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Die Erfindung betrifft eine berührungsempfindliche Anzeigeeinrichtung mit haptischer Rückmeldung und ein Verfahren zum Betreiben der Anzeigeeinrichtung.
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Unter einer berührungsempfindlichen Anzeigeeinheit wird eine Ein- und Ausgabeeinheit verstanden, von der Informationen visuell ausgegeben werden können und durch deren Berührung Eingaben in ein elektronisches Gerät vorgenommen werden können. Beispielsweise ist ein berührungsempfindlicher Bildschirm (engl. Touchscreen) eine solche berührungsempfindliche Anzeigeeinheit.
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Eine herkömmliche Anzeigeeinrichtung mit einer berührungsempfindlichen Anzeigeeinheit ermöglicht einem Benutzer, eine Eingabe mittels einer Berührung der Anzeigeeinheit vorzunehmen, ohne ein weiteres Eingabegerät wie beispielsweise eine separate Tastatur oder eine Computermaus zu verwenden. Die Anzeigeeinrichtung ist daher bedienungsfreundlich und platzsparend. Allerdings erhält der Benutzer von der Anzeigeeinheit als Eingabebestätigung lediglich eine visuelle Rückmeldung, wofür der Benutzer die Anzeigeeinheit beobachten muss. Bei manchen Anwendungsfällen ist eine derartige visuelle Eingabeüberprüfung jedoch lästig, unerwünscht oder sogar gefährlich.
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Das Dokument
US 2011 / 0 291 976 A1 beschreibt ein Touch-Panel mit einer Bedienelement-Erzeugungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie ein oder mehrere Bedienelemente erzeugt, die als ein oder mehrere Bilder auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden sowie eine Oszillations-Erzeugungseinheit, die so konfiguriert ist, um eine stehende Welle zu erzeugen, die eine Wellenform in Übereinstimmung mit Positionen des einen oder der mehreren Bedienelemente hat. Das Dokument
DE 201 10 769 U1 beschreibt eine berührungssensitive Dateneingabeeinrichtung für eine optische, an einen Controller angeschlossene Anzeigeeinheit, wobei die Dateneingabeeinrichtung eine lichtdurchlässige Scheibe aufweist, die zum ortsaufgelösten Erfassen des Aufsetzpunktes eines Fingers eines Benutzers auf der Scheibe matrixartig in einzelne berührungssensitive Eingabefelder unterteilt ist.
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Im Falle, dass die Anzeigeeinrichtung in einem Fahrzeug (zum Beispiel als Teil eines Navigationsgeräts, eines Infotainmentgeräts oder eines Radionavigationsgeräts) verwendet wird, muss der Fahrer des Fahrzeugs zur visuellen Überprüfung, ob eine Berührung der Anzeigeeinheit eine Eingabe bewirkt, auf die Anzeigeeinheit sehen. Dadurch wird der Fahrer möglicherweise von der Beobachtung des Verkehrsgeschehens abgelenkt. Daher werden manche Anzeigeeinrichtungen, die eine berührungsempfindliche Anzeigeeinheit aufweisen, mit einer haptischen Rückmeldefunktion versehen, mit der einem Benutzer bei einer Berührung der Anzeigeeinheit durch eine Bewegung der Anzeigeeinheit eine haptische Rückmeldung vermittelt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anzeigeeinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Anzeigevorrichtung mit einer verbesserten haptischen Rückmeldefunktion anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 8 gelöst.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung weist ein lichtdurchlässiges Frontelement, eine lichtdurchlässige Anzeigeeinheit, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit, eine Basiseinheit und ein Aktorelement auf. Die Anzeigeeinheit ist hinter dem Frontelement angeordnet und zum Erfassen einer Berührung des Frontelements durch einen Benutzer der Anzeigeeinrichtung eingerichtet. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit ist hinter der Anzeigeeinheit angeordnet und zum Durchleuchten der Anzeigeeinheit und des Frontelements ausgebildet. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit und die Anzeigeeinheit sind an der Basiseinheit befestigt. Das Aktorelement ist mit dem Frontelement verbunden und zum Auslenken des Frontelements relativ zu der Anzeigeeinheit, wenn der Benutzer der Anzeigeeinrichtung einen Eingabebereich des Frontelements berührt, ausgebildet.
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Die Anzeigeeinrichtung ermöglicht es, dem Benutzer der Anzeigeeinrichtung eine haptische Rückmeldung auf eine von ihm vorgenommene Berührung innerhalb eines auf dem Frontelement dargestellten Eingabebereichs zu geben, indem das Frontelement mittels des Aktorelements ausgelenkt wird. Dadurch kann dem Benutzer beispielsweise signalisiert werden, dass eine Berührung des Frontelements eine Eingabe bewirkt. Demzufolge braucht der Benutzer nicht auf die Anzeigeeinheit zu sehen, um zu überprüfen, ob die Berührung des Frontelements tatsächlich zu einer Eingabe führt. Eine derartige haptische Eingabebestätigung verbessert den Bedienungskomfort der Anzeigeeinrichtung und ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine visuelle Eingabeüberprüfung lästig, unerwünscht oder gefährlich ist, wie in dem oben erwähnten Beispiel einer in einem Fahrzeug eingesetzten Anzeigeeinrichtung.
