УНИВЕРСАЛЬНОЕ ПЕРИФЕРИЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Изобретение относится к области обработки цифровых данных с помощью электрических устройств и к области распознавания, представления и воспроизведения данных и манипулирования носителями информации, в частности, к конструкциям вводных устройств для взаимодействия пользователя с компьютером, к конструкциям указательных устройств, перемещаемых или устанавливаемых пользователем (2D-"мышам", трэкболам, световым "перьям", прижимным роликам), и аксессуаров для них, а также к конструкциям устройств для получения постоянного визуального представления выходных данных, может быть использовано в производстве периферийных устройств для ПК (персональных компьютеров).

Известна проекционная клавиатура для мобильных устройств компании Elecom ТК - PBL042BK (первый аналог), содержащая в своей конструкции: корпус с размерами 38*29*75 мм, несущий на себе и вмещающий в себя все остальные конструктивные элементы; встроенный аккумулятор, обеспечивающий до двух часов автономной работы и заряжающийся от порта USB; проводной и беспроводной интерфейсы USB и Bluetooth для подключения к персональному компьютеру, мобильному телефону или планшету; встроенный проектор, предположительно лазерный, которому подходит любая твердая плоская поверхность и на которую и проецируются "кнопки" типичного размера с расстоянием 19 мм между центрами; встроенный датчик или видеокамера, отслеживающие движения пальцев пользователя и способные распознавать до 350 "нажатий" на "кнопки" в минуту; встроенный режим виртуальной "мыши", в котором поверхность рабочего стола имитирует тачпэд (http://www.ixbt.com/news/2012/03/13/?show=tape, https://3dnews.ru/626012). Проекционная клавиатура разновидность компьютерной клавиатуры, представляющая собой устройство для оптического проецирования массива "кнопок" на поверхность рабочего стола. Она с помощью видеокамеры и, возможно, инфракрасного излучателя и встроенного микроконтроллера обнаруживает и анализирует движения человеческих пальцев, кистей или обеих рук и интерпретирует их как операции с физически не существующим устройством ввода команд и данных - поверхностью с виртуальными "кнопками". Принцип работы проекционной клавиатуры: 1) лазерный и т.п. проектор проецирует изображение кнопочной "клавиатуры" на твердую ровную горизонтальную поверхность; 2) датчик (датчики) или видеокамера фиксируют движения пальцев, кистей или рук пользователя; 3) циклично вычисляются координаты "нажатий на кнопки", генерируются соответствующие данные и пересылаются тому компьютеру, к которому проекционная клавиатура подключена.

К недостаткам этой проекционной клавиатуры - первого аналога относятся: неподвижный во время работы, хотя и портативный, прямоугольный корпус с достаточно солидными для мобильной техники габаритами; при перемещении с места на место корпус нужно захватывать рукой, что приводит к его неизбежному загрязнению и постепенному износу его поверхностных покрытий, а со временем на нем еще и осаждается пыль, конструктивные особенности и/или специальные аппаратные средства для защиты и/или самоочистки от которой (специальная геометрическая форма, защитное поверхностное покрытие и т.п.) не предусматриваются конструкцией; наличие всего одной пары встроенных проектора и датчика или видеокамеры, отслеживающих движения пальцев пользователя, позволяющей обеспечить функционирование только одной оптической проекции массива "кнопок" на рабочую поверхность, из-за чего данная поверхность используется не так эффективно, как могла бы (в идеале, почти вся поверхность вокруг подобной клавиатуры должна быть занята "кнопочной" проекцией, что обеспечивает большее удобство пользователю из-за более крупных "кнопок", к примеру, и т.д.); отсутствие встроенной функции автоматической "парковки", то есть перемещения клавиатуры в какое-либо хранилище, специализированную нишу в корпусе мобильного устройства и т.п., когда текущий сеанс работы пользователя с ней закончен, и автоматического возвращения обратно на рабочую поверхность, когда сеанс работы с ней начинается вновь; отсутствие встроенных сканера документов и принтера, а наличие лишь "клавиатуры" и режима виртуальной "мыши", что не позволяет использовать данную клавиатуру в качестве универсального периферийного устройства для ПК.

Также известно гибридное печатающее указательное устройство "мышь" (второй аналог), которое содержит: стандартный (захватываемый и передвигаемый всей кистью пользовательской руки) корпус с кнопками и оптическим блоком отслеживания перемещения "мыши" относительно опорной поверхности; печатную плату, установленную внутри корпуса, со всеми электрическими и электронными конструктивными составляющими "мыши", включая чипсет, частью которого является и блок отслеживания перемещения; проводной (USB) и беспроводные (Bluetooth и др.) интерфейсы для подключения к компьютеру; установленный в корпусе принтер, предположительно струйный, имеющий печатающую головку с чернилами и использующийся в ручном режиме ("мышь" передвигается над опорной поверхностью, покрытой бумагой, как кисть), для чего в конструкции предусмотрено считывающее с бумаги "оптические глифы" ("optical glyphs") воспринимающее средство с оптическим сенсором, источником света и соответствующим обработчиком оптически считанных данных. Нанесение изображения на бумагу посредством этой гибридной "мыши" производится с помощью предварительно напечатанных на этой же бумаге "оптических глифов" (точнее, "глифового ложа" - "glyph bed"), кодирующих положение печатающей головки принтера на странице. Кодирующие позицию "оптические глифы" - это оптически считываемые чипсетом "мыши" тэги, уникально идентифицирующие положение на бумаге и могущие также еще кодировать команды управления передвигающейся над ними печатающей головкой. На практике, "оптические глифы" выступают на бумаге как серый фон и не должны мешать процессу распечатки текстов и/или изображений (патент на изобретение США 2004/0109034 А1 "Hybrid printing/pointing device").

