專利名稱：棱鏡板、攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)以及棱鏡板的成型模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠控制入射光的出射方向等的棱鏡板、攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)以及棱鏡板的成型模具。
背景技術(shù)：
圖1是示出棱鏡板111對(duì)光的出射方向的控制的圖。此外，圖2是從II-II方向觀察該棱鏡板的圖，圖3是示出棱鏡板111的出射光的指向特性的圖。如圖1所示，棱鏡板111具備平行地配置有具有多條棱線113的棱鏡陣列的棱鏡面112，并具備使從該棱鏡面112側(cè)入射的光(實(shí)線和虛線)向左右偏斜的功能。因此，棱鏡板111作為控制光的出射方向的光學(xué)元件被用于照明光學(xué)系統(tǒng)等中。此外，如圖2和圖3的實(shí)線所示，垂直入射到棱鏡面112的光只向圖3的左右方向(切線方向)偏斜，而不朝向棱線113的方向。由該圖1至圖3可知從棱鏡面112側(cè)入射的光線通過(guò)棱鏡板111發(fā)生偏斜的情況。此外，如圖1和圖3的虛線所示，在光不是垂直而是以三維的形式從各個(gè)方向入射的情況下，雖然出射方向隨著入射方向變化，但光還是不指向棱線113的方向，而在圖3的左右方向上表現(xiàn)出較強(qiáng)的指向性。這樣，即便控制入射光的方向，也不能使出射光指向棱線113的方向。因此，在使照明具有指向性并且不希望產(chǎn)生盲區(qū)(dead zone)的情況下，即，為了在棱鏡陣列的棱線方向上也分配照明光，需要使出射光進(jìn)行漫射。圖4是示出在棱鏡板111的出射面上實(shí)施噴砂處理而形成微小凹凸部(漫射面)114的例子的圖。此外，圖5是示出在出射面上實(shí)施噴砂處理后的棱鏡板111的出射光的指向特性的圖，圖6是從VI-VI方向上觀察該棱鏡板111的圖。該情況下，如圖5和圖6所示，通過(guò)棱鏡板111發(fā)生了偏斜的光會(huì)在出射面進(jìn)行漫射，一部分也指向棱線113的方向。其結(jié)果是，從棱鏡板111出射的照明光能夠維持左右方向上的指向性并且在全部方向上分配光。圖7是示出當(dāng)從出射面觀察棱鏡板111時(shí)的出射光的指向性分布的圖。由該圖7可知，從棱鏡板111出射的光顯現(xiàn)出在左右方向上較長(zhǎng)的橢圓狀的指向性。這樣，如果在出射面上實(shí)施噴砂處理而使其具有漫射效果，就能夠在照明的出射方向上消除盲區(qū)。此外，能夠通過(guò)噴砂的強(qiáng)度控制出射光的指向性。同樣地，例如，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了在出射光控制板的出射面?zhèn)入S機(jī)形成微小的凸部，并通過(guò)該微小的凸部使從入射面?zhèn)热肷涞墓獍l(fā)生散射的技術(shù)。此外，在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了通過(guò)棱鏡片將來(lái)自導(dǎo)光板的斜入射光轉(zhuǎn)換為垂直方向，進(jìn)而通過(guò)形成于出射面的微小凹凸部使出射光發(fā)生漫射的技術(shù)。但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)和專利文獻(xiàn)1以及專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，從圖5和圖6明顯看出，出射光的光軸通過(guò)棱鏡發(fā)生偏斜，因此殘留了較強(qiáng)的指向性。其結(jié)果是，圖7示出的出射光的指向性分布一直是橫向較長(zhǎng)的橢圓，并且光在棱鏡的棱線方向上的分配，即指向性的控制存在極限?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利第4198246號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2007-264639號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能夠?qū)θ肷涔獾某錾浞较蛸x予指向性并且控制照度分布的棱鏡板、攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)、以及棱鏡板的成型模具。棱鏡板具有棱鏡面，其在單面形成有具有多條棱線的三角柱形狀的棱鏡陣列；以及形成于該棱鏡面上的微小凹凸部。