(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された波を略円運動で移動する測定対象物に向けて送波し、該測定対象物からの反射波を受波し、該反射波のドップラー信号成分に基づき該測定対象物の線速度を測定する略円運動体の線速度測定方法において、
上記測定対象物の軌道上における測定点の接線方向から上記波を送波し、
その反射波を該接線方向で受波し、
受波した該測定対象物からの反射波のドップラー信号成分を複数サンプリングし、
サンプリングした複数のドップラー信号成分のサンプリングデータの周波数の経時変化に基づいて該サンプリングデータの中に最大速度に相当する周波数をもつ特定サンプリング値が含まれているか否かの判定を行い、
含まれていると判定したときにはそのサンプリングデータの中から該特定サンプリング値を特定する一方、含まれていないと判定したときには再び上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングし、
特定した該特定サンプリング値に基づいて該測定対象物の相対移動速度を演算するものであり、
上記判定では、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、単位時間当たり所定の小さな範囲内の変化量で変化する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていないと判定することを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項２】
請求項１の略円運動体の線速度測定方法において、
上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングするとき、該測定対象物がとり得る速度範囲に相当する周波数をもつドップラー信号成分のみをサンプリングすることを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２の略円運動体の線速度測定方法において、
上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり第１規定値以上の変化量で増加した後、単位時間当たり第２規定値以下の変化量で増加する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていると判定することを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、
上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり第３規定値以上の変化量で減少した後、単位時間当たり第４規定値以下の変化量で減少する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていると判定することを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、
上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり上記第１規定値以上の変化量で増加する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に上記特定サンプリング値が含まれていないと判定することを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、
上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり第４規定値以下の変化量で減少する速度変化（以下、「所定の減少傾向」という。）に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていると判定することを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、
上記サンプリングデータの中から上記特定サンプリング値を特定するとき、移動平均法を用いて該サンプリングデータの移動平均値を計算し、該移動平均値の中から最大速度に相当する周波数をもつ移動平均値を特定することを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、
上記波として、超音波、電波又はコヒーレントな光を用いたことを特徴とする略円運動体の線速度測定方法。
【請求項９】
所定周波数の基準信号に基づいて生成された波を測定対象物に向けて送波する送波手段と、
該測定対象物からの反射波を受波する受波手段と、
該反射波のドップラー信号成分に基づいて該測定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略円運動体の線速度測定装置において、
上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングするサンプリング手段と、
該サンプリング手段によってサンプリングした複数のドップラー信号成分のサンプリングデータの周波数の経時変化に基づいて該サンプリングデータの中に最大速度に相当する周波数をもつ特定サンプリング値が含まれているか否かを判定し、含まれていると判定したときにはそのサンプリングデータの中から該特定サンプリング値を特定するデータ特定手段とを設け、
上記データ特定手段は、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、単位時間当たり所定の小さな範囲内の変化量で変化する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていないと判定するものであり、
上記データ特定手段によって特定された該特定サンプリング値に基づいて上記速度演算手段により上記相対移動速度を演算するとともに、上記判定手段によって含まれていないと判定したときには再び上記サンプリング手段によって上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングすることを特徴とする略円運動体の線速度測定装置。
【請求項１０】
請求項９の略円運動体の線速度測定装置において、
上記サンプリング手段が、上記測定対象物がとり得る速度範囲に相当する周波数をもつドップラー信号成分のみをサンプリングすることを特徴とする略円運動体の線速度測定装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０の略円運動体の線速度測定装置において、
上記データ特定手段が、上記サンプリングデータの中から上記特定サンプリング値を特定するときに、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法を実行することを特徴とする略円運動体の線速度測定装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定装置において、
移動平均法を用いて上記サンプリングデータの移動平均値を算出する移動平均算出手段を設け、
上記データ特定手段が、該移動平均値の中から最大速度に相当する周波数をもつ移動平均値を特定し、その移動平均値に基づいて上記速度演算手段により上記相対移動速度を演算することを特徴をする略円運動体の線速度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、略円運動体の線速度を測定する略円運動体の線速度測定方法及びその装置に係り、詳しくは、バットやゴルフクラブ等のスイング時におけるヘッド部分のような略円運動体に向けて送波した超音波、電波、光等の波の反射波を受波して得られたドップラー信号成分に基づいて、そのヘッド部分の速度すなわち該略円運動体の線速度を測定する線速度測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の線速度測定装置としては、ゴルフクラブをスイングしたときに略円運動を行うヘッド部分の速度を測定するものが知られている。このような速度測定装置としては、上記ヘッド部分の軌道に沿って列をなして設けられた複数の発光部と、これら発光部が発するビームをそれぞれ受光する受光部とから構成されたものが特公平４−１２１５４号公報に開示されている。この装置は、ゴルフクラブのヘッド部分が上記各発光部が発するビームを横切ったときに上記各受光部が該ヘッド部分を検知する。そして、各受光部からの検知信号に基づいて該受光部間の距離から上記ヘッド部分の平均速度及び平均加速度を演算し、該演算結果を速度表示部及び加速度表示部に表示する。
【０００３】
また、特開平１１−５７１０５号公報には、ゴルフクラブのヘッド部分の軌道に沿って複数の磁気センサを設け、該磁気センサによって該ヘッド部分に取り付けた磁気発生源の通過を検知し、その検知結果に基づいてヘッド速度及びヘッド加速度を演算してその演算結果を表示するゴルフクラブヘッドの運動測定装置が開示されている。この装置は、上記磁気センサとしてセンサコイルを使用し、上記ヘッド部分に取り付けた磁気発生源が該センサコイルから１００〜１５０ｍｍ程度離れた位置を通過することで該センサコイルに発生する誘起電力によって該ヘッド部分の通過を検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の速度測定装置においては、特公平４−１２１５４号公報に開示された光電式のものであっても、特開平１１−５７１０５号公報に開示された磁界検出式のものであっても、その装置本体を測定対象物であるゴルフクラブのヘッド部分の軌道に近接して配置しなければ測定することができないという問題があった。この場合、測定対象物が速度測定装置に接触して該速度測定装置を壊してしまうことが起こり得る。
