JP2598567B2 - 偏光ヘッドアップデイスプレイ - Google Patents
偏光ヘッドアップデイスプレイInfo
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0018—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
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-
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- G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
- G02B2027/012—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility comprising devices for attenuating parasitic image effects
-
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- G02B2027/0192—Supplementary details
- G02B2027/0194—Supplementary details with combiner of laminated type, for optical or mechanical aspects
-
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- G02B5/30—Polarising elements
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- Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般に車両用ヘッドアップディスプレイ、特
にゴースト画像強度を減少させるヘッドアップディスプ
レイに関する。
にゴースト画像強度を減少させるヘッドアップディスプ
レイに関する。
［従来技術］ ヘッドアップディスプレイは、車両風防の前方にある
ように表示され、したがって車両内の計器パネルに対し
てオペレータが視点を移動させたり、焦点位置を変えた
りせずに車両オペレータによって観察されることができ
るような車両動作パラメータ表示を生成するために自動
車等の車両において使用される。
ように表示され、したがって車両内の計器パネルに対し
てオペレータが視点を移動させたり、焦点位置を変えた
りせずに車両オペレータによって観察されることができ
るような車両動作パラメータ表示を生成するために自動
車等の車両において使用される。
［発明の解決すべき課題］ 既知のヘッドアップ表示技術は、入射した画像照明を
部分的に反射するビーム分割器のような車両風防面を使
用することを含む。しかしながら、車両風防の厚さおよ
び第１または主反射面でない風防面における反射の結果
として、二次的なゴースト画像が生成される。周辺光状
態に応じて、ゴースト画像強度は第１のまたは主画像強
度に関して好ましくないほど十分に明るくなる可能性が
ある。
部分的に反射するビーム分割器のような車両風防面を使
用することを含む。しかしながら、車両風防の厚さおよ
び第１または主反射面でない風防面における反射の結果
として、二次的なゴースト画像が生成される。周辺光状
態に応じて、ゴースト画像強度は第１のまたは主画像強
度に関して好ましくないほど十分に明るくなる可能性が
ある。
したがって、異なる周辺光状態に対してゴースト画像
強度を減少させる車両用ヘッドアップディスプレイを提
供することが有効である。
強度を減少させる車両用ヘッドアップディスプレイを提
供することが有効である。
ゴースト画像に対して高いコントラストの主画像を生
成する車両用ヘッドアップディスプレイを提供すること
もまた有効である。
成する車両用ヘッドアップディスプレイを提供すること
もまた有効である。
［課題解決のための手段］ 上記の課題は、本発明による車両のオペレータによっ
て観察される主虚像を生成するために予め定められたエ
アインターフェイスで画像照明を部分的に反射する第１
および第２の対向したエアインターフェイスを有する車
