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【発明の名称】 車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法
【発明者】 【氏名】夏目 和典

【氏名】前田 正弘
【要約】 【課題】複数の反射面素子からなる反射面において、灯具の点灯時に生じる光の面内分布不均一性が低減されるとともに、その設計効率が向上される車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法を提供する。

【解決手段】形状制約条件等を満たす自由曲面２０を基本形状とし、自由曲面２０をアレイ状に区分したセグメントに反射面素子を割り付けた構成とした反射鏡１の反射面１０ａの形状決定方法において、自由曲面２０を作成した段階での光入射角度による評価及び選別と、複数の反射面素子からなる反射面を作成した段階での光反射領域による評価及び選別との２段階で面形状の評価及び選別を行う。これによって、得られる反射面において発生する光不均一性が低減されるとともに、設計効率が向上される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 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、所定の形状制約条件を満たす自由曲面を作成する自由曲面作成ステップと、所定の機能条件を満たす前記自由曲面を反射面の作成に使用する自由曲面として選別する自由曲面選別ステップと、選別された前記自由曲面を複数のセグメントに区分し、それぞれの前記セグメントに、前記光源位置に配置される前記光源からの光を前記光軸に沿った方向に反射させる反射面素子を割り付けて、複数の前記反射面素子を含む反射面を作成する反射面作成ステップと、前記反射面の光反射特性を評価するための評価用軸を設定するととともに、前記光源位置に配置される前記光源からの光が入射されて前記評価用軸方向に反射される反射領域を前記反射面の各部位に対して求めて光反射領域分布を作成し、前記光反射領域分布が所定の領域分布条件を満たす前記反射面を反射鏡に使用する反射面として選別する反射面選別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。
【請求項２】 前記自由曲面選別ステップにおいて、前記光源位置に配置される前記光源からの光が入射される入射角度を前記自由曲面の各部位に対して求めて光入射角度分布を作成し、前記光入射角度分布が所定の前記機能条件である角度分布条件を満たす前記自由曲面を反射面の作成に使用する自由曲面として選別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。
【請求項３】 前記反射面選別ステップは、前記反射面に対向する平面として評価面を規定する評価面規定ステップと、前記評価面上において複数の評価点を設定する評価点設定ステップと、前記評価面上のそれぞれの前記評価点から、前記反射面に向かって前記評価用軸方向に仮想的に光線を伸ばし、その入射光線を前記反射面上の反射点で反射させたときの前記光源位置への反射光線の到達の有無を前記反射面の各部位での前記評価用軸方向への光反射の有無として前記反射領域を求める光反射領域導出ステップと、求められた前記反射領域によって前記光反射領域分布を作成して、前記反射面の評価を行う光反射領域分布評価ステップとを有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。
【請求項４】 前記評価点設定ステップにおいて、前記評価面上を区分して複数の評価用セグメントを作成し、それぞれの前記評価用セグメント内において少なくとも１つの前記評価点を設定するとともに、前記光反射領域導出ステップにおいて、それぞれの前記評価用セグメント内で設定された前記評価点に対して求められた光反射の有無を前記評価用セグメント内での光反射の有無とすることを特徴とする請求項３記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。
【請求項５】 前記評価点設定ステップにおいて、前記反射面素子が割り付けられている前記セグメントよりも小さいピッチで区分されて、前記評価用セグメントが作成されることを特徴とする請求項４記載の車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法。
【請求項６】 前記反射面作成ステップにおいて、複数の前記反射面素子のそれぞれの面形状は、前記光源位置に配置される前記光源からの光を前記光軸方向に反射させる形状とされるとともに、前記反射面選別ステップにおいて、前記光軸を前記評価用軸に設定して、求められた前記光反射領域分布によって前記反射面の選別を行う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。
【請求項７】 前記反射面作成ステップにおいて、複数の前記反射面素子のそれぞれの面形状は、前記光源位置に配置される前記光源からの光を前記光軸方向から所定範囲で拡散された方向に拡散反射させる拡散反射領域を有する形状とされるとともに、前記反射面選別ステップにおいて、複数の前記評価用軸を設定して、それぞれについて求められた前記光反射領域分布によって前記反射面の選別を行う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。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両に用いられる車両用灯具の反射鏡の反射面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】上記したように、最初に基本形状として自由曲面を決定し、その後に自由曲面上をセグメントに区分し反射面素子を割り付けて全体の反射面形状を決定すると、各反射面素子内の反射面において光源からみて他の反射面素子の影となって灯具の点灯時においても光らない領域が発生するなど、光源からの光の反射において面内での分布不均一性を生じる場合がある。このような光らない領域の発生については、それぞれの反射面素子において占める割合があまり大きくなく、また、各反射面素子でほぼ一様な割合で生じている場合には、灯具の点灯時においてもその光不均一性は顕著にはならない。
