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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Bildstabilisierung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Fahrzeugscheinwerfer dienen zur Ausleuchtung eines Fahrzielbereichs eines Fahrzeugs. Sie sind typischerweise immer in der Lage, eine Hell-Dunkel-Grenze zu projizieren, um so zwischen einer Fernlichtverteilung und einer Abblendlichtverteilung zu variieren. Daneben sind viele Scheinwerfer heute auch in der Lage, Symbole zur Information oder Warnung der das Fahrzeug fahrenden Person auf die Fahrbahn zu projizieren. In der Praxis ist es dabei so, dass die Information und/oder Warnung über das Symbol beispielsweise für die das Fahrzeug fahrende Person oder auch für andere Verkehrsteilnehmer in der Umgebung des Fahrzeugs über eine Projektion durch den Fahrzeugscheinwerfer erfolgt. Dies kann dazu dienen, die Fahrsicherheit zu erhöhen, da insbesondere die das Fahrzeug fahrende Person zur Aufnahme der Information ihren Blick nicht von dem Verkehrsgeschehen auf der Fahrbahn abwenden muss. Im Gegensatz zu einer möglichst homogenen Ausleuchtung der Fahrbahn z.B. bei der Fernlichtverteilung ist es bei der Projektion eines Symbols wichtig, dass diese möglichst scharf und kontrastreich ist, um das Symbol gut erkennbar zu machen. Je schärfer bzw. kontrastreicher die Abbildung jedoch auf der Fahrbahn dargestellt wird, desto negativer wirkt sich der Einfluss von dynamischen Änderungen der Position des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn, und damit insbesondere des Abstands der Scheinwerfer gegenüber der Fahrbahn auf diese Projektion aus. Eine Stabilisierung der Abbildung wäre jedoch wünschenswert, um die Sehaufgabe für die das Symbol wahrnehmenden Personen zu verbessern.
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Bei aufwändigen Kfz-Scheinwerfern mit hochauflösenden Projektionsmodulen ist dies einfach möglich, indem die Projektion des Symbols nachgeführt wird. Diese Projektionsmodule basieren dabei auf Technologien wie der sogenannten DMD (Digital-Mirror-Device) auf der Basis von LCD (Liquid Crystal Display) oder auch von pixilierten Mikro-LED-Matrixlichtquellen. Zusammenfassend werden solche Scheinwerfer häufig auch als Pixelscheinwerfer bezeichnet. Bei ihnen ist es möglich, zur Bildstabilisierung in Abhängigkeit von Sensordaten bezüglich der Position des Fahrzeugs bzw. seiner Bewegungen oder Beschleunigungen die Darstellung des Symbols auf der bildgenerierenden Matrix dynamisch zu verlagern, um so eine durchgehend scharfe und kontrastreiche Projektion zu erreichen. Bei einfachen und kostengünstigen Scheinwerfern, wie sie insbesondere in den kostengünstigeren Fahrzeugsegmenten zum Einsatz kommen, gibt es eine solche Möglichkeit nicht, da die Ausleuchtung typischerweise mit einer oder wenigen Lichtquellen realisiert wird.
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Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf eine sogenannte dynamische Leuchtweitenregulierung bei Scheinwerfern hingewiesen werden. In diesem Fall wird das gesamte Beleuchtungsmodul, beispielsweise mittels Schrittmotoren, verschwenkt, um bei Fahrzeug-Nickbewegungen durch Beschleunigungen, z.B. beim Abbremsen die Leuchtweite dynamisch nachzuregulieren.
