专利名称：对物体的运动特性的测量的制作方法
对物体的运动特性的测量
本发明涉及通过检测射束的变化如电磁波射束的中断来测量或确 定物体的运动特性的方法和设备。本发明更特别地但不是仅仅地涉及 用于测量或确定基本上直的边或平的面，如高尔夫球杆的前沿边或面， 的运动特性的方法和设备。本发明还更特别地但不是仅仅地涉及用于 测量或确定由基本上直的边或平的面击打的物体，如高尔夫球杆面击 打的高尔夫球，的运动特性的方法和设备。
现有技术已经生产出了各种各样的装置，它们声称能够通过检测 电磁波射束的中断来测量高尔夫球杆面和高尔夫球的某些运动特性。
Wilson的US4150825; Takase等人的US4542906; Arnold等人 的US5333874; Iijima等人的US5481355以及Pao等人的US5626526
都公开了宣称能够测量高尔夫球的某些运动特性的装置，该高尔夫球 穿过一个或多个基本上垂直的光束的平面阵列以及定位在离开该球的 起始位置的下游相对较短距离的传感器。
Rusnak的US4254956公开了 一种据说能够测量高尔夫球杆头的 阴影的某种运动特性的装置，该高尔夫球杆头经过包括光传感器的水 平平面阵列的垫子，该阴影由投射基本上垂直的光束的单个架空的灯 产生。该装置还提出了确定高尔夫球杆的垂直高度的装置。
White的US4630829公开了 一种宣称能够测量高尔夫球杆头的速 度的装置，该高尔夫球杆头穿过两对基本上水平的横向光束。
Pao的US6302802公开了 一种据说能够测量高尔夫球和高尔夫球 杆头的某种运动特性的装置，该高尔夫球和高尔夫球杆头穿过单个光 束平面阵列以及定位在离开该球的起始位置的下游相对较短距离的传 感器。该平面阵列以在水平和垂直之间的角度定位。所有测量都是在 该球杆不再保持与撞击有关的特性时在完成球杆和球之间的撞击和接 触之后进行的。这些现有技术的说明书中没有 一个公开了能够精确测量高尔夫球 杆面或高尔夫球杆面和球的重要运动特性的装置。本发明致力于克服 现有技术的许多不足之处。
本发明特别地限定在后附的方法和设备权利要求中，其通过引用 的方式并入到说明书中。
本发明涉及到这样的理解，即，在平面内移动的物体的不同运动 特性可以通过该平面内射束的中断或恢复来确定，其中将该射束以彼 此成不同的角度布置。该射束还可以与运动的方向或运动的预期方向
成锐角o
本发明的一个方面涉及到这样的理解可以通过一个平面内两对 平行射束中断之间的持续时间和持续时间的差异来确定该平面内移动 的物体的相对方向和相对速度，其中该对平行射束成不同的相对角度， 假设可以得到与最初中断射束的物体部分的形状有关的某些知识。
本发明的另一个方面涉及这样的理解可以通过一个平面内多个 射束中断之间的持续时间和持续时间的差异来确定在该平面内移动的 基本上平的边的相对角度和相对偏移，其中至少三个或四个射束彼此 成不同的相对角度，假设可以得到与最初中断射束的物体部分的形状 有关的某些知识。
本发明的又一个方面涉及这样的理解可以通过一个平面内两个 射束中断和恢复之间的持续时间和持续时间的差异来确定该平面内移 动物体的相对方向和相对速度，其中该射束成不同的相对角度，假设 可以得到与最初中断和恢复射束的物体部分的形状有关的某些知识。
在应用于高尔夫摆动的情况下，本发明所述的第一个方面涉及这 样的理解通过一个平面内两对平行射束中断之间的持续时间和持续 时间的差异可以确定投影到基本上水平的该平面上的移动高尔夫球或 移动高尔夫球杆面的相对方向和相对速度，该对平行射束成不同的相 对角度。
本发明所述的第二个方面涉及这样的理解可以通过一个平面内 多个射束中断之间的持续时间和持续时间的差异来确定投影到基本上
水平的平面上的移动高尔夫球杆面的相对角度和相对偏移，其中至少 三个或四个射束彼此成不同的相对角度。
本发明所述的第三个方面涉及这样的理解可以通过一个平面内 两个射束中断和恢复之间的持续时间或持续时间的差异来确定投影到 基本上水平的平面上的移动高尔夫球的相对方向和相对速度，该射束 成不同的相对角度。
在整个本说明书和附图中，应当理解，可以示出以三维出现的运 动特性，并且该运动特征被数学地处理成投影到二维平面上，该二维 平面有时被称作公共平面。在测量高尔夫球和高尔夫球杆面的运动特 性的设备的优选实施方式中，大多数运动特性是投影到公共水平平面 上处理的。还可以计算该运动特性的垂直分量，但是要通过单独的装 置。
现在更特别地参照
图1至图10 (b)中的附图描述本发明，其仅 通过举例的方式示出了本发明的适合作为测量高尔夫球杆面和高尔夫 球杆面击打的高尔夫球的运动特性的装置的实施方式。
在附图中
附图1示出了适用于测量高尔夫球杆面和高尔夫球的运动特性的 设备的检测区域的概略平面图，该设备包括射束发射装置和射束检测 装置。该图还示出了在球杆击打之前放置在适当位置的高尔夫球，并 且示出了假想直线和箭头，其表示该高尔夫球从右到左预期的运动方 向。在该图的上部区域表示的发射装置发射五对由在该图的下部区域 表示的检测装置检测的射束。每对射束包括两个在该球的预期运动方 向线上以倒转角交叉的射束。该图包括在每个射束上的识别标记，正 向发射的射束的标记表示在图的下部，反向发射的射束表示在该图的 上部。
为了方便，在整个该说明书和后附的权利要求中，大小相等但相 对于预期方向以相反的旋转方向布置的与预期方向成的各角称作为相 对于彼此"倒转"的角。任何相对于预期方向"相反旋转"或"相同旋转" 布置的射束的基准指的是射束相对于该预期旋转的旋转方向，而不是
旋转大小，还注意到射束典型地包括从发射器到检测器的取向。为 了方便，在整个该说明书和后附的权利要求中，还将"预期方向"作为 基准。在二维的情况下，这通常指的是被测量的物体的最典型的运动 方向，并且通常与目标方向或预期方向对应。然而，在一些情况下， 实际的目标方向有时不同于该典型方向。在三维的情况下，该预期方 向与投影到公共平面上的运动的典型、目标或预期方向有关。
将三对射束定位在球的球杆入射侧，即其右侧，而将两对定位在 出射侧，即其左侧。该入射侧上的其中两对射束具有这样的射束，即 其彼此平行并且具有间隔开的交叉点。第三对射束以不同的倒转角设 置，但是其交叉点与其它射束对中的一个对重合。出射侧上的两对射 束具有这样的射束，即其彼此平行并且具有间隔开的交叉点。
附图2示出了附图l所示的设备的中心入射区域的放大图，但为 了清楚起见省略了第三对射束。其还示出了接近该球的球杆面的四个 表示(representation)，每个表示显示了在其首先中断四个射束中的 每一个时的球杆面位置。每个表示与球杆面在投影到水平面上时的主 要平的表面或前沿边有关。该图还示出了在确定球杆面方向和球杆面 速度中使用的不同构造线和角度。
附图3表示与附图2类似的图，不同的是在该情况下，省略的射 束对是其交叉点与其它射束对间隔开的射束。其还示出了在确定球杆 面角度中使用的不同的构造线和角度。
附图4表示与附图2类似的图，但其包括穿过该球杆面的表示的 中点的假想直线。其还示出了在确定球杆面相对于球上的撞击点的位 置的不同构造线和角度。
附图5表示在附图1中所示的设备的中心出射区域的放大图。其 还示出了在该预期方向右侧的方向上碰撞球的撞击之后，球的四个附 加表示。每个表示示出了在其首先中断四个射束中的每一个时的球的 位置。该图还示出了在确定球的运动方向和球速中使用的不同构造线 和角度。
附图6示出了在附图1中所示的设备的中心出射区域的放大图，
但是在该情况下，仅具有一对交叉的射束。其还示出了在该预期方向
右侧的方向上碰撞球的撞击之后，球的四个附加表示，与附图5中所 示的类似。每个表示示出了在其首先中断和首先恢复两个射束中的每 一个时球的位置。该图还示出了在确定球的运动方向和球速中使用的 不同构造线和角度。
附图7示出了与附图1类似的图示，但在出射侧上具有附加的一 对射束，包括这样的两个射束，所述两个射束在球的预期运动方向线 上以倒转角交叉，但与其它射束的交叉点分隔开。该对射束中的射束 平行于其它出射对射束中的射束。
在优选实施方式的描述中，发射装置和检测装置分别指的是发射 器和检测器。
附图8表示在附图7中表示的设备的概略平面图。该图包括发射 反射器、检测反射器和台面。该图包括将中心准直射束描绘成虚线。
附图9表示附图8中表示的设备的概略剖开平面图，其示出了该 台面之下的布置，但是保留了发射反射器和检测反射器的图示。该图 示包括将未准直射束描绘成虚线。
附图IO表示在附图8和9中表示的设备沿X-X的侧面剖视图。 该布置适于检测高尔夫射击的运动特性，其中从球座(tee-ed)位置 碰撞该球。
附图ll表示与附图IO类似的图示，但是在该情况下，该布置适 于检测推送射击(putting shot)的运动特性。
附图12也表示与附图IO类似的图示，但是其中该检测反射器具 有比该发射检测器更小的高度。
附图13以放大的比例表示附图8中表示的设备的下右手拐角。该 图包括检测反射器的一部分。
下面是在附图中使用的附图标记的索引
1. 设备
2. 发射装置
3. 检测装置4.起始静止位置处的球5.表示飞行的预期方向的线6.射束7.射束交叉点8.移动的球杆面的表示9.移动球的表示10.台面11.发射器辐射源和第一透镜12.发射反射器13.发射器阵列块14.发射器装置基底15.检测器16.检测反射器17.检测器屏蔽装置18.检测器阵列块19.检测装置基底20.外部位置处的检测反射器基底支架21.内部位置处的检测反射器基底支架22.反射器刻面(facet)23.反射器刻面的喷涂金属的表面
球杆面运动的测量
参照附图l至4，该排列包括三对射束，F1-B1， F2-B2和F3-B3。 每对包括两个基本上位于水平面内的交叉射束。将该射束相对于球定 位，以便该球杆面在击打球之前将它们中断。
每对射束的交叉点位于一直线上，该直线穿过球的中心并且位于 水平面内。其还与球在水平面上的预期飞行方向或"预期方向，，的投影 一致。射束F1和F2与预期方向成相等的角S。射束B1和B2也与该 预期方向成相等的角S，但是是在与Fl和F2相反的旋转方向上，即
将它们彼此以"倒转"的角度布置。射束F3和B3同样彼此成倒转的角 度，在该情况下，与飞行的预期方向成角T。在该图中，角S和T分 别以75。和65。表示。设置这些角度时需要考虑的主要考虑事项如下。 F1-B1、F2-B2和F3-B3射束相对于预期方向的角度必须超过被测量的 该球杆面角度的最大范围。为了获得合理的精确度，F3-B3的角度必 须与F1-B1和F2-B2射束的显著不同。为了最小化发射器装置和检测 装置的长度，应当在设计约束条件内最大化该角度。选择的角度是这 些部分对立的考虑事项之间的平衡。
射束对F2-B2和F3-B3的交叉点是一致的。它们与球的边缘间隔 开足够小的距离，以便保证该射束不接触该球的表面。在该附图中， 该距离示出为5mm。射束对Fl-F2的交叉点与射束对F2-B2和F3-B3 的接合交叉点间隔开一距离。在附图中，在附图2和4中该距离示出 为50mm,在其它附图中其示出为60mm。
每个附图示出了球杆摆动运动的相同例子，有意地使其在球杆运 动方向、球杆面角度以及球杆面相对于球上撞击点的位置这些方面不 完美。将球杆运动方向相对于预期方向的角度用角-U来表示。将球 杆面角度相对于球杆面方向的角度用角+Z来表示，因而相对于该预期 方向的角度用角-(U-Z)来表示。在撞击时的球杆面位置用靠近球杆 的尖端出现偏心的撞击来表示。
该装置可操作地用于通过计算方法来确定在撞击时球杆的运动方 向、球杆速度、球杆面角度和球杆面位置，该方法从对最初中断六个 入射射束的时间的精确记录开始。为了方便，在整个该说明书中，与 在撞击时球杆面位置有关的特性指的是球杆面的"偏移"。
