JP2006240509A - 車両用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 注視挙動方式のＡＦＳ制御における問題を解消し、好適なＡＦＳ制御を可能にした車両用照明装置を提供する。
【解決手段】 車両のランプＬＨＬ，ＲＨＬの照射範囲を制御する配光制御手段（ＥＣＵ）１を備える車両用照明装置において、運転者の注視角を検出する注視角検出手段１０と、車両の少なくとも前方の道路情報を検出する道路情報検出手段２０，３０を備え、配光制御手段１は運転者の注視角と道路情報とに基づいて照射範囲の制御を行う。注視角によるランプの速過ぎる照射範囲の制御が抑制され、好適な照明が可能になる。また、運転者の注視角の平均を取ることで、注視角が小刻みに変動するような場合でも、当該変動を緩和して安定した照射範囲の制御が可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動車等の車両の前照灯装置に適用される車両用照明装置に関し、特に走行状況に対応してランプの照射方向や照射範囲を追従変化させる配光制御手段、例えば適応型照明システム（以下、ＡＦＳ（Adaptive Front-lighting System））を備える車両用照明装置に関するものである。

自動車の走行安全性を高めるために提案されているＡＦＳとして、本出願人により提案されている特許文献１に記載の技術がある。このＡＦＳは、図１に概念図を示すように、自動車ＣＡＲにステアリング装置ＳＷでの操舵角を検出するステアリングセンサＳＳＷや車速を検出する車速センサＳＶを設けておき、これらセンサＳＳＷ，ＳＶの検出出力を電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ）１に入力し、ＥＣＵ１は入力された検出出力に基づいて自動車ＣＡＲの前部の左右にそれぞれ装備された前照灯（ヘッドランプ）ＬＨＬ，ＲＨＬの各アクチュエータＬact ，Ｒact を制御して、各ヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬ照射範囲、例えば照射方向を左右方向に偏向制御してその配光特性を変化させている。

従来のＡＦＳでは、ヘッドランプの照射範囲と、運転者が実際に注視している範囲とにずれが生じることがある。例えば、カーブの走行時に操舵角に追従してヘッドランプの偏向方向をカーブの曲率に対応した偏向角に制御しているが、一般的な運転者の場合には、曲率半径が小さい曲路ではカーブ内側を注視し、曲率半径が大きい曲路ではカーブ外側を注視する傾向がある。また、自動車の車速の違いによっても注視点が変化する。従来のＡＦＳでは、自動車の操舵角によりヘッドランプの偏向角が一義的に制御されるため、これらの場合に注視点を明るく照明することができなくなる。

近年、このＡＦＳとして運転者の注視点を検出し、注視方向に偏向制御する技術が提案されている。この技術はここでは注視挙動方式と称するが、自動車の運転席に運転者の瞳の動きを検出するアイカメラを配設しておき、このアイカメラで運転者の瞳位置、すなわち運転者が運転時に注視する前方領域に向けてヘッドランプの照射範囲を偏向制御するものである。この注視挙動方式による偏向制御装置では、実際に運転者が注視する方向をヘッドランプにより照明するため、安全運転に有効なものとなる。
特開２００２−１６０５８１号公報

この注視挙動方式について本発明者が種々の実験、測定を行ったところ、自動車がカーブに進入するときの進入部、カーブを走行しているときの円曲線部、カーブから脱出するときの脱出部のそれぞれにおける運転者の注視点に特徴がみられた。この点については後述するが、例えば自動車が右カーブを走行する際に、カーブへの進入時には注視点はカーブ方向に急速に移動してカーブの右側に沿った領域に移動する。カーブ途中の円曲線部では注視点はカーブの右側から中央に沿った領域を左右に小刻みに移動する。カーブからの脱出部では注視点は直進方向、すなわちカーブの左方向に急速に移動する。

