Konzept zur Aktivierung eines Spielgeräts

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konzept zur Aktivierung eines Spielgeräts, wie es insbesondere zur Aktivierung eines Fußballs bei einem Fußballspiel eingesetzt werden kann.

Eine Vielzahl von Aufgaben, wie beispielsweise eine Ballortung bei einem Fußballspiel, setzt eine Kenntnis von Positionen und/oder Orientierung von Objekten voraus. Bei einem Fußballspiel ist eines der umstrittensten Themen, ob in kritischen Situationen ein Ball die Torlinie überschritten hat oder nicht. Hierzu ist es notwendig, dass die Position des Balls an der Torlinie mit einer Genauigkeit von ca. ± 1,5 cm gemessen werden kann.

Eine Positionsbestimmung bzw. Ballortung kann beispielsweise mittels Magnetfeldern erfolgen, welche in der Nähe des Torraums beispielsweise mittels Spulen an und/oder in den Torpfosten erzeugt werden können. Verfügt ein Spielgerät bzw. ein Ball über einen Magnetfeldsensor, so kann über die Ermittlung der Feldstärken der von den Spulen erzeugten Magnetfelder beispielsweise eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Ball die Torlinie überschritten hat oder nicht .

Da in einem Fußballspiel ein Fußball Geschwindigkeiten bis zu 140 km/h erreichen kann, sollte für eine Positionsmessung zur Torentscheidung, insbesondere in der Nähe des Tores, eine Position des Balls sehr genau bestimmt werden können. Dies erfordert beispielsweise eine Aktivierung einer hohen Abtastrate eines Lesers zum Auslesen des Magnetfeldsensors für eine detaillierte und exakte Messung des Magnetfeldes im Torraum.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und funktionales Konzept zur Aktivierung einer Messelektronik eines Spielgeräts bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Spielball mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 und ein Computer-Programm gemäß Patentanspruch 16 gelöst .

Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Elektronik in einem Spielgerät bzw. in einem Spielball in der Nähe eines Tors bzw. in einem Torraum durch ein Aktivierungssignal in dem Torraum aktiviert wird, um daraufhin beispielsweise eine hochgenaue Positionsmes- sung des Spielgerätes bzw. Spielballs zu ermöglichen.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Spielgerät bzw. ein Ball in der Nähe eines Tors über ein Magnetfeld aktiviert werden. Dabei wird das Magnetfeld am Tor beispielsweise mittels Spulen in bzw. an den Torpfosten und/oder hinter dem Tor erzeugt. Kommt der Ball in die Nähe des Tors, so wird dies durch einen in dem Ball integrierten Magnetfeldsensor erkannt, wobei der Ball außerhalb einer Reichweite des Aktivierungssignals bzw. des Magnetfeldes Magnetfeldmessungen beispielsweise mit einer geringen Abtastrate durchführt, um Strom zu sparen. Sobald das durch die Spulen erzeugte Magnetfeld im Torraum gemessen wird schaltet sich ein Messsystem bzw. eine Elektronik im Ball auf eine höhere Abtastrate, um Messdaten bzgl. des Magnetfeldes in kürzeren Zeitabständen und damit hochauflösender aufzunehmen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die höhere Abtastrate der Ballelektronik durch ein Funksig- nal, insbesondere ein schwaches Funksignal, in der Nähe des Tors aktiviert werden, dazu ist in der Nähe des Tors bzw. am Tor ein Funksender angebracht, um das Funksignal zur Ballaktivierung auszusenden. Bei diesem Aspekt weist der

Ball einen auf das Funksignal abgestimmten Funkempfänger auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Konzept wird eine Magnetfeldde- tektion, insbesondere eine hochgenaue Magnetfelddetektion, also immer nur dann eingeschaltet, wenn sie benötigt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn sich der Ball in der Nähe des Tores befindet. Ist der Ball außer Reichweite des im Torraum vorherrschenden Magnetfeldes, so wird die Elektronik im Ball auf einen Energiesparmodus, beispielsweise mittels einer geringeren Abtastrate, gebracht.

