電子指環及其製造技術

2023-05-18 07:22:16 1

專利名稱：電子指環及其製造技術
技術領域：
本發明涉及一種環形指環，具體而言涉及這樣ー種包括多個電和微機械部件的附件，該附件擔當利用例如藍牙技術與附近的電子設備進行無線通信的多傳感器設備。
背景技術：
計算機滑鼠(或等價的觸摸板或觸控螢幕)被用作控制圖標在計算機屏幕(固定的個人計算機、膝上型電腦、個人數字助理)上的ニ維(水平和豎直)運動的操縱設備。它佔據大的空間，這限制了用戶的移動自由。多年以來，已開發並製造了多種類型的模型；機械、 光學、雷射和慣性計算機滑鼠。最後提到的使用加速度計在X和y方向上操縱滑鼠指針。另ー個應用使用指環頂上的微機械加速度計來控制對電吉他的聲音影響(參見 www, sourceaudio. net/index, php)0又一個應用是將指環用於移動語音通信，其中，它與麥克風和揚聲器集成，以便從揚戸器イ專遞屍會円振明、參見「A finger-ring shaped wearable handset based on bone-conduction", Fukumoto, M ；可穿戴式計算機；彙刊，2005年10月18-21日的第九次 IEEE國際研討會，第10-13頁)。美國專利第2003/0142065A1號描述了ー種包含承載在柔性印刷電路板(FPCB)上的多個電子部件的環狀設備。美國專利第2003/0227437A1號描述了ー種特徵在於可安裝在計算機用戶拇指上的帶子的指點設備。美國專利第2004/0032346A1號描述了ー種主要擔當虛擬鍵盤的距離感測単元。美國專利第2005/005M12A1號描述了ー種排他地用作計算機滑鼠型設備的人界面機。美國專利第2006/0001646A1號描述了ー種「C」形狀的操作設備。德國專利第DE102005021527A1號描述了ー種具有在安裝在指環頂上的結構中實施的電子部件的操作設備。美國專利第US005638092號描述了ー種排他地用在與鍵盤的連接中的光標控制系統。

發明內容
本發明的ー個目的是解決或至少緩解與根據現有技術的上述設備相關聯的ー個或多個問題。具體地，本發明的ー個目的是提供一種用於控制諸如計算機的外部電子設備的用戶友好的操縱設備。該目的通過如權利要求1所限定的電子指環來實現。該電子指環提供了在高達四維中操縱/控制外部電子設備的有效且人體工程學的方式
在獨立權利要求中限定了本發明的具體實施例，從下文中接下來的詳細描述中容易明白它們的優點。本發明基於以下理解與已確立的計算機滑鼠相比，可替選的操縱設備設計可使用電子指環、基於集成在環內部的4維操縱設備控制項來實現。根據本發明的第一方面，為了在3維空間中操縱而提供了用於運動感測的加速度計。為了在額外的第4維中操縱而進一歩提供了微機械壓カ傳感器，即，幫助在計算機屏幕 (或等價物)上在第4維中額外地移動/控制滑鼠光標的操縱設備設計。這給予用戶以下能力；例如，在計算機屏幕上放大或縮小圖片。另外，客戶在取決於應用的不同情況下針對用戶需要來預配置它；如在家庭環境中在第一維中接通或關斷家庭娛樂系統；在第二維中改變為電視音樂或電影模式；在第三維中改變電視頻道/音樂或電影音軌，而在第四維中開始、停止或暫停音軌。至少在本發明的一些實施例中，壓カ傳感器適於允許在額外的第四維中的操縱意味著壓カ傳感器適於控制不涉及3維空間中的操縱的外部電子設備的功能。可替選地，微機械壓カ傳感器可以擔當提供對脈衝波幅度(PWA)所反映的手指血流變化的非侵入式測量的手指體積描記器。上述有源部件與混合的信號微控制器相組合，使得能夠對這些前述有源部件進行控制和信號處理。為了與其它外部電子設備通信，將射頻(RF)收發器電連接到前述有源部件。所有的前述電子部件都安裝在柔性印刷電路板(FPCB)上，其中，導線電連接各個部件。 相應部件的實際順序和放置是新穎的，以便實現環形環之內的期望功能和封裝。為了實現各個有源部件的匹配的電流和電壓，連接了無源部件。這些無源部件可以作為各個物理部件安裝在FPCB上或者集成在FPCB中。 為了向部件供電，可以將部件連接到集成在電子指環中的電池。在一個實施例中， 這些前述部件構成了電子指環的內部電子電路。提供能量源的可替選方案是將保形塗層(conformal coating)與壓電納米纖維 (例如，pzt-鋯鈦酸鉛-或氧化鋅材料)集成在一起，它將機械能轉換成電能，它可放置在 /位於FPCB的外和/或內圓周上並且電連接到FPCB以向電部件提供電。用於向指環的電子部件供電的又一可替選電源是用於當環經受交變磁場時生成流向部件的感應電流的線圈。這樣的線圈可以集成在環中，並且可以代替電池和/或壓電納米纖維使用或者與電池和/或壓電納米纖維一起使用。在本發明ー個實施例中，在安裝電部件並將電部件電連接到FPCB之後，用非導電保形塗層覆蓋電部件。