УСТРОЙСТВО ВВОДА ДАННЫХ ДЛЯ ИЗОЛИРОВАННОГО ОТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ УСТРОЙСТВА ВВОДА И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (ВАРИАНТЫ)
DATA INPUT APPARATUS FOR AN ELECTROMAGNETIC RESONANCE-BASED INFORMATION INPUT AND DISPLAY APPARATUS ISOLATED FROM THE ENVIRONMENT (VARIANTS)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Изобретение в общем относится к устройствам ввода и отображения информации и, в частности, к устройствам, используемым в условиях, где необходима изоляция некоторых частей устройства от окружающей среды, например, под водой.
Такие устройства используют, в том числе, для осуществления различных записей, текстов, рисунков, а также отображения изображений и другой визуально воспринимаемой информации, взаимодействия с различными приложениями, предварительно загруженными в память устройства.
При ведении подводной деятельности у дайверов и подводных исследователей зачастую возникает необходимость в осуществлении записей (например, записать профиль погружения, параметры и условия погружения), рисовании (например, схемы места погружения), а также работе со специальными приложениями, предварительно загруженными в память подводных устройств (например, навигационные карты, приложения по управлению подводными дронами и т.д.).
При этом, в общем, для целей ввода и отображения информации наиболее эффективными считаются устройства, имеющие сенсорный экран на основе резистивной или емкостной технологии, который, однако, является непригодным для использования под водой. Если сенсорное устройство содержит резистивный сенсорный экран, имеющий гибкий верхний слой, то ошибочные сигналы могут быть вызваны сдавливанием верхнего слоя экрана по направлению к внутреннему слою из-за давления, вызывая, таким образом, электрический ток, протекающий между слоями. Обычно такой резистивный экран перестает работать на глубине 10-15 метров, либо еще меньше. В случае если сенсорное устройство содержит емкостный сенсорный экран, то ошибочные сигналы могут быть вызваны электрическим зарядом слоя воды, прилегающего к сенсорному экрану. В обоих случаях использование устройства с сенсорным экраном под водой затруднено или даже невозможно.
Для решения этих проблем устройства с сенсорным экраном помещают в жесткий водонепроницаемый корпус или гибкую водонепроницаемую оболочку. Однако если используется гибкая оболочка, то под водой давление может прижать оболочку к чувствительной к прикосновению поверхности экрана и генерировать ошибочные сигналы. Если используется жесткий корпус, экран с сенсорной панелью может быть виден, но к сенсорному слою нельзя получить доступ через жесткий корпус, даже если он прозрачный, и, соответственно, является невозможным осуществить ввод необходимой информации.
Существуют известные решения, в которых используется мембрана, размещаемая поверх сенсорного экрана, внутренняя часть которой заполнена диэлектрической жидкостью (например, гелем). Принцип работы такого решения заключается в том, что продавливая верхний слой гибкой мембраны, осуществляется касание сенсорного слоя экрана нижней частью мембраны, таким образом сенсорная панель может регистрировать касание. Однако такое решение имеет существенные недостатки. В частности, ввод информации через мембрану не является в достаточной степени точным, поскольку мембрана создает дополнительную площадь касания с сенсорной поверхностью экрана, что не позволяет в ряде случаев управлять устройством с мелкими иконками. Другим недостатком является уязвимость устройства, поскольку гибкая мембрана не может выполнять функцию защиты экрана от механических повреждений и может быть повреждена острыми предметами.
Таким образом, представляется более функциональным использование устройств, в которых ввод информации осуществляется посредством специального средства ввода данных на основе технологии электромагнитного резонанса, а экран надежно защищен специальным защитным стеклом.
Известно электронное мобильное устройство для записи под водой по патенту США 5956291, опубл. 1999 г., в котором раскрыто устройство, содержащее водонепроницаемый корпус, встроенный подводный компьютер, цифровую камеру, локатор судов, систему воспроизведения звука, экран, пассивную электромагнитную ручку, модуль беспроводной передачи информации на другие устройства.
Введение информации осуществляется за счет использования цифровой электромагнитной ручки с последующей обработкой цифрового сигнала и преобразования его в изображения, демонстрируемые на экране.
В данной публикации подробно не раскрыта конструкция электромагнитной ручки, а лишь указано, что такая ручка соединена с устройством проводом посредством штепсельного соединения и модифицирована для работы под водой на глубине, например, ручка вместе с наконечником заключены в водонепроницаемый корпус и покрыты слоем силиконового геля.
Недостатком данного технического решения является наличие внешнего источника питания, располагаемого на грузовом поясе дайвера, что сковывает движения и ограничивает использование (например, нельзя оперативно передать такое устройство другому дайверу под водой). Другим недостатком является необходимость соединения цифровой электромагнитной ручки с устройством, что ограничивает работу с электромагнитной ручкой (провод может зацепиться за элементы снаряжения дайвера; при повреждении провода стилус теряет работоспособность). Еще одним недостатком является низкая чувствительность стилуса к степени нажатия на наконечник, поскольку последний заключен в корпус и, очевидно, находится в статичном состоянии. Кроме того, в данном решении является обязательным использование устройства ввода в виде ручки и отсутствует какой-либо иной вариант для ввода информации, что существенно ограничивает возможности дайверов, поскольку одна рука всегда занята ручкой.
