(57)【要約】  撮像装置用の照明光学系は、撮像部の周囲に円環状に配列された複数の光源と、光源の照明光の光軸を中心に円環状に形成されたプリズム板と、を含む。プリズム板は、光源からの照明光が入射する、プリズム板の円周方向に円環状に並ぶ複数のプリズムを含むプリズム列が形成されたプリズム面と、光源からの照明光が入射する、プリズム板の円周方向に円環状に形成された平坦部と、照明光を出射する出射面と、を含む。プリズム面が、光軸を中心とするプリズム板の所定の半径より外周側に形成され、平坦部が、光軸を中心とするプリズム板の所定の半径より内周側に形成されている。
2019163003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に配列された複数の光源と、
前記複数の光源の照明光の光軸を中心に円環状に形成されたプリズム板と、を含み、
前記プリズム板は、
前記光源から出射された照明光が入射する、前記プリズム板の円周方向に円環状に並ぶ複数のプリズムを含むプリズム列が形成されたプリズム面と、
前記光源からの照明光が入射する、前記プリズム板の円周方向に円環状に形成された平坦部と、
前記照明光を出射する出射面と、を含み、
前記プリズム面が、前記光軸を中心とする前記プリズム板の所定の半径より外周側に形成され、
前記平坦部が、前記光軸を中心とする前記プリズム板の前記所定の半径より内周側に形成されている
ことを特徴とする撮像装置用の照明光学系。
【請求項２】
前記プリズム面において、前記プリズムの各々に前記プリズム板の半径方向に沿って形成された前記プリズムの稜線の高さが、前記所定の半径から前記外周側へ向かうにつれて前記プリズム板に対して高くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項３】
前記光源の照明光の光軸を中心に円環状に形成され、前記複数の光源と前記プリズム板との間に配置されて、前記複数の光源からの照明光を前記プリズム面へ導く導光体をさらに含む
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項４】
前記導光体は、前記光源からの照明光が入射する、曲率が異なる複数の入射面を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項５】
前記導光体は、前記導光体の前記光軸を中心とする内周側の内壁で前記光源からの照明光を全反射させる第１の曲率を有する第１の入射面を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項６】
前記導光体は、前記導光体の出射面において前記光源からの照明光を前記光軸を中心とする前記導光体の内周側から外周側へ分散して出射させる第２の曲率を有する第２の入射面を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項７】
前記導光体は、前記導光体の前記光軸を中心とする外周側の内壁から前記導光体の外方へ前記光源からの照明光を透過させる第３の曲率を有する第３の入射面を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項８】
前記出射面は、微小な凹凸が形成された拡散面である
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項９】
前記平坦部は、前記半径方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項１０】
前記出射面は、前記半径方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項１１】
前記プリズム板は、円錐台形状であり、
前記平坦部は、前記半径方向に対して傾斜し、
前記出射面は、前記半径方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項１２】
前記プリズムの稜線は、前記平坦部に対してさらに傾斜する角度を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項１３】
前記所定の半径および前記平坦部に対する前記プリズムの稜線の傾斜角度に応じて、前記出射面から出射される前記照明光の指向性が変化する
ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置用の照明光学系。
【請求項１４】
前記プリズム列は、前記プリズム板の半径方向に直交する断面で見たときに、三角形形状を呈し、
前記平坦部が、前記複数のプリズムの間にさらに設けられる
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置用の照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置用の照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の一種として、手のひら静脈認証装置やバーコードリーダなど、被写体からの情報読取を目的とする撮像装置（以降、単に、撮像装置と記す）が知られている。図１は、被写体からの情報読取を目的とする撮像装置の構成を例示した図である。このような撮像装置１００は、図１に例示されるように、照明光学系１０１と撮像光学系１０３とを含む構成を有している。撮像装置１００は、光源の一例であるＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）１０２が照明光を被写体１０６に照射し、撮像レンズ１０４の像側に設けられたイメージセンサ１０５が被写体１０６を介して入射する正反射光や散乱光を検出することで、被写体１０６の情報を読取る。被写体１０６は、例えば、手のひら、バーコードが印刷された用紙などである。【０００３】
