KR101377846B1 - 프리즘판, 촬상 장치의 조명 광학계, 및 프리즘판의 성형틀 - Google Patents

Abstract

조명광의 출사 방향으로 지향성을 부여하고, 또한 조도 분포를 제어할 수 있는 프리즘판을 얻는다. 프리즘판(11)은, 다수의 능선(13)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 형성된 프리즘면(12)과, 이 프리즘면(12)에 형성된 미소 요철부(14)를 갖고 있다.

Description

프리즘판, 촬상 장치의 조명 광학계, 및 프리즘판의 성형틀{PRISM PLATE, ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM OF IMAGING DEVICE, AND MOLD FOR PRISM PLATE}

본 발명은, 입사한 광의 출사 방향 등을 제어 가능한 프리즘판, 촬상 장치의 조명 광학계, 및 프리즘판의 성형틀에 관한 것이다.

도 1은 프리즘판(111)에 의한 광의 출사 방향의 제어를 도시하는 도면이다. 또한, 도 2는 그 프리즘판(111)을 Ⅱ-Ⅱ 방향으로부터 본 도면이고, 도 3은 프리즘판(111)에 의한 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 프리즘판(111)은, 다수의 능선(113)을 갖는 프리즘열이 평행하게 배치된 프리즘면(112)을 갖고, 이 프리즘면(112)측으로부터 입사하는 광(실선 및 파선)을 좌우로 편향하는 기능을 구비하고 있다. 이 때문에, 프리즘판(111)은, 광의 출사 방향을 제어하는 광학 소자로서 조명 광학계 등에 이용되고 있다.

또한, 도 2 및 도 3의 실선으로 나타내는 바와 같이, 프리즘면(112)에 수직으로 입사한 광은, 도 3의 좌우 방향(접선 방향)으로만 편향하고, 능선(113)의 방향으로는 향하지 않는다.

이들 도 1∼도 3으로부터, 프리즘면(112)을 통하여 프리즘판(111)에 입사한 광선은, 능선(113)의 방향으로 지향하지 않는다.

또한, 도 1 및 도 3의 파선으로 나타내는 바와 같이, 광이 수직이 아니라 다양한 방향으로부터 프리즘판(111)에 입사한 경우에는, 출사 방향도 입사 방향에 따라서 변화하지만, 역시 능선(113)의 방향으로는 광은 지향하지 않고, 도 3의 좌우 방향으로 강한 지향성을 나타낸다.

이와 같이, 입사광의 방향을 제어해도, 능선(113)의 방향으로는 출사광을 지향시킬 수는 없다. 따라서, 조명에 지향성을 갖게 하면서도 데드존을 만들고 싶지 않은 경우, 즉, 프리즘열의 능선 방향으로도 조명광을 분배하기 위해서는, 출사광을 확산시킬 필요가 있다.

도 4는 프리즘판(111)의 출사면에 블러스트 처리를 실시하여 미소 요철부(확산면)(114)를 형성한 예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 5는 출사면에 블러스트 처리를 실시한 프리즘판(111)에 의한 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이고, 도 6은 그 프리즘판(111)을 Ⅵ-Ⅵ 방향으로부터 본 도면이다.

이 경우, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 프리즘판(111)에 의해 편향된 광은 출사면에서 확산되고, 일부는 능선(113)의 방향으로도 지향한다. 그 결과, 프리즘판(111)을 출사하는 조명광은 좌우 방향으로의 지향성을 유지하면서도 전체 방향으로 광을 분배할 수 있다.

도 7은 프리즘판(111)을 출사면으로부터 보았을 때의 출사광의 지향성 분포를 도시하는 도면이다.

도 7에서 명백해지는 바와 같이, 프리즘판(111)으로부터 출사한 광은 좌우로 긴 타원 형상의 지향성을 나타낸다. 이와 같이, 출사면에 블러스트 처리를 실시하여 확산 효과를 갖게 하면, 조명의 출사 방향에 데드존을 없앨 수 있다. 또한, 블러스트의 강도에 의해 출사광의 지향성을 제어할 수 있다.

마찬가지로, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 출사광 제어판의 출사면측에 미소한 볼록부를 랜덤하게 형성하고, 이 미소한 볼록부에 의해 입사면측으로부터 입사한 광을 산란시키는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 도광판으로부터의 경사 입사광을 프리즘 시트에 의해 수직 방향으로 변환하고, 또한 출사면에 형성한 미소 요철부에 의해 출사광을 확산시키는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 전술한 종래 기술이나, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2의 기술에서는, 도 5 및 도 6으로부터 명백해지는 바와 같이, 출사광의 광축은 프리즘에 의해 편향되어 있기 때문에, 강한 지향성을 남기고 있다. 그 결과, 도 7에 도시한 출사광의 지향성 분포는, 항상 가로로 긴 타원이며, 프리즘의 능선 방향으로의 광의 분배, 즉 지향성의 제어에는 한계가 있었다.

일본 특허 제4198246호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-264639호 공보

본 발명은, 입사한 광의 출사 방향에 지향성을 부여하고, 또한 조도 분포를 제어할 수 있는 프리즘판, 촬상 장치의 조명 광학계, 및 프리즘판의 성형틀을 제공한다.

프리즘판은, 한쪽 면에 다수의 능선을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 형성된 프리즘면과, 당해 프리즘면에 형성된 미소 요철부를 갖는다.

