JP2012233773A - 移動体の速度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の移動速度を検出できる範囲を大きく確保でき、かつ、打撃前後の移動体の移動速度、移動体を打撃する物体の速度を同時に計測する。
【解決手段】ドップラーセンサ１４を用いて打撃領域の前方から打撃領域に向かって移動するボール２と、打撃領域でボール２を打撃するバット４と、打撃されたあとのボール２とに向けて送信波Ｗ１を送信し、バット４とボール２とで反射された反射波Ｗ２を受信してドップラー信号Ｓｄを検出する。ドップラー信号Ｓｄから変換された中間データは蓄積部３０に時間経過に従って順番に予め定められた蓄積期間分蓄積される。計測部１８は、蓄積部３０に蓄積された中間データに基づいて打撃時点を特定し、ボール２がアンテナ１２に接近する方向に移動する接近速度、ボール２がアンテナ１２から離間する方向に移動する離間速度、バット４の速度である物体速度を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は移動体の速度計測装置に関する。

人がゴルフクラブをスイングしてゴルフボールを打撃したときのゴルフクラブのスイング速度を検出する装置が提案されている（特許文献１参照）。この装置は、撮像装置によって得られたゴルフクラブの画像情報に基づいてスイング速度を求めている。
また、人が野球バットやテニスラケットなどのスイング部材をスイングしてボールを打撃したときのスイング部材のスイング速度を検出する装置が提案されている（特許文献２参照）。この装置は、光センサによって検出されたスイング部材の通過時間に基づいてスイング速度を算出している。

特開２００２−９０３８０号公報 特開平０２−２４９５６５号公報

しかしながら、上記従来技術では、撮像装置や光センサを用いているため、測定範囲が限定されている。したがって、定められた測定範囲内に置かれたボールをゴルフクラブやスイング部材で打撃しなくてはならない。
そのため、人やピッチングマシンなどから投球されたボールをバットで打撃するといったように、打撃する位置がばらついて撮像装置や光センサの測定範囲から逸脱するような場合は計測が困難である。
また、スイング速度を計測する場合と同様の原理によりボールの移動速度を測定することもできるが、従来は、例えば投球されたボールの速度のみを測定するか、バットのスイング速度のみを測定するか、打撃されたボールの速度のみを計測するかの何れかに留まっている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、移動体の移動速度を検出できる範囲を大きく確保でき、かつ、打撃される前の移動体の移動速度、打撃された後の移動体の移動速度、移動体を打撃する物体の速度を同時に計測することができる移動体の速度計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の移動体の速度計測装置は、打撃領域の前方から前記打撃領域に向かって移動する移動体と、前記打撃領域で前記移動体を打撃する物体と、前記打撃されたあとの前記移動体とに向けて前記打撃領域の後方から送信波をアンテナから送信すると共に、前記物体と前記移動体とで反射された反射波を前記アンテナで受信し、ドップラー周波数を有するドップラー信号を生成するドップラーセンサと、前記ドップラー信号を、前記ドップラー周波数に対応付けられた中間データに変換すると共に、前記中間データを予め定められたサンプリング周期でサンプリングする検出部と、前記検出部でサンプリングされた前記中間データを時間経過に従って順番に予め定められた蓄積期間分蓄積する蓄積部と、前記蓄積期間のうち前記物体が前記移動体を打撃した時点である打撃時点を特定する打撃時点特定部と、前記蓄積部に蓄積された前記中間データのうち前記蓄積期間の開始時点から前記打撃時点までの期間である第１期間Ｔ１に蓄積された中間データに基づいて前記移動体が前記アンテナに接近する方向に移動する接近速度を算出する接近速度算出部と、前記蓄積部に蓄積された前記中間データのうち前記打撃時点から前記蓄積期間の終了時点までの期間である第２期間Ｔ２に蓄積された中間データに基づいて前記移動体が前記アンテナから離間する方向に移動する離間速度を算出する離間速度算出部と、前記打撃時点に対応する中間データに基づいて前記打撃時点における前記物体の速度である物体速度を算出する物体速度算出部とを備えることを特徴とする。

本発明によればドップラーセンサによって得られるドップラー信号に基づいて物体が移動体を打撃した打撃時点を特定し、特定した打撃時点を利用して移動体の近接速度、離間速度、物体の物体速度をそれぞれ算出するようにしたので、移動体および物体の移動速度を検出できる範囲を大きく確保でき、かつ、打撃される前の移動体の移動速度、打撃された後の移動体の移動速度、移動体を打撃する物体の速度を同時に計測することができる。

