JP2010003656A - 照明装置、照明方法、照明システム及び表面情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の光源からの照射方向を複数に分割する照明装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る照明装置１は、光源２と、光源２から出射した光を、少なくとも２つの異なる方向に分離する光線分離部材６と、を備えている。光線分離部材６は、光源２から出射した光が入射する光入射面と、光が光線分離部材６内を透過した後出射する光出射面と、を備える透光性部材からなる。このような構成により、光線分離部材６からの出射光は明確に分離される。しかも光線分離部材６からの出射光は、各分離光の角度幅が狭い特性を得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置、照明方法、照明システム及び表面情報取得装置に関する。

近年、照明装置は使用環境の多様化が進んでいる。例えば、照明装置は、画像表示装置や検査装置に用いられている。このような用途において、照明装置は視角(照射方向)制御特性が要求されている。なかでも、光源（発光部）と照射対象物（センサー等も含む）との位置関係が複雑な場合には、照明装置の光の主な照射方向を分離調整する機能が求められている。すなわち、照明装置は、１つの照明装置でありながら、複数の光の照射方向を供給する機能が求められている。

このような複数の光の照射方向の要求に対しては、図９及び１０に示すように、背面や側面にリフレクタを配置して照射方向を制限した光源を複数用いる方法が用いられていた。また、図１１に示すように、光源から直接照射される光と、リフレクタで反射される光とで複数照射を実現する方法が用いられていた。さらに、特開２００４−２５９４５１号公報に開示されているように、１つの光源にリフレクタとレンズを組み合わせる方法が用いられていた。さらに、光源の前面（照射対象物に対向する面）に遮蔽部を設けて特定の角度の光を制限する方法等が用いられていた。
特開２００４―２５９４５１号公報

リフレクタやレンズを用いる方法では、リフレクタ等の構造が複雑及び厚型になる。そのため、当該方法は、照明装置が大型となる問題点があった。また、発光部分をはじめ部材数が多くなる。そのため、当該方法は、コストを増加させるといった問題点があった。

一般的に一つの光源からの出射光は正面の光量が最も高くなる。よって、図１１に示すように光源とリフレクタとを用いて２方向照射を実現する照射方法は、最も明るい光が照射対象物とリフレクタとの間の方向に行ってしまう。そのため、結果として光の利用効率が低くなる問題があった。

光源の前面（照射対象物に対向する面）に遮蔽部を設ける方法では、明るさが低下する。そのため、当該方法は、電力を余分に消費する問題があった。

本発明は、上記課題を解決し、単一の光源からの光の照射方向を複数に分割する照明装置、照明方法、照明システム及び表面情報取得装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源から出射した光を、少なくとも２つの異なる方向に分離する光線分離部材と、を備え、前記光線分離部材は、前記光源から出射した光が入射する光入射面と、前記光が前記光線分離部材内を透過した後出射する光出射面と、を備える透光性部材からなる。これにより、単一の光源からの光の照射方向を複数に分割することができる。

前記光線分離部材は、前記光入射面に一方向に延在する複数のプリズムが形成されており、かつ前記光出射面が略平面であること、が好ましい。

前記光線分離部材は、前記光線分離部材に入射する光の配向特性において前記光の光量が最大となる方向に進行するピーク光線が、前記光出射面に対して略垂直な方向に入射するように、配置されていること、が好ましい。これにより、光線分離部材による光線分離効果が最大となり、光利用効率を最大とすることができる。

前記光源から出射した光を伝播させる導光板を備えること、が好ましい。

前記光源から出射した光を拡散させる拡散部材を備えること、が好ましい。

前記光線分離部材と前記光源との間に、光学調整部材を備えること、が好ましい。これにより、光線分離部材による光線分離効果がより明確になるため、光利用効率をさらに向上させることができる。

前記光線分離部材と前記光源との間に、第１の光学調整部材と、第２の光学調整部材と、を備え、前記第１の光学調整部材は、略平面である第１光入射面と、一方向に延在する複数のプリズムが形成されている第１光出射面と、を備え、前記第２の光学調整部材は、略平面である第２光入射面と、一方向に延在する複数のプリズムが形成されている第２光出射面と、を備え、前記第１の光学調整部材と前記第２の光学調整部材とは、前記第１の光学調整部材のプリズムの延在方向と、前記第２の光学調整部材のプリズムの延在方向とが略平行になるように配置されていること、が好ましい。

前記光線分離部材は、一方向に延在する複数のプリズムが形成されている光入射面と、略平面である光出射面とを備え、前記光学調整部材から出射した光は、前記プリズムに入射して、少なくとも２つの異なる方向に分離し、前記光出射面から出射すること、が好ましい。

本発明に係る照明システムは、照射対象物に複数方向から光を照射する、上述の照明装置と、光線分離部材によって分離された光線のうち、少なくとも１つの光線の光線進行方向を制御する反射部材と、を備える。これにより、単一の光源からの光の照射方向を複数に分割することができる。

前記照明装置は、少なくとも２つの異なる方向に分離した光線のうち、少なくとも１つの光線を、前記照射対象物に対して直接入射させ、少なくとも１つの光線を、前記反射部材を介して前記照射対象物に入射させること、が好ましい。