球杆面方向
球杆运动方向的确定取决于如下的认识，即，该球杆面上任何点
会随射束的相对方向角而变化，当该球杆的运动方向更接近对准于与 射束垂直的方向时，该距离变短，而当其不是很接近地对准时，该距
离变长。因此，由于该两对平行射束位于不同的角度，因而它们之间 的行进距离比值提供了足够的信息来给出对球杆运动方向的相对角度 的直接指示。
再参照附图2，其示出了在与线DA和HE平行的方向上行进的 球杆面，与预期方向成大小为U的角度。该球杆面分别由DH、 CG、 BF和AE表示，其中其最初分别遇到射束F2、 Fl、 Bl和B2。
球杆面的所有基准指的是，当在水平面中投影时，其基本上直的 前沿边。例如，在线DH的情况下，点D表示最靠近其尖端(toe)或 远端的球杆的扁平前沿边的拐角。点H表示最靠近其踵(heel)或轴 端的拐角。
假定该球杆面在其最初中断四个射束时以基本上恒定的速度和基 本上恒定的角度保持其运动方向。因此，在F1和F2，以及B1和B2 之间记录的两个间断的时间间隔分别与距离AC和FH成比例。因此， 这两个时间间隔的测量会提供比值AC/FH。
该图还示出了从点C延伸到表示射束F2的线上的垂直线CJ,以 及从点H延伸到表示射束B2的线上的垂直线HK。
三角形CAJ是直角三角形，并且角度CAJ-S+U。
因此，CJ=ACxsin(S+U)。
三角形KFH是直角三角形，并且角度KFH-S-U。 因此，HK-FHxsin(S-U)。 由于两对平行射束是等间隔的，因而CJ-HK。 因此，FHxsin(S-U)=ACxsin(S+U)，并且 AC/FH=sin(S-U)/sin(S+U)。
由于S和比值AC/FH是已知的，因此能够计算球杆运动方向相 对于预期方向的角度U。
该表达式AC/FH-sin(S-U)/sin(S+U)表明，在一个平行对与另 一个 平行对相比的变化之间相对时间之比或相对时间的差异与球杆面方向 的角度和射束的角度具有固定的关系。
球杆速度
当球杆运动的角度u得以确定时，可以确定在水平面上投影的球
杆面的速度，这是由于能够在最初中断的射束的两个记录实例之间计 算距离。该平行对射束为该距离的计算提供了框架。
再参照附图2，可以看到，当该球杆面的尖端拐角最初分别在C 和A中断射束F1和F2时，行进的距离是AC。由于平行射束之间的 距离CJ是该设备的已知特性，因此可以计算AC，这是由于 AC=CJ/sin(S+U)。将所记录的Fl和F2的最初中断之间的持续时间称 作TF,因此速度给出为
速度=(距离)/ (时间)-TF/CJ/sin(S+U)I。
还可以在该球杆的踵端最初中断射束B1和B2时确定该速度。由 于HK-CJ，其中将所记录的Bl和B2的最初中断之间的持续时间称 作TF，然后同样地
速度=(距离)/ (时间)=TB/CJ/sin(S+U)。
在球杆运动是直线的情况下，两个速度的值应当相同，如果结果 略孩t不同可以取平均值。
球杆面角度和偏移
与预期方向的正交方向成一定角度的球杆面以与该预期方向正交 的球杆面不同的方式接触射束。通常，对于附图中所示的排列来说， 当该球杆面逐渐增加地"打开"(即该球杆面沿顺时针方向逐渐增加地 倾斜而离开正交于该预期的方向)时，最靠近该踵的球杆面的拐角比 其它地方更快地接触该射束，而最靠近尖端的拐角较晚地接触射束。 相反地，当该球杆面逐渐增加地"关闭，，(即该球杆面沿顺时针方向逐 渐增加地倾斜而离开正交于该预期的方向)时，最靠近该踵的球杆面 的拐角比其它地方更迟接触该射束，而其它拐角会更快地接触该射束。
还有，偏移的球杆面，即其行进使得其中心的轨迹偏移射束的交 叉点和球的中心的球杆面，以与对准交该叉点和该中心的球杆面不同 的方式接触射束。通常，对于附图中所示的排列来说，通过靠近选手
的球杆面中心的增加的偏移，最靠近该球杆的踵的球杆面的拐角比其 它地方更快地接触射束，而最靠近该球杆的尖端的拐角更迟地接触射 束。相反地，通过远离选手的球杆面中心的增加的偏移，最靠近踵的 球杆面的拐角比其它地方更迟接触射束，而最靠近尖端的拐角更快地 接触射束。
与球杆面的角度和偏移有关的特性各自影响该球杆面的拐角最初 中断射束的相对顺序，而该关系还受到射束和预期方向之间的固定角
度的影响。本发明的一个方面涉及到这样的一个认识这些关系受到 不同地影响，从而发生角度变化和偏移变化，并且可以使用这些差异 来区别角度和偏移，其中使用与该预期方向成不同角度的两组射束。
一种重要的差异涉及球杆面角度和球杆面偏移影响与该预期方向 成不同角度的射束组和与该预期方向成倒转角的射束组的最初中断的 方式。例如，在射击否则为直线的并且均匀的情况下，成角度的球杆 面会使F2和B2在不同的时间最初中断，还会使F3和B3在不同的时 间最初中断，其对F2和F3之间的相对最初中断的影响与其对B2和 B3之间的相对最初中断的影响是相似或相同的。这不是球杆面偏移的 情况，射击否则为直线的并且均匀的。在该情况下，该偏移同样会使 F2和B2在不同的时间最初中断，并且使F3和B3在不同的时间最初 中断，但是其对F2和F3之间的相对最初中断的影响与其对B2和B3 之间的相对最初中断的影响是完全不同的。如果该球杆面偏移离开选 手，则F2和F3之间的最初中断差异会相对较大，如果该球杆面偏移 靠近选手，则B2和B3之间的最初中断差异会相对较大。
将这些方面应用于边缘的角度或偏移测量的一般情况。射束组包 括两个射束，该两个射束设置在与该预期方向成不同锐角的一个旋转 中；或者另外两个射束，该另外两个射束设置在与该预期方向成不同 锐角的相反的旋转中；或者另一个射束，该另一个射束以锐角设置在 相反方向上。当该边缘穿过该組射束时，边缘的角度将被更接近于较 迟变化的射束的角度地表示以及被更远离于较早变化的射束的角度地 表示。而且，边缘的偏移将被更接近于包括较早变化的最前面的射束
的区域地表示，以及被更远离于包括较迟变化的射束的区域地表示。 在相反旋转的各射束之间的相对变化之间，差异增大则表示运动特性 是渐增地倾斜角度而不是偏移，而在相同旋转的各射束之间的相对变 化之间，差异减小则表示运动特性是渐增地偏移而不是倾斜角度。
这些方面的一个重要特征在于通过适当地对变化进行数学分析 可以获得角度和偏移的独特测量。更完全的理解可以通过以下段落中 的三角法分析而得到，该三角法分析应用于附图中所示的例子中。
球杆面角度
现在参照附图3，其表示为了清楚起见省略了射束对F1-B1的排 列的近视图。该图表示在与线GM和BF平行的方向上行进的球杆面， 与预期方向成角度U。该球杆面由FL、 EK、 DJ和CH表示，其中， 其分别最初遇到射束B3、 B2、 F3和F2。
该球杆面的运动与附图2中表示的相同，再假设该球杆面在其穿
定的角度。该球杆面与运动方向的垂直方向成一定的角度，并且还与 该预期方向的垂直方向成一定的角度。该球杆面中心的运动轨迹还偏 离于该射束的交叉点A以及偏离于该球的中心。
当每个射束最初中断时该系统进行时间测量，由此通过由F2、B2、 F3和B3射束上的传感器直接测量而得知的该球杆速度和跨越这些距 离所用的时间来确定长度KL、 JK和HJ。这还确定了分别与KL、 JK 和HJ相等的EF、 DE和CD的长度。
该图示出了另外两条线BG和FM。 BG穿过A，并且垂直于BF 和GM。 FM从点F开始，并且还垂直于BF和GM。该图进一步将角 GAH限定为"V"，将角AFB限定为"W"，将角BAE限定为"X",将 角EAF限定为"Y"，以及将角LFM限定为"Z"。
Y是已知的，因为Y-S-T， S和T都是已知的。
由于GA与预期方向的垂直方向成一定角度U,因而对角GAN 观察显示X+S=90°+U。因此，X是已知的，这是因为S和U都是已知
的。
W是已知的，这是因为ABF是(X+Y) +\￥=90。的直角三角形， 而X和Y都是已知的。
V也是已知的，这是因为F2射束的左侧绕点A的平角等于 180°=V+X+2S。因此，V=[180。-X-2S=[180。-(90。+U-S)-2S=[90。-U-Sl。
通过如下得到AB。首先通过应用斜边三角形AEF的标准三角法 解决方法得到AE,即AE=EFxsinW/sinY。因此，已知AE,这是由 于EF、 W和Y是已知的。EF已经通过测量射束B3和B2的最初中 断而得以确定。因此，得到了AB，这是由于AB=AExc0SX。
通过与AB相似的方式得到AG,如下所迷。通过应用斜边三角 形AHJ的标准三角法解决方法得到AH，其中角HJA=T+U而角 HAJ=Y，即AH=HJxsin(T+U)/sinY。因此，AH是已知的，这是由于 HJ、 W和J是已知的。HJ已经通过测量射束F2和F3的最初中断而 得以测量。因此，可以得到AG，这是由于AG=AHxCOsV，而V和 AH是已知的。
现在可以将三角形LMF的侧边确定如下。GM是已知的，这是 由于GM-BF， BF=BE+EF,而EF是已知的，BE=ABxtanX。 GH是 已知的，这是由于GH-AGxtanV，而AG和V都是已知的。LM是 已知的，这是由于LM=GM-(GH+HJ+JK+KL)，而GM、 GH、 HJ、 JK和KL都是已知的。FM是已知的，这是由于FM=AB+AG，而AB 和AG都是已知的。
现在可以通过三角形LMF来确定该球杆面相对于该球杆运动方 向的正交方向所成的角度Z。 Z是已知的，这是由于tanZ=LM/FM, 而LM和FM都是已知的。该球杆面相对于预期方向的正交方向所成 的角度等于(Z+U)。
球杆面偏移
从图3可以理解，点A离开线BG的中点的距离为(AB-AG)/2。 因此，该球杆面的中心的运动轨迹离开该F2-B2和F3-B3射束的交叉
点A的偏移由(AB-AG)/2给出，其中与该球杆运动的方向成直角来测 量该偏移。在该球杆未在与该预期方向相同的方向上行进的情况下， 该偏移与离开该球中心的偏移不同。可以通过如下的方式来确定离开 该球中心的偏移，即，在相对于该交叉点的偏移的基础上适当地增加 或减去附加的偏移分量，该附加的偏移份量是由于球在与该预期方向 不同的角度上行进所造成的。这在附图4中表示。
现在参照附图4，其示出了与在附图3中表示的相同的摆动，再 次通过FL、 EK、 DJ和DH表示该球杆面，其中其最初分别遇到射束 B3、 B2、 F3和F2。为了清楚，从该图中省略射束F2和B2。 B是球 的中心，A是射束F3、 B3、 F2和B2的交叉点。在该图中表示的每个 球杆面的位置具有中点M。 RG是这些中点的轨迹。该球杆面的中点 在接近该球的短距离上以基本上直的线移动。RG与该预期方向OG 成角度U。
从点A到线RG上的垂直线AP是从中点轨迹到射束交叉点的偏 移距离。其等于附图3中表示的值(AB-AG)/2,如较早描述的。
从球中心到线GR上的垂直线BN是从中点轨迹到该球的中心的 偏移距离。其可以通过如下来确定。BN=AP-AQ,这是由于BN-PQ。 AQ=ABxsinU。 AB和U是已知的，AB是球中心和射束交叉点之间的 固定距离。
偏移BN是高尔夫球杆摆动的重要特性，这是由于其是对"温柔 (sweetness)"摆动的水平分量的直接测量，或者表示该球杆面的中点 离撞击点有多近，这是由于该中点通常理解为与球杆的惯量中心一致。 在已知该球杆面上的不同点与该惯量中心一致的情况下，应当适当地 调整该计算。注意到，认为温柔摆动的水平分量比垂直分量更重要， 这是由于这样的可能性水平偏移的球杆面会使该球杆面基本上绕着 撞击时的球杆轴的轴线旋转，而通过该球杆轴可以更安全地抑制垂直 偏移的球杆面的旋转。
