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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Projektionseinrichtung und auf ein Verfahren zum Projizieren eines Bilds in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs.
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Combiner-HUDs (CHUDs) sind Head-up-Displays (HUDs), die ein virtuelles Bild über eine separate Scheibe in das Sichtfeld des Fahrers eines Fahrzeugs einblenden. Dadurch ist ein Combiner-HUD unabhängig von der Windschutzscheibenform sowie unabhängig von Windschutzscheibentoleranzen und daher für verschiedene Fahrzeugtypen und Fahrzeugausführungen, z. B. Links- und Rechtslenker einsetzbar. Weiterhin wird bei einem Combiner-HUD keine spezielle mit Keil ausgestattete Windschutzscheibe benötigt, weswegen zusammengenommen mit der flexibleren Einsetzbarkeit Combiner-HUDs kostengünstiger sind als Windschutzscheiben-HUDs.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine Projektionseinrichtung und ein Verfahren zum Projizieren eines Bilds in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Eine Projektionseinrichtung in Form eines Combiner-HUD oder eines Virtuel Image Displays (VID) befindet sich im Sichtfeld des Fahrers. Daher sind die Ränder der separaten Scheibe der Projektionseinrichtung, des sogenannten Combiners, für den Fahrer sichtbar. Solche sichtbaren Combinerkanten können von Nutzern als störend empfundenen werden. Die Combinerkanten können in ungünstigen Beleuchtungssituationen das Sonnenlicht in die Richtung des Fahrers reflektieren und auch indirekt über die Windschutzscheibe im Blickfeld des Fahrers wahrgenommen werden.
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Um diese Effekte zu minimieren, kann die Combinerscheibe möglichst dünn ausgelegt und am Rand aufgeraut werden. Trotz solcher Maßnahmen zum Reduzieren von Störreflexen ist der Rand des Combiners immer für den Fahrer sichtbar.
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Diese unter Umständen störende Sichtbarkeit der Combinerränder im primären Sichtfeld kann überspielt werden, indem die Ränder des Combiners beleuchtet werden. Beispielsweise können die Ränder des Combiners ausgenutzt werden, um dem Fahrer Informationen visuell darzustellen.
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Eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines virtuellen Bilds in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs weist folgende Merkmale auf:
einen Bildgeber zum Aussenden eines Lichtsignals zum Darstellen des virtuellen Bilds;
ein Projektionselement zum Einblenden des Lichtsignals in den Sichtbereich; und
eine Einrichtung zur Beleuchtung eines Randbereichs des Projektionselements.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein Motorrad handeln. Der Sichtbereich kann den in Blickrichtung des Fahrers vor dem Fahrer angeordneten Raum umfassen. Beispielsweise kann der Sichtbereich in Richtung einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet sein. Bei dem virtuellen Bild kann es sich um eine Darstellung handeln, die sich aus Sicht des Fahrers in dem Sichtbereich befindet. Beispielsweise kann das virtuelle Bild aus Sicht des Fahrers schwebend dargestellt oder in ein sich in dem Sichtbereich befindliches Umfeld des Fahrzeugs eingeblendet sein. Beispielsweise kann das virtuelle Bild ein Zeichen darstellen. Zusätzlich oder alternativ kann das virtuelle Bild in einen Sichtbereich eines anderen Insassen des Fahrzeugs, beispielsweise eines Beifahrers, projiziert werden. Bei der Projektionseinrichtung kann es sich um ein Combiner-Head-up-Display handeln. Bei dem Lichtsignal kann es sich um ausgesendetes Licht handeln. Bei dem Bildgeber kann es sich um eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise um ein Display handeln. Der Bildgeber kann eine Mehrzahl von Lichtquellen zur Erzeugung einzelner Bildpunkte des virtuellen Bilds aufweisen. Somit kann es sich bei dem Lichtsignal um ein Bündel aus mehreren Lichtstrahlen handeln. Die einzelnen Lichtstrahlen können unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, um das virtuelle Bild mit unterschiedlichen Farben darstellen zu können. Das Projektionselement und der Bildgeber können so angeordnet sein, dass das von dem Bildgeber ausgesendete Lichtsignal auf eine Oberfläche des Projektionselements trifft und von der Oberfläche des Projektionselements in den Sichtbereich reflektiert wird. In einem Strahlengang des Lichtsignals zwischen dem Bildgeber und dem Projektionselement können ein oder mehrere optische Elemente zum Führen des Lichtsignals zu der Oberfläche des Projektionselements angeordnet sein. Das Projektionselement kann eine Scheibe sein. Das Projektionselement kann gegenüber dem Lichtsignal reflektierend ausgeführt sein. Ferner kann das Projektionselement in Bezug auf von einer dem Fahrer abgewandten Seite des Projektionselements auf das Projektionselement treffendes Licht lichtdurchlässig ausgeführt sein. Auf diese Weise kann der Sichtbereich des Fahrers durch das Projektionselement nicht oder nur geringfügig