УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ФУНКЦИИ
CONTROL DEVICE

Настоящее изобретение относится к устройству для приведения в действие по меньшей мере одной функции электронного прибора.
Электрические приборы, такие как компьютеры, все в большей мере становятся частью повседневной жизни. Они находят все большее применение на работе и дома.
Фактически, человек постоянно находится в непосредственной близости от компьютера. С одной стороны, это повышает отрицательное воздействие электронных приборов на человека, подвергая его риску и опасности, а, с другой стороны, дает значительные преимущества в повседневной жизни.
Однако в некоторых ситуациях такое излучение электронных приборов является нежелательным, и его следует избегать. Например, некоторые электронные устройства не будут работать должным образом, подвергаясь воздействию нежелательного излучения.
Более того, во влажной окружающей среде любая разновидность незащищенной электронной схемы имеет вероятность выхода из строя и/или поражения электрическим током.
Кроме того, уровень излучения, испускаемого даже стандартным электронным оборудованием, может в значительной мере влиять на здоровье восприимчивых людей.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, направленного на решение указанных проблем.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложено устройство для приведения в действие по меньшей мере одной функции удаленного электронного прибора, содержащее:
один кнопочный элемент или несколько кнопочных элементов, которые размещены в корпусе, не имеющем электронных компонентов, и и каждый из которых связан по меньшей мере с одним каналом для текучей среды;
дистанционные средства преобразования, связанные с одним или каждым каналом для текучей среды;
один или каждый кнопочный элемент установлен по отношению к своему по меньшей мере одному каналу для текучей среды с возможностью перемещения для изменения внутреннего давления в этом канале, причем указанные дистанционные средства преобразования выполнены с возможностью обнаружения изменения давления и, на основе этого изменения, подачи электрического сигнала для приведения в действие соответствующей функции удаленного электронного прибора.
Таким образом, предложено устройство, локально свободное от любых электрических или электронных цепей и способное дистанционно управлять электронным прибором, таким как компьютер. Таким образом, предлагаемое устройство способствует уменьшению вреда для здоровья, возникающего в результате близкого контакта с излучением от электрических цепей в таких устройствах как компьютерная клавиатура, мышь и координатно-указательные устройства.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения перемещение одного или каждого кнопочного элемента вызывает сжатие по меньшей мере одного канала для текучей среды для увеличения таким образом в нем внутреннего давления.
В этом варианте осуществления изобретения отсутствует необходимость использования насоса для поддержания положительного или отрицательного давления в канале для текучей среды. Следовательно, могут быть снижены производственные и эксплуатационные расходы.
В предпочтительном варианте указанный по меньшей мере один канал для текучей среды оснащен одним или несколькими расширенными участками, связанными с каждым кнопочным элементом, перемещение которого вызывает сжатие соответствующего расширенного участка.
В предпочтительном варианте каждый расширенный коробок выполнен в форме мембранной коробки.
В альтернативном варианте осуществления изобретения перемещение одного или каждого кнопочного элемента может приводить к открытию одного или нескольких отверстий, связанных с указанным кнопочным элементом, для доступа в канал для текучей среды внешнего давления, что приводит к изменению давления в канале, причем указанный кнопочный элемент в исходном состоянии смещен для закрытия указанного отверстия. Таким образом, преимуществом настоящего изобретения является использование естественного атмосферного давления для приведения в действие функции удаленного прибора.
Кроме того, устройство предпочтительно содержит средства создания градиента давления между давлением текучей среды в указанном канале и внешним давлением.
Каждый кнопочный элемент имеет связанный с ним затворный элемент для открытия и закрытия указанного отверстия, причем при приведении в действие кнопочного элемента затворный элемент открывает указанный канал для текучей среды для воздействия внешнего давления.
Указанные дистанционные средства преобразования содержат датчик для обнаружения изменения давления.
Кроме того, средства преобразования содержат средства настройки датчика для регулирования его чувствительности. Таким образом, преимуществом настоящего изобретения является возможность настройки чувствительности датчика в соответствии с внешним атмосферным давлением и необходимым падением давления в каналах для текучей среды для оптимизации обнаружения изменения давления.
В предпочтительном варианте чем больше изменение внутреннего давления в указанном по меньшей мере одном канале для текучей среды, тем больше электрический сигнал, формируемый средствами преобразования. Благодаря этому сигналы, формируемые средствами преобразования, могут иметь различную мощность, которая может затем оказывать различное воздействие на функцию, производимую электрическим сигналом. Например, если электрический сигнал должен вызывать перемещение курсора по экрану компьютера, то чем больше сформированный сигнал, тем быстрее или дальше может быть передвинут курсор.
Указанный один кнопочный элемент или несколько кнопочных элементов соединяются в системе проходов для текучей среды, а для перемещения текучей среды между этой системой и дистанционными средствами преобразования имеются каналы для текучей среды, причем один или каждый кнопочный элемент имеет в этой системе индивидуальный адрес, так что по указанным каналам для текучей среды при воздействии пользователя на кнопочный элемент может быть выявлена его индивидуальная сигнатура, так что средства преобразования при работе каждого кнопочного элемента могут выявлять эту или каждую индивидуальную сигнатуру и формировать электрический сигнал для приведения в действие соответствующей функции удаленного электронного прибора. Таким образом, повышение давления в комбинации каналов для текучей среды может быть использовано для определения того, какой кнопочный элемент нажат.
В соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения предложено устройство для приведения в действие по меньшей мере одной функции удаленного электронного прибора, содержащее:
один кнопочный элемент или несколько кнопочных элементов, объединенных в системе проходов для текучей среды;
каналы для текучей среды для перемещения текучей среды между этой системой и дистанционными средствами преобразования,
причем один или каждый кнопочный элемент имеет в этой системе индивидуальный адрес, так что по указанным каналам для текучей среды при воздействии пользователя на кнопочный элемент может быть выявлена его индивидуальная сигнатура;
так что средства преобразования при работе каждого кнопочного элемента могут выявлять эту или каждую индивидуальную сигнатуру и формировать электрический сигнал для приведения в действие соответствующей функции удаленного электронного прибора.
Следовательно, настоящее изобретение позволяет кнопочным элементам эффективно совместно использовать пневматические проходы.
Соответственно, размеры необходимой кабельной или трубной разводки можно свести к минимуму, что приведет к снижению затрат, размера и веса.
Каналы для текучей среды могут быть пневматическими.
Кроме того, каналы для текучей среды могут быть гидравлическими.
Кнопочный элемент может содержать один рабочий орган или несколько рабочих органов для воздействия на указанный по меньшей мере один канал для текучей среды для изменения в нем давления.
В соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения предложено устройство для приведения в действие по меньшей мере одной функции удаленного электронного прибора, содержащее:
один кнопочный элемент или несколько кнопочных элементов, которые размещены в корпусе, не имеющем электронных компонентов, и каждый из которых связан по меньшей мере с одним каналом для текучей среды; и
дистанционные средства преобразования, связанные с одним или каждым каналом для текучей среды;
причем один или каждый кнопочный элемент установлен по отношению к своему по меньшей мере одному каналу для текучей среды с возможностью перемещения для сжатия указанного канала, так что работа кнопочного элемента вызывает изменение внутреннего давления по меньшей мере в одном канале для текучей среды, причем указанные дистанционные средства преобразования
выполнены с возможностью обнаружения изменения давления и, на основе этого изменения, подачи электрического сигнала для приведения в действие соответствующей функции удаленного электронного прибора.
Исходное внутреннее давление в указанном по меньшей мере одном канале для текучей среды создается атмосферным давлением или давлении, превышающем атмосферное.
Указанный по меньшей мере один канал для текучей среды может быть выполнен упруго деформируемым. Таким образом, упругость самого канала для текучей среды может быть использована для его повторного надувания после сжатия.
Указанный по меньшей мере один канал для текучей среды может быть выполнен из резины или пластика.
Указанный по меньшей мере один канал для текучей среды может быть выполнен посредством соединения гибкого слоя, имеющего выполненный в нем шаблон для по меньшей мере одного канала для текучей среды, с жесткой основой.
В соответствии с четвертым вариантом настоящего изобретения предложено устройство для приведения в действие по меньшей мере одной функции удаленного электронного прибора, содержащее:
один кнопочный элемент или несколько кнопочных элементов, которые размещены в корпусе, не имеющем электронных компонентов, и каждый из которых связан по меньшей мере с одним отверстием пневматического канала;
дистанционные средства преобразования, связанные с указанным пневматическим каналом; и
средства создания пониженного давления внутри пневматического канала;
в котором кнопочный элемент обычно смещен для закрытия отверстия, посредством чего срабатывание кнопочного элемента открывает указанное отверстие для доступа в канал для текучей среды внешнего давления, причем указанные дистанционные средства преобразования выявляют результирующее изменение давления и таким образом формируют электрический сигнал для приведения в действие соответствующей функции удаленного электронного прибора.
Один или каждый кнопочный элемент может быть выполнен с возможностью соединения с пневматическими каналами посредством одного или нескольких отверстий, посредством чего приведение в действие кнопочного элемента открывает одно или несколько отверстий для осуществления доступа в указанные пневматические каналы внешнего давления, причем средства преобразования выявляют изменение результирующего давления в пневматических каналах, и таким образом формируют электрический сигнал для приведения в действие соответствующей функции удаленного электронного прибора.
В соответствии с пятым вариантом настоящего изобретения предложена компьютерная мышь, содержащая любое устройство, описанное выше.
В соответствии с шестым вариантом настоящего изобретения предложена клавиатура или клавишная панель, содержащая любое устройство, описанное выше.
В соответствии с седьмым вариантом настоящего изобретения предложен способ производства устройства для приведения в действие по меньшей мере одной функции удаленного электронного прибора, содержащий следующие этапы:
создание нескольких слоев в виде тонких пластин, каждый из которых содержит один пневматический проход или несколько пневматических проходов или участков проходов, расположенных в них;
объединение слоев для создания магистрали, содержащей трехмерную систему пневматических проходов;
связывание с указанной системы с одним кнопочным элементом или несколькими кнопочными элементами, который или каждый из которых имеет индивидуальный адрес внутри системы; и
соединение пневматических каналов для перемещения текучей среды между системой и дистанционными средствами преобразования, которые выявляют индивидуальную сигнатуру при работе каждого кнопочного элемента и формируют электрический сигнал для приведения в действие соответствующей функции удаленного электронного прибора.
