оптический джойстик

Формула изобретения

1. Оптический джойстик, содержащий корпус, подвижную деталь с двумя или более степенями свободы, имеющую первую концевую часть, перемещаемую пользователем, и вторую концевую часть, подвижно соединенную с базовой частью корпуса деталями подвижного соединения, один или более источников излучения, многоэлементный фотодетектор со схемами обработки сигналов, оптически и механически связанные друг с другом таким образом, что на многоэлементном фотодетекторе формируются освещенные источниками излучения области, местоположение которых и соответственно сигналы многоэлементного фотодетектора однозначно соответствуют положению подвижной детали, отличающийся тем, что источники излучения и многоэлементный фотодетектор расположены неподвижно в базовой части корпуса и оптически связаны друг с другом через зеркало или систему зеркал, расположенных на подвижной детали, одна или более деталей подвижного соединения выполнены упругими, возвращающими подвижную деталь в начальное положение, при этом детали подвижного соединения обеспечивают фиксацию второй концевой части подвижной детали таким образом, чтобы местоположение ее центров вращения для каждого заданного направления отклонения от начального положения оставались неизменными и располагались на линии, обеспечивающей отличие от расстояний до точек ее соединения с упругими деталями на заданных направлениях от аналогичных расстояний на остальных направлениях на величины, необходимые для получения разницы в тактильных ощущениях.

2. Оптический джойстик по п.1, отличающийся тем, что линия центров вращения подвижной детали образует квадрат с закругленными углами и сторонами, перпендикулярными заданным направлениям отклонения, а точки соединения подвижной детали с упругими деталями, возвращающими ее в начальное положение, расположены симметрично вокруг ее продольной оси.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к технике ввода информации в компьютер и может быть использовано в компьютерных устройствах ввода, в тренажерах, игровых автоматах и т.п. Известны оптические джойстики, описанные в патенте США №5,694,153 "Входное устройство для ввода многомерных координатных позиций в компьютер" и в патенте Великобритании №2,334,573 "Оптический джойстик".

В этих патентах описываются оптические джойстики, содержащие корпус, подвижную деталь, источники излучения и интегральную схему (далее ИС) фотодетекторов со схемами обработки сигналов.

Наиболее близким к заявленному изобретению является патент США №5,694,153 "Входное устройство для ввода многомерных координатных позиций в компьютер", в котором описан оптический джойстик, содержащий корпус, подвижную деталь с двумя или более степенями свободы, имеющую первую концевую часть, перемещаемую пользователем, и вторую концевую часть, подвижно соединенную с базовой частью корпуса деталями подвижного соединения, один или более источников излучения, ИС многоэлементного фотодетектора со схемами обработки сигналов, оптически и механически связанные друг с другом таким образом, что на многоэлементном фотоприемнике формируются освещенные источниками излучения области, местоположение которых, и соответственно сигналы ИС фотодетектора, однозначно соответствуют положению подвижной детали.

Однако известные джойстики имеют недостатки: их срок службы не достаточно велик из-за того, что источники излучения (или ИС фотодетекторов) расположены на подвижной детали и, следовательно, нуждаются в дорогостоящих и недостаточно надежных гибких электрических соединениях с корпусной частью электрической схемы. Неудобство доставляет также отсутствие самовозврата подвижной детали в нулевое положение и тактильного ощущения выбранных (например, осевых) направлений при ее перемещении.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение срока службы джойстика и улучшение удобства пользования им.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем корпус, подвижную деталь с двумя или более степенями свободы, имеющую первую концевую часть, перемещаемую пользователем, и вторую концевую часть, подвижно соединенную с базовой частью корпуса деталями подвижного соединения, один или более источников излучения, ИС многоэлементного фотодетектора со схемами обработки сигналов, оптически и механически связанные друг с другом таким образом, что на многоэлементном фотоприемнике формируются освещенные источниками излучения области, местоположение которых, и соответственно сигналы ИС фотодетектора, однозначно соответствуют положению подвижной детали, предложено:

- источники излучения и фотодетектор расположить неподвижно в базовой части корпуса и оптически связать друг с другом через зеркало или систему зеркал, расположенных на подвижной детали,

- одну или более деталей подвижного соединения выполнить упругими, возвращающими подвижную деталь в начальное положение, деталям подвижного соединения базовой части корпуса и подвижной детали придать формы, образующие центры вращения подвижной детали для каждого направления ее отклонения и обеспечивающие их фиксацию.

Дополнительно, для получения зависимости усилия при наклоне подвижной детали от направления ее наклона, предложено деталям подвижного соединения базовой части корпуса и подвижной детали придать такие формы, чтобы расстояния между центрами вращения подвижной детали и точками ее соединения с упругими деталями на выделенных направлениях ее наклонов отличались от аналогичных расстояний на остальных направлениях на величины, необходимые для получения разницы в тактильных ощущениях.

Дополнительно, для минимизации усилий отклонения подвижной детали по двум взаимно перпендикулярным осям с целью их тактильного ощущения, предложено деталям подвижного соединения базовой части корпуса и подвижной детали придать такие формы, чтобы контур, составленный из центров вращения подвижной детали при ее отклонениях от начального положения, образовал квадрат с закругленными углами, стороны которого перпендикулярны выделенным осевым направлениям, а точки соединения подвижной детали с упругими деталями, возвращающими ее в начальное положение, были расположены вокруг ее продольной оси.

Указанный выше технический результат достигается совокупностью перечисленных выше новых признаков изобретения.

