Apparatus for sensing an object hitting the strips disposed on a support

本発明は、支持体に配された細長片への物体衝突を感知する装置に関する。

特にスポーツ活動の実践では、頻繁に、物体の衝突を客観的且つ正確に示す必要がある。 この物体とは、例えば、競技場の決められた区域におけるテニスボールやバレーボール等、又はさらに選手の足であることができる。 この競技場の決められた区域とは、例えば、競技領域を規定する線の上、又は走り幅跳びの開始線もしくはやり投げ発射領域に極めて近接した部分等が挙げられる。

例えば、バレーボールの試合中、ボールの衝突（通常高速で投げられる）が、競技場を規定する線の内側もしくは外側に生じているか、又はその線上に生じているかを立証可能であることが必要である。 これは、試合の規則の適用が各事例によって異なるためである。 また、このような線に近接して衝突を起こす物体は、ボールであるか、又は選手の身体の一部（足、手、膝）であるかを識別可能である必要がある。 これは、この場合もやはり、この識別によって実務上の結果が異なるためである。 最終的には、衝突の瞬間において、選手が競技場端部において線の外側に留まっているか、又は、選手がその線との接触によりフットフォールトとなってしまっているかを立証可能である必要がある。

これら全ての状況は、現在、１人以上の審判員によって視覚的に監視されているが、衝突速度及び１以上の選手によって衝突地点が頻繁に隠されるという事実に関連した困難性と不確実性は避けられないものである。

これらの欠点を解消するとともに本監視を可能な限り信頼性が高く且つ客観的なものとするために、ビデオカメラシステムが既に提案されている。 しかしながら、これらは、費用が高く、複雑であり、設置が面倒であるために、特に重要なイベントの間のみ使用される程度であることが示されてきた。

本発明の目的は、支持体に配された細長片への物体の衝突を、高い信頼性と客観性で感知することが可能な機器を提案することである。 本表現は、厳密には細長片への衝突のみを意味するものではなく、試合規則の必要性に応じて、細長片近傍の支持体領域における衝突も意味するものである。

本発明の他の目的は、経済性に優れた構造を有するとともに設置が簡単な機器を提供することである。

本発明の他の目的は、異なる次元及び異なる特性のボールの使用、又は異なる方法に起因する様々な状況にも適用可能であるという意味において、用途の広い機器を提供することである。 各種方法において、その衝突地点は、試合の適用規則によって定義される通りに監視される必要がある。

本発明によると、これら及びその他の目的は、請求の範囲の第１項に記載されている如く、支持体に配された細長片への物体の衝突を感知するための装置によって得られ、次に示す記述とともに明らかなものとなる。

本発明の好適な実施形態は、付随の図面を参照することにより、詳細が記載される。

細長片部分に用いられる本発明の装置の概略図である。

細長片へのボールの衝突によって作り出された信号のパターンを示す。

細長片への選手の靴の衝突によって作り出された信号のパターンを示す。

図２と図３の２つの信号の事例における相互共分散曲線のパターンを示す。

異なる衝突感知アルゴリズムを用いた時に、細長片へのボールの衝突によって作り出された信号の簡易化パターンを示す。

その他の衝突感知アルゴリズムを用いた時に、細長片へのボールの衝突によって作り出された信号の簡易化パターンを示す。

図１乃至４に示される如く、本発明の装置の典型的な用途が、バレーボール競技場を規定する細長片（２）に対して示されている。 装置は、圧電特性を備える材料の細長片を用いる。 即ち、これは、その表面加圧の結果、細長片の２つの対向面における電荷の一時的濃度を決定するためである。

一般的に市販されている圧電材料は、ナイロン、石英、ロッシェル塩等である。

導体材料である薄い長手方向テープ（４）は、細長片（２）の下面へと用いられ、以下記述する方法で電荷を伝送する。 電荷は、圧電効果によって細長片（２）の下面に集中し、調整回路（６）へと送られる。

