JP2016522545A - 車両用ヘッドライト - Google Patents

Abstract

本発明は、車両用ヘッドライトに関し、車両用ヘッドライトは、ハウジング（１）と、ハウジング（１）の内部及び可動のモジュール支持体（５）の上に配置されている変調可能な光又は赤外線放射源（４）とを備え、外部の車両用処理装置（３）に接続するためのインタフェース（２）を備え、光又は赤外線放射源（４）の後方散乱放射線からデプス・インフォメーションを決定するための画像センサ（６）が、ハウジング（１）の内部に配置され、画像センサ（６）に接続された処理装置（８）が、ハウジング（１）の内部に配置された変調可能な光又は赤外線放射源（４）の少なくともいくつかに変調器（９）を介して接続されている。本発明によると、処理装置（８）は、インタフェース（２）に双方向データリンク(１０)を介して接続され、画像センサ（６）は、モジュール支持体（５）の上に、又はモジュール支持体（５）と共同して制御される画像センサ支持体の上に配置されている。これによって、従来の自動車工学におけるそれらの最良の統合により、連続製造に適したＴｏＦ技術の実用的な適用が可能となる。【選択用】図１

Description

本発明は、車両用ヘッドライトに関し、この車両用ヘッドライトは、ハウジングと、ハウジングの内部に配置された調節可能な光又は赤外線放射源（IR radiation sources）を備え、更に、請求項１の前提部に記載の外部の車両用処理装置に接続するためのインタフェースを備えている。

車両の外部領域の中に放射する全ての光又は赤外線放射源は、本明細書全体において車両用ヘッドランプ、すなわち照明又は信号表示用に使用される前部ヘッドランプ及び後部ライトの両方であることが理解されるであろう。ＬＥＤ（発光ダイオード）が光又は赤外線放射源としてマトリクスの様式でモジュール支持体の上に配置された車両用ヘッドライトが、この目的のためにますます使用されてきている。この場合に使用されるＬＥＤがＡＦＬ（adaptive forward lighting、適応性前方照明）技術によって追加的に操作されると、車両用ヘッドライトの照明プロフィールは、変更されることができ、ＬＥＤモジュールは、所望の照明プロフィールにしたがって車両用処理装置によって様々な強度にまで減光されることができる。走行時、すなわち、カーブを通る走行時、気象条件の変化時、又は道端の対象物の認識時における車両用ヘッドライトの照明プロフィールの変化もまた、動的な照明プロフィールとして以下において説明される。望ましい照明プロフィールが、例えば、車両の周辺環境からの情報を判断して、車両用処理装置を介して車両用ヘッドライトをそれぞれ制御するそれぞれのセンサによって選択されることができる。

前部ヘッドランプ用のＬＥＤモジュールは、例えば、いくつかの波長の組合せによって白色光をつくる。これらの波長は、窒化ガリウム（ＧａＮ）でできた青色ＬＥＤ及びコンバータ層によって部分的に間接的に生成され、そして、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）でできた黄色ＬＥＤによって部分的に直接的に生成される。後部ライト又はブレーキライト用のＬＥＤモジュールは、砒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、砒化リン化ガリウム（ＧａＡｓＰ）、アルミニウムガリウムリン化インジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）又はリン化ガリウム（ＧａＰ）のような半導体でできた赤色ＬＥＤによって７００ｎｍ付近の波長を生成する。ＬＥＤモジュールのビーム形成は、通常、プラスチックレンズ又は反射鏡によって支援される。

