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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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a) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz, insbesondere ein Head-up-Display, mit dem das visuelle Schwindelgefühl eines Fahrzeuglenkers reduziert wird, wobei mit einem reflektierenden Diffusor und einem Hohlspiegelmodul die Reflexionsdistanz vergrößert wird und somit die Lichtwegdistanz vergrößert wird, um so das Bild mit derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel in einer größeren Distanz zu projizieren, um damit das visuelle Schwindelgefühl zu reduzieren, wodurch für die Fahrzeuglenker bessere visuelle Effekte erzielt werden können und somit die Fahrsicherheit verbessert wird.
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b) Beschreibung des Standes der Technik
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Die heutzutage in Fahrzeugen verwendeten Head-up-Displays sind weniger kompliziert aufgebaut als die Head-up-Displays, die in Flugzeugen eingesetzt werden. Sie bestehen aus einem optischen System und im Allgemeinen aus zwei Hauptgeräten, nämlich einem Projektor und einem Kombinator. Der Projektor besteht aus einer Signallichtquelle, einem Projektionsspiegel und aus weiteren optischen Elementen.
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Die Signallichtquelle des Projektors besteht aus einem LCD-Monitor oder aus einer CRT-Kathodenstrahlröhre, wobei Licht von der Signallichtquelle ausgestrahlt und dann mit dem Projektor zum Kombinator auf einer Glasscheibe (oder auf einer transparenten Spezialleinwand) projiziert wird. Mit dem Kombinator können die projizierten Texte oder Bilder angezeigt werden.
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Die
1 stellt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß der Druckschrift
US 7,936,518 dar, wobei das Head-up-Display aus einer Infrarotemissionseinheit
5A, mit der ein Infrarotstrahl zu dem Benutzer DA emitiert wird, einem Spiegelelement
3A, mit dem von einem Display
2A zu einem Hohlspiegel
4A reflektiertes sichtbares Licht LA und der vom Benutzer DA und Hohlspiegel
4A reflektierte Infrarotstrahl gespiegelt werden, mehreren Bildeinheiten
6A,
7A gegenüber von dem Hohlspiegel
4A, mit denen der Infrarotstrahl erkannt und jedes Bild, das aus einer anderen Richtung kommt, projiziert wird, und aus einem Bildverarbeitungssystem
8A besteht. Mit dem Hohlspiegel
4A wird das sichtbare Licht LA an eine Windschutzscheibe WA projiziert und ein virtuelles Bild VA zu den Augen des Benutzers DA reflektiert.
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Durch das Prinzip des Hohlspiegels, dass der virtuelle Bildabstand die Länge des Lichtweges des Objekts darstellt, die mit der Vergrößerung durch den Hohlspiegel multipliziert wird, kann der virtuelle Bildabstand groß sein, wenn (1) die Vergrößerung durch den Hohlspiegel erhöht wird, wobei jedoch wegen des Vorgangs des Hohlspiegels, durch welchen das virtuelle Bild, das mit den beiden Augen wahrgenommen wird, nicht genau dasselbe sein kann, kein ideales Objektiv geschaffen werden kann, sodass daher der Abbildungsfehler größer ist, wenn die Vergrößerung erhöht ist, wobei der mit den beiden Augen wahrgenommene Abbildungsfehler ein Schwindelgefühl verursachen kann, wobei die Vergrößerung für ein bequemes Betrachten üblicherweise innerhalb der siebenfachen Vergrößerung eingestellt werden kann. Alternativ kann der virtuelle Bildabstand groß sein, wenn (2) die Länge des Lichtweges des Objekts vergrößert wird. Jedoch ist ein Head-up-Display üblicherweise inwendig am Armaturenbrett vor dem Fahrzeuglenker eingebaut, wodurch der Raum begrenzt ist, wobei zusätzlich ein Rückstrahler zwischen der optischen Maschine und dem Hohlspiegel montiert ist, um den Lichtweg zum Vergrößern der Länge des Lichtweges des Objekts vorwärts- und zurückzureflektieren, wobei jedoch der virtuelle Bildabstand eines üblichen Head-up-Displays aufgrund der Einschränkungen der Abmessungen nur 2,5 Meter von den Augen des Fahrzeuglenkers betragen kann.
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Die Kraftfahrzeugnavigation dient hauptsächlich dazu, um einen Fahrzeuglenker die richtige Fahrbahn anzuzeigen oder um diesen dazu zu ermahnen, zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem Fahrzeug davor einen ausreichenden Abstand einzuhalten.
