DE2263531A1 - Elektronische uhr mit einer passiven anzeigeeinrichtung - Google Patents

Description

• Elektronische Uhr mit einer passiven Anzeigeeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Uhr, inshesondere eine Armbanduhr od. dgl., mit einer passiven Anzeigeeinrichtung.
• Vor dem Hintergrund des technischen Fortschrittes in der integrierten Schalthreistecknik mit Aletalloxyd-Halbleitern bedeutet es heute keine Sthwierigkeit mehr, elektronische Uhren herzustellen, und zwar unter besonders geringem Platzbedarf, wodurch sich diese Technik insbesondere für Armbanduhren und Shnliche klein gehaltene Zeitmesser eignet. Die Nachfrage nach solchen Uhren ist stark angewachsen.
• Konsequenterweise ist man bemüht, auch die Anzeigeeinrichtung solcher Uhren ausschließlich mit elektrischen Einflußgroßen aus steuerbar zu gestalten und auf mechanisch bewegte Teile ganz zu verzichten. Hier ergeben-sich allerdings erhebliche Schwierigkeiten.
• Man hat Anzeigeeinrichtungen solcher Armbanduhren bereits mit lichtemitierenden Dioden versehen; diese Dioden verursachen jedoch einen relativ hohen Energiebedarf, so daß die erforderliche BatteriekapazitätSzu groß bzw die Laufdauer der Uhr mit einer Batterie zu klein wird. Für die Praxis sind solche A'zeigeeinrichtungen daher kaum zu gebrauchen.
• Man hat elektronische Armbanduhren auch bereits mit passiven Anzeigeeinrichtungen ausgerüstet, die mit einem Flüssig-Kristal arbeiten. Diese Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen haben zwar den Vorteil recht geringen elektrischen Energiebedarfes, dafür erweisen sie sich aber sehr wenig stabil gegen Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse, worunter die Lebensdauer dieser Anzeigeeinrichtungen ganz erheblich leidet.
• Mit der vorliegenden Erfindung soll demgegenüber eine Uhr der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, die eine hohe Lebensdauer aufweist und für die Anzeige mit einem geringen elektrischen Energiebedarf auskommt.
• Dies wird erfinaungsgemäß dadurch erreicht, daß im Strahlengang des der Anzeige dienenden Lichtes polarisierende Platten und eine lichtdurchlässige Schicht mit wenigstens einem hinsichtlich seiner Brechungs- hz. Verzögerungseigenschaften von elektsicher Feldstärke abhängigen, festen Werkstoff vorgesehen werden.
• Die elektro-optischen Eigenschaften dieser Werkstoffe, die allf elektrischer Verschiebungspolarisation beruhen, sind gegenfiber den auftretenden Temperatur- und Feuchtigkeitsbeanspruchungen unempfindlich. Da sie als elektrische Isolatoren anzusprechen sind, wird nur sehr wenig elektrische Energie erforderlich, um die gezielte Aussteuerung der optischon Eigenschr-,ften zu erhalten. Damit wird die angestrebte lange Lebensdauer und der geringe Energiebedarf sichergestellt; darüberhinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Uhr durch Stonunempfindlichkeit aus.
• Die elektro-optische Schicht kann einen ferroelekkrißchen, keramischen Werkstoff aufweisen, dessen Verzögerung in AbhAngigkeit einer angelegten elektrischen Feldste e beeinflußbar ist. Man kann ach einen Kristall vorsehen, der eine doppelte Brechung in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld au;-weist. Darüberhinaus ist es möglich, mit Hilfe von Sammellinseneinrichtungen und konkaven Reflektoren eine Lichtbündelung derart zu gestalten, daß die Lichteinfallfläche in die Anzeigeeinrichtung größer ist als die Fläche, auf der die Anzeige abgebildet wird.
• Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung skizzenhaft wiedergegebenen Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgestatteten elektrischen Uhr; Fig. 2 eine der Erläuterung dienende Skizze; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Anzeigeeinrichtung nach der Erfindung; Fig. 4 einen Querschnitt durch das Teil gemäß Fig. 3; Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Anzeigeteil; Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Beispieles gemäß Gig. 5; Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführngsi beispieles; Fig. 8 ein weiteres Demonstrationsbeispiel; Fig. 9 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles; Fiy. 10 eine perspektivische Ansicht eines letzten Kusführungsbeispieles.
