稜鏡板、攝像裝置的照明光學系統以及稜鏡板的成型模具的製作方法

2023-05-11 05:31:21

專利名稱：稜鏡板、攝像裝置的照明光學系統以及稜鏡板的成型模具的製作方法
技術領域：
本發明涉及能夠控制入射光的出射方向等的稜鏡板、攝像裝置的照明光學系統以及稜鏡板的成型模具。
背景技術：
圖1是示出稜鏡板111對光的出射方向的控制的圖。此外，圖2是從II-II方向觀察該稜鏡板的圖，圖3是示出稜鏡板111的出射光的指向特性的圖。如圖1所示，稜鏡板111具備平行地配置有具有多條稜線113的稜鏡陣列的稜鏡面112，並具備使從該稜鏡面112側入射的光(實線和虛線)向左右偏斜的功能。因此，稜鏡板111作為控制光的出射方向的光學元件被用於照明光學系統等中。此外，如圖2和圖3的實線所示，垂直入射到稜鏡面112的光只向圖3的左右方向(切線方向)偏斜，而不朝向稜線113的方向。由該圖1至圖3可知從稜鏡面112側入射的光線通過稜鏡板111發生偏斜的情況。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，但光還是不指向稜線113的方向，而在圖3的左右方向上表現出較強的指向性。這樣，即便控制入射光的方向，也不能使出射光指向稜線113的方向。因此，在使照明具有指向性並且不希望產生盲區(dead zone)的情況下，即，為了在稜鏡陣列的稜線方向上也分配照明光，需要使出射光進行漫射。圖4是示出在稜鏡板111的出射面上實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施噴砂處理後的稜鏡板111的出射光的指向特性的圖，圖6是從VI-VI方向上觀察該稜鏡板111的圖。該情況下，如圖5和圖6所示，通過稜鏡板111發生了偏斜的光會在出射面進行漫射，一部分也指向稜線113的方向。其結果是，從稜鏡板111出射的照明光能夠維持左右方向上的指向性並且在全部方向上分配光。圖7是示出當從出射面觀察稜鏡板111時的出射光的指向性分布的圖。由該圖7可知，從稜鏡板111出射的光顯現出在左右方向上較長的橢圓狀的指向性。這樣，如果在出射面上實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。此外，能夠通過噴砂的強度控制出射光的指向性。同樣地，例如，在專利文獻1中公開了在出射光控制板的出射面側隨機形成微小的凸部，並通過該微小的凸部使從入射面側入射的光發生散射的技術。此外，在專利文獻2中公開了通過稜鏡片將來自導光板的斜入射光轉換為垂直方向，進而通過形成於出射面的微小凹凸部使出射光發生漫射的技術。但是，在上述現有技術和專利文獻1以及專利文獻2的技術中，從圖5和圖6明顯看出，出射光的光軸通過稜鏡發生偏斜，因此殘留了較強的指向性。其結果是，圖7示出的出射光的指向性分布一直是橫向較長的橢圓，並且光在稜鏡的稜線方向上的分配，即指向性的控制存在極限。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利第4198246號公報專利文獻2 日本特開2007-264639號公報

發明內容
本發明提供能夠對入射光的出射方向賦予指向性並且控制照度分布的稜鏡板、攝像裝置的照明光學系統、以及稜鏡板的成型模具。稜鏡板具有稜鏡面，其在單面形成有具有多條稜線的三角柱形狀的稜鏡陣列；以及形成於該稜鏡面上的微小凹凸部。此外，攝像裝置的照明光學系統將光照射到攝像對象物，以利用攝像元件接收來自所述攝像對象物的反射光而進行攝像，該照明光學系統具有多個發光元件，其配置於所述攝像元件的周圍；以及環狀的稜鏡板，其稜鏡面朝向所述多個發光元件側配置，且在所述稜鏡面上形成有微小凹凸部，以將來自所述多個發光元件的光照射到所述攝像對象物，其中，所述稜鏡面在緣周上形成有在半徑方向上具有多條稜線的三角柱形狀的稜鏡陣列。進而，稜鏡板的成型模具具有相對配置的第一模具和第二模具，將配置於該第一模具與第二模具之間的成型原材料進行加熱軟化並加壓而對稜鏡板進行成型，或者，向由第一模具和第二模具圍起來的空間中注射成型原材料而對稜鏡板進行成型，在所述第一模具和第二模具中的一方的成型面上，形成有具有多條稜線的三角柱形狀的稜鏡陣列，並且，至少在所述第一模具和第二模具的形成有所述稜鏡陣列的一側的該稜鏡陣列的斜面上形成有微小凹凸部。


