(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
在来型ロービーム・ヘッドランプの照明範囲を最大照明範囲とする、被制御車両の複数のロービーム・ヘッドランプの照明範囲を制御するためのシステムであって、
前記被制御車両前方の光レベルを検出するセンサアレイと、
前記センサアレイおよび前記複数のロービーム・ヘッドランプと通信し、前記被制御車両の前記複数のロービーム・ヘッドランプから先行車両までの距離および角度を測定する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットが、
前記センサアレイからの出力によって決定される前記先行車両までの前記距離および角度の関数に応じて、前記ロービーム・ヘッドランプの照準を下向きにかつ輝度を下げるように変化させることで前記照明範囲を変化させて前記先行車両の運転者に対するグレアを防止するように、前記ロービーム・ヘッドランプを制御する、
システム。
【請求項２】
前記センサアレイが、カメラ内に組み込まれている二次元センサアレイである、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記制御ユニットが、プロセッサと、前記プロセッサに結合された、プロセッサ実行コードを記憶するためのメモリサブシステムとを含み、
前記プロセッサの制御の下で実行される前記プロセッサ実行コードは、
センサアレイからの出力に基づいて、前記被制御車両の前記複数のロービーム・ヘッドランプから前記先行車両までの距離および角度を測定するステップと、
前記距離および角度の関数に応じて、前記複数のロービーム・ヘッドランプの照明範囲を変化させて前記先行車両の運転者に対するグレアを防止するように、前記ロービーム・ヘッドランプを制御するステップと、を含む、
請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサが、前記複数のロービーム・ヘッドランプの照準を下向きにし、または、減光することによってグレアを防止する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記被制御車両の前記複数のロービーム・ヘッドランプから前記先行車両までの前記角度は対頂角である、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記被制御車両の前記複数のロービーム・ヘッドランプから前記先行車両までの前記対頂角は、前記先行車両のテールライトに従って決定される、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するための照明制御システムであって、
電気信号を生成するセンサアレイと、
前記少なくとも１つの車両用外部灯具と通信し、前記センサアレイから受信した電気信号を取得、処理して、路面上の、前記少なくとも１つの車両用外部灯具の照度勾配を測定する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットが、前記照度勾配に基づいて感知した照明範囲を、所望の照明範囲と比較し、前記少なくとも１つの車両用外部灯具の照準を下向きにかつ輝度を下げるように制御することによって、前記所望の照明範囲を実現し、グレアを防止するように動作する、
システム。
【請求項８】
前記制御ユニットが、先行車両におけるテールランプの明るさを測定すること、前記先行車両における２つのテールランプ間の距離を測定することならびにレーダ、レーザおよび超音波センサのいずれか１つが提供する出力信号を利用することの少なくとも１つによって、前記先行車両までの距離を測定する、請求項１または７記載のシステム。
【請求項９】
前記センサアレイが、二次元センサアレイである、請求項７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、自動車の車両用外部灯具に関し、特に、他の自動車の搭乗者および／または歩行者に対してグレアを減少するだけでなく、様々な道路条件／周囲状況に対して最適な照明を提供するために、自動車の車両用外部灯具を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のところ、夜間運転中の、後続車両によるバックミラーのグレアは、安全上の重大な懸念であり、煩わしいものでもある。一般に乗用車よりもずっと高い位置にヘッドランプを取付けてある多目的スポーツ車（ＳＵＶ）およびトラックは、典型的な乗用車よりもずっと高いレベルのバックミラー・グレアを与える可能性がある。このグレアは、混雑した交通状況で、ＳＵＶまたはトラックが小さな乗用車の後に続いている場合には、特に困惑させるものであろう。ＳＵＶまたはトラックが接近して続いている場合に乗用車の運転者が経験するグレアの結果として、ヘッドランプの取付け高さ限度を低くすることなど、この問題を軽減する様々な解決法が提案されてきた。残念なことに、ＳＵＶまたはトラックヘッドランプの取付け高さ限度を低くするなどの解決法は、一般に、ＳＵＶまたはトラックの前端部におけるスタイルの好ましくない変更を必要とする可能性がある。さらに、大きなＳＵＶおよびトラックの物理的な構造のために、取付け高さを著しく低くすることが不可能になる可能性もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、必要なのは、ＳＵＶ／トラックにおけるロービーム・ヘッドランプの取付け高さを低くすることなく、ＳＵＶおよびトラックのロービーム・ヘッドランプが原因となるグレアを減少する技術である。さらに、この技術が、先行車両および対向車両の両方に対して機能し、全ての車両タイプ、道路条件および周囲状況に適用できることが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態は、被制御車両における少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するシステムに関し、センサアレイおよび制御ユニットを含む。センサアレイは、被制御車両前方の光レベルを検出することができる。制御ユニットは、センサアレイおよび少なくとも１つの車両用外部灯具と通信し、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具から先行車両までのおおよその距離と角度を測定する。制御ユニットはまた、センサアレイからの出力に基づき、距離および角度の関数として、少なくとも１つの車両用外部灯具の動作を制御し、少なくとも１つの車両用外部灯具が、困惑させるグレアを先行車両の運転者に与えるのを防ぐように動作できる。
【０００５】
本発明の別の実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御する照明制御システムには、センサアレイおよび制御ユニットが含まれる。センサアレイは、制御ユニットに提供される電気信号を発生し、制御ユニットは、少なくとも１つの車両用外部灯具と通信する。制御ユニットは、センサアレイから受信する電気信号を取得、処理して、路面上の、少なくとも１つの車両用外部灯具に関連する照度勾配を測定するように動作できる。制御ユニットは、照度勾配に基づいて感知した照明範囲を、所望の照明範囲と比較し、少なくとも１つの車両用外部灯具を制御して所望の照明範囲を実現するように動作できる。
【０００６】
本発明の別の実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するための照明制御システムには、個別光センサおよび制御ユニットが含まれる。個別光センサは、制御ユニットに提供される電気信号を発生し、制御ユニットは、少なくとも１つの車両用外部灯具と通信する。制御ユニットは、個別光センサから電気信号を取得、処理して、少なくとも１つの車両用外部灯具を、いつ市街地照明モードに移行すべきかを決定するように動作できる。個別光センサによって、周囲光に存在する交流成分の指標が与えられ、交流成分が所定の交流成分閾値を超える場合には、制御ユニットにより、少なくとも１つの車両用外部灯具を市街地照明モードに移行させる。
【０００７】
本発明のさらに別の実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御する照明制御システムには、イメージングシステムおよび制御ユニットが含まれる。イメージングシステムは、被制御車両前方のイメージを取得し、またセンサアレイを含んでおり、各センサは、センサが感知した光レベルを表す電気信号を発生する。制御ユニットは、少なくとも１つの車両用外部灯具と通信し、センサアレイから受信する電気信号を取得して、電気信号を別個に処理するように動作できる。制御ユニットは、センサアレイによって提供される電気信号が示す、対向車両ヘッドランプの位置および明るさを経時的に調べて、中央分離帯幅が高速道路照明モードの作動に相応しい場合を判定し、測定した中央分離帯幅に応答して、少なくとも１つの車両用外部灯具を高速道路照明モードに移行させるように動作できる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するための照明制御システムには、イメージングシステム、空間的に制御される可変減衰フィルタおよび制御ユニットが含まれる。イメージングシステムは、被制御車両前方のイメージを取得し、またセンサアレイを含んでおり、各センサは、センサが感知した光レベルを表す電気信号を発生する。フィルタは、少なくとも１つの車両用外部灯具に隣接して配置され、制御ユニットは、少なくとも１つの車両用外部灯具およびフィルタと通信する。制御ユニットは、センサアレイから受信する電気信号を取得、処理するように動作できる。また電気信号に応答して、少なくとも１つの車両用外部灯具の照明範囲を変化させるため、および車両光源と非車両光源とを区別するためにフィルタを制御するように動作できる。
