KR100389783B1 - 차량용 램프 및 그 반사경의 반사면 결정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 광균일성 및 광확산성의 기능 조건을 향상시키는 동시에, 투명감이 있는 박형의 외관 및 형상을 갖는 차량용 램프와, 그 반사경의 반사면 결정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

반사경(1)의 반사면(10a)에 있어서, 기능 조건 중의 광균일성과, 형상 조건인 박형화를 만족시키도록 작성된 자유 곡면(20)을 기본 형상으로 하고, 자유 곡면(20)을 어레이형으로 구분한 세그먼트에, 기능 조건 중의 광확산성과, 외관 조건인 투명감을 만족시키도록 작성된 반사면 소자(14)를 형성한 구성으로 한다. 특히, 자유 곡면(20) 또는 반사면(10a)을, 광축 방향에 관하여 규정된 광속 발산도(M)가 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족시키도록 형성함으로써 전술한 각 조건을 적절하게 실현할 수 있다.

Description

차량용 램프 및 그 반사경의 반사면 결정 방법{VEHICLE LAMP AND METHOD OF DETERMINING REFLECTIVE SURFACE OF REFLECTOR THEREOF}

본 발명은 자동차 등의 차량에 이용되는 차량용 램프 및 그 반사경의 반사면 결정 방법에 관한 것이다.

차량용 램프에는, (1) 램프로서의 기능에 관한 측면에서의 조건과, 자동차 등의 차량에 장착된 상태로 사용됨으로 인한 (2) 형상에 관한 측면에서의 조건(형상 제약 조건)과, (3) 외관에 관한 측면에서의 조건(외관 제약 조건)이 부여된다. 따라서, 부여된 형상 및 외관 측면에서의 제약 조건을 만족시킨 후에 기능 측면에서의 조건을 최적화한 램프를 실현할 것이 요구된다.

기능 측면의 조건으로서는, 램프의 종류에 따라서 램프 전체가 균일하게 빛나는 광균일성이나, 빛이 적절히 확산되어 여러 방향에서 보아도 빛나는 광확산성 등이 요구된다.

또한, 차량 또는 차체 측면의 제약 조건에 있어서, 형상 제약 조건으로는 차체의 램프 수납부의 용적 및 형상이나, 램프 외면(렌즈 외면)의 다른 차체 부분과의 연속 형상 등에 따른 조건이 있다. 또한, 외관 제약 조건으로는 다른 차체 부분의 외관과의 조화나, 차체의 디자인 측면에서의 요구 등에 따른 조건이 있다.

최근에 이르러 점점 더 차량을 다양하게 설계할 수 있게 됨에 따라서, 각 차량의 형태와, 조명등이나 표시등과 같은 램프의 종류 등에 따라 더욱 다양해지는차체 측면의 제약 조건에 적합한 차량용 램프가 필요해지고 있다. 그러한 램프의 하나로서, 램프의 외면을 구성하는 렌즈를 투명한 것으로 사용함으로써 램프의 외관에 투명감과 깊이감을 낸 표시등이 있다.

종래의 이러한 표시등으로서는, 예컨대 광원으로부터의 광을 반사하는 반사경의 반사면을 단일 초점 포물면 형상으로 형성하고, 그 반사면을 복수의 세그먼트에 격자형으로 구분한 구조로서, 그 각 세그먼트에 광원으로부터의 빛을 확산 반사시키는 확산 반사용 스텝(step)을 배치한 구성이 있다. 이 경우에는, 반사경에서 빛이 확산되기 때문에, 렌즈가 빛을 많이 확산시킬 필요가 없다. 따라서, 렌즈로서 투명감이 있는 스텝이 형성된 렌즈 또는 스텝이 없는 렌즈 등을 사용할 수 있고, 따라서 전술한 외관 제약 조건인 투명감이 실현된다.

그러나, 전술한 구성에 의한 램프는 반사면의 기본 형상이 단일 포물면을 따르고 있기 때문에 램프의 두께를 감소시킬 수 없고, 차체의 램프 수납부의 용적에 따른 램프의 박형화라는 형상 제약 조건에 따르기 곤란하다. 또한, 기능면에 있어서도 방출되는 빛의 광균일성을 충분히 확보할 수 없다.

또한, 다른 표시등으로는, 반사면의 기본 형상을 형상 제약 조건 등으로부터 설정한 자유 곡면으로 하고, 그 자유 곡면 상에 광원 및 광축을 중심으로 하여 복수의 회전 포물면을 거의 동심원형으로 순차 형성한 구성이 있다. 이 경우에는, 설계상 많은 자유도가 주어지기 때문에 램프의 박형화 등 형상 제약 조건에 비교적 용이하게 대응할 수 있다(예컨대, 일본 특개평 제9-33708호 공보 참조).

그러나, 전술한 구성에 있어서는 회전 포물면에 의한 반사를 이용하고 있기때문에 반사면으로부터 방출되는 빛은 확산 반사되지 않는 거의 평행한 빛이며, 렌즈로 어안 스텝 렌즈(fish-eye stepped lens) 등을 사용해서 빛을 확산시켜야 하기 때문에, 렌즈에 투명감이 결여되어 외관 제약 조건인 투명감을 얻을 수 없다.

본 발명은 이상의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 광균일성 및 광확산성의 기능 조건이 향상되는 동시에, 투명감이 있는 박형의 외관 및 형상을 갖는 차량용 램프와, 그러한 조건을 만족시키는 램프를 실현할 수 있는 반사경의 반사면 형상을 효율적으로 결정할 수 있는 차량용 램프의 반사경의 반사면 결정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 램프의 일 실시 형태의 구성을 일부 파단하여 보여주는 분해 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 차량용 램프의 반사경의 구성을 보여주는 평면도.

도 3은 반사경의 반사면 결정 방법을 보여주는 플로우 차트.

도 4는 반사경의 초기 기준선의 설정 방법을 설명하기 위한 램프 형상의 단면도.

도 5는 선분 광원으로부터 빛이 방출되는 분포와, 광속 발산도에 대해서 설명하기 위한 도면.

도 6은 각 기준선에서의 광속 발산도(M)의 값을 보여주는 그래프.

도 7은 반사경의 곡면 기준선, 자유 곡면 및 자유 곡면상에 형성된 반사면 소자를 보여주는 단면도.

도 8은 자유 곡면의 작성 방법을 보여주는 사시도.

도 9는 자유 곡면을 어레이형의 세그먼트로 구분하는 방법을 보여주는 사시도.

도 10은 반사면 소자의 구성의 일례를 보여주는 사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 반사경

3: 렌즈

3a: 렌즈 스텝

5: 기준 평면

10a: 반사면

11: 광원 삽입 구멍

12: 외부 프레임부

14: 반사면 소자

15: 포물면부

16: 확산 반사부

20: 자유 곡면

21: 초기 기준선

22, 22_l∼22₈: 곡면 기준선

23a∼23d: 자유 곡선

24: 세그먼트

54: 기준 세그먼트

B: 광원 전구

F: 광원점

Ax: 광축

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 차량용 램프의 반사경의 반사면 결정 방법은, (1) 광원이 배치되어야 되는 광원 위치와, 이 광원 위치를 지나 고 광원으로부터의 빛이 반사경에 의해 반사되어야 되는 방향을 지정하는 광축을 설정하는 조건 설정 단계와, (2) 광축 상의 소정 위치로부터 각각 방사형으로 연장되는 복수의 초기 기준선을, 이 초기 기준선의 각 부분에 대해서 광축 방향으로 규정된 광속 발산도(M)가 각각의 초기 기준선에 있어서 일정해지도록 설정하는 초기 기준선 설정 단계와, (3) 각각의 초기 기준선 전체에 대한 광속 발산도(M)의 복수의 초기 기준선에서의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대한 조건 Mmax/Mmin≤6과, 소정의 형상 제약 조건을 만족하도록 복수의 초기 기준선을 각각 변형해서 복수의 곡면 기준선을 작성하는 곡면 기준선 작성 단계와, (4) 복수의 곡면 기준선을 포함하는 자유 곡면을 작성하는 자유 곡면 작성 단계와, (5) 자유 곡면을 어레이형의세그먼트로 구분하고, 각각의 세그먼트에 광원 위치로부터의 빛을 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 갖는 반사면 소자를 할당해서, 복수의 반사면 소자를 포함하는 반사면을 결정하는 반사면 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 자유 곡면 작성 단계에 있어서, 자유 곡면 상에서의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족하도록 자유 곡면을 작성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 반사면 결정 단계에 있어서, 반사면 상에서의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족하도록 반사면을 결정하는 것을 특징으로 한다.

