JP3820847B2

JP3820847B2 - Optical simulation method and optical simulator

Info

Publication number: JP3820847B2
Application number: JP2000184123A
Authority: JP
Inventors: 泰松広; 博之佐藤; 祐二朗水野; 直人金森; 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: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: JP2002006220A

Description

【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。
【０００９】
【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、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について各光学要素の反射面で反射した反射光線を光跡として表示装置（３０）の画面上に描画する第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、１５０）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２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、前記光源要素の光源平面上の２つの点（ｃ１、ｃ３）とそれらの中点（ｃ２）に向かう３つの方向の光線について前記各光学要素の反射面で反射した反射光線を光跡として表示装置（３０）の画面上に描画し、それぞれの光跡と視線平面との交点（ｅ１、ｅ２、ｅ３）を求めるとともに、前記２つの点の中点に向かう方向の光線の光跡と視線平面との交点（ｅ２）が視点に対してどのくらいの距離にあるか及びどのような位置関係にあるかを求める第１手順（１６３、１６４）と、前記位置関係と所定の収束比に基づき前記２つの点のいずれか一方の位置を前記光源平面上で第１の所定方向に所定距離移動とするとともに前記位置関係と所定の収束比に基づき前記２つの点のいずれか一方の位置を前記光源平面上で前記第１の所定方向とは異なる第２の所定方向に所定距離移動し、このように移動された新たな２つの点とそれらの中点に基づき前記第１手順を行う第２手順（１７０、１８０〜１８２、１９０〜１９２）とを備え、前記第１及び第２の各手順を、前記距離が所定値以内となるまで繰り返す。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。
【００１６】
また、請求項３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について各光学要素の反射面で反射した反射光線を光跡として画面上に描画する第１手段（１１０、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。
【００１９】
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、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、前記光源要素の光源平面上の２つの点（ｃ１、ｃ３）とそれらの中点（ｃ２）に向かう３つの方向の光線について前記各光学要素の反射面で反射した反射光線を光跡として画面上に描画し、それぞれの光跡と視線平面との交点（ｅ１、ｅ２、ｅ３）を求めるとともに、前記２つの点の中点に向かう方向の光線の光跡と視線平面との交点（ｅ２）が視点に対してどのくらいの距離にあるか及びどのような位置関係にあるかを求める第１手段（１６３、１６４）と、前記位置関係と所定の収束比に基づき前記２つの点のいずれか一方の位置を前記光源平面上で第１の所定方向に所定距離移動とするとともに前記位置関係と所定の収束比に基づき前記２つの点のいずれか一方の位置を前記光源平面上で前記第１の所定方向とは異なる第２の所定方向に所定距離移動し、このように移動された新たな２つの点とそれらの中点に基づき前記第１手段にその処理を行わせる第２手段（１７０、１８０〜１８２、１９０〜１９２）とを備え、前記第１及び第２の各手段は、その処理を、前記距離が所定値以内となるまで繰り返す。
【００２０】
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。
【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３０（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ＣＲＴ３０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４１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４１ａ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４１ｂ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。これにより、光源４１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１２８ｂ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４０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８０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５０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、ｃ３（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ｅ１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１７０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１９０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４１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４１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、８０…光認識要素。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light beam simulation method and a light beam simulator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a CAD technique which is an example of this type of ray-type simulation method, optical elements such as a light source, reflection, refraction, and pupil are treated as mathematical expressions. Further, in order to facilitate conversion from a figure to a mathematical expression, the input of the optical system is mainly performed using a dedicated modeler.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the CAD technique, the modeler can be mainly handled by, for example, concave elements such as a spherical surface, a paraboloid, a hyperboloid, and the like that are easy to formulate. For this reason, when it is desired to use a free-form surface created by another CAD technique as an element, there is a problem that it has to be mathematically approximated by a manual or handmade tool.
[0004]
Conventionally, in the simulation, each light beam is emitted radially from the light source in all directions or across the entire optical system, and the optical system is traced for all the light beams. For this reason, many ray traces must be performed one by one in order to extract rays incident on the pupil (line-of-sight circle) necessary for virtual image evaluation. For example, in order to accurately evaluate the virtual image, it is necessary to make the size of the line-of-sight circle smaller than the actual size of the human pupil. Partial exploration is required. Therefore, there is a problem that the simulation efficiency is poor.