In dem Energiesparmodus misst der Ball gemäß einem Ausführungsbeispiel ständig, aber sehr stromsparend mit geringer Abtastrate, ein am Ort des Balls vorherrschendes Magnetfeld, welches außerhalb des Torraums beispielsweise das Erdmagnetfeld sein kann. Wie im Vorhergehenden bereits beschrieben wurde, kann das zur Torerkennung von den Spulen erzeugte Magnetfeld bzw. das Funksignal zur Aktivierung nur in relativ geringer Distanz zum Tor erkannt werden. Sobald der Ball bzw. der im Ball vorhandene Magnetfeldsensor oder Funkempfänger dieses Magnetfeld bzw. das Funksignal erkennt, wird auf eine höhere oder maximale Abtastrate der Ballelektronik umgeschaltet.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Aktivierung der Elektronik zum hochauflösenden Erfassen eines Magnetfeldes erst dann durchgeführt wird, wenn sie benötigt wird. Dadurch kann in Zeiträumen, in denen keine hochgenauen Messungen notwendig sind, Energie gespart werden und somit eine längere Lebensdauer einer Batterie zur Energieversorgung des Balls gewährleistet werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Balls in

einem Torraum zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Konzepts;

Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfah- rens zum Aktivieren eines Spielballs gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 einen Spielball gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4a zwei Ausführungsbeispiele eines Aktivierungssi- und 4b gnalerfassers.

Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleich oder gleich wirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibungen dieser Funktionselemente in den verschiedenen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.

Fig. 1 zeigt einen Spielball 100 in unmittelbarer Nähe eines Fußballtors 110 welches auf einer Torlinie 120 steht. In einem vordefinierten Raum um das Tor 110 ist von dem Ball 100 ein Aktivierungssignal 130 empfangbar, um eine Messelektronik im Spielball 100 einzuschalten bzw. eine Abtastrate der Messelektronik zu erhöhen.

Gemäß Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem Aktivie- rungssignal 130 um ein Magnetfeld, insbesondere ein magnetisches Wechselfeld verschieden vom Erdmagnetfeld, handeln, welches in einem vorbestimmten Bereich um das Tor 110 messbar ist. Dabei kann das beispielsweise von an dem Tor 110 angebrachten Spulen erzeugte Magnetfeld auch zu einer Torentscheidung herangezogen werden, d. h. zu einer Entscheidung, ob der Ball 100 die Torlinie 120 überschritten hat.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Aktivierungssignal 130 auch ein in dem vorbestimmten Bereich um das Tor 110 empfangbares schwaches Funksignal sein. Dazu befindet sich in der Nähe des Tors 110 beispielsweise ein geeigneter Funksender, um das Funksignal auszusenden.

Ob das Aktivierungssignal 130 ein von den Spulen am Tor erzeugtes Magnetfeld oder ein Funksignal ist, hat Auswirkungen auf die Elektronik im Ball 100. Verschiedene Ausfüh- rungsbeispiele des Spielballs 100 gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Nachfolgenden noch anhand von Fig. 3 und 4 näher erläutert. Davor soll anhand von Fig. 2 ein Verfahren zum Aktivieren des Spielballs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläu- tert werden.

In einem Schritt S200 wird von dem Ball 100 ein Ballaktivierungssignal 130 erfasst, welches, wie im Vorhergehenden bereits beschrieben wurde, ein Magnetfeld oder ein Funksig- nal sein kann. In einem darauf folgenden Schritt S210 wird, basierend auf dem Aktivierungssignal 130, ein Leser zum Auslesen eines Magnetfeldsensors im Ball gesteuert.

Ist das Aktivierungssignal 130 ein Funksignal, so kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Leser zum Auslesen des Magnetfeldsensors im Falle des Vorhandenseins des Funksignals eingeschaltet werden oder eine Abtastrate des Lesers auf eine höhere Abtastrate geändert werden.

Für den Fall, dass das Ballaktivierungssignal 130 ein von den Spulen am Tor 110 erzeugtes Magnetfeld ist, gehen dem Schritt 200 zwei zusätzliche Schritte S180 und S190 voraus. In dem Schritt S180 misst der Ball mit einer niedrigen, stromsparenden Abtastrate ein ihn umgebendes Magnetfeld mit dem im Ball integrierten Magnetfeldsensor, um die von dem Magnetfeldsensor gemessenen Werte im Schritt S190 mit einem Leser auszulesen. Erst wenn Magnetfeldmesswerte bzw. magne-

