JP4068319B2

JP4068319B2 - 車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法

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Publication number: JP4068319B2
Application number: JP2001285692A
Authority: JP
Inventors: 和典夏目
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2021-09-19
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に用いられる車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用灯具は、光源と反射鏡とレンズとから構成される。かかる車両用灯具において、光源からの光は、反射鏡の反射面へと入射される。この入射光は、反射面の各セグメントにおいて、それぞれでの面形状によって決まる反射方向に反射され、レンズを透過して灯具の外部へと出射される。
【０００３】
かかる車両用灯具の設計においては、ランプとしての機能の側面からの条件（機能制約条件）に加えて、自動車などの車両に取り付けた状態で使用するために形状の側面からの条件（形状制約条件）、及び、外観の側面からの条件（外観制約条件）が課せられる。したがって、与えられた形状及び外観からの制約条件を満たした上で、機能の側面からの条件が最適化された灯具を設計することが求められる。
【０００４】
機能制約条件としては、灯具の種類によって、灯具全体が均一に光る光均一性や、光が適切に拡散されて様々な方向から見ても光る光拡散性、などが挙げられる。また、形状制約条件としては、車体の灯具収納部の容積及び形状や、灯具外面（レンズ外面）の他の車体部分との連続した形状、などによる条件が挙げられる。また、外観制約条件としては、他の車体部分の外観との調和や、車体のデザイン面からの要求などによる条件が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、車体構成上における灯具収納部に対する制限や、車両のデザイン性の高まり等により、灯具のさらなる薄型化などの厳しい形状制約条件が要求されている。このような要求により、反射面の基本形状を自由曲面とする反射鏡が提案されている。自由曲面を用いた場合には、その設計上の自由度から、灯具の薄型化など形状制約条件への対応が比較的容易である。
【０００６】
しかしながら、反射面の基本形状を自由曲面とすると、回転放物面等の幾何学面を自由曲面の各セグメントに割り付けていく設計手法では、光の反射方向の制御の自由度が小さいため、配光パターンの制御性が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、配光パターンの制御性が向上される車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法は、（１）自由曲面を区分して、隣接するセグメント同士で共通する頂点を有するように複数の頂点を有する複数のセグメントを作成するセグメント作成工程と、（２）複数のセグメントそれぞれについて、複数の頂点それぞれにおける光源バルブから入射する光の反射方向を灯具全体に要求される拡散角を満たす範囲内で決定し、複数の頂点それぞれの反射方向に基づいて、各セグメントにおける光の反射方向を各頂点における光の反射方向の範囲に制御するようなセグメントに割り付ける曲面を生成する曲面生成工程と、を備える。
【０００９】
この反射面設計方法においては、まず自由曲面の各セグメントの各頂点における光の反射方向を決定し、この反射方向に基づいて各セグメントに割り付ける曲面を生成している。このように、セグメントの各頂点における反射方向を所望の方向に決定し、これに基づいて曲面を生成することで、各セグメントにおける光の反射方向を所望の範囲に制御することができ、その結果、配光パターンの制御性の向上を図ることが可能となる。
【００１０】
上記曲面生成工程では、頂点について決定された反射方向に基づいて、セグメントに割り付ける曲面を生成するためのその頂点における独立した二方向の曲面生成方向を決定し、複数の頂点についてそれぞれ決定された曲面生成方向に基づいて、そのセグメントに割り付ける曲面を生成してもよい。このように、セグメントが有する複数の頂点についてそれぞれ曲面生成方向を決定し、その方向に基づいて曲面を生成することで、セグメントに割り付ける曲面を容易に生成することができる。
