JP2018518713A - コンタクトアナログヘッドアップディスプレイ（ｈｕｄ）用の投影システム - Google Patents

Abstract

本発明は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の投影システムに関し、当該投影システムは、熱可塑性の中間層（４）を介して互いに結合された外側板材（２）および内側板材（３）を有する車両ウィンドシールド（１）であって、上部エッジ（Ｏ）と下部エッジ（Ｕ）とＨＵＤ領域（Ｂ）とを有し、上部エッジ（Ｏ）と下部エッジ（Ｕ）との間の垂直方向の延在線における熱可塑性の中間層（４）の厚さは、少なくともＨＵＤ領域（Ｂ）においてウェッジ角（α）で変化し、車両ウィンドシールド（１）の組付角度は５５°乃至７５°の範囲内であり、外側板材（２）および内側板材（３）の各厚さは最大５ｍｍである、車両ウィンドシールド（１）と、観察者（６）が知覚可能な虚像（７）を生成する、ＨＵＤ領域（Ｂ）に向けられた少なくとも５ｍの投影距離（ｄ）のプロジェクタ（５）とを少なくとも備えており、ウィンドシールド（１）は、ＨＵＤ領域（Ｂ）において少なくとも６ｍの垂直方向曲率半径（Ｒ）を有し、最大ウェッジ角（α）は、０．３ｍｒａｄ以下である。

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の投影システム、その製造方法、および、かかる投影システムにおけるウィンドシールドの使用に関する。

最近の自動車ではますます、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を備えることが増えてきている。たとえばダッシュボードの領域またはルーフ領域に設けられたプロジェクタにより、ウィンドシールドに画像が投影され、ここで反射されて、（運転者から見て）ウィンドシールド後方において虚像として運転者によって知覚される。たとえば、運転者の視界内に重要な情報を、たとえば現時点の車速、ナビゲーション指示または警報指示等を投影することができ、運転者は視線を走行路から逸らす必要なく、この重要な情報を知覚することができる。よって、ヘッドアップディスプレイは交通安全性の向上に格段に寄与することができる。静止情報を表示するための古典的なＨＵＤの投影距離（虚像と運転者との間の距離）は、典型的には約２ｍである。

ＨＵＤの比較的新しいバリエーションは、「コンタクトアナログＨＵＤ」または「拡張現実ＨＵＤ」と称される。かかるＨＵＤは、ＨＵＤ領域（板材上における投影面）が比較的大きいことと、投影距離が少なくとも５ｍ、典型的には７ｍ超と格段に長いこととを特徴とする。コンタクトアナログＨＵＤによって、読み取られる情報のみを板材上に静止的に投影するだけでなく、現実の車両周囲の要素を標識する光学的情報も使用できるようになり、使用例としては、走行路境界の光学的マーク、路側部に居る歩行者の光学的強調、走行路上への直接のナビゲーション指示、または、運転支援システムによって識別された車両のマークがある。上述の比較的長い投影距離は、プロジェクタ内部における光線の光路長を、たとえば追加のミラーによって体積を大きくすることによって長くすることにより達成される。コンタクトアナログＨＵＤはたとえば、独国特許出願公開第１０２０１４００１７１０号明細書（DE102014001710A1）、国際公開第２０１４０７９５６７号（WO2014079567A1）、米国特許出願公開第２０１３２４９９４２号明細書（US2013249942A1）、米国特許出願公開第２０１４３５４６９２号明細書（US2014354692A1）、米国特許出願公開第２０１４３７５８１６号明細書（US2014375816A1）および国際公開第２０１３１３６３７４号（WO2013136374A1）から公知となっている。

ＨＵＤの場合、プロジェクタ画像がウィンドシールドの両表面において反射されるという根本的な問題が生じる。かかる反射により、運転者は所望の１次像を知覚するだけでなく、僅かにオフセットした、通常は強度が比較的弱い２次像も知覚することとなる。後者は通常、「ゴースト像」とも称される。この問題は一般的に、ゴースト像が邪魔をしないようにすべく１次像とゴースト像とを重ね合わせるように、反射性の両表面を、相互間に意識的に選択した角度で配置することにより解決される。ヘッドアップディスプレイ用の従来の複層ガラスの場合、ウェッジ角は、典型的には約０．５ｍｒａｄである。

ウィンドシールドは、熱可塑性フィルムを介して２つのガラス板を互いに貼り合わせたものから構成される。これらのガラス板の表面を上述のように角度をなすように配置する場合には、厚さが一定でない熱可塑性フィルムを使用するのが通常である。これを「ウェッジ形フィルム」または「ウェッジフィルム」ともいう。かかるフィルムの両表面間の角度を「ウェッジ角」という。ウェッジ角は、フィルム全体にわたって一定とすることができ（厚さ変化が線形）、または、位置に依存して変化することができる（厚さ変化が非線形）。ウェッジフィルムを有する複層ガラスは、たとえば国際公開第２００９／０７１１３５号（WO2009/071135A1）、欧州特許第１８００８５５号明細書（EP1800855B1）または欧州特許出願公開第１８８０２４３号明細書（EP1880243A2）から公知となっている。

ウェッジフィルムは典型的には押出成形法を用いて、ウェッジ形押出ノズルを使用して製造される。ウェッジフィルムの所望のウェッジ角は、特に、具体的な板材幾何形態とヘッドアップディスプレイの投影システムとに依存し、かかる所望のウェッジ角を有するウェッジフィルムの製造は非常に高コストであり、労力を要する。

独国特許出願公開第１０２０１４００１７１０号明細書 国際公開第２０１４０７９５６７号 米国特許出願公開第２０１３２４９９４２号明細書 米国特許出願公開第２０１４３５４６９２号明細書 米国特許出願公開第２０１４３７５８１６号明細書 国際公開第２０１３１３６３７４号 国際公開第２００９／０７１１３５号 欧州特許第１８００８５５号明細書 欧州特許出願公開第１８８０２４３号明細書

