DE102021131194A1

DE102021131194A1 - Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Montieren eines Head-up-Displays

Info

Publication number: DE102021131194A1
Application number: DE102021131194.2A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schröder; Christian Wall
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023094659A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display (12) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bilderzeugungseinheit (14) zum Bereitstellen eines Bilds, und mit einer Optikeinheit (16), mittels welcher das Bild auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche projizierbar ist. Die Bilderzeugungseinheit (14) umfasst ein erstes zu einer Umgebung (26) des Head-up-Displays (12) hin geschlossenes Gehäuse (24). Die Optikeinheit (16) umfasst ein zweites zu der Umgebung (26) hin geschlossenes Gehäuse (28), welches in dem Kraftfahrzeug separat von dem ersten Gehäuse (24) montierbar ist. Ein Kopplungsbereich (40) des Head-up-Displays (12), in welchem ein Bildausgabebereich (36) der Bilderzeugungseinheit (14) und ein Bildeinlassbereich (38) der Optikeinheit (16) einander zugewandt sind, ist zu der Umgebung (26) des Head-up-Displays (12) hin geschlossen ausgebildet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Head-up-Display (12) und ein Verfahren zum Montieren eines solchen Head-up-Displays (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug, mit einer Bilderzeugungseinheit zum Bereitstellen eines Bildes und mit einer Optikeinheit, mittels welcher das Bild auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche projizierbar ist. Die Bilderzeugungseinheit umfasst ein erstes zu einer Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossenes Gehäuse, und die Optikeinheit umfasst ein zweites, zu der Umgebung hin geschlossenes Gehäuse. Das zweite Gehäuse ist in dem Kraftfahrzeug separat von den ersten Gehäuse montierbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Head-up-Display und ein Verfahren zum Montieren eines solchen Head-up-Displays.
Die US 2021 221 224 A1 beschreibt ein Head-up-Display-System in einem Fahrzeug, bei welchem ein erstes optisches Subsystem eine Bilderzeugungseinheit umfasst, welche zum Ausgeben eines Lichtfelds angeordnet ist. Ein zweites optisches Subsystem ist angeordnet, das Lichtfeld von dem ersten optischen Subsystem zu empfangen und das Lichtfeld auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs zu projizieren, um auf der Windschutzscheibe ein virtuelles Bild zu bilden. Hierbei ist das erste optische Subsystem in einem oberen Bereich der Windschutzscheibe angeordnet, und das zweite optische Subsystem ist unterhalb der Instrumententafel des Fahrzeugs in der Nähe eines unteren Bereichs der Windschutzscheibe angeordnet.
Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass von dem ersten Subsystem ausgegebenes Licht durch den Fahrgastraum des Fahrzeugs hindurch zu dem zweiten Subsystem gelangen muss, damit das zweite Subsystem das Licht auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs projizieren kann. Zum einen können hierbei im Fahrgastraum des Fahrzeugs angeordnete Gegenstände es erschweren oder gar verhindern, dass das Licht von dem ersten Subsystem zu dem zweiten Subsystem gelangt. Außerdem können beispielsweise an einem Auslass des ersten Subsystems vorhandene Schmutzpartikel oder dergleichen die Qualität des Bilds erheblich beeinträchtigen, welches auf die Windschutzscheibe projiziert werden soll.
Weitere Head-up-Displays oder Kopf-oben-Anzeigevorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind beispielsweise in der DE 10 2017 101 424 A1 und in der DE 10 2018 118 058 A1 beschrieben.
In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend Head-up-Displays verbaut, um beispielsweise einem Fahrer des Fahrzeugs Inhalte darzustellen, welche sich im Blickfeld des Fahrers befinden, wenn der Fahrer durch eine Frontscheibe des Kraftfahrzeuges blickt. Das Head-up-Display wird hierbei im Allgemeinen im Cockpit vor dem Fahrer in einem für das Head-up-Display vorgesehenen Bauraum positioniert. Eine Schalttafel oder Instrumententafel des Kraftfahrzeugs kann hierfür etwa im Bereich einer Hutze für ein Kombinationsinstrument des Kraftfahrzeugs eine Öffnung aufweisen, damit das Head-up-Display in den Bauraum eingebracht werden kann. Nach der Montage des Head-up-Displays kann diese Öffnung mit einer Blende verschlossen werden.
Diesbezüglich ist zu beachten, dass der von dem Head-up-Display beanspruchte Bauraum umso größer ist, je größer das mittels des Head-up-Displays in das Sichtfeld des Fahrers einzublendende virtuelle Bild ist und je größer eine Distanz von dem Betrachter etwa in Form des Fahrers zu dem virtuellen Bild sein soll. Da in dem Cockpit des Fahrzeugs beziehungsweise im Bereich der Instrumententafel des Fahrzeugs lediglich ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, ist auch die Größe des in diesen Bauraum einzubringenden Head-up-Displays begrenzt. Zudem kann in dem vorstehend geschilderten Fall eine Montage oder Demontage des Head-up-Displays nur durch die ebenfalls von der Größe her begrenzte Öffnung hindurch erfolgen, welche hierfür in der Instrumententafel oder Schalttafel des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Beides ist nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Head-up-Display der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine verbesserte Bildprojektion erreichen lässt, und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Head-up-Display sowie ein entsprechendes Verfahren zum Montieren eines Head-up-Displays anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Head-up-Display mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen den Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibungen angegeben.
