JP2010064718A - 撮像装置および車両用前照灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子のコスト増加を回避しつつ水平方向に長い画像を適切に撮像することができる撮像技術を提供する。
【解決手段】撮像装置において、第１光学系および第２光学系は、撮像素子１００のうち結像される映像における上下方向に並ぶ第１領域１００ａおよび第２領域１００ｂの各々にそれぞれが映像を結像させる。第１光学系および第２光学系の各々は、互いに異なる画角で入射する映像を撮像素子１００に結像させる。ロービーム形成用シェードおよびハイビーム形成用シェードは光照射領域を切り替える。前照灯装置制御部は、撮像素子１００により撮像され生成された画像データを利用してロービーム形成用シェードおよびハイビーム形成用シェードの作動を制御する。
【選択図】図８

Description

本発明は、撮像装置および車両用前照灯装置に関する。

現在、例えば車両のフロントガラス客室内側上方に設置されたカメラによって車両前方を撮像し、得られた画像データを利用して道路上の障害物、歩行者、白線、先行車、対向車の存在や位置を検出する技術の開発が急速に進められている。このような技術として、例えば、プリクラッシュセーフティシステム（pre-crash safety system）や車線逸脱警報システムが知られている。また、車両用前照灯装置においては、先行車や対向車の存在を検知してハイビームの照射を制御するハイビーム制御システムの開発が進められている。

プリクラッシュセーフティシステムは、自車両が衝突する可能性がある対象物を検知する技術であり、車線逸脱警報システムは、自車両が走行中の車線を逸脱する可能性があるか否かを白線などの位置を検知することにより判定する技術である。これらの技術では、自車両から１００メートルほど先までの対象物を検出することが必要とされる。これに対し、ハイビーム制御システムにおいては、３００メートルほど先の先行車、および８００メートルほど先の対向車まで検出することが必要とされる。

このように同様に車両前方の撮像データを利用するシステムにおいても、どのような制御に使用するかによっては自車両から対象物までの距離が大きく異なる。また、ハイビーム制御システムのみを利用する場合においても、遠方の対象物だけでなく近い対象物も検出する必要がある。遠方の物体ほど撮像した像は小さくなることから、遠方の物体を検出するためには、画像を拡大すべくカメラの画角を狭めることが求められる。このため、このように自車両からの距離が大きく異なる対象物を単一のカメラで単一の画像によって撮像する場合、遠い対象物に合わせた画角とした場合は近い対象物の検出範囲が狭くなり、近い対象物に合わせた画角とした場合は遠い対象物を拡大して検出することが困難となるなど、近い対象物と遠い対象物の双方を適切に撮像することは困難である。一方、自車両から対象物までの距離に合わせて複数の撮像素子を設ける場合、撮像素子のコスト増加を回避することは困難となる。

ここで、例えば、左右方向の画像を単一の撮像素子に結像させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１５６６２号公報

例えばプリクラッシュセーフティシステム、車線逸脱警報システム、またはハイビーム制御システムを実施するために自車両前方の画像をカメラで撮像する場合、対象物が存在する可能性がある領域は一般的に水平方向に広くなる。これに対し、例えば上述の特許文献に記載されるように左右方向の画像を単一の撮像素子に結像させる場合、水平方向に長い画像を撮像することは困難であり、適切に対象物を検出できないおそれがある。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、撮像素子のコスト増加を回避しつつ水平方向に長い画像を適切に撮像することができる撮像技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の撮像装置は、撮像素子と、撮像素子のうち結像される映像における上下方向に並ぶ複数の領域の各々にそれぞれが映像を結像させる複数の光学系と、を備える。

この態様によれば、単一の撮像素子で水平方向に長い画像を複数撮像することができる。このため、複数の撮像素子を用いる場合に比べて撮像素子のコスト増加を回避しつつ水平方向に長い画像を複数撮像することが可能となる。

複数の光学系の各々は、互いに異なる画角で入射する映像を撮像素子に結像させてもよい。この態様によれば、遠近双方の対象物を単一の撮像素子で適切に撮像することが可能となる。このため、例えばプリクラッシュセーフティシステムまたは車線逸脱警報システムとハイビーム制御システムとを同時に併用する場合や、ハイビーム制御システムにおいて遠近の対象物を検出する場合などにおいても、単一の撮像素子によって撮像して得られた画像データを利用することにより対象物を適切に検出することが可能になる。

複数の光学系の各々は、水平方向に並ぶ複数の被撮像領域の各々の映像を撮像素子に結像させてもよい。

例えば水平方向に長い単一の画像を撮像したい場合、そのまま撮像素子に撮像すると撮像素子全体を効率良く利用して高精細な画像を得ることは困難である。また、上述の特許文献に記載されるように左側の画像を撮像素子の左領域に、右側の画像を撮像素子の右領域に結像させると、左右の画像がともに鉛直方向に長くなるおそれがある。このため、共に水平方向に長い左右の画像を撮像したい場合に高精細な画像を得ることは困難である。