【０００８】しかしながら、自由曲面を基本形状とする反射面の作成においては、与えられる形状制約条件等によって、通常その形状が個々の灯具で大きく異なり、また、非対称な自由曲面形状となることが多い。特に、灯具の薄型化の条件によって、反射面の各部位に対する光源からの光の入射及び光軸方向への反射に対して、厳しい条件が課せられることとなる。そのため、各灯具において、与えられた形状制約条件を満たした上で、光が入射・反射されて明るい部分と、それ以外の暗い部分との分布不均一性が目立たない反射面を得ることが難しくなり、また、その設計工程において何度も反射面形状を作成し直すなど、設計効率が低下してしまうという問題を生じる。
【０００９】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の反射面素子からなる反射面において、灯具の点灯時に生じる光の面内分布不均一性が低減されるとともに、その設計効率が向上され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。
【００１０】
【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、（１）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、（２）所定の形状制約条件を満たす自由曲面を作成する自由曲面作成ステップと、（３）所定の機能条件を満たす自由曲面を反射面の作成に使用する自由曲面として選別する自由曲面選別ステップと、（４）選別された自由曲面を複数のセグメントに区分し、それぞれのセグメントに、光源位置に配置される光源からの光を光軸に沿った方向に反射させる反射面素子を割り付けて、複数の反射面素子を含む反射面を作成する反射面作成ステップと、（５）反射面の光反射特性を評価するための評価用軸を設定するととともに、光源位置に配置される光源からの光が入射されて評価用軸方向に反射される反射領域を反射面の各部位に対して求めて光反射領域分布を作成し、光反射領域分布が所定の領域分布条件を満たす反射面を反射鏡に使用する反射面として選別する反射面選別ステップとを有することを特徴とする。
【００１１】上記した車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法においては、反射面決定時（設計時）に得られる反射面形状について、その設計時の評価及び選別を、基本形状である自由曲面を作成した段階、及び複数の反射面素子を割り付けた反射面を作成した段階の２つの段階でそれぞれ行っている。これによって、薄型化などの形状制約条件を満たすと同時に、灯具の機能面において点灯時の好適な光均一性が実現される車両用灯具の反射鏡が効率的に得られる反射面決定方法とすることができる。
【００１２】ここで、自由曲面の段階での評価及び選別は、灯具に用いられる反射鏡の反射面としての機能面からの条件（機能条件）によって行っている。自由曲面が作成された段階においても、反射面としたときの光均一性の条件などに対してある程度の検討が可能である。また、この自由曲面の形状は、反射面素子を作成した後の影の出来方についても影響を与える。自由曲面段階においては、これらの問題に対して評価を行って、自由曲面の選別を行う。
【００１３】また、複数の反射面素子からなる反射面の段階での評価及び選別は、設定された評価用軸方向への反射領域によって行っている。反射面上での光反射領域は、点灯時に評価用軸方向から灯具を見たときの見え方（光り方）を示すものであり、これに関しては、上述したように、各反射面素子内の反射面において光源からみて他の反射面素子の影となって灯具の点灯時においても光らない領域が発生するなどの問題がある。反射面段階においては、これらの問題に対して光反射領域分布を作成して評価を行って、反射面の選別を行う。
【００１４】反射面形状の評価を、例えば複数の反射面素子からなる反射面の段階のみで行うのではなく、上記のように２つの段階においてそれぞれ異なる方法で評価及び選別を行うことによって、最終的に得られる反射面での点灯時の面内光分布における不均一性の発生を低減することができる。また、好適な光均一性を有する反射面を得るための設計工程を簡単化して、設計効率を向上させることができる。
【００１５】なお、反射面選別ステップにおける反射面の評価は、例えば、計算による光線追跡などの手法によって点灯時における反射面内の各部位における光り方について調べることによって行うことができる。
【００１６】また、自由曲面選別ステップにおいて、光源位置に配置される光源からの光が入射される入射角度を自由曲面の各部位に対して求めて光入射角度分布を作成し、光入射角度分布が所定の機能条件である角度分布条件を満たす自由曲面を反射面の作成に使用する自由曲面として選別することを特徴とする。
