DE3873378T2

DE3873378T2 - Funkferngesteuertes spielzeug.

Info

Publication number: DE3873378T2
Application number: DE8888301975T
Authority: DE
Inventors: Curtis M Brubaker; Robert C Dixon; Harold D Pierce; Lawrence H Post; Harry B Wykes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-05
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2008-03-08
Also published as: US5481257A; AU611418B2; JPS6420883A; JP2827011B2; KR970000431B1; CA1338909C; ATE79049T1; IL85774A; EP0281427A2; KR880010803A; EP0281427B1; EP0281427A3; BR8800988A; AU1265988A; DE3873378D1; IL85774A0

Description

Funkgesteuerte Spielzeuge werden immer populärer als eine Einrichtung zur Verstärkung der Realität und des Unterhaltungswertes von kraftbetriebenen Modellen. Diese Spielzeuge wurden im allgemeinen von der Bedienungsperson geführt, welche die Steuerungen von einem Steuerpult aus unter gleichzeitiger Beobachtung des Spielzeugs vornimmt, um hierdurch Steuersignale zu einem im Spielzeug sich befindenden Empfänger zu übertragen, welche ihrerseits Servomotore aktivieren, die mit den Betriebsteilen des Spielzeugs verbunden sind. Da die Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Konstruktion, die Einfachheit der Herstellung und die Wiederstandsfähigkeit auf dem Spielzeugmarkt äußerst wichtig sind, wurden viele Methoden vorgeschlagen, funkgesteuerte Modelle herzustellen, welche das gewünschte Leistungsvermögen bei niedrigen Kosten für den Käufer haben. Häufig liegen diese Spielzeuge in Form von Modellen vor, welche an dem Steuerpult über ein Speisekabel angebracht sind, welches das Modell entweder über elektrische oder mechanische Signale betreibt, um die Zulassungsgenehmigung sowie die Ausgaben und die Kompliziertheit des Funksenders und -empfängers zu vermeiden. Hochleistungsfähige Modelle und jene, welche sich unter Einsatz eines Speisekabels nicht zweckmäßig bedienen lassen, wie fliegende Modelle und Fahrzeugmodelle, sind häufig mit Sendern und Empfängern ausgestattet, welche das 27 Megahertz (MHz) und die 72 und 75 MHz CB-Funkbänder für kompliziertere Flugzeugmodelle und zu anderen übertragungszwecken nutzen. Daher gibt es eine große Vielfalt von Modellen und Steuersystemen, welche für derartige Spielzeuge entwickelt wurden, und diese haben einen beträchtlichen und zunehmenden Erfolg auf dem Markt.
Bei funkgesteuerten Modellen, welche auf übliche Weise ausgelegt sind, gibt es viele Probleme. Beispielsweise sind die dem Maßstab entsprechenden Geschwindigkeiten, mit welchen kleine Modelle fahren, häufig nicht realistisch, da dann, wenn die Modelle derart ausgelegt sind, daß sie auf der Spielfläche mit visuell interessanten Geschwindigkeiten sich bewegen, sich derartige Geschwindigkeiten in relativ sehr hohe Geschwindigkeiten für das Modell umsetzen. Daher ist das dynamische Verhalten des Modells im Hinblick auf die Maßstabstreue nicht realistisch, und die Steuereingänge führen zu übertriebenen Bewegungen. Unabhängig von der Genauigkeit im Detail, dem Leistungsverhalten oder die Steuerung, haben derartige Modelle bisher der Bedienungsperson nicht die Vorstellung vermittelt, daß diese ein Teil der Maschine ist und die Steuerungen vornimmt.
Funkgesteuerte, TV-gelenkte Luftfahrzeuge und Flugkörper wurden für militärische Zwecke und die NASA hergestellt; diese dienen jedoch zu anderen Zwecken als der Vermittlung eines Eindrucks oder der Unterhaltung einer Bedienungsperson. Beispielsweise ist in der Literaturstelle "SkyEye RPV Squadron Due for Export Technology" von P.J. Klass in "Aviation Week & Space Technology", Band 117, Nr. 24, 13. Dezember 1982, Seiten 102 - 104, New York, USA ein ferngesteuertes Fahrzeug (RPV) angegeben. Das RPV kann als eine Waffenabschußplattform oder als ein Teil eines Aufklärungssystems eingesetzt werden. Die Aufklärungsversion des RPV umfaßt eine Fernsehkamera und eine kleine Panorama-Kamera. Die Verbindung zwischen den RPV und einer Steuerstation erfolgt mittels Radar, welches derart arbeitet, daß Befehle zu den RPV übertragen werden und Fernübertragungen hiervon empfangen werden. Die Steuerstation ist für zwei Bedienungspersonen ausgelegt. Eine steuert den Fernsehsender in den RPV, während die andere fliegt oder den Flug überwacht, wenn die Anlage mit vorprogrammiertem Ablaufgeschehen betrieben wird.
Diese Systeme zeichnen sich durch sehr hohe Kosten für die Entwicklung und Herstellung aus, wodurch ein nennenswerter Einsatz derartiger Systeme bei Flugmodellen sich nicht durchgesetzt hat, was hauptsächlich auf den stark kostenkonkurrierenden Spielzeugmarkt zurückzuführen ist. Da ferner der Zweck derartiger Fahrzeuge im Großmaßstab für einen großen Überwachungsbereich und zur genauen Sammlung von Informationen bestimmt ist, spielten möglicherweise die hierdurch verursachte Beeinträchtigung der Sichtumgebung durch den Einsatz der optischen Mittel keine Rolle, welche aber bei Spielzeugmaßstäben zur "Simulation" der Realität wesentlich sind.
Eine weitere Schwierigkeit bei üblichen ferngesteuerten Spielzeugen ist das sog. "Steuerungsumkehrproblem". Diese Schwierigkeit beruht darauf, daß vom Gesichtspunkt der Bedienungsperson die Arbeitsweise des Spielzeuges von der Bewegungsrichtung des Spielzeugs relativ zur Bedienungsperson abhängig ist. Da die Bedienungsperson die Steuerung des Spielzeugs nur in geeigneter Weise vornehmen kann, wenn sie es im Blickfeld hat, und da diese Bedienungen die geistige Umsetzung der Bedienungsperson auf die Mittellinie des Spielzeugs in Vorwärtsrichtung gesehen erforderlich macht, um die direkten Steuerungseingaben zu bestimmen, handelt es sich hierbei um eine Vorgehensweise, welche für kleine Kinder äußerst schwierig ist, welche die zugrundeliegenden Konzepte nicht verstehen oder erfassen können, und daher ist der potentielle Markt für ein solches Spielzeug begrenzt.
Es besteht daher ein Bedürfnis auf dem Gebiet von Spielzeugen und Modellen nach einer gewissen realistischen Eindrucksvermittlung, welche der Bedienungsperson des Spielzeugs den Eindruck vermittelt, daß sie selbst fliegt oder das Fahrzeug selbst fährt und sich nicht als eine zusätzliche Bedienungsperson für das kraftbetriebene Spielzeug betrachten muß, welche sich vor der Bedienungsperson bewegt, wobei einfache Steuerungswechselwirkungen möglich sind. Dennoch sollten derartige Spielzeuge so ausreichend billig sein, daß sie als ein Spielzeug für den Massenverkauf geeignet sind.
Nach der Erfindung wird ein funkgesteuertes Spielzeug bereitgestellt, welches folgendes hat:
einen ersten Modul, welcher eine Fernsehkamera aufweist, welche ein Weitwinkelobjektiv hat, eine Einrichtung zum Empfangen der Funksteuersignale von einer entfernt liegenden Stelle und eine Einrichtung aufweist, um ein Videosignal, welches von der Fernsehkamera erzeugt wurde, zu der entfernt liegenden Stelle zu übertragen,
einen zweiten Modul, welcher Steuerungen aufweist, die durch eine einzige Bedienungsperson bedienbar sind, um kodierte, elektrische Steuersignale zur Übertragung zu erzeugen,
einen dritten Modul, welcher eine Einrichtung zum Übertragen eines Funksteuersignales, welches die kodierten, elektrischen Steuersignale enthält und eine Einrichtung zum Empfangen des Videosignals aufweist, welches vom ersten Modul übertragen wurde,
eine Einrichtung zum Anzeigen des mittels des Empfängers im dritten Modul empfangenen Signals,
und eine Einrichtung zum Anbringen des ersten Moduls am Spielzeug derart, daß die Fernsehkamera derart ausgerichtet ist, daß sie im Gebrauchszustand einen Blick auf die Umgebung des Spielzeugs zuläßt, um ein Manövrieren des Spielzeugs zu ermöglichen, wobei das Videosignal von der Fernsehkamera diesen Sichtbereich wiedergibt und von einer Bedienungsperson genutzt werden kann, um die Steuersignale zu bestimmen, wobei eine Energieeinrichtung zur Versorgung des ersten Moduls vorgesehen ist, und wobei eine Servoeinrichtung durch die Einrichtung betreibbar ist, um Funksteuersignale im ersten Modul zu empfangen und das Spielzeug zu bewegen.
Die Erfindung gibt ein funkgesteuertes, fernsehgelenktes Spielzeug an, welches einen bisher nicht erreichbaren Realitätsgrad und einen entsprechenden Unterhaltungswert für die Bedienungsperson hat. Frühere funkgesteuerte Modellspielzeuge ermöglichten eine Steuerung der Richtung und der Geschwindigkeit, mit denen das Modell betrieben wird und zwar mit unterschiedlichen Einflußgrößen hinsichtlich der Genauigkeit, sowie in Abhängigkeit von der Kompliziertheit der Steuersysteme, welche eingesetzt wurden, und der Wirklichkeitstreue des Modells. Sie blieben aber immer ein Modell mit übertriebenen Bewegungen, welches von einem außenstehenden Beobachter gesteuert wurde. Diese Tatsachen in Verbindung mit den Maßstabseffekten und den Steuerungsumkehrproblemen, welche bei derartigen Modellen an sich bekannt sind, führten zu einem beschränkten Anreiz und ihr Einsatz war beschränkt auf relativ geschulte Modellhobbyleute. Der Spielzeugmarkt im allgemeinen ist weniger kompliziert und umfaßt jüngere Kinder als Modellhobbyfachleute. Aus diesen Gründen müssen die Spielzeuge billiger und für jüngere Anwender attraktiver als die komplizierteren Modelle sein, welche von Modellhobbyfachleuten geschätzt werden.
Fernsehgelenkte Luftfahrzeuge, Waffen und Fahrzeuge wurden konstruiert, aber sie zeichneten sich durch eine außergewöhnliche Kompliziertheit, einen großen Aufwand und Kosten aus, und die Systeme und die für einen derartigen Einsatz entwickelten Teile sind für den Funksteuer-Modellmarkt nicht geeignet, so daß sie sich auf dem hart umkämpften und kostenbewußten Spielzeugmarkt nicht durchgesetzt haben. Das Spielzeug nach der Erfindung weist einen ersten Kameramodul, einen zweiten Steuermodul, einen dritten TV-Modul und einen Spielgegenstand auf, in welchem der Kameramodul untergebracht ist. Der Kameramodul stellt bei der Unterbringung im Gehäuse des Spielzeugs ein Sichtfeld von dem Spielzeug bereit, welches als ein Signal über eine Antenne an dem Spielzeug zu dem TV- Modul übertragen werden kann, welcher einen Empfänger enthält, welcher das von dem Kameramodul übertragene Signal empfangen kann und das empfangene Signal in Bild- und Tonsignale umwandelt, welche entweder an einem üblichen Fernsehgerät oder an einem TV-System wiedergegeben werden können, welche entweder im TV-Modul oder dem Steuermodul vorgesehen sind. Der Steuermodul enthält Steuerungen, welche von der Bedienungsperson aus bedient werden können, um das Arbeiten des Spielzeugs in Abhängigkeit von dem Blickfeld des Spielzeugs aus zu bestimmen, welches auf dem TV-Schirm angegeben wird. Die Steuerpultsignale können von dem Steuerpult über elektrische Leitungen oder einen Infrarot-Fernsteuer-Sender- Empfänger-System weitergeleitet werden. Der Kameramodul kann einen kompakten Aufbau haben, wodurch man eine einzigartige billige, kompakte Kombination einer Fernsehkamera mit einer ungewöhnlichen Formgebung, einem Funksteuerempfänger und einem Ton-Bild-Übertrager in Form eines widerstandsfähigen Austauschmoduls erhielt, welches sich leicht in eine Vielzahl von Spielzeugen einbauen läßt. Bei der Anwendung dieses Systems werden unterhaltende Simulationen der Arbeitsweise des Spielzeugs durch die Bedienungsperson hervorgerufen, welche den Eindruck vermitteln, als wenn die Bedienungsperson sich im Innern des Spielzeugs befindet und dasselbe betätigt.
Somit stellt das Spielzeug nach der Erfindung Einrichtungen zur Simulation eines Blickfelds von einem Spielzeug aus bereit, welche gegebenenfalls den Anblick von Teilen des Spielzeugs selbst mitumfassen sowie eine Einrichtung, welche diese Betrachtungsweise einer spielzeugbedienenden Person vermittelt. Die Kamera kann derart ausgelegt sein, daß man ein einziges Blickfeld für die Bedienungsperson erhält, wodurch ein realistischer Eindruck bei maßstabsgetreuen Geschwindigkeiten bei Spielzeugen mit niedrigen Geschwindigkeiten vermittelt wird, wodurch der zum Spielen erforderliche Platz vermindert werden kann und sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Modells reduzieren läßt. Da das Spielzeug mit niedrigen Geschwindigkeiten arbeiten kann, wird die Gefahr von Beschädigungen durch Anstoßen stark herabgesetzt, und die Größe des Spielbereichs und die Größe und die Kompliziertheit des Spielzeugs lassen sich herabsetzen bzw. vereinfachen, während der Reiz des arbeitenden Spielzeugs infolge des bereitgestellten Blickfeldes erhalten bleibt. Diese Realitätsbezogenheit wird erzielt, obgleich die Erfordernisse hinsichtlich niedrigen Kosten, einer leichten Herstellbarkeit und einer Einfachheit der Bedienung erfüllt werden, welche auf dem Gebiet der Spielzeugindustrie entscheidend sind.
Um die wesentlichen Erfordernisse hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der leichten Bedienbarkeit zu erfüllen, kann der Kameramodul als ein Einzelmodul ausgelegt werden, welcher eine Fernsehkamera mit einem zugeordneten Speziallinsensystem, ein Mikrofon, eine Ton-Bildübertragungseinrichtung, einen Funksteuerempfänger und eine innere Verbindungseinrichtung umfaßt, welche alle in einem kapselförmigen Gehäuse eingeschlossen sind, welche sich leicht mittels einer Schnappverbindung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Spielzeugauslegungsformen einbauen läßt, ohne daß der Modul abgeändert zu werden braucht. Die für den Kameramodul ausgelegte Kamera kann eine neuzeitliche Entwicklung haben, welche eine abbildende ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) mit Brennebene und eine Linse mit Weitwinkel und großer Schärfentiefe umfaßt, deren Parameter in spezifischer Weise optimiert sind. Der Funksteuerempfänger und der Ton-Bild-Signalübertrager können in Form einer Kombination von üblichen integrierten Schaltungen auf Schaltplatten vorliegen, welche im Modul eingebaut sind. Der Funksteuerempfänger kann auch einen Steueralgorithmus enthalten, welcher derart ausgelegt ist, daß das Leistungsvermögen und die Realitätsbezogenheit der Arbeitsweise unterstützt werden.