또한, 촬상 장치의 조명 광학계는, 촬상 대상물로부터의 반사광을 촬상 소자에 의해 수광하여 촬상하기 위해서 상기 촬상 대상물에 광을 조사하는 촬상 장치의 조명 광학계에 있어서, 상기 촬상 소자의 주위에 배치된 복수의 발광 소자와, 상기 복수의 발광 소자로부터의 광을 상기 촬상 대상물에 조사하기 위해서, 반경 방향으로 다수의 능선을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 둘레 상에 형성된 프리즘면을 상기 복수의 발광 소자측을 향하여 배치하고 또한 상기 프리즘면에 미소 요철부를 형성한 링 형상의 프리즘판을 갖는다.

또한, 프리즘판의 성형틀은, 대향 배치된 제1 틀 및 제2 틀을 갖고, 이들 제1 틀 및 제2 틀 사이에 배치된 성형 소재를 가열 연화하고 가압하여 프리즘판을 성형하거나, 혹은 제1 틀 및 제2 틀 사이에 성형 소재를 사출하여 프리즘판을 사출 성형하는 프리즘판의 성형틀에 있어서, 상기 제1 틀 및 제2 틀의 일방의 성형면에, 다수의 능선을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열을 형성함과 함께, 상기 제1 틀 및 제2 틀의 적어도 상기 프리즘열이 형성된 측의 당해 프리즘열의 사면에 미소 요철부를 형성하였다.

도 1은 프리즘판에 의한 광의 출사 방향의 제어를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 프리즘판을 Ⅱ-Ⅱ 방향으로부터 본 도면이다.
도 3은 프리즘판에 의한 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이다.
도 4는 프리즘판의 출사면에 블러스트 처리를 실시하여 확산면으로 한 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 출사면에 블러스트 처리를 실시한 프리즘판에 의한 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5의 프리즘판을 Ⅵ-Ⅵ 방향으로부터 본 도면이다.
도 7은 프리즘판을 출사면으로부터 보았을 때의 출사광의 지향성 분포를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태의 프리즘판의 외관 사시도이다.
도 9는 프리즘판에 의한 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이다.
도 10은 도 9의 프리즘판을 X-X 방향으로부터 본 도면이다.
도 11은 프리즘면에 강한 블러스트 처리를 실시한 경우의 출사면측으로부터 본 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이다.
도 12a는 프리즘면에 강한 블러스트 처리를 실시한 경우의 광의 굴절 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12b는 프리즘면에의 블러스트 분사 시간을 단축한 경우의 광의 굴절 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12c는 프리즘면에의 블러스트 분사압(유속)을 낮게 한 경우의 광의 굴절 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 프리즘판으로부터 출사된 광의 지향 특성을 도시하는 도면이다.
도 14는 도 13의 프리즘판을 XIV-XIV 방향으로부터 본 도면이다.
도 15는 프리즘판의 성형 금형의 구성을 도시하는 도면이다.
도 16은 조명 광학계를 정보 판독용의 촬상 장치에 응용한 예를 도시하는 도면이다.
도 17a는 프리즘판을 프리즘면측으로부터 본 도면이다.
도 17b는 프리즘면과 도광체의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 18a는 블러스트 처리를 실시하지 않은 경우의 출사광의 지향 특성 분포를 도시하는 도면이다.
도 18b는 블러스트 처리가 약한 경우의 출사광의 지향 특성 분포를 도시하는 도면이다.
도 18c는 블러스트 처리가 중간 정도의 경우의 출사광의 지향 특성 분포를 도시하는 도면이다.
도 18d는 블러스트 처리가 최대의 경우의 출사광의 지향 특성 분포를 도시하는 도면이다.
도 19는 프리즘판의 출사면과 평가면의 위치 관계를 도시하는 도면이다.
도 20a는 블러스트 처리를 실시하지 않은 경우의 출사광에 의한 평가면에서의 조도 분포를 도시하는 도면이다.
도 20b는 블러스트 처리가 약한 경우의 출사광에 의한 평가면에서의 조도 분포를 도시하는 도면이다.
도 20c는 블러스트 처리가 중간 정도의 경우의 출사광에 의한 평가면에서의 조도 분포를 도시하는 도면이다.
도 20d는 블러스트 처리가 최대의 경우의 출사광에 의한 평가면에서의 조도 분포를 도시하는 도면이다.
도 21은 블러스트 처리를 실시하지 않은 경우부터 블러스트 처리가 최대의 경우까지의 각각의 출사광에 의한 평가면에서의 조도 분포를 통합하여 도시한 도면이다.
도 22는 링 형상의 도광체의 출사면의 형상을 원추대 사면으로 한 조명 광학계를 도시하는 도면이다.
도 23a는 원추대 형상의 프리즘판의 외관을 도시하는 도면이다.
도 23b는 도 23a의 B부 확대를 도시하는 도면이다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

[제1 실시 형태]

도 8은 본 실시 형태의 프리즘판(11)의 외관 사시도이다. 또한, 도 9는 프리즘판(11)에 의한 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이고, 도 10은 그 프리즘판(11)을 X-X 방향으로부터 본 도면이다.

본 실시 형태의 프리즘판(11)은, 한쪽 면에 다수의 능선(13)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 형성된 프리즘면(12)과, 이 프리즘면(12)에 형성된 미소 요철부(14)를 갖고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 광의 입사면측을 프리즘면(12)으로 하고, 또한, 프리즘면(12)과 반대측의 면으로서, 광이 출사하는 면을 출사면(15)으로 불러 구별한다.

