WO2005024620A2 - Anzeigevorrichtung mit einrichtungen zum erzeugen und erfassen eines magnetfeldes und diese verwendendes gerät - Google Patents

Anzeigevorrichtung mit einrichtungen zum erzeugen und erfassen eines magnetfeldes und diese verwendendes gerät Download PDF

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WO2005024620A2
WO2005024620A2 PCT/EP2004/052103 EP2004052103W WO2005024620A2 WO 2005024620 A2 WO2005024620 A2 WO 2005024620A2 EP 2004052103 W EP2004052103 W EP 2004052103W WO 2005024620 A2 WO2005024620 A2 WO 2005024620A2
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transmitter coil
display
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display device
magnetic field
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Hannes Wagner
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/046Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by electromagnetic means

Definitions

  • the present invention relates to a display device with devices for generating and detecting a magnetic field and a device that uses such a display device.
  • Multifunctional display devices which not only allow alphanumeric symbols and / or graphic information to be displayed on a display panel, but which are also capable of detecting the position of a special “pen” in relation to the display panel via magnetic interaction and in this way to obtain input data which can be further processed by an electronic device containing the display device or used to control it.
  • Such display devices are used, for example, in mobile telephones, where they make it possible to dispense with a conventional keyboard for entering a telephone number by displaying an illustration of a keyboard on the display panel and by a user entering the telephone numbers to be dialed or making other key entries by he taps the images of the desired buttons on the display with the stylus.
  • FIG. 1 A conventional display device of this type is shown in FIG. 1 installed in a housing of a device. It comprises a printed circuit board 3 facing a rear side of the display field 1, on which a plurality of small-sized sensor coils 4 are distributed, which are applied to a magnetic field generated by a pin-shaped transponder 8 held in front of the display field 3, depending on their relative position in relation to the transponder 8 react differently and based on 2003 09633
  • the transponder 8 in turn contains an oscillating circuit with a coil 9 and a capacitor 10 to generate this magnetic field.
  • a transmitter coil 5 is provided on the display device side, each alternating in a first phase with an alternating current at the resonance frequency the resonant circuit of the transponder 8 is acted upon to excite the resonant circuit, and remains de-energized in a second phase. In this second phase, the magnetic field emitted by the resonant circuit of the transponder 8 is collected by the sensor coils 4.
  • the sensor coils 4 are arranged in a plane behind the display field so that they do not cover the display field 3.
  • the transmitter coil 5 is arranged on the same printed circuit board 3 as the sensor coils 4.
  • Transmitter and sensor coils 5, 4 are therefore at a non-vanishing distance from a viewing window 7 of the display device.
  • This distance has a very strong influence on the strength of the signals picked up by the sensor coils 4, because the field strength of the field generated by the transmitter coil 5 decreases in the axial direction of the transmitter coil 5 with the third power of the distance, so that accordingly Strength of the resonance inducible in the transponder 8 is reduced.
  • the intensity with which the magnetic field emitted again by the transponder 8 is registered by the individual sensor coils 4 also decreases correspondingly.
  • 3 coil 5 can, however, impair the function of neighboring electronic circuit components, so that an expensive magnetic shielding is required between the transmitter coil 5 and such components.
  • a high current in the transmitter coil affects the operating time of the energy supply in a device with a mains-independent energy supply.
  • the object of the invention is to provide a display device with a viewing window, a display surface visible behind the viewing window, a plurality of sensor elements distributed in a first plane, sensitive to an external magnetic field, and a transmitter coil for emitting a magnetic field enables a precise detection of the position of an external magnetic field source, such as a transponder, excited by the magnetic field of the transmitter coil, even when the transmitter coil has a low operating current.
  • an external magnetic field source such as a transponder
  • the object is achieved in that the transmitter coil is arranged in a second plane which is closer to the viewing window than the first plane and which thus reduces the distance between the transmitter coil and the magnetic field source to be excited by it.
  • the smallest distance between an external magnetic field source to be excited and the transmitter coil can be realized if the transmitter coil is mounted on a frame of the viewing window.
  • the transmitter coil is embedded in the material of the frame or attached to its inside and thus hidden from the sight of a user and protected from damage.
  • This transmitter coil can consist of one or more wire windings.
  • the distance between the transmitter coil and the external magnetic field source can be minimized in the same way, 2003 09633
  • the transmitter coil is formed by a transparent, electrically conductive coating of the viewing window, for example made of indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the invention is basically applicable to any type of display surface, and the viewing window can be in direct contact with an imaging medium, such as a liquid crystal material in the case of an LCD display. If the display area is formed by an LCD display, however, the viewing window is preferably spaced apart from the LCD display by an air gap in order to transmit external pressure to the LCD display, which can lead to a change in the display image prevent.
