(57)【要約】【課題】  遠方をより鮮明に撮影することができる車両用暗視装置。【解決手段】  光源１０の出射光はプリズム１１によって分光され、プリズム１１を出射した可視光および赤外光はそれぞれ異なる反射鏡１２，１６に入射する。反射鏡１６に入射した赤外光は反射鏡１６により反射・収束され、次の反射鏡１７に入射する。そして、反射鏡１７で反射された赤外光２０は波光レンズ１８により、可視光よりも遠方に照射されるように可視光よりも上向きに投射される。その結果、赤外光２０は波長の短い光束ほど上向きとなっている。赤外光２０の最も短波長領域である光束２０ａは赤外線カメラの高感度波長領域と対応しており、この光束２０ａが最も遠方に照射されるため、遠方の撮影像がより鮮明になる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された赤外光を、波長の短い第１領域の光とその他の第２領域の光とに分離する赤外光分離手段と、
前記第１領域の光が前記第２領域の光よりも遠方に照射されるように前記赤外光を投射する赤外光投射手段を備えたことを特徴とする投光器。
【請求項２】
請求項１に記載の投光器において、
前記赤外光分離手段は前記光源から出射された赤外光を波長に応じて連続的に分離し、
前記赤外光投射手段は、波長の短い光ほどより遠方に照射されるように前記赤外光を投射することを特徴とする投光器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の投光器において、
前記赤外光分離手段は、光を波長に応じて分光するプリズムを有することを特徴とする投光器。
【請求項４】
対象物からの光を撮像手段で撮像して、前記撮像手段で撮像された映像を表示手段で表示する暗視装置に用いられ、前記対象物に赤外光を投射する投光器において、
前記投光器より出射される赤外光を、前記撮像手段の高感度波長領域の光とその他の波長領域の光とに分離する赤外光分離手段と、
前記高感度波長領域の光が前記その他の波長領域の光よりも遠方に照射されるように前記赤外光を投射する赤外光投射手段を備えたことを特徴とする投光器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の投光器において、
前記光源は可視光も出射し、
前記光源の出射光から可視光を分離して、分離した前記可視光を前記赤外光の投射方向よりも下向き方向に投射する可視光投射手段を備えたことを特徴とする投光器。
【請求項６】
請求項１に記載の投光器において、
前記赤外光分離手段は、前記光源から出射された赤外光を前記第１領域の光と前記第２領域の光とに分離するダイクロイックミラーを有することを特徴とする投光器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の投光器において、
前記赤外光分離手段は、前記第１領域の光と前記第２領域の光とを分離する第１の状態と、前記第１領域の光と前記第２領域の光とを分離しない第２の状態とを切り替え可能であることを特徴とする投光器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の投光器と、
前記赤外光が照射された領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された映像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする車両用暗視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投光器および車両用暗視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヘッドライトでは見えにくい遠方の視認性を向上させるものとして、赤外線カメラを用いた暗視装置が知られている。赤外線カメラで暗闇を撮影する場合には、車両前方を赤外線照明する赤外線投光器が必要である。そのため、車両に赤外線投光器を搭載したり、赤外線投光機能を兼ね備えたヘッドランプを搭載したりしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３５８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、赤外線カメラを用いた暗視装置であっても、その視認範囲の遠方になるほど反射赤外光量が小さくなるため、遠方の風景ほど明暗コントラストが低下し視認性が低下するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による投光器では、光源から出射された赤外光を、赤外光分離手段を用いて波長の短い第１領域の光とその他の第２領域の光とに分離する。そして、赤外光投射手段が、第１領域の光が前記第２領域の光よりも遠方に照射されるように赤外光を投射することを特徴とする。
