RU2316806C1 - Device for inputting information into electric devices - Google Patents

Device for inputting information into electric devices Download PDF

Info

Publication number
RU2316806C1
RU2316806C1 RU2006109408/09A RU2006109408A RU2316806C1 RU 2316806 C1 RU2316806 C1 RU 2316806C1 RU 2006109408/09 A RU2006109408/09 A RU 2006109408/09A RU 2006109408 A RU2006109408 A RU 2006109408A RU 2316806 C1 RU2316806 C1 RU 2316806C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
manipulator
marker
photodetector
matrix
electronic
Prior art date
Application number
RU2006109408/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006109408A (en
Inventor
Виталий Васильевич Мережкин (RU)
Виталий Васильевич Мережкин
Original Assignee
Виталий Васильевич Мережкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виталий Васильевич Мережкин filed Critical Виталий Васильевич Мережкин
Priority to RU2006109408/09A priority Critical patent/RU2316806C1/en
Publication of RU2006109408A publication Critical patent/RU2006109408A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2316806C1 publication Critical patent/RU2316806C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

FIELD: engineering of devices for inputting information into electronic devices, in particular, mobile phones, computers, control panels, home appliances and other technological devices.
SUBSTANCE: device contains body meant for mounting structural elements. On the working surface of the body, miniature manipulator is positioned, which realizes functions of controlled element. In internal space of the body, marker with possible movement under effect of magnetic gravity forces from the side of manipulator, magnetic field and acoustic signal sensors and optic-electronic control block, including electronic and optical systems, are positioned.
EFFECT: creation of device for information input, which may display absolute coordinates of position of wireless, miniature manipulator, as cursor, and to transfer control signals by means of the same, and device may also be integrated with electronic device controlled by it.
9 cl, 10 dwg

Description

Изобретение может быть использовано для ввода информации в электронные приборы, в частности в мобильные телефонные аппараты, компьютеры, пульты управления, фото, видео, аудио, бытовые и другие технологические устройства, путем управления курсором, отображаемым на дисплее управляемого электронного прибора, а также путем передачи управляющих сигналов.The invention can be used to enter information into electronic devices, in particular into mobile telephones, computers, control panels, photos, video, audio, household and other technological devices, by controlling the cursor displayed on the display of a controlled electronic device, as well as by transmitting control signals.

Устройства для ввода информации в электронные приборы широко известны. Известно, например, устройство для указания положения манипулятора, описанное в патенте JP №10171582 A (WACOM CO LTD) 26.06.1998. «Указатель положения» [1]. Устройство содержит две расположенные параллельно и с заданным расстоянием между собой поверхности с электропроводным растром. На внешней стороне верхней поверхности установлен манипулятор, являющийся управляемым элементом устройства, манипулятор может содержать в себе постоянный магнит. Между поверхностями с электропроводным растром расположен электропроводный подвижный элемент. При перемещении манипулятора по поверхности устройства, электропроводный элемент перемещается между двумя поверхностями с электропроводным растром, так как на него воздействует сила магнитного притяжения со стороны манипулятора. При этом указанный подвижный элемент, на месте своего расположения, вызывает изменение емкостной связи между указанными поверхностями, что позволяет блоку управления устройством определить координаты положения подвижного элемента и ввести их в компьютер.Devices for inputting information into electronic devices are widely known. It is known, for example, a device for indicating the position of the manipulator, described in JP patent No. 10171582 A (WACOM CO LTD) 06/26/1998. "Position indicator" [1]. The device contains two surfaces located in parallel and with a given distance between each other with an electrically conductive raster. A manipulator, which is a controlled element of the device, is installed on the outer side of the upper surface; the manipulator may contain a permanent magnet. Between the surfaces with a conductive raster is an electrically conductive movable element. When the manipulator moves along the surface of the device, the electrically conductive element moves between two surfaces with an electrically conductive raster, since it is affected by the force of magnetic attraction from the side of the manipulator. Moreover, the indicated movable element, at its location, causes a change in capacitive coupling between the indicated surfaces, which allows the device control unit to determine the position coordinates of the movable element and enter them into the computer.

Недостатками «Указателя положения» являются низкая надежность, связанная с тем, что емкостная связь между поверхностями с электропроводным растром крайне чувствительна к вибрациям, температурным и механическим деформациям этих поверхностей, возникающим при эксплуатации устройства, что может привести к потере блоком управления контроля координат положения подвижного элемента.The disadvantages of the "Position Indicator" are the low reliability due to the fact that the capacitive coupling between surfaces with a conductive raster is extremely sensitive to vibrations, thermal and mechanical deformations of these surfaces that occur during operation of the device, which can lead to the loss by the control unit of the coordinate control of the position of the movable element .

Кроме того, устройство не способно передавать сигналы, необходимые для управления компьютером, как, например, широко известная компьютерная «мышь».In addition, the device is not capable of transmitting the signals necessary for controlling a computer, such as, for example, the well-known computer mouse.

Наиболее близким к изобретению по сущности и достигаемому техническому результату является устройство оптического ввода информации типа «мышь», описанное в патенте US №4751505 НКИ: 340/710 «Оптическая мышь» [2].Closest to the invention in essence and the technical result achieved is a device for optical input of information of the type “mouse” described in US patent No. 4751505 NKI: 340/710 “Optical mouse” [2].

В патенте описывается устройство, содержащее корпус, предназначенный для монтажа конструктивных элементов, одновременно выполняющий функцию управляемого элемента и элемента, координаты позиции которого определяются. Корпус имеет на своей поверхности микропереключатели для передачи сигналов управления и содержит в себе электронную и оптическую системы. Оптическая система проецирует изображение участка рабочей поверхности под корпусом устройства, освещаемого источником света, на матричный фотодетектор, входящий в состав электронной системы. Фотодетектор представляет собой матрицу из фотодиодов, построенную на базе технологии КМОП-КМДП. Процессор обработки изображений, входящий в состав электронной системы, делает снимки поверхности под «мышью» с высокой частотой, при этом АЦП процессора, осуществляя построчное сканирование, оценивает освещенность каждого элемента матрицы. На основании анализа череды последовательных снимков поверхности процессор высчитывает результирующие показатели, соответствующие направлению и величине перемещения корпуса «мыши» вдоль осей Х и Y, под воздействием руки оператора. Полученные данные передаются микросхеме-контроллеру, входящей в состав электронной системы «мыши», отвечающей также за реакцию на нажатие микропереключателей, вращение колеса прокрутки и т.д. Данная микросхема уже непосредственно передает в ПК информацию о направлении перемещения мыши, конвертируя данные в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. А уже компьютер, используя драйвер «мыши», на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора и выполняет команды, соответствующие углу поворота колеса прокрутки и нажатию на микропереключатели.The patent describes a device containing a housing designed for mounting structural elements, at the same time performing the function of a controlled element and an element whose position coordinates are determined. The housing has microswitches on its surface for transmitting control signals and contains electronic and optical systems. The optical system projects an image of a portion of the working surface under the casing of the device illuminated by the light source onto a matrix photodetector, which is part of the electronic system. The photodetector is a matrix of photodiodes built on the basis of the CMOS-KMDP technology. The image processing processor, which is part of the electronic system, takes high-frequency images of the surface under the “mouse”, while the processor’s ADC, performing line-by-line scanning, estimates the illumination of each matrix element. Based on the analysis of a series of consecutive images of the surface, the processor calculates the resulting indicators corresponding to the direction and magnitude of the movement of the mouse body along the X and Y axes, under the influence of the operator’s hand. The data obtained is transmitted to the controller chip, which is part of the electronic mouse system, which is also responsible for the reaction to pressing the microswitches, rotating the scroll wheel, etc. This microcircuit already directly transfers information about the direction of mouse movement to the PC, converting the data into signals transmitted via the PS / 2 or USB interfaces. And already the computer, using the mouse driver, on the basis of the information received through these interfaces, moves the cursor on the monitor screen and executes commands corresponding to the angle of rotation of the scroll wheel and pressing the microswitches.

Оптическая «мышь» имеет недостатки.The optical mouse has disadvantages.

Конструкция оптической системы и наличие многочисленных элементов в корпусе манипулятора не позволяют выполнить «мышь» в миниатюрном исполнении.The design of the optical system and the presence of numerous elements in the body of the manipulator do not allow a miniature mouse to be made.

Кроме того, наличие провода для передачи данных и питания ограничивает ее подвижность, а беспроводная «мышь» имеет большой вес, из-за элементов питания и требует периодической зарядки.In addition, the presence of a wire for data and power transmission limits its mobility, and the wireless “mouse” has a lot of weight due to batteries and requires periodic charging.

Кроме того, для «мыши» необходима горизонтальная рабочая поверхность.In addition, a horizontal working surface is required for the mouse.

Описанные выше недостатки в совокупности не позволяют применить «мышь» для управления мобильными устройствами, например сотовыми телефонами.The disadvantages described above, in aggregate, do not allow the use of a “mouse” to control mobile devices, such as cell phones.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание устройства ввода информации в электронные приборы, которое позволяет отображать в виде курсора на дисплее управляемого электронного прибора абсолютные координаты позиции миниатюрного и беспроводного манипулятора, выполняющего в устройстве функцию управляемого элемента.The technical result of the claimed invention is the creation of a device for inputting information into electronic devices, which allows you to display the absolute position coordinates of a miniature and wireless manipulator that performs the function of a controlled element in the form of a cursor on the display of a controlled electronic device.

Дополнительным техническим результатом изобретения является создание такой конструкции устройства, в которой при помощи миниатюрного и беспроводного манипулятора возможна передача сигналов управления.An additional technical result of the invention is the creation of such a device design in which a control signal can be transmitted using a miniature and wireless manipulator.

Еще одним техническим результатом изобретения является повышение удобства пользования миниатюрным манипулятором устройства.Another technical result of the invention is to improve the usability of the miniature manipulator of the device.

Еще одним техническим результатом изобретения является конструкция устройства, интегрированная с управляемым им электронным прибором.Another technical result of the invention is a device design integrated with an electronic device controlled by it.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что заявляемое устройство ввода информации в электронные приборы содержит управляемый элемент, корпус с установленным в нем источником света и электронной системой, содержащей электрически связанные матричный фотодетектор, процессор обработки изображений и микросхему-контроллер, при этом управляемым элементом является миниатюрный манипулятор, содержащий в себе как минимум один постоянный магнит и размещенный на поверхности корпуса, при этом источник света выполнен в форме плоской светоизлучающей панели, установлен напротив и параллельно фотодетектору, при этом между источником света и фотодетектором размещен маркер, содержащий в себе как минимум один постоянный магнит и выполненный с возможностью перемещения параллельно поверхности фотодетектора, под воздействием сил магнитного притяжения со стороны манипулятора, при этом процессор обработки изображений выполнен с возможностью определения координат позиции маркера по его тени на поверхности фотодетектора.These technical results are achieved due to the fact that the inventive device for inputting information into electronic devices contains a controlled element, a housing with a light source installed in it and an electronic system containing an electrically coupled matrix photodetector, an image processing processor and a controller chip, while the controlled element is a miniature manipulator containing at least one permanent magnet and placed on the surface of the housing, while the light source is made in the form a light emitting panel is mounted opposite and parallel to the photodetector, while between the light source and the photodetector there is a marker containing at least one permanent magnet and made to move parallel to the surface of the photodetector, under the influence of magnetic forces from the manipulator, while the processing processor images made with the possibility of determining the coordinates of the position of the marker by its shadow on the surface of the photodetector.

