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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-Up-Display für ein Kraftfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein derartiges Head-Up Display, das dazu geeignet ist, an zwei unterschiedlichen Positionen gleiche oder unterschiedliche Informationen anzuzeigen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus einem Head-Up Display und einem Anzeigeelement, insbesondere einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.
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Bei Fahrzeugen ist es bekannt, dass für den Fahrer Informationen angezeigt werden. Derartige Informationen umfassen in nicht-beschränkender Weise Hinweise eines Navigationssystems, die gefahrene Geschwindigkeit, die eingestellte Temperatur usw. Neben dem Vorsehen von entsprechenden Displays etwa in dem Armaturenbrett des Fahrzeugs erlangen Head-Up Displays wachsende Bedeutung. Vorteil derartiger Anzeigesysteme ist es insbesondere, dass der Fahrer den Blick nicht von der Windschutzscheibe abwenden braucht, was einen deutlichen Sicherheitsgewinn erlauben kann.
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Informationen für den Beifahrer werden in herkömmlichen Systemen meist im Infotainmentsystem oder an Schaltern im Armaturenbrett angezeigt, Head-Up Displays für den Beifahrer sind dagegen kaum gebräuchlich. Dies kann insbesondere in den hierdurch entstehenden Kosten begründet sein oder auch in dem hierfür benötigten Bauraum. Ferner ist die übliche Technik von Head-Up Displays nicht dazu geeignet, Informationen für den Beifahrer bereitzustellen sondern ist meist lediglich für den Fahrer ausgelegt.
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Allerdings gibt es auch Beispiele, bei denen ein Head-Up Display dazu ausgestaltet ist, Informationen nicht nur für den Fahrer bereitzustellen, sondern auch für den Beifahrer.
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So beschreibt
US 2017/0315352 A1 , beispielsweise, ein Head-Up Display, das eine Bildquelle aufweist, welche ein erstes Bild und ein zweites Bild erzeugen kann, wobei das erste Bild und das zweite Bild mittels eines optischen Splitters trennbar sind. Der optische Splitter kann dabei etwa ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich einer einfach umzusetzenden und hochwertigen Erzeugung von Bildern an unterschiedlichen Positionen eines Fahrzeugs beziehungsweise vorteilhaft für einen Fahrer und einen Beifahrer des Fahrzeugs.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche auf einfach umzusetzende und hochwertige Weise die Erzeugung von Bildern an unterschiedlichen Positionen eines Fahrzeugs ermöglicht wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Head-Up Display mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
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Es wird vorgeschlagen ein Head-Up Display für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Bildquelle zum Erzeugen wenigstens eines Bildes, wobei durch die Bildquelle Lichtstrahlung zum Erzeugen des wenigstens einen Bildes emittierbar ist, wobei das Head-Up Display ferner einen optischen Splitter zum Empfangen der Lichtstrahlung und zum Weiterleiten der Lichtstrahlung an eine erste Position eines Anzeigeelements und an eine von der ersten Position verschiedene zweite Position eines Anzeigeelements aufweist, derart, dass wenigstens ein Bild an die erste Position und an die zweite Position projizierbar ist, wobei der optische Splitter als optisches Phased Array ausgestaltet ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Head-Up Display (HUD), welches auch als Kopf-oben-Anzeigevorrichtung bezeichnet werden kann.
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Ein Head-Up Display beziehungsweise eine derartige Anzeigevorrichtung umfasst üblicherweise eine Bildquelle zum Erzeugen eines insbesondere virtuellen Bildes, welches etwa von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs wahrgenommen werden kann. Beispielsweise umfasst das Head-Up Display ein Gehäuse, in welchem eine Projektionseinrichtung als Bildquelle angeordnet ist, welche Lichtstrahlen zur Erzeugung des Bildes emittiert. Ferner kann das Head-Up Display eine Optikeinrichtung aufweisen, die beispielsweise eine oder mehrere Spiegel umfassen kann. Die Optikeinrichtung kann einen zumindest um eine Drehachse schwenkbar gelagerten Spiegel aufweisen. Der drehbar gelagerte Spiegel dient insbesondere zum Umlenken des von der Projektionseinrichtung ausgegebenen Lichts und kann in Strahlrichtung der von der Bildquelle emittierten Lichtstrahlung unmittelbar hinter der Bildquelle angeordnet sein.
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Mit der Optikeinrichtung kann das von der Projektionseinrichtung beziehungsweise von der Bildquelle abgestrahlte Licht auf ein Anzeigeelement beziehungsweise auf eine Projektionsfläche desselben projiziert werden. Das Anzeigeelement beziehungsweise seine Projektionsfläche ist bevorzugt derart angeordnet, dass sie von einem Beobachter, insbesondere einem Fahrer des Kraftfahrzeugs, betrachtbar ist. Die Projektionsfläche kann eine semitransparente Spiegelfläche aufweisen. Diese semitransparente Spielfläche kann beispielsweise durch einen Bereich der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden oder auch durch ein von der Windschutzscheibe getrenntes Anzeigeelement. In der letzteren Variante kann das Anzeigeelement beispielsweise ein vor der Windschutzscheibe positioniertes Kunststoffelement aufweisen, welches auch als Kombinationsspiegel beziehungsweise als Combiner bezeichnet wird.