此外，攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)將光照射到攝像對(duì)象物，以利用攝像元件接收來(lái)自所述攝像對(duì)象物的反射光而進(jìn)行攝像，該照明光學(xué)系統(tǒng)具有多個(gè)發(fā)光元件，其配置于所述攝像元件的周圍；以及環(huán)狀的棱鏡板，其棱鏡面朝向所述多個(gè)發(fā)光元件側(cè)配置，且在所述棱鏡面上形成有微小凹凸部，以將來(lái)自所述多個(gè)發(fā)光元件的光照射到所述攝像對(duì)象物，其中，所述棱鏡面在緣周上形成有在半徑方向上具有多條棱線的三角柱形狀的棱鏡陣列。進(jìn)而，棱鏡板的成型模具具有相對(duì)配置的第一模具和第二模具，將配置于該第一模具與第二模具之間的成型原材料進(jìn)行加熱軟化并加壓而對(duì)棱鏡板進(jìn)行成型，或者，向由第一模具和第二模具圍起來(lái)的空間中注射成型原材料而對(duì)棱鏡板進(jìn)行成型，在所述第一模具和第二模具中的一方的成型面上，形成有具有多條棱線的三角柱形狀的棱鏡陣列，并且，至少在所述第一模具和第二模具的形成有所述棱鏡陣列的一側(cè)的該棱鏡陣列的斜面上形成有微小凹凸部。


圖1是示出棱鏡板的光的出射方向的控制的圖。圖2是從II-II方向觀察上述棱鏡板的圖。圖3是示出棱鏡板的出射光的指向特性的圖。圖4是示出在棱鏡板的出射面上實(shí)施噴砂處理而形成漫射面的例子的圖。圖5是示出在出射面上實(shí)施噴砂處理后的棱鏡板的出射光的指向特性的圖。圖6是從VI-VI方向觀察上述棱鏡板的圖。圖7是示出當(dāng)從出射面觀察棱鏡板時(shí)的出射光的指向性分布的圖。圖8是本實(shí)施方式的棱鏡板的外觀立體圖。圖9是示出棱鏡板中的出射光的指向特性的圖。圖10是從X-X方向觀察上述棱鏡板的圖。圖11是示出在棱鏡面上實(shí)施較強(qiáng)的噴砂處理的情況下的從出射面?zhèn)扔^察的出射光的指向特性的圖。圖12A是示意地示出在棱鏡面上實(shí)施較強(qiáng)的噴砂處理的情況下的光的折射狀態(tài)的圖。圖12B是示意地示出在縮短棱鏡面的噴砂噴射時(shí)間的情況下的光的折射狀態(tài)的圖。圖12C是示意地示出在降低棱鏡面的噴砂噴射壓(流速)的情況下的光的折射狀態(tài)的圖。圖13是示出從棱鏡板出射的光的指向特性的圖。圖14是從XIV-XIV方向觀察上述棱鏡板的圖。圖15是示出棱鏡板的成型金屬模具的結(jié)構(gòu)的圖。圖16是示出將照明光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于信息讀取用的攝像裝置的例子的圖。圖17A是從棱鏡面?zhèn)扔^察棱鏡板的圖。圖17B是示出棱鏡面與導(dǎo)光體的位置關(guān)系的圖。圖18A是示出在未實(shí)施噴砂處理的情況下的出射光的指向特性分布的圖。圖18B是示出在噴砂處理較弱的情況下的出射光的指向特性分布的圖。圖18C是示出在噴砂處理為中等程度的情況下的出射光的指向特性分布的圖。圖18D是示出在噴砂處理為最大程度的情況下的出射光的指向特性分布的圖。圖19是示出棱鏡板的出射面和評(píng)價(jià)面的位置關(guān)系的圖。圖20A是示出在未實(shí)施噴砂處理的情況下的出射光在評(píng)價(jià)面上的照度分布的圖。圖20B是示出在噴砂處理較弱的情況下的出射光在評(píng)價(jià)面上的照度分布的圖。圖20C是示出在噴砂處理為中等程度的情況下的出射光在評(píng)價(jià)面上的照度分布的圖。圖20D是示出在噴砂處理為最大程度的情況下的出射光在評(píng)價(jià)面上的照度分布的圖。圖21是概括示出了從未實(shí)施噴砂處理的情況到噴砂處理為最大程度的情況的各自的出射光在評(píng)價(jià)面上的照度分布的圖。圖22是示出將環(huán)狀的導(dǎo)光體的出射面的形狀設(shè)定為圓錐臺(tái)斜面的照明光學(xué)系統(tǒng)的圖。圖23A是示出圓錐臺(tái)狀的棱鏡板的外觀的圖。圖2 是示出圖23A的B部放大的圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式。[第一實(shí)施方式]圖8是本實(shí)施方式的棱鏡板11的外觀立體圖。此外，圖9是示出棱鏡板11的出射光的指向特性的圖，圖10是從X-X方向觀察該棱鏡板11的圖。本實(shí)施方式中的棱鏡板11具有棱鏡面12，其在單面形成有具有多條棱線13的三角柱形狀的棱鏡陣列；以及形成于該棱鏡面12上的微小凹凸部14。另外，在本實(shí)施方式中，將光的入射面?zhèn)茸鳛槔忡R面12，并將與棱鏡面12相反側(cè)的光的出射面?zhèn)确Q為出射面15，以作區(qū)別。具有三角柱形狀棱鏡陣列的棱鏡面12可以通過(guò)公知的成型方法等形成。微小凹凸部14可以通過(guò)例如在棱鏡面12上實(shí)施噴砂處理而形成。另外，噴砂處理是向被加工物的表面高速地噴射硅砂等非金屬粒、或金屬粒而使其表面粗糙的處理方法，在本實(shí)施方式