광균일성과 광확산성을 갖고, 투명감과 깊이감이 있는 박형의 차량용 램프를 실현하기 위해서는, 반사경이 충분한 광확산 기능을 갖게 함으로써 렌즈에 요구되는 광확산 기능을 줄여 투명감이 있는 렌즈를 적용하는 동시에, 그 반사경의 반사면 형상을 광균일성 및 광확산성과 램프의 박형화 조건을 만족시킬 수 있도록 결정해야 한다. 여기서, 투명감이 있는 렌즈는 1방향으로만 광확산시키는 확산용 스텝으로 이루어지는 렌즈나, 확산용 스텝이 없는 렌즈 등 광확산 기능이 적고 반사경의 반사면을 어느 정도 이상으로 들여다 볼 수 있는 렌즈를 말한다.

이 반사면 형상의 결정에 대해서 전술한 결정 방법에 있어서는, 회전 포물면이 아니라 자유 곡면을 반사면의 기본 형상으로 함으로써, 기능 측면의 조건 중 광균일성 조건과, 형상 제약 조건인 박형화의 조건을 실현한다. 또한, 자유 곡면을 어레이형으로 구분한 세그먼트의 각각에 형성된 반사면 소자에 의해, 기능 측면의조건 중 광확산성 조건과 외관 제약 조건인 투명감의 조건을 실현함으로써 상기 조건을 전부 만족시키는 램프를 실현하는 반사면 형상이 이루어진다.

특히, 본원의 발명자는 반사면 형상에 관하여 램프의 기능 조건, 특히 광균일성을 향상시키는 형상 결정의 지표로서, 각 부위에서의 광속 발산도(M)가 매우 유용하다는 것을 발견하였다. 이 광속 발산도(M)의 수치를 형상 설정이나 변형 등에 이용하고, 그 수치 범위를 적절하게 설정하여 반사면 형상을 결정함으로써, 광균일성 조건과, 광균일성과 다른 조건과의 양립성을 향상시키며, 또한, 그 결정 방법이나 설계 공정의 효율을 대폭 증가시킬 수 있다.

여기서, 광속 발산도(M)란 전술한 바와 같이 광축 방향에 대해서 규정되는 것으로, 광축 방향에서 본 단위 면적(단위 시야 면적)당 발산되는 광속의 광량을 나타낸다. 그 구체적인 정량 방법으로, 먼저 광축에 수직인 면으로 기준 평면을 정하고, 그 기준 평면 상에 단위 면적인 영역을 자유 곡면이나 반사면 등과 같은 대상으로 하는 곡면(복수의 곡면의 집합으로 이루어진 면을 포함함)에 투영한 영역을 곡면 상에서의 그 광축에 관한 단위 영역으로 한다. 그리고, 이 단위 영역에 광원으로부터 입사하는 광량에 의해 광속 발산도(M)를 정의한다. 각 영역에 입사하는 광량은 그 영역으로부터 반사되어 발산하는 광량과 같기 때문에, 전술한 바와 같이 광속 발산도(M)를 정의함으로써 그 영역으로부터의 반사 광량과, 각 부위에서의 광균일성의 적절한 판정 기준으로 이용할 수 있다.

또한, 광속 발산도(M)를 기준 평면에서의 단위 면적당 광량으로 정의하는 것은, 이 기준 평면은 점등된 램프를 광축 방향에서 관찰했을 때의 시야에 해당하고,따라서, 실제로 램프를 사용할 때의 광균일성에 대해서 이 광속 발산도(M)를 이용해서 확실하게 판정 또는 조정할 수 있기 때문이다. 또한, 대상의 각 부분(영역을 분할한 각각의 부분) 또는 전체에 대한 광속 발산도는, 각 부분 또는 전체의 영역에 대한 입사 광량을 기준 평면 상에서의 면적으로 나누어 단위 면적당 입사 광량을 얻음으로써 구한다.

또한, 본원 발명자는 각 부위에서의 광속 발산도(M)의 수치 분포에 주목한 반사면의 결정 방법에 대해서, 광축으로부터 각각 방사형으로 연장되는 복수의 기준선을 이용함으로써 여러 가지 조건을 만족시킴과 동시에 광균일성 및 광확산성이 향상된 곡면 형상을 효율적이고도 확실하게 결정할 수 있는 것을 발견하였다.

즉, 각 부분에 대한 광속 발산도(M)를 각각 일정하게 하는 복수의 방사형 초기 기준선을 최초로 설정하고, 이들을 바탕으로 해서 곡면 기준선을 통해서 자유 곡면을 형성함으로써, 광균일성을 만족시키는 동시에 박형화 등의 형상 제약 조건에 적합한 반사면 형상의 결정 방법을 간단하게 할 수 있다. 예컨대, 기준선을 종방향의 복수의 곡선으로 작성하고, 이들을 횡방향으로 연결해서 곡면을 형성하는 것도 가능하지만, 광원 및 광축과 곡면과의 관계를 고려하면, 그러한 방법을 이용하게 되면 형상 결정의 순서가 복잡해지고, 충분한 특성를 얻을 수 없다. 이에 반하여, 기준선을 방사형으로 하게 되면 결정 방법이 용이해지고, 이 방법에 의해 얻게되는 자유 곡면과 반사면의 특성도 향상된다. 또한, 곡면 기준선으로부터 자유 곡면을 작성할 때에는, 예컨대 스플라인 곡선 등을 이용하여 단차 등이 생기지 않도록 각 곡면 기준선으로부터 매끄러운 자유 곡선을 생성시키는 것이 바람직하다.

여기서, 기준선 전체에 대한 광속 발산도(M)의 바람직한 조건 Mmax/Mmin≤6의 실현에 있어서는, 복수의 곡면 기준선에서의 광속 발산도(M)에 대해서 이 조건을 적용함으로써, 생성되는 자유 곡면과 반사면의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)에 대해서도 조건 Mmax/Mmin≤6을 거의 만족시키는 조건을 실현할 수 있다. 이의 대안으로서, 자유 곡면 또는 반사면에 상기 조건을 추가로 부과시켜서 반사면의 형상을 결정해도 좋다.

또한, 초기 기준선 설정 단계에 있어서, 각각의 초기 기준선 전체에 대한 광속 발산도(M)의 복수의 초기 기준선에서의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin가 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족하는지의 여부를 판정하고, Mmax/Mmin＞6인 경우에는 복수의 초기 기준선을 재설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

전술한 초기 기준선 설정 단계에 있어서는, 상이한 기준선 상호간에서의 광속 발산도(M)의 차이에 대해서는 고려하고 있지 않기 때문에, 그 차이가 커지는 경우가 있다. 그 조정에 있어서는, 초기 기준선의 곡면 기준선으로 변형시킴으로써 행할 수도 있지만, 특히 형상 제약 조건이 엄격한 경우 등에 있어서는, 초기 기준선의 설정을 여러번 행하여 최적의 초기 기준선을 선택함으로써 더욱 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, 초기 기준선에 있어서는, 각 부분에 대한 광속 발산도 및 전체에 대한 광속 발산도가 일치한다.

또한, 곡면 기준선으로부터의 자유 곡면의 작성에 있어서는, 자유 곡면 작성 단계에 있어서 n개(n은 3 이상의 정수)의 곡면 기준선을 각각 m등분(m은 2 이상의 정수)해서 m개의 분할점을 작성하고, 각각의 곡면 기준선 상의 대응하는 n개의 분할점을 접속시켜 m개의 자유 곡선을 생성해서, 이 m개의 자유 곡선을 포함하는 자유 곡면을 작성하는 것이 바람직하다. 이 때, 분할점의 자유 곡선에 의한 접속에 대해서는 스플라인 곡선 등을 이용하여 매끄럽게 접속시키는 것이 바람직하다. 또한, m개의 분할점에 대해서는 외측 단부의 점도 분할점에 포함해서 m개로 한다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 램프는 광원과, 광원으로부터의 빛을 소정 광축을 따라 반사시키는 복수의 반사면 소자를 포함하는 반사면을 갖는 반사경과, 반사경에 의해 반사된 빛이 투과하는 렌즈를 구비하는 차량용 램프로서, 반사면은 소정 형상 제약 조건을 만족시키는 자유 곡면을 어레이형으로 구분한 세그먼트의 각각에 반사면 소자를 할당해서 형성됨과 동시에, 복수의 반사면 소자 각각은 광원으로부터의 빛을 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 갖고, 자유 곡면은 자유 곡면 상의 각 부분에 대해서 광축 방향에 대해서 정의된 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

