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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Moderne Fahrzeuge können mit einem Head-up-Display zum Einblenden von Informationen in ein Sichtfeld eines Fahrers ausgestattet sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit für ein Head-up-Display, ein Head-up-Display, ein Verfahren zum Hinterleuchten einer solchen Anzeigeeinheit und weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Es wird eine Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit für ein Head-up-Display vorgestellt, wobei die Hinterleuchtungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
zumindest eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls; und
zumindest eine zwischen der Lichtquelle und der Anzeigeeinheit angeordnete oder anordenbare Blende mit zumindest einer Blendenöffnung zum Erzeugen eines Strahlkegels mit einer vorbestimmten Breite unter Verwendung des Lichtstrahls, wobei die Blende und/oder die Blendenöffnung in zumindest eine Richtung bewegbar ist, um einen Einfallswinkel des Strahlkegels auf die Anzeigeeinheit zu ändern.
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Bei der Anzeigeeinheit kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkristallanzeige oder ein MEMS-Display handeln. Unter einem Head-up-Display kann eine Anzeigevorrichtung zum Einblenden von Informationen in ein Sichtfeld eines Fahrers eines Fahrzeugs verstanden werden. Unter einer Lichtquelle kann beispielsweise eine Leucht- oder Laserdiode oder eine Anordnung aus einer Mehrzahl solcher Dioden verstanden werden. Unter einer Blende kann ein lichtundurchlässiges, beispielsweise plattenförmiges Element verstanden werden. Je nach Ausführungsform kann die Blende feststehend sein, wobei die Blendenöffnung innerhalb der Blende bewegbar sein kann, oder es kann die Blende zusätzlich oder alternativ als ganze bewegbar sein. Beispielsweise kann die Breite des Strahlkegels in Abhängigkeit von einer Breite eines Sichtfensters, auch Eyebox genannt, in dem der Fahrer ein durch die Anzeigeeinheit erzeugtes Bild wahrnehmen kann, vorbestimmt sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung einer Blende mit einer bewegbaren Blendenöffnung ein Einfallswinkel eines Strahlkegels auf einer Anzeigeeinheit eines Head-up-Displays verändert werden kann. Durch die Änderung des Einfallswinkels kann beispielsweise eine Position einer Eyebox des Head-up-Displays verändert werden, etwa um die Eyebox einer Augenposition eines Betrachters des Head-up-Displays nachzuführen.
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Mithilfe der Hinterleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise ein autostereoskopisches Head-up-Display, kurz asHUD, mit blendengesteuerter Nachführung und einer auf eine Bildgebereinheit angepassten Optik realisiert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Eyeboxen des Head-up-Displays mittels einer einfachen Blende in der Hinterleuchtung nachgeführt werden können.
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Die Erzeugung schmaler Eyeboxen für die beiden Augen des Beobachters stellt eine wesentliche Herausforderung beim Design eines autostereoskopischen Head-up-Displays dar. Ziel ist es, ein Bild mit ausreichender Homogenität, Helligkeit, geringer Granulation und ausreichendem Kontrast in den Eyeboxen darzustellen. Beispielsweise können die schmalen Eyeboxen zur Darstellung der beiden Teilbilder durch eine entsprechend schmale Abstrahlung an der Anzeigeeinheit einer Bildgebereinheit in enge Raumwinkel erzeugt werden.
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Herkömmlicherweise wird eine Nachführung der erzeugten Eyeboxen mit der Augenbewegung des Beobachters beispielsweise dadurch realisiert, dass die komplette Bildgebereinheit oder mindestens die komplette Projektions- oder Hinterleuchtungseinheit mittels eines Motors gedreht wird. Hierbei können durch das motorisierte System Latenzzeiten bei der Nachführung verursacht werden.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz basiert gemäß einer Ausführungsform auf einer speziellen Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten der Anzeigeeinheit, bei der die benötigten Abstrahlwinkel beispielsweise mittels der Aperturen der in einer Homogenisierungsstufe der Hinterleuchtungsvorrichtung verwendeten optischen Elemente erreicht werden können. Dadurch kann auf eine Streufläche oder ein Mikrolinsenarray direkt hinter der Anzeigeeinheit, etwa einem LCD-Modul, verzichtet werden und somit eine Granulation des Bildes oder ein Durchscheinen einer Mikrolinsenstruktur vermieden werden. Durch die Verwendung einer Blende an geeigneter Stelle der Hinterleuchtungsvorrichtung kann eine scharfe Eyebox erzeugt werden, wobei das System derart ausgelegt sein kann, dass eine Verschiebung der Blende eine Verschiebung der ausgeleuchteten Eyebox zur Folge hat. Dies hat den Vorteil, dass durch eine einfache Verschiebung einer kleinen Blende die Eyebox dem Auge des Beobachters nachgeführt werden kann.
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Die Blende kann je nach Ausführungsform als elektronische oder mechanische Blende realisiert sein. Durch die Verwendung einer solchen nachführbaren Blende kann die Latenzzeit wesentlich reduziert oder nahezu vollständig eliminiert werden.
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Die Effizienz des Systems kann beispielsweise durch folgende Maßnahmen weiter gesteigert werden.
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Durch die Verwendung eines LED-hinterleuchteten LCD-Moduls als Anzeigeeinheit kann Speckle-Bildung vermieden werden.
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Durch die Realisierung der an der Anzeigeeinheit erforderlichen Abstrahlbedingungen mittels einer entsprechenden Auslegung von Elementen in der Homogenisierungsstufe kann auf eine Streufläche oder ein Mikrolinsenarray direkt hinter der Anzeigeeinheit verzichtet werden. Dadurch können eine Granulation im Bild und ein Durchscheinen von Mikrolinsenarraystrukturen vermieden werden.
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Die Nachführung kann beispielsweise durch eine ansteuerbare Blende in der Hinterleuchtungsvorrichtung realisiert sein. Dadurch kann das System Kopfbewegungen mit geringen Latenzzeiten nachfolgen.
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Durch die Nachführung mittels der Blende kann eine Nachführung der eigentlichen Bildgebereinheit entfallen, wodurch Bauraum eingespart werden kann.
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Die geringe nachzuführende Masse der Blende hat den Vorteil, dass das System relativ unempfindlich gegenüber der Einkopplung mechanischer Schwingungen ist.
