(57)【要約】【課題】ゴースト像発生を抑制可能なカメラ付き照明を提供することを目的とする。【解決手段】本開示は、発光面から光を放出する導光板と、前記導光板の端面に光を入射させる光源と、前記発光面と対向する撮像範囲を有するカメラと、を備え、前記導光板に、前記端面から入射した光を反射して前記発光面から放出させる溝が設けられ、前記溝内に、空気より大きくかつ前記導光板より小さい屈折率の透明部材が配されることを特徴とするカメラ付き照明装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面から光を放出する導光板と、
前記導光板の端面に光を入射させる光源と、
前記発光面と対向する撮像範囲を有するカメラと、を備え、
前記導光板に、前記端面から入射した光を反射して前記発光面から放出させる溝が設けられ、
前記溝内に、空気より大きくかつ前記導光板より小さい屈折率の透明部材が配される、カメラ付き照明装置。
【請求項２】
前記導光板と前記透明部材との屈折率差が、０．０５以上かつ０．２５以下である、請求項１のカメラ付き照明装置。
【請求項３】
前記導光板とで前記透明部材を挟む位置に配された透明の平面部材を更に備える、
請求項１又は２のカメラ付き照明装置。
【請求項４】
前記平面部材の屈折率が、前記透明部材の屈折率以上かつ前記導光板の屈折率以下である、請求項３のカメラ付き照明装置。
【請求項５】
前記溝は、三角柱形状であり、前記溝のピッチをＴ、前記溝の幅をＨ、前記カメラの画素の幅をＤ、前記導光板の位置での前記カメラの倍率をｋとすると、２＜（Ｔ−Ｈ）／ｋＤ＜２６を満たす、請求項１から４のいずれかのカメラ付き照明装置。
【請求項６】
前記平面部材は、前記導光板と同じ材料で構成される、請求項１〜５いずれかのカメラ付き照明装置。
【請求項７】
前記導光板は、アクリルで構成される、請求項１〜６いずれかのカメラ付き照明装置。
【請求項８】
前記透明部材は、フッ素化モノマーのＵＶ接着剤で形成される、請求項１〜７のいずれかのカメラ付き照明装置。
【請求項９】
前記光源のＯＮとＯＦＦと、前記カメラの撮像ＯＦＦとＯＮとを同期する制御部を備える請求項１〜８いずれかのカメラ付き照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ付き照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例として示す図６において、撮像装置１００は、透過型ディスプレイパネル１１５と、導光板１１２と、光源１１３と、カメラ１１１とを有する。透過型ディスプレイパネル１１５に画像を表示するときには、導光板１１２内での全反射および散乱を利用する。導光板１１２からの光の放出方向は、透過型ディスプレイパネル１１５方向のみである。
【０００３】
図６（ａ）に示すように、光源１１３がＯＮの時には、導光板１１２から照射される光が均一な照明を構成するため、カメラ１１１は利用者１０１から見えない。
【０００４】
一方、図６（ｂ）に示すように、光源１１３がＯＦＦの時には、導光板１１２が透明な状態となり、カメラ１１１で利用者１０１を撮像できる。
【０００５】
導光板１１２は、光の出射面と対向する面に、複数の微小な溝構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０８２１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、導光板を通してカメラで撮像すると、溝構造による屈折により、ゴースト像が写りこむという課題を有している。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ゴースト像発生を抑制できるカメラ付き照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のカメラ付き照明装置は、発光面から光を放出する導光板と、前記導光板の端面に光を入射させる光源と、前記発光面と対向する撮像範囲を有するカメラと、を備え、前記導光板に、前記端面から入射した光を反射して前記発光面から放出させる溝が設けられ、前記溝内に、空気より大きくかつ前記導光板より小さい屈折率の透明部材が配される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成のカメラ付き照明装置により、ゴースト像発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）実施の形態１のカメラ付き照明装置を示す模式的断面図          （ｂ）実施の形態１のカメラ付き照明装置を示す模式的正面図          （ｃ）実施の形態１のカメラ付き照明装置を示す模式的斜視図
