WO1998031979A1

WO1998031979A1 - Vorrichtung zum ermitteln des auftreffpunktes von pfeilen auf einer zielscheibe

Info

Publication number: WO1998031979A1
Application number: PCT/DE1998/000186
Authority: WO
Inventors: Thomas Kerscher; Martin Kastenberger; Franz Pauer
Original assignee: Domotec Systemtechnik Gmbh
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1998-07-23
Also published as: EP0953138A1; CN1244250A; JP2001509251A; CN1091246C; DE19800441C2; DE19800441A1

Abstract

Die Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von eine Spitze aufweisenden Pfeilen (P) auf einer ebenen Zielscheibe (Z) weist eine stationär angeordnete Lichtquelle (4, L) mit einer bandförmigen, die Zielscheibe zumindest teilweise umfassenden Leuchtfläche (5) sowie eine Sensoreinrichtung auf, die mehrere stationär außerhalb der Zielscheibe (Z) angeordnete Winkelsensoren (S) aufweist, die jeweils die Winkelposition eines Pfeiles gegenüber einer Referenz messen. Die Auswerteeinheit (25) bestimmt aus den Meßsignalen der Winkelsensoren (S) durch Triangulation den Auftreffpunkt des Pfeiles. Es kann ein halbdurchlässiger Ringspiegel (RS) vorgesehen sein, der die Zielscheibe (Z) umgibt und dessen Spiegelfläche von einer Lichtquelle (Q) beleuchtet wird. Der Ringspiegel ist hierbei zwischen Zielscheibe und den Winkelsensoren gelegen.

Description

Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von Pfeilen auf einer Zielscheibe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von eine Spitze aufweisenden Pfeilen, insbesondere Wurfpfeilen eines Dartspieles, auf einer ebenen Zielscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Wurfpfeilspiele, üblicherweise wegen ihres britischen Ursprungs als Dart-Spiele bezeichnet, erfreuen sich immer größerer Beliebtheit sowohl im privaten Bereich als auch im Turnierbereich .

Es ist aus der DE-A-1 42 07 497 bekannt, den Auftreffpunkt auf der Zielscheibe optisch zu ermitteln, indem in zwei zueinander senkrechten Richtungen außerhalb der Zielscheibe auf jeweils einer Seite eine Lichtquelle und auf der gegenüberliegenden Seite ein Sensor angeordnet sind, die synchron miteinander verfahren werden. Der Sensor gibt jeweils ein Meßsignal ab, wenn eine Spitze eines in der Zielscheibe steckenden Wurfpfeiles die Lichtquelle für den Sensor verdeckt. Die Meßsignale der beiden Sensoren werden einer Auswerteeinheit zugeführt, die aus diesen Meßsignalen die X- und Y-Koordinaten des Auftreffpunktes eines Wurfpfeiles auf der Zielscheibe ermittelt. In der Auswerteeinheit werden hieraus der Punktewert des Wurfes und andere Parameter berechnet und gegebenenfalls angezeigt. Diese bekannte Vorrichtung ist langsam, mechanisch relativ aufwendig und aufgrund _. der vielen beweglichen Einzelteile anfällig .

Aus der EP-Al-0182397 ist es bekannt, um die Zielscheibe herum mehrere, z.B. punktförmige Lichtquellen anzuordnen, zwischen denen jeweils längliche Sensorbänder aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Einzelsensoren gelegen sind.

Diese Anordnung ist teuer, bringt erhebliche Verdrahtungsprobleme, da alle Sensoren mit Daten- und Stromversorgungsleitungen versehen sind und hat nur eine relativ geringe Auswertegenauigkeit, da die Einzelsensoren bereits relativ groß sind und nicht ohne Zwischenraum aneinander gefügt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ermittlung des Auftreffpunktes von Wurfpfeilen anzugeben, die in Verbindung mit traditionellen Dartpfeilen mit einer Metallspitze und klassischen Zielscheiben verwendet werden kann, die einfach aufgebaut ist, eine hohe Auswertegeschwindigkeit und hohe Genauigkeit bei der Trefferermittlung ermöglicht.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Demgemäß ist eine stationär angeordnete Lichtquelle mit einer bandförmigen Leuchtfläche vorgesehen, die Licht über die gesamte Zielscheibe auch in einer Ebene abgibt, die parallel zur Oberfläche der Zielscheibe liegt und die Spitzen von in der Zielscheibe steckenden Wurfpfeilen schneidet. Die Lichtquelle kann so ausgelegt werden, daß gleich- zeitig auch die Zielscheibe beleuchtet wird, so daß ein hö^¬ herer Spielkomfort erreicht wird.

