JP2023005116A - カメラシステム用ミラーおよびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】画質のばらつきを抑制するカメラシステム用ミラーおよびカメラシステムを提供する。【解決手段】カメラシステム用ミラー１００は、基板１０１、ミラー層１０２、蛍光層１０３および励起窓層１０４を有する。基板１０１は、赤外線カメラの対物レンズに対向する位置に設けられ、可視光および赤外光を透過する。ミラー層１０２は、赤外線カメラと対向する側における基板１０１の主面に設けられ、可視光を反射し、且つ、赤外光を透過する。蛍光層１０３は、ミラー層１０２の表面の少なくとも一部に設けられ、所定の励起光を受けることにより少なくとも赤外光を発する。励起窓層１０４は、蛍光層１０３を覆うように設けられ、励起光を透過し、且つ、少なくとも赤外光を反射する。【選択図】図２

Description

本発明はカメラシステム用ミラーおよびカメラシステムに関する。

ミラーの背後に赤外線カメラが内蔵されているカメラシステムが開発されている。

例えば、特許文献１において、車室内撮像装置に関する技術が開示されている。室内撮像装置は、車両に対するルームミラーのミラー面の角度を検出し、該角度センサの検出結果に基づいて車室内における搭乗者の頭部の位置を推定する。そして、室内撮像装置は、推定結果に基づいて、搭乗者の頭部がカメラの光軸上に配置されるようミラー面に対するカメラの撮像方向を変更する。

また例えば特許文献２において、赤外線カメラ、赤外線発光装置およびシャッター同期発光駆動装置を、コールドミラーの裏面側においてミラーケース内に配設したカメラ内蔵ミラー装置に関する技術が開示されている。カメラ内蔵ミラー装置において、赤外線発光装置は、シャッター同期発光駆動装置により赤外線カメラのシャッター動作と同期して間欠発光動作を行う。

特開２００８－２９０５４５号公報 特開２００２－３１６５８０号公報

しかしながら、上述の技術において光源として使用される赤外線発光素子は、環境温度の変化による影響を受けることにより発する光の波長が変化しやすい。そのため赤外線カメラが撮像する画像の画質が不安定になる虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、画質のばらつきを抑制するカメラシステム用ミラーおよびカメラシステムを提供するものである。

本発明にかかるカメラシステム用ミラーは、基板、ミラー層、蛍光層および励起窓層を有する。基板は、赤外線カメラの対物レンズに対向する位置に設けられ、可視光および赤外光を透過する。ミラー層は、基板の前記赤外線カメラと対向する側である主面側に設けられ、基板可視光を反射し、且つ、赤外光を透過する。蛍光層は、ミラー層の表面の少なくとも一部に設けられ、所定の励起光を受けることにより少なくとも赤外光を発する。励起窓層は、蛍光層を覆うように設けられ、前記励起光を透過し、且つ、少なくとも前記赤外光を反射する。

本発明によれば、画質のばらつきを抑制するカメラシステム用ミラーおよびカメラシステムを提供することができる。

実施の形態にかかるカメラシステムを搭載した移動体の図である。 実施の形態にかかる赤外線カメラシステムの断面図である。 カメラシステム用ミラーを車室内側から見た図である。 カメラシステムにおける光線の状態を示す断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるカメラシステムを搭載した移動体の図である。図１には、移動体の一実施態様としての自動車９０が示されている。自動車９０は、カメラシステム１０およびＥＣＵ８０（Electronic Control Unit）を有している。

カメラシステム１０は、自動車９０のウィンドシールドの室内側に設けられており、インナーミラーとしての機能を担っている。インナーミラーは、バックミラーまたは後写鏡とも称され得る。

また、カメラシステム１０は、設置された位置から自動車９０の室内を撮像する。より具体的には、カメラシステム１０は、所定の波長を有する赤外光を発する発光部が室内を照明し、赤外線カメラが室内を撮像する。