【００１７】自由曲面上での光入射角度に関しては、自由曲面上の部位に対する光の入射角度が小さすぎる領域があると、その領域に入射される光量が領域面積に対して小さくなるため、反射面としたときにその領域で反射されて灯具から出射される光強度が低下してしまうなどの問題がある。また、この入射角度は、反射面素子を作成した後の影の出来方や光の入射の有無にも影響する。したがって、自由曲面の段階での機能条件の評価に光入射角度を用いることによって、光分布の不均一性の発生を低減させることができる。
【００１８】また、反射面選別ステップは、（５ａ）反射面に対向する平面として評価面を規定する評価面規定ステップと、（５ｂ）評価面上において複数の評価点を設定する評価点設定ステップと、（５ｃ）評価面上のそれぞれの評価点から、反射面に向かって評価用軸方向に仮想的に光線を伸ばし、その入射光線を反射面上の反射点で反射させたときの光源位置への反射光線の到達の有無を反射面の各部位での評価用軸方向への光反射の有無として反射領域を求める光反射領域導出ステップと、（５ｄ）求められた反射領域によって光反射領域分布を作成して、反射面の評価を行う光反射領域分布評価ステップとを有することを特徴とする。
【００１９】評価面上に所定の個数及び配置によって複数の評価点を設定し、それらの評価点を利用して光反射領域の評価を行うことによって、反射面内において実際に光反射の評価を行う部位及びその配置を好適に設定することができるなど、評価及び選別を確実かつ効率的に行うことができる。
【００２０】また、灯具の点灯時における実際の光線に相当する光源からの光線追跡を行うのではなく、あらかじめ評価用軸及び評価点が与えられることに対応して、評価面側から評価用軸方向に逆に光線追跡を行っている。これによって、それぞれの評価用軸及び評価点についての光反射の評価をより確実に行うことができる。
【００２１】さらに、評価点設定ステップにおいて、評価面上を区分して複数の評価用セグメントを作成し、それぞれの評価用セグメント内において少なくとも１つの評価点を設定するとともに、光反射領域導出ステップにおいて、それぞれの評価用セグメント内で設定された評価点に対して求められた光反射の有無を評価用セグメント内での光反射の有無とすることを特徴としても良い。
【００２２】このように評価用セグメントに区分した上で、評価点の設定と光反射評価を行うことによって、反射面素子が割り付けられている反射面上のセグメント構造や、求められている灯具の性能等を考慮して、評価点の個数及び配置を好適に設定することができる。また、このような評価用セグメントは、光反射領域分布の作成にも利用することができる。
【００２３】このとき、評価点設定ステップにおいて、反射面素子が割り付けられているセグメントよりも小さいピッチで区分されて、評価用セグメントが作成されることが好ましい。これによって、各反射面素子内での光反射領域分布を評価することができる。
【００２４】上述したような評価用軸方向からの光反射評価は、評価しようとする反射面形状によって、１回または複数回行うことができる。
【００２５】例えば、反射面作成ステップにおいて、複数の反射面素子のそれぞれの面形状は、光源位置に配置される光源からの光を光軸方向に反射させる形状とされるとともに、反射面選別ステップにおいて、光軸を評価用軸に設定して、求められた光反射領域分布によって反射面の選別を行うことを特徴としても良い。この場合、反射面によって反射された光源からの光は、すべて光軸方向に出射されるので、光軸を評価用軸として設定して１回の光反射評価を行うことによって、その光均一性を好適に設定することができる。
【００２６】あるいは、反射面作成ステップにおいて、複数の反射面素子のそれぞれの面形状は、光源位置に配置される光源からの光を光軸方向から所定範囲で拡散された方向に拡散反射させる拡散反射領域を有する形状とされるとともに、反射面選別ステップにおいて、複数の評価用軸を設定して、それぞれについて求められた光反射領域分布によって反射面の選別を行うことを特徴としても良い。この場合、反射面によって反射された光源からの光は、光軸を含む所定の角度範囲に出射されるので、その角度範囲内で複数の評価用軸（光軸を含んでも良い）を設定して複数回の光反射評価を行うことによって、その光均一性を好適に設定することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面ととも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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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４０（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。
【００３３】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面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別される。
【００３４】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４１に、複数の反射面素子４０（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つのセグメント４１に割り付けられた反射面素子４０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。
【００３５】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４０に対応する各セグメント４１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４０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。
