Устройство для ввода и управления- клавиатура

УСТРОЙСТВО  ДЛЯ ВВОДА И  УПРАВЛЕНИЯ - КЛАВИАТУРА  

Реферат 
 
1. Объект изобретения: устройство для ввода и управления - клавиатура. 
 
2. Область применения: вычислительная техника, мобильные компьютеры, смартфоны, пульты управления, карманные игровые приставки. 
 
3. Суть изобретения: клавиатура содержит как минимум одну клавишу 2, располагающей как минимум одной рабочей поверхностью 25, к которой прикасается пользователь. Клавиша 2 взаимодействует с датчиком нажатия 3,  подключенным к ЭВМ и ее операционной системе, определяющей факты нажатия и отпускания клавиши 2. Клавиша 2 взаимодействует с упругим элементом 4, возвращающим клавишу 2 и датчик 3 после ее отпускания в исходное положение. В клавиатуру дополнительно встроены взаимодействующие между собой при помощи ЭВМ: датчик нажатия 8, имеющий собственный скан-код закрепленный за определенной частью рабочей поверхности 25 клавиши 2, устройство визуального вывода 5, с возможностью формирования различных изображений на рабочей поверхности 25 в той части, к которой прикасается и на которую нажимает пользователь, и сканирующее координатное устройство ввода 6, с возможностью сканирования положения и движения  материальных тел относительно рабочей поверхности 25 клавиши 2 и изображений на этой поверхности 25, смоделированных на встроенном устройстве 5, в точках контакта материальных тел и рабочей поверхности 25 клавиши 2. 
 
4. Технический результат: обеспечение увеличения количества одновременно предаваемых сообщений для  ЭВМ, относящихся к различным виртуальным объектам, сформированным на рабочей поверхности клавиши, и ускорение общения оператора с ЭВМ при помощи как минимум двух пальцев руки оператора, работающих на этой рабочей поверхности клавиши одновременно.  

Описание  изобретения  

Изобретение относится  к вычислительной технике и технологиям  управления и ввода информации, и  может быть использовано для ввода  информации в мобильных телефонах, смартфонах, карманных компьютерах, ноутбуках, персональных компьютерах, электронно-вычислительных машинах, а  также может быть использовано для  управления электронными и  техническими устройствами любой сложности. 
 
Известны устройства ввода - сенсорные дисплеи, выполненные по технологии TouchTek, содержат устройство визуального вывода -  дисплей, связанный с электронно-вычислительной машиной,  поверхность которого покрыта прозрачным слоем резистивной матрицы, каждый датчик которой последовательно подключен к электронно-вычислительной машине через электронный контроллер с возможностью определять координаты точек прикосновения к поверхности этой матрицы.  

Известны также  устройства ввода – сенсорные  дисплеи, выполненные по технологии ClearTek, которые содержат устройство визуального вывода -  дисплей, связанный с электронно-вычислительной машиной, поверхность которого покрыта прозрачным слоем емкостной матрицы, каждый емкостной датчик которой последовательно подключен к электронно-вычислительной машине через электронный контроллер с возможностью определять координаты точек прикосновения к поверхности этой матрицы. 
 
Известно также  чувствительное устройство индикации, содержащее сканируемый дисплей, связанный с электронно-вычислительной машиной, перед которым расположена пластина из прозрачного материала и детектор, расположенный у боковой кромки пластины, подключенный к электронно-вычислительной машине через электронный контроллер с возможностью определения координат точек контакта прозрачной пластины и рассеивающего элемента (см. заявку Франции № 2554261, МПК G06K 11/06, опубл. 03.05.1985г.). 
 
Недостатками вышеуказанных известных устройств являются низкие эргономические характеристики, а именно неудобство в эксплуатации и ограниченные возможности пользователя в плане недостаточного объема передаваемых команд для ЭВМ, а также низкая скорость общения оператора с ЭВМ. 
 
