專利名稱：用以追蹤物件運動的裝置及用以反射紅外線光的物件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用以反射紅外線光的物件，更特別涉及一種用以追蹤物件運動的裝置，其包括至少一用以反射光線的物件，該物件包括兩個不同面積的第一及第二反射圖案。
背景技術：
隨著影音多媒體的盛行，影像數(shù)字化已漸漸成為趨勢?，F(xiàn)有影像傳感器，諸如紅外線光接收組件(infrared light receiving element)已經(jīng)逐漸應用于交互式游戲機上。
參考圖1a及1b，美國專利公開第2003/0036417號，標題為“足球游戲機(Soccer Game Apparatus)”，公開了一種足球游戲機10包括游戲處理器位于其內(nèi)，該游戲處理器允許至少一個足球員顯示于電視屏幕12上。信號輸出裝置20貼附于游戲者的腿22上，當該游戲者移動腿22時，相關的加速信號被該信號輸出裝置20輸出。例如，該足球游戲機10設有紅外線光接收組件14，且該信號輸出裝置20設有紅外線光發(fā)光二極管(LED)，其中該紅外線光接收組件14接收來自于該紅外線光發(fā)光二極管(LED)所發(fā)出的紅外線光信號。相關的加速信號以紅外線光信號被該足球游戲機10所接收，從而該游戲處理器處理相關的加速信號而使該電視屏幕12上的足球員產(chǎn)生變化。然而，由于該信號輸出裝置必須貼附于該游戲者的腿上，因此該信號輸出裝置的重量將增加負擔。再者，由于該信號輸出裝置常常受到該游戲者的晃動而容易受到損壞，因此該信號輸出裝置的使用壽命較短。
另外，參考圖2，目前市面上所推出的棒球游戲機50，該棒球游戲機50內(nèi)設有分辨率低的影像傳感器及處理器。當游戲者56揮動球棒52時，該影像傳感器用以感測該球棒52的表面上的單一偵測點54所反射的信號，且該處理器處理該信號而輸出該球棒52的偵測點54運動軌跡。然而，由于該球棒的表面上只設有單一偵測點，因此該處理器只能輸出該球棒的偵測點運動軌跡，而無法輸出整個球棒的揮棒角度。再者，該分辨率低的影像傳感器并無高速的幀頻(frame rate)，因此無法在快速移動的物件中判定精細的坐標。
因此，便有需要提供一種用以追蹤物件運動的裝置，能夠解決前述的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種用以追蹤物件運動的裝置，其包括至少一個用以反射光線的物件，該物件包括兩個不同面積的第一及第二反射圖案，并通過紅外線光反射至光學信號發(fā)出/接收單元中而產(chǎn)生偵測坐標，以達成可偵測角度變化及位移的功能。
為達上述目的，本發(fā)明提供一種用以追蹤物件運動的裝置，包括至少一用以反射光線的物件、光學信號發(fā)出/接收單元及運算/處理單元。該物件包括表面、第一反射圖案及第二反射圖案，其中該第一反射圖案及第二反射圖案分別位于該表面上，且該第二圖案不同于該第一圖案。該光學信號發(fā)出/接收單元發(fā)出紅外線光，并接收來自該物件所反射的紅外線光，以形成多個像素信號。該運算/處理單元電連接于該光學信號發(fā)出/接收單元，用以運算及處理相關的像素信號。
本發(fā)明的物件可被該光學信號發(fā)出/接收單元所偵測的旋轉(zhuǎn)角度分別逆時針及順時針旋轉(zhuǎn)359度。本發(fā)明的物件的位移速度及方向可被該光學信號發(fā)出/接收單元所偵測。本發(fā)明的物件的后退及前進可被該光學信號發(fā)出/接收單元所偵測。
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。


圖1a為現(xiàn)有技術的足球游戲機的立體示意圖；圖1b為現(xiàn)有技術的足球游戲機的信號輸出裝置的部分放大示意圖；圖2為現(xiàn)有技術的棒球游戲機的立體示意圖；圖3為本發(fā)明的一個實施例的用以追蹤物件運動的裝置，其顯示交互式賽車游戲機；圖4為本發(fā)明的交互式賽車游戲機的光學信號發(fā)出/接收單元及方向盤物件的剖面示意圖；圖5a為本發(fā)明的交互式賽車游戲機的方向盤物件的平面示意圖；圖5b為本發(fā)明的交互式賽車游戲機的方向盤物件的的長條狀及點狀的平面示意圖；圖6a至6f分別顯示本發(fā)明的方向盤物件的長條狀逆時針旋轉(zhuǎn)0度、90度、120度、180度、270度及359度；圖7a至7f分別顯示本發(fā)明的方向盤物件的點狀及部分該長條狀逆時針旋轉(zhuǎn)0度、90度、120度、180度、270度及359度；圖8a至8c分別顯示本發(fā)明的方向盤物件的該點狀及該長條狀置中、右移、及左移；圖9a至9c分別顯示本發(fā)明的方向盤物件的該點狀及該長條狀置中、后退、及前進。