ミュンヘン工科大学情報科学研究所のAlexander Neumannによる論文「Simulationsbasierte Messtechnik zur Pruefung von Head-Up Displays」（ミュンヘン：ミュンヘン工科大学図書館、２０１２年）、特にKapitel 2「Das Head-Up Display」

本発明の基礎となる課題は、より低コストかつ簡単に製造でき、かつ、ゴースト像の問題を効果的に緩和できる、改善されたウィンドシールドを備えたヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用投影システムを実現することである。

前記課題は本発明では、請求項１に記載の投影システムによって解決される。従属請求項に有利な実施形態が記載されている。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用投影システムは、少なくとも１つの車両ウィンドシールド（特に自動車のウィンドシールド、たとえば乗用自動車のウィンドシールド）と、プロジェクタとを備えている。ＨＵＤにおいて通常であるように、プロジェクタは、ウィンドシールドのうち放射を観察者（運転者）の方向に反射させる領域に照射し、この反射によって虚像が生成され、車内に居る観察者を基準としてウィンドシールド後方において当該観察者がこの虚像を知覚する。ウィンドシールドのうちプロジェクタにより照射され得る領域は、「ＨＵＤ領域」と称される。プロジェクタはこのＨＵＤ領域に向けられる。プロジェクタの光線方向を典型的にはミラーによって変化させることができ、特に、投影を観察者の身長に合わせて調整するために垂直方向に変化させることができる。所与のミラー位置決めの場合に観察者の眼が存在しなければならないこの領域は、「アイボックス窓」と称される。このアイボックス窓は、ミラーの位置調整によって垂直方向に移動することができ、この垂直移動によって到達可能となる全領域（すなわち、全ての可能なアイボックス窓が重なり合う領域）を、「アイボックス」と称する。このアイボックス内に存在する観察者が、虚像を知覚することができる。これはもちろん、観察者の眼がアイボックス内に存在しなければならないことを意味するのであって、たとえば身体全体が存在しなければならないことを意味するものではない。プロジェクタとアイボックス中心との間に延在する光線は、一般的に「中心光線」という。これは、ＨＵＤ投影システムの設計のための特徴的な参照光線である。

本願で使用されるＨＵＤ分野の専門用語は、当業者に周知である。詳細な説明については、ミュンヘン工科大学情報科学研究所のAlexander Neumannによる論文「Simulationsbasierte Messtechnik zur Pruefung von Head-Up Displays」（ミュンヘン：ミュンヘン工科大学図書館、２０１２年）、特にKapitel 2「Das Head-Up Display」を参照されたい。

ウィンドシールドは外側板材と内側板材とを有し、これらは熱可塑性の中間層を介して互いに結合されている。ウィンドシールドは、車両のウィンドウ開口において車室を外部周辺から分離するために設けられている。「内側板材」とは、本発明では、複層ガラスのうち車室（車内スペース）側の板材をいう。「外側板材」とは、外部周辺側のガラスをいう。

中間層の厚さは、ウィンドシールドの上部エッジと下部エッジとの間の垂直方向の延在線において、少なくとも部分的に変化している。「部分的」とは、ここでは、上部エッジと下部エッジとの間の垂直方向の延在線の少なくとも一部分において、中間層の厚さが位置に依存して変化すること、すなわち、中間層がウェッジ角を有することを意味する。中間層の厚さは、少なくともＨＵＤ領域において変化している。この厚さは、複数の部分において変化すること、または、垂直方向の延在線全体において変化すること、たとえば下部エッジから上部エッジに向かって実質的に定常的に増加していくことも可能である。「垂直方向の延在線」とは、上部エッジと下部エッジとの間にある、当該上部エッジに対して実質的に垂直な延在方向の延在線をいう。ウィンドシールドの場合、この上部エッジは直線とは大きく異なり得るので、垂直方向の延在線は、本発明では、より厳密にいうと、上部エッジの２つの角部間の（直線の）接続線に対して垂直方向の向きである。中間層は、少なくとも部分的に、有限のウェッジ角を有する。すなわち、０°超のウェッジ角を、すなわち、厚さが変化する部分に有する。「ウェッジ角」とは、中間層の両表面間の角度をいう。このウェッジ角が一定でない場合には、１点においてこれを測定するために、両表面に対する接線を使用する。

本発明のヘッドアップディスプレイは、いわゆるコンタクトアナログＨＵＤまたは拡張現実ＨＵＤである。コンタクトアナログＨＵＤでは、ウィンドシールドの限られた一部領域に情報を投影するだけでなく、外部周辺の要素も表示に取り込む。その例として、歩行者のマーク、先行車との距離の表示、または、たとえば選択すべき車線をマーキングするための走行路への直接のナビゲーション指示の投影がある。コンタクトアナログＨＵＤが古典的な静止ＨＵＤと相違する点は、投影距離が少なくとも５ｍであることである。静止ＨＵＤでは投影距離は格段に短く、典型的には約２ｍである。「投影距離」とは本発明では、虚像と観察者との間の距離、すなわち、通常は運転者の頭部との間の距離をいう。投影距離は、有利には少なくとも７ｍである。投影距離は、有利には最大１５ｍである。

コンタクトアナログＨＵＤの投影システムの場合、投影距離は、全ての投影される画像について実質的に一定である。観察者が主観的に異なる距離に知覚する投影も、実際には実質的に等しい投影距離を有する。距離が異なるというこの主観的な印象は、幾何光学的効果によって達成される。