Das erfindungsgemäße Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Bilderzeugungseinheit zum Bereitstellen eines Bilds und eine Optikeinheit, mittels welcher das Bild auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche projizierbar ist. Die Bilderzeugungseinheit umfasst ein erstes zu einer Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossenes Gehäuse, und die Optikeinheit umfasst ein zweites zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossenes Gehäuse. Das zweite Gehäuse ist in dem Kraftfahrzeug separat von dem ersten Gehäuse montierbar. Ein Kopplungsbereich des Head-up-Displays, in welchem ein Bildausgabebereich der Bilderzeugungseinheit und ein Bildeinlassbereich der Optikeinheit einander zugewandt sind, ist zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen ausgebildet.
Die zu der Umgebung des Head-up-Displays hin hermetisch geschlossene Ausbildung des Koppelungsbereichs sorgt dafür, dass keine Verschmutzungen und/oder Tröpfchen oder dergleichen dorthin gelangen können, wo der Bildausgabebereich der Bilderzeugungseinheit und der Bildeinlassbereich der Optikeinheit einander zugewandt sind. Folglich beeinträchtigen auch keine derartigen Verschmutzungen etwa in Form von Staubpartikeln oder dergleichen und/oder Tröpfchen die Qualität des Bilds, welches im Betrieb des Head-up-Displays durch den Bildausgabebereich der Bilderzeugungseinheit hindurch hin zu dem Bildeinlassbereich der Optikeinheit und somit in das zweite Gehäuse gelangt. Daher lässt sich mittels des Head-up-Displays, welches auch als Kopf-oben-Anzeige bezeichnet werden kann, eine verbesserte Bildprojektion erreichen.
Insbesondere sorgt die zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossene Ausbildung des Kopplungsbereichs dafür, dass keine Staubpartikel oder dergleichen das Bild beeinträchtigen, welches von der Bilderzeugungseinheit bereitgestellt wird. Dies ist insbesondere deswegen von Bedeutung, weil durch die Optikeinheit üblicherweise eine Vergrößerung des Bilds bewirkt wird, welches die Bilderzeugungseinheit bereitstellt.
Durch die vorzugsweise staubdichte Ausbildung des Kopplungsbereichs ist folglich vermieden, dass entsprechende Staubpartikel sichtbar werden. Denn die zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossene und hierbei vorzugsweise staubdichte Ausbildung des Kopplungsbereichs verhindert, dass Staubpartikel oder dergleichen in den Kopplungsbereich gelangen, in welchem der Bildausgabebereich und der Bildeinlassbereich einander zugewandt sind.
Dadurch, dass das Head-up-Display das erste zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen ausgebildete Gehäuse und das zweite ebenfalls zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen ausgebildete Gehäuse aufweist, können zudem die beiden Gehäuse separat voneinander in dem Kraftfahrzeug montiert werden. Dies bringt es insbesondere mit sich, dass in einem Bauraum des Kraftfahrzeugs, welcher durch eine Zugangsöffnung hindurch zugänglich ist, das zweite Gehäuse einfach angeordnet werden kann, sofern das zweite Gehäuse durch die Zugangsöffnung hindurch in den Bauraum einbringbar ist.
Hierfür ist es jedoch nicht erforderlich, dass die Zugangsöffnung eine für beide Gehäuse gemeinsam ausreichende Größe aufweist. Vielmehr ist es ausreichend, wenn lediglich das zweite Gehäuse für sich genommen in einem Montageschritt durch die Zugangsöffnung hindurch in den Bauraum eingebracht wird. Folglich kann auch ein vergleichsweise großformatiges oder großvolumiges zweites Gehäuse des Head-up-Displays in dem Kraftfahrzeug verbaut werden. Dadurch lassen sich im Betrieb des Head-up-Displays auch vergleichsweise große Bilder einem Nutzer des Head-up-Displays anzeigen, und es ist eine vergleichsweise große Distanz des Nutzers des Head-up-Displays zu dem virtuellen Bild erreichbar. Beides ist im Hinblick auf eine komfortable und verkehrssichere Nutzung des Head-up-Displays durch den Betrachter oder Nutzer vorteilhaft.
Die Zweiteilung des Head-up-Displays in das erste hermetisch geschlossene Gehäuse und das zweite hermetisch geschlossene Gehäuse vereinfacht zudem die Montage des Head-up-Displays. Denn indem die beiden Gehäuse separat voneinander in dem Kraftfahrzeug montiert werden können, sind die einzelnen Gehäuse weniger sperrig im Hinblick auf eine Handhabung, als dies bei einem Head-up-Display der Fall wäre, bei welchem die Bilderzeugungseinheit und die Optikeinheit als ein einziges Zusammenbauteil zu handhaben sind. Insbesondere kann wenigstens eines der Gehäuse auch hinterschnittig zu einem Strukturbauteil des Kraftfahrzeugs angeordnet werden, welches zur Festlegung zumindest eines der Gehäuse des Head-up-Displays genutzt werden kann.
In vorteilhafter Weise kann also das die beiden separat voneinander montierbaren Gehäuse umfassende Head-up-Display selbst in einem Bauraum des Kraftfahrzeugs untergebracht werden, welcher für ein die beiden Gehäuse umfassendes Zusammenbauteil nicht zugänglich beziehungsweise nicht nutzbar wäre. Dies vereinfacht die Unterbringung des Head-up-Displays in dem Kraftfahrzeug bei der Montage des Head-up-Displays.
