Сенсорная панель (варианты)
TOUCH PANEL (VARIANTS)

Область техники
Изобретение относится к области средств отображения информации, а более конкретно – к средствам обеспечения интерфейса взаимодействия пользователя с электронными устройствами и поддержкой нескольких типов восприятия.
Уровень техники
Из уровня техники широко известны тактильные интерфейсы, обеспечиваемые в устройствах пользователей сенсорными панелями с отображаемыми на них элементами графического интерфейса. Под понятием «сенсорная панель» в рамках данной заявки понимается любое известное средство отображения информации, выполненное с возможностью тактильного управления. Соответственно, понятие «устройство пользователя» не ограничивается, например, такими средствами как смартфон или планшет, в которых сенсорная панель выполнена в виде экрана смартфона или планшета; в рамках данной заявки подразумевается, что к указанным устройствам относятся также любые известные средства, предполагающие взаимодействие с ними посредством сенсорной панели, например информационные табло, справочные табло, банкоматы, вендинговые автоматы, автоматы по продаже билетов и/или услуг и прочее.
Традиционные интерфейсы предполагают взаимодействие пользователя посредством тактильного управления элементами графического интерфейса. Например, для разблокировки устройства пользователю предлагается переместить графический элемент из одного положения на сенсорной панели в другое положение.
Вместе с тем, для пользователей с ограниченными возможностями нельзя признать, что отмеченные традиционные интерфейсы являются в полной мере доступными (в терминологии ГОСТ Р ИСО 9241-161-2016). Например, люди с ослабленным зрением могут испытывать затруднения при взаимодействии с графическим интерфейсом и определении того, что устройство выполнило необходимое действие при таком взаимодействии.
Для повышения доступности использования интерфейса в уровне техники применяются различные реакции устройства, дополняющие графический интерфейс.
Так, из патентных источников известен способ (RU 2672134 C2, 12.11.2018), включающий сохранение разных тактильных шаблонов для обеспечения тактильного эффекта для, по меньшей мере, одного из портативного терминала и блока ввода согласно перемещению блока ввода, определение предварительно заданного режима на основании сенсорного ввода с помощью блока ввода относительно объекта, отображаемого на сенсорном экране, и генерацию вибраций согласно предварительно определенному тактильному шаблону, соответствующему предварительно заданному режиму.
В известном решении взаимодействие пользователя с устройством дополнено тактильной обратной связью в виде вибрации, что позволяет обеспечить поддержку нескольких типов восприятия.
Также известно решение (RU 2451324 C2, 20.05.2012), в котором устройство пользователя, имеющее сенсорный интерфейс, содержит слой тактильной обратной связи, представляющий собой каркас, задающий периметр слоя тактильной обратной связи; множество противоположно направленных чередующихся консольных балок, исходящих из каркаса и простирающихся, по меньшей мере, через часть слоя тактильной обратной связи; и один или несколько пьезоэлектрических приводов, связанных с множеством противоположно направленных чередующихся консольных балок.
Для обеспечения тактильной обратной связи пьезоэлектрические приводы обеспечивают изгибающее перемещение каждой из множества противоположно направленных чередующихся консольных балок в качестве реакции на контакт некоторого объекта с пользовательским интерфейсом.
Данное решение может быть принято в качестве аналога, предлагаемого в настоящей заявке изобретения в части выполнения сенсорной панели в виде структуры из нескольких слоев.
К общим недостаткам указанных решений можно отнести низкую надежность вследствие использования множества механически перемещающихся частей, а также то, что поддержка нескольких типов восприятия обеспечивается лишь после того, как пользователь осуществляет действие над элементами графического интерфейса. Таким образом, данные интерфейсы не обеспечивают доступность для пользователей с различным набором возможностей, например для пользователей со сниженным зрением или двигательной дисфункцией, для которых является затруднительным точное тактильное позиционирование, например пальцев рук на элементах графического интерфейса.
Предложенное изобретение направлено на преодоление недостатков известного уровня техники и позволяет обеспечить достижение технического результата в виде повышения надежности устройства и доступности интерфейса для пользователей со сниженными возможностями.
Раскрытие изобретения
Для достижения указанного выше технического результата предлагается 3 варианта конструкции заявленного изобретения:
Вариант №1: Сенсорная панель содержит последовательно расположенные: емкостной сенсорный слой, слой для формирования изображения, ферромагнитный слой, выполненный в виде скрепленных по периметру двух эластичных светопрозрачных мембран с образованием полости, соединенной каналом с капсулой для ферромагнитной жидкости, слой подсветки, а также расположенные под слоем подсветки и в непосредственной близости от капсулы (например, под капсулой) электромагниты, причем электромагниты под слоем подсветки соединены между собой в матричную сетку.