主要組件符號說明10足球游戲機 12電視屏幕14紅外線光接收組件20信號輸出裝置22游戲者的腿 50棒球游戲機
52 球棒 54 偵測點56 游戲者100賽車游戲機102 電視屏幕104游戲者110光學信號發(fā)出/接收單元112紅外線光產(chǎn)生器114 紅外線光濾波器116影像傳感器118 紅外線光照明區(qū)域120運算/處理單元 130 物件132表而 134 第一反射圖案134’ 長條狀136 第二反射圖案136’ 點狀 138’定位點坐標142箭頭 144 箭頭146箭頭 148 箭頭具體實施方式
本發(fā)明的用以追蹤物件運動的裝置可為交互式游戲機，例如賽車、飛行器、船、棒球、擊劍、高爾夫球、羽球、網(wǎng)球或桌球等的游戲機。
參考圖3，其顯示本發(fā)明的一個實施例的用以追蹤物件運動的裝置。本實施例的用以追蹤物件運動的裝置以交互式賽車游戲機為例說明如下。該賽車游戲機100包括光學信號發(fā)出/接收單元110、運算/處理單元120、至少一用以反射光線的物件130及電視屏幕102。本實施例的用以反射光線的物件130為方向盤物件130。該光學信號發(fā)出/接收單元110可先發(fā)出紅外線光(infrared light)至該方向盤物件130，然后該方向盤物件130反射該紅外線光，最后該光學信號發(fā)出/接收單元110接收來自該方向盤物件130所反射的紅外線光，以形成多個像素信號。該光學信號發(fā)出/接收單元110電連接于該運算/處理單元120，并將該多個像素信號傳送至該運算/處理單元120。該運算/處理單元120包括通用異步收發(fā)器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口(圖中未示)，電連接于該光學信號發(fā)出/接收單元110。該運算/處理單元120另包括運算器及處理器，用以運算及處理相關的像素信號。該像素信號以紅外線光信號被該賽車游戲機100所接收，從而該運算/處理單元120處理相關的像素信號而使該電視屏幕102上的賽車產(chǎn)生變化。
參考圖4，詳細而言，該光學信號發(fā)出/接收單元110可包括紅外線光產(chǎn)生器112、紅外線光濾波器(I/R filter)114及影像傳感器(image sensor)116。該紅外線光產(chǎn)生器112包括至少一紅外線光發(fā)光二極管(I/R LED)，其所發(fā)出的紅外線光可界定一紅外線光照明區(qū)域118。該影像傳感器116可為運動追蹤傳感器(motion tracking sensor)，并具有高速的幀頻(frame rate)。當該方向盤物件130位于該紅外線光照明區(qū)域118內(nèi)時，該方向盤物件130可反射該紅外線光至該紅外線光濾波器114，然后該紅外線光濾波器114過濾其它光線而使該影像傳感器116接收來自該方向盤物件130所反射的紅外線光，以產(chǎn)生多個像素信號。該影像傳感器116可為互補型金屬氧化半導體(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)或電荷耦合器件(chargecoupled device；CCD)。
參考圖5a，該方向盤物件130包括表面132、第一反射圖案134及第二反射圖案136。該第一反射圖案134位于該表面132上。該第二反射圖案136位于該表面132上，其中該第二反射圖案136不同于該第一反射圖案134。該第一及第二反射圖案皆可為不同面積的點狀。優(yōu)選情況下，該第一反射圖案134可為長條狀，且該第二反射圖案136可為點狀。該第一及第二反射圖案134、136包括反光材料，諸如符合歐洲EN471規(guī)格的反光材料。用以增強其反射效果。
再參考圖3及5a，游戲者104手握有該方向盤物件130，并位于該紅外線光照明區(qū)域118內(nèi)。先將該方向盤物件130定位，然后該第一及第二反射圖案134、136分別以長條狀及點狀為例，當該紅外線光發(fā)光二極管發(fā)出紅外線光并經(jīng)由該方向盤物件130反射回該影像傳感器116后，呈現(xiàn)于該影像傳感器116中的圖標于圖5b中，由于外在可見光被該紅外線光濾波器114所阻擋，因此只能看見被紅外線光照射并反射的長條狀134’及一點狀136’。該影像傳感器116須判定該長條狀及點狀134’、1 36’面向該影像傳感器116。由于該方向盤物件130的該長條狀及點狀134’、136’面向該影像傳感器116，因此下文中所提及的該方向盤物件130的旋轉(zhuǎn)角度及移動方向，皆以該影像傳感器116的視線作為基準，不再贅述。