また、撮像手段の高感度波長領域の光を出射光から分離して、その光を遠方に照射するようにしても良い。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光源光に含まれる撮像手段の高感度波長領域の光や、光源光に含まれる赤外光の中の波長の短い光が遠方に投射される。そのため、投光器により照射された対象物からの反射光を赤外線カメラ等の撮像手段で撮影した場合、撮像手段の高感度波長領域の光、例えば、赤外光の短波長領域の光が遠方に投射されるので、遠方が鮮明に撮像され視認性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態につて説明する。図１は本発明による車両用暗視装置の一実施の形態を示す概略構成図である。図１に示すように、車両用暗視装置は投光装置１Ｒ，１Ｌと、赤外線カメラ２と、電子制御ユニット３と、ヘッドアップディスプレイ４とを備えている。
【０００８】
投光装置１Ｒ，１Ｌは従来のヘッドランプと赤外線投光器とを兼ね備えており、後述するようにヘッドランプ用光源から出射される光を可視光と赤外光とに分離し、それぞれを車両前方の互いに異なる方向に投光するものである。赤外線カメラ２は車室内上方のフロントウィンドウシールドの近くに配置され、車両前方からの赤外光を受光して車両前方の撮影を行う。赤外線は人間の目には見えないが、赤外線カメラを用いた暗視装置では赤外線映像を撮影することができるので、夜間においてヘッドランプの光が到達しにくい遠方を認識するための視界補助装置として用いられている。
【０００９】
赤外線カメラには熱源を感知するする遠赤外線（波長5600nm〜25000nmの光）方式と、通常のモノクロカメラとほぼ同様の映像が得られる近赤外線（波長780nm〜1500nmの光）方式の２種類がある。通常、車両用暗視装置には近赤外線方式の赤外カメラが用いられ、図１の赤外線カメラ２も近赤外線方式のカメラである。近赤外線方式の赤外線カメラ２の場合、通常のカメラと同様に対象物で反射した光を受光するものなので、夜間においては投光装置１Ｒ，１Ｌにより近赤外光を車両前方に投光する必要がある。
【００１０】
近赤外光を受光した赤外線カメラ２から出力される映像信号は、エンジンルーム内に設けられた電子制御ユニット３に入力され、そこで画像処理が行われる。撮影された映像はヘッドアップディスプレイ４上に表示される。ヘッドアップディスプレイ４は、フロントウィンドウシールド上のドライバが見やすい位置に設けられている。
【００１１】
赤外線カメラ２には、例えばＣＣＤ撮像素子などの固体撮像素子が用いられる。図２は、一般的なＣＣＤ撮像素子の波長と感度との関係を示す図である。図２において、横軸は光の波長を表し、縦軸は撮像素子の比感度を表している。比感度は、波長600nm付近におけるピークの値を基準として表したものである。
【００１２】
図２の特性図に示すように、ＣＣＤ撮像素子は可視光領域に感度のピークが存在し、近赤外光領域（波長780nm〜1500nm）では波長が大きくなるにつれて感度が小さくなる。そして、波長1000nmを超える領域では、感度はほぼゼロとなる。このような特性の撮像素子を用いる赤外線カメラ２では、撮像素子の直前に可視光（波長380nm〜780nmの光）をカットするフィルタを配置し、そのフィルタで可視光領域をカットした光を撮像素子で受光して映像化している。
【００１３】
一方、投光装置１Ｒ，１Ｌの光源、すなわち従来のヘッドランプ用光源からは、図３の曲線Ｌ１で示すような特性の光が出射される。図３は光源から出射される光の可視光領域および近赤外光領域のパワー比を示したものであり、横軸は光の波長を表し、縦軸は出射される光のパワー比を表している。図３に示すように、光源から出射される光は可視光だけでなくそれよりも波長の長い近赤外光も含まれており、パワー比は可視光領域よりも近赤外光領域の方が大きくなっている。
【００１４】
そこで、本実施の形態では、光源からの光を可視光と赤外光とに分光し、可視光をヘッドランプ用投射光として利用し、赤外光を暗視装置用投射光として利用するようにしている。図４は図１に示した投光装置１Ｌの概略構成を示す図であり、投光装置１Ｌを車両側方から見た断面を示したものである。なお、投光装置１Ｒも投光装置１Ｌと同様の構成である。
【００１５】
光源１０から図示右方向（車両後方）に出射された光は、分光光学素子であるプリズム１１に入射する。プリズム１１は光の波長によって屈折率が異なり、光はそれぞれ各波長に応じた出射方向に出射され、波長に応じて連続的に分光される。プリズム１１から出射される光は波長が短いほど屈折角度が大きく、図示上側の角度α１方向には近赤外光を含む赤外光が出射され、図示下側の角度α２方向には近赤外光よりも波長の短い可視光や紫外光が出射される。