또는, 광원과, 광원으로부터의 빛을 소정 광축을 따라 반사시키는 복수의 반사면 소자를 포함하는 반사면을 갖는 반사경과, 반사경에 의해 반사된 빛이 투과하는 렌즈를 구비하는 차량용 램프로서, 반사면은 소정의 형상 제약 조건을 만족시키는 자유 곡면을 어레이형으로 구분한 세그먼트 각각에 반사면 소자를 할당하여 형성됨과 동시에, 복수의 반사면 소자 각각은 광원으로부터의 빛을 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 갖고, 복수의 반사면 소자를 포함하는 반사면은 반사면 상의 각 부분에 대해서 광축 방향에 대해서 정의된 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 자유 곡면을 어레이형으로 구분해서 반사면 소자를 형성하여 반사면으로 함으로써, 반사면 결정 방법에 관하여 전술한 바와 같이 광균일성 및 광확산성을 갖고, 투명감과 깊이감이 있는 박형의 차량용 램프를 실현할 수 있다. 특히, 반사면의 기본 형상이 되는 자유 곡면, 또는 반사면 자체에 대해서, 그 광속 발산도(M)가 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족시키는 형상을 갖도록 함으로써, 램프의 광균일성 및 광확산성을 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 세그먼트는 광축에 거의 수직인 제1 방향과, 광축과 제1 방향 각각에 거의 수직인 제2 방향을 따라 자유 곡면을 어레이형으로 구분하여 형성되고, 복수의 반사면 소자 각각은 광원으로부터의 빛을 제1 방향에 대해서 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 갖는 동시에, 렌즈는 반사면에 의해 반사된 광원으로부터의 빛을 제2 방향에 대해서 확산시키는 렌즈 스텝 구조를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

전술한 반사면과 같이, 그 반사면 소자에 광확산 기능을 갖게 함으로써, 렌즈의 광 확산기능이 적은 것을 적용해서 광확산성과 투명감을 양립시킬 수 있다. 그 구체적인 구성예로서는, 전술한 바와 같이 수직인 2축 방향에 의해 어레이형의 세그먼트를 형성해서 그 한쪽 방향에 대해서 반사면 소자로 확산 반사시키고, 다른쪽 방향에 대해서 렌즈의 렌즈 스텝에서 확산시키는 구성을 취하는 것이 가능하다. 이 때, 렌즈는 한쪽에 대해서만 렌즈 스텝 구조가 되기 때문에, 투명감이 있는 렌즈가 된다.

또는, 세그먼트는 광축에 거의 수직인 제1 방향과, 광축과 제1 방향 각각에 거의 수직인 제2 방향을 따라 자유 곡면을 어레이형으로 구분해서 형성되고, 복수의 반사면 소자 각각은 광원으로부터의 빛을 제1 방향과 제2 방향에 대해서 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 이 경우에는 광확산 기능을 거의 갖지 않는 평판형 또는 1개의 스텝을 갖는 렌즈를 적용해서 더욱 투명감과 깊이감을 높일 수 있다. 또한, 이외에도 여러 가지 반사면 및 렌즈의 구성 및 조합이 가능하다.

이하에서 도면을 참고로 본 발명에 따른 차량용 램프 및 그 반사경의 반사면 결정 방법의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세히 설명한다. 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명하는 것과 반드시 일치하지는 않는다.

우선, 본 발명에 따른 차량용 램프의 개략적인 구성에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 램프의 일 실시 형태의 구성을 일부 파단하여 보여주는 분해 사시도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 차량용 램프의 반사경의 구성을 보여주는 평면도이다. 도 1에 있어서는, 반사경 및 렌즈의 고정, 위치 결정 부분의 구조 등에 대해서 도시를 생략하고 있다. 또한, 이하에 있어서는, 도 1 및 도 2에 X, Y, Z의 좌표축을 도시한 바와 같이, 램프의 좌우 방향을 X축, 상하 방향을 Y축, 램프의 광축(Ax)의 방향인 전후 방향을 Z축으로 한다.

본 실시 형태의 차량용 램프는, 예컨대 자동차의 미등 등의 표시등에 적용되는 것으로, 이 램프는 도 1에 도시된 바와 같이 반사경(1)과, 렌즈(3)로 구성되어 있다.

반사경(1)은 램프가 장착되는 차량의 전후 방향이나 램프의 투광 방향 등으로부터 미리 설정되는 광축(Ax)과 거의 수직인 방향으로 확대되도록 형성되고, 그 광축(Ax) 전방측의 렌즈(3)와 대향하는 면이 빛을 반사하는 반사면(10a)으로 되어 있는 반사경부(10)와, 이 반사면(10a)을 둘러싸고 렌즈(3)와의 위치 결정이나 고정 등을 행하는 외부 프레임부(12)를 구비하며, Z축 방향에서 보아 거의 직사각형인 모양으로 형성되어 있다. 또한, 반사경부(10)의 대략 중심 위치에 형성되어 있는 광원 삽입 구멍(11)으로부터 광원 전구(B)가 삽입되고, 그 광원점(F)이 광축(Ax)상의 소정 위치(광원 위치)가 되도록 반사경(1)에 대하여 배치되어 고정되어 있다. 또한, 렌즈(3)는 광축(Ax)에 대하여 거의 수직으로 설치되어 있다.

여기서, 반사경(1)의 거의 직사각형 모양의 외주 형상[외부 프레임부(12)의 외형 형상 등]이나 광축(Ax)에 대한 렌즈(3)의 설치 각도, 광원 벌브(B)의 배치 위치 등의 여러 가지 조건에 대해서는, 본 실시 형태는 그 일례를 도시하는 것으로, 일반적으로 이들 조건은 차체에서의 램프 수납부의 용적 및 형상이나, 램프 외면(렌즈 외면)의 다른 차체 부분과의 연속 형상 등, 차체 측면으로부터 부여되는 형상 제약 조건을 고려하여 적절히 설정한다. 또한, 반사경(1)의 반사면(10a)에 대해서는, 그 구체적인 제작 방법이 특별히 한정되지는 않지만, 다양한 제작 방법에 의한 반사경을 갖는 램프에 대해서 이하에서 설명하는 형태를 적용할 수 있다.

도 1에 있어서는, 차량용 램프를 구성하는 반사경(1) 및 렌즈(3)를 분해하여 도시하는 동시에, 반사경(1)의 외부 프레임부(12)에 대해서 (도면 중에서의) 상측 및 우측 부분을 일부 파단하여 반사면(10a)의 형상을 나타내고 있다. 다만, 도 1에서는 어레이형으로 배열되어 반사면(10a)을 구성하는 복수의 반사면 소자(14)(도2 참조)를 도시하지 않고, 반사면(10a)의 기본 형상이 되는 자유 곡면(20)에 의해 개략적으로 그 면형상을 나타내고 있다. 또한, 이 자유 곡면(20) 상에 도시한 8개의 파선은 자유 곡면(20)의 작성 및 설정에 이용되는 곡면 기준선(22₁∼22₈)이다.

자유 곡면(20)은 반사면(10a)의 기본 형상을 지정하는 것으로서 그 형상 결정에 이용되는 곡면이며, 기본 형상에 단일 회전 포물면을 이용하지 않고, 형상 제약 조건을 만족시키는 동시에, 곡면상의 각 부위로부터의 광속 발산도(후술)가 소정 범위 내의 값이 되는 등 일정 조건을 만족시키는 곡면이 자유 곡면으로 선택된다. 즉, 자유 곡면(20)은 기능 측면의 조건 중 광균일성 조건과, 차체 측면의 형상 제약 조건인 박형 형상 조건을 만족시키는 구성이다.

반사면(10a)은 그 기본 형상인 자유 곡면(20)을 도 2에 도시한 바와 같이 어레이형으로 구분한 각 세그먼트에, 복수의 반사면 소자(14)(도 2에 도시한 직사각형 모양의 각 구획 부분)를 할당함으로써 구성된다. 도 2에 있어서는, 그 중의 1개의 반사면 소자(14)에 대해서 그 범위를 명시하기 위해 사선을 사용해서 도시하고 있다. 본 실시 형태에 있어서의 반사면(10a)의 구성은 각각의 반사면 소자(14)에 대응하는 각 세그먼트의 형상이 Z축 방향에서 보아 같은 형태의 직사각형 모양이 되도록, 서로 수직인 X축 방향 및 Y축 방향에 대해서 각각 일정한 피치에 의해 세그먼트로 분할한 구조로 되어 있다.

