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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung für einen Insassen eines Fahrzeugs und auf ein Verfahren zur Generierung einer Anzeige in einem Sichtfeld eines Insassen eines Fahrzeugs.
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In einem Fahrzeug sind eine Vielfalt von Dünnschichttransistor-Anzeigen, sogenannten TFT-Anzeigen integriert. Außer beim Head-up-Display (HUD), welches den Anzeigeinhalt mit der Fahrszene überlagert, muss zum Ablesen dieser Anzeigen der Blick von der Fahrszene abgewendet werden. Dadurch stellt das Ablesen einer Anzeige während der Fahrt mit Ausnahme der HUD-Anzeige ein Sicherheitsrisiko dar.
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Die
DE 38 22 222 A1 beschreibt eine Einrichtung für Head-up-Displays an Kraftfahrzeugen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Anzeigevorrichtung für einen Insassen eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Generierung einer Anzeige in einem Sichtfeld eines Insassen eines Fahrzeugs gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich über eine transparent ausgeführte Anzeige ein Bild in einen Sichtbereich einer Person einblenden lässt. Da die Anzeige aus Sicht der Person an sich transparent ausgeführt ist, überlagert sich das Bild mit einem Hintergrund, vor dem die Anzeige aus Sicht der Person angeordnet ist. Die Person kann somit gleichzeitig den Hintergrund betrachten und das Bild sehen.
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Die transparent ausgeführte Anzeige kann beispielsweise in dem Blickfeld eines Fahrers eines Fahrzeugs angeordnet sein. Dadurch kann eine Notwendigkeit zur Blickabwendung beim Ablesen der Anzeige in dem Fahrzeug vermieden werden. Im Fahrzeugbereich kann eine entsprechende Anzeige beispielsweise für ein Kombiinstrument eingesetzt werden. Die Nutzung einer entsprechenden Anzeige führt auch zu neu erlangten Freiheitsgraden im Armaturenbrettdesign, beispielsweise entfällt die Notwendigkeit einer Hutze.
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Eine Anzeigevorrichtung für einen Insassen eines Fahrzeugs, weist folgende Merkmale auf:
einen Lichtleiter mit einer Einkoppelschnittstelle zum Einkoppeln von Licht in den Lichtleiter und einer Auskoppelfläche zum Auskoppeln des Lichts aus dem Lichtleiter, wobei der Lichtleiter im eingebauten Zustand der Anzeigevorrichtung zumindest im Bereich der Auskoppelfläche aus Sicht des Insassen transparent ausgeführt ist; und
einer holographischen Projektionsfläche, die flächig mit der Auskoppelfläche verbunden und im eingebauten Zustand der Anzeigevorrichtung aus Sicht des Insassen transparent ausgeführt ist, wobei die Projektionsfläche ausgebildet ist, um aus dem aus dem Lichtleiter ausgekoppelten Licht eine Anzeige für den Insassen zu generieren.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug wie einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln. Jedoch kann die Anzeigeeinrichtung auch bei anderen Fahrzeugen oder Transportmitteln eingesetzt werden. Bei der durch die Anzeigevorrichtung generierten Anzeige kann es sich um ein Bild handeln, das für den Insassen des Fahrzeugs sichtbar ist. Das Bild erscheint für den Fahrer in dem Bereich der holographischen Projektionsfläche. Durch die Anzeige kann beispielsweise ein Ableseinstrument des Fahrzeugs, wie ein Tachometer, oder ein Display eines Informationssystems, wie eines Audiosystems, eines Mobiltelefons oder eines Navigationssystems, dargestellt werden. Die Projektionsfläche kann für in die Projektionsfläche eingekoppeltes Licht abhängig von einem Einkoppelwinkel und einer Wellenlänge des Lichts selektiv streuend oder nicht streuend sein. Die Projektionsfläche kann somit ausgebildet sein, um unter einem bestimmten Einfallswinkel in die Projektionsfläche eingekoppeltes Licht zu streuen und für unter einem anderen Einfallswinkel eingekoppelten Lichts nicht streuend zu sein. Auch kann die Projektionsfläche ausgebildet sein, um das Licht abhängig von seiner Wellenlänge zu streuen oder nicht zu streuen. Der Lichtleiter kann ausgebildet sein, um das eingekoppelte Licht innerhalb des Lichtleiters zu leiten. Der Lichtleiter kann ferner ausgebildet sein, um eine Totalreflexion des eingekoppelten Lichts an sich außerhalb der Auskoppelfläche befindlichen äußeren Wänden des Lichtleiters zu bewirken. Der Lichtleiter kann aus Kunststoff bestehen. Der Lichtleiter kann selbstragend sein. Die Einkoppelschnittstelle und die Auskoppelfläche können an gegenüberliegenden Enden oder Endbereichen des Lichtleiters angeordnet sein. Die Projektionsfläche und die Auskoppelfläche können gleich groß sein und so miteinander verbunden sein, das eine dem Lichtleiter zugewandte Oberfläche der Projektionsfläche direkt an der die Auskoppelfläche ausbildenden Oberfläche des Lichtleiters anliegt. Das aus der Auskoppelfläche ausgekoppelte Licht kann direkt in die Projektionsfläche eingekoppelt werden. Eine Oberfläche der Projektionsfläche kann dazu direkt mit der Auskoppelfläche verbunden sein oder in die Auskoppelfläche übergehen. Im eingebauten Zustand der Anzeigevorrichtung oder zumindest des Lichtleiters kann der Lichtleiter an einem Armaturenbrett des Fahrzeugs befestigt sein. Transparent kann bedeuten, dass die Anzeigevorrichtung zumindest im Bereich der Projektionsfläche aus Sicht des Insassen durchsichtig ist, so dass der Insasse durch die Anzeigevorrichtung hindurchsehen kann.
