SE534411C2 - Elektronisk Finger Ring och tillverkning av densamme - Google Patents

Abstract

Denna uppfinning tillhandahåller en elektronisk fingering (1) för trådlös, 4-dimensionell fjärrstyrning och/eller monitorering. Den elektroniska fingeringenbestår av elektroniska komponenter paketerade och integrerade på olika sätt föratt erhålla antingen omni- eller unidirektionella RF transmissions egenskaperberoende på dess applikation, exempelvis att fungera som ett multipelt styrdonsom trådlöst kommunicerar med elektroniska enheter i dess närhet eller för trådlös diagnosticering av tremor rörelser. Vi föreslår att fig. 1 används som hänvisning för detta abstrakt.

Description

20 25 30 35 534 4'l 'l Z» (i). ringen ej är toroid formad (ii). innefattar två eller flera accelerometrar (iii). lnkluderar ej en tryck sensor (iv). Designutformningen är begränsad I sin beskrivning och inkluderar ej elektromagnetiskt skydd (v). strömtillförseln till kretsen l ringen genereras genom en inducerad ström från en kolv monterad på nämnda ring som därmed förstärker det elektromagnetiska fältet I den interna kretsen såväl som på användarens finger (vi). Begränsad beskrivning av antenn desin.

[0005] Patent U.S. Pat. No. 2003/0227437 A1 beskriver ett pekdon som karakteriseras av ett band som fästs på dataanvändarens tumme. Konceptet skiljer sig från denna uppfinning då det innefattar en handske där elektroniska komponenter placeras längs med densamme och ej endast på finger ringen.

[0006] Patent U.S. Pat. No. 2004/0032346 A1 beskriver en avstånds kännande enhet som fungerar primärt som ett virtuellt tangentbord. Konceptet skiljer sig från denna uppfinning då ringen ej är toroid format.

[0007] Patent U.S. Pat. No. 2005/0052412 A1 beskriver ett gränsnitt mellan man/maskin som används exklusivt som en dator muspekare. Denna uppfinning fungerar även som ett diagnostikst verktyg. Vidare, denna uppfinning innefattar en finger ring som är toroid fonnad, därmed skiljer sig från patent U.S.

Pat. No. 2005/0052412 A1.

[0008] Patent U.S. Pat. No. 2006/0001646 A1 beskriver en enhet som är “C" fonnad. Konceptet skiljer sig från denna uppfinning då, bland annat, ringen ej är toroid formad.

[0009] Tyska patentet Pat. No. DE102005021527 A1 beskriver en enhet som har elektroniska komponenter som innefattas i en del som monteras ovanpå en finger ring. Konceptet skiljer sig från denna uppfinning då de elektroniska komponenterna är integrerade inne i den toroid formade ringen.

[0010] U.S. Pat. No. US005638092 beskriver ett pekdons system som exklusivt används i anslutning till ett tangentbord. Konceptet skiljer sig från denna uppfinning då denna (i). har elektroniska komponenter integrerade inuti den toroid fonnade finger ringen (ii). ej brukar tummen under användning.

Ingen av dessa löser problemet att integrera en antenn i en konventionell metallisk finger ring med antingen omnidirektionell eller unidirektionella strålnings egenskaper som implioerar, i olika vardagliga situationer, att i praktiken använda en elektronisk finger ring som ett 4-dlmensionellt styrdon eller monitorering för ett antal olika applikationer: 10 15 20 25 30 35 534 411 (ii). Styra och kontrollera olika funktioner på elektroniska enheter som finns i användarens omedelbara närhet. (ii). ldentifiering - att användas istället för ett vanligt säkerhets passerkort. (iii). Elektronisk betalning- att användas istället för existerande kredit kort. (iv). För kontinuerlig mätnin och diagnosticering av användarens hälsotillstånd - En person diagnostiserad med Parkinsons sjukdom behöver hans eller hennes finger- eller hand tremor rörelser att bli kontinuerligt monitorerade för att erhålla korrekt medicinering eller behandling av sjukhus personal. (v). För stumma personer - att förbättra realtids kommunikation med människor som ej kan tolka teckenspråk.

Redogörelse för uppfinningen Denna uppfinning adresserar ovanstående och andra behov genom att lösa de nackdelar som beskrivs ovan, och vidare tillåter en ytterliggare frihetsgrad när man kommunicerar elektroniskt med andra elektroniska enheter i dess omedelbara närhet.

Ett annat syfie med uppfinningen är att erbjuda en alternativ funktion till att använda en finger ring utöver det att fungera som ett estetiskt och/eller kulturellt värdefullt föremål.

Detta syfte uppfylls av uppfinningen som definieras enligt de oberoende patentkraven. Vissa delar i uppfinningen förkroppsligas av de definierade beroende patentkraven. Wdare har denna uppfinning andra fördelar och egenskaper som uppenbaras från nedanstående beskrivning.

Denna uppfinning baseras på uppfattningen att en alternativ design av ett styrdon, jämfört med en etablerad datorrnus, kan uppnås med användning av en elektronisk finger ring som baseras på ett 4-dimensionellt styrdons kontrollenhet som är integrerad i ringens innandöme.