さらに、カメラシステム１０は、ＥＣＵ８０と通信可能に接続し、ＥＣＵ８０と連携することにより所定の機能を実現し得る。例えばカメラシステム１０は、ＥＣＵ８０から撮像を指示する信号を受けると、受けた信号に応じて室内を撮像し、撮像することにより生成した画像データをＥＣＵ８０に供給する。

ＥＣＵ８０は、自動車９０に設けられた制御装置であって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置を含む電子回路基板を有する。ＥＣＵ８０は、カメラシステム１０と通信可能に接続し、カメラシステム１０に対して所定の指示をする信号を供給する。またＥＣＵ８０は、カメラシステム１０が撮影した画像にかかる画像データを取得する。すなわちＥＣＵ８０はカメラシステム１０を操作し得る。

またＥＣＵ８０は、自動車９０が有する他の機器と通信可能に接続していてもよい。例えばＥＣＵ８０はディスプレイ装置に接続し、カメラシステム１０から受け取った画像データをディスプレイ装置に供給してもよい。ＥＣＵ８０は、無線通信機能を有していてもよい。この場合、ＥＣＵ８０は、無線通信機能により外部の機器と連携してカメラシステム１０を操作してもよい。なお、上述したカメラシステム１０とＥＣＵ８０とを併せてカメラシステム１０と称してもよい。

次に、図２を参照してカメラシステム１０について説明する。図２は、実施の形態にかかるカメラシステムの断面図である。図２には、図１に示した断面II-IIが示されている。カメラシステム１０は主な構成として、カメラシステム用ミラー１００、エンクロージャ１１０、赤外線カメラ１２０および光源ブロック１３０を有している。

カメラシステム用ミラー１００は、板状の部材であって、エンクロージャ１１０の開口部１１１を閉塞するようにエンクロージャ１１０に嵌合する。またカメラシステム用ミラー１００は、赤外線カメラ１２０および発光部１３１に対向する位置に設けられる。カメラシステム用ミラー１００は、エンクロージャ１１０に収容される発光部１３１が発する励起光を受けて、外部へ赤外光を発する。またカメラシステム用ミラー１００は、所定の領域において赤外光を透過する。カメラシステム用ミラー１００が赤外光を透過することにより、エンクロージャ１１０に収容される赤外線カメラ１２０は、外部の画像を撮像できる。カメラシステム用ミラー１００は主な構成として、基板１０１、ミラー層１０２、蛍光層１０３および励起窓層１０４を有する。

基板１０１は、赤外線カメラ１２０に対向する位置に設けられる。基板１０１は、透明な板状の構造体であって、少なくとも可視光および赤外光を透過する。基板１０１は、例えば透明なガラス、アクリルまたはポリカーボネートにより構成され得る。

ミラー層１０２は、赤外線カメラ１２０と対向する側における基板１０１の主面に設けられ、可視光を反射し、且つ、赤外光を透過する。換言すると、ミラー層１０２は、基板１０１の赤外線カメラ１２０と対向する側である主面側に設けられ、可視光を反射し、且つ、赤外光を透過する。つまり、ミラー層１０２は、いわゆるコールドミラーを採用することができる。

ミラー層１０２は、カメラシステム用ミラー１００において赤外線カメラ１２０と対向する側の主面に設けられ、可視光を反射し、且つ、赤外光を透過する。

蛍光層１０３は、ミラー層１０２の表面の少なくとも一部に設けられ、所定の励起光を受けることにより少なくとも赤外光を発する。所定の励起光は、発光部１３１が発する光であって、例えば４００ｎｍ帯の波長を有する。

