(57)【要約】【課題】観察装置の反射ミラーの反射面で結露すると、反射ミラーに入射した光が乱反射してしまい、付着物検出の精度が落ちてしまうという問題があった。【解決手段】観察装置は、観察対象の少なくとも一部である透光板における表面領域を照射する照射部と、照射部からの照射光が表面領域で反射した反射光を受光する撮像素子と、照射部から撮像素子まで光を中継する中継光学系に含まれる反射ミラーと、反射ミラーにおける反射面と異なる箇所である他箇所に直接または熱伝導部材を介して結合されている電子部品が搭載された回路基板とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象の少なくとも一部である透光板における表面領域を照射する照射部と、
前記照射部からの照射光が前記表面領域で反射した反射光を受光する撮像素子と、
前記照射部から前記撮像素子まで光を中継する中継光学系に含まれる反射ミラーと、
前記反射ミラーにおける反射面と異なる箇所である他箇所に直接または熱伝導部材を介して結合されている電子部品が搭載された回路基板と
を備える観察装置。
【請求項２】
前記反射ミラーは、前記中継光学系のうち前記反射光を前記撮像素子に導く反射側光学系に含まれる請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記電子部品の少なくとも１つは、前記撮像素子から出力された画像信号を処理する画像処理用の回路素子である請求項１または２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記画像処理用の回路素子は、前記撮像素子から出力された画像信号に基づいて、前記表面領域に付着する付着物を検出するための画像データを生成する請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記画像処理用の回路素子は、前記観察装置の電源がオンになってから一定期間経過した後に、前記撮像素子から出力された画像信号に基づいて、前記表面領域に付着する付着物を検出するための画像を生成する請求項４に記載の観察装置。
【請求項６】
前記電子部品は、前記他箇所に対して面接触する請求項１から５のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項７】
前記反射ミラーは、前記他箇所以外の部分かつ前記反射面以外の部分にフィンを有する請求項１から６のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項８】
前記反射ミラーは、金属で形成された請求項１から７のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項９】
前記反射ミラーの表面は、金属蒸着により形成された請求項１から７のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１０】
前記撮像素子は、前記回路基板に設けられている請求項１から９のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１１】
前記電子部品の少なくとも１つは、前記撮像素子である請求項１０に記載の観察装置。
【請求項１２】
前記回路基板は、前記撮像素子から出力された画像信号に基づいて、前記表面領域に付着する付着物を検出するＣＰＵを搭載する請求項１から１１のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１３】
前記ＣＰＵは、前記観察装置の電源がオンになってから一定期間経過するまでの間、前記付着物の検出結果を無効にする請求項１２に記載の観察装置。
【請求項１４】
前記電子部品の少なくとも１つは、前記ＣＰＵである請求項１２または１３に記載の観察装置。
【請求項１５】
前記電子部品の少なくとも１つは、前記観察装置の電源を制御する電源制御用の回路素子である請求項１から１４のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項１６】
