专利名称：电子指环及其制造技术
技术领域：
本发明涉及一种环形指环，具体而言涉及这样ー种包括多个电和微机械部件的附件，该附件担当利用例如蓝牙技术与附近的电子设备进行无线通信的多传感器设备。
背景技术：
计算机鼠标(或等价的触摸板或触摸屏)被用作控制图标在计算机屏幕(固定的个人计算机、膝上型电脑、个人数字助理)上的ニ维(水平和竖直)运动的操纵设备。它占据大的空间，这限制了用户的移动自由。多年以来，已开发并制造了多种类型的模型；机械、 光学、激光和惯性计算机鼠标。最后提到的使用加速度计在X和y方向上操纵鼠标指针。另ー个应用使用指环顶上的微机械加速度计来控制对电吉他的声音影响(參见 www, sourceaudio. net/index, php)0又一个应用是将指环用于移动语音通信，其中，它与麦克风和扬声器集成，以便从扬戸器イ专递尸会円振明、参见“A finger-ring shaped wearable handset based on bone-conduction", Fukumoto, M ；可穿戴式计算机；汇刊，2005年10月18-21日的第九次 IEEE国际研讨会，第10-13页)。美国专利第2003/0142065A1号描述了ー种包含承载在柔性印刷电路板(FPCB)上的多个电子部件的环状设备。美国专利第2003/0227437A1号描述了ー种特征在于可安装在计算机用户拇指上的带子的指点设备。美国专利第2004/0032346A1号描述了ー种主要担当虚拟键盘的距离感测単元。美国专利第2005/005M12A1号描述了ー种排他地用作计算机鼠标型设备的人界面机。美国专利第2006/0001646A1号描述了ー种“C”形状的操作设备。德国专利第DE102005021527A1号描述了ー种具有在安装在指环顶上的结构中实施的电子部件的操作设备。美国专利第US005638092号描述了ー种排他地用在与键盘的连接中的光标控制系统。
发明内容
本发明的ー个目的是解决或至少缓解与根据现有技术的上述设备相关联的ー个或多个问题。具体地，本发明的ー个目的是提供一种用于控制诸如计算机的外部电子设备的用户友好的操纵设备。该目的通过如权利要求1所限定的电子指环来实现。该电子指环提供了在高达四维中操纵/控制外部电子设备的有效且人体工程学的方式
在独立权利要求中限定了本发明的具体实施例，从下文中接下来的详细描述中容易明白它们的优点。本发明基于以下理解与已确立的计算机鼠标相比，可替选的操纵设备设计可使用电子指环、基于集成在环内部的4维操纵设备控件来实现。根据本发明的第一方面，为了在3维空间中操纵而提供了用于运动感测的加速度计。为了在额外的第4维中操纵而进一歩提供了微机械压カ传感器，即，帮助在计算机屏幕 (或等价物)上在第4维中额外地移动/控制鼠标光标的操纵设备设计。这给予用户以下能力；例如，在计算机屏幕上放大或縮小图片。另外，客户在取决于应用的不同情况下针对用户需要来预配置它；如在家庭环境中在第一维中接通或关断家庭娱乐系统；在第二维中改变为电视音乐或电影模式；在第三维中改变电视频道/音乐或电影音轨，而在第四维中开始、停止或暂停音轨。至少在本发明的一些实施例中，压カ传感器适于允许在额外的第四维中的操纵意味着压カ传感器适于控制不涉及3维空间中的操纵的外部电子设备的功能。可替选地，微机械压カ传感器可以担当提供对脉冲波幅度(PWA)所反映的手指血流变化的非侵入式测量的手指体积描记器。上述有源部件与混合的信号微控制器相組合，使得能够对这些前述有源部件进行控制和信号处理。为了与其它外部电子设备通信，将射频(RF)收发器电连接到前述有源部件。所有的前述电子部件都安装在柔性印刷电路板(FPCB)上，其中，导线电连接各个部件。 相应部件的实际顺序和放置是新颖的，以便实现环形环之内的期望功能和封装。为了实现各个有源部件的匹配的电流和电压，连接了无源部件。这些无源部件可以作为各个物理部件安装在FPCB上或者集成在FPCB中。 为了向部件供电，可以将部件连接到集成在电子指环中的电池。在一个实施例中， 这些前述部件构成了电子指环的内部电子电路。提供能量源的可替选方案是将保形涂层(conformal coating)与压电纳米纤维 (例如，pzt-锆钛酸铅-或氧化锌材料)集成在一起，它将机械能转换成电能，它可放置在 /位于FPCB的外和/或内圆周上并且电连接到FPCB以向电部件提供电。用于向指环的电子部件供电的又一可替选电源是用于当环经受交变磁场时生成流向部件的感应电流的线圈。这样的线圈可以集成在环中，并且可以代替电池和/或压电纳米纤维使用或者与电池和/或压电纳米纤维一起使用。在本发明ー个实施例中，在安装电部件并将电部件电连接到FPCB之后，用非导电保形涂层覆盖电部件。为了进ー步减小用户手指以及电部件上的RF辐射，将涂覆在FPCB的内圆周上的保形涂层与微珠(cenosphere，ー种担当RF屏蔽的材料)混合。