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Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass eine haptische Rückmeldung auf eine von dem Benutzer vorgenommene Berührung außerhalb eines auf dem Frontelement dargestellten Eingabebereichs erzeugt wird. Somit kann dem Benutzer signalisiert werden, dass eine Berührung des Frontelements keine Eingabe bewirkt.
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Die Erfindung sieht vor, dass zum Erzeugen einer haptischen Rückmeldung lediglich das Frontelement mittels des Aktorelements ausgelenkt wird, nicht jedoch die Anzeigeeinheit oder die Anzeigeeinheit mit der Hintergrundbeleuchtungseinheit. Somit wird die auszulenkende Masse gegenüber einer Auslenkung auch der Anzeigeeinheit oder auch der Anzeigeeinheit mit der Hintergrundbeleuchtungseinheit reduziert. Infolge dessen können der Energieverbrauch des Aktorelements und die Ansprechzeit zur Erzeugung der haptischen Rückmeldung verringert werden. Ferner kann das Aktorelement konstruktiv vergleichsweise einfach ausgelegt werden. Außerdem kann die haptische Rückmeldung selbst verbessert werden, da die geringere zu bewegende Masse ein schnelleres, präziseres und flexibleres Auslenken ermöglicht.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Aktorelement an der Basiseinheit befestigt ist.
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Im Unterschied beispielsweise zu einer Befestigung des Aktorelements nur an dem Frontelement, etwa zum Erzeugen von Vibrationen des Frontelements, ermöglicht die Befestigung des Aktorelements an der Basiseinheit, das Aktorelement an der Basiseinheit abzustützen. Dadurch kann mittels des Aktorelements wesentlich effektiver und gezielter eine Kraft auf das Frontelement ausgeübt werden, um dieses auszulenken. Das ist darin begründet, dass die Basiseinheit auf das Aktorelement eine Zwangskraft ausübt, die eine Reaktionskraft des Frontelements auf das Aktorelement kompensiert, wenn das Aktorelement das Frontelement auslenkt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Aktorelement mittels eines Verbindungselements mit dem Frontelement verbunden ist.
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Gegenüber einer direkten Verbindung des Aktorelements mit dem Frontelement ermöglicht eine Verbindung des Aktorelements und des Frontelements mittels eines Verbindungselements eine flexiblere Anordnung des Aktorelements. Dadurch kann das Aktorelement in einem Abstand von dem Frontelement derart angeordnet werden, dass sich die Anzeigeeinheit, die Hintergrundbeleuchtungseinheit und das Aktorelement nicht gegenseitig behindern. Darüber hinaus ermöglicht eine Verbindung des Aktorelements und des Frontelements mittels eines Verbindungselements eine flexiblere Ausgestaltung des Aktorelements als eine direkte Verbindung des Aktorelements mit dem Frontelement. Das liegt daran, dass bei einer direkten Verbindung des Aktorelements mit dem Frontelement die Form und die Bauhöhe des Aktorelements zum einen an die Ausgestaltung des Frontelements sowie der Anzeigeeinheit und der Hintergrundbeleuchtungseinheit anzupassen sind. Zum anderen sind die Anordnung des Frontelements sowie der Anzeigeeinheit und der Hintergrundbeleuchtungseinheit zueinander anzupassen. Demgegenüber ermöglicht die Verbindung des Aktorelements und des Frontelements mittels eines Verbindungselements eine von der Ausgestaltung und der relativen Anordnung des Frontelements, der Anzeigeeinheit und der Hintergrundbeleuchtungseinheit weitgehend unabhängige Ausgestaltung des Aktorelements.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Parallelführung vor, mittels der ein Verkippen des Frontelements relativ zu der Anzeigeeinheit vermieden wird.
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Ohne eine derartige Parallelführung kann ein Verkippen des Frontelements relativ zu der Anzeigeeinheit, beispielsweise wenn der Benutzer das Frontelement außerhalb von dessen geometrischem Schwerpunkt berührt, verursacht werden. Ein derartiges Verkippen des Frontelements kann die Qualität der von dem Benutzer der Anzeigeeinrichtung wahrnehmbaren visuellen Informationen der Anzeigeeinrichtung beeinträchtigen, beispielsweise indem Umgebungslicht aus einer Umgebung der Anzeigeeinrichtung infolge des Verkippens unerwartet zu dem Benutzer reflektiert wird und so die Wahrnehmung der von der Anzeigeeinheit ausgegebenen visuellen Informationen durch den Benutzer beeinträchtigt. Auch kann das Verkippen dazu führen, dass mittels der Anzeigeeinheit ausgegebene visuelle Informationen infolge des verkippten Frontelements verfälscht, zum Beispiel in falschen Farben, dargestellt werden.
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Die Parallelführung reduziert somit Beeinträchtigungen der Qualität der von dem Benutzer der Anzeigeeinrichtung wahrnehmbaren visuellen Informationen, die mittels der Anzeigeeinrichtung ausgegeben werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Parallelführung mehrere Parallelführungselemente aufweist, die in unterschiedlichen Tiefen hinter dem Frontelement angeordnet sind, und mittels jedem der Parallelführungselemente das Verbindungselement mit einem an der Basiseinheit befestigten Halterungselement verbunden ist.