Следовательно, настоящее изобретение предлагает способ, дающий возможность простого производства трехмерной системы пневматических проходов, который позволяет кнопкам эффективно совместно использовать пневматические проходы, достигая соответствующих преимуществ, описанных выше.
Далее подробно описаны примеры выполнения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает местный разрез устройства в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором кнопочный элемент находится в верхнем не нажатом положении;
фиг.2 изображает местный разрез устройства в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором кнопочный элемент находится в нижнем нажатом положении;
фиг.3 изображает частичный продольный разрез устройства в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 изображает местный разрез устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения в первом нерабочем положении;
фиг.5 изображает местный разрез устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения в рабочем положении;
фиг.6 изображает вид каналов для текучей среды и рабочего органа устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.7 изображает в перспективе увеличенный вид устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.8 изображает в перспективе увеличенный вид устройства соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.9 изображает поперечный разрез устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.10 изображает вид сверху устройства в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.11 изображает в перспективе вид с пространственным разделением частей устройства в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.12 изображает детализированный вид пневматического слоя, показанного на фиг.11;
фиг.13 изображает устройство в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.14 изображает поперечный разрез компоновки клавиатуры, показанной на фиг.13, соединенной с удаленным сенсорным устройством;
фиг.15 изображает частичный поперечный разрез устройства в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.16а-16с изображают устройство в соответствии с девятым вариантом осуществления настоящего изобретения, где фиг.16а изображает вид сверху, фиг.16b изображает вид в перспективе, а фиг.16с изображает поперечный разрез.
Фиг.1 и 2 изображают в упрощенном виде устройство в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в частности кнопку ввода, не связанную с какими-либо электрическими цепями.
Эта кнопка является частью более крупной системы кнопок, такой как система клавиш на клавиатуре. Кнопка содержит кнопочный элемент 1 и соединенную с ним заслонку 3.
Элемент 1 и заслонка 3 установлены в корпусе 7 с возможностью перемещения, благодаря чему при нажатии на элемент 1 пользователь вызывает перемещение элемента 1 и заслонки 3 из исходного положения в нижнее положение, как показано на фиг.2.
Кнопка ввода содержит смещающий элемент, такой как пружина, охватывающий рабочий орган 2, и упруго поджимающий элемент 1 и заслонку 3 в верхнее исходное положение.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения элемент 1 может быть непосредственно не соединен с заслонкой 3, которая может образовывать отдельный компонент, на который опирается элемент 1. Например, заслонка 3 может быть выполнена на резиновом основании клавиши, расположенном под элементом 1. В не нажатом состоянии пружинящее действие резинового основания клавиши заставляет заслонку 3, а следовательно, и элемент 1 находиться в верхнем исходном положении. При нажатии пользователем на элемент 1 указанный элемент действует на заслонку 3 как плунжер, заставляя ее опускаться в нижнее положение.
В примере, показанном на фиг.1, несколько таких элементов 1 расположены в системе, которая оснащена одной или несколькими проходами, расположенными над заслонкой 3. В данном примере эти проходы представляют собой пневматические каналы 5.
Ближайшие к заслонке 3 концы каналов 5 оканчиваются отверстиями 6, расположенными на обратной стороне корпуса 7. Когда заслонка 3 находится в верхнем положении, она опирается на обратную сторону корпуса 7, выполняя функцию герметизации, и блокирует отверстия 6.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения заслонка выполнена из упругого материала, такого как пенорезина, с тем, чтобы обеспечивать эффективную герметизацию, и смещена в верхнее положение пружиной, охватывающей орган 2, или другой конструкцией, такой как резиновое основание клавиши.
На удаленном конце каналов 5 выполнен насос, предназначенный для снижения давления воздуха внутри этих каналов, и таким образом создания частичного разрежение в указанных пневматических каналах.
При нахождении кнопки в исходном не нажатом состоянии это частичное разрежение поддерживается насосом, а поступлению воздуха в каналы 5 препятствует заслонка 3. В предпочтительном варианте осуществления изобретения давление внутри пневматических каналов в не нажатом состоянии примерно на 5 фунтов на 1 кв. дюйм ниже атмосферного давления.
В дополнительном варианте удаленный конец каждого канала также оснащен датчиком давления, который выявляет изменение давления внутри канала и формирует электрический сигнал, соответствующий этому изменению давления.
При нажатии пользователем кнопки заслонка 3 перемещается в нижнее положение, открывая таким образом, отверстие 6 и осуществляя доступ воздуха в каналы 5. Поскольку после открытия отверстий вакуум нарушается, происходит увеличение давления в пневматических каналах.
