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Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug, wobei das Head-up-Display eine Bilderzeugungseinheit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, ein Bild bereitzustellen, welches über einen vorbestimmten optischen Pfad des Head-up-Displays an eine Projektionsfläche projizierbar ist, und wobei das Head-up-Display eine Steuereinrichtung zum Ansteuern zumindest der Bilderzeugungseinheit aufweist. Zur Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit einem Head-up-Display sowie ein Verfahren zum Bereitstellen einer Anzeige mittels eines Head-up-Displays.
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Das Interesse richtet sich vorliegend auf Anzeigevorrichtungen für Kraftfahrzeuge, die als Head-up-Displays beziehungsweise Kopf-oben-Anzeigevorrichtungen ausgebildet sind. Ein derartiges Head-up-Display umfasst üblicherweise eine Bilderzeugungseinheit beziehungsweise eine Bildgebeeinheit, mit welche Licht zum Bereitstellen einer Anzeige oder eines Bildes abgestrahlt werden kann. Üblicherweise kann ein solches Head-up-Display auch eine Optikeinrichtung, wie beispielsweise Reflektoren oder Spiegel, aufweisen, mit welchen das von der Bilderzeugungseinheit abgestrahlte Licht auf eine Projektionsfläche projiziert werden kann. Diese Projektionsfläche ist bei sogenannten Windschutzscheiben-Head-up-Displays durch einen Bereich der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Ferner sind auch Head-up-Displays bekannt, die eine separate Projektionsfläche, die als semitransparente Spiegelfläche ausgebildet ist, aufweisen. Solche Head-up-Displays werden üblicherweise auch als Combiner-Head-up-Displays bezeichnet.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 10 2012 019 506 A1 ein Fahrzeug mit einem Anzeigeinstrument, wobei das Fahrzeug eine eine Fahrgastzelle begrenzende, in einem ersten Teilbereich als Anzeigefläche des Anzeigeinstruments genutzte Fensterscheibe aufweist. Dabei ist wenigstens der erste Teilbereich der Fensterscheibe zwischen zwei Zuständen mit unterschiedlichem Lichtdurchlassverhalten umschaltbar. Dadurch kann es bewerkstelligt werden, dass je nach Situation die durch das Anzeigeinstrument, welches als Head-up-Display ausgebildet sein kann, bereitgestellte Anzeige oder die Straße deutlicher sichtbar ist.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2015 202 846 A1 ein Fahrzeugsichtsystem mit einer Anzeige, die durch eine Anzeigeeinheit bereitgestellt wird. Die Anzeigeeinheit enthält dabei einen Anzeigeschirm, der an einen Anzeigebereich an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Anzeigeeinheit kann elektrisch von einem Nicht-Anzeigezustand zu einem Anzeigezustand gewechselt werden. Wenn das Fahrzeug gefahren wird, kann als Reaktion auf eine Bestimmung, dass der Blick des Fahrers des Fahrzeugs für eine Schwellwertzeitperiode auf den Anzeigebereich gerichtet ist, die Anzeigeeinheit von ihrem Nicht-Anzeigezustand zu ihrem Anzeigezustand geschaltet werden, wobei diese in diesem Zustand Bilder auf dem Anzeigeschirm anzeigt, die von mittels einer Kraftfahrzeugkamera erfassten Bilddaten abgeleitet sind.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2015 205 871 A1 eine Anzeigevorrichtung für ein Blickfeldanzeigesystem zum Einsatz als Head-up-Anzeige in einem Kraftfahrzeug. Diese Anzeigevorrichtung umfasst dabei eine Schirmanordnung mit mehreren schaltbaren Projektionsschirmen, die in einem Strahlengang eines abzubildenden Projektionsbildes jeweils mit einem vorgegebenen Abstand hintereinander angeordnet sind, wobei die schaltbaren Projektionsschirme zwischen einem diffusen Zustand und einem transparenten Zustand schaltbar sind. Zudem umfasst die Anzeigevorrichtung eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, um die mehreren Projektionsschirme so zu schalten, dass mindestens einer der Projektionsschirme diffus geschaltet wird, während die übrigen der Projektionsschirme transparent geschaltet sind.
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Dadurch ist es möglich, virtuelle Bilder in verschiedenen Abständen zur Windschutzscheibe in Blickrichtung des Fahrers bereitzustellen. Um zum Beispiel zwei verschiedene virtuelle Ebenen bereitzustellen, sind jedoch zumindest zwei schaltbare Projektionsschirme sowie ein Projektor, der das anzuzeigende Bild auf die jeweiligen Projektionsschirme projiziert, erforderlich, was sehr viel Bauraum erfordert. Zudem ist für den Fahrer immer nur ein virtuelles Bild in einer der bereitgestellten virtuellen Ebenen sichtbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Head-up-Display, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Anzeige mittels eines Head-up-Displays bereitzustellen, welche es ermöglichen mehrere virtuelle Ebenen auf möglichst bauraumeffizite Weise zu erzeugen und möglichst viele Anpassungsmöglichkeiten bezüglich der Anzeige bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Head-up-Display, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Anzeige mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug weist dabei eine erste Bilderzeugungseinheit auf, welche dazu ausgelegt ist, ein erstes Bild bereitzustellen, welches über einen vorbestimmten ersten optischen Pfad des Head-up-Displays an eine Projektionsfläche projizierbar ist, und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern zumindest der ersten Bilderzeugungseinheit. Darüber hinaus weist das Head-up-Display im ersten optischen Pfad mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit auf, welche dazu ausgelegt ist, ein zweites Bild bereitzustellen, welches über einen vorbestimmten zweiten optischen Pfad des Head-up-Displays an die Projektionsfläche projizierbar ist, wobei der zweite optische Pfad kürzer ist als der erste optische Pfad, und wobei die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit zumindest bereichsweise in einen zumindest zum Großteil transparenten Zustand schaltbar ist, sodass das von der ersten Bilderzeugungseinheit bereitgestellte erste Bild durch die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit hindurch an die Projektionsfläche projizierbar ist.