ところで、図１に例示されるように、照明光が照射された被写体１０６表面の各点では、正反射光（図１の実線）と正反射光に比べて光強度が弱い散乱光（図１の破線）とが生じる。しかし、撮像光学系１０３の視野内のすべての点で生じた正反射光がイメージセンサ１０５へ入射するわけではない。このため、正反射光がイメージセンサ１０５で検出される点（図１の点Ｂ）と検出されない点（図１の点Ａ、Ｃ）では、たとえ同じ照度で照明しても、検出される光量が異なってしまう。【０００４】
このような正反射光が原因で生じる光量差（以降、正反射ノイズと記す）は、撮像装置の読取精度を劣化させる一要因となる。このため、撮像装置の分野では、正反射ノイズを抑制して撮像装置の読取精度を改善する技術が望まれている。【０００５】
正反射ノイズを抑制して撮像装置の読取精度を改善するためには、被写体中に局所的な高輝度領域が生じることを防止すればよいが、単に照度を均一化すればよいわけではない。そのためには、被写体から生じた光が撮像光学系に適切に導かれるように、照明光の指向性を制御すればよい。光の指向性を制御する技術としては、プリズム板を用いて光の出射方向を制御する技術がある（例えば特許文献１参照）。【０００６】
図２〜図７は、従来技術に係るプリズム板による光の出射方向の制御を説明するための図である。図２は、従来技術のプリズム板のＸＺ断面における入射光と出射光の関係を示す図である。図３は、図２に例示されるプリズム板のＸＺ断面におけるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光の関係を示す図である。図４は、図３に示される線ＡＡでのＹＺ断面における、図２に例示されるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光の関係を示す図である。図５は、図２に例示されるプリズム板を出射面から見たときの入射光と出射光の関係を示す図である。図６は、稜線に平坦部を設けた従来技術のプリズム板のＸＺ断面における入射光と出射光の関係を示す図である。図７は、図６に例示されるプリズム板を出射面から見たときの出射光の指向性を示す図である。図２〜図７のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた右手直交座標系である。【０００７】
図２に例示されるプリズム板２００は、各々が稜線２０２を有する複数のプリズム列がＸ軸方向に互いに平行に並んで形成されるプリズム面２０１と、平面２０３とを、それぞれ入射面、出射面として有している。プリズム板２００に垂直へ入射した入射光（より厳密には、Ｙ軸方向成分を有しない入射光、図２の実線を参照）は、図３および図４に例示されるように、稜線２０２と直交するＸ軸方向に偏向される。また、プリズム板２００に垂直へ入射しない入射光（より厳密には、Ｙ軸方向成分を有する入射光、図２の破線を参照）も同様に、プリズム面２０１ではＸ軸方向へ偏向される。このため、図５に例示されるように、出射光は、出射面である平面２０３において、稜線２０２と平行なＹ軸方向（稜線方向）には出射しないが、入射光のＹ軸方向成分に応じてＹ軸方向成分を有するものとなる。このように、プリズム板２００によれば、プリズム面２０１側から入射する入射光をプリズム面２０１および平面２０３での屈折により偏向することで、出射方向を制御して出射光の指向性を制御することができる。【０００８】
さらに、特許文献１に記載の従来技術では、図６に例示されるように、稜線２０２−１に平坦部２０１−１ｂを設け、傾斜部２０１−１ａおよび平坦部２０１−１ｂを含むプリズム面２０１−１を有するプリズム板２００−１を用いる。プリズム板２００−１では、プリズム面２０１−１の傾斜部２０１−１ａへ入射した照明光がプリズム面２０１−１での屈折により整列方向（Ｘ軸方向）に偏向する。これに対して、プリズム面２０１−１の平坦部２０１−１ｂへ入射した照明光は、プリズム面２０１−１での屈折により整列方向に偏向することなくプリズム板２００−１を通過する。また、平坦部２０１−１ｂへ入射した照明光については、平坦部２０１−１ｂと出射である平面２０３が平行であるため、平坦部２０１−１ｂおよび平面２０３を通過しても、その整列方向（Ｘ軸方向）成分と稜線方向（Ｙ軸方向）成分の比率も維持される。【０００９】
