CZ2016111A3

CZ2016111A3 - Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem

Info

Publication number: CZ2016111A3
Application number: CZ2016-111A
Authority: CZ
Inventors: Marek Mihál; Alexandr Mihál
Original assignee: O.Pen S.R.O.
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2016-11-09
Also published as: CN108885503A; JP2019512136A; US20180011550A1; EA201891624A1; CA3014264A1; KR102020064B1; AU2016394849B2; EP3420437B1; US9910514B2; BR112018017298A2; CA3014264C; ZA201805383B; AU2016394849A1; KR20180121932A; WO2017144936A1; EP3420437A1; JP6649503B2; CZ306281B6; SG11201806778UA

Abstract

Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem, zahrnující zdroj elektrického napětí, optickou soustavu (1), inerciální snímače a bezdrátovou technologii Bluetooth, ve kterém je plášť (6) v zadní části opatřen druhým krytem (7) a na vrchní části opatřen otvory (61), v nichž jsou uloženy hmatníky (8) tlačítek. V plášti (6) je suvně uloženo tělo (4) ve kterém je uložena baterie (10). K přední části je připojena hlava (3) a k spodní části těla (4) první kryt (5) opatřený upínacím mechanismem (51). V těle (4) uložena deska (2) plošných spojů tvořená čtyřmi pevnými částmi (21, 22, 23 a 24), které jsou vzájemně propojeny ohebnými částmi (20). V přední části těla (4) je uložena optická soustava (1) uzpůsobená pro nasunutí na pevnou část (14) PCB nesoucí optický snímač (13), jenž je propojen ohebnou částí (15) PCB na čtvrtou pevnou část (24). Hlava (3) opatřena hrotovým tlačítkem (92) se zdrojem (16) světla a dále je v ní uložen kapacitní snímač (91). Zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem má za základ PCB desku (2) plošných spojů, která zahrnuje správce (236) napájení, který je signálově propojen jak s prvním měničem (234) napětí tak i s druhým měničem (235) napětí. Správce (236) napájení je dále signálově propojen s procesorem (241), oboustranně signálově propojen s modulem (242) gyroskopu a akcelerometru, jenž dále oboustranně signálově propojen s anténou (243) a k procesoru (241) jsou dále signálově propojena čtyři tlačítka (221, 222, 231, 232), přičemž čtvrté tlačítko (232) je signálově připojeno k správci (236) napájení. K PCB desce (2) je připojena optická soustava (1), která je dále spojena s tlakovým hrotem (9), přičemž optická soustava (1) zahrnuje zdroj světla (16) oboustranně signálově propojený s optickým snímačem (13). Tlakový snímač (9) zahrnuje kapacitní snímač (91) jednostranně signálově propojený s RC oscilátorem (94), jenž je dále propojen se správcem napájení (236). Způsob ovládání bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem a inerciálními snímači spočívá v tom, že se detekuje pohyb bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem a mění se poloha kurzoru cílového ovládaného zařízení v závislosti na detekovaném pohybu nebo se posouvá obraz na obrazovce cílového ovládaného zařízení v závislosti na detekovaném pohybu.

Description

BEZDRÁTOVÉ POLOHOVACÍ PERO S TLAKOVÝM HROTEM

Oblast techniky

Vynález se týká uspořádání bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem, pro bezdrátové ovládání počítače, počítačových zařízení, multimediálních zařízení, mobilních telefonů, tabletů a dalších smart zařízení vybavených bezdrátovou technologií Bluetooth nebo USB.

Dosavadní stav techniky

V současnosti se pro jednoduché a rychlé ovládání počítače nejčastěji používá periferní zařízení, tzv. poziční indikátor „X-Y“, který se všeobecně nazývá „Myš“. Pohyb pozičního indikátoru je přenášen pomocí speciálních snímačů na pohyb kurzoru na monitoru počítače. Známa je přitom klasická mechanicko-optická myš, která umožňuje vstup dvojrozměrné informace pomocí polohového snímače ve formě koule, která je otočně spořádána na spodní části myši. Dále jsou známa periferní zařízení v spojení s grafickým displejem nazývané „Optické pero“. Tato zařízení umožňují interaktivní zasahování do obrazu na počítači.

Podle SK ÚV 5302 je známy tužkový vstupní periferní ovladač, který má v podélném tužkovém tělese uspořádaný polohový snímač, nad kterým je upevněné otočné kolečko mikrospínače a vedle něj sekundární tlačítko mikrospínače. Na konci podélného tužkového tělesa je upevněn polohový snímač a vedle otočného kolečka mikrospínače a sekundárního tlačítka je v podélném tužkovém tělese osazeno primární tlačítko mikrospínače. V jiném případě je v podélném tužkovém tělese pevně, nebo otočně osazená hlavice s polohovým snímačem. Na konci podélného tužkového tělesa může být upevněn i polohový snímač a pod, nebo nad otočným kolečkem mikrospínače může být v podélném tužkovém tělese vytvořen výstupek tvořící alespoň jedno doplňkové tlačítko mikrospínače.

Ve slovenském užitném vzoru SK ÚV 6147 je popsán vícefunkční vstupní tužkový periferní ovládač počítače, který je možné použít pro běžně vyráběny počítače a notebooky. K úzkému podélnému operačnímu procesoru s ovládači je připojen zdroj elektrické energie a funkčně obousměrně samostatně přepojen výstupní modul, akcelerometrický senzor, optický snímač, magnetometrický senzor a gyroskopický senzor, přičemž k výstupnímu modulu je vzdáleně funkčně oboustranně připojen USB modul složený z funkčně obousměrně přepojeného vstupního modulu a výkonového procesoru, ovládače jsou přitom tvořeny hrotovým primárním tlačítkem, rolovacím tlačítkem, sekundárním tlačítkem, funkčním tlačítkem a funkčním přepínačem, které jsou osazené v libovolném pořadí. Ovládače můžou být tvořené i dalším aspoň jedním doplňkovým tlačítkem a/nebo vypínačem, a/nebo přepínačem.

V evropské přihlášce^. EP1697876 je popsána modulární jednotka určena pro elektronické pero. Modulární jednotka obsahuje nosič s přijímačem pro psaní, desku s plošnými spoji, dvoudimenzionální snímací záření, které je namontované na desce s plošnými spoji a zobrazovací jednotku, která definuje rovinu obrazu. Nosič, deska s plošnými spoji a zobrazovací jednotka jsou navzájem spojeny se zobrazovací jednotkou, která je přivrácená k snímacímu záření pro vyhledání obrazové roviny na čidlo záření. Zdroj záření, jako je například LED dioda nebo laserová dioda, mohou být uspořádány na desce s plošnými spoji, nebo upevněny v držáku na zobrazovací jednotce. Zobrazovací jednotka, může být implementována jako jednotka pro prostorové řízení přenášeného záření na detektor. Tato jednotka může zahrnovat kanál pro přenášení záření, zobrazovací čočku a zrcadlo pro přesměrování záření v kanálu.

Vstupní pero pro dotykový panel je popsané v americkém patentu US6710267. Vstupní pero je na hrotu opatřeno koulí, například z acetylové živice. Dotyk pera s panelem je zprostředkován prostřednictvím koule, kterou se působí na dotykový panel a která následně působí na pružinový systém. Pružinový systém se skládá ze dvou pružin, přičemž každá pružina má jinou pružinovou konstantu. Druhá í 1 · «·····»· ·· pružina je pevnější než první a to proto, aby se nepoškodilo pero i při silnějším tlačení pera na dotykový panel.

V čínském užitném vzoruj. CN203149505 je popsáno kapacitní dotykové pero jako elektrické řídicí zařízení. Podle technické schéma kapacitní dotykové pero obsahuje pouzdro, tyčinku a hrot, vyznačující se tím, že hrot pera obsahuje vnější vrstvu a vnitřní vrstvu, přičemž vnitřní vrstva hrotu pera je tvořena elastickým materiálem a vnější vrstva je tvořena flexibilním vodivým materiálem. Vnitřní vrstva hrotu pera tvořena vodivým materiálem zahrnuje například měď, hliník, zlato, stříbro apod. Užitný vzor řeší zařízení určené k ovládání PC nebo mobilních telefonů s vlastním elektrickým polem.

