JP2023016237A - 反射部材、撮像装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から被写体へ到達する光の量を増加させる。【解決手段】反射部材５は、光源３２から出射した照明光のうちの一部の光を反射して集光する反射面である集光部５１を備える。集光部５１は、第１回転対称部５３と、第１回転対称部５３とは形状が異なる第２回転対称部５４とを有し、第１回転対称部５３は回転楕円面である。そして、光源３２は第１回転対称部５３の焦点近傍に位置する。【選択図】図５

Description

本発明は、反射部材、撮像装置および車両に関する。

近年、自動車等の事故を防止するため、運転者の状態をモニタリングするモニタリングシステムが自動車内に設けられている。モニタリングシステムは、運転者を照明する照明光を出射する光源と、運転者を撮像するカメラとを備えている。このようなモニタリングシステムにおいては、被写体である運転者を十分に照明することが好ましい。

一方、モニタリングシステムに用いられる技術ではないが、光源からの光を集光するために、光源を楕円形状の反射鏡の焦点近傍に配置する技術が特許文献１に開示されている。

特開２００１－１３５１３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、光源から発せられる光の拡散の程度によっては反射鏡により集光できない光があり、露光対象物へ到達する光の量が十分ではない、という問題がある。

本発明は、光源から被写体へ到達する光の量を増加させ、光源からの光を有効に使用することを目的とする。

本発明の一態様の反射部材は、光源から出射した照明光のうちの一部の光を反射して集光する反射面である集光部を備える。前記集光部は、第１回転対称部と、前記第１回転対称部とは形状が異なる第２回転対称部とを有し、前記第１回転対称部は回転楕円面である。そして、前記光源は前記第１回転対称部の焦点近傍に位置する。

本発明によれば、光源から出射する光のうち、被写体を照明する照明光として利用可能となる光量を増やすことができる。

図１は、一実施の形態の撮像装置が搭載される車両の一部を模式的に示す図である。 図２は、一実施の形態の撮像装置の外観斜視図である。 図３は、一実施の形態の撮像装置の分解斜視図である。 図４は、一実施の形態の撮像装置の断面図である。 図５は、一実施の形態の反射部材が備える集光部の断面図である。 図６は、一実施の形態の集光部を進行する光を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態の反射部材、反射部材を備える撮像装置、および撮像装置を備える車両について図面を参照しながら詳細に説明する。尚、各図面において、同一又は実質的に同一の構成や要素には同一の符号を付し、再度の説明を省略する場合がある。

＜車両＞
図１は、撮像装置１０を備える車両１００の車室１０１内を模式的に示す図である。撮像装置１０は、例えば、車室１０１内の運転席Ｄと助手席Ｐとの間のインストルメントパネル（センタクラスタ）１０２に埋め込まれる。撮像装置１０は、例えば赤外線等を運転席Ｄに向けて照射して運転者の状態（注意力の低下や居眠りの兆候等）をモニタリングするドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）を構成する。

尚、撮像装置１０が配置される場所は図１に示す場所に限定されるものではなく、運転席Ｄの運転者のモニタリングが可能な任意の場所に配置することができる。また、撮像装置１０は、運転者に加えて、助手席Ｐや不図示の後部座席の同乗者の状態をモニタリングしてもよい。

＜撮像装置１０＞
次に、撮像装置１０について説明する。

図２は、撮像装置１０の外観斜視図であり、図３は、撮像装置１０の分解斜視図である。図４は、撮像装置１０の断面図である。尚、説明の都合上、撮像装置１０の一辺に平行なＸ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸からなる直交座標系を設定する。Ｘ軸に沿った方向を撮像装置１０の横方向とも呼び、Ｘ軸＋側を左側とも呼び、Ｘ軸－側を右側とも呼ぶ。Ｙ軸に沿った方向を撮像装置１０の高さ方向とも呼び、Ｙ軸＋側を上側とも呼び、Ｙ軸－側を下側とも呼ぶ。Ｚ軸に沿った方向を撮像装置１０の奥行方向とも呼び、Ｚ軸＋側を奥側とも呼び、Ｚ軸－側を手前側とも呼ぶ。