よって、図７の指向性分布で例示されるように、プリズム板２００−１を用いた従来技術によれば、稜線方向へも照明光を出射することができる。また、プリズム板２００−１では、入射した照明光のすべてが整列方向に偏向する図２に例示されるプリズム板２００に比べて、整列方向に偏向する照明光の光量を抑制することができる。このため、プリズム板２００−１を用いた従来技術によれば、撮像装置の照明光の出射面である平面２０３において、外方（Ｙ軸方向）へ曲がる周辺光を形成し、照明光の周辺への広がりを確保している。これにより、プリズム板２００−１を用いる従来技術では、照明光の指向性の整列方向（Ｘ軸方向）への偏りを抑え、撮像装置の照明光の出射面における周辺輝度を確保する。よって、出射面における照明光の中央輝度と周辺輝度との輝度差を低減し、輝度を一様にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１１７５１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上述の従来技術では、プリズム面によって整列方向、稜線方向に射出される照明光が、被写体よりもさらに外側に散り過ぎてしまい、かつ中央輝度が落ちこむ場合がある。また、イメージセンサの中心軸方向への補正としてプリズム列の稜線に平坦面を組み入れても、被写体の周辺位置に光を多く集めようとしたときに、中央輝度が落ち込みかつ周辺に散り過ぎた分布になるか、または、逆に中央部輝度を平坦にしようとすると中央に光が集まり過ぎる場合がある。このため、被写体の周辺が暗い輝度分布になってしまい、特に撮像装置の筐体深さが相対的に深い場合に、被写体の周辺に適切に光を集めづらいという問題がある。【００１２】
本願の開示技術は、上記に鑑みてなされたもので、例えば、中央輝度の均一性を確保しつつ周辺輝度の周辺輝度の低下を抑制する撮像装置用の照明光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
開示技術の一例では、撮像装置用の照明光学系は、円環状に配列された複数の光源と、前記複数の光源の照明光の光軸を中心に円環状に形成されたプリズム板と、を含む。前記プリズム板は、前記光源から出射された照明光が入射する、前記プリズム板の円周方向に円環状に並ぶ複数のプリズムを含むプリズム列が形成されたプリズム面と、前記光源からの照明光が入射する、前記プリズム板の円周方向に円環状に形成された平坦部と、前記照明光を出射する出射面と、を含む。前記プリズム面が、前記光軸を中心とする前記プリズム板の所定の半径より外周側に形成され、前記平坦部が、前記光軸を中心とする前記プリズム板の前記所定の半径より内周側に形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
開示技術の一例によれば、撮像装置用の照明光学系において、中央輝度の均一性を確保しつつ周辺輝度の周辺輝度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、被写体からの情報読取を目的とする撮像装置の構成を例示した図である。
【図２】図２は、従来技術のプリズム板のＸＺ断面における入射光と出射光との関係を示す図である。
【図３】図３は、図２に例示されるプリズム板のＸＺ断面におけるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光との関係を示す図である。
【図４】図４は、図３に示される線ＡＡでのＹＺ断面における、図２に例示されるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光との関係を示す図である。
【図５】図５は、図２に例示されるプリズム板を出射面から見たときの入射光と出射光との関係を示す図である。
【図６】図６は、稜線に平坦部を設けた従来技術のプリズム板のＸＺ断面における入射光と出射光との関係を示す図である。
【図７】図７は、図６に例示されるプリズム板を出射面から見たときの出射光の指向性を示す図である。
【図８】図８は、実施例１の撮像装置の構成を例示した図である。
【図９】図９は、図８に例示される線ＢＢでのＸＺ断面における撮像装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、図８に例示される撮像装置の基板のＸＹ平面図である。
【図１１】図１１は、図８に例示される撮像装置のプリズム板の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例１のプリズム板のプリズム面を詳細に示す図である。
【図１３】図１３は、実施例１のプリズム板のプリズムの半径位置、高さ、ピッチ角を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、実施例１のプリズム板のプリズム角を示すＸＺ側面図である。
【図１５】図１５は、実施例１の導光体およびプリズム板を示すＸＺ断面図である。
【図１６】図１６は、実施例１の導光体における入射光と出射光との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、実施例１の撮像装置用の照明光学系において導光体へ入射し、プリズム板から出射する照明光を示すＹＺ断面図である。
【図１８】図１８は、実施例１の撮像装置用の照明光学系において導光体へ入射し、プリズム板から出射する照明光を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、実施例１の撮像装置用の照明光学系において導光体へ入射し、プリズム板から出射する照明光の種別毎の半径方向および円周方向の照明光比率を示す図である。
【図２０】図２０は、実施例１の撮像装置用の照明光学系における照度の評価面と照明光学系の出射面との関係を示す図である。
【図２１】図２１は、実施例１の撮像装置用の照明光学系の評価面での照明光種別毎の照度分布を示す図である。
【図２２】図２２は、実施例１の撮像装置用の照明光学系の評価面でのレンズ周辺減光の照度分布を示す図である。
【図２３】図２３は、実施例１の撮像装置用の照明光学系の評価面での照度分布を示す図である。
【図２４】図２４は、実施例２の撮像装置用の照明光学系において、出射面をブラスト面として形成したプリズム板を例示した図である。
