可變結構裝置的制作方法

專利名稱：可變結構裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可變結構裝置，其中該裝置的部件或子系統是機械耦合的，以使得通過改變部件或子系統的相對方向和位置中的至少一個而能夠改變該裝置的結構。
本發明特別涉及一種可變結構裝置，其中期望在部件或子系統之間傳送數據和功率中的至少一個。例如，部件或子系統之一可以是諸如顯示器之類的用戶接口，同時另一個可以是該裝置的主體或其他功能部件。所述裝置的實例為攝像機、膝上型計算機和個人數據助理(PDA)、視頻顯示單元、基于屏幕的GPS系統和電子測試設備、以及其他基于屏幕的系統或單元或者具有類似組件或機構的其他裝置。所述機械耦合例如可以是旋轉鉸鏈組件或滑動機構。
所述裝置使用通過在電纜的每一端處提供的多管腳連接器而在可相對移動的部件之間耦合的多線電纜連接(例如扁平帶狀電纜)，以在部件或子系統之間傳送諸如數據信號之類的信號。然而，每當改變所述裝置的結構時，機械耦合的部件之間的相對移動是必需的。隨著時間的推移，所述重復移動對該多線連接所施加的應力和應變可以導致可移動元件和/或用于將多管腳連接器附著在電纜連接的每一端上的連接接口的應力破壞。
在一個方面中，本發明提供具有機械耦合的部件或子系統的裝置，其中所述機械耦合與無線信號耦合相關聯，該無線信號耦合使得部件或子系統之間的信號能夠無線耦合。
在一個方面中，本發明提供包括具有相應機械耦合元件的多個部件或子系統的裝置，所述機械耦合元件進行機械耦合以通過改變部件或子系統的相對方向和位置中的至少一個而能夠改變該裝置的結構，以及其中第一和第二機械耦合元件中的每個提供相應的信號耦合裝置，并且該信號耦合裝置進行協作以實現信號從部件或子系統之一到另一個或者到該裝置的又一個部件或子系統的無線耦合。
在實施例中，本發明提供一種便攜設備，該便攜設備包括具有相應的第一和第二機械耦合元件的第一和第二部件，所述第一和第二機械耦合元件進行協作以機械地耦合第一和第二部件，以便允許第一和第二部件中的至少一個相對于另一個移動，其中第一和第二機械耦合元件中的每個提供相應信號耦合裝置，并且該信號耦合裝置進行協作以實現信號從第一和第二部件之一到第一和第二部件中的另一個部件的無線耦合。
在實施例中，每個信號耦合裝置包括至少兩個信號耦合元件。每個信號耦合元件與形成信號耦合器的機械耦合元件相關聯。可以將該信號耦合裝置結合在該機械耦合中。例如，相應的機械耦合元件可以載有該信號耦合裝置，或者該信號耦合裝置可以形成相應的機械耦合元件的一部分。
在實施例中，至少一個部件或子系統具有數據提供裝置，用于經由信號耦合裝置所提供的無線耦合將數據傳送到另一個部件或子系統或者傳送到該裝置內又一個部件或子系統。
在實施例中，該裝置的至少一個部件或子系統具有耦合到該信號耦合裝置的信號供應裝置，用于經由無線耦合將待耦合的信號供應給另一個部件或子系統或者供應給該裝置內又一個部件或子系統，以及至少一個部件或子系統被設置成通過調制該信號將數據傳送到另一個部件或子系統或者傳送到該裝置內又一個部件或子系統。
在實施例中，至少一個部件或子系統具有功率獲得(deriving)裝置，用于從該裝置內另一個或者又一個部件或子系統經由無線耦合而耦合到該部件或子系統的信號中獲得用于該部件或子系統的電源。該功率獲得裝置可以包括整流裝置或者整流裝置和電荷存儲裝置。
通常，該信號耦合裝置包括提供電容或電感無線耦合的電信號耦合裝置。
所述信號耦合裝置之間的耦合度可以隨著部件或子系統的相對位置和/或方向而改變，并且可以提供確定裝置以確定耦合度。例如，可以提供確定裝置以確定與裝置內部件或子系統的相對位置和/或方向有關的信息。
機械耦合元件可以包括可旋轉的和可滑動的機械耦合中的至少一個。
機械耦合元件可以提供鉸鏈的同軸部分。作為另一種可能，機械耦合元件可以限定球窩(ball and socket)布置。作為進一步的可能，機械耦合元件可以提供滑動機械耦合，從而允許一個部件或子系統相對于裝置內另一個或者又一個部件或子系統滑動。
盡管通常本發明的裝置內的部件或子系統在一些情況中保持可相對移動，但是一旦形成機械耦合，那么部件或子系統的相對位置和/或方向就可以被固定。
部件可以是子系統或子組件。例如，一個部件可以是諸如顯示設備之類的用戶接口設備、或者諸如鍵盤之類的用戶輸入設備、或者諸如鎖定機構之類的訪問控制設備。
可變結構裝置可以是便攜設備。例如，該裝置例如可以是膝上型計算機、PDA、視頻顯示單元、攝像機、或者GPS系統或電子測試裝備、其他基于屏幕的系統或單元或者具有類似組件或機構的其他裝置。