Это увеличение давления затем выявляется датчиками давления, соединенными с удаленными концами каждого канала, которые в свою очередь формируют электрический сигнал.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения датчик давления имеет средства регулировки, позволяющие настроить его чувствительность. Таким образом, чувствительность датчика может быть настроена в соответствии с уровнем внешнего атмосферного давления и уровнем необходимого пониженного давления внутри пневматических каналов, чтобы оптимизировать обнаружение изменения давления. Например, на высоте с более низким атмосферным давлением пользователь или автоматизированная система может увеличить чувствительность датчика для вычисления градиента пониженного давления между атмосферным давлением и частичным разрежением.
На фиг.3 изображен четырехкнопочный участок системы кнопок, сходных с вышеописанными, со ссылками на фиг.1 и фиг.2. В корпусе 7 выполнены каналы 5, отверстия 6 которых выходят на обратную сторону корпуса 7. Три кнопочных элемента не нажаты, тогда как кнопка 1 в правом нижнем углу чертежа находится в нижнем положении, как будто она нажата пользователем.
Следовательно, в этом случае четыре отверстия 6, связанные с указанной нажатой кнопкой, одновременно открыты, так как заслонка 3 перемещена вниз. Соответственно, разрежение внутри каждого из четырех связанных каналов 5 нарушено и наблюдается приток воздуха из атмосферы. Датчики давления, расположенные на удаленных концах этих пневматических каналов, выявляют повышенное давление и подают электрический сигнал, который может быть обработан микроконтроллером для определения того, какая кнопка нажата.
Преимуществом данного варианта осуществления изобретения является то, что поскольку в обычном состоянии в пневматических каналах наблюдается частичное разрежение, любой их изгиб и сжатие с меньшей долей вероятности приведут к неверному обнаружению срабатывания кнопочного элемента по сравнению с системами под давлением.
Фиг.4 и 5 изображают в упрощенном виде кнопку ввода в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Как и в первом варианте, эта кнопка является частью более крупной системы кнопок, такой как система клавиш на клавиатуре.
Подобно первому варианту осуществления настоящего изобретения нажатие пользователем кнопочного элемента 21 вызывает перемещение элемента 21 и рабочего органа 22 вниз из исходного положения, как показано на фиг.1, в нижнее положение, как показано на фиг.2. Кроме того, имеется смещающий элемент 23, такой как пружина, для упругого возвращения элемента 21 и органа 22 в верхнее исходное положение.
Под каждым элементом 21 выполнен один проход или несколько проходов, расположенных под органом 22. На фиг.4 и 5 для наглядности показан только один проход. В данном примере эти проходы представляют собой гидравлические или пневматические каналы 25 для текучей среды. Каналы 25 могут быть выполнены из любого подходящего материала, например резиновой или пластиковой трубки или кабеля. Это позволяет выполнять каналы 25 упруго деформируемыми для обеспечения их многократного сжатия и гибкими для обеспечения возможности их размещения внутри предметов различной формы и размера.
Как показано на чертеже, орган 22 сконфигурирован таким образом, чтобы сжимать канал 5 при переводе элемента 21 в нижнее положение. В обычном состоянии каналов 25 в них либо поддерживают положительное давление, то есть выше атмосферного, либо атмосферное давление. Если в каналах 25 должно поддерживаться положительное давление, используют насос (не показан), предназначенный для повышения давления внутри канала 25. Если каналы могут оставаться под атмосферным давлением, насос не требуется.
Когда элемент 21 находится в не нажатом положении, давление в канале 25 остается постоянным. Удаленный конец каждого канала оснащен датчиком давления для обнаружения изменения давления внутри канала и формирования электрического сигнала, соответствующего этому изменению давления.
При нажатии пользователем кнопочного элемента орган 22 перемещается в нижнее положение, сжимая тем самым канал 25. Поскольку внутренний объем пневматического канала уменьшается, внутри него происходит увеличение давления. Датчики давления, соединенные с удаленными концами каждого канала, выявляют это увеличение давления и формируют электрический сигнал, указывающий на увеличение давления.
Каналы могут быть наполнены любой подходящей текучей средой, например воздухом или жидкостью.
Датчик давления выполнен с возможностью определения силы сжатия, создаваемой рабочим органом, то есть чем больше сила сжатия, тем больше генерируемый сигнал.
В предпочтительном варианте изобретения для гарантии изменения давления при сжатии канала и обеспечения положительного давления в канале перед сжатием посредством рабочего органа конец канала, не соединенный с датчиком давления, загерметизирован. В связи с этим, как подробно описано ниже со ссылкой на последующие варианты осуществления настоящего изобретения, один конец канала может быть выполнен в виде герметизированного расширенного элемента для взаимодействия с органом 22.
На фиг.6 изображен в перспективе вид двух каналов 25, расположенных под органом 22 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, описанным выше со ссылкой на фиг.4 и фиг.5. Вполне очевидно, что перемещение органа 22 в нижнее положение вызывает сжатие обоих каналов 25, приводящее к повышению в них давления, что может быть определено на удаленных концах каждого из каналов. Расположение каналов 25, показанное на фиг.6, в частности применимо для системы кнопок, такой как система клавиш на клавиатуре, поскольку кнопки могут быть расположены вдоль сетевидной системы каналов, в которой каждая кнопка связана с индивидуальной комбинацией каналов. Данное расположение описано далее более подробно.