【図２５】図２５は、図２４に例示されるプリズム板のＸＺ断面におけるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光との関係を示す図である。
【図２６】図２６は、図２５に例示される線ＣＣでのＹＺ断面における、図２４に例示されるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光との関係を示す図である。
【図２７】図２７は、図２４に例示されるプリズム板を出射面から見たときの出射光の指向性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本願の開示技術にかかる撮像装置用の照明光学系の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施例によって、本願の開示技術が限定されるものではない。以下の実施例および変形例の説明において、既出の構成要素および処理については、同一名称または同一符号を付与し、説明を省略する。また、以下の各実施例は、矛盾しない範囲でその一部または全部を組合せて実施できる。
【実施例１】
【００１７】
（実施例１の撮像装置の構成）
図８は、実施例１の撮像装置の構成を例示した図である。図９は、図８に例示される線ＢＢでのＸＺ断面における撮像装置の構成を示す図である。図１０は、図８に例示される撮像装置の基板のＸＹ平面図である。【００１８】
図８〜図１０に例示される撮像装置１０は、例えば、手のひら静脈認証装置など、撮像対象物からの情報読取を目的とする撮像装置である。撮像装置１０は、主な構成として、筐体１１、基板１２、光源の一例であるＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）１３、撮像素子（撮像部）の一例であるイメージセンサ１４を有する。また、撮像装置１０は、主な構成として、レンズ開口部（アパーチャ）１６、導光体１７、プリズム板１８、支持部１９、レンズユニット２０、フード２１、カバー２２を有する。撮像装置１０の撮像光学系は、イメージセンサ１４およびレンズユニット２０を含む。撮像装置１０の照明光学系は、ＬＥＤ１３、導光体１７、プリズム板１８を含む。【００１９】
図８では、イメージセンサ１４、レンズ開口部１６、支持部１９、カバー２２の図示を省略している。また、図９では、筐体１１の図示を省略している。また、図１０では、筐体１１、イメージセンサ１４、レンズ開口部１６、導光体１７、プリズム板１８、支持部１９、レンズユニット２０、フード２１、カバー２２の図示を省略している。【００２０】
なお、実施例１のＸＹＺ座標系は、方向および位置の参照のために設けた右手直交座標系である。図８および図９に示すように、実施例１のＸＹＺ座標系は、基板１２のイメージセンサ１４の搭載領域の中心を原点とする。また、実施例１のＸＹＺ座標系は、手のひらなどの撮像対象物がかざされる撮像装置１０のカバー２２の上方をＺ軸の正方向とし、ＸＹ平面に基板１２が含まれるような右手直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する。【００２１】
撮像装置１０は、基板１２上に、イメージセンサ１４、複数のＬＥＤ１３、レンズ開口部１６、導光体１７、プリズム板１８、支持部１９に支持されたレンズユニット２０を有する。また、撮像装置１０は、支持部１９に支持されたフード２１、レンズ開口部１６に支持されたカバー２２を有する。また、撮像装置１０は、図示しない制御基板上にマイクロコンピュータなどの処理装置である画像処理装置を有する。【００２２】
基板１２の中央に、イメージセンサ１４が搭載される。イメージセンサ１４の中心は、ＸＹＺ座標系の原点に位置する。基板１２上で、イメージセンサ１４の周囲の略円に沿って、レンズユニット２０が配置される。また、基板１２上で、レンズユニット２０の周囲の略円に沿って、複数のＬＥＤ１３が配置される。なお、複数のＬＥＤ１３は、波長が異なる２種類のＬＥＤ群に分けられるが、実施例では区別していない。また、基板１２上には、複数のＬＥＤ１３が発した光を受光する受光素子が配置されるが、図示を省略している。【００２３】
ＬＥＤ１３が出射する照明光は、Ｚ軸を中心とする円環状の導光体１７およびプリズム板１８を透して照明光としてカバー２２から上方へ出射する。この照明光は、カバー２２の上方からかざされた手のひらを照明し、手のひらにおいて反射または吸収される。イメージセンサ１４は、レンズユニット２０のレンズを透して、カバー２２の上方からかざされた手のひらの画像を撮像する。イメージセンサ１４がカバー２２の上方からかざされた手のひらの画像を撮像する際の光軸は、Ｚ軸と一致する。【００２４】
（実施例１の撮像装置の構成）
図１１は、図８に例示される撮像装置のプリズム板の構成を示す図である。図１２は、実施例１のプリズム板のプリズム面を詳細に示す図である。図１３は、実施例１のプリズム板のプリズムの半径位置、高さ、ピッチ角を示す斜視図である。図１４は、実施例１のプリズム板のプリズム角を示すＸＺ側面図である。図１１〜図１４は、図８および図９に例示する円錐台形状のプリズム板１８を、図８および図９の図示からＺ軸の正負方向を逆向きにして示している。プリズム板１８をＺ軸の負方向からみた面を、照明光が入射する入射面をプリズム面といい、プリズム板１８をＺ軸の正方向からみた面を、プリズム板１８を通過した照明光が出射する出射面という。【００２５】