本發明還提供一種將信號從第一部件無線耦合到第二部件的方法，該第二部件被機械地耦合到第一部件以允許第一和第二部件中的至少一個相對于另一個移動，該方法包括經由第一和第二部件的機械耦合將該信號從第一部件無線耦合到第二部件。
實現本發明的裝置借助于無線耦合而允許在可相對移動的部件或子系統之間存在較大級別的應力隔離，這會減少基于應力的破壞。
本發明的實施例允許增加的靈活性，以使可以使用不同的部件或子系統，而沒有替換在所述系統中是典型的機械或電連接器的任何需求。例如，在裝置包括攝像機并且機械耦合的部件包括攝像機主體和顯示屏的情況中，可以用不同的屏幕或不同的功能單元來替換該屏幕，并且在攝像機系統的主體和新的屏幕或功能單元之間使用相同的無線數據和功率傳送。
應該注意，先前已經提出了無線耦合本身的使用。所以，例如WO00/31676描述了使得數據能夠在游戲塊(piece)和微處理器之間傳送的游戲塊與游戲板的電容耦合。WO 02/093881使用無線耦合的形式來在系統和分離的可附加部件或儀表板(fascia)之間傳送數據。US5,455,466描述了一種系統，其中經由也用于將數據傳送到第二電子設備的電感鏈接來對便攜設備再充電。DE19542214描述了一種包括中央通信單元和至少一個無電纜的外圍通信單元的通信系統，該外圍通信單元通過使用電磁耦合進行無線通信，其中通過使用帶通濾波器的磁性線圈來將功率傳送到外圍通信設備。JP2001033136描述了一種冰箱，其中電磁感應耦合使得信息能夠在冰箱主體和門之間進行傳送。WO 00/30267描述了一種具有經由鉸鏈組件連接到電話主體的翻蓋的蜂窩電話，并且描述了通過電容耦合來在主體上的第一天線與翻蓋上的第二天線之間傳送無線電信號。DE 19940374描述了一種數據傳輸方法，其中轉發器被激活，并且通過由移動數據檢測設備所提供的高頻(HF)場來更新其數據。
現在將參考附圖、通過實例來描述本發明的實施例，其中

圖1示出以攝像機的形式的根據本發明的裝置的第一實施例的簡化透視圖，其中在攝像機的顯示屏和主體之間的可旋轉機械耦合中結合了第一形式的電容無線耦合；圖2示出圖1所示的攝像機的分解簡化透視圖，以更詳細地說明在攝像機的顯示屏和主體之間的機械耦合和電容無線耦合；圖3示出用于解釋圖1和2所示的電容無線耦合的操作的圖；圖4示出以攝像機的形式的根據本發明的裝置的第二實施例的簡化透視圖，其中在攝像機的顯示屏和主體之間的可旋轉機械耦合中結合了第二形式的電容無線耦合；圖5示出圖4所示的攝像機的分解簡化透視圖，以更詳細地說明在攝像機的顯示屏和主體之間的機械耦合和電容無線耦合；圖6示出圖5所示的機械耦合的貫穿部分的橫截面，以說明在機械耦合中電容無線耦合的結合；圖7示出用于解釋圖4、5和6所示的電容無線耦合的操作的圖；圖8示出具有在球窩機械耦合中結合的電容無線耦合的實現本發明的另一裝置的貫穿部分的橫截面圖；圖9示出與圖8類似但具有在球窩機械耦合中結合的修改形式的電容無線耦合的橫截面圖；圖10示出以便攜電子設備的形式的根據本發明的裝置的另一實施例的簡化透視圖，該便攜電子設備具有在該設備的主體和該設備的蓋子之間形成可滑動機械耦合的一部分的電容無線耦合；圖11示出用于說明經由無線耦合的通信的實現本發明的裝置的功能框圖；圖12說明數據和功率可以如何在實現本發明的裝置的無線耦合上進行傳送；
圖13示出可以代替圖1至3所示的電容無線耦合的電感無線耦合的圖解透視圖；以及圖14示出可以代替圖4至6所示的電容無線耦合的電感無線耦合的圖解透視圖。
現在參考附圖，圖1和2說明實現本發明的攝像機210，其中在攝像機210的主體200和可旋轉顯示屏201之間提供機械耦合202，其中圖1中的弧X說明顯示屏可以相對于攝像機的主體旋轉的角度。在機械耦合202中結合了電容無線耦合205和206，借助于所述電容無線耦合，顯示屏201獲得電源，并且借助于所述電容無線耦合，在主體200和顯示屏201之間傳送數據。
為了簡單起見，在圖1和2中省略了攝像機的大多數常規部件，例如鏡頭和操作開關等。
如圖1和2中所示，對于所述攝像機按照常規，在主體和顯示屏之間的機械耦合是以鉸鏈組件202的形式。然而，根據本發明，通常設置在鉸鏈組件內以便電連接主體和顯示屏的多線電纜連接(通常是扁平帶狀電纜)為電容無線耦合所取代。
如在圖2中能夠最清楚地看到的，在該實例中，鉸鏈組件包括由主體200所載有的對齊的但間隔開的第一鉸鏈構件101和第二鉸鏈構件102以及由顯示屏201所載有的第三延長鉸鏈構件103。作為選擇，主體200可以載有第三延長鉸鏈構件103，以及顯示屏201可以載有鉸鏈構件101和102。