この態様によれば、例えばこのように水平方向に長い単一の画像を撮像する場合においても、例えば左半分の画像を撮像素子の上領域に結像させ、右半分の画像を撮像素子の下領域に結像させることなどが可能となる。このため、撮像素子の面積を効率よく利用して高精細な画像を撮像することが可能となる。

本発明の別の態様は、車両用前照灯装置である。この装置は、撮像素子と、撮像素子のうち結像される映像における上下方向に並ぶ複数の領域の各々にそれぞれが映像を結像させる複数の光学系と、光照射領域を切り替える照射領域切替手段と、撮像素子により撮像され生成された画像データを利用して照射領域切替手段の作動を制御する制御手段と、を備える。

この態様によれば、例えばハイビーム制御システムにおいて遠近の対象物を検出する場合などにおいても、単一の撮像素子によって撮像して得られた画像データを利用することにより対象物を適切に検出することが可能になる。

制御手段は、複数の領域の各々に同時に結像されて得られた複数の画像を互いに関連付けてもよい。この態様によれば、同時に撮像された複数の画像データを利用して、対象物を適切に検出してハイビーム制御を実施することなどが可能となる。

本発明によれば、撮像素子のコスト増加を回避しつつ水平方向に長い画像を適切に撮像することができる撮像技術を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る車両用前照灯装置１０の概略垂直断面図である。車両用前照灯装置１０は、車体先端の左寄りに設けられる左側灯具と、右寄りに設けられる右側灯具とを含むが、図１では左側灯具３０Ｌを描いている。以下では左側灯具について説明するが、右側灯具も基本的に同様の構成を有している。

車両用前照灯装置１０は、ランプボディ１２と、ランプボディ１２の前端開口部に取り付けられた透光カバー１４とで形成される灯室内に、左側灯具３０Ｌが収容された構成となっている。左側灯具３０Ｌは、図示しない支持部材によってランプボディ１２に取り付けられている。

左側灯具３０Ｌは、プロジェクタ型と称される灯具であり、光源であるバルブ８６、リフレクタ８４、投影レンズ２２、ロービーム形成用シェード２４およびハイビーム形成用シェード２６を備える。左側灯具３０Ｌは、バルブ８６から出射した光をリフレクタ８４に反射させ、リフレクタ８４から前方に向かう光の一部をロービーム形成用シェード２４またはハイビーム形成用シェード２６で遮蔽して、灯具前方に配置された仮想鉛直スクリーン上にカットオフラインを有する配光パターンを投影する。

リフレクタ８４は、車両前後方向に延びる光軸Ａｘを中心軸とする略楕円球面状の反射面を有している。この反射面は、光軸Ａｘを含む断面形状が楕円をなし、その離心率が鉛直断面から水平断面へ向けて徐々に大きくなるように設定されている。バルブ８６は反射面の鉛直断面を構成する楕円の第１焦点に配置されており、これによって光源からの光が上記楕円の第２焦点に収束するようになっている。

投影レンズ２２は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであって、光軸Ａｘ上に配置されている。投影レンズ２２は、後側焦点がリフレクタ８４の反射面の第２焦点に一致するように配置されており、後側焦点面上の像を鉛直仮想スクリーン上に反転像として投影するように構成されている。投影レンズ２２は、その周縁部がホルダ３６の前端環状溝部に保持されている。

灯具の光源としては、例えば、白熱球やハロゲンランプ、放電球、ＬＥＤ、ネオン管、レーザ光源などが使用可能であるが、第１の実施形態では、一例としてハロゲンランプで構成されるバルブ８６を示している。バルブ８６は、リフレクタ８４の略中央に形成された開口部に勘合固定されている。

車両用前照灯装置１０は、それぞれ個別に駆動可能なロービーム形成用シェード２４またはハイビーム形成用シェード２６を備えることで、ロービーム用配光パターンとハイビーム用配光パターンの両方を作り出すことができる切替型の前照灯である。ロービーム形成用シェード２４は、ローシェード駆動モータ３４Ｌと図示しない歯車機構と接続されている。ローシェード駆動モータ３４Ｌを作動させることで、図中に矢印２５で示すように、ロービーム形成用シェード２４を前方に傾斜するように倒したり、または直立位置に戻したりできるように構成されている。

ハイビーム形成用シェード２６は、ハイシェード駆動モータ３２Ｌと略Ｌ字形のアーム３７で接続されている。アーム３７の上端はハイビーム形成用シェード２６の下端に固定され、アーム３７の下端はハイシェード駆動モータ３２Ｌの出力軸に取り付けられている。ハイシェード駆動モータ３２Ｌが作動して図中の矢印３５のように回転すると、ハイビーム形成用シェード２６が出力軸を中心に旋回して、光軸Ａｘを横切る方向に移動することができる。このようにロービーム形成用シェード２４、ハイビーム形成用シェード２６、ローシェード駆動モータ３４、およびハイシェード駆動モータ３２は、光照射領域を切り替える照射領域切替手段として機能する。この移動の様子は、図３および図４を参照してさらに説明する。