삼각 기둥 형상의 프리즘열을 갖는 프리즘면(12)은, 주지의 성형 수단 등에 의해 형성할 수 있다. 미소 요철부(14)는, 예를 들면, 프리즘면(12)에 블러스트 처리를 실시함으로써 형성할 수 있다. 또한, 블러스트 처리는, 피가공물의 표면에 규사 등의 비금속 입자나 금속 입자를 고속으로 분사하여, 표면을 조화하는 처리 방법이지만, 본 실시 형태에서는 샌드 블러스트 처리를 상정하고 있다. 또한, 미소 요철부(14)는, 삼각 기둥 형상의 프리즘열의 사면에 형성되어 있다. 이 미소 요철부(14)에 의해 광의 확산면이 형성된다.

여기서, 미소 요철부(14)란, 예를 들면 샌드 블러스트 처리에 의해, 상대적으로 미소한 오목부와 볼록부가 어레이 형상 또는 랜덤하게 연속하여 형성되어 있는 영역을 말한다. 예를 들면, 볼록부의 형상으로서는, 반구 형상, 구 형상, 원추(대) 형상, 혹은 각추(대) 형상 등의 다양한 형상을 생각할 수 있다. 또한, 미소 요철부(14)의 오목부와 볼록부의 피치나, 요철의 높이(깊이)도, 출사면(15)으로부터의 광의 휘도 분포 등을 고려하여 결정할 수 있다. 또한, 이들 오목부와 볼록부의 피치나 요철의 높이(깊이)는, 사용하는 광의 파장에 의해서도 영향을 받는다.

또한, 프리즘판(11)의 프리즘면(12)에 형성된 다수의 능선(13)은, 서로 평행한 경우 외에, 프리즘판(11)이 링 형상의 경우에는, 반경 방향으로 다수의 능선(13)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 원주 상에 형성되어 있는 경우도 포함한다(후술하는 도 17a 참조).

또한, 샌드 블러스트 처리에 의해, 프리즘면(12)에 미소 요철부(14)를 형성하여 확산면으로 한 경우, 사용하는 모래의 사출압이나 사출 시간을 제어함으로써 원하는 출사광의 휘도 분포를 얻을 수 있다. 그러나, 여기서는, 샌드 블러스트 처리에 대한 설명은 생략한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 미소 요철부(14)를, 샌드 블러스트 처리에 의해 형성한 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 미소 요철부(14)를 형성할 수 있으면, 반드시 샌드 블러스트 처리를 이용할 필요는 없고, 성형틀을 이용한 성형 수단이나 그 이외의 수단을 이용해도 된다.

이와 같이, 광의 입사면측인 프리즘면(12)에 블러스트 처리를 실시하여, 미소 요철부(14)를 형성함으로써, 출사면(15)으로부터의 출사광의 지향 특성을 제어할 수 있다. 이 출사광의 지향 특성은, 블러스트의 강도, 즉, 미소 요철부(14)의 요철의 깊이에 의해 자유롭게 제어할 수 있다.

또한, 도 9는 프리즘판(11)의 프리즘면(12)에 실시한 블러스트 처리가 비교적 약한 경우의 지향 특성을 도시하는 도면이다.

도 9 및 도 10에서, LED(16)로부터 프리즘면(12)에 입사한 광은, 프리즘면(12)의 프리즘 사면에서 굴절에 의해 편향됨과 동시에, 미소 요철부(14)에 의해 확산된다. 그리고, 프리즘면(12)에서 확산됨으로써 능선(13)의 길이 방향을 포함하는 전체 방향으로 광이 분배된다.

이 경우, 광량 분포의 중심인 광의 광축 O는, 프리즘 사면의 각도에 의해 정해지는 방향으로 진행한다. 그리고, 전체로서는 지향 특성이 유지되게 되어, 출사면(15)측에 블러스트 처리를 실시한 경우와 마찬가지의 지향 특성이 얻어진다. 출사면(15)으로부터 출사하는 광은, 블러스트 처리가 약한 경우에는 미소 요철부(14)의 개개의 요철이 얕기 때문에, 결과적으로 프리즘면(12)의 프리즘 사면에 의해 정해지는 방향으로 지향 특성을 갖게 된다고 생각된다.

도 11은 프리즘면(12)에 강한 블러스트 처리를 실시한 경우의 출사면(15)측으로부터 본 출사광의 지향 특성을 도시하는 도면이다. 또한, 도 12a는 프리즘면에 강한 블러스트 처리를 실시한 경우의 광의 굴절 상태를 모식적으로 도시하는 도면, 도 12b는 프리즘면에의 블러스트 분사 시간을 단축한 경우의 광의 굴절 상태를 모식적으로 도시하는 도면, 도 12c는 프리즘면에의 블러스트 분사압(유속)을 낮게 한 경우의 광의 굴절 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 강한 블러스트 처리에 의해 프리즘면(12)에 미소 요철부(14)를 형성하면, 출사면(15)으로부터의 출사광의 지향 특성은 완전히 소실되어, 무지향성의 분포로 된다.

도 12a는 후술하는 도 20d의 무지향성의 경우의 표면 요철의 모식도를 도시한 것이고, 이 경우, 개개의 미소 요철부(14)는, 프리즘면(12)의 전체에 깊게 요철이 새겨져 있다. 이때, 블러스트 처리를, 도면의 연직 하측(출사면(15)과 수직 방향의 하측)으로부터 실시하는 것으로 하면, 개개의 미소 요철부(14)의 표면은 연직면으로부터 수평면까지 광범위한 각도를 갖고 있다. 또한, 개개의 미소 요철부(14)는, 예를 들면 반구 형상 또는 총알 형상(이 형상은 블러스트 유속, 시간 등에 의해 제어 가능)이기 때문에, 미소 요철부(14)의 표면의 법선은 연직 방향을 중심으로 하여, 골고루 분포되어 있게 된다.