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Hierdurch werden also die jeweiligen ersten und zweiten Bilder durch die erste und zweite Bilderzeugungseinheit selbst bereitgestellt, was den großen Vorteil hat, dass hierbei kein Projektor erforderlich ist, der die jeweiligen Bilder bereitstellt und auf entsprechende Schirme projiziert. Soll also beispielsweise ein virtuelles Bild in zwei verschiedenen virtuellen Ebenen anzeigbar sein, so erfordert dies lediglich die erste und die zweite Bilderzeugungseinheit. Zur Bereitstellung weiterer virtueller Ebenen in unterschiedlichen Abständen zur Projektionsfläche, wie zum Beispiel einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs, können im ersten optischen Pfad auch noch weitere Bilderzeugungseinheiten angeordnet sein. Die zweite Bilderzeugungseinheit, sowie optional auch jede weitere Bilderzeugungseinheit, können zum Beispiel als selbstleuchtende OLED-Displays ausgebildet sein. Diese können ein Bild bereitstellen, in dem jedes Pixel, welches zur Bereitstellung des Bildes beitragen soll, aktiv selbst leuchtet, während die übrigen Pixel, die nicht zur Bereitstellung des Bildes beitragen, transparent geschaltet werden können. Auch für den Fall, dass ein solches Display kein Bild bereitstellen soll, kann dieses im gesamten durch diese Display bereitgestellten Anzeigebereich transparent geschaltet werden. Die erste Bilderzeugungseinheit kann beispielsweise ebenfalls als selbstleuchtendes OLED-Display ausgebildet sein, oder auch als herkömmlicher Bildschirm, wie zum Beispiel als LCD-Display mit Hintergrundbeleuchtung. Dies macht also vorteilhafterweise Projektionsschirme und einen Projektor überflüssig.
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Durch die unterschiedlichen Längen des ersten und zweiten optischen Pfads entstehen auch die korrespondierenden ersten und zweiten virtuellen Bilder in unterschiedlichen Abständen zur Projektionsfläche beziehungsweise zum Fahrer, der durch diese Projektionsfläche hindurch die jeweiligen virtuellen Bilder wahrnimmt. Dies ermöglicht eine Anzeige mit sehr flexiblen Anpassungsmöglichkeiten, da so die Head-up-Anzeige in unterschiedlichen Entfernungen zum Fahrer, zum Beispiel je nach Fahrsituation oder nach anzuzeigendem Inhalt angezeigt werden kann. Auch können gleichzeitig Bildinhalte in unterschiedlichen Entfernungen zum Fahrer angezeigt werden, wie dies später näher erläutert wird.
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Die Projektionsfläche kann, wie eingangs beschrieben, entweder durch die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs selbst bereitgestellt sein oder auch eine separat bereitgestellte und von der Windschutzscheibe verschiedene Projektionsfläche, wie zum Beispiel eine separate Glasscheibe bzw. semitransparente Spiegelfläche, darstellen.
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Weiterhin ist unter einem bereichsweise zumindest zum Großteil transparenten Zustand ist dabei vorzugsweise ein Zustand zumindest eines Teilbereichs der Anzeigefläche der mindestens einen zweiten Bilderzeugungseinheit zu verstehen, in welchem rückseitig auf diesen Bereich treffendes Licht nahezu vollständig durch diesen Bereich transmittiert wird. Zum Großteil ist also vorzugsweise im Sinne von zumindest 90 %, vorzugsweise auch höher, auszulegen. Eine hundertprozentige Lichttransmission lässt sich aufgrund unvermeidbarer Streueffekte und Reflexionen üblicherweise nicht erreichen. Aus Gründen der Einfachheit werden die betreffenden Zustände im Folgenden dennoch als transparente oder lichtundurchlässige Zustände bezeichnet, welche dann im Sinne von zumindest zum Großteil transparent bzw. zumindest zum Großteil lichtundurchlässig verstanden werden sollen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Bereitstellung des ersten Bildes durch die erste Bilderzeugungseinheit und die Bereitstellung des zweiten Bildes durch die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit derart zu synchronisieren, dass das erste Bild und das zweite Bild mit einer vorbestimmten Frequenz im Wechsel bereitgestellt werden. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, dass ein Benutzer beziehungsweise Fahrer sowohl das zum ersten Bild korrespondierende erste virtuelle Bild als auch das zum zweiten Bild korrespondierende zweite virtuelle Bild gleichzeitig jedoch in unterschiedlichen Entfernungen sehen kann. Insbesondere ist dies der Fall, wenn die vorbestimmte Frequenz hinreichend hoch gewählt wird.