【００１６】
本実施の形態では、α１の角度範囲方向に出射された光（以下では角度α１方向の光と称する）を暗視装置用として用い、α２の角度範囲方向に出射された光（以下では角度α２方向の光と称する）をヘッドランプ用照明光として用いる。上述したようにプリズム１１から角度α１方向に出射される光には、近赤外光だけでなくより波長の長い赤外光も含まれている。赤外線カメラ２による撮影には近赤外光が利用されるので、以下では、角度α１方向に出射される光については近赤外光を中心に説明する。
【００１７】
一方、プリズム１１から角度α２方向に出射される光には、可視光よりも波長の短い紫外光も含まれているが、車両前方を明るく照らすヘッドランプ用光として利用されるのは可視光であるので、以下では角度α２方向に出射される光を可視光と呼ぶことにする。
【００１８】
プリズム１１から角度α２方向に出射された可視光は、プリズム１１の図示右下方向に配設された反射鏡１２に入射する。反射鏡１２に入射した可視光は、凹面形状をした反射鏡１２により反射および収束される。反射鏡１２で反射された可視光はさらに反射鏡１３により反射されて方向を変え、拡散板等の光を拡散する拡散光学部材１４および配光レンズ１５を介して投射装置１Ｌから車両前方の所定方向に出射される。反射鏡１３から出射される可視光はプリズム１１の効果によって波長に応じた色々な光に分かれているので、いったん拡散光学部材１４で拡散して白色光とした後に投光するようにしている。
【００１９】
一方、プリズム１１を角度α１方向に出射した赤外光２０は、反射鏡１２の上方に接するように配設された反射鏡１６に入射する。プリズム１１から出射される光は波長が長い光ほど屈折角が小さいので、図４の領域Ａにおいて赤外光２０は図５に示すように波長領域ごとに光が分かれている。
【００２０】
図５は図４の領域Ａにおける分光状態を模式的に示した拡大図であり、説明を簡単にするために、波長領域780nm〜1030nmの近赤外光を波長領域に応じた５つの光束２０ａ（波長780nm〜830nm），光束２０ｂ（波長830nm〜880nm），光束２０ｃ（波長880nm〜930nm），光束２０ｄ（波長930nm〜9800nm）および光束２０ｅ（波長980nm〜1030nm）に分けて表示した。屈折角の最も大きな光束２０ａから順に図示上方向に並んでいる。光束２０ａの下側には可視光の領域がある。
【００２１】
分光した赤外光２０は上述したように反射鏡１６によって反射された後に、さらに第２の反射鏡１７によって反射される。そして、配光レンズ１８を介して投射装置１Ｌから車両前方の所定方向、すなわち可視光よりも遠方に照射されるように、可視光よりも上向きに出射される。図６に示すように、プリズム１１（不図示）から出射された図示上下に並んだ２つの光束Ｂ１，Ｂ２は図示左方向から反射鏡１６に入射し、反射鏡１６および反射鏡１７により順に反射されて図示左方向へと光の進む向きが変えられる。このとき、反射鏡１６に入射する光束Ｂ１，Ｂ２の上下位置関係と、反射鏡１７から出射する光束Ｂ１，Ｂ２の上下位置関係は逆になる。
【００２２】
そのため、図５に示すように図示下側から光束２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの順に分光されてプリズム１１から出射された赤外光２０は、反射鏡１７で反射された後には配列順序が上下逆転することになる。そして、配光レンズ１８により車両前方に投光される赤外光２０は、上から順に光束２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅのように分光している。配光レンズ１８は、赤外光２０が可視光よりも遠方に投光されるように、赤外光２０の光軸が可視光の光軸よりも上方へ向くように調整されている。
【００２３】
図７は可視光および赤外光２０の照射範囲を説明する図であり、（ａ）は車両側方から見た図であり、（ｂ）は車両上方から見た平面図である。暗視装置は、ヘッドランプがロービームであってもより前方の歩行者や障害物等を視認できるように運転者を補助する装置であって、図７の可視光はロービーム状態を示している。
【００２４】
図７（ａ）に示すように、赤外光２０は可視光よりも上向きの角度で投射されるため、可視光が照射される範囲よりも前方（図示左側）に照射されることになる。図７（ｂ）は照射範囲の一例を示したものであり、ロービーム状態の可視光は車両前方５０ｍ先まで照射される。
【００２５】
