JP4050432B2 - 車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法 - Google Patents
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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決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用灯具においては、ランプとしての（１）機能に関する側面からの条件に加えて、自動車などの車両に取り付けた状態で使用されることから、（２）形状に関する側面からの条件（形状制約条件）、及び（３）外観に関する側面からの条件（外観制約条件）が課せられる。したがって、与えられた形状面及び外観面からの制約条件を満たした上で、機能面からの条件が最適化された灯具を実現することが求められる。
【０００３】
機能面からの条件としては、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、などが要求される。
【０００４】
また、車両・車体側からの制約条件については、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、などによる条件がある。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ある。
【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。この場合、例えば単一焦点放物面を反射面の基本形状とした反射鏡を用いると、灯具の厚さを充分に低減させることができず、上記した灯具の薄型化などの形状制約条件に適合させることが困難である。
【０００６】
これに対して、反射面の基本形状を形状制約条件等に適合させて作成した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（例えば、特開平９−３３７０８号公報参照）。ただし、反射面の各部位での反射面形状については、与えられた光軸に沿って光源からの光を反射する機能面からの条件を満たす必要があるので、通常は回転放物面形状、またはそれに近似して光拡散機能を有する形状とされる。そのため、上記した自由曲面を複数のセグメントに区分し、その各セグメントに回転放物面等をそれぞれの反射面形状とする反射面素子を割り付けることによって反射面を形成することが行われる。
【０００７】
しかしながら、上記したように自由曲面を基本形状とする反射面の作成においては、その形状が個々の灯具によって大きく異なり、また、与えられる形状制約条件等から非対称な自由曲面形状となることが多い。したがって、個々の反射鏡において反射面決定に用いられる自由曲面上でのセグメント作成、及び各セグメントに割り付けられる反射面素子の反射面形状決定の設計工程が複雑化してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、自由曲面上でのセグメント作成、及び各セグメントに割り付けられる反射面素子作成を効率的に行うことができる車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法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】
このような目的を達成するために、本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法は、光源が配置されるべき光源位置と、光源位置を通り光源からの光が反射鏡によって反射されるべき方向を指定する光軸と、を設定する条件設定ステップと、（１）車体側からの所定の形状制約条件を満たすとともに、反射面の基本形状となる自由曲面を作成する自由曲面作成ステップと、（２）自由曲面に対向する平面として基準平面を規定する基準平面規定ステップと、（３）基準平面上に反射面外形を生成し、反射面外形内を含む基準平面上の領域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ステップと、（４）基準セグメントのそれぞれについて、基準セグメントごとに複数の基準代表点を選択し、基準セグメント及び複数の基準代表点を自由曲面に投影して、自由曲面を区分するセグメント、及びセグメント内での面形状を決定するための位置を規定する複数の代表点を生成する代表点生成ステップと、（５）セグメントのそれぞれについて代表点に対する形状パラメータを求め、形状パラメータに基づいてセグメント内での面形状を決定する面形状決定ステップと、（６）決定された面形状を有する反射面素子をそれぞれのセグメントに対して割り付けて、複数の反射面素子を含む反射面を決定する反射面決定ステップと、を有し、（７）自由曲面作成ステップにおいて、車体側からの所定の形状制約条件に加えて、条件設定ステップで設定された光源位置及び光軸を参照して、灯具の機能面からの条件を満たすように自由曲面を作成するとともに、面形状決定ステップは、複数の代表点に対してそれぞれ形状パラメータを求めることで、複数の形状パラメータを算出する面形状算出ステップと、複数の代表点に対する複数の形状パラメータから、セグメント内での面形状に適用する１個の形状パラメータを選択する面形状選択ステップと、選択された１個の形状パラメータに基づいてそれぞれのセグメント内での面形状を作成する面形状作成ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記した反射面決定方法では、車体側からの形状制約条件を満たすように反射面の基本形状として作成された自由曲面に対し、そのセグメントへの区分、及び各セグメントに割り付けられる反射面素子の面形状の決定を、形状が複雑で設計すべき反射面ごとに異なる自由曲面上で直接行うのではなく、別に対向する基準平面を規定して行っている。このように、反射面決定の各ステップを自由曲面上で行わずに、基準平面を利用することによって、設計すべき反射面の形状に依存しない統一的な取り扱いが可能となり、反射面の設計工程が簡単化される。
【００１１】
また、自由曲面に対向する平面として規定される基準平面は、観察者が反射鏡または灯具を観察したときの視野に相当する平面である。したがって、この基準平面を利用して反射面作成を行うことによって、その軸方向から見た反射面の形状や外観、及び光反射特性等が好適に設定された反射面形状を得ることが可能となる。
【００１２】
さらに、区分された各セグメントに対して代表点を選択して面形状の決定を行うことによって、面形状決定を効率化することができる。特に、この代表点についても、基準平面上の基準セグメントにおいて基準代表点の選択を行うことによって、自由曲面の形状等によらずに統一的に代表点の選択を行うことが可能となる。
【００１３】
また、代表点生成ステップにおいて、基準セグメントごとに複数の基準代表点を選択し、自由曲面に投影して複数の代表点を生成するとともに、面形状決定ステップは、複数の代表点に対してそれぞれ形状パラメータを算出する面形状算出ステップと、複数の代表点に対する形状パラメータから、セグメント内での面形状に適用する形状パラメータを選択する面形状選択ステップと、選択された形状パラメータに基づいてそれぞれのセグメント内での面形状を作成する面形状作成ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
面形状決定に用いる代表点は１個または複数個に設定することが可能である。特に、上記のように各セグメントに対して複数個の代表点をそれぞれ選択し、各代表点に対してその位置から決まる形状パラメータを算出した後に、それらの形状パラメータからそのセグメントに好適なものを選択して面形状を作成する決定方法とすることによって、反射面全体での光反射特性等を向上させることができる。
【００１５】
また、光源が配置されるべき光源位置と、光源位置を通り光源からの光が反射鏡によって反射されるべき方向を指定する光軸と、を設定する条件設定ステップをさらに有することを特徴とする。さらに、基準平面規定ステップにおいて、光軸に垂直な平面として基準平面を規定することを特徴としても良い。
【００１６】
上記のように規定した基準平面は、光軸方向から観察したときの視野に相当するので、車体に取り付けたときの反射鏡または灯具の外観や光反射特性の設定を、車体との位置関係によって与えられた光軸に対して確実に行うことができる。
【００１７】
また、面形状決定ステップにおいて、光源位置を焦点とし、光軸を中心軸とした回転放物面形状を含んで面形状が決定され、形状パラメータは、回転放物面の焦点距離を含むことを特徴とする。各反射面素子の面形状は、通常は回転放物面を基本形状として構成されるが、その場合には形状パラメータとしてその焦点距離を設定することができる。
【００１８】
