JP2002006220A

JP2002006220A - 光学式シミュレーション方法及び光学式シミュレータ

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Publication number: JP2002006220A
Application number: JP2000184123A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuhiro; 泰松広; Hiroyuki Sato; 博之佐藤; Yuujirou Mizuno; 祐二朗水野; Naoto Kanamori; 直人金森; Masaki Suzuki; 雅幾鈴木
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-09
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: JP3820847B2

Abstract

(57)【要約】【課題】数式化に依存することなく、直接、光学的シ
ミュレーションを行うことで、自由曲面のシミュレーシ
ョンをも容易にするような光線式シミュレーション方法
及び光学式シミュレータを提供する。【解決手段】例えば、光学要素５０に入射する光線４
１ａは反射光線４１ｂとしてベクトル演算により直線と
して決定されて描画される。この描画の繰り返しで光源
から光認識要素までの光跡が描画される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光線式シミュレー
ション方法及び光線式シミュレータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光線式シミュレーション
方法の一例であるＣＡＤ技法においては、光源、反射、
屈折、瞳等の光学的要素を数式として扱っている。ま
た、図形から数式への変換を容易にするため、光学系の
入力は、主として、専用のモデラーを使用して行ってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ＣＡＤ技
法において、モデラーを主として扱えるのは、例えば、
凹面鏡でいえば、球面、放物面や双曲面等の数式化の容
易な要素にすぎない。このため、他のＣＡＤ技法で作成
された自由曲面を要素としたい場合には、手作業或いは
手作りのツールで近似的に数式化しなければならないと
いう不具合がある。

【０００４】また、従来は、上記シミュレーションにあ
たり、光源から全方向に亘り或いは光学系の全域に亘っ
て、放射状に各光線を出射して全光線につき光学系の追
跡を行うようにしている。このため、虚像評価に必要な
瞳（視線円）に入射する光線の抽出を行うために、多く
の光線追跡を逐一しなければならない。例えば、虚像の
評価を正確に行うには、視線円の大きさを人間の実際の
瞳の大きさよりも小さくする必要があることから、上記
光線追跡に伴い視線円探査を行うには、細かな分割探査
が必要となる。従って、シミュレーションの効率が悪い
という不具合がある。

【０００５】そこで、本発明は、このようなことに対処
するため、数式化に依存することなく、直接、光学的シ
ミュレーションを行うことで、自由曲面のシミュレーシ
ョンをも容易にするような光線式シミュレーション方法
及び光線式シミュレータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、請求項１に記載の発明に係る光学式シミュレーショ
ン方法は、複数の光学要素（５０、６０、７０）を介す
る光源要素（４０）と光認識要素（８０）との間の光跡
をシミュレートにより決定する。

【０００７】当該光学式シミュレーション方法におい
て、光源要素の光線が各光学要素により光路変更されて
当該各光学要素から出射する方向を画面上で描画により
直線でもって決定することで上記光跡とする。

【０００８】このように、画面上で光線を直線として表
すことに着目し、立体図形で描画した反射面や屈折面等
の光学要素の作用を直線で描画することで、反射面や屈
折面その他自由曲面を、数式化に依存することなく、光
線追跡により直接簡単にシミュレーションできる。

【０００９】また、請求項２に記載の光学式シミュレー
ション方法は、光源要素（４０）、複数の光学要素（５
０、６０、７０）及び光認識要素（８０）からなる光学
系において前記各光学要素を介する前記光源要素と前記
光認識要素との間の光跡をシミュレートにより決定す
る。

【００１０】当該光学式シミュレーション方法におい
て、光源要素の多数の光線のうち、一光線を仮想中心線
とした円錐状の所定角度範囲内にある各光線が各光学要
素により光路変更されて当該各光学要素から出射する方
向を画面上で描画により直線でもって決定することでそ
れぞれ光跡とする第１手順（１１０、１２０）と、上記
各光跡上の光認識要素からの距離をそれぞれ評価して、
最も光認識要素に近い光跡を新たに仮想中心線とするよ
うに決定して、このように決定した新たな仮想中心線に
基づき第１手順を行う第２手順（１３０、１４０、１５
０）とを備え、第１及び第２の各手順を、光源要素の光
線が光認識要素に認識される位置に達するまで繰り返
す。

