WO2022014417A1 - 車両用灯具、アクティブセンサ用の照明装置、ゲーティングカメラ - Google Patents

車両用灯具、アクティブセンサ用の照明装置、ゲーティングカメラ Download PDF

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lighting device
vehicle
light guide
lamp
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翔太 米丸
和也 本橋
知明 原田
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株式会社小糸製作所
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/73—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the exposure time
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
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    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2103/00—Exterior vehicle lighting devices for signalling purposes
    • F21W2103/10—Position lights
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present invention relates to an active sensor.
  • an object identification system that senses the position and type of objects existing around the vehicle.
  • the object identification system includes a sensor and an arithmetic processing unit that analyzes the output of the sensor.
  • the sensor is selected from among cameras, LiDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging), millimeter wave radar, ultrasonic sonar, active sensors, etc. in consideration of application, required accuracy and cost.
  • Depth information cannot be obtained from a general monocular camera. Therefore, when a plurality of objects located at different distances overlap, it is difficult to separate them.
  • the TOF camera is known as a camera that can obtain depth information.
  • a TOF (TimeOfFlight) camera emits infrared light with a light emitting device, measures the flight time until the reflected light returns to the image sensor, and obtains a TOF image obtained by converting the flight time into distance information. Is.
  • a gating camera (Gating Camera or Gated Camera) has been proposed as an active sensor in place of the TOF camera (Patent Documents 1 and 2).
  • the gating camera divides the shooting range into a plurality of ranges, changes the exposure timing and the exposure time for each range, and takes an image. As a result, slice images are obtained for each target range, and each slice image contains only objects included in the corresponding range.
  • a certain aspect of the present disclosure is made in such a situation, and one of its exemplary purposes is to provide a vehicle lamp that meets the regulations.
  • the present inventors have considered incorporating the lighting device of the active sensor into the lighting equipment for vehicles.
  • Vehicle lighting equipment includes existing low beam, high beam, position lamp (clearance lamp) and direction indicator. While the lighting device for the active sensor is required to have a light distribution that covers the field of view of the image sensor of the active sensor, it must be arranged so as not to impair the function of the existing lamp, and there are restrictions on the size and shape. ..
  • a certain aspect of the present disclosure is made in such a situation, and one of its exemplary purposes is to provide a vehicle lamp with a built-in lighting device for an active sensor.
  • a certain aspect of the present disclosure is made in such a situation, and one of its exemplary purposes is to provide a lighting device capable of achieving both appropriate light distribution and laser safety standards.
  • the vehicle lighting equipment includes a white lamp and a lighting device for an active sensor.
  • the lighting device includes a near-infrared light source and a light guide body that receives the emitted light of the near-infrared light source and emits the illumination light having a predetermined light distribution from the emission surface.
  • the back surface of the light guide is arranged so as to face the light emitting surface of the white lamp, and the emitted light of the white lamp received on the back surface is emitted from the emission surface.
  • the vehicle lighting fixture includes a lighting device for an active sensor.
  • the lighting device includes a semiconductor light source that emits an infrared light beam, and a light guide that receives an infrared light beam on an incoming surface and emits illumination light having a predetermined light distribution from the emission surface.
  • the lighting device for an active sensor is provided with a plurality of laser diodes and each of them on the optical path of the corresponding one emitted beam of the plurality of laser diodes to bring the emitted beam closer to parallel light. It includes a plurality of condenser lenses and a fly-eye lens that diffuses the emitted light of the plurality of condenser lenses.
  • the provisions can be met. According to an aspect of the present disclosure, it is possible to provide a vehicle lighting device having a built-in lighting device for an active sensor. According to certain aspects of the present disclosure, both appropriate light distribution and laser safety standards can be achieved.
  • FIG. It is a block diagram of the sensing system which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure explaining the operation of a gating camera.
  • 3 (a) and 3 (b) are diagrams illustrating an image obtained by a gating camera. It is a perspective view of a car equipped with a gating camera. It is a figure which shows the structure of a headlamp. It is an exploded perspective view of the headlamp which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view of the headlamp of FIG. It is an exploded perspective view of a lamp unit.
  • 9 (a) is a perspective view of the lighting unit
  • FIG. 9 (b) is a plan view of the lighting unit.
  • 10 (a) and 10 (b) are diagrams showing the simulation results of the light distribution pattern of the lighting unit according to the first embodiment.
  • 11 (a) and 11 (b) are diagrams illustrating the causes of occurrence of a plurality of peaks in the light distribution.
  • 12 (a) and 12 (b) are views showing the light guide body according to the first modification.
  • 13 (a) and 13 (b) are diagrams showing the simulation results of the light distribution pattern when the light guide body according to the first modification is used.
  • 14 (a) and 14 (b) are views showing the light guide body according to the modified example 2.
  • 15 (a) and 15 (b) are diagrams showing the simulation results of the light amount distribution in the vertical direction in the modified example 2.
  • FIG. 16 (a) and 16 (b) are views showing the light guide body according to the modified example 3. It is a figure which shows the light guide body which concerns on the modification 4.
  • 18 (a) and 18 (b) are front views schematically showing the layout of the lighting unit. It is an exploded perspective view of the headlamp which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 21 (a) is a diagram showing a configuration example of a condenser lens
  • FIG. 21 (b) is a perspective view of a fly-eye lens
  • 22 (a) is a cross-sectional view of the lighting unit
  • FIG. 22 (b) is an external perspective view of the lighting unit.
  • 23 (a) and 23 (b) are ray diagrams of the lighting unit. It is a figure which shows the luminance distribution (simulation result) of the emission beam of a lighting unit.
  • the vehicle lighting equipment includes a white lamp and a lighting device for an active sensor.
  • the lighting device includes a near-infrared light source and a light guide body that receives the emitted light of the near-infrared light source and emits the illumination light having a predetermined light distribution from the emission surface.
  • the back surface of the light guide is arranged so as to face the light emitting surface of the white lamp, and the emitted light of the white lamp received on the back surface is emitted from the emission surface.
  • near-infrared light is emitted overlapping with white light, so that it can be prevented from being visually recognized as red, and the regulation can be satisfied.
  • the white lamp may be a clearance lamp.
  • the clearance lamp plays an important role in impressing the design of the headlamp. By arranging the clearance lamp and the member for the active sensor on top of each other, the lighting function of the active sensor can be obtained without damaging the design of the headlamp. Can be added.
  • the back surface of the light guide may be provided with a plurality of steps separated in the optical axis direction of the near-infrared light source.
  • the white lamp may include a white light source and a light guide body that waveguides the white light of the white light source.
  • the white light source and the near infrared light source may be mounted on the same substrate. As a result, the white light source, the near-infrared light source, and their drive circuits can be integrated into one place in the headlamp.
  • the lighting device and the white lamp may be modularized.
  • the vehicle lighting equipment includes a lighting device for an active sensor.
  • the lighting device includes a semiconductor light source that emits an infrared light beam, and a light guide that receives an infrared light beam on an incoming surface and emits illumination light having a predetermined light distribution from the emission surface.
  • the degree of freedom in the shape and size of the lighting device is increased compared to the case of using the lens optical system or the reflective optical system, and the inside of the head lamp housing is not impaired the function of the existing lamp. It will be possible to accommodate in.
  • the light guide body When the light guide body transmits white light, the light guide body itself glows white due to internal reflection and diffusion, and is visually recognized. Therefore, in the past, the light guide was sometimes used for a lamp that was intended to be visually recognized from the outside, such as a clearance lamp, but was intended to irradiate an object, such as a low beam or a high beam. It was difficult to use for lamps. In this respect, by using infrared light as the illumination light for the active sensor, even if a light guide body is adopted for the optical system for forming the light distribution of the illumination light, it does not shine white and is not visually recognized.
  • the back surface of the light guide may be provided with a plurality of steps (reflection patterns) separated in the optical axis direction of the semiconductor light source.
  • steps reflection patterns
  • the injection surface of the light guide may have a curvature in the vertical direction.
  • the vertical light distribution of the illumination light emitted from the emission surface of the light guide can be controlled according to the curvature.
  • the sagittal plane of the light guide may be reversely tapered toward the front of the vehicle.
  • the light intensity distribution has a plurality of peaks in the vertical direction, and by providing a reverse taper, the reflection on the upper surface and the bottom surface of the light guide body can be suppressed. The occurrence of multiple peaks can be suppressed.
  • an absorbent material that is attached to at least one of the upper surface and the bottom surface of the light guide and absorbs an infrared light beam may be further provided.
  • the reflected light on the upper surface and the bottom surface of the light guide can be reduced, and the generation of a plurality of peaks can be suppressed.
  • the light entering surface of the light guide may have a curvature in the horizontal direction.
  • the curvature so that the infrared beam inside the light guide body approaches parallel light (colimated light), it is possible to prevent the infrared beam from being totally reflected by the emission surface of the light guide body.
