JP2008068701A - ヘッドランプモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】泥はねや雨などに性能が影響されないヘッドランプモジュールを提供することにある。
【解決手段】複数のLEDランプ21,…,30にうち、LEDランプ30は、発光波長の異なる異物検出用LEDランプである。CPU16は、異物検出用LEDランプをオンしたときのカメラユニット1により撮像された画像データの平均輝度と、異物検出用LEDランプをオフしたときのカメラユニット1により撮像された画像データの平均輝度との差が所定値以上のとき、ランプカバーに異物が付着したと判定する。撮像された画像データから円形データが検出された場合には、異物は雨滴であるとして、円形データが検出されない場合には、異物は汚れであるとする。
【選択図】図1

Description

本発明は、ヘッドランプモジュールに係り、特に、カメラユニットを内蔵したヘッドランプモジュールに関する。
近年、ドライバーへの視界を補助するため、車両にカメラが複数台装着されるようになってきている。例えば見通しの悪い交差点などは、車両前方のヘッドランプ付近に取り付けられていた左右のカメラが、自車に対して直交する道路の車両や二輪車,歩行者をモニタ上に映しだしドライバーの視界を補助するようなノーズビューカメラなどがある。カメラは年々小型化が進み、ヘッドランプモジュールの中に内蔵されるカメラも検討されてきている(例えば、特許文献1参照)一方、近年のヘッドランプは、従来のハロゲンやキセノンから消費電力や小型化に優れるLEDランプに置き換えられる傾向にあり、波長の選択や配光パターンや点灯パターンなどのコントロールができるようになっている。
特開2001−88610号公報
ここで、ヘッドランプのLED化により、発熱が押さえられ、内蔵カメラへの熱的影響は少なくなったが、ヘッドランプにカメラに内蔵されることで、雨や位置的に泥はねの影響などを受けやすいという問題がある。
本発明の目的は、泥はねや雨などに性能が影響されないヘッドランプモジュールを提供することにある。
(1)上記目的を達成するために、本発明は、複数のLEDランプを光源とする車両用灯具と、前記車両用灯具を覆うランプカバーと、ランプカバー用洗浄機と、前記ランプカバー内備えられたカメラユニットとを有するヘッドランプモジュールであって、前記複数のLEDランプにうち、一つ以上が発光波長の異なる異物検出用LEDランプであり、前記カメラユニットは、前記発光波長以外の波長をカットする光学フィルタを備え、前記異物検出用LEDランプをオンしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データの平均輝度と、前記異物検出用LEDランプをオフしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データの平均輝度との差が所定値以上のとき、前記ランプカバーに異物が付着したと判定する異物判定手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、泥はねや雨などに性能が影響されないものとなる。
(2)上記(1)において、好ましくは、前記異物判定手段は、前記異物検出用LEDランプをオンしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データから円形データが検出された場合には、前記異物は雨滴であるとして、前記ランプカバー用ワイパーを動作させるようにしたものである。
(3)上記(1)において、好ましくは、前記異物判定手段は、前記異物検出用LEDランプをオンしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データから円形データが検出されない場合には、前記異物は汚れであるとして、前記ランプカバー用ワイパー及び前記ランプカバー用洗浄機を動作させるようにしたものである。
(4)上記(1)において、好ましくは、前記LEDランプの光軸のずれを検知し、ずれを補正する光軸ずれ補正手段を備えるようにしたものである。
(5)上記(1)において、好ましくは、前記ランプカバー用洗浄機は、ヘッドランプウオッシャによりランプカバーを洗浄するものか、もしくは、ヘッドランプウオッシャとランプカバー用ワイパーとによりランプカバーを洗浄するものである。
本発明によれば、泥はねや雨などによる性能の影響を低減することができる。
以下、図1〜図5を用いて、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールの構成及び動作について説明する。
最初に、図1及び図2を用いて、本実施形態によるヘッドランプモジュールの構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールの構成を示すブロック図である。図2は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールの構成を示す斜視図である。
図1に示すように、本実施形態によるヘッドランプモジュールは、カメラユニット1と、ヘッドランプユニット2と、ヘッドランプウオッシャユニット3と、ヘッドランプワイパーユニット4とから構成される。カメラユニット1は、CAN5で車両と接続される。そして、図2に示すように、カメラユニット1とヘッドランプユニット2は、ヘッドヘッドランプカバー50で覆われている。
