KR20100094987A - 적층된 유리로 만들어진 굴곡된 차량용 앞유리 - Google Patents

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KR20100094987A
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Abstract

야간 운전 동안 적층된 유리로 만들어진 굴곡된 앞유리를 투과시 나타나며 헤드업 디스플레이에서 반사시 나타나는 간섭하는 이중 이미지들은 웨지 형상의 열가소성 중간 필름에 의해 감소될 수 있다. 이중 이미지를 보상하는데 필요한 웨지 각도 프로파일은 유리판의 형상과 배치 위치의 함수로써 국부적으로 결정된다. 차량이 헤드업 디스플레이 시스템을 가지는 경우, 웨지 각도 진행은 이중 이미지가 반사시에 방지되도록 HUD 시야 영역에서 결정될 수 있다. 그러나, HUD 시야 영역 밖에서는 투과시 나타나는 이중 이미지를 보상하는 웨지 각도 진행이 선택된다. 구체적으로 적응된 웨지 각도 프로파일은 일정한 웨지 각도를 갖는 필름에서 보상 가능한 것보다도 더 우수한 이중 이미지의 보상을 가능하게 한다.

Description

적층된 유리로 만들어진 굴곡된 차량용 앞유리{CURVED VEHICLE WINDSHIELD MADE FROM LAMINATED GLASS}
본 발명은 적어도 원하는 영역에 간섭하는 이중 이미지가 나타나는 것을 방지하거나 감소시키기 위해 서로 웨지 각도를 형성하는 외부면과 내부면을 구비하는 적층된 유리로 만들어진 굴곡된 차량용 앞유리에 관한 것이다.
차량의 운전자에게 있어 고스트 이미지라고도 언급되는 이중 이미지가 매우 성가실 수 있다. 대체로, 2가지의 서로 다른 유형의 이중 이미지, 즉 한편으로는 특정 콘트라스트 상태에서 투과시 나타나는 이중 이미지와, 헤드업 디스플레이를 사용할 때 나타나는 이중 이미지는 서로 구별된다.
굴곡된 앞유리를 거쳐 투과시 나타나는 이중 이미지는 대체로 접근하는 차량의 헤드라이트 이미지나 다른 밝은 광원으로부터 야간 운전 동안 나타난다. 이들 이미지는 입사하는 광빔의 일부분, 소위 제 2 빔이 제 1 빔에 대해 소정의 각도로 앞유리를 떠나는 경우 앞유리의 표면들에서 다수 반사하는 것으로 인해 발생한다. 제 1 빔과 제 2 빔 사이의 각도는 이중 이미지 각도라고 한다. 제 2 빔의 세기는 매우 낮으며 제 1 빔의 세기의 통상 1% 미만이므로, 제 2 빔은 어두운 환경에서 나와 포획될 수 있는 경우에만 보이는데 즉 조명이 없는 터널을 운전할 때나 야간에만 보일 수 있다.
특히 헤드업 디스플레이(HUD : headup display)에서 나타나는 이중 이미지들이 성가시다. HUD에서는, 운전자에 중요한 데이터를 포함하는 이미지가 운전자 측에 있는 계기반의 상부에 배열된 광학 디바이스에 의해 앞유리 상으로 투영된다. 이 이미지는 앞유리 상에서 운전자 쪽으로 반사되며 운전자는 차량 전방에서 나타나는 가상 이미지를 본다. 그러나, 운전자는 2개의 별개의 이미지들, 즉 앞유리의 내부면에서 반사하여 생성된 하나의 이미지와, 앞유리의 외부면에서 반사하여 생성된 소위 고스트 이미지라고 언급되는 추가적인 이미지를 본다.
투과시 관찰 가능한 이중 이미지는 소위 웨지 에러 및 굴곡된 유리판을 갖는 유리판에서 일어난다. 이전에 사용되는 유리판에 비해 앞유리의 제조에 사용되는 오늘날 플로우트 유리판은 사실상 웨지 에러가 없으므로 이중 이미지는 실질적으로 굴곡된 유리판에서만 투과시 관찰된다. 그러나, 앞유리의 형상 및 각각의 배치 기울기에 따라, 이중 이미지는 꽤 성가신 크기를 가질 수 있다.
J.P. Aclocque 著 "Doppelbilder als stoerender optischer Fehler der Windschutzscheibe [Double images as interfering optical errors in windshields] " (Z. Glastechn. Ber. 193 (1970) pp. 193-198)에 따르면, 이중 이미지 각도는 다음 수식 [1], 즉
Figure pct00001
에 따라 광빔의 입사각과 곡률 반경의 함수로서 계산될 수 있으며,
여기서, η는 이중 이미지의 각도이고, n은 유리의 굴절률이고, t는 유리판의 두께이며, Rc는 입사하는 광빔의 위치에서 유리판의 곡률 반경이며,
Figure pct00002
는 유리판에 수직한 선에 대해 광빔이 입사하는 입사각이다.
편평한 유리판에서, 이중 이미지 각도(η)는 유리면에 의해 형성된 웨지 각도(δ)에 대해 다음 수식 [2], 즉
Figure pct00003
에 따라 좌우되므로, 다음 수식 [3], 즉
Figure pct00004
에 따라 2개의 수식을 같게 설정함으로써 주어진 곡률 반경(Rc)과 주어진 입사각(
Figure pct00005
)으로 이중 이미지를 제거하는데 필요한 웨지 각도(δ)를 계산하는 것이 가능하다.
