专利名称：运动响应玩具的制作方法
技术领域：
本发明涉及儿童的运动响应玩具，和更具体地，涉及包括用户可移动部分和底座单元的儿童玩具，其中用户可移动部分包括磁场源，而底座单元响应磁场源的运动。
背景技术：
在专利号3,223,412、3,798,833、3,965,613、4,248,422、4,333,258、4,601,668、5,007,877、5,811,896和6,325,690的美国专利和公开号2001/0050461的美国专利，以及专利号2,751,886的法国专利中公开了结合有磁铁和磁场的游戏或玩具。这里通过引用而结合这些文献的公开。
发明内容
玩具包括壳体、电磁场传感器、输出、控制器和/或电磁场源。壳体可设置以由支撑表面支撑。在一些实施例中，壳体可沿相对于支撑表面的固定方向或位置支撑场传感器。在一些实施例中，场传感器可设置以产生具有表示通过传感器的场中变化的幅度的信号。在一些实施例中，输出可具有可变的可感知的输出。控制器可设置以操作输出，以具有用于不同信号幅度的不同输出。用户可将场的源相对于传感器进行移动，以向传感器暴露在根据用户对源的移动而变化的场中。
图1是包括相对于场传感器可移动的场源的玩具的框图；图2是根据图1的玩具而制作的玩具的示意图；
图3是图1的玩具中适用的电路的实施例的示意图；图4是表示图1的场传感器的响应的实施例的图表；图5是示出了场传感器响应运动所产生的信号强度与作为场源的磁场相对于场传感器的位置之间的关系的实施例的视图。
具体实施例方式
幻想和魔术作为共同的主题，儿童的游戏设置和情况基于这样的主题，并且儿童乐于玩耍具有更多的这样的主题的玩具。例如，这样主题的玩具可包括诸如魔术棒和其它用户可移动的部分的项目，以允许儿童模拟建立魔法符咒，或魔法地产生可感知到的动作。
玩具可包括壳体、电磁场传感器、输出、控制器、和/或电磁场源。在一些实施例中，可将电磁场传感器支撑在壳体内，并可产生信号，该信号的幅度表示通过传感器的电磁场中的变化。输出可以是可变的。控制器可改变不同的信号幅度的输出。此外，用户可将电磁场的源相对于传感器进行移动，以向传感器暴露在根据用户对源的移动而变化的场中。
场响应玩具的操作方法包括相对于传感器移动场源，检测传感器的场中的变化，产生具有表示所检测的磁场变化的幅度的信号，并且响应产生的信号，生成表示所检测到的场的变化的可感输出。在一些实施例中，该方法可包括检测传感器的场中的不同变化，产生具有表示所检测的磁场不同变化的幅度的信号，并且产生表示所检测到的场的不同变化的不同可感知的输出。
图1是这样用途的可由儿童玩耍的玩具10的实施例的框图。玩具10包括电磁场14的源12，如多指向的箭头16所示，该源12可由儿童或其他用户沿一个或多个的方向移动。源12可接近底座电路17而移动。底座电路17包括场传感器18，该场传感器18可检测场14的存在和/或变化。响应与控制器22耦合的场14，传感器18可产生传感器信号20。接着控制器22至少部分地基于传感器信号而产生控制信号24。输出26可通过产生可感知的输出而响应控制信号24。
在一些实施例中，场源12可提供恒定的、临时的或变化的场，如永久性磁铁28或诸如线圈的导电体提供的场。可对场传感器18进行设置以响应电磁场的存在或电磁场中的变化。此外，传感器的响应可至少部分地基于场的强度和/或场的变化率而确定。
控制器22可以是响应传感器信号产生适于生成相应输出的控制信号的任何设备、系统或装置。因此，控制器可以是机械、电或电子的简单装置，如开关。控制器也可以根据需要更加复杂，如信号处理器、转换器、过滤器或逻辑单元。逻辑单元可以是诸如在微型处理器或计算机中使用的处理器，并且可以是硬件、固件、软件或者模拟或数字电路的形式。
输出26可以是任何合适的形式，如电、电子、光学、机械和/或声学性质的，且可以是本地或远程的动作和/或可对来自控制器的信号进行进一步处理的另一装置的信号，或是所述形式的任意组合或若干这样的形式。玩具10中包含的输出的实施例可包括可感知的输出，诸如可视、可触知的和/或可听到的输出。这样的输出的实施例可包括一盏或多盏灯的照明、声音的产生、可移动元件的运动、可视效果的产生，诸如产生气泡或烟，或其组合。输出或输出的组合可同时和/或依次出现，并且可以是连续的、间断的、周期性的或非周期的，或者其组合。