  • the horizontal distribution of the illumination light emitted from the emission surface of the light guide can be controlled according to the curvature of the incoming surface.
  • the semiconductor light source may be arranged on the outside of the vehicle inside the lamp for the vehicle with its optical axis directed toward the center of the vehicle.
  • the semiconductor light source may be arranged on the vehicle center side in the vehicle lamp with its optical axis directed toward the outside of the vehicle.
  • the vehicle lighting fixture may further include an image sensor constituting a gating camera together with a lighting device.
  • the lighting device for the active sensor according to the embodiment is provided with a plurality of laser diodes and a plurality of laser diodes, each of which is provided on the optical path of the corresponding emitted beam of the plurality of laser diodes to bring the emitted beam closer to parallel light. It includes a condenser lens and a fly-eye lens that diffuses the emitted light of a plurality of condenser lenses.
  • the plurality of laser diodes may be arranged side by side in the horizontal direction.
  • the plurality of condenser lenses may have different powers in the horizontal direction and the vertical direction, respectively.
  • the plurality of condenser lenses may be integrally formed. This facilitates assembly.
  • FIG. 1 is a block diagram of the sensing system 10 according to the first embodiment.
  • This sensing system 10 is mounted on a vehicle such as an automobile or a motorcycle, and detects an object OBJ existing around the vehicle.
  • the sensing system 10 mainly includes a gating camera 20.
  • the gating camera 20 includes a lighting device 22, an image sensor 24, a camera controller 26, and an image processing device 28.
  • the imaging by the gating camera 20 is performed by dividing the field of view into a plurality of N (N ⁇ 2) ranges RNG 1 to RNG N in the depth direction. Adjacent ranges may overlap in the depth direction at their boundaries.
  • the lighting device (floodlight) 22 irradiates the illumination light L1 to the front of the vehicle in synchronization with the light emission timing signal S1 given from the camera controller 26.
  • the illumination light L1 is near-infrared light or mid-infrared light.
  • the image sensor 24 includes a plurality of pixels and is capable of exposure control synchronized with the exposure timing signal S2 given from the camera controller 26, and generates a slice image IMG composed of the plurality of pixels.
  • the image sensor 24 has sensitivity to the same wavelength as the illumination light L1, and photographs the reflected light (return light) L2 reflected by the object OBJ.
  • the sliced image IMGs generated by the image sensor 24 with respect to the i-th range RNG i are referred to as raw images or primary images as necessary to distinguish them from the sliced image IMGs which are the final outputs of the gating camera 20.
  • the camera controller 26 changes the light emission timing signal S1 and the exposure timing signal S2 for each range RNG to change the time difference between the light emission by the lighting device 22 and the exposure of the image sensor 24.
  • the light emission timing signal S1 defines the light emission start timing and the light emission time.
  • the exposure timing signal S2 defines the exposure start timing (time difference from the light emission) and the exposure time.
  • the gating camera 20 generates a plurality of slice images IMG 1 to IMG N corresponding to a plurality of ranges RNG 1 to RNG N. Only the objects included in the corresponding range RNG i are captured in the i-th slice image IMG i.
  • the image processing device 28 is a combination of a processor (hardware) such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a microcomputer, and a GPU (Graphics Processing Unit), and a software program executed by the processor (hardware). Can be implemented.
  • the image processing device 28 may be configured by hardware only.
  • the image processing device 28 processes the image generated by the image sensor 24 and outputs a final slice image. When the output of the image sensor 24 is used as it is as a slice image, the image processing device 28 can be omitted.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the gating camera 20.
  • FIG. 2 shows a state when sensing the i-th range RNG i as a range of interest (ROI).
  • the lighting device 22 emits light during the light emission period ⁇ 1 between the times t 0 and t 1 in synchronization with the light emission timing signal S1.
  • a diagram of rays with time on the horizontal axis and distance on the vertical axis is shown. From gating camera 20, the distance d MINi up before the boundary of the range RNG i, the distance to the far side of the boundary of the range RNG i and d MAXi.
  • T MINi 2 ⁇ d MINi / c Is. c is the speed of light.
  • T MAXi 2 ⁇ d MAXi / c Is.
  • the timing signal S2 is generated. This is one exposure operation.
  • a plurality of sets of light emission and exposure may be performed.
  • the camera controller 26 may repeat the above-mentioned set of irradiation and exposure operations a plurality of times in a predetermined period ⁇ 2.
  • the image sensor 24 outputs a slice image integrated by a plurality of exposures.
  • the gating camera 20 has a shutter speed (exposure time), number of exposures, and sensitivity for each range so that the exposure (brightness value of the object image in the slice image) does not vary from range to range.
  • the irradiation intensity of the illumination light (shooting parameters) is optimized.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams illustrating an image obtained by the gating camera 20.
  • the object to the range RNG 2 (pedestrian) OBJ 2 are present, there is an object (vehicle) OBJ 3 to the range RNG 3.
  • FIG. 3 (b) shows a plurality of slice images IMG 1 to IMG 3 obtained in the situation of FIG. 3 (a).
  • the image sensor is exposed only by the reflected light from the range RNG 1, so that no object image is captured in the sliced image IMG 1.
  • the image sensor When the slice image IMG 2 is photographed, the image sensor is exposed only by the reflected light from the range RNG 2, so that only the object image OBJ 2 is captured in the slice image IMG 2. Similarly, when the slice image IMG 3 is photographed, the image sensor is exposed only by the reflected light from the range RNG 3, so that only the object image OBJ 3 is captured in the slice image IMG 3. In this way, according to the gating camera 20, it is possible to separate and shoot an object for each range.
  • FIG. 4 is a perspective view of an automobile 300 equipped with a gating camera 20.
  • the automobile 300 includes left and right headlamps 302L and 302R.
  • the lighting device 22 of the gating camera 20 is divided into lighting units 400L and 400R built in the left and right headlamps 302L and 302R, respectively, and the emitted light of each of the lighting units 400L and 400R is combined. And the light distribution of the illumination light is formed.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the headlamps 302L and 302R.
  • the camera unit 308 corresponding to the image sensor 24 of the gating camera 20 is arranged at a position where both the traveling lane of the own vehicle and the oncoming lane can be seen.
  • the camera unit 308 is built in one of the headlamps 302L and 302R (in this example, the headlamp 302R).
  • the camera unit 308 is built into the right headlamp 302R, and for vehicles used in right-handed countries / regions, the camera unit 308 is the left head. It may be built in the lamp 302L.
  • the camera unit 308 may be provided outside the headlamp 302.
  • the camera unit 308 may be arranged inside the vehicle, for example, at the position of a rear-view mirror, or may be provided outside the vehicle, for example, on the front grill (radiator grill).
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the headlamp 302.
  • the headlamp 302 includes a high beam / low beam light source 304, a camera unit 308, an outer lens 310, an extension 312, a lamp body 314, and a lamp unit 320.
  • the lamp unit 320 is provided on the back side of the extension 312.
  • the extension 312 is provided with an opening 313 so that the emitted light of the lamp unit 320 can pass through.
  • the lighting unit 320 includes a clearance lamp (front position lamp) 320, which is a white lamp, and a lighting unit 400 of a gating camera, and is modularized.
  • FIG. 7 is a plan view of the headlamp 302R.
  • the emission surface 422 of the light guide 420 follows the shape of the headlamp 302R, and the light guide 420 is arranged at an angle with respect to a surface orthogonal to the traveling direction of the vehicle.
  • the near-infrared light source 410 is arranged on the outside of the vehicle inside the headlamp 302 with its optical axis directed toward the center of the vehicle.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the lamp unit 320.
  • the lighting unit 320 includes a lighting unit 400, a clearance lamp 330, a printed circuit board 340, a heat sink 342, and a base 350.
  • the lamp unit 320 is for the headlamp 302R on the right side, and the headlamp 302L on the left side has a left-right inverted structure.
  • the lighting unit 400 includes a near-infrared light source 410 and a light guide 420.
  • the near-infrared light source 410 is a near-infrared semiconductor laser (laser diode).
  • the near-infrared light source 410 may be a high-output LED (light emitting diode).
  • the light guide body 420 receives a near-infrared beam, which is the emission light of the near-infrared light source 410, on its incoming surface 421, and emits illumination light having a predetermined light distribution from the emission surface 422 to the front of the lamp.
  • the clearance lamp 330 includes a white light source 332 and a light guide body 334.
  • the white light source 332 is a white LED (light emitting diode).
  • the light guide body 334 receives the emitted light of the white light source 332 on its end face. The white light is reflected inside the light guide 334 and emitted in front of the lamp.
  • the light guide body 420 of the lighting unit 400 has a back surface 424 facing the injection surface 422.
  • the light guide body 420 is arranged so that the back surface 424 faces the surface 336 of the light guide body 334, which is the light emitting surface of the clearance lamp 330.