DE 19 535 053 A1과 DE 19 611 483 A1에는 적층된 유리로 만들어진 앞유리를 제조하는데 웨지 형상의 단면을 갖는 접합 필름이 사용된다는 점에서 굴곡된 유리판으로 간섭하는 이중 이미지를 감소시키는 물리적 관계를 사용하는 것이 알려져 있다. 웨지 각도의 계산은 앞유리의 평균 입사각과 평균 곡률 반경에 기초한다. 이 문헌에서 제안된 측정값을 통해, 전체 앞유리에 기초한 이중 이미지 각도의 양은 적어도 20%만큼 그리고 특히 적어도 60%만큼 감소되는 것으로 주장되었다. 접합 필름의 더 두꺼운 영역이 상부이고 앞유리의 증가하는 곡률을 갖는 더 큰 웨지 각도를 갖는 접합 필름이 사용된다.
상대적으로 간단한 굴곡을 갖는 앞유리에서 이들 알려진 방법을 사용하여, 즉 일정한 웨지 각도를 갖는 접합 필름을 사용하여 만족스러운 결과가 얻어질 수 있다. 그러나, 상부 영역이 보다 굴곡되고 그리고 측면 영역이 또한 굴곡될 수 있는 소위 파노라마 앞유리에서, 이중 이미지는 이 방법으로 적절히 감소될 수 없다. 그 결과, 적어도 복잡하게 굴곡된 유리판에서는, 운전자를 상당히 성가시게 할 수 있는 이중 이미지가 투과시 여전히 나타날 수 있다.
또한 HUD에서는 예를 들어 고스트 이미지를 감소시키기 위해 2개의 유리판 사이에 웨지 형상의 단면을 갖는 중간 필름 층을 배열하는 것이 EP 0 420 228 B1에 알려져 있다. 이에 따라 앞유리의 2개의 면들이 서로 평행하지 않고 대신 내부 유리면과 외부 유리면에서 반사된 2개의 이미지들이 서로 중첩(overlap)하고 이상적으로는 서로 완전히 커버하도록 작은 각도를 이루고 있다. 또한 여기서 최적의 웨지 각도는 앞유리의 두께, 유리의 굴절 계수, 관찰자의 위치 및 HUD 이미지원(image source)의 위치(각각의 경우에 일정한 값으로 취할 수 있음)에 좌우되는 이외에, 광빔의 입사각과 HUD 시야 영역에서 앞유리의 곡률 반경에 따라 좌우된다. 상기 특허 문헌에서 언급된 수식에 따르면, 웨지 각도는 알려진 물리 법칙에 따라 계산될 수 있다.
편평한 앞유리에는, 웨지 형상의 단면을 갖는 중간 층에 의하여 고스트 이미지들이 크게 없어질 수 있다. 그러나, 통상적으로 앞유리는 수직 방향과 수평 방향으로 굴곡되어져 있다. 물론, 굴곡된 앞유리에서는, 고스트 이미지의 영향이 수직 곡률에 의하여 이미 어느 정도 감소되어 있고, 또 추가적인 개선이 웨지 형상의 중간 층에 의해 달성된다. 그러나, 중간 층을 위해 선택된 웨지 각도는 HUD 시야 영역에 있는 하나의 점이나 하나의 라인에서 반사된 이미지만을 완전히 커버할 수 있으므로 간섭하는 이중 이미지들이 완전히 제거되지는 않는다.
에지에서 에지까지의 필름 웹의 폭에 걸쳐 연속적으로 연장하는 웨지 형상의 두께 프로파일을 갖는 중간 필름의 제조사는 이 기술적 문제를 제공하지는 않는다. 그러나, 제조된 필름 웹이 저장과 선적을 위해 롤(rolls)로 감겨질 때, 이 롤은 증가하는 원추형 형상을 가지게 되며 이는 롤의 취급과 운반에 어려움을 초래한다. 이러한 어려움을 방지하기 위해, EP 0 647 329에는 웹 폭의 적어도 20%의 폭에 걸쳐 균일한 두께 프로파일을 양 에지 상에 가지고 있고, 이어서 각각의 경우에 필름 웹의 중심으로 연장하는 웨지 형상의 두께 프로파일을 가지는 필름 웹을 제조하는 것이 알려져 있다. 중심 시야 영역에서만 웨지 형상을 갖는 이 필름 웹들은 이후 종래의 원통형 코어 상에 감겨질 수 있다. 이 웹들은 추가 처리를 위해 중심에서 분리되어 원하는 형상으로 절단되고 웹의 웨지 형상의 부분이 HUD 시야 윈도우가 배열된 앞유리의 하부 영역에 놓이도록 각각의 유리판과 결합된다.