在一个实施例中，上述压电纳米纤维集成在保形涂层中。本发明的电子指环的一大优点是整个环构成完整的电子电路。亦即，完整的电子电路集成在电子指环的内部。在环是环形金属环的ー个实施例中，它担当α)外部天线， 用以实现至工作频率的粗略调谐，连接到位于环之内的内部天线和RF收发器，或者担当 (ii)内部天线的电地平面。在本发明ー个实施例中，构成环形半部的分界面上的顶部金属层的是具有以下两种功能的材料α)通过其化学粘附性质增强接合部之间的焊接，以及(ii)通过其吸气性质增强密闭包封(即，降低密封的环腔中的压カ)。在本发明一个实施例中，前述压カ传感器位于电子指环内的腔中，其中，入口孔几何被成形为角锥以使压力传感器端部处的压力压缩比最大化。在本发明ー个实施例中，前述微珠可进ー步沉积在环壳的内圆周的外部上，以便减小用户手指上的RF辐射。在本发明ー个实施例中，为了适应于不同的应用和针对不同的应用进行优化，天线具有以下不同的设计α)外部的且全向的；( )内部集成的且单向的；απ)内部集成的且单向的，具有延伸的且升高的罩；(iv)介电的，与折叠的单极集成。中间金属带层被设计成担当将RF收发器与内部天线电连接的微带馈送(传输) 线，其优选地被优化为获得50 Ω的匹配阻杭。这暗示了如何在环形指环内放置部件、内部天线和RF收发器方面的限制。在本发明ー个实施例中，为了完成前述天线的设计，将它们分別与位于(i)FPCB 中的中间层中的地平面相組合，( )或者当环形环的一部分具有与折叠的单极天线集成的介电部时，剩余的环形外金属壳担当地平面。在本发明ー个实施例中，外金属壳的一部分是开ロ的以担当允许不受扰RF辐射的窗ロ罩，其⑴与环形环具有相同的形状，或者(ii)由环的所述部分中的介电材料构成， 或者(iii)具有局部延伸的且升高的球形状以使RF辐射的返回损耗最小化。本发明的另ー个目的是提供指环的除了作为美学的和/或具文化价值的物品以外的可替选用途。本发明的其它目的是要处理以下问题-如何将具有全向或单向辐射性质的天线集成在指环中，-如何设计包括可集成在普通尺寸的指环中的各种电和/或微机械部件的电路，-如何制造包括集成的电和/或微机械部件的指环，-如何以延长环的寿命和/或性能的方式来制造这样的环。本发明的又ー个目的是提供允许环适用于以下应用中的一个或多个应用的电子指环设计(i)操纵和控制在用户的紧邻的附近的电子设备的功能(ii)识别-代替普通的安全通行卡而使用(iii)电子支付-代替现有的信用卡而使用(iv)用于用户健康状况的持续测量和诊断-被诊断患有帕金森症的人需要他或她的手指或手颤抖移动被持续地监视，以便接受医务人员的适当药疗或治疗(ν)用于聋哑人-改善与不理解手语的人的实时交流(iv)用于通信-通知指环用户某事物(vii)袭击警报-当怀疑有袭击吋，携带电子指环的人可利用指环执行立即行动， 并且信号被无线地发送到他或她的移动电话，该移动电话又自动地发送紧急呼叫寻求帮助(viii)手指体积描记器-提供对用于精确数据收集技术的脉冲波幅度(PWA)所反映的手指血流变化的非侵入式測量，用于例如监视心脏周期以用在心率变异性(HRV)计算中。
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根据本发明，所有以上目的都可以借助于如下环形指环来实现该指环密闭地包封电部件，从而允许该指环与在它紧邻的附近的电子设备进行无线通信，同时具有常规珠宝指环的美学性质。
參考附图、通过对本发明的优选实施例的以下说明性的且非限制性的详细描述， 将更好地理解本发明的以上以及额外的目的、特征和优点，其中，相同的附图标记被用于类似的元件，并且其中图1是根据本发明ー个实施例的电子指环的示意性剖面图，其中，电子部件安装在封装在环形指环之内的柔性印刷电路板上，环形指环具有面对环的内边界的压カ传感
-Htr ο图2是安装在柔性印刷电路板的两个侧面上的电子部件的示意性顶视图。图3是在被成形为角锥以使压力传感器端部处的压力压缩比最大化的入口孔上缩放了的示意性剖面图。图4是安装在封装在具有可替选设计的环形指环之内的柔性印刷电路板上的电子部件的示意性剖面图，该可替选设计具有被放置在环的外边界上的压カ传感器。图5是安装在封装在具有可替选设计的环形指环之内的柔性印刷电路板上的电子部件的示意性剖面图，该可替选设计具有折叠的单极天线。图6是安装在具有可替选设计的柔性印刷电路板的两个侧面上的电子部件的示意性顶视图，该可替选设计具有折叠的单极天线。图7是根据本发明另一个实施例的环形电子指环的示意性三维视图，其中，外和内金属壳由两种不同的金属构成以允许单向不受扰RF辐射。图8是根据本发明另一个实施例的示出了不同金属层如何沉积的内和外环形壳的横截面的示意性三维图示。图9是根据本发明另一个实施例的指环环形壳的上半部和下半部的示意性图示， 其中，分界面(以及内表面)是钛化合物。图10是根据本发明ー个实施例的外部粗略全向设计的示意性视图，其中，整个环形金属壳担当RF天线。图11是根据本发明ー个实施例的内部单向天线位于何处的示意性视图，在内部单向天线所位于的位置，外壳是开ロ的，使得内壳被暴露(由钛化合物构成)，以允许不受扰RF辐射。图12是根据本发明ー个实施例的由集成的球设计构成的延伸的单向天线罩的示意性视图，该集成的球设计不沉积有顶部壳材料，使得内壳被暴露(由钛化合物构成)，以允许不受扰RF辐射发射。图13是根据本发明ー个实施例的集成在介电材料中的单极天线设计的示意性图
