JP2016097781A - 車両用ウインドシールド - Google Patents

Abstract

【課題】表示する画像の大きさに関わらず、二重像の発生を抑制することができ、かつ、耐久性に優れた車両用ウインドシールドを提供する。【解決手段】車室内ＶＩの画像投影装置６からの光Ｌを反射して運転者Ｄに画像を視認させる表示パネル領域を備えた車両用ウインドシールド１であって、前記表示パネル領域Ａにおいて、ウインドシールドガラス２と、該ウインドシールドガラス２の車室内ＶＩの表面２ａに形成された低反射層３と、ウインドシールドガラス２の車室外ＶＯの表面２ｂに形成された屈折率が２．０以上の硬化層４と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、車室内の画像投影装置からの光を反射して運転者に画像を視認させる車両用ウインドシールドに関する。

従来から、車両の運転者から見えるように、ダッシュボードの表示装置から生成された像が反射されるようにしたヘッドアップ表示システムに使用される車両用ウインドシールドが知られている（下記特許文献１を参照）。また、透明な基材の表面に半透過性の反射膜を形成してなる半透過性の反射部材によって反射した反射像によって表示を行う反射表示装置や、取り付け場所が予め設計されていない車両に後付け可能な車両用ヘッドアップディスプレイが知られている（下記特許文献２、３を参照）。

特許文献１では、ウインドシールドの内面から反射される１次の像と、外面から反射される２次の像とが重なって、写し出された表示の判読が困難になることを防止するために、外側ガラス板と、所定の楔角度を有する透明中間層と、内側ガラス板とからなる車両用ウインドシールドを開示している。透明中間層の楔角度は、該中間層に接着された外側ガラス板及び内側ガラス板が、外側の面から反射される像と内側の面から反射される像とが車両運転者の目に実質的に単一の像として重なり合うような角度をもって配置されるように設定されている。

また、特許文献２に記載された反射表示装置では、半透過性の反射部材の透過性を保持しつつ表裏面反射による二重像の発生を回避するために、基材の裏面に無反射膜をコーティングしている。同様に、特許文献３に記載された車両用ヘッドアップディスプレイでは、表示図の二重化を防止するために、半透光性の反射膜の裏面を無反射コーティングしている。

特表平４−５０２５２５号公報 登録実用新案第２５９８６０５号公報 特開平８−２２７４９８号公報

特許文献１に記載された車両用ウインドシールドは、表示する画像の大きさが小さければ特に問題は生じないが、表示する画像の大きさが大きくなると、表示する画像の上下で反射角度の違いが大きくなり、画像の端部で二重像が発生する虞がある。このような二重像の発生を抑制するためには、例えば、透明中間層の膜厚やガラスの曲面形状を微細に制御する必要があり、製造工程が複雑になる虞がある。

また、特許文献２に記載された反射表示装置及び特許文献３に記載された車両用ヘッドアップディスプレイでは、光が入射する面と反対の裏面に、比較的耐久性の低い無反射膜をコーティングしている。これにより、裏面での光の反射を抑制し、二重像の発生を抑制することができる。しかし、車両用ウインドシールドは、光が入射する面と反対の裏面が車室外に露出するため、例えば、太陽光、風雨、埃、ワイパーによる擦過等に対する無反射膜の耐久性を確保するのが困難である。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、表示する画像の大きさに関わらず、二重像の発生を抑制することができ、かつ、耐久性に優れた車両用ウインドシールドを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の車両用ウインドシールドは、車室内の画像投影装置からの光を反射して運転者に画像を視認させる表示パネル領域を備えた車両用ウインドシールドであって、前記表示パネル領域において、ウインドシールドガラスと、該ウインドシールドガラスの車室内の表面に形成された低反射層と、該低反射層よりも硬度が高く前記ウインドシールドガラスの車室外の表面に形成された屈折率が２．０以上の硬化層と、を有することを特徴とする。