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Die auf das Anzeigeelement, beispielsweise die Windschutzscheibe, projizierte Information, welche von diesem reflektiert wird, kann in an sich bekannter Weise mit einer durch das Anzeigeelement hindurchscheinenden Information aus einer hinter dem Anzeigeelement gelegenen Umgebung überlagert werden, wodurch ein virtuelles Bild bzw. eine virtuelle Anzeige bereitgestellt werden kann. Um dem Fahrer je nach Sitzposition, bzw. je nach Größe des Fahrers, eine gute Sicht auf das virtuelle Bild zu ermöglichen, kann eine Augenbox, die auch „Eyebox“ genannt wird, im Fahrzeug nachgeführt werden. Die Eyebox ist derjenige Bereich oder Sichtbereich, in dem der Augenpunkt des Benutzers liegt, d.h. derjenige Bereich, in dem der Benutzer die angezeigte Information sehen kann. Das Umlenken des ausgegebenen Lichts durch die Projektionseinrichtung dient zum Nachführen der Eyebox und kann mittels einer Justiervorrichtung am Spiegel der Optikeinrichtung realisiert werden.
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Wie vorstehend angedeutet gibt es bei Head-Up Displays auch Ausführungen, bei welchen das virtuelle Bild nicht auf die Windschutzscheibe projiziert wird, sondern mit einem zusätzlichen Spiegel, dem so genannten Kombinierspiegel, des Head-Up Displays zum Beobachter hin projiziert wird und somit bei insbesondere richtiger Einstellung des Kombinierspiegels in dessen Gesicht beziehungsweise in die Eyebox projiziert wird.
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Die Position des Head-Up Displays liegt üblicherweise vor dem Beobachter, insbesondere vor dem Fahrer des Kraftfahrzeuges, in einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs. Es kann ein Bauraum im Bereich des Armaturenbretts, insbesondere im Bereich einer Kombihutze, bereitgestellt werden, in dem das Head-Up Display montiert werden kann und mittels einer Abdeckung, die vorzugsweise transparent ist, vor Schmutzpartikeln geschützt werden.
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Bei dem hier beschriebenen Head-Up-Display ist es ferner vorgesehen, dass dieses ferner einen optischen Splitter zum Empfangen der Lichtstrahlung und zum Weiterleiten der Lichtstrahlung an eine erste Position eines Anzeigeelements und an eine von der ersten Position verschiedene zweite Position eines Anzeigeelements aufweist, derart, dass wenigstens ein Bild an die erste Position und an die zweite Position projizierbar ist. Im Detail dient der optische Splitter somit dazu, wenigstens ein von der Bildquelle auf diesen geleitetes Bild beziehungsweise die hierzu verwendete Lichtstrahlung derart zu reflektieren beziehungsweise weiterzuleiten, dass die Lichtstrahlung an wenigstens zwei unterschiedlichen Positionen eines Anzeigeelements oder unterschiedlicher Anzeigeelemente beziehungsweise der entsprechenden Projektionsfläche geleitet wird, und damit das Bild entsprechend an unterschiedlichen Positionen erzeugt wird.
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Dabei können die unterschiedlichen Positionen grundsätzlich wählbar sein. Beispielsweise können die Positionen derart gewählt sein, dass ein Fahrer und ein Beifahrer des Fahrzeugs die entsprechenden Bilder betrachten können. Ferner kann es grundsätzlich möglich sein, dass das gleiche Bild auf die unterschiedlichen Positionen projzierbar ist oder dass unterschiedliche Bilder auf die unterschiedlichen Positionen projzierbar sind. In anderen Worten kann es möglich sein, dass beispielsweise ein Fahrer und ein Beifahrer eines Fahrzeugs das gleiche oder ein unterschiedliches Bild betrachten beziehungsweise wahrnehmen können.
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Derartige optische Splitter sind an sich bekannt. Bei dem hier beschriebenen Head-Up Display ist es jedoch vorgesehen, dass der optische Splitter die als optisches Phased Array (OPA) ausgestaltet ist. Insbesondere diese Ausgestaltung kann gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile erlauben.
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Unter einem optischen Phased Array ist dabei insbesondere eine Gitterstruktur zu verstehen, die ein Signal in Wellenform aussenden kann. Diese Wellen überlagern sich auf konstruktive wie auch störende Art und Weise, was das Signal in einer Richtung verstärkt und an anderen Stellen unterbindet. Auf diese Weise kann ein solches Array ein streng fokussiertes Signal ausstrahlen, welches sich gezielt in verschiedene Richtungen lenken lässt, indem das Timing der Transmissionen, die an verschiedenen Stellen entlang des Arrays entstehen, gezielt gestuft wird. Phased Arrays sind an sich in anderen Gebieten bekannt. Beispielsweise kann das optische Phased Array ausgestaltet sein, wie dies in Byung-Wook Yoo et al., Optical phased array using high contrast gratings for two dimensional beamforming and beamsteering, Optics Express, Vol. 21, No. 10, page 12238, bekannt ist.
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Durch die Verwendung eines optischen Phased Arrays kann das Bild beziehungsweise das Licht, welches von der Bildquelle, etwa unter Verwendung von hierzwischen angeordneten Spiegeln, auf den Splitter fällt, gezielt in unterschiedliche Bereiche gelenkt beziehungsweise hierhin reflektiert werden. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem das Licht auf einen oder eine Vielzahl an beweglichen Spiegeln des Splitters fällt und von diesen unter einer Phasenmodulation reflektiert wird. Eine Steuerung der Ausbreitungsrichtung des Lichts und damit des Bildes kann dabei realisiert oder verbessert werden durch eine bewegliche Fixierung der Spiegel an einem Substrat, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist.