さらに、面形状決定ステップにおいて、光源位置からの光を拡散反射させる拡散反射領域を有する形状に面形状が決定されることを特徴としても良い。決定された形状パラメータによる面形状をそのまま反射面素子の面形状とすることも可能であるが、上記したように焦点距離を形状パラメータとして基本形状となる回転放物面を決定した場合を含めて、形状パラメータの選択によって決定された面形状を反射面素子の面形状の基本形状として用い、その一部または全部に変形を加えて上記のように光拡散機能を持たせることも可能である。
【００１９】
また、基準セグメント作成ステップにおいて、光軸に略垂直な第１の方向と、光軸及び第１の方向のそれぞれに略垂直な第２の方向と、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矩形となる複数の基準セグメントを作成することを特徴としても良い。
【００２０】
あるいは、基準セグメント作成ステップにおいて、基準平面と光軸との交点を中心とした放射状の動径方向と、交点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することを特徴としても良い。
【００２１】
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ものであり、また、灯具を形成するときのレンズとの光拡散機能の機能分担が容易である。上記の構成に対しては、代表点生成ステップにおいて、それぞれの基準セグメントの４個の頂点を複数の基準代表点として選択することが、各面形状の好適化及び設計の容易化などから好ましい。また、上記以外にも様々なセグメント構造が適用可能である。
【００２２】
【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決定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は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。
【００２３】
図１は、本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法によって得られた反射面を有する反射鏡について、その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。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、図１においては、反射鏡及びレンズの固定・位置決め部分の構造等について図示を省略している。また、以下においては、図１及び図２にＸ、Ｙ、Ｚの座標軸を示すように、灯具の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、灯具の光軸Ａｘの方向である前後方向をＺ軸とする。
【００２４】
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とを有して構成されている。
【００２５】
反射鏡１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光軸Ａｘに対して略垂直方向に広がって形成され、その光軸Ａｘ前方側のレンズ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Ｚ軸方向から見て略矩形状に形成されている。また、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から光源バルブＢが挿入され、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固定されている。また、レンズ３は光軸Ａｘに対して略垂直に設置されている。
【００２６】
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。また、反射鏡１の反射面１０ａについては、その具体的な作製方法については特に限定されるものではなく、様々の作製方法による反射鏡を有する灯具に対して後述する反射面決定方法が適用可能である。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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画部分）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Ｚ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Ｘ軸方向及びＹ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。また、各反射面素子１４は、光軸Ａｘに沿って光源バルブＢからの光を反射させる反射面形状によって形成されている。
【００３０】
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決定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決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。本実施形態による反射面決定方法は、条件設定ステップ１００、自由曲面作成ステップ１０１、基準平面規定ステップ１０２、基準セグメント作成ステップ１０３、代表点生成ステップ１０４、面形状決定ステップ１０５、及び反射面決定ステップ１０６の各ステップを有する。さらに、面形状決定ステップ１０５は、面形状算出ステップ１０５ａ、面形状選択ステップ１０５ｂ、及び面形状作成ステップ１０５ｃを有する。
【００３１】
条件設定ステップ（ステップ１００）
車両用灯具に用いる反射鏡の反射面形状の決定においては、最初に、形状決定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１０１）
次に、反射面１０ａの基本形状となる自由曲面２０を作成する。
【００３４】
自由曲面２０は、灯具の機能面からの条件、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１００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。
【００３５】
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。
【００３６】
基準平面規定ステップ（ステップ１０２）
次に、自由曲面作成ステップ１０１において作成された自由曲面２０に対して基準平面を規定する。
【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のセグメント区分や反射面素子形状の決定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Ｘ−Ｙ平面によって基準平面５を規定している。
【００３８】
なお、以下において、基準平面５と自由曲面２０との間の投影は、すべてＺ軸（光軸Ａｘ）に沿って行っている。
【００３９】
基準セグメント作成ステップ（ステップ１０３）
次に、基準平面規定ステップ１０２において規定された基準平面５を用いて自由曲面２０を区分して、複数の基準セグメントを作成する。
【００４０】
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Ｐに対応する点Ｐ’を含んで基準平面５上に生成する。この反射面外形５０内を含む基準平面５上の領域を所定の区分方法によって区分して、基準セグメント５４を作成する。
【００４１】
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Ｘ軸方向及びＹ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Ｐ’以外の点を区分の基点として行っても良い。
【００４２】
代表点生成ステップ（ステップ１０４）
次に、基準セグメント作成ステップ１０３において作成された各基準セグメント５４に対して基準代表点を選択し、基準セグメント５４及び基準代表点を自由曲面２０に投影してセグメント及び代表点を生成する。
【００４３】
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てある。この基準セグメント５４のそれぞれに対して、基準代表点を選択する。本実施形態においては、矩形の基準セグメント５４に対して、その４個の頂点を基準代表点５５1〜５５4として選択している。
【００４４】
さらに、基準セグメント５４、及びその基準セグメント５４に対して選択された基準代表点５５1〜５５4を、図５に示すように自由曲面２０に投影して自由曲面を区分し、セグメント２４を作成するとともに代表点２５1〜２５4を生成する。なお、図５においては、実線で示した基準セグメント５４に対応するセグメント２４を破線で示し、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。
【００４５】