К недостаткам этого гибридного печатающего указательного устройства "мышь" - второго аналога относятся: придание его корпусу и двум кнопкам стандартных формы, размеров и устройства с воздействием на них всей кисти руки пользователя, что неизбежно загрязняет их, изнашивает их поверхностные покрытия и вызывает (при продолжительной работе) серьезное утомление кисти руки, а защита и/или самоизбавление от пыли и проч. загрязнений и предохранение от порчи поверхностных покрытий корпуса и кнопок не предусматриваются автором патента; отсутствие встроенных в "мышь" движителей и средства поворота, не позволяющее использовать встроенный принтер в автоматическом режиме (без передвижения пользователем), что, очевидно, совсем не повышает удобства использования; отсутствие "парковки" "мыши" (в чем - либо) и возвращения ее обратно на рабочий участок опорной поверхности, не предоставляющее возможности автоматически высвобождать пространство на рабочем столе пользователя, закрывать к "мыши" доступ посторонних, а также, к примеру, производить автоматическую заправку жидкими чернилами встроенного в "мышь" принтера (точнее, печатающей головки); отсутствие встроенных (аппаратно и/или программно реализованных) клавиатуры и/или сканера документов, из-за чего пользователю этого гибридного печатающего указательного устройства "мышь" придется приобретать данную периферию дополнительно и подключать к ПК самостоятельно.

В качестве прототипа выбрано оптическое незагрязняемое бескнопочное указательное устройство "мышь", имеющее: малогабаритный корпус, бесконтактно располагающийся под кистью руки пользователя, накрывающей его сверху во время работы (что обеспечивает ему незагрязняемость), трехгранной призматической геометрической формы, с оптимально выбранным углом наклона боковых граней относительно горизонтали (что должно приводить к легкому соскальзыванию осаждающейся на него из воздуха пыли), с пыле- и/или грязеотталкивающим поверхностным покрытием и с установленными на/в нем интенсификаторами (ускорителями, улучшителями) процесса его самоочистки (вибраторами, обдувателями и омывателями), роль которых могут выполнять, в том числе, и встроенные движители "мыши" и их приводы; установленную внутри корпуса печатную плату с расположенными на ней внутренними электрическими и электронными компонентами конструкции "мыши", включая и составляющие ее чипсета; встроенные пару эксцентриковых (дебалансных) движителей с их приводами и механизм поворота, полностью располагающихся внутри корпуса и позволяющих "мыши" самостоятельно и бесконтактно перемещаться и/или поворачиваться вслед за движущейся ладонью руки пользователя; датчики наличия/отсутствия опорной поверхности под "мышью", обеспечивающие ей безопасность при всех ее передвижениях; переднюю, две боковые (возможно) и верхнюю видеокамеры, отслеживающие командные движения пальцев накрывающей "мышь" сверху кисти руки пользователя и смещение/поворот его ладони относительно корпуса "мыши" (что и позволяет "мыши" бесконтактно перемещаться и/или поворачиваться вслед за рукой пользователя по/на опорной поверхности); чипсет с микроконтроллером, обеспечивающим как общую работоспособность "мыши", в том числе ее "парковку" (когда сеанс работы с ней завершен), так и выполнение сканирования с помощью нее документов и объединяющем в одном чипе от трех до пяти (возможно) оптических датчиков, которые могут входить в состав блока отслеживания перемещения "мыши" (светодиодного или лазерного), передней, двух боковых (возможно) и верхней видеокамер; проводной (PS/2, например, или USB), имеющий то же поверхностное покрытие, что и корпус "мыши", или же беспроводной (работающий, к примеру, в стандартном 2,4-ГГц-вом радиодиапазоне) интерфейс для подключения к компьютеру, через который (либо от установленных внутри корпуса "мыши" аккумуляторов) осуществляется и электропитание составляющих "мышиной" конструкции (российский патент на изобретение 2601832 "Незагрязняемое бескнопочное указательное устройство "мышь" ").

К недостаткам этой "мыши"-прототипа относятся: отсутствие встроенной проекционной (аппаратно реализованной) клавиатуры для ввода в персональный компьютер небольших объемов управляющих команд и/или текстовых данных (логинов, паролей, электронных писем и т.п.), а наличие (возможное) лишь виртуальной (реализуемой в виде программы) "клавиатуры", что менее удобно для пользователя, а разделение оптической проекции "кнопочного" массива на два или три фрагмента, отображающихся на опорной поверхности, в основном, слева и справа от "мыши" и, немного, сзади нее (возможно), очевидно удобнее из-за хронической недостаточности свободного места на рабочих столах многих пользователей, в особенности позади "мышей" (проекция может просто не уместиться на столе); отсутствие в конструкции "мыши" струйного (или какого-либо другого) принтера, не позволяющее пользователю выводить документы на печать, а также отсутствие приспособления, способного автоматически производить заправку принтера чернилами (и т.п.), когда "мышь" к этому подготовлена (к примеру, располагается в "парковочных" хранилище или нише и т.п.); отсутствие дополнительного приспособления, с помощью которого можно было бы надежно удерживать бумажные листы на опорной поверхности, на которой эксплуатируется "мышь", при заходе "мыши" на листы или сходе ее с листов и перемещении по листам во время выполнения сканирования или распечатки.

