JP5337256B2

JP5337256B2 - 撮像装置の照明光学系

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Publication number: JP5337256B2
Application number: JP2011538211A
Authority: JP
Inventors: 行造山崎; 功岩口
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Description

本発明は、入射した光の出射方向等を制御可能な、撮像装置の照明光学系に関する。

図１は、プリズム板１１１による光の出射方向の制御を示す図である。また、図２は、そのプリズム板１１１をＩＩ−ＩＩ方向から見た図であり、図３は、プリズム板１１１による出射光の指向特性を示す図である。

図１に示すように、プリズム板１１１は、多数の稜線１１３を有するプリズム列が平行に配置されたプリズム面１１２を有し、このプリズム面１１２側から入射する光（実線及び破線）を左右に偏向する機能を備えている。このため、プリズム板１１１は、光の出射方向を制御する光学素子として照明光学系などに用いられている。

また、図２及び図３の実線で示すように、プリズム面１１２に垂直に入射した光は、図３の左右方向（接線方向）のみに偏向し、稜線１１３の方向には向かわない。
これらの図１〜図３から、プリズム面１１２側から入射した光線は、プリズム板１１１で偏向する様子がわかる。

また、図１及び図３の破線で示すように、光が垂直ではなく３次元的にいろいろな方向から入射した場合には、出射方向も入射方向に応じて変化するが、やはり稜線１１３の方向には光は指向せず、図３の左右方向に強い指向性を示す。

このように、入射光の方向を制御しても、稜線１１３の方向には出射光を指向させることはできない。したがって、照明に指向性を持たせながらもデッドゾーンを作りたくない場合、すなわち、プリズム列の稜線方向にも照明光を分配するためには、出射光を拡散させる必要がある。

図４は、プリズム板１１１の出射面にブラスト処理を施して微小凹凸部（拡散面）１１４を形成した例を示す図である。また、図５は、出射面にブラスト処理を施したプリズム板１１１による出射光の指向特性を示す図であり、図６は、そのプリズム板１１１をＶＩ−ＶＩ方向から見た図である。

この場合、図５及び図６に示すように，プリズム板１１１で偏向した光は出射面で拡散され，一部は稜線１１３の方向にも指向する。その結果、プリズム板１１１を出射する照明光は左右方向への指向性を維持しながらも全方向に光を分配することができる。

図７は、プリズム板１１１を出射面から見たときの出射光の指向性分布を示す図である。
同図７で明らかなように、プリズム板１１１から出射した光は左右に長い楕円状の指向性を示す。このように、出射面にブラスト処理を施して拡散効果を持たせれば、照明の出射方向にデッドゾーンをなくすことができる。また、ブラストの強さによって出射光の指向性を制御することができる。

同様に、例えば、特許文献１には、出射光制御板の出射面側に微小な凸部をランダムに形成し、この微小な凸部で入射面側から入射した光を散乱させる技術が開示されている。また、特許文献２には、導光板からの斜め入射光をプリズムシートで垂直方向に変換し、さらに出射面に形成した微小凹凸部により出射光を拡散させる技術が開示されている。

しかしながら、前述した従来技術や、特許文献１及び特許文献２の技術では、図５及び図６から明らかなように、出射光の光軸はプリズムによって偏向しているため、強い指向性を残している。その結果、図７に示す出射光の指向性分布は、常に横長の楕円であり、プリズムの稜線方向への光の分配、すなわち指向性の制御には限界があった。

特許第４１９８２４６号公報特開２００７−２６４６３９号公報

本発明は、入射した光の出射方向に指向性を与え、かつ照度分布を制御することのできる撮像装置の照明光学系を提供する。

また、撮像装置の照明光学系は、撮像対象物からの反射光を撮像素子で受光して撮像すべく前記撮像対象物に光を照射する撮像装置の照明光学系において、前記撮像素子の周囲に配置された複数の発光素子と、前記複数の発光素子からの光を前記撮像対象物に照射すべく、半径方向に多数の稜線を有する三角柱形状のプリズム列が周上に形成されたプリズム面を前記複数の発光素子側に向け配置しかつ前記プリズム面に微小凹凸部を形成したリング状のプリズム板と、を有する。

