JPH0681311B2 - 車両用視界向上装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、例えば夜間走行する車両に適用した場合、
車両前方に良好な肉眼による視界を確保し得、かつ対向
車の運転者をヘッドライトで眩惑させることがなく、し
かも対向車ヘッドライト等の有無にかかわらず常に良好
な遠方視界を得ることができるようにした車両用視界向
上装置に関する。

《従来技術とその問題点》 夜間走行中の車両などにおいて、車両前方の視界を向上
させるためには、ヘッドライト光の強度を増加すること
が考えられるが、このような方法では対向車の運転者を
眩惑させる虞れがある。

一方、車両用眩惑防止装置としては、例えば特開昭52−
101526号公報に見られるように、偏光板によって対向車
のヘッドライト光を遮る方法，あるいは特開昭49−7283
0号公報などのように、運転者の前面に液晶等を用いた
透過率可変フィルタ板を設け、このフィルタ板によって
対向車のヘッドライト光を遮る方法が知られているが、
前者の方法にあっては自車のみならず対向車にまで同様
な偏光板を取り付けておかなければ効果が薄く、また、
後者にあってはフィルタ板の光透過率を低下させて対向
車のヘッドライト光を遮った場合、同時に自車のヘッド
ライト光によって照らし出される車両前方の視界も暗く
なってしまい、このため対向車付近に立っている歩行者
などのような本来ドライバにとって視認する必要のある
対象を見誤る虞れがある。

《発明の目的》 この発明の目的は、例えば夜間走行中の車両に適用する
場合、自車および対向車の運転者が感ずるヘッドライト
光の明るさについては増加させることなく、かつ車両前
方遠距離の視界を確実に向上させることができる車両用
視界向上装置を提供することにある。

《発明の構成》 この発明は上記の目的を達成するために、 車両前方の所定領域へ向けて、所定の光量による光線の
照射の開始と停止とを、人間の目には一定の光量に見え
る周期で繰り返す投光手段と、 前記所定領域を光電的に撮像して影像信号を出力する撮
像手段と、 前記撮像手段へ入射する光線の光量を検出する光量検出
手段と、 前記撮像手段へ入射する光線の入射経路に介在され、か
つ前記投光手段による光線の照射の開始に同期して透過
状態に駆動され、かつ前記光量検出手段で検出された光
量が増加するほど透過状態に駆動される期間を短くする
シャッタ手段と、前記映像信号による画像を車両乗員に
表示する画像表示手段と、からなることを特徴とする。

《実施例の説明》 まず本発明の原理について説明する。人間の視覚特性を
調べると、第１図に示す如く、遅い周波数で光を点滅
（ON,OFF）させると、人間にはチカチカとちらついて見
える。しかし、このON,OFF周波数を高くしていくと、遂
にはチラツキがなくなり、定常光となって見え出す。ま
たこのときの明るさ感覚は第１図の破線で示すように、
実際の光の強さＩの平均値Ｉ′に等しい定常光を見たと
きに感ずる明るさ感覚に等しくなる。これはTalbotの法
則と呼ばれる。

すなわち、強い光Ｉ（例えば、ヘッドライトに相当）を
出しても、この光をON.OFF（チラツキを感じさせぬよう
に）させると人間の目にはＩよりも弱い光Ｉ′が定常的
に出されているようにしか感じない。

また、第１図の破線で示す人間の眼に感ずる光の強さ
Ｉ′はＩの平均値すなわち単位時間当りの積分値と考え
られるから、光がONする時間を短くすればするほどＩは
大きくしても良いことが予想される。

また、チラツキを感じなくなる限界の周波数をCFF（Cri
tical Fusion Frequency）と呼ぶが、このCFF値は光源
の輝度の対数に比例することが知られている。これはFe
rry−Porterの法則と呼ばれる。

以上説明したように、CFF以上となる周波数で光をON,OF
Fすることで、対向車に眩惑を与えにくい光を照射する
ことが可能になる。

ところが、この光は相手に眩惑を与えにくい利点はある
が、自分にとってもやはり弱い光となってしまい、直接
肉眼で見たときは暗い対象（例えば歩行者）の夜間の視
認性向上には不充分である。

本発明では第１図の光Ｉ′を得るためには、光のON時間
を短くしてＩを大きくした光を利用し、この光を瞬時照
射する方法を用い、この瞬時の強い光を固体撮像素子や
光電子増倍管で受光し、受光した光（画像）を増幅し、
ディスプレイに映し出すことにより、夜間の視界向上を
図らんとするシステムを狙いとするものである。

