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。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る撮像装置の撮像情報が用いられる車両用灯具の概略鉛直断面図である。本実施形態に係る車両用灯具1は、車両前方の左右に配置される一対の前照灯ユニットを有する車両用前照灯装置である。一対の前照灯ユニットは左右対称の構造を有する点以外は実質的に同一の構成であるため、図1には車両用灯具1として一方の前照灯ユニットの構造を示す。
車両用灯具1は、車両前方側に開口部を有するランプボディ212と、この開口部を覆う透光カバー214とを有する。ランプボディ212と透光カバー214とによって形成される灯室216には、灯具ユニット10が収納される。灯具ユニット10は、当該灯具ユニット10の上下左右方向の揺動中心となるピボット機構218aを有するランプブラケット218に支持される。ランプブラケット218は、ランプボディ212の壁面に回転自在に支持されたエイミング調整ネジ220と螺合する。灯具ユニット10の下面には、スイブルアクチュエータ222の回転軸222aが固定される。スイブルアクチュエータ222は、ユニットブラケット224に固定される。
ユニットブラケット224には、ランプボディ212の外部に配置されたレベリングアクチュエータ226が接続される。レベリングアクチュエータ226は、例えばロッド226aを矢印M,N方向に伸縮させるモータなどで構成される。灯具ユニット10下方の灯室216の内壁面には、灯具ユニット10の点消灯制御や配光パターンの形成制御、灯具ユニット10の光軸調節などを実行する灯具制御部228が配置される。この灯具制御部228は、スイブルアクチュエータ222、レベリングアクチュエータ226などの制御も実行する。なお、灯具制御部228は、車両用灯具1の外に設けられてもよい。
灯具ユニット10は、回転シェード12を含むシェード機構18、光源としてのバルブ14、リフレクタ16を内壁に支持する灯具ハウジング17、及び投影レンズ20を備える。バルブ14は、例えば、白熱球やハロゲンランプ、放電球、LED等が使用可能である。本実施形態では、バルブ14をハロゲンランプで構成する例を示す。リフレクタ16は、バルブ14から放射された光を反射する。バルブ14からの光及びリフレクタ16で反射された光は、その一部が回転シェード12を経て投影レンズ20へと導かれる。なお、図1では、後述するシェードプレート24の図示を省略している。
図2は、回転シェードの概略斜視図である。回転シェード12は、回転軸12aを中心に回転可能な円筒形状の部材である。回転シェード12は、軸方向に一部が切り欠かれた切欠部22を有し、当該切欠部22以外の外周面12b上にシェードプレート24を複数保持する。回転シェード12は、その回転角度に応じて、光軸O上であって投影レンズ20の後方焦点位置に切欠部22又はシェードプレート24のいずれか1つを移動させることができる。これにより、光軸O上に配置された切欠部22あるいはシェードプレート24に応じた配光パターンが形成される。
図1に戻って、リフレクタ16は、その少なくとも一部が楕円球面状であり、この楕円球面は、灯具ユニット10の光軸Oを含む断面形状が楕円形状の少なくとも一部となるように設定される。リフレクタ16の楕円球面状部分は、バルブ14の略中央に第1焦点を有し、投影レンズ20の後方焦点面上に第2焦点を有する。投影レンズ20は、車両前後方向に延びる光軸O上に配置される。バルブ14は、投影レンズ20の後方焦点を含む焦点面である後方焦点面よりも後方側に配置される。投影レンズ20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からなり、後方焦点面上に形成される光源像を、反転像として灯具前方に投影する。なお、灯具ユニット10の構成は特にこれに限定されず、投影レンズ20を持たない反射型の灯具ユニットなどであってもよい。
図3は、上述のように構成された車両用灯具の灯具制御部と車両側の車両制御部との動作連携を説明する機能ブロック図である。なお、上述のように左右の前照灯ユニットの構成は基本的に同一であるため、図3では左右の前照灯ユニットをまとめて車両用灯具1としている。また、灯具制御部228及び車両制御部302は、ハードウェア構成としてはコンピュータのCPUやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、図3ではそれらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
