The goal detector for detecting an object that passes through the goal surface

本発明は、スポーツ用の物体、たとえばフットボールのボール又はアイスホッケーのパック等の可動物体が、たとえばゴールラインから延在する垂直面又はバスケットボールのバスケットの上縁によって画定される水平面として画定されるゴール面等、空間的に平坦な面を通過したか否かを検出するシステムに関する。

従来、スポーツの試合の１人又は複数の審判員は、目視観察からボールがゴール面を通過したか否かを判断する。 しかしながら、これは、ボールが急速に戻りゴール面をかろうじて通過したか又は通過しなかった状況では、正確に判断することが非常に困難な場合があり、審判員がゴール面に対して適当でない位置にいるか又は試合の他の活動に従事している場合、特に困難である。 ビデオカメラを使用してゴール面をモニタする場合もあるが、ビデオカメラの空間分解能及び時間分解能は、疑いのある場合に必要な情報を提供するには十分でない場合が多い。

当該技術分野において、たとえば国際公開ＷＯ０１／６６２０１号、仏国特許第２ ７５３ ６３３号、仏国特許第２ ７２６ ３７０号、国際公開ＷＯ９９／３４２３０号、米国特許第４ ６７５ ８１６号、米国特許第５ ３４６ ２１０号及び国際公開ＷＯ９８／３７９３２号において開示されているように、位置決めシステムを用いてスポーツ競技場におけるボールの位置を確定する複数の電子システムが知られている。 これら位置決めシステムを、たとえば、ボールが競技場の境界を通過したか否かと、同様にプレーヤの位置と、を判断するために使用することができ、かかるシステムは、審判員に対し多くの有用な情報を提供する。 しかしながら、ゴール面を通過したか否かの判断は非常に微妙な問題である。 これは、その判断がスポーツの試合の結果に対し決め手となる可能性があるためであり、且つ、距離が短く物体の速度が非常に速い場合が多いためである。 そのため、物体がゴール面を通過したか否かを確実に判断する位置確定システムは、位置の確定が非常に精密でなければならず、同時に位置の確定を非常に高い更新率で行わなければならない。 物体は、たとえば７２ｋｍ／時又は２０ｍ／秒で移動する可能性があり、それは、１／１００秒の更新率では確定された位置に対し２０ｃｍの不確実性が加わることを意味する。 これは、スポーツの試合においてゴールを判断することに関して許容できないものである。

国際公開ＷＯ００／４７２９１号及び米国特許第４，３７５，２８９号は、平面に対する移動物体の位置を検出する装置を開示しており、そこでは、励磁コイルが電磁場を生成し、移動物体がそれを乱す。 その外乱を、１つ又は２つのコイルが検出し、それにより、物体が励磁コイル及び検出コイルによって取り囲まれる平面を通過したか否か、及びいつ通過したかが判断される。 これらの装置は、コイルがゴール面全体を取り囲むことを必要とし、コイルの精密且つ正確な位置決めからの任意のずれを較正することができないため、かかるずれに非常に敏感であり、また、検出は、ゴールキーパー又は他のプレーヤ等、ゴール面に又はその近くにいる他の物体によって大幅に乱される可能性もある。 さらに、ゴール面の付近にいるプレーヤは、発生する電磁場に曝されることになり、健康に関連する問題がもたらされる可能性がある。

ゴール面を横切ったという確実な指示を提供するためにスポーツ物体の位置を十分に精密に確定し且つ更新率が十分に高い位置決めシステムは、設置し保守するには非常に高価である。 したがって、確実な指示を提供するために十分な空間分解能及び時間分解能を有する代替システムを提供することが望ましい。

米国特許第５，９７６，０３８号は、競技用の物体が競技を決定するラインを横切る時の出力指示を提供する装置を開示する。 この装置は、ディスク反射鏡アンテナ、特に和信号及び差信号を提供するように結合される２つの水平に隣接する給電点が設けられるカセグレンアンテナ等、指向性受信アンテナを備える。 このアンテナは、競技場の外に配置され、競技を決定するラインに沿って指向される。 アンテナと競技用の物体との間に距離があることから十分に高い空間分解能を提供するために、アンテナの反射鏡は相当の寸法を有していなければならない。 幅が３０インチ、すなわち７６ｃｍの反射鏡は、幅が４インチ、すなわち１０ｃｍの検出ゾーンを提供し、これは、このシステムの他の不確実性とともに、この特許が対象とするアメリカンフットボールで使用するには許容できるが、他の多くのスポーツの試合には許容できないものであり、はるかに大きい反射鏡が必要となる。

