EA007175B1 - Компоновка мобильных носимых электронных устройств - Google Patents

Abstract

Предлагаемое решение относится к конструкции мобильных носимых электронных устройств (мобильных телефонов, носимых раций, электронных блокнотов, карманных персональных компьютеров (КПК, handy, smart-phone, карманных ЭВМ), цифровых фотокамер и т.п.). Предлагаемое техническое решение иллюстрируется на примере портативных (мобильных) телефонов. Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность и долговечность носимых электронных устройств. Отличие предлагаемой компоновки от известных в том, что функциональные модули носимого электронного устройства разделяют на две группы, одна из групп включает модули дисплея, электроники терминала и аккумулятора, а другая - модули клавиатуры и/или номеронабирателя. Первую группу модулей помещают в герметичный прочный корпус, который является внутренним по отношению к внешнему корпусу, на котором размещают клавиатуру и/или номеронабиратель. Внутренний корпус устанавливают внутри внешнего с зазором, в котором размещены амортизирующие средства. Взаимодействие между функциональными модулями внутреннего и внешнего корпусов осуществляют посредством электрических, акустических, радио или оптических интерфейсов. Выделение электроники терминала в отдельный прочный герметичный корпус позволяет свести на нет количество подвижных частей и точек проникновения воды и пыли через кнопки клавиатуры, технологические отверстия и щели, «окна» коннекторов и т.п. Внешний корпус выполняет роль футляра (чехла, кирасы) для защиты функциональных модулей, размещенных во внутреннем корпусе. Конструктивные элементы внешнего корпуса могут быть легкосъемными (заменяемыми ) и иметь низкую стоимость.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое решение относится к конструкции мобильных носимых электронных устройств (мобильных телефонов, носимых раций, электронных блокнотов, карманных персональных компьютеров (КПК, йаийу, ктай-рйоие, карманных ЭВМ), цифровых фотокамер и т.п.).

Сведения о предшествующем уровне техники

Рассмотрим предлагаемое техническое решение на примере портативных (мобильных) телефонов. Портативные телефоны широко известны. Они включают в себя радиотелефоны, такие как сотовые радиотелефоны, беспроводные радиотелефоны и персональные средства связи. Обычно портативные телефоны устанавливают связь с удаленной базовой станцией, обеспечивая беспроводную связь для абонента. Портативные телефоны стали широко распространенной формой беспроводной связи на рынке беспроводных телефонов и радиотелефонов и быстро находят применение в новых видах систем связи, таких как системы персональной связи (СПС).

В 2001 г одна из компаний, занимающихся статистическими исследованиями, определила количество вышедших из строя мобильных телефонов. Оказалось, что около трёх миллионов сотовых телефонов погибли под колесами транспорта, другие три миллиона были сломаны детьми. Около десяти миллионов мобильных телефонов были случайно вытряхнуты из пакетов и сумок на асфальт или бетон. Около четырёх миллионов телефонов выпало из рук пользователей, а семь миллионов попали в воду. Статистика четко показывает, что большинство отказов и повреждений вызвано падениями мобильных электронных устройств или последствиями падений.

Производители мобильных телефонов стремятся разработать конструкции, которые способны обеспечить необходимую защиту от падений (ударных воздействий). Однако известные конструкции, как правило, развивают только одно ключевое свойство, которое делает это свойство удобным только для определенного круга пользователей.

Например, для людей ведущих активный образ жизни, можно сделать не особо сложный, но очень надежный телефон, поместить его в прочный, желательно водонепроницаемый корпус. Такой телефон, невзирая на большой вес и более высокую для терминала с такими функциями цену, найдет своего покупателя. Покупателю, для которого, после неожиданного падения или случайного купания в одежде, лучше иметь большой телефон и без специальных (особых) функций, но работающий, чем маленький, с широкими возможностями, но пришедший в негодность. Подобные аппараты выпускают многие крупные производители.

Уже известен ряд технических решений, направленных на создание подобных устройств.

В патенте США № 6092707, опубликованном 25 июля 2000 г., описано устройство (внутри которого размещен телефон), закрепляемое на подвижном транспортном средстве (велосипеде, байдарке), которое обеспечивает защиту телефона от ударов и различных погодных условий.

