WO2024122454A1 - 車両用灯具およびそのコントローラ - Google Patents

Abstract

配光可変ランプ（１１０）は、マトリクス状に配置され、各画素（ＰＩＸ）の輝度が独立に制御可能な複数の画素（ＰＩＸ）を含む。配光可変ランプ（１１０）は、複数の画素（ＰＩＸ）の輝度分布に応じた強度分布を有する第１ビーム（ＢＭ１）を、ロービーム配光（４）のカットオフライン（ＣＬ）を含む第１部分（６）に対して照射可能に構成される。配光固定ランプ（１５０）は、ロービーム配光（４）の下端を含む第２部分（８）をカバーしており、第２部分（８）を、固定の強度分布を有する第２ビーム（ＢＭ２）で照射可能に構成される。コントローラ（１３０）は、配光可変ランプ（１１０）の複数の画素（ＰＩＸ）に、車体のピッチ角（θｐ）に依存しない所定の輝度分布を設定するとともに、ピッチ角（θｐ）に応じてカットオフライン （ＣＬ）の位置を変化させ、当該カットオフライン（ＣＬ）より上側の部分に対応する画素（ＰＩＸ）をオフとする。

Description

車両用灯具およびそのコントローラ

　本開示は、車両用灯具に関する。

　自動車のヘッドランプが、周囲の交通参加者にグレアを与えないように、ヘッドランプの配光パターンは法規によって規定されている。車体の前後傾斜は、乗車人数や荷物の重量に応じて変化する。これにより、路面（地面）とヘッドランプの光軸の傾きが変化し、これによりヘッドランプの照射範囲が上下方向に変化する。照射範囲が上側にずれると、グレアを与えるおそれがあり、照射範囲が下側にずれると、車両前方の照射範囲が狭くなる。

　車体の前後傾斜の変化にもとづくヘッドランプの光軸の変化を補正するために、ヘッドランプにはレベリングアクチュエータが内蔵される。レベリングアクチュエータを車体の傾斜に応じて自動で制御するオートレベリングと呼ばれる技術がある。オートレベリングは、車体に設けたセンサによって車体の前後方向の傾斜を取得し、その傾斜を打ち消すように、ヘッドランプ内の灯具ユニットの光軸を、アクチュエータによって補正するものである。

国際公開ＷＯ２０２１／１８２１５１Ａ１号公報 国際公開ＷＯ２０２１／２００７０１Ａ１号公報

　従来のオートレベリングは、周囲の交通参加者にグレアを与えない法規を満たすことに注力して設計されており、走行中の急峻な車体振動にともなうグレアは許容されるケースが多かった。

　本開示は係る状況においてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、車体姿勢の変化にかかわらず良好な視界を提供する灯具システムの提供にある。

　本開示のある態様の車両用灯具は、マトリクス状に配置され、各画素の輝度が独立に制御可能な複数の画素を含み、複数の画素の輝度分布に応じた強度分布を有する第１ビームを、ロービーム配光のカットオフラインを含む第１部分に対して照射可能に構成された配光可変ランプと、ロービーム配光の下端を含む第２部分をカバーしており、固定の強度分布を有する第２ビームを出射する配光固定ランプと、配光可変ランプの複数の画素に、車体のピッチ角に依存しない所定の輝度分布を設定するとともに、ピッチ角に応じてカットオフラインの位置を変化させ、当該カットオフラインより上側の部分に対応する画素をオフとするコントローラと、を備える。

　本開示の別の態様は、車両用灯具のコントローラに関する。車両用灯具は、マトリクス状に配置され、各画素の輝度が独立に制御可能な複数の画素を含み、複数の画素の輝度分布に応じた強度分布を有する第１ビームを、ロービーム配光のカットオフラインを含む第１部分に対して照射可能に構成された配光可変ランプと、ロービーム配光の下端を含む第２部分をカバーしており、固定の強度分布を有する第２ビームを出射する配光固定ランプと、を備える。コントローラは、配光可変ランプの複数の画素に、車体のピッチ角に依存しない所定の輝度分布を設定するとともに、ピッチ角に応じてカットオフラインの位置を変化させ、当該カットオフラインより上側の部分に対応する画素をオフとする。

　なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

　本開示のある態様によれば、車体姿勢の変化にかかわらず良好な視界を提供することができる。

実施形態に係る灯具システムのブロック図である。 図１の灯具システムによるロービーム配光の形成を説明する図である。 ピッチ角θｐの変動にもとづくロービーム配光の制御を説明する図である。 コントローラの機能ブロック図である。 図４のコントローラの処理を説明する図である。