為了進ー步減小用戶手指以及電部件上的RF輻射，將塗覆在FPCB的內圓周上的保形塗層與微珠(cenosphere，ー種擔當RF屏蔽的材料)混合。在一個實施例中，上述壓電納米纖維集成在保形塗層中。本發明的電子指環的一大優點是整個環構成完整的電子電路。亦即，完整的電子電路集成在電子指環的內部。在環是環形金屬環的ー個實施例中，它擔當α)外部天線， 用以實現至工作頻率的粗略調諧，連接到位於環之內的內部天線和RF收發器，或者擔當 (ii)內部天線的電地平面。在本發明ー個實施例中，構成環形半部的分界面上的頂部金屬層的是具有以下兩種功能的材料α)通過其化學粘附性質增強接合部之間的焊接，以及(ii)通過其吸氣性質增強密閉包封(即，降低密封的環腔中的壓カ)。在本發明一個實施例中，前述壓カ傳感器位於電子指環內的腔中，其中，入口孔幾何被成形為角錐以使壓力傳感器端部處的壓力壓縮比最大化。在本發明ー個實施例中，前述微珠可進ー步沉積在環殼的內圓周的外部上，以便減小用戶手指上的RF輻射。在本發明ー個實施例中，為了適應於不同的應用和針對不同的應用進行優化，天線具有以下不同的設計α)外部的且全向的；( )內部集成的且單向的；απ)內部集成的且單向的，具有延伸的且升高的罩；(iv)介電的，與摺疊的單極集成。中間金屬帶層被設計成擔當將RF收發器與內部天線電連接的微帶饋送(傳輸) 線，其優選地被優化為獲得50 Ω的匹配阻杭。這暗示了如何在環形指環內放置部件、內部天線和RF收發器方面的限制。在本發明ー個實施例中，為了完成前述天線的設計，將它們分別與位於(i)FPCB 中的中間層中的地平面相組合，( )或者當環形環的一部分具有與摺疊的單極天線集成的介電部時，剩餘的環形外金屬殼擔當地平面。在本發明ー個實施例中，外金屬殼的一部分是開ロ的以擔當允許不受擾RF輻射的窗ロ罩，其⑴與環形環具有相同的形狀，或者(ii)由環的所述部分中的介電材料構成， 或者(iii)具有局部延伸的且升高的球形狀以使RF輻射的返回損耗最小化。本發明的另ー個目的是提供指環的除了作為美學的和/或具文化價值的物品以外的可替選用途。本發明的其它目的是要處理以下問題-如何將具有全向或單向輻射性質的天線集成在指環中，-如何設計包括可集成在普通尺寸的指環中的各種電和/或微機械部件的電路，-如何製造包括集成的電和/或微機械部件的指環，-如何以延長環的壽命和/或性能的方式來製造這樣的環。本發明的又ー個目的是提供允許環適用於以下應用中的一個或多個應用的電子指環設計(i)操縱和控制在用戶的緊鄰的附近的電子設備的功能(ii)識別-代替普通的安全通行卡而使用(iii)電子支付-代替現有的信用卡而使用(iv)用於用戶健康狀況的持續測量和診斷-被診斷患有帕金森症的人需要他或她的手指或手顫抖移動被持續地監視，以便接受醫務人員的適當藥療或治療(ν)用於聾啞人-改善與不理解手語的人的實時交流(iv)用於通信-通知指環用戶某事物(vii)襲擊警報-當懷疑有襲擊吋，攜帶電子指環的人可利用指環執行立即行動， 並且信號被無線地發送到他或她的行動電話，該行動電話又自動地發送緊急呼叫尋求幫助(viii)手指體積描記器-提供對用於精確數據收集技術的脈衝波幅度(PWA)所反映的手指血流變化的非侵入式測量，用於例如監視心臟周期以用在心率變異性(HRV)計算中。
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根據本發明，所有以上目的都可以藉助於如下環形指環來實現該指環密閉地包封電部件，從而允許該指環與在它緊鄰的附近的電子設備進行無線通信，同時具有常規珠寶指環的美學性質。


參考附圖、通過對本發明的優選實施例的以下說明性的且非限制性的詳細描述， 將更好地理解本發明的以上以及額外的目的、特徵和優點，其中，相同的附圖標記被用於類似的元件，並且其中圖1是根據本發明ー個實施例的電子指環的示意性剖面圖，其中，電子部件安裝在封裝在環形指環之內的柔性印刷電路板上，環形指環具有面對環的內邊界的壓カ傳感
-Htr ο圖2是安裝在柔性印刷電路板的兩個側面上的電子部件的示意性頂視圖。圖3是在被成形為角錐以使壓力傳感器端部處的壓力壓縮比最大化的入口孔上縮放了的示意性剖面圖。圖4是安裝在封裝在具有可替選設計的環形指環之內的柔性印刷電路板上的電子部件的示意性剖面圖，該可替選設計具有被放置在環的外邊界上的壓カ傳感器。圖5是安裝在封裝在具有可替選設計的環形指環之內的柔性印刷電路板上的電子部件的示意性剖面圖，該可替選設計具有摺疊的單極天線。圖6是安裝在具有可替選設計的柔性印刷電路板的兩個側面上的電子部件的示意性頂視圖，該可替選設計具有摺疊的單極天線。圖7是根據本發明另一個實施例的環形電子指環的示意性三維視圖，其中，外和內金屬殼由兩種不同的金屬構成以允許單向不受擾RF輻射。