【０００９】
一実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するための照明制御システムには、イメージングシステム、空間的に制御される反射器および制御ユニットが含まれる。イメージングシステムは、被制御車両前方のイメージを取得し、またセンサアレイを含んでおり、各センサは、センサが感知した光レベルを表す電気信号を発生する。反射器は、少なくとも１つの車両用外部灯具に隣接して配置され、制御ユニットは、少なくとも１つの車両用外部灯具および反射器と通信する。制御ユニットは、センサアレイから受信する電気信号を取得、処理するように動作できる。また電気信号に応答して、少なくとも１つの車両用外部灯具の照明範囲を変えるため、および車両光源と非車両光源とを区別するために反射器を制御するように動作できる。
【００１０】
別の一実施形態では、被制御車両の少なくとも１つのヘッドランプを制御するシステムには、センサアレイおよび制御ユニットが含まれる。センサアレイは、被制御車両前方の光レベルを検出することができ、制御ユニットは、センサアレイおよび少なくとも１つのヘッドランプと通信する。ヘッドランプは色温度が高いので、制御ユニットは、センサアレイが検出した光レベルを表すデータを受信して、可能性のある光源を識別し、ヘッドランプから放射されて物体に反射された光を、他の可能性のある光源から区別する。制御ユニットはまた、センサアレイから出力される光レベルの関数として、少なくとも１つのヘッドランプの動作を制御するように動作できる。
【００１１】
さらに別の実施形態では、制御可能ヘッドランプには、少なくとも１つの光源および少なくとも１つの光源に隣接して配置され、空間的に制御される可変減衰フィルタが含まれる。フィルタを制御して、少なくとも１つの光源の照明範囲が可変となるようにし、また車両光源と非車両光源とを区別する。
【００１２】
さらに別の実施形態では、制御可能ヘッドランプには、少なくとも１つの光源および少なくとも１つの光源に隣接して配置され、空間的に制御される反射器が含まれる。反射器を制御して、少なくとも１つの光源の照明範囲が可変となるようにし、また車両光源と非車両光源とを区別する。
【００１３】
本発明のこれらや他の特徴、利点および目的を、以下の明細書、特許請求の範囲および添付の図面を参照することによって、当業者は、さらに理解され、認識されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具（たとえば、ロービーム・ヘッドランプ、ハイビーム・ヘッドランプ、テールランプ、フォグランプなど）を制御するシステムに関し、センサアレイおよび制御ユニットを含む。制御ユニットは、センサアレイおよび少なくとも１つの車両用外部灯具と通信し、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具から先行車両までの距離および角度を測定することができる。制御ユニットは、センサアレイからの出力に基づき、距離および角度の関数として、少なくとも１つの車両用外部灯具の動作を制御し、少なくとも１つの車両用外部灯具が、先行車両の運転者に困惑させるグレアを与えるのを防ぐように動作できる。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するための照明制御システムには、センサアレイおよび制御ユニットが含まれる。制御ユニットは、センサアレイから受信する電気信号を取得、処理して、路面上の、少なくとも１つの車両用外部灯具に関連した照度勾配を測定するように動作できる。制御ユニットは、照度勾配に基づいて感知した照明範囲を所望の照明範囲と比較し、少なくとも１つの車両用外部灯具を制御して、所望の照明範囲を実現するように動作できる。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するための照明制御システムには、個別光センサおよび制御ユニットが含まれる。制御ユニットは、周囲光に存在する交流成分の指標を提供する個別光センサからの電気信号を取得、処理する働きができる。制御ユニットは、交流成分が所定の交流成分閾値を超える場合には、少なくとも１つの車両用外部灯具を市街地照明モードに移行させる。
【００１７】
本発明のさらにまた別の実施形態では、被制御車両の少なくとも１つの車両用外部灯具を制御するための照明制御システムには、イメージング・システムおよび制御ユニットが含まれる。イメージング・システムは、被制御車両前方のイメージを取得し、またセンサアレイを含んでおり、各センサは、センサが感知する光レベルを表す電気信号を発生する。制御ユニットは、センサアレイが提供する電気信号が示す、対向車両ヘッドランプの位置および明るさを経時的に調べ、中央分離帯幅が、高速道路照明モードの作動に相応しい場合を判定するように動作できる。
【００１８】
ここで図１Ａを参照すると、本発明の一実施形態による制御システムのブロック図が示されている。連続可変ヘッドランプ用の制御システム４０には、イメージング・システム４２、制御ユニット４４および少なくとも１つの連続可変ヘッドランプシステム４６が含まれる。制御ユニット４４には、様々な形態を採用できる。その形態には、アプリケーションに適した量の揮発性および非揮発性メモリを有するメモリ・サブシステムを含むマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはプログラマブル・ロジック装置（ＰＬＤ）などがある。イメージング・システム４２には、一般に被制御車両の前方区域からの光５０を、イメージ・アレイ・センサ５２に集光する働きをする車両イメージング・レンズ・システム４８が含まれる。イメージング・システム４２は、対向車両におけるヘッドランプおよび先行車両におけるテールランプの横および高さ位置を測定できる。車両イメージング・レンズ・システム４８には、２つのレンズシステム、すなわち、赤色フィルタを有するレンズシステムとシアンフィルタを有するシステムとを含むことができる。これにより、イメージ・アレイ・センサ５２は、被制御車両前方における同じ区域の赤色イメージおよびシアンイメージを同時に見ることができ、それによって、テールランプとヘッドランプとを区別することができる。イメージ・アレイ・センサ５２には、画素センサアレイを含めてもよい。
【００１９】
イメージング・システム４２には、周囲光レンズシステム５４を含んでもよい。このシステム５４は、イメージ・アレイ・センサ５２の一部分が調べるための、高低角の広い範囲にわたる光５６を集光するように動作できる。代替として、車両イメージング・レンズ・システム４８を介して集光する光５０を用いて、周囲光レベルを測定してもよい。さらに、イメージング・システム４２から完全に別個の光センサを用いて、周囲光レベルを測定してもよい。一実施形態では、イメージング・システム４２は、内部バックミラーの架台に組み込まれている。この場合には、イメージング・システム４２に対しては、少なくとも１つのフロントガラス用ワイパによってきれいにされる、被制御車両フロントガラスの一部を通して照準を合わせることができる。
【００２０】
制御ユニット４４は、画素グレー・スケール・レベル５８を取得し、イメージセンサ制御信号６０およびヘッドランプ照明制御信号６２を生成する。制御ユニット４４には、イメージングアレイ制御・アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）６４およびプロセッサ６６が含まれる。プロセッサ６６は、シリアルリンク６８を介して、イメージングアレイ制御・ＡＤＣ６４からデジタル化イメージデータを受け取り、逆に制御情報を送る。
【００２１】
制御システム４０には、路面に対する、被制御車両の傾斜度を検出する車両傾斜センサ７０を含んでもよい。典型的には、２つの車両傾斜センサ７０が望ましい。各センサ７０は、前部または後部車軸近くで被制御車両の車台に取付けられ、センサ素子は、車軸に固定される。車軸は車台に対して位置を変えるので、センサ７０は、回転または線形的な変位を測定する。追加的な情報を提供するために、制御ユニット４４はまた、車両速度センサ７２および１つまたは複数の湿気センサ７４に接続してもよく、またＧＰＳ受信器、コンパス変換器および／または車輪角度センサに接続してもよい。
【００２２】