图2示出了玩具10的实施例。该实施例中的场源10可以是由支架30支撑的永久性磁铁28，以形成允许用户操作磁铁的工具32。支架30可以是允许或让用户移动的任何合适的形状，诸如机械设备，或诸如杆34提供的简单把手，以与磁铁一起形成棒36。支架30的其它实施例可包括悬置磁铁的环、线，或承载磁铁的载体。
磁铁28可以成形为产生选定的尺寸和/或磁通密度的磁场。例如，“马蹄形”磁铁产生比类似强度的条形磁铁产生更集中的磁场。电产生的场具有由产生磁场的电流强度和线圈匝数所确定的强度。此外如果需要的话，电产生的场可设置以自动控制或由用户控制，以改变场的强度和变化率。
底座单元38包括壳体40，该壳体容纳底座电路17，该底座电路17包括场传感器18、控制器22和输出26。壳体40可具有任何合适的形状，在图中示出为金字塔的形式，该金字塔具有尖端40a，具有平底的宽阔底座40b(未示出)以及诸如表面40d和40e的外露的表面40c。壳体40可沿支撑表面42所示的方向而放置和支撑。支撑表面42可以是用户选择的任何游戏表面，诸如地板或桌子，或者如果底座单元是手持的那么甚至是手。壳体40可固定在表面42上，或可沿表面移动。可选地，壳体可具有其它合适的形式，如盒子、圆顶、字母、图、玩具娃娃或可移动的车辆。
场传感器18可设置在壳体40的尖端40a中，其中如所示，棒36可方便地接近场传感器18。尖端40a可以是覆盖传感器18的透明的电磁盖子。类似地，控制器22可藏于壳体40中，并由壳体40支撑。
输出26也可安装在壳体40之中和/或之上。例如，输出26可包括多盏灯44，诸如安装在表面40d的灯46和安装在表面40e的灯48。如所说明的，可包括灯的其它配置，并且灯可具有选择的尺寸、颜色和/或密度。输出26也可包括听觉输出，诸如通过安装于壳体40的扬声器50提供。这些输出可表示传感器18产生的信号。例如，可根据传感器信号而调节或改变输出的特征。例如，可改变灯的数量、灯的闪烁速度、灯的密度，或产生的声音的音量、音调和/或其它特性。
图3示出了容纳于底座单元38中的底座电路17的实施例。底座电路17包括传感器18、控制器22和输出26。传感器18可包括磁阻线圈52。磁阻线圈可检测例如磁铁28相对于(朝向、远离、或通过)传感器18运动产生的磁场的变化。
图4大致示出了由磁阻线圈产生的作为通过磁阻线圈的场变化率的函数的信号强度。例如，如果变化率低，则产生较低的信号强度。相应地，场中高变化率可产生相对高的信号强度。场中的变化率可取决于场的运动方向以及场的强度的结合。即，强场的小变化产生的信号可具有与弱场中大变化产生的信号幅度类似的幅度。
图5示出了用户如何将图4所示的信号强度与场的变化率的关系，应用于对磁铁28或其它场源相对于线圈52或其它场传感器进行的操作中。磁铁的场更强-具有更高的磁通密度-接近磁极，并且随着远离磁极而逐渐地变弱。因此，当磁铁靠近线圈放置且磁铁缓慢运动时，当磁铁处于距线圈中间位置且中等运动时，或当磁铁远离线圈且快速运动时都可产生中等的信号强度。在远离线圈时磁铁的缓慢运动可产生较低的信号强度。相反，磁铁接近线圈的快速运动可产生较高的信号强度。此外，对于磁铁相对于线圈的任何指定位置，可以对线圈中的磁场强度产生很小的变化的方式而移动磁铁，并且相反地，可以对线圈中的磁场强度产生更大的变化的方式而移动磁铁。从而可见，用户将磁铁或其它场源相对于线圈或其它场传感器的运动中的许多变化。因而可以理解场相对于传感器的不同运动速率和运动路径可在响应中产生许多变化。
返回到图3，线圈52可产生未处理的传感器信号20，该传感器信号20通过分压器56而电容耦合到运算放大器(op amp)58的非反相输入。op amp 58的输出是放大信号60。在输出可作为线圈信号的等级或强度的函数而变化的一些实施例中，由于放大的信号60对应于控制信号24，所以运算放大器58可被认为是控制器22的一部分。接着，控制信号24驱动另外的逻辑或控制电路，其可以是模拟和/或数字的形式。例如，信号60可直接应用到输出的驱动器，如驱动器和相关的灯、灯组、扬声器、马达、模数转换器、数字信号处理器或其它合适的装置。