【００１１】このように、光源要素の多数の光線のうち
一光線を仮想中心線として限定した角度範囲で２次元２
分探査方法を用いて光認識要素の探査を行い、これを繰
り返すことにより、実質的に全範囲の探査と同等の探査
をより少ない探査で済ませる。これにより、光線追跡を
全範囲に亘り行うことなく、限定した範囲を徐々に瞳に
近づけていくため、シミュレーション時間の短縮を確保
できる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明に係る光学式
シミュレーション方法は、光源要素（４０）、複数の光
学要素（５０、６０、７０）及び光認識要素（８０）か
らなる光学系において各光学要素を介する光源要素と光
認識要素との間の光跡をシミュレートにより決定する。

【００１３】当該光学式シミュレーション方法におい
て、２次元２分探査方法を用いて、光源要素の光線に対
する追跡の範囲を徐々に光認識要素に近づけるようにし
て、上記光跡を描画する。これにより、請求項２の作用
効果をより一層高速にて達成できる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明に係る光学式
シミュレータは、複数の光学要素（５０、６０、７０）
を介する光源要素（４０）と光認識要素（８０）との間
の光跡をシミュレートにより決定する。

【００１５】そして、当該シミュレータは、光源要素の
光線が各光学要素により光路変更されて当該各光学要素
から出射する方向を画面上で描画により直線でもって決
定することで上記光跡とする。これにより請求項１に記
載の発明の実施に直接使用する光学式シミュレータの提
供が可能となる。

【００１６】また、請求項５に記載の発明に係る光学式
シミュレータは、光源要素（４０）、複数の光学要素
（５０、６０、７０）及び光認識要素（８０）からなる
光学系において各光学要素を介する光源要素と光認識要
素との間の光跡をシミュレートにより決定する。ここ
で、当該シミュレータは、光源要素の多数の光線のう
ち、一光線を仮想中心線とした円錐状の所定角度範囲内
にある各光線が各光学要素により光路変更されて当該各
光学要素から出射する方向を画面上で描画により直線で
もって決定することでそれぞれ光跡とする第１手段（１
１０、１２０）と、各光跡上の光認識要素からの距離を
それぞれ評価して、最も光認識要素に近い光跡を新たに
仮想中心線とするように決定して、このように決定した
新たな仮想中心線に基づき第１手段にその処理を行わせ
る第２手段（１３０、１４０、１５０）とを備える。

【００１７】そして、第１及び第２の各手段は、その処
理を、光源要素の光線が光認識要素に認識される位置に
達するまで繰り返す。

【００１８】これにより、請求項２に記載の発明の実施
に直接使用する光学式シミュレータの提供が可能とな
る。

【００１９】また、請求項６に記載の発明に係る光学式
シミュレータは、光源要素（４０）、複数の光学要素
（５０、６０、７０）及び光認識要素（８０）からなる
光学系において各光学要素を介する光源要素と光認識要
素との間の光跡をシミュレートにより決定する。ここ
で、当該シミュレータは、光源要素の光線に対する追跡
の範囲を徐々に光認識要素に近づけるようにして上記光
跡を描画する２次元２分探査手段（１７０乃至１９２）
を備える。

【００２０】これにより、請求項３に記載の発明の実施
に直接使用する光学式シミュレータの提供が可能とな
る。

【００２１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
により説明する。

【００２３】（第１実施形態）図１は本発明に係る光学
式シミュレータの一例を示しており、このシミュレータ
は、操作装置１０と、コンピュータ２０と、陰極線管３
０（以下、ＣＲＴ３０という）とを備えている。操作装
置１０は、キーボード及びマウスからなるもので、この
操作装置１０は、その操作、即ちキーボードやマウスの
操作により、操作出力をコンピュータ２０に入力する。