V evropské přihlášce vynálezu $ EP2639682 je popsán ukazatel polohy pro vstupní zařízení, který je schopen detegovat rozsah zatlačení na hrot pera a který je schopen detegovat změny v tlaku působící na hrot pera. Ukazatel polohy je tvořen pružinou (to jest, první pružné těleso) a silikonovou gumou (co je, druhé pružné těleso), které jsou vloženy mezi dvojici protilehlých koncových ploch prvního feritového jádra, kolem kterého je navinuta cívka připojena k rezonančnímu obvodu a druhým feritovým jádrem. Působením tlaku na tělo hlavního tělesa, se spirálová pružina a silikonová guma deformuje, čímž se kontrolované mění vzdálenost mezi dvěma protilehlými koncovými plochami prvního feritového jádra a druhého feritového jádra. Tato změna vzdáleností je řízená změnami působícího tlaku na hrot pera při tlačení na podložku. Výsledkem je, že se mění hodnota indukce cívky navinuté kolem prvního feritového jádra a tím i frekvence elektrické vlny, která je dále přenášena z rezonančního obvodu k detektoru.

V evropské patentové přihlášce EP 2813918 je pospáno elektrické pero se snímačem síly, u kterého se mění elektrický odpor s množstvím aplikované síly na hrot pera. Snímač síly je modulární jednotka s elektrodou a uzávěrem, které jsou vzájemně uspořádány v elektricky izolované výchozí poloze. Uzávěr, který je vhodně uspořádán na elektrodě tak, aby byl s elektrodou v kontaktu, je upraven pro příjem axiálních sil z hrotu. Uzávěr je také uspořádán tak, aby ho relaxační axiální síly vrátily z aktivované polohy zpátky do výchozí polohy. Analogový signál ze senzoru se > « » · · · 9 ·*····«» · · · · ·· porovnává s referenčním signálem, načež se po srovnání těchto signálů uskuteční pouze selektivní konverze analogového signálu do digitálních hodnot síly.

V americké přihlášce vynálezu % US2006109262 je popsaná vylepšená struktura peřové myši pro ovládání počítače. Peřová myš se skládá hlavně^dutého pouzdra pera, uvnitř kterého je uspořádaná výplň opatřená na svém konci pružinou. Tlakový plášť pera p^je uložen na vzdálenějším konci peřového hřídele. Zařízení pro řízení kurzoru je namontováno na hřídeli vedle hrotu pera. Deska s optickým obvodem peřové myši zahrnuje obvod s bezdrátovým přenosem dat a čip s Bluetooth modulem, který je namontován uvnitř pera hřídele. Kromě toho, výplň je připojena k optické desce myši pomocí senzoru. V důsledku toho je navržena struktura peřové myši vhodná pro použití při psaní rukou a pro použití jako vstupního zařízení pro ovládání počítače, přičemž tyto dvě použití kombinuje. Kromě toho, navržená struktura peřové myši může být použita pro poslech digitální hudby nebo přijmout hovoru.

V čínském užitném vzoruj^ CN2601426 Y je popsáno zařízení, které se týká bezdrátového pera pro ovládání výpočetní techniky, obsahující senzor tlaku v podobě hrotu pera uspořádaného uvnitř pera, optický snímač pohybu, rozhraní pro bezdrátový přenos dat, řídící obvod a napájení. Pero, které je uchopitelné rukou^ může lokalizovat pohyb v rovině objektu souřadnic, přičemž bude informace o pohybu pera a informace o stavu hrotu odeslaná do počítače přes bezdrátové rozhraní pera.

V americké přihlášce vynálezu US2016018911 je popsáno dotykové pero pro ovládání kapacitní dotykové obrazovky a elektronického zařízení. Elektronické zařízení obsahuje první bezdrátový přenosový modul. Dotykové pero zahrnuje hrot pera, druhý bezdrátový přenosový modul, G-senzor a senzor tlaku. Hrot pera je ve styku s kapacitním dotykovým displejem. Druhý bezdrátový přenos modul je ve spojení s prvním bezdrátovým přenosovým modulem. Podle změny úhlu dotykového pera snímané snímačem G je první řídící signál přenášen z druhého bezdrátového přenosového modulu do prvního bezdrátového vysílacího modulu pro řízení elektronického zařízení. Podle tlaku vyvíjeného na hrot pera, který^snímaný >

snímačem tlaku, je druhý řídící signál přenášen z druhého bezdrátového přenosového modulu do prvního bezdrátového přenosového modulu nebo kapacitní dotykové obrazovky pro ovládání prvního bezdrátového přenosového modulu nebo kapacitní dotykové obrazovky.

V americké přihlášce vynálezu & US2007014490 A je popsán optický tlakový senzor vhodný pro použití v elektronických zařízeních stylus, který snímá přítlačnou sílu vyvíjejí na jeho hrot, díky čemu je umožněn&írozpoznávání rukopisu, nsSSfe Senzor zahrnuje pouzdro prvku nesoucího zatížení pro přijetí přítlačné síly, která má být snímána, a spojené obvody pro převod vstupní přítlačné síly na výstupní signál indikující vstupní síly. Nosný člen je pohyblivě uložen uvnitř podlouhlého tělesa (až 100 mikronů). Vstupní síla působící na prvek nesoucí zatížení je způsobena kontaktem hrotu s podložkou. Prvek nesoucí zatížení je tlačen proti směru vstupní síly. Snímač síly zahrnuje zdroj světla a foto-detektor pro snímání hladiny osvětlení ze zdroje světla. Přidružené obvody převádí intenzitu osvětlení pomocí foto-detektoru na výstupní signál, aby se hladina osvětlení snímaná fotodetektorem měnila s pohybem členu nesoucího zatížení uloženého uvnitř podlouhlého tělesa tak, že výstupní signál z obvodu je indikativní pro vstupní síly. Pomocí optického senzoru odstraňuje nutnost používat citlivý piezorezistivní snímač, který vyžaduje malé tolerance při výrobě.

V americké přihlášce vynálezu US 2011116856 A je popsané tiskací zařízení, které je opatřeno hrotem provedeným tak, aby se zasunul do těla zařízení při přitlačení hrotu na povrch. Přívodu inkoustu a inkoustové trysky jsou ve fluidním spojení s přívodem inkoustu a zároveň jsou provedené tak, aby tisk inkoustu na povrch byl závislý na intenzitě zatažení hrotu.

V přihlášce vynálezu GB 2500378 je pospané integrované psací a počítačové vstupní zařízení pro psaní na povrchu jakým je například papír a ovládání počítače. Zařízení obsahuje pero pro psaní po povrchu, snímače tlaku pro určení, zda je pero Ί^ν kontaktu s povrchem, pohybové snímací prostředky pro snímání pohybu pera vzhledem k povrchu a bezdrátový vysílač pro vysílání signálu udávajícího informace o pohybu zařízení do počítače. Pohybový snímací prostředek může zahrnovat světlo

I LED a detektor pro zachycení světla odraženého od povrchu. V prvním provozním režimu je signál nesoucí informace o pohybu zařízení přenášen do počítače pouze v případě, že tlakový senzor ukazuje, že pero není v kontaktu s povrchem.

V přihlášce vynálezu & KR20030017924 je popsaná peřová bezdrátová optická myš, která umožňuje přesunout kurzor zobrazený na monitoru, nebo spustit program vybrané ikony v režimu pomocí detekcí souřadnicových hodnot a zadáním těchto hodnot do počítače bezdrátově. Zařízení se skládá z bezdrátového vysílače, který je nainstalován na horní ploše hlavního tělesa. Zaostřovací čočky, které zaměřují obraz tím, že sbírají světlo ze světlo emitujícího prvku odraženého od kontaktní plochy. Optický senzor detekuje hodnotu souřadnice převedením obrazu na elektrický signál. Snímač tlaku detekuje tlak vyvíjené na hlavní tělo. Řadič elektrického signálu, který zesiluje a filtruje datový signál detekován optickým snímačem, dále vypočítává hodnotu souřadnic na základě optického signálu a hodnoty konverze a následně vysílá pozici kurzoru do bezdrátového vysílače, který zpracovává signál na výstupu ze snímače tlaku. Kolečkové tlačítko vybere a převede vertikální souřadnici na monitoru pomocí posouvací funkce.