전술한 바와 같이 구분된 세그먼트에 대하여 각 세그먼트마다 반사면 소자(14)의 기본 반사면 형상을 결정한다. 이 기본 반사면 형상은 광축(Ax)을 중심축으로 하고, 광원점(F)(광원 위치)을 초점으로 하여 각각 다른 초점 거리에서생성된 회전 포물면에 의해 설정된다. 각각의 반사면 소자(14)에 있어서의 회전 포물면의 초점 거리는 광원점(F)으로부터 입사한 빛이 광축(Ax)의 방향으로 반사되도록 광원점(F) 및 광축(Ax)과, 반사면 소자(14)의 자유 곡면(20) 상의 위치로부터 결정된다.

또한, 그 회전 포물면 형상의 전부 또는 일부에 소정의 광확산 기능을 갖도록 변형을 가한 확산 반사 영역을 설치해서 각 반사면 소자(14) 각각의 반사면 형상이 설정된다. 여기서 광확산 기능이란, 램프로부터 조사되는 빛을 광축 방향과 평행한 빛이 아닌 광축을 따라 소정 각도 범위로 확대되어 광이 조사되도록 하는 기능을 말한다.

이와 같이, 기본 형상인 자유 곡면(20)을 어레이형의 세그먼트로 구분해서 반사면 소자(14)를 형성한 반사면(10a)의 구조로 하고, 그 각 반사면 소자(14)에 광확산 기능을 갖게 함으로써, 반사면(10a)으로부터의 빛을 통과시켜 램프 외부로 방출시키는 렌즈로 광확산 기능이 적고 투명감이 있는 렌즈(3)를 사용할 수 있게 된다. 즉, 각 반사면 소자(14)는 기능 측면의 조건 중 광확산성 조건과, 차체측면의 외관 제약 조건인 투명감과 깊이감을 만족시키는 구성이 된다.

전술한 바와 같이 자유 곡면(20) 상에 복수의 반사면 소자(14)를 형성해서 반사면(10a)으로 하는 구성에 의해, 이 차량용 램프에 대해 요구되고 있는 모든 조건, 즉 기능 측면의 광균일성 및 광확산성 조건, 형상 측면의 박형화 조건, 외관 측면의 투명감 조건 모두를 만족시키는 램프가 효율적으로 실현되고 있다.

다음으로, 전술한 차량용 램프의 구체적인 구성 조건 등에 대해서, 반사경의반사면 결정 방법과 함께 설명한다. 본 발명에 있어서 차량용 램프에 이용되는 반사경(1)의 반사면(10a) 형상 결정 방법은 도 3에 그 플로우 차트를 도시한 바와 같이, 조건 설정 단계 100, 초기 기준선 설정 단계 101, 곡면 기준선 작성 단계 102, 자유 곡면 작성 단계 103, 반사면 결정 단계 104의 각 단계를 포함한다.

조건 설정 단계 (단계 100)

차량용 램프로 사용하는 반사경의 반사면 형상의 결정에 있어서는, 먼저 형상 결정에 필요한 여러 가지 조건을 설정한다.

설정되는 조건으로는 광원 전구(B)가 배치되는 위치, 그 광원점(F)의 위치(광원 위치), 그 광원 위치를 지나는 축으로서 반사면에 의해 광원으로부터의 빛이 반사되어 램프로부터 방출되는 방향을 지정하는 광축(Ax) 등이 있다.

그 밖의 조건에 대해서도 필요하다면 설정 및 지시하여도 좋다. 예컨대, 광원으로부터 빛이 방출되는 분포 등을, 실제로 적용되는 광원 전구(B)의 필라멘트 구조 등에 대응하는 분포에 따라 조건으로 부여할 수 있다. 또한, 설정하는 각 조건과는 달리 차체 측면의 형상 제약 조건 등이 램프 또는 반사경에 대해 미리 부여되어 있다.

초기 기준선 설정 단계 (단계 101)

다음으로, 반사면(10a)의 기본 형상인 자유 곡면(20)을 작성하기 위한 곡면 기준선(22₁∼22₈)(도 1 및 도 2 참조)의 기본이 되는, 즉 반사면(10a) 결정의 초기 조건이 되는 초기 기준선을 설정한다.

도 4는 초기 기준선(21)의 설정 방법을 설명하기 위한, 본 단계 101에서 상정되어 있는 램프 형상(제작되는 램프 형상과는 다름)의 초기 기준선(21)을 포함하는 광축(Ax)에 평행한 평면에 의한 단면도이다.

자유 곡면(20)의 작성에 있어서는, 광원 전구(B)의 중심[광원 위치, 광원점(F)]을 지나는 광축(Ax) 상의 소정 위치를 한쪽 단부로 하고, 거기에서부터 방사형으로 연장되는 초기 기준선을 n개(n은 복수) 설정한다. 각 초기 기준선(21)은 도 4에 도시된 바와 같이 광축(Ax)을 포함하는 평면 내의 곡선으로 작성되고, 각 램프에 부과되는 형상 제약 조건이나 그 밖의 설계 상의 조건으로부터 형상 결정에 이용되는 기준선의 갯수 및 각각 방사형으로 연장되는 방향이 설정된다.

예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 실시 형태에 있어서는 n=8이고, 광축(Ax)에서 Y축 방향으로 연장되는 2개의 곡면 기준선[22₁(상방향) 및 22₅(하방향)], X축 방향으로 연장되는 2개의 곡면 기준선[22₃(우측 방향) 및 22₇(좌측 방향)], 대각선 방향으로 연장되는 4개의 곡면 기준선[22₂(우측 상방향), 22₄(좌측 하방향), 22₆(좌측 하방향) 및 22₈(좌측 상방향)]의 모두 8개의 곡면 기준선이 자유 곡면(20)의 작성에 이용되고 있다. 따라서, 그 초기 조건으로서 8개의 초기 기준선이 설정된다. 단, 광축(Ax)측의 단부에 대한 반대측 단부에 대해서는 반드시 램프의 외주 범위 상의 위치로 하지 않아도 좋고, 자유 곡면(20)을 작성하는 데에 있어서 적절한 범위가 되도록 각 초기 기준선의 길이를 설정하면 좋다.

각각의 초기 기준선(21)은 광축(Ax) 측의 출발점과 반대측의 종결점의 위치와, 초기 기준선(21) 상에서의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)를 각각의 기준선으로 일정하게 하는 조건에 의해 결정된다.

광속 발산도(M)는 광축 방향에 대해 정의되고, 점등된 램프를 광축 방향으로부터 관찰했을 때 시야 중의 각 부위로부터의 광량에 해당한다. 이 광속 발산도(M)를 광반사 특성, 특히 광균일성에 대한 지표로 이용함으로써, 광균일성의 조건과, 광균일성 조건과 다른 조건과의 양립성을 향상시킬 수 있다.

보다 구체적으로는, 광속 발산도(M)의 정량에 이용하는 기준 평면(5)(도 4 참조)을, 광축(Ax)에 수직인 X-Y 평면으로 정의하고, 그 기준 평면(5)에서 단위 면적인 영역을 자유 곡면(20) 등과 같은 대상으로 하는 곡면에 투영해서 곡면 상에서의 단위 영역으로 정의한다. 그리고, 그 단위 영역에 광원 전구(B)로부터 입사하는 광량에 의해 각 부위에서의 광속 발산도(M)를 정의한다. 각 단위 영역으로부터 반사되는 광량은 이 입사 광량인 것이 분명하므로, 입사 광량에 의해 광속 발산도(M)를 정의하고, 그 값을 반사면(10a)의 형상 결정에 이용함으로써, 그 영역으로부터 발산되는 광량을 정량해서 광균일성 조건을 향상시키기 위한 판정 기준으로 할 수 있다.

또한, 영역의 각 부분 또는 전체에 대한 광속 발산도(M)에 대해서는 대상으로 하고 있는 각 부분(영역을 분할한 각 부분) 또는 전체의 영역에 대한 입사 광량을 기준 평면 상의 면적으로 나누어, 기준 평면에서의 단위 면적에 대응하는 단위 영역당 입사 광량을 얻는다.