Der TV-Modul kann eine Antenne enthalten, welche das Ton- Bildsignal empfangen kann, welches vom Spielzeug gesendet bzw. übertragen wird. Dieses Signal umfaßt Bild- und Tonsignale, welche von der Kamera und dem Mikrofon jeweils stammen. Das Signal von der Empfangsantenne in dem TV-Modul wird zu einem Empfänger geleitet, welcher die Ton- und Bildsignale trennt und diese dann zu einem im Modul zugeordneten Fernsehgerät oder zu Ton- und Bildausgängen überträgt. Der TV-Modul nimmt auch die codierten Signale von dem Steuermodul auf, welcher manuelle Eingangssignale von der Bedienungsperson in Signale umwandelt, welche die Eingangspositionen der Steuerungen darstellen.
Diese Signale werden dann über einen Funksteuersender und eine Sendeantenne in dem TV-Modul zu einer Empfangsantenne am Spielzeug übertragen. Entweder der Steuerpult kann Steuerungen zur Handhabung durch die Bedienungsperson enthalten, oder der TV-Modul kann einen speziellen Fernsehmonitor umfassen, und alternativ kann das System eine Vielzahl von verfügbaren TV-Geräten oder Monitoren nutzen, wobei jene miteingeschlossen sind, die üblicherweise im Haushalt verfügbar sind. Somit stellt das Kommunikationssystem eine Einrichtung bereit, welche sowohl Steuersignale senden als auch empfangen kann und das Bild- und Tonsignale, die dem Blickfeld und der Tonumgebung von der Fernsehkamera und dem Mikrofon im Kameramodul zugeordnet sind, welche im Spielzeug vorgesehen sind, übertragen und empfangen kann. Obgleich die Bildübertragung bzw. Videoübertragung im Hinblick auf den Reiz des Spielzeugs sehr wesentlich ist, leistete die Übertragung der Tonumgebung einen bedeutenden Beitrag zu dem Unterhaltungswert und der Realitätsbezogenheit bei der Erfindung, da eine Echtzeitrückkopplung bei der Beschleunigung, der Verzögerung und den Geschwindigkeitsänderungen für die Bedienungsperson beispielsweise basierend auf Geräuschen bereitgestellt werden kann, die vom Motor des Spielzeugs und dessen Antrieb erzeugt werden, wenn diese in Wechselwirkung mit der Umgebung treten.
In der Praxis können alle diese Übertragungen auf gesonderten Frequenzen, auf unterschiedlichen Bändem einer einzigen FCC- genehmigten Funkfrequenz oder alternativ mittels Time-Sharing oder verteilter Spektralübertragung auf einer Anzahl von Frequenzen erfolgen. Ein spezielles System nutzt eine neuartige Spread-Spektrum-Übertragung (Übertragungsmethode mit gedehntem Spektrum), welche entwickelt wurde und nachstehend beschrieben wird. Eine alternative Übertragungsweise kann die Nutzung von Infrarotstrahlen mit geeigneten Sendem umfassen, welche sich am Spielzeug befinden, und Empfänger umfassen, welche an beweglichen Masten auf dem Spielfeld angeordnet sind, welche mit dem Steuerpult verdrahtet sind. Der Einsatz eines Infrarotübertragungssystems umgeht die Notwendigkeit einer FCC-Zulassung für den Betrieb des Spielzeugs und setzt auch die Empfindlichkeit des Spielzeugs gegenüber elektromagnetischer Streustrahlung aus der Umgebung herab. Wenn ein Infrarotübertragungssystem in Umgebungen eingesetzt wird, bei denen das Spielzeug außerhalb der Sichtweite des dem TV-Pult zugeordneten Empfängers ist, und bei denen das Infrarotlicht nicht zuverlässig von den Umgebungsflächen ohne eine Verschlechterung des Signals abgestrahlt werden kann, können Wiederholungssender-Empfänger um das Spielfeld in Zwischenpositionen auf dem Weg des Spielzeugs und dem Steuerpult angeordnet werden, um eine zuverlässige Kommunikation zwischen dem Steuerpult und dem beweglichen Spielzeug sicherzustellen.
Die TV-Kamera ist im ersten Modul vorgesehen, welcher zusätzlich zu der TV-Kamera ein Mikrofon mit zugeordneten Tonschaltungen, einen Übertrager bzw. einen Sender, welcher ein zusammengesetztes Ton-Bildsignal an den TV-Modul überträgt, und Steuersystemschaltungen enthalten, welche Servoeinrichtungen im Spielzeug in Abhängigkeit von Steuersignalen ansteuern, die von dem TV-Modul gesendet und am Spielzeug mittels eines Funkfrequenzempfängers im Kameramodul empfangen werden. Eine derartige Modularisierung bringt eine Anzahl von Vorteilen mit sich. Sie ermöglicht eine schnelle und einfache Übertragung durch ein Kind oder eine andere ungeschulte Bedienungsperson trotz der komplexen Auslegung der Elemente des Systems, wie die Kamera, den Sender-Empfänger und das Steuersystem von einem Spielzeug zum anderen; sie ermöglicht eine Kapselung dieser kritischen bzw. empfindlichen Bauteile in einem widerstandsfähigen und wasserdichten Paket; die externen Anschlußverbindungen mit den unterschiedlichen Bauteilen des Spielzeugs werden soweit wie möglich verringert und auf eine geringe Anzahl zurückgeführt; die Herstellung des Spielzeugs und der Einsatz dieses Moduls vereinfacht sich. Die externe Anschlußverbindung von Kameramodul und Spielzeug kann mit Hilfe einer Verbindungseinrichtung erfolgen, welche in einem Teil des Moduls vorgesehen ist, welches eine Schnittstelle zum Spielzeug darstellt, und es kann hierzu ein passendes Verbindungsteil am Spielzeug vorgesehen sein. Eine federbelastete Tür oder eine ähnliche Einrichtung kann genutzt werden, um den Kameramodul und dessen Anschluß zu schützen, wenn dieser nicht am Spielzeug angebracht ist und von den Anschlüssen des Kameramodulanschlußteiles weggedreht werden, wenn der Kameramodul in das Spielzeug eingesetzt wird. Ob das Sender-Empfänger-Untersystem in den Kameramodul eingebaut ist oder von einem gesonderten Modul im Spielzeug gebildet wird, ist eine Frage der Auslegung und hängt von der Art der gewählten Datenübertragung ab. Wenn beispielsweise eine Infrarotübertragung genommen wird, kann es zweckmäßig sein, die Übertragungselektronik in der Nähe des Senders am Spielzeug anzuordnen, da die Umwandlung von elektronischen Signalen in Infrarotsignale im Modul infolge der Schwierigkeiten der Übertragung eines optischen Signales über die Schnittstelle zwischen dem Modul und dem Spielzeug nicht erwünscht ist. Wenn in ähnlicher Weise ein Übertragungssystem mit geringer Energieaufnahme eingesetzt wird, kann es zweckmäßig sein, den Sender in der Nähe der Antenne anzuordnen, um einen unakzeptablen Signalverlust bei dem schwachen Signal an der Schnittstelle zwischen dem Kameramodul und dem Spielzeug zu vermeiden. Wenn alternativ ein relativ hochleistungsfähiges elektronisches Übertragungssystem eingesetzt wird, kann es möglich sein, einen Sender im Kameramodul einzusetzen, da die Verluste an den Kameramodulanschlüssen relativ unbedeutend sind.
Die eingesetzte Fernsehkamera hat vorzugsweise eine Reihe von Merkmalen, welche sich von der üblichen Praxis unterscheiden, um die verfügbare Technologie an die Erfordernisse gemäß der Erfindung anzupassen. Beispielsweise ist das Linsensystem der Kamera derart ausgelegt, daß die Größe und der Bereich der Spielumgebung visuell durch "die Miniatusierung" im Gesichtsfeld der Bedienungsperson vergrößert wird und daß somit der Eindruck der Geschwindigkeit und der Auswirkungen der Bedienung durch die Bedienungsperson im Vergleich zu der tatsächlichen Geschwindigkeit des Spielzeugs in verstärkter Weise vermittelt wird. Somit umfaßt das Linsensystem ein Weitwinkelsystem mit kurzer Brennweite, welches die-tatsächliche Winkelgeschwindigkeit betont, mit der sich Gegenstände auf der Peripherie bewegen. Weitwinkellinsen gestatten eine beträchtlich größere Tiefenschärfe bei einer gegebenen Blendenöffnung als übliche Linsen. Als Folge hiervon erhält man bei dem System eine akzeptierbare Bildschärfe mit einigen Zentimetern bis unendlich, ohne daß die Linse fokussiert zu werden oder die Blendenöffnungsgröße reduziert zu werden braucht. Ein menschliches Auge empfindet eine große Tiefenschärfe, da es das Vermögen hat, konstant und schnell eine Refokussierung vorzunehmen. Eine Kamera wie beschrieben kann an einem TV-Schirm wiedergegeben werden, was das menschliche Auge als Realität empfindet.
Somit wird der Bedienungsperson eine Wiedergabe bereitgestellt, welche im Maßstab zu jener paßt, welche ein Mensch bei einem größeren Fahrzeug wahrnimmt, welches mit einer höheren Geschwindigkeit fährt. Das Weitwinkel-Bildfeld schwächt auch in drastischer Weise die auftretenden Schwingungseffekte ab, wobei es sich hierbei um eine äußerst wichtige Einflußgröße aufgrund des Maßstabes zwischen dem Fahrzeug und den Oberflächen handelt, auf denen es fährt. Die Linse kann von der Auto-Irisbauart sein, und eine automatische Belichtungssteuerung bereitstellen, wenn sie mit einer Einrichtung der Fassung der Umgebungslichtbedingungen verknüpft ist. In der Praxis kann eine derartige Lichtsendeeinrichtung entweder ein Fotodetektor oder eine Schaltung sein, um die an der Brennebene der Kamera erfaßte Lichtenergie festzustellen. Die Kamera kann eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) zur Abbildung der Brennebene nutzen, um ein wirtschaftliches, widerstandsfähiges und leicht herzustellendes Kamerasystem bereitzustellen, welches hinsichtlich der Auslegung der Erfindung ausgewogen ist und eine derartige Brennebene paßt in idealer Weise zu einem derartigen Auto- Irissystem.
Der Fachmann erkennt, daß das Ziel bisher am Fahrzeug angebrachter Kamerasysteme darin bestand, entsprechende Blickfelder bereitzustellen, welche primär rein perspektivisch oder telefotographisch hinsichtlich den Eigenschaften im Hinblick auf die Überwachungserfordernisse des Systems, der hohen Geschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug bewegte oder der Notwendigkeit waren, daß man eine exakte perspektivische Ansicht haben wollte.
Das Spielzeug nach der Erfindung zielt auf die unmittelbar gegensätzliche Wirkung ab. Hier ist es erwünscht, daß "ein Puppenhaus aufgenommen wird und dieses wie ein echtes Haus aussieht" oder daß "eine Miniaturansicht mit langsamfahrendem Fahrzeug aufgenommen wird und dieses in voller Größe und sich schnell bewegend wiedergegeben wird". Durch die Anpassung dieses einzigartigen neuen Vorschlags und die Entwicklungen im Hinblick auf die spezielle Auslegung der Kamera und der Linsen im Hinblick auf das wesentliche Konzept werden überraschende und neuartige Wirkungen hervorgerufen, welche zu einem Durchbruch auf dem Gebiet der funkgesteuerten Spielzeuge führen.
Da eine äußerst realistische und ansprechende Arbeitsweise eines Spielzeugs mittels einer menschlichen Bedienungsperson durch die Übermittlung der Empfindung bereitgestellt wird, die die Bedienungsperson tatsächlich im Innern des Spielzeugs hat und die Steuerung desselben durch die Bedienungsperson direkt beeinflußt werden kann, läßt sich der Anreiz von derartigen funkgesteuerten Spielzeugen wesentlich steigern.
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, welche folgendes angibt:
Fig. 1 ist eine perspektivische Gesamtansicht der wesentlichen Komponenten eines Spielzeugs nach der Erfindung in einem Spielbereich;
Fig. 2 ist eine perspektivische Gesamtansicht einer alternativen Ausführungsform eines Spielzeugs nach der Erfindung;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Grundanordnung der Komponenten eines Spielzeugs nach der Erfindung zur Verdeutlichung der Übertragungsverknüpfungen und der Hauptkomponenten;
Fig. 4 ist eine perspektivische Phantomdarstellung eines Spielzeugs mit einem eingebauten Kameramodul;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Kameramoduls;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 5 zur Verdeutlichung der Kameramodullinse und des Irissystems;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 5 zur Verdeutlichung eines Kameramoduls, mit einer Sechs-Elementenlinse der Bauart hat, welche für optisch anspruchsvollere Einsätze geeignet ist;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht längs der Linie 8-8 in Fig. 6 zur Verdeutlichung eines Auto-Irissystems und einer Mikrofonanordnung;
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht einer Fernsehkamera zum Einsatz bei einem Spielzeug nach der Erfindung sowie zur Verdeutlichung der Schnittstelle mit dem Kameramodul-Ton-Bildsender;
Fig. 10 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Tonverstärkers des Kameramoduls;
Fig. 11 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Ton-Bild-Senders bzw. Übertragers des Kameramoduls;
Fig. 11 A, B ist je ein schematisches Blockdiagramm eines Ton-Bild-Übertragungssystems für ein Spielzeug nach der Erfindung;
Fig. 12 ein schematisches Blockdiagramm eines Funksteuerempfängers für einen Kameramodul eines Spielzeugs nach der Erfindung;
Fig. 13 ist eine Verdeutlichung der Grundauslegungsform eines Infrarot-Sender- und -empfängersystems gemäß einer alternativen Ausführungsform eines Spielzeugs nach der Erfindung;
Fig. 14 ist ein schematisches Blockdiagramm des Senders für das System nach Fig. 13;
Fig. 15 ist ein schematisches Blockdiagramm des Empfängers für das System nach Fig. 13;
Fig. 16 ist eine Schnittansicht eines Infrarotsenders zur Verdeutlichung der optischen Strahlengänge des Musters des Senders;