[0005]
Therefore, in order to cope with such a situation, the present invention directly performs optical simulation without depending on mathematical expression, and makes it possible to easily simulate a free-form surface by using a light beam simulation method and a light beam. The purpose is to provide an expression simulator.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In solving the above-described problem, an optical simulation method according to the first aspect of the present invention is an optical system including a light source element (40), a plurality of optical elements (50, 60, 70), and a light recognition element (80). A light trace between the light source element and the light recognition element through the optical elements is determined by simulation.
[0010]
In the optical simulation method, the reflected light reflected from the reflecting surface of each optical element is reflected on each of the light rays within a predetermined conical angle range with one light ray as a virtual center line among the many light rays of the light source element. the first steps of drawing on a display device on the screen (30) (110, 120), evaluates the respective distances from the optical recognition elements on the respective light trace, a light trace closest to the optical recognition element newly as And a second procedure (130, 140, 150) for performing the first procedure based on the new virtual center line determined in this way, and each of the first and second The procedure is repeated until the light source element rays reach a position where they are recognized by the light recognition element.
[0011]
As described above, the light recognition element is searched using the two-dimensional binary search method in an angle range in which one light beam is limited as a virtual center line among the many light beams of the light source element. Fewer explorations equivalent to full range exploration. Accordingly, the limited range is gradually brought closer to the pupil without performing ray tracing over the entire range, so that the simulation time can be shortened.
[0012]
An optical simulation method according to a second aspect of the present invention provides an optical simulation method in which each optical element is included in an optical system including a light source element (40), a plurality of optical elements (50, 60, 70) and a light recognition element (80). The light trace between the light source element and the light recognition element is determined by simulation.
[0013]
In the optical simulation method, two points (c1, c3) on the light source plane of the light source element and three directions of light rays toward the middle point (c2) are reflected by the reflection surface of each optical element. Light rays are drawn on the screen of the display device (30) as light traces, and intersections (e1, e2, e3) between the respective light traces and the line-of-sight plane are obtained, and light rays in a direction toward the midpoint of the two points A first procedure (163, 164) for determining how far the intersection (e2) of the light trace and the line-of-sight plane is and the positional relationship with respect to the viewpoint; and Based on the convergence ratio, the position of one of the two points is moved by a predetermined distance in the first predetermined direction on the light source plane, and one of the two points is based on the positional relationship and the predetermined convergence ratio. The position of The first step is performed on the light source plane by moving a predetermined distance in a second predetermined direction different from the first predetermined direction, and performing the first procedure based on the two new points thus moved and their midpoints. 2 steps (170, 180 to 182, 190 to 192), and the first and second steps are repeated until the distance falls within a predetermined value . Thereby, the operation and effect of claim 2 can be achieved at higher speed.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, an optical simulator includes a light source element (40), a plurality of optical elements (50, 60, 70), and a light recognition element (80). The light trace between the light source element and the light recognition element is determined by simulation. Here, the simulator traces the reflected light beam reflected by the reflecting surface of each optical element for each light beam within a predetermined cone-shaped angular range with one light beam as a virtual center line among many light beams of the light source element. as a first means for drawing on the screen (110, 120), so that the distance from the optical recognition elements on each light trace is evaluated respectively, to the light trace newly imaginary center line closest to the optical recognition element And second means (130, 140, 150) for causing the first means to perform the processing based on the new virtual center line thus determined.
[0017]
Then, each of the first and second means repeats the processing until reaching the position where the light beam of the light source element is recognized by the light recognition element.
[0018]
Thus, it is possible to provide an optical simulator that is directly used for implementing the invention described in claim 1 .