  • the light guide body 420 emits the emitted light of the clearance lamp 330 received on the back surface 424 from the emission surface 422 to the front of the vehicle.
  • the near-infrared light source 410 and the white light source 332 are mounted on a common printed circuit board 340.
  • a heat sink 342 is attached to the printed circuit board 340.
  • FIG. 9 (a) is a perspective view of the lighting unit 400
  • FIG. 9 (b) is a plan view of the lighting unit 400.
  • a plurality of steps 426 separated in the optical axis direction of the near-infrared light source 410 are provided on the back surface 424 of the light guide body 420, and the step 426 is formed so as to be inclined with respect to the optical axis.
  • the tilt angle of each step 426 is designed so that the light reflected by its surface is directed in the direction of travel of the vehicle.
  • a metal such as aluminum may be vapor-deposited in order to increase the reflectance.
  • the portion of the back surface 424 other than step 426 is substantially parallel to the optical axis.
  • the emitted light L1 of the near-infrared light source 410 propagates inside the light guide body 420 in the optical axis direction (X direction in the figure), is reflected in step 426 of the back surface 424, and is directed from the emission surface 422 to the front of the lamp. It is ejected in the (Z direction).
  • a typical ray of the infrared beam emitted from the near-infrared light source 410 is shown by a alternate long and short dash line.
  • the emitted light L3 of the clearance lamp 330 on the back surface of the light guide body 420 is shown by a broken line.
  • the configuration of the headlamp 302. According to this head lamp 302, by configuring the optical system of the lighting device of the gating camera with the light guide body 420, the shape and size of the lighting unit 400 are larger than those in the case of using the lens optical system and the reflected optical system. The degree of freedom is increased, and the lamp can be housed in the housing of the head lamp without impairing the function of the existing lamp.
  • the light guide body When the light guide body transmits white light, the light guide body itself glows white due to internal reflection and diffusion, and is visually recognized. Therefore, in the past, the light guide was sometimes used as a clearance lamp, but it was difficult to use it for a lamp intended to irradiate an object such as a low beam or a high beam. In this respect, in the present embodiment, by using the illumination light for the active sensor as infrared light, even if a light guide body is adopted for the optical system for forming the light distribution of the illumination light, the light is visually recognized as white. There is no such thing.
  • the clearance lamp 330 behind the lighting unit 400 that generates the near-infrared illumination light, the near-infrared spectral component contained in the illumination light is cleared.
  • the white light emitted by the lamp 330 it is possible to prevent the lamp 330 from being visually recognized as red.
  • the light distribution spread in the horizontal direction can be formed, and the entire horizontal field of view of the image sensor can be formed. Can be covered.
  • FIG. 10 (a) and 10 (b) are diagrams showing simulation results of the light distribution pattern of the lighting unit 400 according to the first embodiment.
  • FIG. 10A shows the luminosity distribution on the virtual vertical screen
  • FIG. 10B shows the luminosity distribution in the vertical direction.
  • the range of ⁇ 10 ° in the horizontal direction and ⁇ 7 ° in the vertical direction is the half width of the illumination light.
  • 11 (a) and 11 (b) are diagrams illustrating the causes of occurrence of a plurality of peaks in the light distribution.
  • the present inventor has recognized that one of the causes of the occurrence of a plurality of peaks is the reflection on the upper surface and the bottom surface in the light guide 420. In the following, some modifications for improving the luminosity distribution in the vertical direction will be described.
  • Modification 1 12 (a) and 12 (b) are views showing the light guide body 420A according to the first modification.
  • the sagittal plane (YZ cross section) of the light guide body 420A is reversely tapered toward the front of the vehicle, and the distance between the upper surface 428 and the bottom surface 429 is as far away as the front of the vehicle (the distance between the upper surface 428 and the bottom surface 429).
  • Feature 1 the injection surface 422 of the light guide body 420A has a curvature in the vertical direction (feature 2). In this example, the injection surface 422 has a positive curvature.
  • FIG. 12B shows the optical path in the light guide body 420A.
  • the taper angle of the light guide 420A is larger than the vertical spread angle of the infrared beam, the reflection on the top surface 428 and the bottom surface 429 can theoretically be eliminated.
  • the present invention is not limited to this, and the taper angle may be smaller than the spread angle of the beam, and even in this case, the effect of suppressing the generation of a plurality of peaks can be obtained.
  • the vertical spread angle of the emitted illumination light that is, the irradiation range can be controlled according to the curvature of the emission surface 422 of the light guide body 420A.
  • 13 (a) and 13 (b) are diagrams showing simulation results of a light distribution pattern when the light guide body according to the first modification is used.
  • 13 (a) shows the luminosity distribution on the virtual vertical screen
  • FIG. 10 (b) shows the luminosity distribution in the vertical direction.
  • the luminosity distribution in the vertical direction can be made into a single peak. This is the effect of reverse tapering the light guide body 420A.
  • Modification 2 14 (a) and 14 (b) are views showing the light guide body 420B according to the second modification.
  • the absorbent materials 430 and 432 are attached to at least one of the upper surface 428 and the bottom surface 429 (both in this example) of the light guide body 420B (feature 3).
  • the absorbent materials 430 and 432 are materials that absorb the wavelength band of the near-infrared beam, and the type thereof is not limited.
  • 15 (a) and 15 (b) are diagrams showing the simulation results of the light amount distribution in the vertical direction in the modified example 2. For comparison, the light intensity distribution without the absorber is shown. When there is no absorbent material, it is divided into three peaks, but by attaching the absorbent material, the reflected light on the upper surface 428 and the bottom surface 429 of the light guide body 420B can be reduced, and a plurality of peaks can be obtained. Can be suppressed.
  • (Modification 3) 16 (a) and 16 (b) are views showing the light guide body 420C according to the third modification.
  • the light entry surface 421 of the light guide body 420C has a curvature in the horizontal direction (feature 4).
  • the incoming light surface 421 is a convex surface, and the emitted beam having a spreading angle is brought close to parallel light.
  • the horizontal light distribution of the illumination light emitted from the emission surface 422 of the light guide body 420C can be controlled according to the curvature of the light entry surface 421.
  • FIG. 17 is a diagram showing a light guide body 420D according to the modified example 4.
  • the light entry surface 421 of the light guide body 420D has a curvature in the vertical direction (feature 5).
  • the incoming light surface 421 is a convex surface, and the emitted beam having a spreading angle is brought close to parallel light.
  • the vertical light distribution of the illumination light emitted from the emission surface 422 of the light guide body 420D can be controlled according to the curvature of the entrance surface. Further, since the horizontal spread of the infrared light after the reflection in step 426 is suppressed, it is possible to suppress the incident on the upper surface and the bottom surface of the light guide body.
  • the lighting device of the gating camera has been described, but the application of the present invention is not limited to this, and the lighting device of various active sensors can be applied.
  • the light guide body of the lighting unit 400 is arranged in front of the clearance lamp 330, but the type of the white light source is not limited to the clearance lamp 330, and a low beam lamp, an ADB (Adaptive Driving Beam) lamp, and a daytime lamp are used. It may be placed in front of the running lamps (DRL: Daytime Running Lamps).
  • DRL Daytime Running Lamps
  • FIGS. 18 (a) and 18 (b) are front views schematically showing the layout of the lighting unit 400.
  • the near-infrared light source 410 is arranged on the outside of the vehicle inside the headlamp 302 with its optical axis directed toward the center of the vehicle.
  • the near-infrared light source 410 is arranged on the vehicle center side inside the headlamp 302 with its optical axis directed toward the outside of the vehicle.
  • the lighting unit 400 corresponds to the lighting device 22 of FIG.
  • the illumination light emitted by the illumination unit 400 is near-infrared light or mid-infrared light, but in the second embodiment, visible light having a predetermined wavelength may be used.
  • FIG. 19 is an exploded perspective view of the headlamp 302 according to the second embodiment.
  • the headlamp 302 includes a high beam / low beam light source 304, a camera unit 308, an outer lens 310, an extension 312, a lamp body 314, and a lighting unit 400.
  • the lighting unit 400 is provided on the back side of the extension 312.
  • the extension 312 is provided with an opening 313 so that the emitted light of the lighting unit 400 can pass through.
  • the position of the lighting unit 400 is not particularly limited, but may be provided, for example, in the lower part of the headlamp 302.
  • FIG. 20 is an exploded perspective view of the lighting unit 400.
  • the illumination unit 400 includes a plurality of laser diodes 402_1 to 402_N, a heat sink 404, a housing 406, a plurality of condenser lenses 440_1 to 440_N, and a fly-eye lens 450.
  • N 6.
  • a plurality of laser diodes 402_1 to 402_N are arranged side by side in the horizontal direction (X direction in the figure).
  • the laser diode 402 emits an emitted beam having a certain spread angle.