前記電子部品の少なくとも１つは、前記照射部を駆動する照射駆動用の回路素子である請求項１から１５のいずれか１項に記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のウィンドシールドの外表面に付着した雨滴等の付着物を観察する観察装置が知られている。この観察装置を用いてウィンドシールドの外表面を観察することにより雨滴を検出し、ワイパーを作動させて視界を確保することが行われる。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００９−２９４１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の観察装置において、ウィンドシールドの外表面に光を照射し、外表面で反射した光を、反射ミラーを用いて撮像素子へ導いている。この観察装置の反射ミラーの反射面で結露すると、反射ミラーに入射した光が乱反射してしまい、付着物検出の精度が落ちてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様における観察装置は、観察対象の少なくとも一部である透光板における表面領域を照射する照射部と、照射部からの照射光が表面領域で反射した反射光を受光する撮像素子と、照射部から撮像素子まで光を中継する中継光学系に含まれる反射ミラーと、反射ミラーにおける反射面と異なる箇所である他箇所に直接または熱伝導部材を介して結合されている電子部品が搭載された回路基板とを備える。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態に係る観察装置の概念を説明する概念図である。
【図２】本実施形態に係る観察装置の断面図である。
【図３】反射ミラーと電子部品との結合についての他の形態を説明する図である。
【図４】反射ミラーの形状の変形例を示す図である。
【図５】本実施形態に係る観察装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る観察装置の概念を説明する概念図である。観察装置１０は、車両１のウィンドシールド２の車内側の表面である内表面に固定される。ウィンドシールド２は透光板の一例である。本実施形態において、観察装置１０は、ルームミラー３の取付部４の下側近傍に配置されている。また、観察装置１０は、ワイパー５の払拭範囲内に配置されている。図中のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、車両１の左右方向、上下方向および前後方向にそれぞれ対応する。なお、後述する撮像素子の受光面の中心を基準として、車両１の右方向をＸ軸正方向、上方向をＹ軸正方向、前方向をＺ軸正方向とする。
【０００９】
観察装置１０は、ウィンドシールド２の外表面の撮影画像を用いて雨滴等の付着物を検出する。そして、観察装置１０は、ワイパー５の動作を制御するワイパー制御装置に検出結果を出力する。ワイパー制御装置は、観察装置１０の検出結果に応じてワイパー５を作動させる。具体的には、ワイパー制御装置は、観察装置１０の検出結果から大雨と判断した場合にはワイパー５を早く動かし、小雨と判断した場合にはゆっくり動かす。
【００１０】
図２は、本実施形態に係る観察装置１０の断面図である。図２に示すとおり、観察装置１０は、筐体２０、光源３０、プリズム４０、反射ミラー５０、撮像部６０、回路基板７０、電子部品８０を備える。筐体２０は、本体２１およびカバー２２を有する。そして、筐体２０は、筐体２０、光源３０、プリズム４０、反射ミラー５０、撮像部６０、回路基板７０、電子部品８０を収容する。観察装置１０は、車両１のウィンドシールド２の内表面にシリコンシート１００を介して固定される。シリコンシート１００は、ウィンドシールド２の内表面での光の反射を低減させる光透過性の中間層として機能する。
【００１１】
光源３０は、カバー２２の内側に設けられ、近赤外光を射出するＬＥＤ等の発光素子である。本実施形態において、光源３０は、ウィンドシールド２の表面領域に光を照射する照射部として機能する。プリズム４０は、ポリカーボネートなどの光透過性の樹脂またはガラスで形成される光学系である。プリズム４０は、本体２１の底面に設けられる。プリズム４０は、本体２１と一体的に形成されてもよい。
【００１２】
プリズム４０は、入射側レンズ面４１および射出側レンズ面４２を有する。入射側レンズ面４１は、凸形状を有し、光源３０から照射された照射光を平行光に変換する。プリズム４０は、平行光に変換された照射光を、シリコンシート１００を介してウィンドシールド２の外表面に導く。なお、本実施形態における平行光は、完全に平行な光だけでなく、実質的に平行な光も含む。また、ウィンドシールド２の外表面のうち照射光によって照射される領域を表面領域と称する。
【００１３】
照射光の表面領域に対する入射角は、ウィンドシールド２の外表面に空気が接する場合において照射光が表面領域で全反射する臨界角以上に予め決定される。入射角の決定において、ウィンドシールド２の屈折率およびウィンドシールド２の外表面に接する空気の屈折率が考慮される。プリズム４０は、表面領域で反射した反射光を、シリコンシート１００を介して受光する。射出側レンズ面４２は、凸形状を有し、表面領域で反射した反射光を集光する。射出側レンズ面４２で集光された光は、反射ミラー５０へ導かれる。