• Figur 1 zeigt ein übliches Blockschaltbild für elektronisch betriebene Uhren mit einem Oszillatorkreis, einem Frequenz-Teilerkreis, einer Treiberstufe und der gesteuerten Anzeigeeinrichtung.
• Figur 2-zeigt'eine für die Erfindung wesentliche Beobachtung.
• Läßt man Licht in Richtung des Teiles a durch eine zirkularpolarisierende Platte auf einen Reflektor 2 fallen, so wird für den Fall rechts-polarisierten Lichtes dieses bei der Reflektion geändert in links-polarisiertes Licht. Dieses reflektierte Licht kann die zirkular-polarisierte Platte 1 nicht durchdringep, in diesem Falle erhält man also eine vollständige Löschungsrichtung.
• Man kann nun zwischen der zirkular-polarisierenden Platte und dem Reflektor eine transparante Schicht aus einem ferroelektrischen Werkstoff anordnen, wobei man dafür Sorge tragen kann, daß die Polarisierungsrichtung von Dipolen des ferroelektrischen Werkstoffes und die Polarisierungsrichtung des Lichtes so aufeinander abgestimmt sind, daß die verbleibende Verzögerung ein Minimum annimmt, wenn an die lichtdurchlässige Schicht kein elektrisches Feld angelegt wird. Bringt man dagegen ein solches elektrisches Feld in vertikaler Richtung gegen die optische Achse auf, so kann die Verzögerung in weiten Grenzen geändert werden.
• Geht man also hin und entfernt auf diesem Polarisierungs-System den transparenten ferroelektrischen Werkstoff, so kann man kein normales optisches Anzeige-Gerät erhalten. Dreht man die durch den Reflektor zurückgeworfene Polarisationsebene, so tritt das Licht in den Sichtbereich der Anzeigeeinrichtung.
• Durch entsprechend geeignet ausgewählte Spannung, die zum Aufbau eines entsprechenden elektrischen Feldes benötigt wird, kann man die Größenordnung der Verzögerung auf fJ2 bringen.
• Auf diesw Weise erhält man eine sehr deutliche Anzeige. Licht und Dunkelheit können durch Ein und Ausschalten der elektrischen Spannung wahlweise hergestellt werden.
• Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 4 zeigt eine Anzeigeeinrichtung vom Reflexions-Typ für eine Armbanduhr.
• Verwendet werden dazu grundsätzlich eine zirkular-polarisierende Platte, ein Reflektor und ein PLZT als lichtdurchlässiger ferroelektrischer keramischer Werkstoff.
• Die perspektivische Ansicht gemäß Fig. 3 zeigt die zirkularpolarisierende Platte und den aus einer Glasplatte 4 und einem darauf aufgedampften Aluminiumfilm 5 bestehenden Reflektor, zwischen welches der in sieben Segmente unterteilte Werkstoff (PLZT) 3 eingelegt ist. Das Schnittbild gemäß Fig. 4 läßt diese Anordnung der Segmente erkennen und deutet die Schaltung von Elektroden für das Aufbringen eines elektrischen Feldes an.
• Bei diesem Vorgehen kann man genügend deutliche Hell-Dunkel-Aussteuerungen für die Anzeige einer Armbanduhr erreichen, twenn man für den Aufbau des elektrischen Feldes eine Spannung von 300 Volt ein- und ausschaltbar vorsieht, der Abstand zwischen den Elektroden 1 mm beträgt, die Elektrodenfläche 3 mm2 groß ist und die Dicke des keramischen Werkstoffes 60 P beträgt.
• Ein weiteres, in den Figuren 5 und 6 erfaßtes Ausführungsbeispiel arbeitet nach den gleichen Grundsätzen wie das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel. In diesem Falle ist der keramische Werkstoff PLZT nicht hybridisch sondern monolitisch vorgesehen. In den Figuren 5 und 6 kann man die Segmente des Anzeigeteils erkennen. Ein durchsichtiger Elektroden-Film 6 ist zu beiden Oberflächen des PLZT 3 vorgesehen. Die Segmente selbst können im Ätzverfahren vorgesehen werden, wie dies Fig. 5 erkennen läßt. Auch hier ist wieder der Abstand zwischen den Elektroden 1 mm groß, und die Dicke des PLZT 3 ist etwa 50ji stark. Bei dieser Ausführung kann man eine genügend Hell-Dunkel-Aus steuerung bei Anlegen einer Spannung von 300 V erreichen.
• Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. .7 zeigt eine Anzeigeeinrichtung für eine elektronische Armbanduhr vom sogenannten Durchdringungstyp. Auch hier wird eine linear-polarisierte Platte und ein transparenter ferroelektrischer keramischer Werkstoff verwendet. Das einfallende Licht 7 wird durch einen Kondensor 8 und eine polarisierende Platte 9 eingegeben. Das einfallende linear-polarisierte Licht wird dann an einem konkav ausgebildeten Spiegel 10 reflektiert und auf eine Ebene 11 geworfen.
• Die polarisierende. Platte ist in einem Winkel von 90 Grad zu der Polarisationsebene angeordnet. Werden die Segmente aus dem ferroelektrischen keramischen Werkstoff PLZT nicht eingesetzt, so kann das Licht nicht völlig bis zur einsehbaren Außenseite der Ebene 11 vordringen. Wie im Vorstehenden beschrieben, kann man aber die Größenordnung der Verzögerung durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an die PLZT-Elemeute steuern, so daß man Licht und Dunkelheit aussteuern kann.
• Bei dies Ausführungsbeispiel kann die Oberflache 8 wesentlich größer gehalten werden als die Ebene 11, wodurch die Mange des einfallenden Lichtes wesentlich größer ist im Vergleich mit dem Fall des zuerst geschilderten AusführungsEzeispieles. an kann dadurch die Verluste, die aufgrund des Durchganges durch die polarisierende Platte entstehen, ausgleichen, so daß man in vorgeilllafter Weise eine erhöhtc LichtZnenge für eine entsprechend intensive Ausleuchtung erhält.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand der Skizze in Fig. 8 erläutert. Zwischen zwei polarisierende Platten 12 und 13, die mit über Kreuz gerichteten Polarisierungsrichtungen angeordnet sind, ist eine Substanz 14 eingesetzt, die eine doppelte Brechung verursachen kann. Ist diese Substanz 14 nicht vorhanden, so wird das im Pfeilrichtung die polarisierende Platte 12 durchtretende weiße Licht im Analysator 13 völlig weggeschnitten, so daß das Licht nicht bis zu dem einsehbaren Feld vordringen kann. Wird dagegen die Substanz 14 mit dem doppelten Brechungsvermögen zwischen die ,beiden polarisierenden Platten 12 und 13 cingesetzt, deren Verzögerung geändert wird, so ändert sich die Polarisationsebene des polarisierten Lichtes, das die Substanz 14 durchtreten hat, und die Bedingung der Über-Kreuz-Richtung (crossed-nicol) zwischen den Platten 12 und 13 wird gebrochen. Auf diese Weise kann an der Stelle eines beobachtenden Auges - wie in der Weich3 nung schematisch angedeutet - ein Wechsel zwischen Licht rund Dunkelheit hervorgerufen werden, -wenn man die Verzögerung entsprechend ändert.
• Aufgrund des Durchtrittes durch zwei polarisierende Platten wird die Ilenge des Lichtes stark verringert. Es kann also schwierig sein, die für einen guten Kontrast erforderliche Lichtmenge am Ort der Anzeig zu erhalten. Dieser Schwierigkeit kann - wie bereits im Zusammenhang mit dem vorigen Ausführungsbeispiel dargelegt - dadurch begegnet werden,daß man die Eintrittsfläche für einfallendes Licht größer wählt als die Anzeigefläche und das einfallende Licht entsprechend bündelt.
• Fig. 9 zeigt eine Fokus-Fläche 15 und eine Anzeigefläche 16, deren unterschiedliche Größenordnungen das Sammeln einfallenden Lichtes und damit das Anwachsen des am Ort der Anzeige vorhandenen Lichtes ermöglichen. Das einfallende Licht 17 wird durch einen Reflektor 18 zur Anzeigefläche hin gebündelt umgeleitet. Die Menge von Licht pro Flächeneinheit wird dadurch erhöht. Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung des Lichteinfalls pro Flächeneinheit an der Stelle der Anzeige ist das Sammeln von Licht mit Hilfe eines Kondensor 19 an der Fokus-Fläche 15 und durch den bereits erwähnten konkaven Spiegel 18. Das weiße Licht 17 tritt von der Fokussierfläche 15 her ein, wird reflektiert und gesammelt durch den konkaven Spiegel 188 wobei das weiße Licht 17 in polarisiertes Licht 20'übergeht-und der Anzeigefläche 16 zugeführt wird. Auf diese Weise wird die am Ort der Anzeige 16 zur Verfügung stehende Lichtmenge wesentlich größer als dies im Fall der Fig. 8 möglich ist, so daß man einen klaren Kontrast der Anzeige erhält. Damit kein Licht in die Anzeigefläche 16 durch irreguläre Brechung eintritt, können Blenden 21 und 22 vorgesehen werden, die den Kontrast än der Anzeigefläche 16 noch klarer gestalten helfen.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 ist die Anzeigeeinrichtung für die erfindungsgemäße Uhr mit einem GMO-Einkristali [Gd2<Mo 04)3] und einer farbempfindlichen Platte versehen.
