DE102018126329A1 - Method for aligning a virtual image element and head-up display for imaging a virtual image element - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten eines virtuellen Bildelements, ein Head-up-Display zum Abbilden eines virtuellen Bildelements sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Head-up-Display. Ein virtuelles Bildelement, das mittels des Head-up-Displays in einer Bildebene eines Abbildungsbereichs des Head-up-Displays abgebildet wird, wird an einem realen Objekt, das von einem Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, im Abbildungsbereich des Head-up-Displays wahrnehmbar ist ausgerichtet. Es wird eine Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays ermittelt. Des Weiteren wird zumindest ein Korrekturparameter in Abhängigkeit von einer Orientierung des abzubildenden virtuellen Bildelements relativ zu einer durch eine anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays vorgegebenen Richtung in der Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays ermittelt. Das abzubildende virtuelle Bildelement wird mittels einer bildgebenden Anzeigeeinrichtung des Head-up-Displays an einer Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung, die von der ermittelten Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-Up-Displays und dem zumindest einen Korrekturparameter abhängt, angezeigt.The present invention relates to a method for aligning a virtual image element, a head-up display for imaging a virtual image element and a vehicle with such a head-up display. A virtual image element, which is imaged by means of the head-up display in an image plane of an imaging area of the head-up display, is displayed on a real object by a driver of a vehicle, in particular a motor vehicle, in the imaging area of the head-up display perceptible is aligned. A position of the real object in the imaging area of the head-up display is determined. Furthermore, at least one correction parameter is determined as a function of an orientation of the virtual image element to be imaged relative to a direction in the image plane in the imaging area of the head-up display that is predetermined by an anisotropic imaging property of the head-up display. The virtual image element to be imaged is displayed by means of an imaging display device of the head-up display at a display position on the display device which depends on the determined position of the real object in the imaging area of the head-up display and the at least one correction parameter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten eines virtuellen Bildelements, das mittels eines Head-up-Displays in einer Bildebene eines Abbildungsbereichs des Head-up-Displays abgebildet wird, an einem realen Objekt, das von einem Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, im Abbildungsbereich des Head-up-Displays wahrnehmbar ist, ein Head-up-Display zum Abbilden eines virtuellen Bildelements sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Head-up-Display.The present invention relates to a method for aligning a virtual image element, which is imaged by means of a head-up display in an image plane of an imaging area of the head-up display, on a real object, which is driven by a driver of a vehicle, in particular a motor vehicle Imaging area of the head-up display is perceptible, a head-up display for imaging a virtual image element and a vehicle with such a head-up display.

Aus dem Stand der Technik sind Anzeigesysteme, sog. Head-up-Displays, bekannt, die es ermöglichen, einem Fahrer eines Fahrzeugs Informationen in sein Sichtfeld zu projizieren. So können etwa Betriebsinformationen des Fahrzeugs wie beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, die Konfiguration eines Klimasystems, die Konfiguration eines Multimediasystems und/oder Navigationshinweise für den Fahrer sichtbar gemacht werden, ohne dass dieser den Blick von der Straße wenden muss, was sich positiv bezüglich der Betriebssicherheit auswirkt.Display systems, so-called head-up displays, are known from the prior art, which enable a driver of a vehicle to project information into his field of vision. For example, operating information of the vehicle, such as the speed of the vehicle, the configuration of a climate system, the configuration of a multimedia system and / or navigation instructions, can be made visible to the driver without having to take his eyes off the road, which has a positive effect on operational safety affects.

Üblicherweise werden die Informationen dabei von einer Anzeigeeinrichtung des Anzeigesystems mittels einer optischen Anordnung, welche etwa einen oder mehrere Spiegel und/oder Linsen enthält, auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs projiziert, so dass die Informationen als virtuelles Bild im Bereich der Straße für den Fahrer wahrnehmbar sind. Dabei wird angestrebt, etwaige Abbildungsfehler, die etwa durch die Krümmung der Windschutzscheibe in Form von Verzerrungen des virtuellen Bildes auftreten könnten, zu kompensieren, so dass dem Fahrer ein verzerrungsfreies Bild angezeigt wird.The information is usually projected onto the windshield of the vehicle by a display device of the display system by means of an optical arrangement which contains, for example, one or more mirrors and / or lenses, so that the information can be perceived by the driver as a virtual image in the area of the road . The aim is to compensate for any imaging errors that could occur due to the curvature of the windshield in the form of distortions in the virtual image, so that the driver is shown a distortion-free image.

Da mithilfe solcher Anzeigesysteme virtuelle Objekte darstellbar sind, die reale Objekte im Sichtfeld des Fahrers überlagern, kann in diesem Zusammenhang auch von erweiterter Realität (Augmented Reality) gesprochen werden. Die Position der darzustellenden virtuellen Objekte im Sichtfeld wird dabei im Allgemeinen auf Grundlage eines vorgegebenen virtuellen Bildabstands zwischen dem virtuellen Objekt und dem Fahrer berechnet.Since such objects can be used to display virtual objects that overlay real objects in the driver's field of vision, augmented reality can also be referred to in this context. The position of the virtual objects to be displayed in the field of view is generally calculated on the basis of a predetermined virtual image distance between the virtual object and the driver.

In der Patentanmeldung US 2017/0169612 A1 sind ein System und ein Verfahren zum Ausrichten einer erweiterten Realität beschrieben, mit dem Ausrichtungsfehler und Verzerrungen korrigiert werden können. Dabei wird eine Anzahl an dynamischen und statischen Fehlerfaktoren in Echtzeit berücksichtigt, so dass ein grafisches Bild, wenn es projiziert wird, im Wesentlichen an einem realen Ziel ausgerichtet werden kann. Die Fehlerfaktoren werden dabei durch individuelle Krümmungskarten, die auf das gesamte Bild angewendet werden, korrigiert.In the patent application US 2017/0169612 A1 describe an augmented reality alignment system and method that can be used to correct alignment errors and distortions. A number of dynamic and static error factors are taken into account in real time, so that a graphic image, when it is projected, can essentially be aligned with a real target. The error factors are corrected by individual curvature maps that are applied to the entire image.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Projizieren von virtuellen Bildinhalten in das Sichtfeld eines Fahrers weiter zu verbessern. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, die Kohärenz zwischen dem projizierten virtuellen Bildinhalt und einem realen Objekt im Sichtfeld des Fahrers zu erhöhen.The object of the present invention is to further improve the projection of virtual image contents into the field of vision of a driver. In particular, it is an object of the invention to increase the coherence between the projected virtual image content and a real object in the driver's field of vision.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved in accordance with the teaching of the independent claims. Various embodiments and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten eines virtuellen Bildelements, das mittels eines Head-up-Displays in einer Bildebene eines Abbildungsbereichs des Head-up-Displays abgebildet wird, an einem realen Objekt, das von einem Fahrer eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, im Abbildungsbereich des Head-up-Displays wahrnehmbar ist, aufweisend: (i) Ermitteln einer Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays; (ii) Ermitteln zumindest eines Korrekturparameters in Abhängigkeit von einer Orientierung des abzubildenden virtuellen Bildelements relativ zu einer durch eine anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays vorgegebenen Richtung in der Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays; und (iii) Anzeigen des abzubildenden virtuellen Bildelements mittels einer bildgebenden Anzeigeeinrichtung des Head-up-Displays an einer Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung, die von der ermittelten Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-Up-Displays und dem zumindest einen Korrekturparameter abhängt.A first aspect of the invention relates to a method for aligning a virtual image element, which is imaged by means of a head-up display in an image plane of an imaging area of the head-up display, to a real object by a driver of a vehicle, in particular a motor vehicle is perceptible in the imaging area of the head-up display, comprising: (i) determining a position of the real object in the imaging area of the head-up display; (ii) determining at least one correction parameter as a function of an orientation of the virtual image element to be imaged relative to a direction in the image plane in the imaging region of the head-up display which is predetermined by an anisotropic imaging property of the head-up display; and (iii) displaying the virtual image element to be imaged by means of an imaging display device of the head-up display at a display position on the display device which depends on the determined position of the real object in the imaging area of the head-up display and the at least one correction parameter.

