JP2020009683A - 車両用ランプと車両システム - Google Patents

Abstract

【課題】所定領域を照明するための可視発光部と、当該領域およびこれと異なる領域に存在する対象物を検出するための赤外発光部を一体化した小型かつ低コストの車両用ランプと、これを含む車両システムを提供する。【解決手段】可視光を出射する可視発光部２１と、可視発光部２１から出射された可視光を所定領域の照明を行う光学系２３を備えており、赤外光を出射する赤外発光部２２をさらに備え、光学系２３は可視発光部２１から出射された可視光を所定領域に向けて反射し、赤外発光部２２から出射された赤外光を当該所定領域と異なる領域を含む領域に向けて透過させるリフレクタ２４（サブリフレクタ２４２）を備える。【選択図】 図３

Description

本発明は他車両や歩行者等の対象物を検出するための赤外光を照射することが可能な車両用ランプと、当該車両用ランプを含む車両システムに関するものである。

自動車等の車両の安全走行性を高めるために、赤外光を利用して自動車の前方領域に存在する先行車、対向車、歩行者等の対象物を検出する技術が提案されている。例えば、自動車のＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）配光制御を行うヘッドランプでは、ロービーム配光の照明領域以外の領域、特にロービーム配光のカットオフラインよりも上側の領域に存在する対象物を検出し、検出した対象物が存在している領域の照明を選択的に行わないようにする配光制御である。

特許文献１には、ＡＤＢ配光制御の対象となる領域（以下、ＡＤＢ制御領域と称する）に赤外光を照射する赤外発光部を備え、当該ＡＤＢ制御領域に存在する対象物から反射された赤外光に基づいて対象物を検出する技術が記載されている。この赤外光を照射する赤外発光部は、ＡＤＢ制御領域を複数の領域に分割した上で、各分割領域に対してそれぞれ赤外光を照射する複数の赤外発光素子を備えた構成とされている。

特開２０１７−５２４２６号公報

引用文献１の技術は、赤外発光部と、ＡＤＢ発光部を一体的に構成しているので、赤外発光部をＡＤＢ発光制御以外の用途に利用する上では好ましいものとは言えない。例えば、近年では、自動運転技術が提案されており、赤外光を利用した対象物の検出手段が必要とされているが、この検出手段として引用文献１の技術を適用したときには、ＡＤＢ発光部は不要なものとなり、ランプが大型化し、かつコスト高になる。

本発明の目的は、所定領域を照明する可視発光部に、当該領域と異なる領域に存在する対象物を検出することが可能な赤外発光部を一体化することにより、小型かつ低コストの車両用ランプと、当該車両用ランプを含む車両システムを提供することにある。

本発明の車両用ランプは、可視光を出射する可視発光部と、前記可視発光部から出射された可視光を所定領域の照明を行う光学系を備えており、赤外光を出射する赤外発光部をさらに備え、前記光学系は可視発光部から出射された可視光を所定領域に向けて反射し、赤外発光部から出射された赤外光を当該所定領域と異なる領域を含む領域に向けて透過させるリフレクタを含んでいる。

本発明の好ましい形態として、リフレクタは、可視光を反射するメインリフレクタと、可視光を反射しかつ赤外光を透過するサブリフレクタで構成される。この場合において、例えば、メインリフレクタとサブリフレクタは一体に形成されており、メインリフレクタの前側の面は光反射面として構成され、サブリフレクタは少なくとも赤外光を透過する部材で構成され、かつその表面に可視光を反射しかつ赤外光を透過する赤外透過フィルターが設けられる構成とされる。

本発明において、例えば、所定領域は上縁にカットオフラインを有するロービーム配光の領域であり、この所定領域と異なる領域は当該カットオフラインよりも上側の領域である。また、本発明において、光学系は、可視光の一部を遮光してロービーム配光を形成するためのシェードを備えており、当該シェードはリフレクタを透過された赤外を透過する構成とされる。

本発明の車両システムは、さらに、前記可視光で照明された第１の対象物および前記赤外光が照射された第２の対象物を検出する対象物検出装置を備える。

本発明によれば、光学系に含まれるリフレクタにより、可視光を反射して所定領域を照明し、赤外光を透過させて当該所定領域と異なる領域を含む領域に照射するので、照明された所定領域に存在する対象物と、これと異なる領域に存在する対象物をそれぞれ検出することが可能になる。これにより、車両用ランプおよびこれを含む車両システムの小型化、および低コスト化が実現できる。

