JP2013246422A - 撮像装置及び電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置及び電子装置において、対象物の表面からの正反射成分の影響を比較的小型の構成で低減することを目的とする。
【解決手段】複数の光源と、導光体を形成し第１の面で受けた複数の光源からの光を反射及び拡散させて第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系と、照射光学系の内側に配置され対象物からの反射光が入射されて対象物の少なくとも一部の領域に相当する被写体像を撮像素子上に結像する撮像光学系を備え、第２の面は凹面形状を有するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置及び電子装置に関する。本発明は、撮像装置で用いる照明光学系部品にも関する。

対象物に均一な光を照射して対象物の所定範囲を撮像する撮像装置は、様々な分野で利用されている。このような撮像装置からの撮像画像に画像処理を施す画像処理システムでは、特に鮮明な撮像画像が撮像装置から得られることが要求される。

近年のバイオメトリックス技術の発展に伴い、例えば人間の手足の指紋、目の網膜、顔面、血管等を撮像し、撮像画像から生体の特徴を認識することで個人認証を行う認証装置が種々提供されている。特に、手のひらや甲、指の血管、掌紋からは、比較的大量の個人特徴データを得ることができるため、個人認証の信頼性を向上するのに適している。又、血管（静脈）の模様も、個人認証に適している。

このような生体認証には、対象物、即ち、人間の体の一部を非接触で撮像することが好ましい。このため、撮像装置は、ある撮像範囲（撮像装置と対象物との間距離及び撮像装置による対象物の撮像面積）において、光の照射強度が均一となる光を発射し、その撮像範囲の反射光を受光して撮像画像信号を出力する。

対象物に光を照射して撮影する撮像装置では、対象物の表面における正反射の影響、所謂テカリが発生する。光が対象物の表面で鏡面反射した反射光をＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像装置で受光した場合、認証に用いる信号成分（例えば、対象物が個人の血管であれば静脈信号成分）よりも正反射成分の方が大きくなり、認証に用いる信号成分を正確に読み取れなくなる。このため、対象物の表面からの正反射の影響を少なくして、個人認証の信頼性を向上することが好ましい。

正反射の影響を少なくする１つの手段として、偏光板を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。この提案方法では、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の出射面側に一方向のみの偏光を透過する偏光板を設け、直線偏光の成分のみを対象物に照射する。対象物の表面からの正反射成分は、そのままの偏光方向を保って反射する。撮像装置の入射面側には、元の偏光と直交する方向の成分のみを透過する偏光板を設けることにより、対象物の表面からの正反射成分の影響を少なくする。

しかし、偏光板を設けると、ＬＥＤの出射面から対象物までの往路と、対象物から撮像装置の入射面までの復路は、共に透過率が１／２以下となるため、透過率が１／４以下に減少して光の利用効率が著しく低下してしまう。又、ＬＥＤの出射面側と撮像値の入射面側に偏光板を設けるため、部品点数が増加して生体情報読取装置全体のコストが増加してしまう。

又、特に撮像装置を例えばノートパソコン等の携帯型の電子装置に搭載する場合には、撮像装置を小型化する要求がある。しかし、撮像装置を小型化すると、照明光学系が点光源に近づき、正反射の影響が大きくなってしまう。

特開２００７−２３３２８２号公報 特開２００７−２３５８６３号公報 特開２００２−１５９９０１号公報 特開２００１−４４５１５号公報

http://www.nihon-etching.co.jp/shibo/html http://www.colorants-retail.com/jushi/jushi_008/391.html

従来の撮像装置では、対象物の表面からの正反射成分の影響を比較的小型の構成で低減することは難しい。

そこで、本発明は、対象物の表面からの正反射成分の影響を比較的小型の構成で低減することのできる撮像装置、電子装置及び照明光学系部品を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、複数の光源と、導光体を形成し、第１の面で受けた前記複数の光源からの光を反射及び拡散させて前記第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系と、前記照射光学系の内側に配置され、前記対象物からの反射光が入射されて前記対象物の少なくとも一部の領域に相当する被写体像を撮像素子上に結像する撮像光学系を備え、前記第２の面は凹面形状を有することを特徴とする撮像装置が提供される。

本発明の一観点によれば、プロセッサ及び記憶部を収納する本体部と、前記本体部に設けられた上記の如き観点の撮像装置を備えたことを特徴とする電子装置が提供される。

本発明の一観点によれば、導光体を形成し、第１の面で受けた複数の光源からの光を反射及び拡散させて前記第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系部品であって、前記対象物からの反射光は前記照射光学系部品の内側の空間に入射され、前記第２の面は凹面形状を有することを特徴とする照明光学系部品が提供される。

開示の撮像装置、電子装置及び照明光学系部品によれば、対象物の表面からの正反射成分の影響を比較的小型の構成で低減することができる。

本発明の第１実施例における撮像装置の一例を示す分解斜視図である。 撮像装置の照明光学系を示す図である。 簡易な解析モデルを説明する図である。 図３の解析モデルによる解析結果の一例を示す図である。 ＬＥＤ単体を面光源とした場合に、面光源の直径に対する正反射の影響の解析結果を説明する図である。 ＬＥＤ単体を面光源とした場合に、面光源の直径に対する正反射の影響の解析結果を説明する図である。 信号成分／テカリ成分の比率と、ＬＥＤの面光源の面光源から対象物までの光の往路における照射強度分布の、ＬＥＤの面光源と対象物との間の距離への依存性を説明する図である。 信号成分／テカリ成分の比率と、ＬＥＤの面光源から対象物までの光の往路における照射強度分布の、ＬＥＤの面光源と対象物との間の距離への依存性を説明する図である。 照明光学系の出射面の各種形状を示す断面図である。 照明光学系が設けられていない比較例と、出射面の凸面形状の半径Ｒが２ｍｍ，４ｍｍの例について、対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 照明光学系が設けられていない比較例と、出射面が平坦形状の例と、出射面の凹面形状の半径Ｒが４ｍｍ，３ｍｍ，２ｍｍの例について、対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 照明光学系が設けられていない比較例と、出射面の凹面形状の半径Ｒが３ｍｍの例と、凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで傾斜をつけた例について、対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 出射面が傾斜面である比較例について、対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 照明光学系が設けられていない比較例と、出射面の凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで傾斜をつけた例に対する正反射の影響の解析結果を説明する図である。 照明光学系が設けられていない比較例におけるＬＥＤの面光源直径に対する信号成分／テカリ成分の比率を示す図である。 照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の凹面形状の出射面の半径への依存性を説明する図である。 照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の凹面形状の出射面の傾斜への依存性を説明する図である。 照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の照明光学素子の溝への依存性を説明する図である。 照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の照明光学素子の溝への依存性を説明する図である。 本発明の第２実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。 比較例Ｃ１及び例Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３に対する正反射の影響の解析結果を説明する図である。 比較例Ｃ１及び例Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３における信号成分／テカリ成分の比率を示す図である。 本発明の第３実施例における撮像装置の一部を示す平面図である。 電子装置の一例を示す斜視図である。 本発明の第４実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。 本発明の第５実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。 溝の深さが異なる照明光学系を示す断面図である。 図２７の照明光学系の対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 溝の曲率が異なる照明光学系を示す断面図である。 図２９の照明光学系の対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 図２９の照明光学系の対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 円弧状の上辺と曲率半径が略無限大の側辺で形成された溝を有する照明光学系を示す断面図である。 図３２の溝の形状を説明する図である。 対象物までが近距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系に対する往路照射強度分布の解析結果を説明する図である。 対象物までが近距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 対象物までが遠距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系に対する往路照射強度分布の解析結果を説明する図である。 対象物までが遠距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 第５実施例とその第１変形例における照明光学系の一例を示す断面図である。 第５実施例とその第１変形例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 第５実施例とその第２変形例における照明光学系の一例を示す断面図である。 第５実施例とその第２変形例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。 本発明の第６実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。 本発明の第７実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図である。 第７実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第８実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図である。 第８実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第９実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第１０実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図である。 第１０実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第１１実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図である。