Die für die Vorrichtung verwendete Sensoreinrichtung weist Winkelsensoren auf, die außerhalb der Zielscheibe oberhalb deren Oberfläche angeordnet sind. Diese Winkelsensoren messen in einer Ebene parallel und in geringem Abstand zu der Oberfläche der Zielscheibe und geben jeweils Meßsignale ab, die dem Winkel zwischen den Verbindungslinien zwischen Sensor und Wurfpfeil sowie zwischen Sensor und einem oder mehreren bekannten Referenzpunkten, z. B. einer linearen Basis, entsprechen.

Die Winkelsensoren bestehen jeweils aus einer Vielzahl kleiner fotosensitiver Einzelsensoren, die in einer Reihe aneinander anschließend angeordnet sind, und aus einer, das Blickfeld der Einzelsensoren und des gesamten Winkelsensors entsprechend der gewünschten Auflösung begrenzenden Optik. Die Gesamtheit der Einzelsensoren eines Winkelsensors ist bevorzugt ein CCD-Element. Die Einzelsensoren jedes Winkel- sensors werden elektronisch abgetastet, wobei als Meßsignale die Signale der Einzelsensoren verwendet werden, die kein Licht von den gegenüberliegenden Lichtquellen empfängt, da diese Lichtwege durch die Spitzen eines oder mehrerer in der Zielscheibe steckender Wurfpfeile unterbrochen werden. Um sicherzustellen, dass die Sensoren lediglich in einer Ebene parallel und in einem geringem Abstand zu der Oberfläche der Zielscheibe messen, können natürlich entsprechende Optiken und Blenden vorgesehen sein. Vorteilhaft wird jedoch diese Messebene durch entsprechende Ausgestaltung der Software der Auslese- und Auswerteelektronik bestimmt, wobei natürlich die Auswahl auf die Messebene durch eine Optik unterstützt werden kann

Die Meßsignale der einzelnen Winkelsensoren werden zu der zentralen Auswerteeinheit geleitet, wo die jeweiligen Auf- treffpunkte der Wurfpfeile durch Triangulation bestimmt werden. Hieraus lassen sich die Punktwerte und daraus der aktuelle Spielstand ableiten. Dieser wird über einen Monitor, wahlweise auch über LED-Displays angezeigt. Alle notwendigen Komponenten für die Vorrichtung werden, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Beleuchtung der Zielscheibe, in einem Gehäuse, z.B. einem Holzgehäuse untergebracht, das in Form und Größe etwa demjenigen handelsüblicher Soft-Tip- Dart-Automaten entspricht. Der Automat weist dann z.B. noch einen Geldeinwurf sowie mehrere Bedientasten zur Spielwahl und zur Kennzeichnung eines Spielerwechsels auf.

Die Lichtquelle weist bevorzugt einen Diffusor, z. B. eine die Leuchtfläche bildende bandförmige Diffusorscheibe auf, hinter der, der Zielscheibe abgewandt, eine oder mehrere Lampen so in einer Reihe angeordnet sind, daß die Diffusor- scheibe auf ihrer gesamten Fläche eine etwa gleiche Leuchtdichte aufweist. Die Diffusorscheibe ist z.B. aus trübem Glas, wie Matt- oder Milchglas, bzw. einem ähnlich wirkenden Kunststoff, z.B. Polymethacrylat . Selbstverständlich kann auch eine Lampeneinheit mit Glühfäden und einem opaken Lampenglas verwendet werden, so z. B. Opaque- oder Silica- Lampen oder Linestra-Röhren . Anstelle dieser Anordnung kann auch eine die Zielscheibe umgebende Leuchtstoffröhre, vorzugsweise eine Neonröhre, ggf. mit einer vorgesetzten Dif- fusorscheibe verwendet werden.

Bei der Erfindung können mit stationär angeordneten einfachen Bauelementen die Auftreffpunkte von Wurfpfeilen auf eine Zielscheibe mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit ermittelt werden. Verwendet man z.B. in den Winkelsensoren einen linearen CCD-Chip mit ca. 1600 Pixeln mit einer entsprechenden davorliegenden Linsenoptik und eine zum Auslesen und Übertragen der CCD-Daten an die Auswerteeinheit geeignete Elektronik, so erreicht man eine Geschwindigkeit, die es problemlos ermöglicht, selbst schnell oder schnell nacheinander geworfene Pfeile voneinander getrennt zu detektieren und auszuwerten, sowie eine Genauigkeit beim Berechnen des . Auftreffpunktes von theoretisch etwa 0,3 mm, wobei jedoch die tatsächlich erzielbare Genauig^¬ keit durch Abbildungsfehler und Abbildungsunschärfe etwas geringer ist.