このため注視挙動方式でＡＦＳ制御を行うとすると、進入部と脱出部ではヘッドランプの偏向動作が速過ぎて、走行直前の領域を有効に照明することが難しい。また、円曲線部では注視点の左右移動に伴ってヘッドランプの偏向方向が左右に小刻みに移動してしまい、注視点の明るさが変動して却って見えにくくいものになる。

また、運転者が歩行者や対向車に眼を向けたような場合に注視挙動方式でのＡＦＳ制御が行われると、歩行者や対向車に向けてヘッドランプが偏向制御されてしまい、歩行者や対向車を眩惑するとともに、自車の走行前方の明るさが低下してしまうおそれもある。

本発明の目的は、注視挙動方式によるＡＦＳ制御における問題を解消し、好適なＡＦＳ制御を可能にした車両用照明装置を提供するものである。

本発明は、車両のランプの照射範囲を制御する配光制御手段を備える車両用照明装置において、運転者の注視角を検出する注視角検出手段と、車両の少なくとも前方の道路情報を検出する道路情報検出手段とを備え、配光制御手段は運転者の注視角と道路情報とに基づいて照射範囲の制御を行うことを特徴とする。ここで、配光制御手段は運転者の注視角の変動を平均化した注視角を参照して照射範囲の偏向制御を行うことが好ましい。さらには、注視角が所定角範囲内のときに当該注視角を参照する構成とすることが好ましい。

本発明によれば、運転者の注視角と道路情報とを参照することで、注視角によるランプの速過ぎる照射範囲の制御が抑制され、好適な照明が可能になる。また、注視角の平均を取ることで運転者の注視角が小刻みに変動するような場合でも、当該変動を緩和して安定した照射範囲の制御が可能になる。これにより、注視挙動方式のＡＦＳ制御における問題を解消し、安定した好適な照明が可能になる。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１で説明したＡＦＳ制御の車両用照明装置に本発明の注視挙動方式による偏向制御を適用したものとして説明すると、図２に示すように、自動車ＣＡＲの運転席には注視挙動方式を実行するための運転者の注視点を検出するための左右一対のＩＲ（赤外線）光源ＬＩＲ，ＲＩＲと、これら左右のＩＲ光源ＬＩＲ，ＲＩＲから発せられて運転者の瞳で反射された赤外線を撮像するアイカメラＥＴＶとが配設される。その上で、図１に示すように、前記アイカメラＥＴＶで撮像した画像を処理して運転者の瞳位置、すなわち運転者が注視する方向を演算する演算部１１を備えて本発明の注視角検出手段としての注視角検出部１０を構成している。また、図１に示すように、自動車の前方の道路情報を得るための本発明の道路情報検出手段の一つとして、当該自動車の前方を撮像する外部視野カメラＥＸＴＶと、外部視野カメラＥＸＴＶで撮像した自動車の前方の視野から路面に引かれたマーキングラインや道路の路肩等を認識する認識部２１とを備えて走行先道路認識部２０を構成している。さらに、この実施例では自動車の前方を含めた自動車の周囲の道路情報を得るための本発明の道路情報検出手段の他の一つとして、例えばＧＰＳを利用したナビゲーション装置３１からなる周囲道路情報部３０を備えている。さらに、本発明の道路情報検出手段としては、図示は省略するが道路側に設置された送信機から無線で送出される道路情報を受信することが可能なＩＴＳ（Intelligent Transport System) 装置を採用することも可能である。

そして、前記注視角検出部１０で検出した注視角と、前記走行先道路認識部２０で認識した走行先道路情報と、周囲道路情報部３０からの周囲道路情報をそれぞれ前記ＥＣＵ１に入力する。また、ＥＣＵ１にはステアリングセンサＳＳＷから出力される操舵角と車速センサＳＶから出力される車速を入力する。ＥＣＵ１はこれらの情報に基づいて詳細を後述するように左右のヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬの偏向制御を実行するように構成されている。