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, an optical simulator includes a light source element (40), a plurality of optical elements (50, 60, 70), and a light recognition element (80). The light trace between the light source element and the light recognition element is determined by simulation. Here, the simulator reflects two light beams in three directions (c1, c3) on the light source plane of the light source element and three directions toward the middle point (c2) reflected by the reflection surface of each optical element. Light rays are drawn on the screen as light traces, and intersections (e1, e2, e3) between the respective light traces and the line-of-sight plane are obtained, and the light traces and line-of-sight planes of the light rays in the direction toward the midpoint of the two points And a first means (163, 164) for determining how far the intersection (e2) is with respect to the viewpoint and in what positional relationship, and said 2 based on the positional relationship and a predetermined convergence ratio The position of any one of the two points is moved by a predetermined distance in the first predetermined direction on the light source plane, and the position of either one of the two points is set to the light source plane based on the positional relationship and a predetermined convergence ratio. Above the first predetermined A second means (170, 180) that moves a predetermined distance in a second predetermined direction different from the direction and causes the first means to perform processing based on the two new points thus moved and their midpoints. -182, 190-192), and each of the first and second means repeats the process until the distance falls within a predetermined value .
[0020]
Accordingly, it is possible to provide an optical simulator that is directly used for carrying out the invention described in claim 2 .
[0021]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
(First embodiment)
FIG. 1 shows an example of an optical simulator according to the present invention, and this simulator includes an operating device 10, a computer 20, and a cathode ray tube 30 (hereinafter referred to as CRT 30). The operation device 10 includes a keyboard and a mouse. The operation device 10 inputs an operation output to the computer 20 by the operation, that is, the operation of the keyboard and the mouse.
[0024]
The computer 20 executes a computer program according to the flowcharts shown in FIGS. 2 and 3, and during this execution, the display data to be displayed on the CRT 30 is simulated by a stereoscopic CAD technique based on the operation output of the operation device 10. .
[0025]
In the first embodiment configured as described above, if the computer 20 starts executing the computer program according to the flowcharts of FIGS. 2 and 3, in step 100, on the screen of the CRT 30 under the operation of the operating device 10. The optical elements 40 to 90 (see FIG. 4) to be drawn are drawn by default. Here, the light source element 40, the optical elements 50, 60, 70, 90, and the light recognition element 80 are simulated by drawing so as to constitute a virtual image evaluation optical system of a passenger car head-up display.
[0026]
The light source element 40 is a display surface of a liquid crystal panel, both optical elements 50 and 60 are concave mirror reflecting surfaces, the optical element 70 is an inner surface of a front windshield of the passenger car, and the light recognition element 80 is a driver's eye. The optical element 90 is a virtual image.
[0027]
The light source element 40 is represented by nine light sources 41 to 49 by dividing the surface of the liquid crystal panel into nine. The optical element 50 reflects the light from the light source element 40 toward the optical element 60. The optical element 70 reflects the reflected light of the optical element 60 toward the light recognition element 80. The optical element 90 is formed in front of the optical element 70 corresponding to the reflected image of the light recognition element 80.
[0028]
When the initial setting is completed in this way, in step 101, the light of the light source 41 located at the center of the light source element 40 is reflected at the center of the optical element 50, reflected at the center of the optical element 60, and The light trace R is drawn so that it is reflected toward the light recognition element 80 at the center of the driver's field of view and forms an image at the center of the optical element 90.
[0029]
Next, the subroutine 110, the subroutine 120, and the processes of steps 130 to 150 are performed using an automatic script stored in the memory of the computer 20.
[0030]
First, in the subroutine 110, a triple cone creation process is performed. At this stage, a triple cone is created based on the light from the light source 41 as follows. As shown in FIGS. 5 and 6, the optical axis of the light source 41 (or the light beam of the light source 41 toward the center of the optical element 50) is set as the temporary center line C. Then, a conical region D is set around the temporary center line C, and each light beam from the light source 41 is set at an equiangular interval φ around the temporary center line C in the circumferential direction within the setting region D. In the radial direction, drawing is performed so as to emit light at equal density intervals r around the temporary center line C (see FIGS. 5 and 6). As a result, as shown in FIG. 7, a plurality of light rays of the light source 41 are drawn on the optical element 50 in a triple cone shape having the temporary center line C as the center. However, as shown in FIG. 5, the region D is specified by a cone having the light source 41 as an apex and an opening angle θ.
[0031]
In addition, as long as each light ray of the light source 41 is in a conical region, the light source 41 is not limited to one having an equal density interval and an equal angle interval, and may be sequentially emitted at equal intervals or equal angle divisions. May be emitted by a weighted random, for example, random emission having a normal distribution in the center direction.