第１の実施の形態の移動体の速度計測装置１０の構成を示すブロック図である。 速度計測装置１０の機能ブロック図である。 ドップラー信号Ｓｄをウェーブレット解析した結果を示す図である。 速度計測装置１０の動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における速度計測装置１０の機能ブロック図である。 第３の実施の形態における速度計測装置１０の機能ブロック図である。 図３において周波数分布Ａ，Ｂの双方が存在している時点ｔＡにおけるドップラー信号Ｓｄの周波数分布を示す模式図である。 第４の実施の形態における速度計測装置１０の機能ブロック図である。 ドップラー信号Ｓｄの連続ＦＦＴ処理の一例を示す説明図である。 ドップラー信号Ｓｄの連続ＦＦＴ処理の他の例を示す説明図である。 時系列の周波数分布データの一例を示す図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態に係る移動体の速度計測装置１０（以下速度計測装置１０という）の構成を示すブロック図、図２は移動体の速度計測装置１０の機能ブロック図である。

本実施の形態では、移動体が野球用のボール２であり、速度計測装置１０が、野球用のバット（物体）４によって打撃された際のボール２およびバット４の移動速度を計測する場合について説明する。なお、移動体は、様々な球技用のボールであってもよく、物体によって打撃されることで空間を移動するものであればよい。

図１に示すように、本実施の形態の速度計測装置１０は、アンテナ１２と、ドップラーセンサ１４と、信号処理回路１６と、計測部１８と、表示部２２と、操作部２４などを含んで構成されている。

アンテナ１２は、ドップラーセンサ１４から供給される送信信号に基づいて送信波Ｗ１としてのマイクロ波をボール２とバット４とに向けて送信すると共に、ボール２とバット４とで反射された反射波Ｗ２を受信して受信信号をドップラーセンサ１４に供給するものである。
また、バット４でボール２を打撃する空間を打撃領域とし、打撃領域は、ドップラーセンサ１４の前方に設定されている。
したがって、アンテナ１２は、打撃領域の前方から打撃領域に向かって移動するボール２と、打撃領域でボール２を打撃するバット４と、打撃されたあとのボール２とに向けて打撃領域の後方から送信波Ｗ１を送信すると共に、バット４とボール２とで反射された反射波Ｗ２を受信して受信信号をドップラーセンサ１４に供給するものである。

ドップラーセンサ１４は、アンテナ１２に前記送信信号を供給すると共に、アンテナ１２から供給される前記受信信号を受け付けてドップラー信号Ｓｄを検出するものである。
ドップラー信号とは、前記送信信号の周波数Ｆ１と前記受信信号の周波数Ｆ２との差分の周波数Ｆ１−Ｆ２で定義されるドップラー周波数Ｆｄを有する信号である。
ドップラーセンサ１４は、市販されている種々のものが使用可能である。
なお、前記の送信信号としては、例えば、２４ＧＨｚのマイクロ波が使用可能であり、ドップラー信号Ｓｄを得られるものであれば送信信号の周波数は限定されない。

ここで、ドップラーセンサ１４を用いた速度検出の原理について説明する。
従来から知られているように、ドップラー周波数Ｆｄは式（１）で表される。
Ｆｄ＝Ｆ１−Ｆ２＝２・Ｖ・Ｆ１／ｃ （１）
ただし、Ｖ：ボール２あるいはバット４の速度、ｃ：光速（３・１０^８ｍ／ｓ）
したがって、（１）式をＶについて解くと、（２）式となる。
Ｖ＝ｃ・Ｆｄ／（２・Ｆ１） （２）
したがって、速度Ｖは、ドップラー周波数Ｆｄに比例することになる。
したがって、ドップラー信号Ｓｄからドップラー周波数Ｆｄの周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分から式（２）に基づいてボール２の速度Ｖを求めることができる。

次に、ドップラーセンサ１４によってボール２とバット４とを検出した場合のドップラー周波数Ｆｄの計測結果について説明する。
図３は、ドップラー信号Ｓｄをウェーブレット解析した結果を示す図である。
横軸は時間ｔ（ｍｓ）、縦軸はドップラー周波数Ｆｄ（Ｈｚ）および移動体の速度Ｖ（ｍ／ｓ）を示す。
このような線図は、例えば、ドップラー信号Ｓｄをサンプリングしてデジタルオシロスコープに取り込んでデジタルデータに変換し、該デジタルデータをパーソナルコンピュータなどを用いてウェーブレット解析、あるいは、連続ＦＦＴ解析することで得られる。

図３は、予め定められた打撃領域に向かって投げられたボール２が、スイングされたバット４によって打撃される前後の過程を示している。
符号Ａで示される周波数分布（速度分布）は、ボール２が打撃領域（アンテナ１２）に向かって近接する方向に移動する期間において、ボール２で反射された反射波に対応するドップラー周波数Ｆｄ（速度Ｖ）の検出結果を示している。
符号Ｂで示される周波数分布（速度分布）は、スイングされたバット４がボール２を打撃する前後の期間において、バット４で反射された反射波に対応するドップラー周波数Ｆｄ（速度Ｖ）の検出結果を示している。
符号Ｃで示される周波数分布（速度分布）は、バット４で打撃されたボール２が打撃領域（アンテナ１２）から離間する方向に移動する期間において、ボール２で反射された反射波に対応するドップラー周波数Ｆｄ（速度Ｖ）の検出結果を示している。
なお、図３に示す周波数分布Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、ハッチングで示した部分はドップラー信号Ｓｄの強度が大きく、実線で示した部分はドップラー信号Ｓｄの強度がハッチングで示した部分よりも小さいことを示している。