本発明を適用した自動車のヘッドランプの概略水平断面図。 ロービーム配光とハイビーム配光の配光特性図。 ロービームランプユニットの縦断面図。 ロービームランプユニットの要部の拡大縦断面図。 ロービームランプユニットの要部の概略斜視図。 赤外光の照射領域の配光特性図。 ＡＤＢ配光制御を説明する配光特性図。 ＡＤＢ配光制御における走査ミラーの変形例の概略斜視図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した自動車のヘッドランプＨＬの概略水平断面図である。このヘッドランプＨＬはランプボディ１１と、透光性の前面カバー１２で構成されたランプハウジング１を備え、このランプハウジング１に内装されたロービームランプユニット２とハイビームランプユニット３で構成されている。以降の説明において、前後方向は自動車及びランプの前後方向に基づく方向である。

また、前記ランプハウジング１には対象物検出装置４が内装されている。この対象物検出装置４は可視光から赤外光にわたる波長領域に感度を有する撮像素子４１と、この撮像素子４１において撮像された画像を解析して対象物を検出する画像解析部４２で構成されている。この対象物検出装置４は、少なくとも前記ロービームランプユニット２とで、好ましくはさらに前記ハイビームランプユニット３を含んで車両システムを構築する。

さらに、前記ランプハウジング１には点灯制御装置５が内装されており、この点灯制御装置５は、乗員によるスイッチ操作や、前記対象物検出装置４からの検出信号に基づいて前記ロービームランプユニット２とハイビームランプユニット３の点灯状態を制御するように構成されている。前記車両システムは、さらに当該点灯制御装置５を含んで構築されてもよい。

前記ロービームランプユニット２は本発明が適用されたプロジェクタ型ランプユニットとして構成されており、詳細については後述するが、可視光によりロービーム配光での照明を行う可視発光部２１と、当該照明された領域以外の領域に存在する対象物を検出するための赤外光を発光する赤外発光部２２を備えた構成とされている。これら可視発光部２１と赤外発光部２２からそれぞれ出射された光は、光学系２３により自動車の前方領域に向けて照射される。

前記可視発光部２１は、ここでは白色光を出射する白色発光部として構成されており、発光したときに出射される白色光は、図２（ａ）の配光特性図に示すように、自動車の前方領域の水平線Ｈにほぼ沿って延びるカットオフラインＣＯＬを有し、このカットオフラインＣＯＬよりも下側の領域（左上がり破線領域）を照明するロービーム配光の照明を行うようになっている。カットオフラインＣＯＬは、鉛直線Ｖの右側（対向車線側）と左側（自車線側）とで高さが相違する。

前記ハイビームランプユニット３は、ここでは光走査方式のＡＤＢ配光制御のランプユニットとして構成されている。このハイビームランプユニット３は、可視光を出射する光源、ここでは可視光である白色光を出射する白色ＬＥＤ３１と、当該白色ＬＥＤから出射された白色光を反射するとともに、その反射方向を水平方向に偏向させる走査ミラー３２と、反射された白色光を自動車の前方領域に向けて投影する投影レンズ３３を備えており、ヒートシンク３４に取り付けられている。前記走査ミラー３２は、ここではモータ３５により回転駆動され、白色ＬＥＤに対する反射面の水平方向の角度が回転に伴って連続的に変化する回転リフレクタとして構成されている。

このハイビームランプユニット３は、走査ミラー３２により白色光が水平方向に繰り返し走査されたときには、図２（ｂ）に示すように、前記ロービーム配光領域ＰＬのカットオフラインＣＯＬよりも上側の領域（右上がり破線領域）のＡＤＢ制御領域ＰＨに投影されて照明を行う。また、後述するように、ＡＤＢ配光制御により当該白色光の発光の走査タイミングが制御されたときには、当該ＡＤＢ制御領域ＰＨの一部領域に対する照明が停止され、ＡＤＢ配光制御が実行される。

