Tragbare Vorrichtungen, wie Uhren oder Vorrichtungen zur Überwachung der persönlichen Fitness und Gesundheit, die hier als biometrische Überwachungsvorrichtungen oder Fitness-Tracker bezeichnet werden können, können von einem Benutzer an verschiedenen Stellen am Körper des Benutzers, beispielsweise am Handgelenk des Benutzers, getragen werden. Solche Vorrichtungen umfassen häufig eine oder mehrere Schaltflächen oder andere Benutzerschnittstellenelemente, mit denen ein Benutzer beispielsweise durch verschiedene Anzeigebildschirme blättern, Timer starten oder die Funktionalität der Vorrichtung auf andere Weise beeinflussen kann.Portable devices, such as watches or personal fitness and health monitoring devices, which may be referred to herein as biometric monitors or fitness trackers, may be worn by a user at various locations on the user's body, such as the user's wrist. Such devices often include one or more buttons or other user interface elements with which a user may, for example, scroll through various display screens, start timers, or otherwise affect the functionality of the device.
Details von einer oder mehreren Implementierungen des in dieser Beschreibung beschriebenen Gegenstands sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aspekte und Vorteile werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.Details of one or more implementations of the subject matter described in this specification are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, aspects and advantages will be apparent from the description, drawings and claims.
In einigen Implementierungen kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, umfassend: ein Gehäuse mit einer ersten Innenfläche, ein Substrat in der Nähe der ersten Innenfläche und getrennt von der ersten Innenfläche durch einen ersten Spalt entlang einer ersten Achse senkrecht zur ersten Innenfläche, und eine oder mehrere Druckdioden, die zwischen der ersten Innenfläche und dem Substrat angeordnet sind. Das Substrat kann eine oder mehrere induktive Knopfspulen umfassen und kann eine flexible gedruckte Schaltung (Flexible Printed Circuit, FPC) oder eine starre gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) sein. Bei solchen Implementierungen kann die erste Innenfläche eben sein, die eine oder mehreren Druckdioden können eine Dicke in einer Richtung senkrecht zur ersten Innenfläche aufweisen, die gleich dem ersten Spalt ist, und die erste Innenfläche, das Substrat, die eine oder die mehreren induktiven Knopfspulen und die eine oder die mehreren Druckdioden können einen Teil eines induktiven Knopfes bilden. In einigen solchen Implementierungen kann der erste Spalt zwischen 0,02 mm und 0,2 mm liegen.In some implementations, an apparatus may be provided comprising: a housing having a first inner surface, a substrate proximate the first inner surface and separated from the first inner surface by a first gap along a first axis perpendicular to the first inner surface, and one or more pressure diodes which are disposed between the first inner surface and the substrate. The substrate may include one or more inductive button coils and may be a flexible printed circuit (FPC) or a rigid printed circuit board (PCB). In such implementations, the first inner surface may be planar, the one or more pressure diodes may have a thickness in a direction perpendicular to the first inner surface that is equal to the first gap, and the first inner surface, the substrate, the one or more inductive button coils, and the one or more pressure diodes may form part of an inductive button. In some such implementations, the first gap may be between 0.02 mm and 0.2 mm.
In einigen Implementierungen kann der erste Spalt kleiner oder gleich 0,1 mm sein. In einigen anderen Implementierungen kann der erste Spalt kleiner als 0,1 mm sein.In some implementations, the first gap may be less than or equal to 0.1 mm. In some other implementations, the first gap may be less than 0.1 mm.
In einigen Implementierungen können die eine oder mehreren induktiven Knopfspulen eine erste induktive Knopfspule mit einer runden, rechteckigen oder elliptischen Spiralform aufweisen, die eine lange Dimension in einer Richtung parallel zum Substrat von etwa 8,3 mm ± 0,1 mm und eine kurze Dimension in einer anderen Richtung parallel zum Substrat von 2,8 mm ± 0,1 mm aufweist, und die erste induktive Knopfspule kann mindestens zwischen 7 und 8 Schleifen aufweisen. In einigen Implementierungen können die eine oder mehreren induktiven Knopfspulen eine erste induktive Knopfspule mit einer runden, rechteckigen oder elliptischen Spiralform umfassen, die eine lange Dimension in einer Richtung parallel zum Substrat von etwa 8,3 mm ± 6 mm und eine kurze Dimension in einer anderen Richtung parallel zum Substrat von 2,8 mm ± 2 mm aufweist, und die erste induktive Knopfspule kann mindestens zwischen 2 und 15 Schleifen aufweisen. In einigen derartigen Implementierungen kann die erste induktive Knopfspule eine Induktivität von 0,5 bis 5 uH aufweisen.In some implementations, the one or more inductive button coils may include a first inductive button coil having a round, rectangular or elliptical spiral shape having a long dimension in a direction parallel to the substrate of about 8.3 mm ± 0.1 mm and a short dimension in another direction parallel to the substrate of 2.8 mm ± 0.1 mm, and the first inductive button coil may have at least between 7 and 8 loops. In some implementations, the one or more inductive button coils may comprise a first inductive button coil having a round, rectangular or elliptical spiral shape having a long dimension in a direction parallel to the substrate of about 8.3 mm ± 6 mm and a short dimension in another Direction parallel to the substrate of 2.8 mm ± 2 mm, and the first inductive button coil may have at least between 2 and 15 loops. In some such implementations, the first inductive button coil may have an inductance of 0.5 to 5 μH.
In einigen Implementierungen können die eine oder die mehreren induktiven Knopfspulen eine zweite induktive Knopfspule umfassen, die mit der ersten induktiven Knopfspule identisch ist, sich jedoch auf einer anderen Schicht des Substrats befindet und in eine entgegengesetzte Richtung gewickelt ist, und die erste induktive Knopfspule kann mit der zweiten induktiven Knopfspule elektrisch in Reihe geschaltet sein.In some implementations, the one or more inductive button coils may include a second inductive button coil identical to the first inductive button coil but located on another layer of the substrate and wound in an opposite direction, and the first inductive button coil may include the second inductive button coil to be electrically connected in series.
In einigen Implementierungen können die eine oder mehreren Druckdioden jeweils eine Abstandsschicht und eine Klebeschicht umfassen, wobei die Klebeschicht eine erste Seite der Abstandsschicht an dem Substrat anhaften kann und eine zweite Seite der Abstandsschicht die erste Innenfläche ohne Haftung berühren kann.In some implementations, the one or more pressure diodes may each comprise a spacer layer and an adhesive layer, wherein the adhesive layer may adhere a first side of the spacer layer to the substrate and a second side of the spacer layer may contact the first interior surface without adhesion.
In einigen Implementierungen können die eine oder mehreren Druckdioden jeweils eine Abstandsschicht und eine Klebeschicht umfassen, wobei die Klebeschicht eine erste Seite der Abstandsschicht an der ersten Innenfläche anhaften kann und eine zweite Seite der Abstandsschicht das Substrat ohne Haftung berühren kann.In some implementations, the one or more pressure diodes may each comprise a spacer layer and an adhesive layer, wherein the adhesive layer may adhere a first side of the spacer layer to the first inner surface and a second side of the spacer layer may contact the substrate without adhesion.
In einigen Implementierungen kann die Vorrichtung ferner einen Induktivitäts-Digital-Wandler (LDC) umfassen, der elektrisch mit der einen oder den mehreren induktiven Knopfspulen gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, Änderungen der Induktivität der einen oder mehreren induktiven Knopfspulen als Reaktion auf eine Verformung der ersten Innenfläche zu messen.In some implementations, the device may further include an inductance-to-digital converter (LDC) electrically coupled to the one or more inductive button coils and configured to change the inductance of the one or more inductive button coils in response to deformation of the button coils to measure the first inner surface.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann die Vorrichtung ferner einen Vibrationsmotor und eine Steuereinrichtung umfassen, die einen Speicher und einen oder mehrere Prozessoren umfasst. Der eine oder die mehreren Prozessoren, der Speicher, der Vibrationsmotor und der LDC können betriebsmäßig verbunden sein, und der Speicher kann Anweisungen zum Steuern des einen oder der mehreren Prozessoren speichern, um: vom LDC ein Signal zu empfangen, das eine Änderung der Induktivität der einen oder mehreren induktiven Knopfspulen anzeigt, und den Vibrationsmotor zu veranlassen, als Reaktion auf das Signal eine Vibrationsausgabe zu erzeugen.In some implementations of the apparatus, the apparatus may further comprise a vibration motor and a controller comprising a memory and one or more processors. The one or more processors, the memory, the vibration motor and the LDC may be operably connected, and the memory may store instructions for controlling the one or more processors to: from the LDC Receive signal indicating a change in the inductance of the one or more inductive button coils, and to cause the vibration motor to generate a vibration output in response to the signal.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung mit einem LDC kann die Vorrichtung ferner eine erste Leiterplatte (PCB) umfassen, und der LDC kann an einer Oberfläche der ersten PCB angebracht sein, die zu einer unteren Innenfläche des Gehäuses weist. Die erste Leiterplatte kann in dem Gehäuse so montiert sein, dass es keine Druckbelastungspfade zwischen der unteren Innenfläche des Gehäuses und der ersten Leiterplatte in einem ersten Bereich gibt, der auf dem LDC zentriert ist, der erste Bereich kann entlang der ersten Achse gesehen ein kreisförmiger Bereich mit einem Durchmesser von mindestens 4 mm sein, und der LDC kann aufgrund des Fehlens der Drucklastpfade innerhalb des ersten Bereichs im Wesentlichen mechanisch von Durchbiegungen im Gehäuse isoliert sein, wodurch elektrische Transienten reduziert werden, die durch Biegen des LDC verursacht werden.In some implementations of the device having an LDC, the device may further include a first printed circuit board (PCB), and the LDC may be attached to a surface of the first PCB facing a lower inner surface of the housing. The first circuit board may be mounted in the housing such that there are no pressure load paths between the lower inner surface of the housing and the first circuit board in a first area centered on the LDC, the first area being a circular area as viewed along the first axis with a diameter of at least 4 mm, and because of the lack of compressive load paths within the first region, the LDC may be substantially mechanically isolated from deflections in the housing, thereby reducing electrical transients caused by bending the LDC.
In einigen derartigen Implementierungen der Vorrichtung kann die Vorrichtung einen oder mehrere PCB-Abstandshalter umfassen, der/die zwischen der ersten PCB und der unteren Innenfläche angeordnet ist/sind, wobei der eine oder die mehreren PCB-Abstandshalter Druckbelastungspfade zwischen der ersten PCB und der unteren Innenfläche bereitstellen, wobei jeder PCB-Abstandshalter ein im Allgemeinen ebenes Stück aus elektrisch nicht leitendem Material ist.In some such implementations of the device, the device may include one or more PCB spacers disposed between the first PCB and the lower inner surface, the one or more PCB spacers having pressure loading paths between the first PCB and the lower PCB Provide inner surface, each PCB spacer is a generally flat piece of electrically non-conductive material.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann das Gehäuse eine zweite Innenfläche aufweisen, die erste Innenfläche kann in Richtung der zweiten Innenfläche weisen, so dass sich eine Normale der ersten Innenfläche mit der zweiten Innenfläche schneidet, und die erste Innenfläche kann eine hinterschnittene Fläche sein.In some implementations of the device, the housing may have a second inner surface, the first inner surface may face towards the second inner surface such that a normal of the first inner surface intersects the second inner surface, and the first inner surface may be an undercut surface.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann das Gehäuse eine erste Außenfläche aufweisen, die sich mit der ersten Innenfläche überlappt, wenn sie entlang der ersten Achse betrachtet wird. Die erste Außenfläche kann eine Länge von weniger als oder gleich 20 mm und eine Breite von weniger als oder gleich 12 mm aufweisen, und das Gehäuse kann ferner eine oder mehrere zweite Außenflächen aufweisen, die an die erste Außenfläche angrenzen. In solchen Implementierungen kann die erste Außenfläche eine Diskontinuität in der einen oder den mehreren zweiten Außenflächen bilden, ein erster Abstand zwischen der ersten Innenfläche und der ersten Außenfläche in einer Richtung parallel zur ersten Achse kann kleiner oder gleich 1,5 mm sein, und der erste Abstand kann der kürzeste Abstand zwischen der ersten Innenfläche und der ersten Außenfläche sein.In some implementations of the device, the housing may have a first outer surface that overlaps the first inner surface when viewed along the first axis. The first outer surface may have a length of less than or equal to 20 mm and a width of less than or equal to 12 mm, and the housing may further include one or more second outer surfaces adjacent to the first outer surface. In such implementations, the first outer surface may form a discontinuity in the one or more second outer surfaces, a first distance between the first inner surface and the first outer surface in a direction parallel to the first axis may be less than or equal to 1.5 mm, and the first Distance may be the shortest distance between the first inner surface and the first outer surface.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann die erste Außenfläche einen konkaven Querschnitt aufweisen.In some implementations of the device, the first outer surface may have a concave cross-section.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann die Vorrichtung auch eine Versteifung umfassen, wobei das Substrat und die eine oder mehreren Druckdioden zwischen der ersten Innenfläche und der Versteifung angeordnet sein können, das Substrat kann eine flexible gedruckte Schaltung (FPC) mit Leiterbahnen sein, die die eine oder die mehreren induktiven Knopfspulen bereitstellen, das Substrat kann an die Versteifung angeklebt oder angehaftet sein und die Versteifung kann einen Elastizitätsmodul von mindestens 15 GPa und eine Dicke von 0,3 mm oder mehr aufweisen.In some implementations of the device, the device may also include a stiffener, wherein the substrate and the one or more pressure diodes may be disposed between the first inner surface and the stiffener, the substrate may be a flexible printed circuit (FPC) having traces or provide the plurality of inductive button coils, the substrate may be adhered or adhered to the stiffener, and the stiffener may have a modulus of elasticity of at least 15 GPa and a thickness of 0.3 mm or more.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann die Vorrichtung ferner einen oder mehrere Druckabstandshalter, einen Drucklastverteiler und eine Laststruktur umfassen. Bei solchen Implementierungen können der eine oder die mehreren Druckabstandshalter aus einem elastomeren Material bestehen, der eine oder die mehreren Druckabstandshalter können zwischen dem Drucklastverteiler und der Versteifung angeordnet sein, der Drucklastverteiler kann aus einem nichtelastomeren Material bestehen und die Laststruktur kann konfiguriert sein, um eine Drucklast auf den Drucklastverteiler aufzubringen, wodurch das Substrat in Bezug auf das Gehäuse an Ort und Stelle geklemmt wird.In some implementations of the apparatus, the apparatus may further include one or more pressure spacers, a pressure load manifold, and a load structure. In such implementations, the one or more pressure spacers may be made of an elastomeric material, the one or more pressure spacers may be disposed between the pressure load manifold and the stiffener, the pressure load manifold may be made of a non-elastomeric material, and the load structure may be configured to provide a compressive load to apply to the pressure load distributor, whereby the substrate is clamped in place with respect to the housing.