Задачей предлагаемого изобретения является: установка на/в корпусе "мыши" проекционной клавиатуры с разделением оптической проекции массива "кнопок" на два или же три независимых фрагмента, отображающихся на опорной поверхности слева и справа от корпуса "мыши" и, возможно, позади него; включение в конструкцию "мыши" струйного принтера, позволяющего распечатывать на бумаге тексты и/или изображения, а также дополнение "мыши" специальным устройством, способным автоматически заправлять ее встроенный струйный принтер чернилами в случае их израсходования, когда "мышь" перемещается в "парковочные" хранилище или нишу; оснащение "мыши" приспособлением для неподвижного прикрепления листов бумаги к опорной поверхности, на которой эксплуатируется "мышь", и их надежного удержания там в то время, когда с помощью "мыши" выполняются процессы сканирования или распечатки.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в оптическом незагрязняемом бескнопочном указательном устройстве "мышь", содержащем: малогабаритный корпус, бесконтактно располагающийся под кистью руки пользователя, накрывающей его сверху во время работы, трех- или же пятигранной призматической геометрической формы, с оптимально выбранным углом наклона его боковых граней относительно горизонтали, с пыле- и/или грязеотталкивающим поверхностным покрытием и с размещенными на/в нем интенсификаторами самоочистки, которыми могут являться, в том числе, и встроенные движители "мыши" и их приводы; печатную плату с расположенными на ней внутренними электрическими и электронными компонентами конструкции, включая и составляющие чипсета "мыши"; пару движителей, их приводов и механизм поворота, позволяющих "мыши" самостоятельно и бесконтактно перемещаться и/или поворачиваться вслед за движущейся ладонью пользователя; датчики наличия/отсутствия опорной поверхности под "мышью", обеспечивающие ей безопасность при всех ее передвижениях; переднюю, две боковые и верхнюю видеокамеры, отслеживающие командные движения пальцев руки пользователя и смещение и/или поворот его ладони руки относительно "мыши", что и позволяет ей бесконтактно перемещаться вслед за рукой пользователя; чипсет с микроконтроллером, обеспечивающим как общую работоспособность "мыши", в том числе ее "парковку", так и выполнение сканирования с помощью нее документов и могущем объединять в одном чипе три - пять оптических датчиков, которые входят в состав блока отслеживания перемещения "мыши", передней, двух боковых (возможно) и верхней видеокамер; проводной или беспроводной интерфейс для подключения к компьютеру, через который может осуществляться также и электропитание составляющих конструкции "мыши", предусмотрены: установка внутри корпуса "мыши" двух или, возможно, трех независимо работающих проекционно отслеживающих систем, отображающих на опорной поверхности слева, справа и, возможно, сзади от "мыши" разделенную на два или, возможно, три независимых фрагмента оптическую проекцию массива виртуальных "кнопок" и фиксирующих командные движения пальцев/рук пользователя, в результате чего он и может вводить команды и данные в персональный компьютер, и состоящих из двух или трех пар проекторов (лазерных, к примеру) и видеокамер, устанавливаемых на боковых (кроме боковых видеокамер) и, возможно, задней сторонах корпуса "мыши"; включение в конструкцию "мыши" струйного принтера, точнее, поскольку "мышь" уже оснащена встроенными движителями и механизмом поворота и отдельный механизм проводки бумаги не требуется, только печатающей головки, имеющей множество тонких сопел для испускания мельчайших капель (струй) жидких чернил на бумагу, покрывающую опорную поверхность под "мышью", и соответствующий резервуар для хранения чернил, а также еще добавление к "мыши" специального устройства, способного автоматически заправлять чернилами ее печатающую головку и/или резервуар (в случае израсходования чернил) тогда, когда "мышь" к этому подготовлена ("запаркована" в хранилище или нише); оснащение "мыши" приспособлением для временного неподвижного прикрепления листов бумаги, которые нужно отсканировать или на которых требуется сделать распечатку, к опорной поверхности, где эксплуатируется "мышь", и их надежного удержания там, пока выполняются сканирование либо распечатка, при помощи создания вакуума под ними, электростатического или магнитного (электромагнитного) притяжения и т.п. Боковые и, возможно (по решению производителя "мыши"), задний проекторы, входящие в состав двух боковых и, возможно, задней проекционно-отслеживающих систем, например лазерные, устанавливаются на боковых и задней сторонах корпуса "мыши" ниже (или же, наоборот, выше) боковых и задней видеокамер, состоят из источников света, систем формирования изображения на опорной поверхности, управляющей электроники и проч. и подключаются к чипсету или микроконтроллеру "мыши" для запитки электроэнергией и осуществления управления. Они отображают на опорной поверхности слева, справа и, возможно, сзади от "мыши" разделенную на два или, возможно, три независимых фрагмента виртуальную компьютерную "клавиатуру", на которой пользователем (при участии боковых и задней видеокамер, разумеется) и производятся "нажатия" проецируемых "кнопок". Для обеспечения работы третьей, задней, (необязательной) проекционно-отслеживающей системы и в отличие от "мыши"-прототипа в предложенном указательном устройстве "мышь" может быть установлена еще одна, задняя, (шестая) видеокамера, которая размещается на заднем торце корпуса "мыши" выше (или, наоборот, ниже) заднего проектора, подключается к ее чипсету или микроконтроллеру и, запитываясь электроэнергией, производит в нужные моменты времени отслеживание командных движений человеческих пальцев/рук при помощи собственного (встроенного) программного обеспечения и/или с помощью программного обеспечения, встроенного в чипсет или микроконтроллер "мыши", интерпретируя затем эти движения как "нажатия" на "кнопки" виртуальной "клавиатуры". Кроме того, предложенное универсальное периферийное устройство для ПК отличается наличием в составе его чипсета микроконтроллера, который, кроме собственно контроллера, обеспечивающего работоспособность "мыши", может объединять в одном чипе пять или шесть оптических датчиков, входящих в состав блока отслеживания перемещения "мыши" относительно опорной поверхности, передней, двух боковых, верхней и задней (возможно) видеокамер и направленных, соответственно, вниз, вперед, влево и вправо, вверх и назад. Разделение оптической проекции массива виртуальных "кнопок" на два или три независимых фрагмента обеспечивает размещение виртуальной компьютерной "клавиатуры", в основном, слева и справа от "мыши" и, немного, позади нее, что технически реализуемо и гораздо удобнее для пользователя, так как выделение для "клавиатуры" места только позади "мыши" в большинстве случаев неосуществимо из-за ограниченности размеров самой опорной поверхности (рабочего стола пользователя и т.