前記反射部材は、前記照射対象物に対して集光性を与え、かつ反射照射するように設計されていること、が好ましい。

特に前記反射部材は、凹面構造であること、が好ましい。反射部材の形状を凹面構造とすることにより、反射光に集光性を与えることができる。これにより、直接光の光量と反射光の光量をほぼ等しくすることができる。

本発明に係る照明方法は、光源と、一方向に延在する複数のプリズムが形成され、前記光源から出射した光が入射する光入射面と、略平面であり前記入射した光が出射する光出射面と、を有し、前記光源から出射した光を、少なくとも２つの異なる方向に分離する透光性部材からなる光線分離部材と、前記光線分離部材によって分離された光線のうち、少なくとも１つの光線の光線進行方向を制御する反射部材と、を備えた照明システムを構成し、前記光源からの光を、前記光線分離部材により少なくとも２つの異なる方向に分離し、少なくとも１つの光線は、照射対象物に対して直接入射させ、少なくとも１つの光線は、前記反射部材を介して前記照射対象物に入射させる。これにより、単一の光源からの光の照射方向を複数に分割することができる。

本発明に係る表面情報取得装置は、上述の照明システムと、照射対象物の表面情報を感知するセンサーと、を備える。これにより、照射対象物は照明装置から供給された光の直接光と反射光とが異なる方向から照射される。そのため、照射対象物が３次元形状であっても影が発生しない。したがって、照射対象物の画像をセンサーで取り込んでも、影に邪魔されること無く、表面情報を読み取ることができる。また、表面情報取得装置の構成部材として、上述の照明装置を用いているため、装置の小型化及び低コスト化を図ることもできる。

本発明によれば、単一の光源からの照射方向を複数に分割する照明装置、照明方法、照明システム及び表面情報取得装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。

＜実施形態１＞
本発明に係る照明装置、照明方法、照明システム及び表面情報取得装置の実施形態１について、図１乃至４を用いて説明する。

照明装置１は、図１に示すように、光源２、導光板３、反射部材４、光学調整部材群５、光線分離部材６を備えている。
光源２は、光を発生させる装置である。光源２は、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等からなる。光源２は、導光板３の一側部に配置されている。

導光板３は、光学部材である。導光板３は、当該導光板３の側部に入射した光を伝播させて出射面である上面から出射させる。すなわち、導光板３の下面には、当該導光板３の側部に入射した光を上面から出射することができるように、図示を省略した複数の反射面が形成されている。導光板３は、射出成型法によりポリカーボネートで形成できる。但し、導光板３の形成方法は、この限りでない。

導光板３からの出射光には、ある程度の指向性がある。すなわち、出射光の光量が最大となる方向は、導光板３の出射面の法線方向に対して所定の角度で傾斜している。

以下、本明細書では、各入射光及び出射光などの配光特性において光量が最大となる方向に進行する光線成分を「光量ピーク光線」と称す。本実施形態の導光板３の出射特性は、当該導光板３の出射面から出射する光の光量ピーク光線の方向が、出射面の法線方向に対して７０度となるように設定されている。

反射部材４は、導光板３の下部に配置されている。反射部材４としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの表面に銀が蒸着された反射シートなどを用いることができる。反射部材４を導光板３の下面に配置することで、導光板３の下面から出射した光を、もう一度導光板３内に入射させることができる。これにより、光源２からの光を有効に用いることができる。

光学調整部材群５は、導光板３の上部に配置されている。上述のように、導光板３から出射する光は所定の角度で傾斜している。光学調整部材群５は、この傾斜した光を所定の方向に向け直す働きをする。本実施形態では、導光板３から出射する光を法線方向に向けるため、２枚の光学調整部材を用いた。すなわち、光学調整部材群５は、第１の光学調整部材７、第２の光学調整部材８を備えている。但し、光学調整部材群５は出射光の方向や角度分布など所定の光学特性を得るために、複数あるいは単数の光学調整部材を適宜、光学的に設計して用いることができる。

第１の光学調整部材７は、略平面である第１光入射面９ａを有する基材９を備えている。さらに第１の光学調整部材７は、基材９の光出射面に形成されたプリズム１０を備えている。

基材９は、光透過性のシート部材である。基材９は、導光板３を略覆うことができる大きさを有する。但し、基材９としては、肉厚の板状又は任意の形状の基材を用いても良い。さらに、基材９の表面は平坦に限らず、立体面であっても良い。

プリズム１０は、一方向に延在する線状光学構造体である。プリズム１０は、当該プリズム１０の延在方向に直交する断面形状が略三角形とされている。ここで、プリズム１０の延在方向に直交する断面を第１三角形部と称する。第１三角形部は、図２に示すように、底辺（第１辺）１０ａ、傾斜辺（第２辺）１０ｂ、傾斜辺（第３辺）１０ｃで画成されている。第１辺１０ａは、基材９の光出射面と接している。第２辺１０ｂ、第３辺１０ｃは、第１辺１０ａの両端からそれぞれ所定の角度（図２中のβ１及びα１）で延在している。本実施形態の第１三角形部の具体的な寸法は、第１辺１０ａの長さを３３μｍとし、底角α１を６０度とし、底角β１を５０度とした。