Кроме того, в корпусе устройства дополнительно установлен как минимум один датчик, чувствительный к магнитному полю маркера и электрически связанный с микросхемой-контроллером.In addition, at least one sensor that is sensitive to the marker’s magnetic field and electrically connected to the controller chip is additionally installed in the device’s case.

Кроме того, в корпусе устройства дополнительно установлен датчик акустических колебаний корпуса, при этом электронная система устройства дополнительно содержит блок обработки импульсных акустических сигналов, электрически связанный с указанным датчиком и микросхемой контроллером.In addition, an acoustic vibration sensor of the housing is additionally installed in the device’s case, while the device’s electronic system further comprises a pulse acoustic signal processing unit electrically connected to the sensor and the controller chip.

Кроме того, манипулятор дополнительно содержит как минимум один излучатель импульсных звуковых сигналов в виде упругой мембраны.In addition, the manipulator further comprises at least one emitter of pulsed sound signals in the form of an elastic membrane.

Кроме того, на поверхности манипулятора, в центре его верхней части, выполнено углубление.In addition, on the surface of the manipulator, in the center of its upper part, a recess is made.

Кроме того, манипулятор и маркер дополнительно содержат наружный слой материала с низким коэффициентом трения.In addition, the manipulator and marker further comprise an outer layer of material with a low coefficient of friction.

Кроме того, маркер дополнительно содержит узел блокировки самопроизвольного движения.In addition, the marker further comprises a spontaneous motion blocking unit.

Кроме того, что маркер выполнен с возможностью перемещения и вращения параллельно поверхности фотодетектора, под воздействием сил магнитного притяжения со стороны манипулятора, при этом маркер дополнительно содержит непрозрачную диафрагму, в которой имеется как минимум одно прозрачное окно, а процессор обработки изображений выполнен с возможностью определения координат позиции и угла поворота маркера, по его тени на поверхности фотодетектора.In addition, the marker is arranged to move and rotate parallel to the surface of the photodetector, under the influence of magnetic forces from the side of the manipulator, while the marker further comprises an opaque diaphragm in which there is at least one transparent window, and the image processor is configured to determine the coordinates position and angle of rotation of the marker, by its shadow on the surface of the photodetector.

Кроме того, устройство интегрировано с управляемым им электронным прибором.In addition, the device is integrated with the electronic device it controls.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами.The invention is illustrated by the following graphic materials.

Фиг.1а - общий вид устройства, в сечении.Figa - General view of the device, in cross section.

Фиг.1б - общий вид устройства с возможностью передачи сигналов управления, в разрезе.Figb is a General view of the device with the possibility of transmitting control signals, in section.

Фиг.1в - устройство с магнитами в форме квадратной рамки, в разрезе.Figv is a device with magnets in the form of a square frame, in a section.

Фиг.1г - устройство с кольцевыми магнитами, в разрезе.Fig. 1d is a sectional view of a device with ring magnets.

Фиг.2а - схемы взаимодействия магнитных полюсов манипулятора и маркера с магнитами в форме квадратной рамки.Figure 2a is a diagram of the interaction of the magnetic poles of the manipulator and the marker with magnets in the shape of a square frame.

Фиг.2б - схемы взаимодействия магнитных полюсов манипулятора и маркера с кольцевыми магнитами.Fig.2b is a diagram of the interaction of the magnetic poles of the manipulator and marker with ring magnets.

Фиг.3а - иллюстрация к словесному описанию алгоритма нахождения координат и угла поворота манипулятора, в общем виде.Figa - illustration to the verbal description of the algorithm for finding the coordinates and angle of rotation of the manipulator, in General form.

Фиг.3б - иллюстрация к словесному описанию алгоритма нахождения координат и угла поворота манипулятора.Figb - illustration to the verbal description of the algorithm for finding the coordinates and angle of rotation of the manipulator.

Фиг.4 - блок-схема алгоритма нахождения координат манипулятора и угла его поворота.Figure 4 - block diagram of the algorithm for finding the coordinates of the manipulator and the angle of rotation.

Фиг.5 - блок-схема принципа работы устройства по примеру 1.5 is a block diagram of the principle of operation of the device according to example 1.

Фиг.6 - блок-схема принципа работы устройства по примеру 2.6 is a block diagram of the principle of operation of the device according to example 2.

Фиг.7 - блок-схема принципа работы устройства по примеру 4.7 is a block diagram of the principle of operation of the device according to example 4.

Фиг.8 - временная диаграмма передачи и преобразования импульсных акустических сигналов.Fig is a timing diagram of the transmission and conversion of pulsed acoustic signals.

Фиг.9а - общий вид устройства, интегрированного с управляемым электронным прибором, вид сверху.Figa - General view of a device integrated with a controlled electronic device, top view.

Фиг.9б - разрез (А-А) интегрированного устройства.Figb - section (aa) integrated device.

Фиг.10 - структурная схема устройства.Figure 10 is a structural diagram of a device.

Заявляемое устройство (фиг.10) содержит: 1 - корпус, 2 - фотодетектор, 3 - манипулятор, 4 - маркер, 5 - источник света, 6 - датчик акустических колебаний корпуса, 7 - датчик, чувствительный к магнитному полю маркера, 22 - рабочая поверхность, 23 - электронная система.The inventive device (Fig. 10) contains: 1 - a housing, 2 - a photodetector, 3 - a manipulator, 4 - a marker, 5 - a light source, 6 - a sensor of acoustic vibrations of the case, 7 - a sensor sensitive to the magnetic field of the marker, 22 - working surface 23 - electronic system.

Манипулятор 3 является управляемым элементом устройства и расположен на рабочей поверхности 22 корпуса 1. Кроме того, устройство содержит в себе маркер 4, являющийся элементом, координаты позиции которого определяются. При этом фотодетектор 2, датчик акустических колебаний корпуса 6 и датчики, чувствительные к магнитному полю маркера 7, являются чувствительными элементами электронной системы 23.The manipulator 3 is a controlled element of the device and is located on the working surface 22 of the housing 1. In addition, the device contains a marker 4, which is an element whose position coordinates are determined. In this case, the photodetector 2, the acoustic vibration sensor of the housing 6 and the sensors sensitive to the magnetic field of the marker 7 are sensitive elements of the electronic system 23.

Фотодетектор 2 является чувствительным элементом процессора обработки изображений (не обозначен), входящего в состав электронной системы устройства 23, выполняет роль позиционно-чувствительного датчика. Фотодетектор 2 представляет собой матрицу из фотодиодов, являющихся светочувствительными элементами, при этом матрица изготовлена, например, по стандартной технологии КМОП-КМДП на основе аморфного кремния, с архитектурой активных или пассивных пикселов [3]. Подобный матричный фотодетектор, но меньшего размера, применяется в прототипе, кроме того, подобные матричные фотодетекторы применяются в устройствах ввода графической информации в вычислительных системах [4] и в других устройствах [3]. Матричный фотодетектор 2 расположен во внутреннем пространстве корпуса устройства под рабочей поверхностью 22 (фиг.1a) и имеет размеры, пропорциональные размерам дисплея. Для управления персональным компьютером фотодетектор может иметь размеры: 70 × 90 мм, для управления сотовым телефоном фотодетектор может иметь размеры: 10 × 10 мм, возможно исполнение матричного фотодетектора и с другими размерами. Количество светочувствительных элементов матричного фотодетектора 2 выбирается в соответствии с требуемым разрешением устройства. При этом, так как устройство позволяет определить абсолютные координаты положения манипулятора, его разрешение можно считать достаточным на уровне разрешения дисплея. Например, для управления персональным компьютером, количество элементов матрицы может составить: 1280·1024≈1,3·106, для управления сотовым телефоном, количество элементов матрицы может составить: 100·100=1·104, возможно изготовление матричного фотодетектора и с другим разрешением.Photodetector 2 is a sensitive element of the image processing processor (not indicated), which is part of the electronic system of the device 23, acts as a position-sensitive sensor. Photodetector 2 is a matrix of photodiodes, which are photosensitive elements, while the matrix is made, for example, using standard CMOS-KMDP technology based on amorphous silicon, with the architecture of active or passive pixels [3]. A similar matrix photodetector, but of a smaller size, is used in the prototype, in addition, similar matrix photodetectors are used in graphic information input devices in computer systems [4] and in other devices [3]. Matrix photodetector 2 is located in the internal space of the device casing under the working surface 22 (Fig.1a) and has dimensions proportional to the size of the display. To control a personal computer, the photodetector can have dimensions: 70 × 90 mm, to control a cell phone, the photodetector can have dimensions: 10 × 10 mm, it is possible to design a matrix photodetector with other sizes. The number of photosensitive elements of the matrix photodetector 2 is selected in accordance with the required resolution of the device. Moreover, since the device allows you to determine the absolute coordinates of the position of the manipulator, its resolution can be considered sufficient at the level of resolution of the display. For example, for controlling a personal computer, the number of matrix elements can be: 1280 · 1024≈1.3 · 10 6 , for controlling a cell phone, the number of matrix elements can be: 100 · 100 = 1 · 10 4 , it is possible to produce a matrix photodetector with another resolution.

Источник света 5 представляет собой плоскую светоизлучающую панель, расположенную во внутреннем пространстве корпуса устройства напротив и параллельно матричному фотодетектору 2, на расстоянии более толщины маркера 4 (фиг.1а). В качестве светоизлучающей панели используется, например, электролюминесцентная лампа рулонного типа, создающая равномерное рассеянное освещение с высокой яркостью свечения (порядка 50 люкс) [5], [6]. Линейные размеры светоизлучающей панели равны линейным размерам матричного фотодетектора. Спектр излучения светоизлучающей панели соответствует диапазону спектральной чувствительности фотодетектора.The light source 5 is a flat light-emitting panel located in the inner space of the device body opposite and parallel to the matrix photodetector 2, at a distance greater than the thickness of the marker 4 (figa). As a light-emitting panel, for example, a roll-type electroluminescent lamp is used, which creates uniform diffused illumination with a high brightness (about 50 lux) [5], [6]. The linear dimensions of the light emitting panel are equal to the linear dimensions of the matrix photodetector. The emission spectrum of the light emitting panel corresponds to the spectral sensitivity range of the photodetector.