圖8是根據本發明另一個實施例的示出了不同金屬層如何沉積的內和外環形殼的橫截面的示意性三維圖示。圖9是根據本發明另一個實施例的指環環形殼的上半部和下半部的示意性圖示， 其中，分界面(以及內表面)是鈦化合物。圖10是根據本發明ー個實施例的外部粗略全向設計的示意性視圖，其中，整個環形金屬殼擔當RF天線。圖11是根據本發明ー個實施例的內部單向天線位於何處的示意性視圖，在內部單向天線所位於的位置，外殼是開ロ的，使得內殼被暴露(由鈦化合物構成)，以允許不受擾RF輻射。圖12是根據本發明ー個實施例的由集成的球設計構成的延伸的單向天線罩的示意性視圖，該集成的球設計不沉積有頂部殼材料，使得內殼被暴露(由鈦化合物構成)，以允許不受擾RF輻射發射。圖13是根據本發明ー個實施例的集成在介電材料中的單極天線設計的示意性圖
7J\ ο圖14是根據本發明ー個實施例的單極天線設計的示意性圖示，在該單極天線設計所位於的位置，外殼是開ロ的，使得內殼被暴露，以允許不受擾RF輻射。圖15是如何設計FPCB上的地平面的示意性視圖。根據本發明一個實施例，面對環的外圓周的地平面擔當RF天線電路的地平面，面對環的內圓周的地平面擔當地平面並且任選地還擔當電子部件的熱沉。圖16是示出了微帶如何連接到RF收發器的示意性視圖，RF收發器具有作為FPCB 中的中間層的相鄰的地平面。根據本發明一個實施例，未示出額外的導線、Vcc等。圖17是根據本發明ー個實施例的摺疊的單極天線的橫截面圖，示出了它如何在被集成在環中之後實現它的期望幾何。圖18是根據本發明ー個實施例的摺疊的單極天線的頂視圖。圖19是根據本發明ー個實施例的摺疊的單極天線的三維示意圖。
具體實施例方式以下描述是當前設想的用於執行本發明的最佳模式。不是要在限制的意義上進行本說明，而是僅出於描述本發明的普通原理的目的而作出本說明。應當參考權利要求來確定本發明的範圍。環形電子指環構成了完整的電子電路。環形金屬環擔當α)外部天線，用以實現至工作頻率的粗略調諧，其連接到位於環之內的內部天線和RF收發器，或者擔當(ii)內部天線的電地平面。電子指環擔當4維操縱設備，其中，加速度計在3維空間中操縱並且壓カ傳感器在額外的第4維中操縱，即，新穎的操縱設備設計。參考圖1和2，本發明的第一實施例是環形指環結構1，其由以下兩個不同的金屬殼構成⑴la，由金(Au)或銀(Ag)製成，包圍在幾何上被描述為徑向上距環中心最遠的指環結構的主要部分，以及(ii)lb，由鈦化合物(Ti，Tiff)製成，是面對指環結構的內部的金屬封套。環形指環結構1由以下不同的電子部件組成電池2、RF收發器3和微處理器4、 微帶線5、加速度計6、內部天線7、壓カ傳感器8 ；它們都安裝在柔性印刷電路板9上。在該實施例中，還存在擔當讓不受擾RF輻射通過的RF窗ロ的外金屬殼開ロ 10。在該實施例中， 在環形指環結構1的位於壓カ傳感器8處的內邊界處，存在被成形為角錐以使壓力傳感器端部11處的壓力壓縮比最大化的入口孔。為了將壓カ傳感器和柔性印刷電路板的一端永久地放置在相應的位置，鑄造固定件12作為金屬殼的一部分。在該實施例中，如上所述，保護塗層13位於環形指環結構1的外邊界與柔性印刷電路板9之間，並且另ー形式的保護塗層(具有微珠)14位於環形指環結構1的內邊界與柔性印刷電路板9之間。內部天線7通過微帶線5連接到RF收發器3，其中，微帶的設計被優化為獲得50 Ω的匹配阻杭。在外部天線選項的情況下，環形指環結構1的外殼擔當粗略天線。在排他地使用內部天線選項的情況下，內部天線位於沿著環形指環結構1的圓周的一位置，在該位置沒有允許不受擾單向輻射的外金屬殼覆蓋10。在該實施例中，上述有源部件與微處理器4相組合，使得能夠對這些前述有源部件進行控制和信號處理。為了與其它外部電子設備通信，RF收發器電連接到前述有源部件。 所有前述電子部件都安裝在柔性印刷電路板(FPCB)上，其中，導線電連接各個部件。相應部件的實際順序和放置是經優化的，以便實現環形環之內的期望功能和封裝。為了實現各個有源部件的匹配的電流和電壓，連接了無源部件(未示出)。這些無源部件可作為各個物理部件安裝在FPCB上或者集成在FPCB中。
