JP2020023227A - 車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】降雪時における車両前方の視認性の改善にある。【解決手段】配光可変ランプ１１０は、照度分布が可変に構成される。赤外照明１２０は、赤外のプローブ光Ｌ１を前方を照射する。赤外線カメラ１３０は、前方を撮像する。配光コントローラ１４０は、赤外線カメラ１３０の出力にもとづいて雪粒を検出し、雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンを生成し、配光可変ランプ１１０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用灯具に関する。

夜間やトンネル内での安全な走行に車両用灯具が重要な役割を果たす。運転者による視認性を優先させて、車両前方を広範囲に明るく照射すると、自車前方に存在する先行車や対向車（以下、前方車という）の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

近年、車両の周囲の状態にもとづいて、配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）技術が提案されている。ＡＤＢ技術は、前方車や歩行者の有無を検出し、前方車あるいは歩行者に対応する領域を減光あるいは消灯するなどして、前方車の運転者や歩行者に与えるグレアを低減するものである。

特開２０１５−０６４９６４号公報 特開２０１２−２２７１０２号公報 特開２００８−０９４１２７号公報

降雪時（あるいは降雨時）にヘッドランプを点灯すると、雪粒にビームが反射して運転者にグレアを与え、かって前方が見にくくなると言う問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、降雪時における車両前方の視認性の改善にある。

本発明のある態様は車両用灯具に関する。車両用灯具は、強度分布が可変であるビームを生成可能な配光可変ランプと、前方を照射する赤外照明と、前方を撮像する赤外線カメラと、赤外線カメラの出力にもとづいて雪粒を検出し、雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンを生成し、配光可変ランプを制御する配光コントローラと、を備える。

本発明の別の態様も車両用灯具に関する。車両用灯具は、雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンを生成する配光コントローラと、配光パターンに応じた強度分布を有するビームを生成可能な配光可変ランプと、を備える。配光コントローラは、無効領域において、雪粒にもとづく遮光制御を無効とし、または遮光の程度を弱める。

本発明の別の態様もまた、車両用灯具である。この車両用灯具は、雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンを生成する配光コントローラと、配光パターンに応じた照度分布を形成可能な配光可変ランプと、を備える。配光コントローラは、無効領域において、雪粒にもとづく遮光制御を無効とし、または遮光の程度を弱める。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、降雪時における車両前方の視認性を改善できる。

実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、図１の車両用灯具の動作を説明する図である。 遮光制御にともなう視認性の低下を説明する図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、有効領域と無効領域を説明する図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、例示的な車両前方の視界を示す図である。 コントラスト比にもとづく無効領域の設定を説明する図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、例外領域に関する制御を説明する図である。 一実施例に係る配光制御のフローチャートである。

（実施の形態の概要）
雪粒を遮光するためには、雪粒を検出する必要がある。雪粒の検出に白色（可視）のプローブ光を用いる場合、プローブ光を照射する度に雪粒が白く光るため、視界不良となる。この問題を回避するため、本明細書の開示される一実施の形態に係る車両用灯具は、赤外線をプローブ光として雪粒を検知することとした。これにより、雪粒による赤外反射光は、運転者により認識されにくい。したがって、前方の視認性を損なわずに、雪粒を検知できる。

加えて、赤外線をプローブ光として用いると、連続的に照射していても運転者に認識されにくい。したがって高速に移動する雪粒を追従して検知することが可能となる。

車両前方の雪粒の向こう側に、仮想的なスクリーンがあるものとする。雪粒に対応する部分を遮光すると、スクリーン上で遮光した部分が暗くなるが、雪粒の移動にともない、スクリーン上の暗い部分が移動する。その結果、運転者がこの仮想的なスクリーンをみると、ちらつきとなり、車両前方の視界が悪くなる。そこで、車両前方の視界に、ちらつきを発生させるスクリーンとして機能する部分が存在する場合、その領域については、雪粒にもとづく遮光制御を無効とし、あるいは遮光の程度を弱めてもよい。これにより、ちらつきを抑制できる。

本明細書に開示される一実施の形態において、車両用灯具は、雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンを生成する配光コントローラと、配光パターンに応じた照度分布を形成可能な配光可変ランプと、を備える。配光コントローラは、無効領域において、雪粒にもとづく遮光制御を無効とし、または遮光の程度を弱める。

（実施の形態）
以上が車両用灯具の概要である。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。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。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、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、この用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。

図１は、実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。車両用灯具１００は、配光可変ランプ１１０、赤外照明１２０、赤外線カメラ１３０、配光コントローラ１４０を備える。これらはすべて同じ筐体に内蔵されていてもよいし、いくつかの部材は、筐体の外部、言い換えれば車両側に設けられてもよい。

