DE69521237T2

DE69521237T2 - Schild für einen kapazitiven Berührungsschirm

Info

Publication number: DE69521237T2
Application number: DE69521237T
Authority: DE
Inventors: Donald L Forsythe; Joseph W Yates Iv
Original assignee: NCR International Inc
Current assignee: NCR International Inc
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2015-03-28
Also published as: JPH07302155A; DE69521237D1; EP0680007A1; US5548306A; EP0680007B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abschirmung für einen kapazitiven Berührungsbildschirm, wie er in einem Touchscreen-Bildschirmgerät benutzt wird zur Abschirmung des Berührungsbildschirms gegen externe Störungen infolge von Streukapazitäten.
Kapazitive Berührungsbildschirme haben sich zu einer der Haupt- Touchscreen-Technologien an Einsatzstellen wie Kunden- und Schnellservicepunkten von Kaufmärkten entwickelt, und zwar hauptsächlich wegen ihrer extrem hohen Haltbarkeit und ihrer Unempfindlichkeit gegen Störungen durch fremde Gegenstände auf dem Bildschirm, wie etwa Staub und Fett.
Kapazitive Berührungsbildschirme berechnen Berührungspunkte dadurch, daß sie die Größe des Stroms messen, welchen der Körper eines Benutzers des Bildschirms über diesen entnimmt. Diese Stromentnahme erfolgt durch kapazitive Kopplung des Fingers (und Körpers) des Benutzers über einen leitenden Film, mit dem das Glas des Bildschirms überzogen ist. Ein Kondensator ist definiert durch zwei leitende Flächen, die durch eine dünne isolierende Fläche getrennt sind. Im Falle eines kapazitiven Berührungsbildschirms, wie ihn Fig. 1 zeigt, sind die beiden leitenden Oberflächen der Finger 10 des Benutzers und ein leitender Belag 12 auf dem Glas 14 des Berührungsbildschirms. Das Isoliermaterial ist ein dünner Schutzüberzug 16 auf der Oberfläche des leitenden Belags 12. Diese Anordnung bildet einen Kondensator, der in Fig. 1 durch den Kondensator 18 symbolisiert ist.
Der Berührungspunkt wird berechnet durch Messen des an den vier Ecken des Berührungsbildschirms abfließenden Stroms. Je näher der Berührungspunkt des Benutzers bei einer Ecke liegt, desto mehr Stromfluß wird von dieser Ecke gemessen. Eine Mikroprozessorschaltung vergleicht die Stromflüsse von den vier Ecken und berechnet eine X-Y-Koordinate für den Berührungspunkt.
Aufgrund der Tatsache, daß die Hand den leitenden Belag nicht wirklich berührt, sind die kapazitiven Berührungsbildschirme so haltbar, und zwar unter anderem aus folgenden Gründen. Der isolierende Überzug kann sehr kräftig gemacht werden, so daß er den leitenden Belag gegen Zerkratzen und Abschaben über die Zeit schützt. Jegliche Fremdkörper auf dem isolierenden Überzug (Schmutz, Fett etc.) wirken nicht verschlechternd auf das Verhalten des Berührungsbildschirms. Die Touchscreen-Anordnung hat keine bewegten Teile und kann daher bis zur Kante des Geräts versiegelt werden, so daß ein Einsickern von Flüssigkeiten in dieses verhindert wird.
Unglücklicherweise ist aber auch die Tatsache, daß die Hand den leitenden Belag des Touchscreens nicht berührt, daran schuld, daß kapazitive Berührungsbildschirme anfällig gegen Störungen sind. Wie Fig. 2 zeigt, hat das Auflegen der linken Hand 20 eines Benutzers auf den Rahmen 22 des Touchscreen-Gerätes 24 genügend Streukapazität zur Folge, um einen Fehler, wie durch den Punkt 26 gezeigt, in den X-Y-Koordinaten zu verursachen, welche von dem System berechnet werden, um einen Punkt 28 darzustellen, der auf dem Berührungsbildschirm 30 von einem Finger 32 der rechten Hand 33 des Benutzers berührt wird.
Der Grund dafür, daß der Berührungsbildschirm 30 so leicht auf die Kapazität (C') der Hand 20 reagiert, liegt darin, daß der aktive Bereich des Berührungsbildschirms 30 nur etwa 75% der gesamten Glasfläche ausmacht. Die 25% unbenutzte Glasfläche (die unter dem Rahmen 22 verborgen sind) werden benutzt, um die Ladung gleichmäßig über den leitenden Belag zu verteilen. Obgleich dieser Teil des Berührungsbildschirms nicht benutzt wird, ist er dennoch gegen Kapazitäten empfindlich. Daher reagiert er auf die große Kapazität der Hand 20, weil nur der dünne Rahmen 22 die Hand 20 vom Glas des Berührungsbildschirms 30 trennt.