両風防を含み、さらに伝送された照明の直線偏光を回転
するために風防の第１および第２のエアインターフェイ
スの間に位置された偏光回転素子を含むヘッドアップデ
ィスプレイによって解決される。画像照明源は、Ｓ偏光
された光の反射およびＰ偏光された光の伝送を強化する
ように選択された角度で風防の第１のエアインターフェ
イスに直線的に偏光された画像照明を提供し、偏光は予
め定められたビーム分割エアインターフェイスでＳ偏光
された画像照明を提供するように選択される。
て観察される主虚像を生成するために予め定められたエ
アインターフェイスで画像照明を部分的に反射する第１
および第２の対向したエアインターフェイスを有する車
両風防を含み、さらに伝送された照明の直線偏光を回転
するために風防の第１および第２のエアインターフェイ
スの間に位置された偏光回転素子を含むヘッドアップデ
ィスプレイによって解決される。画像照明源は、Ｓ偏光
された光の反射およびＰ偏光された光の伝送を強化する
ように選択された角度で風防の第１のエアインターフェ
イスに直線的に偏光された画像照明を提供し、偏光は予
め定められたビーム分割エアインターフェイスでＳ偏光
された画像照明を提供するように選択される。
［実施例］ 以下の詳細な説明および複数の図面において同じ素子
は同じ参照番号により示される。
は同じ参照番号により示される。
第１図を参照すると、車両ダッシュボードにおける凹
部またはダッシュボード上に位置された画像照明源20を
含むヘッドアップ車両計器表示システム、車両風防13の
内面または外面のいずれかの結合領域を含むビーム分割
結合素子11および結合素子11の領域における風防の内側
および外側エアインターフェイスの間に位置された1/2
波長遅延素子15が示されている。実施例によって、1/2
波長遅延素子15は標準的な保護風防の層またはシングレ
ット間に埋設される。
部またはダッシュボード上に位置された画像照明源20を
含むヘッドアップ車両計器表示システム、車両風防13の
内面または外面のいずれかの結合領域を含むビーム分割
結合素子11および結合素子11の領域における風防の内側
および外側エアインターフェイスの間に位置された1/2
波長遅延素子15が示されている。実施例によって、1/2
波長遅延素子15は標準的な保護風防の層またはシングレ
ット間に埋設される。
結合素子11は、例えば車両風防の前方の位置で画像照
明源20の内部の画像源の虚像を生成するようにドライバ
ーの方向に画像照明を部分的に反射する。
明源20の内部の画像源の虚像を生成するようにドライバ
ーの方向に画像照明を部分的に反射する。
結合素子11が風防の外側エアインターフェイスを含む
場合、1/2波長遅延素子15は画像照明を伝送し、また結
合素子11が風防の内側エアインターフェイスを含む場
合、1/2波長遅延素子15は風防の内面によって伝送され
た画像照明（すなわち結合器によって反射されない照
明）を伝送する。示された実施例により、1/2波長遅延
素子15は広帯域の画像照明に対してゼロオーダーでなけ
ればならず、狭帯域の画像照明に対して多オーダーであ
ることができる。特定の入射角における1/2波長遅延の
ピークは、画像照明のほぼピーク波長に中心を定めなけ
ればならない。
場合、1/2波長遅延素子15は画像照明を伝送し、また結
合素子11が風防の内側エアインターフェイスを含む場
合、1/2波長遅延素子15は風防の内面によって伝送され
た画像照明（すなわち結合器によって反射されない照
明）を伝送する。示された実施例により、1/2波長遅延
素子15は広帯域の画像照明に対してゼロオーダーでなけ
ればならず、狭帯域の画像照明に対して多オーダーであ
ることができる。特定の入射角における1/2波長遅延の
ピークは、画像照明のほぼピーク波長に中心を定めなけ
ればならない。
既知の光学素子である1/2波長遅延素子の特性の１つ
は、通過する照明の直線偏光が回転されることであり、
本発明はその特性を有効に使用するものである。特に、
風防に導かれた画像照明は直線的に偏光され、特定の偏
光は内側または外側風防エアインターフェイスのいずれ
が第１のまたは主画像を生成するビーム分割器として使
用されるかに依存する。結合素子が内側風防エアインタ
ーフェイスである場合、風防に導かれた画像照明はＳ偏
光されるように制御される。結合素子が外側風防エアイ