球运动的测量
参照附图l和附图5，该排列包括两对射束F4-B4和F6-B6。每 对包括两个基本上位于水平面内的交叉射束。
该两对射束的交叉点位于沿预期方向的直线上，并且穿过球的中 心并且位于水平面内。
射束F4和F6与该预期方向成相等的角度S。射束B4和B6与 F4和F6成相等的倒转角。在附图中所示的角度S为75°。
射束对F4-B4的交叉点与撞击之后球与该球杆面分开的位置间隔 很小的距离。在该图中，所示的该距离是15mm。
射束对F6-B6的交叉点与射束对F4-B4的交叉点间隔60mm。
所示的球运动方向相对于该预期方向成角度-U。
在该球与该球杆面分离并且开始自由飞行之后，可操作该设备通
过计算方法来确定球的运动方向和球的速度，该计算方法从精确记录 该四个射束最初中断的时间开始。
球的方向
与早先描述的确定球杆的运动方向类似，确定球的运动方向依赖 于这样的认识，即，该球上任一点在两个平行射束F4和F6之间、或 两个平行射束B4和B6之间行进的距离会随射束的相对方向角度而变 化，该球杆的运动方向越接近地对准于射束的垂直线，则该距离越短， 而其越较少接近地对准，则该距离越长。因此，由于两组平行射束处 于不同的角度，因而它们之间行进的距离比值提供了足够的信息来给 出球杆运动方向的相对角度的直接指示。
再参照附图5，其表示球，其中心沿线AG行进，与该预期方向 成大小为U的角度。所示的球的中心位于位置D、 E、 F和G,在这 些位置，该球分别最初中断射束F4、 B4、 F6和B6。中断的开始点位 于射束与该球的前导表面相切的位置，该最初接触的点可以在从球的 中心到该射束的垂线上找到。这些接触的最初点分别位于射束F4、B4、 F6和B6上的位置H、 I、 J和K处。
可以合理地假设该球在其最初中断四个射束时以恒定的速度和与
其运动方向成恒定的角度保持。因此，在最初中断的F4和F6，以及 B4和B6之间记录的两个时间间隔分别与距离HJ和IK成比例。因此， 这两个时间间隔的测量会提供比值HJ/IK。这些距离还与球的相对位 置有关，这是由于HJ=DF和IK=EG。
该附图还表示平行于该预期方向的线HN和IM，其中N位于射 束F6上，而M位于射束B6上。
可以从该附图看到，IK>HJ，并且该球向右侧4亍进。可以直接理 解到，IK=HJ，其中该球直线行进，以及IK〈HJ,其中该球向左侧行 进。还可以理解到对球的每个方向来说，该比HJ/IK具有独特的值， 并且从测量适当的射束的最初中断时间间隔得到该值可以确定球的方 向。
下面的三角法分析提供了角度U和比值IK/HJ之间的直接关系。 在三角形IKM中，使用斜三角形的标准解决方案， IK/IM=sin(IMK)/sin(IKM)。长度IM和角度(IMK)是已知的值。而 且，角度(IMK)+角度(IKM)+角度(KIM)-180。，因此角度(IKM) =([已知值卜11)。因此，IK-(已知值)/sin([已知值-U)。同样地，在三角 形HJN中，HJ/HN=sin(HNJ)/sinV。长度HN和角度(HNJ)是已知 值。而且，如前所述，角度V-([已知值卜U)。因此，HJ-(已知值)/sin([已 知值-U)。组合这些，IK/HJ-(已知值)xsin([已知值l-U)/sin([已知 值-U)。
上面的分析表明，在一个平行对与另一个平行对相比的变化之间 相对时间之比或相对时间的差异与球杆面方向的角度和射束的角度具 有固定的关系。
球速
当球运动的角度U得以确定时，可以确定在水平面上投影的球的 速度，这是由于能够在最初中断的射束的两个记录实例之间计算距离。 该平行对射束为该距离的计算提供了框架。这是由于它们之间的距离 是该设备的已知特性。
再参照附图5,垂线HP和IQ由从相应的点H和I到相应的射束 F6和B6构成。分别将该角度HJP和IKQ命名为"V"和"W"。
可以从该图看到，该球分别在H和J最初中断射束F4和F6，行 进的距离是HJ。由于平行射束之间的距离HP是该设备的已知特性， 因此可以计算HJ，这是由于HJ=HP/sinV，而V是已知值。在三角形 HJN中，V+U+S=180。，而U和S都是已知值。
同样地，可以从该图看到，在该球分别在I和K最初中断射束 B4和B6时，行进的距离是IK。由于平行射束之间的距离IQ是该设 备的已知特性，因此可以计算IK，由于IK=IQ/sinW，而W是已知值。 角度IMK=180。-S。因此，在三角形IKM中，W+U+180。-SI=180。， 即W=S-U,而U和S都是已知值。速度的两个值可以是相同的，并 且如果结果略微不同可以取平均值。
用以计算球方向和速度的可选方法
附图6涉及测量球方向和速度的可选方法。在该实例中，该系统 记录射束的最初中断和恢复，并且仅使用一对射束F6-B6。
与早先描述的方法类似，球运动方向的可选确定再次依赖于这样 的认识，即，进行的距离随射束的相对方向角度而变化，当球的运动 方向与射束的垂线更接近地对准时该距离变短，而当其较少对准时该 距离变长。以不同的角度穿过该两个射束的距离的比值提供足够的信 息来给出球方向的相对角度的直接指示。
现在参照附图6,其表示球，其中心沿线AF行进，该线与预期 方向成角度U。所示的球的中心位于位置C、 D、 E和F，在该位置， 其分别最初中断F6，最初中断B6，恢复F6和恢复B6。最初中断和 恢复的起点位于射束与该球的前沿或后沿表面相切的位置，该最初接 触的点可以在从球的中心到该射束的垂线上找到。这些接触的最初点 分别位于射束F6、 B6、 F6和B6上的位置G、 H、 I和J。该球中心 的轨迹在A开始，并且分别在N和M穿过射束F6和B6。该球中心 的轨迹还分别与射束F6和B6成角度Y和W。
可以合理地假设该球在其最初中断和恢复该两个射束时以恒定的 速度和与其运动方向成恒定的角度保持。
下面的理解是本发明的一个方面。该球的方向角度和速度能够单 独地通过得知该两个射束的中断和恢复之间的周期来计算。在各周期
相等时，该球沿预期方向行进。在跨过F6射束的周期较短时，方向 向右。在跨过B6射束的周期较短时，方向向左。周期的差异越大， 偏离预期方向越大。
下面的三角法分析提供了角度U和比值EN/DK之间的直接关系。 SinY = EH/EN。 SinW=DI/DK。 EH和DI都是已知值，即球的半径。 比EN/DK也是已知值，由于其等于最初中断和恢复的射束F6和最初 中断和恢复的射束B6之间的时间间隔之比，这是由于球速是恒定的， 而EN和DK各自对应于在每个时间间隔中行进的距离的一半。因此， sinY/sinW=已知值。通过对三角形ABK的观察，可以看到 W+U+(180。-S)=180。，即W=S-U。通过对三角形CGN的观察，可以 看到Y=180°-S-U。因此，sin(180。-S-U)/sin(S-U)-已知值。由于S也是 已知值，因而可以使角度U求解。
该分析表明在一个射束与另 一个射束相比的变化之间相对时间 之比或相对时间的差异与球杆面方向的角度和射束的角度具有固定的 关系。
一旦运动方向已知，则可以确定速度，这是由于球的直径是已知 的。再参照附图6，可以看到，在球最初中断然后恢复射束B6时，球 行进的距离由线DF给出。该距离超出球直径的长度为LM。通过如 下得到LM。在三角形FJK中，sinW=FJ/(FM+KM)。因此，KM是 已知值，这是由于FJ和FM是已知值，即各自等于该球的半径。FJK 和DIK是类似的三角形，这是因为FJ-DI,因此KM-KL。因此LM 的值是已知的。因此DF的值是已知的。然后可以通过该距离除以在 射束B6最初被中断然后恢复的情况下记录的时间间隔来计算该速度。
非常类似的练习会得到CE的值。类似地，可以通过该距离除以 在射束F6最初被中断然后恢复的情况下记录的时间间隔来计算该速
度。速度的两个值应该是相同的，如果该结果略微不同可以取平均值。 可以在两个球运动测量方法之间进行下面的比较。早先描述的仅 中断的方法提供了下面潜在的优点。由于在类似的中断信号之间确定 时间间隔，因而记录的时间间隔不会被同等影响两个信号的变量扭曲。 测量该间隔的距离不限于与该高尔夫球的直径有关的尺寸。该测量不 依赖于提前知道该高尔夫球直径。稍后描述的中断和恢复方法可以提 供下面潜在的优点。其仅需要一组射束。其可以检测后球杆面，这是 由于该信号总是在该球已经穿过其之后立即恢复。
第二可选方法利用该球的起始位置作为测量该球的运动方向和球
速的一个基准点。可以同样容易地显示在一个射束与另一个射束相 比的变化之间相对时间之比或相对时间的差异与球杆面方向的角度和 射束的角度具有固定的关系。与第一可选方法类似，其仅需要一组射 束，但是在该实例中，其不具有局限于与该高尔夫球的直径有关的尺 寸的缺点。然而，其具有几个相对的缺点。这包括依赖于该球的起始 位置的精度和一致性。它们还包括必须测量或估计球离开该起始位置 的开始时间。它们还包括在球与该球杆面接触时，当该速度不断变化 并且该运动不必成直线时，必须调节该球运动的早期周期，。
可以同样容易地表示，在一个射束与另一个射束相比的变化之间 相对时间之比或相对时间的差异与球杆面方向的角度和射束的角度具 有固定的关系。
球跟踪射束的位置
在被测物体由第二个物体尾随的情况下， 一个重要的考虑事项是 射束的中断或恢复不受该尾随物体的影响。例如，在高尔夫球由高尔 夫球杆击打的情况下，必须在该球杆面中断该射束之前完成测量该球 的必要射束中断或恢复的信号。
在该球测量信号是单独的中断信号的情况下通常不存在问题，这 是因为该球的前沿面至少在该尾随球杆面的接触区域的一个球直径之 前，这足够保证该球中断在该球杆面之前的所有射束。
然而，在射束需要在被尾随的球杆面中断之前恢复的情况下不适 于该条件。在该实例中，必须在射束和球的起始位置之间提供间隙。 可以通过考虑撞击高尔夫球的高尔夫球杆的力学来估计该间隙的最小
尺寸。在典型的驱动射击(drive shot)中，该球和球杆面保持大约 11.5mm的接触。该球杆以大约30m/s速度接触该球，在接触期间逐 渐减慢到大约24m/s。该球以大约52m/s与该球杆面分离。这样，在 分离之后，该球以略微高于两倍球杆面速度的速度行进。
在理想的情形下，即，通过球杆面中心的正方形进行完美的射击， 并且在预期方向上行进，射束设置成正交于该预期方向，并且球速是 球杆面速度的两倍，在该球和球杆面分离的位置，可以将该射束设置 成仅在该球之前一个球的直径处。当该球的直径为42mm时，在其与 该尾随的球杆面之间还保持21mm的间隙的情况下恢复该射束。
然而，在实际的情形下，必须对不是中心和正方形的球杆面以及 未正交于该预期方向的射束进行调节。还必须对不佳碰撞射击进行调 节，在该不佳碰撞射击中，球速会落到两倍球杆面速度之下。总之， 在撞击之前，在射束和球的前沿面之间大约70-100mm的间隙通常是 足够的。
垂直高度的考虑
至此，仅给出了确定水平面内的运动的考虑。然而，该球杆和球 在垂直面内具有重要的运动分量，其必须由该方法和设备来调节。
垂直运动的一个方面与测量水平面内的运动有关。在跟踪该球杆 面的情况下，通常希望检测与该球杆面的下边接近的一致的直边，例 如最前沿的直边。在跟踪球的情况下，通常需要检测穿过该球的中心 的水平面内的整个外径，而不是在该水平之上或之下的更小的直径。 实现该类型检测的优选方法是使用带型(band-type)射束，其包括基 本上平的细长带，该带具有宽度远大于厚度的横截面。在优选的排列 中，将该带的宽度垂直布置，并且可以还称作为其高度。该带型射束 具有足够的垂直高度，以致于被测物体的可能位置的范围会中断该带