eingeschränkt werden und es kann dennoch das virtuelle Bild in den Sichtbereich projiziert werden. Bei dem Randbereich des Projektionselements kann es sich um einen sich in dem Sichtbereich befindlichen äußeren Rand, beispielsweise eine Kante oder Schmalseite, des Projektionselements handeln. Beispielsweise kann es sich im eingebauten Zustand des Projektionselements um den oberen Rand des Projektionselements handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es sich um an den oberen Rand angrenzende seitliche Ränder handeln. Durch die Einrichtung zur Beleuchtung kann der Randbereich des Projektionselements zum Leuchten gebracht werden. Je nach Ausführungsform kann der Randbereich dazu entweder selbst Licht ausstrahlen, Licht reflektieren oder sowohl Licht ausstrahlen als auch Licht reflektieren. Die Beleuchtung des Randbereichs kann unabhängig von der Projektion des virtuellen Bilds erfolgen. Ein Informationsgehalt der Beleuchtung kann unabhängig von einem Informationsgehalt des virtuellen Bilds sein. Alternativ kann die Beleuchtung auf das virtuelle Bild abgestimmt sein. Im Vergleich zu einem sichtbaren Rand des Projektionselements wird ein als visuelle Anzeige genutzter Rand des Projektionselements nicht als störend empfunden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Einrichtung zur Beleuchtung eine Lichtquelle zum Aussenden eines Randlichtsignals zur Beleuchtung des Randbereichs des Projektionselements aufweisen. Ferner kann das Projektionselement eine Einkoppelschnittstelle zum Einkoppeln des Randlichtsignals in das Projektionselement, eine in dem Inneren des Projektionselements angeordnete Lichtführung zum Führen des Randlichtsignals von der Einkoppelschnittstelle zu dem Randbereich sowie eine in dem Randbereich angeordnete Auskoppelschnittstelle zum Auskoppeln des Randlichtsignals in den Sichtbereich aufweisen. Bei der Lichtquelle kann es sich um eine zusätzlich zu dem Bildgeber vorhandene Lichtquelle handeln. Bei dem Randlichtsignal kann es sich um ausgesendetes Licht handeln. Die Einkoppelschnittstelle kann an einer Randfläche des Projektionselements angeordnet sein. Die Einkoppelschnittstelle und die Auskoppelschnittstelle können an gegenüberliebenden Seiten des Projektionselements angeordnet sein. Zwischen der Einkoppelschnittstelle und der Auskoppelschnittstelle kann das Projektionselement als Lichtleiter zum Leiten des Randlichtsignals handeln. An der Auskoppelschnittstelle kann das Randlichtsignal aus dem Projektionselement austreten, wodurch das Projektionselement im Bereich der Auskoppelschnittstelle zu leuchten scheint. Die Auskoppelschnittstelle kann sich lang gezogen entlang eines Verlaufs des Randbereichs des Projektionselements erstrecken. Die Einkoppelschnittstelle kann ausgebildet sein, um das Randlichtsignal aufzufächern, um die Auskoppelschnittstelle gleichmäßig auszuleuchten. Auf diese Weise kann ein Head-up-Display mit Combinerrandanzeige realisiert werden.
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Die Auskoppelschnittstelle kann eine Struktur zum gerichteten Auskoppeln des Randlichtsignals in den Sichtbereich aufweisen. Bei der Struktur kann es sich beispielsweise um eine prismenförmige Strukturierung oder eine diffraktive oder holographische Schicht handeln. Durch ein gerichtetes Auskoppeln kann verhindert werden, dass aus dem Randbereich ausgekoppeltes Licht beispielsweise auf eine Windschutzscheibe trifft und von dieser reflektiert wird.
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Die Lichtquelle kann ausgebildet sein, um ansprechend auf ein Farbsignal eine Lichtfarbe des Randlichtsignals einzustellen. Das Farbsignal kann beispielsweise von einer Steuereinrichtung zum Steuern der Projektionseinrichtung oder der Einrichtung zur Beleuchtung bereitgestellt werden. Durch das Farbsignal kann eine Lichtfarbe der Beleuchtung des Randbereichs eingestellt oder verändert werden. Beispielsweise kann die Lichtfarbe durch ein Fahrerassistenzsystem eingestellt oder verändert werden, um dem Fahrer einen Hinweis oder eine Warnung zu übermitteln. Entsprechend der Lichtfarbe kann auch eine Intensität des Randlichtsignals eingestellt werden.
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Die Lichtquelle kann eine Umlenkeinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Umlenksignal einen Einfallwinkel des Randlichtsignals auf die Einkoppelschnittstelle einzustellen. Die Umlenkeinrichtung kann beispielsweise als ein schwenkbarer Spiegel ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Lichtquelle als ein Laserscanner ausgeführt sein. Auf diese Weise kann das Lichtsignal zeitlich nacheinander zu unterschiedlichen Abschnitten der Auskoppelschnittstelle gelenkt werden. Auf diese Weise können ein oder mehrere Abschnitte des Randbereichs des Projektionselements gezielt beleuchtet werden. Wenn das Lenksignal mit dem Farbsignal gekoppelt wird, können mithilfe einer geeigneten Steuerung der Umlenkeinrichtung unterschiedliche Abschnitte des Randbereichs des Projektionselements in unterschiedlichen Farben beleuchtet werden.