（実施形態の概要）
　本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

　一実施形態に係る車両用灯具は、マトリクス状に配置され、各画素の輝度が独立に制御可能な複数の画素を含み、複数の画素の輝度分布に応じた強度分布を有する第１ビームを、ロービーム配光のカットオフラインを含む第１部分に対して照射可能に構成された配光可変ランプと、ロービーム配光の下端を含む第２部分をカバーしており、固定の強度分布を有する第２ビームを出射する配光固定ランプと、配光可変ランプの複数の画素に、車体のピッチ角に依存しない所定の輝度分布を設定するとともに、ピッチ角に応じてカットオフラインの位置を変化させ、当該カットオフラインより上側の部分に対応する画素をオフとするコントローラと、を備える。

　この構成によると、車体の後方が沈み込んだ場合（ノーズアップ）には、カットオフラインを下側に下げることでグレアを防止でき、車体の前方が沈み込んだ場合（ノーズダイブ）には、カットオフラインを上側に上げることで、遠方の視野が暗くなるのを防止できる。また、この制御を車体のピッチ角の動的な変動に追従して行うことで、車体が前後方向に振動した場合においても、車両前方の仮想鉛直スクリーン上のカットオフラインの位置を常に一定に保つことができ、車両前方の物体が明るくなったり暗くなったりするのを防止でき、ひいては改善された視野を提供できる。さらに、第１ビームと第２ビームの重なる部分の強度分布が、ピッチ角によらずに一定に保たれるため、ちらつきを防止できる。かくして、車体姿勢の変化にかかわらず良好な視界を提供できる。

　一実施形態において、コントローラは、横方向の画素数が複数の画素の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が複数の画素の縦方向の画素数と等しく、所定の輝度分布がマッピングされた第１画像と、横方向の画素数が複数の画素の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が複数の画素の縦方向の画素数より大きく、カットオフラインより上側が第１値で埋められており、下側が第２値で埋められている第２画像と、を記憶してもよい。コントローラは、第２画像の中から、ピッチ角に応じた一部分を選択して第３画像を生成し、第３画像と第１画像を演算して、配光可変ランプに設定すべき第４画像を生成してもよい。

（実施形態）
　以下、好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。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、実施の形態は、開示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、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。

　図１は、実施形態に係る灯具システム１００のブロック図である。灯具システム１００は、自動車に搭載され、車両前方の視野を照射するヘッドランプの機能を有する。灯具システム１００の一部あるいは全部が、車両用灯具１０２である。

　自動車は、前後の重量バランスや、車体の運動に応じて、前後方向の傾斜角が変化する。前後方向の傾斜角は、車体の左右に伸びる水平軸（ピッチ軸）周りの回転に応じており、この傾斜角をピッチ角θｐと称する。

　灯具システム１００は、ピッチ角θｐに応じて、ヘッドランプのピッチ方向の光軸を自動調整する機能（オートレベリング機能）を有する。

　灯具システム１００は、配光可変ランプ１１０、配光固定ランプ１５０、傾斜センサ１６０を備える。

　配光可変ランプ１１０および配光固定ランプ１５０は、ロービーム配光のうち、異なる部分を照射する。図１には、仮想鉛直スクリーン２が示されており、仮想鉛直スクリーン２には、ロービーム配光４が模式的に示される。

　配光可変ランプ１１０は、ロービーム配光４のうち、カットオフライン（上端）ＣＬを含む上側の第１部分６をカバーしている。一方、配光固定ランプ１５０は、ロービーム配光４のうち、下端部を含む第２部分８をカバーしている。第２部分８を、拡散ロービーム配光と称する。第１部分６と第２部分８はオーバーラップしている。カットオフラインＣＬは、水平カットオフラインＣＬａと、斜めカットオフラインＣＬｂを含んでおり、それらはエルボー点ＬＢで交わっている。

　なお配光可変ランプ１１０はハイビーム用の光源も兼ねており、いわゆるＡＤＢランプとしても機能する。

　配光可変ランプ１１０は、高精細ランプユニット１２０およびコントローラ１３０を備える。高精細ランプユニット１２０は、発光素子アレイ１２２および照射光学系１２４を含む。発光素子アレイ１２２は、マトリクス状に配置される複数の画素ＰＩＸを含み、各画素ＰＩＸの輝度が多階調で独立に制御可能である。発光素子アレイ１２２としては、ＬＥＤアレイを利用することができる。