【００３６】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、自由曲面選別ステップ１０２、反射面作成ステップ１０３、反射面選別ステップ１０４の各ステップを有し、最終的に反射面決定ステップ１０５において反射面形状が決定される。さらに、自由曲面選別ステップ１０２は、光入射角度導出ステップ１０２ａ、及び光入射角度分布評価ステップ１０２ｂを有する。また、反射面選別ステップ１０４は、評価面規定ステップ１０４ａ、評価点設定ステップ１０４ｂ、光反射領域導出ステップ１０４ｃ、及び光反射領域分布評価ステップ１０４ｄを有する。
【００３７】条件設定ステップ（ステップ１００）
【００３８】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。
【００３９】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。
【００４０】自由曲面作成ステップ（ステップ１０１）
【００４１】次に、反射面１０ａの基本形状となる自由曲面２０を作成する。
【００４２】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考慮して作成される。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るが、灯具の種類などによって必要とされる性能は異なる。これらの条件、及び条件設定ステップ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、自由曲面２０を作成する。
【００４３】自由曲面選別ステップ（ステップ１０２）
【００４４】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から、反射面１０ａの作成に使用する自由曲面を選別する。
【００４５】本実施形態においては、自由曲面選別ステップ１０２は、以下に述べる光入射角度導出ステップ１０２ａ、及び光入射角度分布評価ステップ１０２ｂからなる。
【００４６】光入射角度導出ステップ（ステップ１０２ａ）
【００４７】まず、自由曲面２０の各部位に対する光源位置に配置される光源からの光の入射角度を求める。
【００４８】図４は、自由曲面２０を仮に反射鏡１の反射面形状としたときの灯具形状（したがって、実際に作製される灯具形状とは異なる）の、光軸Ａｘに平行な平面による側面断面図である。
【００４９】自由曲面２０の評価に用いる光入射角度θは、図４に示すように、条件設定ステップ１００において設定された光源位置（光源点Ｆ）に光源（光源バルブＢ）が配置されたものとして、その光源からの光の自由曲面２０への入射光線と自由曲面２０とのなす角によって与えられる。この光入射角度θを、自由曲面２０上の各部位についてそれぞれ求める。また、光源からの光が自由曲面２０の他の部位に遮られて入射できない部位があれば、それについても調べる。
【００５０】光入射角度分布評価ステップ（ステップ１０２ｂ）
【００５１】次に、光入射角度導出ステップ１０２ａにおいて求められた自由曲面２０の各部位での光入射角度θに基づいて光入射角度分布を作成し評価して、反射面１０ａの作成に使用する自由曲面を選別する。
【００５２】自由曲面２０上での光入射角度θについては、光入射角度θが小さすぎる部位があると、その部位に入射される光量が小さくなるなどの問題を生じる。例えば、反射面全体の形状が矩形である場合には、その４隅近傍の自由曲面２０上の部位は光源からの距離が遠くなる（図１及び図２参照）。このとき、４隅に向かう矩形形状の対角線方向において、４隅の部位まで光源からの光を入射させるために自由曲面２０の形状が遠方で他の部分と比べて平坦となり、そのために光源からの光入射角度θが小さくなる場合がある（図４に示す領域２０ａ）。また、車体への取り付け時に灯具近傍に位置する他の部材との位置関係によって、自由曲面２０上に局所的な凸状領域を生じる場合もある。
【００５３】このような問題に対して、あらかじめ許容される角度分布条件を設定しておき、この条件にしたがって、自由曲面２０に対して得られた光入射角度分布を評価して、好適な自由曲面２０を選別する。
【００５４】光入射角度分布については、光入射角度導出ステップ１０２ａで自由曲面２０の各部位に対して得られた光入射角度θのデータをコンピュータ等によってデータ処理して、光入射角度分布を作成するとともに、その光入射角度分布を示す２次元画像データを作成することが好ましい。このような２次元画像データを表示装置（コンピュータのディスプレイなど）に表示させることによって、設計者が、表示された光入射角度分布データが角度分布条件に適合しているかどうかを判断することが可能となる。この場合、２次元画像データの構成方法としては、光入射角度に基づいて自由曲面２０の各部位に対応するピクセルの色を設定し、その色分布によって角度分布を見る方法や、等高線状の等入射角度曲線を用いて角度分布を表す方法などがある。
【００５５】また、光入射角度分布に対して適用する角度分布条件を数値化し、その角度分布数値条件を得られた光入射角度分布が満たしているかどうかをコンピュータ等による演算処理で自動判別するようにしても良い。
【００５６】一方、光入射角度θの評価及び自由曲面２０の選別に用いる角度分布条件については、灯具の種類や要求される機能等に対応して各灯具に対して適宜設定することが可能である。一般的には、上記したように光源からの光入射角度θが小さくなり過ぎないようにする条件が挙げられる。この場合、許容される光入射角度θの最小値を角度分布条件として設定しておき、光入射角度分布の全体で光入射角度θが設定された最小値以上となる自由曲面２０を選別することが可能である。