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Diese Ausführungsform der Erfindung sieht folglich vor, das Verbindungselement an die Basiseinheit zu koppeln, um so die Parallelführung des Frontelements zu realisieren. Zum Koppeln des Verbindungselements an die Basiseinheit sind mehrere Parallelführungselemente vorgesehen, die das Verbindungselement jeweils mit einem an der Basiseinheit befestigten Halterungselement verbinden. Die Parallelführungselemente sind in unterschiedlichen Tiefen hinter dem Frontelement angeordnet. Das heißt, die Parallelführungselemente sind in Richtung Basiseinheit betrachtet hinter dem Frontelement in unterschiedlichen Abständen von dem Frontelement angeordnet. Die Parallelführungselemente stabilisieren die Lage beziehungsweise die Ausrichtung des Verbindungselements gegen ein Verkippen des Verbindungselements relativ zu der Anzeigeeinheit. Da das Frontelement mit dem Verbindungselement starr verbunden ist, wird dadurch auch die Lage beziehungsweise die Ausrichtung des Frontelements gegen ein Verkippen relativ zu der Anzeigeeinheit stabilisiert.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eines der Parallelführungselemente, mehrere der Parallelführungselemente oder alle der Parallelführungselemente jeweils verbindungselementseitig ein erstes Gelenk und halterungselementseitig ein zweites Gelenk aufweisen.
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Ein Parallelführungselement mit einem verbindungselementseitigen ersten Gelenk und einem halterungselementseitigen zweiten Gelenk ermöglicht eine bewegbare Verbindung des Verbindungselements mit dem Halterungselement. Somit wird ein Auslenken des Verbindungselements und des Frontelements mittels des Aktorelements relativ zu dem Halterungselement und damit auch relativ zu der Anzeigeeinheit ermöglicht.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eines der Parallelführungselemente, mehrere der Parallelführungselemente oder alle der Parallelführungselemente jeweils einen dehnbaren Bereich aufweisen.
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Ein dehnbarer Bereich eines Parallelführungselements ermöglicht ein Verformen des Parallelführungselements bei einer Auslenkung des Verbindungselements relativ zu dem Halterungselement. Somit kann mittels des dehnbaren Bereichs eine Beschädigung oder eine Zerstörung des Parallelführungselements bei einer Auslenkung vermieden werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Parallelführungselemente derart angeordnet sind, dass keines der Parallelführungselemente ein hinter dem Parallelführungselement angeordnetes anderes der Parallelführungselemente verdeckt.
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Eine derartige versetzte Anordnung der Parallelführungselemente ermöglicht eine einfache Herstellung der Parallelführungselemente mit dem Verbindungselement und/oder mit dem Halterungselement, zum Beispiel als ein einstückiges Kunststoffbauteil in einem Spritzgießverfahren. Die zueinander versetzte Anordnung der Parallelführungselemente ermöglicht, dass beim Entformen des Kunststoffbauteils in dem zum Spritzgießen verwendeten Spritzgusswerkzeug keine Schieber benötigt werden. Der Verzicht auf Schieber erlaubt eine einfache Auslegung des Spritzgusswerkzeugs und damit einen vereinfachten Herstellungsprozess.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Halterungselement einen inneren Rahmen aufweist, der die Anzeigeeinheit umgibt, und/oder das Verbindungselement einen äußeren Rahmen aufweist, der die Anzeigeeinheit umgibt.
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Die Ausführung des Halterungselements mit einem inneren Rahmen, der die Anzeigeeinheit umgibt, ermöglicht, mittels des Halterungselements nicht nur das Verbindungselement an die Basiseinheit zu koppeln, sondern auch die Anzeigeeinheit an der Basiseinheit zu befestigen. Die Ausführung des Verbindungselements mit einem äußeren Rahmen, der die Anzeigeeinheit umgibt, ermöglicht, dass das Verbindungselement einen Lichtweg zwischen der Anzeigeeinheit und dem Frontelement nicht versperrt. Ferner können der innere Rahmen und/oder der äußere Rahmen als ein Lichtschutz fungieren, der einen zwischen der Anzeigeeinheit und dem Frontelement befindlichen Zwischenraum gegen Störlicht aus einer Umgebung der Anzeigeeinrichtung abschirmt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement mit dem Halterungselement und den Parallelführungselementen einstückig ausgebildet ist.
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Eine einstückige Ausbildung des Verbindungselements mit dem Halterungselement und den Parallelführungselementen vereinfacht die Herstellung und die Montage der Anzeigeeinrichtung. Beispielsweise kann das Verbindungselement mit dem Halterungselement und den Parallelführungselementen als ein einziges Kunststoffbauteil innerhalb eines Fertigungsschritts eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Zudem kann ob der einstückigen Ausbildung ein sonst notwendiges aufwendiges Zusammenfügen des Verbindungselements mit dem Halterungselement mittels der Parallelführungselemente entfallen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Aktorelement hinter der Hintergrundbeleuchtungseinheit angeordnet ist.