Вместе с тем, известны устройства, работающие на принципе электромагнитного резонанса, в которых стилус не требует подсоединения к устройству проводом, а источник питания размещен непосредственно в самом устройстве. При этом такой стилус имеет высокую степень чувствительности за счет обеспечения возможности перемещения наконечника внутри корпуса стилуса и взаимодействия с компонентами стилуса. Например, таким устройством является графический планшет WACOM ONE https://www.wacom.com/en-de/products/pen-displays/wacom-one#Specifications. Данное устройство позволяет вводить информацию посредством специального беспроводного стилуса. Также такие стилусы именуются пером, сенсорным пером или электромагнитным пером.
Основными компонентами такого устройства являются корпус, расположенные в корпусе жидкокристаллический экран, под которым размещен индуктивный сенсорный узел, содержащий обычно выполненные печатным способом катушки индуктивности, микроконтроллер и другие электронные компоненты, необходимые для обеспечения работы экрана и индуктивного сенсорного узла, и электрически соединенные с ними, источник питания (аккумуляторная батарея), а также беспроводной стилус, в котором находится настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом колебательный контур. Дополнительно, для целей обеспечения возможности ввода информации пальцем, устройство может иметь емкостную сенсорную панель, выполненную на базе емкостной технологии и размещенную поверх экрана.
Преимущество использования таких планшетов с экранами и сенсорными панелями на основе электромагнитного резонанса, заключается в том, что они обеспечивают очень высокую точность определения местоположения стилуса, а следовательно, высокую точность ввода данных.
Суть данной технологии заключается в следующем. Под экраном (например, жидкокристаллическим или на основе электронных чернил), служащим главным образом для отображения информации, размещается индуктивный сенсорный узел, содержащий выполненные печатным способом катушки индуктивности. При подаче переменного напряжения катушки формируют на поверхности экрана электромагнитное поле. В качестве указателя используется стилус, в котором находится настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом колебательный контур. При поднесении стилуса к экрану этот контур модулирует электромагнитное поле, изменяя индуктивность расположенных под экраном печатных катушек индуктивности. Причем, чем ближе катушка индуктивности панели к колебательному контуру стилуса, тем значительнее изменение ее индуктивности. Микроконтроллер фиксирует параметры катушек индуктивности и вычисляет положение стилуса. Стилус не имеет собственного источника питания, однако не просто отражает полученную вследствие резонанса энергию, а формирует с ее помощью ответный сигнал, в том числе передающий информацию от помещенных в стилус дополнительных датчиков (при их наличии в конкретном стилусе) о его наклоне, типе наконечника, силе нажима и других параметрах, необходимых для создания на экране изображения высокого качества. Поскольку возникновение электромагнитного резонанса не требует непосредственного контакта между резонирующим стилусом и рабочей поверхностью исходного поля, сенсорная панель может быть помещена за экраном, что устраняет ее негативное влияние на качество изображения. Таким образом, данная конструкция позволяет отслеживать местоположение стилуса даже в том случае, когда его наконечник находится на расстоянии до 2 см от экрана. Чем ближе стилус к экрану, тем сильнее модуляция исходного поля, которая и несет информацию о месте и характере контакта.
В известных планшетах на основе электромагнитного резонанса стилус включает в себя полый корпус, наконечник, который установлен с возможностью перемещения во внутреннем пространстве корпуса стилуса, колебательный LC контур, включающий, по меньшей мере, катушку индуктивности-L с ферритовым сердечником и конденсатор-С.
Для обеспечения взаимодействия стилуса с индуктивным сенсорным узлом необходимо, чтобы колебательный контур стилуса был настроен с этим узлом в режим электромагнитного резонанса. При этом необходимо обеспечить возможность изменения резонансной частоты колебательного контура стилуса для того, чтобы микроконтроллер планшета мог регистрировать разные события в зависимости от частоты ответного сигнала стилуса.
Таким образом, основными компонентами колебательного контура стилуса являются катушка индуктивности и конденсатор. Катушка индуктивности обеспечивает взаимодействие стилуса с планшетом, в том числе позиционирование курсора и питание схемы. При этом изменение частоты колебательного контура может осуществляться изменением таких параметров как емкость конденсатора, индуктивность катушки индуктивности или сопротивление (например, резистора при его наличии) в электрической цепи колебательного контура.
В известных устройствах с сенсорной панелью на основе электромагнитного резонанса стилусы не являются защищенными от попадания внутрь воды и не могут использоваться под водой, поскольку контакт с водой неизбежно приведет к короткому замыканию и утрате стилусом работоспособности. Вместе с тем отсутствует готовое решение, позволяющее приспособить
использование таких стилусов под водой для целей ввода информации, в том числе, позволяющих обеспечить его герметичность, сохраняя, при этом, подвижность компонентов колебательного контура, что необходимо для изменения резонирующей частоты.
Кроме того, в известном уровне техники отсутствует наручное устройство, например, в виде перчатки или накладки на руку, содержащее компоненты колебательного контура и выполняющее все функции упомянутого стилуса, при этом освобождая руки.