【００５７】あるいは、角度分布における光入射角度θの変化率（自由曲面２０の面内での位置変化に対する入射角度変化）が大きくなり過ぎないようにする条件が挙げられる。この場合、許容される入射角度変化率の最大値を角度分布条件として設定しておき、光入射角度分布の全体で入射角度変化率が設定された最大値以下となる（急激に入射角度が変化する部位がない）自由曲面２０を選別することが可能である。
【００５８】これらの角度分布条件については、必ずしも条件が数値化されている必要はなく、光入射角度分布を示す画像データを見て設計者が判断するための判断基準などのように条件が設定されても良い。
【００５９】反射面作成ステップ（ステップ１０３）
【００６０】次に、自由曲面選別ステップ１０２において選別された自由曲面２０を使用して、複数の反射面素子４０を含む反射面１０ａを作成する。
【００６１】ここでは、自由曲面２０上を複数のセグメントに区分し、各セグメントに反射面素子を割り付けて反射面１０ａを作成する。例として、図２に示した反射鏡１では、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、Ｚ軸方向から見たときに、それぞれの方向に沿って一定のピッチとなる矩形状に自由曲面２０を区分して、アレイ状に配列された複数のセグメント４１を生成している。そして、それらのセグメント４１のそれぞれに対して所定の面形状を有する反射面素子４０を割り付けることによって、反射面１０ａの全体を構成する。自由曲面２０の複数のセグメントへの区分については、自由曲面２０上を直接分割していく方法や、別に設計用の仮想平面を設けて分割を行う方法など、様々な方法を用いることができる。
【００６２】各セグメント４１に割り付けられる反射面素子４０の反射面形状については、図５に示すように、光源点Ｆに配置される光源からの光を光軸Ａｘ（Ｚ軸）の方向に反射させる面形状とすることが好ましい。このとき、それぞれの反射面素子４０での反射面４０ａの具体的な面形状としては、光源点Ｆを焦点、光軸Ａｘを中心軸として、自由曲面２０上の各セグメント４１の位置に対応して設定された焦点距離（各反射面素子４０で異なる）で生成された回転放物面を用いることができる。図５に示した反射面素子４０では、その反射面４０ａの全体が回転放物面からなる放物面部４５から構成されている。また、セグメント４１の大きさや実際の反射鏡作製精度等によっては、回転放物面を近似した平面などを面形状として用いても良い。
【００６３】また、反射面素子４０の反射面形状について、図６に示すように、光源点Ｆに配置される光源からの光を光軸Ａｘ（Ｚ軸）を含む所定の角度範囲で拡散された方向に拡散反射させる面形状とすることも可能である。このとき、それぞれの反射面素子４０での反射面４０ａの具体的な面形状としては、上記した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た形状を用いることができる。図６に示した反射面素子４０では、その反射面４０ａは、回転放物面形状に形成されている放物面部４５と、光拡散機能を有するように回転放物面形状に対して凸状形状に形成（変形）されている拡散反射部４６とを有して構成されている。
【００６４】ここで、放物面部４５は隣接する反射面素子４０の影となる部分であり、実際に光源バルブＢからの光が入射される部分は、図６の例においては拡散反射部４６として構成されている。また、この拡散反射部４６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。このとき、車両用灯具のレンズ３としては、図１に示したＹ軸方向についての光拡散機能を有するレンズステップ３ａなどが用いられる。
【００６５】反射面素子４０の反射面４０ａが有する光拡散機能については、灯具に要求されている外観制約条件、機能条件、及び用いられるレンズ３の形状などから設定される。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の２方向について光拡散機能を有する拡散反射部４６の形状とすることも可能である。
【００６６】反射面選別ステップ（ステップ１０４）
【００６７】次に、反射面作成ステップ１０３において作成された反射面１０ａから、反射鏡１に使用する反射面を選別する。
【００６８】本実施形態においては、反射面選別ステップ１０４は、以下に述べる評価面規定ステップ１０４ａ、評価点設定ステップ１０４ｂ、光反射領域導出ステップ１０４ｃ、及び光反射領域分布評価ステップ１０４ｄからなる。
【００６９】評価面規定ステップ（ステップ１０４ａ）
【００７０】まず、反射面作成ステップ１０３において作成された反射面１０ａに対して、評価に用いる評価用軸Ｌｘ及び対応する評価面５０を規定する。
【００７１】図７は、反射面１０ａに対する評価用軸Ｌｘ及び評価面５０の設定について示す斜視図である。なお、図７においては、反射面素子４０が割り付けられるセグメント４１と評価面５０上の評価用セグメント５１との対応を示すため、複数の反射面素子４０からなる反射面１０ａにかわって、複数のセグメント４１に区分された自由曲面２０を示している。
【００７２】まず、反射面１０ａ（図７には自由曲面２０で示されている）を評価する評価用軸Ｌｘを設定する。評価用軸Ｌｘは、この評価用軸Ｌｘの方向に反射面１０ａから反射されてくる光の有無によって、灯具の点灯時における反射領域（灯具の光り方）を評価するためのものであり、光軸Ａｘ、または光軸Ａｘに対して所定の角度をなす軸に設定される。図７に示す例においては、評価用軸Ｌｘを光軸Ａｘと一致させて設定している。
