RU2782967C1

RU2782967C1 - Wireless stylus for an electromagnetic resonance-based environment-isolated information input and display apparatus

Info

Publication number: RU2782967C1
Application number: RU2022100876A
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Александров
Original assignee: Евгений Борисович Александров
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2022-11-08

Abstract

FIELD: information processing.

SUBSTANCE: invention relates to a stylus for information input and display apparatus used in settings where certain parts of the apparatus need to be isolated from the environment, e.g., underwater. To achieve the technical result, the oscillating circuit of the stylus is tuned to resonate with the inductive sensor assembly of the information input and display apparatus and comprises a capacitor, a resistor, and an inductance coil with a ferrite core divided into two parts, movable and fixed, configured to interact with the back part of the stylus tip when the front part of the tip is subjected to mechanical impact, in order to transfer the mechanical impact from the tip to the movable part of the ferrite core of the inductance coil to change the resonant frequency; wherein the capacitor, the resistor, and the winding of the inductance coil of the oscillating circuit are all isolated from the environment.

EFFECT: higher reliability of operation of the information input apparatus – stylus providing high accuracy of information input, reduced production complexity of the stylus.

4 cl, 3 dwg

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Изобретение в общем относится к устройствам ввода данных для устройств ввода и отображения информации, в частности, к устройствам, используемым в условиях, где необходима изоляция некоторых частей устройства от окружающей среды, например, под водой.The invention generally relates to data input devices for information input and display devices, in particular to devices used in conditions where it is necessary to isolate certain parts of the device from the environment, for example, under water.

Такие устройства используют в том числе для осуществления различных записей, текстов, рисунков, а также отображения изображений и другой визуально воспринимаемой информации, взаимодействия с различными приложениями, предварительно загруженными в память устройства ввода и отображения информации.Such devices are used, among other things, for making various records, texts, drawings, as well as displaying images and other visually perceived information, interacting with various applications preloaded into the memory of the input and display device.

При ведении подводной деятельности у дайверов и подводных исследователей зачастую возникает необходимость в осуществлении записей (например, записать профиль погружения, параметры и условия погружения), рисовании (например, схемы места погружения), а также работе со специальными приложениями, предварительно загруженными в память подводных устройств (например, навигационные карты).Underwater activities often require divers and underwater explorers to take notes (for example, record a dive profile, dive parameters and conditions), draw (for example, a diagram of a dive site), and work with special applications pre-loaded into the memory of underwater devices. (for example, navigation charts).

При этом в общем для целей ввода и отображения информации наиболее эффективными считаются устройства, имеющие сенсорный экран на основе резистивной или емкостной технологии, который, однако, является непригодным для использования под водой. Если сенсорное устройство содержит резистивный сенсорный экран, имеющий гибкий верхний слой, то ошибочные сигналы могут быть вызваны сдавливанием верхнего слоя экрана по направлению к внутреннему слою из-за давления, вызывая, таким образом, электрический ток, протекающий между слоями. Обычно такой резистивный экран перестает работать на глубине 10-15 метров, либо еще меньше. В случае, если сенсорное устройство содержит емкостный сенсорный экран, то ошибочные сигналы могут быть вызваны электрическим зарядом слоя воды, прилегающего к сенсорному экрану. В обоих случаях использование устройства с сенсорным экраном под водой затруднено или даже невозможно.However, in general, for the purposes of input and display of information, devices having a touch screen based on resistive or capacitive technology are considered to be the most effective, which, however, is unsuitable for use under water. If the touch device comprises a resistive touch screen having a flexible top layer, then erroneous signals can be caused by pressure pushing the top layer of the screen towards the inner layer, thus causing an electric current to flow between the layers. Typically, such a resistive screen stops working at a depth of 10-15 meters, or even less. In case the touch device contains a capacitive touch screen, erroneous signals may be caused by the electrical charge of the water layer adjacent to the touch screen. In both cases, using a touch screen device underwater is difficult or even impossible.

Для решения этих проблем устройства с сенсорным экраном помещают в жесткий водонепроницаемый корпус или гибкую водонепроницаемую оболочку. Однако, если используется гибкая оболочка, то под водой давление может прижать оболочку к чувствительной к прикосновению поверхности экрана и генерировать ошибочные сигналы. Если используется жесткий корпус, экран с сенсорной панелью может быть виден, но к сенсорному слою нельзя получить доступ через жесткий корпус, даже если он прозрачный, и, соответственно, является невозможным осуществить ввод необходимой информации.To solve these problems, touch screen devices are placed in a rigid waterproof housing or flexible waterproof shell. However, if a flexible shell is used, underwater pressure can press the shell against the touch-sensitive screen surface and generate erroneous signals. If a hard case is used, the touch panel screen may be visible, but the touch layer cannot be accessed through the hard case even if it is transparent, and thus it is impossible to input the necessary information.

Существуют известные решения, в которых используется мембрана, размещаемая поверх сенсорного экрана, внутренняя часть которой заполнена диэлектрической жидкостью (например, гелем). Принцип работы такого решения заключается в том, что продавливая верхний слой гибкой мембраны, осуществляется касание сенсорного слоя экрана нижней частью мембраны, содержащего токопроводящий слой, таким образом сенсорная панель может регистрировать касание. Однако, такое решение имеет существенные недостатки. В частности, ввод информации через мембрану не является в достаточной степени точным, поскольку мембрана создает дополнительную площадь касания с сенсорной поверхностью экрана, что не позволяет в ряде случаев управлять устройством с мелкими иконками. Другим недостатком является недостаточная надежность устройства, поскольку гибкая мембрана не может выполнять функцию защиты экрана и может быть повреждена острыми предметами.There are known solutions that use a membrane placed over the touch screen, the inside of which is filled with a dielectric liquid (eg gel). The principle of operation of such a solution is that by pushing through the upper layer of the flexible membrane, the touch layer of the screen is touched by the lower part of the membrane containing the conductive layer, so the touch panel can register the touch. However, this solution has significant drawbacks. In particular, entering information through the membrane is not sufficiently accurate, since the membrane creates an additional touch area with the touch screen surface, which in some cases does not allow controlling a device with small icons. Another disadvantage is the insufficient reliability of the device, since the flexible membrane cannot perform the function of protecting the screen and can be damaged by sharp objects.