Таким образом, существует потребность в создании надежного устройства ввода данных, которое может использоваться в чрезвычайно экстремальных условиях, например, глубоко под водой для ввода данных в устройство ввода и отображения информации, которое может быть выполнено в разных вариантах, в том числе в виде наручного устройства, в котором данное устройство могло бы быть размещено.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание устройства, позволяющего вводить данные в устройство ввода и отображения информации на экране в экстремальных условиях, например, под водой, которое за счет надежной защиты размещенных в корпусе устройства компонентов колебательного контура от окружающей среды позволяет использовать в нем принцип электромагнитного резонанса в экстремальных условиях, например, под водой, тем самым позволяет обеспечивать точный ввод данных при работе с устройством в этих условиях.
Еще одной целью является создание перчатки, в которой может быть размещено устройство ввода данных на основе электромагнитного резонанса.
Технический результат изобретения состоит в том, что удалось успешно использовать для ввода информации в экстремальных условиях, например, под водой, устройство ввода данных на основе электромагнитного резонанса.
Согласно одному аспекту изобретения предложено устройство ввода данных для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса, содержащее корпус, размещенный в корпусе колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации, и содержащий, по меньшей мере, конденсатор и катушку индуктивности с ферритовым сердечником, разделенным на две части, одна из которых выполнена неподвижной, а вторая расположена с возможностью перемещения вдоль оси корпуса относительно первой части сердечника, причем корпус изолирует колебательный контур от окружающей среды, а передняя часть корпуса выполнена гибкой с возможностью передачи усилия на подвижную часть ферритового сердечника при взаимодействии передней части корпуса с защитным стеклом устройства с перемещением подвижной части сердечника относительно его неподвижной части для изменения резонансной частоты колебательного контура.
В данном варианте осуществления устройства ввода данных частота колебаний колебательного контура изменяется за счет изменения индуктивности катушки индуктивности при относительном перемещении подвижной части сердечника относительно неподвижной части, при этом с передней частью корпуса, выполненной гибкой, может взаимодействовать подвижная часть ферритового сердечника.
Согласно следующему аспекту изобретения предложено устройство ввода данных для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса, содержащее корпус, размещенный в корпусе колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации, и содержащий, по меньшей мере, катушку индуктивности с ферритовым сердечником и конденсатор, при этом конденсатор выполнен с возможностью изменения емкости при механическом воздействии на него, причем корпус изолирует колебательный контур от окружающей среды, а передняя часть корпуса выполнена гибкой с возможностью передачи усилия на конденсатор для изменения резонансной частоты колебательного контура.
В данном варианте осуществления устройства ввода частота колебаний колебательного контура изменяется за счет изменения емкости конденсатора при механическом воздействии на него.
Согласно следующему аспекту изобретения предложено устройство ввода данных для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса, содержащее корпус, размещенный в корпусе колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации, и содержащий, по меньшей мере, катушку индуктивности с ферритовым сердечником, конденсатор и резистор, при этом резистор выполнен с возможностью изменения сопротивления при механическом воздействии на него, причем корпус изолирует колебательный контур от окружающей среды, а передняя часть корпуса выполнена гибкой с возможностью передачи усилия на резистор для изменения резонансной частоты колебательного контура.
В данном варианте осуществления устройства ввода частота колебаний колебательного контура изменяется за счет изменения сопротивления резистора при механическом воздействии на него.
Согласно следующему аспекту изобретения предложено устройство ввода данных для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса, содержащее корпус, размещенный в корпусе колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации, и содержащий, по меньшей мере, катушку индуктивности с имеющим продольное отверстие ферритовым сердечником и конденсатор, элемент из диамагнитного материала, расположенный с возможностью перемещения в отверстии ферритового сердечника, и элемент из токопроводящего материала, выполненный в виде упругой шайбы, который размещен с возможностью изменения сопротивления при механическом воздействии на него, причем корпус изолирует колебательный контур от окружающей среды, а передняя часть корпуса выполнена гибкой с возможностью передачи усилия на элемент из диамагнитного материала с перемещением элемента из диамагнитного материала относительно ферритового сердечника катушки индуктивности и передачи таким образом механического воздействия от передней части корпуса на элемент из токопроводящего упругого материала, заставляя его то сжиматься и прижиматься к контактам платы устройства ввода, то разжиматься, изменяя при этом сопротивление электрической цепи колебательного контура. В данном случае контакты платы устройства ввода являются электродом, посредством которого часть электрической цепи, образуемая дорожками (контактами), соединяется с другой частью цепи.
В данном варианте осуществления устройства ввода частота колебаний колебательного контура изменяется за счет изменения сопротивления электрической цепи колебательного контура.
Согласно любому из вышеуказанных аспектов изобретения корпус устройства является герметичным и охватывающим колебательный контур, и может быть заполнен жидким диэлектрическим веществом для устранения воздействия давления на компоненты колебательного контура по мере погружения.
Для обеспечения передачи механического воздействия от передней части корпуса на компоненты колебательного контура передняя часть корпуса выполнена гибкой.
