本発明の実施形態に係る車両用前照灯システムは、自車前方の配光領域を分割した複数の分割領域をそれぞれ独立して照射可能な車両用前照灯を備えたシステムである。本システムにおいては、光の照射と非照射を交互に繰り返すよう車両用前照灯を制御し、光の照射時と非照射時とにそれぞれ自車前方を撮像する。そして、照射時に撮像した画像および非照射時に撮像した画像における高輝度部を検出し、両画像間で高輝度部の存否を比較することで車両前方に存在する発光物体と反射物体とを区別して検出する。発光物体とは、前方車などの自ら発光する物体であり、反射物体とは、道路標識、デリニエータ(視線誘導標)などの自車が照射した光を反射する物体である。本システムによれば、発光物体と反射物体を高い精度で検出でき、この検出した発光物体と反射物体の情報を配光制御や車両制御などに利用することができる。
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。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、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。
図1は、本発明の実施形態に係る車両用前照灯システムにおいて用いられる車両用前照灯10の概略水平断面図である。
本実施形態に係る車両用前照灯10は、ランプボディ12と、ランプボディ12の前端開口部に取り付けられた透光カバー14とで形成される灯室内に、ロービーム用灯具20Lおよびハイビーム用灯具20Hが収容された構成となっている。以下、適宜ロービーム用灯具20Lとハイビーム用灯具20Hを合わせて「灯具」という。灯具は、それぞれ図示しない支持部材によって、ランプボディ12に取り付けられている。また、灯具の存在領域に開口部を有するエクステンション部材16がランプボディ12または透光カバー14に固定され、ランプボディ12の前面開口部と灯具との間の領域が前方に対して覆われている。
ロービーム用灯具20Lは、従来周知の反射型の灯具であり、光源バルブ21と、リフレクタ23とを有する。ロービーム用灯具20Lは、光源バルブ21から出射した光をリフレクタ23に反射させて、リフレクタ23から前方に向かう光の一部を図示しない遮光板でカットして所定のカットオフラインを有するロービーム用の配光パターンを形成する。光源バルブ21の先端には光源バルブ21から直接前方に出射する光をカットするシェード25が設けられている。なお、ロービーム用灯具20Lの形状は特にこれに限定されず、後述するハイビーム用灯具20Hと同様のプロジェクタ型の灯具であってもよい。
ハイビーム用灯具20Hは、プロジェクタ型の灯具であり、投影レンズ22と、ハイビーム照射用の光源26を備えた光源ユニット24と、投影レンズ22および光源ユニット24を保持するホルダ28とを有する。投影レンズ22は、前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズであって、車両前後方向に延びる光軸Ax上に配置されている。投影レンズ22は、その後側焦点Fを含む後側焦点面上の像を、灯具前方に配置された鉛直仮想スクリーン上に反転像として投影するように構成されている。投影レンズ22は、その周縁部がホルダ28の前端環状溝部に保持されている。
光源ユニット24は、光源26が光軸Ax方向前方を向くようにして、投影レンズ22の後側焦点Fよりも後方側に配置された状態で、ホルダ28の後端側に保持されている。そして、光源ユニット24は、光源26から投影レンズ22へ向けて直接光照射を行うようになっている。ホルダ28は図示しない支持部材を介して、ランプボディ12に取り付けられている。
図2は、ハイビーム用灯具20Hの光源ユニット24の概略図である。
光源ユニット24は、光源26と、支持プレート30と、放熱板32とを有する。光源26は、たとえば発光ダイオード(LED)などの発光素子からなり、支持プレート30の前方側表面にその発光面が光軸Ax方向前方を向くようにして固定されている。光源26は、その中心点が投影レンズ22の後側焦点Fよりも下方に位置するように配置されている。また、光源26は、第1個別光源26a、第2個別光源26b、第3個別光源26cの3つの個別光源に分割されている。これらの個別光源は、後述する照射制御部44によって独立して発光強度が制御可能である。第1個別光源26a〜第3個別光源26cは、いずれも略矩形形状であり、水平一列に互いに隣接するようにして配置されている。さらに、第1個別光源26aおよび第3個別光源26cは、第2個別光源26bよりも左右方向に大きくなっている。そして、光軸Ax上に第2個別光源26bが配置され、正面から見てその右側に第1個別光源26a、左側に第3個別光源26cが配置されている。
放熱板32は、光源26から発せられる熱を放散させるための部材であり、支持プレート30の車両後方側表面に保持されている。光源ユニット24は、支持プレート30を介してホルダ28に固設されている。