灯具制御部228は、車両300に搭載された車両制御部302から得た情報に基づいて電源回路230の制御を行い、バルブ14の点灯制御を実行する。また、灯具制御部228は、車両制御部302から得られた情報に基づいて可変シェード制御部232、スイブル制御部234、レベリング制御部236を制御する。可変シェード制御部232は、回転シェード12の回転軸12aに接続されたモータ238を制御し、切欠部22あるいは所望のシェードプレート24を光軸O上に移動させる。スイブル制御部234は、スイブルアクチュエータ222を制御し、灯具ユニット10の光軸Oを車幅方向について調整する。また、レベリング制御部236は、レベリングアクチュエータ226を制御して、灯具ユニット10の光軸を車両上下方向について調整する。
灯具ユニット10により形成される配光パターンは、運転者によるライトスイッチ304の操作内容に応じて切り替え可能である。また、灯具ユニット10は、ライトスイッチ304の操作によらず、車両周囲の状況を各種センサで検出して、車両300の状態や車両周囲状況に最適な配光パターンを形成するように自動制御することができる。例えば、自車の前方に先行車や対向車を含む前方車両が検出された場合、灯具制御部228は、前方車両の存在状態に応じた最適な配光パターンを形成する、ADB(Adaptive Driving Beam)制御、あるいはAHB(Automatic High Beam)制御を実行する。ADB制御等の自動制御は、例えばライトスイッチ304によって自動制御が指示された場合に実行される。
前方車両を検出するために、車両制御部302には対象物の認識手段として撮像装置100が接続される。撮像装置100の構造については、後に詳細に説明する。撮像装置100で撮影された画像データは、画像処理部306で所定の画像処理が施され、その結果が車両制御部302へ提供される。例えば、画像処理部306から提供された結果データの中に車両制御部302が予め保持している車両を示す特徴を含むデータが存在する場合、車両制御部302は前方車両の存在を認識して、その情報を灯具制御部228に提供する。灯具制御部228は、車両制御部302から前方車両の情報を受けて、その前方車両を考慮した最適な配光パターンを形成する。ここで、前記「車両を示す特徴」とは、例えば撮像された物体の形状や、所定の光点の存在、光点の移動速度等である。本実施形態の車両制御部302は、後述する遠方領域R1については、光点の存在とその移動速度に基づいて前方車両の存在を判断し、近傍領域R2については、物体の形状に基づいて前方車両の存在を判断する。なお、画像処理部306が車両を示す特徴情報を予め保持し、前方車両の存在を判定してもよい。
車両用灯具1が形成可能な配光パターンは、以下の通りである。図4(A)〜図4(F)は、配光パターンの形状を示す説明図である。なお、図4(A)〜図4(F)では、灯具前方の所定位置、例えば灯具前方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た配光パターンを示している。図4(A)に示す配光パターンは、ロービーム用配光パターンLoである。図4(B)に示す配光パターンは、ハイビーム用配光パターンHi1である。ロービーム用配光パターンLo及びハイビーム用配光パターンHi1の形状は公知であるため、その詳細な説明は省略する。
図4(C)に示す配光パターンは、左片ハイ用配光パターンHi2である。左片ハイ用配光パターンHi2は、左側通行の場合にハイビーム用配光パターンHi1の対向車線側を遮光し、自車線側のみハイビーム領域で照射する特殊ハイビーム用配光パターンである。左片ハイ用配光パターンHi2は、対向車にグレアを与えず、自車線側のみのハイビーム照射により運転者の視認性を高めることができる。図4(D)に示す配光パターンは、右片ハイ用配光パターンHi3である。右片ハイ用配光パターンHi3は、左側通行の場合にハイビーム用配光パターンHi1の自車線側を遮光し、対向車線側のみハイビーム領域で照射する特殊ハイビーム用配光パターンである。右片ハイ用配光パターンHi3は、先行車にグレアを与えず、対向車線側のみのハイビーム照射により視認性を高めることができる。
図4(E)に示す配光パターンは、スプリット配光パターンHi4である。スプリット配光パターンHi4は、水平ラインよりも上方の中央部に非照射領域UAを有し、この非照射領域UAの水平方向両側にハイビーム領域を有する特殊ハイビーム用配光パターンである。スプリット配光パターンHi4は、例えば、左側の前照灯ユニットで形成した左片ハイ用配光パターンHi2L(説明の便宜上、左側の前照灯ユニットで形成した配光パターンには、配光パターンの符号の後に符号「L」を付し、右側の前照灯ユニットで形成した配光パターンには、配光パターンの符号の後に符号「R」を付す。)と、右側の前照灯ユニットで形成した右片ハイ用配光パターンHi3Rとを重ね合わせることで形成することができる。
