JP2010095048A - 車両用照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両前方の路面上に所定パターンを含む光画像を投影する場合に、車両からの距離に拘らず、同じ形状及び大きさのパターンを描画することができる車両用照明装置を提供する。
【解決手段】路面がハイビームで照明されているか否かに応じて、予め記憶された画像データを読み出す。車両からの距離に拘らず、同じ形状で且つ同じ大きさのパターンが路面上に形成されるように、読み出した画像データに対して台形歪み補正を行い、パターンを形成する位置毎に、照射光と路面とが成す角度θに応じて台形歪み補正された複数の画像データを生成する。次に、台形歪み補正により生じた解像度の不整合を解消するように、照射光の照射位置（角度θの大きさ）に応じて、画像データの１画素に対応させるＭＥＭＳミラーのマイクロミラーの個数及び配列を変更して、複数の画像データの各々に応じてＭＥＭＳミラーを駆動制御する駆動信号を生成し、ランプ駆動部に出力する。
【選択図】図８

Description

本発明は、車両用照明装置に関する。
従来、車両用の照明システムでは、ハイビームヘッドランプとロービームヘッドランプとが設けられるのが通常である。ハイビームヘッドランプは、車両前方を遠くまで照明することができ、夜間のヘッドライトとして使用される。ロービームヘッドランプは、ハイビームヘッドランプより下方を照明するように構成され、対向車や前方の車が存在する場合に、眩惑防止用のヘッドライトとして使用される。
近時、ドライバや歩行者に視認させるために、路面上にパターン画像を投影する照明システムが種々開発されている（特許文献１、２）。特許文献１に記載の装置では、ドライバに情報を提供するために、例えば交差点の通過方向を案内する矢印を路面上に投影している。また、特許文献２に記載の装置では、遠方に居る歩行者の注意を喚起するために、路面上に形成した円形のスポットライトを車両と歩行者との間で移動させている。
かかる照明システムには、描画デバイスとして空間光変調器を備えたヘッドランプが設けられている。空間光変調器には、微小可動ミラー等からなる複数の画素部が２次元状に配列されている。複数の画素部は、入力された画像データに基づいて画素部毎に駆動される。光源から空間光変調器に照射された光は、画像データに基づいて画素部毎に強度や位相が変調される。空間光変調器で配光制御された光が路面上に拡大投影されて、路面上に所定パターンを有する光画像が形成される。
特開２００５−３０６３３７号公報 特開２００５−３２４６７９号公報 特開平８−２８９２３７号公報
しかしながら、従来の照明システムでは、路面上に光画像を形成する場合に、車両から遠い位置に形成されるパターンが間延びして、所望のパターンを表示できないという問題がある。この画像劣化の問題は、主に「台形歪み」に起因して発生する。
例えば、特許文献２のように、路面上に形成された円形のスポットライトが車両と歩行者との間を移動する場合、スポットライトは歩行者に近づくほど大きくぼけたものとなり楕円形に変形する。これでは、歩行者側での視認性が低下する。また、ドライバは、歩行者との距離感を認識できずに、不自然さを感じることになる。
スクリーンに映像光を拡大投影するプロジェクタ装置においても、光源からスクリーンまでの光路差によって「台形歪み」が発生する。特に、透過型スクリーンに映像光を背面から拡大投影するリアプロジェクタ装置では、スクリーン面と映像光線とが成す角度が約３０°と、スクリーンに対し浅い角度で映像光を投影するので、台形歪みが問題となる。
特許文献３に記載のプロジェクタ装置では、スクリーン上で表示映像に生じる歪みを縦方向及び横方向において相殺するように補正された補正映像信号を生成し、この補正映像信号を液晶表示手段の駆動信号として出力する台形歪み補正回路を設けることで、「台形歪み」の発生を回避している。この装置では、液晶表示手段が、描画デバイス（空間光変調器）に相当する。
しかしながら、特許文献３に記載のプロジェクタ装置では、補正映像信号の解像度が描画デバイス上の位置毎に異なるにも拘らず、描画デバイスの画素のサイズは一様である。このため厳密に見ると、入力映像信号の解像度が高い部分では、面積当たりの画素数が足りずに投影映像がぼけてしまう。逆に、入力映像信号の解像度が低い部分では、面積当たりの画素数が多過ぎて無駄が生じる。
車両用の照明システムでは、スクリーン面である路面とヘッドランプから照射される光線とが成す角度は１〜５°程度であり、リアプロジェクタ装置と比較しても非常に小さいため、台形歪みが顕著に発生する。従って、台形歪み補正を行うだけでは、補正画像信号の解像度（角度分解能）が高い部分、即ち、車両から遠い路面上に照射される光線を生成する部分において、描画デバイスの面積当たりの画素数が足りずに、所望のパターンを表示できない。
本発明は、上記問題に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、車両前方の路面上に所定パターンを含む光画像を投影する場合に、車両からの距離に拘らず、同じ形状及び大きさのパターンを描画することができる車両用照明装置を提供することにある。
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、複数の画素部が二次元状に配列された表示領域を備え、車両前方の路面に明部又は暗部を描画するためのパターン画像を前記表示領域に表示して、表示されたパターン画像に応じて光源から照射された照明光を前記画素部毎に変調する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示領域内での画素部の位置に応じて路面上の異なる位置に投光された光により路面上に前記パターン画像が投影されるように、前記空間光変調器で変調された光を車両前方の路面に投光する投光手段と、前記パターン画像により明部を描画する場合には、路面上に描画された明部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記明部が自車両から離れるに従って前記明部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動し、前記パターン画像により暗部を描画する場合には、路面上に描画された暗部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記暗部が自車両から離れるに従って前記暗部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動するように、前記空間光変調器を駆動制御する制御手段と、を備えた車両用照明装置である。
請求項２の発明は、前記空間光変調器は、反射面の面積が異なる複数種類のマイクロミラーが二次元状に配列されたマイクロミラーデバイスであり、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調するマイクロミラーの反射面の面積を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調するマイクロミラーの反射面の面積よりも小さくした請求項１に記載の車両用照明装置である。
請求項３の発明は、前記空間光変調器は、反射面の面積が同じ複数のマイクロミラーが二次元状に配列されたマイクロミラーデバイスであり、前記制御手段は、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動されるマイクロミラーの個数を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動されるマイクロミラーの個数よりも少なくする請求項１に記載の車両用照明装置である。
請求項４の発明は、前記空間光変調器は、透過面の面積が異なる複数種類の液晶素子が二次元状に配列された液晶表示デバイスであり、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調する液晶素子の透過面の面積を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調する液晶素子の透過面の面積よりも小さくした請求項１に記載の車両用照明装置である。
請求項５の発明は、前記空間光変調器は、透過面の面積が同じ複数の液晶素子が二次元状に配列された液晶表示デバイスであり、前記制御手段は、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動される液晶素子の個数を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動される液晶素子の個数よりも少なくした請求項１に記載の車両用照明装置である。