前記ロービームランプユニット２の詳細を説明する。図３はロービームランプユニットの光軸に沿った縦断面図である。また、図４と図５はその要部の拡大縦断面図と概略斜視図である。これらの図において、前記ランプハウジング１に内装支持されたヒートシンク６の上面に前記可視発光部２１、ここでは白色発光部２１と、前記赤外発光部２２が配設されている。前記白色発光部２１は光源として白色ＬＥＤ（発光ダイオード）２１１を有している。前記赤外発光部２２は光源として赤外光源モジュール２２０を有している。

前記白色ＬＥＤ２２１は前記ヒートシンク６の上面の前記赤外光源モジュール２２０よりもランプの前方側の位置において、発光面が鉛直上方に向けられて搭載されている。前記赤外光源モジュール２２０は、前記ヒートシンク６の後部寄りの一部に設けられた立壁６１の前面に、光出射方向が前方に向けられた状態で搭載されている。この赤外光源モジュール２４は、赤外光を出射する赤外ＬＥＤ２５と、この赤外ＬＥＤ２５の発光面の前側位置に配設されたコンデンサーレンズ２６が一体化されており、赤外ＬＥＤ２５から出射した発散光をコンデンサーレンズ２６で集光し、所定の径寸法の光束（光ビーム）として前方に向けて出射させる。

前記光学系２３は、リフレクタ２４と、選択性シェード２５と、投影レンズ２６を備えている。前記リフレクタ２３は、概ね回転楕円形の一部で構成されるドーム状に形成されており、前記白色ＬＥＤ２１１を覆うようにして前記ヒートシンク６の上面に取り付けられている。この取り付けた状態では、リフレクタ２４の後側部位は、前記赤外光源モジュール２２０の前側に配置される。

前記投影レンズ２６は前記リフレクタ２４の前方位置に配置されており、レンズホルダー２６１により前記ヒートシンク６に固定支持されている。この投影レンズ２６の光軸は前記白色ＬＥＤ２１１と前記赤外光源モジュール２２０のそれぞれの光の出射光軸を含む鉛直面上に位置されており、当該ロービームランプユニット２の前後方向に向けられている。

前記リフレクタ２４はメインリフレクタ２４１とサブリフレクタ２４２とで構成されている。サブリフレクタ２４２は、前記赤外光源モジュール２２０の赤外ＬＥＤ２２１から出射された赤外光が前記リフレクタ２４の後面に投射される領域にわたって設けられている。この実施形態では、サブリフレクタ２４２は、前記メインリフレクタ２４１のうち、前記ヒートシンク６の上面に沿った所要の高さ寸法を有する部位であり、かつ当該リフレクタ２４の後面部位から両側に向けて所要寸法だけ延長された部位である。前記メインリフレクタ２４１は前記サブリフレクタ２４２が占める領域以外の領域である。

前記メインリフレクタ２４１は、内面が光反射面として構成されており、その第１焦点がほぼ前記白色ＬＥＤ２１１の発光面に配置されている。また、その第２焦点は第１焦点よりも前方側の位置で、前記投影レンズ２６の後側焦点の近傍位置に設定されている。これら第１焦点と第２焦点の図示は省略する。

前記サブリフレクタ２４２は、図４に示すように、透光性部材２４３で構成されるとともに、その前面と後面には赤外光を選択的に透過させる赤外透過フィルター膜２４４が形成されている。この赤外透過フィルター膜２４４は、ここでは誘電体多層膜で構成されている。前記サブリフレクタ２４２は、この赤外透過フィルター膜２４４により赤外ＬＥＤ２２１から出射された赤外光を前方に向けて透過するが、白色ＬＥＤ２１１から出射された白色光は当該赤外透過フィルター膜２４４により第２焦点に向けて反射する。

前記選択性シェード２５は、断面が逆台形をした板状の透光性部材２５１で構成されており、その前後面にそれぞれ前記サブリフレクタ２４２と同様に赤外透過フィルター膜２５２が形成されている。この選択性シェード２５は、前記白色ＬＥＤ２１１の前側位置において前記ヒートシンク６の上面に支持されている。この選択性シェード２５の上縁の形状は、従来から提供されているロービーム配光のカットオフラインを形成するためのシェードと同じ形状である。すなわち、前記サブリフレクタ２４２を透過した赤外光が透過することが可能な水平および鉛直方向の寸法を有し、その一方でその上縁部が所要のカットオフラインを形成するように高さ寸法が左右方向に異なる段状に形成されている。