Im Prinzip ist es natürlich möglich, als Winkelsensoren rotierende kleine fotosensitive Einzelsensoren zu verwenden, deren Blickfeld durch eine Optik entsprechend der gewünschten Auflösung eingegrenzt ist, oder CCD-Chips mit zweidi- mensional angeordneten Einzelsensoren, etwa in mehreren übereinander liegenden Reihen, zu verwenden.

Beim traditionellen Dartspiel werden drei Pfeile nacheinander geworfen, die erst nach dem Abschluss der drei Würfe aus der Zielscheibe entfernt werden. Dadurch können Situationen entstehen, bei denen mehrere gleichzeitig in der Zielscheibe positionierte Pfeile nicht eindeutig detektiert werden können. Eine derartige Situation entsteht z.B. wenn ein Pfeil einen weiteren Pfeil für einen Winkelsensor „unsichtbar" macht (d.h. daß der zweite Pfeil sich hinter dem ersten auf der Sichtlinie Winkelsensor - erster Pfeil befindet), oder wenn ein Pfeil sich direkt auf der Verbindungslinie zwischen zwei Winkelsensoren befindet, so dass er für diese Winkelsensoren keinen Schatten wirft.

Um dieses Problem zu eliminieren, enthält die Vorrichtung mindestens vier, vorzugsweise jedoch fünf Winkelsensoren. Außerdem ist vorgesehen, unmittelbar vor jedem Winkelsensor auf der Verbindungslinie zwischen dessen Linse und der Linse eines weiteren Winkelsensors einen halbdurchlässigen Spiegel anzuordnen, der für den ersten Winkelsensor durchsichtig ist und derart positioniert ist, daß der gegenüberliegende Winkelsensor das Spiegelbild einer entsprechend angeordneten Lichtquelle an der (Winkel) Position des ersten Winkelsensors wahrnimmt. Ein auf der Winkelsensor-Winkelsensor- Verbindungslinie eintreffender Pfeil schattet nun dieses gespiegelte Licht gegenüber dem zweiten Winkelsensor ab, so daß dieser den Pfeil detektiert.

Ohne den halbdurchlässigen Spiegel ist auf der Verbindungslinie zweier Winkelsensoren keine Detektion eines Pfeiles möglich, da die Linse des einen Winkelsensors dem anderen als dunkler Hintergrund erscheint, so dass durch eintreffende Pfeile keine weitere detektierbare Abschattung erfolgen kann .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die halbdurchlässigen Spiegel zu einem bandförmigen und vorzugsweise kegelstumpfförmigen Ringspiegel zusammenge- fasst, der innerhalb der Sensoranordnung um die gesamte Zielscheibe herum angeordnet ist und in den an geeigneten Stellen Licht durch eine oder mehrere Lichtquellen eingespiegelt wird. Als Lichtquelle wird bevorzugt eine einzige kreisrunde, diffus und gleichmäßig leuchtende Fläche, etwa die Oberfläche einer entsprechend geformten Leuchtstoffoder Neonröhre verwendet. Mit dieser baulich einfachen Anordnung kann dann die notwendige Hintergrundhelligkeit über der gesamten Oberfläche der Zielscheibe und nicht nur auf den Sensor-Sensor-Verbindungen bereitgestellt werden. Weitere Lichtquellen sind dann nicht erforderlich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden mehrere, bevorzugt zwei Gruppen von Winkelsensoren verwendet, mit denen unabhängig voneinander die Positionen der einzelnen Pfeile bestimmt werden. Durch eine solche Anordnung können die oben erwähnten Abdeckprobleme eliminiert werden .