상부의 평행한 평면과 하부의 웨지 형상의 단면을 갖는 중간 층에서, 광학적 왜곡이 전이 영역, 즉 평행한 평면과 웨지 형상의 단면 사이의 경계를 따라 완성된 적층된 유리판에서 발생한다. 이 단점을 회피하기 위하여, EP 1 063 205에는 곡선으로 두께가 감소하는 단면 프로파일을 포함하는, HUD 시야 영역을 갖는 앞유리의 제조를 위한 중간 필름이 알려져 있다. 이 알려진 중간 층은 HUD 시야 영역이 [원문대로] 위치하는 앞유리의 하부 영역에 웨지 형상의 단면을 가지고 있고, 또 앞유리의 상부 영역에는 일정한 두께를 가지고 있으나, 그 두께 변화는 급격하지 않은 대신 곡선으로 감소한다. 이에 따라, 명확히 이 전이 영역에서 발생하는 광학적 왜곡이 감소된다; 그러나, 단면 프로파일의 곡선 형상의 진행(progression)이 HUD 시야 영역 위에 놓여 있어, 이로 HUD 시야 영역 자체에서는 중간 필름이 일정한 웨지 각도를 계속 가지고 있어 고스트 이미지에 추가적인 영향을 미치지 않는다.
자동차에서 헤드업 디스플레이를 통해 운전자에 증가하는 더 많은 데이터를 이용가능하게 만드는 쪽으로 개발이 진행되고 있다. 이것은 한편으로는 디스플레이의 라인 폭이 더 작아지게 되는 것을 의미한다. 그러나, 더 작은 라인 폭에도, 실제 이미지의 라인과는 분리된 고스트 이미지의 라인이 존재하며 그 결과 이미지들이 관찰자에게 분리되어 인식되므로 이에 고스트 이미지들이 특히 성가신 것으로 나타난다. 한편, 추가적인 데이터를 위해서는 더 큰 HUD 시야 영역이 필요한데 이는 HUD 시야 영역의 상부 에지와 하부 에지에 고스트 이미지의 발생을 증가시킨다. 이런 이유들로, 고스트 이미지를 더 최소화시켜 HUD 이미지의 품질을 증가시키는 요구가 존재한다.
본 발명의 목적은 굴곡된 앞유리에서 나타나는 이중 이미지들을 보다 더 강하게 중첩시키는 것이다.
본 목적은 2개의 유리면이 광빔의 각각의 국부 입사각과 앞유리의 각각의 국부 곡률 반경에 따라 연속적으로 변하는 웨지 각도를 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따라 달성된다.
최종적으로 유리면이 이루는 웨지 각도(wedge angle)의 진행(progression)만이 이중 이미지와 그 보상을 담당하고 있으므로, 원리적으로 적층된 유리를 제조할 때에 사용되는 개별 유리판들 중 하나의 유리판 안에 또는 두 장의 유리판 안에 요구되는 웨지 각도의 진행을 포함시키는 것이 가능하다. 그러나, 본 발명은 요구되는 연속적으로 변하는 웨지 각도가 앞유리의 제조에 사용되는 열가소성 중간 필름 안에 포함되면 보다 경제적으로 실현될 수 있다.
유리판의 상대적으로 날카로운 곡선은 빈번히 유리를 영역 방향에서 스트레칭한 결과 두께가 약간 변화한 것과 연관된다. 그 결과, 연속적으로 변하는 웨지 각도를 결정할 때 각각의 유리판의 변형으로 야기된 두께 변화를 고려하는 것이 바람직하다.
예를 들어 측방향 단부 영역에서 더욱이 수평 방향으로 상대적으로 날카로운 곡선을 가지고 있고 이로 인해 이들 영역에서 투과시 나타나는 성가신 이중 이미지를 야기하는 복잡한 굴곡된 앞유리는 앞유리의 표면들이 또한 수평 방향으로 연속적으로 변하는 웨지 각도를 갖는 본 발명의 유리한 개선과는 구별된다. 그러한 앞유리에서, 복잡한 두께 프로파일을 갖는 중간 필름은 예를 들어 2개의 교차된 웨지 필름이나 심지어 중간 필름의 후속적인 표면 코팅에 의하여 얻을 수 있다.
그러나, 수직 방향과 수평 방향으로 상대적으로 날카로운 곡선을 갖는 유리판은 기하학적 구조가 복잡하므로, 빔의 경로가 더 이상 하나의 평면에 놓여있지 않고 3차원으로 놓여 있다는 것을 보상 웨지 각도들의 진행 계산시 고려하여야만 한다.
중간 필름의 웨지 각도와 최종 두께 프로파일의 요구되는 진행은 각각의 유리판 형상에 대해 개별적으로 계산되어야 한다. 유리하게는, 앞유리의 수직 중심 라인을 따라 앞유리의 형상과 배치 기울기를, 투과시 나타나는 이중 이미지를 제거하는데 요구되는 보상 웨지 각도를 계산하는 기초로 삼는다. 이 라인을 따라, 앞유리의 하부 에지로부터 시작하여, 이들 위치들에서 각각의 경우에 요구되는 보상 웨지 각도들은 전술된 수식 [3]을 사용하여 결정된다. 이들 계산은 앞유리의 상부 에지까지 계속된다. 이런 방식으로, 유리판의 전체 높이에 걸쳐 웨지 각도들의 전체 진행이 결정된다. 이렇게 결정된 웨지 각도의 진행으로부터, 각각의 유리판이 열과 압력을 사용하여 서로 접합되는 열가소성 중간 층의 두께 프로파일이 계산된다. 이 두께 프로파일은 유리판의 접합 후에 완성된 적층된 유리판으로 전사된다.