霧、雨または雪などの降水のために、ヘッドランプ２２から過度の光が、被制御車両の運転者へと反射する可能性がある。降水のためにまた、対向車両および先行車両を検出できる範囲が減少する可能性もある。したがって、湿気センサ７４からの入力を用いて、照明範囲全体を縮小してもよい。
【００２３】
ヘッドランプコントローラ７６により、少なくとも１つの連続可変ヘッドランプ２２を制御する。複数のヘッドランプコントローラ７６を利用する場合には、各ヘッドランプコントローラ７６は、制御ユニット４４からヘッドランプ照明制御信号６２を受信し、それにより、ヘッドランプ２２に作用して、ヘッドランプ２２から出る光７８の照明範囲を修正させる。使用する連続可変ヘッドランプ２２のタイプに従って、ヘッドランプコントローラ７６は、ヘッドランプ２２から出る光７８の輝度を変えても、ヘッドランプ２２から出る光７８の方向を変えてもよく、あるいはその両方を実行してもよい。
【００２４】
制御ユニット４４は、グレア領域を含むイメージを取得できるが、そのイメージには、対向車両または先行車両の運転者が、ヘッドランプ２２が過度のグレアを引き起こしていると知覚する地点が含まれる。制御ユニット４４はそのイメージを処理し、少なくとも１台の車両がグレア領域に入っているかどうかを判定する。少なくとも１台の車両がグレア領域に入っている場合には、制御ユニットには、照明範囲を変化させる。そうでなければ、ヘッドランプ２２は、全照明範囲に設定される。
【００２５】
照明範囲の変更および全照明範囲へのヘッドランプ２２の設定は、典型的には徐々に行われる。なぜなら、被制御車両の運転者は、正確な切換え時間を知っているわけではないので、照明範囲の急な遷移は、運転者を驚かせる可能性があるからである。ロービーム・ヘッドランプに対応する減光した照明範囲から全照明範囲に戻るには、１〜２秒の遷移時間が望ましい。また、このような照明範囲の穏やかな遷移によって、制御システム４０は、対向車両または先行車両に対する誤った検出から回復できる。イメージ取得時間が約３０ミリ秒なので、被制御車両の運転者が何も変化に気づかないうちに、訂正ができる。
【００２６】
ハイビーム・ヘッドランプ２２およびロービーム・ヘッドランプ２２の両方を備えた被制御車両では、ハイビーム・ヘッドランプ２２の輝度を減少する一方、ロービーム・ヘッドランプ２２の輝度を増加することによって、照明範囲を縮小してもよい。反対に、周囲光レベルが一定の閾値以下の場合には、ロービーム・ヘッドランプは、そのまま維持にしておくことができる。水平照準方向を可変にできる少なくとも１つのヘッドランプ２２を備えた被制御車両では、照明範囲を縮小または変化させる場合には、ヘッドランプ２２の照準を、対向車両の方向からそらしてもよい。これにより、被制御車両の運転者は、道路端、道路標識、歩行者および動物など被制御車両の縁石側に存在する可能性のあるものをよりよく見ることができる。制御ユニット４４は、先行車両が、被制御車両にとって対向交通とは反対の縁石側車線に存在するかどうかを測定してもよい。先行車両が縁石側車線に存在しない場合には、対向交通の方向からヘッドランプ２２の照準をそらすことも、照明範囲を縮小することに含めてもよい。先行車両が縁石側車線に検出される場合には、照明範囲は、ヘッドランプ２２の水平照準を変化させることなしに減少してもよい。
【００２７】
他の車両に対するグレアを防ぐための、ロービーム・ヘッドランプの自動照準設定
以下に説明するのは、標準的な乗用車のロービーム・ヘッドランプよりも高い位置に取付けられたロービーム・ヘッドランプによってもたらされる、相対的なバックミラー・グレアの増加を示すいくつかの、先行車両から見た数値例である。これらの例は、単に近似的な数値例であって、厳密な測定の結果ではない。これらの数値は、後続車両のロービーム・ヘッドランプと先行車両のバックミラー表面間に何も障害物を想定せず、後部窓の透過損失を考慮していない。図１Ｂに、後続車両のロービーム・ヘッドランプおよび先行車両の内部バックミラーを基準に、約１５ｍの距離で後続車両（図示せず）に追従されている先行車両１０２を示す。
【００２８】
道路上約１．２ｍの位置にある、先行車両の内部バックミラーにおける照度は、各ヘッドランプ（ヘッドランプは約１．１２ｍ離れているものと仮定する）の水平および垂直角度を計算すること、その角度におけるヘッドランプの輝度を測定することおよび測定した輝度を距離の２乗で割ることによって決定する。自動車用バックミラーの平均的位置についての情報は、Ｍ．リード（Ｍ．Ｒｅｅｄ）、Ｍ．レト（Ｍ．Ｌｅｈｔｏ）およびＭ．フラナガン（Ｍ．Ｆｌａｎｎａｇａｎ）著、「乗用車ミラーにおける視野（Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｖｉｅｗ  ｉｎ  Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ  Ｃａｒ  Ｍｉｒｒｏｒｓ）」、ミシガン大学交通研究所（ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｈｉｇａｎ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＵＭＴＲＩ−２０００−２３））の文書から取得できる。平均的ロービーム・ヘッドランプの輝度についての情報は、Ｂ．スコットル（Ｂ．Ｓｃｈｏｅｔｔｌｅ）、Ｍ．シバック（Ｍ．Ｓｉｖａｋ）およびＭ．フラナガン（Ｍ．Ｆｌａｎｎａｇａｎ）著、「千年の変わり目における合衆国およびヨーロッパでのハイビームおよびロービーム・ヘッドライティング・パターン（Ｈｉｇｈ−Ｂｅａｍ  ａｎｄ  Ｌｏｗ−Ｂｅａｍ  Ｈｅａｄｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕ．Ｓ．  ａｎｄ  Ｅｕｒｏｐｅ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｔｕｒｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ）」、ＵＭＴＲＩ(ＵＭＴＲＩ−２００１−１９)の文書から取得できる。
【００２９】
図２は、先行車両のバックミラー位置における表面の照度を（後続車両のロービーム・ヘッドランプにおける取付け高さの関数として）示すグラフであり、この場合、障害物を想定せず、上記した情報に基づいている。図２のグラフに、連邦自動車安全基準（ＦＭＶＳＳ）１０８に明記された、０．５６ｍ〜１．３７ｍの法定範囲にわたるロービーム・ヘッドランプ取付け高さを示す。典型的な乗用車は、ヘッドランプを約０．６２ｍに取付けている可能性がある。この場合には、先行車両におけるバックミラー上のグレアは、約２．４ルクスである。ヘッドランプを１ｍに取付けている車両では、先行車両におけるバックミラー上のグレアは、５．８ルクスに上昇する。ロービーム・ヘッドランプ取付け高さが１ｍを超える大型トラックおよびＳＵＶに関しては、事態はずっと深刻になる。現在の合衆国における最も高いヘッドランプ取付け高さ、すなわち１．３７ｍでは、バックミラーのグレアは、約９１ルクスである。この大きな上昇の原因となるのは、ロービーム・ヘッドランプの輝度が、水平下約１．５度で最大となり、垂直角度の増加とともに急速に減少するという事実である。
【００３０】
ヘッドランプ取付け高さが高くなるとともにバックミラーのグレアが増加する問題は、大型車のヘッドランプが所定の高さを超えて取付けられる場合、ヘッドランプの照準がさらに下向きになるように、大型車の製造者に要求することによって解決することが可能であろう。しかしながら、この解決法は、先行車両が存在しない場合、通常の運転中に照明範囲が減少するという犠牲を払って得られるものである。たとえば、ヘッドランプを１ｍに取付けた車両が、ヘッドランプを０．６２ｍに取付けた車両と等しいグレアを発生させるようにするためには（すなわち、１５ｍの距離で）、ヘッドランプを１ｍに取付けた車両は、さらに１．４度下向きに照準を合わせなければならない。図３に、距離の関数として道路照度の３つの曲線を示す。これらの曲線は、ロービーム・ヘッドランプを０．６２ｍに取付けた乗用車、ロービーム・ヘッドランプを１ｍに取付けたトラックまたはＳＵＶ、およびロービーム・ヘッドランプを１ｍに取付け、さらに１．４度下向きに照準を合わせたトラックまたはＳＵＶに対するものである。図３に示すように、下向きに照準を合わせると、ロービーム・ヘッドランプの視程距離が著しく減少する。その結果として、先行車両が存在しないとき、通常の運転中では、単にヘッドランプの照準を下向きに合わせることは、一般に許容できない。
【００３１】
異なる取付け高さに起因するミラーグレアの影響に関する追加的情報は、米国自動車技術者協会（ＳＡＥ）出版Ｊ２５８４「乗用車ヘッドランプ取付け高さ（Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｈｅａｄｌａｍｐ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ  Ｈｅｉｇｈ）」に見いだすことができる。この研究では、先行車両に過度のグレアを照射することを避けるために、ヘッドランプ取付け高さは、０．８５ｍに制限することが推奨されている。
【００３２】
