JP4075973B2 - 反射鏡の製造方法および灯具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、反射鏡の製造方法及び灯具に関し、特に光源から放射された光を所望の方向に反射させて前方を照らす反射鏡の製造方法及び灯具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用前照灯の配光設計では、所定の配光領域を形成させるだけでなく、中心付近の十分な照度と水平方向へのむらのない拡散を確保することが必要不可欠である。この要請は、通常、前面レンズを配置したり、反射鏡面の形状を変化させ、光源から出射する光線の反射もしくは屈折方向を制御することによって達成される。
【０００３】
特に、近年の自動車用前照灯においては、反射鏡面のみの効果によって所望の配光特性を得ることが主流となっている。この場合、中心照度や拡散等の配光上のすべての要求を満足させるような反射鏡面の形状設計が必要となる。
【０００４】
反射鏡面の効果により所望の配光特性を得ようとする発明が、特開昭６２−１９３００２号公報に開示されている。この発明においては、鉛直断面が放物線となり、水平断面が特定の曲線となる縦長矩形状の複数の反射面を、水平方向に配列した複合反射面により所定の配光特性を得ている。この場合、各縦長矩形状の反射面が異なった形状の放物面であるため、明確な境界線が現れる。
【０００５】
このような灯具においては、各反射面ごとに所望の配光特性を満足するように設計しても、境界線に起因する照度むらが生ずる。また、境界線で反射する光線がグレア光となって照射される。そのため自車及び対向車の双方の運転者に不快な印象を与える場合がある。
【０００６】
配光特性の均一性等を高めるため、反射鏡をより細かな多数の反射領域に分割し、各反射領域毎に配光特性を考慮して反射面の形状を設計する手法が採用される場合もある。各反射領域の形状として、回転放物面のみでなく放物柱面等を用いた複合反射鏡も提案され（例えば特開平４−２５３１０１号、特開平９−３０６２２０号）、実用化されている。
【０００７】
しかし、上述の反射鏡は、いずれも異なる形状の放物面の集合からなる反射面を有する複合反射鏡である。このため、各反射面同士の接合部には明確な境界線が観視され、これらの境界に沿って段差が形成される場合もある。従って、これらの反射鏡は基本的にグレア光の問題を有する。
【０００８】
車両用灯具に要求される配光特性を満足し、かつ、反射鏡の水平断面形状において放物線以外の連続曲面を有する反射鏡に関する発明が、特開平９−８２１０６号公報に開示されている。
【０００９】
特開平９−８２１０６号公報に開示された反射鏡の反射面形状の設計方法について簡単に説明する。まず、水平面内に、双曲的な曲線部と楕円的な曲線部とが、光軸から離れる方向に交互に繰り返される基準曲線を決定する。基準曲線の各曲線部で反射した反射光線が光軸に対してなす角度が、光軸寄りに位置する曲線部ほど大きくなるような形状とする。
【００１０】
光源から発した光が基準曲線上の任意の点で反射したときの反射光の光線ベクトルに平行な軸を有し、反射点を通り、光源の位置を焦点とする仮想的な回転放物面を考える。この回転放物面と、上記光線ベクトルを含む鉛直面との交線の集合体として反射面を構成する。
【００１１】
反射面の中心近傍の部分で反射した光線によって得られる投影面積の大きな光源像が、水平方向に大きく拡散される。このため、配光パターンの水平方向における端部寄りの部分の鉛直幅を十分確保することができる。反射面の周縁寄りの部分によって得られる投影面積の小さな光源像が、配光パターンにおける中心部の形成に寄与するように制御される。このため、反射面における電球挿入用の孔に起因する照度不足を補うことができる。
【００１２】
一方、反射鏡の前方に配置する前面レンズに屈折方向変化の機能を殆ど設けないことになると、前面レンズを通して反射鏡の形状が直接視認されることになる。そのため、前述した明確な境界線が視認され、意匠上の面から好ましくない場合もある。特に、車両用灯具として用いた場合には車体形状との関連により、大きさや意匠上の制約が課せられる場合がある。これらの制約と配光特性とを両立させつつ、境界線が明確に現れないような反射鏡を設計することは困難であった。
【００１３】
例えば、多数の放物面反射領域の集合からなり、各反射領域間の接続部に段差が生ずることを前提とした複合反射鏡の場合には、各反射面ごとの配光特性を個別に考慮し、反射面の形状を設計することが可能である。このため、意匠上の制約等から反射鏡の高さ等に変更が加えられた場合でも、変更部分の反射領域を中心に所望の配光特性が得られるように設計し直せば良く、その変更作業は比較的容易である。
【００１４】
しかしながら、反射面に明確な境界線が現れない反射鏡を設計する場合には、一部の反射領域の変更が、隣接する反射領域の形状に影響する。具体的には、小さな反射領域毎に、それに隣接する反射領域との境界における反射方向を勘案し、その反射方向と近似し、かつ、反射面の接線の折れ角が小さくなるような条件を満足するように反射領域を設計する。この作業は、３次元的に考えて実施する必要がある。１つの反射領域の形状変更が、隣接する反射領域の形状変更を伴うことになり、この形状変更が連鎖的に生ずる。結局、反射面の全領域の形状の変更と配光特性の変化を生ずることになる。配光特性と意匠上の制約等の両方の要望を満足する反射鏡を得るために、幾度もの試行の繰り返しが必要となり大変な時間と労力を要する。
【００１５】
特に、車両のすれ違いビーム用の灯具の反射面を設計する場合には、ある高さよりも上方の領域には照明光を照射しないようにするカットオフ配光をスクリーン上に規定することが必要になる。従来の方法によると、反射領域ごとにカットオフ配光を満足するように、多数の反射領域の形状を設計する。この場合、反射鏡で反射した光線によるスクリーン上の照射領域が湾曲し、その中心部が下がったバナナ形状となるのが常であった。
【００１６】
これは、反射鏡の形状が放物反射面形状を基本としていることに起因する根本的なものであり、きれいなカットオフ特性を得ることが難しかった。また、バナナ形状の配光特性を有する灯具では、左右のつりあがり部分が対向車に対する幻惑光となり好ましくない。光源の反射像をカットオフラインに整列させるためには、各反射領域について光源の反射像を設計し、それらを接続するという煩雑で非常に時間のかかる工程を必要とする。例えば１つの反射鏡を１００個程度の反射領域を集めた複合反射面で構成する場合に、それらを滑らかに接続するように各反射領域の形状を微調整するための計算機シミュレーションを１回実施するだけで１０時間程度の時間を要する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した事情に鑑み、より自由度の高い配光特性を実現することができる反射鏡が望まれている。
【００１８】
本発明の目的は、所望の配光パターンを得るのに適した反射鏡の製造方法及び灯具を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、照射領域がバナナ状に湾曲することがなく、カットオフラインを有する配光特性を満足する反射鏡の設計方法及び灯具を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、所望の配光特性が得られると同時に、滑らかな反射面形状を有する反射鏡の製造方法および灯具を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
光源から放射された光を反射し、前方の空間を照らす反射鏡の製造方法であって、
反射鏡の前方に仮想的な仮想スクリーンを考えたとき、求めるべき反射面と前記仮想スクリーンとを切断する基準平面と該反射面との交線上の反射点の位置と、光源から放射され当該反射点で反射した光線により前記仮想スクリーン上に写し出される前記光源の像の位置との対応関係により規定される配光特性を規定する工程と、
前記配光特性に基づいて、前記基準平面内に、求めるべき反射面と該基準平面との交線に一致もしくは近似するパス線を決定する工程と、
前記パス線上に離散的に分布する複数の抽出点の各々について、前記配光特性に基づいて、当該抽出点を通過し、求めるべき反射面の形状に対応したプロファイル曲線を決定する工程と、
前記抽出点ごとに決定されたプロファイル曲線に基づいて、求めるべき反射面の形状を決定する工程と
を有し、
前記基準平面をｚｘ平面とし、反射面がｚ軸の正の方向を向くｘｙｚ直交座標系を考え、さらに前記仮想スクリーン上に、該仮想スクリーンとｚｘ面との交線で定義されるｕ軸、及び該仮想スクリーンとｙｚ面との交線で定義されるｖ軸からなるｕｖ座標を考えたとき、
前記配光特性が、
反射点のｘ座標と、当該反射点で反射した光線による前記光源の像の位置を表すｕ座標との対応関係を規定した第１の関係と、
反射点のｘ座標と、当該反射点で反射した光線による前記光源の像の位置を表すｖ座標との対応関係を規定した第２の関係と
を含む反射鏡の製造方法が提供される。
【００２２】
本発明の他の観点によると、
光源から放射された光を反射し、前方の空間を照らす自動車用灯具の反射鏡の製造方法であって、
反射鏡の反射面がｚ軸の正の方向を向き、ｚｘ平面が水平面となるようなｘｙｚ直交座標系、反射鏡の反射面に対向するように配置された仮想スクリーン、該仮想スクリーン上に、該仮想スクリーンとｚｘ面との交線で定義されるｕ軸、及び該仮想スクリーンとｙｚ面との交線で定義されるｖ軸を考えたとき、
ｚ軸に平行な基準平面と、求めるべき反射面との交線上の反射点の座標と、光源から放射され当該反射点で反射した光線による該光源の前記仮想スクリーン上の像の位置を表すｕ座標との対応関係を表す第１の関係を規定する工程と、
前記基準平面と、求めるべき反射面との交線上の反射点の座標と、光源から放射され当該反射点で反射した光線による該光源の前記仮想スクリーン上の像の位置を表すｖ座標との対応関係を表す第２の関係を規定する工程と、
前記第１の関係に基づいて、前記基準平面内に、求めるべき反射面と該基準平面との交線に一致もしくは近似するパス線を決定する工程と、
前記パス線上に離散的に分布する複数の抽出点の各々について、前記第１及び第２の関係に基づいて、当該抽出点を通過し、求めるべき反射面の形状に対応したプロファイル曲線を決定する工程と、
前記抽出点ごとに決定されたプロファイル曲線に基づいて、求めるべき反射面の形状を決定する工程と
を有する反射鏡の製造方法が提供される。
【００２３】
得られた反射面で反射した光線は、設計段階で規定された配光特性によく近似した配光を有する。
【００２４】
本発明の他の観点によると、
光源と、
前記光源から放射された光を反射して前方の空間を照射する反射鏡と
を含み、
前方をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を考えたとき、前記反射鏡の反射面がｘ軸方向に配列した複数の反射領域に区画され、相互に隣接する反射領域の境界線は、該反射面とｚｘ面に平行な仮想平面との交線の変曲点もしくは折れ曲がり点の集合により表され、該反射領域が、前方から該反射鏡を見たとき、ｙ軸方向に進むに従って徐々に幅の狭くなる閉じた反射領域と、徐々に幅の広くなる開いた反射領域との２種類の反射領域に分類され、
前記開いた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線が、前方に向かって凸であり、前記閉じた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線が、後方に向かって凸である灯具が提供される。
【００２５】
上記の製造方法で製造した反射鏡の反射面は、閉じた反射領域と開いた反射領域とに区分された反射面形状を有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例による反射鏡の製造方法の説明を容易にするために、座標系を定義する。
【００２７】
図１は、座標系を説明するための斜視図である。ｘｙｚ直交座標系の原点Ｏに光源１が配置されている。光源１は例えば電球のフィラメントである。電球フィラメントは一般的にｚ軸を中心軸とする円柱状の形状に近似して考えることができる。光源１の後方（ｚ軸の負の方向）に反射鏡１０が配置されている。反射鏡１０は、光源１から放射された光を反射し、前方（ｚ軸の正の方向）の空間を照らす。
【００２８】
反射鏡１０に対向するように配置された仮想スクリーン５０を考える。仮想スクリーン５０は、ｘｙｚ座標系の原点Ｏを中心とし、例えば半径１０ｍの球面の一部で構成される。なお、仮想スクリーン５０の形状は、照明すべき領域の形状に応じて任意に定めることができる。例えばｚ軸に垂直な平面としてもよいし、半径２５ｍ程度の球面としてもよい。
【００２９】
仮想スクリーン５０とｚｘ平面との交線をｕ軸とし、仮想スクリーン５０とｙｚ平面との交線をｖ軸とする。ｕ軸とｖ軸との交点（スクリーン原点）をＱとする。ｚ軸の正の方向を向くベクトルをｘ軸の負の方向に傾けたときに、傾けられたベクトルと仮想スクリーン５０との交点の移動する向きをｕ軸の正の向きとする。ｚ軸の正の方向を向くベクトルをｙ軸の正の方向に傾けたときに、傾けられたベクトルと仮想スクリーン５０との交点の移動する向きをｖ軸の正の向きとする。
