JP7161337B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に関する。

夜間やトンネル内での安全な走行に車両用灯具が重要な役割を果たす。運転者による視認性を優先させて、車両前方を広範囲に明るく照射すると、自車前方に存在する先行車や対向車（以下、前方車という）の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

近年、車両の周囲の状態にもとづいて、配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）技術が提案されている。ＡＤＢ技術は、前方車や歩行者の有無を検出し、前方車あるいは歩行者に対応する領域を減光あるいは消灯するなどして、前方車の運転者や歩行者に与えるグレアを低減するものである。

降雪時（あるいは降雨時）にヘッドランプを点灯すると、雪粒にビームが反射して運転者にグレアを与え、却って前方が見にくくなると言う問題がある。この問題を解決するために、本発明者らは、雪粒を検出し、その周囲を遮光する制御について検討した。

超高速な制御が可能なシステムでは、遮光領域を雪粒のサイズに限りなく近づけることが可能である。ところがそのようなシステムは非常に高価となり、現実的でなくなる。そこで現実的なシステムでは、雪粒の周囲を拡張した範囲を遮光部分とせざるを得ない。遮光部分が大きくなると、雪粒の背後にオーバーラップする物体にビームが照射されなくなるため、視認性が低下するという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、降雪時における車両前方の視認性の改善にある。

本発明のある態様は車両用灯具に関する。車両用灯具は、雪粒の周囲にマージン領域を付加した遮光部分を含む配光パターンを生成する配光コントローラと、配光パターンに応じた強度分布を有するビームを生成可能な配光可変ランプと、を備える。マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方は可変である。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、降雪時における車両前方の視認性を改善できる。

実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、図１の車両用灯具の動作を説明する図である。 図３（ａ）～（ｃ）は、遮光部分の拡大図である。 位置にもとづくマージン領域の制御を説明するフローチャートである。 降雪時に走行する車両から撮影した写真である。 図６（ａ）、（ｂ）は、注視物体に対する視認性の改善を説明する図である。 一実施例に係る車両用灯具のブロック図である。

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態に係る車両用灯具は、雪粒の周囲にマージン領域を付加した遮光部分を含む配光パターンを生成する配光コントローラと、配光パターンに応じた強度分布を有するビームを生成可能な配光可変ランプと、を備える。このような灯具において、マージン領域を大きくすると、雪粒への追従性は高まるが、雪粒の周囲も暗くなり視認性が低下する。反対に、マージン領域を小さくすると、雪粒の周囲にビームを照射できるため視認性は改善するが、雪粒への追従性が低下する。そこで、マージン領域を状況に応じて制御することにより、追従性と視認性のバランスをとることができる。

マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方は、その位置に応じて設定されてもよい。走行中の雪粒の軌跡は、消失点から放射状に移動していく。そして自車両に近いほど、言い換えれば消失点から離れるほど、見かけ上の雪粒の軌跡の長さ（単位時間当たりの移動量）が長くなる。そこでマージン領域を、雪粒が消失点から離れるほど大きくしてもよい。これにより、自車両に近い雪粒に対する追従性を高めることができる。

雪は空から降ってくるため、雪粒の消失点は、画像の上方に位置する。したがってマージン領域のサイズは、雪粒の位置が上側ほど小さく、下側ほど大きくしてもよい。これにより制御を簡略化できる。

またマージン領域のサイズ、形状には、車速を反映してもよい。これにより、高速走行中の雪粒の追従性を高め、低速走行あるいは停車中は、視認性を高めることができる。

マージン領域のサイズ、形状に、雨滴センサの出力を反映してもよい。雪粒の大きさを正確に検出することは難しい。そこで、雨滴センサの出力と雪粒の大きさに相関があるものと仮定し、マージン領域を調節することで、雪粒の大きさを、遮光部分の大きさに反映させることができる。

先行車、対向車、歩行者など注視すべき物体（以下、注視物体という）が存在する範囲においては、雪粒への追従性よりも、注視物体の視認性を優先した方が好ましい場合もある。反対に注視物体が存在しない範囲、たとえば背景が空であったり、あるいは物体が遠方に位置する範囲においては、追従性を優先させても問題がない。そこで注視物体が存在する範囲では、マージン領域のサイズを小さくしてもよい。