このようなプリズム１０は、基材９の光出射面側に複数配置されている。プリズム１０の延在方向に沿った一つの面（本実施形態では底面）は、基材９の光出射面と平行に配置されている。複数のプリズム１０は、延在方向と交差する方向に周期的に配置されている。隣接するプリズム１０の底角部は、互いに接している。

第２の光学調整部材８は、第１の光学調整部材７と略等しい構成とされている。すなわち、第２の光学調整部材８は、略平面である第２光入射面１１ａを有する基材１１を備えている。さらに第２の光学調整部材８は、基材１１の光出射面に形成されたプリズム１２を備えている。

基材１１は、光透過性のシート部材である。基材１１は、第１の光学調整部材７の基材９と略等しい大きさを有する。但し、基材１１としては、肉厚の板状又は任意の形状の基材を用いても良い。さらに、基材１１の表面は平坦に限らず、立体面であっても良い。

プリズム１２は、一方向に延在する線状光学構造体である。プリズム１２は、当該プリズム１２の延在方向に直交する断面形状が略三角形とされている。ここで、プリズム１２の延在方向に直交する断面を第２三角形部と称する。第２三角形部は、図２に示すように、底辺（第４辺）１２ａ、傾斜辺（第５辺）１２ｂ、傾斜辺（第６辺）１２ｃで画成されている。第４辺１２ａは、基材１１の光出射面と接している。第５辺１２ｂ、第６辺１２ｃは、第４辺１２ａの両端からそれぞれ所定の角度（図２中のβ２及びα２）で延在している。本実施形態の第２三角形部の具体的な寸法は、第４辺１２ａの長さを３３μｍとし、底角α２を７０度とし、底角β２を４２度とした。

このようなプリズム１２は、基材１１の光出射面側に複数配置されている。プリズム１２の延在方向に沿った一つの面（本実施形態では底面）は、基材１１の光出射面と平行に配置されている。複数のプリズム１２は、延在方向と交差する方向に周期的に配置されている。隣接するプリズム１２の底角部は、互いに接している。

第１の光学調整部材７と第２の光学調整部材８とは、上下に配置されている。第１の光学調整部材７の基材９の第１光入射面９ａと、第２の光学調整部材８の基材１１の第２光入射面１１ａとは、略平行に配置されている。第１の光学調整部材７のプリズム１０の延在方向と、第２の光学調整部材８のプリズム１２の延在方向とは、略平行である。第１の光学調整部材７のプリズム１０と、第２の光学調整部材８の基材１１の第２光入射面１１ａとは、対向している。つまり、第１の光学調整部材７と第２の光学調整部材８とは、プリズムの形成面が同一方向に向くように配置されている。

光線分離部材６は、光学部材である。光線分離部材６は、光源２から出射した光を２つの異なる方向に分離する。光線分離部材６は、光源２から出射した光が入射する入射面と、光が当該光線分離部材６内を透過した後出射する光出射面とを備えている。具体的にいうと、光線分離部材６は、略平面である光出射面１３ａを有する基材１３を備えている。さらに光線分離部材６は、基材１３の光入射面に形成されたプリズム１４を備えている。

基材１３は、光透過性のシート部材である。基材１３は、第１の光学調整部材７の基材９と略等しい大きさを有する。但し、基材１３としては、肉厚の板状又は任意の形状の基材を用いても良い。さらに、基材１３の表面は平坦に限らず、立体面であっても良い。

プリズム１４は、一方向に延在する線状光学構造体である。プリズム１４は、当該プリズム１４の延在方向に直交する断面形状が略倒立三角形とされている。ここで、プリズム１４の延在方向に直交する断面を第３三角形部と称する。第３三角形部は、図２に示すように、底辺（第７辺）１４ａ、傾斜辺（第８辺）１４ｂ、傾斜辺（第９辺）１４ｃで画成されている。第７辺１４ａは、基材１３の光入射面と接している。第８辺１４ｂ、第９辺１４ｃは、第７辺１４ａの両端からそれぞれ所定の角度（図２中のβ３及びα３）で延在している。本実施形態の第３三角形部の具体的な寸法は、第７辺１４ａの長さを３３μｍとし、底角α３を４５度とし、底角β３を４５度とした。

このようなプリズム１４は、基材１３の光入射面側に複数配置されている。プリズム１４の延在方向に沿った一つの面（本実施形態では底面）は、基材１３の光入射面と平行に配置されている。複数のプリズム１４は、延在方向と交差する方向に周期的に配置されている。隣接するプリズム１４の底角部は、互いに接している。

光線分離部材６は、第２の光学調整部材８の上部に配置されている。光線分離部材６の基材１３の光出射面１３ａと、第２の光学調整部材８の基材１１の第２光入射面１１ａとは、略平行に配置されている。光線分離部材６のプリズム１４の延在方向と、第２の光学調整部材８のプリズム１２の延在方向とは、略平行である。光線分離部材６のプリズム１４と、第２の光学調整部材８のプリズム１２とは対向している。

