JP2020101471A - 距離画像検出装置及び車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】距離画像を精度良く検出することが可能な距離画像検出装置を提供する。【解決手段】前面が開口したハウジング２と、ハウジング２の開口を覆うレンズカバー３とにより構成される灯体４の内部に、測定用光源１０と、撮像素子１１とを備え、測定用光源１０から灯体４の外部へと出射されて、物体により反射されて戻ってくる測定光を撮像素子１１により受光し、撮像素子１１の画素毎に物体までの距離を算出することによって、物体の距離画像を検出する距離画像検出装置１であって、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光を撮像素子１１との間で遮光する遮光部２０を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、距離画像検出装置及び車両用灯具に関する。

現在、自動運転の実用化に向けて、自動車メーカーや部品サプライヤーを含む様々な企業が自動運転技術の開発を行っている。また、自動運転技術に関するプレス発表や展示会などにも出展している。

その中でも、障害物を検知するセンサとしては、例えば、ミリ波レーダーや準ミリ波レーダー、レーザーレーダー、ソナー、単眼及びステレオカメラなどが既に実用化されており、国内外の様々な車両に搭載されている。しかしながら、どのセンサ方式も一長一短がある。

一方、物体の３Ｄ情報を高精度に検出できる、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）やＴＯＦ（Time of Flight）などの方式を採用した距離画像センサ（距離画像検出装置）が近年注目を浴びており、特に近距離での周辺監視の用途において、対外乱光性能や様々な検知対象に対応できるため、各社が開発に注力している（例えば、下記特許文献１を参照。）。

距離画像センサは、変調光を出射する光源と、それを受光する受光素子とを備え、変調光を出射し、撮像素子の画素毎に受光した反射光を元に距離値を算出する。（例えば、下記特許文献２を参照。）。このような距離画像センサでは、受光した変調光の反射光により生じる電荷を、変調光の変調周波数に同期させ、電荷を振り分けて物体の距離画像を検出する（例えば、下記特許文献３を参照。）。

特開２０１０−０９１３０１号公報 特開２００５−２３５８９３号公報 特開２０１１−１７９９２５号公報

ところで、上述した距離画像センサを車両に設置する場合、近距離での周辺監視の用途において広角に測定したいという要求がある。このため、距離画像センサの設置場所は、車両の四隅、その中でも車両の灯体付近に設置することが最も望ましい。

一方、車両のデザイン面から見て、独立した距離画像センサが車両の色んな箇所に設置されていることは望ましくない。また、バンパーなどの車体の一部に距離画像センサを設置することは、完成車両を作る上で商流が煩雑となり、望ましくない。その点、車両の四隅にある灯体の内部に距離画像センサを設置すれば、そのデメリットは解消される。

距離画像センサでは、測定用光源から一定の周波数でパルス変調された測定光を出射し、物体により反射されて戻ってくる測定光を撮像素子により受光し、撮像素子の画素毎に物体までの距離を算出することによって、物体の距離画像を検出する。具体的に、物体から反射されて戻ってくる測定光は、その距離に応じた遅れ時間をもって撮像素子へと到達するので、測定光の位相角がシフトすることになる。撮像素子は、画素毎に測定光の変調周波数と同期した正弦（ＳＩＮ）成分と余弦（ＣＯＳ）成分との検出機能を備えている。これにより、測定光を一定時間出射した後に、それら成分を読み出し、計算処理（ＡＲＣＴＡＮ）により測定光の位相角を求め、物体までの距離を算出することで、物体の距離画像を検出することが可能となっている。