7J\ ο图14是根据本发明ー个实施例的单极天线设计的示意性图示，在该单极天线设计所位于的位置，外壳是开ロ的，使得内壳被暴露，以允许不受扰RF辐射。图15是如何设计FPCB上的地平面的示意性视图。根据本发明一个实施例，面对环的外圆周的地平面担当RF天线电路的地平面，面对环的内圆周的地平面担当地平面并且任选地还担当电子部件的热沉。图16是示出了微带如何连接到RF收发器的示意性视图，RF收发器具有作为FPCB 中的中间层的相邻的地平面。根据本发明一个实施例，未示出额外的导线、Vcc等。图17是根据本发明ー个实施例的折叠的单极天线的横截面图，示出了它如何在被集成在环中之后实现它的期望几何。图18是根据本发明ー个实施例的折叠的单极天线的顶视图。图19是根据本发明ー个实施例的折叠的单极天线的三维示意图。
具体实施例方式以下描述是当前设想的用于执行本发明的最佳模式。不是要在限制的意义上进行本说明，而是仅出于描述本发明的普通原理的目的而作出本说明。应当參考权利要求来确定本发明的范围。环形电子指环构成了完整的电子电路。环形金属环担当α)外部天线，用以实现至工作频率的粗略调谐，其连接到位于环之内的内部天线和RF收发器，或者担当(ii)内部天线的电地平面。电子指环担当4维操纵设备，其中，加速度计在3维空间中操纵并且压カ传感器在额外的第4维中操纵，即，新颖的操纵设备设计。參考图1和2，本发明的第一实施例是环形指环结构1，其由以下两个不同的金属壳构成⑴la，由金(Au)或银(Ag)制成，包围在几何上被描述为径向上距环中心最远的指环结构的主要部分，以及(ii)lb，由钛化合物(Ti，Tiff)制成，是面对指环结构的内部的金属封套。环形指环结构1由以下不同的电子部件組成电池2、RF收发器3和微处理器4、 微带线5、加速度计6、内部天线7、压カ传感器8 ；它们都安装在柔性印刷电路板9上。在该实施例中，还存在担当让不受扰RF辐射通过的RF窗ロ的外金属壳开ロ 10。在该实施例中， 在环形指环结构1的位于压カ传感器8处的内边界处，存在被成形为角锥以使压力传感器端部11处的压力压缩比最大化的入口孔。为了将压カ传感器和柔性印刷电路板的一端永久地放置在相应的位置，铸造固定件12作为金属壳的一部分。在该实施例中，如上所述，保护涂层13位于环形指环结构1的外边界与柔性印刷电路板9之间，并且另ー形式的保护涂层(具有微珠)14位于环形指环结构1的内边界与柔性印刷电路板9之间。内部天线7通过微带线5连接到RF收发器3，其中，微带的设计被优化为获得50 Ω的匹配阻杭。在外部天线选项的情况下，环形指环结构1的外壳担当粗略天线。在排他地使用内部天线选项的情况下，内部天线位于沿着环形指环结构1的圆周的一位置，在该位置没有允许不受扰单向辐射的外金属壳覆盖10。在该实施例中，上述有源部件与微处理器4相組合，使得能够对这些前述有源部件进行控制和信号处理。为了与其它外部电子设备通信，RF收发器电连接到前述有源部件。 所有前述电子部件都安装在柔性印刷电路板(FPCB)上，其中，导线电连接各个部件。相应部件的实际顺序和放置是经优化的，以便实现环形环之内的期望功能和封装。为了实现各个有源部件的匹配的电流和电压，连接了无源部件(未示出)。这些无源部件可作为各个物理部件安装在FPCB上或者集成在FPCB中。
为了向部件供电，连接了电池2。这些前述部件包括电子指环的内部电子电路。在本发明的该实施例中，在安装电部件并将电部件电连接到FPCB之后，用非导电的且优选的是保形的涂层13喷涂电子部件。常用的保形涂层是硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基甲酸乙酯和对ニ甲苯。涂层的功能是α)防止粗糙处理造成的损坏，( )减小机械和热应力，以及(iii)延长部件的寿命。此外，(iv)増大FPCB上的导线之间的介电强度，使得FPCB的设计能够更紧凑且小。由于电部件安装在FPCB的一个侧面上，即FPCB的内侧圆周上，所以保形涂层吸收由于FPCB形成为环形/圆形形状而释放的应力，从而降低了相应电部件和FPCB失去彼此之间的机械或电连接的风险。