Вариант №2: Сенсорная панель содержит последовательно расположенные: емкостной сенсорный слой, ферромагнитный слой, выполненный в виде скрепленных по периметру двух эластичных светопрозрачных мембран с образованием полости, соединенной каналом с капсулой для ферромагнитной жидкости, слой для формирования изображения, слой подсветки, также расположенные под слоем подсветки и в непосредственной близости от капсулы (например, под капсулой) электромагниты, причем электромагниты под слоем подсветки соединены между собой в матричную сетку.
Вариант №3: Сенсорная панель содержит последовательно расположенные: емкостной сенсорный слой, слой для формирования изображения, ферромагнитный слой, выполненный в виде скрепленных по периметру двух эластичных светопрозрачных мембран с образованием полости, соединенной каналом с капсулой для ферромагнитной жидкости, а также расположенные под ферромагнитным слоем и в непосредственной близости от капсулы (например, под капсулой) электромагниты, причем электромагниты под ферромагнитным слоем соединены между собой в матричную сетку.
В следующем разделе описания приведено более подробное описание изобретения, а также примеры его функционирования.
Осуществление изобретения
Для более полного понимания сущности изобретения далее в описании сделаны отсылки на поясняющие чертежи (фиг. 1-3), раскрывающие заявленные варианты изобретения.
В качестве не ограничивающего объем правовой охраны примера далее привлечено устройство, представляющее собой смартфон с сенсорным экраном. Для специалиста понятно, что конструктивные особенности предложенного изобретения таким же образом могут быть использованы и в других известных устройствах, в частности, указанные в разделе «Уровень техники» (информационные табло, справочные табло, банкоматы, вендинговые автоматы, автоматы по продаже билетов и/или услуг и прочее).
В частности, предложенное изобретение может быть применено в конструкции смартфона и закреплено в его корпусе аналогично известным сенсорным экранам.
На фиг. 1 представлен первый вариант изобретения, где сенсорная панель выполнена из нескольких последовательно расположенных слоев. Первым (верхним) идет емкостной сенсорный слой (1), посредством которого известным из уровня техники образом определяется зона экрана, в которой происходит взаимодействие с интерфейсом, т.е. касание пальцем. Следующий слой представлен жидкокристаллической панелью (2), предназначенной для формирования изображения. Далее следует ферромагнитный слой (3), представляющий из себя две тонкие светопрозрачные эластичные мембраны такого же размера, как и жидкокристаллическая панель. Мембраны герметично склеены между собой по периметру с образованием внутренней полости, которая соединена каналом с небольшой капсулой (5), закрепленной в корпусе смартфона вне зоны (периметра) жидкокристаллического экрана. Внутри капсулы (5) находятся ферромагнитная жидкость, которая может свободно перемещаться внутри полости из двух вышеуказанных склеенных между собой эластичных мембран и капсулы (5). Следующим идет слой подсветки (7), посредством свечения которого определяется яркость свечения изображения, выводимого на жидкокристаллическую панель. В данном варианте изобретения следующим слоем идет матрица из генераторов магнитного поля (4), имеющая размеры, соответствующие размеру жидкокристаллического экрана. Матрица представляет собой множество миниатюрных электромагнитов, соединенных между собой в матричную сетку. Также в этом слое установлены миниатюрные электромагниты (6) в непосредственной близости от капсулы (5), например под ней.
Изобретение работает следующим образом.
При включении устройства на миниатюрные электромагниты (6), расположенные в зоне капсулы (5), подается питание и создается постоянное магнитное поле, которое притягивает всю ферромагнитную жидкость из полости между эластичными мембранами ферромагнитного слоя (3). Дополнительно подаются переменные импульсы на миниатюрные электромагниты, расположенные под жидкокристаллической панелью (2) в последовательности, направленной в сторону капсулы (5) для обеспечения ускорения перетекания всей ферромагнитной жидкости в капсулу (5). После перетекания всей ферромагнитной жидкости в капсулу (5) все миниатюрные электромагниты, расположенные под жидкокристаллической панелью (2), отключаются, а миниатюрные электромагниты (6), расположенные в непосредственной близости капсулы (5), остаются включенными для удержания ферромагнитной жидкости внутри капсулы (5).