為了向部件供電，連接了電池2。這些前述部件包括電子指環的內部電子電路。在本發明的該實施例中，在安裝電部件並將電部件電連接到FPCB之後，用非導電的且優選的是保形的塗層13噴塗電子部件。常用的保形塗層是矽樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、氨基甲酸乙酯和對ニ甲苯。塗層的功能是α)防止粗糙處理造成的損壞，( )減小機械和熱應力，以及(iii)延長部件的壽命。此外，(iv)増大FPCB上的導線之間的介電強度，使得FPCB的設計能夠更緊湊且小。由於電部件安裝在FPCB的一個側面上，即FPCB的內側圓周上，所以保形塗層吸收由於FPCB形成為環形/圓形形狀而釋放的應力，從而降低了相應電部件和FPCB失去彼此之間的機械或電連接的風險。在圖15和16中，為了減小從天線電路生成的RF輻射，FPCB具有一個或多個中間地平面17，地平面17用來(i)對方向向內的任何RF輻射進行反射，(ii)擔當減小RF輻射的返回損耗的天線電路的地平面，以及(iii)擔當電部件的電路地平面，並且任選地還擔當(iv)熱沉。電部件以使得從前述天線生成的RF輻射最小化的順序放置在FPCB的內圓周上。由於由天線、微帶線、RF收發器構成的天線電路中固有的設計限制，它們相對於地平面的順序和放置對於實現使前述RF輻射最小化的足夠屏蔽而言是關鍵的。因此，位於FPCB 中的地平面被設計成至少在位於FPCB的外圓周側面上的內部天線與位於FPCB的內圓周側面中的RF收發器之間伸展。為了進一歩減小電部件和用戶手指上的RF輻射，塗覆在FPCB的內圓周上的保形塗層14可用擔當RF屏蔽的材料製成(與該材料混合)。該材料可由反射RF輻射的微珠 (由一些納米尺寸的金屬氧化物構成)製成。中間金屬帶層5被設計成擔當將RF收發器與內部天線電連接的微帶饋送(傳輸) 線，其優選地被優化為獲得50 Ω的匹配阻杭。微帶饋送線的寬度和長度的範圍必須使得微帶饋送線的每個維度僅輻射所要求的頻率0.4GHz)。對於本發明的環形天線，因此要求將沿著環的圓周的微帶饋送線長度 /JJs描述為/■線御叫=0.301且/5|線御間=0.2(^，其中，λ是對應輻射頻率的波長ひ=125mm@2. 4GHz)。類似地，要求微帶饋送線寬度在w(min) = 0. 008 λ且w(max) =0. 028 λ的範圍內。在圖3中，前述壓カ傳感器位於電子指環內的腔中，其中，入口孔幾何被成形為角錐以使壓カ傳感器端部處的壓力壓縮比最大化。為了優化靈敏度，入口孔應當具有角錐的窄端的直徑X與外端的直徑y的最小縱橫比尺寸差異，為1 10;等價地，角錐的總高度m 與角錐的窄端的高度η的縱橫比尺寸為6 1。壓カ傳感器可位於如圖1和圖4中所示的兩個可替選位置以在第4維中操縱，前者通過其上安裝有電子指環的手指的豎直手指移動(即，彎曲)來操縱；後者通過例如用戶的另ー只手上的手指來操縱。在圖1中，壓カ傳感器8和入口孔被定位成使得罩住傳感器8 的腔面對環形指環結構1的內圓周。該定位使得當承載指環的手指彎曲時壓カ傳感器上的壓カ増大，這是因為手指下部的組織然後在其徑向方向上壓縮和擴張。因此，通過簡單地彎曲/豎直移動承載指環的手指，容易地實現了在第4維中操縱連接到指環的外部設備。圖4 中，壓カ傳感器8和入口孔被定位成使得罩住傳感器8的腔面對環形指環結構1的外圓周。 在此情況下，激活壓力傳感器並因此在第4維中操縱外部設備可以通過用承載指環的手的
9任ー其它手指或另ー只手的手指按壓壓力傳感器8來實現。優選地，在此情況下，通過使用承載指環的手的拇指來激活壓力傳感器8。在圖8中，構成環形半部的分界面上的頂部金屬層(包括中間金屬帶層)的是具有以下兩種功能的材料α)通過其化學粘附性質增強接合部之間的焊接，以及(ii)通過其吸氣性質增強密閉包封(即，降低密封的環腔中的壓力)。該材料可由鈦(Ti)組合物製成。眾所周知，包含Ti的材料組合物具有低的導熱性以及好的吸氣性質(對於脫氣的最常見現有氣體氧氣、水蒸汽和碳氫化合物)。在焊接過程中通過熱傳遞來完成金屬吸氣膜的激活，其中，在新產生的腔中，金屬表面與氣體原子反應，從而將氣體原子鎖定在吸氣器中。 這些被捕獲的原子擴散到吸氣器中，從而更新金屬表面，準備好吸收更多氣體原子並由此減小實現密閉密封的壓力。在圖9中，在電子指環的製造期間，焊接環形環的相應半部lc、ld，產生過多的熱。 焊池寬度是取決於雷射斑尺寸的重要參數。構成中間金屬層的材料的焊接吸收取決於其能量傳遞效率。在焊接過程中，使相應環形半部的分界面熔化以同時不損壞內部電部件，雷射脈衝時間必須< 2. 2msο同吋，前述非導電保形塗層擔當用以減小焊接過程中電部件上的總體熱應カ的吸熱器。用於環形半部的分界面上的頂部金屬層以及非導電保形塗層的前述材料使得能夠在被選擇用於優化密閉包封的相應厚度和圖案的設計方面有更大的自由，並因此延長了內部電部件的壽命。在本發明ー個實施例中，前述微珠可進ー步沉積在環殼的內圓周的外部上，以便減小用戶手指(未示出)上的RF輻射。在本發明ー個實施例中，為了適應於不同的應用和針對不同的應用進行優化，天線具有以下不同的設計α)外部的且全向的；( )內部集成的且單向的；απ)內部集成的且單向的，具有延伸的且升高的罩；(iv)介電的，與摺疊的單極集成。在圖10中，外部粗略天線是全向的並且由環形金屬環構成，以實現至工作頻率的粗略調諧。