【００３０】
反射鏡１０が自動車の前照灯である場合、ｚｘ平面がほぼ水平になり、ｙ軸が鉛直上向きになるように、ｘｙｚ直交座標系をとる。このとき、自動車から前方を見ると、ｕ軸の正の向きが右（Ｒ）方向、負の向きが左（Ｌ）方向、ｖ軸の正の向きが上（Ｕ）方向、負の向きが下（Ｄ）方向になる。以下、ｕ座標の正の向きを右向き、ｖ座標の正の向きを上向きとして説明を進める。
【００３１】
仮想スクリーン５０上の任意の点Ｐのｕ座標Ｐｕは、（ｕ，ｖ）＝（Ｐｕ，０）の点と原点Ｏとを結ぶ直線ＯＰｕと、ｚ軸とのなす角θにより規定される。点Ｐのｖ座標Ｐｖは、直線ＯＰｕと直線ＯＰとのなす角φにより規定される。
【００３２】
図２は、図１に示す光源１から放射された光線が、反射鏡１０の反射面のある一点で反射し、仮想スクリーン５０上に投影された像５を示す。像５の中心のｕ座標をＩｕ、ｖ座標をＩｖとする。ｕ座標Ｉｕに対応する図１の角度θをＣＡＨ（control angle in horizontal measure ）と呼び、ｖ座標Ｉｖに対応する図１の角度φをＣＡＶ（control angle in vertical measure ）と呼ぶこととする。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施例による反射鏡の製造工程を示すフローチャートである。以下、図３のフローチャートに基づいて、第１の実施例による反射鏡の製造方法を説明する。第１の実施例では、光源１を、ｘｙｚ座標の原点に置かれた点光源と仮定する。
【００３４】
ステップｓ１において、配光特性を決定する。ここで、配光特性とは、反射面上の反射点の位置と、その位置で反射した反射光による投影像の位置との関係を意味する。まず、原点Ｏを通る基準平面と求めるべき反射面との交線上の反射点の位置と、光源１から放射され当該反射点で反射した光線による投影像５の位置との対応関係を規定する。
【００３５】
反射鏡の水平方向の配光特性は、反射点の座標と、仮想スクリーン５０上の投影像５のｕ座標Ｉｕに対応するＣＡＨとの関係により表現することができる。垂直方向の配光特性は、反射点の座標と、仮想スクリーン５０上の投影像５のｖ座標Ｉｖに対応するＣＡＶとの関係により表現することができる。例えば、基準平面をｚｘ平面（水平面）とし、反射点のｘ座標と、当該反射点に対応するＣＡＨ及びＣＡＶとの関係を規定する。
【００３６】
図４（Ａ）は、反射点のｘ座標とＣＡＨとの関係の一例を示す。横軸は反射点のｘ座標を表し、縦軸はＣＡＨを表す。縦軸の上向きを左方向とする。図４（Ａ）に示すグラフは、原点を通過する。これは、ｘ＝０の点で反射した反射光が、仮想スクリーン５０上のｕ＝０の点に到達することを意味する。反射点がｘ軸の正の向きに移動すると、投影像は徐々に左側に移動する。
【００３７】
ｘ＝ｘa のときにＣＡＨが左方向の最大値を示している。これは、ｘ座標がｘa の反射点で反射した反射光が、照射領域の左端近傍を照らすことを意味する。ｘ座標がｘa からｘb の間では、反射点がｘ軸の正の方向に移動するに従って、投影像が右方向に移動する。ｘ座標がｘb の反射点で反射した反射光は、仮想スクリーン５０の原点（ｕ＝０の点）に到達する。ｘ座標がｘb からｘc の間の反射点で反射した反射光は、仮想スクリーンの原点よりも右側の領域を照らす。図４（Ａ）では、反射面の水平方向の幅を用いて反射光を左右に分散させる場合を示している。反射点が反射面内を上下方向に移動した場合の反射光線の進行方向については、何ら規定していない。
【００３８】
図４（Ｂ）は、反射点のｘ座標とＣＡＶとの関係の一例を示す。横軸は反射点のｘ座標を表し、縦軸はＣＡＶを表す。縦軸の上向きを仮想スクリーン５０の上方向とする。図４（Ｂ）は、反射面の全域にわたって投影像５が仮想スクリーン５０の原点の高さよりも下に位置することを示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のグラフに示す曲線を制御曲線と呼ぶ。
【００３９】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、基準平面をｚｘ平面としたが、反射面と仮想スクリーンとを切断する他の仮想平面を基準平面としてもよい。一般的には、水平面から傾いた面を基準平面としてもよい。この場合には、反射点の位置が、ｘ座標のみではなく、ｘ座標とｙ座標とで特定される。
【００４０】
図３のステップｓ２において、反射鏡１０の水平断面形状（パス曲線）を決定する。以下、図５を参照してパス曲線の決定方法について説明する。ステップｓ１では、基準平面をｚｘ平面とした。そのため、パス曲線をｚｘ平面内に作成する。基準平面を水平面から傾いた面とした場合には、ｚｘ平面内ではなく傾いた基準平面内にパス曲線を作成する。
【００４１】
図５に示すように、原点Ｏに光源１が配置されている。光源１の中心Ｆ0 が原点Ｏに一致する。まず、ｚｘ平面内にパス曲線作成の開始点を決定する。図５では、ｚ軸上の、原点よりもやや後方の点Ｂ0 を開始点とする。この場合、開始点Ｂ0 の位置は光源１の反射鏡への取り付け位置に相当する。図４（Ａ）に示すように、ｘ＝０の位置における投影像のＣＡＨは０である。すなわち、点Ｂ0 で反射した反射光による投影像Ｉ0 は、仮想スクリーン５０の原点に写し出される。点Ｆ0 から放射した光が投影像Ｉ0 上に到達するように、開始点Ｂ0 近傍に微少な反射面Ｒ0 を形成する。反射面Ｒ0 の法線ベクトルｎ0 はｚ軸上に位置する。
【００４２】
微少な反射面Ｒ0 上のｘ座標がｘ1 となる点を、１番目の点Ｂ1 とする。ここで、ｘ1 ＝Δｘである。Δｘは、例えば０．１ｍｍ程度とする。図４（Ａ）から、ｘ座標がｘ1 のときのＣＡＨがθ1 であることがわかる。図５において、仮想スクリーン５０上に直線ＯＩ1 とｚ軸とのなす角がθ1 となるような点Ｉ1 を定める。図４（Ａ）は、中心点Ｆ0 から放射され点Ｂ1 で反射した反射光が、仮想スクリーン５０上の点Ｉ1 に到達することを表している。従って、中心点Ｆ0 から放射された光を点Ｂ1 で反射させ、点Ｉ1 に到達させるような微少な反射面Ｒ1 を画定する。反射面Ｒ1 の法線ベクトルｎ1 は、直線Ｂ1 Ｉ1 と直線Ｂ1 Ｆ0 とで形成される角を二等分する。
【００４３】
反射面Ｒ1 上のｘ座標がｘ2 となる点を、２番目の点Ｂ2 とする。ここで、ｘ2 −ｘ1 ＝Δｘである。この操作を繰り返し、３番目の点Ｂ3 以降の点を求める。求められた点群Ｂ0 、Ｂ1 、Ｂ2 ・・をスプライン曲線で曲線補間することにより、図４（Ａ）に示す配光特性を基にしたパス曲線が決定される。このようにして決定されたパス曲線は、設計しようとする反射面とｚｘ平面との交線を表し、求めるべき反射面の概略形状を規定する。図７にパス曲線３の一例を示す。なお、点群Ｂ0 、Ｂ1 、Ｂ2 ・・を曲線補間することなく、これらの点を折れ曲がり点とする折れ線をパス曲線３の代わりとしてもよい。
【００４４】
図３のステップｓ３において、反射面の垂直断面形状（プロファイル曲線群）を決定する。以下、図６を参照してプロファイル曲線群の決定方法を説明する。
【００４５】
ステップｓ２で決定したパス曲線３上に離散的に分布する複数の抽出点を決定する。図６の点Ｃは、複数の抽出点のうちの１つを示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す制御曲線から、抽出点Ｃに対応するＣＡＨおよびＣＡＶを求める。光源１から放射された光が抽出点Ｃで反射し、その反射光により、抽出点Ｃに対応するＣＡＨ及びＣＡＶで規定される投影像を仮想スクリーン５０上に形成させればよい。例えば、光源１を第１焦点とし、その投影像を第２焦点とし、抽出点Ｃを通る回転楕円面を反射面とすればよい。
【００４６】
抽出点Ｃの座標値（ｘ、ｙ、ｚ）＝（Ｃｘ、０、Ｃｚ）を決め、その点をプロファイル端点とする。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す制御曲線から、ｘ＝ＣｘのときのＣＡＨ及びＣＡＶを求める。このＣＡＨ及びＣＡＶに相当する仮想スリーン上の点Ｄを求める。光源１の中心Ｆ0 を第１焦点とし、点Ｄを第２焦点とし、抽出点Ｃを通過する回転楕円面６を求める。なお、図６においては、回転楕円面６を点Ｃ、点Ｄ及び点Ｆ0 を通る切断面で示している。
【００４７】
次に、直線ＣＤを含み、ｙ軸に平行な仮想平面７を考える。仮想平面７と回転楕円面６との交線をプロファイル曲線８とする。点Ｄの位置が光源１から遠く離れている場合には、抽出点Ｃの近傍において回転楕円面６を回転放物面に近似できる。この場合には、仮想平面７を、直線Ｆ0 Ｄに平行な鉛直平面としてもよい。ステップｓ２にて求めたパス曲線３上のすべての抽出点、例えばステップｓ２と同じようにΔｘを０．１ｍｍ程度として抽出した点の各々についてプロファイル曲線８を決定する。図７に複数のプロファイル曲線８の一例を示す。
【００４８】
図３のステップｓ４において、すべてのプロファイル曲線８を通過する区分多項式曲面（例えばスプライン曲面）を求める。スプライン曲面の求め方は、例えば、アドバンセズ イン インダストリアル エンジニアリング 第１１巻 ＣＡＤ／ＣＡＭのためのサーフェスモデリング（ビョング Ｋ．チョイ著、エルゼビア刊）（Advances in industrial Engineering Vol.11, Surface Modeling for CAD/CAM (Edited by Byong K.Choi, published by Elsebier Science Publishers B.V. 1991)）の第９章第９．４節に説明されている。
【００４９】
スプライン曲面は、汎用のＣＡＤにより容易に求めることができる。また、他の曲面、例えばスプライン曲面の一種であるベジエ曲面等の他の数学的手法を用いた曲面により補間することもできる。
【００５０】
上記第１の実施例により設計した反射面を有する反射鏡は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した制御曲線で示される配光特性に非常によく近似した特性を持つ。
【００５１】
なお、制御曲線で規定される配光特性と実際の配光特性とでは僅かなずれが生じる。これはパス曲線を曲線補間により求め、プロファイル曲線を曲面補間することにより反射面形状を求めたためである。しかしながら、プロファイル曲線を決定するための抽出点のピッチを細かくすれば、制御曲線と殆ど一致した配光特性を得ることができる。ハロゲン電球を用いた車両用灯具の場合には、プロファイル曲線のピッチを１ｍｍ程度とすると、１０ｍ前方の仮想スクリーンにおける実際の配光特性は、設計の基礎となった制御曲線と良く一致する。
【００５２】
次に、第２の実施例について説明する。第１の実施例では、図３のステップｓ３において、回転楕円面に基づいてプロファイル曲線を求めた。第２の実施例では、回転放物面に基づいてプロファイル曲線を求める。なお、第２の実施例も、基本工程は、図３に示す第１の実施例の工程と同様である。ただし、第２の実施例では、図４（Ｂ）に示すＣＡＶを０とする。すなわち、光源１の投影像は、仮想スクリーンのｕ軸上に形成される。自動車用前照灯の場合を考えると、ＣＡＶ＝０の状態は、光線がほぼ水平に照射される走行用ビーム（いわゆるハイビーム）状態に相当する。
【００５３】
図３に示すステップｓ３において、反射面のプロファイル曲線群を決定する。図６に示す第２の実施例の回転楕円面６の代わりに、光源１の配置されている点Ｆ0 を焦点とし、直線ＣＤに平行な直線を回転軸とし、抽出点Ｃを通る回転放物面を求める。この回転放物面と仮想平面７との交線をプロファイル曲線とする。
【００５４】
実際の光源は、図１に示すようにｚ軸方向にある長さを有する。反射面を回転放物面とすると、その焦点から放射された光線は、反射面で反射した後、回転軸に平行に進行する。焦点よりも外側（反射面から遠い位置）から放射された光線は、反射面で反射した後、回転軸から徐々に遠ざかる向きに進行する。焦点よりも内側（反射面に近い位置）から放射された光線は、反射面で反射した後、回転軸に徐々に近づく向きに進行する。この反射光は、回転軸と交差した後、回転軸から徐々に遠ざかる向きに進行する。
【００５５】
このように、焦点以外の位置から放射された光線は、最終的には、反射面で反射した後、光軸から徐々に遠ざかる向きに進行する。このため、上下方向にある厚さを持った領域を照明することができる。
【００５６】
次に、第３の実施例について説明する。自動車用前照灯のすれ違いビームの配光特性は、カットオフラインを有する。ここで、カットオフラインとは、照射領域の上部境界線を意味し、カットオフラインよりも上方の領域には照明光が照射されない。カットオフラインを有する配光特性を実現する際に、光源を点光源とみなすと問題を生じる場合がある。そのような場合には光源の大きさを考慮して反射面を設計することが好ましい。
【００５７】
