(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、プロジェクタによって照射され得るＨＵＤ領域（Ｂ）とを有し、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、
アイボックス（Ｅ）内に居る観察者（６）が知覚可能な虚像を生成する、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）に向けられたプロジェクタ（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、前記プロジェクタ（５）と前記アイボックス（Ｅ）の中心との間に延在する中心光線（Ｍ）が前記内側板材（３）に当たるＨＵＤ基準点（Ｇ）を有し、
前記熱可塑性の中間層（４）の厚さは、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いて少なくとも部分的にウェッジ角（α）で変化し、当該ウェッジ角（α）は、少なくとも前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において変化し、
前記ウィンドシールド（１）は、前記上部エッジ（Ｏ）と前記下部エッジ（Ｕ）との間の前記ＨＵＤ基準点（Ｇ）を通る前記垂直方向の延在線（Ｖ）において変化する垂直方向曲率半径（Ｒ）を有し、
前記垂直方向曲率半径（Ｒ）の最大値は、前記延在線（Ｖ）の、前記ウィンドシールド（１）の前記上部エッジ（Ｏ）と前記ＨＵＤ領域（Ｂ）の前記下部エッジ（ＢＵ）との間の区間（Ｖ’）において、前記ＨＵＤ基準点（Ｇ）より上方に位置し、
前記ＨＵＤ領域（Ｂ）の上部エッジ（ＢＯ）における前記垂直方向曲率半径（Ｒ）は、当該ＨＵＤ領域（Ｂ）の下部エッジ（ＢＵ）における前記垂直方向曲率半径（Ｒ）より大きく、かつ、当該上部エッジ（ＢＯ）と当該下部エッジ（ＢＵ）との間において単調に減少していく、
投影システム。
【請求項２】
前記垂直方向曲率半径（Ｒ）の最大値は、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）より上方に位置する、
請求項１に記載の投影システム。
【請求項３】
前記垂直方向曲率半径（Ｒ）の最大値は、ＥＣＥ規則４３のＡ視界の上部のエッジにまたは当該上部のエッジより上方に位置する、
請求項１または２に記載の投影システム。
【請求項４】
前記垂直方向曲率半径（Ｒ）の最大値は、前記ウィンドシールド（１）の前記上部エッジ（Ｏ）と当該ウィンドシールド（１）の前記下部エッジ（Ｕ）との間の前記垂直方向の延在線（Ｖ）全体において、前記ＨＵＤ基準点（Ｇ）より上方に位置する、
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。
【請求項５】
前記ウェッジ角（α）は、前記垂直方向の延在線において、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）の上部エッジ（ＢＯ）から当該ＨＵＤ領域（Ｂ）の前記下部エッジ（ＢＵ）に向かって単調に増加していく、
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。
【請求項６】
前記ウェッジ角（α）は、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において０．０５ｍｒａｄ乃至２ｍｒａｄである、
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。
【請求項７】
前記ウェッジ角（α）は、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において０．１ｍｒａｄ乃至１ｍｒａｄである、
請求項６に記載の投影システム。
【請求項８】
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７までのいずれか１項に記載の投影システム。
【請求項９】
前記垂直方向曲率半径（Ｒ）は、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において７ｍ乃至９ｍである、
請求項８に記載の投影システム。
【請求項１０】
前記ウィンドシールド（１）全体の前記垂直方向曲率半径（Ｒ）は、１ｍ乃至２０ｍである、
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。
【請求項１１】
前記ウィンドシールド（１）全体の前記垂直方向曲率半径（Ｒ）は、２ｍ乃至１５ｍである、
請求項１０に記載の投影システム。
【請求項１２】
前記外側板材（２）および前記内側板材（３）は、石灰ソーダガラスを含み、かつ、０．８ｍｍ乃至５ｍｍの厚さを有する、
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。
【請求項１３】
前記外側板材（２）および前記内側板材（３）は、１．４ｍｍ乃至２．５ｍｍの厚さを有する、
請求項１２に記載の投影システム。
【請求項１４】
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み、かつ、０．２ｍｍ乃至２ｍｍの最小厚さを有する、
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の投影システム。
【請求項１５】
前記中間層（４）は、ＰＶＢを少なくとも含む、請求項１４に記載の投影システム。
【請求項１６】
前記中間層（４）は、０．３ｍｍ乃至１ｍｍの最小厚さを有する、
請求項１４または１５に記載の投影システム。
【請求項１７】
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１６までのいずれか１項に記載の投影システム。