第三鉸鏈構件的末端具有刻槽的凸出區域104和105，它們被容納在第一鉸鏈構件101和第二鉸鏈構件102的相應互補的刻槽凹處(在圖2中僅能看到其中之一106)中，以使第三鉸鏈構件103能夠相對于第一和第二鉸鏈構件而繞其軸旋轉。因此，第三鉸鏈構件的軸就限定了顯示屏201相對于攝像機的主體200旋轉的軸。在該實例中，電容無線耦合包括兩個電容耦合器，每個電容耦合器由被電介質分離的兩個電容耦合元件組成。每個電容耦合元件是圓形導電板205或206。電容耦合元件205被裝配到第一和第二鉸鏈構件的凹處106中，并且電容耦合元件206被第三鉸鏈構建103的凸出區域104所載有以限定兩組平行且間隔開的導電板，該導電板與鉸鏈的旋轉軸同軸。所述電介質可以簡單地為空氣，或者可以是提供所需介電和摩擦特性的任何合適的材料，例如諸如聚乙烯或聚四氟乙烯(PTFE)(它具有非常低的摩擦系數的優點)之類的塑料材料、或者陶瓷材料。
雖然圖1和2中沒有示出，但是在主體200內的電路與裝配到凹處106中的電容板205之間形成第一電連接，并且在顯示屏內的電路與由顯示屏201的第三鉸鏈構件103的凸出區域104所載有的電容板206之間形成第二電連接。這些電連接例如可以通過穿過鉸鏈構件的絕緣線來形成。
因此，電容無線耦合包括兩個電容無線耦合器，它們位于鉸鏈組件內，并且每個電容無線耦合器包括兩個平行同軸板或盤205和206。最低限度提供兩個所述電容無線耦合器以確保流動和返回電流路徑。然而，也可以使用多個電容無線耦合器。
圖3示出表示圖2所示的該對電容板之一的圖，以用于解釋電容無線耦合的操作。通過C=ϵAd]]>來近似(忽略邊緣效應)電容耦合器的板205和206之間的電容，其中ε＝ε0εr，εr是電介質207材料的相對電容率(或介電常數)，ε0是自由空間的電容率(8.85×10-12F/m)，A是板205和206的重疊面積，以及d是板205和206的間距，也就是電介質207的厚度。通過調整ε、A和d中的任何一個或多個，可以控制電容以符合特定裝置的要求。例如，為了使給定機械結構的電容最大化，ε和A應該被最大化，而d被最小化。通常d約為幾微米。
圖4和5示出實現本發明的另一攝像機510的簡化透視圖，其在機械耦合的形式以及無線電容耦合的形式上都與上述的攝像機不同。圖7示出所述裝置的貫穿部分的橫截面圖，以示出如何將電容耦合結合到機械耦合中。
如由圖5的分解透視圖和圖6所示的橫截面最清楚示出的那樣以及如采用機械耦合的貫穿部分那樣，在該情況下機械耦合包括鉸鏈組件，該鉸鏈組件具有由主體500所載有的對齊的但間隔開的第一鉸鏈構件601和第二鉸鏈構件602、以及由顯示屏501所載有的第三延長鉸鏈構件603。作為選擇，可以由主體500載有第三延長鉸鏈構件603，以及由顯示屏501載有第一鉸鏈構件601和第二鉸鏈構件602。
第三延長鉸鏈構件603是以空心圓柱的形式，并且間隔開的第一鉸鏈構件601和第二鉸鏈構件602載有圓柱形的凸出部分607和608，它們被容納在空心圓柱的相應端內，以使第三鉸鏈構件能夠相對于第一和第二鉸鏈構件而繞其軸旋轉。因此，第三鉸鏈構件的軸就限定了顯示屏501相對于攝像機510的主體500旋轉的軸。
在該實例中，通過兩個電容耦合器再次提供無線電容耦合，每個電容耦合器具有由電介質分離的兩個電容耦合元件。然而，如由圖5和6所示，在該情況中，每個電容耦合元件是以導電圓柱的形式，以使每個電容耦合器由通過電介質分離的兩個同軸圓柱構成。通過凸出部分607和608中的相應一個來裝載每個電容耦合器的一個圓柱400，以及通過空心圓柱形的第三鉸鏈構件603的內表面來裝載每個電容耦合器的另一圓柱401，以使每個電容耦合器的兩個圓柱400和401同軸，并且通過電介質407(圖6)來分離，該電介質再次可以簡單地為空氣，或者可以是提供所需介電和摩擦特性的任何合適材料，例如諸如聚乙烯或聚四氟乙烯((PTFE)其具有非常低的摩擦系數的優點)之類的塑料材料、或者陶瓷材料。
可以提供圓柱400和401以作為例如沉積到凸出部分607和608以及空心圓柱603的內部上的導電涂層或者作為安裝在凸出部分607和608上并且在空心圓柱603內的分離的導電圓柱。
盡管圖4-6沒有示出，但是在主體500內的電路與由凸出部分607和608所載有的電容圓柱400之間形成第一電連接，以及在顯示屏內的電路與在顯示屏501的第三延長鉸鏈構件603內所載有的電容圓柱401之間形成第二電連接。這些電連接例如可以通過穿過鉸鏈構件的絕緣線來形成。
因此，該電容無線耦合包括兩個電容無線耦合器，它們位于鉸鏈組件內，并且每個電容無線耦合器包括兩個平行同軸的圓柱400和401。再次，盡管示出了兩個所述電容無線耦合器以確保流動和返回電流路徑，但是也可以使用多個電容無線耦合器。