5中假定為噴砂處理。此外，微小凹凸部14形成在三角柱形狀的棱鏡陣列的斜面。由該微小凹凸部14形成光的漫射面。此處，微小凹凸部14是指，例如通過(guò)噴砂處理使相對(duì)微小的凹部和凸部呈陣列狀或隨機(jī)地連續(xù)形成的區(qū)域。例如，作為凸部的形狀，可考慮半球形狀、球形狀、圓錐(臺(tái))形狀、或者角錐(臺(tái))形狀等多種形狀。此外，能夠考慮來(lái)自出射面15的光的亮度分布等來(lái)決定微小凹凸部14的凹部和凸部的間距、凹凸的高度(深度)。進(jìn)而，該凹部和凸部的間距、凹凸的高度(深度)還受所使用的光的波長(zhǎng)影響。另外，關(guān)于形成于棱鏡板11的棱鏡面12上的多條棱線13，除相互平行的情況外， 還包括這樣的情況(參見(jiàn)后述的圖17A)在棱鏡板11為環(huán)狀時(shí)，在圓周上形成有在半徑方向上具有多條棱線13的三角柱形狀的棱鏡陣列。此外，當(dāng)通過(guò)噴砂處理在棱鏡面12上形成微小凹凸部14并作為漫射面時(shí)，能夠通過(guò)控制使用的砂的射出壓力和射出時(shí)間來(lái)得到期望的出射光的亮度分布。但是，在此省略關(guān)于噴砂處理的說(shuō)明。進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，對(duì)通過(guò)噴砂處理形成微小凹凸部14的情況進(jìn)行了說(shuō)明， 但是不限于此。例如，只要能形成微小凹凸部14，則不一定要使用噴砂處理，也可使用采用了成型模具的成型方法或其他方法。這樣，通過(guò)在作為光的入射面的棱鏡面12上實(shí)施噴砂處理并形成微小凹凸部14， 能夠控制來(lái)自出射面15的出射光的指向特性。該出射光的指向特性能夠通過(guò)噴砂的強(qiáng)度即微小凹凸部14的凹凸深度來(lái)自由控制。另外，圖9是示出在棱鏡板11的棱鏡面12上實(shí)施的噴砂處理較弱情況下的指向特性的圖。在圖9和圖10中，從LED16向棱鏡面12射入的光在棱鏡面12的棱鏡斜面處通過(guò)折射而發(fā)生偏斜，同時(shí)利用微小凹凸部14發(fā)生漫射。并且，通過(guò)在棱鏡面12處進(jìn)行漫射， 將光分配到包含棱線13長(zhǎng)度方向在內(nèi)的所有方向。該情況下，光量分布的中心即光的光軸0向由棱鏡斜面的角度確定的方向移動(dòng)。 并且，在整體上保持了指向特性，并且可獲得與在出射面15側(cè)實(shí)施噴砂處理的情況相同的指向特性。在噴砂處理較弱的情況下，微小凹凸部14的各個(gè)凹凸較淺，所以，其結(jié)果是可以認(rèn)為從出射面15出射的光在由棱鏡面12的棱鏡斜面確定的方向上具有指向特性。圖11是示出在棱鏡面12上實(shí)施了較強(qiáng)的噴砂處理的情況下的從出射面15側(cè)觀察的出射光的指向特性的圖。此外，圖12A是示意地示出在棱鏡面上實(shí)施了較強(qiáng)的噴砂處理的情況下的光的折射狀態(tài)的圖，圖12B是示意地示出在縮短棱鏡面的噴砂噴射時(shí)間的情況下的光的折射狀態(tài)的圖，圖12C是示意地示出在降低棱鏡面的噴砂噴射壓(流速)的情況下的光的折射狀態(tài)的圖。如圖11所示，當(dāng)通過(guò)較強(qiáng)的噴砂處理在棱鏡面12上形成微小凹凸部14時(shí)，來(lái)自出射面15的出射光的指向特性完全消失，變?yōu)闊o(wú)指向性的分布。圖12A示出在后述的圖20D的無(wú)指向性的情況下的表面凹凸的示意圖，該情況下， 關(guān)于各個(gè)微小凹凸部14，在整個(gè)棱鏡面12上較深地刻有凹凸。此時(shí)，如果從圖的鉛直下側(cè) (與出射面15垂直的方向的下側(cè))實(shí)施噴砂處理，則各個(gè)微小凹凸部14的表面具有從鉛直面到水平面的大范圍角度。此外，各個(gè)微小凹凸部14例如為半球狀或者槍彈狀(該形狀可通過(guò)噴砂流速、時(shí)間等控制)，因此，微小凹凸部14的表面的法線以鉛直方向?yàn)橹行木鶆蚍植?。?lái)自LED16的入射光線L入射到各個(gè)微小凹凸部14，并按照其與其入射點(diǎn)的法線所成的角度發(fā)生偏斜。因此，光的偏斜方向也以圖12A的鉛直方向(無(wú)偏斜)為中心分布在較大范圍內(nèi)。因此，雖然棱鏡面12上的光的入射面整體上為斜面，但不會(huì)對(duì)入射光線的偏斜方向產(chǎn)生影響。因此，可以認(rèn)為結(jié)果是該圖12A的棱鏡板11表現(xiàn)出無(wú)指向性。這樣，在棱鏡面12上實(shí)施噴砂處理的情況下，能夠通過(guò)噴砂處理的強(qiáng)弱自由地控制出射光的指向特性。另外，噴砂處理的強(qiáng)弱可通過(guò)噴砂的粒體噴射中的流速或噴射時(shí)間等來(lái)控制。此外，噴砂的粒體噴射中的流速和噴射時(shí)間的基準(zhǔn)根據(jù)粒體噴射中使用的粒徑和棱鏡板11的材質(zhì)等而不同。此外，圖12B示出了在縮短了噴射時(shí)間作為較弱的噴砂處理的情況下的表面凹凸的示意圖。