В патенте США № 6330430, опубликованном 11 декабря 2001 г., описан чехол для мобильного терминала или мобильного телефона, который предохраняет устройство при переноске.

В патенте США № 5025921, опубликованном 25 июня 1991 г., описывается устройство защиты портативного электронного устройства от паров кислот, ацетона, толуола и т.п. Устройство выполнено из химически инертного полимерного материала, например тефлона.

Известен ряд устройств, которые представляют собой водонепроницаемые чехлы. Они защищают устройства, помещенные в эти чехлы, от ударов, воды, песка, грязи. При этом, например, номер можно набирать, не вынимая телефон из чехла. Наиболее известная марка такого чехла - Βοχίΐ 5.0 Ωοίρΐιίη. На сегодняшний день она подходит для 90% телефонных аппаратов на рынке сотовой связи. Выпускает чехлы Βοχίΐ фирма Мойи1ео Оу (Финляндия). Этой фирмой подан ряд заявок, получены патенты: и8 2004/0014506 А1, публикация 22 января 2004 г.; XVО 02/03828 А1, публикация 17 января 2002 г.; ХУО 03/101245 А1, публикация 11 декабря 2003 г. Известен ряд патентов и заявок других фирм на подобные устройства: патент США № 6068119, публикация 30 мая 2000 г., νθ 00/51315, публикация 31 августа 2000 г. В японской заявке № 07288567 приведено описание водопылезащищающего чехла, который закрывается застежкой типа «молния».

Фирма Νο1<ί;·ι выпустила О8М телефон Νο1<ί;·ι 6250, который позиционируется на рынке как телефон ежедневного использования людьми различных профессий - от дорожного рабочего до сельского врача. Данная модель является телефоном со встроенной защитой от воды, пыли и падений. Амортизация ударов обеспечивается за счет упругих вставок, а для микрофона, динамика и зуммера предусмотрены мембраны. Использовано водонепроницаемое герметичное покрытие, герметичные разъемы, толстый дисплей смонтирован на специальной подложке. Антенна изготовлена из эластичного материала. Корпус скомбинирован из набора пластмассовых и резиновых деталей. Батарея питания закреплена на специальных резиновых направляющих (см. «Телефон Νο1<ί;·ι 6250. Описание и руководство пользователя.»).

Еще одним направлением в обеспечении живучести мобильного устройства является создание «плавающих» образцов. Шведская фирма Ετίοκκοη получила патент США № 6355374, опубликованный 12 марта 2002 г., в котором описан «плавающий» телефон. Подобная конструкция приведена в патенте США № 6326543, выданном фирме ΜοΐοτοΗ, который опубликован 4 декабря 2001 г. Еще в одном патенте, шведская фирма Ετίοκκοη защищает конструкцию не тонущего мобильного телефона. На тыльную

- 1 007175 часть корпуса поверх аккумулятора устанавливается модуль-поплавок. В результате устройство обретает плавучесть. Считается, что такая конструкция лучше поплавка, совмещенного с батареей. При необходимости его можно снять, что делает аппарат менее громоздким (патент США № 6355374, опубликован 12 марта 2002 г.).

Другое направление, которое обеспечивает прочность корпуса мобильного устройства, заключается в создании специальных материалов, используемых для изготовления корпусов: АБ8+ РС пластмассы и специальные сплавы. Например, фирма ЫцшбтеЫ Тсс1то1ощс5 (США) ищет области широкого применения аморфного сплава, разработанного в Калифорнийском технологическом институте еще в 1992 г. Этот сплав примерно вдвое прочнее титана и не подвержен коррозии. При изготовлении деталей методом литья металл при остывании не сжимается. Точность изготовления отливок при этом достигает 1 мкм.