圖7示出用于解釋圖4-6所示的電容無線耦合器的操作的圖。在該實例中，通過C=2πϵlln(r2r1)]]>給出耦合器的電容C，如圖7所示，其中r1和r2是兩個圓柱400和401的半徑，l是圓柱的重疊長度，以及ε再次是ε＝ε0εr，εr是電介質407的相對電容率(或介電常數)，以及ε0是自由空間的電容率(8.85×10-12F/m)。
通過調整r2、r1、l和ε中的任何一個或多個，可以控制所述電容耦合器的電容以符合特定應用的要求。因此，為了使電容最大化應該使電介質間隙r2-r1盡可能小，典型地約為幾微米，因為電容與該參數成反比；應該使同軸圓柱形元件的重疊長度l盡可能長，因為這直接控制等效電容板的面積；對于給定的電介質間隙，應該使r2的絕對值盡可能大，因為這直接控制等效電容板的面積；以及電介質407的電容率(或者介電常數)應該盡可能大。
在上述實例中，機械耦合使得能夠繞單個軸旋轉，并且電容耦合元件具有圓對稱或圓柱對稱。本發明也可以應用于下述情況，其中機械耦合使得能夠繞多于一個的軸旋轉，或者使得裝置的一個部件能夠相對于另一個部件移動。
圖8示出在機械耦合的區域中實現本發明的另一裝置的貫穿部分的橫截面。在該實例中，機械耦合是以三維球接合(ball-joint)的形式，其沿弧Y可旋入和旋出紙平面以及沿弧Z可在紙平面中旋轉。提供了電容耦合，以使球302的外表面304形成一個電容耦合元件，以及球窩(socket)301的內表面305形成另一電容耦合元件，這兩個電容耦合元件通過可以是空氣或者上述材料之一的電介質303來分離。在該實例中，球和球窩本身可以導電，或者它們可以具有導電涂層以提供電容耦合元件。如上所述，為了確保流動和返回路徑的存在，電容耦合應該包括至少兩個電容耦合器。在所述裝置需要兩個所述球和球窩接合的情況下，這可以通過將球和球窩接合形成為圖8所示的形式的電容耦合器來實現。
圖9示出圖8所示的球和球窩耦合的改進形式，其中在球上提供至少兩個分離的電容耦合元件307和308，并且在球窩上提供對應的電容耦合元件306和309，以提供至少兩個電容耦合器306和307以及308和309。盡管這些電容耦合元件被示出為相對較小，但是將會理解，在不引起串擾的情況下應該使它們盡可能大，以在球接合運動所需的整個范圍上提供電容耦合器的相應電容耦合元件之間足夠的重疊，在所述范圍上，無線耦合將是有效的。在該實例中，通過沉積到或者施加到球和球窩上的導電區域可以提供電容耦合元件，或者可以在制造時使得所述區域成為球和球窩的一部分。
盡管圖8和9再次沒有示出，但是通過例如穿過球和球窩的絕緣線將分別在主體和顯示屏內形成到電容耦合元件的電連接。
圖10示出以便攜電子設備10的形式的根據本發明的裝置的另一實施例的簡化透視圖，所述便攜電子設備10例如是具有主體1的便攜數字助理(PDA)，該主體1具有顯示屏2以及在W方向上可滑動的保護蓋3。保護蓋3結合了電路，例如無源數據存儲設備或者可能為小型數字照相機。在該情況中，通過可滑動機械耦合的一部分來提供電容無線耦合。
如從圖10中所能看到的，部分通過在該蓋的底面上倒T型橫截面的導軌9并且部分通過在蓋3的底面上所提供的延長的凹處5以及由主體所載有的互補延長凸出部分5來提供所述可滑動的機械耦合，該倒T型橫截面的導軌9被設置成當該蓋處于覆蓋顯示屏2的閉合狀態時被容納在主體1上對應成形的導槽10中。延長的凹處5和互補延長的凸出部分6的每個都提供或載有在蓋可滑動的方向上延伸的延長電容耦合元件7和8。電介質在該情況下通過蓋和主體之間小的空氣間隙來提供。在滑動方向上的延長的電容耦合元件7和8的長度和相對位置被選擇以便提供足夠的電容耦合，以使得能夠在蓋3的期望的移動范圍上在主體1和可滑動蓋3之間傳送功率和數據，在該范圍內的無線通信將是有效的。該范圍可能取決于例如當蓋子閉合或者當蓋子打開得足以暴露整個顯示器時，由蓋3所載有的電路是否被設計成是有效的。再者，電連接經由主體延伸到延長的電容耦合元件7以及經由該蓋延伸到延長的電容耦合元件8。而且，盡管再次提供兩個電容耦合器以提供流動和返回路徑，但是也可以提供附加的電容耦合器。
圖11示出實現本發明的裝置的簡化功能框圖，以用于說明經由與機械耦合相關聯的無線耦合的通信。
圖11中的塊700和701表示裝置的兩個部件，它們通過機械耦合而被耦合在一起，所述機械耦合本身由塊702表示。在該實例中，該裝置是一種具有如上面參考圖1-3或圖4-7所述的可移動屏幕的攝像機，并且塊700表示該攝像機的主體的功能部件，同時塊701表示顯示屏的功能部件。為了簡單起見，將無線耦合簡單地示為兩個塊703和704，塊704表示返回無線耦合器。
該主體的功能部件包括照相機電路705，其具有照相機的所有標準部件，例如電源、用于控制照相機鏡頭組件和照相機的全部操作的處理器控制電路、以及用于產生以適于經由機械耦合而傳輸到顯示屏的形式的數據的數據處理電路。同樣，顯示屏的功能部件包括顯示電路706，其具有用于控制顯示屏的顯示驅動的常見驅動電路，例如LCD(液晶顯示器)驅動器接口、LCD驅動器和數據存儲器，其中所述顯示器是LCD設備。由于這些功能部件705和706是常規的，所以將不對它們進行描述。