  • the heat sink 404 supports a plurality of laser diodes 402 from the back surface side.
  • the heat sink 404 and the laser diode 402 are thermally coupled, and the heat of the laser diode 402 is diffused and radiated through the heat sink 404.
  • the plurality of condenser lenses 440_1 to 440_N are provided corresponding to the plurality of laser diodes 402_1 to 402_N.
  • Each condenser lens 440_i (1 ⁇ i ⁇ N) is provided on the optical path of the emitted beam of one 402_i corresponding to the plurality of laser diodes, and emits the emitted beam close to the parallel light.
  • Each condenser lens 440 has different focal lengths in the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction).
  • the plurality of condenser lenses 440_1 to 440_N are integrally formed as one lens unit 409.
  • FIG. 21A is a diagram showing a configuration example of the condenser lens 440.
  • the condenser lens 440 is composed of two cylindrical lenses 440a and 440b whose power directions are orthogonal to each other.
  • the cylindrical lens 440a on the laser diode 402 side, which is a light source, has a power direction in the horizontal direction (X direction), and the cylindrical lens 440b on the emission surface side has a power direction in the vertical direction (Y direction).
  • the fly-eye lens 450 diffuses the emitted light of the plurality of condenser lenses 440_1 to 440_N.
  • FIG. 21B is a perspective view of the fly-eye lens 450.
  • the fly-eye lens 450 is also referred to as a diffuse illumination element, and is an imaging element in which the same single lens 452 is arranged in a matrix.
  • FIG. 22 (a) is a cross-sectional view of the lighting unit 400
  • FIG. 22 (b) is an external perspective view of the lighting unit 400.
  • the housing 406 has two facing surfaces open, the heat sink 404 is fixed to one opening side, and the lens unit 409 and the fly-eye lens 450 are fixed to the other opening side.
  • FIG. 23 (a) and 23 (b) are ray diagrams of the lighting unit 400.
  • FIG. 23 (a) is a ray diagram of the XZ plane
  • FIG. 23 (b) is a ray diagram of the YZ plane.
  • the condenser lens 440 has the first power in the horizontal direction, and the emitted beam of the laser diode 402 is brought closer to the parallel light in the horizontal direction.
  • the emitted light of the fly-eye lens 450 is radiated in an angle range of ⁇ ⁇ (°) with respect to the horizontal direction.
  • the condenser lens 440 has a second power in the vertical direction, and the emitted beam of the laser diode 402 is brought closer to the parallel light also in the vertical direction.
  • the emitted light of the fly-eye lens 450 is radiated in an angle range of ⁇ ⁇ in the vertical direction.
  • the horizontal spread angle ⁇ is parameterized by the first power (focal length) of the condenser lens 440, the distance between the laser diode 402 and the condenser lens 440, and the power (focal length) of the single lens 452 constituting the fly-eye lens 450.
  • the spread angle ⁇ in the vertical direction can be designed with the second power of the condenser lens 440, the distance between the laser diode 402 and the condenser lens 440, and the power of the single lens 452 constituting the fly-eye lens 450 as parameters. ..
  • FIG. 24 is a diagram showing the brightness distribution (simulation result) of the emitted beam of the lighting unit 400.
  • the lighting unit 400 an appropriate light distribution can be formed by combining a condenser lens and a fly-eye lens.
  • the lighting unit 400 is classified into laser class 1, and the ratio (AE / AE) of the exposure radiation dose (AE) to the exposure radiation limit (AEL) is required to be less than 1.
  • the laser safety standard of laser class 1 can be satisfied.
  • This disclosure can be used for active sensors.

Abstract

車両用灯具は、クリアランスランプ（３３０）とアクティブセンサ用の照明ユニット（４００）を備える。照明ユニット（４００）は、近赤外光源（４１０）と導光体（４２０）を備える。導光体（４２０）は、近赤外光源（４１０）の出射光を受け、所定の配光を有する照明光を射出面（４２２）から射出する。導光体（４２０）は、その背面（４２４）がクリアランスランプ（３３０）の発光面と対向するように配置され、背面（４２４）に受けたクリアランスランプ（３３０）の出射光を射出面（４２２）から射出する。

Description

車両用灯具、アクティブセンサ用の照明装置、ゲーティングカメラ
　本発明は、アクティブセンサに関する。
　自動運転やヘッドランプの配光の自動制御のために、車両の周囲に存在する物体の位置および種類をセンシングする物体識別システムが利用される。物体識別システムは、センサと、センサの出力を解析する演算処理装置を含む。センサは、カメラ、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）、ミリ波レーダ、超音波ソナー、アクティブセンサなどの中から、用途、要求精度やコストを考慮して選択される。
　一般的な単眼のカメラからは、奥行きの情報を得ることができない。したがって、異なる距離に位置する複数の物体が重なっている場合に、それらを分離することが難しい。
　奥行き情報が得られるカメラとして、ＴＯＦカメラが知られている。ＴＯＦ（Time Of Flight）カメラは、発光デバイスによって赤外光を投光し、反射光がイメージセンサに戻ってくるまでの飛行時間を測定し、飛行時間を距離情報に変換したＴＯＦ画像を得るものである。