이중 이미지 각도들과 이에 대응하는 국부 보상 웨지 각도들을 계산하기 위해, 이중 이미지 각도를 계산하는 테스트 스펙 ECE R43 Annex 3에서 추천된 배열이 선택될 수 있다. 이 배열에 따라, 운전자의 머리가 하부 위치로부터 상단 위치로 수직으로 이동할 때 나타나는 이중 이미지 각도들이 결정된다. 다시 말해, 운전자의 시야 방향이 항상 수평으로 유지된다. 그러나, 바람직하게는 이중 이미지 각도가 운전자의 일정한 중심 위치{아이 포인트(eye point)}로부터 계산되어 앞유리를 통해 운전자의 시야 각도가 변하는 배열이 선택된다. 이 배열은 테스트 스펙에서 제공되는 배열보다 실무에 더 잘 대응하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따른 두께 프로파일은 필름의 압출 동안 적절히 슬롯 형성된 노즐을 사용하거나 또는 심지어 적절한 온도 프로파일로 가열된 필름을 선택적으로 스트레칭하는 것을 통해 달성될 수 있다. 그러나, 필름을 후속적으로 코팅하는 것에 의해 원하는 두께 프로파일을 생성하는 것도 가능하다. 이런 방법들은 예를 들어 압출 동안 적절히 슬롯 형성된 노즐을 사용하여 하나의 방향으로 두께 프로파일을 생성하고 또 후속적으로 필름을 적절히 스트레칭하는 것에 의해 다른 방향으로 두께 프로파일을 생성하는 것으로 결합될 수도 있다.
HUD 디바이스에서 시야 영역에 나타나는 이중 이미지를 제거하기 위하여, 앞유리는 HUD 시야 영역에서만 본 발명에 따른 웨지 프로파일을 가질 필요가 있다. 다시 말해, 앞유리의 외부면과 내부면은 HUD 시야 영역의 하부 에지로부터 HUD 시야 영역의 상부 에지까지 연속적으로 변하며 이로 HUD 시야 영역의 수직 중심 라인 상의 모든 점에서 나타나는 이중 이미지를 보상하는 웨지 각도를 수직 방향의 이 시야 영역에 갖는다.
따라서 연속적으로 변하는 웨지 각도들은 HUD 시야 영역에서 앞유리의 두께가 선형이 아니라 정확히 계산된 곡선 형상의 변화를 가지도록 한다. 이미지의 완전한 중첩(overlapping)에 요구되는 웨지 각도의 진행은 HUD 시야 영역의 높이에 걸쳐 결정될 수 있다.
수직 곡률(횡방향 곡률)과 그 배치 기울기의 결과로 투과시 나타나는 이중 이미지를 형성하는 경향이 있으며 또 HUD 시야 영역을 가지는 앞유리에서, HUD 시야 영역에서의 웨지 각도의 진행은 반사시 나타나는 이중 이미지들이 방지되도록 이후 보다 상세히 언급되는 수식을 사용하여 본 발명의 개선에 따라 계산되며, 유리판의 나머지 표면에서의 웨지 각도의 진행은 HUD 시야 영역 밖에서 투과시 나타나는 이중 이미지들이 방지되도록 J.P. Acloque의 전술된 수식을 사용하여 결정된다.
약간만 횡방향 곡률이 있는 앞유리에서 이중 이미지가 생성될 위험은 매우 약간만 있으므로, 이것은 HUD 시야 영역 밖에서 투과시 나타나는 이중 이미지를 보상하는 웨지 각도가 사실상 제로(0)라는 것을 의미한다. 그러나, HUD 시야 영역에서 요구되는 웨지 각도의 진행을 갖는 필름은 통상적으로 제조 상의 이유로 또한 이 시야 영역 밖에도 웨지 각도를 가지므로, 그 결과 이 영역에서 과보상으로 인해 웨지 각도 없는, 즉 평행한 면들을 갖는 필름에는 존재하지 않던 이중 이미지가 투과시 나타나는 일이 전개될 수 있다. 이러한 효과는 접합 필름의 적절한 성형에 의해 방지될 수 있다.
이하에서, 본 발명은 각각의 경우에 예시적인 실시예와 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
본 발명은 굴곡된 앞유리에서 나타나는 이중 이미지들을 보다 더 강력히 중첩시켜 앞유리에 나타나는 이중 이미지를 제거할 수 있는 등의 효과를 제공한다.
도 1은 투과시 이중 이미지의 생성을 초래하는 빔의 진행을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 아이 포인트(eye point)로부터 관찰되는 앞유리의 높이에 걸쳐 이중 이미지 각도들의 진행을 특정 앞유리 형상에 대해 도시하는 도면.
도 3은 앞유리의 높이에 걸쳐 계산된 보상 웨지 각도들의 진행을 도시하는 도면.
도 4는 보상 웨지 각도들에 대응하는 중간 필름의 두께 프로파일의 진행을 도시하는 도면.