На фиг.7 изображен в перспективе увеличенный вид кнопки ввода в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, которая может быть использована как часть более крупной системы кнопок. Как и во втором варианте осуществления изобретения, нажатие пользователем кнопочного элемента 31 приводит к перемещению рабочего органа 32 вниз и сжатию проходов, выполненных в форме каналов 35. В этом варианте, однако, каналы 35 оснащены увеличенными или расширенными мембранными коробками 36. Коробки 36 сжимаются органом 32 при его перемещении в нижнее положение. Так как коробки 36 содержат больший объем текучей среды (например, воздуха или жидкости) по сравнению с более узкими коробками канала 35, их сжатие приводит к большому повышению давления, которое легко может быть обнаружено датчиками давления на удаленном конце каналов 35.
В конструкции, представленной на фиг.7, два взаимодействующих канала 35 выполнены в отдельных слоях, которые затем могут быть наложены друг на друга. В предпочтительном варианте каждый слой содержит жесткое основание 37 и гибкий слой 38, выполненный из силиконового каучука или другого упругого материала, который может быть прикреплен к нему, например, как самоклеющийся слой. Слои 38 выполнены с шаблоном для каналов 35 и коробок 36. Соответственно, при соединении слоев 38 с соответствующими основаниями 37 каналы 35 и коробки 36 оказываются выполненными посредством зазоров между шаблоном и основанием 37. Таким образом, можно использовать простое основание, на котором затем может быть выполнена сложная компоновка каналов 35 и мембранных коробок. На самом деле составные каналы и их мембранные коробки могут быть выполнены на одном слое. Обычно такие составные каналы выполняют параллельно для использования в качестве осей координат в сетевидной системе кнопок.
Будучи смонтированными, слои располагаются один на другом. В предпочтительном варианте осуществления изобретения элемент 31, выполненный из пластика, может быть расположен над мембранными коробками. Орган 32 выполнен на элементе 31 в виде трех плунжеров. Центральный плунжер приспособлен для сжатия мембранной коробки 36 верхнего слоя при нахождении рабочего органа в нижнем положении. Два крайних плунжера проходят через отверстия 39, выполненные в верхнем слое, до нижнего слоя, где они подвергают сжатию мембранную коробку 36, расположенную в нижнем слое, при нахождении рабочего органа в нижнем положении.
На фиг.8 изображен в перспективе увеличенный вид кнопки ввода в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, которая может быть использована как часть более крупной системы кнопок. Этот вариант осуществления изобретения во многом сходен с третьим вариантом, описанным выше со ссылкой на фиг.7. Однако в этом случае используют одно жесткое основание 47 с верхним гибким слоем 48а, прикрепленным к верхней поверхности основания 47, и нижним гибким слоем 48b, прикрепленным к его нижней поверхности.
Слой 48а содержит канал 45а со связанной с ним мембранной коробкой 46а, которая работает, как описано выше. Слой 48а также содержит мембранную коробку 46b, связанную с каналом 45b, выполненным на слое 48b, через отверстие 451. Кнопочный элемент 41 выровнен со слоями и, следовательно, с мембранными коробками 46а и 46b при помощи центровочного пальца 491, сопряженного с отверстиями 49. Будучи выровненным, рабочий орган 42 имеет два выступа, которые расположены над мембранными коробками и которые при нажатии кнопки перемещаются вниз и сжимают мембранные коробки.
На фиг.9 изображен упрощенный поперечный разрез устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. При нажатии кнопочного элемента выступы рабочего органа перемещаются вниз и одновременно сжимают коробки 46а и 46b. Таким образом, текучая среда (например, воздух или жидкость), находящаяся в полости мембранной коробки, устремляется из нее. Что касается коробки 46а, текучая среда вынуждена течь по каналу 45а, выполненному в слое 48а. Что касается коробки 46b, текучая среда вынуждена течь вниз через отверстие 451, выполненное в основании 47, и по каналу 45b, выполненному в слое 48b. На удаленных концах этих каналов могут быть выполнены датчики давления для обнаружения нажатия на элемент 41.
В вышеописанных предпочтительных вариантах осуществления изобретения каналы имеют внутренний диаметр порядка 1 мм. В случае слишком малых внутренних диаметров каналов, поток текучей среды слишком ограничен и ответная скорость ниже. В случае слишком больших внутренних диаметров, объем текучей среды увеличен, и сила сигнала оказывается уменьшенной. Существует также, конечно, ряд дополнительных характеристик, которые могут быть включены в вышеописанные конструкции. К примеру, в вариантах, рассчитанных на повышение давления, таких как описанные выше второй, третий и четвертый варианты осуществления настоящего изобретения, полностью изолированная система может вызвать ложное срабатывание датчиков давления в случае, например, нагрева солнечным светом текучей среды, находящейся в каналах. Таким образом, в предпочтительном варианте в каналах выполнено небольшое вентиляционное отверстие, позволяющее выравнивать медленные перепады давления. Вентиляционное отверстие должно быть точечным во избежание слишком быстрого стравливания давления при нажатии клавиши.