　ＴＯＦカメラに代わるアクティブセンサとして、ゲーティングカメラ（Gating CameraあるいはGated Camera）が提案されている（特許文献１，２）。ゲーティングカメラは、撮影範囲を複数のレンジに区切り、レンジ毎に露光タイミングおよび露光時間を変化させて、撮像する。これにより、対象のレンジ毎にスライス画像が得られ、各スライス画像は対応するレンジに含まれる物体のみを含む。
特開２００９－２５７９８３号公報 国際公開ＷＯ２０１７／１１０４１３Ａ１
１．　　アクティブセンサの照明装置として、近赤外光を用いる場合、そのスペクトルの一部が、人間の目に赤色として認識されてしまうため、それを対策せずにヘッドランプに搭載すると、法規に反することとなる。
　本開示のある態様は係る状況においてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、法規を満たす車両用灯具の提供にある。
２．　本発明者らは、アクティブセンサの照明装置を、車両用灯具に内蔵することを検討した。
　車両用灯具には、既存のロービーム、ハイビーム、ポジションランプ（クリアランスランプ）や方向指示器が存在する。アクティブセンサ用の照明装置は、アクティブセンサのイメージセンサの視野をカバーする配光が要求される一方で、既存のランプの機能を損なわないように配置する必要があり、サイズや形状の制約がある。
　本開示のある態様は係る状況においてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、アクティブセンサ用の照明装置を内蔵した車両用灯具の提供にある。
　アクティブセンサの照明装置として、レーザダイオードを用いる場合、視野に適切な配光を形成しつつ、レーザ安全規格を満たす必要がある。
　本開示のある態様は係る状況においてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、適切な配光と、レーザ安全規格を両立可能な照明装置の提供にある。
１．　本開示のある態様に係る車両用灯具は、白色ランプと、アクティブセンサ用の照明装置と、を備える。照明装置は、近赤外光源と、近赤外光源の出射光を受け、所定の配光を有する照明光を射出面から射出する導光体と、を備える。導光体は、その背面が白色ランプの発光面と対向するように配置され、背面に受けた白色ランプの出射光を射出面から射出する。
２．　本開示のある態様に係る車両用灯具は、アクティブセンサ用の照明装置を備える。照明装置は、赤外光ビームを出射する半導体光源と、入光面に赤外光ビームを受け、射出面から所定の配光を有する照明光を射出する導光体と、を備える。
３．　本開示のある態様に係るアクティブセンサ用の照明装置は、複数のレーザダイオードと、それぞれが、複数のレーザダイオードの対応するひとつの出射ビームの光路上に設けられ、出射ビームを平行光に近づける、複数の集光レンズと、複数の集光レンズの出射光を拡散するフライアイレンズと、を備える。
　本開示のある態様によれば、法規を満たすことができる。本開示のある態様によれば、アクティブセンサ用の照明装置を内蔵した車両用灯具を提供できる。本開示のある態様によれば、適切な配光と、レーザ安全規格を両立できる。
実施形態１に係るセンシングシステムのブロック図である。 ゲーティングカメラの動作を説明する図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、ゲーティングカメラにより得られる画像を説明する図である。 ゲーティングカメラを備える自動車の斜視図である。 ヘッドランプの構成を示す図である。 実施形態１に係るヘッドランプの分解斜視図である。 図６のヘッドランプの平面図である。 灯具ユニットの分解斜視図である。 図９（ａ）は、照明ユニットの斜視図であり、図９（ｂ）は、照明ユニットの平面図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る照明ユニットの配光パターンのシミュレーション結果を示す図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、配光内の複数のピークの発生原因を説明する図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、変形例１に係る導光体を示す図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、変形例１に係る導光体を用いたときの配光パターンのシミュレーション結果を示す図である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、変形例２に係る導光体を示す図である。 図１５（ａ）、（ｂ）は、変形例２における垂直方向の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。 図１６（ａ）、（ｂ）は、変形例３に係る導光体を示す図である。 変形例４に係る導光体を示す図である。 図１８（ａ）、（ｂ）は、照明ユニットのレイアウトを模式的に示す正面図である。 実施形態２に係るヘッドランプの分解斜視図である。 図１９の照明ユニットの分解斜視図である。 図２１（ａ）は、集光レンズの構成例を示す図であり、図２１（ｂ）は、フライアイレンズの斜視図である。 図２２（ａ）は、照明ユニットの断面図であり、図２２（ｂ）は、照明ユニットの外観斜視図である。 図２３（ａ）、（ｂ）は、照明ユニットの光線図である。 照明ユニットの出射ビームの輝度分布（シミュレーション結果）を示す図である。
　本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
１．　一実施形態に係る車両用灯具は、白色ランプと、アクティブセンサ用の照明装置と、を備える。照明装置は、近赤外光源と、近赤外光源の出射光を受け、所定の配光を有する照明光を射出面から射出する導光体と、を備える。導光体は、その背面が白色ランプの発光面と対向するように配置され、背面に受けた白色ランプの出射光を射出面から射出する。
　この構成によると、近赤外光が白色光と重なって射出されるため、赤く視認されるのを防止でき、法規を満たすことができる。
　一実施形態において、白色ランプはクリアランスランプであってもよい。クリアランスランプは、ヘッドランプにおいてその意匠を印象づける重要な役割を果たすところ、クリアランスランプとアクティブセンサ用の部材を重ねて配置することにより、ヘッドランプの意匠を損なわずに、アクティブセンサの照明の機能を付加できる。
　一実施形態において、導光体の背面には、近赤外光源の光軸方向に離間する複数のステップが設けられてもよい。
　一実施形態において、白色ランプは、白色光源と、白色光源の白色光を導波する導光体と、を含んでもよい。白色光源と近赤外光源は同一基板に実装されてもよい。これにより、白色光源と近赤外光源やそれらの駆動回路を、ヘッドランプ内の１箇所に集約することができる。
　一実施形態において、照明装置と白色ランプはモジュール化されていてもよい。
２．　一実施形態に係る車両用灯具は、アクティブセンサ用の照明装置を備える。照明装置は、赤外光ビームを出射する半導体光源と、入光面に赤外光ビームを受け、射出面から所定の配光を有する照明光を射出する導光体と、を備える。
　導光体を用いることで、レンズ光学系や反射光学系を用いた場合に比べて、照明装置の形状や大きさの自由度が高まり、既存ランプの機能を損なうことなく、ヘッドランプの筐体内に収容することが可能となる。
　なお、導光体は、白色光を透過させると、内部反射や拡散によって、導光体自体が白く光って視認される。そのため、従来において導光体はクリアランスランプのように外部から視認されることを目的としたランプに利用されることはあったが、ロービームやハイビームのように、物体を照射することを目的としたランプに採用することは難しかった。この点において、アクティブセンサ用の照明光を赤外光とすることで、照明光の配光形成のための光学系に導光体を採用しても、白く光って視認されることはない。
　一実施形態において、導光体の背面には、半導体光源の光軸方向に離間する複数のステップ（反射パターン）が設けられていてもよい。複数のステップによる反射を利用することで、車両前方に、水平方向に広がった照明光の配光を形成することができ、イメージセンサの水平方向の視野全体をカバーできる。
　一実施形態において、導光体の射出面は、鉛直方向に曲率を有してもよい。これにより、導光体の射出面から射出される照明光の鉛直方向の配光を曲率に応じて制御できる。
　一実施形態において、導光体の矢状面は、車両前方に向かって、逆テーパーしていてもよい。導光体の上面および底面において赤外線ビームが反射すると、配光の光度分布が垂直方向に複数のピークを有するところ、逆テーパーを設けることで、導光体の上面および底面における反射を抑制でき、複数のピークの発生を抑制できる。
　一実施形態において、導光体の上面および底面の少なくとも一方に貼り付けられ、赤外光ビームを吸収する吸収材をさらに備えてもよい。これにより、導光体の上面および底面における反射光を減らすことができ、複数のピークの発生を抑制できる。
　一実施形態において、導光体の入光面は、水平方向に曲率を有してもよい。曲率を、導光体の内部の赤外線ビームが平行光（コリメート光）に近づくように設計することにより、赤外線ビームが導光体の射出面で全反射するのを防止できる。あるいは、導光体の射出面から射出される照明光の水平方向の配光を入光面の曲率に応じて制御できる。
　一実施形態において、半導体光源は、車両用灯具内の車両外側に、その光軸を車両中央に向けて配置されてもよい。
　一実施形態において、半導体光源は、車両用灯具内の車両中央側に、その光軸を車両外側に向けて配置されてもよい。
　一実施形態において、車両用灯具は、照明装置とともにゲーティングカメラを構成するイメージセンサをさらに備えてもよい。
３．　一実施形態に係るアクティブセンサ用の照明装置は、複数のレーザダイオードと、それぞれが、複数のレーザダイオードの対応するひとつの出射ビームの光路上に設けられ、出射ビームを平行光に近づける、複数の集光レンズと、複数の集光レンズの出射光を拡散するフライアイレンズと、を備える。