ンターフェイスである場合、画像照明はＰ偏光された光
を提供するように構成される。後者の場合、外側風防エ
アインターフェイスに入射した画像照明は1/2波長遅延
素子15を通過することによってＳ偏光される。
は、通過する照明の直線偏光が回転されることであり、
本発明はその特性を有効に使用するものである。特に、
風防に導かれた画像照明は直線的に偏光され、特定の偏
光は内側または外側風防エアインターフェイスのいずれ
が第１のまたは主画像を生成するビーム分割器として使
用されるかに依存する。結合素子が内側風防エアインタ
ーフェイスである場合、風防に導かれた画像照明はＳ偏
光されるように制御される。結合素子が外側風防エアイ
ンターフェイスである場合、画像照明はＰ偏光された光
を提供するように構成される。後者の場合、外側風防エ
アインターフェイスに入射した画像照明は1/2波長遅延
素子15を通過することによってＳ偏光される。
風防に導かれた画像照明の入射角は、内側風防エアイ
ンターフェイスにおいて画像照明の適切な反射性または
伝送率を提供するように風防を含む材料に対してブリュ
ースター（Brewster）角度に十分に近いことが好まし
い。ガラス風防の特定の実施例において、ブリュースタ
ー角度は垂線に関して56.5゜である。ガラス／空気ブリ
ュースター角度においては、入射光の100％のＰ偏光さ
れた成分が反射せずに通過し、一方Ｓ偏光された成分は
部分的に反射される。
ンターフェイスにおいて画像照明の適切な反射性または
伝送率を提供するように風防を含む材料に対してブリュ
ースター（Brewster）角度に十分に近いことが好まし
い。ガラス風防の特定の実施例において、ブリュースタ
ー角度は垂線に関して56.5゜である。ガラス／空気ブリ
ュースター角度においては、入射光の100％のＰ偏光さ
れた成分が反射せずに通過し、一方Ｓ偏光された成分は
部分的に反射される。
本発明によると、画像照明の入射角は比較的大きい範
囲内にあることができ、一方要求された主画像対ゴース
ト画像コントラストに応じてガラス風防に対して例えば
垂線に関して約42乃至72゜で十分な主画像対ゴースト画
像コントラストを提供する。したがって、本発明は風防
およびダッシュボードの構造に対してあまり大きい制限
を与えるものではない。
囲内にあることができ、一方要求された主画像対ゴース
ト画像コントラストに応じてガラス風防に対して例えば
垂線に関して約42乃至72゜で十分な主画像対ゴースト画
像コントラストを提供する。したがって、本発明は風防
およびダッシュボードの構造に対してあまり大きい制限
を与えるものではない。
内側風防エアインターフェイスが結合素子11として使
用され、画像照明源がＳ偏光された光を供給するように
構成された特定の実施例において、大量のＳ偏光された
画像照明は主虚像を生成するために内側エアインターフ
ェイス風防で反射される。内側風防面結合器によって伝
送されたＳ偏光された照明に関しては、その偏光は風防
の外側エアインターフェイスに入射した画像照明がＰ偏
光され、ほぼ伝送されるように1/2波長プレートによっ
て回転される。さらに、外側風防エアインターフェイス
から反射された任意のＳ偏光された画像照明は回転され
た偏光を有し、それによってそれは内側風防エアインタ
ーフェイスに達したときにＰ偏光され、大量のこのよう
な反射ビーム照明は内側風防エアインターフェイスで反
射される。したがって、風防の外側エアインターフェイ
スからの画像照明の反射はかなり減少され、これがゴー
スト画像を著しく減少させる。
用され、画像照明源がＳ偏光された光を供給するように
構成された特定の実施例において、大量のＳ偏光された
画像照明は主虚像を生成するために内側エアインターフ
ェイス風防で反射される。内側風防面結合器によって伝
送されたＳ偏光された照明に関しては、その偏光は風防
の外側エアインターフェイスに入射した画像照明がＰ偏
光され、ほぼ伝送されるように1/2波長プレートによっ
て回転される。さらに、外側風防エアインターフェイス
から反射された任意のＳ偏光された画像照明は回転され
た偏光を有し、それによってそれは内側風防エアインタ
ーフェイスに達したときにＰ偏光され、大量のこのよう
な反射ビーム照明は内側風防エアインターフェイスで反
射される。したがって、風防の外側エアインターフェイ
スからの画像照明の反射はかなり減少され、これがゴー