図８は、光源１を円柱状形状と仮定した場合の、座標系及び光源１の配置を示す。光源１の中心点Ｆ0 を原点に配置し、その中心軸をｚ軸に一致させる。光源１の反射鏡側の端面とｚ軸との交点（後端点）をＦ1 とする。
【００５８】
反射面を回転楕円面もしくは回転放物面とし、かつ反射面の焦点位置近傍に光源１を配置した場合には、反射面の上半分（ｙ＞０の領域）で反射した光線による投影像５は、ほぼ図２に示したような一方向に長い形状になる。後端点Ｆ1 が、投影像５の中心よりも上方（ｖ軸の正の方向）に投影される。このため、光源１の中心Ｆ0 から放射された光線による投影像がカットオフラインよりも下方を照射するように配光特性を規定すると、後端点Ｆ1 の投影像がカットオフラインを越えてしまう場合がある。そこで、第３の実施例では、図９に示すように、ＣＡＨを仮想スクリーン５０上の投影像５の中心のｕ座標Ｉｕに基づいて規定し、ＣＡＶを仮想スクリーン５０上の投影像５の最上端点のｖ座標Ｉｖに基づいて規定する。
【００５９】
以下、図３に沿って説明する。ステップｓ１において配光特性を決定する。制御曲線は第１の実施例で用いた図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すものと同様とする。
【００６０】
ステップｓ２において、パス曲線を決定する。パス曲線３の決定方法は、第１の実施例の場合と同様である。
【００６１】
ステップｓ３においてプロファイル曲線群を決定する。第１の実施例では、ｚｘ面よりも上側の反射面と下側の反射面とを区別することなく、その形状を求めた。第３の実施例では、まず、ｚｘ平面よりも上側の反射面の形状を求める。
【００６２】
第１の実施例の場合と同様に、ステップｓ２で決定したパス曲線３上に離散的に分布する複数の抽出点を決定する。第１の実施例では光源１を第１焦点とし、その投影像を第２焦点とし、抽出点Ｃを通る回転楕円面に基づいてプロファイル曲線を決定した。第３の実施例では、光源１を点光源ではなく円柱状の光源とし、かつその投影像の位置を図９に示すように２点で規定している。このため、光源１とその投影像５とを焦点とする回転楕円体を特定することができない。
【００６３】
ここでは、第１近似として、光源１の後端点Ｆ1 を第１焦点とし、ＣＡＨに対応するｕ座標およびＣＡＶに対応するｖ座標を持った仮想スクリーン５０上の点Ｄ’（図９参照）を第２焦点とする。図８に示すように、抽出点Ｃを通過する回転楕円面６’を決定する。
【００６４】
光源１の中心Ｆ0 の近傍から放射された光線は、投影像５のほぼ中心に達すると予測される。第１近似では、中心Ｆ0 を第１焦点としていないため、第１近似で求めた回転楕円面６’による投影像５’（図９）の中心のｕ座標は、図９に示すように図４（Ａ）で規定された所望のＣＡＨからずれていると考えられる。
【００６５】
そこで、第１近似で得られた投影像５’の中心のｕ座標、及び抽出点Ｃに対応するＣＡＶで規定されるｖ座標を有する新たな点Ｄ”を決定する。なお、図８では点Ｄ’に点Ｄ”を重ねて示しているが、実際には図９に示すように点Ｄ”は点Ｄ’よりもｕ軸方向にやや移動した位置にある。
【００６６】
後端点Ｆ1 を第１焦点とし、点Ｄ”を第２焦点とし、抽出点Ｃを通過する第２近似の回転楕円面６”を画定する。図８では回転楕円面６”を回転楕円面６’に重ねて表しているが、実際には両者はややずれている。
【００６７】
第２近似で求めた回転楕円面６”に基づいて、図６に示す第１の実施例の場合と同様にプロファイル曲線８を求める。以下、第１の実施例の場合と同様の工程を行い、ｚｘ面よりも上側の反射面の形状を画定する。
【００６８】
次に、ｚｘ面よりも下側の反射面の形状を画定する。上側の反射面の形状を画定する場合には、光源１の後端点Ｆ1 を基準として第１及び第２近似を行った。下側の反射面の形状を画定する場合には、光源１の前端点（光源１の仮想スクリーン側の端面とｚ軸との交点）Ｆ2 を基準として第１及び第２近似を行う。その他の手順は、ｚｘ面よりも上側の反射面を画定する場合と同様である。
【００６９】
光源１から放射された光が、ｚｘ平面よりも下方の反射面で反射した場合には、光源１の前端点から出射した光が、投影像の上端点近傍に到達すると予測される。逆に、ｚｘ平面よりも上方の反射面で反射した場合には、光源１の後端点Ｆ1 から出射した光が、投影像の上端点近傍に到達すると予測される。
【００７０】
第３の実施例では、ｚｘ面よりも上側の反射面の形状を求めるときに光源１の後端点Ｆ1 を基準とし、下側の反射面の形状を求めるときに光源１の前端点Ｆ2 を基準としている。このため、前端点Ｆ2 及び後端点Ｆ1 以外の部分から放射された光線は、概ね図４（Ｂ）のＣＡＶで規定された点よりも下方に到達する。
【００７１】
第３の実施例によると、光源がある大きさを有する場合にも、カットオフラインの上方を照射することのないすれ違いビームに適した配光特性を得ることができる。また、バナナ状にならず、ほぼ水平なカットオフラインを有する配光特性を実現することができる。
【００７２】
上記第３の実施例では、光源１の後端点Ｆ1 及び前端点Ｆ2 を第１及び第２近似の基準とした。これら後端点Ｆ1 及び前端点Ｆ2 は、両端面とｚ軸との交点である。しかし、ｚｘ面よりも上側の反射面に着目した場合、より厳密には、光源１の後端面の下端から放射された光線が、投影像の最上端に到達する。また、ｚｘ面よりも下側の反射面に着目した場合、光源１の前端面の下端から放射された光線が、投影像の最上端に到達する。従って、上述の第１及び第２近似において、後端面の下端及び前端面の下端を基準としてもよい。
【００７３】
または、第１近似で求めた回転楕円面６’を求めた後、光源１の後端面及び前端面の外周上の数ポイントについて、それらの投影像の位置を求め、最も高い位置に投影像を形成する点を基準として第２近似を行ってもよい。
【００７４】
次に、第４の実施例について説明する。第４の実施例では、第３の実施例のステップｓ３において、回転楕円面ではなく回転放物面に基づいてプロファイル曲線を決定する。以下、図８を参照しつつ、図３に沿って第４の実施例を説明する。ステップｓ１及びステップｓ２の工程は、第３の実施例の場合と同様である。まず、ｚｘ面よりも上側の反射面の形状を決定する方法を説明する。
【００７５】
図３のステップｓ３において、パス曲線３上の抽出点Ｃのｘ座標に対応するＣＡＨを、図４（Ａ）の制御曲線から求る。求められたＣＡＨに対応するｕ座標をＩｕとする。仮想スクリーン上の（ｕ，ｖ）＝（Ｉｕ，０）の点をＤ ４ とする。光源１の後端点Ｆ1 を焦点とし、直線Ｆ1 Ｄ ４ を回転軸とし、抽出点Ｃを通る回転放物面を求める。この回転放物面と、抽出点Ｃを通過しｙｚ面に平行な仮想平面との交線をプロファイル曲線８とする。
【００７６】
図３のステップｓ４において、複数のプロファイル曲線を補間し、反射面の形状を画定する。
【００７７】
このような反射面により反射した光線は、ｚｘ面に平行に進行する。このため、図４（Ｂ）に示すような鉛直方向の配光特性を満たさない。次に、鉛直方向に関する投影像の位置ずれを補正する方法について説明する。
【００７８】
まず、後端点Ｆ1 よりもやや後方（反射面寄り）の点を焦点とする回転放物面を求める。この回転放物面で反射した光線は、徐々にｚｘ面に近づく向き（やや下向き）に進行する。後端点Ｆ1 から放射され反射面の最上端（ｙ座標の最大の点）で反射した光線による仮想スクリーン上の投影点のｖ座標を求める。このｖ座標と、図４（Ｂ）に示すＣＡＶとを比較し、両者のずれを求める。このずれを補償するように焦点位置を微調整し、同様の処理を繰り返す。このようにして、鉛直方向に関しても、図４（Ｂ）に規定した所望の配光特性を得ることができる。
【００７９】
ｚｘ面よりも下側の反射面を画定する場合には、最初に光源１の前端点Ｆ2 を基準として回転放物面を求める。次に、上記と同様の手順を繰り返し、鉛直方向に関する配光特性の微調整を行う。なお、この場合、最終的に得られる回転放物面の焦点は、光源１の前端点Ｆ2 よりもやや前方に位置する。
【００８０】
第４の実施例により作製した反射鏡は、回転楕円面を基に設計した反射鏡に比べて、所望の配光特性との差異が大きくなるものの、十分明瞭なカットオフラインを形成することができる。
【００８１】
上述の第１〜第４の実施例の反射鏡の製造方法によれば、反射面の設計の際に用いるパラメータを、従来の反射領域毎にその形状を設計する場合等に比べて少なくすることができる。具体的には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す制御曲線により所望の配光特性を記述することができる。その特性に沿った反射面を決定する際には、図６に示す光源１の位置、基準平面（ｚｘ面）、及び図５に示す開始点Ｒ0 を決定することで、一連の工程を行うことができる。従って、反射鏡設計のアルゴリズムを簡素化でき、計算機を用いたシミュレーション時間を短くすることが可能となる。
【００８２】
また、種々の制御曲線に基づいて設計を繰り返し行い、設計上の配光特性と実際の配光特性とを比較することにより、制御曲線と実際の配光特性との関係に関する知見を得ることができる。この知見に基づいて、所望の配光特性を示す好適な制御曲線を規定することができる。
【００８３】
上記実施例では、図３のステップｓ３において、パス曲線上の１点を含むプロファイル曲線を、回転楕円面もしくは回転放物面に基づいて決定している。これらの回転面の外に、回転双曲面等の他の回転２次曲面に基づいてプロファイル曲線を決定してもよい。回転２次曲面を利用すると、反射特性の解析が容易になり、その計算の処理時間を短縮することができる。また、どのような曲面を基にプロファイル曲線を求めるかは、生成しようとする反射鏡の配光特性、例えば自動車用前照灯におけるすれ違い配光、走行配光や、スポットライト照明の配光等の特性に応じて適宜選択することが好ましい。
【００８４】
また、意匠上の要請等により反射面の全てを滑らかにせず、複合反射面のように境界線が観視される灯具を製造する場合にも、上記の実施例による反射鏡の製造方法を用いることができる。例えば、図３に示すステップｓ２において、スプライン曲線等による曲線補間を行うことなく、パス曲線を折れ線としてもよい。または、ステップｓ４において、任意の間隔で求めた相互に隣接する２つのプロファイル曲線の間ごとに曲面補間を実施し、短冊状の曲面の集合からなる反射面としてもよい。また、反射面の一部の領域を上述の複数のプロファイル曲線に基づいた曲面補間で求め、他の領域を回転放物面等の公知の方法で求めた形状としてもよい。
【００８５】
上記実施例では、図４（Ｂ）に示すように、ＣＡＶが一定である場合を説明したが、必ずしも一定にする必要はない。車両用前照灯の配光特性の規格は、各国ごとに異なる。各国ごとに、その国の規格を満足するＣＡＨ、ＣＡＶ特性を規定することにより、当該国の規格を満足する車両用前照灯を設計することができる。
【００８６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第３の実施例による方法で製造した反射鏡の反射面形状の斜視図、平面図、及び正面図を示す。図１１は、図１０の反射鏡をスケッチした図である。なお、図４（Ｂ）に相当する制御曲線を、ＣＡＶ＝０の直線とした。すなわち、この反射鏡は、仮想スクリーン上のｖ＝０の線をカットオフラインとする配光特性を有する。
【００８７】
図１０（Ａ）に表された縦方向の複数の曲線は、プロファイル曲線を意味する。図１０（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、反射面のほぼ中央に、光源の支持部材を挿入するための貫通孔２１が形成されている。
【００８８】
この反射鏡の反射面は、波打った形状を有し、従来の複合反射面のように反射領域間の境界線を肉眼により認識することはできない。この反射面と基準平面（図６におけるｚｘ面）との交線は、複数の変曲点を持った波線になる。なお、プロファイル曲線の補間方法によっては、この波線が折れ曲がり点を含む場合もある。反射面を、この変曲点及び折れ曲がり点の集合からなる境界線で区画された複数の反射領域に区分して考えることができる。
【００８９】
反射領域の境界は、複数のプロファイル曲線を求めた段階である程度予測することができる。図１０に示す反射面は、複数のプロファイル曲線に基づいて予測された反射領域を単位として、その反射領域内に画定された複数のプロファイル曲線を曲面補間したものである。図１０（Ｂ）に表された反射面を、その幅方向に連絡する複数の曲線及び図１０（Ｃ）に表された縦方向の曲線は、これらの反射領域の境界に位置するプロファイル曲線である。
【００９０】
この反射領域は、ｘ軸方向に配列する。これらの反射領域は、前方から反射鏡を見たとき、ｙ軸方向に進むに従って徐々に幅の狭くなる閉じた反射領域と、徐々に幅の広くなる開いた反射領域との２種類に分類される。各反射領域の形状は、主にＣＡＨを表す制御曲線に依存する。開いた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線は、前方に向かって凸であり、閉じた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線は、後方に向かって凸である。