代表点２５1〜２５4は、後述するようにそれぞれのセグメント２４に割り付けられる反射面素子１４の面形状決定に用いるセグメント２４内の位置を規定する点であって、上記したように基準平面５上の基準セグメント５４において基準代表点５５を選択してその個数及び位置が決められた後、それぞれの基準代表点５５が自由曲面２０に投影されて、自由曲面２０上のセグメント２４に対する代表点２５が生成される。
【００４６】
なお、この代表点生成ステップ１０４及び後述する面形状決定ステップ１０５は、各セグメント２４及び基準セグメント５４に対して順次行われて、すべてのセグメント２４に対する代表点の生成及び面形状の決定が行われる。これらのステップの繰り返しによって自由曲面２０の全体に作成されるセグメント２４の構造は、図４に点線で示したように、Ｚ軸方向から見てアレイ状に区分されて配列された構成となる。ここで、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。
【００４７】
面形状決定ステップ（ステップ１０５）
本実施形態においては、面形状決定ステップ１０５は、以下に述べる面形状算出ステップ１０５ａ、面形状選択ステップ１０５ｂ、及び面形状作成ステップ１０５ｃからなる。
【００４８】
面形状算出ステップ（ステップ１０５ａ）
まず、代表点生成ステップ１０４において生成された代表点２５1〜２５4のそれぞれに対して、セグメント２４内での面形状を決定するための形状パラメータを算出する。
【００４９】
図６は、セグメント２４に割り付けられる反射面素子１４の基本面形状を回転放物面形状とした例での各代表点に対する形状パラメータの算出について説明する模式図である。なお、ここでは簡単のため、光軸Ａｘが通る点Ｐを含む自由曲面２０上の曲線形状について考え、セグメント２４の曲線両端の点を代表点２５ａ及び２５ｂとして説明する。
【００５０】
反射面１０ａを区分した各セグメント２４に割り付けられる反射面素子１４は、通常、光軸Ａｘを中心軸とし、かつ光源点Ｆ（光源位置）を焦点としてそれぞれ異なる焦点距離ｆで生成された回転放物面を基本面形状として形成される。また、それぞれに対する焦点距離ｆは、光源点Ｆから入射された光が光軸Ａｘの方向に反射されるように、光源点Ｆ及び光軸Ａｘと、セグメント２４の自由曲面２０上での位置と、から決定される。この場合、回転放物面の焦点距離ｆが面形状を指定するための形状パラメータとされる。
【００５１】
図６に示した例においては、面形状決定に用いる２つの代表点２５ａ及び２５ｂについて、形状パラメータである焦点距離ｆのそれぞれに対する値ｆａ及びｆｂを算出する。図６中では、代表点２５ａを通る焦点距離ｆａの放物面を曲線Ｃａによって、また、代表点２５ｂを通る焦点距離ｆｂの放物面を曲線Ｃｂによって示してある。
【００５２】
図５に示したセグメント２４に対しては、同様に回転放物面の焦点距離ｆを形状パラメータとして、各代表点２５1〜２５4に対応する４種類の焦点距離ｆ1〜ｆ4がそれぞれ算出される。
【００５３】
面形状選択ステップ（ステップ１０５ｂ）
次に、面形状算出ステップ１０５ａにおいて算出された各代表点２５1〜２５4に対する形状パラメータから、セグメント２４内での面形状に適用する形状パラメータを選択する。
【００５４】
この形状パラメータの選択について、図６を用いて説明する。図６においては、上記したようにセグメント２４の２つの代表点２５ａ及び２５ｂに対してそれぞれ形状パラメータとして焦点距離ｆａ及びｆｂが求められる。これらの焦点距離ｆａ及びｆｂのいずれかを、セグメント２４内の面形状決定に用いる焦点距離ｆｘとして選択する。
【００５５】
このとき、焦点距離ｆａをｆｘとして選択した場合には、セグメント２４内での面形状は図６に実線で示した面形状Ｓａとなる。また、焦点距離ｆｂをｆｘとして選択した場合には、セグメント２４内での面形状は面形状Ｓｂとなる。どちらの焦点距離を選択するかについては、それぞれの焦点距離に対応する面形状のうち好適なものはどれかを個々のセグメント２４について諸条件から判断して選択する。
【００５６】
図５においては、セグメント２４内に割り付けられる反射面素子１４の面形状に対して、各代表点２５1〜２５4の位置に基づいて算出された４種類の焦点距離ｆ1〜ｆ4のうちの１つの焦点距離が、面形状決定に適用される焦点距離ｆｘとして選択される。
【００５７】
なお、各セグメント２４での反射面素子１４の面形状に対する形状パラメータの選択の選択基準については、反射鏡１に対して課せられた諸条件、及びそれぞれのセグメント２４の光源バルブＢに対する位置などによって設定すれば良い。具体的には、例えば、面形状の選択によって反射面１０ａのそのセグメント部分が前方または後方に凸になるなど、反射面形状が変化するので、形状制約条件等との関係から選択することが考えられる。また、近傍に存在する他の反射面素子１４の面形状との組み合わせによって、各反射面素子１４に入射する光量や光が入射される範囲などの条件が変化するので、そのような他の反射面素子１４との位置及び形状の関係についても考慮して形状パラメータの選択を行っても良い。
【００５８】
面形状作成ステップ（ステップ１０５ｃ）
次に、面形状選択ステップ１０５ｂにおいて選択された形状パラメータに基づいて、セグメント２４に割り付けられる反射面素子１４の面形状を作成する。
【００５９】
図７は、本実施形態における反射面素子１４の面形状の一例を、反射面１０ａが形成された反射鏡部１０を一部切り出して示す斜視図である。各反射面素子１４の面形状は、その全体を選択された焦点距離ｆｘに対応する回転放物面形状とすることも可能であるが、本実施形態においては、回転放物面を基本面形状とし、その回転放物面形状に所定の光拡散機能を有するように変形を加えることによって各反射面素子１４の面形状を作成している。
【００６０】
図７においては、反射面素子１４の面形状はそれぞれ、上記した焦点距離ｆｘの回転放物面形状による放物面部１５と、所定の光拡散機能を有するように焦点距離ｆｘの回転放物面形状に対して凸状形状とされている拡散反射部１６とから構成される形状に作成されている。なお、放物面部１５は隣接する反射面素子１４の影となる部分であり、実際に光源バルブＢ（光源位置）からの光が入射される部分は拡散反射部１６として構成されている。
【００６１】
反射面決定ステップ（ステップ１０６）
次に、面形状作成ステップ１０５ｃにおいて作成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、複数の反射面素子１４を含む反射面１０ａを決定する。
【００６２】
すなわち、図４に示したように自由曲面２０の全体に対して作成されたセグメント２４のそれぞれに対して、上記した各ステップによってその面形状を決定する。そして、それぞれ対応する面形状によって図７に示す例のように反射面素子１４を作成し、各セグメント２４に割り付けて自由曲面２０を基本形状とする反射面１０ａ（図２参照）を決定する。
【００６３】
以上説明した車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法の効果について説明する。
【００６４】
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、自由曲面の形状が個々の灯具に対して異なるとともに形状自体も複雑になるため、自由曲面上の各部位での反射面形状の決定方法は複雑化してしまう。
【００６５】
これに対して、上記した実施形態での反射面決定方法においては、反射面決定を自由曲面上で行うのではなく、光軸に垂直な基準平面を規定し、自由曲面をこの基準平面に投影して反射面形状決定の設計作業を基準平面において行った後、その結果を再び自由曲面に投影して反射面形状を決定している。これによって、反射面の決定工程を簡単化し、設計に要する時間を短縮することができる。
【００６６】
特に、基準平面は反射面、さらには反射鏡を備える灯具を光軸方向から観察者が観察したときの視野に相当している。したがって、この基準平面を利用して反射面決定を行うことによって、光軸方向に対する反射鏡及び灯具の形状や外観及び光反射特性を好適に設定し制御することが可能である。
【００６７】
例えば、自由曲面上でのセグメントは、光軸方向から見たときには基準平面上での基準セグメントと一致して観察されるので、上記の決定方法によって反射鏡や灯具の外観を好適に決定できる。また、これらのセグメントの構造は灯具のレンズ構造とも対応するが、基準平面を用いることによって、両者の形状を好適に対応させて、それぞれの光拡散機能の機能分担等を設定することが可能である。特に、上記の形状決定方法によれば、自由曲面及び設計すべき反射面の形状に依存せずに、構造決定や光反射特性設定を基準平面によって統一的に取り扱うことが可能である。
【００６８】
また、各セグメントに対して代表点を選択し、それらの代表点を用いて面形状を指定する形状パラメータを決定することによって、面形状決定を効率化している。特に、この代表点についてもセグメント上において選択するのではなく、まず基準平面上の基準セグメントにおいて選択した後に自由曲面に投影することによって、自由曲面形状によらずに代表点選択を行うことができる。
【００６９】