図２は、図１に示した矢印Ｂの方向からロービーム形成用シェード２４およびハイビーム形成用シェード２６を観察したときの概念図である。図２に示すように、ロービーム形成用シェード２４は、ロービーム用配光パターンにいわゆるカットオフラインが形成されるように、車幅方向の右側で光軸を横切る水平線より下側に水平に延びる右側部分と、車幅方向の左側で右側部分よりやや上方の位置を水平に延びる左側部分とが、左上がりに傾斜した中央部分によって連結された形状を有している。中央部分の傾斜角度は、例えば４５°である。

ハイビーム形成用シェード２６は、ロービーム形成用シェード２４の背面、すなわち光源側に配置される。図３に示すように、ハイビーム形成用シェード２６は、光軸を横切る水平線より下側に配置され、略長方形の形状をなしている。ハイビーム形成用シェード２６の垂直部２６ａによって、ハイビーム用配光パターン内に垂直のカットオフラインが形成される。

図３（ａ）、（ｂ）は、ローシェード駆動モータ３４Ｌによって、ロービーム形成用シェード２４が紙面に対して手前側に傾斜されたときの様子を示す。ロービーム形成用シェード２４が倒されることで、光軸の水平線より下側にリフレクタ８４で反射された光線が通過できる空間が産まれ、ハイビーム用配光パターンを照射可能となる。

ハイビーム形成用シェード２６は、光軸Ａｘを横切る方向に移動可能である。図３（ａ）に示すように、初期状態では、ハイビーム形成用シェード２６は垂直部２６ａがリフレクタ８４の中心線よりも右側に位置するように配置されるが、図３（ｂ）に示すように、垂直部２６ａがリフレクタ８４の中心線よりも左側に来る位置まで移動可能に構成されている。ハイビーム形成用シェード２６の垂直部２６ａは、光軸Ａｘを横切る方向にリフレクタ８４の左端から右端まで連続的に移動可能とされることが好ましい。

なお、右側灯具３０Ｒに備えられるロービーム形成用シェード２４とハイビーム形成用シェード２６は、左側灯具３０Ｌのものと左右対称になっていることに注意する。すなわち、右側灯具３０Ｒ内に設けられるハイビーム形成用シェード２６は、初期状態において、垂直部２６ａがリフレクタ８４の中心線よりも左側に位置するように配置される。

図４（ａ）〜（ｃ）は、灯具前方の所定位置、例えば灯具前方２５ｍの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるハイビーム用配光パターンを示す。

図４（ａ）は、右側灯具３０Ｒで形成される右側配光パターンＲＰを示す。右側配光パターンＲＰは、全体として楕円形のうち第二象限部分が切り欠けた形状をしている。そして、Ｈ−Ｈ線より上の領域が、Ｈ−Ｈ線より下の領域よりも若干小さくなるような形状をしている。図中の３つの曲線は照度の違いを表しており、中心部ほど高い照度となる。

図中の垂直線は、右側配光パターンＲＰ内に形成されるカットオフラインＲＣを表す。図１で示したように、各ハイビーム形成用シェード２６シェードの前方には平凸非球面レンズからなる投影レンズ２２が配置されているので、ハイビーム照射領域により形成される投映像は仮想鉛直スクリーン上で上下逆さまになることに注意する。

カットオフラインＲＣは、図中に矢印で示すように、光軸Ａｘを横切る水平方向に移動させることができる。カットオフラインＲＣは、初期状態ではＶ−Ｖ線よりも右側に位置する。カットオフラインＲＣの移動範囲は、ハイビーム形成用シェード２６の移動可能範囲によって決まる。図４（ａ）では、第一象限内でのみ移動するように描かれているが、楕円長軸の大部分にわたってカットオフラインＲＣを移動できるようにすることが好ましい。

図４（ｂ）は、左側灯具３０Ｌで形成される左側配光パターンＬＰを示す。左側配光パターンＬＰも、右側配光パターンＲＰと同様、全体として楕円形のうち第一象限部分が切り欠けており、Ｈ−Ｈ線より上の領域がＨ−Ｈ線より下の領域よりも若干小さくなるような形状をしている。垂直のカットオフラインＬＣは、初期状態ではＶ−Ｖ線よりも左側に位置する。その他の構成は、カットオフラインＲＣと同様である。

図４（ｃ）は、右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰとを重ね合わせた全体配光パターンを示す。右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰとは、同じ大きさの楕円を作るように構成されている。したがって、両者が重ね合わせられた全体配光パターンでは、Ｈ−Ｈ線より下側は単独のときと比べて二倍の照度となり、Ｈ−Ｈ線より上側では単独のときと同じ照度となる。それぞれの配光パターンのカットオフラインＲＣ、ＬＣの位置に応じて、全体配光パターンのＨ−Ｈ線より上側には、凹字状の遮光領域Ｓが形成される。カットオフラインの位置を変えることで、この凹字状の遮光領域を楕円の長軸に沿って水平方向に移動させることができる。これについては、図１１以降で詳述する。

図５は、車両用前照灯装置１０の全体構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置、電気回路で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

前照灯装置制御部４０は、左側灯具３０Ｌおよび右側灯具３０Ｒの消点灯および灯具内に設けられた各シェードの動作を制御する。前照灯装置制御部４０は、運転手による図示しない前照灯スイッチの操作に応じて電源回路４２に指令を出し、左側灯具３０Ｌおよび右側灯具３０Ｒを点灯または消灯する。