In einigen Implementierungen kann das Gehäuse für eine am Handgelenk tragbare Vorrichtung sein, die erste Innenfläche kann eine Oberkante aufweisen, die am weitesten vom Handgelenk der Person entfernt ist, wenn die Vorrichtung am Handgelenk der Person getragen wird, und die Laststruktur und der Drucklastverteiler können konfiguriert sein, um Drucklasten von der Laststruktur durch eine Kontaktfläche mit einem Lastschwerpunkt auf den Drucklastverteiler zu übertragen, das heißt, entlang der ersten Achse gesehen, in einem Bereich, der zwischen der Oberkante und einer Mittelachse liegt, die im Allgemeinen parallel zur Oberkante ist und der bei Betrachtung entlang der ersten Achse durch einen Punkt verläuft, der in der Mitte der einen oder mehreren Induktionsspulen liegt.In some implementations, the housing may be for a wrist-worn device, the first interior surface may have an upper edge furthest from the person's wrist when the device is worn on the person's wrist, and the load structure and the pressure load manifold may be configured be transferred to transfer compressive loads from the load structure through a contact surface with a load center of gravity on the pressure load distributor, that is, seen along the first axis, in an area which lies between the upper edge and a central axis which is parallel to the upper edge and the when viewed along the first axis passes through a point located in the center of the one or more induction coils.
In einigen Implementierungen können die Oberkante und die Mittelachse bei Betrachtung entlang der ersten Achse um einen ersten Abstand voneinander getrennt sein, und der Bereich kann sich von 25% des ersten Abstands bis 75% des ersten Abstands erstrecken.In some implementations, the top and center axes may be separated by a first distance as viewed along the first axis, and the range may extend from 25% of the first distance to 75% of the first distance.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann die Vorrichtung ferner eine Schlitzantenne umfassen, die zumindest teilweise durch die erste Innenfläche des Gehäuses und eine elektrisch leitende Fläche gebildet ist, die gegenüber der ersten Innenfläche entlang der ersten Achse versetzt ist. Die Vorrichtung kann in solchen Implementierungen auch Folgendes umfassen: eine oder mehrere Hochfrequenzsystemkomponenten, die zum Erzeugen oder Empfangen von Hochfrequenzsignalen unter Verwendung der Schlitzantenne konfiguriert sind, einen Induktivitäts-Digital-Wandler (LDC), der über mehrere elektrisch leitende Pfade und elektrisch mit der einen oder den mehreren induktiven Knopfspulen gekoppelt ist und konfiguriert ist, um Änderungen der Induktivität der einen oder mehreren induktiven Knopfspulen als Reaktion auf eine Verformung der ersten Innenfläche zu messen, und mehrere Entkopplungsinduktoren. Bei solchen Implementierungen kann das Gehäuse elektrisch leitend sein, jeder Entkopplungsinduktor kann in Reihe entlang eines entsprechenden der elektrisch leitenden Pfade angeordnet sein, so dass elektrischer Strom, der durch jeden elektrisch leitenden Pfad fließt, durch den entsprechenden Entkopplungsinduktor fließt, das Substrat und die eine oder mehreren induktiven Knopfspulen können zwischen der ersten Innenfläche und der elektrisch leitenden Fläche angeordnet sein und die Entkopplungsinduktoren dürfen sich nicht mit der einen oder den mehreren Induktionsspulen überlappen, wenn sie entlang der ersten Achse betrachtet werden. In some implementations of the device, the device may further include a slot antenna formed at least in part by the first inner surface of the housing and an electrically conductive surface offset from the first inner surface along the first axis. The apparatus may also include, in such implementations: one or more high frequency system components configured to generate or receive high frequency signals using the slot antenna, an inductor-to-digital converter (LDC) electrically coupled to one via a plurality of electrically conductive paths or the plurality of inductive button coils and is configured to measure changes in inductance of the one or more inductive button coils in response to deformation of the first inner surface, and a plurality of decoupling inductors. In such implementations, the housing may be electrically conductive, each decoupling inductor may be arranged in series along a corresponding one of the electrically conductive paths such that electrical current flowing through each electrically conductive path flows through the respective decoupling inductor, the substrate and the one or more a plurality of inductive button coils may be disposed between the first inner surface and the electrically conductive surface, and the decoupling inductors may not overlap with the one or more induction coils when viewed along the first axis.
In einigen Implementierungen der Vorrichtung kann die Schlitzantenne so dimensioniert sein, dass sie eine Funktionalität im Frequenzbandbereich von 2,4 bis 2,5 GHz bereitstellt, und jeder Entkopplungsinduktor kann eine Induktivität von 33 nH oder mehr aufweisen.In some implementations of the device, the slot antenna may be sized to provide functionality in the frequency band range of 2.4 to 2.5 GHz, and each decoupling inductor may have an inductance of 33 nH or more.
Die verschiedenen hier offenbarten Implementierungen sind beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente beziehen.
- 1 zeigt eine beispielhafte tragbare Vorrichtung.
- 2 zeigt die Vorrichtung von 1, wobei jedoch die Gurte weggelassen sind.
- 3 zeigt das Gehäuse von 2, wobei die Anzeige und eine Batterie entfernt sind, und zeigt verschiedene interne Komponenten, die in dem Gehäuse montiert sind.
- 4 zeigt eine auseinandergezogene Schnittansicht der Vorrichtung von 2.
- 5 zeigt eine Draufsicht auf die beispielhafte Vorrichtung von 1, wobei zwei Schnittebenen angegeben sind.
- 6 zeigt eine Schnittansicht der beispielhaften Vorrichtung von 5 durch die mittlere Schnittebene.
- 7 zeigt eine Schnittansicht der beispielhaften Vorrichtung von 5 durch die andere Schnittebene.
- 8 ist eine Detailansicht von 7.
- 9 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines beispielhaften induktiven Knopfes.
- 10 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines beispielhaften induktiven Knopfes unter Verwendung von Druckdioden.
- 11 zeigt eine andere Explosionsansicht der Vorrichtung von 2.
- Die 12 und 13 zeigen Draufsichten auf das Innere der beispielhaften Vorrichtung von 1, wobei in jeder Figur unterschiedliche PCB-Abstandshalter gezeigt sind.
The various implementations disclosed herein are illustrated by way of example and not limitation in the figures of the accompanying drawings, in which like reference numerals refer to similar elements. - 1 shows an exemplary portable device.
- 2 shows the device of 1 but with the straps omitted.
- 3 shows the case of 2 with the display and a battery removed, and shows various internal components mounted in the housing.
- 4 shows an exploded sectional view of the device of 2 ,
- 5 shows a plan view of the exemplary device of 1 , where two sectional planes are indicated.
- 6 shows a sectional view of the exemplary device of 5 through the middle section plane.
- 7 shows a sectional view of the exemplary device of 5 through the other cutting plane.
- 8th is a detail view of 7 ,
- 9 shows a simplified representation of an exemplary inductive button.
- 10 shows a simplified representation of an exemplary inductive button using pressure diodes.
- 11 shows another exploded view of the device of 2 ,
- The 12 and 13 show plan views of the interior of the exemplary device of 1 , wherein in each figure different PCB spacers are shown.
1 bis 13 sind in jeder Figur maßstabsgetreu gezeichnet, obwohl sie nicht notwendigerweise von Figur zu Figur den gleichen Maßstab haben. 1 to 13 are drawn to scale in each figure, although they do not necessarily have the same scale from figure to figure.
Es ist wichtig, dass die hier diskutierten Konzepte nicht auf einen einzelnen Aspekt oder eine Implementierung, die hier diskutiert werden, oder auf Kombinationen und/oder Permutationen solcher Aspekte und/oder Implementierungen beschränkt sind. Darüber hinaus kann jeder der Aspekte der vorliegenden Erfindung und/oder Implementierungen davon allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der anderen Aspekte und/oder Implementierungen davon verwendet werden. Aus Gründen der Kürze werden viele dieser Permutationen und Kombinationen hier nicht separat diskutiert und/oder dargestellt.It is important that the concepts discussed herein are not limited to a single aspect or implementation discussed herein, or to combinations and / or permutations of such aspects and / or implementations. In addition, any of the aspects of the present invention and / or implementations thereof may be used alone or in combination with one or more of the other aspects and / or implementations thereof. For the sake of brevity, many of these permutations and combinations will not be discussed and / or illustrated separately here.
Induktive Knöpfe oder Benutzerschnittstellenelemente sind eine relativ junge Entwicklung auf dem Gebiet der Mensch-Maschine-Schnittstellen. Das allgemeine Funktionsprinzip ist, dass eine Induktionsspule in der Nähe einer Metalloberfläche platziert wird, so dass Verformungen der Metalloberfläche, die beispielsweise durch Drücken mit einem Finger auf die Metalloberfläche verursacht werden, Änderungen der Induktivität der Induktionsspule verursachen, die als „Knopfdruck“ erkannt werden können. Solche Induktivitätsänderungen können beispielsweise unter Verwendung eines Induktivitäts-DigitalWandlers (LDC) wie eines LDC1000 von Texas Instruments erfasst werden, der ein digitales Signal ausgeben kann, das die gemessene Induktivität anzeigt.Inductive buttons or user interface elements are a relatively recent development in the field of human-machine interfaces. The general operating principle is that an induction coil is placed in the vicinity of a metal surface, so that deformations of the metal surface, caused for example by pushing with a finger on the metal surface, cause changes in the inductance of the induction coil, which can be recognized as "push of a button" , Such inductance changes may be detected, for example, using an inductance-to-digital converter (LDC) such as a Texas Instruments LDC1000 capable of outputting a digital signal indicative of the measured inductance.
Die Leistung eines induktiven Knopfes wird durch mehrere Eigenschaften des Knopfes bestimmt, einschließlich der Größe/Induktivität der Induktionsspule, des Abstands zwischen der Induktionsspule und der Metalloberfläche und der Steifheit der Metalloberfläche. Je steifer beispielsweise die Metalloberfläche ist, desto mehr Aufwand ist erforderlich, um die Metalloberfläche zu biegen und eine Induktivitätsänderung zu erzeugen, die zuverlässig erfasst werden kann. Daher wird beispielsweise allgemein empfohlen, induktive Knöpfe so zu gestalten, dass ein menschlicher Finger darauf drücken kann, z. B. mit einem Durchmesser von 20 mm, und solche Knöpfe flach zu gestalten, z. B. indem die Metallknopfoberfläche aus einem Stück Blech hergestellt wird.The power of an inductive button is determined by several properties of the button, including the size / inductance of the induction coil, the distance between the induction coil and the metal surface, and the rigidity of the metal surface. For example, the stiffer the metal surface, the more effort is required to bend the metal surface and produce an inductance change that can be reliably detected. Therefore, for example, it is generally recommended to make inductive buttons so that a human finger can press on them, e.g. B. with a diameter of 20 mm, and to make such buttons flat, z. B. by the metal button surface is made of a piece of sheet metal.
In Bezug auf den Abstand zwischen der Induktionsspule und der Metalloberfläche ist es im Allgemeinen vorzuziehen, diesen Abstand bei 0,2 mm oder mehr oder 0,1 mm oder mehr zu halten, da dies ausreichend Raum für die Biegung der Metalloberfläche ohne Kontakt mit der Induktionsspule/dem Sensor bietet und ausreichend ein zusätzliches Polster bereitstellt, um Herstellungstoleranzen auszugleichen.With respect to the distance between the induction coil and the metal surface, it is generally preferable to keep this distance at 0.2 mm or more, or 0.1 mm or more, since there is enough space for the bending of the metal surface without contact with the induction coil / provides the sensor and provides sufficient additional pad to compensate for manufacturing tolerances.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben umfangreiche Forschungen durchgeführt, um induktive Knopf-Technologien innerhalb der Beschränkungen einer tragbaren Vorrichtung, wie einer Uhr oder eines tragbaren Fitness-Monitors, zu implementieren. Den Erfindern der vorliegenden Erfindung war kein früherer Fall bekannt, in dem ein induktiver Knopf in einer tragbaren Vorrichtung implementiert worden war, wahrscheinlich, weil solche Vorrichtungen recht klein und im Allgemeinen mit typischen Konstruktionsrichtlinien für induktive Knöpfe nicht kompatibel sind. Die spezielle Vorrichtung, in der der Knopf implementiert werden sollte, war beispielsweise ein tragbarer Fitnessmonitor mit einem Gehäuse, das etwa 20 mm breit, 35 mm lang und 10 mm tief war. Die 20 x 30 mm große Fläche war mit einem Display belegt, so dass nur sehr wenig Platz an den Seiten des Vorrichtungsgehäuses blieb, in dem ein induktiver Knopf untergebracht werden konnte. Gleichzeitig hatte das Gehäuse auch keine ebenen Außenflächen - jede Oberfläche war auf irgendeine Weise gekrümmt. Dementsprechend gab es keinen Platz für den empfohlenen Knopf mit 20 mm Durchmesser und auch keine Möglichkeit, eine flache induktive Knopfoberfläche bereitzustellen. Gleichzeitig war das für die Verpackung der induktiven Knopfkomponenten zur Verfügung stehende Gehäuseinnenvolumen äußerst begrenzt, da das gleiche Volumen auch zum Verpacken von Batterie, Beschleunigungsmessern, Drucksensoren, Nahfeld-Kommunikationsantennen, Leiterplatten, Anzeigekomponenten, Lastkomponenten, Hochfrequenz-Sende-/Empfangskomponenten, Vibrationsmotoren, Kabeln, Befestigungselementen, Versteifungen, Halterungen und so weiter verwendet wird. Zum Beispiel können in dem Gehäuse, das unten in 1 und den folgenden Figuren dargestellt ist, weniger als 4 Kubikzentimeter, z. B. insgesamt 3,9 Kubikzentimeter des inneren Verpackungsvolumens, vorhanden sein. The inventors of the present invention have made extensive research to implement inductive button technologies within the limitations of a portable device such as a watch or a portable fitness monitor. The inventors of the present invention were unaware of a prior case in which an inductive button was implemented in a portable device, probably because such devices are quite small and generally incompatible with typical inductive button design guidelines. The particular device in which the button was to be implemented, for example, was a portable fitness monitor with a housing about 20 mm wide, 35 mm long, and 10 mm deep. The 20 x 30 mm area was covered with a display, so that there was very little space left on the sides of the device housing, in which an inductive button could be accommodated. At the same time, the case had no even outer surfaces - each surface was curved in some way. Accordingly, there was no room for the recommended 20mm diameter button and also no way to provide a flat inductive button surface. At the same time, the housing volume available for packaging the inductive button components has been extremely limited since the same volume is also used to package battery, accelerometers, pressure sensors, near field communication antennas, printed circuit boards, display components, load components, radio frequency transmit / receive components, vibration motors, cables , Fasteners, stiffeners, brackets and so on is used. For example, in the case that is below in 1 and the following figures, less than 4 cubic centimeters, e.g. B. a total of 3.9 cubic centimeters of the inner packaging volume, be present.