V přihlášce vynálezu TW201135537 A je popsán způsob přepínání režimu ovládání vstupního polohovacího zařízení počítače a psacího režimu. Polohovací zařízení je provedeno v podobě pera s hrotovým tlačítkem. Dále je přístroj instalován s levým tlačítkem, pravým tlačítkem, aktivačním tlačítkem, spínacím tlačítkem a vypínačem. Způsob přepínání režimu ovládání může být aplikován na dotykové ovládání počítačového systému nebo obecného počítačového systému. Při použití na dotykovém počítačovém systému, se nejprve polohovací zařízení přitlačí na dotykovou obrazovku prostřednictvím hrotového tlačítka pro snímání tlaku a řídicí modul polohovacího zařízení určuje, zda je spínač pro snímání tlaku (hrot pera) aktivní. Pokud tlakový hrot snímá změnu tlaku, je vyslán signál pro generování pohybu na obrazovce. V obecném počítačovém systému může polohovací zařízení být v režimu psaní nebo v režimu control-in-the-air. Podle těchto dvou režimů, snímá polohovací zařízení ruční pohyb uživatele. Ve psacím režimu, kdy polohovací zařízení zapisuje nebo nakreslí čáru na obrazovce, naopak zařízení generuje signál

-70 « 9 * 'i '» '* *í * » · » 9 * · *<· í t · · ·* í «*··«? I • 9 · * · ·» « » « · t i · « · » ·4 · pro gumování, když je snímána změna polohy pomocí tlačítka na ocasu pera. Uživatel také může stisknout levé a pravé tlačítko pro spuštění specifické funkcfmyši.

Nevýhody současného stavu techniky spočívají zejména v nedokonalé konstrukci tužkového ovládače, která neumožňuje uchopení pravou i levou rukou, psát pod libovolným úhlem a ovládat počítačové zařízení, mobilní technologie, chytré zařízení na většině typů snímaných povrchů anebo v prostoru.

Všechna zařízení ze současného stavu techniky jsou určená pro ovládání jenom specifického typu počítačového zařízení.

Vynález si klade za cíl vytvořit novou konstrukci bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem ve tvaru válce o malém průměru kolem 14|rnm a délkou do 15(jmm, které bude umožňovat uživateli ovládat počítačové zařízení, mobilní technologie, chytré zařízení vybavených technologií bluetooth nebo USB podporující vstupní zařízení a to pohybem po většině typů snímaných povrchů anebo pohybem v prostoru.

Podstata vynálezu

Nevýhody dosavadního stavu techniky do značné míry odstraňuje bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem, jehož podstata spočívá v tom, že plášť je v zadní části opatřen druhým krytem a na vrchní části je opatřen otvory, v nichž jsou uloženy hmatníky tlačítek. Dále je v plášti je suvně uloženo tělo ve kterém je uložena baterie, k jehož přední části je připojena hlava a k spodní části těla je připevněn první kryt opatřený upínacím mechanismem. Dále je v těle uložena deska plošných spojů tvořená první pevnou části, druhou pevnou části, třetí pevnou části a čtvrtou pevnou části, které jsou vzájemně propojeny ohebnými částmi, přičemž v přední části těla je uložena optická soustava, která je uzpůsobená pro nasunutí na pevnou část desky plošných spojů (PCB) nesoucí optický snímač, jenž je propojen ohebnou části desky plošných spojů (PCB) na čtvrtou pevnou část. Hlava je opatřena hrotovým tlačítkem se zdrojem světla a dále je v ní uložen kapacitní snímač.

» · *

-8Optická soustava bezdrátového polohovacího pera silákovým hrotem je tvořena držákem, jehož jeden konec je uzpůsoben pro uložení optické čočky, zatímco druhý konec je uzpůsoben pro nasunutí na pevnou část desky plošných spojů (PCB) s optickým snímačem.

Hlava bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem je opatřena rozšiřujícím se optickým kanálem, na jehož jeden konec navazuje optická čočka, druhý konec ústí do volného prostoru, přičemž jak optický kanál, tak optická soustava jsou uloženy souose vůči optické ose.

Hmatníky tlačítek bezdrátového polohovacího pera silákovým hrotem jsou vytvořeny jako dvoupolohové.

První kryt je spojen s tělem bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem rozebíratelně, prostřednictvím upevňovacího prostředku, kterým je například šroub.

Kapacitní snímač bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem je tvořen pevnou elektrodou zabudovanou uvnitř první pevné části a pohyblivou elektrodou.

Zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem, jehož podstata spočívá, že má optickou soustavu připojenu k PCB desce plošných spojů, která je dále spojená s tlakovým hrotem, přičemž napájení z baterie je realizováno přes PCB desku plošných spojů.

Další podstata zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem spočívá v tom, že optická soustava zahrnuje zdroj světla, jenž je oboustranně signálově propojen s optickým snímačem.

Deska plošných spojů bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem zahrnuje správce napájení, který je signálově propojen jak s prvním měničem napětí, tak i s druhým měničem napětí, přičemž správce napájení je dále signálově propojen s procesorem, oboustranně signálově propojen s modulem gyroskopu a akcelerometru, jenž dále oboustranně signálově propojen s anténou. K procesoru jsou dále signálově propojena první tlačítko, druhé tlačítko, třetí tlačítko a čtvrté tlačítko, přičemž toto tlačítko je dále signálově připojeno k správci napájení.

» ·

Tlakový hrot bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem zahrnuje kapacitní snímač, který je jednostranně signálově propojen s RC oscilátorem, jenž je dále signálově propojen se správcem napájení.

Napájení jednotlivých elektronických součástek bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem elektrickým napětím je realizováno baterii, která je propojena £ jak s prvním měničem napětí, tak i s druhým měničem napětí a dále přes první měnič napětí jednak s procesorem, jednak s nábojovou pumpou, jednak s optickým snímačem a jednak RC oscilátorem.

Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem umožňuje uživateli funkci optického polohování pohybem pera po snímaném povrchu v osách X, Y s kompenzací rotace.

Bezdrátové polohovací pero silákovým hrotem umožňuje uživateli funkci polohování pohybem pera ve 3D prostoru s kompenzací rotace a proměnným/ zesílením.

Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem umožňuje uživateli funkci posouvání obrazu, dokumentu, webové stránky a podobně pohybem (naklopení) pera ve směru nahoru nebo dolů s kompenzací rotace.

Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem umožňuje uživateli funkci posouvání obrazu, dokumentu, webové stránky a podobně válení pera v podélné ose po aktivaci gestem.

Bezdrátové polohovací pero silákovým hrotem umožňuje uživateli funkci posouvání obrazu, dokumentu, webové stránky a pohybem pera po snímaném povrchu v ose Y (ve směru od uživatele a k uživateli).

Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem umožňuje uživateli funkci, která v závislosti na intenzitě síly vyvíjené na hrotové tlačítko poskytne cílovému zařízení informaci o jednoduchém nebo dvojité/stisku tlačítka.

-10Technické řešení pera umožňuje polohování 3D v prostoru bez nutnosti instalace dodatečných snímacích jednotek či kamer se spoustou inovativních funkcí v kompaktním designu ve formě tubusu o průměru 14 mm. Perem je možné precizně ovládat různá zařízení vybavena USB port nebo bezdrátovou technologií Bluetooth 4.0 nebo novější a podporující USB nebo Bluetooth HID (Human Interface Device) class obdobně jako například počítačovou myší. Na rozdíl od grafických tabletu není nutné pro optické polohování používat speciální podložku. Pro případy, kdy není možné polohovat z jakéhokoliv důvodu pomocí optického snímače, je dostupná funkce polohování 3D motion. Pro kvalitnější psaní textu je pero vybavení režimem pro psaní. Mimo základní optické polohování je možné cílové zařízení ovládat pohyby v prostoru nebo prostorovými gesty. Pero je napájeno jednou alkalickou baterií velikost AAA, kterou je možné kdykoliv vyměnit za novou a pokračovat v práci nebo zábavě.