  • an imaging medium such as a liquid crystal material in the case of an LCD display.
  • the display device according to the invention can be implemented as a prefabricated component that can be installed in electronic devices of any type.
  • the viewing window is designed as part of an outer housing of the device in which the display area is installed.
  • the coil can be fastened to an inside of the housing, surrounding the viewing window, or it can be cast directly into the material of the housing.
  • An electrical connection between the transmitter coil and the display device can then advantageously be made at least over part of its length via a flexible printed circuit board.
  • pressure contact springs can also be considered, which, for example, establish a conductive connection between a printed circuit board carrying the display surface and contact fields of the transmitter coil formed on the inside of the housing.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of an electronic device with a display device according to the invention, in a partial section analogous to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a second embodiment of an electronic device with a display device according to the invention
  • FIG. 4 shows a second section through a device according to FIG. 2, in which a first embodiment of the connection between a printed circuit board carrying the display surface and a transmitter coil of the housing is shown;
  • FIG. 5 shows a further section similar to that of FIG. 4, which shows a second embodiment of the connection between the printed circuit board and the transmitter coil; 2003 09633
  • FIG. 6 shows a three-dimensional graph of the detection height as a function of the location in a conventional display device according to FIG. 1;
  • FIG. 7 shows a corresponding graph for the display device according to the invention from FIG. 3.
  • Fig. 2 shows a schematic partial section through an electronic device with a display device according to a first embodiment of the invention.
  • the display device comprises an LCD display panel 1, the internal structure of which, as known per se, is not shown in detail.
  • the display panel 1 is surrounded by a frame 2 and fastened to a circuit board 3 via this frame.
  • Conductor tracks on the upper side of the printed circuit board 3 facing the display field 1 are structured into a matrix arrangement of sensor coils 4.
  • a transmitter coil 5 is formed by a plurality of conductor loops, which are arranged on an upper side of the frame 2, surrounding the visible surface of the display panel 1 surrounded by the frame 2.
  • the display panel 1 with the frame 2 and the circuit board 3 is housed as a structural unit in a housing 6 of an electronic device such as a cell phone or a miniature computer (Personal Digital Assistant / PDA), with a viewing window in the housing 6 opposite the display panel 1 7 is formed.
  • an electronic device such as a cell phone or a miniature computer (Personal Digital Assistant / PDA)
  • PDA Personal Digital Assistant
  • a (not shown in the figure) supply circuit of the device supplies the transmitter coil 5 intermittently with an alternating current, which causes the transmitter coil 5 to generate an oscillating magnetic field with the frequency of this alternating current with an axis perpendicular to the plane of the transmitter coil 5.
  • the coil 9 is part of an oscillating circuit, which in the simplest case is formed from the coil 9 and a capacitor 10 connected in series with it. If the frequency of the magnetic field generated by the transmitter coil 5 and the resonance frequency of the oscillating circuit match, the oscillating circuit is excited to oscillate and thus stores energy from the magnetic field which causes it to continue oscillating when the transmitter coil 5 is no longer supplied with the alternating current. Since the distance between the transponder 8 and the plane of the transmitter coil 5 is reduced by the thickness of the LCD display panel 1 compared to the conventional embodiment of FIG. 1, the coupling between the transmitter coil 5 and the coil 9 of the transponder 8 is, that is the efficiency with which the vibration of the transponder 8 is excited is significantly improved.
  • the transmitter coil 5 can also be formed in the form of a transparent, electrically conductive layer, for example made of indium tin oxide, on the visible side of the LCD display field 1, as schematically shown in FIG. 2 by conductor tracks 11 of such a transmitter coil indicated.
  • a transparent, electrically conductive layer for example made of indium tin oxide
  • a coil with a large number of turns can be structured, so that a comparatively low supply current strength of the transmitter coil is sufficient to force the transponder 8 to generate a stimulating magnetic field.
  • FIG. 3 shows, in a section similar to that of FIG. 2, a second embodiment of an electronic device according to the invention, in which the excitation of a transponder 8 held in front of the viewing window 7 of the housing 6 of the device is further improved compared to the embodiment of FIG. 2.
  • the improvement is achieved in that the transmitter coil 5 in FIG. 3 is laid directly on the housing 6 of the device.