1 zeigt eine beispielhafte tragbare Vorrichtung. Die beispielhafte tragbare Vorrichtung 102 umfasst abnehmbare Gurte, die an der Vorrichtung 100 angebracht werden können, die ein Gehäuse 104 mit einem induktiven Knopf 106 auf einer Seite umfasst. Das Vorhandensein des induktiven Knopfs wird in diesem Beispiel durch eine gezackte Rille oder eine konkave „Schaufel“ an der Seite des Gehäuses angezeigt. In diesem Beispiel hat die „Schaufel“ eine Länge von ca. 11 mm und eine Breite von 2 mm und wurde beispielsweise mit einem 0,25-Zoll-Kugelfräser bearbeitet, obwohl solche Merkmale in Abhängigkeit von der Implementierung so ausgelegt sein können, dass sie auch andere Abmessungen haben, z. B. Abmessungen im Bereich von 5 mm bis 20 mm Länge und 1,5 mm bis 12 mm Breite. 1 shows an exemplary portable device. The exemplary portable device 102 Includes detachable straps attached to the device 100 which can be attached to a housing 104 with an inductive button 106 on one side. The presence of the inductive button is indicated in this example by a serrated groove or a concave "vane" on the side of the housing. In this example, the "scoop" has a length of about 11 mm and a width of 2 mm and has been machined, for example, with a 0.25 inch ball mill, although such features may be designed to vary depending on the implementation also have other dimensions, z. B. dimensions in the range of 5 mm to 20 mm in length and 1.5 mm to 12 mm in width.
2 zeigt die Vorrichtung 100 von 1, wobei jedoch die Gurte weggelassen sind. Das Gehäuse 104 kann eine Oberseite aufweisen, die eine Anzeige 194 bereitstellt, Enden, die an Gurten befestigt sind oder an diesen befestigt sind, eine Rückseite, die beim Tragen das Handgelenk einer Person berühren kann, und Seitenflächen, die zur Aufnahme von Knöpfen verwendet werden können, wie die hier diskutierten induktiven Knöpfe. In diesem Beispiel weist die linke Seitenfläche des Gehäuses 104 den induktiven Knopf 106 auf, der durch die Verwendung einer ersten Außenfläche 120 angezeigt werden kann, die in diesem Beispiel konkav ist. Die erste Außenfläche 120 kann von zweiten Außenflächen 122 umgeben sein. Eine in 2 gezeigte zweite Außenfläche 122 ist eine geneigte Fläche, die einem flachen bogenförmigen Weg folgt (die Außenfläche 122, die zwischen der ersten Außenfläche 120 und der Anzeige 194 angeordnet ist), während die andere zweite Außenfläche 122 gekrümmt oder abgerundet ist und einem ähnlichen flachen bogenförmigen Weg folgt. Diese beiden zweiten Außenflächen 122 können sich im Allgemeinen nicht tangential treffen, um eine erkennbare Kante zu erzeugen (diese Kante selbst kann abgerundet sein, um einen weniger scharfen Übergang zu bieten, kann aber immer noch erkennbar sein). In diesem Beispiel ist die erste Außenfläche 120 ein umgebogener Bereich mit einer langen Achse, die auf der Kante zentriert ist, die durch den Schnittpunkt der beiden zweiten Außenflächen 122 gebildet wird, obwohl in anderen Implementierungen auch andere Anordnungen von Außenflächen, z. B. eine gefräste Aussparung, verwendet werden können. In anderen Implementierungen kann die erste Außenfläche 122 eine Kontur aufweisen, die der der zweiten Außenflächen 122 entspricht, d. h. die erste Außenfläche 120 kann einfach in die zweiten Außenflächen 122 subsumiert werden. In solchen Implementierungen kann der Bereich des induktiven Knopfes durch einen anderen Mechanismus angezeigt werden, beispielsweise durch Verwendung einer anderen Oberflächentextur (z. B. eine gerändelte oder geriffelte Oberflächentextur im Vergleich zu einer glatten Oberflächentextur) oder durch einen visuellen (aber nicht fühlbaren) Indikator, z. B. eine farblich abweichende Kontur. 2 shows the device 100 from 1 but with the straps omitted. The housing 104 may have a top that is an indicator 194 provides ends that are attached or secured to straps, a back that can contact a person's wrist when worn, and side surfaces that may be used to receive buttons, such as the inductive buttons discussed herein. In this example, the left side surface of the case points 104 the inductive button 106 on that by using a first outer surface 120 can be displayed, which is concave in this example. The first outer surface 120 can be from second outer surfaces 122 be surrounded. An in 2 shown second outer surface 122 is an inclined surface that follows a flat arcuate path (the outer surface 122 between the first outer surface 120 and the ad 194 is arranged) while the other second outer surface 122 curved or rounded and follows a similar flat arcuate path. These two second outer surfaces 122 generally can not meet tangentially to create a recognizable edge (this edge itself may be rounded to provide a less sharp transition, but may still be noticeable). In this example, the first outer surface 120 a bent portion having a long axis centered on the edge passing through the intersection of the two second outer surfaces 122 although in other implementations other arrangements of exterior surfaces, e.g. B. a milled recess can be used. In other implementations, the first outer surface 122 have a contour that of the second outer surfaces 122 corresponds, ie the first outer surface 120 can easily into the second outer surfaces 122 be subsumed. In such implementations, the range of the inductive button may be replaced by a other mechanism, such as by using a different surface texture (e.g., a knurled or ridged surface texture compared to a smooth surface texture) or by a visual (but not tactile) indicator, e.g. B. a different color contour.
Um 2 einen gewissen Maßstab zu geben, kann das gezeigte Gehäuse 104 eine Breite 108 entlang einer ersten Achse 154, die etwa 20 mm beträgt, und eine Länge 110 entlang einer zweiten Achse 156, die etwa 35 mm beträgt, und eine Dicke 112 entlang einer dritten Achse 158, die etwa 10 mm beträgt, aufweisen.Around 2 to give a certain scale, the housing shown 104 a width 108 along a first axis 154 , which is about 20 mm, and a length 110 along a second axis 156 , which is about 35 mm, and a thickness 112 along a third axis 158 which is about 10 mm.
3 zeigt das Gehäuse von 2, wobei die Anzeige 194 und eine Batterie 196 entfernt sind, wodurch verschiedene im Gehäuse 104 montierte interne Komponenten, wie der Drucklastverteiler 146 und die Antennenhalterung 192, sichtbar werden. Die Antennenhalterung 192 kann beispielsweise in Vorrichtungen vorhanden sein, die drahtlose Hochfrequenz- (HF-) Kommunikationsschnittstellen aufweisen. In diesem Beispiel ist die Antennenhalterung 192 vom Gehäuse 104 elektrisch isoliert und ein Schlitzzwischenraum ist zwischen der Antennenhalterung 192 und dem Gehäuse 104 entlang der ersten Achse 154 und der zweiten Achse 156 gebildet. In diesem Beispiel können zwei oder drei elektrische Verbindungspunkte, z. B. Erdungspunkte, zwischen der Antennenhalterung 192 und dem Gehäuse 104 hinzugefügt werden, indem der elektrische Kontakt durch die beiden Metallschrauben oder die Metallfederklemme verwendet wird, um die „Länge“ des Schlitzspalts zu bestimmen (der Schlitzspalt wird im Wesentlichen zwischen solchen elektrischen Kontaktpunkten eingeklammert, wodurch die Länge des Schlitzspalts definiert wird). Das Gehäuse 104, das in diesem Fall aus Metall besteht, und die Antennenhalterung 192 (oder genauer gesagt eine elektrisch leitende Oberfläche davon) können aufgrund dieses Spalts eine Schlitzantenne bilden, die zur Verwendung in die Bluetooth-Antennenfrequenzbänder, z. B. 2,4 GHz bis 2,5 GHz, oder ein oder mehrere andere gewünschte Frequenzbänder vorgesehen sein kann. Solche Schlitzantennen werden ausführlicher in der US-Patentanmeldung Nr. 15/842,689 , eingereicht am 14. Dezember 2017, und der US-Patentanmeldung Nr. 62/433,994 , eingereicht am 14. Dezember 2016, diskutiert, auf die beide in ihrer Gesamtheit hiermit Bezug genommen wird (die „Antennenhalterung“ in diesen beiden Anmeldungen kann einfach als „Metallhalterung“ bezeichnet werden, wie dies in 10A und 10B der US-Patentanmeldung Nr. 15/842,689 gezeigt ist). 3 shows the case of 2 , where the ad 194 and a battery 196 are removed, causing different in the case 104 mounted internal components, such as the pressure load distributor 146 and the antenna mount 192 , become visible. The antenna mount 192 For example, it may be present in devices having wireless radio frequency (RF) communication interfaces. In this example, the antenna mount is 192 from the case 104 electrically isolated and a slot gap is between the antenna mount 192 and the housing 104 along the first axis 154 and the second axis 156 educated. In this example, two or three electrical connection points, e.g. B. grounding points, between the antenna mount 192 and the housing 104 can be added by using the electrical contact through the two metal screws or the metal spring clamp to determine the "length" of the slot gap (the slot gap is substantially bracketed between such electrical contact points, thereby defining the length of the slot gap). The housing 104 , which in this case is made of metal, and the antenna mount 192 (or more specifically, an electrically conductive surface thereof) may form a slot antenna due to this gap, for use in the Bluetooth antenna frequency bands, for. B. 2.4 GHz to 2.5 GHz, or one or more other desired frequency bands may be provided. Such slot antennas are described in more detail in the U.S. Patent Application No. 15 / 842,689 , filed on 14 December 2017, and the U.S. Patent Application No. 62 / 433,994 , filed on Dec. 14, 2016, both of which are hereby incorporated by reference (the "antenna mount" in these two applications may be referred to simply as "metal mount" as disclosed in U.S. Pat 10A and 10B of the U.S. Patent Application No. 15 / 842,689 is shown).
In anderen Implementierungen kann die Antennenhalterung 192 nicht enthalten sein, z. B. wenn keine Funkkommunikationsschnittstellen vorgesehen sind oder wenn eine andere Antennenstruktur verwendet wird. In dem dargestellten Beispiel wirkt die Antennenhalterung 192 jedoch so, dass sie den Drucklastverteiler 146 in Richtung der linken Seite des Gehäuses 104, d. h. in Richtung der ersten Außenfläche 120, drückt. In anderen Implementierungen können andere Laststrukturen verwendet werden, um den Drucklastverteiler 146 in diese Richtung zu drücken, z. B. eine Halterung, die nicht Teil einer HF-Baugruppe oder der Kante einer PCB ist.In other implementations, the antenna mount 192 not included, z. B. if no radio communication interfaces are provided or if another antenna structure is used. In the example shown, the antenna holder acts 192 however, so that they are the pressure load distributor 146 towards the left side of the case 104 ie in the direction of the first outer surface 120 , presses. In other implementations, other load structures may be used to provide the print load distributor 146 to push in this direction, z. A bracket that is not part of an RF assembly or the edge of a PCB.
Um einen induktiven Knopf in einem solchen Miniaturgehäuse zu implementieren, entschieden sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung, in verschiedener Hinsicht von der empfohlenen Praxis des induktiven Knopfes abzuweichen. Beispielsweise verwendet ein typischer induktiver Knopf eine Metalloberfläche mit einem gleichmäßigen Querschnitt oder einer gleichmäßigen Dicke über der Sensorfläche, z. B. ähnlich der Membran über einer Trommel. Wenn also eine Last auf die Mitte des Knopfbereichs ausgeübt wird, wird die Oberfläche auf die gleiche Weise gebogen, wie es bei einem Trommelkopf der Fall wäre. Bei einer gegebenen Mindestdicke erzeugt eine flache Membran im Allgemeinen die größte Durchbiegung pro gegebener Kraft, die auf die Mitte des Knopfes ausgeübt wird, als jedes andere Querschnittsprofil. Die Fähigkeit eines induktiven Knopfs, ein Drücken eines Knopfs zu erfassen, wird im Allgemeinen sowohl von der Empfindlichkeit der Induktionsspule (die durch die Größe begrenzt ist) als auch von dem Ausmaß der Durchbiegung der Metalloberfläche abhängig gemacht, die als Reaktion auf das Drücken des Knopfs auftritt (der Betrag der Biegung muss im Allgemeinen eine Induktivitätsänderung verursachen, die größer ist als das Systemrauschen im Stromkreis, um als Knopfdruck erkennbar zu sein). Das Ausmaß der Biegung hängt natürlich von der auf die Oberfläche ausgeübten Kraft ab, aber diese Kraft wird im Allgemeinen durch die Kraft begrenzt, die ein menschlicher Finger bequem auf den Knopf ausüben kann. Von Fingern betätigbare mechanische Knöpfe (solche mit diskreten beweglichen Teilen) erfordern normalerweise eine Betätigungskraft von 2 N bis 5 N, aber Benutzer erwarten im Allgemeinen, dass sie weniger Kraft auf Knöpfe ausüben müssen, die keine beweglichen Teile haben (ähnlich wie sie zum Beispiel auf einem Touchscreen-Display weniger Kraft ausüben würden), und daher möglicherweise einen Knopf wie einen induktiven Knopf nicht mit so viel Kraft drücken. Beispielsweise kann eine typische Person eine Kraft von 0,5 N bis 2 N auf einen induktiven Knopf ausüben, in der Erwartung, dass er den Knopfdruck registriert; die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten Studien durch, die zeigten, dass eine typische Person im Zusammenhang mit Knöpfen für am Handgelenk tragbare Vorrichtungen typische Kräfte von 1 N bis 4 N auf einen am Handgelenk tragbaren Vorrichtungenknopf ausüben kann, und zielten auf eine nominelle Knopfbetätigungskraft von 3 N in Ansicht solcher Daten ab. Da die Kräfte, die auf induktive Knöpfe ausgeübt werden sollen, so gering sind, sind solche Knöpfe vorzugsweise so ausgelegt, dass sie die Durchbiegung der Knopfoberfläche maximieren, um eine ausreichende Biegung als Reaktion auf derart winzige Kraftanwendungen zu erzeugen, dass ein Knopfdruck gegen das inhärente Systemrauschen der Knopfschaltung erfasst werden kann.In order to implement an inductive button in such a miniature package, the inventors of the present invention decided to deviate in various respects from the recommended practice of the inductive button. For example, a typical inductive knob uses a metal surface having a uniform cross-section or thickness over the sensor surface, e.g. B. similar to the membrane over a drum. Thus, when a load is applied to the center of the button area, the surface is bent in the same way as would a drum head. For a given minimum thickness, a flat membrane will generally produce the greatest deflection per given force exerted on the center of the knob than any other cross-sectional profile. The ability of an inductive button to detect a push of a button is generally made dependent on both the sensitivity of the induction coil (which is limited by size) and the amount of deflection of the metal surface in response to the button being pressed occurs (the amount of bend generally must cause an inductance change that is greater than the system noise in the circuit to be detectable at the push of a button). The amount of flexion, of course, depends on the force applied to the surface, but this force is generally limited by the force a human finger can comfortably apply to the button. Finger-operable mechanical buttons (those with discrete moving parts) normally require an actuation force of 2 N to 5 N, but users generally expect that they will have to exert less force on buttons that have no moving parts (similar to, for example, Figs would exert less force on a touch screen display), and therefore may not push a button such as an inductive button with so much force. For example, a typical person may exert a force of 0.5 N to 2 N on an inductive button in the expectation that he will register the push of a button; the inventors of the present invention conducted studies demonstrating that a typical person associated with buttons for wrist-worn devices can exert typical forces of 1 N to 4 N on a wrist-worn device button, and aimed at a nominal button actuation force of 3 N in view of such data. Because the forces that such buttons are preferably designed to maximize the deflection of the button surface to produce sufficient flex in response to such minute force applications that a button press is detected against the inherent system noise of the button circuit can.