請求項６の発明は、ハイビームを照射するハイビームヘッドランプ及びロービームを照射するロービームヘッドランプを備えた車両の車両用照明装置であって、複数の画素部が二次元状に配列された表示領域を備え、車両前方の路面に明部又は暗部を描画するためのパターン画像を前記表示領域に表示して、表示されたパターン画像に応じて前記ハイビームヘッドランプから照射された照明光を前記画素部毎に変調する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示領域内での画素部の位置に応じて路面上の異なる位置に投光された光により路面上に前記パターン画像が投影されるように、前記空間光変調器で変調された光を車両前方の路面に投光する投光手段と、前記ハイビームヘッドランプが点灯していない場合には、前記ハイビームヘッドランプを点灯して前記パターン画像により明部を描画し、路面上に描画された明部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記明部が自車両から離れるに従って前記明部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動し、前記ハイビームヘッドランプが点灯している場合には、前記パターン画像により暗部を描画し、路面上に描画された暗部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記暗部が自車両から離れるに従って前記暗部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動するように、前記空間光変調器を駆動制御する制御手段と、を備えた車両用照明装置である。
本発明の車両用照明装置によれば、車両前方の路面上に所定パターンを含む光画像を投影する場合に、車両からの距離に拘らず、同じ形状及び大きさのパターンを描画することができる、という効果がある。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
＜車両用の照明システム＞
図１は本発明の実施の形態に係る車両用照明装置を備えた照明システムが車両に搭載された状態を表す図である。図１（Ａ）は車両の平面図である。詳しくは、ルーフが省略された車両を上方から見たときの平面図である。図１（Ｂ）は車両の側面図である。図２は本発明の実施の形態に係る車両用照明装置を備えた照明システムの制御系の機能ブロック図である。
本実施の形態では、自車両に対し危険であると推定された人物及びドライバの注意を喚起するために、所定パターンを含む光画像を路面上に投影して危険を回避する照明システムに、本発明の車両用照明装置を適用した例について説明する。なお、以下では、人物及びドライバの注意を喚起するために路面上に投影される光画像を、適宜「注意喚起用の光画像」と略称する。
この照明システムでは、車両前方に存在する人物を検出し、検出された人物の自車両に対する危険度を推定し、推定された危険度に基づいて検出された人物が自車両に対して危険であるか否かを推定する。そして、自車両に対して危険であると推定された場合に、注意喚起用の光画像を路面上に投影して、危険であると推定された人物及びドライバに対して注意喚起を行う。注意喚起動作については後述する。
図１及び図２に示すように、照明システム１０は、カメラ１２０、距離センサ１４０、操舵角センサ１５０、及び車速センサ１６０を含むセンサ群と、マイクロコンピュータで構成された制御装置１９０と、ハイビーム（ＨＢ）ヘッドランプ１１０、ロービーム（ＬＢ）ヘッドランプ１８０、ＨＢヘッドランプ１１０を駆動するランプ駆動部１７５Ｈ、及びＬＢヘッドランプ１８０を駆動するランプ駆動部１７５Ｌを含むヘッドライト部と、を含んで構成されている。
ＨＢヘッドランプ１１０は、照明範囲が広く、車両前方の路面を約１００ｍ先まで扇状に照明することができる。これに対し、眩惑防止用のヘッドライトとして使用されるＬＢヘッドランプ１８０は、ＨＢヘッドランプ１１０より下方を照明するように構成されている。このため、照明範囲はＨＢヘッドランプ１１０より狭いが、車両前方の路面を約４０ｍ先まで照明することができる。
制御装置１９０は、ＣＰＵ、各種処理を実行するためのプログラムを記憶したＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭを含んだマイクロコンピュータで構成されている。ＲＯＭには、後述する「制御処理」の処理ルーチンを実行するためのプログラムも記憶されている。制御装置１９０は、車両１００の内部（中央部）に設置されている。
後述する「制御処理」を実行する制御装置１９０を機能ブロックで表すと、図２に示すように、制御装置１９０は、人物判断部１３０、人物判断部１３０に接続された危険度推定部１７０、及び危険度推定部１７０に接続されたヘッドランプ制御部１７２から構成されている。ヘッドランプ制御部１７２とヘッドライト部とが、本発明の「車両用照明装置」に相当する。
カメラ１２０は、制御装置１９０の人物判断部１３０に接続されている。距離センサ１４０、操舵角センサ１５０、及び車速センサ１６０の各々は、制御装置１９０の危険度推定部１７０に接続されている。人物判断部１３０は、カメラ１２０から画像データを取得する。危険度推定部１７０は、距離センサ１４０から検出信号（距離信号）を取得し、操舵角センサ１５０から検出信号（舵角信号）を取得し、車速センサ１６０から車両１００の車速を示す検出信号を取得する。
制御装置１９０のヘッドランプ制御部１７２には、ランプ駆動部１７５Ｈ及びランプ駆動部１７５Ｌが各々接続されている。ヘッドランプ制御部１７２には、注意喚起用の光画像を形成するように、危険度推定部１７０から指示が入力される。ヘッドランプ制御部１７２は、危険度推定部１７０からの指示に基づいて、注意喚起用の光画像を路面上に投影するために、ＨＢヘッドランプ１１０及びＬＢヘッドランプ１８０の各々を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号をランプ駆動部１７５Ｈ及びランプ駆動部１７５Ｌの各々に出力する。なお、ヘッドランプ制御部１７２には、点灯スイッチ（図示せず）から、ＨＢヘッドランプ１１０及びＬＢヘッドランプ１８０の各々を点灯又は消灯するための指示も入力される。
カメラ１２０は、車両１００のドライバ２００の視点付近の位置に設置されている。カメラ１２０としては、例えば、近赤外カメラ、遠赤外カメラ等の赤外線カメラ、可視カメラが用いられる。カメラ１２０は、車両１００の前方を撮影し、撮影により得られた画像データを人物判断部１３０に出力する。本実施の形態では、カメラ１２０として赤外線カメラ（暗視カメラ）を用いて、撮影により熱画像データを得る例について説明する。
人物判断部１３０は、カメラ１２０から取得した熱画像データに基づいて、自車両１００の前方に位置する歩行者、他の車両を検出する。熱画像データに基づいてパターンマッチング等の画像処理により、人物の特徴（例えば、温度や形状）を検出することで、人物の検出を行うことができる。人物判断部１３０は、人物の検出結果を、危険度推定部１７０に出力する。一方、車両は、対向車両の場合はヘッドライトを、先行車両の場合はテールライトを検出することで車両の検出を行うことができる。
距離センサ１４０は、車両１００の前端部の中央に設置されている。距離センサ１４０としては、例えば、ミリ波レーダが用いられる。距離センサ１４０は、人物判断部１３０によって検出された人物（以下、「被検出人物」という。）までの距離を検出する。検出した距離から、被検出人物の相対移動速度、及び相対位置を求めることができる。ここで、被検出人物の相対位置は、自車両１００から被検出人物までの距離、及び自車両１００に対する被検出人物が位置する方向で表される。
操舵角センサ１５０は、ステアリングの近傍に設置されている。操舵角センサ１５０は、ステアリングの操舵角を検出する。検出した操舵角からは、自車両１００の移動方向を求めることができる。操舵角センサ１５０は、検出した操舵角データを、舵角信号として危険度推定部１７０に出力する。
車速センサ１６０は、前車輪の近傍に設置されている。車速センサ１６０は、車輪の回転数を検出する。検出した車輪の回転数からは、自車両１００の移動速度を求めることができる。車速センサ１６０は、検出信号を危険度推定部１７０に出力する。