Derzeitige Methoden zur Abschirmung dieses empfindlichen unbenutzten Teils des Berührungsbildschirms 30 gegen die Streukapazität, welche von der Hand 20 eines Benutzers des Touchscreen- Gerätes 24, das den Berührungsbildschirm 30 mit zugehörigem Display 34 enthält, induziert wird, erstrecken sich auf das Abdecken des unbenutzten Bildschirmteils mit einem Stück leitendem Band 33 unter dem Rahmen 22, wie dies Fig. 3 zeigt. Der Berührungsbildschirm 30 umfaßt üblicherweise eine Glasbasis 36, auf der ein leitender Belag 38 und ein Isolierüberzug 40 angeordnet sind. Das leitende Band. 33 weist typischerweise eine Plastikbandbasis 42 mit einem auf seine Oberfläche siebgedruckten leitenden Muster 44 auf. Das Band 33 wird mit demselben Signal beaufschlagt, das auf die vier Ecken des Touchscreen-Glases gegeben wird. Wenn auch das leitende Band sicherlich eine Verbesserung gegenüber unabgeschirmtem Glas darstellt und den Touchscreen gegen einen großen Teil äußerer Störungen isoliert, so ist es dennoch für einige Streukapazität durchlässig. Zwei weitere Nachteile des Bandabschirmverfahrens sind, daß es optisch unattraktiv ist und daß es elektrisch von Masse isoliert werden muß, weil es ein Signal führt.
In der US-A-3 974 332 ist eine kapazitiv gekoppelte Tafel zur Benutzung mit einem elektrisch leitenden Stift beschrieben. Die Tafel weist auf ihrer Oberfläche Segmente auf, welche durch Gitterpunkte einer Matrix mit Gruppen von beabstandeten Leitern definiert sind, die entlang von Koordinatenachsen angeordnet sind. Die Segmente sind gegeneinander elektrisch isoliert durch eine elektrisch leitende Abschirmschicht mit Öffnungen, die dem Oberflächenbereich der jeweiligen Segmente entsprechen und jeweils mit Zeichen markiert sind, um als Tasten zu dienen. Zwischen der Abschirmschicht und den Gruppen von Leitern ist eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet, über deren Oberfläche eine ähnliche Schicht vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschirmung für einen kapazitiven Berührungsbildschirm zu schaffen, welche einen kapazitiven Berührungsbildschirm wirksam von Streukapazitäten abschirmt.
Gemäß einem ersten Aspekt besteht die Erfindung in einer Abschirmung für einen kapazitiven Berührungsbildschirm, welche generell rechteckig konfiguriert ist und eine Schicht leitenden Materials aufweist, die zwischen zwei Schichten von Isoliermaterial laminiert ist, und sie ist gekennzeichnet durch eine zentrale Öffnung, welche die Größe eines Displays definiert, das durch einen Touchscreen sichtbar ist, welcher von der Abschirmung abgeschirmt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt besteht die Erfindung in einem Touchscreen-Gerät mit einer Abschirmung generell rechteckiger Konfiguration aus einer Schicht leitenden Materials, das zwischen zwei Schichten aus Isoliermaterial laminiert ist und eine Ober- und eine Unterfläche hat, und gekennzeichnet ist durch einen transparenten Touchscreen, welcher an der Unterfläche der Abschirmung befestigt ist, ferner ein Gehäuse, das die Peripherien der Abschirmung und des Touchscreens umgibt, ein unterhalb des Touchscreens angeordnetes Display und eine zentrale Öffnung in der Abschirmung, durch welche der Touchscreen zugänglich ist und welche die Größe des Displays definiert, welches durch den Touchscreen sichtbar sein soll.
Bei der Erfindung kann das Isoliermaterial so gewählt werden, daß es optisch attraktiv ist, so daß die Abschirmung nicht durch ein Gehäuse der Sicht entzogen werden muß. Es kann daher für alle Größen von Touchscreens und Displays eine Abschirmungsgröße verwendet werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei nun, lediglich als Beispiel, auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des Betriebs eines kapazitiven Berührungsbildschirms;
Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung, wie Fehler bei einem konventionellen kapazitiven Berührungsbildschirm entstehen, wenn die Hand eines Benutzers unabsichtlich auf dem Rahmen eines Touchscreen- Gerätes liegt;
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines kapazitiven Touchscreen-Gerätes nach dem Stand der Technik mit einer darin enthaltenen Bandabschirmung;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Touchscreen-Gerätes;
Fig. 5, auf demselben Blatt wie Fig. 3, einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 aus Fig. 4 durch ein kapazitives Touchscreen-Gerät gemäß der Erfindung;
Fig. 6 eine Draufsicht auf das Touchscreen-Gerät zur Veranschaulichung der Verwendung einer Größe von Touchscreen-Abschirmung bei einem Displaytyp; und
Fig. 7 eine der Fig. 6 ähnliche Ansicht zur Veranschaulichung der Verwendung einer anderen Größe von Touchscreen- Abschirmung bei einem anderen Displaytyp.