図1に示すように、カメラユニット1は、レンズフード10と、バンドパスフィルタ11と、レンズ12と、イメージセンサ13と、画像処理LSI14と、画像メモリ15と、CPU16と、CANドライバ17とから構成される。レンズフード10は、ヘッドランプカバー50内に発生する散乱光など、レンズ12の画角外からの不用な光をイメージセンサ13に極力入射されないようにするために、遮光するものである。イメージセンサ11は、VGA相当の画素数を有し、レンズ12を通した車両前方の映像を電気情報に変換する。
画像処理LSI14は。画像メモリ15へのデータの転送や、画像の特長点の抽出などをハード的に行うことが可能である。一方、CPU16は、ヘッドランプカバー50の汚れ及び雨滴検知ロジックの他に、白線検出ロジックや配光制御ロジックなどのがプログラムが組み込まれ、その検出結果をCAN5により車両に送信したり、ヘッドランプユニット2,ヘッドランプウオッシャユニット3,ヘッドランプワイパーユニット4などのアクチュエータを駆動させたりすることが可能である。
画像メモリ15は、VGA相当の画像データを数枚程度記憶させることが可能である。例えば1Mバイトの容量を持ち高速転送(バースト転送)が可能なSDRAMなどを持ちいる。CANドライバ17は、CPU16の出力をCAN5のプロトコルに合致するようにする。
また、レンズ12の前(フード10やイメージセンサ13の前でも良い)にはバンドパスフィルタ11を備えている。バンドパスフィルタ11は、所定波長λ0の近赤外の光だけ透過するものである。そして、波長λ0は、後述する任意のLEDランプの発光波長λ1と同じとする。また、イメージセンサ13は、波長λ1における感度が特に高いことが望ましい。波長λ0,λ1は、例えば、600nm程度である。
ヘッドランプユニット2は、図2に示すように、LEDドライバ20と、LEDランプ21,…,30とが複数に並んだモジュールである。図1に示すように、LEDドライバ20は、カメラユニット1のCPU16の出力ポートからのオン,オフ信号からLEDランプ21,…,30の輝度を安定させてドライブできる電力に変換する。LEDドライバ20は、例えばMOSFETの集合体からなる。カメラユニット1は、LEDランプ21,…,30をそれぞれ単独で独立に駆動することが可能である。LEDランプ21,…,30の大半は、前照灯として車両の前方を照らすものであり、残りの1部はヘッドヘッドランプカバーの汚れ検知及び雨滴検知として使用する。本実施例では、片側のヘッドランプユニット2におけるLEDランプの数は10個で、LEDランプ21,…,29は前照灯として、LEDランプ30はヘッドランプカバー50の汚れ及び雨滴検知として使用する。LEDランプ21,…,29は主に可視光、LED30は近赤外の発光波長を有する。但し、LEDランプ21,…,29についても用途に応じて、発光波長,光量,光軸向き,指向性,点灯パターンなどがそれぞれ異なっていてもよいものである。
ヘッドランプウオッシャユニット3は、ヘッドランプカバー50の洗浄装置であり、ポンプドライバ34と、電動ポンプ31と、タンク32と、ウオッシャ33から構成される。カメラユニット1のCPU16の出力ポートからのオン,オフ信号は、電動ポンプ31が駆動できるようにポンプドライバ34でドライブされる。出力ポートがオンの時、電動ポンプ31が駆動され、タンク32の中にあるウオッシャ液がウオッシャ33から吐出される。タンク32の中にあるウオッシャ液は撥水機能を持つものである。
ヘッドランプワイパーユニット4は、モータドライバ40と、モータ41と、ワイパー42とから構成される。カメラユニット1のCPU16の出力ポートからのオン,オフ信号は、モータ41が駆動できるようにモータドライバ40でドライブされる。出力ポートがオンの時、モータ41が駆動され、ワイパー42がヘッドランプカバー50を払拭する。カメラユニット1のイメージセンサ13に映る撮像領域が、このワイパー42が払拭する範囲になるようにカメラユニット1を配置する。
ここで、図3を用いて、本実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるカメラユニット1とLEDランプ30の位置関係について説明する。
図3(A)は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるカメラユニットとLEDランプの位置関係を示す側面図である。図3(B)は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるカメラユニットの撮像画像の説明図である。なお、図1及び図2と同一符号は、同一部分を示している。
図3(A)に示すように、ヘッドランプカバー50において、カメラユニット1の撮像領域を領域Aとし、LEDランプ30がで照射する範囲を領域Bとすると、領域Aと領域Bが重なり合う領域Cを設けるように、LEDランプ30の向きを配置する。領域Cが大きいほど検知範囲が広くなり、検知能力は向上する。もし、カメラユニット1を白線検出や配光制御などの他のアプリケーションと併用して使用する場合は、領域Dが必要でその領域を確保する。
次に、図3及び図4を用いて、本実施形態によるヘッドランプモジュールにおける汚れ及び雨滴検知する原理について説明する。