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Auch kann die Einkoppelschnittstelle ausgebildet sein, um unterschiedliche Anteile des Randlichtsignals zu unterschiedlichen Abschnitten der Auskoppelschnittstelle zu leiten. Die unterschiedlichen Anteile des Randlichtsignals können von unterschiedlichen Lichtquellen erzeugt werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Abschnitte des Randbereichs des Projektionselements unterschiedliche beleuchtet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Projektionseinrichtung kann die Einrichtung zur Beleuchtung einen Lichtleiter aufweisen. Der Lichtleiter kann in einem Randbereich des Bildgebers angeordnet sein und eine Einkoppelschnittstelle zum Einkoppeln eines Randlichtsignals in den Lichtleiter und eine Auskoppelschnittstelle zum Auskoppeln des Randlichtsignals als Randbereich des Projektionselements aufweisen. Durch den Lichtleiter kann das Randlichtsignal von der Einkoppelschnittstelle zu der Auskoppelschnittstelle geleitet werden. An der Auskoppelschnittstelle kann das Randlichtsignal aus dem Lichtleiter in Richtung des Fahrers austreten, wodurch der Randbereich des Projektionselements beleuchtet erscheint. Der Lichtleiter und die Auskoppelschnittstelle können eine dem Randbereich des Projektionselements entsprechende Form aufweisen. Der Lichtleiter kann als ein bogenförmiges Element ausgeführt sein. Die Auskoppelschnittstelle kann sich entlang einer Längserstreckungsrichtung des Lichtleiters erstrecken. Die Projektionseinrichtung lässt sich als eine kostengünstige Alternative zum Head-Up mit Glasoptik realisieren, bei der der Einsatz eines Ambilights ohne zusätzlichen Energieaufwand möglich ist. Dadurch ergibt sieh ein enormer Kostenvorteil gegenüber einer herkömmlichen Head-Up Technologie.
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Der Lichtleiter kann auf einer Oberfläche des Bildgebers angeordnet sein. Der Bildgeber kann ausgebildet sein, um zusätzlich zu dem Lichtsignal das Randlichtsignal auszusenden. Der Bildgeber kann einen Bereich aufweisen, in dem das Lichtsignal ausgesendet wird. Der Lichtleiter kann angrenzend an einen Rand dieses Bereichs angeordnet sein. Somit kann die Einkoppelschnittstelle des Lichtleiters der Licht aussendenden Oberfläche des Bildgebers zugewandt sein. Die Einkoppelschnittstelle kann sich entlang einer Längserstreckungsrichtung des Lichtleiters erstrecken. Eine Längserstreckungsrichtung der Einkoppelschnittstelle kann parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Auskoppelschnittstelle verlaufen. Vorteilhafterweise ist auf diese Weise keine separate Lichtquelle zur Erzeugung des Randlichtsignals erforderlich. Dadurch kann der Platzbedarf der Anordnung gering gehalten werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Projektionseinrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden des Randlichtsignals zu der Einkoppelschnittstelle des Lichtleiters aufweisen. Dabei kann der Lichtleiter außerhalb einer Oberfläche des Bildgebers angeordnet sein. Insbesondere kann der Lichtleiter außerhalb einer lichtaussenden Oberfläche des Bildgebers angeordnet sein. Somit kann die Einkoppelschnittstelle des Lichtleiters an einem Seitenbereich des Lichtleiters angeordnet sein. Eine Einkoppelrichtung des Randlichtsignals in den Lichtleiter kann quer zu einer Auskoppelrichtung des Randlichtsignals aus dem Lichtleiter heraus sein. Die Einkoppelschnittstelle kann punktförmig sein. Auch kann die Einkoppelschnittstelle zumindest zwei nicht miteinander verbundene Einkoppelbereiche aufweisen. Beispielsweise können ein erster Anteil des Randlichtsignals über einen ersten Einkoppelbereich an einem ersten Ende des länglichen Lichtleiters und ein zweiter Anteil des Randlichtsignals über einen zweiten Einkoppelbereich an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des länglichen Lichtleiters in den Lichtleiter eingekoppelt werden. Der erste Anteil und der zweite Randlichtsignalanteil können in unterschiedlicher Lichtfarbe bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Einrichtung zur Beleuchtung eine Schnittstelle zu einem Fahrerassistenzsystem oder einem Fahrerinformationssystem aufweisen, um ein Fahrerassistenzsignal zu empfangen. Die Einrichtung zur Beleuchtung kann ausgebildet sein, um eine Charakteristik der Beleuchtung des Randbereichs des Projektionselements abhängig von dem Fahrerassistenzsignal einzustellen. Auf diese Weise kann der Randbereich des Projektionselements als Anzeigeelement des Fahrerassistenzsystems genutzt werden.
