JP4006375B2 - 照明装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、射出光軸方向の厚みを極端に薄く構成した照明装置及びこれを備えた電子機器に関する。

近年、小型化が進むデジタルカメラでは、更に携帯性を向上させるために薄型化が進む傾向にある。また、携帯電話を始めとする携帯用電子機器においても、デジタルカメラ搭載機がごく一般的になる一方で、電子機器の更なる薄型化が求められつつある。このような要求に対応して、特に被写体が暗い状況で必要になるストロボや高輝度ＬＥＤ等の補助光源に関しても、光学特性（光源からの光の集光効率）を損なわずに従来以上の薄型化が求められている。

ここで、フレネルレンズ（光学部材）や反射傘を用いた従来の照明光学系の構成で単純に照明装置を薄型化しようとすると、光源から光学部材の射出面までの距離が極端に短くなるため、光源からの光を効率良く集光させることが困難となる。これは、フレネルレンズを機能させるのに十分な光路長が取れなかったり、照明装置の側面に配置される反射板の大きさが不十分となったりするためである。そして、上記の問題は、照明装置のうち光源の長手方向を含む断面において顕著となる。

一方、光学プリズムを複数に分割してエアギャップを形成し、プリズムの全反射と反射傘の反射を組み合わせることによって複数の光路に展開する照明光学系がある（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、装置全体を薄型化し、光源の長手方向における集光性を向上させることができ、限られたスペースの中で集光性の高い照明光学系を実現することができる。
特開２００２−３１９３０３号公報（段落番号０００８〜００１２、第１図）

昨今のデジタルカメラを搭載した電子機器の薄型化に伴い、これに搭載するストロボ光学系も薄型化が必須要件になりつつある。

従来の照明光学系の構成を単に薄型化した場合には、上述したように光源の長手方向を含む平面における集光効率が低くなる。これは、光源と、光源に対して装置前面に配置された光学部材（フレネルレンズ）との距離が短くなり、光学部材が光源からの光束を広がった状態で捕らえることができないことによるものである。

一方、特許文献１では、光源の長手方向の集光を複数に分割したプリズムによって、光軸に対して垂直方向に複数の光路で展開することで、ストロボ光学系の射出光軸方向の薄型化を図っている。しかし、このような構成では、閃光発光装置内の限られたスペースの中で集光性を向上させることはできるが、複数のプリズムを必要とするため、高価なものになってしまうという欠点がある。

本発明は、光源と、光源に対して装置前方に配置された光学部材とを有する照明装置であって、光学部材は、光源の長手方向を含む断面において、入射面側にフレネルレンズ部と、該フレネルレンズ部の周辺に形成された反射部とを有し、フレネルレンズ部が、光源からの光束に対して正の屈折力を与える複数の第１の入射面と、光源からの光束を反射部に導くための複数の第２の入射面とを有することを特徴とする。

本発明によれば、光源からの光束を複数の第１の入射面および複数の第２の入射面に入射させることで、光源の長手方向を含む断面において光路を分離させることができ、各光路の光束に対して集光制御を行うことができる。すなわち、第１の入射面に入射した光束を、正の屈折力によって集光させることができるとともに、第２の入射面に入射した光束を、フレネルレンズ部の周辺に形成された反射部に導き、この反射部で反射させることで集光させることができる。これにより、製品の仕様に応じて任意の配光特性を持たせることができる。

本発明の構成では、光学部材を光源に近づけて配置することができるため、光学部材を光源に近づけた分だけ照明装置を小型化（照明光軸方向における長さを短く）することができる。

また、光学部材の光源側の面は、従来のフレネルレンズの形状に近い形状に形成しているため、加工が容易で製造コストを低減することができる。

さらに、光学部材（１つの部材）だけで光源からの光束を集光させることができるため、複数の光学部材を用いる場合に比べて、部品点数の増加によるコストアップを防止することができるとともに、光学部材の位置精度を高めることができる。

ここで、第２の入射面からの光束を、光学部材の射出面で全反射させて反射部に導き、反射部で反射させることで、光源からの光束の方向を変換させる際の光量損失を少なくし、光源からの光束を有効に利用することができる。

