CN111840993B - 游戏摇杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种游戏摇杆，包括第一结构件、第二结构件、光学发射器、光学检测器以及运算处理器。该第二结构件与该第一结构件组装结合以形成腔室。该光学发射器设置在该腔室内，用来照明该第二结构件的表面。该光学检测器设置在该腔室内，用来拍摄该第二结构件的该照明表面。该运算处理器电连接该光学检测器，用来分析该照明表面的光强分布以判断该游戏摇杆是否受到斜向按压。光学发射器的排列是已知特征，游戏摇杆的光学发射器不仅用来照明辨识组件以使光学检测器能取得辨识点的清晰图像，还会投射生成明亮区域以供区别游戏摇杆是受到斜向按压操作或侧向推移操作。

Description

游戏摇杆

技术领域

本发明涉及一种游戏摇杆，特别是有关一种能够分辨边缘按压操作与侧向平推操作以输出不同控制指令的游戏摇杆。

背景技术

传统的机械式摇杆包括传感器、轨迹球、控制杆与手把。使用者施压手把以移动控制杆，控制杆可相对轨迹球倾斜及旋转，并且传感器侦测轨迹球的转动来控制由机械式摇杆输出的鼠标信号。手把由硬质材料制作，并且可被使用者推动或拉动，造成控制杆的倾斜而产生鼠标信号。当机械式摇杆倾斜时，控制杆会沿着特定方向旋转或倾倒，并且轨迹球可通过复位组件将控制杆回复到初始位置。因此，传统机械式摇杆有明显地操作限制，只能沿着特定方向移动来输入特定手势，也容易因长时间使用发生机械疲劳。另一种改善过的游戏摇杆可利用弹性结构取代控制杆，然而这种改善型游戏摇杆仍然不能明确辨识出边缘按压与侧向平移的操作手势。

发明内容

本发明涉及一种能够分辨边缘按压操作与侧向平推操作以输出不同控制指令的游戏摇杆。

本发明进一步公开一种游戏摇杆，该游戏摇杆包括第一结构件、第二结构件、光学发射器、光学检测器以及运算处理器。该第二结构件与该第一结构件组装结合以形成腔室。该光学发射器设置在该腔室内，用来照明该第二结构件的表面。该光学检测器设置在该腔室内，用来拍摄该第二结构件的该照明表面。该运算处理器电连接该光学检测器，用来分析该照明表面的光强分布以判断该游戏摇杆是否受到斜向按压。

本发明还公开一种游戏摇杆，该游戏摇杆包括第一结构件、第二结构件、光学检测器以及运算处理器。该第二结构件与该第一结构件组装结合以形成腔室。辨识组件形成在该第二结构件。该光学检测器设置在该腔室内，用来拍摄该辨识组件的状态。该运算处理器电连接该光学检测器，用来分析该辨识组件的该状态以产生控制信号。该第一结构件与该第二结构件由硬质材料制作。

本发明的游戏摇杆可预先将明亮区域投射到照明表面，照明表面的光强分布会受到明亮区域分布变化的影响，故可通过分析照明表面的光强分布来判断游戏摇杆是受到斜向按压操作或侧向推移操作。光学发射器的排列是已知特征，游戏摇杆的光学发射器不仅可用来照明辨识组件以使光学检测器能取得辨识点的清晰图像，还会投射生成明亮区域以供区别游戏摇杆是受到斜向按压操作或侧向推移操作。