　この構成によれば、集光レンズとフライアイレンズの組み合わせにより、適切な配光を形成しつつ、発光面内で局所的に輝度が高い部分をなくすことができ、レーザ安全規格を満たすことができる。
　一実施形態において、複数のレーザダイオードは、水平方向に並べて配置されてもよい。
　一実施形態において、複数の集光レンズはそれぞれ、水平方向と垂直方向とで異なるパワーを有してもよい。
　一実施形態において、複数の集光レンズは、一体形成されてもよい。これにより組み立てが容易となる。
　以下、好適な実施形態について、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、開示および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、必ずしも開示および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に係るセンシングシステム１０のブロック図である。このセンシングシステム１０は、自動車やバイクなどの車両に搭載され、車両の周囲に存在する物体ＯＢＪを検出する。
　センシングシステム１０は、主としてゲーティングカメラ２０を備える。ゲーティングカメラ２０は、照明装置２２、イメージセンサ２４、カメラコントローラ２６、画像処理装置２８を含む。ゲーティングカメラ２０による撮像は、視野を奥行き方向について複数Ｎ個（Ｎ≧２）のレンジＲＮＧ１～ＲＮＧＮに区切って行われる。隣接するレンジ同士は、それらの境界において奥行き方向にオーバーラップしてもよい。
　照明装置（投光器）２２は、カメラコントローラ２６から与えられる発光タイミング信号Ｓ１と同期して、照明光Ｌ１を車両前方に照射する。本実施形態において、照明光Ｌ１は近赤外光あるいは中赤外光である。
　イメージセンサ２４は、複数の画素を含み、カメラコントローラ２６から与えられる露光タイミング信号Ｓ２と同期した露光制御が可能であり、複数の画素からなるスライス画像ＩＭＧを生成する。イメージセンサ２４は、照明光Ｌ１と同じ波長に感度を有しており、物体ＯＢＪが反射した反射光（戻り光）Ｌ２を撮影する。ｉ番目のレンジＲＮＧｉに関してイメージセンサ２４が生成するスライス画像ＩＭＧは、必要に応じて、生画像あるいは一次画像と称して、ゲーティングカメラ２０の最終的な出力であるスライス画像ＩＭＧｓと区別する。
　カメラコントローラ２６は、レンジＲＮＧごとに、発光タイミング信号Ｓ１と露光タイミング信号Ｓ２を変化させて、照明装置２２による発光と、イメージセンサ２４の露光の時間差を変化させる。発光タイミング信号Ｓ１は、発光開始のタイミングと発光時間を規定する。露光タイミング信号Ｓ２は、露光開始のタイミング（発光との時間差）と、露光時間を規定する。
　ゲーティングカメラ２０は、複数のレンジＲＮＧ１～ＲＮＧＮに対応する複数のスライス画像ＩＭＧ１～ＩＭＧＮを生成する。ｉ番目のスライス画像ＩＭＧｉには、対応するレンジＲＮＧｉに含まれる物体のみが写ることとなる。
　画像処理装置２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）、マイコン、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサ（ハードウェア）と、プロセッサ（ハードウェア）が実行するソフトウェアプログラムの組み合わせで実装することができる。画像処理装置２８はハードウェアのみで構成してもよい。画像処理装置２８は、イメージセンサ２４の生成する画像を処理し、最終的なスライス画像を出力する。なお、イメージセンサ２４の出力をそのままスライス画像として用いる場合、画像処理装置２８は省略することができる。
　図２は、ゲーティングカメラ２０の動作を説明する図である。図２にはｉ番目のレンジＲＮＧｉを興味レンジ（ＲＯＩ：Range Of Interest）としてセンシングするときの様子が示される。照明装置２２は、発光タイミング信号Ｓ１と同期して、時刻ｔ０～ｔ１の間の発光期間τ１の間、発光する。最上段には、横軸に時間、縦軸に距離をとった光線のダイアグラムが示される。ゲーティングカメラ２０から、レンジＲＮＧｉの手前の境界までの距離をｄＭＩＮｉ、レンジＲＮＧｉの奥側の境界までの距離をｄＭＡＸｉとする。
　ある時刻に照明装置２２を出発した光が、距離ｄＭＩＮｉに到達してその反射光がイメージセンサ２４に戻ってくるまでのラウンドトリップ時間ＴＭＩＮｉは、
　ＴＭＩＮｉ＝２×ｄＭＩＮｉ／ｃ
である。ｃは光速である。
　同様に、ある時刻に照明装置２２を出発した光が、距離ｄＭＡＸｉに到達してその反射光がイメージセンサ２４に戻ってくるまでのラウンドトリップ時間ＴＭＡＸｉは、
　ＴＭＡＸｉ＝２×ｄＭＡＸｉ／ｃ
である。
　レンジＲＮＧｉに含まれる物体ＯＢＪのみを撮影したいとき、カメラコントローラ２６は、時刻ｔ２＝ｔ０＋ＴＭＩＮｉに露光を開始し、時刻ｔ３＝ｔ１＋ＴＭＡＸｉに露光を終了するように、露光タイミング信号Ｓ２を生成する。これが１回の露光動作である。
ｉ番目のレンジＲＮＧｉを撮影する際に、発光および露光を複数セット、行ってもよい。この場合、カメラコントローラ２６は、所定の周期τ２で、上述の照射と露光の動作のセットを複数回にわたり繰り返せばよい。イメージセンサ２４は、複数回の露光によって積算されたスライス画像を出力する。
　本実施の形態において、露出（スライス画像内の物体像の輝度値）がレンジごとにばらつかないように、ゲーティングカメラ２０は、レンジ毎に、シャッタースピード（露光時間）、露光回数、感度、照明光の照射強度など（撮影パラメータ）が最適化されている。
　図３（ａ）、（ｂ）は、ゲーティングカメラ２０により得られる画像を説明する図である。図３（ａ）の例では、レンジＲＮＧ２に物体（歩行者）ＯＢＪ２が存在し、レンジＲＮＧ３に物体（車両）ＯＢＪ３が存在している。図３（ｂ）には、図３（ａ）の状況で得られる複数のスライス画像ＩＭＧ１～ＩＭＧ３が示される。スライス画像ＩＭＧ１を撮影するとき、イメージセンサはレンジＲＮＧ１からの反射光のみにより露光されるため、スライス画像ＩＭＧ１にはいかなる物体像も写らない。
　スライス画像ＩＭＧ２を撮影するとき、イメージセンサはレンジＲＮＧ２からの反射光のみにより露光されるため、スライス画像ＩＭＧ２には、物体像ＯＢＪ２のみが写る。同様にスライス画像ＩＭＧ３を撮影するとき、イメージセンサはレンジＲＮＧ３からの反射光のみにより露光されるため、スライス画像ＩＭＧ３には、物体像ＯＢＪ３のみが写る。このようにゲーティングカメラ２０によれば、レンジ毎に物体を分離して撮影することができる。
　続いて、照明装置２２の構成について説明する。図４は、ゲーティングカメラ２０を備える自動車３００の斜視図である。自動車３００は、左右のヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒを備える。本実施形態において、ゲーティングカメラ２０の照明装置２２は、左右のヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒそれぞれに内蔵される照明ユニット４００Ｌ,４００Ｒに分割して構成され、照明ユニット４００Ｌ,４００Ｒそれぞれの出射光が合成され、照明光の配光が形成される。
　図５は、ヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒの構成を示す図である。ヘッドランプ３０２＃（＃＝Ｌ，Ｒ）には、ハイビーム／ロービーム光源３０４や、ターンシグナルランプ３０６に加えて、照明ユニット４００＃が内蔵される。
　ゲーティングカメラ２０のイメージセンサ２４に対応するカメラユニット３０８は、自車の走行車線と、対向車線の両方を視野に入れることができる位置に配置される。たとえばカメラユニット３０８は、ヘッドランプ３０２Ｌ，３０２Ｒの一方（この例ではヘッドランプ３０２Ｒ）に内蔵される。左側通行の国や地域で使用される車両に関しては、カメラユニット３０８は、右側のヘッドランプ３０２Ｒに内蔵し、右側通行の国や地域で使用される車両に関しては、カメラユニット３０８は、左側のヘッドランプ３０２Ｌに内蔵してもよい。
　なおカメラユニット３０８は、ヘッドランプ３０２の外側に設けてもよい。たとえば、カメラユニット３０８は、車室内、たとえばルームミラーの位置に配置してもよいし、車室外、たとえばフロントグリル（ラジエータグリル）に設けてもよい。
　図６は、ヘッドランプ３０２の分解斜視図である。ヘッドランプ３０２は、ハイビーム／ロービーム光源３０４、カメラユニット３０８、アウターレンズ３１０、エクステンション３１２、ランプボディ３１４および灯具ユニット３２０を備える。灯具ユニット３２０は、エクステンション３１２の裏側に設けられる。エクステンション３１２には、灯具ユニット３２０の出射光が通過できるように開口３１３が設けられる。
　灯具ユニット３２０は、白色ランプであるクリアランスランプ（フロントポジションランプ）３２０と、ゲーティングカメラの照明ユニット４００を備え、モジュール化されている。
　図７は、ヘッドランプ３０２Ｒの平面図である。この例では、導光体４２０の射出面４２２は、ヘッドランプ３０２Ｒの形状に沿っており、導光体４２０は、車両の進行方向と直交する面に対して傾けて配置される。近赤外光源４１０は、ヘッドランプ３０２の内部の車両外側に、その光軸を車両中央に向けて配置される。
　図８は、灯具ユニット３２０の分解斜視図である。灯具ユニット３２０は、照明ユニット４００、クリアランスランプ３３０、プリント基板３４０、ヒートシンク３４２、ベース３５０を備える。この灯具ユニット３２０は、右側のヘッドランプ３０２Ｒ用であり、左側のヘッドランプ３０２Ｌ用は、左右反転した構造を有する。
　照明ユニット４００は、近赤外光源４１０および導光体４２０を備える。近赤外光源４１０は、近赤外の半導体レーザ（レーザダイオード）である。なお、近赤外光源４１０は、高出力のＬＥＤ（発光ダイオード）であってもよい。導光体４２０は、その入光面４２１に近赤外光源４１０の出射光である近赤外ビームを受け、所定の配光を有する照明光を射出面４２２から灯具前方に射出する。
　クリアランスランプ３３０は、白色光源３３２および導光体３３４を備える。白色光源３３２は、白色のＬＥＤ（発光ダイオード）である。導光体３３４は、その端面に白色光源３３２の出射光を受ける。白色光は、導光体３３４の内部で反射され、灯具前方に射出される。