【００１１】
また、上記曲面生成工程では、セグメントに割り付ける曲面を双三次曲面に基づいて生成してもよい。このようにすれば、効率的に曲面を生成することが可能となる。
【００１２】
ここで、隣接するセグメント同士で共通する頂点では、反射方向を同一にしてもよい。このようにすれば、隣接するセグメントとの間で反射面の境界が連続になり、滑らかな反射面を得ることができる。
【００１３】
また、隣接するセグメント同士で共通する頂点では、反射方向を異ならせてもよい。このようにすれば、隣接するセグメントとの間で反射面の境界が不連続になり、不連続な反射面を得ることができる。
【００１４】
また、上記曲面生成工程では、生成した曲面の光の反射特性を評価してもよい。このようにすれば、セグメントに対して割り付ける曲面の光の拡散範囲、光線の粗密等の反射特性を確認することができる。
【００１５】
セグメント作成工程は、自由曲面に対面する基準平面を規定する基準平面規定工程と、基準平面上に反射面外形を規定し、反射面外形内を区分して複数の基準セグメントを作成する基準セグメント作成工程と、を有し、複数の基準セグメントを自由曲面に投影して複数のセグメントを作成してもよい。このようにすれば、自由曲面上に作成するセグメントの設計を基準平面上にて行うことが可能となり、設計作業の簡略化が図られる。
【００１６】
基準セグメント作成工程では、反射面外形内を第１の方向と第１の方向に垂直な第２の方向とに沿って区分して、それぞれの基準セグメントが矩形となる複数の基準セグメントを作成してもよい。
【００１７】
あるいは、基準セグメント作成工程では、反射面外形内の所定位置を中心とした放射状の動径方向と、所定位置を中心とした同心円状の円周方向と、に沿って反射面外形内を区分して、それぞれの基準セグメントが扇形となる複数の基準セグメントを作成してもよい。
【００１８】
自由曲面上を区分するセグメントの構成については、例えば各セグメントの形状を上記した矩形または扇形とする構成がある。このように規則的な配列によるセグメント構成は、反射鏡の外観上好ましい。なお、上記以外にも様々なセグメント構造が適用可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２０】
図１は、反射鏡を備える車両用灯具の一実施形態の構成を一部破断して示す分解斜視図である。この車両用灯具の反射鏡は、本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法によって設計された反射面を有する。また、図２は、図１に示した車両用灯具の反射鏡の構成を示す平面図である。なお、以下においては、図１及び図２に示すように、灯具の光軸Ａｘの方向である前後方向をＸ軸、灯具の左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とするＸＹＺ系の座標軸を規定する。
【００２１】
本実施形態による車両用灯具は、例えば自動車のテールランプなどの標識灯に適用されるものであり、この灯具は図１に示すように、反射鏡１とレンズ３と光源バルブＢとから構成されている。
【００２２】
反射鏡１は、光軸Ａｘに対して略垂直方向に広がって形成され、Ｘ軸方向から見て略矩形状に形成されている。光軸Ａｘは、灯具が取り付けられる車両の前後方向や灯具の投光方向等からあらかじめ設定される。この反射鏡１は、レンズ３と対向する面が光を反射する反射面１０ａとされている反射鏡部１０と、反射面１０ａを囲うように設けられてレンズ３との位置決めや固定等を行う外枠部１２と、を有している。
【００２３】
レンズ３は、光軸Ａｘに対して略垂直に設置されている。このレンズ３は、反射鏡１の反射面１０ａが２方向の拡散機能を有しているため、ノーステップの素通しレンズとされている。
【００２４】
光源バルブＢは、反射鏡部１０の略中心の位置に形成されている光源挿入孔１１から挿入され、その光源点Ｆが光軸Ａｘ上の所定の位置（光源位置）となるように反射鏡１に対して配置されている。
【００２５】
ここで、反射鏡１の略矩形状の外周形状（外枠部１２の外形形状等）や、光軸Ａｘに対するレンズ３の設置角度、光源バルブＢの配置位置等の諸条件については、本実施形態はその一例を示すものであって、一般にはそれらの条件は車体での灯具収納部の容積及び形状や、灯具外面（レンズ外面）の他の車体部分との連続した形状など、車体側から与えられる形状制約条件を考慮して適宜設定される。
【００２６】