スト画像を著しく減少させる。
類似の回折によって、外側風防エアインターフェイス
を含む結合器によるＰ偏光された画像源照明の使用は内
側風防エアインターフェイスにおける反射を大きく減少
し、それによってゴースト画像を阻止する。特に、大量
のＰ偏光された画像照明は内側風防エアインターフェイ
スによって伝送される。1/2波長遅延阻止は、Ｓ偏光さ
れた照明が大量の画像照明を反射する外側風防エアイン
ターフェイスに達するように伝送された画像照明の偏光
を回転する。反射された画像照明の偏光は、Ｐ偏光され
た照明がディスプレイの虚像を生成するためにこのよう
な照明の大部分を伝送する内側風防エアインターフェイ
スに達するように1/2波長遅延素子15によって回転され
る。したがって、内側風防エアインターフェイスにおけ
る画像照明の反射は著しく減少され、これがゴースト画
像をかなり減少させる。
を含む結合器によるＰ偏光された画像源照明の使用は内
側風防エアインターフェイスにおける反射を大きく減少
し、それによってゴースト画像を阻止する。特に、大量
のＰ偏光された画像照明は内側風防エアインターフェイ
スによって伝送される。1/2波長遅延阻止は、Ｓ偏光さ
れた照明が大量の画像照明を反射する外側風防エアイン
ターフェイスに達するように伝送された画像照明の偏光
を回転する。反射された画像照明の偏光は、Ｐ偏光され
た照明がディスプレイの虚像を生成するためにこのよう
な照明の大部分を伝送する内側風防エアインターフェイ
スに達するように1/2波長遅延素子15によって回転され
る。したがって、内側風防エアインターフェイスにおけ
る画像照明の反射は著しく減少され、これがゴースト画
像をかなり減少させる。
示された実施例は自動車等の車両に関して記載されて
いるが、車両という用語は風防または類似した透明な保
護装置を含む車両、並びに風防を持たず、結合器が車両
のオペレータの前方視界内に位置された透明なパネルの
前面または背面のいずれかにある車両を包括するもので
ある。
いるが、車両という用語は風防または類似した透明な保
護装置を含む車両、並びに風防を持たず、結合器が車両
のオペレータの前方視界内に位置された透明なパネルの
前面または背面のいずれかにある車両を包括するもので
ある。
1/2波長遅延素子によって発生された偏光交換の結
果、偏光されたサングラスは、風防の残りを通して観察
された場合より1/2波長遅延素子を通して観察された場
合にシーンを異なった様子にさる。偏光サングラスは、
垂直に傾斜する（すなわち、路面のような水平に配向さ
れたソース）ソースからの一般に反射光（glare）とし
て認められる偏光されたオフ軸の鏡反射を吸収するよう
に典型的に構成される。結果的に、垂直に傾斜したソー
スから認められる反射光が減少する。しかしながら、1/
2波長遅延素子は偏光を変化させ、偏光サングラスによ
り1/2波長遅延素子を通して見たシーンは結果的に水平
に傾斜されたソースからの認められる反射光を減少させ
（例えば、オフィスビルヂングの垂直に配向されたガラ
ス面）、これは本質的に1/2波長遅延素子なしで風防部
分を通して観察されたシーンの認められた反射光の減少
の回転である。
果、偏光されたサングラスは、風防の残りを通して観察
された場合より1/2波長遅延素子を通して観察された場
合にシーンを異なった様子にさる。偏光サングラスは、
垂直に傾斜する（すなわち、路面のような水平に配向さ
れたソース）ソースからの一般に反射光（glare）とし
て認められる偏光されたオフ軸の鏡反射を吸収するよう
に典型的に構成される。結果的に、垂直に傾斜したソー
スから認められる反射光が減少する。しかしながら、1/
2波長遅延素子は偏光を変化させ、偏光サングラスによ
り1/2波長遅延素子を通して見たシーンは結果的に水平
に傾斜されたソースからの認められる反射光を減少させ
（例えば、オフィスビルヂングの垂直に配向されたガラ
ス面）、これは本質的に1/2波長遅延素子なしで風防部
分を通して観察されたシーンの認められた反射光の減少
の回転である。
第２図を参照すると、適切な偏光を提供するように構
成されている例えばセグメント化されたまたはマトリク
スアドレス可能な液晶ディスプレイ（LCD）を具備した
画像源111を含む画像照明源20が詳細に示されている。L
CDは容易に利用できる装置であり、例えば日本のセイコ