外部天線的電長度應當是ー個波長、二分之一波長(偶扱)或四分之一波長，設有地平面來使除了實天線阻抗以外的所有參數最小化。令人聯想到圓盤單極(CDM)天線， 但是沒有擔當地平面的單極。為了實現粗略調諧以匹配2. 4-2. 5GHz (藍牙頻率範圍)，環形環的外部天線直徑被計算為12-15mm。由於需要粗略調諧，環形指環的外直徑或內直徑足以獲得匹配的阻杭。外部天線通過環形環、通過垂直於其圓周的金屬壁(未示出)連接到內部天線。在圖11中，第二可替選方案是內部集成的單向天線。該天線可以是反轉F天線 (IFA)，其(i)安裝在柔性印刷電路板上，或者(ii)作為其製造的一部分集成/印刷在柔性印刷電路板中(未示出)。也可使用任何其它類型的單向天線。該天線位於環的如下部分的下面該部分不具有沉積在環形環上的、面朝外的、在幾何上被描述為徑向遠離環中心的外殼金屬。開ロ沿著圓周最大為12mm，其擔當允許不受擾RF輻射的由鈦化合物製成的窗ロ 罩。當外殼完全或幾乎完全由對RF輻射有相當大不利影響的金屬如金或銀製成吋，電子指環僅需要設有該類型的開ロ或RF窗ロ。當外殼或整個環由非RF屏蔽材料如塑料化合物製成吋，通常不需要RF窗ロ。然而，RF窗ロ的使用允許外殼的其餘部分由金、銀或對RF輻射有不利影響的任何其它貴金屬製成，並由此給予用戶常規珠寶指環的感覺。在圖12中，第三可替選方案是具有局部延伸的且升高的球形狀15的環形指環，球形狀15擔當由Ib構成的內部集成的單向天線的罩，使RF輻射的返回損耗最小化。集成的球形狀的半徑最大為7mm。延伸的罩將使得有可能距柔性印刷電路板的地平面更遠、升高地放置內部天線；這與直接安裝在柔性印刷電路板上形成對比。這顯著減小了 RF輻射的返回損耗。同吋，在此情況下，前述非導電保形塗層也擔當天線與地平面之間的間隙中的介電腔。在圖13和19中，第四可替選方案是由與摺疊的單極天線7a集成的電介質16構成的環形環的一部分。該電介質可以例如由陶瓷或環氧樹脂材料製成。該電介質也可以是參考圖1描述的保護塗層13。單極天線由放置在環形環的介電部分的外邊界中的導電材料的線或帶製成。天線的一端在介電部分之內是自由的，而另一端經由饋送線(未示出)連接到RF收發器。可替選地，單極天線7a集成在柔性印刷電路板的頂層上(圖5和17)，天線的一端在介電部分之內是自由的(圖6和18)，另一端經由饋送線電連接到RF收發器。 天線的長度由2. 4GHz的自共振頻率的四分之一波長決定，這對應於摺疊線的總長度L為L =31mm0在本發明ー個實施例中，為了完成前述天線的設計，將設計與位於(i)FPCB中的中間層(圖15和16)中的地平面相組合，(ii)或者當環形環的一部分具有與摺疊的單極天線集成的介電部時，剩餘的環形外金屬殼擔當地平面(圖13)。地平面被設計成通過設置導致低阻抗的沿著圓周的長度來使RF損耗最小化。這暗示了長度/||面=1/211,其中11 = 1，2，3···。上面已主要參照多個清楚地公開的實施例描述了本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，除了上面公開的實施例以外的實施例同樣可以在本發明的範圍之內。例如，在本發明ー個實施例中，由兩個環形半殼構成的環形指環結構可以可替選地通過利用一個或多個螺釘將它們各自的互補分界面固定來非密閉地包封電部件，以便實現更低成本的製造方案。另例如，與上面所述相比安裝更少量的部件(即，僅微控制器、藍牙、微帶和天線)，部件可以安裝在沿著環形指環結構的圓周的FPCB的僅ー個側面上，以便實現更低成本的製造方案。注意，在該實施例中，電子電路可以無源地(即，不需要電池)工作以利用近場技術(RFID、鄰近卡等)通信，近場技術使用上述天線設計藉助磁場感應來傳遞信號。另例如，在一個實施例中，環形環殼可由塑料而不是金屬製成，其中，上述保形塗層被塗覆在(i)FPCB的內圓周上，並且/或者(ii)沉積在環殼的內圓周的外部上，與微珠混合以擔當用戶手指上的RF屏蔽。同吋，塑料環形環殼可由電連接到FPCB的發光聚合物(LEP)製成。在該實施例中， 環殼可通過發射電磁輻射例如紅色來與其緊鄰的附近進行視覺通信，以便通知其它人該用戶屬於恰好在學院研究科目產生的「紅色」辯論隊。在實踐中，微控制器可以被配置成響應於由環的壓カ或加速度計傳感器在內部接收到的信號而向LEP環殼發送正確的電流以實現期望的發射波長。可替選地，微控制器可以被配置成響應於從外部単元接收到的信號。例如，在一個實施例中，電子指環可以用作通信裝置以便要求指環攜帶者的注意。 在該實施例中，環可以包括被配置成響應於由RF天線電路從外部単元接收信號而向用戶手指提供熱的熱生成裝置。為此，微控制器可以被配置成響應於由RF天線電路接收到的信號而控制熱生成裝置向環的內圓周(即，面對用戶手指的表面)傳遞熱，以使得通過環的升高的溫度通知用戶信號已被接收到。