JP5135139B2 - 車両灯具用光源バルブの測光方法及び発光特性モデル生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両灯具用光源バルブの測光方法及び発光特性モデル生成方法に関するものであり、詳しくは、車両用灯具の光学シミュレーションに使用する光源データファイルを構築するための実測データの収集及びデータ処理に係る車両灯具用光源バルブの測光方法及び発光特性モデル生成方法に関する。

車両用灯具は設計・開発段階において、光学系を構成するリフレクタ及びレンズ等の理想的な形状や、光源を含めたそれらの理想的な位置関係を光学シミュレーションを用いて検証しながら進めることが一般的である。

その場合、光源は既に標準化されたもののなかから適宜選択して使用されることが多く、車両用灯具の設計・開発に伴って新規に開発されることは少ない。

そこで、車両用灯具の設計・開発にあたっては、選択された光源を直射光学的に実測して予め光源に関する光学シミュレーション用のデータファイル（光源データファイル）を構築し、車両用灯具の光学シミュレーションに基礎データとして活用することにより光学シミュレーションの精度の向上を図ることができる。

具体的な従来の実測方法としては、以下に示すような配光特性測定装置を使用した測定方法が提案されている。それは、水平基板上に順次、回転ステージ、３次元調整機構及び試料台を介して光源試料を載置し、光源試料が水平基板に垂直なＺ軸を中心として３６０°回転するようにセットする。

それと同時に、水平基板上に順次、立設板部、回転軸及び回転板を介して受光器を搭載し、受光器が水平基板に垂直なＺ軸方向を０°としてＺ軸方向となす角度が±９０°以上回転するように取り付ける。

測定に際しては、まず、受光器を該受光器の受光軸が光源試料の光軸（Ｚ軸）と一致するように位置合わせを行い、その位置での光強度を測定する。次に、受光器をＺ軸から所定の角度δ傾け、光源試料を３６０°回転させながら所定の角度θ毎に光強度を測定する。

そして、順次受光器をＺ軸に対して所定の角度δに設定する毎に光源試料を３６０°回転させながら所定の角度θ毎に光強度を測定し、少なくとも受光器のＺ軸に対する角度δが１１０°になるまで繰り返し測定を行う。これにより、光強度は、中心から所定径方向の距離Ｒにおける座標パラメータ（δ，θ）による関数で表わされるものとなる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８−７０２９０号公報

ところで、光源試料が車両灯具用光源バルブ（以下、光源バルブと略称する）の場合、図１３に示すように、ガラスバルブ５０の底部に、該ガラスバルブ５０の径方向に延びる円環状の口金５１を備えたものがある。

この種の光源バルブ５２の光強度を上記方法で測定する場合、光源バルブ５２の中心軸Ｘｂの方向を０°として中心軸Ｘｂとなす受光器の角度δがδｍａｘよりも大きくなると、光源バルブ５２の発光源５３から出射された光が口金５１によって遮蔽されて受光器に到達せず、光強度のデータ収集が不可能となる。つまり、配光特性測定装置では光源バルブ５２の発光源５３から口金５１に向けて出射された光を測定することができない。

光源バルブ５２を車両用灯具に実装すると、口金５１の部分はリフレクタで覆われることになり、光源バルブ５２の発光源５３から口金５１に向けて出射された光はリフレクタの、口金５１を覆う領域で反射されて車両用灯具の照射方向に向けられ、照射光の一部として前方に照射される。