開示の撮像装置及び電子装置は、導光体を形成し、第１の面で受けた複数の光源からの光を反射及び拡散させて第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系と、照射光学系の内側に配置され、対象物からの反射光が入射されて対象物の少なくとも一部の領域に相当する被写体像を撮像素子上に結像する撮像光学系を備える。照射光学系の第２の面は、凹面形状を有する。開示の照明光学系部品は、上記照明光学系に相当する。

以下に、開示の撮像装置、電子装置及び照明光学系部品の各実施例を図面と共に説明する。

図１は、本発明の第１実施例における撮像装置の一例を示す分解斜視図である。図１に示す撮像装置１０は、配線基板１１、配線基板１１上に設けられた撮像系基板１２、配線基板１１上に設けられた光源の一例である複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）１３、撮像系基板１２上に設けられた撮像光学系１４、撮像光学系１４の周囲を囲むように配置された照明光学系（或いは、照明光学系部品）１７の一例である照明光学素子１５，１６を有する。

ＬＥＤ１３は、可視光領域の波長、近赤外光領域の波長、紫外光領域の波長等にて形成可能である。又、図１の例では８個のＬＥＤ１３が撮像系基板１２（又は、撮像光学系１５）の周囲に配置されているが、ＬＥＤ１３の数は８個に限定されるものではなく、対象物を均一に照明するのに適した個数であれば良い。

撮像光学系１４は、撮像系基板１２上に設けられた撮像素子、及び撮像系レンズを含む周知の構成を有する。撮像系レンズは、対象物からの反射光が入射されて、対象物の少なくとも一部の領域に相当する被写体像を撮像素子上に結像する。撮像素子は、例えばＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等で形成可能である。撮像素子が撮像した対象物に関する出力撮像画像信号（又は、生体情報読取信号）は、例えば電子装置（図示せず）内の画像処理部に供給され、画像処理部内で生体情報認識処理等の周知の画像処理が行われる。画像処理部の機能は、電子装置内のＣＰＵにより実現しても良い。

照明光学素子１５，１６は、光透過性の材料で形成されており、ＬＥＤ１３からの光を対象物に対して照射する面を拡大する導光体を形成する。後述する如く、照明光学素子１５の基板１２側にはＬＥＤ１３が下側に配置される溝が設けられている。ＬＥＤ１３の少なくとも一部分は、この照明光学素子１５の溝に収納されていても良い。光透過性の材料は、例えばＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate）等のアクリル樹脂、ポリカーボネートを含む各種樹脂（有機ガラスとも言う）、ＢＫ７等のガラスで形成可能である。従って、照明光学素子１５，１６は、ＬＥＤ１３からの光を反射及び拡散させて対象物に照射する照射光学系を形成する。対象物は、例えばユーザの指であれば読取対象となる生体情報は指紋情報であり、ユーザの手のひらであれば読取対象となる生体情報は手のひらの静脈情報である。

図１に示す例では、撮像光学系１４は円柱形状を有し、照明光学素子１５，１６はリング形状を有する。

図２は、撮像装置の照明光学系を示す図である。図２中、（ａ），（ｂ）は夫々側面及び上面から見た透視図であり、ＬＥＤ１３からの光の反射及び拡散を示すと共に、照明光学素子１６から出射される光を矢印で示す。又、図２中、（ｃ）は照明光学素子１５，１６のリング形状の中心を通るように基板１１（又は、撮像系基板１２）の上面に対して垂直な面に沿って切断した状態を示す断面図である。図２（ｃ）に示すように、照明光学素子１５の上面（即ち、基板１２とは反対側）は平坦であり、下面（即ち、基板１２側）にはＬＥＤ１３の少なくとも一部分が収納される溝１５−１がリング状に設けられている。一方、照明光学素子１６の上面（即ち、照明光学素子１５とは反対側の出射面）は凹面形状を有し、下面（即ち、照明光学系１５側）は平坦である。この例では、照明光学素子１６の上面の凹面形状は外側に向けて照明光学素子１５（又は、基板１１，１２）の方向（以下、下方向とも言う）へ傾斜している。

次に、対象物の表面における正反射（所謂テカリ）の影響について、簡易な解析モデルで解析を行った結果について、図３及び図４と共に説明する。図３は、簡易な解析モデルを説明する図であり、図４は、図３の解析モデルによる解析結果の一例を示す図である。

図３中、（ａ）は解析モデルを示す側面図であり、（ｂ）は対象物５０１の一例を示す平面図である。図４は、図３（ａ）の照明光学系１７から照射された光が対象物５０１に当たって反射し、反射した光（即ち、対象物５０１の表面における正反射成分と散乱成分）のうち、撮像光学系１４の入射瞳１４−１を通る光だけを抽出したシミュレーション結果である。尚、図３（ａ）では、説明の便宜上、入射瞳１４−１が見えるように照明光学系１７の出射面（上面）より多少突出している状態で図示されているが、照明光学系１７の出射面と同一平面上、或いは、略同一平面上に配置されていても良いことは言うまでもない。この例では、図３（ｂ）に示すように、対象物５０１の奥の面（図３（ａ）に示す対象物５０１の照射光学系１７から遠い方の面に相当）にストライプ状の光吸収体５０２を複数本横方向（即ち、Ｘ方向）に平行に設け、光吸収体５０２の成分を信号成分と定義している。

図４中、（ａ），（ｂ）はＬＥＤ１３単体の発光面の平面図上の面積がφ２ｍｍ，φ５０ｍｍの場合の解析結果、（ｃ）は（ａ），（ｂ）の場合の解析結果から得られた対象物５０１の光吸収対５０２に相当する信号成分を示す。図４中、（ａ），（ｂ）において、縦軸は図３（ｂ）に示す如き対象物５０１上のＹ方向の位置をｍｍで示し、横軸は対象物５０１上のＸ方向の位置をｍｍで示し、横方向に延びる平行の黒っぽく見えるストライプが上記信号成分に相当する。図４中、（ａ），（ｂ）夫々の右側のスケールでは、濃度で照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表現しており、白色が０．５（ａ．ｕ．）、薄い灰色が約０．３（ａ．ｕ．）、濃い灰色が約０．２５（ａ．ｕ．）、黒色が０（ａ．ｕ．）である。又、Ｘ＝０ｍｍ，Ｙ＝０ｍｍの位置は、例えば入射瞳１４−１の中心位置に相当し、以下の図においても同様である。図４中、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＸ＝Ｐｍｍ（例えば、Ｐ＝＋２５ｍｍ）におけるＹ方向に沿った信号成分を夫々一点鎖線及び二点鎖線で示し、縦軸はφ＝＋５４ｍｍを原点とした場合の−Ｙ方向の距離（ｍｍ）を示し、横軸は信号成分を任意単位（ａ．ｕ．）を示す。この例では、中央に光が集中した２つのピーク（図４中、（ａ）において便宜上より白く表現されている部分）が存在する。このように光が集中したピークが、正反射成分（又は、ノイズ成分）に相当する照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表している。図４中、（ａ），（ｂ）夫々の右側のスケールでは、正反射成分の照射強度が下側の０（黒色）から上側の０．５（白色）までの値をとり、より白く表現されている成分がより０．５に近い、即ち、より大きい正反射成分であることを示す。このピークが表すノイズ成分と信号成分の比を比較することにより、各条件での正反射の影響を解析することが可能となる。図４の解析結果より、面光源を大きくすることにより、正反射の影響が小さくできることが確認された。

尚、図４中、（ａ），（ｂ）の右側のスケールと類似したスケールを、後述する図６、図８、図１４、図２１、図３４及び図３６においても用いるものとする。ただし、図８においては、スケールは後述する正規化照射強度を示している。