Funkcionalita o Optické polohování bez nutnosti použití speciální podložky (Optical motion) o Polohování/ovládání cílového zařízení pohyby pera v prostoru (3D motion) v okamžiku, kdy není možné polohovat optickou formou o Posouvání stránek/textu válením pera (Rolling motion) o Aktivace funkce válení (Rolling motion) gestem - rychlé otočení (trhnutí) v obou směrech v podélné ose pera o Optické posouvání tažením pera (Optical scrolling) o Funkce 3D scrolling pro snadné skrolování pohyby perem ve směru nahoru a dolů o Tlakový hrot pro maximální komfort optického polohování a psaní textu s možností použití pro kaligrafické funkce o Uživatelské přizpůsobení citlivosti hrotového tlačítka o Režim psaní (Writing Mode) pro komfortnější psaní textu, kde je upravena citlivost hrotové tlačítka a optického snímače o Přenos informací o poloze osy X, Y a rotace (3D output)

-111» · o Kalibrace/korekce koordinačního systému vestavěna přímo v peru

Tabulka 1

Označení funkce	Název funkce	Krátký popis
F1	Optical motion	Polohování v osách X, Y pohybování pera po povrchu
F2	3D motion	Polohování v osách X, Y pohybování pera v prostoru
F3	3D scrolling	Posouvání pohybování pera pod úhlem nahoru a dolů
F4	Rolling motion	Posouvání pomocí válení pera v podélné ose
F5	Optical scrolling	Posouvání pohybem pera po povrchu v ose X
F6	Pressure Sensitive Tip	Snímání intenzity přitlačení hrotového tlačítka k povrchu
CO1	Kompenzace rotace pro Optical Motion (F1)	Kompenzace rotace v podélné ose pera během optického polohování
CO2	Kompenzace rotace pro 3D motion (F2)	Kompenzace rotace v podélné ose pera během polohování v prostoru
SF1	Proměnné zesílení	Metoda eliminace malých nebo pomalých výchylek během polohování v prostoru (F2)
CAL1	Kalibrace tlakového hrotu	Kalibrace intenzity síly vyvíjené na tlakový hrot uživatelem
CAL2	Kalibrace gyroskopu	Kalibrace offsetu gyroskopu
CAL3	Kalibrace kolmosti	Kalibrace natočení vůči souřadnému systému snímaného povrchu

-12» ·

Objasnění výkresů

Vynález je schematicky znázorněn na výkresech, kde na obr. 1 znázorňuje uspořádání součástek bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem, obr. 2 znázorňuje detail optické soustavy; obr. 3 znázorňuje spojení optické soustavy spolu s hlavou pera, obr. 4a uspořádaní jednotlivých elektronických součástek na desce plošných spojů, obr. 4b uspořádání jednotlivých elektronických součástek na desce plošných spojů, obr. 4c znázorňuje uspořádání elektronických součástek na desce plošných spojů, obr. 5 znázorňuje uspořádání, obr. 5a znázorňuje uspořádání elektrod kapacitního snímače, obr. 6 blokové schéma zapojení bezdrátového optického polohovacího pera s tlakovým hrotem, obr. 7 znázorňuje funkci F1 tj. optické polohování pohybem pera po povrchu v osách X, Y, obr. 8 znázorňuje funkci F2 tj. posouvání pohybem (natáčením) pera nahoru a dolů pod úhlem, obr. 9 znázorňuje funkci F3 tj. polohování vosách X, Y pohybem (natáčením) pera v prostoru, obr. 10 znázorňuje funkci F4 tj. posouvání pomocí válení pera v podélné ose, obr. 11 znázorňuje funkci F5 tj. posouvání pohybem pera po povrchu v ose Y a obr. 12 znázorňuje funkci F6 tj. snímání intenzity přitlačení hrotového tlačítka k povrchu.

Příklady provedení vynálezu

Vynález bude blíže vysvětlen na příkladech provedení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem s odkazem na příslušné výkresy. Uvedené příklady znázorňují varianty provedení polohovacího pera, které však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv.

Příkladné provedení vícefunkčního peřového ovladače s tlakovým hrotem je znázorněno na přiložených výkresech. Jak je patrné z obr. 1 bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem zahrnuje pouzdro 6, v jehož zadní části je ustaven druhý kryt 7 baterie 10. Pouzdro 6 má kruhový nebo kruhovitý tvar, který je univerzální pro pohodlné uchopení pravou i levou rukou. Dále je pouzdro 6 na vrchní části opatřeno otvory 61^ pro uložení hmatníků 8 tlačítek. Tyto hmatníky 8 tlačítek jsou konstruovány

-13jako dvoupolohové a jejich poloha umožňuje použití pravou i levou rukou. Konstrukce hmatníků 8 tlačítek umožňuje i současné stisknutí obou poloh. V pouzdře 6 je dále suvně uloženo tělo 4, ke kterému je rozebíratelně prostřednictvím upevňovacího prostředku 52, například šroubu, připevněn první kryt 5. Ve vrchním těle 4 je uspořádána deska 2 plošných spojů (PCB), která je složena ze čtyř pevných částí, jimiž jsou první pevná část 21, druhá pevná část 22, třetí pevná část 23 a čtvrtá pevná část 24, jenž jsou vzájemně propojeny ohebnými částmi 20. Pro upevnění hlavy 3 a optické soustavy 1 je první kryt 5 opatřen upínacím mechanismem 51 v podobě soustavy drážek, do nichž zabírají upínací prvky, např. háčky upínacího mechanismu 31 hlavy 3. Uspořádání optické soustavy 1 je znázorněno na obr. 2. Tato optická soustava je uspořádána v přední části těla 4 a je tvořena držákem 12, jehož jeden konec je uzpůsoben pro uložení optické čočky 11, zatímco druhý konec je uzpůsoben pro nasunutí na pevnou část 14 desky plošných spojů (PCB) nesoucí optický snímač 13, který je propojen ohebnou části 15 desky 2 plošných spojů (PCB) na čtvrtou pevnou část 24 desky 2 plošných spojů (PCB). Spojení optické soustavy 1 a hlavy 3 je znázorněno na obr. 3. Kde v hlavě 3 je vytvořen rozšiřující se optický kanál 19, na jehož jeden konec navazuje optická čočka 11 a druhý konec ústí do volného prostoru, přičemž jak optický kanál 19, tak optická soustava 1 jsou uloženy souose vůči optické ose 17. Dále je v hlavě 3 uspořádán zdroj světla 16 určený pro osvětlování snímaného povrchu 18.

Uspořádání jednotlivých elektronických součástek na desce 2 plošných spojů (PCB) je znázorněno na obr. 4a a obr. 4b a obr. 4c. Desku 2 plošných spojů (PCB) tvoří první pevná část 21, druhá pevná část 22, třetí pevná část 23 a čtvrtá pevná část 24, které jsou vzájemně spojeny ohebnými částmi 20. První pevná část 21 je opatřena pružnou pohyblivou elektrodou 912 a pevnou elektrodou 911 kapacitního snímače 91, jež jsou propojeny ohebnou částí 20 s druhou pevnou částí 22, která je osazena prvním tlačítkem 221, druhým tlačítkem 222, indikační LED diodou 223 a RC oscilátorem 94. Druhá pevná část 22 je dále propojena ohebnou částí 20 s třetí pevnou částí 23, jež je osazena třetím tlačítkem 231, čtvrtým tlačítkem 232, indikační RGB LED diodou 233, měničem napětí 1,8 V 234, měničem napětí 2,4 V 235, správcem napájení 236 a nábojovou pumpou 237 a dále je k této části připojen držák druhého kontaktu 26. A dále je třetí pevná část 23 spojena pomocí ohebné části 20 se čtvrtou pevnou částí 24. Tato čtvrtá pevná část 24 je osazena procesorem 241 a modulem 242 gyroskopu a akcelerometru a anténou 243 a dále prvním kontaktem

25.