LED(16)로부터의 입사 광선 L은, 개개의 미소한 요철부(14)에 충돌하고, 그 점의 법선과의 이루는 각에 따라서 편향된다. 이 때문에, 광의 편향 방향도, 도 12a의 연직 방향(편향 없음)을 중심으로 폭넓게 분포된다. 이 때문에, 프리즘면(12)은 전체적으로 경사이지만, 입사 광선의 편향 방향에는 영향을 미치지 않는다. 이 때문에, 이 도 12a의 프리즘판(11)은 결과적으로 무지향성을 나타내게 된다고 생각된다.

이와 같이, 프리즘면(12)에 블러스트 처리를 실시하는 경우, 블러스트 처리의 강약에 따라서 자유롭게 출사광의 지향 특성을 제어할 수 있다. 또한, 블러스트 처리의 강약은, 블러스트의 입자체 분사에서의 유속, 또는 분사 시간 등에 의해 제어할 수 있다. 또한, 블러스트의 입자체 분사에서의 유속이나 분사 시간의 기준은, 입사체 분사에 사용하는 입경이나 프리즘판(11)의 재질 등에 의해서도 상이해진다.

또한, 도 12b는 약한 블러스트 처리로서 분사 시간을 짧게 한 경우의 표면 요철의 모식도를 도시하고 있다.

이 경우, 미소 요철부(14)의 밀도가 성기게(미소 요철부(14)의 밀도가 절반) 되어, 프리즘면(12)의 경사 부분이 절반 남은 상태로 되어 있다. 이에 의해, 입사광은 프리즘 편향(요철 없음부)과 확산(요철부)이 혼재되고, 출사광은 지향성을 갖고 또한 확산된다고 생각된다.

또한, 도 12c는 약한 블러스트 처리로서 유속(분사압)을 약하게 한 경우의 표면 요철의 모식도를 도시하고 있다.

분사압을 약하게 하면, 미소 요철부(14)의 요철의 깊이가 얕아져, 요철 표면의 법선은, 프리즘면(12)의 각도를 중심으로 작게 분포(예를 들면 30°±30°)한다. 그 결과, 확산광의 광축은 프리즘 편향(프리즘면(12)의 편향 특성)과 동일하게 되어, 입사광이 편향각을 중심으로 확산되고, 확산광은 그 전후의 각도로 분포한다고 생각된다. 이렇게 하여, 상기와 마찬가지로, 출사광은 지향성을 갖고 또한 확산된다고 생각된다.

또한, 입자체로서 글래스 비즈를 이용하여 블러스트 처리를 행하는 경우에는, 미소 요철부(14)는 매끄럽게 되기 때문에, 약한 블러스트 처리를 실시하는 것에 상당한다. 이 때문에, 출사광은 타원 형상의 강한 지향 특성으로 된다.

또한, 도 12a∼도 12c는, 어디까지나 설명을 위한 모식도이며, 실제의 표면 형상과는 상이하다. 샌드 블러스트를 실시한 프리즘면의 실제의 요철은, 진폭도 주기도 불균일하여, 도 12a∼도 12c에 도시한 바와 같은 반구 형상이나 조종(釣鐘) 형상 등으로는 되지 않는 경우도 있다.

그러나, 전체적으로 프리즘면의 요철의 진폭은 커서, 전술한 바와 같이, 표면의 법선의 방향이 골고루 분포되어, 결과적으로 출사광은 무지향성을 나타내게 된다.

여기서, 프리즘면의 표면 요철의 상태, 즉 프리즘면의 표면 거칠기는, JIS-B0601에 규정되어 있는 파라미터로 나타낼 수 있다.

그 하나인 산술 평균 거칠기 Ra(㎛)는, 요철의 상태를 단면 형상에 상당하는 거칠기 곡선으로 나타낸 후에, 표면의 진폭의 평균선을 구하고, 그 방향으로 x축을 취하고, 진폭을 평균선으로부터의 편차 f(x)로 하였을 때에,

로 나타내어지는 파라미터이다.

또한, L은, x축 방향으로 취한 기준 길이이다.

또한, 프리즘면의 표면 거칠기는, JIS-B0601 : 1994에 규정되어 있는 파라미터로 나타낼 수 있다(10점 평균 거칠기 Rz).

이것은, 산(peak)의 높이와 골짜기(valley)의 깊이의 각각 최대로부터 5번째까지 선택하고, 그 평균을 가산한 값이며, 최대 진폭과 유사한 의미를 갖는 파라미터이다.

이들 파라미터를 이용하여, 도 9 및 도 11의 요철 상태를 나타내면, 약한 블러스트 처리를 실시한 도 9의 경우에는, 예를 들면 Ra=0.8㎛, Rz=5.5㎛이다. 이 경우, 요철 진폭이 작아, 프리즘 사면에 의해 정해지는 방향으로의 지향성을 남기는 특성으로 된다.

또한, 도 11과 같이, 강한 블러스트 처리를 실시한 경우의 표면 거칠기는, 예를 들면 Ra=1.6㎛, Rz=16.4㎛이다. 이 경우, 요철 진폭이 충분히 커서, 출사광의 지향성은 소실된다.