п.). Встроенные движители и механизм поворота обеспечивают "мыши" движение во всех направлениях, повороты и развороты на месте, поэтому печатающая головка может быть установлена на/в корпусе "мыши" неподвижно и может передвигаться относительно опорной поверхности совместно с ним, не требуя отдельного механизма проводки бумаги или собственного перемещения. Количество сопел в печатающей головке, испускающих капли (струи) жидких чернил, как и ее конструкция, зависят, разумеется, от производителя "мыши", но чем больше сопел, чем правильнее их форма и расположение в головке, тем выше качество печати. Если "мышь" в течение какого-то времени не используется в качестве принтера, то сопла, если позволяет конструкция корпуса и его внутренностей, следует защищать от высыхания чернил и засорения поглощающей подушкой, что экономит чернила и повышает качество распечаток. Хранение чернил может осуществляться двумя способами. К примеру, печатающая головка может быть выполнена в виде одного целого с чернильным резервуаром, а может использоваться и отдельный резервуар (заменяемый или вновь заправляемый), соединенный с печатающей головкой и снабжающий ее чернилами. Для нанесения чернил на бумагу могут быть использованы, в зависимости от решения производителя "мыши", пьезоэлектрический метод, метод газовых пузырей или "drop - on - demand" - метод (или другие подходящие). Также по решению производителя, печатающая головка может использовать только черные или цветные (например, голубые, фиолетовые, желтые и черные) чернила для выполнения, соответственно, черно-белых или цветных распечаток. Поскольку во время распечатки "мышь" не только смещается/поворачивается относительно бумаги (опорной поверхности), но и опирается на нее, то бумага должна обладать быстрой впитываемостью чернил, а сами чернила должны, соответственно, очень быстро высыхать, чтобы не размазываться под давлением опор корпуса "мыши" и не портить распечатку. Можно для ускорения высыхания чернил, если позволяет конструкция корпуса и его содержимого, использовать, например, подогрев бумаги с помощью инфракрасного излучателя, установленного на нижней стороне корпуса "мыши". Точное позиционирование "мыши" (точнее, ее печатающей головки) на бумаге при выполнении распечаток может производиться так же, как и, к примеру, "мыши" - второго аналога, то есть с использованием предварительно напечатанных на бумаге "оптических глифов", которые однозначно кодируют положение печатающей головки на странице, или любым другим подходящим способом. Чипсет или микроконтроллер "мыши" подключаются к компьютеру через проводной, например USB, или же беспроводной, к примеру Wi-Fi (стандартов IEEE 802.1 lb/g/n/ad), интерфейс и через этот же интерфейс (или от установленных внутри "мыши" аккумуляторов) получают электропитание для собственного функционирования и запитки остальных компонентов "мышиной" конструкции. Так как корпус "мыши" является небольшим по размерам и уменьшать его можно, теоретически, до бесконечности (из-за того, что "мышь" является незахватываемой), то объем чернил в печатающей головке и/или чернильном резервуаре будет весьма ограниченным. Именно поэтому печатающей головке или резервуару потребуется регулярная заправка новыми чернилами. Для этого предусматривается дополнение "мыши" устройством для ее автоматической заправки чернилами, когда она к этому подготовлена. Поскольку "мышь" в то время, когда она не используется, "паркуется" в хранилище или нише, располагающихся где-то на окраине рабочего участка опорной поверхности, то и ее заправочное устройство было бы рационально расположить там же, внутри хранилища или ниши. Заправочное устройство может состоять, к примеру, из захвата, с высокой точностью позиционирующего "мышь" (точнее, заправочный клапан печатающей головки или резервуара), заправочного средства (манипулятора с одной или несколькими степенями свободы), непосредственно производящего заливку чернил, и проч. Также пополнение запаса чернил может быть выполнено и посредством автоматической замены печатающей головки и/или чернильного резервуара на новые такие же (заправленные на предприятии-изготовителе или самим пользователем). Чтобы при выполнении сканирования/распечатки листы бумаги не смещались под воздействием опор корпуса "мыши", что, естественно, не позволит ей нормально выполнять свою работу, листы необходимо временно неподвижно прикреплять к опорной поверхности и надежно удерживать на ней, пока данные процессы не закончатся. Прикрепление и удержание бумажных листов может обеспечивать сам пользователь "мыши", сначала положив бумажный лист в приспособление для удержания, вмонтированное в опорную поверхность, а затем включив его в работу. Приспособление для удержания создает под положенными в него бумажными листами некоторый вакуум (путем откачки воздуха), электростатическое или магнитное/электромагнитное притяжение и т.п., в результате чего бумажные листы и удерживаются на опорной поверхности с силой, достаточной для обеспечения нормального функционирования "мыши" в качестве сканера или принтера.

Техническая сущность и принцип действия предложенного универсального периферийного устройства для ПК поясняются чертежом, на котором оно изображено на опорной поверхности (вид слева) с находящейся над ним кистью руки пользователя, то есть в своем нормальном, рабочем положении.