【００２４】コンピュータ２０は、図２及び図３にて示
すフローチャートに従い、コンピュータプログラムを実
行し、この実行中において、操作装置１０の操作出力に
基づき、ＣＲＴ３０に表示する表示データを立体ＣＡＤ
技法によりシミュレート処理する。

【００２５】以上のように構成した本第１実施形態にお
いて、コンピュータ２０が図２及び図３のフローチャー
トに従いコンピュータプログラムの実行を開始すれば、
ステップ１００において、操作装置１０の操作のもとＣ
ＲＴ３０の画面上に描画すべき各光学要素４０乃至９０
（図４参照）が初期設定により描画される。ここで、光
源要素４０、各光学要素５０、６０、７０、９０及び光
認識要素８０は乗用車用ヘッドアップディスプレイの虚
像評価用光学系を構成するように描画によりシミュレー
トされている。

【００２６】光源要素４０は液晶パネルの表示面であ
り、両光学要素５０、６０は凹面鏡の反射面であり、光
学要素７０は当該乗用車のフロントウインドシールドの
内面であり、光認識要素８０は運転者の眼であり、光学
要素９０は虚像である。

【００２７】光源要素４０は、液晶パネルの表面を９分
割して９個の光源４１乃至４９でもって代表される。光
学要素５０は、光源要素４０からの光を光学要素６０に
向けて反射するものである。光学要素７０は、光学要素
６０の反射光を光認識要素８０に向けて反射するもので
ある。光学要素９０は、光認識要素８０の反射像に対応
して光学要素７０の前方に形成されるものである。

【００２８】このようにして初期設定が終了すると、ス
テップ１０１において、光源要素４０の中央に位置する
光源４１の光が、光学要素５０の中央で反射され、光学
要素６０の中央で反射され、光学要素７０のうち運転者
の視野領域の中央で光認識要素８０に向け反射されると
ともに光学要素９０の中央に結像するように、光跡Ｒが
描画される。

【００２９】ついで、サブルーチン１１０、サブルーチ
ン１２０及び各ステップ１３０乃至１５０の処理が、コ
ンピュータ２０のメモリに格納してある自動スクリプト
を用いてなされる。

【００３０】まず、サブルーチン１１０において、３重
円錐作成処理がなされる。現段階では、３重円錐が光源
４１の光に基づいて以下のようにして作成される。図５
及び図６にて示すように、光源４１の光軸（或いは光学
要素５０の中心に向かう光源４１の光線）が仮中心線Ｃ
として設定される。そして、この仮中心線Ｃの周りに円
錐状の領域Ｄを設定し、この設定領域Ｄ内にて、光源４
１から各光線を、円周方向には仮中心線Ｃ周りに等角度
間隔φにて、半径方向には仮中心線Ｃを中心に等密度間
隔ｒにて出射させるように描画する（図５及び図６参
照）。これにより、図７にて示すように光学要素５０上
に光源４１の複数の光線が仮中心線Ｃを中心とする３重
円錐状に描画される。但し、領域Ｄは、図５にて示すご
とく、光源４１を頂点とし開き角度θを有する円錐によ
り特定される。

【００３１】なお、光源４１の各光線は、円錐状の領域
にあれば、等密度間隔及び等角度間隔のものに限ること
なく、等間隔或いは等角度の分割で順次出射するもので
もよく、モンテカルロ法によりランダムに出射するもの
でもよく、また、重み付けランダム、例えば、中心方向
に正規分布をもったランダム出射によるものでもよい。

【００３２】然る後、サブルーチン１２０（図２及び図
３参照）において、光源４１の３重円錐状の各光線に基
づく光線追跡が各光学要素５０乃至７０について順次な
される。まず、ステップ１２１において、Ｎ＝１とセッ
トされる。そして、ステップ１２２において、光源４１
からの光線４１ａと光学要素５０との交点Ｐ（図７及び
図８参照）が求められる。ここで、光線４１ａはベクト
ルａで特定される。なお、ベクトルａは便宜上光線４１
ａの入射方向とは逆向きのベクトルで示してある。