Im Gegensatz dazu haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung entschieden, einen nicht konstanten Querschnitt oder eine nicht konstante Dicke für das Metall über dem induktiven Sensor zu verwenden. Beispielsweise kann die nach innen weisende Oberfläche des Knopfes, die der induktiven Sensorspule zugewandt ist, eben sein, aber die nach außen weisende Oberfläche des Knopfes kann nicht eben, d. h. konturiert sein (zum Beispiel mit einem konkaven Profil, wie in 1 gezeigt). Während Membranknöpfe, z. B. mit Knopfoberflächen konstanter Dicke, einen Grat oder eine Rille aufweisen können, die den Außenumfang solcher Knöpfe umgibt, um die taktile Erkennung des Knopfbereichs durch den Finger eines Benutzers zu erleichtern, versteht es sich, dass solche Rippen/Rillen außerhalb des Bereichs des Knopfes liegen, der sich über dem induktiven Sensor befindet. In einigen Implementierungen sind mindestens 50%, 60%, 70%, 80%, 90% oder 100% der Knopffläche im Querschnitt möglicherweise nicht planar.In contrast, the inventors of the present invention have decided to use a non-constant cross-section or non-constant thickness for the metal over the inductive sensor. For example, the inwardly facing surface of the button facing the inductive sensor coil may be flat, but the outwardly facing surface of the button may not be flat, ie, contoured (for example, with a concave profile, as in FIG 1 shown). While membrane buttons, z. For example, with button surfaces of constant thickness, a ridge or groove surrounding the outer periphery of such buttons to facilitate tactile recognition of the button area by a user's finger, it is understood that such ribs / grooves are outside the area of the button lie above the inductive sensor. In some implementations, at least 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 100% of the button area in cross-section may not be planar.
Um die durch einen nicht ebenen Knopfbereich bereitgestellte erhöhte Steifheit zu kompensieren, kann der Spalt zwischen der der induktiven Sensorspule zugewandten Innenfläche des Gehäuses beispielsweise auf weniger als 0,15 mm verringert werden. In einigen Ausführungen kann der Spalt zwischen der nach innen gerichteten Oberfläche des Gehäuses und der induktiven Sensorspule zwischen 0,1 mm und 0,15 mm liegen, während in anderen Ausführungen der Spalt sogar auf weniger als 0,1 mm, z. B. 0,099 mm oder weniger verringert werden kann.For example, to compensate for the increased stiffness provided by a non-planar button area, the gap between the inner surface of the housing facing the inductive sensor coil may be reduced to less than 0.15 mm. In some embodiments, the gap between the inboard surface of the housing and the inductive sensor coil may be between 0.1 mm and 0.15 mm, while in other embodiments, the gap may be even less than 0.1 mm, e.g. B. 0.099 mm or less can be reduced.
4 zeigt eine auseinandergezogene Schnittansicht der Vorrichtung von 2. Die Anzeige 194 kann ein Deckglas (auf das der Hinweis für die Anzeige 194 tatsächlich zeigt) sowie eine oder mehrere Komponenten umfassen, die sich hinter dem Deckglas befinden, z. B. Berührungsschnittstellen (wenn ein Touchscreen verwendet wird), eine Anzeigeebene und möglicherweise eine Hintergrundbeleuchtung (wenn die Anzeigeebene beispielsweise eine Anzeige ist, die kein eigenes Licht erzeugt). In einigen Implementierungen können andere Elemente innerhalb desselben Komponentenstapels zwischen dem Deckglas und der Batterie 196 angeordnet sein, z. B. eine Nahfeldkommunikationsantenne und/oder -vorrichtung, ein HF-Antennenspeiseelement (beispielsweise ein Monopolantennenelement, das mit einem auf der Leiterplatte 172 montierten HF-Chipsatz verbunden ist, der mit der Antennenhalterung 192 elektromagnetisch HF-gekoppelt sein kann, um HF-Signalstrahlung zu erzeugen). 4 shows an exploded sectional view of the device of 2 , The ad 194 can a cover slip (on which the hint for the display 194 actually shows) and one or more components that are behind the cover glass, z. Touch interfaces (if a touch screen is used), a display plane, and possibly a backlight (for example, if the display plane is a display that does not generate its own light). In some implementations, other elements within the same component stack may be between the coverslip and the battery 196 be arranged, for. A near-field communication antenna and / or device, an RF antenna feed element (eg, a monopole antenna element connected to a printed circuit board) 172 mounted RF chipset is connected to the antenna mount 192 electromagnetically RF-coupled to produce RF signal radiation).
In 4 sind die induktiven Knopfkomponenten entfernt, wodurch eine erste Innenfläche 114 freigelegt wird, die einem Substrat 134 des induktiven Knopfs 106 zugewandt ist. In diesem Beispiel ist die erste Innenfläche 114 senkrecht zu der ersten Achse 154 angeordnet, obwohl in anderen Implementierungen die Normale zu der ersten Innenfläche 114 möglicherweise nicht senkrecht zu der ersten Achse 154 angeordnet ist. Es versteht sich, dass sich Bezugnahmen auf die erste Achse 154, die hier gemacht werden, auch oder alternativ, sofern nicht anders ersichtlich, auf eine Achse beziehen können, die senkrecht zu der ersten Innenfläche 114 ist. Das Substrat kann zum Beispiel eine flexible gedruckte Schaltung (FPC) 136 sein, wie gezeigt, oder kann in anderen Implementierungen durch eine herkömmliche starre gedruckte Leiterplatte (PCB) bereitgestellt werden. Das Substrat kann eine oder mehrere induktive Knopfspulen 138 für den induktiven Knopf 106 bereitstellen. In diesem Beispiel ist eine abgerundete spiralförmige induktive Knopfspule 138 gezeigt, die etwa 4-5 mal länger als breit ist. Bei einer abgerundeten Spirale endet jedes lineare Segment an einem halbkreisförmigen Ende, dessen Durchmesser etwas kleiner als der eines vorherigen halbkreisförmigen Endes ist, so dass jedes lineare Segment parallel zu benachbarten linearen Segmenten verläuft und von diesen versetzt ist. Eine solche abgerundete Spiralspule kann eine lange und eine kurze Achse aufweisen; die Empfindlichkeit einer solchen induktiven Knopfspule kann durch die Spulenabmessungen entlang der kurzen Achse bestimmt werden, während sich die Spulenabmessungen entlang der langen Achse über den Bereich erstrecken können, in dem die Induktionsspule entlang der langen Achse empfindlich ist. Obwohl nicht gezeigt, kann eine zweite induktive Knopfspule der gleichen Größe (aber entgegengesetzten Spulenrichtung) auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 134 angeordnet sein, wobei die beiden induktiven Knopfspulen 138 in Reihe geschaltet sind (zum Beispiel durch eine Durchkontaktierung, die durch das Substrat 134 verläuft - eine solche Durchkontaktierung ist in der Mitte des unteren halbkreisförmigen Abschnitts der induktiven Knopfspule 138 sichtbar). In diesem Beispiel haben die induktiven Knopfspulen jeweils Außenabmessungen von etwa 8,3 mm ± 0,1 mm Länge und 2,8 mm ± 0,1 mm Breite und jeweils etwa 8 Windungen/Spulen/Schleifen. In einigen Implementierungen kann es eine oder mehrere induktive Knopfspulen geben, die jeweils eine runde, rechteckige oder elliptische Spiralform haben und können eine lange Abmessung in einer Richtung parallel zum Substrat von etwa 8,3 mm ± 6 mm und eine kurze Abmessung in einer anderen Richtung parallel zum Substrat von 2,8 mm ± 2 mm aufweisen. Solche induktiven Knopfspulen können mindestens zwischen 2 und 15 Schleifen aufweisen.In 4 The inductive button components are removed, creating a first inner surface 114 is exposed to a substrate 134 of inductive button 106 is facing. In this example, the first inner surface 114 perpendicular to the first axis 154 although in other implementations the normal to the first inner surface 114 possibly not perpendicular to the first axis 154 is arranged. It is understood that references to the first axis 154 which are made here, or alternatively, unless otherwise indicated, may refer to an axis perpendicular to the first inner surface 114 is. The substrate may be, for example, a flexible printed circuit (FPC) 136 as shown, or may be provided in other implementations by a conventional rigid printed circuit board (PCB). The substrate may have one or more inductive button coils 138 for the inductive button 106 provide. In this example is a rounded spiral inductive button coil 138 shown, which is about 4-5 times longer than it is wide. In a rounded spiral, each linear segment terminates at a semicircular end whose diameter is slightly smaller than that of a previous semicircular end such that each linear segment is parallel to and offset from adjacent linear segments. Such a rounded spiral coil may have a long and a short axis; the sensitivity of such an inductive button coil may be determined by the coil dimensions along the short axis, while the coil dimensions along the long axis may extend beyond the range in which the induction coil is sensitive along the long axis. Although not shown, a second inductive button coil of the same size (but opposite coil direction) may be on the opposite side of the substrate 134 be arranged, with the two inductive button coils 138 are connected in series (for example, through a via, passing through the substrate 134 runs - such a via is in the middle of the lower semicircular portion of the inductive button coil 138 visible). In this example, the inductive button coils each have outer dimensions of about 8.3 mm ± 0.1 mm in length and 2.8 mm ± 0.1 mm in width and each about 8 turns / coils / loops. In some implementations, there may be one or more inductive button coils, each having a round, rectangular or elliptical spiral shape, and may have a long dimension in one direction parallel to the substrate of about 8.3 mm ± 6 mm and a short dimension in another direction parallel to the substrate of 2.8 mm ± 2 mm. Such inductive button coils can have at least between 2 and 15 loops.
Die Eingangs- und Ausgangsenden der induktiven Knopfspule oder -spulen 138 können über Leiterbahnen 190, die durch Leiterbahnen 140 bereitgestellt werden, mit einem Induktivitäts-Digital-Wandler (LDC) (hier nicht gezeigt) elektrisch gekoppelt sein, der durch eine integrierte Schaltung bereitgestellt werden kann, die auf einer Leiterplatte 172 montiert ist, die Prozessoren (wie z. B. den Prozessor 180), Speicher und verschiedene andere elektronische Komponenten umfasst, um der Vorrichtung 100 Funktionalität bereitzustellen.The input and output ends of the inductive button coil or coils 138 may be via traces 190 passing through tracks 140 may be electrically coupled to an inductor-to-digital converter (LDC) (not shown) that may be provided by an integrated circuit mounted on a printed circuit board 172 is mounted, the processors (such as the processor 180 ), Memory and various other electronic components includes to the device 100 Provide functionality.
Das Substrat 134 kann von der ersten Innenfläche 114 durch eine oder mehrere Druckdioden 128 versetzt sein, die zwischen der ersten Innenfläche 114 und dem Substrat 134 angeordnet sein können.The substrate 134 can from the first inner surface 114 by one or more pressure diodes 128 be offset between the first inner surface 114 and the substrate 134 can be arranged.
Eine Druckdiode, wie der Begriff hier verwendet wird, ist eine Struktur, die so ausgelegt ist, dass sie nur eine Druckbelastung von einem Ende der Druckdiode zum anderen unterstützt, d. h. eine Zugbelastung kann nicht durch die Druckdiode übertragen werden. Wenn eine Druckdiode beispielsweise eine erste Oberfläche hat, die einen ersten Teil berührt, und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, die einen zweiten Teil berührt, wird die Druckdiode durch Drücken des ersten Teils in Richtung des zweiten Teils komprimiert, wodurch bewirkt wird, dass die Druckdiode eine entsprechende Druckbelastung auf die Oberflächen des ersten und des zweiten Teils ausübt, die die Druckdiode kontaktieren. Im Gegensatz dazu würde ein Abziehen des ersten Teils vom zweiten Teil keine Zugbelastung auf eine der von der Druckdiode berührten Oberflächen des ersten und zweiten Teils ausüben.A pressure diode, as the term is used herein, is a structure designed to support only a compressive load from one end of the pressure diode to the other, i. H. a tensile load can not be transmitted through the pressure diode. For example, when a pressure diode has a first surface that contacts a first portion and a second surface that opposes the first surface that contacts a second portion, the pressure diode is compressed by urging the first portion toward the second portion, thereby effecting in that the pressure diode exerts a corresponding compressive load on the surfaces of the first and second parts contacting the pressure diode. In contrast, peeling off the first part from the second part would not exert any tensile load on one of the surfaces of the first and second parts contacted by the pressure diode.
Strukturen, die einen Zuglastweg zwischen zwei Strukturen bereitstellen, können nicht als Druckdioden betrachtet werden. So wäre beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband, mit dem zwei Strukturen zusammengefügt werden, keine Druckdiode, da ein solches Band nicht nur Druckkräfte zwischen beiden Bauteilen übertragen würde, sondern auch Zugkräfte zwischen den beiden Bauteilen übertragen würde, wenn versucht würde, die beiden Bauteile auseinander zu ziehen. In ähnlicher Weise wäre ein Gewindebefestiger, der zum Verbinden von zwei Bauteilen verwendet wird, auch keine Druckdiode, da ein solcher Befestiger beim Festziehen eine Zuglast erzeugen würde.Structures that provide a tensile load path between two structures can not be considered as pressure diodes. For example, a double-sided adhesive tape that mates two structures would not be a pressure diode because such a tape would not only transmit compressive forces between the two components, but would also transfer tensile forces between the two components if it were attempted to pull the two components apart , Similarly, a threaded fastener used to join two components would also not be a pressure diode because such a fastener would create a tensile load when tightened.
Die in 4 gezeigten Druckdioden 128 werden durch ein Paar Abstandhalter 130, z. B. PTFE oder ein anderes nicht viskoelastisches Material, und Klebeklebstoffschichten (PSA-Schichten) 132 bereitgestellt. Die PSA-Schichten 132 können verwendet werden, um die Abstandshalter 130 an dem Substrat 134 zu befestigen, und können dann während des Zusammenbaus zwischen dem Substrat 134 und der ersten Innenfläche 114 eingeklemmt werden. Alternativ kann die Reihenfolge der Abstandshalter 130 und der PSA-Schichten 132 umgekehrt werden, um zu ermöglichen, dass die Abstandshalter stattdessen an der ersten Innenfläche 114 haften.In the 4 shown pressure diodes 128 be through a pair of spacers 130 , z. PTFE or other non-viscoelastic material, and adhesive layers (PSA layers) 132 provided. The PSA layers 132 Can be used to the spacers 130 on the substrate 134 to attach, and then during assembly between the substrate 134 and the first inner surface 114 be trapped. Alternatively, the order of the spacers 130 and the PSA layers 132 be reversed to allow the spacers instead on the first inner surface 114 stick.
