる。しかも、ドップラ信号成分としてのほぼ正弦波となった差分信号成分に基づいて、ボール５０の速度を演算することができるので、ボール５０からの反射波以外の異なる周波数の複数の超音波が同時に受波されたときの誤計測の発生を抑えることができる。
【００６４】
〔実施形態３〕
図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る速度測定装置のブロック図である。本速度測定装置の超音波送波部１０、超音波受波部２０の一部及び信号処理部３０の構成は、前述の図５の構成と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００６５】
本実施形態では、図５の装置で用いたミキサ２３を設けずに、前置増幅器２２の後段に設けたノッチフィルタ２５を、上記バンドパスフィルタ群２６に入力する受信信号中の反射波信号成分を通過させるように構成している。ノッチフィルタ２５の基本波信号成分に対する減衰率は、後段のバンドパスフィルタ群２６における飽和特性や周波数計測器３１における周波数計測能力等を考慮し、それらの回路における信号処理に影響を及ぼさない大きさに設定する。例えば、前置増幅器２２の出力側で反射波信号成分と基本波信号成分のレベル比がほぼ１対１であり、周波数計測器３１の計測に必要な反射波信号成分と雑音成分（基本波信号成分を含む）のレベル比が４対１である場合、ノッチフィルタ２５の基本波信号成分に対する減衰率を１／４すなわち−１２ｄＢに設定する。なお、前置増幅器２２における信号の飽和も問題になる場合には、受波器２１と前置増幅器２２との間にノッチフィルタを設けたり、前置増幅器２２の前段と後段の両方にノッチフィルタを設けたりしてもよい。
【００６６】
また、図５のミキサ２３を用いた装置の場合、バンドパスフィルタ群２６の通過帯域はビートダウンした５３０Ｈｚ〜１２．５ｋＨｚであったが、本実施形態の図８の装置の場合は、ビートダウン前の反射波信号成分がとり得る周波数帯域３３．３ｋＨｚ〜４５．７ｋＨｚを複数に分割してバンドパスフィルタ群２６を構成すればよい。
【００６７】
なお、図８の速度測定装置においては、差分信号成分の周波数ではなく、上記反射波信号成分の周波数を用いて速度を演算するような構成を採用している。具体的には、信号処理部３０を、前出の（１）式にＦｄ＝Ｆｉ−Ｆｏを代入して得られる式に基づいてボール５０の移動速度Ｖを演算するように構成すればよい。
【００６８】
本実施形態に係る速度測定装置においても、図７の速度測定装置と同様に、上記分割帯域通過手段としてのバンドパスフィルタ群２６を、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器とディジタル信号処理手段とを用いて構成してもよい。図９は、このような構成を採用した速度測定装置の一例を示すブロック図である。図９の装置においては、図８の速度測定装置におけるフィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２に代え、アナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器という）６１及び前記フィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２の機能を有し、ディジタル信号を処理するディジタル信号処理手段としてのＤＳＰ６２を設けている。該ディジタル信号処理手段としては、ＤＳＰ６２以外の１チップ化したディジタル信号処理用のＩＣ、例えばマイコンなどを用いてもよい。
【００６９】
上記ＡＤ変換器６１では、ノッチフィルタ２５から出力されたアナログ信号を、デジタル信号に変換する。そして、上記ＤＳＰ６２においては、例えばフーリエ変換などのディジタルフィルタ処理を行うことで、前記フィルタ群と同様の作用を得ることができる。
【００７０】
そして前記フィルタ処理を行った後に、信号検出処理、信号選択処理を行って得られるディジタル信号に対して周波数を求めて、前記ボール５０の移動速度Ｖを演算する。
【００７１】
なお、本実施形態においても、上記ディジタル信号処理手段としてのＤＳＰ６２に持たせる機能は、前記フィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２の機能に限定されるものではなく、該ディジタル信号処理手段の処理能力に合わせて、その範囲を適宜選択すればよい。
【００７２】
以上、本実施形態に係る速度測定装置によれば、ミキサを設けることなく、送波器１１から受波器２１への直接波の回り込みや、ボール５０の近辺にある静止物体からの超音波の反射があっても、小さく且つ本装置から遠くにある対象物であるボール５０の速度を精度良く測定することができるとともに、ボール５０からの反射波以外の異なる周波数の複数の超音波が同時に受波されたときの誤計測の発生を抑えることができる。しかも、ミキサ２３から出力される反射波信号成分と基準信号との差分をドップラ信号成分として用いる場合とは異なり、ドップラ信号成分として用いた上記反射波信号成分の周波数の値に基づいてボール５０が近づいているか若しくは遠ざかっているかを区別してボール５０の速度を測定できる。
【００７３】
〔実施形態４〕
図１０は、本発明のさらに他の実施形態に係る速度測定装置のブロック図である。本速度測定装置の超音波送波部１０、超音波受波部２０の一部及び信号処理部３０の構成は、前述の図５の構成と同様であるので、それらの説明は省略する。
（以下、余白）
【００７４】