次に、正反射と、照明光学系と対象物との間の光の往路における照射強度分布について、図５乃至図８と共に説明する。

図５及び図６は、ＬＥＤ１３単体を面光源とした場合（即ち、照明光学系が無い場合）に、面光源の直径に対する正反射（テカリ）の影響の解析結果を説明する図である。図５中、（ａ）はＬＥＤ１３の面光源直径（ｍｍ）に対する信号成分及びテカリ成分を示し、（ｂ）はＬＥＤ１３の面光源直径（ｍｍ）に対する信号成分／テカリ成分の比率（％）を示す。図５中、（ａ）に示す□印は信号成分のデータを示し、◇印はテカリ成分のデータを示す。図５からもわかるように、例えばＬＥＤ１３の発光面の直径（即ち、面光源直径）をφ３０ｍｍからφ１２ｍｍに減少させて撮像装置１０の小型化を図ろうとした場合、ＬＥＤ１３の発光面の面積（即ち、面光源面積）に対してテカリ成分が増加して信号成分／テカリ成分の比率が相対的に減少するため、撮像装置１０の小型化が難しいことが確認された。

図６中、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、夫々ＬＥＤ１３の面光源直径がφ１０ｍｍ，φ２０ｍｍ，φ３０ｍｍ，φ５０ｍｍ，φ１００ｍｍの場合の解析結果を示す。図６において、縦軸は対象物５０１上のＹ方向の位置をｍｍで示し、横軸は対象物５０１上のＸ方向の位置をｍｍで示し、横方向に延びる平行の黒っぽく見えるストライプが上記信号成分に相当する。又、図６において、光が集中したピーク（白い部分）が、正反射成分（又は、ノイズ成分）に相当する照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表している。図６からもわかるように、ＬＥＤ１３の面光源面積を大きくして面発光に近づけることが、テカリ成分を抑制する上で効果的であることが確認された。

図７及び図８は、信号成分／テカリ成分の比率と、ＬＥＤ１３の面光源から対象物までの光の往路における照射強度分布の、ＬＥＤ１３の面光源と対象物との間の距離への依存性を説明する図である。

図７中、（ａ）は信号成分／テカリ成分の比率のＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離への依存性を示し、（ｂ）は対象物５０１への光の往路の照射強度の対象物５０１上のＸ方向の成分を正規化した成分（以下、正規化照射強度と言う）のＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離への依存性を示す。図７中、（ａ）に示す◇印はＬＥＤ１３の面発光直径がφ３０ｍｍの場合のデータ、□印はＬＥＤ１３の面発光直径がφ１０ｍｍの場合のデータを示す。又、図７中、（ｂ）に示す３０ｍｍ，５０ｍｍ，７５ｍｍ，１００ｍｍ，１２５ｍｍ，１５０ｍｍは夫々ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離を示し、横軸の０．０はＸ＝０ｍｍの入射瞳１４−１の中心位置に相当する。

図８中、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、夫々ＬＥＤ１３の面光源から対象物５０１までの距離が３０ｍｍ，５０ｍｍ，７５ｍｍ，１５０ｍｍの場合の解析結果を、ＬＥＤ１３の面発光直径がφ２ｍｍの場合について示す。尚、図８以降のデータを示す図において、ＬＥＤ１３の発光直径が特に記載されていない場合は、データがＬＥＤの形状モデルと発光分布モデルのデータを使用しているものとする。図８において、縦軸は対象物５０１上のＹ方向の位置をｍｍで示し、横軸は対象物５０１上のＸ方向の位置をｍｍで示し、横方向に延びる平行の黒っぽく見えるストライプが上記信号成分に相当する。又、図８において、光が集中したピーク（白く表現されている部分）が、正規化された正反射成分（又は、ノイズ成分）に相当する正規化照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表している。

図７及び図８からもわかるように、ＬＥＤ１３の面光源から対象物５０１までの距離が短くなると、対象物５０１から撮像光学系１４への光の復路の照射強度分布が広がり、テカリ成分を低減することができる。一方、ＬＥＤ１３の面光源から対象物５０１までの距離が短すぎると、ＬＥＤ１３から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性がくずれてくるために、逆にテカリ成分が増加して信号成分／テカリ成分の比率が悪化（低下）してしまう。このように、テカリ（正反射）の影響は、ＬＥＤ１３から対象物５０１までの光の往路の照射強度分布の平坦性にも依存することが確認された。

次に、照明光学素子１６の上面（即ち、照明光学系１７の出射面）の形状と、照明光学系１７から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性との関係の解析結果について説明する。この解析には図９に示すような照明光学系１７を用いた。図９は、照明光学系１７の出射面１６−１の各種形状を示す断面図である。図９中、（ａ）は凸面形状の出射面１６−１Ａ、（ｂ）は平坦形状の出射面１６−１Ｂ、（ｃ）は凹面形状の出射面１６−１Ｃ、（ｄ）は外側に向けて下方向へ傾斜している凹面形状の出射面１６−１Ｄを示す。

図１０は、照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、図９の（ａ）に示す出射面１６−１Ａの凸面形状の半径Ｒが２ｍｍの例凸Ｒ２と、出射面１６−１Ａの凸面形状の半径Ｒが４ｍｍの例凸Ｒ４について、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。

図１１は、照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、図９の（ｂ）に示す出射面１６−１Ｂが平坦形状の例Ｆ１と、図９の（ｃ）に示す出射面１６−１Ｃの凹面形状の半径Ｒが４ｍｍ，３ｍｍ，２ｍｍの例凹Ｒ４，凹Ｒ３，凹Ｒ２について、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。

図１２は、照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、図９の（ｃ）に示す出射面１６−１Ｃの凹面形状の半径Ｒが３ｍｍの例凹Ｒ３と、図９（ｄ）に示す出射面１６−１Ｄの凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで且つ右側において半径Ｒの中心位置がＸ方向へ０．５ｍｍ，−０．５ｍｍずらされて（即ち、ディセンタリングされて）凹面形状に傾斜をつけた例凹Ｒ３Dec0.5，凹Ｒ３Dec-0.5について、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。例凹Ｒ３Dec0.5は外側に向けて下方向へ傾斜している凹面形状であり、例凹Ｒ３Dec-0.5は外側に向けて上方向へ傾斜している凹面形状である。

図１０乃至図１２からもわかるように、比較例Ｃ１及び凸面形状の例凸Ｒ２，凸Ｒ４では光の往路の照射強度分布の平坦性が悪いことが確認された。又、凹面形状の例凹Ｒ２，凹Ｒ３，凹Ｒ４では比較例Ｃ１及び凸面形状の例凸Ｒ２，凸Ｒ４と比較すると光の往路の照射強度分布の平坦性が向上することが確認された。更に、凹面形状に傾斜をつけた例凹Ｒ３Dec0.5，凹Ｒ３Dec-0.5では凹面形状凹Ｒ３と比較して光の往路の照射強度分布の平坦性が更に向上し、特に外側に向けて下方向へ傾斜している凹面形状の例凹Ｒ３Dec0.5が外側に向けて上方向へ傾斜している凹面形状の例凹Ｒ３Dec-0.5と比較しても光の往路の照射強度分布の平坦性が更に向上することが確認された。このように、図９中、（ｄ）で示すように外側に向けて下方向へ傾斜している凹面形状の出射面１６−１Ｄの場合に、光の往路の照射強度分布の平坦性が特に向上することが確認された。

図１３は、照射光学系１７の出射面が傾斜面である比較例Ｃ２について、対象物５０１への光の往路の照射強度をＸ方向の位置について示す図である。図１３中、（ａ）は照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、照明光学系１７の出射面１６−１Ｅが（ｂ）に示すように下方向に傾斜した平坦面である比較例Ｃ２と、図９（ｄ）に示す出射面１６−１Ｄの凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで且つ右側において半径Ｒの中心位置が０．５ｍｍディセンタリングされて凹面形状に傾斜をつけた例凹Ｒ３Dec0.5について、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。図１３（ａ）からもわかるように、比較例Ｃ２の場合は照明光学系１７の中心部分に対向する対象物５０１の部分で照射強度が比較的大きく低下することが確認された。このように、照明光学系１７の出射面１６−１Ｅを単に傾斜した平坦面としたのでは、例凹Ｒ３Dec0.5の場合のように照射強度分布の平坦性を向上することはできないことが確認された。