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Der Vorteil der Verwendung eines optischen Phased Arrays kann darin gesehen werden, dass eine sehr schnelle Änderung der Ausbreitungsrichtung des Lichts möglich ist. In anderen Worten kann es ermöglicht werden, dass ein Ansteuern eines ersten Bereichs eines Anzeigeelements und eines zweiten Bereichs eines Anzeigeelements mit sehr hoher Frequenz möglich ist. Dadurch kann das jeweils erzeugte Bild eine sehr hohe Qualität aufweisen.
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Darüber hinaus kann es durch einen derartigen optischen Splitter, insbesondere durch die Änderung der Ausbreitungsrichtung des Lichts, erlaubt werden, dass auch unterschiedliche Bilder mit einer hohen Qualität an unterschiedliche Positionen projiziert werden können. Somit hat sich herausgestellt, dass ein optisches Phase Array insbesondere für derartige Head-Up Displays geeignet ist, in dem auch unterschiedliche Bilder erzeugt werden können, die auf unterschiedliche Positionen projiziert werden sollen beziehungsweise die von unterschiedlichen Positionen wahrgenommen werden sollen.
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Bezüglich der Projektion von einem oder mehreren Bildern an unterschiedliche Positionen, insbesondere für einen Fahrer und einen Beifahrer eines Kraftfahrzeugs, hat es sich ferner herausgestellt, dass dies durch ein optisches Phased Array besonders vorteilhaft möglich ist, da durch einen derartigen optischen Splitter ein sehr weiter Bereich abgedeckt werden kann.
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Weiterhin kann es durch das Vorsehen des hier beschriebenen Head-Up Systems ermöglich werden, dass Informationen für den Fahrer eines Fahrzeugs und insbesondere für den Beifahrer des Fahrzeugs unter Verwendung nur einer Bildquelle bereitgestellt beziehungsweise erzeugt werden können. Dadurch lässt sich das Head-Up Display mit wenig benötigtem Bauraum bei gleichzeitig geringen Kosten erzeugen.
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Somit kann es durch ein hier beschriebenes Head-Up Display ermöglicht werden, dass ein oder auch zwei unterschiedliche hochqualitative Bilder an unterschiedlichen Positionen erzeugt werden können.
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Es kann besonders bevorzugt sein, dass das optische Phased Array eine Mehrzahl an Spiegelelementen aufweist, die beweglich an einem Träger fixiert sind. In dieser Ausgestaltung kann auf besonders bevorzugte Weise eine Steuerung der Ausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts ermöglicht werden. Denn durch eine bewegliche Anordnung der Spiegelelemente an dem Träger kann es ermöglicht werden, dass durch eine Bewegung des Spiegelelements dessen Ausrichtung relativ zu dem Träger und insbesondere relativ zu dem Anzeigeelement und relativ zu der Bildquelle, wie etwa zu dem Laser, verändert wird. Dies ermöglicht entsprechend eine Einstellung der Reflektionsrichtung der Lichtstrahlen, wodurch die Position der Projektion einstellbar ist. Dadurch kann auf exakte weise die Position des Bildes für den Fahrer und gegebenenfalls den Beifahrer einstellbar sein, was wiederum eine besonders verlässliche Betrachtung des Bildes erlaubt.
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Dabei kann es besonders bevorzugt sein, dass die Spiegelelemente durch einen MEMS-Aktuator bewegbar sind. Unter einem MEMS-Aktuator ist dabei in an sich bekannter Weise zu verstehen ein derartiger Aktuator beziehungsweise eine derartige Stelleinheit, welche auf einem Mikro-Elektro-Mechanischen System (MEMS) basiert beziehungsweise dieses aufweist. Eine derartiger Aktor ist insbesondere für die hier beschriebene Anwendung von großem Vorteil, da diese meist aufgrund ihrer geringen Größe mit einer sehr geringen Masse ausgestaltet werden können, so dass die Spiegel auf einfache Weise mit einer hohen Frequenz bewegbar sein können. Dies erlaubt wiederum in einer sehr effektiven und verlässlichen Weise, dass das gleiche Bild oder auch unterschiedliche Bilder mit einer hohen Qualität projiziert beziehungsweise dargestellt werden können.
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Wie vorstehend bereits angedeutet kann es somit besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Bildquelle dazu eingerichtet ist, wenigstens ein erstes Bild und ein von dem ersten Bild verschiedenes zweites Bild zu erzeugen, wobei von dem optischen Splitter das von der Bildquelle erzeugte erste Bild an die erste Position projizierbar ist und wobei das von der Bildquelle erzeugte zweite Bild an die zweite Position projizierbar ist.
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In dieser Ausgestaltung kann somit ein besonders anwenderfreundliches Arbeiten des Head-Up Displays ermöglicht werden. Denn oftmals ist es notwendig oder erwünscht, dass beispielsweise für den Fahrer eines Fahrzeugs Bilder bereitgestellt werden, die etwa unmittelbar Informationen bezüglich des Fahrens betreffen. Beispiele umfassen hier etwa Daten eines Navigationssystems, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder auch die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wie auch die Drehzahl des Fahrzeugs oder andere relevante Fahrzeugdaten.
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Derartige Informationen können etwa für den Fahrer eines Fahrzeugs von großer Wichtigkeit sein, jedoch etwa für einen Beifahrer von geringerer Relevanz sein. Beispielsweise kann es für einen Beifahrer wiederum erwünscht sein, Informationen zu erhalten, welche für den Fahrer des Fahrzeugs von geringerer Relevanz sind oder von geringerer Relevanz als die vorgenannten Fahrzeugdaten beziehungsweise Fahrdaten. So kann es für den Beifahrer des Fahrzeugs beispielsweise erwünscht sein, die Innentemperatur des Fahrzeugs oder Multimediainhalte oder andere Informationen angezeigt zu bekommen.