Повышение срока службы джойстика достигается за счет помещения всех его электрических компонентов на одной плоскости на электромонтажном участке базовой части неподвижного корпуса. Ненадежные и дорогостоящие электрические соединения с подвижной деталью при этом устраняются.

Для удобства пользования джойстиком детали подвижного соединения имеют формы, способствующие занятию подвижной деталью в свободном состоянии однозначного начального положения под действием пружинящих элементов, образующие центры вращения подвижной детали для каждого направления ее отклонения и обеспечивающие их фиксацию таким образом, чтобы расстояния между центрами вращения подвижной детали и точками ее соединения с упругими деталями на выделенных направлениях наклонов отличались от аналогичных расстояний на остальных направлениях на величины, необходимые для получения разницы в тактильных ощущениях.

Дополнительно, для минимизации усилий отклонения подвижной детали по двум взаимоперпендикулярным осям, способствующей их тактильному ощущению, детали подвижного соединения базовой части корпуса и подвижной детали имеют такие формы, чтобы контур, составленный из центров вращения подвижной детали при ее отклонениях от начального положения, образовал квадрат с закругленными углами, стороны которого перпендикулярны выделенным осевым направлениям, а точки соединения подвижной детали с упругими деталями, возвращающими ее в начальное положение, были расположены вокруг ее продольной оси.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих заявляемое изобретение.

Фиг.1 показывает в разрезе пример реализации конструкции предлагаемого оптического джойстика.

Фиг.2 иллюстрирует подвижную деталь со стороны концевой ее части, удерживаемой в базовой части корпуса.

Оптический джойстик содержит корпус 1, подвижную деталь 2 с двумя степенями свободы, имеющую первую 3 свободную концевую часть, перемещаемую пользователем, и вторую 4 концевую часть, подвижно соединенную с базовой 5 частью корпуса 1 деталями подвижного соединения 6, 7, источник излучения 8, ИС многоэлементного фотодетектора 9 со схемами обработки сигналов, оптически и механически связанные друг с другом таким образом, что на многоэлементном фотодетекторе 9 формируется освещенная источником излучения область, местоположение которой, и соответственно сигналы ИС фотодетектора 9, однозначно соответствуют положению подвижной детали 2, причем источники излучения 8 и ИС фотодетектора 9 расположены на одной плоскости на электромонтажном участке базовой части 5 корпуса 1. Устройство также включает диафрагму 10, через которую излучение от источника излучения 8, отражаясь от зеркала 11, попадает на многоэлементный фотодетектор 9. Подвижная деталь 2 в области второй концевой части 4 поддерживается в корпусе 1 упругой деталью 12, прижимающей поверхность подвижной детали 2 в ее начальном положении к поверхности базовой части 5 корпуса 1. Формы деталей подвижного соединения обеспечивают фиксацию второй концевой части подвижной детали, таким образом, чтобы местоположения ее центров 13 вращения для каждого заданного направления отклонения от начального положения оставались неизменными и располагались на линии квадрата с закругленными углами с перпендикулярными выделенным осям сторонами. При этом расстояния между центрами вращения 13 подвижной детали 2 и точками соединения 14 подвижной детали 2 с упругой деталью 12, возвращающей ее в начальное положение, на выделенных направлениях ее наклонов минимальны и отличаются от аналогичных расстояний на остальных направлениях на величины, необходимые для получения разницы в тактильных ощущениях, а точки соединения 14 подвижной детали 2 с упругой деталью 12 расположены вокруг ее продольной оси.

Оптический джойстик работает следующим образом.

Излучение источника излучения 8 отражается от зеркала 11 и, через диафрагму 10, попадает на многоэлементный фотодетектор 9 в виде светового пятна. Координаты центра пятна однозначно соответствуют положению подвижной детали 2. В начальном свободном положении она своей деталью подвижного соединения 6 прижимается упругой деталью 12 к детали подвижного соединения 7 базовой части 5 корпуса 1 и таким образом через зеркало 11 и диафрагму 10 задает начальные координаты светового пятна. При отклонении подвижной детали 2 отклоняется и зеркало 11, меняется угол падения лучей, и световое пятно от диафрагмы 10 смещается. Однозначное соответствие координат светового пятна углам отклонения подвижной детали 2 достигается за счет того, что детали подвижного соединения 6 и 7 под действием упругой детали 12 фиксируют вторую концевую часть подвижной детали 2, таким образом, чтобы местоположения ее центров вращения 13 для каждого заданного направления отклонения от начального положения оставались неизменными и неподвижными. Перемещение подвижной детали происходит вокруг центров вращения 13 под действием приложенных к ней моментов сил, а именно - усилия пользователя и упругих сил. Она перестает поворачиваться при балансе этих моментов. Чем больше усилие пользователя, тем дальше отклоняется подвижная деталь 2, вызывая увеличение упругих сил. Таким образом, баланс моментов достигается при новом положении подвижной детали. Так как центры вращения 13 расположены на контуре в форме квадрата с закругленными углами, т.е. на разных расстояниях от точек ее соединения 14 с упругой деталью 12, то моменты упругих сил зависят от направления наклона подвижной детали 2. Моменты минимальны в осевых направлениях (где вектор-радиусы моментов минимальны), отличаются на остальных и максимальны в диагональных направлениях, что дает тактильное ощущение этих направлений.

Преимущество предложенной конструкции состоит в том, что она обеспечивает поддающуюся автоматизации технологичность изготовления и сборки ее компонентов, а следовательно, дешевизну и надежность, а также удобство пользования.

Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает дальнейшее возможное совершенствование специалистами, и не содержит каких-либо ограничений в части реализации. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.