KR0135743B1 - 수송체용 헤드-업 디스플레이 시스템과 자동차의 투명체 제조방법 - Google Patents

Abstract

헤드-업 디스플레이 시스템(head-up display system)용 방풍창(windshield)은 그 전체를 통해 또는 선택된 영역에서 서로 평행하지 않은 한쌍의 마주하는 주 표면들을 가지고 있다. 방풍창의 평행하지 않은 영역을 향해 지향되는 광선은 방풍창의 외측 및 내측의 주 표면들로부터 반사되고, 대응 광선 또는 중첩된 광선으로서 관측자의 눈을 향하여 지향되며, 이로 인해 헤드-업 디스플레이 시스템에 의해 투사된 영상이 방풍창을 통해 비추어질 때 고스트 영상(ghost images)이 제거된다.

Description

수송체용 헤드-업 디스플레이 시스템과 자동차의 투명체 제조방법

제1도는 수송체용 헤드-업 디스플레이의 개략도.

제2도는 종래기술에 따른 방풍창을 이용하는 헤드-업 디스플레이를 예시한 제1도의 부분확대 단면도.

제3도는 본 발명의 특징을 갖는 방풍창을 이용하는 헤드-업 디스플레이를 예시한 제1도의 부분확대 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 다른 실시예의 분해 단면도.

제5도 및 제6도는 본 발명에 따른 다른 실시예의 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 헤드-업 디스플레이 시스템12, 130, 230, 330, 430 : 방풍창

14 : 영상원16 : 투사 어셈블리

132, 134, 232, 234, 332, 334, 432, 434 : 유리층

136, 236, 336, 436 : 중간층137, 139 : 내측 주표면

138, 140, 238, 240 : 외측 주표면

본 발명은 헤드-업 디스플레이 시스템(head-up display system)용의 방풍창(windshield)에 관한 것으로 특히, 헤드-업 디스플레이 시스템의 콤바이너(combiner)로서 작용하며, 방풍창 영역중의 어떠한 선택된 부분, 특히, 헤드-업 디스플레이의 시야영역에 대하여 이중 결상이 제거되게 하는 웨지형(wedged) 구성을 가진 자동차 방풍창에 관한 것이다.

헤드-업 디스플레이 시스템이란 운전자에게 정보를 디스플레이함과 동시에 운전자가 디스플레이 주변 및 그 디스플레이를 통해 차량 외부의 도로 및 물체를 볼 수 있도록 하는 가시 디스플레이 장치(visual display arrangement)를 말한다. 헤드-업 디스플레이 시스템은 흔히 비행기 조종실에 설치되어 조종사가 비행정보를 모니터할 수 있도록 해준다. 최근에 이들 시스템은 승용차, 트럭 등과 같은 육상 운송체에서도 사용되어 왔다. 디스플레이는 헤드-업 디스플레이 시스템이 갖추어져 있지 않은 수송체에서 운전자가 운전정보를 보려고 수송체 운전중에 통상 행하는 바와 같이 수송체 전방의 시계영역으로 부터 눈을 돌려 수송체 계기판을 힐끗 내려다보지 않도록 배치되는 것이 일반적이다.

일반적으로 헤드-업 디스플레이 시스템은 디스플레이 투사 시스템, 콜리메이터(collimator) 및 콤바이너를 포함한다. 투사 시스템은 일반적으로 투사된 광선을 정렬시키는 콜리메이터를 통해서 운전 정보를 투사하는 광원을 포함한다. 그후, 시준된 광은 콤바이너로 부터 반사되어, 수송체 운전자의 시계내에 비추어진다. 이러한 방식으로 중요한 수송체정보, 예로서, 연료정보 및 수송체속도가 방풍창을 통해 운전자 시계 내에 디스플레이되고 따라서 운전자는 자기 수송체 외부의 도로와 다른 차량에 시선을 안전하게 고정시킬 수 있게 됨과 동시에 디스플레이된 영상을 볼 수 있게 된다. 반사된 디스플레이 영상은 수송체 직전방의 위치로부터 광학적으로 무한히 먼 위치까지의 어느 위치에서도 촛점을 맺을 수도 있다.

적층형 방풍창은 리(Lee)의 미국 특허 제2,264,044호에 개시된 바와 같이, 헤드-업 디스플레이 시스템에서 1차 디스플레이 영상을 반사시키기 위해 콤바이너로서 사용되었다. 그러나 2차 영상은 방풍창의 외면으로부터 반사되는 것으로 되어 있다. 이러한 2차 영상은 1차 영상에 중첩(superimpose)하되 편위(offset)되어 전체 영상의 명료도를 떨어뜨린다.

따라서 헤드-업 디스플레이 영역을 통해 비추어질 때 이중결상을 발생하지 않고, 헤드-업 디스플레이 시스템과 관련되지 않은 윈도우의 다른 부분을 통하는 시계(view)를 왜곡시키지 않고, 방풍창에 부가적인 구성요소를 구성하지 않고도, 그 기능을 콤바이너로서 수행하고 명료한 디스플레이 영상을 제공하는 헤드-업 디스플레이 시스템용의 방풍창을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

버크만(Buckman)의 미국 특허 제1,871,877호에는 방풍창 또는 계기판(dashboard)에 장착되는 유리판이 운전자에게 계기정보를 반사시키는 디스플레이 시스템이 개시되어 있다.

리(Lee)의 미국 특허 제2,264,044호에는 조명된 속도계 디스플레이가 운송체 방풍창의 내면으로부터 반사되는 자동차 운송체(motor vehicle)가 개시되어 있다.

미하라키스(Mihalakis)의 미국 특허 제2,641,152호에는 계기 정보가 수송체 방풍창의 내면사의 반사 스크린으로부터 반사되는 수송체 투사장치가 개시되어 있다. 반사 표면은 광택을 때며, 금속, 유리 또는 플라스틱일 수 있다.