Enligt en första aspekt av denna uppfinning, tillhandahålls en accelerometer för känna av rörelser, att styra i ett 3-dimensionellt rum. Vidare tillhandahålls en mikromekanlsk trycksensor för att på så sätt styra i en ytterliggare fjärde dimension, m a o en design på ett styrdon som underlättar för att styra/kontrollera en muspekare i en ytterliggare fjärde dimension på en datorskärrn (eller motsvarande). Detta ger användaren möjligheten att; till exempel, zooma in eller ut från en bild avbildad på en datorskärm. De ovan nämnda komponenterna kombineras med mikrokontroll chip som möjliggör 10 15 20 25 30 35 534 411 11 kontroll och signalprocessning av dessa nämnda aktiva komponenter. För att kommunicera med andra, externa elektroniska enheter kopplas elektriskt en RF sändar- mottagar enhet till dessa nämnda aktiva komponenter. Alla dessa ovan nämnda elektriska komponenter monteras på ett flexibelt pcb (printed circuit board) där strömledare elektriskt kopplar samman de individuella komponentema. Den faktiska ordningen och placeringen av respektive komponent är unik för att på så sätt erhålla den önskade funktionaliteten och packeteringen inuti den toroid formade ringen. För att erhålla matchande ström- och spännings nivåer för individuella aktiva komponenter kopplas passiva komponenter. Dessa passiva komponenter kan antingen monteras på ett flexibelt pcb som individuella fysikaliska komponenter eller integreras i själva flexibla pcb'n.

För att ge strömförsörjning till komponenterna kopplas ett batteri. Dessa ovan nämnda komponenter utgör den elektroniska kretsen som innesluts i den elektroniska flnger ringen.

I ett förkroppsligande av den nuvarande uppfinningen, efter att de elektriska komponenterna har monterats och elektriskt sammankopplats till det flexibla pcb't täcks de in av en icke-ledande, konform beläggning.

För att ytterliggare reducera RF strålning på de elektriska komponenterna såväl som på användarens finger, en konform beläggning som beläggs på insidan av det flexibla pcb's omkrets, som blandas ihop med cenosfärer (engelska: oenospheres), ett material som fungerar som en RF sköld.

En stor fördel med den elektroniska fingeringen av den nuvarande uppfinningen är att hela ringen utgör den kompletta, elektroniska kretsen. Den toroid formade metall ringen kan fungera som (i). en extem antenn, för att erhålla en grov injustering av den opererande frekvensen, kopplad till en intern antenn och RF tranceiver krets som är lokaliserade inuti ringen eller som (ii). ett elektrisktjord plan till den interna antennen. l ett förkroppsligande av den nuvarande uppfinningen, som utgörs av det översta metall lagret i gränssnittet mellan två toroid halvor, är ett material som har två funktioner (i). att förhöja svetsfog mellan toroidhalvorna genom dess kemiska, vidhäftande egenskaper och (ii). förhöja den hennetiska inkapslingen (m a o sänka trycket i den förslutna ring kaviteten) genom dess partikel- och fukt upptagningsförmåga.

I ett förkroppsligande av den nuvarande uppfinningen, den ovan nämnda trycksensorn är placerad i en kavitet som finns i den elektroniska fingeringen där 10 IS 20 25 30 35 534 411 5 inlopps hålets geometri är formad som en horn kon (engelska: horn cone) för att maximera tryck kompressions förhållandet vid trycksensorns ände I ett förkroppsligande av nuvarande uppfinning, de ovan nämnda cenosfärerna kan vidare beläggas på utsidan av den inre omkretsen av metall ring-skalet för att pâ så sätt ytterligare reducera RF strålning på användarens finger.

I ett förkroppsligande av nuvarande uppfinning för att anpassa och optimera för olika applikationer har antennen olika design: (i). Extern, omnidirektionell (ii). internt integrerad unidirektionell (iii). intemt integrerad unidirektionell med förlängd, förhöjt antenn-hus (iv). Dielektriskt integrerad med veckad (engelska: folded) monopol antenn.

Ett mellanliggande metall lager är avsedd att fungera som en mikrostrip (engelska: microstrip) matnings (transmissions) linje, som elektriskt kopplar en RF tranoeiver med dess interna antenn, optimerad för att erhålla 50 Q matchnings impedans. Detta implioerar begränsningar hur och i vilken ordning komponenterna, den interna antennen och RF transceivern, är placerad inuti den toroid formade fingeringen.

I ett förkroppsligande av nuvarande uppfinning, för att fullgöra designen av de ovan nämnda antennerna är de respektive kombinerad med ett jord plan lokaliserad i (i). mellanliggande lagret i det flexibla pcb't (ii). eller när en del av den toroid formade ringen har en dielektrisk del integrerad med en veckad (engelska: folded) antenn, och den kvarvarande toroid formade yttre metall skalet fungerar som ett jord plan.