但し、本発明において、光線分離部材６と第２の光学調整部材８との配置関係は上記に限定されない。例えば光線分離部材６のプリズム１４の延在方向と、第２の光学調整部材８のプリズム１２の延在方向とが、略直交又は所定の角度を持つように配置されていても良い。この角度を所定の角度に設定することにより、２つの方向に分離されて出射される光の分離方向を調整することができる。

このような光線分離部材６、第１の光学調整部材７及び第２の光学調整部材８（以下、各々の部材と省略する場合がある。）は、以下のように製造できる。

先ず、各々の部材のプリズムを形成するためのロール状の金型を用意する。この金型の表面には、各々の部材のプリズムの形状に対応する凹凸パターンが切削加工により形成されている。

次に、各々の部材の基材を用意する。本実施形態の基材としては、厚さ５０μｍのＰＥＴシートを用意した。光線分離部材６の基材の屈折率は１．５９とした。第１の光学調整部材７及び第２の光学調整部材８の基材の屈折率は１．５６とした。基材の厚さは、各々の部材の加工の容易性、ハンドリング性等を考慮すると、１０〜５００μｍの範囲が好ましい。また、基材の形成材料としては、ＰＥＴ以外では、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリオレフィン、ポリプロピレン、セルロースアセテート、ガラスなどの無機透明物質等、任意の光透過性材料を用いることができる。

用意した基材と金型表面との間に、芳香族系アクリレートなどの紫外線硬化樹脂を充填する。そして、充填した紫外線硬化樹脂に波長３４０〜４２０ｎｍの紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させる。次に、金型から基材を剥離する。その結果、基材にプリズムを形成できる。光学調整部材６のプリズムの屈折率は１．５９とした。第１の光学調整部材７及び第２の光学調整部材８のプリズムの屈折率は１.５６とした。つまり、プリズムの屈折率は基材の屈折率と等しくした。なお、プリズムの形成材料としては、屈折率１．３〜１．９の任意の樹脂材料が利用可能である。また、本実施形態のように、基材とプリズムとを異なる材料で形成する場合、その形成材料としては、アクリル樹脂やウレタン樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂などの透明プラスチック樹脂を用いることが好ましい。なお、プリズムを基材又はその一部と同じ材料で形成しても良い。

ちなみに、複数のプリズムの配置間隔（周期：ピッチ）は７μｍ以上であることが好ましい。複数のプリズムの配置間隔が７μｍより小さくなると、金型を製造する際に精度の高い金型加工が必要となり、コストが高くなる。

このようにして、基材に紫外線硬化樹脂からなる複数のプリズムが形成された光線分離部材６、第１の光学調整部材７及び第２の光学調整部材８を製造できる。

但し、光線分離部材６、第１の光学調整部材７及び第２の光学調整部材８の製造方法は上記方法に限定されない。公知の任意の方法を用いることができる。例えば、熱可塑性樹脂で基材を作製する。そして、各々の部材のプリズムの形状に対応する凹凸パターンが切削加工により表面に形成された金型を、基材に加熱押圧し、金型の凹凸パターンを転写する。このような熱転写法などにより、基材本体にプリズムを直接形成しても良い。また、周知の押出成型法やプレス成型法、又は金型に溶融樹脂を注入する射出成形法などにより、基材に、プリズムを当該基材と同じ材質で形成しても良い。

上記構成の照明装置１が光を出射させる動作について、以下に照明装置１における光路変化の過程を図２により説明する。
図２において光線経路を示す矢印は、光量ピーク光線の光路変化を示す。上述のように、本実施形態では光量ピーク光線の出射角度が７０度である導光板３を用いた。

各々の部材は、導光板３から出射して第１の光学調整部材７に入射する光が、各々の部材のプリズムの延在方向に対して垂直な面を通るように配置した。また、各々の部材は、プリズムの断面である三角形部が、図２に示す角度関係になるように形成した。なお、各々の部材のプリズムにおける左右方向の相互の位置関係は任意である。例えば、第２辺１０ｂの直上に第６辺１２ｃを配置しなければならない、といった制約はない。

先ず、導光板３から光が大気中に出射する。この光の光量ピーク光線は、導光板３の法線Ｌに対する角度Ａ０が７０度である。
導光板３からの光量ピーク光線は、第１の光学調整部材７の基材９の第１光入射面９ａの点Ａに入射する。光量ピーク光線の入射角はＡ０と等しく７０度である。入射点Ａでは空気と基材９の屈折率差による屈折を受ける。その結果、光量ピーク光線の出射方向は、入射方向に比して導光板３の法線方向に傾く。

入射点Ａから入射した光量ピーク光線は、第１の光学調整部材７のプリズム１０内を透過する。光量ピーク光線は、プリズム１０の第１集光面（第２辺１０ｂ）上の点Ｂに到達し、再び大気中に出射する。この際、光量ピーク光線は、プリズム１０と空気との屈折率差、及び第２辺１０ｂの傾斜の影響による屈折を受ける。その結果、光量ピーク光線の出射方向は、入射方向に比して導光板３の法線方向に傾く。