プリズム板による光の出射方向の制御を示す図である。同上のプリズム板をＩＩ−ＩＩ方向から見た図である。プリズム板による出射光の指向特性を示す図である。プリズム板の出射面にブラスト処理を施して拡散面にした例を示す図である。出射面にブラスト処理を施したプリズム板による出射光の指向特性を示す図である。同上のプリズム板をＶＩ−ＶＩ方向から見た図である。プリズム板を出射面から見たときの出射光の指向性分布を示す図である。本実施の形態のプリズム板の外観斜視図である。プリズム板による出射光の指向特性を示す図である。同上のプリズム板をＸ−Ｘ方向から見た図である。プリズム面に強いブラスト処理を施した場合の出射面側からみた出射光の指向特性を示す図である。プリズム面に強いブラスト処理を施した場合の光の屈折状態を模式的に示す図である。プリズム面へのブラスト噴射時間を短縮した場合の光の屈折状態を模式的に示す図である。プリズム面へのブラスト噴射圧（流速）を低くした場合の光の屈折状態を模式的に示す図である。プリズム板から出射した光の指向特性を示す図である。同上のプリズム板をＸＩＶ−ＸＩＶ方向から見た図である。プリズム板の成形金型の構成を示す図である。照明光学系を情報読み取り用の撮像装置に応用した例を示す図である。プリズム板をプリズム面側から見た図である。プリズム面と導光体との位置関係を示す図である。ブラスト処理を施さない場合の出射光の指向特性分布を示す図である。ブラスト処理が弱い場合の出射光の指向特性分布を示す図である。ブラスト処理が中程度の場合の出射光の指向特性分布を示す図である。ブラスト処理が最大の場合の出射光の指向特性分布を示す図である。プリズム板の出射面と評価面との位置関係を示す図である。ブラスト処理を施さない場合の出射光による評価面における照度分布を示す図である。ブラスト処理が弱い場合の出射光による評価面における照度分布を示す図である。ブラスト処理が中程度の場合の出射光による評価面における照度分布を示す図である。ブラスト処理が最大の場合の出射光による評価面における照度分布を示す図である。ブラスト処理を施さない場合からブラスト処理が最大の場合までの夫々の出射光による評価面における照度分布をまとめて示した図である。リング状の導光体の出射面の形状を円錐台斜面とした照明光学系を示す図である。円錐台状のプリズム板の外観を示す図である。同上のＢ部拡大を示す図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
図８は、本実施の形態のプリズム板１１の外観斜視図である。また、図９は、プリズム板１１による出射光の指向特性を示す図であり、図１０は、そのプリズム板１１をＸ−Ｘ方向から見た図である。

本実施の形態のプリズム板１１は、片面に多数の稜線１３を有する三角柱形状のプリズム列が形成されたプリズム面１２と、このプリズム面１２に形成された微小凹凸部１４と、を有している。

なお、本実施の形態では、光の入射面側をプリズム面１２とし、また、プリズム面１２と反対側の光の出射面側を出射面１５と呼んで区別する。
三角柱形状のプリズム列を有するプリズム面１２は、周知の成形手段等によって形成することができる。微小凹凸部１４は、例えば、プリズム面１２にブラスト処理を施すことで形成することができる。なお、ブラスト処理は、被加工物の表面に珪砂等の非金属粒や金属粒を高速で噴きつけ、表面を粗化する処理方法であるが、本実施の形態ではサンドブラスト処理を想定している。また、微小凹凸部１４は、三角柱形状のプリズム列の斜面に形成されている。この微小凹凸部１４により光の拡散面が形成される。

ここで、微小凹凸部１４とは、例えばサンドブラスト処理により、相対的に微小な凹部と凸部とがアレイ状又はランダムに連続して形成されている領域をいう。例えば、凸部の形状としては、半球形状、球形状、円錐（台）形状、あるいは角錐（台）形状等の種々の形状が考えられる。また、微小凹凸部１４の凹部と凸部のピッチや、凹凸の高さ（深さ）も、出射面１５からの光の輝度分布等を考慮して決定することができる。さらに、これら凹部と凸部のピッチや凹凸の高さ（深さ）は、使用する光の波長によっても影響される。