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Außerdem kann zum weiteren allgemeinen Stand der Technik auf die
DE 10 102 22 362 A1 verwiesen werden. Dort ist ein Scheinwerfer nach dem Projektionsprinzip beschrieben, bei welchem zwischen der Lichtquelle und einer Linse eine Blende angeordnet ist, welche zur Darstellung einer Hell-Dunkel-Grenze bei einem Abblendlicht dient. Die Blende ist mechanisch verschwenkbar und kann somit einen Teil des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts entsprechend blockieren und die Hell-Dunkel-Grenze in die ausgeleuchtete Umgebung des Scheinwerfers projizieren. Die Blende wird dabei über eine vorgespannte Feder in ihrer Endposition bestmöglich fixiert.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die eingangs genannten Probleme zu minimieren und eine Vorrichtung zur dynamischen Bildstabilisierung einer von einem Fahrzeugscheinwerfer auf eine Fahrbahn projizierten Abbildung anzugeben, welche einfach und effizient auch ohne den Einsatz von hochauflösenden Projektionsmodulen zu realisieren ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur dynamischen Bildstabilisierung ist es vorgesehen, dass die Stabilisierung in Abhängigkeit von einer über Sensoren erfassten Fahrzeugbewegung, beispielsweise einer dynamischen Nickbewegung durch Beschleunigungen oder Abbremsen oder durch eine Bewegung aufgrund eines Einfederns oder Ausfederns des Fahrzeugs erfolgt. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Durchlichtmaske zur Erzeugung der Abbildung Verwendung findet. Die Durchlichtmaske ist dabei auf einem Maskenträger angeordnet. Ferner ist ein mechanischer Aktuator vorgesehen, über welchen der Maskenträger in wenigstens einer Raumrichtung in Abhängigkeit der über die Sensoren erfassten Bewegung des Fahrzeugs bewegbar ist. Ein mechanischer Aktuator bewegt also den Maskenträger in Abhängigkeit der über die an sich bekannten Sensoren, beispielsweise Achssensoren des Fahrzeugs oder insbesondere Gyrosensoren im Bereich des Fahrzeugscheinwerfers, erfassten Fahrzeugbewegungen. Der Ausgleich selbst erfolgt dann mechanisch, indem durch den Aktuator der mit der Durchlichtmaske zur Projektion der Abbildung versehene Maskenträger entsprechend der Sensorwerte nachgeführt wird, um so eine zeitlich durchgehend scharfe und kontrastreiche Abbildung zu erreichen. Damit lassen sich Symbole beispielsweise zur Warnung einer das Fahrzeug fahrenden Person oder auch anderer Verkehrsteilnehmer gut sichtbar und einfach zu erkennen in die Umgebung projizieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft dies erstmals mit einem einfachen Fahrzeugscheinwerfer, welcher über lediglich eine Lichtquelle verfügen muss und kann damit den Sicherheitsvorteil einer Projektion von Abbildungen auf die Oberfläche der Fahrbahn auch bei entsprechend kostengünstigen Scheinwerfern und dementsprechend typischerweise kostengünstigeren Fahrzeugen ermöglichen. Der Aufbau ist dabei einfach und kann sehr robust realisiert werden.
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Dabei sind prinzipiell verschiedene Arten von Aktuatoren denkbar. Die mechanischen Aktuatoren können beispielsweise Linearmotoren, Piezoaktuatoren oder dergleichen sein. Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es jedoch vorgesehen, dass der Aktuator als Schrittmotor ausgebildet ist, welcher über einen mit der Welle bzw. Achse des Schrittmotors drehfest verbundenen Exzenter in einer Aussparung des Maskenträger auf den Maskenträger einwirkt. Eine solche Aussparung des Maskenträgers kann beispielsweise in die Raumrichtung, in der der Maskenträger bewegt werden soll, gerade Kanten aufweisen. Sie kann also beispielsweise in der Art eines Langlochs quer zur Bewegungsrichtung ausgebildet sein. Über den Schrittmotor mit dem Exzenter ist es dann möglich, den Maskenträger und damit die auf ihm angebrachte Durchlichtmaske in dieser wenigstens einen Raumrichtung, insbesondere auf und ab, beim bestimmungsgemäßen Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer, zu bewegen. Diese horizontale Bewegung der Durchlichtmaske auf dem Maskenträger durch den Exzenter und den Schrittmotor gleicht also die entsprechenden Fahrzeugbewegungen aus. Die über die Sensoren erfassten Fahrzeugbewegungen können dazu von einer Steuerung in eine erforderliche Schrittzahl für den Schrittmotor umgesetzt werden und über den Exzenter und die Ansteuerung der erforderlichen Schrittzahl lässt sich der Maskenträger mit der Durchlichtmaske um den gewünschten Betrag in der gewünschten Richtung verfahren. Der Schrittmotor ist dabei ein einfach anzusteuernder und kostengünstig verfügbarer Aktuator, welcher beispielsweise aus dem Bereich der Leuchtweitenregulierung allgemein bekannt und damit für einen Fachmann der Fahrzeugscheinwerfer einfach und effizient zu nutzen ist.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei ferner vorsehen, dass der Maskenträger in zwei Raumrichtungen geführt und in die dritte Raumrichtung beweglich ist. Eine solche Anordnung reicht typischerweise aus, um die entsprechenden Fahrzeugbewegungen, welche die Qualität der Abbildung auf der Fahrbahn beeinträchtigen, auszugleichen. Ein solcher in zwei Raumrichtungen geführter Maskenträger kann dann, insbesondere in Kombination mit der oben beschriebenen Ausgestaltung des Aktuators als Schrittmotor mit Exzenter einen außerordentlich einfachen, kostengünstigen und sehr robusten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Maskenträger flächig ausgebildet sein und über Führungsschienen auf einem Grundträger als Referenzfläche geführt sein. Dieser Aufbau ist besonders einfach und effizient, da durch eine solche Führung des Maskenträgers über Führungsschienen und einen Grundträger ein sehr einfacher, dünner und dementsprechend leichter Maskenträger eingesetzt werden kann, welcher typischerweise nur wenige Gramm schwer ist und sich deshalb durch den Schrittmotor oder einen anderen Aktuator einfach und effizient auch hochdynamisch bewegen lässt.