На жидкокристаллической панели (2) согласно программному обеспечению формируются элементы графического интерфейса. Причем в зоне, где на отображенном на жидкокристаллической панели интерфейсе присутствует графика кнопок (или иных элементов интерфейса), к соответствующей части миниатюрных электромагнитов подключается питание и тем самым создается постоянное магнитное поле. Так же на часть миниатюрных электромагнитов, расположенных между капсулой и включенными миниатюрными электромагнитами под изображением кнопки, кратковременно попеременно подается питание в направлении от капсулы (5) к зоне графики кнопки, а миниатюрные электромагниты (6), расположенные в непосредственной близости у капсулы (5), отключаются. За счет создаваемого миниатюрными электромагнитами магнитного поля, осуществляется направленное переливание ферромагнитной жидкости из капсулы (5) в зону, соответствующую изображению кнопки.
За счет скопления жидкости в зоне изображения кнопки происходит локальное повышение давления и, как следствие, локальная деформация мембраны ферромагнитного слоя (3), жидкокристаллической панели (2) и емкостного сенсорного слоя (1) в виде выпуклости.
При нажатии на эту выпуклость с определенным небольшим усилием ферромагнитная жидкость, находящаяся в области графики кнопки и удерживаемая магнитным полем миниатюрных магнитов, включенных в этой области, немного растекается в стороны, но продолжает удерживаться в той же зоне, так как стремится снова вернуться в магнитное поле под графикой кнопки, образованное включенными в зоне графики кнопки миниатюрными электромагнитами. Благодаря этой выпуклости экрана, образованной за счет процессов, описанных ранее, обеспечивается тактильное ощущение кнопки на экране, а при нажатии на эту выпуклость и небольшого растекания ферромагнитной жидкости вокруг зоны изображения кнопки и удержания ее в области зоны изображения кнопки за счет процессов, описанных выше, создается тактильное ощущение физического нажатия кнопки.
Таким образом, до начала процесса взаимодействия пользователя с элементом графического интерфейса на экране образуется область возвышения, позволяющая пользователю с ограниченными возможностями более эффективно управлять своим устройством.
Предпочтительно элементы обеспечения тактильной обратной связи выполнять в виде механически неподвижных электромагнитов, что существенно повышает надежность изделия.
Из уровня техники для специалиста известны технологии, позволяющие изготавливать дисплеи, выполненные с возможностью существенного их деформирования без нарушения функционирования (см., например, Ji-Feng Chen и др. Mechanical Characteristics of Flexible AMOLED Display, SID Symposium Digest of Technical Papers, 46(1), 2015, 1047–1050). Следовательно, в уровне техники отсутствуют препятствия для осуществления предложенного изобретения.
Согласно другим вариантам изобретение выполнено следующим образом (функционирование тождественно указанному выше).
На фиг. 2 представлена сенсорная панель (вариант №2), содержащая последовательно расположенные: емкостной сенсорный слой (1), ферромагнитный слой (7), выполненный в виде скрепленных по периметру двух эластичных светопрозрачных мембран с образованием полости, соединенной каналом с капсулой (5) для ферромагнитной жидкости, слой для формирования изображения (например, жидкокристаллическая панель) (2), слой подсветки (3), также расположенные под слоем подсветки и в непосредственной близости от капсулы (5) (например, под капсулой) электромагниты, причем электромагниты под слоем подсветки соединены между собой в матричную сетку (4).
На фиг. 3 представлена сенсорная панель (вариант №3), содержащая последовательно расположенные: емкостной сенсорный слой (1), слой для формирования изображения (например, AMOLED панель) (2), ферромагнитный слой (3), выполненный в виде скрепленных по периметру двух эластичных светопрозрачных мембран с образованием полости, соединенной каналом с капсулой (5) для ферромагнитной жидкости, а также расположенные под ферромагнитным слоем и в непосредственной близости от капсулы (5) (например, под капсулой) электромагниты, причем электромагниты под ферромагнитным слоем соединены между собой в матричную сетку (4).
Для специалиста понятно, что достижение указанного технического результата связано с обеспечением возможности отображения сенсорной панелью графической информации и наличием предложенного решения по внедрению в структуру сенсорной панели ферромагнитного слоя в том смысле, как это раскрыто в материалах заявки.
Выбор объема капсулы, количества ферромагнитной жидкости, размеров и силы электромагнитов может быть осуществлен специалистом в зависимости от габаритов устройства, в котором предполагается размещение предложенной сенсорной панели.
Управление питанием электромагнитов может быть обеспечено обычным образом путем синхронизации работы модуля отображения элементов графического интерфейса и модуля подачи питания на электромагниты под управлением программного обеспечения, сохраненного в памяти устройства пользователя.