交通事故ゼロに向け、近年ではAI（人工知能）などを活用して人為的ミスをカバーするADAS（高度先進運転支援システム）の普及に大きな期待が寄せられている。

一方、暗闇を走行する際の認識精度など、ADASにはいまだ改善の余地もある。例えば、米国における交通事故による歩行者死亡者数の約8割は夜間の事故であり、夜間のADASの効力はまだ十分とはいえない。

ADASでは走行環境の状況を把握するためのセンサーとして、主に人の目と同等の光学特性を持つ「可視カメラ」を利用している。ただしこれだけでは、人やモノの存在を確実かつ正確に検知できないケースが思いのほか多い。例えば、ヘッドライトの光が届く範囲であれば夜間でも人やモノを発見できる。ところがヘッドライトの光は、一般的にロービームならば40ｍ、ハイビームでも100m程度。このため高速走行時には、障害物を発見してからブレーキをかけても安全に止まれない可能性がある。

また進行方向から太陽光や対向車のヘッドライトの光が当たる状況では逆光となり、人やモノの存在を認識しにくくなる。同様に暗いトンネルから明るい外に出る際などにも、カメラのダイナミックレンジに限界があるため、検知できない場合がある。加えて濃霧など悪天候で視界不良の状況下では、センサーとして機能させることができない。これらは人の目の欠点をそのまま受け継いだものだといえよう。

暗闇の中でも人を発見できるセンサーの1つに、人の目では検知できないFIRを画像データとして取得する「FIRカメラ」がある。人の体温で放射される赤外線を検知して、周辺環境との温度差を画像のコントラストで表現できるカメラだ（図1）。FIRカメラでは温度の2次元分布情報から、構造物と人間のような生き物を明確に判別することもできる。ADASにおいても「ナイトビジョン」と呼ぶ名称で、可視カメラを補完するオプション機能として搭載されている例がある。

図1 夜間ヘッドライトのハイビームが届かない場所にいる歩行者も検知可能なFIRカメラ ハイビームが届かない120m先にいる歩行者をFIRカメラで検知できる。ADASのメインセンサーとして利用される可視カメラだけでは検知できていない。図中のイメージは、日立Astemoの協力による可視カメラとFIRカメラのテスト結果

ただしこれまでFIRカメラは、自動車前方の下側にあるフロントグリルもしくはバンパーの中に設置されていた。クルマの意匠性を重視すれば、ルーフ上にカメラを置くのではなく、なるべく前方でなおかつ目立たない場所に置く必要があったからだ。

その一方で、ADASのメインセンサーである可視カメラは、フロントガラス内の高い位置に設置されていることが多い。つまり、一般にFIRカメラは可視カメラよりも低い位置に設置されていたのである。このため「遠方にいる人を見通しのよい位置から、高精度に発見することが難しいのが現状でした。またフロントグリルなどの中に設置する場合には、FIRカメラレンズをクリーニングする際に特別な機構を用意する必要もあり、コスト増の要因になっていました」と北岡氏はいう。潜在能力を損ない、使い勝手のよくない形でFIRカメラが利用されている現状を指摘している。

また近年、多種多様なセンサーからの情報を組み合わせて得たデータを統合し、相補的かつ多角的に走行環境の状況を高精度に把握する「センサーフュージョン」と呼ぶ技術の活用に注目が集まっている。可視カメラとFIRカメラの併用にも適用可能な技術だ。ただし、センサーフュージョンを効果的に実施する際には、同じ場所から取得したデータを重ね合わせた方が状況把握の精度は高まる。できれば可視カメラとFIRカメラは同じ場所に置くのが理想的だ。撮影位置が違う視差のある画像を重ね合わせるには、相応の高負荷な演算処理が必要になるからだ。

なお、メインとなる可視カメラとセンサーフュージョンする対象としては、FIRカメラ以外にもLiDAR、ミリ波レーダー、近赤外線（NIR）カメラが候補となる。LiDARは物体との正確な距離を点群情報として検出、演算することで、自動運転レベルLv3～5に必要な地図マッチングや自車位置推定に有効と考えられる。しかし、例えばレーザー反射率の低い黒い服を着た歩行者や、小動物の認識は難しい。ミリ波レーダーはLiDARよりも点群が粗いため細かな情報を得にくく、またその大きさからフロントガラスへの搭載が厳しい。NIRカメラは特別なNIR照明が必要で、また到達距離が短いという欠点がある。これらに対してFIRカメラは、生物が発する熱を直接検出し、可視カメラと同様に2次元画像として得ることで、歩行者などを確実に認識できる。自動運転レベルLv2対応車両からすぐにでも活用したい技術といえる。

可視カメラとFIRカメラの両方をフロントガラスの内側に設置することには多くのメリットがある。だが、なぜこれまではFIRカメラを車室外に置いていたのか。それは、既存のフロントガラス内側にFIRカメラを設置すると、機能しなくなってしまうからだ。