Vorzugsweise sind der Bildausgabebereich durch ein lichtdurchlässiges Gehäuseteil des ersten Gehäuses und der Bildeinlassbereich durch ein lichtdurchlässiges Gehäuseteil des zweiten Gehäuses bereitgestellt. Dadurch lässt sich im Betrieb des Head-up-Displays das Bild ungehindert durch das Gehäuseteil des ersten Gehäuses hindurch in das zweite Gehäuse einbringen. Zudem sind sowohl das erste Gehäuse als auch das zweite Gehäuse auch im Bereich der jeweiligen lichtdurchlässigen Gehäuseteile zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen. Folglich sind in dem jeweiligen Gehäuse angeordnete Komponenten des Head-up-Displays sehr gut vor einer Beeinträchtigung, insbesondere vor einer Verschmutzung, geschützt.
Vorzugsweise sind in einem Montagezustand der beiden Gehäuse der Bildausgabebereich und der Bildeinlassbereich zueinander parallel ausgerichtet. Auf diese Weise kann sehr einfach sichergestellt werden, dass es zu keiner Verzerrung des Bildes kommt, welches im Betrieb des Head-up-Displays von der Bilderzeugungseinheit bereitgestellt oder ausgegeben wird und dann in das zweite, der Optikeinheit zugehörige Gehäuse gelangt, um von dem zweiten Gehäuse aus auf die lichtdurchlässige Projektionsfläche projiziert zu werden.
Im Betrieb des Head-up-Displays kann das von der Bilderzeugungseinheit bereitgestellte Bild auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche in Form einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs projiziert werden. Des Weiteren ist es möglich, das Bild auf eine als sogenannter Combiner ausgebildete, lichtdurchlässige und das Bild reflektierende Scheibe zu projizieren, welche als von der Frontscheibe oder Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs separates Bauteil ausgebildet ist. In beiden Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Qualität des verzerrungsfreien Bilds, welches im Betrieb des Head-up-Displays von der Bilderzeugungseinheit bereitgestellt wird, sehr hoch ist.
Daher ist die verkippungsfreie Montage der beiden Gehäuseteile, bei welcher in dem Montagezustand der beiden Gehäuse der Bildausgabebereich und der Bildeinlassbereich zueinander parallel ausgerichtet sind, besonders vorteilhaft.
Vorzugsweise umfasst das Head-up-Display Mittel zum Einstellen einer Position des Bildausgabebereichs relativ zu dem Bildeinlassbereich. Wenn derartige Mittel vorgesehen sind, so lässt sich die Position des Bildausgabebereichs relativ zu dem Bildeinlassbereich sehr einfach justieren. Insbesondere kann auf diese Weise dafür gesorgt werden, dass der Bildausgabebereich sehr genau mit dem Bildeinlassbereich fluchtend ausgerichtet ist. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil hierdurch eine jeweilige Fläche des Bildausgabebereichs und des Bildeinlassbereichs sehr weitgehend ausgenutzt werden können, um das Bild möglichst vollständig in das zweite Gehäuse der Optikeinheit einzubringen, welche im Betrieb des Head-up-Displays für das Projizieren des Bilds auf die lichtdurchlässige Projektionsfläche sorgt. Auch dies ist im Hinblick auf das Bereitstellen eines möglichst großen virtuellen Bilds für den Betrachter mittels des Head-up-Displays vorteilhaft.
Vorzugsweise ermöglichen die Mittel ein Einstellen der Position des Bildausgabebereichs relativ zu dem Bildeinlassbereich derart, dass infolge des Einstellens der Bildausgabebereich und der Bildeinlassbereich parallel zueinander ausgerichtet sind. Dies ist im Hinblick auf ein zumindest weitgehend verzerrungsfreies Projizieren des Bilds auf die Projektionsfläche besonders vorteilhaft.
Vorzugsweise ist das zweite Gehäuse größer als das erste Gehäuse. Denn auf diese Weise lassen sich in dem zweiten Gehäuse sehr einfach Komponenten der Optikeinheit etwa in Form von Spiegeln oder dergleichen unterbringen, welche im Betrieb des Head-up-Displays das Projizieren des Bilds auf die lichtdurchlässige Projektionsfläche bewirken.
Vorzugsweise ist in dem zweiten Gehäuse wenigstens ein Spiegel angeordnet, mittels welchem das Bild über einen Austrittsbereich des zweiten Gehäuses auf die Projektionsfläche projiziert werden kann. Insbesondere können eine Mehrzahl von Spiegeln oder dergleichen Komponenten der Optikeinheit für ein Umlenken und/oder ein Vergrößern des von der Bilderzeugungseinheit bereitgestellten Bilds sorgen.
Es kann vorgesehen sein, dass sowohl das erste Gehäuse als auch das zweite Gehäuse an ein Trägerteil des Kraftfahrzeugs montiert sind, wobei jeweilige Montagestellen, an welchen die Gehäuse an das Trägerteil angrenzen, zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen ausgebildet beziehungsweise abgedichtet sind. Dementsprechend können der Bildausgabebereich und der Bildeinlassbereich im montierten Zustand des Head-up-Displays zumindest geringfügig beabstandet sein. Dennoch ist auch in diesem Fall der die Montagestelle des jeweiligen Gehäuses zu dem Trägerteil hin umfassende Kopplungsbereich des Head-up-Displays zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen ausgebildet. Auf diese Weise ist eine besonders sichere Halterung der beiden Gehäuse des Head-up-Displays erreichbar.