Vorzugsweise werden die einzelnen Gruppen der Sensoren in unterschiedlichen parallelen Ebenen angeordnet, die einen geringen Abstand voneinander haben, so dass mit der einen Gruppe von Sensoren die Position einer Pfeilspitze knapp oberhalb, z. B. drei Millimeter oberhalb der Zielscheibe, mit der anderen Gruppe ein die Position der Pfeilspitze wenige Millimeter darüber erfasst wird. Hierbei kann auch die Neigung der Pfeilspitze gegenüber der Zielscheibe ermittelt werden, so dass durch Extrapolation bei beliebiger Pfeilneigung die exakte Position der Pfeilspitze unmittelbar an der Oberfläche der Zielscheibe bestimmt werden kann, was die Detektionsgenauigkeit besonders für stark geneigte Pfeile zusätzlich erhöht.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden die Störungen durch Fremdlicht weitgehend ausgeschlossen. Diesbezüglich sind keine oder nur kleine Schutzblenden für die Winkelsensoren erforderlich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liefern die Winkelsensoren zusätzlich eine analoge Helligkeitsinformation. Falls die Helligkeit der Wurfpfeile etwa aufgrund einer Reflexion externer Lichtquellen, diejenige der den Hintergrund bildenden Lichtquelle überschreitet, wird der Helligkeitsunterschied erkannt und ebenfalls als Winkelinformation behandelt, so dass auch in derartigen, wenn auch höchst unwahrscheinlichen Situationen, eine sichere Detektion das Pfeiles ermöglicht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Dart-Automaten mit einer Vorrichtung zur Ermittlung des Auftreffpunktes eines Wurfpfeiles auf einer Zielscheibe gemäß der Erfindung mit drei Winkelsensoren und eine Lichtquelle mit drei bandförmigen Leuchtflächen;

Figur 2 eine schematische Draufsicht auf die Zielscheibe mit den Winkelsensoren und der Lichtquelle;

Figur 3 einen Teilschnitt längs III-III in Figur 2;

Figur 4 eine perspektivische Teildarstellung der Lichtquelle;

Figur 5 eine geschnitte schematische Darstellung eines Winkelsensors;

Figur 6 eine schematische Darstellung einer Auswerteeinheit und einer Anzeige;

Figur 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von Wurfpfeilen mit lediglich zwei Winkelsensoren, und

Figur 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 9a eine Illustration einer Situation, bei der die Detektion von drei Pfeilen durch drei Winkelsensoren nicht eindeutig erfolgen kann;

Fig. 9b eine Illustration einer Situation, bei der die Detektion von drei Pfeilen durch vier Sensoren nicht eindeutig erfolgen kann, da ein Pfeil auf der Linie Winkelsensor - Winkelsensor liegt; Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Trefferanzeige gemäß der Erfindung mit halbdurchlässigen beleuchteten Spiegeln, die vor jedem Winkelsensor angeordnet sind;

Fig. 11a eine schematische Darstellung der Trefferanzei^¬ ge im Bereich der halbdurchlässigen Spiegel;

Fig. 11b eine schematische Darstellung einer Trefferanzeige mit einem die Zielscheibe umgebenden halbdurchlässigen bandförmigen Ringspiegel, der von einer Neonröhre beleuchtet wird;

Fig. 12 eine schematische Ansicht einer Trefferanzeige gemäß der Erfindung mit zwei Gruppen aus jeweils drei Winkelsensoren; und

Fig. 13 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 12, wobei jede Gruppe eine eigene Detektionsebene aufweist .

In Figur 1 ist ein Dart-Automat 1 dargestellt, der ein Standgehäuse 2 und in seinem oberen zurückgesetzten Bereich eine Zielscheibe Z aufweist, die von einer Lichtquelle 4 aus drei bogenförmigen Leuchtbändern 5 umgeben ist. Die Endpunkte der einzelnen Leuchtbänder 5 liegen etwa in den Ecken A, B, C eines die Zielscheibe umgebenden gleichseitigen Dreieckes, wobei an diesen Punkten jeweils ein Winkelsensor S angeordnet ist. Oberhalb der Zielscheibe ist noch eine Lampe 7 zur zusätzlichen Beleuchtung der Zielscheibe vorgesehen. Im unteren pultförmigen Bereich des Standgehäuses 2 sind ein Hauptschalter 8 zum Ein- und Ausschalten des Gerätes, ein Geldeinwurf 9 mit einem Rückgabeknopf 10, drei Bedientasten 11 und eine Anzeige 12 vorgesehen. Die Anordnung der bogenförmigen Leuchtbander 5 und der Winkelsensoren S ist naher in Figur 2 gezeigt. Die Seiten des Dreieckes ABC sind die Tangenten an den kreisförmigen Punktebereich 14 der Zielscheibe Z. In diesem Punktebereich 14 der Zielscheibe müssen von einem Spieler Wurfpfeile P plaziert werden, sofern der Wurf Punkte zahlen soll. Die Winkelsensoren S haben jeweils ein Blickfeld, das etwa durch die beiden von dem Winkelsensor ausgehenden Dreieckseiten- begrenzt wird, also ein Blickfeld von etwa 60°.