第１の光学調整部材７から出射した光量ピーク光線は、第２の光学調整部材８の基材１１の第２光入射面１１ａの点Ｃに入射する。光量ピーク光線は、入射点Ｃで空気と基材１１との屈折率差による屈折を受ける。その結果、光量ピーク光線の出射方向は、入射方向に比して導光板３の法線方向に傾く。

入射点Ｃから入射した光量ピーク光線は、第２の光学調整部材８のプリズム１２内を透過する。光量ピーク光線は、プリズム１２の第２集光面（第５辺１２ｂ）上の点Ｄに到達し、再び大気中に出射する。この際、光量ピーク光線は、プリズム１２と空気との屈折率差、及び第５辺１２ｂの傾斜の影響による屈折を受ける。その結果、光量ピーク光線の出射方向は、入射方向に比して導光板３の法線方向に傾く。

以上の結果、第２の光学調整部材８から出射した光量ピーク光線の出射方向は、ほぼ導光板３の法線方向となる。

第２の光学調整部材８から出射した光量ピーク光線は、光線分離部材６のプリズム１４の光入射面（第８辺１４ｂ及び第９辺１４ｃ）に入射する。このとき、光量ピーク光線は、上述のように光学調整部材群５により光路が調整され、ほぼ導光板３の法線方向に進んでプリズム１４に入射する。すなわち、光量ピーク光線は、光線分離部材６の光出射面１３ａに対してほぼ垂直な方向に進んでプリズム１４に入射する。光量ピーク光線は、各光入射面においてプリズム１４の屈折率及び傾斜の影響による屈折を受ける。この際、入射した光入射面によって出射方向が異なるため、光量ピーク光線は２方向に分離される。その結果、光出射面１３ａからの光量ピーク光線の主な照射方向は２方向となる。すなわち、第８辺１４ｂに入射した光量ピーク光線は図中、左方向へ屈折して出射される。第９辺１４ｃに入射した光量ピーク光線は図中、右方向へ屈折して出射される。

本実施形態の照明装置１の光学特性の評価について説明する。光学特性の測定は、光度計を用いて出射光の角度光度分布特性の測定を行った。測定結果を図３に示す。図３は横軸が光度測定方向の角度を示す。導光板３の法線方向をゼロ度として、光源２であるＬＥＤから光が出射して進行する方向をプラス方向とした。測定点は図１の光線分離部材６の直上とし、光線分離部材６の中央部での光度を測定した。縦軸は相対光度を示す。光学調整部材群５の直上、中央部、ゼロ度（法線方向）での光度を１として、測定値を規格化した。

図３に示すとおり、本実施形態の照明装置１では、明確に光量ピーク光線の照射方向がプラスとマイナスの２方向に分離されている。光量ピーク光線は、約３０度を中心とした、光度分布とピークとがほぼ等しい２つの光線に分けられていることが確認できる。

本実施形態では、光線分離部材６として、屈折率が１．５９で、三角形部の底角α３、β３が両者とも４５度の光学部材を用いた。これにより、光量ピーク光線がプラスマイナス３０度の方向を照射の中心とする、２方向照明装置を実現した。しかし、この３つのパラメーターを変化させることにより、照射角度を調整することができる。例えば、光線分離部材６として、屈折率１．５９の材質を用いた場合、三角形部の底角α３、β３を両者とも６０度とする。これにより、光量ピーク光線の照射方向はプラスマイナス５０度とすることができる。さらに三角形部の底角α３、β３の角度を独立に設定する。これにより、非対称な方向への照射も可能である。

次に、上記構成の照明装置１を用いた照明システム１００について説明する。
照明システム１００は、照明装置１、反射部材１１５を備えている。
照明装置１からの出射光は、上述のように２方向に分離される。照明装置１は、分離光の一方が、直接照射対象物１１６に照射されるように位置及び角度を調整して配置される。つまり、照明装置１は、２つの異なる方向に分離した光線のうち、一方の分離光を、照射対象物１１６に対して直接入射させる。さらに照明装置１は、他方の分離光を、反射部材１１５を介して照射対象物１１６に入射させる。

反射部材１１５は、光線分離部材６によって分離された光線のうち、少なくとも１つの光線の光線進行方向を制御する。つまり、反射部材１１５は、照明装置１からの他方の分離光が当該反射部材１１５に導かれ、かつ反射部材１１５での反射光が照射対象物１１６に導かれるように、位置及び角度を調整して配置される。具体的にいうと、反射部材１１５は、照射対象物１１６に直接光を照射することによって発生した影を消すように、照射対象物１１６に反射光を照射できる位置及び角度に調整して配置される。

以上の構成により、光線分離部材６からの出射光は明確に分離される。しかも光線分離部材６からの出射光は、各分離光の角度幅が狭い特性を得られる。これにより、照明システム１００は、出射光の大部分を直接又は反射部材１１５を介して照射対象物１１６に導くことができる。つまり、照射対象物１１６には、照明装置１から供給された光の直接光と反射光とが異なる方向から照射される。そのため、照射対象物１１６が３次元形状であっても、影が発生しない。また、光利用効率を高めることができる。