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Für die Navigation mit den Head-up-Displays wird die Aufmerksamkeit des Fahrzeuglenkers jedoch häufig von der Straße weggelenkt, sodass dies offensichtlich keine gute Lösung darstellt. Wenn die Hilfszeichen auf das Straßenbild projiziert oder die Fahrzeuge vor dem eigenen gewarnt werden könnten, dann würde die Aufmerksamkeit der Fahrzeuglenker nicht abgelenkt werden, sodass dies eine ideale Lösung wäre, um den Fahrzeuglenkern die notwendigen Informationen zu vermitteln und sie bei Bedarf zu warnen. Die wesentliche Frage besteht darin, wie die Distanz der Head-up-Displays vergrößert werden kann, um die Signale direkt auf die Straße zu projizieren oder die Fahrzeuge vor dem eigenen zu warnen, sodass dies das Hauptproblem darstellt, das einer Lösung bedarf.
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Um die oben beschriebenen technischen Nachteile zu lösen, wurden in der Industrie verschiedene technische Lösungen vorgeschlagen, wobei die entsprechenden Technologien in diesem Zusammenhang in den Druckschriften
TW I443377 ,
TW I506299 ,
TW 201624101 ,
CN 201610134321 ,
TW 201410829066 ,
CN201510649759 ,
CN201520418145 ,
TW I446001 beschrieben sind.
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In den oben zitierten Druckschriften ist die grundlegende Technologie von Head-up-Displays bereits beschrieben, wobei jedoch manche Nachteile bei der üblichen Verwendung weiterhin auftreten:
- 1. Mit Bezugnahme auf die oben genannten Druckschriften wird bei manchen von ihnen ein vertikal geteiltes Bild mit einem einzelnen Projektionsgerät projiziert, wobei jedoch der Nachteil darin besteht, dass der Standardabstand zum Projizieren des Bildes zu kurz ist und dies bei den Fahrzeuglenkern beim Betrachten der Projektion leicht ein visuelles Schwindelgefühl verursacht, was wiederum die Fahrsicherheit gefährdet.
- 2. Obwohl mit zwei oder mehr Projektionsgeräten ein Standardabstand zum Projizieren eines Bildes bereitgestellt und ein größerer Abstand zum Projizieren des Bildes oder mehrere geteilte Bilder möglich sind, was in einigen der zitierten Druckschriften beschrieben ist, sind diese mehreren Projektionsgeräte zumeist an derselben Stelle installiert, wobei die projizierten Bilder meistens horizontal geteilte Bilder in derselben horizontalen Ebene sind und keine vertikal geteilten Bilder umfassen, sodass es schwierig ist, die Hilfszeichen für die Navigation genau auf die Straße zu projizieren oder die Fahrzeuge vor dem eigenen zu warnen, was die Hilfe bei der Navigation erheblich beeinträchtigt.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der oben beschriebenen Nachteile der Head-up-Displays gemäß dem Stand der Technik hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung nach zahlreichen Verbesserungen schließlich das erfindungsgemäße Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz geschaffen, wobei das Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Head-up-Displays besteht, mit dem das visuelle Schwindelgefühl der Fahrzeuglenker reduziert wird, wobei eine Reflexionsdistanz in einem begrenzten Raum durch Zusammenwirken des reflektierenden Diffusors der vorliegenden Erfindung mit einem Hohlspiegelmodul vergrößert wird, um die Lichtwegdistanz zu vergrößern und das Bild mit derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel in einer größeren Distanz zu projizieren, um dadurch das visuelle Schwindelgefühl zu reduzieren und bessere visuelle Effekte für die Fahrzeuglenker zu erzielen und somit die Fahrsicherheit zu verbessern.
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Zum Erreichen des Ziels wird ein Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz bereitgestellt, wobei das erfindungsgemäße Head-up-Display die folgenden Einzelteile umfasst:
ein Bildprojektionsmodul, das an einem Armaturenbrett unter einer Windschutzscheibe in einem Fahrzeug montiert ist,
einen reflektierenden Diffusor, der an einer Fuge zwischen einem Dach und einer Windschutzscheibe des Fahrzeuges montiert ist, wobei das vom Bildprojektionsmodul ausgestrahlte Licht auf den reflektierenden Diffusor trifft und dabei ein Bild auf diesem reflektierenden Diffusor projiziert wird, sodass der reflektierende Diffusor als eine Anzeigefläche zum Anzeigen der Bilder verwendet werden kann,
ein Hohlspiegelmodul, das an dem Armaturenbrett unter der Windschutzscheibe im Fahrzeug montiert ist, wobei die Bilder vom reflektierenden Diffusor mit dem Hohlspiegelmodul vergrößert werden.