第１の入射面を、第２の入射面から導かれた光束の光路外に形成することで、第２の入射面から反射部に導かれる光束が第１の入射面で遮られるのを防止し、第２の入射面での光束を有効に利用することができる。

ここで、照明光軸と直交する面に対する第１の入射面の角度θを、１０°≦θ≦４５°の条件を満たすように設定することができる。このように第１の入射面の角度を設定することで、第１の入射面において光源からの光束を効率良く装置前方に集光させることができるとともに、第２の入射面から反射部に導かれる光束が第１の入射面によって異なる方向に変換されるのを防止することができる。

また、照明光軸と直交する面に対する第２の入射面の角度αを、８０°≦α≦９０°の条件を満たすように設定することができる。このように第２の入射面の角度を設定することで、光源から射出され、第２の入射面に入射する光束を反射部に導くことができるとともに、第１の入射面から装置外に射出される光束を全領域にわたって均等に分布させることができる。

光学部材を装置前面に配置した状態で、光学部材の射出面を平面又は曲面で構成することにより、本発明の照明装置を電子機器に内蔵したときに、電子機器の外観（照明装置の配置部分）が複雑な形状になることはなく、電子機器の外観デザインの設計自由度を高めることができる。

反射部を光源に対してフレネルレンズ部よりも装置前方に位置させることで、反射部が光源の長手方向両端に設けられた部材（例えば、光源を保持する部材）と干渉するのを防止することができるとともに、フレネルレンズ部を光源に近い位置に配置することができる。

また、フレネルレンズ部および反射部を構成するプリズム部を、装置上下方向に延びる形状又は装置上下方向に対して曲率をもった形状に形成することで、上述した光源の長手方向における集光制御と、装置上下方向における集光制御とを独立して行うことができ、設計の自由度（配光特性の自由度）を高めることができる。

本発明の照明装置を、例えば、撮影装置や携帯型電子機器といった電子機器に搭載することで、電子機器の小型化（薄型化）を図ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１から図６は、本発明の実施例１である閃光発光装置（照明装置）を説明するための図である。図１および図２は閃光発光装置の光源長手方向における断面図、図３は閃光発光装置の光源の長手直交方向における断面図である。図４は閃光発光装置のうち主要光学系を示した外観斜視図、図５は閃光発光装置内に配置される光学部材を光源側から見た斜視図、図６は本実施例の閃光発光装置を備えたカメラの外観斜視図である。なお、図１〜図３では、光源から射出した代表光線の光線トレース図も合わせて示している。

図６に示すように、本実施例の閃光発光装置１はカメラ１１の右側上部に配置されている。同図において、撮影レンズを保持するレンズ鏡筒１２は、光軸方向に繰り出したり、繰り込んだりすることにより撮影光学系の焦点距離を変更する。カメラ１１の上面に設けられたレリーズボタン１３は、撮影準備動作（焦点調節動作および測光動作等）および撮影動作（後述する記録媒体への画像データの記録）を開始させるために撮影者によって操作される。

カメラ１１内には、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子（不図示）が配置されており、この撮像素子は撮影レンズによって形成された光学像を光電変換して出力する。撮像素子から出力された画像データは、所定の画像処理（色処理等）が施された後、記録媒体（不図示）に記録されたり、カメラ１１に設けられた表示部（不図示）に送られて撮影画像として表示されたりする。

レリーズボタン１３の近傍に配置された操作ボタン１４は、カメラで設定される各種のモードを切り替えるために撮影者によって操作される。カメラ１１には、外光の明るさを測定する測光装置や物体像を観察するためのファインダー光学系が内蔵されている。ここで、カメラ１１の前面には測光装置の窓部１５や、ファインダー光学系の窓部１６が配置されている。

なお、閃光発光装置を除く他の部材の機能については公知の技術であるので、ここでは詳しい説明は省略する。また、本実施例におけるカメラの構成は上述した構成に限定されるものではない。