Vorzugsweise ist das erste Gehäuse in dem Kopplungsbereich an das zweite Gehäuse montiert. Auf diese Weise kann zum einen erreicht werden, dass der Bildausgabebereich und der Bildeinlassbereich einander sehr nahe sind, insbesondere einander anliegen oder lediglich ein sehr geringer Spalt zwischen dem Bildausgabebereich und dem Bildeinlassbereich vorgesehen ist. Dies erleichtert es zum einen, den Kopplungsbereich zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen auszubilden beziehungsweise abzudichten. Zudem ist auf diese Weise eine Orientierung oder Ausrichtung des ersten Gehäuses relativ zu dem zweiten Gehäuse sehr präzise vorgebbar. Des Weiteren kann so besonders einfach vermieden werden, dass Verschmutzungen und/oder Wasser oder dergleichen in den Kopplungsbereich gelangt.
Vorzugsweise ist das zweite Gehäuse an wenigstens einem Trägerteil des Kraftfahrzeugs angeordnet. Hierbei weist das Trägerteil eine Ausnehmung auf, in welcher ein zumindest den Bildausgabebereich umfassender Abschnitt des ersten Gehäuses aufgenommen ist. Durch das Anordnen des zweiten Gehäuses an dem wenigstens einen Trägerteil des Kraftfahrzeugs lässt sich eine sehr sichere und präzise Halterung des zweiten Gehäuses erreichen. Und wenn der zumindest den Bildausgabebereich umfassende Abschnitt des ersten Gehäuses in der Ausnehmung des Trägerteils aufgenommen ist, so ist auch das erste Gehäuse sehr präzise bezogen auf das die Ausnehmung aufweisende Trägerteil positioniert. Zudem kann auch das Bild beziehungsweise das Bild bereitstellendes Licht sehr einfach durch die Ausnehmung hindurch gelangen, welches im Betrieb des Head-up-Displays von der Bilderzeugungseinheit ausgegeben und mittels der Optikeinheit auf die lichtdurchlässige Projektionsfläche projiziert wird.
Das Vorsehen der Ausnehmung in dem Trägerteil ist außerdem deswegen vorteilhaft, weil dadurch ein Gewicht des Trägerteils verringert ist. Zudem kann aufgrund des Vorsehens der Ausnehmung eine Steifigkeit des Trägerteils erhöht sein.
Die in dem Trägerteil ausgebildete Ausnehmung kann insbesondere als Durchtrittsöffnung ausgebildet sein. Durch Einbringen des zumindest den Bildausgabebereich umfassenden Abschnitts des ersten Gehäuses in eine solche Durchtrittsöffnung lässt sich insbesondere eine Vormontage des ersten Gehäuses sehr einfach realisieren. Beispielsweise kann der zumindest den Bildausgabebereich umfassende Abschnitt des ersten Gehäuses bei der Montage des Head-up-Displays in die Durchtrittsöffnung eingebracht oder eingesetzt werden, so dass der Abschnitt in der Durchtrittsöffnung aufgenommen ist. Dies ist im Hinblick auf eine einfache Montage des Head-up-Displays vorteilhaft.
Vorzugsweise ist das zweite Gehäuse zwischen einem ersten, die Ausnehmung aufweisenden Trägerteil und einem zweiten Trägerteil des Kraftfahrzeugs angeordnet. Auf diese Weise ist das zweite Gehäuse sehr präzise positioniert. Dies gilt insbesondere, wenn das zweite Gehäuse sowohl an dem ersten, die Ausnehmung aufweisenden Trägerteil als auch an dem zweiten Trägerteil festgelegt ist. Zudem lässt sich der zwischen den beiden Trägerteilen vorhandene Bauraum sehr vorteilhaft durch das zweite Gehäuse ausnutzen, insbesondere wenn das zweite Gehäuse zumindest bereichsweise sowohl an dem ersten Trägerteil als auch an dem zweiten Trägerteil anliegt.
Vorzugsweise sind die Trägerteile mit einem Modulquerträger des Kraftfahrzeugs verbunden. Dies sorgt zum einen für eine hohe Stabilität eines Bauteilverbunds, welcher die beiden Trägerteile und den Modulquerträger umfasst. Des Weiteren kann auch der Modulquerträger zur Festlegung des zweiten Gehäuses genutzt werden. Dies ist im Hinblick auf eine präzise Positionierung des zweiten Gehäuses vorteilhaft. Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Gehäuse lediglich an dem Modulquerträger festgelegt ist.
Insbesondere kann der Modulquerträger als Querträger einer Instrumententafel des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. An einem derartigen Modulquerträger, welcher sich in der Einbaulage des Kraftfahrzeugs vorzugsweise im Wesentlichen in die Richtung der Fahrzeugquerachse erstreckt, lassen sich in vorteilhafter Weise weitere Bauteile oder Baugruppen des Kraftfahrzeugs anbringen, insbesondere im Bereich der Instrumententafel angeordnete Bauteile oder Baugruppen.
Wenn ein Trägerverbund die beiden Trägerteile und den Modulquerträger umfasst, so können sich die beiden Trägerteile in eine quer, insbesondere senkrecht, zu einer Längserstreckungsrichtung des Modulquerträgers verlaufende Richtung erstrecken. Dadurch lassen sich die Trägerteile in vorteilhafter Weise auch zur Unterbringung oder Anbringung weiterer Komponenten des Kraftfahrzeugs nutzen, insbesondere zur Anbringung einer Lenksäule des Kraftfahrzeugs.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist ein erfindungsgemäßes Head-up-Display auf. Folglich lässt sich in dem Kraftfahrzeug im Betrieb des Head-up-Displays eine verbesserte Bildprojektion erreichen, etwa indem das Bild mittels der Optikeinheit des Head-up-Displays auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche in Form einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs projiziert wird.