このような構成の車両用灯具を、上記配光特性測定装置で得られた光強度データに基づいて構築された光源データファイルにより光学シミュレーションを行うと、光源データファイルには光源バルブ５２から口金５１に向けて出射された光の光強度データが取り込まれておらず、光学シミュレーションの精度が低いものとなってしまう。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、簡単な手法により車両用灯具の光学シミュレーションの精度向上に寄与することができる光源バルブの測光方法及び発光特性モデル生成方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、ガラスバルブによる気密空間内に発光源を有すると共に、前記ガラスバルブの底部に該ガラスバルブの径方向に延びる口金を備えた車両灯具用光源バルブの測光方法であって、
前記口金のガラスバルブ側の面を反射部材で覆って鏡面反射面を設けた光源バルブと前記鏡面反射面を設けない光源バルブのそれぞれについて、測定器に搭載された受光素子の方向を常に測光対象の光源バルブの発光源に向け、且つ前記受光素子と前記発光源との距離が常に一定となる状態で前記測定器によって前記測光対象の光源バルブを３次元方向から測光して３次元座標上の複数の領域ごとに光線のベクトル値及び輝度値を取得するステップと、
前記鏡面反射面を設けた光源バルブ及び鏡面反射面を設けない光源バルブから取得した、直射光及び前記鏡面反射面で反射された反射光を含む測光データ及び直射光のみを含む測光データから前記反射光の測光データを抽出するステップと、
前記反射光の測光データを前記光源バルブから前記鏡面反射面方向に出射された光として抽出するステップとを行うことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記測定器により測光される前記３次元方向の測光範囲は、少なくとも、前記光源バルブの前記発光源を通る中心軸を中心とする円周方向については全周とし、前記中心軸を中心とする傾斜方向については、前記中心軸から前記測定器の前記受光素子を通る受光軸が前記鏡面反射面の外縁に至るまでとすることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は２のいずれか１項において、前記受光素子はＣＣＤであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の測光方法により取得された前記光源バルブから前記鏡面反射面に出射された光と前記光源バルブからの直射光との測光データとを合成して、当該光源バルブの発光特性モデルを生成することを特徴とするものである。

本発明は、車両用灯具の光学シミュレーションに使用する光源データファイルを構築するための光源バルブの実測データを得るための測光方法であり、特に、測光の障害となる口金を有する光源バルブの測光にあたって、口金の存在に影響されることなく所望の測光データが得られるようにするものである。

そのため、口金のガラスバルブ側の面を反射部材で覆って鏡面反射面とし、測定器に搭載された受光素子の方向を常に前記光源バルブの発光源に向け、且つ前記受光素子と前記発光源との距離が常に一定となる状態で前記測定器によって前記光源バルブを３次元方向から測光し、得られた測光データのうち反射光による測光データを前記光源バルブから前記鏡面反射面方向に出射された直射光として取り込むようにした。

その結果、光源バルブの測光時に測光の阻害となる口金部に鏡面反射面を設けるといった簡単な処理を施すだけで、口金の存在に影響されることなく所望の測光データを得ることができるようになった。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１２を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の車両灯具用光源バルブの測光方法に係る測光装置の説明図、図２は被測定物の光源バルブの説明図、図３は本発明に係わる測光方法の説明図、図４は同じく、本発明に係わる測光方法の説明図、図５は輝度写真及び輝度写真群を示す説明図、図６は測光原理を示す説明図、図７は従来の測光方法により構築された光源データファイルの２次元画像、図８は従来の測光方法の被測定物となる光源バルブの説明図、図９は本発明の測光方法により構築された光源データファイルの２次元画像、図１０は測光方向を示す説明図、図１１は他の光源バルブの説明図、図１２は図１１の光源バルブに反射部材を取り付けた状態を示す説明図である。

図１より、回転支持台１上に被測定物となる光源バルブ２を、回転支持台１の中心軸Ｘａと光源バルブ２の中心軸Ｘｂが同一直線上に位置するように載置する。

受光器（測定器）３は受光軸Ｘｃ上に受光素子として縦横夫々複数の画素で構成されたＣＣＤ（２次元ＣＣＤ）を備えており（図示せず）、その受光器３が、該受光器３の受光軸Ｘｃが光源バルブ２の中心軸Ｘｂ及び回転支持台１の中心軸Ｘａと同一直線上となる位置から、光源バルブ２の測定原点（発光源）Ｐの位置を中心として傾斜方向に同一平面状を移動するように配置されている。

従って、受光素子は常に発光源の方向を向き、受光素子と発光源との距離は常に一定である。

回転支持台１上に載置された光源バルブ２は、図２に示すように、ガラスバルブ４の底部に、該ガラスバルブ４の径方向に延びる円環状の口金５を備えた形状を呈している。そして、測光に際して、口金５のガラスバルブ４側の面の全面を反射部材６で覆い、表面を鏡面反射面７としている。