그로스(Gross)의 미국 특허 제2,750,833호에는 시준된 광빔을 극화시켜 두 줄기 광선으로 분리시키고, 이들중 한 줄기 광선을 제거함으로써, 비행기의 사격 조준기에 사용되는 바와 같은 반사기 형태의 조준기에서 생기는 이중 결상을 제거하는 광학 디스플레이 시스템이 개시되어 있다.

샤유(Shaw) 2세의 미국 특허 제3,276,813호에는 수송체 방풍창의 내면상에 고 반사 피막을 사용하여 수송체 운전자에게 계기정보를 반사시키는 자동차 디스플레이 시스템이 개시되어 있다.

아벨(Abel)의 미국 특허 제3,446,916호에는 비행기 창의 일부분을 이용하되, 이 부분의 내면을 반사 필름으로 일부 피복한 결상 콤바이너가 개시되어 있다.

하베이(Harvey) 등의 미국 특허 제3,554,722호, 제3,591,261호 및 제3,647,285호에는 두께가 균일하지 않은 부유 유리를 이용하는 경우에 생기는 바람직하지 못한 줄무늬 패턴을 제거하는 이중 광택 유리창이 개시되어 있다. 상기 창 구조는 한쌍의 이격된 부유 유리판을 포함하는데, 이들중 하나 또는 모두는 두꺼운 에지로부터 반대쪽의 얇은 에지로 테이퍼링되어 있다. 이들 유리판이 둘다 테이퍼링되는 경우, 이들 유리판은 한 유리판의 두꺼운 에지가 반대쪽 유리판의 얇은 에지부와 이격되도록 위치하게 된다.

존슨(Johnson)의 미국 특허 제3,697,154호에는 광학적 시청시스템이 개시되어 있는데 이 시스템에서 음극선관(CRT) 스크린에 결상된 영상은 대체로 회전구체 표면을 가지는 굴곡된 거울로부터 평행하지 않는 두개의 쌍곡면을 가지는 부분 반사 콤바이너로 반사되며, 상기 콤바이너는 관측자의 정상적인 시선에 배치되어 시준된 CRT 영상이 콤바이너와 가까운 표면으로부터 관측자의 시선으로 반사되도록 하며, 이러한 콤바이너는 외부에서 입사되는 광을 투과시켜서 CRT 디스플레이가 실세계와의 시차없이 중첩되는 헤드-업 디스플레이를 제공하는데 적합하다.

헤지스(Hedges)의 미국 특허 제3,870,405호에는 회전 촛점포물면이 되는 내측 및 외측 표면을 가지는 헬멧 장착형 조준기내에 광학 소자를 사용하는 바이저(visor)가 개시되어 있다.

맬로비키(Malobicky) 2세 등의 미국 특허 제3,899,241호에는 비행기에 채용되고 전방시계 영역 중앙부분의 내면상에 제공된 투명한 반사 피막으로 영상 수상 영역을 형성하는 방풍창이 개시되어 있다. 수송체 정보는 반사 피막으로부터 수송체 운전자에게 반사된다.

위드링톤(Withrington)의 미국 특허 제3,940,204호 및 위드링톤 등의 미국 특허 제4,218,111호에는 홀로 그래픽 렌즈를 사용하는 광학 디스플레이 시스템이 개시되어 있다.

프리맨(Freeman)의 미국 특허 제4,261,635호에는 수송체 방풍창의 내면에 배치된 홀로그래픽 콤바이너를 포함하는 헤드-업 디스플레이 시스템이 개시되어 있다. 홀로그램은 관측자의 눈 위치와 투사광학수단 사이의 축에 대해 실질적으로 직각을 이루되 그 축을 따른 중도 위치에 배치되므로써, 투사광학수단에 의해 생성된 영상으로부터의 광이 최소한의 시계 조작만으로도 관측자 눈에 들어 오게 된다.

스위트(Swift)의 미국 특허 제4,398,799호에는 외부광경 및 투사된 디스플레이를 반사시켜 그 외부광경과 이에 중첩된 디스플레이를 조종사의 헬맷에 장착된 거울로부터 반사시키고 그 반사된 장면을 조종사의 헬맷에 장착된 카메라로 기록함으로써 조종사의 모습을 동시에 기록하는 헤드-업 디스플레이 시스템이 개시되어 있다.

하트만(Hartman)의 미국 특허 제4,613,200호에는 두개의 평행한 홀로그래픽 광학 소자를 사용하여 계기 정보를 수송체 운전자에게 반사시키는 헤드-업 디스플레이 시스템이 개시되어 있다. 상기 광학소자 중 한개는 수송체 방풍창의 일부로 구성하거나, 그 방풍창에 부착된다.

이이노(Iino)등의 미국 특허 제4,711,544호에는 계기정보를 수송체의 전방유리로부터 반사시켜서 영상 디스플레이가 운전자의 전방시야를 가리지 않고서도 운전자의 시선과 일렬의 소정위치에 결상될 수 있도록 한 수송체용 디스플레이 시스템이 개시되어 있다.

스즈키(Suzuki) 등의 미국 특허 제4,781,711호 및 유럽 특허 제229,076호엔 자동차의 방풍창 유리용의 반사 광학 시스템을 이용하여 방풍창 유리의 내측 표면상에 디스플레이 영상을 투사하는 수송체상의 헤드-업 디스플레이 장치가 개시되어 있으며, 디스플레이 수단의 디스플레이 영상의 가상 영상을 방풍창 유리에 맺히게 하는 광학 시스템은 방풍창 유리로 입입하는 가상 영상의 광 빔에 의해 생성된 각도를 일안(monocular) 영상 분해능보다 적게하는데 적합하며, 가상 영상의 광빔의 시차를 교정하는 광학수단은 광학 시스템과 방풍창 유리 사이에서 이중 결상 및 쌍안(binocular) 시차를 제거하도록 제공되어 있다.

크리스텐센(Christensen)의 국방 관련 출원 제T861,037호에는 적층 방풍창에서 사용하기 위한 테이퍼형 또는 웨지형 비닐 중간층이 개시되어 있으며, 이 중간층은 방풍창의 하단에서 보다 방풍창의 상단에서 보다 두꺼워서 방풍창의 곡면과 설치 각도에 의해 발생되는 이중 결상이 제거된다.