一方、赤外光２０に関しては、図７（ａ）の可視光側の光束２０ｅが赤外光２０の中で最も手前側に照射される。そして、車両から遠ざかる方向に、光束２０ｄ，２０ｃ，２０ｂ，２０ａの順に照射される。光束２０ｅは距離５０ｍ〜８０ｍに照射され、光束２０ｄは距離８０ｍ〜１１０ｍに、光束２０ｃは距離１１０ｍ〜１４０ｍに、光束２０ｂは距離１４０ｍ〜１７０ｍに、そして光束２０ａは距離１７０ｍ〜２００ｍにそれぞれ照射される。
【００２６】
このように、波長の短い近赤外光ほど遠くの領域を照射するように構成すると、以下のような利点がある。図２に示したように赤外線カメラ２に搭載されている撮像素子の感度は、近赤外光領域では波長が長くなるほど低下する。そのため、同一光量の近赤外光を受光しても、波長の短い方がコントラストの高い鮮明な画像を撮影することができる。そこで、本実施の形態では、撮像素子の感度の高い低波長域の近赤外光を遠方に照射し、撮像素子の感度の低い長波長域の近赤外光については車両に近い領域へ照射することによって、遠くのものをより高精度に撮影できるようにした。
【００２７】
一方、上述した従来の投光器では、特性Ｌ１で示すようなヘッドランプの光から、ダイクロイックミラーで分離した近赤外光領域の光を波長の区別なく車両前方に投光するようにしている。そのため、遠方に照射される近赤外光には、撮像素子において感度の低い波長域の近赤外光も含まれるため、本実施の形態のように波長の短い光束２０ａだけを分離して照射する場合に比べて鮮明さに欠け精度が低下することになる。
【００２８】
さらに、本実施の形態では、同一光源の光を可視光と近赤外光とに分離して、可視光をヘッドランプ用照明光として用いるとともに近赤外光を暗視用照明光に用いることにより、投光装置１Ｌ，１Ｒがヘッドランプと暗視用投光器とを兼ねている。その結果、光源１０の光を有効に利用することができるとともに、新たな赤外線投光器を増設する必要がなく、コストや設置スペースの増加を極力低減することができる。また、プリズム１１を用いて赤外光の分光をするようにしているため、分光機構を簡単な構成とすることができ、スペースの増大を抑制できる。
【００２９】
上述した実施の形態では、光源１０から出射された全ての波長の光をプリズム１１で分光するようにしているので、可視光も分光される。そのため、拡散光学素子１４により拡散してから車両前方に投光するようにしている。そこで、図８に示す他の実施の形態では、ダイクロイックミラー３０を透過した赤外光をプリズムで分光して車両前方に投光するようにした。
【００３０】
ダイクロイックミラー３０は、例えば、誘電体薄膜を多数積層した多層膜ミラーで構成される。多層膜を構成する膜の厚さや屈折率は、赤外光に対しては透過率が高く可視光に対しては透過率が低くなり、逆に、赤外光に対しては反射率が低く可視光に対しては反射率が高くなるように設定されている。そのため、光源１０の光に含まれる赤外光はダイクロイックミラー３０を透過し、可視光はダイクロイックミラー３０により反射される。
【００３１】
ダイクロイックミラー３０を透過した赤外光は、上述したようにプリズム１１により分光される。図８の場合、プリズム１１の向きを図３とは上下逆にしているため、プリズム１１から出射される赤外光２０の図示上側が屈折角の大きな短波長側の光束２０ａとなり、赤外光２０の図示下側が屈折角の小さな長波長側の光束２０ｅとなる。プリズム１１から出射された赤外光２０は配光レンズ１８により車両前方に投光される。
【００３２】
一方、ダイクロイックミラー３０で反射された可視光は、反射鏡３１で反射された後に配光レンズ１５を介して車両前方に投光される。可視光および赤外光の投光角度は図３の場合と同様であり、それらの照射領域は図７に示したものと同様となる。図８に示した装置では、可視光はプリズム１１により分光されることがないので、図３の拡散光学部材１４を必要としない。
【００３３】
本発明は上述したようなヘッドランプと暗視装置用投光器とを兼ね備えた投光装置だけでなく、図９に示すような暗視装置専用の赤外線投光器４０にも適用することができる。図９において、４１は近赤外線投光器に用いられる光源であって、例えば、ハロゲンランプが使用される。光源４１から出射した光は、プリズム１１で分光される。図９に示す投光器４０の場合も、出射光に含まれる短波長側の光が図示上側となるようにプリズム１１は配置されている。
【００３４】
プリズム１１を出射した光（分散光）は、可視カットフィルタ４２に入射する。可視カットフィルタ４２では入射光に含まれる可視光がカットされ、赤外光２０だけが可視カットフィルタ４２を透過して図示左側（車両前方）に投光される。上述したようにプリズム１１を出射した光は図示下側が長波長側になっているので、可視カットフィルタ４２を透過した赤外光２０は、下から上へと光束２０ｅ，光束２０ｄ，光束２０ｃ，光束２０ｂ，光束２０ａの順に並んでいる。そのため、短波長の赤外光ほど遠方に投光されることになり、赤外線カメラで車両前方を撮影した場合、遠方を従来より明るく鮮明に撮影することができる。
