JP6652375B2 - 表示用反射板、表示光投影用光学システム、およびウインドシールドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示用反射板、表示光投影用光学システム、およびウインドシールドの製造方法に関する。

例えば、一般的な車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置においては、表示すべき様々な情報を含む光の像をＨＵＤユニットからウインドシールド（前方の窓ガラス）、又はコンバイナと呼ばれる反射板に投影し、ウインドシールド等で反射した光が運転者の視点の方向に向かうように光路を形成する。したがって、運転者は、ウインドシールドを通して車両の前方の風景を視認しながら、同時にウインドシールド等に映るＨＵＤの可視表示情報を虚像として視認することができる。つまり、運転者は通常の運転状態を維持したまま、視線を移動することなしに様々な情報をＨＵＤの表示により視認することができる。

例えば、特許文献１においては、ウインドシールドのガラス面に特別な光学素子（前記コンバイナに相当）を貼り付けてある。ＨＵＤユニットから出射した光は、ウインドシールド上の前記光学素子の面で反射して運転者の視点の方向に向かう。また、前記光学素子は可視光を透過する材料で構成されているので、運転者は前記光学素子の前方に虚像として結像される表示像の他に、車両前方の風景等の像も、ウインドシールド及び前記光学素子を透過した状態で視認することができる。

また、特許文献１においては、前記光学素子上にフレネルレンズを設けて拡大光学系を形成している。これにより、ＨＵＤユニットを小型化することが可能になる。また、フレネルレンズを利用しているので、前記光学素子の厚みを薄くすることができる。

また、例えば特許文献２においては、車両後方の良好な視界を確保するための技術を示している。すなわち、樹脂製材料で構成したリアウインドウにレンズ部を形成し、車内から車外へ向かう光をリアウインドウの下方側へ偏向させるように構成している。

特開２０１２−１２３３９３号公報 特開２０１４−８８１１号公報

特許文献１に示されたような表示装置は、フレネルミラーを車両のウインドシールドまたはコンバイナと一体化し、あるいは貼り付けた状態で使用する。しかしながら、所望の表示特性が得られるようにフレネルミラーを車両に搭載するためには、フレネルミラーをウインドシールド等に取り付ける際に、高精度で配置しなければならず、特に、広い視野角度を得るために面積の大きいフレネルミラーを用いる場合には、取り付け作業が極めて困難である。

例えば、ウインドシールドは複雑な曲面形状である場合が多いので、取り付ける位置がずれると表示光の反射方向がずれることになる。これにより、運転者が表示を視認可能な領域が狭くなる可能性がある。また、フレネルミラーの形状がウインドシールドの取り付け面の曲面形状と一致していない場合には、取り付けの際にフレネルミラーが撓んで形状が変化し光学特性も変化する可能性がある。

また、フレネルミラーとウインドシールドとの面の間に隙間ができると、想定外の反射が生じて表示品質が低下する。すなわち、フレネルミラーの面で反射して結像される表示像は拡大されるのに対し、フレネルミラー以外の面で反射した光は等倍で結像されるので、前者の表示像と後者の像との間に明らかな違いが発生する。そのため、例えば特許文献１の図５（ａ）のような表示像を表示する場合に、特許文献１の図５（ｂ）のように等倍二重像ゴーストが正規の表示像の近傍に現れる。したがって、表示像の視認性の低下や表示品質の低下が懸念される。

また、フレネルミラーをウインドシールドに取り付ける際に、熱を加えたり、圧力を加えたりする場合がある。しかし、取り付けの際に加えた熱や圧力の影響により、フレネルミラーが劣化したり、光学特性が変化する可能性がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレネルミラーを車両に搭載するための作業が容易な表示用反射板、表示光投影用光学システム、ウインドシールドおよびウインドシールドの製造方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る表示用反射板、表示光投影用光学システム、ウインドシールドおよびウインドシールドの製造方法は、下記（１）〜（４）を特徴としている。

