棱镜板、摄像装置的照明光学系统以及棱镜板的成型模具的制作方法

xiaoxiao2020-7-2  2

【专利下载】Tel:18215660330

专利名称:棱镜板、摄像装置的照明光学系统以及棱镜板的成型模具的制作方法
技术领域
本发明涉及能够控制入射光的出射方向等的棱镜板、摄像装置的照明光学系统以及棱镜板的成型模具。
背景技术
图1是示出棱镜板111对光的出射方向的控制的图。此外,图2是从II-II方向观察该棱镜板的图,图3是示出棱镜板111的出射光的指向特性的图。如图1所示,棱镜板111具备平行地配置有具有多条棱线113的棱镜阵列的棱镜面112,并具备使从该棱镜面112侧入射的光(实线和虚线)向左右偏斜的功能。因此,棱镜板111作为控制光的出射方向的光学元件被用于照明光学系统等中。此外,如图2和图3的实线所示,垂直入射到棱镜面112的光只向图3的左右方向(切线方向)偏斜,而不朝向棱线113的方向。由该图1至图3可知从棱镜面112侧入射的光线通过棱镜板111发生偏斜的情况。此外,如图1和图3的虚线所示,在光不是垂直而是以三维的形式从各个方向入射的情况下,虽然出射方向随着入射方向变化,但光还是不指向棱线113的方向,而在图3的左右方向上表现出较强的指向性。这样,即便控制入射光的方向,也不能使出射光指向棱线113的方向。因此,在使照明具有指向性并且不希望产生盲区(dead zone)的情况下,即,为了在棱镜阵列的棱线方向上也分配照明光,需要使出射光进行漫射。图4是示出在棱镜板111的出射面上实施喷砂处理而形成微小凹凸部(漫射面)114的例子的图。此外,图5是示出在出射面上实施喷砂处理后的棱镜板111的出射光的指向特性的图,图6是从VI-VI方向上观察该棱镜板111的图。该情况下,如图5和图6所示,通过棱镜板111发生了偏斜的光会在出射面进行漫射,一部分也指向棱线113的方向。其结果是,从棱镜板111出射的照明光能够维持左右方向上的指向性并且在全部方向上分配光。图7是示出当从出射面观察棱镜板111时的出射光的指向性分布的图。由该图7可知,从棱镜板111出射的光显现出在左右方向上较长的椭圆状的指向性。这样,如果在出射面上实施喷砂处理而使其具有漫射效果,就能够在照明的出射方向上消除盲区。此外,能够通过喷砂的强度控制出射光的指向性。同样地,例如,在专利文献1中公开了在出射光控制板的出射面侧随机形成微小的凸部,并通过该微小的凸部使从入射面侧入射的光发生散射的技术。此外,在专利文献2中公开了通过棱镜片将来自导光板的斜入射光转换为垂直方向,进而通过形成于出射面的微小凹凸部使出射光发生漫射的技术。但是,在上述现有技术和专利文献1以及专利文献2的技术中,从图5和图6明显看出,出射光的光轴通过棱镜发生偏斜,因此残留了较强的指向性。其结果是,图7示出的出射光的指向性分布一直是横向较长的椭圆,并且光在棱镜的棱线方向上的分配,即指向性的控制存在极限。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利第4198246号公报专利文献2 日本特开2007-264639号公报

发明内容
