專利名稱：響應于來自運動傳感器的信息而作出反應的玩具的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及響應于來自運動傳感器的信息而作出反應的玩具。
背景技術(shù)：
對其所處環(huán)境作出響應的玩具常常用來愉悅兒童。例如，在前面和背面具有開關的玩具汽車可以使該玩具汽車在遇到障礙物時改變方向。
運動傳感器被用于諸如光學鼠標之類的向計算機系統(tǒng)輸入信息的設備中。光學傳感器已被用于機器人中，用于探測運動并用于調(diào)整機器人的推進機制。
在一類光學鼠標中，光學鼠標使用布置為像素陣列的光電探測器，以對位于光電鼠標下面的任何一般的微紋理或者微細工作表面的空間特征成像。光電探測器的響應被數(shù)字化，并且作為幀被存儲的存儲器中。運動產(chǎn)生像素信息轉(zhuǎn)變模式的連續(xù)幀。這些連續(xù)的幀被交叉相關比較來確定運動的方向和移動量。對于這類光學鼠標的更多信息，請參見例如USPTO6,281,882B1。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，一種玩具包括運動傳感器和輸出器件。運動傳感器對玩具相對于下面的表面的運動進行光學探測。輸出器件接收來自運動傳感器的信息，并且基于來自該運動傳感器的信息生成輸出信號。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的玩具的簡化的下側(cè)視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式用來控制輸出信號的生成的光學運動傳感器電路的簡化框圖。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的玩具產(chǎn)生聲音的簡化流程圖。
具體實施例方式
圖1是玩具10的下側(cè)的簡化視圖。例如，玩具10是利用運動的玩具汽車或者其他類型的玩具。玩具10的輪11、輪12、輪13和輪14用來使玩具10沿下面的表面移動。輪11到輪14是可以使用的更多或更少輪子的示例?；蛘呖梢圆皇褂幂喿?，而是在玩具10的底部使用一個或多個低摩擦表面來和下面的表面接觸。
在孔15內(nèi)示出了照明器17和圖像陣列16。例如，必須的或期望的各種光學元件被包括在照明器17和/或圖像陣列16內(nèi)。例如，使用發(fā)光二極管(LED)、紅外(IR)LED或者激光器實現(xiàn)照明器17。如果預期在常規(guī)使用中環(huán)境光足以用于圖像陣列探測下面的表面的可導航特征，而不需要額外的照明，則可以省略照明器17。
圖2是光學運動傳感系統(tǒng)的簡化框圖。例如，使用32×32的光電探測器陣列實現(xiàn)圖像陣列16?；蛘呖梢允褂每梢允褂玫钠渌夹g(shù)和/或其他陣列大小實現(xiàn)圖像陣列16。
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)21接收來自圖像陣列16的模擬信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。例如，圖像陣列16和ADC 21之間的接口是串行接口?；蛘?，圖像陣列16和ADC 21之間的接口是并行接口。
自動增益控制部分(AGC)22對從ADC 21接收到的數(shù)字數(shù)據(jù)進行評估，并且控制圖像陣列16內(nèi)的快門速度和增益調(diào)節(jié)。這樣做來例如防止圖像陣列16捕捉到的圖像飽和或者欠曝光。
導航引擎24評估來自ADC 21的數(shù)字數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行一系列對比，以估計最有可能說明在不同時刻獲得的圖像之間的差的運動的方向和大小。然后，導航引擎24確定要加在輸出28上的增量x(ΔX)和要被加在輸出29上的增量y(ΔY)。例如，ΔY代表玩具的前向方向中的運動和反向方向中的運動，而ΔX代表玩具的側(cè)向運動。在優(yōu)選實施方式中，ΔX和ΔY都是絕對值，只指示移動量。在本發(fā)明的其他實施方式中，ΔX和ΔY可以是正，也可以是負。在這種情形中，正的ΔY指示前向運動，而負的ΔY指示在反向方向上的運動，正的ΔX指示朝向一側(cè)的運動，而負的ΔX指示朝向另一側(cè)的運動。