図１４は、比較例Ｃ１と、照明光学系１７の出射面の凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで傾斜をつけた例凹ＲDec0.5に対する正反射の影響の解析結果を説明する図である。図１４中、（ａ）はＬＥＤ１３の面光源直径がφ１０ｍｍの場合の上記比較例Ｃ１の解析結果を示し、（ｂ）はＬＥＤ１３の面光源直径がφ１０ｍｍの場合の上記例凹Ｒ３Dec0.5の解析結果を示す。図１４において、縦軸は対象物５０１上のＹ方向の位置をｍｍで示し、横軸は対象物５０１上のＸ方向の位置をｍｍで示し、横方向に延びる平行の黒っぽく見えるストライプが上記信号成分に相当する。又、図１４において、光が集中したピーク（白く表現されている部分）が、正反射成分（又は、ノイズ成分）に相当する照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表している。

図１５は、比較例Ｃ１におけるＬＥＤ１３の面光源直径（ｍｍ）に対する信号成分／テカリ成分の比率（％）を示す。図１５からもわかるように、例えばＬＥＤ１３の発光面の直径（即ち、面光源直径）をφ３０ｍｍからφ１２ｍｍに減少させて撮像装置１０の小型化を図ろうとした場合、比較例Ｃ１の場合はＬＥＤ１３の発光面の面積（即ち、面光源面積）に対してテカリ成分が増加して信号成分／テカリ成分の比率が相対的に減少して約６％になるため、撮像装置１０の小型化が難しい。これに対し、上記の例凹Ｒ３Dec0.5の場合はＬＥＤ１３の発光面の直径をφ３０ｍｍからφ１２ｍｍに減少させても、ＬＥＤ１３の発光面の面積に対してテカリ成分の増加が抑制されて信号成分／テカリ成分の比率が図１５中Ｐｒで示すように約１５％まで向上されることが確認された。つまり、上記の例凹Ｒ３Dec0.5の場合は、撮像装置１０を小型化しても照明光学系１７から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性が向上され、正反射（テカリ）の影響が抑えられることが確認された。

次に、照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の凹面形状の出射面１６−１Ｄの半径Ｒ及び傾斜への依存性について、図１６及び図１７と共に説明する。

図１６は、照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の凹面形状の出射面の半径Ｒへの依存性を説明する図である。図１６中、（ａ）は照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、（ｂ）に示す出射面１６−１Ｃの凹面形状の半径Ｒが６ｍｍ，４ｍｍ，３ｍｍ，２ｍｍの例凹Ｒ６，凹Ｒ４，凹Ｒ３，凹Ｒ２について、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。

図１７は、照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の凹面形状の出射面の傾斜への依存性を説明する図である。図１７中、（ａ）は照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、（ｂ）に示す出射面１６−１Ｄの凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで且つ右側において半径Ｒの中心位置がＸ方向へ０．２ｍｍ，０．５ｍｍ，０．７ｍｍ，１ｍｍずらされて（即ち、ディセンタリングされて）凹面形状に傾斜をつけた例凹Ｒ３Dec0.2，Ｒ３Dec0.5，凹Ｒ３Dec0.7，凹Ｒ３Dec1について、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。例凹Ｒ３Dec0.2，Ｒ３Dec0.5，凹Ｒ３Dec0.7，凹Ｒ３Dec1は、外側に向けて下方向へ傾斜している凹面形状であり、傾斜角度はこれらの例の中では例凹Ｒ３Dec1の場合が最も大きい。

本実施例における照明光学素子１７はリング形状を有しており、その半径方向に沿ったリング幅は例えば２ｍｍであり外形はφ１２ｍｍである。この場合、凹面形状の出射面１６−１Ｃ，１６−１Ｄの半径Ｒは、例えばリング幅の半分である１ｍｍより大きく、リング幅の３倍程度である６ｍｍよりも小さいことが望ましく、図１６中（ａ）からもわかるように半径Ｒはこの例では例えば３ｍｍであることが望ましい。凹面形状の出射面１６−１Ｃ，１６−１Ｄは、半径Ｒが大きくなると平面に近づいていき、半径Ｒがリング幅の半分より小さくなると平面に近づいてしまうので、照明光学系１７から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性が悪くなる。

又、凹面形状に傾斜をつける方法の一例として、上記の例では半径Ｒの中心位置をずらすディセンタリングが行われている。図１７中（ａ）からもわかるように、このディセンタリングの大きさは、２ｍｍのリング幅に対して例えば１／４から１／１０程度、即ち、この例では０．５ｍｍから０．２ｍｍ程度であることが望ましい。ディセンタリングの量を大きくして凹面形状の傾斜が大きくなりすぎると、照明光学系１７から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性が悪くなる。一方、ディセンタリングの量が小さくなりすぎると、凹面形状の傾斜がなくなってしまう。

次に、照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の照明光学素子の溝への依存性について、図１８及び図１９と共に説明する。

図１８は、照明光学系から対象物までの光の往路における照射強度分布の照明光学素子の溝への依存性を説明する図である。図１８中、（ａ）は照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、図１７中（ｂ）に示す出射面１６−１Ｄの凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで０．５ｍｍのディセンタリングで凹面形状に傾斜を付けた例凹Ｒ３Dec0.5と、図１８中（ｂ）に示す出射面１６−１Ｄの凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで０．５ｍｍのディセンタリングで凹面形状に傾斜を付けているもの照射光学素子１５に溝１５−１が設けられていない比較例Ｃ３について、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。図１８中（ａ）からもわかるように、照射光学素子１５には溝１５−１を設けた方が、照明光学系１７から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性が良くなることが確認された。

図１９中、（ａ）は照明光学系１７が設けられていない比較例Ｃ１と、（ｂ）に示す出射面１６−１Ｄの凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで０．５ｍｍのディセンタリングで凹面形状に傾斜をつけた例凹Ｒ３Dec0.5narrow，Ｒ３Dec0.5，凹Ｒ３Dec0.5wideについて、対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置（ｍｍ）に対して示す図である。例凹Ｒ３Dec0.5narrow，Ｒ３Dec0.5，凹Ｒ３Dec0.5wideは、溝１５−１のＸ方向に沿った幅ｗがリング幅の１／２より小さい場合、リング幅の１／２の場合、及びリング幅の１／２より大きい場合に相当する。図１９中（ａ）からもわかるように、例Ｒ３Dec0.5のように溝１５−１の幅ｗがリング幅の１／２程度であると、照明光学系１７から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性が良くなることが確認された。又、例凹Ｒ３Dec0.5narrowのように溝１５−１の幅ｗがリング幅の１／２より小さくなると、溝１５−１が設けられていない上記比較例Ｃ３の場合と同様に照射強度分布の平坦性が悪化することが確認された。更に、例凹Ｒ３Dec0.5wideのように溝１５−１の幅ｗがリング幅の１／２より大きくなると、照射強度分布の中央部分のへこみが図１９（ａ）に示すように顕著になることが確認された。

次に、本発明の第２実施例における撮像装置について、図２０乃至図２２と共に説明する。図２０は、本発明の第２実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。図２０中、図１７（ｂ）と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、照明光学素子１５，１６間と、照明光学素子１６の上面、即ち、照明光学系１１７の出射面に散乱面１２０が設けられている。

図２０中、（ａ）は散乱面１２０が照明光学素子１６の上面及び下面に設けられた例を示し、（ｂ）は散乱面１２０が照明光学素子１５の上面及び照明光学素子１６の上面に設けられた例を示す。散乱面１２０の形成方法は特に限定されない。例えば、散乱面１２０は、被特許文献１に記載された如きサンドブラスト処理（又は、ホーニング処理）等によりシボを作成することで形成したり、特許文献３に記載された如き屈折率の異なる微粒子を照明光学素子内に分散させて形成したり、非特許文献２に記載された如き異方性散乱フィルムを照明光学素子の表面に形成したりすることで得ることが可能である。