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Ein Verfahren zum Projizieren eines virtuellen Bilds in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs umfasst die folgenden Schritte:
Aussenden eines Lichtsignals zum Darstellen eines Bilds;
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Reflektieren des Lichtsignals in den Sichtbereich unter Verwendung eines Projektionselements; und
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Beleuchten eines Randbereichs des Projektionselements.
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Die Schritte des Verfahrens können von Elementen und Einrichtungen einer Projektionseinrichtung umgesetzt werden. Erforderliche Steuersignale zum Ansteuern entsprechender Elemente oder Einrichtungen können von einer geeigneten Steuereinrichtung, beispielsweise in Form einer elektrischen Schaltung, bereitgestellt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Projektionselement einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 ein Projektionselement einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Projizieren eines Bilds gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 eine Seitenansicht einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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8 eine Seitenansicht einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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9 eine Draufsicht auf eine Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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10 eine Schnittdarstellung einer Projektionseinrichtung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionseinrichtung zum Projizieren eines virtuellen Bilds in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Projektionseinrichtung ist als ein Combiner-HUD ausgeführt, die benachbart zu einer Scheibe 102, hier einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, angeordnet ist. Bei Betrieb der Projektionseinrichtung kann ein virtuelles Bild 103 in den Sichtbereich 104, der sogenannten Eyebox, des Fahrers 106 des Fahrzeugs projiziert werden.
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Die Projektionseinrichtung weist einen Bildgeber 110 zum Aussenden eines Lichtsignals zum Darstellen des virtuellen Bilds 103 auf. Das Lichtsignal wird über ein Reflexionselement 112, hier in Form eines Spiegels, beispielsweise eines Hohlspiegels, auf ein Projektionselement 114 zum Einblenden des Lichtsignals in den Sichtbereich 104 des Fahrers 106 reflektiert. Das Projektionselement 114 wird im Folgenden auch als Combiner bezeichnet.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der Bildgeber 110 und das Reflexionselement 112 in einem Gehäuse 115 angeordnet, das in ein Armaturenbrett des Fahrzeugs integriert ist. Das Gehäuse 115 weist zu der Oberfläche des Armaturenbretts hin eine Durchgangsöffnung auf, durch die das von dem Reflexionselement 112 reflektierte Lichtsignal aus dem Gehäuse 115 austreten und auf das Projektionselement 114 treffen kann. Das Projektionselement 114 ist als eine Scheibe, hier eine gebogene Scheibe ausgeführt. Das Projektionselement 114 ist außerhalb des Gehäuses 115 angeordnet und erstreckt sich ausgehend von einer Oberfläche des Armaturenbretts von der Oberfläche des Armaturenbretts weg. Zumindest ein von der Oberfläche des Armaturenbretts abgewandter Bereich des Projektionselements 114 befindet sich in dem Sichtbereich 104 des Fahrers 106. Das Projektionselement 114 kann beispielsweise rechteckig oder halbrund ausgeführt sein. Das Projektionselement 114 ist ausgebildet, um ein von dem Lichtsignal dargestelltes Bild 103 in den Sichtbereich 104 des Fahrers 106 zu projizieren. Das Projektionselement 114 ist lichtdurchlässig ausgeführt, sodass der Fahrer 106 durch das Projektionselement 114 hindurch die Umgebung des Fahrzeugs wahrnehmen kann.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Projektionseinrichtung eine in 1 nicht dargestellte Einrichtung zur Beleuchtung eines Randbereichs 116 des Projektionselements 114 auf. Die Einrichtung zur Beleuchtung wird nachfolgend anhand der 2 und 3 näher beschrieben. Durch die Einrichtung zur Beleuchtung kann der Randbereich 116 des Projektionselements 114 beleuchtet werden, und zwar unabhängig von dem durch das Lichtsignal auf das Projektionselement 114 reflektierte Bild 103. Der Randbereich 116 ist im eingebauten Zustand der Projektionseinrichtung im Sichtbereich 104 des Fahrers 106 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Randbereich 116 der dem Armaturenbrett abgewandte Rand des Projektionselements 114. Zusätzlich oder alternativ kann der Randbereich 116 auch seitliche zu dem Armaturenbrett hinlaufende Ränder des Projektionselements 114 umfassen. Auch kann der Randbereich 116 umlaufend um einen freien Rand des Projektionselements 114 ausgeführt sein.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erscheint für den Fahrer 106 von der Eyebox 104 aus gesehen, hinter der Windschutzscheibe 102 ein virtuelles Bild 103, welches durch eine HUD-Optik, bestehend aus Bildgeber 110, (Hohl-)Spiegel 112 und Combiner 114 ins Sichtfeld 104 des Fahrers 106 eingeblendet wird. Das Combiner-HUD ist im Armaturenbrett integriert und unterhalb der Armaturenbrettoberfläche durch ein in 1 nicht dargestelltes Deckglas z. B. vor Staub geschützt. Das Deckglas kann insbesondere die Durchgangsöffnung des Gehäuses 115 des Combiner-HUD abgedeckt sein. Der Rand 116 des Combiners 114 liegt im primären Sichtfeld 104 des Fahrers 106 und ist daher für den Fahrer 106 immer sichtbar.