圖1是示出稜鏡板的光的出射方向的控制的圖。圖2是從II-II方向觀察上述稜鏡板的圖。圖3是示出稜鏡板的出射光的指向特性的圖。圖4是示出在稜鏡板的出射面上實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施噴砂處理後的稜鏡板的出射光的指向特性的圖。圖6是從VI-VI方向觀察上述稜鏡板的圖。圖7是示出當從出射面觀察稜鏡板時的出射光的指向性分布的圖。圖8是本實施方式的稜鏡板的外觀立體圖。圖9是示出稜鏡板中的出射光的指向特性的圖。圖10是從X-X方向觀察上述稜鏡板的圖。圖11是示出在稜鏡面上實施較強的噴砂處理的情況下的從出射面側觀察的出射光的指向特性的圖。圖12A是示意地示出在稜鏡面上實施較強的噴砂處理的情況下的光的折射狀態的圖。圖12B是示意地示出在縮短稜鏡面的噴砂噴射時間的情況下的光的折射狀態的圖。圖12C是示意地示出在降低稜鏡面的噴砂噴射壓(流速)的情況下的光的折射狀態的圖。圖13是示出從稜鏡板出射的光的指向特性的圖。圖14是從XIV-XIV方向觀察上述稜鏡板的圖。圖15是示出稜鏡板的成型金屬模具的結構的圖。圖16是示出將照明光學系統應用於信息讀取用的攝像裝置的例子的圖。圖17A是從稜鏡面側觀察稜鏡板的圖。圖17B是示出稜鏡面與導光體的位置關係的圖。圖18A是示出在未實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是示出稜鏡板的出射面和評價面的位置關係的圖。圖20A是示出在未實施噴砂處理的情況下的出射光在評價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價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價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價面上的照度分布的圖。圖21是概括示出了從未實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價面上的照度分布的圖。圖22是示出將環狀的導光體的出射面的形狀設定為圓錐臺斜面的照明光學系統的圖。圖23A是示出圓錐臺狀的稜鏡板的外觀的圖。圖2 是示出圖23A的B部放大的圖。
具體實施例方式下面根據

本發明的實施方式。[第一實施方式]圖8是本實施方式的稜鏡板11的外觀立體圖。此外，圖9是示出稜鏡板11的出射光的指向特性的圖，圖10是從X-X方向觀察該稜鏡板11的圖。本實施方式中的稜鏡板11具有稜鏡面12，其在單面形成有具有多條稜線13的三角柱形狀的稜鏡陣列；以及形成於該稜鏡面12上的微小凹凸部14。另外，在本實施方式中，將光的入射面側作為稜鏡面12，並將與稜鏡面12相反側的光的出射面側稱為出射面15，以作區別。具有三角柱形狀稜鏡陣列的稜鏡面12可以通過公知的成型方法等形成。微小凹凸部14可以通過例如在稜鏡面12上實施噴砂處理而形成。另外，噴砂處理是向被加工物的表面高速地噴射矽砂等非金屬粒、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稜鏡陣列的斜面。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，例如通過噴砂處理使相對微小的凹部和凸部呈陣列狀或隨機地連續形成的區域。例如，作為凸部的形狀，可考慮半球形狀、球形狀、圓錐(臺)形狀、或者角錐(臺)形狀等多種形狀。此外，能夠考慮來自出射面15的光的亮度分布等來決定微小凹凸部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影響。另外，關於形成於稜鏡板11的稜鏡面12上的多條稜線13，除相互平行的情況外， 還包括這樣的情況(參見後述的圖17A)在稜鏡板11為環狀時，在圓周上形成有在半徑方向上具有多條稜線13的三角柱形狀的稜鏡陣列。此外，當通過噴砂處理在稜鏡面12上形成微小凹凸部14並作為漫射面時，能夠通過控制使用的砂的射出壓力和射出時間來得到期望的出射光的亮度分布。但是，在此省略關於噴砂處理的說明。進而，在本實施方式中，對通過噴砂處理形成微小凹凸部14的情況進行了說明， 但是不限於此。