RU2594992C2 - Optical ministick - Google Patents

Optical ministick Download PDF

Info

Publication number
RU2594992C2
RU2594992C2 RU2015102388/28A RU2015102388A RU2594992C2 RU 2594992 C2 RU2594992 C2 RU 2594992C2 RU 2015102388/28 A RU2015102388/28 A RU 2015102388/28A RU 2015102388 A RU2015102388 A RU 2015102388A RU 2594992 C2 RU2594992 C2 RU 2594992C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
light
receiver
ministick
light sources
Prior art date
Application number
RU2015102388/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015102388A (en
Inventor
Владимир Степанович Никитин
Андрей Александрович Печенкин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор"
Priority to RU2015102388/28A priority Critical patent/RU2594992C2/en
Publication of RU2015102388A publication Critical patent/RU2015102388A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2594992C2 publication Critical patent/RU2594992C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)

Abstract

FIELD: information technology; optical system.
SUBSTANCE: invention relates to joysticks used in computer engineering, in computer information input devices, for control of household and processing devices, toys and virtual objects. Ministick contains a casing with control handle, a device which converts control handle deviation in intensity-variable light signal, light sources and receivers and microprocessor. Device which converts control handle deviation in intensity-variable light signal, represents an elastically deformable element in the form of part of elastic polymer and comprises a light-reflecting surface, located above the optoelectronic elements. Light sources are placed around one light receiver.
EFFECT: simplified design, higher reliability, smaller sizes.
17 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к джойстикам, используемым в вычислительной технике, в устройствах для ввода информации в ЭВМ, управления бытовыми и технологическими устройствами, игрушками и виртуальными объектами.The invention relates to joysticks used in computer engineering, in devices for inputting information into computers, for controlling household and technological devices, toys and virtual objects.

Известны оптические джойстики, например, по патентам US 5694153, 4459022, 6130424, 6222179, 5223709, 5578817, 6218659, 6740863, 7633047, GB 2334573 А, 25.08.1999, RU 2087029 С1, 10.08.1997, RU 2233489 С2, 27.07.2004, RU 2295749 13.07.2005 и т.п.Optical joysticks are known, for example, according to US Pat. , RU 2295749 07/13/2005, etc.

Патенты США №4459022, 6130424, 6222179 и др. раскрывают волоконно-оптические джойстики или датчики, содержащие несколько оптических кабелей, один из которых соединен с источником света, а остальные с приемниками света. Ручка джойстика соединена с зеркалом, на которое направлено волокно, соединенное с источником света. При изменении угла наклона ручки луч света от зеркала отражает его на остальные четыре оптических кабеля, по которым он направляется на приемники излучения или преобразуется в управляющий сигнал.US patents No. 4459022, 6130424, 6222179 and others disclose fiber-optic joysticks or sensors containing several optical cables, one of which is connected to a light source, and the rest to light receivers. The joystick handle is connected to a mirror, to which the fiber is directed, connected to a light source. When the angle of the handle changes, the light beam from the mirror reflects it to the other four optical cables, through which it is sent to radiation receivers or converted into a control signal.

Патент США №5223709 от 29.06.1993 раскрывает оптический джойстик, содержащий соединенный с ручкой управления джойстика оптический шар, на поверхности которого нанесена серая кодирующая шкала, модулирующая интенсивность излучения источника света, направленного на шар, и приемника света (фотодиода), принимающего оптический сигнал, модулированный серой кодирующей шкалой.U.S. Patent No. 5,223,709 of June 29, 1993 discloses an optical joystick comprising an optical ball connected to a joystick control stick, on the surface of which a gray coding scale is applied, modulating the radiation intensity of a light source directed at the ball and a light receiver (photodiode) receiving an optical signal, modulated by gray coding scale.

Патент США №6218659 В1 от 17.04.2001 раскрывает оптический трекбол, в котором шар, покрытый сложным узором или рельефом, освещается светодиодом, а датчик изображения вырабатывает управляющие сигналы в зависимости от угла поворота шара.US patent No. 6218659 B1 of 04/17/2001 discloses an optical trackball in which a ball covered with a complex pattern or relief is illuminated by an LED, and the image sensor generates control signals depending on the angle of rotation of the ball.

В патенте США 5578817 от 26.11.1996 описано устройство "Pointing device utilizing a photodetector array and controlled by a human finger contacting a prism", в котором применяется массив фотодетекторов для определения движения человеческого пальца и выработки управляющих сигналов.US Pat. No. 5,578,817, Nov. 26, 1996, describes a Pointing device utilizing a photodetector array and controlled by a human finger contacting a prism, which uses an array of photodetectors to determine the movement of a human finger and generate control signals.