Известен ряд решений, направленных на обеспечение сохранности и работоспособности отдельных, наиболее важных элементов, путем размещения их в определенных зонах мобильных устройств. Например, в патенте США № 4919624, опубликованном 24 апреля 1990 г., батарея питания помещена в закрываемую специальную секцию корпуса. В патенте ЕР 0522762 В1, публикация 19 сентября 1999 г., 8ΙΜкарта помещена в специальную секцию и прикрыта блоком батареи.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является телефон фирмы Иокта 6250. Этот телефон фирма позиционирует на рынке как телефон ежедневного использования людьми различных профессий - от дорожного рабочего до сельского врача. Данная модель является телефоном со встроенной защитой от воды, пыли и падений. Амортизация ударов обеспечивается за счет упругих вставок, а для микрофона, динамика и зуммера предусмотрены мембраны. Использовано водонепроницаемое герметичное покрытие, герметичные разъемы, толстый дисплей смонтирован на специальной подложке. Антенна изготовлена из эластичного материала. Корпус скомбинирован из набора пластмассовых и резиновых деталей. Батарея питания закреплена на специальных резиновых направляющих (см. «Телефон Νο1<ί;·ι 6250. Описание и руководство пользователя»).

Этот телефон фирмы Νο1<ί;·ι. как и все известные решения, не позволяет существенно повысить надежность и долговечность работы. Эти недостатки являются следствием используемой традиционной компоновочной схемы. Как правило, в корпусе портативного телефона собирают электронные схемы, включающие схемы приемопередатчика и схемы интерфейса пользователя. Схемы интерфейса пользователя включают дисплей, клавиатуру, динамик (слуховую раковину) и микрофон. Корпус обычно состоит из тыльной стандартной литой формы, сопряженной с фронтальной частью корпуса, которая имеет другую стандартную литую форму, или из двух таких половинок, соединенных с помощью поворотного механизма (так называемый корпус-ракушка или «раскладушка» (англ. - ίΐίρ-рйоие). Обычно элементы интерфейса пользователя (дисплей, динамик, клавиатуру) монтируют в передней (фронтовой) части корпуса и электрически подключают к схемам электроники и приемопередатчика, установленных внутри корпуса.

С функциональной точки зрения любой сотовый телефон можно условно разделить на пять базовых модулей:

модуль «Электроника терминала», модуль «Дисплей», модуль «Клавиатура», модуль «Аккумуляторная батарея», модуль «Корпус».

В существующих моделях сотовых телефонов, включая и телефон Иок1а 6250, функциональные модули не выделены в отдельные блоки, а взаимно интегрированы в единый конструктив с общим (единым) корпусом. В известной конструкции противоударные прокладки используются только для отдельных функциональных узлов, и их толщина не может быть значительной.

Сущность изобретения

Задачей, которую предстоит решить предлагаемым устройством, является создание новой компоновочной схемы, позволяющей повысить надежность и долговечность носимых электронных устройств.

Достигаемый технический результат заключается в увеличении срока службы носимого электронного устройства и обеспечении сохранности данных при ударных воздействиях и при негативных воздействиях внешней среды (пыль, морская и пресная вода и т.п.).

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемой компоновочной схеме функциональные модули любого носимого электронного устройства, включая и сотовые телефоны, разбиваются на группы. Одна из групп включает модули дисплея, электроники и аккумулятора, а другая - модули клавиатуры и/или номеронабирателя. Первую группу модулей помещают в герметичный прочный корпус, который является внутренним по отношению к внешнему корпусу, на котором размещают клавиатуру и/или номеронабиратель. Внутренний корпус устанавливают внутри внешнего с зазором, в котором размещены амортизирующие средства. Взаимодействие между функциональными модулями внутреннего и внешнего корпусов осуществляют посредством электрических, акустических, радио или оптических интерфейсов. Конструктивные элементы внешнего корпуса выполнены легкосъемными. В зазоре между внешним и внутренним корпусами помещают амортизирующие элементы или слои.

- 2 007175

На примере мобильного телефона эти группы могут быть представлены следующим образом: первая группа включает дисплей, всю электронику (в том числе приемо-передатчик) и аккумулятор; вторая группа - клавиатуру и/или номеронабиратель.

Как правило, у современных телефонов клавиатура состоит из номеронабирателя и дополнительных сервисных клавиш (кнопок) управления.

Первая группа функциональных модулей помещена в герметичный прочный корпус, который является внутренним по отношению к другому корпусу - внешнему. Выделение электроники терминала, дисплея и аккумулятора в отдельный прочный герметичный корпус позволяет свести на нет количество подвижных частей и точек проникновения воды и пыли через кнопки клавиатуры, технологические отверстия и щели, «окна» коннекторов и т.п.