Предпочтительно в случаях, когда это необходимо, в корпусе может быть размещено средство возврата подвижного элемента колебательного контура в исходное положение при снятии механического воздействия на переднюю часть корпуса.
Для целей удобства ввода данных под водой возможно размещение устройства ввода данных согласно любому из вышеуказанных аспектов изобретения в перчатке или накладке на руку, образуя таким образом наручное устройство ввода данных.
В дальнейшем изобретение будет более понятным из его подробного раскрытия со ссылкой на сопроводительные чертежи. С пониманием того, что сопроводительные чертежи изображают только взятые в качестве примеров типичные варианты осуществления изобретения, и поэтому не рассматриваются, как ограничивающие объем его защиты, изобретение будет описано и разъяснено с дополнительной конкретизацией и подробностями, с использованием сопроводительных чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 показан общий вид устройства ввода и отображения информации, демонстрирующий использование устройства.
На фиг. 2 - показано устройство ввода данных, выполненное в виде стилуса, и последовательно расположенные слоями защитное стекло, экран и сенсорная панель на основе электромагнитного резонанса (ЭМР).
На фиг. 3 - показан вид сбоку устройства в разрезе для пояснения принципа взаимодействия устройства ввода данных в виде стилуса с сенсорной панелью на принципе электромагнитного резонанса.
На фиг. 4 показано устройство ввода данных в разрезе согласно одному варианту осуществления изобретения с расположенным внутри колебательным контуром с катушкой индуктивности и компонентами, обеспечивающими изменение индуктивности катушки.
На фиг. 5 показано устройство ввода данных в разрезе с расположенным внутри колебательным контуром, в котором ферритовый сердечник катушки индуктивности колебательного контура выполнен с продольным отверстием, а также с элементом из токопроводящего материала, выполненного в виде упругой шайбы, выполняющий функцию резистора с переменным сопротивлением.
На фиг. 6 показан еще один вариант устройства ввода данных в разрезе с расположенным внутри колебательным контуром с резистором переменного сопротивления и компонентами, обеспечивающими изменение сопротивления резистора.
На фиг. 7 показано устройство ввода данных в разрезе с расположенным внутри колебательным контуром с конденсатором переменной емкости и компонентами, обеспечивающими изменение емкости конденсатора.
На фиг. 8 показано устройство ввода данных в разрезе с расположенным внутри колебательным контуром, в котором корпус устройства разделен на две части.
На фиг. 9 - показан общий вид перчатки и устройства ввода и отображения информации, демонстрирующий использование устройства ввода данных, размещенного в перчатке.
На Фиг. 10 показан вид перчатки, в котором размещено устройство ввода данных в корпусе согласно изобретению в отделении для указательного пальца.
На фиг. 11 показан вид перчатки, в которой размещено устройство ввода данных в корпусе, состоящим из двух частей, в одной из которых расположена катушка индуктивности, а во второй - конденсатор.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан общий вид устройства ввода и отображения информации, изображен общий вид устройства ввода и отображения информации в экстремальных условиях, например, под водой, демонстрирующий использование устройства. Устройство ввода и отображения информации 1 включает в себя корпус и защитное стекло 2. Также на фиг. 1 показан общий вид устройства ввода данных 3, взаимодействующего с защитным стеклом 2 устройства ввода и отображения информации 1.
На Фиг. 2 показано устройство ввода данных 3, выполненное в виде стилуса, и последовательно расположенные слоями защитное стекло 2, экран 4 и сенсорная панель на основе электромагнитного резонанса (ЭМР) 5.
В качестве экрана 4 может быть использован жидкокристаллический экран, экран на основе электронных чернил или любой другой известный из уровня техники экран, под которым размещена сенсорная панель на основе электромагнитного резонанса. Для работы устройства в экстремальных условиях, например, под водой, экран 4 должен быть изолирован от внешней среды посредством расположенного над экраном 4 защитного стекла 2, которое уплотнено относительно корпуса устройства ввода и отображения информации 1, и которое позволяет наблюдать информацию на экране.
Под экраном 4 имеется сенсорная индуктивная панель 5, работающая на принципе электромагнитного резонанса. Панель 5 содержит индуктивный сенсорный узел [не показан], имеющий катушки индуктивности, обычно выполненные печатным способом.
В корпусе устройства ввода и отображения информации 1 также размещены электронные компоненты, включающие, микроконтроллер, модуль беспроводной передачи данных, модуль памяти, источник питания, электрически связанные между собой. В качестве микроконтроллера может быть использован любой подходящий известный из уровня техники микроконтроллер, позволяющий обрабатывать сигналы беспроводного стилуса, например, ASIC W8003 или М37534М4-122FP 634102 или 74HC74D АХ564. Подбор соответствующего модуля беспроводной передачи данных, модуля памяти, источника питания также понятен специалисту в данной области техники, не относится существенным образом к предмету данного изобретения, и поэтому этим устройствам не отводится место в настоящем описании. Например, такими модулями обладает планшетный компьютер Samsung Galaxy Tab S6 lite.