【０００５】
また、その他、ゴルフクラブのヘッド速度を測定するものとしては、該ゴルフクラブのヘッド付近のシャフト部分に取り付けられるバネ式の速度測定器が製品化されている。この装置は、安価ではあるが測定精度や分解能が低く、正確な速度測定をすることができないという問題がある。
【０００６】
一方で、このような略円運動体の線速度測定は、上述したゴルフクラブのヘッド速度測定以外に、野球のバットスイング時のヘッド速度測定にもニーズがある。このようなバットのヘッド速度の測定装置は特に製品として市場に出回っていないが、従来、バットのヘッド部分の軌道を挟み込むようにしてその鉛直方向に発光器及び受光器を配置し、該ヘッド部分が該発光部が発するビームを横切ったときに該受光部が該ヘッド部分によってビームが遮られた時間と該ヘッド部分の幅とから該ヘッド部分の速度を算出する装置が提案されている。
【０００７】
ところで、従来、音波等の波を利用してボール等のように略直線運動する測定対象物から反射されてきた波を受波して得られたドップラー信号成分に基づいて該測定対象物の速度を測定する速度測定装置が知られている。このような速度測定装置は、所定周波数の基準信号に基づいて生成した波を測定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反射波を受波して受信信号とし、該受信信号中のドップラー信号成分を抽出する受波手段と、該ドップラー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構成となっている。この速度測定装置によれば、測定対象物からある程度離れた位置から該測定対象物の速度を測定することができる。
【０００８】
この速度測定装置のようにドップラー効果を利用して速度測定するものは、測定対象物の速度方向にドップラーシフトを受けた反射波に基づいて速度演算する。従って、ボール等のように速度の向きが一定である略直線運動体を測定対象とした場合にはそのドップラー信号成分の周波数の経時変化は少ない。この結果、その周波数データの平均を算出すれば、高い精度で速度測定することができる。一方、略円運動体のように速度（線速度）の向きが経時的に変化するものを測定対象とする場合、該測定対象物によってドップラーシフトを受けた反射波からはその線速度の余弦成分が演算されることになる。従って、このドップラー信号成分の周波数は経時的に大きく変化し、その周波数データの平均を算出しても正確な速度測定をすることができなかった。
【０００９】
また、上記特公平４−１２１５４号公報に開示された装置や上述したバットのヘッド速度測定装置のような光電式のものにおいては、屋外で使用すると太陽光の影響を受けて測定ができないという問題もあった。
【００１０】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、第１の目的は、従来より測定対象物である略円運動体から離れた位置から該略円運動体の線速度を高い精度で測定することができる略円運動体の線速度測定方法及びその装置を提供することである。また、第２の目的は、屋外での測定が可能な略円運動体の線速度測定方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１の発明は、所定周波数の基準信号に基づいて生成された波を略円運動で移動する測定対象物に向けて送波し、該測定対象物からの反射波を受波し、該反射波のドップラー信号成分に基づき該測定対象物の線速度を測定する略円運動体の線速度測定方法において、上記測定対象物の軌道上における測定点の接線方向から上記波を送波し、その反射波を該接線方向で受波し、受波した該測定対象物からの反射波のドップラー信号成分を複数サンプリングし、サンプリングした複数のドップラー信号成分のサンプリングデータの周波数の経時変化に基づいて該サンプリングデータの中に最大速度に相当する周波数をもつ特定サンプリング値が含まれているか否かの判定を行い、含まれていると判定したときにはそのサンプリングデータの中から該特定サンプリング値を特定する一方、含まれていないと判定したときには再び上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングし、特定した該特定サンプリング値に基づいて該測定対象物の相対移動速度を演算するものであり、上記判定では、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、単位時間当たり所定の小さな範囲内の変化量で変化する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていないと判定することを特徴とするものである。
【００１２】
このように測定対象物からの反射波がもつドップラー信号成分に基づいて速度演算を行う測定方法においては、その測定方法を実行する該測定対象物と測定手段とを結ぶ方向（以下、「速度測定方向」という。）における該測定手段に対する該測定対象物の相対移動速度を測定することができる。しかし、測定対象が略円運動体である場合、該測定対象物の線速度の向きはその軌道上の接線方向に向いており、その向きは該測定対象物が移動することによって経時的に変化する。従って、上記測定手段を任意の位置に配置して略円運動体の相対移動速度を測定する場合、速度測定方向と上記軌道上における各点の接線方向とのなす角における線速度の余弦成分が上記相対移動速度を示すことになる。
【００１３】
そこで、本請求項の線速度測定方法においては、まず、略円運動で移動する測定対象物の軌道上の所望の測定点に対してその接線方向の延長線上に測定手段を配置する。これにより、測定点における測定対象物の線速度の向きと上記速度測定方向とを一致させることができる。このとき、この線速度測定方法で演算される測定対象物の相対移動速度が、測定点において該測定対象物の線速度そのものとなる。
【００１４】
上記測定手段は、上記軌道上の各点における測定対象物からの反射波を受波する。この測定手段に受波された反射波から求められる相対移動速度は、上述したように上記測定対象物の線速度の余弦成分であるため、該測定手段を測定点における測定対象物の進行方向に配置した場合には、測定点における反射波から求められる相対移動速度が一番大きい値を示すことになる。一方、上記測定手段を測定点における測定対象物の進行方向に対して反対方向に配置した場合には、測定点における反射波から求められる相対移動速度が一番小さい値を示すことになる。従って、上記測定手段でサンプリングされたドップラー信号成分のサンプリングデータの中から最大速度に相当する周波数をもつサンプリング値を特定すれば、測定点における測定対象物の相対移動速度を演算することができ、測定対象物の線速度を測定することができる。ここで、最大速度に相当する周波数とは、上記測定手段を測定点における測定対象物の進行方向に配置した場合には最大周波数を意味し、進行方向に対して反対方向に配置した場合には最小周波数を意味する。
【００１５】
特に、請求項２の発明は、請求項１の略円運動体の線速度測定方法において、上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングするとき、該測定対象物がとり得る速度範囲に相当する周波数をもつドップラー信号成分のみをサンプリングすることを特徴とするものである。
【００１６】
この線速度測定方法においては、測定対象物がとり得る速度範囲を予測してその速度範囲内のものだけをサンプリングするので、ノイズによる影響を少なくすることができる。
【００１７】
また、請求項１の発明は、上記サンプリングデータの中から上記特定サンプリング値を特定する場合、該サンプリングデータの周波数の経時変化に基づいて該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれているか否かを判定し、含まれていると判定したときにはそのサンプリングデータの中から該特定サンプリング値を特定し、一方、含まれていないと判定したときには再び上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングする。
【００１８】
よって、請求項１の線速度測定方法は、サンプリング数を限定して上記特定サンプリング値を有するサンプリングデータを得るまでサンプリングを繰り返し行うリアルタイムでの処理が可能となる。このリアルタイムで処理する方法を用いれば、運動中の測定対象物によるドップラー信号成分を全てサンプリングした後にバッチ処理で行う方法に比べて、サンプリングデータを記憶する記憶手段の記憶容量を小さく抑えることが可能となる。また、バッチ処理で行う方法では、測定開始及び終了を装置に知らせる手段も必要になり、装置構成が複雑化するという不具合があるが、そのような不具合も解消される。
【００１９】
ところで、通常、サンプリング数やサンプリング間隔は、サンプリングデータの周波数の経時変化を判定できるように、測定対象物がとり得る速度範囲に対応して設定される。従って、ほとんど経時変化のないサンプリングデータを得た場合には、そのサンプリングデータはノイズかあるいは等速運動する他の反射対象物によるものと考えられる。
【００２０】
そこで、請求項１では、このようなノイズ等によるサンプリングデータを排除するようにしている。すなわち、請求項１の発明は、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、単位時間当たり所定の小さな範囲内の変化量で変化する速度変化（以下、「所定の不変傾向」という。）に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていないと判定する。