注視角検出部１０では運転者の注視角を検出する。注視角の検出原理についての詳細な説明は省略するが、図２に示したように左ＩＲ光源ＬＩＲからの左ＩＲ光と右ＩＲ光源ＲＩＲからの右ＩＲ光がスポット状に運転者の眼に入射される。図３はその状態を示す図であり、これらのＩＲ光が運転者の眼の瞳及び白目部分で反射した光をアイカメラＥＴＶで撮像し、各反射光の反射率を演算することで瞳の左右方向の位置を検出し、この瞳の左右方向の位置から瞳中心の角度、すなわち注視角を演算するものである。因みに、同図（ａ）は瞳が中心にあってアイカメラＥＴＶで撮像する両ＩＲ光の光量が等しく、注視角が０度である。同図（ｂ）は瞳が左側に移動していて右ＩＲ光ＲＩＲの光量が左ＩＲ光ＬＩＲよりも大きく、注視角が左方向に所定の角となる。同図（ｃ）は瞳が右側に移動していて左ＩＲ光ＬＩＲの光量が右ＩＲ光ＲＩＲよりも大きく、注視角が右方向に所定の角となっている。

走行先道路認識部２０は、外部視野カメラＥＸＴＶで撮像した自動車の前方、すなわち走行先の画像の明暗、あるいは色から走行先道路、あるいは道路に描かれた車線区分線等を認識する。例えば、図４に示す例のように、外部視野カメラＥＸＴＶで撮像した画像から中央分離線、左右の路肩に沿う走行区分線等のマーキングラインを認識することで、走行先の道路が右カーブであることを認識することが可能である。また、同時に認識したマーキングラインから当該カーブの曲率を認識することも可能である。周囲道路情報部３０は、ナビゲーション装置３１で得られる地図情報上の自車の現在位置に基づいて走行先を含む周囲の道路状況を認識することが可能であることは言うまでもない。

一方、前記ＥＣＵ１はマイクロコンピュータ等の処理装置を内蔵しており、前記注視角検出部１０、走行先道路認識部２０、周囲道路情報部３０からの各情報と、ステアリングセンサＳＳＷと車速センサＳＶからの各センサ出力とに基づいて左右のヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬに設けられているアクチュエータＬact ，Ｒact を駆動して各ヘッドランプの照射方向をフィードバック制御する。各アクチュエータＬact ，Ｒact は、例えば、リフレクタ型ランプの場合にはリフレクタを左右方向に傾動して照射範囲を左右に偏向させる構成、あるはプロジェクタ型ランプの場合にはプロジェクタ型ランプ全体を左右方向に傾動して照射光軸を左右に偏向させる構成として構成されている。また、左右の各アクチュエータＬact ，Ｒact はそれぞれＥＣＵ１により独立して駆動可能であり、左右のヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬの照射方向をそれぞれ独立して偏向制御するように構成されている。

例えば、実施例では、図５に示すように、カーブ走行時における左右のヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬの偏向制御では、同図において、（ａ）左右ヘッドランプの偏向角度α，βを同じくした制御（両振り均等制御）、（ｂ）カーブ内側のヘッドランプのみを偏向する制御（片振り制御）、（ｃ）カーブ内側のヘッドランプの偏向角度を外側よりも５０％程度大きくする制御（不均等５０％制御）、（ｄ）同じく７５％程度大きくする制御（不均等７５％制御）のいずれかを選択して制御できるようになっている。

以上の構成の注視挙動方式のＡＦＳの制御について説明する。図６はメインフローであり、先ず、注視角検出部１０において運転者の注視角を検出するが、最初に注視角の初期化を行う（Ｓ１０１）。この注視角初期化は、前述のように左右のＩＲ光源ＬＩＲ，ＲＩＲとアイカメラＥＴＶで運転者の注視角を検出する際に、運転者が正面を注視した状態のときに注視角が０度となるように零合わせを行う。この初期化についての詳細な説明は省略するが、一般には注視角を複数回測定し、その平均値が０度となるように演算部の初期係数値を設定する。初期化を行った上で注視角を検出する（Ｓ１０２）。ここでは、所定の時間内に注視角の検出を５回実行し（Ｓ１０３）、各回において得られた注視角の平均値を求め、この平均値を注視角Ｇθavとして出力する（Ｓ１０４）。