Таким образом, представляется более функциональным использование устройств, в которых ввод информацииThus, it seems more functional to use devices in which the input of information

осуществляется посредством стилуса, а экран надежно защищен специальным защитным стеклом.is carried out by means of a stylus, and the screen is reliably protected by a special protective glass.

Известны устройства, работающие на принципе электромагнитного резонанса, в которых стилус не требует подсоединения к устройству проводом, а источник питания размещен непосредственно в самом устройстве. При этом такой стилус имеет высокую степень чувствительности за счет обеспечения возможности перемещения наконечника внутри корпуса стилуса и взаимодействия с компонентами стилуса. Например, таким устройством является графический планшет WACOM ONE https://www.wacom.com/en-de/products/pen-displays/wacom-one#Specifications. Данное устройство позволяет вводить информацию посредством специального беспроводного стилуса. Также такие стилусы именуются пером, сенсорным пером или электромагнитным пером.Devices are known that operate on the principle of electromagnetic resonance, in which the stylus does not require a wire connection to the device, and the power source is located directly in the device itself. At the same time, such a stylus has a high degree of sensitivity due to the possibility of moving the tip inside the stylus body and interacting with the stylus components. For example, such a device is the WACOM ONE pen tablet https://www.wacom.com/en-de/products/pen-displays/wacom-one#Specifications. This device allows you to enter information using a special wireless stylus. Also, such styluses are referred to as pen, touch pen or electromagnetic pen.

Основными компонентами такого устройства являются корпус, расположенные в корпусе жидкокристаллический экран, под которым размещен индуктивный сенсорный узел, содержащий обычно выполненные печатным способом катушки индуктивности,The main components of such a device are a housing, located in the housing a liquid crystal screen, under which is placed an inductive sensor assembly containing usually printed inductors,

микроконтроллер и другие электронные компоненты, необходимые для обеспечения работы экрана и индуктивного сенсорного узла, и электрически соединенные с ними, источник питания (аккумуляторная батарея), а также беспроводной стилус, в котором находится настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом колебательный контур. Дополнительно, для целей обеспечения возможности ввода информации пальцем, устройство может иметь емкостную сенсорную панель, выполненную на базе емкостной технологии и размещенную поверх экрана.a microcontroller and other electronic components necessary to ensure the operation of the screen and the inductive touch unit, and electrically connected to them, a power source (battery), as well as a wireless stylus, in which there is an oscillatory circuit tuned to resonance with the inductive touch unit. Additionally, for the purpose of enabling finger input, the device may have a capacitive touch panel based on capacitive technology and placed on top of the screen.

Преимущество использования таких планшетов с экранами и сенсорными панелями на основе электромагнитного резонанса, заключается в том, что они обеспечивают очень высокую точность определения местоположения стилуса, а, следовательно, высокую точность ввода данных.The advantage of using such tablets with electromagnetic resonance based screens and touch panels is that they provide very high accuracy of stylus location and hence high accuracy of data entry.

Суть данной технологии заключается в следующем. Под экраном (например, жидкокристаллическим или на основе электронных чернил), служащим главным образом для отображения информации, размещается индуктивный сенсорный узел, содержащий выполненные печатным способом катушки индуктивности. При подаче переменного напряжения катушки формируют на поверхности экрана электромагнитное поле. В качестве указателя используется стилус, в котором находится настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом колебательный контур. При поднесении стилуса к экрану этот контур модулирует электромагнитное поле, изменяя индуктивность расположенных под экраном печатных катушек индуктивности. Причем, чем ближе катушка индуктивности панели к колебательному контуру стилуса, тем значительнее изменение ее индуктивности. Микроконтроллер фиксирует параметры катушек индуктивности и вычисляет положение стилуса. Стилус не имеет собственного источника питания, однако не просто отражает полученную вследствие резонанса энергию, а формирует с ее помощью ответный сигнал, в том числе передающий информацию от помещенных в стилус дополнительных датчиков (при их наличии в конкретном стилусе) о его наклоне, типе наконечника, силе нажима и других параметрах, необходимых для создания на экране изображения высокого качества. Поскольку возникновение электромагнитного резонанса не требует непосредственного контакта между резонирующим стилусом и рабочей поверхностью исходного поля, сенсорная панель может быть помещена за экраном, что устраняет ее негативное влияние на качество изображения. Таким образом, данная конструкция позволяет отслеживать местоположение стилуса даже в том случае, когда его наконечник находится на расстоянии до 2 см от экрана. Чем ближе стилус к экрану, тем сильнее модуляция исходного поля, которая и несет информацию о месте и характере контакта.The essence of this technology is as follows. Below the screen (eg, liquid crystal or electronic ink), which is mainly used for displaying information, is placed an inductive sensor assembly containing printed inductors. When an alternating voltage is applied, the coils form an electromagnetic field on the surface of the screen. A stylus is used as a pointer, in which there is an oscillatory circuit tuned to resonance with an inductive sensor node. When bringing the stylus to the screen, this circuit modulates the electromagnetic field, changing the inductance of the printed inductors located under the screen. Moreover, the closer the panel inductor to the oscillatory circuit of the stylus, the greater the change in its inductance. The microcontroller captures the parameters of the inductors and calculates the position of the stylus. The stylus does not have its own power source, however, it does not simply reflect the energy received as a result of resonance, but forms a response signal with its help, including transmitting information from additional sensors placed in the stylus (if any in a particular stylus) about its inclination, type of tip, pressing force and other parameters necessary to create a high quality image on the screen. Since the occurrence of electromagnetic resonance does not require direct contact between the resonating stylus and the working surface of the initial field, the touch panel can be placed behind the screen, which eliminates its negative impact on image quality. Thus, this design allows you to track the location of the stylus even when its tip is up to 2 cm from the screen. The closer the stylus is to the screen, the stronger the modulation of the initial field, which carries information about the place and nature of the contact.