Fig. 17 ist eine Schnittansicht eines Infrarotempfängers zur Verdeutlichung der innenliegenden Anordnungen von Komponenten und der Strahlengänge für das Licht, welches auf den optischen Empfänger trifft;
Fig. 18 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Ton-Bildempfängers für den Fernsehmodul eines Spielzeugs nach der Erfindung;
Fig. 18 A, B ist jeweils ein schematisches Blockdiagramm eines Ton-Bildempfängers für ein Spielzeug nach der Erfindung;
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm eines Steuermoduls und eines Funksteuersenders eines Spielzeugs nach der Erfindung zur Verdeutlichung der Anordnung der elektronischen, mechanischen und optischen Komponenten in dem Modul;
Fig. 20 ist eine Schnittansicht eines Kameramoduls zum Einsatz bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung; und
Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines Kameramoduls nach Fig. 20 in auseinandergezogener Darstellung.
Fig. 1 zeigt einen widerstandsfähigen, kompakten Kameramodul 2, welcher in einem funkgesteuerten Spielzeug 4 angebracht ist, welches von einem TV-Modul 6 gesteuert wird. Der TV- Modul 6 sendet Signale, die den Bildem und Geräuschen entsprechen, welche mittels des Kameramoduls 2 aufgefangen werden, zu einem Fernsehmonitor 10. Die menschliche Bedienungsperson 14 kann somit die Bewegung des Spielzeugs 4 in Abhängigkeit von dem am Monitor 10 wiedergegebenen Videobild steuern. Zur Durchführung der Steuerung der Bewegung des Spielzeugs betätigt die Bedienungsperson 14 die Handsteuerungen 16 am Steuermodul 18. Der Steuermodul gibt Steuersystemsignale über einen Sender im TV-Modul 6 und eine Sendeantenne 20 zu einer Empfangsantenne 22 im Spielzeug 4 ab. Der Kameramodul 2 enthält alle notwendigen Untersysteme, welche erforderlich sind, um das Videobild, welches mittels der Kamera erzeugt wurde, und das Tonsignal, welches mittels des Mikrofons 8 aufgenommen wurde, in ein Signal umzuwandeln, das zur Übertragung über die Antenne 24 zu der Empfangsantenne 26 am TV-Modul 6 geeignet ist. Das Spielzeug 4 umfaßt Servoeinrichtungen und Steuermodule, welche beide die Richtung des Spielzeugs 4 in Abhängigkeit von Befehlen vom Steuersystemempfänger im Kameramodul 2 verhindern und steuern.
Bisherige funkgesteuerte Spielzeuge wurden von einer menschlichen Bedienungsperson in Abhängigkeit von der Beobachtung der Bewegung des Spielzeugs vor der eigenen Person bedient. Obgleich dies in großem Umfang eingesetzt wurde und bisher reizvoll war, fehlte ein wesentliches realitätsbezogenes Element unter Zuordnung zu der tatsächlichen Handhabung des Fahrzeuges, da diese bisherigen Spielzeuge nicht die Fähigkeit hatten, das dynamische Verhalten des Fahrzeugs vom Gesichtspunkt einer Bedienungsperson im "Innern", desselben zu beobachten. Daher konnten viele ansonsten reizvolle und anregende Aspekte hinsichtlich des Fahrzeugbetriebs bei den bisherigen Spielzeugen nicht vermittelt werden.
Beispielsweise sind Einzelheiten von in einem kleinen Maßstab gehaltenen Modellen nicht leicht sichtbar, wenn sie einen beträchtlichen Abstand von der Bedienungsperson haben und um eine für den Betrachter augenfällige Geschwindigkeit und Bewegung zu vermitteln, arbeitet das Modell mit Geschwindigkeiten, welche völlig außerhalb des Modellmaßstabs liegen. Ferner bedeuten diese Geschwindigkeiten, daß eine große Spielfläche im allgemeinen erforderlich ist und die Spielzeuge die Gefahr mit sich bringen, daß aufgrund der Stöße mit hoher Geschwindigkeit in der Umgebung stehende Objekte beschädigt, angegriffen und zerrissen werden.
Das externe "Blickfeld" bei der Fernsteuerung derartiger Spielzeuge bringt auch Schwierigkeiten hinsichtlich der Steuerung für jüngere Personen mit sich. Die Bedienungsperson muß beispielsweise die tatsächliche Richtung in eine Richtung "in Vorwärtsfahrtrichtung gesehen" umsetzen, bevor diese die Steuerungen betätigt. Hierbei handelt es sich um eine zu Verwirrungen führende Problematik, wenn die Bedienungsperson nicht die Fähigkeit oder keine Erfahrung im Betrieb derartiger Spielzeuge hat, oder wenn das Spielzeug soweit entfernt ist, daß sich eine genaue Orientierung nicht leicht verschaffen läßt. Das Arbeiten derartiger funkgesteuerter Fahrzeuge in verkleinertem Maßstab ist nicht nur unrealistisch in der Folge des Wiedergabemaßstabs und der Steuerungsumkehrprobleme vom Standpunkt des Beobachters aus, sondem es geht oft der innige Bezug zu der Spielumgebung verloren, was aber für kleinere Kinder äußerst reizvoll ist. Infolge und aufgrund der relativ hohen Kosten von Funksteuereinrichtungen sind daher funkgesteuerte Modelle im allgemeinen nur auf dem Gebiet von Modellen mit hohem Preis angesiedelt und sie konnten nicht in beträchtlichem Maße auf jenen Teil des Spielzeugmarktes vorstoßen, welcher sich an kleinere Kinder wendet.
Der Einsatz von Fernsehsystemen bei Fahrzeugen ist hauptsächlich auf sehr teure militärische und kommerziell eingesetzte Systeme beschränkt, welche derart ausgelegt sind, daß eine Fernüberwachung ermöglicht wird oder daß andere spezielle Anwendungen im Vordergrund stehen. Im allgemeinen sind derartige Systeme derart ausgelegt, daß sie nur visuell ein Blickfeld einfangen und zurückübermitteln mit dem Ziel, daß der Gesamtgegenstand der Aufgabe bildlich dargestellt wird. Die Fahrzeuge, die bei derartigen Aufgaben eingesetzt werden, sind in üblichem Maßstab gehalten, und es handelt sich um äußerst komplizierte Systeme, welche bei vorbestimmten und genauen Bereichen und Geschwindigkeiten arbeiten, um ein Radarbild zugänglich zu machen oder fotographisch Daten genau über zugeordnete Telefotoeinrichtungen zu erfassen und diese dann über Datenübertragungsleitungen oder interne Datenspeichereinrichtungen festzuhalten. Derartige Aufgaben werden mit der deutlichen Betonung auf die Sammlung von Informationen ausgeführt und nicht im Hinblick auf eine Echtzeitrückführung der Tonumgebungen oder der visuellen Effekte, die sich beim Fahrzeug ergeben, wenn dieses in Wechselwirkung mit der Umgebung tritt oder mit anderen Fahrzeugen tritt, welche auf die übliche Bauart als Spielzeuge ausgelegt sind.
Ferner sind militärische, kommerziell einsetzbare und zur Untersuchung dienende Systeme derart ausgelegt, daß die betreffenden Umgebungen so genau und so zuverlässig wie technisch möglich erfaßt werden und hierbei nicht die Absicht verfolgt wird, den perspektivischen Blick auf die Umgebungen zum Zwecke der Erzeugung von speziellen Effekten mit der Absicht zu ändern, das Blickfeld (die Spielfläche) zu erweitern oder durch Verstärkung Geschwindigkeiten zu simulieren. Da zusätzlich derartige Fahrzeugsysteme in einem Kostenniveau angesiedelt sind sowie kompliziert herzustellen und zu bedienen sind, sind sie für den Massenspielzeugmarkt völlig ungeeignet, und derartige Fahrzeugsysteme wurden lediglich für den Zweck entwickelt, mittels Hochtechnologie Abbildungs- und Abtastsysteme für bestimmte Stellen zur Fernübertragung zu schaffen, an denen es unzweckmäßig, gefährlich oder unmöglich ist, daß eine menschliche Bedienungsperson diese Aufgaben ausführen kann. Wenn man einmal die Bildwiedergabe und die Abtastung erzielt hat, ist das Fahrzeug selbst häufig entbehrlich. Die Erfindung stellt eine Einrichtung bereit, welche einer Person den Eindruck des Arbeitens eines Fahrzeugs in voller Größe vermittelt, und diese Einrichtung wird auf dem Spielzeugmarkt mit mittelmäßigem Kostenaufwand gebracht, wobei man eine einfache und widerstandsfähige Ausgestaltung des Erzeugnisses zugleich hat.
Fig. 2 verdeutlicht eine von vielen Art und Weisen, mit denen die vorliegende Erfindung in der häuslichen Umgebung eingesetzt werden kann. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Fernsehkameramodul 2 in einem Fahrzeug 4 enthalten, welches in diesem Fall ein Spieltier, hier einen kleinen Hasen darstellt, wodurch man ein "wachendes Spielzeugtier" 4 erhält, welches zur Fernbeobachtung eines Kindes oder anderer wichtiger Teile in der Umgebung der Bedienungsperson eingesetzt werden kann. Ein derartiges Fahrzeug stellt auch ein nicht furchterregendes Spielzeug für Kleinkinder und kleine Kinder dar, und da es von einer menschlichen Bedienungsperson bedient wird, erscheint es eine Eigenintelligenz auszustrahlen. Ähnlich wie bei dem in Figur 1 beschriebenen Fahrzeug enthält das "Wach-Spieltier" 4 einen Kameramodul 2, welcher Untersysteme umfaßt, die das Videosignal bzw. Bildsignal zur Übertragung über eine Antenne 24 zu einer Empfangsantenne 26 codieren, den TV-Modul 6 und eine Einrichtung zum Empfangen von Steuersystemsignalen über die Antenne 22 von der Sendeantenne 20 des TV-Moduls 6, wobei diese Signale zu den Servoeinrichtungen in dem "Wach-Spieltier" 4 weitergegeben werden, um dessen Bewegung zu steuern. Als eine alternative Auslegungsform nach der Erfindung kann das Fernsehgerät entweder in dem TV-Modul oder dem Steuermodul integriert sein. Die Auslegung nach Fig. 2 verdeutlicht ein System, bei dem das Fernsehgerät 10 in dem TV-Modul 6 integriert ist.
Um die Vorteile nach der Erfindung bereitzustellen, war es erforderlich, die Komponenten in einer solchen Weise zu gestalten, in welcher sie normalerweise bei anderen Anwendungsgebieten nicht eingesetzt werden. Diese Ausgestaltungen wurden so getroffen, daß die schwierigen Umgebungsprobleme berücksichtigt wurden, welche sich beim Einsatz derartiger Spielzeuge ergeben und wobei die Kostenseite und die Herstellbarkeit bei der Bereitstellung derartiger Spielzeuge für den hart umkämpften Markt berücksichtigt wurde, sowie ferner die speziellen Betriebserfordernisse, welche nach der Erfindung erwünscht sind.
Fig. 3 verdeutlicht in schematischer Form die Grundsysteme nach der Erfindung. Das Spielzeug 4 enthält einen Kameramodul 2, in welchem das Videokamerasystem 28, ein Ton-Bildsender 30 und ein Steuersystemempfänger 32 vorgesehen sind. Die Videokamera 28 wandelt das Sichtfeld vor dem Spielzeug aufgenommen über die Linse 36 durch die Iris 34 in ein elektronisches Signal um, das dann mit Hilfe des Ton-Bild-Übertragers 30 zur Übertragung an die Sendeantenne 24 codiert wird. Die Videokamera 28 umfaßt eine Anzahl von Einzelheiten, welche derart ausgelegt sind, daß sie den Möglichkeiten der verfügbaren Technologie entsprechen und diese werden für das spezifische Einsatzgebiet optimiert. Beispielsweise umfaßt die Kamera 28 eine Weitwinkellinse 36, welche ermöglicht, daß die Maßstabsgeschwindigkeit in verstärktem Maße vermittelt werden kann, während sich die Auswirkungen von Schwingungen auf das zu übertragende Szenenbild schwächen lassen. Die Kamera umfaßt ein einfaches Auto-Irissystem, welches eine Iris 34 und eine Irissteuerung 38 umfaßt, welche für die Verwendungszwecke zum Steuern der Ausleuchtung eines Spielzeugs wie bei der vorliegenden Erfindung adäquat sind, und es sind auch ein Miniaturmikrofon 8 und ein Tonverstärkersystem 40 vorgesehen, um gleichzeitig ein Tonsignal aus den Umgebungsgeräuschen in der Nähe des Spielzeugs über die gleiche Übertragungsverknüpfung wie die Bildübertragung zu übertragen. Der Kameramodul 2 enthält auch einen Steuersystemempfänger 32, welcher Steuersignale von der Empfangsantenne 22 erhält und nach der Decodierung werden diese Signale an Servoeinrichtungen 42 abgegeben, welche die Komponenten des Spielzeugs in Abhängigkeit von diesen Signalen bedienen und bewegen. Eine Batterie 44 liefert die erforderliche elektrische Energie, um alle elektronischen und elektromechanischen Untersysteme im Spielzeug zu versorgen.
Der TV-Modul 6 enthält einen Ton-Bildempfänger 46, welcher das Funkfrequenz (RF) Signal empfängt, das von der Übertragungsantenne 24 am Spielzeug 4 übertragen wird, und der nach der Decodierung dieses Signal zu einem üblichen Fernsehgerät 10 überträgt, an welchem das Videobild und das Tonsignal wiedergegeben werden. In Abhängigkeit von dem von dem Fernsehsystem erfaßten Bild bedient die menschliche Bedienungsperson 14 ein Steuerhandgerät 16 im Steuermodul 18, welches Steuersignale über eine Steuerübertragungseinrichtung 48 zu dem Funksteuersender 50 und der Sendeantenne 20 weiterleitet. Durch die entsprechende Bedienung durch die Bedienungsperson am Handpult 16 wird somit auf die vorstehend beschriebene Weise die Arbeitsweise des Spielzeugs 4 gesteuert.
Das RF-System nach der Erfindung stellt einen neuartigen Vorschlag für eine Nahbereichsfernsehübertragung dar, welches durch die Bundeskommunikationskommission (FCC) genehmigt und unterstützt wird. Dieses RF-System nutzt ein Spread-Spektrum- Übertragungssystem, um eine Fernübertragung bereitzustellen, bei welcher Teile des elektromagnetischen Spektrums genutzt werden, welche gegenwärtig nicht genutzt werden. Aufgrund der Unterstützung durch die FCC haben die Erfinder dieses System entwickelt, um zu vermeiden, daß die üblichen Techniken eingesetzt werden, welche bereits zu einer Belastung für das Übertragungsfrequenzspektrum geführt haben, welches außerhalb des Einsatzes für die Rundfunkübertragung zur Verfügung steht. Dieses System wird nachstehend näher beschrieben und umfaßt eine direkte sequenzgedehnte Spektrummodulation eines Trägers, dessen Modulation durch das Produkt aus dem Grundbandverbund Bildsignal und dem frequenzmodulierten Tonsignal als Hilfsträger variiert wird. Der eingesetzte Träger liegt im 902 bis 928 MHz Frequenzband und das erhaltene Signal stellt eine niedrige Interferenzmethode der Übertragung dar.
Weitere Vorteile und Einzelheiten dieses Systems ergeben sich aus der nachstehenden näheren Beschreibung.