本发明提供能够对入射光的出射方向赋予指向性并且控制照度分布的棱镜板、摄像装置的照明光学系统、以及棱镜板的成型模具。棱镜板具有棱镜面,其在单面形成有具有多条棱线的三角柱形状的棱镜阵列;以及形成于该棱镜面上的微小凹凸部。此外,摄像装置的照明光学系统将光照射到摄像对象物,以利用摄像元件接收来自所述摄像对象物的反射光而进行摄像,该照明光学系统具有多个发光元件,其配置于所述摄像元件的周围;以及环状的棱镜板,其棱镜面朝向所述多个发光元件侧配置,且在所述棱镜面上形成有微小凹凸部,以将来自所述多个发光元件的光照射到所述摄像对象物,其中,所述棱镜面在缘周上形成有在半径方向上具有多条棱线的三角柱形状的棱镜阵列。进而,棱镜板的成型模具具有相对配置的第一模具和第二模具,将配置于该第一模具与第二模具之间的成型原材料进行加热软化并加压而对棱镜板进行成型,或者,向由第一模具和第二模具围起来的空间中注射成型原材料而对棱镜板进行成型,在所述第一模具和第二模具中的一方的成型面上,形成有具有多条棱线的三角柱形状的棱镜阵列,并且,至少在所述第一模具和第二模具的形成有所述棱镜阵列的一侧的该棱镜阵列的斜面上形成有微小凹凸部。


图1是示出棱镜板的光的出射方向的控制的图。图2是从II-II方向观察上述棱镜板的图。图3是示出棱镜板的出射光的指向特性的图。图4是示出在棱镜板的出射面上实施喷砂处理而形成漫射面的例子的图。图5是示出在出射面上实施喷砂处理后的棱镜板的出射光的指向特性的图。图6是从VI-VI方向观察上述棱镜板的图。图7是示出当从出射面观察棱镜板时的出射光的指向性分布的图。图8是本实施方式的棱镜板的外观立体图。图9是示出棱镜板中的出射光的指向特性的图。图10是从X-X方向观察上述棱镜板的图。图11是示出在棱镜面上实施较强的喷砂处理的情况下的从出射面侧观察的出射光的指向特性的图。图12A是示意地示出在棱镜面上实施较强的喷砂处理的情况下的光的折射状态的图。图12B是示意地示出在缩短棱镜面的喷砂喷射时间的情况下的光的折射状态的图。图12C是示意地示出在降低棱镜面的喷砂喷射压(流速)的情况下的光的折射状态的图。图13是示出从棱镜板出射的光的指向特性的图。图14是从XIV-XIV方向观察上述棱镜板的图。图15是示出棱镜板的成型金属模具的结构的图。图16是示出将照明光学系统应用于信息读取用的摄像装置的例子的图。图17A是从棱镜面侧观察棱镜板的图。图17B是示出棱镜面与导光体的位置关系的图。图18A是示出在未实施喷砂处理的情况下的出射光的指向特性分布的图。图18B是示出在喷砂处理较弱的情况下的出射光的指向特性分布的图。图18C是示出在喷砂处理为中等程度的情况下的出射光的指向特性分布的图。图18D是示出在喷砂处理为最大程度的情况下的出射光的指向特性分布的图。图19是示出棱镜板的出射面和评价面的位置关系的图。图20A是示出在未实施喷砂处理的情况下的出射光在评价面上的照度分布的图。图20B是示出在喷砂处理较弱的情况下的出射光在评价面上的照度分布的图。图20C是示出在喷砂处理为中等程度的情况下的出射光在评价面上的照度分布的图。图20D是示出在喷砂处理为最大程度的情况下的出射光在评价面上的照度分布的图。图21是概括示出了从未实施喷砂处理的情况到喷砂处理为最大程度的情况的各自的出射光在评价面上的照度分布的图。图22是示出将环状的导光体的出射面的形状设定为圆锥台斜面的照明光学系统的图。图23A是示出圆锥台状的棱镜板的外观的图。图2 是示出图23A的B部放大的图。
具体实施例方式下面根据

本发明的实施方式。[第一实施方式]图8是本实施方式的棱镜板11的外观立体图。此外,图9是示出棱镜板11的出射光的指向特性的图,图10是从X-X方向观察该棱镜板11的图。本实施方式中的棱镜板11具有棱镜面12,其在单面形成有具有多条棱线13的三角柱形状的棱镜阵列;以及形成于该棱镜面12上的微小凹凸部14。另外,在本实施方式中,将光的入射面侧作为棱镜面12,并将与棱镜面12相反侧的光的出射面侧称为出射面15,以作区别。具有三角柱形状棱镜阵列的棱镜面12可以通过公知的成型方法等形成。微小凹凸部14可以通过例如在棱镜面12上实施喷砂处理而形成。另外,喷砂处理是向被加工物的表面高速地喷射硅砂等非金属粒、或金属粒而使其表面粗糙的处理方法,在本实施方式