　コントローラ１３０は、発光素子アレイ１２２の複数の画素ＰＩＸの輝度を制御する。照射光学系１２４は、発光素子アレイ１２２の出力光を、車両の前方に投影する。照射光学系１２４は、レンズ光学系であってもよいし、反射光学系であってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。

　なお、ある画素の位置と、その画素に対応する仮想鉛直スクリーン２上の照射領域の対応は、照射光学系１２４によって決まるものであり、鏡像の関係（左右反転）あるいは上下反転、あるいは上下左右反転される場合もある。

　高精細ランプユニット１２０は、複数の画素ＰＩＸの輝度分布に応じた強度分布を有する第１ビームＢＭ１を、ロービーム配光４のカットオフラインＣＬを含む第１部分６に対して照射可能に構成される。

　配光固定ランプ１５０は、ロービーム配光４の下端を含み、第１部分６の一部分とオーバーラップする第２部分８をカバーしており、第２部分８を、固定の強度分布を有する第２ビームＢＭ２で照射する。

　図２は、図１の灯具システム１００によるロービーム配光４の形成を説明する図である。矩形は、配光可変ランプ１１０による照射可能範囲１０を示しており、照射可能範囲１０は、複数の画素ＰＩＸに対応する複数のメッシュ（サブ領域）１２に分割される。各メッシュ１２の照度は、対応する画素ＰＩＸの輝度に応じている。

　発光素子アレイ１２２の全画素が点灯するとき、照射可能範囲１０内のすべてのメッシュ１２が第１ビームＢＭ１で照射される。発光素子アレイ１２２の一部の画素ＰＩＸがオフであるとき、当該画素に対応するメッシュ１２の照度が実質的にゼロとなる。なお、画素ＰＩＸがオフであるとは、輝度がゼロである場合、つまり対応するメッシュ１２の照度がゼロである場合に限定されず、輝度が非常に小さい場合、つまり対応するメッシュ１２の照度がゼロではないが、非常に小さい場合も含みうる。

　コントローラ１３０は、カットオフラインＣＬよりも上側のメッシュ１２に対応する画素をオフとし、カットオフラインＣＬよりも下側のメッシュ１２に対応する画素をオンとし、ロービーム配光４のうち、カットオフラインＣＬを含む第１部分６を形成する。

　なお、カットオフラインＣＬよりも下側の第１部分６の照度は均一ではなく、ある分布を有している。これについては後述する。

　図１に戻り、傾斜センサ１６０は、車体のピッチ軸周りの回転角（ピッチ角）を検出可能に構成される。コントローラ１３０は、傾斜センサ１６０の出力Ｓ１にもとづいて、車体のピッチ角θｐを生成可能である。たとえば傾斜センサ１６０としてはジャイロセンサを用いることができ、コントローラ１３０は、ジャイロセンサが生成するピッチ軸周りの角速度ωｐを積分することにより、ピッチ角θｐを生成することができる。傾斜センサ１６０は、ヘッドランプの筐体内に設けられ、あるいはヘッドランプの筐体に外付けされたものであってもよい。あるいは傾斜センサ１６０は、車体側に設けられてもよい。

　本実施形態では、コントローラ１３０は、車両静止中および走行中のさまざまな要因に起因するピッチ角θｐの変動に応じて、ロービーム配光４のカットオフラインＣＬの位置を動的、適応的に補正する。

　コントローラ１３０は、発光素子アレイ１２２の複数の画素ＰＩＸに、車体のピッチ角θｐに依存しない所定の輝度分布を設定する。さらにコントローラ１３０は、ピッチ角θｐに応じてカットオフラインＣＬの位置が変化するように、複数の画素ＰＩＸのうち、オン画素領域とオフ画素領域の境界１２６の高さ方向の位置をシフトさせる。

　以上が灯具システム１００の構成である。

　図３は、ピッチ角θｐの変動にもとづくロービーム配光４の制御を説明する図である。図３の左には、車体３０がノーズアップの状態（θｐ＞０°）のロービーム配光４ａが示される。図３の中央には、車体３０の傾斜がゼロのとき（θｐ＝０°）のロービーム配光４ｂが示される。図３の右には、車体３０がノーズダイブの状態（θｐ＜０°）のロービーム配光４ｃが示される。０°は路面と水平な角度を示す。図中の濃淡は、各メッシュの照度を表している。