在该实施例中，信号60可被整流器62转化成直流(D.C.)电压电平，这里整流器62包括二极管64和低通滤波器66。所产生的D.C.电压，这里称之为有条件的放大信号68，可被直接应用至比较器70的非反相输入。所选择的参考电压电平可被应用至比较器70的反相输入，其电压可由分压器72设置。然后比较器70的输出可以是具有由应用至非反相输入的电压确定的电平的控制信号。在该实施例中，控制信号24可以是双态信号，该双态信号在输入信号低于参考或阈值电压时具有低状态，并且在输入信号高于参考阈值电压时具有高状态。
因此，控制信号24可以是响应双态信号而输入到输出26。电路可提示多种响应，诸如灯或声音的开/关控制，或者声音调节，从而声音关于磁阻线圈相对于磁铁的速度而改变。在该实施例中，控制信号24控制晶体管74的工作，通过晶体管74的工作点亮的灯76，该灯76为绿色发光二极管(LED)形式。如所讨论的，灯76是动作装置或其它具有可感知动作的输出的实施例。从而，当输入信号高于由分压器72设置的阈值时，动作装置或其它输出26被启用，以产生指定的响应。
控制信号24可由处理器22处理，以具有适于特定输出的形式。在所示出的控制器22的形式，控制信号24可以是放大的传感器信号60、传感器信号的已处理的版本，诸如条件信号68或双电平的信号24。在示出的实施例中，动作装置是绿色LED，该绿色LED可响应检测到磁场而亮起。
可选地，取决于控制信号的特性，作为检测到的磁场的强度的函数，LED可变亮或变暗。在一些实施例中，可采用不同的动作装置来替代绿色LED，其中动作装置可至少部分地基于检测到的磁场的变化而产生响应。如参照图1和2已经讨论的，这样的动作装置可以是可发声的扬声器，或者是可移动的移动部件，或者是类似的或不同的动作装置的组合。当输出中包括一盏或多盏灯时，显示模式可包括灯的变化的合适形式，如不同的颜色、灯的不同组合、灯的不同数量、灯的不同亮度、一盏或多盏灯点亮的不同次数或者不同灯点亮的不同速度。当输出中包括扬声器时，声音变化可以是产生的音量、产生的声音的持续时间和/或产生的声音的特征。声音可具有任何合适的特性，诸如音调、音符、音乐、词、音效和/或它们的组合。
可以理解玩具10可包括磁铁，该磁铁可由用户将其相对于在支撑表面上支撑的底座单元而移动。底座单元可包括壳体和磁场传感器，其中壳体可相对于表面被支撑在固定位置，并且磁场传感器被支撑在壳体中。场传感器可产生传感器信号，该传感器信号的幅度表示磁铁通过传感器的磁场变化。放大器对传感器信号进行放大。此外，当放大的传感器信号超过阈值时，比较器可产生与放大的传感器信号相对应的控制信号。输出电路可启用与控制信号相对应的至少一盏灯和/或扬声器。
因此，采用图2中所示的玩具10，儿童挥动装备有小磁铁28的棒36，基于底座单元38产生的响应，可造成执行魔法动作的幻想。一些实施例可包括一个或多个棒或其它用户可移动部，其每个可包括一个或多个磁铁。一些实施例可包括一个或多个底座单元，每个底座单元可配置成在检测到磁铁的运动时，产生特定的响应、响应的组合、或响应的随机或预定序列。此外，底座单元可在支撑表面42上保持固定，或沿着支撑表面移动，如响应磁铁的运动。
相信本公开采用独立的应用而说明了上述包含的多个不同的实施例和方法。尽管这些实施例和方法的每个已经采用优选方式公开，但因为可有许多可能的变更，这里公开和说明的特定实施例和方法不被认为是限制性的。实施例和方法的主题包括这里公开的多个元件、特征、步骤、功能和/或属性的新颖的和不是显而易见的组合和再组合。
通过提出相关应用中的权利要求或在提交初始的权利要求后，可要求保护具体化为特征、功能、元件和/或属性的各种组合和再组合的发明。这样的权利要求，无论它们涉及与这里要求的实施例和方法不同的实施例和方法或涉及相同的实施例，无论不同、更宽、更窄或等于原始的权利要求的范畴，都被认为包括在本公开的主题内。
当权利要求列举“一个”或“第一个”元件或其等价物，这样的权利要求包括一个或多个这样的元件，不必须是也不排斥两个或多于两个的这样的元件。此外，次序的指示器，诸如第一、第二或第三，对于标识的元件而用于在元件之间进行区分，且不表示这样的元件的必要的或限制性的数量，并且除非明确指出，不指示这样的元件的特定位置或顺序。
工业应用本公开中描述的方法和设备适用于玩具，诸如玩具娃娃、动作形象、游戏和其它装置，和使用娱乐装置的其它工业。