図２１は、比較例Ｃ１と、照明光学系１７の出射面の凹面形状の半径Ｒが３ｍｍで傾斜をつけた例凹ＲDec0.5に相当する散乱面１２０が設けられていない例Ｅ１、例凹ＲDec0.5において照明光学素子１５の上面に散乱面１２０が設けられた例Ｅ２、及び例凹ＲDec0.5において照明光学素子１５の上面及び照明光学素子１６の上面に夫々散乱面１２０が設けられた例Ｅ３に対する正反射の影響の解析結果を説明する図である。図２１中、（ａ）は例Ｅ１の解析結果、（ｂ）は例Ｅ２の解析結果、（ｃ）は例Ｅ３の解析結果を示す。図２１において、縦軸は対象物５０１上のＹ方向の位置をｍｍで示し、横軸は対象物５０１上のＸ方向の位置をｍｍで示し、横方向に延びる平行の黒っぽく見えるストライプが上記信号成分に相当する。又、図２１において、光が集中したピーク（白く表現されている部分）が、正反射成分（又は、ノイズ成分）に相当する照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表している。

図２２は、比較例Ｃ１及び例Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３における信号成分／テカリ成分の比率（％）を示す図である。図２２からもわかるように、比較例Ｃ１、例Ｅ１、例Ｅ２、例Ｅ３の順で信号成分／テカリ成分の比率が大きくなり、散乱面１２０を設けることで正反射の影響を更に抑えることができる。つまり、比較例Ｃ１の場合は信号成分／テカリ成分の比率が相対的に減少して約６％になるため、撮像装置１０の小型化が難しい。これに対し、例Ｅ１の場合は信号成分／テカリ成分の比率が約１５％まで向上され、例Ｅ２の場合は信号成分／テカリ成分の比率が約１７％まで向上され、例Ｅ３の場合は信号成分／テカリ成分の比率が約３４％まで向上されることが確認された。つまり、上記の例Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の場合は、撮像装置１０を小型化しても照明光学系１７から対象物５０１への光の往路の照射強度分布の平坦性が向上され、正反射（テカリ）の影響が抑えられることが確認され、特に例Ｅ３が望ましいことが確認された。

このように、照明光学系１７の出射面全体を均一に発光させるには、ＬＥＤ１３からの光を散乱面１２０により様々な角度に散乱させることが効果的である。従って、散乱面１２０を照明光学素子１５，１６間及び出射面の両方に設けることで、対象物５０１に様々な角度で照明光を入射させることが可能となり、正反射の影響を抑えることができる。

次に、本発明の第３実施例における撮像装置を、図２３と共に説明する。上記各実施例では、撮像光学系１４の周囲に設けられた照明光学系１７、即ち、照明光学素子１５，１６がリング形状を有する。しかし、照明光学系１７の形状はリング形状に限定されるものではなく、複数の円弧状部材で形成されていても良い。図２３中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図２３中、（ａ）は照明光学系１７がリング形状を有する場合、（ｂ）は照明光学系１７が撮像光学系１４を略囲む２個の円弧状部材１７−１Ａ，１７−２Ａで形成される場合、（ｃ）は照明光学系１７が撮像光学系１４の左右部分を囲む２個の円弧状部材１７−１Ａ，１７−２Ａより短い円弧状部材１７−１Ｂ，１７−２Ｂで形成される場合を示す。各円弧状部材１７−１Ａ，１７−２Ａ，１７−１Ｂ，１７−２Ｂは、１又は複数のＬＥＤ１３（図示せず）の上に配置されている。図２３中、（ａ）に示すリング形状の照明光学系１７及び（ｂ）に示す円弧状部材１７−１Ａ，１７−２Ａの内周の形状は、撮像光学系１４の外周の形状と略一致する。これに対し、図２３中、（ｃ）に示す円弧状部材１７−１Ｂ，１７−２Ｂの内周の形状は、撮像光学系１４の外周の形状と多少異なる。尚、照明光学系１７を形成する円弧状部材の数は、２個に限定されるものではなく、３個以上であっても良い。照明光学系１７の分割数及び形状は、対象物５０１に様々な角度で照明光を入射させるのに好適となるように選定すれば良い。

上記各実施例では、照明光学系１７を形成する照明光学素子１５，１６の間に間隙を設けることなく照明光学素子１５，１６が接合（又は、密着）されているが、照明光学素子１５，１６の間に例えば０．１ｍｍ程度の微小な間隙（即ち、空気層）が形成されていても良い。尚、照明光学素子１５，１６は、上記第２実施例のように、散乱面１２０を介して接合されていても良い。

次に、撮像装置を搭載した電子装置の一例を図２４と共に説明する。図２４は、電子装置の一例を示す斜視図である。この例では、電子装置は例えばノートパソコン等の携帯型の電子装置である。

図２４に示す電子装置１は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）を形成する。電子装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ及び記憶部を収納する本体部２、本体部２に対して開閉可能に設けられた蓋部３、本体部２に設けられたキーボード４及び入力部５、蓋部３に設けられた表示部７を有する。

図２４の右側に示す電子装置１の斜視図において、入力部５の部分を図２４の左側に拡大して示す。入力部５は、マウスパッド５１、帯形状のクリックパッド５２、及び上記第１乃至第３実施例のいずれかの構成を有する撮像装置１０を有する。一対のクリックパッド５２は、それらの長手方向に沿って撮像装置１０を挟んで一直線上に配置されており、撮像装置１０はクリックパッド５２の内側の比較的狭い空間内に搭載されている。

このように、撮像装置１０は比較的小型で、比較的低コストで構成可能であるが、上記の如く正反射（テカリ）を低減させて信号成分の劣化を防ぐことができる。従って、例えば電子装置１が生体の特徴を認識することで個人認証を行う周知の認証を行う場合、撮像装置１０は生体情報であるユーザの手や指等の血管（静脈）の模様を正確に撮像することができ、認証精度を向上することができる。言い換えると、撮像装置１０は、対象物５０１の表面からの正反射成分の影響を低減し、例えば認証に用いる信号成分の劣化を比較的低コスト、且つ、比較的小型の構成で防止することができる。

次に、本発明の第４実施例における撮像装置について、図２５共に説明する。図２５は、本発明の第４実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。図２５中、図１７（ｂ）と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、照明光学系（或いは、照明光学系部品）１７が単一の照明光学素子１７２で形成されている。照明光学素子１７２は、上記各実施例における照明光学素子１５，１６と同様の材料で形成可能である。照明光学系１７の他の部分は、上記第１乃至第３実施例と同様に形成可能である。

次に、本発明の第５実施例における撮像装置について、図２６共に説明する。図２６は、本発明の第５実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。図２６中、図２５と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２５に示す照明光学素子１７２の溝１５−１の上部が平坦であるのに対し、本実施例では、照明光学素子１７２の溝１５−２の上辺は円弧状に形成されている。溝１５−２の幅は、照明光学素子１７２（即ち、導光体）の幅（内径と外径の差）の半分程度である。溝１５−２の深さは、溝１５−２の上辺の曲率半径より大きい。ＬＥＤ１３からの光の分布は、光制御面として機能する溝１５−２の中心部（即ち、円弧状の上辺）により制御される。一方、ＬＥＤ１３からの光は、導光体として機能する溝１５−２の周辺部により散乱させられながら上方向へ導かれる。このため、図２５の照明光学素子１７２のように溝１５−１の上辺が平坦である場合と比較すると、図２６の照明光学素子１７２の方がＬＥＤ１３からの光を更に良好に分散可能である。尚、図２５及び図２６において、ＬＥＤ１３の位置は、溝１５−１，１５−２の外側に図示されているが、上記第１実施例等の説明からもわかるように、ＬＥＤ１３の少なくとも一部分が溝１５−１，１５−２内に収納されていても良い。