FREQUENZMODULIERTE DIREKTFOLGE (FMDS) SIGNALE

Die Frequenzmodulation (FM) eines Direktfolge (DS) elektromagnetischen Signals erzeugt ein kombiniertes Spektrum, welches die Schaltung der FM- und DS-Signale ist. Dies bedeutet, daß die normale Direktfolge
Energieverteilung in ihrer Gesamtheit verschoben wird, wenn die Trägermittelfrequenz durch die Frequenzmodulation verschoben wird. Das zusammengesetzte Signal läßt sich ausdrücken mit A cos (wc ± wm) t ± 90 º,
wobei das wc ± wm Glied FM (Schmalband) darstellt und das seinerseits durch den Direktfolgecode zweiphasenmodulierter ist. Das Spektrum hat somit eine
Verteilung, welche um eine Größe gedehnt ist, die gleich der Abweichung des frequenzmodulierten Trägers ist. Mit einem 18 Mbps Code ist die natürliche Direktfolgebandbreite (3 dB) etwas kleiner als 16 MHz mit einer FM-Abweichung von ± 900 Khz (B = 0,2) ist, und eine 3 dB Bandbreite zu erwarten ist, welche auf etwa 19,6 MHz gedehnt ist, wobei man zwei signifikante FM- bezogene Seitenbänder erhält. Dies bedeutet, daß das erhaltene Gesamtspektrum eine ähnlich wie nachstehend angegebene Form hat.

DIREKTE SEQUENZMODULATION

Die Bezeichnung "direkte Sequenz oder Direktsequenz"-Modulation wird hierbei genommen, um Träger zu beschreiben, welche durch eine Codesequenz zum Zweck des Dehnens der übertragenen Energie auf eine Bandbreite moduliert werden. Das hierbei genommene Modulationsformat, welches aus einigen Formaten (d.h. BPSK, OPSK, OQPSK oder MSK) ausgewählt werden kann, stimmt mit dem oder den Format(en) überein, die bei Datenübertragungssystemen eingesetzt werden, abgesehen davon, daß die Daten den Träger in einen Datenübertrager modulieren und ein Code die Daten in einem Direktsequenzsystem ersetzt. Die spezifische Direktsequenzmethode, welche für den Einsatz bei der Erfindung gewählt wird, ist die Zweiphasenmodulation (BPSK) mit einer 18 Mbps Codesequenz. Ein Ausdruck für dieses einfache Modulationsformat ist A cos wct ± 90 º, wobei wc die Trägergeschwindigkeit ist, A die Amplitude ist und das Glied + 90 º oder - 90 º die Codemodulation definiert. Unter Einsatz dieses Schemas bewirkt der Code (welcher eine Binärfolge ist), daß der Träger bei + 90 º ist, wenn eine "Eins" gesendet wird, und bei - 90 º ist, wenn eine "Null" gesendet wird. Bei der BPSK-Modulation mit einem 18 Mbps Code hat das erzeugte Frequenzspektrum eine Energieverteilung, die
bei einer Haupterhebungsbandbreite von 36 MHz (Null zu Null) und eine 3 db Bandbreite von 15,84 MHz ist. Dies wird nachstehend bildlich dargestellt:
Innerhalb der gezeigten Einhüllenden ist das Signal rauschähnlich und hat eine niedrige Energiedichte, welche etwa wie folgt beträgt: Pout (Watt)/36 x 10&sup6; (Hertz) = Energiedichte
Der Fachmann wird erkennen, daß das vorstehend angegebene FMDS-Konzept einen neuartigen Vorschlag darstellt, das RF- Spektrum für den Zweck der Bildübertragung zu nutzen, und daß derartige Schemata auch in anderen Systemen umfangreich eingesetzt werden können. Beim vorliegenden System erhält man viele Vorteile, da das RF-Spektrum in einer solchen Weise genutzt wird, daß nicht weitere wichtige Einsatzzwecke derselben Teile des Spektrums gestört werden, was wesentlich im Hinblick auf ein als Massenartikel geeignetes Spielzeug ist.
Die Videoübertragungsverknüpfung des vorstehend genannten Systems kann als eine Alternative zu einem Funkfrequenzsender und -empfänger einen Infrarotsender und -empfänger umfassen, mittels welchen die Bestimmungen umgangen werden können, die sich auf die Funkfrequenz (RF) Interferenzen und die Genehmigung durch die Federal Communications Commission beziehen, welche sich mit den elektromagnetischen Übertragungseigenschaften derartiger Systeme befassen. Sowohl das Funkfrequenzsystem als auch das Infrarotvideoübertragungssystem wird nachstehend detailliert erläutert.
Fig. 4 ist eine Ansicht eines Spielzeugs nach der Erfindung zur Verdeutlichung der Anordnung der Mehrzahl von Komponenten. Das dargestellte Spielzeug ist ein Dreirad-Fahrzeug 4, welches ein Fahrgestell 52 hat, an dem zwei lenkbare Räder 54 angebracht sind, und ein einziges Antriebsrad 56 ist ebenfalls an diesem angebracht. Das Antriebsrad 56 wird von einem Motor 58 angetrieben, welcher von einer Batterie 44 gespeist wird. Der Kameramodul 2 ist im Fahrgestell 52 untergebracht und bildet eine Verbindung mit einem Verbinder 60, welcher eine Energieversorgung für den Kameramodul darstellt, und es wird eine Verbindung mit dem weiteren Untersystem des Spielzeugs sichergestellt. Das Spielzeug umfaßt ferner Servoeinrichtungen 42, welche Steuersignale an das Lenkgetriebe 62 für die lenkbaren Räder 54 und Motorsteuersignale für den Motor 58 abgeben, welcher durch die Batterie 44 betrieben wird, um das Antriebsrad 56 anzutreiben.

KAMERAMODUL

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist der Kameramodul 2 ein wesentliches Merkmal nach der Erfindung, da er die Basis für die Vielzahl von Mehrzweck-Untersystemen bildet, welche bei der Erfindung zum Einsatz kommen und welcher ein schnelles und einfaches Schalten der Hauptteile gestattet, welche bei den verschiedenartigen Spielzeugen vorhanden sind, um die universelle Einsetzbarkeit nach der Erfindung zu begünstigen. Der Kameramodul 2 ist derart ausgelegt, daß er die folgenden Funktionen nach der Erfindung ausführt:
1) Aufnahme eines sichtbaren Bildes und Umwandlung in ein fernsehkompatibles, elektrisches Videosignal,
2) Aufnahme von Umgebungsgeräuschsignalen und Umwandlung derselben in ein elektronisches Tonsignal,
3) Erzeugung eines zusammengesetzten Funkfrequenzsignales, welches die vorstehend angegebenen Ton- und Bildsignale umfaßt,
4) Empfangen von üblichen Funksteuerservosteuersignalen von einer Antenne, welche am Spielzeug angebracht ist,
5) Umwandeln der funkgesteuerten digitalen Servosignale in analoge Steuerspannungen, welche zur Steuerung der Servoeinrichtungen geeignet sind, um das Spielzeug anzutreiben und die Bewegungen desselben zu steuern, und
6) Wahl des Ton-Bild-Übertragungs- und Funksteuerempfangskanals.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt der Kameramodul 2 eine Objektivlinse 68, welche einen Teil eines Linsensystems 36 darstellt, und ein hierzu benachbartes Mikrofon (nicht gezeigt), welches in Richtung nach vorne weisend und im Kameramodul vorgesehen ist. Die Kameralinse und die Brennebene liegt zwischen der Objektivlinse 68 und der im Innern vorgesehenen Elektronik. Die Elektronik der Videokamera umfaßt eine Ton-Bildübertragungseinrichtung 30, den Steuersystemempfänger 32 und den Tonverstärker 40, welche im Innern des Moduls untergebracht sind, welcher seinerseits leicht in einen geeigneten Raum in entsprechend ausgelegten Spielzeugen eingesetzt werden kann, welche derart ausgelegt sind, daß sie diesen aufnehmen können.

LINSENUNTERSYSTEM

Die Erfindung ist derart beschaffen, daß der Realitätsbezug beim Betrieb der Miniaturspielzeuge in einer entsprechenden maßstabsgetreuen Umgebung vorhanden ist, wozu eine Linse mit Weitwinkel und großer Schärfentiefe eingesetzt wird, wodurch die Empfindung der maßstäblichen Geschwindigkeit während des Arbeitens des Spielzeugs verbessert wird und wodurch auch erzielt wird, daß die Schwingungen einen möglichst geringen Einfluß haben, welche im Hinblick auf die relative Größe der Räder des Spielzeugs und der Oberfläche unvermeidlich sind, auf denen ein derartiges Spielzeug in typischer Weise eingesetzt wird.
Fig. 6 verdeutlicht ein Linsenuntersystem 36 der Bauart, welche bei der Erfindung eingesetzt wird, wenn eine optische Leistung von relativ niedriger Qualität ausreichend ist. Die Linse 36 umfaßt drei Linsenelemente 68, 70, 72, welche aus vorgeformtem Kunststoff hergestellt sein können, um die bei dieser Linse erwünschten Weitwinkeleigenschaften bereitzustellen, und zugleich ein ausreichendes optisches Leistungsvermögen für Anwendungsfälle sicherzustellen, bei denen Schwarzweiß-Fernsehen ausreicht. Das Irissystem 34 arbeitet in Abhängigkeit von einem Fotodetektor, der in dem Körper des Kameramoduls vorgesehen sein kann. Alternativ kann das Auto- Irissystem mit der Irissteuerung 38 und der Iris 34 durch ein Signal von einer Brennebene in Abhängigkeit von der an der Brennebene herrschenden Lichtstärke angetrieben werden.
Fig. 7 verdeutlicht eine kompliziertere Linse, welche zur Anwendung bei einem Spielzeug geeignet ist, bei dem ein optisches Leistungsvermögen mit höherer Qualität wie für das Farbfernsehen, gefordert wird, wenn eine Farbkorrektur erforderlich ist. Sechs-Elementlinsen 36 mit den Linsenelementen 74, 76, 78, 80, 82 und 84 stellen ein funktionelles Vermögen dar, welches ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Drei-Elementenlinse ist, wobei ein Weitwinkelblickfeld mit großer Schärfentiefe bereitgestellt wird. Jedoch gestattet ein solches Linsensystem auch zusätzlich eine Farbkorrektur durch eine Mehrfachbeschichtung der Zwischenlinsenelemente und eine höhere Auflösung durch die Dehnungskorrekturen für die Lichtstrahlen auf einer großen Anzahl von Komponenten, woraus geringere Anforderungen für das Linsenmaterial resultieren. Obgleich somit die Sechs-Elementlinse 36 ein höheres Leistungsvermögen ermöglicht, läßt sie sich dennoch leicht aus geformten Linsen herstellen und stellt eine relativ einfache Auslegung für die Kamera des Spielzeugs dar.
Obgleich die nach der Erfindung erwünschten Effekte mit einer Vielzahl von optischen Weitwinkelsystemen erzielt werden können, hat sich dieser Effekt als äußerst interessant und reizvoll bei Linsensystemen erwiesen, welche ein Bildfeld von etwa 150 º gemessen auf der Horizontalachse des Bildfeldes hat. Andere Winkel zwischen etwa 120 º und 170 º haben sich auch als die Effekte der gewünschten Art verstärkend erwiesen, und es können andere Winkel bei gewissen Anwendungsfällen erwünscht sein. Das Linsensystem muß an die Erfordernisse nach der Erfindung und an die Praxis angepaßt werden, wobei es sich gezeigt hat, daß bei einem CCD-aktiven Bereich von 11 mm gemessen auf der Diagonale einer Linse mit einer Brennweite von etwa 4 mm die gewünschten charakteristischen Eigenschaften erzeugt und eine einfache und wirtschaftliche Herstellung möglich ist, während zugleich eine adäquate Aperture für die Lichtanforderungen der Kamera vorhanden ist.
Die "Zylinder"-Verzerrung im Zusammenhang mit einer relativ einfachen Weitwinkellinse, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, gestattet in Wirklichkeit eine relativ naturgetreue Simulation des menschlichen Empfindens dahingehend, daß die günstigste Auflösung konzentriert im Zentrum des Blickfeldes bzw. Bildfeldes ist, wie dies auch beim menschlichen Auge der Fall ist, während der Umriß weniger genau ist und somit den Eindruck der Geschwindigkeit bei einem sich bewegenden Spielzeug hierdurch zusätzlich vermittelt wird. Eine solche Linse hat eine größere Schärfentiefe als eine "normale" Linse mit entsprechender Brennweite, und sie ist daher einfacher und wirtschaftlicher in ein einfaches und billiges System, wie in den Kameramodul nach der Erfindung, zu integrieren.
Fig. 8 verdeutlicht das elektromechanische Auto-Irissystem nach der Erfindung längs der Schnittlinie 8 in Fig. 6. Das Mikrofon 8 liegt in der Nähe der Iris, und das Gehäuse 86 umfaßt Schlitze 88, über welche ein Zugang zu den Außengeräuschen für das Mikrofon 8 ermöglicht wird. Die Iris 34 umfaßt sich bewegende Flügel 90 und 92, welche relativ zueinander mit Hilfe eines Irissteuermotors 38 angetrieben werden, welcher Räder 94 und 96 an den Flügeln 92 und 90 antreibt. Die Relativbewegung der Flügel 90 und 92 verändem die hierbei bereitgestellte Öffnung 98, wodurch man einen Auto-Iriseffekt erhält.