図１においては、車両用灯具を構成する反射鏡１及びレンズ３を分解して示すともに、反射鏡１の外枠部１２について（図中での）上側及び右側部分を一部破断して、反射面１０ａの形状を示している。ただし、この図１では、アレイ状に配列されて反射面１０ａを構成する複数の反射面素子１４（図２参照）を図示せず、反射面１０ａの基本形状となる自由曲面２０によって概略的にその面形状を示している。
【００２７】
自由曲面２０は、反射面１０ａの基本形状を指定するものとしてその形状決定に用いられる曲面であり、基本形状として単一回転放物面を用いずに、形状制約条件を満たすなど一定の条件を満たす曲面が自由曲面として選択される。
【００２８】
反射面１０ａは、その基本形状である自由曲面２０を図２に示すようにアレイ状に区分した各セグメントに、複数の反射面素子１４（図２中に示した矩形状の個々の区分部分）をそれぞれ割り付けることによって構成される。図２においては、そのうちの１つの反射面素子１４について、その範囲を明示するために斜線を付して示してある。本実施形態における反射面１０ａの構成は、それぞれの反射面素子１４に対応する各セグメントの形状が、Ｘ軸方向から見て同形の矩形状となるように、互いに垂直なＹ軸方向及びＺ軸方向についてそれぞれ一定のピッチでセグメントに分割した構造とされている。
【００２９】
上記した構成の車両用灯具を例として、車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法について説明する。図３は、本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００３０】
本実施形態による反射面設計方法は、条件設定ステップＳ１００、自由曲面作成ステップＳ１０１、セグメント作成ステップＳ１０２、曲面生成ステップＳ１０３の各ステップを有する。なお、セグメント作成ステップＳ１０２は、基準平面規定ステップＳ１０２ａ、基準セグメント作成ステップＳ１０２ｂ、及び投影ステップＳ１０２ｃを含む。また、曲面生成ステップＳ１０３は、反射方向決定ステップＳ１０３ａ、曲面生成方向決定ステップＳ１０３ｂ、面形状決定ステップＳ１０３ｃ、及び評価ステップＳ１０３ｄの各ステップを含む。
【００３１】
条件設定ステップ（ステップＳ１００）
車両用灯具に用いる反射鏡の反射面形状の設計においては、最初に、形状設計に必要な諸条件を設定する。
【００３２】
設定される条件としては、光源バルブＢが設置される位置とその光源点Ｆの位置（光源位置）、その光源位置を通る軸であって反射面によって光源からの光が反射されて灯具から出射される方向を指定する光軸Ａｘ、などがある。その他の条件についても、必要があれば設定しても良い。また、設定する各条件とは別に、車体側からの形状制約条件などが灯具または反射鏡に対してあらかじめ与えられている。
【００３３】
自由曲面作成ステップ（ステップＳ１０１）
次に、反射面１０ａの基本形状となる自由曲面２０を作成する。
自由曲面２０は、灯具の機能の側面からの条件、及び車体側からの形状制約条件などを満たす形状に作成される。自由曲面２０に求められる機能の側面からの条件としては、反射面１０ａの光反射特性に関する光均一性などがあり、灯具の種類によって必要とされる機能は異なる。これらについては、条件設定ステップＳ１００において設定された光源位置（光源バルブＢ及び光源点Ｆ）及び光軸Ａｘなどの条件を参照しつつ、個々の灯具に求められる機能を充分満たすように自由曲面２０の形状を決定する。
【００３４】
また、同時に灯具の薄型化などの形状制約条件を満たす必要があるので、その上で機能条件が最適化される形状とする。例えば、車体の灯具収納部の形状等によって反射鏡の特定の部位に特に厳しい形状制約条件が課せられるような場合があるので、そのような部位での機能条件の低下や変化を抑制するように自由曲面２０を作成する。
【００３５】
セグメント作成ステップ（ステップＳ１０２）
次に、自由曲面２０を区分して複数の頂点２５₁〜２５₄を有する複数のセグメント２４を作成する。このセグメント作成ステップＳ１０２は、基準平面規定ステップＳ１０２ａ、基準セグメント作成ステップＳ１０２ｂ、及び投影ステップＳ１０２ｃを含む。
【００３６】
基準平面規定ステップ（ステップＳ１０２ａ）
まず、自由曲面作成ステップＳ１０１において作成された自由曲面２０に対して基準平面５を規定する。
【００３７】
図４に、自由曲面２０に対して規定された基準平面５が示されている。基準平面５は、後述する自由曲面２０のセグメントの設計に用いられる平面であって、自由曲面２０に対向する平面として規定される。本実施形態においては、図４に示すように、光軸Ａｘに対して垂直なＹ−Ｚ平面によって基準平面５を規定している。
【００３８】
基準セグメント作成ステップ（ステップＳ１０２ｂ）