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Die holographische Projektionsfläche kann als ein holografisch-optisches Bauelement ausgeführt sein. Die Projektionsfläche kann ausgebildet sein, um für auf die Projektionsfläche auftreffendes Licht, bei dem es sich nicht um das über die Einkoppelschnittstelle in den Lichtleiter eingekoppelte Licht handelt, durchlässig, also nicht streuend oder reflektierend zu sein. Beispielsweise kann die Projektionsfläche ausgebildet sein, um senkrecht oder in einem stumpfen Winkel auf die Projektionsfläche treffendes Licht unverändert passieren zu lassen. Andererseits kann die Projektionsfläche ausgebildet sein, um für das aus dem Lichtleiter zugeführte Licht streuend zu wirken. Beispielsweise kann die Projektionsfläche ausgebildet sein, um eine Richtung eines aus dem Lichtleiter eingekoppelten Lichtstrahls so zu verändern, dass der Lichtstrahl beim Verlassen der Projektionsfläche orthogonal oder annähernd orthogonal gegenüber einer Hauptfläche der Projektionsfläche ausgerichtet ist.
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Der Lichtleiter kann eine weitere Einkoppelschnittstelle zum Einkoppeln von weiterem Licht in den Lichtleiter aufweisen. Die Auskoppelfläche kann ferner zum Auskoppeln des weiteren Lichts aus dem Lichtleiter ausgebildet sein. Die holographische Projektionsfläche kann ausgebildet sein, um aus dem aus dem Lichtleiter ausgekoppelten weiteren Licht eine weitere Anzeige für den Insassen oder einen weiteren Insassen zu generieren. Die Einkoppelschnittstellen können beabstandet zueinander angeordnet sein. Aufgrund der unterschiedlichen Einkoppelschnittstellen können das Licht und das weitere Licht in unterschiedlichen Winkeln auf die Auskoppelfläche treffen und somit in unterschiedlichen Winkeln in die Projektionsfläche eingekoppelt werden. Die Anzeige und die weitere Anzeige können für die beiden Augen des Insassen vorgesehen sein. In diesem Fall können das die Anzeige generierende Licht und das die weitere Anzeige generierende Licht die Projektionsfläche parallel oder nahezu parallel verlassen. Indem mit einer einzigen Projektionsfläche für einen Insassen zwei Bilder erzeugt werden, kann ein räumlicher Eindruck für den Insassen hervorgerufen werden. Auch können die Anzeige und die weitere Anzeige für unterschiedliche Insassen vorgesehen sein, so dass ein Abstrahlwinkel des Lichts der Anzeige und ein Abstrahlwinkel des weiteren Lichts der weiteren Anzeige unterschiedlich sein können. Beispielsweise kann ein Winkel zwischen einer Abstrahlrichtung des für den Insassen vorgesehenen Lichts und einer weiteren Abstrahlrichtung des für den weiteren Insassen vorgesehenen Lichts größer als 90° sein. Auf diese Weise können mit einer einzigen Projektionsfläche Bilder für zwei oder mehr Insassen erzeugt werden. Dementsprechend kann der Lichtleiter noch weitere Einkoppelschnittstellen zum Einkoppeln von noch weiterem Licht in den Lichtleiter aufweisen und die holographische Projektionsfläche kann entsprechend ausgebildet sein, um noch weitere Anzeigen zu generieren.
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Auch kann die Anzeigevorrichtung eine weitere holographische Projektionsfläche aufweisen, die flächig mit einer weiteren Auskoppelfläche zum Auskoppeln von weiterem Licht aus dem Lichtleiter verbunden ist. Dabei können die holographische Projektionsfläche und die weitere holographische Projektionsfläche einander gegenüberliegend angeordnet sein. Die weitere holographische Projektionsfläche kann ausgebildet sein, um aus dem aus dem Lichtleiter ausgekoppelten weiteren Licht eine sich mit der Anzeige überlagernde weitere Anzeige für den Insassen zu generieren. Die Auskoppelflächen können parallel zueinander ausgerichtet sein und gegenüberliegende Oberflächen des Lichtleiters bilden. Die Projektionsflächen können einander von der grundsätzlichen Funktionsweise her entsprechen. Die Projektionsfläche kann ausgebildet sein, um das in die Projektionsfläche eingekoppelte Licht um einen Winkel von weniger als 90° zu streuen. Die weitere Projektionsfläche kann ausgebildet sein, um das in die Projektionsfläche eingekoppelte Licht um einen Winkel von mehr als 90° zu streuen. Auf diese Weise können Abstrahlrichtungen des von den beiden Projektionsflächen abgestrahlten Lichts parallel oder nahezu parallel verlaufen. Die von den Projektionsflächen erzeugten Anzeigen können aus Sicht des Insassen hintereinander angeordnet sein, so dass ein räumlicher Effekt erzielt werden kann. Das Licht und das weitere Licht können über eine Einkoppelschnittstelle oder über zwei getrennt angeordnete Einkoppelschnittstellen des Lichtleiters in den Lichtleiter eingekoppelt werden. Das Licht und das weitere Licht können von einer oder von zwei getrennt angeordneten Lichtquellen erzeugt werden.