攝像機主體700還包括功率和數據供應控制電路，其控制經由無線耦合器703和704而在主體與顯示屏之間的功率和數據的傳送。功率和數據供應控制電路包括接口707，其使得功率和數據供應控制電路能夠與照相機電路705進行通信。在該實例中，通過照相機電源向功率和數據供應控制電路供電。這通過將照相機電路705耦合到電源線730和731而在圖11中表示。為了簡單，沒有在圖11中示出到電源線730和731的主體的其他功能部件的連接。當然將會理解，作為選擇，功率和數據供應控制電路可以自己供電，例如通過電池。
主體的功率和數據供應控制電路具有主體控制器708，其經由接口707與照相機電路705的處理器進行通信，并且控制實現經由無線耦合在顯示屏和主體之間傳送數據所必需的操作。在該實例中，顯示屏不是自己供電的，所以控制器710還控制到顯示屏的信號供應，如以下將要所述的那樣，顯示屏從該信號中獲得電源。
主體的功率和數據供應控制電路包括信號發生器712和主體數據發送器709，該信號發生器712用于產生被供應給無線耦合器703的主體電容耦合元件的交流(AC)信號，該主體數據發送器709用于經由無線耦合而向顯示屏供應數據。數據發送器709例如可以根據由主體控制器708所供應的數據來調制由信號發生器712所供應的信號(或者分離的載波信號)以在主體控制器708的控制下發送數據，這通常是在經由接口707的照相機控制電路705的控制下。可以使用諸如振幅、相位或頻率調制之類的任何合適的調制方案。而且，可以使用任何合適的數據編碼方案，盡管通常將使用NRZ(不歸零)數據代碼。在使用分離載波信號的情況下，該載波信號例如可以是13.56MHz的載波信號，盡管可以對于不同的信號類型或應用要求而使用不同的載波信號。由信號發生器712所供應的信號可以是連續信號或脈沖信號，在后者的情況中，根據特定的裝置，電容耦合使得能夠以脈沖在主體和顯示屏之間進行通信。信號發生器712可以形成主體數據發送器709的一部分。
顯示屏701也包括功率和數據供應控制電路。該電路包括耦合到無線耦合器703的顯示屏電容耦合元件的屏幕數據接收器和解調器721，用于從經由無線耦合器703電容耦合到顯示屏的信號中提取由主體數據發送器709所發送的數據；以及屏幕控制器720，用于與顯示電路706進行通信，以根據從經由無線耦合器耦合到顯示屏的信號中提取的數據來使顯示器運行。
在該實例中，由于顯示屏不是自己供電的，所以通過在電源線732和733之間耦合的功率獲得器724從經由無線耦合而電容耦合到顯示屏的信號中獲得顯示屏的DC電源。為了簡單起見，顯示屏的其他功能部件(除顯示電路706之外)到電源線732和733的連接沒有在圖11中示出。
功率獲得器724可以包括二極管、二極管陣列或橋式整流器。例如，功率獲得器724可以包括在無線耦合器703的顯示屏電容耦合元件與顯示屏的電源線732和733之間耦合的相應二極管。圖12說明一種功率獲得器724可以運行的方式。在圖12中，801表示經由電容耦合器703和704而被電容耦合到顯示屏的AC信號的源，并且功率將從該源中在耦合場上被獲得。通過圖11中的信號發生器712來提供該信號。在圖12中，功率獲得器724包括橋式整流器，該橋式整流器根據通過無線耦合來電容耦合的信號而產生DC電源。可轉移的功率的量與耦合場的頻率和電容成比例，并且對于給定的電容而言，信號的頻率越高，轉換效率就越大。在不能夠獲得較高頻率的情況下，例如通過使用存儲電容器可以將經由電容耦合而獲得的功率存儲在顯示屏側，以使然后能夠按照需要使用所存儲的功率。這還具有以下優點當功率需求增加時，允許對功率使用進行某種控制并且允許增加功率利用率。提供存儲功率的能力意味著，例如功率能夠在系統“靜止”時進行傳送并存儲。因此，在圖1-7所示的實例中，功率能夠在攝像機的顯示屏處于閉合結構并且主照相機休眠時進行傳送。作為選擇，功率能夠在照相機運行但是用戶未在使用顯示屏時進行傳送。
在上面給出的實例中，假設在對于1或0信號給出容量(capacity)的情況下僅施加一個電壓電平。作為選擇，可以施加多個電壓電平以增加可能的信號，并且因此提供增強的數據傳送和/或功率能力。