Манипулятор 3 в простейшем случае представляет собой постоянный магнит (фиг.1а). При этом часть поверхности корпуса устройства 1, по которой производят перемещения манипулятора с целью ввода информации в электронный прибор, образует рабочую поверхность 22. Устройство может быть интегрировано с управляемым им электронным прибором, в этом случае рабочей является часть поверхности управляемого прибора, например, в сотовом телефоне (фиг.9а, б). Часть корпуса 1 устройства, расположенная под рабочей поверхностью 22, по которой производят перемещение манипулятора, выполнена из немагнитного материала, например пластмассы. Под рабочей поверхностью, смежно к манипулятору, расположен маркер 4, в простейшем случае представляющий собой постоянный магнит (фиг.1а). Постоянные магниты манипулятора и маркера изготовлены, например по технологии магнитопластов из редкоземельных магнитов, неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) [7]. Постоянные магниты манипулятора и маркера могут быть выполнены в форме кольца, диска или квадрата, а также могут иметь и другую форму. При этом магниты могут иметь осевую, радиальную и двухполюсную или многополюсную намагниченность, а также могут иметь и другую намагниченность. Технология изготовления, форма и тип намагниченности магнитов не имеют принципиального значения, принципиальное значение имеет то, что магнитные полюса постоянных магнитов манипулятора и маркера расположены так, что между манипулятором и маркером возникает сила притяжения, обусловленная взаимодействием их магнитных полей [7], [8]. Такое решение позволяет использовать магнитную цепь, образованную постоянными магнитами манипулятора и маркера, для того, чтобы синхронизировать перемещения маркера 4, происходящие под действием силы притяжения со стороны манипулятора 3, с перемещениями манипулятора, происходящими под воздействием пальцев руки оператора (фиг.1а). Манипулятор 3 перемещают по рабочей поверхности устройства 22, при этом по поверхности матричного фотодетектора 2 синхронно и смежно перемещается маркер 4, перекрывая световой поток от светоизлучающей панели 5 к матричному фотодетектору 2 и образуя на его поверхности тень. При необходимости, матричный фотодетектор 2 и светоизлучающая панель 5 могут иметь взаимообратное расположение, при этом под рабочей поверхностью расположена светоизлучающая панель (взаимообратное положение не показано). Таким образом, задача определения координат позиции манипулятора сводится к задаче определения координат позиции маркера, совершающего синхронные и смежные с манипулятором движения.The manipulator 3 in the simplest case is a permanent magnet (figa). In this case, a part of the surface of the housing of the device 1, on which the manipulator is moved to enter information into the electronic device, forms a working surface 22. The device can be integrated with the electronic device controlled by it, in this case the working part is the surface of the controlled device, for example, in a cellular phone (figa, b). A part of the housing 1 of the device located under the working surface 22, on which the manipulator is moved, is made of non-magnetic material, such as plastic. Under the working surface adjacent to the manipulator, there is a marker 4, in the simplest case representing a permanent magnet (figa). Permanent magnets of the manipulator and marker are made, for example, according to the technology of magnetoplastics from rare-earth magnets, neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B) [7]. Permanent magnets of the manipulator and marker can be made in the form of a ring, disk or square, and can also have a different shape. In this case, the magnets can have axial, radial and bipolar or multipolar magnetization, and can also have other magnetization. The manufacturing technology, the shape and type of magnetization of the magnets do not matter, the fact that the magnetic poles of the permanent magnets of the manipulator and the marker are located so that an attractive force arises between the manipulator and the marker due to the interaction of their magnetic fields [7], [8] . This solution allows you to use the magnetic circuit formed by the permanent magnets of the manipulator and the marker, in order to synchronize the movements of the marker 4, occurring under the action of the attractive force from the side of the manipulator 3, with the movements of the manipulator, occurring under the influence of the fingers of the operator’s hand (figa). The manipulator 3 is moved along the working surface of the device 22, while the marker 4 synchronously and adjacently moves along the surface of the matrix photodetector 2, blocking the luminous flux from the light-emitting panel 5 to the matrix photodetector 2 and forming a shadow on its surface. If necessary, the photodetector array 2 and the light emitting panel 5 may be mutually reversed, with a light emitting panel under the working surface (reciprocal position not shown). Thus, the task of determining the coordinates of the position of the manipulator is reduced to the task of determining the coordinates of the position of the marker, performing synchronous and adjacent to the manipulator movement.

Процессор обработки изображения (не обозначен), входящий в состав электронной системы 23 (фиг.10), в соответствии с установленным алгоритмом (фиг.4), проводит мультиплексный опрос элементов матричного фотодетектора и переводит при помощи компаратора (не показан) распределенную по площади фотодетектора оптическую информацию, образованную тенью маркера, во временную последовательность цифровых сигналов. При этом опрошенным элементам матричного фотодетектора, находящимся в тени маркера, присваивается значение 0, а элементам, находящимся вне тени маркера, присваивается значение 1, и далее процессор по установленному алгоритму определяет координаты позиции маркера, при этом на дисплее управляемого электронного прибора отображаются абсолютные координаты позиции манипулятора. Так как светоизлучающая панель создает высокую освещенность на поверхности матричного фотодетектора, а уровень освещенности на его элементах оценивается только двумя значениями, матричный фотодетектор может иметь архитектуру пассивных пикселов и низкий коэффициент заполнения, а светочувствительные элементы матрицы могут иметь невысокий динамический диапазон, что существенно упростит технологию изготовления матрицы [3]. Таким образом, обеспечивается технический результат: создание устройства ввода информации в электронные приборы, позволяющего отображать в виде курсора на дисплее управляемого электронного прибора абсолютные координаты позиции миниатюрного и беспроводного манипулятора, выполняющего в устройстве функцию управляемого элемента.The image processing processor (not indicated), which is part of the electronic system 23 (Fig. 10), in accordance with the established algorithm (Fig. 4), conducts a multiplex interrogation of matrix photodetector elements and transfers using a comparator (not shown) distributed over the area of the photodetector optical information formed by the shadow of a marker into a temporal sequence of digital signals. In this case, the surveyed elements of the matrix photodetector located in the shadow of the marker are assigned the value 0, and elements outside the shadow of the marker are assigned the value 1, and then the processor determines the coordinates of the marker position using the established algorithm, while the position coordinates are displayed on the display of the electronic device the manipulator. Since the light-emitting panel creates high illumination on the surface of the matrix photodetector, and the level of illumination on its elements is estimated only by two values, the matrix photodetector can have an architecture of passive pixels and a low duty cycle, and the photosensitive elements of the matrix can have a low dynamic range, which greatly simplifies the manufacturing technology matrices [3]. Thus, the technical result is ensured: the creation of a device for inputting information into electronic devices, which allows to display the absolute position coordinates of a miniature and wireless manipulator that performs the function of a controlled element in the form of a cursor on the display of a controlled electronic device.

Для достижения дополнительного технического результата магнитные свойства маркера 4 используются для позиционного управления отдельными датчиками 7 (фиг.1б), чувствительными к магнитному полю маркера и расположенными рядом с траекторией движения маркера [8]. Это позволяет управлять простыми функциями электронных приборов, например включением, ответом на звонок в сотовых телефонах, таким же образом, как и в случае применения обычных микропереключателей - при приближении маркера 4 к датчику 7, например датчику Холла или геркону, происходит коммутация цепей электронной системы 23 (фиг.10). Для передачи сигналов управления, аналогичных нажатию на левую и правую кнопку «мыши», может использоваться излучатель 13 (фиг.1г), или несколько подобных излучателей импульсных звуковых сигналов, установленных в манипуляторе, и сама рабочая поверхность 22, датчик акустических колебаний корпуса 6 (фиг.1б) и блок обработки импульсных акустических сигналов (не обозначен), входящий в состав электронной системы 23 (фиг.10). При нажатии на верхнюю часть манипулятора, образованную упругим колпаком 11 (фиг.1г), с силой, превышающей порог срабатывания излучателя импульсных звуковых сигналов 13, происходит излучение звукового импульса. При этом продольная механическая волна распространяется по корпусу устройства 1 и улавливается датчиком акустических колебаний корпуса 6 (фиг.1б), например пьезоэлектрическим микрофоном. Блок обработки импульсных акустических сигналов производит селективный выбор акустических сигналов по частоте и амплитуде, что позволяет электронной системе однозначно определить факт нажатия или отпускания [9], [10]. Для передачи сигналов управления, аналогичных сигналам управления, передаваемым при помощи колеса прокрутки манипулятора «мышь», используется вращательное движение манипулятора. При вращении манипулятора 3, а вместе с ним магнита 9 вокруг их оси симметрии по рабочей поверхности 22 по поверхности фотодетектора 2 синхронно и смежно вращается магнит 15, а вместе с ним и маркер 4 (фиг.1в и фиг.2а). При этом на светочувствительной поверхности фотодетектора образуется тень с характерной зоной - освещенным участком, расположенным под прозрачным окном 20 диафрагмы 14, что позволяет однозначно определить угол поворота маркера. Таким образом, задача определения угла поворота манипулятора сводится к задаче определения угла поворота маркера, совершающего синхронное и смежное с манипулятором вращение. Процессор обработки изображений, входящий в состав электронной системы 23 (фиг.10) по установленному алгоритму работы (фиг.4), определяет угол поворота маркера, при этом на дисплее отображается абсолютное значение угла поворота манипулятора. Таким образом, обеспечивается технический результат: создание такой конструкции устройства, в которой при помощи миниатюрного и беспроводного манипулятора возможна передача сигналов управления.To achieve an additional technical result, the magnetic properties of the marker 4 are used for positional control of individual sensors 7 (figb), sensitive to the magnetic field of the marker and located next to the trajectory of the marker [8]. This allows you to control simple functions of electronic devices, for example, turning on, answering a call in cell phones, in the same way as in the case of conventional microswitches - when marker 4 approaches sensor 7, for example, a Hall sensor or a reed switch, the electronic system circuits are switched 23 (figure 10). To transmit control signals similar to clicking on the left and right mouse buttons, an emitter 13 (Fig. 1d), or several similar emitters of pulsed sound signals installed in the manipulator, and the working surface 22, the acoustic vibration sensor of the housing 6 ( figb) and a processing unit of pulsed acoustic signals (not indicated), which is part of the electronic system 23 (Fig.10). When you click on the upper part of the manipulator, formed by an elastic cap 11 (Fig.1d), with a force exceeding the response threshold of the emitter of pulsed sound signals 13, a sound pulse is emitted. In this case, a longitudinal mechanical wave propagates through the housing of the device 1 and is detected by the acoustic vibration sensor of the housing 6 (Fig. 1b), for example, a piezoelectric microphone. The processing unit of pulsed acoustic signals makes a selective selection of acoustic signals in frequency and amplitude, which allows the electronic system to uniquely determine the fact of pressing or releasing [9], [10]. To transmit control signals similar to control signals transmitted using the scroll wheel of the mouse, the rotational movement of the manipulator is used. When the manipulator 3, and with it the magnet 9, rotates around their axis of symmetry along the working surface 22, the magnet 15 rotates synchronously and adjacent to the surface of the photodetector 2, and with it the marker 4 (figv and figa). At the same time, a shadow forms with a characteristic area on the photosensitive surface of the photodetector - an illuminated area located under the transparent window 20 of the diaphragm 14, which makes it possible to unambiguously determine the angle of rotation of the marker. Thus, the task of determining the angle of rotation of the manipulator is reduced to the task of determining the angle of rotation of the marker, performing synchronous and adjacent to the manipulator rotation. The image processing processor, which is part of the electronic system 23 (figure 10) according to the established algorithm of operation (figure 4), determines the angle of rotation of the marker, while the display shows the absolute value of the angle of rotation of the manipulator. Thus, the technical result is provided: creation of such a device design in which control signals can be transmitted using a miniature and wireless manipulator.

Для повышения удобства пользования миниатюрным манипулятором, например для ввода рукописного текста, на поверхности манипулятора в центре верхней части, выполнено углубление 21 (фиг.1в). Установив в углубление, например, пишущую часть карандаша, производят привычные при написании текста движения, увлекая при этом стержнем карандаша манипулятор. Кроме того, наличие у манипулятора прокладки 8, имеющей с наружной стороны слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), а также наличие на диафрагме 14 маркера подобного слоя, выполненного например, из тефлона или фторопласта, уменьшает величину силы, необходимой для перемещения манипулятора. Кроме того, наличие в маркере узла блокировки самопроизвольного движения позволяет снимать манипулятор с рабочей поверхности, например, для чистки, при этом маркер остается зафиксированным неподвижно. Таким образом, обеспечивается технический результат: повышение удобства пользования миниатюрным манипулятором устройства.To improve the usability of the miniature manipulator, for example for entering handwritten text, a recess 21 is made on the surface of the manipulator in the center of the upper part (Fig. 1c). Having established, for example, the writing part of the pencil in the recess, the movements that are usual when writing the text are produced, while entraining the manipulator with the pencil rod. In addition, the presence of the manipulator gaskets 8, which has an outer layer of material with a low coefficient of friction (not shown), as well as the presence on the diaphragm 14 of a marker of a similar layer made, for example, of Teflon or fluoroplastic, reduces the amount of force required to move the manipulator . In addition, the presence of a blocking block of spontaneous movement in the marker allows you to remove the manipulator from the working surface, for example, for cleaning, while the marker remains fixed motionless. Thus, a technical result is provided: improving the usability of the miniature manipulator of the device.