附图说明

图1为本发明第一实施例的游戏摇杆的示意图。

图2为本发明第一实施例的游戏摇杆在初始操作阶段的示意图。

图3为本发明第一实施例的游戏摇杆在侧向推移操作阶段的示意图。

图4为本发明第一实施例的游戏摇杆在斜向按压操作阶段的示意图。

图5为本发明第一实施例的具有明亮区域与辨识点的图像的示意图。

图6与图7为本发明第一实施例的处于侧向推移操作阶段的游戏摇杆所取得辨识图像的示意图。

图8与图9为本发明第一实施例的处于斜向按压操作阶段的游戏摇杆所取得辨识图像的示意图。

图10为本发明第一实施例的辨识图像在特定情况下的示意图。

图11为本发明第一实施例的辨识图像在其它情况下的示意图。

图12为本发明第二实施例的游戏摇杆的示意图。

图13为本发明第三实施例的游戏摇杆的示意图。

其中，附图标记说明如下：

具体实施方式

请参阅图1至图9。图1为本发明第一实施例的游戏摇杆10的示意图，图2为本发明第一实施例的游戏摇杆10在初始操作阶段的示意图，图3为本发明第一实施例的游戏摇杆10在侧向推移操作阶段的示意图，图4为本发明第一实施例的游戏摇杆10在斜向按压操作阶段的示意图，图5为本发明第一实施例的具有明亮区域与辨识点的图像的示意图，图6与图7为本发明第一实施例的处于侧向推移操作阶段的游戏摇杆10所取得辨识图像I1_1与I1_2的示意图，图8与图9为本发明第一实施例的处于斜向按压操作阶段的游戏摇杆10所取得辨识图像I2_1与I2_2的示意图。

游戏摇杆10可包括第一结构件12、第二结构件14、光学发射器16、光学检测器18以及运算处理器20。第一结构件12与第二结构件14以可相互活动方式结合以形成腔室21。在本实施例中，第二结构件14设置在第一结构件12上；然而，第一结构件12也可以设置在第二结构件14内、而为第二结构件14所包覆。第一结构件12可分离于第二结构件14，如图1所示；或者第一结构件12也可与第二结构件14为一体成型的设计。只要第一结构件12和第二结构件14能相互移动即属于本发明的设计范畴。光学发射器16与光学检测器18可设置在腔室21里，例如设置在第一结构件12的上表面、并且电连接于运算处理器20。光学发射器16用来照亮第二结构件14的表面22。光学检测器18用来取得关于照明表面22的辨识图像。在本发明的可能实施态样中，光学发射器16可以是红外光源，相应地光学检测器18即为红外光检测器。运算处理器20可分析辨识图像内的光强分布，据此判断游戏摇杆10是否受到斜向按压或是侧向推移。

第一实施例中，第一结构件12可为游戏摇杆10的基件，第二结构件14可为游戏摇杆10的覆盖组件。覆盖组件用来保护基件，并且承受使用者的推动、拉动、按压、或扭转等多种操作方式，以产生多样化的控制指令。在其他的可能实施态样中，第一结构件12可能是覆盖组件、并且第二结构件14可能是基件，意即光学发射器16、光学检测器18与运算处理器20还能设置在游戏摇杆10的覆盖组件以提供如前所述的相同操作功能。

游戏摇杆10可具有多个光学发射器16，分别设置在光学检测器18的周围以均匀地照亮表面22、或是投射明亮区域到表面22上。多个光学发射器16可以发出分具不同波长的光线，使得光学检测器18能通过取得图像上明亮区域的颜色轻易地辨识出不同的明亮区域。光学发射器16的排列可投射光线到表面22以形成一个或多个明亮区域P。光学发射器16投射形成的多个明亮区域P可能部分重叠，并且每一个明亮区域P会因为第一结构件12与第二结构件14的相对运动而改变其尺寸与位置。此外，多个辨识组件24可形成在第二结构件14的表面22以形成辨识点Q。辨识图像上的多个辨识点Q视情况可能设计为辨识暗点或辨识亮点。

当表面22沿着垂直于光学检测器18的法向量的方向移动时，意即游戏摇杆10被推移，取得图像上的辨识点Q的位置会相应改变、但取得图像上的明亮区域P的位置没有变化。如图5所示，照明表面22的图像涵盖了明亮区域P与辨识点Q，可通过分析明亮区域P与辨识点Q来判断游戏摇杆10是否受到斜向按压或侧向推移；再者，还能通过分析辨识点Q的状态，判断斜向按压操作或侧向推移操作的移动方向。

明亮区域P与辨识点Q可利用取得图像的特定性质进行区分。若制作辨识组件24的材质能够吸收光学发射器16所发出光线时，取得图像中其亮度大于亮度门槛且其数量高于数量门槛的部分像素可表示为明亮区域P，取得图像中其亮度介于亮度范围内且其数量介于数量范围内的其他像素可表示为辨识点Q。举例来说，亮度大于灰阶值200的像素可定义为明亮区域P，亮度介于灰阶值30～50间且数量范围介于2～15的像素可定义为辨识点Q。辨识组件24用来提高明亮区域P与辨识点Q之间的亮度差异。