（１） 車両に設置される表示用反射板であって、
透明な第１の樹脂により形成され、第１の面を有する第１の層と、
屈折率が前記第１の樹脂とほぼ同じ透明な第２の樹脂により形成され、前記第１の面上に積層される第２の層と、を備え、
前記第１の面の所定領域が光透過特性および光反射特性を有するハーフミラーとして機能し、
前記第１の樹脂および前記第２の樹脂が、ウインドシールドを構成し、
前記第１の層は、前記ウインドシールドの基材であり、
前記第１の層の前記第１の面と反対側の表面の全体が、前記ウインドシールドの車室外側の表面の全体を構成し、
前記所定領域における前記第１の面は、複数の溝が形成されたフレネル形状を有しており、
前記複数の溝の各々は、共通の中心部を有する楕円形の形状を有し、前記溝の各々の深さが一定であり、前記溝の各々における反射面の角度が前記溝に沿った円周方向の位置の違いに応じて連続的に変化し、互いに隣接する前記溝の円周間のピッチが円周方向の位置に応じて変化している、
ことを特徴とする。

この表示用反射板によれば、所定の表示光を前記ハーフミラーの面で反射させることにより、ＨＵＤなどの表示が可能になる。また、表示用反射板を構成する前記第１の層および第２の層がそれぞれ透明な樹脂で形成されているので、例えば成形プロセスにより製造される自動車用の樹脂製ウインドシールドとして一体形成することが可能である。このような表示用反射板を用いることにより、車両への搭載が極めて容易になる。また、前記第１の樹脂の屈折率と第２の樹脂の屈折率とがほぼ同じであるので、これらの境界で余分な光の反射や屈折が生じるのを防止できる。
更に、この表示用反射板によれば、ウインドシールドと一体化されているので、特別な取り付け作業は不要になる。つまり、表示用反射板を車両に搭載する際に精密な位置合わせや貼り付けなどの作業を行う必要がない。
更に、この表示用反射板によれば、前記第１の面がフレネル形状を有しているので、材料の厚みを大きくしなくても、前記ハーフミラーの面により反射光を拡大投影することが可能になる。

（２） 前記表示用反射板は、前記所定領域が前記車両の運転席に対して前記車両の進行方向前方に位置するように、前記車両に設置される
ことを特徴とする上記（１）に記載の表示用反射板。

この表示用反射板によれば、運転席に着座した状態の運転者の通常の視点位置で、ＨＵＤ等の表示光の虚像を視認可能になるように車載表示システムを構成できる。

（３） 上記（１）又は（２）に記載の表示用反射板と、
車室内に搭載され表示光を出射する表示ユニットと、を備え、
前記表示用反射板は、前記表示ユニットから出射された表示光を前記ハーフミラーにおいて反射し、外来光を前記ハーフミラーにおいて透過し前記車室内に入射するように前記車両に設置される
ことを特徴とする表示光投影用光学システム。

この表示光投影用光学システムによれば、前記表示ユニットの表示光を前記ハーフミラーで反射して車室内に導き、運転者が前記表示光を虚像として視認できるように構成できる。また、運転者は前記表示光の虚像と共に前記ハーフミラーを透過した外来光を視認できるので、ＨＵＤシステムとして利用できる。

（４） 上記（１）又は（２）の何れかに記載の表示用反射板を含む前記ウインドシールドの製造方法であって、
前記第１の面を有する前記第１の層を透明な樹脂により形成し、
前記第１の面の前記所定領域をフレネル形状に形成し、
前記第１の面の前記所定領域に蒸着又はスパッタリングによって前記ハーフミラーを形成し、
前記ハーフミラーを含む前記第１の層に、屈折率が前記第１の層とほぼ同じ前記第２の層を積層する
ことを特徴とするウインドシールドの製造方法。

このウインドシールドの製造方法によれば、所望の光反射特性および光透過特性を有する透明な光学部材を、樹脂製のウインドシールドを製造する工程において一体に成形可能になる。したがって、車両上のウインドシールドに前記光学部材を取り付けるための特別な作業が不要になる。また、前記第１の層の屈折率と第２の層の屈折率とがほぼ同じであるので、これらの境界で余分な光の反射や屈折が生じるのを防止できる。