5中假定为喷砂处理。此外,微小凹凸部14形成在三角柱形状的棱镜阵列的斜面。由该微小凹凸部14形成光的漫射面。此处,微小凹凸部14是指,例如通过喷砂处理使相对微小的凹部和凸部呈阵列状或随机地连续形成的区域。例如,作为凸部的形状,可考虑半球形状、球形状、圆锥(台)形状、或者角锥(台)形状等多种形状。此外,能够考虑来自出射面15的光的亮度分布等来决定微小凹凸部14的凹部和凸部的间距、凹凸的高度(深度)。进而,该凹部和凸部的间距、凹凸的高度(深度)还受所使用的光的波长影响。另外,关于形成于棱镜板11的棱镜面12上的多条棱线13,除相互平行的情况外, 还包括这样的情况(参见后述的图17A)在棱镜板11为环状时,在圆周上形成有在半径方向上具有多条棱线13的三角柱形状的棱镜阵列。此外,当通过喷砂处理在棱镜面12上形成微小凹凸部14并作为漫射面时,能够通过控制使用的砂的射出压力和射出时间来得到期望的出射光的亮度分布。但是,在此省略关于喷砂处理的说明。进而,在本实施方式中,对通过喷砂处理形成微小凹凸部14的情况进行了说明, 但是不限于此。例如,只要能形成微小凹凸部14,则不一定要使用喷砂处理,也可使用采用了成型模具的成型方法或其他方法。这样,通过在作为光的入射面的棱镜面12上实施喷砂处理并形成微小凹凸部14, 能够控制来自出射面15的出射光的指向特性。该出射光的指向特性能够通过喷砂的强度即微小凹凸部14的凹凸深度来自由控制。另外,图9是示出在棱镜板11的棱镜面12上实施的喷砂处理较弱情况下的指向特性的图。在图9和图10中,从LED16向棱镜面12射入的光在棱镜面12的棱镜斜面处通过折射而发生偏斜,同时利用微小凹凸部14发生漫射。并且,通过在棱镜面12处进行漫射, 将光分配到包含棱线13长度方向在内的所有方向。该情况下,光量分布的中心即光的光轴0向由棱镜斜面的角度确定的方向移动。 并且,在整体上保持了指向特性,并且可获得与在出射面15侧实施喷砂处理的情况相同的指向特性。在喷砂处理较弱的情况下,微小凹凸部14的各个凹凸较浅,所以,其结果是可以认为从出射面15出射的光在由棱镜面12的棱镜斜面确定的方向上具有指向特性。图11是示出在棱镜面12上实施了较强的喷砂处理的情况下的从出射面15侧观察的出射光的指向特性的图。此外,图12A是示意地示出在棱镜面上实施了较强的喷砂处理的情况下的光的折射状态的图,图12B是示意地示出在缩短棱镜面的喷砂喷射时间的情况下的光的折射状态的图,图12C是示意地示出在降低棱镜面的喷砂喷射压(流速)的情况下的光的折射状态的图。如图11所示,当通过较强的喷砂处理在棱镜面12上形成微小凹凸部14时,来自出射面15的出射光的指向特性完全消失,变为无指向性的分布。图12A示出在后述的图20D的无指向性的情况下的表面凹凸的示意图,该情况下, 关于各个微小凹凸部14,在整个棱镜面12上较深地刻有凹凸。此时,如果从图的铅直下侧 (与出射面15垂直的方向的下侧)实施喷砂处理,则各个微小凹凸部14的表面具有从铅直面到水平面的大范围角度。此外,各个微小凹凸部14例如为半球状或者枪弹状(该形状可通过喷砂流速、时间等控制),因此,微小凹凸部14的表面的法线以铅直方向为中心均勻分布。来自LED16的入射光线L入射到各个微小凹凸部14,并按照其与其入射点的法线所成的角度发生偏斜。因此,光的偏斜方向也以图12A的铅直方向(无偏斜)为中心分布在较大范围内。因此,虽然棱镜面12上的光的入射面整体上为斜面,但不会对入射光线的偏斜方向产生影响。因此,可以认为结果是该图12A的棱镜板11表现出无指向性。这样,在棱镜面12上实施喷砂处理的情况下,能够通过喷砂处理的强弱自由地控制出射光的指向特性。