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Dabei kann etwa aufgrund einer hohen Frequenz des Umlenkens beziehungsweise Reflektierens des auf den optischen Splitter treffenden Lichts insbesondere durch das Vorsehen des Phased Arrays vorteilhaft mit einer MEMS-aktivierten Bewegung es ermöglicht werden, dass auch an unterschiedlichen Positionen wahrnehmbare unterschiedliche Bilder mit einer hohen Qualität und störungsfrei wahrgenommen werden können.
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Das Darstellen unterschiedlicher Bildinhalte etwa für den Fahrer und den Beifahrer kann etwa durch eine entsprechend schnelle und auf den Splitter beziehungsweise seine Umlenkung abgestimmte Emission von entsprechender Lichtstrahlung durch die Bildquelle realisiert werden beziehungsweise kann etwa auf der Multiplextechnologie beruhen.
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Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass als Bildquelle ein Laser verwendet wird. Insbesondere ein Laser als Bildquelle und damit zum Erzeugen wenigstens eines Bildes, beispielsweise zweier unterschiedlicher Bilder kann für das hier beschriebene Head-Up Display besonders vorteilhaft sein. Denn durch einen Laser können zum einen Bilder mit hoher Qualität erzeugt werden, was den optischen Eindruck des Benutzers verbessern kann. Darüber hinaus lässt sich Laserlicht sehr genau ausrichten, was bei einem Auftreffen auf den optischen Splitter zu einer sehr genauen Ablenkung beziehungsweise Reflektion führen kann beziehungsweise diese noch weiter verbessern kann, so dass auch das reflektierte Licht sehr definiert für eine Projektion des oder der Bilder verwendet werden kann. Dies kann wiederum dazu führen, dass ein sehr hochwertiges und kontrastreiches Bild erzeugt werden kann. Ferner kann es ermöglicht werden, dass die Position der Projektion besonders definiert ist, so dass eine gute Einsehbarkeit des Fahrers und gegebenenfalls des Beifahrers sichergestellt werden kann.
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Schließlich kann ein Laser zwischen unterschiedlichen Bildern mit einer hohen Frequenz wechseln, so dass die unterschiedlichen Bilder mit einer hohen Frequenz durch den optischen Splitter an unterschiedliche Positionen weitergeleitet werden können.
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Somit kann insbesondere eine Kombination eines Lasers als Bildquelle mit einem optischen Phased Array als Splitter synergistische Effekte aufweisen, welche die vorgenannten Vorteile besonders effektiv erlauben kann.
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Beispielsweise kann als Laser ein sogenannter RGB-Laser verwendet werden. Unter einem RGB-Laser kann dabei insbesondere ein solcher Laser verstanden werden, der dazu ausgelegt ist, Licht mit unterschiedlichen Farben, insbesondere den Farben rot, grün und blau und entsprechenden Mischfarben zu emittieren. Dies ermöglicht es ferner, dass Bilder erzeugt werden, welche eine farbige Ausgestaltung aufweisen. Dadurch kann wiederum ein besonders hochwertiges Bild erzeugt werden.
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Bezüglich weiterer Vorteile und Merkmale des Head-Up Displays wird auf die Beschreibung der Anordnung, der Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
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Beschrieben wird ferner eine Anordnung aus einem Head-Up Display und einem Anzeigeelement, also wenigstens einem Anzeigeelement. Bei einer derartigen Anordnung ist es vorgesehen, dass das Head-Up Display ausgestaltet ist, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist.
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Somit ist es insbesondere vorgesehen, dass das Head-Up Display ausgestaltet ist aufweisend eine Bildquelle zum Erzeugen wenigstens eines insbesondere virtuellen Bildes, wobei das Head-Up Display ferner einen optischen Splitter zum Empfangen der Lichtstrahlung und zum Weiterleiten der Lichtstrahlung an eine erste Position eines Anzeigeelements und an eine von der ersten Position verschiedene zweite Position eines Anzeigeelements aufweist, derart, dass wenigstens ein Bild an die erste Position und an die zweite Position projizierbar ist, wobei der optische Splitter als optisches Phased Array ausgestaltet ist, also insbesondere eine Gitterstruktur aufweist, die als optisches Phased Array ausgestaltet ist.
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Wesentlich bei der Anordnung ist es somit, dass das Head-Up Display eine Bildquelle aufweist, welche Licht auf ein optisches Phased Array als optischen Splitter leitet, so dass durch das Phased Array die Lichtstrahlung an die gewünschte Position der Projektion geleitet werden kann. Insbesondere kann die Lichtstrahlung somit an das Anzeigeelement oder eine Merzahl an Anzeigeelemente geleitet werden, welches Bestandteil der hier beschriebenen Anordnung ist beziehungsweise welche Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind.
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Durch die vorbeschriebene Ausgestaltung kann es in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht werden, dass gleiche oder unterschiedliche Bilder an unterschiedliche Positionen projiziert werden können. Dies erlaubt es weiterhin in vorteilhafter Weise, dass von unterschiedlichen Positionen insbesondere in einem Fahrzeug ein Bild betrachtet werden kann, wobei es vorgesehen sein kann, dass von unterschiedlichen Positionen das gleiche oder unterschiedliche Bilder betrachtet werden können. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass von dem Fahrersitz und von dem Beifahrersitz das gleiche Bild oder jeweils ein unterschiedliches Bild betrachtet werden kann. Durch die unterschiedliche Projektion insbesondere auf das Anzeigeelement kann es dabei vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Bild in Fahrtrichtung vor den Fahrer beziehungsweise vor den Beifahrer projiziert wird, da dies eine besonders bequeme und sichere Betrachtung des entsprechenden Bildes erlauben kann.