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Ferner kann die Anzeigevorrichtung eine Filterfläche aufweisen, die eine steuerbare Lichtdurchlässigkeit aufweist. Dabei kann die Filterfläche der holographischen Projektionsfläche gegenüberliegend angeordnet sein. Die Filterfläche kann auf einer dem Insassen abgewandten Oberfläche des Lichtleiters oder einer weiteren Projektionsfläche angeordnet sein. Eine Größe der Filterfläche kann mindestens einer Größe der Projektionsfläche entsprechen. Haupterstreckungsrichtungen der Filterfläche und der Projektionsfläche können parallel sein. Die Lichtdurchlässigkeit kann beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Signals an die Filterfläche gesteuert werden. Beispielsweise kann die Filterfläche als ein schaltbares Glas ausgeführt sein. Wird die Filterfläche auf eine geringe Lichtdurchlässigkeit eingestellt, so wird ein großer Anteil des von außerhalb der Anzeigevorrichtung auf die Filterfläche auftreffenden Lichts von der Filterfläche ausgefiltert. Wird die Filterfläche auf eine hohe Lichtdurchlässigkeit eingestellt, so wird von dem von außerhalb der Anzeigevorrichtung auf die Filterfläche auftreffenden Lichts kein oder nur ein geringer Anteil von der Filterfläche ausgefiltert. Um die Lichtdurchlässigkeit auf einen geeigneten Wert einzustellen, kann eine Intensität des von außerhalb der Anzeigevorrichtung auf die Filterfläche auftreffenden Lichts gemessen oder abgeschätzt werden und ein entsprechender Messwert oder Schätzwert kann zum Steuern der Lichtdurchlässigkeit der Filterfläche eingesetzt werden. Auf diese Weise kann eine Sichtbarkeit der Anzeige für den Insassen verbessert werden.
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Die Anzeigevorrichtung kann eine Einkoppelungseinrichtung aufweisen, die mit der Einkoppelschnittstelle verbunden ist, um das Licht in den Lichtleiter einzukoppeln. Die Einkoppelungseinrichtung kann beispielsweise als ein Prisma oder als ein holografisch-optisches Bauelement ausgeführt sein. Die Einkoppelungseinrichtung ermöglicht es, eine Lichtquelle zur Erzeugung des Lichts beabstandet zu dem Lichtleiter anzuordnen. Die Einkoppelungseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Licht so umzulenken, dass ein Einfallswinkel des Lichts in die Einkoppelungseinrichtung einen anderen Wert als ein Ausfallswinkel des Lichts aus der Einkoppelungseinrichtung heraus aufweist.
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Ferner kann die Anzeigevorrichtung eine Lichtquelle zum Erzeugen des Lichts aufweisen. Die Lichtquelle kann ausgebildet sein, um eine Farbe und eine Abstrahlrichtung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts so einzustellen, dass durch das Licht die Anzeige in der Projektionsfläche hervorgerufen wird. Bei der Lichtquelle kann es sich um einen Projektor handeln. Beispielsweise kann die Lichtquelle als Laserscanner ausgeführt sein.
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Die Anzeigevorrichtung kann eine Besfestigungseinrichtung zur Befestigung des Lichtleiters an dem Fahrzeug aufweisen. Die Besfestigungseinrichtung kann ausgebildet sein, um den Lichtleiter so an dem Fahrzeug zu befestigen, dass die holographische Projektionsfläche in einem Sichtfeld des Insassen angeordnet ist. Beispielsweise kann die Besfestigungseinrichtung eine Klemme umfassen, mit der der Lichtleiter gehalten und beispielsweise an einem Armaturenbrett des Fahrzeugs befestigt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die holographische Projektionsfläche in einem Innenraum des Fahrzeugs vor einer Scheibe des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Anzeigeeinrichtung kann von der Scheibe beabstandet angeordnet sein. Insbesondere kann sich zwischen der Projektionsfläche und der Scheibe Luft befinden, so dass die Projektionsfläche nicht mit der Scheibe verbunden ist. Dabei kann eine Haupterstreckungsrichtung der Scheibe gegenüber einer Haupterstreckungsrichtung der Projektionsfläche geneigt sein. Bei der Scheibe kann es sich um die Windschutzscheibe handeln. Auch können die Projektionsfläche und der Lichtleiter direkt mit der Scheibe verbunden sein. Die Projektionsfläche kann also auch im Innenraum des Fahrzeugs an der Scheibe angeordnet sein und fest mit der Scheibe verbunden sein. Auf diese Weise kann die Projektionsfläche so in dem Sichtbereich des Insassen angeordnet werden, dass der Insasse durch die Projektionsfläche und die Scheibe hindurch das Umfeld des Fahrzeugs sehen kann. Auf diese Weise kann der Insasse die Anzeige betrachten ohne den Blick vom Verkehrsgeschehen abzuwenden.
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Ein Verfahren zur Generierung einer Anzeige in einem Sichtfeld eines Insassen eines Fahrzeugs umfasst den folgenden Schritt:
Einspeisen von Licht in eine holographische Projektionsfläche, die in dem Sichtfeld des Insassen angeordnet und aus Sicht des Insassen transparent ausgeführt ist, um die Anzeige zu generieren.
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Das Verfahren kann von einer Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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7 eine Anzeigeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter 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 ein Fahrzeug 100 mit einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigevorrichtung weist eine Projektionsfläche 102 auf, die in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs 100 in einem Sichtbereich 104 des Fahrers 105 des Fahrzeugs 100 vor einer Windschutzscheibe 106 des Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Eine Haupterstreckungsrichtung der Projektionsfläche 102 ist orthogonal oder leicht schräg zu einer während der Fahrt vorherrschenden Blickrichtung des Fahrers 105 ausgerichtet. Die Projektionsfläche 102 ist auf einem flächig ausgeführten Lichtleiter 108 angeordnet. Der Lichtleiter 108 ist an dem Fahrzeug 100 befestigt, beispielsweise an einem Armaturenbrett des Fahrzeugs 100.