なお、ここで言う「距離画像」とは、撮像素子が撮像した物体の画像情報と、撮像素子の画素毎に算出された物体の距離情報と含む物体の３Ｄ情報を意味する。

しかしながら、このような距離画像センサを灯体の内部に設置した場合、灯体の前面に設けられたレンズカバーにより反射されて戻ってくる測定光が撮像素子に受光されることがある。この場合、物体により反射されて戻ってくる測定光に対して、レンズカバーにより反射されて戻ってくる測定光がノイズ（誤って物体とみなされること）となり、上述した測定光の正弦（ＳＩＮ）成分と余弦（ＣＯＳ）成分との比率が変化し、物体までの距離の算出に誤差が生じることになる。したがって、この場合、物体の距離画像を精度良く検出することが困難となる。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、距離画像を精度良く検出することが可能な距離画像検出装置、並びにそのような距離画像検出装置を備えた車両用灯具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 前面が開口したハウジングと、前記ハウジングの開口を覆うレンズカバーとにより構成される灯体の内部に、測定用光源と、撮像素子とを備え、前記測定用光源から前記灯体の外部へと出射されて、物体により反射されて戻ってくる測定光を前記撮像素子により受光し、前記撮像素子の画素毎に前記物体までの距離を算出することによって、前記物体の距離画像を検出する距離画像検出装置であって、
前記レンズカバーにより反射されて戻ってくる測定光を前記撮像素子との間で遮光する遮光部を備えることを特徴とする距離画像検出装置。
〔２〕 前記遮光部は、前記レンズカバーの内面に設けられた微細レンズ構造を有することを特徴とする前記〔１〕に記載の距離画像検出装置。
〔３〕 前記微細レンズ構造は、前記レンズカバーを正面視したときに、前記測定用光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする前記〔２〕に記載の距離画像検出装置。
〔４〕 前記微細レンズ構造は、前記レンズカバーの内面に前記測定光の波長よりも短い深さ又は高さで形成された複数の凹部又は凸部を含むことを特徴とする前記〔２〕又は〔３〕に記載の距離画像検出装置。
〔５〕 前記遮光部は、前記レンズカバーの内面に設けられた反射防止膜を有することを特徴とする前記〔１〕に記載の距離画像検出装置。
〔６〕 前記反射防止膜は、前記レンズカバーを正面視したときに、前記測定用光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする前記〔５〕に記載の距離画像検出装置。
〔７〕 前記遮光部は、前記撮像素子の周囲に設けられたフード部を有することを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載の距離画像検出装置。
〔８〕 前記フード部は、前記レンズカバーを正面視したときに、少なくとも前記測定用光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする前記〔７〕に記載の距離画像検出装置。
〔９〕 前記撮像素子は、前記測定用光源よりも前方に配置されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔８〕の何れか一項に記載の距離画像検出装置。
〔１０〕 前記〔１〕〜〔９〕の何れか一項に記載の距離画像検出装置を備えた車両用灯具であって、
前記灯体の内部に、車両の前方又は後方に向けて光を出射する灯具ユニットを備えることを特徴とする車両用灯具。

以上のように、本発明によれば、距離画像を精度良く検出することが可能な距離画像検出装置、並びにそのような距離画像検出装置を備えた車両用灯具を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る車両用灯具の一例を示す正面図である。 図１中に示す線分Ａ−Ａによる車両用灯具の断面図である。 図２に示す車両用灯具の要部を拡大して示す断面図である。 図１に示す車両用灯具の変形例を示す正面図である。 図４に示す車両用灯具の要部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用灯具の一例を示す正面図である。 図６中に示す線分Ａ−Ａによる車両用灯具の断面図である。 図７に示す車両用灯具の要部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１〜図３に示す車両用灯具１００Ａについて説明する。

なお、図１は、車両用灯具１００Ａの一例を示す正面図である。図２は、図１中に示す線分Ａ−Ａによる車両用灯具１００Ａの断面図である。図３は、図２に示す車両用灯具１００Ａの要部を拡大して示す断面図である。

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を車両用灯具１００Ａの前後方向、Ｙ軸方向を車両用灯具１００Ａの左右方向、Ｚ軸方向を車両用灯具１００Ａの上下方向として、それぞれ示すものとする。

本実施形態の車両用灯具１００Ａは、例えば、車両（図示せず。）の前端側の両コーナー部に搭載される車両用前照灯（ヘッドランプ）に本発明を適用したものである。

なお、本実施形態では、左前端側のコーナー部に搭載された車両用灯具１００Ａを図示して説明を行うものとする。また、以下の説明において、「前」「後」「左」「右」「上」「下」との記載は、特に断りのない限り、車両用灯具１００Ａを正面（車両前方）から見たときのそれぞれの方向を意味するものとする。

本実施形態の車両用灯具１００Ａは、図１及び図２に示すように、前面が開口したハウジング２と、ハウジング２の開口を覆う透明なレンズカバー３とにより構成される灯体４を備えている。

また、車両用灯具１００Ａは、この灯体４の内部に、灯具ユニット５と、距離画像センサ１とを備えた構成を有している。

灯具ユニット５は、車両前方に向けてロービームを出射するロービーム用ランプ６と、車両前方に向けてハイビームを出射するハイビーム用ランプ７と、橙色発光により点滅するターンランプ８と、白色発光するポジションランプ９と有して構成されている。

