JP6984396B2 - 車両用前照灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用前照灯装置に関する。

先行車や対向車を、カメラで撮影した画像で認識し、ハイビーム領域を担当する複数の光源のうち、先行車や対向車の運転者に対して眩惑となる領域を担当する光源のみを消灯して（減光して）光を照射する可変配光型の車両用灯具は、従来に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１７９９６９号公報

しかしながら、先行車や対向車を認識するカメラの光軸と、ハイビーム領域を担当する光源の光軸とがずれていると、先行車や対向車の運転者に対して眩惑となる領域を精度よく減光することが困難になる。

そこで、本発明は、車両の前方を撮像する撮像手段の光軸と、車両の前方に光を照射する照射手段の光軸とのずれを精度よく補正できる車両用前照灯装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の車両用前照灯装置は、車両の前方におけるハイビーム配光エリアに可視光を照射する照射手段と、車両の前方を撮像する撮像手段と、車両の前方における前記ハイビーム配光エリア内に、レーザービームによるパターン光を投影する投影手段と、前記投影手段によって投影された前記パターン光を前記撮像手段によって撮像することで、光軸調整の基準となる画像データを取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記画像データに基づいて、前記撮像手段の光軸と前記照射手段の光軸とのずれ量を導出する導出手段と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、投影手段によって投影されたパターン光を撮像手段によって撮像することで、取得手段が、光軸調整の基準となる画像データを取得する。そして、その画像データに基づいて、導出手段が、撮像手段の光軸と照射手段の光軸とのずれ量を導出する。したがって、このずれ量を基に、撮像手段の光軸と照射手段の光軸とのずれが精度よく補正される。
請求項２に記載の車両用前照灯装置は、請求項１に記載された発明において、前記可視光及び前記レーザービームが平行光となるように、前記投影手段が前記照射手段に対して傾いて配置されている。
請求項３に記載の車両用前照灯装置は、請求項１又は請求項２に記載された発明において、前記照射手段は、複数の光源が取り付けられた基板を備え、前記投影手段は、前記基板の車両後方側に配置され、前記基板には、前記投影手段から出射される前記レーザービームを通過させるための開口部が形成されている。
請求項４に記載の車両用前照灯装置は、請求項３に記載された発明において、前記開口部は、略十字状となるスリット状に形成されている。
請求項５に記載の車両用前照灯装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載された発明において、前記投影手段は、前記レーザービームの形状を任意の形状に変換可能な回折光学素子を備えている。
請求項６に記載の車両用前照灯装置は、請求項１又は請求項５に記載された発明において、前記照射手段は投影レンズを備え、前記投影手段は、前記レーザービームが前記投影レンズの車両上方側を通るように、前記照射手段よりも車両後方側かつ車両上方側に配置されている。

以上のように、本発明によれば、車両の前方を撮像する撮像手段の光軸と、車両の前方に光を照射する照射手段の光軸とのずれを精度よく補正することができる。

本実施形態に係る車両用前照灯装置の構成を示すブロック図である。 （Ａ）第１実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとを示す側面図である。（Ｂ）第１実施形態に係る前照灯ユニットを示す正面図である。（Ｃ）第１実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとによる投影図である。 （Ａ）第１実施形態に係る前照灯ユニットの光軸に対して検知装置の光軸がずれていない状態を示す投影図である。（Ｂ）第１実施形態に係る前照灯ユニットの光軸に対して検知装置の光軸が車幅方向にずれている状態を示す投影図である。（Ｃ）第１実施形態に係る前照灯ユニットに対して検知装置が回転方向にずれている状態を示す投影図である。 第１実施形態に係る車両用前照灯装置による直進走行時の遮光エリアの範囲を示す投影図である。 第１実施形態に係る車両用前照灯装置によるカーブ走行時の遮光エリアの範囲を示す投影図である。 （Ａ）第２実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとを示す側面図である。（Ｂ）第２実施形態に係る前照灯ユニットを示す正面図である。（Ｃ）第２実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとによる投影図である。 （Ａ）第３実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとを示す側面図である。（Ｂ）第３実施形態に係る前照灯ユニットを示す正面図である。（Ｃ）第３実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとによる投影図である。 （Ａ）第４実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとを示す側面図である。（Ｂ）第４実施形態に係る前照灯ユニットを示す正面図である。（Ｃ）第４実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとによる投影図である。 第４実施形態に係る光源ユニットと回折光学素子とを示す分解斜視図である。 第４実施形態に係る光源ユニットのパターン光の変形例を示す投影図である。 （Ａ）第５実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとを示す側面図である。（Ｂ）第５実施形態に係る前照灯ユニットを示す正面図である。（Ｃ）第５実施形態に係る前照灯ユニットと光源ユニットとによる投影図である。 本実施形態に係る前照灯ユニットの第１変形例を示す説明図である。 （Ａ）本実施形態に係る前照灯ユニットの第２変形例を示す説明図である。（Ｂ）本実施形態に係る前照灯ユニットの第２変形例の一部拡大斜視図である。 （Ａ）本実施形態に係る前照灯ユニットの第３変形例を示す説明図である。（Ｂ）本実施形態に係る前照灯ユニットの第３変形例の一部拡大斜視図である。 本実施形態に係る前照灯ユニットの第４変形例を示す説明図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印ＵＰを車両上方向、矢印ＦＲを車両前方向、矢印ＬＨを車両左方向とする。したがって、以下の説明で、特記することなく上下、前後、左右の方向を記載した場合は、車両上下方向の上下、車両前後方向の前後、車両左右方向（車幅方向）の左右を示すものとする。