本実施形態では、図５の装置で用いたミキサ２３及びノッチフィルタ２５を設けずに、バンドパスフィルター群２６の各ＢＰＦ自体に、周波数ｆｏの基本波信号成分を減衰させるノッチフィルタの機能を持たせている。すなわち、各ＢＰＦの選択度（Ｑ）を、基本波信号成分を必要なレベルまで減衰するように高めている。各ＢＰＦの基本波信号成分に対する減衰率は、後段の周波数計測器３１における周波数計測能力等を考慮し、周波数計測に影響を及ぼさない大きさに設定する。例えば、前置増幅器２２の出力側で反射波信号成分と基本波信号成分のレベル比がほぼ１対１であり、周波数計測器３１の計測に必要な反射波信号成分と雑音成分（基本波信号成分を含む）のレベル比が４対１である場合、各ＢＰＦの基本波信号成分に対する減衰率を１／４すなわち−１２ｄＢに設定する。
【００７５】
なお、本実施形態の構成の場合、前置増幅器２２のゲインはバンドパスフィルタ群２６で信号が飽和しない程度に抑えるのが好ましい。ゲインの不足分はバンドパスフィルタ群２６の各ＢＰＦに必要なだけゲインを持たせればよい。
【００７６】
また、図１０の速度測定装置においても、図８の速度測定装置と同様、差分信号成分の周波数ではなく、上記反射波信号成分の周波数を用いて速度を演算するような構成を採用している。具体的には、信号処理部３０を、前出の（１）式にＦｄ＝Ｆｉ−Ｆｏを代入して得られる式に基づいてボール５０の移動速度Ｖを演算するように構成すればよい。
【００７７】
本実施形態に係る速度測定装置においても、図７の速度測定装置と同様に、上記分割帯域通過手段としてのバンドパスフィルタ群２６を、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器とディジタル信号処理手段とを用いて構成してもよい。図１１は、このような構成を採用した速度測定装置の一例を示すブロック図である。図１１の装置においては、図１０の速度測定装置におけるフィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２に代え、アナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器という）６１及び前記フィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２の機能を有し、ディジタル信号を処理するディジタル信号処理手段としてのＤＳＰ６２を設けている。該ディジタル信号処理手段としては、ＤＳＰ６２以外の１チップ化したディジタル信号処理用のＩＣ、例えばマイコンなどを用いてもよい。
【００７８】
上記ＡＤ変換器６１では、前置増幅器２２から出力されたアナログ信号を、デジタル信号に変換する。そして、上記ＤＳＰ６２においては、例えばフーリエ変換などのディジタルフィルタ処理を行うことで、前記フィルタ群と同様の作用を得ることができる。
【００７９】
そして前記フィルタ処理を行った後に、信号検出処理、信号選択処理を行って得られるディジタル信号に対して周波数を求めて、前記ボール５０の移動速度Ｖを演算する。
【００８０】
なお、本実施形態においても、上記ディジタル信号処理手段としてのＤＳＰ６２に持たせる機能は、前記フィルタ群２６、検出器群２７、信号選択器２８、周波数計測器３１、及び、演算器３２の機能に限定されるものではなく、該ディジタル信号処理手段の処理能力に合わせて、その範囲を適宜選択すればよい。
【００８１】
以上、本実施形態に係る速度測定装置によれば、ミキサを設けたりノッチフィルタを独立に設けたりすることなく、図８の装置と同様に、送波器１１から受波器２１への直接波の回り込みや、ボール５０の近辺にある静止物体からの超音波の反射があっても、小さく且つ本装置から遠くにある対象物であるボール５０の速度を精度良く測定することができるとともに、ボール５０からの反射波以外の異なる周波数の複数の超音波が同時に受波されたときの誤計測の発生を抑えることができる。しかも、ミキサ２３から出力した反射波信号成分と基準信号との差分をドップラ信号成分として用いる場合とは異なり、ドップラ信号成分として用いた上記反射波信号成分の周波数の値に基づいてボール５０が近づいているか若しくは遠ざかっているかを区別してボール５０の速度を測定できる。
【００８２】
なお、上記実施形態２乃至４のそれぞれに係る速度測定装置においても、超音波送波部１０として、図３（ａ）、（ｂ）、及び、図４に示したものを用いることができる。そして、実施形態２乃至４のそれぞれに係る速度測定装置においても、上記超音波送波部１０として、キャパシタンス成分を有する超音波振動子１１ａと、上記基準信号と同じ周波数Ｆｏの信号を選択的に該超音波振動子１１ａに印加して該超音波振動子１１ａを駆動すべく、共振周波数が上記基準信号と同じ周波数Ｆｏに設定された直列共振回路を、上記超音波振動子１１ａと共に構成する誘導性インピーダンス素子とを有し、かつ、上記超音波振動子１１ａを駆動することで上記超音波を送波するものを用いた場合には、図３（ｂ）、あるいは、図４の例のように、上記超音波振動子１１ａと並列に、該超音波振動子に比して、キャパシタンスが環境条件によって変動しにくいコンデンサを接続し、かつ、上記誘導性インピーダンス素子、コンデンサ、及び、超音波振動子１１ａを用いて構成される上記直列共振回路の共振周波数が基準信号の周波数Ｆｏと等しくなるように上記誘導性インピーダンス素子のインダクタンスを設定するのが望ましい。このような構成を採用すれば、上記超音波振動子１１ａを駆動する信号レベルを十分に得ることができ、該超音波振動子１１ａによって送波される音波の送波レベルが小さくなるのを防止することができる。
【００８３】