次に、基準平面規定ステップＳ１０２ａにおいて規定された基準平面５を用いて複数の基準セグメント５４を作成する。
【００３９】
まず、自由曲面２０を基本形状として作成される反射面１０ａに対応する反射面外形５０を、光軸Ａｘが通る自由曲面２０上の点Ｇに対応する点ｇを含んで基準平面５上に生成する。この反射面外形５０内を所定の方法によって区分して、基準セグメント５４を作成する。
【００４０】
図４においては、光軸Ａｘにそれぞれ直交し、かつ互いに直交するＹ軸方向及びＺ軸方向を２つの区分方向とし、それぞれの方向に沿って一定のピッチで反射面外形５０内を分割して、アレイ状に配列された矩形の基準セグメント５４を生成している。なお、この基準セグメント５４の構造は、図２に示した反射鏡１での反射面素子１４の配列構造に対応している。また、基準セグメント５４の生成については、点ｇ以外の点を区分の基点として行っても良い。
【００４１】
投影ステップ（ステップＳ１０２ｃ）
次に、基準セグメント作成ステップＳ１０２ｂにおいて作成された基準セグメント５４を自由曲面２０に投影してセグメント２４を生成する。ここで、基準平面５と自由曲面２０との間の投影は、すべてＸ軸（光軸Ａｘ）に沿って行っている。
【００４２】
図５は、図４に示した反射面外形５０内の基準セグメント５４、及び自由曲面２０上の対応する部分について示す斜視図である。図５においては、基準セグメント５４の１つを拡大して実線で示し、これに対応する自由曲面２０上のセグメント２４を破線で示してある。また、それらの近傍の基準セグメント及びセグメントを点線で示している。
【００４３】
セグメント２４が有する頂点２５₁〜２５₄の個数は、基準セグメント５４の頂点５５₁ 〜５５₄の個数に対応し、ここでは各セグメント２４について４個である。
【００４４】
なお、各セグメント２４の頂点２５₁〜２５₄は、後述するようにそれぞれのセグメント２４に割り付けられる曲面を生成するための、光の反射方向を決定する点として用いられる。
【００４５】
曲面生成ステップ（ステップＳ１０３）
次に、各セグメント２４に割り付ける反射面素子１４としての曲面を生成する。この曲面生成ステップＳ１０３は、反射方向決定ステップＳ１０３ａ、曲面生成方向決定ステップＳ１０３ｂ、面形状決定ステップＳ１０３ｃ、及び評価ステップＳ１０３ｄの各ステップを含む。
【００４６】
反射方向決定ステップ（ステップＳ１０３ａ）
まず、図６に示すように、セグメント作成ステップＳ１０２において作成されたセグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄について、光源バルブＢから入射する光の反射方向（図６中において矢印で示す）を決定する。
【００４７】
セグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における光の反射方向は、灯具全体に要求される拡散角を満たす範囲内で、各セグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄ごとに所望の方向に決定する。
【００４８】
なお、この反射方向決定ステップＳ１０３ａと、後述する曲面生成方向決定ステップＳ１０３ｂ、面形状決定ステップＳ１０３ｃ、及び評価ステップＳ１０３ｄとは、各セグメント２４に対して順次行われる。そして、すべてのセグメント２４に対する反射方向の決定、曲面生成方向の決定、及び面形状の決定、及び評価が行われる。これらのステップの繰り返しによって自由曲面２０上の各セグメント２４に反射面素子１４が割り付けられる。なお、図４において斜線を付して示した基準セグメント５４、及びセグメント２４は、図２において斜線を付して示した反射面素子１４に対応している。
【００４９】
曲面生成方向決定ステップ（ステップＳ１０３ｂ）
まず、反射方向決定ステップＳ１０３ａにおいて決定したセグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における反射方向に基づいて、そのセグメント２４に割り付ける曲面を生成するための、各頂点２５₁〜２５₄における独立した二方向の曲面生成方向を決定する。この曲面生成方向は、各頂点２５₁〜２５₄における光の反射方向が決定されると一義的に定まる。
【００５０】
まず、図７に示すように、光源バルブＢからの光を、各頂点２５₁〜２５₄における光の反射方向に反射するための反射平面Ｒ１〜Ｒ４を求める。次に、図８に示すように、セグメント２４に対応する基準セグメント５４を自由曲面２０に投影するときに、これらの反射平面Ｒ１〜Ｒ４上に投影される基準セグメント５４の境界線ａ〜ｄの投影線を求める。
【００５１】