В патенте РФ №2295749 от 13.07.2007 г описан оптический джойстик, который содержит корпус, подвижную деталь с двумя или более степенями свободы, один или более источников излучения, формирующих на многоэлементном фотодетекторе освещенные области, местоположение которых однозначно соответствует положению подвижной детали, причем источники излучения и фотодетектор расположены неподвижно и оптически связаны друг с другом через зеркало или систему зеркал, расположенных на подвижной детали, детали подвижного соединения выполнены упругими, возвращающими подвижную деталь в начальное положение.In the patent of the Russian Federation No. 2295749 dated 07/13/2007, an optical joystick is described which comprises a housing, a moving part with two or more degrees of freedom, one or more radiation sources forming illuminated areas on a multi-element photodetector, the location of which clearly corresponds to the position of the moving part, and the sources radiation and photodetector are stationary and optically connected to each other through a mirror or a system of mirrors located on a moving part, the details of the moving joint are made elastic, return -rotating movable member to the initial position.

В патенте США 7633047 от 15.12.2009 раскрыт модуль оптического датчика, содержащий печатную плату, датчик изображения и объектив, расположенный на верхней поверхности клавиатуры и один или более источников света, расположенных вокруг датчика изображения.US patent 7633047 dated December 15, 2009 discloses an optical sensor module comprising a printed circuit board, an image sensor and a lens located on the upper surface of the keyboard and one or more light sources located around the image sensor.

Палец, приложенный к объективу, освещается источниками света. Отраженное изображение фокусируется объективом на датчике изображения. Обрабатывая сигналы датчика изображения по специальным алгоритмам, оптический модуль определяет направление движения пальца, приложенного к объективу, и вырабатывает управляющие сигналы.A finger attached to the lens is illuminated by light sources. The reflected image is focused by the lens on the image sensor. Processing the signals of the image sensor according to special algorithms, the optical module determines the direction of movement of the finger attached to the lens, and generates control signals.

Недостатками описанных оптических джойстиков является излишняя сложность конструкции, определяющая их высокую стоимость.The disadvantages of the described optical joysticks are the excessive complexity of the design, which determines their high cost.

Например, в оптических джойстиках, которые используют массив фотодиодов или датчик изображения приходится использовать достаточно дорогие высокоточные линзы, которые к тому же быстро затираются пальцами и выходят из строя.For example, in optical joysticks that use an array of photodiodes or an image sensor, one has to use rather expensive high-precision lenses, which, moreover, are quickly wiped with fingers and fail.

Наиболее близким к изобретению является патент США №6,740,863 от 25.05.2004, по которому джойстик содержит корпус, источники света, расположенные напротив них фотоэлектрические преобразователи и управляющую рукоятку, соединенную карданно-шарнирным механизмом, преобразующим механическое отклонение управляющей рукоятки в угол поворота двух отражающих поверхностей, которые в свою очередь, выдвигаясь или задвигаясь между источником и приемником света, модулируют изменяющийся по интенсивности световой поток, который преобразуется фотоэлектрическим преобразователем в управляющий сигнал.Closest to the invention is US patent No. 6,740,863 of 05/25/2004, according to which the joystick contains a housing, light sources, photoelectric converters located opposite them and a control handle connected by a cardan-hinge mechanism that converts the mechanical deviation of the control handle into an angle of rotation of two reflective surfaces, which, in turn, advancing or retracting between the light source and receiver, modulate the light flux that varies in intensity, which is converted by the photoelectric skim converter into a control signal.

Недостатком прототипа является использование достаточно сложных механических деталей и узлов, которые делают джойстики малонадежными и достаточно сложными устройствами.The disadvantage of the prototype is the use of fairly complex mechanical parts and assemblies that make joysticks unreliable and quite complex devices.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции оптического джойстика, повышение его надежности, уменьшение габаритов и повышение удобства пользования.The technical result of the invention is to simplify the design of the optical joystick, increase its reliability, reduce the size and improve ease of use.

Известен трехмерный микроджойстик по патенту РФ №2301439, который содержит корпус с управляющей рукояткой, которая соединена с упругодеформируемым элементом, на поверхности которого расположены тензорезисторы, соединенные с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных. Применение упругодеформируемого элемента микроджойстика позволяет значительно упростить его механическую часть, полностью заменив сложную механическую конструкцию одной единственной деталью.Known three-dimensional micro-joystick according to the patent of the Russian Federation No. 2301439, which contains a housing with a control handle, which is connected to an elastically deformable element, on the surface of which are strain gauges connected to the microprocessor using buses and data transmission media. The use of an elastically deformable element of the micro-joystick makes it possible to significantly simplify its mechanical part, completely replacing the complex mechanical structure with one single part.

По патенту РФ №2455678 от 10.07.2012 известен многофункциональный переключатель, содержащий корпус с управляющей рукояткой, которая соединена с упругодеформируемым элементом, на поверхности которого расположены тензорезисторы, соединенные с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных, при этом упругодеформируемый элемент многофункционального переключателя выполнен в виде закрепленного на печатной плате усеченного полого конуса или иной осесимметричной полой фигуры из эластичного материала, сужающейся к низу с вырезами на боковой поверхности или без них, в центре полости которой расположена управляющая рукоятка, при этом упругодеформируемый элемент закреплен на печатной плате путем приклеивания и/или с помощью механических крепежных элементов.According to the patent of the Russian Federation No. 2455678 dated July 10, 2012, a multifunction switch is known comprising a housing with a control handle that is connected to an elastically deformable element, on the surface of which there are strain gauges connected to the microprocessor using buses and data transmission devices, while the elasto-deformable element of the multifunction switch is made in in the form of a truncated hollow cone or other axisymmetric hollow figure of elastic material fixed on a printed circuit board, tapering to the bottom with cutouts on the side or without them, in the center of the cavity of which the control handle is located, while the elastically deformable element is fixed to the printed circuit board by gluing and / or using mechanical fasteners.

