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Dokumentenidentifikation DE102006017666A1 08.11.2007
Titel Anzeigevorrichtung, bei der die Position oder Geometrie der wahrnehmbaren Anzeige mittels eines Motors verstellbar ist
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Eckerle, Michael, Dr., 64850 Schaafheim, DE
DE-Anmeldedatum 12.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006017666
Offenlegungstag 08.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse G09F 9/00(2006.01)A, F, I, 20060412, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 27/01(2006.01)A, L, I, 20060412, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einer Anzeigevorrichtung, bei der die Position oder Geometrie einer wahrnehmbaren Anzeige verstellbar ist, ist vorgesehen, dass der Motor als Piezomotor ausgestaltet ist, wobei der Piezomotor ein piezoelektrisches Element, einen Resonator und eine Fläche aufweist, die mit dem Resonator zusammenwirkt.

Beschreibung[de]

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.

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.

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.

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.

Wenn der Piezomotor eine Reibnase aufweist, besitzt er besonders hohe Haltekräfte, so dass ein unbeabsichtigtes Verstellen in jedem Falle ausgeschlossen ist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung in einer ersten Ausführungsform, bei der die Bilderzeugungseinrichtung linear verschiebbar ist,

2 eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung, bei der eine Bilderzeugungseinrichtung um eine Achse verschwenkbar ist,

3 eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung, bei der die Bilderzeugungseinrichtung ebenfalls um eine Achse verschwenkbar ist in einer zweiten Ausführungsform,

4 eine erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung in Form eines Head-up-Displays, bei der ein Spiegel um eine Achse verschwenkbar ist,

5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung, bei der eine Bilderzeugungseinrichtung über ein Getriebe verstellbar ist.

6 den Schnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit defraktiven optischen Elementen.

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.

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.

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.

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 verwendet werden, die sich im Strahlengang befinden und deren Position mittels eines Piezomotors verändert wird.

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.

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.

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.

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.

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.


Anspruch[de]
Anzeigevorrichtung, bei der die Position oder Geometrie einer wahrnehmbaren Anzeige (4a, 4b, 4c, 4e, V) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als Piezomotor ausgestaltet ist. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezomotor ein piezoelektrisches Element (1a, 1b, 1c, 1d, 1e) und eine Fläche (3a, 3b, 3c, 3d, 3e) aufweist, die direkt oder über ein weiteres Bauteil (2a, 2b, 2c, 2d, 2e) mit dem piezoelektrischen Element (1a, 1b, 1c, 1d, 1e) zusammenwirkt. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Element als Resonator (2b, 2c, 2d, 2e) oder Reibnase (2a, 2f) ausgebildet ist. Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wahrnehmbare Anzeige als Bilderzeugungseinrichtung (4a, 4b, 4c, 4e, 4f) ausgestaltet ist, die ein reelles Bild darstellt. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wahrnehmbare Anzeige ein virtuelles Bild (V) darstellt. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige als Head-up-Display ausgestaltet ist, wobei ein Bild mittels einer Bilderzeugungseinrichtung (4d, 4f) innerhalb eines Kraftfahrzeuges (5) erzeugt wird, welches über einen Strahlengang (S) wider einen Kombiner (6) projiziert wird, so dass ein virtuelles Bild (V) hinter dem Kombiner (6) wahrnehmbar ist, dass der Piezomotor (1d, 2d, 3d, 1f, 2f, 3f), die Bilderzeugungseinrichtung (4d) oder ein optisches Element (7, 7a) im Strahlengang (S) zwischen der Bilderzeugungseinrichtung (4d) und dem Kombiner (6) verstellt, so dass die Position oder Geometrie des virtuellen Bildes (V) verändert wird. Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des Piezomotors (1d, 2d, 3d) mit der Bilderzeugungseinrichtung (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) oder dem optischen Element (7, 7a) verbunden sind. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des Piezomotors über ein Getriebe mit der Bilderzeugungseinrichtung (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) oder dem optischen Element (7) verbunden sind. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe Gelenke aufweist. Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) ein Flüssigkristalldisplay aufweist. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) als organisches Leuchtdiodendisplay ausgestaltet ist. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinrichtung (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) als elektrolumineszente Anzeige ausgestaltet ist.






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