【請求項１８】
請求項１から１７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、
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、プロジェクタによって照射され得る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、少なくとも部分的にウェッジ角（α）で変化し、当該ウェッジ角（α）は、少なくとも前記ＨＵＤ領域（Ｂ）において変化する、車両ウィンドシールド（１）と、
アイボックス（Ｅ）内に居る観察者（６）が知覚可能な虚像を生成する、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）に向けられたプロジェクタ（５）と、
を備えており、
前記製造方法は、
（ａ）前記プロジェクタ（５）と前記アイボックス（Ｅ）の中心との間に延在する中心光線（Ｍ）が前記内側板材（３）に当たるＨＵＤ基準点（Ｇ）を、前記ウィンドシールド（１）と前記プロジェクタ（５）と前記アイボックス（Ｅ）との計画された相対的配置から特定するステップと、
（ｂ）前記垂直方向曲率半径（Ｒ）の最大値が、前記延在線（Ｖ）のうち、前記ＨＵＤ領域（Ｂ）の下部エッジ（ＢＵ）と前記ウィンドシールド（１）の前記上部エッジ（Ｏ）との間の区間（Ｖ’）内において、前記ＨＵＤ基準点（Ｇ）より上方に位置するように、前記上部エッジ（Ｏ）と前記下部エッジ（Ｕ）との間の前記ＨＵＤ基準点（Ｇ）を通る垂直方向の延在線（Ｖ）において変化する前記垂直方向曲率半径（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、前記垂直方向曲率半径（Ｒ）の特定された推移とを有する、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。
【請求項１９】
車両におけるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）としての、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の投影システムの使用。
【請求項２０】
自動車における、請求項１９に記載の使用。
【請求項２１】
乗用自動車における、請求項２０に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影システム、その製造方法、および、ヘッドアップディスプレイとしての投影システムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
上記のヘッドアップディスプレイの場合、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、公知になっているところでは、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、この角度は典型的には約０．５ｍｒａｄである。
【０００４】
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。ウェッジフィルムを有するヘッドアップディスプレイ用複層ガラスは、たとえば欧州特許第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。
【０００５】
最も簡単な事例では、ウェッジ角はフィルム全体にわたって一定である（厚さ変化が一定）。このことは、ウェッジ角が１つの観察位置（いわゆる眼位置）にしか最適でないという欠点を有する。実際の運転者の眼が、たとえば身長が異なるために他の位置にある場合には、ゴースト像の補償は最適でなくなってしまう。かかる欠点は、ウェッジ角を一定にする代わりに、たとえば独国特許出願公開第１０２００７０５９３２３号明細書（DE102007059323A1）から公知であるように、ウェッジ角を垂直方向の延在線において変化させることにより改善することができる（厚さ変化が非線形）。その際には、ウェッジ角は（少なくともＨＵＤ領域において）上方から下方に向かって増大していく。
【０００６】
ウィンドシールドの場合、反射時におけるゴースト像の他に、さらに不所望の現象が生じる。両ガラス板の屈折挙動により、板材を通じて観察される対象物が２重の像として見えることがある。透過時におけるこの現象は、一般的に「２重像」と称される。この２重像も、独国特許出願公開第１０２００８００８７５８号明細書（DE102008008758A1）から公知であるように、ウェッジ角を非線形とすることによって縮小することができる。しかし、そのために必要なウェッジ角プロファイルは、ゴースト像を回避するためのウェッジ角プロファイルとちょうど正反対となっている（ウェッジ角は上方から下方に向かって減少していく）。ゴースト像を補償するための要件と、２重像を補償するための要件とは、いわば相反している。よって、ゴースト像の回避に最適なウェッジ角プロファイルが２重像の作用を増幅させることがあり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第１８００８５５号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１８８０２４３号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００７０５９３２３号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００８００８７５８号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】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」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の基礎となる課題は、ＨＵＤ投影のゴースト像の発生と、透過時における２重像の発生との双方が減少する、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の改善された投影システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の前記課題は、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。