また、本システムをCCDイメージセンサ等の固体撮像素
子を用いて構成した場合、対向車等から余りに強い光が
入射されると、ブルーミングと呼ばれる現象が発生し、
ディスプレイの画面に真っ白い部分ができ、人間にとっ
て見にくい画像となってしまうことがある。ブルーミン
グとはCCDイメージセンサのある画素に発生したキャリ
ア（光を受けることにより発生）が多くなり過ぎ、他の
画素にまでキャリアが流れ込み、他の画素に影響を及ぼ
す現象である。

従って、この発明ではまず自分の光源の光の断続タイミ
ングに液晶板のオン，オフタイミングを同期させ、光源
の光が照射されている間のみ固体撮像素子（例えばCC
D）に光が入射されるように工夫した。

殊に実施例では、対向車その他から入射される強い光の
方向と光量を検知し、入射方向に対応して設置された液
晶板毎に光透過度を変えることにより一層有効に上記問
題を解決したものである。

またこの発明では、自分の光源の光が照射されていると
きのみCCDイメージセンサに光を当て、それ以外の期間
は光を遮断する構成をとることにより、弱い光がCCDイ
メージセンサに当ってノイズ成分が増える（ショット雑
音）のを防止することもできる。

次に具体的な実施例について説明する。

第２図はこの発明に係わる車両用視界向上装置の電気的
な構成を示すブロツク図である。同図において、タイミ
ング信号発生回路１は、回路全体の同期をとるためのも
ので、このタイミング信号発生回路１から出力される高
速パルス列は駆動回路２で増幅された後、本発明に係わ
る投光装置４へと供給される。投光装置４は車両のヘッ
ドライトの代りに設けられており、この投光装置４から
は可視光線が人間の目には連続光線に見える程度の高速
で断続されながら車両前方へと照射される。

投光装置４の具体的な構造の一例を、第３図に示す。

同図に示す投光装置４は、所定の密閉ハウジング41内に
光源となる電球42を固定するとともに、この電球42から
発する光を放物面鏡状のリフレクタ43を介して前方へ反
射させるとともに、このリフレクタ43の前方にはモータ
44で回転駆動され、かつスリット45を備えたディスク状
スリット板46を対向配置させ、このモータ44を前記駆動
回路６から出力されるクロック信号CK₁で高速回転さ
せ、さらにハウジング41の前面に設けられた窓にはレン
ズ47を嵌め込み、リフレクタ43で前方に照射されかつス
リット板46で高速に断続される光線を、レンズ47で集束
した後、車両前方へと照射するようにしたものである。
また、この投光装置４は、車両のヘッドライトの代りに
設けられており、また電球42の輝度，スリット45の数お
よびモータ44の回転数等を適宜に定めることによって、
車両前方において在来のヘッドライト光の照射範囲およ
び明るさと同程度の照射範囲および明るさを感ずるよう
に設定されている。

このようにして、投光装置４からは人間の目には連続光
線に見える程度の高速で断続された断続可視光線が発せ
られ、またこの断続光線のON期間の強度は相当強力なも
のに設定されているが、断続周波数を高速化することに
よって、前記Talbotの法則によって対向車の運転者を眩
惑する虞れはない。

次に、投光装置４から発せられた断続光線は、車両前方
の対象物で反射された後、撮像装置３および光量検出装
置５へとそれぞれ導入される。

撮像装置３はCCD等の固体撮像素子を使用したもので、
またこの撮像装置３に導入される光の経路は、この例で
は車幅方向へ３分割され、各領域には透過光量を調整可
能な液晶板6a〜6cが介在されている。

この液晶板6a〜6cは、第４図に示す如く、それぞれ内面
に領域毎に独立した透明電極を有する２枚のガラス板6
1,62を、その間にスペーサ63を介してサンドイッチ状に
重ね、スペーサで形成される内部空間には電界効果型液
晶を封入して構成されている。

そして、各分割された液晶板6a〜6cにはそれぞれ独立し
た電極端子64a〜64cが設けられており、この電極端子に
印加される電圧値を制御することによって、各液晶板の
光透過率を任意に調整可能になっている。

固定撮像素子の具体的な一例を第５図に示す。

同図に示す如く、固体撮像素子（この例ではCCD）の受
光面上には、フォトトランジスタなどからなる光感応部
31が縦横に配列されており、各感応部31およびその右側
に位置する各垂直レジスタ32によって各１画素が形成さ
れている。例えば、画素数は横方向320画素×縦方向244
画素よりなる。