ここで、「単位時間当たり所定の小さな範囲内の変化量」とは、測定対象物の速さの時間に対する傾きが規定範囲内に収まるような速度変化のことであり、該速さがほとんど変化しない程度の速度変化を意味する。
【００２１】
この線速度測定方法においては、所定の不変傾向に相当するサンプリングデータを排除することでノイズ等を除去し、誤計測の要因を低減することができる。
【００２２】
また、上述した請求項１の線速度測定方法では、全てのサンプリングデータのうちの一部のサンプリングデータ内に特定サンプリング値が含まれているか否かを判定する。しかし、上記判定によって「特定サンプリング値が含まれていない」と判定された場合には、再びサンプリングを開始して再度上記判定を行うことになる。このため、例えば、１回目のサンプリングデータの判定を行っている間、すなわち、その１回目のサンプリングと２回目のサンプリングとの間にちょうど特定サンプリング値が存在してしまった場合、該特定サンプリング値をサンプリングし損ねてしまうことがある。この場合には、線速度測定を行うことができない。
【００２３】
そこで、請求項３及び４では、上記特定サンプリング値付近のサンプリングデータも抽出できるようにしている。すなわち、請求項３の発明は、請求項１又は２の略円運動体の線速度測定方法において、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり第１規定値以上の変化量で増加した後、単位時間当たり第２規定値以下の変化量で増加する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていると判定することを特徴とするものである。この線速度測定方法における判定対象となるサンプリングデータは、比較的大きい変化量で増加した後にほぼ一定となるような速度変化に相当するものである。
【００２４】
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり第３規定値以上の変化量で減少した後、単位時間当たり第４規定値以下の変化量で減少する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていると判定することを特徴とするものである。この線速度測定方法における判定対象となるサンプリングデータは、ほぼ一定の状態から比較的大きい変化量で減少するような速度変化に相当するものである。
【００２５】
上記請求項３の線速度測定方法においては、単位時間当たり第２規定値以下の変化量で増加する特定サンプリング値の直前にあるサンプリングデータを抽出することができる。また、上記請求項４の線速度測定方法においては、単位時間当たり第３規定値以上の変化量で減少する特定サンプリング値の直後にあるサンプリングデータを抽出することができる。
一方で、上記請求項３及び４において判定されるサンプリングデータが上述した請求項１の所定の不変傾向に該当してしまうとこれらサンプリングデータがノイズ等と判断されてしまうので、請求項３及び４の線速度測定方法では、第１規定値及び第４規定値を設定して、請求項１との区別を図っている。
【００２６】
また、上記請求項３及び４の線速度測定方法で判定される特定サンプリング値付近のサンプリングデータは、上述した理由により必要とされるのに対して、該特定サンプリング値から時間的に離れたサンプリングデータは不要のものである。そこで、請求項５では、この不要なサンプリングデータを排除している。すなわち、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり上記第１規定値以上の変化量で増加する速度変化（以下。「所定の増加傾向」という。）に相当するときには、該サンプリングデータの中に上記特定サンプリング値が含まれていないと判定することを特徴とするものである。
【００２７】
この線速度測定方法では、常に所定の増加傾向をもつサンプリングデータを上記特定サンプリング値よりも前の時間的に離れたものと判断し、このようなサンプリングデータを排除している。
【００２８】
また、特定サンプリング値よりも後ろのサンプリングデータも同様に不要のものである。しかし、上記請求項３及び４の線速度測定方法を採用して特定サンプリング値付近のサンプリングデータを抽出するようにしても、やはりサンプリングデータをサンプリングし損ねてしまう場合が起こり得る。この場合、その測定における線速度を全く知ることができない。
【００２９】
そこで、請求項６では、特定サンプリング値よりも後のサンプリングデータであっても抽出できるようにしている。すなわち、請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、上記測定対象物の速度の大きさが単位時間当たり第４規定値以下の変化量で減少する速度変化（以下、「所定の減少傾向」という。）に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていると判定することを特徴とするものである。
【００３０】
この線速度測定方法においては、所定の減少傾向に相当するサンプリングデータ中に特定サンプリング値が含まれていると判定することにより、その測定における線速度を全く知ることができずにＮＧになる頻度を少なくすることができる。また、このようなサンプリングデータは特定サンプリング値からあまり離れたものではないと考えられ、しかも該特定サンプリング値付近では周波数の経時変化が非常に小さい。従って、このサンプリングデータ中に特定サンプリング値が含まれていると判定してもその誤差は少なく抑えることができる。
【００３１】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、上記サンプリングデータの中から上記特定サンプリング値を特定するとき、移動平均法を用いて該サンプリングデータの移動平均値を計算し、該移動平均値の中から最大速度に相当する周波数をもつ移動平均値を特定することを特徴とするものである。
【００３２】
この線速度測定方法においては、サンプリングしたドップラー信号成分のサンプリングデータをそのまま用いるのではなく、該サンプリングデータの移動平均値を計算して、その移動平均値の中から最大速度に相当する周波数をもつ移動平均値を特定する。これにより、サンプリングデータ中にノイズが含まれている場合であっても、該ノイズによる測定誤差を軽微に抑えることができる。
【００３３】
上記第２の目的を達成するために、請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法において、上記波として、超音波、電波又はコヒーレントな光を用いたことを特徴とするものである。
【００３４】
この線速度測定方法においては、超音波、電波又はコヒーレントな光を利用して速度測定するので、従来の光電式の速度測定装置のように太陽光の影響を受けることがない。
【００３５】
上記第１の目的を達成するために、請求項９の発明は、所定周波数の基準信号に基づいて生成された波を測定対象物に向けて送波する送波手段と、該測定対象物からの反射波を受波する受波手段と、該反射波のドップラー信号成分に基づいて該測定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略円運動体の線速度測定装置において、上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングするサンプリング手段と、該サンプリング手段によってサンプリングした複数のドップラー信号成分のサンプリングデータの周波数の経時変化に基づいて該サンプリングデータの中に最大速度に相当する周波数をもつ特定サンプリング値が含まれているか否かを判定し、含まれていると判定したときにはそのサンプリングデータの中から該特定サンプリング値を特定するデータ特定手段とを設け、上記データ特定手段は、上記サンプリングデータの周波数の経時変化が、単位時間当たり所定の小さな範囲内の変化量で変化する速度変化に相当するときには、該サンプリングデータの中に該特定サンプリング値が含まれていないと判定するものであり、上記データ特定手段によって特定された該特定サンプリング値に基づいて上記速度演算手段により上記相対移動速度を演算するとともに、上記判定手段によって含まれていないと判定したときには再び上記サンプリング手段によって上記測定対象物からの反射波のドップラー信号成分をサンプリングすることを特徴とするものである。
【００３６】
略円運動で移動する測定対象物の軌道上の所望の測定点に対してその接線方向の延長線上にこの線速度測定装置を配置すると、該測定点における上記測定対象物の線速度の向きと、該線速度測定装置に対する該測定対象物の相対移動速度の向きである速度測定方向とが一致する。このように一致させれば、この線速度測定装置を測定点における測定対象物の進行方向に配置した場合には、測定点における反射波から求められる相対移動速度が一番大きい値を示すことになる。一方、上記線速度測定装置を測定点における測定対象物の進行方向に対して反対方向に配置した場合には、測定点における反射波から求められる相対移動速度が一番小さい値を示すことになる。従って、上記データ特定手段で最大速度に相当する最大周波数若しくは最小周波数をもつサンプリング値を特定すれば、上記速度演算手段によって測定点における測定対象物の相対移動速度を演算することができ、測定対象物の線速度を測定することができる。