図１１〜図１３に例示されるように、プリズム板１８は、Ｚ軸を中心とする円環状である。プリズム板１８のプリズム面１８Ｓには、複数のプリズム１８ｂを含むプリズム列が形成されている。複数のプリズム１８ｂは、円環状に形成されたプリズム板１８の周方向に並んで形成されている。なお、以降では、円環状に形成されたプリズム板１８のプリズム１８ｂが整列している方向（図１３ではＸ方向）を整列方向とし、プリズム１８ｂが伸びている方向を稜線方向（図１３ではＹ方向）とする。プリズム面１８Ｓは、Ｚ軸を中心とする外周側から内周側へ向かうにつれてＺ軸の正方向に傾斜している。複数のプリズム１８ｂは、図１３に例示されるように、プリズム面１８Ｓのプリズム１８ｂの各々が形成する山の斜面に相当する、整列方向に対して傾斜した傾斜部１８ｂ−５と、それらの山の稜線に相当する整列方向に平行な稜線１８ｂ−３とを含んでいる。【００２６】
そして、図１２および図１３に例示されるように、プリズム面１８Ｓにおいて、複数のプリズム１８ｂは、Ｚ軸を中心とするＸＹ平面上の半径ｒ＝ｒ０の円周Ｌよりも外周側Ａ１に形成されている。また、プリズム面１８Ｓにおいて、Ｚ軸を中心とするＸＹ平面上の半径ｒ＝ｒ０の円周Ｌよりも内周側Ａ２には、プリズム１８ｂが形成されておらず、平坦部１８ａが形成されている。【００２７】
図１３に例示されるように、隣り合うプリズム１８ｂは、ピッチ各α＝α１の等間隔でプリズム板１８に配置されている。各プリズム１８ｂは、プリズム１８ｂの基底部を形成する２つの辺１８ｂ−１および弧１８ｂ−２を有する。弧１８ｂ−２は、Ｚ軸を中心とするプリズム板１８の外周の一部である。プリズム１８ｂの基底部は、プリズム板１８におけるプリズム１８ｂの配置面において、２つの辺１８ｂ−１とこれらの端点間に張られた弧１８ｂ−２で形成される扇形となる。【００２８】
また、各プリズム１８ｂは、プリズムの稜部を形成する稜線１８ｂ−３および２つの辺１８ｂ−４を有する。２つの辺１８ｂ−１、弧１８ｂ−２、稜線１８ｂ−３および２つの辺１８ｂ−４で形成されるプリズム１８ｂの最大の高さは、“ｈ”である。辺１８ｂ−１、稜線１８ｂ−３、辺１８ｂ−４で形成される面が、傾斜部１８ｂ−５となる。隣り合うプリズム１８ｂの傾斜部１８ｂ−５の間に位置する平坦部１８ｃは、複数のプリズム１８ｂのそれぞれの傾斜部１８ｂ−５間に形成される谷となる。【００２９】
このように、各プリズム１８ｂは、プリズム板１８に対する配置面が、その扇形の要がＺ軸方向に向かっている扇形となる。よって、プリズム板１８上で隣り合うプリズム１８ｂの間には、隣り合うプリズム１８ｂの辺１８ｂ−１および頂点間で切り取られる円周Ｌの弧部分で形成される、Ｚ軸から離れる方向に向かう略二等辺三角形状の平坦部１８ｃが形成されることになる。【００３０】
また、プリズム板１８は、プリズム１８ｂの各々にプリズム板１８の半径ｒの方向に沿って形成されたプリズムの稜線１８ｂ−３の高さが、半径ｒ＝ｒ０から外周側へ向かうにつれてプリズム板１８に対して高くなるように形成されている。プリズム板１８は、光軸（Ｚ軸）を中心とする半径ｒ＝ｒ０までは、平坦部とプリズムとの面積比は、１００：０である。また、プリズム板１８は、光軸（Ｚ軸）を中心とする半径ｒ＝ｒ０を超えると、半径ｒに応じて、平坦部１８ｃの面積が徐々に減少する一方、傾斜部１８ｂ−５の面積が徐々に増加する。つまり、プリズム板１８は、光軸（Ｚ軸）を中心とする半径ｒ＝ｒ０の半径位置を境界として、Ａ２側（内周側）に平坦部１８ａを有す。また、プリズム板１８は、光軸から離れるＡ１側（外周側）に、半径ｒの大きさに応じて、半径ｒの円周の接線方向において平坦部１８ｃに対するプリズム１８ｂの傾斜部１８ｂ−５の面積比率が高まるように形成されている。プリズム１８ｂの稜線１８ｂ−３の高さを半径ｒに応じて徐々に高くすることで、内周側から外周側にかけての平坦面１０ｃと傾斜部１８ｂ−５との面積の比率が、例えば１００：０→５０：５０→０：１００のように変化する。【００３１】
また、図１４に例示されるプリズム板１８のＸＺ断面図は、プリズム板１８を外周方向から見た側面図である。隣り合うプリズム１８ｂの各稜線１８ｂ−３および各傾斜部１８ｂ−５と、この隣り合うプリズム１８ｂの間に形成される平坦部１８ｃとで形成されるプリズム１８ｂのピッチ角βは、“β１”である。プリズム１８ｂを含むプリズム列は、プリズム列の稜線方向に直交するＸＺ断面で見たときには、三角形形状を呈している。【００３２】
（実施例１の導光体およびプリズム板）
図１５は、実施例１の導光体およびプリズム板を示すＸＺ断面図である。図１５は、Ｚ軸方向の正負方向を図８および図９と同様の向きにしてプリズム板１８を示している。図１５に示すように、ＸＺ断面視において、導光体１７は、ＸＺ平面上のａ１〜ａ８の各点により形成されている。導光体１７には、ＸＺ平面上のａ２〜ａ５の各点により形成されるＬＥＤ１３から出射した照明光の入射面１７Ｉは、ＸＺ断面視において、ＸＺ平面上の点ａ２およびａ３間に形成される曲率Ｒ１の曲面Ｒ１を有する。また、入射面１７Ｉは、ＸＺ断面視において、ＸＺ平面上の点ａ３およびａ４間に形成される曲率Ｒ２の曲面Ｒ２を有する。また、入射面１７Ｉは、ＸＺ断面視において、ＸＺ平面上の点ａ４およびａ５間に形成される曲率Ｒ３の曲面Ｒ３を有する。【００３３】
また、導光体１７には、ＸＺ平面上のａ７およびａ８の各点により形成されるＬＥＤ１３から入射された照明光の出射面１７Ｅが、ＸＺ断面視において、Ｘ軸に対して所定の角度をなす。【００３４】