配光可変ランプ１１０は、白色光源であり、配光コントローラ１４０から配光パターンＰＴＮを指示するデータを受け、配光パターンＰＴＮに応じた強度分布を有するビームＬ３を出射し、車両前方に配光パターンＰＴＮに応じた照度分布を形成する。配光可変ランプ１１０の構成は特に限定されず、たとえば、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体光源と、半導体光源を駆動して点灯させる点灯回路と、を含みうる。配光可変ランプ１１０は、配光パターンＰＴＮに応じた照度分布の形成のために、たとえばＤＭＤ（Digital Mirror Device）や液晶デバイスなどの、マトリクス型のパターン形成デバイスを含んでもよい。配光可変ランプ１１０は、雪粒の部分のみを遮光できる程度の分解能を有する。

赤外照明１２０は、車両前方に赤外のプローブ光Ｌ１を照射するプローブ光源である。プローブ光Ｌ１は、近赤外であってもよいし、より長波長の光であってもよい。赤外線カメラ１３０は、車両前方の物体２によるプローブ光Ｌ１の反射光Ｌ２を撮像する。赤外線カメラ１３０は、少なくともプローブ光Ｌ１の波長域に感度を有していればよく、可視光に対して不感であることが好ましい。

配光コントローラ１４０は、赤外線カメラ１３０が撮影した画像（以下、カメラ画像ＩＭＧという）にもとづいて、配光可変ランプ１１０に供給する配光パターンＰＴＮを動的、適応的に制御する。配光パターンＰＴＮは、配光可変ランプ１１０が自車前方の仮想鉛直スクリーン９００上に形成する白色光の照射パターン９０２の２次元の照度分布と把握される。配光コントローラ１４０はデジタルプロセッサで構成することができ、たとえばＣＰＵを含むマイコンとソフトウェアプログラムの組み合わせで構成してもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specified IC）などで構成してもよい。

配光コントローラ１４０は、赤外線カメラ１３０により得られたカメラ画像ＩＭＧにもとづいて、画像処理によって雪粒を検出する。雪粒の検出アルゴリズムは特に限定されない。配光コントローラ１４０は、カメラ画像ＩＭＧの連続する複数のフレームにもとづいて、雪粒を検知してもよい。

配光コントローラ１４０は、雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンＰＴＮを生成する。「ある部分を遮光する」とはその部分の輝度（照度）を完全にゼロとする場合のほか、その部分の輝度（照度）を低下させる場合も含む。

以上が車両用灯具１００の基本構成である。図２（ａ）、（ｂ）は、図１の車両用灯具１００の動作を説明する図である。図２（ａ）は、カメラ画像ＩＭＧを、図２（ｂ）は図２（ａ）のカメラ画像に対応する配光パターンＰＴＮを示す。カメラ画像ＩＭＧには、雪粒６、人８、車両１０が写っている。配光コントローラ１４０はカメラ画像ＩＭＧの中から雪粒６を検出し、配光パターンＰＴＮの対応する部分７を遮光する。

配光コントローラ１４０は、いわゆるＡＤＢ制御を行ってもよく、その場合、車両１０をはじめとするグレアを与えるべきでない物標を検知すると、それと対応する部分１１も遮光される。

配光パターンＰＴＮは、たとえば３０ｆｐｓあるいはそれ以上のレートで更新され、遮光部分７を雪粒６に追従して移動させることができる。これにより、雪粒６の反射光を低減でき、前方の視認性を改善できる。

続いて車両用灯具１００の利点を説明する。雪粒の検出に、白色（可視）のプローブ光を用いる場合、プローブ光を照射する度に雪粒が白く光りグレアとなり、視界不良となる。本実施の形態によれば、プローブ光として赤外線を用いるため、グレアを防止できるという利点がある。

また赤外線をプローブ光として用いるため、連続的にプローブ光を照射していても運転者に認識されにくいという利点がある。したがって高速に移動する雪粒を追従して検知することが可能となる。

雪粒に対する遮光制御は、雪の反射によるグレアを低減するという利点があるが、状況によっては、却って前方の視認性を低下させるおそれがある。図３は、遮光制御にともなう視認性の低下を説明する図である。車両前方の雪粒６の向こう側に、壁（フェンス）２２、あるいは路面２４など、スクリーンと見なせる物体（符号２０を付して総称する）が存在するとき、その物体２０に、照射パターン９０２が投影される。雪粒６に対応する部分を遮光すると、照射パターン９０２には、ランダムに分布するダークスポット９０４が含まれることとなり、視認性を低下させる。それに加えて雪粒６は時々刻々と移動するため、ダークスポット９０４も時々刻々と移動し、したがって物体２０に投影される照射パターン９０２がちらつく。このちらつきは、車両前方の視認性をさらに低下させる。なおこの問題を当業者の一般的な認識と捉えてはならず、本発明者が独自に認識したものである。