次いで、検出した注視角Ｇθavの適否を判定する注視角判定（Ｓ１０５）を行う。この注視角判定では検出した注視角Ｇθavを基準角θref と比較し、注視角Ｇθavが基準角θref の範囲内のときに当該注視角を適正な注視角Ｇθavとして出力する。前記基準角θref は、通常の自動車の運転時に運転者が注視する角度範囲であり、この基準角θref よりも注視角が大きいときは、例えば、運転者が走行先の道路上に存在しない歩行者や対向車、その他の掲示物を見ているとき、あるいは脇見運転をしている状態であると判定し、このときには検出した注視角をデフォルト注視角Ｇθd として出力する（Ｓ１０６）。このデフォルト注視角Ｇθｄは直進方向に近い角度に設定される。一方、注視角Ｇθavが基準角θref の範囲内に入っているときには検出した注視角Ｇθavを出力する。

一方、これと並行して道路状況認識Ｓ１１３が行われる。この道路状況認識は走行先道路認識部２０での走行先道路認識Ｓ１１１、すなわち外部視野カメラＥＸＴＶで撮像した画像から自車の走行先の道路状況、すなわち直線路であるか、左右のカーブのいずれかであるか、交差点であるか等を認識する。このとき、外部視野カメラＥＸＴＶで撮像した画像のマーキングラインを画像認識し、認識したマーキングラインの形状から道路状況を認識する方法がとられており、特にマーキングラインの形状から左右のカーブの曲率まで認識することが可能である。また、これと同時に周囲道路情報部３０での周囲道路情報認識Ｓ１１２、すなわちナビゲーション装置３１からの道路情報からも走行先の道路状況を認識する。なお、カーブや交差点でないときには道路状況認識Ｓ１１３を繰り返し実行する。そして、カーブや交差点を走行する状況になったときには（Ｓ１１４）、認識した道路情報に基づいて左右の各ヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬを偏向する際の好ましい偏向角Ｈθを演算して出力する（Ｓ１１５）。

しかる上で、ＥＣＵ１は、検出した注視角Ｇθavと、認識した道路状況から得られる偏向角Ｈθとに基づいて左右のヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬの偏向角を演算し（Ｓ１２０）、演算した偏向角に基づいてアクチュエータＬact ，Ｒact を制御して左右の各ヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬを偏向制御する（Ｓ１２１）。このＥＣＵ１における偏向制御では、基本的には操舵角ＳＷθに基づいて左右のヘッドランプＬＨＬ，ＲＨＬの照射方向を左右に偏向する制御を行うが、その際に注視角Ｇθav、道路状況による偏向角Ｈθ、さらに車速ｖを参照して当該偏向制御を補正することで適正な偏向を実現する。ステップＳ１０５で注視角Ｇθavを採用しないときには、デフォルト注視角Ｇθd に基づいてヘッドランプの偏向制御を行うようにしてもよい。なお、前記偏向角の演算では、ステアリングセンサＳＳＷからの操舵角ＳＷθと車速センサＳＶからの車速ｖとを参照するようにしてもよいことは言うまでもない。