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Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die vorbestimmte Frequenz mindestens 20 Hz beträgt. Um ein sichtbares Bildflackern zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass die die vorbestimmte Frequenz mindestens 40 Hz beträgt. Insbesondere kann die vorbestimmte Frequenz zu üblichen Bildfrequenzen von Displays korrespondieren. Beispielsweise kann die vorbestimmte Frequenz 48 Hz, zwischen 50 und 60 Hz betragen oder auch beliebig höher gewählt sein. So können mit einfachen Mitteln das erste und das zweite Bild effektiv gleichzeitig für einen Benutzer wahrnehmbar dargestellt werden. Dies ermöglicht es zum Beispiel Basisinformationen, wie Navigationsinformationen, die aktuelle Geschwindigkeit und sonstige Statusdaten des Kraftfahrzeugs in einem größeren Abstand zum Fahrer anzuzeigen, während wichtigere Informationen, wie zum Beispiel Warnhinweise oder ähnliches näher am Fahrer dargestellt werden können beziehungsweise eingeblendet werden können.
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Insbesondere sind hier der Flexibilität der Anzeigemöglichkeiten keine Grenzen mehr gesetzt. Somit können Informationen in Abhängigkeit von der Situation, die zum Beispiel durch ein Eingangssignal des Head-up-Displays spezifiziert werden kann, gleichzeitig auf zwei oder mehr verschiedenen virtuellen Ebenen in unterschiedlichen Abständen zur Projektionsfläche angezeigt werden, oder nur auf einer der bereitgestellten virtuellen Ebenen, die in Abhängigkeit von der Situation gewählt wird. Beispielsweise kann es sein, dass die Head-up-Display-Anzeige in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt. Fährt das Kraftfahrzeug beispielsweise mit hoher Geschwindigkeit auf der Autobahn, so ist es vorteilhaft, wenn auch die Head-up-Anzeige in weiterer Entfernung vom Kraftfahrzeug angezeigt wird, da in einer solchen Fahrsituation die Augen des Fahrers üblicherweise auf größere Entfernungen fokussiert sind. In einer solchen Situation kann das durch die Head-up-Anzeige beziehungsweise durch das Head-up-Display anzuzeigende Bild durch die erste Bilderzeugungseinheit bereitgestellt werden, während die zweite Bilderzeugungseinheit oder auch jede optionale weitere Bilderzeugungseinheit kein Bild bereitstellt. Fährt das Kraftfahrzeug beispielsweise langsamer, oder befindet es sich zum Beispiel auch innerorts, so kann stattdessen die Head-up-Display-Anzeige durch die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit als zweites virtuelles Bild und damit näher am Fahrer bereitgestellt werden. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Head-up-Display eine Anzeige, die angepasst auf eine aktuelle Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, die geographische Position des Kraftfahrzeugs sowie an den Inhalt und dessen Relevanz angepasst werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin im ersten optischen Pfad zwischen der ersten und mindestens einer zweiten Bilderzeugungseinheit, insbesondere eine eine erste Seite der zweiten Bilderzeugungseinheit kontaktierend, ein der mindestens einen zweiten Bilderzeugungseinheit zugeordnetes und in einen ersten und einen zweiten Zustand schaltbares Element angeordnet, wobei das Element im ersten Zustand zumindest zum Großteil transparent und im zweiten Zustand zumindest zum Großteil lichtundurchlässig ist, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, das schaltbare Element derart anzusteuern, dass dieses zum Anzeigen des ersten Bildes in den ersten Zustand geschaltet wird und zum Anzeigen des zweiten Bildes in den zweiten Zustand geschaltet wird.
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Dieses schaltbare Element kann zum Beispiel als schaltbare Folie ausgebildet sein, zum Beispiel als Flüssigkristallfolie. Bei entsprechender Ansteuerung sind solche Folien dann entweder transparent oder lichtundurchlässig. Die Verwendung eines solchen schaltbaren Elements auf der Rückseite der zweiten Bilderzeugungseinheit hat den großen Vorteil, dass hierdurch der Kontrast bei der Anzeige des zweiten Bildes deutlich erhöht werden kann, wodurch das zweite Bild als virtuelles zweites Bild für einen Fahrer deutlich besser sichtbar ist, wenn zum Zeitpunkt der Anzeige des zweiten Bildes das schaltbare Element in den nicht transparenten, lichtundurchlässigen Zustand geschaltet ist. Mit anderen Worten wird also dieses schaltbare Element immer dann in den lichtundurchlässigen Zustand geschaltet, wenn durch die zweite Bilderzeugungseinheit ein Bild, das heißt das zweite Bild, bereitgestellt wird. Wenn dagegen durch die erste Bilderzeugungseinheit das erste Bild bereitgestellt wird, wird sowohl das schaltbare Element als auch die zweite und jede weitere im ersten optischen Pfad angeordnete Bilderzeugungseinheit transparent geschaltet, sodass das erste Bild durch das schaltbare Element hindurch und durch die zweite Bilderzeugungseinheit hindurch und durch jede optionale weitere Bilderzeugungseinheit hindurch auf die Projektionsfläche, zum Beispiel die Windschutzscheibe, projiziert werden kann.