Этот подход был применен в изобретении для достижения технического эффекта.This approach was applied in the invention to achieve a technical effect.

Предложен оптический министик, содержащий корпус с управляющей рукояткой, устройство, преобразующее отклонение управляющей рукоятки в изменяющийся по интенсивности световой сигнал, и оптоэлектронные элементы в виде источников света и приемников света, соединенные с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных, причем устройство, преобразующее отклонение управляющей рукоятки в изменяющийся по интенсивности световой сигнал, представляет собой упругодеформируемый элемент в виде детали из эластичного полимерного материала, содержащей светоотражающую поверхность, расположенную над оптоэлектронными элементами, согласно изобретению содержит несколько источников света расположенных вокруг одного приемника света.An optical mini-stick is proposed, comprising a housing with a control handle, a device that converts the deviation of the control handle into a light signal that varies in intensity, and optoelectronic elements in the form of light sources and light receivers connected to the microprocessor using buses and data transmission devices, and the device that converts the deviation control handle into a light signal that varies in intensity, is an elastically deformable element in the form of a part made of an elastic polymer material Comprising a reflective surface disposed above the optoelectronic elements according to the invention comprises a plurality of light sources arranged around a single light receiver.

Основные отличия заявляемого объекта заключаются в следующем.The main differences of the claimed object are as follows.

1. Оптический министик содержит несколько источников света, расположенных вокруг одного приемника света.1. The optical mini-stick contains several light sources located around one light receiver.

2. Схема управления содержит микропроцессор с ключами управления для поочередного включения и выключения источников света по заданной программе, например поочередно, последовательно друг за другом, или попарно, или группами на время, необходимое для измерения интенсивности освещения приемника, причем процесс измерений циклически повторяется.2. The control circuit contains a microprocessor with control keys for alternately turning on and off the light sources according to a given program, for example, alternately, sequentially one after another, or in pairs, or in groups for the time required to measure the illumination intensity of the receiver, and the measurement process is cyclically repeated.

3. Упругодеформируемый элемент выполнен в виде эластичной детали, на внешней поверхности которой имеется управляющая рукоятка, а внутренняя сторона, обращенная к приемнику и источникам света, содержит светоотражающую поверхность плоской, выпуклой или вогнутой формы.3. The elastic-deformable element is made in the form of an elastic part, on the outer surface of which there is a control handle, and the inner side facing the receiver and light sources contains a reflective surface of a flat, convex or concave shape.

Приведенные отличия 1, 2 и 3 позволяют получить заявленный технический эффект и не встречается в известных источниках технической информации, поэтому может считаться новым.The above differences 1, 2, and 3 make it possible to obtain the claimed technical effect and are not found in well-known sources of technical information, therefore, it can be considered new.

Следующие отличия известны и применяются в аналогах, но в рамках изобретения являются новыми.The following differences are known and used in analogs, but are new in the framework of the invention.

4. Упругодеформируемый элемент выполнен из резины, силиконового пластика или полиуретана.4. The elastic deformable element is made of rubber, silicone plastic or polyurethane.

5. В качестве источников света используются светодиоды.5. LEDs are used as light sources.

6. В качестве источников света используются лазеры.6. Lasers are used as light sources.

7. В качестве приемника света используется фотодиод.7. A photodiode is used as a light receiver.

8. В качестве приемника света используется фоторезистор.8. A photoresistor is used as a light receiver.

9. В качестве источников света используются два светодиода, размещенные радиально от приемника света, так что радиальный угол между ними равен 90 или 180°.9. Two light emitting diodes placed radially from the light receiver are used as light sources, so that the radial angle between them is 90 or 180 °.

10. В качестве источников света используются четыре светодиода, размещенные радиально от приемника света, так что радиальный угол между ними равен 90°.10. Four light emitting diodes placed radially from the light receiver are used as light sources, so that the radial angle between them is 90 °.

11. В качестве источников света используются несколько светодиодов, размещенных радиально от приемника света, так что радиальные углы между ними равны.11. As light sources, several LEDs are used, arranged radially from the light receiver, so that the radial angles between them are equal.

12. Для отображения его состояния используются дисплеи или светодиоды, расположенные возле манипулятора или непосредственно на нем.12. To display its status, displays or LEDs are used located near the manipulator or directly on it.

13. Свободный конец управляющей рукоятки снабжен головкой, выполненной в виде съемной или постоянно закрепленной сферы либо плоской, выпуклой или вогнутой детали.13. The free end of the control handle is equipped with a head made in the form of a removable or permanently fixed sphere or a flat, convex or concave part.

14. Упругодеформируемый элемент закреплен на печатной плате механическими крепежными элементами в виде скобок или хомутов, либо удерживается фиксирующими элементами корпусных деталей, либо приклеен к ней.14. The elastic-deformable element is fixed on the printed circuit board by mechanical fasteners in the form of brackets or clamps, either held by the fixing elements of the body parts, or glued to it.