本発明の表示パネル領域は、車両用ウインドシールドガラスの全体でも一部でもよい。車両用ウインドシールドガラスの一部に表示パネル領域を設ける場合には、一箇所に設けてもよいし、複数の箇所に設けてもよい。また、本発明の車両用ウインドシールドに用いられるウインドシールドガラスは、単層でもよいし、複層でもよい。通常は、安全性の観点から、複層の合わせガラスが用いられる。ウインドシールドガラスの屈折率は、例えば、１．３以上かつ１．９以下であり、通常は約１．５である。

表示パネル領域において、ウインドシールドガラスの車室内の表面には、低反射層が形成されている。そのため、ウインドシールドガラスは、車室内の表面で、車室内の画像投影装置からの光の反射が抑制される。低反射層の屈折率は、空気の屈折率１．０より大きく、かつ、ウインドシールドガラスの屈折率より小さい。低反射層の屈折率は、例えば、１．１以上かつ１．２以下であることが好ましい。

表示パネル領域において、ウインドシールドガラスに入射した画像投影装置からの光は、ウインドシールドガラスを透過して裏面、すなわち車室外の表面に達する。表示パネル領域において、ウインドシールドガラスの車室外の表面には、屈折率が２．０以上の硬化層が形成されている。そのため、画像投影装置からの光は、ウインドシールドガラスの車室外の表面において高い反射率で反射され、画像投影装置が生成した画像が運転者によって視認される。硬化層の硬度は、低反射層の硬度よりも高く、例えば、太陽光、風雨、埃、ワイパーによる擦過等に対する優れた耐久性を有している。硬化層及び低反射層の硬度は、例えば、モース硬度に基づいて比較することができる。

硬化層としては、例えば、酸化ジルコニウムと酸化チタンの少なくとも一方を主成分とする透明硬化膜、テルル酸塩ガラス、タリウムアンチモン酸塩ガラス等を用いることができる。酸化ジルコニウムを主成分とする透明硬化膜の屈折率は、例えば、約２．１である。アナターゼ型又はルチル型の酸化チタンを主成分とする透明硬化膜の屈折率は、それぞれ、例えば、約２．５又は約２．７である。テルル酸塩ガラスの屈折率は、例えば、約２．１から約２．２であり、タリウムアンチモン酸塩ガラスの屈折率は、例えば、約２．２から約２．３である。なお、硬化層は、ウインドシールドガラスの車室外の表面にあるため、本発明の趣旨に反しない限り、ウインドシールドガラスを硬化層と同一の材料で作成し、一体となっていても問題はない。

以上の説明から理解できるように、本発明の車両用ウインドシールドによれば、表示パネル領域において、車室内の画像投影装置からの光を、車室内の表面での反射を抑制しつつウインドシールドガラスに入射させ、ウインドシールドガラスの車室外の表面で高い反射率で効率よく反射させることができる。したがって、表示する画像の大きさに関わらず、二重像の発生を抑制し、画像の明るさを向上させ、画像の視認性を向上させることができる。また、ウインドシールドガラスの車室外の表面の硬化層によって、耐久性に優れた車両用ウインドシールドを提供することができる。

本発明の車両用ウインドシールドの一実施形態を示す概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の車両用ウインドシールドの一実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態のウインドシールド１の概略構成を示す模式的な断面図である。

本実施形態のウインドシールド１は、例えば、自動車等の車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ機能を備えた車両用ウインドシールドである。ウインドシールド１は、車室内ＶＩの画像投影装置６からの光Ｌを反射して、画像投影装置６が生成した画像を車両前方の視界に重なるように運転者Ｄに視認させる表示パネル領域Ａを有する。

本実施形態では、ウインドシールド１の全体が表示パネル領域Ａとされている。ウインドシールド１は、表示パネル領域Ａにおいて、ウインドシールドガラス２と、低反射層３と、硬化層４とを有している。なお、表示パネル領域Ａは、ウインドシールド１の一部に形成してもよく、ウインドシールド１の複数の箇所に表示パネル領域Ａを形成してもよい。

ウインドシールドガラス２は、単層でもよいし、複層でもよい。通常は、安全性の観点から、複層の合わせガラスが用いられる。ウインドシールドガラス２の屈折率は、例えば、１．３以上かつ１．９以下であり、通常は約１．５である。インストルメント・パネル（以下、インパネと略す）５の表面に対するウインドシールドガラス２の角度αは、例えば、２０°以上４０°以下であり、本実施形態では、約３０°である。