Учитывая, что элементы устройства, а именно манипулятор, стенка корпуса устройства, матричный фотодетектор, маркер и светоизлучающая панель, могут иметь толщину не более 1 мм [3], [6], [7], суммарная толщина устройства может составить не более 5 миллиметров, при этом линейные размеры устройства равны размерам рабочей поверхности (фиг.1а). Например, в сотовом телефоне устройство можно установить вместо панели с микропереключателями (фиг.10а, б). Таким образом, обеспечивается технический результат: конструкция устройства, интегрированная с управляемым им электронным прибором.Given that the elements of the device, namely the manipulator, the wall of the device’s body, a matrix photodetector, a marker and a light-emitting panel, can have a thickness of not more than 1 mm [3], [6], [7], the total thickness of the device can be no more than 5 millimeters while the linear dimensions of the device are equal to the dimensions of the working surface (figa). For example, in a cell phone, the device can be installed instead of the panel with microswitches (figa, b). Thus, the technical result is ensured: the device design integrated with the electronic device controlled by it.

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.

Пример 1.Example 1

На фиг.1а показаны: 1 - корпус устройства, 2 - матричный фотодетектор, 3 - манипулятор, 4 - маркер, 5 - источник света.On figa shown: 1 - the case of the device, 2 - matrix photodetector, 3 - manipulator, 4 - marker, 5 - light source.

Манипулятор представляет собой постоянный магнит, выполнен в форме диска с двухполюсной осевой намагниченностью. Маркер представляет собой постоянный магнит, выполнен в форме диска с двухполюсной осевой намагниченностью. Передача сигналов управления, аналогичных нажатию на левую и правую кнопки манипулятора «мышь», осуществляется нажатием на микропереключатели, расположенные на поверхности корпуса устройства (не показаны).The manipulator is a permanent magnet, made in the form of a disk with bipolar axial magnetization. The marker is a permanent magnet, made in the form of a disk with bipolar axial magnetization. The transmission of control signals, similar to pressing the left and right buttons of the “mouse” manipulator, is carried out by pressing the microswitches located on the surface of the device (not shown).

На фиг.5 представлена блок-схема работы устройства по примеру 1.Figure 5 presents the block diagram of the operation of the device according to example 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По рабочей поверхности устройства 22 производят перемещение манипулятора 3, прикладывая к нему усилие пальца (фиг.1а). Так как дисковые магниты 3; 4 манипулятора и маркера имеют осевую намагниченность, одинаковые размеры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу, между манипулятором 3 и маркером 4 действует сила притяжения, прижимающая маркер к матричному фотодетектору 2 и увлекающая его вслед за движениями манипулятора. Таким образом, синхронно и смежно с поступательным движением манипулятора 3 по рабочей поверхности 22 во внутреннем пространстве корпуса 1 устройства, по поверхности матричного фотодетектора 2 происходит движение маркера 4. При этом маркер при движении перекрывает световой поток от источника света 5 к матричному фотодетектору 2, являющемуся приемником светового сигнала процессора обработки изображений, входящего в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10), и образует на светочувствительных элементах матрицы фотодетектора тень.The manipulator 3 is moved along the working surface of the device 22 by applying a finger force to it (Fig. 1a). Since disk magnets 3; 4 manipulators and markers have axial magnetization, the same dimensions and face opposite poles towards each other, an attractive force acts between the manipulator 3 and marker 4, which presses the marker against the photodetector matrix 2 and carries it away after the manipulator moves. Thus, synchronously and adjacent to the translational movement of the manipulator 3 on the working surface 22 in the inner space of the device body 1, the movement of the marker 4 occurs along the surface of the photodetector matrix 2. In doing so, the marker blocks the light flux from the light source 5 to the matrix photodetector 2, which is the receiver of the light signal of the image processing processor, which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10), and forms a shadow on the photosensitive elements of the photodetector matrix.

Процессор обработки изображения, входящий в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10), по установленному алгоритму работы, осуществляет сканирование в виде адресного опроса элементов матрицы фотодетектора. Компаратор, входящий в состав процессора (не показан), в зависимости от напряжения на элементах матрицы, присваивает им цифровые значения.The image processing processor, which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10), according to the established algorithm of operation, scans in the form of an address survey of the elements of the photodetector matrix. The comparator, which is part of the processor (not shown), depending on the voltage on the elements of the matrix, assigns them digital values.

Напряжение U на светочувствительных элементах матрицы: U=f(E).The voltage U on the photosensitive elements of the matrix: U = f (E).

ГдеWhere

Е - освещенность.E - illumination.

На элементах матрицы, полностью перекрытых маркером, U=0, так как освещенность для этих элементов Е=0, и элементам присваивается значение 0. На элементах, не закрытых от источника света маркером, U≠0, так как освещенность для этих элементов Е≠0, и элементам присваивается значение 1. Таким образом, для определения текущих координат позиции центра манипулятора достаточно определить координаты элементов матрицы, оказавшихся в тени, образованной маркером, с U=0 и по установленному алгоритму вычислить координаты его центра.On matrix elements that are completely covered by a marker, U = 0, since the illumination for these elements is E = 0, and the elements are set to 0. On elements not closed from the light source by a marker, U ≠ 0, since the illumination for these elements is E ≠ 0, and the elements are assigned the value 1. Thus, to determine the current coordinates of the position of the center of the manipulator, it is enough to determine the coordinates of the matrix elements that are in the shadow formed by the marker with U = 0 and, using the established algorithm, calculate the coordinates of its center.

Определение текущих координат позиции центра маркера возможно, например, по алгоритму, показанному на фиг.3а, б. Пусть, например, матрица фотодетектора выполнена с количеством элементов M·N, равным 300×300, имеет шаг расположения элементов: h=0.1 мм. При этом размер матричного фотодетектора составит 30 × 30 мм. Радиус маркера R равен, например, 5 мм, и для вычислений по алгоритму ему присвоено численное значение: R=R/h. При вышеуказанном значении h значение R=50. Для определения текущих координат манипулятора определяют текущие координаты проекции центра маркера на плоскость матрицы фотодетектора.The determination of the current coordinates of the position of the center of the marker is possible, for example, according to the algorithm shown in figa, b. Suppose, for example, that the photodetector matrix is made with the number of elements M · N equal to 300 × 300 and has a spacing of elements: h = 0.1 mm. The size of the matrix photodetector will be 30 × 30 mm. The radius of the marker R is, for example, 5 mm, and for calculations by the algorithm, a numerical value is assigned to it: R = R / h. With the above value of h, the value of R = 50. To determine the current coordinates of the manipulator, the current coordinates of the projection of the center of the marker on the plane of the photodetector matrix are determined.

Цикл сканирования матрицы начинается с элемента с координатами: Х=О; Y=О (фиг.3а) и осуществляется построчно в направлении увеличения Y с шагом R, до обнаружения на строке Yo=Rn элемента Хо; Yo с напряжением U=0. Далее проводится построчное сканирование элементов в прямоугольной зоне размерами R·(R-1) от элемента Хо; Yo-(R-1) в направлении к элементу Хо+R; Yo до обнаружения на строке Ymin элемента с напряжением U=0 (фиг.3б). Далее проводится сканирование строки Ymin+R до обнаружения элемента Xmin с напряжением U=0. Искомой проекцией центра маркера О на плоскость матрицы является элемент матрицы О' с координатами Х=Xmin+R; Y=Ymin+R, данные о котором записываются в оперативное запоминающее устройство процессора. Таким образом, абсолютные координаты положения манипулятора определены. Погрешность определения координаты: ε=[ОО']≤h, в случае применения вышеуказанной матрицы составит: ε≤0.1 мм. Частота циклов сканирования матрицы может составлять до 30 кадров/с, что связано с инерционностью зрения человека, так как процессор определяет абсолютные координаты положения манипулятора, которые будут всегда однозначно отображаться на дисплее. Каждый поступающий в процессор кадр будет представлять собой последовательность данных с максимальным объемом: V≈М·(N/R-1)+R2 бит.The matrix scanning cycle begins with an element with the coordinates: X = O; Y = O (Figure 3a) and is carried out line by line in the direction Y with a pitch larger R, to detect on the line Y o = R n of element X; Y o with voltage U = 0. Next, line-by-line scanning of elements in a rectangular zone of dimensions R · (R-1) from the element X about ; Y o - (R-1) in the direction of the element X o + R; Y o until an element with voltage U = 0 is detected on line Ymin (Fig. 3b). Next, the line is scanned Ymin + R until the detection of the element Xmin with a voltage of U = 0. The desired projection of the center of the marker O on the plane of the matrix is the element of the matrix O 'with coordinates X = Xmin + R; Y = Ymin + R, data about which is recorded in the random access memory of the processor. Thus, the absolute coordinates of the position of the manipulator are determined. The error in determining the coordinate: ε = [OO '] ≤h, in the case of applying the above matrix will be: ε≤0.1 mm. The frequency of the scanning cycles of the matrix can be up to 30 frames / s, which is associated with the inertia of human vision, since the processor determines the absolute coordinates of the position of the manipulator, which will always be unambiguously displayed on the display. Each frame entering the processor will be a data sequence with a maximum amount of: V≈M · (N / R-1) + R 2 bits.

ГдеWhere

М и N - количество элементов матрицы по строкам и по столбцам соответственно. В случае применения вышеуказанной матрицы V≤4 кбит или V≤15 кбит в секунду. Низкий объем передаваемых в процессор данных позволяет использовать устройство для управления сотовыми телефонами и другими электронными приборами с низкой тактовой частотой центрального процессора, что позволит использовать его для ввода информации в простые электронные приборы.M and N are the number of matrix elements in rows and columns, respectively. In the case of applying the above matrix, V 4 4 kbps or V 15 15 kbps. The low amount of data transmitted to the processor allows you to use the device to control cell phones and other electronic devices with a low clock frequency of the central processor, which allows you to use it to enter information into simple electronic devices.

После каждого цикла сканирования процессор передает данные о координатах X; Y микросхеме-контроллеру (не обозначена), входящей в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). Микросхема-контроллер является элементом согласования между электронной системой устройства ввода информации и электронной системой управляемого прибора. При этом микросхема-контроллер принимает также сигналы управления от расположенных на корпусе устройства микропереключателей (не показаны), подобные нажатию на кнопки манипулятора «мышь» (фиг.5). В случае применения устройства для управления курсором компьютера микросхема-контроллер конвертирует данные о координатах маркера в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. Компьютер, используя драйвер устройства, на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора в соответствии с перемещением манипулятора, например, для выбора пунктов меню, и выполняет команды соответствующие нажатию на микропереключатели.After each scan cycle, the processor transmits X coordinate data; Y to the controller chip (not indicated), which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10). The controller microcircuit is an element of coordination between the electronic system of the information input device and the electronic system of the controlled device. At the same time, the controller microcircuit also receives control signals from microswitches located on the device case (not shown), similar to pressing the mouse buttons (Fig. 5). In the case of using the device to control the cursor of a computer, the controller chip converts the marker coordinates into signals transmitted via the PS / 2 or USB interfaces. The computer, using the device driver, based on the information received through these interfaces, moves the cursor on the monitor screen in accordance with the movement of the manipulator, for example, to select menu items, and executes commands corresponding to pressing the microswitches.