本発明の表示用反射板、表示光投影用光学システム、ウインドシールドおよびウインドシールドの製造方法によれば、フレネルミラーを車両に搭載する際に特別な作業を行う必要がなくなる。また、面積が大きく精度の高いフレネルミラーを比較的容易に実現できるし、反射する部位の面積が小さい場合であってもフレネルミラーの光学倍率を上げることにより、運転者の視認可能な虚像の視野角度を大きくすることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態の表示光投影用光学システムを搭載した車両のウインドシールドおよびダッシュボード近傍の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示した車両および表示光投影用光学システムを側方から視た状態を示す縦断面図である。 図３は、ウインドシールド１０に含まれるフレネルミラー形成部１０ａの構成および光路の例を示す光路図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、フレネルミラー形成部１０ａに含まれるフレネルレンズの構成例を表し、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）中のＡ−Ａ線から視た断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）中のＢ−Ｂ線から視た断面図である。 図５（Ａ）は変形例のウインドシールドの構成を示す断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の一部分を拡大して示す部分拡大断面図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
本発明に係る表示用反射板、表示光投影用光学システム、およびウインドシールドの製造方法に関する具体的な実施の形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜表示光投影用光学システムの使用環境の具体例＞
実施形態の表示光投影用光学システムを搭載した車両のダッシュボードおよびウインドシールド１０近傍の構成例を図１に示す。また、図１と同じ車両を側方側から視た縦断面における各部の配置状態を図２に示す。

図１及び図２に示した例では、車両のウインドシールド１０（窓ガラス）を製造する際に、本発明の表示用反射板（後述するフレネルミラー形成部１０ａ）が一体的に成形されている。この表示用反射板が、ウインドシールド１０上にフレネルミラー領域ＦＭを形成する。

このフレネルミラー領域ＦＭは、基本的にはハーフミラーの機能を有し、車室内側からフレネルミラー領域ＦＭに入射した光は反射し、車外から図２における右方向に向かってフレネルミラー領域ＦＭに入射する光は透過する特性を有している。また、フレネルミラー領域ＦＭはフレネルレンズにより拡大光学系を形成する。表示用反射板の具体的な構成については、後で詳細に説明する。

尚、図１及び図２の例では、本発明の表示用反射板を車両のウインドシールド１０に一体化した場合を想定しているが、ウインドシールド１０から独立したＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）装置用のコンバイナとして、ウインドシールド１０の近傍に表示用反射板を設置しても良い。

図１に示す車両においては、メータユニット２１の前方のダッシュボード２２の下方にＨＵＤユニット２０が配置されている。このＨＵＤユニット２０は、透過型液晶パネルおよび偏光板で構成されるフラットパネルディスプレイと、照明用の光源（バックライト）とを内蔵している。フラットパネルディスプレイの画面には、必要に応じて、例えば車速など運転に役立つ様々な情報が、文字、数字、記号などの可視情報として表示される。また、バックライトで画面を照明することにより、表示された可視情報の像を含む表示光をＨＵＤユニット２０から出射することができる。

ＨＵＤユニット２０の上方のダッシュボード２２の箇所には矩形形状の開口部２２ａが形成してある。ＨＵＤユニット２０から出射された表示光は、開口部２２ａを経由して上方のウインドシールド１０に向かう。ウインドシールド１０のＨＵＤユニット２０からの表示光が入射する箇所に、上述のフレネルミラー領域ＦＭが配置されている。

したがって、ＨＵＤユニット２０から出射された表示光は、ウインドシールド１０の面に入射し、フレネルミラー領域ＦＭで反射して、想定される運転者の目の位置に相当するアイポイントＥＰに到達する。この表示光はフレネルミラー領域ＦＭで反射するので、運転者が視認する表示像については、ウインドシールド１０よりも前方（例えば１０ｍ前方）の虚像結像面２４に表示されているかのように虚像として結像される。また、フレネルミラー領域ＦＭはウインドシールド１０と同様に車両の前方から車室内に向かって入射する光を透過するので、運転者はフレネルミラー領域ＦＭを透かして車両前方の情景も視認することができる。つまり、車両前方の情景とＨＵＤユニット２０が表示する表示像とを重ねた状態で同時に視認することができる。