[0032]
Thereafter, in the subroutine 120 (see FIGS. 2 and 3), ray tracing based on each triple conical ray of the light source 41 is sequentially performed for each optical element 50 to 70. First, at step 121, N = 1 is set. In step 122, an intersection P (see FIGS. 7 and 8) between the light beam 41a from the light source 41 and the optical element 50 is obtained. Here, the light ray 41a is specified by the vector a. The vector a is shown as a vector opposite to the incident direction of the light ray 41a for convenience.
[0033]
Next, in step 123, a unit vector b of a straight line (normal line) passing through the intersection point P and perpendicular to the reflecting surface of the optical element 50 is obtained (see FIG. 8). In step 124, a scalar product L (see FIG. 8) of the vector a and the unit vector b is obtained. Thereafter, in step 125, a vector c (see FIG. 8) of the orthogonal projection of the vector a onto the normal line is obtained by the product of the scalar product L and the vector b.
[0034]
Next, in step 126, the vector difference (c−a) of the vector c from the vector a is doubled, and the vector a is added to the vector difference (c−a), and the reflection of the optical element 50 with respect to the incident light ray 41a. It is obtained as a light trace vector x of the light ray 41b (see FIG. 8). Thereafter, in step 127, the light trace R1 of the reflected light beam composed of the vector x from the intersection point P is drawn.
[0035]
Thereafter, in step 128, since N = 1, it is determined as NO, and in step 129, N = N + 1 = 2 is updated. In the processes of steps 122 to 127, the reflected light of the reflected light beam 41b on the reflecting surface of the optical element 50 with respect to the optical element 60 is substantially the same as described above, and is a light composed of a vector corresponding to the vector x. It becomes a reflected light beam on the trace R1.
[0036]
Thereafter, NO is determined based on N = 2 in step 128, and N = 3 is updated in step 129. Then, in the processes of steps 122 to 127, substantially in the same manner as described above, the reflected light beam of the reflected light beam 41b on the reflecting surface of the optical element 60 with respect to the optical element 70 is a light composed of a vector corresponding to the vector x. It becomes a reflected light beam on the trace R1. Thereby, the light ray 41a of the light source 41 is reflected by each optical element 50, 60, 70 as the light trace R1, and is drawn as the light trace R1.
[0037]
If the determination in step 128 is YES, in step 128a, N = 0 is set, and it is determined in step 128b whether or not all the light trace drawing processing of the triple conical light beam has been completed. At the present stage, only the light trace R1 for one light beam is drawn, so the determination in step 128b is NO, and in step 128c, N = N + 1 = 1 is added and updated.
[0038]
Thereafter, light traces are sequentially drawn for each of the optical elements 50 to 70 in the same manner as described above for all of the triple conical rays. If the determination in step 128b is YES, in step 128d, each distance between the intersection of each light trace from the optical element 70 toward the light recognition element 80 with the optical element 70 and the pupil (line-of-sight circle) of the light recognition element 80. Is calculated. If there is a light trace incident on the pupil of the light recognition element 80 out of all the light traces based on the calculation result, the determination in step 130 is YES, and it is determined in step 132 that the light recognition element 80 has converged. .
[0039]
On the other hand, if the determination in step 130 is NO, in step 140, the light beam of the light source 41 corresponding to the light track closest to the light recognition element 80 among the above-mentioned all light tracks (for example, the light beam corresponding to the light track R1). In step 150, the selected light beam is set as a central light beam (see C1 in FIG. 7). Then, the subroutines 110 to 130 are processed in the same manner as described above. Thereafter, the same processing is performed, and if the determination in step 130 is YES, it is determined in step 131 that convergence has occurred.
[0040]
After convergence in this way, the processing from subroutine 110 to step 131 is repeated in the same manner in each of the subroutines 200a to 200h for the light beams of the light sources 42 to 49 of the light source element 40.
[0041]
As described above, in the first embodiment, the ray tracing is performed so as to gradually approach the light recognition element 80 based on each light beam having a triple cone shape. As a result, it is not necessary to perform ray tracing for each of the optical elements 70. As a result, it is possible to secure a virtual image as the optical element 90 that enters the light recognition element 80 without distortion while shortening the simulation time. Simulation for optical design of the optical elements 50 and 60 can be efficiently performed.
