测脚装置 【技术领域】
本发明涉及用于确定鞋码及鞋垫类型的人脚测量领域。更具体地讲， 本发明涉及 一种用于光学测量人脚的装置， 该装置不包括电动机及运动部件。背景技术
自从人们开始穿鞋以来， 就一直存在如何获得准确的脚部测量尺寸的问题。多年 来， 已经提出了很多用于二维测量人脚长度和宽度的各种不同复杂程度的设备， 以提供适 合的鞋子及鞋垫。其中， 具有代表性的设备是查尔斯布兰诺克 (Charles Brannock) 在美国 专利 1,725,334 中所公开的布兰诺克设备， 每个曾经去过鞋店的人都非常熟悉该设备， 其 基本上由安装在索引基板 ( 指示基板 ) 上的两个滑片组成， 以确定脚的长度及宽度。
从布兰诺克年代， 技术开始改进， 开始有各种类型的压力传感器及感光传感器以 测量脚部的长度及宽度。在美国专利 5,659,395 中公开了一种系统， 其对现有的人脚测量 系统进行了某种程度的改进。该专利中所公开的系统利用一种测压垫装置组合， 该测压垫 装置环绕有一红外发光二极管 (LED) 线性阵列以及位于相对侧边的两列相应的起探测器 作用的光电晶体管， 其中， LED 位于每一测压垫两侧的周边。长度和宽度的测量可通过测压 垫提供的信息与来自红外阵列数据相结合而确定， 该红外阵列数据指出了在发射器与接收 器间被脚所阻挡的光学路径。 另外， 这个系统还具有发射器与对应的探测器矩阵， 其可沿着 脚的周边于指定的位置处提供高度信息。 然而， 美国专利 5,659,395 有几个重大的缺点。 首 先， 测量装置相对巨大的尺寸及复杂程度使得该测量装置比较昂贵， 其可能会易于出错 ； 其 次， 测量的准确性受 LED 的大小限制， 因为如果脚落在两个发射器之间， 则会根据最后一个 被阻挡的光学路径的读取数据来确定大小， 而不考虑在两者之间的情况 ； 最后， 为了获得准 确的读取数据， 系统需要被测脚的轴严格地平行于 LED 阵列， 这在许多情况下会有困难， 如 孩子。
同一申请人已获准的专利申请 2007/0253004， 其全部内容， 包括其引用的参考文 献， 纳入本申请作为参考 ； 该申请也描述了一种用于确定脚部尺寸的测脚装置。 该测脚装置 包括一种光学手段， 其由两个发射器 / 探测器对组成， 均环绕着为每个脚设计的测压垫。脚 的测量是通过使用机械运动部件完成的， 该机械运动部件能够使得光学手段在相互正交的 方向上运动。最后， 获得的数据被存储、 分析及显示。
零售鞋店领域是一个竞争非常激烈的领域， 其中每个鞋店必须提供高水平高度的 服务以获得并维持其市场份额。 提供一个适合的系统给其顾客， 可以方便测量顾客的脚， 并 使用测量结果来提供非常合适的鞋子。 为了提供这种服务， 测量装置必须耐用、 牢固并且方 便操作 ； 必须提供准确、 方便解释的结果 ； 相关购买和操作还必须便宜。
本发明的目的是提供一种用于测量人脚长度及宽度的装置。
本发明的另一目的是提供一种用于测量人脚长度及宽度的装置， 其不包括电动机 及运动部件， 并且易于操作。
本发明的再一目的是提供一种用于测量人脚长度及宽度的装置， 其具有高度的准确性。
本发明的又一目的是提供一种用于测量人脚长度及宽度的装置， 其购买和操作相对便宜。 本发明的再一目的是提供一种在脚不正确放置在测量装置中的情况下， 用于计算 人脚准确长度及宽度的方法。
本发明的进一步目的以及优点将随着后面的说明而显露出来。
发明内容 本发明的测量装置意在对测量脚部大小的问题， 提供一种准确但廉价的方案， 以 达到选择合适大小的鞋子的目的。为了实现这一目的， 本发明的测量装置测量双脚以确定 其准确的长度和宽度。
一方面， 本发明提供了一种用于测量人脚尺寸的测量装置， 其包括 ：
a. 包含和支撑电子和光学元件的底座 ；
b. 与底座匹配以保护元件、 并在底座上表面界定出两个基本为矩形之凹槽的边缘 的外壳， 其中， 脚放入该凹槽中进行测量 ；
c. 用于提供脚的结构及其它信息的、 具有传感器矩阵的测压垫 ；
d. 若干用于脚的长度和宽度测量的发射器 / 探测器对 ；
e. 用于从测量数据计算尺寸的计算手段 ；
f. 用于显示尺寸、 结构信息及其它预设信息的显示手段。
在本发明的测量装置中， 计算手段包括软件算法， 其利用测压垫所提供的信息， 纠 正由于脚在凹槽中的错放 / 错位而引起的长度及宽度测量的错误 ； 而且， 发射器与相对应 的探测器位于两个相邻的水平列 (level， 水平线 ) 中， 其中较高的水平列偏移了一单独发 射器 / 探测器的一半宽度。