また、上記実施形態１乃至４の各実施形態では、音波を送波する対象物がボールであり、該ボールの速度を測定するものについて説明したが、該対象物はボールに限定されるものではない。本発明は、道路等の静止した対象物上を移動する自動車などの移動物体側に、本装置を備え、該対象物の相対移動速度すなわち本装置を備えた移動物体の移動速度を測定するような速度測定装置にも適用できるものである。
【００８４】
また、送波手段及び信号処理手段の構成は、上記各実施形態の超音波送波部１０及び信号処理部３０の構成に限定されるものでなく、本発明は、他の構成の送波手段及び信号処理手段を採用した場合にも適用できるものである。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１乃至５の発明によれば、受波手段内の信号減衰手段よりも後段にある信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができるので、送波手段から受波手段への音波の回り込みや、対象物の近辺にある静止物体からの音波の反射があっても、小さい対象物や遠くにある対象物の相対速度を精度良く測定することができる。
【００８６】
特に、請求項１の発明によれば、信号減衰手段よりも後段にある増幅器や混合器等の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができる。
【００８７】
特に、請求項２の発明によれば、信号減衰手段よりも後段にある混合器等の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができる。
【００８８】
特に、請求項１叉は２の発明によれば、ドップラ信号成分としてのほぼ正弦波となった差分信号成分に基づいて、本装置に対する対象物の相対移動速度を演算することができるので、対象物からの反射波以外に異なる周波数の複数の音波が同時に受波されたときの誤計測の発生を抑えることができる。
【００８９】
特に、請求項３の発明によれば、基準信号と受信信号とを混合する混合器を設けることなく、受波手段内の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができるとともに、異なる周波数のドップラシフトを受けた反射波信号成分が同時に受波されたときの誤計測の発生を抑えることができる。しかも、反射波信号成分と基準信号との差分をドップラ信号成分として用いる場合とは異なり、ドップラ信号成分として用いた上記反射波信号成分の周波数の値に基づいて本装置と対象物とが近づいているか若しくは遠ざかっているかを区別して測定できる。
【００９０】
特に、請求項４の発明によれば、上記基準信号と同じ周波数の信号成分のみを確実に減衰させることができる。
【００９１】
特に、請求項５の発明によれば、信号減衰手段を独立に設けることなく、受波手段内の信号処理回路の信号レベルが飽和レベルに到達しないという条件下で受信信号の増幅度や送波手段の送波レベルの上限を高くすることができるとともに、異なる周波数のドップラシフトを受けた反射波信号成分が同時に受波されたときの誤計測の発生を抑えることができる。しかも、反射波信号成分と基準信号との差分をドップラ信号成分として用いる場合とは異なり、ドップラ信号成分として用いた上記反射波信号成分の周波数の値に基づいて本装置と対象物とが近づいているか若しくは遠ざかっているかを区別して測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る速度測定装置のブロック図。
【図２】上記構成の速度測定装置の超音波受波部２０中の複数箇所（Ａ〜Ｄ点）における各周波数（Ｆｏ，Ｆｉ，Ｆｄ）の信号成分の振幅（レベル）を示す説明図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、同速度測定装置の超音波送波部１０の構成例を示す図。
【図４】同超音波送波部１０の他の構成例を示す図。
【図５】他の実施形態に係る速度測定装置のブロック図。
【図６】（ａ）は周波数の異なる複数の反射波信号成分Ｆｉ１〜Ｆｉ５の波形の説明図。
（ｂ）は同反射波信号成分Ｆｉ１〜Ｆｉ５を合成した信号の波形の説明図。
（ｃ）はバンドパスフィルタ群のフィルタ特性及び入力信号（Ｆｏ，Ｆｉ，Ｆｄ）の説明図。
【図７】同速度測定装置の他の一例を示すブロック図。
【図８】更に他の実施形態に係る速度測定装置のブロック図。
【図９】同速度測定装置の他の一例を示すブロック図。
【図１０】更に他の実施形態に係る速度測定装置のブロック図。
【図１１】同速度測定装置の他の一例を示すブロック図。
【図１２】従来例に係る速度測定装置のブロック図。
【図１３】同速度測定装置における前置増幅器及びミキサのダイナミックレンジの説明図。
【符号の説明】
１０    超音波送波部
１１    送波器
１１ａ  超音波振動子
２０    超音波受波部
２１    受波器
２２    前置増幅器
２３    ミキサ
２４    ローパスフィルタ
２５    ノッチフィルタ
２６    バンドパスフィルタ群
２７    信号検出器群
２８    信号選択器
３０    信号処理部
３１    周波数計測器
３２    演算器
３３    表示器
５０    ボール
１３１、１３２  誘導性インピーダンス素子
１３３  コンデンサ
１３４  コンデンサ
１４    トランス
【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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