【００１４】
反射ミラー５０は、射出側レンズ面４２から射出された光を反射面５１で反射し、撮像部６０へ導く。反射ミラー５０は、ミラー支持部材５２によりカバー２２に固定される。なお、ミラー支持部材５２は、回路基板７０に設けられた貫通孔に挿入された状態で、反射ミラー５０を支持してもよい。撮像部６０は、本体２１に設けられ、撮像光学系６１と撮像素子６２とを有する。撮像光学系６１は、１以上のレンズから構成されており、ウィンドシールド２の表面領域での反射光を撮像素子６２の受光面で結像する。
【００１５】
なお、本実施形態において、プリズム４０、反射ミラー５０および撮像光学系６１は、光源３０から撮像素子６２まで光を中継する中継光学系として機能する。また、入射側レンズ面４１を含むプリズム４０の一部分は、光源３０からの入射光を平行光にしてウィンドシールド２の表面領域に対して斜入射させる入射側光学系として機能する。さらに、射出側レンズ面４２を含むプリズム４０の一部分、反射ミラー５０および撮像光学系６１は、反射光を集光して撮像素子６２へ導く反射側光学系として機能する。
【００１６】
撮像素子６２は、撮像光学系６１によって受光面で結像した被写体像を光電変換し、画像信号を出力する素子である。撮像素子６２として、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサが用いられる。上述したとおり、光源３０から照射される光は近赤外光である。そのため、撮像素子６２のユニットは、近赤外線の波長領域を感知するように構成されている。なお、ＲＧＢ画素を備えた通常の撮像素子のユニットを用いる場合には、赤外線カットフィルタが設けられておらず、かつＲ画素が近赤外線の波長領域を含めて感知する撮像素子のユニットを選択して用いればよい。撮像素子６２は、画像信号を回路基板７０へ出力する。
【００１７】
回路基板７０は、観察装置１０を制御するための各種電子部品を搭載する。回路基板７０は、基板支持部材７１によりカバー２２に取り付けられる。基板支持部材７１は、回路基板７０を反射ミラー５０へ向けて付勢するバネ等の付勢部を有する。電子部品８０は、回路基板７０に搭載され、撮像素子６２から出力された画像信号を処理する画像処理用の回路素子である。具体的には、電子部品８０は、撮像素子６２から出力された画像信号を用いて、ウィンドシールド２の表面領域に付着する雨滴等の付着物を検出するための画像データを生成する。また、回路基板７０には、電子部品８０が生成した画像データを用いてウィンドシールド２の表面領域に付着する雨滴等の付着物を検出するＣＰＵ９０が搭載されている。そして、ＣＰＵ９０は、ウィンドシールド２の表面領域の付着物の検出結果を、ワイパー５の動作を制御するワイパー制御装置へ出力する。ＣＰＵ９０による付着物検出処理の詳細については後述する。
【００１８】
電子部品８０は、基板支持部材７１の付勢部により、反射ミラー５０の方向へ付勢される。そして、電子部品８０は、図２に示すとおり、反射ミラー５０における反射面５１と異なる箇所に対して面接触した状態で熱的に結合される。このように、電子部品８０が反射ミラー５０に熱的に結合されることにより、電子部品８０で発生した熱が反射ミラー５０に伝わり、反射面５１での結露を防ぐことができる。また、反射面５１と異なる箇所に電子部品８０を結合させることにより、電子部品８０は反射面５１での反射を妨害しない。さらに、反射ミラー５０を電子部品８０の放熱器として機能させて電子部品８０を冷却することができる。なお、本実施形態において、反射ミラー５０における反射面５１と異なる箇所を他箇所と称する。
【００１９】
反射ミラー５０と電子部品８０との結合は、上述の面接触に限らない。図３は、反射ミラー５０と電子部品８０との結合についての他の形態を説明する図である。図３（ａ）に示す形態では、シリコン、アクリル等で形成された熱伝導シート１１１は、反射ミラー５０と電子部品８０との間に配置される。そして、基板支持部材７１の付勢力によって、反射ミラー５０における他箇所と電子部品８０とは、熱伝導シート１１１を介して熱的に結合される。このようなシート状の熱伝導部材を介することにより、電子部品８０で発生した熱を反射ミラー５０へ効率良く伝導させることができる。
【００２０】
図３（ｂ）に示す形態では、銅等で形成されたヒートパイプ１１２は、反射ミラー５０における他箇所と電子部品８０との間に取り付けられる。このように熱伝導部材としてヒートパイプ１１２を介して反射ミラー５０と電子部品８０とを熱的に結合することにより、電子部品８０を反射ミラー５０の近傍に配置する必要がなくなり、回路基板７０上の電子部品の配置レイアウトの自由度が増す。なお、この形態において、基板支持部材７１は回路基板７０を反射ミラー５０へ向けて付勢しなくてもよい。