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2 zeigt ein Projektionselement 114 einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Projektionseinrichtung kann es sich um das in 1 gezeigte Combiner-HUD handeln. Demnach kann es sich bei dem Projektionselement 114 um das in 1 gezeigte Projektionselement in Form eines Combiners handeln.
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Gezeigt ist in 2 eine Einrichtung zur Beleuchtung des Randbereichs 116 des Projektionselements 114. Die Einrichtung zur Beleuchtung ist Teil der Projektionseinrichtung. Die Einrichtung zur Beleuchtung weist eine Lichtquelle 220 zum Aussenden eines Randlichtsignals 222 und eine Einkoppelschnittstelle 224 zum Einkoppeln des Randlichtsignals 222 in das Projektionselement 114 auf. Die Einkoppelschnittstelle 224 kann Teil des Projektionselements 114 oder ein separates Element sein. Das Randlichtsignal 222 ist zur Beleuchtung des Randbereichs 116 des Projektionselements 114 vorgesehen. Das Projektionselement 114 ist ausgebildet, um das Randlichtsignal 222 im Inneren des Projektionselements 114 zu dem Randbereich 116 zu führen und an dem Randbereich 116 über eine in dem Randbereich angeordnete Auskoppelschnittstelle aus dem Projektionselement 114, vorzugsweise in Richtung 226 des Sichtbereichs des Fahrers 106 auszukoppeln. Auf diese Weise erscheint der Randbereich 116 aus Sicht des Fahrers 106 als Lichtquelle.
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In 2 ist der Combiner 114 in Vergleich zu der Darstellung in 1 vergrößert gezeichnet zusammen mit dem nicht maßstabsgetreu dargestellten Fahrer 106 gezeigt. In diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird das durch die Leuchtquelle 220 emittierte Licht 222 über eine Optik 224 in den Combiner 114 eingekoppelt, der als Wellenleiter fungiert. Die eingekoppelten Lichtstrahlen 222 werden mehrfach von den optischen Combinerflächen reflektiert und gelangen daher nahezu verlustfrei an den Rand 116 des Combiners 114 an dem die Lichtstrahlen 222 vorzugsweise in Richtung 226 des Fahrers 106 gestreut werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dabei, um die Funktionalität des leuchtenden Combinerrands 116 zu erhöhen, eine mehrfarbige Lichtquelle 220 verwendet. Damit können über den Randbereich 116 stufenlose Farbverläufe angezeigt werden, die, wie nachfolgend genauer beschrieben, den Fahrer 106 beispielsweise über das Einhalten der Geschwindigkeitsbegrenzung informieren können.
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3 zeigt ein Projektionselement 114 einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Projektionseinrichtung kann es sich um das in 1 gezeigte Combiner-HUD handeln. Demnach kann es sich bei dem Projektionselement 114 um das in 1 gezeigte Projektionselement in Form eines Combiners handeln.
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Gezeigt ist in 3 eine Einrichtung zur Beleuchtung des Randbereichs 116 des Projektionselements 114. Die Einrichtung zur Beleuchtung ist Teil der Projektionseinrichtung. Die Einrichtung zur Beleuchtung weist eine Lichtquelle 320 zum Aussenden von Randlichtsignalen 322a, 322b und eine Einkoppelschnittstelle 324 zum Einkoppeln der Randlichtsignale 322a, 322b in das Projektionselement 114 auf. Die Einkoppelschnittstelle 324 ist beweglich ausgeführt, um die Lichtstrahlen der Randlichtsignale 322a, 322b lenken zu können. Beispielsweise ist die Einkoppelschnittstelle 324 als ein Spiegel ausgeführt. Auf diese Weise können die Einfallswinkel der Randlichtsignale 322a, 322b in das Projektionselement 114 gesteuert werden. Die Randlichtsignale 322a, 322b sind zur Beleuchtung unterschiedlicher Abschnitte 316a, 316b des Randbereichs 116 des Projektionselements 114 vorgesehen. Das Projektionselement 114 ist ausgebildet, um die Randlichtsignale 322a, 322b im Inneren des Projektionselements 114 zu den Abschnitten 316a, 316b des Randbereichs 116 zu führen und an den den Abschnitten 316a, 316b des Randbereichs 116 über in den den Abschnitten 316a, 316b des Randbereichs 116 angeordnete Auskoppelschnittstellen aus dem Projektionselement 114, vorzugsweise in Richtung 326a, 326b des Sichtbereichs des Fahrers 106 auszukoppeln. Auf diese Weise erscheinen die Abschnitte 316a, 316b des Randbereichs 116 aus Sicht des Fahrers 106 als Lichtquellen. Die Lichtquelle 320 und die Einkoppelschnittstelle 324 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse 115 der Projektionseinrichtung angeordnet.