撮像装置１０は、ケース１と、ベース２と、基板３と、レンズ鏡筒４と、反射部材（リフレクタ）５とを備える。

＜ケース１＞
ケース１は、下側（Ｙ軸－側）の面が開放された箱状の部材である。ケース１の手前側（Ｚ軸－側）の面には、略矩形形状の凹部１ｄが形成される。ケース１は、ねじ７１～７４によってベース２と連結され、ベース２とともに、基板３、レンズ鏡筒４及び反射部材５を収容する内部空間を有する筐体を構成する。

ケース１のＹ軸－側の四隅には、ねじ７１～７４が挿入されるねじ孔が形成される。ケース１の凹部１ｄには、３つの円状の開口部１１ａ，１ｂ，１ｃが形成される。組み立てられた状態において、開口部１ｂの奥側（Ｚ軸＋側）には、撮像素子３１及びレンズ鏡筒４に保持されたレンズ群４１が位置し、開口部１ａ，１ｃの奥側（Ｚ軸＋側）には基板３に支持された光源３２，３３がそれぞれ位置する。組み立てられた状態において、略矩形状の凹部１ｄには、ガラスまたは樹脂で形成されたカバー１ｅが配置される。

＜ベース２＞
ベース２は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成される。ベース２は、底面部２０と基板当接部２１，２２とを有する。底面部２０の四隅近傍には、貫通孔であるねじ孔が形成され、ねじ７１～７４が挿通される。ベース２は、ねじ７１～７４によってケース１と連結されることにより、ケース１のＹ軸－側の開放された面を塞ぎ、上述したようにケース１とともに筐体を構成する。

基板当接部２１及び２２は、下側（Ｙ軸－側）の底面部２０から上側（Ｙ軸＋側）に向かって延伸する板状に形成される。基板当接部２１，２２には、奥側（Ｚ軸＋側）から手前側（Ｚ軸－側）に向かって形成された孔部２１ａ，２２ａがそれぞれ形成される。孔部２１ａ，２２ａには、後述する反射部材５に形成された凸部５ａ，５ｂがそれぞれ挿入される。孔部２１ａ，２２ａは貫通孔であってもよいし、貫通していなくてもよい。

基板当接部２１，２２には、孔部２１ａ，２２ａよりもＹ軸－側の位置にねじ孔２１ｂ，２２ｂがそれぞれ形成される。ねじ孔２１ｂ，２２ｂは貫通孔であり、それぞれねじ６１，６２が挿通される。これらのねじ６１，６２によって、ベース２に基板３と反射部材５とが連結される。

ベース２の底面部２０には、フレキシブル基板貫通孔２ａが形成される。フレキシブル基板貫通孔２ａは、基板当接部２１，２２の間の位置に形成される。フレキシブル基板貫通孔２ａには、後述する基板３に連結されたフレキシブル基板３４が挿通される。

＜基板３＞
基板３は板状の部材であり、撮像素子３１と、光源３２，３３とを含む電子部品が搭載される。

撮像素子３１は、後述する光源３２，３３から出射された光（照明光）のうち、運転者（被写体）にて反射された光（反射光）を撮像する撮像部である。撮像素子３１は、その中心が後述するレンズ群４１の光軸上に位置するように、基板３に搭載されている。撮像素子３１は、例えばＣＭＯＳやＣＤＤ等の光電変換素子であり、被写体からの反射光を光電変換して電気信号を出力する。尚、撮像装置１０においては、撮像素子３１以外の撮像機能を有する撮像部を採用してもよい。

光源３２，３３は、運転者（被写体）に向けて被写体を照明するための照明光を出射する。光源３２，３３は、それぞれ撮像素子３１に対して右側（Ｘ軸－側）及び左側（Ｘ軸＋側）に、撮像素子３１と横方向（Ｘ軸方向）に整列するように配置される。光源３２，３３は、例えばＬＥＤであり、電力を与えられることで赤外域の波長を有する光（赤外線、赤外光）を発する。撮像装置１０では、この光源３２，３３からの赤外光が照明光として被写体に向けて出射される。