Das Anzeigen des abzubildenden virtuellen Bildelements an einer Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung, die von dem zumindest einen Korrekturparameter abhängig ist, ermöglicht es, Fehler in der Abbildung durch das Head-up-Display, die insbesondere durch eine anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays verursacht werden, gezielt bzw. selektiv per einzelnem Bildelement (z.B. einer Linie im Gesamtbild) zu korrigieren oder zumindest zu verringern. Dazu ist es insbesondere nicht notwendig, das virtuelle Bildelement oder gar eine von der Anzeigeeinrichtung angezeigte gesamte virtuelle Umgebung durch spezielle, gegebenenfalls rechenintensive, Transformationen an Abbildungseigenschaften des Head-up-Displays anzupassen.Displaying the virtual image element to be imaged at a display position on the display device, which is dependent on the at least one correction parameter, enables errors in the imaging by the head-up display, which are caused in particular by an anisotropic imaging property of the head-up display be corrected or at least reduced selectively or selectively using a single image element (for example a line in the overall image). For this purpose, it is in particular not necessary to adapt the virtual image element or even an entire virtual environment displayed by the display device to imaging properties of the head-up display by means of special, possibly computing-intensive, transformations.

Um z.B. einen Versatz des virtuellen Bedienelements in der, vorzugsweise mit dem Sichtfeld des Fahrers korrespondierenden, Bildebene des Abbildungsbereichs des Head-up-Displays aufgrund unterschiedlicher Brennweiten, etwa jeweils einer mit einer Sagitalebene und einer Meridionalebene des Head-up-Displays korrespondierenden Brennweite, auszugleichen, kann die Lage des zu projizierenden virtuellen Bildelements auf der Anzeigeeinrichtung in Abhängigkeit vom Korrekturparameter selektiv verschoben werden. Dadurch kann etwa eine kongruente Ausrichtung des virtuellen Bildelements an dem realen Objekt, beispielsweise einem vorausfahrenden Fahrzeug, erreicht werden. In der Bildebene des Abbildungsbereichs des Head-up-Displays horizontal verlaufende Bildelemente können auf der Abbildungseinrichtung etwa horizontal verschoben, vertikal verlaufende Bildelemente dagegen vertikal verschoben werden.For example, an offset of the virtual control element in the image plane of the imaging area of the head-up display, preferably corresponding to the driver's field of vision, due to different focal lengths, for example one each To compensate for a focal length corresponding to a sagital plane and a meridional plane of the head-up display, the position of the virtual image element to be projected can be selectively shifted as a function of the correction parameter. In this way, for example, a congruent alignment of the virtual image element on the real object, for example a vehicle in front, can be achieved. In the image plane of the imaging area of the head-up display, horizontally extending image elements can be shifted approximately horizontally on the imaging device, whereas vertically extending image elements can be shifted vertically.

Dadurch ist es z.B. möglich, durch Astigmatismus hervorgerufene Verschiebungen des durch den Fahrer wahrgenommenen virtuellen Bildelements zumindest zu verringern, insbesondere zu kompensieren.This makes it e.g. possible to at least reduce, in particular to compensate, shifts in the virtual image element perceived by the driver caused by astigmatism.

Ein solcher Astigmatismus kann etwa bei der Verwendung von Freiformspiegeln ohne symmetrische Wölbung in einer abbildenden Einrichtung des Head-up-Displays auftreten. In Folge ergeben sich für die Abbildungen von Bildelementen, die eine Ausdehnung entlang der Sagital- bzw. Meridionalebene des Head-up-Displays aufweisen, unterschiedliche Brennweiten. Werden diese Bildelemente allesamt im gleichen virtuellen Bildabstand abgebildet, ergibt sich eine Unschärfe in der Wahrnehmung durch den Fahrer.Such an astigmatism can occur, for example, when using free-form mirrors without symmetrical curvature in an imaging device of the head-up display. As a result, different focal lengths result for the imaging of image elements that have an expansion along the sagital or meridional plane of the head-up display. If these image elements are all imaged in the same virtual image spacing, the driver's perception is blurred.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine Verbesserung der Abbildung von virtuellen Bildinhalten im Sichtfeld eines Fahrers. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, virtuelle Bildelemente, zumindest im Wesentlichen, besonders deckungsgleich mit realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers darzustellen und so eine besonders stimmige erweiterte Realität zu schaffen.Overall, the invention enables an improvement in the mapping of virtual image content in the field of vision of a driver. In particular, the invention enables virtual image elements to be represented, at least essentially, in a particularly congruent manner with real objects in the driver's field of vision, and thus to create a particularly coherent, expanded reality.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.Preferred embodiments of the invention and their developments are described below, each of which, as far as this is not expressly excluded or technically impossible, can be combined with one another as desired and with the other aspects of the invention described below.

In einigen Ausführungsformen wird die Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung, an der das abzubildende virtuelle Bildelement angezeigt wird, unter Berücksichtigung eines mittels des zumindest einen Korrekturparameters korrigierten virtuellen Bildabstands zwischen der Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays und einer Beobachterposition, von der aus das reale Objekt durch den Fahrer wahrnehmbar ist, ermittelt. Die Beobachterposition, beispielsweise eine so genannte Eyebox, in welcher die Augen des Fahrers bei der Benutzung des Head-up-Displays mutmaßlich liegen, ist dabei vorzugsweise vorgegebenen, etwa konstruktionsbedingt durch das Head-up-Display bzw. eine abbildende Einrichtung des Head-up-Displays. Das Head-up-Display bzw. die abbildende Einrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Linsen und/oder Spiegel zur Projektion des durch die Anzeigeeinrichtung angezeigten Bildelements auf eine Projektionsfläche, etwa die Windschutzscheibe des Fahrzeugs, aufweisen, welche die Beobachterposition festlegen. Der sich aus einer vorgegebenen Beobachterposition ergebende virtuelle Bildabstand wird in bevorzugter Weise mittels des Korrekturparameters korrigiert, insbesondere verlängert oder verkürzt. Dadurch können unterschiedliche Brennweiten des Head-Up-Displays bzw. der abbildenden Einrichtung in unterschiedlichen Richtungen bezüglich der Bildebene berücksichtigt werden, um das virtuelle Bildelement abzubilden, das vom Fahrer dann als besonders scharf bzw. korrekt am realen Objekt ausgerichtet wahrgenommen werden kann.In some embodiments, the display position on the display device on which the virtual image element to be displayed is displayed, taking into account a virtual image distance between the image plane in the imaging area of the head-up display corrected by means of the at least one correction parameter and an observer position from which the real one Object is perceptible by the driver. The observer position, for example a so-called eyebox, in which the driver's eyes presumably lie when using the head-up display, is preferably predetermined, for example due to the design of the head-up display or an imaging device for the head-up Displays. The head-up display or the imaging device can, for example, have one or more lenses and / or mirrors for projecting the image element displayed by the display device onto a projection surface, for example the windshield of the vehicle, which determine the observer position. The virtual image distance resulting from a predetermined observer position is preferably corrected, in particular lengthened or shortened, by means of the correction parameter. As a result, different focal lengths of the head-up display or the imaging device in different directions with respect to the image plane can be taken into account in order to image the virtual image element, which can then be perceived by the driver as particularly sharp or correctly aligned with the real object.

In einigen Ausführungsformen wird der zumindest eine Korrekturparameter zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays ermittelt. Dabei können für verschiedene Lagen des realen Objekts im Bildungsbereich des Head-up-Displays etwa unterschiedliche Korrekturparameter zur Korrektur der Anzeigeposition des anzuzeigenden virtuellen Bedienelements auf der Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass der durch den Astigmatismus des Head-up-Displays bzw. der abbildenden Einrichtung in der Wahrnehmung des Fahrers verursachte Versatz des virtuellen Bedienelements mit der Anzeigeposition in der Bildebene des Abbildungsbereichs des Head-up-Displays variiert. In einem zentralen Bereich der Bildebene, insbesondere dort, wo die Bildebene die optische Achse des Head-up-Displays schneidet, kann der Astigmatismus-bedingte Versatz des virtuellen Bildelements beispielsweise weniger stark ausgeprägt sein als an einem Rand der Bildebene. Dem Fahrer kann somit im gesamten Abbildungsbereich des Head-up-Displays ein mit dem realen Objekt kohärente überlagertes virtuelles Bildelement dargestellt werden.In some embodiments, the at least one correction parameter is additionally determined as a function of the determined position of the real object in the imaging area of the head-up display. Different correction parameters for correcting the display position of the virtual control element to be displayed can be provided on the display device for different positions of the real object in the formation area of the head-up display. It can thereby be taken into account that the offset of the virtual control element caused by the astigmatism of the head-up display or the imaging device in the driver's perception varies with the display position in the image plane of the imaging area of the head-up display. In a central area of the image plane, in particular where the image plane intersects the optical axis of the head-up display, the astigmatism-related offset of the virtual image element can be less pronounced, for example, than at an edge of the image plane. The driver can thus be shown a superimposed virtual image element coherent with the real object in the entire imaging area of the head-up display.