【００９１】
図１０（Ｃ）では、閉じた反射領域が中央に配置され、その両側に開いた反射領域が配置された場合が示されている。この逆に、開いた反射領域が中央に配置され、その両側に閉じた反射領域が配置されるようにしてもよい。
【００９２】
上記第１〜第４の実施例による方法で反射面を設計すると、複数の反射領域のうち相互に隣接する反射領域の境界線上の点において、その両側の反射領域の接平面同士のなす角が５°以下となるようにすることができる。この程度の折れ曲がり角で画定される境界線は、肉眼でほとんど認識することができない。また、境界線によるグレア光の発生もない。
【００９３】
図１０及び図１１では、複数のプロファイル曲線から反射領域の境界を予測し、予測された反射領域ごとに曲面補間を行って反射面を画定した。実際に得られた反射面の各反射領域の境界と、複数のプロファイル曲線から予測した反射領域の境界とは、ほぼ一致した。反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角は４°以下であった。なお、反射領域ごとに曲面補間を行うのではなく、すべての反射領域をまとめて曲面補間してもよい。この場合、反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角は０°になり、境界線を目視により認識することはより困難になる。反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角を５°以下とすると、反射面全体がほとんど滑らかになり、いわゆる自由曲面のように認識される。
【００９４】
また、波線上の第１の点（例えばｘ＝０の点）を境にして第１の点よりもｘ座標の大きな領域（ｘ＞０の領域）では、ｘが増加するに従って前述の波線がｚ軸の正の方向に単調に増加するような形状とすることができる。第１の点よりもｘ座標の小さな領域（ｘ＜０の領域）では、ｘ座標が減少するに従って前述の波線がｚ軸の正の方向に単調に増加する形状とすることができる。
【００９５】
光源の近傍に、反射領域の幅の広狭差の大きな閉じた反射領域と開いた反射領域を設けると、強度の大きな光源近傍の光を効率よく左右に分散させることができる。このため、照射域をより均一に照射することができる。
【００９６】
反射鏡を正面から目視観察する際に、その反射領域の形状を把握しやすくする為に、水平な１本の棒状部材、例えば蛍光灯が反射面に写るようにして観察する。そのようにすると蛍光灯が１本の直線ではなく、面形状に伴って異なる形状に観視され、反射面が波打ち、複数の反射領域を含んで構成されていることがわかる。このように、１本の棒状部材を観察した場合、本実施例の反射面は、複数の反射領域が第１の方向、図１４ではｘ軸方向、すなわち横方向に配列しており、第１の方向に直交する第２の方向、図１４ではｙ軸方向、すなわち縦方向に進むに従って徐々に幅の狭くなる閉じた反射領域と、徐々に幅の広くなる開いた反射領域とが配置され、直線形状でない境界線を有するような反射面であると認識される。ただし、上述のように、反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角を５°以下とした場合には、反射領域間の境界線を目視により明確に認識することは困難であり、ほぼ自由曲面のように認識される。
【００９７】
次に、図１０（Ｃ）に表された反射領域Ａ１〜Ａ５、及びＢ１〜Ｂ５の各々の配光特性について説明する。なお、反射領域Ａ１〜Ａ５、及びＢ１〜Ｂ５は、複数のプロファイル曲線から予測した反射領域であるが、実際の反射面の各反射領域とほぼ一致する。。反射領域Ａ１とＢ１とで、中央の１つの閉じた反射領域の右半分を構成する。反射領域Ａ２とＢ２とで１つの開いた反射領域を構成する。反射領域Ａ３とＢ３、Ａ４とＢ４、Ａ５とＢ５についても同様である。
【００９８】
反射鏡の１０ｍ前方に設けたスクリーン（仮想スクリーンと同じ位置に設けたもの）上の照度を計測することにより、配光特性を求めた。
【００９９】
図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ反射領域Ａ２、Ａ４、Ｂ２及びＢ４の配光特性を示す。図中の閉じた曲線は、等照度曲線である。
【０１００】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ反射領域Ａ２、Ａ４、Ｂ２及びＢ４で反射した光線による光源の像を示す。
【０１０１】
図１２及び図１３に示すように、照射領域は、ｕ軸の下方のみとなっており、明確なカットオフラインが形成されている。また、反射面の中央近傍（この場合には反射領域Ａ２及びＢ２）で反射した光線による照射領域が、反射面の両端近傍（この場合には反射領域Ａ４及びＢ４）で反射した光線による照射領域よりも、横に大きく広がっている。すなわち、光源近傍の反射面により、強度の強い光を横方向に広く分散させている。また、反射面の両端近傍の反射面により、照射領域中央部の照度を向上させている。
【０１０２】
このように、図４に示す制御曲線により規定される配光特性に非常に近似した配光特性を有する反射面を形成することができる。また、図１３に示すように、光源の像の上端がｕ軸にほぼ一致しており、ＣＡＶの設計値と実際の配光特性とが良く一致している。
【０１０３】
プロファイル曲線の数を少なくした場合や、制御曲線の形状が著しく鋭角に変化する場合等には、プロファイル曲線等により設定した曲線と曲面補間した面との間にずれが生じる。また、加工精度によっても若干のずれが生じる場合がある。そこで、例えばカットオフラインを形成することが重要な車両用前照灯のすれ違いビーム用反射面を形成するような場合には、このずれが生じないように条件を設定して製造することが好ましい。また、ずれを許容できるように初めからずれ量を見込んで設計しても良い。これらのずれ量を見込んだ設計は、設計と試作を繰り返し行い、ずれ量に関する知見を蓄積することにより可能になる。
【０１０４】
また、反射面形状を、汎用のＮＣ制御の金型加工機、ＣＡＤ等で扱うことのできるデータ形式で表現できる座標点の集合として表すことができる。このため、設計した反射面と実際に製造される金型との形状の相違が少なくなり、試作を繰り返し行なう事態が減少し、反射鏡の製造にかかるコスト低減を図ることができる。
【０１０５】
更に、パス線の決定時、及びプロファイル曲線の補間時に、それぞれ多項式曲線及び多項式曲面で補間することにより、所望の配光特性を満足する実質的に滑らかな反射面を容易に得ることができる。
【０１０６】
上記実施例による方法で製造した反射鏡は、所望の配光特性を示すのみならず、デザイン的にも斬新なものである。この反射鏡を自動車の前照灯に用いる場合、デザイン面の観点から反射鏡の選択の幅が広まり、自動車全体のデザインに適合した反射鏡を選択することが可能になる。特に反射面を外観上滑らかなものとして製造した場合には、複雑な曲面形状の反射面が従来のものとは異なった印象を呈する。
【０１０７】
図１４は、ＣＡＨを規定する制御曲線の一例を示す。図１４（Ａ）は、傾斜が大きく、折れ曲がり角が鋭い折れ線状の制御曲線を示している。このような場合、反射面の水平方向の幅の比較的狭い反射領域で、光線が左右の広い領域に分散される。従って、多数の反射領域からなる複合反射面のような印象の灯具となる。
【０１０８】
図１４（Ｂ）は、制御曲線が小さく波打っている場合を示している。この場合には、制御曲線の波の形状に応じて、反射面も小さく波打つ。このように、制御曲線を変更することにより、色々な特性、及び印象を与える反射面を設計することができる。
【０１０９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望の配光特性に近い配光特性を示す反射鏡を比較的容易に作製することができる。
【０１１１】
また、本発明の製造方法を用いると、反射面の設計アルゴリズムを単純化することができる。これにより、コンピュータによるシミュレーション時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による反射鏡の製造方法の説明に用いる座標系を示す斜視図である。
【図２】仮想スクリーン上の像の位置の規定方法を示す図である。
【図３】実施例による反射鏡の反射面の形状を決定する工程を示すフローチャートである。
【図４】実施例で与える制御曲線の一例を示すグラフである。
【図５】パス曲線の決定方法を説明するための図である。
【図６】第１の実施例によるプロファイル曲線を決定する方法を説明するための図である。
【図７】パス曲線及びプロファイル曲線の一例を示す線図である。
【図８】第３の実施例によるプロファイル曲線を決定する方法を説明するための図である。
【図９】第３の実施例による仮想スクリーン上の像の位置の規定方法を示す図である。
【図１０】第３の実施例による反射鏡の斜視図、平面図、及び正面図を線図で表した図である。
【図１１】第３の実施例による反射鏡をスケッチした図である。
【図１２】第３の実施例による反射鏡の配光特性を示す図である。
【図１３】第３の実施例による反射鏡による光源の投影像を示した図である。
【図１４】ＣＡＨを規定する制御曲線の２つの例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光源
３ パス曲線
５ 光源の投影像
６ 回転楕円面
６’第１近似の回転楕円面
６”第２近似の回転楕円面
７ 仮想平面
８ プロファイル曲線
１０ 反射鏡
２１ 貫通孔
５０ 仮想スクリーン
【発明の属する技術の分野】
本発明は、反射鏡の製造方法及び灯具に関し、特に光源から放射された光を所望の方向に反射させて前方を照らす反射鏡の製造方法及び灯具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用前照灯の配光設計では、所定の配光領域を形成させるだけでなく、中心付近の十分な照度と水平方向へのむらのない拡散を確保することが必要不可欠である。この要請は、通常、前面レンズを配置したり、反射鏡面の形状を変化させ、光源から出射する光線の反射もしくは屈折方向を制御することによって達成される。
【０００３】
特に、近年の自動車用前照灯においては、反射鏡面のみの効果によって所望の配光特性を得ることが主流となっている。この場合、中心照度や拡散等の配光上のすべての要求を満足させるような反射鏡面の形状設計が必要となる。
【０００４】
反射鏡面の効果により所望の配光特性を得ようとする発明が、特開昭６２−１９３００２号公報に開示されている。この発明においては、鉛直断面が放物線となり、水平断面が特定の曲線となる縦長矩形状の複数の反射面を、水平方向に配列した複合反射面により所定の配光特性を得ている。この場合、各縦長矩形状の反射面が異なった形状の放物面であるため、明確な境界線が現れる。
【０００５】
このような灯具においては、各反射面ごとに所望の配光特性を満足するように設計しても、境界線に起因する照度むらが生ずる。また、境界線で反射する光線がグレア光となって照射される。そのため自車及び対向車の双方の運転者に不快な印象を与える場合がある。
【０００６】
配光特性の均一性等を高めるため、反射鏡をより細かな多数の反射領域に分割し、各反射領域毎に配光特性を考慮して反射面の形状を設計する手法が採用される場合もある。各反射領域の形状として、回転放物面のみでなく放物柱面等を用いた複合反射鏡も提案され（例えば特開平４−２５３１０１号、特開平９−３０６２２０号）、実用化されている。
【０００７】
しかし、上述の反射鏡は、いずれも異なる形状の放物面の集合からなる反射面を有する複合反射鏡である。このため、各反射面同士の接合部には明確な境界線が観視され、これらの境界に沿って段差が形成される場合もある。従って、これらの反射鏡は基本的にグレア光の問題を有する。
【０００８】
車両用灯具に要求される配光特性を満足し、かつ、反射鏡の水平断面形状において放物線以外の連続曲面を有する反射鏡に関する発明が、特開平９−８２１０６号公報に開示されている。
【０００９】
特開平９−８２１０６号公報に開示された反射鏡の反射面形状の設計方法について簡単に説明する。まず、水平面内に、双曲的な曲線部と楕円的な曲線部とが、光軸から離れる方向に交互に繰り返される基準曲線を決定する。基準曲線の各曲線部で反射した反射光線が光軸に対してなす角度が、光軸寄りに位置する曲線部ほど大きくなるような形状とする。
【００１０】
光源から発した光が基準曲線上の任意の点で反射したときの反射光の光線ベクトルに平行な軸を有し、反射点を通り、光源の位置を焦点とする仮想的な回転放物面を考える。この回転放物面と、上記光線ベクトルを含む鉛直面との交線の集合体として反射面を構成する。
【００１１】
反射面の中心近傍の部分で反射した光線によって得られる投影面積の大きな光源像が、水平方向に大きく拡散される。このため、配光パターンの水平方向における端部寄りの部分の鉛直幅を十分確保することができる。反射面の周縁寄りの部分によって得られる投影面積の小さな光源像が、配光パターンにおける中心部の形成に寄与するように制御される。このため、反射面における電球挿入用の孔に起因する照度不足を補うことができる。