На фиг.4 вышеописанный алгоритм представлен в форме блок-схемы. Часть 1 - поиск первого элемента под тенью образованной маркером. Часть 2 - поиск значения Y для проекции центра маркера. Часть 3 - поиск значения X. Часть 4 - не выполняется.4, the above described algorithm is presented in the form of a flowchart. Part 1 - search for the first element under the shadow formed by the marker. Part 2 - finding the value of Y for the projection of the center of the marker. Part 3 - search for the value of X. Part 4 - not performed.

Пример 2.Example 2

На фиг.1б и 1в показаны: 1 - корпус устройства, 2 - матричный фотодетектор, 3 - манипулятор, 4 - маркер, 5 - источник света, 7 - датчик, чувствительный к магнитному полю маркера, 8 - прокладка манипулятора, 9 - постоянный магнит манипулятора, 11 - колпак манипулятора, 14 - непрозрачная диафрагма маркера, 15 - постоянный магнит маркера, 20 - прозрачное окно в диафрагме, 21 - углубление на поверхности колпака.Figures 1b and 1c show: 1 — the case of the device, 2 — the matrix photodetector, 3 — the manipulator, 4 — the marker, 5 — the light source, 7 — the sensor sensitive to the magnetic field of the marker, 8 — the pad of the manipulator, 9 — the permanent magnet the manipulator, 11 - the cap of the manipulator, 14 - the opaque diaphragm of the marker, 15 - the permanent magnet of the marker, 20 - a transparent window in the diaphragm, 21 - the recess on the surface of the cap.

Постоянные магниты манипулятора и маркера 9; 15 выполнены в форме квадратной рамки, с двухполюсной осевой намагниченностью (фиг.2а). Прокладка манипулятора 8 и диафрагма 14 с наружной стороны содержат слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), в качестве которого используется фторопласт. В качестве датчика, чувствительного к магнитному полю маркера 7, используется магнитоуправляемый контакт - геркон. Передача сигналов управления, аналогичных нажатию на левую и правую кнопки манипулятора «мышь», осуществляется нажатием на микропереключатели, расположенные на поверхности корпуса устройства (не показаны).Permanent magnets of the manipulator and marker 9; 15 are made in the form of a square frame, with bipolar axial magnetization (figa). The pad of the manipulator 8 and the diaphragm 14 on the outside contain a layer of material with a low coefficient of friction (not shown), which is used as a fluoroplastic. As a sensor sensitive to the magnetic field of marker 7, a magnetically controlled contact is used - a reed switch. The transmission of control signals, similar to pressing the left and right buttons of the “mouse” manipulator, is carried out by pressing the microswitches located on the surface of the device (not shown).

На фиг.6 представлена блок-схема работы устройства по примеру 2.Figure 6 presents the block diagram of the operation of the device according to example 2.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По рабочей поверхности устройства 22 (фиг.1б и 1в) производят перемещение манипулятора 3, прикладывая усилие пальца к колпаку 11. При необходимости более точного позиционирования манипулятора или для рукописного ввода текста, в углубление 21 устанавливают, например, пишущую часть карандаша и производят привычные при написании текста движения, увлекая при этом стержнем карандаша манипулятор. Наличие прокладки 8, у которой с наружной стороны имеется слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), значительно уменьшает величину необходимого для перемещения манипулятора усилия. Так как рамочные магниты 9; 15 манипулятора и маркера имеют осевую намагниченность, одинаковые размеры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу (фиг.2а), между манипулятором 3 и маркером 4 действует сила притяжения, прижимающая к светочувствительной матрице 2 маркер и увлекающая его вслед за движениями манипулятора. Так как магниты манипулятора и маркера имеют форму квадратной рамки, при вращении манипулятора 3 под воздействием усилий со стороны пальцев, вокруг его вертикальной оси симметрии, а вместе с ним и магнита 9 происходит изменение магнитного потока в зазоре, образованном магнитами манипулятора и маркера. При этом возникает момент сил, приводящий магнит 15, а вместе с ним и маркер 4 во вращательное движение в том же направлении (фиг.2а). Таким образом, синхронно и смежно с поступательным и вращательным движением манипулятора 3 по рабочей поверхности 22, во внутреннем пространстве корпуса 1 устройства, по поверхности матричного фотодетектора 2 происходит движение маркера 4. Наличие диафрагмы 14, имеющей с наружной стороны слой материала с низким коэффициентом трения (не показан), увеличивает синхронизирующий момент при движении манипулятора и маркера и уменьшает величину необходимого для перемещения манипулятора усилия. При приближении маркера 4 к зоне, где находится датчик 7, чувствительный к магнитному полю маркера (фиг.1б), магнитное поле постоянного магнита маркера воздействует на датчик, в результате чего происходит его срабатывание и коммутация цепей электронной системы 23 (фиг.10), например включение управляемого прибора. При приближении маркера к аналогичному датчику, расположенному в другом месте, происходит срабатывание датчика и, например, выключение управляемого электронного прибора. Кроме того, маркер 4 при движении перекрывает диафрагмой 14 световой поток от источника света 5 к матричному фотодетектору 2, являющемуся приемником светового сигнала процессора обработки изображений, входящего в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). При этом маркер образует на светочувствительных элементах матрицы фотодетектора тень в соответствии с формой диафрагмы 14, которая может иметь как минимум одно прозрачное окно 20 (фиг.1в и фиг.2а).The manipulator 3 is moved along the working surface of the device 22 (Figs. 1b and 1c), applying a finger force to the cap 11. If necessary, a more accurate positioning of the manipulator or for handwriting input of text is made, for example, the writing part of the pencil is placed in the recess 21 and the usual writing the text of the movement, while capturing the manipulator with the pencil rod. The presence of the gasket 8, which on the outside has a layer of material with a low coefficient of friction (not shown), significantly reduces the amount of force required to move the manipulator. Since the frame magnets 9; 15 of the manipulator and the marker have axial magnetization, the same size and face opposite poles towards each other (Fig. 2a), an attractive force acts between the manipulator 3 and marker 4, which presses the marker against the photosensitive matrix 2 and carries it away after the manipulator moves. Since the magnets of the manipulator and the marker have the shape of a square frame, when the manipulator 3 is rotated by the efforts of the fingers, around its vertical axis of symmetry, and with it the magnet 9, the magnetic flux changes in the gap formed by the magnets of the manipulator and marker. In this case, a moment of forces arises, driving the magnet 15, and with it the marker 4 into rotational motion in the same direction (Fig. 2a). Thus, synchronously and adjacent to the translational and rotational movement of the manipulator 3 on the working surface 22, in the inner space of the device body 1, on the surface of the matrix photodetector 2, the marker 4 moves. The diaphragm 14 has an outer layer of material with a low coefficient of friction ( not shown), increases the synchronizing moment during the movement of the manipulator and marker and reduces the amount of force required to move the manipulator. When marker 4 approaches the zone where the sensor 7 is sensitive to the magnetic field of the marker (Fig. 1b), the magnetic field of the permanent magnet of the marker acts on the sensor, as a result of which it triggers and commutes the circuits of the electronic system 23 (Fig. 10), for example turning on a controlled device. When the marker approaches a similar sensor located elsewhere, the sensor is triggered and, for example, the controlled electronic device is turned off. In addition, the marker 4 during movement blocks the luminous flux from the light source 5 to the photodetector array 2, which is the light signal receiver of the image processing processor, which is part of the electronic system of the device 23 (Fig. 10). In this case, the marker forms a shadow on the photosensitive elements of the photodetector matrix in accordance with the shape of the diaphragm 14, which may have at least one transparent window 20 (Fig. 1c and Fig. 2a).

Процессор обработки изображения, входящий в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10) по установленному алгоритму работы, осуществляет сканирование в виде адресного опроса элементов матрицы. Компаратор, входящий в состав процессора, в зависимости от напряжения на элементах матрицы, присваивает им цифровые значения.The image processing processor, which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10) according to the established algorithm of operation, scans in the form of an address survey of matrix elements. The comparator, which is part of the processor, depending on the voltage on the elements of the matrix, assigns them digital values.

Напряжение U на светочувствительных элементах матрицы: U=f(E).The voltage U on the photosensitive elements of the matrix: U = f (E).

ГдеWhere

Е - освещенность.E - illumination.

На элементах матрицы, полностью перекрытых непрозрачными участками диафрагмы маркера, U=0, так как освещенность для этих элементов Е=0, и элементам присваивается значение 0. На элементах, не закрытых от источника света диафрагмой маркера, U≠0, так как освещенность для этих элементов Е≠0, и элементам присваивается значение 1. Таким образом, для определения текущих координат положения центра манипулятора достаточно определить координаты элементов матрицы, оказавшихся в тени, образованной маркером, с U=0 и по установленному алгоритму вычислить координаты его центра. Для определения угла поворота манипулятора достаточно определить координаты элементов матрицы, оказавшихся под прозрачным окном диафрагмы маркера, с U≠0 и по установленному алгоритму вычислить текущее значение угла.On the matrix elements completely covered by the opaque sections of the marker diaphragm, U = 0, since the illumination for these elements is E = 0, and the elements are set to 0. On elements not closed from the light source by the marker diaphragm, U ≠ 0, since the illumination for of these elements E ≠ 0, and the elements are assigned the value 1. Thus, to determine the current coordinates of the position of the center of the manipulator, it suffices to determine the coordinates of the matrix elements that are in the shadow formed by the marker with U = 0 and, using the established algorithm, calculate oordinaty its center. To determine the angle of rotation of the manipulator, it is sufficient to determine the coordinates of the matrix elements that are under the transparent window of the marker diaphragm with U ≠ 0 and, using the established algorithm, calculate the current value of the angle.

Определение текущих координат позиции центра маркера и угла его поворота возможно, например, по алгоритму, показанному на фиг.3а, б. Пусть, например, матрица фотодетекторов выполнена с количеством элементов M·N, равным 300×300, имеет шаг расположения светочувствительных элементов: h=0.1 мм. При этом размер матрицы составит 30 × 30 мм. Диафрагма 14, показанная на (фиг.2а), представляет собой непрозрачный диск радиуса R. При этом, так как применяется квадратный магнит, для вычислений по алгоритму ему присвоено целое численное значение: R≥√0.5L/h.The determination of the current coordinates of the position of the center of the marker and the angle of its rotation is possible, for example, according to the algorithm shown in figa, b. Suppose, for example, that the photodetector matrix is made with the number of M · N elements equal to 300 × 300, has a step of arrangement of photosensitive elements: h = 0.1 mm. The size of the matrix will be 30 × 30 mm. The diaphragm 14 shown in (Fig. 2a) is an opaque disk of radius R. Moreover, since a square magnet is used, it is assigned an integer numerical value for the calculations according to the algorithm: R≥√0.5L / h.

ГдеWhere

L - длина стороны применяемого магнита в маркере.L is the length of the side of the applied magnet in the marker.