초기 기준선(21)의 곡선 형상의 결정에 있어서는, 초기 기준선(21)을 기준 평면에 투영했을 때에 각각 같은 길이로 되는 부분으로 분할해서, 각각의 부분으로부터의 광속 발산도(M)가 일정해지도록 각 초기 기준선(21)을 설정한다. 단, 여기서는 곡면이 아니라 곡선 상에서의 광속 발산도이기 때문에, 각각 길이가 같은 초기 기준선(21) 상의 각 영역의 근방에 기준 평면상에서 등면적인 미소 영역을 상정하고, 그 영역 내에서의 광속 발산도(M)를 측정한다. 도 4에 있어서는, 5개의 부분으로 분할해서 광속 발산도(M)에 대해 평가 및 비교를 행하는 예가 도시되어 있다. 즉, 도시된 바와 같이 초기 기준선(21)에 대하여 기준 평면(5)에서 등폭(ΔL)이 되는 5개의 영역(Ra, Rb, Rc, Rd, Re)을 설정하고, 각각의 영역으로부터의 광속 발산도(Ma, Mb, Mc, Md, Me)가 일정한 값이 되도록 초기 기준선(21)의 곡선 형상을 결정한다.

이 광속 발산도(M)의 측정 및 평가에 있어서는, 광원 전구(B) 및 그 광원점(F)의 위치만이 아니라, 램프에 사용되는 광원 전구(B)의 광원 형상에 의해 달라지는 빛이 방출되는 분포 등도 고려하여 각 광속 발산도(Ma∼Me)를 구하는 것이 바람직하다.

광속 발산도(M)의 측정의 일례로서, 광원 전구(B)의 광원 부분이 광축(Ax)을 따라 일정한 길이를 갖는 필라멘트에 의한 선분 광원인 경우에 대해 설명한다(도 5 참조). 이 때, 방출되는 빛의 강도는 광축(Ax)으로부터의 각도 θ(이하, 도 5에 도시한 바와 같이 반사면측을 θ=0으로 정의)에 의존하고, 방출되는 빛의 강도 분포 I(θ)는 하기 식 1과 같다.

I(θ)=I₀sinθ

이 때, 광원 전구(B)로부터의 전체 광량은 I_tot=π²I₀이다.

상기 강도 분포에 대하여, 각도 θ_n∼θ_n+1의 범위에서 방출되는 전체 광량(Fn)을 구한다. 우선, 이 범위에서의 광강도(In)를 각도 θ_n및 θ_n+1에서의 평균 강도로 한다.

In = {I(θ_n)+I(θ_n+1)}/2 = I₀(Sinθ_n+Sinθ_n+1)/2

이 각도 범위 부분의 전체 둘레에서의 입체각 dωn은 하기 식 3에 의해 구할 수 있다.

dωn = 2π(cosθ_n-cosθ_n+1)

전체 광량 Fn은 하기 식 4에 의해 구할 수 있다.

Fn=In ×dωn

또한, 이 방출 각도 범위의 빛이 입사하는 곡면(도 5에서의 곡면 C) 상의 영역을 광축(Ax)(z축)에 수직인 기준 평면 상에 투영한 면적 Sn은, 기준 평면 상에서 광축(Ax)으로부터 θ_n, θ_n+1의 위치까지의 거리를 각각 L_n, L_n+1이라고 하면, 하기 식 5와 같다.

Sn= π(L_n+1 ²- L_n ²)

이들로부터, 곡면 C상의 이 영역에서의 광속 발산도(M)는 하기 식 6으로 구할 수 있다.

Mn = Fn/Sn = (입사 전체 광량)/(기준 평면에서의 면적)

도 4에 있어서는, 각 영역(Ra∼Re)에 대해서 전술한 바와 같이 각각의 광속 발산도(Ma∼Me)를 구하여 그 값이 일정해지도록 초기 기준선(21)의 곡선 형상을 설정한다. 이 경우, 얻게되는 초기 기준선(21)의 형상은 도 4에 도시된 바와 같이 광원점(F) 및 광축(Ax)에서 보아 오목 형상이 된다.

또한, 전술한 빛이 방출되는 분포와 광속 발산도(M)의 계산 방법 및 그것에 따른 초기 기준선의 형상 등에 대해서는, 도 4 및 도 5는 그 일례를 보여주는 것으로, 적용되는 광원 전구의 형태나 계산 처리의 용이함 등의 여러 가지 조건에 의해, 각각에 따른 강도 분포에 의한 계산과, 그것에 의한 적절한 초기 기준선 형상을 선택하는 것이 가능하다. 또한, 광속 발산도(M)의 측정 시에 있어서의 기준선의 영역 분할수 등은 각 조건에 따라 임의로 설정하여도 좋다. 또는, 기준선을 따르는 연속 광속 발산도 함수로 설정하여도 좋다.

곡면 기준선 작성 단계 (단계 102)

다음으로, 초기 기준선 설정 단계 101에서 설정된 복수의 초기 기준선(21)으로부터, 각각 대응하는 곡면 기준선(22)을 작성한다.

전술한 초기 기준선(21)은 기본적으로 각 부분에 대한 광속 발산도(M)를 일정하게 하는 조건에 의해 설정되어 있다. 이 초기 기준선(21)에 대하여, 차체 측면의 형상 제약 조건을 만족하는 등의 조건을 부과시킴으로써 변형 또는 변경을 가하여, 도 1에 도시한 곡면 기준선(22₁∼22₈) 등의 곡면 기준선(22)을 작성한다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같은 오목면형의 초기 기준선(21)의 형상으로서는 반사경(1)이 후면측으로 돌출하는 형상이 되고, 램프의 박형화 등에 있어서 문제를 일으키는 경우가 있다. 따라서, 이 초기 기준선(21)을 램프 두께 등의 형상 제약 조건과, 변형에 의해 생기는 광속 발산도(M)의 각부에서의 변화량을 고려하면서 변형해서 적절한 곡면 기준선(22)을 작성한다(형상 제약 조건에 의한 변형).

또한, 이 형상 조건에 의한 변형 이외에, 반사면(10a)의 각부의 반사면 형상에 관한 변형 및 보정이 필요하다(반사면 형상에 의한 변형). 예컨대, 입사 광선과 기준선이 이루는 각도 등에 의해 기준선을 변형시킨다.

또한, 전술한 초기 기준선 설정 단계 101에 있어서는, 각각의 초기 기준선(21)에서의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)의 일정성에만 주목하고 있고, 다른 초기 기준선 사이에서의 광속 발산도(M) 값의 차이에 대해서는 고려하고 있지 않다. 따라서, 일반적으로는 그 값이 각 기준선에 의해 변하고 있다. 도 6(a)는 이 상태에서의 각 기준선(22₁∼22₈)에 대한 광속 발산도 값 M1∼M8의 분포의 예를 도시한 그래프이다. 이 그래프에서, 각 광속 발산도(M1∼M8)는 그 최소치 Mmin을 1로서 규격화하여 나타내고 있다. 또한, 여기서 각 기준선에 대해서 비교하고 있는 광속 발산도(M)는 각각의 기준선에서의 전체에 대한 광속 발산도이다. 단, 초기 기준선에 있어서는 각 부분 및 전체에 대한 광속 발산도는 일치한다.

이 예에 있어서는, 전체에 대한 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax는 첫번째 기준선에서의 값 Mmax=M1, 최소치 Mmin은 6번째 기준선에서의 값 Mmin=M6이며, 양자의 차이는 Mmax/Mmin = 8 이다. 이 비는 차량용 램프에서의 광균일성으로는 지나치게 큰 값이며, 따라서, 이 구성으로는 충분한 광균일성을 실현할 수 없다.

이러한 경우에는, 예컨대 광속 발산도(M)가 최대 또는 최소가 되는 기준선을 변형 또는 변경하는 등, 각각의 초기 기준선(21)의 곡면 기준선(22)에의 변형에 의해 상기 비 Mmax/Mmin=8을 감소시킬 수 있다. 또는, 초기 기준선 설정 단계 101로 되돌아가서 재차 조건을 바꿔 초기 기준선(21)의 설정(재설정)을 행하여도 좋다. 이들 기준선의 변형 또는 재설정에 의해 Mmax/Mmin의 값이 바람직한 수치 범위가 되도록 곡면 기준선(22)을 작성한다(광속 발산도비에 의한 변형). 특히, 전술한 바람직한 수치 범위에 대해서는, 본원 발명자에 의한 검토 및 실험의 결과에 따르면, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 Mmax/Mmin≤6으로 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 변형을 거쳐 도 4에 도시한 초기 기준선(21)으로부터, 도 7에 점선으로 도시한 최종적인 곡면 기준선(22)을 얻을 수 있다. 또, 상기 각 조건에 의한 변형에 대해서는, 그 변형 순서 등은 특히 전술한 것에 한정되지 않는다. 또한, 초기 기준선 설정 단계 101에 있어서, 각 초기 기준선 끼리에서의 광속 발산도비가 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족시키는지의 여부를 판정하고, Mmax/Mmin＞6인 경우에는 재설정을 반복하여 Mmax/Mmin≤6을 만족하는 초기 기준선을 확정시키며,그 후에 곡면 기준선 작성 단계 102에서의 형상 제약 조건에 의한 변형 및 반사면 형상에 의한 변형을 행할 수 있다. 또한, 이들 변형을 서로 관련시키면서 행하여도 좋다. 또한, 상기 이외의 제약 조건 등에 관해서도 필요하다면 변형을 행하여도 좋고, 또는 필요하지 않다면 변형은 생략할 수 있다.