蛍光層１０３は、例えばミラー層１０２の表面に対して蛍光体をスパッタリングにより成膜することにより構成され得る。また蛍光層１０３は、例えば透光性を有するフィルム基材に、蛍光体を添加することにより構成されてもよい。蛍光体の主原料としては、希土類元素が採用され得る。より具体的には、希土類元素の中でも、Ｓｍ（サマリウム）が選択され得る。すなわち、蛍光層１０３は、サマリウムドープガラス（Ｓｍ_２Ｏ_３－Ｓｂ_２Ｏ_３－Ｂ_２Ｏ_３－Ｂｉ_２Ｏ_３）を構成として含むことが好ましい。

蛍光層１０３は、４００ｎｍ帯の励起光を受けると、赤外域の波長帯を有する蛍光を示す。なお、蛍光層１０３が示す蛍光は、９４０ｎｍ帯が好ましい。９４０ｎｍ帯は太陽光の減衰率が比較的に高い。そのため、赤外線カメラ１２０の照明光として９４０ｎｍ帯を用いることにより、カメラシステム１０は太陽光の影響を受け難くなる。

なお、希土類元素が示す蛍光は、内殻である４ｆ軌道における不対電子の遷移に起因する。そのため蛍光層１０３の蛍光は、ＬＥＤ（light-emitting diode）による発光と比較して、環境温度の影響を受け難い。よって、蛍光層１０３を含むカメラシステム用ミラー１００を用いることにより、カメラシステム１０は、環境温度の変化による赤外光の波長シフトを抑えることができる。

なお、蛍光層１０３は４００ｎｍ帯の励起光を受けた場合に、上述の９４０ｎｍ帯の蛍光に加えて、可視光領域の波長帯の蛍光も示す。例えば上述のサマリウムドープガラスは、４００ｎｍ帯の励起光を受けると、橙色の可視光も放出するという特性を有している。ただし、蛍光層１０３はミラー層１０２の表面に設けられている。そのため、蛍光層１０３が放出する可視光がカメラシステム１０の外部に漏れ出ることはない。

励起窓層１０４は、蛍光層１０３を覆うように設けられ、励起光を透過し、且つ、少なくとも赤外光を反射する。より具体的には、励起窓層１０４は、４００ｎｍ帯の波長を有する光を透過し、４００ｎｍ帯よりも比較的に長い波長の光を反射するのが好ましい。すなわち、励起窓層１０４は、ローパスフィルタであることが好ましい。これにより、励起窓層１０４は、蛍光層１０３が示す蛍光に含まれる可視光および赤外光を反射して、カメラシステム１０の内部に放出されることを防ぐ。励起窓層１０４は、例えば蛍光層１０３の表面に誘電体多層膜を蒸着することにより構成することができる。

なお、上述の蛍光層１０３および励起窓層１０４は、開口領域１０５を有している。開口領域１０５は、カメラシステム用ミラー１００において蛍光層１０３および励起窓層１０４が設けられていない領域である。開口領域１０５は、赤外線カメラ１２０の撮像範囲に対応する範囲に設けられる。

図２において、赤外線カメラ１２０とカメラシステム用ミラー１００とが対向する領域に、開口領域１０５が示されている。開口領域１０５は蛍光層１０３および励起窓層１０４が設けられていない領域である。すなわちカメラシステム用ミラー１００は開口領域１０５において可視光を反射するとともに、赤外光を透過する。図２において、赤外線カメラ１２０からカメラシステム１０の外部に放射状に拡がって示されている点線は、赤外線カメラ１２０の撮像範囲Ｗ１２０を示している。開口領域１０５は、撮像範囲Ｗ１２０に対応し、撮像範囲Ｗ１２０に蛍光層１０３と励起窓層１０４とが重ならないように構成されている。

図３を参照して、開口領域１０５についてさらに説明する。図３は、カメラシステム用ミラーを車室内側から見た図である。図３は、図２に示す矢視IIIからカメラシステム１０を観察した図である。図３において、カメラシステム用ミラー１００はエンクロージャ１１０に覆われている。カメラシステム用ミラー１００の中心部には、赤外線カメラ１２０が二点鎖線により示されている。赤外線カメラ１２０は、カメラシステム用ミラー１００の背後に設けられている。

