特許 7594806 競泳用タッチ検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(54)【発明の名称】競泳用タッチ検出装置

(51)【国際特許分類】

   A63B 71/06 20060101AFI20241128BHJP

   A63B 69/12 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

A63B71/06 P

A63B69/12 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022517043

(86)(22)【出願日】2021-04-20

(86)【国際出願番号】 JP2021015940

(87)【国際公開番号】W WO2021215414

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2024-03-27

(31)【優先権主張番号】P 2020075481

(32)【優先日】2020-04-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】303055084

【氏名又は名称】渡辺 秀夫

(74)【代理人】

【識別番号】100125645

【弁理士】

【氏名又は名称】是枝 洋介

(74)【代理人】

【識別番号】100145609

【弁理士】

【氏名又は名称】楠屋 宏行

(74)【代理人】

【識別番号】100149490

【弁理士】

【氏名又は名称】羽柴 拓司

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 秀夫

【審査官】亀澤 智博

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２０９２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０３１０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－１７３３９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１０－２９５８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－１４６０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３７５３４２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６３Ｂ ７１／００ －７１／１６

Ａ６３Ｂ ６９／００ －６９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

競泳用プール内に設けられ、液体が充填された袋体と、
前記袋体内の前記液体の圧力変化を検出するセンサ部と
を備え、
前記袋体は、可撓性を有し、競泳者のタッチによって点状に押圧された部位が撓むように構成されており、その撓みにより前記袋体内の前記液体の圧力が変化する、
競泳用タッチ検出装置。

【請求項2】

前記袋体はチューブ状をなしている、
請求項１に記載の競泳用タッチ検出装置。

【請求項3】

前記袋体は、直線部分及び平面視で屈曲する屈曲部分が連続するように形成される、
請求項２に記載の競泳用タッチ検出装置。

【請求項4】

可撓性を有するシート部材
をさらに備え、
前記袋体は、前記シート部材に連結され、前記シート部材を介して前記競泳者によりタッチされる、
請求項２又は３に記載の競泳用タッチ検出装置。

【請求項5】

前記シート部材には、一または複数の貫通孔が形成される、
請求項４に記載の競泳用タッチ検出装置。

【請求項6】

前記袋体の内部には、厚み方向の長さの拡大を規制する規制部が設けられる、
請求項１乃至５の何れかに記載の競泳用タッチ検出装置。

【請求項7】

前記規制部は、前記袋体の厚み方向に屈曲可能である、
請求項６に記載の競泳用タッチ検出装置。

【請求項8】

複数の前記センサ部が設けられ、
前記センサ部のそれぞれの検出時間の差異に基づいて、前記タッチの時刻を補正するための補正情報を生成する補正部をさらに備える、
請求項１乃至７の何れかに記載の競泳用タッチ検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、競泳用プールで用いられる競泳用タッチ検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

競泳用タッチ検出装置として、特許文献１にはＥＭＦｉ（Electromechanical Film）センサを用いたものが、特許文献２には液体が充填されたプラスチック袋を用いたものが、それぞれ開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１３７０２９号公報

【文献】特開昭５２－１４６０３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の装置の場合、コスト高を招くという問題がある。また、特許文献２に記載の装置の場合、プラスチック袋がその前方に設けられた前板によって面状に押圧される構成となっており、それにより波などの影響を大きく受けて誤検知が生じるという問題がある。

【0005】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決できる競泳用タッチ検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の競泳用タッチ検出装置は、競泳用プール内に設けられ、液体が充填された袋体と、前記袋体内の前記液体の圧力変化を検出するセンサ部とを備え、前記袋体は、可撓性を有し、競泳者のタッチによって点状に押圧された部位が撓むように構成されており、その撓みにより前記袋体内の前記液体の圧力が変化する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、競泳者のタッチをローコストで精度良く検出できる競泳用タッチ検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１の競泳用タッチ検出装置の構成を示す正面図。

【図2】図１のＡ－Ｂ断面図。

【図3】実施の形態２の競泳用タッチ検出装置の構成を示す正面図。

【図4】図３のＣ－Ｄ断面図。

【図5】実施の形態３の競泳用タッチ検出装置の構成を示す正面図。

【図6】実施の形態４の競泳用タッチ検出装置の構成を示す正面図。

【図7】センサ信号処理部の構成を示すブロック図。

【図8】センサ信号補正部の構成を示すブロック図。

【図9】センサ信号補正部により実行される処理手順を示すフローチャート。

【図10】タッチされたときの圧力センサの信号波形の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態１）
図１は実施の形態１の競泳用タッチ検出装置の構成を示す正面図であり、図２は図１のＡ－Ｂ断面図である。本実施の形態の競泳用タッチ検出装置（以下、単に「タッチ検出装置」という）１１は、基板１、袋体２、圧力センサ３、及びセンサ信号処理部４を備えている。