• Das einfallende Licht durchtritt einen Kondensor 23 und eine erste polarisierende Platte 24, wird daraufhin reflektiert und fokussiert durch einen konkaven Spiegel 25, durchtritt dann die GMO-Segmente 26, die farb-sensible Platte 27 und eine zweite polarisierende Platte 28 und erreicht schließlich das Auge des beobachters. Wird hierbei die Spannung in Richtung der Z-Achse des GMO-inristalles aufgebracht, so kann man aufgrund der dadurch ausgelösten Verzögerung des GMO eine gelbe Färbung der Segmente und der farbempfindlichen Platte erreichen. Wird die Spannung umgekehrt, so ändert sich die Färbung der Segmente in ein klares Blau. Diese Farbanzeige wird möglich, wenn man eine farb-sensitive Platte von 570 mju verwendet.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die GMO-Platte eine Dicke von 100po auf, die aufgebrachte Spannung beträgt 70 Volt, es wird eine farbempfindliche Platte von 570 verwendet und das Licht wird reflektiert und fokussiert durch einen konkaven Spiegel mit aufgedampftem Aluminium.
• Eine solche Anzeigeeinrichtung ist gegenüber der in Fig. 8 dargestellten weitaus verbessert, was den Lichtkontrast zwischen Hell und Dunkel betrifft.
• Wie aus Vorstehendem hervorgeht, ist die erfindungsgemäße Armbanduhr hinsichtlich ihrer Anzeigeeinrichtung den herkömmlichen Armbanduhren aus folgenden Gründen weit überlegen: 1. Im Vergleich mit einer Armbanduhr, die mit lichtemittierenden Dioden arbeitet, ergibt sich ein äußerst niedriger Energiebedarf. Ebenso ist der Herstellungspreis der erfindungsgemäßen Uhr wesentlich geringer zu halten, indem man einen lichtdurchlässigen ferroelektrischen keramischen Werkstoff als Substanz mit doppelter Brechung einsetzt.
• 2. Gegenüber herkömmlichen Uhren mit einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist die Anzeigeeinrichtung der-erfindungsgemäßen Uhr unter Verwendung eines festen Oxydes etc.
• hergestellt. Dadurch wird die Temperatur- und Feuchtigkeits-Stabilität ausgezeichnet und man erhält im Vergleich mit Flüssigkristall-Anzeigen eine lange Lebensdauer. Die Lebensdauer der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung ist dadurch beeinträchtigt, daß der Flüssigkristall nur bedingt stabil gehalten werden kann und unter den Einflüssen von hohen Temperaturen,hohen Feuchtigkeiten und ultravioletten Strahlen leidet. Darüberhinaus weist die erfindungsgemäße Uhr bzw. die Anzeigeeinrichtung dieser Uhr eine erheblich bessere Stoßbelastbarkeit auf.
• 3. Lichtabsorptionen, wie sie durch die polarisierende Platte bzw. Platten auftreten können, können dadurch auf gefangen werden, daß das einfallende Licht durch eine Sammellinseneinrichtung und einen konkaven Reflektor gebündelt wird.
• Zu diesem Zwecke wird die Fläche, durch die das eiefallende Licht aufgefangen wird, erheblich größer gestaltet als die Anzeigefläche, auf der aufgrund einer ausreichenden- Lichtdichte pro Flächeneinheit eine scharf kontrastierende Anzeige damit möglich wird.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Elektronische'Uhr, insbesondere Armbanduhr od. dgl., mit einer passiven Anzeigeeinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Strahlengang des der Anzeige dienenden Lichtes polarisierende Platten (1; 9; 12, 13; 24, 28) und eine lichtdurchlässige Schicht (3; 14; 26) mit wenigstens einem hinsichtlich seiner Brechungs- bzw. Verzögerungseigenschaften von elektrischer Feldstärke abhängigen, festen Werkstoff vorgesehen sind.