この調整回路（６）の関数は、電荷に起因した信号を基準に適応させることにより、例えばその信号を下流側に連結された好適な感知回路によって処理可能とするものである。

調整回路（６）の実施例は、信号を数値形式に変換可能な信号軽減器もしくは増幅器、フィルタ、又は収集カード（８）である。

また、収集カード（８）は、所要周波数において信号をサンプリングし、これは、サンプリングが一秒当り数千桁となることが好ましい。

収集カード（８）の２つの入力のうちの１つは、調整回路（６）の出力に連結されている。 一方で、他の入力は、アースに連結されている。 アースには、導体材料のテープ（４）も、高抵抗値（幾らかのＭΩ）のレジスタ（１０）を介して、好ましくは接続されている。 これにより、特に細長片（２）が絶縁床部に用いられる場合に、テープ（４）の電位を参照電位にすることが可能となる。

収集カード（８）から出たデジタル化信号は、マイクロプロセッサ（１２）に供給される。 マイクロプロセッサ（１２）の関数は、収集カード（８）からのデジタル化信号の数字配列を、既に蓄積された信号と比較するものである。 この既に蓄積された信号とは、細長片（２）への物体の衝突によって生じる信号に対応するものである。

細長片（２）へのボールによって引き起こされる信号の実施例は図２に示されている。 この一方で、同じ細長片（２）への選手の足の衝突によって引き起こされる信号の実施例は図３に示されている。

また、マイクロプロセッサ（１２）は、２つの信号間の対応関係における情報を得るために一般的に使用される数学関数のうちの１つを実行する。 例えば、本発明は、相互共分散関数を使用する。 相互共分散の最大値がより高くなると、測定信号が蓄積信号により類似することになる（Gaetano luculano, INTRODUCTION TO PROBABILITY, STATISTICS AND STOCHASTIC PROCESSES,「Ingegneria e le scienze fisiche」内、Pitagora出版、ボローニャ、1996年、を参照）。

図４は、ボールの衝突によって作り出された信号と蓄積された信号とを比較することによって得られる曲線を示し（曲線１４）、足の衝突によって作り出された信号と蓄積された信号とを比較することによって得られる曲線を示す（曲線１６）。 ２つの事例における相互共分散の異なる最大値を考慮すると、これら２つの事例は、キャリブレーション段階において、衝突がボールに起因する場合のみ超える数値閾値Ｖ _ｓを確定することによって識別可能となる。

数値閾値Ｖ _ｓを越えると、マイクロプロセッサ（１２）は、対応信号を任意の種類の光学及び／又は音響測定機器（１８）へと供給する。

前述した実施例は、競技領域の境界を示す細長片（２）へのボールの衝突を信号伝達すること、そして、同じ細長片（２）上におけるボールの衝突と選手の身体の何れかの部分の衝突とを識別することに関する。

「フットフォールト」即ち衝突した瞬間における基線上への選手の足の衝突、を信号伝達する必要がある場合には、確認される信号は、例え感知基準が類似していたとしても明らかに変わることになる。

対照的に、感知されるべき細長片に対して選手の足が衝突していないが、足が細長片を超える場合（例えば、やり投げ競技用のやりを投げた時等）において、装置は、境界線（デマケーションライン）自体よりもむしろ、細長片下流の隣接帯状部を備える必要がある。

細長片へのボール衝突の事例において陽性表示を提供するだけでなく、細長片内又は外側へのボール衝突の事例においても陽性表示を提供することが必要とされている場合にも、同様の原理が利用可能である

代替的な実施形態では、マイクロプロセッサ（１２１）によって実行されたアルゴリズムは、細長片へのボールの衝突によって作り出された信号の開始部分に関連する数量を計算する。 図５は、定義されたパラメータの幾つかを用いて、この信号の簡易化表現を示したものである。 これらパラメータは、例えば、最大陰性値Ｖ _ｍｉｎ 、この値の特定のプレフィクスパーセンテージ（例えば２０％）Ｐ． Ｖ _ｍｉｎ 、並びに、これら値の間の差異ΔＶ、及びＶ _ｍｉｎとＰ． Ｖ _ｍｉｎに関連する瞬間の間の差異Δｔが挙げられる。