危険度推定部１７０は、距離センサ１４０からの距離信号に基づいて、自車両１００に対する被検出人物の相対移動速度及び相対移動方向を演算する。演算された被検出人物の相対移動速度と車速センサ１６０からの検出信号とに基づいて、演算された自車両１００の移動速度との差から、被検出人物の移動速度を算出する。また、演算された被検出人物の相対移動方向と操舵角センサ１５０からの舵角信号とに基づいて、演算された自車両１００の移動方向との差から、被検出人物の移動方向を算出する。
また、危険度推定部１７０は、演算された自車両１００の移動速度及び移動方向、並びに算出された被検出人物の移動速度及び移動方向に基づいて、自車両１００に対する被検出人物の危険度を推定する。また、危険度推定部１７０は、推定した危険度と基準値とを比較することによって、自車両１００に対して被検出人物が危険であるか否かを推定する。そして、危険度推定部１７０は、人物判断部１３０によって検出された人物が危険であると推定した場合に、注意喚起用の光画像を形成する指示を、ヘッドランプ制御部１７２に出力する。
ヘッドランプ制御部１７２は、危険度推定部１７０からの指示に基づいて、注意喚起用の光画像を路面上に投影するために、ＨＢヘッドランプ１１０及びＬＢヘッドランプ１８０の各々を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号をランプ駆動部１７５Ｈ及びランプ駆動部１７５Ｌの各々に出力する。また、ドライバ２００が点灯スイッチ（図示せず）を操作して入力した指示に基づいて、ＨＢヘッドランプ１１０及びＬＢヘッドランプ１８０の各々を点灯又は消灯するための制御信号を生成し、生成した制御信号をランプ駆動部１７５Ｈ及びランプ駆動部１７５Ｌの各々に出力する。入力された制御信号に基づいて、ランプ駆動部１７５ＨによりＨＢヘッドランプ１１０が点灯駆動され、ランプ駆動部１７５ＬによりＬＢヘッドランプ１８０が点灯駆動される。
本実施の形態では、ＨＢヘッドランプ１１０により、注意喚起用の光画像が路面上に投影される場合について説明する。即ち、ヘッドランプ制御部１７２で生成された制御信号に基づいて、ＨＢヘッドランプ１１０及びＬＢヘッドランプ１８０の各々が制御されて、各ランプが点灯又は消灯されると共に、後述するＨＢヘッドランプ１１０の空間光変調器が駆動制御されて、注意喚起用の光画像に含まれるパターンの形状、形成位置、点滅状態等が制御され、ハイビームの照明領域で、時間の経過と共に路面上に投影される光画像が変化する。
例えば、ＨＢヘッドランプ１１０を点灯させ、ハイビームのヘッドライトで照明された路面上を、ハイビーム照射部分より明度が低下した暗部（黒抜きパターン）が車両から人物に向って移動するように、注意喚起用の光画像を投影することができる。
ＨＢヘッドランプ１１０は、車両１００の前端部の両サイドに左右対称に設置されている。車両前方に向って左側に設置されているのがＨＢヘッドランプ１１０ａであり、右側に設置されているのがＨＢヘッドランプ１１０ｂである。なお、左右を区別する必要が無い場合には、ＨＢヘッドランプ１１０と総称する。
ＬＢヘッドランプ１８０は、車両１００の前端部の両サイドに左右対称に設置されている。ＬＢヘッドランプ１８０は、ＨＢヘッドランプ１１０よりも外側に設置されている。車両前方に向って左側に設置されているのがＬＢヘッドランプ１８０ａであり、右側に設置されているのがＬＢヘッドランプ１８０ｂである。なお、左右を区別する必要が無い場合には、ＬＢヘッドランプ１８０と総称する。
なお、本実施の形態では、左右２個のＨＢヘッドランプ１１０と左右２個のＬＢヘッドランプ１８０とを設けた４灯式のヘッドライト部について説明するが、ハイビームとロービームの切り替えが可能なランプ構成として、２灯式のヘッドライト部とすることもできる。
また、ＨＢヘッドランプ１１０又はＬＢヘッドランプ１８０から照射される光は、人物やドライバが認識できる光であればよい。通常は、白色光又は可視光を用いるが、これらに限定されるわけではない。例えば、ドライバだけが認識できればよい場合には、赤外光または紫外光を用いることができる。但し、赤外光または紫外光を用いる場合には、ドライバが認識可能となるように、ヘッドマウントディスプレイ等、ドライバが赤外光または紫外光を認識することが可能となる装置を更に設ける必要がある。
＜ＨＢヘッドランプ＞
次に、車両用照明装置の主要部であるＨＢヘッドランプについて説明する。図３はＨＢヘッドランプの構成を示す概略図である。図３に示すように、ＨＢヘッドランプ１１０は、光源１１１、光源１１１の後方近傍に配置された球面鏡１１２、光源１１１前方の球面鏡１１２の光軸上に配置された集光レンズ１１３、集光レンズ１１３の結像位置に配置された反射型の空間光変調器１１４、及び空間光変調器１１４の光反射側に配置された投光レンズ１１５を備えている。ＨＢヘッドランプ１１０の各部は、車両前方約１００ｍの路面を照明できるように配置されている。
光源１１１としては、ハロゲンランプ、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）バルブ等と称される高輝度放電灯、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの高輝度光源を用いることができる。反射型の空間光変調器１１４としては、二次元状に配列され且つ独立に駆動可能な複数の微小可動ミラーを画素部として備えたＭＥＭＳミラーデバイスを用いることができる。本実施の形態では、反射型の空間光変調器１１４として、ＭＥＭＳミラーデバイスを用いる場合について説明する。以下では、空間光変調器１１４を、適宜「ＭＥＭＳミラー１１４」と言い換える。
なお、本実施の形態では、反射型の空間光変調器を用いる例について説明するが、透過型の空間光変調器を用いてＨＢヘッドランプを構成することもできる。また、反射型の空間光変調器として、二次元状に配列され且つ独立に駆動可能な複数の液晶素子を画素部として備えた液晶表示デバイスを用いることもできる。液晶表示デバイスとしては、各液晶素子を直接電圧制御するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型の空間光変調器等を用いることができる。
ＭＥＭＳミラー１１４は、複数のマイクロミラーがマトリックス状に配列されたミラーアレイ１１４Ａを、メモリセル１１４Ｂ上に形成して構成されたミラーデバイスである。ＭＥＭＳミラーの複数のマイクロミラーは、同じ大きさで正方形の反射面を備え、碁盤目状に配列されている。マイクロミラーの各々が、ＭＥＭＳミラー１１４の各画素部（ピクセル）を構成する。車両からの距離に拘らず同じパターンを描画するには、マイクロミラーの形状、個数、配置が重要であるが、これらについては、後で詳しく説明する。
メモリセル１１４Ｂには、複数のマイクロミラーの各々に対応してＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）セルが設けられている。各画素部では、最上部に支柱に動作可能に支持されたマイクロミラーが設けられており、マイクロミラーの直下には、マイクロミラーを傾き動作させる構造体を介してＳＲＡＭセルが配置されている。
メモリセル１１４Ｂの各ＳＲＡＭセルにデジタル信号が入力されると、対応するマイクロミラーの反射面の角度が、デジタル信号に応じて数度の範囲で制御される。ここでは、画像データの画素の明暗をデジタル信号のオンオフに対応させ、オン状態（明画素）で反射面をα度に傾け、オフ状態（暗画素）で反射面をβ度（≠α度）に傾けるとする。オン状態のマイクロミラーに入射された光は、投光レンズ１１５の方向に反射されて、投光レンズ１１５により路面上に投光される。一方、オフ状態のマイクロミラーに入射された光は、投光レンズ１１５とは異なる方向に反射されて、図示しない吸収体により吸収される。
次に、ＨＢヘッドランプ１１０全体の動作を説明する。このＨＢヘッドランプ１１０では、ヘッドランプ制御部１７２からの点灯指示に基づいて、ランプ駆動部１７５Ｈにより光源１１１が点灯される。光源１１１から出射された光は、球面鏡１１２により光源１１１の前方方向に向けて反射される。球面鏡１１２で反射された光は、集光レンズ１１３で集光されて、ＭＥＭＳミラー１１４に照射される。
定常状態では、ＭＥＭＳミラー１１４の全部のマイクロミラーはオン状態とされており、ＭＥＭＳミラー１１４が反射ミラーとして機能するように設定されている。ＭＥＭＳミラー１１４に照射された光は、ＭＥＭＳミラー１１４により投光レンズ１１５の方向に反射されて、投光レンズ１１５により路面上に投光される。これにより、ＨＢヘッドランプ１１０の照明領域が、ハイビームのヘッドライトで照明される。