【００２１】
反射ミラー５０の放熱効果を高めることを目的として、反射ミラー５０を銅、アルミ等の金属で形成してもよく、また、反射ミラー５０の表面を金属蒸着により形成してもよい。さらに、反射ミラー５０において反射面５１以外の部分の形状を放熱し易い形状に形成してもよい。
【００２２】
図４は、反射ミラー５０の形状の変形例を示す図である。変形例において、図３（ｂ）を用いて説明したように、ヒートパイプ１１２を介して反射ミラー５０の他箇所と電子部品８０とが結合されている。図４に示すとおり、反射ミラー５０の他箇所以外の部分かつ反射面５１以外の部分に、４つのフィン１１３が設けられている。フィン１１３により反射ミラー５０の放熱効率を高めることができる。なお、フィン１１３の数は４つに限らず、製品の制約に応じた数のフィン１１３を設けてもよい。
【００２３】
図５は、本実施形態に係る観察装置１０の構成を示すブロック図である。電子部品８０は、Ａ／Ｄ変換器１２１および画像処理部１２２を有する。また、観察装置１０は、上述した構成に加え、画像記録メモリ１３０を備える。Ａ／Ｄ変換器１２１は、アナログ信号である撮像素子６２から出力された画像信号をデジタル信号へ変換する。デジタル信号に変換された被写体像は、画像データとして順次処理される。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器１２１によりデジタル信号に変換された画像データは、画像処理部１２２へ引き渡される。画像処理部１２２は、画像データを規格化された画像フォーマットの画像データに変換する。例えば、静止画像としてＪＰＥＧファイルを生成する場合、色変換処理、ガンマ処理、ホワイトバランス処理等の画像処理を行った後に適応離散コサイン変換等を施して圧縮処理を行う。また、動画像としてＭＰＥＧファイルを生成する場合、生成された連続する静止画としてのフレーム画像に対して、フレーム内符号化、フレーム間符号化を施して圧縮処理を行う。
【００２５】
画像処理部１２２によって生成された静止画像データ、動画像データは、画像記録メモリ１３０に記録される。画像記録メモリ１３０は、フラッシュメモリ等により構成される。ＣＰＵ９０は、画像処理部１２２から出力された画像データおよび画像記録メモリ１３０に記録されている画像データの少なくとも一方を用いて、ウィンドシールド２の表面領域に付着した雨滴等の付着物を検出する。そして、ＣＰＵ９０は、ウィンドシールド２の表面領域の付着物の検出結果を、ワイパー５の動作を制御するワイパー制御装置へ出力する。
【００２６】
ウィンドシールド２の表面領域に雨滴等の付着物が付着している場合、ウィンドシールド２の屈折率と付着物の屈折率との差がウィンドシールド２の屈折率と空気の屈折率との差より小さくなる。そのため、表面領域における照射光の全反射の条件を満たさなくなり、表面領域に達した照射光の一部が反射せずに透過してしまう。照射光の一部の透過により、付着物が付着している場合において撮像部６０に入射される表面領域での反射光の強度は、付着物が付着していない場合において撮像部６０に入射される表面領域での反射光の強度より小さくなる。したがって、画像データが表す表面領域の画像において付着物の画像が存在する領域の輝度値は、付着物の画像が存在しない領域の輝度値に比べて小さくなる。
【００２７】
そこで、ＣＰＵ９０は、表示領域の画像において、予め定められた閾値以下の輝度値をもつ領域が存在し、かつその領域の大きさが予め定められた基準面積以上の場合に、その領域を付着物の画像が存在する付着物領域として検出する。輝度値の閾地および基準面積は、雨滴等の検出対象物の屈折率、大きさ等に応じて予め定められる。
【００２８】
観察装置１０の起動時において反射ミラー５０の反射面５１に結露が生じている場合、反射面５１に入射した光が乱反射を起こし付着物検出の精度が落ちる。そこで、観察装置１０の電源がオンになってから反射面５１の結露の解消に要する期間として予め定められた一定期間、例えば２０秒間において、ＣＰＵ９０は付着物の検出結果を無効にしてもよい。この場合、観察装置１０の電源がオンになってから一定期間が経過した後にＣＰＵ９０は付着物の検出結果を有効にする。
【００２９】
具体的には、まず、ＣＰＵ９０は、観察装置１０の電源がオンになったか否かを判断する。観察装置１０の電源がオンになった場合、観察装置１０の電源がオンになってから上述の予め定められた一定時間を経過したか否かを判断する。ＣＰＵ９０は、一定時間が経過するまで付着物の検出結果を無効にし、一定時間が経過した後に付着物の検出結果を有効にする。
【００３０】