  • the distance between the transmitter coil 5 and the transponder 8 is reduced by the thickness of an air gap 12 through which the LCD display field 1 is spaced from the viewing window 7 in order to prevent pressure on the viewing window 7 from being exerted on the display field 1 is transmitted and causes a change in the display image.
  • the conductors of the transmitter coil 5, which in this case can be metallic wires, designated 13 in the figure, into the material of the housing 6 are the viewing window 7 surrounding, let in. This can be achieved, for example, by encapsulating the preformed transmitter coil 5 with the material of the housing 6.
  • This variant enables the smallest distance between the levels 2003 09633
  • This distance is slightly larger, by a fraction of the wall thickness of the housing 6, in a second variant, not shown in the figure, in which the transmitter coil 5 is glued to the inside of the housing 6, surrounding the viewing window 7.
  • the transmitter coil 5 is through
  • Conductor tracks 11 are formed, which are structured on the inside of the viewing window 7 from a transparent, electrically conductive material.
  • an electrically conductive connection for the power supply of the transmitter coil 5 is produced between the housing 6 and the circuit board 3 carrying the LCD display 1 and its control electronics (not shown) when the device is assembled got to.
  • a conductive connection can, for example, as shown in FIG. 4, be produced by two flexible contact springs 14 which are permanently attached to the printed circuit board 3 and contact fields 15 in the form of metallized surfaces which are connected to the transmitter coil 5 under a deformation stress touch on the inside of the housing 6.
  • Contact springs 15 of this type establish an electrical connection to the printed circuit board 3 required for the power supply of the transmitter coil 5 directly when it is mounted in the housing 6, without an additional installation step being required for this.
  • the electrical connection between the transmitter coil 5 and the printed circuit board 3 can be established via a flexible printed circuit board 16, which on the one hand, for example by soldering, connects to the contact fields 15 of the housing 6 and on the other hand Contact fields of the circuit board 3 is connected.
  • the flexible printed circuit board 16 extends from an inner side 17 of the housing 6 to the underside of the printed circuit board 3 facing away from this inner side 17.
  • the electrical connection can be established here by first moving the flexible printed circuit board 16 to the inner side 17 connected, then the circuit board 3 placed in the housing 6 and finally the circuit board 16 is connected to the then exposed bottom of the circuit board 3.
  • it is alternatively also possible to connect the flexible printed circuit board 16 to the upper side of the printed circuit board 3 by first holding the housing 6 and the printed circuit board 3 next to one another, connecting the printed circuit board 16 to both and finally the printed circuit board 3 into the housing 6 the edge crossed by the flexible circuit board 16 is pivoted.
  • FIGS. 6 and 7 show the location detection performance of a conventional device according to FIG. 1 (in FIG. 6) and that of a device according to the invention according to FIG. 3 (in FIG. 7).
  • the curved surface shows in both Figs. as a two-dimensional function of the location on the display field, the detection height, ie the distance from the display field beyond which the location of the transponder no longer works.
  • the detection height ie the distance from the display field beyond which the location of the transponder no longer works.
  • the detection height even drops to less than 10 mm. 3
  • the dependency of the detection height on the location of the transponder above the display field is significantly lower in percentage terms than in the conventional design.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung mit einem Sichtfenster (7), einem hinter dem Sichtfenster sichtbaren Anzeigefeld (1), einer Mehrzahl von in einer ersten Ebene verteilten, für ein externes magnetisches Feld empfindlichen Sensorelementen (4) und einer Senderspule (5) zum Ausstrahlen eines magnetischen Feldes, bei der die Senderspule (5) in einer zweiten Ebene angeordnet ist, die dem Sichtfenster (7) näher ist als die erste Ebene, und auf ein elektronisches Gerät, das eine solche Anzeigevorrichtung verwendet.

Description

2003 09633
Beschreibung
Anzeigevorrichtung mit Einrichtungen zum Erzeugen und Erfassen eines Magnetfeldes und diese verwendendes Gerät
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit Einrichtungen zum Erzeugen und Erfassen eines Magnetfei- des und ein Gerät, das eine solche Anzeigevorrichtung verwendet.