上記構成の照射システム１００に、図４に示すように、照射対象物１１６の表面情報を感知するセンサー１１７を組み合わせて表面情報取得装置１０００とすることが好ましい。表面情報取得装置１０００は、センサー１１７で照射対象物１１６の画像を取り込んでも、影に邪魔されること無く、表面情報を読み取ることができる。
ちなみに、照射対象物１１６は、図示を省略したステージ部に保持される。

本実施形態の光源としてはＬＥＤを用いたが、この限りでない。光源としては、例えば冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）を用いることもできる。

本実施形態のプリズムは、断面形状を三角形状としたが、この限りでない。プリズムの形状、大きさなどは光学設計等に応じて適宜変更し得る。

本実施形態の光学調整部材（群）は、上述の限りでない。光学調整部材（群）の形状及び寸法は、それぞれの部材内で適宜変えることも可能である。この場合、光学調整部材（群）の形状及び寸法は、光線分離部材への出射光の方向や角度分布などの光学特性とともにムラやモアレなど、目視的な乱れの低減対策を狙って設計することが好ましい。

本実施形態では、光入射側から第１の光学調整部材、第２の光学調整部材、光線分離部材の順で配置しているが、この限りでない。光学特性の設計に応じて、光線分離部材の上部、第１の光学調整部材の下部、各々の部材の間などに拡散シート等を適宜配置しても良い。

＜実施形態２＞
なお、本発明に係る照明装置は、上述した構成に限らない。
すなわち、図５に示す照明装置２１でも、上記実施形態１の照明装置１と同様の作用、効果を奏することができる。

照明装置２１は、光源２２、反射板２３、拡散部材２４、光線分離部材２５を備えている。
光源２２は、光を発生させる装置である。本実施形態の光源２２としては、直径４ｍｍの冷陰極管（ＣＣＦＬ）を用いた。この光源２２はピッチ２０ｍｍで均等に配置されている。

反射板２３は、上面が開放された筐体の内部表面に、光源２２からの出射光を反射させるための反射面が形成された構成である。反射板２３の内部底面には、複数の光源２２が配置されている。その結果、反射板２３は、光源２２の発光部から発生した光のうち、主に照明装置の背面側に出射された光を上面側に反射して光の利用効率を高めることができる。本実施形態では、ポリカーボネート樹脂で作製した筐体の内部表面に酸化チタンを塗布した反射板を用いた。

拡散部材２４は、反射板２３の筐体の開放部を覆うように当該筐体に嵌め込まれている。拡散部材２４は、アクリル製の樹脂板内に乳白色のビーズ状の光拡散物質を分散させたものである。本実施形態の拡散部材２４は、厚さを６ｍｍとし、ヘイズを９５％とした。

光線分離部材２５は、上記実施形態１の光線分離部材６と同様の構成とされている。つまり、光線分離部材２５は、光透過性（透明）の基材２６、基材２６の光入射面に形成された複数のプリズム２７を備えている。

基材２６は、光透過性のシート部材である。基材２６は、拡散部材２４を略覆うことができる大きさを有する。但し、基材２６としては、肉厚の板状又は任意の形状の基材を用いても良い。さらに、基材２６の表面は平坦に限らず、立体面であっても良い。

本実施形態の基材２６としては、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートを用いた。基材２６の屈折率は１．５６とした。但し、基材２６の形成材料としては、ＰＥＴ以外では、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリオレフィン、ポリプロピレン、セルロースアセテート、ガラスなどの無機透明物質等、任意の光透過性材料を用いることができる。

プリズム２７は、一方向に延在する線状光学構造体である。プリズム２７は、当該プリズム２７の延在方向に直交する断面形状が略倒立三角形とされている。ここで、プリズム２７の延在方向に直交する断面を第４三角形部と称する。第４三角形部は、図６に示すように、底辺（第１０辺）２７ａ、傾斜辺（第１１辺）２７ｂ、傾斜辺（第１２辺）２７ｃで画成されている。第１０辺２７ａは、基材２６の光入射面と接している。第１１辺２７ｂ、第１２辺２７ｃは、第１０辺２７ａの両端から所定の角度（図６中のβ４及びα４）で延在している。本実施形態の第４三角形部の具体的な寸法は、第１０辺２７ａの長さを３３μｍとし、底角α４を４５度とし、底角β４を４５度とした。プリズム２７の屈折率も１．５６とした。

このようなプリズム２７は、基材２６の光入射面側に複数配置されている。プリズム２７の延在方向に沿った一つの面（本実施形態では底面）は、基材２６の光入射面と平行に配置されている。複数のプリズム２７は、延在方向と交差する方向に周期的に配置されている。隣接するプリズム２７の底角部は、互いに接している。

光線分離部材２５は、拡散部材２４の上部に配置されている。光線分離部材２５のプリズム２７と拡散部材２４とは対向している。光線分離部材２５の基材２６の光出射面２６ａと、拡散部材２４の光出射面とは、略平行に配置されている。なお、光線分離部材２５の製造方法は、上記実施形態１と同様であるので、省略する。