В известных планшетах на основе электромагнитного резонанса стилус включает в себя полый корпус, наконечник, который установлен с возможностью перемещения во внутреннем пространстве корпуса стилуса, колебательный LC контур, включающий, по меньшей мере, катушку индуктивности-L с ферритовым сердечником и конденсатор-С.In known tablets based on electromagnetic resonance, the stylus includes a hollow body, a tip that is movable in the interior of the stylus body, an oscillating LC circuit including at least a ferrite-core inductor-L and a capacitor-C.

Для обеспечения взаимодействия стилуса с индуктивным сенсорным узлом необходимо, чтобы колебательный контур стилуса был настроен с этим узлом в режим электромагнитного резонанса. При этом необходимо обеспечить возможность изменения резонансной частоты колебательного контура стилуса для того, чтобы микроконтроллер планшета мог регистрировать разные события в зависимости от частоты ответного сигнала стилуса.To ensure the interaction of the stylus with an inductive sensor node, it is necessary that the oscillatory circuit of the stylus be tuned with this node to the electromagnetic resonance mode. At the same time, it is necessary to provide the possibility of changing the resonant frequency of the oscillatory circuit of the stylus so that the tablet microcontroller can register different events depending on the frequency of the stylus response signal.

Таким образом, основными компонентами колебательного контура стилуса являются катушка индуктивности и конденсатор. Катушка индуктивности обеспечивает взаимодействие стилуса с планшетом, в том числе позиционирование курсора и питание схемы. При этом изменение частоты колебательного контура может осуществляться изменением таких параметров как емкость конденсатора, индуктивность катушки индуктивности или сопротивление (например, резистора при его наличии) в электрической цепи колебательного контура.Thus, the main components of the oscillatory circuit of the stylus are the inductor and the capacitor. The inductor provides interaction between the stylus and the tablet, including cursor positioning and circuit power. In this case, the change in the frequency of the oscillatory circuit can be carried out by changing such parameters as the capacitance of the capacitor, the inductance of the inductor or resistance (for example, a resistor, if any) in the electrical circuit of the oscillatory circuit.

В указанных известных устройствах с сенсорной панелью на основе электромагнитного резонанса стилусы не являются защищенными от попадания внутрь воды и не могут использоваться под водой, поскольку контакт с водой неизбежно приведет к короткому замыканию и утрате стилусом работоспособности.In these prior art electromagnetic resonance touch panel devices, the styluses are not waterproof and cannot be used underwater, since contact with water will inevitably cause a short circuit and render the stylus unusable.

Вместе с тем, известно устройство по патенту РФ №2760765, в котором раскрыто изолированное от окружающей среды устройство ввода и отображения информации и беспроводной стилус для такого устройства на основе электромагнитного резонанса, содержащий корпус, имеющий переднюю часть корпуса и заднюю часть корпуса, отверстие в передней части корпуса, расположенный в передней части корпуса наконечник, размещенный с возможностью прохождения через отверстие и с возможностью перемещения наконечника вдоль оси корпуса, имеющий переднюю часть наконечника, выступающую из отверстия за пределы корпуса для контакта с защитным стеклом устройства, и заднюю часть наконечника, расположенный в задней части корпуса колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации, и содержащий, по меньшей мере, конденсатор и катушку индуктивности с ферритовым сердечником, разделенным на две части, одна из которых выполнена неподвижной, а вторая расположена с возможностью перемещения вдоль оси корпуса относительно первой части сердечника, изолирующее средство для изоляции колебательного контура от окружающей среды, расположенное с возможностью взаимодействия с задней частью наконечника при механическом воздействии на переднюю часть наконечника для передачи механического воздействия от наконечника на подвижную часть ферритового сердечника катушки индуктивности с относительным перемещением подвижной части сердечника относительно неподвижной части для изменения резонансной частоты колебательного контура.At the same time, a device is known according to the patent of the Russian Federation No. 2760765, which discloses an input and display device isolated from the environment and a wireless stylus for such a device based on electromagnetic resonance, containing a housing having a front part of the housing and a rear part of the housing, an opening in the front part of the housing, located in the front part of the housing, the tip, placed with the possibility of passing through the hole and with the possibility of moving the tip along the axis of the body, having the front part of the tip protruding from the hole outside the body for contact with the protective glass of the device, and the rear part of the tip, located in rear part of the case, an oscillatory circuit tuned to resonance with the inductive sensor assembly of the information input and display device, and containing at least a capacitor and an inductor with a ferrite core divided into two parts, one of which is made fixed, and the second is located with the ability to move along the body axis relative to the first part of the core, an insulating means for isolating the oscillatory circuit from the environment, located with the possibility of interacting with the rear part of the tip under mechanical action on the front part of the tip to transfer the mechanical action from the tip to the moving part of the ferrite core of the inductor with a relative moving the movable part of the core relative to the fixed part to change the resonant frequency of the oscillatory circuit.

Недостатком данного технического решения является необходимость изолирования всех компонентов колебательного контура от окружающей среды при помощи изолирующего средства и необходимостью чрезвычайно точного выполнения изолирующего средства таким образом, чтобы оно не препятствовало свободному перемещению подвижной части ферритового сердечника катушки индуктивности, что во многих случаях весьма затруднительно в виду давления воды.The disadvantage of this technical solution is the need to isolate all components of the oscillatory circuit from the environment using an insulating means and the need for extremely precise execution of the insulating means so that it does not interfere with the free movement of the moving part of the ferrite core of the inductor, which in many cases is very difficult due to pressure water.