ヘッドランプの望ましい取付け高さを保つと同時に、先行車両に対してグレアを制限する解決法には、先行車両の存在を検出し、それによって、後続車両のロービーム・ヘッドランプの照準を調節することが含まれる。ヘッドランプの照準を変化させるシステムは、現在、多くの生産車に対して市販されている。これらのシステムでは、典型的に、車両車軸のセンサを用いて、道路傾斜の変化を検出し、ヘッドランプの照準を変化させて、一定の視程距離を確保する。他のシステムでは、ヘッドランプの照準を調節するモータを設けているが、運転者が、車両に設置された手動調節ノブを介して、ヘッドランプの照準を手動で調節することに依拠している。このようなシステムは、先行車両を検出して自動的にヘッドランプの角度を減少するための手段と組み合わせて設計または使用されるのではないが、先行車両が検出された場合、このようなシステムはその目的のために使用できる。
【００３３】
一実施形態では、このような先行車両検出手段には、カメラ（すなわちセンサアレイ）およびイメージ処理システムを含めてもよい。このシステムは、米国特許第６，２８１，６３２号明細書（名称「連続可変ヘッドランプ制御」（ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳＬＹ  ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＨＥＡＤＬＡＭＰ  ＣＯＮＴＲＯＬ）、２００１年８月２８日発行、ジョゼフ．Ｓ．スタム（Ｊｏｓｅｐｈ  Ｓ．  Ｓｔａｍ）ら）およびＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０８９１２号明細書（国際公開第０１／７０５３８号パンフレット、名称「車両用外部灯具制御システム（ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＥＸＴＥＲＩＯＲ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＬＩＧＨＴＳ）」、２００１年９月２７日公開）に開示されている。このようなシステムは、先行車両のテールランプを検出することができ、イメージにおけるテールランプの明るさ、または先行車両の２つのテールランプ間の離隔距離によって、先行車両までのおおよその距離を測定できる。テールランプは、典型的には、ほとんどの車両の後部窓の下に取付けられているので、イメージにおけるテールランプの位置をまた用いて、過度のグレアが、先行車両のバックミラーに照射されそうかどうかも判定することができる。
【００３４】
図４に、先行車両４０２（テールランプは、道路上１ｍに位置している）を示す。そのバックミラーは、後続車両のロービーム・ヘッドランプの前方１５ｍにある。先行車両のテールランプと後続車両のカメラ間の角度は、イメージにおけるテールランプの位置から測定できる。車両内のカメラと車両のロービーム・ヘッドランプ間における取付け高さの差異は一定であり、したがって、任意の所与の車両について知ることができることを理解されたい。上記のように、先行車両との距離は、いくつかの方法で測定することができる。たとえば、先行車両との距離は、イメージにおける先行車両テールランプの明るさによって概算することができる。代替として、２つのテールランプを備えたほとんどの車両では、２つのテールランプ間の距離（これは生産車では適度な範囲内にある）を用いて、先行車両との距離を概算することができる。オートバイまたはテールランプが１つしかない車両では、明るさを用いて、先行車両と後続車両間の距離を概算することができる。最後に、レーダ、レーザまたは超音波センサなど、距離を測定する他の装置を用いてもよい。このようなシステムは、たとえば駐車支援システムおよび適応型クルーズ・コントロール・システムと組み合わせて使用するために、すでに多くの生産車で取り入れられている。このようなシステムの一例として、米国特許第６，４０３，９４２号明細書（名称「レーダおよび光センサを利用した自動ヘッドランプ制御システム」（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ  ＨＥＡＤＬＡＭＰ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  ＲＡＤＡＲ  ＡＮＤ  ＡＮ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＥＮＳＯＲ））を参照されたい。
【００３５】
後続車両から先行車両までの概算距離がひとたび測定されると、被制御車両のヘッドランプと先行車両（たとえば、先行車両のバックミラー）間の角度が測定できる。イメージを分析して、イメージ内の光源の位置を測定する詳細な方法は、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０８９１２号明細書に説明されている。つぎに、グレアが先行車両の運転者を困惑させるほど、後続車両が先行車両に近づいている場合には、ヘッドランプの照準を下方に設定して、困惑させるグレアを起こさないレベルにすることができる（代替または追加として、ヘッドランプの輝度を調節してもよい）。先行車両が近接した範囲内に存在しない場合には、後続車両のヘッドランプは、適度な道路照度のために、通常の照準とすることができる。上記の実施形態に対する修正には、検出した光源に向けられる光の輝度を減少する様々な方法を含めてもよい。これらの方法は以下のものを含むが、それらに限定されるものではない。それらは、ヘッドランプにおける水平方向照準の修正、ヘッドランプにおける垂直方向照準の修正、ヘッドランプにおける輝度の修正、複数の外部灯具の１つを作動または不作動にすること、および検出した光源方向に、外部灯具からの光を選択的にブロックまたは減衰させることである。
【００３６】
イメージセンサを用いた、ヘッドランプの自動照準設定
ヘッドランプ技術が向上し、車両ヘッドランプがより明るくなったので、対向車両および先行車両の運転者にグレアを与える可能性がより大きくなった。対向車両の運転者に対するグレアを防ぐように設計されたロービーム・ヘッドランプは、典型的には、１．５度下向きおよび約１．５度右向きに照準を設定され、最大値を超える輝度は急激に減少する。しかしながら、道路および車両装荷の変動のために、たびたび、これらヘッドランプの最大値が、対向車両運転者の目に直接入る可能性がある。高輝度放電（ＨＩＤ）ヘッドランプなどの新しい技術では、この問題はずっと深刻であり、その結果、様々なグループが、これらのより明るいヘッドランプを有効に水平化するシステムの設計を試みてきた。現在の自動レベリングシステムは、各車軸にセンサを設け、道路に対する車両の傾斜度を測定する。このようなシステムには、また、加速に伴う車両傾斜度の変動を予測するために、車両速度の感知を取り入れてもよい。これらのシステムでは、ヘッドランプを適切に照準設定して車両傾斜度変動を補償するために、車両に関係した、ヘッドランプの照準設定を理解し調整する必要がある。
【００３７】
本発明の一実施形態は一般に、たとえば、ロービーム・ヘッドランプが与える道路上の実際のビームパターンを別個に感知することによって、または車両傾斜度の感知と組み合わせて、先行技術のヘッドランプ自動レベリングシステムを改良する。道路上の照度勾配を見ることによって、実際の照明範囲と所望の照明範囲とを比較し、ヘッドランプ照準を調節することにより、変動を補償することができる。所望の照明範囲は一定にしてもよいし、目下の車両速度、周囲光レベル、天候条件（雨／霧／雪）、他の車両の有無、道路または他の車両のタイプおよび／または環境条件の関数としてもよい。たとえば、高速で走行している車両の運転者は、長い照明範囲によって恩恵を受けるだろうし、一方霧の中を走行している運転者は、低く照準を合わせたヘッドランプによって恩恵を受けるであろう。道路の反射率は、一般に可変なので、照明範囲を決定するために、道路上の照度を見るだけでは、通常十分ではない。むしろ、路面上の距離の増加とともに傾斜する光レベルを見ることが、一般に役に立つ。
【００３８】
図３に示すように、道路照度は、車両からの距離が増加するとともに減少する。特定の水平角度および垂直角度範囲に対応する、イメージにおける画素の垂直細片を見て、特定の車両に対するロービーム・ヘッドランプの取付け高さに基づき、この細片全体の明るさの変化を図３の該当する曲線と比較することにより、ヘッドランプの目下の照準を測定、調整して、所望の照明範囲に提供することができる。代替として、フォトセンサの垂直線形アレイを用いて、道路照度のイメージを作り、こにようにして道路照度勾配を提供できる。
【００３９】
さらに、一定の状況では、車線材料からの反射を用いて、被制御車両の前方で道路がカーブしている場合に表示し、被制御車両ヘッドランプの方向を制御して、道路とともに曲がるようにできる。代替として、たとえば、陸上型システム（Ｌｏｒａｎなど）または衛星型システム（全地球測位システム（ＧＰＳ）など）のナビゲーションシステムを備えた車両では、被制御車両のヘッドランプ方向は、車両の位置に基づいて変化させることができる。
【００４０】
イメージセンサを用いたＡＦＳ照明の制御