光源３２，３３のＺ軸＋側は、基板３に接し、基板３は金属で形成されたベース２に接している。すなわち、光源３２，３３は基板３を介してベース２に熱的に接続している。これにより、光源３２，３３の発光時に生じた熱を、ベース２から放熱することができる。すなわち、ベース２は放熱部材として作用する。尚、光源３２，３３の端子等の一部の部位が基板３の奥側（Ｚ軸＋側）に配置されるようにし、その部位をベース２と接続させてもよい。これにより放熱効果を高めることができる。

基板３には、下側（Ｙ軸－側）に延びるフレキシブル基板３４が連結される。フレキシブル基板３４の上側（Ｙ軸＋側）の端部は基板３に連結され、Ｙ軸－側の延伸部はベース２のフレキシブル基板貫通孔２ａに挿通される。フレキシブル基板３４のＹ軸－側の端部は外部機器（不図示）に連結される。

＜レンズ鏡筒４＞
レンズ鏡筒４は、後述する反射部材５の手前側（Ｚ軸－側）に配置され、レンズ群４１を保持する。レンズ鏡筒４は、例えばポリカーボネート等の樹脂材料から形成される。レンズ鏡筒４の形状は円筒状であり、Ｚ軸－側からＺ軸＋側に向かって（すなわち、撮像素子３１に向かって）、後述する反射部材５の開口部５ｄに挿入される。レンズ鏡筒４の外周面には、開口部５ｄと嵌合するためのねじが形成される。レンズ鏡筒４に保持されるレンズ群４１は、運転者（被写体）からの光（反射光）を撮像素子３１の撮像面上に集光し結像させるための光学系である。

レンズ鏡筒４に保持されるレンズ群４１と撮像素子３１との間には、フィルタ４２が配置される。フィルタ４２は、例えば赤外域以外の波長の光を遮蔽して赤外光を透過させる赤外透過フィルター（ＩＲフィルター）である。これにより、光源３２，３３から発せられた赤外光とは異なる環境光等が撮像素子３１に入射することを抑制できる。

＜反射部材５＞
反射部材５は、例えば、レンズ鏡筒４と同様にポリカーボネート等の樹脂材料により形成される。反射部材５は、Ｚ軸方向に延びる３つの円筒状の貫通孔である開口部５ｃ，５ｄ，５ｅと、開口部５ｃ，５ｅの内周に形成された詳細を後述する集光部５１，５２と、を備える。開口部５ｄの内周面には、レンズ鏡筒４と嵌合するためのねじが形成される。開口部５ｃ，５ｅのＺ軸＋側には、基板３上に設けられた光源３２，３３がそれぞれ位置する。

反射部材５のＺ軸＋側の面には、Ｚ軸＋側に延びる凸部５ａ，５ｂが形成される。凸部５ａ，５ｂは、それぞれ基板３の貫通孔３ａ，３ｂに挿通され、さらにベース２の孔部２１ａ，２２ａに挿入される。反射部材５のＺ軸＋側の面（すなわち、基板３と対向する面）には、ねじ６１，６２がそれぞれ挿入されるねじ孔が形成される。

＜集光部５１，５２＞
以下、反射部材５が備える集光部５１，５２について詳細な説明を行う。集光部５１は、開口部５ｃの内周面に形成され、光源３２から出射した照明光のうち一部の光を反射して集光する反射面である。集光部５２は、開口部５ｅの内周面に形成され、光源３３から出射した照明光のうち一部の光を反射して集光する反射面である。他の点については集光部５１，５２は同一であるので、以下の説明は代表して集光部５１に対して行う。

図５は、ＺＸ平面における反射部材５の断面図であり、集光部５１の近傍を拡大して示す。

集光部５１は、光源３２を構成するＬＥＤに付属するレンズ（光学系）の光軸３２ａを軸（回転対称軸）とする回転対称形状を有する。尚、集光部５１は、例えばアルミ等の金属を蒸着させて、光源３２からの照明光を反射する反射面であるとよい。集光部５１は、第１回転対称部５３と第２回転対称部５４とを有し、第１回転対称部５３の形状と第２回転対称部５４の形状とは異なる。

