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Die
Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, bei der die Position
oder Geometrie der wahrnehmbaren Anzeige mittels eines Motors verstellbar ist.
Derartige Anzeigevorrichtungen sind beispielsweise aus Kraftfahrzeugen
bekannt, wo sie zur Darstellung von reellen und virtuellen Bildern
verwendet werden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, derartige
Anzeigevorrichtungen mittels eines elektromagnetischen Motorantriebes über Getriebe
derart zu verstellen, dass die Position oder Geometrie der wahrnehmbaren
Anzeige verändert
wird. Bei Anzeigevorrichtungen mit der Darstellung von reellen Bildern,
wie beispielsweise Flüssigkristalldisplays
oder OLED-Displays ist es bekannt, derartige Displays mittels der
elektromagnetischen Antriebe derart zu verstellen, dass die Anzeigen
sichtbar oder unsichtbar sind, beispielsweise indem sie in ein Armaturenbrett
ein- bzw. ausgefahren werden. Anzeigevorrichtungen mit virtuellen
Bildern verwenden beispielsweise elektromagnetische Antriebe, um
die Lage eines Spiegels oder sonstiger optischer Elemente zu verstellen.
Diese Spiegel oder sonstigen optischen Elemente sind in einem Strahlengang
zwischen einer Bilderzeugungseinrichtung und einem Kombiner angeordnet.
Das von der Bilderzeugungseinrichtung erzeugte und von dem Kombiner
reflektierte Bild wird als virtuelles Bild wahrgenommen. Eine Veränderung der
Lage des Spiegels verändert
die Position eines wahrnehmbaren virtuellen Bildes. Eine Veränderung eines
sonstigen optischen Elementes kann die Lage oder Geometrie des wahrnehmbaren
virtuellen Bildes verändern.
Nachteil dieser vorgenannten Anzeigevorrichtungen ist es, dass die
Ansteuerung der elektromagnetischen Motoren sich aufwendig gestaltet
und in Folge der ungenauen Positionierungsmöglichkeiten und des erreichbaren
Drehmomentes ein Getriebe zwischengeschaltet werden muss, welches meist
aus einem Zahnradgetriebe besteht. Ein derartiges Getriebe weist zum
einen ein Spiel zwischen den einzelnen Zähnen auf, was zum einen die
Positioniergenauigkeit beeinträchtigt
und zum anderen während
des Fahrens unerwünschte
Geräusche
erzeugen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Anzeige anzugeben, bei der die
Verstellung der Position oder der Geometrie der wahrnehmbaren Anzeige einfacher
und genauer realisiert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird dadurch erreicht, dass der Motor als Piezomotor ausgestaltet
ist. Durch die Verwendung des Piezomotors wird zum einen erreicht,
dass die Position sehr genau eingestellt werden kann, da der Piezomotor
zum einen sehr kleine Schritte ausführen kann, wobei eine ausreichende Kraft
erzeugt wird, so dass insgesamt auf ein Zahnradgetriebe verzichtet
werden kann. Weiterhin arbeitet ein Piezomotor sehr leise und es
entstehen keine sekundären
Geräusche.
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Bei
einem Piezomotor wirkt ein piezoelektrisches Element direkt oder über ein
oder mehrere weitere Elemente mit einer Fläche zusammen. Das piezoelektrische
Element wird zu Schwingungen angeregt, die unterschiedliche Schwingungsmuster
erzeugen, die zu einer Relativbewegung zwischen dem piezoelektrischen
Element und der Fläche
führen. Wenn
der Piezomotor ein piezoelektrisches Element, einen Resonator und
eine Fläche
aufweist, die mit dem Resonator zusammenwirkt, wird ein besonders preiswerter
Motor realisiert. Schließlich
ist es bei Anzeigevorrichtungen, bei der Teile der verstellbaren Anzeigevorrichtung
bei Gebrauch von Personen berührt
werden können,
nicht erforderlich, eine zusätzliche
Rutschkupplung vorzusehen, um ein Einklemmen von Körperteilen
zu verhindern.