На внешнем корпусе помещается интерфейс пользователя (клавиатура, номеронабиратель и т.п.). Внешний корпус выполняет роль футляра (чехла, кирасы) для защиты функциональных модулей, размещенных во внутреннем корпусе. Для обеспечения ударопрочности клавиатуры, реализованной и размещенной на внешнем корпусе, можно использовать тензодатчики, которые не боятся ударов, грязи, пыли и воды. Конструктивные элементы внешнего корпуса могут быть легкосъемными (заменяемыми) и иметь низкую стоимость.

Внутренний корпус установлен внутри внешнего корпуса с зазором (зона амортизации), в котором могут быть расположены амортизирующие элементы крепления, амортизирующие слои и т. п.

Связь между функциональными модулями внутреннего и внешнего корпусов может осуществляться с помощью электрических, акустических, радио или оптических (контактных или бесконтактных) интерфейсов. Модуль аккумуляторной батареи может выполнять функцию шасси прочного корпуса для объединения модуля, содержащего всю электронику терминала, и модуля дисплея в единое целое. Электроника и дисплей, если их разместить внутри корпуса аккумуляторной батареи, будут дополнительно защищены корпусом аккумуляторной батареи.

Модуль электроники терминала может быть помещен в отдельный корпус, в котором размещены все основные электронные компоненты мобильного носимого терминала: процессор, микросхемы памяти, контроллеры, радио-блок, состоящий из радио-приемника и радио-передатчика.

Между внутренним «жестким» и внешним «легким» корпусами расположена зона амортизации. Она составляет несколько миллиметров и может быть выполнена в виде амортизирующего слоя. Амортизирующий слой может быть простым или сложным, может содержать сминаемые или сжимаемые элементы и/или полости с газом. Толщина амортизирующего слоя может быть неравномерной. При ударных воздействиях амортизирующий слой, удерживаемый внешним корпусом, будет за счет деформации поглощать энергию удара. Необходимо отметить, что при такой конструкции амортизирующего слоя, он будет защищать всю электронику терминала, аккумуляторную батарею и дисплей, помещенные во внутренний корпус, а не отдельные функциональные узлы и элементы. При чрезмерных ударных воздействиях может произойти разрушение внешнего корпуса, смятие амортизирующего слоя, но сохраняется работоспособность электроники, а значит и работоспособность терминала (в том числе - сохранность данных).

Предлагаемая компоновка поясняется конкретным примером компоновки мобильного телефона, который не является единственным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанной совокупностью существенных признаков ожидаемого технического результата.

Перечень фигур чертежей.

На фиг. 1 показано разделение функциональных модулей мобильного сотового телефона на две группы с последующим размещением этих групп в двух корпусах: внутреннем и внешнем.

На фиг. 2 показаны фронтальный и боковой разрезы предлагаемой компоновочной схемы.

На фиг. 3 показаны варианты выполнения амортизирующего слоя.

На фиг. 4 показаны варианты использования предлагаемой компоновки для создания носимых электронных устройств.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Предлагаемая компоновочная схема мобильного телефона 1 (см. фиг. 1) может быть условно разделена на пять функциональных модулей (или блоков):

2.1 - электроника терминала (включая радио-блок);

2.2 - дисплей, предназначенный для вывода (представления) информации;

2.3 - корпус (сложный или составной), объединяющий все элементы в единое целое;

2.4 - аккумуляторная батарея, которая обеспечивает электрическое питание электронике мобильного телефона;

2.5 - клавиатура, состоящая из номеронабирателя и дополнительных клавиш (кнопок) управления мобильным телефоном.

Суть предлагаемого технического решения заключается в объединении блоков 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4 в модуль 3.1 - «Внутренний корпус» и в объединении блоков 2.3 и 2.5 в модуль 3.2 - «Внешний корпус» с дальнейшим размещением модуля 3.1 внутри модуля 3.2 с зазором.

- 3 007175

Пространство между модулями 3.1 и 3.2 может быть использовано для организации амортизирующего слоя (для демпфирования внешних ударных воздействий и ослабления их влияния на работу электроники терминала); взаимное расположение модулей отображено в блоке 4.1. Такое преобразование не приведет к существенному изменению традиционного внешнего вида мобильного телефона (см. 5 на фиг. 1).