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Beispielsweise kann die Anzeigeeinheit während der Nachführung mittels der Blende ortsfest bleiben. Dadurch kann eine Verschlechterung der Bildqualität durch das Drehen der Anzeigeeinheit vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann zusätzlich eine Beleuchtung eines in der Homogenisierungsstufe enthaltenen Mikrolinsenarrays gesteuert werden. Dadurch kann eine besonders hohe Effizienz des Systems erreicht werden, da das Licht auf die auszuleuchtenden Eyeboxen konzentriert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Hinterleuchtungsvorrichtung mit zumindest einem zwischen der Lichtquelle und der Blende angeordneten Kollimationselement zum Kollimieren des Lichtstrahls realisiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Hinterleuchtungsvorrichtung je nach Ausführungsform zumindest ein zwischen der Blende und der Anzeigeeinheit angeordnetes Aufweitungselement zum Aufweiten des Strahlkegels oder zumindest ein zwischen dem Aufweitungselement und der Anzeigeeinheit angeordnetes Projektionselement zum Projizieren eines von dem Aufweitungselement aufgeweiteten Strahlkegels auf die Anzeigeeinheit aufweisen. Unter einem Kollimationselement kann beispielsweise eine Kollimationslinse verstanden werden. Bei dem Aufweitungselement kann es sich insbesondere um ein Mikrolinsenarray handeln. Unter einem Projektionselement kann beispielsweise ein Spiegel oder eine Projektionslinse verstanden werden. Durch diese Ausführungsform kann eine homogene Hinterleuchtung der Anzeigeeinheit sichergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtquelle ausgebildet sein, um den Lichtstrahl einer Bewegung der Blende und, zusätzlich oder alternativ, der Blendenöffnung nachzuführen. Hierzu kann die Lichtquelle beispielsweise drehbar in der Hinterleuchtungsvorrichtung angeordnet sein. Alternativ kann die Lichtquelle feststehend sein, wobei der Lichtstrahl mittels eines bewegbaren Reflexionselements, etwa eines Drehspiegels, der Bewegung der Blende nachgeführt werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass der Lichtstrahl beim Verschieben der Blende abgeschattet wird.
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Die Hinterleuchtungsvorrichtung kann ferner zumindest einen Aktor zum Bewegen der Blende aufweisen. Der Aktor kann ausgebildet sein, um zusätzlich oder alternativ zur Blende die Lichtquelle zu bewegen. Hierbei können die Blende und die Lichtquelle beispielsweise mechanisch miteinander gekoppelt sein. Durch diese Ausführungsform kann die Blende bzw. die Lichtquelle präzise und schnell bewegt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Blende ausgebildet ist, um eine Größe der Blendenöffnung zu ändern. Die Blende kann ausgebildet sein, um zusätzlich oder alternativ eine Form der Blendenöffnung zu ändern. Die Änderung der Blendenöffnung kann durch eine mechanische oder elektrische Ansteuerung der Blende erfolgen. Durch diese Ausführungsform wird eine Änderung einer Form bzw. einer Größe des Strahlkegels und damit einer vom Strahlkegel erzeugten Eyebox ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Blende zumindest eine zusätzliche Blendenöffnung zum Erzeugen eines zusätzlichen Strahlkegels mit einer vorbestimmten Breite unter Verwendung des Lichtstrahls aufweisen. Die zusätzliche Blendenöffnung kann in zumindest eine Richtung bewegbar sein, um einen Einfallswinkel des zusätzlichen Strahlkegels auf die Anzeigeeinheit zu ändern. Diese Ausführungsform ermöglicht die Erzeugung mehrerer Strahlkegel unter Verwendung einer einzigen Lichtquelle. Hierbei kann die Blende beispielsweise ausgebildet sein, um den Strahlkegel in einen Strahlengang zu einem ersten Teilabschnitt der Anzeigeeinheit zum Erzeugen eines ersten stereoskopischen Halbbilds und den zusätzlichen Strahlkegel in einen Strahlengang zu einem zweiten Teilabschnitt der Anzeigeeinheit zum Erzeugen eines zweiten stereoskopischen Halbbilds zu lenken.
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Die Hinterleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise eine zusätzliche Lichtquelle zum Aussenden eines zusätzlichen Lichtstrahls auf die zusätzliche Blendenöffnung aufweisen, wobei die Blendenöffnung ausgebildet sein kann, um den zusätzlichen Strahlkegel unter Verwendung des zusätzlichen Lichtstrahls zu erzeugen.
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Von Vorteil ist auch, wenn die Blendenöffnung und die zusätzliche Blendenöffnung in x- und/oder y-Richtung zueinander versetzt angeordnet sind. Unter einer x-Richtung kann eine sich innerhalb einer Haupterstreckungsebene der Blende erstreckende x-Achse verstanden werden. Entsprechend kann unter einer y-Richtung eine sich innerhalb der Haupterstreckungsebene erstreckende y-Achse verstanden werden, die orthogonal zu der x-Achse ausgerichtet sein kann. Durch diese Ausführungsform können der Strahlkegel und der zusätzliche Strahlkegel in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn die Blende ausgebildet ist, um einen Abstand zwischen der Blendenöffnung und der zusätzlichen Blendenöffnung zu ändern.
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Beispielsweise kann eine solche Änderung des Abstands durch eine mechanische oder elektrische Ansteuerung der Blende erfolgen. Dadurch ist es möglich, einen Abstand zwischen dem Strahlkegel und dem zusätzlichen Strahlkegel zu ändern.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft zudem ein Head-up-Display mit folgenden Merkmalen:
einer Anzeigeeinheit; und
einer Hinterleuchtungsvorrichtung gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Anzeigeeinheit einen ersten Teilabschnitt zum Erzeugen eines ersten stereoskopischen Halbbilds und einen zweiten Teilabschnitt zum Erzeugen eines zweiten stereoskopischen Halbbilds aufweisen. Hierbei kann die Hinterleuchtungsvorrichtung ausgebildet sein, um den ersten Teilabschnitt mit dem Strahlkegel und den zweiten Teilabschnitt mit einem zusätzlichen Strahlkegel zu hinterleuchten. Durch diese Ausführungsform wird die Erzeugung eines stereoskopischen Bilds unter Verwendung einer einzigen Anzeigeeinheit ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Anzeigeeinheit ausgebildet sein, um ein erstes stereoskopisches Halbbild zu erzeugen. Das Head-up-Display kann eine weitere Anzeigeeinheit zum Erzeugen eines zweiten stereoskopischen Halbbilds und eine weitere Hinterleuchtungsvorrichtung zum Hinterleuchten der weiteren Anzeigeeinheit aufweisen. Die weitere Hinterleuchtungsvorrichtung kann zumindest eine weitere Lichtquelle zum Aussenden eines weiteren Lichtstrahls und zumindest eine zwischen der weiteren Lichtquelle und der weiteren Anzeigeeinheit angeordnete oder anordenbare weitere Blende mit zumindest einer weiteren Blendenöffnung zum Erzeugen eines weiteren Strahlkegels mit einer vorbestimmten Breite unter Verwendung des weiteren Lichtstrahls aufweisen. Hierbei kann die weitere Blende und, zusätzlich oder alternativ, die weitere Blendenöffnung in zumindest eine Richtung bewegbar sein, um einen Einfallswinkel des weiteren Strahlkegels auf die weitere Anzeigeeinheit zu ändern. Durch diese Ausführungsform können die beiden Halbbilder auf verschiedenen Anzeigeeinheiten unabhängig voneinander erzeugt werden.