При использовании сенсорных дисплеев, выполненных по технологии TouchTek или ClearTek, для ввода информации в смартфонах,  мобильных телефонах, карманных компьютерах и диалоговых киосках на дисплее моделируют различные клавиатуры, панели управления и диалоговые окна, затем для ввода информации, соответствующей каждому отображенному на дисплее объекту, касаются поверхности дисплея в области, соответствующей выбранному объекту, при этом сопротивление матрицы, нанесенной на поверхность дисплея  в области прикосновения изменяется, и контролер ввода обрабатывает эту информацию, посылая операционной системе электронно-вычислительной машины информацию о нажатии в области с координатами, соответствующими положению выбранного объекта на дисплее. При этом вводят информацию, соответствующую выбранному объекту. Пользователь при помощи сенсорного дисплея может передавать ЭВМ только три основных однозначно понимаемых ЭВМ и самим оператором сообщения, относящихся к каждому соответствующему графическому изображению, смоделированных в области визуального графического интерфейса:

• первое сообщение – прикосновение к рабочей поверхности сенсорного дисплея в области с координатами, соответствующими изображению определенного символа,  действия, или какого-либо виртуального объекта;
• второе сообщение – боковое движение касания и остановка этого действия на этой рабочей поверхности в областях графического интерфейса с соответствующими координатами;
• третье сообщение - отпускание этой рабочей поверхности в области с  координатами соответствующими изображению определенного символа, действия, или какого либо виртуального объекта.

При этом определение  при помощи сенсорного дисплея увеличения пятна контакта, например пальца оператора, на  рабочей поверхности сенсорного дисплея в результате увеличения силы прикосновения как дополнительного сообщения – нажатия, неприемлемо, так как у каждого оператора собственные анатомические особенности строения пальцев, отличные от других операторов, определяющие различную величину пятна контакта пальца с рабочей поверхностью при одинаковых усилиях прикосновения, в результате чего невозможно ЭВМ и самому оператору четко и однозначно определить момент перехода от одного сообщения – прикосновения к следующему сообщению – нажатию. Наряду с этим даже простое изменение положения пальца оператора на рабочей поверхности сенсорного дисплея без изменения силы прикосновения может привести как увеличению, так и к уменьшению пятна контакта, в результате чего так же  невозможно ЭВМ и самому оператору четко и однозначно определить момент перехода от одного сообщения – прикосновения к следующему сообщению – нажатию. Тем более при помощи сенсорного дисплея невозможно передать ЭВМ кроме  бокового движения касания,  следующее сообщение – боковое движение нажатия, так как пятно контакта поверхности пальца с рабочей поверхностью сенсорного дисплея в процессе бокового движения нажатия многократно меняется и не дает четкого однозначного понимания ЭВМ и оператору, в какой момент происходит переход от бокового движения нажатия к боковому движению касания и наоборот. 
 
Также при использовании сенсорных дисплеев в мобильных устройствах и устройствах, имеющих небольшие размеры, для ввода информации при помощи только пальцев рук пользователя необходимо моделировать на экране объекты достаточно больших размеров и с определенным, достаточно большим для мобильных устройств, расстоянием между этими объектами, для того чтобы можно было точно определить область прикосновения пальца к дисплею. Таким образом, в известных устройствах невозможно в мобильных условиях ввести при помощи только пальцев рук или одной руки текстовую информацию с помощью виртуальной текстовой клавиатуры, отображенной на этом дисплее в режиме один символ – одно касание, так как виртуальные клавиши этой клавиатуры имеют маленькие размеры, а также невозможно работать при помощи одной руки или только пальцев рук с маленькими объектами, отображенными на этом дисплее.  В связи с этим, в мобильных устройствах, оснащенных сенсорными дисплеями, для работы с маленькими объектами, и при выполнении действий, аналогичных действиям «мышью» компьютера, используют дополнительно специальное перо – стилус, которым прикасаются к поверхности матрицы, нанесенной на дисплей в точках, соответствующих различным объектам, отображенным на экране. Таким образом, с помощью стилуса и сенсорного дисплея производят ввод информации. При этом в мобильных условиях для ввода информации необходимо использовать две руки, в одной удерживать устройство, в другой – стилус, что затрудняет ввод информации в условиях движения в транспортном средстве (в частности, при тряске и качке). 
 