【００１１】
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、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
ウィンドシールドは上部エッジおよび下部エッジを有する。「上部エッジ」とは、組付状態において上向きになるように設けられる側部エッジをいう。「下部エッジ」とは、組付状態において下向きになるように設けられる側部エッジをいう。上部エッジはしばしば「ルーフエッジ」とも称されることが多く、下部エッジは「エンジンエッジ」と称されることが多い。
【００１５】
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。本発明では、中心光線が内側板材に当たる点を「ＨＵＤ基準点」という。ＨＵＤ基準点はＨＵＤ領域内にあり、典型的にはほぼ中央にある。
【００１６】
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単調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、より厳密にいうと垂直方向の延在線は、上部エッジの２つの角部間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。
【００１７】
「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。
【００１８】
ウェッジ角は、少なくともＨＵＤ領域において変化している。有利には、ウェッジ角は垂直方向の延在線において、ＨＵＤ領域の上部エッジから当該ＨＵＤ領域の下部エッジに向かって単調に増加していく。かかるウェッジ角プロファイルによって、プロジェクタ像の２重反射に起因するゴースト像を、異なる眼位置でも効果的に回避することができる。
【００１９】
本発明の基礎となる認識は、２重像の不所望の作用、および、ウェッジ角を変化させることによる２重像の作用の増幅が、板材の曲率半径と決定的に関連しているということである。ウィンドシールドは典型的には、上部エッジと下部エッジとの間で垂直方向の延在線において変化する、垂直方向曲率半径を有する。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。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。従来の典型的なウィンドシールドの場合、垂直方向曲率半径は、垂直方向の延在線において上部エッジから下部エッジの方向へ向かって増加していく。
【００２０】
本願発明者は驚くべきことに、曲率半径の上述の典型的な推移が、ウェッジ角が変化することによる２重像の増幅と関連していること、および、従来の板材と比較して曲率半径の最大値を上方向に、少なくともＨＵＤ基準点を越えるまでシフトさせることによって、ゴースト像の作用と２重像の作用とをいわば切り離すことができるとの認識を得た。
【００２１】
よって、本発明のウィンドシールドは、上部エッジと下部エッジとの間で垂直方向の延在線において変化する、垂直方向曲率半径を有する。曲率半径が決定されるこの垂直方向の延在線は、ＨＵＤ基準点を通過するように選択される。
【００２２】
ここで、上述の垂直方向の延在線のうち、ウィンドシールドの上部エッジとＨＵＤ領域の下部エッジ（すなわち、ＨＵＤ領域の側部エッジのうちウィンドシールドの下部エッジ側に来る側部エッジ）との間の区間を考察すると、垂直方向曲率半径の最大値は、この区間内においてＨＵＤ基準点より上方に位置することとなる。ここで「上方」とは、最大値がＨＵＤ基準点より、ウィンドシールドの上部エッジに近いことをいう。よって、板材の最も平坦な場所は、ＨＵＤ基準点より上方にある、ということになる。
【００２３】
理想的には、ＨＵＤ基準点を通過する垂直方向の延在線全体において、曲率半径の最大値はＨＵＤ基準点より上方に位置する。しかし、実際の板材では、下縁部領域に非常に平坦な場所が生じ得る。この平坦な場所は、典型的には曲げエラーに起因するものである。しかし、この平坦な場所は本発明の機能に影響しない。よって、ＨＵＤ領域の下部エッジとウィンドシールドの上部エッジとの間の区間内で最大値を決定することで足りる。ここで記載されている曲率半径最大値の有利な配置は全て、理想的には、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全延在線を基準としたものであって、ウィンドシールドの上部エッジとＨＵＤ領域の下部エッジとの間の区間を基準とするものではない。
【００２４】
有利な一実施形態では、垂直方向曲率半径の最大値はＨＵＤ領域より上方に位置する。これによって、２重像の回避の観点で特に良好な結果が得られる。本態様は設計にも有利となり得る。というのも、ＨＵＤ基準点が既知であること、または、特定されることを要しなくなるからである。この場合、最大曲率半径とＨＵＤ領域の上部エッジにおける曲率半径との差は、有利には０．５ｍ乃至２ｍ、特に有利には１ｍ乃至１．５ｍである。
【００２５】
有利な一実施形態では、ＨＵＤ領域の上部エッジにおける垂直方向曲率半径は当該ＨＵＤ領域の下部エッジにおける垂直方向曲率半径より大きく、有利には、上部エッジと下部エッジとの間において単調に減少していく。