例如，只要能形成微小凹凸部14，則不一定要使用噴砂處理，也可使用採用了成型模具的成型方法或其他方法。這樣，通過在作為光的入射面的稜鏡面12上實施噴砂處理並形成微小凹凸部14， 能夠控制來自出射面15的出射光的指向特性。該出射光的指向特性能夠通過噴砂的強度即微小凹凸部14的凹凸深度來自由控制。另外，圖9是示出在稜鏡板11的稜鏡面12上實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向稜鏡面12射入的光在稜鏡面12的稜鏡斜面處通過折射而發生偏斜，同時利用微小凹凸部14發生漫射。並且，通過在稜鏡面12處進行漫射， 將光分配到包含稜線13長度方向在內的所有方向。該情況下，光量分布的中心即光的光軸0向由稜鏡斜面的角度確定的方向移動。 並且，在整體上保持了指向特性，並且可獲得與在出射面15側實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的各個凹凸較淺，所以，其結果是可以認為從出射面15出射的光在由稜鏡面12的稜鏡斜面確定的方向上具有指向特性。圖11是示出在稜鏡面12上實施了較強的噴砂處理的情況下的從出射面15側觀察的出射光的指向特性的圖。此外，圖12A是示意地示出在稜鏡面上實施了較強的噴砂處理的情況下的光的折射狀態的圖，圖12B是示意地示出在縮短稜鏡面的噴砂噴射時間的情況下的光的折射狀態的圖，圖12C是示意地示出在降低稜鏡面的噴砂噴射壓(流速)的情況下的光的折射狀態的圖。如圖11所示，當通過較強的噴砂處理在稜鏡面12上形成微小凹凸部14時，來自出射面15的出射光的指向特性完全消失，變為無指向性的分布。圖12A示出在後述的圖20D的無指向性的情況下的表面凹凸的示意圖，該情況下， 關於各個微小凹凸部14，在整個稜鏡面12上較深地刻有凹凸。此時，如果從圖的鉛直下側 (與出射面15垂直的方向的下側)實施噴砂處理，則各個微小凹凸部14的表面具有從鉛直面到水平面的大範圍角度。此外，各個微小凹凸部14例如為半球狀或者槍彈狀(該形狀可通過噴砂流速、時間等控制)，因此，微小凹凸部14的表面的法線以鉛直方向為中心均勻分布。來自LED16的入射光線L入射到各個微小凹凸部14，並按照其與其入射點的法線所成的角度發生偏斜。因此，光的偏斜方向也以圖12A的鉛直方向(無偏斜)為中心分布在較大範圍內。因此，雖然稜鏡面12上的光的入射面整體上為斜面，但不會對入射光線的偏斜方向產生影響。因此，可以認為結果是該圖12A的稜鏡板11表現出無指向性。這樣，在稜鏡面12上實施噴砂處理的情況下，能夠通過噴砂處理的強弱自由地控制出射光的指向特性。另外，噴砂處理的強弱可通過噴砂的粒體噴射中的流速或噴射時間等來控制。此外，噴砂的粒體噴射中的流速和噴射時間的基準根據粒體噴射中使用的粒徑和稜鏡板11的材質等而不同。此外，圖12B示出了在縮短了噴射時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)，且稜鏡面12的傾斜部分殘留一半。由此，入射光的稜鏡偏斜(無凹凸的部分) 與漫射(凹凸部)同時存在，可以認為出射光有指向性且發生漫射。並且，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，微小凹凸部14的凹凸的深度變淺，凹凸表面的法線以稜鏡面12 的角度為中心分布在較小的範圍內(例如30° 士30° )。其結果為，漫射光的光軸與稜鏡偏斜(稜鏡面12的偏斜特性)相同，入射光以偏斜角為中心進行漫射，並且漫射光分布於其前後的角度。這樣，與上述相同，可認為出射光具有指向性且進行漫射。另外，在使用玻璃珠作為粒體進行噴砂處理的情況下，微小凹凸部14變得光滑， 所以相當於實施較弱的噴砂處理。因此，出射光具有橢圓狀的較強的指向特性。另外，圖12A至圖12C只是用於說明的示意圖，與實際的表面形狀不同。關於實施噴砂處理後的稜鏡面的實際的凹凸，振幅和周期都不均勻，有時不會成為圖12A至圖12C所示的半球形狀或吊鐘狀等。但是，在整體上，稜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，結果，出射光顯現出無指向性。在此，稜鏡面的表面凹凸的狀態即稜鏡面的表面粗糙度能夠使用JIS-B0601所規定的參數表示。