低反射層３は、ウインドシールドガラス２の車室内ＶＩの表面２ａに形成されている。低反射層３としては、例えば、屈折率が１．１以上かつ１．２以下程度の低反射フィルムや低反射コートを用いることができる。低反射層３の屈折率は、空気の屈折率１．０より大きく、かつ、ウインドシールドガラス２の屈折率より小さければ、特に限定されない。

硬化層４は、ウインドシールドガラス２の車室外ＶＯの表面２ｂに形成されている。硬化層４としては、屈折率が２．０以上の透明硬化膜や高屈折率ガラスを用いることができる。硬化層４は、例えば、モース硬度で、低反射層３の硬度よりも高い硬度を有している。硬化層４の厚さは、画像投影装置６からの光Ｌがウインドシールドガラス２側の表面と車室外ＶＯ側の表面で反射しても二重像が問題にならない程度に、ウインドシールドガラス２の厚さに比べて十分に薄くされている。

屈折率が２．０以上の透明硬化膜としては、例えば、酸化ジルコニウムと酸化チタンの少なくとも一方を主成分とする透明硬化膜を用いることができる。酸化ジルコニウムを主成分とする透明硬化膜の屈折率は、約２．１である。アナターゼ型又はルチル型の酸化チタンを主成分とする透明硬化膜の屈折率は、それぞれ、約２．５又は約２．７である。

屈折率が２．０以上の高屈折率ガラスとしては、例えば、テルル酸塩ガラス、タリウムアンチモン酸塩ガラス等を用いることができる。テルル酸塩ガラスの屈折率は、例えば、約２．１から約２．２であり、タリウムアンチモン酸塩ガラスの屈折率は、例えば、約２．２から約２．３である。

画像投影装置６は、例えば、車室内ＶＩのインパネ５に組み込まれ、運転者Ｄに視認させる画像を生成し、光Ｌを照射してウインドシールド１に画像を投影する。ここで、画像投影装置６が射出する光Ｌが、インパネ５の表面に垂直であり、インパネ５の表面とウインドシールド１との間の角度αが約３０°程度である場合、硬化層４の屈折率は概ね２．０程度であることが好ましい。

以下、本実施形態のウインドシールド１の作用について説明する。

本実施形態のウインドシールド１に画像を投影して運転者Ｄに視認させる際には、まず、画像投影装置６によって画像を生成して光Ｌをウインドシールド１の表示パネル領域Ａに向けて照射する。車室内ＶＩの画像投影装置６から射出された光Ｌは、低反射層３を介してウインドシールドガラス２に入射することで、ウインドシールドガラス２の車室内ＶＩの表面２ａでの反射が抑制される。

これにより、ウインドシールドガラス２の車室内ＶＩの表面２ａで反射された光Ｌによる画像を運転者Ｄに視認させ難くすることができる。また、低反射層３が車室内ＶＩに形成されることで、低反射層３が車室外ＶＯに形成される場合と比較して、低反射層３に対する太陽光による影響を低減し、風雨、埃、ワイパーによる擦過等の影響を回避することができる。

画像投影装置６から射出された光Ｌは、ウインドシールドガラス２に入射した後、ウインドシールドガラス２を透過して、ウインドシールドガラス２の車室外ＶＯの表面２ｂに形成された硬化層４に到達する。硬化層４に到達した光Ｌは、硬化層４と車室外ＶＯの空気との界面で運転者Ｄに向けて反射される。これにより、運転者Ｄは、画像投影装置６が生成した画像を、ウインドシールド１越しの視界に重なるように視認することができる。

このように、画像投影装置６から射出された光Ｌが、ウインドシールドガラス２の車室内ＶＩの表面２ａで反射するのを抑制し、光Ｌをウインドシールドガラス２の車室外ＶＯの表面２ｂの硬化層４と空気との界面で反射させることで、表示する画像の大きさに関わらず、二重像の発生を抑制することができる。