ウィンドシールドと虚像との距離は、通常は「像距離」と称される。典型的には、運転者の頭部からウィンドシールドまでの距離は約１ｍであるから、像距離は、投影距離よりほぼ１ｍ短い、ということになる。よって、投影距離に代えて、像距離を基準として十分な精度で使用することもできる。これによれば、像距離は、有利には少なくとも４ｍであり、特に有利には少なくとも６ｍであり、有利には最大１４ｍである。

最大ウェッジ角は、０．３ｍｒａｄ以下である。これは、従来の静止ＨＵＤの典型的なウェッジ角（約０．５ｍｒａｄ）より著しく小さい。「最大ウェッジ角」とは、中間層において生じる最も大きいウェッジ角をいい、エッジに極値が存在する場合、これを無視することができる。

本発明のウィンドシールドは、ＨＵＤ領域において少なくとも６ｍの垂直方向曲率半径を有する。これは、ＨＵＤ領域において、６ｍ以上の垂直方向曲率半径しか生じない、という意味である。この垂直方向曲率半径は、板材の上部エッジと下部エッジとの間の垂直方向の次元における曲率に係るものである。「垂直方向」とは、下部エッジに向かう方向において上部エッジに対して垂直方向をいい、上部エッジが直線とは相違する場合、上部エッジを、当該上部エッジの角部間の真っ直ぐな接続線と考えることができる。板材について、大きい曲率半径は弱い曲率に相当し、小さい曲率半径はきつい曲率に相当する。

本発明の基礎となる驚くべき認識は、静止ＨＵＤと比較したときのコンタクトアナログＨＵＤの投影距離の拡大は、ＨＵＤ領域における板材の過度にきつくない曲率との組合せによって保証されること、ウェッジ角が小さい場合には１次像とゴースト像とが効果的に重なり合うことである。５ｍに達する投影距離、かつ、曲率半径が少なくとも６ｍである場合、必要なウェッジ角は最大で０．３ｍｒａｄのみとなる。よって、本発明により、ウェッジ角が大きいフィルムより低コストおよび簡単に製造できる僅かなウェッジ角のみの熱可塑性フィルムを使用することができる。すなわち、かかるフィルムは、押出成形ではなく、一定の厚さのフィルムの延伸によって得ることができる。

複層ガラスの複数の異なる表面における屈折および反射によって、透過時に２重像が現れることができ、複層ガラスを通じて観察される対象物は２重に見える。かかる現象は、ＨＵＤに合わせて最適化された大きいウェッジ角のウェッジフィルムによって、増幅されることもある。本発明によって、非常に小さいウェッジ角を使用することが可能になり、これによって透過時の２重像問題が緩和する。これは、本発明のもう１つの重要な利点である。

投影距離および板材曲率の他にも、所要ウェッジ角に影響を及ぼす他の要因があり、その中には、ウィンドシールドの板材厚さおよび組付角度がある。ＨＵＤを適切に設計すれば、さらに格段に小さいウェッジ角でも十分となり得る。有利な一実施形態では、最大ウェッジ角は０．２ｍｒａｄ以下であり、特に有利には０．１５ｍｒａｄ以下であり、全く特に有利には０．１ｍｒａｄ以下である。ウェッジ角が小さいほど中間層の製造が容易になり、透過時における２重像の問題の顕著性が小さくなる。

ＨＵＤ領域における垂直方向曲率半径は、有利には６ｍ乃至１０ｍである。このことは、ＨＵＤ領域では６ｍ乃至１０ｍの垂直方向曲率半径しか生じない、ということである。かかる垂直方向曲率半径により、ＨＵＤ領域において板材を過度に平坦にする必要なく良好な結果が得られる。板材を過度に平坦にすることは通常、たとえば美観上または空気力学上の理由により好ましくない。

有利な一実施形態では、ＨＵＤ領域における垂直方向曲率半径は、少なくとも７ｍであり、有利には７ｍ乃至９ｍであり、特に有利には７ｍ乃至８ｍである。かかる垂直方向曲率半径によって、特に良好な結果が得られる。

ウィンドシールド全体の垂直方向曲率半径は、有利には１ｍ乃至２０ｍの範囲内、特に有利には２ｍ乃至１５ｍ、特に３ｍ乃至１３ｍである。

ウェッジ角は垂直方向延在線において一定とすることができ、かかる一定のウェッジ角によって、中間層の厚さ変化が線形になり、典型的かつ有利には、厚さは下方から上方に向かって大きくなっていく。「下方から上方に向かって」との方向記載は、下部エッジから上部エッジへ向かう方向をいう。ウェッジ角が下方から上方に向かって線形または非線形に変化する（すなわち、垂直方向延在線において位置に依存する）、より複雑な厚さプロファイルを設けることも可能である。

水平方向断面（すなわち、上部エッジおよび下部エッジに対してほぼ平行な断面）における中間層の厚さは、一定とすることができる。この厚さプロファイルは、複層ガラスの幅にわたって一定である。また、水平方向断面においても厚さが変化することも可能である。その際には、厚さは垂直方向延在線においてだけでなく、水平方向延在線においても変化する。

中間層は、少なくとも１つの熱可塑性フィルムによって構成されている。有利な一実施形態では、ウェッジ角は延伸によってフィルムに形成される。ウェッジ形フィルムは押出成形されず、最初から実質的に一定の厚さの従来のフィルムとして調達されて、所望のウェッジ角を有するように延伸によって変形加工される。これは、押出成形による製造より簡単かつ低コストである。当業者であれば後で、ウェッジ角が延伸によって作製されたものか、または、押出成形によって作製されたものかを、特に下部エッジ付近および／または上部エッジ付近の典型的な厚さ推移で認識することができる。