図3(A)は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおける汚れの付着状態を示す側面図である。図3(B)は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおける汚れの画像の説明図である。図4(A)は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおける雨滴の付着状態を示す側面図である。図4(B)は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおける雨滴の画像の説明図である。なお、図1及び図2と同一符号は、同一部分を示している。
図3は、ヘッドランプカバー50に泥61が付着したイメージを示している。泥61の付着を検出するには、LEDランプ30をオンした映像とオフした映像の差を取り、反射光量を測定するものである。泥61などによりヘッドランプカバー50が汚れている場合は、LEDランプ30で照射した光は泥61で反射され、カメラユニット1に帰ってくるので輝度の高い画像データとなり、オン,オフの差分は大きくなる。もし、泥61などの汚れがヘッドランプカバーに存在しない場合は、LEDランプ30で照射した光は透過するため、LEDランプ30のオン/オフの差分はほとんど無いものである。この差分に閾値を設け、汚れ検知を行うものである。
一方、雨滴検知は、汚れと基本的に同様の原理であり、雨滴62,63の付着を検出するには、LEDランプ30をオンした映像とオフした映像の差を取り、反射光量を測定するものである。雨滴62,63がヘッドランプカバー50に付着すると、LEDランプ30で照射した光は雨滴62,63で反射され、カメラユニット1に帰ってくるので輝度の高い画像データとなり、オン,オフの差分は大きくなる。ただし、その差分は、泥が付着した場合に比べては小さいものである。
ここで、オン,オフの差分の違いでは、泥か雨滴かの判定は難しいため、雨滴であるかないかは次のようにして判定する。すなわち、図4(A)に示すように、撥水処理されたヘッドランプカバー上では、雨粒が球状になるため、画像上では、円となって映し出される。カメラユニット1では、円検出した場合は雨滴であるという判断をする。ヘッドランプカバーが常に撥水状態になっているように、ヘッドランプカバーを洗浄するウオッシャ液は撥水機能があるものを用いるのが好ましい。バンドパスフィルタ11は、カメラユニット1にLEDランプ30の反射光の波長以外の光が入るのを防ぐためである。
次に、図5を用いて、本実施形態によるヘッドランプモジュールにおける汚れ及び雨滴検知方法について説明する。
図5は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおける汚れ及び雨滴の検知方法を示すフローチャートである。本プログラムは、メインのプログラムからある周期で呼び出され起動するプログラムである。
ステップS100において、CPU16は、処理を開始し、ステップS101において、CPU16のポートをオンし、LEDランプ30をオンする。次に、ステップS102において、イメージセンサ13の領域Aの画像データを取り込む。次に、ステップS103において、画像データを画像メモリ15のエリアMに格納する。
次に、ステップS104において、CPU16のポートをオフし、LEDランプ30をオフする。そして、ステップS105において、イメージセンサ13の領域Aの画像データを取り込む。さらに、ステップS106において、画像データを画像メモリ15のエリアNに格納する。
次に、ステップS107において、画像メモリ15のエリアMの画像データの平均輝度1を算出する。また、ステップS108において、画像メモリ15のエリアNの画像データの平均輝度2を算出する。
そして、ステップS109において、平均輝度1と平均輝度2を比較する。(平均濃度1−平均濃度2)>α (αはばらつきも含めた実験などに基づいて決まる一定値)の場合は、ヘッドランプカバー50の汚れ及び雨滴検知に移行するが、そうで無い場合はステップS114に以降し、本プログラムを終了する。
ステップS109の判定で、Yesとなると、ステップS110において、円検知を行う。そして、ステップS111において、円検知の数>0であるか判定する。Yesであれば雨検知と判定し、ステップS113において、ワイパーを駆動させる。この時フロントガラスのワイパーも同時に動かしても良い。円検知では円の大きさと円の数を検出するので、円の大きさと円の数から降雨量を推測し、フロントガラス用ワイパーの早さを制御しても良い。
ステップS111において、円検知の数>0でなければ、汚れ検知と判定し、ステップS112において、ウオッシャ液でヘッドランプカバー50を洗浄する。ウオッシャ液の無駄な消耗を防ぐため、ソフト的なカウンタを設け何回かこの状態が続いた場合に実行するなどしてもよいものである。
そして、ステップS114において、本プログラムは終了し、メインのプログラムに復帰する。
以上説明したように、本実施形態では、LEDランプのオン時とオフ時の画像の平均輝度の差から汚れや雨滴を検出し、さらに、円検知により雨滴か否かを判定して、雨滴ならばワイパーのみを動作させ、汚れであれば、ウオッシャを動作させつつ、ワイパーも動作させることができる。したがって、泥はねや雨などによる性能の影響を低減することができる。