본 발명에 의하면, 적층형 방풍창을 디스플레이 시스템에서 콤바이너로서 사용할 때 생기는 이중 결상의 정도를 줄이는 헤드-업 디스플레이 시스템용 방풍창이 제공된다. 이 방풍창은 방풍창 어셈블리 위에 또는 그 내부에 어떤 요소나 구성소자를 부가하지 않고서도 헤드-업 디스플레이 시스템의 콤바이너로서 작용한다. 본 발명의 방풍창은 그 방풍창의 선택된 마주하는 외측 주표면들이 서로에 대하여 마주하는 외측 주표면들과 평행하지 않게 배향됨으로써 디스플레이 발생원으로부터 투사되어 방풍창의 제1주 표면으로부터 반사되는 영상이 방풍창의 상기 제1주 표면과 반대쪽의 주 표면으로부터 반사되는 디스플레이 발생원으로부터 생성된 동일한 영상과 실질적으로 중첩 또는 평행하게 구성된다.

본 발명의 실시예에 있어서 방풍창은 열가소성 중간층 물질의 시이트에 의해 서로 부착되는 한쌍의 유리 층을 포함한다. 이 방풍창은 한쪽의 에지로부터 다른쪽의 에지로 두께가 테이퍼링된 외측의 대향하는 주 표면들을 가지고 있다. 이것은 하나 또는 두개의 층 및 또는 중간층 물질의 시이트의 두께를 한쪽의 에지로부터 다른쪽의 에지로 테이퍼지게 함으로써 성취될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서 방풍창은 선택된 영역을 가지며 이러한 선택된 영역은 서로에 대하여 평행하지 않은 방풍창의 외측 주 표면들과 나머지 영역에서 서로에 대하여 대체로 평행한 방풍창의 외측 주 표면들을 가진다. 이러한 방식에 의하면, 외측 표면들이 서로에 대하여 평행하지 않은 영역에서 이중 결상의 정도가 줄어들며, 나머지 영역에서의 광학 왜곡은 외측 표면들이 서로 평행하기 때문에 개선된다. 이것은 하나 또는 두개의 층 및 또는 중간층 물질의 시이트의 두께를 부분적으로 테이퍼지게 하므로써 상기 층들 및 시이트가 서로 결합되었을 때, 선택된 영역에서의 방풍창의 외측 주 표면들이 그외 다른 영역에서 서로에 대하여 대체로 평행한 방풍창의 외측 주 표면들의 나머지 영역과 서로에 대하여 평행하지 않게 된다.

웨지 또는 테이퍼 부분을 가지고 있는 중간층은 중간층을 원하는 형상으로 주조하거나 또는 원하는 두께의 단면을 압출시키거나 또는 중간층을 원하는 형태로 차등 연신시킴으로써 만들어질 수 있다. 테이퍼 부분을 가지는 유리층과 중간층을 조립하고 적층시켜 단일 구조체를 형성할 때, 그 적층제의 마주하는 주 표면들은 테이퍼 부분의 영역에서 평행하지 않으며 테이퍼 부분의 부근에서 사전설정된 각도로 편위된다. 사용시 방풍창은 디스플레이 방생원으로부터의 광선에 의해 방풍창 또는 적층체의 평행하진 않은 양쪽의 주 표면들로부터 반사되어 생성된 영상들이 실질적으로 서로 중첩되거나 또는 서로에 대해 평행하도록 디스플레이 시스템에 대하여 배치되므로 이중 결상은 제거되지 않을 지라도 감소되며, 방풍창의 나머지 부분은 서로에 대하여 실질적으로 평행한 외측의 주 표면들을 가지므로 방풍창의 나머지 영역을 통하여 비추어진 물체의 광학적 왜곡이 제거되거나 또는 최소화된다.

본 발명은 또한 유리판과 중간층 판재를 결합시켜서 제1사전설정된 영역에서 평행하고 제2사전설정된 영역에서 평행하지 않은 외측 표면을 가지는 방풍창을 제공함으로써 본 발명에 따른 방풍창을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 자동차 방풍창을 콤바이너로서 사용하는 헤드-업 디스플레이 시스템에서 이중 영상을 제거하는 것에 관한 것이지만, 본 발명은 이중 결상이 제거된 적층 구조가 구비된 모든 유형의 콤바이너에서도 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.

제1도를 참조하면, 헤드-업 디스플레이 시스템(10)은 자동차 방풍찬창(12), 영상원(14) 및 투사 어셈블리(16)를 갖는다. 투사 어셈블리(16)는 자동차 계기판(18)의 상부면 바로 아래에 장착되고 영상원(14)과 방풍창(12)사이에 위치되는 것이 바람직하다. 광선은 영상원(14)으로 부터 방사되고, 이하 기술된 바와 같이 콤바이너로서 동작하는 방풍창에 투사되어, 수송체 운전자 또는 관측자(20)의 시계로 반사된다. 방풍창(12)상에 투사된 광선은 수송체의 전방, 바람직하게는 방풍창(12)으로부터 약 10 내지 50 피이트(3m 내지 15m)에서 허상(virtual image)이 생성되도록 시준된다.

본 발명에서 한정하는 것은 아니지만, 영상원(14)은 투광성 액정 디스플레이(ED)인 것이 바람직하며, 이는 정보를 가진 광선이 투사 어셈블리(16)를 통해 수송체 운전자의 직시선내에 위치하는 방풍창(12)에 투사되도록 적절하게 조명되어, 운전자 또는 관측자(20)가 디스플레이를 모니터링하면서 수송체의 외부 도로 및 물체의 주변을 관측할 수 있도록 한다. 따라서, 교번적으로 바라보는 위치에 따라 수송체 방풍창용 헤드-업 디스플레이가 효율적으로 제공될 수도 있다. 디스플레이된 영상(도시되지 않음)은 수송체 속도, 연료량, 엔진 RPM, 온도 및 경고 표시와 같은 수치 또는 그래픽 표시를 포함할 수 있다.