上的一些点。可以操作该系统来检测带型射束的状态变化，该带型射 束状态典型地具有如下形式，即，通过进入该横截面上任一点的物体 进行部分中断或者恢复到中断之前已有的状态。
在优选的排列中，带型射束的面或宽度正交于该公共或水平面布 置。这具有包括下面的几个优点。其可以将投影到公共平面上的射束 转化成线，由此简化由物体在不同的垂直高度对其进行中断或恢复而 造成的射束变化的记录，并且便于运动特性的测量。其方便了许多紧 密邻近地定位的射束的定位。其为检测球的射束和击打球的球杆提供 了可接受的共同的射束面角度，其中该球杆首先下降，而该球在被测 量时首先上升。
无论是否正交于该公共平面布置，每组测量运动特性的射束都包 括公共平面中的至少一个分量，其是该射束的纵向分量。
垂直运动的另 一个方面与测量垂直平面内的运动有关。在该实例 中，目标是确定垂直高度分量本身。可以再次使用带型射束。然而， 在该实例中，该确定与测量射束中断的高度或程度有关。典型地，检 测物体上的最低或最高点，而在前的类型典型地与检测物体上的前沿 或后沿点有关。
可以通过分离的射束或者通过设置成实现两个功能的射束来检测 垂直运动的两个方面。在优选的实施方式中，射束进行两个功能。这 具有减少射束数量的优点，由此减少了分量的数量，潜在减少了成本 和问题。在将分离的射束专用于两个功能的情况下，潜在给出了下面 相对的优点。该垂直射束可以是正交于该预期方向的单个射束，而不 是跟随用于水平测量的角度对。还可以排列该垂直射束来检测该球的 底部或顶部，并且可以排列该水平射束来检测该球的中心前沿边或后 沿边，因而减少每个所需的垂直范围。可以将该水平射束排列成简单 的是-否检测器，要特别注意是-否开关的精度。在某些情况下，可以
使用垂直射束，其中相同的射束测量低击飞球(lofted balls)的顶部 和高击飞球的底部。
检测高尔夫射击的垂直运动的带型射束引起潜在的问题。这涉及
某些高尔夫射击的相对急剧的击飞和某些球杆运动的较少程度的急剧 向下摆动。在使用简单的带型射束的情况下，需要非常高的带，除非 将该带接近该球的起始位置定位。然而，由于该带接近起始位置定位 会产生几个潜在的缺点，包括水平运动精度的降低，以及由于该尾随 球杆面造成的中断，阻止了将射束恢复信号用于球检测的水平运动。
在本发明的一个实施方式中，至少一个带型射束由多个带替换。 在可选的实施方式中，至少一个带型射束相对于垂线倾斜一定角度， 以便进一步从初始球位置检测在相对较低的击飞时的水平面内的运 动，而不是在相对较高的击飞时的水平面内的运动。
这提供了包括下面的几个优点。其可以增加低击飞射击如驱动射 击时射束和初始球位置之间的水平距离，由此增加水平面内运动检测 的精度。对低击飞射击来说该精度的类型是特别重要的。第二个优点 是其允许在不需要过高的带型射束的情况下检测高击飞的射击。第三 个潜在的优点是其减少了发射和接收射束的设备的最大垂直高度，由 此使其不容易受到错误的高尔夫摆动的破坏，并且较少在视觉上分散 选手的注意力。
在本发明优选的实施方式中，在出射侧上提供附加对的射束，其 包括两个成倒转角的射束，它们的交叉点位于球运动的预期方向线上， 但是与其它射束的交叉点隔开。该对射束平行于其它出射对射束。在
附图7中示出了该类型的排列，其中F5和F6是该附加对，其交叉点 示出为位于对F4-B4和对F6-B6的交叉点之间的中间。当进行射击时， 全部的三对都是激活的，F4-B4和F6-B6协同测量中到低击飞球的运 动特性，而F4-B4协同测量高、中和低击飞球的运动特性。在射击在 F6-B6射束对的测量范围内适当下降的情况下，采用该对的测量来确 定运动特性。该第二对射束也提供关于该球的垂直高度的信息，并且 将F6-B6和F5-B5设置成在确定球的垂直高度时避免不确定性。
神经装置
已经论述的数学模型将该球杆面视为固定宽度的、具有锐利形状
的端部的直线表面。实际上，该球杆面可能不是完全平的，该边也不 是锐利形状的。而且，虽然该数学模型自动地处理所有特定的球杆宽 度，但是实际上，该平的球杆面的有效宽度还是随着该球杆面的倾斜 发生轻微变化。
可以采用不同的方式来处理该简单的数学模型的这些差异。其中 的一个方式是使用更精确的数学模型来调节差异。另 一个方式是使用 人工神经型智能装置，其事先进行了信息训练，该信息将宽范围的射 束信号与由此引起的该球杆面和球的运动特性关联起来。通过人工神 经型智能装置，此后称作为神经装置意味着确定或问题解决的装置， 其以类似于人确定或问题解决的方式操作。特别地，该类型的问题解 决的确定涉及事先学习的经验，通过该经验，当产生新的问题或情形 时可以确定解决方案或者添加解决方案。
在使用神经装置的情况下，通常有利的是在将其赋予给该神经装 置之前预处理一些或全部的初始射束信号，并且权衡它们相对于特殊 类型的输出的重要性。可以通过传统的电子处理方法或装置来执行该 预处理阶段。
例如，基于测量球杆面、球杆方向和球杆速度的入射射束，将水 平面内的输出紧密地加权到与在关联球杆面的多组平行射束的中断之 间的持续时间以及持续时间的差异有关的预处理信号。将水平面内的
转角的射束的中断k间的持续时;的差异有关的预处理信号，对于彼 此成不同的相对角度的射束组。还将球杆面角度和偏移紧密地加权到 球杆方向和速度的测定值上。将水平面内球方向和球速度的输出紧密 地加权到与在关联球的多组平行射束的中断之间的持续时间和持续时 间的差异有关的预处理信号。在还使用恢复信号的情况下，还将输出 紧密地加权到与在关联球的单独射束的中断和恢复之间的持续时间和 持续时间的差异有关的预处理信号。附图8、 9和10示出了适于确定高尔夫射击中球杆面和球的运动 特性的设备的优选实施方式，其采用与附图7所示的对应的射束排列。
现在参照附图8，其示出了包括对如虚线所示的中心准直射束进 行描绘的概略平面图。该设备包括台面和在进行射击之前直接定位在 该台面或该台面上的支撑球座上的球。该台面可以包括耐用的人造草 皮或聚合物垫。
发射反射器包括垂直聚焦反射带阵列，该发射反射器沿该台面离 选手最远的一边定位，检测反射器也包括垂直聚焦反射带阵列，该检 测反射器沿离选手最近的一边定位。这些反射器横向定位成离球杆和 球的路径足够远，以避免受任何正常的射击的击打，而且最小化视觉 上的突兀(obtrusiveness )。还最小化垂直高度，以避免^皮击打和最 小化视觉上的突兀。反射器安装于由在该台面水平之下的公共框架支 撑的块上，以保证在其间保持正确的对准。选手站在平台或垫子上， 以便他或她的站立位置与该台面平衡。
现在参照附图9和10,附图9表示附图8中所示的设备的概略剖 开平面图，其示出了该台面之下的布置，但是保留了发射反射器和检 测反射器的视图。该视图包括描绘成虚线的射束。附图IO示出了在附 图8和9中表示的设备沿X-X的侧面剖视图。附图IO描绘了从升高 的球座位置碰撞球的布置，如典型地出现在驱动射击中。
沿在定位在该台面之下的发射器阵列块布置十二个发射器，每个 发射器与每个所需的带射束对应。该发射器包括激光二极管，并且定
位成它们的长轴位于垂直平面内。每个发射器提供有透镜，此后称作 激光透镜。每个发射器发射在垂直面内强烈地发散的射束。每对发射 器和透镜成一定角度，以便将其射束向上朝着发射反射器上相应的垂 直反射带的刻面导向，该发射反射器定位在该台面的水平之上。该垂 直面含有发散的射束，并且与在该台面之上包含射束的垂直面近似地 一致，但是可以略微变化，以允许在该反射器表面处产生折射效应。 如附图7中所示的排列的需要的那样，该射束由聚焦反射器发射成平 行的准直射束。该平行的准直射束穿过该台面，并且落到该检测反射器上相应的反射垂直带的刻面上。该检测反射器将该平行射束聚焦到 入口窗的焦点上或位于该台面之下的相应的检测器上。将十二个这种 检测器的阵列安装在检测器阵列块中，每个检测器的入口窗定位和定 向在相应的入射射束的焦点。该射束可以穿过该台面的平面，或者穿 过在该台面水平处的聚合物窗，该聚合物窗对信号辐射是透明的，或 穿过该台面水平上的开口。在使用开口的情况下，通过这样的窗口来 保护该发射器和检测器不受污染，所述窗口是在它们和开口之间定位 的垂直或接近垂直的窗口。
重要的是保证将射束较好地准直成穿过反射器之间主要中心区域 的平行射线。还重要的是其应当具有跨越射束尽可能小地变化的强度 分布，或者在强度变化是不可避免的情况下，将其最小化，并且以规 则可预测的方式发生。
将激光二极管用作发射源，可以以低成本获得该激光二极管，其
具有非常小的大约0.001mm的源尺寸，并且通过8。的FWHM (全宽 度， 一半最大值)发散大约30°。该激光二极管定向成，较大的发散 轴定位为竖直的，以提供该射束的垂直高度，而将较小的发散轴定位 成水平的，以提供其厚度。沿该激光束的水平轴的较小的发散在该激 光透镜的单阶段中几乎完全准直，例如发射8。发散的情况；其可以减 少到小于1°。有意保持小度数的发散在随后描述的调节位置公差中提 供了重要且有利的要素。将沿该垂直轴的较大的发散在二阶段中准直。 对该图中表示的排列来说，30。的发散对提供足够高度的平衡射束以调 节全范围高尔夫射击是不够的，并且激光透镜在垂直轴上将该发散增 加到44-45°。该垂直发射的射束落到该发射反射器的刻面上，其中其 聚焦成平行的准直射束。
从该激光二极管出射的辐射穿过每个轴遵循自然的高斯分布图， 即朝向中心增加强度，而朝向边缘减少强度。不希望有的变化由于将 射束向上投射到该垂直反射器上而恶化，如果不校正，其将倾向减少 来自该反射器的中心出射射束从底部到顶部的强度。采用两个主要的 方法使这些变化减少。 一个方法是丢弃或筛除射束的弱边，这消除了
总射束强度的大约30%。第二个方法是改变激光透镜中的射束。沿其 放大的垂直和水平轴，该激光透镜逐渐将发射的辐射延伸到最接近于 透镜中心以减少辐射的强度通量，并且逐渐将该辐射压缩到最接近于 透镜边缘以增加辐射的强度通量。较小程度地，该激光透镜另外将辐 射逐渐延伸和压缩，以便补偿向上投射的影响。总之，可以相对容易 地实现超过±20%的垂直射束强度。
在该设备的排列中， 一个重要的考虑事项是穿过不同光学组件的 射束的准直。该系统必须能够调节会造成未准直的不同因素，包括制 造公差和由温度和湿度变化产生的变化。调节潜在未准直的主要方法 是将该检测器设置成，其仅需要一小部分初始发射的射束，并且将该 射束设置成发散穿过每个阶段，随后在每个阶段平衡或再调节 (over-accommodated)，考虑到潜在的局部未准直。在优选的实施方 式中，该激光二极管和透镜设置成发射发散的射束，该射束在遇到该 发射反射器时达到大约2mm的厚度。该发射反射器上的刻面具有大 约6mm的宽度，这在每侧提供了足够2mm的位置公差。该反射器设 置有大约2mm厚度的刻面，该刻面穿过水平轴不会放大，以使得它 们以与射束离开该激光透镜相同的较小发散程度反射射束。这种发散 使其在穿过该检测反射器之前达到大约10mm的厚度。该检测反射器 上的刻面具有大约6mm的宽度，并且有效地将10mm宽的入射射束 减少到6mm宽的出射射束，假如两个反射器之间的未准直在任一侧 超过2mm。在未准直超过2mm的情况下，该出射射束会将其额定的 6mm厚度减去该数量。例如，该发射器和检测反射器之间5mm的未 准直仍然会造成向着该反射器反射3mm宽的射束。该检测反射器还 设置有厚度高达大约6mm的刻面，该刻面不会穿过水平轴放大，以 便它们以相同的连续的较小发散程度反射射束。这造成其在到达该检 测器的区域之前获得高达大约8mm的厚度。该检测装置设置有筛除 装置，该装置包括在检测器窗口的前面定位的窄垂直缝隙。在优选的 实施方式中，其包括接近该检测器窗口的前面定位的lmm宽的缝隙。 在该检测装置内允许士lmm的位置公差的情况下，该检测反射器将满