【００１２】
一方、反射鏡の前方に配置する前面レンズに屈折方向変化の機能を殆ど設けないことになると、前面レンズを通して反射鏡の形状が直接視認されることになる。そのため、前述した明確な境界線が視認され、意匠上の面から好ましくない場合もある。特に、車両用灯具として用いた場合には車体形状との関連により、大きさや意匠上の制約が課せられる場合がある。これらの制約と配光特性とを両立させつつ、境界線が明確に現れないような反射鏡を設計することは困難であった。
【００１３】
例えば、多数の放物面反射領域の集合からなり、各反射領域間の接続部に段差が生ずることを前提とした複合反射鏡の場合には、各反射面ごとの配光特性を個別に考慮し、反射面の形状を設計することが可能である。このため、意匠上の制約等から反射鏡の高さ等に変更が加えられた場合でも、変更部分の反射領域を中心に所望の配光特性が得られるように設計し直せば良く、その変更作業は比較的容易である。
【００１４】
しかしながら、反射面に明確な境界線が現れない反射鏡を設計する場合には、一部の反射領域の変更が、隣接する反射領域の形状に影響する。具体的には、小さな反射領域毎に、それに隣接する反射領域との境界における反射方向を勘案し、その反射方向と近似し、かつ、反射面の接線の折れ角が小さくなるような条件を満足するように反射領域を設計する。この作業は、３次元的に考えて実施する必要がある。１つの反射領域の形状変更が、隣接する反射領域の形状変更を伴うことになり、この形状変更が連鎖的に生ずる。結局、反射面の全領域の形状の変更と配光特性の変化を生ずることになる。配光特性と意匠上の制約等の両方の要望を満足する反射鏡を得るために、幾度もの試行の繰り返しが必要となり大変な時間と労力を要する。
【００１５】
特に、車両のすれ違いビーム用の灯具の反射面を設計する場合には、ある高さよりも上方の領域には照明光を照射しないようにするカットオフ配光をスクリーン上に規定することが必要になる。従来の方法によると、反射領域ごとにカットオフ配光を満足するように、多数の反射領域の形状を設計する。この場合、反射鏡で反射した光線によるスクリーン上の照射領域が湾曲し、その中心部が下がったバナナ形状となるのが常であった。
【００１６】
これは、反射鏡の形状が放物反射面形状を基本としていることに起因する根本的なものであり、きれいなカットオフ特性を得ることが難しかった。また、バナナ形状の配光特性を有する灯具では、左右のつりあがり部分が対向車に対する幻惑光となり好ましくない。光源の反射像をカットオフラインに整列させるためには、各反射領域について光源の反射像を設計し、それらを接続するという煩雑で非常に時間のかかる工程を必要とする。例えば１つの反射鏡を１００個程度の反射領域を集めた複合反射面で構成する場合に、それらを滑らかに接続するように各反射領域の形状を微調整するための計算機シミュレーションを１回実施するだけで１０時間程度の時間を要する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した事情に鑑み、より自由度の高い配光特性を実現することができる反射鏡が望まれている。
【００１８】
本発明の目的は、所望の配光パターンを得るのに適した反射鏡の製造方法及び灯具を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、照射領域がバナナ状に湾曲することがなく、カットオフラインを有する配光特性を満足する反射鏡の設計方法及び灯具を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、所望の配光特性が得られると同時に、滑らかな反射面形状を有する反射鏡の製造方法および灯具を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
光源から放射された光を反射し、前方の空間を照らす反射鏡の製造方法であって、
反射鏡の前方に仮想的な仮想スクリーンを考えたとき、求めるべき反射面と前記仮想スクリーンとを切断する基準平面と該反射面との交線上の反射点の位置と、光源から放射され当該反射点で反射した光線により前記仮想スクリーン上に写し出される前記光源の像の位置との対応関係により規定される配光特性を規定する工程と、
前記配光特性に基づいて、前記基準平面内に、求めるべき反射面と該基準平面との交線に一致もしくは近似するパス線を決定する工程と、
前記パス線上に離散的に分布する複数の抽出点の各々について、前記配光特性に基づいて、当該抽出点を通過し、求めるべき反射面の形状に対応したプロファイル曲線を決定する工程と、
前記抽出点ごとに決定されたプロファイル曲線に基づいて、求めるべき反射面の形状を決定する工程と
を有し、
前記基準平面をｚｘ平面とし、反射面がｚ軸の正の方向を向くｘｙｚ直交座標系を考え、さらに前記仮想スクリーン上に、該仮想スクリーンとｚｘ面との交線で定義されるｕ軸、及び該仮想スクリーンとｙｚ面との交線で定義されるｖ軸からなるｕｖ座標を考えたとき、
前記配光特性が、
反射点のｘ座標と、当該反射点で反射した光線による前記光源の像の位置を表すｕ座標との対応関係を規定した第１の関係と、
反射点のｘ座標と、当該反射点で反射した光線による前記光源の像の位置を表すｖ座標との対応関係を規定した第２の関係と
を含む反射鏡の製造方法が提供される。
【００２２】
本発明の他の観点によると、
光源から放射された光を反射し、前方の空間を照らす自動車用灯具の反射鏡の製造方法であって、
反射鏡の反射面がｚ軸の正の方向を向き、ｚｘ平面が水平面となるようなｘｙｚ直交座標系、反射鏡の反射面に対向するように配置された仮想スクリーン、該仮想スクリーン上に、該仮想スクリーンとｚｘ面との交線で定義されるｕ軸、及び該仮想スクリーンとｙｚ面との交線で定義されるｖ軸を考えたとき、
ｚ軸に平行な基準平面と、求めるべき反射面との交線上の反射点の座標と、光源から放射され当該反射点で反射した光線による該光源の前記仮想スクリーン上の像の位置を表すｕ座標との対応関係を表す第１の関係を規定する工程と、
前記基準平面と、求めるべき反射面との交線上の反射点の座標と、光源から放射され当該反射点で反射した光線による該光源の前記仮想スクリーン上の像の位置を表すｖ座標との対応関係を表す第２の関係を規定する工程と、
前記第１の関係に基づいて、前記基準平面内に、求めるべき反射面と該基準平面との交線に一致もしくは近似するパス線を決定する工程と、
前記パス線上に離散的に分布する複数の抽出点の各々について、前記第１及び第２の関係に基づいて、当該抽出点を通過し、求めるべき反射面の形状に対応したプロファイル曲線を決定する工程と、
前記抽出点ごとに決定されたプロファイル曲線に基づいて、求めるべき反射面の形状を決定する工程と
を有する反射鏡の製造方法が提供される。
【００２３】
得られた反射面で反射した光線は、設計段階で規定された配光特性によく近似した配光を有する。
【００２４】
本発明の他の観点によると、
光源と、
前記光源から放射された光を反射して前方の空間を照射する反射鏡と
を含み、
前方をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を考えたとき、前記反射鏡の反射面がｘ軸方向に配列した複数の反射領域に区画され、相互に隣接する反射領域の境界線は、該反射面とｚｘ面に平行な仮想平面との交線の変曲点もしくは折れ曲がり点の集合により表され、該反射領域が、前方から該反射鏡を見たとき、ｙ軸方向に進むに従って徐々に幅の狭くなる閉じた反射領域と、徐々に幅の広くなる開いた反射領域との２種類の反射領域に分類され、
前記開いた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線が、前方に向かって凸であり、前記閉じた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線が、後方に向かって凸である灯具が提供される。
【００２５】
上記の製造方法で製造した反射鏡の反射面は、閉じた反射領域と開いた反射領域とに区分された反射面形状を有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例による反射鏡の製造方法の説明を容易にするために、座標系を定義する。
【００２７】
図１は、座標系を説明するための斜視図である。ｘｙｚ直交座標系の原点Ｏに光源１が配置されている。光源１は例えば電球のフィラメントである。電球フィラメントは一般的にｚ軸を中心軸とする円柱状の形状に近似して考えることができる。光源１の後方（ｚ軸の負の方向）に反射鏡１０が配置されている。反射鏡１０は、光源１から放射された光を反射し、前方（ｚ軸の正の方向）の空間を照らす。
【００２８】
反射鏡１０に対向するように配置された仮想スクリーン５０を考える。仮想スクリーン５０は、ｘｙｚ座標系の原点Ｏを中心とし、例えば半径１０ｍの球面の一部で構成される。なお、仮想スクリーン５０の形状は、照明すべき領域の形状に応じて任意に定めることができる。例えばｚ軸に垂直な平面としてもよいし、半径２５ｍ程度の球面としてもよい。
【００２９】
仮想スクリーン５０とｚｘ平面との交線をｕ軸とし、仮想スクリーン５０とｙｚ平面との交線をｖ軸とする。ｕ軸とｖ軸との交点（スクリーン原点）をＱとする。ｚ軸の正の方向を向くベクトルをｘ軸の負の方向に傾けたときに、傾けられたベクトルと仮想スクリーン５０との交点の移動する向きをｕ軸の正の向きとする。ｚ軸の正の方向を向くベクトルをｙ軸の正の方向に傾けたときに、傾けられたベクトルと仮想スクリーン５０との交点の移動する向きをｖ軸の正の向きとする。
【００３０】
反射鏡１０が自動車の前照灯である場合、ｚｘ平面がほぼ水平になり、ｙ軸が鉛直上向きになるように、ｘｙｚ直交座標系をとる。このとき、自動車から前方を見ると、ｕ軸の正の向きが右（Ｒ）方向、負の向きが左（Ｌ）方向、ｖ軸の正の向きが上（Ｕ）方向、負の向きが下（Ｄ）方向になる。以下、ｕ座標の正の向きを右向き、ｖ座標の正の向きを上向きとして説明を進める。
【００３１】
仮想スクリーン５０上の任意の点Ｐのｕ座標Ｐｕは、（ｕ，ｖ）＝（Ｐｕ，０）の点と原点Ｏとを結ぶ直線ＯＰｕと、ｚ軸とのなす角θにより規定される。点Ｐのｖ座標Ｐｖは、直線ＯＰｕと直線ＯＰとのなす角φにより規定される。
【００３２】
図２は、図１に示す光源１から放射された光線が、反射鏡１０の反射面のある一点で反射し、仮想スクリーン５０上に投影された像５を示す。像５の中心のｕ座標をＩｕ、ｖ座標をＩｖとする。ｕ座標Ｉｕに対応する図１の角度θをＣＡＨ（control angle in horizontal measure ）と呼び、ｖ座標Ｉｖに対応する図１の角度φをＣＡＶ（control angle in vertical measure ）と呼ぶこととする。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施例による反射鏡の製造工程を示すフローチャートである。以下、図３のフローチャートに基づいて、第１の実施例による反射鏡の製造方法を説明する。第１の実施例では、光源１を、ｘｙｚ座標の原点に置かれた点光源と仮定する。
【００３４】
ステップｓ１において、配光特性を決定する。ここで、配光特性とは、反射面上の反射点の位置と、その位置で反射した反射光による投影像の位置との関係を意味する。まず、原点Ｏを通る基準平面と求めるべき反射面との交線上の反射点の位置と、光源１から放射され当該反射点で反射した光線による投影像５の位置との対応関係を規定する。
【００３５】
反射鏡の水平方向の配光特性は、反射点の座標と、仮想スクリーン５０上の投影像５のｕ座標Ｉｕに対応するＣＡＨとの関係により表現することができる。垂直方向の配光特性は、反射点の座標と、仮想スクリーン５０上の投影像５のｖ座標Ｉｖに対応するＣＡＶとの関係により表現することができる。例えば、基準平面をｚｘ平面（水平面）とし、反射点のｘ座標と、当該反射点に対応するＣＡＨ及びＣＡＶとの関係を規定する。
【００３６】
図４（Ａ）は、反射点のｘ座標とＣＡＨとの関係の一例を示す。横軸は反射点のｘ座標を表し、縦軸はＣＡＨを表す。縦軸の上向きを左方向とする。図４（Ａ）に示すグラフは、原点を通過する。これは、ｘ＝０の点で反射した反射光が、仮想スクリーン５０上のｕ＝０の点に到達することを意味する。反射点がｘ軸の正の向きに移動すると、投影像は徐々に左側に移動する。
【００３７】
ｘ＝ｘa のときにＣＡＨが左方向の最大値を示している。これは、ｘ座標がｘa の反射点で反射した反射光が、照射領域の左端近傍を照らすことを意味する。ｘ座標がｘa からｘb の間では、反射点がｘ軸の正の方向に移動するに従って、投影像が右方向に移動する。ｘ座標がｘb の反射点で反射した反射光は、仮想スクリーン５０の原点（ｕ＝０の点）に到達する。ｘ座標がｘb からｘc の間の反射点で反射した反射光は、仮想スクリーンの原点よりも右側の領域を照らす。図４（Ａ）では、反射面の水平方向の幅を用いて反射光を左右に分散させる場合を示している。反射点が反射面内を上下方向に移動した場合の反射光線の進行方向については、何ら規定していない。