また、図１５に示すように、ＸＺ断面視において、プリズム板１８は、ＸＺ平面上のｂ１〜ａ６の各点により形成されている。ＸＺ断面視において、ＸＺ平面上のｂ１、ｂ５、ｂ２の各点は、一直線上に並ぶ。ＸＺ平面上の点ｂ５は、Ｚ軸を中心とするプリズム板１８のＸＹ平面上の半径ｒが“ｒ０”となる点である。【００３５】
また、プリズム板１８には、ＸＺ平面上のｂ１、ｂ５、ｂ２の各点により形成される導光体１７の出射面１７Ｅから出射した照明光の入射面１８Ｉが、ＸＺ断面視において、Ｙ軸に対して角度θをなすように形成されている。入射面１８Ｉは、前述のプリズム面１８Ｓである。平坦部１８ａは、プリズム板１８の光軸を中心とする半径方向（Ｙ軸）に対して角度θだけ傾斜している。つまり、入射面１８ＩがＹ軸に対してなす角度θは、平坦部１８ａがＸ軸に対してなす角度θと同一である。なお、平坦部１８ｃも、平坦部１８ａと同様に、半径ｒの方向に対して角度θで傾斜している。【００３６】
さらへ入射面１８Ｉには、ＸＺ平面上において、Ｚ軸を中心とするプリズム板１８のＸＹ平面上の半径ｒが点ｂ５から外周側になる部分に、プリズム１８ｂが、ＸＺ平面上のｂ５およびｂ２の各点を含んで形成されている。プリズム１８ｂの稜線１８ｂ−３は、ＸＺ断面視において、ＸＺ平面上のｂ５およびｂ２間の線分に対して、角度φをなすように形成されている。つまり、稜線１８ｂ−３は、平坦部１８ａに対してさらに傾斜する角度φを有する。そして、プリズム１８ｂは、ＸＺ平面上のｂ５およびｂ２間の線分に対して最も高い部分の高さが“ｈ”である。【００３７】
また、プリズム１８ｂは、ＸＺ平面上のｂ３およびｂ４の各点により形成される導光体１７の出射面１７Ｅから入射された照明光の出射面１８Ｅが、ＸＺ断面視において、Ｙ軸に対して角度ηをなす。【００３８】
（実施例１の導光体における入射光と出射光との関係）
図１６は、実施例１の導光体における入射光と出射光との関係を示す図である。図１５に示した構成の導光体１７において、ＬＥＤ１３から出射した照明光のうち、曲面Ｒ１から入射した照明光は、ＸＺ断面視において、ＸＺ平面上のａ１およびａ２の各点により形成される導光体１７のＺ軸を中心とする最内周側の内壁において全反射する。つまり、導光体１７は、導光体１７の光軸を中心とする内周側の内壁でＬＥＤ１３からの照明光を全反射させる曲率Ｒ１の入射面を有する。そして、導光体１７のＺ軸を中心とする最内周側の内壁で全反射した照明光は、出射面１７Ｅから出射する。【００３９】
また、図１５に示した構成の導光体１７において、ＬＥＤ１３から出射した照明光のうち、曲面Ｒ２から入射した照明光は、ＸＺ断面視において、導光体１７の内部で屈折して、出射面１７Ｅから出射する。つまり、導光体１７は、導光体１７の出射面１７Ｅにおいて、ＬＥＤ１３からの照明光を光軸を中心とする導光体１７の内周側から外周側へ分散して出射させる曲率Ｒ２の入射面を有する。【００４０】
また、導光体１７において、曲面Ｒ３から入射した照明光は、ＸＺ断面視において、導光体１７の内部で屈折して、ＸＺ平面上のａ６およびａ７の各点により形成される導光体１７のＺ軸を中心とする最外周側の内壁から外方へ出射する。つまり、導光体１７は、導光体１７の光軸を中心とする外周側の内壁から導光体の外方へＬＥＤ１３からの照明光を透過させる曲率Ｒ３の入射面を有する。【００４１】
（導光体へ入射し、プリズム板から出射する照明光）
図１７は、実施例１の撮像装置用の照明光学系において導光体へ入射し、プリズム板から出射する照明光を示すＹＺ断面図である。図１８は、実施例１の撮像装置用の照明光学系において導光体へ入射し、プリズム板から出射する照明光を示す斜視図である。図１６を参照して説明したように、導光体１７の入射面１７Ｉのうち、曲面Ｒ１および曲面Ｒ２から入射したＬＥＤ１３の照明光は、出射面１７Ｅから出射し、入射面１８Ｉからプリズム板１８へ入射する。そして、曲面Ｒ１から入射して出射面１７Ｅから出射した照明光は平坦部１８ａからプリズム板１８へ入射する。他方、曲面Ｒ２から入射して出射面１７Ｅから出射した照明光には、平坦部１８ａからプリズム板１８へ入射する照明光と、プリズム１８ｂからプリズム板１８へ入射する照明光とがある。【００４２】
図１７および図１８に示すように、照明光（１）は、曲面Ｒ２から入射して出射面１７Ｅから出射し平坦部１８ａからプリズム板１８へ入射する。そして、照明光（１）は、撮像装置１０のカバー２２から被写体へ照射される照射光のうち、光軸であるＺ軸側（プリズム板１８の半径方向）へ集光される中央集光となる。照明光（１）は、撮像装置１０のカバー２２から被写体へ直接照射される直接光である。【００４３】
また、図１７および図１８に示すように、照明光（２）は、曲面Ｒ２から入射して出射面１７Ｅから出射しプリズム１８ｂから、半径ｒ＝ｒｃの位置のプリズム板１８へ入射する。そして、照明光（２）は、撮像装置１０のカバー２２から被写体へ照射される照射光のうち、光軸であるＺ軸を中心とするプリズム板１８の円周方向へ拡散する円周方向拡散光と、Ｚ軸を中心とするプリズム板１８の半径方向へ拡散する半径方向拡散光とになる。円周方向拡散光を、照明光（２）（円周方向拡散光）と記す。また、半径方向拡散光を、照明光（２）（半径方向拡散光）と記す。【００４４】
また、図１７および図１８に示すように、照明光（３）は、曲面Ｒ１から入射して出射面１７Ｅから出射し平坦部１８ａからプリズム板１８へ入射する。そして、照明光（３）は、導光体１７のＺ軸を中心とする最内周側の内壁での反射光であり、撮像装置１０のカバー２２から被写体へ照射される照射光のうち、光軸であるＺ軸を中心とする外方（プリズム板１８の半径方向）へ拡散する内壁反射光となる。照明光（３）は、撮像装置１０のカバー２２から被写体の中心から外方へ拡散して照射される拡散光である。【００４５】