Es sind multifunktionale Anzeigevorrichtungen bekannt, die es nicht nur erlauben, auf einem Anzeigefeld alphanumerische Symbole und/oder grafische Informationen darzustellen, sondern die darüber hinaus in der Lage sind, über magnetische Wechselwirkung die Position eines speziellen "Stiftes" in Bezug auf das Anzeigefeld zu erfassen und so Eingabedaten zu gewinnen, die von einem die Anzeigevorrichtung enthaltenden elektronischen Gerät weiterverarbeitet oder zu dessen Steuerung herangezogen werden können. Derartige Anzeigevorrichtungen kommen zum Beispiel in Mobiltelefonen zum Einsatz, wo sie es erlauben, auf eine herkömmliche Tastatur zur Eingabe einer Rufnummer zu verzichten, indem eine Abbildung einer Tastatur auf dem Anzeigefeld angezeigt wird und ein Benutzer die zu wählenden Rufnummern eingibt oder andere Tasteneingaben vornimmt, indem er mit dem Stift auf die Abbildungen der gewünschten Tasten auf der Anzeigefläche tippt.
Eine herkömmliche Anzeigevorrichtung dieser Art ist, eingebaut in ein Gehäuse eines Geräts, in Fig. 1 gezeigt. Sie um- fasst eine einer Rückseite des Anzeigefeldes 1 zugewandte Leiterplatte 3, auf die eine Mehrzahl von kleinformatigen Sensorspulen 4 verteilt ist, die auf ein von einem vor das Anzeigefeld 3 gehaltenen stiftförmigen Transponder 8 erzeugtes Magnetfeld je nach ihrer Relativposition in Bezug auf den Transponder 8 unterschiedlich stark reagieren und die anhand 2003 09633
2 der unterschiedlichen in ihnen von dem Magnetfeld des Transponders 8 erzeugten Ströme einen Rückschluss auf die Position des Transponders 8 vor dem Anzeigefeld 3 zulassen. Der Transponder 8 seinerseits enthält zur Erzeugung dieses Mag- netfeldes einen Schwingkreis mit einer Spule 9 und einem Kondensator 10. Um diesen Schwingkreis anzuregen, ist auf Seiten der Anzeigevorrichtung eine Senderspule 5 vorgesehen, die jeweils alternierend in einer ersten Phase mit einem Wechselstrom bei der Resonanzfrequenz des Schwingkreises des Transponders 8 beaufschlagt wird, um den Schwingkreis anzuregen, und in einer zweiten Phase stromlos bleibt. In dieser zweiten Phase wird das von dem nachschwingenden Schwingkreis des Transponders 8 abgegebene Magnetfeld von den Sensorspulen 4 aufgefangen.
Die Sensorspulen 4 sind, damit sie das Anzeigefeld 3 nicht verdecken, in einer hinter dem Anzeigefeld liegenden Ebene angeordnet. Herkömmlicherweise ist die Senderspule 5 der Einfachheit halber auf der gleichen Leiterplatte 3 wie die Sen- sorspulen 4 angeordnet.
Sender- und Sensorspulen 5, 4 haben daher einen nicht verschwindenden Abstand von einem Sichtfenster 7 der Anzeigevorrichtung. Dieser Abstand hat einen sehr starken Einfluss auf die Stärke der von den Sensorspulen 4 auf efangenen Signale, denn die Feldstärke des von der Senderspule 5 erzeugten Feldes nimmt in axialer Richtung der Senderspule 5 mit der dritten Potenz der Entfernung ab, so dass sich dementsprechend auch die Stärke der in dem Transponder 8 induzierbaren Reso- nanz verringert. Entsprechend nimmt aber auch die Intensität, mit der das von dem Transponder 8 wieder abgestrahlte Magnetfeld von den einzelnen Sensorspulen 4 registriert wird, ab. Dies bedeutet, dass mit zunehmendem Abstand des Sichtfensters 7 von der Ebene der Spulen 4, 5 entweder die Genauigkeit, mit der die Position des Transponders 8 erfasst werden kann, sehr stark abnimmt, oder die Stromstärke in der Senderspule 5 stark erhöht werden muss . Ein starkes Magnetfeld der Sender- 2003 09633
3 spule 5 kann aber die Funktion von benachbarten elektronischen Schaltungskomponenten beeinträchtigen, so dass zwischen der Senderspule 5 und solchen Komponenten eine kostspielige magnetische Abschirmung erforderlich wird. Außerdem beeinträchtigt bei einem Gerät mit netzunabhängiger Energieversorgung ein hoher Strom in der Sendespule die Betriebsdauer der Energieversorgung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anzeigevorrich- tung mit einem Sichtfenster, einer hinter dem Sichtfenster sichtbaren Anzeigefläche, einer Mehrzahl von in einer ersten Ebene verteilten, für ein externes magnetisches Feld empfindlichen Sensorelementen und einer Senderspule zum Ausstrahlen eines magnetischen Feldes zu schaffen, die eine genaue Erfas- sung der Position einer externen, durch das Magnetfeld der Senderspule angeregten Magnetfeldquelle wie etwa eines Transponders auch bei einem niedrigen Betriebsstrom der Senderspule ermöglicht.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Senderspule in einer zweiten Ebene angeordnet ist, die dem Sichtfenster näher ist als die erste Ebene und die so den Abstand zwischen der Senderspule und der von ihr anzuregenden Magnetfeldquelle reduziert .