Предложенное универсальное периферийное устройство (ПУ) для ПК состоит из: корпуса 1; закрепленной внутри него печатной платы, на которой располагаются все внутренние электрические и электронные компоненты конструкции ПУ ("мыши"), включая и распаянные на ней составляющие чипсета; пары движителей с их приводами и механизма поворота; датчиков наличия/отсутствия опорной поверхности 2 под ПУ; передней видеокамеры 3; двух боковых видеокамер 4; верхней видеокамеры 5; проводного или беспроводного интерфейса 6; задней видеокамеры 7, вместе с задним проектором входящей в состав задней проекционно-отслеживающей системы; двух боковых проекторов 8, вместе с двумя боковыми видеокамерами 4 входящих в состав боковых проекционно-отслеживающих систем ПУ. Малогабаритный корпус 1 ПУ, так же, как и у устройства-прототипа, должен иметь форму трех- или же пятигранной призмы (сечения - равнобедренный треугольник или "домик"), на нижней стороне которого должен находиться блок отслеживания перемещения ПУ относительно опорной поверхности (светодиодный или лазерный). Для обеспечения самоочистки от оседающей из воздуха пыли корпус 1 должен иметь поверхностное покрытие, которое аналогично, к примеру, покрытию очковых полимерных линз (пыле- и/или грязеотталкивающее), получаемое, например, методом вакуумного напыления, а оптимально выбранный угол наклона боковых граней корпуса 1 ПУ относительно горизонтали должен обеспечивать легкое соскальзывание осаждающейся пыли под воздействием силы тяжести. Интенсификаторами процесса самоочистки корпуса 1 (вибраторами, к примеру) могут служить движители ПУ (вращающиеся эксцентрики (дебалансы)) и их приводы, создающие при своей работе вполне достаточную вибрацию, или же иные средства, описанные в российском патенте на изобретение 2555208 "Незагрязняемое указательное устройство "мышь"". Чипсет/микроконтроллер ПУ, состоящий из аппаратной составляющей и встроенного программного обеспечения, получая входные данные от блока отслеживания перемещения, датчиков наличия/отсутствия опорной поверхности 2 под ПУ и видеокамер 3, 4 и 5 и обрабатывая их, генерирует соответствующие управляющие воздействия на приводы движителей и механизм поворота и выходные команды и данные и передает их (если это команды и данные для персонального компьютера) через проводной, например USB, или беспроводной, к примеру Wi-Fi (стандартов IEEE 802.11b/g/n/ad), интерфейс 6 компьютеру, к которому ПУ подключено, и через этот же интерфейс (или от установленных внутри ПУ аккумуляторов) получает электропитание для собственного функционирования и запитки остальных компонентов конструкции ПУ. Если в конструкции применяется проводной интерфейс 6 для подключения к компьютеру, то входящий в его состав кабель должен иметь то же поверхностное покрытие, что и корпус 1 ПУ (пыле- и/или грязеотталкивающее). Входящий в состав чипсета ПУ микроконтроллер, кроме собственно управляющего контроллера, может объединять в одном чипе не менее пяти (точнее, пять или шесть) оптических датчиков, которые занимаются отслеживанием изменения вида: опорной поверхности; накрывающей ПУ сверху ладони руки пользователя; находящихся перед ПУ и по бокам от него человеческих пальцев; пальцев человеческой руки (или рук), располагающихся позади ПУ (что зависит от решения производителя), входя в состав, соответственно, блока отслеживания перемещения, видеокамер 5, 3, 4 и, возможно, 7, и может представлять собой, например, прямоугольную (или кубическую) конструкцию с оптическими датчиками на всех сторонах, кроме, возможно, задней. Для работы блока отслеживания перемещения ПУ и его видеокамер (5, 3, 4 и, возможно, 7), в состав которых могут входить оптические датчики микроконтроллера ПУ, необходимы также еще линзы, световоды и источники света - светодиоды или маломощные лазеры (возможно) и проч., которые могут быть установлены на сам чип (или же, наоборот, сам чип может устанавливаться в них) и/или на печатную плату и/или на поверхность корпуса 1 ПУ. Такое объединение в одном чипе контроллера и нескольких оптических датчиков позволило бы сократить пространство, занимаемое чипсетом в и так небольшом по объему корпусе 1 ПУ, упростить его конструкцию, снизить вес и стоимость. Передняя видеокамера 3 или может быть отдельной видеокамерой, установленной на переднем торце корпуса 1 ПУ и подключенной к его чипсету или микроконтроллеру, или может быть основана на обращенном вперед оптическом датчике микроконтроллера ПУ и занимается отслеживанием командных (горизонтальных и вертикальных) движений пальцев руки пользователя. Если пользователь одновременно указательным и средним пальцами делает движение, при котором окончания этих пальцев сначала скользят по опорной поверхности по направлению к ПУ, а потом переносятся по воздуху от ПУ на прежнее место ("гребля пальцами к себе"), или же наоборот ("гребля пальцами от себя"), то передняя видеокамера 3 интерпретирует эти движения в качестве команд "воздействие на колесо, сенсор и т.п. прокрутки" для прокручивания (открытого электронного документа, к примеру) в одну или же, наоборот, в другую сторону. Аналогично может выполняться и прокрутка влево/вправо, только окончания пальцев должны передвигаться по опорной поверхности не к/от ПУ, а влево/вправо от него. Отрыв от опорной поверхности и возвращение обратно на нее указательного или среднего пальцев ("нажатие пальцем") передняя видеокамера 3 интерпретирует как команды "нажатие на левую кнопку" или "нажатие на правую кнопку" ПУ соответственно, данные о чем затем и передаются его чипсету или микроконтроллеру. Боковые видеокамеры 4 или могут быть двумя отдельными видеокамерами, установленными на боковых сторонах корпуса 1 ПУ и подключенными к его чипсету или микроконтроллеру, или могут быть основаны на обращенных влево и вправо оптических датчиках микроконтроллера ПУ и занимаются отслеживанием командных движений большого и безымянного пальцев (и мизинца) той же кисти руки пользователя. Параметры этих командных движений должны определяться, разумеется, производителем ПУ и/или его встроенного программного обеспечения, а реакции на эти движения позволяют увеличить количество встроенных в ПУ функций. Можно связать определенное движение, например, большого пальца и/или безымянного пальца (и мизинца) человеческой руки с выполнением какой-нибудь команды или заранее запрограммированного макроса (макрокоманды - сложной команды, состоящей из некоторого количества простых команд), запуском какой-либо установленной в операционной системе компьютера программы, изменением разрешения оптического датчика блока отслеживания перемещения ПУ и т.