另外,喷砂处理的强弱可通过喷砂的粒体喷射中的流速或喷射时间等来控制。此外,喷砂的粒体喷射中的流速和喷射时间的基准根据粒体喷射中使用的粒径和棱镜板11的材质等而不同。此外,图12B示出了在缩短了喷射时间作为较弱的喷砂处理的情况下的表面凹凸的示意图。在该情况下,成为这样的状态微小凹凸部14的密度变得稀疏(微小凹凸部14的密度减半),且棱镜面12的倾斜部分残留一半。由此,入射光的棱镜偏斜(无凹凸的部分) 与漫射(凹凸部)同时存在,可以认为出射光有指向性且发生漫射。并且,图12C示出了在减弱流速(喷射压)作为较弱的喷砂处理的情况下的表面凹凸的示意图。在减弱喷射压时,微小凹凸部14的凹凸的深度变浅,凹凸表面的法线以棱镜面12 的角度为中心分布在较小的范围内(例如30° 士30° )。其结果为,漫射光的光轴与棱镜偏斜(棱镜面12的偏斜特性)相同,入射光以偏斜角为中心进行漫射,并且漫射光分布于其前后的角度。这样,与上述相同,可认为出射光具有指向性且进行漫射。另外,在使用玻璃珠作为粒体进行喷砂处理的情况下,微小凹凸部14变得光滑, 所以相当于实施较弱的喷砂处理。因此,出射光具有椭圆状的较强的指向特性。另外,图12A至图12C只是用于说明的示意图,与实际的表面形状不同。关于实施喷砂处理后的棱镜面的实际的凹凸,振幅和周期都不均勻,有时不会成为图12A至图12C所示的半球形状或吊钟状等。但是,在整体上,棱镜面的凹凸的振幅较大,如前所述,表面的法线的方向均勻分布,结果,出射光显现出无指向性。在此,棱镜面的表面凹凸的状态即棱镜面的表面粗糙度能够使用JIS-B0601所规定的参数表示。作为其中之一的算数平均粗糙度Ra(μ m)是这样的参数当使用与剖面形状相当的粗糙度曲线表示凹凸的状态并求出表面振幅的平均线、将其方向作为X轴、且将振幅作为相对于平均线的偏差f(x)时,可以用Ra = 1/L · f 0L | f (x) dx表示。另外,L是在χ轴方向上取得的基准长度。此外,棱镜面的表面粗糙度能够用JIS-B0601 1994所规定的参数表示(十点平均粗糙度Rz)。其是通过分别对峰的高度和谷的深度取前5个最大值并将它们的平均值相加而得到的值,是具有与最大振幅类似的意义的参数。当使用这些参数表示图9和图11的凹凸状态时,在实施了较弱的喷砂处理的图9 的情况下,例如Ra = 0. 8 μ m、Rz = 5. 5 μ m。该情况下,凹凸振幅较小,成为残留由棱镜斜面确定的方向上的指向性的特性。此外,如图11所示,在实施了较强的喷砂处理的情况下的表面粗糙度例如是Ra = 1.6ym、Rz = 16.4μπι。该情况下,凹凸振幅非常大,出射光的指向性消失。根据本实施方式,棱镜板11具有棱镜面12,其形成有具有多条棱线13的三角柱形状的棱镜阵列;以及形成于该棱镜面上的微小凹凸部14,因此,通过该微小凹凸部14能够对照明光的出射方向赋予指向性并且控制照度分布。[第2实施方式]图13和图14是示出本实施方式的棱镜板11的图,图13是示出从棱镜板11出射的光的指向特性的图,图14是从XIV-XIV方向观察该棱镜板11的图。另外,对与第一实施方式相同或者相当的部件标注相同的标号进行说明。在本实施方式中,在光的入射侧的棱镜面12上实施喷砂处理而形成微小凹凸部 14,并且也在照明光的出射侧的出射面15上实施喷砂处理而形成微小凹凸部14’。这样,向棱镜面12入射的光在棱镜面12的微小凹凸部14处进行漫射,进而,在出射面15的微小凹凸部14’处发生漫射而出射。该情况下,来自出射面15的出射光的指向性的控制是由入射侧的棱镜面12的喷砂强弱支配的,这与第一实施方式相同。根据本实施方式,除棱镜面12之外,还在出射面15上进行喷砂处理,由此能够进行更加细微的指向性控制。