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Bezüglich des schaltbaren Elements ist auch hier der zumindest zum Großteil transparente erste Zustand so zu verstehen, dass in diesem Zustand auf das schaltbare Element auftreffende Licht zu vorzugsweise mindestens 90 % transmittiert wird, vorzugsweise auch mehr. Auch hier ist eine hundertprozentige Lichttransmission aufgrund von unvermeidbaren Streueffekten und Reflexionen üblicherweise nicht erreichbar. Gleiches gilt auch für den zweiten Zustand des schaltbaren Elements. Auch hierbei ist also der zumindest zum Großteil lichtundurchlässige Zustand als Zustand zu verstehen, in welchem auf das schaltbare Element auftreffende Licht zumindest zu 90 % an der Transmission gehindert wird, das heißt also dass höchstens 10 %, vorzugsweise auch deutlich weniger Licht in diesem Zustand des schaltbaren Elements durch dieses transmittiert werden kann, insbesondere sogar weniger als 1%. Auch hier lässt sich üblicherweise eine hundertprozentige Lichtundurchlässigkeit nicht erreichen. Aus Gründen der Einfachheit werden die betreffenden Zustände hier dennoch als transparente oder lichtundurchlässige Zustände bezeichnet, welche dann im Sinne von zumindest zum Großteil transparent bzw. zumindest zum Großteil lichtundurchlässig verstanden werden sollen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das schaltbare Element mit der vorbestimmten Frequenz im Wechsel in den ersten und zweiten Zustand zu schalten, sodass, wenn das erste Bild durch die erste Bilderzeugungseinheit bereitgestellt wird, das Element sich im ersten Zustand befindet, und wenn das zweite Bild durch die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit bereitgestellt wird, sich das der zweiten Bilderzeugungseinheit zugeordnete Element im zweiten Zustand befindet.
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Weist das Head-up-Display beispielsweise noch weitere zweite Bilderzeugungseinheiten auf, so ist vorzugsweise jeder einer solchen Bilderzeugungseinheit ein entsprechendes schaltbares Element, vorzugsweise in Form einer an der jeweiligen Rückseite der Bilderzeugungseinheiten angeordneten Folie, zugeordnet. Die jeweils den entsprechenden Bilderzeugungseinheiten zugeordneten Folien werden immer dann in den lichtundurchlässigen Zustand geschaltet, wenn auf der zugeordneten Bilderzeugungseinheit ein Bild dargestellt wird.
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Gerade mit Bezug auf die oben beschriebene Ausführungsform, bei welcher das erste und das mindestens eine zweite Bild mit der vorbestimmten Frequenz im Wechsel angezeigt werden, sodass die korrespondierenden virtuellen Bilder für einen Benutzer beziehungsweise Fahrer gleichzeitig sichtbar sind, ist es besonders vorteilhaft, auch das schaltbare Element mit dieser vorbestimmten Frequenz zu betreiben, um immer genau dann im lichtundurchlässigen Zustand zu sein, wenn durch die zweite Bilderzeugungseinheit ein Bild erzeugt und dargestellt wird. Hierdurch kann also sowohl ein besonders guter Kontrast bei der Darstellung der virtuellen Bilder bereitgestellt werden, die weiterhin vorteilhafterweise zudem für einen Fahrer aufgrund der hohen Frequenz gleichzeitig sichtbar sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem ersten optischen Pfad zwischen der ersten Bilderzeugungseinheit und der zweiten Bilderzeugungseinheit und/oder im zweiten optischen Pfad mindestens ein Umlenkspiegel angeordnet. Vorzugsweise ist im ersten optischen Pfad zwischen der ersten Bilderzeugungseinheit und der zweiten Bilderzeugungseinheit sogar mehr als nur ein Umlenkspiegel angeordnet, zum Beispiel zwei Umlenkspiegel. Darüber hinaus ist dem zweiten optischen Pfad, das heißt zwischen der zweiten Bilderzeugungseinheit und der Projektionsfläche ebenfalls mindestens ein Umlenkspiegel angeordnet. Die Verwendung von Umlenkspiegeln im optischen Pfad erlaubt es vorteilhafterweise den optischen Pfad deutlich kompakter auszugestalten. Entsprechend müssen sich also die erste Bilderzeugungseinheit, die zweite Bilderzeugungseinheit sowie jede weitere Bilderzeugungseinheit und die Projektionsfläche nicht auf einer langgestreckten und geraden Linie befinden, sondern können durch die Verwendung von Umlenkspiegeln in beliebiger Weise in ihrer Position ausgestaltet sein. Damit kann die Anordnung vorteilhafterweise optimal an den zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst werden.