在图15和16中，为了减小从天线电路生成的RF辐射，FPCB具有一个或多个中间地平面17，地平面17用来(i)对方向向内的任何RF辐射进行反射，(ii)担当减小RF辐射的返回损耗的天线电路的地平面，以及(iii)担当电部件的电路地平面，并且任选地还担当(iv)热沉。电部件以使得从前述天线生成的RF辐射最小化的順序放置在FPCB的内圆周上。由于由天线、微带线、RF收发器构成的天线电路中固有的设计限制，它们相对于地平面的順序和放置对于实现使前述RF辐射最小化的足够屏蔽而言是关键的。因此，位于FPCB 中的地平面被设计成至少在位于FPCB的外圆周侧面上的内部天线与位于FPCB的内圆周侧面中的RF收发器之间伸展。为了进一歩减小电部件和用户手指上的RF辐射，涂覆在FPCB的内圆周上的保形涂层14可用担当RF屏蔽的材料制成(与该材料混合)。该材料可由反射RF辐射的微珠 (由一些纳米尺寸的金属氧化物构成)制成。中间金属带层5被设计成担当将RF收发器与内部天线电连接的微带馈送(传输) 线，其优选地被优化为获得50 Ω的匹配阻杭。微带馈送线的宽度和长度的范围必须使得微带馈送线的每个维度仅辐射所要求的频率0.4GHz)。对于本发明的环形天线，因此要求将沿着环的圆周的微带馈送线长度 /JJs描述为/■线御叫=0.301且/5|线御间=0.2(^，其中，λ是对应辐射频率的波长ひ=125mm@2. 4GHz)。类似地，要求微带馈送线宽度在w(min) = 0. 008 λ且w(max) =0. 028 λ的范围内。在图3中，前述压カ传感器位于电子指环内的腔中，其中，入口孔几何被成形为角锥以使压カ传感器端部处的压力压缩比最大化。为了优化灵敏度，入口孔应当具有角锥的窄端的直径X与外端的直径y的最小纵横比尺寸差异，为1 10;等价地，角锥的总高度m 与角锥的窄端的高度η的纵横比尺寸为6 1。压カ传感器可位于如图1和图4中所示的两个可替选位置以在第4维中操纵，前者通过其上安装有电子指环的手指的竖直手指移动(即，弯曲)来操纵；后者通过例如用户的另ー只手上的手指来操纵。在图1中，压カ传感器8和入口孔被定位成使得罩住传感器8 的腔面对环形指环结构1的内圆周。该定位使得当承载指环的手指弯曲时压カ传感器上的压カ増大，这是因为手指下部的组织然后在其径向方向上压缩和扩张。因此，通过简单地弯曲/竖直移动承载指环的手指，容易地实现了在第4维中操纵连接到指环的外部设备。图4 中，压カ传感器8和入口孔被定位成使得罩住传感器8的腔面对环形指环结构1的外圆周。 在此情况下，激活压力传感器并因此在第4维中操纵外部设备可以通过用承载指环的手的
9任ー其它手指或另ー只手的手指按压压力传感器8来实现。优选地，在此情况下，通过使用承载指环的手的拇指来激活压力传感器8。在图8中，构成环形半部的分界面上的顶部金属层(包括中间金属带层)的是具有以下两种功能的材料α)通过其化学粘附性质增强接合部之间的焊接，以及(ii)通过其吸气性质增强密闭包封(即，降低密封的环腔中的压力)。该材料可由钛(Ti)組合物制成。众所周知，包含Ti的材料組合物具有低的导热性以及好的吸气性质(对于脱气的最常见现有气体氧气、水蒸汽和碳氢化合物)。在焊接过程中通过热传递来完成金属吸气膜的激活，其中，在新产生的腔中，金属表面与气体原子反应，从而将气体原子锁定在吸气器中。 这些被捕获的原子扩散到吸气器中，从而更新金属表面，准备好吸收更多气体原子并由此减小实现密闭密封的压力。在图9中，在电子指环的制造期间，焊接环形环的相应半部lc、ld，产生过多的热。 焊池宽度是取决于激光斑尺寸的重要參数。构成中间金属层的材料的焊接吸收取决于其能量传递效率。在焊接过程中，使相应环形半部的分界面熔化以同时不损坏内部电部件，激光脉冲时间必须< 2. 2msο同吋，前述非导电保形涂层担当用以减小焊接过程中电部件上的总体热应カ的吸热器。用于环形半部的分界面上的顶部金属层以及非导电保形涂层的前述材料使得能够在被选择用于优化密闭包封的相应厚度和图案的设计方面有更大的自由，并因此延长了内部电部件的寿命。在本发明ー个实施例中，前述微珠可进ー步沉积在环壳的内圆周的外部上，以便减小用户手指(未示出)上的RF辐射。在本发明ー个实施例中，为了适应于不同的应用和针对不同的应用进行优化，天线具有以下不同的设计α)外部的且全向的；( )内部集成的且单向的；απ)内部集成的且单向的，具有延伸的且升高的罩；(iv)介电的，与折叠的单极集成。在图10中，外部粗略天线是全向的并且由环形金属环构成，以实现至工作频率的粗略调谐。外部天线的电长度应当是ー个波长、二分之一波长(偶扱)或四分之一波长，设有地平面来使除了实天线阻抗以外的所有參数最小化。令人联想到圆盘单极(CDM)天线， 但是没有担当地平面的单极。为了实现粗略调谐以匹配2. 4-2. 5GHz (蓝牙频率范围)，环形环的外部天线直径被计算为12-15mm。