例如，外部単元可以是行動電話或從行動電話轉發信號的網絡節點，並且信號可以是意在要求指環用戶的注意的任何信號。例如，信號可以是表明指環用戶已在他/她的行動電話上接收到文本消息的信號，或者源自於朋友的通信設備的信號，該朋友想要向指環用戶表明他/她正在想著指環用戶。熱生成裝置可以例如是與指環的面對其內圓周並且接觸用戶手指的金屬殼熱接觸的電阻加熱膜。在一個實施例中，環包括被配置成響應於從外部単元接收信號而向用戶手指提供機械振動的、振動電機的形式的、作為電子電路的一部分的微機械部件。為此，微控制器可以被配置成響應於由指環的天線接收到的信號而控制所生成的量值或時間間隔(頻率)， 以使得通過環的振動通知用戶信號已被接收到。例如，外部単元可以是轉發從指環用戶連接到的在線遊戲寄送的信號的行動電話或計算機，該信號表明他或她已在遊戲期間的某個情況下被遊戲參與者襲擊或接觸。在一個實施例中，前述壓カ傳感器位於電子指環內的具有被優化為上述幾何的面對內圓周開ロ的入口孔的腔中，以擔當提供對脈衝波幅度(PWA)所反映的手指血流變化的非侵入式測量的手指體積描記器。所使用的終端應用可例如用於醫療、健康或年代測定目的。在一個實施例中，上述壓カ傳感器當位於電子指環內的具有面對內圓周開ロ的入 ロ孔的腔中吋，可由感測指環用戶的溫度的溫度傳感器替換。所使用的終端應用可例如用於醫療、健康或年代測定目的。這裡，主要在電子指環擔當用於控制諸如計算機的外部電子設備的4維操縱設備的背景下描述了電子指環。然而，應當理解，還當電子指環適用於發明內容中提到的諸如識別、電子支付等其它應用、或適用於上一段中所述的「熱或振動或光發射通信」時，這裡公開的許多教導是有利的。還應當理解，集成在指環中的電子和/或電子機械部件的集合可以容易地適應於指環的預期用途。例如，電子指環當用於識別佩戴它的用戶時不需要包括加速度計或壓力傳感器。在此情況下，將微控制器(被編程有識別號碼等)和天線電路集成在電子指環中可能是足夠的。因此，應當理解，本發明的以下方面也被本公開內容所包含方面1 ー種電子指環，包括-具有外金屬殼的環形指環結構，以及-集成在所述環形指環結構中用幹與外部電子設備通信的微控制器和RF天線電路，其中，所述RF天線電路的內部天線位於擔當RF輻射的窗ロ的所述外金屬殼中的開口下面。方面2 根據方面1所述的電子指環，其中，所述內部天線連接到適於擔當用於粗略調諧至工作頻率的外部天線的所述外金屬売。方面3 根據方面1或2所述的電子指環，進一歩包括內売，並且其中，所述外金屬殼中的所述開ロ使得所述內殼被暴露，所述內殼優選地包括鈦化合物。
方面4 一種電子指環，包括-具有外金屬殼的環形指環結構，以及-集成在所述環形指環結構中用幹與外部電子設備通信的微控制器和RF天線電路，其中，所述RF天線電路的內部天線連接到適於擔當用於粗略調諧至工作頻率的外部天線的所述外金屬売。方面5 根據前述方面中的任一方面所述的電子指環，其中，所述內部天線通過擔當微帶饋送線的金屬帶層連接到所述RF天線電路的RF收發器。方面6 根據前述方面中的任一方面所述的電子指環，其中，所述指環進ー步包括用於對方向向內的RF輻射進行反射的至少ー個地平面，所述地平面優選地至少在所述RF 天線電路的RF收發器與所述內部天線之間伸展。方面7 根據前述方面中的任一方面所述的電子指環，進一歩包括擔當內部集成的天線的罩的升高的球形狀。方面8 —種電子指環，包括-具有外殼的環形指環結構，以及-至少包括集成在所述環形指環結構中用幹與外部電子設備通信的微控制器和 RF天線電路的電子部件。其中，所述外殼包括沿著分界面焊接在一起的上半部和下半部，所述分界面包括具有增強對所述印刷電路板和所述電子部件的密閉包封的吸氣性質的材料。方面9 根據方面8所述的電子指環，其中，所述材料還具有化學粘附性質。方面10 根據方面8或9所述的電子指環，其中，所述材料是金屬吸氣膜，所述金屬吸氣膜的吸氣性質通過焊接過程中的熱傳遞來激活。方面11 根據方面8至10中的任一方面所述的電子指環，其中，所述材料包括鈦化合物。方面12 —種用於製造電子指環的方法，包括以下步驟-提供環形指環結構的殼的上半部和下半部；-沿著所述半部中的第一半部的圓周在第一半部之內安裝包括電子部件的柔性印刷電路板；-通過沿著所述半部中的第一半部和第二半部之間的分界面將這兩個半部焊接在一起，將所述柔性印刷電路板和所述電子部件集成在環形指環結構中，以及-在將這兩個半部焊接在一起之前，至少部分地由具有增強對所述印刷電路板和所述電子部件的密閉包封的吸氣性質的材料形成所述分界面。方面13 根據方面12所述的方法，其中，所述分界面至少部分地由具有增強這兩個半部之間的焊接的吸氣性質和化學粘附性質的材料形成。方面14 根據方面12或13所述的方法，其中，所述分界面材料是鈦組合物。方面15 —種用於製造電子指環的方法，包括以下步驟利用一個或多個螺釘固定環形殼分界面的相應互補的上半部和下半部，以便實現對電部件的非密閉包封。方面16 —種電子指環，包括-具有外殼的環形指環結構，以及
