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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Bildpunktwerten für eine optische Anzeigevorrichtung sowie ein Head-up-Display für ein Fahrzeug.
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In einem Kraftfahrzeug werden technische Informationen, beispielsweise die aktuelle Geschwindigkeit, die Drehzahl des Motors oder die Öltemperatur, sowie Verkehrs- und Navigationsdaten während der Fahrt für den Fahrer bereitgestellt. Die Informationen werden üblicherweise auf einer Instrumententafel dargestellt. Beim Ablesen der angezeigten Informationen von der Instrumententafel ist ein Fahrer zumindest kurzfristig vom Verkehrsgeschehen abgelenkt. Head-up-Displays ermöglichen, Informationen direkt im Sichtbereich des Fahrers auf der Windschutzscheibe des Fahrzeugs anzuzeigen. Dadurch können Informationsinhalte erfasst werden, während gleichzeitig die Straßenverhältnisse im Blickfeld des Fahrers bleiben.
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Moderne Head-up-Displays erzeugen ein virtuelles Bild, das für den Fahrer in einem gewissen Abstand vor der Windschutzscheibe, beispielsweise am Ende der Motorhaube, zu liegen scheint. Moderne Head-up-Displays ermöglichen eine kontaktanaloge Darstellung von Objekten. Hierbei werden die Objekte mit einem direkten Bezug zur Umwelt angezeigt.
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Die
DE 601 33 052 T2 betrifft eine Fahrzeuganzeigevorrichtung und insbesondere eine Fahrzeuganzeigevorrichtung, bei der vorbestimmte Informationen in einem Anzeigebereich auf einer Windschutzscheibe angezeigt werden.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Bildpunktwerten für eine optische Anzeigevorrichtung sowie ein Head-up-Display für ein Fahrzeug zu schaffen, die einen Beitrag dazu leisten, eine Zuverlässigkeit, insbesondere eine Verständlichkeit einer Wahrnehmung einer mittels des Head-up-Displays optisch signalisierten Information durch einen Betrachter zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Anzeigen eines grafischen Elements auf einem Anzeigefeld eines Head-up-Displays mittels einer optischen Anzeigevorrichtung des Head-up-Displays. Bei dem Verfahren wird abhängig von zumindest einem grafischen Element eines Bildes Bildpunktwerte für das jeweilige Bild derart ermittelt, dass das grafische Element von einem Betrachter des Anzeigefelds aus einer vorgegebenen Betrachtungsposition heraus mit einem direkten Bezug zu der realen Umgebung eines Fahrzeugs wahrgenommen wird, wobei eine zumindest teilweise Begrenzung des Anzeigefelds sichtbar ist, falls das grafische Element an einen Rand des Anzeigefelds angrenzt und das grafische Element ein zu signalisierendes Objekt und/oder eine zu signalisierende Fahranweisung und/oder einen zu signalisierenden Fahrhinweis nur teilweise repräsentiert und keine Begrenzung sichtbar ist, falls das grafisch Element vollständig das zu signalisierendes Objekt und/oder die zu signalisierende Fahranweisung und/oder den zu signalisierenden Fahrhinweis repräsentiert. Das Bild wird mittels der optischen Anzeigevorrichtung erzeugt und auf dem Anzeigefeld angezeigt.
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Das Head-up-Display ist als kontaktanaloges Head-up-Display ausgebildet und kann grafische Elemente mit einem direkten Bezug zur der realen Umgebung des Fahrzeugs und/oder des Betrachters anzuzeigen.
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Das Anzeigefeld umfasst vorzugsweise eine vorgegebene Fläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Diese Fläche ist in den überwiegenden Fällen kleiner als eine Gesamtfläche der Windschutzscheibe. Alternativ kann das Anzeigefeld eine vorgegebene Fläche zumindest eines Brillenglases umfassen und/oder eines Visiers eines Helmes.