図4(F)に示すように、灯具ユニット10をスイブルさせて左片ハイ用配光パターンHi2L及び右片ハイ用配光パターンHi3Rの少なくとも一方を水平方向に移動させることで、スプリット配光パターンHi4の非照射領域UAの範囲を水平方向に変化させることができる。例えば、撮像装置100から得られた情報によって車両制御部302が前方車両の存在を検知すると、車両制御部302から情報を受け取った灯具制御部228は、前方車両を非照射領域UAに含むようなスプリット配光パターンHi4を形成する(図4(E)参照)。また、灯具制御部228は、車両制御部302からの情報をもとに、移動する前方車両の位置に合わせて非照射領域UAを変形させる(図4(F)参照)。
続いて、撮像装置100の構造について詳細に説明する。図5(A)は、実施形態1に係る撮像装置の概略構造を示す斜視図である。図5(B)は、撮像素子に結像される画像を示す模式図である。撮像装置100は、車両用灯具1の配光制御に用いられる画像情報を取得するための装置であって、撮像素子120と、レンズ部140とを備える。撮像装置100は、例えばフロントガラスの車室内側上方あるいは下方に配置され、車両前方の画像(映像)を撮像する。
撮像素子120は、例えばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどによって構成される。撮像素子120は、長方形状の受光面を有し、受光面の長辺が、レンズ部140の後述する第1結像部142と第2結像部144の配列方向に対して略直交するように配置される。また、撮像素子120は、受光面の長辺が略水平方向に延在し、短辺が略鉛直方向に延在するように配置(横置き配置)される。
レンズ部140は、第1結像部142及び第2結像部144を含む。第1結像部142は、形状の異なる複数枚のレンズやプリズム等の光学部材146が組み合わされてなる。第2結像部144も同様に、形状の異なる複数枚のレンズやプリズム等の光学部材148が組み合わされてなる。複数種類の光学部材146,148を重ね合わせることで、第1結像部142及び第2結像部144によって撮像される被写体の歪みを小さくすることができる。第1結像部142の光学部材146及び第2結像部144の光学部材148は、略筒状の支持部材150内に収容され、それぞれが撮像素子120の所定領域に画像を結像させるように固定される。
光学部材146及び光学部材148は、共通の支持部材150内に収容される。これにより、第1結像部142と第2結像部144との距離を縮めることができる。このため、第1結像部142が撮影する画像と第2結像部144が撮影する画像とを、共通の撮像素子120に結像させることができる。これにより、第1結像部142の画像と第2結像部144の画像とを別々の撮像素子120に結像させる場合に比べて、撮像素子120の数と、画像処理部306にかかる処理の負担とを減らすことができる。
第1結像部142は、図5(B)に示すように、車両の遠方領域R1を撮像素子120に結像させる。第2結像部144は、車両の近傍領域R2を撮像素子120に結像させる。近傍領域R2は、車両近傍の広範囲の領域であり、例えば車幅方向に40°の拡がりをもつ。また、遠方領域R1は、例えば車幅方向に20°の拡がりをもち、近傍領域R2よりも遠方、例えば車両前方600〜800mの領域である。遠方領域R1は、例えば、水平線と鉛直線の交点である消失点Pを含む領域である。
本実施形態では、第2結像部144は、遠方領域R1と近傍領域R2とを含む広角領域(WIDE領域)を撮像素子120に結像させる。また、第1結像部142は、より狭角の遠方領域R1(TELE領域)を拡大して撮像素子120に結像させる。すなわち、遠方領域R1は、近傍領域R2よりも狭い領域でありながら、近傍領域R2と同等数の素子に結像される。これにより、車両遠方に存在する前方車両をより高精度に検出することができ、ADB制御等をより高精度に実行することができる。また、第1結像部142により画像を拡大しているため、撮像素子120には近傍領域R2側に合わせた相対的に低画素の撮像素子を利用することができる。
第1結像部142及び第2結像部144は、撮像素子120の受光面において、遠方領域R1と近傍領域R2とが上下に並ぶように、すなわち、撮像素子120の短辺に対して遠方領域R1と近傍領域R2の配列方向が平行になるように、画像を撮像素子120に結像させる。したがって、撮像素子120に結像される遠方領域R1及び近傍領域R2の画像中の水平方向と、撮像素子120の受光面の長辺とが平行になる。