適応型照明システム（ＡＦＳ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｆｒｏｎｔ  ｌｉｇｈｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ））は、前方照明システムの新しい世代であり、車両の前方照明を改善するための様々な技術を含んでいる。標準のロービームおよびハイビームのほかに、ＡＦＳ照明システムには、以下の照明モードを含めてもよい。
・  カーブ灯具−曲がるときに、照準が水平に変化するランプまたはよりよい照明をもたらすために点灯される別個のランプ。
・  悪天候灯具−雨または霧のときに運転者が障害物を見る助けとなるなるように、車両直前の道路上で照明がよく広がるランプ。
・高速道路照明−高速道路（すなわち、中央分離帯によって分離された反対方向の車線を備えた道路）を高速で走行しているとき、より大きな照明範囲を提供するランプ。
・市街地照明−街中での走行にふさわしく、照明範囲をより短く、より広くして、歩行者および他の車両に対するグレアを減少するランプ。
【００４１】
典型的なＡＦＳ照明システムの目標は、異なる照明モードを自動選択することである。たとえば、降雨感知または霧感知を用いて、悪天候灯具を作動させることができるし、ハンドル角度を用いて、カーブ灯具を作動させることができる。しかしながら、他の照明モードの作動は、それほど直接的ではない。すなわち、高速道路照明モードおよび市街地照明モードの作動には、環境に対する知識が必要である。車両速度を用いて市街地照明を作動させることができる。しかしながら、市外を低速で走行中に、照明が不必要に減少される可能性がある。また、周囲光レベルを、市街地走行の有用な指標にしてもよい。最後に、米国特許出願第０９／８００，４６０号明細書（名称「外部灯具の制御システム」（ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＥＸＴＥＲＩＯＲ  ＬＩＧＨＴＳ））に開示されているように、車両が走行している道路タイプを示す地図データベースを備えた全地球測位システム（ＧＰＳ）を有する車両を使用して、適切な照明モードを決定してもよい。しかしながら、このようなシステムは高価であり、世界全地域の地図データを入手できるとは限らない。さらに、ＧＰＳシステムが不正確であるために、このようなシステムが、時には、車両が走行中の道路を、誤って認識する可能性もある。
【００４２】
本発明によると、市街地は、光センサを用いて検出する。ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／００６７７号明細書（名称「フォトダイオード光センサ」（ＰＨＯＴＯＤＩＯＤＥ  ＬＩＧＨＴ  ＳＥＮＳＯＲ）、ロバートＨ．ニクソン（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｈ．  Ｎｉｘｏｎ）ら、２０００年７月２７日公開（国際公開第００／４３７４１号パンフレット））に開示されているような個別の光センサを使用してもよい。このセンサを用いて周囲光を測定してもよいし、また、６０Ｈｚ交流電源によって電力を供給される放電街路照明が生み出す１２０Ｈｚ（または欧州では１００Ｈｚ）強度リプル成分を、強度リプルの異なる位相でいくつかの光レベル測定値を得ることにより測定してもよい。周囲光レベルにかなりの交流成分があり、また車両の速度が遅い（たとえば、３０ｍｐｈ（ｍｉｌｅｓ  ｐｅｒ  ｈｏｕｒ）未満）場合には、車両は、かなりの相互照明がある市街地を走行しているものと考えられ、市街地照明が作動される。交流光量および車両速度を調べることによって、市街地運転条件が正確に測定できる。周囲光レベルおよび車両速度と組み合わせて交流成分の量を用い、市街地照明の使用を適切に決定してもよい。たとえば、照明範囲を減少しても重大な安全上の危険がなさそうなほど周囲光レベルが十分であり、車両速度が市街地走行を示しており（たとえば、約３０ｍｐｈ未満）、周囲照明にかなりの交流成分がある場合には、市街地照明を作動してもよい。
【００４３】
代替として、通常のロービーム照明から市街地照明への移行は、照明範囲を周囲照明および車両速度の連続関数として、連続的なものとし、一定の条件にたいして十分な照明範囲をもたらすようにしてもよい。これにより、安全な照明範囲を確保し、歩行者または他の車両に対するグレアを最小限にするという恩恵がもたらされる。最後に、個別の光センサを使用することに対する代替として、イメージセンサなどのセンサアレイを用いて街灯を確認し、一定期間に検出される街灯の数が閾値（車両速度および周囲照明を考慮するとともに）を超える場合には、市街地照明を作動してもよい。イメージセンサを用いて街灯を検出する方法が、上記の参照特許および特許出願に詳細に開示されている。光センサは、たとえばバックミラー筐体など、自動車全体の様々な箇所に設けることができる。さらにまた、このような光センサは、米国特許第６，３７９，０１３号明細書（名称「半導体光センサを用いる車両装置制御」（ＶＥＨＩＣＬＥ  ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＷＩＴＨ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＬＩＧＨＴ  ＳＥＮＳＯＲＳ）に説明されているものなど、様々な他の機能（たとえばサンロード（ｓｕｎ  ｌｏａｄ））に使用してもよい。
【００４４】
高速道路の状態もまた、高速道路の車線分割線または中央分離帯を検出するイメージセンサを用いて、測定することができる。この測定は、いくつかの連続的なイメージにおいて、対向車両ヘッドランプの角度の動きを直接見ることによって達成できる。一連のイメージにおける物体の動きを検出することについて、さらに、米国特許出願連続第０９／７９９，３１０（名称「車両ヘッドランプまたは車両装置を制御するためのイメージ処理システム」（ＩＭＡＧＥ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ  ＴＯ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＨＥＡＤＬＡＭＰＳ  ＯＲ  ＯＴＨＥＲ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ）、２００１年３月５日出願、ジョゼフ  Ｓ．スタム（Ｊｏｓｅｐｈ  Ｓ．  Ｓｔａｍ）ら）に開示されている。図５に、３つの曲線が収束する様子を示している。これらは、高速道路における中央分離帯の異なる幅および、イメージにおいて対向車両ヘッドランプの位置が、異なる方向に走行している２台の車両間の距離の関数としてどのように変化するかを表す。イメージにおけるヘッドランプの位置と明るさを調べることおよびヘッドランプ・イメージの位置が、一定の制御された車両速度で、経時的にどのように変化するかを調べることによって、中央分離帯のおおよその間隔を測定でき、中央分離帯の幅が十分な場合には、高速道路照明を作動することができる。最後に、ヘッドランプも、先行車両のテールランプも存在しない場合には、ハイビームを作動できる。
【００４５】
制御可能なビームパターンを備えたヘッドランプ
図６Ａに、マスク６０３と組み合わせて利用され、普通、プロジェクタ・ヘッドランプと呼ばれている、例示的な高性能ヘッドランプを示す。バルブ６０２が、反射器６０１の前に配置されている。バルブ６０２は、従来の白熱（たとえばタングステンハロゲン）タイプ、高輝度放電（ＨＩＤ）タイプもしくは他の相応しいバルブタイプでも、またはさらに以下で説明するように、遠隔光源からの出力であってもよい。レンズ６０４は、バルブ６０２から出て、反射器６０１で反射される光を道路へと向ける。マスク６０３は、水平線６０５より上の光が道路へ向けられるのを防ぐための遮断点を作る。マスク６０３は、他の車両へグレアを起こす可能性のある、光線６０７などの光線を吸収または反射する。遮断点より下に投射される、光線６０６などの光線は、マスク６０３にブロックされないので、レンズ６０４を通過する。マスク６０３は、典型的には、図６Ｂに示すような形状をしており、車両の右側では遮断点をわずかに高くする段部を含んでいる。
【００４６】
このタイプのランプ構成に対する修正には、マスク６０３を制御するソレノイドが含まれる。ソレノイドを用いて、マスク６０３を、バルブ６０２の前の位置から取り除くことができる。取り除くと、光線６０７のような光線は、レンズ６０４を通過して路面に投射され、したがって、ずっと長い照明範囲を確保する。このようにして、マスク６０３を取り除いたランプは、ハイビーム・ヘッドランプとして機能することができる。
【００４７】
本発明では、図６Ｃに示すように、マスク６０３は、また、モータで制御し、バルブ６０２、レンズ６０４および反射器６０１に対して垂直に動かしてもよい。マスク６０３を下げることによって、遮断角度が上がり、照明範囲が拡大する。マスク６０３を上げることによって、遮断角度が下がり、照明範囲が減少する。マスク６０３の動きを用いて、市街地照明または高速道路照明など異なる照明機能を確立できるし、または速度の増加とともに照明範囲を拡大することもできる。さらにまた、マスク６０３の動きを用いて、ヘッドランプの垂直照準を確立できるので、本明細書において上記で説明したように、車両の傾斜変動を補償できる。このヘッドランプの照準を合わせる方法は有利である。なぜなら、今日の自動照準システムによっては、ランプセット全体が動かされるが、それとは違い、動かす必要があるのは、比較的小さなマスク６０３だけだからである。