【図２】（ａ）実施の形態１のカメラの画素の平面図          （ｂ）実施の形態１の導光板の溝の部分拡大断面図          （ｃ）実施の形態１の導光板の平坦部中の画素数と導光板の透明度の関係を示す図
【図３】（ａ）導光板の溝に透明部材が無いときのカメラの撮像図          （ｂ）実施の形態１の導光板の溝に透明部材が有るときのカメラの撮像図          （ｃ）導光板と透明部材の屈折率差と相対ゴースト輝度の関係を示す図          （ｄ）導光板と透明部材の屈折率差と正面輝度の関係を示す図
【図４】実施の形態１のカメラ付き照明装置の変形例を示す模式図
【図５】実施の形態１のカメラ付き照明装置の他の変形例を示す模式図
【図６】（ａ）（ｂ）特許文献１に記載された従来の撮像装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、実施の形態１のカメラ付き照明装置１０を示す模式的断面図である。図１（ｂ）は、カメラ付き照明装置１０の模式的正面図である。図１（ｂ）の破線は、導光板１表側から見た際に、その裏面側に位置する各部品を表す。図１（ｃ）は、カメラ付き照明装置１０の模式的斜視図を示す。
【００１３】
カメラ付き照明装置１０は、図１（ａ）に示すように導光板１と、光源２と、カメラ３と、基板４と、溝５と、透明部材６と、駆動回路基板７と備えている。
【００１４】
溝５は、三角柱形状で、そのピッチは例えば２５０μｍ、溝幅は１５μｍ、立ち上がり角は５２°である。溝５に関しては、詳細を後述する。導光板１は透明の例えばアクリル材料の成形品である。また溝５には屈折率を調整した透明部材６が埋め込まれている。透明部材６に関しても、詳細は後述する。
【００１５】
本開示における透明の定義は、可視光領域（３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ）で、透過率１０％以上、ヘイズ１％以下とする。
【００１６】
導光板１は、光源２により端部に入射した光を、導光板１の発光面３０まで伝達する。そのため、光が漏れないように、全反射が成り立つ曲率で、曲面部分が形成されている。そして、発光面３０の内側（裏側）には、溝５が形成されている。この溝５で光源２から入射した光が反射し、発光面３０の外側（表側）へ放射される。
【００１７】
図１（ｃ）に示すように、導光板１は、中空の円筒の半分に類似する形状である。導光板１の形状には、一部に平面が含まれる。導光板１の両端は、開放でも、閉塞でもよい。
【００１８】
光源２には、例えば、高速でＯＮ、ＯＦＦが可能なＬＥＤ光源を用いる。図１（ａ）に示すように、導光板１の一方の端部に光源２を配置することで、導光板１の端部に光を入射させる。光源２は、導光板１の両端部に設けてもよい。導光板１の端部に設けることで、カメラ３による撮像への光源２の影響を少なくできる。
【００１９】
カメラ３は、導光板１の発光面３０の内側（裏面側）に設けられている。すなわち、発光面３０と対向して、カメラ３の撮像面が位置している。カメラ３には、例えば、デジタルカメラを用い、画素数は例えば６５９×４９４、レンズのサイズ６．２ｍｍ×４．３ｍｍである。カメラ３の１つの画素のサイズは約９μｍである。カメラ３には、例えば、導光板１の上で、１つの画素のサイズが約３倍になるような倍率のレンズを採用する。
【００２０】
基板４には、光源２を構成するＬＥＤが実装されている。基板４は、例えば厚み１ｍｍの長方形の板であり、光源２を発光させるための回路パターンが形成されている。
【００２１】
駆動回路基板７は制御部として機能し、光源２をＯＮ、ＯＦＦ（入り切り）させることで点滅させる。カメラ３は、光源２がＯＦＦの時に、撮像を行う。すなわち、駆動回路基板７は、光源２のＯＮとＯＦＦと、カメラ３の撮像ＯＦＦとＯＮとを同期する。この場合、カメラ３が導光板１の表側から視認できないように、周波数７２Ｈｚ以上で光源２をＯＮ、ＯＦＦさせるとよい。周波数が７２Ｈｚ以上となると、人の反応速度を超え、人は点滅していることに気付かなくなるからである。
【００２２】
ここで、カメラ３の画素と溝５との関係を図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。
【００２３】
図２（ａ）は、カメラの画素の平面図である。１つの画素は、一辺Ｄの正方形である。画素全体の大きさは、縦ＬＤ２、横ＬＤ１である。画素が長方形の場合は、短い辺を基準に以下の内容が適用される。
【００２４】
図２（ｂ）は、導光板１の溝５近傍の部分拡大断面図である。導光板１中を伝達した光は溝５で、導光板１の上方（外部）へ反射する。溝５の頂点間の間隔である溝ピッチＴから溝幅Ｈを引いた平坦部Ａ（長さａ）は、光が外部へ放射される部分、すなわち発光面である。導光板１から光が放射される側を導光板表面１ａとし、その反対側を導光板裏面１ｂとする。カメラは導光板裏面１ｂ側に配置される。
【００２５】