在該情況下，成為這樣的狀態(tài)微小凹凸部14的密度變得稀疏(微小凹凸部14的密度減半)，且棱鏡面12的傾斜部分殘留一半。由此，入射光的棱鏡偏斜(無(wú)凹凸的部分) 與漫射(凹凸部)同時(shí)存在，可以認(rèn)為出射光有指向性且發(fā)生漫射。并且，圖12C示出了在減弱流速(噴射壓)作為較弱的噴砂處理的情況下的表面凹凸的示意圖。在減弱噴射壓時(shí)，微小凹凸部14的凹凸的深度變淺，凹凸表面的法線以棱鏡面12 的角度為中心分布在較小的范圍內(nèi)(例如30° 士30° )。其結(jié)果為，漫射光的光軸與棱鏡偏斜(棱鏡面12的偏斜特性)相同，入射光以偏斜角為中心進(jìn)行漫射，并且漫射光分布于其前后的角度。這樣，與上述相同，可認(rèn)為出射光具有指向性且進(jìn)行漫射。另外，在使用玻璃珠作為粒體進(jìn)行噴砂處理的情況下，微小凹凸部14變得光滑， 所以相當(dāng)于實(shí)施較弱的噴砂處理。因此，出射光具有橢圓狀的較強(qiáng)的指向特性。另外，圖12A至圖12C只是用于說(shuō)明的示意圖，與實(shí)際的表面形狀不同。關(guān)于實(shí)施噴砂處理后的棱鏡面的實(shí)際的凹凸，振幅和周期都不均勻，有時(shí)不會(huì)成為圖12A至圖12C所示的半球形狀或吊鐘狀等。但是，在整體上，棱鏡面的凹凸的振幅較大，如前所述，表面的法線的方向均勻分布，結(jié)果，出射光顯現(xiàn)出無(wú)指向性。在此，棱鏡面的表面凹凸的狀態(tài)即棱鏡面的表面粗糙度能夠使用JIS-B0601所規(guī)定的參數(shù)表示。作為其中之一的算數(shù)平均粗糙度Ra(μ m)是這樣的參數(shù)當(dāng)使用與剖面形狀相當(dāng)?shù)拇植诙惹€表示凹凸的狀態(tài)并求出表面振幅的平均線、將其方向作為X軸、且將振幅作為相對(duì)于平均線的偏差f(x)時(shí)，可以用Ra = 1/L · f 0L | f (x) dx表示。另外，L是在χ軸方向上取得的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。此外，棱鏡面的表面粗糙度能夠用JIS-B0601 1994所規(guī)定的參數(shù)表示(十點(diǎn)平均粗糙度Rz)。其是通過(guò)分別對(duì)峰的高度和谷的深度取前5個(gè)最大值并將它們的平均值相加而得到的值，是具有與最大振幅類似的意義的參數(shù)。當(dāng)使用這些參數(shù)表示圖9和圖11的凹凸?fàn)顟B(tài)時(shí)，在實(shí)施了較弱的噴砂處理的圖9 的情況下，例如Ra = 0. 8 μ m、Rz = 5. 5 μ m。該情況下，凹凸振幅較小，成為殘留由棱鏡斜面確定的方向上的指向性的特性。此外，如圖11所示，在實(shí)施了較強(qiáng)的噴砂處理的情況下的表面粗糙度例如是Ra = 1.6ym、Rz = 16.4μπι。該情況下，凹凸振幅非常大，出射光的指向性消失。根據(jù)本實(shí)施方式，棱鏡板11具有棱鏡面12，其形成有具有多條棱線13的三角柱形狀的棱鏡陣列；以及形成于該棱鏡面上的微小凹凸部14，因此，通過(guò)該微小凹凸部14能夠?qū)φ彰鞴獾某錾浞较蛸x予指向性并且控制照度分布。[第2實(shí)施方式]圖13和圖14是示出本實(shí)施方式的棱鏡板11的圖，圖13是示出從棱鏡板11出射的光的指向特性的圖，圖14是從XIV-XIV方向觀察該棱鏡板11的圖。另外，對(duì)與第一實(shí)施方式相同或者相當(dāng)?shù)牟考?biāo)注相同的標(biāo)號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，在光的入射側(cè)的棱鏡面12上實(shí)施噴砂處理而形成微小凹凸部 14，并且也在照明光的出射側(cè)的出射面15上實(shí)施噴砂處理而形成微小凹凸部14’。這樣，向棱鏡面12入射的光在棱鏡面12的微小凹凸部14處進(jìn)行漫射，進(jìn)而，在出射面15的微小凹凸部14’處發(fā)生漫射而出射。該情況下，來(lái)自出射面15的出射光的指向性的控制是由入射側(cè)的棱鏡面12的噴砂強(qiáng)弱支配的，這與第一實(shí)施方式相同。根據(jù)本實(shí)施方式，除棱鏡面12之外，還在出射面15上進(jìn)行噴砂處理，由此能夠進(jìn)行更加細(xì)微的指向性控制。此外，還有這樣的優(yōu)點(diǎn)從棱鏡面12入射的光經(jīng)過(guò)入射側(cè)的棱鏡面12和出射側(cè)的出射面15的兩次漫射，能夠獲得更平滑的照明光分布。[第3實(shí)施方式]圖15是示出本實(shí)施方式的棱鏡板11的成型金屬模具20的結(jié)構(gòu)的圖。在第一實(shí)施方式中，說(shuō)明了在棱鏡板11的棱鏡面12上直接實(shí)施噴砂處理而形成微小凹凸部14的情況。但是，微小凹凸部14的形成方法不限于此。