また、上記した実施形態においては代表点を複数とし、それぞれに対する形状パラメータの算出及び選択を行っている。さらに、自由曲面上の各セグメントに対して共通の代表点選択方法を適用して各代表点に対する形状パラメータを算出した後、それらの形状パラメータから面形状に適用するパラメータを選択する段階で、各セグメントに対して好適な代表点、及びそれに基づく面形状を選択することとしている。
【００７０】
このような決定方法によれば、隣接するセグメントに割り付けられる反射面素子の面形状との関係によって個々のセグメントでの面形状を設定または変更することができるなど、面形状の選択及び決定の自由度が大きくなり、反射面全体としての光反射特性を向上させることが可能となる。なお、形状パラメータの選択については、各代表点での形状パラメータの平均値を用いる方法や、各代表点での形状パラメータの最大値及び最小値の間で形状パラメータを選択するなど、他の選択方法を用いても良い。
【００７１】
本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法は、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。
【００７２】
自由曲面２０に対する基準平面５としては、光軸に垂直な平面に限られず、それ以外の自由曲面２０に対向する平面を基準平面として規定しても良い。それらの基準平面も、それぞれ対応する方向から反射面または灯具を見たときの視野に相当し、また、光軸に垂直な平面を基準平面とした場合と同様に、決定工程を簡単化することができる。
【００７３】
また、上記した実施形態では矩形の各セグメント２４に対して、４個の頂点を代表点２５1〜２５4として選択しているが、代表点の選択方法はこれに限られず、例えば４辺のそれぞれの中心の４点を代表点としても良い。また、外周上ではなく矩形の内部の点を代表点として選択することも可能である。あるいは、各セグメントに対して異なる代表点の選択方法としても良い。
【００７４】
また、代表点の個数については４個に限らず、例えば、どの点を面形状の基準とするかが事前に明確になっている場合には、各セグメントに対して１個としても良い。この場合には、その代表点に対して算出された形状パラメータがそのままそのセグメントに適用される形状パラメータとなる。
【００７５】
また、面形状を指定する形状パラメータとしては、回転放物面の焦点距離以外のパラメータを用いても良い。また、光源からの光を拡散反射させるための拡散反射領域についても、灯具に用いられるレンズの光拡散機能との対応等を考慮して、様々な形態のものを用いても良い。
【００７６】
例えば、図７に示した反射面素子１４においては、拡散反射部１６はＸ軸方向のみについて光拡散機能を有するようにシリンドリカルな形状に形成されており、Ｙ軸方向については略平行光の状態で光が反射される。この場合、レンズとしては、Ｙ軸方向についての光拡散機能を持つレンズステップ３ａを有するレンズ３（図１参照）が用いられる。
【００７７】
このような拡散反射領域は、Ｘ軸及びＹ軸方向の両方向について光拡散機能を有する面形状としても良いし、また、拡散反射部を有しない面形状とし光拡散をすべてレンズで行う構成としても良い。また、具体的な拡散反射領域の形状としてはシリンドリカルな凸状形状の他にも、凹状の形状や、回転放物面を単なる平面に変形した形状、トーラス面形状などを用いることができる。
【００７８】
なお、反射面形状の細部の設定に関しては、例えば金型を用いた樹脂成形品によって反射鏡を作製する場合には、金型作製に用いられるカッター形状等によって反射面形状が制約を受けるので、そのような条件をも考慮して反射面形状を決定する必要がある。また、各反射面素子の境界の段差部分などによる光損失についても、低減されるように反射面形状決定を行うことが好ましい。
【００７９】
また、反射面１０ａを区分するセグメント形状についても、上記した実施形態で示した矩形のものに限らない。図８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と、交点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５０内を区分して基準セグメント５４を作成し、それを投影して、それぞれがＺ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。
【００８０】
このようなセグメント形状では、代表点の選択方法としては例えば矩形の場合と同様に扇形の４個の頂点とする方法などが可能である。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決定方法が適用可能である。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。
【００８１】
【発明の効果】
本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、自由曲面を基本形状とし、その自由曲面上をセグメントに区分して各セグメントに反射面素子を割り付けて形成される反射鏡の反射面形状決定において、自由曲面に対向する基準平面を規定して、反射面の各部位における反射面素子の面形状決定工程に利用する。これによって、反射面の決定が自由曲面の形状によらず統一的に行えるので、その設計工程が簡単化され、設計に要する時間が短縮される。
【００８２】
また、この基準平面は、基準平面に垂直な方向から反射鏡または灯具を観察したときの視野に相当するので、この平面を反射面の形状決定に利用することによって、反射面の形状や外観、及び光反射特性を好適に設定及び制御することができる。さらに、各セグメントでの面形状の決定に代表点での形状パラメータを用いることによって、さらに決定工程が効率化されるが、その代表点選択についても、基準平面上において基準代表点を選択することによって、自由曲面の形状によらない代表点選択が可能となる。
【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決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】自由曲面のアレイ状のセグメントへの基準平面を用いた区分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】セグメントの各代表点に対する形状パラメータの算出について示す模式図である。
【図７】反射面素子の反射面形状の一例を示す斜視図である。
【図８】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、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、１５…放物面部、１６…拡散反射部、
２０…自由曲面、２４…セグメント、２５…代表点、
３…レンズ、３ａ…レンズステップ、
５…基準平面、５０…反射面外形、５４…基準セグメント、５５…基準代表点、
Ｂ…光源バルブ、Ｆ…光源点、Ａｘ…光軸。
【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決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用灯具においては、ランプとしての（１）機能に関する側面からの条件に加えて、自動車などの車両に取り付けた状態で使用されることから、（２）形状に関する側面からの条件（形状制約条件）、及び（３）外観に関する側面からの条件（外観制約条件）が課せられる。したがって、与えられた形状面及び外観面からの制約条件を満たした上で、機能面からの条件が最適化された灯具を実現することが求められる。
【０００３】
機能面からの条件としては、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、などが要求される。
【０００４】
また、車両・車体側からの制約条件については、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、などによる条件がある。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ある。
【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。この場合、例えば単一焦点放物面を反射面の基本形状とした反射鏡を用いると、灯具の厚さを充分に低減させることができず、上記した灯具の薄型化などの形状制約条件に適合させることが困難である。
【０００６】
これに対して、反射面の基本形状を形状制約条件等に適合させて作成した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（例えば、特開平９−３３７０８号公報参照）。ただし、反射面の各部位での反射面形状については、与えられた光軸に沿って光源からの光を反射する機能面からの条件を満たす必要があるので、通常は回転放物面形状、またはそれに近似して光拡散機能を有する形状とされる。そのため、上記した自由曲面を複数のセグメントに区分し、その各セグメントに回転放物面等をそれぞれの反射面形状とする反射面素子を割り付けることによって反射面を形成することが行われる。