このようにして求められた、反射平面Ｒ１〜Ｒ４上の投影線ａ₁，ａ₂，ｂ₂，ｂ₃，ｃ₃，ｃ₄，ｄ₄，ｄ₁の方向を、そのセグメント２４に割り付ける曲面を生成するための各頂点２５₁〜２５₄における曲面生成方向として決定する。なお、基準セグメント５４の境界線が曲線であり、反射平面Ｒ１〜Ｒ４上に投影される投影線が曲線となるときは、その曲線の頂点２５₁〜２５₄における接線方向を曲面生成方向として決定する。
【００５２】
このようにして、セグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における曲面生成方向を決定することができる。ただし本実施形態では、基準セグメント５４として矩形のセグメントを想定しており、図４に示すように、座標系として基準セグメント５４を区分する境界線が伸びる方向にＹ軸とＺ軸を設定しているため、上記した曲面生成方向は、以下のようにして極めて簡単に求めることができる。
【００５３】
まず、図９に示すように、光源バルブＢからの光を、頂点２５₁における反射方向に反射する反射平面の法線ベクトルｖ_n1を求める。この法線ベクトルｖ_n1は、
【数１】

より求めることができる。なお、ｖ_i1は光源バルブＢからの光の入射方向を示す単位ベクトルであり、ｖ_o1は頂点２５₁における光の反射方向を示す単位ベクトルである。
【００５４】
次に、法線ベクトルｖ_n1と垂直でＹ軸と垂直なベクトルｖ_1aを求める。このベクトルｖ_1aは、
【数２】

より求めることができる。なおｖ_yは、セグメントの境界線Ｃｖ１を含みＹ軸に垂直な平面の法線ベクトルである。ここで「×」はベクトルの外積を表している。以下同様である。
【００５５】
更に、法線ベクトルｖ_n1と垂直でＺ軸と垂直なベクトルｖ_1bを求める。このベクトルｖ_1bは、
【数３】

より求めることができる。なおｖ_zは、セグメントの境界線Ｃｖ２を含みＺ軸に垂直な平面の法線ベクトルである。
【００５６】
このようにして求めたベクトルｖ_1a、ｖ_1bの方向を、そのセグメントに割り付ける曲面を生成するための頂点２５₁における曲面生成方向として決定する。この作業を、他の頂点２５₂〜２５₄についても行う。
【００５７】
なお、基準セグメントとして扇形のセグメントを想定し、図１０（ａ）に示すような光軸方向Ｘ、同径方向ｒ、及び円周方向θで表される座標系を設定するときも、上記した曲面生成方向を以下に示すように極めて簡単に求めることができる。
【００５８】
まず、図１０（ｂ）に示すように、光源バルブＢからの光を、頂点２５₃における反射方向に反射する反射平面の法線ベクトルｖ_n3を求める。この法線ベクトルｖ_n3は、
【数４】

より求めることができる。
【００５９】
次に、法線ベクトルｖ_n3と垂直でｒ軸と垂直なベクトルｖ_3aを求める。このベクトルｖ_3aは、
【数５】

より求めることができる。なおｖ_rは、ｒ軸に垂直な平面の法線ベクトルである。
【００６０】
更に、法線ベクトルｖ_n3と垂直でθ軸と垂直なベクトルｖ_3bを求める。このベクトルｖ_3bは、
【数６】

より求めることができる。なおｖθは、θ軸に垂直な平面の法線ベクトルである。
【００６１】
このようにして求めたベクトルｖ_3a、ｖ_3bの方向を、そのセグメントに割り付ける曲面を生成するための、頂点２５₃における曲面生成方向として決定する。この作業を、他の頂点２５₁，２５₂，２５₄についても行う。
【００６２】
面形状決定ステップ（ステップＳ１０３ｃ）
次に、曲面生成方向決定ステップＳ１０３ｂにおいて決定したセグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における曲面生成方向に基づいて、そのセグメント２４に割り付ける曲面の面形状を決定する。
【００６３】
セグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における曲面生成方向が決まっているとき、例えば接線スプライン曲線や、３次のエルミート曲線を用いて各頂点２５₁〜２５₄を結ぶ外周曲線を生成することができる。このうち、エルミート曲線は、セグメントの一対の頂点とそこでの導関数が与えられたときに、それらを補完するものとして定義された曲線である。エルミート曲線は、通常、パラメータ区間［０，１］において定義される多項式曲線となる。３次のエルミート曲線は、図１１に示すように端点ｐ₀、ｐ₁とそこでの接ベクトルｖ₀、ｖ₁とによって定められる。表現式は以下のようになる。
【００６４】
【数７】

【００６５】
ここで、Ｈ_i ³（ｔ）は３次エルミート関数と呼ばれる多項式である。両端点ｐ₀、ｐ₁（ｔ＝０，１）における条件から、各エルミート関数は以下のように表される。