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Ein sich innerhalb des Sichtbereichs 104 vor der Windschutzscheibe 106 befindlicher Abschnitt des Lichtleiters 108 und die Projektionsfläche 102 sind transparent ausgeführt. Dies bedeutet, dass von außerhalb des Fahrzeugs 100 durch die Windschutzscheibe 106 einfallendes Außenlicht 110 den Verbund aus Lichtleiter 108 und Projektionsfläche 102 passieren kann und von dem Fahrer 105 wahrgenommen wird. Aus Sicht des Fahrers 105 erscheint der Verbund aus Lichtleiter 108 und Projektionsfläche 102, zumindest wenn die Anzeigevorrichtung keine Anzeige generiert, vollständig transparent. Im Betrieb der Anzeigevorrichtung ist die Projektionsfläche 102 ausgebildet, um entsprechend dem der Projektionsfläche 102 über den Lichtleiter 108 zugeführten Lichts die Anzeige zu generieren. Die Anzeige erscheint aus Sicht des Fahrers 105 auf oder innerhalb der Projektionsfläche 102. Von der Anzeige ausgenommene Bereiche der Projektionsfläche 102 erscheinen auch im Betrieb der Anzeigevorrichtung für den Fahrer 105 transparent. Somit kann das Außenlicht 110 die von der Anzeige ausgenommenen Bereiche der Projektionsfläche weiterhin ungehindert passieren. Das auf die für die Anzeige genutzten Bereiche der Projektionsfläche 102 auftreffende Außenlicht 110 kann von dem Licht der Anzeige überlagert werden. Für die Anzeige genutzte Bereiche der Projektionsfläche 102 können daher im Betrieb der Anzeigevorrichtung je nach Lichtintensität der Anzeige für den Fahrer 105 teiltransparent oder nichttransparent erscheinen.
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Die Anzeigevorrichtung weist eine Lichtquelle 112 auf, die ausgebildet ist, um das Licht zu erzeugen, das in den Lichtleiter 108 eingekoppelt und über den Lichtleiter 108 der Projektionsfläche 102 zugeführt wird. Das Licht der Lichtquelle 112 kann über eine geeignete Einkoppelungseinrichtung in den Lichtleiter 108 eingekoppelt werden. Die Anzeigevorrichtung weist ferner eine Steuerung 114 auf, die ausgebildet ist, um eine Information über eine von der Projektionsfläche 102 darzustellende Anzeige zu empfangen und basierend auf der darzustellenden Anzeige ein Steuersignal zu bestimmen und an die Lichtquelle 112 auszugeben. Das Steuersignal ist ausgebildet, um die Lichtquelle 112 so anzusteuern, dass das von der Lichtquelle 112 erzeugte Licht eine Generierung der darzustellenden Anzeige durch die Projektionsfläche 102 bewirkt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Anzeigevorrichtung eine Filterfläche 116 auf, die sich parallel zu der Projektionsfläche 102 erstreckt. Eine Lichtdurchlässigkeit der Filterfläche 116 ist abhängig von einer Intensität des Außenlichts 110 steuerbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Anzeigevorrichtung einen Lichtsensor 118 auf, der ausgebildet ist, um die Intensität des Außenlichts 110 zu erfassen und ein Einstellsignal zum Einstellen der Lichtdurchlässigkeit der Filterfläche 116 an die Filterfläche 116 auszugeben. Die Filterfläche 116 ist ausgebildet, um ihre Lichtdurchlässigkeit abhängig von dem Einstellsignal zu verändern. Der Lichtsensor 118 ist ausgebildet, um das Einstellsignal so zu erzeugen, dass das Einstellsignal bei einer geringen Intensität des Außenlichts 110 eine hohe Lichtdurchlässigkeit und bei einer großen Intensität des Außenlichts 110 eine geringe Lichtdurchlässigkeit der Filterfläche 116 bewirkt. Bei einer hohen Lichtdurchlässigkeit wird kein oder nur ein geringer Anteil des Außenlichts 110 herausgefiltert. Bei einer niedrigen Lichtdurchlässigkeit wird dagegen ein hoher Anteil des Außenlichts 110 herausgefiltert.
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Durch eine transparente Auslegung eines sich im Sichtbereich 104 befindlichen Teils der Anzeigevorrichtung kann die Anzeige mit der Fahrszene überlagert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dies durch den flächigen Lichtleiter 108 realisiert, der mittels einer holographischen Streuscheibe 102 ein Bild generiert. Im Vergleich zum HUD ist dieses Bild nicht virtuell sondern reell und erscheint daher unmittelbar auf der Streuscheibenoberfläche. Der Bildinhalt kann frei gewählt werden, neben den Informationen, die im konventionellen Kombiinstrument angezeigt werden, z. B. Geschwindigkeit, Drehzahl, usw., können auch Navigationskarten, Smartphoneinhalte usw. dargestellt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Projektionsfläche 102 eine Streuscheibe, die technisch als ein in Reflexion oder Transmission arbeitendes Volumenhologramm ausgelegt ist, welches lediglich für das in den Lichtleiter 108 eingekoppelte Licht bestimmter Wellenlängen und aus bestimmten Winkeln streuend wirkt, während Licht aus anderen Winkeln oder mit anderen Wellenlängen unangetastet bleibt. Das Volumenhologramm funktioniert wie ein Bragg-Gitter. Dies führt zu einer hohen Transparenz, welche aus Fahrersicht völlig farblos ist. Durch die Möglichkeit zur Überlagerung einer solchen Anzeige mit der Fahrszene entfällt die Blickabwendung beim Ablesen während der Fahrt.