＜第１回転対称部５３＞
第１回転対称部５３は第２回転対称部５４に対して光源３２側（Ｚ軸＋側）に配置される。第１回転対称部５３は回転楕円面である。第１回転対称部５３は、その回転楕円面の焦点位置の近傍に光源３２が位置するように配置される。第１回転対称部５３の光源３２と反対側（すなわちＺ軸－側）の端部は、第２回転対称部５４と接続する接続端部５５である。接続端部５５は、回転対称軸である光軸３２ａと直交する平面（ＸＹ平面）に平行である。接続端部５５では、ＸＹ平面に平行な面における第１回転対称部５３の開口面積が最大となる。

＜第２回転対称部５４＞
第２回転対称部５４は第１回転対称部５３に対して被写体側（Ｚ軸－側）に配置される。上述したように、第２回転対称部５４の形状は第１回転対称部５３の形状とは異なる。図５に示すように、第２回転対称部５４が回転台形面である。なお、第２回転対称部５４は回転台形面に限定されず、例えば回転双曲面であってもよいし、第１回転対称部５３とは大きさが異なる回転楕円面であってもよい。

第２回転対称部５４のＺ軸＋側の端部は上述した接続端部（第１端部）５５であり、第１回転対称部５３と接続する。第２回転対称部５４のＺ軸－側の端部（第２端部）５６は、回転対称軸である光軸３２ａと直交する平面（ＸＹ平面）と平行、すなわち接続端部５５と平行に形成される。第２回転対称部５４のＺ軸に沿った長さ（すなわち、接続端部５５と端部５６との間の長さ）は、撮像装置１０の大きさ等に応じて任意に設定されてよい。尚、端部５６がＸＹ平面と平行ではなくてもよく、端部５６が撮像装置１０の設置場所等に応じてＸＹ平面に対して所定の角度を有するように形成されてよい。すなわち、端部５６が接続端部５５に対して平行でなくてもよい。

第２回転対称部５４は、接続端部５５の直径と、端部５６の直径とが異なる形状を有する。図５に示すように、端部５６の直径は接続端部５５の直径よりも大きい。ここで接続端部５５に対する端部５６の広がり角をθとする。広がり角θは、端部５６がＺ軸に平行な基準線Ｌに対してなす角である。本実施の形態においては、広がり角θは９．２３°±１°である。尚、広がり角θは上記の値に限定されず、７°以上１２°以下の値とすることができる。

尚、第２回転対称部５４の端部５６の直径が接続端部５５の直径よりも大きい場合に限定されず、端部５６の直径が接続端部５５の直径よりも小さくてもよい。また、第２回転対称部５４の接続端部５５の直径と端部５６の直径とが異なる場合に限定されず、接続端部５５の直径と端部５６の直径とが等しくてもよい。この場合、第２回転対称部５４は円筒の内周面となる。

＜集光部５１内の照明光の進行＞
上記の形状を有する集光部５１を進行する照明光について説明する。

図６は、光源３２から出射した照明光のうちの一部の光が図５に示す集光部５１を進行する状態を模式的に示す図である。図６においては、光源３２からの照明光のうち、代表して光ＬＦ１，ＬＦ２，ＬＦ３を示す。光ＬＦ１は光源３２を構成するＬＥＤに付属するレンズを通過して、光源３２から出射した光である。光ＬＦ２，ＬＦ３は光源３２を構成するＬＥＤに付属するレンズを通過することなく、光源３２から出射した光である。

光ＬＦ１は、光源３２を構成するＬＥＤに付属するレンズにより集光されることにより、光軸３２ａに平行な方向に進行する。このため、光ＬＦ１は、集光部５１により反射されることなく、反射部材５からＺ軸－側の被写体に向けて出射する。

光ＬＦ２は、光源３２を構成するＬＥＤに付属するレンズを通過しないため光軸３２ａに平行な方向に集光されず、光源３２から光軸３２ａに対して拡散する方向に出射する。このようにして出射した光ＬＦ２は、第１回転対称部５３に到達して反射され、光軸３２ａと平行に進行し、反射部材５からＺ軸－側の被写体に向けて出射する。