I ett förkroppsligande av nuvarande uppfinning, är en del av det yttre metall skalet öppnad för att fungera som ett fönster hus (engelska: window housing) för att tillåta ostörd RF strålning antingen (i). med en geometrisk form som är identisk med den toroid formade ringen eller (ii). sammansatt av ett dielektriskt material i nämnda del av ringen (iii). har en lokalt förlängd, förhöjd sfärisk form för att minimera reflekterande förluster från RF strålningen.

Figurbeskrivning Det ovanstående, såväl som flera andra objekt, egenskaper och fördelar med denna uppfinning, kommer förstås bättre genom följande illustrativa och icke-begränsade, detaljerade beskrivning av föredragande förkroppsligande av denna uppfinning, med referens till de bifogade rltningarna, däri samma numeriska referenser används för liknande element, och där: 10 15 20 25 30 35 534 4'l'l é Fig. 1 är en schematisk profil bild av en elektronisk fingering där de elektroniska komponenterna monteras på ett flexibelt pcb paketerad inuti en toroid formad fingering med en tryck sensor som är vänd mot insidan av toroiden i enlighet med det förkroppsligande i denna uppfinning.

Fig. 2 är en schematisk perspektiv från ovan av de elektroniska komponenter som monterats på båda sidor av ett flexibelt pcb.

Fig. 3 är en schematisk profil av en förstorad bild på inlopps hålet som är formad som en horn kon för att maximera tryck kompressions förhållandet vid tryck sensoms ände.

Fig. 4 är en schematisk profil bild av de elektroniska komponenterna monterade på ett flexibelt pcb paketerad inuti en toroid formad fingering med en alternativ design där tryck sensorn är placerad längs med utsidan of den toroid formade fingeringen.

F ig. 5 är en schematisk profilbild av elektroniska komponenter monterade på ett flexibelt pcb paketerade inuti en toroid formad fingering med en alternativ design som har en veckad (engelska: folded) antenn.

Fig 6. är en schematisk perspektiv från ovan av elektroniska komponenter monterade på båda sidor av ett flexibelt pcb med en alternativ design som har en veckad (engelska: folded) antenn.

Fig 7 är en schematisk tre dimensionell bild av en toroid fonnad elektronisk fingering där de yttre och inre metall skalen utgörs av två olika metaller för att tillåta unidirektionell, ostörd RF strålning i enlighet med ett annat förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig. 8 är en schematisk, tre dimensionell illustration av ett gränssnitt som utgörs av de inre och yttre skalen av den toroid formade fingeringen som visar hur de olika metall lagren är deponerade i enlighet med ett annat förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig. 9 är en schematisk illustration av ovan- och under dels halvorna av ring toroiden där gränsytan (såväl som den inre ytan) utgörs av en titan förening i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig. 10 är en schematisk bild av en extern, grovt injusterad, omnidirektionell antenndesign där hela det toroid formade metall skalet fungerar som en RF antenn i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig. 11 är en schematisk bild av var den interna, unidirektionella antennen är placerad där där det yttre skalet är öppnat och därmed blottar det inre skalet 10 l5 20 25 30 534 411 (som utgörs av en titan förening) mot omvärlden istället för att på så sätt tillåta ostörd RF strålning i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

F ig. 12 är en schematisk bild av en förlängd, unidirektionell antenn hus som utgörs av en integrerad sfärisk design som ej har någon yttre metall lager deponerad på sig och därmed lämnar det intre skalet (som utgörs av en titan förening) att blottas mot omvärlden för att tillåta ostörd RF strålning i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig. 13 är en schematisk illustration av en monopol antenn design integrerad i ett dielektriskt material i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig. 14 är en schematisk illustration av en monopol antenn design som är placerad där det yttre skalet är öppnat och lämnar det inre skalet blottad mot omvärlden för att tillåta ostörd RF strålning i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig 15 är en schematisk bild av hurjord planen på flexibla pcb't är designade. Jord planet som är närmast den yttre omkretsen av ringen agerar som ett jordplan för RF antenn kretsen, jordplanet som är närmast den inre omkretsen av ringen agerar som ett jordplan till de elektroniska komponenterna; i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig 16 är en schematisk bild som visar hur en mikrostrip (engelska: microstrip) ledare är kopplad till en RF transceiver med de närliggande jordplanen som mellanliggande lageri det flexibla pcb't. Strömledare, Vcc m.m. visas ej; i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fi 17 är en bild av ett gränsnitti av en veckad (engelska: folded) monopol antenn som visar hur den erhåller dess önskade geometri efter att den integrerats i ringen i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig 18 är en bild med perspektiv från ovan av den veckade (engelska folded) monopol antennen i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning.

Fig. 19 är en tre-dimensionell illustration av den veckade (engelska: folded) monopol antennen i enlighet med ett förkroppsligande av denna uppfinning. 10 15 20 25 30 35 534 41 'l X Föredragen utförfngsfonn Följande beskrivning är det bästa tänkbara utförandet av uppfinningen. Den skall dock ej ses som begränsande, utan är till endast för att beskriva uppfinningens allmänna principer. Omfànget av uppfinningen skall bestämmas med hänvisning till nedanstående patentkrav.