자유 곡면 작성 단계 (단계 103)

다음으로, 곡면 기준선 작성 단계 102에서 작성된 복수의 곡면 기준선(22)으로부터, 반사면(10a)의 기본 형상이 되는 자유 곡면(20)을 작성한다.

도 8은 자유 곡면(20)의 작성 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 이 도 8은 도 1의 반사경(1)에 있어서 이용되는 자유 곡면(20)의 작성에 대해서 나타내고 있는 것이다. 도 1에 도시된 자유 곡면(20)의 외형 형상[광축(Ax) 방향에서 보아 직사각형]은 도 8에서는 부호 20을 붙인 일점 쇄선에 의해 그 외주가 도시되어 있다. 또한, 각각 실선으로 도시한 곡면 기준선(22₁∼22₈)은 반사면(10a)이 형성되는 범위의 자유 곡면(20)에 포함되는 곡선 부분에 대해서, 도 1에 점선으로 도시한 것과 일치하고 있다.

여기서, 도 8에 도시된 자유 곡면 작성시까지의 각 단계에 있어서, 곡면 작성의 용이함 등의 조건에 의해 곡면 기준선(22₁∼22₈) 및 그 기초가 되는 초기 기준선(21)의 각각의 곡선 범위가 설정되어 있다. 도 8에 있어서는, 곡면 기준선(22₁∼22₈) 중 어디에 대해서도 반사면(10a)의 범위보다 넓은 범위가 되도록 한쪽 단부인 광축(Ax)상의 점 P에 대하여 반대측의 단부를 반사면(10a)의 범위 밖으로서 설정하고 있다. 이 범위에서 형성된 곡면 형상 중 소정 영역 내에 있는 부분을 도 8에 일점 쇄선으로 도시한 바와 같이 잘라내어 반사면(10a)의 기본 형상으로서의 자유 곡면(20)을 얻는다.

자유 곡면(20)의 작성 방법으로서는, 각 곡면 기준선(22₁∼22₈)을 포함하는 매끄러운 곡면를 얻을 수 있는 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 도 8에 도시된 본 실시 형태의 자유 곡면의 작성 방법에서는, 각각의 곡면 기준선(22₁∼22₈)을 4등분해서 4개의 분할점(외측 단부의 점을 포함함)을 작성하고, 각각 대응하는 분할점을 8개의 분할점의 조로 한다. 또한, 이들을 곡선으로 매끈하게 연결하여 4개의 폐곡선인 자유 곡선(23a, 23b, 23c, 23d)(도 8에 분할선을 연결하는 파선으로 도시된 폐곡선)을 결정하여 이들 자유 곡선(23a∼23d)에서 연장되는 곡면에 의해 자유 곡면(20)을 작성한다.

여기서, 각 곡면 기준선의 분할수에 대해서는 4등분으로 한정되지 않고, 각각의 예에 있어서 매끄러운 형상의 자유 곡면을 얻기 위해서 필요한 분할수 m을 적절하게 선택할 수 있다. 일반적으로는, n개(n은 3 이상의 정수)의 곡면 기준선을 각각 m 등분(m은 2 이상의 정수)해서 m개의 분할점(외측 단부의 점을 포함함)을 작성한다. 그리고, 대응하는 n개의 분할점을 조로서 각각 매끈하게 접속시켜서 m라인의 자유 곡선을 생성하고, 이 m라인의 자유 곡선으로부터 도 7에 도시된 예와 같이 자유 곡면을 작성할 수 있다.

또한, 분할점을 연결하여 폐곡선을 작성하는 방법과, 폐곡선인 자유 곡선을포함하는 곡면을 작성하는 방법 등에 대해서는 통상 이용되고 있는 여러 가지 방법을 이용하여도 좋다. 예컨대, 폐곡선의 작성 방법의 일례로서는, 분할점(p1∼p8)의 조에 대하여, 이들 분할점을 각각 미소 거리만큼 어긋나게 한 점(q1∼q8)을 생성하고, 16개의 점(p1,∼p8, q1,∼q8)을 순차적으로 매끈하게 접속시킨 곡선을 만들고, 1회전 부분이 되는 그 중의 일부분, 예컨대 p5∼q5까지의 곡선으로부터 폐곡선을 얻는 방법이 있다. 또한, 자유 곡선과 자유 곡면 작성시의 매끄러운 접속에 대해서는 단차 등을 갖지 않는 형상으로 접속하는 것이 바람직하고, 예컨대 스플라인 곡선 등을 이용할 수 있다. 또한, 자유 곡선을 이용하지 않는 자유 곡면 작성 방법으로 하여도 좋다.

반사면 결정 단계 (단계 104)

다음으로, 자유 곡면 작성 단계 103에서 작성된 자유 곡면(20)을 어레이형의 세그먼트로 구분하여 복수의 반사면 소자(14)로 이루어지는 반사면(10a)을 형성한다.

도 9는 자유 곡면(20)을 어레이형의 세그먼트로 구분하는 방법을 도시한 사시도이다. 또, 이 세그먼트의 어레이형 구조는 도 2에 도시된 반사면(10a)의 구조에 대응하고 있다.

어레이형의 세그먼트의 작성 방법으로서는, 자유 곡면(20)을 직접 분할하는 등, 여러가지 방법을 이용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는 도 9에 도시된 바와 같이, X-Y 평면으로 규정된 기준 평면(5)에, 광축(Ax)상의 점 P에 대응하는 기준 평면(5)상의 점 P'를 중심으로 하는 반사면 외형(50)을 생성하고, 그 반사면 외형(50) 상에서 세그먼트에의 구분을 행하고 있다.

즉, 반사면 외형(50)에 있어서, 서로 직교하는 X축 방향 및 Y축 방향을 2개의 구분 방향으로 해서 각각의 방향을 따라 일정한 피치로 반사면 외형(50)을 분할하여 어레이형으로 배열된 기준 세그먼트(54)를 생성한다. 그리고, 이 기준 세그먼트(54)를 자유 곡면(20)에 투영해서 도 9에 있어서 자유 곡면(20) 상에 점선에 의해 도시한 바와 같이, Z축 방향에서 보아 어레이형으로 배열된 세그먼트(24)를 얻는다.

또한, 이 자유 곡면(20) 상의 세그먼트(24) 각각에 대하여, 도 2에 도시된 바와 같이 반사면 소자(14)를 배치함으로써 반사면(10a)을 형성한다(도 7의 단면 형상 참조). 또한, 도 9에 있어서 사선으로 첨부하여 도시한 기준 세그먼트(54) 와 세그먼트(24)는 도 2에 있어서 사선으로 도시한 반사면 소자(14)에 대응하고 있다.

각 세그먼트(24)에 형성되는 반사면 소자(14)의 각각의 반사면 형상은 도 1 및 도 2에 대해서 전술한 바와 같이, 광축(Ax)을 중심축으로 하고, 광원점(F)(광원 위치)을 초점으로 하여 각각 다른 초점 거리에서 생성된 회전 포물면을 기본 반사면 형상으로 하고, 그 회전 포물면 형상에 소정의 광확산 기능을 갖도록 변형을 가함으로써 각 반사면 소자(14)의 반사면 형상을 얻는다. 기본 반사면 형상이 되는 회전 포물면에 대해서는, 광원점(F)으로부터 입사한 빛이 광축(Ax)의 방향으로 반사되도록, 광원점(F) 및 광축(Ax)과, 반사면 소자(14)의 자유 곡면(20) 상에서의 위치로부터 각각에 있어서의 회전 포물면의 초점 거리가 결정된다.

도 10은 본 실시 형태에 있어서의 반사경부(10)를 일부 잘라내어 반사면 소자(14)의 반사면 형상을 도시한 사시도이다. 이 반사면 소자(14)는 전술한 회전 포물면 형상으로 형성되어 있는 포물면부(15)와, 광확산 기능을 갖도록 회전 포물면 형상에 대하여 볼록 형상으로 형성되어 있는 확산 반사부(16)로 구성되어 있다.