【００３７】
特に、請求項１０の発明は、請求項９の略円運動体の線速度測定装置において、上記サンプリング手段が、上記測定対象物がとり得る速度範囲に相当する周波数をもつドップラー信号成分のみをサンプリングすることを特徴とするものである。
【００３８】
この線速度測定装置においては、測定対象物がとり得る速度範囲を予測してその速度範囲内のものだけをサンプリングするので、ノイズによる影響を少なくすることができる。
【００３９】
また、請求項１１の発明は、請求項９又は１０の略円運動体の線速度測定装置において、上記データ特定手段が、上記サンプリングデータの中から上記特定サンプリング値を特定するときに、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定方法を実行することを特徴とするものである。
【００４０】
この線速度測定装置においては、サンプリング手段によってサンプリングしたサンプリングデータの中から特定サンプリング値を特定するデータ特定手段が、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の線速度測定方法の処理動作を実行するので、サンプリングデータを記憶する記憶手段の記憶容量を小さく抑え、リアルタイムでの迅速な処理が可能となる。
【００４１】
また、請求項１２の発明は、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の略円運動体の線速度測定装置において、移動平均法を用いて上記サンプリングデータの移動平均値を算出する移動平均算出手段を設け、上記データ特定手段が、該移動平均値の中から最大速度に相当する周波数をもつ移動平均値を特定し、その移動平均値に基づいて上記速度演算手段により上記相対移動速度を演算することを特徴をするものである。
【００４２】
この線速度測定装置においては、サンプリングしたドップラー信号成分のサンプリングデータをそのまま用いるのではなく、該サンプリングデータの移動平均値を計算して、その移動平均値の中から最大速度に相当する周波数をもつ移動平均値を特定する。これにより、サンプリングデータ中にノイズが含まれている場合であっても、該ノイズによる測定誤差を軽微に抑えることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、スイング時において略円運動する略円運動体であるバットの線速度すなわち該バットのヘッド速度を測定するヘッド速度測定装置（以下、単に「測定装置」という。）に適用した一実施形態について説明する。本実施形態では、この速度測定に使用する波として超音波を利用し、この超音波を測定対象物であるスイング中のバットのヘッド部分に向けて送波する。そして、このバットから反射してきた反射波のドップラー効果を利用して該バットのヘッド速度を測定する。
【００４４】
まず、本実施形態に係る測定装置によってバットのヘッド速度を測定するための測定システム全体の構成について説明する。この測定システムにおいては、バットのスイング中にボールがインパクトする位置すなわちボールの進行方向に対してバットが垂直になる位置におけるヘッド速度を測定する。
【００４５】
図１は、本実施形態における測定システムの概略構成図である。この測定システムでは、上記測定装置１は、バッター３が打席に立ってバット２をスイングするときのピッチャー方向に配置されている。バッター３がバット２をスイングしたとき、そのヘッド部分２ａは図１中破線矢印Ａに示す軌道に沿って略円軌道を描いて移動する。尚、以下の説明では、上記測定装置１と測定点におけるヘッド部分２ａの位置とを結ぶ方向をＸ方向という。
【００４６】
次に、上記測定装置１の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る測定装置１を示すブロック図である。この測定装置１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、報知手段としての表示部４０とを備えている。以下、各部の構成及び動作に説明する。
【００４７】
まず、上記超音波送波部１０の構成及び動作について説明する。この超音波送波部１０は、所定周波数Ｆｏの基準信号に基づいて超音波を連続的にバット２のヘッド部分２ａに向けて送波する。この超音波送波部１０は、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１１と、該基準信号を所定レベルにまで増幅する出力増幅器１２と、該出力増幅器で増幅された所定の電気信号を超音波に変換する超音波送波器１３とを備えている。
【００４８】
次に、上記超音波受波部２０の構成及び動作について説明する。この超音波受波部２０は、上記超音波送波部１０から送波された超音波が上記バット２に反射され、その戻ってきた反射波を含む超音波を受波し、受波した超音波の受信信号の中からドップラー信号成分を抽出する。この超音波受波部２０は、超音波を電気信号に変換する超音波受波器２１と、該超音波受波器から出力される微弱な受信信号を増幅する前置増幅器２２と、該前置増幅器から出力された受信信号の中から上記超音波送波部１０からの直接波及び静止物体からのドップラーシフトを受けていない反射波を除去するノッチフィルタ２５と、該ノッチフィルタを通過したドップラー信号成分がとり得る周波数帯域によって該ドップラー信号成分を選択的に通過させるフィルタ群２６と、該フィルタ群を通過した複数のドップラー信号成分をそれぞれ検出する信号検出器群２７と、該信号検出器群の検出結果に基づいてヘッド部分２ａによるドップラー信号成分を選択する信号選択部２８と、該信号選択部の選択結果に基づいて該フィルタ群から出力される複数のドップラー信号成分の中の１つを出力する出力切換器２９とから構成されている。
【００４９】
上記超音波受波器２１で受波された超音波は電気信号に変換された後、上記前記増幅器２２によって増幅されて上記ノッチフィルタ２５に入力される。このノッチフィルタ２５によって、上記超音波送波部１０から送波される超音波の基準信号と同じ周波数である基準周波数Ｆｏの信号成分を選択的に減衰させ、後段の回路の飽和を防ぐことができる。
【００５０】
このノッチフィルタ２５は、その減衰帯域の中心周波数が該基準周波数Ｆｏに設定されている。これにより、上記超音波送波部１０から直接伝搬した強い超音波を減衰させて、受波した超音波の中から上記バット２からの微弱な反射波を効率よく抽出することができる。上記ノッチフィルタ２５としては、例えば、ローパスフィルタ及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を利用することができる。この場合、比較的Ｑの高い特性を得ることができる。尚、このノッチフィルタ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適宜設定される。
【００５１】
上記フィルタ群２６は、上記バット２からの反射波によるドップラー信号成分がとり得る周波数帯域を５つに分割して得られた５つの周波数帯域（ＨＨ，ＨＬ，Ｍ，ＬＨ，ＬＬ）のみをそれぞれ通過させる５個のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ３，ＢＰＦ４，ＢＰＦ５）から構成されている。上記ノッチフィルタ２５から出力されて５つに分岐されたドップラー信号成分は、上記各バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ３，ＢＰＦ４，ＢＰＦ５）にそれぞれ入力される。そして、各バンドパスフィルタを通過したそれぞれの帯域信号Ｓｅ（ＳｅＨＨ〜ＳｅＬＬ）は、信号検出器群２７及び出力選択器２９に出力される。尚、上記フィルタ群２６に設けられるバンドパスフィルタの個数は、５個に限定されるものではなく、測定速度範囲や要求される測定精度に応じて適宜決定される。
【００５２】
上記フィルタ群２６に使用する各バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ３，ＢＰＦ４，ＢＰＦ５）は、例えば、上記基準信号の周波数Ｆｏを３２．７６８ｋＨｚとし、測定速度範囲を５０〜１８０ｋｍ／ｈとした場合には、ドップラー信号成分がとり得る周波数帯域は、３５．５ｋ〜４３．９ｋＨｚとなるので、上記フィルタ群２６の各バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１，ＢＰＦ２，ＢＰＦ３，ＢＰＦ４，ＢＰＦ５）の中心周波数をそれぞれ３６．３ｋＨｚ、３８．０ｋＨｚ、３９．７ｋＨｚ、４１．４ｋＨｚ、４３．１ｋＨｚに設定し、通過帯域幅を１．７ｋＨｚに設定する。
【００５３】
上記フィルタ群２６を通過した各帯域信号Ｓｅは上記信号検出器群２７に入力される。この信号検出器群２７は、上記フィルタ群２６に設けられたバンドパスフィルタの個数に対応した５つの信号検出器から構成されている。これら信号検出器は、各信号検出器において予め設定されている閾値よりも上記バンドパスフィルタから出力された帯域信号Ｓｅの方が大きな信号レベルをもつ場合に、検出信号Ｓｆを上記信号選択部２８に出力する。
【００５４】
また、上記フィルタ群２６を通過した各帯域信号Ｓｅは上記出力切換器２９にも入力される。この出力切換器２９は、上記信号選択部２８の制御の下で、入力された帯域信号Ｓｅのうちの１つの信号Ｓｈを上記信号処理部３０に出力する。
【００５５】
上記信号選択部２８は、上記信号検出器群２７から出力された検出信号Ｓｆの中から最も周波数の高い検出信号を選択し、上記出力切換器２９を制御して、選択した検出信号Ｓｆに対応する帯域信号Ｓｈを上記信号処理部３０に出力させる。すなわち、この信号選択部２８は、上記超音波受波器２１によって受波した超音波のドップラー信号成分の中から最も周波数が高いものを選択する。