п. Передняя и две боковые видеокамеры 3 и 4 (при наличии в них оптических датчиков достаточно высокого разрешения, качественной оптики и необходимого программного обеспечения) могли бы также (по решению производителя ПУ) в нужные моменты времени функционировать и в качестве встроенной в ПУ виртуальной (программно реализуемой) "клавиатуры", интерпретируя некие движения пальцев, кисти или всей руки пользователя в качестве команд запуска/завершения работы "клавиатуры" и выбора на ней нужных "кнопок" (соответствующих им цифр, букв и проч. символов) и обеспечивая (при посредничестве чипсета или микроконтроллера) ввод этих команд и данных в компьютер. А поскольку ПУ имеет свои встроенные движители и механизм поворота, то и его блок отслеживания перемещения, основывающийся, скорее всего, на обращенном вниз оптическом датчике микроконтроллера ПУ (и при наличии достаточно высокого разрешения этого датчика, качественной оптики и требуемого программного обеспечения), способен также работать (под управлением чипсета или микроконтроллера и при. соответствующем использовании движителей и механизма поворота) и в качестве сканера документов, производя автоматический ввод печатных текстов и/или изображений в компьютер, к которому ПУ подключено. Верхняя видеокамера 5 размещается вверху корпуса 1 и, либо являясь отдельной видеокамерой, подключенной к чипсету или микроконтроллеру ПУ, либо основываясь на обращенном вверх оптическом датчике микроконтроллера ПУ, отслеживает передвижение ладони руки пользователя, располагающейся над ПУ во время работы. Реагируя на смещение и/или поворот изображения, образуемого складками кожи и проч. на обращенной к ПУ стороне ладони руки пользователя, верхняя видеокамера 5 (при посредничестве чипсета или микроконтроллера и с помощью движителей и механизма поворота) заставляет ПУ передвигаться вместе с (точнее, под) пользовательской кистью руки без прямого контакта с ней, постоянно поддерживая вокруг ПУ пустое воздушное пространство, так обеспечивая ему незагрязняемость, а также, в конечном итоге, передвижение по экрану монитора "мышиного" курсора. Задняя видеокамера 7, если она имеется в конструкции ПУ, или может быть отдельной видеокамерой, установленной на заднем торце корпуса 1 ПУ и подключенной к его чипсету или микроконтроллеру, или может быть основана на обращенном назад оптическом датчике микроконтроллера ПУ и, при переключении ПУ, например, по определенному движению большого пальца и/или безымянного пальца (а также мизинца) пользователя в режим работы проекционной (аппаратно реализованной) клавиатурой, занимается (вместе с двумя боковыми видеокамерами 4) отслеживанием командных движений пальцев, кистей или рук пользователя, "нажимающих" проецируемые слева, справа и позади ПУ виртуальные "кнопки". Если пользователь перемещает один или несколько пальцев над виртуальными "кнопками" и воздействует на них так, что пальцы искажают спроецированные на опорную поверхность изображения "кнопок", то задняя видеокамера 7 (вместе с боковыми видеокамерами 4) интерпретирует эти движения пальцев/кистей/рук пользователя в качестве приказов на ввод соответствующих команд и/или цифр, букв и проч. символов в персональный компьютер, данные о чем затем и передаются чипсету или микроконтроллеру ПУ. Также, для более точного вычисления координат "нажатий" пользователя на те или иные "кнопки" проекционной "клавиатуры", могут быть использованы еще невидимые, например инфракрасные, лучи, проецируемые над виртуальными "кнопками", датчики для приема отраженного сигнала, фильтры и проч., применение чего в конструкции, естественно, целиком и полностью зависит от производителя ПУ. Количество устанавливаемых на/в корпусе 1 и/или на печатной плате ПУ проекторов 8, например лазерных, соответствует, естественно, количеству располагающихся над (или под) ними видеокамер (боковых 4 и, возможно, задней 7), вместе с которыми они образуют две или три независимо работающие проекционно-отслеживающие системы, отображающие на опорной поверхности слева, справа и, возможно, сзади от ПУ оптическую проекцию компьютерной "клавиатуры" и отслеживающие командные движения пальцев, кистей или рук пользователя по воздействию на нее. Проекторы 8 состоят из источников света (маломощных лазеров), систем формирования изображения (систем фокусировки и развертки) на экране (опорной поверхности), управляющей электроники и проч. т.п.и подключаются к чипсету или микроконтроллеру ПУ для запитки электроэнергией и осуществления управления. Луч лазерного проектора "обходит" (точнее, "обегает") экран много (десятки) раз в секунду, и человеческий глаз видит получающееся как единую, слитную картинку. Реалистичное изображение с помощью лазера можно сформировать практически на любой, в том числе и неровной, поверхности, а его характеристики могут быть достаточно высокими. Например, лазерное изображение может обладать впечатляющими показателями яркости и контраста, чего должно быть достаточно для эффективного отслеживания движений пальцев, кистей или рук пользователя. Вывод ПУ из режима работы проекционной клавиатурой можно осуществить, к примеру, "нажатием" на специальную (нестандартную) виртуальную "кнопку" (или же комбинацию "кнопок"), занесением над ПУ ладони руки пользователя, накрыванием кистью руки корпуса 1 ПУ или любым другим подходящим способом. При нанесении чернил на бумагу пьезоэлектрическим методом в каждом сопле, содержащемся в печатающей головке, устанавливается пьезоэлемент, связанный с диафрагмой, который, сжимая и разжимая трубку, наполняет капилляр чернилами, а те чернила, что "выдавились" наружу, образуют на бумаге точки. Чернила, отжатые назад, перетекают обратно (в чернильный резервуар). При нанесении чернил на бумагу методом газовых пузырей каждое сопло печатающей головки оборудуется нагревателем, который, при прохождении через него электрического тока, очень быстро и сильно нагревается. Возникающие при нагревании паровые пузыри (поскольку чернила изготавливаются на водной основе) выталкивают через сопло порции жидких чернил, которые и переносятся на бумагу. При выключении тока нагреватель остывает, паровой пузырь уменьшается, а через входное отверстие капилляра поступает новая порция чернил. При нанесении чернил на бумагу "drop-on-demand" - методом для подачи чернил из резервуара на бумагу, как и в методе газовых пузырей, используется нагревательный элемент, однако при этом дополнительно используется еще и специальный механизм. Технология "drop-on-demand" обеспечивает наиболее быстрый впрыск чернил, что позволяет существенно повысить качество и скорость распечатки. Воспринимающим средством, считывающим с бумаги во время распечатки "оптические глифы" (оптические тэги, уникально кодирующие положение на странице) с помощью оптического датчика, в предложенной конструкции ПУ может выступать сам его блок отслеживания перемещения, а его чипсет или микроконтроллер, соответственно, могут быть задействованы в качестве обработчиков оптически считанных данных, с учетом которых генерируются управляющие команды для приводов движителей, механизма поворота и печатающей головки на передвижение ПУ относительно опорной поверхности (бумаги) и нанесение на нее чернил. Чтобы чипсет или микроконтроллер ПУ мог обнаружить при помощи видеокамер 3 и 4 в окружающем пространстве "парковочные" хранилище или нишу, а потом без участия пользователя переместить в них ПУ, следует, очевидно, пометить их какими-нибудь опознавательными сигналами и/или изображениями. Это можно сделать при помощи, например, светодиодов или подсвечиваемых ими изображений, хорошо различимых как при ярком дневном свете, так и в условиях затемненности. Программному обеспечению чипсета или микроконтроллера ПУ нужно будет только обнаружить эти самые опознавательные сигналы и/или изображения (когда рука пользователя уже была убрана с ПУ), повращав, если требуется, корпус 1 вместе с видеокамерами 3 и 4 влево и вправо, а потом, выждав некоторое время, перемещать ПУ в их направлении, пока они просто не выйдут из поля зрения видеокамеры 3, то есть пока корпус 1 попросту не упрется в них. Перемещение ПУ в "парковочные" хранилище (специальную коробку и т.