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Vorteilhafterweise kann das Head-up-Display einen Strahlteiler aufweisen, der ausgebildet sein kann, um das erste stereoskopische Halbbild in einen Strahlengang zu einem ersten Auge eines Betrachters des Head-up-Displays zu reflektieren und, zusätzlich oder alternativ, das zweite stereoskopische Halbbild in einen Strahlengang zu einem zweiten Auge des Betrachters zu transmittieren. Dadurch kann die Darstellungsqualität des Bildes im Sichtfeld des Betrachters verbessert werden.
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Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit für ein Head-up-Display gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Aktivieren der Lichtquelle, um den Lichtstrahl auszusenden; und
Bereitstellen eines Steuersignals ansprechend auf das Aktivieren der Lichtquelle, um die Blende und/oder die Blendenöffnung zu bewegen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Einlesens eines Sensorsignals umfassen. Das Sensorsignal kann eine durch zumindest einen Sensor erfasste Augenposition eines Betrachters des Head-up-Displays repräsentieren. Entsprechend kann im Schritt des Bereitstellens das Steuersignal unter Verwendung des Sensorsignals bereitgestellt werden, um den Einfallswinkel des Strahlkegels in Abhängigkeit von der Augenposition zu ändern. Dadurch kann das Sichtfeld, in dem der Betrachter das von der Anzeigeeinheit erzeugte Bild wahrnehmen kann, vergrößert werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das Einheiten aufweist, die ausgebildet sind, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Das Steuergerät kann vorliegend beispielsweise im Zusammenhang mit einer Steuerung eines Head-up-Displays, insbesondere eines autostereoskopischen Head-up-Display, in einem Fahrzeug verwendet werden.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine schematische Darstellung einer prinzipiellen Funktionsweise eines autostereoskopischen Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit für ein autostereoskopisches Head-up-Display;
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4 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays aus 4;
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6 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays mit zwei Hinterleuchtungsvorrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 eine schematische Darstellung einer Ausleuchtung eines Mikrolinsenarrays aus 6;
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8 eine schematische Darstellung einer Hinterleuchtungsvorrichtung mit bewegbarer Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays mit einem Umlenkspiegel gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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10 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays mit einem Umlenkspiegel gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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11 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays mit zweigeteilter Anzeigeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht;
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12 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays aus 11 in der Draufsicht;
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13 eine schematische Darstellung einer Blende aus den 11 und 12;
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14 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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15 eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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16 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Hinterleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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17 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Hinterleuchtungsvorrichtung aus 16;
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18 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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19 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-up-Display 100 ist in ein Fahrzeug 102 eingebaut.
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Das Head-up-Display 100 bildet eine Bildebene einer Bildgebereinheit 104, kurz PGU (picture generating unit), mithilfe einer Head-up-Display-Optik 106 auf eine virtuelle, vor dem Fahrzeug 102 befindliche Leinwand 108 ab. Dadurch nimmt ein Fahrer des Fahrzeugs 102 das von der Bildgebereinheit 104 erzeugte Bild vergrößert wahr. Dieses Bild ist beispielsweise mit einer Fahrszene überlagert und erscheint aus Sicht des Fahrers in einem definierten Abstand von einer Frontscheibe des Fahrzeugs auf der virtuellen Leinwand 108. Als bildgebendes Element innerhalb der Bildgebereinheit 104 wird beispielsweise ein LCD-Modul verwendet.
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Das dargestellte virtuelle Bild ist eine vergrößerte Abbildung des von der Bildgebereinheit 104 erzeugten Bilds. Die Head-up-Display-Optik 106 ist ausgebildet, um dieses Bild entsprechend zu vergrößern. Hierbei kann die erforderliche Vergrößerung mit dem Abstand der virtuellen Leinwand 108 zunehmen, d. h., das von der Bildgebereinheit 104 erzeugte Bild wird umso stärker vergrößert, je größer der Abstand ist, in dem das Bild im Sichtfeld des Fahrers angezeigt werden soll. Beispielsweise weist die virtuelle Leinwand 108 einen Abstand von etwa 15 m auf.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer prinzipiellen Funktionsweise eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 1 ist das Head-up-Display 100 hier als autostereoskopisches Head-up-Display-System realisiert. Dabei ist das Head-up-Display 100 ausgebildet, um separate Teilbilder für linkes und rechtes Auge zu erzeugen. Dadurch kann ein 3-D-Effekt erzielt werden. Die beiden Teilbilder werden beispielsweise bereits durch die Bildgebereinheit 104 erzeugt. Über die Head-up-Display-Optik 106 wird das Licht der Teilbilder dem jeweiligen Auge in einer kleineren Eyebox zur Verfügung gestellt.
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Hierbei werden die beiden Teilbilder für linkes und rechtes Auge an einer Anzeigeeinheit der Bildgebereinheit 104 in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt und über die Head-up-Display-Optik 106 dem jeweiligen Auge in einer entsprechenden Eyebox zugeführt.
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Bei dem Head-up-Display 100 handelt es sich beispielsweise um ein projektionsbasiertes System auf Basis eines DLP- oder LCoS-Projektors. Das Head-up-Display 100 kann jedoch auch auf LCD-Basis realisiert sein. Hierbei ist eine Flüssigkristallanzeige mit einer entsprechenden Hinterleuchtung versehen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildgebereinheit 104 für ein autostereoskopisches Head-up-Display. Gezeigt ist ein mögliches Konzept einer Bildgebereinheit basierend auf zwei LCD-Modulen 300 als Projektoren. Die zwei LCD-Module 300 sind derart angeordnet, dass die beiden Teilbilder auf der Projektionsfläche in leicht unterschiedliche Richtungen abstrahlen, um die jeweilige Eyebox zu treffen.
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Die beiden Teilbilder werden mittels eines Strahlteilers 302 überlagert und weisen jeweils eine eigene Hinterleuchtung in Form einer Leuchtdiode 304 auf. Durch die Hinterleuchtung wird das Licht entsprechend aufgeweitet. Damit strahlen die LCD-Module 300 in Kegeln ab, die über die Head-up-Display-Optik die Eyebox für das linke bzw. rechte Auge ausleuchten. Um die notwendige Strahlaufweitung zur Erzeugung der Abstrahlkegel an den LCD-Modulen 300 zu erzeugen, kann jeweils direkt hinter den LCD-Modulen 300 eine Streufläche 306 oder ein Mikrolinsenarray platziert sein. Gezeigt sind ferner Beleuchtungsoptiken 308 sowie zwei Feldlinsen 310.
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Hierbei können unter Umständen Verschlechterungen der Bildqualität und der Eyeboxformung auftreten. Streuflächen, die in enge Winkel abstrahlen, um schmale Eyeboxen zu erzeugen, können beispielsweise zu einer Granulation im Bildinhalt führen. Zusätzlich erfolgt die Streuung dort häufig in Form eines Gauß-Profils, das die Eyeboxhelligkeit zum Rand der Eyebox abnehmen lassen kann. Bewegt der Beobachter sein Auge innerhalb der Eyebox, so nimmt er unterschiedlich helle Bilder wahr, wodurch die Bilder inhomogen erscheinen können. Bei Verwendung von Mikrolinsenarrays können chromatische Effekte entstehen, die zu Farbverläufen im Bild führen können. Zudem können kleine Mikrolinsen beugend wirken und zu einem Übersprechen eines Teilbilds in das falsche Auge führen. Ist ein Mikrolinsenarray nahe einer Abbildungsebene der Head-up-Display-Optik angeordnet, so kann es durch die Vergrößerung der Head-up-Display-Optik zur Abbildung der Mikrolinsenstruktur kommen, das dann als Linsengitter im Bild wahrgenommen werden kann.