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Bei der Ausgestaltung mit dem Schrittmotor und dem Grundträger ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn die Achse bzw. Welle des Schrittmotors senkrecht auf der Fläche des Grundträgers steht. Dann ist der Aufbau besonders einfach sowohl in der Montage als auch hinsichtlich der Ansteuerung.
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Die Führungsschienen und/oder der Grundträger können dabei fixe und/oder gefederte Anlagepunkte für den Maskenträger aufweisen. Solche fixen Anlagepunkte beispielsweise im Bereich des Grundträgers und gefederte Anlagepunkte beispielsweise im Bereich der Führungsschienen, oder auch kombiniert oder andersherum, können dazu beitragen, dass der Maskenträger außerordentlich einfach und effizient, aber gleichzeitig durch die nur punktförmigen Anlagen reibungsarm geführt ist. Durch die Kombination aus fixen und gefederten Anlagepunkten, welche gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee beide zur Führung genutzt werden, und zwar vorzugsweise, indem auf der einen Seite des Maskenträgers die gefederten, auf der anderen Seite des Maskenträgers die fixen Anlagepunkte angeordnet sind, wird eine sehr gute Führung in beiden Raumrichtungen erreicht, sodass der Maskenträger selbst sich nur noch in die gewünschte dritte Raumrichtung bewegen kann, wenn er durch den Aktuator angesteuert wird. Dadurch werden unerwünschte Veränderungen der Position des Maskenträgers und damit der Durchlichtmaske zuverlässig verhindert, sodass solche keinen Einfluss auf die Qualität der Abbildung nehmen können.
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Der Maskenträger selbst kann dabei, wie oben bereits erwähnt, außerordentlich leicht ausgebildet wird. Insbesondere kann er lichtdurchlässig ausgebildet werden, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial. Die Durchlichtmaske kann dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee auf den Maskenträger aufgebracht sein. Dabei sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, beispielsweise kann die Durchlichtmaske mittels Laser-, Lithografie- oder Druckprozessen auf den Maskenträger aufgebracht sein.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht es dabei ferner vor, dass der Exzenter einteilig und insbesondere aus einem hinsichtlich der Reibung optimierten Material, wie beispielsweise Teflon, ausgebildet ist. Dieser Aufbau ist besonders einfach, effizient und trotz des reibungsoptimierten Materials, welches gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee verwendet wird, typischerweise kostengünstig.
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Eine alternative Ausgestaltung des Exzenters gemäß der Erfindung kann es jedoch auch vorsehen, dass dieser mit einem wälzgelagerten Außenring versehen ist. Ein solcher wälzgelagerter Außenring, beispielsweise ein Kugellager oder ein Rollenlager können die Reibung des Aufbaus weiter minimieren und somit eine noch effizientere und dynamischere Ansteuerung des Maskenträgers und damit letztlich der Durchlichtmaske zu erreichen. Damit lässt sich eine sehr gute Qualität der Projektion der Abbildung auf der Fahrbahnoberfläche erreichen.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung sieht es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass die Abbildung über die Durchlichtmaske ein Warn- oder Informationssymbol darstellt. Prinzipiell ließe sich über die Abbildung auch eine Hell-Dunkel-Grenze zur Realisierung einer Abblendlichtverteilung entsprechend darstellen. Bei dieser ist es jedoch nicht sonderlich relevant, dass eine dynamische Nachführung der Grenze anhand von Bewegungen des Fahrzeugs erfolgt. Vielmehr ist dies vor allem bei der Abbildung von Symbolen, beispielsweise Warnmeldungen oder Navigationsanweisungen oder Ähnlichem, wichtig. Deshalb kann es gemäß der genannten vorteilhaften Ausgestaltung insbesondere vorgesehen sein, dass die Abbildung ein solches Warn- oder Informationssymbol darstellt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1;
- 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in 2; und
- 4 bis 6 verschiedene Ausführungen des Maskenträgers und der Durchlichtmaske.