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Neuere Head-up-Displays, insbesondere für Fahrzeuge, sind derart ausgebildet, dass das Anzeigefeld aus einer vorgegebenen Position heraus von dem Betrachter als vollständig transparent oder im Wesentlichen vollständig transparent wahrgenommen wird mit Ausnahme der angezeigten grafischen Elemente, die zu signalisierende Objekt und/oder eine zu signalisierende Fahranweisung und/oder einen zu signalisierenden Fahrhinweis repräsentieren.
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Aufgrund der vorgegebenen Fläche des Anzeigefeldes kann der Fall eintreten, dass die kontaktanalog angezeigten grafischen Elemente an einen Rand des Anzeigefelds angrenzen und die grafischen Elemente das zu signalisierende Objekt und/oder die zu signalisierende Fahranweisung und/oder den zu signalisierenden Fahrhinweis nur teilweise repräsentiert. In diesem Fall nimmt der Betrachter das grafische Element als abgeschnitten war und/oder für den Betrachter verschwindet das grafische Element plötzlich.
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Die Ermittlung der Bildpunktwerte für das jeweilige Bild derart, dass für einen Betrachter des Anzeigefelds aus einer vorgegebenen Position heraus eine zumindest teilweise Begrenzung des Anzeigefelds sichtbar ist, hat den Vorteil, dass der Betrachter die Anzeige einfacher versteht. Es ermöglicht dem Betrachter, leichter zu erkennen, ob und welche grafischen Elemente das zu signalisierende Objekt und/oder die zu signalisierende Fahranweisung und/oder den zu signalisierenden Fahrhinweis nur teilweise repräsentiert.
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Da die Bildpunkte für das jeweilige Bild derart ermittelt werden, dass für den Betrachter des Anzeigefelds aus der vorgegebenen Position heraus die zumindest teilweise Begrenzung des Anzeigefelds zumindest teilweise sichtbar ist in einem Bereich, in dem das grafische Element an den Rand des Anzeigefelds angrenzt, ergibt sich der Vorteil, dass der Betrachter sehr einfach und schnell erkennen kann, welche grafischen Elemente gegebenenfalls das jeweilige zu signalisierende Objekt und/oder die zu signalisierende Fahranweisung
und/oder den zu signalisierenden Fahrhinweis nur teilweise repräsentiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst die zumindest teilweise Begrenzung des Anzeigefelds einen sichtbaren Rahmen oder zumindest einen sichtbaren Rahmenabschnitt entlang des Randes des Anzeigefeldes. Dies hat den Vorteil, dass die Bildpunktwerte sehr einfach und schnell ermittelt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts ist der sichtbare Rahmen und/oder der zumindest eine sichtbare Rahmenabschnitt linienförmig oder im Wesentlichen linienförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Rahmen nur wenig Fläche des Anzeigefeldes benötigt und ein Verdecken von anderen realen Objekten oder Bildobjekten weitestgehend vermieden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts werden die Bildpunktwerte abhängig von einer vorgegebenen Transparenz-Maske ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die Begrenzung für den Betrachter sichtbar gemacht werden kann, aber das Verdecken von anderen realen Objekten oder Bildobjekten vermieden werden kann und diese Begrenzung von dem Betrachter sehr intuitiv wahrgenommen werden kann. Die Transparenz-Maske kann auch als Alpha-Maske bezeichnet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts werden die Bildpunktwerte abhängig von einer vorgegebenen Verzeichnung ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die Begrenzung für den Betrachter sichtbar gemacht werden kann, aber das Verdecken von anderen realen Objekten oder Bildobjekten vermieden werden kann und diese Begrenzung von dem Betrachter sehr intuitiv wahrgenommen werden kann. Die Verzeichnung umfasst eine lokale Veränderung eines Abbildungsmaßstabes des Bildes.
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Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Head-up-Display für ein Fahrzeug, das ein vorgegebenes Anzeigefeld und eine optische Anzeigevorrichtung umfasst, wobei das Head-up-Display dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß des ersten Aspekts auszuführen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts gelten hierbei auch für den zweiten Aspekt.