次に、本実施例の閃光発光装置を構成する主な部材について、図４および図５を用いて詳しく説明する。

図４において、２は光源となる閃光放電管（キセノン管）であり、円筒形状に形成され、閃光を発する。３は反射傘であり、閃光放電管２から射出した光束のうち装置後方に射出した成分を装置前方に反射させる。反射傘３の内面は、高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料で形成されていたり、高反射率の金属蒸着面が形成されていたりする。

４は透明性をもつ光学部材であり、閃光放電管２から射出した光束を、後述するように光路分割させるとともに、所定の配光特性に変換させてから装置外に射出させる。この光学部材４は、アクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料、またはガラス材料で構成されている。５、５’はシリコンゴム等の絶縁材料で形成されたＸｅブッシュであり、閃光放電管２の両端を保持する。

また、光学部材４のうち光源側の面４ａは、図５に示すように、フレネルレンズ面と連続的なレンズ面を組み合わせた複雑な形状に形成されている。すなわち、光学部材４の光源側の面４ａのうち、閃光放電管２の発光領域と概ね対向する領域（中央領域）には、光源の長手方向においてフレネルレンズ面が形成されているとともに、光源の長手方向と垂直する方向にも連続的なレンズ面が形成されている。

一方、光学部材４の面４ａのうち上記の中央領域の周辺に位置する周辺領域には、光源の長手方向と直交する方向（図５に示す光学部材４の上下方向）にはレンズ効果を持たないレンズ面が形成されている。また、光学部材４の射出面４ｂは、平面で構成されている。

上述したカメラ１１の構成において、操作ボタン１４の操作によりカメラのモードを、例えば、「ストロボオートモード」に設定したときには、撮影者のレリーズボタン１３の操作に応じて、カメラ１１内に設けられた中央演算装置（ＣＰＵ）は、測光装置で測定された外光の明るさと撮像素子の感度に基づいて閃光発光装置を発光させるか否かを判断する。ここで、ＣＰＵが閃光発光装置を発光させると判断したときには、閃光発光装置に対して発光信号を出力し、反射傘３に取り付けられた不図示のトリガーリード線を介して閃光放電管２を発光させる。

閃光放電管２で発光した光束のうち装置前方に射出された成分は、光学部材４に直接入射し、光学部材４で所定の配光特性に変換されてから物体側に照射される。また、装置後方に射出された成分は、反射傘３で反射して装置前方に導かれ、上述した成分と同様に光学部材４を透過して物体側に照射される。

本実施例は、閃光発光装置の射出光軸方向における厚みを薄くすることができるものであり、以下、図１から図３を用いて、閃光発光装置を構成する部材の最適形状の設定方法に関して詳しく説明する。

図３は、本実施例の閃光発光装置のうち中央領域における閃光放電管２の径方向断面図であり、装置上下方向の配光特性を均一化させるための基本的な考え方を示す図である。図３には、閃光放電管２の内径中心部より射出した代表光線の追跡図も同時に示している。なお、図３において、図４で説明した部材と同じ部材については同一符号を付す。

本実施例における光学部材４は、光学部材４の成型条件や閃光放電管２の発する放射熱の影響を考慮して、閃光発光装置の照明光軸方向の厚みを最小にするとともに、装置上下方向の高さも最小とすることができる形状に設定されている。

閃光放電管２の実際の発光現象としては、発光効率を向上させるため、閃光放電管２の内部全体で発光させる場合が多く、閃光放電管２の内部のいずれの発光点からも均一な光が射出していると考えることができる。

しかし、本実施例では、説明を容易にするため、閃光放電管２の内径中心（光源中心）から射出した光束を代表光束と考え、図３ではあえて代表光束のみを示している。すなわち、実際には、図３に示したような代表光束に加え、閃光放電管２の内径中心以外の領域から射出した光束も存在し、この配光特性は全体として図３に示す配光特性に比べて若干広がる方向に変化するが、配光特性の傾向としてはほとんど一致するため、以下この代表光束に従って説明する。

まず、閃光発光装置を構成する部材の特徴的な形状について説明する。

反射傘３は、閃光放電管２に対して装置後方（図３の左側）に配置されており、閃光放電管２の外周に沿った半円筒形状の第１の反射領域３ａを有している。第１の反射領域３ａを上述したような形状にすることで、光源から射出した光を光源の中心付近に反射させることができ、閃光放電管２のガラスによって照明光を屈折させるといった悪影響を生じにくくすることができる。