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Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann mit demselben Abstand zwischen dem reflektierenden Diffusor und dem Hohlspiegelmodul die Lichtwegdistanz verlängert werden, ohne dass dabei Platz verschwendet wird, wobei sich das erfindungsgemäße Head-up-Display daher durch das Merkmal auszeichnet, dass mit den virtuellen Bildern ein Projektionsabstand mit derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel vergrößert wird.
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Als Bildprojektionsmodul kann ein Gerät für die digitale Lichtverarbeitung (DLP) verwendet werden.
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Das Hohlspiegelmodul kann unter dem Armaturenbrett montiert werden, wobei das Hohlspiegelmodul mit einem transparenten Staubschutz abgedeckt ist.
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Das Hohlspiegelmodul kann über dem Armaturenbrett montiert werden, wobei das Hohlspiegelmodul in einem Gehäuse vorgesehen ist.
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Das Hohlspiegelmodul kann einen Hohlspiegel und einen Motorzahnradsatz umfassen, wobei ein Auslenkwinkel des Hohlspiegels durch Rotieren des Motorzahnradsatzes eingestellt werden kann.
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Das Hohlspiegelmodul kann einen Hohlspiegel und mehrere Reflektionslinsen umfassen.
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Der reflektierende Diffusor kann ferner eine rotierende Welle umfassen, wobei diese rotierende Welle gedreht werden kann, um die Position der Bilder, die unter der Windschutzscheibe projiziert werden, einzustellen.
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Mit dem Hohlspiegelmodul können die Bilder des reflektierenden Diffusors vergrößert und auf die Augen des Fahrzeuglenkers projiziert.
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Mit dem Hohlspiegelmodul können die Bilder des reflektierenden Diffusors vergrößert und an die Windschutzscheibe projiziert werden, um diese danach von der Windschutzscheibe auf die Augen des Fahrzeuglenkers zu projizieren.
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Das Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Reflexionsfolie umfassen, die an der Windschutzscheibe anhaftet ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz kann die Reflexionsdistanz in einem begrenzten Raum mit Hilfe des reflektierenden Diffusors durch Zusammenwirken mit dem Hohlspiegelmodul vergrößert werden, um die Lichtwegdistanz zu vergrößern, wobei mit den virtuellen Bildern der Projektionsabstand mit derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel vergrößert wird.
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Das erfindungsgemäße Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Bildgebung mit dem Prinzip des virtuellen Bildes mit dem Hohlspiegel des Hohlspiegelmoduls ein Lichtweg vergrößert werden kann, um virtuelle Bilder mit derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel in eine weite Distanz zu projizieren und somit bessere visuelle Effekte für die Fahrzeuglenker zu erzielen, um das visuelle Schwindelgefühl zu reduzieren und somit die Fahrsicherheit zu verbessern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß dem Stand der Technik,
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2 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
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3 zeigt eine weitere schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
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4 zeigt eine schematische Darstellung des Anklebens einer Reflexionsfolie auf die Windschutzscheibe im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels des Hohlspiegelmoduls des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
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6 zeigt eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
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7 zeigt eine schematische Darstellung mit anhaftender Reflexionsfolie im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels des Hohlspiegelmoduls des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels mit anhaftender Reflexionsfolie an der Windschutzscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