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Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays eines Fahrzeugs,
- 2a und 2b jeweils ein Beispiel für eine kontaktanaloge Anzeige auf einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs,
- 3a und 3b die jeweiligen Beispiele für die kontaktanaloge Anzeige von 2a und 2b mit einer sichtbaren Begrenzung für ein vorgegebenes Anzeigefeld,
- 4 ein zweites Beispiel für die sichtbare Begrenzung für das vorgegebene Anzeigefeld,
- 5 ein drittes Beispiel für die sichtbare Begrenzung für das vorgegebene Anzeigefeld,
- 6 ein viertes Beispiel für die sichtbare Begrenzung für das vorgegebene Anzeigefeld,
- 7 eine erste Transparenz-Maske und
- 8 eine zweite Transparenz-Maske.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Head-up-Displays 5 für ein Fahrzeug 1, insbesondere ein Automobil. Das Head-up-Display 5 umfasst eine Bilderzeugungseinrichtung 10 zur Erzeugung eines virtuellen Bildes 30. Die Bilderzeugungseinrichtung 10 umfasst eine optische Anzeigevorrichtung 15 zur Erzeugung eines realen Bildes 30' und ein optisches System zur Erzeugung des virtuellen Bildes 30. Die optische Anzeigevorrichtung 15 umfasst beispielsweise ein Display. Das optische System umfasst einen abbildenden ersten 20 und zweiten Spiegel 25. Ein von der optischen Anzeigevorrichtung 15 erzeugtes reales Bild 30' wird zunächst auf den ersten Spiegel 20 gelenkt und von dem ersten Spiegel 20 auf den zweiten Spiegel 25 projiziert. Der zweite Spiegel 25 kann als eine Windschutzscheibe 50 eines Fahrzeugs 1 ausgebildet sein.
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Aus einer vorgegebenen Eyebox 40 eines Fahrers erscheint in einem Abstand vor der Windschutzscheibe 50, beispielsweise am Ende der Motorhaube, das virtuelle Bild 30. Das virtuelle Bild 30 kann im Allgemeinen nur aus einem definierten Bereich, der so genannten Eyebox 40, gesehen werden. Die Eyebox 40 wird üblicherweise so ausgelegt, dass aus dem gesamten gewünschten Eyeboxbereich das komplette virtuelle Bild 30 gesehen werden kann.
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In dem virtuellen Bild 30 können statische Anzeigeinhalte, die dauerhaft oder häufig angezeigt werden, dargestellt werden. Des Weiteren kann die Bilderzeugungseinrichtung 10 dazu ausgebildet sein, dass in dem virtuellen Bild 30 Bildinhalte angezeigt werden, die nur situativ und kurzzeitig angezeigt werden. Das Head-up-Display 5 kann insbesondere als kontaktanaloges Head-up-Display 5 ausgebildet sein. Bei Head-up-Displays 5 wird zwischen einer kontaktanalogen und nichtkontaktanalogen Darstellung unterschieden. Kontaktanaloge Darstellungsformen reichern die vom Fahrer wahrgenommene Umwelt durch Überlagerung einer künstlich erzeugten Szenerie an. Nichtkontaktanaloge Darstellungsformen stellen dagegen Informationen ohne direkten Bezug zur Umwelt dar.
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Das Head-up-Display 5 umfasst eine Bildermittlungseinheit 55. Die Bildermittlungseinheit 55 kann auch als Vorrichtung zur Bereitstellung von Bildpunktwerten für die optische Anzeigevorrichtung 15 bezeichnet werden.
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Das von der optischen Anzeigevorrichtung 15 erzeugte Bild ist vorzugsweise ein digitales Bild mit vorgegebenen Bildpunkten, für die jeweils ein oder mehrere Bildpunktwerte ermittelt und bereitgestellt werden.
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Die Bildermittlungseinheit 55 ist ausgebildet, abhängig von zumindest einem grafischen Element des Bildes die Bildpunktwerte für das jeweilige Bild zu ermitteln, dass für einen Betrachter des Anzeigefelds aus einer vorgegebenen Position heraus eine zumindest teilweise Begrenzung 100 des Anzeigefelds sichtbar ist, wobei das zumindest eine grafische Element derart ermittelt ist und angezeigt wird auf dem vorgegebenen Anzeigefeld, dass das grafische Element von dem Betrachter des Anzeigefelds aus der vorgegebenen Betrachtungsposition heraus mit einem direkten Bezug zu der realen Umgebung des Fahrzeugs 1 wahrgenommen wird. Die vorgegebene Betrachtungsposition umfasst vorzugsweise die Eyebox 40.