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Die Anordnung des Aktorelements (in Richtung Basiseinheit betrachtet) hinter der Hintergrundbeleuchtungseinheit ist vorteilhaft, da das Aktorelement bei dieser Anordnung außerhalb des Strahlengangs des von der Hintergrundbeleuchtungseinheit zu der Anzeigeeinheit emittierten Lichts angeordnet ist. Daher muss das Aktorelement im Unterschied zu einem vor der Hintergrundbeleuchtungseinheit angeordneten Aktorelement nicht lichtdurchlässig ausgebildet sein.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Frontelement mit dem Verbindungselement einstückig ausgebildet wird.
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Dies vereinfacht die Herstellung und die Montage der Anzeigeeinrichtung.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung führt der Benutzer eine Berührung eines auf dem Frontelement dargestellten Eingabebereichs aus, infolge dessen das Frontelement mittels des Aktorelements relativ zu der Anzeigeeinheit ausgelenkt wird. Dadurch erhält der Benutzer eine haptische Rückmeldung mit den oben genannten Vorteilen.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung,
- 3 eine perspektivische Darstellung der in 2 dargestellten Anzeigeeinrichtung,
- 4 eine Draufsicht auf die in 2 dargestellte Anzeigeeinrichtung und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung.
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Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Anzeigeeinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Anzeigeeinrichtung 100 weist ein lichtdurchlässiges Frontelement 101, eine lichtdurchlässige Anzeigeeinheit 102, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 103, eine Basiseinheit 104, ein Aktorelement 105 und ein Verbindungselement 106 auf.
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Das Frontelement 101 weist eine lichtdurchlässige Platte auf, zum Beispiel eine bruchfeste Glasplatte. Alternativ dazu kann das Frontelement eine Kunststoffplatte oder eine Folie aufweisen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Frontelement anstelle einer einzigen Glasplatte eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Glasplatten auf, die zum Beispiel in einer Rautenform oder in einer Wabenform ausgebildet sind.
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Die Anzeigeeinheit 102 ist hinter dem Frontelement 101 angeordnet und zum Erfassen einer Berührung des Frontelements 101 durch einen Benutzer der Anzeigeeinrichtung 100 eingerichtet, zum Beispiel zum Erfassen einer Berührung eines auf dem Frontelement 101 dargestellten Eingabebereichs. Dazu weist die Anzeigeeinheit 102 einen projiziert-kapazitiven berührungsempfindlichen Bildschirm auf. Wenn das Frontelement 101 verformbar ausgebildet ist, beispielsweise indem das Frontelement 101 eine verformbare Folie aufweist, kann die Anzeigeeinheit 102 alternativ einen resistiven berührungsempfindlichen Bildschirm aufweisen. Projiziert-kapazitive und resistive berührungsempfindliche Bildschirme sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier daher nicht näher beschrieben.
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Die Lichtdurchlässigkeit der Anzeigeeinheit 102 ist lokal regelbar und elektronisch steuerbar. Beispielsweise weist die Anzeigeeinheit 102 dazu einen aus dem Stand der Technik bekannten Flüssigkristallbildschirm (engl. LCD = Liquid Crystal Display) auf, der beispielsweise mittels optischem Verkleben (eng. Optical Bonding) mit dem kapazitiven oder resistiven berührungsempfindlichen Bildschirm verbunden ist.
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Die Anzeigeeinheit 102 ermöglicht dem Benutzer, mittels einer zielgerichteten Berührung des Frontelements 101 eine Eingabe vorzunehmen. Eine derartige Eingabe ist beispielsweise eine Bestätigung einer Eingabeaufforderung oder eine komplexe Eingabe in Form einer Bedienung eines mittels der Anzeigeeinheit 102 auf dem Frontelement 101 dargestellten Bedienungsfeldes, zum Beispiel einer Tastatur.
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Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 103 ist hinter der Anzeigeeinheit 102 angeordnet und zum Durchleuchten der Anzeigeeinheit 102 und des Frontelements 101 ausgebildet. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 103 und die Anzeigeeinheit 102 sind in einer in 1 nicht näher dargestellten Weise an der Basiseinheit 104 befestigt, beispielsweise analog zu der in den 2 bis 4 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Aktorelement 105 ist hinter der Hintergrundbeleuchtungseinheit 103 und somit auch hinter der Anzeigeeinheit 102 und dem Frontelement 101 angeordnet. Das Aktorelement 105 weist zum Beispiel einen elektromagnetischen Aktor, einen piezoelektrischen Aktor, einen magnetostriktiven Aktor, einen pneumatischen Aktor oder einen hydraulischen Aktor auf.
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Das Aktorelement 105 ist über das Verbindungselement 106 mit dem Frontelement 101 verbunden und außerdem an der Basiseinheit 104 befestigt. Das Verbindungselement 106 ist beispielsweise ein die Anzeigeeinheit 102 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 103 umgebender Rahmen, analog zu der in den 2 bis 4 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Aktorelement 105 ist ausgebildet, das Frontelement 101 relativ zu der Anzeigeeinheit 102 auszulenken, wenn der Benutzer der Anzeigeeinrichtung 100 einen auf dem Frontelement 101 dargestellten Eingabebereich berührt. Die Auslenkung des Frontelements 101 wird in einer Auslenkungsrichtung ausgeführt. Eine mögliche Auslenkungsrichtung ist eine mit dem Doppelpfeil in 1 angedeutete Richtung senkrecht zu der von der Anzeigeeinheit 102 abgewandten Oberfläche des Frontelements 101. Eine andere mögliche Auslenkungsrichtung ist eine Richtung in der Ebene dieser Oberfläche. Alternativ dazu ist das Aktorelement eingerichtet, das Frontelement in mehreren Auslenkungsrichtungen auszulenken, wobei die Auslenkung eine geometrische Figur wie ein Quadrat beschreiben kann. Bei noch einer anderen Alternative ist das Aktorelement eingerichtet, das Frontelement gleichzeitig in mehreren Auslenkungsrichtungen auszulenken, wobei die Auslenkung eine geometrische Figur wie eine Pyramide beschreiben kann.