In der dargestellten Implementierung ist eine Versteifung 142 vorgesehen, um dem Substrat 134 Steifheit zu verleihen, da das Substrat 134 durch eine FPC bereitgestellt wird. Die Versteifung 142 kann zum Beispiel auf das Substrat 134 aufgeklebt sein oder kann, wie gezeigt, mit einer Klebeklebstoffschicht 142 auf dem Substrat 134 angebracht sein. In Implementierungen, in denen das Substrat 134 bereits starr ist, beispielsweise durch eine PCB bereitgestellt ist, kann die Versteifung 142 weggelassen werden, wenn das Substrat 134 selbst eine ausreichende Steifheit aufweist. Das zusammengesetzte Substrat 134 und die Versteifung 142 (falls verwendet) können durch den Drucklastverteiler 146 gegen die erste Innenfläche 114 gedrückt werden, die ein allgemein starrer Teil sein kann, z. B. aus Kunststoff, Metall oder einem anderen nichtelastomeren Material bestehen kann, das verwendet werden kann, um eine Druckbelastung auf das Substrat 134 und die Versteifung 142 (falls vorhanden) auszuüben. Ein Satz von Druckabstandshaltern 144 kann zwischen dem Drucklastverteiler 146 und dem Substrat 134 angeordnet sein. Die Druckabstandshalter 144 können zum Beispiel aus einem nachgiebigen Material wie Elastomerschaum oder Gummi bestehen, um zu ermöglichen, dass sie komprimiert werden, wenn eine Last auf den Drucklastverteiler 146 ausgeübt wird. Die Versteifung in 5 kann beispielsweise etwa 0,4 mm dick sein und aus einem Material wie FR4 bestehen, das für uns in der Leiterplattenherstellung ein feuerfestes Verbundsubstrat ist. Eine FPC, wie die für das Substrat 134 in diesem Beispiel verwendete, kann nur 0,14 mm dick sein und daher von der Verwendung der Versteifung 142 profitieren, um ihre Steifheit zu erhöhen.In the illustrated implementation is a stiffener 142 provided to the substrate 134 To give stiffness, as the substrate 134 provided by an FPC. The stiffening 142 for example, on the substrate 134 glued or can, as shown, with an adhesive layer 142 on the substrate 134 to be appropriate. In implementations where the substrate is 134 is already rigid, for example, provided by a PCB, the stiffening 142 be omitted when the substrate 134 itself has sufficient rigidity. The composite substrate 134 and the stiffening 142 (if used) can by the pressure load distributor 146 against the first inner surface 114 be pressed, which may be a generally rigid part, z. B. may be made of plastic, metal or other non-elastomeric material that can be used to a pressure load on the substrate 134 and the stiffening 142 exercise (if available). A set of pressure spacers 144 can between the pressure load distributor 146 and the substrate 134 be arranged. The pressure spacers 144 For example, they may be made of a compliant material, such as elastomeric foam or rubber, to allow them to be compressed when a load is placed on the pressure-loader manifold 146 is exercised. The stiffening in 5 For example, it may be about 0.4 mm thick and made of a material such as FR4, which is a composite fireproof substrate for us in printed circuit board manufacturing. An FPC like the one for the substrate 134 used in this example may be only 0.14 mm thick and therefore from the use of the stiffener 142 benefit to increase their stiffness.
In einigen Implementierungen können das Substrat 134 und die Versteifung 142 durch ein einzelnes starres Leiterplattensubstrat 134 ersetzt werden, wobei in diesem Fall die Leiterbahnen, die die Induktionsspulen bereitstellen, direkt auf die Versteifung gedruckt werden können, die eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,2 mm und 1,0 mm oder größer aufweisen kann.In some implementations, the substrate may be 134 and the stiffening 142 through a single rigid circuit board substrate 134 In this case, the tracks providing the induction coils can be directly printed on the stiffener, which may have a thickness in a range between 0.2 mm and 1.0 mm or larger.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung 100, wobei zwei Schnittebenen angegeben sind - eine verläuft durch die Mitte des Gehäuses 104 und die andere verläuft parallel zur ersten, aber verläuft durch das Gehäuse 104 an einer Stelle, die mit einem der Enden des Induktionsknopfs 106 zusammenfällt. 5 shows a plan view of the device 100 , where two cutting planes are indicated - one passes through the center of the housing 104 and the other is parallel to the first, but runs through the housing 104 at one point, with one of the ends of the induction knob 106 coincides.
6 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung 100 von 5 durch die mittlere Schnittebene. In dieser Ansicht ist die Vorrichtung vollständig zusammengebaut und es ist offensichtlich, dass die Verpackung innerhalb der Vorrichtung äußerst kompakt ist. In der dargestellten Implementierung kann die Anzeige 194 (angezeigtes Abdeckglas und zusätzliche Komponenten zwischen dem Abdeckglas und der Batterie 196) eine von nur drei Öffnungen im Gehäuse sein. Eine weitere Öffnung ist die Öffnung im Boden für den Blister der Herzfrequenzmessvorrichtung (der gewölbte Bereich, der von der Unterseite des Gehäuses hervorsteht) und die letzte Öffnung kann eine kleine Öffnung 198 (siehe 1 und 2) sein, die in dem Gehäuse in der Nähe des induktiven Knopfes 106 angeordnet ist und zu einem Luftdrucksensor in der beispielhaften Vorrichtung führen kann. Da die Öffnung, falls vorhanden, gegenüber dem Luftdrucksensor abgedichtet wäre und die Anzeige 194 gegenüber dem Gehäuse 104 abgedichtet wäre, gäbe es keine anderen Eintrittswege für Feuchtigkeit, wodurch ermöglicht würde, dass die Vorrichtung zum Beispiel für typische Wassertiefen, die auftreten können, z. B. 10 Meter, wasserdicht ist. Die Verwendung des induktiven Knopfes 106 vermeidet die Erfordernis, eine Abdichtung um den Knopf herum vorzusehen, da der induktive Knopf 106 ohne Brüche in der Oberfläche des Gehäuses vorgesehen werden kann. Darüber hinaus kann der induktive Knopf 106 im eingetauchten Zustand immer noch zuverlässig funktionieren, im Gegensatz zu anderen Knöpfen, die sich nicht bewegende Komponenten wie kapazitive oder resistive Knöpfe aufweisen. Solche anderen Arten von Knöpfen mit nicht beweglichen Bauteilen hängen von Änderungen der elektrischen Eigenschaften auf der Oberfläche oder Haut der Vorrichtung ab und werden daher von der Umgebung der Vorrichtung beeinflusst. Ein induktiver Knopf nutzt jedoch Änderungen des elektrischen Feldes im Inneren der Vorrichtung, die durch physikalische Verformung des Gehäuses verursacht werden, um festzustellen, ob ein Knopfdruck aufgetreten ist. Dadurch ist er unempfindlich gegen Feuchtigkeit und kann sowohl im Freien als auch unter Wasser eingesetzt werden. 6 shows a sectional view of the device 100 from 5 through the middle section plane. In this view, the device is fully assembled and it is obvious that the packaging within the device is extremely compact. In the illustrated implementation, the display 194 (Displayed cover glass and additional components between the cover glass and the battery 196 ) be one of only three openings in the housing. Another opening is the opening in the bottom for the blister of the heart rate monitor (the arched area protruding from the bottom of the housing) and the last opening may be a small opening 198 (please refer 1 and 2 ), which are in the housing near the inductive button 106 is arranged and may lead to an air pressure sensor in the exemplary device. Because the opening, if any, would be sealed against the air pressure sensor and the display 194 opposite the housing 104 would be sealed, there would be no other entry routes for moisture, which would allow the device, for example, for typical water depths that may occur, for. B. 10 meters, is waterproof. The use of the inductive button 106 avoids the need to provide a seal around the button since the inductive button 106 can be provided without breaks in the surface of the housing. In addition, the inductive button 106 in the immersed state still function reliably, unlike other buttons that have non-moving components such as capacitive or resistive buttons. Such other types of non-moving-component buttons depend on changes in the electrical characteristics on the surface or skin of the device and are therefore influenced by the environment of the device. However, an inductive button utilizes changes in the electrical field inside the device caused by physical deformation of the housing to determine if a button press has occurred. As a result, it is insensitive to moisture and can be used both outdoors and under water.
Wie ersichtlich ist, hat die erste Außenfläche 120 ein flaches bogenförmiges Profil und einen minimalen ersten Abstand 150 von der ersten Innenfläche 114 an dem Punkt, an dem die erste Außenfläche 120 der ersten Innenfläche 114 am nächsten liegt. Die erste Außenfläche 120 geht an Diskontinuitäten 124 zu den zweiten Außenflächen 122 über, wodurch einem Benutzer ein taktiler Hinweis auf den Ort des induktiven Knopfes 106 gegeben wird.As can be seen, the first outer surface has 120 a flat arcuate profile and a minimum first distance 150 from the first inner surface 114 at the point where the first outer surface 120 the first inner surface 114 is closest. The first outer surface 120 goes to discontinuities 124 to the second outer surfaces 122 over which gives a user a tactile indication of the location of the inductive button 106 is given.
Ein erster Spalt 126 kann zwischen der ersten Innenfläche 114 und dem Substrat 134 bestehen; der erste Spalt kann bei dieser Implementierung und wie zuvor erörtert etwa 0,1 mm betragen (6 ist in ca. 12-facher Vergrößerung dargestellt, ist jedoch ansonsten maßstabsgetreu). Das Substrat 134 wird durch die Versteifung 142 unterstützt, die durch den Drucklastverteiler 146 in Richtung der ersten Innenfläche 114 zusammengedrückt wird. In diesem Beispiel wird der Drucklastverteiler 146 durch die Antennenhalterung 192 an Ort und Stelle gehalten, obwohl andere Implementierungen alternative Mechanismen zum Halten des Drucklastverteilers 146, der Versteifung 142 und/oder des Substrats 134 an Ort und Stelle bereitstellen können.A first gap 126 can be between the first inner surface 114 and the substrate 134 consist; the first gap may be about 0.1 mm in this implementation and as discussed previously ( 6 is shown at approx. 12x magnification, but is otherwise true to scale). The substrate 134 gets through the stiffening 142 supported by the pressure load distributor 146 towards the first inner surface 114 is compressed. In this example, the pressure load distributor 146 through the antenna mount 192 held in place, although other implementations alternative mechanisms for holding the pressure load distribution 146 , the stiffening 142 and / or the substrate 134 can deploy on the spot.
Im Zusammenhang mit einem tragbaren Vorrichtungsgehäuse, wie dem Gehäuse 104, kann die Fähigkeit, Präzisionsmerkmale innerhalb des Gehäuses 104 zu bearbeiten oder auf andere Weise zu formen, in einigen Fällen sehr begrenzt sein. Beispielsweise ist die erste Innenfläche 114 der dargestellten Implementierung eine hinterschnittene Fläche, d. h. es muss ein T-Nut-Fräser verwendet werden. Ein T-Nut-Fräser hat Schneidflächen, die über den Durchmesser der Fräswelle hinausragen. Ein solcher T-Nut-Fräser kann in einer Richtung parallel zur dritten Achse 158 in den zentralen Hohlraum des Gehäuses 104 abgesenkt werden, bis sich die Schneidflächen auf der Höhe befinden, auf der die erste Innenfläche 114 gezeigt ist. Der T-Nut-Fräser kann dann seitlich bewegt werden, z. B. entlang der ersten Achse 154, bis er in die innere Seitenwand des Gehäuses 104 schneidet; der T-Nut-Fräser kann dann auch entlang der zweiten Achse 156 bewegt werden, um eine Nut auszufräsen, die sich entlang der zweiten Achse 156 erstreckt und die erste Innenfläche 114 bereitstellt. Zum Beispiel wurde in dem dargestellten beispielhaften Gehäuse 104 eine erste Innenfläche von etwa 12,2 mm Länge und etwa 1,3 mm Abstand von der Innenkante des Gehäuses unter Verwendung eines T-Nut-Fräsers von etwa 0,2 Zoll Durchmesser hergestellt.In the context of a portable device housing, such as the housing 104 , the ability to have precision features within the case 104 to edit or otherwise shape, in some cases, be very limited. For example, the first inner surface 114 In the illustrated implementation, an undercut surface, ie a T-slot cutter must be used. A T-slot cutter has cutting surfaces that extend beyond the diameter of the cutter shaft. Such a T-slot cutter may be in a direction parallel to the third axis 158 in the central cavity of the housing 104 be lowered until the cutting surfaces are at the level on which the first inner surface 114 is shown. The T-slot cutter can then be moved laterally, z. B. along the first axis 154 until it enters the inner sidewall of the case 104 cuts; The T-slot cutter can then along the second axis 156 be moved to mill a groove extending along the second axis 156 extends and the first inner surface 114 provides. For example, in the exemplary housing illustrated 104 a first inner surface of about 12.2 mm in length and about 1.3 mm from the inner edge of the housing using a T-slot milling cutter made of about 0.2 inches in diameter.
Es ist leicht ersichtlich, dass es nicht möglich ist, eine Eintauchbohrung in das Innere eines solchen Gehäuses vorzunehmen, um die erste gezeigte Innenfläche 114 bereitzustellen. Dies liegt daran, dass entlang der ersten Achse 154, die senkrecht zur ersten Innenfläche 114 verläuft, kein Zugang zur ersten Innenfläche 114 aufgrund der Tatsache besteht, dass eine zweite Innenfläche 116 (und die Seitenwand des Gehäuses 104, die die zweite Innenfläche 116 bereitstellt) den Weg versperrt.It is readily apparent that it is not possible to make a dip into the interior of such a housing around the first inner surface shown 114 provide. This is because along the first axis 154 perpendicular to the first inner surface 114 runs, no access to the first inner surface 114 due to the fact that a second inner surface 116 (and the side wall of the case 104 that the second inner surface 116 provides) blocks the way.
Die T-Nut-Technik ermöglicht die maschinelle Bearbeitung einer solchen Oberfläche; die Toleranzen für einen solchen Vorgang können jedoch schwierig einzuhalten sein, da die T-Nut-Technik eine Seitenbelastung des Fräsers beinhaltet, wodurch die Tiefe der ersten Innenfläche möglicherweise aufgrund der Durchbiegung des Fräsers variiert. Solche Biegungen machen es unpraktisch oder unmöglich, Schritte in der ersten Innenfläche 114 zu bearbeiten, die zum Bereitstellen des ersten Spalts 126 verwendet werden können (bei solchen Schritten würde eine Stufenfläche bearbeitet und anschließend die erste Innenfläche bis zu einer Tiefe von nur 0,1 mm oder mehr bearbeitet). Das Schneiden beider Oberflächen auf den gewünschten Versatzabstand wäre äußerst schwierig, wenn die Toleranzen solcher Schnitte mit der gewünschten Tiefe übereinstimmen müssten. Infolgedessen wird für hinterschnittene erste Innenflächen, wie beispielsweise die erste Innenfläche 114, der erste Spalt 126 durch die Verwendung der Druckdioden 128 bereitgestellt, die die gleiche Dicke wie der erste Spalt 126 aufweisen.The T-slot technique allows the machining of such a surface; however, the tolerances for such a process may be difficult to meet because the T-slot technique involves side loading of the mill, whereby the depth of the first inner surface may vary due to the deflection of the mill. Such bends make it impractical or impossible to take steps in the first inner surface 114 to process that for providing the first gap 126 could be used (in such steps, a step surface would be machined and then the first inner surface machined to a depth of only 0.1mm or more). Cutting both surfaces to the desired offset distance would be extremely difficult if the tolerances of such cuts were to match the desired depth. As a result, for undercut first inner surfaces, such as the first inner surface 114 , the first gap 126 through the use of pressure diodes 128 provided the same thickness as the first gap 126 respectively.