周波数分布Ａは、打撃領域に接近する方向に移動するボール２がドップラーセンサ１４の検出領域内に進入した時点から計測されほぼ一定速度で移動する過程を示している。
周波数領域Ｂは、スイングされたバット４がドップラーセンサ１４の検出領域内に進入した時点から計測され時間経過と共に増速し、バット４がボール２を打撃した時点を境として時間経過と共に減速する過程を示している。
また、周波数分布Ｃは、バット４で打撃されたボール２が打撃領域から離間する方向にほぼ一定速度で移動する過程を示している。本例では、周波数分布Ａよりも周波数分布Ｃの周波数が高く、したがって、バット４で打撃される前のボール２の移動速度よりも、バット４で打撃された後のボール２の移動速度４が高い。
このようにボール２とバット４とが同時に移動している場合には、これら複数の周波数分布が混在して検出されることから、ボール２とバット４の移動速度を特定して計測することは困難である。

そこで、本発明者らは図３に示す測定結果に基づいて以下の知見を得た。
（１）バット４の移動速度Ｖ（ドップラー周波数Ｆｄ）は、ボール２を打撃することで大きく減速する。
すなわち、バット４の移動速度Ｖ（ドップラー周波数Ｆｄ）の単位時間当たりの変化量は、ボール２の打撃時に大きく変化する。
バット４の最高速度（いわゆるヘッド速度）は、打撃前の期間におけるバット４の移動速度Ｖの最高速度となる。
すなわち、バット４の最高速度は、図３の周波数分布Ｂにおけるドップラー周波数Ｆｄの最高周波数に対応する移動速度となる。
すなわち、ドップラー周波数Ｆｄの変化率が正から負に反転する部分に対応する移動速度が最高速度であり、この最高速度が生じた時点でバット４がボール２を打撃している。
（２）一方、ボール２の移動速度Ｖ（ドップラー周波数Ｆｄ）は、バット４によって打撃される前の期間と、バット４によって打撃された後の期間とで、それぞれ、ほぼ一定速度とみなすことができる。
したがって、バット４で打撃される前のボール２の移動速度は、図３の周波数分布Ａにおけるドップラー周波数Ｆｄに対応する移動速度となる。
また、バット４で打撃された後のボール２の移動速度は、図３の周波数分布Ｃにおけるドップラー周波数Ｆｄに対応する移動速度となる。
（３）上述のことから、バット４がボール２を打撃した打撃時点ｔｉｍｐを特定することにより、周波数分布Ａ，Ｂ，Ｃを判別することができる。
判別した周波数分布Ｂにおける最高速度を求めることでバット４の最高速度を計測できることになる。
また、判別した周波数分布Ａ，Ｃにおける平均速度を求めることでボール２の打撃前後の移動速度をそれぞれ計測することができることになる。
本発明はこのようなこのような知見に基づいて、ボール２，バット４の移動速度の変化が互いに異なる傾向および特徴を有することに基づいてボール２，バット４の移動速度を的確に計測するものである。

図１に戻って説明を続ける。
信号処理回路１６は、ドップラーセンサ１４から供給されるドップラー信号Ｓｄを増幅するものである。

計測部１８は、信号処理回路１６から供給される増幅処理されたドップラー信号Ｓｄを入力して種々の処理を行うことにより、ボール２，バット４の速度を算出するものである。
本実施の形態では、計測部１８は、マイクロコンピュータ２６によって構成されている。
マイクロコンピュータ２６は、ＣＰＵ２６Ａと、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ２６Ｂ、ＲＡＭ２６Ｃ、インターフェース２６Ｄ、表示用ドライバ２６Ｅなどを含んで構成されている。
ＲＯＭ２６ＢはＣＰＵ２６Ａが実行する速度計測用プログラムなどを格納し、ＲＡＭ２６Ｃはワーキングエリアを提供するものである。
インターフェース２６Ｄは、信号処理回路１６から供給される２値化信号を入力してＣＰＵ２６Ａに供給し、また、操作部２４からの操作信号を受け付けてＣＰＵ２６Ａに供給するものである。
表示用ドライバ２６ＥはＣＰＵ２６Ａの制御に基づいて表示部２２を駆動するものである。

図５はマイクロコンピュータ２６の構成を機能ブロックで示した速度計測装置１０のブロック図である。
マイクロコンピュータ２６は、機能的には、検出部２８と、蓄積部３０と、打撃時点特定部３２と、接近速度算出部３４と、離間速度算出部３６と、物体速度算出部３８と、飛距離算出部４０と、制御部４４とを含んで構成されている。
また、蓄積部３０と、打撃時点特定部３２と、接近速度算出部３４と、離間速度算出部３６と、物体速度算出部３８と、飛距離算出部４０と、制御部４２とは、ＣＰＵ２６Ａが前記速度計測用プログラムを実行することで実現されるものであるが、これらの部分は、回路等のハードウェアで構成されたものであってもよい。