在該實例中，通過時鐘恢復器723從經由無線耦合器703而由主體700的時鐘發生器711所獨立供應的時鐘信號中獲得用于屏幕控制器720的時鐘信號。時鐘發生器711可以是獨立的時鐘發生器，或者可以被設置成從主體控制器708的晶體鐘中獲得時鐘信號。作為另一種可能，時鐘恢復器723可以從如WO02/052419所述的電容耦合到時鐘恢復器723的信號中、例如從由信號發生器712所供應的信號中、或者從經由無線耦合器703提供的分離的載波信號中獲得時鐘信號。作為另一種可能，屏幕控制器720可以具有以其自己的晶體鐘的形式的分離的時鐘信號供應器，在該情況中，時鐘恢復器723將被省略。
顯示屏可能需要將數據傳送到主體。如果是這樣，那么顯示屏功能部件將包括屏幕數據發送器722，其在屏幕控制器720的控制下使數據經由電容耦合被供應給主體。舉例來說，如在WO02/052419、WO00/31676或WO02/093881中所述，屏幕數據發送器722通過對經由無線耦合器而電容耦合到顯示屏的信號(例如來自信號發生器的信號或載波信號)進行調制可以傳送數據。通常，為簡單起見，屏幕數據發送器722將使用與主體發送器相同的調制和數據編碼方案，盡管這不是必須的，只要主體數據接收器710和解調器710以及主體控制器708使用合適的解調和解碼方案。
如上所述，主體數據控制器708是攝像機主體內分離的電路。然而，它可以全部或部分地由照相機電路705的主照相機處理器提供，在該情況中，可能不需要確保在所接收到的和/或所發送的信號與主照相機處理器之間的兼容性的接口707。
如參考圖11所述，顯示屏從經由電容耦合從主體供應的信號中獲得電源。作為另一種可能，顯示屏可以自己供電，在該情況中，功率獲得器將是電池，并且到無線耦合器的電容耦合元件的連接將被省略。作為選擇，可以在顯示屏內同時提供電池和用于經由電容耦合獲得功率的分離的功率獲得裝置。
在攝像機的情況下，例如可能需要從攝像機主體供應給顯示屏組件的數據包括鏡頭細節、圖像細節、光檢測細節等等，同時可能需要從顯示屏供應給攝像機主體組件的數據包括例如經由該屏幕的用戶命令輸入。然而，數據可能僅需要在一個方向上傳送。例如，子系統可能具有有限的智能，并且可能不將操作參數供應給主系統。所需的數據傳送率例如可以是每對電容板為10-40Mbps(兆比特每秒)或200-600Mbps或者例如如由視頻電子技術標準協會所規定的那樣(例如VESA MDDI規范)。
由圖11所示的裝置的無線電容耦合器703和704可以具有適合于供主體和顯示屏之間所使用的特定類型的機械耦合702使用的上述形式的任何一種。如圖11所示，提供兩個電容耦合器以確保在機械耦合上提供流動和返回路徑。如上所述，多個無線耦合器可以與一個機械耦合相關聯，例如被結合到單個鉸鏈組件中。可以使用這些不同的無線耦合器以傳送相同的數據，或者可以將它們用于不同的目的。在將它們用于不同目的的情況中，對于不同的耦合器有可能具有不同的電容耦合度，并且因此實現不同的數據傳送率或功率傳送率。作為另一種可能，對于在不同耦合上的數據傳輸而言，可以使用不同的數據傳輸方法。
圖1-7和8中所示的電容耦合器提供了恒定的電容耦合而不管旋轉程度，這具有以下的優點與裝置的結構的任何改變無關，電容耦合始終相同，這與顯示屏相對于攝像機主體的旋轉程度無關。相比之下，電容耦合元件之間的重疊程度并且因此圖9和10中的電容耦合度隨著移動或旋轉的程度而變化。
在由圖1-7所示的實例的情況中，假如在顯示屏的旋轉范圍上獲得足夠的電容耦合，那么在耦合度隨著顯示屏的旋轉而變化的情況下，可以采用不同的幾何結構(例如為了能夠更好地適于鉸鏈組件)。作為另一種可能，無論如何都可以修改圖1-7中的電容耦合元件，以使耦合度隨著屏幕的旋轉而變化。這例如可以通過僅在不導電圓形元件(圖1和2)或圓柱形不導電元件(圖4-6)的部分表面的周圍提供金屬化以形成電容耦合元件來實現。
可以取得以下優點隨著旋轉或移動的電容耦合的所述變化使得能夠確定旋轉或移動的程度。因此，可以構造主體和屏幕控制器708和720之一以確定耦合電容，并且將其與參考電容相比較以確定顯示屏或蓋相對于主體的旋轉(在圖10的情況中為移動)程度。這能夠確定關于圖10中的蓋何時打開或閉合以及圖1-7中的顯示屏何時處于完全旋轉或閉合狀態。在確定可以傳送什么數據時，控制器708和720中的一個或另一個可以使用有關兩個部件或子組件的相對方向或位置的所述信息，以使例如僅當顯示器完全暴露(圖1-7中的完全旋轉或者圖11中蓋子完全打開)時可以傳送某些數據，或者僅當沒有旋轉顯示器或者蓋閉合時傳送某些數據，或者例如確定何時能夠傳送功率，例如當顯示器被完全覆蓋時。
如上所述，無線耦合是電容性的。電容耦合可由電感耦合代替。
圖13說明可以取代圖1-3所示的電容耦合器而使用的電感耦合器。在該情況中，電感耦合器由兩個以同軸平面線圈801和802的形式的電感耦合元件構成。主要通過兩個線圈平面之間的距離來控制該電感耦合器的效率，所述距離應盡可能小，典型為大約1mm(毫米)。