次に、図6〜図11を用いて、本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールの構成及び動作について説明する。
最初に、図6〜図9を用いて、本実施形態によるヘッドランプモジュールにおける光軸調整機構について説明する。
図6は、本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるLEDランプの取付状態を示す側面図である。図7は、本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるイメージセンサの取付状態を示す側面図である。図8は、本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるカメラユニットの取付状態を示す側面図である。図9は、本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおける調整機構の構成を示す側面図である。なお、図1,図2と同一符号は、同一部分を示している。
図6に示すように、図1に示したLEDランプ21,…,30のそれぞれは、基準面S1を有しており、この基準面S1はLEDランプの発光する光軸X1とある寸法精度で管理され製造されたものである。
また、図7に示すように、カメラユニット1においても基準面S2を有しており、この基準面S2はイメージセンサ13の中心とレンズの中心が作る光軸X2とある寸法精度で管理され製造されたものである。
そして、図8に示すように、これらの基準面S1と基準面S2は、ステンレスまたはアルミダイカストで精密に加工された平面S3を有する部材70に固定されていて、すなわちカメラユニット1とLEDランプ21,…,31の光軸は機械的な精度のもと固定され、相対的なズレが無いものである。よって、カメラユニット1の光軸X2のズレが発生している場合は、LEDランプ21,…,30の光軸X1もズレていることになる。
また、この部材には、図9に示すピッチング方向調整機構71と、図8に示すヨー方向調整機構72がついている。ピッチング方向はP1点を軸に回転、ヨー方向はP2点を軸に回転して光軸向きを調整することが可能である。調整機構71,72の駆動部であるモータは、カメラユニット1から制御できる。
次に、図10を用いて、本実施形態によるヘッドランプモジュールにおける光軸調整機構の原理について説明する。
図10は、本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおける光軸調整の原理説明図である。
図10は、左側(助手席側)ヘッドランプモジュールに備えられたカメラユニット1で撮像したイメージ図であり、白線80が映っている。左右の白線80の交点を消失点81とし、その消失点の位置が光軸ずれ許容範囲82の四角の中にあるかどうか判断するものである。光軸ずれ許容範囲82は、予め車両ごとに設けてあり、白線検出や配光制御の性能に影響する角度のズレ量、または法規等で規定されているヘッドランプの光軸角度のズレ量の何れか小さいほうの角度から画素数に換算したものである。
例えば、レンズ12の焦点距離f=6mm、イメージセンサ13の1画素のサイズが6μm×6μmとし、角度ズレ量の許容が±1.5°の場合、画素ずれの許容範囲は、6mm×tan1.5°÷6μm=±26.2画素となる。
光軸ずれ許容範囲82から消失点81がずれている場合には、そのズレ量は、ピッチング方向調整機構71、ヨー方向調整機構72をカメラで制御することで補正される。そして、光軸ずれ許容範囲82’の中に、消失点81が位置するようになれば、ずれが補正されたこととなる。
次に、図11を用いて、本実施形態によるヘッドランプモジュールにおける光軸調整機構方法について説明する。
図11は、本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおける光軸調整方法の内容を示すフローチャートである。
ステップS200において、CPU16は、処理を開始し、ステップS201において、CANより車速データを取り込み、車速が一定値β以上であればステップS202に移行する。そうでなければステップS210において、本プログラムを終了し、メインプログラムに復帰する。一定値βは例えば60km/hぐらいで、カーブ進入や悪路走行、停止中の人の乗り降りが無く、走行状態が光軸変化に関して安定していることを想定する。
次に、ステップS202において、CANよりステアリング操舵角データを取り込む。操舵角が一定値γ以下であれば、ステップS203に移行する。そうでなければ、ステップS210において、本プログラムを終了し、メインプログラムに復帰する。一定値γは0に近い数値で、直進走行していることを想定する。
操舵角が一定値γ以下であれば、ステップS203において、画像データを取り込む。そして、ステップS204において、白線80の検出を行う。白線80の検出は、映像のエッジより抽出する。さらに、ステップS205において、消失点81の検出を行う。消失点81は、左右の白線80の形状から、延長線を推定し、その交点を消失点81として検出する。白線80の形状の抽出については従来技術であるので省略する。