In einigen Ausführungsformen wird eine Augenposition des Fahrers relativ zu einer Projektionsfläche, etwa einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs, auf welche das von der Anzeigeeinrichtung angezeigte Bildelement projiziert wird, ermittelt. Der Korrekturparameter wird dabei in bevorzugter Weise zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Augenposition ermittelt. Dadurch können durch anisotrope Abbildungseigenschaften des Head-up-Displays verursachte Abbildungsfehler auch für verschiedene Fahrer zuverlässig korrigiert oder zumindest verringert werden.In some embodiments, an eye position of the driver is determined relative to a projection surface, such as a windshield of the vehicle, onto which the image element displayed by the display device is projected. The correction parameter is preferably also determined as a function of the determined eye position. As a result, imaging errors caused by anisotropic imaging properties of the head-up display can also occur for different ones Driver can be corrected reliably or at least reduced.

Es ist beispielsweise denkbar, für den gegenwärtigen Fahrer eine Beobachterposition, die mit der Augenposition des Fahrers korrespondiert, aus mehreren möglichen Beobachterpositionen auszuwählen. Die Auswahl kann der Fahrer manuell treffen, etwa anhand seiner Körpergröße. Alternativ kann die Auswahl anhand einer Identität des Fahrers automatisch getroffen werden, etwa wenn sich der Fahrer, z.B. über eine Benutzerschnittstelle, im Fahrzeug identifiziert oder sensorisch identifiziert wird.For example, it is conceivable for the current driver to select an observer position that corresponds to the driver's eye position from a plurality of possible observer positions. The driver can make the selection manually, for example based on his height. Alternatively, the selection can be made automatically based on an identity of the driver, for example if the driver, e.g. via a user interface, identified in the vehicle or identified by sensors.

Alternativ ist es auch denkbar, dass die Augenposition des Fahrers sensorisch erfasst wird, etwa mittels einer Kamera, die den Innenraum des Fahrzeugs überwacht. Anhand von an sich bekannten Eyetracking-Algorithmen kann sowohl die Beobachterposition als auch die Blickrichtung aus entsprechenden Sensordaten abgeleitet werden und der Korrekturparameter entsprechend bestimmt werden. Dies erlaubt einen besonders effektiven Ausgleich der anisotropen Abbildungseigenschaften des Head-up-Displays.Alternatively, it is also conceivable that the driver's eye position is sensed, for example by means of a camera that monitors the interior of the vehicle. Using known eye tracking algorithms, both the observer position and the viewing direction can be derived from corresponding sensor data and the correction parameter can be determined accordingly. This allows a particularly effective compensation of the anisotropic imaging properties of the head-up display.

In einigen Ausführungsformen wird der zumindest eine Korrekturparameter aus einer Datenbank ermittelt, in der unterschiedlichen Lagen des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays und/oder jeder Augenposition des Fahrers relativ zur Projektionsfläche jeweils wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zugeordnet sind. Die Datenbank kann beispielsweise eine Lookup-Tabelle enthalten, in welcher Lagen des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-Up-Displays und/oder Augenposition des Fahrers relativ zu Projektionsfläche mit den Korrekturparameterwerten miteinander verknüpft sind. In Abhängigkeit der ermittelten Lage des realen Objekts und/oder der ermittelten Augenposition des Fahrers kann so der Korrekturparameter besonders schnell, insbesondere in Echtzeit, ermittelt werden.In some embodiments, the at least one correction parameter is determined from a database in which at least two correction parameter values are associated with different positions of the real object in the imaging area of the head-up display and / or each eye position of the driver relative to the projection surface. The database can contain, for example, a lookup table in which positions of the real object in the imaging area of the head-up display and / or driver's eye position relative to the projection surface are linked to one another with the correction parameter values. Depending on the determined position of the real object and / or the determined eye position of the driver, the correction parameter can be determined particularly quickly, in particular in real time.

In einigen Ausführungsformen ist einer der jeweils wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zur Korrektur der Anzeigeposition des virtuellen Bildelements in einer Sagittalebene einer abbildenden Einrichtung, insbesondere einer Projektionsanordnung, des Head-up-Displays und ein anderer der jeweils wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zur Korrektur der Anzeigeposition des virtuellen Bildelements in einer Meridionalebene der abbildenden Einrichtung des Head-up-Displays vorgesehen. Das virtuelle Bildelement kann dann trotz einem Astigmatismus des Head-up-Displays besonders präzise an dem realen Objekt ausgerichtet werden.In some embodiments, one of the at least two correction parameter values for correcting the display position of the virtual picture element in a sagittal plane of an imaging device, in particular a projection arrangement, of the head-up display and another of the at least two correction parameter values for correcting the display position of the virtual picture element is in a meridional level of the imaging device of the head-up display is provided. Despite an astigmatism of the head-up display, the virtual image element can then be aligned particularly precisely with the real object.

Dabei sind die Korrekturparameterwerte in der Datenbank vorzugsweise derart mit den Lagen des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays verknüpft, dass den Lagen des realen Objekts mit zunehmendem Abstand der korrespondierenden Positionen in der Bildebene zur Sagittalebene zunehmend größere Korrekturparameterwerte für eine sagittale Positionskorrektur zugeordnet werden. Entsprechend werden Lagen des realen Objekts mit zunehmendem Abstand der korrespondierenden Positionen in der Bildebene zur Meridionalebene in bevorzugter Weise zunehmend größere Korrekturparameterwerte für eine meridionale Positionskorrektur zugeordnet.The correction parameter values in the database are preferably linked to the positions of the real object in the imaging area of the head-up display in such a way that the correction parameter values for sagittal position correction become increasingly larger as the positions of the real object increase with the distance between the corresponding positions in the image plane and the sagittal plane will. Accordingly, positions of the real object are assigned increasingly larger correction parameter values for a meridional position correction with increasing distance between the corresponding positions in the image plane from the meridional plane.

Zusätzlich ist es auch denkbar, in der Datenbank Korrekturparameterwerte vorzusehen, die jeweils aus einem der Korrekturparameterwerte für eine sagittale Positionskorrektur und einem der Korrekturparameter für eine meridionale Positionskorrektur gemittelt sind. Ein solcher gemittelter Korrekturparameterwert kann beispielsweise zur Korrektur der Anzeigeposition des auf der Anzeigeeinrichtung angezeigten virtuellen Bildelements verwendet werden, wenn das virtuelle Bildelement Komponenten sowohl parallel zur Sagittalebene als auch parallel zur Meridionalebene, d.h. eine sog. Mischgeometrie, aufweist.In addition, it is also conceivable to provide correction parameter values in the database, each of which is averaged from one of the correction parameter values for a sagittal position correction and one of the correction parameters for a meridional position correction. Such an averaged correction parameter value can be used, for example, to correct the display position of the virtual image element displayed on the display device if the virtual image element components are both parallel to the sagittal plane and parallel to the meridional plane, i.e. has a so-called mixed geometry.

In einigen Ausführungsformen wird einer der wenigstens zwei Korrekturparameterwerte in Abhängigkeit von der Orientierung des zu projizierenden virtuellen Bildelements relativ zur durch die optische Eigenschaft des Head-up-Displays vorgegebenen Richtung in der Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays ausgewählt. Handelt es sich bei dem virtuellen Bildelement beispielsweise um eine Linie, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Sagittalebene der abbildenden Einrichtung des Head-up-Displays verläuft, wird vorzugsweise ein Korrekturparameterwert zur sagittalen Positionskorrektur des virtuellen Bildelements ausgewählt, während für eine Linie, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Meridionalebene der abbildenden Einrichtung des Head-up-Displays verläuft, vorzugsweise ein Korrekturparameterwert zur meridionalen Positionskorrektur des virtuellen Bildelements ausgewählt wird. Demnach kann ein virtuelles Bildelement mit, zumindest überwiegendem, sagittalen Anteil, d.h. das zumindest im Wesentlichen parallel zur Sagittalebene verläuft, beispielsweise horizontal auf der Anzeigeeinrichtung verschoben werden, während ein virtuelles Bildelement mit, zumindest überwiegendem, meridionalem Anteil beispielsweise vertikal auf der Anzeigeeinrichtung verschoben werden kann. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Astigmatismuskorrektur.In some embodiments, one of the at least two correction parameter values is selected as a function of the orientation of the virtual image element to be projected relative to the direction in the image plane in the imaging area of the head-up display that is predetermined by the optical property of the head-up display. If the virtual image element is, for example, a line that runs at least substantially parallel to the sagittal plane of the imaging device of the head-up display, a correction parameter value is preferably selected for the sagittal position correction of the virtual image element, while for a line that at least in the Runs essentially parallel to the meridional plane of the imaging device of the head-up display, preferably a correction parameter value is selected for the meridional position correction of the virtual picture element. Accordingly, a virtual image element with, at least the predominant, sagittal part, i.e. which runs at least substantially parallel to the sagittal plane, for example, can be shifted horizontally on the display device, while a virtual image element with, at least a predominant, meridional portion can, for example, be shifted vertically on the display device. This enables simple and reliable correction of astigmatism.