反射部材６の厚みは、測光精度の低下を招かないために、光源バルブ２の本来の形状を損なうことがないようにできるだけ薄く形成されている。

次に、測光方法について図３を参照して説明する。まず、回転支持台１上に載置された光源バルブ２に外部の電源から定格電圧（電流）を印加して点灯させ、発光源から実用時と同等の光束が出射された状態を保持する。

そして、受光器３を、該受光器３の受光軸Ｘｃが光源バルブ２の中心軸Ｘｂ及び回転支持台１の中心軸Ｘａと同一直線上に位置するようにセットし、受光素子（ＣＣＤ）の各画素によって光源バルブ２の輝度分布を測定する。この輝度分布は恰も光源バルブ２のガラスバルブ４の表面における輝度分布をＣＣＤによって撮影して得られた写真像のようなものである。そこで以下、輝度写真と呼称する。

次に、受光器３を移動して、該受光器３の受光軸Ｘｃが光源バルブ２の中心軸Ｘｂ方向を０°として該中心軸Ｘｂ方向となす角度αが所定の角度α_１（例えば、α＝１°）となる位置にセットする。その後、回転支持台１を基準位置からθ方向に所定の角度β_１（例えば、β_１＝１°）間隔で３６０°回転し、角度β_１毎にＣＣＤによって輝度分布を測定して輝度写真を作成する。

そして、順次受光器３を、該受光器３の受光軸Ｘｃが光源バルブ２の中心軸Ｘｂ方向から離れる方向（傾斜方向）に角度α_１間隔で移動し、その都度、回転支持台１を基準位置からθ方向に所定の角度β_１間隔で３６０°回転し、角度β_１毎にＣＣＤによって輝度分布を測定して輝度写真を作成する。

この測光処理は、受光器３の受光軸Ｘｃが光源バルブ２の中心軸Ｘｂ及び回転支持台１の中心軸Ｘａと同一直線上となる位置から光源バルブ２の口金５に遮られる直前までの領域、つまり、図４に示すように、受光器３の受光軸Ｘｃが光源バルブ２の中心軸Ｘｂと同一直線上となる位置から中心軸Ｘｂ方向を０°として該中心軸Ｘｂ方向となす角度αがαｍａｘとなるまでの領域において行われる。

角度αがαｍａｘ以上となると、光源バルブ２から出射された光は口金５で遮蔽されて受光器３に到達せず、上述した従来の配光特性測定装置を用いた測光方法と同様に直射光の測定は不可能となる。

そこで本発明の測光方法においては、光源バルブ２の口金５のガラスバルブ４側の面の全面を反射部材６で覆って表面を鏡面反射面７とし、光源バルブ２から口金５に向けて出射された光を、反射部材６の鏡面反射面７で反射させて反射光としてＣＣＤに取り込み、光源バルブ２から出射された直射光と光源バルブ２から出射されて鏡面反射面７で反射された反射光が混在する輝度写真を形成する。

これにより、図５に示すに、光源バルブ２を取り巻くように、光源バルブ２の発光源（例えば、フィラメント）８の位置を中心とする球状に配置された複数の輝度写真９による輝度写真群１０が生成されたことになる。

次に、光源バルブ２の測光によって得られた上記輝度写真群に基づく光源データファイルの作成手順を以下に説明する。

まず、ＣＡＤ上に、測光に使用した光源バルブ２の３次元形状モデルを作成する。この３次元形状モデルには口金５を覆う反射部材６の鏡面反射面７も組み込まれている。

そして、光源バルブ２の３次元形状モデルと輝度写真群を、測光時の互いの位置関係を保つと共に光源バルブ２の測定原点（発光源）を座標原点Ｏ（0，0，0）とする３次元座標空間に配置し、輝度写真群を構成する個々の輝度写真を所定の複数の領域に分割して、分割された夫々の微小領域を基点として光源バルブ２の３次元形状モデル方向に対する光線追跡を行う。

すると、輝度写真の微小領域には、該微小領域を基点とする光線追跡の到達点が光源バルブのガラスバルブとなるものと、鏡面反射面となるものができる。

各微小領域を基点とする光線追跡の到達点がガラスバルブとなるものは、ガラスバルブの夫々の光線追跡の到達点における３次元の光線ベクトルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）及び輝度値Ｌの各情報が、夫々の基点の測光輝度値と、基点からガラスバルブの位置Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）までの光線軌跡の方向に基づいて算出される。