更に、いわゆる「タイム・オブ・フライト（time of flight、飛行時間）」（ＴｏＦ）カメラを車両に装備する努力がなされた。ＴｏＦカメラは、２Ｄ画像を記録するだけでなく、それぞれの記録されたピクセルについてデプス・インフォメーション（depth information、深さ情報、奥行き情報、深度情報、距離情報）を計測するカメラに関係する。デプス・インフォメーションは、場面の個々の対象物とＴｏＦカメラとの間の距離に関する情報として理解される。ＴｏＦカメラは、以下においてＴｏＦ光源とも呼ばれる自身の光源を装備しているので、能動カメラとしても知られている。この光源によって放出された光は、記録されるべき場面の対象物の上で反射されて、後方散乱放射線（backscatter radiation）としてカメラの画像センサの検出領域に到達する。デプス・インフォメーションは、実行時間及び位相差の測定値を介して反射光から決定される。

ＴｏＦ技術を車両において使用することの可能性は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に記載されている。

米国特許出願公開第２００８／０３９９１４（Ａ１）号明細書 国際公開第２００８／１５４７３６（Ａ１）号 独国特許出願公開第１０２００６０２５０２０（Ａ１）号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０４４７９４（Ａ１）号明細書

光源は、通常、変調光を放出するＬＥＤである。光は、通常、（例えば、２０ＭＨｚの）ＯＯＫ（On-Off Keying、オンオフキーイング）変調方式でメガヘルツ範囲においてＴｏＦ変調器によって放出され、したがって、自身の画像センサの視野の中に放出される。反射光成分（光子）は、カメラセンサによって受け取られ、反射された対象物の距離を計算するために使用される。これらのデプス・データ(depth data)は、グレースケール画像に加えて、適用のために後に利用できる。赤外線ＬＥＤ又はレーザダイオードは、ほとんどの適用において照明用に使用される。３５２×２８８ピクセル（ＱＶＧＡ解像度）を有するＰＭＤ画像センサが、現在、画像センサとして通常使用されている。画像センサは、シャッター原理に従うＯＯＫ信号を供給されなければならず、その信号は、また、ＴｏＦ光源を動作（trigger 、トリガー、制御）させるために同期して使用される。画像センサは、続いてアナログ差動信号を供給し、このアナログ差動信号から、ピクセル毎のデプス・インフォメーションがＴｏＦカメラ処理装置のいくつかの連続画像記録を使用することによって計算されることができる。従来のＴｏＦカメラの消費電力は、１０Ｗから１００Ｗまでの範囲にあり、ＴｏＦ光源の電力及び動作信号によって関連して決定される。

日常使用に適合し、連続生産に適した、自動車工学におけるＴｏＦ技術の適用例は、未だ生み出されていない。一方、ＴｏＦカメラに必要な光源によって、車両の電源に対してかなりのより多い電力が付加的に必要になり、そして、配線の増加がそれぞれ必要になることに起因する技術的困難がある。更に、画像センサとＴｏＦカメラの光源とは、実際的な理由により、車両の中で相互から分離して配置されている、すなわち、対向車両の運転者を幻惑させることを避けるために、光源がラジエータグリルの領域に位置し、画像センサがフロントガラスの領域に位置している。このために、高周波数変調信号が既存の車両用インタフェースを介してＴｏＦ光源まで伝送されることができないので、ＴｏＦシステム自体のための付加的な配線作業を生じさせる。配線及び伝送電子機器は、自動車電子機器の強制的なＥＭＣ調節を更に受ける。その上、２つの部品の分離した取付け位置は、視野の重複量が少ないために目的を更に制限する。

前述の技術的困難に加えて、いくつかの異なる車両領域（例えば、ラジエータグリルとボンネット、車室とフロントガラス、後尾扉、又はバンパー）が影響を受け、したがって、製造者の様々な部門がそれぞれの構成要素の統合及び承認に関係しているので、車両の開発、生産及びメンテナンスにおける実際業務の問題が存在するだけでなく、ラジエータグリルの領域に配置されたＴｏＦ光源を汚すことに起因するような実際的な問題も更に存在する。

したがって、これらの困難を克服して、日常使用に適合し、連続製造（series production）に適したＴｏＦ技術の自動車工学における適用を可能にすることが、本発明の目的である。特に、従来の自動車工学におけるＴｏＦ技術の統合が促進され、その適用もまた、車両用ヘッドライトの動的な照明プロフィールにおいて達成されるであろう。