In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt auf: Erfassen von medizinischen Daten des Fahrers, die seine Sehfähigkeit charakterisieren. Dabei wird der zumindest eine Korrekturparameter zusätzlich in Abhängigkeit von den erfassten medizinischen Daten ermittelt. Die medizinischen Daten können hierbei sensorisch erfasst werden oder auf Grundlage einer Identifizierung des Fahrers aus einer entsprechenden Benutzerdatenbank abgerufen werden. Dadurch kann beispielsweise eine Hornhautkrümmung bei der Ermittlung des Korrekturparameters berücksichtigt werden. Entsprechend kann eine besonders hohe Kohärenz zwischen dem realen Objekt und dem abgebildeten virtuellen Bildelement erreicht werden.In some embodiments, the method further comprises the step of: collecting medical data of the driver that characterize his vision. The at least one correction parameter additionally determined as a function of the acquired medical data. The medical data can in this case be sensed or called up on the basis of an identification of the driver from a corresponding user database. In this way, for example, a curvature of the cornea can be taken into account when determining the correction parameter. Accordingly, a particularly high degree of coherence between the real object and the virtual image element depicted can be achieved.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Head-up-Display zum Abbilden eines virtuellen Bildelements in einer Bildebene eines Abbildungsbereichs des Head-up-Displays, das eine Anzeigeeinrichtung aufweist und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.A second aspect of the invention relates to a head-up display for imaging a virtual image element in an image plane of an imaging area of the head-up display, which has a display device and is set up to carry out the method according to the first aspect of the invention.

Die Anzeigeeinrichtung ist vorzugsweise zum Anzeigen des abzubildenden virtuellen Bildelements, insbesondere an der ermittelten Anzeigeposition, eingerichtet. Die Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise als Bildschirm oder Display ausgebildet sein und/oder einzeln ansteuerbare Bildpunkte aufweisen. Die Bildpunkte können insbesondere in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays und des zumindest einen ermittelten Korrekturparameters zum Anzeigen des abzubildenden virtuellen Bildelements angesteuert, insbesondere ausgewählt, werden.The display device is preferably set up to display the virtual image element to be imaged, in particular at the determined display position. The display device can be designed, for example, as a screen or display and / or can have individually controllable pixels. The pixels can in particular be controlled, in particular selected, as a function of the determined position of the real object in the imaging area of the head-up display and the at least one determined correction parameter for displaying the virtual image element to be imaged.

In einigen Ausführungsformen weist das Head-up-Display auch eine abbildende Einrichtung, insbesondere eine Projektionseinrichtung, zur Projektion des abzubildenden virtuellen Bildelements auf eine Projektionsfläche, etwa eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs, auf. Die abbildende Einrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Linsen und/oder einen oder mehrere Spiegel aufweisen, die, vorzugsweise im Zusammenspiel mit der Projektionsfläche, zur Abbildung des auf der Anzeigeeinrichtung angezeigten virtuellen Bildelements in der Bildebene im Anzeigebereich des Head-up-Displays eingerichtet sind.In some embodiments, the head-up display also has an imaging device, in particular a projection device, for projecting the virtual image element to be imaged onto a projection surface, for example a windshield of the vehicle. The imaging device can have, for example, one or more lenses and / or one or more mirrors which, preferably in conjunction with the projection surface, are set up to image the virtual image element displayed on the display device in the image plane in the display area of the head-up display.

Das Head-up-Display kann auch eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des virtuellen Bildelements an der Anzeigeposition anzusteuern. Gegebenenfalls kann die Steuerungseinrichtung auch dazu eingerichtet sein, die Anzeigeposition, an der das virtuelle Bildelement auf der Anzeigeeinrichtung 3 angezeigt werden soll, zu ermitteln. Dazu kann die Steuerungseinrichtung Zugriff auf eine Datenbank haben, in der Korrekturparameterwerte gespeichert sind. Vorzugsweise ermittelt, insbesondere berechnet, die Steuerungseinrichtung die Anzeigeposition unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Bildabstands, der durch den zumindest einen Korrekturparameter korrigiert wird.The head-up display can also have a control device which is set up to control the display device for displaying the virtual image element at the display position. If necessary, the control device can also be set up for the display position at which the virtual image element on the display device 3rd to be displayed. For this purpose, the control device can have access to a database in which correction parameter values are stored. The control device preferably determines, in particular calculates, the display position, taking into account a predetermined image distance, which is corrected by the at least one correction parameter.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Head-up-Display nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.A third aspect of the invention relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, with a head-up display according to the second aspect of the invention.

Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung und umgekehrt.The features and advantages explained in relation to the first aspect of the invention also apply accordingly to the further aspects of the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and possible uses of the present invention result from the following detailed description in connection with the figures.

Dabei zeigt

  • 1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Head-up-Display;
  • 2 eine schematische Darstellung der Ausrichtung eines in einer Bildebene eines Abbildungsbereichs eines Head-up-Displays abgebildeten virtuellen Bildelements an einem realen Objekt im Abbildungsbereich;
  • 3 eine schematische Darstellung von virtuellen Bildelementen; und
  • 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
It shows
  • 1 schematically shows a preferred embodiment of a vehicle according to the invention with a head-up display according to the invention;
  • 2nd a schematic representation of the alignment of a virtual image element imaged in an image plane of an imaging area of a head-up display with a real object in the imaging area;
  • 3rd a schematic representation of virtual picture elements; and
  • 4th a flowchart to illustrate a preferred embodiment of the method according to the invention.

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.The same reference numbers are used throughout the figures for the same or corresponding elements of the invention.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 mit einem erfindungsgemäßen Head-up-Display 2, welches zum Anzeigen eines virtuellen Bildelements in einer Bildebene eines Abbildungsbereichs des Head-up-Displays 2 eingerichtet ist und eine bildgebende Anzeigeeinrichtung 3, etwa einen Bildschirm, und eine abbildende Einrichtung 4, etwa mit einer oder mehreren Linsen (nicht gezeigt) und/oder einem oder mehreren Spiegeln 4a, 4b, insbesondere Freiformspiegeln, aufweist. Eine Steuerungseinrichtung 5 des Head-up-Displays 2 ist dazu eingerichtet, die Anzeigeeinrichtung 3 zur Anzeige des anzuzeigenden virtuellen Bildelements zu steuern, insbesondere die Anzeigeposition des virtuellen Bildelements beim Anzeigen auf der Anzeigeeinrichtung 3 zu ermitteln. Dabei steuert die Steuerungseinrichtung 5 die Anzeigeeinrichtung 3 vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Lage eines realen Objekts (nicht gezeigt) im Abbildungsbereich des Head-up-Displays 2, die in bevorzugter Weise von einer Sensoreinrichtung 6 des Fahrzeugs 1 ermittelt wird. 1 shows a preferred embodiment of a vehicle according to the invention 1 with a head-up display according to the invention 2nd which is used to display a virtual image element in an image plane of an imaging area of the head-up display 2nd is set up and an imaging display device 3rd , such as a screen, and an imaging device 4th , for example with one or more lenses (not shown) and / or one or more mirrors 4a , 4b , in particular free-form mirrors. A control device 5 of the head-up display 2nd is set up the display device 3rd to control the display of the virtual picture element to be displayed, in particular the display position of the virtual picture element when displayed on the display device 3rd to determine. The control device controls 5 the display device 3rd preferably depending on a position of a real object (not shown) in the imaging area of the head-up display 2nd , in the preferably from a sensor device 6 of the vehicle 1 is determined.