E s sei nun Fig. 4 betrachtet, welche ein Touchscreen-Gerät 50 zeigt, das etwa ein Geschäftsterminal sein kann. Es weist ein Gehäuse 52 und einen Berührungsbildschirm 54 auf, der normalerweise transparent ist und den Blick auf ein unter ihm angeordnetes Display 62 erlaubt, und zwischen dem Berührungsbildschirm 54 und dem Display 62 ist ein Isolierelement 64 angeordnet. Der Berührungsbildschirm 54 kann eine Glasbasis 66 haben, auf welcher ein leitender Belag 68 und ein isolierender Überzug 70 vorgesehen sind. Das Gehäuse 52 hat eine Öffnung 56, durch welche der Berührungsbildschirm 54 zugänglich ist. Eine Abschirmung 58 für diesen sitzt zwischen dem Gehäuse 52 und dem Berührungsbildschirm 54 und ist an ihm befestigt. Die Abschirmung 58 verläuft über das Gehäuse 52 hinaus, so daß sie vom Äußeren des Touchscreen-Gerätes 50 sichtbar ist. Eine Öffnung 60 in der Abschirmung 58 erlaubt Zugang zum Berührungsbildschirm 54 und eine Betrachtung des Displays 62 durch den Berührungsbildschirm 54 seitens eines Benutzers des Gerätes 50. Unterhalb des Berührungsbildschirms 54, in Fig. 4 jedoch nicht sichtbar, befindet sich ein Display 62 (Fig. 5), das typischerweise ein Flüssigkristall- Display (LCD) sein kann.
Den inneren Aufbau des Gerätes 50 zeigt Fig. 5, die einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 aus Fig. 4 darstellt. Der Berührungsbildschirm 54 mit seiner zugehörigen Abschirmung und dem Display 62 ist im Inneren des Gerätes 50 in geeigneter Weise in Position gehalten, beispielsweise mit Halterungen 72 und 74.
Die Berührungsbildschirm-Abschirmung 58 weist eine dünne Schicht 76 aus leitendem Material auf, wie Aluminiumfolie, beispielsweise Aluminiumfolie Nr. 7800 der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company, welche zwei Schichten 78 und 80 aus Isoliermaterial liegt, wie etwa ein Plastikmaterial in Form eines Polycarbonits, beispielsweise "LEXAN" (Warenzeichen) der Firma General Electric Company. Die Abschirmung 58 ist durch eine Klebstoffschicht 82, beispielsweise der Klebstoffnummer 467 der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company, mit dem Berührungsbildschirm 54 verklebt.
Das Polycarbonit-Material hat sehr gute optische Qualitäten. Es ist in einer großen Vielzahl von Prägungen und Farben erhältlich, und damit ist es möglich, daß die Abschirmung 58 über die Öffnung 56 im Gehäuse 52 hinausragt und so dem Blick eines Benutzers des Touchscreen-Gerätes 50 freigegeben ist, anstatt unter dem Gehäuse 52 verborgen zu sein.
Es sei darauf hingewiesen, daß wegen der auch elektrischen Isolierung der Abschirmung ein Benutzer des Gerätes 50 die Abschirmung 58 physisch berühren kann, ohne daß ihre Störabschirmeigenschaften dadurch verschlechtert würden. Nichtisolierte Bandabschirmungen werden dagegen entweder nutzlos oder stören den Betrieb des Touchscreen-Gerätes, wenn sie vom Benutzer berührt werden.
Die "Sichtbarkeit" der Abschirmung erlaubt ihre Verwendung zur kosmetischen Adaptierung verschiedener Displaygeräte auf eine Rahmengröße oder Gehäuseöffnung, wie die Öffnung 56. Dies bedeutet, daß ein Berührungsbildschirm und ein Gehäuse zu mehreren verschiedenen Größen von Displays passen, lediglich durch Verwendung von Berührungsabschirmungen mit unterschiedlichen Öffnungsgrößen, anstatt daß sowohl der Berührungsbildschirm als auch der. Rahmen des Gehäuses zur Anpassung an die Display-Größe bearbeitet werden müßten. Dies ist in den Fig. 6 und. 7 veranschaulicht, in welchen unterschiedliche Größen von Abschirmungen 58 mit unterschiedlich großen Öffnungen 60 bei Gehäusen 52 benutzt werden, welche gleichgroße zentrale Öffnungen 56 haben, um zu unterschiedlichen Größen von Displays 62 zu passen und unterschiedliche Größen von den sichtbaren Teil des Berührungsbildschirms 54 umgebenden Masken zu ergeben.
Bei dem derzeitigen rapiden Entwicklungsfortschritt von Displays wie LCDs ist es sehr vorteilhaft, wenn man dasselbe Gehäuse für mehrere LCD-Größen verwenden kann. Damit wird es dem Hersteller von Geschäftsgeräten wie Verkaufsterminals möglich, ein einziges Gehäuse zu produzieren, welches während der Lebensdauer des Erzeugnisses keine Modifikation erfordert. Wenn neue und bessere LCDs verfügbar werden, kann der Hersteller sie dadurch an das Erzeugnis anpassen, daß er Touchscreen-Abschirmungen 58 unterschiedlicher Größen ihrer Öffnung 60 verwendet. Daher werden die Werkzeugkosten bei der Einführung eines neuen LCD für ein mit Berührung arbeitendes System sehr viel niedriger als normalerweise zu erwarten wäre, und der Hersteller kann mit Vorteil am schnellen Fortschritt der LCD-Technik teilnehmen, anstatt von ihr behindert zu werden.