したがって、確実な指示を提供するために十分な空間分解能及び時間分解能を有する、ゴール面を横切ったことを確定する技術的により単純なシステムを提供することが望ましい。

この目標は、複数の、好ましくは少なくとも３つの対の、平坦な目標面の周囲に沿って配置されたアンテナを備える、本発明のシステムによって達成される。 上記対の各々のアンテナは、平坦な目標面に対して垂直な方向において位置をずらして配置される。 これらアンテナは、電波発信器手段を有する可動物体、たとえばフットボールのボール又は他のスポーツ競技用物体から電波を受信するのに適しており、且つ／又は可動物体の受信器手段によって受信される電波を発信するのに適している。

目標面の周囲に沿って、好ましくは目標面の境界を定めるライン上に又はそれに隣接して、アンテナの２つ、３つ又はそれ以上の対等、アンテナの複数の対を配置することにより、アンテナと可動物体との間の距離を絶対最小値まで低減することができ、それにより、アンテナの対の空間分解能が最大化する。 このため、単純なアンテナを採用することができ、本発明によるシステムにより十分な空間分解能が達成される。 データ処理手段は、システムのさまざまなアンテナから又は可動物体の受信器手段から出力を収集し、収集したデータを処理し、所定の条件のセットと比較し、それに従って出力を提供する。 この出力は、通常、物体の中心が目標面を通過した時に提供され、それは、本発明の好ましい一実施形態では、２つのアンテナからの出力の差を２つの出力の合計で割った値が最小である瞬間に等しい。

本発明の他の好ましい特徴及び利点について以下に開示する。

したがって、本発明は、電波発信器手段を有する、特に、スポーツ用の物体、たとえばフットボールのボール又はアイスホッケーのパック等の可動物体と、
平坦な目標面の周囲に沿って配置されたアンテナの複数の対であって、上記対の各々の２つのアンテナは、平坦な目標面に対して垂直な方向において相互にずれて配置される、アンテナの複数の対と、
可動物体及び／又は各アンテナに配置された電波発信器手段と、
各アンテナ及び／又は可動物体に配置され、電波発信器手段から電波を受信し、それに従って出力を提供する手段と、
を具備し、
上記出力を合わせて受信し所定の条件のセットを用いて処理し、可動物体が平坦な目標面を通過したか否かを判断するために、条件のセットが満たされた場合に結果としての出力を提供する処理手段をさらに具備するシステムに関する。

電波発信器手段は、内部電源、すなわち電池、又は外部磁場源から電力を生成する誘導回路等の外部駆動源を備えた、可動物体に配置される送信器であってもよい。 別法として、電波発信器手段は、たとえば米国特許第５，９７６，０３８号に記載されているような固定源から発信される電波を反射する反射器手段であってもよい。

処理手段は、システムのすべてのアンテナからの出力を、たとえば、各対のアンテナの出力の和及び差を計算することにより処理し、後述するようにその差及び和の割合を計算する。 この割合が最小値である場合、電波発信器手段は、２つのアンテナの間の中間面を通過する。 １つの対の２つのアンテナからの出力を、割合が最小値でゼロになるように、出力の大きさの差に対してさらに較正してもよい。 アンテナのすべての対から取得される割合を使用して共通の決定的な出力を提供し、それにより個々の対の不確実性と、スポーツの試合中の衝撃による調整不良と、を補償する。

第２の一実施形態では、電波発信器手段はアンテナの複数の対であり、受信器は可動物体内に配置される。 第３の一実施形態では、第１及び第２の実施形態を結合して、より高い信頼性が得られるように可動物体の通過が両システムによって検出される１つのシステムにする。

各対のアンテナ間の目標面に対して垂直な方向における相互のずれは、３〜２５ｃｍの範囲内にあることが有利であり、６〜１２ｃｍの範囲内にあることが好ましい。

アンテナの対の数は、３〜２０の範囲内にあることが有利であり、４〜１２の範囲内にあることが好ましい。

アンテナの対のうちの少なくともいくつかが、目標面の水平ラインに沿って連続して配置されていることが好ましく、アンテナの対がそのラインに沿って実質的に等距離で配置されていることが特に好ましい。 ラインは、アンテナの対が地中に配置されるように地面の上のゴールラインであってもよく、又はアンテナの対をゴールの水平クロスバー上に配置してもよい。 好ましくは、アンテナの対を、相互の間隔が電波の波長の１／２、１／３、１／４等の分数であるように配置してもよいが、相互の間隔は、発信器手段から発信される電波の波長の半分であることが好ましい。 それにより、最適な伝送が得られる。 電波の波長は、０．２ｍ〜２０ｍの範囲内にあることが好ましく、０．５〜５ｍの範囲内にあることが好ましい。