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Wenn
der Piezomotor eine Reibnase aufweist, besitzt er besonders hohe
Haltekräfte,
so dass ein unbeabsichtigtes Verstellen in jedem Falle ausgeschlossen
ist.
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Wenn
die wahrnehmbare Anzeige als Bilderzeugungseinrichtung ausgestaltet
ist, die ein reelles Bild darstellt, kann die wahrnehmbare Anzeige
durch einen direkten Blick auf die Bilderzeugungseinrichtung realisiert
sein. Hierbei kann die Bilderzeugungseinrichtung als Flüssigkristalldisplay,
organische Leuchtdiodendisplay oder als elektrolumineszente Anzeige
ausgestaltet sein.
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Bei
einer Anzeigevorrichtung, bei der die wahrnehmbare Anzeige ein virtuelles
Bild darstellt, ist die Bilderzeugungseinrichtung nicht direkt zu
sehen, sondern über
einen Kombiner und einen Strahlengang zwischen dem Kombiner und
der Bilderzeugungseinrichtung. Eine derartige virtuelle Anzeige kann
als Head-up-Display ausgestaltet sein, wobei ein Bild mittels einer
Bilderzeugungseinrichtung innerhalb eines Kraftfahrzeugs erzeugt
wird, und das Bild über
einen Strahlengang wider einen Kombiner projiziert wird, so dass
ein virtuelles Bild hinter dem Kombiner wahrnehmbar ist. Hierbei
verstellt der Piezomotor entweder die Bilderzeugungseinrichtung oder
ein optisches Element im Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinrichtung
und dem Kombiner, so dass die Position oder Geometrie des virtuellen
Bildes verändert
wird. Das vorgenannte optische Element kann beispielsweise als Spiegel,
optische Linse oder defraktives optisches Element ausgestaltet sein.
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Die
Anzeigevorrichtung ist besonders einfach aufgebaut, wenn Teile des
Piezomotors direkt mit der Bilderzeugungseinrichtung oder dem optischen
Element verbunden sind. Dies kann beispielsweise das piezoelektrische
Element, der Resonator oder die Fläche sein, die mit dem piezoelektrischen Element
zusammenwirkt. Zwischen der Fläche
und den sonstigen Bauteilen kommt es bei einem Piezomotor zu einer
Relativbewegung, die nachfolgend anhand der Figuren noch näher beschrieben
werden wird.
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Wenn
ein Teil des Piezomotors über
ein Getriebe mit der Bilderzeugungseinrichtung oder dem optischen
Element verbunden ist, können
auch komplexe Bewegungsabläufe
der Bilderzeugungseinrichtung oder des optischen Elementes realisiert
werden. Hierbei sind besonders Getriebe mit Gelenken vorteilhaft,
da diese spielfrei realisiert werden können, so dass keine Geräusche entstehen
können,
die durch Erschütterungen
während
eines Fahrbetriebes auftreten können.
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Wenn
die Bilderzeugungseinrichtung als Flüssigkristalldisplay ausgestaltet
ist, ist eine dauerhafte und erprobte Technologie verwendet. Eine
Beleuchtung dieses Flüssigkristalldisplays
kann in Auflicht und in besonders vorteilhafter Weise in Durchlicht
geschehen.
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Wenn
die Bilderzeugungseinrichtung als organisches Leuchtdiodendisplay
ausgestaltet ist, kann auf eine zusätzliche Beleuchtung verzichtet werden.
Dies gilt ebenfalls bei einer Bilderzeugungseinrichtung, die als
elektrolumineszente Anzeige ausgestaltet ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung
in einer ersten Ausführungsform,
bei der die Bilderzeugungseinrichtung linear verschiebbar ist,
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2 eine
erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung,
bei der eine Bilderzeugungseinrichtung um eine Achse verschwenkbar
ist,
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3 eine
erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung,
bei der die Bilderzeugungseinrichtung ebenfalls um eine Achse verschwenkbar
ist in einer zweiten Ausführungsform,
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4 eine
erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung
in Form eines Head-up-Displays, bei der ein Spiegel um eine Achse
verschwenkbar ist,
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5 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,
bei der eine Bilderzeugungseinrichtung über ein Getriebe verstellbar
ist.