作為其中之一的算數平均粗糙度Ra(μ m)是這樣的參數當使用與剖面形狀相當的粗糙度曲線表示凹凸的狀態並求出表面振幅的平均線、將其方向作為X軸、且將振幅作為相對於平均線的偏差f(x)時，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長度。此外，稜鏡面的表面粗糙度能夠用JIS-B0601 1994所規定的參數表示(十點平均粗糙度Rz)。其是通過分別對峰的高度和谷的深度取前5個最大值並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。當使用這些參數表示圖9和圖11的凹凸狀態時，在實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，成為殘留由稜鏡斜面確定的方向上的指向性的特性。此外，如圖11所示，在實施了較強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。根據本實施方式，稜鏡板11具有稜鏡面12，其形成有具有多條稜線13的三角柱形狀的稜鏡陣列；以及形成於該稜鏡面上的微小凹凸部14，因此，通過該微小凹凸部14能夠對照明光的出射方向賦予指向性並且控制照度分布。[第2實施方式]圖13和圖14是示出本實施方式的稜鏡板11的圖，圖13是示出從稜鏡板11出射的光的指向特性的圖，圖14是從XIV-XIV方向觀察該稜鏡板11的圖。另外，對與第一實施方式相同或者相當的部件標註相同的標號進行說明。在本實施方式中，在光的入射側的稜鏡面12上實施噴砂處理而形成微小凹凸部 14，並且也在照明光的出射側的出射面15上實施噴砂處理而形成微小凹凸部14』。這樣，向稜鏡面12入射的光在稜鏡面12的微小凹凸部14處進行漫射，進而，在出射面15的微小凹凸部14』處發生漫射而出射。該情況下，來自出射面15的出射光的指向性的控制是由入射側的稜鏡面12的噴砂強弱支配的，這與第一實施方式相同。根據本實施方式，除稜鏡面12之外，還在出射面15上進行噴砂處理，由此能夠進行更加細微的指向性控制。此外，還有這樣的優點從稜鏡面12入射的光經過入射側的稜鏡面12和出射側的出射面15的兩次漫射，能夠獲得更平滑的照明光分布。[第3實施方式]圖15是示出本實施方式的稜鏡板11的成型金屬模具20的結構的圖。在第一實施方式中，說明了在稜鏡板11的稜鏡面12上直接實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的形成方法不限於此。例如，也可以利用成型方法形成微小凹凸部14。一般地，稜鏡板11是通過對丙烯酸等塑料原材料進行成型來製造的。因此，實際上，如圖15所示，進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轉印至成型原材料23，從而對稜鏡板11進行成型。即，成型金屬模具20具有相對配置的上模具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。在該狀態下，將塑料原材料23加熱到預定溫度而軟化。接著，使上模具21和下模具22相對靠近移動，對塑料原材料23進行加壓，從而對稜鏡板11進行成型。圖15是說明上述加壓成型法的金屬模具的圖，但採用將成型原材料向由金屬模具圍起來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 上形成具有多條稜線M的三角柱形狀的稜鏡陣列，並且在形成有該稜鏡陣列的斜面上形成微小凹凸部25。該微小凹凸部25 例如能夠通過噴砂處理形成。由此，能夠在成型原材料23上轉印微小凹凸部25而對稜鏡板11進行成型。但是，當在下模具22上形成微小凹凸部25時，只要是精細加工，則也可採用噴砂處理以外的方法。另外，在本實施方式中，說明了在下模具22上形成微小凹凸部25的情況，但是不限於此。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，能夠在稜鏡板 11的稜鏡面和出射面雙方形成微小凹凸部(參見上述圖13)。