一方、各微小領域を基点とする光線追跡の到達点が鏡面反射面となるものは、図６のように、鏡面反射面７における光線追跡の到達点の位置で反射した光線Ｍが交わるガラスバルブ４の位置Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、その位置Ｑの輝度値Ｌが夫々の基点の測光輝度値に基づいて算出される。このとき、基点の測光輝度値は、輝度値Ｌの算出精度を損なわないように、鏡面反射面の反射による輝度減衰分を考慮した値が使用される。

このときの光線ベクトルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）は、鏡面反射面における光線追跡の到達点の位置と鏡面反射面で反射した光線が交わるガラスバルブの位置Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を結ぶ光線軌跡の方向を算出して求められる。

つまり、鏡面反射面で反射された反射光による輝度データを光源バルブから鏡面反射面の方向へ向かう直射光によるものとして捉えるものである。

このように、光線を光源バルブの口金に向けて出射する光源バルブの３次元位置Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）における光線ベクトルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）及び輝度値Ｌの各情報は、口金を覆う反射部材６の鏡面反射面７による反射光の測光データを活用することにより求められる。

つまり、光源バルブ２から出射された直射光と光源バルブ２から出射されて鏡面反射面７で反射された反射光を測光することにより、光源バルブのガラスバルブの略全面に亘る３次元位置Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）における光線ベクトルＶ（ｘ，ｙ，ｚ）及び輝度値Ｌに係る情報データファイル（光源データファイル）を構築することが可能となる。

図７は、図８に示す形状の従来の光源バルブをそのまま測光して得たデータに基づいて構築した光源データファイルを２次元画像として表したものであり、図９は図８の形状の光源バルブの口金を反射部材で覆って表面を鏡面反射面とした図２に示す光源バルブ２を測光して得たデータに基づいて構築した光源データファイルを２次元画像として表したものである。

図７及び図９は共に、縦軸のＵ−Ｄ（９０°−９０°）方向は図１０のなかで示すＵ−Ｄ方向（発光源８となるフィラメントの巻き線方向に垂直な方向）に対応し、横軸のＬ−Ｒ（１８０°−１８０°）の方向は同じく図１０のなかで示すＬ−Ｒ方向（発光源８となるフィラメントの巻き線方向に平行な方向）に対応する。また、Ｕ−Ｄ方向が０°のＬ−Ｒ線上に位置する一対の水滴状の光度０の領域Ｅは発光源（フィラメント）を支持する導入線による影の部分が投影されたものであり、一対の半円形の光度０の領域Ｆは口金部による影の部分が投影されたものである。

図７と図９を比較すると、図９の口金による光度０の領域Ｆは図７の口金の光度０の領域Ｆに比べて遥かに小さい。つまり、従来の測光方法に比べて本発明の測光方法が口金の影響を少なくして広範囲に亘る光源バルブの光源データファイルを構築できたことが検証されている。

なお、口金付き光源バルブには他の形状を呈するものもあり、例えば、図１１に示すように、ガラスバルブ４の底部に平板状の融着封止部１１を有するものもある。この場合、上述の図２のように、口金のガラスバルブ側の面の全面を反射部材で覆って表面を鏡面反射面として測光を行うと、受光器が光源バルブの略中心軸上に位置したときに、発光源からの直射光と、発光源からガラスバルブの直下方向に出射されて鏡面反射面で反射されて再度ガラスバルブ内を導光された反射光の光路が重なり、受光器で検知された光を直射光と反射光に分別することは困難となる。

そこで、このような問題を回避するために、図１２に示すように、口金を覆うように設ける反射部材６による鏡面反射面７を少なくともガラスバルブ４の直下部は、口金に対して傾斜した状態に配置する。言い換えると、ガラスバルブ４の直下部における鏡面反射面７は光源バルブ４の中心軸Ｘｂに対して垂直とならないように反射部材６を設ける。

これにより、発光源からの直射光と、発光源から出射して鏡面反射面で反射された反射光の光路が重なることがなく、精度を損なわない光源データファイルを構築することが可能となる。