7 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung 100 von 5 durch die andere Schnittebene. Zusätzlich zu den in 6 gezeigten Elementen zeigt 7 auch die Druckdioden 128, die zwischen der ersten Innenfläche 114 und dem Substrat 134 angeordnet sind, und die Druckabstandshalter 144 zwischen der Versteifung 142 und dem Drucklastverteiler 146. 7 shows a sectional view of the device 100 from 5 through the other cutting plane. In addition to the in 6 shows shown elements 7 also the pressure diodes 128 between the first inner surface 114 and the substrate 134 are arranged, and the pressure spacers 144 between the stiffening 142 and the pressure load distributor 146 ,
In dem dargestellten Beispiel wird der Drucklastverteiler 146 durch Kontakt mit der Antennenhalterung 192 zusammengedrückt. In diesem speziellen Fall steht die Antennenhalterung 192 sowohl mit dem Drucklastverteiler 146 als auch mit einem Antennenabstandshalter 193 in Kontakt, der zwischen der Antennenhalterung 192 und der zweiten Innenfläche 116 angeordnet sein kann. Sobald die induktive Knopfanordnung in den Schlitz mit der Innenfläche 114 eingeführt ist, kann die Antennenhalterung 192 in das Gehäuse 104 eingeführt und zwischen dem Drucklastverteiler 146 und dem Antennenabstandshalter 193 eingeklemmt werden, der durch einen Abstand getrennt sein kann, der kleiner als die Breite der Antennenhalterung 192 ist. Wenn die Antennenhalterung 192 in das Gehäuse 104 eingesetzt wird, kann die Antennenhalterung 192 infolgedessen bewirken, dass die Druckabstandshalter 144 zusammengedrückt werden, wodurch die induktive Knopfanordnung fest in die erste Innenfläche 114 gedrückt und vorgespannt wird. Somit bilden in dieser speziellen Implementierung die induktive Knopfanordnung und die Antennenhalterung 192 eine einzelne, integrierte Anordnung, die nicht nur eine induktive Knopffunktionalität, sondern auch eine HF-Antennenfunktionalität bereitstellen kann.In the example shown, the pressure load distributor 146 by contact with the antenna mount 192 pressed together. In this special case stands the antenna mount 192 both with the pressure load distributor 146 as well as with an antenna spacer 193 in contact, between the antenna mount 192 and the second inner surface 116 can be arranged. Once the inductive knob assembly into the slot with the inner surface 114 is introduced, the antenna mount can 192 in the case 104 introduced and between the pressure load distributor 146 and the antenna spacer 193 be clamped, which may be separated by a distance which is smaller than the width of the antenna holder 192 is. If the antenna mount 192 in the case 104 is used, the antenna mount 192 As a result, the pressure spacers 144 be compressed, whereby the inductive knob assembly firmly into the first inner surface 114 is pressed and biased. Thus, in this particular implementation, the inductive button assembly and the antenna mount form 192 a single integrated device that can provide not only inductive button functionality but also RF antenna functionality.
Während des Testens einiger induktiver Knopf/Schlitz-Antennenkonfigurationen wurde festgestellt, dass es eine starke Kopplung zwischen den induktiven Knopfspulen 138 und der Schlitzantenne gab; eine solche Kopplung beeinträchtigte die Leistung der Schlitzantenne und beeinträchtigte deren Wirksamkeit.While testing some inductive button / slot antenna configurations, it has been found that there is a strong coupling between the inductive button coils 138 and the slot antenna gave; such coupling impaired the performance of the slot antenna and impaired its effectiveness.
Um eine Störung zwischen der HF-Funktionalität der Schlitzantenne, die von der Antennenhalterung 192 und dem Gehäuse 104 bereitgestellt wird, und den induktiven Knopfspulen 138 zu verhindern, können zwei Entkopplungsinduktoren 188 (siehe 4) in Reihe mit der oder den induktiven Knopfspulen 138 geschaltet sein, wobei die induktive(n) Knopfspule(n) 138 elektrisch zwischen den Entkopplungsinduktoren 188 angeordnet ist (sind), und jeder Entkopplungsinduktor 188 elektrisch zwischen der einen oder den mehreren induktiven Knopfspulen 138 und dem LDC-Chip/Chipsatz angeordnet ist. Im Allgemeinen sollten die Entkopplungsinduktoren 188 die elektrische Komponente sein, die der einen oder den mehreren induktiven Knopfspulen 138 (aus einer elektrischen schematischen Perspektive, nicht notwendigerweise aus einer physikalischen Perspektive) am nächsten liegt. In diesem speziellen Fall sind die Entkopplungsinduktivitäten 188 oberflächenmontierte, drahtgewickelte Spuleninduktivitäten, die an der PCB 172 montiert sind. Um eine Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Entkopplungsinduktivitäten 188 zu vermeiden, können die Entkopplungsinduktivitäten 188 am Rand der Leiterplatte angeordnet sein, und es kann bewirkt werden, dass sich die Masseebene der Leiterplatte 172 nicht bis zu dem Bereich erstreckt, in dem die Entkopplungsinduktivitäten 188 montiert sind. Beispielsweise kann verhindert werden, dass sich die Masseebene der PCB 172 auf 0,3 mm, 0,5 mm oder einen größeren Abstand der Entkopplungsinduktoren 188 erstreckt. In anderen Implementierungen können die Entkopplungsinduktoren 188 beispielsweise an einer FPC angebracht sein, beispielsweise an Abschnitten einer FPC, die eine Brücke zwischen der einen oder den mehreren induktiven Knopfspulen 138 und dem LDC bilden können.To interfere with the RF functionality of the slot antenna coming from the antenna mount 192 and the housing 104 is provided, and the inductive button coils 138 To prevent two decoupling inductors 188 (please refer 4 ) in series with the inductive button coil (s) 138 with the inductive button coil (s) 138 electrically connected between the decoupling inductors 188 is arranged, and each decoupling inductor 188 electrically between the one or more inductive button coils 138 and the LDC chip / chipset. In general, the decoupling inductors should 188 the electrical component, that of the one or more inductive button coils 138 (closest from an electrical schematic perspective, not necessarily from a physical perspective). In this particular case, the decoupling inductances are 188 surface mounted, wire wound coil inductors attached to the PCB 172 are mounted. In order to impair the effectiveness of the decoupling inductances 188 To avoid this, the decoupling inductances can be avoided 188 can be arranged on the edge of the circuit board, and it can be caused that the ground plane of the circuit board 172 does not extend to the area where the decoupling inductances 188 are mounted. For example, it can be prevented that the ground plane of the PCB 172 to 0.3 mm, 0.5 mm or a greater distance of the decoupling inductors 188 extends. In other implementations, the decoupling inductors may be 188 for example, to be attached to an FPC, for example, to portions of an FPC that bridge between the one or more inductive button coils 138 and the LDC.
In einigen Implementierungen kann jeder Entkopplungsinduktor 188 beispielsweise eine Induktivität von 33 nH (Nano-Henries) oder mehr aufweisen. Falls gewünscht, kann jeder Entkopplungsinduktor 188 durch einen Satz von mehreren kleineren Induktoren bereitgestellt werden, die in Reihe miteinander verkettet sind, um im Wesentlichen als ein einziger größerer Induktor zu wirken. Im Gegensatz dazu kann die Induktivität der induktiven Knopfspulen 138 in solchen Implementierungen zwischen 1 und 1,4 µH liegen, z. B. etwa 1,2 µH im freien Raum, z. B. etwa 2 Größenordnungen größer. In einigen Implementierungen kann die Induktivität der induktiven Knopfspulen 138 zwischen 0,5 und 5 uH liegen.In some implementations, each decoupling inductor may be 188 For example, have an inductance of 33 nH (Nano-Henries) or more. If desired, any decoupling inducer can be used 188 are provided by a set of a plurality of smaller inductors concatenated in series to act substantially as a single larger inductor. In contrast, the inductance of the inductive button coils 138 in such implementations are between 1 and 1.4 μH, e.g. B. about 1.2 μH in free space, z. B. about 2 orders of magnitude larger. In some implementations, the inductance of the inductive button coils 138 between 0.5 and 5 uH.
Aufgrund der Verwendung von nicht ebenen Knopfoberflächen kann die Verschiebung, die bei induktiven Knöpfen wie dem oben diskutierten beispielhaften induktiven Knopf beobachtet wird, viel geringer sein als bei ebenen Knopfoberflächen. Um solche kleinen potentiellen Knopfverschiebungen zu kompensieren, kann der erste Spalt 126 kleiner gemacht werden, als es typischerweise für induktive Knöpfe empfohlen wird, wodurch das Verhältnis des Biegungsbetrags zur ersten Spaltgröße erhöht wird (was entsprechend den Betrag der Induktivitätsänderung erhöht, der bei einer solchen Biegung auftritt). Wie oben diskutiert, können solche ersten Spaltgrößen kleiner als 0,15 mm oder in einigen Fällen kleiner oder kleiner als oder gleich 0,1 mm sein. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch festgestellt, dass es bei induktiven Knöpfen mit derart kleinen ersten Spaltgrößen vorzuziehen ist, Druckdioden zwischen der Knopfoberfläche, die der oder den induktiven Knopfspulen zugewandt ist, und dem Substrat, das die induktive(n) Knopfspule(n) aufnimmt, zu verwenden. Der Grund hierfür wird im Folgenden mit Bezug auf 9 und 10 erörtert.Due to the use of non-flat button surfaces, the displacement observed with inductive buttons, such as the exemplary inductive button discussed above, may be much less than with flat button surfaces. To compensate for such small potential button displacements, the first gap 126 can be made smaller than is typically recommended for inductive knobs, thereby increasing the ratio of the amount of bend to the first gap size (which correspondingly increases the amount of inductance change that occurs in such a bend). As discussed above, such first gap sizes may be less than 0.15 mm or, in some cases, less than or less than or equal to 0.1 mm. However, the inventors of the present invention have found that with inductive buttons having such small first gap sizes, it is preferable to provide pressure diodes between the button surface facing the inductive button coils and the substrate carrying the inductive button coil (s). absorbs, to use. The reason for this is below with reference to 9 and 10 discussed.
9 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines beispielhaften induktiven Knopfes. Der Induktionsknopf von 9, Abbildung A, umfasst eine Versteifung 942, auf der ein Substrat 934 mit einer Induktionsspule angebracht ist, die einer ersten Innenfläche 914 eines Gehäuses 904 zugewandt ist. In diesem Beispiel ist das Substrat 934 von der ersten Innenfläche 914 durch zwei Abstandshalterstapel beabstandet, von denen jeder einen Abstandshalter 930 aufweist, der zwischen zwei Klebstoffschichten 932 angeordnet ist, um einen ersten Spalt 926 zu bilden. Die Klebeschichten 932 haften jeweils an dem dazwischen angeordneten Abstandshalter 930 und haften auch an der ersten Innenfläche 914 und dem Substrat 934. Dies ist in Abbildung A von Figur HH dargestellt. 9 shows a simplified representation of an exemplary inductive button. The induction knob of 9 , Figure A, includes a stiffener 942 on which a substrate 934 attached to an induction coil, which is a first inner surface 914 a housing 904 is facing. In this example, the substrate is 934 from the first inner surface 914 spaced by two spacer stacks, each of which is a spacer 930 which is between two adhesive layers 932 is arranged to a first gap 926 to build. The adhesive layers 932 each adhere to the spacers arranged therebetween 930 and also adhere to the first inner surface 914 and the substrate 934 , This is shown in Figure A of Figure HH.
In Abbildung B von 9 wurde eine verteilte Last auf das Gehäuse 904 aufgebracht, wodurch es nach innen in Richtung des Substrats 934 gebogen wurde, wodurch der erste Spalt 926 zwischen der ersten Innenfläche 914 und den induktiven Knopfspulen auf dem Substrat 934 verringert wird.In Figure B of 9 was a distributed load on the case 904 applied, making it inward towards the substrate 934 was bent, causing the first gap 926 between the first inner surface 914 and the inductive button coils on the substrate 934 is reduced.
In von 9 wurde die auf das Gehäuse 904 verteilte Last entfernt. Das Gehäuse aus Metall springt fast augenblicklich in seinen unverformten Zustand zurück. Die Klebstoffschichten 932 können jedoch einen viskoelastischen Klebstoff umfassen, z. B. einen druckempfindlichen Klebstoff. Viskoelastische Materialien weisen sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften auf und weisen daher eine zeitabhängige Dehnung auf. Infolgedessen kehrt ein viskoelastisches Material, das einem Druck ausgesetzt wird, nach dem Entfernen der Druckbelastung in seine ursprüngliche Form zurück, kann dies jedoch über einen längeren Zeitraum tun, verglichen mit der Erholung, die ein elastisches Material wie Stahl oder Aluminium zeigt.In from 9 was the on the case 904 distributed load away. The metal case springs almost instantaneously back to its undeformed state. The adhesive layers 932 however, may include a viscoelastic adhesive, e.g. B. a pressure-sensitive adhesive. Viscoelastic materials have both elastic and viscous properties and therefore have a time-dependent elongation. As a result, a viscoelastic material which is subjected to pressure returns to its original shape after removal of the compressive load, but may do so over a longer period of time compared to the recovery exhibited by a resilient material such as steel or aluminum.
Im Fall des vorliegenden Beispiels kann die Verformung des Knopfes in Abbildung B dazu führen, dass die Klebeschichten 932 zusammengedrückt werden. Da sich der Knopf bei verteilter Belastung etwas „durchbiegt“, können die Ränder des Knopfes darüber hinaus dort, wo sich die Klebeschichten 932 befinden, näher an der Mitte des Knopfes einen stärkeren Druck erfahren als am Umfang des Knopfes. Die Klebeschicht, die näher zur Mitte als zur Kante hin zusammengedrückt wurde, kann so verformt werden, dass sie einen keilförmigen Querschnitt aufweist, wie in Abbildung B dargestellt.In the case of the present example, the deformation of the button in Figure B may cause the adhesive layers 932 be compressed. In addition, as the button slightly bends under distributed load, the edges of the button can also be where the adhesive layers are 932 closer to the center of the button than the circumference of the button. The adhesive layer, which has been compressed closer to the center than to the edge, may be deformed to have a wedge-shaped cross section, as shown in FIG.