이하, 방풍창 전방의 유한 거리에서 영상을 투사하는 헤드-업 디스플레이 시스템에서 종래기술에 따른 방풍창을 콤바이너로서 사용하는 것에 관해 기술될 것이다. 특히 제2도에 있어서, 방풍창(30)은 방풍창의 대향하는 내측 및 외측 주 표면들이 방풍창의 전체 길이, 즉 상측 에지에서 반대편 에지까지 그리고 측면 에지들간에 평행한 방풍창 어셈블리를 나타낸다. 방풍창(30)은 중간층 물질(36)에 의해 내측 유리층(34)에 접착된 유리층(32)을 포함한다. 중간층(36)의 두께는 매우 균일하고 각 유리층의 양쪽 주표면들은 서로에 대해 실질적으로 평행하므로 즉, 유리층(32)의 내측표면(37)은 외측 표면(38)에 평행하고 유리층(34)의 내측표면(39)은 외측표면(40)에 평행하므로, 유리층(32 및 34)과 중간층(36)을 적층하여 단일 구조체가 형성된 후 유리층(32)의 외측 주표면(38)은 유리층(34)의 외측 주표면(40)에 평행하게 된다. 본 발명으로 한정하는 것은 아니지만, 설명 목적을 위해 표면(38 및 40)은 평편한 것으로 가정한다. 그러나 이들 기술된 바와 같이 평평하지 않을 수도 있다.

제2도를 계속 참조하면, 영상원(14)으로부터의 광선(A)은 선(42)을 따라 지향되며, 그 광선의 일부는 유리층(34)의 표면(40)으로부터 반사되어 선(44)을 따라 수송체 운전자(20)의 눈(46)으로 제공된다. 영상원(14)으로부터의 여러 다른 광선들은 부가적인 선을 따라 지향된다. 예를들어, 광선(B)은 선(48)을 따라 지향되고, 표면(40)으로부터 선(50)을 따라 반사되어 수송체 운전자(20)로 제공된다. 그러나, 선(50)을 따라 진행하는 광선(B)은 제2도에 도시된 바와 같이 관측자의 눈(46)으로 지향되지 않으므로, 관측자(20)는 이 광선(B)을 검출하지 못할 것이다.

선(48)을 따라 지향되는 광선(B)의 일부는 방풍창 어셈블리(30)내에 진입하여 선(52)을 따라 굴절될 것이다. 선(48)과 선(52)간의 각도차는 광선이 공기를 통해 유리층(34)내로 진행할 때의 굴절각에 좌우된다. 굴절각은 부분적으로 광선(B)이 표면(40)에 입사하는 각도와 공기 및 유리의 상대밀도에 좌우된다. 광선(B)은 방풍창 어셈블리(30)를 통과하는데 그 광선(B)의 일부는 유리층(32)의 표면(38)으로부터 선(54)을 따라 반사된다. 광선이 선(52 및 54)을 따라 방풍창 어셈블리(30)를 통과할 때 왜곡을 일으키지 않도록 중간층(36)의 굴절률은 유리층(32 및 34)의 굴절률과 본질적으로 동일한 것으로 가정한다.

광선(B)의 일부는 유리층(34)의 표면(40)으로부터 방풍창 어셈블리(30)을 벗어나는데, 여기서 광의 방향은 전술한 바와 같이 방풍창 어셈블리(30)와 공기간의 굴절률 차로 인해 다시 변경되어 선(56)을 따라 눈(46)을 향해 지향된다. 광선(A) 및 광선(B)은 영상원(14)으로부터 눈(46)을 향해 평행하게 진행되는 것이 아니라 운전자(20)의 눈을 향해 집중되는 두개의 상이한 선, 즉 선(44 및 56)을 따라 진행하므로, 관측자(20)는 실제로 영상원(14)이 한개에 불과한데도 두개의 편위된 영상을 보게 될 것이다. 제1영상 또는 허상(58)은 광의 부분으로부터 선(44)을 따라 지향되어 관측자(20)에 의해 인식되는 영상이다. 제2영상(60)은 광의 부분으로부터 선(56)을 따라 지향되어 관측자(20)에 의해 인식되는 영상이다.

이들 두 영상 모두를 관측해 볼 때, 허상(58)은 제2영상(60)에 비해 더 밝게 보이는데, 그 이유는 선(48)을 따라 최초로 지향되고 선(56)을 따라 관측자(20)에 최종적으로 지향되는 광선의 양에 비해서 선(42)을 따라 최초로 지향되고 선(44)을 따라 지향되는 광선의 양이 더 많기 때문이다. 두개의 편위된 영상을 관측하는 이러한 상태는 흔히 이중 결상 또는 고스트 결상(ghost imaging)으로 일컬러지는데, 이것은 방풍창 어셈블리의 외측 표면들, 즉 방풍창 어셈블리(30)의 표면(38)과 표면(40)이 서로 평행한 경우에 발생된다. 다른 방안으로 설명하면, 이중 결상은 영상원(14)으로부터 평행한 표면(38 및 40)으로 투사되는 광선(A 및 B)이 운전자(20)의 눈(46)을 향해 평행하지 않은 선들, 즉 서로를 향해 집중되는 선(44 및 56)을 따라 관찰자의 눈을 향해 지향되는 경우에 발생된다.

따라서, 방풍창 어셈블리(30)의 이중 결상의 크기를 감소시키기 위해, 본 발명은 표면(38 및 40)의 이격 관계를 서로 상대적으로 조절하여 방풍창 구조를 변형시킴으로써, 관측자의 눈으로 지향되는 광선(A 및 B)이 서로 중첩 또는 대응되도록 한다. 본 발명에서 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 제3도를 참조하면, 방풍창(130)은 내층 물질 예를 들어, 열가소성 물질(136)에 의해 유리층(132 및 134)의 내측 주표면(137 및 139)을 따라 내측 유리층(134)에 접착되는 외측 유리층(132)를 포함한다. 중간층(136)은 제3도에 도시된 바와 같이 상측 에지에서 더 두꺼운 부분을 갖도록 방풍창의 상측부로부터 하측부로 두께가 점차 테이퍼링되도록 제조된다. 이하 상세하게 설명되는 본 발명의 또다른 실시예에 있어서 중간층은 선택된 부분에 대해 테이퍼링된(tapered) 두께를 가질 수 있고, 다른 부분에 대해서는 일정 두께를 가져, 테이퍼링된 두께를 갖는 중간층 부분을 갖는 영역에서는 서로 평행하지 않은 방풍창의 외측 주표면을 갖고, 일정 두께의 중간층 부분을 갖는 영역에서는 서로 평행한 방풍창의 외측 주표면을 가진 방풍창이 제공될 수 있다.