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Das Anzeigeelement kann dabei insbesondere eine Projektionsfläche aufweisen, etwa wenn eine Mehrzahl an Anzeigeelementen vorgesehen ist, oder das Anzeigeelement kann eine Mehrzahl an Projektionsflächen aufweisen, etwa wenn nur ein Anzeigeelement vorgesehen ist, auf welche das Bild beziehungsweise die Bilder projiziert werden soll. Entsprechend kann das Anzeigeelement bei einer Projektion des Bildes oder der Bilder auf unterschiedliche Positionen auch zwei Projektionsflächen oder eben eine gemeinsame Projektionsfläche aufweisen. Die Projektionsfläche kann dabei lediglich ein definierter Bereich sein oder mit einer definierten Ausgestaltung versehen sein, um eine Projektion zu verbessern, wie dies nachstehend beschrieben ist.
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Das Anzeigeelement beziehungsweise seine Projektionsfläche ist bevorzugt derart angeordnet, dass sie von einem Beobachter, insbesondere einem Fahrer des Kraftfahrzeugs, betrachtbar ist. Die Projektionsfläche kann eine semitransparente Spiegelfläche aufweisen. Diese semitransparente Spielfläche kann beispielsweise durch einen Bereich der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden oder auch durch ein von der Windschutzscheibe getrenntes Anzeigeelement. In der letzteren Variante kann das Anzeigeelement beispielsweise ein vor der Windschutzscheibe positioniertes Kunststoffelement aufweisen, welches auch als Combiner bezeichnet wird.
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Wie vorstehend beschrieben kann die auf das Anzeigeelement, beispielsweise die Windschutzscheibe, projizierte Information, welche von diesem reflektiert wird, in an sich bekannter Weise mit einer durch das Anzeigeelement hindurchscheinenden Information aus einer hinter dem Anzeigeelement gelegenen Umgebung überlagert werden, wodurch ein virtuelles Bild bzw. eine virtuelle Anzeige bereitgestellt werden kann. Um dem Fahrer je nach Sitzposition, bzw. je nach Größe des Fahrers, eine gute Sicht auf das virtuelle Bild zu ermöglichen, kann eine Augenbox, die auch „Eyebox“ genannt wird, im Fahrzeug nachgeführt werden. Die Eyebox ist derjenige Bereich oder Sichtbereich, in dem der Augenpunkt des Benutzers liegt, d.h. derjenige Bereich, in dem der Benutzer die angezeigte Information sehen kann. Das Umlenken des ausgegebenen Lichts durch die Projektionseinrichtung dient zum Nachführen der Eyebox und kann mittels einer Justiervorrichtung am Spiegel der Optikeinrichtung realisiert werden.
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Das Ausbilden des Anzeigeelements als Windschutzscheibe kann dabei von Vorteil sein, da kein zusätzlicher Kombinierspiegel installiert werden braucht. Dies kann insbesondere Platzvorteile bieten und eine einfachere Integrierung in bestehende Fahrzeugkonzeptionen erlauben. Darüber hinaus kann diese Ausgestaltung von besonderem Vorteil sein, wenn an unterschiedlichen Positionen die gleichen oder unterschiedliche Bilder angezeigt werden sollen. Denn in diesem Fall kann auf das Vorsehen zweier Kombinierspiegel verzichtet werden kann, was insbesondere kostenbedingte Vorteile mit sich bringen kann.
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Das Vorsehen eines Kombiners kann auf einfacher Weise eine hochwertige Darstellung des Bilds unabhängig von der Position und der Neigung etwa der Windschutzscheibe relativ zu dem Fahrer ermöglichen, was eine hohe Adaptierbarkeit ermöglicht. Darüber hinaus können herkömmliche Windschutzscheiben verwendet werden, was herstellungsbedingt Vorteile bieten kann.
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Dem Vorstehenden Folgend kann es jedoch anwendungsbedingt besonders bevorzugt sein, dass das Anzeigeelement eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung auch bei nur geringem Raumbedarf. Ferner kann so eine besonders einfache Implementierung des Head-Up Displays in bekannte Fahrzeuge ermöglicht werden.
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Diesbezüglich kann es ferner vorgesehen sein, dass die Windschutzscheibe einen Fahrerbereich und einen Beifahrerbereich aufweist, wobei von dem optischen Splitter das von der Bildquelle erzeugte erste Bild an den Fahrerbereich projizierbar ist und wobei das von der Bildquelle erzeugte zweite Bild an den Beifahrerbereich projizierbar ist. Der Fahrerbereich und der Beifahrerbereich kann dabei grundsätzlich als eine entsprechende Position auf der Windschutzscheibe definiert werden, oder der entsprechende Bereich kann für eine vorteilhafte Projektion durch die jeweilige Projektionsoberfläche behandelt sein wie dies nachfolgend in größerem Detail beschrieben ist.
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Ferner kann der Fahrerbereich etwa ein Bereich der Windschutzscheibe sein, der sich unmittelbar im Sichtfeld des Fahrers sich befindet und beispielsweise vor einer Sitzposition des Fahrers positioniert ist. Entsprechend kann der Beifahrerbereich etwa ein Bereich der Windschutzscheibe sei, der sich unmittelbar im Sichtfeld des Beifahrers befindet und beispielsweise vor einer Sitzposition des Beifahrers positioniert ist. In dem Fahrerbereich beziehungsweise in dem Beifahrerbereich kann dann eine entsprechende Projektionsoberfläche vorgesehen sein.