Таким образом, существует потребность в создании надежного устройства ввода информации - стилуса, обеспечивающего высокую точность ввода информации в устройство ввода и отображения информации в этих условиях, которое может быть использовано в экстремальных условиях, где необходима изоляция некоторых частей устройства от окружающей среды, например, под водой.Thus, there is a need to create a reliable information input device - a stylus that provides high accuracy of information input into the input device and information display under these conditions, which can be used in extreme conditions where it is necessary to isolate some parts of the device from the environment, for example, under water.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Целью изобретения является создание беспроводного стилуса для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации, который за счет надежной защиты размещенных в корпусе стилуса электронных и других компонентов от окружающей среды позволяет использовать в нем принцип электромагнитного резонанса в экстремальных условиях, например под водой, тем самым позволяет обеспечивать точный ввод данных при работе с устройством в этих условиях.The aim of the invention is to create a wireless stylus for an environment-isolated input and display device, which, due to the reliable protection of electronic and other components placed in the stylus case from the environment, allows using the principle of electromagnetic resonance in extreme conditions, for example, under water, thereby allows you to ensure accurate data entry when working with the device in these conditions.

Технический результат изобретения состоит в том, что удалось успешно использовать для ввода данных в экстремальных условиях, например, под водой, стилус на основе электромагнитного резонанса. The technical result of the invention is that it has been possible to successfully use a stylus based on electromagnetic resonance for data entry in extreme conditions, for example, under water.

Согласно одному аспекту изобретения предложен беспроводной стилус для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса, содержащий корпус, имеющий переднюю часть корпуса и заднюю часть корпуса, отверстие в передней части корпуса, расположенный в передней части корпуса наконечник, размещенный с возможностью прохождения через отверстие и с возможностью перемещения наконечника вдоль оси корпуса, имеющий переднюю часть наконечника, выступающую из отверстия за пределы корпуса для контакта с защитным стеклом устройства, и заднюю часть наконечника, расположенный в задней части корпуса колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации, и содержащий, по меньшей мере, конденсатор, резистор и катушку индуктивности с ферритовым сердечником, разделенным на две части, одна из которых выполнена неподвижной, а вторая расположена с возможностью перемещения вдоль оси корпуса относительно первой части сердечника, при этом, конденсатор и резистор изолированы от окружающей среды, обмотка катушки индуктивности выполнена в виде изолированного провода, а подвижная часть ферритового сердечника катушки индуктивности выполнена с возможностью взаимодействия с задней частью наконечника при механическом воздействии на переднюю часть наконечника для передачи механического воздействия от наконечника на подвижную часть ферритового сердечника катушки индуктивности с относительным перемещением подвижной части сердечника относительно неподвижной части для изменения резонансной частоты колебательного контура.According to one aspect of the invention, a wireless stylus is provided for an environmentally isolated electromagnetic resonance input and display device, comprising a housing having a front housing and a rear housing, an opening in the front of the housing, a tip located in the front of the housing, a tip positioned with the possibility of passing through the hole and with the possibility of moving the tip along the body axis, having the front part of the tip protruding from the hole outside the body for contact with the protective glass of the device, and the back part of the tip, an oscillatory circuit located in the rear part of the body, tuned in resonance with the inductive sensor assembly input and display devices, and containing at least a capacitor, a resistor and an inductor with a ferrite core, divided into two parts, one of which is fixed, and the second is located with the ability to move along the axis of the body ca relative to the first part of the core, while the capacitor and resistor are isolated from the environment, the winding of the inductor is made in the form of an insulated wire, and the movable part of the ferrite core of the inductor is configured to interact with the rear part of the tip during mechanical action on the front part of the tip for transmission mechanical action from the tip on the movable part of the ferrite core of the inductor with relative movement of the movable part of the core relative to the fixed part to change the resonant frequency of the oscillatory circuit.

В данном варианте осуществления стилуса частота колебаний колебательного контура изменяется за счет изменения индуктивности катушки индуктивности при относительном перемещении подвижной части сердечника относительно неподвижной части, при этом с наконечником стилуса может взаимодействовать подвижная часть ферритового сердечника.In this embodiment of the stylus, the oscillation frequency of the oscillatory circuit changes due to a change in the inductance of the inductor during the relative movement of the movable part of the core relative to the fixed part, while the movable part of the ferrite core can interact with the tip of the stylus.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложен беспроводной стилус для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса, содержащий корпус, имеющий переднюю часть корпуса и заднюю часть корпуса, отверстие в передней части корпуса, расположенный в передней части корпуса наконечник, размещенный с возможностью прохождения через отверстие и с возможностью перемещения наконечника вдоль оси корпуса, имеющий переднюю часть наконечника, выступающую из отверстия за пределы корпуса для контакта с защитным стеклом устройства, и заднюю часть наконечника, расположенный в задней части корпуса колебательный контур, настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации, и содержащий, по меньшей мере, конденсатор, резистор и катушку индуктивности с ферритовым сердечником, разделенным на две части, одна из которых выполнена неподвижной, а вторая расположена с возможностью перемещения вдоль оси корпуса относительно первой части сердечника, подвижная часть ферритового сердечника катушки индуктивности выполнена с возможностью взаимодействия с задней частью наконечника при механическом воздействии на переднюю часть наконечника для передачи механического воздействия от наконечника на подвижную часть ферритового сердечника катушки индуктивности с относительным перемещением подвижной части сердечника относительно неподвижной части для изменения резонансной частоты колебательного контура, при этом, конденсатор, резистор и подвижная часть сердечника катушки индуктивности изолированы от окружающей среды.According to another aspect of the invention, there is provided a wireless stylus for an environmentally isolated input and display device based on electromagnetic resonance, comprising a housing having a front part of the housing and a rear part of the housing, an opening in the front part of the housing, a tip located in the front part of the housing, placed with the possibility of passing through the hole and with the possibility of moving the tip along the body axis, having the front part of the tip protruding from the hole outside the body for contact with the protective glass of the device, and the back part of the tip, an oscillatory circuit located in the rear part of the body, tuned in resonance with the inductive sensor node of the device for input and display of information, and containing at least a capacitor, a resistor and an inductor with a ferrite core, divided into two parts, one of which is made fixed, and the second is located with the ability to move along the axis to body relative to the first part of the core, the movable part of the ferrite core of the inductor is configured to interact with the rear part of the tip under mechanical action on the front part of the tip to transfer the mechanical action from the tip to the movable part of the ferrite core of the inductor with relative displacement of the movable part of the core relative to the fixed part for changes in the resonant frequency of the oscillatory circuit, while the capacitor, resistor and the moving part of the inductor core are isolated from the environment.