이같은 중간층의 웨지형상으로 인해, 방풍창 구성요소들을 조립하여 적층시켰을 때, 유리층(132)의 외측 주표면(138)과 유리층(134)의 외측 주표면(140)은 평행하지 않을 수 있다. 방풍창(130)의 유리층(132 및 134)의 오프셋(offset)의 크기를 서로 조절하면, 제2도에 도시된 방풍창을 콤바이너로서 사용하는 경우 야기되는 이중 결상은 이하 기술되는 방식으로 감소됨이 밝혀졌다. 이중 결상을 감소시키는데 필요한 실제 웨지각(X)은 부분적으로 방풍창 두께와 방풍창 재료와 영상원(14), 방풍창(130) 및 수송체 운전자(20)의 상대 위치 및 방향에 의존한다. 본 발명으로 한정하는 것은 아니지만, 중간층(136)은 원하는 웨지각(X)을 제공하기 위해 소정의 위치에 주조될 수 있다. 대안으로서 중간층(136)은 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용되는 톨리버(Tolliver)의 미국 특허 제4,201,351호 및 샤벨(Chabel)의 미국 특허 제4,554,713호에 개시된 바와 같이 본 기술에 알려진 어떤 편리한 방식으로 차등 연신될 수 있다.

제3도를 계속 참조하면, 웨지 또는 테이퍼 즉, 비평행 외측표면을 가진 방풍창을 사용하여 이중 결상 또는 고스트 결상의 제거 또는 최소화에 대해 기술될 것이다. 영상원(14)으로부터의 광선(A)은 선(142)을 따라 지향되고 표면(140)으로부터 선(144)을 따라 관측자의 눈(46)을 향해 반사된다. 또한, 제2도에 도시된 선행기술 장치의 선(50)을 따라 표면(40)으로부터 반사되는 광선(B)의 일부에 관해 기술된 바와 같이 선(148)을 따라 지향되는 광선(B')의 선(150)을 따라 표면(140)으로부터 반사되어, 관측자(20)가 그 광선을 인식할 수 없게 된다. 광선(B')의 나머지 부분은 유리층(132 및 134)과 중간층(136)을 통해 선(152)을 따라 전술한 바와 유사한 방식으로 굴절되고, 어셈블러(130)을 벗어날 때 관측자의 눈(46)을 향해 굴절된다. 그러나, 광선(B)로부터의 선(56)이 광선(A)으로부터의 선(44)과 서로 다르게 지향되는 제2도의 방풍창 어셈블러(30)와 달리, 제3도에 도시된 바와 같이 본 발명에 있어서, 웨지각(X)은 광선(B')으로부터의 굴절된 광이 선(144)을 따라 어셈블리(130)를 벗어나도록 즉, 유리층(134)의 표면(140)으로부터 반사되고 또한 선(144)을 따라 이동하는 광선(A')으로부터의 광에 평행하거나 혹은 그 위에 중첩되도록 한다. 따라서, 광선(A' 및 B')으로부터 발생되어 관측자(20)에 의해 인식되는 영상은 단일 영상(158)으로 관측되도록 서로 중첩 또는 평행하게 된다.

방풍창 어셈블리에서 유리층(132 및 134)의 표면(138 및 140)은 평평한 형상 대신 만곡된 형상을 종종 더 취한다. 콤바이너로서 사용되는 작은 영역내의 방풍창 어셈블리(130)에서 상대적 곡률은 비교적 작아, 방풍창(130)의 콤바이너 부분에 해당하는 영역은 거의 평평하게 된다. 또한, 콤바이너 영역에 속하는 방풍창의 과잉 곡률로 인해 필요하다면, 예를 들어, 방풍창 표면의 곡률이 고려될 수 있도록(제1도에만 도시된)투사 어셈블리(16)(도시되지 않음)에 부가적인 렌즈 장치를 합체함으로써 영상원(20)으로부터의 영상이 변형될 수 있다.

본 발명의 하나의 특정 실시예에 있어서, 방풍창(130)은 0.090인치(2.3mm) 두께의 유리층 및 두개의 폴리비닐부티릴 중간층을 갖는다. 각 중간층의 초기 두께는 0.020인치(0.5mm)로, 이 각각의 중간층은 36인치(91cm)의 중간층 폭에 걸쳐 약 0.003인치(0.076mm)의 테이퍼를 갖도록 차등 연신된다. 따라서, 이들 중간층은(제3도에 도시된 바와 같이) 방풍창(130)에 합체되었을 때 상측에지로부터 하측에지까지 그의 조합된 두께차는 약 0.006인치(0.152mm)가 된다. 제1도를 참조하면, 방풍창(12)과 영상원(14)간의 압사각(Z)은 약 65°로 유지하면서, 수평으로부터 약 30°의 설치 각도(Y)로 수송체에 장착되는 본 발명의 구조를 가진 방풍창은 비웨지형 구성의 종래 방풍창에 비해 헤드-업 디스플레이 시스템에서 이중 결상의 정도가 크게 감소되는 것으로 관측되었다.