도 5는 헤드업 디스플레이를 가지고 고스트 이미지의 생성을 초래하는 빔 경로를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 도 5에서와 동일한 빔 경로를 가지지만 HUD 시야 영역에서 본 발명에 따른 앞유리 형상을 갖는 도면.
도 7은 HUD 시야 영역에서 내부 유리면과 외부 유리면 사이에 본 발명에 따른 웨지 각도의 진행을 도시하는 도면.
도 8은 단지 중간 필름의 두께 프로파일을 통해서 원하는 웨지 각도 진행을 얻을 때 HUD 시야 영역에서 중간 필름의 두께 프로파일의 진행을 도시하는 도면.
도 1은 굴곡된 앞유리(1)를 통과하여 투과시 운전자의 눈(2)에 이중 이미지를 생성하는 빔 경로를 갖는 기본 빔의 진행을 도시한다. 광원(3)으로부터 나오는 제 1 광빔(P)은 유리판(1)의 2개의 면들에서 2번 굴절된 후 제 1 빔(P')으로서 운전자의 눈(2)에 들어간다. 그러나, 눈은 제 1 빔(P')의 연장선에 제 1 이미지(3')로 밝은 광원(3)이 있는 것으로 본다. 유리판(1) 내에는 제 1 빔(P)의 작은 부분이 유리 면에서 2번 반사되고 제 2 빔(S)으로서 유리판을 떠난다. 운전자의 눈(2)은 제 2 빔(S)의 연장선에 이중 이미지(3")가 있는 것을 본다. 광원(3)으로부터 나오는 제 1 빔이 유리판(1)에 도달하는 영역에서 유리판(1)은 곡률 반경(Rc)의 곡률을 갖는다. 제 1 빔(P')과 제 2 빔(S)이 이루는 각도는 소위 이중 이미지 각도(η)라고 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 웨지 각도의 진행을 결정하기 위한 계산이 개발되는 차량을 위해 설계된 특정 앞유리 모델에 대해 수행된다.
운전자의 눈에서 생성되는 이중 이미지 각도(η)는 실제 배치 각도와 평균 눈의 위치를 고려하여 전술된 수식 [1]에 따라 앞유리의 중심에서 수직 부분을 따라 계산되도록 계산이 이루어진다.
이하 테이블 1에서, 앞유리의 수직 중심 라인에 있는 점들 각각에서 이중 이미지 각도의 계산이 수행되었으며, 이 점들은 후드 에지(MK)로부터 mm 단위의 거리로 한정되었다. 이들 측정 점들에서, 이하의 값들, 즉 한편으로는 굴곡된 유리판 상의 접선에 수직한 선으로 결정되는 기울기 각도(
Figure pct00006
)와; 다른 한편으로는 유리판의 곡률 반경(Rc)의 값들이 결정된다. 이들 데이터로부터 전술된 수식 [1]을 사용하여, 먼저, 이중 이미지 각도(η)가 계산되며, 이후 수식 [3]을 사용하여 이 위치에서 이중 이미지를 보상하는데 요구되는 웨지 각도(δ)가 계산된다. 계산 수식들에서, 유리의 굴절률은 1.52로 취해지고, 앞유리의 두께(t)는 4.96mm로 취해진다. 필름의 두께는 웨지 각도를 위해 계산된 값들을 사용하여 결정된다.
[테이블 1]
Figure pct00007
종래의 표준 필름에서 앞유리의 펑크 저항(puncture resistance)을 위한 두께는 0.76mm이므로, 본 발명에 따른 중간 층에서 최소로 얇은 지점에서의 필름의 두께는 0.76mm의 값을 가진다. 이 두께는 앞유리의 상부 에지에서의 두께 1.399mm까지 연속적으로 증가한다.
이중 이미지 각도(η), 보상 웨지 각도(δ) 및 필름 두께를 위해 이렇게 계산된 값들은 대응하는 다이아그램의 형태로 도 2 내지 도 4에 제공되어 있다. 도 2는 후드 에지(MK)로부터 거리의 증가에 따라 이중 이미지 각도(η)(각도 단위는 분)의 진행을 나타내는 한편, 도 3은 마찬가지로 후드 에지(MK)로부터 거리의 증가에 따라 mrad 단위로 보상 웨지 각도(δ)의 진행을 도시한다. 그리고 마지막으로, 도 4는 각각의 유리판이 열과 압력을 사용하여 중간 필름을 가지고 서로 접합될 때 유리의 면들 사이에 요구되는 일정하게 변하는 웨지 각도를 초래하는 중간 필름의 두께 프로파일을 도시한다.
도 4에서, 실선 곡선은 테이블에 대응하는 본 발명에 따른 중간 필름의 두께 프로파일을 도시한다. 이와 대조적으로, 점선 곡선은 일정한 웨지 각도를 가지는 종래 기술에 대응하는 중간 필름의 두께 프로파일의 선형 진행을 도시한다. 본 발명에 따른 두께 프로파일은 선형 두께 프로파일과는 명확히 다르다는 것을 분명히 구별할 수 있다.