ここで、図７（ａ），（ｂ）は自動車ＣＡＲが右カーブを走行する際の操舵角ＳＷθと運転者の注視点（注視角）Ｇθavとの相関を測定した図である。なお、ここでは海外の右側通行の例を示しており、（ａ）は平面上での注視点、（ｂ）は操舵角と注視角との相関を示している。この図７から、カーブの進入部では実際の操舵角よりもかなり速くカーブ進入の注視行動が開始されており、注視角Ｇθavは操舵角ＳＷθよりも早く注視点がカーブの内側に向けられていることが判る。カーブの中間の円曲線部では、カーブの内側に沿った領域に向けて注視点が短い周期で左右に繰り返し移動していることが判る。なお、この繰り返し回数は円曲線部の長さが長いほど多く起こっている。一方、カーブの脱出時では操舵角を直線に戻すよりもかなり速く注視点がカーブを抜け出た走行先に向けられていることが判る。

このような操舵角と注視角との相関に基づき、ＥＣＵ１では、自者の走行先の道路状況と操舵角とから自車がカーブの進入部に入った状態であると認識したときには、注視角と道路情報とに基づいて偏向制御を実行する。これにより、運転者が実際にステアリング装置ＳＷを操作したときの操舵角に対する偏向制御よりも偏向を先行させる一方で、注視角の変化速度を抑制して当該変化速度よりも低速に制御された偏向制御を行うようになる。そのため、図７に示したように、カーブの進入部において運転者の注視点が操舵角よりもカーブの内側に向けられる傾向がある場合でも、当該注視点を迅速に照明しようとする制御を行う一方でその偏向制御の速度を抑制するため、自動車の直前領域から運転者の注視点に至るまでの領域を徐々に変化させながら好適に照明することが可能になる。これはカーブの脱出部においても同様であり、実際の操舵角よりも先に運転者の注視点がカーブ外側に向けられる傾向がある場合でも、当該注視点を迅速に照明しようとする制御を行う一方で自動車の直前を好適に照明することが可能になる。一方、カーブの円曲線部では、操舵角及び注視角に基づいて偏向制御を実行するためカーブの内側から走行領域に向けて偏向制御が行われるが、この際に運転者の注視点が頻繁に左右に移動する傾向がある場合でも、注視角の平均値を演算しているため、偏向制御は左右に移動する注視点の中心となる位置に向けられることになり、注視点及び走行領域を適切に照明することが可能になる。

なお、カーブ走行時における左右のヘッドランプの偏向制御では、図５に示したように両振り均等制御、片振り制御、不均等５０％制御、不均等７５％制御について複数の被検者による測定を行っているが、その結果、片振り制御は他の３つの制御に比較して好ましい結果は得られていないが、他の３つの制御はいずれも甲乙つけ難く有効な制御であることが確認されている。

また、注視角を検出するフローでは複数回、ここでは５回の注視角の平均を求めているので、図７に示した円曲線部において前述のように中心点が左右に頻繁に移動して注視角が変動する場合でもヘッドランプの照射方向が注視点の変動に追従して変動することはないが、場合によっては注視点に追従した迅速な偏向制御が要求される場合もある。例えば、図８に示すフローのように、注視角の平均値を求めるた後に、得られた注視角Ｇθavを前回の注視角の平均値Ｇθav1 と比較し（Ｓ１０５Ａ）、両者の差Δθ1 （＝Ｇθav−Ｇθav1 ）が所定角ｄθ1 以上のときに、新たな注視角Ｇθavを出力するようにし、所定角よりも小さいときには前回の注視角Ｇθav1 を出力するようにしてもよい。このようにすることで、注視角の微小な変動を無視してヘッドランプの照射方向をより安定に制御する一方で、注視角がある程度大きく変化したときには注視点に対して速やかに追従する偏向制御を行うことが可能になる。