数量ΔＶ／Δｔを計算することにより、ボールの衝突を、その他の物体の衝突から識別可能となる、又は静電気現象によって作り出されることが可能な信号から識別可能となる。

この数量がプレフィックス閾値Ｖｓ'よりも大きい場合には、マイクロプロセッサ（１２）は、更なる処理を実行することにより、細長片（２）へのボールの衝突が生じているか、その他の現象であるかを立証することができる。 最初の事例では、対応信号が任意の種類の光学及び／又は音響機器（１８）へと供給される。

前述した実施例は、競技領域の境界を示す細長片（２）へのボールの衝突を信号伝達すること、そして、同じ細長片（２）上におけるボールの衝突と選手の身体の何れかの部分の衝突とを識別することに関する。

細長片（２）へ選手の足が強烈に衝突する時、又は、静電気を帯びた物体（衣類ジャケット）又は人物が導体要素に近接している場合にも、閾値Ｖｓ'を越えることが生じる可能性がある。 そして、比率がこの閾値を超えると、確認がなされる。 比率ΔＶ／Δｔが第２閾値Ｖｓ''を超える場合、事象は静電放電として分類され、警告機器（１８）はいずれも稼働しない（図５の曲線）。 その代わりに、比率ΔＶ／ΔｔがＶｓ''よりも小さいがＶｓ'よりも大きい場合（図５の曲線ｂ）、物体が細長片（２）に衝突したことを意味しており、本事例では、物体が足であるかボールであるかを決定するために確認がなされる必要がある。 これを達成するには、本発明は、その最大値（例えば、その値のプレフィックスパーセンテージにおけるもの）に近い信号の形態を決定する。 この点において、足である場合には、信号形態が最大値を通過する垂直線周りで略左右対称である（図６ａ）ことが認められ、この一方で、ボールである場合には、信号形態が明らかに非対称である（図６ｂ）ことが認められる。

「フットフォールト」即ち衝突した瞬間における基線上への選手の足の衝突、を信号伝達する必要がある場合には、確認される信号は、例え感知基準が類似していたとしても明らかに変わることになる。

使用される感知アルゴリズムにおける前述内容から、及びそれとは無関係に、本発明の装置は、特に有利であり、特に以下の点に優れることは明らかである。
−低価格であること−構成部品の少なさと回路の単純化の両方の理由によって簡単な構造を有していること−細長片（２）は、圧電物質で形成可能であるとともに導体材料が用いられたテープ（４）を備えるために、設置が簡単で迅速であること−小型の箱に含まれうるために全体の大きさが非常に小さく、競技場に配置できること−競技場に既に存在する外部信号伝達装置と連結可能であること

異なる実施形態では、本発明は、圧電特性を示すことに加えてボール（一般的に物体）の構成材料とは異なる摩擦電気特性を示す材料の細長片を用い、この物体の衝突が感知される。 摩擦電気効果は、移動電荷で構成される電気現象になるとして公知であり（Grande Dizionario Utet, vol. XVIII, p.669, Turin 1976）、これにより、２つの異なる材料を摺り合わせた時に電圧が生じる。 このように生成された電圧は、移動電荷量に比例する値を有し、主に使用材料の挙動に依存することによって、摩擦後に電子を受け取る又は産生する。

異なる摩擦電気特性の異なる挙動に関連して、これらはスケール（摩擦電気のシリーズ）に分類される。 このスケールの最上位は、電子を産生するのに最も大きい傾向を備える材料（空気及びナイロン）であり、これにより正に帯電する。 このスケールの最下位は、電子を獲得するのに最も大きい傾向を備える材料（テフロン（登録商標）及びＰＶＣ）であり、これにより負に帯電する。

ボールを形成する材料と細長片（２）を形成する材料との間の距離（摩擦電気のスケールに沿って測定したもの）が大きくなるにつれて、ボールが細長片へ衝突する瞬間において生み出される摩擦電気効果は大きくなる。 したがって、衝突の瞬間において生じた電圧値となる。

この電圧はまた多数のその他の要因にも依存する。
−細長片とボール表面の特質−接触面の範囲−接触圧−摩擦強度−大気状況（例えば、湿気等）
−汚染物質又は酸化剤の存在−ボールが細長片から離れる速度

ボールの衝突は、上述した実施形態に関連して記載されたアルゴリズムの１つを用いて感知可能であり、これは圧電効果のみを用いるものである。