各垂直レジスタ32の内容は、順次上方にシフトされ、各
水平レジスタ33に転送されるとともに、水平レジスタ33
が順次図中右方向へシフトされることによって、画素出
力列OUTが得られるようになっている。

シフトクロックφｐは感応部から各垂直レジスタ32へと
電荷を転送させるもので、また垂直クロックφV₁，φV₂
は垂直レジスタ32の内容を順次紙面の上方へとシフトさ
せ、水平レジスタ33へ転送するためのものである。ま
た、水平クロックφH₁，φH₂は、水平レジスタ33の内容
を順次右方向へとシフトしながら、外部へ出力するため
のものである。

次に、第６図のタイムチャートを参照しながら、この固
体撮像素子の動作を説明する。シフトクロックφｐが
“L"になると、そのとき垂直クロックφV₁，φV₂のう
ち、“H"になっている方に接続されている垂直レジスタ
32へ該当する感応部31から電荷が転送される。

このタイムチャートでは、最初にシフトクロックφｐが
“L"になったとき、垂直クロックφV₂が“H"であるた
め、第３図の破線の矢印の部分だけが、感応部31から垂
直レジスタ32へと電荷が転送される。

その後、垂直クロックφV₂が到来する毎に、垂直レジス
タ32の内容が紙面上方へと転送され、順次水平レジスタ
33内に入る。

水平レジスタ33には、水平クロックφH₁，φH₂が入力さ
れており、このクロックφH₁，φH₂は垂直クロックφV₂
（φV₁）１クロックの間に横方向の画素数（この場合、
320画素）以上のパルスを発する非常に速いクロックパ
ルスであり、このクロックパルスが入る毎に、水平レジ
スタ33の内容は右端から出力される。

水平クロックφH₁，φH₂と２系統あるのは、インターレ
ース動作を行なわせるためのもので、最初に偶数番目
（または奇数番目）の水平レジスタ33の内容を出力し、
次に奇数番目（または偶数番目）の水平レジスタ33の内
容を出力するためのものである。以上で、第３図に示す
破線の矢印の画素出力が外部へと読み出されることとな
る。

次に、シフトクロックφｐが“L"になると、今度はφV₁
が“H"となっているため、第３図に示す実線の矢印の画
素出力に対する読出しが行なわれ、感応部31から垂直レ
ジスタ32へと電荷が転送される。以後の動作は、破線の
矢印の場合と同様であるため省略する。

このように、シフトクロックφｐが２個到来すると、全
画素の信号が水平レジスタ13の右端から時系列的に出力
され、画素出力列OUTが得られる。なお、実際には出力
端子部には、波形整形，ノイズ削除などの回路が存在す
るが、ここでは動作原理だけに留め、上記回路の詳細に
ついては省略する。

一方、光量検出装置５は、第７図に示す如く、前記各領
域の液晶板に入射する光の一部をそれぞれ集光するレン
ズ50a〜50cと、このレンズを支持する鏡胴51a〜51cの基
部に設けられたフォトトランジスタ等の光電素子52a〜5
2cとから構成されており、これにより各領域の液晶板6
a,6b,6cへ入射する光量を領域別に検出可能になってい
る。

そして、光量検出装置５を構成する各受光素子52a〜52c
の出力は、それぞれ透過光量制御回路7a,7b,7cへと供給
される。なお、第２図の例では、構成が同一であるた
め、透過光量制御回路7aのみを詳細に示す。

透過光量制御回路7aは、受光素子52aの検出出力を、そ
れぞれ基準電圧V₁〜V₃と比較してレベル弁別する３個の
コンパレータ71a〜71cと、インバータ72,73およびアン
ドゲート74,75で構成され、前記各コンパレータ71a〜71
cの出力に基づいて、受光光量を３段階に弁別するデコ
ーダと、前記タイミング信号発生回路１から出力される
クロックパルスに同期して駆動され、かつそれぞれパル
ス幅の異なるワンショットパルスを出力する３個のモノ
マルチ76a,76b,76cと、前記デコーダの各出力でゲート
制御され、かつ対応するモノマルチ76a,76b,76cの出力
をそれぞれ通過させる３個のアンドゲート77a,77b,77c
と、これらアンドゲート77a,77b,77cの出力の論理和を
とるオアゲート78と、このオアゲートの出力を増幅する
駆動回路を増幅して前記各領域の液晶板6a,6b,6cへと印
加する駆動回路79とから構成されている。