【００３３】次に、ステップ１２３において、交点Ｐを
通り光学要素５０の反射面に垂直な直線（法線）の単位
ベクトルｂが求められる（図８参照）。そして、ステッ
プ１２４において、ベクトルａと単位ベクトルｂとのス
カラー積Ｌ（図８参照）が求められる。その後、ステッ
プ１２５において、スカラー積Ｌとベクトルｂとの積に
より、ベクトルａの上記法線への正射影のベクトルｃ
（図８参照）が求められる。

【００３４】ついで、ステップ１２６において、ベクト
ルｃのベクトルａからのベクトル差（ｃ−ａ）が２倍さ
れてこのベクトル差（ｃ−ａ）にベクトルａを加算し
て、入射光線４１ａに対する光学要素５０の反射光線４
１ｂの光跡ベクトルｘとして求められる（図８参照）。
その後、ステップ１２７において、交点Ｐからベクトル
ｘからなる反射光線の光跡Ｒ１が描かれる。

【００３５】然る後、ステップ１２８において、Ｎ＝１
であることから、ＮＯと判定され、ステップ１２９にお
いて、Ｎ＝Ｎ＋１＝２と更新される。そして、各ステッ
プ１２２乃至１２７の処理でもって、上述と実質的に同
様にして、光学要素６０に対する光学要素５０の反射面
における上記反射光線４１ｂの反射光線が、ベクトルｘ
に対応するベクトルからなる光跡Ｒ１上の反射光線とな
る。

【００３６】その後、ステップ１２８にてＮ＝２に基づ
きＮＯとの判定がなされ、ステップ１２９にてＮ＝３と
更新される。そして、各ステップ１２２乃至１２７の処
理でもって、上述と実質的に同様にして、光学要素７０
に対する光学要素６０の反射面における上記反射光線４
１ｂの反射光線が、ベクトルｘに対応するベクトルから
なる光跡Ｒ１上の反射光線となる。これにより、光源４
１の光線４１ａは、光跡Ｒ１として、各光学要素５０、
６０、７０にて反射されて、光跡Ｒ１として描画され
る。

【００３７】ステップ１２８での判定がＹＥＳとなる
と、ステップ１２８ａにおいて、Ｎ＝０とセットされ、
３重円錐状光線のすべての光跡描画処理が終了したか否
かがステップ１２８ｂにて判定される。現段階では、一
光線に対する光跡Ｒ１が描画されたのみ故、ステップ１
２８ｂでの判定がＮＯとなり、ステップ１２８ｃにおい
てＮ＝Ｎ＋１＝１と加算更新される。

【００３８】以下、上記３重円錐状光線の全てについて
各光学要素５０乃至７０につき上述と実質的に同様に光
跡が順次描画される。そして、ステップ１２８ｂにおけ
る判定がＹＥＳとなると、ステップ１２８ｄにおいて、
光学要素７０から光認識要素８０に向かう各光跡の光学
要素７０との交点と光認識要素８０の瞳（視線円）との
各距離が算出される。そして、この算出結果に基づき上
記全光跡のうち光認識要素８０の瞳に入射する光跡があ
れば、ステップ１３０における判定がＹＥＳとなり、ス
テップ１３２において、光認識要素８０への収束と判定
する。

【００３９】一方、ステップ１３０における判定がＮＯ
となると、ステップ１４０において、上記全光跡のうち
最も光認識要素８０に近づいた光跡に対応する光源４１
の光線（例えば、光跡Ｒ１に対応する光線）を選択し、
ステップ１５０において、この選択光線を中心光線（図
７にて符号Ｃ１参照）と設定する。そして、上述と同様
にサブルーチン１１０乃至１３０の処理がなされる。以
下同様の処理を行い、ステップ１３０での判定がＹＥＳ
となると、ステップ１３１で収束と判定する。