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Beispielhaft ist gezeigt, dass die Einkoppelschnittstelle 324 in einer ersten Stellung ausgebildet ist, um das Randlichtsignal 322a auf den an der rechten Seite des Randbereichs 116 angeordneten Abschnitt 316a zu lenken und in einer zweiten Stellung ausgebildet ist, um das Randlichtsignal 322b auf den an der gegenüberliegenden linken Seite des Randbereichs 116 angeordneten Abschnitt 316b zu lenken. Der Randbereich 116 kann in weitere Abschnitte unterteilt sein, auf die weitere Randlichtsignale der Leuchtquelle 320 gelenkt werden können.
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Gemäß dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Lichtquelle 320 ein Laserscanner verwendet, der über einen Mikrospiegel 324 Lichtstrahlen 322a, 322b verschiedener Wellenlängen in verschiedene Richtungen, von denen zwei beispielhaft dargestellt sind, in den Combinerrand 116 im Bereich der Fixierung des Combiners 114 an dem Armaturenbrett oder dem Gehäuse 115 einkoppeln kann und daher den für den Fahrer 106 sichtbaren Rand 116 des Combiners 114 an beliebiger Stelle, z. B. den gezeigten Abschnitten 316a, 316b, dem Ablenkwinkel des Laserscanners 320 entsprechend, zum Leuchten bringen kann.
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Die zum Fahrer 106 gestreuten Strahlen 326a, 326b können für eine Vielfalt von Funktionen, beispielsweise eines Fahrerinformationssystems oder eines Fahrerassistenzsystems genutzt werden. Beispielsweise können dem Fahrer 106 über eine geeignete Beleuchtung des Randabschnitts 116 Funktionen des Blinkers des Fahrzeugs, Funktionen eines Spurhalteassistenten (Lande-keeping Assistant) oder winkelanaloge Navigationshinweise angezeigt werden.
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Bei allen Varianten soll die Streuung am Combinerrand 116 derart realisiert werden, dass die austretenden Strahlen 326a, 326b nicht über die Windschutzscheibe für den Fahrer 106 sichtbar werden. Dies kann beispielsweise durch eine prismenförmige Mikrostrukturierung, oder eine integrierte oder eingeprägte diffraktive oder holographische Schicht realisiert werden, welche eine gerichtete Abstrahlung ermöglichen. Eine entsprechende Strukturierung bzw. Schicht kann in dem Randbereich 116 an einer Oberfläche des Combiners 114 realisiert sein.
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Weiterhin ist zu beachten, dass die der Straßenszene zugewandte Oberfläche des als Wellenleiter fungierenden Combiners 114 nicht direkt entspiegelt ist, sondern mit einer entsprechenden niedrig brechenden Schicht überzogen ist, um die interne Totalreflexion nicht zu verhindern. Weiter außen wird weiterhin eine Entspiegelung verwendet werden, um störende Reflexe in der Windschutzscheibe zu vermindern und die Sichtbarkeit des Doppelbildes zu reduzieren.
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Gemäß den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen erfolgt eine Nutzung der Combinerscheibe 114 als Wellenleiter mit streuendem Combinerrand 116. Dabei wird im Halterungsbereich des Combiners 114 Licht 222, 322a, 322b einer Lichtquelle 220, 320, z. B. einer Leuchtdiode (LED) oder eines Lasers, über eine geeignete Optik 224, 324 in die Combinerscheibe 114 eingekoppelt, mehrfach total reflektiert und am Rand 116 des Combiners 114 in geeigneter Weise in Richtung 226, 326a, 326b des Fahrers 106 gestreut.
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Durch Verwendung von Lichtquellen 220, 320 verschiedener Wellenlängen, kann dem Fahrer 106 beispielsweise mittels eines Farbverlaufes dargestellt werden, ob er die Geschwindigkeitsbeschränkungen einhält. Dabei würde beispielsweise ein grün leuchtender Combinerrand 116 für die Einhaltung der aktuellen Geschwindigkeitsbegrenzung stehen und ein ins Rötliche wechselnder Combinerrand 116 auf eine Geschwindigkeitsüberschreitung hindeuten. Diese Farbveränderung würde der Fahrer 106 ohne Blickabwendung im peripheren Sichtfeld wahrnehmen können. Die Daten über die aktuellen Geschwindigkeitsbegrenzungen werden dabei von einem bilderkennenden System, wie sie in der Luxusklasse schon angeboten werden und zusätzlich oder alternativ von einer digitalen Karte geliefert.
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Zur Nutzung des Randbereichs 116 als ein Anzeigeelement eines Fahrerinformationssystems oder eines Fahrerassistenzsystems können insbesondere die Lichtquellen 220, 320 sowie der eine Aktuatorik zum Bewegen des Spiegels 324 Schnittstellen zum Empfangen von Steuersignalen von dem Fahrerinformationssystem oder dem Fahrerassistenzsystem aufweisen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Projizieren eines Bilds gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann in einer Projektionseinrichtung, wie sie in einer der vorangegangenen oder nachfolgenden Figuren gezeigt ist, umgesetzt werden.