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Das Frontelement 101 und das Verbindungselement 106 werden mittels einer Ausdehnung oder Kontraktion des Aktorelements 105 in eine Auslenkungsrichtung ausgelenkt. Das Aktorelement 105 wird mittels einer (nicht dargestellten) Recheneinheit gesteuert, die von einem Anwendungsprogramm steuerbar ist und dem Aktorelement 105 eine vorzunehmende Ausdehnung vorgibt. Zum Auslenken des Frontelements 101 wird eine Ausdehnung beziehungsweise Dimension (zum Beispiel eine Höhe oder eine Länge) des Aktorelements 105 um ca. 0,1 mm bis ca. 0,5 mm und/oder in Abstufungen davon geändert. Alternativ dazu ist die Recheneinheit eingerichtet, dem Aktorelement eine oder mehrere Auslenkungsrichtungen vorzugeben.
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Die Basiseinheit 104 ist hinter dem Aktorelement 105 angeordnet und weist zum Beispiel eine Leiterplatte, ein Gehäuseteil eines Gerätes oder einen Bereich einer Mittelkonsole eines Fahrzeugs auf.
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Die Anzeigeeinrichtung 100 ermöglicht es, dem Benutzer eine haptische Rückmeldung auf eine von ihm vorgenommene Berührung eines auf dem Frontelement 101 dargestellten Eingabebereichs zu geben, indem das Frontelement 101 mittels des Aktorelements 105 bei der Berührung ausgelenkt wird. Dadurch kann dem Benutzer signalisiert werden, dass die Berührung eine Eingabe bewirkt. Insbesondere braucht der Benutzer bei der Berührung nicht auf die Anzeigeeinrichtung 100 zu sehen, um zu überprüfen, ob die Berührung tatsächlich zu einer Eingabe führt.
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Das Aktorelement 105 lenkt das Frontelement 101 und das Verbindungselement 106 aus, nicht jedoch die Anzeigeeinheit 102 und/oder die Hintergrundbeleuchtungseinheit 103. Dies hat den Vorteil, dass im Wesentlichen nur die Masse des Frontelements 101 und die Masse des Verbindungselements 106, jedoch nicht die Masse der Anzeigeeinheit 102 und/oder die Masse der Hintergrundbeleuchtungseinheit 103 durch das Aktorelement 105 zu bewegen sind. Dadurch kann das Aktorelement 105 konstruktiv besonders einfach ausgelegt werden. Ferner wird der Energieverbrauch des Aktorelements 105 reduziert und die Ansprechzeit zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung wird verringert. Außerdem kann die Wahrnehmbarkeit der haptischen Rückmeldung verbessert werden, da die geringere zu bewegende Masse ein schnelleres und flexibleres Auslenken ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung 100 besteht in ihrer verbesserten Ablesbarkeit, da die Anzeigeeinheit 102 nicht ausgelenkt wird und somit die Wahrnehmbarkeit einer von der Anzeigeeinheit 102 ausgegebenen visuellen Information nicht durch ein damit einhergehendes Bewegen der Anzeigeeinheit 102 beeinträchtigt wird. Darüber hinaus wird vermieden, dass die Anzeigeeinheit 102 und/oder die Hintergrundbeleuchtungseinheit 103 durch eine von dem Aktorelement 105 verursachte Auslenkung geschädigt werden.
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Die 2 bis 4 zeigen eine Anzeigeeinrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Anzeigeeinrichtung 200. Die Anzeigeeinrichtung 200 weist ein lichtdurchlässiges Frontelement 201, eine lichtdurchlässige Anzeigeeinheit 202, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 203, eine Basiseinheit 204, ein Aktorelement 205, ein Verbindungselement 206, ein Halterungselement 207 und eine Parallelführung 208 auf.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung der in 2 dargestellten Anzeigeeinrichtung 200.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die in 2 dargestellte Anzeigeeinrichtung 200.
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In den 3 und 4 ist die Anzeigeeinrichtung 200 ohne das Frontelement 201 dargestellt.
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Die Anzeigeeinheit 202 ist hinter dem Frontelement 201 angeordnet und zum Erfassen einer Berührung des Frontelements 201 durch einen Benutzer der Anzeigeeinrichtung 200 eingerichtet, zum Beispiel zum Erfassen einer Berührung eines auf dem Frontelement 201 dargestellten Eingabebereichs. Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 ist hinter der Anzeigeeinheit 202 angeordnet und zum Durchleuchten der Anzeigeeinheit 202 und des Frontelements 201 ausgebildet. Das Frontelement 201, die Anzeigeeinheit 202 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 entsprechen in ihrer Ausbildung und Funktion dem Frontelement 101, der Anzeigeeinheit 102 und der Hintergrundbeleuchtungseinheit 103 aus 1.