従って、第８図のタイムチャートに示す如く、受光素子
52aで検出された光量に応じて、各コンパレータ71a〜71
cの出力が変化すると、各アンドゲート77a〜77cから断
続光線の周期で出力される各ワンショットパルスのパル
ス幅は、検出光量が増大するに従って短くなる。

この結果、撮像装置３へ入射する光学経路に介在された
液晶板6aの透過時間が変化することとなり、すなわち受
光光量が増大するにつれて、該当する液晶板を透過して
撮像装置３へ到達する光量は減少することとなるのであ
る。

なお、透過光量制御回路7b,7cの動作についても同様で
あって、これにより車両前方幅方向に分割された各領域
から到達する光量に応じて、液晶板6a〜6cの透過光量は
減少し、例えば対向車から強力なヘッドライト光が到来
したような場合にも、固体撮像素子において当該領域に
対応してブルーミング現象が生ずることを防止できるの
である。

次いで、撮像装置３から出力される各画素出力列は、映
像信号発生回路８においてタイミング信号発生回路１か
ら供給されるクロックに同期して水平および垂直同期が
とられた後、映像信号となってCRT,液晶表示器等からな
る画像表示装置９へと供給される。

次いで、画像表示装置９では、映像信号を増幅したの
ち、これに同期して、画面上の各画素を順次駆動し、こ
れにより画像表示器の画面上には車両前方における遠方
の対象物が写し出されるのである。つまり、車両前方の
近距離および中距離にある対象物については、投光装置
４からの断続光線によって、運転者には在来のヘッドラ
イト光と同程度の明るさで照らし出されることとなり、
肉眼で確認できるのに対し、車両遠方の視界について
は、画像表示装置９に表示された画像を介して確認でき
るのである。なお、画像表示装置９の取付位置は、車内
運転席近傍の適宜な位置に設ければ良い。

次に、第９図は透過量制御回路7a〜7cの他の一例を示す
もので、この例では各液晶板6a〜6cに供給される印加電
圧を３段階に切替えるようにしたものである。

すなわち、受光素子52aからの出力は、前記実施例と同
様にして３個のコンパレータ701a〜701cによって３段階
にレベル弁別された後、各コンパレータ701a〜701cの出
力は３個のアナログスイッチ702a〜702cへとON,OFF制御
信号として供給される。

これらのアナログスイッチ702a〜702cは、抵抗分圧回路
で形成された基準電圧V₁₁〜V₃₃から加算回路703へ至る
入力経路にそれぞれ介在されており、このため受光素子
52aの出力が変化すると、加算回路703からは３段階のア
ナログ電圧が出力され、更にこのアナログ電圧は駆動回
路704を介して増幅された後、撮像装置を構成する液晶
板6aに供給される訳である。

なお、受光素子52b,52cの出力についても、同様な透過
量制御回路へと供給された後、各透過量制御回路の出力
によって液晶板6b,6cが供給制御される。

すなわち、液晶板6a〜6cの印加電圧をそれぞれ３段階に
異ならせることによって、各液晶板の透過率を３段階に
切替えることができるのである。

なお、以上の実施例では、投光装置４から発せられる断
続光OFF期間においては、各液晶板6a〜6cを非透過状態
とし、かつ断続光のON期間においては、受光光量に応じ
て各液晶板6a〜6cの透過光量を変化させるようにしてい
るが、受光光量に応じて液晶板の透過光量を減少させる
という構成は格別に採用せずとも、このように断続光の
ON期間にのみ液晶板を透過状態とするという構成を採用
したことのみにおいても、断続光のOFF期間に対応して
ノイズ光線や強力なヘッドライト光が撮像素子３へ導入
されて画像鮮明度が低下するという問題については充分
に防止することができる。

次に、投光装置の具体的な他の一例を第10図に示す。同
図に示す投光装置は、光源となる電球410の周囲を、そ
の一側に窓414を備えた円筒状リフレクタ411で覆うとと
もに、このリフレクタ411をモータ412および増速ギヤ列
413を介して高速で回転させ、これによりリフレクタ411
の窓が車両前方へ向いた期間に限り、車両前方へ可視光
線が高速で断続されながら発せられるようにしたもので
ある。この例によれば、モータの回転数をさほど増加せ
ずとも、断続光線の断続周波数を高速化できる。