【００５６】
このようにドップラー信号成分の中から最も高い周波数を選択するのは、上記超音波受波器２１で受波される超音波のドップラー信号成分が必ずしもバット２のヘッド部分２ａからのものであるとは限らないからである。具体的に説明すると、ドップラーシフトを受けた反射波を発生させる物体が上記ヘッド部分２ａのみであれば、上記超音波受波器２１で受波した超音波のドップラー信号成分は１つであると考えることができる。しかし、上記超音波送波部１０から送波される超音波は、回析によって広がりながら進行するため、測定対象であるヘッド部分２ａのみに当てることはほぼ不可能である。このため、上記超音波受波器２１にはヘッド部分２ａからの反射波以外に、例えば、バットの胴体部分やグリップ部分、該バットをスイングするバッターの腕や身体などからの反射波も受波されることになる。上記超音波受波器２１に受波される反射波は各反射対象物によってそれぞれ異なるドップラーシフトを受けている。従って、上記超音波受波器２１には周波数の異なる複数の反射波が受波されることになり、その受信信号は周波数の異なる複数のドップラー信号成分が重畳したものとなる。このため、バット２のヘッド速度を正確に測定することができないおそれがある。
【００５７】
しかし、測定対象物であるヘッド部分２ａは、バッター３の身体を中心に略円運動するので、本実施形態における測定範囲内に存在する反射対象物の中で最も速度が速いと考えられる。従って、このヘッド部分２ａによるドップラー信号成分は、受波されたドップラー信号成分の中で最も高い周波数をもつことになる。よって、このドップラー信号成分の中から最も高い周波数をもつものを選択すれば、上記ヘッド部分２ａからの反射波に基づくドップラー信号成分を得ることができる。そこで、本実施形態では、上記フィルタ群２６、上記信号検出器群２７及び上記信号選択部２８を用いてドップラー信号成分の中から最も周波数が高いものを選択し、そのドップラー信号成分を速度演算に使用するように構成している。
【００５８】
次に、上記信号処理部３０の構成及び動作について説明する。この信号処理部３０は、上記超音波受波部２０の出力切換器２９から連続的に出力される帯域信号Ｓｈの周波数Ｆｉを計測する周波数計測器３１と、該周波数計測器で計測された周波数データの中からヘッド部分２ａの軌道上における測定点の周波数データを特定するデータ特定手段としてのデータ特定部３２と、該データ特定部で特定された周波数データに基づいて速度を演算する速度演算手段としての速度演算部３３と、気温による音速変動を補正するために気温を計測する温度計測器３４とから構成されている。
【００５９】
上記出力切換器２９から出力された帯域信号Ｓｈは、上記周波数計測器３１によって等時間間隔でサンプリングし、上記データ特定部３２に出力する。ここで計測される周波数Ｆｉは、図１中に示すＸ方向におけるドップラーシフトを受けたものである。
【００６０】
以下、本発明の特徴部分であるデータ特定部３２のデータ処理動作について説明する。
図３は、上記データ特定部３２のデータ処理動作を示すフローチャートである。本実施形態では、スイング中のヘッド部分２ａのドップラー信号成分の周波数データ中の連続する１５個の周波数データをサンプリングし、このサンプリングデータの経時変化に基づいて特定サンプリング値である測定点の周波数データを特定する。ここでは、サンプリング数が１５個の場合について説明するが、このサンプリング数はサンプリング間隔や測定精度等に応じて適宜設定される。尚、上記データ特定部３２には、サンプリングした周波数データの数をカウントする図示しないデータ数カウンターが設けられており、該データ数カウンターの初期状態は「１」に設定されている。
【００６１】
上記データ特定部３２では、まず、上記周波数計測器３１によって計測された１個目の周波数データを取り込み（Ｓ１）、該周波数データが予め設定された規定速度範囲内にある速度に対応するものであるか否かを判断する（Ｓ２）。本実施形態における規定速度範囲は、後述する速度演算部３３の演算処理によって速度が５０〜１８０ｋｍ／ｈとなる周波数範囲に設定されている。これは、取り込んだ周波数データが５０ｋｍ／ｈよりも小さい速度に対応するものである場合には該周波数データはバッター３の身体等からの反射波によるものであると考えられ、また、バットのヘッド速度測定では１８０ｋｍ／ｈよりも大きい速度の必要性が低いため、このような速度範囲も除外している。
【００６２】
上記Ｓ２において周波数データが規定速度範囲内のものであると判断された場合には、この周波数データを１個目の周波数データとしてメモリ３５に格納する（Ｓ３）。一方、上記周波数データが規定速度範囲内のものではないと判断された場合には、上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを再び１個目の周波数データとして取り込みを開始する（Ｓ１）。
【００６３】
上記Ｓ３において１個目の周波数データをメモリに格納したら、上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを２個目の周波数データとして取り込み（Ｓ４）、上記Ｓ２と同様に該周波数データが上記規定速度範囲内のものであるか否かを判断する（Ｓ５）。このとき、取り込んだ２個目の周波数データが規定速度範囲内のものでないと判断された場合には上記データ数カウンターをリセットする（Ｓ６）。そして、この２個目の周波数データを１個目の周波数データとして上記メモリ３５に格納し（Ｓ３）、上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを再び２個目の周波数データとして取り込みを開始する（Ｓ４）。
【００６４】
上記Ｓ５において２個目の周波数データが規定速度範囲内のものであると判断された場合には、この２個目の周波数データと、１つ前に取り込まれた１個目の周波数データとの差の絶対値を算出し（Ｓ７）、この絶対値が予め設定された規定変動範囲内にある速度に対応するものであるか否かを判断する（Ｓ８）。本実施形態における規定変動範囲は、後述する速度演算部３３の演算処理によって速度が５ｋｍ／ｈ以下となる周波数範囲に設定されている。この周波数範囲は、大量のバットスイングやゴルフスイングの実測データに基づいて最適であるとされた範囲である。これは、最上記データ特定部３２の周波数データ取込間隔が３６０μｓｅｃであり、この時間内に５ｋｍ／ｈ以上の速度変動があるものはノイズであると考えられるためである。また、ヘッド部分２ａが測定点に達するまでは、他の反射対象物によって周波数データの経時変動に大きなバラツキが生じるため、その部分のデータを排除して該ヘッド部分のＸ方向速度に対応した周波数データのみをサンプリングするためでもある。この理由については後述する。
【００６５】
上記Ｓ８において上記絶対値が規定変動範囲内にないと判断された場合には、上記Ｓ６に移行して上記データ数カウンターをリセットした後（Ｓ６）、上記２個目の周波数データを１個目の周波数データとして上記メモリ３５に格納し（Ｓ３）、上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを再び２個目の周波数データとして取り込みを開始する（Ｓ４）。
【００６６】
一方、上記Ｓ８において上記絶対値が規定変動範囲内にあると判断された場合には、上記データ数カウンターを１増加させる（Ｓ９）。そして、このデータ数カウンターが規定値に達したか否かを判断する（Ｓ１０）。本実施形態では、周波数データのサンプリング数が１５個であるため、この規定値は１５に設定されている。ここでは、まだ２個目の周波数データしか取り込んでいないため、上記Ｓ１０においてデータ数カウンターがまだ規定値に達していないと判断される。この場合、再び上記Ｓ３に戻ってこの２個目の周波数データを上記メモリ３５に格納し（Ｓ３）、上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを３個目の周波数データとして取り込みを開始する（Ｓ４）。以後、上記データ数カウンターが規定値に達したと判断されるまで上記Ｓ１０までの工程を繰り返す。
【００６７】
このように、連続する１５個の周波数データをサンプリングして上記Ｓ１０においてデータ数カウンターが規定値に達したと判断されたら、上記１〜１５個目の周波数データの経時変化を示すこれら周波数データの傾きの外形が、図４に示す予め設定された判定基準のどれに該当するかの傾き判定を行う（Ｓ１１）。
【００６８】
ここで、図４に示す判定基準について説明する前に、スイング中のバット２の運動状態について説明する。
図５は、スイング時におけるバット位置の経時変化を示す概略図である。この図は、バッター３によってスイングされたバット２を鉛直方向上方から１／６０秒間隔で撮影して得たものである。図中、白丸はバット２のグリップ部分を示し、黒丸は該バットのヘッド部分を示す。また、測定点Ｏはボールのインパクト時のヘッド部分２ａが位置する点であり、上記測定装置１はＸ軸上に配置されている。
【００６９】
図５に示すように、上記ヘッド部分２ａの軌道は、スイング開始当初はバッター３の身体を中心として略円軌道を描き、バット２のグリップ部分の位置がバッターの正面すなわち図中Ｙ軸上に来たら、今度は該グリップ部分が固定されてこれを中心に略円軌道を描く。そして、上記ヘッド部分２ａがＹ軸上を通過してしばらくすると、該ヘッド部分は再びバッター３の身体を中心に略円運動を行う。
【００７０】