しかも、反射傘３のうち第１の反射領域３ａでの反射光を、光源から装置前方に直接射出される光とほぼ等価な光とすることができ、反射光成分と直接射出される成分とを同じものとして考えることができる。また、第１の反射領域３ａを閃光放電管２に近づけて配置することができるため、閃光発光装置の小型化を図ることができる。

また、反射傘３のうち第１の反射領域３ａに隣接する第２の反射領域３ｂ、３ｂ’は、照明光軸に対して所定の傾きをもつ平面で構成されている。このため、光源中心から射出し、第２の反射領域３ｂ、３ｂ’で反射した光束は、光源に再入射することなく光学部材４に導かれることになる。そして、光学部材４を透過した後の光束が一定の角度分布の光束に連続的に変換されるように、光学部材４に入射するようになっている。

なお、本実施例では、第２の反射領域３ｂ、３ｂ’を、照明光軸に対して一定の傾きを持った平面で構成しているが、必ずしも平面で構成する必要はなく、必要とされる照射角度範囲に応じて、任意の凹面や凸面で構成してもよい。ただし、第２の反射領域３ｂ、３ｂ’を平面で構成すれば、反射傘３の加工時における曲げ工程を省略することができるとともに、第２の反射領域３ｂ、３ｂ’での反射率を高めることができる。

次に、本実施例における光学部材４の形状について説明する。

図３の縦断面図において、光学部材４の面４ａの中央には、光源からの光束に対して正の屈折力を与える正レンズ面が設けられている。そして、光源中心から射出した光束が、上記の正レンズ面に入射すると、図３に示すように照明光軸を境に装置上下方向（図３の上下方向）に一定の割合で均一に広がるようになっている。

また、光学部材４の面４ａは、上記の正レンズ面による屈折力の影響を考慮に入れて、第２の反射領域３ｂのうち基端側（光源に最も近い側）での反射光成分を照明光軸に対して最も大きな角度で交差するように変換し、第２の反射領域３ｂのうち先端側（光源から最も離れた側）での反射光成分を照明光軸に対してほぼ平行な光に変換するように構成されている。そして、光学部材４の面４ａのうち第２の反射領域３ｂでの反射光が入射する面は、図３に示すように、中央部から上側周辺部に向かって連続的な面で構成されている。

上記のように構成された光学部材４は、第２の反射領域３ｂでの反射光成分を装置下側に向かわせるとともに、これらの光成分を連続的かつ均一に分布させることができる。

一方、第２の反射領域３ｂ’は、図３に示すように、照明光軸に対して第２の反射領域３ｂと対称に形成されており、面４ａのうち第２の反射領域３ｂ’での反射光が入射する面は、中央部から下側周辺部に向かって連続的な面で構成されている。

これにより、光学部材４は、第２の反射領域３ｂ’での反射光を装置上側に向かわせるとともに、これらの光成分を連続的かつ均一に分布させることができる。

そして、第２の反射領域３ｂ、３ｂ’での反射光成分を合成することによって、必要とされる照射角度範囲に対して連続的でほぼ均一な配光分布を得ることができる。

また、光源から光学部材４の面４ａに直接入射した成分と、反射傘３の第２の反射領域３ｂ、３ｂ’で反射してから面４ａに入射した成分との照射角度範囲をほぼ同じ角度で重なり合わせることで、必要とされる照射角度範囲に対してほぼ均一な配光特性を持たせた光束とすることができる。

しかも、光学部材４は、第２の反射領域３ｂでの反射光を装置下側に向かわせるとともに、第２の反射領域３ｂ’での反射光を装置上側に向かわせているため、光学部材４の射出面４ｂのうち装置上下方向における開口幅を短くすることができるとともに、閃光発光装置を装置上下方向で小型化することができる。