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6 den
Schnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
mit defraktiven optischen Elementen.
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In 1 weist
ein Piezomotor piezoelektrische Elemente 1a, eine Reibnase 2a und
eine Fläche 3a auf.
Weiterhin erkennt man eine Bilderzeugungseinrichtung 4 und
ein Auge E eines Beobachters. Die Reibnase 2a wird von
den piezoelektrischen Elementen 1a in Schwingungen versetzt
und führt
je nach Frequenz der piezoelektrischen Elemente 1a Schwingungsfiguren
auf der Fläche 3a aus,
so dass er die Fläche 3a in
Mikroschritten nach unten oder oben drückt, so dass sich die Bilderzeugungseinrichtung 4 linear
nach oben oder unten bewegt, wie durch den Pfeil P1 angedeutet wird.
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In 2 ist
der Piezomotor aus einem piezoelektrischen Element 1b,
einem Resonator 2b und einer Fläche 3b aufgebaut.
Hierbei ist die Fläche 3b fest
mit der Umgebung der Anzeigevorrichtung verbunden und die Bilderzeugungseinrichtung 4 um
die Achse A drehbar gelagert. Wenn das piezoelektrische Element 1b mit
Frequenzen beaufschlagt wird, gerät der Resonator 2b in
Schwingungen und führt
je nach Frequenz verschiedenartige Schwingungen aus, so dass der
Resonator 2b sich sozusagen an der Fläche 3b abstößt und so
in Mikroschritten um die Achse A gedreht wird, wie durch den Pfeil
P2 angedeutet wird. Durch die Drehung des Resonators wird gleichzeitig
die Bilderzeugungseinrichtung 4b ebenfalls gedreht, so
dass sich ihre wahrnehmbare Position verändert.
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In 3 ist
ebenfalls eine Bilderzeugungseinrichtung 4c mittels eines
Piezomotors aufweisend Bauteile piezoelektrisches Element 1c,
Resonator 2c und Fläche 3c um
die Achse A drehbar. Hierbei wird im Gegensatz zur der Ausführungsform
in 2 die Fläche 3c um
die Achse A gedreht, während
der Resonator 2c ortsfest seine Schwingungen ausführt und so
in Mikroschritten die Anzeigevorrichtung 4c dreht.
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In 4 erkennt
man wiederum einen Piezomotor aufweisend Bauteile piezoelektrisches
Element 1d, Resonator 2d und schräge Fläche 3d,
weiterhin eine Bilderzeugungseinrichtung 4d, ein Kraftfahrzeug 5 mit
einer Windschutzscheibe 6, ein optisches Element in Form
eines Spiegels 7 und ein virtuelles Bild V in Form eines
Pfeils. Dieser Piezomotor hat dieselbe Funktionsweise wie der Piezomotor
aus 3. Der Spiegel 7 ist mit der Fläche 3d fest
verbunden. Bilder, die in der Bilderzeugungseinrichtung 4d erzeugt
werden, werden von dem Spiegel 7 wider die Windschutzscheibe 6 gespiegelt,
so dass das Auge E eines Beobachters das virtuelle Bild V außerhalb
des Kraftfahrzeuges 5 wahrnehmen kann. Die Windschutzscheibe 6 wirkt
selbst als Kombiner, es können
aber auch zusätzliche
Kombiner zwischen das Auge E und die Windschutzscheibe 6 installiert werden,
oder ein Kombiner in die Windschutzscheibe 6 integriert
werden. Durch das Drehen des Spiegels 7 mittels des Piezomotors
mit den Elementen 1d, 2d und 3d wird
die Position des virtuellen Bildes V in seiner Höhe verändert. Im Ausführungsbeispiels
erzeugt die Bilderzeugungsvorrichtung 4 einen Pfeil, der über einen
Strahlengang S und den Spiegel 7 über den Strahlengang S wider
die Windschutzscheibe 6 gespiegelt wird, so dass ein Beobachter
mit dem Auge E quasi in die Bilderzeugungseinrichtung 4 blickt,
durch die Lage der transparenten Windschutzscheibe 6 aber
das virtuelle Bild V außerhalb
des Kraftfahrzeuges 5 wahrnimmt. Anstelle des Spiegels 7 können auch
andere optische Elemente im Strahlengang S verwendet werden, um
die Position des virtuellen Bildes zu verändern. Beispielsweise können eine
oder mehrere Linsen ver wendet werden, die sich im Strahlengang befinden
und deren Position mittels eines Piezomotors verändert wird.