【０００７】
しかしながら、上記したように自由曲面を基本形状とする反射面の作成においては、その形状が個々の灯具によって大きく異なり、また、与えられる形状制約条件等から非対称な自由曲面形状となることが多い。したがって、個々の反射鏡において反射面決定に用いられる自由曲面上でのセグメント作成、及び各セグメントに割り付けられる反射面素子の反射面形状決定の設計工程が複雑化してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、自由曲面上でのセグメント作成、及び各セグメントに割り付けられる反射面素子作成を効率的に行うことができる車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法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】
このような目的を達成するために、本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法は、光源が配置されるべき光源位置と、光源位置を通り光源からの光が反射鏡によって反射されるべき方向を指定する光軸と、を設定する条件設定ステップと、（１）車体側からの所定の形状制約条件を満たすとともに、反射面の基本形状となる自由曲面を作成する自由曲面作成ステップと、（２）自由曲面に対向する平面として基準平面を規定する基準平面規定ステップと、（３）基準平面上に反射面外形を生成し、反射面外形内を含む基準平面上の領域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ステップと、（４）基準セグメントのそれぞれについて、基準セグメントごとに複数の基準代表点を選択し、基準セグメント及び複数の基準代表点を自由曲面に投影して、自由曲面を区分するセグメント、及びセグメント内での面形状を決定するための位置を規定する複数の代表点を生成する代表点生成ステップと、（５）セグメントのそれぞれについて代表点に対する形状パラメータを求め、形状パラメータに基づいてセグメント内での面形状を決定する面形状決定ステップと、（６）決定された面形状を有する反射面素子をそれぞれのセグメントに対して割り付けて、複数の反射面素子を含む反射面を決定する反射面決定ステップと、を有し、（７）自由曲面作成ステップにおいて、車体側からの所定の形状制約条件に加えて、条件設定ステップで設定された光源位置及び光軸を参照して、灯具の機能面からの条件を満たすように自由曲面を作成するとともに、面形状決定ステップは、複数の代表点に対してそれぞれ形状パラメータを求めることで、複数の形状パラメータを算出する面形状算出ステップと、複数の代表点に対する複数の形状パラメータから、セグメント内での面形状に適用する１個の形状パラメータを選択する面形状選択ステップと、選択された１個の形状パラメータに基づいてそれぞれのセグメント内での面形状を作成する面形状作成ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記した反射面決定方法では、車体側からの形状制約条件を満たすように反射面の基本形状として作成された自由曲面に対し、そのセグメントへの区分、及び各セグメントに割り付けられる反射面素子の面形状の決定を、形状が複雑で設計すべき反射面ごとに異なる自由曲面上で直接行うのではなく、別に対向する基準平面を規定して行っている。このように、反射面決定の各ステップを自由曲面上で行わずに、基準平面を利用することによって、設計すべき反射面の形状に依存しない統一的な取り扱いが可能となり、反射面の設計工程が簡単化される。
【００１１】
また、自由曲面に対向する平面として規定される基準平面は、観察者が反射鏡または灯具を観察したときの視野に相当する平面である。したがって、この基準平面を利用して反射面作成を行うことによって、その軸方向から見た反射面の形状や外観、及び光反射特性等が好適に設定された反射面形状を得ることが可能となる。
【００１２】
さらに、区分された各セグメントに対して代表点を選択して面形状の決定を行うことによって、面形状決定を効率化することができる。特に、この代表点についても、基準平面上の基準セグメントにおいて基準代表点の選択を行うことによって、自由曲面の形状等によらずに統一的に代表点の選択を行うことが可能となる。
【００１３】
また、代表点生成ステップにおいて、基準セグメントごとに複数の基準代表点を選択し、自由曲面に投影して複数の代表点を生成するとともに、面形状決定ステップは、複数の代表点に対してそれぞれ形状パラメータを算出する面形状算出ステップと、複数の代表点に対する形状パラメータから、セグメント内での面形状に適用する形状パラメータを選択する面形状選択ステップと、選択された形状パラメータに基づいてそれぞれのセグメント内での面形状を作成する面形状作成ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
面形状決定に用いる代表点は１個または複数個に設定することが可能である。特に、上記のように各セグメントに対して複数個の代表点をそれぞれ選択し、各代表点に対してその位置から決まる形状パラメータを算出した後に、それらの形状パラメータからそのセグメントに好適なものを選択して面形状を作成する決定方法とすることによって、反射面全体での光反射特性等を向上させることができる。
【００１５】
また、光源が配置されるべき光源位置と、光源位置を通り光源からの光が反射鏡によって反射されるべき方向を指定する光軸と、を設定する条件設定ステップをさらに有することを特徴とする。さらに、基準平面規定ステップにおいて、光軸に垂直な平面として基準平面を規定することを特徴としても良い。
【００１６】
上記のように規定した基準平面は、光軸方向から観察したときの視野に相当するので、車体に取り付けたときの反射鏡または灯具の外観や光反射特性の設定を、車体との位置関係によって与えられた光軸に対して確実に行うことができる。
【００１７】
また、面形状決定ステップにおいて、光源位置を焦点とし、光軸を中心軸とした回転放物面形状を含んで面形状が決定され、形状パラメータは、回転放物面の焦点距離を含むことを特徴とする。各反射面素子の面形状は、通常は回転放物面を基本形状として構成されるが、その場合には形状パラメータとしてその焦点距離を設定することができる。
【００１８】
さらに、面形状決定ステップにおいて、光源位置からの光を拡散反射させる拡散反射領域を有する形状に面形状が決定されることを特徴としても良い。決定された形状パラメータによる面形状をそのまま反射面素子の面形状とすることも可能であるが、上記したように焦点距離を形状パラメータとして基本形状となる回転放物面を決定した場合を含めて、形状パラメータの選択によって決定された面形状を反射面素子の面形状の基本形状として用い、その一部または全部に変形を加えて上記のように光拡散機能を持たせることも可能である。
【００１９】
また、基準セグメント作成ステップにおいて、光軸に略垂直な第１の方向と、光軸及び第１の方向のそれぞれに略垂直な第２の方向と、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矩形となる複数の基準セグメントを作成することを特徴としても良い。
【００２０】
あるいは、基準セグメント作成ステップにおいて、基準平面と光軸との交点を中心とした放射状の動径方向と、交点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することを特徴としても良い。
【００２１】
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ものであり、また、灯具を形成するときのレンズとの光拡散機能の機能分担が容易である。上記の構成に対しては、代表点生成ステップにおいて、それぞれの基準セグメントの４個の頂点を複数の基準代表点として選択することが、各面形状の好適化及び設計の容易化などから好ましい。また、上記以外にも様々なセグメント構造が適用可能である。
【００２２】
【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決定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は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。
【００２３】
図１は、本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法によって得られた反射面を有する反射鏡について、その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。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、図１においては、反射鏡及びレンズの固定・位置決め部分の構造等について図示を省略している。また、以下においては、図１及び図２にＸ、Ｙ、Ｚの座標軸を示すように、灯具の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、灯具の光軸Ａｘの方向である前後方向をＺ軸とする。