これらの目的は、請求項１に記載の特徴によって達成される。請求項１は、車両用ヘッドライトに関し、前記車両用ヘッドライトは、ハウジングと、前記ハウジングの内部及び可動のモジュール支持体の上に配置されている変調可能な光又は赤外線放射源とを備え、外部の車両用処理装置に接続するためのインタフェースを備え、前記光又は赤外線放射源の後方散乱放射線からデプス・インフォメーションを決定するための画像センサが、前記ハウジングの内部に配置され、前記画像センサに接続された処理装置が、前記ハウジングの内部に配置された前記変調可能な光又は赤外線放射源の少なくともいくつかに変調器を介して接続されている。本発明によると、前記処理装置は、前記インタフェースに双方向データリンクを介して接続され、前記画像センサは、前記モジュール支持体の上に、又は前記モジュール支持体と共同して動作される画像センサ支持体の上に配置されている。

ＬＥＤに基づく既知の車両用ヘッドライトの光又は赤外線放射源の変調能力が利用されるので、車両用ヘッドライトの光又は赤外線放射源は、たとえ変調が従来通りに低周波数において実行されるとしても、デプス・インフォメーションを決定するための光源としてこのように使用される。およそ６００ｎｍの黄色光成分の波長を有する黄色ＬＥＤは、前部ヘッドライト及びフラッシングライトに特に好適であり、およそ６５０ｎｍの赤色光成分の波長を有する赤色ＬＥＤは、後部ライト及びブレーキライトに好適である。しかし、車両用ヘッドライトの照明プロフィールがますます動的に配置されることの結果として、後方散乱放射線及び特に最大の後方散乱放射線の方向も変化することが認識されるようになった。車両の運転者は、最大の後方散乱放射線の方向に見るために、それぞれの頭部移動によってこれらの変化した照明プロフィールに応答する。フロントガラスの領域に配置されたＴｏＦ画像センサは、また、例えば、これらの方向の変化に追従する必要があり、追従することによって、後方散乱光によって十分な照明強度を受け取り、それぞれ照明された領域における対象物からのデプス・インフォメーションを決定する。

このような理由で、画像センサの配置は、車両用ヘッドライトのハウジングの中にあること、したがって、光又は赤外線放射源の近くにあることが提案される。画像センサは、車両用ヘッドライトの照明プロフィールが変更された場合においてさえ、常に光軸の近くの最大の後方散乱放射線の領域にあり、その光軸は、車両用ヘッドライトとそれぞれ照らされた対象物との直線的な接続によって画定される。画像センサを車両用ヘッドライトのハウジングの中に配置することは、画像センサが、現在ますます利用可能になっている車両用ヘッドライト用の自己洗浄システムから利益を得るという利点を更に提供する。

更に、別個の処理装置も本発明にしたがって提供され、その処理装置は、ＴｏＦカメラ処理装置の機能を担い、一方において車両用ヘッドライトの光又は赤外線放射源のそれぞれの高周波数変調用の変調器に接続され、他方において双方向データ接続を介して外部の車両用電子機器へのインタフェースに接続されている。高周波数変調信号の伝送路は、したがって、一方において残りの車両用電子機器を損なうことなく短絡状態のままであり、照明及び信号表示のための開ループ及び閉ループ制御作業が、他方において外部の車両用処理装置によって担われることができ、ＴоＦデプス・インフォメーション決定の必要条件に調整されることができる。ＴｏＦカメラ処理装置として使用される処理装置は、したがって、外部の車両用処理装置とのインタフェースを介して計算されたデータを交換し、リアルタイムで外部の車両用処理装置からの照明プロフィールを変えるための制御情報を受け取り、リアルタイムでＴｏＦ画像センサの必要条件を考慮することによって、車両用ヘッドライトの照明プロフィールを変えることができる。