以上の構成のヘッドランプＨＬにおいては、乗員（運転者）が点灯スイッチ（図示せず）を「ロービーム」に操作すると、これを受けた点灯制御装置５での制御によりロービームランプユニット２が点灯される。図３に点灯時の光路を概略図示しているが、白色ＬＥＤ２１１が発光されると、発光面から白色光が上向きに発散状態で出射される。出射された光はリフレクタ２４のメインリフレクタ２４１の反射面と、サブリフレクタ２４２の前面及び後面の赤外透過フィルター（誘電体多層膜）２４４により反射され、第２焦点に集光される。第２焦点に集光された光は投影レンズ２６により前方に向けて照射され、前方領域を照明する。これらの反射光は誘電体多層膜２４４での反射であるので、白色光の反射率は高く、白色光の利用効率が向上する。

このとき、リフレクタ２４で反射された一部の光は選択性シェード２５の後面及び前面の赤外透過フィルター（誘電体多層膜）２５２により遮光されるため、第２焦点には達しない。したがって、図２（ａ）に示したように、自動車の前方領域の水平線Ｈにほぼ沿ったカットオフラインＣＯＬの下側領域を照明するロービーム配光領域ＰＬへの照明が実行される。

乗員が点灯スイッチを「ハイビーム」に操作すると、点灯制御装置５はロービームランプユニット２での点灯に加えて、ハイビームランプユニット３を点灯する。この制御では、白色ＬＥＤ３１を経時的に連続発光すると同時に、走査ミラー３２を駆動する。これにより、白色ＬＥＤ３１から出射された白色の光束は走査ミラー３２により反射され、かつ水平方向に走査され、投影レンズ３３により自動車の前方領域に照射される。したがって、図２（ｂ）に示したように、ロービーム配光領域ＰＬのカットオフラインＣＯＬの上側のＡＤＢ制御領域ＰＨを照明し、このＡＤＢ制御領域ＰＨの配光とロービーム配光領域ＰＬの配光とが合成されたハイビーム配光での照明が実行される。

一方、乗員が点灯スイッチを「ＡＤＢ制御」に操作すると、点灯制御装置５はロービームランプユニット２の白色ＬＥＤ２１１を発光するとともに、赤外光源モジュール２２０、すなわち赤外ＬＥＤ２２１を発光する。発光した白色ＬＥＤ２２１から出射された白色光により前記したように、ロービーム配光領域ＰＬへの照明が実行される。この時点ではハイビームランプユニットは点灯が待機される。

また、発光した赤外ＬＥＤ２２１から出射された光はコンデンサーレンズ２２２により所要の光束とされた上で、サブリフレクタ２４２の後面に投射され、赤外透過フィルター膜２４４によりサブリフレクタ２４２を透過する。透過された赤外光は、さらに選択性シェード２５の後面に投射され、同様に赤外透過フィルター膜２５２により選択性シェード２５を透過する。選択性シェード２５を透過された赤外光は幾分上方に向けて屈折され、さらに投影レンズ２６により前方に向けて照射される。

これにより、図６に示すように、赤外光は白色光によるロービーム配光領域の上側領域、すなわちＡＤＢ制御領域ＰＨに向けて照射される。ここでは、ＡＤＢ制御領域ＰＨよりも幾分狭い領域（点描領域）ＰＩに照射される。選択性シェード２５は逆台形をしているので、投影レンズ２６における球面収差を補正することが可能である。

一方、対象物検出装置４は、撮像素子４１により自動車の前方領域を撮像し、画像解析部４２において撮像した画像から対象物を検出する。このとき、図６に示すように、ロービーム配光領域で照明されている領域については可視光による撮像が可能であり、この撮像に基づいて対象物の検出が行われる。また、領域ＰＩについては、可視光による撮像ができないため、赤外光による撮像が行われ、この撮像に基づいて対象物の検出が行われる。図６の例では、白色光により歩行者Ｍ１が検出され、赤外光により対向車ＣＡＲと歩行者Ｍ２が検出される。