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Dabei ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der mindestens eine Umlenkspiegel als konkaver Spiegel ausgebildet ist. Dadurch lässt sich zum Beispiel für einen vorgegebenen Abstand des virtuellen Bildes zur Windschutzscheibe ein korrespondierender optischer Pfad von der Windschutzscheibe zur entsprechenden das Bild erzeugenden Bilderzeugungseinheit bereitstellen, der deutlich kürzer ist. Mit anderen Worten wird mittels eines konkaven Spiegels ein kürzerer optischer Pfad auf einen längeren optischen Abstand zwischen virtuellem Bild und Windschutzscheibe abgebildet. Soll also beispielsweise das virtuelle Bild in 15 m Entfernung zur Windschutzscheibe angezeigt werden, so ist dafür nicht notwendigerweise ein optischer Pfad erforderlich, der ebenfalls eine Länge von 15 m aufweist, denn dieser optische Pfad kann durch die Verwendung von konkaven Umlenkspiegeln deutlich kürzer ausgestaltet werden. Zusätzlich ermöglichen es konkave Spiegel vorteilhafterweise, das durch die entsprechende Bilderzeugungseinheit bereitgestellte Bild zu vergrößern. Auch weit entfernt abgebildete virtuelle Bilder können somit von einem Fahrer noch gut wahrgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich können in den jeweiligen optischen Pfaden auch Linsen angeordnet sein. Derartige Linsen können bis auf die Umlenkfunktion die gleichen Funktionen wie die beschriebenen Umlenkspiegel übernehmen. Durch die Verwendung von Umlenkspiegeln lässt sich jedoch das System kompakter, leichter und kostengünstiger ausgestalten, sodass die Verwendung von Umlenkspiegeln anstelle von Linsen bevorzugt ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Head-up-Display dazu ausgebildet, das erste Bild bei Projektion auf die Projektionsfläche als erstes virtuelles Bild in einem ersten Abstand zur Projektionsfläche anzuzeigen, welcher in einem Bereich zwischen 5 m und 25 m liegt, vorzugsweise im Bereich zwischen 14 m und 16 m, und das zweite Bild bei Projektion auf die Projektionsfläche als zweites virtuelles Bild in einem zweiten Abstand zur Projektionsfläche anzuzeigen, welcher in einem Bereich zwischen 0,5 m und 4 m liegt, vorzugsweise zwischen 0,5 m und 2 m, was zum Ende der Motorhaube korrespondiert. Das zweite virtuelle Bild kann somit vorteilhafterweise im Bereich eines Endes der Motorhaube des Kraftfahrzeugs dargestellt werden, während das erste virtuelle Bild deutlich weiter entfernt dargestellt wird. Gerade wichtige Informationen können so vorteilhafterweise mittels des zweiten virtuellen Bildes sehr nahe am Fahrer dargestellt werden, während Basisinformationen, wie Navigationshinweise, aktuelle Geschwindigkeit oder ähnliches weiter entfernt und damit im Hintergrund mittels des ersten virtuellen Bildes angezeigt werden können.
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Das Head-up-Display kann darüber hinaus auch ein optisches System aufweisen, welches zum Beispiel den mindestens einen Umlenkspiegel umfassen kann. Zusätzlich kann dieses optische System auch weitere optische Elemente aufweisen. Dabei ist es prinzipiell auch denkbar, dass mindestens ein optisches Element des optischen Systems relativ zumindest zu einer der mindestens zwei Bilderzeugungseinheiten bewegbar ist. Beispielsweise kann das optische System auch eine veränderbare Brennweite analog zu einem Zoomobjektiv aufweisen. Ist beispielsweise eine Brennweite einer Abbildungseinheit veränderbar, welche zwischen der ersten und der mindestens einen zweiten Bilderzeugungseinheit angeordnet ist, so lässt sich durch Variation dieser Brennweite die Entfernung des ersten virtuellen Bildes zur Windschutzscheibe kontinuierlich verändern. Ist diese Abbildungseinheit mit der veränderlichen Brennweite dagegen im zweiten optischen Pfad angeordnet, so kann hierdurch sowohl die Entfernung des ersten als auch des zweiten virtuellen Bildes zur Windschutzscheibe eingestellt beziehungsweise kontinuierlich verändert werden. Hierdurch wird noch mehr Flexibilität bei der Anzeige der virtuellen Bilder bereitgestellt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die ersten und die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit derart anzusteuern, dass Informationen durch die erste und die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit mittels des ersten und zweiten Bildes dargestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter. Ob Informationen mittels des ersten Bildes oder mittels des zweiten Bildes angezeigt werden, kann damit vorteilhafterweise flexibel gesteuert werden, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Relevanz der Informationen. Auch kann dies in Abhängigkeit einer aktuellen Verkehrssituation erfolgen oder in Abhängigkeit von einem aktuellen Zustand des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit oder auch in Abhängigkeit von einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel innerorts oder außerorts. Zudem sind auch zahlreiche weitere Parameter denkbar, in Abhängigkeit von welchen die Anzeigeposition von Informationen, d.h. ob mittels des ersten Bildes oder mittels des zumindest einen zweiten Bildes, gesteuert werden kann. Auch kann zum Beispiel ein Objekt derart dargestellt werden, dass ein Teil des Objekts durch das erste Bild und ein anderer Teil des Objekts mittels des zweiten Bildes dargestellt wird. Somit erstreckt sich die Darstellung dieses Objekts in die Tiefe, was das Objekt dreidimensional erscheinen lässt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die ersten und die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit derart anzusteuern, dass zumindest eine Information in der virtuellen Ebene des ersten Bildes dargestellt wird und in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter, insbesondere eine Verkehrssituation betreffenden Parameter, die Darstellung der Information in die virtuelle Ebene des zweiten Bildes verschoben wird oder die zumindest eine Information in der virtuellen Ebene des zweiten Bildes dargestellt wird und in Abhängigkeit von dem zumindest einen Parameter die Darstellung der Information