본 실시 형태에 따르면, 프리즘판(11)은, 다수의 능선(13)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 형성된 프리즘면(12)과, 이 프리즘면(12)에 형성된 미소 요철부(14)를 가지므로, 이 미소 요철부(14)에 의해 조명광의 출사 방향에 지향성을 부여하고, 또한 조도 분포를 제어할 수 있다.

[제2 실시 형태]

도 13 및 도 14는 본 실시 형태의 프리즘판(11)을 도시하는 도면이며, 도 13은 프리즘판(11)으로부터 출사된 광의 지향 특성을 도시하는 도면, 도 14는 그 프리즘판(11)을 XIV-XIV 방향으로부터 본 도면이다.

또한, 제1 실시 형태와 동일 또는 상당하는 부재에는 동일한 부호를 붙여서 설명한다.

본 실시 형태에서는, 광의 입사측의 프리즘면(12)에 블러스트 처리를 실시하여 미소 요철부(14)를 형성함과 함께, 조명광의 출사측의 출사면(15)에도 블러스트 처리를 실시하여 미소 요철부(14')를 형성하고 있다. 이렇게 하여, 프리즘면(12)에 입사한 광은, 프리즘면(12)의 미소 요철부(14)에서 확산되고, 또한, 출사면(15)의 미소 요철부(14')에서 확산되어 출사된다.

이 경우, 출사면(15)으로부터의 출사광의 지향성의 제어는, 입사측의 프리즘면(12)의 블러스트의 강약이 지배적인 것은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

본 실시 형태에 따르면, 프리즘면(12) 외에 출사면(15)에도 블러스트 처리를 가함으로써, 더욱 정밀한 지향성의 제어를 행할 수 있다. 또한, 프리즘면(12)으로부터 입사한 광이, 입사측의 프리즘면(12)과 출사측의 출사면(15)의 2회의 확산에 의해, 보다 매끄러운 조명광 분포가 얻어진다고 하는 이점도 있다.

[제3 실시 형태]

도 15는 본 실시 형태의 프리즘판(11)의 성형 금형(20)의 구성을 도시하는 도면이다.

제1 실시 형태에서는, 프리즘판(11)의 프리즘면(12)에 직접적으로 블러스트 처리를 실시하여, 미소 요철부(14)를 형성한 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 미소 요철부(14)의 형성 방법은 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 성형 수단에 의해서도 형성할 수 있다.

일반적으로, 프리즘판(11)은, 아크릴 등의 플라스틱 소재를 성형하여 제조된다. 이 때문에, 실제로는, 도 15에 도시한 바와 같이, 성형 금형(20)에 미소 요철부(25)를 형성하고, 이 미소 요철부(25)를 성형 소재(23)에 전사하여, 프리즘판(11)을 성형하는 것이 행해진다.

즉, 성형 금형(20)은, 대향 배치된 상부 틀(21) 및 하부 틀(22)을 갖고 있다. 그리고, 이들 상부 틀(21)의 성형면(21a)과 하부 틀(22)의 성형면(22a) 사이에, 플라스틱 소재(23)가 배치된다. 이 상태에서, 플라스틱 소재(23)를 소정 온도로 가열 연화한다. 다음으로, 상부 틀(21) 및 하부 틀(22)을 상대적으로 접근 이동하여 플라스틱 소재(23)를 가압하여, 프리즘판(11)을 성형한다. 도 15는 상술한 가압 성형법의 금형을 설명하는 도면이지만, 성형 소재를 금형으로 둘러싼 공간에 사출하여 성형하는 사출 성형(인젝션)법을 이용해도 완전히 마찬가지이다.

이 성형 금형(20)은, 하부 틀(22)의 성형면(22a)에, 다수의 능선(24)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열을 형성함과 함께, 이 프리즘열이 형성된 사면에, 미소 요철부(25)를 형성하고 있다. 이 미소 요철부(25)는, 예를 들면 블러스트 처리에 의해 형성할 수 있다. 이렇게 함으로써, 성형 소재(23)에 미소 요철부(25)를 전사하여 프리즘판(11)을 성형할 수 있다. 단, 하부 틀(22)에 미소 요철부(25)를 형성하는 경우, 미세 가공이면 블러스트 처리 이외의 방법을 이용해도 무방하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 하부 틀(22)에 미소 요철부(25)를 형성한 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 상부 틀(21)의 성형면(21a)에도 미소 요철부를 형성해도 된다. 이에 의해, 프리즘판(11)의 프리즘면과 출사면의 양방에 미소 요철부를 형성할 수 있다(전술한 도 13 참조).

본 실시 형태에 따르면, 예를 들면 하부 틀(22)의 성형면(22a)에, 다수의 능선(24)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열을 형성함과 함께, 적어도 프리즘열이 형성된 하부 틀(22)의 프리즘열의 사면에 미소 요철부(25)를 형성하고, 이 미소 요철부(25)를 성형 소재(23)에 전사함으로써, 조명광의 출사 방향에 지향성을 부여하고, 또한 조도 분포를 제어 가능한 프리즘판(11)을 얻을 수 있다.

[제4 실시 형태]

도 16은 조명 광학계(10)를 정보 판독용의 촬상 장치(30)에 응용한 예를 도시하는 도면이다. 또한, 도 17a는 프리즘판(11)을 프리즘면(12)측으로부터 본 도면, 도 17b는 프리즘면(12)과 도광체(33)의 위치 관계를 도시하는 도면이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일 또는 상당하는 부재에는 동일한 부호를 붙여서 설명한다.