フレネルミラー領域ＦＭについては、フレネルミラーを採用することにより、厚みが小さくなりウインドシールド１０と一体化することが可能になる。また、フレネルミラー領域ＦＭが拡大光学系を形成しているので、ＨＵＤユニット２０に拡大光学系を内蔵する必要がなくなる。また、ＨＵＤユニット２０に拡大光学系を内蔵する場合と比べて、開口部２２ａの開口面積を小さくすることが可能になる。

また、開口部２２ａの近傍にはルーバー２３が配置されている。このルーバー２３は、不要な外光が開口部２２ａの近傍で反射してアイポイントＥＰに向かうのを抑制する機能を有し、これによりＨＵＤ表示の視認性が向上する。

＜フレネルミラー形成部１０ａの説明＞
＜フレネルミラー形成部１０ａの構成＞
ウインドシールド１０に含まれるフレネルミラー形成部１０ａ、すなわち本発明の表示用反射板の構成および光路の例を図３に示す。図３に示したフレネルミラー形成部１０ａは、ＨＵＤユニット２０の表示光を投影するためのコンバイナとして構成されている。このコンバイナは、図４（Ａ）に示したフレネルレンズ１１と同様の矩形形状を有し、図１に示したフレネルミラー領域ＦＭよりも少し大きい程度のサイズに形成されている。

図３に示すように、フレネルミラー形成部１０ａは、その厚み方向に積層された複数の層で構成されている。具体的には、フレネルミラー形成部１０ａは基板としてのフレネルレンズ１１の他に、ハーフミラー層１２、および封止剤層１３を備えている。

本実施形態では、ウインドシールド１０の主体が、一般的なガラスではなく、樹脂により構成される板状の透明主材料１０ｂで構成されている。図３に示したフレネルレンズ１１は、ウインドシールド１０の透明主材料１０ｂの車室内側の面に形成したフレネル形状の凹凸部により構成されている。

また、このフレネルレンズ１１のフレネル形状部１１ａの表面に、ハーフミラー層１２が形成されている。具体的には、金属又は誘電体多層膜を表面に蒸着してハーフミラー層１２を形成してある。本実施形態では、ハーフミラー層１２における光の反射率が２０％になるように構成している。形成するハーフミラー層１２の厚みについては、１００［ｎｍ］未満とする。

また、本実施形態ではハーフミラー層１２を形成する際に、フレネル形状部１１ａのフレネル立壁１１ｂの箇所を蒸着対象から除外している。つまり、ハーフミラー層１２は、フレネル形状部１１ａの複数の溝の各境界で厚み方向と平行な向きに延びるフレネル立壁１１ｂの領域を除く面の全体に形成されている。この場合、フレネル立壁１１ｂの箇所にハーフミラー層１２が存在しないので、通常の透過や１回反射以外の光路を取るフレネル立壁１１ｂでの反射が抑制され、この反射に起因する意図しない光線の発生が最小化される。これにより、フレア像の発生も低減される。

封止剤層１３は、フレネルレンズ１１のフレネル形状部１１ａの凹凸を覆って平坦な面にするために設けてある。この封止剤層１３は、例えば紫外線（ＵＶ）硬化樹脂のような透明な材料を充填して硬化させることにより形成される。また、封止剤層１３を形成する材料については、屈折率がフレネルレンズ１１を構成するウインドシールド１０の透明主材料１０ｂとほぼ同じもののみに限定して使用する。

封止剤層１３の厚み方向の一方の面１３ａは平坦であり、フレネル形状部１１ａ及びハーフミラー層１２と密着した面１３ｂは、フレネル形状部１１ａの凹凸を補完する表面形状に形成される。