この問題を解決するために、配光コントローラ１４０は、車両前方の視界にちらつきを発生させるスクリーンとして機能する部分が存在する場合、その領域（無効領域という）については、雪粒にもとづく遮光制御を無効とし、あるいは遮光の程度を弱める。無効領域を設定することにより、ダークスポットに起因する視認性の低下を抑制できる。

図４（ａ）、（ｂ）は、有効領域と無効領域を説明する図である。図４（ａ）はカメラ画像ＩＭＧを、図４（ｂ）は配光パターンＰＴＮを示す。図４（ａ）において路面に対応する範囲Ｂが、無効領域に設定され、それ以外の部分Ａが有効領域に設定される。

図４（ｂ）に示すように、有効領域Ａでは、遮光制御によって、雪粒６に対応する部分７が遮光される。一方、無効領域Ｂでは、遮光制御が無効化されるため、雪粒６に対応する部分にもビームが照射される。これにより路面などのスクリーン物体に、ダークスポットが投影されるのを防止できる。

無効領域は固定的に設定してもよいが、車両前方の状況に応じて動的、適応的に変化させてもよい。図５（ａ）、（ｂ）は、例示的な車両前方の視界を示す図である。図５（ａ）に示すように、路面２４は、典型的なスクリーンといえる。また道路標識２６や看板なども、スクリーンとして機能する。図５（ｂ）に示すように、高速道路の側壁２８なども、スクリーンとして機能しうる。

そこで配光コントローラ１４０は、画像処理によって、スクリーンとして機能しうる物体（以下、スクリーン物体という）を含む範囲を検知し、その領域を無効領域に設定する。ここで、スクリーン物体は、赤外照明１２０が照射するプローブ光を反射するため、赤外線カメラ１３０が撮影した画像ＩＭＧで明るく写る傾向がある。そこで配光コントローラ１４０は、画像ＩＭＧのうち、輝度が高い領域を無効領域としてもよい。裏を返せば、スクリーン物体を含まない範囲、言い換えれば反射が弱い範囲を検知し、その範囲を、遮光制御が有効な領域（以下、有効領域という）としてもよい。

スクリーン物体が十分に遠い場合、ダークスポット９０４とその周囲の光が照射される部分のコントラスト比は低下するため、視認性には影響を及ぼさないこともある。したがってこのような場合には、遠方のスクリーン物体を含む範囲を、有効領域とすることができる。なお赤外線カメラ１３０とは別の可視領域に感度を有するカメラを追加し、このカメラの画像を利用して無効領域と有効領域を設定してもよい。

別の方法として、カメラの画像ＩＭＧのコントラスト比にもとづいて、有効領域と無効領域とを設定してもよい。図６は、コントラスト比にもとづく無効領域の設定を説明する図である。図６には、カメラ画像ＩＭＧが示される。カメラ画像ＩＭＧの上方には空が映っており、スクリーン物体が存在しない。この範囲Ａでは、雪粒６の輝度（画素値）が高く、その周囲は反射がないため輝度が非常に低い。したがって、輝度のピークとボトムの比（あるいは差）、すなわちコントラスト比が大きくなる。

反対に、カメラ画像ＩＭＧの下方には路面、すなわちスクリーン物体が含まれている。この範囲Ｂでは、雪粒６の輝度が高く、その周囲は路面等のスクリーン物体による反射によって、カメラ画像の輝度もある程度高くなり、輝度のピークとボトムの比、すなわちコントラスト比は小さくなる。以上のことから、コントラスト比を利用することで、無効領域と有効領域を動的に設定することができる。

無効領域に、デリニエータが存在する状況を考える。遮光制御を無効化すると、デリニエータが雪の反射に埋もれてしまい、デリニエータの視認性が低下する。そこで、画像処理によって無効領域中にデリニエータを検出した場合、デリニエータを含む局所的な部分を例外領域とし、例外領域では遮光制御を有効化してもよい。

図７（ａ）、（ｂ）は、例外領域に関する制御を説明する図である。図７（ａ）はカメラ画像ＩＭＧを、図７（ｂ）は配光パターンＰＴＮを示す。図７（ａ）に示すように、路面の部分は無効領域Ｂに設定され、それ以外の部分が有効領域Ａに設定される。画像処理によって、無効領域Ｂの中にデリニエータ３０を検知すると、デリニエータ３０およびその周囲を含む局所的な範囲が、例外領域Ｃにセットされる。