Das auf der Anzeigeeinrichtung 3 auf Veranlassung der Steuerungseinrichtung 5 angezeigte virtuelle Bildelement wird über die abbildende Einrichtung 4 auf eine Projektionsfläche 7, etwa die Windschutzscheibe des Fahrzeugs 1 oder eine vor der Windschutzscheibe angeordnete transparente Scheibe, projiziert. Die Reflexion des auf die Projektionsfläche 7 projizierten virtuellen Bildelements kann von einem Fahrer 8 des Fahrzeugs 1, insbesondere in einem durch eine so genannte Eyebox 9 definierten Bereich, visuell erfasst werden. Die Eyebox 9 entspricht daher in bevorzugter Weise einer Beobachterposition 11, aus der heraus der Fahrer 8 das auf der Anzeigeeinrichtung 3 angezeigte virtuelle Bildelement als Abbildung in einer Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays 2 wahrnimmt. Der Strahlengang S der Abbildung des virtuellen Bildelements ist in 1 schematisch als gestrichelte Linie angedeutet.That on the display device 3rd at the instigation of the control facility 5 displayed virtual image element is via the imaging device 4th on a projection screen 7 , such as the vehicle's windshield 1 or a transparent pane arranged in front of the windshield. The reflection of the on the screen 7 projected virtual picture element can be from a driver 8th of the vehicle 1 , especially in a so-called eyebox 9 defined area, visually captured. The eyebox 9 therefore preferably corresponds to an observer position 11 out of which the driver 8th that on the display device 3rd displayed virtual image element as an image in an image plane in the imaging area of the head-up display 2nd perceives. The ray path S the image of the virtual picture element is in 1 schematically indicated as a dashed line.

Um das in der Bildebene des Abbildungsbereichs das Head-up-Displays 2 abgebildete virtuelle Bildelement an einem, insbesondere von der Sensoreinrichtung 6 erfassten, realen Objekt im Abbildungsbereich auszurichten und so beispielsweise eine stimmige erweiterte Realität für den Fahrer 8 zu erzeugen, ist die Steuerungseinrichtung 5 vorzugsweise dazu eingerichtet, zumindest einen Korrekturparameter zu ermitteln, unter dessen Berücksichtigung die Anzeigeeinrichtung 3 gesteuert, insbesondere die Anzeigeposition des abzubildenden virtuellen Bildelements auf der Anzeigeeinrichtung 3 festgelegt, wird. Der zumindest eine Korrekturparameter wird dabei in Abhängigkeit von einer Orientierung des abzubildenden virtuellen Bildelements relativ zu einer Richtung in der Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays 2 ermittelt, wobei die Richtung durch eine anisotrope Abbildungseigenschaft wie etwa einen Astigmatismus des Head-up-Displays 2, insbesondere der abbildenden Einrichtung 4, etwa eines Spiegels 4a, 4b, vorgegeben ist.The head-up display in the image plane of the imaging area 2nd virtual image element shown on one, in particular by the sensor device 6 real object in the imaging area and thus, for example, a coherent augmented reality for the driver 8th is to generate the control device 5 preferably set up to determine at least one correction parameter, taking the display device into account 3rd controlled, in particular the display position of the virtual image element to be displayed on the display device 3rd is determined. The at least one correction parameter is dependent on an orientation of the virtual image element to be imaged relative to a direction in the image plane in the imaging area of the head-up display 2nd determined, the direction by an anisotropic imaging property such as an astigmatism of the head-up display 2nd , especially the imaging facility 4th , like a mirror 4a , 4b , is specified.

Die Richtung kann beispielsweise durch eine Sagittalebene des Head-up-Displays 2 bzw. der abbildenden Einrichtung 4, in der das Head-up-Display 2 bzw. die abbildende Einrichtung 4 eine erste Brennweite aufweist, vorgegeben bzw. definiert sein. Alternativ kann die Richtung auch durch eine Meridionalebene des Head-up-Displays 2 bzw. der abbildenden Einrichtung 4, in der das Head-up-Display 2 bzw. die abbildende Einrichtung 4 eine von der ersten Brennweite verschiedene zweite Brennweite aufweist, vorgegeben bzw. definiert sein.The direction can be, for example, through a sagittal plane of the head-up display 2nd or the imaging facility 4th in which the head-up display 2nd or the imaging facility 4th has a first focal length, be predetermined or defined. Alternatively, the direction can also be through a meridional plane of the head-up display 2nd or the imaging facility 4th in which the head-up display 2nd or the imaging facility 4th has a second focal length that is different from the first focal length, be predetermined or defined.

Zur Ermittlung des zumindest einen Korrekturparameters greift die Steuerungseinrichtung 5 vorzugsweise auf eine Datenbank 10 zu, die auch Teil des Head-up-Displays 2, insbesondere Teil der Steuerungseinrichtung 5, sein kann. Die Datenbank 10 enthält in bevorzugter Weise jeweils zumindest zwei Korrekturparameterwerte für verschiedene Eyeboxen 9 und/oder für verschiedene mögliche Lagen des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays 2. Dabei kann beispielsweise einer der wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zur Korrektur einer Anzeigeposition des abzubildenden virtuellen Bildelements auf der Anzeigeeinrichtung 3 bezüglich der Sagittalebene des Head-up-Displays 2 und ein anderer der wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zu Korrektur einer Anzeigeposition des abzubilden virtuellen Bildelements auf der Anzeigeeinrichtung 3 bezüglich der Meridionalebene das Head-up-Displays 2 vorgesehen sein. Insbesondere kann einer der Korrekturparameter zur Ermittlung eines korrigierten Bildabstands zur Abbildung eines virtuellen Bildelements, das zumindest im Wesentlichen parallel zur Sagittaleben verläuft, vorgesehen sein. Entsprechend kann ein anderer der Korrekturparameter zur Ermittlung eines korrigierten Bildabstands zur Abbildung eines virtuellen Bildelements, das zumindest im Wesentlichen parallel zur Meridionalebene verläuft, vorgesehen sein.The control device intervenes to determine the at least one correction parameter 5 preferably to a database 10th too, which is also part of the head-up display 2nd , in particular part of the control device 5 , can be. Database 10th preferably contains at least two correction parameter values for different eyeboxes 9 and / or for different possible positions of the real object in the imaging area of the head-up display 2nd . For example, one of the at least two correction parameter values can be used to correct a display position of the virtual image element to be displayed on the display device 3rd regarding the sagittal plane of the head-up display 2nd and another of the at least two correction parameter values for correcting a display position of the virtual image element to be imaged on the display device 3rd the head-up display with regard to the meridional level 2nd be provided. In particular, one of the correction parameters can be provided for determining a corrected image distance for imaging a virtual image element that runs at least substantially parallel to the sagittal plane. Correspondingly, another of the correction parameters for determining a corrected image distance for imaging a virtual image element that runs at least substantially parallel to the meridional plane can be provided.

Die Steuerungseinrichtung 5 kann beispielsweise eine Ursprungsposition auf der Anzeigeeinrichtung 3 ermitteln, die mit der ermittelten Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays 2 korrespondiert. Erstreckt sich das abzubildende virtuelle Bildelement z.B. vornehmlich parallel zur Sagittalebene des Head-up-Displays 2, kann die Ursprungsposition anhand des Korrekturparameterwerts auf der Anzeigeeinrichtung 3 bezüglich der Sagittalebene korrigiert, d.h. z.B. parallel zur Sagittalebene verschoben, werden, wobei der entsprechende Korrekturparameterwert auf Grundlage der ermittelten Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays 2 aus der Datenbank 10 ermittelt wird.The control device 5 can, for example, an original position on the display device 3rd determine that with the determined position of the real object in the imaging area of the head-up display 2nd corresponds. The virtual image element to be imaged extends, for example, primarily parallel to the sagittal plane of the head-up display 2nd , the original position can be determined from the correction parameter value on the display device 3rd corrected with respect to the sagittal plane, ie shifted parallel to the sagittal plane, for example, the corresponding correction parameter value being based on the determined position of the real object in the imaging area of the head-up display 2nd from the database 10th is determined.

2 zeigt eine schematische Darstellung der Ausrichtung eines in einer Bildebene 14 eines Abbildungsbereichs A eines Head-up-Displays abgebildeten virtuellen Bildelements 15 an einem realen Objekt 13 im Abbildungsbereich A. 2nd shows a schematic representation of the orientation of one in an image plane 14 an imaging area A a virtual image element depicted in a head-up display 15 on a real object 13 in the imaging area A .