TV-KAMERA

Wie in Fig. 9 dargestellt ist, umfaßt die TV-Kamera des Kameramoduluntersystems 2 eine NTSC-kompatible, 525 Zeilen, 2 - 1 interlace, schwarz und weiß, ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD) - Videokamera. Dieses Untersystem umfaßt eine Einrichtung zur Erzeugung eines codierten Steuersignals, welches eingesetzt werden kann, um die Pausensteuerung eines Videokassettenrekorders zu steuern, wenn ein solcher Rekorder mit dem TV-Modul verbunden ist.
Die Kamera nach der Erfindung nutzt eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) mit einer Brennebene 100 als Brennebenenabbildungs-Umwandlungseinrichtung. Diese CCD-Anordnung 100 erzeugt ein analoges Videoausgangssignal, welches mittels eines Videovorverstärkers 102 verstärkt wird. Dieses Signal wird dann mit Hilfe eines Pendeldetektors 104 detektiert, durch den Irisantreiberverstärker 106 verstärkt und zum Antreiben eines Miniatur-Gleichstrom-Irissteuermotors 38 für die automatische Steuerung der Linseniris 34 in Abhängigkeit von der Lichtstärke an der Brennebene über die Linse 38 eingesetzt wird. Das Signal von dem Videovorverstärker 102 wird auch an eine automatische Verstärkersteuerung (AGC)-Verstärkerstufe 108 angelegt, welche einen Gleichstromgleichrichter 110 und einen Pegeldetektor 112 enthält, welcher eine Steuerung des AGC-Eingangs des AGC-Verstärkers 108 ermöglicht. Der Ausgang des AGC-Teils wird durch einen Videoverstärker 114 verstärkt und zu dem Videoverarbeitungsteil 116 übergeben. Die Videoverarbeitungseinrichtung 116 formatiert das Signal in ein Verbundvideosignal gemäß NTSC-Standard durch Addition eines Synchronisierungssignales, vorderen und hinteren Austastschultern, Schwarzklemm- und Zeitsteuersignalen. Der Videoprozessor 116 gibt auch einen Spitzenspannungswert für weiß auf die Videozeile 15, wenn die Pausensteuerung aktiv ist.
Synchronisierungssignale, Klemm-, Leer- und Zeitsteuersignale werden der Videoverarbeitungseinrichtung durch das Synchrogeneratorteil 118 zugeleitet. Das Synchrogeneratorteil 118 enthält einen Kristalloszillator 120 und Frequenzdividierer 122, welche horizontale und vertikale Signale und Taktgeber- Steuersignale für das Vertikalzeilenzählerteil 124 und den Horizontalbildelementzählerteil 126 erzeugen, wodurch eine Adressierung der CCD-Bildaufnahme erfolgt. Das Vertikalzeilenzählerteil 124 stellt auch einen aktiven Status für die Zeile 15 bereit, welche das Pausensteuercodiererteil 128 aktiviert, wenn eine externe Pausensteuerung von dem Kameraverbinder aktiviert wird. Der Ausgang des Videoprozessors 116 liegt an einem Videoausgangsverstärker 130 an, welcher auch das Rückkopplungssignal für den AGC-Verstärker 108 liefert. Das erhaltene, zusammengesetzte Videosignal wird dann an den Eingang des nachstehend beschriebenen Ton-Bild-Übertragers angelegt.

TONDETEKTION UND SENDERVERBINDUNG

Fig. 10 verdeutlicht den Tonsteuerverstärker 40, welcher im Kameramodul 2 vorgesehen ist, um ein frequenzmoduliertes Tonsignal mit NTSC-Fernsehqualitätsfrequenz auf einem 4,5 MHz Träger bereitzustellen.
Ein dynamisches Miniaturmikrofon 8 wird zur Geräuscherfassung und zur Umwandlung in ein elektrisches Signal eingesetzt. Dieses Signal wird dann durch einen Tonvorverstärker 132 verstärkt und an eine automatische Verstärkungssteuer- und Signalbegrenzungsstufe 134 angelegt. Das erhaltene Signal wird dann mittels eines Anhebungsverstärkers 136 nach Maßgabe der NTSC-Standards gefiltert und vergleichmäßigt und wird dann nochmals mittels eines Tonausgangsverstärkers 138 verstärkt, bevor es einem Tonmodulator 140 zentriert bei 4,5 MHz zugeleitet wird. Diese 4,5 MHz Mittelfrequenz wird durch den Frequenzsynthesizer 142 erzeugt, welcher nachstehend näher beschrieben wird. Der Ton-Unterträgerausgang wird dann an den Bandpaßfilter 144 im Kameramodul-Ton-Bild-Sender angelegt, welcher ebenfalls nachstehend noch näher beschrieben wird.

TON-BILD-SENDER

Fig. 11 verdeutlicht den Ton-Bild-Sender 30, welcher derart ausgelegt ist, daß er mit einer niedrigen Interferenzmethode Ton- und Bildinformationen im 902 bis 928 MHz Frequenzband überträgt. Diese Übertragung erfolgt mit Hilfe eines Modulationsverfahrens, welches als FMDS bezeichnet wird, wobei es sich um eine Direktsequenz-Spread-Spektrummodulation eines Trägers handelt, welcher durch das Produkt aus den zusammengesetzten grundbandbild- und frequenzmodulierten Ton-Unterträgersignalen frequenzmoduliert wird. Das nach diesem DS/FM- Verfahren erhaltene Spektrum ist die Faltung dieser zwei Modulationsformen und der jeweiligen einzelnen Signalspektren. Dieses Verfahren beginnt dadurch, daß in einem Summierer 141 der frequenzmodulierte Tonunterträger über einen 4,5 MHz Bandpaßfilter 144 zu dem 4 MHz Verbundvideosignal addiert wird, welches mittels des Tiefpaßfilters 147 gefiltert ist. Dieser Summationsausgang wird dann als Frequenzmodulationssignal für die Phasensperrschleife 146 [PLL] genutzt. Die PLL gibt ein frequenzmoduliertes Signal mit kleinem Abweichungsverhältnis (beta < 0,2) zentriert bei 72 MHz ab, welches durch eine Sperre bei der vierten Harmonischen einer 18 MHz Frequenz erzeugt wird, die vom Frequenzsynthesizer 142 geliefert wird.
Diese 18 MHz Frequenz wird auch von einem diskreten Sequenzcodegenerator 148 genutzt, um einen Code zu erzeugen, welcher 8191 Bits lang ist. Der Codegenerator 148 empfängt auch eine Eins-aus-Sechs Bandselektion, welche bewirkt, daß der Codegenerator 148 einen von sechs unterschiedlichen, diskreten Sequenzcodes abgibt. Diese Codes stellen eine gesteuerte Querkorrelation dar oder sind von dem Mehrzugriffstyp, welcher als "Gold"-Code bekannt ist. Der Ausgang des Codegenerators 148 und der Ausgang der PLL 146 werden dann unter Verwendung eines Gegentaktmischers 150 gemischt, welcher eine Modulation mit 180 º Phasenverschiebung des 72 MHz Trägers erzeugt. Hierdurch wird ein Pseudorauschbreitbandsignal mit einer sin x/x Energieverteilung und einer mittleren Energiedichte von kleiner als 10 Mikrowatt/Hz erzeugt. Dieses Signal wird dann mittels eines IF-Verstärkers 152 verstärkt und wiederum in einem Mischer 154 mit einer 843 MHz Frequenz gemischt, die von einem Oberflächenwellen (SAW)-Oszillator 156 geliefert wird. Dieses Produkt zentriert bei 915 MHz nur dann an den Bandpaßfilter 143 mit 3 dB Spitzen bei 906 MHz und 924 MHz über einen Leistungsverstärker 158 angelegt und dann an den Kameraantennenanschluß 160 angelegt und dann zur Antenne 24 übertragen. Obgleich die vorstehend beschriebene Auslegung 72 MHz als IF nutzt, können andere Frequenzen eingesetzt werden, wenn sich dies als praktischer für die IC- Integration erweist oder eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Interferenzen gegeben ist.

PROTOTYP EMPFÄNGER- UND SENDERENTWICKLUNG

Im Zuge der Entwicklung der vorliegenden Erfindung hat es sich als notwendig erwiesen, einen Prototyp umfassend Sender und Empfänger zu entwickeln, um die der frequenzmodulierten Direktsequenz (FMDS)-Signalverarbeitung zugrundeliegenden Prinzipien und dem Übertragungsschema zugrundeliegenden Prinzipien zu testen. Die nachstehend angegebenen Prototypen wurden zu diesem Zweck entwickelt, wobei allgemein erhältliche Komponenten eingesetzt wurden, um unnötige Duplikationen zu vermeiden, und um einen schnellen Austausch der Komponenten zu ermöglichen, so daß sich Auslegungsänderungen ermitteln lassen. In der Praxis nutzt die Erfindung üblich ausgelegte elektronische Teile, welche von üblichen oder halbüblichen integrierten Schaltungen gebildet werden. Der nachstehend beschriebene Empfänger und Sender wurden soweit wie möglich auf äquivalente Schaltungen im vorstehend beschriebenen System zurückgeführt, um die Zusammenhänge zwischen dem Prototyp und den abschließenden Versionen der Empfänger und Sender zu verdeutlichen. Auch ist in Tabelle 1 eine Aufstellung der Schaltungen angegeben, welche in den unterschiedlichen üblichen und teilweise üblichen Chips integriert sind, welche bei den Herstellungsversionen nach der Erfindung eingesetzt werden.

PROTOTYP TON-BILD-ÜBERTRAGER

Der in Fig. 11 A, B verdeutlichte Videoübertrager nimmt Tonsignale von einem Mikrofon und Videosignale in einer Fernsehkamera auf und verknüpft diese zu einem Standard-Zwischenträgerformat. Die Frequenzmodulation für das Videosignal wird dann anstelle der üblicheren Amplitudenmodulation genutzt, um das Signal zu modulieren. Wie im Diagramm nach Fig. 11 A, B gezeigt ist, wird ein 60 MHz Träger durch das Grundbandzwischenträgersignal frequenzmoduliert und dann moduliert mittels Spread-Spektrum mittels einem von sechs unterschiedlichen Codes mit 18 Megabit pro Sekunde (Mbps). Nach der Spread-Spektrum-Modulation wird das 60 MHz frequenzmodulierte Signal auf 915 MHz übersetzt, indem eine Mischung mit einem festen Oszillatorsignal mit 855 MHz erfolgt.
Nach dem Schema, das bei dem Prototypsender eingesetzt wurde, wird das Signal unabhängig auf drei verschiedene Weisen moduliert: 1) ein 4,5 MHz Hilfsträger wird durch die Toninformation (dies ist gleich wie beim üblichen Fernsehen) frequenzmoduliert; 2) der Videoträger und ein 4,5 MHz Hilfsträger werden verknüpft und zur Frequenzmodulation eines Trägers genutzt; 3) der frequenzmodulierte (FM/FM) Träger wird Spread-Spektrum (BPSK) moduliert.
Die Kanalwahl erfolgt unter Einsatz des Codedivisionsmultiplexverfahrens. Einer von sechs aus einer Familie von 8191 "Gold"-Codes wird für die Spread-Spektrum-Modulation gewählt und hierdurch wird für den Empfänger eine Einrichtung bereitgestellt, daß er alle außer dem korrekt codierten Signal abweist. Sechs gleichzeitige Übertragungen sind mittels des Einsatzes der unterschiedlichen Codes möglich.
Der nachstehende Teil bezieht sich auf eine detailliertere Beschreibung der Arbeitsweise des als Prototyp ausgelegten Senders.
Der Videoeingang von einer Kameraquelle ist ein tiefpaßgefilterter und linear mit 4,5 MHz summierter Tonhilfsträger. Der 4,5 MHz Tonhilfsträger seinerseits wird mit irgendeinem Toneingangssignal frequenzmoduliert und wird auf 4,5 MHz mittels eines kristallstabilisierten Referenzoszillators phasengesperrt. Der gleiche 4,5 MHz Oszillator wird eingesetzt, um nur eine der Frequenzen im Sender zu erzeugen. Der 4,5 MHz frequenzmodulierte Tonhilfsträger wird direkt auf die Kristallreferenzfrequenz von 4,5 MHz phasenverriegelt. Das 855 MHz Signal, das zum Hochwandeln des 60 MHz modulierten Trägers auf 915 MHz genutzt wird, wird unabhängig unter Verwendung eines Oberflächenwellenresonators (S.A.W.R.) als Stabilisierungselement erzeugt. Nach der Umwandlung auf eine 915 MHz Mittelfrequenz wird das FM/FM Spread-Spektrum-Signal gefiltert und auf 100 Milliwatt verstärkt. Dann wird es an die Sendeantenne angelegt.

SCHALTUNGSBESCHREIBUNG

Die Videoeingangssignale werden mittels eines Tiefpaß gefiltert und zu einer Summierungsstelle übergeben, an welche sich eine Sendenachlaufeinrichtung anschließt. Der andere Summierungspunkteingang ist 4,5 MHz von 4,5 MHz VCO (MC4024). Ein Regelwiderstand mit 20 K ohm wird an der 4,5 MHz Summierungsstelle eingesetzt. Ein 60 MHz Signal wird dadurch erzeugt, daß das Signal des 4,5 MHz Oszillators durch 12 geteilt wird und das Ergebnis mit 160 multipliziert wird. 18 MHz werden durch Division des 4,5 MHz Oszillators durch zwei (2) und durch Multiplizierung mit acht (8) erzeugt, um eine Steuerung des 4,5 MHz Hilfsträgerpegels zu ermöglichen. Die 4,5 MHz Phasenverriegelungsschleife umfaßt den 4,5 MHz kristallgesteuerten Oszillator (74 HC00), einen Phasendetektor mit einer Ausschluß- ODER -verknüpfung (74HC86), einen RC- Schleifenfilter und den vorstehend genannten 4,5 MHz VCO (MC4024).
Ein Zähler für die Division durch 12 (74LS92) dividiert den 4,5 MHz Oszillatorausgang und liefert 2,25 MHz an eine 18 MHz Phasenverriegelungsschleife. Er liefert auch 0,375 MHz an eine 60 MHz Phasenverriegelungsschleife. Die 18 MHz Schleife umfaßt einen 18 MHz VCO (MC4024) einen -8 (zwei 74HC74's) Zähler, einen exklusiven ODER Phasendetektor (74HC86) und einen RC Schleifenfilter. Für die Erzeugung von 60 MHz wird ein 60 MHz VCO (MC1648) durch 160 dividiert (1 : 74F74, 74LS90, 74HC74)
4x10x4
und mit dem 0,375 MHz abwärts gezählten Bezugssignal verglichen. MSA-0104 Verstärker sind an dem 60 MHz VCO Ausgang zur Isolierung von VCO vorgesehen und sie liefern ausreichende Treiberenergie für die Zähler und den Spread-Spektrum-Codemodulator.
Der 18 MHz VCO wird über einen 74HC00 ausgegeben, welcher als ein Taktgeber für den Codegenerator dient. Von dem Codemodulator, in welchem der 60 MHz FM/FM modulierte Träger zu einem Spread-Spektrum-Signal verarbeitet wird, geht das Signal zu einem Verstärker (MSA-0104) und einem Mischer (SBL-lX), in welchem dieses mit dem 855 MHz S.A.W.R. Oszillatorausgang multipliziert wird. Die Summe aus dem 855 MHz Signal und dem 60 MHz Signal ist das gewünschte 915 MHz FM/FM/Spread-Spektrum modulierte Signal. Der Code wird durch den Einsatz von zwei Schieberegister-Sequenzgeneratoren erzeugt (jeweils zwei 74HC174's, 1/2 74HC74 und drei von fünf gemeinsamen 74HC86's). Jeder Generator stellt eine lineare maximale Sequenz von 8191 Chipslänge bereit. Diese werden dann nach Modulo-20 zusammen zu einer von sechs "Gold" Codefolgen addiert. Die kombinierte Gold-Codefolge wird dann an einen Treiber (74HC74) angelegt, der den (SBL-lX) zweifach abgeglichenen Codemodulator biphasenmoduliert. Nachdem der codemodulierte FM/FM Träger auf 915 MHz hochkonvertiert ist, wird er gefiltert (TOKO 1568HW), verstärkt (MAR-8 und MC5809) und zur Antenne ausgegeben.