여기서, 포물면부(15)는 인접하는 반사면 소자(14)의 그림자가 되는 부분이며, 실제로 광원 전구(B)로부터의 빛이 입사하는 부분은 확산 반사부(16)로 구성되어 있다. 또한, 이 확산 반사부(16)는 X축 방향에 대해서만 광확산 기능을 갖도록 원통형으로 형성되어 있고, Y축 방향에 대해서는 거의 평행광의 상태로 빛이 반사된다. 이에 대응하여 본 실시 형태에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이 렌즈(3)가 Y축 방향에 대한 광확산 기능을 갖는 렌즈 스텝(3a)을 갖는 구성으로 되어 있다.

이상의 구성에 따른 차량용 램프 및 그 반사면 결정 방법의 효과에 대해서 설명한다.

전술한 실시 형태에 따른 차량용 램프 및 반사면 결정 방법에서는, 자유 곡면(20)에 의해서 기능 조건인 광균일성과, 형상 조건인 박형 형상에 대해서 설정한다. 또한, 자유 곡면(20)을 어레이형으로 구분해서 설정한 각 세그먼트에 대응하여 형성되는 반사면 소자(14)에 의해 기능 조건인 광확산성과, 외관 조건인 투명감에 대해서 설정하고 있다. 이러한 구성에 의해서, 광균일성 및 광확산성의 기능 조건이 모두 향상되는 동시에, 투명감이 있는 박형의 외관 및 형상을 갖는 차량용 램프의 구조를 확실하고도 효율적으로 실현하고 있다.

반사면의 기본 형상을 자유 곡면으로 한 경우에 있어서는, 예컨대 자유 곡면과, 광축을 중심으로 한 다른 초점 거리의 복수의 회전 포물면과의 광축을 둘러싸는 교선에 의해 광축을 중심으로 한 복수의 부분으로 자유 곡면을 분할하고, 각각의 영역에 대응하는 회전 포물면을 할당해서 반사면을 형성한 경우에 있어서, 그 각 회전 포물면에 확산 반사 스텝을 배치하는 것도 가능하다. 그러나, 이 경우에는 광축을 둘러싸는 띠형의 영역이 되는 반사면의 분할 영역 형상으로부터 확산 스텝의 설계가 복잡하고, 특히 X축 및 Y축 방향에 대한 확산 반사의 설정 및 제어가 매우 곤란하다. 따라서, 이러한 구성으로는, 반사경에 의해 충분한 광 확산 기능을 실현해서 투명감이 있는 렌즈를 적용하기는 어렵다.

이에 반하여, 어레이형의 세그먼트에 할당되는 반사면 소자를 확산 반사 단계 형성의 기본 구조로 함으로써, 상기 곤란점을 없앨 수 있다. 전술한 실시 형태에 있어서는, 어레이형으로 구분하는 방향을 X축 및 Y축 방향으로 하고, 그 양방향에 대한 광 확산 기능을 설정 및 제어하기 쉽게 해서 투명감이 있는 렌즈를 적용할 수 있는 조건을 실현하고 있다.

또한, 반사면(10a)이나 자유 곡면(20) 등의 형상에 관해서 각 부위에서의 광속 발산도(M)를 정의하여 형상 및 반사 특성 설정의 지표로 이용함으로써, 광균일성을 만족하는 형성 조건의 선택 방법이나 특성의 비교 방법 등을 명확하게 하여 설계 공정을 대폭 용이화 및 효율화할 수 있다. 또한, 이 광속 발산도(M)의 수치 범위가 Mmax/Mmin≤6이 되도록 형상 결정함으로써, 얻게되는 광균일성과 그 밖의 특성과의 양립성을 향상시킬 수 있다.

또한, 광속 발산도(M)는 구체적으로 광축(Ax)에 수직인 기준 평면(5)을 이용하여 정의하고 있다. 이와 같이 설정한 기준 평면(5)은 점등한 램프를 광축 방향에서 관찰했을 때의 시야에 해당하고, 따라서 광속 발산도(M)는 램프를 사용했을 때의 광균일성의 적절한 지표가 된다.

또한, 자유 곡면(20) 및 반사면(10a)의 작성에 관해서는, 각 부분에 대한 광속 발산도(M)를 일정하게 하는 복수의 초기 기준선을 최초로 설정하고, 그 다음에 곡선 기준선을 통해서 자유 곡면을 작성한다. 이로써, 광균일성을 만족시키는 반사면 형상의 결정 방법을 특별히 용이화 및 최적화한 반사면 결정 방법을 얻을 수 있다.

예컨대, 자유 곡면 형상의 형성에 이용하는 기준선을, 소정의 축, 예컨대 Y축의 방향으로 연장되는 복수의 곡선으로 하고, 그 기준선 상에서 광속 발산도(M)의 조건 등을 설정해서, 이들을 변형시킨 후, 수직인 방향(예컨대 X축 방향)에 대해서 계속해서 자유 곡면을 형성하는 방법도 가능하다. 그러나, 이러한 방법에서는 각 기준선에 대하여 적절한 형상을 결정하기가 어렵고, 충분한 광균일성이 확보되는 자유 곡면을 작성하기 위해서 조건 설정 및 선택을 수회 반복할 필요가 있는 등, 반사면 결정의 효율상 문제가 있다.

이에 반하여, 전술한 바와 같이 광축으로부터 각각 방사형으로 연장되는 선을 기준선으로 함으로써, 광축을 중심으로 한 형상 조건이나 광반사 기능에 대한 조건 등에 반사면 형상을 적합시키는 설계 공정이 대폭 간단해지게 되어, 반사면 결정의 효율화와, 얻게되는 반사면 형상의 특성 향상이 실현된다.

본 발명에 따른 차량용 램프 및 그 반사경의 반사면 결정 방법은 전술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 각각의 램프에 부과된 구체적인 제약 조건 등에 의해 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.

예컨대, 반사면 형성에 이용하는 기준선으로서, 전술한 실시 형태에서는 세로, 가로 및 대각선의 8라인을 이용하였지만, 반사경부의 특정 부위에 대해서 특히 엄격한 형상 제약 조건이 부과되고 있는 경우에는, 그 부위 및 근방에 기준선을 배치함으로써 자유 곡면의 생성을 효율적으로 행할 수 있다. 그 외에도, 각각의 램프에서의 구체적인 조건에 대응하여 적절한 기준선을 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 곡면 기준선 작성 단계에 있어서, 복수의 곡면 기준선에서의 광속 발산도(M)에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 적용함으로써, 작성되는 자유 곡면 및 반사면에 대해서도 조건 Mmax/Mmin≤6을 거의 만족시키는 조건을 실현할 수 있지만, 또한, 자유 곡면 작성 단계 또는 반사면 결정 단계에 있어서, 자유 곡면 또는 반사면에서의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)에 대해서 상기 조건을 더 부과시켜 반사면 형상을 결정해도 좋다. 이 경우, 필요하다면 다시 초기 기준선의 설정 또는 곡면 기준선의 작성을 행하는 것도 가능하다.

또한, 각 반사면 소자의 구성에 대해서는, 전술한 실시 형태에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 반사면 소자에 X축 방향 및 Y축 방향의 양방향의 광 확산 기능을 갖게 하여도 좋다. 이 경우, 그것에 대응해서 렌즈를 광확산 기능을 거의 갖지 않는 평판형의 투명 렌즈를 사용해서 투명감 및 깊이감을 더욱 높일 수 있다. 또한, 반사면 형상에 대해서는, 회전 포물면에 한정되지 않고 평면 등의 형상을 이용하여도 좋으며, 확산 반사 영역의 형상에 대해서도 볼록형 형상에 한정되지 않고, 오목형 형상이나 복수의 작은 곡면의 조합 등, 여러 가지 반사면 형상으로 할 수 있다.

또한, 그 외의 램프의 구성에 대해서도, 상기 실시 형태에 한정되지 않고 여러 가지 구성으로 할 수 있다. 예컨대, 광원 전구에 대해서, 그 중심선을 광축과 일치하지 않도록 기울여서 배치해도 좋다.