ー社から得ることができる。スタンレー社により市販さ
れている発光ダイオードのようなスペクトル的に狭い光
源はLED出力に対して適切なポラライザと共に使用され
ることができる。さらに別の適用として、画像源は適切
なポラライザを具備した高い強度の真空蛍光ディスプレ
イ（VFD）を含むことができる。VFDは例えばアメリカ合
衆国、プリマウス、ミシガンのフタバ社から市販されて
おり、一般に光放射数および、またはアルファベットシ
ンボルだけでなくその他の表示を形成するために選択的
に付勢されることができる分割された素子を含む既知の
ディスプレイ装置である。
成されている例えばセグメント化されたまたはマトリク
スアドレス可能な液晶ディスプレイ（LCD）を具備した
画像源111を含む画像照明源20が詳細に示されている。L
CDは容易に利用できる装置であり、例えば日本のセイコ
ー社から得ることができる。スタンレー社により市販さ
れている発光ダイオードのようなスペクトル的に狭い光
源はLED出力に対して適切なポラライザと共に使用され
ることができる。さらに別の適用として、画像源は適切
なポラライザを具備した高い強度の真空蛍光ディスプレ
イ（VFD）を含むことができる。VFDは例えばアメリカ合
衆国、プリマウス、ミシガンのフタバ社から市販されて
おり、一般に光放射数および、またはアルファベットシ
ンボルだけでなくその他の表示を形成するために選択的
に付勢されることができる分割された素子を含む既知の
ディスプレイ装置である。
画像源111への入力は、選択された車両およびまたは
エンジンの動作パラメータおよび状態を表示するために
適切な変換回路によって行われる。
エンジンの動作パラメータおよび状態を表示するために
適切な変換回路によって行われる。
ハウジング110中に固定された平坦な折返された反射
器113はハウジング110に固定された軸からずれた非球面
反射器115に対して画像源111からの画像照明を送り、次
にこの反射器115は透明なカバー117を通して結合素子11
に画像照明を送る。リレー反射器は含まれているが、画
像照明源20における画像源111の位置および風防に対し
て画像照明源20の位置に応じて、リレー反射器は不要で
あることを理解すべきである。奇数個（例えば３個）の
反射素子により、画像源111は意図された虚像の鏡像で
あるように調整されなければならない。偶数個（例えば
２個）の反射素子により、画像源111は意図された虚像
と同じく方位付けられるように調整されなければならな
い。
器113はハウジング110に固定された軸からずれた非球面
反射器115に対して画像源111からの画像照明を送り、次
にこの反射器115は透明なカバー117を通して結合素子11
に画像照明を送る。リレー反射器は含まれているが、画
像照明源20における画像源111の位置および風防に対し
て画像照明源20の位置に応じて、リレー反射器は不要で
あることを理解すべきである。奇数個（例えば３個）の
反射素子により、画像源111は意図された虚像の鏡像で
あるように調整されなければならない。偶数個（例えば
２個）の反射素子により、画像源111は意図された虚像
と同じく方位付けられるように調整されなければならな
い。
非球面反射器115は一般に凹形であり、結合素子11に
送られた画像を拡大し、さらに観察者の前方の比較的遠
くに虚像を位置するように機能する。非球面反射器の特
定の湾曲は、非球面反射器の軸からずれた構造によって
導かれた歪みおよび風防の湾曲によって導入された歪み
を補償するように定められることができる。
送られた画像を拡大し、さらに観察者の前方の比較的遠
くに虚像を位置するように機能する。非球面反射器の特
定の湾曲は、非球面反射器の軸からずれた構造によって
導かれた歪みおよび風防の湾曲によって導入された歪み
を補償するように定められることができる。
非球面反射器115は上記の実施例に含まれているが、
観察者の前方の比較的遠くに虚像を位置する必要がない
場合には、平坦な反射器が使用されることができる。反
射器113および115は画像源を結合素子11に直接向けるこ
とによって取除かれることができることも認めるべきで
ある。
観察者の前方の比較的遠くに虚像を位置する必要がない
場合には、平坦な反射器が使用されることができる。反
射器113および115は画像源を結合素子11に直接向けるこ