Например, L=7 мм, тогда R=50. На диафрагме находится прозрачное окно 20 (фиг.2а) в форме отверстия с радиусом rо≥2b на расстоянии r от центра маркера О. Для определения текущих координат манипулятора определяют текущие координаты проекции центра маркера на плоскость матричного фотодетектора. Для определения угла поворота манипулятора определяют текущие координаты проекции прозрачного окна маркера на плоскость матричного фотодетектора.For example, L = 7 mm, then R = 50. On the diaphragm there is a transparent window 20 (Fig. 2a) in the form of an aperture with a radius r о ≥2b at a distance r from the center of the marker O. To determine the current coordinates of the manipulator, determine the current coordinates of the projection of the center of the marker on the plane of the photodetector matrix. To determine the angle of rotation of the manipulator, the current coordinates of the projection of the transparent marker window onto the plane of the matrix photodetector are determined.

Цикл сканирования матрицы начинается с элемента с координатами: Х=О; Y=О (фиг.3а) и осуществляется построчно в направлении увеличения Y с шагом R до обнаружения на строке Yo=Rn элемента Хо; Yo с напряжением U=0. Далее проводится построчное сканирование элементов в прямоугольной зоне размерами R·(R-1) от элемента Хо; Yo - (R-1) в направлении к элементу Хо+R; Yo до обнаружения на строке Ymin элемента с напряжением U=0 (фиг.3б). Далее проводится сканирование строки Ymin+R до обнаружения элемента Xmin с напряжением U=0. Искомой проекцией центра маркера О на плоскость матрицы является элемент матрицы О' с координатами Х=Xmin+R; Y=Ymin+R, данные о котором записываются в оперативное запоминающее устройство процессора. Таким образом, абсолютные координаты положения манипулятора определены. Погрешность определения координаты: ε=[ОО']≤h, в случае применения вышеуказанной матрицы составит: ε≤0.1 мм.The matrix scanning cycle begins with an element with the coordinates: X = O; Y = O (Figure 3a) and is carried by line Y in the direction of increasing increments to detect R on line Y o = R n of element X; Y o with voltage U = 0. Next, line-by-line scanning of elements in a rectangular zone of dimensions R · (R-1) from the element X about ; Y o - (R-1) in the direction of X toward + R element; Y o until an element with voltage U = 0 is detected on line Ymin (Fig. 3b). Next, the line is scanned Ymin + R until the detection of the element Xmin with a voltage of U = 0. The desired projection of the center of the marker O on the plane of the matrix is the element of the matrix O 'with coordinates X = Xmin + R; Y = Ymin + R, data about which is recorded in the random access memory of the processor. Thus, the absolute coordinates of the position of the manipulator are determined. The error in determining the coordinate: ε = [OO '] ≤h, in the case of applying the above matrix will be: ε≤0.1 mm.

После определения координат X; Y проводится сканирование по часовой стрелке элементов матрицы, расположенных вблизи окружности с центром О' и радиусом r, с шагом сканирования μ', соответствующим условию: μ'=360°/p, a sin μ'≥4rо/r.After determining the coordinates of X; Y, a clockwise scan is performed of matrix elements located near a circle with center O 'and radius r, with a scan step μ' corresponding to the condition: μ '= 360 ° / p, a sin μ'≥4r о / r.

ГдеWhere

p - целое число.p is an integer.

Данное условие позволяет не фиксировать изменения угла при случайных локальных вращениях, происходящих в момент линейного перемещения манипулятора, например p=12, μ'=30°. Координаты сканируемых элементов рассчитываются по формуле Хс=Х+Sc; Yc=Y+Сс.This condition allows not to fix the angle changes during random local rotations that occur at the moment of linear movement of the manipulator, for example p = 12, μ '= 30 °. The coordinates of the scanned elements are calculated by the formula Xc = X + Sc; Yc = Y + Cc.

ГдеWhere

с - номер шага кругового сканирования, причем 0≤с≤p;c is the step number of the circular scan, with 0≤s≤p;

Sc, Cc целые числа, причем: Sc≈r·sin(μ'·с) и Сс≈r·cos(μ'·с).Sc, Cc are integers, moreover: Sc≈r · sin (μ '· s) and Сс≈r · cos (μ' · s).

Все значения Sc и Cc хранятся в постоянном запоминающем устройстве процессора и извлекаются для использования в арифметике - логическом устройстве процессора, при определении координат элементов Хс; Yc по мере роста значения с. Значению с=0 соответствует угол μ=0 и элемент матрицы А, с координатами X; Y+r. Если все сканируемые элементы Хс; Yc при изменении значения с от 0 до p имеют напряжение U=0, это означает, что проекция окна диафрагмы на плоскость матрицы находится в промежутке между сканируемыми элементами, при этом значение с, определенное в предыдущем цикле сканирования, не меняется. При обнаружении элемента Хс; Yc, для которого U≠0, в оперативном запоминающем устройстве процессора фиксируется новое значение величины с, которой будет однозначно соответствовать угол μ=μ'·с. Таким образом абсолютное значение угла поворота манипулятора определено с точностью до шага сканирования μ'.All values of Sc and Cc are stored in the read-only memory of the processor and are extracted for use in arithmetic - the logical device of the processor, when determining the coordinates of the elements Xc; Yc as s increases. The value c = 0 corresponds to the angle μ = 0 and the element of the matrix A, with coordinates X; Y + r. If all scanned elements Xc; Yc, when changing the values from 0 to p, have a voltage of U = 0, this means that the projection of the aperture window onto the matrix plane is in the gap between the scanned elements, while the value of c determined in the previous scan cycle does not change. Upon detection of the element Xc; Yc, for which U ≠ 0, a new value of c is fixed in the random access memory of the processor, to which the angle μ = μ '· s will uniquely correspond. Thus, the absolute value of the angle of rotation of the manipulator is determined accurate to the scan step μ '.

Частота циклов сканирования матрицы может составлять до 30 кадров/с, так как процессор определяет абсолютные координаты позиции манипулятора, которые будут всегда однозначно отображаться на дисплее. Каждый поступающий в процессор кадр будет представлять собой последовательность данных с максимальным объемом V≈M·(N/R-1)+R2 бит.The frequency of the scanning cycles of the matrix can be up to 30 frames / s, since the processor determines the absolute coordinates of the position of the manipulator, which will always be uniquely displayed on the display. Each frame entering the processor will be a data sequence with a maximum amount of V≈M · (N / R-1) + R 2 bits.

ГдеWhere

М и N - количество элементов матрицы по строкам и по столбцам соответственно.M and N are the number of matrix elements in rows and columns, respectively.

В случае применения вышеуказанной матрицы V≤4кбит или V≤15 кбит в секунду. Низкий объем передаваемых в процессор данных позволяет использовать устройство для управления сотовыми телефонами и другими электронными приборами с низкой тактовой частотой центрального процессора.In the case of applying the above matrix V≤4 kbit or V≤15 kbit per second. The low amount of data transmitted to the processor allows you to use the device to control cell phones and other electronic devices with a low clock frequency of the central processor.

После каждого цикла сканирования процессор передает данные о координатах X; Y и номере шага кругового сканирования с, микросхеме-контроллеру, входящей в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). Микросхема-контроллер является элементом согласования между электронной системой устройства ввода информации и электронной системой управляемого прибора. При этом микросхема-контроллер принимает также сигналы управления от расположенных на корпусе устройства микропереключателей (не показаны), подобные нажатию на кнопки манипулятора «мышь», и сигналы от датчиков, чувствительных к магнитному полю маркера 7 (фиг.1б). В случае применения устройства для управления курсором компьютера микросхема-контроллер конвертирует данные о координатах маркера в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. Компьютер, используя драйвер устройства, на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора в соответствии с перемещением манипулятора, например, для выбора пунктов меню. Кроме того, компьютер выполняет команды, соответствующие углу поворота манипулятора, аналогичные колесу прокрутки манипулятора «мышь», а также выполняет команды, соответствующие нажатию на микропереключатели и срабатыванию датчиков, чувствительных к магнитному полю маркера.After each scan cycle, the processor transmits X coordinate data; Y and step number of the circular scan with, the controller chip, which is part of the electronic system of the device 23 (figure 10). The controller microcircuit is an element of coordination between the electronic system of the information input device and the electronic system of the controlled device. At the same time, the controller chip also receives control signals from microswitches located on the device’s case (not shown), similar to pressing the buttons of the mouse, and signals from sensors sensitive to the magnetic field of marker 7 (Fig. 1b). In the case of using the device to control the cursor of a computer, the controller chip converts the marker coordinates into signals transmitted via the PS / 2 or USB interfaces. The computer, using the device driver, based on the information received through these interfaces, moves the cursor on the monitor screen in accordance with the movement of the manipulator, for example, to select menu items. In addition, the computer executes commands corresponding to the angle of rotation of the manipulator, similar to the scroll wheel of the manipulator “mouse”, and also executes commands corresponding to pressing the microswitches and triggering sensors sensitive to the magnetic field of the marker.

На фиг.4 вышеописанный алгоритм представлен в форме блок-схемы. Часть 1 - поиск первого элемента под тенью, образованной маркером. Часть 2 - поиск значения Y для проекции центра маркера. Часть 3 - поиск значения Х для проекции центра маркера. Часть 4 - поиск значения с шага кругового сканирования.4, the above described algorithm is presented in the form of a flowchart. Part 1 - search for the first element under the shadow formed by the marker. Part 2 - finding the value of Y for the projection of the center of the marker. Part 3 - finding the value of X for the projection of the center of the marker. Part 4 - finding the value from the circular scan step.

Пример 3.Example 3

Устройство отличается от устройства, описанного в примере 2, конструкцией манипулятора и маркера. На фиг.1г показаны: 9; 10 - постоянные магниты манипулятора, 15; 16 - постоянные магниты маркера, 17 - диск, 18 - шайба, 19 - держатель.The device differs from the device described in example 2 in the design of the manipulator and marker. Figure 1g shows: 9; 10 - permanent magnets of the manipulator, 15; 16 - permanent marker magnets, 17 - disk, 18 - washer, 19 - holder.

Постоянные магниты 9 и 15 выполнены в форме кольца, с многополюсной осевой намагниченностью. Постоянные магниты 10 и 16 выполнены в форме кольца, с двухполюсной осевой намагниченностью. Диск 17 имеет с наружной стороны слой материала с высоким коэффициентом трения (не показан), в качестве которого используется, например, силикон. Шайба 18 выполнена из упругого материала, например из латуни.Permanent magnets 9 and 15 are made in the form of a ring, with multi-pole axial magnetization. Permanent magnets 10 and 16 are made in the form of a ring, with bipolar axial magnetization. The disk 17 has on the outside a layer of material with a high coefficient of friction (not shown), which is used, for example, silicone. The washer 18 is made of an elastic material, such as brass.