在本发明测量装置的一优选实施方式中， 光源是红外发光二极管， 且探测器是红 外敏感的光电晶体管。
计算手段与显示手段可以是本发明测量装置整体的一部分， 或者其至少一部分可 以由单独的计算单元来提供， 例如不属于本发明测量装置整体中一部分的个人电脑。
另一方面， 本发明提供了一种利用前述测量装置自动测量人脚长度及宽度的方 法， 其包括如下步骤 ：
i. 提供本发明的测量装置 ；
ii. 将脚放入凹槽内 ；
iii. 开始测量过程 ；
iv. 激活光源 / 探测器对， 进行长度及宽度测量 ；
v. 将从探测器接收到的数据发送至计算手段 ；
vi. 激活测压垫中的压力传感器 ；
vii. 将从测压垫接收到的数据发送至计算手段 ；
viii. 根据测压垫接收的数据， 计算脚的位置 ；
ix. 根据探测器接收的数据， 计算脚的表观 (apparent) 长度及宽度 ；
x. 在脚错放在测量装置的凹槽中的情况下， 激活用于纠正脚表观长度及宽度之计
算的软件算法， 从而获得脚的真实长度及宽度 ；
xi. 显示测量结果。
在本发明方法的一实施方式中， 用于进行长度及宽度测量的光源 / 探测器对是与 内置于测压垫中的压力传感器被同时激活的， 并发送至计算手段。
本发明所有以上的以及其它的特征及优点， 将会随着结合附图的以下描述及对优 选实施方式的非限定性说明， 得到进一步理解。 附图说明 图 1 显示了本发明一实施方式之测量装置的外部透视图 ；
图 2A 显示了本发明一实施方式之测量装置的内部透视图 ；
图 2B 是图 2A 中 “B” 区域的放大图， 其显示了在本发明一实施方式中， 发射器 / 探 测器 LED 的排列 ；
图 2C 是图 2A 中 “C” 区域的放大顶视图， 其显示了在本发明一实施方式中， 安装在 探测器 LED 前面的人造偏振片 ；
图 3A 显示了脚部正确放置在本发明一实施方式之测量装置中的脚部轮廓透视 图；
图 3B 显示了脚部错放在本发明一实施方式之测量装置中的脚部轮廓透视图。
具体实施方式
图 1 是显示了本发明优选实施方式之测量装置的外部透视图。外壳 2 由一种合适 的材料如耐冲击塑料制成， 其与底座 20 匹配。 外壳 2 包括两个终端连接 6， 用于通过通用串 行总线 (USB) 从电脑传送命令以控制测量装置， 同时， 测量数据读数传送回电脑。外壳在其 内部还包括一个开放的空间， 其由桥接结构 4 分成两部分， 界定了两个基本上为矩形的凹 槽 3、 3’ ， 左脚与右脚可分别放进这些凹槽进行测量。在凹槽 3、 3’ 的底部， 安装了测压垫 5、 5’ ， 它们都具有安装于印刷电路板上的压力传感器矩阵。 具有均衡压阻的传导橡胶层， 放置 在每个传感器矩阵上， 以确保每个传感器准确记录由被测脚施加在其上的压力。该测量装 置的软件可以根据所需进行， 以包括压力测量的结果， 从而给出额外的诊断信息， 如脚弓结 构。测压垫的其它使用将在后面详细描述。
图 2A 显示了本发明优选实施方式之测量装置的内部透视图。测量装置的底座 20 包括一个平板， 条板 21 通过连接手段 28 与其相连， 这些条板一起界定了凹槽 3、 3’ 的侧壁。 该侧壁由合适的材料如金属或耐冲击塑料制成。在本发明的一优选实施方式中， 条板 21 由 铝制成。所形成的空间在其表面及其内部包含并支撑了测量装置的电子及光学元件。在该 空间的顶面开设了凹槽 3、 3’ ， 以便左脚和右脚放进去进行测量。凹槽 3、 3’ 的底面覆盖有测 压垫 5、 5’ 。
通过平行安装在每个凹槽 3、 3’ 相对侧壁上的光源 / 探测器进行光学测量。在本 发明的一优选实施方式中， 光源是红外线发光二极管 (LED)， 探测器是红外敏感的光电晶体 管。测量通过由每一单独的 LED 发射器发射光束、 以及由其相应的探测器进行探测 ( 或不 探测 ) 而完成的。 首先被依次激活的是测量左脚长度的发射器 LED 24’ ； 然后是测量右脚长 度的发射器 LED 24 ； 接着是测量左脚宽度的发射器 LED 25’ ； 最后由发射器 LED 25 测量右脚的宽度。在凹槽 3、 3’ 的底部与条板 27 的下部及桥接结构 4 的底部之间有小的间隙， 以 在一个或两个凹槽没有任何物体的情况下， 形成从光源到探测器的光束的无阻碍的通道。