Vorzugsweise ist das Head-up-Display im Bereich einer Instrumententafel des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dann kann ein benachbart zu der Instrumententafel sitzender Nutzer des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Fahrer des Kraftfahrzeugs, mittels des Head-up-Displays in sein Blickfeld projizierte Bilder sehr einfach wahrnehmen, wenn der Nutzer, insbesondere der Fahrer, durch die Frontscheibe oder Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs hindurch in die Umgebung des Kraftfahrzeugs blickt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Montieren eines Head-up-Displays für ein Kraftfahrzeug, welches eine Bilderzeugungseinheit zum Bereitstellen eines Bilds und eine Optikeinheit zum Projizieren des Bilds auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche umfasst, werden in dem Kraftfahrzeug ein erstes, der Bilderzeugungseinheit zugehöriges und zu einer Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossenes Gehäuse des Head-up-Displays und ein zweites, der Optikeinheit zugehöriges und zu der Umgebung hin geschlossenes Gehäuse des Head-up-Displays separat voneinander montiert. Ein Kopplungsbereich des Head-up-Displays, in welchem ein Bildausgabebereich der Bilderzeugungseinheit und ein Bildeinlassbereich der Optikeinheit einander zugewandt sind, wird zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen ausgebildet.
Auf diese Weise wird eine Beeinträchtigung des von der Bilderzeugungseinheit im Betrieb des Head-up-Displays bereitgestellten Bilds aufgrund eines Eindringens von Verschmutzungen oder dergleichen in den Kopplungsbereich einfach und zuverlässig vermieden. Folglich lässt sich mittels des Head-up-Displays eine verbesserte Bildprojektion erreichen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass von dem Bildausgabebereich der Bilderzeugungseinheit und/oder von dem Bildeinlassbereich der Optikeinheit eine Schutzfolie oder dergleichen schützendes Element entfernt wird, bevor der Kopplungsbereich des Head-up-Displays zu der Umgebung des Head-up-Displays hin geschlossen wird. Mittels einer derartige Schutzfolie lässt sich insbesondere ein Verkratzen des ersten Gehäuses, also des Gehäuses der Bilderzeugungseinheit, etwa in dem Bildausgabebereich und/oder ein Verkratzen des zweiten Gehäuses, also des Gehäuses der Optikeinheit, etwa in dem Bildeinlassbereich sehr einfach und wirkungsvoll unterbinden.
Die für das erfindungsgemäße Head-up-Display beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten in analoger Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Zu der Erfindung gehören demnach auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Head-up-Displays und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 stark schematisiert und ausschnittsweise ein Kraftfahrzeug in einer Längsschnittansicht, wobei ein Head-up-Display im Bereich einer Instrumententafel des Kraftfahrzeugs untergebracht ist;
2 eine Optikeinheit und eine Bilderzeugungseinheit des Head-up-Displays im montierten Zustand in einer teilweise geschnittenen Draufsicht;
3 schematisch die Optikeinheit und die Bilderzeugungseinheit als separat montierbare Komponenten des Head-up-Displays;
4 in einer schematischen Draufsicht einen Trägerverbund des Kraftfahrzeugs, an welchem ein Gehäuse der Optikeinheit und ein Gehäuse der Bilderzeugungseinheit angeordnet werden können;
5 den Trägerverbund gemäß 4 in einer schematischen Perspektivansicht;
6 schematisch einen ersten Schritt bei der Montage des Head-up-Displays an den Trägerverbund; und
7 schematisch einen weiteren Schritt der Montage des Head-up-Displays, in welchem die Bilderzeugungseinheit an das Gehäuse der Optikeinheit montiert wird.

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. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
In 1 ist stark schematisiert ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, welches ein Head-up-Display 12 aufweist. In 1 sind eine Bilderzeugungseinheit 14 und eine Optikeinheit 16 des Head-up-Displays 12 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Hierbei ist das Kraftfahrzeug 10 in einer Ebene geschnitten dargestellt, welche parallel zu einer Ebene ist, die durch die Fahrzeughochachse z und die Fahrzeuglängsachse x aufgespannt ist.
Die Fahrzeughochachse z, die Fahrzeuglängsachse x sowie die Fahrzeugquerachse y sind in 1 durch ein Koordinatensystem veranschaulicht. Jedoch sind die durch diese Achsen angegebenen Orientierungen im Hinblick auf die tatsächliche Anordnung des Head-up-Displays 12 in dem Kraftfahrzeug 10 schematisch aufzufassen und lediglich zur Veranschaulichung angegeben.
Das Head-up-Display 12 kann in dem Kraftfahrzeug 10 im Bereich einer Instrumententafel 18 angeordnet sein, welche in 1 ebenfalls lediglich stark schematisiert und nicht im Hinblick auf ihre tatsächliche Gestalt und/oder ihre Abmessungen realistisch wiedergegeben ist. In Richtung der Fahrzeughochachse z oberhalb der Instrumententafel 18 befindet sich eine Frontscheibe 20 des Kraftfahrzeugs 10, welche in 1 ebenfalls lediglich schematisch und ausschnittsweise dargestellt ist.
Die Frontscheibe 20 kann als Projektionsfläche genutzt werden, auf welche die Optikeinheit 16 im Betrieb des Head-up-Displays 12 ein Bild projizieren kann. Ein entsprechender Strahlengang 22 von der Optikeinheit 16 hin zu der Frontscheibe 20 und von der Frontscheibe 20 hin zu einem (nicht gezeigten) Betrachter ist in 1 schematisch durch Linien veranschaulicht.