[0042]
As a result, the simulation simulates the shape of the virtual image by evaluating the position of the point where the extended line of the light trace intersects the virtual image display surface when the light beam emitted from the light source enters the light recognition element 80. As a result, it can be ensured that the optical element 90 viewed from the light recognition element 80 is obtained as a virtual image without distortion.
[0043]
Here, as described in the processing of the subroutine 120, the reflected light beam with respect to the reflecting surface is obtained by vector calculation based on the incident light beam on the reflecting surface and drawn by a straight line. To the light recognition element 80 is traced.
[0044]
Therefore, conventionally, the simulation by spline interpolation, which is necessary when the reflecting surface is a free-form surface, becomes unnecessary. In other words, troublesome operations such as conversion and input for creating a surface obtained by combining a large number of mathematical expressions used for spline interpolation are not required, and even if the reflecting surface is a free-form surface, simulation can be performed easily.
[0045]
In particular, when simulating a curved surface that is not originally designed as an optical optical element, such as a head-up display, such as a head-up display, the spline interpolation function depends on the design of the front windshield and the design intention. Therefore, in order to create data to be input to a conventional optical simulator, these spline interpolation functions must be extracted from the inside of a conventional CAD system to form a curved surface group. Differences can cause errors. However, in the present embodiment, as described above, the light trace is traced by performing the simulation on the screen as it is, so that the error as described above is eliminated.
[0046]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, a flowchart including a subroutine shown in FIG. 10 is adopted in place of steps 100 to 131 in the flowchart of FIG. Accordingly, the subroutines 200a to 200h in FIG. 2 are similarly changed. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0047]
In the second embodiment configured as described above, in step 100A, as in the first embodiment, the light source element 40 to be drawn on the screen of the CRT 30, the optical elements 50, 60, 70, 90, and light recognition. Element 80 (see FIG. 11) is rendered by default. In step 100A, the convergence ratio η is also initially set to 0.5, for example.
[0048]
Next, in step 160, the virtual line-of-sight plane Pe is drawn on the screen of the CRT 30 so as to include the light recognition element 80 as shown in FIG. Next, in step 161, the virtual light source plane Ph includes a light beam directed from the light source 41 to the optical element 50 described in the first embodiment. It is drawn on the screen (see FIG. 12).
[0049]
Next, in step 162, three points on the light source plane Ph to be hit first are determined. Then, in step 163, the first points in the directions of the respective points c1 and c3 that are diagonal from the light source 41 with the two points c1 and c3 (see FIGS. 12 and 13) on the light source plane Ph as the reference for orientation. Ray tracing similar to the embodiment is performed.
[0050]
Next, in step 164, the coordinate directions of the XY coordinate plane of the line-of-sight plane Pe so that the points e1 and e3 (see FIG. 11) intersecting the line-of-sight plane Pe in each ray tracing satisfy Xe1 <Xe3 and Ye1 <Ye3. Is set. The point c1 is specified by coordinates (Xc1, Yc1), the point c3 is specified by coordinates (Xc3, Yc3), the point e1 is specified by coordinates (Xe1, Ye1), and the point e3 is specified by coordinates (Xe3, Ye3). Specified by
[0051]
The midpoint between the points c1 and c3 on the light source plane Ph is set as a point c2, and the line-of-sight plane Pe when ray tracing similar to that in the first embodiment is performed in the direction from the light source 41 to the point c2. A point e2 that intersects with is set. The point c2 is specified by coordinates (Xc2, Yc2), and the point e2 is specified by coordinates (Xe2, Ye2).
[0052]
The line-of-sight plane Pe drawn as described above is usually not a simple shape as shown in FIG. 11, but a distorted shape as shown in FIG. Therefore, the following description will be made using the line-of-sight plane Pe in FIG. Note that reference numeral 81 on the distortion line of sight plane Pe indicates a viewpoint (corresponding to a pupil) in the light recognition element 80.
[0053]
Thereafter, the processing after step 170 is performed using a two-dimensional binary search method extended from the so-called one-dimensional binary search method.