15. Источники света и приемник расположены или выполнены на одной подложке, модуле или основании.15. The light sources and the receiver are located or made on the same substrate, module or base.

Отличие 15 описано в патентной заявке США №20110064110 А1 от 17.03.2011, где раскрыто устройство VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER DEVICE WITH MONOLITHICALLY INTEGRATED PHOTODIODE, содержащее вертикально излучающий лазер и фотодиод, размещенные на одном кристалле. Однако в рамках предложенного оптического министика оно является новым.The difference 15 is described in US patent application No. 201110064110 A1 dated 03/17/2011, which discloses a VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER DEVICE WITH MONOLITHICALLY INTEGRATED PHOTODIODE device containing a vertically emitting laser and a photodiode located on the same chip. However, within the framework of the proposed optical ministry, it is new.

16. Источники и приемник света отделены от упругодеформируемого элемента защитной пластиной, в которой имеются отверстия или прорези для прохода света от источника света к фотоэлектрическим преобразователям.16. The light sources and the receiver are separated from the elastically deformable element by a protective plate in which there are holes or slots for the passage of light from the light source to the photoelectric converters.

17. Источники и приемник света припаяны к плате со стороны, противоположной стороне платы, обращенной к светоотражающей поверхности, а в местах их пайки выполнены пазы или отверстия для прохода света17. The light sources and the receiver are soldered to the board from the side opposite to the side of the board facing the reflective surface, and in the places of their soldering, grooves or holes for the passage of light are made

Отличия 16 и 17 являются новыми и не встречаются в известных конструкциях министиков.Differences 16 and 17 are new and are not found in well-known designs of ministiks.

Таким образом, имеется достаточное количество существенных отличий, позволяющих охарактеризовать предложенное решение как новое изобретение.Thus, there are a sufficient number of significant differences that allow us to characterize the proposed solution as a new invention.

Описание изобретения поясняется фиг. 1-7.The description of the invention is illustrated in FIG. 1-7.

На фиг. 1-3 показано устройство вариантов конструкций оптического министика с разными вариантами крепления упругодеформируемого элемента к плате;In FIG. Figure 1-3 shows a device of design options for an optical ministick with different options for attaching an elastically deformable element to a board;

на фиг. 4 и 5 показаны конический вогнутый и сферический выпуклый варианты формы светоотражающей поверхности упругодеформируемого элемента;in FIG. 4 and 5 show a conical concave and spherical convex embodiment of the shape of the reflective surface of the elastically deformable element;

на фиг. 6-8 показаны варианты оптического министика с разным количеством светодиодов и разным их расположением и схема подключения к микропроцессору;in FIG. Figures 6-8 show the options for an optical ministry with a different number of LEDs and their different locations and a connection diagram to a microprocessor;

на фиг. 9 показан вариант конструкции оптического министика с размещением оптоэлектронных элементов на одном кристалле для интегрального варианта исполнения или на одной общей подложке для гибридного варианта монтажа.in FIG. Figure 9 shows a design variant of an optical ministick with the placement of optoelectronic elements on one chip for an integral embodiment or on one common substrate for a hybrid mounting option.

На фиг. 1-9 цифрами обозначены:In FIG. 1-9 numbers indicate:

1 - печатная плата;1 - printed circuit board;

2 - корпус;2 - case;

3 - упругодеформируемый элемент;3 - elastically deformable element;

4 - управляющая рукоятка;4 - control handle;

5 - приемник света (фотодиод, фоторезистор);5 - light receiver (photodiode, photoresistor);

6 - источник света (светодиод, лазер);6 - light source (LED, laser);

7 - микропроцессор с блоком ключей;7 - microprocessor with a block of keys;

8 - шины и средства передачи данных;8 - buses and data transmission media;

9 - светоотражающая поверхность;9 - reflective surface;

10 - фиксирующие элементы корпусных деталей;10 - fixing elements of body parts;

11 - общий кристалл, или модуль или основание;11 - a common crystal, or module or base;

12 - защитная пластина с отверстиями или прорезями.12 - a protective plate with holes or slots.

На фиг. 1 и 2 показан оптический министик, размещенный на плате 1, состоящий из корпуса 2, упругодеформируемого элемента 3, выполненного за одно целое с управляющей рукояткой 4.In FIG. Figures 1 and 2 show an optical mini-stick placed on a board 1, consisting of a housing 2, an elastically deformable element 3, made in one piece with the control handle 4.

На плате 1 под упругодеформируемым элементом 3 расположены приемник света (фотодиод, фоторезистор) 5 и не менее одного источника света (светодиод, лазер) 6, которые соединены с микропроцессором 7 шинами и средствами передачи данных 8. Упругодеформируемый элемент 3 в виде детали из эластичного полимерного материала содержит светоотражающую поверхность 9, расположенную над фотоэлектрическим преобразователем 5 и источниками света 6. Светоотражающая поверхность 9 может быть различной формы - плоской, выпуклой или вогнутой. Например, на фиг. 4 показана коническая, а на фиг. 5 сферическая выпуклая поверхность.A light receiver (photodiode, photoresistor) 5 and at least one light source (LED, laser) 6, which are connected to the microprocessor 7 by buses and data transmission devices 8, are located on the circuit board 1 under an elastically deformable element 3. An elastic deformable element 3 in the form of a part made of elastic polymer the material contains a reflective surface 9 located above the photoelectric transducer 5 and light sources 6. The reflective surface 9 may be of various shapes - flat, convex or concave. For example, in FIG. 4 shows a conic, and in FIG. 5 spherical convex surface.