導航引擎24也生成質(zhì)量信號27，質(zhì)量信號27指示由圖像陣列16探測出的圖像的質(zhì)量。例如，質(zhì)量信號27代表對ΔX和ΔY值代表玩具相對于下面的表面的真正運動的可能性的估計。例如，這種可能性是基于由圖像陣列16探測出的可導航特征的數(shù)量的?；蛘?，可以使用其他方法來確定由圖像陣列16探測出的圖像的質(zhì)量。例如，參見在USPN 6,433,780中確定質(zhì)量的方法。
通常，當質(zhì)量信號27指示出下述可能性時，即，ΔX和ΔY的值不代表玩具相對于下面的表面的真正運動，則這指示焦點未對準圖像陣列16下面的表面。例如，如果用于圖像陣列16的一個透鏡或者多個透鏡被如此選擇，以使得焦點對準非常接近圖像陣列16的下面表面，則當已發(fā)生“焦點太高(lift-off)”時質(zhì)量信號27將指示出不可接受的質(zhì)量。焦點太高指示圖像陣列16已遠離下面的表面，或者當前的下面表面不具有足夠的可探測特征來允許探測出運動。對于例如“焦點太高”觸發(fā)撞毀聲的玩具汽車，這是有用的。
另一方面，如果用于圖像陣列16的一個透鏡或者多個透鏡被如此選擇，以使得焦點對準遠離(例如，1米或2米)圖像陣列16的下面的表面，則當已發(fā)生“焦點太低(set down)”時質(zhì)量信號27將指示出不可接受的質(zhì)量。對于例如“焦點太低”觸發(fā)撞毀聲的飛行玩具(例如，玩具飛機)，這是有用的。除了使用一個透鏡或者多個透鏡，圖像陣列16也可以依賴于針孔或者其他裝置，以獲得圖像陣列內(nèi)的光電探測器的期望焦點。另外，當焦點對準遠離(例如，1米或者2米)圖像陣列16的下面的表面時，使用諸如照明器17之類的照明器可能無效。在這種情形中，圖像陣列16不使用照明器，而是使用環(huán)境光。
質(zhì)量信號27例如是指示質(zhì)量是否可接受的二進制信號?；蛘?，質(zhì)量信號27是指示質(zhì)量級別的數(shù)值。
現(xiàn)有的光學鼠標包括與圖像陣列16、ADC 21、AGC 22和導航引擎24相同或相似的功能。對于關于如何實現(xiàn)光學鼠標的這種標準功能或類似功能的進一步信息，請參見例如USPN 5,644,139、USPN 5,578,813、USPN 5,786,804和/或USPN 6,281,882B1。對于探測“焦點太高”的示例，請參見例如USPN 6,433,780B1。
輸出器件25接收輸出28上的ΔX和輸出29上的ΔY，并且基于ΔX和ΔY的值生成適于該玩具的輸出。例如，如果該玩具是汽車、飛機或者其他運輸工具，則動作可以是生成適于該工具的各種音效?；蛘?，如果該玩具是玩具動物，則ΔX和ΔY的值可以確定該動物的某些運動的頻率，或者該動物發(fā)出的聲音。例如，對于玩具鳥，ΔX和ΔY的值可以確定其翅膀扇動的速率等。
例如，圖3是示出了玩具汽車產(chǎn)生聲音的簡化流程圖。在框30中，開啟該玩具，或者其他事件觸發(fā)輸出信號生成過程開始。
在框31中，輸出器件25獲得ΔX值和ΔY值。例如，在本實施方式中，ΔX和ΔY都是絕對值。這意味著對于相等的前向和反向運動，將發(fā)出相同的聲音，對于相等的向左和向右運動，也將發(fā)出相同的聲音。
在許多情形中，導航引擎24在每秒能夠生成數(shù)百的ΔX值和Δy值。在這種情形中，可以將由輸出器件25接收到的ΔX值和ΔY值對預定量的時間求平均。例如，該預定量的時間可以是半秒鐘，或者任何其他長度的時間，以向玩該玩具的兒童產(chǎn)生最優(yōu)的聲音反饋。
在框32中，作出檢查來看質(zhì)量信號27是否處于可接受水平。在框32中，如果質(zhì)量信號27是不可接受的，則這指示已檢測出焦點太高，然后在框33中發(fā)出“撞毀”聲，就像已撞毀的汽車的聲音一樣。當該聲音結(jié)束后，在框31中獲得ΔX和ΔY的新值。
在框34中，作出檢查來看ΔX是否大于第一值。第一值是玩具設計者確定的預定值，用于向玩該玩具的兒童提供最優(yōu)的聲音反饋。在框34中，如果ΔX大于第一值，則在框35中發(fā)出尖叫聲，就像輪胎尖叫一樣。由于ΔX指示在側(cè)向方向中的運動，所以該輪胎的尖叫聲模擬汽車高速轉(zhuǎn)彎時的聲音。當該聲音結(jié)束時，在框31中獲得ΔX和ΔY的新值。