光学部材146及び光学部材148が別個の支持部材内に収容される場合のように、第1結像部142と第2結像部144とが離間した構成では、一枚の撮像素子120にそれぞれの画像を結像させようとすると、撮像素子120の長辺方向に遠方領域R1と近傍領域R2を並べる必要があった。この場合、撮像素子120は、受光面の長辺が鉛直方向に延びるように配置(縦置き配置)しなければならなかった。撮像素子120を縦置き配置すると、遠方領域R1及び近傍領域R2の画像中の水平方向が、撮像素子120の短辺方向と一致することになる。一方で、一般に撮像素子120は、マトリクス状に配列された素子群の短辺方向が鉛直方向と一致し、長辺方向が水平方向と一致するように定められている。このため、遠方領域R1及び近傍領域R2の水平方向と撮像素子120の短辺方向とが一致する構成では、画像処理部306が画像情報における縦横の位置情報を変換する必要があり、画像処理部306にかかる負担が大きくなってしまう。
これに対し、本実施形態では、第1結像部142と第2結像部144とを共通の支持部材150内に収容することにより両者の距離を縮めることができるため、撮像素子120を横置き配置して、撮像素子120の短辺方向に遠方領域R1と近傍領域R2とを並べて結像させることができる。これにより、遠方領域R1及び近傍領域R2の画像中の水平方向と撮像素子120の長辺方向とを一致させることができる。その結果、上述した画像情報における縦横の位置情報を変換する必要がないため、画像処理部306にかかる負担を軽減させることができる。
また、第1結像部142は、被写体の歪みが大きい大歪み部と当該大歪み部よりも被写体の歪みが小さい小歪み部とを有する。この大歪み部が生じる理由は、以下のとおりである。すなわち、上述したように、第1結像部142は、複数の光学部材146を組み合わせることで、被写体の歪みを小さくすることができる。一方で、撮像装置には、低コスト化や部品点数の削減等が求められる。この要求に応えるために光学部材146の枚数を削減することが考えられるが、光学部材146の枚数の削減によって、第1結像部142には大歪み部が生じてしまい、配光パターンの形成制御の精度低下につながり得る。
これに対し、本実施形態の第1結像部142は、遠方領域R1における大歪み部の結像させる領域R1aが、小歪み部の結像させる領域R1bよりも車幅方向中央側となるように構成される。大歪み部により結像される領域R1aは、小歪み部により結像される領域R1bに比べて歪みが大きい。一方、車両遠方の車幅方向中央側の領域は、当該領域に光点が検出される場合、この光点を前方車両の前照灯や標識灯に由来するものであると推定可能な領域である。したがって、この領域に光点が検出された場合、車両制御部302は、画像処理部306による画像処理を経ずとも、光点を前方車両と判断することができる。すなわち、車両遠方の車幅方向中央側の領域であれば、画像が歪んでいても前方車両の検出に支障がない。
そこで、上述のように、車幅方向中央側の領域を大歪み部が撮像するように第1結像部142が構成される。すなわち、第1結像部142は、遠方領域R1に含まれる領域であって、当該領域に含まれる光点は車両の存在を示す、と判定可能な領域を、大歪み部が結像させるように構成される。これにより、第1結像部142への歪みの発生を許容しながら、車両用灯具1による配光パターンの形成制御の精度低下を抑制することができる。よって、光学部材146の数を減らすことができる。光点が前方車両に由来するものであると推定可能な領域、すなわち第1結像部142の大歪み部が結像させる領域R1aは、例えば消失点Pを含む領域である。なお、車両姿勢の変化に応じて、レンズ部140の画角内で消失点Pの位置が変位するが、消失点Pの位置が常に画像データの中心に位置するよう、画像処理部306が補正処理を実行する。
車幅方向外側の領域R1bに光点が検出された場合、光点が前方車両であるか否かは、前方車両は路上を移動するのに対し看板等は路上を移動しないことに基づいて、判定することができる。例えば、対向車に由来する光点であれば路上の固定物に由来する光点に比べて移動が速い。また、先行車に由来する光点であれば路上の固定物に由来する光点に比べて移動が遅いか、移動しない。したがって、光点の単位時間当たりの移動量の違いから、前方車両の存在を判断することができる。
また、本実施形態の第2結像部144は、被写体の歪みが大きい大歪み部と、当該大歪み部よりも被写体の歪みが小さい小歪み部とを有する。この大歪み部が生じる理由は、第1結像部142の場合と同様である。これに対し、第2結像部144は、近傍領域R2における大歪み部の結像させる領域R2aが、小歪み部の結像させる領域R2bよりも車幅方向外側となるよう構成される。大歪み部により結像される領域R2aは、小歪み部により結像される領域R2bに比べて歪みが大きい。一方、車両近傍の車幅方向外側の領域は、車幅方向中央側の領域に比べて自車両から被写体までの距離がより近いため、被写体がより大きく撮像される。すなわち、撮像素子120においてより多くの画素で被写体の画像が構成される。このため、この領域に前方車両が存在する場合、車両制御部302は、歪んだ被写体の形状から前方車両と判断することができる。すなわち、車両近傍の車幅方向外側の領域は、車幅方向中央側に比べて、前方車両の検出において画像の歪みの影響が小さい。