ＨＵＤ領域はコンタクトアナログＨＵＤの場合、典型的には、古典的な静止ＨＵＤより大きい。有利な一実施形態では、本発明のＨＵＤ領域の面積は、ウィンドシールドの面積の少なくとも７％であり、特に有利には少なくとも８％である。静止ＨＵＤのＨＵＤ領域の面積は典型的には、ウィンドシールドの面積の最大４乃至５％である。たとえば、ＨＵＤ領域の面積は４０，０００ｍｍ^２乃至１２５，０００ｍｍ^２である。

ウィンドシールドの組付角度は、典型的には水平線に対して５５°乃至７５°の範囲内、特に５８°乃至７２°である。かかる組付角度の場合、本発明のウェッジ角を問題なく実現することができる。特に有利な一実施形態では、組付角度は水平線に対して６０°乃至６８°であり、有利には６３°乃至６７°である。かかる組付角度によって、特に小さいウェッジ角の中間層を達成することができる。

ウィンドシールドにおける中心光線の入射角は、有利には５０°乃至７５°の範囲内であり、特に有利には６０°乃至７０°の範囲内であり、たとえば６５°である。この入射角は、ウィンドシールドに対する法線の方向に対して測定されるものである。

外側板材および内側板材の厚さは基本的には、当該分野において通常の値の範囲内で自由に選択することができる。従来のウィンドシールドでは、単板材の厚さは１ｍｍ乃至５ｍｍであり、特に１．２ｍｍ乃至３ｍｍであるのが通常である。かかる厚さによって、本発明のウェッジ角を問題なく実現することができる。有利には、各単板材の厚さは最大５ｍｍ、有利には最大３ｍｍである。標準板材厚さは、たとえば２．１ｍｍまたは１．６ｍｍである。外側板材および内側板材の有利な厚さは、１．２ｍｍ乃至２．６ｍｍの範囲内であり、特に有利には１．４ｍｍ乃至２．１ｍｍである。有利な一実施形態では、外側板材および内側板材の厚さは最大２．６ｍｍ、特に有利には最大２．１ｍｍである。というのも、かかる厚さによって所要ウェッジ角が小さくなるという利点が奏されるからである。

他の有利な一実施形態では、ウィンドシールドの各単板材のうち少なくとも１つの厚さは比較的小さい。このことは軽量化の他に、ゴースト像を補償するために必要なウェッジ角がさらに小さくなるという利点も奏する。というのも、反射性の表面が相互により近接するからである。このことによって、１次像とゴースト像との相互間のオフセットが小さくなり、より小さいウェッジ角で両像を合同にすることができる。

有利には、内側板材は１．２ｍｍ未満の厚さを有する。外側板材は有利には内側板材より厚い。このことによって、材料厚さがより薄くなるにもかかわらず、ウィンドシールドの十分な安定性を達成することができる。内側板材の厚さは、特に有利には０．３ｍｍ乃至１．１ｍｍ、全く特に有利には０．５ｍｍ乃至０．９ｍｍであり、特に０．６ｍｍ乃至０．８ｍｍである。

外側板材は、複層ガラスの従来の分野における厚さを有することができ、特に２．１ｍｍ乃至３．０ｍｍの範囲内、たとえば２．１ｍｍまたは２．６ｍｍの厚さを有することができる。特に有利な一実施形態では、外側板材も比較的薄い板材であり、２．１ｍｍ未満の厚さを有する。かかる厚さによって、上掲の利点が強化される。

外側板材の厚さは、有利には１．２ｍｍ乃至２．０ｍｍであり、特に有利には１．４ｍｍ乃至１．８ｍｍであり、全く特に有利には１．５ｍｍ乃至１．７ｍｍである。かかる厚さによって、複層ガラスは、車両グレージング部材として使用されるのに十分に安定的となる。比較的厚い外側板材と比較的薄い内側板材との非対称的な組合せは、投石耐性および破壊耐性の向上に有効であることが判明している。

外側板材および内側板材は、非強化板材とすることができる。これに代えて、薄い内側板材を化学強化板材とすることもできる。この化学強化処理では、イオン交換によってガラスの表面の領域の化学組成が変化する。特に、比較的厚い外側板材は非強化板材であり、比較的薄い内側板材は化学強化板材である。

内側板材および外側板材は、有利にはガラスから成り、特に有利には石灰ソーダガラスから成り、これはウィンドウガラス用に有利であることが判明している。これらの板材は他種のガラスから成ること、たとえばホウケイ酸ガラスまたはアルミノケイ酸塩ガラスから成ることもできる。基本的に、これらに代えて板材をプラスチックから、特にポリカーボネートまたはＰＭＭＡから作製することも可能である。

有利には、外側板材は石灰ソーダガラスを含有し、内側板材は石灰ソーダガラスまたはアルミノケイ酸塩ガラスを含有する。特に有利には、外側板材は非強化石灰ソーダガラスから成り、内側板材も同様に非強化石灰ソーダガラスから成るか、または、化学強化アルミノケイ酸塩ガラスから成る。アルミノケイ酸塩は、石灰ソーダガラスより効果的に化学強化することができる。

外側板材、内側板材および熱可塑性の中間層は、クリアかつ無色とすることができ、また、色味付きまたは有色とすることもできる。有利な一実施形態では、特に複層ガラスがウィンドシールドである場合、複層ガラスの総透過率は７０％超である。「総透過率」との用語は、ＥＣＥ規則４３、付録３、§９．１により定められた、自動車ガラス板の光透過率の検査方法を基準とする。

垂直方向曲率の他、ウィンドシールドは水平方向曲率によっても特徴付けられる。しかし、この水平方向曲率がゴースト像問題に及ぼす影響はそれほど重要ではないため、この水平方向曲率は本発明の本質ではない。この水平方向曲率は、当業者に通常であるところにより選択することができる。たとえば、ウィンドシールドがバス用、列車用またはトラクタ用のガラス板として使用される場合、基本的には、ウィンドシールドを平坦とする（すなわち、無限の垂直方向曲率半径および水平方向曲率半径を有する）ことができる。