【００２４】
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とを有して構成されている。
【００２５】
反射鏡１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光軸Ａｘに対して略垂直方向に広がって形成され、その光軸Ａｘ前方側のレンズ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Ｚ軸方向から見て略矩形状に形成されている。また、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から光源バルブＢが挿入され、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固定されている。また、レンズ３は光軸Ａｘに対して略垂直に設置されている。
【００２６】
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。また、反射鏡１の反射面１０ａについては、その具体的な作製方法については特に限定されるものではなく、様々の作製方法による反射鏡を有する灯具に対して後述する反射面決定方法が適用可能である。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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画部分）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Ｚ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Ｘ軸方向及びＹ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。また、各反射面素子１４は、光軸Ａｘに沿って光源バルブＢからの光を反射させる反射面形状によって形成されている。
【００３０】
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決定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決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。本実施形態による反射面決定方法は、条件設定ステップ１００、自由曲面作成ステップ１０１、基準平面規定ステップ１０２、基準セグメント作成ステップ１０３、代表点生成ステップ１０４、面形状決定ステップ１０５、及び反射面決定ステップ１０６の各ステップを有する。さらに、面形状決定ステップ１０５は、面形状算出ステップ１０５ａ、面形状選択ステップ１０５ｂ、及び面形状作成ステップ１０５ｃを有する。
【００３１】
条件設定ステップ（ステップ１００）
車両用灯具に用いる反射鏡の反射面形状の決定においては、最初に、形状決定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１０１）
次に、反射面１０ａの基本形状となる自由曲面２０を作成する。
【００３４】
自由曲面２０は、灯具の機能面からの条件、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１００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。
【００３５】
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。
【００３６】
基準平面規定ステップ（ステップ１０２）
次に、自由曲面作成ステップ１０１において作成された自由曲面２０に対して基準平面を規定する。
【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のセグメント区分や反射面素子形状の決定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Ｘ−Ｙ平面によって基準平面５を規定している。
【００３８】
なお、以下において、基準平面５と自由曲面２０との間の投影は、すべてＺ軸（光軸Ａｘ）に沿って行っている。
【００３９】
基準セグメント作成ステップ（ステップ１０３）
次に、基準平面規定ステップ１０２において規定された基準平面５を用いて自由曲面２０を区分して、複数の基準セグメントを作成する。
【００４０】
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Ｐに対応する点Ｐ’を含んで基準平面５上に生成する。この反射面外形５０内を含む基準平面５上の領域を所定の区分方法によって区分して、基準セグメント５４を作成する。
【００４１】
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Ｘ軸方向及びＹ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Ｐ’以外の点を区分の基点として行っても良い。
【００４２】
代表点生成ステップ（ステップ１０４）
次に、基準セグメント作成ステップ１０３において作成された各基準セグメント５４に対して基準代表点を選択し、基準セグメント５４及び基準代表点を自由曲面２０に投影してセグメント及び代表点を生成する。
【００４３】
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てある。この基準セグメント５４のそれぞれに対して、基準代表点を選択する。本実施形態においては、矩形の基準セグメント５４に対して、その４個の頂点を基準代表点５５1〜５５4として選択している。
【００４４】
さらに、基準セグメント５４、及びその基準セグメント５４に対して選択された基準代表点５５1〜５５4を、図５に示すように自由曲面２０に投影して自由曲面を区分し、セグメント２４を作成するとともに代表点２５1〜２５4を生成する。なお、図５においては、実線で示した基準セグメント５４に対応するセグメント２４を破線で示し、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。
【００４５】
代表点２５1〜２５4は、後述するようにそれぞれのセグメント２４に割り付けられる反射面素子１４の面形状決定に用いるセグメント２４内の位置を規定する点であって、上記したように基準平面５上の基準セグメント５４において基準代表点５５を選択してその個数及び位置が決められた後、それぞれの基準代表点５５が自由曲面２０に投影されて、自由曲面２０上のセグメント２４に対する代表点２５が生成される。
【００４６】
なお、この代表点生成ステップ１０４及び後述する面形状決定ステップ１０５は、各セグメント２４及び基準セグメント５４に対して順次行われて、すべてのセグメント２４に対する代表点の生成及び面形状の決定が行われる。これらのステップの繰り返しによって自由曲面２０の全体に作成されるセグメント２４の構造は、図４に点線で示したように、Ｚ軸方向から見てアレイ状に区分されて配列された構成となる。ここで、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。
【００４７】
面形状決定ステップ（ステップ１０５）
本実施形態においては、面形状決定ステップ１０５は、以下に述べる面形状算出ステップ１０５ａ、面形状選択ステップ１０５ｂ、及び面形状作成ステップ１０５ｃからなる。
【００４８】
面形状算出ステップ（ステップ１０５ａ）
まず、代表点生成ステップ１０４において生成された代表点２５1〜２５4のそれぞれに対して、セグメント２４内での面形状を決定するための形状パラメータを算出する。
【００４９】
図６は、セグメント２４に割り付けられる反射面素子１４の基本面形状を回転放物面形状とした例での各代表点に対する形状パラメータの算出について説明する模式図である。なお、ここでは簡単のため、光軸Ａｘが通る点Ｐを含む自由曲面２０上の曲線形状について考え、セグメント２４の曲線両端の点を代表点２５ａ及び２５ｂとして説明する。
【００５０】
反射面１０ａを区分した各セグメント２４に割り付けられる反射面素子１４は、通常、光軸Ａｘを中心軸とし、かつ光源点Ｆ（光源位置）を焦点としてそれぞれ異なる焦点距離ｆで生成された回転放物面を基本面形状として形成される。また、それぞれに対する焦点距離ｆは、光源点Ｆから入射された光が光軸Ａｘの方向に反射されるように、光源点Ｆ及び光軸Ａｘと、セグメント２４の自由曲面２０上での位置と、から決定される。この場合、回転放物面の焦点距離ｆが面形状を指定するための形状パラメータとされる。
【００５１】