Упругодеформируемый элемент выполнен из эластичного материала в виде пластины с управляющей ручкой 4, опирающейся на элементы корпуса 2 оптического министика, прикрепленного к плате 1 (как на фиг. 1).The elastic deformable element is made of elastic material in the form of a plate with a control handle 4, supported by the elements of the casing 2 of the optical ministik attached to the board 1 (as in Fig. 1).

На фиг. 2 показан оптический министик с упругодеформируемым элементом 3 в виде детали, с одной стороны которой имеется управляющая ручка 4, а с другой стороны имеется выемка для прохода света от источников света 6 к фотоэлектрическому преобразователю 5 (как на фиг. 2). В таком исполнении упругодеформируемый элемент 3 оптического министика крепится в устройстве путем прижима фиксирующими элементами корпусных деталей 10.In FIG. 2 shows an optical ministick with an elastically deformable element 3 in the form of a part, on one side of which there is a control handle 4, and on the other hand there is a recess for the passage of light from light sources 6 to the photoelectric transducer 5 (as in FIG. 2). In this design, the elastically deformable element 3 of the optical ministry is attached to the device by pressing the fixing parts of the housing parts 10.

На фиг. 2 показан вариант конструкции оптического министика, в котором фотодиод 5 и светодиоды 6 припаяны к плате со стороны, противоположной стороне платы, обращенной к светоотражающей поверхности 9, а в местах их пайки выполнены пазы или отверстия для прохода света.In FIG. 2 shows an embodiment of the optical mini-stick, in which the photodiode 5 and the LEDs 6 are soldered to the board on the side opposite to the side of the board facing the reflective surface 9, and in the places of their soldering, grooves or openings for the passage of light are made.

В качестве эластичного материала могут использоваться различные сорта резин, силиконов, полиуретанов или иных эластичных полимеров.As an elastic material, various grades of rubbers, silicones, polyurethanes or other elastic polymers can be used.

На фиг. 3 показан оптический министик, в котором источники 6 и приемник света 5 отделены от упругодеформируемого элемента защитной пластиной 12, в которой имеются отверстия или прорези для прохода света от источника света к фотоэлектрическим преобразователям.In FIG. 3 shows an optical ministick in which the sources 6 and the light receiver 5 are separated from the elastically deformable element by a protective plate 12 in which there are holes or slots for the passage of light from the light source to the photoelectric converters.

На фиг. 6 показан оптический министик, в котором установлен один фотодиод 5 и два светодиода 6, размещенные радиально от фотодиода 5, так что радиальный угол между ними равен 90 или 180°.In FIG. 6 shows an optical ministack in which one photodiode 5 and two LEDs 6 are mounted radially from the photodiode 5, so that the radial angle between them is 90 or 180 °.

На фиг. 7 показан оптический министик, в котором установлен один фотодиод 5 и восемь светодиодов 6.In FIG. 7 shows an optical mini-stick in which one photodiode 5 and eight LEDs 6 are mounted.

На фиг. 8 показан оптический министик, в котором установлен один фотодиод 5 и четыре светодиода 6, размещенные радиально от фотодиода 5, так что радиальный угол между ними равен 90°.In FIG. 8 shows an optical ministack in which one photodiode 5 and four LEDs 6 are mounted radially from the photodiode 5, so that the radial angle between them is 90 °.

На фиг. 9 показан оптический министик, в котором один фотодиод 5 и четыре светодиода 6 установлены на одном кристалле, или модуле, или основании.In FIG. 9 shows an optical ministack in which one photodiode 5 and four LEDs 6 are mounted on the same chip, or module, or base.

Оптический министик работает следующим образом.The optical ministry works as follows.

В ненажатом состоянии (см. фиг. 1) свет от поочередно зажигаемых светодиодов 6 отражается от недеформированной светоотражающей поверхности 9 и попадает на приемник света 5. При этом уровни освещенности приемника света от противоположно размещенных источников света одинаковы. Это состояние фиксируется микроконтроллером 7 как ненажатое исходное состояние.In the unpressed state (see Fig. 1), the light from the alternately lit LEDs 6 is reflected from the undeformed reflective surface 9 and enters the light receiver 5. In this case, the illumination levels of the light receiver from the oppositely placed light sources are the same. This state is fixed by the microcontroller 7 as an unpressed initial state.