【００３８】
図４（Ｂ）は、反射点のｘ座標とＣＡＶとの関係の一例を示す。横軸は反射点のｘ座標を表し、縦軸はＣＡＶを表す。縦軸の上向きを仮想スクリーン５０の上方向とする。図４（Ｂ）は、反射面の全域にわたって投影像５が仮想スクリーン５０の原点の高さよりも下に位置することを示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のグラフに示す曲線を制御曲線と呼ぶ。
【００３９】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、基準平面をｚｘ平面としたが、反射面と仮想スクリーンとを切断する他の仮想平面を基準平面としてもよい。一般的には、水平面から傾いた面を基準平面としてもよい。この場合には、反射点の位置が、ｘ座標のみではなく、ｘ座標とｙ座標とで特定される。
【００４０】
図３のステップｓ２において、反射鏡１０の水平断面形状（パス曲線）を決定する。以下、図５を参照してパス曲線の決定方法について説明する。ステップｓ１では、基準平面をｚｘ平面とした。そのため、パス曲線をｚｘ平面内に作成する。基準平面を水平面から傾いた面とした場合には、ｚｘ平面内ではなく傾いた基準平面内にパス曲線を作成する。
【００４１】
図５に示すように、原点Ｏに光源１が配置されている。光源１の中心Ｆ0 が原点Ｏに一致する。まず、ｚｘ平面内にパス曲線作成の開始点を決定する。図５では、ｚ軸上の、原点よりもやや後方の点Ｂ0 を開始点とする。この場合、開始点Ｂ0 の位置は光源１の反射鏡への取り付け位置に相当する。図４（Ａ）に示すように、ｘ＝０の位置における投影像のＣＡＨは０である。すなわち、点Ｂ0 で反射した反射光による投影像Ｉ0 は、仮想スクリーン５０の原点に写し出される。点Ｆ0 から放射した光が投影像Ｉ0 上に到達するように、開始点Ｂ0 近傍に微少な反射面Ｒ0 を形成する。反射面Ｒ0 の法線ベクトルｎ0 はｚ軸上に位置する。
【００４２】
微少な反射面Ｒ0 上のｘ座標がｘ1 となる点を、１番目の点Ｂ1 とする。ここで、ｘ1 ＝Δｘである。Δｘは、例えば０．１ｍｍ程度とする。図４（Ａ）から、ｘ座標がｘ1 のときのＣＡＨがθ1 であることがわかる。図５において、仮想スクリーン５０上に直線ＯＩ1 とｚ軸とのなす角がθ1 となるような点Ｉ1 を定める。図４（Ａ）は、中心点Ｆ0 から放射され点Ｂ1 で反射した反射光が、仮想スクリーン５０上の点Ｉ1 に到達することを表している。従って、中心点Ｆ0 から放射された光を点Ｂ1 で反射させ、点Ｉ1 に到達させるような微少な反射面Ｒ1 を画定する。反射面Ｒ1 の法線ベクトルｎ1 は、直線Ｂ1 Ｉ1 と直線Ｂ1 Ｆ0 とで形成される角を二等分する。
【００４３】
反射面Ｒ1 上のｘ座標がｘ2 となる点を、２番目の点Ｂ2 とする。ここで、ｘ2 −ｘ1 ＝Δｘである。この操作を繰り返し、３番目の点Ｂ3 以降の点を求める。求められた点群Ｂ0 、Ｂ1 、Ｂ2 ・・をスプライン曲線で曲線補間することにより、図４（Ａ）に示す配光特性を基にしたパス曲線が決定される。このようにして決定されたパス曲線は、設計しようとする反射面とｚｘ平面との交線を表し、求めるべき反射面の概略形状を規定する。図７にパス曲線３の一例を示す。なお、点群Ｂ0 、Ｂ1 、Ｂ2 ・・を曲線補間することなく、これらの点を折れ曲がり点とする折れ線をパス曲線３の代わりとしてもよい。
【００４４】
図３のステップｓ３において、反射面の垂直断面形状（プロファイル曲線群）を決定する。以下、図６を参照してプロファイル曲線群の決定方法を説明する。
【００４５】
ステップｓ２で決定したパス曲線３上に離散的に分布する複数の抽出点を決定する。図６の点Ｃは、複数の抽出点のうちの１つを示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す制御曲線から、抽出点Ｃに対応するＣＡＨおよびＣＡＶを求める。光源１から放射された光が抽出点Ｃで反射し、その反射光により、抽出点Ｃに対応するＣＡＨ及びＣＡＶで規定される投影像を仮想スクリーン５０上に形成させればよい。例えば、光源１を第１焦点とし、その投影像を第２焦点とし、抽出点Ｃを通る回転楕円面を反射面とすればよい。
【００４６】
抽出点Ｃの座標値（ｘ、ｙ、ｚ）＝（Ｃｘ、０、Ｃｚ）を決め、その点をプロファイル端点とする。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す制御曲線から、ｘ＝ＣｘのときのＣＡＨ及びＣＡＶを求める。このＣＡＨ及びＣＡＶに相当する仮想スリーン上の点Ｄを求める。光源１の中心Ｆ0 を第１焦点とし、点Ｄを第２焦点とし、抽出点Ｃを通過する回転楕円面６を求める。なお、図６においては、回転楕円面６を点Ｃ、点Ｄ及び点Ｆ0 を通る切断面で示している。
【００４７】
次に、直線ＣＤを含み、ｙ軸に平行な仮想平面７を考える。仮想平面７と回転楕円面６との交線をプロファイル曲線８とする。点Ｄの位置が光源１から遠く離れている場合には、抽出点Ｃの近傍において回転楕円面６を回転放物面に近似できる。この場合には、仮想平面７を、直線Ｆ0 Ｄに平行な鉛直平面としてもよい。ステップｓ２にて求めたパス曲線３上のすべての抽出点、例えばステップｓ２と同じようにΔｘを０．１ｍｍ程度として抽出した点の各々についてプロファイル曲線８を決定する。図７に複数のプロファイル曲線８の一例を示す。
【００４８】
図３のステップｓ４において、すべてのプロファイル曲線８を通過する区分多項式曲面（例えばスプライン曲面）を求める。スプライン曲面の求め方は、例えば、アドバンセズ イン インダストリアル エンジニアリング 第１１巻 ＣＡＤ／ＣＡＭのためのサーフェスモデリング（ビョング Ｋ．チョイ著、エルゼビア刊）（Advances in industrial Engineering Vol.11, Surface Modeling for CAD/CAM (Edited by Byong K.Choi, published by Elsebier Science Publishers B.V. 1991)）の第９章第９．４節に説明されている。
【００４９】
スプライン曲面は、汎用のＣＡＤにより容易に求めることができる。また、他の曲面、例えばスプライン曲面の一種であるベジエ曲面等の他の数学的手法を用いた曲面により補間することもできる。
【００５０】
上記第１の実施例により設計した反射面を有する反射鏡は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した制御曲線で示される配光特性に非常によく近似した特性を持つ。
【００５１】
なお、制御曲線で規定される配光特性と実際の配光特性とでは僅かなずれが生じる。これはパス曲線を曲線補間により求め、プロファイル曲線を曲面補間することにより反射面形状を求めたためである。しかしながら、プロファイル曲線を決定するための抽出点のピッチを細かくすれば、制御曲線と殆ど一致した配光特性を得ることができる。ハロゲン電球を用いた車両用灯具の場合には、プロファイル曲線のピッチを１ｍｍ程度とすると、１０ｍ前方の仮想スクリーンにおける実際の配光特性は、設計の基礎となった制御曲線と良く一致する。
【００５２】
次に、第２の実施例について説明する。第１の実施例では、図３のステップｓ３において、回転楕円面に基づいてプロファイル曲線を求めた。第２の実施例では、回転放物面に基づいてプロファイル曲線を求める。なお、第２の実施例も、基本工程は、図３に示す第１の実施例の工程と同様である。ただし、第２の実施例では、図４（Ｂ）に示すＣＡＶを０とする。すなわち、光源１の投影像は、仮想スクリーンのｕ軸上に形成される。自動車用前照灯の場合を考えると、ＣＡＶ＝０の状態は、光線がほぼ水平に照射される走行用ビーム（いわゆるハイビーム）状態に相当する。
【００５３】
図３に示すステップｓ３において、反射面のプロファイル曲線群を決定する。図６に示す第２の実施例の回転楕円面６の代わりに、光源１の配置されている点Ｆ0 を焦点とし、直線ＣＤに平行な直線を回転軸とし、抽出点Ｃを通る回転放物面を求める。この回転放物面と仮想平面７との交線をプロファイル曲線とする。
【００５４】
実際の光源は、図１に示すようにｚ軸方向にある長さを有する。反射面を回転放物面とすると、その焦点から放射された光線は、反射面で反射した後、回転軸に平行に進行する。焦点よりも外側（反射面から遠い位置）から放射された光線は、反射面で反射した後、回転軸から徐々に遠ざかる向きに進行する。焦点よりも内側（反射面に近い位置）から放射された光線は、反射面で反射した後、回転軸に徐々に近づく向きに進行する。この反射光は、回転軸と交差した後、回転軸から徐々に遠ざかる向きに進行する。
【００５５】
このように、焦点以外の位置から放射された光線は、最終的には、反射面で反射した後、光軸から徐々に遠ざかる向きに進行する。このため、上下方向にある厚さを持った領域を照明することができる。
【００５６】
次に、第３の実施例について説明する。自動車用前照灯のすれ違いビームの配光特性は、カットオフラインを有する。ここで、カットオフラインとは、照射領域の上部境界線を意味し、カットオフラインよりも上方の領域には照明光が照射されない。カットオフラインを有する配光特性を実現する際に、光源を点光源とみなすと問題を生じる場合がある。そのような場合には光源の大きさを考慮して反射面を設計することが好ましい。
【００５７】
図８は、光源１を円柱状形状と仮定した場合の、座標系及び光源１の配置を示す。光源１の中心点Ｆ0 を原点に配置し、その中心軸をｚ軸に一致させる。光源１の反射鏡側の端面とｚ軸との交点（後端点）をＦ1 とする。
【００５８】
反射面を回転楕円面もしくは回転放物面とし、かつ反射面の焦点位置近傍に光源１を配置した場合には、反射面の上半分（ｙ＞０の領域）で反射した光線による投影像５は、ほぼ図２に示したような一方向に長い形状になる。後端点Ｆ1 が、投影像５の中心よりも上方（ｖ軸の正の方向）に投影される。このため、光源１の中心Ｆ0 から放射された光線による投影像がカットオフラインよりも下方を照射するように配光特性を規定すると、後端点Ｆ1 の投影像がカットオフラインを越えてしまう場合がある。そこで、第３の実施例では、図９に示すように、ＣＡＨを仮想スクリーン５０上の投影像５の中心のｕ座標Ｉｕに基づいて規定し、ＣＡＶを仮想スクリーン５０上の投影像５の最上端点のｖ座標Ｉｖに基づいて規定する。
【００５９】
以下、図３に沿って説明する。ステップｓ１において配光特性を決定する。制御曲線は第１の実施例で用いた図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すものと同様とする。
【００６０】
ステップｓ２において、パス曲線を決定する。パス曲線３の決定方法は、第１の実施例の場合と同様である。
【００６１】
ステップｓ３においてプロファイル曲線群を決定する。第１の実施例では、ｚｘ面よりも上側の反射面と下側の反射面とを区別することなく、その形状を求めた。第３の実施例では、まず、ｚｘ平面よりも上側の反射面の形状を求める。
【００６２】
第１の実施例の場合と同様に、ステップｓ２で決定したパス曲線３上に離散的に分布する複数の抽出点を決定する。第１の実施例では光源１を第１焦点とし、その投影像を第２焦点とし、抽出点Ｃを通る回転楕円面に基づいてプロファイル曲線を決定した。第３の実施例では、光源１を点光源ではなく円柱状の光源とし、かつその投影像の位置を図９に示すように２点で規定している。このため、光源１とその投影像５とを焦点とする回転楕円体を特定することができない。
【００６３】
ここでは、第１近似として、光源１の後端点Ｆ1 を第１焦点とし、ＣＡＨに対応するｕ座標およびＣＡＶに対応するｖ座標を持った仮想スクリーン５０上の点Ｄ’（図９参照）を第２焦点とする。図８に示すように、抽出点Ｃを通過する回転楕円面６’を決定する。
【００６４】
光源１の中心Ｆ0 の近傍から放射された光線は、投影像５のほぼ中心に達すると予測される。第１近似では、中心Ｆ0 を第１焦点としていないため、第１近似で求めた回転楕円面６’による投影像５’（図９）の中心のｕ座標は、図９に示すように図４（Ａ）で規定された所望のＣＡＨからずれていると考えられる。
【００６５】
そこで、第１近似で得られた投影像５’の中心のｕ座標、及び抽出点Ｃに対応するＣＡＶで規定されるｖ座標を有する新たな点Ｄ”を決定する。なお、図８では点Ｄ’に点Ｄ”を重ねて示しているが、実際には図９に示すように点Ｄ”は点Ｄ’よりもｕ軸方向にやや移動した位置にある。
【００６６】
後端点Ｆ1 を第１焦点とし、点Ｄ”を第２焦点とし、抽出点Ｃを通過する第２近似の回転楕円面６”を画定する。図８では回転楕円面６”を回転楕円面６’に重ねて表しているが、実際には両者はややずれている。
【００６７】
第２近似で求めた回転楕円面６”に基づいて、図６に示す第１の実施例の場合と同様にプロファイル曲線８を求める。以下、第１の実施例の場合と同様の工程を行い、ｚｘ面よりも上側の反射面の形状を画定する。