既存のフロントガラスには、人間の目で高い視認性を実現するために、可視光線の透過率が70%以上のガラス材料が使われる。しかしこの材料は、波長が8μm～14μmのFIR光を全く通さない。FIRカメラを車内に設置するには材料変更が必要になるが、光学性能・強度・大きさの全てを満足する材料は今のところ存在しないため、フロントガラス全体を、FIRを透過させる材料に置き換えることはできなかったのだ。

AGCが開発した「FIR-windshield」では、可視光を透過させるガラス材料でフロントガラスを作り、FIRカメラを取り付ける部分だけをFIR光を透過させる窓材に置き換えている。こうした構造のフロントガラスならば、これまで不可能だったフロントガラス内側への可視カメラとFIRカメラの設置が可能になる（図2）。

図2 フロントガラスの内側に可視カメラとFIRカメラの両方を搭載できるFIR-windshield 可視光を透過させるフロントガラスの一部を特殊加工し、そこにFIR光を透過させる特殊素材に置き換えた。これによってFIRカメラを車室内の可視カメラの横に設置できる

FIR-windshieldを利用すれば、フロントガラス内の可視カメラに隣接した位置にFIRカメラを置き、高い位置から数百m先にいる人を発見できる。ヘッドライトの光が届かないほど遠方にいる人も検知し、自動ブレーキを発動させて事故を未然に防ぐことが可能になる。しかも可視光画像との視差の少ないFIR映像を撮影でき、センサーフュージョンの適用による認識精度の向上や自動ブレーキの誤動作の予防も実現する。さらに既設のワイパーを使ってセンシング性能を維持できるほか、フロントグリルに設置する場合に比べると飛び石などが当たって、カメラが損傷する可能性が低くメンテナンス性も高まる。

加えて、FIRカメラで得た温度の2次元分布情報を活用すれば、凍結の有無などといった路面状態や白線、縁石、落下物など周囲とは異なる温度の物体を認識できるようにもなる。こうした情報があれば、単にぬれている路面なのか、凍結している路面なのかを判別しながら、車両の適切な制御が可能になり、ADASのさらなる高度化・安全性向上への貢献が期待できる。

ガラスの一部をくりぬいて、他の素材の材料をはめ込む加工のどこが難しいのか。単純に穴を開けて、別の材料をはめ込むだけならば簡単かもしれない。しかし耐環境性や信頼性、安全性など自動車用部材にかかる厳しい要求を満たしながら異種材料をはめ込むためには、相応の高度な設計・生産技術が求められる。

これまで自動車のフロントガラスは、単一材料で作られてきた。異種材料を組み合わせて、安全で想定通りの光学特性を有するフロントガラスを実現することは、自動車用ガラスの開発・製造で豊富な実績を持つAGCにとっても大きな課題だった。

フロントガラスは雨や砂汚れ、太陽光による熱や紫外線などの過酷な条件にさらされる。単に穴を開けて異種材料をはめるだけでは、水漏れや音漏れが起きる可能性がある。また異種材料を組み合わせれば、熱膨張係数の違いによって、温度変化を繰り返す中で劣化が進む可能性もある。さらに人を乗せて動く自動車用としての安全性を確保するには、何らかのモノが衝突しても簡単には壊れない、厳しい認証試験をクリアする必要もある。

こうした要求に応えるため、AGCは自社で蓄積してきたガラスへの穴開け加工、異種材料のはめ込み、気密性確保、熱マネージメント、安全対策などのトータルな設計・生産技術を投入。FIR光を透過させる材料をはめ込む穴の形状や大きさを最適化するとともに、水や音を漏らさないシール性と長期信頼性を確保できる樹脂材料を用いて異種材料を一体化した。

FIR-windshieldは、2027年に市場投入される車種に搭載できるよう、AGCでは開発を加速させている。「2023年1月開催の『CES2023』見本市での展示では、かつてはFIRカメラ自体のコストが高く自動車への搭載が進まない時期がありましたが、現在は低コスト化が進むとともに高性能化も著しく、ADASに適用する素地が固まりつつあるという声がありました。FIRカメラの活用に期待するそうした方々に、本製品の導入メリットを理解していただくことができました」と北岡氏はその進捗を語る。

自動車を構成する部材のうち、フロントガラスは最もサイズが大きな部類に属し、かつ車内外から一番目立つ場所に置かれている。まさに、自動車と周辺環境をつなぐ“窓”としての大きな役割を担う潜在能力を秘めているのだ。CASEトレンドに沿って自動車のあり方と仕組みが一変しつつある中、フロントガラスのイノベーションは時代の要請だ。FIR-windshieldは、こうした潮流に沿った技術であるといえよう。

日経クロステック Special 掲載記事

※部署名・肩書は取材当時のものです