[发明专利]感应感测用户界面设备

说明书

一种基于感应感测的用户界面设备，其包括具有至少一个孔径的导电屏障、附接到屏障的一侧上的旋转构件的磁通量修改器以及在与孔径对准的屏障的相对侧上的感应结构，所述感应结构磁耦合到磁通量修改器，其中感测到的电感中的变化被用于确定旋转输入。

背景技术

基于感应感测的用户界面（UI）设备提供多个独特的优势，诸如抗灰尘和污垢、用于通过非导电和非磁性材料进行感测的能力等等。现有技术包含对基于感应感测的UI设备的多个参考。在US 8,847,892中，Kreit等人教导了UI按钮，其中由导电或高导磁率材料制成的构件朝向线圈按压，导致电感中的可测量变化。892专利还教导了两个感应部件，即发射天线和接收天线，其被按压得更靠近在一起，导致电感中的可测量变化。在Lacey等人的US 2011/0187204中，呈现了以感应触摸键的形式的UI设备，其中导电目标被按压得更靠近于线圈，并且其中前面板覆盖所述目标和线圈组件两者，其中前面板通常由不锈钢制成。在Porter等人的US 2013/0187742中，公开了感应触摸传感器，其检测由于用户按压动作引起的传感器电感器的物理形状中的变化。在Kreit等人的US 8,020,453的图9中示出了具有按钮开关的旋转UI元件，其中旋转元件包含旋转电中间设备（EID），并且其中其旋转由不可渗透仪表面板（fascia panel）下侧上的天线构件测量。根据453专利，EID通常包含谐振电路，该谐振电路包括感应线圈和电容器，或者可以完全由导电材料组成，并且其中EID的位置影响天线构件中的发射和接收线圈或绕组之间的耦合。453专利的图9中呈现的按钮开关被描述为当用户按下它时通常打开和闭合，使得EID的线圈和电容器能够谐振。

在Deokar等人的US 8,854,309中，教导了一种以键盘的形式的UI，其使用电感感测来确定何时按下键，并且由于由夹在多个磁性层之间的线圈组成的键磁性结构所提供的螺线管作用而具有触觉反馈。Matthews等人在WO 2008/035041中教导了用于便携式设备的多个感应感测UI，所有都基于发射和接收天线或线圈以及EID的使用。在US 7,196,604中，Sills等人教导了多个感应感测按钮实施例，以及旋转开关实施例（604的图10），其中旋转导致铁氧体衬套构件在线圈内向上或向下移动。

对于需要感测穿过或跨导电屏障的感应感测应用，信号的频率受涡流损耗和所述覆盖层的厚度的限制。例如，在1 MHz下，铜的趋肤深度是65，并且铝的趋肤深度是85，如果磁场要适当穿过覆盖层，则将导电覆盖层厚度限制为这些值的几分之一。在Kreit等人的上面提到的US 8,020,453中，发明人声明，只要激励或谐振频率足够低以允许信号穿过金属的趋肤深度，就可以在EID和天线之间（即，在谐振目标和发射与接收线圈之间）放置金属屏障。453专利中提供了2mm厚的非磁性316级不锈钢的屏障的示例，该屏障仍然允许40kHz的信号传输通过。Howard等人的US 7,016,744教导了与跨密封的外壳或主体（例如洗衣机的外壳）的感应感测界面一起使用的大量的UI按钮、滑动条、标记盘和旋钮，但是没有教导外壳是否是导电的，以及对于感测其是否是导电的含义是什么，诸如相对于趋肤深度的最大外壳壁厚度等。在WO2014/053835中，Howard等人教导绕组和导电目标之间的隔板的厚度应该小于检测器操作频率下的趋肤深度。Howard等人还参考835申请的图7讨论了所示隔板的厚度通常应小于1mm，并且绕组的激励频率应当被选择为允许感应场穿过金属材料的趋肤深度突起，例如对于不锈钢，该激励频率应当被选择小于30kHz。

如将由本发明详细公开的，克服上述限制的一种方式可以是在导电覆盖层或屏障中使用孔、槽或孔径，并且使用磁性构件来聚焦和引导磁通量通过所述孔、槽或孔径。尽管Urano等人的US 8,314,610教导了一种感应旋转变压器（resolver），该旋转变压器利用定子销（即磁性构件销），该定子销穿过旋转变压器盖中的线圈和孔突起以面向旋转的金属部分，但是610专利没有说明旋转变压器盖是由导电材料还是非导电材料制成。此外，尽管现有技术包含对使用导电构件中的孔径或槽以及感应感测的许多参考，如以下详述的那样，但是这些中没有似乎在具有静态（即非偏转和固定位置）的UI设备上，具有孔或孔径的导电覆盖层，并且其中磁性构件被用于聚焦和引导磁通量通过所述孔或孔径。