さらに、図９に示すフローにおいて、道路状況を認識してステップＳ１１５で演算した偏向角Ｈθを注視角Ｇθavと比較してもよい。すなわち、注視角Ｇθavと偏向角Ｈθとの差Δθ2 を求め（Ｓ１０７）、求めた差Δθ2 を所定角θref2と比較し（Ｓ１０８）、差Δθが所定角θref2よりも小さいときには、両者が一致しているとみなして、注視角Ｇθavに基づいてヘッドランプの偏向制御を実行する。両者の差が所定角θref2よりも大きいときには、ステップＳ１０５の場合と同様に運転者が走行先を見ていないと判定して注視角をデフォルト注視角Ｇθd とする。しかる上でＥＣＵ１では、前述と同様にデフォルト注視角Ｇθｄに基づいて、あるいは偏向角Ｈθに基づいて偏向制御を実行するようにしてもよい。これは、運転者が操舵をしながら脇見運転をしたような場合にヘッドランプの無用な偏向制御を防ぐ上で有効になる。

また、ヘッドランプの偏向制御の異常制御を未然に防止するために、図１０のフローのように、周囲道路情報部からの道路情報に基づいて道路状況認識後に現在の走行地域が市街地であるか郊外であるかを判定し（Ｓ１１６）、市街地の場合には検出した注視角をデフォルト注視角Ｇθｄとする（Ｓ１０９）。あるいは、走行先道路認識部の外部視界カメラで撮像した画像からマーキングや路肩以外の異物体、例えば、歩行者、他車両等を認識した場合には（Ｓ１１７）、検出した注視角をデフォルト注視角Ｇθｄとする（Ｓ１０９）。その上で、ＥＣＵは偏向角Ｈθとデフォルト注視角Ｇθd を参照して前述と同様にヘッドランプの偏向角を演算する。このようにすることで、運転者の注視点が極めて頻繁に移動する可能性の高い市街地や、郊外でも人込みが多い道路や車両通行量の多い混雑した道路での走行時に、頻繁に移動する運転者の注視点の移動に追従してヘッドランプがいたずらに偏向制御されることを防止する。この場合には、ヘッドランプによって照明されない歩行者や他車両の存在を運転者に認知させるためにアラームを報知するようにすることが好ましい。

本発明が適用されるＡＦＳとして前記実施例のように左右に偏向するスイブルランプのみならず、複数のランプを選択的あるいは順序的に点灯させて車両の左右方向の照射範囲を実質的に変化させるベンディングランプで構成される車両用照明装置にも適用することが可能である。

本発明が適用される注視挙動方式のＡＦＳ制御のシステム構成図である。 注視角検出部の概略構成を示す図である。 注視角を検出する原理を簡単に説明する図である。 外部視野カメラでマーキングラインを認識する状態を示す図である。 左右のヘッドランプの偏向制御の異なる形態を示す図である。 ヘッドランプの偏向制御の第１の形態を示すフロー図である。 カーブにおける操舵角と注視角との相関を示す図である。 ヘッドランプの偏向制御の第２の形態を示すフロー図である。 ヘッドランプの偏向制御の第３の形態を示すフロー図である。 ヘッドランプの偏向制御の第４の形態を示すフロー図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
１０ 注視角検出部（注視角検出手段）
２０ 走行先道路認識部（道路情報検出手段）
３０ 周囲道路情報部（道路情報検出手段）
ＣＡＲ 自動車
ＬＨＬ，ＲＨＬ ヘッドランプ
ＬＩＲ，ＲＩＲ 左右ＩＲ光
ＥＴＶ アイカメラ
ＥＸＴＶ 外部視野カメラ
ＳＳＷ ステアリングセンサ
ＳＶ 車速センサ

Claims (3)

1. 車両のランプの照射範囲を制御する配光制御手段を備える車両用照明装置において、運転者の注視角を検出する注視角検出手段と、前記車両の少なくとも前方の道路情報を検出する道路情報検出手段とを備え、前記配光制御手段は運転者の注視角と前記道路情報とに基づいて照射範囲の制御を行うことを特徴とする車両用照明装置。
2. 前記配光制御手段は運転者の注視角の変動を平均化した注視角を参照して照射範囲の偏向制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用照明装置。
3. 前記注視角が所定角範囲内のときに当該注視角を参照することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用照明装置。
   
   

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