（実施の形態）
以上が車両用灯具の概要である。以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、この用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。

図１は、実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。車両用灯具１００は、配光可変ランプ１１０および配光コントローラ１４０を備える。

配光可変ランプ１１０は、白色光源であり、配光コントローラ１４０から配光パターンＰＴＮを指示するデータを受け、配光パターンＰＴＮに応じた強度分布（ビームプロファイル）を有するビームＬ３を出射し、車両前方に配光パターンＰＴＮに応じた照度分布を形成する。配光可変ランプ１１０の構成は特に限定されず、たとえば、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体光源と、半導体光源を駆動して点灯させる点灯回路と、を含みうる。配光可変ランプ１１０は、配光パターンＰＴＮに応じた照度分布の形成のために、たとえばＤＭＤ（Digital Mirror Device）や液晶デバイスなどの、マトリクス型のパターン形成デバイスを含んでもよい。配光可変ランプ１１０は、雪粒の部分のみを遮光できる程度の分解能を有する。

配光コントローラ１４０は、配光可変ランプ１１０に供給する配光パターンＰＴＮを動的、適応的に制御する。配光パターンＰＴＮは、配光可変ランプ１１０が自車前方の仮想鉛直スクリーン９００上に形成する白色光の照射パターン９０２の２次元の照度分布と把握される。配光コントローラ１４０はデジタルプロセッサで構成することができ、たとえばＣＰＵを含むマイコンとソフトウェアプログラムの組み合わせで構成してもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specified IC）などで構成してもよい。

本実施の形態において配光コントローラ１４０は、雪粒を検知し、雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンＰＴＮを生成する。「ある部分を遮光する」とはその部分の輝度（照度）を完全にゼロとする場合のほか、その部分の輝度（照度）を低下させる場合も含む。

雪粒を検知する手法は限定されない。配光コントローラ１４０は、図示しないカメラにより得られたカメラ画像ＩＭＧにもとづいて、画像処理によって雪粒を検出することができる。雪粒の検出アルゴリズムは特に限定されない。配光コントローラ１４０は、カメラ画像ＩＭＧの連続する複数のフレームにもとづいて、雪粒を検知してもよい。

図２（ａ）、（ｂ）は、図１の車両用灯具１００の動作を説明する図である。図２（ａ）は、カメラ画像ＩＭＧを、図２（ｂ）は図２（ａ）のカメラ画像に対応する配光パターンＰＴＮを示す。カメラ画像ＩＭＧには、雪粒６、人８、車両１０が写っている。配光コントローラ１４０はカメラ画像ＩＭＧの中から雪粒６を検出し、配光パターンＰＴＮの対応する部分（遮光部分という）７を遮光する。

配光コントローラ１４０は、いわゆるＡＤＢ制御を行ってもよく、その場合、車両１０をはじめとするグレアを与えるべきでない物標を検知すると、それと対応する部分１１も遮光される。

配光パターンＰＴＮは、たとえば３０ｆｐｓあるいはそれ以上のレートで更新され、遮光部分７を雪粒６に追従して移動させることができる。これにより、雪粒６の反射光を低減でき、前方の視認性を改善できる。

図３（ａ）～（ｃ）は、遮光部分７の拡大図である。遮光部分７は、雪粒６の部分Ｘと、その周囲に付加されたマージン領域Ｙを含む。遮光部分７は、雪粒の移動方向（図中矢印を付す）を長手、それと垂直方向を短手とする矩形とすることができる。本実施の形態では、マージン領域Ｙのサイズおよび形状の少なくとも一方が可変であり、動的および／または適応的に制御される。図３（ａ）の遮光部分７は、マージン領域Ｙのサイズが最も小さく、図３（ｂ）、（ｃ）と順に大きくなっている。図３（ａ）～（ｃ）では、マージン領域Ｙの短手方向の長さＷを固定し、マージン領域Ｙの長手方向の長さＬを可変としている。