본 발명에 따른 차량용 램프 및 그 반사경의 반사면 결정 방법은 이상 상세히 설명한 바와 같이, 다음과 같은 효과를 얻는다. 즉, 자유 곡면과, 어레이형으로 배열된 반사면 소자의 조합에 의해 반사경의 반사면을 작성함으로써, 자유 곡면에 의해 광균일성의 조건 및 박형화의 조건을 실현하고, 또한, 확산 반사 기능을 갖는 반사면 소자에 의해 광확산성 조건, 투명감 조건 및 깊이감 조건을 실현할 수 있다. 이러한 구성은 상기 각 조건을 전부 만족시키는 반사면 형상으로서 적합한 것이다. 특히, 자유 곡면 또는 반사면의 형상에 대해서 광축 방향에 대해서 정의된 광속 발산도(M)를 형상 및 특성 평가의 지표로서 이용하고, 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족하도록 자유 곡면 또는 반사면을 형성함으로써, 각 특성 조건이 상호 향상된 램프를 얻을 수 있다.

또한, 그를 위한 반사면 결정 방법으로서, 광축으로부터 방사형으로 연장되는 복수의 기준선을 이용함으로써, 효율적이고도 확실하게 곡면 형상의 최적화를 실현할 수 있는 형성 방법을 얻을 수 있다. 즉, 각 부분에 대한 광속 발산도(M)를각각 일정하게 하는 복수의 초기 기준선을 최초로 설정하고, 그 초기 기준선으로부터 조건 Mmax/Mmin≤6에 대해서 고려하면서 곡선 기준선을 거쳐 자유 곡면을 작성함으로써 그 작성 방법이 대폭 효율화된다.

상기 구성 및 반사경의 반사면 결정 방법에 의한 차량용 램프는, 광균일성 및 광확산성의 기능 조건이 적절하게 실현 및 향상됨과 동시에, 투명감이 있는 박형의 외관 및 형상을 갖고 있다. 따라서, 투명감 및 깊이감이 있는 표시등으로 적용할 수 있다. 이 구조에서는, 렌즈의 구조가 1장 렌즈이면서 비교적 단순한 구조로 되어 있고, 또한, 반사경의 구조에 대해서도 비교적 제작이 용이한 어레이형의 구조로 되어 있기 때문에, 램프 제조 비용에 대해서도 절감이 가능하며, 저가의 표시등을 제공할 수 있다.

Claims (11)

1. 차량용 램프에 사용되는 반사경의 반사면을 결정하는 방법으로서,

   광원이 위치하게 되는 광원 위치와, 이 광원 위치를 지나고 상기 광원으로부터의 빛이 반사경에 의해 반사되는 방향을 정의하는 광축을 설정하는 조건 설정 단계와,

   상기 광축 상의 소정 위치로부터 각각 방사형으로 연장되는 복수 개의 초기 기준선을, 상기 초기 기준선의 각 부분에 대해서 상기 광축 방향에 관하여 규정된 광속 발산도(M)가 각 상기 초기 기준선에서 일정해지도록 설정하는 초기 기준선 설정 단계와,

   각 상기 초기 기준선 전체에 대한 광속 발산도(M)의 상기 복수의 초기 기준선에서의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대한 조건 Mmax/Mmin≤6과, 소정의 형상 제약 조건이 만족되도록 상기 복수의 초기 기준선을 각각 변형해서 복수의 곡면 기준선을 작성하는 곡면 기준선 작성 단계와,

   상기 복수의 곡면 기준선을 포함하는 자유 곡면을 작성하는 자유 곡면 작성 단계와,

   상기 자유 곡면을 어레이형의 세그먼트로 구분하고, 각 상기 세그먼트에 상기 광원 위치로부터의 빛을 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 갖는 반사면 소자를 할당해서, 복수 개의 상기 반사면 소자를 갖는 반사면을 결정하는 반사면 결정 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사경의 반사면 결정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 자유 곡면 작성 단계는 상기 자유 곡면의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대해서 조건 Mmax/Min≤6이 만족되도록 상기 자유 곡면을 작성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사경의 반사면 결정 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 반사면 결정 단계는 상기 반사면의 각 부분에 대한 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족하도록 상기 반사면을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사경의 반사면 결정 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 초기 기준선 설정 단계는 각 상기 초기 기준선 전체에 대한 광속 발산도(M)의 상기 복수의 초기 기준선에서의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 관해서 조건 Mmax/Mmin≤6이 만족되는지의 여부를 판정하고, Mmax/Mmin＞6인 경우에는 상기 복수의 초기 기준선의 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사경의 반사면 결정 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 자유 곡면 작성 단계는 n개(n은 3 이상의 정수)의 상기 곡면 기준선을 m등분(m은 2 이상의 정수)해서 m개의 분할점을 작성하고, 각 상기 곡면 기준선 상의 대응하는 n개의 상기 분할점을 연결해서 m개의 자유 곡선을 생성하며, 이 m개의 자유 곡선을 포함하는 상기 자유 곡면을 작성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사경의 반사면 결정 방법.
6. 광원과, 이 광원으로부터의 빛을 소정의 광축을 따라 반사시키는 복수의 반사면 소자를 포함하는 반사면을 갖는 반사경과, 이 반사경에 의해 반사된 빛을 투과시키는 렌즈를 구비하는 차량용 램프로서,

   상기 반사면은 소정의 형상 제약 조건을 만족시키는 자유 곡면을 어레이형으로 구분한 각 세그먼트에 상기 반사면 소자를 할당함으로써 형성되고, 상기 복수 개의 반사면 소자는 상기 광원으로부터의 빛을 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 각각 갖고,

   상기 자유 곡면은 상기 자유 곡면의 각 부분에 대해서 상기 광축 방향에 관하여 규정된 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치 Mmin에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족시키는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
7. 제6항에 있어서, 상기 세그먼트는 상기 광축과 거의 수직인 제1 방향과, 상기 광축 및 상기 제1 방향 각각에 대해 거의 수직인 제2 방향을 따라 상기 자유 곡면을 어레이형으로 구분함으로써 형성되고,

   상기 복수 개의 반사면 소자는 상기 광원으로부터의 빛을 상기 제1 방향으로 확산 반사시키는 상기 확산 반사 영역을 구비하며,

   상기 렌즈는 상기 반사면에 의해 반사된 상기 광원으로부터의 빛을 상기 제2 방향으로 확산시키는 렌즈 스텝(lens step) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
8. 제6항에 있어서, 상기 세그먼트는 상기 광축과 거의 수직인 제1 방향과, 상기 광축 및 상기 제1 방향 각각에 대해 거의 수직인 제2 방향을 따라 상기 자유 곡면을 어레이형으로 구분함으로써 형성되고,

   상기 복수 개의 반사면 소자는 상기 광원으로부터의 빛을 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 확산 반사시키는 상기 확산 반사 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
9. 광원과, 이 광원으로부터의 빛을 소정의 광축을 따라 반사시키는 복수 개의 반사면 소자를 포함하는 반사면을 갖는 반사경과, 이 반사경에 의해 반사된 빛을 투과시키는 렌즈를 구비하는 차량용 램프로서,

   상기 반사면은 소정의 형상 제약 조건을 만족시키는 자유 곡면을 어레이형으로 구분한 각 세그먼트에 상기 반사면 소자를 할당함으로써 형성되고, 상기 복수의 반사면 소자는 상기 광원으로부터의 빛을 확산 반사시키는 확산 반사 영역을 각각 갖고,

   상기 복수 개의 반사면 소자를 포함하는 상기 반사면은, 그것의 각 부분에 대해서 상기 광축 방향에 관하여 규정된 광속 발산도(M)의 최대치 Mmax 및 최소치Mmin에 대해서 조건 Mmax/Mmin≤6을 만족시키는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
10. 제9항에 있어서, 상기 세그먼트는 상기 광축과 거의 수직인 제1 방향과, 상기 광축 및 상기 제1 방향 각각에 대해 거의 수직인 제2 방향을 따라 상기 자유 곡면을 어레이형으로 구분함으로써 형성되고,

    상기 복수 개의 반사면 소자는 상기 광원으로부터의 빛을 상기 제1 방향으로 확산 반사시키는 상기 확산 반사 영역을 구비하며,

    상기 렌즈는 상기 반사면에 의해 반사된 상기 광원으로부터의 빛을 상기 제2 방향으로 확산시키는 렌즈 스텝 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.
11. 제9항에 있어서, 상기 세그먼트는 상기 광축과 거의 수직인 제1 방향과, 상기 광축 및 상기 제1 방향 각각에 대해 거의 수직인 제2 방향을 따라 상기 자유 곡면을 어레이형으로 구분함으로써 형성되고,

    상기 복수 개의 반사면 소자는 상기 광원으로부터의 빛을 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 확산 반사시키는 상기 확산 반사 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 램프.