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In einem Schritt 401 wird ein Lichtsignal zum Darstellen eines Bilds ausgesendet, In einem Schritt 403 wird das Lichtsignal in einen Sichtbereich eines Anwenders der Projektionseinrichtung reflektiert. In einem Schritt 405 wird der Randbereich eines Projektionselements der Projektionseinrichtung beleuchtet. Dazu wird ein separates Randlichtsignal eingesetzt.
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Gemäß den in den 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen wird das Randlichtsignal in das Projektionselement eingekoppelt, zu dem zu beleuchtenden Randbereich geführt und dort in Richtung des Anwenders ausgekoppelt.
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Gemäß den in den nachfolgenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen wird das Randlichtsignal separat zu dem Lichtsignal zu dem zu beleuchtenden Randbereich des Projektionselements geführt und dort in Richtung des Anwenders ausgegeben.
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5 zeigt eine Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Projektionseinrichtung weist ein Projektionselement 114 zum Einblenden eines Lichtsignals in einen Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs auf. Dazu ist das Projektionselement 114 abstehend auf einem Armaturenbrett 530 des Fahrzeugs angeordnet. Gezeigt ist eine Sicht des Fahrers auf das Instrument.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Projektionselement 114 halbkreisförmig. Durch das Lichtsignal wird als virtuelles Bild von dem Projektionselement 114 eine Straßenkarte mit einer Markierung eines aktuellen Standorts des Fahrzeugs in Form eines in Fahrtrichtung des Fahrzeugs zeigenden Pfeil in den Sichtbereich des Fahrers projiziert. Ein Randbereich des Projektionselements 114, der an das virtuelle Bild angrenzt, ist von einem Lichtleiter 532 zur Realisierung eines Umgebungslichts, einem sogenannten Ambilight, umgeben. Ein Rand des Lichtleiters 532 ist entsprechend der Form des Projektionselements 114 halbkreisförmig ausgeführt.
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Der durch den Lichtleiter 532 gebildeten Randbereich des Projektionselements weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Farbverlauf auf, wobei die Farbintensität des Randbereichs ausgehend von dem an das Armaturenbrett 530 angrenzenden Bereich immer schwächer wird. Beispielsweise kann der Randbereich angrenzend an das Armaturenbrett 530 intensiv grün beleuchtet sein und in Richtung des Scheitels des Randbereichs nach Weiß ausblassen.
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6 zeigt eine weitere Darstellung der in 5 gezeigten Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Darstellung ist als virtuelles Bild eine rote Fläche dargestellt.
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7 zeigt eine Seitenansicht eines schematischen Aufbaus einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Projektionseinrichtung kann es sich um die in den 5 und 6 gezeigten Projektionseinrichtung handeln.
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Die Projektionseinrichtung weist einen Bildgeber 110 zum Aussenden eines Lichtsignals zum Darstellen eines virtuellen Bilds und ein Projektionselement 114 zum Einblenden des Lichtsignals in den Sichtbereich des Fahrers auf. Der Bildgeber ist als ein Display und das Projektionselement 114 als ein Spiegel ausgeführt. Eine Haupterstreckungsebene des Bildgebers 110 ist kollinear gegenüber einer Blickrichtung des Fahrers ausgerichtet, also beispielsweise in einem Winkel von 12° gegenüber der Waagerechten geneigt. Eine Haupterstreckungsebene des Projektionselements 114 ist beispielsweise in einem Winkel von 45° gegenüber der Haupterstreckungsebene des Bildgebers 110 geneigt.
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8 zeigt eine Seitenansicht einer Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Projektionseinrichtung kann es sich um die in den 5 und 6 gezeigten Projektionseinrichtung handeln. Gezeigt ist der Bildgeber 110 in Form eines Displays und das Projektionselement 114 in Form eines Spiegels. Der Lichtleiter 532 als Ambilight ist auf einem Bereich des Bildgebers 110 zur Beleuchtung des Randbereichs des Projektionselements 114 vorgesehen. Die Projektionseinrichtung weist ferner eine parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Bildgebers 110 verlaufende und an eine Oberfläche des Bildgebers 110 angrenzende Hutze 835 auf. Durch einen Pfeil ist eine Blickrichtung 837 des Fahrers auf das Instrument gezeigt.
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Von dem Bereich des Bildgebers 110 auf dem der Lichtleiter 532 angeordnet ist, wird ein Randlichtsignal ausgesendet, das zur Beleuchtung des Randbereichs des Projektionselements geeignet ist.
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9 zeigt eine Draufsicht auf eine Projektionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Projektionseinrichtung kann es sich um die in den 5 und 6 gezeigten Projektionseinrichtung handeln. Gezeigt ist eine Schnittlinie A-A.
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10 zeigt eine Schnittdarstellung einer Projektionseinrichtung entlang der in 9 gezeigten Schnittlinie A-A. Gezeigt ist der Bildgeber 110 in Form eines Displays, das Projektionselement 114 in Form eines Spiegels und die Hutze 835. Der Lichtleiter 532 ist als ein Ring aus Acrylglas, einem sogenannten Ambilight Ring ausgeführt. Durch den Ring aus Acrylglas wird der Lichtleiter 532 gebildet. Ein Rand des Lichtleiters 532 ist als eine Auskoppelfläche 1040 zur Auskopplung eines in dem Lichtleiter 532 geführten Randlichtsignals ausgeführt.