根據本實施方式，例如在下模具22的成型面2 上，形成具有多條稜線M的三角柱形狀的稜鏡陣列，並且，至少在形成有稜鏡陣列的下模具22的稜鏡陣列的斜面上形成微小凹凸部25，將該微小凹凸部25轉印至成型原材料23上，由此能夠獲得對照明光的出射方向賦予指向性且能夠控制照度分布的稜鏡板11。[第4實施方式]圖16是示出將照明光學系統10應用於信息讀取用的攝像裝置30的例子的圖。而且，圖17A是從稜鏡面12側觀察稜鏡板11的圖，圖17B是示出稜鏡面12與導光體33的位置關係的圖。另外，對與第一實施方式相同或者相當的部件標註相同的標號進行說明。該攝像裝置30的照明光學系統10將光照射到攝像對象物31，以利用作為攝像元件的圖像傳感器32接收來自攝像對象物31 (例如手掌)的反射光而進行攝像。該照明光學系統10具有多個作為發光元件的LED16，它們呈圓環狀地配置於圖像傳感器32的周圍；環狀導光體(圓筒體)33，其配置於多個LED16的上方；以及環狀的稜鏡板11，其配置於該導光體33的出射面33a上方。另外，導光體33例如由透明的樹脂(或者玻璃等)構成，將來自多個LED16的光引導至上方，經由稜鏡板11將均勻的光照射到攝像對象物31。通過該導光體33，能夠以不會從光路洩漏的方式引導來自LED16的光。因此，導光體33對應於LED16的配置狀態而形成為環狀。另外，環狀是指中央有孔的輪狀，例如包括圓形環、方形環、橢圓環、以及長圓環寸。如圖17A所示，該環狀的稜鏡板11為了將來自導光體33的出射面33a的光照射到攝像對象物31，具有稜鏡面12，該稜鏡面12在圓周上形成有在半徑方向上具有多條稜線 13的三角柱形狀的稜鏡陣列。另外，優選等間隔地形成多條稜線13，但也可以不是嚴格的等間隔。另外，多條稜線13朝向環中心形成在半徑方向上，但也可以不是嚴格地朝向環中心。此外，如圖17B所示，該稜鏡面12被配置成與多個LED16(導光體33的出射面33a 側)相對。進而，在該環狀的稜鏡板11的稜鏡面12上形成有微小凹凸部14(參見圖17A)。該微小凹凸部14與在第一實施方式等中說明的內容相同。而且，如圖16所示，從LED16出射的光通過環狀的導光體33被導向作為讀取對象的攝像對象物31。在環狀的導光體33的內側配置有具有圖像傳感器32和光學鏡頭34的攝像系統。圖18A至圖18D是從出射面15側觀察攝像裝置30的照明光學系統10的圖。此外，該圖18A至圖18D是對來自稜鏡板11上的一點(A點)的出射光的指向特性分布進行比較的圖。另外，該圖18A至圖18D的指向性分布將噴砂強度(此處為噴射時間)作為參數。
另外，在攝像裝置30的中央配置有由光學鏡頭34和圖像傳感器32構成的攝像系統。而且，該圖像傳感器32的周圍被環狀的導光體33和重疊於其上的環狀的稜鏡板 11包圍。該情況下，排列成環狀的多個LED16成為照明光源，經過導光體33從環狀的稜鏡板11射出照明光。在下面說明的圖18A至圖18D中，假定稜鏡板11的出射面15未實施噴砂處理。圖18A是在稜鏡板11的稜鏡面12上也未實施噴砂處理的情況，是示出最強指向性的例子。在該圖18A中，稜鏡板11使從A點射出的光只指向環的切線方向。該情況下，如果將來自環狀的稜鏡板11的出射面15整體的照明相加，由於不會指向半徑方向，所以成為環的中心部較暗、周圍較亮的環狀照明分布。圖18B是在稜鏡面12上實施較弱的噴砂處理的情況，圖18C是以更大的強度在稜鏡面12上實施噴砂處理的情況。可知無論是圖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，照明也能到達環的中心部。此外，指向性隨著噴砂處理的強度而變化，在噴砂處理較強的圖18C的情況下，與圖18B相比，指向性變弱。因此，在圖18C中，表示指向性分布的橢圓接近於圓。如前所述，在利用表面粗糙度參數表示圖18B和圖18C的稜鏡面的凹凸狀態時，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。並且，圖18D是在稜鏡面12上充分(較強地)實施了噴砂處理的情況，指向性分布顯現出接近於圓的無指向性。在該圖18D的情況下的稜鏡面的凹凸狀態例如是Ra = 1. 6ym、Rz = 16. 4μπι。這樣，由於噴砂處理充分強，因此成為振幅充分大的凹凸狀態。在這種情況下，來自環狀的稜鏡板11的出射面15的照明光在環中心部重疊，因此，環中心部的照度升高。