此外,还有这样的优点从棱镜面12入射的光经过入射侧的棱镜面12和出射侧的出射面15的两次漫射,能够获得更平滑的照明光分布。[第3实施方式]图15是示出本实施方式的棱镜板11的成型金属模具20的结构的图。在第一实施方式中,说明了在棱镜板11的棱镜面12上直接实施喷砂处理而形成微小凹凸部14的情况。但是,微小凹凸部14的形成方法不限于此。例如,也可以利用成型方法形成微小凹凸部14。一般地,棱镜板11是通过对丙烯酸等塑料原材料进行成型来制造的。因此,实际上,如图15所示,进行如下处理在成型金属模具20中形成微小凹凸部25,将该微小凹凸部25转印至成型原材料23,从而对棱镜板11进行成型。即,成型金属模具20具有相对配置的上模具21和下模具22。而且,在该上模具21 的成型面21a与下模具22的成型面2 之间,配置塑料原材料23。在该状态下,将塑料原材料23加热到预定温度而软化。接着,使上模具21和下模具22相对靠近移动,对塑料原材料23进行加压,从而对棱镜板11进行成型。图15是说明上述加压成型法的金属模具的图,但采用将成型原材料向由金属模具围起来的空间喷射而成型的射出成型(injection, 注射)法,也是完全相同的。该成型金属模具20在下模具22的成型面2 上形成具有多条棱线M的三角柱形状的棱镜阵列,并且在形成有该棱镜阵列的斜面上形成微小凹凸部25。该微小凹凸部25 例如能够通过喷砂处理形成。由此,能够在成型原材料23上转印微小凹凸部25而对棱镜板11进行成型。但是,当在下模具22上形成微小凹凸部25时,只要是精细加工,则也可采用喷砂处理以外的方法。另外,在本实施方式中,说明了在下模具22上形成微小凹凸部25的情况,但是不限于此。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,能够在棱镜板 11的棱镜面和出射面双方形成微小凹凸部(参见上述图13)。根据本实施方式,例如在下模具22的成型面2 上,形成具有多条棱线M的三角柱形状的棱镜阵列,并且,至少在形成有棱镜阵列的下模具22的棱镜阵列的斜面上形成微小凹凸部25,将该微小凹凸部25转印至成型原材料23上,由此能够获得对照明光的出射方向赋予指向性且能够控制照度分布的棱镜板11。[第4实施方式]图16是示出将照明光学系统10应用于信息读取用的摄像装置30的例子的图。而且,图17A是从棱镜面12侧观察棱镜板11的图,图17B是示出棱镜面12与导光体33的位置关系的图。另外,对与第一实施方式相同或者相当的部件标注相同的标号进行说明。该摄像装置30的照明光学系统10将光照射到摄像对象物31,以利用作为摄像元件的图像传感器32接收来自摄像对象物31 (例如手掌)的反射光而进行摄像。该照明光学系统10具有多个作为发光元件的LED16,它们呈圆环状地配置于图像传感器32的周围;环状导光体(圆筒体)33,其配置于多个LED16的上方;以及环状的棱镜板11,其配置于该导光体33的出射面33a上方。另外,导光体33例如由透明的树脂(或者玻璃等)构成,将来自多个LED16的光引导至上方,经由棱镜板11将均勻的光照射到摄像对象物31。通过该导光体33,能够以不会从光路泄漏的方式引导来自LED16的光。因此,导光体33对应于LED16的配置状态而形成为环状。另外,环状是指中央有孔的轮状,例如包括圆形环、方形环、椭圆环、以及长圆环寸。如图17A所示,该环状的棱镜板11为了将来自导光体33的出射面33a的光照射到摄像对象物31,具有棱镜面12,该棱镜面12在圆周上形成有在半径方向上具有多条棱线 13的三角柱形状的棱镜阵列。另外,优选等间隔地形成多条棱线13,但也可以不是严格的等间隔。