足3mm的入射射束。如前所述，这对应于该发射器和检测反射器之 间士5mm的位置公差，其通过提出的设备可以容易地得以控制。垂直 方向上的公差控制受到类似的方式的影响，并且由于射束高度远大于 射束宽度而更容易实现。
可以注意到，使用提出的最终lmm的筛除厚度基本上将该射束 的活动部分的厚度沿其整个长度减少到lmm。这有利地提供了具有最 小的厚度和较好的边缘清晰度的活动射束。
该激光透镜是小的复合光学部件，其形成为注模的聚合物部件。 其定位在激光器输出的前面，通过整体模制的凸缘保持正确的配准或 者固定在透镜模制件上。该透镜可以呈现不同的形式，典型的布置具 有两个面，第一面具有柱形凹面多项式形式，第二面具有柱形凸面非 球面或环形形式。适当的聚合物材料包括具有低吸水能力的环烯聚合 物或者环烯共聚物。
可以将该反射器制造成单个组件的聚合物注射模制件，采用与该 激光透镜相似的聚合物材料来生产。该反射器的主体覆盖该发射器装 置和检测装置的整个长度。它们有利地包括面向该设备的运动区域的 平面，其有助于抵抗污垢，并且容易擦净。虽然未在附图中表示，但 是该模制的反射器以传统的方式被加有肋条，以提供具有低材料厚度 的刚性。该反射器的反射表面包括水平布置的菲涅耳型(Fresnel-type ) 聚焦刻面的垂直带阵列，其导向并且准直所需的射束。附图13表示这 些垂直带阵列中其中两个的放大的剖视平面图。各带和各刻面具有大 约6mm的宽度。该检测反射器上刻面具有大约lmm的高度，并且基 本上是平的。该发射反射器上的刻面具有大约l-2mm的高度，并且在 水平截面中观察时基本上是平的，而在垂直截面中看时基本上是弯曲 的。如果使用平的反射器，则准直要求需要小得多的刻面高度。弯曲 的轮廓允许使用较大的刻面，这准许以低成本的注模来生产该组件。 该检测器反射器刻面不必是弯曲的，并且容易地生产lmm的高度。 将该刻面的反射表面制造为该材料的内表面。该刻面通过将其后侧模 制成中空而得以制造，其后将其喷涂金属以获得反射表面。这具有下
面的优点该反射表面的质量是由聚合物表面而不是由会遭到表面氧 化或擦伤的金属来决定。可以使用廉价的喷涂金属材料如铝。该射束 必须在由该刻面反射时进入和离开该聚合物材料的表面，并且在该射
束以非直角的角度进入或离开时折射。适当地设置该刻面的方向角以 及来自该激光透镜的入射射束或者到该检测器的该出射射束的角度， 以便适应这种折射效应。将该反射器作为低成本可互换的组件生产， 其可以容易地安装或者从该设备拆卸。附图中表示的仅仅是概略的安 装排列，其包括该发射器和反射装置基底中的槽。实际安装方法保证 将该反射器沿其长度固定，并且正交于该台面直立。在本发明这方面 的可选实施方式中，将该反射器由等价的聚焦透镜替换。
该激光二极管具有大约lmW的输出，并且发射接近780nm到 1000nm之间红外波长的辐射。其发散典型地是通过80。FWHM的30°。 该检测器是具有阻断可见光的滤波器的光电二极管。其入口窗是大约 2.5x2.5或者更大。其产生与进入到其窗口中的相关辐射量成比例的电 子输出。该激光二极管和光电二极管是以配对方式脉沖调制的，因而 来自任一发射器的杂散信号不会由任一不匹配的检测器配准。调制还 可以阻止由该检测器配准的有害的环境辐射。通过匹配到该激光二极 管和光电二极管的电子驱动来实现调制。
该发射器阵列块包括精密的聚合物注射模制件，其以正确的配准 保持该激光二极管和激光透镜。该检测器阵列块同样包括精密的聚合 物注射模制件，其以正确的配准保持该光电二极管。该检测器阵列块 还有利地包括检测器篩除装置，其具有直接在该模制件中形成的筛除 槽。使用黑色聚合物材料帮助筛除。在附图10-12中以放大比例描绘 该筛除装置，实际上，其靠近该光电二极管的窗口定位。发射器阵列 块和发射反射器安装在公共发射器装置基底上。将检测器阵列块和检 测反射器同样都安装在公共检测装置基底上。通过横跨该设备宽度的 基底或框架将该发射器装置的基底和检测装置的基底以互相配准的方 式保持。
凭借该布置，射束从该台面水平之下的发射器和检测器反射或反
射到该发射器和检测器上，该布置提供了包括下面的各种优点。第一， 使用可互换的反射器允许对不同类型的击射使用不同高度的发射器装 置和检测装置，由此仅将高度突兀减少到所需的水平。第二，使用可 互换的反射器使最接近选手的该发射器装置和检测装置能够相对于其 在选手和球之间的位置改变，这是不同类型的击射所需要的。第三， 除了反射器，使所有的组件远离该运动区域。这具有几个优点。该发 射器是相对不显眼的细长的、大部分透明的组件。它们还具有低重量， 并且设置成如果被球杆击打容易移去，由此消除了如果对其意外击打 造成的破坏或损坏的担忧。将该反射器生产成低成本、可更换的组件， 如果意外破坏可以将其容易且廉价地更换。
现在参照附图IO，其描绘了适于驱动射击的排列，其中将球放置 在升高到该台面之上大约30mm的球座上。该图表示该排列最高需要 的反射器带的高度，该排列跨越正常射击的全范围测量球杆和球的运 动。可选地，该反射器组件可以保留沿其长度的高度，或者它们可以 生产成其上边的高度根据单个反射器带的高度的需要而变化。在附图 10中表示的反射器还充分地测量了跨越宽范围的地面射击的球杆和 球的运动，即未在球座上升高的射击。幸运地，对驱动射击来说，在 球座上升高的球所需的附加反射器高度与地面射击所需的附加高度匹 配，在地面射击的情况下，可以将球更高地击飞，并且该球杆可以描 绘出非常急剧地向下接近球的动作。这样，可以将一组反射器用于所 有这些射击，其包括几乎所有除了推送射击之外的射击。下面给出测 量所有地面射击和所有驱动射击的设备所需的反射器高度的例子，球 座在该台面之上高达30mm，其中该排列类似于附图中描绘的。F6-B6 和F5-B5反射器带的高度大约为75mm; F4-B4、 F3-B3和F2-B2反射 器带的高度大约为40mm， F1-B1反射器带的高度大约为80mm。在 将球放在台面之上30mm高的球座上的情况下，使用相对高的反射器 带。激光二极管射束设置成具有足够尺寸，以便覆盖所有的反射器高 度，并且当反射器变化时不会改变。
现在参照附图11，其描绘了适于推送射击的排列。推送射击与其
它高尔夫射击的不同之处在于选手通常更靠近球站立，并且球杆头 的速度相对低。为了调节这些射击，该设备相应地提供有靠近球的第 二检测反射器位置。推送射击需要非常低的反射器高度，下面给出例 子。F6-B6、 F5-B5和F4-B4反射器带的高度大约为25mm; F3-B3和 F2-B2反射器带的高度大约为40mm高，F1-B1反射器带的高度大约 为50mm。
现在参照附图12，其表示与附图IO类似的排列，但是其中，该 发射器装置和检测装置设置成通过增加该发射反射器的高度来减少该 检测反射器所需的高度。该发射反射器上的刻面设置成使得该射束向 着该检测反射器会聚。该系统的优点在于其减少了位于选手和球之 间的反射器所需的高度，由此减少了其潜在的突兀。该优点可以平衡 由该会聚射束更精细的几何排列所引起的较高发射反射器的缺点和测 量装置中更复杂的计算。
该设备的测量装置包括编程电子处理器，可操作该处理器将射束 的信号转换成该球杆和球的运动特性，通常与已经描述的方法一致。 其可以包括如已经描述的模拟的神经型智能装置。以两种主要的模式 来检测射束信号。这些模式的一种是射束初始中断的记录时间。该初 始中断通过采用模拟触发器如施密特触发器(Schmitt trigger )来实现， 其在光电二极管的输出电压降低较小预定量而低于其稳态水平时被激 活。使用模拟触发器提供远高于传统的转换数字信号提供的精度水平。 使用初始中断的时间来确定在水平面内投影的运动特性。第二检测模 式是测量在球杆或球穿过其时射束被遮挡的程度，其后确定球杆或球 的底部的垂直高度。这是通过使用高速电子方法跟踪光电二极管的输 出信号并且记录其最低值来实现的。将该最低值与在射束中断之前存 在的稳态信号比较。使用存储在处理机存储器中的一组预编程的转换 值将该比较转换成垂直高度。
在应称为第二个优选实施方式的本发明的可选的优选实施方式 中，该设备在下面的方式中不同于第一个优选的实施方式。将发射器 装置和检测装置布置在该设备的同侧上，优选布置在与选手相反的一
侧上。发射的射束穿过该台面，并且沿相同的路径反射回，以便由该 检测装置接收。公共的反射装置包括多个反射刻面的垂直阵列，该反
射装置执行两项任务将来自发射器和透镜的发散射线导向到主操作
射束上，以及将返回的射束聚焦到落在该检测器窗上的会聚射线中。
虽然发射器和检测器共享各刻面的每个垂直阵列，但是该排列却与第
一个优选实施方式的类似。附加的反射装置定位在该设备的另一侧上。 其与第一个优选实施方式的检测反射装置具有类似的总尺寸，该尺寸
足够大以便截断该组发射的射束。其包括回射表面，在优选的变型中， 其具有精密包装的光学角隅棱镜阵列，该阵列将任何光束精确地反射 回到源头。该角隅棱镜具有三个彼此成90度的反射面。该回射器的定 向不是非常关键的。可以以低单位成本将该回射反射器生产成聚合物 注射模制件。该排列需要将检测射束与该发射射束的光学路径分离。 这可以通过在该激光透镜和反射器装置之间的发射射束的路径中插入
斜角半反射镜(典型地为大约50%反射)来实现。将近似一半的返回 射束从该发射器的光学路径向着该检测器反射，该检测器定位在该反 射部分适当的焦点位置。可以有利地在公共阵列块和基底上安装该发 射器装置和检测装置的组件，该公共阵列块和基底可以极大地帮助该 组件之间的位置配准。
第二个优选实施方式相对于第一个优选实施方式具有几个包括下 面的缺点。在该半反射镜处的损失高达大约为75%的射束功率，由此 迫使更高功率的发射器在该检测器提供相等的信号强度。该台面之上 的射束部分长度加倍，由此增加了该射束内不希望有的内部发散的程 度。
第二个优选实施方式相对于第一个优选实施方式还具有几个包括 下面的优点。通过该回射反射器的相对不关键的位置公差，以及通过 该反射器装置和检测装置的公共基底上的接近位置，更好地保证了该 发射器装置和检测装置之间的位置对准。还可以在离开该球起始位置 的不同的距离处使用相同的回射反射器，其中距离的变化可适合不同 类型的射击或不同的选手。发射器和检测组件的组合还能允许该设备
以较低的成本和如下的方式制造，所述方式可便于该设备的组件的迅 速装配和拆卸，从而便于包装、存储和运输。
在本发明进一步可选的实施方式中，用一个公共的发射器或两个 公共调制的发射器代替该十二个发射器的阵列。该发射器定位在该设
备的检测装置侧，超过该最终F6-B6射束的检测点，并且可选地在该 台面水平之上。该发射器向该发射反射器发射辐射，该发射反射器与 附图8中所示的发射器类似地定位。优选地，该公共的发射器和检测 装置定位在该设备与选手相反的一侧。该反射器上的反射带上的刻面 设置成它们在类似于附图8所示的几何方向上，将辐射朝向该检测反 射器重新导回。以与第一个优选实施方式类似的方式检测该射束信号。 可以将来自该发射器的开始辐射通过透镜聚焦，以便优选将该辐射导 向到该反射带上，并且紧密地环绕该发射反射器的区域。
应当理解，本发明并不局限于在此描述的特定细节，并且可以进 行各种修改和变型，而不脱离由后附的方法和设备权利要求所限定的 本发明的范围。
权利要求
