JP4068319B2 - 車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法 - Google Patents
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Description
【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vn1を求める。この法線ベクトルvn1は、
【数1】
より求めることができる。なお、vi1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、vo1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vn1と垂直でY軸と垂直なベクトルv1aを求める。このベクトルv1aは、
【数2】
より求めることができる。なおvy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vn1と垂直でZ軸と垂直なベクトルv1bを求める。このベクトルv1bは、
【数3】
より求めることができる。なおvz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v1a、v1b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vn3を求める。この法線ベクトルvn3は、
【数4】
より求めることができる。
【0059】
次に、法線ベクトルvn3と垂直でr軸と垂直なベクトルv3aを求める。このベクトルv3aは、
【数5】
より求めることができる。なおvr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vn3と垂直でθ軸と垂直なベクトルv3bを求める。このベクトルv3b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v3a、v3b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、Hi 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、Su(u,v)は(u,v)におけるu方向の接ベクトル、Sv(u,v)は(u,v)におけるv方向の接ベクトルを表す。またSuv(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Su(u,v)、Sv(u,v)の方向に相当し、各頂点251〜254における法線ベクトルvn1の方向が、このツイストベクトルSuv(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 (9)
- 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。
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