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2 zeigt eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigevorrichtung weist eine Projektionsfläche 102 auf, die in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs in einem Sichtbereich eines Fahrers 105 des Fahrzeugs vor einer Windschutzscheibe 106 des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Projektionsfläche 102 befindet sich bei einer geraden Blickrichtung des Fahrers 105 durch die Windschutzscheibe 106 auf Höhe des Gesichts des Fahrers 105 und ist orthogonal zu der geraden Blickrichtung des Fahrers 105 ausgerichtet. Alternativ kann die Projektionsfläche 102 auch versetzt zu dem Gesicht des Fahrers 105 und zusätzlich oder alternativ gekippt angeordnet sein.
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Die Projektionsfläche 102 ist als eine holographische Streufläche ausgeführt. Die Projektionsfläche 102 ist auf einer dem Fahrer 105 zugewandten Vorderseite eines oberen Abschnitts des senkrecht angeordneten Lichtleiters 108 angeordnet. Der Lichtleiter 108 ist durch eine Armaturenbrettoberfläche 222 geführt. Als Lichtquelle 112 wird ein Laserscanner eingesetzt. Das von der Lichtquelle 112 ausgesendete Licht wird von einer Einkoppelungseinrichtung 224 in Form eines Einkopplungsprismas in den Lichtleiter 108 eingekoppelt. Die Lichtquelle 112 ist auf Höhe eines unteren Endes des Lichtleiters 108, auf einer dem Fahrer 105 abgewandten Rückseite des Lichtleiters 108 angeordnet. Durch die Einkoppelungseinrichtung 224 wird das Licht rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig umgelenkt. Innerhalb des Lichtleiters 108 tritt eine Totalreflexion 226 des Lichts auf. Durch das Licht wird ein reelles Bild 228 für den Fahrer 105 sichtbar.
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Ausgehend von der Lichtquelle 112 ist ein Lichtstrahl oder ein Lichtbündel gezeigt, der oder das von der Einkoppelungseinrichtung 224 in den Lichtleiter 108 eingekoppelt wird, beispielhaft ein einziges Mal an einer Außenwand des Lichtleiters 108 reflektiert wird und auf die Projektionsfläche 102 trifft, um dort das reelle Bild 228 zu erzeugen, dessen Lichtstrahlen von dem Fahrer 105 wahrgenommen werden.
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Der hier und im Folgenden häufig erwähnte Laserscanner als Lichtquelle 112 kann auch durch einen Projektor mit anderer Technologie, z. B. LCoS (engl. Liquid Crystal on Silicon) oder DMD (engl. Digital Micromirror Device) ersetzt werden. Weiterhin gilt für alle genannten holographischen Streuflächen also Projektionsflächen 102, dass diese in Transmission oder Reflektion für eine oder mehrere Wellenlängen arbeiten können und als Volumenhologramm ausgeführt sein können.
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In 2 ist eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der ein Prisma 224 zur Lichteinkopplung genutzt wird. Über eine Totalreflexion leitet das Prisma 224 das Licht vom Scanner 112 weiter in den Lichtleiter 108, wo das Licht über eine oder mehrere Totalreflexionen 226 auf die holographische Streufläche 102 gelenkt wird und ein Bild 228 für den Fahrer 105 generiert.
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Durch eine zusätzliche Wölbung (in 2 nicht dargestellt) des Prismas 224 zur Kollimierung wird erreicht, dass die Strahlen aus Fahrersicht gesehen parallel verlaufen, wodurch die Ausleuchtung der Streufläche 102 optimiert und Verzerrungen vermieden werden. Weiterhin sei erwähnt, dass die Position des Laserscanners 112 nicht festgelegt ist. So kann dieser hinter dem Lichtleiter 108 aus Fahrerperspektive liegen, aber genauso gut seitlich oder dahinter. Bei schrägen Einfallswinkeln auf den Lichtleiter 108 ist zu beachten, dass chromatische Fehler entstehen, die entweder in Form von zusätzlichen Linsen oder auch durch entsprechende Berücksichtigung bei der Laseransteuerung kompensiert werden können. Letzteres beschränkt sich auf laterale chromatische Aberrationen.
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3 zeigt eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels wird bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel als Einkoppelungseinrichtung 224 ein Einkopplungshologramm eingesetzt.
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In 3 ist somit eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der kein Prisma, sondern ein weiteres Hologramm 224 zur Einkopplung genutzt wird, welches die optische Funktion des in 2 gezeigten Prismas oder gewölbten Prismas übernimmt. Dies hat den Vorteil, dass der Laserscanner 112 noch flexibler platziert werden kann, da bei Hologrammen auch die Realisierung von off-axis Reflexionen möglich ist. Weiterhin ermöglicht das Hologramm 224 durch Realisierung einer komplexeren optischen Funktion als das (gewölbte) Prisma eine flexiblere Strahlformung, um die Streufläche 102 möglichst optimal auszuleuchten.