유리판을 벤딩하는 과정 동안, 즉 2차원 형상으로부터 3차원 형상으로 전이하는 동안, 벤딩의 정도에 따라, 유리판은 벤딩 영역에서 약간 팽창되며 이는 불가피하게 두께의 변화와 연관된다. 이 두께 변화는 유리판이 구형으로 굴곡된 경우에는 국부적으로 더 많은 열을 받은 영역에서 수 ㎛에 이를 수 있다. 앞유리의 형상에 따라 하나의 방향이나 다른 방향으로 웨지 각도의 진행에 영향을 미치는 이들 불가피한 두께 변화는 웨지 각도의 진행을 최종적으로 결정하는데 적절히 고려되어야 한다. 벤딩 공정 동안, 즉 2차원 형상으로부터 3차원 형상으로 전이하는 동안 일어나는 중간 필름의 최소한의 팽창이라도 웨지 각도의 진행을 결정하는데 고려되어야만 한다.
심지어 작은 기하학적 편차라도 이중 이미지에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 통상적으로는 자동차 엔지니어링의 프로토타입 단계 동안 주어진 상황에 웨지 각도 프로파일을 정확히 추가적으로 맞추는 것이 가능하다.
이전에 기술된 예시적인 실시예는 굴곡된 앞유리에서 투과시 관찰되는 이중 이미지를 제거하는 것에 관한 것이었지만, 이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여 HUD 시야 영역에서 발생하는 이중 이미지를 제거하는 것에 관한 예시적인 실시예가 기술된다.
도 5 및 도 6에서, 앞유리(11)는 내부면(12)과 외부면(13)만 도시되어 있는데, 그 이유는 여기서는 다시 이들 2개의 면들만이 반사 이미지를 형성하기 때문이다. 앞유리의 두께는 값(t)을 가진다. 광원(14)으로부터 나오는 광빔(Ri)은 입사각(θ)으로 유리판의 내부면(12)에 도달하며, 이 유리판은 이 도달 지점에서 원의 중심(16)을 가지는 곡률 반경(Rc)을 가지고 있다. 광 빔은 이 유리 면으로부터 관찰자의 눈(15)으로 광 빔(Rr)으로서 동일한 각도(θ)로 반사된다. 관찰자의 눈(15)은 앞유리(11)의 전방 밖에 가상 이미지(18)로서 광원(14)이 있는 것을 본다. 동시에, 광원(14)으로부터 나오는 광빔(Ri')은 유리판의 굴절률에 대응하는 각도로 유리판(11)을 투과하며(이는 실리케이트 유리의 굴절률과 중간 필름의 굴절률이 상당히 유사하기 때문에 적층된 유리판의 굴절률은 균일하다고 가정할 수 있기 때문이다) 내부 유리면에서 반사된 광빔(Rr')으로 다시 반사된 후 관찰자의 눈(15)에 도달한다. 관찰자의 눈(15)은 광빔(Rr')의 연장선에서 이중 이미지(17)로서 이 반사된 이미지를 본다.
도 6은 외부 유리면(13)의 각도를 웨지 각도(α0)만큼 위치(13')로 재위치시킨 것을 통해, 외부 유리면에서 반사된 광빔이 내부면(12)에서 반사된 광빔(Rv)과 일치하도록 이동되어 이중 이미지가 가상 이미지(18)와 완전히 중첩하는 것을 도시한다.
이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 웨지 각도(α0)는 입사각(θ), 이 입사 지점에서 앞유리의 국부 곡률 반경(Rc), 앞유리로부터 광원의 거리(Ri), 두께(t) 및 앞유리의 굴절률에 좌우된다. 도면에서 도시된 이하 파라미터들은 고스트 이미지와 가상 이미지의 완전한 중첩을 초래하는 최적의 웨지 각도를 계산하는 수식들에도 나타나 있다:
Rv : 관찰자와 가상 이미지 사이의 거리,
Rg : 관찰자와 고스트 이미지 사이의 거리,
θi : 제 2 빔의 입사각,
θr : 내부 유리면을 떠나는 제 2 빔의 각도,
η1 : 제 1 빔의 반사 지점에서 수직한 선과 제 2 빔이 유리판을 투과하는 지점에서 수직한 선 사이의 각도,
η2 : 제 1 빔의 반사 지점에서 수직한 선과 외부 유리면에서 제 2 빔의 반사 지점에서 수직선 사이의 각도,
η3 : 제 1 빔의 반사 지점에서 수직한 선과 제 2 빔이 내부 유리면을 떠나는 지점에서 수직한 선 사이의 각도,
Figure pct00008
i : 유리판 내에 있는 제 2 빔과 수평선 사이의 각도,
Figure pct00009
r : 외부 유리면에서 반사된 후 유리판 내에 있는 제 2 빔과 수평선 사이의 각도.
이 경우에, "제 1 빔"이란 내부 유리면(12)에서 반사되는 광빔을 의미하며, "제 2 빔"이란 외부 유리면(13)에서 반사되는 광빔을 의미하며, 이들은 동일한 시작점을 가지며 관찰자에게 동시에 보인다.
도 5에 도시된 광 빔 경로에 대한 가상 이미지의 결정은 이하의 수식, 즉
Figure pct00010
에 따라 제 1 빔과 제 2 빔에 대해 굴절의 법칙을 적용하여 일어난다.