【００４８】
本発明の他の実施形態では、マスク６０３は、空間的に制御される可変減衰フィルタと置き換えられている。このフィルタは、エレクトロクロミック可変透過窓として形成することができ、この窓には、窓の様々な領域を選択的に暗くする機能がある。この窓には、バルブのごく近くでもたらされる高温に耐えることができる、液状または固体状（たとえば酸化タングステン）のエレクトロクロミック材料を含めてもよい。代替として、この窓は、液晶装置（ＬＣＤ）、懸濁粒子装置または電気的、化学的もしくは機械的に可変な透過装置であってもよい。適切なエレクトロクロミック装置が、米国特許第６，０２０，９８７号明細書（名称「予め選択された色を生ずることのできるエレクトロクロミック媒体」（ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＲＯＭＩＣ  ＭＥＤＩＵＭ  ＣＡＰＡＢＬＥ  ＯＦ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  Ａ  ＰＲＥ−ＳＥＬＥＣＴＥＤ  ＣＯＬＯＲ））に開示されている。
【００４９】
このような可変透過装置７００の一例を、図７Ａおよび７Ｂに示す。装置７００は、エレクトロクロミック材料を間に含む２枚のガラスを用いて構成する。各ガラスの内面には、酸化インジウムスズ(ＩＴＯ)などの透明導電性電極があり、この電極は、少なくとも１つの表面上にパターン化され、電子制御によって、窓の異なる領域を選択的に暗くする。図７Ａにおいて、これらの領域は、水平細片７０１であり、細片は、任意にわずかな段部を含んでもよい。細片７０１の全てを、一定のレベル以下に選択的に暗くすることによって、図６Ｃに関連して上記に説明したように、マスク６０３を上下に動かすのと類似の可変遮断を達成できる。分かりやすくするために、各細片７０１の間にはいくらかのすき間が示されているが、実際には、このすき間は非常に小さい。したがって、遮断点以下の吸収領域は、本質的に連続している。最後に、様々な細片を単に部分的に暗くし、それによって、より漸進的に遮断することが可能である。
【００５０】
代替として、窓７００には、図７Ｂに示すような、いくつかの独立に制御されるブロック７０２を含んでもよい。望ましい制御の程度しだいで、ブロックの数は任意とすることができる。これらのブロックを選択的に暗くすることによって、ほぼ任意の、所望のビームパターンを実現できる。たとえば、遮断点以下のブロックを全て暗くして、ロービームパターンを実現してもよい。全てのブロックを透明にして、ハイビームパターンを実現してもよい。イメージセンサによって、対向車両または先行車両を検出した場合には、上記のように、ブロックを選択的に暗くして、車両が検出された角度に対応する光をブロックでき、それにより、前方の視界おける残り部分に対する照明を損なうことなく、これらの車両へのグレアを防ぐことができる。さらに、本明細書で使用されているように、様々な方法によって、独特なビームパターンを実現できる。これらの方法には、たとえば、１つまたは複数の光源の輝度を変えること、１つまたは複数の光源の照準方向を変えること、１つまたは複数の光源が供給する光の配分を変えることおよび／または複数の光源を組み合わせて作動させることなどがある。
【００５１】
さらに別の代替は、マスク６０３を、空間的に制御される反射器として構成することである。このような反射器は、米国特許第５，９０３，３８２号明細書、米国特許第５，９２３，４５６号明細書、米国特許第６，１６６，８４７号明細書、米国特許第６，１１１，６８５号明細書および米国特許第６，３０１，０３９号明細書に開示されているものなど、可逆電気化学反射器であってもよい。このような装置では、反射金属を表面上に選択的にめっきしたり、しなかったりして、反射および透過状態を切換える。フィリップスエレクトロクス(Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ)から入手できる、金属水素化物の切換え可能ミラーを使用して、空間的に制御される反射器を提供してもよい。空間的に制御される反射器は、ハイビームからロービームへの変換を考慮した、単一の連続反射器として形成してもよいし、または図７Ａおよび７Ｂにあるように、パターン化して、ミラーのセグメントを個別に作動できるようにし、そうして、透過ビームを空間的に制御してもよい。空間的に制御される反射器の使用により得られる利点は、反射装置が光線６０７を反射器６０１に反射し返すので、かくして光線は吸収されるのではなくて保存され、ビームの他の領域に投射するために利用できることである。これにより、所望の照明パターンを提供するために光線を吸収するヘッドランプに比較して、効率が改善されたヘッドランプが提供される。さらに、光線を吸収するのではなくて反射することによって、マスクがそれほど熱くならず、したがって、ヘッドランプは、潜在的により頑丈になる。
【００５２】
さらに別の実施形態では、空間的に制御される反射器を用いて、図９のヘッドランプを構成する。バルブ９０１および反射器９０２が光源を形成し、この光源が、空間的に制御される反射器９０３に入射光線９０６を投射する。光源は、ハロゲン光源、高輝度放電（ＨＩＤ）光源または発光ダイオード（ＬＥＤ）光源など、自動車での使用に適した、任意のタイプの光源とすることができる。入射光線９０６はまた、ファイババンドルまたは光パイプを通して、遠隔光源から入射してもよい。空間的に制御される反射器９０３には、複数の切換え可能なミラー９０５が含まれる。これらのスイッチは、ターンオン可能で、入射光線９０６を反射（反射光線９０７のように）する。つぎに、これらの光線は、レンズ９０４で道路に投射される。ミラーがターンオフすると、入射光線９０６は、レンズ９０４から離れるように反射されるか、反射器９０３を透過するか、または吸収される。要するに、レンズ９０４によって投射されることはない。代替として、光線の向きを変えて、ヘッドランプ・ビームの他の部分の照明を増加してもよい。
【００５３】
空間的に制御される反射器は、たとえば、テキサス・インスツルメンツ(Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ)から入手可能な、カスタム設計のデジタル・マイクロミラー装置（ＤＭＤ）でもよい。ＤＭＤは、微細機械加工したごく小さなミラーのアレイであり、このミラーアレイは、２つの角度間で切換えができ、現在、ビデオプロジェクタ用に広く使用されている。空間的に設定変更可能なヘッドランプを作製するＤＭＤの用途は、ビデオプロジェクタの用途と類似している。しかしながら、ビデオプロジェクタに必要な高解像度、可変色およびビデオフレーム率は、ＤＭＤを使用するヘッドランプに必要ではない。したがって、ヘッドランプの制御システムは、ビデオプロジェクタの制御システムよりも単純にできる。しかしながら、本発明は、いかなる特定のミラー数またはスイッチング率にも限定されるものではない。２つのビームパターン間で切換えるためのわずか１つのミラーから、完全に設定変更可能なビームパターンを提供するための何千ものミラーセグメントまで使用できる。
【００５４】
ＤＭＤの代替として、空間的に制御される反射器は、上記で説明したように、可逆電気化学反射器または金属水素化物の切換え可能ミラーとして構成してもよい。最後に、ミラーの前に配置され、パターン化された減衰フィルタ（エレクトロクロミック・フィルタまたはＬＣＤのような）を備えた固体ミラーを用いて、同じ機能を提供してもよい。制御可能な反射器および／または減衰器を用い、１つまたは複数の運転条件に基づいて、ビームパターンを選択し、その時点で、制御ユニットによって（センサアレイから受信した入力に基づいて）、反射器および／または減衰器が、検出した物体にグレアを起こす可能性のある光の方向を変えるか抑制するようにしてもよい。本明細書で説明するように、センサアレイと組み合わせて制御ユニットを実現するシステムは、被制御車両ヘッドランプにおける１つまたは複数の光源の操作を通して、反射光と別の光源からの光とを区別するように設定変更可能である。一般に、図８および９におけるヘッドランプ実施形態の光源は、反射光を別の光源から区別できるように、一巡できる。さらに、ヘッドランプの構成しだいで、図７Ａおよび７Ｂの実施形態もまた、反射光を別の光源から区別できるように、一巡できる。
【００５５】
図９の実施形態は、上記の実施形態と類似の方法で機能する。どのミラーまたはミラーセグメントがオンであるかを選択することによって、ミラーセグメントのオン／オフのデューティサイクルを実現でき、またはミラーセグメントが連続的に可変の場合には、任意の考えられるビームパターンの反射レベルを実現できる。ランプは、基本的なロービーム機能、および／またはハイビーム、カーブランプ、高速道路照明、悪天候照明または任意の中間的な状態を提供できる。さらに、ミラーは、他の車両に対する方向を検出するためのカメラとともに使用する場合には、ターンオフし、その方向への光線が投射されるのを防ぎ、かくして、他の車両へのグレアを防ぐ。さらに、上記のように、ミラーを制御して、たとえば車両ではない光源などの反射光を、たとえば車両の光源など別の光源からの光と区別できるようにしてもよい。