Da das Sichtfenster eine äußere Begrenzung der Anzeigevorrichtung darstellt, ist der geringste Abstand zwischen einer anzuregenden externen Magnetfeldquelle und der Senderspule realisierbar, wenn die Senderspule an einem Rahmen des Sicht- fensters montiert ist. Vorzugsweise ist die Senderspule in das Material des Rahmens eingebettet oder an seiner Innenseite angebracht und so vor den Blicken eines Benutzers verborgene und vor Beschädigung geschützt. Diese Senderspule kann aus einer oder mehreren Drahtwicklungen bestehen.
Alternativ kann der Abstand zwischen der Senderspule und der externen Magnetfeldquelle in gleicher Weise minimiert werden, 2003 09633
4 indem die Senderspule durch eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung des Sichtfensters, etwa aus Indium- Zinn-Oxid (ITO) , gebildet ist.
Die Erfindung ist grundsätzlich auf jeden Typ von Anzeigefläche anwendbar, und das Sichtfenster kann in direktem Kontakt mit einem bilderzeugenden Medium, wie etwa im Fall einer LCD-Anzeige einem Flüssigkristallmaterial, stehen. Wenn die Anzeigefläche durch eine LCD-Anzeige gebildet ist, ist aller- dings vorzugsweise das Sichtfenster von der LCD-Anzeige durch einen Luftspalt beabstandet, um die Übertragung eines äußeren Drucks auf die LCD-Anzeige, die zu einer Veränderung des Anzeigebildes führen kann, zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung kann einschließlich ihres Sichtfensters als ein Fertigbauteil realisiert sein, das in elektronische Geräte beliebiger Art eingebaut werden kann. Um den Abstand zwischen der Senderspule und der externen Magnetfeldquelle so gering wie möglich halten zu können, ist allerdings bevorzugt, dass das Sichtfenster als Teil eines äußeren Gehäuses des Gerätes ausgebildet ist, in das die Anzeigefläche eingebaut wird. In einem solchen Fall kann die Spule an einer Innenseite des Gehäuses, das Sichtfenster umgebend, befestigt sein, oder sie kann direkt in das Material des Gehäuses eingegossen sein.
Eine elektrische Verbindung zwischen der Senderspule und der Anzeigevorrichtung kann dann vorteilhaft wenigstens auf einem Teil ihrer Länge über eine flexible Leiterplatte geführt sein.
Alternativ kommt auch die Verwendung von Druckkontaktfedern in Betracht, die zum Beispiel eine leitende Verbindung zwischen einer die Anzeigefläche tragenden Leiterplatte und an der Innenseite des Gehäuses ausgebildeten Kontaktfeldern der Senderspule herstellen. 2003 09633
5 Das Problem der Abnahme des Messsignals bei zunehmender Entfernung zwischen der Senderspule und der externen Magnetfeldquelle und zwischen der externen Magnetfeldquelle und den Sensorspulen ist um so gravierender, je geringer die Kanten- länge einer verwendeten Anzeigefläche ist. Daher ist die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar, wenn es sich bei dem elektronischen Gerät um ein Mobiltelefon handelt, da die bei Mobiltelefonen verwendeten Anzeigeflächen meist Kantenlängen von nicht mehr als 4 cm haben. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1, bereits behandelt, einen schematischen Teilschnitt durch ein elektronisches Gerät, das eine herkömmliche, mit einer Senderspule und Sensorspulen zum Wechselwirken mit einem externen Transponder ausgestattete Anzeigevorrichtung aufweist;
Fig. 2 eine erste Ausgestaltung eines elektronischen Gerätes mit einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, in einem Teilschnitt analog der Fig. 1;
Fig. 3 eine zweite Ausgestaltung eines elektronischen Ge- rätes mit Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 einen zweiten Schnitt durch ein Gerät gemäß Fig. 2, in dem eine erste Ausgestaltung der Verbindung zwischen einer die Anzeigefläche tragenden Leiterplat- te und einer Senderspule des Gehäuses gezeigt ist;
Fig. 5 einen weiteren Schnitt analog dem der Fig. 4, der eine zweite Ausgestaltung der Verbindung zwischen Leiterplatte und Senderspule zeigt; 2003 09633
6 Fig. 6 einen dreidimensionalen Graphen der Detektionshöhe als Funktion des Ortes bei einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 1; und
Fig. 7 einen entsprechenden Graphen für die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung der Fig. 3.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch ein elektronisches Gerät mit einer Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Die Anzeigevorrichtung umfasst ein LCD-Anzeigefeld 1, dessen innerer Aufbau, da an sich bekannt, nicht im Detail dargestellt ist. Das Anzeigefeld 1 ist von einem Rahmen 2 eingefasst und über diesen an einer Leiterplatte 3 befestigt. Leiterbahnen an der dem An- zeigefeld 1 zugewandten Oberseite der Leiterplatte 3 sind zu einer Matrix-Anordnung von Sensorspulen 4 strukturiert. Eine Senderspule 5 ist durch eine Mehrzahl von Leiterschleifen gebildet, die an einer Oberseite des Rahmens 2, die von dem Rahmen 2 umgebene sichtbare Oberfläche des Anzeigefeldes 1 umgebend, angeordnet sind.