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Zum Beispiel ist die Bildermittlungseinheit 55 ausgebildet, abhängig von einer Position des grafischen Elements in dem Bild die Bildpunkte für das jeweilige Bild derart zu ermitteln, dass für den Betrachter des Anzeigefelds aus der vorgegebenen Position heraus die zumindest teilweise Begrenzung 100 des Anzeigefelds sichtbar ist.
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Die Bildermittlungseinheit 55 ist beispielsweise ferner ausgebildet, ein dreidimensionales Modell für eine vorgegebene Umgebung des Fahrzeugs 1 abhängig von vorgegebenen bereitgestellten Streckendaten und/oder erfassten Umfelddaten des Fahrzeugs 1 zu ermitteln und das jeweilige grafische Element abhängig von dem dreidimensionalen Modell derart zu ermitteln, dass das grafische Element von einem Betrachter des Anzeigefelds aus einer vorgegebenen Betrachtungsposition heraus mit einem direkten Bezug zu der realen Umgebung des Fahrzeugs 1 wahrgenommen wird.
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Ferner umfasst die Bildermittlungseinheit 55 beispielsweise eine Bildsyntheseeinheit, auch Rendering Unit genannt, die ausgebildet ist, von einem virtuellen Betrachter aus sichtbare Objekte zu ermitteln, ein Aussehen von Oberflächen, beeinflusst durch deren Materialeigenschaften, zu ermitteln und eine Lichtverteilung innerhalb der Szene zu berechnen.
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Die Bildermittlungseinheit 55 ist beispielsweise ausgebildet, die Bildpunktwerte des jeweiligen Bildes abhängig von einer vorgegebenen Transparenz-Maske zu ermitteln.
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2a zeigt in abstrahierter Form einen Blick durch die Windschutzscheibe 50 des Fahrzeugs 1. Die Szene repräsentiert beispielsweise einen mehrspurigen Kreuzungsübergang.
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Zu erkennen sind Fahrbahnrandmarkierungen 60 und Fahrspurmarkierungen 70 der Fahrspuren. Zusätzlich werden, beispielsweise auf Veranlassung eines Fahrerassistenzsystems, virtuelle Fahrspurmarkierungen 80 sowie Hilfspfeile 90, 90a auf der Windschutzscheibe 50 angezeigt. Insbesondere wird ein erster Hilfspfeil 90a angezeigt, der sowohl ein Geradeausfahren als auch ein mögliches Abbiegen nach rechts in Fahrtrichtung gesehen symbolisiert. Die Anzeige der virtuellen Fahrspurmarkierungen 80 und der Hilfspfeile 90, 90a erfolgt kontaktanalog.
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In dem in 2a gezeigten Beispiel ist keine Begrenzung 100 des Anzeigefelds des Head-up-Displays 5 zu erkennen.
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2b zeigt näherungsweise die gleiche Szene, beispielsweise ein bis zwei Sekunden später, wobei sich das Fahrzeug 1 in Fahrtrichtung bewegt hat. In 2b ist zu erkennen, dass der erste Hilfspfeil 90a, der sowohl ein Geradeausfahren als auch ein mögliches Abbiegen nach rechts in Fahrtrichtung gesehen symbolisiert, nicht vollständig dargestellt ist. Dies kann für einen Fahrzeugführer irritierend sein.
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In 3a und 3b sind analoge Szenen dargestellt. In diesem Fall ist jedoch eine Begrenzung 100 des Anzeigefelds zu erkennen. Die Begrenzung 100 des Anzeigefelds umfasst in diesem Fall einen sichtbaren Rahmen oder zumindest einen sichtbaren Rahmenabschnitt entlang des Randes des Anzeigefeldes.