中間層は有利には、０．２ｍｍ乃至２ｍｍの最小厚さを有し、特に有利には０．３ｍｍ乃至１ｍｍの最小厚さ、全く特に有利には０．５ｍｍ乃至０．９ｍｍの最小厚さを有する。「最小厚さ」とは、中間層の最も薄い位置における厚さをいう。これより薄い中間層を有する複層ガラスの安定性は過度に小さくて、かかる複層ガラスを車両ガラス板として使用できないことが多い。熱可塑性のフィルム、特にＰＶＢフィルムは、標準厚さ０．７６ｍｍで販売される。かかるフィルムの延伸によって、有利には本発明のウェッジ角を導入することができる。本発明のウェッジ角は非常に小さいので、複層ガラスの安定性に問題が生じるほどには、フィルムは局所的に薄くならない。

中間層は、有利には、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、または、これらの混合物もしくはコポリマーもしくは誘導体を少なくとも含み、特に有利にはＰＶＢを含む。有利な一実施形態では、中間層はＰＶＢフィルムから構成されている。

中間層は１つのフィルムによって構成することができ、または、１つより多くのフィルムによって構成することもできる。後者の場合には、これら複数のフィルムのうち少なくとも１つは、上述のウェッジ角を有するように構成しなければならない。中間層は、騒音減衰作用を有するいわゆる音響フィルムから構成することもできる。かかるフィルムは、典型的には少なくとも３層から成り、その中間の層は、たとえば可塑剤の割合が高いことにより、当該中間の層を挟む外側の層より高い塑性または弾性を有する。かかる騒音減衰性の多層フィルムを使用することは、有利には、音響的快適性の改善に役立つ。このことは、特に、外側板材および／または内側板材が薄い厚さで形成されているため、騒音をあまり良好に遮蔽できない場合に有利である。

本発明のウィンドシールドは機能性コーティングを、たとえばＩＲ反射コーティング、ＩＲ吸収コーティング、ＵＶ反射コーティング、ＵＶ吸収コーティング、着色コーティング、低放射率コーティング、加熱可能なコーティング、アンテナ機能を有するコーティング、飛散防止コーティング、または、電磁波を遮蔽するためのコーティングを備えることができる。かかる機能性コーティングは、外側板材もしくは内側板材の表面上に配置することができ、または、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成る、中間層内のインレイフィルム上に配置することもできる。

本発明はさらに、ＨＵＤ用の投影システムの製造方法も包含しており、当該投影システムは特に上記の構成となっており、当該投影システムは、
・熱可塑性の中間層を介して互いに結合された外側板材および内側板材を有する車両ウィンドシールドであって、上部エッジと下部エッジとＨＵＤ領域とを有し、上部エッジと下部エッジとの間の垂直方向の延在線における熱可塑性の中間層の厚さは、少なくともＨＵＤ領域において、０．３ｍｒａｄ以下のウェッジ角で変化する、車両ウィンドシールドと、
・ＨＵＤ領域に向けられている、虚像を生成する少なくとも５ｍの投影距離のプロジェクタと、
を備えている。

本発明に係る上記方法は、
（ａ）ウィンドシールドのＨＵＤ領域を求めるステップと、
（ｂ）ＨＵＤ領域における垂直方向曲率半径が少なくとも６ｍとなる、当該垂直方向曲率半径のプロファイルを作成するステップと、
（ｃ）ウェッジ角と、求められた垂直方向曲率半径とを有する、ウィンドシールドを製造するステップと、
（ｄ）ウィンドシールドとプロジェクタとを相対的に配置することにより、投影システムが得られるステップと、
を少なくとも有する。

本方法の格別な利点は、投影システムの設計時にウィンドシールドの曲率プロファイルが考慮されることである。上記にて複層ガラスについて説明した有利な実施形態は、本発明に係る方法にも同様に当てはまる。

板材の厚さおよび組付位置は、典型的にはＨＵＤの設計時には既に決定している。これを基礎として、ゴースト像を最適に最小化するように、理論的にウェッジ角を求めることもできる。ウェッジ角推移は、当業者に通常のシミュレーションによって求められる。さらに、ウィンドシールドとプロジェクタとの間の相対的配置も決定しなければならない。曲率プロファイルはゴースト像にも影響を及ぼし得るので、この時点でウェッジ角の調整が必要となり得る。ウェッジ角および曲率プロファイルを有する板材幾何形態の最終的な決定は、ゴースト問題が最小になるまで反復的に行うことができる。これまで述べてきたステップは、典型的には設計段階において、典型的には車両のＣＡＤデータに基づいて行われる。最終的な板材幾何形態が決定した後、板材を製造することができる。

熱可塑性の中間層は、少なくとも１つのフィルムとして準備される。有利な一実施形態ではこれは、（出発状態において）厚さが実質的に一定の従来の熱可塑性フィルム、特にＰＶＢフィルムである。本発明のウェッジ角で変化する厚さは、有利にはフィルムの延伸によって、すなわち、適切な引張による機械的な力作用によって導入される。本発明の小さいウェッジ角は、押出成形によるウェッジフィルムの製造よりも格段に低コストである延伸によって、達成することができる。これに代えて、ウェッジ形の押出ノズルを用いた押出成形によって、熱可塑性の中間層を製造することもできる。