В данном варианте осуществления стилуса частота колебаний колебательного контура изменяется за счет изменения индуктивности катушки индуктивности при относительном перемещении подвижной части сердечника относительно неподвижной части, при этом с изолирующим средством может взаимодействовать подвижная часть ферритового сердечника.In this embodiment of the stylus, the oscillation frequency of the oscillatory circuit is changed by changing the inductance of the inductor with the relative movement of the movable part of the core relative to the fixed part, while the movable part of the ferrite core can interact with the insulating means.

Предпочтительно в случаях, когда это необходимо, может иметься средство возврата подвижного элемента колебательного контура в исходное положение при снятии механического воздействия на переднюю часть наконечника.Preferably, in cases where this is necessary, there may be a means of returning the movable element of the oscillating circuit to its original position when removing the mechanical impact on the front part of the tip.

В дальнейшем изобретение будет более понятным из его подробного раскрытия со ссылкой на сопроводительные чертежи. С пониманием того, что сопроводительные чертежи изображают только взятые в качестве примеров типичные варианты осуществления изобретения, и поэтому не рассматриваются, как ограничивающие объем его защиты, изобретение будет описано и разъяснено с дополнительной конкретизацией и подробностями, с использованием сопроводительных чертежей.In the following, the invention will be better understood from its detailed disclosure with reference to the accompanying drawings. With the understanding that the accompanying drawings depict only exemplary exemplary embodiments of the invention, and are therefore not construed as limiting the scope of its protection, the invention will be described and explained in further specification and detail using the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На Фиг. 1 - показан общий вид беспроводного стилуса и экрана изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации.On FIG. 1 shows a general view of a wireless stylus and screen of an environmentally isolated input and display device.

На Фиг. 2 - показан беспроводной стилус в разрезе согласно одному варианту осуществления изобретения с расположенным внутри колебательным контуром с катушкой индуктивности и компонентами, обеспечивающими изменение индуктивности катушки.On FIG. 2 shows a sectional view of a wireless stylus according to one embodiment of the invention, with an oscillating inductor circuit and components for changing the inductance of the coil located inside.

На фиг.3 - показан беспроводной стилус и последовательно расположенные слоями защитное стекло, экран и сенсорная панель на основе электромагнитного резонанса (ЭМР) для иллюстрации принципа работы.Figure 3 shows a wireless stylus and layered protective glass, screen and touch panel based on electromagnetic resonance (EMR) to illustrate the principle of operation.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг.1 показан общий вид изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса 3, защитного стекла экрана 2 и беспроводного стилуса 1.Figure 1 shows a general view of an input and display device isolated from the environment based on electromagnetic resonance 3, a protective glass screen 2 and a wireless stylus 1.

На фиг.2 показано внутреннее устройство беспроводного стилуса 1 для изолированного от окружающей среды устройства ввода и отображения информации на основе электромагнитного резонанса 3 согласно одному варианту осуществления изобретения, приведенному здесь только в качестве примера и не ограничивающему объем защиты изобретения.Figure 2 shows the internal structure of a wireless stylus 1 for an environmentally isolated input and display device based on electromagnetic resonance 3 according to one embodiment of the invention, given here only as an example and not limiting the scope of protection of the invention.

Стилус 1 содержит корпус 4, имеющий переднюю часть корпуса и заднюю часть корпуса, и отверстие в передней части корпуса. В передней части корпуса размещен наконечник 5, выполненный с возможностью прохождения через отверстие и с возможностью перемещения наконечника 5 вдоль оси корпуса. Наконечник 5 имеет переднюю часть 6 наконечника, выступающую из отверстия за пределы корпуса для контакта с защитным стеклом устройства ввода и отображения информации, и заднюю часть 7 наконечника.The stylus 1 includes a housing 4 having a front housing and a rear housing, and an opening in the front housing. In the front part of the body there is a tip 5, made with the possibility of passing through the hole and with the possibility of moving the tip 5 along the axis of the body. The tip 5 has a front part 6 of the tip protruding from the hole outside the body for contact with the protective glass of the input and display device, and a back part 7 of the tip.

Согласно этому варианту осуществления изобретения внутри корпуса 4 стилуса 1 расположен колебательный LCR-контур, включающий конденсатор 8, резистор 9 и катушку индуктивности 10 с ферритовым сердечником. Конденсатор 8 и резистор 9 могут быть размещены на плате 14 с дополнительными необходимыми электронными компонентами и должны быть электрически связаны с катушкой индуктивности. Ферритовый сердечник состоит из двух частей 11 и 12, одна из которых 11 в этом конкретном варианте осуществления изобретения является основой для намотки на нее катушки 10, причем эта часть 11 ферритового сердечника выполнена с возможностью перемещения вместе с катушкой индуктивности 10 вдоль оси корпуса по отношению ко второй неподвижной относительно корпуса части 12 ферритового сердечника.According to this embodiment of the invention, inside the body 4 of the stylus 1 is located an oscillatory LCR circuit, including a capacitor 8, a resistor 9 and an inductor 10 with a ferrite core. Capacitor 8 and resistor 9 can be placed on board 14 with additional necessary electronic components and must be electrically connected to the inductor. The ferrite core consists of two parts 11 and 12, one of which 11 in this particular embodiment of the invention is the basis for winding the coil 10 on it, and this part 11 of the ferrite core is made movable together with the inductor 10 along the axis of the housing with respect to the second fixed relative to the housing part 12 of the ferrite core.

Подвижная часть ферритового сердечника катушки индуктивности 11 расположена так, что по меньшей мере ее часть взаимодействует с задней частью 7 наконечника 5 при механическом воздействии на переднюю часть наконечника 6. Соответственно, таким образом оказывается механическое воздействие задней части 7 наконечника на подвижную часть 11 ферритового сердечника катушки индуктивности 10.The movable part of the ferrite core of the inductor 11 is located so that at least part of it interacts with the rear part 7 of the tip 5 when the front part of the tip 6 is mechanically acted upon. inductance 10.