【００７３】この評価用軸Ｌｘに対応して、反射面１０ａに対向する評価用の仮想平面である評価面５０が規定される。評価面５０は、反射面１０ａ、あるいは反射鏡１を含む灯具、を評価用軸Ｌｘの方向から見たときの視野平面に相当するものであり、例えば評価用軸Ｌｘに直交する平面として、光軸Ａｘが通る自由曲面２０上の点Ｐに対応する点Ｐ’を含んで設定される。ここで、評価面５０上で反射面１０ａに対応する領域（図７においては矩形の領域）を示す区画領域を、反射面外形５０ａとする。
【００７４】評価点設定ステップ（ステップ１０４ｂ）
【００７５】次に、評価面規定ステップ１０４ａにおいて規定された評価面５０において、評価に用いる複数の評価点５２を設定する。
【００７６】評価点５２は光反射を評価するための光線追跡の基点となる点であり、評価面５０上の反射面外形５０ａ内に、光反射の評価及び反射面１０ａの選別に必要な個数や配置などの所定の条件で分布するように設定される。図７においては、そのように複数の評価点５２を設定する方法の例として、評価面５０上に複数の評価用セグメント５１を生成して評価点５２を設定する方法が示されている。
【００７７】図７に示した例においては、まず、評価面５０上の反射面外形５０ａ内の領域を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を２つの区分方向として一定のピッチで区分して、複数の評価用セグメント５１を生成する。この評価用セグメント５１は、基本的には反射面１０ａでのセグメント４１とは独立に設定される。
【００７８】このとき、反射面１０ａの各反射面素子４０（セグメント４１）内での光反射の分布を評価するため、評価用セグメント５１を生成する区分ピッチをセグメント４１の区分ピッチよりも小さくすることが好ましい。図７では、評価用セグメント５１のピッチをセグメント４１のピッチの１／２（１／整数）として作図してある。ただし、この評価用セグメント５１のピッチは、必ずしもセグメント４１のピッチの１／整数とする必要はない。
【００７９】続いて、それぞれの評価用セグメント５１内に少なくとも１つの評価点５２を設定する。図７においては、反射面外形５０ａ内の評価用セグメント５１のうち右端から３番目、上端から８番目に位置する評価用セグメント５１、及びその周辺の評価用セグメント５１について、設定された評価点５２を図示している。それ以外の評価点については図示を省略しているが、これらの評価点５２は、反射面外形５０ａ内のすべての評価用セグメント５１に対して、同様にその中心点の１点に設定されている。なお、図中においては、上記した評価用セグメント５１内の評価点５２から反射面１０ａ（自由曲面２０）の方向に向かう矢印によって、評価用軸Ｌｘを示してある。
【００８０】光反射領域導出ステップ（ステップ１０４ｃ）
【００８１】次に、評価点設定ステップ１０４ｂにおいて設定された複数の評価点５２から光線追跡を行って、反射面１０ａの各部位における光反射の有無による光の反射領域を求める。
【００８２】図８は、複数の反射面素子４０からなる反射面１０ａを反射鏡１の反射面形状としたときの灯具形状の光軸Ａｘに平行な平面による側面断面図である。この図８においては、光反射の評価のための光線追跡の例として、評価面５０上の２つの評価点５２1及び５２2からの光線追跡について示してある。
【００８３】評価点５２からの光線追跡は、評価面５０上の各評価点５２から反射面１０ａの方向に評価用軸Ｌｘ方向に沿って光線を伸ばし、その光線と反射面１０ａ（各反射面素子４０の反射面４０ａ）との交点である反射点４２によって光線を反射させる。そして、その反射光線が光源位置（光源点Ｆ）に到達するかどうかによって、反射面１０ａ上の各部位における評価用軸Ｌｘ方向への光反射（灯具からの光出射）の有無を求める。
【００８４】図８に示した例では、評価点５２1からの光線Ｌ１は、反射面素子４０1の反射面上の反射点４２1によって反射されて、光軸Ａｘ上の光源点Ｆに到達している。したがって、この評価点５２1においては、反射面１０ａによる光反射、すなわち点灯時における灯具からの光の出射、が有ると評価される。
【００８５】一方、評価点５２2からの光線Ｌ２は、反射面素子４０2の反射面上の反射点４２2によって反射されるが、その反射光路上に光源側に隣接する他の反射面素子が存在するため、反射光線は光源点Ｆに到達することができない。したがって、この評価点５２2においては、反射面１０ａによる光反射が無いと評価される。
【００８６】このような光線追跡による光反射の評価を、評価面５０上に設定されたすべての評価点５２について順次行い、灯具の点灯時に光源位置に配置される光源からの光が評価用軸Ｌｘ方向に反射される反射領域を求める。
【００８７】なお、必要があれば、光源位置に配置される光源が点光源でなく有限の大きさ及び形状（例えばフィラメント形状）を有することによる効果をも考慮して、光反射領域を求めても良い。この場合、設定された光源位置の範囲内に光が到達した場合に光反射ありとするなどの方法がある。
【００８８】光反射領域分布評価ステップ（ステップ１０４ｄ）
【００８９】次に、光反射領域導出ステップ１０４ｃにおいて求められた反射面１０ａの各部位での光反射領域（各部位での光反射の有無）に基づいて光反射領域分布を作成し評価して、反射鏡１の作製に使用する反射面を選別する。
【００９０】反射面１０ａ上での光反射領域については、各反射面素子４０において生じる他の反射面素子の影などの光反射のない部分（以下、暗部という）の、光反射のある部分（以下、明部という）に対する割合が大きくなったり、反射面１０ａ全体において、暗部が多い部分や、明部が多い部分などの明暗部分の分布偏りがあると、点灯時に灯具から出射される光不均一性が大きくなるという問題を生じる。例えば、図４に示す領域２０ｂのように光源からみて凹状、あるいはそれに近い形状になっている自由曲面２０上の領域や、自由曲面２０で面形状の変化が大きい領域において反射面素子４０の割り付けを行うと、このような明暗が大きくなり、光不均一性が顕著になる場合がある。