例如，也可以利用成型方法形成微小凹凸部14。一般地，棱鏡板11是通過(guò)對(duì)丙烯酸等塑料原材料進(jìn)行成型來(lái)制造的。因此，實(shí)際上，如圖15所示，進(jìn)行如下處理在成型金屬模具20中形成微小凹凸部25，將該微小凹凸部25轉(zhuǎn)印至成型原材料23，從而對(duì)棱鏡板11進(jìn)行成型。即，成型金屬模具20具有相對(duì)配置的上模具21和下模具22。而且，在該上模具21 的成型面21a與下模具22的成型面2 之間，配置塑料原材料23。在該狀態(tài)下，將塑料原材料23加熱到預(yù)定溫度而軟化。接著，使上模具21和下模具22相對(duì)靠近移動(dòng)，對(duì)塑料原材料23進(jìn)行加壓，從而對(duì)棱鏡板11進(jìn)行成型。圖15是說(shuō)明上述加壓成型法的金屬模具的圖，但采用將成型原材料向由金屬模具圍起來(lái)的空間噴射而成型的射出成型(injection， 注射)法，也是完全相同的。該成型金屬模具20在下模具22的成型面2 上形成具有多條棱線M的三角柱形狀的棱鏡陣列，并且在形成有該棱鏡陣列的斜面上形成微小凹凸部25。該微小凹凸部25 例如能夠通過(guò)噴砂處理形成。由此，能夠在成型原材料23上轉(zhuǎn)印微小凹凸部25而對(duì)棱鏡板11進(jìn)行成型。但是，當(dāng)在下模具22上形成微小凹凸部25時(shí)，只要是精細(xì)加工，則也可采用噴砂處理以外的方法。另外，在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了在下模具22上形成微小凹凸部25的情況，但是不限于此。例如，可以在上模具21的成型面21a上也形成微小凹凸部。由此，能夠在棱鏡板 11的棱鏡面和出射面雙方形成微小凹凸部(參見(jiàn)上述圖13)。根據(jù)本實(shí)施方式，例如在下模具22的成型面2 上，形成具有多條棱線M的三角柱形狀的棱鏡陣列，并且，至少在形成有棱鏡陣列的下模具22的棱鏡陣列的斜面上形成微小凹凸部25，將該微小凹凸部25轉(zhuǎn)印至成型原材料23上，由此能夠獲得對(duì)照明光的出射方向賦予指向性且能夠控制照度分布的棱鏡板11。[第4實(shí)施方式]圖16是示出將照明光學(xué)系統(tǒng)10應(yīng)用于信息讀取用的攝像裝置30的例子的圖。而且，圖17A是從棱鏡面12側(cè)觀察棱鏡板11的圖，圖17B是示出棱鏡面12與導(dǎo)光體33的位置關(guān)系的圖。另外，對(duì)與第一實(shí)施方式相同或者相當(dāng)?shù)牟考?biāo)注相同的標(biāo)號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。該攝像裝置30的照明光學(xué)系統(tǒng)10將光照射到攝像對(duì)象物31，以利用作為攝像元件的圖像傳感器32接收來(lái)自攝像對(duì)象物31 (例如手掌)的反射光而進(jìn)行攝像。該照明光學(xué)系統(tǒng)10具有多個(gè)作為發(fā)光元件的LED16，它們呈圓環(huán)狀地配置于圖像傳感器32的周圍；環(huán)狀導(dǎo)光體(圓筒體)33，其配置于多個(gè)LED16的上方；以及環(huán)狀的棱鏡板11，其配置于該導(dǎo)光體33的出射面33a上方。另外，導(dǎo)光體33例如由透明的樹(shù)脂(或者玻璃等)構(gòu)成，將來(lái)自多個(gè)LED16的光引導(dǎo)至上方，經(jīng)由棱鏡板11將均勻的光照射到攝像對(duì)象物31。通過(guò)該導(dǎo)光體33，能夠以不會(huì)從光路泄漏的方式引導(dǎo)來(lái)自LED16的光。因此，導(dǎo)光體33對(duì)應(yīng)于LED16的配置狀態(tài)而形成為環(huán)狀。另外，環(huán)狀是指中央有孔的輪狀，例如包括圓形環(huán)、方形環(huán)、橢圓環(huán)、以及長(zhǎng)圓環(huán)寸。如圖17A所示，該環(huán)狀的棱鏡板11為了將來(lái)自導(dǎo)光體33的出射面33a的光照射到攝像對(duì)象物31，具有棱鏡面12，該棱鏡面12在圓周上形成有在半徑方向上具有多條棱線 13的三角柱形狀的棱鏡陣列。另外，優(yōu)選等間隔地形成多條棱線13，但也可以不是嚴(yán)格的等間隔。另外，多條棱線13朝向環(huán)中心形成在半徑方向上，但也可以不是嚴(yán)格地朝向環(huán)中心。此外，如圖17B所示，該棱鏡面12被配置成與多個(gè)LED16(導(dǎo)光體33的出射面33a 側(cè))相對(duì)。進(jìn)而，在該環(huán)狀的棱鏡板11的棱鏡面12上形成有微小凹凸部14(參見(jiàn)圖17A)。該微小凹凸部14與在第一實(shí)施方式等中說(shuō)明的內(nèi)容相同。而且，如圖16所示，從LED16出射的光通過(guò)環(huán)狀的導(dǎo)光體33被導(dǎo)向作為讀取對(duì)象的攝像對(duì)象物31。在環(huán)狀的導(dǎo)光體33的內(nèi)側(cè)配置有具有圖像傳感器32和光學(xué)鏡頭34的攝像系統(tǒng)。圖18A至圖18D是從出射面15側(cè)觀察攝像裝置30的照明光學(xué)系統(tǒng)10的圖。此外，該圖18A至圖18D是對(duì)來(lái)自棱鏡板11上的一點(diǎn)(A點(diǎn))的出射光的指向特性分布進(jìn)行比較的圖。另外，該圖18A至圖18D的指向性分布將噴砂強(qiáng)度(此處為噴射時(shí)間)作為參數(shù)。