Далее описана компоновка вышеприведенных вариантов в контексте более крупной системы кнопок.
Фиг.10 изображает пятый вариант осуществления настоящего изобретения, в котором кнопки, подобные показанным на фиг.1-3, расположены внутри специальной системы или сетки. Как показано в примере на фиг.10, система охватывает 17 кнопок, подобных описанным выше со ссылкой на фиг.1-3, образуя пневматическую специализированную клавиатуру, хотя очевиднее было бы использовать 110 кнопок для стандартной QWERTY-клавиатуры. Пневматические каналы содержат семь основных пневматических каналов 55, соединенных с системой пневматических проходов 555. Заслонка 53 каждой кнопки предназначена для изменения потока среды, в данном случае воздуха, в одном или нескольких проходах 555, относящихся к этой кнопке, при ее нажатии, так чтобы указанное нажатие каждой кнопки вызывало индивидуальную сигнатуру в каналах 55.
Каналы 55 соединены с дистанционным сенсорным устройством и микроконтроллером, способными преобразовывать и обрабатывать однозначную сигнатуру в электронный сигнал для использования в управлении одной или несколькими функциями электронного прибора. В данном варианте используют насос для создания частичного разрежения внутри каналов 55. В предпочтительном варианте осуществления изобретения в соединение между каналами 55 и насосом введены средства ограничения воздушного потока. Средства ограничения воздушного потока помогают предотвратить увеличение давления в задействованных каналах, которое отрицательно влияет на неактивные каналы. Преимуществом является то, что каналы 55 могут быть скомпонованы таким образом, чтобы, по существу, образовать один кабель многоканальной трубки. Таким образом, большая часть длины каналов 55 между системой и насосом представляет собой один кабель или трубку, в котором каждый канал 55 является отдельным каналом внутри многоканальной трубки. Следовательно, кабель или трубка остается компактной.
Каждая кнопка имеет до четырех связанных с ней отверстий 56, соединенных с индивидуальной комбинацией проходов 555 и, следовательно, каналов 55. Для различных расположений кнопок и/или различных кнопочных элементов может быть использовано большее или меньшее количество отверстий 56. При нажатии кнопки происходит увеличение давления в одном или нескольких пневматических проходах, которое одновременно определяется датчиками давления, расположенными на удаленных концах каналов 55. Комбинация проходов 555 и, следовательно, каналов 55, в которых выявляют повышение давления, затем используется микроконтроллером для распознавания того, какая кнопка была нажата, и ответной подачи электронному прибору соответствующего электрического сигнала.
Фиг.11 изображает в перспективе вид с пространственным разделением частей устройства в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения, имеющего систему кнопок и корпус 67, сходные с вышеописанными со ссылкой на фиг.10. Корпус 67 представляет собой набор ламинированных слоев, показанных раздельно. Во время технологического процесса из этих слоев формируют сандвич-структуру. Два ламинированных слоя представляют собой пневматические слои 61, каждый из которых имеет ряд кнопочных отверстий 62. Когда слои 61 соединены вместе, соответствующие отверстия 62 каждого пневматического слоя выровнены друг относительно друга с образованием отверстия, с которым может сопрягаться кнопочный элемент 611. Два слоя 61 имеют конфигурацию пневматических проходов или участков проходов 655, проходящих через них, показанную на чертеже. При объединении данных слоев 61 образуется трехмерная сеть или система пневматических проходов.
Каждая кнопока имеет до четырех отверстий 66, выходящих на обратную сторону нижнего пневматического слоя. Отверстия 66 выходят из нижней поверхности и соединяются с одним или несколькими проходами 655 в одном или нескольких слоях 61. Например, отверстие может соединяться с пневматическим проходом в нижнем слое или тянуться вверх для соединения с пневматическим проходом в верхнем слое.
Трехмерная структура слоев 61 позволяет изолировать проходы 655 один от другого с образованием плотной сети проходов. Под нижним пневматическим слоем выполнен вестибулярный слой 69, образующий полость, в которую открываются отверстия 66 для связи с наружной атмосферой. В данном варианте осуществления изобретения основание 63 клавиш, имеющее ряд выполненных на нем заслонок 64, размещено ниже слоя 69. При совмещении слоев заслонки 64 оказываются размещены в полости, созданной слоем 69, и выровнены с соответствующими отверстиями 62, выполненными в расположенных выше слоях 61. Таким образом, когда элемент 611 установлен, он проходит через отверстия 62 и упирается в одну из заслонок 64.
В обычном не нажатом состоянии заслонки 64 находятся в верхнем исходном положении и герметизируют отверстия 66. При воздействии пользователя на кнопочный элемент последний толкает одну из заслонок 64 вниз, открывая отверстия 66, связанные с данной кнопкой, в полость слоя 69, осуществляя тем самым доступ атмосферного давления в проходы 655. Поскольку каждая кнопка соединена с единственной комбинацией проходов 655, воздействие на отдельную кнопку приводит к индивидуальной сигнатуре, создаваемой проходами 655 в основных пневматических каналах, обслуживающих их. Это позволяет сократить количество основных пневматических каналов, необходимых для обслуживания системы кнопок.