Согласно данному варианту осуществления изобретения изолирующее средство изолирует только конденсатор 8 и резистор 9, в то время как ферритовый сердечник катушки индуктивности может контактировать с окружающей средой, в частности, с водой. При этом крайне важно, чтобы обмоточный провод катушки индуктивности был изолирован, например, эмалевой изоляцией. В таком исполнении контакт катушки индуктивности с водой не оказывает негативного влияния на работоспособность стилуса, поскольку токопроводящий провод обмотки оказывается изолированным.According to this embodiment of the invention, the insulating means isolates only the capacitor 8 and the resistor 9, while the ferrite core of the inductor can come into contact with the environment, in particular water. In this case, it is extremely important that the winding wire of the inductor is insulated, for example, with enamel insulation. In this design, the contact of the inductor with water does not adversely affect the performance of the stylus, since the conductive wire of the winding is insulated.

Такое решение позволяет устранить воздействие давления на подвижную часть сердечника катушки индуктивности, существенно снизить сложность производства за счет отказа от помещения катушки индуктивности в герметичную капсулу и повысить надежность работы стилуса.This solution eliminates the effect of pressure on the moving part of the inductor core, significantly reduces the complexity of production by refusing to place the inductor in a sealed capsule, and improves the reliability of the stylus.

Данное решение направлено на изменение резонансной частоты колебательного контура стилуса за счет изменения индуктивности катушки индуктивности колебательного контура. Как было сказано выше наконечник 5 выполнен так, что при механическом воздействии на переднюю часть 6 наконечника 5 его задняя часть 7 механически воздействует на подвижную часть 11 ферритового сердечника катушки индуктивности 10 с относительным перемещением подвижной части 11 ферритового сердечника вместе с катушкой 10 относительно неподвижной части 12 ферритового сердечника, при этом изменяется резонансная частота колебательного контура.This solution is aimed at changing the resonant frequency of the oscillatory circuit of the stylus by changing the inductance of the inductor of the oscillatory circuit. As mentioned above, the tip 5 is made so that when the front part 6 of the tip 5 is mechanically acted upon, its rear part 7 mechanically acts on the movable part 11 of the ferrite core of the inductor 10 with the relative movement of the movable part 11 of the ferrite core together with the coil 10 relative to the fixed part 12 ferrite core, while changing the resonant frequency of the oscillatory circuit.

Между подвижной 11 и неподвижной 12 частями ферритового сердечника может быть размещен упругий элемент 13, взаимодействующий с этими частями и способствующий возврату подвижной части 11 в ее исходное положение при снятии механического воздействия на переднюю часть 14 наконечника 5.Between the movable 11 and the fixed 12 parts of the ferrite core, an elastic element 13 can be placed, interacting with these parts and contributing to the return of the movable part 11 to its original position when the mechanical effect on the front part 14 of the tip 5 is removed.

Упругий элемент 13, как это показано на фиг.2, может быть выполнен, например, в виде пружины (предпочтительно из коррозионностойкого материала), резинового, силиконового или иного упругого материала, выполняющего основную задачу деформироваться при касании наконечником стилуса рабочей поверхности экрана или защитного стекла устройства, сокращая расстояние между подвижной частью 11 ферритового сердечника катушки индуктивности 10 и неподвижной частью 12 ферритового сердечника, и возвращаться в исходное состояние после прекращения давления на наконечник. Упругий элемент может быть расположен между катушкой индуктивности 10 с подвижной частью 11 ферритового сердечника и неподвижной частью 12 ферритового сердечника, либо иным образом, при условии выполнения указанной задачи. Специалисту в данной области техники понятно, что возможны и другие варианты осуществления упругого элемента, не выходящие за объем патентных притязаний настоящего изобретения.The elastic element 13, as shown in figure 2, can be made, for example, in the form of a spring (preferably from a corrosion-resistant material), rubber, silicone or other elastic material that performs the main task of deforming when the tip of the stylus touches the working surface of the screen or protective glass device, reducing the distance between the movable part 11 of the ferrite core of the inductor 10 and the fixed part 12 of the ferrite core, and return to its original state after the pressure on the tip ceases. The elastic element can be located between the inductor 10 with the movable part 11 of the ferrite core and the fixed part 12 of the ferrite core, or otherwise, subject to the specified task. A person skilled in the art understands that other embodiments of the elastic element are possible without going beyond the scope of the patent claims of the present invention.

Когда передняя часть 6 наконечника контактирует с защитным стеклом 2 устройства ввода и отображения информации 3 задняя часть 7 наконечника воздействует на подвижную часть 11 ферритового сердечника, при этом пружина 13 сжимается внутри корпуса стилуса, сокращая расстояние между катушкой индуктивности 10 с подвижной частью 11 ферритового сердечника и неподвижной частью 12 ферритового сердечника.When the front part 6 of the tip contacts the protective glass 2 of the input and display device 3, the back part 7 of the tip acts on the movable part 11 of the ferrite core, while the spring 13 is compressed inside the stylus body, reducing the distance between the inductor 10 with the movable part 11 of the ferrite core and fixed part 12 of the ferrite core.

После прекращения механического воздействия на наконечник 5 пружина 13 разжимается и заставляет подвижную часть 11 ферритового сердечника возвращаться в исходное состояние.After the termination of the mechanical action on the tip 5, the spring 13 is released and causes the movable part 11 of the ferrite core to return to its original state.

Колебательный контур настроен в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства ввода и отображения информации.The oscillatory circuit is tuned to resonance with the inductive sensor assembly of the information input and display device.