赤外線カメラ１２０を囲むように示されているハッチングされていない領域は、開口領域１０５である。この領域には、基板１０１とミラー層１０２は設けられている一方、蛍光層１０３および励起窓層１０４が設けられていない。開口領域１０５を囲むように示されている破線のみによりハッチングされた領域は、励起窓層１０４が設けられている領域である。この領域は蛍光層１０３が設けられていない。

破線のみによりハッチングを囲むように示されている、破線と実線とが交差するハッチング領域は、励起窓層１０４と蛍光層１０３とが設けられている領域である。図２と併せて観察するとわかるように、励起窓層１０４は蛍光層１０３を覆うように構成されている。このような構成により、カメラシステム用ミラー１００は、開口領域１０５を介して、赤外線カメラ１２０の撮像範囲に、外部から赤外光を好適に入射させる一方、他の光線が赤外線カメラ１２０に迷光として漏れ入ることを防いている。

図２に戻りカメラシステム１０の構成について説明を続ける。エンクロージャ１１０は、例えば可視光や赤外光を透過させない樹脂材料を成形することにより形成される筐体であって、開口部１１１と凹部１１２とを有する。凹部１１２は、赤外線カメラ１２０と発光部１３１とを収容する。またエンクロージャ１１０は、開口部１１１においてカメラシステム用ミラー１００を嵌合する。エンクロージャ１１０とカメラシステム用ミラー１００とが嵌合することにより、カメラシステム１０は、凹部１１２に収容する赤外線カメラ１２０に、所望の光線以外の漏れ光が入射することを防いでいる。エンクロージャ１１０は、上述の樹脂に代えて、アルミニウムなどの金属により構成されてもよい。

赤外線カメラ１２０は、アレイ状に配列され、所定の赤外光を検出する赤外線センサを有する撮像装置である。赤外線カメラ１２０は、対物レンズがカメラシステム用ミラー１００に対向し、カメラシステム用ミラー１００の開口領域１０５を介してカメラシステム１０の外部の画像を撮像する。

なお、本実施の形態における赤外線カメラ１２０は、カメラシステム用ミラー１００の中央部に対向するように設けられているが、赤外線カメラ１２０が配置される位置はカメラシステム用ミラー１００の中央部に限られない。赤外線カメラ１２０はカメラシステム用ミラー１００の端部に近い領域に配置されてもよい。また赤外線カメラ１２０は、光軸がカメラシステム用ミラー１００と直交している必要はなく、光軸がカメラシステム用ミラー１００と所定の角度を有していてもよい。

カメラシステム１０は、エンクロージャ１１０内に、赤外線カメラ１２０を２つ以上有していてもよい。その場合、カメラシステム用ミラー１００は、それぞれの赤外線カメラ１２０に対応するように複数の開口領域１０５を有してもよい。

赤外線カメラ１２０は、撮像範囲を変更可能に可動するものであってもよい。例えば赤外線カメラ１２０は、パン、ズームまたはチルトが可能であってもよい。その場合、カメラシステム用ミラー１００は、変動する赤外線カメラ１２０の撮像範囲に対応した開口領域１０５を有する。

光源ブロック１３０は、発光部１３１を含む回路基板である。光源ブロック１３０は発光部１３１が実装されており、発光部１３１が発する光がカメラシステム用ミラー１００を照射するように構成されている。

発光部１３１は、励起光を発するＬＥＤである。上述のように発光部１３１が発する励起光の波長は、４００ｎｍ帯が好ましい。発光部１３１は、赤外線カメラ１２０の近傍に設けられ、カメラシステム用ミラー１００の蛍光層１０３を照射する。このような構成により、カメラシステム１０は、励起光に起因する蛍光を反射する物体を好適に撮像できる。