PROTOTYP VIDEOEMPFÄNGER

Der 915 MHz Videoempfänger, welcher in Fig. 18 A, B dargestellt ist, umfaßt einen 915 MHz Bandpaßfilter, einen Verstärker und einen Mischer/Wandler, welcher das Signal auf 61 MHz wandelt und gleichzeitig die Spread-Spektrum-Modulation beseitigt. Der Empfänger synchronisiert auch den Spread-Spektrum-Code, demoduliert das Signal und gibt einen geeignet modulierten Dreierkanalträger zum Einsatz für einen Standard- Fernsehempfänger aus. Die Arbeitsweise des Empfängers, welche nachstehend beschrieben wird, ist funktionell äquivalent zu dem in Fig. 18 gezeigten Diagramm. Daher sind soweit als möglich und wie nachstehend summarisch angegeben die Unterschiede und Äquivalentenfunktionen zu jenen nach Fig. 18 in Fig. 18 A, B gruppenweise aufgeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 18 A, B geht ein 915 MHz Eingangssignal von der Antenne 26 durch einen Bandpaßfilter (TOKO 1568HW), welcher die unerwünschten Signale abweist, wird mittels des Verstärkers (MAR-8) verstärkt und an einen Mischer (SBL-1X) angelegt. Der andere Eingang zum Mischer ist ein Spread-Spektrum-Signal, welches mit dem empfangenen Signal abgesehen von der FM/FM-Modulation übereinstimmt und eine zu jener des Eingangs verschobene Frequenz hat, wodurch ein Spread-Spektrum-moduliertes Signal mit fester Frequenz bei 854 MHz dargestellt wird. Dieses 854 MHz Signal wird durch die Modulation eines 854 MHz Trägers von einem S.A.W.R. stabilisierten Oszillator mit einem Code erzeugt, welcher mit jenem übereinstimmt, der beim Sender eingesetzt wird.
Nach der Umwandlung auf 61,25 MHz und dem Aufheben der Spread-Spektrum-Codemodulation wird das FM/FM Signal verstärkt und gefiltert. Dann wird das 61,25 MHz frequenzmodulierte Signal mit dem 4,5 MHz FM Hilfsträger mittels einer 61,25 MHz Phasenverriegelungsschleife demoduliert, welcher einen 61,25 MHz VCO (MC1648), einen RC-Filter und einen Phasendetektor (SBL-1) umfaßt. Das Grundbandzwischenträgersignal bestehend aus dem Videosignal plus dem 4,5 MHz Tonhilfsträger wird dann an einen 61,25 MHz AM-Modulator und einem 4,5 MHz Bandpaßfilter (SFE 4.5) abgegeben. Der 61,25 MHz AM- Modulatorausgang wird gefiltert, um den Träger zu unterdrücken und das Seitenband abzusenden, wozu ein Oberflächenwellenfilter (KAF-61) eingesetzt wird. Dieses Filterverfahren erzeugt ein Standardfernsehsignal mit der Kanaldreifrequenz.
Der Amplitudenmodulator umfaßt zwei Verstärker (MSA-0104) und einen Diodenmodulator. Der Diodenmodulator wird von einem Verstärker/Emitter-Nachlaufpaar getrieben, welches den Strom (und somit die Impedanz) in einer Diode variiert und somit eine Variation der Signalamplitude mit einem Faktor von etwa 20 db gestattet.
Der 4,5 MHz gefilterte Hilfsträger, welcher empfangen wurde, gelangt zu einer 18 MHz Phasenverriegelungsschleife, welche einen 18 MHz VCO (MC4024) , einen Zähler für die Division durch 4 (74HC74) und einen Phasendetektor (74HC86) umfaßt. Wenn das 4,5 MHz Signal vorhanden ist, treibt dieses einen Verstärker (1/4 74HC86) , welcher seinerseits einen Diodendetektor treibt. Wenn der Diodendetektionsausgang über Null liegt, verfolgt der Codetakt das ankommende Signal, in dem ermöglicht wird, daß die 18 MHz Phasenverriegelungsschleife den ankommenden 4,5 MHz Hilfsträger verfolgt bzw. dieser nachläuft. Da der 18 MHz Takt des Senders von dem gleichen 4,5 MHz Hilfsträger abgeleitet ist, verfolgt der Codetakt des Empfängers den Codetakt des Senders mittels dieses Verfahrens.
Ein gesonderter 8200 Bit pro Sekunden Suchtakt (LM566) bewirkt, daß der Empfängertakt von den nominal 18 MHz dadurch verschoben wird, daß Taktimpulse bei den 8200 Impulsen pro Sekunde gestrichen werden. Hierdurch wird andererseits bewirkt, daß der Empfängercode mit einer Rate von 8200 Bits pro Sekunde langsamer als der Sender arbeitet, wenn der Empfängercode nicht mit dem Sendercode synchroniert ist.
Sobald der 4,5 MHz Hilfsträger erkannt wird (was bedeutet, daß die Codes synchron vorliegen müssen), wird die Taktimpulsstreichung verhindert, die 18 MHz Schleife verriegelt und der Empfänger verfolgt das übertragene Signal.

ZUSAMMENFASSUNG DER ELEKTRONISCHEN UNTERSCHIEDE ZWISCHEN PROTOTYP UND PRODUKTION

Nachstehend wird eine Auflistung der Unterschiede zwischen den Sendern und Empfängern gemäß Prototyp und Herstellung angegeben.
1. Beim Prototyp werden 60 MHz als IF eingesetzt. Hierdurch vereinfacht sich die Konstruktion, da die Teile (Filter und Resonatoren) für 60 MHz leichter als für 72 MHz erhältlich sind.
2. Der Prototyp hat keine Tonvorverstärkung, AGC, Begrenzung oder Vorverzerrung. Diese Änderungen sind für die Prototypentwicklung nicht notwendig, lassen sich aber leicht verwirklichen, um die Leistungsfähigkeit bei der elektronischen Produktion zu verbessern.
3. Der Prototyp nutzt diskrete Oszillatoren anstelle von üblichen Frequenzsynthesizern, welche beispielsweise bei der Herstellung der Elektronik eingesetzt werden.
4. Der Bandwählschalter wird beim Prototyp nicht vorgesehen.
5. Beim Empfänger gemäß Prototyp wird die IF verschoben, um ein Einführungsseitenband IF Signal zu erzeugen. Dieses Signal wird dann zu einem Zwischenträger (Videogrundband plus FM Tonträger) Signal demoduliert, welches dann amplitudenmoduliert und dem VHF-Kanal 3 des Fernsehempfängers zugeleitet wird. Beim Produktionsmodell wird die IF nicht verschoben, da die RF-Signale auf das Grundband beim Video und Ton demoduliert sind. Diese Signale werden dann auf VHF-Kanal 3 oder 4 amplitudenmoduliert, was vom Anwender gewählt werden kann.
Im Vergleich zum Prototyp werden bei der Produktionseinheit die folgenden Änderungen zur Verstärkung der Vorteile der Erfindung vorgenommen:
1. Tonfrequenzfilter werden mit Chipkondensatoren und Gyrator (synthetische Induktoren) Schaltungen zusammengesetzt.
2. Das Herstellungssystem wird derart ausgelegt, daß überwiegend unabgestimmte Verstärker eingesetzt werden, wodurch eine geringere Anzahl von Einzelkomponenten erforderlich ist.
3. Die Mischer sind "Aktivmischer" bei welchen einige wenige einzelne Komponenten benötigt werden.
4. Die Oszillatoren sind entweder alle kristallgesteuert oder mittels Oberflächenwellen gesteuert, wozu keine Abstimmkomponenten erforderlich sind.
5. Eine Oberflächenüberlagerung wird genutzt.
6. Keramikfilter mit fester Frequenz werden soweit als möglich eingesetzt.
Nachstehend wird eine Tabelle der elektronischen Komponenten des Kameramodulsystems angegeben, welche soweit als möglich zu kombinierten Komponenten integriert sind, und die Art und die Verarbeitung der eingesetzten integrierten Schaltungen sind angegeben. Tabelle I Kameramodul-Zusammenstellungstabelle NAME VERARBEITUNG IDENTIFIKATIONSNUMMERN BLÖCKE UND ZEICHNUNGEN Ton Sync Generator Video CCD Logik FREQ. SYNTH. HF MISCHER R/C D/A Tonvorverstärker - 132 AGC-Verstärkung + Begrenzung - 134 Vorverzerrungsverstärker - 136 Tonausgangsverstärker - 138 Tonmodulator - 140 XTAL - 120 Frequenzteiler - 122 Sync. Generator - 118 Vertikalzeilenzähler - 124 Horizontalpixelzähler - 126 Pausensteuerungscodierer - 128 Video Vorverstärker - 102 Regeldetektor - 104 AGC-Verstärker - 108 Regeldetektor - 112 Video-Verstärker - 114 Video-Verarbeitung - 116 Video-Ausgangsverstärker - 130 Detektordiode - 110 CCD-Bildabtastung - 100 Bandwahl Codegenerator - 148 Freq. Synthesizer - 142 PLL - 146 Mischer - 150 Verstärker - 152 Mischer - 154 S.A.W. Oszillator - 156 Summierer - 141 Verstärker - 166 Mischer - 168 3-Stufen IF Verstärker - 172 FM Quad. Detektor - 174 Ausgangsverstärker - 176 Wellenformformung - 178 Addressdecodierer - 180 Datendecodierer - 182 D/A Wandler - 186 Energiesparer - 192

FUNKSTEUEREMPFÄNGER

Fig. 12 verdeutlicht einen Funksteuer (RC)-Empfänger 32, welcher derart ausgelegt ist, daß er als ein Eins-aus-Sechs Band, Achtkanalempfänger arbeitet, wobei eine Pulscodemodulation mit hoher Datenintegrität (PCM) im 27 MHz Band eingesetzt wird. Der Empfänger 32 enthält auch eine Energiespareinrichtung, welche die Ton/Videoübertragung drei Minuten nach dem Ende der R/C Information und deren Aktualisierung desaktiviert und automatisch die Ton/Videoübertragung bei Empfang von aktualisierten R/C Informationen reaktiviert. Dieses Merkmal ist insbesondere für Spielzeuge wesentlich, welche von sehr kleinen Kindern betrieben werden, welche möglicherweise das Ausschalten des Spielzeugs vergessen können. Dieses Merkmal ist eines von vielen Beispielen bei der Erfindung, mit welchen speziellen Einzelheiten diese noch vervollständigt und an den tatsächlichen Einsatz im Hinblick auf spezielle Erfordemisse der Spielzeugindustrie angepaßt werden können.
Die 27 MHz Signale (26,995 MHz, 27,045 MHz, 27,095 MHz, 27,145 MHz, 27,195 MHz, 27,255 MHz) werden von der Antenne 22 über die Verbindung 162 empfangen und über einen Bandpaßfilter 164 an einen Breitbandverstärker 166 angelegt, welcher einen AGC Eingang umfaßt. Dieses Signal wird dann mit dem Mischer 168 mit einer 16,3 MHz Frequenz gemischt, welche vom Frequenzsynthesizer 142 geliefert wird. Das Produkt geht dann durch einen 10,7 MHz Keramikbandpaßfilter 170 zu einem Dreistufenzwischenfrequenzverstärker 172. Der IF Verstärkungsausgang wird dann über einen FM Quadraturdetektor 174 demoduliert, wobei ein Teil dieses Signales FED zu dem AGC Eingang des Verstärkers 166 zurückgeführt wird und mit Hilfe des Ausgangsverstärkers 176 nochmals verstärkt wird. Das Signal wird dann mit Hilfe einer Wellenformungseinrichtung 178 zu einem Ausgangsdigitalbitstrom geformt und konditioniert und an den Adressdecodierer 180 und den Datendecodierer 182 angelegt. Der Adressdecodierer 180 erzeugt ein Markierungssignal für jeden der acht Kanäle und führt diese dem Kameramodulverbinder 184 der Verbindungseinrichtung 60 zu. Der Datendecodierer 182 nimmt eine seriell/zu parallel Umwandlung vor und rekonstruiert die Ausgangsdaten. Diese Daten werden dann an den Digital-Analog (D/A) Wandler 186 angelegt, welcher seinerseits eine zeitmultiplexe analoge Servopositionsspannung 190 für jeden der acht Kanäle erzeugt. Der Datendecodierer stellt auch eine Statussteuerung für aktive Daten über die Sparverarbeitungseinrichtung 192 für die Gleichstromenergie des Ton/Videosenders bereit. Dieser Prozessor taktet und vergleicht diese Statussteuerung mit einem Taktsignal 194 von dem Frequenzsynthesizer 142 und koppelt die A/V Senderbatterieversorgung immer dann ab, wenn die Versorgungsenergiespar- Ausschaltsteuerung von der Kameraverbindungseinrichtung nicht aktiviert ist und drei Minuten lang eine R/C Inaktivität aufgetreten ist. Der Frequenzsynthesizer 142 liefert den Haupttakt 194 und Mehrfachbezugsfrequenzen für die Schaltungen in dem Kameramodul 2. Jede dieser Frequenzen ist phasenverriegelt auf den internen 5,12 MHz Kristalloszillator. Zusätzlich, wählt der Frequenzsynthesizer Eins-aus-Sechs Zwischenfrequenzen (16,295 MHz, 16,345 MHz, 16,395 MHz, 16,445 MHz, 16,495 MHz, 16,545 MHz) aus, welche nach Maßgabe der vorstehend beschriebenen Bandwahlstufe gewählt werden.
Obgleich bei der voranstehend beschriebenen Auslegung das 27 MHz R/C Band im allgemeinen für die Funksteuerung von Modellfahrzeugen für Luftfahrzeuge, Landfahrzeuge und Wasserfahrzeuge genutzt wird, so arbeitet diese Auslegung in gleicher Weise, wenn man die 72 MHz und 75 MHz Bänder mit entsprechenden Änderungen bezüglich der IF und der Filter nutzt.