另外，在攝像裝置30的中央配置有由光學(xué)鏡頭34和圖像傳感器32構(gòu)成的攝像系統(tǒng)。而且，該圖像傳感器32的周圍被環(huán)狀的導(dǎo)光體33和重疊于其上的環(huán)狀的棱鏡板 11包圍。該情況下，排列成環(huán)狀的多個(gè)LED16成為照明光源，經(jīng)過(guò)導(dǎo)光體33從環(huán)狀的棱鏡板11射出照明光。在下面說(shuō)明的圖18A至圖18D中，假定棱鏡板11的出射面15未實(shí)施噴砂處理。圖18A是在棱鏡板11的棱鏡面12上也未實(shí)施噴砂處理的情況，是示出最強(qiáng)指向性的例子。在該圖18A中，棱鏡板11使從A點(diǎn)射出的光只指向環(huán)的切線方向。該情況下，如果將來(lái)自環(huán)狀的棱鏡板11的出射面15整體的照明相加，由于不會(huì)指向半徑方向，所以成為環(huán)的中心部較暗、周圍較亮的環(huán)狀照明分布。圖18B是在棱鏡面12上實(shí)施較弱的噴砂處理的情況，圖18C是以更大的強(qiáng)度在棱鏡面12上實(shí)施噴砂處理的情況?？芍獰o(wú)論是圖18B和圖18C的哪種情況，照明光不僅射向切線方向，還射向半徑方向。由此，照明也能到達(dá)環(huán)的中心部。此外，指向性隨著噴砂處理的強(qiáng)度而變化，在噴砂處理較強(qiáng)的圖18C的情況下，與圖18B相比，指向性變?nèi)?。因此，在圖18C中，表示指向性分布的橢圓接近于圓。如前所述，在利用表面粗糙度參數(shù)表示圖18B和圖18C的棱鏡面的凹凸?fàn)顟B(tài)時(shí)，例如在噴射處理較弱的圖18B的情況下，Ra = 0. 8 μ m、Rz = 5. 5 μ m。此外，在噴射處理為中等程度的圖18C的情況下，fei= 1.3ym,Rz = 12.8μπι。S卩，圖18C的凹凸振幅較大。并且，圖18D是在棱鏡面12上充分(較強(qiáng)地)實(shí)施了噴砂處理的情況，指向性分布顯現(xiàn)出接近于圓的無(wú)指向性。在該圖18D的情況下的棱鏡面的凹凸?fàn)顟B(tài)例如是Ra = 1. 6ym、Rz = 16. 4μπι。這樣，由于噴砂處理充分強(qiáng)，因此成為振幅充分大的凹凸?fàn)顟B(tài)。在這種情況下，來(lái)自環(huán)狀的棱鏡板11的出射面15的照明光在環(huán)中心部重疊，因此，環(huán)中心部的照度升高。圖19是示出棱鏡板11的出射面15和評(píng)價(jià)面(被照射面)17的位置關(guān)系的圖。該圖19是設(shè)攝像系統(tǒng)的光軸為ζ軸、棱鏡板11的出射面15為ζ = 0的平面時(shí)、 將ζ = ζ1的平面作為評(píng)價(jià)面(被照射面)17的圖。另外，圖20Α至圖20D是對(duì)評(píng)價(jià)面17中的照明光的照度分布進(jìn)行比較的圖。另夕卜， 設(shè)橫軸為到光軸的距離r、縱軸為照明的照度(W/m2)。在該圖20A至圖20D中，在使用噴射時(shí)間表示噴砂處理強(qiáng)度的情況下，圖20A的噴射時(shí)間為0 (無(wú)噴砂處理)，圖20B的噴射時(shí)間為0至1/2 (較弱的噴砂處理)，圖20C的噴射時(shí)間為1/2 (稍強(qiáng)的噴砂處理)，圖20D的噴射時(shí)間為1 (較強(qiáng)的噴砂處理)。進(jìn)而，圖21是概括示出了圖20A至圖20D的照度分布的圖。在上述內(nèi)容中，圖20A是對(duì)應(yīng)圖18A的圖。該圖20A示出在棱鏡面12 (和出射面 15)上無(wú)噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，照明光不能到達(dá)環(huán)狀的棱鏡板11的環(huán)中心部，成為環(huán)狀的照度分布，其中，環(huán)周邊部呈圓環(huán)狀，較明亮。圖28B是對(duì)應(yīng)圖18B的圖。該圖20B示出在棱鏡面12上實(shí)施了較弱的噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，通過(guò)噴砂處理的漫射效果在半徑方向上也分配照明光，環(huán)周邊部具有圓環(huán)狀的較亮的環(huán)狀特征，并且照明也能到達(dá)環(huán)中心部。