外側板材および内側板材は、貼り合わせの前に、求められた曲率プロファイルに従って曲げ処理を施される。有利には、外側板材と内側板材とを共に（すなわち、同時かつ同一の工具によって）合同で曲げる。というのもこのことによって、両板材の形状が後で行われる貼り合わせのために最適に互いに適合するからである。ガラス曲げ処理のための典型的な温度は、たとえば５００℃乃至７００℃である。

内側板材に化学強化処理を施す場合には、熱応力を回避するため、板材を曲げた後に、有利には０．０５℃／ｓ乃至０．５℃／ｓの冷却速度で４００℃の温度に冷却するまで、有利には緩慢に冷却させる。その後にさらに、たとえばより速い冷却速度で冷却させることもできる。というのも、４００℃を下回ると熱応力が発生するおそれが小さくなるからである。化学強化は有利には、３００℃乃至６００℃の温度で、特に有利には４００℃乃至５００℃の温度で行われる。その際には、溶融塩を用いてこの板材を処理し、たとえば溶融塩に浸漬させる。この処理中には、特にガラスのナトリウムイオンが、より大きなイオン、特により大きなアルカリイオンと交代して、所望の表面圧力応力が生じる。溶融塩は有利には、カリウム塩の溶融物、特に有利には硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）または硫酸カリウム（ＫＳＯ_４）の溶融物、全く特に有利には硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の溶融物である。この処理の期間にかかる通常の時間は、２時間乃至４８時間である。溶融塩の処理後、板材を室温まで冷却させる。次に、有利には硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を用いて、板材を洗浄する。

貼り合わせによる複層ガラスの製造は、当業者に自明である通常の手法を用いて、たとえばオートクレーブ法、真空袋法、真空リング法、カレンダー法、真空ラミネータ、またはこれらの組合せによって行われる。このとき、外側板材と内側板材との結合は、通常は熱、真空および／または圧力の作用下で行われる。

次に、典型的にはウィンドシールドおよびプロジェクタを車体に組み付けることにより、ウィンドシールドとプロジェクタとを互いに相対的に配置する。このようにして、本発明に係る投影システムが得られる。

本発明に係る投影システムは有利には、車両においてヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として使用され、特に有利には自動車において、全く特に有利には乗用自動車において使用される。

本発明はさらに、投影距離が少なくとも５ｍであるヘッドアップディスプレイ用の投影システムにおける、垂直方向延在線における厚さが０．３ｍｒａｄ以下のウェッジ角で変化する熱可塑性の中間層を介して互いに結合された外側板材および内側板材を有する車両ウィンドシールドの使用も包含しており、当該車両ウィンドシールドは、垂直方向曲率半径が少なくとも６ｍである領域を有し、当該ウィンドシールドのＨＵＤ領域は、垂直方向曲率半径が少なくとも６ｍである上述の領域の完全に内側に配置されている。

以下、図面と実施例とを参照して本発明を詳細に説明する。本図面は概略図であり、実寸の比率通りではない。また、本図面は本発明を何ら限定するものでもない。

本発明に係る投影システムのウィンドシールドの平面図である。 本発明に係る投影システムの断面図である。 本発明に係る方法の一実施形態のフローチャートである。

図１は、本発明に係る投影システムのウィンドシールド１の平面図である。ウィンドシールド１は、上部エッジＯ、下部エッジＵ、および、これらを接続する２つの側部エッジを有する。組付状態では、上部エッジＯは車両ルーフに向かって上向きであり（ルーフエッジ）、下部エッジＵはエンジンルームに向かって下向きである（エンジンエッジ）。ウィンドシールド１は、組付状態においてＨＵＤプロジェクタによって照射され得るＨＵＤ領域Ｂを有し、動作中にこのＨＵＤ領域Ｂは照射される。

図２は、本発明に係る投影システムの断面図であり、この投影システムは、図１のウィンドシールド１とＨＵＤプロジェクタ５とを備えている。ウィンドシールド１は、切断線Ａ‐Ａ’を通って切断されている。ウィンドシールド１は外側板材２と内側板材３とから成り、これらは熱可塑性の中間層４を介して互いに結合されている。ウィンドシールド１は車内スペースを外部周辺から分離し、外側板材２は組付状態では外部周辺側に位置し、内側板材３は車内スペース側に位置する。水平線に対する組付角度βは、たとえば６５°である。

外側板材２および内側板材３は、たとえば非強化石灰ソーダガラスから成る。たとえば、外側板材２は２．１ｍｍの厚さを有し、内側板材３は１．６ｍｍの厚さを有する。これらの板材は、ウィンドシールドに慣用されているものである。中間層４の厚さは、下部エッジＵから上部エッジＯに向かう垂直方向の延在線において、両表面間において実質的に一定のウェッジ角αで定常的に厚くなっていく。中間層４は、ＰＶＢ製の単一のフィルムから構成されている。中間層４の厚さはたとえば、上部エッジＯでは１．０ｍｍであり、下部エッジＵではたとえば０．７６ｍｍである。中間層４をこのようにウェッジ形とすることにより、外側板材２および内側板材３の、中間層４とは反対側の両表面におけるプロジェクタ像の反射によって生成された両像が、互いに重なり合う。このようにして、妨害となるゴースト像の出現が僅かになる。

プロジェクタ５はこのＨＵＤ領域Ｂに向けられる。この領域において、プロジェクタ５によって画像を生成する必要がある。プロジェクタ像は、ウィンドシールド１によって観察者６（車両運転者）の方向に反射される。これによって虚像７が生じ、これは、車両内に居る観察者６から見てウィンドシールド１後方において当該観察者６によって知覚される。観察者６と虚像７との間の距離は「投影距離ｄ」と称される。ウィンドシールド１と虚像７との距離は「像距離ｗ」と称される。