そこで、上述のように、車幅方向外側の領域を大歪み部が撮像するように第2結像部144が構成される。これにより、第2結像部144への歪みの発生を許容しながら、配光パターンの形成制御の精度低下を抑制することができる。よって、光学部材148の数を減らすことができる。領域R2bに物体が検出された場合、画像処理部306から画像情報を取得した車両制御部302は、物体の形状に基づいて、検出された物体が前方車両であるか否かを判定する。大歪み部及び小歪み部それぞれの撮像領域が所定位置となるように光学部材146,148を形成する方法は公知であるため、詳細な説明を省略する。
以上説明したように、本実施形態に係る撮像装置100は、レンズ部140が車両の遠方領域R1を撮像素子120に結像させる第1結像部142を備える。そして、第1結像部142は、被写体の歪みが大きい大歪み部と当該大歪み部よりも被写体の歪みが小さい小歪み部とを有し、遠方領域R1における大歪み部の結像させる領域R1aが、小歪み部の結像させる領域よりも車幅方向中央側となるように構成される。言い換えれば、第1結像部142は、遠方領域R1に含まれる領域であって、当該領域に含まれる光点は車両の存在を示す、と判定可能な領域を、大歪み部が結像させるように構成される。これにより、車両用灯具1が実施する配光パターンの形成制御の精度を維持しながら、レンズ部140に発生する歪みを許容することができる。よって、レンズ等の光学部材146の枚数を減らすことができる。
また、レンズ部140は、車両の近傍領域R2を撮像素子120に結像させる第2結像部144を備える。そして、第2結像部144は、被写体の歪みが大きい大歪み部と、当該大歪み部よりも被写体の歪みが小さい小歪み部とを有し、近傍領域R2における大歪み部の結像させる領域R2aが、小歪み部の結像させる領域R2bよりも車幅方向外側となるよう構成される。これにより、第2結像部144についてもレンズ等の光学部材148の枚数を減らすことができる。
(実施形態2)
実施形態2に係る撮像装置100は、第1結像部142と第2結像部144とが一体的に構成される点を除き、実施形態1に係る撮像装置100と同様の構成及び効果を備える。以下、実施形態1と異なる点を中心に、本実施形態に係る撮像装置100について説明する。なお、実施形態1と同一の構成については同一の符号を付し、その説明及び図示は省略する。
図6は、実施形態2に係る撮像装置の概略構造を示す斜視図である。撮像装置100は、撮像素子120と、レンズ部140とを備える。レンズ部140は、第1結像部142及び第2結像部144を有する。本実施形態では、第1結像部142と第2結像部144とが一体的に構成されている。具体的には、レンズ部140は、形状の異なる複数枚のレンズやプリズム等の光学部材152が重ね合わされて構成される。それぞれの光学部材152は、遠方領域R1を撮像するための領域、すなわち第1結像部142の一部を構成する領域152aと、近傍領域R2を撮像するための領域、すなわち第2結像部144の一部を構成する領域152bとを有する。そして、複数枚の光学部材152が組み合わされて、第1結像部142及び第2結像部144が構成される。一枚の光学部材152中に第1結像部142用の領域152aと第2結像部144用の領域152bとを形成する方法は公知であるため、詳細な説明は省略する。
このように、第1結像部142と第2結像部144とを一体的に構成することで、第1結像部142と第2結像部144との距離をより縮めることができる。このため、撮像素子120を横置き配置し、撮像素子120の短辺方向に遠方領域R1と近傍領域R2を並べて結像させることが、より簡単にできるようになる。また、撮像装置100のさらなる小型化が可能である。
一枚の光学部材152中に第1結像部142用の領域152aと第2結像部144用の領域152bを形成する場合、第1結像部142及び第2結像部144に大歪み部がより発生しやすくなる。これに対し、撮像装置100は、車両用灯具1による配光パターンの形成制御の特性上、遠方領域R1及び近傍領域R2における被写体の歪みが許容される領域を、大歪み部が撮像するように構成される。これにより、撮像装置100の光学部材152の枚数を減らすことができ、また撮像装置100に、一枚で2つの機能(第1結像部142及び第2結像部144)を有する光学部材152を利用することができる。
本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などの変形を加えることも可能であり、そのような組み合わせられ、もしくは変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれる。上述の実施形態同士の組合せによって生じる新たな実施形態、及び上述の各実施形態に変形が加えられた新たな実施形態は、組み合わされる実施形態及び変形それぞれの効果をあわせもつ。