【００９１】このような問題に対して、あらかじめ許容される領域分布条件を設定しておき、この条件にしたがって、反射面１０ａに対して得られた光反射領域分布を評価して、好適な反射面１０ａを選別する。
【００９２】光反射領域分布については、光反射領域導出ステップ１０４ｃで反射面１０ａの各部位に対して得られた光反射領域のデータ（光反射の有無のデータ）をコンピュータ等によってデータ処理して、光反射領域分布を作成するとともに、その光反射領域分布を示す２次元画像データを作成することが好ましい。このような２次元画像データを表示させることによって、自由曲面２０の選別時と同様に、設計者が、表示された光反射領域分布が領域分布条件に適合しているかどうかを判断することが可能となる。この場合、２次元画像データの構成方法としては、光反射の有無（点灯時の明暗）に基づいて反射面１０ａの各部位に対応するピクセルを白（明）または黒（暗）に設定し、その白黒パターンによって領域分布を見る方法などがある。
【００９３】また、光反射領域分布に対して適用する領域分布条件を数値化し、その領域分布数値条件を得られた光反射領域分布が満たしているかどうかをコンピュータ等による演算処理で自動判別するようにしても良い。
【００９４】図７に示したように評価面５０上の反射面外形５０ａ内を評価用セグメント５１に区分し、それぞれに評価点５２を設定して光反射評価を行った例では、評価点５２に対して得られた光反射の有無を対応する評価用セグメント５１における光反射の有無として、光反射領域分布を作成することができる。
【００９５】図９は、このようにして得られる光反射領域分布について、反射面１０ａの一部を拡大して示す平面図である。図９においては、それぞれのセグメント形状が略正方形として配列された複数のセグメント４１について、２×２で４個のセグメント４１及びそれらに割り付けられた反射面素子４０を示している（実線で示した４個の正方形）。一方、評価用セグメント５１については、そのピッチを、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともにセグメント４１のピッチの１／４に設定して、上記した反射面素子４０に対応している８×８で６４個の評価用セグメント５１を示している（点線で示した６４個の正方形）。
【００９６】また、４つの反射面素子４０のうち、図中の左下側に位置する反射面素子４０内に位置する１６個の評価用セグメント５１に対して、それぞれの評価用セグメント５１の中心点として設定された評価点５２を図示してある。図示しない他の評価点５２も同様である。これらの評価点５２は、評価用軸Ｌｘを光軸Ａｘと一致させている場合には、反射面１０ａ上の反射点４２と平面図上において一致している。
【００９７】図９に示した光反射領域分布における明部４０ｃ及び暗部４０ｄによる明暗パターンは、それぞれの評価用セグメント５１での明（光反射あり）または暗（光反射なし）を、その評価用セグメント５１の中心点である評価点５２での光反射の有無によって評価して作成されている。図示した明暗パターンは、光源に対してほぼ左上方向に位置する（図２参照）反射面素子４０において生じるパターンの１例を示すものであるが、このような明暗パターンを反射面１０ａ全体に対して作成して、全体の光反射領域分布とする。
【００９８】光反射領域の評価及び反射面１０ａの選別に用いる領域分布条件については、自由曲面２０に対する角度分布条件と同様に、灯具の種類や要求される機能等に対応して各灯具に対して適宜設定することが可能である。一般的には、一定の領域範囲での暗部の割合が他の領域に比べて多すぎる部分を生じないようにする条件が挙げられる。この場合、例えば、評価用セグメント５１及びセグメント４１よりもやや広い領域に反射面１０ａ内を区分して各領域について平均的な明るさを求め、それらの明るさの最大値と最小値、あるいはそれらの比の上限を領域分布条件として設定して明暗分布の不均一性を評価し、明暗分布がその許容範囲内にある反射面１０ａを選別することが可能である。
【００９９】あるいは、領域分布における明暗の変化（反射面１０ａの面内での位置変化に対する明暗変化）が大きくなり過ぎないようにする条件が挙げられる。この場合、上記したような明暗分布の評価において、許容される明暗変化率の最大値を領域分布条件として設定しておき、光反射領域分布の全体で明暗変化率が設定された最大値以下となる（急激に明暗が変化する部位がない）反射面１０ａを選別することが可能である。
【０１００】なお、これらの領域分布条件については、必ずしも条件が数値化されている必要はなく、光反射領域分布を示す画像データを見て設計者が判断するための判断基準であっても良い。
【０１０１】反射面決定ステップ（ステップ１０５）
【０１０２】以上の各ステップを経て得られた反射面１０ａに基づいて、反射鏡１に用いられる反射面１０ａの形状を決定する。
【０１０３】ここでは、基本的には反射面選別ステップ１０４で選別された反射面１０ａがそのまま面形状として採用されるが、実際の反射鏡の作製方法からの制限条件などによって形状の補正または調整等を行っても良い。調整が行われる部分としては、例えば、隣接する反射面素子４０の境界にある段差部分のテーパ形状や、角部分の丸みなどがある。
【０１０４】最終的な反射面１０ａの面形状が決定されたら、それに基づいて反射鏡１の全体の形状を決定し、その形状データに基づいて反射鏡の作製が行われる。
【０１０５】なお、自由曲面選別ステップ１０２または反射面選別ステップ１０４において、自由曲面２０または反射面１０ａが与えられた条件を満たさない場合には、自由曲面作成ステップ１０１または反射面作成ステップ１０３に戻って作成を再度行い、それらについて評価及び選別を繰り返す。