2개의 각각의 유리판과 중간 PVB 층 사이의 경계면에서 일어나는 반사는 이들이 n=1.52의 대략 동일한 굴절률을 가지기 때문에 무시된다.
제 1 빔과 제 2 빔을 수직 축 상에 투영하면 다음 수식이 얻어진다:
Figure pct00011
웨지 각도는 제 1 축과의 교점 주위로 외부 유리면을 회전시켜 실행된다. 각도(α)만큼 회전시키면 각도(2α)만큼 반사된 빔이 회전된다. 이것은
Figure pct00012
으로 된다.
이 각도(η)의 결정은 근사를 요구하며 이 근사는 엄격히는 작은 각도, 즉
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
에 대해서만 유효하다.
이 수식 세트는 수치적으로, 예를 들어 축소 구간(nested intervals)에 의해 해결될 수 있다. 이중 이미지를 제거하기 위한 최적의 웨지 각도
Figure pct00016
는 관찰자(15)의 거리(Rr)와는 독립적이다.
이하에서 언급되는 예시적인 실시예에서는, 실제 굴곡된 앞유리와 실제 배치 위치에 대응하는 데이터가 사용되었다. 앞유리의 두께는 4.46mm이며, 굴절률은 1.52이다. 계산은 약 225mm의 높이를 가지는 HUD 시야 영역에 대해 수행되었으며 요구되는 파라미터는 HUD 시야 영역에서 수직 중심 라인에 있는 11개의 서로 다른 위치들에서 계산되었다. 각각의 데이터와 요구되는 웨지 각도들의 값은 테이블 2에 언급된다.
[테이블 2]
Figure pct00017
도 7에서, 계산된 웨지 각도의 진행은 HUD 시야 영역에서 위치의 함수로서 제공된다. 모든 값들은 HUD 시야 영역에서 수직 중심 라인을 나타내며, 횡좌표에 있는 데이터는 HUD 시야 영역의 하부 에지로부터 mm 단위의 거리를 나타내며, 관련 웨지 각도는 mrad로 언급된다. 웨지 각도는 HUD 시야 영역의 하부 에지에서 0.482mrad로부터 상부 에지에서 0.370mrad까지 HUD 시야 영역에서 선형적으로 감소한다. 열 가소성 필름의 제조시에 그러한 웨지 각도의 진행은 압출기 노즐의 대응하는 설계를 통해 실현될 수 있다.
이 웨지 각도의 진행이 열 가소성 중간 층의 두께 프로파일에 어떻게 영향을 미치는지는 대응하는 변환에 의해 결정된다. 테이블 3은 HUD 시야 영역 내에 각각의 위치들에 대한 필름 두께의 값들을 나타낸다.
[테이블 3]
Figure pct00018
이 계산은 HUD 시야 영역이 앞유리의 하부 에지로부터 300mm의 거리에서 시작하고 이 하부 영역에서 웨지 각도는 일정하며 HUD 시야 영역의 하부 에지에서의 값에 대응한다는 가정에 기초한다. 이들 가정 하에, 앞유리의 하부 에지의 필름 두께는 0.76mm의 종래의 두께에 대응한다. HUD 시야 영역의 위와 아래에는 이들 영역의 필름 두께가 선형으로 증가하도록 일정한 웨지 각도가 또한 이 예에서 가정된다.
그러나, 투과시 나타나는 이중 이미지들이 HUD 시야 영역 밖에서 적절히 보상되지 않으면, 투과시 이중 이미지가 생성될 위험이 크게 회피되도록 전술된 계산법에 따라 특히 앞유리의 상부 영역에서 웨지 각도의 진행을 연속적으로 변화시키는 것이 가능하다.
매우 다른 웨지 각도들이 HUD 시야 영역으로부터 유리판의 상부 영역까지의 전이 영역에 나타나는 경우, 광학적 간섭을 방지하기 위해 특정 전이 영역 내에 곡선 전이부를 사용하는 것이 가능하다. 이 전이 영역은 HUD 기능이 HUD 시야 영역에서 감소되지 않도록 HUD 시야 영역 밖에 놓인다.
도 8에서, 곡선(20)은 테이블 3에 대응하는 중간 필름의 두께 프로파일을 나타낸다. 이와 대조적으로, 곡선(21)은 일정한 웨지 각도를 갖는 중간 필름의 두께 프로파일의 선형 진행을 도시한다. 곡선(20)이 225mm의 높은 HUD 시야 영역 위와 아래에서는 선형으로, 즉 일정한 웨지 각도를 가지는 반면, HUD 시야 영역에서는 직선에서 명백히 벗어나는 곡선 형상의 진행을 가진다.
또한 이 경우에, 벤딩 공정 동안 불가피하게 나타나는 유리판의 두께의 변화와, 또한 접합 공정 동안 일어나는 중간 필름의 최소한의 팽창이 웨지 각도의 진행을 최종적으로 결정하는데 고려되어야 한다.
심지어 작은 기하학적 편차라도 HUD 시야 영역의 광학적 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 통상적으로는 자동차 엔지니어링의 프로토타입 단계 동안 주어진 상황에 웨지 각도 프로파일을 정확히 추가적으로 맞추는 것이 가능하다.