上記ヘッド部分２ａが上記測定点Ｏを通過するまでのヘッド速度のＸ方向成分ＶＸは、図５に示すように、該軌道の接線方向とＸ方向のなす角θにおける該ヘッド速度Ｖの余弦となる。また、このＸ方向成分ＶＸは測定点Ｏに達したときに最大となり、ヘッド速度Ｖそのものとなる。
【００７１】
図６は、図５に示すバットスイング時における測定範囲内のＸ方向において測定される速度（以下、「Ｘ方向速度」という。）と時間との関係を示すグラフである。このグラフの外形は、スイング開始時からしばらくの間は速度変動にバラツキがあり、途中で１度落ち込んで後、ほぼ正弦波形を示して減少する。尚、この外形の特徴は、何度測定を行ってもほぼ同様であった。
【００７２】
図６に示すグラフから推測すると、測定範囲内において、スイング開始時では、バッター３の身体や腕等の他の反射対象物、特にバット２のグリップ部分におけるＸ方向速度がヘッド部分２ａのものよりも速く、しかもこのような他の反射対象物が複数存在するため、速度変動にバラツキが出てしまうと考えられる。また、しばらくすると、急激に速度が落ち込む部分が存在するが、この部分は、図５でも示したようにグリップ部分の動きが一度止まったときのものであると考えられる。具体的には、バッター３がバット２をスイングする場合、通常、該バットのグリップ部分が身体の側方から正面に高速で移動するので、ここまでのスイング動作中ではこのグリップ部分のＸ方向速度が最も速いと考えられる。従って、このグリップ部分が身体の正面に来て動きを止めたことにより、測定範囲内のＸ方向速度が一時的に落ち込んだものと考えられる。
【００７３】
このように落ち込んだ後は、急速に速度が上昇し、最速点に達してからほぼ正弦波形を示して減少する。上述のようにグリップ部分が止まった後、図５に示したようにバット２は該グリップ部分を中心に回転し始め、今度はそのヘッド部分２ａのＸ方向速度が増加してくる。しばらくすると、このヘッド部分２ａのＸ方向成分ＶＸが測定範囲内の他の反射対象物のＸ方向速度よりも速くなる。従って、上述のように落ち込んだ後は、上記Ｘ方向成分ＶＸのみが測定されることになり、図６に示すグラフにおいてはバラツキの少ない正弦波形が得られることになると考えられる。
【００７４】
以上、スイング中のバットの運動状態について考察した結果、図６におけるグラフにおいて落ち込んだ後に得られる最速点が、図５における測定点Ｏにおけるヘッド速度ＶのＸ方向成分ＶＸであると考えられる。これは、測定点Ｏに光電センサを設置し、図６に示した速度測定と並行して測定したとき、該光電センサの反応と最速点とがほぼ同一タイミングであったことにより確認されている。そこで、上記Ｓ１１では、測定範囲内のＸ方向速度を示す１５個の周波数データの時間に対する傾きの表す外形が、図４に示す判定基準Ａ〜Ｆのどれに該当するかを判定することにより、サンプリングされた周波数データの中に測定点Ｏにおける周波数データが含まれているか否かを判定する。
【００７５】
図４において、判定基準Ａに示す傾きの外形は、ヘッド部分２ａのＸ方向成分ＶＸが、１個目の周波数データの計測時から所定の増加傾向をもつ場合を示している。すなわち、この判定基準Ａに該当する場合、サンプリングされた周波数データは、バッター３がバット２をスイングし始めてからそのヘッド部分２ａが測定点Ｏに達していないときのものであると言える。この場合、これら周波数データ中には測定点Ｏにおける周波数データが含まれていない。従って、上記Ｓ１１においてこの判定基準Ａに該当すると判定された場合には、上記Ｓ６に移行して上記データ数カウンターをリセットした後（Ｓ６）、最後に取り込んだ１５個目の周波数データを１個目の周波数データとして上記メモリ３５に格納し（Ｓ３）、上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを再び２個目の周波数データとして取り込みを開始する（Ｓ４）。
【００７６】
判定基準Ｂに示す傾きの外形は、上記Ｘ方向成分ＶＸが、１個目の周波数データの計測時から所定の増加傾向をもった後にほぼ一定とみなすことができる程度になった場合を示している。すなわち、この判定基準Ｂに該当する場合、サンプリングされた周波数データは、ヘッド部分２ａが測定点Ｏ前から該測定点にほぼ達したときのものであると言える。従って、上記Ｓ１１においてこの判定基準Ｂに該当すると判定された場合には、サンプリングした周波数データ中に測定点Ｏにおける周波数データが含まれているとして、これら周波数データを次のデータ処理工程に移行する。
【００７７】
判定基準Ｃに示す傾きの外形は、上記Ｘ方向成分ＶＸが、１個目の周波数データの計測時から不変傾向をもつ場合を示している。本実施形態で設定した周波数データ取込間隔及びそのサンプリング数の場合、上記判定基準Ｃのように速度変化がほとんどないということは考えにくく、この周波数データはむしろ超音波ノイズである可能性の方が高い。従って、上記Ｓ１１においてこの判定基準Ｃに該当すると判定された場合には、上記Ｓ６に移行して上記データ数カウンターをリセットした後（Ｓ６）、最後に取り込んだ１５個目の周波数データを１個目の周波数データとして上記メモリ３５に格納し（Ｓ３）、上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを再び２個目の周波数データとして取り込みを開始する（Ｓ４）。
【００７８】
判定基準Ｄに示す傾きの外形は、上記Ｘ方向成分ＶＸが、１個目の周波数データの計測時から予め設定された規定値以上の傾きをもって増加した後に予め設定されたもう１つの規定値以下の傾きをもって減少する場合を示している。すなわち、サンプリングした周波数データの中央部分にピークをもつ場合を示している。この判定基準Ｄに該当する場合、サンプリングされた周波数データは、ヘッド部分２ａがちょうど測定点Ｏに達したときのものであると言える。従って、上記Ｓ１１においてこの判定基準Ｄに該当すると判定された場合には、サンプリングした周波数データ中に測定点Ｏにおける周波数データが含まれているとして、これら周波数データを次のデータ処理工程に移行する。
【００７９】
判定基準Ｅに示す傾きの外形は、上記Ｘ方向成分ＶＸが、１個目の周波数データの計測時からしばらくの間はほとんど変化せず、その後所定の減少傾向をもつ場合を示している。すなわち、この判定基準Ｅに該当する場合、サンプリングされた周波数データは、ヘッド部分２ａが測定点Ｏに達して通過したときのものであると言える。従って、上記Ｓ１１においてこの判定基準Ｅに該当すると判定された場合には、サンプリングした周波数データ中に測定点Ｏにおける周波数データが含まれているとして、これら周波数データを次のデータ処理工程に移行する。
【００８０】
判定基準Ｆに示す傾きの外形は、上記Ｘ方向成分ＶＸが、１個目の周波数データの計測時から所定の減少傾向をもつ場合を示している。すなわち、この判定基準Ｅに該当する場合、サンプリングされた周波数データは、ヘッド部分２ａが測定点Ｏを通過した後のものであると言える。この場合、これら周波数データ中には測定点Ｏにおける周波数データが含まれていない可能性がある。しかし、上記Ｓ５やＳ８において何度もデータ数カウンタがリセットされた場合、Ｓ１〜Ｓ１０までの処理工程を繰り返しているうちに、測定点Ｏにおける周波数データをとり過ごしてしまうことがある。
【００８１】
今までの判断基準Ａ〜Ｅに該当しないでこの判定基準Ｆに該当したということは、この周波数データが測定点Ｏ直後にサンプリングされたものであると考えられ、また、この測定点Ｏ付近では図６に示すようにＸ方向成分ＶＸの速度変動は非常に少ない。従って、これら周波数データ中に測定点Ｏの周波数データが含まれていると推定することができる。そこで、上記Ｓ１１においてこの判定基準Ｅに該当すると判定された場合には、サンプリングした周波数データ中に測定点Ｏにおける周波数データが含まれていると推定し、これら周波数データを次のデータ処理工程に移行する。
【００８２】
上記Ｓ１１において上述した判定基準Ａ〜Ｆのどれに該当するかを判定する場合、本実施形態ではサンプリングした１個目と８個目と１５個目の周波数データを用いて各判定基準Ａ〜Ｆとの比較を行う。尚、このＳ１１においてはサンプリングした周波数データが上述した判定基準Ａ〜Ｆのどれに該当するのかを判定できればよく、上述した３つの周波数データを用いて比較する以外にも、例えば、２個目と８個目と１４個目の周波数データを用いて比較したり、１、２及び３個目の平均値と、７、８及び９個目の平均値と、１３、１４及び１５個目の平均値とを用いて比較したりしてもよい。また、このように３つの周波数データを用いて各判定基準のどれに該当するかを判定する方法以外に、例えば、適宜選択した４つや５つの周波数データ若しくは全ての周波数データを用いて判定してもよい。
【００８３】
また、このＳ１１において、サンプリングした周波数データの傾きが増加しているのか、一定であるのか、あるいは減少しているのかを判断する際、場合によっては判定基準Ａ〜Ｆのどの判断基準に該当するのかが曖昧になるが、その区別が明確となるような規定値や所定範囲を適切に設定する必要がある。この規定値や所定範囲は、測定対象物の速さその他の運動特性に応じて適宜設定する。本実施形態では、どの判定基準に該当するかの判断を以下のように行う。このとき、どの判定基準にも該当しないデータはＮＧとして、上記判定基準Ａ及びＣと同様の処理を行う。
【００８４】
１）判定基準Ａ
少なくとも８個目の周波数データよりも１５個目の周波数データの方が大きく、これらデータに相当する速度の差が２Ｋｍ／ｈ以上の時。
本実施形態では、１個目と８個目との関係は無視する。
２）判定基準Ｂ
１個目の周波数データよりも８個目の周波数データの方が大きく、これらデータに相当する速度の差が１０Ｋｍ／ｈ以下であって、かつ、