이 촬상 장치(30)의 조명 광학계(10)는, 촬상 대상물(31)(예를 들면 손바닥)로부터의 반사광을 촬상 소자로서의 이미지 센서(32)에 의해 수광하여 촬상하기 위해서, 촬상 대상물(31)에 광을 조사하는 것이다.

이 조명 광학계(10)는, 이미지 센서(32)의 주위에 원환 형상으로 배치된 복수의 발광 소자로서의 LED(16)와, 복수의 LED(16)의 상방에 배치된 링 형상의 도광체(원통체)(33)와, 이 도광체(33)의 출사면(33a) 상에 배치된 링 형상의 프리즘판(11)을 갖고 있다.

또한, 도광체(33)는, 예를 들면 투명한 수지(또는 글래스 등)로 구성되고, 복수의 LED(16)로부터의 광을 상방으로 유도하여, 프리즘판(11)을 통하여 촬상 대상물(31)에 균일한 광을 조사한다. 이 도광체(33)에 의해, LED(16)로부터의 광이 광로로부터 누설되지 않도록 유도하는 것이 가능하다. 이 때문에, 도광체(33)는, LED(16)의 배치 상태에 맞추어, 링 형상으로 형성되어 있다.

또한, 링 형상이란, 중앙에 구멍을 갖는 고리 형상의 것을 말하고, 예를 들면 원형 링, 사각형 링, 타원 링, 장원(長圓) 링 등을 포함한다.

이 링 형상의 프리즘판(11)은, 도 17a에 도시한 바와 같이, 도광체(33)의 출사면(33a)으로부터의 광을 촬상 대상물(31)에 조사하기 위해서, 반경 방향으로 다수의 능선(13)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 원주 상에 형성된 프리즘면(12)을 갖고 있다. 또한, 다수의 능선(13)은 등간격으로 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 반드시 엄밀하게 등간격이 아니어도 된다. 또한, 다수의 능선(13)은 링 중심을 향하여 반경 방향으로 형성되어 있지만, 엄밀하게 링 중심을 향하고 있지 않아도 된다.

또한, 도 17b에 도시한 바와 같이, 이 프리즘면(12)이 복수의 LED(16)(도광체(33)의 출사면(33a)측)에 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 이 링 형상의 프리즘판(11)의 프리즘면(12)에는, 미소 요철부(14)가 형성되어 있다(도 17a 참조).

이 미소 요철부(14)는, 제1 실시 형태 등에서 설명한 것과 마찬가지이다.

그리고, 도 16에 도시한 바와 같이, LED(16)로부터 출사된 광은, 링 형상의 도광체(33)에 의해, 판독 대상인 촬상 대상물(31)을 향하여 유도된다. 링 형상의 도광체(33)의 내측에는, 이미지 센서(32)와 광학 렌즈(34)를 갖는 촬상계가 배치되어 있다.

도 18a∼도 18d는 촬상 장치(30)의 조명 광학계(10)를 출사면(15)측으로부터 본 도면이다. 또한, 이 도 18a∼도 18d는, 프리즘판(11) 상의 1점(A점)으로부터의 출사광의 지향 특성 분포를 비교한 도면이다.

또한, 이 도 18a∼도 18d의 지향성 분포는, 블러스트 강도(여기서는 분사 시간)를 파라미터로 하고 있다.

또한, 촬상 장치(30)의 중앙에는, 광학 렌즈(34)와 이미지 센서(32)로 이루어지는 촬상계가 배치되어 있다.

그리고, 이 이미지 센서(32)의 주위를, 링 형상의 도광체(33) 및 그 위에 겹쳐진 링 형상의 프리즘판(11)이 둘러싸고 있다. 이 경우, 고리 형상으로 배열된 복수의 LED(16)가 조명 광원으로 되고, 도광체(33)를 거쳐서 링 형상의 프리즘판(11)으로부터 조명광이 출사된다.

이하에 설명하는 도 18a∼도 18d에서, 프리즘판(11)의 출사면(15)측에는 블러스트 처리를 실시하고 있지 않은 것으로 한다.

도 18a는 프리즘판(11)의 프리즘면(12)에도 블러스트 처리를 실시하고 있지 않은 경우이며, 가장 강한 지향성을 나타내는 예이다.

이 도 18a에서는, A점으로부터 출사한 광은, 프리즘판(11)에 의해 링의 접선 방향으로만 지향한다. 이 경우, 링 형상의 프리즘판(11)의 출사면(15) 전체로부터의 조명을 서로 더하면, 반경 방향으로는 지향하지 않기 때문에, 링의 중심부가 어둡고 주위가 밝은 도넛 형상의 조명 분포로 된다.

도 18b는 프리즘면(12)에 약한 블러스트 처리를 실시한 경우이고, 도 18c는 그것보다도 강하게 프리즘면(12)에 블러스트 처리를 실시한 경우이다.

도 18b 및 도 18c 중 어느 경우에도, 접선 방향뿐만 아니라 반경 방향으로도 조명광이 출사되는 것을 알 수 있다. 이에 의해, 링의 중심부로도 조명이 도달하게 된다. 또한, 블러스트 처리의 강도에 따라서 지향성이 변화되며, 블러스트 처리가 비교적 강한 도 18c의 경우쪽이, 도 18b에 비해 지향성이 약해져 있다. 이 때문에, 도 18c에서는, 지향성 분포를 나타내는 타원이 원에 근접하고 있다.