図3は、車両用前照灯10によって形成される配光パターンを説明するための図である。図3は、車両が片側1車線(両側2車線)の直線舗装道路を走行している場合において、自車前方を透視的に見て示す図に、車両用前照灯10から照射される光により車両前方25mの位置に配置された仮想鉛直スクリーン上に形成されるロービーム用配光パターンPLおよびハイビーム用配光パターンPHを重ねて示す図である。また、図3には、センターラインCL、自車線側ラインMRL、対向車線側ラインORLが図示されている。自車線側ラインMRLは、透視図の消失点であるH−V点(水平線H−H線と鉛直線V−V線との交点)から左下方向に延びており、センタラインCLおよび対向車線側ラインORLは、H−V点から右下方向に延びている。
ロービーム用配光パターンPLは、ロービーム用灯具20Lからの照射光により形成される。図3に示すロービーム用配光パターンPLは、交通法規が左側通行の地域において、市街地走行などの走行で対向車や歩行者にグレアを与えないように配慮された配光パターンであって、その上端縁に左右段違いのカットオフラインCL1、CL2、CL3を有している。カットオフラインCL1は、車両用前照灯10のV−V線よりも右側に、対向車線側カットオフラインとして水平方向に延びるようにして形成されている。カットオフラインCL2は、V−V線よりも左側に、自車線側カットオフラインとしてカットオフラインCL1よりも高い位置で水平方向に延びるようにして形成されている。そして、カットオフラインCL3は、カットオフラインCL2におけるV−V線側の端部とカットオフラインCL1のV−V線側の端部とをつなぐ斜めカットオフラインとして形成されている。カットオフラインCL3は、カットオフラインCL1とV−V線との交点から左斜め上方へ45°の傾斜角で延びている。
ハイビーム用配光パターンPHは、ハイビーム用灯具20Hからの照射光により形成される。このハイビーム用配光パターンPHは、ロービーム用配光パターンPLに対して、付加的に形成されるようになっている。
図3に示すように、ハイビーム用配光パターンPHの配光領域は、略矩形形状で水平一列に配置された第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcに分割されている。第1分割領域PHaは第1個別光源26aからの照射光によって形成され、第2分割領域PHbは第2個別光源26bからの照射光によって形成され、第3分割領域PHcは第3個別光源26cからの照射光によって形成される。第2分割領域PHbは、ハイビーム用配光パターンPHの中央部に配置され、自車正面に向かってその右側に第1分割領域PHa、左側に第3分割領域PHcが配置されている。第2分割領域は、主にH−V点を含む自車線および対向車線の遠方の領域を覆っており、第1分割領域PHaは、主に遠方の対向車線より外側の領域を覆っており、第3分割領域PHcは、主に遠方の自車線より外側の領域を覆っている。そして、ロービーム用配光パターンPLの照射時に、第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcを、照射光度を調節するとともに選択的にロービーム用配光パターンPLに対して付加することにより、車両の走行先路面の視認性を高めた特殊な配光パターンを形成することができる。
図4は、本実施形態に係る車両用前照灯システム100を説明するための機能ブロック図である。車両用前照灯システム100は、上述した車両用前照灯10と、照射制御部44と、カメラ40と、検出部42とを備える。
照射制御部44は、車両用前照灯10の照射を制御する。照射制御部44は、運転者からの指示により、車両用前照灯10のロービーム用灯具20L、ハイビーム用灯具20Hの点灯・消灯を行う。例えば、運転者からロービーム照射の指示があった場合、照射制御部44はロービーム用灯具20Lの光源バルブ21を点灯させ、ロービーム用配光パターンPLを照射する。また、運転者からハイビーム照射の指示があった場合、照射制御部44は、光源バルブ21に加えてハイビーム用灯具20Hの第1個別光源26a〜第3個別光源26cを点灯させ、ロービーム用配光パターンPLおよびハイビーム用配光パターンPHを照射する。
図5(a)〜(c)は、第1個別光源26a〜第3個別光源26cの点灯制御を説明するためのタイミングチャートである。本実施形態において、照射制御部44は、点灯と消灯を交互に繰り返すよう各個別光源を制御する。このような点灯制御により、第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcは、それぞれ照射と非照射が交互に繰り返される。
照射制御部44は、点滅周期に対する点灯時間の割合であるデューティ比を個別光源ごとに変化させることができる。図5(a)〜(c)は、第1個別光源26aのデューティ比を80%、第2個別光源26bのデューティ比を90%、第3個別光源26cのデューティ比を80%にした場合を示している。このように第1個別光源26a〜第3個別光源26cのデューティ比を変化させることにより、第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcの平均照射光度を変化させることができる。これにより、例えば、一般的に光度の高い光が必要となる第2分割領域PHbの照射光度を高めつつ、それほど高い照射が必要ではない第1分割領域PHaや第3分割領域PHcの照射光度を低下させるといった制御が可能となる。なお、本実施形態において、個別光源の点滅周期は人間の眼では認識できないほど短い周期に設定されている。