제3도에 도시된 본 발명의 방풍창 구성(130)은 본 발명의 개시에 기초하여 마주하는 평행 주표면 및 테이퍼링된 중간층을 제각기 갖는 두개의 유리판을 포함하고 있지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 제3도에 도시된 것과 유사한 웨지형 방풍창 구성을 제공하는데 다른 방풍창 구성을 사용할 수도 있음을 이해할 것이다. 특히, 제4도를 참조하면, 유리판(232 및 234)중 하나 또는 모두에 테이퍼가 제공되어 비연신 중간층(236)을 사용함으로써 어셈블리(230)가 단일의 구조체로 형성되도록 적층되면, 어셈블리(230)의 양쪽 표면(238 및 240)은 서로 비평행하게 배향되어 이중 결상이 제거될 수 있게 된다. 또한, 하나 또는 그 이상의 테이퍼링된 중간층을 하나 또는 그 이상의 테이퍼링된 유리 시이트와 조합함으로써 최종 적층된 어셈블리가 이중 결상의 감소에 필요한 구성의 방풍창 구조로 제공될 수도 있다. 한편, 본 발명은 유리층을 중간층 둘레에 부착시킨 후, 방풍창의 외측 표면이 평행하지 않아도, 관측자의 눈 방향으로 지향되는 광선(A' 및 B')의 일부가 제3도에 도시된 바와 같이 선(144)을 따라 서로 평행하거나 혹은 중첩되도록 유리층 및 테이퍼가 구비되거나 구비되지 않는 유리층의 시이트를 제공하는 것에 관한 것이다.

부분적인 웨지의 사용은 방풍창의 헤드-업 디스플레이 영역내의 웨지영역을 이용하여 이중 결상의 문제를 해결하고, 에지형 유리를 통해 물체를 보는 것과 관련된 광학적 왜곡을 최소화하는데 바람직한 것으로 고려되었다. 특히, 설치된 방풍창의 하부 또는 그 가까이에서 경사진 또는 웨지된 영역과 함께, 적층 유리의 비경사진 또는 비웨지된 영역, 즉 설치된 방풍창의 상부에 대해 서로 실질적으로 평행한 적층 방풍창의 외측 표면을 사용함으로써 방풍창의 광학성이 개선됨에 유의하여야 한다. 특히, 방풍창의 상측 영역을 통해 45°각도로 교통 신호등과 같은 대상물을 보는 수송체 운전자는 경사지거나 웨지된 방풍창에 비해 비경사진 또는 비웨지된 방풍창을 통해 보이는 대상물의 이중 영상을 덜 보게 된다. 그러나 방풍창의 하부를 통해 90°각도로 헤드-업 디스플레이와 같은 대상물을 보는 수송체 운전자는 전술한 이유 때문에 이중 영상을 보게 될 것이다. 따라서, 제5도 및 제6도에 도시된 방풍창 유형과 같은 부분적인 웨지 영역을 갖는 방풍창은 제3도에 도시된 바와 같이 방풍창의 상측 에지로부터 반대편 또는 하측 에지의 테이퍼 및 웨지를 갖는 유형의 방풍창에 비해 훨씬 유리할 것이다.

제5도 및 제6도에 관련한 이하의 설명에 있어서, 제5도 및 제6도에 제각기 도시된 바와 같이, 방풍창(330 및 430)의 좌측은 수송체에 설치된 바와 같이 방풍창의 상단부이고, 제5도 제6도에 도시된 우측은 설치된 바와 같이 방풍창의 반대, 즉 하단부이다. 제5도를 참조하면, 방풍창(330)은 중간층(336)을 서로 부착하는 유리층(332 및 334)을 갖는다. 방풍창(330)은 중앙영역(337)에서 유리층(334)의 외측표면(340)에 평행하지 않은 유리층(332)의 외측표면(338)과, 상측 영역(342) 및 하측영역(344)에서 서로 평행한 각각의 유리층(332 및 334)의 외측표면(338 및 340)을 제공하므로써 부분적인 웨지를 가진다. 이것은 방풍창의 상측에지로부터 하측에지까지의 유리층의 길이 및 일측면으로부터 타측면(제5도 및 제6도에 하나의 측면만이 도시됨)까지의 폭을 통해 일정한 두께를 갖는 유리층(332 및 334)과 방풍창(330)의 각 상측 및 하측 영역(342 및 344)에 일정한 두께를 가진 중간층(336)의 부분과 중앙영역(337)에 경사진 두께를 가진 중간층의 부분을 제공함으로써 얻어질 수 있다.

제5도에 도시된 유형의 방풍창은 다음과 같이 구성될 수 있다. 이러한 방풍창(330)은 0.090인치(2.3mm) 두께의 한쌍의 유리층(332 및 334)을 포함한다. 이들 유리층은 제각기 대략 45인치(114.3cm)의 길이를 갖는다. 폴리비닐부티랄로 이루어진 시이트(336)는 차등 연신되어 유리층들 사이에 맞추어지도록 절단된다. 폴리비닐부티랄 시이트(336)는 (상측영역(342)으로부터) 25인치(63.5cm)의 거리에 이르는 상측에지로부터 0.034인치(0.086cm)의 일정 두께를 가지며, 중간층(336)에 의해 형성되는 테이퍼 부분은 방풍창의 상측 에지로부터 25인치(63.5cm) 이격된 소정의 지점에서 0.034인치(0.086cm)의 두께를 갖고 방풍창 상측에지의 상단부로부터 37인치(94cm) 이격된 위치(중간영역(337))에서 0.030인치(0.076cm)의 두께를 갖는다.

제6도는 방풍창의 부분적인 웨지 부분에 관한 본 발명의 또다른 실시예가 도시되어 있다. 제6도에 도시된 방풍창(430)은 중간층(436)은 외측 표면(438 및 440)이 서로 평행하지 않은 외측 표면(438 및 440)을 갖고, 상측영역(439)은 서로 평행한 방풍창의 외측 표면(438 및 440)을 갖는 방풍창이 제공되도록 유리층 및 중간층의 두께가 선택된다. 제6도에 있어서 이러한 구성은 일정한 두께의 유리층들(432 및 434)과 상측부에서 일정한 두께를 갖게 하고 하측부에서 테이퍼를 갖는 중간층 물질의 시이트를 사용함으로써 형성될 수 있다.