アンテナの対の少なくともいくつか、場合によってはすべてが、平坦な目標面の境界を定めるゴールに配置されることが概して望ましく、ゴールは、通常、２つの実質的に垂直なゴールポストと、それらの間に延在する水平クロスバーと、から成る。 アンテナの対を、上述したようにクロスバー上に配置してもよく、ゴールポストに配置してもよく、又はクロスバー及び２つのゴールポストの両方に分散させてもよい。 ゴールに配置されたアンテナの対は、ゴールの表面が実質的に平滑なままであるようにゴールポスト及び／又は水平クロスバー内に埋め込まれることが好ましい。

本発明のシステムが、システムに対する較正信号を提供するように平坦な目標面に配置された、アンテナによって受信可能な波動を発信する少なくとも１つの固定較正器装置を備えることがさらに有利である。 それにより、アンテナの位置、向き、又はアンテナの性能及び出力に影響を及ぼすアンテナの他の特徴の変化を補償するために、使用中にシステムによって一時的な又は一定の較正ルーチンを実行することができる。 １つ又は複数の固定発信器は、ゴールに配置されることが有利である。 別法として、本発明の第２又は第３の実施形態によれば、固定較正器装置は、アンテナの対から発信される電波を受信し、それに従ってシステムの制御ユニットに出力を提供してもよい。 較正器装置に補足して又はその代わりとして、アンテナの各対に、衛星ベースの全地球測位システム（ＧＰＳ）等の一般的な位置決めシステムを用いてそれらの位置を確定する、専用受信器等の手段を備えてもよく、それによりアンテナの対の理想的な位置決めからのずれを検出することができ、それに従ってシステムの評価を調整することができる。

信号処理を容易にし且つ出力の精度、すなわちシステムからの結果としての出力の空間分解能を向上させるために、アンテナの各対が、上記平坦な目標面に対して平行な第１の面に配置される第１のアンテナと、上記平坦な目標面に対して平行な第２の面に配置される第２のアンテナと、を有することが有利である。 その第１の面及び第２の面は、アンテナのすべての又は実質的にすべての対に対して共通である。

電波発信器手段及び／又は可動物体の受信器手段は、本発明の好ましい実施形態では、中心が上記可動物体の中央にある均一の波動場を提供するように、可動物体の外形に対応する形状のシェルに規則正しく分散されているアンテナ手段を備える。 特に、アンテナ手段は、上記可動物体の上層材料の内面に配置されることが好ましい。 それにより、システムの空間的な不確実性の限界を定めるように高精度で単純な製造を行うことができる。

本発明は、さらに、可動物体、特にフットボールのボール等のボール、又は上記システム内に含まれることが適している他のスポーツ競技用の物体に関連する。

本発明のシステムはまた、システムからの出力によって起動される１つ又は複数のビデオカメラを備えてもよく、それにより、状況を視覚的に評価するために厳密に一定時刻に作動するゴール写真が得られる。

本発明の一実施形態を、添付の図面に示す。

図１Ａに、左ゴールポスト２、右ゴールポスト３、及びそれらの間の水平クロスバー４を有するフットボールゴール１を示す。 ＦＩＦＡの規定に従って、ゴール１は、スポーツ競技場に配置され、ポスト２、３はゴールライン（図示せず）の中心に配置され、クロスバー４はゴールラインと平行に且つゴールラインの真上に配置され、それにより、ゴールライン、ポスト２、３及びクロスバー４は、平坦な目標面の境界を定める。

アンテナ５の５つの対が、クロスバー４に等距離に配置されており、２つの対５が、１つのポスト２、３に各々配置されている。 アンテナ５の各対は、目標面に対して垂直な方向のみにおいてずれているように平行に配置されている２つの同一のアンテナＡ、Ｂから成る。 アンテナＡ、Ｂは、中間位置がゴールラインの後縁からボールの直径のちょうど真ん中の位置にあるように配置される。 ボールの全体がゴールラインの上を、ゴールポスト２、３の間を、及びクロスバー４の下を通過すると、得点が入る。 ＦＩＦＡの規定を参照されたい。 このため、ボールの中央がアンテナ５の対の中間位置の垂直面にある時、試合の他の規定で却下される場合を除き得点が入る。