【0010】

基板１は、平面視で矩形状の板状部材であり、その裏面（図１中の奥側の面）が競泳用プールの壁面１００に密着して設置される。袋体２は、可撓性を有する樹脂製のチューブで構成されており、その内部には液体が充填される。液体の一例は水である。圧力センサ３は、袋体２内の液体の圧力変化を検出するセンサである。センサ信号処理部４は、圧力センサ３と電気的に接続され、圧力センサ３から出力されるセンサ信号を処理する。

【0011】

図１に示すとおり、袋体２は、基板１の表面上に、渦巻き状に屈曲して延設される。そのため、袋体２は、直線部分と平面視で屈曲する屈曲部分とが連続するように形成される。これにより、袋体２が二次元平面上に密度高く配置されるため、袋体２によって競泳者によるタッチを確実に受けることが可能になる。

【0012】

袋体２の一端は栓で封止された状態で基板１の表面上の中央部に取り付けられ、その他端は圧力センサ３に接続される。圧力センサ３は、圧力に比例した電圧を出力するものである。出力電圧VO（V）と圧力P（MPa）の関係は式１で表せる。
式１：VO＝20・P＋０．５

【0013】

チューブ状の袋体２は、競泳者の手の指先等によるタッチによって点状に押圧された場合にその押圧された部位が撓む。袋体２内の液体は通常一定の圧力に保持されているが、上記のように袋体２の特定の部位が撓んだ場合に、その撓みに応じて当該液体の圧力が変化する。タッチ検出装置１１は、このような袋体２内の液体の圧力変化によって、競泳者のタッチを検出することが可能になる。

【0014】

上記のとおり、競泳者のタッチによって袋体２が点状に押圧された場合、袋体２において小さな面積に力が集中して作用するため、袋体２内の液体の圧力が瞬時に高まる。この圧力変化に基づくことにより、精度良くタッチを検出することができる。

【0015】

袋体２が競泳者によりタッチされた場合における圧力センサ３のセンサ信号は、図１０に示すグラフのように変化する。袋体２のタッチされた位置から圧力センサ３までの距離によりタッチがされてから信号が変化し始めるまでの時間は変化するが、圧力の伝わる速さは１００ｍ/秒程度と早いので大きな遅れ時間とはならない。圧力を０．１MPa（およそ１気圧）に設定した場合、V0は２．５Vとなる。タッチによる電圧変化のピーク値V1が２００ｍV程度の場合、０．０１MPの圧力変化が生じていることになる。

【0016】

圧力センサ３のセンサ信号は、センサ信号処理部４に入力されて処理される。図７は、そのセンサ信号処理部の構成を示すブロック図である。センサ信号処理部４は、ローパスフィルタ２１、ハイパスフィルタ２２、比較部２３、及び出力部２４を備えている。

【0017】

ローパスフィルタ２１は、センサ信号に含まれるノイズ成分を除去する。ハイパスフィルタ２２は、袋体２の経年変化や設置状態の変化によるセンサ信号の変化を除去する。比較部２３は、基準電圧と信号電圧を比較し、基準電圧を信号電圧が上回ると信号を出力する。例えば、タッチ検出の基準電圧を２．６V程度に設定することでタッチを検出することができる。なお、センサ信号の振動による誤検知を防止するためにヒステリシス回路を追加してもよい。また、出力部２４は、外部に設置されるストップウォッチ等の他の装置に対して一定幅のパルス信号を送る。当該他の装置がパルス信号に基づいて所定の処理を実行することにより、競泳者によるタッチ時刻が得られる。

【0018】

（実施の形態２）
図３は実施の形態２のタッチ検出装置の構成を示す正面図であり、図４は図３のＣ－Ｄ断面図である。本実施の形態のタッチ検出装置１２は、水等の液体が充填された樹脂製の袋体６を備えている。袋体６は、平面視で矩形状をなしており、基板１よりも少し小さい外径を有している。また、袋体６は、チューブ６ａの一端と連結される。チューブ６ａの他端は、圧力センサ３に接続される。なお、基板１、圧力センサ３、及びセンサ信号処理部４の構成は実施の形態１の場合と同様であるので、説明を省略する。