Vorliegend umfasst die Bilderzeugungseinheit 14, welche zum Bereitstellen eines Bilds ausgebildet ist, ein erstes Gehäuse 24 des Head-up-Displays 12, welches zu einer Umgebung 26 des Head-up-Displays 12 hin geschlossen ausgebildet ist. Das Gehäuse 24 der Bilderzeugungseinheit 14 ist in 2 in einer schematischen Draufsicht auf das Head-up-Display 12 gezeigt. Dementsprechend kann die Bilderzeugungseinheit 14 seitlich neben einem zweiten Gehäuse 28 des Head-up-Displays 12 angeordnet sein. Das zweite Gehäuse 28, welches der Optikeinheit 16 des Head-up-Displays 12 zugehörig ist, ist in analoger Weise wie das erste Gehäuse 24 zu der Umgebung 26 des Head-up-Displays 12 hin geschlossen ausgebildet.
Vorliegend sind sowohl das hermetisch geschlossene erste Gehäuse 24, welches der Bilderzeugungseinheit 14 zugehörig ist, als auch das hermetisch geschlossene zweite Gehäuse 28, welches der Optikeinheit 16 zugehörig ist, separat voneinander montierbar, insbesondere in das Kraftfahrzeug 10 montierbar. Ein Zustand, in welchem diese beiden Einheiten oder Komponenten des Head-up-Displays 12 in Form der Bilderzeugungseinheit 14 einerseits und der Optikeinheit 16 andererseits separat voneinander handhabbar und montierbar sind, ist in 3 schematisch gezeigt. Dementsprechend ist die Bilderzeugungseinheit 14 in diesem Zustand noch nicht mit der Optikeinheit 16 gekoppelt.
Da das Head-up-Display 12 die beiden separat voneinander montierbaren und separat handhabbaren Einheiten in Form der Bilderzeugungseinheit 14 einerseits und der Optikeinheit 16 andererseits umfasst, gestaltet sich die Montage des Head-up-Displays 12 in das Kraftfahrzeug 10 besonders einfach. Bei diesen beiden in 3 separat voneinander dargestellten Teilen oder Komponenten des Head-up-Displays 12 handelt es sich also zum einen um die bildgebende Einheit oder Bilderzeugungseinheit 14 und zum anderen um die Optikeinheit 16, wobei das Gehäuse 28 der Optikeinheit 16 als Grundgehäuse des Head-up-Displays 12 ausgebildet sein kann.
In dem zweiten Gehäuse 28 des Head-up-Displays 12 und somit in dem Gehäuse 28 der Optikeinheit 16 sind vorzugsweise Spiegel 30, 32 angeordnet, welche in 1 und in 2 stark schematisiert dargestellt sind. Mittels dieser Spiegel 30, 32 kann das von der Bilderzeugungseinheit 14 bereitgestellte Bild umgelenkt und vergrößert werden, so dass für den durch die Frontscheibe 20 hindurch blickenden Betrachter das von der Bilderzeugungseinheit 14 bereitgestellte Bild als virtuelles Bild in einer Umgebung 34 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet zu sein scheint.
Sowohl das erste Gehäuse 24 des Head-up-Displays 12 in Form des Gehäuses 24 der Bilderzeugungseinheit 14 als auch das zweite Gehäuse 28 des Head-up-Displays 12 in Form des Gehäuses 28 der Optikeinheit 16 sind vorliegend zur Umgebung 26 des Head-up-Displays 12 hin hermetisch geschlossen ausgebildet. Dadurch ist insbesondere verhindert, dass Verschmutzungen und/oder Feuchte oder dergleichen in das Innere des jeweiligen Gehäuses 24, 28 eindringen oder eintreten kann oder können.
In 2 ist das Head-up-Display 12 in einem montierten Zustand oder Montagezustand der beiden Gehäuse 24, 28 gezeigt. Dementsprechend sind ein Bildausgabebereich 36 der Bilderzeugungseinheit 14 und ein Bildeinlassbereich 38 der Optikeinheit 16 einander zugewandt. Vorliegend sind der Bildausgabebereich 36 und der Bildeinlassbereich 38 in einem Kopplungsbereich 40 des Head-up-Displays 12 einander zugewandt. Auch der Kopplungsbereich 40 ist zu der Umgebung 26 des Head-up-Displays 12 hin geschlossen ausgebildet. Somit können in dem Kopplungsbereich 40, in welchem vorliegend der Bildausgabebereich 36 und der Bildeinlassbereich 38 aneinander angrenzen, insbesondere aneinander anliegen, keine Verschmutzungen oder dergleichen in das Head-up-Display 12 eindringen.
Insbesondere aus 3 ist ersichtlich, dass der Bildausgabebereich 36 der Bilderzeugungseinheit 14 vorzugsweise durch ein lichtdurchlässiges Gehäuseteil 42 des ersten Gehäuses 24 bereitgestellt ist. In analoger Weise ist der Bildeinlassbereich 38 der Optikeinheit 16 vorzugsweise durch ein lichtdurchlässiges Gehäuseteil 44 des zweiten Gehäuses 28 bereitgestellt. Insbesondere ist vorliegend der Kopplungsbereich 40 oder Montagebereich im Bereich eines solchen transparenten oder lichtdurchlässigen Übergangs von der Bilderzeugungseinheit 14 zu der Optikeinheit 16 ausgebildet. Dadurch kann das von dem Bildgeber beziehungsweise der Bilderzeugungseinheit 14 im Betrieb des Head-up-Displays 12 bereitgestellte Bild oder Displaybild ungehindert in das Gehäuse 28 der Optikeinheit 16 gelangen.