Sobald die verteilte Last entfernt ist, kann sich die Metalloberfläche fast augenblicklich erholen und die Klebeschichten 932 und die Abstandshalter 930 mit sich ziehen. Die Klebeschichten 932 haben zu diesem Zeitpunkt noch nicht genügend Zeit, um in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Dies bewirkt, dass eine Zugbelastung auf das Substrat 934 ausgeübt wird, wobei eine stärkere Zugbelastung näher an der Mitte des Knopfes auftritt (aufgrund der erhöhten Verschiebung) als in Richtung der Kante des Knopfes (aufgrund der geringeren Verschiebung). Das Substrat 934 und die Versteifung 942 können sich als Reaktion auf diese Belastung nach unten in Richtung der ersten Innenfläche 914 biegen. Infolgedessen kann der erste Spalt 926 unmittelbar nach dem Lösen der verteilten Last im Allgemeinen auf demselben Abstand bleiben, wie in Abbildung B gezeigt. Aus diesem Grund kann es vorkommen, dass sich die von der Knopfelektronik gemessene Induktivität nicht nennenswert ändert, sodass der Eindruck entsteht, dass der induktive Knopf noch gedrückt wird.Once the distributed load is removed, the metal surface can recover almost instantaneously and the adhesive layers 932 and the spacers 930 pull with you. The adhesive layers 932 do not have enough time to return to their original form at this time. This causes a tensile load on the substrate 934 is exerted, with a greater tensile load occurring closer to the center of the knob (due to the increased displacement) than towards the edge of the knob (due to the smaller displacement). The substrate 934 and the stiffening 942 can turn in response to this load toward the first inner surface 914 to bend. As a result, the first gap 926 generally remain at the same distance immediately after releasing the distributed load as shown in Figure B. For this reason, it may happen that the inductance measured by the button electronics does not change appreciably, giving the impression that the inductive button is still pressed.
Mit der Zeit können sich die Klebeschichten 932 jedoch allmählich erholen, wodurch die Zugbelastung des Substrats 934 und der Versteifung 942 verringert wird und das Substrat 934 und die Versteifung 942 in ihren nicht gebogenen Zustand zurückkehren können. zeigt das Substrat 934 und die Versteifung 942, nachdem sie etwa zur Hälfte in den vollständig nicht gebogenen Zustand zurückgekehrt sind, und Abbildung E zeigt das Substrat 934 und die Versteifung 942 im vollständig nicht gebogenen Zustand. Zu einem bestimmten Zeitpunkt während dieser Wiederherstellung hat sich der erste Spalt 926 so weit geöffnet, dass die sich ergebende Induktivitätsänderung vom LDC registriert werden kann, um anzuzeigen, dass der Knopf nicht mehr gedrückt wird. Aufgrund der Tatsache, dass zwischen dem Entfernen der verteilten Last und dem Feststellen, dass der Knopf nicht mehr gedrückt ist, einige Zeit vergangen ist, kann bei dem Benutzer der Eindruck entstehen, dass der Knopf nicht richtig funktioniert. Beispielsweise ist es üblich, irgendeine Form von haptischer Rückmeldung bereitzustellen, z. B. einen Vibrationsimpuls von einem Vibrationsmotor (siehe z. B. der Vibrationsmotor 178 in 4; Vibrationsmotoren können sowohl rotierende, exzentrische Massenvibrationsmotoren sein, bei denen eine rotierende Masse mit einem von der Rotationsachse versetzten Massenmittelpunkt ein vibrationsverursachendes Rotationsungleichgewicht erzeugt, als auch lineare Resonanzaktoren (LRAs), bei denen eine Masse entlang einer linearen Achse hin- und herbewegt wird, um eine Vibration zu erzeugen, oder andere Arten von vibrationsinduzierenden Mechanismen) für einen Benutzer, der ausgelöst wird, wenn ein induktiver Knopf gedrückt wird und auch, wenn er losgelassen wird. Wenn der Benutzer den Knopf loslässt und die haptische Rückmeldung beispielsweise ein oder zwei Sekunden später erfolgt, kann dies dazu führen, dass der Benutzer den Eindruck hat, dass der induktive Knopf fehlerhaft funktioniert.Over time, the adhesive layers can become 932 However, gradually recover, reducing the tensile load of the substrate 934 and the stiffening 942 is reduced and the substrate 934 and the stiffening 942 can return to their unbent state. shows the substrate 934 and the stiffening 942 after returning approximately halfway to the fully unbent state, and Figure E shows the substrate 934 and the stiffening 942 in the fully unbent state. At some point during this recovery, the first split has occurred 926 so far that the resulting inductance change can be registered by the LDC to indicate that the button is no longer pressed. Due to the fact that some time has elapsed between removing the distributed load and determining that the button is no longer depressed, the user may get the impression that the button is not functioning properly. For example, it is common to provide some form of haptic feedback, e.g. B. a vibration pulse from a vibration motor (see, for example, the vibration motor 178 in 4 ; Vibration motors may be both rotary eccentric mass vibration motors in which a rotating mass having a center of mass offset from the axis of rotation generates a vibration-causing rotational imbalance, and linear resonance actuators (LRAs) in which a mass is reciprocated along a linear axis To create vibration, or other types of vibration inducing mechanisms) for a user that is triggered when an inductive button is pressed and also when it is released. For example, if the user releases the button and the haptic feedback occurs one or two seconds later, it may result in the user feeling that the inductive button is malfunctioning.
Dieses Problem scheint bei induktiven Knöpfen mit größeren ersten Spaltgrößen nicht aufzutreten, was höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass die Dicke der Klebeschichten im Verhältnis zur ersten Spaltgröße viel geringer ist, so dass die geringe Durchbiegung des Substrats 934, die durch das viskoelastische Verhalten der Klebeschichten 932 verursacht werden kann, sich viel weniger auf die Induktivität der Vorrichtung auswirkt.This problem does not appear to occur with inductive buttons having larger first gap sizes, most likely due to the fact that the thickness of the adhesive layers is much smaller relative to the first gap size, such that the low deflection of the substrate 934 caused by the viscoelastic behavior of the adhesive layers 932 can be caused much less affect the inductance of the device.
10 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines beispielhaften induktiven Knopfes unter Verwendung von Druckdioden. Ähnlich wie der beispielhafte induktive Knopf von 9 umfasst der induktive Knopf von 10, Abbildung A, ein Substrat 1034, eine Versteifung 1042 und ein Gehäuse 1004. Der erste Spalt 1026 ist in diesem Fall jedoch durch zwei Druckdioden 1028 definiert, von denen jede eine Klebeschicht 1032 und einen Abstandshalter 1030 umfasst. Die Klebeschichten 1032 haften an den Abstandshaltern 1030 auf dem Substrat 1034, es besteht jedoch keine Haftung zwischen den Abstandshaltern 1030 und dem Gehäuse 1004. 10 shows a simplified representation of an exemplary inductive button using pressure diodes. Similar to the exemplary inductive knob of 9 includes the inductive knob of 10 , Figure A, a substrate 1034 , a stiffening 1042 and a housing 1004 , The first gap 1026 is in this case, however, by two pressure diodes 1028 each of which defines an adhesive layer 1032 and a spacer 1030 includes. The adhesive layers 1032 adhere to the spacers 1030 on the substrate 1034 However, there is no adhesion between the spacers 1030 and the housing 1004 ,
In Abbildung B von 10 wurde eine verteilte Last ähnlich der von Abbildung B von 9 aufgebracht, was zu einem ähnlichen Druck der Klebeschichten 1032 führte. In von 10 wurde die verteilte Last entfernt, so dass das Gehäuse 1004 in seinen unverformten Zustand zurückkehren kann. Aufgrund der Tatsache, dass es keinen Zugbelastungspfad zwischen dem Gehäuse 1004 und dem Substrat 1034 durch die Druckdioden 1028 gibt, setzt es die Druckdioden 1028 nicht unter Spannung und bewirkt somit nicht, dass sich das Substrat 1034 verbiegt, wenn das Gehäuse 1004 in seinen unverformten Zustand zurückkehrt. Infolgedessen kehrt der erste Spalt 1026 zwischen dem Substrat 1034 und der ersten Innenfläche 1014 gleichzeitig mit der Wiederherstellung des Gehäuses 1004 in seinen unverformten Zustand in den in Abbildung A von 10 gezeigten Zustand zurück. Dadurch registriert der LDC, dass der induktive Knopf nicht mehr gedrückt wird, während die Kraft auf den induktiven Knopf aufgehoben wird. Dies vermeidet das in Bezug auf die Implementierung von 9 diskutierte Verhalten bei verzögerter Freisetzung. Wie in von 10 zu sehen ist, kehren die Druckdioden 1028 mit der Zeit langsam in ihren unverformten Zustand zurück und kehren schließlich in den in Abbildung E von 10 gezeigten Zustand zurück.In Figure B of 10 became a distributed load similar to that of Figure B of 9 applied, resulting in a similar pressure of the adhesive layers 1032 led. In from 10 the distributed load was removed, leaving the case 1004 can return to its undeformed state. Due to the fact that there is no tensile load path between the housing 1004 and the substrate 1034 through the pressure diodes 1028 There, it sets the pressure diodes 1028 not under tension and thus does not cause the substrate 1034 Bends when the case 1004 returns to its undeformed state. As a result, the first gap returns 1026 between the substrate 1034 and the first inner surface 1014 at the same time as restoring the case 1004 in its undeformed state in the in Figure A of 10 shown state back. As a result, the LDC registers that the inductive button is no longer pressed while releasing the force on the inductive button. This avoids that with regard to the implementation of 9 discussed delayed release behavior. As in from 10 can be seen, the pressure diodes return 1028 Slowly return to their undeformed state over time and eventually return to the one in Figure E of 10 shown state back.
Somit kann für induktive Knöpfe mit kleinem Spalt, z. B. mit ersten Spalten von 0,1 mm oder weniger (oder möglicherweise weniger als 0,15 mm), die Verwendung von Druckdioden ermöglichen, das oben diskutierte Verhalten der verzögerten Freisetzung zu vermeiden, während dennoch die Verwendung von Abstandshaltern mit Kleberückseite möglich ist.Thus, for inductive buttons with a small gap, z. With first columns of 0.1 mm or less (or possibly less than 0.15 mm), the use of pressure diodes allows to avoid the delayed release behavior discussed above while still allowing the use of adhesive backed spacers.
Ein weiteres potentiell nützliches Merkmal, das in einigen Implementierungen derartiger induktiver Knöpfe mit kleinem Spalt enthalten sein kann, ist das Bereitstellen einer außermittigen Drucklast auf das Substrat und die Induktionsspulen, wie nachstehend mit Bezug auf 8 erörtert wird. 8 ist eine Detailansicht von 7. In 8 wurden einige zusätzliche Elemente mit Beschriftungen gekennzeichnet. Beispielsweise ist der Kontaktbereich 164 angedeutet, in dem der Drucklastverteiler 146 die Antennenhalterung 192 berührt. Wie zu sehen ist, ist die Kontaktfläche 164, die vereinfacht als der Schwerpunkt der darauf aufgebrachten Kontaktlast aufgefasst werden kann, von einer Mittelachse 160 der Induktionsspulen 138 (die Mittelachse 160 verläuft in diesem Fall im Allgemeinen durch den Mittelpunkt der Induktionsspulen 138 und erstreckt sich entlang der zweiten Achse 156) entlang einer Richtung parallel zur ersten Innenfläche 114 um einen Lastversatzabstand 152 versetzt. Dies bewirkt, dass entlang des oberen Teils des Substrats 134 (relativ zu der Kontaktfläche 164 und der Ausrichtung von 8) eine Druckbelastung mit einer höheren Stärke als auf den unteren Teil des Substrats 134 ausgeübt wird. In einigen Implementierungen kann der Kontaktbereich 164 einen Lastschwerpunkt aufweisen, der sich beispielsweise in einem ersten Bereich 170 befindet. In einigen Implementierungen kann sich der erste Bereich 170 zwischen 25% und 75% des Abstands von der Oberkante der ersten Innenfläche 114 zur Mittelachse 160 erstrecken. In der gezeigten Implementierung liegt der Kontaktpunkt zwischen dem Drucklastverteiler 146 und der Antennenhalterung 192 entlang der Oberkante der Antennenhalterung 192, obwohl andere Implementierungen eine stärker verteilte Belastung aufweisen können, kann beispielsweise die Antennenhalterung 192 so konstruiert sein, dass sie höher ist, so dass der Drucklastverteiler 146 an der Seitenfläche der Antennenhalterung 192 anliegt, anstatt an deren Kante.Another potentially useful feature that may be included in some implementations of such inductive buttons with a small gap is the provision of an off-centered pressure load on the substrate and inductors, as discussed below with reference to FIG 8th is discussed. 8th is a detail view of 7 , In 8th Some additional elements have been labeled with labels. For example, the contact area 164 indicated in which the pressure load distributor 146 the antenna mount 192 touched. As you can see, the contact surface is 164 , which can be understood in simplified terms as the center of gravity of the contact load applied thereto, from a central axis 160 the induction coils 138 (the central axis 160 in this case generally passes through the center of the induction coils 138 and extends along the second axis 156 ) along a direction parallel to the first inner surface 114 by a load offset distance 152 added. This causes along the top of the substrate 134 (relative to the contact surface 164 and the alignment of 8th ) a compressive load of a higher magnitude than the lower portion of the substrate 134 is exercised. In some implementations, the contact area may be 164 have a load center, for example, in a first area 170 located. In some implementations, the first area may be 170 between 25% and 75% of the distance from the top edge of the first inner surface 114 to the central axis 160 extend. In the implementation shown, the point of contact is between the pressure load distributor 146 and the antenna mount 192 along the top edge of the antenna mount 192 Although other implementations may have a more distributed load, for example, the antenna mount 192 be constructed so that it is higher, so that the pressure load distributor 146 on the side surface of the antenna mount 192 is present, rather than at the edge.
Infolgedessen kann der erste Spalt 126 nahe der Oberkante 162 der ersten Innenfläche 114 etwas schmaler sein als nahe der Unterkante des ersten Innensubstrats 114. Aufgrund des verringerten ersten Spalts 126 in der Nähe der oberen Kante 162 kann die induktive Knopfanordnung eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Belastungen aufweisen, die auf den oberen Abschnitt des Gehäuses 104 ausgeübt werden. Wenn beispielsweise das Gehäuse 104 für eine tragbare Vorrichtung vorgesehen ist, kann die Vorrichtung auf eine Weise getragen werden, die es einem Benutzer möglicherweise schwieriger macht, direkt auf die Seite des Gehäuses 104 zu drücken, um einen induktiven Knopf zu aktivieren. In solchen Vorrichtungen kann die Vorrichtung dünn genug sein und nahe genug an der Haut des Trägers getragen werden, sodass möglicherweise nicht genügend Abstand zwischen der „Mitte“ des Knopfes und der Haut des Trägers vorhanden ist, damit ein Finger eine Last zentriert auf diesen Mittelpunkt aufbringen kann. Es ist weitaus wahrscheinlicher, dass der Benutzer entlang des oberen Abschnitts der Seitenfläche, weiter von der Haut entfernt, beispielsweise entlang der äußeren Oberkante 163 des Gehäuses und/oder der daran angrenzenden zweiten Außenfläche 122, drückt. Infolgedessen kann typischerweise mehr Kraft auf das Gehäuse 104 nahe der Oberseite des Gehäuses nahe der äußeren Oberkante 163 ausgeübt werden als nahe der Unterseite des Gehäuses. Da solche Gehäuse häufig „becherförmig“ sein können, z. B. wenig oder kein Material im Bereich der Anzeige aufweisen, jedoch Metallseitenwände und einen Metallboden aufweisen, kann Druck, der in der Nähe des oberen „Randes“ (wie der äußeren Oberkante 163) eines solchen „Bechers“ ausgeübt wird, mehr Durchbiegung im Gehäuse 104 verursachen als der gleiche Druck, der näher an der Basis des „Bechers“ ausgeübt wird.As a result, the first gap 126 near the top 162 the first inner surface 114 be slightly narrower than near the bottom edge of the first inner substrate 114 , Due to the reduced first gap 126 near the top edge 162 For example, the inductive button assembly may have increased sensitivity to stresses imposed on the upper portion of the housing 104 be exercised. For example, if the case 104 is intended for a portable device, the Device may be worn in a way that may make it more difficult for a user, directly to the side of the housing 104 to press to activate an inductive button. In such devices, the device may be thin enough and worn close enough to the skin of the wearer that there may not be sufficient clearance between the "center" of the button and the wearer's skin for a finger to apply a load centered on that midpoint can. It is far more likely for the user to travel along the upper portion of the side surface farther from the skin, for example, along the outer top edge 163 the housing and / or the adjoining second outer surface 122 , presses. As a result, typically more force can be applied to the housing 104 near the top of the housing near the outer top edge 163 be exercised as near the bottom of the housing. Since such housing can often be "cupped", z. B. have little or no material in the area of the display, but have metal side walls and a metal floor, pressure near the upper "edge" (as the outer top edge 163 ) of such a "cup" is exercised, more deflection in the housing 104 cause as the same pressure exerted closer to the base of the "mug".