1.一种通过射束的变化来测量或确定物体的运动特性的方法，其特征在于，提供一组射束，其包括至少两个设置在所述物体的运动路径中的射束；所述射束设置为彼此成相对的角度；由此来测量所述物体的运动特性。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，记录或测量是由射 束组中各不同射束发生变化所处的时间、持续时间或时间的差异或持 续时间的差异构成。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述射束与所 述物体的预期方向成锐角布置。
4. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，射束组 中的每个射束的至少一个纵向分量位于一公共平面内。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述公共平面是基 本上水平的。
6. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，将一个 射束与所述物体的预期方向顺时针成锐角布置，而将另一个射束与所 述物体的预期方向逆时针成锐角布置。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述锐角的大小是 相等的。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，两个射束交叉于沿 所述物体的预期方向线的一点。
9. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，目标物 体是与所述物体的预期方向正交或接近正交的边或投影的边。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述边是所述物 体的面的投影的前沿边，并且基本上是直的线或者略微弯曲的线。
11. 根据权利要求9或IO所述的方法，其特征在于，所述射束与 所述物体的预期方向成锐角布置，所述锐角的大小大于所述边和所述 物体的预期方向之间对向的角。
12. 根据权利要求9至ll之任一项所述的方法，其特征在于，所 述射束相对于所述预期方向的角度超过在其上进行测量的所述边相对 于所述物体的预期方向的角度的最大范围。
13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述物体的运动 特性之一是边相对于所述物体的预期方向运动的方向；其中，射束组包括至少两对平行射束， 一对相对于另一对成角度 布置；以及所得到的测量是与在 一 个平行对相比于另 一 个平行对的变化之间 相对时间之比或相对时间的差异的确定关联的。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在一个平行对相 比于另一个平行对的变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于 球杆面方向角和各射束角具有固定的关系。
15. 根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，第二个运 动特性是所述边的运动速度；其中，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一对射束的两 个平行射束上所述边的一端导致的逐次变化之间的持续时间来确定， 而距离通过将确定的运动方向应用到所述平行射束之间的距离来确 定。
16. 根据权利要求13至15之任一项所述的方法，其特征在于， 彼此成相对的角度布置的射束的交叉都是交叉于沿所述预期方向线的 点。
17. 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于，另一个运动特性 是所述边相对于所述物体的预期方向的角度；其中，射束组包括一对与所述物体的预期方向成不同锐角地布置 在一个旋转中的射束，以及第二对与所述物体的预期方向成不同锐角 地布置在相反旋转中的射束；其中，测量是与所述边的角度关联的， 其被更接近于较迟变化的射束的角度地表示，以及被更远离于较早变 化的射束的角度地表示；以及，在相反旋转的射束之间的相对变化之间，差异增大则表示运动特性主要是倾斜角度而不是偏移；以及，在相同旋转的射束之间的相对变化之间，差异减小则表示 运动特性主要是偏移而不是倾斜角度。
18. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，另一个运动特性 是所迷边相对于所述物体的预期方向的角度；其中，射束组包括两个与所述物体的预期方向成不同锐角地布置 在一个旋转中的射束，以及第三个与所述物体的预期方向成锐角地布 置在相反旋转中的射束；其中，测量是与所述边的角度关联的，其被更接近于较迟变化的 射束的角度地表示，以及被更远离于较早变化的射束的角度地表示；以及，在相反旋转的射束之间的相对变化之间，差异增大则表示 运动特性主要是倾斜角度而不是偏移；以及，在相同旋转中布置的射束之间的相对变化之间，差异减小 则表示运动特性主要是偏移而不是倾斜角度。
19. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，另一个运动特性 是所述边相对于所述物体的预期方向的偏移；其中，射束組包括一对与所述物体的预期方向成不同锐角地布置 在一个旋转中的射束，以及第二对与所述物体的预期方向顺时针成不 同锐角地布置在相反旋转中的射束；其中，测量是与所述边的偏移关联的，其被更接近于包括较早变 化的最前面的射束的区域地表示，以及被更远离于包括较迟变化的射 束的区域地表示；以及，在布置于相同旋转中的射束之间的相对变化之间，差异减 小则表示运动特性是渐增地偏移而不是倾斜角度；以及，在布置于相反旋转中的射束之间的相对变化之间，差异增 大则表示运动特性是渐增地倾斜角度而不是偏移。
20. 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于，另一个运动特性 是所述边相对于所述预期方向的偏移；其中，射束组包括两个与所述预期方向成不同锐角地布置在一个旋转中的射束，以及第三个与所述预期方向顺时针成锐角地布置在相反旋转中的射束；其中，测量是与所述边的偏移关联的，其被更接近于包括较早变 化的最前面的射束的区域地表示，以及被更远离于包括较迟变化的射 束的区域地表示；以及，在布置于相同旋转中的射束之间的相对变化之间，差异减 小则表示运动特性是渐增地偏移而不是倾斜角度；以及，在布置于相反旋转中的射束之间的相对变化之间，差异增 大则表示运动特性是渐增地倾斜角度而不是偏移。
21. 根据权利要求17至20之任一项所述的方法，其特征在于， 各射束的交叉点是一致的，并且位于所述预期方向线上的一点。
22. 根据权利要求17至21之任一项所述的方法，其特征在于， 所述相反旋转的角度的大小是相等的。
23. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，物体具有基本上 与取向无关的规则形状，包括球形、圆形或点。
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，另一个运动特性 是所述物体相对于所述预期方向的运动方向；其中，射束组包括至少两对平行射束， 一对相对于另一对成角度 布置；测量是与在一个平行对相比于另一个平行对的变化之间相对时间 之比或相对时间的差异的确定关联的。
25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在一个平行对相 比于另一个平行对的变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于 球杆面方向角和各射束角具有固定的关系。
26. 根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，另一个运 动特性是所述物体的运动速度；其中，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一对射束的两 个平行射束上所述物体导致的变化之间的持续时间来确定，而距离通 过将确定的运动方向应用到所述平行射束之间的距离来确定。
27. 根据权利要求24至26之任一项所述的方法，其特征在于， 彼此成相对的角度布置的射束的交叉都是交叉于沿所述预期方向线的 点。
28. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，另一个运动特性 是所述物体相对于所述预期方向的运动方向；其中，当物体最初中断射束时记录一个变化，并且当所述物体穿 过，所述射束恢复时记录一个变化；测量是与在一个射束相比于另一个射束的变化之间相对时间之比 或相对时间的差异的确定关联的。
29. 根据权利要求28所述的方法，其特征在于，在一个射束相比 于另一个射束的变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于球杆 面方向角和各射束角具有固定的关系。
30. 根据权利要求28或29所迷的方法，其特征在于，另一个运动特性是所述物体的运动速度；其中，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一个射束上所 述物体导致的中断和恢复变化之间的持续时间来确定，而距离通过将 确定的运动方向应用到所述物体和射束的已知几何形状来确定。
31. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，另一个运动特性 是所述物体相对于所述预期方向的运动方向；其中，物体从已知位置和在已知时间开始或继续运动； 测量是与在所述射束的变化之间相对时间之比或相对时间的差异 的确定以及它从所述已知位置开始或继续运动的时间关联的。
32. 根据权利要求31所述的方法，其特征在于，在一个射束相比 于另一个射束的变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于球杆 面方向角和各射束角具有固定的关系。
33. 根据权利要求31或32所述的方法，其特征在于，另一个运动特性是所述物体的运动速度；其中，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一个射束上所 述物体导致的变化之间的持续时间来确定，而距离通过将确定的运动 方向应用到所述射束和所述已知位置之间已知的距离来确定。
34. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，彼此平行的协同 射束的角度在65°到80°之间。
35. 根据权利要求34所述的方法，其特征在于，彼此平行的协同 射束的角度约为75°。
36. 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于，以不同角度布置 的协同射束之间的角度差异在5°到20°之间。
37. 根据权利要求36所述的方法，其特征在于，以不同角度布置 的协同射束之间的角度差异约为10°。
38. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，平行的协同射束 对之间的交叉点间的距离在40mm到70mm之间。
39. 根据权利要求38所述的方法，其特征在于，平行的协同射束 对之间的交叉点间的距离是50-60mm。
40. 根据权利要求31至33之任一项所述的方法，其特征在于， 所述已知位置处于所述预期方向线上。
41. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述 射束包括基本上平的细长带，所述细长带具有宽度远大于厚度的横截 面。
42. 根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述射束具有 0.5mm至2mm的厚度。
43. 根据权利要求42所述的方法，其特征在于，所述射束具有约 lmm的厚度。
44. 根据权利要求40至43之任一项所述的方法，其特征在于，所述横截面的宽度正交于所述公共平面。
45. 根据权利要求41或44所迷的方法，其特征在于，将变化认 为是由物体造成的射束改变，所述物体进入所述射束横截面上的任一 点并且将其部分遮挡。
46. 根据权利要求41或44所迷的方法，其特征在于，将变化认 为是由物体造成的射束改变，所述物体离开所述射束并且终止将其部 分遮挡。
47. 根据权利要求41或44所述的方法，其特征在于，当所述物 体穿过射束时对射束进行测量；记录是由所述射束被遮挡的最大测量程度构成的； 以及，测定是由所述物体边相对于所述射束的横截面宽度的位置 构成的，使用由所述射束被遮挡的最大程度所构成的记录。
48. 根据权利要求41或44所述的方法，其特征在于，使用两组 射束来确定物体的运动特性；一组射束沿所述物体行进的方向在比另一组射束更短的长度上操 作，但是在包括所述射束的横截面宽度的平面内覆盖更宽的角度变化 范围。
49. 根据权利要求41至48之任一项所述的方法，其特征在于， 所述射束横截面的透射厚度显著大于测量所需的厚度；所述射束使得可以在跨越所述横截面的透射厚度的多个位置处进 行测量；以及，使用显著小于所述透射横截面的小尺寸横截面进行测量。
50. 根据权利要求49所述的方法，其特征在于，所述射束横截面 的测量厚度是通过在所述射束的接收側筛除透射的射束而确定的。
51. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述 射束是电磁波射束。
52. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，邻近 的射束以不同的频率进行脉冲调制和测量。
53. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，使用 模拟的神经型智能进行测量。
54. 根据前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于，所述 物体是球或者击打球的器具的面。
55. 根据权利要求54所述的方法，其特征在于，所述物体是高尔夫球或者高尔夫球杆的面。
56. —种通过检测射束的变化来测量或确定物体的运动特性的设 备，所述设备包括射束产生装置和测量装置，测量装置包括检测装置和计算装置；所述计算装置连接于所述检测装置；其特征在于，具有至少两个射束产生装置，射束产生装置中的每 一个分别包括发射装置，可操作发射装置来发射射束；可操作所述检测装置来检测射束；可操作所述射束产生装置来将各射束彼此相对成角度地布置在所 述物体的路径中；由此对所述物体的运动特性进行测量。
57. 根据权利要求56所述的设备，其特征在于，可操作所述测量 装置来记录或测量在射束变化之间的时间或持续时间或时间的差异或 持续时间的差异。
58. 根据权利要求56或57所述的设备，其特征在于，可操作所 述测量装置来将作为结果的记录或测量与所述物体的运动特性关联。
59. 根据权利要求56至58之任一项所述的设备，其特征在于， 可操作所述射束产生装置来将射束与所述物体的预期方向成锐角地布 置。
60. 根据权利要求56至54之任一项所述的设备，其包括至少两 个检测装置；并且可操作所述检测装置来检测射束。
61. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，可操作所述射束 产生装置来将射束与所述物体的预期方向成锐角地布置。
62. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，具有至少两个射 束检测装置，可操作射束检测装置的每一个来检测射束。
63. 根据权利要求56至62之任一项所述的设备，其特征在于， 所述射束产生装置将射束的至少一个纵向单元布置在一公共平面内。
64. 根据权利要求63所述的设备，其特征在于，测量平面基本上 是水平的。
65. 根据权利要求64所述的设备，其特征在于，所述射束产生装 置与预期方向顺时针成锐角地布置一个射束，并且与预期方向逆时针 成锐角地布置另一个射束。
66. 根据权利要求65所述的设备，其特征在于，所述锐角的大小 是相等的。
67. 根据权利要求56至66之任一项所述的设备，其特征在于， 所述射束产生装置布置两个射束，使它们交叉于沿预期方向线的一点。
68，根据权利要求56至67之任一项所述的设备，其特征在于， 目标物体是与所述物体的预期方向正交或接近正交的边或投影的边。
69. 根据权利要求68所述的设备，其特征在于，所述边是所述物 体的面的投影前沿边，并且基本上是直的线或者略微弯曲的线。
70. 根据权利要求68或69所述的设备，其特征在于，所述射束 产生装置与所述物体的预期方向成锐角地布置所述射束，所述锐角的 大小大于在所述边和所述物体的预期方向之间对向的角。
71. 根据权利要求68至70之任一项所述的设备，其特征在于， 所述射束相对于所述预期方向的角度超过在其上进行测量的所述边相 对于所述预期方向的角度的最大范围。
72. 根据权利要求68至70之任一项所述的设备，其特征在于， 所述射束产生装置产生一组射束，该组射束包括至少两对平行射束， 一对相对于另一对成角度布置；可操作所述测量装置来测量边相对于所述预期方向的运动方向； 利用这样的测定，所述测定与在一个平行对相比于另一个平行对 变化之间相对时间之比或相对时间的差异关联。
73. 根据权利要求72所述的设备，其特征在于，在一个平行对相 比于另一个平行对变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于球 杆面方向角和各射束角具有固定的关系。
74. 根据权利要求72或73所述的设备，其特征在于，可操作所 述测量装置来测量所述边的运动速度；方式是，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一对射束的 两个平行射束上所述边的一端导致的逐次变化之间的持续时间来确 定，而距离通过将确定的运动方向应用到所述平行射束之间的已知距 离来确定。
75. 根据权利要求73或74所述的设备，其特征在于，所述射束 产生装置布置两对平行射束，使该两对的交叉点位于预期方向线上。
76. 根据权利要求73所述的设备，其特征在于，所述射束产生装置产生一組射束，该组射束包括与预期方向成不同锐角地布置在一个旋转中的一对射束，以及与预期方向成不同锐角地布置在相反旋转中 的第二对射束；可操作所述测量装置来测量所述边相对于所述预期方向的角度；方式是，测定得知，所述边的角度被更接近于较迟变化的射束的 角度地表示，以及被更远离于较早变化的射束的角度地表示；并且，在相反旋转的射束之间的相对变化之间，增大的差异渐增 地表示运动特性是倾斜角度而不是偏移；并且，在相同旋转的射束之间的相对变化之间，减小的差异渐增 地表示运动特性是偏移而不是倾斜角度。
77. 根据权利要求73所述的设备，其特征在于，所述射束产生装 置产生一组射束，该组射束包括与预期方向成不同锐角地布置在一个 旋转中的两个射束，以及与预期方向成锐角地布置在相反旋转中的第 三个射束；可操作所述测量装置来测量所述边相对于所述预期方向的角度；方式是，测定得知，所述边的角度被更接近于较迟变化的射束的 角度地表示，以及被更远离于较早变化的射束的角度地表示；并且，在相反旋转的射束之间的相对变化之间，增大的差异渐增 地表示运动特性是倾斜角度而不是偏移；并且，在相同旋转的射束之间的相对变化之间，减小的差异渐增 地表示运动特性是偏移而不是倾斜角度。
78. 根据权利要求73所述的设备，其特征在于，所述射束产生装置产生一组射束，该组射束包括与预期方向成不同锐角地布置在一个旋转中的一对射束，以及与预期方向成不同锐角地布置在相反旋转中 的第二对射束；可操作所述测量装置来测量所述边相对于所述预期方向的偏移； 方式是，测定得知，所述边的偏移被更接近于包括较早变化的最 前面的射束的区域地表示，以及被更远离于包括较迟变化的射束的区域地表示；并且，在布置于相同旋转中的两个射束之间的相对变化之间，减 小的差异渐增地表示运动特性是偏移而不是倾斜角度；并且，在相反旋转的射束之间的相对变化之间，增大的差异渐增 地表示运动特性是倾斜角度而不是偏移。
79. 根据权利要求73所述的设备，其特征在于，所述射束产生装 置产生一组射束，该组射束包括与预期方向成不同锐角地布置在一个 旋转中的两个射束，以及与预期方向成锐角地布置在相反旋转中的第 三个射束；可操作所述测量装置来测量所述边相对于所迷预期方向的偏移； 方式是，测定得知，所述边的偏移被更接近于包括较早变化的最前面的射束的区域地表示，以及被更远离于包括较迟变化的射束的区域地表示；并且，在布置于相同旋转中的两个射束之间的相对变化之间，减 小的差异渐增地表示运动特性是偏移而不是倾斜角度；并且，在相反旋转的射束之间的相对变化之间，增大的差异渐增 地表示运动特性是倾斜角度而不是偏移。
80. 根据权利要求76至79之任一项所述的设备，其特征在于， 所述射束产生装置将射束布置为，使它们交叉于所述预期方向线上的 一公共点。
81. 根据权利要求76至80之任一项所述的设备，其特征在于， 所述射束产生装置将射束布置为，使相反旋转的各射束的大小是相等 的。
82. 根据权利要求67所述的设备，其特征在于，所述物体具有基 本上与取向无关的规则形状，包括球形、圆形或点。
83. 根据权利要求82所述的设备，其特征在于，所述射束产生装 置产生一组射束，该组射束包括至少两对平行射束，每一对相对于另 一对成角度布置；可操作所述测量装置来测量所述物体相对于预期方向的运动方向；利用这样的测定，所述测定与在一个平行对相比于另一个平行对 变化之间相对时间之比或相对时间的差异关联。
84. 根据权利要求83所述的设备，其特征在于，在一个平行对相 比于另一个平行对的变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于 球杆面方向角和各射束角具有固定的关系。
85. 根据权利要求83或84所述的设备，其特征在于，可操作所 述测量装置来测量所述物体的运动速度；方式是，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一对射束的 两个平行射束上所述物体导致的变化之间的持续时间来确定，而距离 通过将确定的运动方向应用到所述平行射束之间的距离来确定。
86. 根据权利要求83至85之任一项所述的设备，其特征在于， 所述射束产生装置布置两对平行射束，使该两对的交叉点位于预期方 向线上。
87. 根据权利要求82所述的设备，其特征在于，可操作所述测量 装置来测量所述物体相对于预期方向的运动方向；方式是，在物体最初中断射束时测量一个变化，并且当所述物体 穿过，所迷射束恢复时测量第二个变化；利用这样的测定，所述测定与在一个射束相比于另一个射束的变 化之间相对时间之比或相对时间的差异关联。