一方、注意喚起用の光画像を形成する場合には、ＭＥＭＳミラー１１４のマイクロミラーの各々が画像データに応じて駆動制御される。制御装置１９０のＲＯＭには、ヘッドランプの点灯状況に応じて注意喚起用の光画像を形成するために、複数種類の画像データが予め記憶されている。ヘッドランプ制御部１７２は、危険度推定部１７０からの指示に基づいて、ヘッドランプの点灯状況に応じた画像データを読み出し、ＨＢヘッドランプ１１０のＭＥＭＳミラー１１４の各マイクロミラーを制御する制御信号を生成して、生成した制御信号をランプ駆動部１７５Ｈに出力する。
ランプ駆動部１７５Ｈは、入力された制御信号に基づいて、ＭＥＭＳミラー１１４に駆動信号を入力する。即ち、メモリセル１１４ＢのＳＲＡＭセルの各々に対応するデジタル信号を入力する。これにより、複数のマイクロミラーの反射面の角度が各々制御されて、画像データの明画素に対応するマイクロミラーがオン状態となり、暗画素に対応するマイクロミラーがオフ状態となる。
ＭＥＭＳミラー１１４のオン状態のマイクロミラーに照射された光は、投光レンズ１１５の方向に反射され、投光レンズ１１５により投光されて、車両前方の路面上には明画素（光照射部）が形成される。一方、ＭＥＭＳミラー１１４のオフ状態のマイクロミラーに照射された光は、投光レンズ１１５とは異なる方向に反射され、図示しない吸収体により吸収されて、車両前方の路面上には暗画素（光非照射部）が形成される。こうして、車両前方の路面上には、ハイビームの照明領域内において、所定の明暗パターンを有する注意喚起用の光画像が形成される。
＜ＬＢヘッドランプ＞
次に、車両用照明装置のＬＢヘッドランプについて説明する。図４はＬＢヘッドランプの構成を示す概略図である。図４に示すように、ＬＢヘッドランプ１８０は、光源１８１、光源１８１の後方近傍に配置された球面鏡１８２、及び光源１８１前方の球面鏡１８２の光軸上に配置された投光レンズ１８３を備えている。ＬＢヘッドランプ１８０の各部は、車両前方約４０ｍ先までの路面を照明できるように配置されている。
このＬＢヘッドランプ１８０では、ヘッドランプ制御部１７２からの点灯指示に基づいて、ランプ駆動部１７５Ｌにより光源１８１が点灯される。光源１８１から出射された光は、球面鏡１８２により光源１８１の前方方向に向けて反射される。球面鏡１８２で反射された光は、投光レンズ１８３に入射し、投光レンズ１８３により路面上に投光される。これにより、ＬＢヘッドランプ１８０の照明領域が、ロービームのヘッドライトで照明される。
＜照明システムの危険回避動作＞
ここで、本実施の形態の照明システムにおける危険回避動作について説明する。図５は制御装置１９０のＣＰＵが行う制御処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。この制御処理は、照明システムに電源（図示せず）が投入されると実行される。以下の処理ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１０４、及びＳ１１４は、人物判断部１３０で実行され、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２、及びＳ１１６〜Ｓ１２２は、危険度推定部１７０で実行される。
まず、ステップＳ１００で、カメラ１２０を駆動し、自車両１００の前方の撮影により得られた熱画像を熱画像データとして取得する。次のステップＳ１０２で、熱画像データに基づいて、自車両１００の前方に位置する人物の検出を行う。次のステップＳ１０４で、ステップＳ１０２で人物が検出されたか否かを判定する。否定判定がされた場合は、ステップＳ１００に戻って人物の検出を継続し、肯定判定がされた場合は、次のステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６で、距離センサ１４０から出力された距離信号を取得して、ステップ１０２で検出された人物（被検出人物）の自車両１００に対する相対移動速度、及び相対位置の演算を開始する。次のステップＳ１０８で、操舵角センサ１５０から出力された舵角信号を取得して、自車両１００の移動方向の演算を開始すると共に、車速センサ１６０で検出された自車両１００の移動速度を示す検出信号を取得して、自車両１００の移動速度の演算を開始する。
次に、ステップＳ１１０で、演算された自車両１００の移動方向及び移動速度、並びに被検出人物の相対移動速度及び相対位置に基づいて、被検出人物の移動速度及び移動方向を算出する。算出された被検出人物の移動速度及び移動方向、並びに演算された自車両１００の移動方向及び移動速度に基づいて、自車両１００に対する被検出人物の危険度を推定する。そして、推定した危険度と予め設定された基準値とを比較することにより、自車両１００に対して被検出人物が危険であるか否かを推定する。
ステップＳ１１０で、危険でないと推定した場合は、ステップＳ１００に戻って上記で説明した処理を繰り返す。一方、危険であると推定した場合は、次のステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２で、ステップＳ１１０で危険であると推定された人物（以下、「要監視人物」という。）の相対移動速度及び相対位置に基づいて、ドライバ２００及び要監視人物に対して車両用照明装置（ヘッドライト部）を利用して注意喚起の動作を開始するように指示する。なお、車両用照明装置を利用した注意喚起動作の手順については、後で詳しく説明する。
次に、ステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で行われた注意喚起動作により、要監視人物が自車両１００の接近に気付き、危険を回避したか否かを判定する。例えば、カメラ１２０により検出される熱画像データから、要監視人物が静止したこと、危険を回避する方向に移動したこと等を検知した場合は、危険を回避したと判定する。一方、要監視人物が静止せず同じ方向に移動していることを検知した場合は、危険を回避していないと判定する。ここで、危険を回避したと判定した場合は、ステップＳ１００に戻って上記で説明した処理を繰り返す。一方、危険を回避していないと判定した場合は、次のステップＳ１１６に進む。
次に、ステップＳ１１６で、ドライバ２００が人物の接近に気付き、危険を回避したか否かの判定を行う。例えば、ドライバ２００が自車両１００の速度を減速させたこと、走行方向を変更させたこと等により、要監視人物の危険度が低下し、自車両１００に対して要監視人物が危険でないと推定された場合は、危険を回避したと判定する。そして、注意喚起動作を停止するように指示し、ステップＳ１００に戻って上記で説明した処理を繰り返す。
一方、ステップＳ１１０で要監視人物の危険度が低下することなく、いまだ危険であると推定された場合は、危険を回避していないと判定して、ステップＳ１１８に進む。ステップＳ１１８では、ドライバ２００に対して、自車両１００に人物が接近していることを報知するために、警報を発する指示を、警報装置（図示せず）に出力する。
次に、ステップＳ１２０では、ステップＳ１１８で警報装置により発せられた警報によって、ドライバ２００が人物の接近に気付き危険を回避したか否かの判定を行う。例えば、ドライバ２００が自車両１００の速度を減速させたこと、走行方向を変更させたこと等により、要監視人物の危険度が低下し、自車両１００に対して要監視人物が危険でないと推定された場合は、危険を回避したと判定し、ステップＳ１００に戻って上記で説明した処理を繰り返す。一方、自車両１００に対する要監視人物の危険度が低下することなく、いまだ危険であると推定された場合は、危険を回避していないと判定し、次のステップＳ１２２に進む。
ステップＳ１２２では、自車両１００の車速を制御する車速制御部（図示せず）に対して、自車両１００の速度を低下させるために、所定の速度まで減速するように指示を出力する。これにより、自車両１００の速度が、所定の速度まで減速されて、危険であると推定された人物と自車両１００とが衝突する可能性を低下させることができる。そして、ステップＳ１００に戻って上記で説明した処理を繰り返す。
＜注意喚起用の光画像の形成例＞
ここで、注意喚起用の光画像の形成例について具体的に説明する。本実施の形態では、ＨＢヘッドランプ１１０が点灯している場合と、ＨＢヘッドランプ１１０が点灯していない場合とで、異なる注意喚起用の光画像を形成する。上述した通り、これらの光画像は、制御装置１９０のヘッドランプ制御部１７２で生成された制御信号に基づいて、ＨＢヘッドランプ１１０の光源１１１を点灯させ、ＭＥＭＳミラー１１４の各マイクロミラーを駆動制御することで、ＨＢヘッドランプ１１０から照射された光により、ハイビームの照明領域内に形成される。