【0019】

図４に示すように、袋体６の内部には、複数のサポート材（「規制部」に相当）５が設けられている。サポート材５は、袋体６の表面及び裏面を連結する糸状の部材であって、マトリクス状に所定の間隔で配設されている。このように、サポート材５は、袋体６の表面と裏面とを連結しているため、袋体６の厚み方向の長さの拡大を規制する。また、サポート材５は、袋体６の厚み方向に屈曲可能となっている。そのため、サポート材５によって、袋体６の厚み方向の長さの短縮が規制されることはない。なお、サポート材５の長さは、例えば６ｍｍ程度である。

【0020】

競泳者のタッチにより袋体６が点状に押圧されると、実施の形態１の場合と同様に、袋体６における押圧された部位が撓み、それに応じて袋体６内の液体の圧力が変化する。タッチ検出装置１２は、このような袋体６内の液体の圧力変化によって、競泳者のタッチを検出することが可能になる。

【0021】

本実施の形態の場合、サポート材５によって、袋体６の厚み方向の長さの拡大が規制される。そのため、袋体６の厚み方向の長さが一定以上になることが防止され、競泳者のタッチに起因する液体の圧力変化を精度良く検出することが可能になる。なお、サポート材５によって袋体６の厚み方向の長さの短縮が規制されることはないため、競泳者のタッチによる袋体６に対する押圧が阻害されることはない。

【0022】

本実施の形態では、袋体６の内部にサポート材５が設けられているが、サポート材５は設けられていなくてもよい。また、サポート材５は、袋体６の厚み方向に屈曲可能となっていなくてもよい。なお、このサポート材５と同様の部材は、他の実施の形態の袋体内に設けられていてもよい。例えば、実施の形態１におけるチューブ状の袋体２の内部において、円周上の対向する２点を連結する糸状のサポート材５が設けられてもよい。

【0023】

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３のタッチ検出装置の構成を示す正面図である。本実施の形態のタッチ検出装置１３は、実施の形態１の場合と同様、チューブ状の袋体２を備えている。この袋体２は、基板１の表面上に、蛇行状に屈曲して延設される。そのため、袋体２は、直線部分と平面視で屈曲する屈曲部分とが連続するように形成される。これにより、実施の形態１の場合と同様に、袋体２を二次元平面上に密度高く配置させることができる。

【0024】

袋体２の上面側（図５における手前側）には、可撓性を有する樹脂製のシート部材７が設けられる。シート部材７には、複数の貫通孔が形成される。ただし、貫通孔が一つであってもよく、形成されていなくてもよい。袋体２とシート部材７とは、紐等の連結部材により連結される。本実施の形態の場合、袋体２は、シート部材７を介して競泳者によりタッチされる。タッチされるときの競泳者の手の指先等が、袋体２の設けられていない領域（例えば、隣り合うチューブとチューブとの間等）に位置する場合であっても、シート部材７が押圧されることによって袋体２も押圧されるため、袋体２内の液体の圧力変化が生じる。シート部材７は可撓性を有しており、競泳者の手の指先等によるタッチによって点状に押圧された場合にその押圧された部位が撓む。これにより、袋体２も、競泳者のタッチによって点状に押圧されることになる。なお、このシート部材７と同様の部材は、他の実施の形態の袋体の上面側に設けられてもよい。

【0025】

タッチ検出装置１３は、２個の圧力センサ３と、各圧力センサ３と電気的に接続される２入力のセンサ信号補正部３０を備える。各圧力センサ３は、袋体２の両端のそれぞれに接続される。競泳者によって袋体２がタッチされた場合、２つの圧力センサ３のそれぞれが、袋体２内の液体の圧力変化を検出する。

【0026】

図８は、センサ信号補正部３０の構成を示すブロック図である。センサ信号補正部３０は、実施の形態１におけるセンサ信号処理部４と同様の構成の２個のセンサ信号処理部３１と、マイクロコンピュータ３２と、ストップウォッチ等の外部の他の装置に一定幅のパルス信号を出力する出力部３３とを備える。

【0027】

本実施の形態の場合、センサ信号補正部３０により、タッチ位置の違いによるタッチ時刻の補正が行われる。図９は、センサ信号補正部３０によって実行される処理手順を示すフローチャートである。マイクロコンピュータ３２はまず、所定の初期化処理（Ｓ１）を実行する。その後、競泳者のタッチによって袋体２内の液体の圧力変化が生じた場合、各センサ信号処理部３１が、各圧力センサ３からその圧力変化の検出時間の入力を受ける。マイクロコンピュータ３２は、それらの検出時間の差を計算する（Ｓ２）。

【0028】

上記の検出時間の差は、競泳者のタッチにより袋体２が押圧される位置と各圧力センサ３との間の距離に応じて生じる。したがって、この検出時間の差に基づくことにより、袋体２においてタッチされた位置（以下「タッチ位置」）を特定することができる。