Фиг.12 изображает один из пневматических слоев 61, описанных выше со ссылкой на фиг.11. Как показано, каждая кнопка 611 имеет до четырех связанных с ней отверстий 66. Слой 61 также имеет ряд выполненных в нем проходов 655, соединенных с одним или несколькими отверстиями 66. Два прохода 655 связаны с двумя соединительными проходами 666. Остальные проходы 655 скомпонованы с возможностью соединения с другими пневматическими проходами, находящимися в смежных слоях. Каждый из проходов 655 либо непосредственно, либо через смежные пневматические слои соединен по меньшей мере с одним проходом 666, причем соединительные проходы соединяют систему пневматических проходов с основными пневматическими каналами (не показаны), обслуживающими их. Создавая пневматическую систему из нескольких пневматических слоев, можно выполнить сложную трехмерную сеть или магистраль с использованием упрощенной технологии производства. Например, каждый слой можно выполнить, используя массовые способы производства, такие как литье под давлением или заливка под давлением методом вспрыска, тем самым обеспечивая относительно дешевое производство. В дополнительном варианте для каждого пневматического слоя может быть произведен листовой материал, а проходы и отверстия в нем могут быть получены путем механической обработки или путем вытравливания для формирования пневматических проходов. Слоистая структура пневматических слоев может быть получена, например, с использованием механических средств, нагрева, вызывающего соединение слоев, или связующих материалов.
Фиг.13 изображает устройство в соответствии с седьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором имеется альтернативная система кнопок, используемых как показано на фиг.4-9. Как видно из чертежа, система кнопок представлена в виде сеткоообразной системы, формирующей конфигурацию клавиатуры. Отдельные каналы А-М, i-xvi расположены в системе таким образом, что каждый кнопочный элемент 71 размещен над одним или несколькими, а обычно над двумя каналами. Для ясности каждый канал изображен в виде одной линии. В рассматриваемом варианте рабочий орган 72 каждого элемента 71 приспособлен для сжатия одного или нескольких каналов, относящихся к данному элементу, при нажатии на связанный с ними кнопочный элемент, так что нажатие каждого кнопочного элемента вызывает индивидуальную сигнатуру изменения давления в каналах, которая определяется датчиками давления, присоединенными к концу каждого канала.
Таким образом, в примере, изображенном на фиг.13, при нажатии кнопочного элемента "Esc" давление внутри каналов "А" и "i" увеличивается, что приводит к формированию соединенными с ними датчиками электрического сигнала. В данной конфигурации кнопочному элементу "Esc" соответствуют только сигналы, поданные одновременно датчиками, соединенными с каналами "А" и "i". Это более подробно изображено на вынесенной увеличенной части на фиг.13.
Конфигурация системы, описанная ранее со ссылкой на фиг.10 и фиг.13, допускает эффективное совместное использование каналов кнопочными элементами. Например, в варианте, изображенном на фиг.13, при использовании системы каналов требуется всего 29 каналов для обслуживания 105 отдельных кнопок. Таким образом, совместное использование каналов позволяет уменьшить их количество и, следовательно, минимизировать размер кабельной или трубной разводки, необходимой для клавишной панели, так, чтобы она могла использоваться для настольной клавишной панели или клавиатуры. Кроме того, уменьшение количества каналов позволяет уменьшить и необходимое количество изоляции и соединений. Также наблюдается значительное снижение себестоимости, поскольку используется меньшее количество труб и требуется меньшее количество датчиков давления.
В вышеприведенных примерах удаленные концы каналов соединены с дистанционным сенсорным устройством и микроконтроллером, способными преобразовывать и обрабатывать индивидуальную сигнатуру в электронный сигнал для использования в управлении одной или несколькими функциями электронного прибора. Преимуществом является то, что каналы могут быть скомпонованы таким образом, чтобы, по существу, образовать один кабель многоканальной трубки. Таким образом, большая часть длины основных каналов между системой и датчиками представляет собой один кабель или трубку, в котором каждый канал является отдельным каналом внутри многоканальной трубки. Следовательно, кабель или трубка остается компактной.
Фиг.14 изображает компоновку клавиатуры, показанной на фиг.13, соединенной с удаленным сенсорным устройством 101. В варианте, изображенном на фиг.14, устройство 101 содержит гибкий полиэфирный лист с тисненными под низким давлением куполообразными выступами 102, на которые нанесены проводящие чернила.
Когда кнопочный элемент нажат, увеличение давления в одном или нескольких каналах передается к их удаленным концам, где оно прикладывается к проводящим выступам 102. Это приводит к подключению проводящих выступов к цепи 103, выполненной на нижележащем основании. Это подключение указывает на то, что произошло увеличение давления в данном канале. Комбинация каналов, в которых выявляется повышение давления, затем используется микроконтроллером для распознавания того, какой из кнопочных элементов был нажат, и формирования соответствующего электрического сигнала для электронного прибора. Следует отметить, что подобный детектор может быть использован для обнаружения повышения давления в случае с кнопками, изображенными на фиг.1-3. В дополнительных вариантах осуществления изобретения могут использоваться другие датчики при условии, что они могут выявлять изменение давления в каналах, например, полупроводниковые, пьезоэлектрические, емкостные, механические датчики давления.