運転者が前照灯スイッチでロービームを指示した場合には、シェード駆動部４４に対してロービーム形成用シェード２４を直立位置に移動するよう指示し、シェード駆動部４４は、ローシェード駆動モータ３４Ｌおよび３４Ｒを作動させる。これにより、ロービーム用配光パターンで照射が行われる。運転者がハイビームを指示した場合には、シェード駆動部４４に対してロービーム形成用シェード２４を傾斜させるよう指示し、シェード駆動部４４は、ローシェード駆動モータ３４Ｌおよび３４Ｒを作動させる。これにより、ロービーム形成用シェード２４が前方に倒されて、ハイビーム用配光パターンで照射が行われる。

カットオフライン変更部５０は、車両位置検出部５２、カットオフライン位置決定部５４、シェード移動量指示部５６を含む。

車両位置検出部５２は、車両前方を撮像するよう車両に据え付けられたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ９０で取得された画像に基づき、配光パターン内で前走車が占める位置を検出する。具体的には、車両位置検出部５２は、カメラ９０で取得された車両前方の画像内で、車両の前照灯または尾灯に相当する部分を既知のアルゴリズムにしたがってって検出し、配光パターン内のＨ−Ｈ線およびＶ−Ｖ線と照らし合わせて車両位置を決定する。車両位置データは、カットオフライン位置決定部５４に出力される。このようなカメラの撮像画像内から前走車を検出する手法は周知であるから、ここでは詳細な説明を省略する。

カットオフライン位置決定部５４は、運転者によりハイビームが指示されている場合に、車両位置検出部５２で検出された車両位置に合わせた遮光領域が形成されるように、右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰにおけるそれぞれのカットオフラインＲＣ、ＬＣの水平方向位置を決定する。つまり、右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰとを組み合わせた全体配光パターン内に、前走車にグレアを与えないような適切な遮光領域が形成されるようにカットオフライン位置を決定する。カットオフラインは、検出された前走車の両端からそれぞれ若干量外側に、カットオフラインとＨ−Ｈ線との交点が来るように配置することが好ましい。

シェード移動量指示部５６は、右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰのカットオフラインＲＣ、ＬＣが、カットオフライン位置決定部５４で定められた水平方向位置に来るように、右側灯具３０Ｒと左側灯具３０Ｌ内のハイビーム形成用シェード２６の移動量を算出し、シェード駆動部４４に指示する。シェード駆動部４４は、シェード移動量指示部５６から指示された移動量が実現されるように、ハイシェード駆動モータ３２Ｌおよび３２Ｒに駆動信号を送る。

図６は、第１の実施形態に係るカメラ９０の構成を示す図である。図６は、車両搭載されたカメラ９０の右側面図を模式的に示したものである。カメラ９０は、フロントガラス９２の客室内側上方に配置され、車両前方の画像を撮像する。

カメラ９０は、撮像素子１００、第１光学系１０２、第２光学系１０４、および遮蔽板１１０を有する。撮像素子１００は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサによって構成される。なお、撮像素子１００がＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなど他のイメージセンサによって構成されていてもよい。

第１光学系１０２は、レンズ１０６およびレンズ１０６を支持する支持部材（図示せず）を有する。第２光学系１０４は、レンズ１０８およびレンズ１０８を支持する支持部材（図示せず）を有する。第１光学系１０２および第２光学系１０４は、撮像素子１００のうち結像される映像における上下方向に並ぶ複数の領域の各々にそれぞれが映像を結像させる。これにより、単一の撮像素子１００で水平方向に長い画像を複数撮像することが可能となる。

第１の実施形態では、第２光学系１０４は、第１光学系１０２よりも小さい画角で、撮像素子１００において第１光学系１０２が結像させる領域よりも下方の領域に車両前方の映像を結像させる。これにより、レンズ１０６よりも撮像素子１００から離間するレンズ１０８を、レンズ１０６よりも下方に配置することができる。図６に示すように、車両のフロントガラス９２は、一般的に下方に行くほど前方に突き出すように設けられる。このようにカメラ９０も下方に配置されるレンズ１０８が上方に配置されるレンズ１０６よりも前方に突き出す構成とすることにより、車両客室内のスペースを有効に利用してカメラ９０を設置することができる。

第１光学系１０２と第２光学系１０４との間には遮蔽板１１０が設けられ、第１光学系１０２から撮像素子１００の下方の領域への光の入射、および第２光学系１０４から撮像素子１００の上方の領域への光の入射が抑制されている。

なお、第１光学系１０２および第２光学系１０４の各々は、ミラーまたはプリズムを介して撮像素子１００に車両前方の映像を結像させてもよい。撮像素子は近年益々小型化が進められている。このようにミラーまたはプリズムを利用することで、小さい撮像素子に映像を結像する場合においても、物理的にスペースが不足する事態を回避しつつ光学系を構成することが可能となる。