圖20C是對(duì)應(yīng)圖18C的圖。該圖20C示出在棱鏡面12上實(shí)施了強(qiáng)度比圖18B大的噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，向環(huán)中心部的照明光分配增大，在整個(gè)評(píng)價(jià)面 17上成為均勻的照度分布。圖20D是對(duì)應(yīng)圖18D的圖。該圖20D示出在棱鏡面12上實(shí)施了充分(較強(qiáng))的噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，出射光的環(huán)切線方向上的指向性消失，因?yàn)檎彰鞴饧杏诃h(huán)中心部，所以形成單峰性(一個(gè)峰的形狀)的照度分布。該照度分布的形狀與沒(méi)有環(huán)形棱鏡板11的情況基本相同。即，與在透明玻璃平板的單面上實(shí)施了較強(qiáng)的噴砂處理的情況相同。這樣，當(dāng)逐漸改變棱鏡面12的噴砂處理強(qiáng)度時(shí)，評(píng)價(jià)面17的照度分布如圖20A至圖20D所示變化。圖21是概括示出圖20A至圖20D的照度分布的圖。如該圖21所示，根據(jù)噴砂處理的強(qiáng)弱，照度分布會(huì)從圓環(huán)狀的a曲線，經(jīng)過(guò)b曲線、c曲線到單峰性的d曲線發(fā)生連續(xù)變化。這樣，通過(guò)棱鏡面12的噴砂處理的強(qiáng)弱，能夠獲得所期望的照明光的照度分布特性。另外，在照明光出射時(shí)，使其在環(huán)切線方向上具有指向特性，這在攝像系統(tǒng)中向取得圖像添加物體表面陰影、或者避免陰影的情況下有效。此外，通過(guò)在環(huán)切線方向上具有指向特性，還能夠?qū)?lái)自物體的反射光賦予指向特性，避免或增強(qiáng)鏡面反射光。另一方面，照度分布本身即使不利用棱鏡板11也能進(jìn)行控制。例如，即便沒(méi)有環(huán)切線方向的指向性，也能夠只通過(guò)半徑方向的出射方向和漫射程度來(lái)控制照度分布。另外，在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了假定為在棱鏡板11的出射面15側(cè)未實(shí)施噴砂處理的情況，但是不限于此。例如，也可以在棱鏡板11的棱鏡面12和出射面15雙方實(shí)施噴砂處理(參見(jiàn)圖1 。該情況下，與只在棱鏡面12上實(shí)施噴砂處理的情況相比較，能夠大幅度地控制照明光的出射方向的指向特性和照度分布。根據(jù)本實(shí)施方式，由于具有配置于圖像傳感器32周圍的多個(gè)LED16、以及環(huán)狀的棱鏡板11，所以能夠?qū)φ彰鞴獾某錾浞较蛸x予指向特性，并且控制照度分布，其中，上述棱鏡板11的棱鏡面12朝向多個(gè)LED16側(cè)配置且在棱鏡面12上形成有微小凹凸部14，以將來(lái)自多個(gè)LED16的光照射到圖像傳感器32，該棱鏡面12在緣周上形成有在半徑方向上具有多條棱線13的三角柱形狀的棱鏡陣列。[第5實(shí)施方式]圖22是示出將環(huán)狀的導(dǎo)光體33的出射面33a的形狀設(shè)定為圓錐臺(tái)狀斜面的照明光學(xué)系統(tǒng)10的圖。此外，圖23A是示出圓錐臺(tái)狀的棱鏡板11的外觀的圖，圖2 是示出其 B部放大的圖。另外，對(duì)與第一實(shí)施方式相同或者相當(dāng)?shù)牟考?biāo)注相同的標(biāo)號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。在第一至第四實(shí)施方式中，將導(dǎo)光體33的出射面33a和棱鏡板11的棱鏡面12設(shè)定為平面，但在本實(shí)施方式中設(shè)定為圓錐臺(tái)狀。S卩，根據(jù)LED16的光量分布、導(dǎo)光體33的尺寸、作為攝像對(duì)象物的被照射面的尺寸以及到被照射面的距離等，有時(shí)適合將導(dǎo)光體33的出射面15設(shè)定為圓錐臺(tái)狀的斜面。