　照明ユニット４００の導光体４２０は、射出面４２２と対向する背面４２４を有する。導光体４２０は、背面４２４が、クリアランスランプ３３０の発光面である導光体３３４の表面３３６と対向するように配置される。導光体４２０は、その背面４２４に受けたクリアランスランプ３３０の出射光を、射出面４２２から車両前方に射出する。
　この構成において、近赤外光源４１０と白色光源３３２は、共通のプリント基板３４０上に実装される。またプリント基板３４０には、ヒートシンク３４２が取り付けられる。
　図９（ａ）は、照明ユニット４００の斜視図であり、図９（ｂ）は、照明ユニット４００の平面図である。
　導光体４２０の背面４２４には、近赤外光源４１０の光軸方向に離間する複数のステップ４２６が設けられており、ステップ４２６は、光軸に対して、傾斜して形成される。各ステップ４２６の傾斜角は、その表面で反射した光が、車両の進行方向に向かうように設計される。なお、ステップ４２６には、反射率を高めるために、アルミニウムなどの金属を蒸着してもよい。また背面４２４のうち、ステップ４２６以外の部分は、光軸と実質的に並行である。近赤外光源４１０の出射光Ｌ１は、導光体４２０の内部を光軸方向（図中、Ｘ方向）に伝搬し、背面４２４のステップ４２６において反射し、射出面４２２から、灯具前方の方向（Ｚ方向）に射出される。図９（ｂ）には、近赤外光源４１０から放射される赤外線ビームの代表的な光線が一点鎖線で示される。また図９（ｂ）には、導光体４２０の背面のクリアランスランプ３３０の出射光Ｌ３が破線で示される。
　以上がヘッドランプ３０２の構成である。このヘッドランプ３０２によれば、ゲーティングカメラの照明装置の光学系を導光体４２０で構成することにより、レンズ光学系や反射光学系を用いた場合に比べて、照明ユニット４００の形状や大きさの自由度が高まり、既存ランプの機能を損なうことなく、ヘッドランプの筐体内に収容することが可能となる。
　なお、導光体は、白色光を透過させると、内部反射や拡散によって、導光体自体が白く光って視認される。そのため従来において導光体は、クリアランスランプとして利用されることはあったが、ロービームやハイビームのように、物体を照射することを目的としたランプに採用することは難しかった。この点において、本実施形態では、アクティブセンサ用の照明光を赤外光とすることで、照明光の配光形成のための光学系に導光体を採用しても、白く光って視認されることはない。
　それに加えて、ヘッドランプ３０２によれば、近赤外の照明光を発生する照明ユニット４００の後ろに、クリアランスランプ３３０を配置することにより、照明光に含まれる近赤外のスペクトル成分が、クリアランスランプ３３０が出射する白色光と重なることにより、赤く視認されるのを防止できる。
　また、導光体４２０に設けた複数のステップ４２６による反射を利用して、配光を形成することにより、水平方向に広がった配光を形成することができ、イメージセンサの水平方向の視野全体をカバーできる。
　図１０（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る照明ユニット４００の配光パターンのシミュレーション結果を示す図である。図１０（ａ）は、仮想鉛直スクリーン上の光度分布を、図１０（ｂ）は、垂直方向の光度分布を示す。この構成では、水平方向に±１０°、垂直方向に±７°の範囲が、照明光の半値幅となる。
　図１０（ｂ）を参照すると、この配光では、垂直方向に２つのピークが現れている。図１１（ａ）、（ｂ）は、配光内の複数のピークの発生原因を説明する図である。本発明者は、複数のピークが発生する一因が、導光体４２０内の上面や底面における反射に起因するものであることを認識した。以下では、垂直方向の光度分布を改善するためのいくつかの変形例を説明する。
（変形例１）
　図１２（ａ）、（ｂ）は、変形例１に係る導光体４２０Ａを示す図である。この変形例１において、導光体４２０Ａの矢状面（Ｙ－Ｚ断面）は、車両前方に向かって、逆テーパーしており、上面４２８と底面４２９の距離は、車両前方ほど離れている（特徴１）。また、導光体４２０Ａの射出面４２２は、鉛直方向に曲率を有している（特徴２）。この例では射出面４２２は正の曲率を有している。
　図１２（ｂ）には、導光体４２０Ａにおける光路が示される。逆テーパーを設けることで、導光体４２０Ａの上面４２８および底面４２９における反射を抑制される。導光体４２０Ａのテーパー角が、赤外線ビームの垂直方向の広がり角より大きいときに、上面４２８と底面４２９における反射は理論上、無くすことができる。なお、本発明はこれに限定されず、テーパー角がビームの広がり角より小さくてもよく、この場合であっても、複数のピークの発生を抑制するという効果は得られる。
　また変形例１によれば、導光体４２０Ａの射出面４２２の曲率に応じて、射出される照明光の鉛直方向の広がり角、すなわち照射範囲を制御できる。
　図１３（ａ）、（ｂ）は、変形例１に係る導光体を用いたときの配光パターンのシミュレーション結果を示す図である。図１３（ａ）は、仮想鉛直スクリーン上の光度分布を、図１０（ｂ）は、垂直方向の光度分布を示す。図１３（ｂ）に示すように、変形例１によれば、垂直方向の光度分布をシングルピーク化できる。これは、導光体４２０Ａを逆テーパー化した効果である。
　また、変形例１では、垂直方向の照射範囲が±４°となっている。これは、射出面４２２に曲率（Ｒ＝３００ｍｍ）を付けたことの効果である。
（変形例２）
　図１４（ａ）、（ｂ）は、変形例２に係る導光体４２０Ｂを示す図である。この変形例において、導光体４２０Ｂの上面４２８および底面４２９の少なくとも一方（この例では両方）に、吸収材４３０，４３２が貼り付けられている（特徴３）。吸収材４３０，４３２の吸収率は高いほど好ましく、９０％以上が好適である。吸収材４３０，４３２は、近赤外ビームの波長帯域を吸収する材料であり、その種類は限定されない。
　図１５（ａ）、（ｂ）は、変形例２における垂直方向の光量分布のシミュレーション結果を示す図である。比較のために、吸収材なしの場合の光量分布を示す。吸収材無しの場合、３個のピークに分割しているのに対して、吸収材を貼り付けることにより、導光体４２０Ｂの上面４２８および底面４２９における反射光を減らすことができ、複数のピークの発生を抑制できる。
（変形例３）
　図１６（ａ）、（ｂ）は、変形例３に係る導光体４２０Ｃを示す図である。この変形例において、導光体４２０Ｃの入光面４２１は、水平方向に曲率を有する（特徴４）。この例では入光面４２１は凸面であり、広がり角を有する出射ビームを平行光に近づける。
　一点鎖線で示すように、導光体４２０の内部を、広がりを持った赤外線ビームが導波すると、射出面４２２において全反射し、効率の低下や、迷光、ゴーストの原因となる。これに対して、赤外線ビームを平行光に近づけることにより、射出面４２２における全反射を抑制し、効率の低下を抑制し、あるいは迷光、ゴーストを抑制できる。
　あるいは入光面４２１の曲率に応じて、導光体４２０Ｃの射出面４２２から射出される照明光の水平方向の配光を制御できる。
（変形例４）
　図１７は、変形例４に係る導光体４２０Ｄを示す図である。この変形例において、導光体４２０Ｄの入光面４２１は、鉛直方向に曲率を有する（特徴５）。この例では入光面４２１は凸面であり、広がり角を有する出射ビームを平行光に近づける。
　これにより、導光体４２０Ｄの射出面４２２から射出される照明光の鉛直方向の配光を入光面の曲率に応じて制御できる。また、ステップ４２６での反射後の赤外光の水平方向の広がりが抑制されるため、導光体の上面および底面に入射するのを抑制できる。
　なお、変形例１～４で説明した特徴１～５は任意に組み合わせることが可能である。
　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。
　実施形態では、ゲーティングカメラの照明装置について説明したが本発明の適用はそれに限定されず、さまざまなアクティブセンサの照明装置に適用可能である。
　実施形態では、照明ユニット４００の導光体を、クリアランスランプ３３０の前に配置したが、白色光源の種類はクリアランスランプ３３０には限定されず、ロービームランプやＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）ランプ、デイタイムランニングランプ（ＤＲＬ：Daytime Running Lamps）の前に配置してもよい。なお、導光体が赤く視認されない場合には、照明ユニット４００は、白色光源とは無関係な位置に配置することができる。
　図１８（ａ）、（ｂ）は、照明ユニット４００のレイアウトを模式的に示す正面図である。図１８（ａ）では、近赤外光源４１０は、ヘッドランプ３０２の内部の車両外側に、その光軸を車両中央に向けて配置される。図１８（ｂ）では、近赤外光源４１０は、ヘッドランプ３０２の内部の車両中央側に、その光軸を車両外側に向けて配置される。
（実施形態２）
　実施形態２では、照明ユニットの別の構成について説明する。
　照明ユニット４００は、図１の照明装置２２に対応する。実施形態１では、照明ユニット４００が照射する照明光は近赤外光あるいは中赤外光であったが、実施形態２では、所定の波長を有する可視光であってもよい。
　図１９は、実施形態２に係るヘッドランプ３０２の分解斜視図である。ヘッドランプ３０２は、ハイビーム／ロービーム光源３０４、カメラユニット３０８、アウターレンズ３１０、エクステンション３１２、ランプボディ３１４および照明ユニット４００を備える。照明ユニット４００は、エクステンション３１２の裏側に設けられる。エクステンション３１２には、照明ユニット４００の出射光が通過できるように開口３１３が設けられる。照明ユニット４００の位置は特に限定されないが、たとえばヘッドランプ３０２の下の方に設けてもよい。
　図２０は、照明ユニット４００の分解斜視図である。照明ユニット４００は、複数のレーザダイオード４０２＿１～４０２＿Ｎ、ヒートシンク４０４、筐体４０６、複数の集光レンズ４４０＿１～４４０＿Ｎ、フライアイレンズ４５０を備える。この例ではＮ＝６である。
　複数のレーザダイオード４０２＿１～４０２＿Ｎは、水平方向（図中、Ｘ方向）に並べて配置される。レーザダイオード４０２は、ある広がり角を持った出射ビームを放射する。
　ヒートシンク４０４は、複数のレーザダイオード４０２を裏面側から支持している。ヒートシンク４０４とレーザダイオード４０２は、熱的に結合しており、レーザダイオード４０２の熱は、ヒートシンク４０４を介して拡散、放射される。