本実施形態の車両用灯具１では、車両幅方向の内側に位置する正面視で円形状のロービーム用ランプ６と、車両幅方向の外側に位置する正面視で円形状のハイビーム用ランプ７とが、車両幅方向に並んで配置されている。また、ロービーム用ランプ６及びハイビーム用ランプ７の上方には、車両幅方向に延長されたライン状のターンランプ８が配置されている。また、ロービーム用ランプ６及びハイビーム用ランプ７の下方には、車両幅方向に延長されたライン状のポジションランプ９が配置されている。

なお、灯具ユニット５は、このような構成に必ずしも限定されるものではなく、車両用灯具１００Ａのデザイン等に合わせて、各ランプ６〜９の配置や形状、数などを適宜変更することが可能である。

距離画像センサ１は、上述した灯体４と共に、本発明を適用した距離画像検出装置を構成している。具体的に、この距離画像センサ１は、灯体４の内部に、測定用光源１０と、撮像素子１１とを備えている。

例えば、ＴＯＦ方式を採用した距離画像センサ１では、測定用光源１０から一定の周波数でパルス変調された測定光Ｌを出射し、物体により反射されて戻ってくる測定光Ｌを撮像素子１１により受光し、撮像素子１１の画素毎に物体までの距離を算出することによって、物体の距離画像を検出する。

具体的に、物体から反射されて戻ってくる測定光Ｌは、その距離に応じた遅れ時間をもって撮像素子１１へと到達するので、測定光Ｌの位相角がシフトすることになる。撮像素子１１は、画素毎に測定光Ｌの変調周波数と同期した正弦（ＳＩＮ）成分と余弦（ＣＯＳ）成分との検出機能を備えている。これにより、測定光Ｌを一定時間出射した後に、それら成分を読み出し、計算処理（ＡＲＣＴＡＮ）により測定光Ｌの位相角を求め、物体までの距離を算出することで、物体の距離画像を検出することが可能となっている。

測定用光源１０には、例えば、赤外線レーザーを出射する赤外線レーザーダイオード（ＬＤ）や、赤外光を出射する赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）などが用いられている。一方、撮像素子１１には、例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子が用いられている。

本実施形態では、灯体４の内部において、距離画像センサ１が灯具ユニット５よりも車両幅方向の内側に配置されている。具体的に、撮像素子１１は、ロービーム用ランプ６よりも車両幅方向の内側に配置されている。測定用光源１０は、撮像素子１１を挟んだ車両幅方向の両側に、それぞれ上下方向に傾斜しながら複数（本実施形態では３つ）並んで配置されている。

なお、距離画像センサ１を構成する測定用光源１０及び撮像素子１１の配置や、測定用光源１０を配置する数について、上述した構成に必ずしも限定されるものではなく、車両用灯具１００Ａのデザイン等に合わせて適宜変更することが可能である。

一方、撮像素子１１は、測定用光源１０よりも前方に配置されていることが好ましい。これにより、測定用光源１０から出射された測定光Ｌが撮像素子１１に直接入射する（受光される）ことを防ぐことが可能である。

ところで、距離画像センサ１を灯体４の内部に設置した場合、灯体４の前面に設けられたレンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’が撮像素子１１に受光されることがある。この場合、物体により反射されて戻ってくる測定光Ｌに対して、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’がノイズ（誤って物体とみなされること）となり、物体の距離画像を精度良く検出することが困難となる。

これに対して、本実施形態の車両用灯具１００Ａでは、図２及び図３に示すように、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’を撮像素子１１との間で遮光する遮光部２０を備えている。具体的に、この遮光部２０は、レンズカバー３の内面に設けられた微細レンズ構造２１を有している。

微細レンズ構造２１は、レンズカバー３を正面視したときに、撮像素子１１を挟んだ車両幅方向の両側に配置された複数の測定用光源１０と、撮像素子１１との各間に設けられている。微細レンズ構造２１は、レンズカバー３の内面に測定光Ｌの波長よりも短い深さで形成された複数の凹部２１ａにより構成されている。例えば、測定光Ｌの波長８５０ｎｍの場合、凹部２１の深さを約５０ｎｍとする。なお、複数の凹部２１ａは、例えば特開２０１６−１０７４８４号公報等に記載の技術を用いて形成することが可能である。