제6도에 도시된 형태의 방풍창은 다음과 같이 구성된다. 방풍창(430)은 0.090인치(2.3mm) 두께의 한쌍의 유리층(432 및 434)을 포함한다. 이들 유리층은 제각기 45인치(114.3cm)의 길이를 갖는다. 폴리비닐부티랄로 이루어진 시이트(436)는 차등 연신되어 유리층들 사이에 맞추어지도록 절단된다. 시이트(436)는 (상측영역(439)으로부터) 25인치(63.5cm)의 길이에 이르는 상측 에지로부터 0.038인치(0.097cm)의 일정한 두께를 가지며, 상측 에지로부터 25인치(63.5cm) 이격된 지점에서 0.038인치(0.097cm) 두께 및 하측에지(하측영역(437))에서 0.030인치(0.076cm)의 두께를 갖는 테이퍼로 이루어진다.

제1도를 참조하면, 방풍창(330)의 중간부분(337) 또는 방풍창(430)의 하측영역(437)과 영상원(147)간의 입사각 Z이 대략 65°로 유지하면서 설치각 Y은 대략 30°로 수송체에 장착된 제5도 및 제6도에 도시된 전술한 구성의 방풍창은 웨지 구성을 갖지 않는 선행 기술의 방풍창에 비해 헤드-업 디스플레이 시스템에서 이중 결상량을 현저하게 줄이면서도 방풍창(330)의 상측 및 하측영역(342 및 344)과 방풍창(430)의 상측영역(439)에서 종래 기술의 방풍창과 같은 광학 특성을 유지하는 것으로 관측되었다.

제5도 및 제6도에 도시된 형태의 방풍창 구성에 있어서, 테이퍼링되지 않은 부분, 예를 들어 제5도에 도시된 방풍창(330)의 영역(342 및 344)과 제6도에 도시된 방풍창(430)의 영역(448)은 방풍창의 외측 표면들이 이들 부분에서 평행하기 때문에 광학적 왜곡이 최저로 된다.

이해하듯이, 방풍창(330 및 430)의 부분적인 웨지 형상은 소정의 통상적인 방식으로 구현될 수 있다. 예를들어 하나 또는 그 이상의 유리층은 가변 두께를 가질 수 있고 그리고 또는 중간층은 방풍창(330)의 영역(337) 및 방풍창(430)의 영역(437)과 같은 웨지 부분에서 가변 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 실행 요건은 유리층과 중간층을 이용하여 방풍창을 조립할 때, 방풍창의 선택된 영역들이 서로에 대하여 평행하지 않은 외측에지를 가지면서 그외의 다른 영역들은 평행한 외측 표면을 갖는 것이다. 본 명세서에서 사용되고 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 평행한 외측 표면이란 용어를 그 표면이 서로 완벽하게 평행하도록 요구하지 않고, 종래 기술의 방풍창에서 통상적으로 관측되는 정도의 평행선을 갖는다. 또한, 본 발명은 좌우로 테이퍼링된 영역을 갖는 방풍창을 기술하였지만, 관측자의 정면에 있는 영역만이 부분적인 웨지를 가지며 방풍창의 나머지 영역은 평행한 외측표면을 가질 수 있음을 이해할 것이다.

상술한 설명으로부터 본 발명은 중간층 시이트중 선택된 부분을 테이퍼링(tapering)하고, 단편(piece)의 테이퍼링된 중간층을 일정두께의 중간층 시이트위에 제공하고, 일정 두께의 유리층에 단편의 테이퍼진 유리를 부착함으로써 테이퍼링된 선택된 부분을 갖는 유리층을 제공하고 그리고 또는 그 유리의 선택된 부분을 예를 들어 연마 및 마모 시키는 것과 같이 유리를 깍아냄으로써 실시될 수 있음을 이해할 것이다.

또한 본 발명은 미국 특허 제4,792,536호에 개시된 바와 같은 기술에서 공지된 형태의 채색(colored) 유리를 이용하여 실시될 수 있고 예를 들어 미국 특허 제4,610,771호에 개시된 형태의 외부가 피복된 방풍창에서 실시될 수 있고, 예를 들어 미국 특허 제4,820,902호에 개시된 형태의 가열가능한 방풍창에서 실시될 수 있고, 또는 예를 들어 미국 특허 제3,899,241호에 개시된 형태의 피막과 같이, 영상을 개선하기 위해 외측 표면이 평행하지 않은 방풍창의 영역내에서 적어도 유리층의 소정의 표면상에 코팅해서 사용될 수 있으며, 이들 문헌은 본 명세서에서 참조로 인용된다.

본 명세서에 도시되고 기술된 본 발명의 형태는 예시적인 바람직한 실시예 및 여러가지 변경을 보여주고 있다. 특허 청구범위에 정의된 바와 같이, 본 발명은 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 변경이 일어날 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (26)