在框36中，作出檢查來看ΔY是否大于第二值。第二值是玩具設計者確定的預定值，用于向玩該玩具的兒童提供最優(yōu)的聲音反饋。在框36中，如果ΔY大于第二值，則在框37中發(fā)出“高速轉(zhuǎn)動”聲，就像高速運轉(zhuǎn)的引擎的聲音。由于ΔY指示在前向方向或反向方向中的運動，所以“高速轉(zhuǎn)動”聲模擬高速行進的汽車聲。當該聲音結(jié)束時，在框31中獲得ΔX和ΔY的新值。
在框38中，作出檢查來看ΔY是否小于等于第二值并大于第三值。第三值是玩具設計者確定的預定值，用于向玩該玩具的兒童提供最優(yōu)的聲音反饋。在框38中，如果ΔY小于等于第二值并大于第三值，則在框39中發(fā)出“低速轉(zhuǎn)動”聲，就像中速運轉(zhuǎn)的引擎的聲音。由于ΔY指示在前向方向和反向方向中的運動，所以“低速轉(zhuǎn)動”聲模擬中速行進的汽車聲。當該聲音結(jié)束時，在框31中獲得ΔX和ΔY的新值。
在框40中，發(fā)出怠速聲，就像汽車怠速或非常低速運動時的聲音。當該聲音結(jié)束時，在框31中獲得ΔX和ΔY的新值。
本領域的普通技術(shù)人員將理解，上面給出的聲音和聲音觸發(fā)都是示例性的。其他類型的玩具可能發(fā)出其他聲音。例如，如果該玩具是恐龍或者其他動物，則將基于ΔX、ΔY的值、焦點太高和/或焦點太低來生成適于該具體動物的聲音。除了生成聲音外，還可以響應于運動而生成其他輸出信號。例如，這種輸出信號包括改變所生成的光的強度和顏色、改變光脈沖的頻率、改變該玩具的不同附加物的運動的類型或頻率等。
前面的討論公開并描述了本發(fā)明的僅僅是示例性的方法和實施方式。本領域的技術(shù)人員將理解，可以以其他特定方式實現(xiàn)本發(fā)明，而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)性特征。因此，本發(fā)明的公開是要說明而不是要限制在所附權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種玩具，包括運動傳感器，其對所述玩具相對于下面的表面的運動進行光學探測；和輸出器件，其接收來自所述運動傳感器的信息，并且基于來自所述運動傳感器的所述信息生成輸出信號。
2.如權(quán)利要求1所述的玩具，其中，所述輸出信號至少包括下述之一與所述玩具的運動相關的聲音；基于所述玩具的運動的發(fā)光；基于所述玩具的運動，所述玩具的至少一部分的動作。
3.如權(quán)利要求1所述的玩具，其中，所述玩具是玩具汽車，并且所述輸出信號包括下面的模擬聲音模擬來自高速轉(zhuǎn)彎的汽車的聲音的輪胎尖叫聲；模擬來自高速行進的汽車的聲音的高速轉(zhuǎn)動聲；模擬來自中速行進的汽車的聲音的低速轉(zhuǎn)動聲；和模擬來自怠速的汽車的聲音的怠速聲。
4.如權(quán)利要求1所述的玩具，其中，所述運動傳感器指示何時所述運動傳感器不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動。
5.如權(quán)利要求1所述的玩具其中，所述運動傳感器指示何時所述運動傳感器不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動；其中，所述玩具是汽車；并且其中，所述多種不同的聲音包括模擬的汽車撞毀聲，當所述運動傳感器不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動時播放所述模擬的汽車撞毀聲。
6.如權(quán)利要求1所述的玩具，其中，當所述運動傳感器不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動時，這指示下述之一焦點未對準所述運動傳感器下面的表面，因為所述下面的表面離所述運動傳感器太遠；焦點未對準所述運動傳感器下面的表面，因為所述下面的表面離所述運動傳感器太近。
7.如權(quán)利要求1所述的玩具其中，來自所述運動傳感器的信息是多個值，每個值代表在第一預定長度的時間內(nèi)所述玩具相對于所述下面的表面的移動量；其中，所述輸出器件將所述多個值中的所述值對第二預定長度的時間求平均來生成所述輸出信號；并且其中，所述第二預定長度的時間比所述第一預定長度的時間長。