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Ebenfalls in 3 angedeutet ist ein mögliches Nachführsystem, gekennzeichnet durch eine gestrichelte Linie und einen Pfeil. Das Nachführsystem ist beispielsweise ausgebildet, um die gesamte Bildgebereinheit 104 um eine zentral in der Bildgebereinheit 104 liegende Drehachse zu drehen.
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Durch die Drehung werden die Richtungen der Abstrahlung relativ zur nachfolgenden Head-up-Display-Optik geändert, sodass sich die Eyeboxen beider Augen mit dem Beobachter bewegen. Der Bereich, in dem die Eyeboxen bewegt werden können und innerhalb dessen der Beobachter das dargestellte Bild wahrnehmen kann, kann auch als Gesamteyebox bezeichnet werden.
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Alternativ kann ein gesamtes Beleuchtungssystem hinter den LCD-Modulen 300 um die LCD-Module 300 gedreht werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-up-Display 100 umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Hinterleuchtungsvorrichtung 400 zum Hinterleuchten einer Anzeigeeinheit 402. Die Hinterleuchtungsvorrichtung 400 weist eine Lichtquelle 404, hier eine Leuchtdiode, zum Aussenden eines Lichtstrahls 406 sowie eine zwischen der Lichtquelle 404 und der Anzeigeeinheit 402 angeordnete Blende 408 mit einer Blendenöffnung 410 auf. Der Lichtstrahl 406 wird durch die Blendenöffnung 410 zu einem Strahlkegel 412 geformt, der in einem bestimmten Einfallswinkel auf die Anzeigeeinheit 402 trifft. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Blende 408 und somit die Blendenöffnung 410 verschiebbar, sodass durch Verschieben der Blende 408 der Einfallswinkel des Strahlkegels 412 variiert werden kann.
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Zur Realisierung beweglicher Eyeboxen mittels nachgeführter Blende wird die Anzeigeeinheit 402, die Teil einer vorangehend anhand der 1 bis 3 beschriebenen Bildgebereinheit sein kann, beispielsweise durch ein mehrstufiges optisches System als Hinterleuchtungsvorrichtung 400 hinterleuchtet, durch das entsprechende Abstrahlbedingungen an der Anzeigeeinheit 402 erzeugt werden können. Vorteilhafterweise erfolgt die Eyeboxformung hierbei durch Platzierung der Blende 408 an geeigneter Stelle.
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In 4 veranschaulicht die Funktionsweise des hier vorgeschlagenen Systems anhand eines Ausführungsbeispiels. Hierbei wird das Licht der Lichtquelle 404 mittels eines optionalen Kollimationselementes 414, hier einer Kollimationslinse, in Richtung eines optionalen Aufweitungselementes 416 in Form eines Mikrolinsenarrays geleitet. Zwischen dem Kollimationselement 414 und dem Aufweitungselement 416 ist die ansteuerbare Blende 408 angeordnet, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel linear verschiebbar ist. Die vom Strahlkegel 412 bestrahlten Mikrolinsen des Aufweitungselementes 416 sind ausgebildet, um das Licht des Strahlkegels 412 aufzuweiten. Die derart aufgeweiteten Strahlen werden mittels eines optionalen Projektionselementes 418, hier einer Projektionslinse, auf der Anzeigeeinheit 402 überlagert, die beispielsweise als LCD-Modul realisiert ist.
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Die verschiedenen Punkte auf der Anzeigeeinheit 402 werden hierbei von Lichtstrahlen aus allen beleuchteten Mikrolinsen getroffen. Von jedem Punkt auf der Anzeigeeinheit 402 strahlt ein Leuchtkegel ab, dessen Abstrahlbreite von der Breite der Blende 408 abhängt. Über die Head-up-Display-Optik 106 werden die Lichtkegel der einzelnen Displaypunkte in einer Eyebox 420 für ein Auge überlagert. Durch Verschieben der Blende 408 wird die Anzeigeeinheit 402 aus einer anderen Richtung beleuchtet, sodass sich ein Strahlkegel ergibt, der von der Anzeigeeinheit 402 aus in eine andere Richtung abgeht. Über die Head-up-Display-Optik 106 werden die einzelnen Strahlen des Strahlkegels in der Eyebox 420, die innerhalb einer Gesamteyebox 422 verschiebbar ist, überlagert.
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Durch die Blende 408 wird der Strahlkegel 412 mit einer bestimmten Breite definiert, um über die Head-up-Display-Optik 106 eine schmale Eyebox 420 zu erzeugen. Durch Bewegen der Blende 408 kann die Eyebox 420 im Designbereich der Gesamteyebox 422 verschoben werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 aus 4 mit ausgelenkter Eyebox 420. Die Darstellung veranschaulicht die Erzeugung des von einem einzelnen Displaypunkt 500 stammenden Strahlkegels 412 an der Anzeigeeinheit 402, durch den die Eyebox 420 geformt wird. Der Strahlkegel 412 setzt sich dabei aus einzelnen Teilstrahlen der verschiedenen Mikrolinsen des Aufweitungselementes 416 zusammen.
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Durch Verschieben der Blende 408 wird die Eyebox 420 innerhalb der Gesamteyebox 422 verschoben. Wie in 5 zu erkennen, werden umso mehr Strahlen durch den Displaypunkt 500 geleitet, je breiter die vor dem Aufweitungselement 416 befindliche Blendenöffnung 410 ist, was zu einem breiteren Strahlkegel 412 führt. Die Breite des Strahlkegels 412 bestimmt somit die Breite der Eyebox 420, d. h., die Eyeboxbreite lässt sich durch die Breite der Blendenöffnung 410 einstellen.
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Auf diese Weise ist es möglich, durch Bewegung der Blende 408 den vollständigen Bereich der Gesamteyebox 422 nachzuführen. Da bei dieser Form der Nachführung nur die Blende 408 bewegt wird, muss kein Bauraum für das Ausschwenken der gesamten Bildgebereinheit vorgehalten werden. Durch den Wegfall eines großen Motors kann ebenfalls Bauraum eingespart werden. Das Design lässt sich dadurch sehr einfach in vorgegebene Bauräume in einem Fahrzeug integrieren. Durch den verringerten Platzbedarf können beispielsweise auch Konflikte mit einer Lenksäule des Fahrzeugs vermieden werden.
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Die Anzeigeeinheit 402 ist beispielsweise ortsfest, wodurch vermieden wird, dass sich die Anzeigeeinheit 402 bei der Nachführung aus der Abbildungsebene herausbewegt und sich somit die Abbildungsqualität verschlechtert.