2. Uhr nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die eine polarisierende Platte (4, 5; 10; 18; 25) ein Reflektor ist.

3. Uhr nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die lichtdurchlässige Schicht (3) zwischen einer polarisierenden Platte (1) und dem Reflektor (4, 5) angeordnet ist.

4. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die lichtdurchlässige Schicht einen ferroelektrischen, keramischen Werkstoff aufweist.

5. Uhr nach Anspruch 4, d a cl u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der keramische Werkstoff in einzelne Abschnitte unterteilt ist, die bei entsprechend ausgewählt anzulegender Spannung die wahlweise Anzeige von Ziffernsymbolen zulassen.

6. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die lichtdurchlässige Schicht wenigstens eine Substanz mit doppelter Brechung aufweist.

7. Uhr nach einem' der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Zuge des Lichtstrahlganges ein Kondensor (23), eine erste polarisierende Platte (24), ein Reflektor (25), eine in Segmente unterteilte, lichtdurchlässige Schicht (26), eine fabsensible Platte (27) und eine weitere polarisierende Platte (28) angeordnet sind.

8. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h' n e t, daß die Anzeigeeinrichtuny einen Durchdringungskörper aufweist, dessen Lichteinfallfläche größer ist als die Anzeigefläche.

9. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das einfallende Licht eine Sammellinse (8; 19; 23) passiert.

10. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Reflektor (10; 18; 25) konkav ausgebildet ist.

11. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anzeigeeinrichtung einen GMO-Einkristall rGd2(Mo °4) aufweist.

12. Uhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a -d u r c h g e k e n n z e i ch n e t, daß die Anzeigeeinrichtung eine farbempfindliche Platte (27) aufweist.