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства,  выбранным в качестве прототипа, является устройство для ввода и управления - клавиатура, которая содержит, как минимум одну клавишу, располагающую как минимум одной  рабочей поверхностью, к которой прикасается и на которую нажимает пользователь, которая связана с одним датчиком нажатия, обеспеченным возможностью при нажатии на рабочую поверхность клавиши изменять состояние электрической или оптической цепи, к которой датчик нажатия  подключен, клавиша также связана по меньшей мере с одним  упругим элементом для возврата клавиши и подключенного к ней датчика нажатия после отпускания ее пользователем в исходное положение, при этом  датчик нажатия, взаимодействующий с клавишей, связан с электронно-вычислительной машиной и ее операционной системой с возможностью определять факты нажатия и отпускания клавиши (см. «Иллюстрированная энциклопедия компьютерного железа» Павел Ломакин, Даниэль Шрейн, М.,  Майор, «Издатель Осипенко А.И.», 2002г., с. 224, 229). 
 
Недостатками известного устройства – сенсорной панели,  выбранного в качестве прототипа, являются низкие эргономические характеристики, а именно, неудобство в эксплуатации и ограниченные возможности пользователя в плане недостаточного объема передаваемых команд для ЭВМ. Пользователь может посылать только два сообщения – нажатие и отпускание, относящиеся к одному неизменному символу или действию, закрепленному за соответствующей клавишей. Сигналом для ввода информации, соответствующей определенному символу или действию, служит факт нажатия и отпускания клавиши, закрепленной за этим символом или действием, в следующем режиме: один символ или одно действие – одно нажатие и отпускание. В указанном устройстве каждой клавише соответствует один закрепленный за ней вводимый символ или действие, что требует наличия такого количества клавиш, как это принято в стандартной клавиатуре, что затрудняет размещение таких клавиатур в мобильных устройствах. При этом каждая клавиша несет неизменяемые символы, которыми промаркирована ее поверхность для визуального распознавания. В тех случаях, когда ограниченному количеству клавиш присваивают множество функций, для введения одного символа на клавишу необходимо совершить несколько нажатий, что неудобно для пользователя. 
 
Также известное устройство не может работать как манипулятор, при помощи которого управляют курсором «мыши» или как дигитайзер, при помощи которого вводят графическую информацию. Недостатком сенсорных дисплеев является невозможность при помощи пальцев или стилуса управлять на сенсорном дисплее игровым процессом во множестве  компьютерных игр, при этом для управления играми  возможности кнопок и управляющего джойстика мобильных устройств весьма ограничены. 
 
 При помощи известного устройства  невозможно передавать одновременно, по крайней мере, четыре или более сообщений для ЭВМ, которые относятся к различным виртуальным объектам при помощи, по меньшей мере, двух или более пальцев оператора, что существенно снижает скорость общения оператора с ЭВМ. 
 
В основу изобретения поставлена задача создания устройства для ввода и управления - клавиатуры, используемого в качестве универсального портативного устройства ввода, обладающего улучшенными эргономическими характеристиками, а именно удобством в эксплуатации и расширенными возможностями пользователя в плане увеличения скорости и объема передаваемых команд для ЭВМ. 
 