Для обеспечения возможности ввода данных в устройство ввода и отображения информации 1 предназначено устройство ввода данных 3, имеющее колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации. Устройство ввода данных 3 будет подробно описано ниже.
На фиг. 4 показано внутреннее устройство устройства ввода данных 3 для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации 1 на основе электромагнитного резонанса согласно одному варианту осуществления изобретения, приведенному здесь только в качестве примера и не ограничивающему объем защиты изобретения.
Устройство ввода данных 3 содержит корпус 6, имеющий переднюю часть 12 корпуса 6, выполненную гибкой. Согласно этому варианту осуществления изобретения внутри корпуса 6 устройства ввода данных 3 расположен колебательный контур, включающий конденсатор 7 и катушку индуктивности 8 с ферритовым сердечником. Конденсатор 7 может быть размещен на плате 9 с дополнительными необходимыми электронными компонентами и должен быть электрически связан с катушкой индуктивности. Ферритовый сердечник состоит из двух частей 10 и 11, одна из которых 10 в этом конкретном варианте осуществления изобретения является основой для намотки на нее катушки 8, причем эта часть 10 ферритового сердечника выполнена с возможностью перемещения вместе с катушкой индуктивности 8 вдоль оси корпуса по отношению ко второй неподвижной относительно корпуса части 11 ферритового сердечника.
Корпус 6 служит для изоляции колебательного контура от окружающей среды и выполнен таким образом, что передняя его часть 12 взаимодействует с защитным стеклом 2 устройства ввода и отображения информации и подвижной частью 10 ферритового сердечника и выполнена гибкой для передачи усилия на подвижную часть 10 ферритового сердечника катушки индуктивности 8. Корпус 6 может быть выполнен из пластика, силикона или иного материала, не экранирующего электромагнитное поле.
С целью устранения воздействия давления воды на переднюю часть 12 корпуса 6, выполненную гибкой, и исключения непроизвольного сокращения расстояния между подвижной частью 10 ферритового сердечника катушки индуктивности 8 и неподвижной частью 11 ферритового сердечника, внутреннее пространство корпуса может быть заполнено диэлектрической жидкостью, например, силиконовым или трансформаторным маслом; важным условием является химическая нейтральность такой жидкости к материалу корпуса 6, чтобы избежать его повреждение или разрушение. При этом другие электронные компоненты, размещенные в корпусе 6 и необходимые для обеспечения его работы и электрически связанные с колебательным контуром, могут быть размещены в том же корпусе 6 вместе с катушкой индуктивности 8, ферритовым сердечником и упругим элементом 13, либо могут быть изолированы диэлектрическим веществом внутри корпуса.
В одном из вариантов исполнения корпус 6 разделен на две части. Это наглядным образом показано на фиг. 8. Внутри одной части корпуса размещена катушка индуктивности 8 с ферритовым сердечником, состоящим из двух частей, а в другой части - конденсатор 7 и другие электронные компоненты [при их наличии]. При этом катушка индуктивности и конденсатор электрически связаны между собой и образуют колебательный контур.
Данное решение направлено на изменение резонансной частоты колебательного контура устройства ввода данных за счет изменения индуктивности катушки индуктивности колебательного контура.
Как было сказано выше передняя часть 12 корпуса 6 выполнена так, что при механическом воздействии на нее с внешней стороны она механически воздействует на подвижную часть 10 ферритового сердечника катушки индуктивности 8 с относительным перемещением подвижной части 10 ферритового сердечника относительно неподвижной части 11 ферритового сердечника, при этом изменяется резонансная частота колебательного контура.
Между подвижной 10 и неподвижной 11 частями ферритового сердечника может быть размещен упругий элемент 13, взаимодействующий с этими частями и способствующий возврату подвижной части 10 в ее исходное положение при снятии механического воздействия на переднюю часть 12 корпуса 6.
Упругий элемент 13, как это показано на фиг. 4, может быть выполнен, например, в виде пружины (можно использовать практически любой тип непроводящей пружины), резинового, силиконового или иного упругого материала, выполняющего основную задачу - деформироваться при взаимодействии передней части 12 корпуса 6 рабочей поверхности экрана или защитного стекла 2 устройства ввода и отображения информации 1, сокращая расстояние между подвижной частью 10 ферритового сердечника катушки индуктивности 8 и неподвижной частью 11 ферритового сердечника, и возвращаться в исходное состояние после прекращения давления на переднюю часть 12 корпуса 6. Упругий элемент 13 может быть расположен между катушкой индуктивности 8 с подвижной частью 10 ферритового сердечника и неподвижной частью 11 ферритового сердечника, либо иным образом, при условии выполнения указанной задачи. Специалисту в данной области техники понятно, что возможны и другие варианты осуществления упругого элемента, не выходящие за объем патентных притязаний настоящего изобретения.
Когда передняя часть 12 корпуса 6 взаимодействует с защитным стеклом 2 устройства ввода и отображения информации, то происходит воздействие на подвижную часть 10 ферритового сердечника через гибкую переднюю часть 12 корпуса 6, при этом пружина 13 сжимается внутри корпуса 6, сокращая расстояние между катушкой индуктивности 8 с подвижной частью 10 ферритового сердечника и неподвижной частью 11 ферритового сердечника.