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4 zeigt eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigevorrichtung weist eine erste Projektionsfläche 102 und eine zweite Projektionsfläche 402 auf, die in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs in einem Sichtbereich eines Fahrers 105 des Fahrzeugs vor der Windschutzscheibe 106 des Fahrzeugs angeordnet sind. Die Projektionsflächen 102, 402 befinden sich bei einer geraden Blickrichtung des Fahrers 105 durch die Windschutzscheibe 106 auf Höhe des Gesichts des Fahrers 105 und sind orthogonal zu der geraden Blickrichtung des Fahrers 105 ausgerichtet. Alternativ können die Projektionsflächen 102, 402 auch versetzt zu dem Gesicht des Fahrers 105 und zusätzlich oder alternativ gekippt angeordnet sein.
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Die Projektionsflächen 102, 402 sind jeweils als eine holographische Streufläche ausgeführt. Die erste Projektionsfläche 102 ist auf einer dem Fahrer 105 zugewandten Vorderseite eines oberen Abschnitts des senkrecht angeordneten Lichtleiters 108 angeordnet. Die zweite Projektionsfläche 402 ist auf einer dem Fahrer 105 abgewandten Rückseite des oberen Abschnitts des senkrecht angeordneten Lichtleiters 108 angeordnet. Die Projektionsflächen 102, 402 sind parallel und beabstandet zueinander angeordnet. Aus Sicht des Fahrers 105 sind die Projektionsflächen 102, 402 hintereinander angeordnet. Die Projektionsflächen 102, 402 können gleich groß sein und gegeneinander ausgerichtet sein. Zwischen den Projektionsflächen 102, 402 ist der obere Abschnitt des Lichtleiters 108 angeordnet. Der Lichtleiter 108 ist durch die Armaturenbrettoberfläche 222 geführt. Als eine erste Lichtquelle 112 wird ein erster Laserscanner eingesetzt und als eine zweite Lichtquelle 412 wird ein zweiter Laserscanner eingesetzt. Das von der ersten Lichtquelle 112 ausgesendete Licht wird von der Einkoppelungseinrichtung 224 in Form eines Einkopplungsprisma in den Lichtleiter 108 eingekoppelt. Das von der zweiten Lichtquelle 412 ausgesendete Licht wird von der Einkoppelungseinrichtung 224 ebenfalls in den Lichtleiter 108 eingekoppelt. Die Lichtquellen 112, 412 sind auf Höhe eines unteren Endes des Lichtleiters 108, auf einer dem Fahrer 105 abgewandten Rückseite des Lichtleiters 108 beispielsweise senkrecht übereinander oder nebeneinander angeordnet. Durch die Einkoppelungseinrichtung 224 wird das Licht der Lichtquellen 112, 412 rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig umgelenkt. Innerhalb des Lichtleiters 108 tritt eine erste Totalreflexion 226 des Lichts der ersten Lichtquelle 112 auf. Durch das Licht der ersten Lichtquelle 112 wird ein erstes reelles Bild 228 für den Fahrer 105 sichtbar. Innerhalb des Lichtleiters 108 tritt ferner eine zweite Totalreflexion 426 des Lichts der zweiten Lichtquelle 412 auf. Durch das Licht der zweiten Lichtquelle 412 wird ein zweites reelles Bild 428 für den Fahrer 105 sichtbar. Aufgrund des Abstands der Projektionsflächen 102, 402 zueinander erscheinen die reellen Bilder aus Sicht des Fahrers 105 ebenfalls beabstandet zueinander.
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In 4 ist somit eine Anzeigevorrichtung mit zwei Bildebenen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei trifft das von dem ersten Laserscanner 112 und dem zweiten Laserscanner 412 ausgesendete Licht in unterschiedlichem Winkel auf das Einkoppelprisma 224. Somit können der erste Laserscanner 112 und der zweite Laserscanner 412 die unterschiedliche Sreuflächen 102, 402 bedienen. Dadurch kann ein räumlicher Effekt erzielt werden.
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Somit ist in 4 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Streuebenen 102, 402 dargestellt. Dabei werden mittels der zwei Projektoren, hier in Form des ersten Laserscanners 112 und des zweiten Laserscanners 412 zwei holographische Streuflächen 102, 402 angesteuert, welche einen kleinen Abstand von z. B. 8 mm zueinander haben. Der Abstand zwischen den Streuflächen 102, 402 ist etwas kleiner als die Dicke des Lichtleiters 108 außerhalb der Streuflächen 102, 404. Durch eine geeignete Wahl des Einkoppelwinkels in den Lichtleiter 108 wird sichergestellt, dass der erste Laserscanner 112 ausschließlich die holographische Streufläche (HOE-Streufläche) 102 beleuchtet, während der zweite Laserscanner 412 ausschließlich die holographische Streufläche (HOE-Streufläche) 402 beleuchtet. Durch eine solche Konfiguration entstehen zwei überlagerte Bilder 228, 428, die zur Darstellung eines räumlichen Effekts, z. B. schwebende Zeiger über einem Ziffernblatt von einem Tachometer, wie in 5 gezeigt, genutzt werden können. Bei geeigneter Wahl von nicht zu hohen Beugungseffizienzen bleibt das Gesamtsystem transparent, um eine Überlagerung mit der Straßenszene hinter der Windschutzscheibe 106 weiterhin zu gewährleisten.
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5 zeigt eine Anzeige einer Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Anzeigevorrichtung kann es sich um die anhand von 4 beschriebene Anzeigevorrichtung mit einer ersten Projektionsfläche 102 in Form einer ersten Streuebene und einer zweiten Projektionsfläche 102 in Form einer zweiten Streuebene handeln. Die zwei Projektionsflächen 102, 402 sind aus Sicht des Betrachters, beispielsweise des Fahrers 105, hintereinander angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird von der zweiten Projektionsfläche 402 ein zweites Bild 428 in Form eines Ziffernblatts und von der ersten Projektionsfläche 102 ein erstes Bild 128 in Form eines Zeigers dargestellt.