なお、光源から射出された光束のうち装置後方に向かった光束は、上述したように光源の中心に戻り、これ以降の光線の状態は上記の説明と同様である。

次に、閃光放電管２の長手方向を含む断面において、光学部材４の形状と、閃光放電管２から射出された光線の振る舞いについて図１および図２を用いて説明する。ここで、図１及び図２は、本実施例の閃光発光装置のうち閃光放電管２の長手方向を含む横断面図である。これらの図においては、閃光放電管２の中心から射出した代表光線の光路についても合わせて示しており、図１は屈折によって集光された代表光線を示し、図２は全反射によって集光された代表光線を示す。なお、図１、２において、上述した部材と同じ部材については同一符号を付している。

図１および図２において、光学部材４の面４ａのうち中央領域には、フレネルレンズ本来の集光機能を果たすフレネルレンズ部が形成されており、このフレネルレンズ部では、第１の入射面４ｃおよび第２の入射面４ｄが交互に形成されている。ここで、第１の入射面４ｃは、光源からの光束を集光させる機能をもつ領域であり、第２の入射面４ｄは、光源からの光束を集光させる機能を持たない領域である。

また、光学部材４の面４ａのうちフレネルレンズ部の周辺には、反射部４ｅが形成されている。この反射部４ｅは、光源から導かれた光束を射出面４ｂ側に反射させる。

従来の照明光学系において、第２の入射面４ｄに相当する領域は、この領域に入射した光束が全反射によって想定外の方向に向かう迷光となる領域であり、上記の領域を透過させた光束を有効に活用することが困難である。

本実施例の閃光発光装置は、光学部材４の形状と、光学部材４および閃光放電管２の配置を工夫することによって、第２の入射面４ｄを透過する光束を有効に活用できるようにしている。

すなわち、光学部材４を閃光放電管２の直前に配置するとともに、光学部材４の面４ａにおける角度及びピッチ間隔を適宜設定することで、第２の入射面４ｄに入射する光束についても効率良く物体側に照射させるようにしている。具体的には、第２の入射面４ｄに入射する光束を光学部材４の側方に設けられた反射部４ｅに導き、反射部４ｅで全反射させることで、第２の入射面４ｄからの入射光を有効照射画角範囲内に照射するようにしている。

以下、本実施例の照明光学系について更に詳細に説明する。本実施例は、照明光軸方向における厚みを薄くすることができる照明光学系であり、かつ、照明光学系の許容された寸法内で照射面の中央部付近を最も明るくするように構成したものである。

照明光学系の寸法範囲内で、照射面の中央部付近を最も明るくするための条件は、射出面４ｂにおいて照明光軸と平行となる光線を多数存在させることである。

図１および図２は、この状態を光線トレースの形で示したものであり、図１および図２の状態を組み合わせることによって、光学部材４の射出面４ｂのうちどの部分から射出された光束が照射面の中央部に寄与しているかを判断することができる。これらの図に示すように本実施例では、射出面４ｂのすべての領域で照明光軸に平行な成分が存在しており、閃光発光装置を薄型化しつつ、照射面の中心部付近を明るくできる構成となっている。

以下、光学部材４の各部分における形状を、光線トレース図を参照しながら説明する。

光学部材４の面４ａの中央領域に形成されたフレネルレンズ部は、従来のフレネルレンズの形状とは異なり、第２の入射面４ｄから入射した光束を光学部材４の側方に導くのに都合のよい形状となっている。

このため、本実施例では、従来のフレネルレンズに比べて、第１の入射面４ｃの傾斜角度（照明光軸と直交する面に対する傾斜角度）及びピッチ間隔の点が異なっている。すなわち、従来のフレネルレンズでは、球面レンズと等価となるように、第１の入射面４ｃに相当する面の傾斜角度を中央部分ではなだらかにし、周辺に向かうほど急角度になるようにし、かつ、連続的に角度を変化させるように設定している。また、第２の入射面４ｄに相当する面の大きさ（フレネルレンズ部の深さ）も中央部分から周辺に向かうにつれて大きくなるように構成されている。

しかし、図１および図２に示すように、本実施例におけるフレネルレンズ部の第１の入射面４ｃの傾斜角度は、従来例に比べて、光学部材４の中央から比較的急角度に設定されているとともに、中央から周辺領域にかけて第１の入射面４ｃの傾斜角度が徐々に急になるように設定されている。また、第２の入射面４ｄの大きさは、面４ａの全体にわたってほぼ一定になるように設定されており、第１の入射面４ｃの幅が光学部材４の中央から周辺に向かうにつれて狭くなるように設定されている。