圖14說明可以取代圖4-7所示的電容耦合器而使用的電感耦合器。在該情況中，電感耦合元件是以兩個同軸圓柱形線圈(螺管線圈)901和902的形式。
通常除了線圈驅動器將用于控制電感耦合之外，使用電感耦合器而不使用電容耦合器的裝置的功能部件將與圖11所示的類似。
對于本領域技術人員來說，下述應該是顯而易見的本發明具有在各種不同形式的機械耦合中的應用，所述機械耦合包括與圖1-7中所示的那些不同的機械鉸鏈，以及包括其他形式的允許繞兩個或更多個軸旋轉的機械耦合和/或允許旋轉和位移的機械耦合。機械耦合可以是直接的機械耦合，或者可以經由中間體。
本發明可以應用于下述的任何裝置，在所述裝置中，通過機械耦合來耦合部件或子組件，以使裝置的結構可以通過在耦合的部件之間實現相對旋轉和/或位移或移動來改變，以及在所述裝置中，數據或功率中的至少一個將在部件之間傳送。除了上述的攝像機之外，所述裝置的實例為膝上型計算機和個人數據助理(PDA)、視頻顯示單元、基于屏幕的GPS系統和電子測試裝備、其它基于屏幕的系統或單元或者具有類似組件或機構的其他裝置。本發明特別應用于便攜設備，也就是諸如PDA之類的能夠容易地為人所攜帶的設備，但是也能夠應用于較大設備，該較大設備可以是可移動的，或者可以固定在適當的位置。
本發明也可以應用于下述情況，其中通過相應的機械耦合來串聯耦合部件，并且數據或功率中的至少一個將在至少一個機械耦合上傳送。另外，本發明也可以用于以下裝置中，在所述裝置中，兩個子系統或部件可相對移動或旋轉以實現機械耦合，但是在該裝置中，在部件被耦合之后相對移動是不可能的。
將會理解，在每個上述實施例中，通過調整控制耦合度的任何因素可以修改耦合度(無論電容還是電感)以符合特定裝置的要求。所以，例如根據正被傳送的數據類型、正被傳送的數據量、數據傳送率、功率傳送的要求以及包含在給定的機械耦合內或與其相關聯的耦合器數量中的任何一個或多個，可以修改耦合度以符合要求。改變機械耦合內的物理約束的能力引起了機械耦合或子組件內靈活性的增加。
電容或電感耦合元件不必具有上述幾何結構，而是可以具有與裝置的特定機械耦合兼容的任何幾何結構。
雖然以上描述了獨立的電容和電感耦合布置，但是將會理解，在同一裝置內使用上述兩者是可能的。
如上所述，需要返回耦合器。在該裝置的至少一部分被設計成由用戶手持或其他接地物體接觸的情況下，提供以下電容耦合是可能的，即在該電容耦合中，用戶或其他物體以與在WO00/31676所述的類似的方式提供接地返回路徑，因此消除了對返回耦合器的需要。
將會理解，對于在短程上需要耦合并且串擾可能是個問題的情況而言，使用電容耦合器多半是優選的，而對于在串擾不是問題的較長距離通信的情況而言，使用電感耦合器是優選的。
實施例提供了具有部件或子系統的可變結構裝置，其中至少一些部件具有機械耦合元件，所述機械耦合元件使得能夠通過改變這些部件或子系統的相對方向和位置中的至少一個來改變裝置的結構。這些機械耦合元件結合了無線信號耦合元件，所述無線信號耦合元件進行協作以提供無線耦合，這實現了部件之間的無線耦合。可以使用無線耦合來在部件之間傳送數據和功率中的至少一個。無線信號耦合元件可以是在部件或子系統之間提供電容耦合的電容耦合元件。在一個實例中，所述裝置是攝像機，并且一個部件或子系統是顯示屏，以及另一部件或子系統是攝像機的主體。
實現本發明的裝置借助于無線耦合而允許在可相對移動的部件或子系統之間存在較大級別的應力隔離，這會減少基于應力的破壞。
實現本發明的裝置允許增加的靈活性，以使可以使用不同的部件或子系統，而沒有替換在所述系統中是典型的機械或電連接器的任何需求。例如，在裝置包括攝像機并且機械耦合的部件包括攝像機主體和顯示屏的情況中，可以用不同的屏幕或不同的功能單元來替換該屏幕，并且在攝像機系統的主體和新的屏幕或功能單元之間使用相同的無線數據和功率傳送。不需要替換任何帶狀電纜或多線技術。僅需要將電容或電感耦合元件帶入操作范圍內。這提供了部件的互換性。所述互換性在功率傳送的環境中可以具有附加的優點。例如，經由機械耦合能夠提供再充電。因此，電池可以在一個部件內被替換，以及功率被傳送到另一機械耦合的部件，所以消除了對獨立充電站的需求。
權利要求
1.一種裝置，包括具有相應的第一和第二機械耦合元件的第一和第二部件，所述第一和第二機械耦合元件進行協作以允許第一和第二部件的相對移動，其中第一和第二機械耦合元件中的每個提供相應的信號耦合裝置，并且該信號耦合裝置進行協作以實現信號從第一和第二部件中的一個到第一和第二部件中的另一個的無線耦合。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中每個信號耦合裝置包括至少兩個信號耦合元件，每個信號耦合元件由形成信號耦合器的第一機械耦合元件來提供，并且所述耦合元件的相應一個由第二機械耦合元件來提供。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其中在機械耦合中結合了信號耦合裝置。