なお、プリズム板１１のプリズム面１２に形成された多数の稜線１３は、互いに平行である場合の他に、プリズム板１１がリング状の場合は、半径方向に多数の稜線１３を有する三角柱形状のプリズム列が円周上に形成されている場合も含む（後述する図１７Ａ参照）。

また、サンドブラスト処理により、プリズム面１２に微小凹凸部１４を形成して拡散面とした場合、使用する砂の射出圧や射出時間を制御することによって所望の出射光の輝度分布を得ることができる。しかし、ここでは、サンドブラスト処理についての説明は省略する。

さらに、本実施の形態では、微小凹凸部１４を、サンドブラスト処理によって形成した場合について説明したが、これに限らない。例えば、微小凹凸部１４を形成することができれば、必ずしもサンドブラスト処理を用いる必要はなく、成形型を用いた成形手段やそれ以外の手段を用いてもよい。

このように、光の入射面側であるプリズム面１２にブラスト処理を施して、微小凹凸部１４を形成することにより、出射面１５からの出射光の指向特性を制御することができる。この出射光の指向特性は、ブラストの強さ、すなわち、微小凹凸部１４の凹凸の深さによって自由に制御することができる。

なお、図９は、プリズム板１１のプリズム面１２に施したブラスト処理が比較的弱い場合の指向特性を示す図である。
図９及び図１０において、ＬＥＤ１６からプリズム面１２に入射した光は、プリズム面１２のプリズム斜面で屈折により偏向すると同時に、微小凹凸部１４によって拡散される。そして、プリズム面１２で拡散することによって稜線１３の長手方向を含む全方向に光が分配される。

この場合、光量分布の中心である光の光軸Ｏは、プリズム斜面の角度で決まる方向に進む。そして、全体としては指向特性が保たれることになり、出射面１５側にブラスト処理を施した場合と同様な指向特性が得られる。出射面１５から出射する光は、ブラスト処理が弱い場合は微小凹凸部１４の個々の凹凸が浅いため、結果的にプリズム面１２のプリズム斜面で決まる方向に指向特性をもつことになると考えられる。

図１１は、プリズム面１２に強いブラスト処理を施した場合の出射面１５側からみた出射光の指向特性を示す図である。また、図１２Ａは、プリズム面に強いブラスト処理を施した場合の光の屈折状態を模式的に示す図、図１２Ｂは、プリズム面へのブラスト噴射時間を短縮した場合の光の屈折状態を模式的に示す図、図１２Ｃは、プリズム面へのブラスト噴射圧（流速）を低くした場合の光の屈折状態を模式的に示す図である。

図１１に示すように、強いブラスト処理によりプリズム面１２に微小凹凸部１４を形成すると、出射面１５からの出射光の指向特性は完全に消失し、無指向性の分布となる。
図１２Ａは、後述する図２０Ｄの無指向性の場合の表面凹凸の模式図を示したものであり、この場合、個々の微小凹凸部１４は、プリズム面１２の全体に深く凹凸が刻まれている。このとき、ブラスト処理を、図の鉛直下側（出射面１５と垂直方向の下側）から施すとすると、個々の微小凹凸部１４の表面は鉛直面から水平面まで広範囲の角度を有している。また、個々の微小凹凸部１４は、例えば半球状又は鉄砲玉状（この形状はブラスト流速、時間等で制御可能）ゆえ、微小凹凸部１４の表面の法線は鉛直方向を中心にして、まんべんなく分布していることになる。

ＬＥＤ１６からの入射光線Ｌは、個々の微小な凹凸部１４に入射し、その点の法線とのなす角に従って偏向する。このため、光の偏向方向も、図１２Ａの鉛直方向（偏向なし）を中心に幅広く分布する。このため、プリズム面１２での光の入射面は全体的に斜面となっているものの、入射光線の偏向方向には影響を及ぼさない。このため、この図１２Ａのプリズム板１１は結果的に無指向性を示すことになると考えられる。