画像センサが、モジュール支持体、又はモジュール支持体と共同で制御される画像センサ支持体の上に配置されることが、本発明にしたがって更に提案される。その結果、画像センサは、また、モジュール支持体の枢動運動を実行して、常に、光軸に垂直に配置される。飛行時間型カメラ処理装置は、好ましくは、モジュール支持体及び画像センサ支持体に接続され、それにより、ＴｏＦカメラ処理装置は、また、外部の車両用処理装置から独立してそれらの動きを制御することができる。

本発明は、添付図面に示された実施形態を参照することによって、より詳細に以下において説明される。

図１は、本発明に従う車両用ヘッドライトの略図である。

図１は、本発明に従う車両用ヘッドライトを示し、この車両用ヘッドライトは、外部の車両用処理装置３に接続するためのインタフェース２を有するハウジング１を備えている。変調可能な光及び赤外線放射源４が、ハウジング１の内部に、例えば、可動のモジュール支持体５の上にマトリクスの様式で配置されている。光及び赤外線放射源４は、また、それぞれの焦点調整光学部品を備えている。光及び赤外線放射源４の後方散乱放射線からデプス・インフォメーションを決定するための画像センサ６が、従来の飛行時間型カメラ（time-of-flight cameras）にも使用されているのと同様に、ハウジング１の内部に更に備えられており、画像センサ６は、例示の実施形態において、モジュール支持体５の上に配置され、その結果、モジュール支持体５の移動中、光及び赤外線放射源４及び画像センサ６の両方は動かされる。画像センサ６は、通常、別個の焦点調整光学部品をも備えている。画像センサ６と光及び赤外線放射源４との相対的な配置は、車両用ヘッドライトの構成に依存して変動するものである。車両用ヘッドライトは、更に随意の保護カバー７によって放出面に密閉されており、この保護カバーは、透過光の両方の透過方向において透明である。本発明に従うハウジング１の内部での画像センサ６の配置は、また、様々な周波数の光に関する保護カバー７の透過挙動がヘッドライトの生産者に既知であるだけでなく、特に画像センサ６に対してそれぞれ最適化され得るという利点を提供する。フロントガラスは、光学特性、例えば、着色などをますます備えるようになっており、それは、画像センサ６に関する光に対する透過挙動に悪影響を及ぼし得るが、ヘッドライトの生産者によってはほとんど影響され得ないことに留意しなければならない。更に、画像センサ６は、保護カバー７用の随意の洗浄システムから利益を得ることができる。保護カバー７は、有利なことに、光及び赤外線放射源４から画像センサ６に至る散乱光を低減して画像センサ６の幻惑（dazzling）を最小化するように形成されることができる。

画像センサ６は、更に、飛行時間型カメラ処理装置の機能を果たす処理装置８に接続され、ハウジング１の内部に配置された変調可能な光及び赤外線放射源４の少なくともいくつかに変調器９を介して接続される。ＭＨｚ範囲にある比較的高い変調周波数が画像センサ６を介してデプス・インフォメーションを得るために必要とされるので、一方において熱の発生を低減するために、他方において、例えば、従来のｋＨｚ範囲での変調によって変調可能な光及び赤外線放射源４の残りの部分を用いて様々な輝度を設定することを可能にするために、変調可能な光及び赤外線放射源４のうちのいくつかだけをＴｏＦ光源として使用することが有利である。変調器９は、図１において１つのユニットとして形成されており、このユニットは、様々な周波数範囲において変調を実行することができ、したがって、全ての光及び赤外線放射源４が、照明及び信号表示のために又はデプス・インフォメーションの獲得のために使用されるか否かに関わらず、それらを動作させることに適している。