Uspořádání tlakového hrotu 9, který je součástí bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem, je znázorněn na obr. 5. Tlakový hrot v tomto provedení zahrnuje hlavu 3, jež je výše popsaným způsobem připojena k dalším součástem pera. V hlavě 3 je uloženo hrotové tlačítko 92, které je otočné kolem osy 921 otáčení a opírá se o kolík 93. Tělo tlakového hrotu 92 je provedeno jako dvouramenná páka, jejíž jedno rameno působí sílou F2 na pružnou pohyblivou elektrodu 912 kapacitního snímače 91 v rozsahu úhlu 5°, zatímco na druhé rameno v podobě kužele působí síla F1 a rameno vykonává kyvný pohyb pod úhlem v rozsahu 3,3°. Vyvíjením síly F1 na kužel hrotového tlačítka 92 v úhlu přibližně do 85° vůči kolmé rovině podélné osy pera dochází k otáčení hrotového tlačítka 92 okolo osy 921 otáčení a přes rameno hrotového tlačítka 92 k přenosu síly F2 na pružnou pohyblivou elektrodu 912, (například kovový postříbřený fosforbronzový pružný plech), která je součástí desky 2 plošných spojů a která v důsledku přibližování nebo oddalování pružné pohyblivé elektrody 912 k pevné elektrodě 911. mění svou elektrickou kapacitu. V závislosti na této změně dochází k rozladění frekvence připojeného RC oscilátoru 94, kterou analogově digitální převodník zabudovaný v řídícím procesoru 241 převádí na digitální signál a řídící procesor 241 tento již digitální signál následně softwarově filtruje a vyhodnocuje. Na základě vyhodnocení digitálního signálu řídící procesor 241 provádí uživatelskou funkci F6 Pressure Sensitive Tip. Pro správné vyhodnocení signálu funkce F6 Pressure Sensitive Tip, je zařízení vybaveno uživatelskou kalibrací CAL3.

Obecné zpracování signálů z modulu 242 gyroskopu a akcelerometru je uvedeno v následujícím textu.

Zpracování signálů se provádí ve všech uživatelských módech (funkcích) viz tabulka 1.

-15* ·♦

Surová data {a_raw, (b_raw ) z modulu 242 gyroskopu a akcelerometru se převádějí ze souřadné soustavy senzorů do souřadného systému pera '^aSx'

A_a CL_raw — .^aSz.

-1 0'

1

0.

®-xraw

0-yraw 0-zraw.

	^ω5χ'		0	0	-11		b^xraw
(b_s =		Aq ' (braw ~	0	-1	0	•	(by raw
	ί^ω5ζ.		L-i	0	0 J		.(bzraw.

Souřadné systémy pro zrychlení a úhlové rychlosti jsou záměrně rozdílné. Soustava pro zrychlení je volena tak, aby bylo možné podle složek X, Y provést kompenzaci CO1 rotace pro Optical motion a taktéž kompenzaci CO2 rotace pro 3D motion v podélné ose pera.

V modulu 242 gyroskopu a akcelerometru je soustava X, Y, Z pro gyroskop volena tak, aby složky X, Y odpovídaly pohybu v režimu F2 3D motion a osa Z byla vyhrazena pro rolování.

Akcelerace je filtrována IIR filtrem prvního řádu podle vztahu:

a(n) = 0,9 · a(n - 1) + 0,1 · ^(n), s časovou periodou t_n = 15ms, což přesně odpovídá frekvenci zasílání HID reportů polohy.

Filtrace zrychlení zlepšuje odolnost proti šumu, ale také způsobuje mírné fázové zpoždění vůči úhlovým rychlostem, od kterých se odečítají offsety modulu 242 gyroskopu získané kalibrací CAL2. To se projevuje zejména při rychlých pohybech v režimu F2 3D motion.

Od úhlových rychlostí se odečítají offsety následovně:

	<b_x		^ω5χ		^offsetx
ω =	(Úy	(^offset —	O)_Sy	—	^offsety
	(bz.		ίω_5ζ]		^offsetz.

Optical Motion - uživatelská funkce - F1

-16Funkce Fl Optical Motion je navržena a užívána pro optické polohování pohybem pera po snímaném povrchu 18 v osách X, Y. Uživatel pohybem pera po snímaném povrchu 18 stejně jako například klasickým perem vyvolává pohyby kurzoru na cílovém ovládaném zařízení v osách X, Y. Funkce F1 Optical Motion je aktivní automaticky po zapnutí zařízení stisknutím čtvrtého tlačítka 232 a připojení k cílovému ovládanému zařízení. Stisknutí prvního tlačítka 221 způsobí aktivaci funkce F5 Optical Scrolling. Stisknutím druhého tlačítka 222 dojde k odeslání informace o stisknutí sekundárního tlačítka cílovému ovládanému zařízení stejným známým způsobem jako u standardní počítačové myši. Optickou signalizaci aktivní funkce zajišťuje přerušovaným svícením LED dioda 223.

Při zpracování dat z optického snímače 13 se aplikují metody kompenzace CO1 rotace pro Optical motion vůči podélné ose pera a kalibrace CAL3 kolmosti vůči snímanému povrchu 18. Dále se aplikují metody přerušení polohování v závislosti na funkci F6 Pressure Sensitive Tip tlakového hrotu 9.

Jednotlivé kroky funkce F1 Optical Motion jsou znázorněny na obr. 8.

Zpracování dat je prováděno následovně:

r = R·Α·Δο, kde

Δχ'

Ay.

je relativní změna polohy zasílaná v HID reportu.

Δο =

Δο_ζ

UJ^je relativní změna polohy podložky viděná optickým snímačem 13 r je kompenzační matice kompenzace CO1 rotace pro Optical motion .

A je kalibrační matice určená během kalibrace CAL3 kolmosti

3D Motion - uživatelská funkce - F2 » · • · · * • * ·» »

-17Funkce F2 3D Motion je navržena pro polohování pohybem pera ve 3D prostoru. V okamžiku, kdy uživatel narazí na snímaný povrch 18, který není pro optický snímač 13 vhodný, například sklo apod., nebo z jakéhokoliv jiného důvodu může uživatel polohovat kurzor pohyby perem v prostoru. Funkce F2 3D Motion se aktivuje stisknutím čtvrtého tlačítka 232. Stisknutím tlačítka 221 se při náklonu bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem ve směru nahoru nebo dolů pohyby převádějí na pohyb kurzoru cílového ovládaného zařízení v ose Y a pohyby náklonu ve směru doprava nebo doleva se převádějí na pohyb kurzoru cílového zařízení vose X, včetně současné kombinace uvedených pohybů. Stisknutím nebo uvolněním druhého tlačítka 222 dojde kodeslání informace (HID reportu) o stavu primárního tlačítka cílovému ovládanému zařízeni stejným známým způsobem jako u standardní počítačové myši. Při současném stisknutí prvního tlačítka 221 a druhého tlačítka 222 dojde současně k zahájení polohování a odeslání informace o stisknutí primárního tlačítka, stejným známým způsobem jako u standardní počítačové myši, což umožní uživateli na cílovém ovládaném zařízení vyvolat funkci drag and drop, je-li touto softwarovou funkcí vybaveno. Taktéž je možné při aktivním polohování druhé tlačítko 222 dodatečně stisknout a uvolnit, což je umožněno konstrukcí hmatníků 8 tlačítek. Stisknutím druhého tlačítka 231 dojde k odeslání informace o stisknutí sekundárního tlačítka cílovému ovládanému zařízení stejným známým způsobem jako u standardní počítačové myši. Optickou signalizaci aktivní funkce zajišťuje přerušovaným svícením RGB LED dioda 233.

Během zpracování dat se aplikují metody kompenzace CO2 rotace pro 3D motion vůči podélné ose pera a metoda proměnného zesílení SF1. Polohování, nebo reakce na pohyb perem ve 3D prostoru, se aktivuje stisknutím a následným držení prvního tlačítka 221. Uvolněním prvního tlačítka 221 dojde naopak k přerušení polohování. Při samotném stisku či uvolnění prvního tlačítka 221 dochází k zachvění celého pera, které se nepříznivě přenáší na vlastní polohu kurzoru na cílovém připojeném zařízení. Tyto nepříznivé stavy jsou řešeny samostatně následovně. Při stisku prvního tlačítka 221 je zahájení polohování zpožděno o 200 ms. Potlačení zachvění pera při uvolnění prvního tlačítka 221 je vyřešeno odesláním HID report -Δχ, -Ay, kde Δχ, Ay jsou hodnoty polohy z předchozího HID reportu, jelikož při uvolnění prvního tlačítka 221 záchvěv začíná dříve než vlastní detekce stavu prvního tlačítka 221 (stisknuto/uvolněno) - jak je znázorněnu obrázku níže.

button press/release detection moment

t

Znázornění záchvěvu pera při stisknutí/uvolnění prvního tlačítka

Na obr. 8 jsou znázorněny jednotlivé kroky funkce F2 3D Motion.