次に、図４を参照して、カメラシステム１０における光線の状態を説明する。図４は、カメラシステム１０における光線の状態を示す断面図である。図４は第１励起光Ｌ１１、第１蛍光Ｌ２１、第２蛍光Ｌ２２、第３蛍光Ｌ３１、可視光Ｌ４１および戻り光Ｌ５１がそれぞれ示されている。

４４０ｎｍ帯の波長を有する第１励起光Ｌ１１は、発光部１３１から発せられ、励起窓層１０４を透過して蛍光層１０３に到達する。蛍光層１０３において、第１励起光Ｌ１１は蛍光体に吸収される。蛍光体は、第１励起光Ｌ１１を受けると、第１蛍光Ｌ２１、第２蛍光Ｌ２２および第３蛍光Ｌ３１をそれぞれ放出する。

第１蛍光Ｌ２１は、９４０ｎｍ帯の波長を有する赤外光である。第１蛍光Ｌ２１は、蛍光層１０３から放出されると、ミラー層１０２および基板１０１を透過して、カメラシステム１０の外部に放射される。カメラシステム１０はこのような原理により、励起光を赤外光に変換し、変換した赤外光を赤外線カメラ１２０の撮像範囲に放射する。

第２蛍光Ｌ２２は、第１蛍光と同じく９４０ｎｍ帯の波長を有する赤外光である。第２蛍光Ｌ２２は、蛍光層１０３の蛍光体から放出されると、励起窓層１０４の方向に向かって進む。励起窓層１０４は、赤外光を反射する特性を有している。そのため、第２蛍光Ｌ２２は、励起窓層１０４に到達すると、蛍光層１０３と励起窓層１０４との境界面で反射する。反射した第２蛍光Ｌ２２は、方向を転換して、ミラー層１０２および基板１０１を透過して、カメラシステム１０の外部に放射される。このように、励起窓層１０４に向かって放出された第２蛍光Ｌ２２が励起窓層１０４により反射してカメラシステム１０の外部に放射されることにより、カメラシステム１０は照明光としての赤外光の光量を向上させることができる。

第３蛍光Ｌ３１は、蛍光体から発せられる可視光である。第３蛍光Ｌ３１は、蛍光体から放出されてミラー層１０２に到達すると、可視光を反射するミラー層１０２により反射される。そのため、第３蛍光Ｌ３１は、向きを変えて励起窓層１０４に向かって進む。そして第３蛍光Ｌ３１は、励起窓層１０４に到達すると、励起窓層１０４により反射される。

可視光Ｌ４１は、カメラシステム１０の外部からカメラシステム用ミラー１００に到達する。可視光Ｌ４１は基板１０１を透過してミラー層１０２に到達すると、ミラー層１０２により反射される。そのため、可視光Ｌ４１はカメラシステム１０の内部に影響を及ぼすことがない。また可視光Ｌ４１が反射することにより、カメラシステム１０はインナーミラーとしての役割を果たすことができる。なお、カメラシステム用ミラー１００は、基板１０１の可視光透過率を所定の特定に設定することにより、好適な防眩機能を実現できる。

戻り光Ｌ５１は、９４０ｎｍ帯の赤外光であって、蛍光層１０３からカメラシステム１０の外部に放出された後に、任意の物体に反射して戻ってきた戻り光である。戻り光Ｌ５１は、基板１０１およびミラー層１０２を透過して、赤外線カメラ１２０に到達する。このようにカメラシステム１０に戻り光が到達することにより、カメラシステム１０は、自動車９０の室内の画像を撮像できる。

以上、実施の形態について説明したが、実施の形態にかかるカメラシステム用ミラー１００ないしカメラシステム１０は上述の構成に限られない。例えば赤外線カメラ１２０は９４０ｎｍ帯のみを透過するバンドパスフィルタを有してもよい。