ところで、光源データファイルの精度を向上させるために、輝度写真データから光源データファイルを作成する際に、光源バルブのガラスバルブと受光器に搭載された受光素子との距離を考慮して測光輝度の実測値に対して距離補正パラメータγを用いることも可能である。

具体的には、光源データファイルにおけるガラスバルブ上の輝度値＝受光器による測光輝度の実測値×γとなる。距離補正パラメータγは、光源データファイルの構築後にガラスバルブ面の所定の位置の輝度を実測し、その実測輝度値とガラスバルブの同一位置の光源データファイルにおける輝度値を比較しながら距離補正パラメータγを調整して光源データファイルの輝度値を実測輝度値に近づけ、この処理を繰り返しながら距離補正パラメータγの最適化を図ることにより光源データファイルの精度を向上させることができる。

このように構築された光源データファイルは、車両用灯具の設計・開発段階において、光源バルブと共に光学系を構成するリフレクタ及びレンズ等の理想的な形状や、光源を含めたそれらの理想的な位置関係を検証する光学シミュレーションの基礎データとして活用され、最適化された灯具の実現に効果的に寄与するものである。

以上説明したように、本発明の車両灯具用光源バルブの測光方法は、光源バルブの測光時に測光の阻害となる口金に鏡面反射面を設けるといった簡単な処理を施すことにより、発光源から口金の方向に向けて出射された光を鏡面反射面による反射光として受光器に取り込んで光源データファイルの構築に活用できるという、大きな利点を有するものである。

本発明に係わる測定測光装置の説明図である。 被測定物の光源バルブの説明図である。 本発明に係わる測光方法の説明図である。 同じく、本発明に係わる測光方法の説明図である。 輝度写真の説明図である。 測光原理を示す説明図である。 従来の測光方法により構築された光源データファイルの２次元画像である。 従来の測光方法の被測定物となる光源バルブの説明図である。 本発明の測光方法により構築された光源データファイルの２次元画像である。 測光方向を示す説明図である。 他の光源バルブの説明図である。 図１１の光源バルブに反射部材を取り付けた状態を示す説明図である。 従来の測光方法を説明する説明図である。

符号の説明

１ 回転支持台
２ 光源バルブ
３ 受光器
４ ガラスバルブ
５ 口金
６ 反射部材
７ 鏡面反射面
８ 発光源
９ 輝度写真
１０ 輝度写真群
１１ 融着封止部

Claims (4)

1. ガラスバルブによる気密空間内に発光源を有すると共に、前記ガラスバルブの底部に該ガラスバルブの径方向に延びる口金を備えた車両灯具用光源バルブの測光方法であって、
   前記口金のガラスバルブ側の面を反射部材で覆って鏡面反射面を設けた光源バルブと前記鏡面反射面を設けない光源バルブのそれぞれについて、測定器に搭載された受光素子の方向を常に測光対象の光源バルブの発光源に向け、且つ前記受光素子と前記発光源との距離が常に一定となる状態で前記測定器によって前記測光対象の光源バルブを３次元方向から測光して３次元座標上の複数の領域ごとに光線のベクトル値及び輝度値を取得するステップと、
   前記鏡面反射面を設けた光源バルブ及び鏡面反射面を設けない光源バルブから取得した、直射光及び前記鏡面反射面で反射された反射光を含む測光データ及び直射光のみを含む測光データから前記反射光の測光データを抽出するステップと、
   前記反射光の測光データを前記光源バルブから前記鏡面反射面方向に出射された光として抽出するステップとを行うことを特徴とする車両灯具用光源バルブの測光方法。
2. 前記測定器により測光される前記３次元方向の測光範囲は、少なくとも、前記光源バルブの前記発光源を通る中心軸を中心とする円周方向については全周とし、前記中心軸を中心とする傾斜方向については、前記中心軸から前記測定器の前記受光素子を通る受光軸が前記鏡面反射面の外縁に至るまでとすることを特徴とする請求項１に記載の車両灯具用光源バルブの測光方法。
3. 前記受光素子はＣＣＤであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の車両灯具用光源バルブの測光方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の測光方法により取得された前記光源バルブから前記鏡面反射面に出射された光と前記光源バルブからの直射光との測光データとを合成して、当該光源バルブの発光特性モデルを生成することを特徴とする光源バルブの発光特性モデル生成方法。