【００４０】このようにして収束した後は、光源要素４
０の各光源４２乃至４９の光線について、各サブルーチ
ン２００ａ乃至２００ｈにおいて、それぞれ、サブルー
チン１１０乃至ステップ１３１までの処理が同様に繰り
返される。

【００４１】以上説明したように、本第１実施形態で
は、光線追跡が、３重円錐状の各光線に基づき徐々に光
認識要素８０に近づけていくようにしてなされるので、
光学要素５０の全反射面について光線追跡を行う必要が
なくなり、その結果、シミュレーション時間の短縮を図
りつつ、光認識要素８０に歪みなく入る光学要素９０と
して虚像を精度よく確保できるように、光学要素７０の
形状にあわせて各光学要素５０、６０の光学設計のため
のシミュレーションを効率よく行うことができる。

【００４２】これにより、当該シミュレーションでもっ
て、光源から出射した光線が光認識要素８０に入射した
ときの光跡の延長線が虚像表示面と交わった点の位置を
評価することでの虚像の形状をシミュレートでき、その
結果、光認識要素８０からみる光学要素９０は、歪みの
ない虚像として得られるという評価を確保できる。

【００４３】ここで、サブルーチン１２０の処理で説明
したように、反射面に対する反射光線を、当該反射面へ
の入射光線に基づきベクトル演算で求めて直線により描
画することで作成し、これをもとに、光源から光認識要
素８０までの光跡の追跡を行う。

【００４４】従って、従来、反射面が自由曲面であった
場合に必要とされるスプライン補間によるシミュレーシ
ョンが不要となる。換言すれば、スプライン補間に用い
る多数の数式の組み合わせで得られる面として作成する
ための変換や入力等の面倒な作業が不要となり、反射面
が自由曲面であっても、簡単にシミュレーションを行え
る。

【００４５】特に、ヘッドアップディスプレイのよう
に、フロントウインドシールドのような本来光学光学要
素としては設計されていない曲面をシミュレートする場
合、フロントウインドシールドをＣＡＤ技法で設計した
ものと設計意図により、スプライン補間関数の次数が多
様となるため、従来の光学式シミュレータに入力するデ
ータを作成するには、これらのスプライン補間関数を従
来のＣＡＤシステムの内部から抽出して曲面群としなけ
ればならず、光学系が異なると、誤差の原因ともなる。
しかし、本実施形態では、上述のように、画面上でその
ままシミュレーションを行うことで光跡を追跡するの
で、上述のような誤差がなくなる。

【００４６】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について図１０乃至図１５を参照して説明する。こ
の第２実施形態では、図２のフローチャートにおいて、
ステップ１００乃至ステップ１３１に代えて、図１０に
て示すサブルーチンからなるフローチャートを採用した
構成となっている。これに伴い、図２の各サブルーチン
２００ａ乃至２００ｈにおいても同様に変更されてい
る。その他の構成は上記第１実施形態と同様である。

【００４７】このように構成した本第２実施形態におい
て、ステップ１００Ａでは、上記第１実施形態と同様
に、ＣＲＴ３０の画面上に描画すべき光源要素４０、各
光学要素５０、６０、７０、９０、光認識要素８０（図
１１参照）が初期設定により描画される。また、ステッ
プ１００Ａでは、さらに、収束比ηが、例えば、０．５
と初期設定される。

【００４８】次に、ステップ１６０において、仮想的な
視線平面Ｐｅが、図１１にて示すごとく、光認識要素８
０を含むようにＣＲＴ３０の画面上にて描画される。つ
いで、ステップ１６１において、仮想的な光源平面Ｐｈ
が、上記第１実施形態にて述べた光源４１から光学要素
５０に向かう光線を含むように、光源４１と光学要素５
０との間にてＣＲＴ３０の画面上に描画される（図１２
参照）。