そして、対象物が検出されたとき、特に赤外光により対象物が検出されたときには、点灯制御装置５はこの検出を受けてハイビームランプユニット３の点灯を制御する。すなわち、図１に示した、白色ＬＥＤ３１を発光し、かつ走査ミラー３２を駆動し、白色光を走査してＡＤＢ制御領域ＰＨを照明する。これと同時に、点灯制御装置５は白色ＬＥＤ３１の発光のタイミングを制御する。ここでは、白色ＬＥＤ３１の発光とその光度（消光を含む）を制御する。

白色ＬＥＤ３１が経時的に連続して発光され、かつその出射光が走査ミラー３２により水平方向に繰り返し走査されるが、この走査は高速であるので、人間の眼で見れば水平方向に走査された領域は照射領域となる。この走査に同期して白色ＬＥＤ３１の光度を光度零の消光を含む形態でタイミング制御することにより、走査する水平方向の光度分布を変化させることができる。

これにより、ＡＤＢ制御時には、図７に示すように、ＡＤＢ制御領域ＰＨについては、対象物が存在する領域には白色光での照明が制限され、それ以外の領域には白色光による所要光度での照明が実行される。この例では、対向車ＣＡＲが存在する領域に対しては光度をほぼ零に制御し、歩行者Ｍ１，Ｍ２が存在する領域に対しては光度を低下する制御を行っている。これにより、対象物としての対向車や歩行者を眩惑することなく、自動車の前方領域の視認性を高めたＡＤＢ配光制御が実現される。

このように、この実施形態では、ロービームランプユニット２に白色発光部２１と赤外発光部２２を一体的に組み込み、かつ白色発光部２１からの白色光を反射するリフレクタ２４に、赤外発光部２２からの赤外光を透過させるサブリフレクタ２４２を設けることにより、ロービーム配光領域ＰＬの白色光の照明と、これと異なる領域であるＡＤＢ制御領域ＰＨへの赤外光の照射を実現することができる。すなわち、自動車においてロービーム配光での照明は必須のものであるので、ロービームランプユニットに一体に設けた赤外発光部をＡＤＢ配光制御とは異なる制御を行うランプに適用した場合でも、ロービームランプユニットが不要とされることはない。

本発明によれば、可視光により所定の領域を照明する一方で、この領域とは異なる領域、あるいは一部のみが重なる領域に対して赤外光を照射する構成とすることにより、可視光では視認できない対象物、あるいは可視光では検出できない領域に存在する対象物を赤外光により検出することができる。これにより、車両に必要なランプの小型化かつ低コスト化が実現できる。

以上の実施形態は、赤外発光部を利用してＡＤＢ制御を行う例について説明したが、本発明においては赤外発光部から照射した赤外光を利用して対象物を検出することが可能となるので、自動車の安全運転制御ないしは自動運転制御に適用することもできる。

例えば、ロービームランプユニットの可視発光部を点灯してロービーム配光で照明を行っているときに、赤外発光部を点灯してロービーム配光で照明されない領域に赤外光を照射し、この照明されていない領域に存在する対象物を対象物検出装置により検出することにより、自動車の前方領域、すなわちロービーム配光領域とそれ以外の領域に存在する全ての対象物を検出することができる。

したがって、対象物検出装置により検出した対象物を、例えば自動車のモニター等に表示することにより、運転者にとって視認性の低いロービーム配光領域以外の領域に存在する対象物を確認することができ、安全運転に有効となる。また、検出した対象物に基づいて自動車の操舵や車速を制御することにより、自動運転制御が実現できる。

あるいは、昼間走行時に、ロービームランプユニットの赤外発光部のみを点灯して所定領域に赤外光を照射し、当該照射領域に存在する対象物を対象物検出装置により検出するようにしてもよい。特に、運転者が視認することが難しい自動車の遠前方領域や物陰に存在する対象物を検出することが可能になり、安全運転に有効となる。また、自動運転制御にも適用できる。

本発明における対象物は、車両や歩行者に限られるものではなく、赤外光を利用して検出することが可能な道路形状や車線ライン等であってもよい。特に、自動運転制御の場合には、この種の対象物を検出することが有効である。

本発明における発光部は、実施形態のようなＬＥＤを光源とするものに限られるものではなく、ＬＤ、有機ＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とするものであってもよく、あるいは電球、放電灯等の光源であってもよい。