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In der Darstellung der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur dynamischen Bildstabilisierung in einem Scheinwerfer 2, welcher hier schematisch angedeutet ist, zu erkennen. Die Teile des Scheinwerfers 2 sind dabei im Wesentlichen eine Lichtquelle 3, eine Abbildungsoptik 4 sowie eine Linse 5, über welche das Licht in die Umgebung gelangt. Zwischen der Linse 5 und der Abbildungsoptik 4 ist dabei die bereits erwähnte Vorrichtung 1 zur dynamischen Bildstabilisierung eingebaut.
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Über Sensoren wie beispielsweise angedeutete Gyrosensoren 6 erfasst eine Steuerung 7 Fahrzeugbewegungen eines nicht dargestellten, den Scheinwerfer 2 aufweisenden Fahrzeugs, welche die Qualität der Abbildung beeinträchtigen könnten. Die Steuerung 7 setzt die Sensorsignale in eine geeignete Schrittanzahl für einen Schrittmotor 8 um, welche sie an diesen weitergibt. Durch die Ansteuerung des Schrittmotors 8 und die gewünschte Anzahl von Schritten wird dann dessen Welle bzw. Achse 9 entsprechend rotiert. Diese bewegt einen Maskenträger 10, welcher beispielsweise in der Darstellung der 2 zu erkennen ist. Die Achse 9 ist dafür mit einem Exzenter 11 versehen, welcher in einer Aussparung 12, beispielsweise einer langlochartigen Aussparung des Maskenträgers 10 angeordnet ist. Durch eine Betätigung des Schrittmotors 8 um eine vorgegebene Zahl von Schritten dreht sich dessen Achse 9 um einen vorgegebenen Winkel und nimmt den drehfest mit ihr verbundenen Exzenter 11 mit. Dadurch kommt es zu einer durch den Pfeil 12 angedeuteten Bewegung des Maskenträgers 10, hier in der Vertikalen nach oben oder unten.
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Die weiteren Bewegungsrichtungen des Maskenträgers 10 sind über einem Grundträger 13 und Führungsschienen 14, welche den Maskenträger 10 auf dem Grundträger 13 halten, eingeschränkt. Die Bewegung des Maskenträgers 10 kann also nur in Richtung der Vertikalen, wie durch den Doppelpfeil 12 angedeutet, erfolgen. Dies ist für eine dynamische Nachführung bei Fahrzeugbewegungen wie beispielsweise einem Einfedern des Fahrzeugs aufgrund von Unebenheiten, insbesondere jedoch aufgrund von Brems- oder Beschleunigungsvorgängen, also sogenannten Nickbewegungen des Fahrzeugs ausreichend.
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Der Maskenträger 10 selbst kann dabei außerordentlich leicht ausgebildet werden, beispielsweise aus einem dünnen Blech- oder Kunststoffstreifen. Er weist in der Darstellung der 2 einen mit einer hier nicht direkt erkennbaren Öffnung 17 in dem Grundträger 13 korrespondierenden Bereich einer Durchlichtmaske 15 auf, welche hier rein beispielhaft mit einem Warnsymbol 16 versehen ist. Dieses Warnsymbol 16 wird also auf die Fahrbahn projiziert und seine Position in der Vertikalen wird basierend auf den über die Gyrosensoren 6 erfassten Werte nachgeführt, um in allen Situationen eine möglichst scharfe und kontrastreiche Abbildung auf der Fahrbahnoberfläche zu erreichen.