【００４９】次に、ステップ１６２において、最初に打
つ光源平面Ｐｈ上の３点が決定される。そして、ステッ
プ１６３において、光源平面Ｐｈ上の２つの点ｃ１、ｃ
３（図１２、図１３参照）を方向付けの基準として光源
４１から互いに対角線上にある各点ｃ１、ｃ３の方向に
上記第１実施形態と同様の光線追跡を行う。

【００５０】ついで、ステップ１６４において、各光線
追跡で視線平面Ｐｅと交わる各点ｅ１、ｅ３（図１１参
照）が、Ｘｅ１＜Ｘｅ３、かつＹｅ１＜Ｙｅ３となるよ
うに、視線平面ＰｅのＸＹ座標面の座標方向を設定され
る。なお、点ｃ１は座標（Ｘｃ１、Ｙｃ１）で特定さ
れ、点ｃ３は座標（Ｘｃ３、Ｙｃ３）で特定され、点ｅ
１は座標（Ｘｅ１、Ｙｅ１）で特定され、点ｅ３は座標
（Ｘｅ３、Ｙｅ３）で特定される。

【００５１】また、光源平面Ｐｈ上において両点ｃ１、
ｃ３の間の中点が点ｃ２として設定され、光源４１から
点ｃ２の方向に上記第１実施形態と同様の光線追跡を行
ったときの視線平面Ｐｅと交わる点ｅ２が設定される。
なお、点ｃ２は座標（Ｘｃ２、Ｙｃ２）で特定され、点
ｅ２は座標（Ｘｅ２、Ｙｅ２）で特定される。

【００５２】上述のように描画した視線平面Ｐｅは、通
常、図１１にて示すような単純な形状ではなく、図１４
にて示すように歪んだ形状となる。そこで、以下の説明
は、図１４の視線平面Ｐｅ（以下、歪み視線平面Ｐｅと
いう）を用いて行う。なお、歪み視線平面Ｐｅ上の符号
８１は光認識要素８０の中の視点（瞳に対応）を示す。

【００５３】然る後、所謂１次元の２分探査方法から拡
張した２次元の２分探査方法を用いて、ステップ１７０
以後の処理を行う。

【００５４】まず、ステップ１７０において、視点８１
と歪み視線平面Ｐｅとの各交点ｅ１乃至ｅ３との間の距
離が算出される。そして、点ｅ２に基づく距離が視線半
径ｒ（瞳或いは視線円の半径）内にあるか否かが判定さ
れる。当該距離が視線半径ｒ内にあれば、ステップ１７
０における判定はＹＥＳとなり、ステップ１７１で、上
記ステップ１３１（図２参照）の場合と実質的に同様
に、収束と判定される。

【００５５】一方、上記点ｅ２に基づく距離が視線半径
ｒ内になければ、ステップ１７０での判定がＮＯとな
る。然る後、ステップ１８０において、視点８１は歪み
視線平面Ｐｅ上において中点（現段階では点ｅ２）によ
りも左側に位置するかにつき判定される。

【００５６】現段階では、視点８１が点ｅ２よりも左側
に位置すれば、ステップ１８０における判定がＹＥＳと
なる。そして、ステップ１８１において、点ｃ３を収束
比η（＝０．５）分だけ、光源平面Ｐｈ上にて、図１５
にて示すごとく、点ｃ３’まで左側に寄せる。

【００５７】次に、ステップ１９０において、視点は歪
み視線平面Ｐｅ上において中点（現段階では点ｅ２）に
よりも下側に位置するかにつき判定される。現段階で
は、視点は点ｅ２よりも上側に位置すれば、ステップ１
９０における判定はＮＯとなり、ステップ点ｃ１を収束
比η（＝０．５）分だけ、光源平面Ｐｈ上にて、図１５
にて示すごとく、点ｃ１’まで上側に寄せる。