図１に示されるように、本実施形態に係る車両用前照灯装置１０は、車両１２の前方におけるハイビーム配光エリアＨａ（図４、図５参照）に光（可視光）を照射する照射手段としての前照灯ユニット２０と、車両１２の前方を撮像する撮像手段としての検出装置４０と、車両１２の前方にパターン光を投影する投影手段としての光源ユニット３０と、を備えている。

前照灯ユニット２０は、ハイビーム配光エリアＨａを車幅方向に分割して照射できるように、複数の光源２２を有する可変配光型とされている（図２（Ｂ）参照）。また、光源ユニット３０は、光軸調整用の光、即ちレーザービームＬＢを前方に向けて照射できるように構成されている（図２（Ａ）参照）。そして、前照灯ユニット２０及び光源ユニット３０は、制御部１４に電気的に接続されており、運転者のスイッチ操作だけではなく、制御部１４の制御によって点灯及び消灯されるように構成されている。

検出装置４０は、カメラ等で構成されており、車両１２に設けられた取得手段としての画像解析部１８に電気的に接続されている。そして、画像解析部１８は、制御部１４に電気的に接続されている。つまり、制御部１４の制御により、検出装置４０で検出（撮像）された画像データが、画像解析部１８によって解析されるように構成されている。

なお、画像解析部１８は、後述する検査工程等においては、光源ユニット３０によって投影されたパターン光を検出装置４０によって検出（撮像）することで、光軸調整の基準となる画像データを取得するようになっている。また、制御部１４は、光軸調整の基準となる画像データに基づいて、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とのずれ量を導出する導出手段１６を有している。

また、車両１２の前端部には、前照灯ユニット２０の他に、車両１２の前方側の路面におけるロービーム配光エリアＬａ（図５参照）に光（可視光）を照射するロービームユニット（図示省略）が設けられている。前照灯ユニット２０は、ロービームユニットによって照射されるロービーム配光エリアＬａよりも上斜め前方側のハイビーム配光エリアＨａに光（可視光）を照射するように構成されている。

＜第１実施形態＞
以上のような構成とされた車両用前照灯装置１０において、次に、その具体的な第１実施形態について説明する。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示されるように、前照灯ユニット２０は、ハイビーム配光エリアＨａに光（可視光）を照射する複数（例えば９個）の光源２２と、各光源２２が設けられた基板２４と、各光源２２から出射された光を透過させて車両前方側へ照射する投影レンズ２８と、を有している。

光源２２は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の高輝度光源であり、制御部１４に電気的に接続された基板２４上に車幅方向に並べられて取り付けられている。なお、基板２４上に取り付ける光源２２の個数は、図示の９個に限定されるものではない。また、光源２２は、図示を簡略化するために、模式的に矩形状（正方形状）に描いて表現しているが、この矩形状に限定されるものではない。

基板２４の車両後方側には、光源ユニット３０が配置されている。光源ユニット３０は、レーザー光源３２と、レーザー光源３２が設けられたレーザー基板３４と、を有している。つまり、レーザー光源３２は、制御部１４に電気的に接続されたレーザー基板３４上に取り付けられている。そして、光源２２よりも車両上方側における基板２４の一部には、レーザー光源３２から出射されるレーザービームＬＢを通過させるための円形状の開口部２６が形成されている。

投影レンズ２８は、平面視及び側面視で、その前面２８Ａが前方側へ凸となる湾曲面形状に形成されており、その後面２８Ｂが平面状に形成されている。したがって、光源２２から出射された光（可視光）と、レーザー光源３２から出射されて基板２４の開口部２６を通過したレーザービームＬＢとは、それぞれ投影レンズ２８の後面２８Ｂに入射され、投影レンズ２８を透過して、投影レンズ２８の前面２８Ａから車両前方側へ出射されるようになっている。