权利要求
1.一种玩具(10)，包括壳体(40)；电磁场传感器(18)，其被支撑在所述壳体(40)内，并产生信号(20)，所述信号具有的幅度表示通过所述传感器(18)的电磁场(14)的变化；可改变的输出(26)；控制器(22)，其调节以适应所述信号(20)的不同幅度的所述输出；和磁场(14)的源(12)，所述源(12)可由用户相对于所述传感器(18)而移动，以将所述传感器(18)暴露在电磁场(14)中，所述电磁场(14)根据由用户所执行的将所述源(12)相对于所述传感器(18)的运动而变化。
2.根据权利要求1所述的玩具(10)，其中显示装置(26)包括一个或多个的灯(44)和/或扬声器(50)。
3.根据权利要求2所述的玩具(10)，其中所述控制器(22)可操作所述显示装置(26)，以在所述信号(20)的所述幅度变化时，改变一个或多个的照明和/或声音。
4.根据权利要求1所述的玩具(10)，其中所述控制器(22)包括比较器(70)，所述比较器(70)检测所述信号(20)到达阈值水平的时间，并且所述控制器(22)在所述信号(20)超过所述阈值水平时对所述显示装置(26)进行操作。
5.根据权利要求1所述的玩具(10)，其中所述壳体(40)包括底座(40b)，所述底座40b能相对于支撑表面而将所述场传感器(18)支撑在固定位置。
6.一种玩具(10)，包括磁铁(28)，其可由用户相对于外部表面(42)进行移动；和底座单元(38)，所述底座单元(38)包括壳体(40)，其被支撑在相对于所述表面(42)的固定位置；磁场传感器(18)，其被支撑在所述壳体(40)中，并产生传感器信号(20)，所述传感器信号(20)所具有的幅度表示通过所述传感器(18)的磁铁(28)的磁场(14)的变化；放大器(58)，其对所述传感器信号(20)进行放大；比较器(70)，其在放大的传感器信号(20)超过阈值时，产生与所述放大的传感器信号(20)相对应的控制信号(24)；至少一个灯(44)和/或扬声器(50)；和输出电路(26)，其启用于所述控制信号(24)相对应的所述至少一个灯(44)和/或扬声器(50)。
7.根据权利要求6所述的玩具(10)，其中所述输出电路(26)包括灯，并且所述灯(44)的照明根据所述传感器信号(20)的所述幅度而调节。
8.一种操作玩具(10)的方法，所述玩具(10)包括电磁场传感器(18)、可感知的输出(26)和电磁场(14)的源(12)，所述方法包括将所述场源(12)相对于所述传感器(18)进行移动；对所述传感器(18)中的所述场(14)的变化进行检测；产生信号(20)，所述信号(20)所具有的幅度表示所检测到的场(14)的变化；并且响应所述产生的信号(20)，产生表示所述检测到的场(14)的变化的可感知的输出(26)。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括对在所述传感器(18)中的所述场(14)的不同变化进行检测；产生信号(20)，所述信号(20)所具有的幅度表示所述检测到的场(14)的不同变化；以及产生不同的可感知输出(36)，所述不同的可感知输出(26)表示所述检测到的所述场(14)的不同变化。
全文摘要
玩具(10)可包括壳体(40)、电磁场传感器(18)、输出(26)、控制器(22)和/或电磁场(14)的源。壳体(40)被支撑在支撑表面(42)上。在一些实施例中，壳体(40)可将场传感器(18)相对于支撑表面(42)支撑在固定方向和位置。在一些实施例中，场传感器(18)产生信号(20)，该信号(20)所具有的幅度表示通过传感器(18)的场(14)中的变化。在一些实施例中，输出(26)具有可改变的可感知输出。控制器(22)对输出(26)进行操作，以相对于信号(20)的不同幅度具有不同的输出。场(14)的源(12)可由用户相对于传感器(18)进行移动，以将传感器(18)暴露于根据由用户进行的源(12)的运动而变化的场。
文档编号A63H1/24GK101018593SQ200580030932
公开日2007年8月15日 申请日期2005年8月5日 优先权日2004年8月10日
发明者R·J·马丁, D·巴里 申请人:美泰有限公司