しかし、前記特許文献２又は３のように、ただ単に画像を生成する装置からの光をガラスの表裏面の一方のみで反射させただけでは、前記特許文献１のようにガラスの表裏面で反射させた場合と比較して、例えば、光量が約１／２程度に減少し、画像の明るさが低下する虞がある。画像を生成する装置からの光量を２倍にすれば、ガラスの裏面のみで光を反射させた場合でも画像の明るさを確保できるが、画像を表示するのに必要なエネルギーが増加してエネルギー効率が低下する。

そこで、本実施形態のウインドシールド１は、ウインドシールドガラス２の車室外ＶＯの表面２ｂに屈折率が２．０以上の硬化層４を形成している。本実施形態において、ウインドシールドガラス２の屈折率は、例えば、約１．５程度である。そのため、画像投影装置６からの光Ｌは、ウインドシールドガラス２の車室外ＶＯの表面２ｂで、従来のウインドシールドガラスの約２倍程度の高い反射率で効率よく反射される。したがって、ウインドシールドガラス２の車室外ＶＯの表面２ｂのみで画像投影装置６からの光Ｌを反射させても、画像の明るさを確保して視認性を向上させ、エネルギー効率の低下を抑制できる。

なお、本実施形態のウインドシールド１は、例えば、車室外ＶＯからの光に対する反射率等、画像を表示する機能以外の機能については、合わせガラスを使用した従来の車両用ウインドシールドと同等である。そのため、本実施形態のウインドシールド１の見栄えは、従来の車両用ウインドシールドと変わらない。

また、硬化層４として透明硬化膜を用いる場合には、低反射層３の硬度よりも高い高度を有する硬質コーティングが可能であるため、例えば、太陽光、風雨、埃、ワイパーによる擦過等に対する十分な耐久性を確保することができる。また、硬化層４として高屈折率ガラスを用いる場合には、通常の合わせガラスの製造工程でウインドシールドガラス２に硬化層４を形成することができ、製造工程の短縮を図ることができる。また、硬化層４として高屈折率ガラスを用いることで、例えば、太陽光、風雨、埃、ワイパーによる擦過等に対する十分な耐久性を確保することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

以下、本発明の車両用ウインドシールドの実施例と比較例について説明する。

ウインドシールドガラスとして、旭硝子株式会社製の自動車ウインドシールド用ＵＶカット合わせガラスを用意した。ウインドシールドガラスは、若干のグリーン色を有し、屈折率は約１．５であった。ウインドシールドガラスは、見栄え評価用として３００ｍｍ×３００ｍｍの大きさに切断したものを用意し、反射率測定用として１５０ｍｍ×７０ｍｍの大きさに切断したものを用意した。

ウインドシールドガラスの車室内の表面に形成する低反射層として、以下の二種類のフィルムを用意した。第１の低反射層（Ａ１）は、旭硝子株式会社製の光干渉式積層薄膜タイプの低反射フィルムである。第２の低反射層（Ａ２）は、三菱レイヨン株式会社製のモスアイ型高機能フィルムであるモスマイト（登録商標）である。

ウインドシールドガラスの車室外の表面に、硬化層として以下の二種類の硬化膜を、それぞれスパッタコートによって形成した。第１の硬化層（Ｂ１）は、酸化チタン（ＴｉＯ_２、ルチル）膜であり、第２の硬化層（Ｂ２）は、酸化ジルコニウム膜である。

画像投影装置は、トヨタ自動車株式会社製のレクサス（登録商標）ＮＸ用のものを用い、車両のインパネに画像投影装置の投影口を１５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさで形成した。車両のインパネは、明度Ｌ＝３０、グロス値ＧＲ＝１．０のグレー色のシボ付樹脂板を用いた。

（実施例１）
ウインドシールドガラスの車室内の表面に第１の低反射層（Ａ１）を形成し、ウインドシールドガラスの車室外の表面に第１の硬化層（Ｂ１）を形成して、実施例１のウインドシールド試験片を製作した。

（実施例２）
ウインドシールドガラスの車室内の表面に第１の低反射層（Ａ１）を形成し、ウインドシールドガラスの車室外の表面に第２の硬化層（Ｂ２）を形成して、実施例２のウインドシールド試験片を製作した。