図７は、第１の実施形態に係るカメラ９０が搭載された自車両１２０を上方から見た模式図である。図７において、θ１は第１光学系１０２の画角を示し、θ２は第２光学系１０４の画角を示す。このように、θ２はθ１よりも小さく設定されており、第２光学系１０４は第１光学系１０２より遠方の映像を撮像素子１００に結像させるよう構成されている。

車両位置検出部５２は、第１光学系１０２による結像位置と第２光学系１０４による結像位置との対応関係を取得するため、第１光学系１０２および第２光学系１０４の双方の画角内において第１基準点Ａ１および第２基準点Ａ２を特定する。第１の実施形態では、第２光学系１０４の画角の方が小さく設定されていることから、車両位置検出部５２は、第２光学系１０４の画角内において第１基準点Ａ１および第２基準点Ａ２を特定する。なお、この第１基準点Ａ１および第２基準点Ａ２は、第２光学系１０４による撮像素子１００への矩形の結像範囲のコーナー部周辺であることが好ましい。

このように、第１光学系１０２および第２光学系１０４の各々は、互いに異なる画角θ１、θ２で入射する映像を撮像素子１００に結像させる。これにより、遠近双方の対象物を単一の撮像素子１００で適切に撮像することが可能となる。したがって、後述するハイビーム制御において遠近の対象物を検出する場合などにおいても、単一の撮像素子１００によって撮像して得られた画像データを利用することにより対象物を適切に検出することが可能になる。

図８は、第１の実施形態に係る撮像素子１００の正面図である。図８において、第１領域１００ａは第１光学系１０２によって映像が結像される領域を示し、第２領域１００ｂは第２光学系１０４によって映像が結像される領域を示す。このように、第１光学系１０２は、撮像素子１００のうち水平方向に長い上方の領域である第１領域１００ａに車両前方の映像を結像させる。また、第２光学系１０４は、撮像素子１００のうち水平方向に長い下方の領域である第２領域１００ｂに前方の映像を結像させる。

第１の実施形態では、一般的な撮像素子と同様に幅と高さの比が４：３の撮像素子を利用している。一方、後述するハイビーム制御においては、例えば単一の光学系で幅が高さの２倍以上という水平方向に長い領域に結像された画像のみが制御に利用される。このため、撮像した画像のうち上方および下方に制御に利用されない領域が生じ、撮像素子１００の全体を効果的に利用することが困難となる。このように第１光学系１０２および第２光学系１０４が、撮像素子１００のうち結像される映像における上下方向に並ぶ複数の領域の各々にそれぞれが映像を結像させることにより、撮像素子１００の面積を効果的に利用することができる。

図８において、第３領域１００ｃは、第２領域１００ｂに結像される映像が第１領域１００ａにおいて結像される領域を示す。このように、第１光学系１０２は、第２光学系１０４によって結像される映像を含み、且つその映像よりも広範囲の映像を撮像素子１００に結像させる。

図９は、第１の実施形態における撮像素子１００の正面図に、第１基準点Ａ１および第２基準点Ａ２の各々が結像されるポイントを示した図である。車両位置検出部５２は、撮像素子１００の左下のコーナー部を原点として、結像された映像の位置を定義する。ここでは、水平方向に延びる軸をｘ軸、鉛直方向に延びる軸をｙ軸とする。

第１光学系１０２によって撮像素子１００に結像される第１基準点Ａ１および第２基準点Ａ２のそれぞれの位置を第１基準点Ｐ１および第２基準点Ｐ２とし、それぞれの座標をＰ１（ｘ_Ｐ１，ｙ_Ｐ１）、Ｐ２（ｘ_Ｐ２，ｙ_Ｐ２）とする。また、第２光学系１０４によって撮像素子１００に結像される第１基準点Ａ１および第２基準点Ａ２のそれぞれの位置を第１基準点Ｑ１および第２基準点Ｑ２とし、それぞれの座標をＱ１（ｘ_Ｑ１，ｙ_Ｑ１）、Ｑ２（ｘ_Ｑ２，ｙ_Ｑ２）とする。第２光学系１０４の画角は第１光学系１０２の画角よりも小さいことから、第１基準点Ｑ１と第２基準点Ｑ２との間隔は第１基準点Ｐ１と第２基準点Ｐ２との間隔よりも大きくなる。

第１の実施形態では、遠い前方の対象物および水平方向に長い範囲に存在する比較的近い前方の対象物の存在が検出された場合に、対象物の存在が検出された位置への照射光の照度が対象物の存在が検出されない位置への照射光の照度よりも低くなるよう、ロービーム形成用シェード２４およびハイビーム形成用シェード２６を駆動させる。このとき、車両位置検出部５２は、撮像素子１００によって撮像された画像データのうち第１領域１００ａに結像された画像を利用して、水平方向に長い範囲に存在する比較的近い前方の対象物の存在を検出する。また、車両位置検出部５２は、撮像素子１００によって撮像された画像データのうち第２領域１００ｂに結像された画像を利用して、遠い前方の対象物の存在を検出する。このように撮像素子１００の異なる領域において対象物の存在を検出するため、車両位置検出部５２は、第１領域１００ａにおける計測点と第２領域１００ｂにおける計測点との対応関係を取得する。