En toroid formad, elektronisk fingering utgör den fullständiga elektroniska kretsen. Den toroid formade metall ringen fungerar antingen som (i). en extern antenn, för att erhålla en grov injustering av den opererande frekvensen, som är kopplad till den interna antennen och RF tranceiver lokaliserad inuti ringen eller som (ii) ett elektrisk jordplan till den interna antennen.

Den elektroniska finger ringen fungerar som ett 4-dimensionellt styrdon där en accelerometer styr i det 3-dimensíonella rummet och en trycksensor styr i en fiärde dimension, m a o en unik styrdons design.

Med referens till fig. 1 och 2, ett första förkroppsliggande av uppfinningen är en toroid fonnad fingerings struktur 1, som utgörs av två olika metall skal: (i). 1a, av guld (Au) eller silver (Ag) - benämnt yttre metall skal - som innesluter de vitala delama av fingerings strukturen geometriskt beskrivet som radiellt längst ifrån toroidens centrum, och (ii). 1b, av en titan förening (Ti, TiVV) - benämnt inre metall skal - som är en metall som är vänd mot och är närmast de inre delarna av fingerrings strukturen. Den toroid formade fingerings strukturen 1 består av olika elektroniska komponenter: ett batteri 2, en RF transceiver 3 och en mikroprocessor 4, en mikrostrip ledare 5, en acoelerometer 6, en intern antenn 7, en tryck sensor 8; alla monterade på ett flexibelt pcb 9. l detta förkroppsligande, finns även på en del av den elektroniska fingeringen endast det inre metall skalet 1b deponerat för att tillåta ostörd rf strålning. I detta förkroppsligande, vid den inre gränsen av den toroid formade fingerings strukturen 1 lokaliserad vid tryck sensorn 8 finns ett inlopps hål format som en horn kon för att maximera tryck kompressions förhållandet vid tryck sensoms ände 11. För att permanent placera tryck sensorn och en ände av det flexibla pcb't på respektive platser gjutformas fixturer 12, som del av det metalliska skalet. I detta förkroppsligande, finns en skyddsfllm som lager 13 som deponeras mellan den yttre gränsen av den toroid formade fingerings strukturen 1 och det flexibla pcb't 9, och en annan form av skyddsfllm (med cenosfärer) 14 som deponeras mellan den inre gränsen av den toroid formade fingerings strukturen 1 och det flexibla pcb't 9, som beskrivet ovan. Den interna antennen 7 är kopplad till RF transceivem 3 genom en mikrostrip ledare 5, där design av mikrostrip 10 15 20 25 30 35 534 411 4 ledaren är optimerad för att erhålla 50 Q matchnings impedans. I fallet av att använda optionen med en extern antenn, används det yttre skalet av den toroid formade fingerings strukturen 1 som en grovt injusterad antenn. I fallet att exklusivt använda en intern antenn, är den interna antennen lokaliserad vid en position längs med omkretsen av den toroid formade fingerings strukturen 1 där det ej finns något yttre metall skal som övertäcker 10 och därmed tillåter ostörd, unidirektionell strålning.

I detta förkroppsligande, de ovan nämnda aktiva komponenterna kombineras med en mikroprocessor 4 som möjliggör Signalbehandling av dessa ovan nämnda aktiva komponenter. För att kommunicera med andra, extema elektroniska enheter används en RF tranceiver som är elektriskt kopplad till tidigare nämnda aktiva komponenter. Alla de ovan nämnda elektroniska komponenter monteras på ett flexibelt pcb där strömledare elektriskt kopplar samman de individuella komponenterna. Den faktiska ordning och placering av de respektive komponenterna är optimerad för att erhålla önskad funktionalitet och paketering inuti den toroid formade ringen. För att erhålla matchande spänning och ström nivåer för individuella aktiva komponenter kopplas passiva komponenter (visas ej). Dessa passiva komponenter kan antingen monteras på det flexibla pcb't som individuella komponenter eller bli integrerade i det flexibla pcb't.

För att tillhandhâlla en kraftkälla till komponentema kopplas ett batteri 2 till. Dessa ovan nämnda komponenter utgör den intema elektroniska kretsen av den elektroniska flngeringen.

I detta förkroppsliggande av denna uppfinning, efter att de elektriska komponenterna monterats och elektriskt kopplats till det flexibla pcb't målas de med en icke-ledande, konforrn film 13. Vanliga konforma filmer som används är silikon (engelska: silicone), epoxi (engelska: epoxy), akryl (engelska: acrylic), uretan (engelska: urethane) och para-xylen (engelska: paraxylene). Filmens funktion är att (i). förhindra skador vid tuff hantering (skakningar, slag och dylikt), (ii). reducering av mekanisk och termisk stress såväl som (iii). Förlänga livstiden på komponentema. Vidare att (iv). öka den dielektriska styrkan mellan strömledare på det flexibla pcb't vilket möjliggör en ytterliggare kompakt och förrninskad design.