Фиг.15 изображает в поперечном разрезе вид устройства в соответствии с восьмым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором устройство выполнено с возможностью использования компьютерной мыши. В данном примере кнопочный элемент 81 выполнен в форме качающегося тела с двумя рабочими органами 82а, 82b, расположенными с обеих сторон от поворотных средств 87. Тело 81 выполнено с возможностью перемещения внутри корпуса 84. Под каждым органом 82а, 82b расположены расширенные участки 86а, 86b каналов 85а, 85b, удаленные концы которых соединены с датчиком давления 88. Каждый участок 86а, 86b размещен в соответствующем углублении 89а, 89b, выполненном в корпусе 84 под каждым органом 82а, 82b. Поворотные средства 87 позволяют телу 81 качаться в направлении, обозначенном стрелкой х, и, таким образом, попеременно приводить к сжатию участков 86а, 86b каналов 85а, 85b органами 82а, 82b. В данном примере поворотные средства выполнены в корпусе 84, хотя, следует отметить, что они могут быть также выполнены на нижней стороне тела 81.
При попеременном сжатии участков 86а, 86b давление внутри каналов 85а, 85b также попеременно увеличивается. Увеличение давления определяется датчиком 88 и затем преобразуется в электрический сигнал, подаваемый удаленному компьютеру (не показан). Каждый участок 86а, 86b, а следовательно, каждый канал могут быть выполнены таким образом, чтобы подавать электрический сигнал, соответствующий направлению перемещения. Например, в варианте, изображенном на фиг.15, сжатие участка 86а может приводить к генерации электрического сигнала, вызывающего перемещение курсора на экране компьютера в первом направлении, тогда как сжатие участка 86b может приводить к генерации электрического сигнала, вызывающего перемещение курсора на экране компьютера во втором направлении. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.15, изображено только два расширенных участка, тогда как для осуществления перемещения курсора в ряде направлений может быть выполнено большее количество подобных расширенных участков. Например, при наличии четырех расширенных участков можно осуществить перемещение по четырем направлениям. Кроме того, для каждого расширенного участка может быть выполнен соответствующий рабочий орган, расположенный над ним. В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения ряд расширенных участков может быть расположен по кругу под рабочим органом, выполненным в виде поворотного кольца.
Кроме того, кнопочные элементы могут быть выполнены внутри мыши для осуществления выбора иконок, выделенных курсором на экране компьютера. Эти кнопочные элементы могут быть выполнены в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения со второго по четвертый, в которых имеется рабочий орган для сжатия каналов при его нахождении в нижнем положении или для сжатия расширенной части канала.
Следует отметить, что в вышеописанном варианте со ссылкой на фиг.15 наличие расширенных участков предпочтительно, однако органы 82 могут воздействовать непосредственно на каналы 85а, 85b.
Фиг.16а-16с изображают устройство в соответствии с девятым вариантом осуществления настоящего изобретения, подобное показанному на фиг.15, в соответствии с которым устройство выполнено с возможностью его использования в компьютерной мыши.
Фиг.16а и 16b изображают соответственно вид мыши сверху и в перспективе. В данном примере кнопочный элемент представляет собой ползунок 91, выполненный в форме мыши, который размещен на основании 94. Ползунок 91 выполнен подвижным относительно основания 94 для осуществления перемещений мыши в различных направлениях.
Фиг.16с изображает вид мыши сверху в разрезе. Как показано в данном примере, внутри основания 94 выполнены четыре мембранных коробки 96. Рабочий орган 92 выполнен на нижней стороне ползунка 91 так, чтобы при движении ползунка 91 в определенном направлении орган 92 сжимал одну мембранную коробку или несколько мембранных коробок 96, приводя к повышению давления в связанных с ними каналах 95. Как и в предыдущих вариантах осуществления изобретения, это повышение давления может быть затем использовано для осуществления перемещения курсора в различных направлениях посредством датчика давления и микропроцессора.
Как видно из чертежа, мышь также содержит кнопки, расположенные на ползунке 91, позволяющие осуществлять выбор иконок, выделенных курсором на экране компьютера. Данные кнопки содержат рабочий орган для сжатия канала при их нахождении в нижнем положении.
Следует отметить, что возможен ряд вариантов данного устройства. Например, хотя вышеприведенное описание относится главным образом к кнопкам для клавиатурообразных конструкций, изобретение охватывает и другие формы устройств ввода, такие как компьютерная мышь. Кроме того, в качестве текучей среды, используемой в каналах, может быть любая подходящая жидкость, такая как вода или масло. В дополнительных вариантах осуществления изобретения это может быть газ, такой как воздух. В предпочтительном варианте может быть выполнена емкость, оснащенная обратным клапаном для наполнения каналов.