Устройство работает аналогично устройству, описанному в примере 2, при этом магнитная связь между манипулятором 3 и маркером 4 образована кольцевыми магнитами 9 и 15 и, дополнительно к ним, кольцевыми магнитами 10 и 16. Кольцевые магниты 9; 15 имеют осевую намагниченность, одинаковые диаметры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу (фиг.2б), что приводит к возникновению силы притяжения между манипулятором и маркером и увлекает последний вслед за движениями манипулятора. Так как магниты 9; 15 являются многополюсными с равным количеством полюсов, при вращении манипулятора вокруг его вертикальной оси симметрии, а вместе с ним и магнита 9 происходит изменение магнитного потока между его полюсами и полюсами магнита 15. При этом возникает момент сил, приводящий магнит 15, а вместе с ним и маркер во вращательное движение в том же направлении. Кольцевой магнит 10 зафиксирован неподвижно в центре кольцевого магнита 9, на прокладке 8. Кольцевой магнит 16 закреплен на упругой шайбе 18, удерживаемой держателем 19, который зафиксирован неподвижно в центре кольцевого магнита 15, на прокладке 14 (фиг.1г). Так как магниты 10; 16 имеют осевую намагниченность, одинаковые диаметры и обращены разноименными полюсами навстречу друг другу (фиг.2б), это приводит к возникновению силы притяжения между ними и увеличивает синхронизирующий момент между манипулятором и маркером при их движении. При снятии манипулятора 3 (фиг.1б) с рабочей поверхности, например, для чистки, магнитное взаимодействие между магнитами манипулятора и маркера исчезает, при этом магнит 16 (фиг.1г) под воздействием прогнутой шайбы 18 отходит от прокладки 14 и упирается диском 17 в источник света 5, представляющий собой светоизлучающую панель. При этом, так как диск 17 с наружной стороны содержит слой материала с высоким коэффициентом трения (не показан), маркер фиксируется неподвижно, в зазоре между матричным фотодетектором 2 и светоизлучающей панелью 5. При установке манипулятора на рабочую поверхность, смежно к маркеру, между магнитом манипулятора 10 и магнитом маркера 16 возникает сила притяжения, при этом упругая шайба 18 прогибается, зафиксированный на ней магнит 16, а вместе с ним и диск 17 отходят от светоизлучающей панели 5. Таким образом, маркер содержит узел блокировки самопроизвольного движения, состоящий из держателя 19, упругой шайбы 18, кольцевого магнита 16 и диска 17 (фиг.1г).The device operates similarly to the device described in example 2, while the magnetic coupling between the manipulator 3 and the marker 4 is formed by ring magnets 9 and 15 and, in addition to them, ring magnets 10 and 16. Ring magnets 9; 15 have axial magnetization, the same diameters and are opposite poles facing each other (fig.2b), which leads to the occurrence of an attractive force between the manipulator and the marker and carries away the latter after the movements of the manipulator. Since the magnets are 9; 15 are multipolar with an equal number of poles, when the manipulator rotates around its vertical axis of symmetry, and with it of magnet 9, the magnetic flux changes between its poles and the poles of magnet 15. In this case, a moment of forces arises leading magnet 15, and with it and the marker rotates in the same direction. The ring magnet 10 is fixed motionless in the center of the ring magnet 9, on the gasket 8. The ring magnet 16 is mounted on an elastic washer 18 held by the holder 19, which is fixed motionless in the center of the ring magnet 15, on the gasket 14 (Fig. 1d). Since the magnets are 10; 16 have axial magnetization, the same diameters and face opposite poles towards each other (fig.2b), this leads to the occurrence of an attractive force between them and increases the synchronizing moment between the manipulator and the marker during their movement. When removing the manipulator 3 (fig.1b) from the working surface, for example, for cleaning, the magnetic interaction between the magnets of the manipulator and the marker disappears, while the magnet 16 (fig.1d) moves away from the gasket 14 under the influence of the curved washer 18 and rests against the disk 17 against a light source 5, which is a light emitting panel. Moreover, since the disk 17 externally contains a layer of material with a high coefficient of friction (not shown), the marker is fixed motionless in the gap between the photodetector 2 and the light-emitting panel 5. When the manipulator is mounted on a work surface adjacent to the marker, between the magnet of the manipulator 10 and the magnet of the marker 16, an attractive force arises, while the elastic washer 18 bends, the magnet 16 fixed on it, and with it the disk 17 depart from the light emitting panel 5. Thus, the marker contains a self-locking block arbitrary movement, consisting of a holder 19, an elastic washer 18, an annular magnet 16 and a disk 17 (Fig.1d).

Пример 4.Example 4

Устройство отличается от устройства, описанного в примере 3, конструкцией манипулятора и наличием датчика акустических колебаний корпуса. На фиг.1б и 1г показаны: 6 - датчик акустических колебаний корпуса, 11 - колпак, 12 - толкатель, 13 - излучатель импульсных звуковых сигналов.The device differs from the device described in example 3, the design of the manipulator and the presence of a sensor of acoustic vibrations of the housing. On figb and 1g are shown: 6 - the sensor of acoustic vibrations of the body, 11 - the cap, 12 - the pusher, 13 - the emitter of pulsed sound signals.

Колпак 11 выполнен из упругого материала, например из латуни. Толкатель 12 выполнен из эластичного материала, например из силикона. Излучатель звуковых сигналов 13 выполнен в виде мембраны и изготовлен из упругого материала, например из латуни. На фиг.7 представлена блок-схема работы устройства по примеру 4.The cap 11 is made of an elastic material, such as brass. The pusher 12 is made of an elastic material, for example, silicone. The emitter of sound signals 13 is made in the form of a membrane and is made of an elastic material, such as brass. Figure 7 presents a block diagram of the operation of the device according to example 4.

Устройство работает аналогично устройству, описанному в примере 2 и в примере 3. При этом при нажатии на колпак 11 с силой, необходимой для перемещения манипулятора по рабочей поверхности, колпак прогибается и толкатель 12 оказывает давление на мембрану 13, обращенную выпуклой стороной к колпаку и установленную в кольцевом магните 10 параллельно его основанию. При увеличении усилия нажима, с целью ввода сигнала управления, толкатель прогибает мембрану в обратную сторону. Прогиб мембраны происходит скачком и на полную амплитуду. При этом мембрана 13 (фиг.1г) излучает звуковой импульс, представляющий собой затухающие акустические колебания. При уменьшении величины усилия нажима на колпак 11 мембрана возвращается в исходное положение, также излучая импульс звука. Используемая мембрана в излучателе импульсных звуковых сигналов аналогична мембранам, установленным в микропереключателях манипулятора «мышь», которые также при нажатии на микропереключатели «мыши» излучают звук, но при этом еще и коммутируют электрическую цепь.The device operates similarly to the device described in example 2 and example 3. In this case, when the cap 11 is pressed with the force necessary to move the manipulator along the working surface, the cap bends and the pusher 12 exerts pressure on the membrane 13, convex side facing the cap and installed in the ring magnet 10 parallel to its base. With increasing pressure, in order to enter the control signal, the pusher bends the membrane in the opposite direction. Membrane deflection occurs abruptly and at full amplitude. In this case, the membrane 13 (Fig. 1d) emits a sound pulse, which is a damped acoustic vibration. When the magnitude of the pressure exerted on the cap 11, the membrane returns to its original position, also emitting a pulse of sound. The membrane used in the emitter of pulsed audio signals is similar to the membranes installed in the microswitches of the mouse, which also emit sound when the microswitches of the mouse are pressed, but also switch the electric circuit.

При излучении звука происходит распространение продольной механической волны через магнит 10, прокладку 8, корпус 1 (фиг.1г), датчик акустических колебаний корпуса 6 (фиг.1б), который является чувствительным элементом блока обработки импульсных акустических сигналов (не обозначен), входящего в состав электронной системы устройства 23 (фиг.10). Для сигналов, излученных мембраной 13 (фиг.1г) и принятых датчиком 6, характерна стабильная амплитуда и форма частотного спектра, обусловленная коэффициентом упругости мембраны и ее размерами, а также подобными свойствами других элементов устройства, расположенных по пути следования звуковой волны. При этом частотные характеристики сигнала не зависят от месторасположения манипулятора на рабочей поверхности устройства, так как собственная частота колебаний излучающей мембраны 13 значительно выше собственной частоты колебаний корпуса устройства 1, в силу того, что размеры рабочей поверхности устройства значительно больше размеров мембраны излучателя импульсных звуковых сигналов. В состав блока обработки импульсных акустических сигналов (фиг.10) входит акустическое реле (не показано). При этом блок обработки импульсных акустических сигналов осуществляет селективный выбор сигналов, например, на основе фильтра высокой частоты ФВЧ, а акустическое реле коммутирует входную цепь микросхемы-контроллера (фиг.10). При нажатии на колпак манипулятора 11 (фиг.1г), импульсный сигнал с характерной для излучателя частотой и амплитудой, соответствующими входным параметрам блока обработки импульсных акустических сигналов, переводит акустическое реле в состояние - «включено», что эквивалентно нажатию на левую кнопку «мыши». Следующий активный импульсный акустический сигнал, возникающий при ослаблении усилия нажима на колпак, переводит реле в состояние «выключено», что эквивалентно отпусканию левой кнопки «мыши». Блок обработки импульсных акустических сигналов может быть выполнен многоканальным и настроенным на различные характерные частоты нескольких излучателей импульсных звуковых сигналов, размещенных в манипуляторе, что эквивалентно применению дополнительных кнопок в манипуляторе «мышь». Для передачи сигналов управления, аналогичных нажатию на правую кнопку манипулятора «мышь», может осуществляться щелчок пальцем по корпусу устройства 1. В этом случае блок обработки импульсных акустических сигналов (фиг.10) выполнен двухканальным, где второй канал настроен на низкую частоту звукового импульса, возникающего при щелчке пальцем по корпусу устройства.When sound is emitted, a longitudinal mechanical wave propagates through the magnet 10, gasket 8, body 1 (Fig. 1d), the acoustic vibration sensor of the body 6 (Fig. 1b), which is a sensitive element of the processing unit of pulsed acoustic signals (not indicated), included in the composition of the electronic system of the device 23 (figure 10). The signals emitted by the membrane 13 (Fig. 1d) and received by the sensor 6 are characterized by a stable amplitude and shape of the frequency spectrum, due to the coefficient of elasticity of the membrane and its size, as well as similar properties of other elements of the device located along the path of the sound wave. Moreover, the frequency characteristics of the signal do not depend on the location of the manipulator on the working surface of the device, since the natural frequency of oscillations of the emitting membrane 13 is much higher than the natural frequency of oscillations of the housing of the device 1, due to the fact that the dimensions of the working surface of the device are much larger than the dimensions of the membrane of the emitter of pulsed sound signals. The structure of the processing unit of pulsed acoustic signals (figure 10) includes an acoustic relay (not shown). In this case, the processing unit of pulsed acoustic signals selectively selects signals, for example, based on a high-pass filter, and the acoustic relay commutes the input circuit of the controller chip (Fig. 10). When you click on the cap of the manipulator 11 (Fig.1d), a pulse signal with a characteristic frequency and amplitude for the emitter, corresponding to the input parameters of the processing unit of pulsed acoustic signals, puts the acoustic relay in the “on” state, which is equivalent to clicking on the left mouse button . The next active pulsed acoustic signal that occurs when the pressure on the cap is weakened puts the relay in the “off” state, which is equivalent to releasing the left mouse button. The processing unit of pulsed acoustic signals can be multichannel and tuned to various characteristic frequencies of several emitters of pulsed sound signals placed in the manipulator, which is equivalent to using additional buttons in the mouse. To transmit control signals similar to pressing the right button of the mouse, a finger can be clicked on the body of the device 1. In this case, the processing unit of the pulsed acoustic signals (Fig. 10) is made two-channel, where the second channel is tuned to a low frequency of the sound pulse, arising when a finger clicks on the body of the device.