８個目の周波数データよりも１５個目の周波数データの方が大きく、これらデータに相当する速度の差が２Ｋｍ／ｈ以下の時。
３）判定基準Ｃ
１個目と８個目の周波数データの差に相当する速度差が１Ｋｍ／ｈ以下であって、かつ、
８個目と１５個目の周波数データの差に相当する速度差が１Ｋｍ／ｈ以下の時。
４）判定基準Ｄ
１個目の周波数データよりも８個目の周波数データの方が大きく、これらデータに相当する速度の差が１Ｋｍ／ｈ以上１０Ｋｍ／ｈ以下であって、かつ、
８個目の周波数データよりも１５個目の周波数データの方が小さく、これらデータに相当する速度の差が１Ｋｍ／ｈ以上１０Ｋｍ／ｈ以下の時。
５）判定基準Ｅ、Ｆ
１個目の周波数データよりも８個目の周波数データの方が小さく、これらデータに相当する速度の差が１０Ｋｍ／ｈ以下であって、かつ、
８個目の周波数データよりも１５個目の周波数データの方が小さく、これらデータに相当する速度の差が１０Ｋｍ／ｈ以下の時。
【００８５】
尚、上記判定基準についてはこれに限定されるものではなく、測定速度範囲や測定対象物に応じて適宜設定すればよい。
【００８６】
このようにして図４に示す判定基準Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｆのいずれかに該当した周波数データは、次にその移動平均値を計算する（Ｓ１２）。具体的には、１、２及び３個目の周波数データを足して３で割り、次に２、３及び４個目の周波数データを足して３で割るという計算を順次行い、その計算結果を上記メモリ３５に格納する。取り込んだ周波数データが上記Ｓ８において規定変動範囲内にあると判断された場合であってもその周波数データにノイズが含まれている可能性があるので、このように移動平均値を算出すれば、次のＳ１３で最大値を検出するときにノイズによる最大値の誤差を低減することができる。ここでは、移動平均値を算出する際に３つのデータを用いたが、４つや５つのデータから移動平均値を算出してもよい。
【００８７】
次に、これら移動平均値の中の最大値を検出する（Ｓ１３）。上述したように、サンプリングした周波数データ中の最大値を示す周波数データが測定点Ｏにおけるヘッド部分２ａのものであるので、上記Ｓ１２で計算した移動平均値の中の最大値を検出することで、測定点Ｏにおけるヘッド部分２ａの周波数データを特定することができる。
【００８８】
以上、上記データ特定部３２において、測定点Ｏにおけるヘッド部分２ａの周波数データを特定したら、特定した周波数データを上記速度演算部３３に出力する。この速度演算部３３では、上記データ特定部３２で特定された周波数ＦｉＭＡＸと上記超音波送波部１０の基準発振器１１から出力される基準周波数Ｆｏとから、数１に示す演算式に基づいて測定点ＯにおけるＸ方向成分ＶＸを演算する。このとき、測定点ＯにおけるＸ方向成分ＶＸはヘッド速度Ｖそのものであるので、この数１から直接ヘッド速度Ｖを算出できる。ここで、数１に示す演算式中の記号Ｃは音速を示している。
【００８９】
【数１】
ＦｉＭＡＸ−Ｆｏ＝２・Ｖ・Ｆｏ／（Ｃ−Ｖ）
【００９０】
また、上記数１に示す演算式で使用する音速Ｃは気温によって変動するので、正確な速度測定を行うためにはこの気温による音速変動を補正する必要がある。そこで、本実施形態では、上記温度計測器３４によって計測された気温に基づいて数２に示す演算式から正確な音速を算出し、上記数１の演算式で使用する音速Ｃを補正する。尚、数２に示す演算式中の記号ｔは上記温度計測器３４によって計測される気温を示している。
【００９１】
【数２】
Ｃ＝３３１．５＋０．６・ｔ  〔ｍ／ｓｅｃ〕
【００９２】
このようにして演算されたヘッド速度Ｖは、上記表示器４０に送られて、文字情報として利用者に表示される。尚、本実施形態では、測定したヘッド速度Ｖを報知する報知手段としてヘッド速度Ｖを表示器４０に表示して出力する表示手段を用いた構成について説明したが、これ以外にも例えば測定したヘッド速度Ｖを音声で出力する音声出力手段を用いてもよい。
【００９３】
以上、本実施形態によれば、略円運動体であるバット２のヘッド部分２ａの線速度すなわち該バットのヘッド速度を正確に測定することができる。また、本実施形態に係る測定装置１は、サンプリング数を１５個に限定してリアルタイムでデータ処理を行うので、バットスイングしたらすぐにそのヘッド速度を表示させることができる。また、このようにサンプリング数を限定することで、全部のデータをサンプリングしてからデータ処理を行う場合に比べて、上記メモリ３５のメモリ容量は小さくすることができ、装置の低コスト化、小規模化を図ることができる。
【００９４】
〔変形例１〕
次に、本実施形態におけるデータ特定部３２のデータ処理工程の変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
上記Ｓ１やＳ４において上記データ特定部３２に取り込まれる周波数データの中には、上記ヘッド部分２ａからのドップラー信号成分によるもの以外のノイズ成分が含まれる。上記実施形態で説明したデータ処理工程においては、このようなノイズ成分による周波数データを取り込んだ場合、上記Ｓ５においては規定速度範囲内にないとして、又は上記Ｓ８においては規定変動範囲内にないとして、上記Ｓ６に移行しデータ数カウンターがリセットされる。従って、上記実施形態のようにサンプリング数が１５個に設定されている場合、例えば１１個目に取り込んだ周波数データがノイズ成分であると判断されたときには、ここまでサンプリングした１０個の周波数データが無駄になってしまう。特に、判定基準ＥやＦに該当するあたりの時間帯でデータ数カウンターがリセットされると、測定点Ｏにおけるヘッド部分２ａの周波数データを取り過ごしてしまい、測定精度が悪化する。
【００９５】
そこで、本変形例では、所定数以上、例えば５個以上の周波数データを取り込んだ後にノイズ成分を取り込んでも、データ数カウンターをリセットせずにデータ処理を続行する構成としている。具体的には、５個目までの周波数データを取り込んだ後の例えば６個目の周波数データがノイズ成分であると判断された場合、上記Ｓ６及びＳ３のデータ処理を行わずに、そのまま上記Ｓ４に戻って上記周波数計測器３１からの新しい周波数データを再び６個目の周波数データとして取り込む。
【００９６】
尚、再び６個目の周波数データとして取り込んだ周波数データは、上記Ｓ７において２個前の周波数データとの差の絶対値が算出されるので、上記Ｓ８における規定変動範囲を一時的に例えば２倍程度に広げるように修正する。また、ノイズ成分があまり多く取り込まれると測定精度の悪化につながるので、例えば、該ノイズ成分の取込回数をカウントするノイズカウンターやノイズフラグを設けて、該ノイズ成分の数が所定数以上になったときにはデータ数カウンターをリセットしてデータ処理工程を最初から開始するように構成するとよい。
【００９７】
〔変形例２〕
次に、本実施形態におけるデータ特定部３２のデータ処理工程の他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
本変形例は、上記変形例１と同様に、データ処理工程の途中でノイズ成分が取り込まれてデータ処理をやり直すことによって発生する不具合を解消するものである。上記変形例１では、ノイズ成分を上記メモリ３５に格納せずに無視して、次の新しい周波数データを取り込んでデータ処理を続行するように構成したが、本変形例では、ノイズ成分の前後で取り込まれた２つの周波数データの平均値を計算し、該平均値を該ノイズ成分が格納されるべき場所に格納する。このようにノイズ成分が取り込まれた部分を補完することにより、ほぼ等時間間隔で連続する周波数データをサンプリングすることができ、上記変形例１に比べてより現実に沿ったデータの補完をすることができる。
【００９８】
〔変形例３〕
次に、本実施形態におけるデータ特定部３２のデータ処理工程の更に他の変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
上述した実施形態並びに変形例１及び２はリアルタイムでデータ処理を行う構成なのでバットスイング中に、取り込んだ各周波数データに対してＳ３からＳ１１までのデータ処理を行う。本変形例では、周波数データを格納する記憶手段として大容量のメモリを使用し、一旦すべての周波数データを取り込んで該メモリに格納するように構成する。この場合、周波数データをすべて取り込んだ後、上記データ特定部３２によって、このメモリに格納された周波数データを用いて上述したデータ処理工程を開始する。
【００９９】
〔変形例４〕
次に、本実施形態における信号選択部２８の変形例（以下、本変形例を「変形例４」という。）について説明する。
上述した実施形態並びに変形例１、２及び３においては、上記信号検出器群２７から同時に複数の検出信号Ｓｆが出力された場合、上記信号選択部２８では最も周波数の高い検出信号を選択するようにして、受波したドップラー信号成分の中からヘッド部分２ａに対応するものを抽出するように構成されている。しかし、上記信号検出器群２７の信号検出器が検出可能な閾値を超える信号レベルをもつ帯域信号Ｓｅが１つしか存在しない場合には、該信号検出器群からは１つの検出信号しか出力されない。この場合、上記信号選択部２８は、この検出信号に対応する帯域信号Ｓｆをヘッド部分２ａに対応するものとして抽出することになる。このため、ヘッド部分２ａ以外のドップラー信号成分が抽出されることがある。
【０１００】