Das virtuelle Bildelement 15 wird von dem Head-up-Display auf eine Projektionsfläche projiziert (siehe 1), so dass der Fahrer das virtuelle Bildelement 15 aus einer Beobachterposition 11 heraus, die beispielsweise durch eine Augenposition 12 innerhalb einer Eyebox 9 definiert wird, in der Bildebene 14 im Bildabstand B wahrnimmt. Das reale Objekt 13, etwa ein vorausfahrendes Fahrzeug, welches sich in einem Zielabstand Z zur Augenposition 12 befindet, liegt in der Regel nicht auf der optischen Achse X des Head-up-Displays bzw. einer abbildenden Einrichtung des Head-up-Displays, sondern weist einen Achsversatz Δ auf. Entsprechend muss das abgebildete virtuelle Bildelement 15 zur Ausrichtung am realen Objekt 13 in der Bildebene 14 ebenfalls um einen Bildversatz ΔB relativ zur optischen Achse X versetzt werden, und zwar an eine Position, an der sich die Bildebene 14 mit der Sichtlinie 13a zwischen dem realen Objekt 13 und der Augenposition 12 schneidet.The virtual picture element 15 is projected from the head-up display onto a projection surface (see 1 ) so that the driver uses the virtual picture element 15 from an observer position 11 out, for example, through an eye position 12th within an eyebox 9 is defined in the image plane 14 in the picture distance B perceives. The real object 13 , such as a vehicle in front, which is at a target distance Z. to the eye position 12th is usually not on the optical axis X of the head-up display or an imaging device of the head-up display, but points an axis offset Δ on. The depicted virtual picture element must accordingly 15 for alignment with the real object 13 in the image plane 14 also by an image offset Δ B relative to the optical axis X be moved to a position where the image plane is 14 with the line of sight 13a between the real object 13 and the eye position 12th cuts.

Um das virtuelle Bildelement 15 an der entsprechenden Position in der Bildebene 14 abzubilden, kann anhand des Bildabstands B, der in konventionellen Head-up-Displays fest vorgegeben ist, und der Lage des realen Objekts 13, d.h. insbesondere dem Zielabstand Z und dem Achsversatz Δ, eine Anzeigeposition auf einer Anzeigeeinrichtung des Head-up-Displays ermittelt werden, an der das abzubildende virtuelle Bildelement 15 zur Projektion auf die Projektionsfläche anzuzeigen ist, damit der Fahrer das Abbild des Bildelements 15 an der gewünschten Position in der Bildebene 14 wahrnimmt.To the virtual picture element 15 at the corresponding position in the image plane 14 can map based on the image distance B , which is fixed in conventional head-up displays, and the location of the real object 13 , ie especially the target distance Z. and the axis offset Δ , a display position can be determined on a display device of the head-up display, on which the virtual image element to be imaged 15 is to be displayed for projection onto the projection surface so that the driver reproduces the image element 15 at the desired position in the image plane 14 perceives.

Um die Ausrichtung des abgebildeten virtuellen Bildelements 15 am realen Objekt 13 weiter zu verbessern, kann eine anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays bzw. der abbildenden Einrichtung bei der Ermittlung der Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung berücksichtigt werden bzw. der Zusammenhang zwischen einer Orientierung des virtuellen Bildelements 15 und einer durch die anisotrope Abbildungseigenschaft vorgegebenen Richtung in der Bildebene 14. Dazu wird in bevorzugter Weise zumindest ein Korrekturparameter in Abhängigkeit der Orientierung des virtuellen Bildelements 15 in Bezug auf die vorgegebene Richtung ermittelt und die Anzeigeposition auf Grundlage des zumindest einen Korrekturparameters und der Lage des realen Objekts 13 ermittelt.The orientation of the virtual image element shown 15 on the real object 13 To further improve, an anisotropic imaging property of the head-up display or the imaging device can be taken into account when determining the display position on the display device or the relationship between an orientation of the virtual picture element 15 and a direction in the image plane predetermined by the anisotropic imaging property 14 . For this purpose, at least one correction parameter is preferably used depending on the orientation of the virtual picture element 15 determined with respect to the predetermined direction and the display position based on the at least one correction parameter and the position of the real object 13 determined.

Anhand des zumindest einen Korrekturparameters wird in bevorzugter Weise der virtuelle Bildabstand B korrigiert, so dass die Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung unter Berücksichtigung des korrigierten Bildabstands ermittelt werden kann.The virtual image spacing is preferably based on the at least one correction parameter B corrected so that the display position on the display device can be determined taking into account the corrected image distance.

Weist das Head-up-Display beispielsweise einen Astigmatismus, d.h. unterschiedliche Brennweiten in einer Sagittalebene und einer Meridionalebene des Head-up-Displays, auf, wird ein virtuelles Bildelement 15a, das parallel zur Sagittalebene verläuft, in einer, insbesondere gekrümmten, Bildebene 14a abgebildet. Ein virtuelles Bildelement 15b, das parallel zur Meridionalebene verläuft, wird dagegen in einer anderen, insbesondere gekrümmten, Bildebene 14b abgebildet. In Abhängigkeit der Orientierung des Bildelements 15 in Bezug auf die durch die anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays vorgegebene Richtung muss der Bildabstand B daher korrigiert werden, um einen korrekten Bildversatz ΔBa , ΔBb zu erzeugen und damit eine präzise Ausrichtung des abgebildeten virtuellen Bildelements 15 am realen Objekt 13 zu ermöglichen. Mit anderen Wort muss das abzubildende virtuelle Bildelement 15 in Abhängigkeit der Orientierung in Bezug auf die vorgegebene Richtung an unterschiedlichen Anzeigepositionen auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. Dies wird durch Berücksichtigung des zumindest einen Korrekturparameters ermöglicht.If the head-up display has, for example, an astigmatism, ie different focal lengths in a sagittal plane and a meridional plane of the head-up display, a virtual picture element becomes 15a , which runs parallel to the sagittal plane, in a, in particular curved, image plane 14a pictured. A virtual picture element 15b that runs parallel to the meridional plane, on the other hand, is in a different, in particular curved, image plane 14b pictured. Depending on the orientation of the picture element 15 in relation to the direction specified by the anisotropic imaging property of the head-up display, the image distance must B therefore corrected for correct image offset Δ Ba , Δ Bb to generate and thus a precise alignment of the virtual image element shown 15 on the real object 13 to enable. In other words, the virtual picture element to be imaged 15 depending on the orientation with respect to the predetermined direction at different display positions on the display device. This is made possible by taking into account the at least one correction parameter.

Falls das abzubildende virtuelle Bildelement 15 eine Mischgeometrie in Bezug auf die durch die anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays vorgegebene Richtung in der Bildebene 14, d.h. z.B. sowohl Anteile parallel zur Sagittalebene als auch Anteile parallel zur Meridionalebene des Head-up-Displays, aufweist, kann es vorteilhaft sein, einen gemittelten Korrekturparameterwert, der sich aus einer Mittelung eines Korrekturparameterwerts zur sagittalen Positionskorrektur und einem Korrekturparameterwert zur meridionalen Positionskorrektur ergibt, zu verwenden. Dadurch kann das virtuelle Bildelement in einer gemittelten, insbesondere gekrümmten, Bildebene 14c abgebildet werden.If the virtual picture element to be imaged 15 a mixing geometry in relation to the direction in the image plane predetermined by the anisotropic imaging property of the head-up display 14 , ie has both portions parallel to the sagittal plane and portions parallel to the meridional plane of the head-up display, it can be advantageous to add an averaged correction parameter value that results from averaging a correction parameter value for sagittal position correction and a correction parameter value for meridional position correction use. As a result, the virtual image element can be in an averaged, in particular curved, image plane 14c be mapped.

3 zeigt eine schematische Darstellung von virtuellen Bildelementen 15a, 15b, die mittels eines Head-up-Displays in einer Bildebene in einem Abbildungsbereich A des Head-up-Displays abgebildet werden. Die Bildelemente 15a, 15b setzen sich zu einem Rechteck zusammen, mit dem ein reales Objekt 13, dass sich im Abbildungsbereich A befindet, markiert werden soll. 3rd shows a schematic representation of virtual picture elements 15a , 15b using a head-up display in an image plane in an imaging area A of the head-up display. The picture elements 15a , 15b put together into a rectangle with which a real object 13 that in the picture area A is to be marked.