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Bezüglich der vorstehend beschriebenen Projektionsoberfläche des Anzeigeelements kann es ferner vorgesehen sein, dass das Anzeigeelement wenigstens eine Projektionsoberfläche aufweist, wobei die wenigstens eine Projektionsoberfläche eine Projektionsstruktur aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise das Projizieren des Bildes oder der Bilder. Dabei kann diese Ausgestaltung deshalb von Vorteil sein, da die bildgebende Lichtstrahlung gegebenenfalls in einem ungünstigen Einfallswinkel auf das Anzeigeelement fällt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Head-Up Display wie nachstehend beschrieben etwa in einem zentralen Bereich bezüglich eines Fahrzeugs angeordnet ist und somit insbesondere, wenn nur eine Bildquelle vorgesehen ist.
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Die Projektionsstruktur kann dabei etwa als Projektionsbeschichtung ausgestaltet sein. Beispiele für Projektionsbeschichtungen umfassen etwa holographische Elemente, wie etwa holographische Folien, welche in für den Fachmann problemlos umsetzbarer Weise derart ausgestaltet sein können, um die auf das Anzeigeelement fallende Strahlung wie gewünscht zu projizieren.
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Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn die Projektionsbeschichtung nanoskalige Silberpartikel umfasst. Beispielsweise kann die Projektionsbeschichtung einen transparenten Kunststoff aufweisen, in den nanoskalige Partikel, wie etwa Silberpartikel, eingebettet sind. Derartige Beschichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine scharfe, leuchtende Projektion und trotzdem eine klare Sicht ermöglichen. Ferner kann insbesondere Licht, welches in schrägen Winkeln auf das Anzeigeelement fällt, problemlos und kontrastreich projiziert werden.
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Grundsätzlich können Nanopartikel solche Partikel sein, die eine Größe aufweisen in einem Bereich von 1 nm bis 1000nm. Die Größe der Nanopartikel kann dabei gewählt werden in Abhängigkeit der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts. So wurde gefunden, dass beispielhaft mit Partikeln einer Größe von 62 Nanometern, etwa in einem transparenten Polymer, wie etwa Polyvinyl-Alkohol, welches grundsätzlich als Matrix wie auch andere transparente Polymere geeignet ist, eine Beschichtung ermöglicht wird, die selektiv Licht der Wellenlänge von 458 Nanometern reflektieren kann, was blauem Licht entspricht. Wenn nun die Bildquelle entsprechendes Licht auf das Anzeigeelement beziehungsweise die Projektionsbeschichtung richtet, kann das entsprechende Bild auf dem Anzeigeelement deutlich sichtbar sein, auch aus schrägen Blickwinkeln. Selbstverständlich kann auch eine Mischung von Partikeln unterschiedlicher Größe insbesondere im Nanometerbereich und/oder unterschiedlicher Materialien vorgesehen sein.
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Schichtdicken der Projektionsbeschichtung können dabei in einem Bereich von kleiner als 1 Milimeter liegen, beispielsweise bei 0,5mm.
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Neben Projektionsbeschichtungen kann die Projektionsstruktur jedoch auch eine Einbettung in der Scheibe aufweisen, so dass die Struktur etwa von der Oberfläche des Anzeigeelements gebildet wird oder etwa eine entsprechende Schicht in das Anzeigeelement eingelassen ist.
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Grundsätzlich sind die Projektionsbeschichtungen jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt.
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Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass das Head Up Display in einem Fahrzeug und bezüglich der Breite des Fahrzeugs zumindest zum Teil in einem zentralen Bereich positioniert ist. Unter einem zentralen Bereich kann dabei insbesondere ein Bereich verstanden werden, der bezüglich der Breite exakt in der Mitte liegt oder eine entsprechende Toleranz bezüglich der Mitte in einem Bereich von bis zu 25% bezogen auf die Gesamtbreite des Fahrzeugs aufweist. Insbesondere kann unter einem zentralen Bereich ein derartiger Bereich verstanden werden, der zwischen dem Fahrersitz oder dem Beifahrersitz liegt.
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Diese Ausgestaltung kann insbesondere von Vorteil sein, da in dieser Ausgestaltung etwa die Bildgebungseinheit beziehungsweise die Bildquelle und gegebenenfalls vorliegende Optiken zentral angeordnet sind, so dass die bildgebende Lichtstrahlung den Bereich vor dem Fahrer gleichermaßen erreichen kann wie einen Bereich vor dem Beifahrer. Dies ermöglicht eine beidseitig gleichermaßen gute Abbildung des Bildes oder der Bilder.
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Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung eine besonders platzsparende Ausgestaltung ermöglicht werden, was insbesondere für Fahrzeuge mit geringem Raumbedarf von großem Vorteil sei kann.
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Bezüglich weiterer Vorteile und Merkmale der Anordnung wird auf die Beschreibung des Head-Up Displays, der Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zeigend eine Anordnung aus einem Head-Up Display und einer Windschutzscheibe als Anzeigeelement für das Head-Up Display;
- 2 eine schematische Darstellung zeigend eine Ausgestaltung eines optischen Phased Arrays als Bestandteil des Head-Up Displays; und
- 3 eine schematische Darstellung zeigend eine Detailansicht der Ausgestaltung des optischen Phased Arrays aus 2.