　配光固定ランプ１５０によって形成される第２部分８は、ピッチ角θｐが変化すると、水平０°に対して上下に移動する。一方、配光可変ランプ１１０によって形成される第１部分６は、ピッチ角θｐが変化しても、カットオフラインＣＬの高さが、水平０°近傍（具体的には－０．５７°）を維持するように、複数の画素ＰＩＸのオン画素領域とオフ画素領域の境界の位置が制御される。

　一方、上述のように、複数の画素ＰＩＸには、車体３０のピッチ角θｐに依存しない所定の輝度分布が設定されている。したがって、オン画素領域内のひとつの画素に注目すると、当該画素の輝度は、ピッチ角θｐによらずに一定であり、したがって、各メッシュの照度も、ピッチ角θｐによらずに一定となる。

　以上が灯具システム１００の動作である。

　この灯具システム１００によれば、車体がノーズアップあるいはノーズダイブの姿勢となっても、カットオフラインＣＬの高さが、実質的に水平を保つように制御される。これにより、運転者に良好な視界を提供できる。

　灯具システム１００はさらに以下の利点を有する。図３において、第１部分６と第２部分８のオーバーラップ領域に着目する。もし、オーバーラップ領域の照度が、ピッチ角θｐに応じて変動すると、それは運転者にとって、配光のムラとして認識され好ましくない。

　本実施形態では、オーバーラップ領域内の第１部分６の照度分布と、第２部分８の照度分布は、ピッチ角θｐに関わらず一定となる。そのため、ピッチ角θｐが変動しても、オーバーラップ領域内の照度分布（あるいは照度）は変動しない。これにより配光ムラを抑制できる。

　続いてコントローラ１３０の具体的な処理の一例を説明する。

　図４は、コントローラ１３０の機能ブロック図である。コントローラ１３０は、メモリ１３２および演算処理部１３４を含む。メモリ１３２は、第１画像ＩＭＧ１および第２画像ＩＭＧ２を記憶している。第１画像ＩＭＧ１は、横方向の画素数が、発光素子アレイ１２２の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が発光素子アレイ１２２の縦方向の画素数と等しい。第１画像ＩＭＧ１には、所定の輝度分布がマッピングされている。第１画像ＩＭＧ１を、ベース配光画像とも称する。

　第２画像ＩＭＧ２は、横方向の画素数が発光素子アレイ１２２の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が発光素子アレイ１２２の縦方向の画素数より大きい。第２画像ＩＭＧ２は、カットオフラインＣＬより上側が第１値（たとえば０）で埋められており、下側が第２値（たとえば１）で埋められている。

　マスク画像生成部１３６は、第２画像ＩＭＧ２の中から、ピッチ角θｐに応じた一部分を選択し、第３画像ＩＭＧ３を生成する。第３画像ＩＭＧ３をマスク画像とも称する。第３画像ＩＭＧ３の横方向および横方向の画素数はそれぞれ、発光素子アレイ１２２の横方向および縦方向の画素数と等しい。

　配光画像生成部１３８は、第３画像ＩＭＧ３と第１画像ＩＭＧ１を演算して、配光可変ランプ１１０の発光素子アレイ１２２に設定すべき第４画像ＩＭＧ４を生成する。第４画像ＩＭＧ４を、配光画像とも称する。

　図５は、図４のコントローラ１３０の処理を説明する図である。第１画像ＩＭＧ１は、中央ほど明るく、外周ほど暗い所定の輝度分布を有している。第２画像ＩＭＧ２は、カットオフラインＣＬよりも上側の領域が第１値０で埋められ、カットオフラインＣＬよりも下側の領域が第２値１で埋められている。

　マスク画像生成部１３６は、第２画像ＩＭＧ２に対して、フレームＦＲＭを適用し、フレーム内の画素を、第３画像ＩＭＧ３として出力する。フレームＦＲＭの高さ方向の位置は、ピッチ角θｐに応じて制御される。具体的にはピッチ角θｐが大きいほど（θｐ＞０°）、フレームＦＲＭの位置は上方向に移動し、ピッチ角θｐが小さいほど（θｐ＜０°）、フレームＦＲＭの位置は下方向に移動する。