図１Ｂに、アンテナＡ、Ｂの断面図を示し、そこでは、ボール６が３つの位置に示されており、ボール６の中央には送信器７が有効に配置されている。 処理された信号を、目標面に対して垂直なボールの位置Ｘの関数としての信号Ｖとともに示す。 処理手段（図示せず）は、２つのアンテナＡ、Ｂからの信号ＳＡ、ＳＢから出力Ｐを提供する。
Ｐ＝｜ＳＡ−ＳＢ｜／｛｜ＳＡ｜＋｜ＳＢ｜｝
信号の処理を、非常に高い周波数、すなわち１０ｋＨｚより高い周波数で実行し、アンテナＡ、Ｂからの出力を、自動較正送信器８から送信される波動によって常時較正し、ボールの中央がアンテナ５の対の中間位置の垂直面にある時に、出力Ｐ＝０となるようにする。 処理手段は、得点が入ったということを示すシステムからの結果としての出力を、アンテナ５のすべての対からの出力信号Ｐを含むルーチンによって生成する。

図３に、ゴール１のクロスバー４内のアンテナ５の対及び自動較正送信器８の配置の一例を示し、そこでは、アンテナ５及び送信器８は、クロスバー４の表面が実質的に平滑なままである程度まで、クロスバー４内に完全に埋め込まれている。 このため、プレーヤは、ゴールに物理的に接触した時にその構造の鋭利な縁又は突起に衝突することがない。 そのように衝突することにより、プレーヤと、同様にアンテナ５及び送信器８と、に対し損害がもたらされる可能性がある。 アンテナ５の隣接する対は、相互の間隔９が発信器手段から発信される電波の波長の半分であるように配置される。

さらに好ましい一実施形態では、アンテナ５の対は、別法として又はさらに、ボール６の受信手段とともに自動較正送信器８の受信手段によって受信される電波を発信する発信器手段として機能し、それにより、アンテナ５の性能を評価することができ、システムからの最終出力を、理想的な機能及び位置決めからのシステムのずれに対し調整することができる。

したがって、システムの一実施形態では、発信器手段はボール６に位置し、自動較正信号は自動較正送信器８から提供され、受信器手段はアンテナ５の対にある。

第２の一実施形態では、発信器手段はアンテナ５の対であり、受信器手段は、ボール６に位置し、ボール６はさらに受信信号から評価される信号を発信する第２の発信器手段を備え、第２の受信器手段は、スポーツ競技場に配置されることにより、上記信号を受信し、それを処理してボール６が目標面、すなわちゴール面を通過したか否かを判断する。 第２の実施形態では、たとえばボール６の受信器手段によって受信された波動を分離するために、アンテナ５の各対の前方にあるアンテナ５Ａは、オプションで１つの周波数の電波を発信してもよく、後方のアンテナ５Ｂは、異なる周波数の電波を発信してもよく、又は、２つのアンテナ５Ａ、５Ｂからの信号が、他の任意の技術的な方法で識別可能であってもよい。 さらに、本実施形態では、自動較正送信器８は、アンテナ５の対から発信される電波を受信する受信器である。

第３の一実施形態では、第１及び第２の実施形態を結合することにより、ボール６が第１及び第２の発信器手段と受信手段とを備え、アンテナ５の対が発信と受信とを切り替えるようにし、自動較正送信器８が受信と発信とで同時に切り替えられ、上記切替えは、高処理周波数に一致するように高周波数で行う。 別法として、第３の実施形態のシステムは、発信するため及び受信するための別々のアンテナ５の対を備えてもよく、自動較正送信器８の２つのセットを設けることにより、各送信器８が発信専用又は受信専用であるようにしてもよい。 第３の実施形態の利点は、ボール６がゴール面を通過しているか否かを判断する手段が２倍になり、システムの信頼性が向上する、ということである。

ボール６の中央に受信器及び／又は発信器を配置することが最も適当な解決法ではない。 それは、その位置は容易にアクセスできず、ボール６内に懸垂保持される物品は、特に、たとえばプレーヤ、競技場又はゴールと衝突した時にボール６が変形している間に位置がずれる可能性があるためである。 受信器及び／又は発信器が、ボール６内の内部ラテックスバルーンの内側に、別法としてそのバルーンの外側に配置された４つ以上のアンテナを備えることが好ましく、その場合、上記アンテナは球状面に均一に分散され、それにより、１０ｍｍ以下のシステムの空間分解能を得ることができる。 発信器及び／又は受信器のより重い部分を、ボール６のバルブの反対側に配置して、釣り合せるようにしてもよい。 別法として、上記アンテナを、ボール６の内側に又はボール６の外側部分内に、たとえば外側部分の継ぎを互いに締結するために使用される金属細線として配置してもよい。

Ａはアンテナの複数の対及び自動較正送信器を備えたフットボール用のゴールの斜視図であり、Ｂはボールの通過中における１対のアンテナ、ボール及び１対のアンテナの出力信号の図である。

複数のアンテナの対及びその中に配置された自動較正送信器を有するゴールのクロスバーの詳細の図である。