Для управления объектами оператор нажимает пальцем руки управляющую рукоятку 4 оптического министика в нужном направлении (см. фиг. 2). Силовое воздействие от нажатия рукояткой 4 передается на упругодеформируемый элемент 3, что вызывает его деформацию. Деформация упругодеформируемого элемента 3 приводит к деформации светоотражающей поверхности 9 и изменению распределения потоков света, попадающих на приемник света 5 от источников света 6 в зависимости от угла наклона управляющей ручки министика 4. При этом уровни освещенности приемника света от противоположно размещенных источников света значительно изменяются. Сигнал от приемника света 5 в виде величины напряжения Ui, зависящего от величины освещенности приемника света i-м источником света, с помощью шин и средств передачи данных 8 передается в микропроцессор 7 (фиг. 6, 8).To control the objects, the operator presses the thumb of the control handle 4 of the optical mini-stick in the desired direction (see Fig. 2). The force effect from pressing by the handle 4 is transmitted to the elastically deformable element 3, which causes its deformation. The deformation of the elastically deformable element 3 leads to a deformation of the reflective surface 9 and a change in the distribution of light fluxes incident on the light receiver 5 from the light sources 6 depending on the angle of inclination of the control handle of the minicot 4. In this case, the illumination levels of the light receiver from oppositely placed light sources vary significantly. The signal from the light receiver 5 in the form of a voltage value Ui, which depends on the amount of illumination of the light receiver by the ith light source, is transmitted to the microprocessor 7 using buses and data transfer devices 8 (Fig. 6, 8).

Схема управления содержит ключи управления для поочередного включения и выключения источников света по заданной программе. Программа управления светодиодами может, например, производить поочередное, или последовательное друг за другом, или попарное включение светодиодов. Для повышения точности управления возможно включение светодиодов группами по 2 или по 3 светодиода. Включение светодиодов производится на время, необходимое для измерения интенсивности освещения приемника.The control circuit contains control keys for alternately turning on and off the light sources according to a given program. The LED control program can, for example, produce alternately, or sequentially one after another, or pairwise turn on the LEDs. To increase control accuracy, it is possible to turn on LEDs in groups of 2 or 3 LEDs. The LEDs are turned on for the time required to measure the illumination intensity of the receiver.

После выполнения программы измерений она циклически повторяется.After the measurement program is completed, it is cyclically repeated.

Микропроцессор сравнивает значения сигналов Ui, поступивших от приемника света при его засветке i-ми источниками света и вычисляет направления и величины приращений перемещений курсора по координатам X и Y, зависящие от угла наклона управляющей рукоятки по известным формулам.The microprocessor compares the values of the signals Ui received from the light receiver when it is illuminated by i-light sources and calculates the directions and increments of the cursor movements along the X and Y coordinates, depending on the angle of the control handle according to well-known formulas.

С помощью микропроцессора 7 анализируется состояние приемника света 5 для каждого зажженного светодиода 6 и по их значениям, используя известные алгоритмы, вычисляют угол направления нажатия управляющей рукоятки 4 и управляющую команду.Using a microprocessor 7, the state of the light receiver 5 is analyzed for each lit LED 6 and, using their known values, using the known algorithms, the angle of the direction of pressing of the control handle 4 and the control command are calculated.

Например, для схемы, показанной на фиг. 8, засветка приемника света 5 осуществляется четырьмя светодиодами 6, расположенными парами вдоль ортогональных координат X и Y. Причем вначале поочередно включаются светодиоды, расположенные вдоль координаты X (моменты времени t2 и t2), а затем поочередно включаются светодиоды, расположенные вдоль координаты Y (моменты времени t3 и t4). От порядка включения светодиодов зависят точность и скорость работы министика.For example, for the circuit shown in FIG. 8, the light receiver 5 is illuminated by four LEDs 6 arranged in pairs along the orthogonal coordinates X and Y. Moreover, first, the LEDs located along the X coordinate (time t2 and t2) are turned on alternately, and then the LEDs located along the Y coordinate (moments time t3 and t4). The accuracy and speed of the ministry depends on the order in which the LEDs are turned on.

Величина и направление приращений перемещений курсора по координатам ΔХ и ΔY могут быть вычислены по формуламThe magnitude and direction of the increments of the cursor movements along the coordinates ΔX and ΔY can be calculated by the formulas

ΔX=kx(Uxt1-Uxt2);ΔX = k x (U xt1 -U xt2 );

ΔY=ky(Uyt3-Uyt4),ΔY = k y (U yt3 -U yt4 ),

где ΔХ и ΔY - приращения перемещений курсора по координатам ΔХ и ΔY;where ΔX and ΔY are the increments of cursor movements along the coordinates ΔX and ΔY;

kx и ky - заданные коэффициенты чувствительности или передаточные функции влияния наклона рукоятки министика на величины приращений перемещений курсора по координатам ΔХ и ΔY;k x and k y are the specified sensitivity coefficients or transfer functions of the influence of the tilt of the handle of the mini-stick on the increments of the cursor movements along the coordinates ΔX and ΔY;

Uxt1 и Uxt3 _ значения сигналов приемника света Uxti, поступившие в моменты измерения t1 и t2 при их засветке источниками света, расположенными вдоль координаты X в моменты времени t1 и t2;U xt1 and U xt3 _ the values of the signals of the light receiver U xti , received at the moments of measurement t1 and t2 when they are illuminated by light sources located along the X coordinate at times t1 and t2;

Uyt3 и Uyt4 - значения сигналов приемника света Uyti, поступившие в моменты измерения t3 и t4 при их засветке источниками света, расположенными вдоль координаты Y в моменты времени t3 и t4.U yt3 and U yt4 are the values of the signals of the light receiver U yti received at the moments of measurement t3 and t4 when they are illuminated by light sources located along the Y coordinate at times t3 and t4.