次に、ステップS206において、検出した消失点81の画面上の座標が、許容範囲82内にあるかどうかを判定する。許容範囲82内にあれば補正の必要無く、ステップS210で本プログラムを終了させ、メインルーチンに復帰する。
許容範囲82外にあれば、ステップS207に移行し、ズレた画素数から補正値を算出する。そして、ステップS208において、ピッチング方向調整機構71のモータを駆動し、補正させ、ステップS209において、ヨー方向調整機構72のモータを駆動、補正し、ステップS206に戻る。
補正が正常であれば、光軸自動調整が終了し、メインルーチンに復帰する。
以上説明したように、本実施形態によれば、光軸ずれの自己補正が可能となる。
本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールの構成を示す斜視図である。 図3は、本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるカメラユニットとLEDランプの位置関係を示す側面図である。 本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおける雨滴の付着状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態によるヘッドランプモジュールにおける汚れ及び雨滴の検知方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるLEDランプの取付状態を示す側面図である。 本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるイメージセンサの取付状態を示す側面図である。 本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおけるカメラユニットの取付状態を示す側面図である。 本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおける調整機構の構成を示す側面図である。 本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおける光軸調整の原理説明図である。 本発明の他の実施形態によるヘッドランプモジュールにおける光軸調整方法の内容を示すフローチャートである。
符号の説明
1…カメラユニット
2…ヘッドランプユニット
3…ヘッドランプウオッシャユニット
4…ヘッドランプワイパーユニット
5…CAN
10…レンズフード
11…バンドパスフィルタ
12…レンズ
13…イメージセンサ
14…画像処理LSI
15…画像メモリ
16…CPU
17…CANドライバ
20…LEDドライバ
21,…,30…LEDランプ
34…ポンプドライバ
31…電動ポンプ
32…タンク
33…ウオッシャ
40…モータドライバ
41…モータ
42…ワイパ
50…ヘッドランプカバー

Claims (5)

  1. 複数のLEDランプを光源とする車両用灯具と、前記車両用灯具を覆うランプカバーと、ランプカバー用洗浄機と、前記ランプカバー内備えられたカメラユニットとを有するヘッドランプモジュールであって、
    前記複数のLEDランプにうち、一つ以上が発光波長の異なる異物検出用LEDランプであり、
    前記カメラユニットは、前記発光波長以外の波長をカットする光学フィルタを備え、
    前記異物検出用LEDランプをオンしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データの平均輝度と、前記異物検出用LEDランプをオフしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データの平均輝度との差が所定値以上のとき、前記ランプカバーに異物が付着したと判定する異物判定手段を備えたことを特徴とするヘッドランプモジュール。
  2. 請求項1記載のヘッドランプモジュールにおいて、
    前記異物判定手段は、前記異物検出用LEDランプをオンしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データから円形データが検出された場合には、前記異物は雨滴であるとして、前記ランプカバー用ワイパーを動作させることを特徴とするヘッドランプモジュール。
  3. 請求項1記載のヘッドランプモジュールにおいて、
    前記異物判定手段は、前記異物検出用LEDランプをオンしたときの前記カメラユニットにより撮像された画像データから円形データが検出されない場合には、前記異物は汚れであるとして、前記ランプカバー用ワイパー及び前記ランプカバー用洗浄機を動作させることを特徴とするヘッドランプモジュール。
  4. 請求項1記載のヘッドランプモジュールにおいて、さらに、
    前記LEDランプの光軸のずれを検知し、ずれを補正する光軸ずれ補正手段を備えることを特徴とするヘッドランプモジュール。
  5. 請求項1記載のヘッドランプモジュールにおいて、
    前記ランプカバー用洗浄機は、ヘッドランプウオッシャによりランプカバーを洗浄するものか、もしくは、ヘッドランプウオッシャとランプカバー用ワイパーとによりランプカバーを洗浄するものであることを特徴とするヘッドランプモジュール。
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