図３に示したフレネルミラー形成部１０ａは、図１及び図２に示した例では、ウインドシールド１０に一体的に形成されている。つまり、フレネルミラー形成部１０ａのハーフミラー層１２が、図１及び図２に示したフレネルミラー領域ＦＭを形成している。また、ハーフミラー層１２はフレネル形状部１１ａの形状により、光学的な倍率を有する一般的なレンズと同等の光学特性を形成するので、ＨＵＤユニット２０から入射する光に対して拡大光学系を形成する。これにより、ウインドシールド１０の前方の距離が離れた位置（虚像結像面２４）に虚像を結像することができる。

なお、図１及び図２に示した例では、フレネルミラー形成部１０ａをウインドシールド１０と一体化しているが、ウインドシールド１０とは別の位置、例えばダッシュボード２２上に独立したコンバイナを傾斜した状態で配置しても良い。

＜透過特性の説明＞
図３には、フレネルレンズ１１の材料である透明主材料１０ｂの屈折率（ｎ１）と、封止剤層１３の材料の屈折率（ｎ３）とを同等にした場合におけるフレネルミラー形成部１０ａを示している。このように形成すると、フレネルレンズ１１と封止剤層１３との境界において、屈折率の違いに起因する光の屈折を抑制できる。

このように屈折率を調節した場合、図２に示すアイポイントＥＰで運転者が視認する車両前方の情景については、入射光がフレネルミラー領域ＦＭを透過する場合であっても、光学的な倍率が発生せず、等倍の像として視認される。つまり、フレネルミラー領域ＦＭを介して車両前方の情景を視認する場合と、それ以外のウインドシールド１０上の領域を介して視認する場合とで、視認される情景の像の大きさ、位置、形状などに違いが生じることがない。そのため、フレネルミラー領域ＦＭを使用する場合でも、運転に必要な良好な視界を確保することができる。

また、フレネルレンズ１１を用いた拡大光学系を有するフレネルミラー形成部１０ａをウインドシールド１０上に配置することにより、広い視野角度の虚像をＨＵＤユニット２０で表示可能になる。しかも、ＨＵＤユニット２０側に拡大光学系を装備する必要がないので、ＨＵＤユニット２０の小型化が可能になり、開口部２２ａの面積を減らすこともできる。

＜フレネルレンズ１１の構成例＞
フレネルミラー形成部１０ａに含まれるフレネルレンズ１１の構成例を図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）に示す。図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）中のＡ−Ａ線から視た断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）中のＢ−Ｂ線から視た断面図である。
基板本体を構成するフレネルレンズ１１は、屈折率（ｎ１）が既知の透明な樹脂、ガラスなどの材料で薄板状に形成される。また、フレネルレンズ１１は厚み方向の一方の面にフレネル形状部１１ａが形成され、他方の面は平坦面１１ｃになっている。

本実施形態においては、図４（Ａ）に示すように、フレネルレンズ１１の輪郭及び円周（３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ）が楕円形又はそれに近い形状の多数のフレネル溝３１、３２、３３、３４、３５、及び３６を有している場合について説明するが、フレネル溝３１〜３６が円形であっても、後述する反射面３１ｂ〜３６ｂの傾斜角度（サグ角度）を溝の円周方向の位置の違いに応じて変化させることにより、光学系に存在する歪を抑制できる。

フレネル溝の数や配置ピッチ等については必要とされる光学特性等の条件に応じて増減する必要がある。これらのフレネル溝３１〜３６は、フレネルレンズ１１の中央部３０を中心として同心円状に配置されている。

図４（Ｂ）、及び図４（Ｃ）に示すように、互いに隣接するフレネル溝３１〜３６の間は突出している。つまり、断面におけるフレネル形状部１１ａは鋸歯状の表面形状を呈し、反射面３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ、及び３６ｂは、フレネルレンズ１１の厚み方向と直交する方向に対して傾斜した斜面として形成されている。また、互いに隣接するフレネル溝の反射面の境界にはフレネルレンズ１１の厚み方向に延びるフレネル立壁１１ｂがあるが、厚み方向と直交する方向の面ができないように、傾斜した反射面３１ｂ〜３６ｂがほぼ連続的に形成されている。このような表面形状により、光学的にレンズを形成する。