上記構成の照明装置２１が光を出射させる動作について、以下に照明装置２１における光路変化の過程を図６により説明する。
光源２２から発生した光は直接、又は反射板２３において反射してから、拡散部材２４に入射する。拡散部材２４に入射した光は、拡散部材２４の表面及び内部の光拡散構造によって拡散された分布となる。拡散された光は、反射板２３の内部底面の法線方向を光量ピークとしながら、角度的には広がりを持って照明装置２１の上面方向に出射する。

拡散部材２４からの出射光は、光線分離部材２５のプリズム２７の第１１辺２７ｂ及び第１２辺２７ｃに入射する。このとき、入射する光の光量ピーク光線は、上述のように反射板２３の内部底面の法線方向に進んでプリズム２７に入射する。すなわち、入射する光の光量ピーク光線は、光線分離部材２５の光出射面２６ａに対して垂直な方向に進んでプリズム２７に入射する。ここで、光量ピーク光線は、プリズム２７の屈折率及び傾斜の影響による屈折を受ける。この際、光量ピーク光線が入射した傾斜辺によって、光量ピーク光線の主な出射方向が異なる。すなわち、第１１辺２７ｂに入射した光量ピーク光線は図中、左方向へ屈折して出射する。第１２辺２７ｃに入射した光量ピーク光線は図中、右方向へ屈折して出射する。その結果、光量ピーク光線の照射方向は２方向に分離される。

本実施形態の照明装置２１の光学特性の評価について説明する。光学特性の測定は、光度計を用いて出射光の角度光度分布特性の測定を行った。測定結果を図７に示す。図７は横軸が光度測定方向の角度を示す。反射板２３の内部底面の法線方向をゼロ度として、光源であるＣＣＦＬの延在する方向に垂直な方向を測定方向とした。

測定点は、図６の光線分離部材２５の直上とし、光線分離部材２５の中央部での光度を測定した。縦軸は相対光度を示す。拡散部材２４の直上、中央部、ゼロ度（法線方向）での光度を１として、測定値を規格化した。

図７に示すとおり、本実施形態の照明装置２１では、明確に光量ピーク光線の照射方向が２方向に分離されている。光量ピーク光線は、約４５度を中心とした、光度分布とピークとがほぼ等しい２つの光線に分けられていることが確認できる。

次に、上記構成の照明装置２１を用いた照明システム２００について説明する。
照明システム２００は、図８に示すように、照明装置２１、反射部材２１５を備えている。

照明装置２１からの出射光は、上述のように２方向に分離される。照明装置２１は、分離光の一方が、直接照射対象物２１６に照射されるように位置及び角度を調整して配置される。つまり、照明装置２１は、２つの異なる方向に分離した光線のうち、一方の分離光を、照射対象物２１６に対して直接入射させる。さらに照明装置２１は、他方の分離光を、反射部材２１５を介して照射対象物２１６に入射させる。

反射部材２１５は、光線分離部材２５によって分離された光線のうち、少なくとも１つの光線の光線進行方向を制御する。つまり、反射部材２１５は、照明装置２１からの他方の分離光が当該反射部材２１５に導かれ、かつ反射部材２１５での反射光が照射対象物２１６に導かれるように、位置及び角度を調整して配置される。具体的にいうと、反射部材２１５は、照射対象物２１６に直接光を照射することによって発生した影を消すように、照射対象物２１６に反射光を照射できる位置及び角度に調整して配置される。

本実施形態の反射部材２１５は凹面構造とされている。反射部材２１５は、照射対象物２１６に反射光を導くように、曲率及び配置角度が調整される。
本実施形態において、反射部材２１５を凹面構造とした理由について詳しく説明する。図７に示すように本実施形態の照明装置２１の出射光は、各分離光の視野角が広い。このような分離光に対して、単純な平面型の反射部材を用いると、反射光が照射対象物に達するまでに光が広がってしまう。その結果、照射対象物に照射される光のうち、直接光の光量に比べて反射光の光量が少なくなるため、影消し等の目的の効果が十分に得られない。

この問題点に対し、本実施形態では反射部材２１５の形状を凹面構造とすることにより、反射光に集光性を与え、直接光の光量と反射光の光量とをほぼ等しくした。これにより、複数方向への照射の目的効果を得ることができる。

以上の構成により、照射対象物２１６には、照明装置２１から供給された光の直接光と反射光とが異なる方向からほぼ等しい光量にて照射される。そのため、照射対象物２１６は３次元形状であっても影が発生しない。

上記構成の照射システム２００に、図８に示すように、照射対象物２１６の表面情報を感知するセンサー２１７を組み合わせて表面情報取得装置２０００とすることが好ましい。表面情報取得装置２０００は、センサー２１７で照射対象物２１６の画像を取り込んでも、影に邪魔されること無く、表面情報を読み取ることができる。
ちなみに、照射対象物２１６は、図示を省略したステージ部に保持される。

本実施形態の光源２２としてはＣＣＦＬを用いたが、この限りでない。光源２２としては、例えばＬＥＤなどを用いることもできる。この場合、ＬＥＤなどを線状又は平面状に配列させると良い。