図２（Ｃ）に、その投影レンズ２８から出照された光（可視光）によるハイビーム配光エリアＨａと、そのハイビーム配光エリアＨａ内におけるレーザービームＬＢのパターン光Ｐとを模式的に示す。このように、レーザービームＬＢによるパターン光Ｐは、開口部２６を通過することによって円形状とされ、前照灯ユニット２０の光軸を通る鉛直方向に沿った中心線Ｃ１上に、その中心が来るように照射される構成になっている。

ここで、後述する検査工程等においては、検出装置４０が、そのハイビーム配光エリアＨａ内におけるレーザービームＬＢのパターン光Ｐを撮像するようになっている。そして、その撮像した画像に、検出装置４０の光軸を通る鉛直方向に沿った中心線Ｃ２が重ねられた画像データが、画像解析部１８によって取得され、その画像データを基に、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とのずれ量が導出手段１６によって導出されるようになっている。

より具体的に説明すると、図３（Ａ）に示されるように、検出装置４０の光軸を通る中心線Ｃ２上に、レーザービームＬＢによるパターン光Ｐの中心が配置されている画像データが画像解析部１８によって取得された場合には、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とが一致していると判断される。したがって、この場合には、導出手段１６により、ずれ量を導出する必要がない。

一方、図３（Ｂ）に示されるように、検出装置４０の光軸を通る中心線Ｃ２上に、レーザービームＬＢによるパターン光Ｐが配置されず、例えば、そのパターン光Ｐが右側にずれて配置されている画像データが画像解析部１８によって取得された場合には、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とが車幅方向にずれている（検出装置４０の光軸が前照灯ユニット２０の光軸に対して左側にずれている）と判断される。したがって、この場合には、そのずれ量が導出手段１６によって導出される。

なお、図３（Ｃ）に示されるように、検出装置４０の光軸を通る中心線Ｃ２上に、レーザービームＬＢによるパターン光Ｐが配置されるが、例えば、そのパターン光Ｐの中心が配置されていない画像データが画像解析部１８によって取得された場合には、検出装置４０が前照灯ユニット２０に対して車両前後方向を軸とする回転方向にずれていると判断される。したがって、この場合にも、そのずれ量が導出手段１６によって導出される。

このように、光軸調整の基準となる画像データが画像解析部１８によって取得され、その光軸調整の基準となる画像データに基づいて、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とのずれ量が導出手段１６によって導出されるようになっている。そして、制御部１４は、このずれ量を基に、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とのずれを補正し、複数の光源２２の中から消灯すべき必要最小限の光源２２を選択する（減光する）ようになっている。

以上のような構成とされた第１実施形態に係る車両用前照灯装置１０において、次にその作用について説明する。

まず、車両１２の組立ラインにおける検査工程等において、車両１２の前方に光（可視光及びレーザービームＬＢ）を照射可能なスクリーン（図示省略）を配置する。そして、光源ユニット３０のレーザー光源３２を点灯させ、そのスクリーンにレーザービームＬＢを照射する。これにより、前照灯ユニット２０における光軸を通る中心線Ｃ１の位置がスクリーンに投影されることになる。

次に、このレーザービームＬＢが照射されたスクリーンを検出装置４０によって撮像する。すると、その撮像された画像に検出装置４０の光軸を通る中心線Ｃ２が重ねられた画像データが画像解析部１８によって取得される。そして、例えば図３（Ｂ）に示されるように、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とが車幅方向にずれていると判断された場合には、そのずれ量が導出手段１６によって導出される。

こうして、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とのずれ量が導出手段１６によって得られたら、そのずれ量は、制御部１４に記憶される。なお、車両１２の出荷後においては、光源ユニット３０を使用することがないため、車両１２の出荷前に、光源ユニット３０の機能が物理的に（又はソフトウエア的に）無効にされる。

実際の車両１２の走行時には、制御部１４が、導出手段１６によって導出されたずれ量を基に、検出装置４０の光軸と前照灯ユニット２０の光軸とのずれを精度よく補正する。したがって、検出装置４０によって検出（撮像）された映像を基に、複数の光源２２の中から消灯すべき必要最小限の光源２２が適切に選択される。これにより、先行車や対向車に対する減光エリア（遮光エリアＳａ：図４参照）が精度よく得られる。