具体的には、車両位置検出部５２は、第１領域１００ａに結像された画像を利用して第１基準点Ｐ１と第２基準点Ｐ２との距離（Ｐ１Ｐ２）を算出する。また、車両位置検出部５２は、第２領域１００ｂに結像された画像を利用して第１基準点Ｑ１と第２基準点Ｑ２との距離（Ｑ１Ｑ２）を算出する。このＱ１Ｑ２とＰ１Ｐ２との比から、第１光学系１０２に対する第２光学系１０４の倍率Ｍを算出する。Ｑ１Ｑ２、Ｐ１Ｐ２、および倍率Ｍは、

によって算出される。

車両位置検出部５２は、第１領域１００ａおよび第２領域１００ｂの各々に同時に結像されて得られた複数の画像データを互いに関連付ける。具体的には、車両位置検出部５２は、まず第１基準点Ｐ１を基準とした第１計測点Ｐｎ（ｘ_Ｐｎ，ｙ_Ｐｎ）の位置を算出する。次に車両位置検出部５２は、上述の方法によって第１領域１００ａに対する第２領域１００ｂの倍率Ｍを算出し、第１基準点Ｐ１を基準とした第１計測点Ｐｎの位置をＭ倍して、第１基準点Ｑ１の座標に加える。こうして車両位置検出部５２は、第２領域１００ｂにおいて第１計測点Ｐｎに対応する点である第２計測点Ｑｎ（ｘ_Ｑｎ，ｙ_Ｑｎ）を算出することができる。

図１０は、第１の実施形態における車両位置に応じた遮光制御の流れを示すフローチャートである。車両に搭載されたカメラ９０が、車両前方の画像を撮影する（Ｓ１０）。車両位置検出部５２は、撮影された画像に基づき、前走車などの対象物がハイビーム用配光パターン内で占める位置を検出する（Ｓ１２）。

このとき車両位置検出部５２は、遠い前方の対象物の位置を、第２領域１００ｂに結像された画像を利用して検出する。また、車両位置検出部５２は、第２領域１００ｂにおいて撮像されず第１領域１００ａにおいて撮像される範囲における対象物の位置を、第１領域１００ａに結像された画像を利用して検出する。このとき車両位置検出部５２は、取得した第１計測点Ｐｎと第２計測点Ｑｎとの対応関係を利用して、車両前方の対象物の位置を検出する。

カットオフライン位置決定部５４は、検出された車両位置に基づき、車両部分を遮光領域とした全体配光パターンが形成されるように、右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰにおけるカットオフライン位置を決定する（Ｓ１４）。シェード移動量指示部５６は、決定されたカットオフライン位置に応じて、左側灯具３０Ｌおよび右側灯具３０Ｒ内のハイビーム形成用シェード２６の移動量を決定する（Ｓ１６）。シェード駆動部４４は、シェード移動量に応じた制御信号を、ハイシェード駆動モータ３２Ｒおよび３２Ｌに送信する（Ｓ１８）。このように車両位置検出部５２は、撮像素子１００により第１領域１００ａおよび第２領域１００ｂの各々において撮像され生成された画像データを利用してロービーム形成用シェード２４およびハイビーム形成用シェード２６の作動を制御する。

以上の構成による第１の実施形態の動作は以下の通りである。前走車が検出されると、車両位置の右端にカットオフラインが位置する右側配光パターンと、車両の左端にカットオフラインが位置する左側配光パターンが形成されるように、左右灯具内でハイビーム形成用シェードを移動させる。こうして作られた左右の配光パターンを重ね合わせた全体配光パターンを照射することで、前走車の運転者にグレアを与えない配光とすることができる。

続いて、前走車の車両位置に応じた配光パターン内の遮光領域形状について、図１１乃至１２を参照して説明する。

図１１は、自車両が直線道路７２を走行中に前走車７０が観察された様子を示す。カットオフライン位置決定部５４は、前走車７０の右端にＨ−Ｈ線との交点が来るよう右側配光パターンのカットオフラインＲＣの位置を決定するとともに、前走車７０の左端にＨ−Ｈ線との交点が来るよう左側配光パターンＬＰのカットオフラインＬＣの位置を決定する。

図１２は、カットオフライン位置決定部５４で決定されたカットオフラインを有する右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰを重ね合わせた全体配光パターンの様子を示す。図示するように、前走車７０の位置に合わせて、カットオフラインＲＣおよびＬＣで形成された凹型の遮光領域Ｓが全体配光パターン内に形成されている。これによって、前走車７０の運転者にグレアを与えることなく、かつ遮光領域を最小限とした配光パターンで路面が照射される。

図１３は、自車両が曲線道路７６を走行中に前走車７０が観察された様子を示す。この図では、図１１の場合と異なり、前走車７０はＶ−Ｖ線から離れた左方に位置している。このような場合でも、車両位置に合わせて遮光領域を移動させることができる。

カットオフライン位置決定部５４は、前走車７０の右端に合わせてカットオフラインＲＣとＨ−Ｈ線との交点を配置し、また前走車７０の左端に合わせてカットオフラインＬＣとＨ−Ｈ線との交点を配置する。