ＣＰＵ９０による付着物の検出結果の有効および無効の制御処理の具体例について説明する。例えば、ＣＰＵ９０は、観察装置１０の電源がオンになってから上述の一定期間において付着物の検出処理を実行せず、上述の一定期間が経過した後に付着物の検出処理を実行する。また、ＣＰＵ９０は、観察装置１０の電源がオンになってから上述の一定期間において付着物の検出結果をワイパー制御装置へ出力せず、上述の一定期間が経過した後に付着物の検出結果をワイパー制御装置へ出力するようにしてもよい。
【００３１】
上述のＣＰＵ９０による付着物の検出結果の有効および無効の制御処理の代わりに、または当該制御処理とあわせて、画像処理部１２２は、観察装置１０の起動時において、画像データの生成および非生成を制御してもよい。具体的には、画像処理部１２２は、観察装置１０の電源がオンになってから上述の一定期間において画像データを生成しない。そして、画像処理部１２２は、上述の一定期間が経過した後に画像データを生成する。
【００３２】
上述の実施形態において、画像処理用の回路素子である電子部品８０を反射ミラー５０に結合したが、これに限らず、反射ミラー５０の反射面５１の結露を解消することのできる熱量を発する他の電子部品を反射ミラー５０に結合してもよい。例えば、上述のＣＰＵ９０を反射ミラー５０と結合する。
【００３３】
また、観察装置１０の電源を制御する電源制御用の回路素子を反射ミラー５０に結合してもよい。さらに、光源３０を駆動する照射駆動用の回路素子を反射ミラー５０に結合してもよい。また、複数の電子部品を１つの反射ミラー５０にヒートバイプ等で結合してもよい。
【００３４】
上述の実施形態において、光源３０は発散光を照射し、プリズム４０が平行光に変換したが、これに限らず、光源３０が平行光を照射し、プリズム４０のうち平行光に変換する入射側レンズ面４１を含む部分を省略してもよい。また、プリズム４０は、表面領域からの平行光の反射光を射出側レンズ面４２で集光したが、これに限らず、平行光のまま反射ミラー５０へ射出し、反射ミラー５０が表面領域からの平行光を集光するようにしてもよい。
【００３５】
上述の実施形態において、１つの反射ミラー５０を用いたが、数量は１つに限定されず、製品の制約に応じた数の反射ミラーを設け、これらの反射ミラーの各々と電子部品とを結合させてもよい。また、反射ミラー５０を中継光学系における反射側光学系に設けたが、中継光学系における入射側光学系に反射ミラーを設け、この反射ミラーと電子部品とを結合させてもよい。
【００３６】
上述の実施形態において、撮像素子６２は回路基板７０に搭載されていないが、撮像素子６２が回路基板７０に搭載されるように撮像部６０を配置してもよい。撮像素子６２を回路基板７０に搭載することにより、撮像素子６２と、画像処理用の回路素子である電子部品８０との接続が容易になる。この場合に、撮像素子６２と反射ミラー５０とをヒートパイプ等で熱的に結合してもよい。
【００３７】
上述の実施形態において、観察装置１０のＣＰＵ９０で付着物検出処理を実行したが、観察装置１０が画像データを車両１のデータ処理装置に出力し、当該データ処理装置に付着物検出処理を実行させてもよい。また、観察装置１０は、撮像素子６２から出力された画像信号を車両１のデータ処理装置に出力し、上述の電子部品８０が行う画像処理を当該データ処理装置に実行させてもよい。
【００３８】
上述の実施形態において、観察装置１０を車両１のフロントガラスであるウィンドシールド２に配置したが、これに限らず車両１のリアガラスに配置してもよい。また、観察装置１０の搭載対象を車両として説明したが、当然車両への適用に限らず、航空機等の透光体を有する種々の移動体に適用できる。
【００３９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１  車両、２  ウィンドシールド、３  ルームミラー、４  取付部、５  ワイパー、１０  観察装置、２０  筐体、２１  本体、２２  カバー、３０  光源、４０  プリズム、４１  入射側レンズ面、４２  射出側レンズ面、５０  反射ミラー、５１  反射面、５２  ミラー支持部材、６０  撮像部、６１  撮像光学系、６２  撮像素子、７０  回路基板、７１  基板支持部材、８０  電子部品、９０  ＣＰＵ、１００  シリコンシート、１１１  熱伝導シート、１１２  ヒートパイプ、１１３  フィン、１２１  Ａ／Ｄ変換器、１２２  画像処理部、１３０  画像記録メモリ
【図１】
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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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