【００６６】
【数８】

【００６７】
ここで、上記曲面生成方向決定ステップＳ１０３ｂで決定したセグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における曲面生成方向が、接ベクトルｖ₀、ｖ₁の方向に相当する。よって、例えば、図８に示すように、頂点２５₁での曲面生成方向ａ₁と頂点２５₂での曲面生成方向ａ₂とに基づいて、３次のエルミート関数により頂点２５₁と頂点２５₂とを結ぶ外周曲線を決定することができる。
【００６８】
このようにして、図１２に示すように、セグメント２４に割り付ける曲面の外周曲線Ｑ₁〜Ｑ₄を決定する。そして、４本の外周曲線Ｑ₁〜Ｑ₄に基づいて曲面Ｓを作成し、その曲面Ｓを当該セグメント２４に割り付ける曲面の面形状として決定する。
【００６９】
なお、セグメント２４に割り付ける曲面の面形状は、エルミート曲線を曲面に拡張したクーンズの双三次曲面を用いてより簡単に決定することができる。
【００７０】
双三次曲面は、図１３に示すように、セグメントの頂点とそこでの接ベクトルとツイストベクトルによって定義される３次の多項式曲面である。双三次曲面の定義されるパラメータ領域はｕについて［０，１］であり、ｖについて［０，１］である。双三次曲面は３次エルミート関数を用いて次のように表現されるものである。
【００７１】
【数９】

【００７２】
ここで、
【数１０】

である。つまり、Ｓ_u（ｕ，ｖ）は（ｕ，ｖ）におけるｕ方向の接ベクトル、Ｓ_v（ｕ，ｖ）は（ｕ，ｖ）におけるｖ方向の接ベクトルを表す。またＳ_uv（ｕ，ｖ）は（ｕ，ｖ）におけるツイストベクトルと呼ばれ、その位置での曲面のねじれ方を表す。
【００７３】
ここで、上記曲面生成方向決定ステップＳ１０３ｂで決定したセグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における曲面生成方向が、このｕ方向及びｖ方向の接ベクトルＳ_u（ｕ，ｖ）、Ｓ_v（ｕ，ｖ）の方向に相当し、各頂点２５₁〜２５₄における法線ベクトルｖ_n1の方向が、このツイストベクトルＳ_uv（ｕ，ｖ）の方向に相当する。
【００７４】
このように、クーンズの双三次曲面を用いることで、セグメント２４に割り付ける曲面の面形状を簡単に決定することができる。
【００７５】
評価ステップ（ステップＳ１０３ｄ）
次に、セグメントに対して割り付ける曲面の光の反射特性を評価する。すなわち、図１４に示すように、コンピュータシミュレーション等により光線追跡を行い、生成した曲面による光の反射特性を評価する。このようにすれば、その曲面の光の拡散範囲、光線の粗密等の反射特性を確認することができる。なお、図１４に示す４本の太線は、セグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における光の反射方向を示しており、曲面Ｓにより反射される他の光は、この４本の太線で規定される範囲に収まる。
【００７６】
このように、曲面生成ステップＳ１０３において決定された面形状を有する反射面素子１４をそれぞれのセグメント２４に割り付けて、自由曲面２０を基本形状とする複数の反射面素子１４を含む反射面１０ａ（図２参照）を作成する。
【００７７】
図１５は、このようにして作成された反射面１０ａの断面を示す図である。図１５（ａ）は、反射方向決定ステップＳ１０３ａにおいて、セグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における光の反射方向を決定するとき、隣接するセグメント２４で共通する頂点について、反射方向を同一とした場合に作成された反射面１０ａを示している。また、図１５（ｂ）は、隣接するセグメント２４で共通する頂点について、反射方向を異なるものとした場合に作成された反射面１０ａを示している。
【００７８】
図１５（ａ）に示すように、反射方向を同一とすれば、隣接するセグメントとの間で反射面素子１４の境界が連続になり、全体として滑らかな反射面１０ａを得ることができる。また図１５（ｂ）に示すように、反射方向を異なるものとすれば、隣接するセグメントとの間で反射面素子１４の境界が不連続になり、全体として不連続な反射面１０ａを得ることができる。
【００７９】
以上説明した車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法の作用効果について説明する。
【００８０】