検出部２８は、信号処理回路１６から供給される増幅されたドップラー信号Ｓｄを予め定められた閾値を基準としてローレベルとハイレベルとの２値をとる２値化信号に変換し、２値化信号をドップラー周波数Ｆｄに対応付けられた中間データに変換すると共に、中間データを予め定められたサンプリング周期でサンプリングするものである。
ドップラー信号Ｓｄの周期は２値化信号の周期に対応することになり、言い換えると、ドップラー信号Ｓｄの周波数は２値化信号の周波数に対応することになる。
本実施の形態では、検出部２８は、２値化信号の周期をカウンタを用いて計数することにより２値化信号の周期を中間データとして生成する。すなわち、中間データの変換は、ドップラー信号を２値化することにより得た２値化信号の周期を中間データとして得ることでなされる。
言い換えると、検出部２８は、ドップラー信号Ｓｄの周期をカウントすることにより時系列データとしての周期データを得ることにより、この周期データをドップラー周波数Ｆｄに対応付けられた中間データとして生成する。
したがって、中間データの値とドップラー周波数Ｆｄは反比例することになる。

本実施の形態では、検出部２８によって特許請求の範囲における「ドップラー信号を、ドップラー周波数に対応付けられた中間データに変換すると共に、中間データを予め定められたサンプリング周期でサンプリングする検出部」が構成されている。
なお、本実施の形態では、ドップラー周波数Ｆｄに対応付けられた中間データが周期のデータである場合について説明するが、中間データはドップラー周波数Ｆｄを表す周波数のデータであってもよい。
しかしながら、中間データとして周波数のデータを用いる場合には、信号処理としてＦＦＴ変換を行うなど処理回路の構成が複雑となりまた処理時間が長くなるなどの不利がある。これに対して本実施の形態のように、中間データとして周期のデータを用いると、処理回路の構成が簡素化され処理時間の短縮化を図る上でも有利となる。

蓄積部３０は、検出部２８でサンプリングされた中間データを時間経過に従って順番に予め定められた蓄積期間分蓄積するものであり、本実施の形態では、記憶手段としてのＲＡＭ２６Ｃで構成され、ＣＰＵ２６Ａの制御により蓄積動作の開始と停止が制御される。
より詳細には、蓄積部３０は、１回の計測動作が開始されると、中間データが垂れ流し方式で蓄積される。したがって、予め定められた蓄積期間に相当する中間データが蓄積されると、蓄積部３０は、新たな中間データを既に蓄積された中間データに対して上書きしながら蓄積する。これにより、蓄積部３０は、常に蓄積期間に相当する最新の中間データを蓄積する。
蓄積部３０は、バット４が打撃領域（ドップラセンサ１４の計測エリア）に進入することによりドップラー信号Ｓｄのレベル（反射波の強度）が予め定められた値以上となったか否かを判定するように構成されている。
そして、ドップラー信号Ｓｄのレベルが予め定められた値を検知した時点を起点（トリガー）として、蓄積期間が終了した時点で蓄積動作を停止する。これにより予め定められた蓄積期間に相当する中間データが蓄積部３０に蓄積されることになる。
なお、蓄積期間は、バット４の離間速度を計測するに足る中間データを確保できるように予め設定しておく。

打撃時点特定部３２は、蓄積期間のうち物体が移動体を打撃した時点である打撃時点ｔｉｍｐを特定するものである。
本実施の形態では、打撃時点特定部３２は、蓄積部３０に蓄積された中間データのうち変化率が正から負にあるいは負から正に反転する部分を特定し、かつ、該特定した中間データの部分に対応する時点を打撃時点ｔｉｍｐとして特定する。
すなわち、図３に示した周波数分布Ｂのピーク、言い換えると、周波数分布Ｂのうち変化率が正から負にあるいは負から正に反転する部分に対応する時点を打撃時点ｔｉｍｐｔとして特定する。

接近速度算出部３４は、蓄積部３０に蓄積された中間データのうち蓄積期間の開始時点から打撃時点ｔｉｍｐまでの期間である第１期間Ｔ１に蓄積された中間データに基づいてボール２がアンテナ１２に接近する方向に移動する接近速度を算出するものである。
すなわち、図３に示した周波数分布Ａに基づいてボール２がアンテナ１２に接近する方向に移動する接近速度を算出する。
なお、周波数分布Ｂの影響を除くため、接近速度算出部３４は、第１期間Ｔ１に周波数分布Ｂが含まれないように、打撃時点ｔｉｍｐから予め定められた第１除外期間ΔＴ１遡った期間を除外した期間Ｔ１−ΔＴ１に蓄積された中間データに基づいてボール２がアンテナ１２に接近する方向に移動する接近速度を算出する。
このような第１除外期間ΔＴ１は実測結果に基づいて適宜設定される。