図２７は、溝の深さが異なる照明光学系を示す断面図である。図２７中、図２６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。照明光学素子１７２の外径は１２ｍｍ、幅は２ｍｍ、厚さは３ｍｍであるものとする。図２７中、（ａ）に示す照明光学素子１７２の溝１５−２Ａの幅は底辺で１．２ｍｍ、上辺で０．８ｍｍであり、深さが上辺の曲率半径より大きく照明光学素子１７２の厚さの半分以下であり（ｂ）に示す照明光学素子１７２の溝１５−２Ｂは深さが上辺の曲面部と側辺の平坦部の差が殆どない程度まで浅く上辺の曲率半径以下であり、（ｃ）に示す照明光学素子１７２の溝１５−２Ｃの深さは照明光学素子１７２の厚さの半分を超えており深くその他の寸法は溝１５−２Ａと同じである。

図２８は、図２７の照明光学系の対象物５０１への光の往路の照射強度を対象物５０１上のＸ方向の位置について示す図である。図２８は、ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離が５０ｍｍの場合を示す。図２８中、Ａ，Ｂ，Ｃは夫々図２７（ａ），（ｂ），（ｃ）の溝１５−２Ａ，１５−２Ｂ，１５−２Ｃを有する照明光学素子１７２を用いた場合の照射強度を示す。図２８からもわかるように、Ａの溝１５−２Ａの場合の照明分布と比較すると、Ｂは溝１５−２Ｂの深さが上辺の曲率半径以下であり浅すぎるため照明分布の平坦性が低下しており、Ｃは溝１５−２Ｃの深さが照明光学素子１７２の厚さの半分を超えており深すぎるために照明分布の平坦性が低下していることがわかる。従って、照明光学素子１７２の溝１５−２の深さは、照明光学素子１７２の厚さの半分以下で、且つ、溝１５−２の上辺の曲率半径よりも大きいことが望ましいことが確認された。

図２９は、溝の曲率が異なる照明光学系を示す断面図である。図２９中、図２６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。照明光学素子１７２の外径は１２ｍｍ、幅は２ｍｍ、厚さは３ｍｍであるものとする。図２９中、（ａ）に示す照明光学素子１７２の溝１５−２Ａの幅は底辺で１．２ｍｍ、上辺で０．８ｍｍであり、深さが上辺の曲率半径Ｒ０７（＝０．７ｍｍ）より大きく、曲率半径Ｒ０７が溝１５−２Ａの幅（上辺の０．８ｍｍ）より小さく溝１５−２Ａの幅の半分以上であり（ｂ）に示す照明光学素子１７２の溝１５−２Ｄは上辺の曲率半径Ｒ１（＝１ｍｍ）が溝１５−２Ｄの幅（上辺の０．８ｍｍ）以上である以外は溝１５−２Ａと同じであり、（ｃ）に示す照明光学素子１７２の溝１５−２Ｅは上辺の曲率半径Ｒ０４（＝０．４ｍｍ）が溝１５−２Ｅの幅（上辺の０．８ｍｍ）より小さく溝１５−２Ｅの幅の半分以上である以外は溝１５−２Ａと同じである。

図３０は、図２９の照明光学系の対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置について示す図である。図３０及び後述する図３１は、ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離が５０ｍｍの場合を示す。図３０中、Ｒ０７，Ｒ１は夫々図２９（ａ），（ｂ）の溝１５−２Ａ，１５−２Ｄを有する照明光学素子１７２を用いた場合の照射強度（ａ．ｕ．）を示す。又、Ｒ３，Ｒ２は、溝１５−２Ｄの上辺の曲率半径がＲ２（＝２ｍｍ），Ｒ３（＝３ｍｍ）の場合を比較例として示す。図３０からもわかるように、Ｒ０７の溝１５−２Ａの場合の照明分布と比較すると、Ｒ１は溝１５−２Ｄの曲率半径Ｒ１が溝幅を超えており大きすぎるため照明分布の平坦性が低下していることがわかる。又、溝１５−２Ｄの曲率半径が更に大きいＲ２，Ｒ３の比較例の場合は、照明分布の平坦性が更に低下していることがわかる。

図３１は、図２９の照明光学系の対象物５０１への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物５０１上のＸ方向の位置について示す図である。図３１中、Ｒ０７，Ｒ０４は夫々図２９（ａ），（ｃ）の溝１５−２Ａ，１５−２Ｅを有する照明光学素子１７２を用いた場合の照射強度（ａ．ｕ．）を示す。図３１からもわかるように、Ｒ０７の溝１５−２Ａの場合の照明分布と比較しても、Ｒ０４は溝１５−２Ｅの曲率半径Ｒ０４が溝幅（上辺で０．８ｍｍ）より小さく溝幅の半分以上であるため、照明分布の平坦性の低下は見られない。従って、照明光学素子１７２の溝１５−２の上辺の曲率半径は、溝１５−２の上辺の溝幅より小さく、且つ、上辺の溝幅の半分以上であることが望ましいことが確認された。

図３２は、円弧状の上辺と曲率半径が略無限大の側辺で形成された溝を有する照明光学系を示す断面図である。図３３は、図３２の溝の形状を説明する図である。図３２及び図３３に示すように、照明光学素子１７２の溝１５−２は、円弧状の上辺１７２−１の曲率半径が溝１５−２の上辺の溝幅以下で、且つ、上辺の溝幅の半分以上である。一方、溝１５−２の側辺１７２−２の曲率半径は、上辺１７２−１の曲率半径と比較して大きく、例えば略無限大である。又、側辺１７２−２は、照明光学素子１７２の底面に垂直な方向と平行ではなく、傾斜している。ＬＥＤ１３からの光は、曲率半径が異なる上辺１７２−１と側辺１７２−２のうち、平面に近く導光体として機能する側辺１７２−２により散乱させられながら上方向へ導かれる。一方、ＬＥＤ１３からの光は、光制御面として機能する上辺１７２−１により制御される。このため、図２５の照明光学素子１７２のように溝１５−１の上辺が平坦である場合と比較すると、溝１５−２の上辺１７２−１が円弧状である図３２の照明光学素子１７２の方がＬＥＤ１３からの光を更に良好に分散可能である。

図３４は、対象物までが近距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系に対する往路照射強度分布の解析結果を説明する図である。図３４は、ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離が５０ｍｍの場合を示す。図３４において、縦軸は対象物５０１上のＹ方向の位置をｍｍで示し、横軸は対象物５０１上のＸ方向の位置をｍｍで示し、照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表している。

図３５は、対象物までが近距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。図３５中、Ｉ４ｎ，Ｉ５ｎは夫々図２５及び図２６の溝１５−１，１５−２を有する照明光学素子１７２を用いた場合の照射強度（ａ．ｕ．）を示す。図３５からもわかるように、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ４ｎには中央部分にへこみ（強度の低下）があるのに対し、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ５ｎは略一定であることが確認された。これは、上辺が円弧状の溝１５−２の方が、上辺が平坦な溝１５−１より光が更に良好に分散していることによるものであると考えられる。

図３６は、対象物までが遠距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系に対する往路照射強度分布の解析結果を説明する図である。図３６は、ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離が１００ｍｍの場合を示す。図３６において、縦軸は対象物５０１上のＹ方向の位置をｍｍで示し、横軸は対象物５０１上のＸ方向の位置をｍｍで示し、照射強度を任意単位（ａ．ｕ．）で表している。

図３７は、対象物までが遠距離の場合の第４及び第５実施例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。図３７中、Ｉ４ｆ，Ｉ５ｆは夫々図２５及び図２６の溝１５−１，１５−２を有する照明光学素子１７２を用いた場合の照射強度（ａ．ｕ．）を示す。図３７からもわかるように、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ４ｆには中央部分にへこみ（強度の低下）があるのに対し、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ５ｆは略一定であることが確認された。これは、上辺が円弧状の溝１５−２の方が、上辺が平坦な溝１５−１より光が更に良好に分散していることによるものであると考えられる。

このように、ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離が近距離の場合も遠距離の場合も、照明光学素子１７２の溝１５−２の上辺が円弧状であると、光の分散が更に向上することが確認された。