反射面の基本形状を自由曲面とすることによって、様々な形状制約条件に適合させた反射面形状を実現することができるが、一方で、自由曲面の形状が複雑になるため、回転放物面等の幾何学面を反射面素子として自由曲面の各セグメントに割り付けていく設計手法では、光の反射方向の制御の自由度が小さいため、配光パターンの制御性が悪くなるおそれがある。
【００８１】
これに対して、上記した実施形態に係る反射面設計方法においては、まず自由曲面の各セグメントの各頂点における光の反射方向を決定し、この反射方向に基づいて各セグメントに割り付ける曲面を生成している。このように、セグメントの各頂点における反射方向を所望の方向に決定し、それに基づいて曲面を生成することで、各セグメントにおける光の反射方向を所望の範囲に制御することができ、その結果、配光パターンの制御性の向上を図ることが可能となる。
【００８２】
特に、セグメントに割り付ける曲面の面形状を決定するに際し、セグメント２４の各頂点２５₁〜２５₄における反射方向に基づいて曲面生成方向を決定し、その方向に基づいて曲面を生成すれば、そのセグメント２４に割り付ける曲面を容易に生成することができる。更に、双三次曲面に基づいてセグメント２４に割り付ける曲面の面形状を決定するようにすれば、極めて効率的に曲面を生成することが可能となる。
【００８３】
また、隣接するセグメント同士で共通する頂点において光の反射方向を同一にすれば、隣接するセグメントとの間で反射面素子１４の境界が連続になり、滑らかな反射面１０ａを得ることが可能となる。また、隣接するセグメント同士で共通する頂点において光の反射方向を異なるものとすれば、隣接するセグメントとの間で反射面素子１４の境界が不連続になり、不連続な反射面１０ａを得ることが可能となる。
【００８４】
また、生成した曲面の光の反射特性を評価するようにすれば、光の拡散範囲、光線の粗密等の反射特性を確認することができる。
【００８５】
本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、個々の灯具に課せられた具体的な制約条件等によって様々な変形や構成の変更が可能である。
【００８６】
例えば、反射面１０ａを区分するセグメント形状は、上記した実施形態で示した矩形のものに限らない。図１６は、車両用灯具の反射鏡の他の構成を示す平面図である。この例では、基準平面５と光軸Ａｘとの交点を中心とした放射状の動径方向ｒと、交点を中心とした同心円状の円周方向θと、に沿って反射面外形５０内を区分して基準セグメント５４を作成し、それを自由曲面２０に投影して、それぞれがＸ軸方向から見て扇形状となるセグメント２４及び反射面素子１４の形状に設定している。
【００８７】
このようなセグメント形状では、矩形の場合と同様に扇形の４個の頂点における光の反射方向を決定し、図１０を用いて説明したようにして、当該セグメントに割り付ける曲面を生成するための、各頂点における曲面生成方向を決定する。そして、各頂点における曲面生成方向に基づいて、当該セグメントに割り付ける曲面の面形状を決定する。
【００８８】
なお、これ以外の様々なセグメント形状に区分した場合においても、同様に上記した反射面設計方法が適用可能である。例えば、三角形状や五角形状などの多角形状にセグメントを区分した場合はもちろんのこと、多角形以外の複数の頂点を有するセグメントに区分した場合においても、上記した反射面設計方法が適用可能である。
【００８９】
また、灯具の種類についても、標識灯に限らず様々な種類の車両用灯具に用いられる反射鏡に対して上記方法を用いることができる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法によれば、灯具の配光パターンの制御性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用灯具の一実施形態の構成を一部破断して示す分解斜視図である。
【図２】図１に示した車両用灯具の反射鏡の構成を示す平面図である。
【図３】車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】基準平面を用いて自由曲面をアレイ状のセグメントに区分する方法を示す斜視図である。
【図５】基準平面の基準セグメント及び自由曲面のセグメントの対応を一部拡大して示す斜視図である。
【図６】セグメントの各頂点での光の反射方向を決定する様子を示す図である。
【図７】セグメントの各頂点での光の反射方向に光源バルブから入射する光を反射する反射平面を生成する様子を示す図である。
【図８】セグメントの各頂点に生成された反射平面に基準セグメントを投影して曲面生成方向を決定する様子を示す図である。