導光板１を通して、導光板表面１ａより遠方の画像を撮像する場合、導光板裏面１ｂが撮像される範囲は、カメラが導光板裏面１ｂより離れるほど拡大される。拡大の具合はレンズの画角によって決まり、この拡大係数をｋとする。１画素のサイズがＤであるので、１画素に撮像される導光板裏面１ｂの範囲はｋＤとなる。この撮像範囲ｋＤ内に、溝５が含まれない画素の数が多いほど、溝５による屈折の影響を受けないため、撮像された画像は鮮明となる。
【００２６】
導光板１の平坦部Ａに含まれる画素数と導光板１の透明度の関係を図２（ｃ）に示す。横軸は、導光板裏面１ｂの撮像範囲ｋＤで平坦部Ａを割った値（ａ／ｋＤ）である。この値は、大きくなると１つの平坦部Ａ中に含まれる画素数が多くなることを表す。縦軸は、透明度として、撮像画像を目視でレベル評価したものである。
【００２７】
透明度には図２（ｂ）の溝ピッチＴにおける平坦部Ａの割合Ｘも影響する。本評価では、溝幅Ｈ（長さｈ）をｋＤに固定している。従って溝ピッチＴにおける平坦部Ａの割合Ｘは以下の式１で与えられる。
【００２８】
Ｘ＝ａ／（ａ＋ｋＤ）・・・・・・（式１）
透明度が大き過ぎると、外側（表側）から導光板１を通してカメラが見えてしまう。透明度が小さ過ぎると、撮像された画像に影響がでる。このため、図２（ｃ）に示すように、ａ／ｋＤの値が、２より大きく、かつ、２６より小さいことがよいことがわかる。すなわち、ａ／ｋＤは、以下の式２で与えられる。
【００２９】
２＜ａ／ｋＤ＜２６・・・・・・（式２）
なお、ａ／ｋＤの値が２以下の場合は、透明度が非常に悪くなる。すなわち、撮像画像が汚くなる。一方、ａ／ｋＤの値が２６以上の場合、溝ピッチＴにおける平坦部Ａの割合Ｘが９６％を超え、透明度が高くなりすぎ、発光時にも導光板１の裏側が見えてしまう。すなわち、導光板１を通して、カメラが外部から見えてしまいデザイン性が低下する。
【００３０】
ここで、図１（ａ）の導光板１と透明部材６の屈折率差とゴースト像との関係を説明する。
【００３１】
導光板１を構成するアクリルの屈折率はおよそ１．５である。透明部材６を設けない場合、カメラ３に至る光路中の屈折率差は、屈折率１の空気との差とで表されるため、導光板１と空気との屈折率差Ｎｓは０．５となる。溝５に透明部材６を設けない場合のカメラ３の撮像画像を図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示すように、撮像したい実像Ｒに対して、はっきりとしたゴースト像Ｇが発生していることがわかる。
【００３２】
一方、図１（ａ）の溝５に屈折率１．３の透明部材６を配置する場合、導光板１と透明部材６との屈折率差Ｎｓは０．２となる。溝５に屈折率１．３の透明部材６を配する場合のカメラ３の撮像画像を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）から、透明部材６を配することでゴースト像Ｇ発生を抑制できることがわかる。
【００３３】
ここで、図１（ａ）の透明部材６として設定する好ましい屈折率について説明する。透明部材６を設けない場合に生じるゴースト像の輝度ｇ０で各屈折率差のときのゴースト像の輝度ｇｎを規格化した値（相対ゴースト輝度）を縦軸に、導光板１と透明部材６の屈折率差Ｎｓを横軸にとったグラフを図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）の関係から、図１（ａ）の導光板１と透明部材６の屈折率差が０．５未満、すなわち、透明部材６の屈折率が空気より大きければ、ゴーストは低減できることがわかる。さらにゴースト像の発生をより抑制するためには、導光板１と透明部材６との屈折率差を０．２５以下にすればよいことが図３（ｃ）からわかる。このように、図１（ａ）の導光板１と透明部材６の屈折率差の上限を設定する。
【００３４】
次に、導光板１と透明部材６の屈折率差の下限について説明する。
【００３５】
ここで、正面輝度とは、カメラ３が配置されていない側へ導光板１の発光の輝度である。導光板１と透明部材６の屈折率差を横軸に、透明部材６を設けない場合の正面輝度Ｌ０で各屈折率差のときの正面輝度Ｌｎを規格化した値（正面輝度Ｌ）を縦軸にとったグラフを図３（ｄ）に示す。図３（ｄ）に示すように、図１（ａ）の透明部材６の屈折率が導光板１より小さければ、全反射により正面輝度Ｌｎを確保できることがわかる。このため、導光板１の正面からカメラ３を見えにくくすることが可能である。
【００３６】
したがって、透明部材６の屈折率が空気より大きくかつ導光板１より小さければ、ゴースト低減の効果を得つつ、カメラ３を正面から見えにくくすることが可能である。
【００３７】
また、発光時にカメラ３をより見えにくくするためには、正面輝度Ｌが０．１以上であることが、目視レベルで評価されている。すなわち、図３（ｄ）の関係に基づき、発光時にカメラ３をより見えにくくするためには、図１（ａ）の導光板１と透明部材６の屈折率差を０．０５以上にすればよい。