п.) или нишу (в подставке монитора, например) требуется не только для того, чтобы высвободить пространство на рабочем столе пользователя и перекрыть к ПУ (и компьютеру) доступ посторонних, но и для того, чтобы, к примеру, произвести заправку жидкими чернилами печатающей головки ПУ или ее чернильного резервуара, если в хранилище или нишу встроено соответствующее устройство для такой автоматической заправки. Вывод ПУ обратно на рабочий участок опорной поверхности можно осуществить, если передвинуть его в том же направлении задним ходом и приблизительно на то же расстояние, которое должно быть сохранено в памяти чипсета или микроконтроллера ПУ. Движители, их приводы и механизм поворота ПУ (включающие в себя, к примеру, электродвигатели, шестерни, вращающиеся эксцентрики (дебалансы), электромагниты, датчики угла поворота и все проч.) могут быть устроены, могут запитываться электроэнергией, работать и управляться так же, как это описано в российском патенте на изобретение 2530333 "Указательное устройство "мышь" с облегченным захватом". Это позволяет обеспечивать ПУ движение вперед, назад, влево, вправо, по диагонали, а также повороты и развороты на одном месте, из-за чего оно сможет точно следовать за движущейся относительно опорной поверхности ладонью руки пользователя без прямого контакта с ней. Датчиков наличия/отсутствия опорной поверхности 2 под ПУ (ультразвуковых дальномеров, датчиков давления и т.п.) должно быть, очевидно, не менее четырех штук, они должны устанавливаться по углам и/или периметру корпуса 1 (на его нижней стороне) или же могут быть вмонтированы прямо в опоры 9 корпуса 1 ПУ, могут подключаться к чипсету или микроконтроллеру ПУ и, запитываясь от него электроэнергией, отслеживать увеличение расстояния между собой и опорной поверхностью, уменьшение давления на себя или еще что-либо подобное, на что чипсет/микроконтроллер ПУ (его аппаратная составляющая и встроенное программное обеспечение) должен реагировать соответствующим образом (останавливать движение ПУ, включать ему обратный ход и т.д.). Заправочное устройство для заправки чернилами печатающей головки ПУ или соединенного с ней резервуара должно располагаться в "парковочных" хранилище или нише и должно автоматически производить заправку тогда, когда ПУ к этому подготовлено ("запарковано"). Конструкция заправочного устройства чернилами в подробностях определяется, разумеется, производителем ПУ и/или этого устройства, но очевидно, что оно должно содержать в своем составе, как минимум, две составляющие - автоматический захват корпуса 1 ПУ, высокоточно позиционирующий этот корпус (а точнее, заправочный клапан 10 печатающей головки или резервуара) относительно заправочного средства, и само это заправочное средство для непосредственной заливки чернил внутрь печатающей головки или чернильного резервуара (например, заправочный робот-манипулятор с одной или несколькими степенями свободы). Захват корпуса 1 ПУ и заправочное средство могут быть вмонтированы в стенки и/или пол/потолок "парковочных" хранилища или ниши и могут запускаться в работу, к примеру, по команде от чипсета или микроконтроллера ПУ, когда они (с помощью соответствующего датчика в печатающей головке или чернильном резервуаре) определят, что требуется заправка чернилами. Чернила в заправочное средство могут поступать самотеком или под некоторым давлением от насоса прямо из той емкости, в которой они были приобретены или в которую были залиты самим пользователем ПУ. Также заправка чернилами может быть произведена при помощи автоматической замены (например, посредством заправочного робота-манипулятора, но несколько иной конструкции) печатающей головки и/или чернильного резервуара на такие же, но уже заправленные на предприятии-изготовителе или самим пользователем. Тогда заправочному средству достаточно лишь удалить из корпуса 1 ПУ соответствующий сменный блок (с закончившимися чернилами), а затем установить на то же место другой, подготовленный пользователем. Приспособление для удержания листов бумаги, вмонтированное в опорную поверхность (рабочий стол пользователя и т.п.), может представлять собой обычное углубление в опорной поверхности (расположенное где-либо на окраине ее рабочего участка) с площадью несколько большей, чем площадь бумажных листов, которые планируется сканировать или на которых планируется выполнять распечатки, и глубиной, приблизительно равной толщине этих бумажных листов. В дно приспособления для удержания должны быть вмонтированы средства для создания притяжения к нему бумажных листов - небольшие отверстия для откачки воздуха (при помощи насоса) из под уложенных листов и создания под ними вакуума, конструктивные элементы для создания электростатического или магнитного/электромагнитного притяжения (источник высокого напряжения или магниты/электромагниты) и т.п. Также в конструкцию приспособления для удержания должны входить блок питания и все проч. Данное приспособление включается в работу самим пользователем ПУ перед запуском процессов сканирования или распечатки, после чего в него укладывается очередной бумажный лист, а ПУ переключается в нужный режим функционирования и начинает свою работу. После окончания сканирования или распечатки ПУ должно автоматически сойти с бумажного листа обратно на опорную поверхность, где им и дальше можно будет пользоваться как обычно, а пользователю нужно будет отключить приспособление для удержания бумаги и забрать себе отсканированный лист или готовую, высохшую распечатку. Прикрепление бумаги к магнитам/электромагнитам, вмонтированным в дно приспособления для удержания, можно обеспечить за счет добавления в бумагу ферромагнитного порошка, нанесения на нее ферромагнитной фольги и т.п.