INFRAROTÜBERTRAGUNGSSYSTEM

Während die vorstehenden Ausführungen sich auf ein RF Ton- Videoübertragungssystem bezogen, stellt eine attraktive Alternative für die Übertragung des Ton-Videosignals vom Spielzeug zu dem TV-Modul ein Infrarotsender-Empfängersystem dar, welches speziellerweise für dieses Anwendungsgebiet ausgelegt ist. Der Infrarotsender-Empfänger ersetzt den Funkfrequenzton-Videosender und Empfänger gemäß der voranstehenden Beschreibung und bringt im Vergleich zu einem solchen System den Vorteil mit sich, daß man keine Übertragungsfrequenzen nutzt, welche zu Fünkfrequenzinterferenzen führen können, so daß ein derartiges System keine FCC Betriebsgenehmigung bei niedrigen Leistungswerten erforderlich macht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13 ist eine Gesamtauslegung des Grundkonzepts auf dem Hintergrund eines Infrarotübertragungssystems in Form einer erfindungsgemäßen Auslegung verdeutlicht. Unter Einsatz dieses Konzepts wurde ein Infrarotmast 196 irgendwo im Spielbereich aufgestellt, welcher einen Empfänger 198 enthielt und welcher mehr oder weniger mittig in dem Bereich liegt, auf welchem das Spielzeug hier betrieben werden soll. Der Infrarotempfänger 198 wandelt das von dem Infrarotsender 200 im Spielzeug empfangene Signal in ein Videosignal um, welches dann zu dem TV-Modul 6 mit Hilfe einer Koaxialleitung 202 übertragen wird. Mehr als ein Infrarotmast kann eingesetzt werden, um eine große Spielfläche abzudecken, wobei in einem solchen Fall ein weiterer Infrarotmast 204 "angekettet" werden kann, wozu Verlängerungskoaxialkabel 206 eingesetzt werden, welche über den Spielbereich hinweg verlaufen. In diesem kann ein adäquates Signal empfangen werden. Zahlreiche Veränderungen hinsichtlich der Lage der Empfänger sind möglich, so daß ein flexibler Einsatz im Spielbereich in Abhängigkeit von dem Aktionsbereich des Infrarotsender-Empfängersystems in der Anzahl von eingesetzten Masten ermöglicht wird.
Fig. 14 verdeutlicht ein schematisches Diagramm eines Infrarotsenders 200, welcher bei der Erfindung zum Einsatz kommt. Der Videoeingang von der Kamera wird einem Verstärker 208 und einem Vorverzerrer 210 zugeleitet, bevor er im Summierungsverstärker 212 mit dem Toneingang verknüpft wird, welcher durch einen Tonvorverzerrer 214 und einen FM Modulator 216 vor der Summierung gegangen ist. Der Ausgang des Summierverstärkers 212 ist ein NTSC Verbundvideosignal, welches dann durch einen FM Modulator 218 frequenzmoduliert wird und zum Treiben der Infrarotsendeleuchtdiode (LED) 220 genutzt wird. Der Ausgang des Infrarotsenders LED 220 ist ein frequenzmoduliertes Lichtsignal im Infrarotspektrum, dessen exakte Frequenz von der gewählten LED abhängig ist.
Fig. 15 zeigt den Infrarotempf änger 198 nach der Erfindung, welcher als ein Detektor eine Fotodiode 222 einsetzt, deren Ausgang einem FM Demodulator 224 zugeleitet wird, um das NTSC Verbundvideosignal 228 zu rekonstruieren, das vom Sender 200 übertragen wurde. Ein Filter 226 wird genutzt, um das Videosignal 229 und das Tonsignal 230 zu trennen. Das Videosignal 229 geht durch einen Pufferverstärker 232 bevor es zu einem 75 Ohm Videokabel 234 weitergeleitet wird. Im TV-Modul 6 wird das Videosignal anschließend durch den Modulator 236 in geeigneter Weise verstärkt, um den Fernsehantenneneingang mit den VHF Frequenzen abzuleiten. Das Tonsignal 230 geht durch einen Bandpaßfilter 238 und den FM Demodulator 240, um das Tonsignal in der Form zu rekonstruieren, in der es vor der Verstärkung und der Modulation im Sender vorhanden war. Dieses Signal wird dann mit Hilfe des Verstärkers 242 verstärkt und einem 600 Ohm Tonkabel 244 zugeleitet, um den Modulator 236 oder alternativ einen Lautsprecher 245 im TV-Modul 6 zu betreiben.
Fig. 16 verdeutlicht eine Auslegung, welche für einen Infrarotsender 200 genutzt werden kann. Dieses System nutzt die Infrarotdiode 248 als Senderenergiequelle und der Ausgang der Diode 248 wird über eine Sammellinse 250 auf einen Innenreflektor 252 gegeben, welcher den Ausgang über eine infrarottransparente Linse 254 fokussiert, welcher eine Linsenkrümmung hat, welche derart beschaffen ist, daß man das erforderliche vertikale Raummuster erhält. Der Aufbau des Senders umfaßt ein Kunststoffgehäuse 256, welches ein Grundteil 258 und ein oberes Teil 260 umfaßt. Das obere Teil 260 hat einen darin eingeformten Reflektor 252 und zwischen diesem und dem Grundteil 258 ist die im wesentlichen zylinderische Linse 254 angeordnet, welche als eine Halterung für die Infrarotdiode 248 und die Linse 250 dient.
Fig. 17 verdeutlicht die Auslegung eines Infrarotempfängers 198 der Bauart, welche bei einem Infrarotempfängermasten 196 eingesetzt wird. Der Empfänger 198 macht sich die Konstruktion ähnlich des Senders 200 zunutze, in dem mittels Zusammenschalten ein gekrümmter Kollektor 262 das ankommende Licht durch eine Filterlinse 264 sammelt und dieses durch eine Fokussierlinse 266 auf einen Infrarotdetektor 268 richtet, welcher in der Basis des Gehäuses 270 des Empfängers angebracht ist. Die Linse 266 dient zum Sammeln des Infrarotsignales, welches auf die Linse vom Reflektor 262 gerichtet wird und fokussiert dieses auf den aktiven Bereich des Detektors 268. Der Reflektor 262 ist in dem oberen Teil 272 des Gehäuses 274 ausgebildet. Das obere Teil 272 hat auch eine darin ausgebildete obere Fläche einer Lichtabschirmung 278, um das Eintreten von Streulichtstrahlung von Quellen oberhalb des Empfängers 198 zu verhindern. Das obere Teil 272 und das untere Teil 270 haben dazwischenliegend eine Filterlinse 264, wenn sie zusammen das Gehäuse 274 bilden. Die reflektierende Fläche 262 wird von einer silbrigen Schicht auf der Reflektoroberfläche gebildet, welche im Material des oberen Gehäuses 272 ausgeformt ist.

TV-Modul

Der TV-Modul führt die folgenden Funktionen bei der Erfindung aus:
1) empfängt und demoduliert das Ton/Video FMDS Signal oder IR Signal;
2) remoduliert die Ton/Videogrundbandsignale im NTSC Fernsehkanal 3 oder 4 zu einem RF Signal;
3) decodiert das Pausensteuersignal für die Fernsteuerung eines externen Videokassettenrekorders; und
4) erzeugt und überträgt die impulscodemodulierten Funksteuersignale, welche von einem Bedienungseingang über Steuerhebeleingänge abgeleitet werden,
5) wählt einen der Kanäle aus, welche am Kameramodul für die R/C Übertragung und den Ton/Videoempfang mit Hilfe eines Kanalwählschalters gewählt wurden.
Jede der vorstehend genannten Funktionen wird nachstehend anhand der Beschreibung und der beispielhaften Zeichnungen näher erläutert.

TON/VIDEOEMPFÄNGER

Fig. 18 verdeutlicht den Ton/Videoempfänger 46, welcher derart ausgelegt ist, daß er das Ton/Videosignal von dem vorstehend beschriebenen Sender 30 empfängt. Die Ton- und Videosignale, welche empfangen wurden, werden remoduliert auf VHF Kanäle 3 oder 4 zum Empfangen mittels eines Standard (NTSC) Fernsehempfängers.
Das Breitbandsignal wird von der Antenne 26 über ein 915 MHz Doppelspiralresonatorbandpaßfilter 278 an einen AGC Verstärker 280 angelegt. Der Ausgang von diesem Verstärker wird dann aktiv mittels eines Mischers 282 mit dem Produkt des 18 MHz Direktsequenzdehnungscodes gemischt, welcher von dem Codegenerator 284 und dem 843 MHz S.A.W. Bezugsoszillator 286 erzeugt wurde. Die Vermischung erfolgt im Mischer 288 und es erfolgt eine Verstärkung mittels eines Verstärkers 290. Dieser erzeugt eine 72 MHz IF Frequenz, welche dann an einen Flankendiskriminator 292 angelegt wird. Im Flankendiskriminator 292 wird das Signal zuerst durch einen Bandpaßfilter bei 72 MHz mittels eines Bandpaßfilters 294 geleitet, mittels eines Verstärkers 296 verstärkt und dann an einen Einhüllendendetektor 298 angelegt. Der Ausgang des Einhüllendendetektors 298 wird dann an den AGC Eingang des 915 MHz Verstärkers 280 und an den 4 MHz Tiefpaßfilter 300 angelegt, welcher das originale Grundbandvideosignal ausgibt. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 300 wird auch an den Videozeilenzähler 302 angelegt, welcher Pausensteuerinformationen aus der Videozeile 15 decodiert und diese zu einem Pausensteuerrelais 304 weitergibt. Der Ausgang des Einhüllendendetektors 298 wird auch über einen 4,5 MHz Keramikbandpaßfilter 306 durchgeleitet, welcher den Tonhilfsträger an den Quadraturdetektor - Tondemodulator ausgibt, welcher als ein Tondiskriminator 308 wirkt und welcher das originale Grundbandtonsignal ausgibt.
Das Tonhilfsträgersignal wird auch an die Phasenverriegelungsschleife [PLL] 310 angelegt, welche die 18 MHz Taktfrequenz für den Synchrondetektor 312 und den Codegenerator 284 erzeugt. Der Synchrondetektor 312 ermöglicht eine Synchronaustastung im Vergleich zu dem Codegenerator 284, indem verhindert wird, daß periodische Taktimpulse den Codegenerator 284 erreichen. Dieses Austasten tritt nur auf, bis der Codegenerator 284 mit den Sendercodegeneratorcodes verriegelt ist. Der Code wird um einen kompletten Zyklus in etwa einer Sekunde verschoben. Unter Einsetzung dieses Systems beläuft sich somit die maximale Verzögerung vor der Sperrung auf eine Sekunde. Der Codegenerator 284 und die Bandwähllogik 314 stimmen mit jenen Teilen überein, die im Zusammenhang mit dem Ton/Videosender beschrieben wurden. Die Ton- und Videogrundbandsignale werden dann durch einen TV-Modulator 316 auf den TV-Kanal 3 oder 4 remoduliert und einem Antennenrelais 318 zugeführt, welches die TV Antennensignale durch den Ausgang des Modulators jedes Mal dann ersetzt, wenn die Wechselstromversorgung des TV-Moduls eingeschaltet ist.

R/C SENDER

Fig. 19 verdeutlicht einen Funksteuer (R/C) Sender 50, welcher derart ausgelegt ist, daß die Positionsinformationen eines Bedienungssteuerhebels 16 in ein elektrisches Signal umgewandelt werden und dann diese Informationen an einen kompatiblen Funkfrequenzempfänger 32 im Spielzeug 4 gemäß der voranstehenden Beschreibung übertragen werden.
Die Steuerhandgeräte 16 liefern in typischer Weise ein 0-5 Volt Proportionalsignal etwa 30 mal in einer Sekunde an eine Analogdatenwähl- und Multiplexeinrichtung 320, welche sequenziell mittels des Adressgenerators 322 adressiert wird. Der Ausgang des Analogmultiplexors 320 wird an einen Analog/Digital (A/D) Wandler 324 angelegt und man erhält einen Ausgang in Form von 8 Bit Paralleldaten zu dem Parallel-Zug-Seriell-Wandler 326. Der Parallel-Zug-Seriell- Wandler 326 erzeugt eine impulscodemodulierte (PCM) Serienbitfolge, welche Wortsynchronisierungsinformationen, Kanaladressen und Kanaldaten enthält. Der Steuer- und Adressgenerator 322 empfängt einen 4800 Hz Takt von dem Frequenzsynthesizer 328, welcher eingesetzt wird, um Steuerhebel- und Kanaladressen zu erzeugen und die Zykluszeit für den A/D Wandler 324 zu konvertieren. Der Ausgang des Parallel-Zug-Seriell-Wandlers 326 wird an einen Bereichsumschaltverstärker 330 angelegt, welcher eingesetzt wird, um die Varactor-Diode 332 zu treiben, welche aufgrund einer Frequenzverschiebeverschlüsselung (FSK) ein 27 MHz Spannungssignal moduliert, welches vom Oszillator (VCO) 329 im Innern des Frequenzsynthesizers 328 gesteuert wird. Der Frequenzsynthesizer 328 erzeugt die geeignete 27 MHz Frequenz basierend auf dem gewählten Band ähnlich wie dies voranstehend im Zusammenhang mit dem Sender beschrieben wurde. Der FSK Ausgang von dem Frequenzsynthesizer 328 wird zu einem abschliessenden Leistungsverstärker 334 weitergeleitet, der Ausgang des Verstärkers 334 wird an einen 27 MHz Bandpaßfilter 336 und an die TV-Modul-Antenne 20 angelegt.