図６はハイビーム非照射時に形成される注意喚起用の光画像の一例を示す図である。図６（Ａ）は光画像が形成される様子を上方から見たときの平面図であり、図６（Ｂ）は光画像が形成される様子を側方から見たときの側面図である。この注意喚起用の光画像は、ＨＢヘッドランプ１１０が点灯していない場合に形成される。この例では、ＬＢヘッドランプ１８０が点灯しており、ＬＢヘッドランプ１８０の照明領域が、ロービームのヘッドライトで照明されている。
図６に示すように、ハイビームの照明領域内の路面上に、ＨＢヘッドランプ１１０から照射光３００が照射されて、路面７００には単一の照射パターン４００Ｗが形成される。即ち、ＨＢヘッドランプ１１０が点灯しておらず、その照明領域内の路面７００は暗い。暗い路面７００に照射光３００が照射されて、明度が高い円形のスポットライトが照射パターン４００Ｗとして浮かび上がる。この照射パターン４００Ｗの表示により、ドライバ２００及び人物５００の双方に対して注意喚起が図られる。照射パターン４００Ｗは、ＭＥＭＳミラーのオン状態のマイクロミラーに対応して路面上に形成される明画素から構成された明部である。
照射光３００による路面７００の照射位置を、自車両１００から人物５００に向かって移動させる。これにより、照射光３００により形成される照射パターン４００Ｗが、路面上を自車両１００から人物５００に向かって移動する。この照射位置の移動方向は、自車両１００から人物５００への方向を示している。なお、照射位置の移動方向を「照射光の進行方向」として矢印で図示した。
照射光３００は、自車両１００から人物５００に向かって移動する。本実施の形態では、照射パターン４００Ｗは、車両１００からの距離に拘らず、毎回、同じ形状及び大きさで形成される。即ち、路面７００上に形成される照射パターン４００Ｗは、毎回、同じ直径を有する円形状である。
ドライバ２００は、本能的に動いているものや目立つものに焦点を当てて見ようとする。これを誘目効果という。照射パターン４００Ｗの移動は、ドライバ２００への誘目効果が高く、危険であると推定された人物５００を認識させる効果が高い。照射パターン４００Ｗの形状を大きくする、照射パターン４００Ｗの移動速度を速くする、照射パターン４００Ｗの点滅周期を短くする等の工夫により、更に誘目効果を高めることができる。
人物５００から見た場合には、単一のスポットライトが車両１００から人物５００側に、速い速度で向かってくるように見える。照射パターン４００Ｗの移動速度が速過ぎると、人物５００は恐怖を感じ、却って回避行動をとるのが遅れる場合がある。このような場合には、照射パターン４００Ｗの移動速度を遅くする、照射パターン４００Ｗの点滅周期を長くする、同時に複数の照射パターン４００Ｗを形成する等の工夫により、人物５００の恐怖感を和らげることができる。
図７はハイビーム照射時に形成される注意喚起用の光画像の一例を示す図である。図７（Ａ）は光画像が形成される様子を上方から見たときの平面図であり、図７（Ｂ）は光画像が形成される様子を側方から見たときの側面図である。この注意喚起用の光画像は、ＨＢヘッドランプ１１０が点灯している場合に形成される。ＨＢヘッドランプ１１０の照明領域が、ハイビームのヘッドライトで照明されている。
図７に示すように、ハイビームの照明領域内の路面上に、一部分を除いてＨＢヘッドランプ１１０から照射光３００が照射されて、路面７００には単一の黒抜きパターン４００Ｂが形成される。即ち、ＨＢヘッドランプ１１０が点灯しており、その照明領域内の路面７００はハイビームで照明されている。ハイビームで明るく照明された路面７００に、照射光３００が照射されない円形の光非照射部（暗部）を設けることで、円形の暗部が黒抜きパターン４００Ｂとして浮かび上がる。
この黒抜きパターン４００Ｂの表示により、ドライバ２００及び人物５００の双方に対して注意喚起が図られる。また、黒抜きパターン４００Ｂは、ハイビーム照射部分より明度が低下した円形の暗部である。黒抜きパターン４００Ｂは、ＭＥＭＳミラーのオフ状態のマイクロミラーに対応して路面上に形成される暗画素から構成されている。明画素から構成される照射パターンではなく、黒抜きパターン４００Ｂとすることで、ハイビームで明るく照明された路面７００上にも、パターンを表示することができる。
照射光３００が路面７００に照射されない光非照射位置を、自車両１００から人物５００に向かって移動させる。これにより、黒抜きパターン４００Ｂが、ハイビームで照明された路面７００上を、自車両１００から人物５００に向かって移動する。この光非照射位置の移動方向は、自車両１００から人物５００への方向を示している。なお、光非照射位置の移動方向を「黒抜きの進行方向」として矢印で図示した。
本実施の形態では、黒抜きパターン４００Ｂは、車両１００からの距離に拘らず、毎回、同じ形状及び大きさで形成される。即ち、路面７００上に形成される黒抜きパターン４００Ｂは、毎回、同じ直径を有する円形状である。
黒抜きパターン４００Ｂの表示によって、照射パターン４００Ｗを表示した場合と同様の効果を得ることができる。黒抜きパターン４００Ｂを移動させることにより、照射パターン４００Ｗを移動させる場合と同様に、ドライバ２００への誘目効果が高くなり、危険であると推定された人物５００を認識させる効果が高くなる。黒抜きパターン４００Ｂを移動させる場合についても、照射パターン４００Ｗを移動させる場合と同様の工夫により、ドライバ２００への誘目効果を更に高めることができ、人物５００への影響を和らげることができる。
なお、図６及び図７に示す例では、照射パターン４００Ｗ及び黒抜きパターン４００Ｂのパターン形状を円形としたが、パターン形状は円形には限られない。三角形、正方形、長方形、星形、矢印、文字、記号など、ドライバ２００が認識することができれば、どのような形状であってもよい。
＜車両用照明装置を利用した注意喚起動作＞
次に、車両用照明装置を利用した注意喚起動作について説明する。図８は制御装置１９０のＣＰＵが行う注意喚起処理のサブルーチンを示すフローチャートである。このサブルーチンは、図５のステップＳ１１２で注意喚起動作の開始が指示されると同時に、ヘッドランプ制御部１７２で実行される。上述した通り、制御装置１９０のＲＯＭには、ヘッドランプの点灯状況に応じて注意喚起用の光画像を形成するために、複数種類の画像データが予め記憶されている。本実施の形態では、図６又は図７に示す注意喚起用の光画像を形成するために、２種類の画像データが予め記憶されている場合について説明する。
まず、ステップＳ２００で、ＨＢヘッドランプ１１０が点灯しているか否かを判定する。肯定判定がされた場合は、ステップＳ２０２に進んで、暗部描画用の画像データを選択する。即ち、ＨＢヘッドランプ１１０の照明領域内の路面７００がハイビームで照明されている場合には、図７に示した黒抜きパターン４００Ｂを含む光画像を形成するための画像データを選択する。
一方、ステップＳ２００で否定判定がされた場合は、ステップＳ２０４に進んで、明部描画用の画像データを選択する。即ち、ＨＢヘッドランプ１１０の照明領域内の路面７００がハイビームで照明されていない場合には、図６に示した照射パターン４００Ｗを含む光画像を形成するための画像データを選択する。以下では、照射パターン４００Ｗ及び黒抜きパターン４００Ｂを、投影パターン４００と総称する。
次に、ステップＳ２０６で、選択された画像データを、制御装置１９０のＲＯＭから読み出す。次のステップＳ２０８で、車両からの距離に拘らず、同じ形状で且つ同じ大きさの投影パターン４００が路面上に形成されるように、読み出した画像データに対して台形歪み補正を行い複数の画像データを生成する。スクリーン面である路面７００と照射光３００とが成す角度θは＋１°〜−５°程度と小さいため、台形歪みが顕著に発生する。従って、車両からの距離に拘らず、同じ形状で且つ同じ大きさの投影パターン４００を路面上に形成するためには、台形歪み補正は必須である。台形歪み補正の方法については、次に詳しく説明する。
例えば、照射光３００と路面７００とが成す角度θが−６°である場合に、図３に示すＨＢヘッドランプ１１０のＭＥＭＳミラー１１４を駆動制御して路面上に所望の形状及び大きさの投影パターン４００を投影するのに必要な画像データが記憶されていると仮定する。この場合に、ステップＳ２０８では、投影パターン４００を形成する照射位置毎に、角度θに応じて台形歪み補正された複数の画像データを生成する。例えば、図６に示す光画像の例では、角度θが−５°、−３°、−１°−０．１°の場合に応じて、台形歪み補正された４種類の画像データを生成する。