本発明に係るこの投影システムは、投影距離ｄがたとえば１０ｍと大きいことを特長とする、いわゆるコンタクトアナログＨＵＤまたは拡張現実ＨＵＤである。これは、周辺を光学表示に取り込むことによって、たとえば、選択すべき車線をナビゲーション指示として、観察者６に対して見かけ上は路面上に直接投影できるようにするものである。コンタクトアナログＨＵＤが古典的なＨＵＤと相違する点は、投影距離ｄが大きい他、ＨＵＤ領域Ｂがより大きいことであり、その面積はたとえばウィンドシールド１の面積の９％である。

虚像を知覚するために観察者６の眼が存在しなければならない領域は、「アイボックス窓」と称される。このアイボックス窓は、異なる身長および着座位置の観察者６に合わせてＨＵＤを調整できるようにするため、プロジェクタ５内のミラーによって垂直方向に移動可能となっている。アイボックス窓を移動できる、到達可能な全領域は、「アイボックスＥ」と称される。

ウィンドシールド１はＨＵＤ領域Ｂ内において、少なくとも６ｍの垂直方向曲率半径Ｒ、たとえば８ｍ乃至９ｍの範囲内の垂直方向曲率半径Ｒを有する。本願発明者は、投影距離ｄを大きくし、かつ、ＨＵＤ領域Ｂにおける曲率半径Ｒを大きくすることによって、ゴースト像を回避するために必要なウェッジ角αは非常に僅かのみとなるとの認識を得た。ここで、ウェッジ角αはたとえば０．２７ｍｒａｄである。このように小さいウェッジ角αは、たとえば０．７６ｍｍの実質的に一定の厚さを有する従来のＰＶＢフィルムにおいて延伸によって達成することができる。これにより、ウィンドシールド１の製造は、押出成形を用いて作製されたウェッジフィルムを使用するより格段に簡素化して低コストになる。

たとえば、投影距離ｄをさらに大きくすることにより、もしくは、外側板材２および／または内側板材３用により薄いガラスを使用することにより、ウェッジ角αをさらに小さくすることができる。代替的な一実施形態では、外側板材２および内側板材３は薄板ガラスから構成されており、たとえば、外側板材２については１．６ｍｍの厚さを、内側板材３については０．７ｍｍの厚さを有する。

図３は、本発明に係るヘッドアップディスプレイ用投影システムの製造方法の一実施例のフローチャートである。車両の設計データ（ＣＡＤ）から、外側板材２の厚さ、内側板材３の厚さ、中間層４の厚さ、および、ウィンドシールド１とプロジェクタ５との相対的配置が求められる。この相対的配置から、入射角の他、照射されるないしは照射可能な領域に相当する、ウィンドシールド１のＨＵＤ領域Ｂも求められる。ＨＵＤ領域Ｂが求められると、板材の曲率プロファイルが特定される。本発明ではこのとき、ＨＵＤ領域Ｂにおいて許されるのは、少なくとも６ｍの垂直方向曲率半径Ｒのみである。板材のその他の部分の垂直方向曲率半径Ｒ、および水平方向曲率半径は、自由に選択することができ、通常は車両製造者によって予め定まる（車両設計）。ここで、理論的に予測されるゴースト像を計算し、１次像とゴースト像とが重なり合うように中間層４のウェッジ角αを決定する。このようにしてウィンドシールド１の形態が決定され、垂直方向曲率半径Ｒの求められた値とウェッジ角αとを用いて、当業者に通常の手法によってウィンドシールド１を作製する。本発明の小さいウェッジ角αは、特に有利には標準フィルムの延伸によって達成することができる。次に、ウィンドシールド１とプロジェクタ５とを互いに相対的に配置することにより、投影システムが得られる。この相対的配置は、典型的にはウィンドシールド１およびプロジェクタ５を車体に組み付けることによって行われる。

実施例
以下の表は、シミュレーションの結果を示したものである。外側板材２および内側板材３の異なる厚さごと、異なる投影距離ｄごと、および、ＨＵＤ領域Ｂにおける異なる最小垂直方向曲率半径Ｒごとに、ゴースト像を回避するために必要なウェッジ角αを求めた。ウィンドシールド１とプロジェクタ５との相対的配置は、全ての実施例において一定であると仮定した。

本発明の最初の１２行の実施例（本発明の曲率半径Ｒと本発明の投影距離ｄとを用いた）では、本発明の０．３ｍｒａｄ未満のウェッジ角αが得られた。コンタクトアナログＨＵＤにおいてウィンドシールド１の曲率半径を適切に調整することによって、ウェッジ角αをこのように小さくできることは、当業者にとって想定外であり、驚くべきことであった。

最後の４行は、投影距離を５ｍ未満に短くした比較例を示している。これらの比較例では、ウェッジ角は０．３ｍｒａｄ超になった。

（１）ウィンドシールド
（２）外側板材
（３）内側板材
（４）熱可塑性の中間層
（５）プロジェクタ
（６）観察者／車両運転者
（７）虚像
（Ｏ）ウィンドシールド１の上部エッジ
（Ｕ）ウィンドシールド１の下部エッジ
（Ｂ）ウィンドシールド１のＨＵＤ領域
α 中間層４のウェッジ角
β 水平線に対する１の組付角度
Ｒ ウィンドシールド１の垂直方向曲率半径
ｄ 投影距離／６と７との距離
ｗ 像距離／１と７との距離
（Ｅ）アイボックス
Ａ‐Ａ’ 垂直方向切断線

Claims (15)

1. ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の投影システムにおいて、
   熱可塑性の中間層（４）を介して互いに結合された外側板材（２）および内側板材（３）を有する車両ウィンドシールド（１）であって、上部エッジ（Ｏ）と下部エッジ（Ｕ）とＨＵＤ領域（Ｂ）とを有し、前記上部エッジ（Ｏ）と前記下部エッジ（Ｕ）との間の垂直方向の延在線における前記熱可塑性の中間層（４）の厚さは、少なくとも前記ＨＵＤ領域（Ｂ）においてウェッジ角（α）で変化し、当該車両ウィンドシールド（１）の組付角度は５５°乃至７５°の範囲内であり、前記外側板材（２）および前記内側板材（３）の各厚さは最大５ｍｍである、車両ウィンドシールド（１）と、
   観察者（６）が知覚可能な虚像（７）を生成する、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）に向けられた少なくとも５ｍの投影距離（ｄ）のプロジェクタ（５）と、
   を少なくとも備えており、
   前記ウィンドシールド（１）は、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において少なくとも６ｍの垂直方向曲率半径（Ｒ）を有し、
   最大ウェッジ角（α）は、０．３ｍｒａｄ以下である、
   投影システム。
2. 前記最大ウェッジ角（α）は、０．２ｍｒａｄ以下、有利には０．１５ｍｒａｄ以下、特に有利には０．１ｍｒａｄ以下である、
   請求項１に記載の投影システム。
3. 前記中間層（４）は、少なくとも１つの熱可塑性フィルムによって構成されており、当該熱可塑性フィルムには、延伸によって前記ウェッジ角（α）が形成されている、
   請求項１または２に記載の投影システム。
4. 前記垂直方向曲率半径（Ｒ）は、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において６ｍ乃至１０ｍである、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の投影システム。
5. 前記垂直方向曲率半径（Ｒ）は、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において少なくとも７ｍ、有利には７ｍ乃至９ｍである、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の投影システム。
6. 前記外側板材（２）および前記内側板材（３）は、最大２．６ｍｍの厚さを有し、有利には最大２．１ｍｍの厚さを有する、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の投影システム。
7. 前記内側板材（３）は、１．２ｍｍ未満の厚さを有し、かつ、前記外側板材（２）は、２．１ｍｍ未満の厚さを有し、
   前記内側板材（３）の厚さは、有利には０．３ｍｍ乃至１．１ｍｍであり、有利には０．５ｍｍ乃至０．９ｍｍであり、特に有利には０．６ｍｍ乃至０．８ｍｍであり、
   前記外側板材（２）の厚さは、有利には１．２ｍｍ乃至２．０ｍｍであり、特に有利には１．４ｍｍ乃至１．８ｍｍである、
   請求項６に記載の投影システム。
8. 前記内側板材（３）は、化学強化板材である、
   請求項７に記載の投影システム。
9. 前記中間層（４）の最小厚さは、０．２ｍｍ乃至２ｍｍであり、有利には０．３ｍｍ乃至１ｍｍであり、特に有利には０．５ｍｍ乃至０．９ｍｍである、
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の投影システム。
10. 前記中間層（４）は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、または、これらの混合物もしくはコポリマーもしくは誘導体を少なくとも含む、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の投影システム。
11. 前記外側板材（２）は、石灰ソーダガラスを含み、
    前記内側板材（３）は、石灰ソーダガラスまたはアルミノケイ酸塩ガラスを含む、
    請求項１から１０までのいずれか１項に記載の投影システム。
12. 前記中間層（４）は、騒音減衰性の多層フィルムとして構成されている、
    請求項１から１１までのいずれか１項に記載の投影システム。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の投影システムの製造方法において、
    前記投影システムは、
    熱可塑性の中間層（４）を介して互いに結合された外側板材（２）および内側板材（３）を有する車両ウィンドシールド（１）であって、上部エッジ（Ｏ）と下部エッジ（Ｕ）とＨＵＤ領域（Ｂ）とを有し、前記上部エッジ（Ｏ）と前記下部エッジ（Ｕ）との間の垂直方向の延在線における前記熱可塑性の中間層（４）の厚さは、少なくとも前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において、０．３ｍｒａｄ以下のウェッジ角（α）で変化する、車両ウィンドシールド（１）と、
    前記ＨＵＤ領域（Ｂ）に向けられている、虚像（７）を生成する少なくとも５ｍの投影距離（ｄ）のプロジェクタ（５）と、
    を備えており、
    前記製造方法は、
    （ａ）前記ウィンドシールド（１）の前記ＨＵＤ領域（Ｂ）を特定するステップと、
    （ｂ）前記ＨＵＤ領域（Ｂ）における前記垂直方向曲率半径（Ｒ）が少なくとも６ｍとなる、当該垂直方向曲率半径（Ｒ）のプロファイルを作成するステップと、
    （ｃ）前記ウェッジ角（α）と、特定された前記垂直方向曲率半径（Ｒ）とを有する、前記ウィンドシールド（１）を製造するステップと、
    （ｄ）前記ウィンドシールド（１）と前記プロジェクタ（５）とを相対的に配置することにより、前記投影システムが得られるステップと、
    を少なくとも有する製造方法。
14. 前記ウェッジ角（α）は、一定の厚さの熱可塑性フィルムに延伸によって導入される、
    請求項１３に記載の製造方法。
15. 投影距離（ｄ）が少なくとも５ｍであるヘッドアップディスプレイ用の投影システムにおける、垂直方向の延在線における厚さが０．３ｍｒａｄ以下のウェッジ角（α）で変化する熱可塑性の中間層（４）を介して互いに結合された外側板材（２）および内側板材（３）を有する車両ウィンドシールド（１）の使用であって、
    前記車両ウィンドシールド（１）は、垂直方向曲率半径（Ｒ）が少なくとも６ｍである領域を有し、
    前記ウィンドシールド（１）のＨＵＤ領域（Ｂ）は、前記垂直方向曲率半径（Ｒ）が少なくとも６ｍである前記領域の完全に内側に配置されている、車両ウィンドシールド（１）の使用。

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