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In 5 erkennt
man eine fünfte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.
Ein Piezomotor aufweisend Bauteile piezoelektrisches Element 1e,
Resonator 2e und Fläche 3e treibt über ein
Getriebe bestehend aus Hebeln 8, 9 und 10 eine
Bilderzeugungsvorrichtung 4e an. Die Fläche 3 ist fest mit
dem Hebel 8 verbunden, der gelenkig mit den Hebeln 9 und 10 verbunden
ist. Die Fläche 3 ist
um die Achse A5 drehbar gelagert. Wenn sie im Uhrzeigersinn mittels
des Resonators 2e gedreht wird, dreht sich der Balken 9 um
die Achse A7 und der Balken 10 um die Achse A8, so dass
die Anzeigenvorrichtung 4e insgesamt eine Schwenkbewegung
nach oben aus der dargestellten Lage ausführt. Wenn die Fläche 3e gegen
den Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Hebel 9 von dem
Hebel 8 zunächst
auf seiner linken Seite nach oben gedrückt, so dass sich die Bilderzeugungseinrichtung 4e nach
unten bewegt.
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In 6 weist
ein Head-up-Display, bestehend aus der Bilderzeugungseinrichtung 4f und
der Windschutzscheibe 6 des Kraftfahrzeuges 5,
zwei defraktive optische Elemente 7a, 8 auf, von
denen das defraktive optische Element 7a mittels eines
Piezomotors, aufweisend piezoelektrisches Element 1f, Reibnase 2f und
Fläche 3f,
verschiebbar angeordnet ist.
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Durch
ein Verschieben des defraktiven optischen Elementes 7a kann
die Geometrie des in der Bilderzeugungseinrichtung 4f erzeugten
Bildes an die Geometrie der Windschutzscheibe 6 angepasst werden.
So können
Verzerrungen ausgeglichen oder zumindest vermindert werden, die
durch die gewölbte
Ausgestaltung der Windschutzscheibe 6 entstehen können. Das
defraktive optische Element 8 weitet den Strahlengang 5 zusätzlich auf,
so dass das virtuelle Bild V vergrößert wahrgenommen werden kann.
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Sofern
auch das defraktive Element 8 verschieblich ausgestaltet
ist, kann die Anpassung an die Geometrie der Windschutzscheibe weiter
verbessert werden, insbesondere, wenn das defraktive optische Element 8 in
einer Ebene bewegt wird, die parallel zur Bewegungsebene des defraktiven
optischen Elementes 7a liegt, aber die Bewegungsrichtung
beispielsweise um 90° gegenüber der
Bewegungsrichtung des defraktiven optischen Elementes 7 gedreht ist.
Eine genauere Beschreibung der Wirkungsweise der defraktiven optischen
Elemente ist der (nicht vorveröffentlichten)
deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2004 050 579.8 zu entnehmen.
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Die
dargestellten Ausführungsbeispiele
können
leicht variiert werden, indem beispielsweise die Fläche 3n wie
in 2 festgelegt werden und die Resonatoren 2n um
eine Achse gedreht oder entlang eines Weges bewegt werden. Es ist
auch möglich,
eine Fläche 3n in
einer beliebigen geometrischen Kurve anzuordnen, wenn nur dafür Sorge
getragen wird, dass der Resonator 2n entsprechend an diese
Fläche
gedrückt
wird, so dass eine Relativbewegung entlang dieser Fläche realisiert
werden kann, wobei entweder die Fläche oder der Resonator ortsfest
angeordnet sind.