[0054]
First, in step 170, distances between the intersections e1 to e3 of the viewpoint 81 and the distorted line-of-sight plane Pe are calculated. Then, it is determined whether or not the distance based on the point e2 is within the line-of-sight radius r (the radius of the pupil or line-of-sight circle). If the distance is within the line-of-sight radius r, the determination in step 170 is YES, and in step 171, it is determined that the convergence is substantially the same as in step 131 (see FIG. 2).
[0055]
On the other hand, if the distance based on the point e2 is not within the line-of-sight radius r, the determination in step 170 is NO. Thereafter, in step 180, it is determined whether the viewpoint 81 is located on the left side of the midpoint (point e2 at this stage) on the distorted line-of-sight plane Pe.
[0056]
At this stage, if the viewpoint 81 is located on the left side of the point e2, the determination in step 180 is YES. In step 181, the point c3 is moved to the left by the convergence ratio η (= 0.5) to the point c3 ′ on the light source plane Ph as shown in FIG.
[0057]
Next, in step 190, it is determined whether the viewpoint is located below the middle point (point e2 at this stage) on the distorted line-of-sight plane Pe. At this stage, if the viewpoint is located above the point e2, the determination in step 190 is NO, and the step point c1 is set by the convergence ratio η (= 0.5) on the light source plane Ph in FIG. As shown, the point is moved up to the point c1 ′.
[0058]
And the process after step 170 is repeated using point c2 '(refer FIG. 15) which is a middle point of both points c1' and c3 'on the light source plane Ph. In this case, each light trace is traced when the light beam of the light source 41 goes in the direction of each point c1 ′, c2 ′, c3 ′. Thereafter, the same process is performed until the light beam of the light source 41 (the light beam passing through the diagonal midpoint on the light source plane Ph) enters the viewpoint 81.
[0059]
If the determination in step 180 is NO, in step 182, the point c1 is moved to the right on the light source plane Ph by the convergence ratio η (= 0.5). When the determination in step 190 is YES, the step point c3 is moved downward on the light source plane Ph by the convergence ratio η (= 0.5). Subsequent processing is the same as described above. Further, the processing in steps 100A to 192 described above is performed in the same manner for each of the light sources 42 to 49.
[0060]
As described above, in the second embodiment, as described above, the range of ray tracing is gradually brought closer to the pupil of the light recognition element 80 using the two-dimensional binary search method. It is not necessary to perform ray tracing over the entire range of the optical system, and the simulation time for virtual image evaluation described in the first embodiment can be greatly shortened.
[0061]
In carrying out the present invention, the light trace may be traced from the pupil of the light recognition element 80 without being limited to the ray tracing system that traces the light trace from the light source as described in the above embodiments.
[0062]
In the implementation of the present invention, the processing in the subroutine 110 is not limited to the triple cone creation processing, but may be generally a multiple cone processing creation processing.
[0063]
In each of the above embodiments, the optical system having the reflective surface has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to an optical system including a refractive surface and an optical system including the reflective surface and the refractive surface. May be.
[0064]
In implementing the present invention, the present invention may be applied to, for example, the virtual image evaluation of the optical system of the vehicle head-mounted display without being limited to the optical system of the vehicle head-up display.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an optical simulator according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the computer shown in FIG.
FIG. 3 is a detailed flowchart of a subroutine 120 in FIG.
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an optical system drawn by initial setting in the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a triple cone created by the triple cone creation process in step 110 of FIG. 2;
6 is a schematic side view of the triple cone of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of ray tracing in the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram for creating a reflected light beam based on a light beam incident on the optical element 50 in tracking a light beam in the subroutine of FIG. 3;
FIG. 9 is a schematic perspective view showing an example of ray tracing centering on a new ray of a light source.
FIG. 10 is a main part of a flowchart showing a second embodiment of the present invention.
11 is a schematic perspective view of an optical system drawn by the initial setting in step 100A of FIG.
12 is a schematic perspective view of a light source plane in which three points are determined by the process of step 162 in FIG.
13 is a schematic perspective view of a light source plane showing each light beam of the light source passing through the three points in the process of step 163 in FIG.
FIG. 14 is a schematic perspective view showing an example of a viewpoint plane in the second embodiment.
15 is a schematic perspective view showing three points newly set on the light source plane in the processing from step 180 to step 191 in FIG.