このようにヘッド部分２ａ以外のドップラー信号成分が抽出された場合、その周波数データによるＸ方向速度は図６に示したように経時変動が大きい。このため、上記データ特定部３２のデータ処理工程におけるＳ８で規定変動範囲を超えると判断され、測定結果に影響を及ぼすことはほとんどない。しかし、ごく希に、例えばバッター３の身体による周波数データが、上記Ｓ８における規定変動範囲内に収まり、かつ、上記Ｓ１１における判定基準も満たすと判定される場合がある。このような場合、上述した実施形態並びに変形例１、２及び３の測定装置においては、測定点Ｏにおける周波数データをサンプリングする前に、このバッターの身体の移動速度をヘッド速度として演算して速度測定を終了してしまう。
【０１０１】
そこで、本変形例においては、上記信号選択部２８を、上記信号検出器群２７における最も高い周波数帯域ＨＨ用の信号検出器からの検出信号Ｓｆのみを受け取り、該検出信号を受け取ったときだけ上記出力切換器２９を制御して、該検出信号に対応する帯域信号Ｓｈを上記信号処理部３０に出力させるように構成している。上述したバッター３の身体等からのドップラー信号成分は、ヘッド部分２ａに比べてその周波数帯域が低いため、このようなドップラー信号成分のほとんどは上記周波数帯域ＨＨ以外の周波数帯域用の信号検出器に検出される。従って、本変形例においては、上記信号選択部２８において、このようなヘッド部分２ａ以外のドップラー信号成分を速度測定から除去することができ、誤測定を防ぐことが可能となる。
【０１０２】
上述した実施形態並びに変形例１、２及び３の測定装置は、上記データ特定部３２以外の構成が、上記Ｘ方向に略直線運動するボール等を測定する従来の速度測定装置とほぼ同じである。また、このデータ特定部３２のデータ処理動作は、従来の速度測定装置に設けられた上記信号選択部部２８及び速度演算部３３の動作を実行するＣＰＵ等の演算器によって行うことができる。すなわち、上記データ処理工程をこの演算器を動作させるアルゴリズムで実現すれば、既存の速度測定装置の構造をそのまま利用し、そのアルゴリズムを変更するだけで、略円運動体の線速度を測定することが可能となる。
【０１０３】
また、これにより、例えば、ボールの球速を測定する機能と、バットのヘッド速度を測定する機能とを併せ持つ測定装置を提供することも可能となる。この場合、この測定装置に測定モードを切り換える切換手段を設け、ヘッド速度を測定するときには上記演算器が上記データ特定部３２のデータ処理工程を実行し、ボールの球速を測定するときには該演算器が従来のボールの球速を測定するデータ処理工程を実行するようにすればよい。
【０１０４】
尚、上述した実施形態並びに変形例１、２、３及び４においては、受波した超音波中のドップラーシフトを受けたドップラー信号成分の周波数を用いて速度演算する構成について説明したが、本発明は、ドップラーシフトを受けた反射波のドップラー効果を利用して測定対象物の速度演算を行うことができれば、例えば、上記ノッチフィルタ２５の後に、該ノッチフィルタから出力された周波数Ｆｉのドップラー信号成分と基準周波数Ｆｏの基準信号とを混合する混合器としてのミキサを追加した構成としてもよい。この場合、上記フィルタ群２６には、ドップラー信号成分ではなく、上記ミキサによって得られた差分周波数Ｆｄ（Ｆｄ＝Ｆｉ−Ｆｏ）をもつ差分信号成分が入力されることになるので、これに対応して各部を適宜設定することになる。このとき、上記速度演算部３３では、数１に示した演算式にＦｄ＝Ｆｉ−Ｆｏを代入して得られる演算式に基づいて速度演算をするように構成する。
【０１０５】
また、上述した実施形態並びに変形例１、２、３及び４におけるフィルタ群２６、信号検出器群２７、信号選択部２８、出力切換器２９、周波数計測器３１、データ特定部３２及び速度演算部３３に変え、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、これら各部の機能を有するディジタル信号処理手段とで構成してもよい。このディジタル信号処理手段としては、ＤＳＰや高性能マイコン等を用いてもよい。尚、上記ディジタル信号処理手段に持たせる機能は、上述したフィルタ群２６、信号検出器群２７、信号選択部２８、出力切換器２９、周波数計測器３１、データ特定部３２及び速度演算部３３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。
【０１０６】
また、上述した実施形態並びに変形例１、２、３及び４においては、ヘッド速度の測定に使用する波として超音波を利用した構成について説明したが、本発明は、測定対象物に反射することができ、そのときのドップラー効果を利用して速度演算することができるものであれば、例えば電波やコヒーレントな光を利用することも可能である。
【０１０７】
また、上述した実施形態並びに変形例１、２、３及び４においては、バットのヘッド速度を測定する測定装置に適用した態様ついて説明したが、本発明は、略円軌道を描いて運動する略円運動体、特に毎回異なる速度で運動するものであれば、例えば、ゴルフクラブのヘッド速度、円盤投げやハンマー投げの投擲時の回転速度を測定することも可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１乃至８の発明によれば、波を利用して線速度測定を行うため、従来より測定対象物である略円運動体から離れた位置から測定することができる略円運動体の線速度測定方法を提供することができるという優れた効果がある。
また、受波したドップラー信号成分の中から測定点における略円運動体によるドップラー信号成分を特定することができるので、測定点における線速度を高い精度で測定することができるという優れた効果もある。
また、サンプリング数が少なくても測定点における特定サンプリング値を特定することが可能となり、サンプリングデータを記憶する記憶手段の記憶容量を小さく抑え、装置の小型化、小規模化を図ることができるという優れた効果がある。
また、ノイズ等によるサンプリングデータを除去して、誤計測の要因を低減することができるという優れた効果もある。
特に、請求項２の発明によれば、測定対象物に向けて送波した波その他のノイズによる影響を少なくすることができるので、より高い精度で線速度測定を行うことができるという優れた効果がある。
また、請求項３、４及び６の発明によれば、線速度測定がＮＧになる頻度を低くすることができ、線速度測定の安定性を向上することができるという優れた効果がある。
また、請求項７の発明によれば、サンプリングデータ中にノイズが含まれている場合であっても、該ノイズによる測定誤差を軽微に抑えることができるので、より高い精度で線速度測定を行うことができるという優れた効果がある。
請求項８の発明によれば、太陽光に影響を受けずに速度測定を行うことができるので、屋外での測定が可能な略円運動体の線速度測定方法を提供することができるという優れた効果がある。
請求項９乃至１２の発明によれば、波を利用して線速度測定を行うため、従来より測定対象物である略円運動体から離れた位置から測定することができる略円運動体の線速度測定装置を提供することができるという優れた効果がある。
また、受波したドップラー信号成分の中から測定点における略円運動体によるドップラー信号成分を特定することができるので、測定点における線速度を高い精度で測定することができるという優れた効果もある。
また、サンプリング数が少なくても測定点における特定サンプリング値を特定することが可能となり、サンプリングデータを記憶する記憶手段の記憶容量を小さく抑え、装置の小型化、小規模化を図ることができるという優れた効果がある。
また、ノイズ等によるサンプリングデータを除去して、誤計測の要因を低減することができるという優れた効果もある。
特に、請求項１０の発明によれば、測定対象物に向けて送波した波その他のノイズによる影響を少なくすることができるので、より高い精度で線速度測定を行うことができるという優れた効果がある。
また、請求項１１の発明によれば、上述した請求項３乃至７の線速度測定方法の効果をもって線速度測定を行うことができるという優れた効果がある。
また、請求項１２の発明によれば、サンプリングデータ中にノイズが含まれている場合であっても、該ノイズによる測定誤差を軽微に抑えることができるので、より高い精度で線速度測定を行うことができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における測定システムの概略構成図。
【図２】実施形態に係る測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図３】同測定装置のデータ特定部におけるデータ処理動作を示すフローチャート。
【図４】同データ特徴部のデータ処理工程におけるデータ傾き判定で使用する判定基準表。
【図５】スイング時におけるバット位置の経時変化を示す概略図。
【図６】同バットスイング時における測定範囲内のＸ方向速度の時間に対する変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１      測定装置
２      バット
２ａ    ヘッド部分
３      バッター
１０    超音波送波部
１３    超音波送波器
２０    超音波受波部
２１    超音波受波器
２５    ノッチフィルタ
２６    フィルタ群
２７    信号検出器群
２８    信号選択部
２９    出力切換器
３０    信号処理部
３１    周波数計測器
３２    データ特定部
３３    速度演算部
３４    温度計測器
４０    表示器
【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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