【００５８】そして、光源平面Ｐｈ上での両点ｃ１’、
ｃ３’の中点である点ｃ２’（図１５参照）を用いてス
テップ１７０以後の処理を繰り返す。この場合、光源４
１の光線が各点ｃ１’、ｃ２’、ｃ３’方向に向かう場
合の各光跡の追跡がなされる。以下、同様にして光源４
１の光線（光源平面Ｐｈ上の対角線上中点を通る光線）
が視点８１に入るまで行う。

【００５９】また、上記ステップ１８０における判定が
ＮＯとなる場合には、ステップ１８２において、点ｃ１
を収束比η（＝０．５）分だけ、光源平面Ｐｈ上にて右
側に寄せる。また、上記ステップ１９０における判定が
ＹＥＳとなる場合には、ステップ点ｃ３を収束比η（＝
０．５）分だけ、光源平面Ｐｈ上にて、下側に寄せる。
その後の処理は上述と同様である。また、以上のステッ
プ１００Ａ乃至１９２の処理は、各光源４２乃至４９に
ついても同様に行う。

【００６０】以上説明したように、本第２実施形態で
は、上述のように、２次元２分探査方法を利用して、光
線追跡の範囲を徐々に光認識要素８０の瞳に近づけるよ
うにしていくから、光学系の全範囲に亘り光線追跡を行
う必要がなく、上記第１実施形態にて述べた虚像評価用
シミュレーションの時間が大幅に短縮され得る。

【００６１】なお、本発明の実施にあたり、上記各実施
形態にて述べたような光源から光跡を追跡する光線追跡
系に限ることなく、光認識要素８０の瞳から光跡を追跡
してもよい。

【００６２】また、本発明の実施にあたり、サブルーチ
ン１１０での処理は、３重円錐作成処理に限ることな
く、一般に多重円錐処理作成処理であってもよい。

【００６３】また、上記各実施形態では反射面を有する
光学系を例にとり説明したが、これに限ることなく、屈
折面をも含む光学系や、反射面及び屈折面を含む光学系
に本発明を適用してもよい。

【００６４】また、本発明の実施にあたり、車両用ヘッ
ドアップディスプレイの光学系に限ることなく、例え
ば、車両用ヘッドマウントディスプレイの光学系の虚像
評価に本発明を適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学シミュレータのブロック図で
ある。