光ＬＦ３も、光ＬＦ２と同様の理由により、光源３２から光軸３２ａに対して拡散する方向に出射する。ただし、図６に示すように、光ＬＦ３の拡散の程度は、光ＬＦ２と比較して小さい。このような光ＬＦ３は、集光部５１の第１回転対称部５３には到達しない。光ＬＦ３は、接続端部５５よりもＺ軸－側にて、第２回転対称部５４に到達して反射され、光軸３２ａと平行に進行し、反射部材５からＺ軸－側の被写体に向けて出射する。

尚、集光部５２は集光部５１と同様の形状を有する。このため、集光部５２を進行する光源３３からの照明光も、上述した集光部５１を進行する照明光と同様にしてＺ軸－側の被写体に向けて出射する。

以上で説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。

反射部材５は、回転楕円面形状を有する第１回転対称部５３と、第１回転対称部５３とは形状が異なる第２回転対称部５４とを有する集光部５１，５２を備える。この集光部５１，５２に対して、光源３２，３３は第１回転対称部５３の焦点近傍に位置する。これにより、光源３２，３３から拡散する方向（すなわち被写体に到達しない方向）に出射した光ＬＦ２，ＬＦ３の進行方向を、被写体に到達する方向に変えることができる。特に、第１回転対称部５３と第２回転対称部５４との形状が異なるため、拡散の程度が小さい光ＬＦ３のような光も集光部５１にて反射させ、被写体に向けて出射させることができる。この結果、従来では被写体を照明できなかった光を照明光として利用することができるようになり、光源３２，３３から出射する光のうち、被写体を照明する照明光として利用可能となる光量を増やすことが可能となる。

撮像装置１０は、光源３２，３３と、反射部材５と、被写体で反射した光を受光する撮像素子３１とを備える。これにより、集光部５１で利用可能な光量が増えた照明光によって照明された被写体を撮像できるので、被写体が明瞭に写った画像を生成することができる。また、このような撮像装置１０をＤＭＳに用いることにより、被写体である運転者の状態のモニタリング精度を向上させることに寄与する。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

実施の形態の撮像装置１０が２つの光源３２，３３と２つの集光部５１，５２を備える場合を例に挙げたが、撮像装置１０は１つの光源３２と１つの集光部５１を備えていてもよいし、３個以上の光源と集光部とを備えてもよい。

４…レンズ鏡筒、５…反射部材、１０…撮像装置、３１…撮像素子、３２，３３…光源、４１…レンズ群、５１，５２…集光部、５３…第１回転対称部、５４…第２回転対称部、５５…接続端部、５６…端部、１００…車両、１０１…車室

Claims (6)

1. 光源から出射した照明光のうちの一部の光を反射して集光する反射面である集光部を備え、
   前記集光部は、第１回転対称部と、前記第１回転対称部とは形状が異なる第２回転対称部とを有し、
   前記第１回転対称部は回転楕円面であり、
   前記光源は前記第１回転対称部の焦点近傍に位置する、反射部材。
2. 前記第２回転対称部は、前記第１回転対称部と接続する第１端部と、前記第１端部とは反対側の第２端部とを有し、前記第１端部の直径と前記第２端部の直径とが異なる、請求項１に記載の反射部材。
3. 前記第２回転対称部は回転台形面である、請求項２に記載の反射部材。
4. 前記第２回転対称部は、前記第１端部の直径よりも前記第２端部の直径の方が大きく、前記第１端部に対する前記第２端部の広がり角が７°以上１２°以下の広がり角となる形状を有する、請求項２または３に記載の反射部材。
5. 被写体を照明するための照明光を出射する前記光源と、
   請求項１から４までのいずれか一項に記載の反射部材と、
   前記照明光のうち前記被写体で反射した光を受光する撮像部と、
   を備える撮像装置。
6. 車室と、
   前記車室内に配置された請求項５に記載の撮像装置と、
   を備える車両。

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