本発明をＡＤＢ制御に適用する場合のハイビームランプユニットにおける走査部は、実施形態に記載の回転リフレクタに限定されるものではない。例えば、図に概略構成を示すように、電磁力により光反射用のミラー３２１を１軸３２２回りに水平方向に揺動させることにより、ミラー３２１の反射面の傾きを水平方向に変化させる１軸型ミラー３２Ａで構成されてもよい。あるいは、ミラーの反射面の傾きを水平方向と鉛直方向に変化させる２軸型ミラーで構成されてもよい。

また、ハイビームランプユニットは、走査ミラーにより光を走査する構成に限られるものではなく、複数個の発光素子を配列し、これら複数個の発光素子を選択的に発光、消光させる構成のランプユニットであってもよい。

実施形態では、ヘッドランプＨＬに対象物検出装置４を一体的に構成しているが、対象物検出装置はランプとは別体に構成されていてもよい。すなわち、ランプに設けられた赤外発光部により照射される赤外光を利用して、ランプとは別途に設けられた対象物検出装置において対象物を検出するようにしてもよい。

また、実施形態では、リフレクタはメインリフレクタとサブリフレクタで構成されているが、これらを特に区別した構成とすることなく、反射面の一部に赤外光を透過させる領域を形成したリフレクタとして構成されてもよい。

１ ランプハウジング
２ ロービームランプユニット
３ ハイビームランプユニット
２１ 白色発光部（可視発光部）
２２ 赤外発光部
２４ リフレクタ
２５ 選択性シェード
２６ 投影レンズ
３１ 白色ＬＥＤ
３２ 走査ミラー
３３ 投影レンズ
２１１ 白色ＬＥＤ（可視光源：白色光源）
２２１ 赤外ＬＥＤ（赤外光源）
２４１ メインリフレクタ
２４２ サブリフレクタ
２４４ 赤外透過フィルター
２５２ 赤外透過フィルター
ＰＬ ロービーム配光領域（所定領域）
ＰＨ ＡＤＢ制御領域
ＰＩ 赤外光照射領域

Claims (8)

1. 可視光を出射する可視発光部と、前記可視発光部から出射された可視光を所定領域の照明を行う光学系を備えた車両用ランプであって、赤外光を出射する赤外発光部をさらに備え、前記光学系は前記可視発光部から出射された可視光を前記所定領域に向けて反射し、前記赤外発光部から出射された赤外光を前記所定領域と異なる領域を含む領域に向けて透過させるリフレクタを含むことを特徴とする車両用ランプ。
2. 前記リフレクタの前側位置に前記可視発光部の可視光源が配置され、前記リフレクタの後側位置に前記赤外発光部の赤外光源が配置され、前記可視光は前記リフレクタの前側の面において反射され、前記赤外光は前記リフレクタを後側から前側に向けて透過される請求項１に記載の車両用ランプ。
3. 前記リフレクタは、前記可視光を反射するメインリフレクタと、前記可視光を反射しかつ前記赤外光を透過するサブリフレクタで構成される請求項２に記載の車両用ランプ。
4. 前記メインリフレクタと前記サブリフレクタは一体に形成されており、前記メインリフレクタの前側の面は光反射面として構成され、前記サブリフレクタは少なくとも赤外光を透過する部材で構成され、かつその表面に可視光を反射しかつ赤外光を透過する赤外透過フィルターが設けられている請求項３に記載の車両用ランプ。
5. 前記赤外透過フィルターは誘電体多層膜で構成される請求項４に記載の車両用ランプ。
6. 前記所定領域は、上縁にカットオフラインを有するロービーム配光の領域であり、前記所定領域と異なる領域は前記カットオフラインよりも上側の領域である請求項１ないし５のいずれかに記載の車両用ランプ。
7. 前記光学系は、前記可視光の一部を遮光して前記ロービーム配光を形成するためのシェードを備えており、当該シェードは前記リフレクタを透過された赤外を透過する請求項６に記載の車両用ランプ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の車両用ランプと、前記可視光で照明された第１の対象物および前記赤外光が照射された第２の対象物を検出する対象物検出装置を備える車両システム。
   
   

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