Das Anzeigefeld 1 mit dem Rahmen 2 und der Leiterplatte 3 ist als eine Baueinheit in einem Gehäuse 6 eines elektronischen Gerätes wie etwa eines Mobiltele ons untergebracht oder eines Kleinstcomputers (Personal Digital Assistant / PDA) , wobei in dem Gehäuse 6 dem Anzeigefeld 1 gegenüberliegend ein Sichtfenster 7 gebildet ist.
Eine (in der Fig. nicht dargestellte) Versorgungsschaltung des Gerätes versorgt die Senderspule 5 intermittierend mit einem Wechselstrom, der bewirkt, dass die Senderspule 5 ein mit der Frequenz dieses Wechselstroms oszillierendes Magnetfeld mit zur Ebene der Senderspule 5 senkrechter Achse erzeugt.
Dieses Magnetfeld erzeugt einen Wechselstrom in einer Spule 9 eines Transponders 8, der von einem Benutzer vor das Sicht- 2003 09633
7 fenster 7 gehalten wird. Die Spule 9 ist Teil eines Schwingkreises, der im einfachsten Fall aus der Spule 9 und einem mit ihr in Reihe geschalteten Kondensator 10 gebildet ist. Wenn die Frequenz des von der Senderspule 5 erzeugten Magnet- feldes und die Resonanzfrequenz des Schwingkreises übereinstimmen, wird der Schwingkreis zum Schwingen angeregt und speichert so Energie aus dem Magnetfeld, die ihn weiterschwingen lässt, wenn die Senderspule 5 nicht mehr mit dem Wechselstrom versorgt wird. Da der Abstand zwischen dem Transponder 8 und der Ebene der Senderspule 5 im Vergleich zur herkömmlichen Ausgestaltung der Fig. 1 um die Dicke des LCD-Anzeigefeldes 1 verringert ist, ist die Kopplung zwischen der Senderspule 5 und der Spule 9 des Transponders 8, das heißt der Wirkungsgrad, mit dem die Schwingung des Trans- ponders 8 angeregt wird, deutlich verbessert. Es genügt daher ein im Vergleich zum Aufbau der Fig. 1 deutlich verringerter Strom durch die Senderspule 5, um in dem Transponder 8 eine Schwingung mit der gleichen Intensität wie mit dem herkömmlichen Aufbau anzuregen. Das heißt, um an den Sensorspulen 4 ein Messsignal, aus dem der Ort des Transponders ermittelt werden kann, mit der gleichen Qualität wie im herkömmlichen Fall der Fig. 1 zu erhalten, ist ein geringerer Strom durch die Senderspule 5 erforderlich. Dadurch verringert sich der Stromverbrauch des elektronischen Gerätes und dementsprechend nimmt, wenn das Gerät netzunabhängig, zum Beispiel über Batterien oder Akkumulatoren, mit Strom versorgt ist, die Betriebsdauer der Batterien bzw. Akkumulatoren zu.
Umgekehrt wird, wenn in die Senderspule ein Wechselstrom mit der gleichen Stärke wie im herkömmlichen Fall eingespeist wird, im Transponder 8 eine wesentlich energiereichere Schwingung angeregt, die zu einem dementsprechend intensiveren Meßsignal an den Senderspulen 5 führt. Die erhaltenen Meßsignale haben somit ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und erlauben so eine höhere Ortsauflösung bei der Erfassung der Position des Transponders 8 und/oder eine Erfassung des Orts des Transponders 8 aus einer größeren Entfernung. 2003 09633
8
Anstatt auf dem Rahmen 2 kann die Senderspule 5 auch in Form einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht, zum Beispiel aus Indium-Zinn-Oxid, an der Sichtseite des LCD-An- zeigefeldes 1 gebildet sein, wie in der Fig. 2 schematisch durch Leiterbahnen 11 einer solchen Senderspule angedeutet.