由于需要粗略调谐，环形指环的外直径或内直径足以获得匹配的阻杭。外部天线通过环形环、通过垂直于其圆周的金属壁(未示出)连接到内部天线。在图11中，第二可替选方案是内部集成的单向天线。该天线可以是反转F天线 (IFA)，其(i)安装在柔性印刷电路板上，或者(ii)作为其制造的一部分集成/印刷在柔性印刷电路板中(未示出)。也可使用任何其它类型的单向天线。该天线位于环的如下部分的下面该部分不具有沉积在环形环上的、面朝外的、在几何上被描述为径向远离环中心的外壳金属。开ロ沿着圆周最大为12mm，其担当允许不受扰RF辐射的由钛化合物制成的窗ロ 罩。当外壳完全或几乎完全由对RF辐射有相当大不利影响的金属如金或银制成吋，电子指环仅需要设有该类型的开ロ或RF窗ロ。当外壳或整个环由非RF屏蔽材料如塑料化合物制成吋，通常不需要RF窗ロ。然而，RF窗ロ的使用允许外壳的其余部分由金、银或对RF辐射有不利影响的任何其它贵金属制成，并由此给予用户常规珠宝指环的感觉。在图12中，第三可替选方案是具有局部延伸的且升高的球形状15的环形指环，球形状15担当由Ib构成的内部集成的单向天线的罩，使RF辐射的返回损耗最小化。集成的球形状的半径最大为7mm。延伸的罩将使得有可能距柔性印刷电路板的地平面更远、升高地放置内部天线；这与直接安装在柔性印刷电路板上形成对比。这显著减小了 RF辐射的返回损耗。同吋，在此情况下，前述非导电保形涂层也担当天线与地平面之间的间隙中的介电腔。在图13和19中，第四可替选方案是由与折叠的单极天线7a集成的电介质16构成的环形环的一部分。该电介质可以例如由陶瓷或环氧树脂材料制成。该电介质也可以是參考图1描述的保护涂层13。单极天线由放置在环形环的介电部分的外边界中的导电材料的线或带制成。天线的一端在介电部分之内是自由的，而另一端经由馈送线(未示出)连接到RF收发器。可替选地，单极天线7a集成在柔性印刷电路板的顶层上(图5和17)，天线的一端在介电部分之内是自由的(图6和18)，另一端经由馈送线电连接到RF收发器。 天线的长度由2. 4GHz的自共振频率的四分之一波长决定，这对应于折叠线的总长度L为L =31mm0在本发明ー个实施例中，为了完成前述天线的设计，将设计与位于(i)FPCB中的中间层(图15和16)中的地平面相組合，(ii)或者当环形环的一部分具有与折叠的单极天线集成的介电部时，剩余的环形外金属壳担当地平面(图13)。地平面被设计成通过设置导致低阻抗的沿着圆周的长度来使RF损耗最小化。这暗示了长度/||面=1/211,其中11 = 1，2，3···。上面已主要參照多个清楚地公开的实施例描述了本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，除了上面公开的实施例以外的实施例同样可以在本发明的范围之内。例如，在本发明ー个实施例中，由两个环形半壳构成的环形指环结构可以可替选地通过利用一个或多个螺钉将它们各自的互补分界面固定来非密闭地包封电部件，以便实现更低成本的制造方案。另例如，与上面所述相比安装更少量的部件(即，仅微控制器、蓝牙、微带和天线)，部件可以安装在沿着环形指环结构的圆周的FPCB的仅ー个侧面上，以便实现更低成本的制造方案。注意，在该实施例中，电子电路可以无源地(即，不需要电池)工作以利用近场技术(RFID、邻近卡等)通信，近场技术使用上述天线设计借助磁场感应来传递信号。另例如，在一个实施例中，环形环壳可由塑料而不是金属制成，其中，上述保形涂层被涂覆在(i)FPCB的内圆周上，并且/或者(ii)沉积在环壳的内圆周的外部上，与微珠混合以担当用户手指上的RF屏蔽。同吋，塑料环形环壳可由电连接到FPCB的发光聚合物(LEP)制成。在该实施例中， 环壳可通过发射电磁辐射例如红色来与其紧邻的附近进行视觉通信，以便通知其它人该用户属于恰好在学院研究科目产生的“红色”辩论队。在实践中，微控制器可以被配置成响应于由环的压カ或加速度计传感器在内部接收到的信号而向LEP环壳发送正确的电流以实现期望的发射波长。可替选地，微控制器可以被配置成响应于从外部単元接收到的信号。例如，在一个实施例中，电子指环可以用作通信装置以便要求指环携带者的注意。 在该实施例中，环可以包括被配置成响应于由RF天线电路从外部単元接收信号而向用户手指提供热的热生成装置。为此，微控制器可以被配置成响应于由RF天线电路接收到的信号而控制热生成装置向环的内圆周(即，面对用户手指的表面)传递热，以使得通过环的升高的温度通知用户信号已被接收到。例如，外部単元可以是移动电话或从移动电话转发信号的网络节点，并且信号可以是意在要求指环用户的注意的任何信号。例如，信号可以是表明指环用户已在他/她的移动电话上接收到文本消息的信号，或者源自于朋友的通信设备的信号，该朋友想要向指环用户表明他/她正在想着指环用户。