再參考圖3，當該方向盤物件130逆時針旋轉(zhuǎn)時，如箭頭142所示，該影像傳感器116可偵測該方向盤物件130的旋轉(zhuǎn)角度，也就是依據(jù)該長條狀134’的反光圖形的XY坐標，并加上該點狀136’作為定位點坐標138’，即可判定359度的逆時針旋轉(zhuǎn)角度。如圖6a至6f所示，其分別顯示該方向盤物件130的長條狀134’逆時針旋轉(zhuǎn)0度、90度、120度、180度、270度及359度。再者，再參考圖3，當該方向盤物件130順時針旋轉(zhuǎn)時，如箭頭144所示，該影像傳感器116可偵測該方向盤物件130的旋轉(zhuǎn)角度，也就是依據(jù)該點狀136’及部分該長條狀134’的反光圖形的XY坐標，并加上該長條狀134’的端點作為定位點坐標138’，即可判定359度的順時針旋轉(zhuǎn)角度。如圖7a至7f所示，其分別顯示該方向盤物件130的該點狀136’及部分該長條狀134’順時針旋轉(zhuǎn)0度、90度、120度、180度、270度及359度。因此，本發(fā)明的方向盤物件可被該影像傳感器所偵測的旋轉(zhuǎn)角度分別為逆時針及順時針各旋轉(zhuǎn)359度。
相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的方向盤物件具有下列優(yōu)點，該方向盤物件不須固定于其游戲機上便可達到逆時針及順時針各359度的旋轉(zhuǎn)及辨識角度(整個辨識角度共718度)，且不需貼附任何信號輸出裝置在該方向盤物件上。
再者，再參考圖3，當該方向盤物件130右移或左移時，如箭頭所示146，該影像傳感器116可偵測該方向盤物件130的位移速度及方向。由于該影像傳感器116為運動追蹤傳感器，并具有高速的幀頻(frame rate)，因此可在快速移動的物件130中判定精細的坐標，并將坐標信息輸出，該處理器130將此坐標逐一比對，即可判定該物件130的位移速度及方向。如圖8a至8c所示，其分別顯示該方向盤物件130的該點狀136’及該長條狀134’置中、右移、及左移。因此，本發(fā)明的方向盤物件的位移速度及方向可被該影像傳感器所偵測。
另外，再參考圖3，當該方向盤物件130后退或前進時，如箭頭148所示，該影像傳感器116可偵測該方向盤物件130的后退或前進。將該方向盤物件130的原始尺寸設為初始值，諸如由該影像傳感器116輸出的該方向盤物件130的長條狀為20個像素(pixel)設定為零。當該方向盤物件130后退(離該影像傳感器越遠)，則該長條狀134’的尺寸變小。通過該影像傳感器116輸出的長條狀134’的像素小于初始值(20個像素)，即可判定該方向盤物件130后退(離該影像傳感器越遠)，且可依照后退的距離作為模擬的漸小于原始的初始值(20個像素)。再者，通過該影像傳感器116輸出的長條狀134’的像素大于初始值(20個像素)，即可判定該方向盤物件130前進(離該影像傳感器越近)，且可依照前進的距離作為模擬的漸大于原始的初始值(20個像素)。如圖9a至9c所示，其分別顯示該方向盤物件130的該點狀136’及該長條狀134’置中、后退、及前進。因此，本發(fā)明的方向盤物件的后退及前進可被該影像傳感器所偵測。再者，通過該方向盤物件后退或前進造成影像尺寸變化可作為判定不同動作，諸如剎車或踩油門。
綜上所述，本發(fā)明將運動追蹤傳感器(motion tracking sensor)應用于偵測兩個不同面積的第一及第二反射圖案，諸如長條狀及點狀，達到可以用非接觸方法，亦即通過紅外線光反射至該影像傳感器中而產(chǎn)生偵測坐標，以達成可偵測角度變化及位移的功能，用來取代公知方向盤等須測量精確角度的相關物件。再者，根據(jù)該處理器的處理能力日益提高，多個游戲者可同時手握本發(fā)明的多個方向盤物件進行賽車游戲。
由于本發(fā)明的用以追蹤物件運動的裝置可為其它交互式游戲機，諸如飛行器、船、棒球、擊劍、高爾夫球、羽球、網(wǎng)球或桌球等的游戲機，因此本發(fā)明的方向盤物件可替代為該交互式游戲機的飛行游戲桿、方向舵、球棒、劍、高爾夫球桿、羽球拍、網(wǎng)球拍或桌球拍。