4.根據權利要求1或2所述的裝置，其中所述相應機械耦合元件載有每個信號耦合裝置，或者每個信號耦合裝置形成所述相應機械耦合元件的一部分。
5.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中第一和第二部件中的至少一個具有數據提供裝置，用于將數據經由第一和第二耦合裝置所提供的無線耦合而傳送到第一和第二部件中的另一個。
6.根據權利要求1-4中任何一項所述的裝置，其中第一和第二部件中的至少一個具有耦合到信號耦合裝置的信號供應裝置，用于經由無線耦合把待耦合的信號供應給第一和第二部件中的另一個，以及第一和第二部件中的至少一個被設置成通過調制該信號來將數據傳送給另一個。
7.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中第一和第二部件中的至少一個具有功率獲得裝置，用于從經由無線耦合從另一部件耦合到該部件的信號中獲得用于該部件的電源。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中功率獲得裝置包括整流裝置。
9.根據權利要求7所述的裝置，其中功率獲得裝置包括整流裝置和電荷存儲裝置。
10.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中信號耦合裝置包括電信號耦合裝置，該電信號耦合裝置提供電容無線耦合和電感無線耦合中的至少一種。
11.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中信號耦合裝置之間的耦合度隨著第一和第二部件之間的相對位置和/或方向而改變，并且提供了確定裝置以確定耦合度，從而確定與第一和第二部件的相對位置和/或方向相關的信息。
12.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中第一和第二機械耦合元件限定了可旋轉的耦合和可滑動的耦合中的至少一種。
13.根據權利要求1-11中任何一項所述的裝置，其中第一和第二機械耦合元件提供鉸鏈的同軸部分。
14.根據權利要求1-11中任何一項所述的裝置，其中第一和第二機械耦合元件限定了球窩裝置。
15.根據權利要求1-11中任何一項所述的裝置，其中第一和第二機械耦合元件提供滑動機械耦合，其允許第一和第二部件之間的相對滑動。
16.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中一旦形成機械耦合，則第一和第二部件的相對位置和/或方向就被固定。
17.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中第一和第二部件是子系統或子組件。
18.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其中第二部件是顯示設備。
19.根據任何一項前述權利要求所述的裝置，其是以膝上型計算機、PDA、視頻顯示單元、攝像機、或GPS系統的形式。
20.一種以根據任何一項前述權利要求的裝置的形式的便攜設備。
21.一種將信號從第一部件無線耦合到第二部件的方法，該第二部件被機械地耦合到第一部件，以允許第一和第二部件中的至少一個相對于另一個移動，該方法包括經由第一和第二部件的機械耦合來將信號從第一部件無線耦合到第二部件。
全文摘要
一種可變結構裝置具有部件或子系統。至少一些部件(200和201)具有機械耦合元件(101和102以及103)，其通過改變這些部件或子系統的相對方向和位置中的至少一個使得能夠改變該裝置的結構。這些機械耦合元件(101和102以及103)結合了無線信號耦合元件(205和206)，所述無線信號耦合元件進行協作以提供無線耦合，這實現了部件之間的無線耦合。可以使用無線耦合來在部件之間傳送數據和功率中的至少一個。無線信號耦合元件可以是電容耦合元件，其在部件和子系統之間提供電容耦合。在一個實例中，該裝置是攝像機，以及一個部件或子系統是顯示屏(201)，并且另一部件或子系統是攝像機(200)的主體(200)。
文檔編號G06F1/16GK1930854SQ200580008219
公開日2007年3月14日 申請日期2005年1月14日 優先權日2004年1月14日
發明者P·賽蒙斯, T·沃德, I·基恩, K·拉馬克拉夫特, R·昂德伍德 申請人:視像發明研究及科技有限公司