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In der 1 ist eine Anordnung 10 aus einem Head-Up Display 12 und einem Anzeigeelement 14 gezeigt. Eine derartige Anordnung 10 kann insbesondere Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein. In der 1 sind ferner schematisch ein Fahrer 16 des Fahrzeugs und ein Beifahrer 18 des Fahrzeugs gezeigt.
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Das Head-Up Display 12 dient in der Ausgestaltung gemäß 1 dazu, dem Fahrer 16 und dem Beifahrer 18 Informationen in Form eines Bildes 20, 22 zur Verfügung zu stellen. Dabei kann im Detail ein erstes Bild 20 für den Fahrer 16 bereitgestellt werden und kann ein zweites Bild 22 für den Beifahrer 18 zur Verfügung gestellt werden. Das erste Bild 20 und das zweite Bild 22 können gleich oder unterschiedlich sein.
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Zur Erzeugung der Bilder 20, 22 ist eine Bildquelle 24 vorgesehen, die etwa als Laser, beispielsweise als RGB-Laser, ausgestaltet sein kann. Die Bilder 20, 22 können auf das Anzeigeelement 14 projiziert werden. Die gezeigte Bildquelle 24 ist dabei beispielhaft angedeutet als aufweisend Treiber, Dioden und damit den Laser.
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Diesbezüglich können die auf das Anzeigeelement 14 projizierte Bilder 20, 22 in an sich bekannter Weise mit einer durch das Anzeigeelement 14 hindurchscheinenden Information aus einer hinter dem Anzeigeelement 14 gelegenen Umgebung überlagert werden, wodurch die Bilder 20, 22 als virtuelle Bilder beziehungsweise als virtuelle Anzeigen bereitgestellt werden können. Die Projektion 26, 28 der Bilder 20, 22 ist dabei auf dem Anzeigeelement 14 angedeutet. Um dem Fahrer 16 beziehungsweise Beifahrer 18, also dem Benutzer, je nach Sitzposition, bzw. je nach Größe des Benutzers, eine gute Sicht auf das virtuelle Bild zu ermöglichen, kann eine Augenbox, die auch „Eyebox“ genannt wird, im Fahrzeug nachgeführt werden. Die Eyebox ist derjenige Bereich oder Sichtbereich, in dem der Augenpunkt des Benutzers liegt, d.h. derjenige Bereich, in dem der Benutzer die angezeigte Information sehen kann. Das Umlenken des ausgegebenen Lichts durch eine Projektionseinrichtung etwa umfassend eine Optik mit einem beweglichen Spiegel 30 dient zum Nachführen der Eyebox und kann mittels einer Justiervorrichtung an dem Spiegel 30 der Optikeinrichtung realisiert werden.
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Bezüglich der Ausgestaltung in 1 ist wie vorstehend beschrieben ferner vorgesehen, dass die Anordnung 10 Bestandteil eines Kraftfahrzeugs ist. Entsprechend ist in der Ausgestaltung gemäß 1 das Anzeigeelement 14 als Windschutzscheibe ausgebildet. Entsprechend ist es vorgesehen, dass das Anzeigeelement 14 beziehungsweis die Windschutzscheibe einen Fahrerbereich und einen Beifahrerbereich aufweist, in dem jeweils die Projektionen 28, 30 vorliegen.
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Dabei können der Fahrerbereich und der Beifahrerbereich jeweils eine Projektionsstruktur 32, 34 aufweisen beziehungsweise durch die Projektionsstruktur 32, 34 ausgebildet sein. In der Ausgestaltung gemäß 1 entspricht die Projektionsstruktur 32, 34 dabei räumlich der Projektion 26, 28. Bezüglich der Projektionsstruktur 32, 34 kann es insbesondere vorgesehen sein, dass diese durch eine Projektionsbeschichtung ausgebildet ist.
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Die Projektionsbeschichtung kann etwa als holographische Schicht, beispielsweise als holographische Folie, ausgestaltet sein. Ferner kann die Projektionsbeschichtung etwa eine Polymerbeschichtung sein, in der nanoskalige Partikel, insbesondere nanoskalige Silberpartikel eingebettet sind.
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Zurückkommend auf die Ausgestaltung des Head-Up Displays 12 ist es ferner vorgesehen, dass dieses einen optischen Splitter 36 zum Projizieren wenigstens eines von der Bildquelle 24 erzeugten Bildes 20, 22 an das Anzeigeelement 14 und dabei an den Fahrerbereich und an den Beifahrerbereich umfasst.
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Diesbezüglich ist es wie vorstehend beschrieben vorgesehen, dass zwischen der Bildquelle 24 und dem optischen Splitter 36 eine weitere Optik, wie insbesondere ein oder mehrere Spiegel 30, vorgesehen ist. Die Optik kann es erlauben, dass das die Bilder 20, 22 ausbildende Licht in geeigneter Weise auf den optischen Splitter 36 gelenkt wird, um auf die gewünschte Position gelenkt zu werden, wobei trotzdem eine freie Wahl der Positionierung der Bildquelle 24 möglich ist. Dies kann deshalb von Vorteil sein, da das Licht von dem optischen Splitter 36 unmittelbar auf den Fahrerbereich und den Beifahrerbereich geleitet wird und daher der Winkel, mit dem das Licht auf den Splitter 36 trifft, nicht vollständig frei wählbar ist. Dies ist jedoch nicht immer mit einer wählbaren Position der Bildquelle 24 vereinbar, durch die zusätzliche Optik jedoch problemlos möglich.