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Durch eine derartige Homogenisierungsstufe einer LCD-Beleuchtung können also verschiedene Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden. Zum einen kann durch die Apertur des Aufweitungselementes 416 die komplette Gesamteyebox 420 bedient werden. Die Blende 408 führt zu einer effektiv geringeren genutzten Apertur des Aufweitungselementes 416, wodurch die Abstrahlkegelbreite so angepasst wird, dass über die Head-up-Display-Optik 106 eine scharfe Eyebox erzeugt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Hinterleuchtungsvorrichtung 400 besteht in der gleichmäßigen Ausleuchtung der Anzeigeeinheit 402, da die einzelnen beleuchteten Kanäle des Aufweitungselementes 416 gleichmäßig an der Anzeigeeinheit 402 überlagert werden.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Hinterleuchtungsvorrichtung 400 auch mehrere Aufweitungselemente 416, beispielsweise mehrere Mikrolinsenarrays, aufweisen. Durch den Einsatz mehrerer solcher Aufweitungselemente kann das System auf eine ausgedehntere Lichtquelle angepasst werden. Dadurch lassen sich beispielsweise mehrere Lichtquellen zur Hinterleuchtung einsetzen, wodurch die Helligkeit erhöht werden kann.
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Während das in 5 gezeigte System lediglich eine Eyebox erzeugt, ist es für die Realisierung eines autostereoskopischen Head-up-Displays erforderlich, zwei Eyeboxen gleichzeitig bereitzustellen, wobei die beiden Eyeboxen dem Beobachter je ein anderes Teilbild anbieten.
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Hierzu kann die Anzeigeeinheit 402 beispielsweise ausgebildet sein, um zeitsequenziell zwischen den beiden Teilbildern umzuschalten. Entsprechend kann die Blende 408 ausgebildet sein, um analog zu einem Umschalten der Anzeigeeinheit 402 zeitsequenziell zwischen verschiedenen Positionen zu springen, um die beiden Teilbilder in die beiden Eyeboxen zu leiten. Hierzu kann die Blende 408 beispielsweise als elektronische Blende realisiert sein, wie nachfolgend näher beschrieben.
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Alternativ können die beiden Teilbilder mittels zweier Anzeigeeinheiten erzeugt werden, wobei die Anzeigeeinheiten mittels eines Strahlteilers überlagert werden und jeweils eine eigene Hinterleuchtung und eine eigene ansteuerbare Blende aufweisen, wie nachfolgend anhand von 6 beschrieben.
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6 zeigt eine eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 mit zwei Hinterleuchtungsvorrichtungen 400, 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu einem vorangehend anhand von 5 beschriebenen Head-up-Display weist das Head-up-Display 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich zur Hinterleuchtungsvorrichtung 400 eine weitere Hinterleuchtungsvorrichtung 600 zum Hinterleuchten einer weiteren Anzeigeeinheit 602 auf. Die weitere Hinterleuchtungsvorrichtung 600 ist analog zur Hinterleuchtungsvorrichtung 400 mit einer weiteren Lichtquelle, einer weiteren Blende mit einer bewegbaren Blendenöffnung zum Erzeugen eines weiteren Strahlkegels 604 mit einer vorbestimmten Breite sowie einem optionalen weiteren Aufweitungselement 605 zum Aufweiten eines von der weiteren Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls ausgeführt.
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Die Anzeigeeinheit 402 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Strahlkegels 412 ein erstes stereoskopisches Halbbild zu erzeugen. In entsprechender Weise ist die weitere Anzeigeeinheit 602 ausgebildet, um unter Verwendung des weiteren Strahlkegels 604 ein zweites stereoskopisches Halbbild zu erzeugen.
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Beispielhaft ist in 6 eine Simulation eines autostereoskopischen Head-up-Display-Systems mit Bildgebereinheit auf LCD-Basis und Nachführung mittels der in die Hinterleuchtung integrierten Blende dargestellt. Gezeigt ist das simulierte System jeweils ausgehend von Mikrolinsenarrays als Aufweitungselementen 416, 605 der Homogenisierungsstufe in der Hinterleuchtung der beiden Anzeigeeinheiten 402, 602. Über eine Projektionslinse 418 und eine zusätzliche winkelumlenkende Hinterleuchtungsoptik 606 werden die Anzeigeeinheiten 402, 602 jeweils gleichmäßig beleuchtet. Ein Strahlteiler 608 ist ausgebildet, um zwei analoge Pfade zu überlagern, wobei jedem Pfad eine eigene Anzeigeeinheit zugeordnet ist und jeder Pfad ein Halbbild zur Verfügung stellt. In den der weiteren Anzeigeeinheit 602 zugeordneten Pfad ist zur Anpassung an einen Fahrzeugbauraum ein optionaler umlenkender Spiegel 610 eingebracht. Durch die jeweilige Blende vor den Aufweitungselementen 416, 605 kann dann die Eyebox des jeweiligen Halbbildes eingestellt werden, wie nachfolgend anhand von 7 beschrieben.
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Die Teilbilder werden beispielsweise über die Head-up-Display-Optik 106 und einen Combiner 612 in die Eyeboxen gelenkt.
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Nachfolgend sind beispielhaft mögliche Systemparameter des Head-up-Displays
100 aufgeführt. Dabei sind in der ersten Spalte Parameter, in der zweiten Spalte den Parametern zugeordnete Werte und in der dritten Spalte eine entsprechende Beschreibung aufgeführt.
| Combiner | ja | asphärisch |
| VID | 5 m | virtuelle Leinwanddistanz |
| FOV | 10° × 4° | Field of View |
| EB | 140 mm × 60 mm | Eyeboxgröße |
| MLA | 32 mm × 12 mm | Abmessungen MLA |
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausleuchtung von Aufweitungselementen 416, 605 aus 6. In der Darstellung sind auftreffende Strahlen der beiden in den unterschiedlichen Pfaden befindlichen Aufweitungselemente 416, 605 in einem Diagramm überlagert. Die beiden Aufweitungselemente sind dabei gleich groß. Bei kompletter Ausleuchtung eines der Aufweitungselemente würde das Teilbild die komplette Gesamteyebox fluten. Um allerdings nur eine kleine Eyebox für ein Auge zu beleuchten, wird nur ein geringerer Teil eines Aufweitungselementes benutzt.
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Die dargestellten Auftreffpunkte der Lichtstrahlen geben also den genutzten Bereich der Aufweitungselemente 416, 605 für bestimmte Eyeboxpositionen wieder, bei der sich ein Beobachter mit einem Augenabstand von beispielsweise 65 mm in der Mitte der Gesamteyebox befindet. Mittels der Blenden an den Aufweitungselementen in Größe des hier dargestellten ausgeleuchteten Bereichs kann also eine Eyebox am jeweiligen Ort des Beobachterauges geformt werden. Durch eine Verschiebung der Blenden verschiebt sich auch die jeweilige Eyebox in entsprechender Weise. Um die ausgeleuchteten Eyeboxen über die komplette Gesamteyebox von beispielsweise 140 mm Breite hinweg verschieben zu können, sind die Blenden hier über eine Breite eines Aufweitungselementes von beispielsweise 32 mm verschiebbar. Das bedeutet, dass die Blenden auf 0,23 mm genau vor dem entsprechenden Aufweitungselement platziert werden sollten, um eine Eyeboxpositionierung mit einer Genauigkeit von 1 mm zu erreichen. Die Anforderungen an eine Toleranz der Blenden als nachgeführter Verstelleinheiten, etwa mittels eines Motors, können damit entsprechend gering sein.