（実施例３）
ウインドシールドガラスの車室内の表面に第２の低反射層（Ａ２）を形成し、ウインドシールドガラスの車室外の表面に第１の硬化層（Ｂ１）を形成して、実施例３のウインドシールド試験片を製作した。

（比較例１）
ウインドシールドガラスの車室内及び車室外の表面に低反射層及び硬化層を形成せず、ウインドシールドガラスをそのまま用いて、比較例１のウインドシールド試験片とした。

（比較例２）
ウインドシールドガラスの車室内の表面に第１の低反射層（Ａ１）を形成し、ウインドシールドガラスの車室外の表面に硬化層を形成せず、比較例２のウインドシールド試験片を製作した。

（比較例３）
ウインドシールドガラスの車室内の表面に第２の低反射層（Ａ２）を形成し、ウインドシールドガラスの車室外の表面に硬化層を形成せず、比較例３のウインドシールド試験片を製作した。

実施例１から３及び比較例１から３のウインドシールド試験片に対して、それぞれ、以下の見栄え評価と反射率の測定を行った。

見栄え評価では、乗用車に搭乗する運転者と同様の位置関係で、画像投影装置の投影口を形成したインパネ、ウインドシールド試験片、及び運転者を配置して、画像の見栄え評価を行った。具体的には、インパネ表面に対し、３０°の傾斜でウインドシールドを固定し、ウインドシールド試験片で反射した画像投影装置からの投影光が確認できるように、運転者（評価者）を配置した。

反射率の測定は、株式会社日立ハイテクフィールディング社製の分光光度計Ｕ−４０００を用い、見栄え評価時のウインドシールド試験片の傾斜角度３０°に対応する入射光角度６０°の際の反射率を測定した。

表１に、実施例１から比較例３までの低反射層と硬化層の関係とともに、見栄え評価と反射率の測定結果を示す。表１中、Ａ１は、旭硝子株式会社製の光干渉式積層薄膜タイプの低反射フィルムであり、Ａ２は、三菱レイヨン株式会社製のモスマイト（登録商標）である。Ｂ１は、酸化チタン（ＴｉＯ_２、ルチル）膜であり、Ｂ２は、酸化ジルコニウム膜である。

実施例１では、ウインドシールド試験片に投影された画像の見栄えは良好で、二重像の発生が抑制されて視認性が高かったが、反射率が高いため、車両前方の背景がやや見え難くなる傾向があった。実施例２では、ウインドシールド試験片に投影された画像の見栄えは良好で、二重像の発生が抑制されて視認性が高かった。また、実施例１よりも反射率が低いため、車両前方の背景がより見えやすくなった。実施例３では、二重像の発生が実施例１及び２よりもさらに抑制されて視認性がより高くなった。また、反射率は、実施例２よりもやや低くなったが、比較例１と同程度の明るさを得ることができた。

比較例１では、ウインドシールド試験片に投影された画像が二重になる二重像が発生し、視認性は低かったが、画像の明るさには問題がなかった。比較例２では、二重像の発生が抑制され、視認性はそれほど低下しなかったが、画像の明るさが低下する傾向が見られた。比較例３では、二重像の発生が比較例２よりも抑制されて視認性は高かったが、画像の明るさがより低下した。

以上の結果から、実施例１から３のウインドシールド試験片では、二重像の発生を抑制して視認性を向上させることができ、かつ、反射率を向上させて画像の明るさが低下するのを防止できることが確認された。

１ ウインドシールド
２ ウインドシールドガラス
２ａ 車室内の表面
２ｂ 車室外の表面
３ 低反射層
４ 硬化層
６ 画像投影装置
Ａ 表示パネル領域
Ｄ 運転者
Ｌ 光
ＶＩ 車室内
ＶＯ 車室外

Claims (1)

1. 車室内の画像投影装置からの光を反射して運転者に画像を視認させる表示パネル領域を備えた車両用ウインドシールドであって、
   前記表示パネル領域において、ウインドシールドガラスと、該ウインドシールドガラスの車室内の表面に形成された低反射層と、該低反射層よりも硬度が高く前記ウインドシールドガラスの車室外の表面に形成された屈折率が２．０以上の硬化層と、を有することを特徴とする車両用ウインドシールド。

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