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Die Anzeigeeinheit 202 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 sind mittels des Halterungselements 207 an der Basiseinheit 204 befestigt. Das Halterungselement 207 weist einen inneren Rahmen auf, der die Anzeigeeinheit 202 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 einfasst und an dem die Anzeigeeinheit 202 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 befestigt sind. Das Halterungselement 207 ist im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgebildet, von dessen Innenseite ein Stützkragen 209 absteht, an dem die Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 anliegt. Der Stützkragen 209 ist zur Positionierung und Stützung der Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 in dem Hohlzylinder eingerichtet.
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Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung weist das Halterungselement 207 eine Grundfläche mit einer rechteckigen Außenkontur und einer rechteckigen Innenkontur auf. Die Anzeigeeinheit 202 und die Hintergrundbeleuchtungseinheit 203 sind jeweils quaderförmig ausgebildet und liegen an der Innenseite des Halterungselements 207 an. Alternativ dazu können die Anzeigeeinheit und/oder die Hintergrundbeleuchtungseinheit in anderen Formen ausgebildet sein, beispielsweise jeweils zylinderförmig mit einer nicht rechteckigen Grundfläche, wobei das Halterungselement korrespondierend ausgebildet ist, so dass die Anzeigeeinheit und die Hintergrundbeleuchtungseinheit an der Innenseite des Halterungselements anliegen.
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Das Halterungselement 207 ist mittels Schraubverbindungen an der Basiseinheit 204 befestigt. Dazu weist das Halterungselement 207 mehrere (vier bei der dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung) an seiner Außenseite angeordnete Schraubenhalterungen 210 auf, die jeweils an der Basiseinheit 204 anliegen. Jede Schraubenhalterung 210 bildet eine röhrenförmige Schraubenführung, durch die eine nicht dargestellte Schraube in die Basiseinheit 204 geführt und dort verschraubt werden kann. Jede Schraubenhalterung 210 kann ferner ein Innengewinde für eine Schraube aufweisen, in das eine Schraube geschraubt werden kann. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann das Halterungselement 207 in anderer Weise an der Basiseinheit 204 befestigt sein, beispielsweise mittels einer Schnappverbindung, einem Bajonettverschluss oder einer Klebeverbindung.
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Das Verbindungselement 206 verbindet das Aktorelement 205 mit dem Frontelement 201. Das Verbindungselement 206 weist einen äußeren Rahmen auf, der das Halterungselement 207 umgibt und von dem Halterungselement 207 beabstandet ist. Das Verbindungselement 206 weist eine Innenwand 211, eine Außenwand 212 und eine Zwischenwand 213 auf. Die Innenwand 211 verläuft von dem Halterungselement 207 beabstandet um das Halterungselement 207 herum und erstreckt sich von dem Aktorelement 205 zu dem Frontelement 201. Die Außenwand 212 verläuft von der Innenwand 211 beabstandet um die Innenwand 211 herum und erstreckt sich ebenfalls von dem Aktorelement 205 zu dem Frontelement 201. Die Zwischenwand 213 verläuft von dem Aktorelement 205 und dem Frontelement 201 beabstandet zwischen der Innenwand 211 und der Außenwand 212 und verbindet die Innenwand 211 und die Außenwand 212 miteinander. Das Verbindungselement 206 ist also nicht massiv, sondern als ein um das Halterungselement 207 herum verlaufendes H-Profil ausgeführt. Dadurch wird gegenüber einer massiven Ausführung die Masse des Verbindungselements 206 und damit die von dem Aktorelement 205 zu bewegende Masse reduziert.
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Das Verbindungselement 206 ist aktorelementseitig an dem Aktorelement 205 befestigt, beispielsweise mittels einer Verklebung des Aktorelements 205 mit der Außenwand 212 und/oder der Innenwand 211 des Halterungselements 207. Alternativ dazu ist die Befestigung mittels einer Schnappverbindung oder mittels eines Bajonettverschlusses hergestellt. Die Innenwand 211 und die Außenwand 212 des Halterungselements 207 sind frontelementseitig mittels einer Klebeschicht 214 an dem Frontelement 201 befestigt. Die Klebeschicht 214 wird beispielsweise von einem Klebstoff oder von einem doppelseitigen Klebeband gebildet.
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Das Aktorelement 205 ist in eine rinnenförmige Vertiefung 215 in der Basiseinheit 204 eingesetzt. Die Vertiefung 215 und das Aktorelement 205 verlaufen um einen Bereich der Basiseinheit 204 herum, an dem das Halterungselement 207 befestigt ist.
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Das Aktorelement 205 weist zum Beispiel einen elektromagnetischen Aktor, einen piezoelektrischen Aktor, einen magnetostriktiven Aktor, einen pneumatischen Aktor oder einen hydraulischen Aktor auf.