in die virtuelle Ebene des ersten Bildes verschoben wird. Damit können Informationen situationsangepasst dynamisch zwischen den virtuellen Ebenen verschoben werden. Dies erzeugt mehr Aufmerksamkeit beim Betrachter und Informationen werden schneller wahrgenommen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die ersten und die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit derart anzusteuern, dass eine der virtuellen Ebenen, in welchen das erste und das zweite Bild darstellbar sind, in Abhängigkeit von zumindest einer erfassten Bedieneingabe eines Benutzers ausgewählt wird. Hierdurch kann vorteilhafterweise auch ein Bedienkonzept in mehreren Ebenen realisiert werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Bedienelement bereitgestellt sein, mittels welchem ein Benutzer die Anzeigeebene aus den mehreren durch das Head-up-Display bereitstellbaren virtuellen Ebenen wählen kann. Durch ausüben einer vorbestimmten Bedienhandling am Bedienelement kann ein Benutzer beispielsweise verschiedene Bedienebenen beziehungsweise Anzeigeebenen durchschalten. Entsprechend kann dann zum Beispiel die durch das zweite virtuelle Bild bereitgestellte Anzeige bei deren Auswahl aufleuchten, zum Beispiel mit farbigem Rahmen oder ähnliches, und bei erneutem Durchführen der vorbestimmten Bedienhandlung am Bedienelement kann die dahinterliegende und durch das erste virtuelle Bild bereitgestellte Anzeige aufleuchten. Je nach ausgewählter Anzeigeebene kann ein Benutzer dann durch Ausführen einer zweiten Bedienhandlung am Bedienelement, wie zum Beispiel Drehen, zwischen auf dieser Anzeigeebene angezeigten verschiedenen Menüpunkten durchwechseln. Somit kann auch ein Anzeige- und Bedienkonzept deutlich übersichtlicher gestaltet werden, da hier zur Anzeige von Menüpunkten und Informationen nicht nur eine Ebene zur Verfügung steht, sondern mehrere hintereinander angeordnete Ebenen ermöglicht werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Head-up-Display oder eines seiner Ausgestaltungen. Die für das erfindungsgemäß Head-up-Display und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemä-ße Kraftfahrzeug. Die Projektionsfläche für das Head-up-Display kann dann entsprechend durch eine Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein. Das Head-up-Display kann aber auch als Combiner-Head-up-Display ausgebildet sein und eine von der Windschutzscheibe verschiedene separate Projektionsfläche, zum Beispiel in Form einer separaten Glasscheibe, aufweisen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Anzeige mittels eines Head-up-Displays, wobei eine erste Bilderzeugungseinheit des Head-up-Displays ein erstes Bild bereitstellt, welches über einen vorbestimmten ersten optischen Pfad des Head-up-Displays an eine Projektionsfläche projiziert wird. Weiterhin wird durch mindestens eine im ersten optischen Pfad angeordnete zweite Bilderzeugungseinheit ein zweites Bild bereitgestellt, welches über einen vorbestimmten zweiten optischen Pfad des Head-up-Displays an die Projektionsfläche projiziert wird, wobei der zweite optische Pfad kürzer ist als der erste optische Pfad und wobei die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit zumindest bereichsweise in einen zumindest zum Großteil transparenten Zustand geschaltet wird, sodass das von der ersten Bilderzeugungseinheit bereitgestellte erste Bild durch die mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit hindurch an die Projektionsfläche projiziert wird.
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Die für das erfindungsgemäße Head-up-Display und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Head-up-Display und seinen Ausgestaltungen beschriebenen gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere korrespondierende Verfahrensschritte.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer durch das Head-up-Display aus 1 bereitgestellten Anzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kraftfahrzeugs 10, von welchem hier aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die Windschutzscheibe 10a dargestellt ist sowie ein Head-up-Display 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Head-up-Display 12 weist in diesem Beispiel eine erste Bilderzeugungseinheit 14 auf, welche zum Beispiel als herkömmliches LCD-Display ausgebildet sein kann. Diese erste Bilderzeugungseinheit 14 ist dazu ausgelegt, ein erstes Bild bereitzustellen, welches über einen vorbestimmten ersten optischen Pfad 16 des Head-up-Displays 12 an die Windschutzscheibe 10a projizierbar ist und von der Windschutzscheibe 10a in ein Sichtfeld eines Betrachters an der Position P gespiegelt wird, wodurch dieses Bild als virtuelles erstes Bild B1 für den Betrachter durch die Windschutzscheibe 10a sichtbar ist. Der erste optische Pfad 16 setzt sich dabei aus einzelnen Pfadabschnitten a, b, c, d, e, w, x, y, z zusammen. Dieser erste optische Pfad 16 wird entsprechend auf einen ersten Abstand 16' abgebildet, in welchem das erste virtuelle Bild B1 von der Windschutzscheibe 10a entfernt erscheint. Dieser Abstand 16' setzt sich dann entsprechend aus den Abschnitten a'+b'+c'+d'+e' und w'+x'+y'+z' zusammen. Darüber hinaus können eines oder mehrere optische Elemente zwischen der ersten Bilderzeugungseinheit 14 und der Windschutzscheibe 10a angeordnet sein. Vorzugsweise sind im ersten optischen Pfad 16 mindestens ein Umlenkspiegel, der vorzugsweise als konkaver Spiegel ausgebildet ist, angeordnet. In diesem Beispiel sind exemplarisch sieben Umlenkspiegel 18 im ersten optischen Pfad 16 angeordnet. Wären diese Umlenkspiegel 18 alle als ebene Spiegel ausgebildet, so wäre die Länge des ersten optischen Pfads 16 identisch mit dem Abstand 16' des ersten virtuellen Bildes P1 zur Windschutzscheibe 10a. Da dieser Abstand 16' vorzugsweise sehr groß sein soll, wie zum Beispiel 15 m, ist es jedoch vorteilhaft, die Umlenkspiegel als konkave Umlenkspiegel auszubilden, da es hierdurch möglich ist, den ersten optischen Pfad 16 deutlich kürzer auszubilden als der korrespondierende abgebildete Abstand 16' des ersten virtuellen Bildes B1 zur Windschutzscheibe 10a.