tische Feldstärkewerte über einem ersten Schwellwert erkannt werden, wird dadurch die Ballaktivierung bzw. die Aktivierung der höheren Abtastrate ausgelöst. Dabei kann der erste Schwellwert gemäß Ausführungsbeispielen größer als ein Betrag des Erdmagnetfeldes an der Erdoberfläche an einem Ort des Spielballs 100 sein. An der Erdoberfläche ist das Erdmagnetfeld relativ schwach. Es variiert zwischen 60 Mikrotesla an den Polen und etwa 30 Mikrotesla am äquator. In Mitteleuropa sind es ca. 48 Mikrotesla, wobei ca. 20 Mikrotesla in der horizontalen und ca. 44 Mikrotesla in der vertikalen Richtung auftreten. Gemäß Ausführungsbeispielen ergibt sich somit ein geeigneter Wertebereich für den ersten Schwellwert von 40 bis 70 Mikrotesla. Ein magnetisches Wechselfeld kann aufgrund seiner Frequenz schon bei kleineren Feldstärken, quasi als Modulationsfeld des Erdmagnetfelds, erkannt werden.

Ein Spielball 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zum Durchführen des in Fig. 2 schematisch gezeigten Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Spielball 100 weist einen Magnetfeldsensor 300, einen Leser 310 zum Auslesen des Magnetfeldsensors, einen Aktivierungssignalerfasser 320 zum Erfassen eines Aktivierungs- Signals 130 und eine Steuerung 330 zum Steuern des Lesers 310 auf.

Der Aktivierungssignalerfasser 320 ist mit der Steuerung 330 gekoppelt, so dass im Falle des Vorhandenseins eines Aktivierungssignals 130 der Leser 310 den Magnetfeldsensor 300 mit einer ersten Abtastrate ausliest, und im Falle eines NichtVorhandenseins des Aktivierungssignals der Leser 310 den Magnetfeldsensor mit einer zweiten kleineren Abtastrate ausliest. Dabei übernimmt die Steuerung 330 die Abtastratensteuerung des Lesers 310. Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Steuerung 330 ausgebildet ist, um die erste Abtastrate wenigstens zehn mal größer, bevorzugt wenigstens 100-mal größer einzustellen als die zweite Abtastrate.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Magnetfeldsensor 300 ein dreidimensionaler Magnetfeldsensor, d. h. er kann magnetische Feldstärkekomponenten (H _x , H _y , H _z ) entsprechend den drei Raumkoordinaten (x, y, z) messen, welche später auch für eine Feldstärkebetragsbildung gemäß \H\=^H] +H _y ² +H] herangezogen werden können. Der Magnetfeldsensor 300 kann Hall-Sensoren oder magnetoresistive Elemente aufweisen. Des Weiteren kann in dem Magnetfeldsen- sor 300 bereits ein Analog-Digital Umsetzer integriert sein.

Für den Fall, dass der Ball 100 über das im Torraum von Spulen erzeugte Magnetfeld aktiviert wird, ist der Aktivie- rungssignalerfasser 320 mit dem Magnetfeldsensor 300 oder mit dem Leser 310 zum Auslesen des Magnetfeldsensors gekoppelt, wie es durch die Bezugszeichen 340 bzw. 350 angedeutet ist. In diesem Fall umfasst der Aktivierungssignalerfasser 320 gemäß Ausführungsbeispielen eine Einrichtung zum Vergleichen von von dem Magnetfeldsensor 300 gemessenen Magnetfeldmesswerten als Aktivierungssignal 130 mit dem ersten Schwellwert, wie es schematisch in Fig. 4a gezeigt ist. Dabei kann die Einrichtung zum Vergleichen ein Schwellwertentscheider sein.

Fig. 4a zeigt einen Aktivierungssignalerfasser 320 mit einem Schwellwertentscheider 400, wobei an einem Eingang des Aktivierungssignalerfassers 320 bzw. des Schwellwer- tentscheiders 400 Feldstärkemesswerte 410 geführt werden. Diese Feldstärkemesswerte können entweder direkt vom Magnetfeldsensor 300 über die Koppelstrecke 340 an den Aktivierungssignalerfasser 320 gesendet werden, oder vom Leser 310 über die Koppelstrecke 350. Gemäß Ausführungsbeispielen entsprechen die Feldstärkemesswerte 410 dem Betrag |H| des an dem Ort des Balls 100 gemessenen Magnetfelds. Liegt die gemessene magnetische Feldstärke über dem ersten Schwellwert, so wird ein Signal an die Steuerung 330 weitergegeben, wodurch die Steuerung 330 den Leser 310 zum Auslesen

des Magnetfeldsensors 300 mit einer höheren Abtastrate ansteuert, als bei Nichtvorhandensein des Funksignals.