具体的に説明すると、図４に示されるように、先行車が直進しているときに、上記ずれ量を基にした補正が加えられていない場合には、実際の遮光エリアＳａは、所定の範囲（図４においてＥ２で示される範囲）でよいところ、誤差を含めて大きく採られていた（図４においてＥ３で示される範囲とされていた）。すなわち、消灯させる光源２２が必要以上に多く選択されていた。

しかしながら、本実施形態に係る車両用前照灯装置１０によれば、上記ずれ量を基にした補正が加えられているため、消灯させる光源２２を必要以上に多く選択しなくて済み、遮光エリアＳａが必要最小限の範囲（図４においてＥ１で示される範囲）で済むようになる。よって、ハイビーム配光エリアＨａに対する遮光（減光）が必要最小限となり（カメラマージンを無くすことができ）、より明るい前方視界を確保することができる。

なお、図５に示されるように、先行車がカーブに沿って走行しているときには、その先行車は、自車（車両１２）に対して傾いて走行するため、ドアミラーを介して運転者に眩しさを与えないためにも、検出装置４０で検出（撮像）しているテールランプ間の距離（図５においてＥ０で示される範囲）よりも、カーブしている側を広く遮光する必要がある。すなわち、実際の遮光エリアＳａは、所定の範囲（図５においてＥ２で示される範囲）でよいところ、誤差を含めて大きく採られていた（図５においてＥ３で示される範囲とされていた）。

本実施形態に係る車両用前照灯装置１０によれば、このような場合にも、消灯させる光源２２を必要以上に多く選択しなくて済み、遮光エリアＳａが必要最小限の範囲（図５においてＥ１で示される範囲）で済むようになる。よって、ハイビーム配光エリアＨａに対する遮光（減光）が必要最小限となり（カメラマージンを無くすことができ）、カーブの先に、より明るい前方視界を確保することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る車両用前照灯装置１０について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図６に示されるように、この第２実施形態に係る車両用前照灯装置１０では、光源ユニット３０から出射されるレーザービームＬＢが、前照灯ユニット２０から出射される光（可視光）と平行光になるように、光源ユニット３０のレーザー基板３４が傾いて配置されている点だけが第１実施形態と異なっている。これによれば、車両１２の組立ラインにおける検査工程等において、スクリーンとの距離に因らずに、前照灯ユニット２０の中心からパターン光Ｐまでの距離を一定にすることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る車両用前照灯装置１０について説明する。なお、上記第１実施形態及び第２実施形態と同等の部位には同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図７に示されるように、この第３実施形態に係る車両用前照灯装置１０では、基板２４における開口部２６の形状のみが第１実施形態及び第２実施形態と異なっている。すなわち、この開口部２６は、例えば略「十」字状となるスリット状に形成されている。これによれば、前照灯ユニット２０に対する検出装置４０の車両前後方向を軸とする回転方向のずれを効率よく認識することが可能となる。また、円形状のパターン光Ｐよりも、検出装置４０が認識し易くなる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る車両用前照灯装置１０について説明する。なお、上記第１実施形態〜第３実施形態と同等の部位には同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図８に示されるように、この第４実施形態に係る車両用前照灯装置１０では、基板２４の車両後方側で、かつレーザー光源３２の車両前方側に配置された回折光学素子３６によってレーザービームＬＢの形状を任意の形状に変換することだけが第１実施形態〜第３実施形態と異なっている。これによれば、第３実施形態と同様に、前照灯ユニット２０に対する検出装置４０の車両前後方向を軸とする回転方向のずれを効率よく認識することが可能となる。また、検出装置４０が認識し易い形状のパターン光Ｐを任意に投影することができる。

なお、図９に示されるように、第４実施形態に係る光源ユニット３０は、次のような構成とされる。すなわち、レーザー光源３２は、レーザービームを平行光にするコリメートレンズ３８と共にコリメートレンズホルダー３５に収容されてレーザー基板３４に取り付けられる構成になっている。そして、回折光学素子３６は、ホルダー３７に収容されて配置される構成になっている。

また、レーザー基板３４には、ワイヤーハーネス３３を介してレーザー電源基板３１が接続される構成になっている。なお、光源ユニット３０には、その光軸を前照灯ユニット２０の光軸を通る中心線Ｃ１に容易に合わせられるように、光軸調整機構（図示省略）を設けることが好ましい。光軸調整機構は、ヘッドランプでは一般的なエイミング機構やＸＹステージのような機構で構成することができる。