Zpracování dat je prováděno následovně:

7=g-00>

kde

Δχ1. , _x. , = _Δχ|]θ relativní změna polohy zasílaná v HID reportu.

ω je vektor úhlové rychlosti měřený gyroskopem modulu 242 G a je kompenzační matice kompenzace CO2 pro 3D motion g je proměnné zesílení SF1

-> r^exl ^{e =} l^e _yJ J^e mezivýsledek - nezesílená změna polohy.

·

3D Scrolling - uživatelská funkce - F3

Funkce F3 3D Scrolling je navržena pro posouvání obrazu, dokumentu, webové stránky apod. pohybem (naklopením) pera ve směru nahoru nebo dolů.

Funkce F3 3D Scrolling se aktivuje sekvencí stisknutí, uvolnění a následné držení prvního tlačítka 221. Od okamžiku, kdy je první tlačítko 221 trvale stisknuto, pohybem naklopení pera ve směru nahoru nebo dolů dochází k posouvání obrazu. Ukončení funkce se provede uvolněním prvního tlačítka 221. Záchvěvy pera při stisknutí nebo uvolnění prvního tlačítka 221 nečinní nepříznivé vlivy v podobě náhodného posouvání, jelikož jejich amplituda je zpravidla menší než práh (threshold) pro posunutí o jeden řádek. Optickou signalizaci aktivní funkce zajišťuje přerušovaným svícením RGB LED dioda 223.

Při zpracování dat se aplikuje kompenzace CO2 rotace pro 3D motion vůči podélné ose pera stejným způsobem jako u funkce F2 3D Motion, pouze s lehce odlišnými parametry. Informace o ose X se zahodí a použije se informace o ose Y.

Na obr. 9 jsou znázorněny jednotlivé kroky funkce F3 3D Scrolling.

Zpracování dat je prováděno následovně:

e = G · ω, Ascroll = h(e_y) e_y, kde ^scroll je počet řádků pro posouvání zasílaných v HID reportu posouvání / tlačítek.

ω je vektor úhlové rychlosti měřený gyroskopem

G je kompenzační matice kompenzace CO2 pro 3D motion h je proměnné zesílení SF1 posouvání _ r^ex].

^e — [e_yj je mezivýsledek - nezesílená změna polohy

-20Rollinq motion- uživatelská funkce - F4

Funkce F4 Rolling motion je navržena pro posouvání obrazu, dokumentu, webové stránky apod. válením pera v podélné ose.

Funkce F4 Rolling motion se aktivuje gestem v podobě rychlého otočení pera v podélné ose několikrát na jednu stranu a zpět.

ω iii

-1 -1 -1 -1

Příklad průběhu úhlové rychlosti v podélné ose pera (Z)

Detekční algoritmus zaznamenává okamžiky, kdy úhlová rychlost překoná kladný či záporný práh (threshold) - 0,8 maxima rozsahu. Při překonání prahu (threshold) se do kruhového zásobníku (bufferu) délky osmi vzorků ukládá polarita úhlové rychlosti a aktuální čas. K rozpoznání gesta dochází, pakliže se v zásobníků (bufferu) nachází střídající se posloupnost -1 a 1 o délce minimálně čtyř vzorků s časovým rozestupem „od nejstaršího k nejmladšímu maximálně 2,4 vteřiny. Optickou signalizaci aktivní funkce zajišťuje přerušovaným svícením RGB LED dioda 233.

Při zpracování dat se neaplikuje kompenzace CO2 rotace pro 3D motion pouze se aplikuje proměnné zesílení SF1 s jinými parametry.

Na obr. 10 jsou znázorněny jednotlivé kroky funkce F4 Rolling motion.

Zpracování dat je prováděno následovně:

hscroll = j(a)_z) ω_ζ, kde

-21ňscroll je počet řádků pro posouvání zasílaných v HID reportu posouvání/tlačítek.

a>_z je Z složka vektoru úhlové rychlosti ω měřené gyroskopem.

j je proměnné zesílení SF1 posouvání obrazu.

Optical scrolling - uživatelská funkce - F5

Funkce F5 Optical scrolling je navržena pro posouvání obrazu, dokumentu, webové stránky apod. pohybem pera po snímaném povrchu v ose Y (ve směru od uživatele a k uživateli).

Funkce F5 Optical scrolling se aktivuje stisknutím a následným držením prvního tlačítka 221 během funkce F1 Optical Motion. Pohybem ve směru od uživatele nebo k uživateli po snímaném povrchu 18 dochází k posouvání obrazu. Uvolněním prvního tlačítka 221 dojde k ukončení funkce F5 Optical scrolling a k aktivaci funkce F1 Optical Motion. Pohybem pera ve směru od uživatele nebo k uživateli je nastavena v poměru 10 pixelů (Ay) /1 řádek.

Při zpracování dat z optického snímače 13 se aplikují metody kompenzace CO1 rotace pro funkci Fl Optical motion vůči podélné ose pera a kalibrace CAL3 kolmosti vůči snímanému povrchu 18.

Na obr. 11 jsou znázorněny jednotlivé kroky funkce F5 Optical scrolling.

Zpracování dat:

e = R · A · Δο,

Ascroll = —, kde

Ascroll je počet řádků pro posouvání zasílaných v HID reportu posouvání / tlačítek.

Ao =

Δο/

M^je relativní změna polohy podložky viděná optickým snímačem 13.

R je kompenzační matice kompenzace CO1 rotace pro Optical motion.

A je kalibrační matice určená během kalibrace CAL3 kolmosti.

-22- Γ⁶χ1 e = J je mezivýsledek - změna polohy.

Pressure Sensitive Tip - uživatelská funkce - F6

Tlakový hrot nahrazuje standardní primární tlačítko myši. Intenzita vyvíjené síly na kužel hrotového tlačítko 92 dále jen „přítlak“ je rozdělena do několika úrovní (soft press, medium press, hard press). Na obr. 12 jsou znázorněny jednotlivé kroky funkce F6 Pressure Sensitive Tip.

Soft press - detekce kontaktu se snímaným povrchem 18

Medium press - práh (threshold) pro kliknutí

Hard press - práh (threshold) pro dvojité kliknutí

Znázornění rozdělení intenzity přítlaku (t_v - hodnota přítlaku, t čas)

RC oscilátor 94 kapacitního snímače 91 kmitá na relativně stabilní frekvenci a vlivem změny přítlaku (intenzity síly vyvíjené na kužel hrotového tlačítka 92) dochází k jeho rozladění (snížení frekvence) až o cca 20 %. Požadavky na rozlišení hrotového senzoru vyžadují bezpečně rozeznat změnu frekvence kolem 1 %, která byla způsobena vlivem změny přítlaku.

-23Příklad průběhu frekvence RC oscilátoru 94

Vyhodnocení přítlaku probíhá měřením frekvence v 15 ms cyklech. Změřená hodnota má několik nepříjemných vlastností, které se kompenzují pomocí softwaru:

• Frekvence se může lišit kus od kusu (~ 25 %) • Pomalá změna frekvence vlivem teploty (~ 5 %) • Vlivem stárnutí senzoru přítlaku se může frekvence trvale posunout (~ 10 %) • Při každém zapnutí může RC oscilátor 94 startovat na trochu jiné frekvenci (~ 1 %) • S pravděpodobností cca 1:1000 je odměr frekvence RC oscilátoru 94 vychýlen (~ 10 %), většinou směrem nahoru.

Frekvence z RC oscilátoru 94 je filtrována okénkovým filtrem pro odstranění nestability. Poslední čtyři odměry se uchovávají v zásobníku (bufferu). Pakliže se jeden odměr výrazně liší od ostatních, jeho vliv je potlačen. Tím se eliminují chyby jediného odměru. Naopak změna frekvence způsobená přítlakem na kužel hrotového tlačítka 92 nevznikne a opět nezanikne během pouhých 15 ms.

Frekvence RC oscilátoru 94 je dále zpracována:

^v f₀ ’ kde je zpracovaná informace z kapacitního snímače 91. Jedná se o bezrozměrnou veličinu, číslo v rozsahu 0 (bez přítlaku) až 0,2 (při maximálním přítlaku).

f je aktuální frekvence RC oscilátoru 94 po vyčištění okénkovým filtrem.

fo je odhad maximální frekvence RC oscilátoru 94.