本実施形態のプリズムは、断面形状を三角形状としたが、この限りでない。プリズムの形状、大きさなどは光学設計等に応じて適宜変更し得る。

なお、各図において各々の部材が分離した図になっているが、このように分離した状態であっても、あるいは相互に接している状態であって良い。

以上に、本発明に係る照明装置、照明方法、照明システム及び表面情報取得装置の実施形態を説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、光線分離部材のプリズムを三角錐形状とすると、光量ピーク光線を３方向に分離することができる。また、光線分離部材のプリズムを四角錐形状とすると、光量ピーク光線を４方向に分離することができる。このように、光線分離部材のプリズムを多角錐形状とすることによって、当該多角錐の傾斜面数に対応した多数方向に光量ピーク光線を分離することができる。

本発明の実施形態１に係る照明装置の概略構造図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置の動作説明図である。 本発明の実施形態１に係る照明装置の光学特性測定結果である。 本発明の実施形態１に係る照明システムの概略構造図である。 本発明の実施形態２に係る照明装置の概略構造図である。 本発明の実施形態２に係る照明装置の動作説明図である。 本発明の実施形態２に係る照明装置の光学特性測定結果である。 本発明の実施形態２に係る照明システムの概略構造図である。 従来の照射方向調整機構の概略図である。 従来の照射方向調整機構の拡大図である。 従来の照射方向調整機構の概略図である。

符号の説明

１、２１ 照明装置
２、２２ 光源
５ 光学調整部材群
６、２５ 光線分離部材
７ 第１の光学調整部材
８ 第２の光学調整部材
９ａ 第１光入射面
１０ プリズム
１１ａ 第２光入射面
１２ プリズム
１３ａ 光出射面
１４ プリズム
２６ａ 光出射面
２７ プリズム
１００、２００ 照明システム
１１５、２１５ 反射部材
１１６、２１６ 照射対象物
１１７、２１７ センサー
１０００、２０００ 表面情報取得装置
Ｌ 法線

Claims (14)

1. 光源と、
   前記光源から出射した光を、少なくとも２つの異なる方向に分離する光線分離部材と、を備え、
   前記光線分離部材は、
   前記光源から出射した光が入射する光入射面と、前記光が前記光線分離部材内を透過した後出射する光出射面と、を備える透光性部材からなる照明装置。
2. 前記光線分離部材は、前記光入射面に一方向に延在する複数のプリズムが形成されており、かつ前記光出射面が略平面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光線分離部材は、前記光線分離部材に入射する光の配向特性において前記光の光量が最大となる方向に進行するピーク光線が、前記光出射面に対して略垂直な方向に入射するように、配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光源から出射した光を伝播させる導光板を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記光源から出射した光を拡散させる拡散部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記光線分離部材と前記光源との間に、光学調整部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 前記光線分離部材と前記光源との間に、第１の光学調整部材と、第２の光学調整部材と、を備え、
   前記第１の光学調整部材は、略平面である第１光入射面と、一方向に延在する複数のプリズムが形成されている第１光出射面と、を備え、
   前記第２の光学調整部材は、略平面である第２光入射面と、一方向に延在する複数のプリズムが形成されている第２光出射面と、を備え、
   前記第１の光学調整部材と前記第２の光学調整部材とは、前記第１の光学調整部材のプリズムの延在方向と、前記第２の光学調整部材のプリズムの延在方向とが略平行になるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記光線分離部材は、一方向に延在する複数のプリズムが形成されている光入射面と、略平面である光出射面とを備え、
   前記光学調整部材から出射した光は、前記プリズムに入射して、少なくとも２つの異なる方向に分離し、前記光出射面から出射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
9. 照射対象物に複数方向から光を照射する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明装置と、
   光線分離部材によって分離された光線のうち、少なくとも１つの光線の光線進行方向を制御する反射部材と、
   を備える照明システム。
10. 前記照明装置は、少なくとも２つの異なる方向に分離した光線のうち、少なくとも１つの光線を、前記照射対象物に対して直接入射させ、少なくとも１つの光線を、前記反射部材を介して前記照射対象物に入射させることを特徴とする請求項９に記載の照明システム。
11. 前記反射部材は、前記照射対象物に対して集光性を与え、かつ反射照射するように設計されていることを特徴とする請求項１０に記載の照明システム。
12. 前記反射部材は、凹面構造であることを特徴とする請求項１１に記載の照明システム。
13. 光源と、
    一方向に延在する複数のプリズムが形成され、前記光源から出射した光が入射する光入射面と、略平面であり前記入射した光が出射する光出射面と、を有し、前記光源から出射した光を、少なくとも２つの異なる方向に分離する透光性部材からなる光線分離部材と、
    前記光線分離部材によって分離された光線のうち、少なくとも１つの光線の光線進行方向を制御する反射部材と、を備えた照明システムを構成し、
    前記光源からの光を、前記光線分離部材により少なくとも２つの異なる方向に分離し、少なくとも１つの光線は、照射対象物に対して直接入射させ、少なくとも１つの光線は、前記反射部材を介して前記照射対象物に入射させる照明方法。
14. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の照明システムと、
    照射対象物の表面情報を感知するセンサーと、
    を備える表面情報取得装置。

Images