図６に示した例においては、面形状決定に用いる２つの代表点２５ａ及び２５ｂについて、形状パラメータである焦点距離ｆのそれぞれに対する値ｆａ及びｆｂを算出する。図６中では、代表点２５ａを通る焦点距離ｆａの放物面を曲線Ｃａによって、また、代表点２５ｂを通る焦点距離ｆｂの放物面を曲線Ｃｂによって示してある。
【００５２】
図５に示したセグメント２４に対しては、同様に回転放物面の焦点距離ｆを形状パラメータとして、各代表点２５1〜２５4に対応する４種類の焦点距離ｆ1〜ｆ4がそれぞれ算出される。
【００５３】
面形状選択ステップ（ステップ１０５ｂ）
次に、面形状算出ステップ１０５ａにおいて算出された各代表点２５1〜２５4に対する形状パラメータから、セグメント２４内での面形状に適用する形状パラメータを選択する。
【００５４】
この形状パラメータの選択について、図６を用いて説明する。図６においては、上記したようにセグメント２４の２つの代表点２５ａ及び２５ｂに対してそれぞれ形状パラメータとして焦点距離ｆａ及びｆｂが求められる。これらの焦点距離ｆａ及びｆｂのいずれかを、セグメント２４内の面形状決定に用いる焦点距離ｆｘとして選択する。
【００５５】
このとき、焦点距離ｆａをｆｘとして選択した場合には、セグメント２４内での面形状は図６に実線で示した面形状Ｓａとなる。また、焦点距離ｆｂをｆｘとして選択した場合には、セグメント２４内での面形状は面形状Ｓｂとなる。どちらの焦点距離を選択するかについては、それぞれの焦点距離に対応する面形状のうち好適なものはどれかを個々のセグメント２４について諸条件から判断して選択する。
【００５６】
図５においては、セグメント２４内に割り付けられる反射面素子１４の面形状に対して、各代表点２５1〜２５4の位置に基づいて算出された４種類の焦点距離ｆ1〜ｆ4のうちの１つの焦点距離が、面形状決定に適用される焦点距離ｆｘとして選択される。
【００５７】
なお、各セグメント２４での反射面素子１４の面形状に対する形状パラメータの選択の選択基準については、反射鏡１に対して課せられた諸条件、及びそれぞれのセグメント２４の光源バルブＢに対する位置などによって設定すれば良い。具体的には、例えば、面形状の選択によって反射面１０ａのそのセグメント部分が前方または後方に凸になるなど、反射面形状が変化するので、形状制約条件等との関係から選択することが考えられる。また、近傍に存在する他の反射面素子１４の面形状との組み合わせによって、各反射面素子１４に入射する光量や光が入射される範囲などの条件が変化するので、そのような他の反射面素子１４との位置及び形状の関係についても考慮して形状パラメータの選択を行っても良い。
【００５８】
面形状作成ステップ（ステップ１０５ｃ）
次に、面形状選択ステップ１０５ｂにおいて選択された形状パラメータに基づいて、セグメント２４に割り付けられる反射面素子１４の面形状を作成する。
【００５９】
図７は、本実施形態における反射面素子１４の面形状の一例を、反射面１０ａが形成された反射鏡部１０を一部切り出して示す斜視図である。各反射面素子１４の面形状は、その全体を選択された焦点距離ｆｘに対応する回転放物面形状とすることも可能であるが、本実施形態においては、回転放物面を基本面形状とし、その回転放物面形状に所定の光拡散機能を有するように変形を加えることによって各反射面素子１４の面形状を作成している。
【００６０】
図７においては、反射面素子１４の面形状はそれぞれ、上記した焦点距離ｆｘの回転放物面形状による放物面部１５と、所定の光拡散機能を有するように焦点距離ｆｘの回転放物面形状に対して凸状形状とされている拡散反射部１６とから構成される形状に作成されている。なお、放物面部１５は隣接する反射面素子１４の影となる部分であり、実際に光源バルブＢ（光源位置）からの光が入射される部分は拡散反射部１６として構成されている。
【００６１】
反射面決定ステップ（ステップ１０６）
次に、面形状作成ステップ１０５ｃにおいて作成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、複数の反射面素子１４を含む反射面１０ａを決定する。
【００６２】
すなわち、図４に示したように自由曲面２０の全体に対して作成されたセグメント２４のそれぞれに対して、上記した各ステップによってその面形状を決定する。そして、それぞれ対応する面形状によって図７に示す例のように反射面素子１４を作成し、各セグメント２４に割り付けて自由曲面２０を基本形状とする反射面１０ａ（図２参照）を決定する。
【００６３】
以上説明した車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法の効果について説明する。
【００６４】
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、自由曲面の形状が個々の灯具に対して異なるとともに形状自体も複雑になるため、自由曲面上の各部位での反射面形状の決定方法は複雑化してしまう。
【００６５】
これに対して、上記した実施形態での反射面決定方法においては、反射面決定を自由曲面上で行うのではなく、光軸に垂直な基準平面を規定し、自由曲面をこの基準平面に投影して反射面形状決定の設計作業を基準平面において行った後、その結果を再び自由曲面に投影して反射面形状を決定している。これによって、反射面の決定工程を簡単化し、設計に要する時間を短縮することができる。
【００６６】
特に、基準平面は反射面、さらには反射鏡を備える灯具を光軸方向から観察者が観察したときの視野に相当している。したがって、この基準平面を利用して反射面決定を行うことによって、光軸方向に対する反射鏡及び灯具の形状や外観及び光反射特性を好適に設定し制御することが可能である。
【００６７】
例えば、自由曲面上でのセグメントは、光軸方向から見たときには基準平面上での基準セグメントと一致して観察されるので、上記の決定方法によって反射鏡や灯具の外観を好適に決定できる。また、これらのセグメントの構造は灯具のレンズ構造とも対応するが、基準平面を用いることによって、両者の形状を好適に対応させて、それぞれの光拡散機能の機能分担等を設定することが可能である。特に、上記の形状決定方法によれば、自由曲面及び設計すべき反射面の形状に依存せずに、構造決定や光反射特性設定を基準平面によって統一的に取り扱うことが可能である。
【００６８】
また、各セグメントに対して代表点を選択し、それらの代表点を用いて面形状を指定する形状パラメータを決定することによって、面形状決定を効率化している。特に、この代表点についてもセグメント上において選択するのではなく、まず基準平面上の基準セグメントにおいて選択した後に自由曲面に投影することによって、自由曲面形状によらずに代表点選択を行うことができる。
【００６９】
また、上記した実施形態においては代表点を複数とし、それぞれに対する形状パラメータの算出及び選択を行っている。さらに、自由曲面上の各セグメントに対して共通の代表点選択方法を適用して各代表点に対する形状パラメータを算出した後、それらの形状パラメータから面形状に適用するパラメータを選択する段階で、各セグメントに対して好適な代表点、及びそれに基づく面形状を選択することとしている。
【００７０】
このような決定方法によれば、隣接するセグメントに割り付けられる反射面素子の面形状との関係によって個々のセグメントでの面形状を設定または変更することができるなど、面形状の選択及び決定の自由度が大きくなり、反射面全体としての光反射特性を向上させることが可能となる。なお、形状パラメータの選択については、各代表点での形状パラメータの平均値を用いる方法や、各代表点での形状パラメータの最大値及び最小値の間で形状パラメータを選択するなど、他の選択方法を用いても良い。
【００７１】
本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法は、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。
【００７２】
自由曲面２０に対する基準平面５としては、光軸に垂直な平面に限られず、それ以外の自由曲面２０に対向する平面を基準平面として規定しても良い。それらの基準平面も、それぞれ対応する方向から反射面または灯具を見たときの視野に相当し、また、光軸に垂直な平面を基準平面とした場合と同様に、決定工程を簡単化することができる。
【００７３】
また、上記した実施形態では矩形の各セグメント２４に対して、４個の頂点を代表点２５1〜２５4として選択しているが、代表点の選択方法はこれに限られず、例えば４辺のそれぞれの中心の４点を代表点としても良い。また、外周上ではなく矩形の内部の点を代表点として選択することも可能である。あるいは、各セグメントに対して異なる代表点の選択方法としても良い。
【００７４】
また、代表点の個数については４個に限らず、例えば、どの点を面形状の基準とするかが事前に明確になっている場合には、各セグメントに対して１個としても良い。この場合には、その代表点に対して算出された形状パラメータがそのままそのセグメントに適用される形状パラメータとなる。
【００７５】