【００５６】
本発明とともに使用するのに適したさらに別のヘッドランプ構成を、図８に関連して説明する。この実施形態では、反射器６０１、バルブ６０２およびマスク６０３は、レンズ６０４のほぼ焦平面に配置された高輝度ＬＥＤアレイ８０１によって置き換えられている。自動車ヘッドランプとして使用するのに適した高輝度ＬＥＤアレイは、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０８９１２号明細書および米国特許出願第０９／８３５，２３８号明細書（２００１年４月１３日出願、ロバーツ（Ｒｏｂｅｒｔｓ）ら）に開示されている。これらのアレイは、琥珀色および青−緑ＬＥＤ発光体の、二元相補的組み合わせを通して、白色光照明を生成可能である。
【００５７】
ＬＥＤアレイ８０１におけるＬＥＤ８０２またはＬＥＤグループ８０２は、独立に構成され、選択的で可変に、電子制御ユニットによって作動される。ＬＥＤ８０２（または間隔が密なＬＥＤグループ）からの光は、レンズ６０４によって、ランプ前の特定の区域に投射される。これらのＬＥＤ８０２を選択的に作動させることによって、上記で説明した図７Ｂの実施形態において、様々なブロック７０２を選択的に暗くすることによって実現したのと同様の方法で、所望のビームパターンを実現できる。たとえば、所望の照明範囲を得るために、遮断点以下の全てのＬＥＤを作動させてもよい。イメージング・システムによって他の車両が確認された場合には、その確認車両の方向へ光を投射するＬＥＤを止めるか輝度を減少させて、その車両へのグレアを防いでもよい。他の全てのＬＥＤは点灯したままでよく、車両の存在しない区域を照明する。さらに、ＬＥＤを取り入れたヘッドランプでは、ＬＥＤの一部を減光するかターンオフして、対向車両を反射器など他の光源から区別できる。
【００５８】
上記で説明した実施形態によって、制御可能で、設定変更可能なビームパターンの備わったヘッドランプが提供される。これらのヘッドランプを上記に説明した方法で用いて、完全に自動の、車両前方における灯具システムを提供してもよい。このシステムが提供できる非常に多くの機能には、ロービーム、ハイビーム、高速道路照明、市街地照明、悪天候照明、カーブランプ、自動水平化および対向車両または先行車両運転者へのグレアを防ぐ反グレア制御が含まれる。これら特定の照明モードは、単に例示的なものであり、制御は、個別のモード間で切換えてもよいし、連続的であってもよい。
【００５９】
様々なセンサから制御システムへ、一定の運転条件に適したビームパターンを決定するための入力を供給するようにしてもよい。これらのセンサには、たとえば、カメラ、周囲光センサ、速度センサ、ハンドル角度センサ、温度センサ、コンパス、ナビゲーションシステム（たとえば、陸上型（Ｌｏｒａｎなどの）または衛星型（ＧＰＳなどの））、傾斜センサおよび様々なユーザ入力スイッチを含めることができる。さらに、様々なビームパターンを切換えるための閾値、ランプの明るさ、ビーム遮断の鮮明度、ランプの色、カーブの程度など、様々な好みを設定する運転者入力を提供できるように、構想されている。ＧＰＳ、ユーザ入力または工場設定を施して車両の位置を指示し、様々な法律を確実に遵守するようにしてもよい。したがって、位置の簡単な選択で、同一のランプアセンブリを様々な国で使用するようにしてもよい。
【００６０】
本明細書で説明する制御方法は、本明細書に説明する実施形態のランプまたは他のタイプのランプとともに用いてもよい。同様に、本明細書で説明する実施形態のランプは、様々な方法で制御することができる。最後に、本明細書で説明する実施形態のランプは、任意の数もしくは構成において単独で用いてもよいし、または標準ランプ、固定カーブランプ、フォグランプ、悪天候ランプもしくは他のタイプのランプと組み合わせて用いてもよい。これらの制御方法で、設定変更可能なランプおよび任意の他のタイプのランプの両方を制御してもよい。
【００６１】
本発明の一実施形態では、高輝度放電（ＨＩＤ）ヘッドランプ、タングステンハロゲンおよび青色強化ハロゲンヘッドランプなど様々な車両用外部灯具を使用し、様々な道端の反射物および標識からの反射を、対向車両のヘッドランプおよび先行車両のテールランプから区別する能力を向上させている。さらに、所望の結果を生み出すために、特定のスペクトルフィルタ材料を、車両用外部灯具と組み合わせて用いてもよい。
【００６２】
自動の車両用外部灯具制御システムによって、対向車両のヘッドランプおよび先行車両のテールランプを、自動車のではない光源または標識および道端の反射物からの反射と区別するのは、一般に好ましい。これらの様々な物体を区別する能力は、様々な色フィルタ、紫外線フィルタおよび赤外線スペクトルフィルタを最適に組み合わせて、向上させてもよい。図１０に、自動車関連光源の様々なタイプにおけるスペクトル内容のグラフを示し、図１１に、様々な彩色標識におけるスペクトル反射のグラフを示す。図１２に、本発明の一実施形態で使用されている赤色および赤外線スペクトルフィルタにおける透過パーセントのグラフを示し、図１３に、本発明の一実施形態による光システムにおける量的効率のグラフを示す。図１０〜１３のグラフに示す数字データは、以下により詳細に説明するように、様々な光源を分類するために利用する。
【００６３】
ある一定の検出した光源の明るさは、図１０に示すような、その光源のスペクトル出力に、図１２に示すような、赤外線スペクトルフィルタ補正係数を乗算し、図１３に示すような、画素アレイのスペクトル応答を乗算することによって、概算することができる。赤色でフィルタした画素に対しては、この値に、さらに、赤色スペクトルフィルタ透過補正係数を乗算する。道路標識からの、検出した反射の明るさは、図１０に示すような、被制御車両のヘッドランプスペクトル出力に、図１１に示すような、標識のスペクトル反射補正係数を乗算し、図１２に示すような、赤外線スペクトルフィルタ透過補正係数を乗算し、図１３示すような、光システムのスペクトル応答を乗算することによって概算することができる。赤色でフィルタした画素に対しては、つぎに、前記の結果に、図１２に示すような、赤色スペクトルフィルタ透過補正係数を乗算する。
【００６４】
赤色でフィルタした画素上に投射された物体と、赤色でフィルタしていない画素上に投射した物体間における明るさの比率を用いて、物体の相対的な赤さを測定できる。つぎにこの比率を利用して、物体がテールランプかまたはヘッドランプかを決定する。図１４に、赤色でフィルタした画素上に投射した物体における明るさの、フィルタしていない画素上に投射した同じ物体に対する計算比率を示す。図１４に示すように、テールランプの赤対無フィルタ比率は、ヘッドランプまたはほとんどの他の物体よりずっと高い。
【００６５】
光源間の区別は、青色強化ヘッドランプを使用することによって、さらに改善できる。このようなヘッドランプバルブは市販されており、自然の昼光にさらに近い、より青っぽくてクールな色光を生じる。これらのヘッドランプバルブは、その色によりよく一致するように、時には、高輝度放電（ＨＩＤ）ロービーム灯具と組み合わせて使用する。最後に、赤外線光をバルブに反射し返すコーティングがしてあるハロゲン赤外線（ＨＩＲ）バルブは、よりクールな光を出力するものであり、使用可能である。図１０に示すように、ＨＩＲバルブには、全出力のうち、赤色光を発する百分比がより少ないという利点がある。その結果、光を反射する標識のイメージは、明るさが、赤色でフィルタしていない画素上よりも赤色でフィルタした画素上でより低くなる。全光量に比べて赤色光の放射がより少ない他の光源を有利に用いて、道路標識および他の物体からの反射の誤った検出を最小限にしてもよい。これらの光源の例として、ＨＩＤハイビーム灯およびＬＥＤヘッドランプがある。
【００６６】
白色光源（ヘッドランプなど）の色を、その色温度または相関色温度で分類するのは普通である。色温度の高い光源は、色調がより青みを帯びており、紛らわしいが、典型的には、「クールな白色光」源と呼ばれている。色調がより黄色または橙色がかった光源は、色温度が低く、また紛らわしいが、「暖かい白色光」と呼ばれている。高い色温度の光源は、長波長可視光に対して、短波長可視光の割合が比較的高い。本発明は、より高い色温度のヘッドランプを使用することによって恩恵を受けるが、それは、潜在的に検出される可能性のある標識または他の物体によって反射される赤色光の割合が減少するためである。
【００６７】