88. 根据权利要求87所述的设备，其特征在于，在一个射束相比 于另一个射束的变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于球杆 面方向角和各射束角具有固定的关系。
89. 根据权利要求87或88所述的设备，其特征在于，可操作所 述测量装置来测量所迷物体的运动速度；方式是，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一个射束上 所述物体导致的中断和恢复变化之间的持续时间来确定，而距离通过 将确定的运动方向应用到所述物体和射束的已知几何形状来确定。
90.根据权利要求82所述的设备，其特征在于，可操作所述测量装置来测量所述物体相对于预期方向的运动方向；其中，物体从已知位置和在已知时间开始或继续运动； 利用这样的测定，所述测定与在一个射束相比于另一个射束的变化之间相对时间之比或相对时间的差异关联。
91. 根据权利要求90所述的设备，其特征在于，在一个射束相比 于另 一个射束的变化之间相对时间之比或相对时间的差异相对于球杆 面方向角和各射束角具有固定的关系。
92. 根据权利要求90或91所述的设备，其特征在于，可操作所 述测量装置来测量所述物体的运动速度；方式是，将速度确定为距离除以时间，时间由在其中一个射束上 所述物体导致的变化之间的持续时间来确定，而距离通过将确定的运 动方向应用到所述射束和所述已知位置之间已知的距离来确定。
93. 根据权利要求90至92之一所述的设备，其特征在于，所述 已知位置位于预期方向线上。
94. 根据权利要求72所述的设备，其特征在于，彼此平行的协同 射束的角度在65°到80°之间。
95. 根据权利要求94所述的设备，其特征在于，彼此平行的协同 射束的角度约为75°。
96. 根据权利要求70所述的设备，其特征在于，以不同角度布置 的协同射束之间的角度差异在5°到20°之间。
97. 根据权利要求96所述的设备，其特征在于，以不同角度布置 的协同射束之间的角度差异约为10°。
98. 根据权利要求74所述的设备，其特征在于，平行的协同射束 对之间的交叉点间的距离在40mm到70mm之间。
99. 根据权利要求98所述的设备，其特征在于，平行的协同射束 对之间的交叉点间的距离是50-60mm。
100. 根据权利要求56至99之任一项所述的设备，其特征在于，可操作所述射束产生装置来产生包括基本上平的细长带的射束，所述 细长带具有宽度远大于厚度的横截面。
101. 根据权利要求93或100所述的设备，其特征在于，所述横 截面的宽度正交于所述公共平面。
102. 根据权利要求56所述的设备，其特征在于，所述射束具有 0.5mm至2mm的厚度。
103. 根据权利要求102所述的设备，其特征在于，所述射束具有 约lmm的厚度。
104. 根据权利要求IOO或101所述的设备，其特征在于，可操作 所述测量装置将变化认为是由物体造成的射束改变，所述物体进入所述射束横截面上的任一点并且将其部分遮挡。
105. 根据权利要求IOO或101所述的设备，其特征在于，可操作 所述测量装置将变化认为是由物体造成的射束改变，所述物体离开所 述射束并且终止将其部分遮挡。
106. 根据权利要求IOO或101所述的设备，其特征在于，可操作 所述测量装置，当所述物体穿过射束时对射束进行测量；并且，记录所述射束被遮挡的最大测量程度； 并且，测定所述物体的边相对于所述射束横截面宽度的位置，使 用由所述射束被遮挡的最大程度所构成的记录。
107. 根据权利要求100或101所述的设备，其包括两个射束产生 装置，可操作其中的每一个来确定物体的运动特性；其中， 一个射束产生装置沿所述物体行进的方向在比另一个射束 产生装置更短的长度上操作，但是在包括射束横截面的大尺寸的平面内覆盖更宽的角度变化范围。
108. 根据权利要求IOO或101所述的设备，其特征在于，可操作所述发射装置来产生射束，其中，横截面厚度显著大于测量所需的厚 度；所述射束使得可以在跨越透射横截面的多个位置处进行测量； 并且，可操作所述测量装置来确定测量，使用具有这样厚度的横 截面，该厚度显著小于透射横截面的。
109. 根据权利要求108所述的设备，其包括筛除装置，该筛除装 置在射束的接收侧确定所述射束横截面的测量厚度。
110. 根据权利要求56至109之任一项所述的设备，其特征在于， 可操作所述发射装置来产生作为电磁波射束的射束，并且可操作所述 检测装置来检测这种射束。
111. 根据权利要求110所述的设备，其特征在于，所述发射装置 包括发射器，该发射器为激光二极管。
112. 根据权利要求111所述的设备，其特征在于，所述激光二极 管包括不同的发散轴，并且最大发散的轴与所述射束的宽度对准，并 且将较小发散的轴与所述射束的厚度对准。
113. 根据权利要求111所述的设备，其特征在于，所述激光二极 管发射接近红外波长的辐射。
114. 根据权利要求IIO至113之任一项所述的设备，其特征在于， 所述发射装置包括透镜，其修正来自发射器的射束。
115. 根据权利要求114所述的设备，其特征在于，可操作所述透 镜来聚焦两个不同发散轴的射束，使得较小发散的轴聚焦到会聚程度 小得多的射束。
116. 根据权利要求114所述的设备，其特征在于，可操作所述透 镜来聚焦两个不同发散轴的射束，使得较大发散的轴聚焦到较大发散 的射束。
117. 根据权利要求114所述的设备，其特征在于，可操作所述透 镜来修正跨越其横截面强度变化的射束，较低强度区域相对正放大以 及较高强度区域相对负放大。
118. 根据权利要求IIO至117之任一项所述的设备，其特征在于， 所述发射装置包括反射装置。
119. 根据权利要求118所述的设备，其特征在于，可操作所迷反 射装置将发散的射束聚焦成平行或接近平行的射束。
120. 根据权利要求118所述的设备，其特征在于，可操作所迷反 射装置将发散的射束聚焦成发散程度小的平行或接近平行的射束。
121. 根据权利要求118所述的设备，其特征在于，可操作所述反 射装置将斜入射的发散的射束聚焦成会聚程度小的平行或接近平行的 射束，基本上为正交。
122. 根据权利要求110至121之任一项所述的设备，其特征在于， 所述检测装置包括反射装置。
123. 根据权利要求122所述的设备，其特征在于，可操作所述反 射装置将接近平行的射束聚焦到检测器上。
124. 根据权利要求122所述的设备，其特征在于，可操作所述反 射装置将基本上正交于斜入射的会聚的射束的、平行或接近平行的射 束聚焦到检测器上。
125. 根据权利要求118或122所述的设备，其特征在于，所述反 射装置具有基本上平的形状，并且包括反射刻面阵列。
126. 根据权利要求56至125之任一项所述的设备，其特征在于， 所述反射装置包括多个反射刻面阵列。
127. 根据权利要求125或126所述的设备，其特征在于，所述反 射装置包括聚合物注射模制件。
128. 根据权利要求118或122所述的设备，其特征在于，所述反 射装置是可互换的，并且以不同的尺寸或排列进行设置，可操作它们 来产生不同尺寸或排列的射束或射束组。
129. 根据权利要求118或122所述的设备，其特征在于，所述反 射装置是可互换的，并且该设备提供有多个用于反射装置的安装位置， 布置在离球起始位置不同的距离处。
130. 根据权利要求118或122所述的设备，其包括发射反射器和 检测反射器，其中，可操作发射反射器将射束聚焦到所述检测反射器， 并且可操作所述检测反射器来接收所述射束，所述反射器之一的高度 或长度尺寸大于另 一个反射器的高度或长度尺寸。
131. 根据权利要求110至130之任一项所述的设备，其特征在于， 将通过反射装置聚焦的反射替换成通过透镜聚焦的透射。
132. 根据权利要求110至131之任一项所述的设备，其特征在于， 可操作所述发射装置来产生相邻的、以不同的频率进行脉冲调制的射 束，并且，可操作所述测量装置，以相应的发射装置的频率进行测量， 并且忽视以其它频率检测的射束。
133. 根据权利要求110至132之任一项所述的设备，其特征在于， 所迷测量装置包括电子处理装置，该电子处理装置包括模拟触发器， 可操作所述模拟触发器来确定射束的初始中断。
134. 根据权利要求133所述的设备，其特征在于，所述模拟触发 器包括施密特触发器，当从光电二极管输出的电压在稳态水平之下下 降了一小的预定量时，该触发器激活。
135. 根据权利要求110至134之任一项所述的设备，其特征在于， 所述测量装置包括电子处理装置，可操作所述电子处理装置来高速地 跟踪检测器如光电二极管的输出，并且记录其最低值。
136. 根据权利要求135所述的设备，其特征在于，可操作所迷测 量装置，通过将所述最低值与在射束被中断之前或之后存在的稳态信 号比较，以及将其与一组转换值比较，来确定物体相对于射束的位置。
137. 根据权利要求56至132之任一项所述的设备，其特征在于， 所述测量装置包括模拟的神经型智能装置。
138. 根据权利要求56至137之任一项所述的设备，其特征在于， 将所述检测装置的元件包括检测器定位在射束的水平之下。
139. 根据权利要求56至138之任一项所述的设为，其特征在于， 将所述发射装置的元件包括发射器定位在射束的水平之下。
140. 根据权利要求56至139之任一项所述的设备，其特征在于，每个射束产生装置包括一个发射器和一个检测器。
141. 根据权利要求140所述的设备，其包括发射器反射装置，其 中，将所述发射器和检测器定位在球开始位置的相对侧。
142. 根据权利要求141所述的设备，其特征在于，将所述发射器 和检测器定位在设备的相对于球开始位置的相同侧，其中，射束通过 反射装置沿相同的路径返回。
143. 根据权利要求142所述的设备，其特征在于，所述反射装置 包括回射表面。
144. 根据权利要求143所述的设备，其特征在于，所述回射表面 包括具有三个彼此成90。的反射面的角隅棱镜。
145. 根据权利要求142至144之任一项所述的设备，其包括公共 的发射器和检测反射装置。
146. 根据权利要求142至145之任一项所述的设备，其特征在于， 射束被部分反射镜分离。
147. 根据权利要求56至139之任一项所述的设备，其包括发射 器反射装置，其中，所述射束产生装置共享一个或多个公共的发射器; 并且，将所述公共的发射器定位在射束前面以及在球起始位置的与所 述检测装置相同的那侧上。
148. 根据权利要求56至147之任一项所述的设备，其特征在于， 所述物体是球或者击打球的器具的面。
149. 根据权利要求148所述的设备，其特征在于，所述物体是高 尔夫球或者高尔夫球杆的面。
150. —种主要如在此参照附图所描述的测量物体的运动特性的方法。
151. —种主要如在此参照附图所描述的和如在附图中所示出的用 于测量物体的运动特性的设备。
全文摘要
一种测量或者确定物体的运动特性的方法和设备，其利用了对射束变化的检测。一组射束F1-B1、F2-B2、F3-B3设置在物体的运动路径中，彼此相对成角度，并且与物体的预期方向成锐角。记录射束变化的数量或者射束变化之间的持续时间。测量射束组中各不同射束发生变化所处的相对时间、持续时间或相对时间的差异。所得到的测量与物体的相关运动特性关联。
文档编号A63B69/36GK101102823SQ200580046927
公开日2008年1月9日 申请日期2005年12月6日 优先权日2004年12月6日
发明者布赖恩·F·穆尼 申请人:布赖恩·F·穆尼