フレネル溝３１〜３６には、フレネル形状部１１ａの光反射特性に自由曲面特性が付与されるようになっている。また、フレネル溝３１〜３６の各々の反射面３１ｂ〜３６ｂの傾斜角度（サグ角度）については、溝の円周方向の位置の違いに応じて、連続的に変化するように形成されている。

なお、フレネル溝３１〜３６の各溝の深さ（ＶＨ、ＶＶ）を一定にする場合には、円周方向の位置の違いに応じた反射面３１ｂ〜３６ｂの傾斜角度を連続的に変化させることにより、互いに隣接する溝の円周間のピッチ（ＰＨ、ＰＶ）が円周方向の位置に応じて変化し、結果的にフレネル溝３１〜３６の円周の形状が楕円形のような形状になる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）の例では、Ｙ軸方向の寸法よりもＸ軸方向の寸法が大きい楕円形パターンであるため、Ａ−Ａ線断面における円周３５ａ−３６ａ間ピッチＰＶは、Ｂ−Ｂ線断面における円周３５ａ−３６ａ間ピッチＰＨよりも小さい。また、ピッチＰＨに相当する反射面３６ｂの傾斜角度は、ピッチＰＶに相当する反射面３６ｂの傾斜角度よりも小さい。尚、フレネルレンズ１１が設置される位置やアイポイントＥＰとの相対的な位置関係などによっては、Ｘ軸方向の寸法よりもＹ軸方向の寸法が大きい楕円形パターンとなり得ることはもちろんである。

また、反射面３１ｂ〜３６ｂの傾斜角度（サグ角度）の変化に合わせて各溝の深さ（ＶＨ、ＶＶ）を可変にする場合には、互いに隣接する溝の円周間のピッチ（ＰＨ、ＰＶ）を一定にすることも可能である。この場合は、フレネル溝３１〜３６の形状を真円、もしくはそれに近い形状にした場合であっても、光反射特性に自由曲面特性を付与することができる。

また、フレネル溝３１〜３６の円周の輪郭形状については、図４（Ａ）に示したような楕円形や円形に限らず、必要とされる自由曲面特性に合わせて、例えば等高線のような曲線形状を採用しても良い。

例えば、ＨＵＤ表示システムにおいて結像される表示像に像の縦方向サイズと横方向サイズとが異なるような歪みが生じる場合に、縦横の比率が調整された楕円形パターンのフレネルレンズ１１を採用することにより、像の歪みや両眼視差を抑制し、高品位の表示を実現することができる。しかも、フレネルレンズ１１が薄板状であるため小型化が可能である。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示したように、フレネルレンズ１１のフレネル形状部１１ａを特殊な形状に形成することにより、光の反射特性に自由曲面特性を付与することができ、多項式非球面の理想的なレンズ特性を実現できる。これにより、大型のレンズやミラーを採用しなくても、ＨＵＤシステムにおける結像性能、両眼視差、表示歪み等の改善を行い、表示品位を向上することができる。

＜ウインドシールド１０の製造方法＞
図３に示したようにフレネルミラー形成部１０ａが一体化されたウインドシールド１０を製造する場合には、以下に示す（１）〜（４）のような手順で製造する。

（１）屈折率が既知の透明主材料１０ｂで構成されるウインドシールド１０の基材を用意する。また、成型が容易にできるように、透明主材料１０ｂとして樹脂を採用することが望ましい。

（２）この透明主材料１０ｂの車室内側の表面のうち、フレネルミラー領域ＦＭの箇所に、例えばプレス成形の工程により、または切削機械加工の工程により、フレネル形状部１１ａの凹凸を例えば図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）に示すように形成する。

（３）透明主材料１０ｂの表面のフレネル形状部１１ａが形成された箇所の一部分または全体に、蒸着、またはスパッタリングの工程により、金属、または誘電体多層膜の薄膜を形成する。この薄膜がハーフミラー層１２であり、部分的な反射機能を持つ。