1. 제1주 표면과 대향하는 제2주 표면과, 상기 대향하는 주 표면들이 서로 실질적으로 평행한 제1사전설정된 영역과, 상기 대향하는 주표면들이 서로 평행하지 않은 제2사전설정된 영역을 갖는 물품.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1사전설정된 영역은 제1부분 및 제2부분을 포함하며, 상기 제2사전설정된 영역은 상기 제1사전설정된 영역의 상기 제1부분과 제2부분 사이에 위치하는 물품.
3. 제1항에 있어서, 상기 물품은 자동차의 투명체(an automotive transparency)로서 규정되며, 상기 투명한 기재는 서로 결합하여 적층체를 형성하는 한 쌍의 투명한 층들을 포함하는 물품.
4. 제2항에 있어서, 상기 물품은 자동차의 투명체로서 정의되며, 상기 투명한 기재는 서로 결합하여 적층체를 형성하는 한쌍의 투명한 층들을 포함하는 물품.
5. 제3항에 있어서, 상기 한쌍의 층들은 중간층 물질에 의해 서로 부착되어, 상기 적층체를 형성하는 제1유리 층 및 제2유리 층을 포함하는 물품.
6. 제5항에 있어서, 상기 한쌍의 시이트들은 일정한 두께를 가지며, 상기 중간층은 상기 제1사전설정된 영역내에서 일정한 두께를 가지며, 상기 제2사전설정된 영역내에서 상이한 두께를 갖는 물품.
7. 제5항에 있어서, 상기 층들중의 적어도 하나의 층은 상기 제1사전설정된 영역에서 일정한 두께를 가지며, 상기 제2사전설정된 영역에서 상이한 두께를 갖는 물품.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2사전설정된 영역은 상기 제1사전설정된 영역에 의해 거의 전체적으로 경계(bound)되어 있는 물품.
9. 제5항에 있어서, 상기 층들은 유리 시이트이며, 상기 중간층은 사전설정된 두께를 가지는 플라스틱 물질의 시이트로 구성되어, 상기 유리 시이트와 상기 중간층이 서로 결합될 때, 그 결과의 자동차 투명체가 상기 제1 및 제2의 사전설정된 영역을 갖게 되는 물품.
10. 제5항에 있어서, 상기 제2사전설정된 영역내의 상기 유리층들중 하나는 상기 제2사전설정된 영역이 상기 제1사전설정된 영역내 상기 유리층의 두께보다 적은 두께를 갖도록 하기 위해 제거된 유리를 갖는 물품.
11. 제5항에 있어서, 상기 제2사전설정된 영역내 상기 유리층들중 하나는 상기 제2사전설정된 영역이 상기 제1사전설정된 영역보다 큰 두께를 갖도록 하기 위해 부가된 투명 조각을 가지는 물품.
12. 제3항에 있어서, 제1 및 제2광선을 갖는 원하는 디스플레이를 투사하는 수단과 상기 자동차 투명체 및 상기 투사 수단을 서로에 대해 장착하여 상기 제1 및 제2광선을 상기 제2사전설정된 영역으로 지향시키는 수단을 포함하는 헤드-업 디스플레이 시스템에서 조합하여 사용되는 물품.
13. 제12항에 있어서, 상기 유리층들은 채색 유리로 구성된 물품.
14. 제12항에 있어서, 상기 유리층들은 적어도 하나의 표면이 피복되어 있는 유리 시이트인 물품.
15. 제4항에 있어서, 상기 한쌍의 층들은 중간층 물질에 의해 서로 부착되어 상기 적층체를 형성하는 제1유리층 및 제2유리층을 포함하는 물품.
16. 제15항에 있어서, 상기 한쌍의 시이트는 일정한 두께를 가지며, 상기 중간층은 상기 제1사전설정된 영역에서 일정한 두께를 가지며, 상기 제2사전설정된 영역에서 상이한 두께를 가지는 물품.
17. 제15항에 있어서, 상기 제2사전설정된 영역은 상기 제1사전설정된 영역에 의해 완전히 둘러싸여지는 물품.
18. 제15항에 있어서, 상기 층들중 적어도 하나는 상기 제1사전설정된 영역에서 일정한 두께를 가지며, 상기 제2사전설정된 영역에서 상이한 두께를 가지는 물품.
19. 제15항에 있어서, 상기 층들은 유리 시이트이며, 중간층은 사전설정된 두께를 가지는 플라스틱 물질의 시이트로 구성되어, 상기 유리 시이트들과 상기 중간층이 서로 결합될 때, 그 결과를 자동차 투명체는 상기 제1사전설정된 영역 및 상기 제2사전설정된 영역의 상기 제1 및 제2부분을 가지는 물품.
20. 제15항에 있어서, 상기 제1사전설정된 영역의 상기 제1 및 제2부분의 두께는 서로 상이한 물품.
21. 제15항에 있어서, 상기 제2사전설정된 영역내 상기 유리층들중 하나는 상기 제2사전설정된 영역이 상기 제1사전설정된 영역의 상기 제1부분의 상기 층의 두께와 동일하거나 혹은 그보다 작은 두께를 갖고 상기 제1사전설정된 영역의 상기 제2부분의 상기 층의 두께와 동일하거나 혹은 그보다 큰 두께를 갖도록 하기 위해 제거된 유리를 가지는 물품.
22. 제15항에 있어서, 상기 제2사전설정된 영역내의 상기 유리층들중 하나는 상기 제2사전설정된 영역이 상기 제1사전 결정된 영역과 동일하거나 혹은 그보다 두꺼운 두께를 갖도록 하기 위해 부가된 투명한 조각을 가지는 물품.
23. 제4항에 있어서, 제1 및 제2광선을 갖는 원하는 디스플레이를 투사하는 수단과 상기 자동차 투명체 및 상기 투사 수단을 서로에 대해 장착하여, 상기 제1 및 제2광선을 상기 제2사전설정된 영역으로 지향시키는 수단을 포함하는 헤드-업 디스플레이 시스템에서 조합하여 사용되는 물품.
24. 제23항에 있어서, 상기 유리층들은 채색 유리로 구성되는 물품.
25. 제23항에 있어서, 상기 유리층들은 적어도 하나의 표면이 피복되어 있는 유리 시이트인 물품.
26. 제1항에 있어서, 상기 제2사전설정된 영역 방향으로 제1광선 및 제2광선이 투사되어, 상기 물품이(1) 제1전달 경로를 따라 상기 제2사전설정된 영역의 상기 제1주표면상에 입사하는 상기 제1광선의 일부를 상기 제1주 표면으로부터 반사시키고, (2) 상기 제1전달 경로로부터 이격된 제2전달 경로를 따라 상기 제2사전설정된 영역의 상기 제1주 표면상에 입사하는 상기 제2광선의 일부를 상기 제1주 표면으로 부터 반사시키고, (3) 상기 제2광선의 일부를 상기 제1주 표면을 통해 투과시키고, 상기 투과된 제2광선의 일부를 상기 제2주 표면으로 부터 내부적으로 상기 제1주 표면을 통해 상기 제1전달 경로를 따라 반사시켜, 상기 제1 및 제2광선의 반사된 일부가 상기 제1전달 경로를 따라 서로 중첩되도록 함으로써 상기 제1전달 경로를 따라서 단일 영상이 비추어지도록 하는 물품.