Jedes bogenförmige Leuchtband 5 weist ein Gehäuse 16 auf, in dem m regelmäßigen geringen Abstanden kleine Lampchen, z.B. 12 V-Lampchen 17 angeordnet sind. Das Gehäuse 16 ist an der der Zielscheibe Z zugewandten Seite mit einer Diffu- sorscheibe 18 versehen. Der Abstand der Lampchen 17 untereinander und deren Distanz zur Diffusorscheibe 18 ist so ausgelegt, daß die Diffusorscheibe 18 möglichst gleichmäßig hell erscheint. Um zeitliche Heiligkeitsschwankungen zu vermeiden, wird eine stabilisierte Gleichspannungsquelle zur Stromversorgung der Lampchen 17 verwendet.

Jeder Winkelsensor ist auf das auf der anderen Seite der Zielscheibe Z liegende bogenförmige Leuchtband 5 ausgerichtet. Befindet sich zwischen diesem Leuchtband 5 und dem Winkelsensor, wie m Figur 3 gezeigt, ein m der Zielscheibe 3 steckender Wurfpfeil P, so hebt sich dieser als Schatten dunkel gegen den hellen Hintergrund des gegenüber liegenden Leuchtbandes 5 ab. Von dem Winkelsensor S wird der Winkel α zwischen der Basis A, B und dem Bild des Schattens, d. h. der Verbindungslinie von Winkelsensor S zu Wurfpfeil P bzw. der komplementäre Winkel ß zwischen der Basis B,C und der Verbindungslinie zwischen Winkelsensor und Wurfpfeil P wie bei einer Peilung bestimmt. Sind mindestens zwei Peilungen für einen Wurfpfeil vorhanden, kann dessen Position und daraus der erzielte Punktewert eindeutig bestimmt werden. Ist noch eine dritte Peilung vorhanden - dies ist bei der vorgegebenen Anordnung immer der Fall, wenn nicht zwei Pfeile sich aus Sicht eines Winkelsensors gegenseitig verdecken - kann diese Zusatzinformation zur Erhöhung der Genauigkeit in der Positionsbestimmung verwendet werden. Etwaige Abbildungsfehler oder verringerte Tiefenscharfe werden so weitgehend ausgeglichen.

Wie in Figur 3 angedeutet, messen die Winkelsensoren S in einer Ebene E, die knapp oberhalb der Oberflache der Zielscheibe Z m einem solchen Abstand liegt, daß von dem Wurfpfeil P, und zwar auch bei schräg eingedrungenen Wurfpfeilen im wesentlichen nur die Position der Spitze erfaßt wird. Die Lage dieser Ebene kann durch hier nicht gezeigte Justierschrauben an den Winkelsensoren entsprechend eingestellt werden.

Die Winkelsensoren S weisen ein Gehäuse 19 auf, an dessen der Zielscheibe Z zugewandten Frontseite eine Linsenoptik

20 montiert ist, in deren Bildebene ein linearer CCD-Chip

21 mit einer Vielzahl von Einzelsensoren 22 angeordnet ist. Die Große der Einzelsensoren m Verbindung mit den optischen Eigenschaften der Optik bestimmt die mögliche Auflosung. Jeder Eizelsensor liefert das Meßsignal für jeweils ein Bildelement, d.h. ein Pixel. Mit dem Chip kann direkt eine Ausleseelektronik 23 verbunden werden, von der über eine Leitung 24 das Meßsignal an eine Auswerteeinheit 25 geliefert wird; vgl. Figur 6. Die Auswerteeinheit 25 kann ein einfacher Computer, z.B. ein Personal-Computer sein, an den die Leitungen 24 der einzelnen Winkelsensoren über geeignete Schnittstellen angeschlossen sind. Der m der Aus- werteemheit 25 berechnete Auftreffpunkt wird an der Anzeige 12 mit den berechneten Punktewerten und der Angabe des Spielers angezeigt. Wie oben erwähnt, können die Winkel nicht nur als Winkel gegenüber der Basis, sondern gegenüber jeder von dem Winkelsensor ausgehenden Referenzgeraden definiert werden.