これにより、本実施例では、光源からの光束のうち第１の入射面４ｃに入射する光束を、第１の入射面４ｃの持つ正の屈折力によって集光させるとともに、第２の入射面４ｄに入射する光束を光学部材４の側方に形成された反射部４ｅに導くことによって、光源からの光束を分離させている。

光学部材４の第１の入射面４ｃは、図１および図２に示すように、面４ａの中央においても一定以上の傾斜角度を持たせており、従来のフレネルレンズに比べて第２の入射面４ｄの領域を大きくしている。これにより、面４ａの中央に入射した光束についても光学部材４の側方（反射部４ｅ）に導くことができ、閃光放電管２からの光を有効に利用することができる。

次に、光学部材４の第１の入射面４ｃの具体的な傾斜角度について説明する。第１の入射面４ｃの傾斜角度を設定するための基本的な考え方は、以下の２点が基本的な考え方になる。すなわち、第１の入射面４ｃは、屈折による集光効果を持たせるために正の屈折力を持つことと、第２の入射面４ｄから光学部材４の側方に導かれる光束に対して悪影響を及ぼさないことである。ここで、前者はフレネルレンズとして本来持たなければならない機能であり、後者は本実施例のように薄型の光学系を構成する上で重要となる。

光学部材４の第２の入射面４ｄから導かれた光束は、基本的に射出面４ｂで１回全反射した後、反射部４ｅの方向に導かれる。すなわち、第２の入射面４ｄから入射した光束を、第１の入射面４ｃで全反射することなく、射出面４ｂで１回だけ全反射させるために、第１の入射面４ｃの傾斜角度が設定される。

上記の条件を満たすためには、第１の入射面４ｃの傾斜角度を以下のように設定することが望ましい。

まず、反射部４ｅから遠い位置（光学部材４の中央の位置）にある第２の入射面４ｄは、この面に入射する光束を光学部材４の側方に導くために、光源からの光束を急角度で屈折させる必要がある。このためには、上記の第２の入射面４ｄに隣接する第１の入射面４ｃの傾斜角度を小さくする必要がある。これにより、第２の入射面４ｄから導かれた光束が第１の入射面４ｃと干渉するのを防止でき、この光束を光学部材４の側方に導くことができる。

一方、フレネルレンズ部の周辺に位置する第２の入射面４ｄは、反射部４ｅとの距離が短いため、この入射面４ｄに入射する光束を急角度で屈折させなくても反射部４ｅに導くことができる。このため、上記の第２の入射面４ｄに隣接する第１の入射面４ｃの傾斜角度は、フレネルレンズ部の中央に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度に比べて大きく設定することができる。

上述した条件から、照明光軸と直交する面（以下、基準面とする）に対する第１の入射面４ｃの傾斜角度θは、以下の範囲内にあることが望ましい。

１０° ≦ θ ≦ ４５° ・・・（１）
ここで、傾斜角度θが最小となるのは、フレネルレンズ部の中央に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度である。上記式（１）の下限値は、フレネルレンズ部の中央に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度を規制するものであり、傾斜角度θが１０°未満になると、フレネルレンズ部の中央に位置する第２の入射面４ｄから反射部４ｅに導かれる光束が減少してしまい、射出面４ｂの周辺領域における光量が少なくなってしまう。

一方、傾斜角度θの最大値４５°は、フレネルレンズ部の周辺に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度を規制するものであり、この傾斜角度よりも大きくなると第２の入射面４ｄで屈折した光束が射出面４ｂで全反射する前に第１の入射面４ｃで全反射してしまう成分が増加し、第２の入射面４ｄから導かれる光束を有効に使うことができなくなってしまう。

上記のような関係から、フレネルレンズ部の中央側に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度を１０°以上とし、フレネルレンズ部の周辺側に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度を４５°以下とし、第１の入射面４ｃの傾斜角度を中央側から周辺側にかけて、上記の角度範囲内で徐々に増加させることが好ましい。これにより、すべての第２の入射面４ｄから導かれる光束を射出面４ｂで全反射させた後、反射部４ｅに導くことができる。