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Das Aktorelement 205 ist eingerichtet, eine Auslenkung des Frontelements 201 in einer Auslenkungsrichtung zu erzeugen. Eine mögliche Auslenkungsrichtung ist eine Richtung senkrecht zu der von der Anzeigeeinheit 202 abgewandten Oberfläche des Frontelements 201. Eine andere mögliche Auslenkungsrichtung ist eine Richtung parallel zu der Ebene dieser Oberfläche. Alternativ dazu ist das Aktorelement eingerichtet, das Frontelement in mehreren Auslenkungsrichtungen auszulenken.
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Das Aktorelement 205 lenkt das Frontelement 201 und das Verbindungselement 206 mittels einer Ausdehnung des Aktorelements 205 in eine Auslenkungsrichtung aus. Das Aktorelement 205 wird von einer (nicht dargestellten) Recheneinheit gesteuert, die ein Anwendungsprogramm ausführen kann und dem Aktorelement 205 eine vorzunehmende Ausdehnung vorgibt.
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Die Parallelführung 208 unterbindet ein Verkippen des Frontelements 201 relativ zu der Anzeigeeinheit 202. Die Parallelführung 208 weist mehrere Parallelführungselemente 216 auf. Jedes Parallelführungselement 216 verbindet das Verbindungselement 206 mit dem Halterungselement 207 und verläuft zwischen der Außenseite des Halterungselements 207 und der Innenwand 211 des Verbindungselements 206. Die Parallelführungselemente 216 sind dabei regelmäßig beziehungsweise gleichmäßig verteilt in einem Zwischenraum zwischen dem Verbindungselement 206 und dem Halterungselement 207 angeordnet.
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Jedes Parallelführungselement 216 weist verbindungselementseitig ein erstes Gelenk 217 und halterungselementseitig ein zweites Gelenk 218 auf. Das erste Gelenk 217 koppelt das Parallelführungselement 216 scharnierartig an das Verbindungselement 206 und das zweite Gelenk 218 koppelt das Parallelführungselement 216 scharnierartig an das Halterungselement 207. Dadurch schränken die Parallelführungselemente 216 in ihrem Zusammenwirken die Bewegbarkeit des Verbindungselements 206 relativ zu dem Halterungselement 207 derart ein, dass das Verbindungselement lediglich senkrecht zu der von der Anzeigeeinheit 202 abgewandten Oberfläche des Frontelements 201 bewegbar ist. Die Parallelführungselemente 216 ermöglichen somit eine Auslenkung des Verbindungselements 206 und des Frontelements 201 senkrecht zu der von der Anzeigeeinheit 202 abgewandten Oberfläche des Frontelements 201. Gleichzeitig verhindern die Parallelführungselemente 216 ein Verkippen des Verbindungselements 206 und des Frontelements 201 relativ zu dem Halterungselement 207.
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Jedes Gelenk 217, 218 eines Parallelführungselements 216 ist beispielsweise als ein biegbarer Bereich des Parallelführungselements 216 ausgebildet. Beispielsweise sind die Parallelführungselemente 216 jeweils aus einem Kunststoff gefertigt und ihre Gelenke 217, 218 weisen jeweils einen Bereich auf, der aufgrund seiner verringerten Dicke besonders biegbar und/oder elastisch ist.
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Die Parallelführungselemente 216 sind in zwei unterschiedlichen Tiefen hinter dem Frontelement 201 angeordnet. Dabei ist eine erste Gruppe von Parallelführungselementen 216 in einer ersten Tiefe hinter dem Frontelement 201 angeordnet und eine zweite Gruppe von Parallelführungselementen 216 ist in einer zweiten Tiefe hinter dem Frontelement 201 angeordnet. Ferner sind die Parallelführungselemente 216 entlang eines Umlaufes um das Verbindungselement 206 in sich abwechselnden Tiefen hinter dem Frontelement 201 angeordnet, so dass je zwei zueinander benachbarte Parallelführungselemente 216 in unterschiedlichen Tiefen hinter dem Frontelement 201 angeordnet sind. Mit anderen Worten wird ein Parallelführungselement 216 der ersten Gruppe, welches in einer geringeren Tiefe angeordnet ist, von einem Parallelführungselement der zweiten Gruppe, welches in einer größeren Tiefe angeordnet ist, benachbart. Darüber hinaus sind die Parallelführungselemente 216 der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe zueinander versetzt angeordnet, so dass keines der Parallelführungselemente 216 der ersten Gruppe ein Parallelführungselement 216 der zweiten Gruppe verdeckt.
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Ein Parallelführungselement 216 weist ferner einen dehnbaren Bereich 219 auf, der beispielsweise zwischen den beiden Gelenken 217, 218 angeordnet ist. Der dehnbare Bereich 219 ermöglicht eine Verformung des Parallelführungselements 216 bei einer Auslenkung des Verbindungselements 206 relativ zu dem Halterungselement 207. Damit wird eine Beschädigung oder eine Zerstörung des Parallelführungselements 216 bei einer Auslenkung verhindert. Darüber hinaus wird eine Auslenkung des Verbindungselements 206 und des Frontelements 201 relativ zu dem Halterungselement 207 in eine Richtung, die in der Ebene der von der Anzeigeeinheit 202 abgewandten Oberfläche des Frontelements 201 liegt, ermöglicht.