複数の凹部２１ａは、上下方向に斜めに延長された断面略Ｖ字状の溝部により構成されている。また、複数の凹部２１ａは、複数の測定用光源１０と撮像素子１１との間で、互いに平行に並んで設けられている。

本実施形態の車両用灯具１００Ａでは、図３に示すように、測定用光源１０から出射された測定光Ｌのうち、レンズカバー３の内部で反射された測定光Ｌ’を微細レンズ構造２１の凹部２１ａにより撮像素子１１が位置する側とは異なる方向に向けて反射する。これにより、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’が撮像素子１１に入射する（受光される）ことを防ぐことが可能である。

なお、微細レンズ構造２１は、上述した断面略Ｖ字状の溝部により構成された複数の凹部２１ａに限らず、その凹部２１ａの形状や数、並べる間隔等について、レンズカバー３、測定用光源１０及び撮像素子１１の位置関係に合わせて、適宜変更を加えることが可能である。

また、微細レンズ構造２１は、上述した複数の凹部２１ａの他にも、レンズカバー３の内面に測定光Ｌの波長よりも短い高さで形成された複数の凸部により構成することも可能である。この場合も、凸部の形状や数、並べる間隔等について、レンズカバー３、測定用光源１０及び撮像素子１１の位置関係に合わせて、適宜変更を加えることが可能である。

以上のように、本実施形態の車両用灯具１００Ａでは、上述した遮光部２０を構成する微細レンズ構造２１をレンズカバー３の内面に設けることによって、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’を撮像素子１１との間で遮光することが可能である。したがって、本実施形態の車両用灯具１００Ａでは、灯体４の内部に距離画像センサ１を設置した場合でも、この距離画像センサ１による距離画像の検出を精度良く行うことが可能である。

（変形例）
次に、上記車両用灯具１００Ａの変形例について、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、図４は、車両用灯具１００Ａの変形例を示す正面図である。図５は、図４に示す車両用灯具１００Ａの要部を拡大して示す断面図である。

本実施形態の車両用灯具１００Ａは、図４及び図５に示すように、上記構成に加えて、遮光部２０として、撮像素子１１の周囲に設けられたフード部２２を備えた構成である。

フード部２２は、レンズカバー３を正面視したときに、少なくとも測定用光源１０と撮像素子１１との間に設けられていることが好ましい。具体的に、本実施形態では、撮像素子１１の周囲を囲むリング状のフード部２２が、撮像素子１１の受光面よりも前方に突出して設けられている。

本実施形態の車両用灯具１００Ａでは、このようなフード部２２を設けることによって、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’が撮像素子１１に入射する（受光される）ことを防ぐことが可能である。すなわち、このフード部２２は、遮光部２０の一部として、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’を撮像素子１１との間で遮光することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図６〜図８に示す車両用灯具１００Ｂについて説明する。

なお、図６は、車両用灯具１００Ｂの一例を示す正面図である。図７は、図６中に示す線分Ａ−Ａによる車両用灯具１００Ｂの断面図である。図８は、図７に示す車両用灯具１００Ｂの要部を拡大して示す断面図である。また、以下の説明では、上記車両用灯具１００Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の車両用灯具１００Ｂは、図６〜図８に示すように、遮光部２０として、上記微細レンズ構造２１の代わりに、レンズカバー３の内面に設けられた反射防止層２３を備えた構成となっている。それ以外は、基本的に上記車両用灯具１００Ａと同じ構成を有している。

反射防止層２３は、レンズカバー３を正面視したときに、撮像素子１１を挟んだ車両幅方向の両側に配置された複数の測定用光源１０と、撮像素子１１との各間に設けられている。反射防止層２３は、反射防止膜（ＡＲコーティング）を成膜する又は反射防止フィルムを貼付することによって形成することができる。

本実施形態の車両用灯具１００Ｂでは、図８に示すように、反射防止層２３によりレンズカバー３の内面での測定光Ｌ’の反射を低減することによって、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’が撮像素子１１に入射する（受光される）ことを防ぐことが可能である。

以上のように、本実施形態の車両用灯具１００Ｂでは、上述した遮光部２０を構成する反射防止層２３をレンズカバー３の内面に設けることによって、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’を撮像素子１１との間で遮光することが可能である。したがって、本実施形態の車両用灯具１００Ｂでは、灯体４の内部に距離画像センサ１を設置した場合でも、この距離画像センサ１による距離画像の検出を精度良く行うことが可能である。