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Die 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Head-up-Displays für die Bildgebung auf weite Distanz, das die folgenden Einzelteile umfasst:
ein Bildprojektionsmodul 1, das an einem Armaturenbrett A unter einer Windschutzscheibe W in einem Fahrzeug montiert ist und das Bilder projizieren kann, wobei als ein solches Bildprojektionsmodul 1 ein Gerät für die digitale Lichtverarbeitung (DLP) verwendet wird, und wobei dieses Bildprojektionsmodul 1 die gleiche Bildgebungstechnologie anwendet, die in Projektoren und in Rückprojektionsbildschirmen zur Anwendung kommt,
einen reflektierenden Diffusor 2, der an einer Fuge zwischen einem Dach C und einer Windschutzscheibe W des Fahrzeuges montiert ist, wobei der Lichtweg L des ausgestrahlten Lichts vom Bildprojektionsmodul 1 zu dem reflektierenden Diffusor 2 geht und somit ein Bild auf diesen reflektierenden Diffusor 2 projiziert wird, sodass der reflektierende Diffusor 2 als eine Anzeigefläche zum Anzeigen der Bilder verwendet werden kann, wobei der reflektierende Diffusor 2 ferner eine rotierende Welle 21 umfasst, wobei die rotierende Welle 21 gedreht wird, um die Position der Bilder unter der Windschutzscheibe W einzustellen, ein Hohlspiegelmodul 3, das auf dem Armaturenbrett A montiert ist, wobei das Hohlspiegelmodul 3 einen Hohlspiegel 31 und einen Motorzahnradsatz 32 umfasst, wobei ein Auslenkwinkel des Hohlspiegels 31 durch Rotieren des Motorzahnradsatzes 32 eingestellt werden kann, wobei mit dem Hohlspiegelmodul 3 die Bilder vom reflektierenden Diffusor 2 vergrößert werden, wobei mit dem Hohlspiegelmodul 3 die Bilder vom reflektierenden Diffusor 2 vergrößert und auf die Augen E des Fahrzeuglenkers projiziert werden,
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In dem oben beschriebenen Aufbau kann mit derselben Distanz zwischen dem reflektierenden Diffusor 2 und dem Hohlspiegelmodul 3 ohne Platzverschwendung eine Lichtwegdistanz vergrößert werden, wobei das Prinzip der virtuellen Darstellung der Abbildung mit Hilfe des Hohlspiegels 31 beruht, wobei das Abbildungsprinzip des Hohlspiegels der Gleichung 1/p + 1/q = 1/f genügt, wobei f die Brennweite, q der Objektabstand und p die Bildweite ist, sodass sich die Erfindung dadurch auszeichnet, dass mit derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel mit den virtuellen Bildern ein größerer Projektionsabstand erzielt wird.
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Da das Hohlspiegelmodul 3 an einer höher liegenden Stelle an dem Armaturenbrett A montiert ist, können die Bilder durch den Lichtweg L, der mit dem Hohlspiegel 31 reflektiert wird, vergrößert werden und mit dem Hohlspiegel 31 direkt zu den Augen E des Fahrzeuglenkers reflektiert werden, wobei die Bilder nicht mit der Windschutzscheibe W reflektiert werden. Die 3 zeigt, dass alternativ zu dem reflektierten Lichtweg L der vorliegenden Erfindung das Hohlspiegelmodul 3 an einer niedrigeren Stelle an dem Armaturenbrett A montiert sein kann, sodass der mit dem Hohlspiegelmodul 3 reflektierte Lichtweg L durch die Windschutzscheibe W verläuft und dann zu den Augen E des Fahrzeuglenkers reflektiert werden kann.
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Bezugnehmend auf 4 umfasst das erfindungsgemäße Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz außerdem eine Reflexionsfolie 4, wobei diese Reflexionsfolie 4 an einer Windschutzscheibe W anhaftet, um die Reflektivität der virtuellen Bilder D zu verbessern. Die Reflexionsfolie 4 haftet dabei an einer Innenseite der Windschutzscheibe W an oder ist in der Windschutzscheibe W integriert vorgesehen (siehe 9).
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Die 5 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels des Hohlspiegelmoduls 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei das Hohlspiegelmodul in einem Gehäuse 34 angeordnet ist, wobei das Hohlspiegelmodul 3 einen Hohlspiegel 31 und mehrere Reflexionslinsen 33 umfasst, um die Distanz des Lichtweges L zu verlängern und um die mit dem Bildprojektionsmodul 1 projizierten Bilder zu reflektieren.