【００２６】
特に有利な一実施形態では、垂直方向曲率半径の最大値は、ＥＣＥ規則４３のＡ視界の上部のエッジにまたはこれより上方に位置する。これによって、特に良好な結果が得られる。
【００２７】
（変化する）ウェッジ角はＨＵＤ領域では、有利には０．０５ｍｒａｄ乃至２ｍｒａｄであり、特に有利には０．１ｍｒａｄ乃至１ｍｒａｄであり、特に０．３ｍｒａｄ乃至０．８ｍｒａｄである。これによって、典型的なヘッドアップディスプレイの場合には、ゴースト像の抑圧の観点で良好な結果が達成される。
【００２８】
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６ｍ乃至１０ｍ、有利には７ｍ乃至９ｍである。これにより、２重像を特に効果的に回避することができる。
【００２９】
垂直方向曲率半径の最大値は、有利には８ｍ乃至１０ｍである。
【００３０】
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４０ｍの範囲内、特に有利には２ｍ乃至１５ｍ、特に３ｍ乃至１３ｍである。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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％、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４０，０００ｍｍ２乃至１２５，０００ｍｍ２である。
【００３４】
外側板材および内側板材は、有利にはガラスを、特に石灰ソーダガラスを含む。しかし、板材は基本的に他種のガラスを含むこと、たとえば石英ガラスまたはホウケイ酸ガラス等を含むことができ、または、剛性のクリアプラスチックを含むこと、特にポリカーボネートまたはポリメチルメタクリレートを含むことも可能である。外側板材および内側板材の各厚さは、幅広く変えることができる。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。有利なのは、０．８ｍｍ乃至５ｍｍの範囲内の厚さ、有利には１．４ｍｍ乃至２．５ｍｍの範囲内の厚さの板材を使用すること、たとえば１．６ｍｍまたは２．１ｍｍの標準厚さの板材を使用することである。
【００３５】
熱可塑性の中間層は、少なくとも熱可塑性ポリマーを含み、有利には、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）もしくはポリウレタン（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含み、特に有利にはＰＶＢを含む。この熱可塑性の結合フィルムの最小厚さは、有利には０．２ｍｍ乃至２ｍｍ、特に有利には０．３ｍｍ乃至１ｍｍである。「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。熱可塑性の中間層は、厚さが変化する少なくとも１つの熱可塑性の結合フィルムによって、ウェッジ角が少なくとも部分的に変化するいわゆるウェッジフィルムによって構成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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、または、かかるフィルムを含むこともできる。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、たとえば軟化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。
【００３８】
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、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。
【００３９】
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、低放射率コーティング、加熱可能なコーティングを備えることができる。機能性コーティングは、外側板材上または内側板材上に配置することができる。機能性コーティングは有利には、板材の、熱可塑性の中間層を向いた表面上に配置され、この表面において機能性コーティングの腐食や損傷が防止される。機能性コーティングを中間層内の、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のインレイフィルム上に配置することもできる。
【００４０】
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、
・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、少なくとも部分的にウェッジ角で変化し、ウェッジ角は、少なくともＨＵＤ領域において変化する、車両ウィンドシールドと、
・アイボックス内に居る観察者が知覚可能な虚像を生成する、ＨＵＤ領域に向けられたプロジェクタと、
を備えている。
【００４１】
本発明に係る製造方法は、
（ａ）プロジェクタとアイボックスの中心との間に延在する中心光線が内側板材に当たるＨＵＤ基準点を、ウィンドシールドとプロジェクタとアイボックスとの計画された相対的配置から求めるステップと、
（ｂ）垂直方向曲率半径の最大値が、延在線のうち、ＨＵＤ領域の下部エッジとウィンドシールドの上部エッジとの間の区間内においてＨＵＤ基準点より上方に位置するように、上部エッジと下部エッジとの間のＨＵＤ基準点を通る垂直方向の延在線において変化する垂直方向曲率半径のプロファイルを求めるステップと、
（ｃ）ウェッジ角と、垂直方向曲率半径の求められた推移とを有する、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、