圖19是示出稜鏡板11的出射面15和評價面(被照射面)17的位置關係的圖。該圖19是設攝像系統的光軸為ζ軸、稜鏡板11的出射面15為ζ = 0的平面時、 將ζ = ζ1的平面作為評價面(被照射面)17的圖。另外，圖20Α至圖20D是對評價面17中的照明光的照度分布進行比較的圖。另夕卜， 設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，在使用噴射時間表示噴砂處理強度的情況下，圖20A的噴射時間為0 (無噴砂處理)，圖20B的噴射時間為0至1/2 (較弱的噴砂處理)，圖20C的噴射時間為1/2 (稍強的噴砂處理)，圖20D的噴射時間為1 (較強的噴砂處理)。進而，圖21是概括示出了圖20A至圖20D的照度分布的圖。在上述內容中，圖20A是對應圖18A的圖。該圖20A示出在稜鏡面12 (和出射面 15)上無噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，照明光不能到達環狀的稜鏡板11的環中心部，成為環狀的照度分布，其中，環周邊部呈圓環狀，較明亮。圖28B是對應圖18B的圖。該圖20B示出在稜鏡面12上實施了較弱的噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，通過噴砂處理的漫射效果在半徑方向上也分配照明光，環周邊部具有圓環狀的較亮的環狀特徵，並且照明也能到達環中心部。圖20C是對應圖18C的圖。該圖20C示出在稜鏡面12上實施了強度比圖18B大的噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，向環中心部的照明光分配增大，在整個評價面 17上成為均勻的照度分布。圖20D是對應圖18D的圖。該圖20D示出在稜鏡面12上實施了充分(較強)的噴砂處理的情況下的照度分布。該情況下，出射光的環切線方向上的指向性消失，因為照明光集中於環中心部，所以形成單峰性(一個峰的形狀)的照度分布。該照度分布的形狀與沒有環形稜鏡板11的情況基本相同。即，與在透明玻璃平板的單面上實施了較強的噴砂處理的情況相同。這樣，當逐漸改變稜鏡面12的噴砂處理強度時，評價面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，根據噴砂處理的強弱，照度分布會從圓環狀的a曲線，經過b曲線、c曲線到單峰性的d曲線發生連續變化。這樣，通過稜鏡面12的噴砂處理的強弱，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，使其在環切線方向上具有指向特性，這在攝像系統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，通過在環切線方向上具有指向特性，還能夠對來自物體的反射光賦予指向特性，避免或增強鏡面反射光。另一方面，照度分布本身即使不利用稜鏡板11也能進行控制。例如，即便沒有環切線方向的指向性，也能夠只通過半徑方向的出射方向和漫射程度來控制照度分布。另外，在本實施方式中，說明了假定為在稜鏡板11的出射面15側未實施噴砂處理的情況，但是不限於此。例如，也可以在稜鏡板11的稜鏡面12和出射面15雙方實施噴砂處理(參見圖1 。該情況下，與只在稜鏡面12上實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。根據本實施方式，由於具有配置於圖像傳感器32周圍的多個LED16、以及環狀的稜鏡板11，所以能夠對照明光的出射方向賦予指向特性，並且控制照度分布，其中，上述稜鏡板11的稜鏡面12朝向多個LED16側配置且在稜鏡面12上形成有微小凹凸部14，以將來自多個LED16的光照射到圖像傳感器32，該稜鏡面12在緣周上形成有在半徑方向上具有多條稜線13的三角柱形狀的稜鏡陣列。[第5實施方式]圖22是示出將環狀的導光體33的出射面33a的形狀設定為圓錐臺狀斜面的照明光學系統10的圖。此外，圖23A是示出圓錐臺狀的稜鏡板11的外觀的圖，圖2 是示出其 B部放大的圖。另外，對與第一實施方式相同或者相當的部件標註相同的標號進行說明。在第一至第四實施方式中，將導光體33的出射面33a和稜鏡板11的稜鏡面12設定為平面，但在本實施方式中設定為圓錐臺狀。S卩，根據LED16的光量分布、導光體33的尺寸、作為攝像對象物的被照射面的尺寸以及到被照射面的距離等，有時適合將導光體33的出射面15設定為圓錐臺狀的斜面。