Då de elektroniska komponenterna monteras på en sida av det flexibla pcb't, den inre omkretsen av densamme, upptar den konforrna filmbeläggningen stress som frigörs när det flexibla pcb't böjs till en toroidisk/cirkulär form, därmed 10 15 20 25 30 534 4'l'l IO reduceras risken att respektive elektrisk komponent och det flexibla pcb't förlorar mekanisk eller elektrisk kontakt med varandra. lfig. 15 och 16, för att reducera RF strålning som genereras från antenn kretsen har det flexibla pcb't ett eller flera mellanliggande jordplan 17, som har som funktion att (i). reflektera RF strålning som riktas inåt (ii). verka som ett jordplan för antenn kretsen och reducera återvändande förluster av RF strålning och (iii). Verka som ett jordplan för de elektriska komponentema. De elektriska komponenterna är placerade på den inre ytan av det det flexibla pcb't omkrets på ett sådant sätt så att RF strålningen minimeras som genereras från den ovan nämnda antennen. På grund av de design begränsningar som innefattas av antenn kretsen, som i sig består av antenn, mikrostrip ledare, RF tranceiver, är ordning och placering av dessa med avseende på jordplanen kritiska för att erhålla tillräckligt skydd för att minimera den ovan nämnda RF strålningen.

Därmed ärjordplanen som är lokaliserade i det flexibla pcb't designade att ha en utsträckning som sträcker sig minst från där den intema antennen är lokaliserad, på den yttre sidan av det flexibla pcb't omkrets, och till den RF transceiver, som är lokaliserad på insidan av det flexibla pcb't omkrets.

För att ytterliggare reducera RF strålningen på de elektriska komponenterna såväl som på användarens finger, den konfonna tunnfilmen 14, deponerad på insidan av det flexibla pcb't omkrets, kan den blandas ihop med ett material som fungerar som ett RF skydd. Detta material kan utgöras av cenosfärer (som består av en rad olika metall oxideri nanopartikel storlek) som reflekterar RF strålning.

Ett mellanliggande lager med metall ledare 5 är designad för att fungera som en mikrostrip transmissions ledare, som elektriskt kopplar RF transceiver med dess interna antenn, optimerad för att erhålla 50 Q matchnings impedans.

Omfångetr för bredd och längd av mikrostrip transmissions ledaren måste vara så att varje dimension på mikrostrip transmissions ledaren endast strålar den önskade frekvensen (2.4 GHz). För en toroid formad antenn av denna uppfinning krävs därför en mikrostrip transmissions ledare's längd, 1'”""”“ uarßnllsslonxjedare Y längs med omkretsen av ringen beskrivet, att ligga mellan I,°{'f,_*,,',j',;,,m_,,,,,, (max) = 0.30Å och Ifififßønljedam (min) = 0.2OA, där Å är våglängden som motsvarar strålningsfrekvensen (A = 125 mm @ 2.4 GHz). Analogt, mikrostrip transmissions ledarens bredd, w, krävs ligga mellan w(min) = 0.008A och w(max) = 0.028A. 10 15 20 25 30 35 534 4'l'l // I fig. 3, där den ovan nämnda tryck sensorn är lokaliserad i en kavitet inom den elektroniska fingeringen där inloppshàlets geometri är format som en horn kon för att maximera tryck kompressions förhållandet vid tryck sensorns ände.

För att optimera känsligheten bör inloppshàlets proportions förhållande av diametern vid den smala änden, x, av horn konen till den yttre änden, y, vara minst 1:10; motsvarande. den totala höjden, m, av horn kornen bör ha ett proportions förhållande till höjden av den smala änden, n, som minst 6:1. Tryck sensom kan placeras på två alternativa positioner som kan ses i fig. 1 och fig. 4 för att styra i en fjärde (4:e) dimension, den förra genom en vertikal finger rörelse på det finger som den elektroniska fingeringen finns på; den senare genom, till exempel, ett finger som tillhör andra handen av användaren trycker till trycksensorn.

I fig. 8 består topp metall lagret på ytan av varje toroid halva (inkluderat det mellanliggande metall ledar lagret), av ett material som har två funktioner, (i). att förbättra svetsfogen mellan de ovan nämnda halvor som fogas samman genom dess kemiska, vidhäftande egenskaper och (ii). förbättra den hermetiska inkapslingen (m a o sänka trycket i den förslutna kaviteten) genom dess partikel- och fukt upptagningsförrnåga. Detta material kan bestå av en titan (Ti) förening.

Material föreningar som innehåller titan är kända för att ha en låg termisk konduktivitet såväl som god partikel- och fukt upptagningsförmåga (för de mest vanliga gaser som har outgassing egenskaper: syre, vattenånga och kolväten).