投光装置の他の一例を第11図に示す。同図に示す投光装
置は光源となる電球420の光を放物面鏡状のリフレクタ4
21で反射集束させて前方へ発するとともに、さらにその
前方には電磁シャッタ422を介在させ、この電磁シャッ
タ422をタイミング回路423から発生される高速パルスで
高速を断続させ、これにより光源からの光を車両前方へ
と断続的に発するようにしたものである。

この例によれば、モータ等の回転機を使用せずとも、高
速の断続光線を得ることができる。

投光装置の他の一例を第12図に示す。同図に示す投光装
置はすれ違い，走行兼用ヘッドランプ自体を高速に点滅
させるようにしたものである。すなわち、430は光源と
なる電球,431は放物面リフレクタ,432は放物面リフレク
タ431で反射集束された光の半分を左側ヘッドライト系
へ導く90度反射ミラー,433は残りの光を交互に左右へ振
り分けるための回転ミラー,434,435はリフレクタ431で
得られる光をすれ違い用光ファイバ436,走行用437の入
射端部へ導入するための90度反射ミラーである。

438はヘッドライトの前面ガラス,439はヘッドライトリ
フレクタであり、このリフレクタ439の焦点に前記光フ
ァイバ436,437の出射端部が位置決めされている。

各光ファイバ436,437の出射端部には球状レンズ440,441
が形成されていて、出射光を拡散するようになってい
る。

以上の構成において、回転ミラー433を高速で回転させ
ることにより、走行用ビームとすれ違い用ビームとを交
互に高速で車両前方へ照射し、本発明に係る断続光線を
得ることができる。

この方法によれば、ヘッドランプ内に光源を置かず、別
の任意の場所に置くことができるため、電球の交換作業
が容易となるとともに、回転ミラーを制御するだけで、
容易に断続光を得ることができる。

なお、前記実施例では、投光装置４をヘッドライトの代
りに取付けたが、これに代えて車両前部の補助ランプを
用いても良いことは勿論である。

また、前記実施例では光を断線的に照射したが、これに
替えて、例えば光の照度をステップ状に変化（10％照度
と100％照度）させても同様の効果を得ることができ
る。

また、前記実施例では、各液晶板の透過光量を３段階に
ステップ状に異ならせたが、単に各受光素子の出力を増
幅した後、適宜な同期をとって各液晶板に供給すれば、
受光光量に応じて各液晶板の透過率を連続的に制御でき
ることは勿論である。

《発明の効果》 以上の実施例の説明でも明らかなように、この発明によ
れば、対向車の運転者を眩惑させることなく、かつ車両
前方の視認性を損ねることなく、車両遠方の視界を良好
なものとすることができ、更に投光装置から発せられる
断続光のオフ期間に外来光線が到来したとしても、これ
により表示画像の鮮明度が低下することがないという効
果を有する。

また、この発明によれば、対向車から強力なヘッドライ
ト光等が到来した場合にも、撮像装置を構成するCCD等
の固体撮像素子がブルーミング現象を起こし、これによ
り表示画面にいわゆる白抜き状態が生ずることがないと
いう効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するためのグラフ、第２図
は本発明装置の電気的な構成を示すブロック図、第３図
は投光装置の具体的な一例を示す図、第４図は液晶板の
構成を示す模式図、第５図は固体撮像素子の画素構成を
示す図、第６図は第５図の各部の信号状態を示す波形
図、第７図は光量検出装置の構成を示す模式図、第８図
は第２図の各部の信号状態を示す波形図、第９図は光量
制御回路の他の一例を示すブロック図、第10図〜第12図
はそれぞれ投光装置の他の例を示す図である。 ３…撮像装置 ４…投光装置 ５…光量検出装置 6a〜6c…液晶板 7a〜7c…透過光量制御回路 ９…画像表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両前方の所定領域へ向けて、所定の光量
   による光線の照射の開始と停止とを、人間の目には一定
   の光量に見える周期で繰り返す投光手段と、 前記所定領域を光電的に撮像して映像信号を出力する撮
   像手段と、 前記撮像手段へ入射する光線の光量を検出する光量検出
   手段と、 前記撮像手段へ入射する光線の入射経路に介在され、か
   つ前記投光手段による光線の照射の開始に同期して透過
   状態に駆動され、かつ前記光量検出手段で検出された光
   量が増加するほど透過状態に駆動される期間を短くする
   シャッタ手段と、 前記映像信号による画像を車両乗員に表示する画像表示
   手段と、 からなることを特徴とする車両用視界向上装置。
2. 【請求項２】前記投光手段は、通常のヘッドライト光と
   同程度の照射範囲と平均の照度を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の車両用視界向上装置。