Des Weiteren weist das zweite Gehäuse 28 des Head-up-Displays 12 einen Austrittsbereich 46 auf, durch welchen hindurch im Betrieb des Head-up-Displays 12 das von der Bilderzeugungseinheit 14 bereitgestellte Bild, insbesondere nach wenigstens einer Umlenkung und/oder Vergrößerung, auf die lichtdurchlässige Projektionsfläche vorliegend in Form der Frontscheibe 20 projiziert wird.
Die transparenten Übergangsflächen in Form des lichtdurchlässigen Gehäuseteils 42 des ersten Gehäuses 24 und des lichtdurchlässigen Gehäuseteils 44 des zweiten Gehäuses 28 sind vorzugsweise vor der Montage des Head-up-Displays 12 mit einer leicht zu entfernenden Schutzfolie versehen.
Eine mögliche Vorgehensweise bei der Montage des Head-up-Displays 12 soll insbesondere mit Bezug auf 4 bis 7 erläutert werden. Beispielsweise ist in 4 ein Trägerverbund 48 gezeigt, welcher in das Kraftfahrzeug 10 eingebaut werden kann. Der Trägerverbund 48 umfasst vorliegend ein erstes Trägerteil 50, welches eine Ausnehmung aufweist. Die Ausnehmung ist vorliegend als Durchtrittsöffnung oder Montageöffnung 52 ausgebildet. In diese Montageöffnung 52 kann das erste Gehäuse 24 der Bilderzeugungseinheit 14 derart eingebracht werden, dass der Bildausgabebereich 36 der Bilderzeugungseinheit 14 dem Bildeinlassbereich 38 der Optikeinheit 16 zugewandt ist (vergleiche 7). Zunächst wird vorliegend jedoch die Optikeinheit 16 an den Trägerverbund 48 montiert (vergleiche 6).
Bei der vorliegend schematisch und beispielhaft gezeigten Ausgestaltung umfasst der Trägerverbund 48 ein weiteres Trägerteil 54, welches im Wesentlichen parallel zu dem ersten Trägerteil 50 ausgerichtet ist. Zwischen diesen beiden Trägerteilen 50, 54 ist ein Aufnahmeraum 56 ausgebildet, in welchen das Gehäuse 28 der Optikeinheit 16 eingebracht werden kann (vergleiche 6). Die beiden Trägerteile 50, 54 sind zudem mit einem Modulquerträger 58 verbunden, welcher sich in der Einbaulage des Trägerverbunds 48 in dem Kraftfahrzeug 10 vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugquerachse y erstreckt. Dementsprechend können sich die beiden Trägerteile 50, 54 in der Einbaulage des Trägerverbunds 48 in dem Kraftfahrzeug 10 im Wesentlichen parallel zu der Fahrzeuglängsachse x erstrecken.
Die vorliegend im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten Trägerteile 50, 54 können insbesondere zur Befestigung oder Halterung einer (nicht gezeigten) Lenksäule des Kraftfahrzeugs 10 verwendet werden. Daher können die Trägerteile 50, 54 auch als Lenkungsquerträger des Trägerverbunds 48 bezeichnet werden.
In der Vormontage des Cockpits beziehungsweise der Instrumententafel 18 kann zunächst das Grundgehäuse vorliegend in Form des zweiten Gehäuses 28, welches der Optikeinheit 16 zugehörig ist, zwischen den beiden Trägerteilen 50, 54 angeordnet und an den Trägerteilen 50, 54 und/oder an dem Modulquerträger 58 befestigt werden. Dieser Zustand, in welchem die Optikeinheit 16 in dem Aufnahmeraum 56 zwischen den beiden Trägerteilen 50, 54 angeordnet ist, ist in 6 schematisch gezeigt.
Anschließend kann durch die seitliche Öffnung oder Montageöffnung 52 hindurch, welche in dem ersten Trägerteil 50 ausgebildet ist, die bildgebende Einheit oder Bilderzeugungseinheit 14 montiert werden. Insbesondere kann die Bilderzeugungseinheit 14 hierbei an das Gehäuse 28 der Optikeinheit 16 montiert werden.
Vorzugsweise sind vorliegend nicht näher gezeigte Mittel vorgesehen, welche ein Justieren der Bilderzeugungseinheit 14 ermöglichen. Diese Mittel erlauben insbesondere das Einstellen einer Position des Bildausgabebereichs 36 relativ zu dem Bildeinlassbereich 38. Des Weiteren kann durch dieses Justieren insbesondere dafür gesorgt werden, dass in dem Montagezustand der beiden Gehäuse 24, 28 der Bildausgabebereich 36 und der Bildeinlassbereich 38 zueinander parallel ausgerichtet sind.
Aufgrund der Zweiteilung des Head-up-Displays 12 in die Bilderzeugungseinheit 14 mit dem ersten Gehäuse 24 einerseits und die Optikeinheit 16 mit dem zweiten Gehäuse 28 andererseits, können auch zu Strukturteilen wie den vorliegend beispielhaft gezeigten Trägerteilen 50, 54 hinterschnittige Bauräume für eine Unterbringung des Head-up-Displays 12 genutzt werden. Insbesondere kann so ein Package oder Zusammenbau des Head-up-Displays 12, welcher das erste Gehäuse 24 und das zweite Gehäuse 28 umfasst, in einem Bauraum insbesondere im Bereich der Instrumententafel 18 untergebracht werden, welcher ohne die Zweiteiligkeit des Head-up-Displays 12 für diese Unterbringung nicht nutzbar wäre.