Aktiveringen av en metallisk film som har partikel- och fukt upptagningsförmåga (engelska: getter) utförs under svetsningsprooeduren av de ovan nämnda halvorna som fogas samman genom värmetransport där metall ytan reagerar med gas atomer i det nyligen skapade kaviteten, och ”låser fast” dem i metallfilmen. Dessa fångade atomer diffunderar sedan vidare in i metallfilmen, dämied förnyas metallytan, redo att absorbera mer gas atomer och därmed reduceras trycket i den herrnetiska kaviteten. l fig. 9 under tillverkningen av den elektriska fingeringen, då de respektive halvorna svetsas samman av den toroid formade ringen, uppstår värrneutveckling i processen. Bredden på svets-fog smältan är en viktig parameter som beror på laserns punktstorlek (engelska: spot size). Svetsfogens absorptions egenskaper av materialet, som består av det mellanliggande metall lagret, är beroende av dess effektiva energiöverförings karakteristika (engelska: energy transfer efficiency), under svetsnings proceduren, då respektive ovan 10 15 20 25 30 35 534 4'l'l 1,2» nämnda halvors ovansidor som är vända mot varandra, för att ej samtidigt skada de intema elektriska komponenterna måste laserns pulstid vara <2.2 ms.

Därmed fungerar även den ovannämnda icke-ledande, konfonna tunnfilmsbeläggningen som en termiskt vänne absorbator för att reducera den övergripande termiska stressen som uppkommer på de elektriska komponenterna under svetsfognings proceduren.

De ovan nämnda materialen som används för det översta metall lagret på ytan av de toroidiska halvorna och den icke-ledande, konfonna tunnfilms beläggningen medför en större designfrihet med avseende på respektive tjocklekar och mönster som väljs för att optimera den hermetiska inkapslingen och dänned öka livslängden av de interna, elektriska komponenterna. l ett förkroppsliggande av uppfinningen, de ovan nämnda cenosfärerna kan vidare deponeras på exteriör-delen av den inre omkretsens ring metall skal för att på så sätt reducera RF strålning på användarens finger (visas ej).

I ett förkroppsliggande av denna uppfinning för att anpassa och optimera till olika applikationer har antennen olika design: (i). extern omnidirektionell (ii). internt integrerad unidirektionell (iii). intemt integrerad unidirektionell med förlängd, förhöjt antennh us (iv). Dielektriskt integrerad med veckad (engelskaíolded) monopol. lfig. 10 är den externa, grovjusterade antennen omnidirektionell och består av den toroid formade metall rings skalet för att erhålla en grov injustering av den opererande frekvensen. Den extema antennens elektriska längd bör vara en våglängd, en halv våglängd (en dipol) eller en kvarts våglängd lång kombinerat med ett jordplan för att minimera alla icke reella impedanser. Den påminner om en cirkulär disk monopol (engelska: circular disc monopole, CDM) antenn men utan att monopolen fungerar som ett jordplan. För att erhålla en grov injustering för att matcha 2.4 - 2.5 GHz (bluetooths frekvenspann) beräknas den externa diametern av den toroid formade ringen ligga mellan 12 - 15 mm. Då en grov injustering behövs, är antingen yttre- eller inre diametern tillräcklig för att erhålla matchande impedans. Den externa antennen är kopplad till den interna motsvarigheten genom att det formas i den toroid formade ringen en vertikal vägg (i förhållande till ringens omkrets) (visas ej) som länkar dem samman.

I fig. 11 visas det andra alternativet, den interna, integrerade unidirektionella antennen. Antennen kan antingen vara en inverterad-F antenn (engelska: inverted-F antenna, lFA), som antingen (i). monteras på det flexibla pcb't eller (ii). integreras i det flexibla pcb't när den senare tillverkas (visas ej). 10 15 20 25 30 35 534 411 /5 Andra typer av unidirektionella antenner kan också användas. Antennen är belägen under den del av ringen som ej har något yttre metall skal deponerad på ytan som vänder sig geometriskt beskrivet som radiellt bort från toroidens centrum. Öppningen är maximalt 12 mm längs med omkretsen som fungerar som ett fönster hus (engelska: window housing) tillverkad av en titanförening för att tillåta ostörd RF strålning. l fig. 12 är det tredje alternativet en toroid forrnad flngering med en lokalt förlängd och förhöjd sfär 15 med avsikten att fungera som ett antenn hus för den interna integrerade unidirektionella antennen 1b, som minimerar returnerande förluster av RF strålningen. Radien av den integrerade sfären är maximalt 7 mm.

Det förlängda antenn huset gör det möjligt att placera den interna antennen längre ifrån jordplanet som finns i det flexibla pcb't; l motsats till att monteras direkt på det flexibla pcb't. Detta reducerar signifikant returnerande förluster av RF strålningen. Samtidigt så fungerar den ovan nämnda icke-ledande, konforma tunnfilmsbeläggningen som en dielektrisk kavitet i mellanrummet mellan antennen och jordplanet.

I fi. 13 och 19 visas det fjärde altemativet där en del av den toroid formade ringen består av ett dielektriskt material 16 integrerad med en veckad (engelska: folded) monopol antenn 7a. Det dielektriska materialet kan vara en keram eller epoxi. Monopol antennen är tillverkad av en vajerlråd eller remsa av ett konduktivt material som placeras i den yttre delen av den dielektriska delen av den toroid forrnade fingeringen. En ände av antennen är fri (ej kopplad) inuti den dielektriska delen, den andra är elektriskt kopplad till RF transceivern via en matnings ledare (visas ej). Alternativt, monopol antennen 7a är integrerad på ovansidan av det flexibla pcb't (fig. 5 och 17), med en ände fri inuti den dielektriska delen (fig. 6 och 18), den andra elektriskt kopplad till RF transceivern via en matnings ledare. Längden av antennen bestäms av kvarlsvåglängden av när densamma befinner sig i själv-resonans vid frekvensen 2.4 GHz, som motsvarar en total längd, L, av den veckade (engelska: folded) vajertråden liktydigt med L = 31 mm.