Чем ближе стилус к экрану, тем сильнее модуляция исходного поля, которая и несет информацию о месте и характере контакта. Для целей улучшения качества электромагнитного сигнала подвижная часть 11 катушки индуктивности согласно обоим вариантам выполнения может быть размещена в наконечнике 5 полностью или частично. В этом случае задняя часть наконечника располагается с внутренней стороны наконечника. Данное решение позволяет использовать беспроводной стилус с устройством ввода и отображения информации, в котором может быть установлено более толстое защитное стекло, что делает возможным расширить пределы использования по глубине.The closer the stylus is to the screen, the stronger the modulation of the initial field, which carries information about the place and nature of the contact. In order to improve the quality of the electromagnetic signal, the movable part 11 of the inductor according to both embodiments can be placed in the tip 5 in whole or in part. In this case, the back of the tip is located on the inside of the tip. This solution allows the use of a wireless stylus with an input and display device, which can be equipped with a thicker protective glass, which makes it possible to expand the range of use in depth.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Размещенный под экраном устройства ввода и отображения информации 3 индуктивный сенсорный узел, при подаче на него переменного напряжения, формирует на поверхности экрана электромагнитное поле. Используемый в качестве указателя стилус содержит настроенный в резонанс с индуктивным сенсорным узлом устройства колебательный контур. Как указано на Фиг. 3 при поднесении стилуса 1 к защитному стеклу 2 экрана 16 этот контур модулирует электромагнитное поле, изменяя индуктивность расположенных под экраном печатных катушек индуктивности индуктивного сенсорного узла 17. Причем, чем ближе катушка индуктивности сенсорного узла к колебательному контуру стилуса, тем значительнее изменение ее индуктивности.Placed under the screen of the device for input and display of information 3 inductive sensor node, when applying an alternating voltage to it, forms an electromagnetic field on the surface of the screen. Used as a pointer, the stylus contains an oscillatory circuit tuned to resonance with the inductive sensor assembly of the device. As indicated in FIG. 3, when the stylus 1 is brought to the protective glass 2 of the screen 16, this circuit modulates the electromagnetic field, changing the inductance of the printed inductance coils of the inductive sensor assembly 17 located under the screen. Moreover, the closer the inductance coil of the sensor assembly is to the oscillatory circuit of the stylus, the greater the change in its inductance.

При касании передней частью 6 наконечника 5 стилуса 1 защитного стекла 2 устройства ввода и отображения информации происходит нажатие на наконечник 5, который механически (толкательным движением вдоль продольной оси) воздействует на подвижную часть 11 ферритового сердечника катушки индуктивности 10, сокращая тем самым расстояние между подвижной 11 и неподвижной 12 частями ферритового сердечника катушки индуктивности 10 и изменяя частоту индуктивности колебательного контура и модулируя электромагнитное поле необходимой частоты.When the front part 6 touches the tip 5 of the stylus 1 of the protective glass 2 of the input and display device, the tip 5 is pressed, which mechanically (by pushing along the longitudinal axis) acts on the movable part 11 of the ferrite core of the inductor 10, thereby reducing the distance between the movable 11 and fixed 12 parts of the ferrite core of the inductor 10 and changing the frequency of the inductance of the oscillatory circuit and modulating the electromagnetic field of the required frequency.

В другом варианте подвижная часть 11 ферритового сердечника катушки индуктивности 10 изолирована от окружающей среды оболочкой 15, например, из эпоксидной смолы или пластика. При этом при касании передней части 6 наконечника 5 стилуса 1 защитного стекла 2 устройства ввода и отображения информации 3 происходит нажатие на наконечник 5, который через указанную оболочку подвижной части ферритового сердечника катушки индуктивности воздействует на подвижную часть 11 ферритового сердечника катушки индуктивности 10, сокращая тем самым расстояние между подвижной 11 и неподвижной 12 частями ферритового сердечника катушки индуктивности 10 и изменяя частоту индуктивности колебательного контура и модулируя электромагнитное поле необходимой частоты.In another embodiment, the movable part 11 of the ferrite core of the inductor 10 is isolated from the environment by a sheath 15, for example, made of epoxy resin or plastic. In this case, when touching the front part 6 of the tip 5 of the stylus 1 of the protective glass 2 of the input and display device 3, the tip 5 is pressed, which, through the specified shell of the movable part of the ferrite core of the inductor, acts on the movable part 11 of the ferrite core of the inductor 10, thereby reducing the distance between the movable 11 and the fixed 12 parts of the ferrite core of the inductor 10 and by changing the frequency of the inductance of the oscillatory circuit and modulating the electromagnetic field of the required frequency.

Микроконтроллер устройства ввода и отображения информации фиксирует параметры катушек индуктивности и вычисляет положение стилуса. Стилус не имеет собственного источника питания, однако сигнал, излучаемый сенсорной панелью на основе электромагнитного резонанса, содержащей индуктивный сенсорный узел, используется для питания стилуса, который, в свою очередь, посылает ответный сигнал, являющийся не просто отражением исходного, а заново сформированным, который, как правило, несет дополнительную информацию, идентифицирующую конкретный стилус, а также данные о силе нажатия, месте положения стилуса и другие параметры, необходимые для создания на экране изображения высокого качества.The microcontroller of the information input and display device fixes the parameters of the inductors and calculates the position of the stylus. The stylus does not have its own power supply, however, the signal emitted by an electromagnetic resonance touchpad containing an inductive touch assembly is used to power the stylus, which in turn sends out a response that is not just a reflection of the original, but a newly generated one that, as a rule, carries additional information identifying a particular stylus, as well as data on the pressing force, the location of the stylus, and other parameters necessary to create a high-quality image on the screen.

Обработанный сигнал стилуса преобразуется в координаты и передается на экран устройства, сконфигурированный таким образом, чтобы отображать эти координаты в виде точек на экране, соответствующие положению стилуса, и, таким образом, формировать изображение, которое может наблюдать пользователь через защитное стекло устройства.The processed stylus signal is converted into coordinates and transmitted to the screen of the device, configured to display these coordinates as dots on the screen corresponding to the position of the stylus, and thus form an image that can be viewed by the user through the protective glass of the device.