Werden die virtuellen Bildelemente 15a, 15b in der Bildebene, wie in 3A gezeigt, ohne Berücksichtigung ihrer jeweiligen Orientierung bezüglich einer durch eine anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays vorgegebenen Richtung, d.h. z.B. nur anhand einer ermittelten Lage des realen Objekts 13 im Abbildungsbereich A, in einem fest vorgegebenen Bildabstand abgebildet, ist die Ausrichtung der virtuellen Bildelemente 15a, 15b am realen Objekt 13 nicht kohärent, d.h. der dargestellte virtuelle Bildinhalt ist nicht in Übereinstimmung mit der realen Umgebung.Become the virtual picture elements 15a , 15b in the image plane, as in 3A shown, without taking into account their respective orientation with respect to a direction predetermined by an anisotropic imaging property of the head-up display, ie for example only on the basis of a determined position of the real object 13 in the imaging area A , mapped at a fixed predetermined image distance, is the orientation of the virtual image elements 15a , 15b on the real object 13 not coherent, ie the displayed virtual image content does not match the real environment.

Wird dagegen auf Grundlage der jeweiligen Orientierung jeweils ein Korrekturparameter ermittelt und bei der Abbildung der virtuellen Bildelemente 15a, 15b in der Bildebene, wie in 3B gezeigt, berücksichtigt, verbessert sich die Ausrichtung der virtuellen Bildelemente 15a, 15b am realen Objekt 13. Für virtuelle Bildelemente 15a, die im gezeigten Beispiel horizontal und damit z.B. parallel zu einer Sagittalebene des Head-up-Displays verlaufen, werden dabei Korrekturparameter ermittelt, die mit einer sagittalen Positionskorrektur korrespondieren, das heißt auf deren Grundlage die virtuellen Bildelemente 15a horizontal verschoben werden. Für virtuelle Bildelemente 15b, die im gezeigten Beispiel vertikal und damit z.B. parallel zu einer Meridionalebene des Head-up-Displays verlaufen, werden dabei Korrekturparameter ermittelt, die mit einer meridionalen Positionskorrektur korrespondieren, d.h. auf deren Grundlage die virtuellen Bildelemente 15b vertikal verschoben werden.On the other hand, if a correction parameter is determined on the basis of the respective orientation and when the virtual image elements are displayed 15a , 15b in the image plane, as in 3B shown, taken into account, the orientation of the virtual image elements improves 15a , 15b on the real object 13 . For virtual picture elements 15a , which in the example shown are horizontal and thus, for example, parallel to a sagittal plane of the head-up If the displays run, correction parameters are determined which correspond to a sagittal position correction, that is to say the virtual image elements on the basis thereof 15a be moved horizontally. For virtual picture elements 15b In the example shown, which run vertically and thus, for example, parallel to a meridional plane of the head-up display, correction parameters are determined which correspond to a meridional position correction, ie the virtual image elements on the basis thereof 15b be moved vertically.

4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Ausrichten eines virtuellen Bildelements, das mittels eines Head-up-Displays in einer Bildebene eines Abbildungsbereichs des Head-up-Displays abgebildet wird, an einem realen Objekt, das von einem Fahrer eines Fahrzeugs im Abbildungsbereich des Head-up-Displays wahrnehmbar ist. 4th shows a flow chart to illustrate a preferred embodiment of the method according to the invention 100 for aligning a virtual image element, which is imaged by means of a head-up display in an image plane of an imaging area of the head-up display, with a real object which can be perceived by a driver of a vehicle in the imaging area of the head-up display.

In einem Verfahrensschritt S1 wird die Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays ermittelt. Dazu können beispielsweise, insbesondere von einer Steuerungseinrichtung des Head-up-Displays, Sensordaten einer Sensoreinrichtung des Fahrzeugs ausgewertet werden. Alternativ kann die Lage des realen Objekts auch durch eine Steuereinheit des Fahrzeugs ermittelt werden und von der Steuerungseinrichtung Head-up-Displays abgerufen werden.In one step S1 the position of the real object in the imaging area of the head-up display is determined. For this purpose, sensor data of a sensor device of the vehicle can be evaluated, for example, in particular by a control device of the head-up display. Alternatively, the position of the real object can also be determined by a control unit of the vehicle and called up by the control device head-up displays.

In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird zumindest ein Korrekturparameter in Abhängigkeit von einer Orientierung des abzubildenden virtuellen Bildelements relativ zu einer durch eine anisotrope Abbildungseigenschaft, etwa einen Astigmatismus, des Head-up-Displays vorgegebenen Richtung in der Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays ermittelt. Dazu kann beispielsweise auf eine Datenbank zugegriffen werden, in der Korrekturparameterwerte für die unterschiedlichen Orientierungen des virtuellen Bildelements, insbesondere parallel oder senkrecht zur vorgegebenen Richtung, gespeichert sind. Der zumindest eine Korrekturparameterwert kann dabei auch unter Berücksichtigung der ermittelten Lage des realen Objekts im Abbildungsbereich des Head-up-Displays ermittelt, insbesondere aus der Datenbank ausgelesen, werden. Alternativ oder zusätzlich kann der zumindest eine Korrekturparameterwert dabei auch unter Berücksichtigung einer Augenposition des Fahrers des Fahrzeugs, die beispielsweise durch Auswahl einer entsprechenden Eyebox oder durch Eyetracking festgelegt wird, ermittelt, insbesondere aus der Datenbank ausgelesen, werden.In a further step S2 at least one correction parameter is determined as a function of an orientation of the virtual image element to be imaged relative to a direction in the image plane in the imaging area of the head-up display that is predetermined by an anisotropic imaging property, for example an astigmatism, of the head-up display. For this purpose, a database can be accessed, for example, in which correction parameter values for the different orientations of the virtual image element are stored, in particular parallel or perpendicular to the predetermined direction. The at least one correction parameter value can also be determined taking into account the determined position of the real object in the imaging area of the head-up display, in particular read from the database. Alternatively or additionally, the at least one correction parameter value can also be determined, in particular read from the database, taking into account an eye position of the driver of the vehicle, which is determined, for example, by selecting an appropriate eyebox or by eye tracking.

Anhand des zumindest einen Korrekturparameters und der ermittelten Lage des realen Objekts kann in einem weiteren Verfahrensschritt S3 eine Anzeigeposition ermittelt werden, an der das abzubildende virtuelle Bildelement auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden soll, so dass es nach einer Projektion auf eine Projektionsfläche durch eine abbildenden Einrichtung vom Fahrer als am realen Objekt ausgerichtet wahrgenommen wird. Die Anzeigeposition wird dabei vorzugsweise unter Berücksichtigung eines virtuellen Bildabstands zwischen der Bildebene im Abbildungsbereich des Head-up-Displays und der Augenposition berechnet. Dabei kann der zumindest eine Korrekturparameter zur Korrektur des virtuellen Bildabstands eingesetzt werden, wodurch sich effektiv eine Verschiebung der Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung ergibt.In a further method step, the at least one correction parameter and the determined position of the real object can be used S3 a display position is determined at which the virtual image element to be imaged is to be displayed on a display device, so that after projection onto a projection surface by an imaging device the driver perceives it as aligned with the real object. The display position is preferably calculated taking into account a virtual image distance between the image plane in the imaging area of the head-up display and the eye position. The at least one correction parameter can be used to correct the virtual image distance, which effectively results in a shift in the display position on the display device.

In einem weiteren Verfahrensschritt S4 wird das abzubildende virtuelle Bildelement auf der Anzeigeeinrichtung an der ermittelten Anzeigeposition angezeigt. Das angezeigte virtuelle Bildelement kann dann über eine abbildende Einrichtung des Head-up-Displays auf eine Projektionsfläche, beispielsweise die Windschutzscheibe des Fahrzeugs, projiziert werden, wo es als Abbildung in der Bildebene durch den Fahrer des Fahrzeugs wahrgenommen werden kann.In a further step S4 the virtual image element to be imaged is displayed on the display device at the determined display position. The displayed virtual image element can then be projected via an imaging device of the head-up display onto a projection surface, for example the windshield of the vehicle, where it can be perceived by the driver of the vehicle as an image in the image plane.

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be noted that a large number of variations exist. It should also be noted that the exemplary embodiments described are only non-limiting examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with a guide to implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an example embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims deviated subject and its legal equivalents.