なお、本実施例では、フレネルレンズ部の中央に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度が約２０°であり、周辺に位置する第１の入射面４ｃの傾斜角度が約３５°となっており、これらの値は上記式（１）を満たすものとなっている。

次に、第２の入射面４ｄの理想的な傾斜角度（上記の基準面に対する傾斜角度）αについて説明する。

第２の入射面４ｄの理想的な傾斜角度は、基準面に対して垂直（９０°）であることが最も望ましい。これは、第２の入射面４ｄの傾斜角度が基準面に対して垂直に近ければ近いほど、第１の入射面４ｃの面積を増やすことができ、第１の入射面４ｃによる集光効率を高めることができる。

しかも、第２の入射面４ｄの傾斜角度が９０°に近ければ近い程、光源からの光束を大幅な角度変化で屈折させることができ、光源からの光束を効率良く反射部４ｅに導くことができる。

しかし、樹脂材料を用いて光学部材４を成形する場合には、光学部材４の成形上の理由（例えば、抜き成形によって第２の入射面４ｄを形成する工程）によって、第２の入射面４ｄを鏡面に保ったままこの傾斜角度を９０°とすることが困難な場合がある。

したがって、上述した第２の入射面４ｄの機能及び光学部材４の成型性を考慮し、第２の入射面４の傾斜角度αは、以下の範囲にあることが望ましい。

８０° ≦ α ≦ ９０° ・・・（２）
なお、本実施例では、傾斜角度αを９０°としている。

上述した構成とすることで、光学部材４を薄型化しても、第２の入射面４ｄから入射した光束を効率良く光学部材４の側方（反射部４ｅ）に導くことができる。

ここで、フレネルレンズ部が形成される領域は、閃光放電管２の実質的な発光領域であるアーク長にほぼ対応している。これは、本実施例のように閃光放電管２と光学部材４を極端に接近させた場合には、フレネルレンズ部として必要な領域は、閃光放電管２のアーク長より少し長い範囲だけしか有効に機能しないためである。

本実施例では、光学部材４のうち閃光放電管２の有効アークに対応する領域以外の領域を用いて反射部４ｅを形成し、この反射部４ｅによって第２の入射面４ｄから導かれる光束を装置外に効率良く射出させるようにしている。

一方、従来の照明光学系では、本実施例のような構成をとることはできない。すなわち、従来の閃光発光装置の構成では、閃光放電管とフレネルレンズ部が一定距離だけ離れた状態で配置されているため、第２の入射面４ｄに相当する面から入射する光束が極端に減少してしまう。しかも、第２の入射面４ｄに相当する面に入射する光束を、光学部材の側方に導くことはできず、光源からの光束を有効に利用した照明光学系を構成することができない。

次に、図１および図２において、光学部材４の左右の両端に形成された反射部４ｅの詳細な形状について説明する。

反射部４ｅは、第２の入射面４ｄから入射し、射出面４ｂで全反射することによって光学部材４の側方に導かれた光束を、照明光軸方向の光束に変換させる。反射部４ｅは、図１および図２に示すように、光学部材４の側方であって、光学部材４のうち閃光放電管２側に位置する面に形成されており、閃光放電管２の有効アーク長の範囲外に位置している。

このように反射部４ｅを設けることにより、光源から射出したすべての光束を光学部材４のフレネルレンズ部に入射させた状態において、第２の入射面４ｄから導かれた光束を有効に使うことができる。

ここで、反射部４ｅのプリズム面（反射面）４ｅ１（図５参照）およびエッジ面（第３の入射面）４ｅ２（図５参照）の傾斜角度はそれぞれ、ほぼ一定角度で形成されているが、このピッチ間隔は均一ではなく、光学部材４の側方側に向かってピッチ間隔が狭くなるように構成されている。これは、光学的に最も広い範囲の光束を光軸方向の光束に変換させるのに都合の良い形状としたためである。