このように、プリズム面１２にブラスト処理を施す場合、ブラスト処理の強弱によって自由に出射光の指向特性を制御することができる。なお、ブラスト処理の強弱は、ブラストの粒体噴射における流速、又は噴射時間などによって制御することができる。また、ブラストの粒体噴射における流速や噴射時間の基準は、粒体噴射に使用する粒径やプリズム板１１の材質等によっても異なってくる。

また、図１２Ｂは、弱いブラスト処理として噴射時間を短くした場合の表面凹凸の模式図を示している。
この場合、微小凹凸部１４の密度がまばら（微小凹凸部１４の密度が半分）になって、プリズム面１２の傾斜部分が半分残った状態となっている。これにより、入射光はプリズム偏向（凹凸なし部）と拡散（凹凸部）が混在し、出射光は指向性をもちかつ拡散すると考えられる。

さらに、図１２Ｃは、弱いブラスト処理として流速（噴射圧）を弱めた場合の表面凹凸の模式図を示している。
噴射圧を弱くすると、微小凹凸部１４の凹凸の深さが浅くなり、凹凸表面の法線は、プリズム面１２の角度を中心に小さく分布（例えば３０°±３０°）する。その結果、拡散光の光軸はプリズム偏向（プリズム面１２の偏向特性）と同一になり、入射光が偏向角を中心に拡散して、拡散光はその前後の角度に分布すると考えられる。こうして、前記と同様に、出射光は指向性をもちかつ拡散すると考えられる。

なお、粒体としてガラスビーズを用いてブラスト処理を行う場合は、微小凹凸部１４は滑らかになるため、弱いブラスト処理を施すことに相当する。このため、出射光は楕円状の強い指向特性となる。

なお、図１２Ａ〜図１２Ｃは、あくまでも説明のための模式図であり、実際の表面形状とは異なっている。サンドブラストを施したプリズム面の実際の凹凸は、振幅も周期も不均一で、図１２Ａ〜図１２Ｃに示したような半球形状や釣鐘状等にはならない場合もある。

しかし、全体的にプリズム面の凹凸の振幅は大きく、前述したように、表面の法線の方向がまんべんなく分布して、結果的に出射光は無指向性を示すことになる。
ここで、プリズム面の表面凹凸の状態、すなわちプリズム面の表面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に規定されているパラメータで表すことができる。

その１つである算術平均粗さＲａ（μｍ）は、凹凸の状態を断面形状に相当する粗さ曲線で表した上で、表面の振幅の平均線を求め、その方向にｘ軸をとり、振幅を平均線からの偏差ｆ（ｘ）としたときに、

Ｒａ＝１／Ｌ・∫_０ ^Ｌ｜ｆ（ｘ）｜ｄｘ

で表されるパラメータである。
なお、Ｌは、ｘ軸方向にとった基準長さである。

また、プリズム面の表面粗さは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１：１９９４に規定されているパラメータで表すことができる（十点平均粗さＲｚ）。
これは、山の高さと谷の深さの夫々最大から５番目まで選び、その平均を加算した値で、最大振幅と類似な意味をもつパラメータである。

これらのパラメータを用いて、図９及び図１１の凹凸状態を表すと、弱いブラスト処理を施した図９の場合には、例えばＲａ＝０．８μｍ、Ｒｚ＝５．５μｍである。この場合、凹凸振幅が小さく、プリズム斜面で決まる方向への指向性を残す特性となる。

また、図１１のように、強いブラスト処理を施した場合の表面粗さは、例えばＲａ＝１．６μｍ、Ｒｚ＝１６．４μｍである。この場合、凹凸振幅が十分大きく、出射光の指向性は消失する。

本実施の形態によれば、プリズム板１１は、多数の稜線１３を有する三角柱形状のプリズム列が形成されたプリズム面１２と、このプリズム面１２に形成された微小凹凸部１４と、を有するので、この微小凹凸部１４により照明光の出射方向に指向性を与え、かつ照度分布を制御することができる。

［第２の実施の形態］
図１３及び図１４は、本実施の形態のプリズム板１１を示す図であり、図１３は、プリズム板１１から出射した光の指向特性を示す図、図１４は、そのプリズム板１１をＸＩＶ−ＸＩＶ方向から見た図である。

なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。
本実施の形態では、光の入射側のプリズム面１２にブラスト処理を施して微小凹凸部１４を形成するとともに、照明光の出射側の出射面１５にもブラスト処理を施して微小凹凸部１４’を形成している。こうして、プリズム面１２に入射した光は、プリズム面１２の微小凹凸部１４で拡散され、さらに、出射面１５の微小凹凸部１４’で拡散されて出射される。

この場合、出射面１５からの出射光の指向性の制御は、入射側のプリズム面１２のブラストの強弱が支配的であることは、第１の実施の形態と同様である。
本実施の形態によれば、プリズム面１２に加えて出射面１５にもブラスト処理を加えることによって、更に細かい指向性の制御を行うことができる。また、プリズム面１２から入射した光が、入射側のプリズム面１２と出射側の出射面１５との２回の拡散によって、より滑らかな照明光分布が得られるという利点もある。

［第３の実施の形態］
図１５は、本実施の形態のプリズム板１１の成形金型２０の構成を示す図である。

第１の実施の形態では、プリズム板１１のプリズム面１２に直接的にブラスト処理を施し、微小凹凸部１４を形成した場合について説明した。しかし、微小凹凸部１４の形成方法はこれに限らない。例えば、成形手段によっても形成することができる。

一般に、プリズム板１１は、アクリルなどのプラスチック素材を成形して製造される。このため、実際には、図１５に示すように、成形金型２０に微小凹凸部２５を形成し、この微小凹凸部２５を成形素材２３に転写し、プリズム板１１を成形することが行われる。

すなわち、成形金型２０は、対向配置された上型２１及び下型２２を有している。そして、これら上型２１の成形面２１ａと下型２２の成形面２２ａとの間に、プラスチック素材２３が配置される。この状態で、プラスチック素材２３を所定温度に加熱軟化する。次いで、上型２１及び下型２２を相対的に接近移動してプラスチック素材２３を加圧し、プリズム板１１を成形する。図１５は上述の加圧成形法の金型を説明する図であるが，成形素材を金型で囲まれた空間に射出して成形する射出成形（インジェクション）法を用いても全く同様である。

この成形金型２０は、下型２２の成形面２２ａに、多数の稜線２４を有する三角柱形状のプリズム列を形成するとともに、このプリズム列が形成された斜面に、微小凹凸部２５を形成している。この微小凹凸部２５は、例えばブラスト処理によって形成することができる。こうすることで、成形素材２３に微小凹凸部２５を転写してプリズム板１１を成形することができる。ただし、下型２２に微小凹凸部２５を形成する場合、微細加工であればブラスト処理以外の方法を用いても構わない。

なお、本実施の形態では、下型２２に微小凹凸部２５を形成した場合について説明したが、これに限らない。例えば、上型２１の成形面２１ａにも微小凹凸部を形成してもよい。これにより、プリズム板１１のプリズム面と出射面の両方に微小凹凸部を形成することができる（前述した図１３参照）。

本実施の形態によれば、例えば下型２２の成形面２２ａに、多数の稜線２４を有する三角柱形状のプリズム列を形成するとともに、少なくともプリズム列が形成された下型２２のプリズム列の斜面に微小凹凸部２５を形成し、この微小凹凸部２５を成形素材２３に転写することで、照明光の出射方向に指向性を与え、かつ照度分布を制御可能なプリズム板１１を得ることができる。

［第４の実施の形態］
図１６は、照明光学系１０を情報読み取り用の撮像装置３０に応用した例を示す図である。また、図１７Ａは、プリズム板１１をプリズム面１２側から見た図、図１７Ｂは、プリズム面１２と導光体３３との位置関係を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

この撮像装置３０の照明光学系１０は、撮像対象物３１（例えば手のひら）からの反射光を撮像素子としてのイメージセンサ３２で受光して撮像すべく、撮像対象物３１に光を照射するものである。

この照明光学系１０は、イメージセンサ３２の周囲に円環状に配置された複数の発光素子としてのＬＥＤ１６と、複数のＬＥＤ１６の上方に配置されたリング状の導光体（円筒体）３３と、この導光体３３の出射面３３ａ上に配置されたリング状のプリズム板１１と、を有している。