（４）フレネル形状部１１ａのうちハーフミラー層１２を施した領域、またはフレネル形状部１１ａの全域の表面を覆うように、透明な樹脂材料を用いて封止剤層１３を形成し、フレネル形状部１１ａを封止するとともに表面を平滑にする。また、封止剤層１３の材料として、屈折率が透明主材料１０ｂと同等の材料を採用する。封止剤層１３を形成する工程については、ＵＶ硬化樹脂を用いる工程、または樹脂のインモールド成形を行う工程を利用する。これにより、フレネル形状部１１ａおよびハーフミラー層１２の箇所に、封止剤層１３が積層される。

＜変形例の説明＞
変形例のウインドシールド１０Ｂの構成を図５（Ａ）に示す。また、図５（Ａ）におけるフレネルミラー形成部１０ａの箇所を拡大した状態を図５（Ｂ）に示す。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示したウインドシールド１０Ｂは、合わせガラスとして構成してあり、フレネルミラー形成部１０ａに形成された前述のフレネルレンズ１１、ハーフミラー層１２、および封止剤層１３を、外側の透明主材料１０ｂと、車室内側の透明材料１０ｃとで挟み込むように構成してある。

また、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示した構成において、透明材料１０ｃの屈折率は透明主材料１０ｂと同等になっている。

＜ウインドシールド１０の利点＞
図１〜図３に示したフレネルミラー形成部１０ａは、透明な樹脂材料である透明主材料１０ｂおよび封止剤層１３を用いて形成してあるので、加工が容易である。したがって、上述のようにウインドシールド１０を製造する工程で、フレネルミラー形成部１０ａを含むウインドシールド１０を一体に形成することができる。すなわち、成形プロセスにより製造される樹脂製のウインドシールドを車両に搭載する場合には、この成形プロセスの一部に、上述の製造方法を追加するだけで、フレネルミラー形成部１０ａを含むウインドシールド１０を製造できる。

このようなウインドシールド１０を利用する場合には、特別な反射板をウインドシールド１０に後付けする必要がない。ウインドシールドは一般的に複雑な曲面形状であるので、反射板を後付けで貼り付ける場合には、位置ずれや形状の変化の影響が生じやすくなり、作業が困難になる。しかし、ウインドシールド１０を製造する際にフレネルミラー形成部１０ａを形成することにより、複雑な曲面形状に対応して高精度の位置決めを比較的容易に実現できる。

また、透明主材料１０ｂの屈折率と封止剤層１３の屈折率とが同等であるため、これらの境界面において不要な反射や屈折が生じるのを防ぐことができ、高品質のＨＵＤ表示が可能になる。また、フレネルミラー領域ＦＭに十分な光学倍率が得られる特性を持たせることにより、フレネルミラー領域ＦＭの面積が小さい場合でも、運転者がＨＵＤ表示を視認する際の視野角を大きくすることが可能である。

ここで、上述した本発明に係る表示用反射板、表示光投影用光学システム、およびウインドシールドの製造方法の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［６］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 車両に設置される表示用反射板であって、
透明な第１の樹脂により形成され、第１の面を有する第１の層（透明主材料１０ｂ）と、
屈折率が前記第１の樹脂とほぼ同じ透明な第２の樹脂により形成され、前記第１の面上に積層される第２の層（封止剤層１３）と、を備え、
前記第１の面の所定領域が光透過特性および光反射特性を有するハーフミラー（フレネルミラー領域ＦＭ）として機能する
ことを特徴とする表示用反射板（フレネルミラー形成部１０ａ）。

［２］ 前記所定領域における前記第１の面は、フレネル形状（フレネル形状部１１ａ）を有している
ことを特徴とする上記［１］に記載の表示用反射板。

［３］ 前記所定領域（フレネルミラー領域ＦＭ）は、運転席に対して前記車両の進行方向前方に位置する（図１、図２参照）
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の表示用反射板。