を有する。
【００４２】
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。
【００４３】
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推移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。
【００４４】
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。この相対的配置から、アイボックスの位置が求められる。これらのデータから中心光線およびＨＵＤ基準点の双方を求めることができる。
【００４５】
ＨＵＤ基準点が決定すると、垂直方向曲率プロファイルが本発明により求められる。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。ウェッジ角プロファイル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、ゴースト問題および２重像問題が最小になるまで反復的に行うことができる。
【００４６】
これまで述べてきたステップは全て、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。
【００４７】
熱可塑性の中間層は、フィルムとして準備される。ウェッジ角は、（出発状態において）実質的に一定の厚さのフィルムの延伸によって、または、ウェッジ形の押出ノズルを用いた押出成形により、フィルムに導入することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
ウィンドシールドの製造は、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、貼り合わせにより行われる。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。
【００５０】
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。
【００５１】
本発明はさらに、車両におけるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）としての本発明に係る投影システムの使用、有利には自動車、特に有利には乗用自動車における本発明に係る投影システムの使用も包含する。
【００５２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】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。
【図２】本発明に係る投影システムの断面図である。
【図３】本発明のウィンドシールドの曲率半径の推移の概略図である。
【図４】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５】垂直方向曲率半径と、これにより生じる２重像角度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
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。ＨＵＤ領域Ｂは、上部エッジ（ＢＯ）と、下部エッジ（ＢＵ）と、これら両エッジを接続する２つの側部エッジとによって区切られる。図中にはさらに、ＨＵＤ基準点Ｇ、および、上部エッジＯと下部エッジＵとの間の当該ＨＵＤ基準点Ｇを通る垂直方向の延在線Ｖが示されており、このＨＵＤ基準点Ｇについては以下詳細に説明する。
【００５５】
図２は、垂直方向の延在線Ｖに沿った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。
【００５６】
外側板材２は、たとえば、厚さ２．１ｍｍの石灰ソーダガラスから成る。内側板材３は、たとえば、厚さ１．６ｍｍの石灰ソーダガラスから成る。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単調に厚くなっていく。図中では簡素化のため、この厚さ増大は、両表面間のウェッジ角αを一定とした線形に示されている。しかし、本発明の中間層４は、一定でないウェッジ角αでのより複雑な、少なくとも部分的に非線形の厚さ増大を有することもある。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１．２５ｍｍであり、下部エッジＵではたとえば０．７６ｍｍである。
【００５７】
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、観察者６から見てウィンドシールド１後方に、図示されていない虚像が生じる。このようにして表示される情報は、観察者６が視線を走行路から逸らす必要なく知覚することができる。
【００５８】
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。妨害となるゴースト像の出現が僅かになる。ウェッジ角αは、少なくともＨＵＤ領域Ｂ内において、垂直方向の延在線において変化し、上部エッジＢＯから下部エッジＢＵに向かって単調に増大していく。ウェッジ角αは、たとえば上部エッジＢＯでは０．３ｍｒａｄであり、ＨＵＤ基準点Ｇでは０．５ｍｒａｄであり、下部エッジＢＵでは０．８ｍｒａｄである。ウェッジ角αがこのように変化することにより、たとえば運転者の身長がそれぞれ異なることに起因して異なる眼位置に合わせて、作用（ゴースト像の抑圧）を最適化することができる。
【００５９】