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In 7 sind die Ergebnisse des genutzten Bereichs der Aufweitungselemente aus dem System gemäß 6 dargestellt. Die Aufweitungselemente besitzen beispielsweise Aufmaße von 32 mm Breite und 12 mm Höhe. Das Aufweitungselement im jeweiligen Pfad ist beispielsweise derart ausgelegt, dass es in der Lage ist, die Gesamteyebox zu bedienen. Die einzelnen Eyeboxen für das jeweilige Auge sind kleiner und bewegen sich innerhalb der Gesamteyebox mit der Bewegung des Beobachterauges. Es sind die jeweils genutzten Bereiche der Aufweitungselemente für einen in der Mitte der Gesamteyebox befindlichen Beobachter dargestellt. Bei kompletter Beleuchtung der Aufweitungselemente zeigen die hier dargestellten Auftreffpunkte der genutzten Strahlen also denjenigen Bereich, in dem die Blende für das jeweilige Teilbild ausgespart sein sollte. Bei Bewegung des Beobachters verschieben sich die Blenden dementsprechend nach links oder rechts.
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Das hier dargestellte System bietet in seiner Hinterleuchtung Licht zum Ausleuchten der kompletten Gesamteyebox an, in der sich ein Auge bewegen darf. Durch eine Blende werden Lichtstrahlen abgeschattet, die für das jeweilige Teilbild nicht benötigt werden.
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Der hier gezeigte autostereoskopische Ansatz bietet zudem das Potenzial zu weiteren Effizienzsteigerungen. So bewegt sich ein Auge des Beobachters prinzipiell nicht über den kompletten Bereich der Gesamteyebox. Sobald ein Auge aus dem Designbereich herausläuft, ist es auch nicht mehr erforderlich, das andere Auge zu bedienen, wodurch sich der effektiv nachzuführende Bereich für ein Auge verkleinert. Bei einer Gesamteyeboxbreite von beispielsweise 140 mm und einem durchschnittlichen Augenabstand von 65 mm verkleinert sich der nachzuführende Bereich für ein Auge damit auf 75 mm. Wird das angebotene Licht auf diesen Bereich eingeschränkt, so erhöht dies die Lichtmenge in der kleinen Eyebox und damit die Effizienz um etwa das Doppelte.
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Durch zusätzliches Nachführen der Abstrahlung der LED-Hinterleuchtung kann die Effizienz weiter gesteigert werden. Dies wird nachfolgend anhand von 8 näher beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Blenden nicht als mechanische, sondern also elektronische Blenden, etwa in Form von LCD-Zellen, realisiert. Hierbei können die Blenden ausgebildet sein, um abzublendende Pixel schwarz zu schalten. Durch den Einsatz einer LCD-Zelle als Blende kann Licht verloren gehen, da die LCD-Zelle das Licht polarisiert und nur eine endliche Transmission besitzt. Wird allerdings die Polarisation des transmittierten Lichts auf die jeweilige zu bestrahlende Anzeigeeinheit angepasst, bei der es sich etwa um ein bildgebendes LCD-Modul handeln kann, so kann der durch die Polarisation bedingte Verlust reduziert werden.
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Beispielsweise kann eine derartige elektronische Blende ausgebildet sein, um ebenso schnell umzuschalten, wie die entsprechende Anzeigeeinheit zwischen zwei stereoskopischen Teilbildern zeitsequenziell umschalten kann. Beispielsweise kann die Anzeigeeinheit ausgebildet sein, um mit einer Frequenz von 120 Hz zwischen den beiden Teilbildern umzuschalten, sodass das jeweilige Teilbild mit einer als angenehm empfundenen Frequenz von 60 Hz vom Beobachter wahrgenommen werden kann.
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8 zeigt eine schematische Darstellung einer Hinterleuchtungsvorrichtung 400 mit bewegbarer Lichtquelle 404 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Hinterleuchtungsvorrichtung 400 handelt es sich beispielsweise um eine Hinterleuchtungsvorrichtung, wie sie vorangehend anhand der 4 bis 7 beschrieben ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 404 als ansteuerbare Leuchtdiode zur Effizienzsteigerung des Systems ausgeführt.
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Bedingt durch die Blende 408, wird von der Apertur des Aufweitungselementes 416 nur ein bestimmter Teil benutzt. Hierbei ist die Lichtquelle 404 derart ausgelegt, dass sie nur die Blendenöffnung 410 ausleuchtet und selbst nachgeführt wird. Die Lichtquelle 404 leuchtet in einen bestimmten Winkelbereich, der nach der Kollimation durch das Kollimationselement 414 die Blendenöffnung 410 ausleuchtet. Um eine derartige schmale Abstrahlung zu erreichen, kann die Lichtquelle 404 beispielsweise mit einem Reflektor oder einer Aufsatzlinse ausgeführt sein.
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Bewegt sich die Blendenöffnung 410, so wird die Lichtquelle 404 beispielsweise entsprechend gedreht oder verschoben, um die Ausleuchtung der Blendenöffnung 410 nachzuführen. Die Nachführung der Lichtquelle 404 kann alternativ mittels eines kleinen Umlenkspiegels oder eines sonstigen geeigneten optischen Elements realisiert sein. Um die Lichtquelle 404 synchron zu einer Bewegung der Blendenöffnung 410 nachzuführen, kann die Lichtquelle 404 optional mechanisch mit der Blende 408 gekoppelt sein. Dadurch kann ein zusätzlicher Aktor für die Nachführung entfallen.
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Beispielsweise ist die Lichtquelle 404 ausgebildet, um den Lichtstrahl 406 in einem schmalen Kegel abzustrahlen, der die Blendenöffnung 410 vor dem Aufweitungselement 416 voll ausleuchtet. Bewegt sich die Blende über das Aufweitungselement 416, um die Eyebox des Gesamtsystems nachzuführen, so wird auch die Lichtquelle 404 gedreht. Damit leuchtet die Lichtquelle 404 die Blendenöffnung 410 weiter voll aus. Durch das so auf die Blendenöffnung 410 gebündelte Licht wird die Effizienz des Systems erhöht.
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9 eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 mit einem Umlenkspiegel 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Head-up-Display 100 entspricht im Wesentlichen dem anhand von 5 beschriebenen Head-up-Display, mit dem Unterschied, dass das Head-up-Display 100 statt der Blende mit dem Umlenkspiegel 900 zum Formen des Strahlkegels 412 ausgeführt ist.