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Im Unterschied zu dem in 2a und 2b gezeigten Beispiel ist es in diesem Fall für den Fahrzeugführer sehr einfach zu erkennen, dass und warum der erste Hilfspfeil 90a nicht vollständig dargestellt ist.
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4 zeigt ein zweites Beispiel für die Begrenzung 100, bei dem die Begrenzung 100 des Anzeigefelds zumindest einen sichtbaren Rahmenabschnitt entlang des Randes des Anzeigefeldes umfasst.
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In Bezug auf das in 4 gezeigte Beispiel ist die Bildermittlungseinrichtung beispielsweise ausgebildet, wenn das grafische Element an einen Rand des Anzeigefelds angrenzt und das grafische Element ein zu signalisierendes Objekt und/oder eine zu signalisierende Fahranweisung und/oder einen zu signalisierenden Fahrhinweis nur teilweise repräsentiert, die Bildpunkte für das jeweilige Bild derart zu ermitteln, dass für den Betrachter des Anzeigefelds aus der vorgegebenen Position heraus die zumindest teilweise Begrenzung 100 des Anzeigefelds sichtbar ist. Repräsentieren die grafischen Elemente jeweils vollständig das zu signalisierendes Objekt und/oder die zu signalisierende Fahranweisung und/oder den zu signalisierenden Fahrhinweis, wird beispielsweise keine Begrenzung 100 angezeigt.
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5 zeigt ein drittes Beispiel für die Begrenzung 100, bei dem die Begrenzung 100 des Anzeigefelds nur in einem Bereich sichtbar ist, in dem das grafische Element ein zu signalisierendes Objekt und/oder eine zu signalisierende Fahranweisung und/oder einen zu signalisierenden Fahrhinweis nur teilweise repräsentiert.
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6 zeigt ein viertes Beispiel für die Begrenzung 100, bei dem eine Vignettierung zur Sichtbarmachung der Begrenzung 100 genutzt wird. Eine Vignettierung im Sinne der Bildverarbeitungstechnik umfasst eine Abschattung zum Bildrand hin. Aufgrund der Vignettierung wird das Bild zum Bildrand hin dunkler. Für die Vignettierung kann beispielsweise eine vorgegebene Transparenz-Maske genutzt werden.
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Die Bildermittlungseinheit 55 ist beispielsweise ausgebildet, die Bildpunktwerte abhängig von einer vorgegebenen Transparenz-Maske zu ermitteln. Die Bildpunktwerte können beispielsweise abhängig von der Transparenz-Maske derart ermittelt werden, dass die Anzeige auf dem Anzeigefeld transparent ausläuft in Richtung eines Randes des Anzeigefeldes.
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7 zeigt eine erste Transparenz-Maske 110 mit einem rechteckförmigen Transparenzverlauf hin zum Bildrand als eine mögliche Ausführung der Transparenz-Maske.
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8 zeigt eine zweite Transparenz-Maske 120 mit einem radialen Transparenzverlauf als eine mögliche weitere Ausführung der Transparenz-Maske.
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Alternativ oder zusätzlich ist die Bildermittlungseinheit 55 beispielsweise ausgebildet, die Bildpunktwerte abhängig von einer vorgegebenen Verzeichnung zu ermitteln. Die Bildpunktwerte können beispielsweise abhängig von einer vorgegebenen tonnenförmigen Verzeichnung ermittelt werden, wodurch das Bild zum Bildrand hin optisch verzerrt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 5
- Head-up-Display
- 10
- Bilderzeugungseinrichtung
- 15
- optische Anzeigevorrichtung
- 20
- erster Spiegel
- 25
- zweiter Spiegel
- 30
- virtuelles Bild
- 30'
- reales Bild
- 40
- Eyebox
- 50
- Windschutzscheibe
- 55
- Bildermittlungseinheit
- 60
- Fahrbahnrandmarkierung
- 70
- Fahrspurmarkierung
- 80
- virtuelle Fahrspurmarkierung
- 90, 90a
- Hilfspfeil, erster Hilfspfeil
- 100
- Begrenzung des Anzeigefelds
- 110
- erste Transparenz-Maske
- 120
- zweite Transparenz-Maske