13
-電子部件，所述電子部件至少包括集成在所述環形指環結構中用幹與外部電子設備通信的微控制器和RF天線電路，所述電子部件被製造或安裝在柔性印刷電路板上，所述柔性印刷電路板沿著所述環形指環結構的圓周被封裝在所述環形指環結構之內，包括內部天線的所述RF天線電路被布置在所述柔性印刷電路板中或者被布置在所述柔性印刷電路板與所述環形指環結構的外邊界之間，其中，所述電子指環進一歩包括所述環形指環結構的內邊界與所述柔性印刷電路板之間的RF屏蔽塗層，以將用戶手指與RF輻射屏蔽開。方面17 —種電子指環，包括由塑料而不是金屬製成的環形環売，其中，保形塗層塗覆在(i)FPCB的內圓周上， 和/或(ii)環殼的內圓周的外部上，並且與微珠混合以擔當用戶手指上的RF屏蔽。方面18 根據方面17所述的電子指環，其中，所述塑料環形環殼由發光聚合物 (LEP)製成，其電連接到FPCB以與用戶的緊鄰的附近的其他人光學通信(發射)。方面19 根據方面16所述的電子指環，其中，至少ー個所述電子部件被布置在所述柔性印刷電路板與所述環形指環的內邊界之間，並且其中，所述RF屏蔽塗層被設置在所述柔性印刷電路板的內側面上，使得所述RF屏蔽塗層將用戶手指和所述至少一個電子部件與RF輻射屏蔽開。方面20 —種電子指環，包括-環形指環結構，所述環形指環結構具有意在接觸佩戴所述指環的用戶的手指的金屬殼，以及-電子部件，所述電子部件集成在所述環形指環結構中，所述電子部件至少包括微控制器、用幹與外部電子設備通信的RF天線電路以及熱生成裝置，其中，所述熱生成裝置適於響應於由所述RF天線電路從所述外部設備接收到的信號而向所述環形指環結構的所述金屬殼提供熱。方面21 根據方面20所述的電子指環，其中，所述微控制器適於在所述接收到的信號表明應當要求用戶的注意的情況下分析所述信號並且控制所述熱生成裝置向所述金屬殼提供熱。方面22 根據方面20或21所述的電子指環，其中，所述熱生成裝置是被布置成與所述環形指環結構的所述金屬殼熱接觸的電阻加熱膜。方面23 —種電子指環，包括-環形指環結構，所述環形指環結構具有意在接觸佩戴所述指環的用戶的手指的金屬殼，以及-電子部件，所述電子部件集成在所述環形指環結構中，所述電子部件至少包括微控制器、用幹與外部電子設備通信的RF天線電路以及振動生成裝置，其中，所述振動生成裝置適於響應於由所述RF天線電路從所述外部設備接收到的信號而向整個所述指環及其用戶提供振動。方面M 根據方面23所述的電子指環，其中，所述微控制器適於在所述接收到的信號表明應當要求用戶的注意的情況下分析所述信號並且控制所述振動生成裝置向整個所述指環及其用戶提供振動。
方面25 根據方面23或M所述的電子指環，其中，所述振動生成裝置是連接到所述環形指環結構內的電子電路的微機械振動電機。方面沈ー種電子指環，包括-環形指環結構，所述環形指環結構具有意在接觸佩戴所述指環的用戶的手指的金屬殼，以及-電子部件，所述電子部件集成在所述環形指環結構中，所述電子部件至少包括微控制器、用幹與外部電子設備通信的RF天線電路以及壓カ感測裝置，所述壓カ感測裝置位於電子指環內的具有被優化為上述幾何的面對內圓周開ロ的入口孔的腔中，以擔當提供非侵入式測量的手指體積描記器，其中，所述壓カ感測裝置適於根據用戶的手指血流變化檢測壓カ差異。方面27 根據前述方面中的任一方面所述的電子指環，其中，所述電子指環的所有電部件都被製造或安裝在柔性印刷電路板上，所述柔性印刷電路板沿著所述環形指環結構的圓周被封裝在所述環形指環結構之內。方面觀根據前述方面中的任一方面所述的電子指環，其中，所述電子指環的電子部件包括以下中的ー個或多個-電源，比如電池、電感線圈和/或壓電納米纖維，所述電源用於向所述指環的有源電子部件供電；-用於基於用戶的手的運動在3維空間中操縱外部設備的加速度計，以及-用於在第4維中操縱所述外部設備的壓カ傳感器。
權利要求
1.一種用於在高達四維中操縱外部電子設備的電子指環，包括-環形指環結構(1)，所述環形指環結構(1)具有外殼(Ia)，以及-電子部件，所述電子部件包括微處理器(4)、RF天線電路(3、5、7)、加速度計(6)和壓力傳感器(8)，所有所述電子部件都被製造或安裝在柔性印刷電路板FPCB(9)上，所述柔性印刷電路板沿著所述環形指環結構(1)的圓周被封裝在所述環形指環結構(1)之內。
2.根據權利要求1所述的電子指環，其中，所述加速度計(6)被配置成在3維空間中操縱，並且所述壓カ傳感器(8)被配置成在額外的第4維中操縱。