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Die 6 zeigt, dass das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Head-up-Displays für die Bildgebung auf weite Distanz folgende Einzelkomponenten umfasst:
ein Bildprojektionsmodul 1, das unter dem Armaturenbrett A und unter der Windschutzscheibe W des Fahrzeuges montiert ist und dazu dient, um das Bild mit der Lichtquelle zu projizieren, wobei als Bildprojektionsmodul 1 ein Gerät der digitalen Lichtverarbeitung (DLP) verwendet wird und das Bildprojektionsmodul 1 die Bildgebungstechnologie, die in Projektoren und Rückprojektionsbildschirmen zur Anwendung kommt, verwendet,
einen reflektierenden Diffusor 2, der an einer Fuge zwischen dem Dach C und der Windschutzscheibe W des Fahrzeuges montiert ist, wobei der Lichtweg L des vom Bildprojektionsmodul 1 ausgestrahlten Lichts auf von dem reflektierenden Diffusor 2 reflektiert wird und auf diesem reflektierenden Diffusor 2 ein Bild projiziert wird, sodass der reflektierende Diffusor 2 als eine Anzeigefläche zum Anzeigen der Bilder dient, wobei der reflektierende Diffusor 2 ferner eine rotierende Welle 21 umfasst, wobei diese rotierende Welle 21 rotiert wird, um die Position der Bilder, die unter der Windschutzscheibe W projiziert werden, einzustellen,
ein Hohlspiegelmodul 3, das an dem Armaturenbrett unter der Windschutzscheibe des Fahrzeuges montiert ist, wobei mit dem Hohlspiegelmodul die Bilder vom reflektierenden Diffusor vergrößert werden, wobei ein Hohlspiegelmodul 3 unter dem Armaturenbrett A montiert ist, wobei das Hohlspiegelmodul 3 mit einem transparenten Staubschutz A1 abgedeckt ist, wobei das Hohlspiegelmodul 3 einen Hohlspiegel 31 und einen Motorzahnradsatz 32 umfasst, wobei der Auslenkwinkel des Hohlspiegels 31 durch Rotieren des Motorzahnradsatzes 32 eingestellt wird, wobei mit dem Hohlspiegelmodul 3 die Bilder des reflektierenden Diffusors 2 vergrößert und auf die Augen E des Fahrzeuglenkers projiziert werden.
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Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird die Lichtwegdistanz mit derselben Distanz zwischen dem reflektierenden Diffusor 2 und dem Hohlspiegelmodul 3 ohne Platzverschwendung verlängert, wobei das Prinzip der virtuellen Darstellung bei der Abbildung mit Hilfe des Hohlspiegels 31 vorliegt und dabei die Abbildung mit dem Hohlspiegel der Gleichung 1/p + 1/q = 1/f genügt, wobei f die Brennweite, q der Objektabstand und p die Bildweite ist, wobei mit Hilfe einer generellen Vergrößerung das virtuelle Bild vergrößert und die virtuelle Bilddistanz im gleichen Verhältnis ebenfalls vergrößert werden kann, sodass sich die Erfindung dadurch auszeichnet, dass mit virtuellen Bildern der Projektionsabstand bei derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel 31 vergrößert werden kann.
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Die 7 zeigt, dass das Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz außerdem eine Reflexionsfolie 4 umfasst, wobei die Reflexionsfolie 4 an der Windschutzscheibe W anhaftet, um die Reflektivität des virtuellen Bildes D zu verbessern, wobei die Reflexionsfolie 4 an einer Innenseite der Windschutzscheibe W anhaftet oder in der Windschutzscheibe W (siehe 9) integriert vorgesehen ist.
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Die 8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels des Hohlspiegelmoduls 3 des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei das Hohlspiegelmodul 3 einen Hohlspiegel 31 und mehrere Reflexionslinsen 33 zum Vergrößern der Distanz des Lichtweges L und zum Reflektieren der mit dem Bildprojektionsmodul 1 projizierten Bilder umfasst.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung somit ein Head-up-Display für die Bildgebung auf weite Distanz, das ein Bildprojektionsmodul 1, einen reflektierenden Diffusor 2 und ein Hohlspiegelmodul 3 umfasst, wobei mit einem reflektierenden Diffusor 2 und einem Hohlspiegelmodul 3 die Reflexionsdistanz vergrößert wird, um eine Lichtwegdistanz zu vergrößern und so die Bilder mit derselben Vergrößerung durch den Hohlspiegel 31 in eine weite Distanz zu projizieren, um das visuelle Schwindelgefühl zu reduzieren und bessere visuelle Effekte für die Fahrzeuglenker zu erzielen und somit die Fahrsicherheit zu verbessern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7936518 [0004]
- TW 443377 [0008]
- TW 506299 [0008]
- TW 201624101 [0008]
- CN 2016410134321 [0008]
- TW 201410829066 [0008]
- CN 201510649759 [0008]
- CN 201520418145 [0008]
- TW 446001 [0008]