なお、導光体３３は、例えば透明な樹脂（又はガラス等）で構成され、複数のＬＥＤ１６からの光を上方に導き、プリズム板１１を介して撮像対象物３１に均一な光を照射する。この導光体３３により、ＬＥＤ１６からの光が光路から漏れないように導くことが可能である。このため、導光体３３は、ＬＥＤ１６の配置状態に合わせ、リング状に形成されている。

なお、リング状とは、中央に孔を有する輪状のものをいい、例えば円形リング、方形リング、楕円リング、長円リング等を含む。
このリング状のプリズム板１１は、図１７Ａに示すように、導光体３３の出射面３３ａからの光を撮像対象物３１に照射すべく、半径方向に多数の稜線１３を有する三角柱形状のプリズム列が円周上に形成されたプリズム面１２を有している。なお、多数の稜線１３は等間隔に形成されていることが望ましいが、必ずしも厳密に等間隔でなくてもよい。また、多数の稜線１３はリング中心に向けて半径方向に形成されているが、厳密にリング中心を向いていなくてもよい。

また、図１７Ｂに示すように、このプリズム面１２が複数のＬＥＤ１６（導光体３３の出射面３３ａ側）に対向するように配置している。さらに、このリング状のプリズム板１１のプリズム面１２には、微小凹凸部１４が形成されている（図１７Ａ参照）。

この微小凹凸部１４は、第１の実施の形態等で説明したものと同様である。
そして、図１６に示したように、ＬＥＤ１６から出射された光は、リング状の導光体３３によって、読取対象である撮像対象物３１に向けて導かれる。リング状の導光体３３の内側には、イメージセンサ３２と光学レンズ３４を有する撮像系が配置されている。

図１８Ａ〜図１８Ｄは、撮像装置３０の照明光学系１０を出射面１５側から見た図である。また、この図１８Ａ〜図１８Ｄは、プリズム板１１上の１点（Ａ点）からの出射光の指向特性分布を比較した図である。

なお、この図１８Ａ〜図１８Ｄの指向性分布は、ブラスト強さ（ここでは噴射時間）をパラメータにしている。
また、撮像装置３０の中央には、光学レンズ３４とイメージセンサ３２からなる撮像系が配置されている。

そして、このイメージセンサ３２の周囲を、リング状の導光体３３及びその上に重ねられたリング状のプリズム板１１が囲んでいる。この場合、環状に並べられた複数のＬＥＤ１６が照明光源となり、導光体３３を経てリング状のプリズム板１１から照明光が出射される。

以下に説明する図１８Ａ〜図１８Ｄにおいて、プリズム板１１の出射面１５側にはブラスト処理を施していないものとする。
図１８Ａは、プリズム板１１のプリズム面１２にもブラスト処理を施していない場合であり、最も強い指向性を示す例である。

この図１８Ａでは、Ａ点から出射した光は、プリズム板１１によってリングの接線方向にのみ指向する。この場合、リング状のプリズム板１１の出射面１５全体からの照明を足し合わせると、半径方向には指向しないため、リングの中心部が暗く周囲が明るいドーナツ状の照明分布になる。

図１８Ｂは、プリズム面１２に弱いブラスト処理を施した場合であり、図１８Ｃは、それよりも強くプリズム面１２にブラスト処理を施した場合である。
図１８Ｂ及び図１８Ｃのいずれの場合も、接線方向のみならず半径方向へも照明光が出射されることがわかる。これによって、リングの中心部へも照明が届くようになる。また、ブラスト処理の強さによって指向性が変化し、ブラスト処理が比較的強い図１８Ｃの場合の方が、図１８Ｂに比べて指向性が弱くなっている。このため、図１８Ｃでは、指向性分布を示す楕円が円に近づいている。

前述のように、表面粗さパラメータによって図１８Ｂ及び図１８Ｃのプリズム面の凹凸状態を表すと、例えばブラスト処理が弱い図１８Ｂの場合は、Ｒａ＝０．８μｍ、Ｒｚ＝５．５μｍである。また、ブラスト処理が中程度の図１８Ｃの場合は、Ｒａ＝１．３μｍ、Ｒｚ＝１２．８μｍである。すなわち、図１８Ｃの方が凹凸の振幅は大きくなっている。