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Vorteilhafterweise ist nun im ersten optischen Pfad 16 weiterhin mindestens eine zweite Bilderzeugungseinheit 20 angeordnet. Diese ist vorzugsweise als selbstleuchtendes OLED-Display ausgebildet. Zudem ist die zweite Bilderzeugungseinheit 20 dazu ausgelegt, ein zweites Bild bereitzustellen, welches über einen vorbestimmten zweiten optischen Pfad 22 an die Windschutzscheibe 10a projizierbar ist, und von dieser in das Sichtfeld eines Betrachters an der Position P gespiegelt wird, wodurch dieser Betrachter das Bild virtuelles zweites Bild B2 durch die Windschutzscheibe 10a hindurch wahrnimmt. Dieser zweite optische Pfad 22 umfasst in diesem Beispiel exemplarisch die Pfadabschnitte w, x, y, z. Dieser zweite optische Pfad 22 stellt also einen Teilabschnitt des ersten optischen Pfads 16 dar. entsprechend wird nun dieser zweite optische Pfad 22 auf einen Abstand 22' abgebildet, den das zweite virtuelle Bild B2 von der Windschutzscheibe 10a aufweist. In diesem zweiten optischen Pfad 22 sind hier exemplarisch drei der insgesamt sieben um den Spiegel 18 angeordnet. Sind diese wieder zum Teil konkav ausgebildet, so lässt sich auch hier wiederum eine Länge des zweiten optischen Pfads 22 bereitstellen, die deutlich kürzer ist als der Abstand 22' des zweiten virtuellen Bildes B2 von der Windschutzscheibe 10a. Diese zweite Bilderzeugungseinheit 20 kann nun vorteilhafterweise in einen zumindest bereichsweise transparenten Zustand geschaltet werden. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, dass das durch die erste Bilderzeugungseinheit 14 bereitgestellte Bild durch die zweite Bilderzeugungseinheit 20 hindurch an die Windschutzscheibe 10a projiziert wird. Beispielsweise ist es möglich, dass auf der zweiten Bilderzeugungseinheit ein zweites Bild dargestellt wird, welches als zweites virtuelles Bild B2 für einen Betrachter sichtbar ist, während gleichzeitig auf der ersten Bilderzeugungseinheit 14 ein erstes Bild dargestellt wird, welches durch die transparent geschalteten Bereiche der zweiten Bilderzeugungseinheit 20 hindurch an die Windschutzscheibe projizierbar ist und dadurch als erstes virtuelles Bild B1 dem zweiten virtuellen Bild B2 überlagert von dem Betrachter wahrgenommen werden kann. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das erste und das zweite Bild von der ersten und zweiten Bilderzeugungseinheit 14, 20 nicht gleichzeitig dargestellt wird, sondern mit einer vorbestimmten Frequenz im Wechsel. Wird also das erste Bild von der ersten Bilderzeugungseinheit 14 dargestellt, so ist die zweite Bilderzeugungseinheit 20 vollständig in den transparenten Zustand bzw. möglichst transparenten Zustand geschaltet und es wird kein zweites Bild auf der zweiten Bilderzeugungseinheit 20 angezeigt. Umgekehrt, wird auf der zweiten Bilderzeugungseinheit 20 ein zweites Bild angezeigt, so wird auf der ersten Bilderzeugungseinheit 14 kein Bild angezeigt. Erfolgt dies nun mit hinreichend hoher Frequenz, so werden diese beiden im Wechsel angezeigten Bilder von einem Betrachter als überlagerte virtuelle Bilder B1, B2 wahrgenommen. Der große Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass es hierdurch möglich ist, auf einer Rückseite 20a der zweiten Bilderzeugungseinheit 20 eine schaltbare Folie 24 anzuordnen. Diese wird dann mit der gleichen Frequenz abwechselnd in einen transparenten und in einen lichtundurchlässigen Zustand geschaltet, insbesondere so, dass sich diese schaltbare Folie 24 im lichtundurchlässigen Zustand befindet, während auf der zweiten Bilderzeugungseinheit 20 das zweite Bild dargestellt wird. Dadurch kann der Kontrast des zweiten virtuellen Bildes B2 deutlich erhöht werden.