図4に示すカメラ40は、照射制御部44と連動して動作するよう構成されている。カメラ40は、第1個別光源26a〜第3個別光源26cの全てが点灯しているタイミングと、第1個別光源26a〜第3個別光源26cの全てが消灯しているタイミングに自車前方を撮像する。図5には、第1個別光源26a〜第3個別光源26cが全て消灯している時刻t1と時刻t3に撮像を行い、第1個別光源26a〜第3個別光源26cが全て点灯している時刻t2に撮像を行っている様子が示されている。このように撮像を行うことにより、第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcが全て照射されているときの自車前方の画像(以下、適宜「照射時画像」と称する)と、第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcが全て照射されていないときの自車前方の画像(以下、適宜「非照射時画像」と称する)が生成される。カメラ40にて撮像された照射時画像および非照射時画像は、検出部42に送られる。
検出部42は、高輝度部検出部46と、発光物体判定部48と、前方車検出部50と、照射抑制物体検出部52とを備える。
高輝度部検出部46は、照射時画像および非照射時画像中における所定の基準輝度以上の明領域(以下、適宜「高輝度部」と称する)を検出する。上記基準輝度は、前方車を検出できるよう、対向車の前照灯や前方車のテールランプによる明領域の輝度よりも低いレベルに設定される。
発光物体判定部48は、照射時画像と非照射時画像の両画像間で高輝度部の存否を比較することで車両前方に存在する発光物体と反射物体とを区別して検出する。上述したように、発光物体とは、前方車などの自ら発光する物体であり、反射物体とは、道路標識、デリニエータ(視線誘導標)などの自車が照射した光を反射する物体である。具体的には、発光物体判定部48は、非照射時画像中に存在する高輝度部を発光物体と判定し、照射時画像中に存在するが非照射時画像には存在しない高輝度部を反射物体と判定する。
ハイビーム照射時においては、道路標識やデリニエータからの反射光度がかなり高い場合がある。そのような場合、照射時画像を撮像しているだけでは検出された高輝度部が発光物体なのか、または反射物体なのか判定することが難しい。また、非照射時画像のみを撮像している場合は検出された高輝度部を発光物体と判定できるが、反射物体は検出することができない。本実施形態のよれば、照射時画像と非照射時画像を用いることにより、発光物体と反射物体を高い精度で区別して検出することができる。このようにして検出された発光物体と反射物体の情報は、配光制御や車両制御に利用することができる。例えば発光物体の情報は、以下に説明するように配光制御に利用できる。また、反射物体の情報は、車両制御に利用することができる。例えば、デリニエータを検出することにより道路形状を認識し、運転者に注意を促したり、車両を自動的に減速させたりする制御に利用できる。
前方車検出部50は、発光物体判定部48により発光物体が検出された場合、非照射時画像に基づいて該発光物体が前方車であるか否か判定する。この前方車の判定手法については種々の方法が存在するが、例えば、一対の赤色光または白色光の高輝度部が検出されれば、発光物体が前方車であると判定することができる。
前方車検出部50により検出された前方車の情報は、照射制御部44に送られる。照射制御部44は、検出された前方車が第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcに存在しているか否か判定する。照射制御部44は、ハイビーム照射時において、前方車が第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcに存在している場合、前方車が存在する分割領域の照射・非照射の周期に対する照射時間の比率が低下するよう、対応する個別光源のデューティ比を低下させる。これにより、運転者の前方視認性を確保しつつ、前方車に与えるグレアを低減できる。
照射抑制物体検出部52は、照射時画像に基づいて光の照射を抑制すべき物体である照射抑制物体を検出する。照射抑制物体とは、例えばグレアを与えることが適当でない歩行者や自転車などである。歩行者や自転車は、周知の画像認識技術を適用することにより検出することができる。
照射抑制物体検出部52により検出された照射抑制物体の情報は、照射制御部44に送られる。照射制御部44は、検出された照射抑制物体が第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcに存在しているか否か判定する。照射制御部44は、ハイビーム照射時に照射抑制物体が第1分割領域PHa〜第3分割領域PHcに存在している場合、照射抑制物体が存在する分割領域の照射・非照射の周期に対する照射時間の比率が低下するよう、対応する個別光源のデューティ比を低下させる。これにより、運転者の前方視認性を確保しつつ、照射抑制物体に与えるグレアを低減できる。