Da die gesamte Oberfläche des Anzeige eldes 1 genutzt werden kann, um darauf die Leiterbahnen 11 zu bilden, kann eine Spu- le mit einer großen Zahl von Windungen strukturiert werden, so dass eine vergleichsweise geringe Versorgungsstromstärke der Senderspule genügt, um ein kräftiges den Transponder 8 anregendes Magnetfeld zu erzeugen.
Fig. 3 zeigt in einem Schnitt analog dem der Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes, bei dem die Anregung eines vor das Sichtfenster 7 des Gehäuses 6 des Gerätes gehaltenen Transponders 8 gegenüber der Ausgestaltung der Fig. 2 weiter verbessert ist. Die Verbesserung wird dadurch erreicht, dass die Senderspule 5 in Fig. 3 direkt an das Gehäuse 6 des Gerätes verlegt ist. Dadurch wird der Abstand zwischen der Senderspule 5 und dem Transponder 8 um die Dicke eines Luftspaltes 12 verringert, durch den das LCD-Anzeigefeld 1 vom Sichtfenster 7 beabstan- det ist, um zu verhindern, dass ein auf das Sichtfenster 7 ausgeübter Druck auf das Anzeigefeld 1 übertragen wird und eine Veränderung des Anzeigebildes bewirkt.
Für die Anbringung der Senderspule 5 am Gehäuse 6 gibt es un- terschiedliche Varianten. Einer ersten, in der Fig. 3 dargestellten Variante zufolge sind die Leiter der Senderspule 5, bei denen es sich in diesem Fall um metallische Drähte, in der Fig. mit 13 bezeichnet, handeln kann, in das Material des Gehäuses 6, das Sichtfenster 7 umgebend, eingelassen. Dies ist zum Beispiel durch Umspritzen der vorgeformten Senderspule 5 mit dem Material des Gehäuses 6 realisierbar. Diese Variante ermöglicht den geringsten Abstand zwischen der Ebene 2003 09633
9 der Senderspule 5 und einem vor das Gerät gehaltenen Transponder 8.
Geringfügig größer, um einen Bruchteil der Wandstärke des Ge- häuses 6, ist dieser Abstand bei einer zweiten, nicht in der Fig. dargestellten Variante, bei der die Senderspule 5 an der Innenseite des Gehäuses 6, das Sichtfenster 7 umgebend, aufgeklebt ist.
Einer dritten Variante zufolge ist die Senderspule 5 durch
Leiterbahnen 11 gebildet, die an der Innenseite des Sichtfensters 7 aus einem transparenten, elektrisch leitfähigem Material strukturiert sind.
Den mit Bezug auf Fig. 3 bezogenen Ausgestaltungen ist gemeinsam, dass eine elektrisch leitende Verbindung für die Stromversorgung der Senderspule 5 zwischen dem Gehäuse 6 und der das LCD-Anzeigefeld 1 und dessen (nicht dargestellte) Ansteuerelektronik tragenden Leiterplatte 3 beim Zusammenbau des Geräts hergestellt werden muss. Eine solche leitende Verbindung kann zum Beispiel, wie in Fig. 4 gezeigt, durch zwei flexible Kontaktfedern 14 hergestellt werden, die an der Leiterplatte 3 dauerhaft befestigt sind und unter einer Verformungsspannung stehend mit der Senderspule 5 verbundene Kon- taktfelder 15 in Form von metallisierten Flächen an der Innenseite des Gehäuses 6 berühren. Derartige Kontaktfedern 15 stellen eine für die Stromversorgung der Senderspule 5 erforderliche elektrische Verbindung zu der Leiterplatte 3 unmittelbar bei deren Montage im Gehäuse 6 her, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Montageschritt erforderlich ist.
Die Zuverlässigkeit der in Fig. 4 gezeigten Art der Kontak- tierung kann sich als unbefriedigend erweisen, wenn sehr hohe Anforderungen an die Sicherheit des Kontaktes gestellt werden und/oder die Berührungsflächen zwischen Kontaktfedern 14 und Kontaktfeidern 15 sehr klein gemacht werden müssen und/oder die Berührungsflächen korrosionsgefährdet sind. In einem sol- 2003 09633
10 chen Fall kann, wie in Fig. 5 gezeigt, die elektrische Verbindung zwischen der Senderspule 5 und der Leiterplatte 3 ü— ber eine flexible Leiterplatte 16 hergestellt werden, die einerseits, beispielsweise durch Lötung, an die Kontaktfelder 15 des Gehäuses 6 und andererseits an Kontaktfelder der Leiterplatte 3 angeschlossen ist.