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Bei einer entsprechenden Strahlformung der Lichtquelle 404 kann auf die Blende verzichtet werden, wodurch sich der mechanische Aufwand der Nachführung weiter reduzieren lässt. 9 zeigt beispielhaft ein System mit einem Drehspiegel als Umlenkspiegel 900 direkt nach der Lichtquelle 404. Durch den Umlenkspiegel 900 können verschiedene Bereiche des Aufweitungselementes 416 ausgeleuchtet werden, wodurch die Eyebox 420 verschoben werden kann. Über den Umlenkspiegel 900 wird der Lichtstrahl 406 etwa in Form eines schmal abgestrahlten Kegels auf das Aufweitungselement 416 reflektiert.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines Head-up-Displays 100 mit dem Umlenkspiegel 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 9 ist der Umlenkspiegel 900, hier ebenfalls ein Drehspiegel, in einem Strahlengang zwischen dem Projektionselement 418 und der Anzeigeeinheit 402 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Umlenkspiegel 900 ausgebildet, um einen von dem Aufweitungselement 416 in eine erste Richtung abgestrahlten Strahlkegel in eine von der ersten Richtung abweichende zweite Richtung, etwa um 90 Grad, auf die Anzeigeeinheit 402 umzulenken. Hierzu führt der Umlenkspiegel 900 den gesamten eingestrahlten Strahlkegel in verschiedenen Winkeln auf die Anzeigeeinheit 402. Dadurch wird die Abstrahlung an der Anzeigeeinheit 402 entsprechend geneigt, was zu einer Verschiebung der Eyebox 420 in der Gesamteyebox 422 führt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind das Aufweitungselement 416 und die entsprechenden Linsen so ausgelegt, dass sie eine schmale Eyebox 420 erzeugen. Die Anzeigeeinheit 402 wird hierbei mit einem Strahlkegel beleuchtet, der über die Seiten der Anzeigeeinheit 402 hinausstrahlt. Dadurch kann die Anzeigeeinheit 402 auch bei verdrehtem Umlenkspiegel 900 voll ausgeleuchtet werden. Bei einer Drehung des Umlenkspiegels 900 wird die Abstrahlrichtung der Lichtstrahlen an der Anzeigeeinheit 402 ebenfalls abgelenkt, wodurch sich die Eyebox 420 entsprechend verschiebt.
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11 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 mit zweigeteilter Anzeigeeinheit 402 gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht. Im Unterschied zu einem vorangehend anhand der 1 bis 10 beschriebenen Head-up-Display ist das Head-up-Display 100 gemäß 11 mit einer in einen ersten Teilabschnitt 1100 zum Erzeugen eines ersten stereoskopischen Halbbilds und einen zweiten Teilabschnitt 1102 zum Erzeugen eines zweiten stereoskopischen Halbbilds unterteilten Anzeigeeinheit 402 realisiert. Entsprechend weist die Blende 408 neben der Blendenöffnung 410 eine zusätzliche Blendenöffnung 1104 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des Lichtstrahls 406 einen zusätzlichen Strahlkegel 1106 zu formen, der den zweiten Teilabschnitt 1102 hinterleuchtet. Der durch die Blendenöffnung 410 erzeugte Strahlkegel 412 hinterleuchtet hingegen den ersten Teilabschnitt 1100.
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Das in 11 gezeigte Stereo-Head-up-Display 100 mit Displayteilung weist gemäß einem Ausführungsbeispiel den Strahlteiler 608 auf. Der Strahlteiler 608 ist ausgebildet, um die beiden Teilabschnitte 1100, 1102 derart virtuell zu überlagern, dass das erste Halbbild in einen Strahlengang zu einem ersten Auge des Betrachters reflektiert wird und das zweite Halbbild in einen Strahlengang zu einem zweiten Auge des Betrachters durchgelassen wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel steht der Strahlteiler 608 im Wesentlichen senkrecht auf der Anzeigeeinheit 402 zwischen den beiden Teilabschnitten 1100, 1102. Die beiden Teilbereiche 1100, 1102 liegen in der in 11 gezeigten Seitenansicht übereinander.
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Die beiden Blendenöffnung 410, 1104 sind beispielsweise als offene Blendenschlitze ausgeformt, die zueinander versetzt sind.
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12 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 aus 11 in der Draufsicht. Die beiden Teilabschnitte der Anzeigeeinheit 402 werden hierbei durch die zueinander versetzten Blendenöffnungen 410, 1104 jeweils aus einem anderen Winkel beleuchtet, was zur Generierung von Eyeboxen an unterschiedlichen Stellen führt.
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Durch die zueinander versetzten Blendenöffnungen 410, 1104 wird jeweils eine Eyebox für unterschiedliche Augenpositionen generiert, wobei die Blendenöffnung 410 ausgebildet ist, um die Eyebox 420 zu generieren, und die zusätzliche Blendenöffnung 1104 ausgebildet ist, um eine zusätzliche Eyebox 1200 innerhalb der Gesamteyebox 422 zu generieren. Dadurch wird jedem Auge dasjenige Teilbild zugeführt, das vom jeweiligen Teilabschnitt der Anzeigeeinheit 402 erzeugt wird. Durch die räumliche Aufteilung der Anzeigeeinheit 402 in die beiden Teilabschnitte ist es nicht mehr erforderlich, die Anzeigeeinheit 402 schnell zwischen zwei Teilbildern umzuschalten. Dadurch lässt sich die Anzeigeeinheit 402, die insbesondere als LCD-Modul realisiert sein kann, auch bei tiefen Temperaturen einsetzen.
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13 zeigt eine schematische Darstellung einer Blende 408 aus den 11 und 12. Zu erkennen sind die beiden hier beispielhaft als rechteckige Blendenschlitze ausgeformten Blendenöffnungen 410, 1104. Die Blendenöffnungen 410, 1104 sind sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung zueinander versetzt angeordnet. Die x- und y-Richtung sind in 13 durch entsprechende Koordinatenachsen x bzw. y gekennzeichnet, die in der Ebene der Blende 408 liegen.
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Alternativ zur der in 13 gezeigten Blende 408 mit festem Abstand zwischen den Blendenöffnungen 410, 1104 können beispielsweise auch zwei mechanisch entkoppelte Blenden mit jeweils einer Blendenöffnung eingesetzt werden, die unabhängig voneinander verfahren werden können. Alternativ kann die Blende 408 ausgebildet sein, um mithilfe eines zusätzlichen Aktors einen Schlitzabstand zwischen den Blendenöffnungen einzustellen. Denkbar ist auch die Verwendung einer Blende mit variierbarer Schlitzbreite.
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Durch die Verwendung solcher Blenden kann das System auf den individuellen Augenabstand des Betrachters eingestellt werden, da unterschiedliche Schlitzabstände zu unterschiedlich weit voneinander entfernten Eyeboxen führen. Durch eine variierbare Blendenschlitzbreite kann die Breite der Eyeboxen eingestellt werden. Bei Bewegungen des Betrachters nach vorn oder nach hinten kann so eine jeweilige Eyeboxbreite angepasst werden, um ein Übersprechen eines Teilbildes in das falsche Auge zu verhindern.