BezugszeichenlisteReference list

11
Fahrzeugvehicle
22nd
Head-up-DisplayHead-Up Display
33rd
AnzeigeeinrichtungDisplay device
44th
abbildende Einrichtungimaging facility
4a, 4b4a, 4b
Spiegelmirror
55
SteuerungseinrichtungControl device
66
SensoreinrichtungSensor device
77
ProjektionsflächeProjection surface
88th
Fahrerdriver
99
EyeboxEyebox
1010th
DatenbankDatabase
1111
BeobachterpositionObserver position
12 12th
AugenpositionEye position
1313
reales Objektreal object
13a13a
SichtlinieLine of sight
14, 14a-c14, 14a-c
BildebeneImage plane
15, 15a, 15b15, 15a, 15b
virtuelles Bildelement virtual picture element
100100
Verfahren method
S1 - S4S1 - S4
Verfahrensschritte Procedural steps
AA
AbbildungsbereichImaging area
SS
StrahlengangBeam path
XX
optische Achseoptical axis
ZZ.
ZielabstandTarget distance
BB
virtueller Bildabstandvirtual image spacing
ΔΔ
AchsversatzAxis offset
ΔB, ΔBa, ΔBb Δ B , Δ Ba , Δ Bb
BildversatzImage shift

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2017/0169612 A1 [0005]US 2017/0169612 A1 [0005]

Claims (10)

Verfahren (100) zum Ausrichten eines virtuellen Bildelements (15, 15a, 15b), das mittels eines Head-up-Displays (2) in einer Bildebene (14, 14a-c) eines Abbildungsbereichs (A) des Head-up-Displays (2) abgebildet wird, an einem realen Objekt (13), das von einem Fahrer (8) eines Fahrzeugs (1), insbesondere Kraftfahrzeugs, im Abbildungsbereich (A) des Head-up-Displays (2) wahrnehmbar ist, aufweisend: Ermitteln (S1) einer Lage des realen Objekts (13) im Abbildungsbereich (A) des Head-up-Displays (2); Ermitteln (S2) zumindest eines Korrekturparameters in Abhängigkeit von einer Orientierung des abzubildenden virtuellen Bildelements (15, 15a, 15b) relativ zu einer durch eine anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays (2) vorgegebenen Richtung in der Bildebene (14, 14a-c) im Abbildungsbereich (A) des Head-up-Displays (2); und Anzeigen (S4) des abzubildenden virtuellen Bildelements (15, 15a, 15b) mittels einer bildgebenden Anzeigeeinrichtung (3) des Head-up-Displays (2) an einer Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung (3), die von der ermittelten Lage des realen Objekts (13) im Abbildungsbereich (A) des Head-Up-Displays (2) und dem zumindest einen Korrekturparameter abhängt.Method (100) for aligning a virtual image element (15, 15a, 15b), which by means of a head-up display (2) in an image plane (14, 14a-c) of an imaging area (A) of the head-up display ( 2) is imaged on a real object (13) that can be perceived by a driver (8) of a vehicle (1), in particular a motor vehicle, in the imaging area (A) of the head-up display (2), comprising: Determining (S1) a position of the real object (13) in the imaging area (A) of the head-up display (2); Determining (S2) at least one correction parameter as a function of an orientation of the virtual image element (15, 15a, 15b) to be imaged relative to a direction in the image plane (14, 14a-c) predetermined by an anisotropic imaging property of the head-up display (2) ) in the imaging area (A) of the head-up display (2); and Displaying (S4) the virtual image element (15, 15a, 15b) to be imaged by means of an imaging display device (3) of the head-up display (2) at a display position on the display device (3), which depends on the determined position of the real object ( 13) in the imaging area (A) of the head-up display (2) and which depends on at least one correction parameter. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzeigeposition auf der Anzeigeeinrichtung (3), an der das abzubildende virtuelle Bildelement (15, 15a, 15b) angezeigt wird, unter Berücksichtigung eines mittels des zumindest einen Korrekturparameters korrigierten virtuellen Bildabstands (B) zwischen der Bildebene (14, 14a, 14b) im Abbildungsbereich (A) des Head-up-Displays (2) und einer Beobachterposition (11), von der aus das reale Objekt (13) durch den Fahrer (8) wahrnehmbar ist, ermittelt wird.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the display position on the display device (3) on which the virtual image element (15, 15a, 15b) to be displayed is displayed, taking into account a virtual image distance (B) corrected by means of the at least one correction parameter. between the image plane (14, 14a, 14b) in the imaging area (A) of the head-up display (2) and an observer position (11), from which the real object (13) can be perceived by the driver (8) becomes. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Korrekturparameter zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des realen Objekts (13) im Abbildungsbereich (A) des Head-Up-Displays (2) ermittelt wird.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one correction parameter is additionally determined as a function of the determined position of the real object (13) in the imaging area (A) of the head-up display (2). Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Augenposition (12) des Fahrers (8) relativ zu einer Projektionsfläche (7), auf welche das von der Anzeigeeinrichtung (3) angezeigte Bildelement projiziert wird, ermittelt und der Korrekturparameter zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Augenposition (12) ermittelt wird.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein an eye position (12) of the driver (8) is determined relative to a projection surface (7) onto which the image element displayed by the display device (3) is projected, and the correction parameter is additionally dependent is determined from the determined eye position (12). Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Korrekturparameter aus einer Datenbank (10) ermittelt wird, in der unterschiedlichen Lagen des realen Objekts (13) im Abbildungsbereich (A) des Head-up-Displays (2) und/oder jeder Augenposition (12) des Fahrers (8) relativ zur Projektionsfläche (7) jeweils wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zugeordnet sind.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one correction parameter is determined from a database (10) in which different positions of the real object (13) in the imaging area (A) of the head-up display (2) and / or each eye position (12) of the driver (8) relative to the projection surface (7) is assigned at least two correction parameter values. Verfahren (100) nach Anspruch 5, wobei einer der jeweils wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zur Korrektur der Anzeigeposition des virtuellen Bildelements (15, 15a, 15b) in einer Sagittalebene einer abbildenden Einrichtung des Head-up-Displays (2) und ein anderer der jeweils wenigstens zwei Korrekturparameterwerte zur Korrektur der Anzeigeposition des virtuellen Bildelements (15, 15a, 15b) in einer Meridionalebene der abbildenden Einrichtung des Head-up-Displays (2) vorgesehen ist.Method (100) according to Claim 5 , one of the at least two correction parameter values for correcting the display position of the virtual image element (15, 15a, 15b) in a sagittal plane of an imaging device of the head-up display (2) and another of the at least two correction parameter values for correcting the display position of the virtual image element (15, 15a, 15b) is provided in a meridional plane of the imaging device of the head-up display (2). Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei einer der wenigstens zwei Korrekturparameterwerte in Abhängigkeit von der Orientierung des zu projizierenden virtuellen Bildelements (15, 15a, 15b) relativ zur durch die anisotrope Abbildungseigenschaft des Head-up-Displays (2) vorgegebenen Richtung in der Bildebene (14, 14a-c) im Abbildungsbereich (A) des Head-up-Displays (2) ausgewählt wird.Method (100) according to one of the Claims 5 or 6 , one of the at least two correction parameter values depending on the orientation of the virtual image element (15, 15a, 15b) to be projected relative to the direction in the image plane (14, 14a-c) predetermined by the anisotropic imaging property of the head-up display (2) ) is selected in the imaging area (A) of the head-up display (2). Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend: Erfassen von medizinischen Daten des Fahrers (8), die seine Sehfähigkeit charakterisieren, wobei der zumindest eine Korrekturparameter zusätzlich in Abhängigkeit von der erfassten medizinischen Daten ermittelt wird.The method (100) according to any one of the preceding claims, further comprising: Acquisition of medical data of the driver (8) which characterize his vision, wherein the at least one correction parameter is additionally determined as a function of the medical data acquired. Head-up-Display (2) zum Abbilden eines virtuellen Bildelements (15, 15a, 15b) in einer Bildebene (14, 14a-c) eines Abbildungsbereichs (A) des Head-up-Displays (2), das eine Anzeigeeinrichtung aufweist und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.Head-up display (2) for imaging a virtual image element (15, 15a, 15b) in an image plane (14, 14a-c) of an imaging area (A) of the head-up display (2), which has a display device and is set up to carry out the method according to one of the preceding claims. Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Head-up-Display (2) nach Anspruch 9.Vehicle (1), in particular motor vehicle, with a head-up display (2) Claim 9 .
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