· fo se počítá z f pomocí IIR filtru prvního řádu, který má různé časové konstanty pro nárůst a sestup signálu.

Pro f₀ < f:

/o(n) = 0,9-/₀(τι-1) + 0,1-/(τι).

Pro /0 > /:

/o(ti) = 0,9998 · /0(71 - 1) + 0,0002 · f(n).

Filtr je nastaven tak, že při zapnutí pera se f₀ velmi rychle adaptuje frekvenci RC oscilátoru 94. Naopak při poklesu f se snižuje odhad maximální frekvence pouze o cca 1 % za 1 sekundu. To je dostatek pro sledování teplotního driftu RC oscilátoru 94.

Vyhodnocení úrovně přítlaku je použito pro následující funkce:

1. Ve funkci F1 Optical motion se z přítlaku odvozuje odeslání stisknutí primárního tlačítka myši (úroveň medium press) nebo dvojité kliknutí primárního tlačítka myši (úroveň hard press)

2. U funkcí F2 3D motion, 3D Scrolling F3 a Rolling motion F4 zvýšení úrovně přítlaku větší než medium press způsobí okamžitou aktivaci funkce F1 Optical motion.

3. Ve funkci F1 Optical motion se na základě přítlaku chvilkově potlačuje polohování (odesílání polohy v HID reportu). Při zatlačení na kužel hrotového tlačítka 92 dojde k nepatrnému přiblížení ke snímanému povrchu 18, což má za následek, že z optického snímače 13 přijde nenulová informace Δχ Ay i přesto, že se kužel po snímaném povrchu 18 neposunul. Toto chování by v důsledku znemožnilo vyvolání kliknutí, protože by kurzor těsně před vyvoláním kliknutí uskočil stranou. Proto se v okamžiku zatlačení na kužel hrotového tlačítka 92 přestává polohovat a polohování je obnoveno až po uplynutí času 300 ms.

»

-25Kompenzace C01 rotace pro Optical Motion

Matice R kompenzuje rotaci v podélné ose pera během polohování. Pro její určení se měří gravitační zrychlení akcelerometrem modulu 242:

ct_x ^ay , β·ζ.

Kompenzační matice v podstatě provádí operaci otočení:

cos(P) -sinífifl _ i rety sin(JT) cos(J3) . |čt| kx ciy ]’ kde a je norma gravitačního zrychlení |a| = 7 α² + «γ + flzKompenzace rotace maticí R se provádí pouze, je-li splněna podmínka:

< 0,95, tedy pouze když vektor zemské tíže není rovnoběžný s podélnou osou pera.

Kompenzace CO2 rotace pro 3D Motion,

Kompenzace rotace pera kolem podélné osy na základě vektoru zemské tíže a měřené akcelerometrem modulu 242:

Γ^αχ ^ay 1

-a_x]’

Proměnné zesílení, SF1

Metoda úplné eliminace malý a pomalých výchylky. Metoda zabrání chvění kurzoru „v klidu“ stavu (vlivem přirozeného třesu ruky či chybou gyroskopu modulu 242). Naopak při prudkém pohybu pera se pohyb kurzoru zesílí.

Příklad průběhu úhlové rychlosti v podélné ose pera (Z)

Kalibrace CAL1 tlakového hrotu,

Každý člověk je zvyklý při práci s klasickým psacím perem používat jinou intenzitu síly vyvíjenou na kužel tlakového hrotu 9 dále jen intenzitu přítlaku. Z tohoto důvodu je zařízení vybaveno uživatelskou kalibrací, při které uživatel peru „ukáže“, jaká úroveň přítlaku je pro něj příjemná.

Po aktivaci funkce kalibrace má uživatel 5 vteřin na to, aby několikrát přitlačil kužel tlakového hrotu 9 ke snímanému povrchu maximální silou, kterou bude používat pro dvojité kliknutí. Pero nalezne maximum přítlaku a odvodí z něho 3 úrovně (které si uloží do FLASH paměti):

Název úrovně	Hodnota	Použití
soft press	0,1 * maximum	Pro detekci kontaktu hrotu s podložkou
medium press	0,25 * maximum	Threshold pro kliknutí
hard press	0,9 * maximum	Threshold pro dvojklik

Kalibrace CAL2 qyroskopu modulu 242

Offsety gyroskopu modulu 242 se získávají tak, že se pero nechá nehybně položené (cca 10 sekund), provede se N odměrů (cca 670) a z nich se vypočítá průměr:

-27Po kalibraci se o)_Off_Set ukládá do programové paměti pera.

^offset ~ _N ' Ση=Ο (fi)<

Kalibrace CAL3 kolmosti

Matice A kompenzuje natočení pera vůči souřadnému systému snímaného povrchu

18. Definováno unikátním „úchopem“ pera individuálním uživatelem - velký rozdíl například u leváků a praváků.

Kalibrace vychází ze dvou vektorů, které uživatel perem nakreslí:

— ΓΧ1] _ r%21

V, = ,v-> = ¹ tyj'^1/2 ty₂ J'

První vektorv_x musí směřovat svisle zdola nahoru. Druhý vektory poté z prava do leva. Výše popsané kroky jsou kontrolovány ověřením kolmosti vektorů xi-x2+yi-y₂ |vil-|v₂| < 0,15 ~ cos (—Y \2 J a následně ještě orientací úhlu (který by mohl být icos(n/2), což by odpovídalo vj zleva doprava):

-28xry2-yr^2

IV1HV2I <1,

Kalibrační matice A je poté opět pouze rotace:

cos(a) .sin(a)

-sin(a)l _ ^xi Til cos(a). Ivfl L—yi xj'

Jestliže kalibrace CAL3 kolmosti nebyla provedena, je matice:

Napájecí a signálové cesty jednotlivých elektronických součástek použitých pro správnou funkci bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem jsou znázorněny na obr. 6. Zapojení v tomto provedení obsahuje optickou soustavu 1, jež je připojena k PCB desce 2 plošných spojů, která je dále spojná s tlakovým hrotem 9. Optická soustava 1. zahrnuje zdroj 16 světla, jenž je signálově propojen s optickým snímačem 13. PCB deska 2 plošných spojů zahrnuje správce 236 napájení, který je signálově propojen jak s prvním měničem 234 napětí 1,8V, tak i s druhým měničem 235 napětí 2,4 V, přičemž správce 236 napájení je dále signálově propojen s procesorem 241. Procesor 241 je oboustranně signálově propojen s modulem 242 gyroskopu a akcelerometru, a dále oboustranně signálově propojen s anténou 243. K procesoru 241 jsou dále signálově propojena první tlačítko 221, druhé tlačítko 222, třetí tlačítko a čtvrté tlačítko 232, přičemž toto tlačítko je dála signálově připojeno k správci 236 napájení. Tlakový hrot 9 zahrnuje kapacitní snímač 91, který je jednostranně signálově propojen s RC oscilátorem 94, jenž je dále signálově propojen se správcem 236 napájení. Napájení jednotlivých elektronických součástek elektrickým napětím je realizováno baterii 1_0, která je propojena s jak s prvním měničem 234 napětí 1,8 V, tak i s druhým měničem 235 napětí 2,4 V a dále přes první měnič 234 napětí jednak s procesorem 241, jednak s nábojovou pumpou 237, jednak s optickým snímačem 13 a jednak RC oscilátorem 94.

Funkce zapojení je následující. Z baterie 10 (1,5 V) je přivedeno na měnič 234, který přivedené napětí zvýší na 1,8 V a tímto zvýšeným napětím je napájen procesor 241, ·

-29í> » •· •· •» •· · · * · ?· ·

RC oscilátor 94, optický snímač 13 a nábojová pumpa 237. Nábojová pumpa 237 přivedené napětí zvyšuje na 2,8 V pro zajištění napájení LED diody 223 a RGB LED diody 233. Dále napětí z baterie 10 (1,5 V) je přivedeno na měnič 235. který přivedené napětí zvýší na 2,4 V a tímto zvýšeným napětím je napájen modul 242 gyroskopu a akcelerometru. Procesor 241 obousměrně komunikuje s modulem 242 gyroskopu a akcelerometru, čímž získává o informace 3D pohybech zařízení. Kapacitní snímač 91 změnou kapacity rozlaďuje připojený RC oscilátor 94, jehož frekvenci zpracovává procesor 241. Optický snímač 13 obousměrně komunikuje s procesem 241, čímž získává informace o pohybech v osách X, Y při pohybování pera po snímaném povrchu 18. První tlačítko 221, druhé tlačítko 222, třetí tlačítko 231 i čtvrté tlačítko 232 je připojeno k procesoru 241, přičemž čtvrté tlačítko 232 je současně připojeno i ke správci 236, a tím je zajištěno hardwarové zapínání a vypínání pera. Bezdrátové spojení s cílovým zařízení procesor 241 realizuje pomocí obousměrně připojené antény 243.