さらに、図１８Ｄは、プリズム面１２にブラスト処理を十分に（強く）施した場合であり、指向性分布は円に近い無指向性を示している。
この図１８Ｄの場合のプリズム面の凹凸状態は、例えばＲａ＝１．６μｍ、Ｒｚ＝１６．４μｍである。このように、ブラスト処理が十分に強いため、十分振幅の大きな凹凸状態となっている。
この場合には、リング状のプリズム板１１の出射面１５からの照明光は、リング中心部で重なることから、リング中心部の照度は高くなる。

図１９は、プリズム板１１の出射面１５と評価面（被照射面）１７との位置関係を示す図である。
同図１９では、撮像系の光軸をｚ軸とし、プリズム板１１の出射面１５をｚ＝０の平面としたときに、ｚ＝ｚ１の平面を評価面（被照射面）１７とした図である。

また、図２０Ａ〜図２０Ｄは、評価面１７における照明光の照度分布を比較した図である。なお、横軸を光軸からの距離ｒ、縦軸を照明の照度（Ｗ／ｍ２）としている。
この図２０Ａ〜図２０Ｄは、ブラスト処理の強さを噴射時間で表した場合、図２０Ａの噴射時間は０(ブラスト処理なし)、図２０Ｂの噴射時間は０〜１／２(弱いブラスト処理)、図２０Ｃの噴射時間は１／２(若干強いブラスト処理)、図２０Ｄの噴射時間を１(強いブラスト処理)であった。

さらに、図２１は、図２０Ａ〜図２０Ｄの照度分布をまとめて示した図である。
以上において、図２０Ａは図１８Ａに対応する図である。この図２０Ａは、プリズム面１２（および出射面１５）にブラスト処理がない場合の照度分布を示している。この場合、リング状のプリズム板１１のリング中心部に照明光は届かず、リング周辺部が円環状に明るいドーナツ状の照度分布となる。

図２０Ｂは図１８Ｂに対応する図である。この図２０Ｂは、プリズム面１２に弱いブラスト処理を施した場合の照度分布を示している。この場合、ブラスト処理の拡散効果によって半径方向にも照明光が分配され、リング周辺部が円環状に明るいドーナツ状の特徴をもちながらリング中心部へも照明が届いている。

図２０Ｃは図１８Ｃに対応する図である。この図２０Ｃは、プリズム面１２へのブラスト処理を図１８Ｂよりも強く施した場合の照度分布を示している。この場合、リング中心部への照明光の分配が大きくなり、評価面１７の全体に均一な照度分布となっている。

図２０Ｄは図１８Ｄに対応する図である。この図２０Ｄは、プリズム面１２へ十分に（強く）ブラスト処理を施した場合の照度分布を示している。この場合、出射光のリング接線方向への指向性は消失し、リング中心部への照明光の集中により単峰性（１つの山のような形状）の照度分布となっている。この照度分布の形は、リング型のプリズム板１１がない場合と基本的に同じである。すなわち、透明なガラス平板の片面に強いブラスト処理を施した場合と同様である。
このように、プリズム面１２のブラスト処理の強さを変えていくと、評価面１７における照度分布は図２０Ａ〜図２０Ｄのように変化する。

図２１は、図２０Ａ〜図２０Ｄの照度分布をまとめて示したものである。
同図２１のように、ブラスト処理の強弱により、照度分布は、円環状のａ曲線から、ｂ曲線，ｃ曲線を経て、単峰性のｄ曲線まで連続的に変化する。このように、プリズム面１２のブラスト処理の強弱によって所望の照明光の照度分布特性を得ることができる。

なお、照明光の出射にあたり、リング接線方向に指向特性を持たせることは、撮像系においては取得画像に物体表面の陰影をつけたり、あるいは陰影を避ける場合に効果がある。

また、リング接線方向に指向特性を持たせることで、物体からの反射光にも指向特性を与えて正反射光を避けたり、強調したりすることもできる。一方、照度分布そのものはプリズム板１１によらずとも制御することができる。例えば、照度分布は、リング接線方向への指向性がなくても半径方向の出射方向と拡散度のみで制御することができる。