전술한 바와 같이, 표면 거칠기 파라미터에 의해 도 18b 및 도 18c의 프리즘면의 요철 상태를 나타내면, 예를 들면 블러스트 처리가 약한 도 18b의 경우에는, Ra=0.8㎛, Rz=5.5㎛이다. 또한, 블러스트 처리가 중간 정도의 도 18c의 경우에는, Ra=1.3㎛, Rz=12.8㎛이다. 즉, 도 18c의 쪽이 요철의 진폭은 커져 있다.

또한, 도 18d는 프리즘면(12)에 블러스트 처리를 충분히(강하게) 실시한 경우이며, 지향성 분포는 원에 가까운 무지향성을 나타내고 있다.

이 도 18d의 경우의 프리즘면의 요철 상태는, 예를 들면 Ra=1.6㎛, Rz=16.4㎛이다. 이와 같이, 블러스트 처리가 충분히 강하기 때문에, 충분히 진폭이 큰 요철 상태로 되어 있다.

이 경우에는, 링 형상의 프리즘판(11)의 출사면(15)으로부터의 조명광은, 링 중심부에서 겹치기 때문에, 링 중심부의 조도는 높아진다.

도 19는 프리즘판(11)의 출사면(15)과 평가면(피조사면)(17)의 위치 관계를 도시하는 도면이다.

도 19에서는, 촬상계의 광축을 z축으로 하고, 프리즘판(11)의 출사면(15)을 z=0의 평면으로 하였을 때에, z=z1의 평면을 평가면(피조사면)(17)으로 한 도면이다.

또한, 도 20a∼도 20d는, 평가면(17)에서의 조명광의 조도 분포를 비교한 도면이다. 또한, 횡축을 광축으로부터의 거리 r, 종축을 조명의 조도(W/㎡)로 하고 있다.

이 도 20a∼도 20d는, 블러스트 처리의 강도를 분사 시간으로 나타낸 경우, 도 20a의 분사 시간은 0(블러스트 처리 없음), 도 20b의 분사 시간은 0∼1/2(약한 블러스트 처리), 도 20c의 분사 시간은 1/2(약간 강한 블러스트 처리), 도 20d의 분사 시간은 1(강한 블러스트 처리)이었다.

또한, 도 21은 도 20a∼도 20d의 조도 분포를 통합하여 도시한 도면이다.

이상에서, 도 20a는 도 18a에 대응하는 도면이다. 이 도 20a는, 프리즘면(12)(및 출사면(15))에 블러스트 처리가 없는 경우의 조도 분포를 도시하고 있다. 이 경우, 링 형상의 프리즘판(11)의 링 중심부에 조명광은 도달하지 않고, 링 주변부가 원환 형상으로 밝은 도넛 형상의 조도 분포로 된다.

도 20b는 도 18b에 대응하는 도면이다. 이 도 20b는, 프리즘면(12)에 약한 블러스트 처리를 실시한 경우의 조도 분포를 도시하고 있다. 이 경우, 블러스트 처리의 확산 효과에 의해 반경 방향으로도 조명광이 분배되어, 링 주변부가 원환 형상으로 밝은 도넛 형상의 특징을 가지면서 링 중심부에도 조명이 도달하고 있다.

도 20c는 도 18c에 대응하는 도면이다. 이 도 20c는, 프리즘면(12)에의 블러스트 처리를 도 18b보다도 강하게 실시한 경우의 조도 분포를 도시하고 있다. 이 경우, 링 중심부로의 조명광의 분배가 커져, 평가면(17)의 전체에 균일한 조도 분포로 되어 있다.

도 20d는 도 18d에 대응하는 도면이다. 이 도 20d는, 프리즘면(12)에 충분히(강하게) 블러스트 처리를 실시한 경우의 조도 분포를 도시하고 있다. 이 경우, 출사광의 링 접선 방향으로의 지향성은 소실되고, 링 중심부에의 조명광의 집중에 의해 단봉성(1개의 산과 같은 형상)의 조도 분포로 되어 있다. 이 조도 분포의 형태는, 링형의 프리즘판(11)이 없는 경우와 기본적으로 동일하다. 즉, 투명한 글래스 평판의 한쪽 면에 강한 블러스트 처리를 실시한 경우와 마찬가지이다.

이와 같이, 프리즘면(12)의 블러스트 처리의 강도를 변화시켜 가면, 평가면(17)에서의 조도 분포는 도 20a∼도 20d와 같이 변화한다.

도 21은 도 20a∼도 20d의 조도 분포를 통합하여 도시한 것이다.

도 21과 같이, 블러스트 처리의 강약에 의해, 조도 분포는, 원환 형상의 a곡선으로부터, b곡선, c곡선을 거쳐, 단봉성의 d곡선까지 연속적으로 변화한다. 이와 같이, 프리즘면(12)의 블러스트 처리의 강약에 의해 원하는 조명광의 조도 분포 특성을 얻을 수 있다.

또한, 조명광의 출사 시에, 링 접선 방향으로 지향 특성을 갖게 하는 것은, 촬상계에서는 취득 화상에 물체 표면의 음영을 부여하거나, 혹은 음영을 피하는 경우에 효과가 있다.