　配光画像生成部１３８は、第１画像ＩＭＧ１と第３画像ＩＭＧ３を演算し、第４画像ＩＭＧ４を生成する。たとえば配光画像生成部１３８は、第１画像ＩＭＧ１の各画素を、第３画像ＩＭＧ３の対応する画素が０であるときに、ゼロ（もしくは十分に小さい値）に置き換える。配光画像生成部１３８は以下の演算式により第４画像ＩＭＧ４を生成してもよい。
　ＩＭＧ４（ｘ，ｙ）＝ＩＭＧ１（ｘ，ｙ）×ＩＭＧ３（ｘ，ｙ）

（変形例）
　実施形態では、傾斜センサ１６０としてジャイロセンサを利用したが本開示はそれに限定されず、傾斜センサ１６０は、車体の前後に取り付けられた車高センサのペアであってもよい。

　実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本開示を説明したが、実施の形態は、本開示の原理、応用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開示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。

　本開示は、車両用灯具に関する。

１００…灯具システム、１１０…配光可変ランプ、１２０…高精細ランプユニット、１２２…発光素子アレイ、１２４…照射光学系、ＰＩＸ…画素、１３０…コントローラ、１３２…メモリ、１３４…演算処理部、１３６…マスク画像生成部、１３８…配光画像生成部、１５０…配光固定ランプ、１６０…傾斜センサ、ＢＭ１…第１ビーム、ＢＭ２…第２ビーム、６…第１部分、８…第２部分。

Claims (4)

1. 　マトリクス状に配置され、各画素の輝度が独立に制御可能な複数の画素を含み、前記複数の画素の輝度分布に応じた第１ビームを、ロービーム配光のカットオフラインを含む第１部分に対して照射可能に構成された配光可変ランプと、
   　前記ロービーム配光の下端を含む第２部分をカバーしており、前記第２部分を、固定の配光を有する第２ビームで照射可能に構成された配光固定ランプと、
   　前記配光可変ランプの前記複数の画素に、車体のピッチ角に依存しない所定の輝度分布を設定するとともに、前記ピッチ角に応じて前記カットオフラインの位置を変化させ、当該カットオフラインより上側の部分に対応する画素をオフとするコントローラと、
   　を備えることを特徴とする車両用灯具。
2. 　前記コントローラは、
   　横方向の画素数が前記複数の画素の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が前記複数の画素の縦方向の画素数と等しく、前記所定の輝度分布がマッピングされた第１画像と、
   　横方向の画素数が前記複数の画素の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が前記複数の画素の縦方向の画素数より大きく、前記カットオフラインより上側が第１値で埋められており、下側が第２値で埋められている第２画像と、を記憶しており、
   　前記第２画像の中から、前記ピッチ角に応じた一部分を選択して第３画像を生成し、前記第３画像と前記第１画像を演算して、前記配光可変ランプに設定すべき第４画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 　固定配光ランプとともに使用される配光可変ランプを制御するコントローラであって、
   　前記配光可変ランプは、マトリクス状に配置され、各画素の輝度が独立に制御可能な複数の画素を含み、前記複数の画素の輝度分布に応じた第１ビームを、ロービーム配光のカットオフラインを含む第１部分に対して照射可能に構成され、
   　前記配光固定ランプは、前記ロービーム配光の下端を含む第２部分をカバーしており、前記第２部分を、固定の配光を有する第２ビームで照射可能に構成され、
   　前記コントローラは、前記配光可変ランプの前記複数の画素に、車体のピッチ角に依存しない所定の輝度分布を設定するとともに、前記ピッチ角に応じて前記カットオフラインの位置を変化させ、当該カットオフラインより上側の部分に対応する画素をオフとすることを特徴とするコントローラ。
4. 　前記コントローラは、
   　横方向の画素数が前記複数の画素の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が前記複数の画素の縦方向の画素数と等しく、前記所定の輝度分布がマッピングされた第１画像と、
   　横方向の画素数が前記複数の画素の横方向の画素数と等しく、縦方向の画素数が前記複数の画素の縦方向の画素数より大きく、前記カットオフラインより上側が第１値で埋められており、下側が第２値で埋められている第２画像と、を記憶しており、
   　前記第２画像の中から、前記ピッチ角に応じた一部分を選択して第３画像を生成し、前記第３画像と前記第１画像を演算して、前記配光可変ランプに設定すべき第４画像を生成することを特徴とする請求項３に記載のコントローラ。

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