なお、本実施の形態では、プリズム板１１の出射面１５側にはブラスト処理を施していないものとして説明したが、これに限らない。例えば、プリズム板１１のプリズム面１２と出射面１５の両方にブラスト処理を施してもよい（図１３参照）。この場合は、プリズム面１２のみにブラスト処理を施した場合に比較して、照明光の出射方向の指向特性と照度分布を幅広く制御することができる。

本実施の形態によれば、イメージセンサ３２の周囲に配置された複数のＬＥＤ１６と、この複数のＬＥＤ１６からの光をイメージセンサ３２に照射すべく、半径方向に多数の稜線１３を有する三角柱形状のプリズム列が周上に形成されたプリズム面１２を複数のＬＥＤ１６側に向け配置しかつプリズム面１２に微小凹凸部１４を形成したリング状のプリズム板１１と、を有することにより、照明光の出射方向に指向特性を与えながら照度分布を制御することができる。

［第５の実施の形態］
図２２は、リング状の導光体３３の出射面３３ａの形状を円錐台状の斜面とした照明光学系１０を示す図である。また、図２３Ａは、円錐台状のプリズム板１１の外観を示す図、図２３Ｂは、そのＢ部拡大を示す図である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

第１〜第４の実施の形態では、導光体３３の出射面３３ａ及びプリズム板１１のプリズム面１２を平面としていたが、本実施の形態では円錐台状とした。
すなわち、ＬＥＤ１６の光量分布、導光体３３のサイズ、撮像対象物である被照射面のサイズ及び被照射面までの距離などによって、導光体３３の出射面１５を円錐台状の斜面とする方が適切な場合がある。

この場合には、図２２に示すように、リング状の導光体３３の出射面１５を円錐台状の斜面とし、同様に、リング状のプリズム板１１の形状も、円錐台状の斜面をもつ立体的なものになる。

図２３Ａにおいて、導光体３３の出射面３３ａに重ねて配置されるリング状のプリズム板１１は、円錐台状の斜面に形成されている。また、図２３Ｂにおいて、このプリズム板１１は、第４の実施の形態と同様に、半径方向に多数の稜線１３を有する三角柱形状のプリズム列が円周上に形成されたプリズム面１２を有している。このプリズム列は、例えば頂角９０度、深さ０．２ｍｍで１８０本（プリズム列のピッチ２°）である。

さらに、図２３Ｂに示すように、プリズム面１２にサンドブラストにより微小凹凸部１４を形成している。この微小凹凸部１４により、プリズム面１２に拡散面が形成されている。

なお、本実施の形態では、プリズム板１１のプリズム面１２にブラスト処理を施して微小凹凸部１４を形成した場合について説明したが、これに限らない。例えば、プリズム面１２と出射面１５の両方にブラスト処理を施すことによって（図１３参照）、照明光の指向特性を幅広く制御することが可能となる。

本実施の形態によれば、導光体３３の出射面３３ａを円錐台状の傾斜面とし、また、プリズム板１１の出射面１５を円錐台斜面として、その出射面１５から光を拡散出射させることにより、照明光の出射方向に指向特性を与えながら照度分布を制御することができる。このときの照度分布は、前述した図２１の照度分布曲線ａ〜ｄに準じるものと考えられる。

Claims

撮像対象物からの反射光を撮像素子で受光して撮像すべく前記撮像対象物に光を照射する撮像装置の照明光学系において、
前記撮像素子の周囲に配置された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子からの光を前記撮像対象物に照射すべく、半径方向に多数の稜線を有する三角柱形状のプリズム列が周上に形成されたプリズム面を前記複数の発光素子側に向け配置しかつ前記プリズム面に微小凹凸部を形成したリング状のプリズム板と、を有する
ことを特徴とする撮像装置の照明光学系。
前記微小凹凸部の凹凸の深さを、前記プリズム面に入射した光が前記プリズム面と反対側の出射面から出射する光の指向特性に応じて変化させた
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の照明光学系。
前記微小凹凸部をブラスト処理により形成した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置の照明光学系。
前記微小凹凸部を、前記プリズム面と前記出射面の両方に形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の照明光学系。
前記プリズム面を円錐台状の斜面に形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の照明光学系。