На фиг. 2 представлены фронтальный 4.1 и боковой 4.2 разрезы предлагаемой компоновочной схемы.

Предлагаемая компоновочная схема позволяет использовать различные варианты исполнения амортизирующего слоя (см. фиг. 3):

амортизирующий слой может быть однородным, см. разрез телефона 2;

амортизирующий слой может быть организован группой упругих и/или сминаемых самостоятельных (отдельных) элементов, размещенных между внешним и внутренним корпусами, см. разрез телефона 3;

упругие элементы, образующие амортизирующий слой, могут быть интегрированы с внешним корпусом, см. разрез телефона 4;

внешний корпус и амортизирующий слой могут быть образованы за счет уникальных свойств материала, используемого для изготовления внешнего корпуса, см. разрез телефона 5;

амортизирующий слой может быть организован за счет резервуара с газом, размещенного между внешним и внутренним корпусами, см. разрез телефона 6.

Модуль «Электроника терминала» 2.1 может быть помещен в отдельный корпус, в котором будут размещены все основные электронные компоненты мобильного носимого терминала: процессор, микросхемы памяти, контроллеры, радио-блок, состоящий из радио-приемника и радио-передатчика.

Такой модуль в отдельном корпусе может иметь типовое (унифицированное) стандартное исполнение. Это позволяет производителям мобильных телефонов создать и поддерживать широкий модельный ряд на базе единственного типового модуля, изменяя только габаритные размеры используемых аккумуляторов, дисплеев, внешних корпусов (с клавиатурой). При массовом производстве типовых модулей «Электроника терминала» может быть значительно снижена их себестоимость. Модуль «Электроника терминала», имеющий собственный корпус на фиг. 4, условно назван сотовым процессором.

На фиг. 4 представлены в качестве примера три возможных варианта построения сотовых телефонов на базе типового модуля (сотового процессора).

Вариант «А» позволяет создать на базе сотового процессора сотовый телефон в виде ручки со строчным дисплеем. Для этого используются малогабаритная аккумуляторная батарея, узкий дисплей и компактный корпус с минимизированной клавиатурой.

Вариант «В» позволяет создать на базе того же сотового процессора более традиционный сотовый телефон с обычным дисплеем, клавиатурой и корпусом, визуально ничем не отличающийся от существующих моделей сотовых телефонов.

Вариант «С» позволяет создать на базе стандартного сотового процессора персональную сотовую мини-АТС, которая может содержать Ν-сотовых процессоров, которые могут поддерживать разные стандарты сотовой связи (АМТ8, С8М, СЭМА, υΜΤδ/ΤΌΌ, СЭМЛ-2000 и др.). Каждый из сотовых процессоров может быть зарегистрирован у разных операторов сотовой связи. Это позволит пользователю минимизировать расходы на сотовую связь, используя наиболее выгодные внутрисетевые тарифы. Это также позволит снизить роуминговое (гостевое) обслуживание.

Предлагаемая компоновочная схема, проиллюстрированная на примере мобильного сотового телефона, может быть широко использована при разработке и производстве всех мобильных носимых электронных устройств (мобильных телефонов, носимых раций, электронных блокнотов, карманных персональных компьютеров (КПК, йапбу, 5шаг1-р1юпс. карманных ЭВМ), цифровых фотокамер и т.п.).

Claims (3)

1. Электронное устройство, включающее корпус и модули электроники терминала, дисплея, клавиатуры, аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что модули дисплея, электроники терминала и аккумуляторной батареи помещены в герметичный прочный корпус, который является внутренним по отношению к внешнему корпусу, на котором размещены клавиатура и/или номеронабиратель, при этом внутренний корпус установлен внутри внешнего с зазором, в котором размещены амортизирующие средства, а взаимодействие между функциональными модулями внутреннего и внешнего корпусов осуществлено посредством электрических, акустических, радио или оптических интерфейсов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конструктивные элементы внешнего корпуса выполнены легкосъемными.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль электроники терминала, размещенный во внутреннем корпусе, снабжен отдельным дополнительным корпусом.