На фиг.8 показана временная диаграмма для сигналов, принимаемых блоком обработки импульсных акустических сигналов в процессе работы устройства. Напряжение Ua представляет собой аналоговый сигнал, снимаемый с датчика акустических колебаний корпуса 6 при нажатии и отпускании верхней части манипулятора устройства. Напряжение Um представляет собой обработанный частотным фильтром сигнал, при этом Um=f(Ua, ν).On Fig shows a timing diagram for the signals received by the processing unit of the pulsed acoustic signals during operation of the device. The voltage Ua is an analog signal taken from the acoustic oscillation sensor of the housing 6 when pressing and releasing the upper part of the device manipulator. The voltage Um is a signal processed by the frequency filter, with Um = f (Ua, ν).

ГдеWhere

ν - характерная частота для применяемого импульсного акустического излучателя.ν is the characteristic frequency for the applied pulsed acoustic emitter.

Напряжение Ud представляет собой уровень сигнала на выходе акустического реле, при этом Ud=f(Um, to).The voltage Ud is the signal level at the output of the acoustic relay, with Ud = f (Um, to).

ГдеWhere

to - время между нажатием и отпусканием манипулятора.to - time between pressing and releasing the manipulator.

Момент времени t1 отображает двойное нажатие на колпак манипулятора, функционально аналогичное двойному нажатию на левую кнопку манипулятора «мышь». Напряжение Ua' представляет собой аналоговый сигнал необходимой амплитуды, сформированный щелчком пальца по корпусу устройства. Напряжение Ud' представляет собой уровень сигнала на выходе акустического реле по второму каналу, при этом Ud'=f(Ua', λ).Time t1 displays a double click on the manipulator cap, functionally similar to double clicking on the left button of the mouse “manipulator”. Voltage Ua 'is an analog signal of the required amplitude, formed by clicking a finger on the housing of the device. The voltage Ud 'is the signal level at the output of the acoustic relay through the second channel, with Ud' = f (Ua ', λ).

ГдеWhere

λ - характерная частота возникающего при щелчке звукового импульса. При этом ν>>λ. Таким образом, акустические свойства мембраны и корпуса устройства позволяют использовать излучаемые с их помощью импульсные звуковые колебания для ввода сигналов управления.λ is the characteristic frequency of the sound pulse that occurs when a click is made. Moreover, ν >> λ. Thus, the acoustic properties of the membrane and the housing of the device allow the use of pulsed sound waves emitted with their help to enter control signals.

Поскольку используемые в устройстве материалы и компоненты изготавливаются и выпускаются серийно, заявляемое устройство может производиться на предприятиях электронной промышленности по стандартным технологиям. Благодаря простой и компактной конструкции заявляемое устройство найдет широкое применение в электронных приборах, в частности в мобильных телефонных аппаратах, компьютерах, пультах управления, бытовых и других технологических устройствах.Since the materials and components used in the device are manufactured and mass-produced, the claimed device can be produced at electronic enterprises using standard technologies. Due to the simple and compact design of the claimed device will be widely used in electronic devices, in particular in mobile telephones, computers, control panels, household and other technological devices.

Источники информацииInformation sources

1. Патент JP №10171582 A (WACOM CO LTD), 26.06.1998.1. JP patent No. 10171582 A (WACOM CO LTD), 06/26/1998.

2. Патент US №4751505. 14.06.1988. 340/710; 178/18; 250/221 (прототип).2. US patent No. 4751505. 06/14/1988. 340/710; 178/18; 250/221 (prototype).

3. Интернет ресурс: www.ssga.ru/erudites_info/ccd_and_cmos/oes/63/00.html.3. Internet resource: www.ssga.ru/erudites_info/ccd_and_cmos/oes/63/00.html.

4. Ларионов А.М., Горнец Н.Н. Периферийные устройства в вычислительных системах, М., 1991.4. Larionov A.M., Gornets N.N. Peripheral devices in computing systems, M., 1991.

5. Мазур А.И., Грачев В.Н. Электрохимические индикаторы, М., Радио и Связь, 1985.5. Mazur A.I., Grachev V.N. Electrochemical indicators, M., Radio and Communication, 1985.

6. Интернет ресурс: www.glowlight.ru.6. Internet resource: www.glowlight.ru.

7. Интернет ресурс: www.valtar.ru.7. Internet resource: www.valtar.ru.

8. Берк Г.Ю. Справочное пособие по магнитным явлениям, М., 1991.8. Burke G.Yu. Reference manual on magnetic phenomena, M., 1991.

9. Акустический выключатель, журнал «Радио», 1985, №2; 1986, №6-8.9. Acoustic switch, the journal "Radio", 1985, No. 2; 1986, No. 6-8.

10. Боровский В.П. Справочник по схемотехнике для радиолюбителя. К., Техника, 1987.10. Borovsky V.P. Handbook of circuitry for a radio amateur. K., Technique, 1987.

Claims (9)

1. Устройство ввода информации в электронные приборы, содержащее управляемый элемент, корпус с установленным в нем источником света и электронной системой, содержащей электрически связанные матричный фотодетектор, процессор обработки изображений, передающий данные о координатах микросхеме-контроллеру, предназначенной для согласования работы упомянутой электронной системы и управляемого прибора, отличающееся тем, что управляемым элементом является миниатюрный манипулятор, размещенный на поверхности корпуса и содержащий в себе как минимум один постоянный магнит, при этом источник света выполнен в форме плоской светоизлучающей панели, установлен напротив и параллельно матричному фотодетектору, при этом между источником света и упомянутым фотодетектором размещен маркер, содержащий в себе как минимум один постоянный магнит и выполненный с возможностью перемещения параллельно поверхности упомянутого фотодетектора под воздействием сил магнитного притяжения со стороны манипулятора, при этом процессор обработки изображений предназначен для определения координат позиции маркера по его тени на поверхности указанного фотодетектора.1. A device for inputting information into electronic devices containing a controlled element, a housing with a light source installed in it and an electronic system containing an electrically coupled matrix photodetector, an image processing processor that transmits coordinate data to the controller chip, designed to coordinate the operation of the said electronic system and controlled device, characterized in that the controlled element is a miniature manipulator located on the surface of the housing and containing in itself as at least one permanent magnet, while the light source is made in the form of a flat light-emitting panel, is mounted opposite and parallel to the matrix photodetector, while between the light source and said photodetector there is a marker containing at least one permanent magnet and made to move parallel to the surface of the aforementioned photodetector under the influence of magnetic forces from the side of the manipulator, while the image processor is designed to determine the coordinates of zitsii marker on its shadow on the surface of said photodetector. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе устройства дополнительно установлен как минимум один датчик, чувствительный к магнитному полю маркера и электрически связанный с микросхемой-контроллером.2. The device according to claim 1, characterized in that at least one sensor is additionally installed in the device’s body, which is sensitive to the magnetic field of the marker and is electrically connected to the controller chip. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе устройства дополнительно установлен датчик акустических колебаний корпуса, при этом электронная система устройства дополнительного содержит блок обработки импульсных акустических сигналов, электрически связанный с указанным датчиком и микросхемой-контроллером.3. The device according to claim 1, characterized in that the housing of the device additionally has a sensor for acoustic vibrations of the housing, while the electronic system of the device further comprises a processing unit for pulsed acoustic signals electrically connected to the specified sensor and the controller chip. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что манипулятор дополнительно содержит как минимум один излучатель импульсных звуковых сигналов в виде упругой мембраны.4. The device according to claim 1, characterized in that the manipulator further comprises at least one emitter of pulsed sound signals in the form of an elastic membrane. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхности манипулятора в центре его верхней части выполнено углубление.5. The device according to claim 1, characterized in that a recess is made on the surface of the manipulator in the center of its upper part. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что манипулятор и маркер дополнительно содержат наружный слой материала с низким коэффициентом трения.6. The device according to claim 1, characterized in that the manipulator and marker further comprise an outer layer of material with a low coefficient of friction. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что маркер дополнительно содержит узел блокировки самопроизвольного движения.7. The device according to claim 1, characterized in that the marker further comprises a blocking block for spontaneous movement. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что маркер выполнен с возможностью перемещения и вращения параллельно поверхности матричного фотодетектора под воздействие сил магнитного притяжения со стороны манипулятора, при этом маркер дополнительно содержит непрозрачную диафрагму, в которой имеется, как минимум одно прозрачное окно, а процессор обработки изображений предназначен для определения координат позиции и угла маркера по его тени на поверхности указанного фотодетектора.8. The device according to claim 1, characterized in that the marker is arranged to move and rotate parallel to the surface of the matrix photodetector under the influence of magnetic forces from the side of the manipulator, while the marker further comprises an opaque diaphragm in which there is at least one transparent window, and the image processing processor is designed to determine the coordinates of the position and angle of the marker by its shadow on the surface of the specified photodetector. 9. Устройство по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что оно интегрировано с управляемым им электронным прибором.9. The device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is integrated with an electronic device controlled by it.
RU2006109408/09A 2006-03-24 2006-03-24 Device for inputting information into electric devices RU2316806C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006109408/09A RU2316806C1 (en) 2006-03-24 2006-03-24 Device for inputting information into electric devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006109408/09A RU2316806C1 (en) 2006-03-24 2006-03-24 Device for inputting information into electric devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006109408A RU2006109408A (en) 2007-10-20
RU2316806C1 true RU2316806C1 (en) 2008-02-10

Family

ID=38924962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006109408/09A RU2316806C1 (en) 2006-03-24 2006-03-24 Device for inputting information into electric devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2316806C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2471270C2 (en) * 2008-09-25 2012-12-27 Сони Корпорейшн Device of dielectric transfer of millimetre waves and method of its manufacturing, and method and device of wireless transfer
RU2540826C2 (en) * 2008-08-29 2015-02-10 Майкрософт Корпорейшн Internal scroll activation and cursor adornment
RU2691861C1 (en) * 2016-02-12 2019-06-18 Сименс Акциенгезелльшафт Input device and input system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540826C2 (en) * 2008-08-29 2015-02-10 Майкрософт Корпорейшн Internal scroll activation and cursor adornment
RU2471270C2 (en) * 2008-09-25 2012-12-27 Сони Корпорейшн Device of dielectric transfer of millimetre waves and method of its manufacturing, and method and device of wireless transfer
RU2691861C1 (en) * 2016-02-12 2019-06-18 Сименс Акциенгезелльшафт Input device and input system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006109408A (en) 2007-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100465969B1 (en) Pointing device using the surface of a finger
US6809723B2 (en) Pushbutton optical screen pointing device
KR101163055B1 (en) Stylus and touch input system
US7295329B2 (en) Position detection system
US9911556B2 (en) Control knob having image output part
JP2001512858A (en) Rotary circuit controller with variable graphics
KR100789725B1 (en) Inputting device
JP2011146297A (en) Switch mechanism and input device
RU2316806C1 (en) Device for inputting information into electric devices
KR100616744B1 (en) Pointing device using holographic optical element
CN103443730B (en) Operating rod input equipment
KR20170110837A (en) Mobile terminal capable of easily converting photographing modes and photographing mode converting method
JP2002373055A (en) Electronic equipment
US20180348822A1 (en) Electronic device and wearable device
JP2006202291A (en) Optical slide pad
JP2008192623A (en) Rotating operation type input device
US10613621B2 (en) Interactive display system and method for operating such a system
KR100650623B1 (en) Optical pointing device having switch function
KR20080008217A (en) Information inputting device and inputting method therefore
JP2011175839A (en) Electrostatic capacity detecting switch, and method for controlling electronic equipment
JPH1153102A (en) Input device
JPH07200141A (en) Optical position detection device, optical coordinate input device, and optical position detecting method
KR101160942B1 (en) Pointing device and electronic device having the same
JPH08179878A (en) Input device for computer
KR100734246B1 (en) Optical pointing device with reflector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130325