После прекращения механического воздействия на переднюю часть 12 пружина 13 разжимается и заставляет подвижную часть 10 ферритового сердечника возвращаться в исходное состояние.
С целью устранения воздействия давления воды на гибкую переднюю часть 12 и исключения непроизвольного сокращения расстояния между подвижной частью 10 ферритового сердечника катушки индуктивности и неподвижной частью 11 ферритового сердечника, внутреннее пространство корпуса 6 может быть заполнено диэлектрической и химически нейтральной к материалу корпуса 6 жидкостью [не показано], например, силиконовым маслом или трансформаторным маслом.
Гибкая передняя часть 12 корпуса 6 может быть выполнена из резины, силикона или иного упругого материала, позволяющего прогибаться даже при незначительном механическом воздействии на него и возвращаться в исходное состояние при прекращении механического воздействия. Предпочтительно использовать материал с твердостью по Шору не выше 40А. Однако, это не ограничивает возможность применения более твердых материалов, при условии сохранения возможности передачи механического усилия от передней части 12 на компоненты колебательного контура, в частности, подвижную часть 10 ферритового сердечника.
Колебательный контур настроен в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации 1.
В одном из вариантов осуществления изобретения плата 9 с конденсатором 7 и другими электронными компонентами, размещенными в корпусе 6 и необходимые для обеспечения его работы, размещены во второй части корпуса.
В таком исполнении устройство ввода данных является надежно защищенным и может использоваться под водой без риска повреждения, сохраняя при этом свою полную функциональность, в том числе возможность фиксировать состояние и положение наконечника, и определять степень и характер воздействия на него (чувствительность).
На фиг. 5 показан еще один вариант осуществления устройства ввода данных 3.
Устройство ввода данных 3 содержит корпус 6, катушку индуктивности 8 с имеющим продольное отверстие ферритовым сердечником 14 и конденсатор 7, образующие колебательный контур. При этом катушка индуктивности 8 намотана на ферритовом сердечнике 14 с продольным отверстием внутри, через которое проходит элемент из диамагнитного материала 15 с возможностью свободного перемещения внутри, контактирующий с одной стороны с гибкой передней частью 12 корпуса 6, а с другой стороны с элементом из токопроводящего материала 16, выполненного в виде упругой шайбы. По меньшей мере, ферритовый сердечник 14 с катушкой индуктивности, конденсатор 7 и элемент из токопроводящего материала 16, размещены в корпусе 6 из пластика, силикона или иного не экранирующего электромагнитное поле материала, при этом передняя часть 12 корпуса 6 выполнена гибкой. С целью устранения воздействия давления воды на упомянутую гибкую переднюю часть 12 и исключения непроизвольного механического воздействия на компоненты колебательного контура, внутреннее пространство корпуса 6 может быть заполнено диэлектрической жидкостью. В данном решении давление, оказываемое на переднюю часть 12 корпуса 6 при взаимодействии с рабочей поверхностью или защитным стеклом 2 устройства ввода и отображения информации 1, передается через гибкую переднюю часть корпуса 6 на элемент из диамагнитного материала 15, размещенный в ферритовом сердечнике 14 с возможностью перемещения внутри, который, в свою очередь передает давление на элемент из токопроводящего упругого материала 16, заставляя его то сжиматься и прижиматься к контактам платы 9 устройства ввода данных 3, то разжиматься, изменяя при этом сопротивление электрической цепи колебательного контура. В данном случае контакты 21 платы 9 являются электродом, посредством которого часть электрической цепи, образуемая дорожками (контактами), соединяется с другой частью цепи.
Данное решение направлено на изменение резонансной частоты колебательного контура устройства ввода данных 3 за счет изменения сопротивления электрической цепи колебательного контура.
На фиг. 6 приведен еще один вариант осуществления устройства ввода данных 3, которое содержит корпус 6, имеющий переднюю часть корпуса 12, выполненную гибкой. В корпусе 6 размещены катушка индуктивности 8, конденсатор 7 и резистор 17, образующие колебательный контур. При этом корпус 6 выполнен из пластика, силикона или иного не экранирующего электромагнитное поле материала. С целью устранения воздействия давления воды на гибкую переднюю часть 12 корпуса 6 и исключения непроизвольного воздействия на компоненты колебательного контура, внутреннее пространство корпуса 6 может быть заполнено диэлектрической жидкостью. Катушка индуктивности 8 намотана на ферритовом сердечнике 14 с продольным отверстием внутри, через которое проходит элемент из диамагнитного материала 15 с возможностью свободного перемещения внутри, контактирующий с одной стороны с гибкой передней частью 12 корпуса 6, а с другой стороны с резистором 17. Задняя часть диамагнитного элемента имеет шайбу 18 из упругого материала, служащую средством возврата данного элемента при прекращении оказания на него механического воздействия. В данном решении давление, оказываемое на переднюю часть корпуса 6 при взаимодействии с защитным стеклом устройства ввода и отображения информации, передается через гибкую переднюю часть 12 корпуса 6 на элемент из диамагнитного материала 15, размещенный в ферритовом сердечнике 14 с возможностью перемещения внутри, который, в свою очередь передает давление на резистор 17, изменяющий свое сопротивление при механическом воздействии на него.