図１４は、カットオフライン位置決定部５４で決定されたカットオフラインを有する右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰを重ね合わせた全体配光パターンの様子を示す。図示するように、前走車の水平方向位置が左にずれた場合でも、車両位置に合わせた最小限の遮光領域Ｓを有する全体配光パターンを形成することができる。

図１５は、自車両が曲線道路７８を走行中に先行車７０ａと対向車７０ｂとが観察された様子を示す。今回のように撮影画像内に複数台の車両が捉えられた場合、カットオフライン位置決定部５４は、最も右にある車両の右端に合わせてカットオフラインＲＣとＨ−Ｈ線との交点を配置するとともに、最も左にある車両の左端に合わせてカットオフラインＬＣとＨ−Ｈ線との交点を配置する。

図１６は、カットオフライン位置決定部５４で決定されたカットオフラインを有する右側配光パターンＲＰと左側配光パターンＬＰを重ね合わせた全体配光パターンの様子を示す。図示するように、前走車が複数台ある場合、遮光領域Ｓは横長の長方形状となる。しかし、このときも、いずれの前走車の運転者にもグレアを与えることなく、かつ遮光領域を最小限とした配光パターンで路面を照射することができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、右側配光パターンと左側配光パターンとの重ね合わせによりハイビーム用の配光パターンを作成する前照灯装置において、右側灯具および左側灯具内でハイビーム形成用シェードを駆動することで、配光パターン内でカットオフライン位置を水平方向に移動できるようにした。これにより、左右のカットオフラインの組合せによって遮光領域を水平方向に自在に移動させることが可能になり、したがって、前走車位置のみを遮光領域とした全体配光パターンを作り出すことができる。シェードが連続的に移動できるように構成すれば、カットオフライン位置も配光パターン内で連続的に移動するので、前走車の水平方向位置、大きさ、および車両の数に応じて、遮光領域の範囲を最適に設定することができる。したがって、前走車の運転者にグレアを与えることなく、遮光範囲を最低限として路面の照度を確保することができる。

第１の実施形態のように、ハイビーム用配光パターン内でカットオフラインを移動させて遮光領域を形成させると、以下のような利点もある。すなわち、前走車にグレアを与えないために、ハイビームからロービームに切り替えたりすると、前走車の両側を照射することができなくなり、結果として前方視認性を低下させることになるが、第１の実施形態では、前方視認性をほとんど損なうことがない。

また、前走車を避けるように灯具をスイブルさせた場合、遮光領域が必要以上に大きくなったり、道路の両側を不必要に広い範囲で照らしてしまうことになり、自車両の左右を走行する車両や歩行者にグレアを与えてしまう可能性がある。これに対して、第１の実施形態では、灯具から発射される光線の方向は不変であるから、そのような恐れはない。

また、灯具をスイブルさせると、路面の配光が大きく変化するため、運転者に煩わしさを与える恐れがあるが、第１の実施形態では、前走車の有無やその位置にかかわらず、少なくともＨ−Ｈ線より下側の領域では照度が変わることがないので、自然なフィーリングで遮光制御することができる。

（第２の実施形態）
図１７は、第２の実施形態に係る第１光学系および第２光学系による被撮像領域を示す図である。第２の実施形態では、第１光学系および第２光学系の各々は、水平方向に並ぶ左被撮像領域１３０Ｌおよび右被撮像領域１３０Ｒの各々の映像を、撮像素子１００における第１領域１００ａおよび第２領域１００ｂの各々に結像させる。このとき第１光学系および第２光学系の各々は、互いに同じ画角で入射する映像を撮像素子１００に結像させる。なお、光学系の数は３つ以上であってもよい。この場合、複数の光学系の各々は、水平方向に並ぶ２つの被撮像領域の各々の映像を撮像素子１００において上下方向に並ぶ複数の領域に結像させる。

図１８は、左被撮像領域１３０Ｌの映像が第１領域１００ａに結像され、右被撮像領域１３０Ｒの映像が第２領域１００ｂに結像された状態を示す図である。このように水平方向にならぶ被撮像領域の映像であっても、撮像素子１００において上下方向に並ぶ領域に各々を結像させることにより撮像素子１００の面積を効率よく利用して高精細な画像を撮像することが可能となる。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。

例えば、各実施形態における灯具３０はいわゆる反射タイプのものであるが、灯具３０は、バルブ８６から投影レンズ２２に直接光照射される直射タイプであってもよい。

右側配光パターンおよび左側配光パターン内に形成されるカットオフラインは、曲線や傾斜した線であってもよい。これにより、Ｕ字状やＶ字状の遮光領域を全体配光パターン内に形成することができる。

実施形態では、右側灯具が右側配光パターンを、左側灯具が左側配光パターンを形成することを述べたが、この関係は逆でもよい。すなわち、右側灯具が左側配光パターンを、左側灯具が右側配光パターンを形成してもよい。

実施形態では、右側灯具および左側灯具を、ロービームとハイビームを切り替え可能なものとして説明したが、これらはハイビーム専用の灯具であってもよい。すなわち、ハイビーム形成用シェードのみを灯具内に備えた構成であってもよい。