3.根據權利要求1或2所述的電子指環，其中，所述壓カ傳感器(8)位於所述電子指環內的具有入口孔的腔中。
4.根據權利要求3所述的電子指環，其中，所述入口孔被成形為角錐以使所述壓カ傳感器端部(11)處的壓力壓縮比最大化。
5.根據權利要求4所述的電子指環，其中，為了優化所述壓カ傳感器(8)的靈敏度，所述入口孔(11)具有所述角錐的窄端的直徑(χ)與所述角錐的外端的直徑(y)的最小縱橫比尺寸差異，為1 10。
6.根據權利要求4或5所述的電子指環，其中，所述角錐的總高度(m)與所述角錐的窄端的高度(η)的縱橫比尺寸應當為6 1。
7.根據權利要求3至6中的任一項所述的電子指環，其中，所述壓カ傳感器(8)和所述入口孔被定位成使得所述腔面對所述環形指環結構(1)的內圓周，以允許通過彎曲承載所述指環的手指來向所述壓カ傳感器( 施加壓力。
8.根據權利要求3至6中的任一項所述的電子指環，其中，所述壓カ傳感器(8)和所述入口孔被定位成使得所述腔面對所述環形指環結構(1)的外圓周，以允許通過使用不承載所述指環的另ー個手指來向所述壓カ傳感器(8)施加壓力。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的電子指環，其中，所述外殼(Ia)由金屬製成， 並且其中，所述RF天線電路(3、5、7)包括位於擔當RF輻射的窗ロ的所述外金屬殼(Ia)中的開ロ(10)下面的內部天線(7)。
10.根據權利要求9所述的電子指環，其中，所述環形指環結構(1)包括局部延伸的且升高的球形狀(15)，所述球形狀(15)擔當所述內部天線(7)的罩並且使所述RF輻射的返回損耗最小化。
11.根據權利要求9或10所述的電子指環，進一歩包括內殼(lb)，並且其中，所述外金屬殼(Ia)中的所述開ロ使得所述內殼(Ib)被暴露，所述內殼優選地包括鈦化合物。
12.根據權利要求9至11中的任一項所述的電子指環，其中，所述內部天線(7)連接到所述外金屬殼(Ia)，所述外金屬殼(Ia)適於擔當實現至工作頻率的粗略調諧的外部全向天線。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的電子指環，其中，所述環形指環結構(1)的所述外殼(Ia)由兩個環形互補半部(lc、ld)構成，所述兩個半部(lc、ld)沿著這兩個半部之間的分界面被焊接在一起。
14.根據權利要求13所述的電子指環，其中，所述分界面包括具有增強對所述印刷電路板和所述電子部件的密閉包封的吸氣性質的材料。
15.根據權利要求14所述的電子指環，其中，所述材料還具有增強所述兩個半部(lc、Id)之間的所述焊接的化學粘附性質。
16.根據前述權利要求中的任一項所述的電子指環，其中，所述電子部件進ー步包括電池(2)。
17.根據前述權利要求中的任一項所述的電子指環，進一歩包括具有RF屏蔽性質的保護塗層(14)，所述保護塗層(14)位於所述環形指環結構(1)的內邊界與所述柔性印刷電路板(9)之間。
18.根據權利要求17所述的電子指環，其中，所述保護塗層(14)包括微珠。
19.根據前述權利要求中的任一項所述的電子指環，其中，所述RF天線電路(3、5、7)包括微帶饋送線(5)，所述微帶饋送線(5)具有被設計成沿著所述環形指環結構(1)的所述圓周伸展的形狀，並且所述微帶饋送線(5)被電優化為獲得50 Ω的匹配阻杭。
20.根據權利要求19所述的電子指環，其中，所述微帶饋送線( 的寬度和長度被選擇成使得所述微帶饋送線的每個維度以2. 4GHz輻射。
21.根據前述權利要求中的任一項所述的電子指環，進一歩包括至少ー個地平面 (17)，所述至少ー個地平面(17)被設計成使RF損耗最小化並且具有沿著所述環形指環結構⑴的所述圓周的長度/S^0 = λ/2 ,其中η = 1，2，3· · ·。
22.根據權利要求21所述的電子指環，其中，所述至少ー個地平面(17)至少在位於所述柔性印刷電路板(9)的外圓周側面上的所述RF天線電路(3、5、7)的內部天線(7)與位於所述柔性印刷電路板(9)的內圓周側面上的所述RF天線電路(3、5、7)的RF收發器(3) 之間伸展。
全文摘要
本發明提供了一種用於無線4維遠程操縱和/或監視的電子指環(1)。該電子指環包括以不同方式封裝和集成的電子部件，以根據該電子指環的應用實現全向或單向RF發射，該電子指環的應用例如是擔當與附近的電子設備進行無線通信或用於無線用戶醫療診斷的多操縱設備。
文檔編號G06F3/033GK102597919SQ201080049343
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月27日 優先權日2009年11月2日
發明者斯坦利·維斯馬爾 申請人:斯坦利·維斯馬爾