以下、マージン領域Ｙの具体的な制御について説明する。

１． 位置にもとづく制御
マージン領域Ｙのサイズおよび形状の少なくとも一方は、雪粒（遮光対象）の位置に応じて可変とすることができる。

図４は、位置にもとづくマージン領域の制御を説明するフローチャートである。カメラで車両前方を撮影する（Ｓ１００）。そしてカメラ画像にもとづいて雪粒を検出する（Ｓ１０２）。そして雪粒ごとに、その位置に応じてマージン領域Ｙのサイズや形状を設定する（Ｓ１０４）。そして遮光領域をセットし、配光パターンを更新する（Ｓ１０６）。この動作が繰り返される。

図５は、降雪時に走行する車両から撮影した写真である。雪粒は、ある消失点ＤＰから放射上に移動していく。写真では、雪粒は、露光時間における軌跡となって観察される。軌跡の長さは、雪粒の単位時間あたりの見かけ上の移動距離（見かけ上の速度）であり、消失点ＤＰに近い方が短く、消失点ＤＰから遠い方が長いと言える。したがって、マージン領域Ｙは、雪粒が消失点から離れるほど大きくしてもよい。これにより、追従性を高めることができる。

走行状況に応じて、画像処理によって消失点ＤＰを検出してもよい。あるいは雪は空から降ってくるため、雪粒の消失点ＤＰは固定的に扱ってもよい。そして雪粒の位置が画像の上側ほど、消失点ＤＰに近く、下側ほど、消失点ＤＰから遠いとみなしてもよい。この仮定にもとづいてマージン領域Ｙのサイズは、雪粒の位置が上側ほど小さく、下側ほど大きくしてもよい。これにより制御を簡略化できる。

先行車、対向車、歩行者など注視すべき物体（以下、注視物体という）が存在する範囲においては、雪粒への追従性よりも、注視物体の視認性を優先した方が好ましい場合もある。反対に注視物体が存在しない範囲、たとえば背景が空であったり、あるいは物体が遠方に位置する範囲においては、追従性を優先させても問題がない。そこで注視物体が存在する範囲では、マージン領域のサイズを小さくしてもよい。

図６（ａ）、（ｂ）は、注視物体に対する視認性の改善を説明する図である。図６（ａ）はカメラ画像ＩＭＧを、図６（ｂ）は配光パターンＰＴＮを示す。注視物体ＯＢＪは路上を含む領域Ｂに存在する可能性が高い。反対に、領域Ｂより上方の領域Ａの背景は空（あるいは遠方）であるから、注視物体が存在する可能性は低いと言える。

そこで配光コントローラ１４０は、注視物体が存在しうる領域Ｂとそうでない領域Ａに分割し、領域Ａについては雪粒の位置に応じたマージン領域の制御を行い、領域Ｂについてはその制御から除外してもよい。領域Ｂについては、マージン領域のサイズは小さい方が好ましい。さらにいうと、領域Ｂについては雪粒にもとづく遮光制御から除外してもよい。

２． 走行状況にもとづく制御
雪粒の位置に加えて、走行状況をマージン領域の制御に反映させることができる。一例として、雪粒の見かけ上の速度は、車速ｖが速いほど速くなり、車速ｖが遅いほど遅くなる。したがって、マージン領域の長さＬを、車速ｖに応じて制御してもよい。雪粒のｙ座標をｙ、車速をｖとするとき、マージン領域の長さＬは、関数ｆ（ｙ，ｖ）で表現することができる。
Ｌ＝ｆ（ｙ、ｖ）
配光コントローラ１４０は、関数ｆ（ｙ、ｖ）の値を計算してもよいし、ルックアップテーブルを有してもよい。

車速に加えて、あるいはそれに代えて、雨滴センサの出力を、マージン領域の制御に反映させてもよい。雨滴センサの出力が大きいとき、すなわち降雪量が多いときには、相対的に、マージン領域の長さＬを大きくしてもよい。カメラ画像ＩＭＧのみにもとづいて、雪粒の大きさを正確に検出することは難しい。そこで、雨滴センサの出力と雪粒の大きさに相関があるものと仮定し、マージン領域を調節することで、雪粒の大きさを、遮光部分の大きさに反映させることができる。

また降雪量が多い場合、すなわち雪粒の数が多い場合には、その一つ一つに対して、遮光部分７を設定すると、演算コストが膨大となる。そこで雨滴センサの出力が大きいときには、マージン領域の長さＬ（および／または幅Ｗ）を拡大することにより、ひとつの遮光部分７で、複数の雪粒をまとめて処理することが可能となるという利点もある。