実施形態では、ハイビーム形成用シェードを光軸を横切る方向に駆動することで、配光パターン内のカットオフラインを移動させることを述べた。しかし、この構成の代わりに、それぞれ遮蔽面積の異なる複数のハイビーム形成用シェードを回転軸の円周側面に間隔を空けて取り付けたいわゆるロータリーシェードを灯具内に設け、軸を回転させていずれかのシェードをリフレクタの焦点に合わせることで、配光パターン内のカットオフラインを移動させるようにしてもよい。

また、実施形態に係るハイビーム形成用シェードを移動可能な構成を有する灯具を、周知のスイブル機構と組み合わせて使用してもよい。これにより、前走車の運転手へのグレアを防止しつつ、車両の曲進に応じた照射制御をすることができる。

また、ある変形例では、車両用前照灯装置１０が搭載される車両には、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを有する車両制御部（図示せず）を有する。前照灯装置制御部４０の車両位置検出部５２は、第２領域１００ｂに結像された映像、または第１領域１００ａと第２領域１００ｂの双方に結像された映像を利用して対象物の存在を検出して上述のハイビーム制御を実施する。車両制御部は、第１領域１００ａに結像された映像を利用して、セーフティプリクラッシュ、車線逸脱警報システム、オートクルーズコントロールシステム（先行車自動追従走行システム）などにおける車両制御を実施する。これらの制御方法は公知であることから説明を省略する。このように第１領域１００ａおよび第２領域１００ｂの各々に結像された映像を異なる種類の制御に利用することも可能である。

また、ある別の変形例では、第１光学系および第２光学系のいずれか一方、または双方に光学フィルタが設けられる。この光学フィルタは、例えば赤外光を透過し可視光を遮断する赤外線フィルタであってもよい。このように光学フィルタを用いることで、様々な撮像形態で映像を撮像する場合においても、単一の撮像素子で撮像することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る車両用前照灯装置の概略垂直断面図である。 図１に示した矢印Ｂからロービーム形成用シェードおよびハイビーム形成用シェードを観察したときの概念図である。 （ａ）、（ｂ）は、ロービーム形成用シェードが紙面に対して手前側に傾斜されたときの様子を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、灯具前方の仮想鉛直スクリーン上に形成されるハイビーム用配光パターンを示す図である。 車両用前照灯装置の全体構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態に係るカメラの構成を示す図である。 第１の実施形態に係るカメラが搭載された自車両を上方から見た模式図である。 第１の実施形態に係る撮像素子の正面図である。 第１の実施形態における撮像素子の正面図に、第１基準点Ａ１および第２基準点Ａ２の各々が結像されるポイントを示した図である。 車両位置に応じた遮光制御の流れを示すフローチャートである。 直線道路を自車両が走行中に前走車が観察された様子を示す図である。 図１１に示した右側配光パターンと左側配光パターンを照射したときの様子を示す図である。 曲線道路を自車両が走行中に前走車が観察された様子を示す図である。 図１３に示した右側配光パターンと左側配光パターンを照射したときの様子を示す図である。 曲線道路を自車両が走行中に先行車と対向車とが観察された様子を示す図である。 図１５に示した右側配光パターンと左側配光パターンを照射したときの様子を示す図である。 第２の実施形態に係る第１光学系および第２光学系による被撮像領域を示す図である。 左被撮像領域の映像が第１領域に結像され、右被撮像領域の映像が第２領域に結像された状態を示す図である。

符号の説明

１０ 車両用前照灯装置、 ２４ ロービーム形成用シェード、 ２６ ハイビーム形成用シェード、 ３２Ｌおよび３２Ｒ ハイシェード駆動モータ、 ３４Ｌおよび３４Ｒ ローシェード駆動モータ、 ４０ 前照灯装置制御部、 ４４ シェード駆動部、 ５０ カットオフライン変更部、 ５２ 車両位置検出部、 ５４ カットオフライン位置決定部、 ５６ シェード移動量指示部、 ９０ カメラ、 ９２ フロントガラス、 １００ 撮像素子、 １０２ 第１光学系、 １０４ 第２光学系、 １０６ レンズ、 １０８ レンズ、 １１０ 遮蔽板、 １００ａ 第１領域、 １００ｂ 第２領域。

Claims (5)

1. 撮像素子と、
   前記撮像素子のうち結像される映像における上下方向に並ぶ複数の領域の各々にそれぞれが映像を結像させる複数の光学系と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記複数の光学系の各々は、互いに異なる画角で入射する映像を前記撮像素子に結像させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記複数の光学系の各々は、水平方向に並ぶ複数の被撮像領域の各々の映像を前記撮像素子に結像させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 撮像素子と、
   前記撮像素子のうち結像される映像における上下方向に並ぶ複数の領域の各々にそれぞれが映像を結像させる複数の光学系と、
   光照射領域を切り替える照射領域切替手段と、
   前記撮像素子により撮像され生成された画像データを利用して前記照射領域切替手段の作動を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用前照灯装置。
5. 前記制御手段は、前記複数の領域の各々に同時に結像されて得られた複数の画像を互いに関連付けることを特徴とする請求項４に記載の車両用前照灯装置。

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