In der in Fig. 5 gezeigten Konfiguration erstreckt sich die flexible Leiterplatte 16 von einer Innenseite 17 des Gehäuses 6 auf die von dieser Innenseite 17 abgewandte Unterseite der Leiterplatte 3. Hier kann die elektrische Verbindung hergestellt werden, indem zunächst die flexible Leiterplatte 16 an die Innenseite 17 angeschlossen, dann die Leiterplatte 3 im Gehäuse 6 platziert und zuletzt die Leiterplatte 16 mit der dann freiliegenden Unterseite der Leiterplatte 3 verbunden wird. Selbstverständlich ist es alternativ auch möglich, die flexible Leiterplatte 16 an die Oberseite der Leiterplatte 3 anzuschließen, indem zunächst das Gehäuse 6 und die Leiterplatte 3 nebeneinander gehalten werden, die Leiterplatte 16 mit beiden verbunden wird und schließlich die Leiterplatte 3 in das Gehäuse 6 hinein über die von der flexiblen Leiterplatte 16 gekreuzte Kante geschwenkt wird.
Die Figuren 6 und 7 zeigen im Vergleich die Ortserfassungs- leistungen einer herkömmlichen Vorrichtung gemäß Fig. 1 (in Fig. 6) und die einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 3 (in Fig. 7) . Die gewölbte Fläche zeigt in beiden Figs . als zweidimensionale Funktion des Ortes auf dem Anzeigefeld die Detektionshöhe, d. h. die Entfernung vom Anzeigefeld, jenseits von der eine Erfassung des Orts des Transponders nicht mehr funktioniert. Für eine gegebene VersorgungsStromstärke der Senderspule 5 wurde bei der herkömmlichen Vorrichtung festgestellt, dass unter optimalen Bedingungen, bei einem vor die Mitte des LCD-Anzeigefeldes 1 gehaltenen Transponder 8, bei einer Entfernung von mehr als 20 mm zwischen dem Anzeigefeld und dem Transponder eine Ortsbestimmung des Transponders nicht mehr möglich war. Zu den Ecken des An- 2003 09633
11 zeigefeldes hin nimmt die Detektionshöhe sogar auf unter 10 mm ab. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau gemäß Fig. 3 hingegen ist eine Ortsbestimmung bei einem Abstand des Transponders von 25 mm auf dem bei weitem überwiegenden Teil der Fläche des Anzeigefeldes möglich. Außerdem ist die Abhängigkeit der Detektionshöhe vom Ort des Transponders über dem Anzeigefeld prozentual deutlich geringer als bei dem herkömmlichen Aufbau .

Claims

2003 0963312 Patentansprüche
1. Anzeigevorrichtung mit einem Sichtfenster (7), einem hinter dem Sichtfenster sichtbaren Anzeigefeld (1) , ei- ner Mehrzahl von in einer ersten Ebene verteilten, für ein externes magnetisches Feld empfindlichen Sensorelementen (4) und einer Senderspule (5) zum Ausstrahlen eines magnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspule (5) in einer zweiten Ebene angeordnet ist, die dem Sichtfenster (7) näher ist als die erste Ebene .
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspule (5) an einem Rahmen (2) des Sichtfensters montiert ist.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspule (5) durch eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung des Sichtfensters (7) gebildet ist.
4. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigefeld (1) durch eine LCD-Anzeige gebildet ist und dass das Sicht- fenster (7) von der LCD-Anzeige (1) durch einen Luftspalt (12) beabstandet ist.
5. Elektronisches Gerät mit einer Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Sichtfenster (7) Teil eines äußeren Gehäuses (6) des Geräts ist.
6. Elektronisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspule (5) an einer Innenseite des Gehäuses (6) befestigt ist. 2003 09633
13 7. Elektronisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspule (5) in das Gehäuse (6) eingebettet ist.
8. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspule (5) mit der Anzeigevorrichtung über eine flexible Leiterplatte (16) verbunden ist .
9. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspule (5) mit der Anzeigevorrichtung über Druckkontaktfedern (15) verbunden ist .
10. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Mobiltelefon oder ein Kleinstcomputer ist.
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