図７（ｂ）に示すように、有効領域Ａでは、雪粒６に対応する部分７が遮光される。一方、無効領域Ｂでは、雪粒６に対応する部分は遮光されないが、例外領域Ｃに含まれる雪粒６ｃに対応する部分７ｃは遮光される。その結果、デリニエータ３０の周囲の雪粒６ｃの反射（グレア）を抑制しつつ、デリニエータ３０にはビームを照射することができる。

なお、運転者が察知すべき物体はデリニエータに限定されず、歩行者、先行車や対向車、運転標識などを含めてもよい。画像処理によって、無効領域中にこれらの物体を検出すると、その物体を含む局所的な部分については、遮光制御を有効とすることで、歩行者、先行車や対向車、運転標識が、雪の反射（グレア）に埋没するのを防止できる。

図８は、一実施例に係る配光制御のフローチャートである。赤外線カメラで撮影する（Ｓ１００）。そしてカメラ画像ＩＭＧにもとづいて、無効領域と有効領域を設定する（Ｓ１０２）。続いて、有効領域内の雪粒を検知すると、雪粒の部分を遮光する（Ｓ１０４）。さらに無効領域内に、デリニエータなどの注視すべき物体が含まれるかが判定される（Ｓ１０６）。含まれない場合（Ｓ１０６のＮ）、配光パターンＰＴＮが更新される（Ｓ１１２）。含まれる場合（Ｓ１０６のＹ）、当該物体の周囲を例外領域に設定する（Ｓ１０８）。そして例外領域内の雪粒を検知すると、雪粒の部分を遮光し（Ｓ１１０）、配光パターンＰＴＮを更新する（Ｓ１１２）。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わ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。以下、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
実施の形態では、無効領域の設定を動的に行ったがその限りでない。路面２４は自車両に対しておおよそ同じ位置に存在するため、路面２４に対応する範囲については、固定的に無効領域としてもよい。

反対に、ハイビームが照射される視界上方の領域については、背景は空間（空）であり、スクリーン物体が存在しない可能性が高い。したがってその部分については固定的に有効領域としてもよい。

（変形例２）
実施の形態では、雪粒についての遮光制御を説明したが、雨粒についても遮光制御の対象としてもよい。

（変形例３）
実施の形態では、プローブ光として赤外線を用いたがその限りでない。配光可変ランプ１１０が出射するビームＬ３をプローブ光として用いて、雪粒を検知することも可能である。この場合、プローブ光の照射時間が長いと、運転者に対するグレアとなるため、プローブ光の発光時間を、反射光Ｌ２を運転者が検知できない程度に短くすればよい。ビームＬ３をプローブ光として用いる場合であっても、有効領域と無効領域に分割する制御は有効であり、それに対応する効果を享受できる。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面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発明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。

１００ 車両用灯具
１１０ 配光可変ランプ
１２０ 赤外照明
１３０ 赤外線カメラ
１４０ 配光コントローラ
Ｌ１ プローブ光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ ビーム

Claims (8)

1. 強度分布が可変であるビームを生成可能な配光可変ランプと、
   前方を照射する赤外照明と、
   前方を撮像する赤外線カメラと、
   前記赤外線カメラの出力にもとづいて雪粒を検出し、前記雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンを生成し、前記配光可変ランプを制御する配光コントローラと、
   を備えることを特徴とする車両用灯具。
2. 前記配光コントローラは、無効領域において、前記雪粒にもとづく遮光制御を無効とし、または遮光の程度を弱めることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
3. 雪粒に対応する部分が遮光された配光パターンを生成する配光コントローラと、
   前記配光パターンに応じた強度分布を有するビームを生成可能な配光可変ランプと、
   を備え、
   前記配光コントローラは、無効領域において、前記雪粒にもとづく遮光制御を無効とし、または遮光の程度を弱めることを特徴とする車両用灯具。
4. 前記無効領域は、路面および／または壁面を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の車両用灯具。
5. 前記無効領域は、車両前方の状況に応じて動的に設定されることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の車両用灯具。
6. 前記無効領域は、カメラで撮影した画像の中で、コントラストが低い領域であることを特徴とする請求項５に記載の車両用灯具。
7. 前記配光コントローラは、前記無効領域にデリニエータが検出されたときは、前記デリニエータに対応する範囲については、前記雪粒にもとづく遮光制御を有効とすることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の車両用灯具。
8. 前記配光コントローラは、前記無効領域内に、運転者が注視すべき物体を検出すると、当該物体を含む局所的な範囲については、前記雪粒にもとづく遮光制御を有効とすることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の車両用灯具。