热生成装置可以例如是与指环的面对其内圆周并且接触用户手指的金属壳热接触的电阻加热膜。在一个实施例中，环包括被配置成响应于从外部単元接收信号而向用户手指提供机械振动的、振动电机的形式的、作为电子电路的一部分的微机械部件。为此，微控制器可以被配置成响应于由指环的天线接收到的信号而控制所生成的量值或时间间隔(频率)， 以使得通过环的振动通知用户信号已被接收到。例如，外部単元可以是转发从指环用户连接到的在线游戏寄送的信号的移动电话或计算机，该信号表明他或她已在游戏期间的某个情况下被游戏參与者袭击或接触。在一个实施例中，前述压カ传感器位于电子指环内的具有被优化为上述几何的面对内圆周开ロ的入口孔的腔中，以担当提供对脉冲波幅度(PWA)所反映的手指血流变化的非侵入式测量的手指体积描记器。所使用的终端应用可例如用于医疗、健康或年代測定目的。在一个实施例中，上述压カ传感器当位于电子指环内的具有面对内圆周开ロ的入 ロ孔的腔中吋，可由感测指环用户的温度的温度传感器替换。所使用的终端应用可例如用于医疗、健康或年代測定目的。这里，主要在电子指环担当用于控制诸如计算机的外部电子设备的4维操纵设备的背景下描述了电子指环。然而，应当理解，还当电子指环适用于发明内容中提到的诸如识别、电子支付等其它应用、或适用于上一段中所述的“热或振动或光发射通信”时，这里公开的许多教导是有利的。还应当理解，集成在指环中的电子和/或电子机械部件的集合可以容易地适应于指环的预期用途。例如，电子指环当用于识别佩戴它的用户时不需要包括加速度计或压力传感器。在此情况下，将微控制器(被编程有识别号码等)和天线电路集成在电子指环中可能是足够的。因此，应当理解，本发明的以下方面也被本公开内容所包含方面1 ー种电子指环，包括-具有外金属壳的环形指环结构，以及-集成在所述环形指环结构中用干与外部电子设备通信的微控制器和RF天线电路，其中，所述RF天线电路的内部天线位于担当RF辐射的窗ロ的所述外金属壳中的开口下面。方面2 根据方面1所述的电子指环，其中，所述内部天线连接到适于担当用于粗略调谐至工作频率的外部天线的所述外金属売。方面3 根据方面1或2所述的电子指环，进一歩包括内売，并且其中，所述外金属壳中的所述开ロ使得所述内壳被暴露，所述内壳优选地包括钛化合物。
方面4 一种电子指环，包括-具有外金属壳的环形指环结构，以及-集成在所述环形指环结构中用干与外部电子设备通信的微控制器和RF天线电路，其中，所述RF天线电路的内部天线连接到适于担当用于粗略调谐至工作频率的外部天线的所述外金属売。方面5 根据前述方面中的任一方面所述的电子指环，其中，所述内部天线通过担当微带馈送线的金属带层连接到所述RF天线电路的RF收发器。方面6 根据前述方面中的任一方面所述的电子指环，其中，所述指环进ー步包括用于对方向向内的RF辐射进行反射的至少ー个地平面，所述地平面优选地至少在所述RF 天线电路的RF收发器与所述内部天线之间伸展。方面7 根据前述方面中的任一方面所述的电子指环，进一歩包括担当内部集成的天线的罩的升高的球形状。方面8 —种电子指环，包括-具有外壳的环形指环结构，以及-至少包括集成在所述环形指环结构中用干与外部电子设备通信的微控制器和 RF天线电路的电子部件。其中，所述外壳包括沿着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强对所述印刷电路板和所述电子部件的密闭包封的吸气性质的材料。方面9 根据方面8所述的电子指环，其中，所述材料还具有化学粘附性质。方面10 根据方面8或9所述的电子指环，其中，所述材料是金属吸气膜，所述金属吸气膜的吸气性质通过焊接过程中的热传递来激活。方面11 根据方面8至10中的任一方面所述的电子指环，其中，所述材料包括钛化合物。方面12 —种用于制造电子指环的方法，包括以下步骤-提供环形指环结构的壳的上半部和下半部；-沿着所述半部中的第一半部的圆周在第一半部之内安装包括电子部件的柔性印刷电路板；-通过沿着所述半部中的第一半部和第二半部之间的分界面将这两个半部焊接在一起，将所述柔性印刷电路板和所述电子部件集成在环形指环结构中，以及-在将这两个半部焊接在一起之前，至少部分地由具有增强对所述印刷电路板和所述电子部件的密闭包封的吸气性质的材料形成所述分界面。方面13 根据方面12所述的方法，其中，所述分界面至少部分地由具有增强这两个半部之间的焊接的吸气性质和化学粘附性质的材料形成。方面14 根据方面12或13所述的方法，其中，所述分界面材料是钛组合物。方面15 —种用于制造电子指环的方法，包括以下步骤利用一个或多个螺钉固定环形壳分界面的相应互补的上半部和下半部，以便实现对电部件的非密闭包封。方面16 —种电子指环，包括-具有外壳的环形指环结构，以及
13