Данное решение направлено на изменение резонансной частоты колебательного контура устройства ввода данных за счет изменения сопротивления резистора.
На фиг. 7 показан еще один вариант осуществления устройства ввода данных 1. Устройство ввода данных 3 содержит корпус 6, имеющий переднюю часть корпуса 12, выполненную гибкой и с возможностью взаимодействия с защитным стеклом 2 устройства ввода и отображения информации 1. В корпусе 6 размещены катушка индуктивности 8, конденсатор переменной емкости 19 и резистор 17, образующие колебательный контур. В качестве конденсатора переменной емкости 19 выбран конденсатор, электрическая емкость которого может изменяться механическим способом, либо электрически, под действием изменения приложенного к обкладкам напряжения. Переменные конденсаторы применяются в колебательных контурах и других частотозависимых цепях для изменения их резонансной частоты. В настоящем изобретении применен переменный конденсатор, в котором изменение емкости происходит за счет механического нажатия на крышку конденсатора и прогиба одной из его пластин. Например, может быть использован конденсатор LXRW19V201-058, Murata Variable Capacitor 100 - 200pF 5.3V. При этом катушка индуктивности намотана на ферритовом сердечнике 14 с продольным отверстием внутри, через которое проходит элемент из диамагнитного материала 15 с возможностью свободного перемещения внутри, контактирующий с одной стороны с гибкой передней частью 12 корпуса 6, а с другой стороны - с крышкой 2 0 конденсатора переменной емкости 19 напрямую либо через шайбу 18 из упругого материала. Элемент из диамагнитного материала 15 проходит сквозь сердечник катушки 14 и давление на переднюю часть корпуса 6 передается на крышку 20 конденсатора переменной емкости 19, величина которой зависит от силы нажатия на его крышку. Шайба 18 из упругого материала необходима для обеспечения возврата элемента из диамагнитного материала 15 в исходное положение при прекращении механического воздействия на переднюю часть 12 корпуса б. Корпус 6 выполнен из пластика, силикона или иного не экранирующего электромагнитное поле материала. С целью устранения воздействия давления воды на переднюю часть корпуса 6 и исключения непроизвольного воздействия на компоненты колебательного контура, внутреннее пространство корпуса 6 может быть заполнено диэлектрической жидкостью. В данном решении давление, оказываемое на переднюю часть корпуса 6 при взаимодействии с защитным стеклом 2 устройства ввода и отображения информации 1, передается через гибкую переднюю часть 12 корпуса 6 на элемент из диамагнитного материала 15, размещенный в ферритовом сердечнике 14 с возможностью перемещения внутри, который, в свою очередь передает давление на конденсатор переменной емкости 19 через шайбу из упругого материала 18. При увеличении силы нажатия емкость увеличивается, а резонансная частота уменьшается.
Данное решение направлено на изменение резонансной частоты колебательного контура устройства ввода данных за счет изменения емкости конденсатора.
Устройство ввода данных по любому из вышеуказанных вариантов может быть размещено в перчатке [накладке на перчатку], представляющей собой оболочку с входным отверстием и пятью выступами трубчатой формы с глухими закругленными торцами для вложения пальцев, как показано на фиг. 9-11. В этом случает оно будет представлять собой наручное устройство. Основным условием является расположение устройства ввода данных таким образом, чтобы корпус 6, выполненный гибким, был расположен максимально близко к кончику перчатки 22 для обеспечения минимального расстояния от катушки индуктивности 8 до индуктивного сенсорного узла [не показано] устройства ввода и отображения информации 1. Пример такого размещения устройства ввода данных 3 в перчатке 22, не ограничивавший объем патентных притязаний настоящего изобретения, более подробно показан на фиг. 9 - фиг. 10. На фиг. 11 показан вид перчатки, в котором устройство ввода данных 3 размещено в корпусе 6, состоящим из двух частей. Внутри одной части корпуса 6 размещена катушка индуктивности 8 с ферритовым сердечником, состоящим из двух частей (подвижной 10 и неподвижной 11), а в другой части - конденсатор 7 и другие электронные компоненты [при их наличии]. При этом катушка индуктивности 8 и конденсатор 7 электрически связаны между собой и образуют колебательный контур.
Устройство ввода данных, выполненное в виде наручного устройства, может быть размещено внутри перчатки, когда, по меньшей мере, одна часть корпуса 6, содержащая катушку индуктивности 8 с ферритовым сердечником, состоящим из двух частей (подвижной 10 и неподвижной 11), размещена в одном из выступов оболочки (перчатки) трубчатой формы с глухими закругленными торцами для вложения пальцев.
Также устройство ввода данных, выполненное в виде наручного устройства, может быть размещено поверх одного из выступов оболочки (перчатки) трубчатой формы с глухими закругленными торцами для вложения пальцев.
Устройство ввода данных работает следующим образом.