除此之外，游戏摇杆10还可能切换光学发射器16交替发出不同波长的光线以区分明亮区域P和辨识点Q。首先，光学发射器16可输出具有第一波长的光线，例如红光，光学检测器18接收红光图像而能辨识出明亮区域P。接着，光学发射器16受切换而发出具有第二波长的光线，例如蓝光，辨识组件24由可吸收蓝光波段的材质制作，因此光学检测器18可取得只显示暗色辨识点Q但没有明亮区域P干扰的图像。

当游戏摇杆10没有被按压与推移时，光学发射器16所形成的明亮区域P可位于光学检测器18所取得辨识图像I1的特定区域内，并且辨识点Q会位于特定区域的中央，如图2所示。在其中一种实施例中，明亮区域P与辨识点Q会聚集在辨识图像I1的中央区域。若游戏摇杆10被侧向推移，照明表面22可相对于光学发射器16和光学检测器18平行移动，因此明亮区域P的尺寸会保持不变、或是只有轻微地放大或缩小，并且位置不会发生明显移动。辨识点Q则会根据照明表面22的移动发生相应位移，如图3所示的辨识图像I2。将辨识图像I2相比于辨识图像I1，辨识图像I2内明亮区域P的分布近似于辨识图像I1内明亮区域P的分布，并且辨识图像I2里辨识点Q的分布不同于辨识图像I1里辨识点Q的分布，故运算处理器20可通过分析辨识点Q的分布来判断游戏摇杆10受到侧向推移。无论游戏摇杆10受到哪个方向的侧向推移，照明表面22上关于明亮区域P的取得图案(意即辨识图像I1、I2和I3内的圆形区)在取得图像内几乎不会移动。

如图4所示，使用者可推动第二结构件14的边缘以斜向按压游戏摇杆10，明亮区域P会因照明表面22相对于光学发射器16与光学检测器18的倾斜而部分放大或缩小。举例来说，如图4所示的辨识图像I3，当第二结构件14的左边受压而接近第一结构件12时，左侧的明亮区域P可能会小于右侧的明亮区域P。将辨识图像I3相比于辨识图像I1及I2，辨识图像I3里辨识点Q的分布不同于辨识图像I1内辨识点Q的分布、但近似辨识图像I2内的辨识点Q分布，并且辨识图像I3里明亮区域P的分布不同于辨识图像I1及I2的明亮区域P分布，因此运算处理器能够通过辨识点Q的分布和明亮区域P的变化辨识出游戏摇杆10受到斜向按压操作。

明亮区域P在照明表面22上的位置变化、亮度变化与形状变化的其中一个或多个因素可用来分析判断游戏摇杆10是否受到斜向按压。辨识点Q的分布(对应于多个辨识组件24的状态)可为光学检测器18所侦测取得，并且用来判断第一结构件12与第二结构件14之间的作动类型、作动方向以及作动幅度；然而，游戏摇杆10因侧向推移所造成的辨识点Q的分布变化近似于游戏摇杆10因斜向按压而造成的辨识点Q的分布变化。因此，明亮区域P的位置变化或形状变化(对应于照明表面22的光强分布)可用来进一步区分侧向推移操作与斜向按压操作。图5至图9所示的斜格纹图案用来表示明亮区域P所形成的扩散光晕(意即高亮度图案)。如图6与图7的实施例所示，辨识点Q的移动对应于游戏摇杆10的作动，并且斜格纹图案(意即明亮区域P的组合)几乎不会移动或形变，故游戏摇杆10可判断为受到侧向推移操作。如图8与图9的实施例所示，辨识点Q的移动对应于游戏摇杆10的作动，并且斜格纹图案(意即明亮区域P的组合)会有位移与形变产生，此时游戏摇杆10可判断为受到斜向按压操作。

运算处理器20可分析前述斜格纹图案的位置变化，以区分游戏摇杆10受到斜向按压或侧向推移操作，并产生多个候选控制指令。如照明表面22的光强分布符合预定条件，例如斜格纹图案具有静止不动的明亮区域P，可产生多个候选控制指令，并且该多个候选控制指令分别代表往右边移动的侧向推移、往左边移动的侧向推移、往上方移动的侧向推移、及往下方移动的侧向推移的可能操作手势；接着，斜格纹图案静止不动时，辨识组件24的状态所发生变化被检测，因此运算处理器20可分析图像内的辨识点Q分布变化判断移动方向，以从多个候选控制指令中选出最终控制指令。举例来说，关于图6所示辨识图像I1_1的最终控制指令可表示为往左边移动的侧向推移，关于图7所示辨识图像I1_2的最终控制指令可表示为往右边移动的侧向推移。