【０１０６】以上のべたように、本実施形態による車両用灯具の反射鏡の反射面決定方法では、反射面形状の設計時において、基本形状である自由曲面２０が作成された段階、及び複数の反射面素子４０を割り付けた後の反射面１０ａが作成された段階の２つの段階で、それぞれ異なる方法で面形状の評価及び選別を行っている。これによって、形状制約条件と機能条件との両立を実現して、点灯時における光不均一性の発生が低減された反射面を得ることができる。また、そのような反射面を得るための面形状の設計効率が向上され、より短時間で反射面形状を決定することが可能となる。
【０１０７】また、上記した実施形態においては、反射面段階での光反射領域の評価について、評価用軸に対応した評価面を規定し、この評価面上に複数の評価点を設定して光線追跡による評価を行っている。このような方法によれば、評価点の配置等を好適に設定でき、さらに、評価用軸方向からみた光反射領域分布データの作成も容易となる。特に、評価面上を区分した評価用セグメントを利用することによって、評価工程が効率化される。
【０１０８】また、このとき、評価点側から反射面に向かって光線追跡を行えば、必要最小限の光線追跡計算で光反射領域の評価を行うことができ、評価及び選別の工程が簡単化される。
【０１０９】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。
【０１１０】例えば、図９に示した光反射領域分布の例においては、明部４０ｃ及び暗部４０ｄの白黒パターンを用いているが、さらに、明部４０ｃ内の各部位における光量（明るさ）の違いについても評価及び選別を行っても良い。この場合、光反射領域分布を示す画像データは、多段階のグレイスケールや色分けによって作成することができる。
【０１１１】また、反射面選別ステップ１０４における光反射評価は、１回のみに限らず、複数の異なる評価用軸Ｌｘによって複数回行っても良い。
【０１１２】例えば、図５に示した例のように、反射面素子４０の反射面４０ａが光軸Ａｘの方向に光源からの光を反射する放物面部４５からなる場合には、光源からの光はすべて光軸Ａｘの方向へと反射されるので、光軸Ａｘを評価用軸Ｌｘに設定して１回の光反射評価を行えば良い。
【０１１３】一方、図６に示した例のように、反射面素子４０の反射面４０ａが光源からの光を光軸Ａｘに対して拡散反射させる拡散反射部４６を有する場合には、複数の評価用軸Ｌｘを設定してそれぞれについて光反射評価を行い、それらの結果を総合して反射面１０ａの選別を行っても良い。
【０１１４】また、最終的な反射面１０ａにおいて拡散反射部を設ける場合でも、反射面作成ステップ１０３では回転放物面形状のみによって反射面素子４０の面形状を作成し、反射面選別ステップ１０４において光軸Ａｘを評価用軸Ｌｘとして光反射評価を行って反射面１０ａを選別しても良い。この場合、選別された反射面１０ａに拡散反射部を設ける変形をさらに行って、最終的な反射面形状を決定することができる。
【０１１５】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１０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、光軸Ａｘを中心とした放射状の動径方向と、光軸Ａｘを中心とした同心円状の円周方向とに沿って反射面１０ａを区分して、それぞれ反射面素子４０が割り付けられる複数のセグメント４１を作成している。このとき、それぞれのセグメント４１は図１０に示すように扇形状となる。
【０１１６】このようなセグメント形状を有する反射面１０ａの光反射評価においては、評価面５０上での評価用セグメント５１は、上記した実施形態と同様にＸ軸方向及びＹ軸方向を区分方向としたアレイ状としても良いが（図７参照）、反射面１０ａの構造と対応させて扇形状に評価用セグメント５１を生成させても良い。
【０１１７】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。
【０１１８】
【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、反射面形状の決定時（設計時）における面形状の評価を、反射面形状が得られてから行うのではなく、基本形状である自由曲面段階での光入射角度などの機能条件による評価と、複数の反射面素子が割り付けられた反射面段階での光反射領域による評価との２段階の異なる方法で行って、面形状選別を行う。これによって、得られる反射面形状を用いた反射鏡を備える車両用灯具において、灯具の点灯時に生じる面内光分布の不均一性が低減される。また、そのような反射面形状を得るための設計工程が簡単化されて、設計効率が向上される。
【０１１９】特に、車体側からの条件によって要求される灯具の薄型化など、厳しい形状制約条件が課せられている場合に、このような方法が有効であり、様々な制約条件を満たすと同時に灯具としての機能的な好適条件が充分に達成される反射鏡を得ることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００１１３３
【氏名又は名称】株式会社小糸製作所
【出願日】 平成１２年１月７日（２０００．１．７）
【代理人】 【識別番号】１０００８８１５５
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹 （外３名）
【公開番号】 特開２００１−１９５９０９（Ｐ２００１−１９５９０９Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−１６７７（Ｐ２０００−１６７７）