I ett förkroppsliggande av denna uppfinning, för att fullgöra designen av den ovan nämnda antennen kombineras den med ett jordplan placerad i antingen (i). det mellanliggande lagret i det flexibla pcb't (fig. 15 och 16) eller (ii). när en del av den toroid formade ringen har en dielektrisk portion (del) integrerad med en monopol antenn, där den övriga delen av den toroid formade yttre metall skalet fungerar som ett jordplan (fig. 13). 534 411 /H Jordplanet är designad till att minimera RF förluster genom att uppta en längd längs med omkretsen som resulterar i en låg impedans. Detta implieerar en längd Ijfßpmm = N2n, där n = 1,2,3....

Uppfinningen har allmänt beskrivits ovan med hänvisning till ett antal explicita presenterade gestaltningar. Dock, som säkerligen kan uppskattas av de som är kunniga inom området, andra gestaltningar än de som beskrivits ovan är likväl möjliga att framställa inom uppfinningens räckvidd, definierad enligt de nedanstående patentkraven.

Claims (30)

1. 0 15 20 25 30 534 411 /5 Patentkrav . En elektronisk fingerring som fungerar som en kommunikationsenhet med styrdon som kan styras i upp till fyra (4) dimensioner, bestående av en toroidformad fingerringsstruktur (1) framställt av två olika metallskal (1a) och (1 b), integrerad med flertalet elektroniska komponenter: ett batteri (2), en RF sändar/mottagare (3) och mikroprocessor (4), en mikrostripledare (5), en accelerometer (6), en intern antenn (7), en trycksensor (8); alla framställda i eller monterade på ett flexibelt pcb (9) och inpaketerad inuti, längs med omkretsen av den toroidformade fingerrings strukturen. . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att den elektroniska fingerringen fungerar som ett 4-dlmensionellt styrdon där en accelerometer styr i tre (3) av dessa dimensioner och en tryck sensor styr i en fjärde (4:e) dimension. . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att den toroidformade elektroniska fingerringen utgör den fullständiga elektroniska kretsen då den toroidformade metallringens skal har som funktion att verka som en extern, omnidirektionell antenn som erhåller en grov injustering till den opererande frekvensen, som är kopplad till den interna antennen genom en metallisk vägg belägen vertikalt mot ringens omkrets. . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att det yttre metallskalet är öppnat (10) och därmed möjliggör ostörd RF strålning. . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att det är vid den inre gränsytan av den toroidformade fingerringsstrukturen (1) lokaliserad vid trycksensorn (8) där ett inloppshål (11) är format som en horn kon för att maximera tryckkompressionsförhållandet vid trycksensorns ände. . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 5 kännetecknat av att för att optimera känsligheten av trycksensorn (8), inloppshålet (11) har ett minimum i proportionsförhållandet med avseende på skillnad i storlek på diametern av den smala änden (x) av horn konen till den yttre ändan (y) av 10 15 20 25 534 4'l'l /6 horn konen som 1:10 ; samt att den totala höjden av horn konen (m) ska ha ett proportionsförhållande till höjden av den smala änden av horn konen (n) som 6:1. . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 5 kännetecknat av att trycksensorn (8) och inloppshålet (11) är så placerade att kaviteten är vänd mot antingen utsidan av den inre omkretsen av den toroidformade fingerringsstrukturen ( 1) eller den yttre omkretsen av den toroidformade fingeringsstrukturen (1). . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att det finns två olika skyddande filmer, en (13) lokaliserad mellan den yttre gränsen av den toroidformade fingerringsstrukturen (1) och det flexibla pcb't (9), och en annan form av skyddande film, med cenosfärer, (14) lokaliserad mellan den inre gränsen av den toroidformade fingerringsstrukturen (1) och det flexibla pcb't (9). . Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att mikrostripledaren (5), som har en form designad för att ha en utsträckning längs med omkretsen av den toroidformade fingeringsstrukturen (1) och vara elektriskt optimerad för 50 Q matchningsimpedans. Räckvidden av bredden och längden av mikrostripledaren måste vara sådan att varje area-dimension av densamme strålar vid 2.4 GHz. För en toroidforrnad antenn ska därför en mikrostripledares längd, 1°'"*'°" längs med lransmisslans _ ledare f omkretsen av ringen ligga mellan I°""”°” Iransmlssions _ ledare max = 0.30A och I ,*j§f,',j,',§,,,,,,x_,,da,, min = 0.20A. Samt att mikrostripledarens bredd krävs ligga mellan wmi.. = ooosk och wma, = oozslt. i 10. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att den toroidformade fingerringsstrukturen (1) har ett skal som består av två kompletterande halvor (1c and 1d) som är fogsvetsade till en komplett ring. 10 15 20 25 30 534 411 I? 11.E|ektronisk fingerring enligt patentkrav 10 kännetecknat av att metallskalet (1 b), som ligger på ytan av de båda toroid halvorna (1c and 1d), är av ett material som har flertalet funktioner att - kemiskt foga samman de båda halvorna som svetsas samman genom dess vidhäftande egenskaper och - bidra till hermetisk inkapsling genom dess partikel- och fukt upptagningsförmåga. 12. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 11 kännetecknat av att metallskalet (1b) har som funktion att aktiveras under svetsningsproceduren genom värmetransport till metallskalet (1b) och ytan reagerar med gas atomer i den nyligen skapade kaviteten, och låser fast dem i metallskalet (1b). Dessa fångade atomer diffunderar in i metallskalet (1 b), därigenom förnyas/återstälIs/rengörs den metallskalet (1 b) på ytan, redo att absorbera mer gas atomer och därmed reducera trycket som erhållits i den hermetiska förslutningen. 13. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 11 kännetecknat av att för att ej skada de interna elektriska komponenterna under svetsningen av de respektive halvorna (1 c och td) av den toroidforrnade fingeringsstrukturen (1) måste svetslaserns pulstid vara <2.2 ms. 14. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 13 kännetecknat av att den icke- ledande, konforma tunnfilmen (13 och 14) fungerar som en termisk värme absorbator och upptar den övergripande termiska stressen och reducerar därmed densamma stress på de elektriska komponenterna under den ovan nämnda svetsningsproceduren. 15. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att där cenosfärer deponeras på utsidan/exteriören av den inre omkretsen av den toroidformade fingerringsstrukturen (1) för att uppta RF strålning och på så sätt skydda mot denna strålning på användarens finger. 16. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 3 kännetecknat av att den externa antennens elektriska längd är en våglängd, en halv våglängd eller en kvarts våglängd för att erhålla en grov injustering för att matcha 2.4 - 2.5 10 15 20 25 30 534 4'l'l /8 GHz och då l ett avseende ses som ekvivalent till storleken av den toroidformade ringen, närmare bestämt ligga mellan 12 - 15 mm i diameter. 17. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att den interna antennen (7) är unidirektionell. 18. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 17 kännetecknat av att den interna antennen (7) är lokaliserad under den del där det yttre metallskalet är öppnat (10) vilket då fungerar som ett antennhus som tillåter ostörd RF strålning. 19. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 18 kännetecknat av att det yttersta metallskalets öppning (10) består av en titanförening och har en maximal längd på 12 mm längs med omkretsen. 20. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att den interna antennen (7) är integrerad i det flexibla pcb't (9). 21. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att en toroidformad fingerringsstruktur (1) har en lokalt förlängd och förhöjd sfärisk form (15) som fungerar som ett antenn hus för den interna antennen (7) som då minimerar returnerande förluster av RF strålning. 22. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 21 kännetecknat av att radien av den integrerade, förlängda och förhöjda sfäriska formen (15) är maximalt 7 mm. 23. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att en del av den toroidformade fingerringsstrukturen (1) består av en keramisk- eller epoxi dielektriskt baserat material (16). 24. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 23 kännetecknat av att den del som utgör dielektriskt material (16) är integrerad med en intern antenn (7). 25. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 24 kännetecknat av att antennen utgörs av en veckad monopol antenn (7a) och dess längd skall vara en kvartsvåglängd av den självsvängande frekvensen 2.4 GHz, som motsvarar en total längd, L, av den veckade vajertråden, där L = 31 mm. 10 15 20 534 4'l'l lt? 26. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 24 kännetecknat av att den interna antennen (7) består av en vajertråd eller remsa av konduktivt material som är placerad i den yttre gränsen av den dielektriska delen (16) av den toroidformade fingeringsstrukturen (1). 27. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 24 kännetecknat av att en ände av den interna antennen (7) är fri inuti den dielektriska delen och den andra änden är indirekt, via mikrostripledaren (5), elektriskt kopplad till RF sändar/mottagaren (3). 28. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att den interna, veckade monopol antennen (7a) är integreradltillverkad på översta lagret av det flexibla pcb't (9) och erhåller dess önskade geometri karakteristik, för att elektrisk fungera, när den monteras/fixeras längs med ringens omkrets. 29. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att åtminstone ett jordplan (17) är lokaliserad i det flexibla pcb't (9) designad för att minimera RF förluster och har en längd längs med omkretsen som Ijfjffih", = N2n, där n = 1,2,3.... och dess utsträckning är mellan den interna antennen (7), lokaliserad på den yttre sidan av omkretsen för det flexibla pcb't (9), och RF sändar/mottagaren (3) som är lokaliserad iden inre sidan av omkretsen för det flexibla pcb't (9). 30. Elektronisk fingerring enligt patentkrav 1 kännetecknat av att en del av den toroidformade ringen har en dielektrisk portion (16) som är integrerad med en intern, veckad monopol antenn (7a) medans den återstående delen av den toroidformade fingeringsstrukturen (1) fungerar som ett jordplan.