In Figur 7 ist eine vereinfachte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von Wurfpfeilen auf einer Zielscheibe Z dargestellt. Diese Vorrichtung weist nur zwei Winkelsensoren S auf, die an den Punkten A und B am unteren Rand der Zielscheibe angeordnet sind. Die Lichtquelle 4 umgibt die Zielscheibe Z bogenförmig, und zwar beginnend vom Punkt A und endend am Punkt B. Die Winkelsensoren sind so ausgelegt, daß sämtliche im Punktebereich 14 in der Zielscheibe steckenden Wurfpfeile erfaßt und deren Winkel γ bzw. δ von den beiden Winkelsensoren S gegenüber der Basis A, B bestimmt werden kann. Die Auswertung erfolgt wie oben beschrieben.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 besteht die Lichtquelle 4 aus zwei linearen Leuchtbändern 5, die rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind und die Zielscheibe zwischen sich aufnehmen. Auf den den Leuchtbändern 5 gegenüberliegenden Seiten sind Winkelsensoren S angeordnet: auf der in Figur 8 linken Seite der Zielscheibe Z sind zwei Winkelsensoren vorgesehen, ein weiterer Winkelsensor S ist oberhalb der Zielscheibe Z gelegen.

Gemäß Figur 9a, in der schematisch eine Zielscheibe Z, drei Winkelsensoren Sl, S2 und S3 und drei Leuchtbänder 5 in einer Anordnung etwa entsprechend Figur 1 dargestellt sind, reichen die drei Winkelsensoren Sl, S2 und S3 nicht aus, um bei ungünstigen Konstellationen alle drei Pfeile Pl, P2 und P3 fehlerfrei detektieren zu können. Der Winkelsensor Sl kann in der dargestellten Konfiguration wegen der Verdek- kung durch P2 den Pfeil P3 nicht detektieren. Das gleiche gilt auch für S3, da hier Pl den Pfeil P3 verdeckt. Dies ist vor allem bei Turnieren, wo eine exakte Punktezählung erforderlich ist, von besonderer Bedeutung. Ähnliche Situa^¬ tionen können, wenn auch seltener, auch bei vier rechteckig angeordneten Winkelsensoren vorkommen. Es lässt sich zeigen, dass bei fünf Winkelsensoren, eine fehlerfreie Detektion aller drei Pfeile unabhängig von der Konstellation gewährleistet ist.

Es lässt sich ebenfalls zeigen, dass bei gerader Winkelsensoranzahl und äquidistanter Anordnung der Winkelsensoren immer mindestens eine Winkelsensor-Winkelsensor- Verbindungslinie über die Zielscheibe (Z) führt. Dies ist für den Fall, dass vier Winkelsensoren vorgesehen sind, in Figur 9b illustriert. In dieser Figur sind die Winkelsensoren in den Eckpunkten eines die Zielscheibe umgebenden Rechteckes bzw. Quadrates angeordnet. Die Leuchtbänder sind nicht dartgestellt , liegen jedoch den einzelnen Sensoren gegenüber. Ein auf der Verbindungslinie Sl - S3 befindlicher Pfeil ist nicht detektierbar, da der zur Detektion erforderliche Schatten bereits durch die dunkle Linse des gegenüberliegenden Winkelsensors (z.B. S3) vorgetäuscht wird.

Das gleiche Problem kann auch bei drei Winkelsensoren auftreten, wenn der Abstand der Winkelsensoren zur Mitte der (als kreisförmig angenommenen) Zielscheibe (Z) geringer ist als der Zielscheibendurchmesser. Dann führen auch in diesem Fall die Verbindungslinien zwischen den Winkelsensoren über die Zielscheibe mit den oben beschriebenen Konsequenzen.

Allgemein gilt bei äquidistanter Anordnung einer ungeraden Anzahl von n Winkelsensoren (n>l), dass alle Verbindungslini^¬ en außerhalb der Zielscheibe legen, wenn der Abstand a der Winkelsensoren zur Zielmitte mindestens l/sin(90°/n) Zielscheibenradien r beträgt, also a = 2r für n = 3, a = 3,24r für n = 5, a = 4,49r für n = 7 usw. In der Praxis spielen derartige Konfigurationen kaum eine Rolle, da sich dadurch die Abmessungen der Vorrichtung erhöhen, bei einem gleichzei- tigen Verlust an Genauigkeit und Auflosung. Deswegen wird er- fmdungsgemaß wie folgt vorgegangen:

Gemäß Figur 10 werden m den Ecken eines die Zielscheibe Z umgebenden Quadrates vier Winkelsensoren Sl, S2, S3, und S4 angeordnet. Die Leuchtbander 5 sind schematisch dargestellt und verlaufen längs der einzelnen Quadratseiten. Es ist natürlich möglich, hier eine Neonrohre oder mehrere jeweils einem Kreisringsegment zwischen den einzelnen Sensoren folgenden Leuchtstoffröhren vorzusehen, . Die Winkelsensoren enthalten jeweils einen CCD-Chip mit einigen tausend Emzelsenso- ren, vor denen eine Linse angeordnet ist. Hiermit lasst sich eine Genauigkeit der Ermittlung des Auftreffpunktes eines Pfeiles im Bereich von einem Zehntel Millimeter erreichen.