また本実施の形態にかかるカメラシステム１０は、自動車の車内を撮像するものとして示したが、これに限られない。カメラシステム１０は、船舶、航空機、ロケット、宇宙船、潜水艦など、種々の移動体に用いられても良い。また、本実施形態にかかるカメラシステム用ミラー１００は、例えば所定の位置に設けられる監視カメラ等に利用されてもよい。

ところで、一般に赤外線カメラには９４０ｎｍ帯のみを透過するバンドパスフィルタを設けることが一般的である。しかし、赤外線カメラの照明光としてＬＥＤを用いる場合、以下のような課題がある。すなわち、ＬＥＤは環境温度が変化することによって、発する光の波長のピークが変化する。具体的には、例えば自動車の車内の温度は天候等に応じて、摂氏マイナス４０度から摂氏プラス８０度程度の変化をする。このような環境下において、ＬＥＤは、波長のピークが５０ｎｍ程度変化し得る。この場合、低温環境下や高温環境下において、照明光である赤外光は９４０ｎｍ帯から大きく外れる。そのため、赤外線カメラが撮像する画像は、明るさが不足する場合がある。

一方、明るさ不足に陥ることがないようにバンドパスフィルタの透過帯域幅を拡大させると、赤外線カメラは、拡大した帯域の太陽光を過度に取り込むこととなる。この場合には、赤外線カメラが撮像する画像は、コントラストが悪くなってしまう。

本実施の形態において用いる蛍光層１０３が有する希土類元素が発する光の波長は、温度変化の影響を受けにくい。そのため、カメラシステム１０は、赤外線カメラ１２０に設けるバンドパスフィルタの透過帯域幅を広げる必要はない。そのため、カメラシステム１０は、カメラシステム用ミラー１００を採用することにより、太陽光の影響を抑えることができる。また上述の通り、蛍光層１０３は環境温度の変化による波長の変化が少ない。そのため、赤外線カメラ１２０は、環境温度の変化による画質の低下を抑えることができる。

以上、実施の形態によれば、画質のばらつきを抑制するカメラシステム用ミラーおよびカメラシステムを提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ カメラシステム
８０ ＥＣＵ
９０ 自動車
１００ カメラシステム用ミラー
１０１ 基板
１０２ ミラー層
１０３ 蛍光層
１０４ 励起窓層
１０５ 開口領域
１１０ エンクロージャ
１１１ 開口部
１１２ 凹部
１２０ 赤外線カメラ
１３０ 光源ブロック
１３１ 発光部

Claims (5)

1. 赤外線カメラに対向する位置に設けられ、可視光および赤外光を透過する基板と、基板
   前記基板の前記赤外線カメラと対向する側である主面側に設けられ、可視光を反射し、且つ、赤外光を透過するミラー層と、
   前記ミラー層の表面の少なくとも一部に設けられ、所定の励起光を受けることにより少なくとも赤外光を発する蛍光層と、
   前記蛍光層を覆うように設けられ、前記励起光を透過し、且つ、少なくとも前記赤外光を反射する励起窓層と、を備える
   カメラシステム用ミラー。
2. 前記蛍光層および前記励起窓層は、前記赤外線カメラの撮像範囲に対応する範囲に開口領域を有する、
   請求項１に記載のカメラシステム用ミラー。
3. 前記蛍光層は、前記励起光を受けて蛍光する蛍光体として希土類元素を含む、
   請求項１または２に記載のカメラシステム用ミラー。
4. 前記赤外線カメラと、
   前記励起光を発光する発光部と、
   開口部と凹部とを有し、前記凹部において前記赤外線カメラと前記発光部とを収容し、前記開口部において請求項１～３のいずれか一項に記載のカメラシステム用ミラーを嵌合するエンクロージャと、を備えるカメラシステム。
5. 移動体の室内に設けられ、
   前記発光部が前記室内を照明し、
   前記赤外線カメラが前記室内を撮像する、
   請求項４に記載のカメラシステム。

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