另外,多条棱线13朝向环中心形成在半径方向上,但也可以不是严格地朝向环中心。此外,如图17B所示,该棱镜面12被配置成与多个LED16(导光体33的出射面33a 侧)相对。进而,在该环状的棱镜板11的棱镜面12上形成有微小凹凸部14(参见图17A)。该微小凹凸部14与在第一实施方式等中说明的内容相同。而且,如图16所示,从LED16出射的光通过环状的导光体33被导向作为读取对象的摄像对象物31。在环状的导光体33的内侧配置有具有图像传感器32和光学镜头34的摄像系统。图18A至图18D是从出射面15侧观察摄像装置30的照明光学系统10的图。此外,该图18A至图18D是对来自棱镜板11上的一点(A点)的出射光的指向特性分布进行比较的图。另外,该图18A至图18D的指向性分布将喷砂强度(此处为喷射时间)作为参数。
另外,在摄像装置30的中央配置有由光学镜头34和图像传感器32构成的摄像系统。而且,该图像传感器32的周围被环状的导光体33和重叠于其上的环状的棱镜板 11包围。该情况下,排列成环状的多个LED16成为照明光源,经过导光体33从环状的棱镜板11射出照明光。在下面说明的图18A至图18D中,假定棱镜板11的出射面15未实施喷砂处理。图18A是在棱镜板11的棱镜面12上也未实施喷砂处理的情况,是示出最强指向性的例子。在该图18A中,棱镜板11使从A点射出的光只指向环的切线方向。该情况下,如果将来自环状的棱镜板11的出射面15整体的照明相加,由于不会指向半径方向,所以成为环的中心部较暗、周围较亮的环状照明分布。图18B是在棱镜面12上实施较弱的喷砂处理的情况,图18C是以更大的强度在棱镜面12上实施喷砂处理的情况。可知无论是图18B和图18C的哪种情况,照明光不仅射向切线方向,还射向半径方向。由此,照明也能到达环的中心部。此外,指向性随着喷砂处理的强度而变化,在喷砂处理较强的图18C的情况下,与图18B相比,指向性变弱。因此,在图18C中,表示指向性分布的椭圆接近于圆。如前所述,在利用表面粗糙度参数表示图18B和图18C的棱镜面的凹凸状态时,例如在喷射处理较弱的图18B的情况下,Ra = 0. 8 μ m、Rz = 5. 5 μ m。此外,在喷射处理为中等程度的图18C的情况下,fei= 1.3ym,Rz = 12.8μπι。S卩,图18C的凹凸振幅较大。并且,图18D是在棱镜面12上充分(较强地)实施了喷砂处理的情况,指向性分布显现出接近于圆的无指向性。在该图18D的情况下的棱镜面的凹凸状态例如是Ra = 1. 6ym、Rz = 16. 4μπι。这样,由于喷砂处理充分强,因此成为振幅充分大的凹凸状态。在这种情况下,来自环状的棱镜板11的出射面15的照明光在环中心部重叠,因此,环中心部的照度升高。图19是示出棱镜板11的出射面15和评价面(被照射面)17的位置关系的图。该图19是设摄像系统的光轴为ζ轴、棱镜板11的出射面15为ζ = 0的平面时、 将ζ = ζ1的平面作为评价面(被照射面)17的图。另外,图20Α至图20D是对评价面17中的照明光的照度分布进行比较的图。另夕卜, 设横轴为到光轴的距离r、纵轴为照明的照度(W/m2)。在该图20A至图20D中,在使用喷射时间表示喷砂处理强度的情况下,图20A的喷射时间为0 (无喷砂处理),图20B的喷射时间为0至1/2 (较弱的喷砂处理),图20C的喷射时间为1/2 (稍强的喷砂处理),图20D的喷射时间为1 (较强的喷砂处理)。进而,图21是概括示出了图20A至图20D的照度分布的图。在上述内容中,图20A是对应图18A的图。该图20A示出在棱镜面12 (和出射面 15)上无喷砂处理的情况下的照度分布。