また、本実施形態の車両用灯具１００Ｂの変形例としては、上記図４及び図５に示す車両用灯具１００Ａと同様の構成とすることが可能である。すなわち、車両用灯具１００Ｂは、上記構成に加えて、遮光部２０として、撮像素子１１の周囲に設けられたフード部２２を備えた構成とすることが可能である。

本実施形態の車両用灯具１００Ｂでは、このようなフード部２２を設けることによって、レンズカバー３により反射されて戻ってくる測定光Ｌ’が撮像素子１１に入射する（受光される）ことを防ぐことが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、車両用前照灯（ヘッドランプ）に本発明を適用した場合を例示したが、本発明が適用される車両用灯具については、上述したフロント側の車両用灯具に限らず、例えばリアコンビネーションランプなどのリア側の車両用灯具に本発明を適用することも可能である。すなわち、本発明が適用される車両用灯具は、灯体の内部に、車両の後方に向けて光を出射する灯具ユニットと、上述した距離画像センサ１とを備えた構成であってもよい。

また、本発明は、上述した車両用灯具１００Ａ，１００Ｂの他にも、例えば街灯などの照明具に本発明を適用することが可能である。照明具に本発明を適用した場合は、照明具を構成する灯体の内部に、照明光を出射する照明ユニットと、上述した距離画像センサ１とを備えた構成とし、レンズカバーの内面に、上述した微細レンズ構造２１や反射防止層２３を設けた構成とすればよい。さらに、撮像素子１１の周囲に、上述したフード部２２を設けることも可能である。

これにより、照明具において、灯体の内部に距離画像センサ１を設置した場合でも、この距離画像センサ１による距離画像の検出を精度良く行うことが可能である。

また、本発明は、前面が開口したハウジングと、ハウジングの開口を覆うレンズカバーとにより構成される灯体の内部に、測定用光源と、撮像素子とを備えた距離画像検出装置に対して、本発明を幅広く適用することが可能である。

１…距離画像センサ（距離画像検出装置） ２…ハウジング ３…レンズカバー ４…灯体 ５…灯具ユニット ６…ロービーム用ランプ ７…ハイビーム用ランプ ８…ターンランプ ９…ポジションランプ １０…測定用光源 １１…撮像素子 ２０…遮光部 ２１…微細レンズ構造 ２１ａ…凹部 ２２…フード部 ２３…反射防止層 １００Ａ，１００Ｂ…車両用灯具 Ｌ…測定光

Claims (10)

1. 前面が開口したハウジングと、前記ハウジングの開口を覆うレンズカバーとにより構成される灯体の内部に、測定用光源と、撮像素子とを備え、前記測定用光源から前記灯体の外部へと出射されて、物体により反射されて戻ってくる測定光を前記撮像素子により受光し、前記撮像素子の画素毎に前記物体までの距離を算出することによって、前記物体の距離画像を検出する距離画像検出装置であって、
   前記レンズカバーにより反射されて戻ってくる測定光を前記撮像素子との間で遮光する遮光部を備えることを特徴とする距離画像検出装置。
2. 前記遮光部は、前記レンズカバーの内面に設けられた微細レンズ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の距離画像検出装置。
3. 前記微細レンズ構造は、前記レンズカバーを正面視したときに、前記測定用光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の距離画像検出装置。
4. 前記微細レンズ構造は、前記レンズカバーの内面に前記測定光の波長よりも短い深さ又は高さで形成された複数の凹部又は凸部を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の距離画像検出装置。
5. 前記遮光部は、前記レンズカバーの内面に設けられた反射防止層を有することを特徴とする請求項１に記載の距離画像検出装置。
6. 前記反射防止層は、前記レンズカバーを正面視したときに、前記測定用光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の距離画像検出装置。
7. 前記遮光部は、前記撮像素子の周囲に設けられたフード部を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の距離画像検出装置。
8. 前記フード部は、前記レンズカバーを正面視したときに、少なくとも前記測定用光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の距離画像検出装置。
9. 前記撮像素子は、前記測定用光源よりも前方に配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の距離画像検出装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の距離画像検出装置を備えた車両用灯具であって、
    前記灯体の内部に、車両の前方又は後方に向けて光を出射する灯具ユニットを備えることを特徴とする車両用灯具。

Images