또한, 링 접선 방향으로 지향 특성을 갖게 함으로써, 물체로부터의 반사광에도 지향 특성을 부여하여 정반사광을 피하거나, 강조하거나 할 수도 있다. 한편, 조도 분포 그 자체는 프리즘판(11)에 의하지 않더라도 제어할 수 있다. 예를 들면, 조도 분포는, 링 접선 방향으로의 지향성이 없어도 반경 방향의 출사 방향과 확산도만으로 제어할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 프리즘판(11)의 출사면(15)측에는 블러스트 처리를 실시하고 있지 않은 것으로서 설명하였지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 프리즘판(11)의 프리즘면(12)과 출사면(15)의 양방에 블러스트 처리를 실시해도 된다(도 13 참조). 이 경우는, 프리즘면(12)에만 블러스트 처리를 실시한 경우와 비교하여, 조명광의 출사 방향의 지향 특성과 조도 분포를 폭넓게 제어할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 이미지 센서(32)의 주위에 배치된 복수의 LED(16)와, 이 복수의 LED(16)로부터의 광을 이미지 센서(32)에 조사하기 위해서, 반경 방향으로 다수의 능선(13)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 둘레 상에 형성된 프리즘면(12)을 복수의 LED(16)측을 향하여 배치하고 또한 프리즘면(12)에 미소 요철부(14)를 형성한 링 형상의 프리즘판(11)을 가짐으로써, 조명광의 출사 방향으로 지향 특성을 부여하면서 조도 분포를 제어할 수 있다.

[제5 실시 형태]

도 22는 링 형상의 도광체(33)의 출사면(33a)의 형상을 원추대 형상의 사면으로 한 조명 광학계(10)를 도시하는 도면이다. 또한, 도 23a는 원추대 형상의 프리즘판(11)의 외관을 도시하는 도면, 도 23b는 그 B부 확대를 도시하는 도면이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일 또는 상당하는 부재에는 동일한 부호를 붙여서 설명한다.

제1∼제4 실시 형태에서는, 도광체(33)의 출사면(33a) 및 프리즘판(11)의 프리즘면(12)을 평면으로 하고 있었지만, 본 실시 형태에서는 원추대 형상으로 하였다.

즉, LED(16)의 광량 분포, 도광체(33)의 사이즈, 촬상 대상물인 피조사면의 사이즈 및 피조사면까지의 거리 등에 의해, 도광체(33)의 출사면(15)을 원추대 형상의 사면으로 하는 쪽이 적절한 경우가 있다.

이 경우에는, 도 22에 도시한 바와 같이, 링 형상의 도광체(33)의 출사면(15)을 원추대 형상의 사면으로 하고, 마찬가지로, 링 형상의 프리즘판(11)의 형상도, 원추대 형상의 사면을 갖는 입체적인 것으로 된다.

도 23a에서, 도광체(33)의 출사면(33a)에 겹쳐서 배치되는 링 형상의 프리즘판(11)은, 원추대 형상의 사면에 형성되어 있다. 또한, 도 23b에서, 이 프리즘판(11)은, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 반경 방향으로 다수의 능선(13)을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 원주 상에 형성된 프리즘면(12)을 갖고 있다. 이 프리즘열은, 예를 들면 꼭지각 90도, 깊이 0.2㎜로 180개(프리즘열의 피치 2°)이다.

또한, 도 23b에 도시한 바와 같이, 프리즘면(12)에 샌드 블러스트에 의해 미소 요철부(14)를 형성하고 있다. 이 미소 요철부(14)에 의해, 프리즘면(12)에 확산면이 형성되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 프리즘판(11)의 프리즘면(12)에 블러스트 처리를 실시하여 미소 요철부(14)를 형성한 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, 프리즘면(12)과 출사면(15)의 양방에 블러스트 처리를 실시함으로써(도 13 참조), 조명광의 지향 특성을 폭넓게 제어하는 것이 가능하게 된다.

본 실시 형태에 따르면, 도광체(33)의 출사면(33a)을 원추대 형상의 경사면으로 하고, 또한, 프리즘판(11)의 출사면(15)을 원추대 사면으로 하여, 그 출사면(15)으로부터 광을 확산 출사시킴으로써, 조명광의 출사 방향으로 지향 특성을 부여하면서 조도 분포를 제어할 수 있다. 이때의 조도 분포는, 전술한 도 21의 조도 분포 곡선 a∼d에 준하는 것으로 생각된다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 촬상 대상물로부터의 반사광을 촬상 소자에 의해 수광하여 촬상하기 위해서 상기 촬상 대상물에 광을 조사하는 촬상 장치의 조명 광학계에 있어서,
   상기 촬상 소자의 주위에 원환 형상으로 배치된 복수의 발광 소자와,
   상기 복수의 발광 소자로부터의 광을 상기 촬상 대상물에 조사하기 위해서, 반경 방향으로 다수의 능선을 갖는 삼각 기둥 형상의 프리즘열이 둘레 상에 형성된 프리즘면을 상기 복수의 발광 소자측을 향하여 배치하고 또한 상기 프리즘면에 미소 요철부를 형성한 링 형상의 프리즘판을 갖고,
   상기 프리즘면은, 상기 복수의 발광 소자로부터의 광이 상기 프리즘판에 입사하는 입사면인 것을 특징으로 하는, 촬상 장치의 조명 광학계.
7. 제6항에 있어서,
   상기 미소 요철부의 요철의 깊이를, 상기 프리즘면을 통하여 상기 프리즘판에 입사되어 상기 프리즘면과 반대측의 출사면으로부터 출사되는 광의 지향 특성에 따라서 변화시킨 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 미소 요철부를 블러스트 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.
9. 제7항에 있어서,
   상기 미소 요철부를, 상기 프리즘면과 상기 출사면의 양방에 형성한 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.
10. 제6항에 있어서,
    상기 프리즘면을 원추대 형상의 사면에 형성한 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.
11. 삭제
12. 삭제

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