[Explanation of symbols]
20 ... Computer, 30 ... CRT, 40 ... Light source element,
41 to 49: light source, 50, 60, 70: optical element, 80: light recognition element.

Claims

Using the computer (20), in the optical system comprising the light source element (40), the plurality of optical elements (50, 60, 70) and the light recognition element (80), the light source element and the light recognition element via the optical elements. In the optical simulation method for determining the light trace between and by simulation,
The computer
Among the many light rays of the light source element, a display device (30) uses the reflected light beam reflected by the reflecting surface of each optical element for each light ray within a conical predetermined angle range with one light ray as a virtual center line. first steps to draw on the screen of) and (110, 120),
A distance from the light recognition element on each light trace is evaluated, and a light trace closest to the light recognition element is newly determined as a virtual center line. A second procedure (130, 140, 150) for performing the first procedure based on a center line,
Wherein the first and the second procedure, the optical simulation method rays of the light source element, characterized that you repeated until reaching the position to be recognized by the optical recognition element.

Using the computer (20), in the optical system comprising the light source element (40), the plurality of optical elements (50, 60, 70) and the light recognition element (80), the light source element and the light recognition element via the optical elements. In the optical simulation method for determining the light trace between and by simulation,
The computer
A display device using, as light traces, reflected light rays reflected by the reflecting surface of each optical element for light beams in three directions toward two points (c1, c3) on the light source plane of the light source element and their midpoint (c2). Drawing on the screen of (30), obtaining intersections (e1, e2, e3) of the respective light traces and the line-of-sight plane, and the light traces and line-of-sight planes of light rays in the direction toward the midpoint of the two points A first procedure (163, 164) for determining how far the intersection (e2) of the two points is and the positional relationship with respect to the viewpoint;
Based on the positional relationship and a predetermined convergence ratio, the position of either one of the two points is moved by a predetermined distance in the first predetermined direction on the light source plane, and the 2 based on the positional relationship and the predetermined convergence ratio. The position of any one of the two points is moved by a predetermined distance on the light source plane in a second predetermined direction different from the first predetermined direction, and the two new points thus moved and their midpoints A second procedure (170, 180-182, 190-192) for performing the first procedure based on
An optical simulation method, wherein the first and second procedures are repeated until the distance falls within a predetermined value .

In an optical system comprising a light source element (40), a plurality of optical elements (50, 60, 70) and a light recognition element (80), a light trace between the light source element and the light recognition element via each optical element is obtained. In an optical simulator determined by simulation,
Of a number of rays of the light source element, rendering the reflection light reflected by the reflecting surface of the optical elements for each beam within a predetermined angular range of cone with a virtual central line an light on the screen as light trace First means (110, 120) to perform ,
A distance from the light recognition element on each light trace is evaluated, and a light trace closest to the light recognition element is newly determined as a virtual center line. Second means (130, 140, 150) for causing the first means to perform the processing based on a center line;
It said first and second respective means, an optical simulator, wherein the repeat them the process, reaches a position light of the light source element is recognized on the optical recognition element.

In an optical system comprising a light source element (40), a plurality of optical elements (50, 60, 70) and a light recognition element (80), a light trace between the light source element and the light recognition element via each optical element is obtained. In an optical simulator determined by simulation,
On the screen , reflected light rays reflected by the reflecting surfaces of the respective optical elements are reflected on two points (c1, c3) on the light source plane of the light source element and light rays in three directions toward the middle point (c2). The intersections (e1, e2, e3) between the respective light traces and the line-of-sight plane are obtained, and the intersection (e2) between the light traces of the light rays in the direction toward the midpoint of the two points and the line-of-sight plane is obtained. A first means (163, 164) for determining how far away and from what viewpoint the positional relationship is;
Based on the positional relationship and a predetermined convergence ratio, the position of either one of the two points is moved by a predetermined distance in the first predetermined direction on the light source plane, and the 2 based on the positional relationship and the predetermined convergence ratio. The position of any one of the two points is moved by a predetermined distance on the light source plane in a second predetermined direction different from the first predetermined direction, and the two new points thus moved and their midpoints And second means (170, 180-182, 190-192) for causing the first means to perform the processing based on
Each of the first and second means repeats the process until the distance falls within a predetermined value .