【００３８】
ここで、導光板１の屈折率Ｎｄと透明部材６の屈折率Ｎｔを用いて、屈折率差Ｎｓを表すと式３となる。そして、屈折率差Ｎｓの範囲が式４の関係を満たすとカメラ３を隠してデザイン性を向上させつつ、ゴースト像が発生しないより良い結果が得られる。
【００３９】
Ｎｓ＝Ｎｄ−Ｎｔ・・・・・・（式３）
０．０５≦Ｎｓ≦０．２５・・・・・・（式４）
具体的には、導光板１がアクリル（屈折率１．５）の場合、式３、式４から、屈折率を１．２５以上かつ１．４５以下に調整した透明部材６を採用する。このような透明部材６はフッ素化モノマーのＵＶ接着剤を硬化させて形成できる。
【００４０】
なお、アクリル以外の透明樹脂として、耐候性の高いポリカーボネート（屈折率１．５９）を導光板１に採用した場合も、上記の式４を満たすことで、カメラ３を隠しつつ、ゴースト像の発生を抑えられる。この場合、透明部材６の屈折率Ｎｔを１．３４以上かつ１．５４以下に調整すれば良いことが式４から求められる。また、このような透明部材６はポリカーボネートで構成できる。
【００４１】
また、光が透明部材６を通過した時点でカメラ３の撮像画像からゴースト像を除去できるので、透明部材６と空気の界面が平坦であれば、透明部材６と空気の屈折率差はゴースト像発生には影響しない。
【００４２】
なお、透明部材６を溝５に充填させる方法としては、接着剤を溝５から少量もれ出る程度に塗布し、ＵＶ硬化して、その後、平坦になるように研磨加工する方法がある。溝５の構造が例えば１μｍ以下の超微細構造の場合は、フッ素系のコーティングを導光板１の裏側に施したあと、ＣＭＰで微細に研磨して透明部材６を溝５に充填させる方法もある。
【００４３】
なお、図４に示す変形例ように、透明部材６のカメラ３側に透明の平面部材８を配してもよい。すなわち、本変形例は、導光板１とで透明部材６を挟む位置に配された透明の平面部材８を更に備える。これにより、透明部材６の耐候性を向上できる。特に、透明部材６が接着剤で形成される場合に、平面部材８による耐候性向上の効果がより顕著に現れる。
【００４４】
平面部材８の屈折率は、導光板１の屈折率以下であればフレネル反射の影響を小さくできる。一方、平面部材８の屈折率が透明部材６の屈折率未満であれば、透明部材６と平面部材８の界面での不必要な屈折や反射によるランダム散乱光によってランダムノイズが発生し、カメラ３の撮像画像品質の低下の要因となる。したがって、平面部材８が、透明部材６以上、かつ、導光板１以下となる屈折率を有すれれば、正面輝度と撮像画像品質とを確保する望ましい結果が得られる。
【００４５】
なお、平面部材８の屈折率を導光板１の屈折率と等しくするのが最適である。溝５以外の部分が同じ屈折率になるため、導光板１と平面部材８との界面での不必要な屈折や反射を防ぐことができ、正面輝度の低下を防ぐ効果が期待できるからである。この場合、平面部材８を、導光板１と同じ材料で構成することで、両者の屈折率を等しくできる。
【００４６】
なお、図５に示す他の変形例のように、カメラ３の撮像範囲であるカメラ領域３ａのみに透明部材６と平面部材８を配置しても良い。これにより、省資源化を実現できる。なお、カメラ３の撮像範囲外をカメラ領域外３ｂとする。
【００４７】
なお、カメラ領域外３ｂでは、外部からカメラ３が視認できない範囲で透明性が高いほどよいため、カメラ領域外３ｂの溝５は、以下の式５を満たせばよい。
【００４８】
ａ／ｋＤ＜２６・・・・・・（式５）
式５を満たすようにカメラ領域外３ｂの溝５を形成することで、カメラ３による撮像画像の品質を低下させることなく、照明としての明るさを向上できる。
【００４９】
なお、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記の実施形態における各変形例の構成要素を任意に組み合わせて、それぞれの効果を奏するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本カメラ付き照明装置は、セキュリティカメラや自動車のヘッドライト等に利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  導光板
１ａ  導光板表面
１ｂ  導光板裏面
２  光源
３  カメラ
３ａ  カメラ領域
３ｂ  カメラ領域外
４  基板
５  溝
６  透明部材
７  駆動回路基板
８  平面部材
１０  カメラ付き照明装置
３０  発光面
【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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【図６】
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