なお、角度θは、路面７００と平行に進行する照射光より上方を照射する場合をプラス表示とし、下方を照射する場合をマイナス表示としている。角度θがマイナスの場合にしか、照射光３００は路面７００に照射されない。角度θの絶対値の値が小さいほど、投影パターン４００が形成される路面７００上の位置は、車両１００から遠くなる。
画像データに対して台形歪み補正を行うことにより、投影パターン４００の台形歪みは解消する。しかしながら、通常、ＭＥＭＳミラー１１４の面積当たりのマイクロミラー数は一定である。このため、台形歪み補正により逆方向に歪ませた圧縮部分ほど、画像データの解像度が高くなるにも拘らず、投影パターン４００の形成に使用されるマイクロミラーの個数は少なくなる。この結果、車両１００から遠くなるほど、路面７００上に投影される画像の解像度が低下することになる。
そこで、次に、ステップ２１０で、台形歪み補正により生じた解像度の不整合を解消するように、照射光３００の照射位置（即ち、角度θの大きさ）に応じて、画像データの１画素に対応させるＭＥＭＳミラー１１４のマイクロミラーの個数や配列を変更して、複数の画像データの各々に応じてＭＥＭＳミラー１１４を駆動制御する駆動信号を生成する。解像度の不整合を解消する方法については、後で詳しく説明する。続くステップ２１２で、生成した駆動信号を、ＨＢヘッドランプ１１０を点灯駆動するランプ駆動部１７５Ｈに出力して、ルーチンを終了する。
＜台形歪みと台形歪み補正＞
次に、台形歪みとその補正方法とについて説明する。
上述した通り、例えば、照射光３００と路面７００とが成す角度θが−６°である場合に、所望の大きさの円形の照射パターン４００を投影可能な画像データが記憶されているとする。台形歪み補正を行なわない場合には、照射光３００の照射位置が遠くなり、角度θが小さくなると、照射パターン４００に顕著な台形歪みが発生する。
図９に示すように、角度θが−６°の場合と同じ画像データでＭＥＭＳミラー１１４を駆動制御しても、照射光３００の照射位置が遠くなるほど、照射パターン４００は大きくぼけたものとなり、その形状は楕円形に変形する。例えば、角度θが−５°の場合は、照射光の進行方向に僅かに長い楕円となる。これがθ＝−３°やθ＝−１°の場合には、照射パターン４００の形状は照射光の進行方向に長く間延びした楕円となり、照射パターン４００の大きさはθ＝−６°の場合の数倍〜数十倍に拡大され、輪郭もぼやけたものとなる。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は台形歪み補正の方法を説明する図である。図１０（Ａ）は補正前の画像データに基づくＭＥＭＳミラーの表示画像Ｄを示す図である。図１０（Ｂ）は表示画像Ｄを路面上に投影して得られた投影画像Ｐである。図１０（Ｃ）は台形歪み補正された画像データに基づくＭＥＭＳミラーの表示画像ＤＨを示す図である。
図１０（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラー１１４の矩形状のミラーアレイ１１４Ａには、複数のマイクロミラー１１４Ｍが碁盤目状に配列されている。１個分のマイクロミラー１１４Ｍ（１ピクセル）に斜線を付して図示する。ミラーアレイ１１４Ａは、複数のマイクロミラー１１４Ｍのオンオフにより、画像データに応じた画像を表示する表示領域となる。各マイクロミラー１１４Ｍを画像データに応じて駆動制御することで、ＭＥＭＳミラー１１４のミラーアレイ１１４Ａに表示画像Ｄが表示される。
この例では、表示画像Ｄ内には、同じ形状及び同じ大きさの黒抜きパターンＤ１とＤ２とが表示されている。黒抜きパターンＤ１とＤ２は、正方形でその１辺の長さは４ピクセルと、同じ形状及び同じ大きさである。ＭＥＭＳミラー１１４の表示画像Ｄ内の黒抜きパターンとは、オフ状態のマイクロミラー１１４Ｍの集合である。その他のマイクロミラー１１４Ｍはオン状態である。黒抜きパターンＤ１とＤ２の各々は、ミラーアレイ１１４Ａの異なる位置に表示されている。
なお、２個の黒抜きパターンを表示する例としたのは、台形歪みが発生する様子を分かり易くするためであり、図７で示した例のように、単一の黒抜きパターン４００Ｂを得るためには、表示画像内には１つの黒抜きパターンを表示する。
照射光３００と路面７００とが成す角度θが設定角度（ここでは、−６°）と異なる場合には、台形歪みが発生する。図１０（Ｂ）に示すように、表示画像Ｄを路面７００上にそのまま投影すると、車両１００からの距離が遠いほど幅が広がった台形状の投影画像Ｐが得られる。投影画像Ｐ内には、異なる形状及び異なる大きさの黒抜きパターンＰ１とＰ２とが含まれる。投影画像Ｐ内での黒抜きパターンとは、オフ状態のマイクロミラー１１４Ｍに対応した暗画素からなる暗部（非光照射部）である。なお、黒抜きパターンの周囲には、オン状態のマイクロミラーに対応してハイビームのヘッドライトが照射されている。
ＭＥＭＳミラー１１４のミラーアレイ１１４Ａ内でのマイクロミラー１１４Ｍの位置に応じて、マイクロミラー１１４Ｍによる反射光（照射光）の照射角度θは異なり、路面７００上の異なる位置に反射光が照射される。黒抜きパターンＤ１に対応して車両１００に近い位置（例えば、角度θ＝−５°）に黒抜きパターンＰ１が形成され、黒抜きパターンＤ２に対応して車両１００からより遠い位置（例えば、角度θ＝−３°）に黒抜きパターンＰ２が形成される。黒抜きパターンＰ１は、表示画像Ｄ内の黒抜きパターンと略同じ形状及び大きさである。これに対して、黒抜きパターンＰ２は、間延びした台形に変形しており、黒抜きパターンＰ１の２倍以上の大きさである。
図１０（Ｃ）に示すように、ＭＥＭＳミラー１１４のミラーアレイ１１４Ａに、台形歪み補正後の画像データに応じて表示画像ＤＨを表示する。表示画像ＤＨ内には、黒抜きパターンＤＨ１とＤＨ２とが表示されている。台形歪み補正により、表示画像Ｄの黒抜きパターンＤ１は黒抜きパターンＤＨ１に変形され、表示画像Ｄの黒抜きパターンＤ２は黒抜きパターンＤＨ２に変形されている。この表示画像ＤＨを表示することにより、表示画像Ｄが歪み無く拡大投影された投影画像Ｐを得ることができる。
即ち、台形歪み補正とは、表示画像Ｄを歪み無く拡大投影した投影画像Ｐが得られるように、元の画像データを予め補正することである。表示画像Ｄを投影して得られた台形状の投影画像Ｐに対し、台形歪みの生じる部分を予め逆方向に歪ませて表示画像ＤＨを得る。具体的には、台形状の投影画像Ｐの上下を逆にして、上底の長さが表示画像Ｄの長辺の長さと等しくなるように縮小し、台形状の縮小画像の表示領域（太線で表示した部分）を含むようにミラーアレイ１１４Ａに画像を表示すると共に、縮小画像の表示領域以外のマイクロミラー１１４Ｍがオン状態となるように、画像データを補正する。
縮小画像の表示領域以外のマイクロミラー１１４Ｍがオン状態となるように画像データを補正することで、ＭＥＭＳミラー１１４の表示領域（ミラーアレイ１１４Ａ）全面を使用して、ハイビームの照明領域の全域に光画像を形成することができる。即ち、投影範囲は、車両前方の約１００ｍ先まで扇状に拡がっており、ロービーム及びハイビームの照明領域を網羅するので、ヘッドライトとしての機能も同時に果すことが可能になる。
＜解像度不整合とその修正＞
次に、台形歪み補正により生じる解像度の不整合について説明する。図１０（Ａ）及び（Ｃ）を比較すれば分かるように、画像データの台形歪み補正によって、ミラーアレイ１１４Ａの表示画像内の黒抜きパターンの形状及び大きさが変化する。例えば、１辺の長さが４ピクセルの正方形の黒抜きパターンＤ１は、短辺が略１ピクセルで長辺が略２ピクセルのやや歪んだ長方形の黒抜きパターンＤＨ１に変更される。ミラーアレイ１１４Ａの１６個のマイクロミラー１１４Ｍで表示されていた黒抜きパターンＤ１は、補正後は２個のマイクロミラー１１４Ｍで表示されることになる。
この通り、台形歪み補正により逆方向に歪ませた圧縮部分ほど、画像データの解像度が高くなるにも拘らず、使用されるマイクロミラーの個数は少なくなり、路面上に投影される画像の解像度が低下することになる。従って、図６及び図７の光画像の例では、台形歪み補正後も、照射光３００の照射位置が遠くなるほど（角度θが小さくなるほど）解像度が低下して、投影パターン４００は輪郭がぼやけた不鮮明なパターンとなる。これでは、実質的に同じ大きさ及び同じ形状の投影パターン４００を形成することができない。