요약하면, 야간 운전 동안 적층된 유리로 만들어진 굴곡된 앞유리에서 투과시 나타나고 헤드업 디스플레이에서 반사시 나타나는 간섭하는 이중 이미지들이 웨지 형상의 열가소성 중간 필름에 의해 감소될 수 있다. 이중 이미지를 보상하는데 요구되는 웨지 각도 프로파일은 유리판의 형상과 배치 위치의 함수로서 국부적으로 결정된다. 차량이 헤드업 디스플레이 시스템을 구비하고 있다면, 이중 이미지들이 반사시 나타나는 것이 방지되도록 웨지 각도의 진행이 HUD 시야 영역 내에서 결정될 수 있다. 그러나, HUD 시야 영역 밖에서는 투과시 나타나는 이중 이미지들을 보상하는 웨지 각도의 진행이 선택된다. 구체적으로 사용되는 웨지 각도 프로파일은 일정한 웨지 각도를 갖는 필름으로 가능한 것보다 이중 이미지를 더 잘 보상할 수 있다.
따라서, 전술된 것은 적층된 유리로 만들어진 굴곡된 차량용 앞유리 및 이와 관련된 방법이다. 이 앞유리와 그 방법이 특정 실시예와 그 응용을 통하여 전술되었으나, 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 이 기술 분야에 숙련된 자라면 수많은 변형과 변경을 할 수 있을 것으로 이해된다. 그러므로, 본 특허청구범위 내에서 본 발명은 여기에 구체적으로 언급된 것과는 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
1 : 유리판 2 : 관찰자의 눈
3 : 광원 3' : 제 1 이미지
3" : 이중 이미지 11 : 앞유리
12 : 앞유리의 내부면 13 : 앞유리의 외부면
14 : 광원 15, 16 : 관찰자의 눈
17 : 원의 중심 18 : 가상 이미지

Claims (13)

  1. 적층된 유리로 만들어진 굴곡된 차량용 앞유리(curved vehicle windshield)로서, 상기 굴곡된 차량용 앞유리는 외부면과 내부면을 구비하고, 상기 외부면과 내부면은 간섭하는 이중 이미지들을 방지하거나 감소시키기 위해 하나 이상의 영역에서 서로 웨지 각도(wedge angle)를 형성하며, 상기 외부면과 내부면은 연속적으로 변하는 웨지 각도들을 가지며, 상기 웨지 각도들은 광빔의 각각의 국부 입사각과 굴곡된 차량용 앞유리의 각각의 국부 곡률반경에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 굴곡된 차량용 앞유리는 하부 에지와 상부 에지를 가지며 수직 방향으로 굴곡져 있으며, 상기 연속적으로 변하는 웨지 각도들은 앞유리의 하부 에지에서부터 상부 에지까지 연속적으로 변하는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 웨지 각도들은 앞유리의 하부 에지에서부터 상부 에지까지 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속적으로 변하는 웨지 각도들은 높은 수평 곡률을 갖는 영역에서는 수평 방향으로 연속적으로 변하는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 굴곡된 차량용 앞유리는 헤드업 디스플레이(HUD : headup display) 시야 영역을 가지며, 상기 연속적으로 변하는 웨지 각도들은 HUD 시야 영역 내 하부로부터 상부까지 연속적으로 변하는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 연속적으로 변하는 웨지 각도들은 또한 HUD 시야 영역의 수평 방향으로 연속적으로 변하는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속적으로 변하는 웨지 각도들은 중간 필름 안에 포함되는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 개개 유리 시트의 변형에 의하여 유발된 두께의 변화가 상기 연속적으로 변하는 웨지 각도들을 결정할 때에 고려되는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴곡된 차량용 앞유리는 반사시 나타나는 이중 이미지를 방지하는 연속적으로 변하는 웨지 각도를 갖는 헤드업 디스플레이(HUD) 시야 영역을 구비하고, HUD 시야 영역 밖에서는 투과시 나타나는 이중 이미지를 방지하는 연속적으로 변하는 웨지 각도를 구비하는 것을 특징으로 하는 굴곡된 차량용 앞유리.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 또는 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 차량용 앞유리의 제조 방법에 있어서,
    투과시 나타나는 이중 이미지의 간섭을 보상하는데 요구되는 보상 웨지 모양 각도들(δ)은 다음 수식, 즉
    Figure pct00019

    에 따라 국부 입사각(
    Figure pct00020
    )과 앞유리의 국부 곡률 반경(Rc)에 따라 계산되며, 여기서, 앞유리의 수직 중심 라인을 따라, t는 앞유리의 두께를 나타내고, n은 굴절률을 나타내는 것을 특징으로 하는 차량용 앞유리의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 수평 시야 방향으로 상기 보상 웨지 각도들의 진행은 하부 단부 위치로부터 상부 단부 위치로 계산되는 것을 특징으로 하는 차량용 앞유리의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 보상 웨지 각도들의 진행은 운전자의 일정한 중심 위치로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 차량용 앞유리의 제조 방법.
  13. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 차량용 앞유리의 제조 방법에 있어서, 반사시 나타나는 이중 이미지의 간섭을 보상하는데 요구되는 보상 웨지 각도들은 반사시 나타나는 이중 이미지를 방지하기 위한 수식을 사용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 차량용 앞유리의 제조 방법.
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