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Das Verbindungselement 206 kann mit dem Halterungselement 207 und den Parallelführungselementen 216 einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Verbindungselement 206 mit dem Halterungselement 207 und den Parallelführungselementen 216 einstückig als ein Kunststoffbauteil in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden. Die oben beschriebene zueinander versetzte Anordnung der Parallelführungselemente 216 ermöglicht, dass keine Schieber beim Entformen des Kunststoffbauteils in dem zum Spritzgießen verwendeten Spritzgießwerkzeug benötigt werden. Dies vereinfacht die Herstellung und die Montage der Anzeigeeinrichtung 200. Ferner wird die Komplexität der für die Herstellung notwendigen Spritzgusswerkzeuge reduziert.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind das Verbindungselement und das Frontelement einstückig ausgebildet, zum Beispiel als ein Kunststoffbauteil. Dabei weist das Kunststoffbauteil einen lichtdurchlässigen Bereich auf, so dass mittels der Anzeigeeinheit erzeugte visuelle Informationen für einen Benutzer wahrnehmbar sind.
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Die oben anhand der 1 bis 4 dargestellten Anzeigeeinrichtungen 100, 200 können jeweils beispielsweise dadurch abgewandelt werden, dass sie mehrere einzelne Aktorelemente 205 statt nur ein Aktorelement 205 aufweisen, um das jeweilige Verbindungselement 106, 206 und das jeweilige Frontelement 101, 201 zu bewegen.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm 500 eines Verfahrens zum Betreiben einer in 1 dargestellten Anzeigeeinrichtung 100 oder einer in den 2 bis 4 dargestellten Anzeigeeinrichtung 200.
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In einem ersten Verfahrensschritt 501 wird durch die Anzeigeeinheit 102, 202 der Anzeigeeinrichtung 100, 200 eine Aufforderung an einen Benutzer der Anzeigeeinrichtung 100, 200 ausgegeben, eine Eingabe durch eine Berührung des Frontelements 101, 201 vorzunehmen.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 502 wird das Frontelement 101, 201 von dem Benutzer der Anzeigeeinrichtung 100, 200 berührt, um eine Eingabe vorzunehmen.
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In einem dritten Verfahrensschritt 503 wird mittels der Anzeigeeinheit 102, 202 die Berührung detektiert.
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In einem vierten Verfahrensschritt 504 wird die Anzeigeeinrichtung 100, 200 in einen Rückmeldungsbetriebsmodus versetzt, um mittels des Aktorelements 105, 205 eine haptische Rückmeldung zu erzeugen. Der Rückmeldungsbetriebsmodus wird zum Beispiel mittels eines die Anzeigeeinheit 102, 202 steuernden Anwendungsprogramms aktiviert. Alternativ wird der Rückmeldungsbetriebsmodus von der Anzeigeeinrichtung 100, 200 selbst aktiviert, wenn kein den Rückmeldungsbetriebsmodus der Anzeigeeinheit 102, 202 steuerndes Anwendungsprogramm vorliegt und die Anzeigeeinrichtung 100, 200 eingerichtet ist, mittels des Aktorelements 105, 205 eine Standardauslenkung des Frontelements 101, 201 selbst zu erzeugen. Dabei kann eine Standardauslenkung mit einer bestimmten Eingabe verknüpft werden, so dass unterschiedlichen Eingaben unterschiedliche Standardauslenkungen zugeordnet werden.
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Eine mögliche Standardauslenkung ist beispielsweise eine Auslenkung des Frontelements 101, 201 nahezu senkrecht zu seiner von der Anzeigeeinheit 102, 202 abgewandten Oberfläche. Diese Auslenkung kann (analog zum Kopfnicken) mit einer affirmativen Eingabe wie „Ja“ oder „OK“ verknüpft werden. Eine andere mögliche Standardauslenkung ist eine Auslenkung des Frontelements 101, 201 nahezu parallel zu seiner von der Anzeigeeinheit 102, 202 abgewandten Oberfläche. Diese Auslenkung kann (analog zum Kopfschütteln) mit einer Eingabe wie „Nein“ oder „Abbrechen“ verknüpft werden. Eine weitere mögliche Standardauslenkung ist eine Auslenkung in mehreren Auslenkungsrichtungen, wobei die Auslenkung eine geometrische Figur wie ein Quadrat beschreiben kann. Eine weitere mögliche Standardauslenkung ist eine gleichzeitige Auslenkung in mehreren Auslenkungsrichtungen, wobei die Auslenkung eine geometrische Figur wie eine Pyramide beschreiben kann.
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In einem fünften Verfahrensschritt 505 wird das Frontelement 101, 201 von dem Aktorelement 105, 205 ausgelenkt. Wenn der Rückmeldungsbetriebsmodus von einem Anwendungsprogramm gesteuert wird, wird das Aktorelement 105, 205 von dem Anwendungsprogramm angesteuert. Wenn kein den Rückmeldungsbetriebsmodus der Anzeigeeinheit 102, 202 steuerndes Anwendungsprogramm vorliegt und die Anzeigeeinrichtung 100, 200 eingerichtet ist, mittels des Aktorelements 105, 205 eine Standardauslenkung des Frontelements 101, 201 selbst zu erzeugen, wird die Standardauslenkung des Frontelements 101, 201 erzeugt, die mit der jeweiligen Eingabe verknüpft ist.
