JP2003100115A - 車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法 - Google Patents

車両用灯具の反射鏡の反射面設計方法

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JP2003100115A JP2001285692A JP2001285692A JP2003100115A JP 2003100115 A JP2003100115 A JP 2003100115A JP 2001285692 A JP2001285692 A JP 2001285692A JP 2001285692 A JP2001285692 A JP 2001285692A JP 2003100115 A JP2003100115 A JP 2003100115A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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の反射方向を決定し、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曲面
生成工程と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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の反射方向を決
定し、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１０
ａ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Ｓ１０
１、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Ｓ１０２
ａ、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Ｓ
１０３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Ｓ１
０３ｃ、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Ｓ１０
１） 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Ｓ１
００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２
０を作成する。
【００３５】セグメント作成ステップ（ステップＳ１０
２） 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Ｓ
１０２ａ、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Ｓ１０２
ａ） 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Ｓ
１０２ｂ） 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２５1〜２
５4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Ｓ１０３
ｃ、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Ｓ１０３
ａ） まず、図６に示すように、セグメント作成ステップＳ１
０２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Ｓ１０３
ａ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Ｓ１
０３ｄ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Ｓ１
０３ｂ） 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２５1〜２
５4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ｖ
n1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Ｓ１０３
ｃ）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２
５1〜２５4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ｐ 0、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Ｓ
１０３ｂで決定したセグメント２４の各頂点２５1〜２
５4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Ｓ
１０３ｂで決定したセグメント２４の各頂点２５1〜２
５4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１０
ａ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１
４の境界が連続になり、全体として滑らかな反射面１０
ａ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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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の反射方向を決定し、該反射方向
    に基づいて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。
  2. 【請求項２】 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。
  3. 【請求項３】 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。
  4. 【請求項４】 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。
  5. 【請求項５】 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。
  6. 【請求項６】 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。
  7. 【請求項７】 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。
  8. 【請求項８】 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。
  9. 【請求項９】 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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