［４］ 前記第１の樹脂および前記第２の樹脂が、ウインドシールド（１０）を構成する
上記［１］乃至［３］の何れかに記載の表示用反射板。

［５］ 上記［１］乃至［４］の何れかに記載の表示用反射板（フレネルミラー形成部１０ａ）と、
車室内に搭載され表示光を出射する表示ユニット（ＨＵＤユニット２０）と、を備え、
前記表示用反射板は、前記表示ユニットから出射された表示光を前記ハーフミラー（ハーフミラー層１２）において反射し、外来光を前記ハーフミラーにおいて透過し前記車室内に入射するように前記車両に設置される
ことを特徴とする表示光投影用光学システム。

［６］ 第１の面を有する第１の層（透明主材料１０ｂ）を透明な樹脂により形成し、
前記第１の面の所定領域をフレネル形状（フレネル形状部１１ａ）に形成し、
前記第１の面の所定領域に蒸着又はスパッタリングによってハーフミラー（ハーフミラー層１２）を形成し、
前記ハーフミラーを含む前記第１の層に、屈折率が前記第１の層とほぼ同じ第２の層（封止剤層１３）を積層する
ことを特徴とするウインドシールドの製造方法。

１０ ウインドシールド
１０ａ フレネルミラー形成部
１０ｂ 透明主材料
１１ フレネルレンズ
１１ａ フレネル形状部
１１ｂ フレネル立壁
１１ｃ 平坦面
１２ ハーフミラー層
１３ 封止剤層
１３ａ，１３ｂ 面
２０ ＨＵＤユニット
２１ メータユニット
２２ ダッシュボード
２２ａ 開口部
２３ ルーバー
２４ 虚像結像面
３０ 中央部
３１，３２，３３，３４，３５，３６ フレネル溝
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａ 円周
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂ，３６ｂ 反射面
ＥＰ アイポイント
ＦＭ フレネルミラー領域
ＰＨ，ＰＶ ピッチ
ＶＨ，ＶＶ 深さ

Claims (4)

1. 車両に設置される表示用反射板であって、
   透明な第１の樹脂により形成され、第１の面を有する第１の層と、
   屈折率が前記第１の樹脂とほぼ同じ透明な第２の樹脂により形成され、前記第１の面上に積層される第２の層と、を備え、
   前記第１の面の所定領域が光透過特性および光反射特性を有するハーフミラーとして機能し、
   前記第１の樹脂および前記第２の樹脂が、ウインドシールドを構成し、
   前記第１の層は、前記ウインドシールドの基材であり、
   前記第１の層の前記第１の面と反対側の表面の全体が、前記ウインドシールドの車室外側の表面の全体を構成し、
   前記所定領域における前記第１の面は、複数の溝が形成されたフレネル形状を有しており、
   前記複数の溝の各々は、共通の中心部を有する楕円形の形状を有し、前記溝の各々の深さが一定であり、前記溝の各々における反射面の角度が前記溝に沿った円周方向の位置の違いに応じて連続的に変化し、互いに隣接する前記溝の円周間のピッチが円周方向の位置に応じて変化している、
   ことを特徴とする表示用反射板。
2. 前記表示用反射板は、前記所定領域が前記車両の運転席に対して前記車両の進行方向前方に位置するように、前記車両に設置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示用反射板。
3. 請求項１又は２に記載の表示用反射板と、
   車室内に搭載され表示光を出射する表示ユニットと、を備え、
   前記表示用反射板は、前記表示ユニットから出射された表示光を前記ハーフミラーにおいて反射し、外来光を前記ハーフミラーにおいて透過し前記車室内に入射するように前記車両に設置される
   ことを特徴とする表示光投影用光学システム。
4. 請求項１又は２に記載の表示用反射板を含む前記ウインドシールドの製造方法であって、
   前記第１の面を有する前記第１の層を透明な樹脂により形成し、
   前記第１の面の前記所定領域をフレネル形状に形成し、
   前記第１の面の前記所定領域に蒸着又はスパッタリングによって前記ハーフミラーを形成し、
   前記ハーフミラーを含む前記第１の層に、屈折率が前記第１の層とほぼ同じ前記第２の層を積層する
   ことを特徴とするウインドシールドの製造方法。

Images