Unmittelbar vor jedem Winkelsensor wird auf der Verbindungslinie zwischen dessen Linse und der Linse des diagonal gegenüberliegenden Winkelsensors je ein halbdurchlassiger Spiegel M angeordnet. Wie aus Fig. 11a hervorgeht, betragt der Winkel zwischen der Spiegelfläche eines Spiegels M und der Verbindungslinie zweier gegenüberliegenden Winkelsensoren 45°. Unterhalb der Spiegel M ist jeweils eine Lichtquelle Ll, L2, L3 bzw. L4 angeordnet. Ein auf der Wmkelsensor-Wmkelsensor- Verbindungslinie eintreffender Pfeil P schattet für jeden der beiden Sensoren Sl und S3 das von dem gegenüberliegenden Spiegel kommende gespiegelte Licht ab, so daß jeder Sensor den Pfeil P detektiert. In diesem Falle wurden vier kleine ebene Spiegel verwendet; andere Formen sind möglich, sofern der gleiche Zweck erreicht wird.

Wie in Figur 11b, die ansonsten der Fig. 11a gleicht, ange^¬ deutet, können die halbdurchlassigen Spiegel zu einem bandförmigen, längs des Mantels eines Kegelstumpfes verlaufenden Ringspiegel RS, bevorzugt aus Plexiglas oder Makrolon, vereinigt werden. In diesem Fall kann die gesamte Hmtergrundhel- ligkeit durch Lichtemspiegelung über den Ringspiegel zur Verfügung gestellt werden. Dies kann durch eine kreisringförmige Lichtquelle L, etwa eine Leuchtstoffröhre und insbesondere eine Neonröhre, die rings um die Zielscheibe angebracht ist, realisiert werden.

Auch eine indirekte Beleuchtung, z.B. durch eine ringförmige Diffusionsscheibe, die im Rundspiegel abgebildet wird, ist als weitere Variante denkbar. Diese Diffusionsscheibe kann bezüglich der Zielscheibe vor der- oder rückseitig montiert sein .

Figur 12 zeigt eine Zielscheibe Z, einen Ringspiegel RS entsprechend Fig. 11b mit einer hier nicht dargestellten Neonröhre sowie eine Anordnung mit zwei um 60° zueinander versetzten Gruppen A und B aus jeweils drei äquidistant angeordneten Winkelsensoren Sl (A) , S2 (A) , S3 (A) und Sl (B) , S2(B), S3(B). Eine Anordnung dieser Art hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der Ermittlung des Auftreffpunktes erhöht wird, da die beiden Gruppen unabhängig voneinander einen Pfeil detektieren.

Dadurch können bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit die oben erwähnten Abdeckprobleme eliminiert werden.

Die einzelnen Gruppen der Sensoren sind in unterschiedlichen parallelen Ebenen El und E2 angeordnet, die - vgl. Figur 5 -, einen geringen Abstand (z.B. drei Millimeter) voneinander haben.

Figur 13 zeigt schematisch für eine solche Anordnung einen schräg in der Zielscheibe Z steckenden Pfeil P. Diese Anordnung erlaubt es, den exakten Auftreffpunkt eines Pfeiles zu bestimmen, da sich dieser aus den Koordinaten zweier Punkte entlang der Pfeilspitze in den Ebenen El und E2 und der somit bekannten Neigung des Pfeiles berechnen lässt. Auch wenn im Vorhergehenden die Erfindung lediglich anhand des Dartspieles erläutert wurde, so kann diese selbstverständlich auch in Verbindung mit anderen Pfeilspielen oder Sportarten eingesetzt werden, so z. B. beim Sportbogenschießen .