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Damit sind nun vorteilhafterweise vielzählige verschiedene Anzeigemöglichkeiten bereitgestellt. Beispielsweise kann einem Betrachter an der Position P entweder nur das erste virtuelle Bild B1 in einer großen Entfernung von der Windschutzscheibe 10a angezeigt werden, oder es kann dem Betrachter auch nur das zweite virtuelle Bild B2 in der Nähe der Windschutzscheibe 10a angezeigt werden oder die Anzeige der beiden Bilder erfolgt mit einer gewissen Frequenz im Wechsel wie beschrieben, sodass sowohl das erste virtuelle Bild B1 als auch das zweite virtuelle Bild B2 für den Betrachter gleichzeitig wahrnehmbar sind, und zwar lichtstark und mit gutem Kontrast, was durch die schaltbare Folie 24, die mit der gleichen Frequenz geschaltet wird, ermöglicht wird. Zur Synchronisation der beiden Bilderzeugungseinheit 14, 20 und der schaltbaren Folie 24 kann eine entsprechende Steuereinrichtung 26 vorgesehen sein.
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2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung einer durch das Head-up-Display 12 aus 1 bereitgestellten Anzeige 28. In dieser Anzeige 28 sind nun von der Position P aus für einen Betrachter sowohl das erste virtuelle Bild B1 als auch das zweite virtuelle Bild B2 einander überlagert sichtbar. Das zweite virtuelle Bild B2 kann dabei zum Beispiel zur Anzeige besonders wichtiger Informationen genutzt werden, wie zum Beispiel von Warnhinweisen 30. Das zweite virtuelle Bild B2 muss für einen Betrachter auch nicht permanent sichtbar sein, sondern beispielsweise immer nur dann, wenn eine entsprechende Warnung an einen Fahrer ausgegeben wird. Auf dem ersten virtuellen Bild B1 können dagegen Basisinformationen, wie zum Beispiel Navigationshinweise 32 oder auch die aktuelle Geschwindigkeit, Tankfüllstand, oder ähnliches dargestellt werden.
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Ob entsprechende Informationen in der ersten oder zweiten virtuellen Ebene angezeigt werden, in welcher das erste virtuelle Bild B1 beziehungsweise das zweite virtuelle Bild B2 erscheinen, kann jedoch nicht nur in Abhängigkeit von der Relevanz der Informationen gesteuert werden, sondern beispielsweise auch in Abhängigkeit vielzähliger weiterer Parameter. Beispielsweise kann eine Anzeige auch in Abhängigkeit von einer Verkehrssituation erfolgen. Wenn man beispielsweise schnell auf der Autobahn fährt, kann eine oder mehrere anzuzeigende Informationen beispielsweise in der Ebene des ersten virtuellen Bildes B1 angezeigt werden. Wenn man dagegen langsam und zum Beispiel nahe hinter einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug fährt, kann stattdessen das zweite virtuelle Bild B2 zur Anzeige von Informationen verwendet werden. Durch diese Anpassungsmöglichkeiten ist es deutlich einfacher, Warnungen und wichtige Informationen wahrzunehmen. Auch ist es möglich, ein Bedienkonzept auf mehrere Ebenen umzusetzen. Hierzu kann beispielsweise ein Bedienelement, wie zum Beispiel eine Bedienwippe, ein Schalter, ein Drehdrücksteller, oder Ähnliches vorgesehen sein, mittels welchem ein Benutzer die Anzeigeebene aus den mehreren durch das Head-up-Display 12 bereitstellbaren virtuellen Ebenen wählen kann. Durch z.B. Auslenken dieses Bedienelements in eine erste Richtung kann ein Benutzer beispielsweise verschiedene Bedienebenen beziehungsweise Anzeigeebenen durchschalten. Entsprechend kann dann zum Beispiel die durch das zweite virtuelle Bild B2 bereitgestellte Anzeige bei deren Auswahl aufleuchten, zum Beispiel mit farbigem Rahmen oder ähnliches, und bei erneutem Drücken oder Auslenken des Bedienelements kann die dahinterliegende und durch das erste virtuelle Bild B1 bereitgestellte Anzeige aufleuchten. Je nach ausgewählter Anzeigeebene kann ein Benutzer dann durch Ausführen einer zweiten Bedienhandlung am Bedienelement, wie zum Beispiel Drehen, zwischen auf dieser Anzeigeebene angezeigten verschiedenen Menüpunkten durchwechseln. Somit kann auch ein Anzeige- und Bedienkonzept deutlich übersichtlicher gestaltet werden, da hier zur Anzeige von Menüpunkten und Informationen nicht nur eine Ebene zur Verfügung steht, sondern mehrere hintereinander angeordnete Ebenen ermöglicht werden.
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Insgesamt wird somit durch die Erfindung ein Head-up-Display bereitgestellt, welches deutlich mehr Anpassungsmöglichkeiten in Bezug auf die Anzeige von Informationen ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012019506 A1 [0003]
- DE 102015202846 A1 [0004]
- DE 102015205871 A1 [0005]