（照明光の種別毎の半径方向および円周方向の照明光比率）
図１９は、実施例１の撮像装置用の照明光学系において導光体へ入射し、プリズム板から出射する照明光の種別毎の半径方向および円周方向の照明光比率を示す図である。図１９に示すように、上述の如く、被写体である手のひらへの到達点が手のひらの中央部である照明光（１）は、その１００％が半径方向へ中央集光される直接光となり、円周方向へ拡散される光線は０％である。また、被写体である手のひらへの到達点が手のひらの周辺部である照明光（３）も、その１００％が半径方向へ拡散される内壁反射光となり、円周方向へ拡散される光線は０％である。一方、被写体である手のひらの到達点が手のひらの中央部と周辺部である照明光（２）は、そのＰ％が円周方向へ拡散される円周方向拡散光となり、（１００−Ｐ）％が半径方向へ拡散される半径方向拡散光となる。【００４６】
照明光（２）（円周方向拡散光）、照明光（２）（半径方向拡散光）、照明光（３）の各光量は、プリズム板１８において、平坦部１８ａとプリズム１８ｂとの境界線の円周Ｌを定めるＺ軸を中心とするＸＹ平面上の半径ｒ＝ｒ０を適切に決定して制御できる。円周Ｌを定める半径ｒ＝ｒ０を適切に決定することにより、平坦部１８ａを通過する照明光のほとんどを導光体１７の内部で内壁反射させ、被写体の周辺部に照射される照明光（３）の光量を増大させることができる。また、円周Ｌを定める半径ｒ＝ｒ０を適切に決定することにより、プリズム１８ｂを通過する照明光を円周方向拡散光と半径方向拡散光とに振り分け、被写体の中央部と周辺部とのそれぞれに照射される照明光（２）の光量を適切とすることができる。【００４７】
図２０は、実施例１の撮像装置用の照明光学系における照度の評価面と照明光学系の出射面との関係を示す図である。図２１は、実施例１の撮像装置用の照明光学系の評価面での照明光種別毎の照度分布を示す図である。図２２は、実施例１の撮像装置用の照明光学系の評価面でのレンズ周辺減光の照度分布を示す図である。図２３は、実施例１の撮像装置用の照明光学系の評価面での照度分布を示す図である。【００４８】
図２０では、撮像光学系の光軸方向をＺ軸方向と定義し、照明光学系（プリズム板１８）の出射面１８ＥのＺ座標をＺ＝ｚ０とし、被写体の表面に相当する評価面のＺ座標をＺ＝ｚ１とする。また、撮像光学系の光軸方向と直交する半径方向をＲ方向と定義し、撮像光学系の光軸のＲ座標を０（原点）とする。なお、図２１〜図２３では、照明光学系の照度分布は、照明光学系の出射面１８Ｅが円環状であることから、照度分布は、照度を示す縦軸に関して対称となる。【００４９】
図２１に例示されるように、照明光（１）は、Ｒ＝０でピークとなる指向性分布を有する。これは、照明光（１）が、光軸であるＺ軸側（プリズム板１８の半径方向）へ集光される中央集光であるためである。【００５０】
また、照明光（２）は、２つの同一の半径距離Ｒのそれぞれでピークとなり、Ｒ＝０で極小となる指向性分布を有する。これは、照明光（２）が、適切に振り分けられた円周方向拡散光と半径方向拡散光とを含むためである。プリズム板１８において平坦部１８ａとプリズム１８ｂとの境界線の円周Ｌを定める半径ｒ＝ｒ０を適切に決定することで、照明光（２）により、周辺部の照度の低下を抑制しつつ、周辺部の照度を確保できる。【００５１】
また、照明光（３）は、２つの同一の半径距離Ｒのそれぞれでピークとなり、Ｒ＝０で０となる指向性分布を有する。これは、照明光（３）が、光軸であるＺ軸を中心とする外方（プリズム板１８の半径方向）へ拡散する内壁反射光であるためである。照明光（３）は、プリズム板において平坦部を設けずプリズムのみを設ける従来技術と比較して、２つのピーク周辺において変化がなだらかな曲線となる。よって、実施例１では、従来技術と比較して、２つのピーク間（手のひらの中央部に該当）の照度の低下が小さく、かつ、２つのピーク付近（手のひらの周辺部に該当）において照度が向上する。【００５２】
そして、これら照明光（１）〜照明光（３）の評価面における合成光は、図２２に照度分布を示すレンズ周辺減光（４）の減光分を考慮すると、図２３に例示されるように、評価面において、一定の半径位置の範囲内で略平坦な照度分布（５）になる。すなわち、実施例１によれば、評価面おける被写体の中央部の照度（中央輝度）の均一性を確保しつつ、被写体の周辺部の照度（周辺輝度）の低下を抑制して、被写体に到達する照明光の照度を一様にすることができる。【００５３】
以上の実施例１によれば、プリズム板１８は、光軸を中心とする半径ｒ＝ｒ０を境界として、光軸側（内周側）に平坦部１８ａを有し、光軸から離れる側（外周側）に、半径ｒの大きさに応じて、プリズム板１８に対する稜線１８ｂ−３の高さを徐々に高くする。よって、プリズム板１８は、半径ｒの円周の接線方向において平坦部１８ｃに対する傾斜部１８ｂ−５の面積比率が高まるように形成されている。このため、半径ｒ＝ｒ０の境界領域で照明光の指向特性を急激に変化させず、不要輝線が発生することを抑止できる。また、実施例１によれば、平坦部１８ａおよび平坦部１８ｃに対して、稜線１８ｂ−３が角度φの傾斜をなす。このため、この半径ｒおよび角度φを適宜定めることにより、出射面１８Ｅから出射する照明光の指向性を任意に変化させることができる。【００５４】