不完全放射体光源の相関色温度は、光源の色座標を計算し、完全放射体軌跡で最も近い温度を見つけることによって概算することができる。色座標の計算は、当該技術分野では周知である。Ｒ．Ｗ．Ｇ．ハント（Ｒ．Ｗ．Ｇ．Ｈｕｎｔ）の文献「色の測定」（ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＣＯＬＯＵＲ）第二版は、色座標の計算における周知の教示を与える１つの情報源である。ＣＩＥ  １９７６  ＵＳＣの（ｕ’、ｖ’）色空間を使用すると、標準ハロゲンヘッドランプは、色座標がｕ’＝０．２５、ｖ’＝０．５２と測定された。これらの座標から、相関色温度は、３１００ケルビンと概算される。図１０の青色強化ヘッドランプは、色座標が、ｕ’＝０．２４、ｖ’＝０．５１であり、したがって、相関色温度は、約３７００ケルビンである。測定した高輝度放電（ＨＩＤ）ヘッドランプは、色座標がｕ’＝０．２１、ｖ’＝０．５０であり、したがって、相関色温度は、４５００ケルビンである。一般に、本発明は、被制御車両が、約３５００ケルビン超の相関色温度を有するヘッドランプを備えているときに恩恵を受ける。
【００６８】
図１５Ａに、ヘッドランプ１５００を概略的に示す。このヘッドランプには、回転可能マスク１５０３および反射器１５０１の前に配置されたバルブ１５０２が含まれる。バルブ１５０２は、従来の白熱（タングステンハロゲン）タイプ、高輝度放電（ＨＩＤ）タイプもしくは他の適切なバルブタイプでもよく、または上記で説明したように、遠隔光源からの出力であってもよい。レンズ１５０４が、バルブ１５０２から出て反射器１５０１に反射された光を道路へ向ける。マスク１５０３によって遮断点を設け、垂直に見て水平線１５０５より上の光が道路に向けられるのを防ぐ。マスク１５０３は、光線１５０７などの光線を吸収または反射する。なぜなら、これらの光線によって、別の車両にグレアがもたらされ、ヘッドランプ１５００が提供する照明パターンが変化させられる可能性があるからである。光線１５０６などの、遮断点以下に投射される光線は、マスク１５０３によってブロックされないので、レンズ１５０４を通過する。
【００６９】
マスク１５０３は、図１５Ｂに示す長円形など、多くの異なる形状であってもよい。また、たとえばステップモータなどのモータＭに連結された不規則な円筒形として実現され、マスク１５０３が回転するとともに可変照明パターンを達成するために、中心からずれていてもよい。すなわち、マスク１５０３は、回転すると、ブロックする光量を変化させる。このように、マスク１５０３は、長円形の円筒として実現される場合には、垂直方向に長円形の輪郭を提供できる。
【００７０】
ヘッドランプ１５００を実現する典型的な照明システムでは、制御ユニットが、センサアレイから電気信号を受信し、モータＭに制御信号を送信することによりマスク１５０３の回転位置を制御して、所望の照明パターンを実現する。マスク１５０３が既知の位置にあり、かくして、所望の照明パターンを確実に提供できるように、ホーミングまたはフィードバック技術を用いてもよいことを、理解されたい。マスク１５０３が回転すると、マスク１５０３によって減衰される光量が変化する。このように、マスク１５０３の動きを用いて、多種多様で異なる照明機能を確立できる。マスク１５０３の回転を用いて、ヘッドランプ１５００の垂直照準を確立できるので、本明細書の上記で説明したように、車両傾斜変動補償も達成できる。ヘッドランプの照準を合わせるこの技術は、有利である。なぜなら、市販の自動レベリングシステムによってはランプセット全体が動かされるが、それとは違い、比較的小さなマスク１５０３を動かす必要があるだけだからである。
【００７１】
図１６Ａに、ヘッドランプ１６００を概略的に示す。このヘッドランプには、本発明の別の実施形態による、複数の外形を含むマスク１６０３が含まれる。これらの外形によって、水平および垂直方向の両方に、照明パターンを制御することができる。ヘッドランプ１６００には、反射器１６０１の前に配置されたバルブ１６０２が含まれる。バルブ１６０２は、従来の白熱（たとえば、タングステンハロゲン）タイプ、高輝度放電（ＨＩＤ）タイプもしくは他の適切なバルブタイプでもよく、または上記で説明したように、遠隔光源からの出力であってもよい。レンズ１６０４は、バルブ１６０２から出て反射器１６０１に反射された光を道路へ向ける。マスク１６０３によって遮断点を設け、水平線１６０５より上の光が道路に向けられるのを防ぐ。マスク１６０３は、光線１６０７など、別の車両にグレアをもたらす可能性がある光線を吸収または反射する。光線１６０６などの、遮断点以下に投射される光線は、マスク１６０３によってブロックされないので、レンズ１６０４を通過する。
【００７２】
マスク１６０３には、図１６Ｂおよび１６Ｃに示す外形など、多数の異なる外形を同時に取り入れてもよい。またたとえば、ステップモータなどのモータＭに一端部で結合し、所望の外形を選択するためにマスク１６０３が回転するとき、可変照明パターンを実現するようにしてもよい。たとえば、左右がいろいろな外形を備えることによって、たとえば左か右か、光の照準合わせを行い、および／または光ビームの幅を変更できる。ヘッドランプ１５００と同様に、ヘッドランプ１６００は、制御ユニットとともに機能できる。この制御ユニットは、センサアレイから電気信号を受信し、制御信号をモータＭに送信することにより、マスク１６０３の回転位置を制御して、所望の照明パターンを実現する。マスク１６０３が既知の位置にあり、かくして、所望の照明パターンを確実に提供できるように、ホーミングまたはフィードバック技術を用いてもよいことを、理解されたい。
【００７３】
マスク１５０３の回転と同様に、またマスク１６０３の回転を用いて、市街地照明あるいは高速道路照明などの異なる照明機能を確立すること、または速度の増加とともに徐々に照明範囲を拡大することができる。さらにまた、本明細書の上記で説明したように、マスク１６０３の回転を用いて、ヘッドランプの垂直または水平照準合わせを確実にでき、したがって、車両傾斜変動を補償することもできる。ヘッドランプの照準を合わせるこの方法がまた有利なのは、比較的小さなマスク１６０３を回転させる必要があるだけだからである。
【００７４】
上記の説明は、単に好適な実施形態の説明だと考えられる。本発明の修正が、当業者および本発明を実施または使用する者には思い浮かぶであろう。したがって、図面に示し、上記で説明した実施形態は、単に、例証を目的としたものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は、均等論を始めとして、特許法の原理に従って解釈された特許請求の範囲によって定義されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】例示的なイメージングシステムの電気ブロック図である。
【図１Ｂ】様々な幾何学的に考慮すべき事柄を示す、先行車の側面図である。
【図２】後続車両におけるロービーム・ヘッドランプの取付け高さの関数として、図１Ｂの先行車両におけるバックミラー位置における表面の照度を示すグラフである。
【図３】様々な、ヘッドランプ取付け高さに対する距離の関数として、路面照度を示すグラフである。
【図４】様々な幾何学的に考慮すべき事柄を示す、別の先行車両の側面図である。
【図５】被制御車両のセンサアレイが捉えた、対向ヘッドランプイメージ位置の、イメージの中心に対する関係を、様々な中央分離帯幅における、対向車両までの距離の関数として示すグラフである。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、マスクを組み込んだ高性能ヘッドランプの側面図である。
【図６Ｂ】図６Ａにおけるマスクの正面図である。
【図６Ｃ】本発明の別の実施形態による、マスクを組み込んだ高性能ヘッドランプの側面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による、車両ヘッドランプが生成する照明を制御するために使用する可変透過装置の正面図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による、車両ヘッドランプが生成する照明を制御するために使用する可変透過装置の正面図である。
【図８】複数の個別発光ダイオードを含むヘッドランプの側面図である。
【図９】空間的に制御される反射器を利用するヘッドランプの図である。
【図１０】様々な車両用外部灯具のスペクトル分布のグラフを示す。
【図１１】様々な彩色道路標識のスペクトル反射率のグラフを示す。
【図１２】本発明の一実施形態により、赤色および赤外線フィルタ材料の透過係数のグラフを示す。
【図１３】本発明の一実施形態により、光システムのための、量子効率対波長のグラフを示す。
【図１４】本発明の一実施形態により、光システムが検出する様々な光源に対する赤色フィルタ対無フィルタの比率のグラフを示す。
【図１５Ａ】本発明の一実施形態による、回転可能マスクを組み込んだヘッドランプの側面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａにおけるマスクの正面図である。
【図１６Ａ】本発明の別の実施形態による、回転可能マスクを組み込んだヘッドランプの側面図である。
【図１６Ｂ】第１の位置における図１６Ａのマスクの正面図である。
【図１６Ｃ】第２の位置における図１６Ａのマスクの正面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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