また、回折光学素子３６は、例えば第３実施形態と同様に、略「十」字状のパターン光Ｐが照射されるように構成されてもよいが、これに限定されるものではなく、例えば図１０に示される形状のパターン光Ｐが照射される構成とされてもよい。すなわち、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示されるような４点のパターン光Ｐが照射される構成とされてもよいし、図１０（Ｃ）に示されるような１５点のパターン光Ｐが照射される構成とされてもよい。更に、図１０（Ｄ）に示されるような矩形枠状のパターン光Ｐが照射される構成とされてもよい。

＜第５実施形態＞
最後に、第５実施形態に係る車両用前照灯装置１０について説明する。なお、上記第１実施形態〜第４実施形態と同等の部位には同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図１１に示されるように、この第５実施形態に係る車両用前照灯装置１０では、レーザービームＬＢが投影レンズ２８を透過しないでスクリーンに投影されることだけが第１実施形態〜第４実施形態と異なっている。すなわち、光源ユニット３０は、前照灯ユニット２０よりも車両後方側で、かつ車両上方側に配置されており、レーザービームＬＢは、投影レンズ２８の車両上方側を通ってスクリーンに投影されるようになっている。

これによれば、レーザービームＬＢが投影レンズ２８に入射されない（投影レンズ２８を透過しない）ため、レーザービームＬＢの投影レンズ２８による照射角度の変更を考慮する必要がなくなる。また、基板２４に開口部２６を形成する必要がなくなる。

＜前照灯ユニットの変形例＞
以上のような構成とされた第１実施形態〜第５実施形態において、前照灯ユニット２０は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が車幅方向に並んで構成された光源２２を有する態様に限定されるものではない。前照灯ユニット２０は、例えば図１２に示される第１変形例のように、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が狭いピッチで２次元状に並んで構成された光源２２を有する態様とされてもよい。

また、前照灯ユニット２０は、例えば図１３に示される第２変形例のように、光源２２から出射された光（可視光）を反射する複数の角度変更可能なマイクロミラー４４で構成されたＤＭＤ（Digital Mirror Device）４２を有する態様とされてもよい。

更に、前照灯ユニット２０は、例えば図１４に示される第３変形例のように、青色のレーザービームを出射する光源２２と、光源２２から出射されたレーザービームを走査光として反射するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー４６と、ＭＥＭＳミラー４６で反射された走査光の波長を変換する（白色とする）蛍光体４８と、を有する態様（レーザースキャン方式）とされてもよい。

また、前照灯ユニット２０は、例えば図１５に示される第４変形例のように、上面に拡散板（図示省略）を備えた複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が２次元状に並んで構成された光源２２と、上下に配置された一対の偏光板５４の間に液晶５２を封入して構成された液晶パネル５０と、を有する態様とされてもよい。

以上、本実施形態に係る車両用前照灯装置１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る車両用前照灯装置１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、開口部２６の形状は、図示の円形状に限定されるものではない。また、第３実施形態において、開口部２６の形状は、図示の略「十」字状に限定されるものではない。

１０ 車両用前照灯装置
１２ 車両
１６ 導出手段
１８ 画像解析部（取得手段）
２０ 前照灯ユニット（照射手段）
３０ 光源ユニット（投影手段）
４０ 検出装置（撮像手段）

Claims (6)

1. 車両の前方におけるハイビーム配光エリアに可視光を照射する照射手段と、
   車両の前方を撮像する撮像手段と、
   車両の前方における前記ハイビーム配光エリア内に、レーザービームによるパターン光を投影する投影手段と、
   前記投影手段によって投影された前記パターン光を前記撮像手段によって撮像することで、光軸調整の基準となる画像データを取得する取得手段と、
   前記取得手段によって取得された前記画像データに基づいて、前記撮像手段の光軸と前記照射手段の光軸とのずれ量を導出する導出手段と、
   を備えた車両用前照灯装置。
2. 前記可視光及び前記レーザービームが平行光となるように、前記投影手段が前記照射手段に対して傾いて配置された請求項１に記載の車両用前照灯装置。
3. 前記照射手段は、複数の光源が取り付けられた基板を備え、前記投影手段は、前記基板の車両後方側に配置され、前記基板には、前記投影手段から出射される前記レーザービームを通過させるための開口部が形成された請求項１又は請求項２に記載の車両用前照灯装置。
4. 前記開口部は、略十字状となるスリット状に形成された請求項３に記載の車両用前照灯装置。
5. 前記投影手段は、前記レーザービームの形状を任意の形状に変換可能な回折光学素子を備えた請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用前照灯装置。
6. 前記照射手段は投影レンズを備え、前記投影手段は、前記レーザービームが前記投影レンズの車両上方側を通るように、前記照射手段よりも車両後方側かつ車両上方側に配置された請求項１又は請求項５に記載の車両用前照灯装置。

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