-电子部件，所述电子部件至少包括集成在所述环形指环结构中用干与外部电子设备通信的微控制器和RF天线电路，所述电子部件被制造或安装在柔性印刷电路板上，所述柔性印刷电路板沿着所述环形指环结构的圆周被封装在所述环形指环结构之内，包括内部天线的所述RF天线电路被布置在所述柔性印刷电路板中或者被布置在所述柔性印刷电路板与所述环形指环结构的外边界之间，其中，所述电子指环进一歩包括所述环形指环结构的内边界与所述柔性印刷电路板之间的RF屏蔽涂层，以将用户手指与RF辐射屏蔽开。方面17 —种电子指环，包括由塑料而不是金属制成的环形环売，其中，保形涂层涂覆在(i)FPCB的内圆周上， 和/或(ii)环壳的内圆周的外部上，并且与微珠混合以担当用户手指上的RF屏蔽。方面18 根据方面17所述的电子指环，其中，所述塑料环形环壳由发光聚合物 (LEP)制成，其电连接到FPCB以与用户的紧邻的附近的其他人光学通信(发射)。方面19 根据方面16所述的电子指环，其中，至少ー个所述电子部件被布置在所述柔性印刷电路板与所述环形指环的内边界之间，并且其中，所述RF屏蔽涂层被设置在所述柔性印刷电路板的内侧面上，使得所述RF屏蔽涂层将用户手指和所述至少一个电子部件与RF辐射屏蔽开。方面20 —种电子指环，包括-环形指环结构，所述环形指环结构具有意在接触佩戴所述指环的用户的手指的金属壳，以及-电子部件，所述电子部件集成在所述环形指环结构中，所述电子部件至少包括微控制器、用干与外部电子设备通信的RF天线电路以及热生成装置，其中，所述热生成装置适于响应于由所述RF天线电路从所述外部设备接收到的信号而向所述环形指环结构的所述金属壳提供热。方面21 根据方面20所述的电子指环，其中，所述微控制器适于在所述接收到的信号表明应当要求用户的注意的情况下分析所述信号并且控制所述热生成装置向所述金属壳提供热。方面22 根据方面20或21所述的电子指环，其中，所述热生成装置是被布置成与所述环形指环结构的所述金属壳热接触的电阻加热膜。方面23 —种电子指环，包括-环形指环结构，所述环形指环结构具有意在接触佩戴所述指环的用户的手指的金属壳，以及-电子部件，所述电子部件集成在所述环形指环结构中，所述电子部件至少包括微控制器、用干与外部电子设备通信的RF天线电路以及振动生成装置，其中，所述振动生成装置适于响应于由所述RF天线电路从所述外部设备接收到的信号而向整个所述指环及其用户提供振动。方面M 根据方面23所述的电子指环，其中，所述微控制器适于在所述接收到的信号表明应当要求用户的注意的情况下分析所述信号并且控制所述振动生成装置向整个所述指环及其用户提供振动。
方面25 根据方面23或M所述的电子指环，其中，所述振动生成装置是连接到所述环形指环结构内的电子电路的微机械振动电机。方面沈ー种电子指环，包括-环形指环结构，所述环形指环结构具有意在接触佩戴所述指环的用户的手指的金属壳，以及-电子部件，所述电子部件集成在所述环形指环结构中，所述电子部件至少包括微控制器、用干与外部电子设备通信的RF天线电路以及压カ感测装置，所述压カ感测装置位于电子指环内的具有被优化为上述几何的面对内圆周开ロ的入口孔的腔中，以担当提供非侵入式测量的手指体积描记器，其中，所述压カ感测装置适于根据用户的手指血流变化检测压カ差异。方面27 根据前述方面中的任一方面所述的电子指环，其中，所述电子指环的所有电部件都被制造或安装在柔性印刷电路板上，所述柔性印刷电路板沿着所述环形指环结构的圆周被封装在所述环形指环结构之内。方面观根据前述方面中的任一方面所述的电子指环，其中，所述电子指环的电子部件包括以下中的ー个或多个-电源，比如电池、电感线圈和/或压电纳米纤维，所述电源用于向所述指环的有源电子部件供电；-用于基于用户的手的运动在3维空间中操纵外部设备的加速度计，以及-用于在第4维中操纵所述外部设备的压カ传感器。
权利要求
1.一种用于在高达四维中操纵外部电子设备的电子指环，包括-环形指环结构(1)，所述环形指环结构(1)具有外壳(Ia)，以及-电子部件，所述电子部件包括微处理器(4)、RF天线电路(3、5、7)、加速度计(6)和压力传感器(8)，所有所述电子部件都被制造或安装在柔性印刷电路板FPCB(9)上，所述柔性印刷电路板沿着所述环形指环结构(1)的圆周被封装在所述环形指环结构(1)之内。
2.根据权利要求1所述的电子指环，其中，所述加速度计(6)被配置成在3维空间中操纵，并且所述压カ传感器(8)被配置成在额外的第4维中操纵。
3.根据权利要求1或2所述的电子指环，其中，所述压カ传感器(8)位于所述电子指环内的具有入口孔的腔中。
4.根据权利要求3所述的电子指环，其中，所述入口孔被成形为角锥以使所述压カ传感器端部(11)处的压力压缩比最大化。
5.根据权利要求4所述的电子指环，其中，为了优化所述压カ传感器(8)的灵敏度，所述入口孔(11)具有所述角锥的窄端的直径(χ)与所述角锥的外端的直径(y)的最小纵横比尺寸差异，为1 10。