Zudem kann eine besonders großformatige beziehungsweise großvolumige Optikeinheit 16 in dem Kraftfahrzeug 10 verbaut werden. Vorliegend kann nämlich in Richtung des Modulquerträgers 58 der gesamte Aufnahmeraum 56, welcher zwischen den beiden Trägerteilen 50, 54 ausgebildet ist (vergleiche 4 und 5), zur Unterbringung des zweiten Gehäuses 28 des Head-up-Displays 12 genutzt werden. Dies liegt daran, dass die Bilderzeugungseinheit 14 separat von dem zweiten Gehäuse 28 des Head-up-Displays 12 montiert werden kann. Des Weiteren braucht vorliegend nicht auch die Bilderzeugungseinheit 14 in dem Aufnahmeraum 56 untergebracht zu werden.
Der Einsatz beziehungsweise die Verwendung der besonders großformatigen oder großvolumigen Optikeinheit 16 sorgt dafür, dass mittels des Head-up-Displays 12 ein vergleichsweise großes virtuelles Bild für den Betrachter bereitgestellt werden kann.
Zudem kann ein solches virtuelles Bild in einer vergleichsweise großen Distanz zu dem Betrachter durch die Frontscheibe 20 hindurch von dem Betrachter wahrgenommen werden, insbesondere in einer Distanz von mehr als 10 m. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn dem Betrachter mittels des virtuellen Bilds Inhalte einer erweiterten Realität (augmented reality, AR) angezeigt werden sollen.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine verbesserte Anordnung für ein Head-up-Display 12 bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2021221224 A1 [0002]
DE 102017101424 A1 [0004]
DE 102018118058 A1 [0004]

Claims

Head-up-Display für ein Kraftfahrzeug (10), mit einer Bilderzeugungseinheit (14) zum Bereitstellen eines Bilds, und mit einer Optikeinheit (16), mittels welcher das Bild auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche (20) projizierbar ist, wobei die Bilderzeugungseinheit (14) ein erstes zu einer Umgebung (26) des Head-up-Displays (12) hin geschlossenes Gehäuse (24) umfasst und die Optikeinheit (16) ein zweites zu der Umgebung (26) hin geschlossenes Gehäuse (28) umfasst, welches in dem Kraftfahrzeug (10) separat von dem ersten Gehäuse (24) montierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungsbereich (40) des Head-up-Displays (12), in welchem ein Bildausgabebereich (36) der Bilderzeugungseinheit (14) und ein Bildeinlassbereich (38) der Optikeinheit (16) einander zugewandt sind, zu der Umgebung (26) des Head-up-Displays (12) hin geschlossen ausgebildet ist.
Head-up-Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildausgabebereich (36) durch ein lichtdurchlässiges Gehäuseteil (42) des ersten Gehäuses (24) und der Bildeinlassbereich (38) durch ein lichtdurchlässiges Gehäuseteil (44) des zweiten Gehäuses (28) bereitgestellt sind.
Head-up-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Montagezustand der beiden Gehäuse (24, 28) der Bildausgabebereich (36) und der Bildeinlassbereich (38) zueinander parallel ausgerichtet sind.
Head-up-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen einer Position des Bildausgabebereichs (36) relativ zu dem Bildeinlassbereich (38).
Head-up-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (28), in welchem vorzugsweise wenigstens ein Spiegel (30, 32) angeordnet ist, mittels welchem das Bild über einen Austrittsbereich (46) des zweiten Gehäuses (28) auf die Projektionsfläche (20) projizierbar ist, größer ist als das erste Gehäuse (24).
Head-up-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (24) in dem Kopplungsbereich (40) an das zweite Gehäuse (28) montiert ist.
Head-up-Display nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (28) an wenigstens einem Trägerteil (50) des Kraftfahrzeugs (10) angeordnet ist, wobei das Trägerteil (50) eine, insbesondere als Durchtrittsöffnung (52) ausgebildete, Ausnehmung aufweist, in welcher ein zumindest den Bildausgabebereich (36) umfassender Abschnitt des ersten Gehäuses (24) aufgenommen ist.
Head-up-Display nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (28) zwischen einem ersten, die Ausnehmung aufweisenden Trägerteil (50) und einem zweiten Trägerteil (54) des Kraftfahrzeugs (10) angeordnet ist, wobei die Trägerteile (50, 54) mit einem Modulquerträger (58) des Kraftfahrzeugs (10) verbunden sind.
Kraftfahrzeug mit einem Head-up-Display (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Head-up-Display (12) im Bereich einer Instrumententafel (18) des Kraftfahrzeugs (10) angeordnet ist.
Verfahren zum Montieren eines Head-up-Displays (12) für ein Kraftfahrzeug (10), welches eine Bilderzeugungseinheit (14) zum Bereitstellen eines Bilds und eine Optikeinheit (16) zum Projizieren des Bilds auf eine lichtdurchlässige Projektionsfläche (20) umfasst, wobei in dem Kraftfahrzeug (10) ein erstes, der Bilderzeugungseinheit (14) zugehöriges und zu einer Umgebung (26) des Head-up-Displays (12) hin geschlossenes Gehäuse (24) des Head-up-Displays (12) und ein zweites, der Optikeinheit (16) zugehöriges und zu der Umgebung (26) hin geschlossenes Gehäuse (28) des Head-up-Displays (12) separat voneinander montiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungsbereich (40) des Head-up-Displays (12), in welchem ein Bildausgabebereich (36) der Bilderzeugungseinheit (14) und ein Bildeinlassbereich (38) der Optikeinheit (16) einander zugewandt sind, zu der Umgebung (26) des Head-up-Displays (12) hin geschlossen ausgebildet wird.