Компьютерра PDA N169 (14.04.2012-20.04.2012) - [10]
Принцип работы светового пера
Работа оператора SAGE была не из лёгких, и то то, что им приходилось всё дежурство держать руку со световым пистолетом на весу, комфорта не добавляло. Кроме этого эргономического недостатка был ещё один: рука оператора со световым устройством закрывала обзор и без того небольшого экрана контрольного дисплея SAGE. В результате пропустить цель было проще простого.
Что если предложить оператору более естественный способ работы с информацией на экране? Пусть перо как инструмент позиционирования остаётся, вот только работать оно будет не с экраном, а со специальным планшетом, позволяющим перу получить точную координату места, на которое оно указывает. Так рассуждали инженер RAND Малкольм Дэвис (Malcolm Davis) и менеджер отдела стратегических разработок Томас Эллис (Thomas Ellis).
Проведя бесчисленное множество экспериментов с самыми разными технологиями, Дэвис и Элис к 1963 году были готовы перейти от создания концепции к её реализации. Результатом их трудов стала уникальная для того времени конструкция сенсорной панели, разрешающая способность и чувствительность которой до сих пор способны дать фору современным разработкам.
Внешне предложенное Дэвисом и Элисом решение выглядело как… планшет: покрытая эпоксидной смолой рабочая поверхность десять на десять дюймов и блок управления, содержащий электронную начинку разработки, состоящую из более чем четырёхсот транзисторов и двухсот диодов. Запитывалась схема от внушительных размеров блока питания.
Внешний вид RAND Tablet
Массивный блок питания RAND Tablet
Наиболее интересная часть планшета RAND скрывалась под залитой эпоксидной смолой поверхностью. На тончайший слой (0,5 миллиметра) майлара (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B9%D0%BB%D0%B0%D1%80) — полиэфирной плёнки, пришедшей на смену целлофану, — с двух сторон был нанесён тонкий (0,6 мм) слой меди, на котором и была вытравлена координатная сетка планшета. Верхняя поверхность содержала 1024 дорожки координат Х, а нижняя — 1024 дорожки координат Y. Таким образом, планшет RAND содержал миллион X-Y координат и обеспечивал беспрецедентное для того времени разрешение — 100 дорожек на дюйм.
Пример реализации координатной сетки RAND Tablet восемь на восемь дорожек
Однако более важным элементом, чем филигранная координатная сетка, были шины, к которым крепилась каждая дорожка. Именно они выполняли роль токопроводящих обкладок, которые в совокупности с майларовым диэлектриком создавали массив конденсаторов, располагавшихся по периметру рабочей поверхности планшета. Подавая в строго определённые моменты времени положительные или отрицательные импульсы к строго определённым шинам X и Y дорожек, разработчикам удалось создать координатное поле, каждая дорожка которого в каждый момент времени уникально кодировалась последовательностью, состоящей из троек положительных и отрицательных импульсов. Принимая положительный импульс за бинарную единицу, а отрицательный импульс за ноль, можно было получить закодированные подобным образом X-Y-координаты любой точки на поверхности планшета.
Пример кодирования номеров X и Y дорожек троичным кодом Грея
Кодирование X-Y линий тройками двоичных единиц и нулей было выбрано неслучайно. Такой код, называемый троичным кодом Грея, был выбран разработчиками планшета для сведения к минимуму количества ошибок в ходе преобразования аналоговых по своей природе импульсов тактирования каждой дорожки в цифровые данные, передаваемые компьютеру.
Перо планшета RAND, внешне напоминающее обычную ручку, обладало высоким импедансом и было электростатически связано с координатной сеткой планшета. Таким образом, когда перо прикасалось к поверхности планшета, на вход усиливающей схемы поступали последовательности кода Грея тех дорожек X и Y, на пересечении которых перо находилось в данный момент.
Осциллограмма положительных и отрицательных импульсов, считанных пером с поверхности планшета
Чтобы величина импульсов дорожек Y, располагающихся по отношению к перу под двумя слоями диэлектрика (майлар и эпоксидная смола поверхности), была равной импульсам дорожек X, размер и форма их шин были соответствующим образом рассчитаны и отличались от шин дорожек Х.
Работа планшета начиналась с момента замыкания контакта на кончике его пера. Сила нажатия, требуемая для такого замыкания, соответствовала нажатию кончика шариковой ручки на лист бумаги, что не вызывало у пользователя дискомфорта при работе с устройством.
Блок схема устройства управления RAND Tablet
Замыкание контакта инициировало подачу напряжения на усиливающую схему пера. С этого момента на её вход начинали поступать импульсы кодов Грея дорожек X и Y, над которыми перо находилось в данный момент. Усиленные импульсы стробировались и передавались на вход преобразователя кода Грея в бинарный код. В результате каждая дорожка X и Y кодировалась десятиразрядным бинарным числом, поступавшим в двадцатиразрядный регистр сдвига. Оттуда полученное двадцатиразрядное значение координат X-Y поступало в регистр интерфейса сопряжения с компьютером.