Bei einem magnetischen Wechselfeld als Aktivierungssignal kann der Schwellwertentscheider 400 auch das Vorhandensein einer Frequenz in den magnetische Feldstärkemesswerten überprüfen.

Soll die Ballaktivierung bzw. der Abtastratenwechsel auf- grund eines Funksignals als Aktivierungssignal 130 erfolgen, so weist der Aktivierungssignalerfasser 320 gemäß Ausführungsbeispielen ferner einen Funkempfänger zum Empfangen des Funksignals als Auswertungssignal auf, wie es schematisch in Fig. 4b gezeigt ist.

Fig. 4b zeigt einen Aktivierungssignalerfasser 320 mit einem Funkempfänger 420. Dabei kann der Funkempfänger 420 sehr einfach ausgebildet sein, um beispielsweise lediglich eine RF-Leistungsdetektion in einem vorgegebenen Frequenz- bereich durchzuführen. Liegt die empfangene RF-Leistung in dem für das Funksignal vorgesehene Frequenzband über einem ersten RF-Leistungsschwellwert, so wird ein Signal an die Steuerung 330 weitergegeben, wodurch die Steuerung 330 den Leser 310 zum Auslesen des Magnetfeldsensors 300 mit einer höheren Abtastrate ansteuert, als bei Nichtvorhandensein des Funksignals. Auch hier kann der Aktivierungssignalerfasser 320 also einen Schwellwertentscheider aufweisen, um bei einem überschreiten eines RF-Leistungsschwellwerts das Signal an die Steuerung 330 auszulösen.

Wenn also aufgrund eines Vorhandenseins eines Aktivierungssignals, also eines Magnetfeldes oder eines Funksignals, eine Aktivierung erkannt wird, wird der Magnetfeldsensor 300 mit einer ersten Abtastrate ausgelesen und wenn keine Aktivierung erkannt wird, wird der Magnetfeldsensor 300 mit einer zweiten kleineren Abtastrate ausgelesen. In dem Fall der Aktivierung durch das Funksignal kann die zweite Abtastrate auch Null sein, d. h. bei Nichtvorhandensein des

Aktivierungssignals wird überhaupt keine Magnetfeldmessung vorgenommen.

Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Spielball 100 ferner einen Funksender zum Senden der ausgelesenen Magnetfeldwerte an eine zentrale Auswertevorrichtung aufweisen, wie es mit Bezugszeichen 360 angedeutet ist. Die zentrale Auswertevorrichtung kann dann mittels der Magnetfeldwerte beispielsweise eine Torentscheidung tref- fen.

Des Weiteren kann der Spielball 100 ferner einen Speicher zum Speichern der ausgelesenen Magnetfeldwerte aufweisen. Somit kann beispielsweise nach Spielende oder nach einer Torsituation durch Auslesen des Speichers entschieden werden, ob ein Tor gefallen ist oder nicht.

Zusammenfassend schafft das erfindungsgemäße Konzept eine Möglichkeit zur Aktivierung eines Spielgeräts, insbesondere eines Spielballs, in der Nähe eines Tors über einem Aktivierungssignal, welches beispielsweise ein in einem Torraum vorhandenes schwaches Funksignal oder ein Magnetfeld von an dem Tor angebrachten Spulen sein kann. Dazu weist der Ball gemäß Ausführungsbeispielen einen Aktivierungssignalerfas- ser auf, der entweder Magnetfeldmesswerte 410 mit einer kleinen Abtastrate von dem Magnetfeldsensor 300 oder dem Magnetfeldsensorleser 310, oder das Funksignal als Aktivierungssignal empfängt und daraufhin über die Steuereinrichtung 330 eine Abtastrate des Magnetfeldmesssystems im Ball in der Nähe des Tors erhöht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Magnetfeldsensor 300 bei NichtVorhandensein des Aktivierungssignals 130 beispielsweise alle 100 Millisekun- den (ms) ausgelesen. Sobald das Aktivierungssignal vom Ball 100 bzw. dem Aktivierungssignalerfasser 320 erkannt wird, wird der Magnetfeldsensor 300 in wesentlich kürzeren Zeitabständen, beispielsweise Zeitabständen kleiner als 1 ms,

ausgelesen.