在該情況下，如圖22所示，將環(huán)狀的導(dǎo)光體33的出射面15設(shè)定為圓錐臺(tái)狀的斜面，同樣地，環(huán)狀的棱鏡板11的形狀也成為具有圓錐臺(tái)狀斜面的立體形狀。在圖23A中，與導(dǎo)光體33的出射面33a重疊配置的環(huán)狀的棱鏡板11形成于圓錐臺(tái)狀的斜面。此外，在圖23B中，該棱鏡板11與第四實(shí)施方式相同，具有棱鏡面12，該棱鏡面12在圓周上形成有在半徑方向上具有多條棱線13的三角柱形狀的棱鏡陣列。關(guān)于該棱鏡陣列，例如是頂角為90度、深度為0. 2mm的180個(gè)(棱鏡陣列間距為2。)。進(jìn)而，如圖2 所示，通過(guò)噴砂處理在棱鏡面12上形成微小凹凸部14。由該微小凹凸部14在棱鏡面12上形成漫射面。另外，在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了在棱鏡板11的棱鏡面12上實(shí)施噴砂處理而形成微小凹凸部14的情況，但是不限于此。例如，通過(guò)在棱鏡面12和出射面15雙方實(shí)施噴砂處理(參見(jiàn)圖13)，能夠大幅度地控制照明光的指向特性。根據(jù)本實(shí)施方式，將導(dǎo)光體33的出射面33a設(shè)定為圓錐臺(tái)狀的斜面，此外，將棱鏡板11的出射面15設(shè)定為圓錐臺(tái)斜面，使光從該出射面15漫射出射，能夠?qū)φ彰鞴獾某錾浞较蛸x予指向特性并且控制照度分布。此時(shí)的照度分布可認(rèn)為基于所述圖21的照度分布曲線a至d的分布。
權(quán)利要求
1.一種棱鏡板，其特征在于，該棱鏡板具有棱鏡面，其在單面形成有具有多條棱線的三角柱形狀的棱鏡陣列；以及形成于該棱鏡面上的微小凹凸部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡板，其特征在于，所述微小凹凸部的凹凸的深度隨著向所述棱鏡面入射的光從與所述棱鏡面相反側(cè)的出射面出射的光的指向特性而變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的棱鏡板，其特征在于，所述微小凹凸部是通過(guò)噴砂處理形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡板，其特征在于，在所述棱鏡面和所述出射面雙方形成有所述微小凹凸部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱鏡板，其特征在于，所述棱鏡面形成在圓錐臺(tái)狀的斜面上。
6.一種攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)，該照明光學(xué)系統(tǒng)將光照射到攝像對(duì)象物，以利用攝像元件接收來(lái)自所述攝像對(duì)象物的反射光而進(jìn)行攝像，其特征在于，該照明光學(xué)系統(tǒng)具有多個(gè)發(fā)光元件，其配置于所述攝像元件的周圍；以及環(huán)狀的棱鏡板，其棱鏡面朝向所述多個(gè)發(fā)光元件側(cè)配置，且在所述棱鏡面上形成有微小凹凸部，以將來(lái)自所述多個(gè)發(fā)光元件的光照射到所述攝像對(duì)象物，其中，所述棱鏡面在緣周上形成有在半徑方向上具有多條棱線的三角柱形狀的棱鏡陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述微小凹凸部的凹凸的深度隨著向所述棱鏡面入射的光從與所述棱鏡面相反側(cè)的出射面出射的光的指向特性而變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述微小凹凸部是通過(guò)噴砂處理形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在所述棱鏡面和所述出射面雙方形成有所述微小凹凸部。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攝像裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡面形成在圓錐臺(tái)狀的斜面上。
11.一種棱鏡板的成型模具，該成型模具具有相對(duì)配置的第一模具和第二模具，將配置于該第一模具與第二模具之間的成型原材料進(jìn)行加熱軟化并加壓而對(duì)棱鏡板進(jìn)行成型，或者，向由第一模具和第二模具圍起來(lái)的空間中注射成型原材料而對(duì)棱鏡板進(jìn)行成型，該成型模具的特征在于，在所述第一模具和第二模具中的一方的成型面上，形成有具有多條棱線的三角柱形狀的棱鏡陣列，并且，至少在所述第一模具和第二模具的形成有所述棱鏡陣列的一側(cè)的該棱鏡陣列的斜面上形成有微小凹凸部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的棱鏡板的成型模具，其特征在于，所述微小凹凸部是通過(guò)噴砂處理形成的。
全文摘要
可得到能夠?qū)φ彰鞴獾某錾浞较蛸x予指向性并且控制照度分布的棱鏡板。棱鏡板(11)具有棱鏡面(12)，其形成有具有多條棱線(13)的三角柱形狀的棱鏡陣列；以及形成于該棱鏡面(12)上的微小凹凸部(14)。
文檔編號(hào)G02B5/02GK102576102SQ201080047798
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者山崎行造, 巖口功 申請(qǐng)人:富士通先端科技株式會(huì)社