在該情況下，如圖22所示，將環狀的導光體33的出射面15設定為圓錐臺狀的斜面，同樣地，環狀的稜鏡板11的形狀也成為具有圓錐臺狀斜面的立體形狀。在圖23A中，與導光體33的出射面33a重疊配置的環狀的稜鏡板11形成於圓錐臺狀的斜面。此外，在圖23B中，該稜鏡板11與第四實施方式相同，具有稜鏡面12，該稜鏡面12在圓周上形成有在半徑方向上具有多條稜線13的三角柱形狀的稜鏡陣列。關於該稜鏡陣列，例如是頂角為90度、深度為0. 2mm的180個(稜鏡陣列間距為2。)。進而，如圖2 所示，通過噴砂處理在稜鏡面12上形成微小凹凸部14。由該微小凹凸部14在稜鏡面12上形成漫射面。另外，在本實施方式中，說明了在稜鏡板11的稜鏡面12上實施噴砂處理而形成微小凹凸部14的情況，但是不限於此。例如，通過在稜鏡面12和出射面15雙方實施噴砂處理(參見圖13)，能夠大幅度地控制照明光的指向特性。根據本實施方式，將導光體33的出射面33a設定為圓錐臺狀的斜面，此外，將稜鏡板11的出射面15設定為圓錐臺斜面，使光從該出射面15漫射出射，能夠對照明光的出射方向賦予指向特性並且控制照度分布。此時的照度分布可認為基於所述圖21的照度分布曲線a至d的分布。
權利要求
1.一種稜鏡板，其特徵在於，該稜鏡板具有稜鏡面，其在單面形成有具有多條稜線的三角柱形狀的稜鏡陣列；以及形成於該稜鏡面上的微小凹凸部。
2.根據權利要求1所述的稜鏡板，其特徵在於，所述微小凹凸部的凹凸的深度隨著向所述稜鏡面入射的光從與所述稜鏡面相反側的出射面出射的光的指向特性而變化。
3.根據權利要求1或者2所述的稜鏡板，其特徵在於，所述微小凹凸部是通過噴砂處理形成的。
4.根據權利要求1所述的稜鏡板，其特徵在於，在所述稜鏡面和所述出射面雙方形成有所述微小凹凸部。
5.根據權利要求1所述的稜鏡板，其特徵在於，所述稜鏡面形成在圓錐臺狀的斜面上。
6.一種攝像裝置的照明光學系統，該照明光學系統將光照射到攝像對象物，以利用攝像元件接收來自所述攝像對象物的反射光而進行攝像，其特徵在於，該照明光學系統具有多個發光元件，其配置於所述攝像元件的周圍；以及環狀的稜鏡板，其稜鏡面朝向所述多個發光元件側配置，且在所述稜鏡面上形成有微小凹凸部，以將來自所述多個發光元件的光照射到所述攝像對象物，其中，所述稜鏡面在緣周上形成有在半徑方向上具有多條稜線的三角柱形狀的稜鏡陣列。
7.根據權利要求6所述的攝像裝置的照明光學系統，其特徵在於，所述微小凹凸部的凹凸的深度隨著向所述稜鏡面入射的光從與所述稜鏡面相反側的出射面出射的光的指向特性而變化。
8.根據權利要求6或者7所述的攝像裝置的照明光學系統，其特徵在於，所述微小凹凸部是通過噴砂處理形成的。
9.根據權利要求6所述的攝像裝置的照明光學系統，其特徵在於，在所述稜鏡面和所述出射面雙方形成有所述微小凹凸部。
10.根據權利要求6所述的攝像裝置的照明光學系統，其特徵在於，所述稜鏡面形成在圓錐臺狀的斜面上。
11.一種稜鏡板的成型模具，該成型模具具有相對配置的第一模具和第二模具，將配置於該第一模具與第二模具之間的成型原材料進行加熱軟化並加壓而對稜鏡板進行成型，或者，向由第一模具和第二模具圍起來的空間中注射成型原材料而對稜鏡板進行成型，該成型模具的特徵在於，在所述第一模具和第二模具中的一方的成型面上，形成有具有多條稜線的三角柱形狀的稜鏡陣列，並且，至少在所述第一模具和第二模具的形成有所述稜鏡陣列的一側的該稜鏡陣列的斜面上形成有微小凹凸部。
12.根據權利要求11所述的稜鏡板的成型模具，其特徵在於，所述微小凹凸部是通過噴砂處理形成的。
全文摘要
可得到能夠對照明光的出射方向賦予指向性並且控制照度分布的稜鏡板。稜鏡板(11)具有稜鏡面(12)，其形成有具有多條稜線(13)的三角柱形狀的稜鏡陣列；以及形成於該稜鏡面(12)上的微小凹凸部(14)。
文檔編號G02B5/02GK102576102SQ201080047798
公開日2012年7月11日 申請日期2010年1月15日 優先權日2009年10月30日
發明者山崎行造, 巖口功 申請人:富士通先端科技株式會社