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Anhand der 5 bis 10 werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der Projektionseinrichtung in Form einer Spiegelprojektion mit Ambilight sowie eines Virtual Image Display (VID) beschrieben. Die Projektionseinrichtung kann als ein Display mit Glasoptik realisiert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Projektionseirnichtung um ein Head-Up unter Verwendung eines einfachen Displays eines frei programmierbaren Kombiinstruments (FPK-Display) handeln.
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Die Form der sichtbaren Bildschirmfläche ist durch die Form des Spiegels 114 frei variierbar. Die Ambilightfunktion kann ohne zusätzlichen Energieaufwand durch Nutzung einer nicht gespiegelten Displayfläche 816 realisiert werden.
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Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Head-Up Display wird nicht auf eine Glasoptik oder die Windschutzscheibe, sondern auf einen einfachen Spiegel 114 projiziert. Dieser kann aus Glas oder aber auch aus bedampftem Acrylglas bestehen, wobei um einen sogenannten Dopplereffekt zu vermeiden, darauf zu achten ist, dass der Spiegel 114 auf der Vorderseite mit Spiegelfläche versehen ist. Als Dopplereffekt ist dabei nicht der physikalische Dopplereffekt gemeint, sondern ein Doppelbild durch leicht versetzte Spiegelung auf der Vorderseite und Rückseite des Spiegels 114, das im Englischen als Ghosting bezeichnet wird.
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Das frei programmierbare Kombiinstrument wird flach in das Armaturenbrett des Fahrzeugs eingebaut und dessen Bild horizontal und vertikal gespiegelt. Der Spiegel 114 steht im 45° Winkel zu der Displayoberfläche. Im Idealfall steht dieses System in einer Neigung von ca. 12° zum Fahrer, sodass dieser kolinear zur Displayfläche schaut.
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Im ausgeschalteten Zustand des Displays 110 ist im Spiegel 114 die schwarze Fläche des Displays 110 zu sehen. Wenn das Display 110 eingeschaltet ist, ist die Projektion des Displays 110 zu sehen, sodass der Anschein erweckt wird, man würde direkt auf das Display 110 schauen. Hierbei entsteht zusätzlich ein Tiefeneffekt, da der Freiraum zwischen Spiegel 114 und Display 110 zweimal vor der sichtbaren Projektion erscheint.
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Das Ambllight ist ein Bogen 532 aus einfachem transparenten, farblosen Acrylglas, der direkt auf einem nicht gespiegelten Bereich der Displayoberfläche sitzt, und somit das Licht des Displays 110 nutzt, um es an der Stirnfläche 1040 des Bogens 532 austreten zu lassen. Dieses Licht kann als einfaches Ambilight, welches das Farbschema des Displays 110 betont, ausgebildet sein oder es können auch Informationen, wie Blinklicht, Warnleuchte, Stärke des Fahrlichtes, sämtliche Warnhinweise (nahendes Rettungsfahrzeug, Spurhalteassistent, Abstandswarner) über das Licht kommuniziert werden.
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Die Spiegelprojektion kann gemäß einem Ausführungsbeispiel das Kombiinstrument des Fahrzeugs komplett ersetzen. Es ist dann dauerhaft präsent. Das Instrument zeichnet sich durch eine geringe Größe und eine kostengünstige Herstellbarkeit aus.
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Für die Spiegelprojektion mit Ambilight kann eine Beleuchtung des Lichtleiter-Bogens 532 alternativ zu dem Display 110 mittels getrennter Lichtquellen, vorzugsweise Leuchtdioden (LEDs), erfolgen. Das Ambilight kann farbumschaltbar sein. Dies kann durch eine Farbe der entsprechenden Displayzone bzw. durch Kombination mehrerer verschiedenfarbiger Leuchtdioden erfolgen. Ferner kann das Ambilight mit einem Farbverlauf von links nach rechts durch unterschiedliche Einkoppelfarben links und rechts realisiert werden. Auch ist ein zeitversetztes Ein- und Ausschalten von Display 110, also dem über das Projektionselement 114 sichtbarer Bereich des Displays 110, und Ambilight realisierbar. Zusätzlich kann eine lichtdichte Abschirmung des Lichtleiters 532 zum Tubeninneren hin vorgesehen werden, um Störlicht oder Reflexe zu vermeiden. Der Lichtleiter 532 kann an der Auskoppelfläche 1040 mattiert, beschichtet und zusätzlich oder alternativ strukturiert sein. Der Lichtleiter 532 kann statt aus Poly(methyl methacrylate) PMMA aus Polycarbonat oder anderen transparenten Materialien sein.
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Die Projektionseinrichtung kann als ein virtual image display (VID) realisiert sein, die unterhalb des Blickfeldes des Fahrers durch die Windschutzscheibe angeordnet ist.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