Полученные величины приращений передаются в компьютер и используются для перемещения курсора по дисплею в зависимости от угла наклона министика.The obtained increment values are transmitted to the computer and used to move the cursor on the display depending on the angle of inclination of the ministry.

Как видно из описания, предлагаемый оптический министик по конструкции чрезвычайно прост. Все его элементы могут изготавливаться на автоматических линиях. Сборка не требует значительных трудозатрат. Это позволяет организовать массовое производство с минимальной себестоимостью.As can be seen from the description, the proposed optical ministick is extremely simple in design. All its elements can be made on automatic lines. Assembly does not require significant labor costs. This allows you to organize mass production with a minimum cost.

Обладая уникальным сочетанием простоты, дешевизны, надежности и многофункциональности, предлагаемые оптические министики найдут самое широкое применение в электронике.With a unique combination of simplicity, cheapness, reliability and multifunctionality, the proposed optical ministries will find the widest application in electronics.

Claims (17)

1. Оптический министик, содержащий корпус с управляющей рукояткой, устройство, преобразующее отклонение управляющей рукоятки в изменяющийся по интенсивности световой сигнал, и оптоэлектронные элементы в виде источников света и приемника света соединенных с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных, причем устройство, преобразующее отклонение управляющей рукоятки в изменяющийся по интенсивности световой сигнал, представляет собой упругодеформируемый элемент в виде детали из эластичного полимерного материала, содержащей светоотражающую поверхность, расположенную над оптоэлектронными элементами, отличающийся тем, что содержит несколько источников света, расположенных вокруг одного приемника света.1. An optical mini-stick comprising a housing with a control handle, a device that converts the deviation of the control handle into a light signal that varies in intensity, and optoelectronic elements in the form of light sources and a light receiver connected to the microprocessor using buses and data transmission devices, and the device that converts the deviation the control handle into a light signal that varies in intensity, is an elastically deformable element in the form of a part from an elastic polymer material containing a reflective surface located above the optoelectronic elements, characterized in that it contains several light sources located around one light receiver. 2. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что схема управления содержит ключи управления для включения и выключения источников света по заданной программе, например поочередно, последовательно друг за другом, или попарно, или группами на время, необходимое для измерения интенсивности освещения приемника, причем процесс измерений циклически повторяется.2. The optical ministack according to claim 1, characterized in that the control circuit includes control keys for turning on and off the light sources according to a given program, for example, alternately, sequentially one after another, or in pairs, or in groups for the time required to measure the illumination intensity of the receiver moreover, the measurement process is cyclically repeated. 3. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что упругодеформируемый элемент выполнен в виде эластичной детали, на внешней поверхности которой имеется управляющая рукоятка, а внутренняя сторона, обращенная к приемнику и источникам света, содержит светоотражающую поверхность плоской, выпуклой или вогнутой формы.3. The optical ministack according to claim 1, characterized in that the elastically deformable element is made in the form of an elastic part, on the outer surface of which there is a control handle, and the inner side facing the receiver and light sources contains a reflective surface of a flat, convex or concave shape. 4. Оптический министик по п. 3, отличающийся тем, что упругодеформируемый элемент выполнен из резины, силиконового пластика или полиуретана.4. The optical mini-stick according to claim 3, characterized in that the elastically deformable element is made of rubber, silicone plastic or polyurethane. 5. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника света используются светодиоды.5. The optical ministick according to claim 1, characterized in that the LEDs are used as a light source. 6. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника света используются полупроводниковые лазеры, например VCSEL-лазеры.6. The optical ministick according to claim 1, characterized in that semiconductor lasers, such as VCSEL lasers, are used as a light source. 7. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве приемника света используется фотодиод.7. The optical ministick according to claim 1, characterized in that a photodiode is used as a light receiver. 8. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве приемника света используется фоторезистор.8. The optical ministick according to claim 1, characterized in that a photoresistor is used as a light receiver. 9. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источников света используются два светодиода, размещенные радиально от приемника света, так что радиальный угол между ними равен 90 или 180°.9. The optical ministick according to claim 1, characterized in that two light-emitting diodes are placed as light sources, arranged radially from the light receiver, so that the radial angle between them is 90 or 180 °. 10. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что используются четыре светодиода, размещенные радиально от приемника света, так что радиальный угол между ними равен 90°.10. The optical ministick according to claim 1, characterized in that four LEDs are used, arranged radially from the light receiver, so that the radial angle between them is 90 °. 11. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что используются несколько светодиодов, размещенных радиально от приемника света, так что радиальные углы между ними равны.11. The optical ministick according to claim 1, characterized in that several LEDs are used that are arranged radially from the light receiver, so that the radial angles between them are equal. 12. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что для отображения его состояния используются дисплеи или светодиоды, расположенные возле манипулятора или непосредственно на нем.12. The optical ministick according to claim 1, characterized in that displays or LEDs located near the manipulator or directly on it are used to display its status. 13. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что свободный конец управляющей рукоятки снабжен головкой, выполненной в виде съемной или постоянно закрепленной плоской, выпуклой или вогнутой детали.13. The optical ministack according to claim 1, characterized in that the free end of the control handle is provided with a head made in the form of a removable or permanently fixed flat, convex or concave part. 14. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что упругодеформируемый элемент закреплен на печатной плате механическими крепежными элементами в виде скобок или хомутов, либо удерживается фиксирующими элементами корпусных деталей, либо приклеен к ней.14. The optical ministack according to claim 1, characterized in that the elastically deformable element is fixed to the printed circuit board by mechanical fasteners in the form of brackets or clamps, either held by fixing elements of the body parts, or glued to it. 15. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что источники света и приемник расположены или выполнены на одной подложке, модуле или основании.15. The optical ministick according to claim 1, characterized in that the light sources and the receiver are located or are made on the same substrate, module or base. 16. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что источники и приемник света отделены от упругодеформируемого элемента защитной пластиной, в которой имеются отверстия или прорези для прохода света от источника света к приемнику.16. The optical ministack according to claim 1, characterized in that the light sources and receiver are separated from the elastically deformable element by a protective plate in which there are holes or slots for the light to pass from the light source to the receiver. 17. Оптический министик по п. 1, отличающийся тем, что источники и приемник света припаяны к плате со стороны, противоположной стороне платы, обращенной к светоотражающей поверхности, а в местах их пайки выполнены пазы или отверстия для прохода света. 17. The optical ministack according to claim 1, characterized in that the light sources and the receiver are soldered to the board from the side opposite to the side of the board facing the reflective surface, and in the places of their soldering, grooves or openings for the passage of light are made.
RU2015102388/28A 2015-01-26 2015-01-26 Optical ministick RU2594992C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102388/28A RU2594992C2 (en) 2015-01-26 2015-01-26 Optical ministick