KAMERAMODULKONSTRUKTION

Unter Bezugnahme auf Fig. 20 wird der Kameramodul 2 nach der Erfindung derart gestaltet, daß er in zweckmäßiger Weise die meisten der wesentlichen Elemente aufnimmt und verknüpft, welche der Fernsehkamera, dem Ton/Videosender und dem R/C Empfangsuntersystem zugeordnet sind. Der Kameramodul 2 umfaßt ein wasserdichtes Gehäuse 338, welches in zwei Teilen ausgelegt ist, einem vorderen Teil 340 und einem hinteren Teil 342, welche an ihrer Verbindung 344 mittels einer elastomeren Dichtung 346 abgedichtet sind, in einem hinteren Teil des vorderen Gehäuses 340 angebracht ist. Die Dichtung 346 dichtet auch die darin enthaltenen Schaltungsplatten ab und hält diese in ihren Positionen und drückt die CCD Brennebene 100 in Richtung nach vorne gegen die Brennebenenanschläge 370.
Das Linsensystem 36 ist im vorderen Gehäuse 340 angebracht und enthält die Linsenelemente 68, 70, wie dies voranstehend beschrieben wurde, um eine Weitwinkellinsenkonfiguration bereitzustellen, wenn eine Kombination mit einem Linsenelement 72 vorhanden ist, welche am hinteren Teil des Linsengehäuses 348 angeordnet ist und welche über die Brennweite der Linse 350 in Richtung auf die CCD Brennebene 100 wirkt. Ein Tonmikrofon 8 (in dieser Figur nicht gezeigt) ist in der Nähe der Linse 36 angebracht und liefert ein elektrisches Signal an eine der beiden elektronischen Schaltungsplatten 352, 354, welche in dem Körper des Kameragehäuses vorgesehen sind, so daß man eine Verknüpfung von Videokamera, Sender und Empfänger hinsichtlich der elektronischen Auslegung nach Maßgabe der voranstehenden Beschreibung erhält. Die Verbindungseinrichtung 184 ist derart ausgelegt, daß sie in Eingriff mit einem externen Verbinder 356 kommt, wenn dieser Verbinder 356 durch eine Öffnung 358 in das hintere Teil des Gehäuses 342 eingeführt wird. Eine sich drehende Tür 360 ist derart ausgelegt, daß das Eindringen von Fremdstoffen oder kontaminierenden Stoffen verhindert wird, wenn der Modul nicht in Gebrauch ist. Ein Kugelgelenkhaltesystem 362 nimmt eine externe Kugelhalterung 364 auf, um hierdurch zu ermöglichen, daß der Kameramodul 2 um die Kugelhalterung 364 drehbar ist, so daß das Bildfeld in eine gewünschte Richtung ausgerichtet werden kann. Eine elastomere Scheibe 365 ist in das Haltesystem 362 eingesetzt, um die Kugelhalterung 364 vorzubelasten, wenn diese eingesetzt ist, um zu verhindern, daß der Kameramodul 2 sich um die Kugelhalterung 364 in unerwünschter Weise bewegt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 21, welche eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung des Kameramoduls 2 zeigt, ist eine transparente Objektivlinsenanordnung 68 im vorderen Ende des Körpers vorgesehen und schützt die innenliegenden Komponenten der Linse 36, die Irisanordnung 34 und die CCD Brennebene 100. Die elektronischen Einrichtungen umfassen ein Paar von Schaltungsplatten 352, 354, welche übereinander liegen, wobei die Ladungskopplungseinrichtung (CCD) Brennebene 100 im vorderen Teil des Moduls liegt und am hinteren Teil ein Mehrstiftverbinder 184 vorgesehen ist. Diese Kernanordnung läßt sich in das Gehäuse 340 von hinten her einschieben und sie wird mittels einer hinteren Kappe 342 gehalten. Die gewünschte Widerstandsfähigkeit wird dadurch erzielt, daß man einen stoßfesten Kunststoff, wie Polycarbonat für das zweiteilige Gehäuse wählt. Dieses Material hat eine kombinierte Festigkeit und Dimensionsstabilität, um eine genaue Positionierung der Vorsprünge und in Miniaturbauweise ausgebildete Gewindeöffnungen als integrale Teile der Auslegung zu ermöglichen.
Die äußere Linsenanordnung wird mittels Preßsitz in das Gehäuse eingesetzt. Die optischen Elemente des Linsensystems haben einige kennzeichnende Merkmale, welche für die Auslegung nach der Erfindung bestimmt sind. Die äußere Linsenfläche 66 der Objektivlinse 68 ist eben und somit abriebbeständiger als eine konvexe Fläche. Ein Cyanacrylat- oder Silikondichtmittel wird bei dem Einbau zusätzlich vorgesehen, um wasserdichte Verbindungsstellen zu bekommen. Das ausgeformte Gehäuse 340 umfaßt abgestufte Ausnehmungen 348 und 370, welche zur Plazierung der Linsengehäuseelemente und der Brennebene dienen. Das hintere Teil der optischen Anordnung umfaßt das geformte Linsenelement 72, welche unter Anlage gegen die Schulter 345 vorgesehen ist und umfaßt eine Ausnehmung 372, um die Iris 34 aufzunehmen. Obgleich eine Festkörperiris der Flüssigkristallbauart vorgesehen sein kann, wenn diese in ausreichender Weise für diese Anwendung fortentwickelt ist, ist eine einfache elektromechanische Einheit von an sich bekannter Bauart in dem vorderen Teil in der Nähe des Mikrofons 8 der Kamera gezeigt. Zwei sich bewegende Flügel 90, 92 bilden eine sichelförmige Irisapertur, wenn sie in Gegenrichtung mit Hilfe von Zahnrädem 94, 96 über ein kleines Zahnrad an dem Irissteuermotor 38 angetrieben werden, welcher auf ein Signal proportional zu der Signalgröße an der Brennebene von der Kameraschaltung entsprechend den vorstehenden Ausführungen anspricht. Ein Kanalwählschalter 374 ist in dem Körper des Kameramoduls vorgesehen, um die Wahl eines von sechs Kanälen zu ermöglichen, wie hier zum Betreiben des Ton/Videosender- und R/C Empfängersystems verfügbar sind. Der Schalter wird betätigt, indem eine Münze oder ein anderer ähnlicher Gegenstand in den Schlitz 376 in den Schalter 374 eingeführt und eine Drehbewegung ausgeführt wird.
Das Tonmikrofon 8 liegt in der Nähe der Iris 34 und ist abgedichtet gegen Schlitze 379 in dem Gebäuse unter Verwendung einer mylar Membrane 380. Diese Dichtung ermöglicht, daß die Nase des Kameramoduls für kurze Zeiträume in Wasser getaucht werden kann. Wenn die Kamera in ein wasserbeständiges Zusatzgehäuse eingesetzt ist, kann der Kameramodul bei Modellschiffen oder in nassen Umgebungen eingesetzt werden.
Wie in Fig. 21 gezeigt ist, wird das von dem Linsensystem 36 abgebildete Bild auf einen Luftspalt auf der Oberfläche der CCD Brennebene 100 fokussiert. Hinter der Brennebene umfaßt die CCD Brennebenenanordnung Bildverarbeitungsschaltungen, welche in einem Verbindungsteil 184 enden, welches direkt an die Schaltungsplatten 352, 354 angelötet ist. Eine CCD-Tragkonstruktion 368 bricht das Vorderteil der oberen und unteren Schaltungsplatten 352, 354. Der Anpreßdruck von der hinteren Elastomeredichtung 346 hält die CCD Brennebene 100 gegen die CCD-Tragkonstruktion 368 im Gehäuse.
Wenn immer möglich erfüllen die Komponenten des Kameramoduls mehr als eine Funktion. Die integrale Kugelgelenkhalterung 362, welche die Drehhaltekugel 364 aufnimmt, ist lediglich als ein Beispiel zu verstehen. Diese Komponente, welche in der Nähe des Schwerkraftmittelpunkts des Kameramoduls 2 liegt, liegt auch in der Nähe der Mitte der gedruckten Schaltungsplatten 352, 354, welche an der lösbaren Kernanordnung 378 angebracht sind. Im Einsatz überspannen diese den Innenraum zur Übertragung von Belastungen auf die andere Seite des Gehäuses 338. Es ist mit Hilfe eines Schraubgewinderings 380 von der Außenseite her fest angebracht. Somit dient die Kugelgelenkhalterung 378 nicht nur als eine Stehhalterung für die Platten, sondern sie stellt auch eine elektrische, Verbindung über eingegossene Leitungen her, welche an der jeweiligen Platte angelötet sind.
Für den Fachmann ist zu ersehen, daß die vorstehend beschriebene Erfindung eine wesentliche Verbesserung bei funkgesteuerten Spielzeugen darstellt, da sie ermöglicht, daß die Bedienungsperson sowohl den Anblick des Miniaturmodells oder Spielzeugs als auch den diesen umgebenden Spielbereich genießen kann und daß man eine einfache, widerstandsfähige und relativ billige sowie kompakte Einheit erhält. Obgleich die Erfindung im Zusammenhang mit einem Spielzeug beschrieben wurde, welches hauptsächlich auf Land eingesetzt wird, sind die Komponenten des Systems derart beschaffen und ausgelegt, daß sie auch für Luft- oder Wasserspielzeuge geeignet ist, wobei versenkbare Spielzeuge oder Spielzeuge miteingeschlossen sind, welche direkt von einem Kind gehandhabt werden können, wobei die Rückkopplung zum Kind von einer sich in Entfernung befindenden Aufsichtsperson erfolgen kann, welche die Arbeitsweise des Spielzeugs über einen Fernsehschirm oder einen Monitor beobachten kann. Die einzigartige Darstellung der Ansicht des Spielzeugs bei der Erfindung stellt eine nahezu unbegrenzte Einrichtung zur Ausweitung des Reizes von funkgesteuerten Spielzeugen dar, obgleich man eine wirtschaftliche und den Erfordernissen der Spielzeugindustrie genügende Herstellbarkeit erfüllen kann. Frühere funkgesteuerte Spielzeuge hatten keine realistische Bewegung bereitgestellt, da die Geschwindigkeiten nicht in äquivalenter Weise mit Hilfe des Maßstabs, auf 4 bis 700 km pro Stunde für Modellfahrzeuge und für Luftfahrzeuge mit sehr hohen Geschwindigkeiten abgestellt waren, wobei es sich um Geschwindigkeiten handelt, die für die menschliche Reaktion zu groß sind, wenn man von dem Blickfeld vom Innern des Fahrzeugs ausgeht, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Die Erfindung kann daher für langsamere Geschwindigkeiten eingesetzt werden, woraus sich eine Verbesserung hinsichtlich der Sicherheit, der Widerstandsfähigkeit und der "Einsatzfreundlichkeit" ergibt, da eine leichte Bedienung auch für kleine Kinder möglich ist. Hierdurch kann der Anreiz derartiger Spielzeuge für kleine Kinder vergrößert werden, welche bisher daran gehindert waren, funkgesteuerte Spielzeuge aus den vorstehend genannten Gründen und unter Berücksichtigung der Kosten zu genießen.

Claims

1. Funkgesteuertes Spielzeug, welches folgendes hat:

einen ersten Modul (2), welcher eine Fernsehkamera (28) aufweist, welche ein Weitwinkelobjektiv (36) hat, eine Einrichtung (32) zum Empfangen der Funksteuersignale von einer entfernt liegenden Stelle und eine Einrichtung (30) aufweist, um ein Videosignal, welches von der Fernsehkamera erzeugt wurde, zu der entfernt liegenden Stelle zu übertragen,

einen zweiten Modul (18), welcher Steuerungen aufweist, die durch eine einzige Bedienungsperson bedienbar sind, um kodierte, elektrische Steuersignale zur Übertragung zu erzeugen,

einen dritten Modul (6), welcher eine Einrichtung (50) zum Übertragen eines Funksteuersignales, welches die kodierten, elektrischen Steuersignale enthält und eine Einrichtung (46) zum Empfangen des Videosignals aufweist, welches vom ersten Modul (2) übertragen wurde,

eine Einrichtung (10) zum Anzeigen des mittels des Empfängers im dritten Modul (6) empfangenen Signals,

und eine Einrichtung zum Anbringen des ersten Moduls am Spielzeug (4) derart, daß die Fernsehkamera (28) derart ausgerichtet ist, daß sie im Gebrauchszustand einen Blick auf die Umgebung des Spielzeugt zuläßt, um ein Manövrieren des Spielzeugs zu ermöglichen, wobei das Videosignal von der Fernsehkamera diesen Sichtbereich wiedergibt und von einer Bedienungsperson genutzt werden kann, um die Steuersignale zu bestimmen, wobei eine Energieeinricntung (44) zur Versorgung däs ersten Moduls vorgesehen ist, und wobei eine Servoeinrichtung (42) durch die Einrichtung (32) betreibbar ist, um Funksteuersignale im ersten Modul zu empfangen und das Spielzeug zu bewegen.

2. Spielzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsehkamera (28) eine ladungsgekoppelte Einrichtung in der Brennebene (100) umfaßt.

3. Spielzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zur Übertragung des Videosignals einen Infrarotsender und Empfänger (200) aufweist, und daß die Einrichtung (46) zum Empfangen des Videosignals einen Infrarotdetektor und Empfänger (198) aufweist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Modul (2) eine Einrichtung (8) umfaßt, um Geräusche festzustellen und die Geräusche in ein elektrisches Signal umzuwandeln, daß die Einrichtung (30) zum Übertragen des Videosignals eine Einrichtung zum gleichzeitigen Übertragen des elektrischen Signals unter Zuordnung zu dem Geräusch umfaßt, und daß der dritte Modul (6) eine Einrichtung zum Reproduzieren des Geräusches entsprechend den vom ersten Modul übertragenen Signalen umfaßt.

5. Spielzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zur Übertragung des Videosignals ein Funkfrequenzmodulationssystem aufweist, bei dem diskrete Trägerfrequenzen durch eine vorbestimmte Code-Folge moduliert werden, um die Übertragungsenergie auf eine große Bandbreite zu verteilen.

6. Spielzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation mit Hilfe einer Zweiphasenmodulation (BPSK) Code-Folge mit vorbestimmter Datenübertragungsgeschwindigkeit erfolgt.

7. Spielzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Datenübertragungsgeschwindigkeit für die Zweiphasenmodulationsverarbeitung 18Mbps beträgt.

8. Spielzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungen (18) Handsteuereinrichtungen (16) aufweisen, mittels denen Schaltungen mit regelbaren Widerständen betrieben werden können.

9. Spielzeug nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 8 in Abhängigkeit von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarottransmitter (200) eine Einrichtung (250) zur Modulation einer Infrarotquelle (248) und eine Einrichtung (252) zur direkten Abstrahlung von der Quelle in einem im wesentlichen horizontalen 360º Muster umfaßt.

10. Spielzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (252) zur Lenkung einen gestürzt angeordneten, im wesentlichen konusförmigen Reflektor aufweist, dessen Spitze zur Quelle (248) weist.

11. Spielzeug nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (278), welche das Auftreffen der Strahlung von einer Überkopfquelle auf den Infrarotdetektor (268) und den Empfänger (198) verhindert.

12. Spielzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung (262) derart arbeitet, daß das Auftreffen der Strahlen auf den Empfänger (198) zum Detektor (268) reflektiert wird.