照射制御部44は、検出された照射抑制物体が許容できる照射光度と、画像認識を継続可能な照射光度を算出し、いずれか低い方の照射光度で照射抑制物体の存在する分割領域を照射するよう、対応する個別光源のデューティ比を調整してもよい。この場合、画像認識を継続しつつ、照射抑制物体へ与えるグレアを低減できる。
また、照射制御部44は、個別光源のデューティ比を低下させることで運転者がちらつきを感じる場合には、デューティ比を再調整することでちらつきの発生を防止してもよい。運転者のちらつきの感度は、照射光度、デューティ比、背景照度などによって変わるため、これらをパラメータとする所定の関数を用いて運転者がちらつきを感じるか否か判定することができる。
次に、車両用前照灯システム100の動作を具体的な例を用いて説明する。図6は、自車前方を前走車600が走行している様子を示している。図6に示すように、この前走車600は、車体の一部が第2分割領域PHbに存在している。
図7(a)〜(c)は、図6に示す状況における第1個別光源26a〜第3個別光源26cおよびカメラ40の制御を説明するためのタイミングチャートである。図6示す状況において、前走車600は第2分割領域PHbに存在しているので、照射制御部44は、第2分割領域PHbに光を照射する第2個別光源26bのデューティ比を図5における90%から10%に低下させている。第1個別光源26aおよび第3個別光源26cのデューティ比は、図5の場合と同じ80%である。従って、自車線および対向車線より外側の視認性を維持しつつ、前走車600に与えるグレアを抑制できる。なお、図7(a)〜(c)においては、第2個別光源26bのデューティ比が変化したことにより、照射時画像を撮像するタイミング(時刻t2)が図5の場合から変化していることに注意されたい。
図8もまた、車両用前照灯システム100の動作を説明するための図である。図8は、自車前方の路肩に歩行者800が存在している様子を示している。図8に示すように、この歩行者800は、対向車線側の路肩に存在しており、第1分割領域PHa内に含まれている。
図9(a)〜(c)は、図8に示す状況における第1個別光源26a〜第3個別光源26cおよびカメラ40の制御を説明するためのタイミングチャートである。図8示す状況において、歩行者800は第3分割領域PHcに存在しているので、照射制御部44は、第3分割領域PHcに光を照射する第3個別光源26cのデューティ比を図5における80%から10%に低下させている。第2個別光源26bおよび第3個別光源26cのデューティ比は、図5の場合と同じ80%である。従って、自車正面および自車線より外側の視認性を維持しつつ、歩行者800に与えるグレアを抑制できる。本実施形態では、第1個別光源26aを完全には消灯しないので、照射時画像から歩行者800を検出できる。
図10は、本発明の別の実施形態に係る第1個別光源〜第3個別光源の制御を説明するためのタイミングチャートである。上述の実施形態においては、照射制御部44は、全ての分割領域に対して光の照射と非照射を交互に繰り返すよう車両用前照灯10を制御していた。しかしながら、照射制御部44は、少なくとも1つの分割領域に対して光の照射と非照射を交互に繰り返すよう車両用前照灯10を制御してもよい。例えば、照射制御部44は、所定の光度以上の光が照射される第2分割領域PHbに対して光の照射と反射を交互に繰り返し、第1分割領域PHaおよび第3分割領域PHcに対しては連続して光が照射されるよう車両用前照灯10を制御してもよい。
図10においては、第2分割領域PHbに対応する第2個別光源26bのみがデューティ制御されており、第1分割領域PHa、第3分割領域PHcに対応する第1個別光源26a、第3個別光源26cは連続して点灯するよう構成されている。そして、第2個別光源26bの点灯時と消灯時にそれぞれ自車前方を撮像している。照射時画像と非照射時画像に対する各種処理については上述の実施形態と同様である。この場合、第2分割領域PHb内に存在する発光物体と反射物体を区別して検出できる。
ハイビーム用配光パターンPHは、通常、H−V点付近の照射光度が最も高くなるよう設定される。つまり本実施形態であれば第2分割領域PHbの照射光度が最も高く、第1分割領域PHaおよび第3分割領域PHcの照射光度は比較的低く設定される。照射光度の低い分割領域に対して照射と非照射を交互に繰り返すと、その分割領域の照射光度がより一層低下してしまう可能性がある。そこで、本実施形態にように照射光度の高い第2分割領域PHbについてのみ照射と非照射を交互に繰り返し、照射光度の低い第1分割領域PHa、第3分割領域PHcは連続点灯させることにより、車両用前照灯10全体としての照射光度の低下を抑制できる。また、第1分割領域PHや第3分割領域PHcを連続照射として照射光度の低下を抑制することにより、路肩に存在する歩行者をより好適に検出することができる。
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合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。
上述の実施形態では、ハイビーム用配光パターンPHを3つの分割領域に分割した場合を例示したが、分割領域の数は3つに限られない。