6.根据权利要求4或5所述的电子指环，其中，所述角锥的总高度(m)与所述角锥的窄端的高度(η)的纵横比尺寸应当为6 1。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的电子指环，其中，所述压カ传感器(8)和所述入口孔被定位成使得所述腔面对所述环形指环结构(1)的内圆周，以允许通过弯曲承载所述指环的手指来向所述压カ传感器( 施加压力。
8.根据权利要求3至6中的任一项所述的电子指环，其中，所述压カ传感器(8)和所述入口孔被定位成使得所述腔面对所述环形指环结构(1)的外圆周，以允许通过使用不承载所述指环的另ー个手指来向所述压カ传感器(8)施加压力。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电子指环，其中，所述外壳(Ia)由金属制成， 并且其中，所述RF天线电路(3、5、7)包括位于担当RF辐射的窗ロ的所述外金属壳(Ia)中的开ロ(10)下面的内部天线(7)。
10.根据权利要求9所述的电子指环，其中，所述环形指环结构(1)包括局部延伸的且升高的球形状(15)，所述球形状(15)担当所述内部天线(7)的罩并且使所述RF辐射的返回损耗最小化。
11.根据权利要求9或10所述的电子指环，进一歩包括内壳(lb)，并且其中，所述外金属壳(Ia)中的所述开ロ使得所述内壳(Ib)被暴露，所述内壳优选地包括钛化合物。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的电子指环，其中，所述内部天线(7)连接到所述外金属壳(Ia)，所述外金属壳(Ia)适于担当实现至工作频率的粗略调谐的外部全向天线。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的电子指环，其中，所述环形指环结构(1)的所述外壳(Ia)由两个环形互补半部(lc、ld)构成，所述两个半部(lc、ld)沿着这两个半部之间的分界面被焊接在一起。
14.根据权利要求13所述的电子指环，其中，所述分界面包括具有增强对所述印刷电路板和所述电子部件的密闭包封的吸气性质的材料。
15.根据权利要求14所述的电子指环，其中，所述材料还具有增强所述两个半部(lc、Id)之间的所述焊接的化学粘附性质。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的电子指环，其中，所述电子部件进ー步包括电池(2)。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的电子指环，进一歩包括具有RF屏蔽性质的保护涂层(14)，所述保护涂层(14)位于所述环形指环结构(1)的内边界与所述柔性印刷电路板(9)之间。
18.根据权利要求17所述的电子指环，其中，所述保护涂层(14)包括微珠。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的电子指环，其中，所述RF天线电路(3、5、7)包括微带馈送线(5)，所述微带馈送线(5)具有被设计成沿着所述环形指环结构(1)的所述圆周伸展的形状，并且所述微带馈送线(5)被电优化为获得50 Ω的匹配阻杭。
20.根据权利要求19所述的电子指环，其中，所述微带馈送线( 的宽度和长度被选择成使得所述微带馈送线的每个维度以2. 4GHz辐射。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的电子指环，进一歩包括至少ー个地平面 (17)，所述至少ー个地平面(17)被设计成使RF损耗最小化并且具有沿着所述环形指环结构⑴的所述圆周的长度/S^0 = λ/2 ,其中η = 1，2，3· · ·。
22.根据权利要求21所述的电子指环，其中，所述至少ー个地平面(17)至少在位于所述柔性印刷电路板(9)的外圆周侧面上的所述RF天线电路(3、5、7)的内部天线(7)与位于所述柔性印刷电路板(9)的内圆周侧面上的所述RF天线电路(3、5、7)的RF收发器(3) 之间伸展。
全文摘要
本发明提供了一种用于无线4维远程操纵和/或监视的电子指环(1)。该电子指环包括以不同方式封装和集成的电子部件，以根据该电子指环的应用实现全向或单向RF发射，该电子指环的应用例如是担当与附近的电子设备进行无线通信或用于无线用户医疗诊断的多操纵设备。
文档编号G06F3/033GK102597919SQ201080049343
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月27日 优先权日2009年11月2日
发明者斯坦利·维斯马尔 申请人:斯坦利·维斯马尔