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In der 1 ist es diesbezüglich gezeigt, dass das Head-Up Display 12 und insbesondere die Bildquelle 24 in einem zentralen Bereich bezüglich der Breite des Fahrzeugs positioniert ist. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, da in dieser Ausgestaltung etwa die Bildquelle 24 beziehungsweise die Bildgebungseinheit und gegebenenfalls vorliegende Optiken zentral angeordnet sind, so dass die bildgebende Lichtstrahlung den Bereich vor dem Fahrer 16 gleichermaßen erreichen kann wie einen Bereich vor dem Beifahrer 18. Dies ermöglicht eine beidseitig gleichermaßen gute Abbildung der Bilder 20, 22.
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Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung eine besonders platzsparende Ausgestaltung ermöglicht werden, was insbesondere für Fahrzeuge mit geringem Raumbedarf von großem Vorteil sei kann.
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Bezüglich des optischen Splitters 36 ist es vorgesehen, dass dieser eine Gitterstruktur 38 umfasst, die als optisches Phased Array ausgestaltet ist. Ein derartiger optischer Splitter 36 ist in den 2 und 3 in größerem Detail gezeigt.
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In der 2 ist ein optischer Splitter 36 gezeigt, der als ein derartiges optisches Phased Array ausgestaltet ist.
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Unter einem optischen Phased Array ist dabei insbesondere eine Gitterstruktur 38 zu verstehen, die Signal in Wellenform aussenden. Diese Wellen überlagern einander auf konstruktive wie auch störende Art und Weise, was das Signal in einer Richtung verstärkt und an anderen Stellen unterbindet. Auf diese Weise kann ein solches Array ein streng fokussiertes Signal ausstrahlen, welches sich gezielt in verschiedene Richtungen lenken lässt, indem das Timing der Transmissionen, die an verschiedenen Stellen entlang des Arrays entstehen, gezielt gestuft wird. Dies ist durch die Pfeile 40, 42, 44 realisiert, wobei der Pfeil 40 das auf die Gitterstruktur 38 einfallende und von der Bildquelle 24 beziehungsweise dem Spiegel 30 kommende Licht darstellen soll, und wobei der Pfeil 42 das auf den Fahrerbereich reflektierte Licht darstellen soll und der Pfeil 44 das auf den Beifahrerbereich reflektierte Licht darstellen soll.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass das optische Phased Array eine Mehrzahl an Spiegelelementen 46 aufweist, die beweglich an einem Träger 48 fixiert sind. In dieser Ausgestaltung kann auf besonders bevorzugte Weise eine Steuerung der Ausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts ermöglicht werden. Denn durch eine bewegliche Anordnung der Spiegelelemente 46 an dem Träger 48 kann es ermöglicht werden, dass durch eine Bewegung des Spiegelelements 46 dessen Ausrichtung relativ zu dem Träger 48 und insbesondere relativ zu dem Anzeigeelement 14 und relativ zu der Bildquelle 12, wie etwa zu dem Laser, verändert wird. Dies ermöglicht entsprechend eine Einstellung der Reflektionsrichtung der Lichtstrahlen, wodurch die Position der Projektion einstellbar ist. Dadurch kann auf exakte weise die Position des Bildes für den Fahrer 16 und gegebenenfalls den Beifahrer 18 einstellbar sein, was wiederum eine besonders verlässliche Betrachtung des Bildes 20, 22 erlaubt.
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Dabei ist in der 2 ferner die Gitterstruktur 38 angedeutet. Diese kann dabei derart ausgestaltet sein, dass eine gleichmäßige Höhe der Gitterstruktur 38, etwa in einem beispielhaften Bereich von kleiner als 20nm, erreicht wird. Es kann eine minimale initiale Phasendifferenz des reflektierten Lichts erreicht werden.
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Es kann bevorzugt sein, dass die Spiegelelemente 46 durch einen MEMS-Aktuator bewegbar sind. Dies ist in der 3 gezeigt, wo im Detail Federelemente 50 gezeigt sind, welche die Spiegelelemente 46 an dem Träger 48 fixieren. Dabei ist für jede Seite des jeweiligen Spiegelelements 46 je ein Federelement 50 vorgesehen. Durch ein Ansteuern der Federelemente 50 kann das Spiegelelement 46 somit selektiv zu jeder Seite geneigt werden. Dadurch kann besonders effektiv und verlässlich eine Steuerung der Reflektionsrichtung des Lichts und damit die Position der Abbildung der Bilder 20, 22 gesteuert werden.
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Der Vorteil von beweglichen Spiegelelementen 46 durch einen MEMS-Aktuator insbesondere bei einem Phased Array kann ferner darin gesehen werden, dass diese meist aufgrund ihrer geringen Größe mit einer sehr geringen Masse ausgestaltet werden können, so dass die Spiegelelemente 46 auf einfache Weise mit einer hohen Frequenz bewegbar sein können. Dies erlaubt wiederum in einer sehr effektiven und verlässlichen Weise, dass das gleiche Bild 20, 22 oder auch unterschiedliche Bilder 20, 22 mit einer hohen Qualität projiziert beziehungsweise dargestellt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 12
- Head-Up Display
- 14
- Anzeigeelement
- 16
- Fahrer
- 18
- Beifahrer
- 20
- Bild
- 22
- Bild
- 24
- Bildquelle
- 26
- Projektion
- 28
- Projektion
- 30
- Spiegel
- 32
- Projektionsstruktur
- 34
- Projektionsstruktur
- 36
- Splitter
- 38
- Gitterstruktur
- 40
- Pfeil
- 42
- Pfeil
- 44
- Pfeil
- 46
- Spiegelelement
- 48
- Träger
- 50
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2017/0315352 A1 [0005]