如果照明表面22的光强分布不符预定条件，例如斜格纹图案具有移动或形变的明亮区域P，会产生多个候选控制指令，分别代表右侧的斜向按压、左侧的斜向按压、上方的斜向按压与下方的斜向按压的可能操作手势。当斜格纹图案移动或形变时，辨识组件24的状态所发生变化会被检测到，运算处理器20可分析图像内辨识点Q的分布变化判断按押方向，以从多个候选控制指令中选出最终控制指令。举例来说，图8所示辨识图像I2_1的最终控制指令可视为游戏摇杆10的左边受到斜向按压，图9所示辨识图像I2_2的最终控制指令则能表示游戏摇杆10的右边受到斜向按压。

请参阅图10，图10为本发明第一实施例的辨识图像I的示意图。斜格纹图案内可生成特定参考点C1，并且根据特定参考点C1的位置生成虚拟边界C2。特定参考点C1可以是斜格纹图案的中心或重心，虚拟边界C2可是以特定参考点C1为基准的圆周。若游戏摇杆10受到侧向推移，因为第一结构件12没有发生倾斜，特定参考点C1会留在虚拟边界C2的中央处。若游戏摇杆10受到斜向按压，第一结构件12发生倾斜，特定参考点C1会移近或跨出虚拟边界C2。因此，光学检测器18可取得一系列的辨识图像I，运算处理器20可根据斜格纹图案的高亮度区域是否移出预定范围，判断第一结构件12与第二结构件14之间是否发生斜向按压。运算处理器20可从一系列的辨识图像I中设定一张先前辨识图像作为参考图像，并且将当前辨识图像里的特定参考点C1相比于先前辨识图像里的虚拟边界C2，以判断特定参考点C1是在预定范围内移动、或是有移出预定范围。停留在虚拟边界C2中央范围的特定参考点C1可表示游戏摇杆10受到侧向推移；远离虚拟边界C2的中央范围、或是移出虚拟边界C2的特定参考点C1可表示游戏摇杆10受到斜向按压。

请参阅图11，图11为本发明第一实施例的辨识图像I’的示意图。辨识图像I’可划分成多个区域，每一个区域可包括一个或多个像素，并且各自具有其像素亮度。运算处理器20可计算每一个区域的平均亮度，并将当前图像的各区域平均亮度相比于背景图像的对应区域平均亮度，并产生用以指示斜格纹图案作动(意即扩散光晕或明亮区域P的高亮度图案)的移动向量V。背景图像可以是先前图像、或是预先存储的参考图像。举例来说，若斜格纹图案往左上方移动，当前图像与背景图像的上方区域R的平均亮度变化会大于当前图像与背景图像的下方区域R的平均亮度变化，并且当前图像与背景图像的左方区域R的平均亮度变化会大于当前图像与背景图像的右方区域R的平均亮度变化，因此可产生如图10所示的移动向量V，表示游戏摇杆10的左上方角落受到斜向按压。移动向量V的长度可对应于上方区域R与下方区域R的平均亮度变化差异、及对应于左方区域R与右方区域R的平均亮度变化差异。移动向量V的长度可解读为施加在游戏摇杆10而造成其斜向按压现象的外力量值。

请参阅图12与图13，图12为本发明第二实施例的游戏摇杆30的示意图，图13为本发明第三实施例的游戏摇杆30’的示意图。游戏摇杆30与游戏摇杆30’可分别包括第一结构件32、第二结构件34、光学检测器36、光学发射器38以及运算处理器40。第二结构件34可具有多个辨识组件42，并以可活动方式结合第一结构件32。光学检测器36与光学发射器38可设置在腔室21内，并且电连接运算处理器40。光学发射器38可用来照明第二结构件34的表面44。光学检测器36可用来取得辨识组件42的状态。运算处理器40可分析辨识组件42的状态以产生控制信号。