Размещенный под экраном 4 устройства ввода и отображения информации 1 индуктивный сенсорный узел [не показано], при подаче на него переменного напряжения, формирует на поверхности экрана электромагнитное поле. Используемое в качестве указателя устройство ввода данных содержит настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства колебательный контур. При поднесении устройства ввода данных к экрану 4 через защитное стекло 2 этот контур модулирует электромагнитное поле, изменяя индуктивность расположенных под экраном 4 печатных катушек индуктивности индуктивного сенсорного узла. Причем, чем ближе катушка индуктивности сенсорного узла к колебательному контуру устройства ввода данных, тем значительнее изменение ее индуктивности.
При касании передней частью 12 корпуса 6 устройства ввода данных защитного стекла 2 устройства ввода и отображения информации 1 через гибкую часть происходит механическое воздействие (толкательным движением вдоль продольной оси) на подвижную часть 10 ферритового сердечника катушки индуктивности 8, тем самым сокращается расстояние между подвижной 10 и неподвижной 11 частями ферритового сердечника катушки индуктивности 8 и изменяя частоту индуктивности колебательного контура и модулируя электромагнитное поле необходимой частоты. В другом варианте при касании передней частью 12 корпуса устройства ввода данных защитного стекла 2 устройства ввода и отображения информации 1 через гибкую часть происходит механическое воздействие (толкательным движением вдоль продольной оси) на крышку 20 конденсатора переменной емкости 19, изменяя его емкость и, или на резистор 17, изменяя его сопротивление, и, соответственно, тем самым изменяя резонансную частоту колебательного контура и модулируя электромагнитное поле необходимой частоты. Еще в одном варианте исполнения резонансная частота колебательного контура изменяется за счет изменения сопротивления электрической цепи колебательного контура путем передачи механического воздействия от передней части 12 корпуса 6 устройства ввода данных 3 на элемент из токопроводящего материала 16, который под воздействием давления то сжимается, прижимаясь к электроду, электрически связанному с колебательным контуром, то разжимается, что приводит к изменению резонансной частоты колебательного контура и модулированию электромагнитного поля необходимой частоты.
Микроконтроллер фиксирует параметры катушек индуктивности и вычисляет положение устройства ввода данных 3. Устройство ввода данных 3 не имеет собственного источника питания, однако сигнал, излучаемый сенсорной панелью на основе электромагнитного резонанса 5, содержащей индуктивный сенсорный узел, используется для питания устройства ввода данных, которое, в свою очередь, посылает ответный сигнал, являющийся не просто отражением исходного, а заново сформированным, который, как правило, несет дополнительную информацию, идентифицирующую конкретный стилус, а также данные о силе нажатия, месте положения устройства ввода данных и другие параметры, необходимые для создания на экране изображения высокого качества.
Обработанный сигнал устройства ввода данных 3 преобразуется в координаты и передается на экран устройства ввода и отображения информации 1, сконфигурированный таким образом, чтобы отображать эти координаты в виде точек на экране, соответствующие положению устройства ввода данных 3, и, таким образом, формировать изображение, которое может наблюдать пользователь через защитное стекло 2 устройства ввода и отображения информации.
Выполненное согласно любому из указанных вариантов исполнения устройство ввода данных 3 согласно настоящему изобретению, является надежно защищенным и может использоваться под водой без риска повреждения, сохраняя при этом полную функциональность, присущую такому средству как электромагнитному перу, при взаимодействии с сенсорной панелью 5 на основе электромагнитного резонанса, включая обеспечение различной степени чувствительности.
Предлагаемое устройство ввода данных для устройства ввода и отображения информации под водой может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец устройства ввода данных. Образец устройства ввода данных был испытан под водой в соответствии с планом испытаний, которые проводились в 4 этапа:
- на первом этапе испытаний проводилась проверка работоспособности ввода информации на поверхности посредством использования сенсорной панели через защитное стекло. Оператор включил устройство ввода и отображения информации. Далее, после загрузки операционной системы оператор поочередно осуществлял запуск приложений рабочего стола (основного экрана). Все приложения открывались и устройство ввода данных работало корректно.
- на втором этапе испытаний устройство ввода данных было погружено под воду на глубину до 40 метров при температуре воды +28 градусов. При данных условиях устройство ввода данных полностью функционировало на протяжении всего цикла испытаний, состоящих из 10 погружений, длительностью 45-60 минут каждое. При этом под водой ввод информации в устройство ввода и отображения информации осуществлялся при помощи устройства ввода данных, раскрытого в настоящем изобретении. Данное испытание показало эффективную работоспособность устройства ввода данных, а также высочайшую точность определения местоположения электромагнитного стилуса и ввода данных - было возможно активировать самые мелкие значки, а также рисовать, делать записи, сохранять в память и выводить на экран из памяти необходимую информацию.
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача - создано устройство ввода данных на основе электромагнитного резонанса, которое работает под водой и позволяет вводить информацию в устройство ввода и отображения информации с высокой степенью точности.
Заявленное устройство ввода данных может использоваться как дайверами любителями, так и коммерческими дайверами, подводными археологами и другими исследователями, подводными службами и ремонтными и строительными бригадами (например, нефтяных платформ, дамб и пр.), а также операторами подводных беспилотных аппаратов (дронов) и пользователями систем подводной навигации.