Выполненный согласно любому из указанных вариантов исполнения стилус согласно настоящему изобретению является надежно защищенным и может использоваться под водой без риска повреждения, сохраняя при этом полную функциональность, присущую такому средству как электромагнитному перу, при взаимодействии с сенсорной панелью на основе электромагнитного резонанса, включая обеспечение различной степени чувствительности пера.In any of these embodiments, the stylus of the present invention is highly secure and can be used underwater without risk of damage, while retaining the full functionality of an electromagnetic pen tool when interacting with an electromagnetic resonance based touchpad, including providing varying degrees of pen sensitivity.

Предлагаемое устройство ввода данных для устройства ввода и отображения информации под водой - беспроводной стилус может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения.The proposed data input device for the device for input and display of information under water - a wireless stylus can be implemented by a specialist in practice and, when implemented, ensures the implementation of the stated purpose.

В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец устройства - беспроводной стилус согласно настоящему изобретению. В качестве устройства ввода и отображения информации был выбран смартфон модели Samsung Galaxy Note 10 lite, помещенный в водонепроницаемый корпус, содержащий защитное стекло для доступа пользователя к экрану.In accordance with the proposed invention, a prototype device was made - a wireless stylus according to the present invention. A smartphone of the Samsung Galaxy Note 10 lite model was chosen as an input and display device, placed in a waterproof case containing a protective glass for user access to the screen.

При проведении испытаний проводилась проверкаDuring the tests, a check was made

работоспособности ввода информации на поверхности и под водой. Оператор включил устройство при помощи беспроводного стилуса, в котором размещен магнит, путем его приложения к специальному обозначенному на корпусе месту. Далее, после загрузки операционной системы оператор поочередно осуществлял запуск приложений рабочего стола (основного экрана), а также отдельных пунктов меню настроек. Все действия осуществлялись исключительно при помощи стилуса, изготовленного согласно настоящему изобретению. Данное испытание показало эффективнуюperformance of information input on the surface and under water. The operator turned on the device using a wireless stylus in which a magnet is placed, by applying it to a special place indicated on the body. Further, after loading the operating system, the operator alternately launched desktop applications (main screen), as well as individual settings menu items. All actions were carried out exclusively with the help of a stylus made according to the present invention. This test showed effective

работоспособность стилуса, а также высочайшую точность определения местоположения электромагнитного стилуса и ввода данных - было возможно активировать самые мелкие значки, а также рисовать, делать записи, сохранять в память и выводить на экран из памяти необходимую информацию.the performance of the stylus, as well as the highest accuracy in determining the location of the electromagnetic stylus and data entry - it was possible to activate the smallest icons, as well as draw, make notes, save to memory and display the necessary information from memory.

Подводные испытания проводились на глубине до 40 метров при температуре воды+2 8 градусов. При данных условиях устройство полностью функционировало на протяжении всего цикла испытаний, состоящих из 10 погружений, длительностью 45-60 минут каждое.Underwater tests were carried out at a depth of up to 40 meters at a water temperature of +2 8 degrees. Under these conditions, the device was fully functional throughout the entire test cycle, consisting of 10 dives, lasting 45-60 minutes each.

Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача по созданию беспроводного стилуса, который работает под водой и позволяет вводить информацию в устройство с высокой степенью точности.Thus, this invention has achieved the goal of creating a wireless stylus that works under water and allows you to enter information into the device with a high degree of accuracy.

Заявленный беспроводной стилус для устройства ввода и отображения информации под водой может использоваться как дайверами любителями, так и коммерческими дайверами, подводными археологами и другими исследователями, подводными службами и ремонтными и строительными бригадами (например, нефтяных платформ, дамб и пр.), а также операторами подводных беспилотных аппаратов (дронов) и пользователями систем подводной навигации.The claimed wireless stylus for inputting and displaying information under water can be used by both recreational divers and commercial divers, underwater archaeologists and other researchers, underwater services and repair and construction teams (for example, oil platforms, dams, etc.), as well as operators underwater unmanned vehicles (drones) and users of underwater navigation systems.

Claims

1. A wireless stylus for an environmentally isolated input and display device based on electromagnetic resonance, comprising a housing having a front housing and a rear housing, a hole in the front of the housing, located in the front of the housing, a tip placed with the possibility of passing through the hole and with the possibility of moving the tip along the axis of the body, having a front part of the tip protruding from the hole outside the body for contact with the protective glass of the device, and a back part of the tip, an oscillatory circuit located in the rear part of the body, tuned to resonance with the inductive sensor assembly of the input device, and information display and containing at least a capacitor, a resistor and an inductor with a ferrite core divided into two parts, one of which is fixed, and the second is located with the ability to move along the body axis relative to the first part of the core and with the possibility of interacting with the rear part of the tip under mechanical action on the front part of the tip to transfer the mechanical action from the tip to the moving part of the ferrite core of the inductor with relative movement of the moving part of the core relative to the fixed part to change the resonant frequency of the oscillatory circuit, characterized in that the capacitor and resistor are isolated from the environment, and the winding of the inductor is made in the form of an insulated wire.

2. The wireless stylus according to claim 1, in which the movable part of the inductor is placed in the tip.

3. A wireless stylus for an environmentally isolated input and display device based on electromagnetic resonance, comprising a housing having a front part of the housing and a rear part of the housing, an opening in the front part of the housing, a tip located in the front part of the housing, placed with the possibility of passing through the hole and with the possibility of moving the tip along the axis of the body, having a front part of the tip protruding from the hole outside the body for contact with the protective glass of the device, and a back part of the tip, an oscillatory circuit located in the rear part of the body, tuned to resonance with the inductive sensor assembly of the input device, and information display and containing at least a capacitor, a resistor and an inductor with a ferrite core divided into two parts, one of which is fixed, and the second is located with the ability to move along the body axis relative to the first part of the core and with the possibility of interacting with the rear part of the tip under mechanical action on the front part of the tip to transfer the mechanical action from the tip to the moving part of the ferrite core of the inductor with relative movement of the moving part of the core relative to the fixed part to change the resonant frequency of the oscillatory circuit, characterized in that the capacitor, resistor and the moving part of the ferrite core of the inductor is isolated from the environment.

4. The wireless stylus according to claim 2, wherein the movable part of the inductor is placed in the tip.