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Somit wird ein Tachometer als eine Beispielanwendung zweier hintereinanderliegender Streuebenen 102, 402 dargestellt. Der Zeiger 228 wird von oder in der ersten Streuebene 102 dargestellt. Das Ziffernblatt 428 wird auf der zweiten Streuebene 402 dargestellt. Dadurch, dass die Streuebenen 102, 402 einen Abstand, in diesem Ausführungsbeispiel von 8 mm, zueinander aufweisen, entsteht der Eindruck als schwebe der Zeiger 228 über dem Ziffernblatt 428.
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6 zeigt eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigeeinrichtung weist eine Projektionsfläche 102 auf, die in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs in einem Sichtbereich eines Fahrers 105 und eines Beifahrers 605 vor einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Projektionsfläche 102 ist ausgebildet, um zwei Bilder 228, 428 zu erzeugen, ein erstes Bild 228 für den Fahrer 105 und ein zweites Bild 428 für den Beifahrer 605. Die Projektionsfläche 102 befindet sich auf Höhe der Gesichter des Fahrers 105 und des Beifahrers 605 und ist beispielsweise zwischen dem Fahrer 105 und dem Beifahrer 605 angeordnet. Beispielsweise kann die Projektionsfläche 102 in etwa mittig zu der Windschutzscheibe angeordnet sein. Eine Haupterstreckungsrichtung der Projektionsfläche 102 kann senkrecht oder leicht schräg angeordnet sein.
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Die Projektionsfläche 102 ist als eine holographische Streufläche ausgeführt, die ausgebildet ist, um zwei reelle Bilder 228, 428 zu erzeugen. Die Projektionsfläche 102 ist auf einer dem Fahrer 105 zugewandten Vorderseite eines oberen Abschnitts des senkrecht oder nahezu senkrecht angeordneten Lichtleiters 108 angeordnet. Alternativ können auch zwei separate Projektionsflächen, eine Projektionsfläche für jeweils eines der Bilder 228, 428, eingesetzt werden. Der Lichtleiter 108 ist als ein Flächenelement ausgeführt. Eine Dicke des Lichtleiters 108 kann einige Millimeter, beispielsweise weniger als 10 mm betragen. Eine Breite und eine Höhe des Lichtleiters können jeweils einige Zentimeter oder Dezimeter betragen, beispielsweise jeweils weniger als 30 cm. Die Projektionsfläche 102 ist rechtwinklig ausgeführt, wobei eine Breite der Projektionsfläche 102 größer als eine Höhe der Projektionsfläche 102 ist. Es wird eine erste Lichtquelle 112 in Form eines ersten Laserscanners und eine zweite Lichtquelle 412 in Form eines zweiten Laserscanners eingesetzt. Das von der ersten Lichtquelle 112 und das von der zweiten Lichtquelle 412 ausgesendete Licht wird von einer sich über einen unteren Rand des Lichtleiters 108 erstreckenden Einkoppelungseinrichtung 224 in Form eines Einkopplungsprismas in den Lichtleiter 108 eingekoppelt. Anstelle einer Einkoppelungseinrichtung 224 können auch eine erste Einkoppelungseinrichtung, die der ersten Lichtquelle 112 zugeordnet ist und eine zweite Einkoppelungseinrichtung, die der zweiten Lichtquelle 412 zugeordnet ist, eingesetzt werden. Die Lichtquellen 112, 412 sind auf Höhe eines unteren Endes des Lichtleiters 108, auf einer dem Fahrer 105 und dem Beifahrer 605 abgewandten Rückseite des Lichtleiters 108 angeordnet. Die Lichtquellen 112, 412 sind beabstandet voneinander angeordnet. Die erste Lichtquelle 112 ist an einer dem Fahrer 105 zugewandten Seite des Lichtleiters 108 und die zweite Lichtquelle 412 ist an einer dem Beifahrer 605 zugewandten Seite des Lichtleiters 108 angeordnet. Das von der ersten Lichtquelle 112 ausgesendete Licht trifft schräg auf eine Haupterstreckungsebene des Lichtleiters 108. Das von der zweiten Lichtquelle 412 ausgesendete Licht trifft schräg auf eine Haupterstreckungsebene des Lichtleiters 108. Die von den Lichtquellen 112, 412 ausgesendeten Lichtstrahlen nähern einander an, wobei ein gedachter Schnittpunkt oder eine gedachter Überschneidungsbereich auf einer den Lichtquellen 112, 412 gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters 108 liegt.
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Durch die Einkoppelungseinrichtung 224 wird ein von der ersten Lichtquelle 102 ausgesendeter Lichtstrahl über eine erste Totalreflexion 226 in den Lichtleiter 108 eingekoppelt, durch eine zweite Totalreflexion 226 innerhalb des Lichtleiters 108 auf die Projektionsfläche 102 geleitet, an der Projektionsfläche 102 aus dem Lichtleiter 108 ausgekoppelt und in Richtung des Fahrers 105 ausgesendet. Durch die Einkoppelungseinrichtung 224 wird ferner ein von der zweiten Lichtquelle 402 ausgesendeter Lichtstrahl über eine dritte Totalreflexion 426 in den Lichtleiter 108 eingekoppelt, durch eine vierte Totalreflexion 426 innerhalb des Lichtleiters 108 auf die Projektionsfläche 102 geleitet, an der Projektionsfläche 102 aus dem Lichtleiter 108 ausgekoppelt und in Richtung des Beifahrers 605 ausgesendet.