本実施の形態では、制御信号を生成する際に、台形歪み補正により生じた解像度の不整合を解消するように、照射光３００の照射位置（即ち、角度θの大きさ）に応じて、画像データの１画素に対応させて駆動するＭＥＭＳミラー１１４のマイクロミラー１１４Ｍの個数が略等しくなるように駆動信号を生成する。このように、画像データの１画素に対応させて駆動する画素部の個数や配列を、照射位置に応じて変更することで、車両からの距離に拘らず、投影画像の解像度が略等しくなり、実質的に同じ形状で且つ同じ大きさの投影パターンが路面上に形成される。
図１１は解像度の不整合を解消する方法を説明する模式図である。図１１では、反射型の空間光変調器を透過型の空間光変調器に置き換えて図示しているが、これは反射型の空間光変調器への入射光と反射光を１本の光線として図示した場合と同等である。また、図１１では、模式的に車両外部に反射型の空間光変調器を配置しているが、実際には、空間光変調器（ＭＥＭＳミラー）１１４は、ＨＢヘッドランプ１１０の一部を構成している。
図１１に示すように、ＭＥＭＳミラー１１４の表示画像を歪み無く拡大投影した投影画像が得られるように台形歪み補正を行うと、投影像が間延びしなくなる。しかしながら、台形歪み補正により逆方向に歪ませた圧縮部分ほど、即ち、照射位置が遠くなるほど（角度θが小さくなるほど）、画像データの解像度が高くなる。ここでは、ＭＥＭＳミラー１１４の矩形状（長方形）の表示領域の長辺方向が路面上の投影画像の幅方向に相当し、短辺方向が路面上の投影画像の奥行き方向（照射位置の進行方向）に相当する。
車両からの距離に拘らず、略等しい解像度の投影画像を路面上に形成するためには、照射位置が遠くなるほど、画像データの１画素に対応させて駆動するマイクロミラーの個数を少なくし、ＭＥＭＳミラー１１４の表示領域で反射される単位面積当りの光線本数を増加させればよい。例えば、照射位置が最も遠い位置では、画像データの１画素に対応させて１個のマイクロミラーを駆動する。
或いは、照射位置が遠くなるほど、画像データの１画素に対応させて駆動するマイクロミラーの短辺方向の個数が長辺方向の個数より少なくなるように配列し、ＭＥＭＳミラー１１４の表示領域で反射される単位面積当りの光線本数を増加させればよい。例えば、照射位置が最も遠い位置では、画像データの１画素に対応させて、短辺方向に１個、長辺方向にｎ個（ｎは２以上の整数）の合計ｎ個のマイクロミラーを同時に駆動する。
なお、以下では、画像データの１画素に対応させて同時に複数のマイクロミラーを駆動可能とする駆動方式を、「スーパーピクセル方式」と称する場合がある。スーパーピクセル方式では、ＭＥＭＳミラーで言えばメモリセルのＳＲＡＭの個数を減らすことができる等、制御回路の構成を簡素化できるという利点がある。
同様に、解像度不整合を解消する効果は、ＭＥＭＳミラー１１４の各マイクロミラー１１４Ｍの大きさを、表示位置毎に変更することによっても得ることができる。図１２は大きさ及び形状の異なるマイクロミラーを配列して構成されたＭＥＭＳミラーの表示領域の一例を示す平面図である。路面と照射光とが成す角度θが＋１°〜−５°の範囲で変化するのに対応して、照射位置が遠くなるほど（角度θが＋１に近づくほど）、画像データの１画素に対応させて駆動するマイクロミラー１１４Ｍのサイズを小さくしている。
この例では、ＭＥＭＳミラー１１４は、サイズの異なる４種類のマイクロミラー１１４Ｍ１、１１４Ｍ２、１１４Ｍ３、１１４Ｍ４で構成されている。マイクロミラー１１４Ｍ１、１１４Ｍ２、１１４Ｍ３、１１４Ｍ４の順に、マイクロミラーのサイズが大きくなる。照射位置が遠くなるほど（角度θが０に近づくほど）、マイクロミラー１１４Ｍのサイズを小さくする。４種類のマイクロミラーは、角度θが０に近い表示位置から、マイクロミラー１１４Ｍ１、１１４Ｍ２、１１４Ｍ３、１１４Ｍ４の順に配置されている。
また、マイクロミラー１１４ＭのＭＥＭＳミラーの長辺方向に沿った一辺の長さをｌ（横方向サイズ）、ＭＥＭＳミラーの短辺方向に沿った一辺の長さをｄ（縦方向サイズ）、横方向サイズｌに対する縦方向サイズｄの比を（ｄ／ｌ）とした場合に、マイクロミラーの形状を、照射位置が遠くなるほど、比（ｄ／ｌ）の値が小さくなるように設計している。マイクロミラー１１４Ｍ１、１１４Ｍ２、１１４Ｍ３、１１４Ｍ４の順に、比（ｄ／ｌ）の値が大きくなり、横方向が長い長方形から、縦方向が長い長方形になる。
図１３はマイクロミラーの形状の設計方法を説明するための図である。図１２に示すように大きさ及び形状の異なるマイクロミラーを配列してＭＥＭＳミラー１４を構成する場合には、照射位置（角度θ）に拘らず、同じ解像度が得られるように、マイクロミラー１１４Ｍのサイズを設計する。換言すれば、１個のマイクロミラー１１４Ｍで反射された光が投影される面積が、常に一定になるように、ＭＥＭＳミラー１１４の表示位置毎にマイクロミラー１１４Ｍのサイズを設計する。この場合、ｎ×ｍ個というように一定個数のマイクロミラー１１４Ｍを用いて投影パターン４００を形成するようにすれば、投影パターン４００の面積は常に一定になる。
ＨＢヘッドランプ１１０の投光レンズ１１５の路面７００からの高さをＨとする。ここでは、１個のマイクロミラー１１４Ｍからの照射光３００により、路面７００上に投影パターン４００が形成されるものとする。投影パターン４００の奥行き方向（照射位置の進行方向）の長さをＤｅとし、幅方向の長さをＷｅとする。投光レンズ１１５から投影パターン４００の中心点までの距離をＬθとし、投光レンズ１１５から投影パターン４００までの最長距離をＬθ−α／２とし、最短距離をＬθ＋α／２とする。１個のマイクロミラー１１４Ｍから照射される照射光３００の垂直方向の見込み角をαθ、水平方向の見込み角をβθとする。
以上の仮定の下で、投影パターン４００のサイズ（Ｗｅ及びＤｅ）が角度θによらず一定となる条件を検討する。投影パターン４００までの距離Ｌθは、角度θを用いて、Ｌθ＝Ｈ／ｔａｎθと表すことができる。通常、角度θの値は十分小さいので、Ｌθ≒Ｈ／θと近似してもよい。投影パターン４００の幅方向の長さＷｅは、Ｗｅ≒Ｌθ・βθと近似することができる。βθ≒Ｗｅ／Ｌθであるから、水平方向の見込み角βθは、βθ≒Ｗｅ・（θ／Ｈ）と表すことができる。
一方、投影パターン４００の奥行き方向の長さＤｅは、Ｄｅ＝Ｌθ−α／２−Ｌθ＋α／２である。長さＤｅは、Ｄｅ＝Ｈ／ｔａｎ（θ−αθ／２）−Ｈ／ｔａｎ（θ＋αθ／２）と表すことができる。αθの値はθに比べて十分小さいので、Ｄｅ≒Ｈ／（θ−αθ／２）−Ｈ／（θ＋αθ／２）と近似することができる。更に、Ｄｅ≒Ｈ・αθ／θ２と近似することができる。従って、垂直方向の見込み角αθは、αθ≒Ｄｅ・（θ２／Ｈ）と表すことができる。
上記の関係式から、路面７００上に形成される投影パターン４００の実サイズ（Ｗｅ及びＤｅ）が、角度θによらず一定となる条件は、αθ∝θ２且つβθ∝θである。垂直方向の見込み角αθは、マイクロミラーの縦方向サイズｄに比例する。また、水平方向の見込み角βθは、マイクロミラーの横方向サイズｌに比例する。従って、マイクロミラーの縦方向サイズｄがθ２に比例し、マイクロミラーの横方向サイズｌがθに比例する場合に、投影パターン４００のサイズが角度θによらず一定となる。
例えば、横方向サイズｌに対する縦方向サイズｄの比（ｄ／ｌ）は、θ２／θとなる。図１２に示す例では、θ＝−０．１°の場合に、マイクロミラーのサイズを最小にする。最小サイズのマイクロミラーは、縦方向サイズｄ／横方向サイズｌの比（ｄ／ｌ）が１／１０となり、横方向に長いマイクロミラー１１４Ｍ１となる。θ＝−１°の場合には、比（ｄ／ｌ）が１／１となり、正方形のマイクロミラー１１４Ｍ３となる。θ＝−３°の場合には、比（ｄ／ｌ）が３／１となり、縦方向に長いマイクロミラー１１４Ｍ４となる。
このとき、マイクロミラー１１４Ｍ１、１１４Ｍ３、１１４Ｍ４の縦方向サイズｄの比は「１：１００：９００」であり、マイクロミラー１１４Ｍ１、１１４Ｍ３、１１４Ｍ４の横方向サイズｌの比は「１：１０：３０」である。ＭＥＭＳミラー１１４のミラーアレイ内でのマイクロミラー１１４Ｍの位置に応じて、マイクロミラー１１４Ｍによる反射光（照射光３００）が路面７００に投影される角度θは異なる。この通り、マイクロミラー１１４Ｍのサイズは、角度θに応じて（即ち、マイクロミラー１１４Ｍの位置に応じて）、大幅に変化する。
スーパーピクセル方式においても、同じ設計原理に基づいて、画像データの１画素に対応させて同時に駆動するマイクロミラーの個数や配列を設定することができる。ＭＥＭＳミラーでは、矩形状の表示領域（ミラーアレイ１１４Ａ）には、反射面の形状が正方形の複数のマイクロミラー１１４Ｍが碁盤目状に配列されている。最小サイズのマイクロミラーは、縦方向サイズｄ／横方向サイズｌの比が１／１の正方形のミラーとなる。