　複数の集光レンズ４４０＿１～４４０＿Ｎは、複数のレーザダイオード４０２＿１～４０２＿Ｎに対応して設けられる。各集光レンズ４４０＿ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）は、複数のレーザダイオードの対応するひとつ４０２＿ｉの出射ビームの光路上に設けられ、出射ビームを平行光に近づけて出射する。
　各集光レンズ４４０は、水平方向（Ｘ方向）と垂直方向（Ｙ方向）で異なる焦点距離を有している。複数の集光レンズ４４０＿１～４４０＿Ｎは、１個のレンズユニット４０９として一体形成される。
　図２１（ａ）は、集光レンズ４４０の構成例を示す図である。集光レンズ４４０は、パワー方向が直交する２枚のシリンドリカルレンズ４４０ａ，４４０ｂの貼り合わせで構成される。光源であるレーザダイオード４０２側のシリンドリカルレンズ４４０ａは、水平方向（Ｘ方向）がパワー方向であり、出射面側のシリンドリカルレンズ４４０ｂは、垂直方向（Ｙ方向）がパワー方向である。
　図２０に戻る。フライアイレンズ４５０は、複数の集光レンズ４４０＿１～４４０＿Ｎの出射光を拡散する。図２１（ｂ）は、フライアイレンズ４５０の斜視図である。フライアイレンズ４５０は、拡散照明素子とも称され、同じ単レンズ４５２をマトリクス状に配置した結像素子である。
　図２２（ａ）は、照明ユニット４００の断面図であり、図２２（ｂ）は、照明ユニット４００の外観斜視図である。
　筐体４０６は、対向する二面が開口されており、一方の開口側に、ヒートシンク４０４が固定され、他方の開口側には、レンズユニット４０９およびフライアイレンズ４５０が固定される。
　以上が照明ユニット４００の構成である。続いてその動作を説明する。図２３（ａ）、（ｂ）は、照明ユニット４００の光線図である。図２３（ａ）は、Ｘ－Ｚ平面の光線図であり、図２３（ｂ）は、Ｙ－Ｚ平面の光線図である。図２３（ａ）に示すように、水平方向に関して、集光レンズ４４０は第１のパワーを有しており、レーザダイオード４０２の出射ビームは、水平方向に関して平行光に近づけられる。フライアイレンズ４５０の出射光は、水平方向に関して、±θ（°）の角度範囲に放射される。
　図２３（ｂ）に示すように、垂直方向に関して、集光レンズ４４０は第２のパワーを有しており、レーザダイオード４０２の出射ビームは、垂直方向に関しても平行光に近づけられる。フライアイレンズ４５０の出射光は、垂直方向に関して、±φの角度範囲に放射される。
　水平方向の広がり角θは、集光レンズ４４０の第１パワー（焦点距離）、レーザダイオード４０２と集光レンズ４４０の距離、フライアイレンズ４５０を構成する単レンズ４５２のパワー（焦点距離）をパラメータとして設計することができる。同様に垂直方向の広がり角φは、集光レンズ４４０の第２パワー、レーザダイオード４０２と集光レンズ４４０の距離、フライアイレンズ４５０を構成する単レンズ４５２のパワーをパラメータとして設計することができる。
　図２４は、照明ユニット４００の出射ビームの輝度分布（シミュレーション結果）を示す図である。この例では、水平方向にθ＝±１７°、垂直方向φ＝±１０°の配光が形成される。
　照明ユニット４００によれば、集光レンズとフライアイレンズの組み合わせにより、適切な配光を形成することができる。また発光面内で局所的に輝度が高い部分をなくすことができ、レーザ安全規格を満たすことができる。具体的には、照明ユニット４００は、レーザクラス１に分類され、被ばく放射量（ＡＥ）と被爆放射限界（ＡＥＬ）の比（ＡＥ／ＡＥ）が１未満であることが要求されるが、本実施形態によれば、レーザクラス１のレーザ安全規格を満足することができる。
　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。
　本開示は、アクティブセンサに利用できる。
　Ｓ１　発光タイミング信号
　Ｓ２　露光タイミング信号
　１０　センシングシステム
　２０　ゲーティングカメラ
　２２　照明装置
　２４　イメージセンサ
　２６　カメラコントローラ
　２８　画像処理装置
　３００　自動車
　３０２　ヘッドランプ
　３０４　ハイビーム／ロービーム光源
　３０６　ターンシグナルランプ
　３０８　カメラユニット
　３１０　アウターレンズ
　３１２　エクステンション
　３１４　ランプボディ
　３２０　灯具ユニット
　３３０　クリアランスランプ
　３３２　白色光源
　３３４　導光体
　３４０　プリント基板
　３４２　ヒートシンク
　３５０　ベース
　４００　照明ユニット
　４０２　レーザダイオード
　４０４　ヒートシンク
　４０６　筐体
　４１０　近赤外光源
　４２０　導光体
　４２２　射出面
　４２４　背面
　４２６　ステップ
　４２８　上面
　４２９　底面
　４４０　集光レンズ
　４５０　フライアイレンズ
　４５２　単レンズ

Claims (22)

  1. 　白色ランプと、
    　アクティブセンサ用の照明装置と、
    　を備え、
    　前記照明装置は、
    　近赤外光源と、
    　前記近赤外光源の出射光を受け、所定の配光を有する照明光を射出面から射出する導光体と、
    　を備え、
    　前記導光体は、その背面が、前記白色ランプの発光面と対向するように配置され、前記背面に受けた前記白色ランプの出射光を前記射出面から射出することを特徴とする車両用灯具。
  2. 　前記白色ランプはクリアランスランプであることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 　前記導光体の前記背面には、前記近赤外光源の光軸方向に離間する複数のステップが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
  4. 　前記白色ランプは、
    　白色光源と、
    　前記白色光源の白色光を導波する導光体と、
    　を含み、
    　前記白色光源と前記近赤外光源は同一基板に実装されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用灯具。
  5. 　前記照明装置と前記白色ランプはモジュール化されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両用灯具。
  6. 　前記照明装置とともにゲーティングカメラを構成するイメージセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車両用灯具。
  7. 　アクティブセンサ用の照明装置を備え、
    　前記照明装置は、
    　赤外光ビームを出射する半導体光源と、
    　入光面に前記赤外光ビームを受け、射出面から所定の配光を有する照明光を射出する導光体と、
    　を備えることを特徴とする車両用灯具。
  8. 　前記導光体の背面には、前記半導体光源の光軸方向に離間する複数のステップが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の車両用灯具。
  9. 　前記導光体の前記射出面は、鉛直方向に曲率を有することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具。
  10. 　前記導光体の矢状面は、車両前方に向かって、逆テーパーしていることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の車両用灯具。
  11. 　前記導光体の上面および底面の少なくとも一方に貼り付けられ、前記赤外光ビームを吸収する吸収材をさらに備えることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の車両用灯具。
  12. 　前記導光体の前記入光面は、水平方向に曲率を有することを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の車両用灯具。
  13. 　前記半導体光源は、前記車両用灯具内の車両外側に、その光軸を車両中央に向けて配置されることを特徴とする請求項８に記載の車両用灯具。
  14. 　前記半導体光源は、前記車両用灯具内の車両中央側に、その光軸を車両外側に向けて配置されることを特徴とする請求項８に記載の車両用灯具。
  15. 　前記照明装置とともにゲーティングカメラを構成するイメージセンサをさらに備えることを特徴とする請求項７から１４のいずれかに記載の車両用灯具。
  16. 　アクティブセンサ用の照明装置であって、
    　複数のレーザダイオードと、
    　それぞれが、前記複数のレーザダイオードの対応するひとつの出射ビームの光路上に設けられ、前記出射ビームを平行光に近づける、複数の集光レンズと、
    　前記複数の集光レンズの出射光を拡散するフライアイレンズと、
    　を備えることを特徴とする照明装置。
  17. 　前記複数のレーザダイオードは、水平方向に並べて配置されることを特徴とする請求項１６に記載の照明装置。
  18. 　前記複数の集光レンズはそれぞれ、水平方向と垂直方向とで異なるパワーを有することを特徴とする請求項１６または１７に記載の照明装置。
  19. 　前記複数の集光レンズは、一体形成されることを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載の照明装置。
  20. 　対向する二面が開口された筐体と、
    　前記筐体の一方の開口側に設けられ、前記複数のレーザダイオードを支持するヒートシンクと、
    　をさらに備え、
    　前記複数の集光レンズおよび前記フライアイレンズは、前記筐体の他方の開口側に設けられることを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載の照明装置。
  21. 　請求項１６から２０のいずれかに記載の照明装置と、
    　イメージセンサと、
    　前記照明装置の発光と前記イメージセンサの露光を制御するカメラコントローラと、
    　を備えることを特徴とするゲーティングカメラ。
  22. 　請求項１６から２０のいずれかに記載の照明装置を備えることを特徴とする車両用灯具。
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