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Auftreffpunktes von eine Spitze aufweisenden Pfeilen (P) auf einer ebenen Zielscheibe (Z) ,

mit mindestens einer Lichtquelle (4), die auf einer Seite der Zielscheibe (Z) außerhalb dieser angeordnet ist,

mit einer auf der gegenüber liegenden Seite der Zielscheibe (Z) angeordneten optischen Sensoreinrichtung (S), die auf die zumindest eine Lichtquelle (4) ausgerichtet ist und jeweils ein Meßsignal abgibt, wenn eine Spitze eines in der Zielscheibe (Z) steckenden Pfeiles (P) die Lichtquelle (4) für die Sensoreinrichtung (S) verdeckt, sowie

mit einer Auswerteeinheit (25), die aus den Meßsignalen der Sensoreinrichtung (S) den Auftreffpunkt eines Pfeiles (P) auf der Zielscheibe (Z) ermittelt,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine stationär angeordnete Lichtquelle (4, L) mit einer bandförmigen, die Zielscheibe zumindest teilweise umfassenden Leuchtfläche (5) vorgesehen ist,

dass die Sensoreinrichtung Winkelsensoren (S) aufweist, die stationär außerhalb der Zielscheibe (Z) angeordnet sind und in einer Ebene (E) , die parallel zur Oberfläche der Zielscheibe (Z) liegt und die Spitzen von in der Zielscheibe (Z) steckenden Pfeilen (P) schneidet, messen und Meßsignale abgeben, die jeweils dem Winkel (α, ß; γ, δ) zwischen einer Basis (AB, AC, BC) und der Verbindungslinie zwischen Winkelsensor- und Spitze des Pfeiles (P) entsprechen,

und dass die Auswerteeinheit (25) aus den Meßsignalen der Winkelsensoren (S) durch Triangulation den Auftreffpunkt des Pfeiles (P) auf der Zielscheibe (Z) bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung drei Winkelsensoren (S) aufweist, die in den Eckpunkten (A,B,C) eines die Zielscheibe (Z) umgebenden Dreieckes angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens vier Winkelsensoren (S) enthält .

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung fünf Winkelsensoren (S) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens sechs Winkelsensoren (S) enthält .

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensoren (S) in mindestens zwei Sensorgruppen aufgeteilt sind, die unabhängig voneinander detektieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorgruppen in unterschiedlichen parallelen Ebenen angeordnet sind, die einen geringen Abstand voneinander haben .

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gruppen aus jeweils drei Winkelsensoren vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelsensoren (S) jeweils aus im wesentlichen punktformigen fotosensitiven Einzelsensoren (22), die unmittelbar aneinander anschließend angeordnet sind, und aus einer, das Blickfeld der Einzelsensoren (22) und des Winkelsensors (S) entsprechend der gewünschten Auflosung begrenzenden Optik (20) bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzexchnet, daß die Gesamtheit der Einzelsensoren (22) ein CCD-Element (21)

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelsensoren rotierende fotosensitive Einzelsensoren sind, deren Blickfeld durch eine Optik entsprechend der gewünschten Auflosung eingegrenzt ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsensoren (S) zusatzlich die Intensität des empfangenden Lichtes detektieren, und dass in der Auswerteeinheit die Intensität des empfangenden Lichtes mit derjenigen der zumindest einen Lichtquelle verglichen wird.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor jedem Winkelsensor (S) ein für diesen Winkelsensor durchsichtiger halbdurchlassiger Spiegel (M) angeordnet ist, der derart ausgebildet und dessen einem gegenüberliegenden Winkelsensor zugewandte Seite durch eine Lichtquelle (L) derart beleuchtet ist, dass der gegenüberliegende Winkelsensor das Spiegelbild der Lichtquelle (L) an der Position des ersten Winkelsensors wahrnimmt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der der halbdurchlassige Spiegel (M) eine geneigte Spiegelflache auf weist, die m einer zur Ebene der Zielscheibe senkrechten Ebene einen Winkel von 45°gegenuber der Verbindungslinie zwischen zwei Winkelsensoren (S) 45° einnimmt, und dass die Lichtquelle (L) die Spiegelfläche mit einem Einfallswinkel von im wesentlichen ebenfalls 45° beleuchtet .

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die halbdurchlassigen Spiegel (M) zu einem die Zielscheibe im wesentlichen parallel umgebenden bandförmigen Ringspiegel (RS) vereinigt sind, und dass die Spiegelfläche des bandförmigen Ringspiegels durch eine Lichtquelle (L) beleuchtet ist, die parallel zu dem Ringspiegel gelegen ist, so dass der Ringspiegel und die Lichtquelle die stationäre Lichtquelle mit der bandförmigen Leuchtflache bilden.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4, L) die Zielscheibe (Z) im wesentlichen längs eines Kreisringes vollständig umgibt..

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4, L) einen Diffusor (19) aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4, L) eine Neonrohre ist.