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для ввода и управления - клавиатуре, содержащей, как минимум одну клавишу, располагающую как минимум одной  рабочей поверхностью, к которой прикасается и на которую нажимает пользователь, которая связана с одним датчиком нажатия, обеспеченным возможностью при нажатии на рабочую поверхность клавиши изменять состояние электрической или оптической цепи, к которой датчик нажатия  подключен, клавиша также связана по меньшей мере с одним  упругим элементом для возврата клавиши и подключенного к ней датчика нажатия после отпускания ее пользователем в исходное положение, при этом  датчик нажатия, взаимодействующий с клавишей, связан с электронно-вычислительной машиной и ее операционной системой, обеспеченной возможностью определять факты нажатия и отпускания клавиши, согласно изобретению, к клавише подключен как минимум один дополнительный датчик нажатия, закодированный собственным идентифицирующим скан-кодом, с возможностью передачи электронно-вычислительной машине и ее операционной системе скан-кода, идентифицирующего данный дополнительный датчик нажатия, при этом упругий элемент или множество упругих элементов  подключены к клавише, с возможностью при нажатии на рабочую поверхность клавиши в любой ее части и последующем ее отпускании, возврата задействованного при нажатии дополнительного датчика и клавиши в исходное положение, в клавиатуру дополнительно встроено как минимум одно устройство визуального вывода для формирования визуального графического интерфейса по меньшей мере на одной рабочей поверхности клавиши, также клавиатура снабжена по меньшей мере одним сканирующим координатным устройством ввода для обеспечения сканирования и определения положения точек контакта материальных тел, управляемых пользователем, относительно рабочей поверхности клавиши и относительно визуального графического интерфейса, сформированного на рабочей поверхности клавиши, при этом сканирующее координатное устройство и устройство визуального вывода, подключены к электронно-вычислительной машине и ее операционной системе, с которой связаны соответствующие данной клавише и взаимодействующие с ней дополнительные датчики нажатия. 
 
Указанное выполнение устройства для ввода и управления - клавиатуры, обеспечивает возможность одновременно при помощи нескольких пальцев рук оператора (пользователя) посылать ЭВМ дополнительные сообщения путем касания, нажатия, бокового движения касания, бокового движения нажатия, прерывания нажатия с сохранением прикосновения, в области различных графических изображений, сформированных на рабочей поверхности клавиши и относящихся к каждому соответствующему графическому изображению, сформированному на рабочей поверхности клавиши, в результате чего увеличивается скорость и информативность общения оператора с электронно-вычислительной машиной. То есть, обеспечивается возможность одновременно при помощи нескольких пальцев рук оператора (пользователя) без применения дополнительных приспособлений передавать применительно к каждому графическому изображению, сформированному на рабочей поверхности клавиши дополнительно к трем однозначно определяемым ЭВМ и оператором сообщениям – прикосновению к рабочей поверхности клавиши, боковому движению касания на рабочей поверхности клавиши, отпусканию рабочей поверхности клавиши как в известных устройствах – сенсорных дисплеях, как минимум еще три дополнительных однозначно определяемых ЭВМ и пользователем сообщения - нажатие на рабочей поверхности клавиши, боковое движение нажатия на рабочей поверхности клавиши, прерывание нажатия с сохранением прикосновения к рабочей поверхности клавиши,  в тех  областях рабочей поверхности, клавиатуры, координаты которых соответствуют и закреплены за этими графическими изображениями. В результате чего, обеспечивается возможность пользователю передавать большее количество сообщений относящихся к каждому конкретному графическому изображению, отображаемому на рабочей поверхности клавиш практически одним последовательным  движением пальца, что обеспечивает создание эффективного универсального портативного устройства ввода, и при этом увеличивается скорость общения пользователя с ЭВМ. 
 
Также обеспечивается возможность при помощи, по крайней мере, двух пальцев оператора передавать для ЭВМ как минимум четыре различных однозначно определяемых оператором и ЭВМ сообщения,  одновременно относящиеся при этом разным виртуальным объектам, сформированным с помощью устройства визуального вывода на рабочей поверхности клавиши, в результате чего увеличивается скорость общения оператора с ЭВМ. Данная возможность заявленного устройства незаменима при использовании его в качестве игрового манипулятора. 
 
Предлагаемое устройство позволяет оператору при помощи, по крайней мере, двух пальцев одновременно передавать ЭВМ и ее операционной системе дополнительные сообщения, которые принадлежат графическим изображениям, сформированным  в области визуального графического интерфейса на рабочей поверхности клавиши, отображаемым на дополнительно встроенном устройстве визуального вывода в соответствии с касаниями, нажатиями, боковым движениями касания, боковыми движениями нажатия, прерыванием касания, прерыванием нажатия на этой рабочей поверхности клавиши в тех местах рабочей поверхности клавиши,  координаты которых соответствуют и закреплены за этими графическими изображениями, за счет сочетания и взаимодействия  в одном устройстве клавиши обеспеченной, по крайней мере, двумя датчиками нажатия, каждый из которых обеспечен собственным ск