该情况下,照明光不能到达环状的棱镜板11的环中心部,成为环状的照度分布,其中,环周边部呈圆环状,较明亮。图28B是对应图18B的图。该图20B示出在棱镜面12上实施了较弱的喷砂处理的情况下的照度分布。该情况下,通过喷砂处理的漫射效果在半径方向上也分配照明光,环周边部具有圆环状的较亮的环状特征,并且照明也能到达环中心部。图20C是对应图18C的图。该图20C示出在棱镜面12上实施了强度比图18B大的喷砂处理的情况下的照度分布。该情况下,向环中心部的照明光分配增大,在整个评价面 17上成为均勻的照度分布。图20D是对应图18D的图。该图20D示出在棱镜面12上实施了充分(较强)的喷砂处理的情况下的照度分布。该情况下,出射光的环切线方向上的指向性消失,因为照明光集中于环中心部,所以形成单峰性(一个峰的形状)的照度分布。该照度分布的形状与没有环形棱镜板11的情况基本相同。即,与在透明玻璃平板的单面上实施了较强的喷砂处理的情况相同。这样,当逐渐改变棱镜面12的喷砂处理强度时,评价面17的照度分布如图20A至图20D所示变化。图21是概括示出图20A至图20D的照度分布的图。如该图21所示,根据喷砂处理的强弱,照度分布会从圆环状的a曲线,经过b曲线、c曲线到单峰性的d曲线发生连续变化。这样,通过棱镜面12的喷砂处理的强弱,能够获得所期望的照明光的照度分布特性。另外,在照明光出射时,使其在环切线方向上具有指向特性,这在摄像系统中向取得图像添加物体表面阴影、或者避免阴影的情况下有效。此外,通过在环切线方向上具有指向特性,还能够对来自物体的反射光赋予指向特性,避免或增强镜面反射光。另一方面,照度分布本身即使不利用棱镜板11也能进行控制。例如,即便没有环切线方向的指向性,也能够只通过半径方向的出射方向和漫射程度来控制照度分布。另外,在本实施方式中,说明了假定为在棱镜板11的出射面15侧未实施喷砂处理的情况,但是不限于此。例如,也可以在棱镜板11的棱镜面12和出射面15双方实施喷砂处理(参见图1 。该情况下,与只在棱镜面12上实施喷砂处理的情况相比较,能够大幅度地控制照明光的出射方向的指向特性和照度分布。根据本实施方式,由于具有配置于图像传感器32周围的多个LED16、以及环状的棱镜板11,所以能够对照明光的出射方向赋予指向特性,并且控制照度分布,其中,上述棱镜板11的棱镜面12朝向多个LED16侧配置且在棱镜面12上形成有微小凹凸部14,以将来自多个LED16的光照射到图像传感器32,该棱镜面12在缘周上形成有在半径方向上具有多条棱线13的三角柱形状的棱镜阵列。[第5实施方式]图22是示出将环状的导光体33的出射面33a的形状设定为圆锥台状斜面的照明光学系统10的图。此外,图23A是示出圆锥台状的棱镜板11的外观的图,图2 是示出其 B部放大的图。另外,对与第一实施方式相同或者相当的部件标注相同的标号进行说明。在第一至第四实施方式中,将导光体33的出射面33a和棱镜板11的棱镜面12设定为平面,但在本实施方式中设定为圆锥台状。S卩,根据LED16的光量分布、导光体33的尺寸、作为摄像对象物的被照射面的尺寸以及到被照射面的距离等,有时适合将导光体33的出射面15设定为圆锥台状的斜面。