图 2B 是图 2A 中标示为 “B” 区的放大图， 其显示了本发明测量装置中的发射器 / 探 测器的排列。采用两列水平列的发射器与相应的探测器， 可提高本发明测量装置的测量准 确度， 其中两列水平列是彼此相邻的， 较高的那列偏移了单个发射器 / 探测器的一半宽度。
在一实施方式中， 由发射器 LED 发射的光束是波长为 940nm 的红外线， 而且探测器 能够探测 940nm 范围内的光。在低于 900nm 以下范围的光的探测， 可由安装在探测器前面 的两层人造偏振片 (Polaroid film， 或称拍立得胶片、 即人造偏振片等 )26 阻挡， 这样， 通 过过滤掉由环境光引起的杂散信号， 而改进了测量准确度。图 2C 是图 2A 所示的 “C” 区的 放大俯视图， 其显示了探测器阵列前面的人造偏振片 26。
在本发明测量装置优选的实施方式中， LED 按顺序一次启动一个， 以保证每个信号 探测器仅仅接收其对应的发射器 LED 的信号。一个脚部的完全扫描， 包括测量数据向处理 单元的传送， 是一个非常快速的过程， 大约在 3000 毫秒内完成。
如果脚部放在一个或两个凹槽 3， 3’ 内， 那么当从发射器发送的光束触及到被测脚 的第一个边缘时， 相应的探测器将不能探测到光， 且不能向处理单元发送信号。 一旦脚部不 再阻挡光束， 信号将重新取得， 随后处理单元可计算被测脚的尺寸。两只脚可以先后扫描， 或者在另一实施方式中可同时扫描。 图中没有显示出的是电子连接、 电线、 电缆等等。优选地， 本发明的测量装置是通 过 USB 电缆连接至外部设备， 如个人电脑 (PC)， 该电脑可包括用于控制测量装置的软件， 以 接受探测器与测压垫的信号， 并根据接收到的数据计算出被测脚的尺寸， 最后显示结果。 任 选地， 某些或者所有的由外部 PC 执行的操作， 可通过内置于该测量装置的计算手段与显示 手段进行。
为了把测量错误减小到最低程度， 本发明的测量装置可以编程为在被测脚放进测 量装置前， 对每对发射器 / 探测器进行自我检测， 然后将结果与脚部测量得到的数据进行 对比。这样， 软件可以中和掉任何由 LED 劣化所导致的读取误差。
另一种软件算法是在脚部测量期间自动运行的， 其用于连续值的检测， 因此如果 在信号 LED 的读取中有任何不连续的数值， 该软件则编程为将其忽略。
在本发明的一优选实施方式中， 其包括一软件算法， 该算法使用从测压垫接收到 的数据来纠正在测量装置中错放 / 错位所引起的测量错误。图 3A 是显示了脚部正确放置 在本发明测量装置中的脚部轮廓透视图。为了接收被测脚准确的尺寸， 将脚部与发射器 / 探测器阵列平行放置是非常重要的。然而， 如果脚部错放了位置， 如图 3B 所示的错放的脚 的轮廓透视图， 那么， 上述的软件算法就使用测量的结果来计算新的长度和宽度。为此， 该 软件算法找出脚上部的中心点及脚下部的中心点。 然后， 确定这些点间的角度， 最后基于该 角度计算出新的长度和宽度。 本发明的这一关键特征， 使得其可以测量任何人的脚， 包括孩 子， 因为其不需要确定的脚部位置来获得正确可靠的结果。
为了适合一双鞋的目的， 需要测量脚的人简单的脱掉他 / 她的鞋子及 ( 任选的 ) 袜子， 步入凹槽 3， 3’ 中。优选地， 脚可以与 LED 序列平行放置， 但是如上所述， 这不是必须 的。按下开始开关， 开始测量程序。在本发明的一实施方式中， 测量从左脚长度开始、 然后 是右脚长度、 接着是左脚宽度、 最后是右脚宽度。 然而， 测量可以以任何顺序进行， 其不影响
结果。起初， 在发射器 LED 与探测器 LED 之间没有任何阻挡， 只有当后脚跟边缘落下时， 光 束才被阻挡。脚宽度的测量可使用相同的方法。将来自探测器的信号消失和重现之间的长 度存储， 并用于确定每个脚所需要的鞋子尺码。
在本发明一优选实施方式中， 在需要测量脚的人步入测量装置的凹槽中并按下电 脑上的开始按钮之后， 所有的测量程序在电脑的控制下自动进行， 直到显示出最后结果， 其 中， 电脑发送命令至测量装置， 并接收从传感器返回的信号， 如果需要的话， 该信号可直接 用于操纵测量过程， 或存储起来， 以备后用。
测量结果出现在显示屏上， 并且能够以多种形式显示， 包括但不限于 ： 用厘米或英 寸显示测量结果、 推荐的鞋子尺码、 及其它信息， 如不同类型的适合尺码的鞋子的图片， 其 在商店的存货清单上是否有货或者预定送货上门。
虽然本发明的实施方式已经通过举例说明进行了描述， 但可以理解的是， 在不偏 离本发明的原则或超出权利要求保护范围的前提下， 本发明可以进行多种改变和改进。