【００６８】
次に、ｚｘ面よりも下側の反射面の形状を画定する。上側の反射面の形状を画定する場合には、光源１の後端点Ｆ1 を基準として第１及び第２近似を行った。下側の反射面の形状を画定する場合には、光源１の前端点（光源１の仮想スクリーン側の端面とｚ軸との交点）Ｆ2 を基準として第１及び第２近似を行う。その他の手順は、ｚｘ面よりも上側の反射面を画定する場合と同様である。
【００６９】
光源１から放射された光が、ｚｘ平面よりも下方の反射面で反射した場合には、光源１の前端点から出射した光が、投影像の上端点近傍に到達すると予測される。逆に、ｚｘ平面よりも上方の反射面で反射した場合には、光源１の後端点Ｆ1 から出射した光が、投影像の上端点近傍に到達すると予測される。
【００７０】
第３の実施例では、ｚｘ面よりも上側の反射面の形状を求めるときに光源１の後端点Ｆ1 を基準とし、下側の反射面の形状を求めるときに光源１の前端点Ｆ2 を基準としている。このため、前端点Ｆ2 及び後端点Ｆ1 以外の部分から放射された光線は、概ね図４（Ｂ）のＣＡＶで規定された点よりも下方に到達する。
【００７１】
第３の実施例によると、光源がある大きさを有する場合にも、カットオフラインの上方を照射することのないすれ違いビームに適した配光特性を得ることができる。また、バナナ状にならず、ほぼ水平なカットオフラインを有する配光特性を実現することができる。
【００７２】
上記第３の実施例では、光源１の後端点Ｆ1 及び前端点Ｆ2 を第１及び第２近似の基準とした。これら後端点Ｆ1 及び前端点Ｆ2 は、両端面とｚ軸との交点である。しかし、ｚｘ面よりも上側の反射面に着目した場合、より厳密には、光源１の後端面の下端から放射された光線が、投影像の最上端に到達する。また、ｚｘ面よりも下側の反射面に着目した場合、光源１の前端面の下端から放射された光線が、投影像の最上端に到達する。従って、上述の第１及び第２近似において、後端面の下端及び前端面の下端を基準としてもよい。
【００７３】
または、第１近似で求めた回転楕円面６’を求めた後、光源１の後端面及び前端面の外周上の数ポイントについて、それらの投影像の位置を求め、最も高い位置に投影像を形成する点を基準として第２近似を行ってもよい。
【００７４】
次に、第４の実施例について説明する。第４の実施例では、第３の実施例のステップｓ３において、回転楕円面ではなく回転放物面に基づいてプロファイル曲線を決定する。以下、図８を参照しつつ、図３に沿って第４の実施例を説明する。ステップｓ１及びステップｓ２の工程は、第３の実施例の場合と同様である。まず、ｚｘ面よりも上側の反射面の形状を決定する方法を説明する。
【００７５】
図３のステップｓ３において、パス曲線３上の抽出点Ｃのｘ座標に対応するＣＡＨを、図４（Ａ）の制御曲線から求る。求められたＣＡＨに対応するｕ座標をＩｕとする。仮想スクリーン上の（ｕ，ｖ）＝（Ｉｕ，０）の点をＤ ４ とする。光源１の後端点Ｆ1 を焦点とし、直線Ｆ1 Ｄ ４ を回転軸とし、抽出点Ｃを通る回転放物面を求める。この回転放物面と、抽出点Ｃを通過しｙｚ面に平行な仮想平面との交線をプロファイル曲線８とする。
【００７６】
図３のステップｓ４において、複数のプロファイル曲線を補間し、反射面の形状を画定する。
【００７７】
このような反射面により反射した光線は、ｚｘ面に平行に進行する。このため、図４（Ｂ）に示すような鉛直方向の配光特性を満たさない。次に、鉛直方向に関する投影像の位置ずれを補正する方法について説明する。
【００７８】
まず、後端点Ｆ1 よりもやや後方（反射面寄り）の点を焦点とする回転放物面を求める。この回転放物面で反射した光線は、徐々にｚｘ面に近づく向き（やや下向き）に進行する。後端点Ｆ1 から放射され反射面の最上端（ｙ座標の最大の点）で反射した光線による仮想スクリーン上の投影点のｖ座標を求める。このｖ座標と、図４（Ｂ）に示すＣＡＶとを比較し、両者のずれを求める。このずれを補償するように焦点位置を微調整し、同様の処理を繰り返す。このようにして、鉛直方向に関しても、図４（Ｂ）に規定した所望の配光特性を得ることができる。
【００７９】
ｚｘ面よりも下側の反射面を画定する場合には、最初に光源１の前端点Ｆ2 を基準として回転放物面を求める。次に、上記と同様の手順を繰り返し、鉛直方向に関する配光特性の微調整を行う。なお、この場合、最終的に得られる回転放物面の焦点は、光源１の前端点Ｆ2 よりもやや前方に位置する。
【００８０】
第４の実施例により作製した反射鏡は、回転楕円面を基に設計した反射鏡に比べて、所望の配光特性との差異が大きくなるものの、十分明瞭なカットオフラインを形成することができる。
【００８１】
上述の第１〜第４の実施例の反射鏡の製造方法によれば、反射面の設計の際に用いるパラメータを、従来の反射領域毎にその形状を設計する場合等に比べて少なくすることができる。具体的には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す制御曲線により所望の配光特性を記述することができる。その特性に沿った反射面を決定する際には、図６に示す光源１の位置、基準平面（ｚｘ面）、及び図５に示す開始点Ｒ0 を決定することで、一連の工程を行うことができる。従って、反射鏡設計のアルゴリズムを簡素化でき、計算機を用いたシミュレーション時間を短くすることが可能となる。
【００８２】
また、種々の制御曲線に基づいて設計を繰り返し行い、設計上の配光特性と実際の配光特性とを比較することにより、制御曲線と実際の配光特性との関係に関する知見を得ることができる。この知見に基づいて、所望の配光特性を示す好適な制御曲線を規定することができる。
【００８３】
上記実施例では、図３のステップｓ３において、パス曲線上の１点を含むプロファイル曲線を、回転楕円面もしくは回転放物面に基づいて決定している。これらの回転面の外に、回転双曲面等の他の回転２次曲面に基づいてプロファイル曲線を決定してもよい。回転２次曲面を利用すると、反射特性の解析が容易になり、その計算の処理時間を短縮することができる。また、どのような曲面を基にプロファイル曲線を求めるかは、生成しようとする反射鏡の配光特性、例えば自動車用前照灯におけるすれ違い配光、走行配光や、スポットライト照明の配光等の特性に応じて適宜選択することが好ましい。
【００８４】
また、意匠上の要請等により反射面の全てを滑らかにせず、複合反射面のように境界線が観視される灯具を製造する場合にも、上記の実施例による反射鏡の製造方法を用いることができる。例えば、図３に示すステップｓ２において、スプライン曲線等による曲線補間を行うことなく、パス曲線を折れ線としてもよい。または、ステップｓ４において、任意の間隔で求めた相互に隣接する２つのプロファイル曲線の間ごとに曲面補間を実施し、短冊状の曲面の集合からなる反射面としてもよい。また、反射面の一部の領域を上述の複数のプロファイル曲線に基づいた曲面補間で求め、他の領域を回転放物面等の公知の方法で求めた形状としてもよい。
【００８５】
上記実施例では、図４（Ｂ）に示すように、ＣＡＶが一定である場合を説明したが、必ずしも一定にする必要はない。車両用前照灯の配光特性の規格は、各国ごとに異なる。各国ごとに、その国の規格を満足するＣＡＨ、ＣＡＶ特性を規定することにより、当該国の規格を満足する車両用前照灯を設計することができる。
【００８６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第３の実施例による方法で製造した反射鏡の反射面形状の斜視図、平面図、及び正面図を示す。図１１は、図１０の反射鏡をスケッチした図である。なお、図４（Ｂ）に相当する制御曲線を、ＣＡＶ＝０の直線とした。すなわち、この反射鏡は、仮想スクリーン上のｖ＝０の線をカットオフラインとする配光特性を有する。
【００８７】
図１０（Ａ）に表された縦方向の複数の曲線は、プロファイル曲線を意味する。図１０（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、反射面のほぼ中央に、光源の支持部材を挿入するための貫通孔２１が形成されている。
【００８８】
この反射鏡の反射面は、波打った形状を有し、従来の複合反射面のように反射領域間の境界線を肉眼により認識することはできない。この反射面と基準平面（図６におけるｚｘ面）との交線は、複数の変曲点を持った波線になる。なお、プロファイル曲線の補間方法によっては、この波線が折れ曲がり点を含む場合もある。反射面を、この変曲点及び折れ曲がり点の集合からなる境界線で区画された複数の反射領域に区分して考えることができる。
【００８９】
反射領域の境界は、複数のプロファイル曲線を求めた段階である程度予測することができる。図１０に示す反射面は、複数のプロファイル曲線に基づいて予測された反射領域を単位として、その反射領域内に画定された複数のプロファイル曲線を曲面補間したものである。図１０（Ｂ）に表された反射面を、その幅方向に連絡する複数の曲線及び図１０（Ｃ）に表された縦方向の曲線は、これらの反射領域の境界に位置するプロファイル曲線である。
【００９０】
この反射領域は、ｘ軸方向に配列する。これらの反射領域は、前方から反射鏡を見たとき、ｙ軸方向に進むに従って徐々に幅の狭くなる閉じた反射領域と、徐々に幅の広くなる開いた反射領域との２種類に分類される。各反射領域の形状は、主にＣＡＨを表す制御曲線に依存する。開いた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線は、前方に向かって凸であり、閉じた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線は、後方に向かって凸である。
【００９１】
図１０（Ｃ）では、閉じた反射領域が中央に配置され、その両側に開いた反射領域が配置された場合が示されている。この逆に、開いた反射領域が中央に配置され、その両側に閉じた反射領域が配置されるようにしてもよい。
【００９２】
上記第１〜第４の実施例による方法で反射面を設計すると、複数の反射領域のうち相互に隣接する反射領域の境界線上の点において、その両側の反射領域の接平面同士のなす角が５°以下となるようにすることができる。この程度の折れ曲がり角で画定される境界線は、肉眼でほとんど認識することができない。また、境界線によるグレア光の発生もない。
【００９３】
図１０及び図１１では、複数のプロファイル曲線から反射領域の境界を予測し、予測された反射領域ごとに曲面補間を行って反射面を画定した。実際に得られた反射面の各反射領域の境界と、複数のプロファイル曲線から予測した反射領域の境界とは、ほぼ一致した。反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角は４°以下であった。なお、反射領域ごとに曲面補間を行うのではなく、すべての反射領域をまとめて曲面補間してもよい。この場合、反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角は０°になり、境界線を目視により認識することはより困難になる。反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角を５°以下とすると、反射面全体がほとんど滑らかになり、いわゆる自由曲面のように認識される。
【００９４】
また、波線上の第１の点（例えばｘ＝０の点）を境にして第１の点よりもｘ座標の大きな領域（ｘ＞０の領域）では、ｘが増加するに従って前述の波線がｚ軸の正の方向に単調に増加するような形状とすることができる。第１の点よりもｘ座標の小さな領域（ｘ＜０の領域）では、ｘ座標が減少するに従って前述の波線がｚ軸の正の方向に単調に増加する形状とすることができる。
【００９５】
光源の近傍に、反射領域の幅の広狭差の大きな閉じた反射領域と開いた反射領域を設けると、強度の大きな光源近傍の光を効率よく左右に分散させることができる。このため、照射域をより均一に照射することができる。
【００９６】
反射鏡を正面から目視観察する際に、その反射領域の形状を把握しやすくする為に、水平な１本の棒状部材、例えば蛍光灯が反射面に写るようにして観察する。そのようにすると蛍光灯が１本の直線ではなく、面形状に伴って異なる形状に観視され、反射面が波打ち、複数の反射領域を含んで構成されていることがわかる。このように、１本の棒状部材を観察した場合、本実施例の反射面は、複数の反射領域が第１の方向、図１４ではｘ軸方向、すなわち横方向に配列しており、第１の方向に直交する第２の方向、図１４ではｙ軸方向、すなわち縦方向に進むに従って徐々に幅の狭くなる閉じた反射領域と、徐々に幅の広くなる開いた反射領域とが配置され、直線形状でない境界線を有するような反射面であると認識される。ただし、上述のように、反射領域の境界における両側の接平面同士のなす角を５°以下とした場合には、反射領域間の境界線を目視により明確に認識することは困難であり、ほぼ自由曲面のように認識される。
【００９７】