図３８は、第５実施例とその第１変形例における照明光学系の一例を示す断面図である。図３８中、（ａ）は図３３に示すように溝１５−２の側辺１７２−２が照明光学素子１７２の底面に垂直な方向と平行ではなく傾斜している第５実施例における照明光学素子１７２を示し、（ｂ）は溝１５−２Ｆの側辺が照明光学素子１７２の底面に垂直な方向と平行である第５実施例の第１変形例を示す。

図３９は、第５実施例とその第１変形例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。図３９は、ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離が５０ｍｍの場合を示す。図３９中、Ｉ５ｎ，Ｉ５Ｆｎは夫々図３８（ａ），（ｂ）の溝１５−２，１５−２Ｆを有する照明光学素子１７２を用いた場合の照射強度（ａ．ｕ．）を示す。図３９からもわかるように、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ５Ｆｎには中央部分に多少のへこみ（強度の低下）があるのに対し、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ５ｎは略一定であることが確認された。これは、側辺が下方向に広がるように傾斜している溝１５−２の方が、側辺が傾斜していない溝１５−２Ｆより光が更に良好に分散していることによるものであると考えられる。

このように、照明光学素子１７２の溝１５−２の側辺が下方向に広がるように傾斜していると、光の分散が更に向上することが確認された。

図４０は、第５実施例とその第２変形例における照明光学系の一例を示す断面図である。図４０中、（ａ）は図３３に示すように溝１５−２の側辺１７２−２が照明光学素子１７２の底面に垂直な方向と平行ではなく傾斜している第５実施例における照明光学素子１７２を示し、（ｂ）は溝１５−２Ｇの側辺の曲率が上辺の曲率と比較して大きいが、略無限大である溝１５−２の側辺１７２−２の曲率と比較すると小さい第５実施例の第２変形例を示す。

図４１は、第５実施例とその第２変形例における照明光学系の対象物への光の往路の照射強度（ａ．ｕ．）を対象物上のＸ方向の位置について示す図である。図４１は、ＬＥＤ１３の面光源と対象物５０１との間の距離が５０ｍｍの場合を示す。図４１中、Ｉ５ｎ，Ｉ５Ｇｎは夫々図４０（ａ），（ｂ）の溝１５−２，１５−２Ｇを有する照明光学素子１７２を用いた場合の照射強度（ａ．ｕ．）を示す。図４１からもわかるように、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ４Ｇｎには中央部分にへこみ（強度の低下）があるのに対し、照明光学素子１７２の照明分布Ｉ５ｎは略一定であることが確認された。これは、側辺の曲率が略無限大であり下方向に広がるように傾斜している溝１５−２の方が、側辺の曲率が略無限大の曲率と比較して小さい溝１５−２Ｇより光が更に良好に分散していることによるものであると考えられる。

このように、照明光学素子１７２の溝１５−２の側辺の曲率が略無限大であり下方向に広がるように傾斜していると、光の分散が更に向上することが確認された。

図４２は、本発明の第６実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す断面図である。図４２中、図２６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、溝１５−２内に照明光学素子１７２の材料よりも低屈折率で透明な樹脂５００が充填されている。照明光学素子１７２は、例えば屈折率が１．６のポリカーボネイト、屈折率が１．５のＰＭＭＡ（アクリル樹脂）、屈折率が１．５のＢＫ７（ガラス）等で形成されているのに対し、樹脂５００は例えば屈折率が１．４のシリコン樹脂で形成されている。樹脂５００を溝１５−２内に充填することで、照明光学系１７の底面がより平坦となり、撮像装置の組み立て精度及び組み立て効率を向上できる。

図４３は、本発明の第７実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図であり、図４４は、第７実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。図４３及び図４４中、図１及び図２６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図４３に示すように、複数のＬＥＤ１３は、各ＬＥＤ１３の光軸（又は、発光中心）が溝１５−２の中心付近に同様に配置されるように、溝１５−２の下側に配置される。この場合、ＬＥＤ１３は図４４（ａ）に示すように溝１５−２の下側で照明光学素子１７２の底面の下側に配置されていても、図４４（ｂ）に示すようにＬＥＤ１３の少なくとも一部分が溝１５−２内に収納されるように配置されていても良い。

図４５は、本発明の第８実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図であり、図４６は、第８実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。図４５及び図４６中、図１及び図２６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図４５に示すように、複数のＬＥＤ１３は、各ＬＥＤ１３の光軸（又は、発光中心）が溝１５−２の中心付近に配置されるように、溝１５−２の下側に配置されるが、複数のＬＥＤ１３の光軸は円周方向上で見ると半径方向へ意図的にずらされている。この場合、複数のＬＥＤ１３のうち特定のＬＥＤ１３の光軸は図４６（ａ）に示すように溝１５−２の中心より内側に配置されており、他のＬＥＤ１３の光軸は図４６（ｂ）に示すように溝１５−２の中心より外側に配置されている。尚、複数のＬＥＤ１３の光軸が溝１５−２の中心に対して半径方向上異なる配置であれば、特に限定されない。このように、複数のＬＥＤ１３の光軸が溝１５−２の中心に対して半径方向上異なる配置とすることで、ＬＥＤ１３からの光をより多方向へ分散させることができる。

図４７は、本発明の第９実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。図４７中、図４４と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図４７中、（ａ）は、ＬＥＤ１３が照明光学素子１７２に対して外側に傾けて配置されている例であり、（ｂ）はＬＥＤ１３の傾けた配置に合わせて照明光学素子１７２の底面が傾斜している例である。図４７（ａ），（ｂ）のいずれの例の場合も、ＬＥＤ１３の光軸（又は、発光中心）が溝１５−２の中心軸に対して傾斜するので、照明光学系１７の外側への光の分散を向上可能である。言うまでもなく、ＬＥＤ１３を照明光学素子１７２に対して内側に傾けて配置しても良く、この場合は照明光学系１７の内側への光の分散を向上可能である。又、複数のＬＥＤ１３のうち、照明光学素子１７２に対して外側に傾けて配置するＬＥＤ１３と照明光学素子１７２に対して内側に傾けて配置するＬＥＤ１３とを混在させても良い。図４７中、（ｂ）の例の場合、照明光学素子１７２の底面が傾斜しているので、（ａ）の例の場合よりＬＥＤ１３を傾けて配置することによる照明光学系１７の厚さの増加を抑制することができる。

図４８は、本発明の第１０実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図であり、図４９は、第１０実施例における照明光学系の一部を拡大して示す断面図である。図４８及び図４９中、図１及び図２６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

上記各実施例及び変形例では、照明光学系の溝の半径方向の溝幅等について規定している。これに対し、本実施例では、照明光学系の溝の円周方向の溝幅についても規定する。図４９中、（ａ）は照明光学素子１７２の半径方向に沿った断面を示し、（ｂ）は照明光学系１７２の円周方向に沿った断面を示す。図４８及び図４９に示すように、照明光学素子１７２の溝１５−２０は、照明光学系１７の円周方向と半径方向に対して同様に形成された先端が円弧形状の円錐台形状を有する。これにより、ＬＥＤ１３からの光を円周方向及び半径方向についても良好に分散させることができる。

図５０は、本発明の第１１実施例における撮像装置の照明光学系の一例を示す平面図である。図５０中、図２及び図２６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図５０では、照明光学系１７が一対の照明光学素子１５，１６で形成され、溝１５−２が下側の照明光学素子１５に形成されている点を除けば、上記第５実施例等と同様の効果を得ることができる。

尚、撮像装置が搭載される電子装置は、携帯型の電子装置に限定されるものではなく、又、コンピュータに限定されるものでもない。

又、上記実施例のうち、２以上の実施例を適宜組み合わせても良いことは言うまでもない。例えば、照明光学系（或いは、照明光学系部品）が単一の照明光学素子で形成されている場合も、例えば上記第２実施例のように照明光学素子の上面、即ち、照明光学系の出射面に散乱面を設けても良い。更に、照明光学素子の溝内に照明光学素子（導光体）の材料よりも低屈折率で透明な樹脂を充填する実施例は、上記各実施例と組み合わせが可能である。同様に、照明光学素子の溝を円周方向と半径方向に形成する実施例は、照明光学系が単一の照明光学素子で形成されている実施例とも、照明光学系が一対の照明光学素子で形成されている実施例とも組み合わせが可能である。又、各実施例及び変形例における照明光学系は、図１に示す如き撮像装置及び図２４に示す如き電子装置に適用可能である。