Claims

1. Kapazitive Berührungsbildschirm-Abschirmung (58) allgemein rechteckiger Konfiguration mit einer Schicht leitenden Materials (76), die laminatartig zwischen zwei Schichten aus Isoliermaterial (78, 80) liegt, gekennzeichnet durch eine zentrale Öffnung (60), welche die Größe eines Displays (62) bestimmt, das durch einen Berührungsbildschirm (54) sichtbar ist, welcher durch die Abschirmung abgeschirmt ist.

2. Berührungsbildschirmgerät mit einer Abschirmung (58) allgemein rechteckiger Konfiguration mit einer Schicht aus leitendem Material (76), die laminatartig zwischen zwei Schichten aus Isoliermaterial (78, 80) liegt und eine Oberfläche sowie eine Unterfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterfläche der Abschirmung (58) ein transparenter Berührungsbildschirm (54) befestigt ist, daß ein Gehäuse (52) die Abschirmung (58) und den Berührungsbildschirm (54) an ihrer Peripherie umgibt, das unterhalb des Berührungsbildschirmes (54) ein Display (62) angeordnet ist, und daß in der Abschirmung eine zentrale Öffnung (60) vorgesehen ist, durch welche der Berührungsbildschirm (54) zugänglich ist und welcher die Größe des durch den Berührungsbildschirm sichtbaren Displays bestimmt.

3. Berührungsbildschirmgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (52) eine zentrale Öffnung (56) hat, die größer als die zentrale Öffnung (60) der Abschirmung (58) ist.

4. Berührungsbildschirmgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung mit Hilfe eines Klebers an dem Berührungsbildschirm befestigt ist.

5. Berührungsbildschirmgerät nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung die gleichen äußeren Abmessungen wie der Berührungsbildschirm hat.

6. Berührungsbildschirmgerät nach Anspruch 2, 3, 4 oder S. dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Abschirmung, welcher ihre zentrale Öffnung umgibt, durch die Gehäuseöffnung von außerhalb des Berührungsbildschirmgerätes sichtbar ist.

7. Berührungsbildschirmabschirmung oder -gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material (76) aus Aluminiumfolie gebildet wird.

8. Berührungsbildschirmabschirmung oder -gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (78, 80) ein Plastikmaterial ist.

9. Berührungsbildschirmabschirmung oder -gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (78, 80) ein Polycarbonit-Material ist.

10. Berührungsbildschirmabschirmung oder -gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (58) eine rechteckig geformte zentrale Öffnung (60) hat.