Průmyslové využití

Vícefunkční peřový ovládač počítače podle vynálezu je možné použit pro komfortní ovládání počítačových zařízení.

SEZNAM vztahových značek optická soustava optická čočka držák optický snímač pevná část PCB ohebná část PCB zdroj světla optická osa snímaný povrch optický kanál/ tubus

PCB (deska plošných spojů) ohebná část první pevná část

211 plocha kapacitního snímače druhá pevná část

221 první tlačítko

222 druhé tlačítko

223 LED dioda

231 třetí tlačítko

232 čtvrté tlačítko

233 RGB LED dioda

234 měnič napětí 1,8V

-31měnič napětí 2,4V správce napájení nábojová pumpa procesor modul gyroskopu a akcelerometru anténa třetí pevná část čtvrtá pevná část první kontakt druhý kontakt hlava upínací mechanismus hlavy tělo první kryt upínací mechanismus upevňovací prostředek plášť otvor druhý kryt hmatník tlakový hrot kapacitní snímač pevná elektroda pohyblivá elektroda hrotové tlačítko

-32921 osa otáčení tlakového hrotu kolík

RC oscilátor baterie

F1 - funkce polohování v osách X, Y pohybování pera po povrchu F2 - funkce polohování v osách X, Y pohybování pera v prostoru F3 - funkce posouvání pohybování pera pod úhlem nahoru a dolů F4 - funkce posouvání pomocí válení pera v podélné ose

F5 - funkce posouvání pohybem pera po povrchu v ose X

F6 - funkce snímání intenzity přitlačení hrotového tlačítka k povrchu CO1 - kompenzace rotace pro Optical motion

CO2 - kompenzace rotace pro 3D motion

SF1 - proměnné zesílení

CAL1 - kalibrace hrotové tlakového snímače

CAL2 - kalibrace gyroskopu

CAL3 - kalibrace kolmosti

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1 . Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem, zahrnující zdroj elektrického napětí, optickou soustavu (1), inerciální snímače a bezdrátovou technologii Bluetooth^ vyznačující se tím, že plášť (6) je v zadní části opatřen druhým krytem (7) a na vrchní části opatřen otvory (61), v nichž jsou uloženy hmatníky (8) tlačítek, dále je v plášti (6) je suvně uloženo tělo (4) ve kterém je uložena baterie (10), k jehož přední části je připojena hlava (3) a k spodní části těla (4) připevněn první kryt (5) opatřený upínacím mechanismem (51) a dále je v těle (4) uložena deska (2) plošných spojů tvořená první pevnou části (21), druhou pevnou části (22), třetí pevnou části (23) a čtvrtou pevnou části (24), které jsou vzájemně propojeny ohebnými částmi (20), přičemž v přední části těla (4) je uložena optická soustava (1) uzpůsobená pro nasunutí na pevnou část (14) PCB nesoucí optický snímač (13), jenž je propojen ohebnou části (15) PCB na čtvrtou pevnou část (24), přičemž hlava (3) je opatřena hrotovým tlačítkem (92) se zdrojem (16) světla a dále je v ní uložen kapacitní snímač (91).
2. Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem podle nároku 1^ vyznačující se tím, že optická soustava (1) je tvořená držákem (12), jehož jeden konec je uzpůsoben pro uložení optické čočky (11), zatímco druhý konec je uzpůsoben pro nasunutí na pevnou část (14) PCB s optickým snímačem (13).
3. Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlava (3) je opatřena rozšiřujícím se optickým kanálem (19), na jehož jeden konec navazuje optická čočka (11) a druhý konec ústí do volného prostoru, přičemž jak optický kanál (19), tak optická soustava (1) jsou uloženy souose vůči optické ose (17).
4. Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem podle nároku 1 vyznačující se tím, že hmatníky (8) tlačítek jsou vytvořeny jako dvoupolohové.
5. Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem podle nároku ^vyznačující se tím, že první kryt (5) je s tělem (4) rozebíratelně prostřednictvím upevňovacího prostředku (11), kterým je šroub.
6. Bezdrátové polohovací pero s tlakovým hrotem podle nároku ^vyznačující se tím, že kapacitní snímač (91) je tvořen pevnou elektrodou (911) zabudovanou uvnitř první pevné části (21) a pohyblivou elektrodou (912).
7. Zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem^vyznačující se tím, že má optickou soustavu (1) připojenu k PCB desce (2) plošných spojů, která je dále spojená silákovým hrotem (9), přičemž napájení z baterie (10) je realizováno přes PCB desku (2) plošných spojů.
8. Zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem podle nároku vyznačující se tím, že optická soustava (1) zahrnuje zdroj (16) světla, jenž je oboustranně signálově propojen s optickým snímačem (13).
9. Zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem podle nároku 6_;vyznačující se tím, že PCB deska (2) plošných spojů zahrnuje správce (236) napájení, který je signálově propojen jak s prvním měničem (234) napětí tak i s druhým měničem (235) napětí, přičemž správce (236) napájení je dále signálově propojen s procesorem (241), oboustranně signálově propojen s modulem (242) gyroskopu a akcelerometru, jenž dále oboustranně signálově propojen s anténou (243) k procesoru (241) jsou dále signálově propojena první tlačítko (221), druhé tlačítko (222), třetí tlačítko a čtvrté tlačítko (232), přičemž čtvrté tlačítko (232) je dále připojeno k správci (236) napájení.
10. Zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem podle nároku vyznačující se tím, že tlakový hrot (9) zahrnuje kapacitní snímač (91), který je jednostranně signálově propojen s RC oscilátorem (94), jenž je dále signálově propojen se správcem (236) napájení.
11. Zapojení bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem podle nároku 6/ vyznačující se tím, že napájení jednotlivých elektronických součástek elektrickým napětím je realizováno baterii (10), která je propojena s jak s prvním měničem (234) napětí, tak i s druhým měničem (235) napětí a dále přes první měnič (234) napětí jednak s procesorem (241), jednak s nábojovou pumpou (237), jednak s optickým snímačem (13) a jednak RC oscilátorem (94).
12. Způsob ovládání bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem, zahrnujícího zdroj elektrického napětí, optickou soustavu (1), inerciální snímače a bezdrátovou technologii Bluetooth podle nároku ^vyznačující se tím, že zahrnuje: detekci pohybu bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem; a změnu polohy kurzoru cílového ovládaného zařízení v závislosti na detekovaném pohybu; nebo posouvání obrazovky cílového ovládaného zařízení v závislosti na detekovaném pohybu;
13. Způsob ovládáni bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem podle nároku 12y vyznačující se tím, že pohyby naklápění bezdrátového polohovacího pera ve vertikálním směru se převádějí na pohyb kurzoru cílového ovládaného zařízení v ose Y a pohyby naklápění v horizontálním směru se převádějí na pohyb kurzoru cílového ovládaného zařízení v ose X.
14. Způsob ovládání bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem podle nároku 12^ vyznačující se tím, že pohyby naklápěním bezdrátového polohovacího pera ve vertikálním směru dochází k posouvání obrazovky cílového ovládaného zařízení v opačném směru pohybu bezdrátového polohovacího pera.
15. Způsob ovládání bezdrátového polohovacího pera s tlakovým hrotem podle nároku 12^ vyznačující se tím, že rychlým pohybem otočení bezdrátového polohovacího pera v podélné ose na jednu stranu a zpět a následným rolováním bezdrátového polohovacího pera v podélné ose dochází k posouvání obrazovky cílového ovládaného zařízení ve stejném směru rolování bezdrátového polohovacího pera.