【0029】

次に、マイクロコンピュータ３２は、競泳者によりタッチされてからそのタッチによる液体の圧力変化が検出されるまでの時間（以下「遅れ時間」）を計算する（Ｓ３）。この遅れ時間は、タッチ位置が特定できれば計算することが可能である。例えば、タッチ位置がチューブ状の袋体２の中心部であった場合、遅れ時間TL0は、各圧力センサ３から袋体２の中心部までの距離（L/2）を圧力の伝播速度VPで除することで求められる（式２）。
式２：TL0＝（L/2）/VP
また、タッチ位置が何れかの圧力センサ３の直近であった場合、遅れ時間TL1は２・TLOとなる。マイクロコンピュータ３２は、ステップＳ２の結果に基づいて特定したタッチ位置を用いて、遅れ時間を求める。

【0030】

なお、２個の圧力センサ３の一方のみからセンサ信号の入力を受けたような場合、マイクロコンピュータ３２は、他方の圧力センサ３が故障していることを示す異常信号を出力する（常に出力信号をONにする、またはエラーコードを送る）等のフェイルセーフ処理（Ｓ４）を実行する。

【0031】

最後に、マイクロコンピュータ３２は、取得した遅れ時間を示す信号を出力部３３に出力させる（Ｓ５）。この信号を受けた外部の他の装置は、その遅れ時間を用いて、タッチ時刻の補正を行う。これにより、正確なタッチ時刻が得られる。

【0032】

上記の遅れ時間は、タッチ時刻の補正のために用いられる補正情報の一例である。これ以外にも、センサ信号補正部３０は、例えばステップＳ２で得られた検出時間の差を、補正情報として外部の装置に出力してもよい。その他、この検出時間の差に基づいて得られる各種情報を補正情報とすることが可能である。

【0033】

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４のタッチ検出装置の構成を示す正面図である。本実施の形態のタッチ検出装置１４は、実施の形態１及び２の場合と同様、チューブ状の袋体２を備えている。この袋体２は、図中上下方向に延びる２本の縦部分２ａと、それらの縦部分２ａ間で図中左右方向に延びる複数の横部分２ｂとを有している。各縦部分２ａの一端は、圧力センサ３にそれぞれ接続される。各横部分２ｂの両端は各縦部分２ａと連結され、縦部分２ａ及び横部分２ｂの内部は連通している。この構成によれば、遅れ時間を短くできる効果が生じる。なお、基板１、２個の圧力センサ３、及びセンサ信号補正部３０の構成については実施の形態３の場合と同様であるので、説明を省略する。

【0034】

本実施の形態においても、袋体２は、直線部分と平面視で屈曲する屈曲部分とが連続するように形成される。これにより、袋体２を二次元平面上に密度高く配置させることができる。

【0035】

センサ信号補正部３０は、実施の形態３の場合と同様に動作する。これにより、タッチ時刻の補正情報を得ることが可能になる。

【0036】

（その他の実施の形態）
競泳用プールの水量が変化することにより袋体２，６に加わる圧力が変化した場合、圧力センサ３の出力電圧も変化するため、タッチを判定する基準電圧が変化してしまう。そのような場合、センサ信号処理部４，３１が備えるハイパスフィルタ２２の通過周波数を０．０１Hz程度以下に設定すれば周期が100秒以上の変化では出力が変わらないため、この影響を除去できる。

【0037】

上記の実施の形態３及び４では、チューブ状の袋体２の両端に圧力センサ３を配設しているが、異なる箇所に圧力センサ３を設けてもよい。また、圧力センサ３の数も２個に限定されるわけではなく、３個以上であってもよい。圧力センサ３の数を増やすことにより、精度、フェイルセーフ性能を向上させることができる。これらの圧力センサ３の設置箇所及び個数については、実施の形態１及び２の場合でも同様である。

【0038】

なお、上記の各実施の形態のタッチ検出装置は、基板１上に袋体２，６が設けられているが、これに限定されるわけではない。例えば、袋体２，６が競泳用プールの壁面に直接取り付けられていてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１１～１４ 競泳用タッチ検出装置
１ 基板
２，６ 袋体
３ 圧力センサ
４ センサ信号処理部
５ サポート材
７ シート部材
２１ ローパスフィルタ
２２ ハイパスフィルタ
２３ 比較部
２４ 出力部
３０ センサ信号補正部
３１ センサ信号処理部
３２ マイクロコンピュータ
３３ 出力部
１００ 壁面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】