とによって取除かれることができることも認めるべきで
ある。
上記の車両計器ヘッドアップディスプレイは、ゴース
ト画像強度を有効に減少させ、ゴースト画像に対する高
い主画像コントラストを有効に提供し、現在使用されて
いる風防構造を大幅に修正することなく自動車のような
車両中に容易に構成し、さらに風防およびダッシュボー
ド構造に対して大きな制限を与えない。
ト画像強度を有効に減少させ、ゴースト画像に対する高
い主画像コントラストを有効に提供し、現在使用されて
いる風防構造を大幅に修正することなく自動車のような
車両中に容易に構成し、さらに風防およびダッシュボー
ド構造に対して大きな制限を与えない。
上記は本発明の特定の実施例の説明および図示である
が、当業者は、特許請求の範囲によって限定される本発
明の技術的範囲を逸脱することなく種々の修正および変
更を行うことができる。
が、当業者は、特許請求の範囲によって限定される本発
明の技術的範囲を逸脱することなく種々の修正および変
更を行うことができる。
第１図は、示された車両ヘッドアップディスプレイシス
テムの主要素子の概略図である。 第２図は、第１図のヘッドアップディスプレイシステム
の画像照明源の概略的な展開図である。 11……結合素子、15……1/2波長遅延素子、110……ハウ
ジング、111……画像源、113……反射器、117……カバ
ー。
テムの主要素子の概略図である。 第２図は、第１図のヘッドアップディスプレイシステム
の画像照明源の概略的な展開図である。 11……結合素子、15……1/2波長遅延素子、110……ハウ
ジング、111……画像源、113……反射器、117……カバ
ー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｇ 3/20 4237−5Ｈ Ｇ０９Ｇ 3/20 Ｋ
Claims (4)
- 【請求項１】車両のオペレータによって観察されること
ができる主虚像を生成するためにエアインターフェイス
の選択されたものの上のビーム分割領域において部分的
に画像照明を反射する第１および第２の対向したエアイ
ンターフェイスを有する層状の車両車用風防を含む実質
的に透明な基体と、ここで前記画像照明は前記基体にそ
の垂線に対して約47乃至72゜の範囲内の角度でに入射
し、 第１の予め定められた直線偏光の反射および第２の直線
偏光の伝送を高める角度で前記ビーム分割領域に直線偏
光された画像照明を導き、前記画像照明の偏光状態は主
画像を発生させるように選択されたエアインターフェイ
スに依存する画像源手段と、 前記第１および第２の対向したエアインターフェイスの
間に位置され、前記風防の層の間に埋設されており、そ
して前記ビーム分割領域に隣接して配置されている伝送
された画像照明の直線偏光を回転する1/2波長遅延素子
とを具備している車両用ヘッドアップディスプレイ。 - 【請求項２】前記ビーム分割領域は前記第１のエアイン
ターフェイス上にあり、前記画像源手段はＳ偏光された
画像照明を供給する請求項１記載のヘッドアップディス
プレイ。 - 【請求項３】前記ビーム分割領域は前記第２のエアイン
ターフェイス上にあり、前記画像源手段はＰ偏光された
画像照明を供給する請求項１記載のヘッドアップディス
プレイ。 - 【請求項４】車両のオペレータによって観察されること
ができる主虚像を生成するためにエアインターフェイス
の選択されたものの上のビーム分割領域において部分的
に画像照明を反射する内側および外側エアインターフェ
イスを有する車両風防と、ここで前記画像照明は前記風
防にその垂線に対して約47乃至72゜の範囲内の角度で入
射し、 第１の予め定められた直線偏光の反射および第２の直線
偏光の伝送を高める角度で前記ビーム分割領域に直線偏
光された画像照明を導き、前記画像照明の偏光状態は主
虚像を生成するように選択されたエアインターフェイス
に依存する画像源手段と、 前記ビーム分割領域に隣接した前記風防に埋設され伝送
される画像照明の直線偏光を回転する1/2波長遅延素子
とを具備している車両用ヘッドアップディスプレイ。
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|---|---|---|---|
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