次に、図１０（Ｃ）に表された反射領域Ａ１〜Ａ５、及びＢ１〜Ｂ５の各々の配光特性について説明する。なお、反射領域Ａ１〜Ａ５、及びＢ１〜Ｂ５は、複数のプロファイル曲線から予測した反射領域であるが、実際の反射面の各反射領域とほぼ一致する。。反射領域Ａ１とＢ１とで、中央の１つの閉じた反射領域の右半分を構成する。反射領域Ａ２とＢ２とで１つの開いた反射領域を構成する。反射領域Ａ３とＢ３、Ａ４とＢ４、Ａ５とＢ５についても同様である。
【００９８】
反射鏡の１０ｍ前方に設けたスクリーン（仮想スクリーンと同じ位置に設けたもの）上の照度を計測することにより、配光特性を求めた。
【００９９】
図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ反射領域Ａ２、Ａ４、Ｂ２及びＢ４の配光特性を示す。図中の閉じた曲線は、等照度曲線である。
【０１００】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ反射領域Ａ２、Ａ４、Ｂ２及びＢ４で反射した光線による光源の像を示す。
【０１０１】
図１２及び図１３に示すように、照射領域は、ｕ軸の下方のみとなっており、明確なカットオフラインが形成されている。また、反射面の中央近傍（この場合には反射領域Ａ２及びＢ２）で反射した光線による照射領域が、反射面の両端近傍（この場合には反射領域Ａ４及びＢ４）で反射した光線による照射領域よりも、横に大きく広がっている。すなわち、光源近傍の反射面により、強度の強い光を横方向に広く分散させている。また、反射面の両端近傍の反射面により、照射領域中央部の照度を向上させている。
【０１０２】
このように、図４に示す制御曲線により規定される配光特性に非常に近似した配光特性を有する反射面を形成することができる。また、図１３に示すように、光源の像の上端がｕ軸にほぼ一致しており、ＣＡＶの設計値と実際の配光特性とが良く一致している。
【０１０３】
プロファイル曲線の数を少なくした場合や、制御曲線の形状が著しく鋭角に変化する場合等には、プロファイル曲線等により設定した曲線と曲面補間した面との間にずれが生じる。また、加工精度によっても若干のずれが生じる場合がある。そこで、例えばカットオフラインを形成することが重要な車両用前照灯のすれ違いビーム用反射面を形成するような場合には、このずれが生じないように条件を設定して製造することが好ましい。また、ずれを許容できるように初めからずれ量を見込んで設計しても良い。これらのずれ量を見込んだ設計は、設計と試作を繰り返し行い、ずれ量に関する知見を蓄積することにより可能になる。
【０１０４】
また、反射面形状を、汎用のＮＣ制御の金型加工機、ＣＡＤ等で扱うことのできるデータ形式で表現できる座標点の集合として表すことができる。このため、設計した反射面と実際に製造される金型との形状の相違が少なくなり、試作を繰り返し行なう事態が減少し、反射鏡の製造にかかるコスト低減を図ることができる。
【０１０５】
更に、パス線の決定時、及びプロファイル曲線の補間時に、それぞれ多項式曲線及び多項式曲面で補間することにより、所望の配光特性を満足する実質的に滑らかな反射面を容易に得ることができる。
【０１０６】
上記実施例による方法で製造した反射鏡は、所望の配光特性を示すのみならず、デザイン的にも斬新なものである。この反射鏡を自動車の前照灯に用いる場合、デザイン面の観点から反射鏡の選択の幅が広まり、自動車全体のデザインに適合した反射鏡を選択することが可能になる。特に反射面を外観上滑らかなものとして製造した場合には、複雑な曲面形状の反射面が従来のものとは異なった印象を呈する。
【０１０７】
図１４は、ＣＡＨを規定する制御曲線の一例を示す。図１４（Ａ）は、傾斜が大きく、折れ曲がり角が鋭い折れ線状の制御曲線を示している。このような場合、反射面の水平方向の幅の比較的狭い反射領域で、光線が左右の広い領域に分散される。従って、多数の反射領域からなる複合反射面のような印象の灯具となる。
【０１０８】
図１４（Ｂ）は、制御曲線が小さく波打っている場合を示している。この場合には、制御曲線の波の形状に応じて、反射面も小さく波打つ。このように、制御曲線を変更することにより、色々な特性、及び印象を与える反射面を設計することができる。
【０１０９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望の配光特性に近い配光特性を示す反射鏡を比較的容易に作製することができる。
【０１１１】
また、本発明の製造方法を用いると、反射面の設計アルゴリズムを単純化することができる。これにより、コンピュータによるシミュレーション時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による反射鏡の製造方法の説明に用いる座標系を示す斜視図である。
【図２】仮想スクリーン上の像の位置の規定方法を示す図である。
【図３】実施例による反射鏡の反射面の形状を決定する工程を示すフローチャートである。
【図４】実施例で与える制御曲線の一例を示すグラフである。
【図５】パス曲線の決定方法を説明するための図である。
【図６】第１の実施例によるプロファイル曲線を決定する方法を説明するための図である。
【図７】パス曲線及びプロファイル曲線の一例を示す線図である。
【図８】第３の実施例によるプロファイル曲線を決定する方法を説明するための図である。
【図９】第３の実施例による仮想スクリーン上の像の位置の規定方法を示す図である。
【図１０】第３の実施例による反射鏡の斜視図、平面図、及び正面図を線図で表した図である。
【図１１】第３の実施例による反射鏡をスケッチした図である。
【図１２】第３の実施例による反射鏡の配光特性を示す図である。
【図１３】第３の実施例による反射鏡による光源の投影像を示した図である。
【図１４】ＣＡＨを規定する制御曲線の２つの例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光源
３ パス曲線
５ 光源の投影像
６ 回転楕円面
６’第１近似の回転楕円面
６”第２近似の回転楕円面
７ 仮想平面
８ プロファイル曲線
１０ 反射鏡
２１ 貫通孔
５０ 仮想スクリーン
Claims (12)
- 光源から放射された光を反射し、前方の空間を照らす反射鏡の製造方法であって、
反射鏡の前方に仮想的な仮想スクリーンを考えたとき、求めるべき反射面と前記仮想スクリーンとを切断する基準平面と該反射面との交線上の反射点の位置と、光源から放射され当該反射点で反射した光線により前記仮想スクリーン上に写し出される前記光源の像の位置との対応関係により規定される配光特性を規定する工程と、
前記配光特性に基づいて、前記基準平面内に、求めるべき反射面と該基準平面との交線に一致もしくは近似するパス線を決定する工程と、
前記パス線上に離散的に分布する複数の抽出点の各々について、前記配光特性に基づいて、当該抽出点を通過し、求めるべき反射面の形状に対応したプロファイル曲線を決定する工程と、
前記抽出点ごとに決定されたプロファイル曲線に基づいて、求めるべき反射面の形状を決定する工程と
を有し、
前記基準平面をｚｘ平面とし、反射面がｚ軸の正の方向を向くｘｙｚ直交座標系を考え、さらに前記仮想スクリーン上に、該仮想スクリーンとｚｘ面との交線で定義されるｕ軸、及び該仮想スクリーンとｙｚ面との交線で定義されるｖ軸からなるｕｖ座標を考えたとき、
前記配光特性が、
反射点のｘ座標と、当該反射点で反射した光線による前記光源の像の位置を表すｕ座標との対応関係を規定した第１の関係と、
反射点のｘ座標と、当該反射点で反射した光線による前記光源の像の位置を表すｖ座標との対応関係を規定した第２の関係と
を含む反射鏡の製造方法。 - 前記配光特性で規定されるｕｖ座標上の複数の点が、ｕ軸とほぼ平行なカットオフライン上及びその近傍領域に集中して分布し、かつ該カットオフラインで区分される前記仮想スクリーン上の２つの領域のうち一方の領域には分布しない請求項１に記載の反射鏡の製造方法。
- 前記プロファイル曲線を決定する工程が、
前記抽出点の各々について、前記配光特性に基づいて、前記光源内の点を焦点とし、当該抽出点を通過する２次曲面を求める第１サブ工程と、
前記２次曲面に含まれる前記プロファイル曲線を決定する第２サブ工程と
を含む請求項１または２に記載の反射鏡の製造方法。 - 前記第１サブ工程において、前記抽出点の各々について、前記光源内の第１発光点を第１焦点とし、前記配光特性により当該抽出点のｘ座標に対応付けられたｕｖ座標上の点を第２焦点とし、当該抽出点を通過する第１の回転楕円面を求める請求項３に記載の反射鏡の製造方法。
- 前記プロファイル曲線を決定する工程が、さらに、前記第１の回転楕円面を反射面とした場合に、前記抽出点で反射した光線により前記仮想スクリーン上に得られる光源の像と、前記配光特性で規定されるｕｖ座標上の点との位置ずれ量を求め、該位置ずれ量に基づいて、前記第２焦点の位置を前記仮想スクリーン上で移動させ、移動後の点を新たに第２焦点として第２の回転楕円面を求め、該回転楕円面に基づいて、前記プロファイル曲線を決定する工程を含む請求項４に記載の反射鏡の製造方法。
- 前記プロファイル曲線を決定する工程が、
前記抽出点の各々について、前記配光特性に基づいて、前記光源内の点を焦点とし、当該抽出点を通過する２次曲面を求める第１サブ工程と、
前記２次曲面に含まれる前記プロファイル曲線を決定する第２サブ工程と
を含み、
前記第１サブ工程において、前記抽出点の各々について、前記光源内の第１発光点を焦点とし、前記配光特性により当該抽出点のｘ座標に対応付けられたｕｖ座標上の点と当該抽出点とを結ぶ直線に平行で、かつ前記第１発光点を通過する直線を回転軸とする回転放物面を求める請求項１に記載の反射鏡の製造方法。 - 前記第１の関係が、前記光源内の第１発光点から放射された光線による前記仮想スクリーン上の像の内部に位置する第１の点のｕ座標により規定され、前記第２の関係が、前記仮想スクリーン上の像の内部に位置し、前記第１の点とは異なる第２の点のｖ座標により規定される請求項１〜６のいずれかに記載の反射鏡の製造方法。
- 光源から放射された光を反射し、前方の空間を照らす自動車用灯具の反射鏡の製造方法であって、
反射鏡の反射面がｚ軸の正の方向を向き、ｚｘ平面が水平面となるようなｘｙｚ直交座標系、反射鏡の反射面に対向するように配置された仮想スクリーン、該仮想スクリーン上に、該仮想スクリーンとｚｘ面との交線で定義されるｕ軸、及び該仮想スクリーンとｙｚ面との交線で定義されるｖ軸を考えたとき、
ｚ軸に平行な基準平面と、求めるべき反射面との交線上の反射点の座標と、光源から放射され当該反射点で反射した光線による該光源の前記仮想スクリーン上の像の位置を表すｕ座標との対応関係を表す第１の関係を規定する工程と、
前記基準平面と、求めるべき反射面との交線上の反射点の座標と、光源から放射され当該反射点で反射した光線による該光源の前記仮想スクリーン上の像の位置を表すｖ座標との対応関係を表す第２の関係を規定する工程と、
前記第１の関係に基づいて、前記基準平面内に、求めるべき反射面と該基準平面との交線に一致もしくは近似するパス線を決定する工程と、
前記パス線上に離散的に分布する複数の抽出点の各々について、前記第１及び第２の関係に基づいて、当該抽出点を通過し、求めるべき反射面の形状に対応したプロファイル曲線を決定する工程と、
前記抽出点ごとに決定されたプロファイル曲線に基づいて、求めるべき反射面の形状を決定する工程と
を有する反射鏡の製造方法。 - 前記第２の関係を規定する工程が、
前記仮想スクリーン上にカットオフラインを規定する工程と、
前記光源の像が、前記カットオフラインよりも下側の領域にのみ配置されるように前記第２の関係を規定する工程と
を含む請求項８に記載の反射鏡の製造方法。 - 光源と、
前記光源から放射された光を反射して前方の空間を照射する反射鏡と
を含み、
前方をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を考えたとき、前記反射鏡の反射面がｘ軸方向に配列した複数の反射領域に区画され、相互に隣接する反射領域の境界線は、該反射面とｚｘ面に平行な仮想平面との交線の変曲点もしくは折れ曲がり点の集合により表され、該反射領域が、前方から該反射鏡を見たとき、ｙ軸方向に進むに従って徐々に幅の狭くなる閉じた反射領域と、徐々に幅の広くなる開いた反射領域との２種類の反射領域に分類され、
前記開いた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線が、前方に向かって凸であり、前記閉じた反射領域とｚｘ面に平行な仮想平面との交線が、後方に向かって凸である灯具。 - 前記複数の反射領域のうち相互に隣接する反射領域の境界線上の点において、その両側の反射領域の接平面同士のなす角が５°以下である請求項１０に記載の灯具。
- 前記反射面とｚｘ平面に平行な仮想平面との交線が波線であり、該波線上の第１の点を境にして第１の点よりもｘ座標の大きな領域では、ｘが増加するに従って前記波線がｚ軸の正の方向に単調に増加し、前記第１の点よりもｘ座標の小さな領域では、ｘ座標が減少するに従って前記波線がｚ軸の正の方向に単調に増加する請求項１０または１１に記載の灯具。
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