Bei dem erfindungsgemäßen Konzept wird eine höhere Abtastrate immer nur kurz angeschaltet, nämlich so lange das Aktivierungssignal 130 (Magnetfeld, Funksignal) vom Ball 100 empfangbar ist, um Energie zu sparen. Wenn der Ball 100 über sehr lange Zeit, beispielsweise einen Tag, kein Aktivierungssignal mehr erkennt, steuert die Steuerung 330 die Abtastrate des Magnetfeldsensors 300 beispielsweise derart, dass Messwerte nur noch alle 10 Sekunden gelesen werden.

Dadurch kann der Energieverbrauch des Balls nochmals drastisch gesenkt werden. Da gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Zustand einer Batterie im Ball 100 abgefragt werden kann, ist sichergestellt, dass die Abtastrate im Ball 100 bei einem Spielbeginn wieder beispielsweise auf 100 Millisekunden bzw. 10 Hz gestellt ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Stromversorgung im Ball 100 auf beispielsweise 300 Stunden aktive Spielzeit ausgelegt sein. In einem so genannten „Power-down"-Betrieb kann die Lebensdauer der Batterie des Balls 100 beispielsweise auf drei Jahre ausge- legt sein. Durch die Verwendung einer Batterie kann auf eine aufwändige Ladetechnik eines Akkumulators komplett verzichtet werden.

An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass die Energiever- sorgung des Balls 100 natürlich auch ohne Batterie mittels

Akkumulatoren erfolgen könnte, welche beispielsweise durch natürliche Vorgänge, wie Lichteinstrahlung oder Bewegung aufgeladen werden können. Dies kann z. B. mittels Induktion in einer Spule erfolgen. Dies würde jedoch relativ aufwän- dige Ladetechniken erfordern.

Mit dem erfindungsgemäßen Konzept kann nicht erkannt werden, wie viele Bälle im Spiel sind. Ein Einwurf des Balls

in das Spielfeld kann nicht erkannt werden. Erst wenn sich der Ball 100 in unmittelbarer Nähe zum Tor 110 befindet, wird er als Spielball erkannt. Dabei können allerdings Positionen hinter dem Tor erkannt werden. überquert der Ball die Torlinie 120, so kann ein Tor erkannt und angezeigt werden. Eine Erkennung dessen, ob der Ball hinter dem Tor ist, kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in diesem Fall eine Feldstärke einer Spule hinter dem Tor unverhältnismäßig hoch gegenüber der Feldstärke von Spulen an/im Torrahmen ist. Um dies zu erkennen, weist der Ball bzw. der Aktivierungssignalerfasser 320 gemäß Ausführungsbeispielen eine Einrichtung zum Vergleichen der Magnetfeldmesswerte mit einem zweiten Schwellwert größer als dem ersten Schwellwert auf, um bei überschreiten des zweiten Schwellwerts eine Aktivierung zu verhindern bzw. abzuschalten. Wird der zweite Schwellwert überschritten, ist dies ein Zeichen dafür, dass sich der Ball hinter dem Tor befindet. Dieses Konzept kann auch bei der Aktivierung durch ein Funksignal angewendet werden, wobei der Sender des Funksig- nals hinter dem Tor platziert ist und somit hinter dem Tor eine größere Feldstärke des Funksignals als vor dem Tor messbar ist. Dazu weist der Ball bzw. der Aktivierungssignalerfasser 320 gemäß Ausführungsbeispielen Einrichtung zum Vergleichen von einer von dem Empfänger 420 empfangenen Funkleistung mit einem zweiten RF-Leitsungsschwellwert größer als dem ersten RF-Leitsungsschwellwert aufweist, um bei überschreiten des zweiten Schwellwerts eine Aktivierung zu verhindern.

Abschließend sollte darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die jeweiligen Bauteile des Spielballs 100 oder die erläuterte Vorgehensweise beschränkt ist, und dass diese Bauteile und Verfahren variieren könnten. Die hier verwendeten Begriffes sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, beziehen sich diese auf

die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzu- sammenhang eindeutig etwas anderes deutlich macht. Dasselbe gilt in umgekehrter Richtung.

Abhängig von den Gegebenheiten können die erfindungsgemäßen Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, z.B. einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem program- mierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- rens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer und/oder Mikrocontroller abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, ist die vorliegende Erfindung somit auch als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zur Ballaktivierung, wenn das Computerpro- gramm auf einem Computer und/oder Mikrocontroller abläuft.