【図９】矩形のセグメントにより自由曲面を区分したときの各頂点での曲面生成方向を決定する方法を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）は、扇形のセグメントについての座標系の設定の一例を示す図であり、図１０（ｂ）は、扇形のセグメントにより自由曲面を区分したときの各頂点での曲面生成方向を決定する方法を説明するための図である。
【図１１】エルミート曲線を説明するための図である。
【図１２】セグメントの各頂点での曲面生成方向に基づいて面形状を決定する様子を説明する図である。
【図１３】双三次曲面を説明するための図である。
【図１４】光線追跡において、光源バルブからの光がセグメントに対して割り付ける曲面Ｓにより反射される様子を示す図である。
【図１５】反射面の断面を示す図である。
【図１６】車両用灯具の反射鏡の構成の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…反射鏡、３…レンズ、５…基準平面、１０…反射鏡部、１０ａ…反射面、１１…光源挿入孔、１２…外枠部、１４…反射面素子、２０…自由曲面、２４…セグメント、２５…頂点、５０…反射面外形、５４…基準セグメント、Ｂ…光源バルブ、Ｆ…光源点、Ａｘ…光軸。

Claims

車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法であって、
自由曲面を区分して、隣接するセグメント同士で共通する頂点を有するように複数の頂点を有する複数のセグメントを作成するセグメント作成工程と、
前記複数のセグメントそれぞれについて、前記複数の頂点それぞれにおける光源バルブから入射する光の反射方向を灯具全体に要求される拡散角を満たす範囲内で決定し、該複数の頂点それぞれの該反射方向に基づいて、各セグメントにおける光の反射方向を各頂点における光の反射方向の範囲に制御するような該セグメントに割り付ける曲面を生成する曲面生成工程と、
を備える車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
前記曲面生成工程では、前記頂点について決定された前記反射方向に基づいて、前記セグメントに割り付ける曲面を生成するための該頂点における独立した二方向の曲面生成方向を決定し、
前記複数の頂点についてそれぞれ決定された前記曲面生成方向に基づいて、前記セグメントに割り付ける曲面を生成する請求項１に記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
前記曲面生成工程では、前記セグメントに割り付ける曲面を双三次曲面に基づいて生成する請求項１又は請求項２に記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
隣接する前記セグメント同士で共通する前記頂点では、前記反射方向を同一にする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
隣接する前記セグメント同士で共通する前記頂点では、前記反射方向を異ならせる請求項１〜３のいずれかに記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
前記曲面生成工程では、生成した曲面の光の反射特性を評価する請求項１〜５のいずれかに記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
前記セグメント作成工程は、前記自由曲面に対面する基準平面を規定する基準平面規定工程と、
前記基準平面上に反射面外形を規定し、該反射面外形内を区分して複数の基準セグメントを作成する基準セグメント作成工程と、を有し、
前記複数の基準セグメントを前記自由曲面に投影して前記複数のセグメントを作成する請求項１〜６のいずれかに記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
前記基準セグメント作成工程では、前記反射面外形内を第１の方向と該第１の方向に垂直な第２の方向とに沿って区分して、それぞれの前記基準セグメントが矩形となる前記複数の基準セグメントを作成する請求項７に記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。
前記基準セグメント作成工程では、前記反射面外形内の所定位置を中心とした放射状の動径方向と、前記所定位置を中心とした同心円状の円周方向と、に沿って前記反射面外形内を区分して、それぞれの前記基準セグメントが扇形となる前記複数の基準セグメントを作成する請求項７に記載の車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法。