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Der Maskenträger 10 selbst kann dabei, wie es in der Darstellung der 3 zu erkennen ist, über mehrere punktuelle Anlagepunkte an dem Grundträger 13 beispielsweise über die beiden angedeuteten fixen Anlagepunkte 18 geführt sein. Diese können sich beispielsweise in der Art einer Matrix oder zumindest in der Art von zwei parallelen Reihen auf dem Grundträger 13 befinden und verringern die Reibung zwischen dem Maskenträger 10 und dem Grundträger 13 erheblich. Außerdem sind mit dem Grundträger 13 die Führungsschienen 14 zur Führung des Maskenträgers 10 auf dem Grundträger 13 bzw. den fixen Anlagepunkten 18 befestigt. Diese weisen ebenfalls Anlagepunkte für den Maskenträger 10 auf, welche hier als federnde Anlagepunkte 19 realisiert sind, indem auf der Fläche der Führungsschienen 14 gegenüber der Fläche des Grundträgers 13 U- bzw. halbkreisförmige Schnitte vorgesehen sind, und die darin befindliche Teile federnd in Richtung des Maskenträgers 10 umgebogen werden. Vergleichbare federnde Anlagepunkte 19 lassen sich auch zur Führung der Seitenkanten des Maskenträgers 10 vorsehen, wobei im Bereich der in 3 rechts angedeuteten Führungsschiene 14 fixe Anlagepunkte 18, vergleichbar zu denen auf dem Grundträger 13 zur Führung der Seitenkante des Maskenträgers 10 vorgesehen sind. Über den Exzenter 11, welcher sich in der Aussparung 12 befindet, lässt sich dann die oben beschriebene dynamische Nachführung des Maskenträgers 10 in der Vertikalen erreichen, um die Abbildungsqualität unabhängig von Fahrzeugbewegungen entsprechend hoch zu halten.
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Der Maskenträger 10 selbst kann dabei vorzugsweise sehr leicht ausgebildet werden, um die dynamische Nachführung zu erleichtern. Ergänzend kann das Material des Exzenters 11 so gewählt werden, dass die Reibung zwischen dem Exzenter 11, welcher drehfest mit der Achse 9 verbunden ist, und dem Material des Maskenträgers 10 im Bereich der Aussparung 12 minimiert wird. Beispielsweise wäre es denkbar, den Exzenter 11 einteilig aus Teflon auszuführen. Auch andere reibungsoptimierte Kunststoffe oder entsprechend beschichtete Kunststoffe oder Metalle wären prinzipiell denkbar. Eine weitere hier nicht dargestellte Möglichkeit zur Ausführung des Exzenters 11 kann es außerdem vorsehen, dass dieser einen wälzgelagerten Außenring, also einen beispielsweise über Kugeln oder Tonnen gelagerten Außenring aufweist. Insbesondere kann ein handelsübliches Kugellager um einen Exzenterkörper herum aufgepresst werden. Dies minimiert die Reibung zwischen dem Maskenträger und dem Exzenter 11 noch weiter.
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Der Maskenträger 10 selbst kann nun einerseits lichtdurchlässig ausgestaltet sein. Die Durchlichtmaske für die kann z.B. auf dieses transparente Material des Maskenträgers 10 aufgedruckt sein. In der Abbildung der 4 ist der Maskenträger 10 mit seiner Aussparung 12 für den Exzenter 11 zu erkennen. Kreuzschraffiert ist dabei ein lichtundurchlässiger Bereich zu erkennen, welcher beispielsweise in dem Bereich der Öffnung 17 im Grundträger 13 aufgedruckt ist und das Warnsymbol als beispielhafte entsprechend ausspart. Dieses wird dann also durch den transparenten Maskenträger 10 hindurch in der Art einer Durchlichtmaske auf die Fahrbahn projiziert.
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In der ist eine analoge Darstellung zu erkennen, bei welcher an die Stelle des Symbols rein beispielhaft eine Hell-Dunkel-Grenze als tritt. Der Maskenträger 10 kann auch aus einem lichtundurchlässigen Material hergestellt werden. Dies ist in der Darstellung der 6 entsprechend angedeutet, wobei der Symbolik der 4 und 5 folgend nun der ganze Maskenträger kreuzschraffiert dargestellt ist. Zusätzlich zu der Aussparung 12 weist er im Bereich der Öffnung 17 des Grundträgers 13 nun seinerseits eine Öffnung 20 auf, deren eine Kante, hier analog zur Darstellung in 6 die untere Kante, wiederum die symbolisiert, auch hier rein beispielhaft eine Hell-Dunkel-Grenze.
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Eine weitere Variante wäre ebenfalls denkbar, insbesondere das Einbringen einer Durchlichtmaske, beispielsweise einer der Darstellung in 4 vergleichbaren Durchlichtmaske, welche in die Öffnung 20 des ansonsten lichtundurchlässigen Maskenträgers 10, in der Art einer Folie, vergleichbar zu einem Dia, eingebracht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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