処理装置８は、また、例示の実施形態において、モジュール支持体５を動作させるためにモジュール支持体５と接続されている。画像センサ６は、別個の画像センサ支持体の上に配置されることもでき、この場合の支持体は、また、モジュール支持体５と画像センサ支持体とを同期して動作させるために処理装置８に接続される。処理装置８は、インタフェース２に双方向データ接続１０を介して更に接続されることにより、外部の車両用処理装置３とデータを交換し、コマンドを制御する。機能上の見地から、処理装置８、画像センサ６、変調器９、及びＭＨｚ範囲の比較的高い変調周波数を用いてデプス・インフォメーションを獲得するために調整される変調可能な光及び赤外線放射源４の部品は、たとえ、照明又は信号表示用の変調可能な光及び赤外線放射源４を動作させるための機能上の分離がもはやほとんど実行されることができなくとも、ＴｏＦカメラを形成する。本発明に従う車両用ヘッドライトは、このように、その照明及び信号表示の基本的機能に関して従来の車両用ヘッドライトと区別することができないが、ＴｏＦ画像センサ６のそれぞれのピクセルにおける３Ｄデプス計算(depth calculation)の追加機能及びそれから導出されることができる応用を提供する。更に、本発明に従う車両用ヘッドライトは、処理装置８のプログラム可能な電力を付加的に提供し、その電力は、照明又は信号表示を制御する任務、及び外部の車両用処理装置３による車両の周辺環境の事象監視の任務を引き受けることができる。本発明に従う車両用ヘッドライトは、したがって、車両用ヘッドライトの視野にある対象物の距離を計算すること、車両用ヘッドライトの視野にある対象物及び人をそれらの走行軌跡を計算することによって追跡すること、対象物及び人との衝突確率をそれらの移動ベクトルの外挿によって計算すること、運転操作を支えるための適応性コーナリング光、静止屈曲光若しくはフォグライトのような照明プロフィールを計算すること、危険に晒された対象物及び人をその追加照明によってマークするための照明プロフィールを計算すること、又は、ハイビームで走行するときに選択的に減光することによって対向交通の眩惑を避けるための照明プロフィールを計算することなどの任務を引き受けることができる。

実際的な見地から、本発明に従う車両用ヘッドライトは、実際業務の見地からは、ヘッドライトの生産者の責任範囲にある。外部の車両用処理装置３への車両用ヘッドライトのインタフェース２を追加的に制御することが単に必要であり、双方向制御、及び好ましくはリアルタイム処理が可能である車両用処理装置３への事象インタフェースが好適である。日常使用に適合し、連続製造に適した、自動車工学におけるＴｏＦ技術の適用は、従来の自動車工学における最も可能性の高い統合によってこの態様で達成される。

Claims (3)

1. 車両用ヘッドライトであって、前記車両用ヘッドライトは、ハウジング（１）と、前記ハウジング（１）の内部及び可動のモジュール支持体（５）の上に配置されている変調可能な光又は赤外線放射源（４）とを備え、外部の車両用処理装置（３）に接続するためのインタフェース（２）を備え、前記光又は赤外線放射源（４）の後方散乱放射線からデプス・インフォメーションを決定するための画像センサ（６）が、前記ハウジング（１）の内部に配置され、前記画像センサ（６）に接続された処理装置（８）が、前記ハウジング（１）の内部に配置された前記変調可能な光又は赤外線放射源（４）の少なくともいくつかに変調器（９）を介して接続されており、前記処理装置（８）は、前記インタフェース（２）に双方向データリンク(１０)を介して接続され、前記画像センサ（６）は、前記モジュール支持体（５）の上に、又は前記モジュール支持体（５）と共同して動作される画像センサ支持体の上に配置されていることを特徴とする、車両用ヘッドライト。
   
2. 請求項１に記載された車両用ヘッドライトにおいて、前記処理装置（８）は、前記モジュール支持体（５）及び前記画像センサ支持体に接続されることを特徴とする車両用ヘッドライト。
   
3. 請求項１又は２に記載された車両用ヘッドライトを少なくともひとつ備えた車両。
   
   

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