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。プロジェクタ５とアイボックスＥの中心とを結ぶ光線（通常は、プロジェクタ５のミラーが０位置にある）を「中心光線Ｍ」という。ＨＵＤ基準点Ｇは、内側板材３上においてこの中心光線Ｍが当たる点に相当する。ＨＵＤ投影システムの設計時には、この基準点Ｇは特徴量となる。
【００６０】
図３は、従来のウィンドシールドおよび本発明の一実施形態のウィンドシールド１の、下部エッジＵと上部エッジＯとの間の垂直方向の延在線Ｖにおける垂直方向曲率半径Ｒのプロファイルを比較した図である。従来の典型的なウィンドシールドの場合、垂直方向曲率半径Ｒは、典型的には、上部エッジＯから下部エッジＵに向かって連続的に増加していく。
【００６１】
本発明のウィンドシールド１は、垂直方向曲率半径Ｒの推移が従来のものとは相違することを特徴とする。ＨＵＤ領域Ｂの下部エッジＢＵとウィンドシールド１の上部エッジＯとの間の垂直方向の延在線Ｖの区間Ｖ’を考察して、この区間Ｖ’において垂直方向曲率半径Ｒの最大値を決定すると、この最大値はＨＵＤ基準点Ｇより上方に位置することとなる。すなわち、ＨＵＤ基準点Ｇと上部エッジＯとの間に位置することとなる。図中の有利な実施形態では、最大値はＨＵＤ領域Ｂより上方に位置する。ＨＵＤ領域Ｂ内では、上部エッジＢＯから下部エッジＢＵに向かって曲率半径が単調に増加していく。
【００６２】
垂直方向曲率半径Ｒは、最大でたとえば９．５ｍとなり、ＨＵＤ領域内では、上部エッジＢＯにおける９ｍから下部エッジＢＵにおける７．５ｍまで減少していく。
【００６３】
本発明に係る投影システムは、ウィンドシールドの曲率半径の推移をＨＵＤの設計に初めて取り入れたものである。すなわち、反射時におけるゴースト像を効果的に低減できる、上方から下方に向かって増加していく変動的なウェッジ角は、従来は透過時における２重像を増幅させる原因となっていた。本願発明者は、この現象は従来の、最も平坦な場所（最大曲率半径の場所）がＨＵＤ領域より下方にある、ウィンドシールドの曲率プロファイルによって増幅されるものであるとの認識を得た。最も平坦な場所をＨＵＤ基準点Ｇより上方とする本発明の曲率プロファイルによって、ゴースト像と２重像とをいわば互いに切り離すことができ、ウェッジ角推移が２重像に対して及ぼす増幅作用が低減する。これは、本発明の大きな利点である。
【００６４】
図４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。
【００６５】
図５は、垂直方向曲率半径Ｒの本発明の推移の有利な効果を示すグラフである。上方のグラフには、従来のウィンドシールドの場合と本発明のウィンドシールドの場合とにおける垂直方向曲率半径Ｒの垂直方向推移が示されており、両推移とも、変化するウェッジ角は同一構成となっている。従来技術の垂直方向曲率半径Ｒは、下部エッジＵまでの距離が小さくなるにつれて定常的に増大していくのに対し、本発明の本実施例では垂直方向曲率半径Ｒは、ＨＵＤ領域Ｂより上方であって、かつ、ＥＣＥ規則４３のＡ視界の上部のエッジより僅かに上方に最大値を示す。
【００６６】
その作用は、上述の垂直方向曲率半径Ｒにより生じる２重像角度を示した下方のグラフから明らかである。ゴースト像を回避するため、ウェッジ角推移はＨＵＤ領域Ｂにおいて、異なる表面におけるＨＵＤ投影の反射が互いに重なり合うように最適化される。しかし、このようなウェッジ角推移の最適化は、２重像問題を増幅させる原因となり得る。すなわち、板材を通じて観察される対象物が、ますます２重像として見えることとなる。グラフを見ると、垂直方向曲率半径Ｒの本発明の推移によって２重像角度が格段に小さくなり、これによって２重像の妨害性が低くなることが分かる。
【００６７】
本発明は、上部エッジと下部エッジとＨＵＤ領域とを有する車両ウィンドシールドを少なくとも備えた、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用の投影システムに関するものであり、車両ウィンドシールドは、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備えており、当該投影システムはさらに、アイボックス内に居る観察者が知覚可能な虚像を生成する、ＨＵＤ領域に向けられたプロジェクタを備えており、ウィンドシールドは、プロジェクタとアイボックスの中心との間に延在する中心光線が内側板材に当たるＨＵＤ基準点を有し、熱可塑性の中間層の厚さは、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ウェッジ角（α）で変化し、ウェッジ角（α）は、少なくともＨＵＤ領域において変化し、ウィンドシールドは、上部エッジと下部エッジとの間のＨＵＤ基準点を通る垂直方向の延在線において変化する垂直方向曲率半径を有し、垂直方向曲率半径の最大値は、当該延在線の、ウィンドシールドの上部エッジとＨＵＤ領域の下部エッジとの間の区間において、ＨＵＤ基準点より上方に位置する。
【符号の説明】
【００６８】
（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
（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
（ＢＯ）  ＨＵＤ領域Ｂの上部エッジ
（ＢＵ）  ＨＵＤ領域Ｂの下部エッジ
α        中間層４のウェッジ角
Ｒ        ウィンドシールド１の垂直方向曲率半径
（Ｖ）    上部エッジＯと下部エッジＵとの間の曲率半径Ｒの垂直方向の推移
（Ｖ’）  ウィンドシールド１の上部エッジＯと下部エッジＢＵとの間のＶの区間
（Ｅ）    アイボックス
（Ｍ）    （プロジェクタ５とアイボックスＥの中心との間の）中心光線
（Ｇ）    ＨＵＤ基準点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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