離間速度算出部３６は、蓄積部３０に蓄積された中間データのうち打撃時点ｔｉｍｐから蓄積期間の終了時点までの期間である第２期間Ｔ２に蓄積された中間データに基づいてボール２がアンテナ１２から離間する方向に移動する離間速度を算出する。
すなわち、図３に示した周波数分布Ｃに基づいてボール２がアンテナ１２から離間する方向に移動する接近速度を算出する。
なお、周波数分布Ｂの影響を除くため、離間速度算出部３６は、第２期間Ｔ２に周波数分布Ｂが含まれないように、打撃時点ｔｉｍｐから予め定められた第２除外期間ΔＴ２後の期間を除外した期間Ｔ２−ΔＴ２に蓄積された中間データに基づいてボール２がアンテナ１２から離間する方向に移動する離間速度を算出する。
このような第２除外期間ΔＴ２は実測結果に基づいて適宜設定される。

物体速度算出部３８は、打撃時点ｔｉｍｐに対応する中間データに基づいて打撃時点ｔｉｍｐにおけるバット４の速度である物体速度を算出するものである。

飛距離算出部４０は、離間速度に基づいてボール２の飛距離を算出するものである。
飛距離算出部４０によるボール２の飛距離の算出は以下のようになされる。
予め離間速度とボール２の飛距離とを実測しておき、離間速度と飛距離との相関関係を示すマップ、あるいは、離間速度と飛距離との相関関係を示す相関式を作成し、飛距離算出部４０にマップあるいは相関式を設定しておく。
飛距離算出部４０は、算出された離間速度に基づいてマップあるいは相関式から飛距離を算出する。

制御部４２は、操作部２４が受け付けた操作に応じて計測部１８の制御を行う。
また、制御部４２は、計測部１８によって算出された接近速度、離間速度、物体速度、飛距離などの情報を表示部２２に表示させる。

操作部２４は、速度計測装置１０の電源スイッチや計測動作の設定などを行う際に操作されるものである。
表示部２２は、速度計測装置１０の動作状態や計測部１８によって算出された前記の各情報を表示するものである。

次に、速度計測装置１０の動作に図４のフローチャートを参照して説明する。
以下では、バッティングセンターなどのように、ピッチングマシンから打撃領域に向けて投球されたボール２を打撃領域の近傍に立つ使用者がバット４をスイングして打撃する場合について説明する。
予め、速度計測装置１０のアンテナ１２は、打撃領域の後方箇所で打撃領域に向けて（前方に向けて）配置されている。
次いで、アンテナ１２は、地面の上に載置してもよいし、あるいは、三脚などの固定具を介して設置してもよい。

使用者が速度計測装置１０の操作部２４を操作して速度計測装置１０を計測が可能な計測モードに設定する（ステップＳ１０）。
これにより、計測動作が開始され、アンテナ１２から送出された送信波Ｗ１がボール２およびバット４に当たり、反射波Ｗ２がアンテナ１２に受信可能な状態となる。
したがって、ステップＳ１０以降、送信波Ｗ１が送信されると共に、反射波Ｗ２が生じるとドップラーセンサ１４で受信され、ドップラーセンサ１４でドップラー信号Ｓｄが生成され、ドップラー信号Ｓｄは、信号処理回路１６によって増幅されたのち、検出部２８によってドップラー周波数Ｆｄに対応付けられた中間データに変換され、この中間データがサンプリングされ、時系列データとして蓄積部３０に蓄積される（ステップＳ１２、Ｓ１４）。
すなわち、速度計測装置１０の計測動作が開始された以降、中間データは蓄積部３０に垂れ流し方式で蓄積される。

次に、ピッチングマシンから投球されたボール２を使用者がバット４をスイングして打ち出す（ステップＳ１６）。
すると、ボール２の投球あるいはバット４のスイングにより、反射波Ｗ２が生じ、ドップラー信号Ｓｂ、中間データが生成される。
これにより、図３に示すような周波数分布Ａ，Ｂ，Ｃに相当する中間データが蓄積部３０に蓄積される。
打撃時点特定部３２は、中間データが生成されたならば、蓄積部３０の蓄積期間のうち物体が移動体を打撃した時点である打撃時点ｔｉｍｐを特定する（ステップＳ１８）。
接近速度算出部３４は、ボール２がアンテナ１２に接近する方向に移動する接近速度を算出する（ステップＳ２０）。
離間速度算出部３６は、ボール２がアンテナ１２から離間する方向に移動する離間速度を算出する（ステップＳ２２）。
物体速度算出部３８は、打撃時点ｔｉｍｐにおけるバット４の速度である物体速度を算出する（ステップＳ２４）。
飛距離算出部４０は、離間速度に基づいてボール２の飛距離を算出する（ステップＳ２６）。
そして、制御部４２は、接近速度、離間速度、物体速度、飛距離の情報を表示部２２に表示させる（ステップＳ２８）。
以上で一連の計測動作が終了する。