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102388/28A RU2594992C2 (en) 2015-01-26 2015-01-26 Optical ministick

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015102388A RU2015102388A (en) 2016-08-10
RU2594992C2 true RU2594992C2 (en) 2016-08-20

Family

ID=56612680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015102388/28A RU2594992C2 (en) 2015-01-26 2015-01-26 Optical ministick

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2594992C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724791C2 (en) * 2016-10-11 2020-06-25 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор" Optical mini-stick with reed relays

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202005003107U1 (en) * 2005-02-25 2005-05-12 Waidhas, Roland Optical joystick, has a multiplicity of radiation sensors that detect the light from a radiation cone whose direction is controlled with a joystick lever, so that the sensor signals can be evaluated to derive the lever position
RU2301439C1 (en) * 2005-10-25 2007-06-20 Ооо Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор" Three-dimensional micro-joystick

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202005003107U1 (en) * 2005-02-25 2005-05-12 Waidhas, Roland Optical joystick, has a multiplicity of radiation sensors that detect the light from a radiation cone whose direction is controlled with a joystick lever, so that the sensor signals can be evaluated to derive the lever position
RU2301439C1 (en) * 2005-10-25 2007-06-20 Ооо Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор" Three-dimensional micro-joystick

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724791C2 (en) * 2016-10-11 2020-06-25 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор" Optical mini-stick with reed relays

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015102388A (en) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112105900B (en) Tactile and proximity sensor and sensor array
US4459022A (en) Fiber optic angular sensor
TW201706563A (en) Distance sensor (1)
KR20100023885A (en) Optical interconnect
US11371890B2 (en) Sequential beam splitting in a radiation sensing apparatus
KR20160147760A (en) Device for detecting objects
US7514668B2 (en) Optical navigation device that utilizes a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) configured to emit visible coherent light
RU2594992C2 (en) Optical ministick
WO2021033455A1 (en) Force sensor, sensor array including same, and gripping device
TWI360063B (en) Optical navigation system having a ring pixel arra
KR101634805B1 (en) A touch sensor using total internal reflection
Lin et al. Multitouch pressure sensing with soft optical time-of-flight sensors
US4956546A (en) Method and apparatus for aligning image sensors with an optical system in an optical apparatus
US4500200A (en) Electro-optic sensor for measuring angular orientation
KR20200113438A (en) Camera module
US10642423B2 (en) Multi-function sensing system
WO2021085098A1 (en) Optical sensor and optical sensor module
TWI785400B (en) Light source, sensor and method of illuminating a scene
JPH1153102A (en) Input device
RU2724791C2 (en) Optical mini-stick with reed relays
KR20200072963A (en) Camera apparatus
WO2023053898A1 (en) User interface device
KR100329104B1 (en) optical fiber laser triangulation device for measurement of 3 degrees-of-freedom displacements
KR20200000137A (en) Camera module
US20130294779A1 (en) Circuit board assembly employing optical transceiver for signal transmission

Legal Events

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

Effective date: 20170127

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20171128

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190127

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20191210