続いて、雪粒の検出方法について説明する。図７は、一実施例に係る車両用灯具１００Ａのブロック図である。車両用灯具１００Ａは、赤外照明１２０および赤外線カメラ１３０を備える。赤外照明１２０および赤外線カメラ１３０は、車両用灯具１００の筐体（ランプボディ）に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。赤外照明１２０を筐体に内蔵し、赤外線カメラ１３０は、ルームミラーの裏側に取り付けてもよい。

赤外照明１２０は、車両前方に赤外のプローブ光Ｌ１を照射するプローブ光源である。プローブ光Ｌ１は、近赤外であってもよいし、より長波長の光であってもよい。赤外線カメラ１３０は、車両前方の物体２によるプローブ光Ｌ１の反射光Ｌ２を撮像する。赤外線カメラ１３０は、少なくともプローブ光Ｌ１の波長域に感度を有していればよく、可視光に対して不感であることが好ましい。

配光コントローラ１４０は、赤外線カメラ１３０により得られたカメラ画像ＩＭＧにもとづいて、画像処理によって雪粒を検出する。

車両用灯具１００Ａの利点を説明する。雪粒の検出に、白色（可視）のプローブ光を用いる場合、プローブ光を照射する度に雪粒が白く光りグレアとなり、視界不良となる。本実施の形態によれば、プローブ光として赤外線を用いるため、グレアを防止できるという利点がある。

また赤外線をプローブ光として用いるため、連続的にプローブ光を照射していても運転者に認識されにくいという利点がある。したがって高速に移動する雪粒を追従して検知することが可能となる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
実施の形態では、雪粒についての遮光制御を説明したが、雨粒についても遮光制御の対象としてもよい。

（変形例２）
実施の形態では、マージン領域の長さＬのみ可変としたが、それに加えて幅Ｗを可変としてもよいし、マージン領域の形状を可変としてもよい。

（変形例３）
実施の形態では、プローブ光として赤外線を用いたがその限りでない。配光可変ランプ１１０が出射するビームＬ３をプローブ光として用いて、雪粒を検知することも可能である。この場合、プローブ光の照射時間が長いと、運転者に対するグレアとなるため、プローブ光の発光時間を、反射光Ｌ２を運転者が検知できない程度に短くすればよい。

（変形例４）
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００ 車両用灯具
１１０ 配光可変ランプ
１２０ 赤外照明
１３０ 赤外線カメラ
１４０ 配光コントローラ
Ｌ１ プローブ光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ ビーム

Claims (6)

1. 雪粒の周囲にマージン領域を付加した遮光部分を含む配光パターンを生成する配光コントローラと、
   前記配光パターンに応じた強度分布を有するビームを生成可能な配光可変ランプと、
   を備え、
   前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方が可変であり、
   前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方は、その位置に応じており、
   前記マージン領域は、前記雪粒の位置が上側ほど小さく、下側ほど大きいことを特徴とする車両用灯具。
2. 雪粒の周囲にマージン領域を付加した遮光部分を含む配光パターンを生成する配光コントローラと、
   前記配光パターンに応じた強度分布を有するビームを生成可能な配光可変ランプと、
   を備え、
   前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方が可変であり、
   前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方は、その位置に応じており、
   前記マージン領域は、前記雪粒が消失点から離れるほど大きいことを特徴とする車両用灯具。
3. 前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方には、車速が反映されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
4. 雪粒の周囲にマージン領域を付加した遮光部分を含む配光パターンを生成する配光コントローラと、
   前記配光パターンに応じた強度分布を有するビームを生成可能な配光可変ランプと、
   を備え、
   前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方が可変であり、
   前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方には、車速が反映されることを特徴とする車両用灯具。
5. 前記マージン領域のサイズおよび形状の少なくとも一方には、雨滴センサの出力が反映されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両用灯具。
6. 前記配光コントローラは、赤外照明が照射したプローブ光に応じて得られる反射光を赤外線カメラで撮影した画像にもとづいて、前記雪粒を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車両用灯具。

Images