【図２】図１のコンピュータの作用を示すフローチャー
トである。

【図３】図２のサブルーチン１２０の詳細フローチャー
トである。

【図４】上記第１実施形態において初期設定により描画
される光学系を示す模式的斜視図である。

【図５】図２のステップ１１０における３重円錐作成処
理で作成される３重円錐の模式的斜視図である。

【図６】図５の３重円錐の模式的側面図である。

【図７】上記第１実施形態における光線追跡の例を示す
模式的斜視図である。

【図８】図３のサブルーチンにおいて光線追跡にあたり
光学要素５０への入射光線に基づき反射光線を作成する
ための説明図である。

【図９】光源の新たな光線を中心として光線追跡する例
を示す模式的斜視図である。

【図１０】本発明の第２実施形態を示すフローチャート
の要部である。

【図１１】図１０のステップ１００Ａでの初期設定によ
り描画される光学系の模式的斜視図である。

【図１２】図１０のステップ１６２の処理で３点を決定
される光源平面の模式的斜視図である。

【図１３】図１０のステップ１６３の処理で上記３点を
通る光源の各光線を示す光源平面の模式的斜視図であ
る。

【図１４】上記第２実施形態における視点平面の例を示
す模式的斜視図である。

【図１５】図１０のステップ１８０乃至ステップ１９１
までの処理で光源平面上に新たに設定される３点を示す
模式的斜視図である。

【符号の説明】

２０…コンピュータ、３０…ＣＲＴ、４０…光源要素、
４１乃至４９…光源、５０、６０、７０…光学要素、８
０…光認識要素。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤博之愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者水野祐二朗愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者金森直人愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者鈴木雅幾愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 2H087 KA00 TA05 5B046 JA04 5B049 BB07 DD00 EE01 EE03 EE07 EE41 FF03 FF04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光学要素（５０、６０、７０）を
介する光源要素（４０）と光認識要素（８０）との間の
光跡をシミュレートにより決定する光学式シミュレーシ
ョン方法において、前記光源要素の光線が前記各光学要素により光路変更さ
れて当該各光学要素から出射する方向を画面上で描画に
より直線でもって決定することで前記光跡とするように
した光学式シミュレーション方法。
【請求項２】光源要素（４０）、複数の光学要素（５
０、６０、７０）及び光認識要素（８０）からなる光学
系において前記各光学要素を介する前記光源要素と前記
光認識要素との間の光跡をシミュレートにより決定する
光学式シミュレーション方法において、前記光源要素の多数の光線のうち、一光線を仮想中心線
とした円錐状の所定角度範囲内にある各光線が前記各光
学要素により光路変更されて当該各光学要素から出射す
る方向を画面上で描画により直線でもって決定すること
でそれぞれ光跡とする第１手順（１１０、１２０）と、前記各光跡上の前記光認識要素からの距離をそれぞれ評
価して、最も前記光認識要素に近い光跡を新たに仮想中
心線とするように決定して、このように決定した新たな
仮想中心線に基づき前記第１手順を行う第２手順（１３
０、１４０、１５０）とを備え、前記第１及び第２の各手順を、前記光源要素の光線が前
記光認識要素に認識される位置に達するまで繰り返すよ
うにしたことを特徴とする光学式シミュレーション方
法。
【請求項３】光源要素（４０）、複数の光学要素（５
０、６０、７０）及び光認識要素（８０）からなる光学
系において前記各光学要素を介する前記光源要素と前記
光認識要素との間の光跡をシミュレートにより決定する
光学式シミュレーション方法において、２次元２分探査方法を用いて、前記光源要素の光線に対
する追跡の範囲を徐々に前記光認識要素に近づけるよう
にして、前記光跡を描画することを特徴とする光学式シ
ミュレーション方法。
【請求項４】複数の光学要素（５０、６０、７０）を
介する光源要素（４０）と光認識要素（８０）との間の
光跡をシミュレートにより決定する光学式シミュレータ
において、前記光源要素の光線が前記各光学要素により光路変更さ
れて当該各光学要素から出射する方向を画面上で描画に
より直線でもって決定することで前記光跡とするように
した光学式シミュレータ。
【請求項５】光源要素（４０）、複数の光学要素（５
０、６０、７０）及び光認識要素（８０）からなる光学
系において前記各光学要素を介する前記光源要素と前記
光認識要素との間の光跡をシミュレートにより決定する
光学式シミュレータにおいて、前記光源要素の多数の光線のうち、一光線を仮想中心線
とした円錐状の所定角度範囲内にある各光線が前記各光
学要素により光路変更されて当該各光学要素から出射す
る方向を画面上で描画により直線でもって決定すること
でそれぞれ光跡とする第１手段（１１０、１２０）と、前記各光跡上の前記光認識要素からの距離をそれぞれ評
価して、最も前記光認識要素に近い光跡を新たに仮想中
心線とするように決定して、このように決定した新たな
仮想中心線に基づき前記第１手段にその処理を行わせる
第２手段（１３０、１４０、１５０）とを備え、前記第１及び第２の各手段は、その処理を、前記光源要
素の光線が前記光認識要素に認識される位置に達するま
で繰り返すようにしたことを特徴とする光学式シミュレ
ータ。
【請求項６】光源要素（４０）、複数の光学要素（５
０、６０、７０）及び光認識要素（８０）からなる光学
系において前記各光学要素を介する前記光源要素と前記
光認識要素との間の光跡をシミュレートにより決定する
光学式シミュレータにおいて、前記光源要素の光線に対する追跡の範囲を徐々に前記光
認識要素に近づけるようにして前記光跡を描画する２次
元２分探査手段（１７０乃至１９２）を備えることを特
徴とする光学式シミュレータ。