在该情况下,如图22所示,将环状的导光体33的出射面15设定为圆锥台状的斜面,同样地,环状的棱镜板11的形状也成为具有圆锥台状斜面的立体形状。在图23A中,与导光体33的出射面33a重叠配置的环状的棱镜板11形成于圆锥台状的斜面。此外,在图23B中,该棱镜板11与第四实施方式相同,具有棱镜面12,该棱镜面12在圆周上形成有在半径方向上具有多条棱线13的三角柱形状的棱镜阵列。关于该棱镜阵列,例如是顶角为90度、深度为0. 2mm的180个(棱镜阵列间距为2。)。进而,如图2 所示,通过喷砂处理在棱镜面12上形成微小凹凸部14。由该微小凹凸部14在棱镜面12上形成漫射面。另外,在本实施方式中,说明了在棱镜板11的棱镜面12上实施喷砂处理而形成微小凹凸部14的情况,但是不限于此。例如,通过在棱镜面12和出射面15双方实施喷砂处理(参见图13),能够大幅度地控制照明光的指向特性。根据本实施方式,将导光体33的出射面33a设定为圆锥台状的斜面,此外,将棱镜板11的出射面15设定为圆锥台斜面,使光从该出射面15漫射出射,能够对照明光的出射方向赋予指向特性并且控制照度分布。此时的照度分布可认为基于所述图21的照度分布曲线a至d的分布。
权利要求
1.一种棱镜板,其特征在于,该棱镜板具有棱镜面,其在单面形成有具有多条棱线的三角柱形状的棱镜阵列;以及形成于该棱镜面上的微小凹凸部。
2.根据权利要求1所述的棱镜板,其特征在于,所述微小凹凸部的凹凸的深度随着向所述棱镜面入射的光从与所述棱镜面相反侧的出射面出射的光的指向特性而变化。
3.根据权利要求1或者2所述的棱镜板,其特征在于,所述微小凹凸部是通过喷砂处理形成的。
4.根据权利要求1所述的棱镜板,其特征在于,在所述棱镜面和所述出射面双方形成有所述微小凹凸部。
5.根据权利要求1所述的棱镜板,其特征在于,所述棱镜面形成在圆锥台状的斜面上。
6.一种摄像装置的照明光学系统,该照明光学系统将光照射到摄像对象物,以利用摄像元件接收来自所述摄像对象物的反射光而进行摄像,其特征在于,该照明光学系统具有多个发光元件,其配置于所述摄像元件的周围;以及环状的棱镜板,其棱镜面朝向所述多个发光元件侧配置,且在所述棱镜面上形成有微小凹凸部,以将来自所述多个发光元件的光照射到所述摄像对象物,其中,所述棱镜面在缘周上形成有在半径方向上具有多条棱线的三角柱形状的棱镜阵列。
7.根据权利要求6所述的摄像装置的照明光学系统,其特征在于,所述微小凹凸部的凹凸的深度随着向所述棱镜面入射的光从与所述棱镜面相反侧的出射面出射的光的指向特性而变化。
8.根据权利要求6或者7所述的摄像装置的照明光学系统,其特征在于,所述微小凹凸部是通过喷砂处理形成的。
9.根据权利要求6所述的摄像装置的照明光学系统,其特征在于,在所述棱镜面和所述出射面双方形成有所述微小凹凸部。
10.根据权利要求6所述的摄像装置的照明光学系统,其特征在于,所述棱镜面形成在圆锥台状的斜面上。
11.一种棱镜板的成型模具,该成型模具具有相对配置的第一模具和第二模具,将配置于该第一模具与第二模具之间的成型原材料进行加热软化并加压而对棱镜板进行成型,或者,向由第一模具和第二模具围起来的空间中注射成型原材料而对棱镜板进行成型,该成型模具的特征在于,在所述第一模具和第二模具中的一方的成型面上,形成有具有多条棱线的三角柱形状的棱镜阵列,并且,至少在所述第一模具和第二模具的形成有所述棱镜阵列的一侧的该棱镜阵列的斜面上形成有微小凹凸部。
12.根据权利要求11所述的棱镜板的成型模具,其特征在于,所述微小凹凸部是通过喷砂处理形成的。
全文摘要
可得到能够对照明光的出射方向赋予指向性并且控制照度分布的棱镜板。棱镜板(11)具有棱镜面(12),其形成有具有多条棱线(13)的三角柱形状的棱镜阵列;以及形成于该棱镜面(12)上的微小凹凸部(14)。
文档编号G02B5/02GK102576102SQ201080047798
公开日2012年7月11日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年10月30日
发明者山崎行造, 岩口功 申请人:富士通先端科技株式会社

最新回复(0)