また、実施例１によれば、外周側（被写体の周辺部に該当）では、傾斜部１８ｂ−５を通過した照明光と平坦部１８ａおよび平坦部１８ｃを通過した照明光との合成により被写体の周辺部の照度（周辺輝度）を確保できる。また、内周側（被写体の中央部に該当）は、撮像装置１０の光軸側へ向かう中央集光と導光体１７の内部での内面反射により外周側へ全反射される内壁反射光との２方向へ照明光を作り出すことできる。内壁反射光は、外周側で被写体の周辺部に照射される照明光の輝度の向上に寄与し、被写体の周辺部の照度（周辺輝度）を増加させることができる。よって、被写体に到達する照明光の照度の平坦度を保ちつつ、周辺輝度を向上させることができる。【００５５】
また、実施例１によれば、平坦部１８ａとプリズム１８ｂとの境界となる円周Ｌの半径ｒ＝ｒ０を調節することで、プリズムの稜線に平坦部を設けるなどの加工を要せず、手のひらの中央部に到達する照明光の光量を容易に制御できる。
【実施例２】
【００５６】
実施例２に係る照明光学系は、プリズム板１８の代わりに、図２４に例示されるプリズム板１８−１を含む点を除き、実施例１に係る照明光学系と同様である。図２４は、実施例２の撮像装置用の照明光学系において、出射面をブラスト面として形成したプリズム板を例示した図である。図２５は、図２４に例示されるプリズム板のＸＺ断面におけるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光との関係を示す図である。図２６は、図２５に例示される線ＣＣでのＹＺ断面における、図２４に例示されるプリズム板に垂直へ入射する入射光と出射光との関係を示す図である。図２７は、図２４に例示されるプリズム板を出射面から見たときの出射光の指向性を示す図である。【００５７】
図２４に例示されるプリズム板１８−１は、導光体１７側に稜線１８ｂ−３および傾斜部１８ｂ−５を有する複数のプリズム１８ｂを含むプリズム列が形成された入射面１８Ｉと、撮像対象である被写体とＸＹ平面に平行な平面である出射面１８Ｅ−１を有している。プリズム１８ｂを含むプリズム列は、プリズム列の稜線方向に直交するＸＺ断面で見たときには、三角形形状を呈している。出射面１８Ｅ−１は、ブラスト処理により微小な凹凸が形成されたブラスト面（拡散面）として形成されている。なお、図２４〜図２６では、平坦部１８ａおよび平坦部１８ｃの図示を省略している。【００５８】
図２５および図２６に例示されるように、傾斜部１８ｂ−５からプリズム板１８−１へ入射した照明光は、プリズム板１８−１の内部でＸ軸方向へ偏向されるが、ブラスト面である出射面１８Ｅ−１でＸ軸方向（円周方向）およびＹ軸方向（半径方向）へ拡散される。同様に、平坦部１８ａまたは平坦部１８ｃからプリズム板１８−１へ入射した照明光も、出射面１８Ｅ−１でＸ軸方向およびＹ軸方向へ拡散される。よって、照明光は、出射面１８Ｅ−１から出射する際に、稜線１８ｂ−３と垂直な方向（Ｘ軸方向）とともに、稜線１８ｂ−３と平行な稜線方向（Ｙ軸方向）へも出射されることになる。【００５９】
なお、プリズム板１８−１から出射する照明光は、実施例１でも説明したように、出射面１８Ｅ−１にブラストが形成されていない場合であっても、Ｘ軸方向（円周方向）およびＹ軸方向（半径方向）に適切に拡散される指向性を有している。そして、プリズム板１８−１の出射面１８Ｅ−１には、出射光をＸ軸方向およびＹ軸方向に適切に拡散するブラスト面が形成されている。このため、出射面１８Ｅ−１から各方向へ出射される照明光は、図２７に例示されるように、稜線１８ｂ−３と垂直な方向（Ｘ軸方向）および稜線１８ｂ−３と平行な方向（Ｙ軸方向）の双方向に適切な指向性分布を有することになる。つまり、実施例２によれば、出射面１８Ｅ−１にブラストが形成されているため、被写体の中央部の照度（中央輝度）の均一性を確保しつつ、被写体の周辺部の照度（周辺輝度）の低下を抑制し、被写体に到達する照明光の照度を一様にできるという効果を高めることができる。【００６０】
以上の実施例で例示した各部の構成は、開示技術にかかる撮像装置用の照明光学系の技術範囲を逸脱しない程度に変更、追加、省略可能、統合または分散できる。また、実施例はあくまで例示に過ぎず、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の態様も、開示技術に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１０  撮像装置
１１  筐体
１２  基板
１３  ＬＥＤ
１４  イメージセンサ
１６  レンズ開口部（アパーチャ）
１７  導光体
１７Ｉ  入射面
１７Ｅ  出射面
１８  プリズム板
１８Ｓ  プリズム面
１８ａ  平坦部
１８ｂ  プリズム
１８ｂ−１  辺
１８ｂ−２  弧
１８ｂ−３  稜線
１８ｂ−４  辺
１８ｂ−５  傾斜部
１８Ｉ  入射面
１８Ｅ  出射面
１８Ｅ−１  出射面
１８ｃ  平坦部
１９  支持部
２０  レンズユニット
２１  フード
２２  カバー
【図１】
2019163003.tif 000003
【図２】
2019163003.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2019163003.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2019163003.tif 000029
【国際調査報告】
2019163003.tif 000030
2019163003.tif 000031
2019163003.tif 000032
2019163003.tif 000033