【００３５】
なお、図８，図９に示す実施形態においては、例えばプリズム１１の代わりに、９００ｎｍ以上の波長領域を透過し、９００ｎｍよりも小さな波長領域を反射する特性を有するダイクロイックミラーを用いても良い。このダイクロイックミラーを透過した長波長の赤外光は、レンズ１８（または可視カットフィルタ４２）を介して下向きの角度で投射され、ダイクロイックミラーで反射された短波長の赤外光は、ミラー等の偏向部材によって上向きの角度に偏向され、レンズ１８（または可視カットフィルタ４２）を介して長波長の赤外光よりも遠方に投射される。このような構成によっても、遠方を従来よりも明るく鮮明に撮像することができるとともに、プリズムを用いないので重量が軽くなるという効果も有する。もちろん、９００ｎｍ以上の波長領域を反射し、９００ｎｍよりも小さな波長領域を透過する特性を有するダイクロイックミラーを用いても良い。
【００３６】
また、図４のレンズ１８の手前に拡散板を挿脱自在に配置し、運転者の操作によって電動モータ等で拡散板を駆動することで、近赤外線を遠方に投射する第１の状態と、従来通り赤外光全体を広い範囲で投射する第２の状態とを切り替えるようにしても良い。このことにより、例えば遠方の物体が誇張されすぎて逆に近くの物体を認識し難くなってしまうような走行環境の場合は、従来のモードに変更することができる。同様に、図８や図９における実施形態においては、プリズム１１を光路上に挿脱自在に配置し、運転者の操作によって電動モータ等でプリズムを駆動すれば良い。
【００３７】
上述した実施の形態では、赤外線カメラ２に用いられている撮像素子が図２に示すような感度特性を有する場合を例に説明したので、高感度領域である近赤外光の短波長領域の赤外光を遠方に投射するように構成した。しかし、図２とは異なる特性を有する撮像素子に対しても同様に適用することができ、その撮像素子において高感度な波長領域の赤外光を遠方に投射するような構成とすればよい。さらに、本発明による投光器や暗視装置は、車両に限らず使用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００３８】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、光束２０ａは第１領域の光を、光束２０ｂ〜２０ｅは第２領域の光を、プリズム１１は赤外光分離手段および分光手段を、反射鏡１６，１７および配光レンズ１８は赤外光投射手段を、反射鏡１２，１３，拡散光学部材１４および配光レンズ１５は可視光投射手段を、投光装置１Ｌ，１Ｒは請求項５の投光器を、赤外線カメラ２は撮像手段を、ヘッドアップディスプレイ４は表示手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による車両用暗視装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】ＣＣＤ撮像素子における波長と感度との関係を示す図である。
【図３】光源１０から出射される光の可視光領域および近赤外光領域のパワー比を示す図である。
【図４】投光装置１Ｌを車両側方から見た断面図である。
【図５】図４の領域Ａにおける分光状態を模式的に示した拡大図であ
【図６】反射鏡１６，１７による光の反射を説明する図である。
【図７】可視光および赤外光２０の照射範囲を説明する図であり、（ａ）は車両側方から見た図であり、（ｂ）は車両上方から見た平面図である。
【図８】投光装置の他の実施の形態を示す図である。
【図９】暗視装置専用の赤外線投光器４０を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１Ｌ，１Ｒ  投光装置
２  赤外線カメラ
３  電子制御ユニット
４  ヘッドアップディスプレイ
１０，４１  光源
１１  プリズム
１２，１３，１６，１７  反射鏡
１４  拡散光学部材
１５，１８  配光レンズ
２０  赤外光
２０ａ〜２０ｅ，Ｂ１，Ｂ２  光束
３０  ダイクロイックミラー
４０  赤外線投光器
４２  可視カットフィルタ
【図１】
2005243283.tif 000003
【図２】
2005243283.tif 000004
【図３】
2005243283.tif 000005
【図４】
2005243283.tif 000006
【図５】
2005243283.tif 000007
【図６】
2005243283.tif 000008
【図７】
2005243283.tif 000009
【図８】
2005243283.tif 000010
【図９】
2005243283.tif 000011