例えば、θ＝−１°の場合に、スーパーピクセルのサイズを最小にして、画像データの１画素に対応させて１個のマイクロミラーを駆動する。θ＝−３°の場合には、スーパーピクセルの縦方向サイズｄ／横方向サイズｌの比が３／１となるように、画像データの１画素に対応させて、短辺方向に９個、長辺方向に３個の合計２７個のマイクロミラーを同時に駆動する。
なお、上記の実施の形態では、ＨＢヘッドランプによりハイビーム照明領域に注意喚起用の光画像を投影する場合について説明するが、ＬＢヘッドランプを空間光変調器等の描画デバイスを含むように構成して、ＬＢヘッドランプによりロービーム照明領域に注意喚起用の光画像を投影することもできる。また、ハイビームとロービームの切り替えが可能なヘッドランプを空間光変調器等の描画デバイスを含むように構成して、ハイビーム照明領域及びロービーム照明領域の両方に、注意喚起用の光画像を投影することもできる。
本発明の実施の形態に係る車両用照明装置を備えた照明システムが車両に搭載された状態を表す図である。（Ａ）は車両の平面図であり、（Ｂ）は車両の側面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用照明装置を備えた照明システムの制御系の機能ブロック図である。 ＨＢヘッドランプの構成を示す概略図である。 ＬＢヘッドランプの構成を示す概略図である。 制御処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 ハイビーム非照射時に形成される注意喚起用の光画像の一例を示す図である。（Ａ）は上方から見た平面図であり、（Ｂ）は側面図である。 ハイビーム照射時に形成される注意喚起用の光画像の一例を示す図である。（Ａ）は上方から見た平面図であり、（Ｂ）は側面図である。 注意喚起処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 台形歪み補正を行わない場合に路面上に形成される注意喚起用の光画像の形成例を示す図である。（Ａ）は上方から見た平面図であり、（Ｂ）は側面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は台形歪み補正の方法を説明する図である。 解像度の不整合を解消する方法を説明する模式図である。 大きさ及び形状の異なるマイクロミラーを配列して構成されたＭＥＭＳミラーの表示領域の一例を示す平面図である。 マイクロミラーの形状の設計方法を説明するための図である。
符号の説明
１０ 照明システム
１００ 車両
１１０ ヘッドランプ
１１０ａ ヘッドランプ
１１０ｂ ヘッドランプ
１１１ 光源
１１２ 球面鏡
１１３ 集光レンズ
１１４ 空間光変調器
１１４Ａ ミラーアレイ
１１４Ｂ メモリセル
１１５ 投光レンズ
１２０ カメラ
１３０ 人物判断部
１４０ 距離センサ
１５０ 操舵角センサ
１６０ 車速センサ
１７０ 危険度推定部
１７２ ヘッドランプ制御部
１７５Ｈ ランプ駆動部
１７５Ｌ ランプ駆動部
１８０ ヘッドランプ
１８０ａ ヘッドランプ
１８０ｂ ヘッドランプ
１８１ 光源
１８２ 球面鏡
１８３ 投光レンズ
１９０ 制御装置
２００ ドライバ
３００ 照射光
４００ 投影パターン
４００Ｂ 黒抜きパターン
４００Ｗ 照射パターン
５００ 人物
７００ 路面

Claims (6)

  1. 複数の画素部が二次元状に配列された表示領域を備え、車両前方の路面に明部又は暗部を描画するためのパターン画像を前記表示領域に表示して、表示されたパターン画像に応じて光源から照射された照明光を前記画素部毎に変調する空間光変調器と、
    前記空間光変調器の表示領域内での画素部の位置に応じて路面上の異なる位置に投光された光により路面上に前記パターン画像が投影されるように、前記空間光変調器で変調された光を車両前方の路面に投光する投光手段と、
    前記パターン画像により明部を描画する場合には、路面上に描画された明部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記明部が自車両から離れるに従って前記明部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動し、前記パターン画像により暗部を描画する場合には、路面上に描画された暗部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記暗部が自車両から離れるに従って前記暗部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動するように、前記空間光変調器を駆動制御する制御手段と、
    を備えた車両用照明装置。
  2. 前記空間光変調器は、反射面の面積が異なる複数種類のマイクロミラーが二次元状に配列されたマイクロミラーデバイスであり、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調するマイクロミラーの反射面の面積を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調するマイクロミラーの反射面の面積よりも小さくした請求項１に記載の車両用照明装置。
  3. 前記空間光変調器は、反射面の面積が同じ複数のマイクロミラーが二次元状に配列されたマイクロミラーデバイスであり、前記制御手段は、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動されるマイクロミラーの個数を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動されるマイクロミラーの個数よりも少なくする請求項１に記載の車両用照明装置。
  4. 前記空間光変調器は、透過面の面積が異なる複数種類の液晶素子が二次元状に配列された液晶表示デバイスであり、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調する液晶素子の透過面の面積を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調する液晶素子の透過面の面積よりも小さくした請求項１に記載の車両用照明装置。
  5. 前記空間光変調器は、透過面の面積が同じ複数の液晶素子が二次元状に配列された液晶表示デバイスであり、前記制御手段は、自車両から遠い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動される液晶素子の個数を、自車両から近い側の路面上に投光される光を変調する場合に同時に駆動される液晶素子の個数よりも少なくした請求項１に記載の車両用照明装置。
  6. ハイビームを照射するハイビームヘッドランプ及びロービームを照射するロービームヘッドランプを備えた車両の車両用照明装置であって、
    複数の画素部が二次元状に配列された表示領域を備え、車両前方の路面に明部又は暗部を描画するためのパターン画像を前記表示領域に表示して、表示されたパターン画像に応じて前記ハイビームヘッドランプから照射された照明光を前記画素部毎に変調する空間光変調器と、
    前記空間光変調器の表示領域内での画素部の位置に応じて路面上の異なる位置に投光された光により路面上に前記パターン画像が投影されるように、前記空間光変調器で変調された光を車両前方の路面に投光する投光手段と、
    前記ハイビームヘッドランプが点灯していない場合には、前記ハイビームヘッドランプを点灯して前記パターン画像により明部を描画し、路面上に描画された明部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記明部が自車両から離れるに従って前記明部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動し、前記ハイビームヘッドランプが点灯している場合には、前記パターン画像により暗部を描画し、路面上に描画された暗部が自車両から離れる方向に移動すると共に、前記暗部が自車両から離れるに従って前記暗部を描画するのに使用される画素部の面積が小さくなるように前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動するように、前記空間光変調器を駆動制御する制御手段と、
    を備えた車両用照明装置。
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