第二实施例中，第一结构件32属于游戏摇杆的30的基件，第二结构件34则是游戏摇杆30的覆盖组件；使用者可按压、拉扯与推动第二结构件34，使其相对于第一结构件32变动位置。第三实施例中，第一结构件32属于游戏摇杆30’的覆盖组件，第二结构件34则是游戏摇杆30’的基件；使用者可按压、拉扯与推动第一结构件32，使其相对于第二结构件34移动。特别一提的是，第一结构件32与第二结构件34可由硬质材料制作。

综上所述，本发明的游戏摇杆可预先将明亮区域投射到照明表面，照明表面的光强分布会受到明亮区域分布变化的影响，故可通过分析照明表面的光强分布来判断游戏摇杆是受到斜向按压操作或侧向推移操作。光学发射器的排列是已知特征，游戏摇杆的光学发射器不仅可用来照明辨识组件以使光学检测器能取得辨识点的清晰图像，还会投射生成明亮区域以供区别游戏摇杆是受到斜向按压操作或侧向推移操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种游戏摇杆，其特征在于，该游戏摇杆包括：

第一结构件；

第二结构件，与该第一结构件组装结合以形成腔室，该第二结构件相对于该第一结构件受到侧向推移或斜向按压；

光学发射器，设置在该腔室内，用来照明该第二结构件的表面并在该照明表面投射出明亮区域以形成高亮度图案，当该第二结构件相对于该第一结构件受到侧向推移时该高亮度图案的位置保持不变；当该第二结构件相对于该第一结构件受到斜向按压时该高亮度图案的位置发生变化；

光学检测器，设置在该腔室内，用来拍摄该第二结构件的该照明表面；以及

运算处理器，电连接该光学检测器，用来分析该高亮度图案的位置变化以区分该游戏摇杆是受到斜向按压操作或侧向推移操作。

2.如权利要求1所述的游戏摇杆，其特征在于，该运算处理器通过分析该高亮度图案的位置变化产生多个候选控制指令，并且进一步分析该高亮度图案附近的辨识点的分布变化，以从该多个候选控制指令选择最终控制指令。

3.如权利要求1所述的游戏摇杆，其特征在于，当该高亮度图案移出预定范围时，该第二结构件视为相对于该第一结构件受到斜向按压。

4.如权利要求3所述的游戏摇杆，其特征在于，该照明表面上的该高亮度图案会产生特定参考点以及虚拟边界，并且该虚拟边界围绕该特定参考点，当利用该虚拟边界判断该特定参考点超出该预定范围时，该第二结构件视为相对于该第一结构件受到斜向按压。

5.如权利要求4所述的游戏摇杆，其特征在于，该运算处理器分析形成在该第二结构件上的多个辨识点的状态，在利用该虚拟边界判断该特定参考点位于该预定范围内，并且该多个辨识点发生移动时，该第二结构件视为相对于该第一结构件受到侧向推移。

6.如权利要求4所述的游戏摇杆，其特征在于，该光学检测器取得一系列的辨识图像，该运算处理器将当前辨识图像内的该高亮度图案的该特定参考点相比于先前辨识图像内的该虚拟边界，以判断该第二结构件相对于该第一结构件受到侧向推移或斜向按压。

7.如权利要求4所述的游戏摇杆，其特征在于，该特定参考点是该高亮度图案的中心或重心。

8.如权利要求1所述的游戏摇杆，其特征在于，该第二结构件具有辨识组件，该运算处理器分析该光学检测器所取得的该辨识组件的状态，判断该第一结构件与该第二结构件之间的作动类型、作动方向以及作动幅度。

9.如权利要求1所述的游戏摇杆，其特征在于，该光学检测器所取得的辨识图像被切分为多个区域，该运算处理器分析该辨识图像内各区域与背景图像内对应区域之间的光强变化，以判断该照明表面的移动向量。

10.如权利要求1所述的游戏摇杆，其特征在于，该第一结构件是该第二结构件的一部分。

11.如权利要求1所述的游戏摇杆，其特征在于，该第一结构件与该第二结构件由硬质材料制作。

12.如权利要求11所述的游戏摇杆，其特征在于，该游戏摇杆包括通过可相互活动方式设置在一起的覆盖组件以及基件，该第一结构件为该覆盖组件并且该第二结构件为该基件，或是该第一结构件为该基件并且该第二结构件为该覆盖组件。