以上説明したように本実施の形態によれば、ドップラーセンサによって得られるドップラー信号に基づいてバット４がボール２を打撃した打撃時点ｔｉｍｐを特定し、特定した打撃時点ｔｉｍｐを利用してボール２の近接速度、離間速度、バット４の物体速度をそれぞれ算出するようにした。
したがって、ボール２、バット４の移動速度を検出できる範囲を大きく確保でき、かつ、打撃される前の移動体の移動速度、打撃された後の移動体の移動速度、移動体を打撃する物体の速度を同時に計測することができ、ひいては使用者の利便性の向上を図る上で有利となる。
また、従来は、撮像装置や光センサを用いているため、計測環境における外光や照明の明るさの変化の影響を受けやすく、装置のキャリブレーションが煩雑であり、運用コストがかさむ欠点がある。
これに対して本実施の形態では、ドップラーセンサを用いるため、計測環境における外光や照明の明るさの変化の影響を受けることがなく、装置の運用コストを抑制する上で有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、蓄積部３０に蓄積された中間データのうち変化率が正から負にあるいは負から正に反転する部分を特定し、かつ、該特定した中間データの部分に対応する時点を打撃時点ｔｉｍｐとして特定する場合について説明した。
しかしながら、このように中間データの変化率に基づいて打撃時点ｔｉｍｐを特定する処理は必ずしも簡単ではないことが考えられる。
そこで、第２の実施の形態では、ボール２がバット４で打撃される前と後とで移動する方向が反転することに着目して、より簡単な構成によって打撃時点ｔｉｍｐを特定できるようにしたものである。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材について同一の符号を付してその説明を省略し、あるいは、簡単に行う。

図５は第２の実施の形態における速度計測装置１０の機能ブロック図である。
第２の実施の形態では、ドップラーセンサとして、位相が９０度異なる第１ドップラー信号Ｓｄ１と第２ドップラー信号Ｓｄ２とを出力するいわゆるデュアルタイプのドップラーセンサ（ドップラーモジュール）と呼ばれるものを使用する。このようなデュアルタイプのドップラーセンサ（ドップラーモジュール）は、例えば、「小電力マイクロ波応用技術と装置（電気書院 平成１７年１０月２０日発行）」の７２ｐ〜７７ｐに記載されているように公知のものであり市販されている。
このデュアルタイプのドップラーセンサでは、送信波Ｗ１を送信する対象となる移動体がドップラーセンサ（アンテナ１２）に近接する方向に移動しているのか、離間する方向に移動しているのかを、第１ドップラー信号Ｓｄ１の位相が第２ドップラー信号Ｓｄ２の位相に対してπ／２進むか遅れるかに基づいて判別することができる。
そこで、第２の実施の形態では、図５に示すように、ドップラーセンサ５０が第１ドップラー信号Ｓｄ１と第２ドップラー信号Ｓｄ２とを出力するもので構成されている。
それら第１，第２ドップラー信号Ｓｄ１、Ｓｄ２の位相の関係（位相差）に基づいてボール２がドップラーセンサ５０に近接する方向に移動しているか、移動体がドップラーセンサ５０から離間する方向に移動しているかを判別する方向判別部５２を設けた。
打撃時点特定部３２は、方向判別部５２による判別結果に基づいて打撃時点ｔｉｍｐを特定するように構成されている。
なお、信号処理回路１６は、第１，第２ドップラー信号Ｓｄ１、Ｓｄ２の何れか一方のドップラー信号に基づいて中間データを生成する。
このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、打撃時点ｔｉｍｐの特定を第１，第２ドップラー信号Ｓｄ１、Ｓｄ２の位相の関係に基づいて簡単に行うことができるため、構成の簡素化を図れ、コストダウンを図る上で有利となる。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、バット４でボール２を打撃したときに発生する打撃音に基づいて打撃時点ｔｉｍｐを特定するようにしたものである。
図６は第３の実施の形態における速度計測装置１０の機能ブロック図である。
図６に示すように、第３の実施の形態では、打撃音を収音するマイク６４と、マイク６４から出力される音声信号が予め定められた大きさを超えたならばトリガ信号を生成して打撃時点特定部３２に供給するトリガ信号生成部６６とが設けられている。
これらマイク６４およびトリガ信号生成部６６によって特許請求の範囲における物体が移動体を打撃したときに発生する打撃音を検出する打撃音検出部が構成されている。
打撃時点特定部３２は、トリガ信号生成部６６から供給されるトリガ信号に基づいて打撃時点ｔｉｍｐを特定するように構成されている。
なお、打撃音が発生してからトリガ信号が生成されるまでには音波の伝達時間などの時間的な遅れがあるため、打撃時点特定部３２は、このような遅れ時間を考慮して打撃時点ｔｉｍｐを特定する。
このような第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、打撃時点ｔｉｍｐの特定を打撃音の発生に基づいて簡単に行うことができるため、構成の簡素化を図れ、コストダウンを図る上で有利となる。