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14 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzeigeeinheit 402 als MEMS-basiertes Display realisiert.
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Ein solches MEMS-Display bietet den Vorteil eines schnellen Umschaltens, auch bei tiefen Temperaturen, wodurch es sich insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen eignet.
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Die Anzeigeeinheit 402 arbeitet hierbei mit mikromechanischen Shuttern, die zeitsequenziell schaltbar sind und durch die Lichtquelle 404 und eine zusätzliche Lichtquelle 1400 zeitsynchron bestrahlbar sind. Die Anzeigeeinheit 402 baut ihren Bildinhalt dabei pixelweise mittels der mikromechanischen Shutter für jedes einzelne Pixel auf. Ein von der zusätzlichen Lichtquelle 1400 ausgesandter Lichtstrahl kann beispielsweise mittels eines zusätzlichen Kollimationselementes 1402, etwa einer Kollimationslinse, kollimiert werden.
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Der in 14 gezeigte Systemaufbau ist mit dem in 5 gezeigten Systemaufbau vergleichbar. Da die Anzeigeeinheit 402 zeitsequenziell zwischen den beiden Teilbildern umschaltet, können beide Eyeboxen 420, 1200 mit derselben Anzeigeeinheit erzeugt werden. Die Eyeboxen 420, 1200 können durch Verschieben der Blende 408 nachgeführt werden. Die Lichtquellen 404, 1400 leuchten dabei einen Bereich aus, der über die eigentlichen Blendenöffnungen 410, 1104 hinausgeht. Die Blende 408 ist in diesem Bereich bewegbar, ohne dass eine Nachführung der Lichtquellen 404, 1400 erforderlich ist.
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Für die Anzeigeeinheit 402 wird zeitsequenziell durch die beiden Blendenöffnungen 410, 1104 beleuchtet und zeigt jeweils das erste bzw. zweite Halbbild, auch Teilbild genannt, an. Dadurch werden zeitsequenziell die Eyeboxen 420, 1200 für das linke und rechte Auge aufgebaut. Die Nachführung erfolgt durch das Verschieben der Blende 408.
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15 zeigt eine schematische Darstellung eines autostereoskopischen Head-up-Displays 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 14 sind die beiden Lichtquellen 404, 1400 gemäß 15 bewegbar.
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In 15 ist eine Variante des Systems dargestellt, bei dem die Lichtquellen 404, 1400 nur den Bereich der ihnen jeweils zugeordneten Blendenöffnung ausleuchten. Somit ist es erforderlich, die beiden Lichtquellen einer Bewegung der Blende 408 nachzuführen. Diese Nachführung kann beispielsweise durch ein entsprechendes Drehen der beiden Lichtquellen realisiert werden. Alternativ weist das Head-up-Display 100 einen Umlenkspiegel ähnlich dem anhand der 9 und 10 beschriebenen Umlenkspiegel zum Nachführen der von den beiden Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen auf. Denkbar ist auch die Verwendung einer umlenkenden Linse in der Nähe der Lichtquellen 404, 1400, wie sie nachfolgend anhand von 16 beschrieben ist.
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Gemäß 15 erfolgt die Nachführung durch eine Verschiebung der Blende 408 sowie durch eine Drehung von Beleuchtungseinheiten in Form der Lichtquellen 404, 1400. Da die Lichtquellen 404, 1400 ausgebildet sind, um jeweils nur den Bereich der Blendenöffnungen 410, 1104 auszuleuchten, wird eine höhere Effizienz gegenüber dem System aus 14 erreicht.
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16 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Hinterleuchtungsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Hinterleuchtungsvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine vorangehend anhand der 4 bis 15 beschriebene Hinterleuchtungsvorrichtung. Die Hinterleuchtungsvorrichtung 400 umfasst eine in einem Strahlengang des von der Lichtquelle 404 ausgesandten Lichtstrahls 406 angeordnete Umlenklinse 1600 zum Umlenken des Lichtstrahls 406, hier eine Zylinderlinse. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Umlenklinse 1600 zwischen der Lichtquelle 404 und dem Kollimationselement 414 angeordnet.
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Der Lichtstrahl 406 wird durch die Umlenklinse 1600 geführt, die den Lichtstrahl 406 in Abhängigkeit von ihrer Position in unterschiedliche Richtungen auf das Kollimationselement 414 leitet. Durch eine Verschiebung der Umlenklinse 1600 wird der Lichtkegel der Lichtquelle 404 umgelenkt, sodass er entsprechend verschoben auf das Kollimationselement 414 auftrifft. Alternativ ist die Umlenklinse 1600 als Flüssiglinse mit variierbarer Linsenkrümmung ausgeführt. Die Umlenklinse 1600 kann beispielsweise in einem vorangehend anhand der 8 und 15 beschriebenen Head-up-Display verwendet werden.
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17 zeigt die Hinterleuchtungsvorrichtung 400 aus 16. Die 16 und 17 zeigen die Ablenkungen des Lichtstrahls 406 für zwei verschiedene Positionen der Umlenklinse 1600.
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18 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1800 zum Beleuchten einer Anzeigeeinheit für ein Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1800 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem vorangehend anhand der 1 bis 17 beschriebenen Head-up-Display durchgeführt werden. Hierbei wird in einem Schritt 1810 die Lichtquelle aktiviert, um den Lichtstrahl auszusenden. Ansprechend auf das Aktivieren der Lichtquelle wird in einem weiteren Schritt 1820 ein Steuersignal bereitgestellt, um die Blende bzw. die Blendenöffnung zu bewegen.
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Gemäß einem optionalen Ausführungsbeispiel wird in einem Schritt 1830 ein Sensorsignal, das eine durch zumindest einen Sensor erfasste Augenposition eines Betrachters des Head-up-Displays repräsentiert, eingelesen. Entsprechend wird im Schritt 1820 das Steuersignal unter Verwendung des Sensorsignals bereitgestellt, um den Einfallswinkel des durch die Blendenöffnung geformten Strahlkegels in Abhängigkeit von der Augenposition zu ändern.
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Die Schritte 1810, 1820, 1830 können fortlaufend ausgeführt werden.
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19 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts 1900 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Steuergerät 1900 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einer Steuerung eines vorangehend anhand der 1 bis 18 beschriebenen Head-up-Displays verwendet werden. Hierzu weist das Steuergerät 1900 eine Aktivierungseinheit 1910 auf, die ausgebildet ist, um ein Aktivierungssignal 1915 zum Aktivieren der Lichtquelle zu generieren und an die Lichtquelle und an eine Bereitstellungseinheit 1920 zu senden. Die Bereitstellungseinheit 1920 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Aktivierungssignals 1915 ein Steuersignal 1925 zum Steuern der Blende bzw. Blendenöffnung bereitzustellen. Beispielsweise dient das Steuersignal 1925 zur Ansteuerung eines Aktors zum Bewegen der Blende oder von Bildpunkten einer elektronischen Blende.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