雖然本發(fā)明已以前述實施例揭示，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與修改。因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種用以追蹤物件運動的裝置，其特征在于包括至少一用以反射光線的物件，該物件包括表面、第一反射圖案及第二反射圖案，其中所述第一反射圖案及第二反射圖案分別位于該表面上，且該第二圖案不同于該第一圖案；光學信號發(fā)出/接收單元，其發(fā)出紅外線光，并接收來自所述物件所反射的紅外線光，以形成多個像素信號；以及運算/處理單元，電連接于所述光學信號發(fā)出/接收單元，用以運算及處理相關的像素信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一反射圖案為長條狀。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述第二反射圖案為點狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一及第二反射圖案皆為點狀。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一及第二反射圖案包括反光材料。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述反光材料為符合歐洲EN471規(guī)格的反光材料。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述物件被所述光學信號發(fā)出/接收單元所偵測的旋轉(zhuǎn)角度分別為逆時針及順時針旋轉(zhuǎn)359度。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述光學信號發(fā)出/接收單元包括影像傳感器，其為運動追蹤傳感器，并具有高速的幀頻。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于物件的位移速度及方向被所述光學信號發(fā)出/接收單元所偵測。
10.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于物件的后退及前進被所述光學信號發(fā)出/接收單元所偵測。
11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述用以追蹤物件運動的裝置為交互式游戲機。
12.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于所述交互式游戲機為從賽車、飛行器、船、棒球、擊劍、高爾夫球、羽球、網(wǎng)球、或桌球的游戲機所構成的組中選出。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其特征在于所述物件為從所述交互式游戲機的方向盤、飛行游戲桿、方向舵、球棒、劍、高爾夫球桿、羽球拍、網(wǎng)球拍、或桌球拍所構成的組中選出。
14.一種用以反射紅外線光的物件，其特征在于包括表面；第一反射圖案，位于所述表面上；以及第二反射圖案，位于所述表面上，其中該第二圖案不同于所述第一圖案。
15.根據(jù)權利要求14所述的物件，其特征在于所述第一反射圖案為長條狀。
16.根據(jù)權利要求14或15所述的物件，其特征在于所述第二反射圖案為點狀。
17.根據(jù)權利要求14所述的物件，其特征在于所述第一及第二反射圖案皆為點狀。
18.根據(jù)權利要求14所述的物件，其特征在于所述第一及第二反射圖案包括反光材料。
19.根據(jù)權利要求18所述的物件，其特征在于所述反光材料為符合歐洲EN471規(guī)格的反光材料。
20.根據(jù)權利要求14所述的物件，其特征在于所述物件應用于交互式游戲機。
21.依根據(jù)權利要求20所述的物件，其特征在于所述交互式游戲機為從賽車、飛行器、船、棒球、擊劍、高爾夫球、羽球、網(wǎng)球、或桌球的游戲機所構成的組中選出。
22.根據(jù)權利要求21所述的物件，其特征在于所述物件為從所述交互式游戲機的方向盤、飛行游戲桿、方向舵、球棒、劍、高爾夫球桿、羽球拍、網(wǎng)球拍、或桌球拍所構成的組中選出。
全文摘要
一種用以追蹤物件運動的裝置，包括至少一用以反射光線的物件、光學信號發(fā)出/接收單元及運算/處理單元。該物件包括表面、第一反射圖案及第二反射圖案，其中該第一反射圖案及第二反射圖案分別位于該表面上，且該第二圖案不同于該第一圖案。該光學信號發(fā)出/接收單元發(fā)出紅外線光，并接收來自該物件所反射的紅外線光，以形成多個像素信號。該運算/處理單元電連接于該光學信號發(fā)出/接收單元，用以運算及處理相關的像素信號。
文檔編號A63F13/02GK101088587SQ200610083978
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權日2006年6月16日
發(fā)明者吳孟聰 申請人:原相科技股份有限公司