（第４の実施の形態）
次に第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態は、ボール２とバット４とが同時に移動している状況においてバット２とバット４の移動速度が異なることを利用して、バットスイングの有無を判定することができるようにしたものである。

以下、バットスイングの有無を判定する原理について説明する。
図７は、図３において周波数分布Ａ，Ｂの双方が存在している時点ｔＡにおけるドップラー信号Ｓｄの周波数分布を示す模式図である。
図７に示すように、ボール２の速度に対応する周波数分布の山と、バット４の速度に対応する周波数分布の山の２つの山が存在している。
この場合、速度が異なる２つの物体、すなわち、ボール２とバット４とが同時に移動していることになる。
少なくともボール２が必ず移動しているのであれば、図７において周波数分布の山が１つしかなければ、バット４がスイングされていないことになる。これに対して、周波数分布の山が２つあれば、バット４がスイングされていることになる。
したがって、このような周波数分布の山の数に基づいてバット４のスイングの有無を判定することができる。

上記の原理に基づいてバットスイングの有無を判定するためには、ドップラー周波数の周波数分布を正確に得る必要がある。
第１乃至第３の実施の形態では、ドップラー信号を２値化することにより得た２値化信号の周期を中間データとして扱うものとした。したがって、この中間データに基づいて図７に示すようなドップラー周波数の周波数分布を得ることが考えられる。
しかしながら、ドップラー信号を２値化すると、２つ以上の周波数の信号が混在している場合、それぞれの周波数を特定することが困難である。また、ドップラー信号を２値化すると、強度の小さな信号の周波数（周期）の情報が失われてしまうため、ドップラー周波数の周波数分布を正確に得ることが困難である。

そこで、第４の実施の形態では、ドップラー信号Ｓｄを連続ＦＦＴ処理することによって時系列の周波数分布データを得ると共に、これら時系列の周波数分布データから時系列のピーク周波数を特定しこれらピーク周波数を中間データとして得るようにした。
このようにすることで、中間データを用いても、ドップラー信号Ｓｄに混在する２つの周波数を特定することができ、したがって、ボール２とバット４とが同時に移動したときに、図７に示すようなボール２に対応する周波数分布の山と、バット４に対応する周波数分布の山とを正確に検出することができる。

図８は第４の実施の形態における速度計測装置１０の機能ブロック図である。
図８に示すように、第４の実施の形態が第１乃至第３の実施の形態と相違するのは、検出部５０の機能と、新たにスイング判定部５２が設けられていることである。
検出部５０は、信号処理回路１６から供給されたドップラー信号Ｓｄを連続ＦＦＴ処理することによって時系列の周波数分布データを得ると共に、これら時系列の周波数分布データから時系列のピーク周波数を特定しこれらピーク周波数を中間データとして得るものである。

図９、図１０はドップラー信号Ｓｄの連続ＦＦＴ処理の一例を示す説明図である。
すなわち、検出部５０は、連続して得られたドップラー信号Ｓｄを予め定められた区間Δｔ毎に区切り、区間毎にＦＦＴ処理を繰り返して行う。この場合、図９に示すように、各区間Δｔを重なり合うことなく設定してもよいし、図１０に示すように各区間Δｔをオーバーラップさせて設定してもよい。
このように連続ＦＦＴ処理することによって得られた図１１に示すような時系列の周波数分布データから時系列のピーク周波数を特定しこれらピーク周波数を中間データとすれば、図３と同様の結果が得られる。
これ以降は、第１の実施の形態と同様に、蓄積部３０、打撃時点特定部３２、接近速度算出部３４、離間速度算出部３６、物体速度算出部３８、飛距離算出部４０、制御部４２が機能する。

スイング判定部５２は、蓄積部３０に蓄積された中間データの周波数解析を行うことにより得られた図７に示すような周波数の周波数分布を表す山の数に基づいてバット４のスイングの有無を判定するものである。
すなわち、図７において周波数分布の山が１つしかなければ、バット４がスイングされておらず、周波数分布の山が２つあれば、バット４がスイングされていることになる。
したがって、蓄積部３０に蓄積された中間データの周波数解析を第１，第２期間Ｔ１，Ｔ２にわたって行うことにより山の数に基づいてバット４のスイングの有無を判定することができる。
制御部４２は、接近速度、離間速度、物体速度、スイングの有無、ボール２の飛距離の情報に加えて、バットスイングの判定結果を表示部２２に表示させる。