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Somit zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel in Form einer Stereo- oder Splitview-Variante, bei der zwei Laserscanner 212, 412 genutzt werden, die Licht emittieren, welches derart zu den holographischen Streuflächen 102 geleitet wird, dass es unter stark verschiedenen Winkeln einfällt. Dies kann zur Rekonstruktion zweier unabhängiger Streuhologramme genutzt werden, welche jeweils verschiedene Streuwinkel haben. Dies kann beispielsweise zur Darstellung von zwei verschiedenen Bildern 228, 428 für Fahrer 105 und Beifahrer 605, vereinfacht dargestellt durch den zentralen jeweiligen Lichtstrahl, genutzt werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ermöglichen die lateral stark verschiedenen Einkoppelwinkel und damit Einfallswinkel von Licht auf die holographische Streufläche 102 der Laserscanner 212, 412 die Realisierung von zwei voneinander unabhängigen Streufunktionen. Dies kann zum einen für eine stereokopische Darstellung genutzt werden, welche zwei verschiedene Bilder 228, 428 für linkes Auge 631 und rechtes Auge 633, beispielsweise des Fahrers 105 darstellt, in 6 nicht dargestellt, oder eine Split-View-Anzeige, welche beispielsweise für Fahrer 105 und Beifahrer 605 verschiedene Bildinhalte anzeigt. Ausgenutzt wird dabei die Winkelselektivität eines Hologramms.
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7 zeigt eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigevorrichtung entspricht der in 2 gezeigten Anzeigevorrichtung, mit dem Unterschied, das sie zusätzlich eine Filterfläche 116 aufweist. Die Filterfläche 116 ist auf einer dem Fahrer 105 abgewandten Rückseite des oberen Abschnitts des Lichtleiters 108 angeordnet. Die Projektionsfläche 102 und die Filterfläche 116 sind parallel und beabstandet zueinander angeordnet. Aus Sicht des Fahrers 105 sind die Projektionsfläche 102 und die Filterfläche 116 hintereinander angeordnet. Die Projektionsfläche 102 und die Filterfläche 116 können gleich groß sein und gegeneinander ausgerichtet sein. Zwischen der Projektionsfläche 102 und der Filterfläche 116 ist der obere Abschnitt des Lichtleiters 108 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Filterfläche 116 durch ein schaltbares Glas realisiert.
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Somit zeigt 7 ein Ausführungsbeispiel mit einem hinzugefügten schaltbaren Glas 116 zur dynamischen Verdunkelung in Blendsituationen. Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen lassen sich die gezeigten Systeme mit einem oder mehreren elektrisch schaltbaren Gläsern 116 erweitern. Als schaltbares Glas 116 kann z. B. Elektrochromglas oder Suspended Particle Devices eingesetzt werden, welche bei Bedarf dynamisch die Transmissionseigenschaften variieren können. So kann bei Blendsituation, beispielsweise aufgrund eines entgegenkommenden Fahrzeugs bei Nacht und nasser Straße, dafür gesorgt werden, dass die die Projektionsfläche 102 umfassende Anzeige sich verdunkelt, der Kontrast erhalten bleibt und unerwünschte Streulichteffekte minimiert werden. Zur Steuerung der Transmissionseigenschaft des schaltbaren Glas 116 kann eine Photodiode (in 7 nicht gezeigt) eingesetzt werden, die von einer Kontrolleinheit ausgelesen werden kann. Durch Auswertung eines Signals der Photodiode kann dafür gesorgt werden, dass bei aus Fahrtrichtung stammenden Lichts die Anzeige entsprechend verdunkelt wird.
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Die Projektionsfläche kann jeweils auch an einer anderen Position im Fahrzeug, beispielsweise vor einer Seitenscheibe des Fahrzeugs angeordnet sein. Auch kann die Projektionsfläche in eine Scheibe des Fahrzeugs integriert sein oder auf einer Scheibe des Fahrzeugs angeordnet sein. Das Anwendungsgebiet des Fahrzeugs ist beispielhaft gewählt. Die Projektionsfläche kann auch für Anwendungen außerhalb eines Fahrzeugs eingesetzt werden.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Generierung einer Anzeige in einem Sichtfeld eines Insassen eines Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann von Einrichtungen einer Anzeigeeinrichtung umgesetzt werden, wie sie in den vorangegangenen Figuren gezeigt sind. In einem Schritt 810 wird Licht erzeugt, das in einem Schritt 820 in einen Lichtleiter eingekoppelt wird. Der Lichtleiter ist ausgebildet, um das Licht in einen innerhalb des Sichtfelds des Insassen gelegenen Bereich zu führen. In einem Schritt 830 wird das Licht in dem innerhalb des Sichtfelds gelegenen Bereich aus dem Lichtleiter ausgekoppelt und in einem Schritt 840 in eine holographische Projektionsfläche eingespeist. Die holographische Projektionsfläche ist ausgebildet, um das in die holographische Projektionsfläche eingespeiste Licht so weiterzuleiten, dass aus Sicht des Insassen auf oder innerhalb der holographischen Projektionsfläche ein Bild erscheint.
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Die gezeigte und beschriebene Anzahl von Elementen der Anzeigevorrichtung ist nur beispielhaft gewählt. Es können beispielsweise auch mehr als zwei Lichtquellen sowie mehr als zwei Projektionsflächen eingesetzt werden. Auch können mehrere Projektionsflächen nebeneinander auf einem Lichtleiter angeordnet werden. Auch kann mehr als ein Lichtleiter eingesetzt werden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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