8.一種玩具，包括用于基于光學探測出的所述玩具相對于下面的表面的運動來生成信息的裝置；和用于基于所述信息生成用于所述玩具的輸出信號的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的玩具，其中，所述玩具是玩具汽車，并且所述輸出信號包括下面的模擬聲音模擬來自高速轉(zhuǎn)彎的汽車的聲音的輪胎尖叫聲；模擬來自高速行進的汽車的聲音的高速轉(zhuǎn)動聲；模擬來自中速行進的汽車的聲音的低速轉(zhuǎn)動聲；和模擬來自怠速的汽車的聲音的怠速聲。
10.如權(quán)利要求8所述的玩具，還包括用于確定何時所述玩具不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動的裝置。
11.如權(quán)利要求8所述的玩具，其中，所述玩具是汽車，并且所述輸出信號包括模擬的汽車撞毀聲，當所述玩具不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動時播放所述模擬的汽車撞毀聲。
12.如權(quán)利要求8所述的玩具，其中，所述輸出信號至少包括下述之一與所述玩具的運動相關的聲音；基于所述玩具的運動的發(fā)光；基于所述玩具的運動，所述玩具的至少一部分的動作。
13.如權(quán)利要求8所述的玩具其中，所述信息包括多個值，每個值代表在第一預定長度的時間內(nèi)所述玩具相對于所述下面的表面的移動量；其中，所述用于生成輸出信號的裝置包括用于將所述多個值中的所述值對第二預定長度的時間求平均的裝置；并且，其中，所述第二預定長度的時間比所述第一預定長度的時間長。
14.一種方法，包括對玩具相對于下面的表面的運動進行光學探測；和基于所探測出的所述玩具相對于所述下面的表面的運動生成輸出信號。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述玩具是玩具汽車，并且所述輸出信號包括下面的模擬聲音模擬來自高速轉(zhuǎn)彎的汽車的聲音的輪胎尖叫聲；模擬來自高速行進的汽車的聲音的高速轉(zhuǎn)動聲；模擬來自中速行進的汽車的聲音的低速轉(zhuǎn)動聲；和模擬來自怠速的汽車的聲音的怠速聲。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括確定何時所述玩具不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述玩具是汽車，并且其中所述多種不同的聲音包括模擬的汽車撞毀聲，當所述玩具不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動時播放所述模擬的汽車撞毀聲。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述輸出信號至少包括下述之一與所述玩具的運動相關的聲音；基于所述玩具的運動的發(fā)光；基于所述玩具的運動，所述玩具的至少一部分的動作。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，當所述玩具不能探測出足夠的可導航特征來精確地探測運動時，這指示下述之一焦點未對準所述運動傳感器下面的表面，因為所述下面的表面離所述運動傳感器太遠；焦點未對準所述運動傳感器下面的表面，因為所述下面的表面離所述運動傳感器太近。
20.如權(quán)利要求14所述的方法其中，對所述玩具相對于所述下面的表面的運動進行光學探測包括獲得多個值，每個值代表在第一預定長度的時間內(nèi)所述玩具相對于所述下面的表面的移動量；其中，生成所述輸出信號包括將所述多個值中的所述值對第二預定長度的時間求平均；并且其中，所述第二預定長度的時間比所述第一預定長度的時間長。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種響應于來自運動傳感器的信息而作出反應的玩具。該玩具包括運動傳感器和輸出器件。運動傳感器對玩具相對于下面的表面的運動進行光學探測。輸出器件接收來自運動傳感器的信息，并且基于來自該運動傳感器的信息生成輸出信號。
文檔編號A63H17/32GK1799671SQ20051010586
公開日2006年7月12日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者戴維·卡爾斯·菲爾德梅爾 申請人:安捷倫科技有限公司