第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと以下の効果が奏される。
すなわち、ドップラー信号を連続ＦＦＴ処理することによって時系列の周波数分布データを得ると共に、これら時系列の周波数分布データから時系列のピーク周波数を特定しこれらピーク周波数を中間データとして得るようにした。
したがって、ボール２とバット４とが同時に移動したときに、ボール２に対応する周波数分布の山と、バット４に対応する周波数分布の山とを中間データに基づいて正確に検出することができ、移動体と移動体を打撃する物体との双方の速度を同時に検出することができる。
また、スイング判定部５２により山の数に基づいてバット４のスイングの有無を判定するようにしたので、使用者の利便性の向上を図る上で有利となる。

なお、上述した実施の形態では、移動体が野球用のボール２であり、物体がバット４である場合について説明したが、移動体がテニスボールやサッカーボールであり、物体がラケットや人の足であってもよく、本発明はさまざまな移動体を物体で打撃した場合にも適用可能である。

１０……移動体の速度計測装置、１２……アンテナ、１４……ドップラーセンサ、１６……信号処理回路、１８……計測部、２２……表示部、２４……操作部、２６……マイクロコンピュータ、２８……検出部、３０……蓄積部、３２……打撃時点特定部、３４……接近速度算出部、３６……離間速度算出部、３８……物体速度算出部、４０……飛距離算出部、４２……制御部、５０……検出部、５２……スイング判定部。

Claims (8)

1. 打撃領域の前方から前記打撃領域に向かって移動する移動体と、前記打撃領域で前記移動体を打撃する物体と、前記打撃されたあとの前記移動体とに向けて前記打撃領域の後方から送信波をアンテナから送信すると共に、前記物体と前記移動体とで反射された反射波を前記アンテナで受信し、ドップラー周波数を有するドップラー信号を生成するドップラーセンサと、
   前記ドップラー信号を、前記ドップラー周波数に対応付けられた中間データに変換すると共に、前記中間データを予め定められたサンプリング周期でサンプリングする検出部と、
   前記検出部でサンプリングされた前記中間データを時間経過に従って順番に予め定められた蓄積期間分蓄積する蓄積部と、
   前記蓄積期間のうち前記物体が前記移動体を打撃した時点である打撃時点を特定する打撃時点特定部と、
   前記蓄積部に蓄積された前記中間データのうち前記蓄積期間の開始時点から前記打撃時点までの期間である第１期間Ｔ１に蓄積された中間データに基づいて前記移動体が前記アンテナに接近する方向に移動する接近速度を算出する接近速度算出部と、
   前記蓄積部に蓄積された前記中間データのうち前記打撃時点から前記蓄積期間の終了時点までの期間である第２期間Ｔ２に蓄積された中間データに基づいて前記移動体が前記アンテナから離間する方向に移動する離間速度を算出する離間速度算出部と、
   前記打撃時点に対応する中間データに基づいて前記打撃時点における前記物体の速度である物体速度を算出する物体速度算出部と、
   を備えることを特徴とする移動体の速度計測装置。
2. 前記検出部による前記中間データの変換は、前記ドップラー信号を２値化することにより得た２値化信号の周期を前記中間データとして得ることでなされる、
   ことを特徴とする請求項１記載の移動体の速度計測装置。
3. 前記検出部による前記中間データの変換は、前記ドップラー信号を連続ＦＦＴ処理することによって時系列の周波数分布データを得ると共に、これら時系列の周波数分布データから時系列のピーク周波数を特定しこれらピーク周波数を中間データとして得ることでなされる、
   ことを特徴とする請求項１記載の移動体の速度計測装置。
4. 前記打撃時点特定部は、前記蓄積部に蓄積された前記中間データのうち変化率が正から負にあるいは負から正に反転する部分を特定し、かつ、該特定した中間データの部分に対応する時点を前記打撃時点として特定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の移動体の速度計測装置。
5. 前記ドップラーセンサは、位相が９０度異なる第１ドップラー信号と第２ドップラー信号とを出力するものであり、
   前記移動体が前記ドップラーセンサに近接する方向に移動しているか、前記移動体が前記ドップラーセンサから離間する方向に移動しているかを前記第１ドップラー信号の位相と前記第２ドップラー信号の位相との関係に基づいて判別する方向判別部を備え、
   前記打撃時点特定部は、前記方向判別部による判別結果に基づいて前記打撃時点を特定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４に何れか１項記載の移動体の速度計測装置。
6. 前記物体が前記移動体を打撃したときに発生する打撃音を検出する打撃音検出部を備え、
   前記打撃時点特定部は、前記打撃音検出部による前記打撃音の検出に基づいて前記打撃時点を特定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５に何れか１項記載の移動体の速度計測装置。
7. 前記離間速度に基づいて前記移動体の飛距離を算出する飛距離算出部を設けた、
   ことを特徴とする請求項１乃至６に何れか１項記載の移動体の速度計測装置。
8. 前記蓄積部に蓄積された前記中間データの周波数解析を行うことにより得られた周波数分布を表す山の数に基づいて前記物体のスイングの有無を判定するスイング判定部を備える、
   ことを特徴とする請求項３記載の移動体の速度計測装置。

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