Infolge einer solchen erhöhten potentiellen Biegung können induktive Knöpfe in solchen Gehäusen eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Knopfdruckbelastungen aufweisen, die entlang der äußeren Oberkante solcher Gehäuse aufgebracht werden, im Vergleich zu Knopfdrucklasten, die an einen Punkt abgegeben werden, der auf den induktiven Knopfspulen 138 und entlang einer Richtung parallel zur ersten Achse 154 zentriert ist. Wenn dann eine außermittige Last auf das Substrat 134 ausgeübt wird, kann die Empfindlichkeit derartiger induktiver Knöpfe weiter erhöht werden, wodurch der Kraftbetrag verringert wird, der auf den induktiven Knopf ausgeübt werden muss, um ihn zu aktivieren. Somit kann eine außermittige Belastung des Substrats 134 eine vorteilhafte Erhöhung der Empfindlichkeit des induktiven Knopfes und/oder eine Verringerung der Betätigungskraft bewirken, wodurch das Benutzererlebnis verbessert wird.As a result of such increased potential flexing, inductive buttons in such cases may have increased sensitivity to push button loads applied along the outer top edge of such housings as compared to push button loads delivered to a point on the inductive button coils 138 and along a direction parallel to the first axis 154 is centered. If then an off-center load on the substrate 134 is applied, the sensitivity of such inductive buttons can be further increased, thereby reducing the amount of force that must be exerted on the inductive button to activate it. Thus, an off-center loading of the substrate 134 cause a beneficial increase in the sensitivity of the inductive button and / or a reduction in the actuation force, whereby the user experience is improved.
In 8 ist auch der Schlitzantennenspalt 182 sichtbar, der sich von einer leitenden Oberfläche 184 der Antennenhalterung 192 zu der zugewandten Seitenwand des Gehäuses 104, z. B. der nächstgelegenen benachbarten Seitenwand des Gehäuses 104 oder zur ersten Innenfläche 114, erstrecken kann. Der Schlitzantennenabstand 182 kann beispielsweise zwischen 0,5 mm und 1,7 mm liegen. In einigen Implementierungen kann der Schlitzantennenabstand 182 in der Breite entlang der Länge des Abstands variieren. Beispielsweise kann sich der Schlitzantennenabstand 182 in dem Bereich erweitern, in dem sich eine gefräste Aussparung für die induktiven Knopfkomponenten befindet, wie durch die gepunktete Verlängerung der Halterung für den Schlitzantennenabstand 182 angegeben.In 8th is also the slot antenna gap 182 Visible, extending from a conductive surface 184 the antenna mount 192 to the facing side wall of the housing 104 , z. B. the nearest adjacent side wall of the housing 104 or to the first inner surface 114 , can extend. The slot antenna distance 182 may for example be between 0.5 mm and 1.7 mm. In some implementations, the slot antenna spacing may be 182 vary in width along the length of the gap. For example, the slot antenna distance 182 in the area where there is a milled recess for the inductive button components, such as the dotted extension of the slot antenna pitch bracket 182 specified.
Ein weiteres Problem, das von den Erfindern der vorliegenden Erfindung bei der Verwendung von induktiven Knöpfen in kleinen Gehäusen, wie tragbaren Vorrichtungsgehäusen, festgestellt wurde, ist, dass die Platzierung des LDC selbst die Leistung des induktiven Knopfes beeinflussen könnte. In kleinen Gehäusen können Kunststoff- oder andere nicht leitende Abstandshalter in einer gestapelten Anordnung mit Leiterplatten der Vorrichtung angeordnet werden, um die Leiterplatten innerhalb des Gehäuses zu tragen. Dies bietet nicht nur Unterstützung für die Leiterplatten, sondern verringert auch die Anzahl der erforderlichen Schraubverbindungen (oder kann in einigen Fällen die Notwendigkeit von Schrauben vollständig beseitigen).Another problem that has been discovered by the inventors of using inductive buttons in small enclosures, such as portable device housings, is that the placement of the LDC itself could affect the inductive button performance. In small enclosures, plastic or other non-conductive spacers may be stacked with printed circuit boards of the device to support the circuit boards within the housing. This not only provides support for the printed circuit boards, but also reduces the number of screw connections required (or in some cases, can completely eliminate the need for screws).
11 zeigt eine andere Explosionsansicht der Vorrichtung von 2. Wie in 11 gezeigt, weist die PCB 172 eine PCB-Halterung 173 auf, die zwischen der PCB 172 und einer unteren Innenfläche 118 des Gehäuses 104 angeordnet ist. Der PCB-Träger 173 umfasst in diesem Fall zwei separate Teile, obwohl andere Implementierungen eine Unibody-Konstruktion aufweisen können oder zusätzliche Teile aufweisen können. Der PCB-Träger 173 kann zum Beispiel aus einem Polycarbonatmaterial oder einem anderen elektrisch nicht leitenden, im Allgemeinen starren Material hergestellt sein, das optional an der PCB 172 und/oder der Bodeninnenfläche 118 haften kann. In diesem speziellen Beispiel können drei Schrauben verwendet werden, um die PCB 172 an dem Gehäuse 104 zu befestigen, und der PCB-Abstandshalter 173 kann verwendet werden, um der Unterseite der PCB 173 zusätzlichen Halt zu verleihen. Die PCB 172 kann beispielsweise einen LDC 176 aufweisen, der in diesem Fall auf der Rückseite der PCB 172 montiert ist. 11 shows another exploded view of the device of 2 , As in 11 shown points the PCB 172 a PCB holder 173 on that between the PCB 172 and a lower inner surface 118 of the housing 104 is arranged. The PCB carrier 173 in this case comprises two separate parts, although other implementations may have a unibody construction or may have additional parts. The PCB carrier 173 For example, it may be made of a polycarbonate material or other electrically non-conductive, generally rigid material, optionally on the PCB 172 and / or the bottom inner surface 118 can stick. In this particular example, three screws can be used to connect the PCB 172 on the housing 104 to attach, and the PCB spacer 173 Can be used to the bottom of the PCB 173 to give extra support. The PCB 172 for example, an LDC 176 in this case, on the back of the PCB 172 is mounted.
12 und 13 zeigen Draufsichten auf das Innere der Vorrichtung 100, wobei in jeder Figur unterschiedliche Leiterplattenabstandshalter gezeigt sind. In 12 erstreckt sich der PCB-Abstandshalter 173' bis zum LDC 176 auf der linken Seite, und zwar innerhalb von ein oder zwei Millimetern vom LDC 176. Es wurde jedoch festgestellt, dass Belastungen, die auf die Rückseite des Gehäuses 104 ausgeübt wurden, beispielsweise auf den optischen Blister auf der Rückseite, der einen hautseitigen Herzfrequenzsensor enthielt, den induktiven Knopf 106 veranlassten, einen Knopfdruck zu registrieren, selbst wenn kein Druck auf den induktiven Knopf 106 ausgeübt wurde. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten schließlich, dass geringfügige Belastungen, die auf den Boden des Gehäuses 104 ausgeübt wurden, dazu führten, dass sich der LDC 176 leicht bog; diese Biegung verursachte im LDC 176 eine ausreichende mechanische Verzerrung, so dass der elektrische Betrieb des LDC 176 beeinträchtigt wurde und der LDC 176 Induktivitätsänderungswerte erzeugte, die anzeigten, dass ein Knopfdruck stattgefunden hatte, auch wenn kein Knopfdruck stattgefunden hatte. 12 and 13 show plan views of the interior of the device 100 , wherein in each figure different PCB spacers are shown. In 12 extends the PCB spacer 173 ' to the LDC 176 on the left, within a millimeter or two of the LDC 176 , However, it was found that loads placed on the back of the case 104 were exerted, for example on the optical blister on the back, which contained a skin-side heart rate sensor, the inductive button 106 prompted to register a push of a button, even if no pressure on the inductive button 106 was exercised. The inventors of the present invention finally discovered that minor stresses are placed on the bottom of the housing 104 that led to the LDC 176 slightly bent; this bend caused in the LDC 176 sufficient mechanical distortion, so that the electrical operation of the LDC 176 was affected and the LDC 176 Inductance change values were generated which indicated that a button press had occurred even if no button press had occurred.
Nach dem Isolieren dieses unerwarteten Problems wurde festgestellt, dass der PCB-Abstandshalter 173' modifiziert werden sollte, um zu vermeiden, dass etwaige Druckbelastungspfade zwischen der inneren Bodenfläche 118 und der PCB 172 innerhalb eines Bereichs, z. B. eines kreisförmigen Bereichs 174 um den LDC 176, liegen. Ein solcher Bereich 174 kann sich zum Beispiel mindestens 0,5 mm oder 0,4 mm von dem LDC 176 in alle Richtungen in der Ebene der PCB 172 erstrecken. Es wurde festgestellt, dass eine solche mechanische Isolation den LDC 176 angemessen vor einer möglichen mechanischen Störung durch eine Rückseitenbelastung des Gehäuses 104 schützt, wodurch mögliche falsche Knopfdruckereignisse signifikant verringert oder beseitigt werden. Daher kann es für PCBs mit Abstandhalter vorteilhaft sein, einen Kontakt zwischen der PCB und dem Abstandhalter in einem Ausschlussbereich um den LDC herum, z. B. 0,5 mm bis 0,4 mm von der Mitte des LDC, zu vermeiden.After isolating this unexpected problem, it was found that the PCB spacer 173 ' should be modified to avoid any pressure load paths between the inner bottom surface 118 and the PCB 172 within a range, e.g. B. a circular area 174 around the LDC 176 , lie. One such area 174 For example, it may be at least 0.5 mm or 0.4 mm from the LDC 176 in all directions in the plane of the PCB 172 extend. It was found that such a mechanical isolation the LDC 176 appropriate before a possible mechanical interference by a back side load of the housing 104 protects, thereby significantly reducing or eliminating possible false push-button events. Therefore, for PCBs with spacers it may be advantageous to avoid contact between the PCB and the spacer in an exclusion area around the LDC, e.g. B. 0.5 mm to 0.4 mm from the center of the LDC to avoid.
Während die hier diskutierten Konzepte für die Verwendung in am Handgelenk tragbaren Vorrichtungen wie Fitness-Trackern oder Uhren entwickelt wurden, können solche Konzepte auch allgemein auf jede elektronische Vorrichtung angewendet werden, in denen induktive Benutzerschnittstellenelemente implementiert werden können, insbesondere in Vorrichtungen mit begrenztem Platz, z. B. tragbaren Vorrichtungen, Mobiltelefonen, Taschenkameras, Kopfhörern oder Headsets usw.While the concepts discussed herein have been developed for use in wrist-worn devices such as fitness trackers or watches, such concepts may also be applied generally to any electronic device in which inductive user interface elements may be implemented, particularly in limited-space devices, e.g. , As portable devices, mobile phones, pocket cameras, headphones or headsets, etc.
Es versteht sich, dass sich der Ausdruck „im Allgemeinen parallel“ in Bezug auf eine Kante auf eine Kante bezieht, die linear, parallel oder innerhalb einiger Parallelgrade, z. B. innerhalb von 1-5 Parallelgraden, liegt. Darüber hinaus versteht es sich, dass eine nichtlineare Kante, z. B. eine sanft gekrümmte Kante, auch als parallel zu einer anderen Kante oder Fläche/Ebene angesehen werden kann. In solchen Fällen kann angenommen werden, dass die gekrümmte Kante einer linearen Kante angenähert ist, z. B. einer Linie, die einen minimalen durchschnittlichen kürzesten Abstand von jedem Punkt entlang der gekrümmten Kante aufweist.It is understood that the term "generally parallel" with respect to an edge refers to an edge that is linear, parallel, or within some degree of parallel, e.g. B. within 1-5 parallel degrees. In addition, it is understood that a nonlinear edge, e.g. As a gently curved edge, can also be considered as parallel to another edge or surface / plane. In such cases, it can be assumed that the curved edge approximates a linear edge, e.g. A line having a minimum average shortest distance from each point along the curved edge.
Es versteht sich, dass der Ausdruck „für jeden <Gegenstand> des einen oder der mehreren <Gegenstände>“, wenn er hier verwendet wird, so verstanden werden sollte, dass er sowohl eine Einzelgegenstandsgruppe als auch Gruppen mit mehreren Gegenständen umfasst, d. h. der Ausdruck „für ... jedes“ (for ... each) wird in dem Sinne verwendet, in dem er in Programmiersprachen verwendet wird, um auf jedes Element einer beliebigen Anzahl von verwiesenen Elementen zu verweisen. Wenn zum Beispiel die Grundgesamtheit der referenzierten Elemente ein einzelnes Element ist, bezieht sich „jedes“ (each) nur auf dieses einzelne Element (obwohl die Wörterbuchdefinitionen von „jedes“ häufig den Begriff so definieren, dass er sich auf „jedes von zwei oder mehr Dingen“ bezieht) und würde nicht bedeuten, dass es mindestens zwei dieser Gegenstände geben muss.It should be understood that the phrase "for each <item> of the one or more <items>", as used herein, should be understood to include both a single item group and multiple item groups, i. H. the term "for ... each" is used in the sense that it is used in programming languages to refer to any element of any number of referenced elements. For example, if the population of referenced elements is a single element, "each" refers to only that single element (although the dictionary definitions of "each" often define the term to refer to "any two or more Things) and would not mean that there must be at least two of these items.
Es versteht sich ferner, dass die obige Offenbarung, während sie sich auf eine bestimmte beispielhafte Implementierung oder Implementierungen konzentriert, nicht nur auf das diskutierte Beispiel beschränkt ist, sondern auch auf ähnliche Varianten und Mechanismen angewendet werden kann und dass solche ähnlichen Varianten und Mechanismen auch als im Umfang dieser Offenbarung liegend angesehen werden.It should also be understood that the above disclosure, while focusing on a particular example implementation or implementations, is not limited to the example discussed, but may be applied to similar variants and mechanisms, and that such similar variants and mechanisms are also described within the scope of this disclosure.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 15842689 [0032]US 15842689 [0032]
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US 62433994 [0032]US 62433994 [0032]