また、面形状を指定する形状パラメータとしては、回転放物面の焦点距離以外のパラメータを用いても良い。また、光源からの光を拡散反射させるための拡散反射領域についても、灯具に用いられるレンズの光拡散機能との対応等を考慮して、様々な形態のものを用いても良い。
【００７６】
例えば、図７に示した反射面素子１４においては、拡散反射部１６はＸ軸方向のみについて光拡散機能を有するようにシリンドリカルな形状に形成されており、Ｙ軸方向については略平行光の状態で光が反射される。この場合、レンズとしては、Ｙ軸方向についての光拡散機能を持つレンズステップ３ａを有するレンズ３（図１参照）が用いられる。
【００７７】
このような拡散反射領域は、Ｘ軸及びＹ軸方向の両方向について光拡散機能を有する面形状としても良いし、また、拡散反射部を有しない面形状とし光拡散をすべてレンズで行う構成としても良い。また、具体的な拡散反射領域の形状としてはシリンドリカルな凸状形状の他にも、凹状の形状や、回転放物面を単なる平面に変形した形状、トーラス面形状などを用いることができる。
【００７８】
なお、反射面形状の細部の設定に関しては、例えば金型を用いた樹脂成形品によって反射鏡を作製する場合には、金型作製に用いられるカッター形状等によって反射面形状が制約を受けるので、そのような条件をも考慮して反射面形状を決定する必要がある。また、各反射面素子の境界の段差部分などによる光損失についても、低減されるように反射面形状決定を行うことが好ましい。
【００７９】
また、反射面１０ａを区分するセグメント形状についても、上記した実施形態で示した矩形のものに限らない。図８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と、交点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５０内を区分して基準セグメント５４を作成し、それを投影して、それぞれがＺ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。
【００８０】
このようなセグメント形状では、代表点の選択方法としては例えば矩形の場合と同様に扇形の４個の頂点とする方法などが可能である。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決定方法が適用可能である。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。
【００８１】
【発明の効果】
本発明による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、自由曲面を基本形状とし、その自由曲面上をセグメントに区分して各セグメントに反射面素子を割り付けて形成される反射鏡の反射面形状決定において、自由曲面に対向する基準平面を規定して、反射面の各部位における反射面素子の面形状決定工程に利用する。これによって、反射面の決定が自由曲面の形状によらず統一的に行えるので、その設計工程が簡単化され、設計に要する時間が短縮される。
【００８２】
また、この基準平面は、基準平面に垂直な方向から反射鏡または灯具を観察したときの視野に相当するので、この平面を反射面の形状決定に利用することによって、反射面の形状や外観、及び光反射特性を好適に設定及び制御することができる。さらに、各セグメントでの面形状の決定に代表点での形状パラメータを用いることによって、さらに決定工程が効率化されるが、その代表点選択についても、基準平面上において基準代表点を選択することによって、自由曲面の形状によらない代表点選択が可能となる。
【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決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】自由曲面のアレイ状のセグメントへの基準平面を用いた区分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】セグメントの各代表点に対する形状パラメータの算出について示す模式図である。
【図７】反射面素子の反射面形状の一例を示す斜視図である。
【図８】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、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、１５…放物面部、１６…拡散反射部、
２０…自由曲面、２４…セグメント、２５…代表点、
３…レンズ、３ａ…レンズステップ、
５…基準平面、５０…反射面外形、５４…基準セグメント、５５…基準代表点、
Ｂ…光源バルブ、Ｆ…光源点、Ａｘ…光軸。
Claims (7)
- 車両用灯具に用いられる反射鏡の反射面決定方法であって、
光源が配置されるべき光源位置と、前記光源位置を通り前記光源からの光が反射鏡によって反射されるべき方向を指定する光軸と、を設定する条件設定ステップと、
車体側からの所定の形状制約条件を満たすとともに、反射面の基本形状となる自由曲面を作成する自由曲面作成ステップと、
前記自由曲面に対向する平面として基準平面を規定する基準平面規定ステップと、
前記基準平面上に反射面外形を生成し、前記反射面外形内を含む前記基準平面上の領域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ステップと、
前記基準セグメントのそれぞれについて、前記基準セグメントごとに複数の基準代表点を選択し、前記基準セグメント及び前記複数の基準代表点を前記自由曲面に投影して、前記自由曲面を区分するセグメント、及び前記セグメント内での面形状を決定するための位置を規定する複数の代表点を生成する代表点生成ステップと、
前記セグメントのそれぞれについて前記代表点に対する形状パラメータを求め、前記形状パラメータに基づいて前記セグメント内での前記面形状を決定する面形状決定ステップと、
決定された前記面形状を有する反射面素子をそれぞれの前記セグメントに対して割り付けて、複数の前記反射面素子を含む反射面を決定する反射面決定ステップと、
を有し、
前記自由曲面作成ステップにおいて、前記車体側からの所定の形状制約条件に加えて、前記条件設定ステップで設定された前記光源位置及び前記光軸を参照して、灯具の機能面からの条件を満たすように前記自由曲面を作成するとともに、
前記面形状決定ステップは、
前記複数の代表点に対してそれぞれ前記形状パラメータを求めることで、複数の形状パラメータを算出する面形状算出ステップと、
前記複数の代表点に対する前記複数の形状パラメータから、前記セグメント内での前記面形状に適用する１個の形状パラメータを選択する面形状選択ステップと、
選択された前記１個の形状パラメータに基づいてそれぞれの前記セグメント内での前記面形状を作成する面形状作成ステップと、
を有することを特徴とする車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。 - 前記基準平面規定ステップにおいて、前記光軸に垂直な平面として前記基準平面を規定することを特徴とする請求項１記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。
- 前記面形状決定ステップにおいて、前記光源位置を焦点とし、前記光軸を中心軸とした回転放物面形状を含んで前記面形状が決定され、
前記形状パラメータは、前記回転放物面の焦点距離を含むことを特徴とする請求項１または２記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。 - 前記面形状決定ステップにおいて、前記光源位置からの光を拡散反射させる拡散反射領域を有する形状に前記面形状が決定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。
- 前記基準セグメント作成ステップにおいて、前記光軸に略垂直な第１の方向と、前記光軸及び前記第１の方向のそれぞれに略垂直な第２の方向と、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矩形となる前記複数の基準セグメントを作成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。
- 前記基準セグメント作成ステップにおいて、前記基準平面と前記光軸との交点を中心とした放射状の動径方向と、前記交点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ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。
- 前記代表点生成ステップにおいて、それぞれの前記基準セグメントの４個の頂点を前記複数の基準代表点として選択することを特徴とする請求項５または６記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。
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