Описанным выше универсальным периферийным устройством для ПК пользуются следующим образом. Сразу же после включения персонального компьютера, к которому ПУ подключено, или включения встроенных в ПУ аккумуляторов (при помощи, например, выключателя, размещенного на нижней стороне корпуса 1), если в конструкции применен беспроводной интерфейс 6, а значит, и включения самого ПУ, его чипсет или микроконтроллер (его аппаратная составляющая и встроенное программное обеспечение) переводит его движители в такое положение, которое соответствует началу работы, а остальные составляющие конструкции ПУ переводит в "спящий" режим (для экономии электроэнергии). После загрузки в компьютер операционной системы и проч. необходимого ему программного обеспечения пользователь заносит над ПУ, располагающемся в это время, скорее всего, в "парковочных" хранилище или нише, свою ладонь. В ответ на это чипсет или микроконтроллер, определив с помощью верхней видеокамеры 5 присутствие над ПУ кисти человеческой руки, переключает ПУ в полностью рабочее состояние и, управляя приводами движителей и механизмом поворота, автоматически выводит ПУ из хранилища или ниши на рабочий участок опорной поверхности. Если же после включения ПУ кисть человеческой руки над ним так и не появилась, то его чипсет или микроконтроллер, не обнаружив присутствие ладони, выжидает некоторый заранее установленный (достаточно продолжительный) период времени, чтобы убедиться, что данный сеанс работы уже не состоится, а затем автоматически выключает ПУ совсем (для экономии электроэнергии в его аккумуляторах) или же оставляет его в "спящем" режиме (до момента отключения того компьютера, к которому оно подключено). Чтобы с помощью ПУ начать двигать по экрану монитора "мышиный" курсор, сначала пользователь должен положить свою руку на опорную поверхность и накрыть кистью руки сверху корпус 1 ПУ, размеры которого таковы, что все ПУ будет полностью умещаться под кистью руки, не контактируя с ней, а затем пользователь должен начать передвигать свою кисть руки относительно опорной поверхности. Верхняя видеокамера 5, отслеживая смещение и/или поворот движущейся ладони руки пользователя, при помощи чипсета или микроконтроллера ПУ будет формировать необходимые управляющие воздействия на приводы движителей и/или механизм поворота ПУ, в результате чего оно, двигаясь и/или поворачиваясь вслед за человеческой ладонью (и, соответственно, двигая с помощью блока отслеживания перемещения и проч. по экрану монитора "мышиный" курсор), будет всегда пребывать в пустом (точнее, заполненном воздухом) пространстве, образующемся под движущейся кистью руки пользователя, но без контакта с кожей. Постоянно поддерживаемое таким образом пустое пространство вокруг корпуса 1 ПУ гарантирует ему незагрязняемость, а интенсификация процесса самоочистки (за счет вибрации движителей и их приводов, к примеру, или иными средствами) может быть обеспечена так же, как это описано в российском патенте на изобретение 2555208 "Незагрязняемое указательное устройство "мышь"". Чтобы при помощи ПУ подавать программному обеспечению компьютера такие команды как "нажатие на кнопку" и "воздействие на колесо, сенсор и т.п. прокрутки", пользователю необходимо выполнять соответствующие командные движения пальцами (указательным и средним, а также большим, безымянным и мизинцем). Отслеживание этих движений передней/боковыми видеокамерами 3/4, как раз и направленными в сторону пальцев пользовательской руки, также позволяет взаимодействовать с данным ПУ бесконтактно, обеспечивая ему незагрязняемость (и не утомляя кисть руки). В результате, двигая кисть руки относительно опорной поверхности и/или выполняя пальцами кисти определенные командные движения, взаимодействуют с программным обеспечением персонального компьютера так же, как если бы это было с помощью стандартной, всеми давно используемой, захватываемой и движимой рукой "мыши". Если пользователю необходимо ввести в компьютер какие-либо команды и/или данные, он определенным движением пальцев руки переключает ПУ в режим работы проекционной клавиатурой, в результате чего две или, возможно, три проекционно-отслеживающие системы, состоящие из двух или трех пар проекторов 8 и видеокамер 4 и 7 (и, конечно же, чипсета или микроконтроллера ПУ), отображают слева, справа и, возможно, позади ПУ разделенную на два или три независимых фрагмента компьютерную "клавиатуру" и позволяют человеку производить "нажатия" на ней проецируемых "кнопок". По окончании ввода команд/данных пользователь или "нажимает" на специальную (нестандартную) виртуальную "кнопку" (или комбинацию "кнопок"), или снова заносит над корпусом 1 ПУ свою ладонь, или накрывает кистью руки корпус 1 ПУ, или т.п. и возвращает ПУ в его обычный режим работы, а потом пользуется им как и прежде. В том случае, когда пользователь заканчивает свою работу с компьютером, к которому ПУ подключено, ему следует убрать с него кисть руки. Верхняя видеокамера 5, отслеживающая наличие или отсутствие ладони пользователя, подает чипсету или микроконтроллеру ПУ соответствующую команду, в ответ на что он, выждав определенное время, чтобы убедиться, что данный сеанс работы закончен, выполняет "парковку" ПУ, сначала обнаружив в окружающем пространстве хранилище или нишу, а потом перемещая в них ПУ и переводя его там в "спящий" режим (компьютер в это время также может перейти в режим "сна"). Выполнять "парковку" ПУ следует и после завершения работы операционной системы компьютера (но, разумеется, перед отключением его питания), если только использование ПУ не предусматривается программами микросхем системной логики системной платы компьютера (его BIOS и т.п. программами). Далее "запаркованное" ПУ тем или иным способом (например, используя беспроводной интерфейс Wi-Fi) может запустить процесс заправки печатающей головки или чернильного резервуара посредством заправочного устройства, вмонтированного в "парковочные" хранилище или нишу, если, конечно, процесс заправки необходим, чтобы таким образом подготовить себя к следующему сеансу работы пользователя с собой, а затем и дальше может пребывать в "спящем" режиме или же, если оно не используется достаточно продолжительное время, может автоматически выключить себя совсем (для экономии электроэнергии). Перед началом процессов сканирования или распечатки пользователь ПУ запускает в работу приспособление для удержания бумаги и укладывает в него очередной лист (для проведения сканирования) или же чистый (для выполнения распечатки), после чего переключает ПУ в соответствующий режим функционирования и подводит его к подготовленному листу. Дальнейший порядок работы ПУ определяется его производителем и/или создателем его программного обеспечения, но, двигаясь по бумажному листу, ПУ, в конце концов, должно переместиться, к примеру, от левого верхнего угла бумажного листа к правому нижнему углу, попутно либо оцифровав имеющиеся на листе тексты и/или изображения, либо нанеся на нужные места листа чернила. После завершения сканирования или распечатки ПУ должно автоматически сойти с бумажного листа обратно на рабочий участок опорной поверхности, где, после переключения в обычный режим работы, им и дальше можно будет пользоваться как обычно, а пользователю останется лишь отключить приспособление для удержания бумаги и забрать отсканированный лист или готовую, высохшую распечатку.

Изобретение позволяет за счет установки в "мыши" проекционной (аппаратно реализованной) клавиатуры, обеспечивающей ввод команд и/или данных в тот компьютер, к которому она подключена, включения в конструкцию "мыши" печатающей головки, аналогичной по устройству печатающей головке струйного принтера и позволяющей делать на бумаге распечатки при помощи жидких чернил, и оснащения "мыши" встроенным в ее "парковочные" хранилище или нишу автоматическим устройством заправки чернилами и вмонтированным в опорную поверхность приспособлением для удержания в процессе сканирования или распечатки бумажных листов превратить указательное устройство "мышь" в очень компактное (так как объем ее корпуса можно уменьшать, в теории, до бесконечности), универсальное ПУ, возможностей которого будет вполне достаточно большинству рядовых пользователей, гигиеничное в использовании, менее дорогое, чем аналогичный по функциональности набор обычных ПУ, и более удобное и экономичное в процессе эксплуатации.