以上の実施例及び変形例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
複数の光源と、
導光体を形成し、第１の面で受けた前記複数の光源からの光を反射及び拡散させて前記第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系と、
前記照射光学系の内側に配置され、前記対象物からの反射光が入射されて前記対象物の少なくとも一部の領域に相当する被写体像を撮像素子上に結像する撮像光学系を備え、
前記第２の面は凹面形状を有することを特徴とする、撮像装置。
（付記２）
前記第２の面の前記凹面形状は、前記撮像光学系から前記照明光学系の外周方向に、且つ、前記第１の面の方向に向かって傾斜していることを特徴とする、付記１記載の撮像装置。
（付記３）
前記照射光学系は、前記第１の面に前記複数の光源が下側に配置される溝が形成されていることを特徴とする、付記１又は２記載の撮像装置。
（付記４）
前記照射光学系は、
前記第１の面に前記複数の光源が下側に配置される溝が設けられた第１の照明光学素子と、
前記第１の照明光学素子上に設けられ、上面が前記第２の面を形成する第２の照明光学素子を有することを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載の撮像装置。
（付記５）
前記溝の上辺の曲率半径は、前記上辺の幅より小さく、且つ、前記上辺の幅の半分以上であり、
前記溝の深さは、前記照明光学系の厚さの半分以下で、且つ、前記溝の上辺の曲率半径よりも大きいことを特徴とする、付記３又は４記載の撮像装置。
（付記６）
前記溝の側辺の曲率は、前記上辺の曲率と比較して大きいことを特徴とする、付記５記載の撮像装置。
（付記７）
前記側辺は、下方向に広がるように傾斜していることを特徴とする、付記６記載の撮像装置。
（付記８）
前記溝内に前記照明光学系の材料よりも低屈折率で透明な樹脂が充填されていることを特徴とする、付記３乃至７のいずれか１項記載の撮像装置。
（付記９）
前記第２の面上に設けられた第１の散乱面と、
前記第１の照明光学素子と前記第２の照明光学素子の間に設けられた第２の散乱面を更に備えたことを特徴とする、付記４記載の撮像装置。
（付記１０）
前記撮像光学系は円柱形状を有し、
前記照明光学系は、前記撮像光学系の周囲を囲むリング形状を有することを特徴とする、付記１乃至４のいずれか１項記載の撮像装置。
（付記１１）
前記溝は、前記照明光学系の円周方向と半径方向に対して同様に形成された先端が円弧形状の円錐台形状を有することを特徴とする、付記３乃至９のいずれか１項記載の撮像装置。
（付記１２）
前記溝は、前記複数の光源の少なくとも一部分を収納することを特徴とする、付記３乃至９のいずれか１項記載の撮像装置。
（付記１３）
前記撮像光学系は円柱形状を有し、
前記照明光学系は、前記撮像光学系の周囲を囲む複数の円弧状部材を有することを特徴とする、付記１乃至１２のいずれか１項記載の撮像装置。
（付記１４）
各円弧状部材は、少なくとも１つの光源からの光を受ける配置を有することを特徴とする、付記１３記載の撮像装置。
（付記１５）
前記第１の照明光学素子及び第２の照明光学素子は、前記第１の照明光学素子及び第２の照明光学素子の間に間隙を設けることなく接合されていることを特徴とする、付記４記載の撮像装置。
（付記１６）
前記第１の照明光学素子及び第２の照明光学素子の間に間隙が設けられていることを特徴とする、付記４記載の撮像装置。
（付記１７）
プロセッサ及び記憶部を収納する本体部と、
前記本体部に設けられた、付記１乃至１６のいずれか１項記載の撮像装置を備えたことを特徴とする、電子装置。
（付記１８）
導光体を形成し、第１の面で受けた複数の光源からの光を反射及び拡散させて前記第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系部品であって、
前記対象物からの反射光は前記照射光学系部品の内側の空間に入射され、
前記第２の面は凹面形状を有することを特徴とする、照明光学系部品。
（付記１９）
前記第２の面の前記凹面形状は、前記照明光学系部品の内側から外側方向に、且つ、前記第１の面の方向に向かって傾斜していることを特徴とする、付記１８記載の照明光学系部品。
（付記２０）
前記第１の面に前記複数の光源が下側に配置される溝が設けられた第１の照明光学素子と、
前記第１の照明光学素子上に設けられ、上面が前記第２の面を形成する第２の照明光学素子を有することを特徴とする、付記１８又は１９記載の照明光学系部品。
（付記２１）
前記第２の面上に設けられた第１の散乱面と、
前記第１の照明光学素子と前記第２の照明光学素子の間に設けられた第２の散乱面を更に備えたことを特徴とする、付記１３記載の照明光学系部品。
（付記２２）
前記第２の照明光学素子は、リング形状を有することを特徴とする、付記１８又は１９のいずれか１項記載の照明光学系部品。
（付記２３）
前記第２照明光学系は、複数の円弧状部材を有することを特徴とする、付記１８又は１９記載の撮像装置。

以上、開示の撮像装置、電子装置及び照明光学系部品を実施例及び変形例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

１ 電子装置
１０ 撮像装置
１１ 配線基板
１２ 撮像系基板
１３ ＬＥＤ
１４ 撮像光学系
１５，１６，１７１，１７２ 照明光学素子
１５−１，１５−２ 溝
１６−１Ｄ 出射面
１７ 照明光学系

Claims (10)

1. 複数の光源と、
   導光体を形成し、第１の面で受けた前記複数の光源からの光を反射及び拡散させて前記第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系と、
   前記照射光学系の内側に配置され、前記対象物からの反射光が入射されて前記対象物の少なくとも一部の領域に相当する被写体像を撮像素子上に結像する撮像光学系を備え、
   前記第２の面は凹面形状を有することを特徴とする、撮像装置。
2. 前記第２の面の前記凹面形状は、前記撮像光学系から前記照明光学系の外周方向に、且つ、前記第１の面の方向に向かって傾斜していることを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
3. 前記照射光学系は、前記第１の面に前記複数の光源が下側に配置される溝が形成されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記照射光学系は、
   前記第１の面に前記複数の光源が下側に配置される溝が設けられた第１の照明光学素子と、
   前記第１の照明光学素子上に設けられ、上面が前記第２の面を形成する第２の照明光学素子を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載の撮像装置。
5. 前記溝の上辺の曲率半径は、前記上辺の幅より小さく、且つ、前記上辺の幅の半分以上であり、
   前記溝の深さは、前記照明光学系の厚さの半分以下で、且つ、前記溝の上辺の曲率半径よりも大きいことを特徴とする、請求項３又は４記載の撮像装置。
6. 前記第２の面上に設けられた第１の散乱面と、
   前記第１の照明光学素子と前記第２の照明光学素子の間に設けられた第２の散乱面を更に備えたことを特徴とする、請求項４記載の撮像装置。
7. 前記撮像光学系は円柱形状を有し、
   前記照明光学系は、前記撮像光学系の周囲を囲むリング形状を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項記載の撮像装置。
8. 前記溝は、前記複数の光源の少なくとも一部分を収納することを特徴とする、請求項３乃至７のいずれか１項記載の撮像装置。
9. プロセッサ及び記憶部を収納する本体部と、
   前記本体部に設けられた、請求項１乃至８のいずれか１項記載の撮像装置を備えたことを特徴とする、電子装置。
10. 導光体を形成し、第１の面で受けた複数の光源からの光を反射及び拡散させて前記第１の面とは反対側の第２の面から光を対象物に照射する照射光学系部品であって、
    前記対象物からの反射光は前記照射光学系部品の内側の空間に入射され、
    前記第２の面は凹面形状を有することを特徴とする、照明光学系部品。