ここで、反射部４ｅによる具体的な光束の変換について説明する。

第２の入射面４ｄから入射し、射出面４ｂで全反射することによって光学部材４の側方に導かれた光束は、光学部材４のフレネルレンズ部の端に位置する面４ｇ又は反射部４ｅのプリズム面４ｅ１から光学部材４の外側に一旦射出し、隣接する位置にある反射部４ｅのエッジ面４ｅ２から再入射する。

この動作は、複数のプリズム面４ｅ１のうちいずれかのプリズム面４ｅ１に到達する光束の角度に応じて１回又は２回繰り返される。そして、エッジ面４ｅ２から再入射した光束は、プリズム面４ｅ１で全反射することで射出面４ｂの周辺領域から射出する。

ここで、反射部４ｅにおけるプリズム面４ｅ１の基準面に対する傾斜角度（β）や、反射部４ｅにおけるエッジ面４ｅ２の基準面に対する傾斜角度（γ）は、以下の範囲にあることが望ましい。

３５° ≦ β ≦ ５５° ・・・（３）
８０° ≦ γ ≦ ９０° ・・・（４）
ここで、プリズム面４ｅ１の傾斜角度βとしては、射出面４ｂで全反射した光束を、一旦光学部材４の外側に射出させるとともに、反射部４ｅのエッジ面４ｅ２から入射した光束に対して射出面４ｂ側に全反射させるような角度とする必要がある。このような条件から、傾斜角度βは４５°付近であることが望ましい。

しかし、必要とされる照射角度範囲によっては、この範囲内である程度の自由度を持たせる必要があるため、本実施例ではプリズム面４ｅ１の傾斜角度を、４５°を中心にして±１０°の余裕を持たせた範囲としている。

また、傾斜角度γに関しては、射出面４ｂの周辺から射出される面積を最も小さくして集光効率を高めるために、基準面に対してエッジ面４ｅ２を垂直（９０°）に形成することが好ましい。

しかし、反射部４ｅを、樹脂材料を用いて成形するときには、抜きテーパが必要となるため、本実施例では、反射部４ｆの型成形を考慮に入れて、傾斜角度γを角度８０°以上９０°以下の範囲内とすることが望ましい。

次に、閃光放電管２と光学部材４の配置関係について説明する。

本実施例では、上述したように光学部材４が、光源である閃光放電管２の至近位置に配置されている。この配置構成は、上述した光学部材４における各種特性（第１の入射面４ｃによる集光作用および第２の入射面４ｄにより光源からの光束を光学部材４の側方に導く作用）を得る上で必要な構成である。

以下に、閃光放電管２および光学部材４の理想的な配置関係と理由について説明する。

光学部材４に形成されたフレネルレンズ部は、光源となる閃光放電管２に最も近い位置に配置することが望ましい。これにより、光学部材４を閃光放電管２に近づけた分だけ閃光発光装置を小型化でき、光源から射出した光束をできるだけ多く光学部材４に取り込むことができるからである。

しかし実際には、光源から光束が射出する際には光束の射出と同時に多くの熱が発生するため、本実施例のように樹脂材料で形成した光学部材４を閃光放電管２に最も近い位置に配置した場合には、光学部材４が変形等するおそれがある。

閃光発光装置内の限られたスペース内で断熱効果を持たせるためには、閃光放電管２と光学部材４の間に所定間隔の空間層を形成することが有効である。しかし、光学部材４および閃光放電管２の間の距離を必要以上に長くすることは、上記の光学部材４における各種特性を得ることができなくなってしまう。

一方、光学部材４の側方に形成された反射部４ｅは、射出面４ｂで全反射した光束を装置前面に向けて反射させるものであるため、フレネルレンズ部よりも射出面４ｂに近い位置に形成することができ、フレネルレンズ部よりも閃光放電管２から離れた位置に配置することができる。また、閃光放電管２の両端にはＸｅブッシュ５、５’が配置されており、上述したようにＸｅブッシュ５、５’と対向する位置に反射部４ｅが位置するため、Ｘｅブッシュ５、５’と干渉しない位置に反射部４ｅを形成する必要がある。

しかし、反射部４ｅを閃光放電管２から大きく離れた位置に形成すると、光学部材４の厚みが厚くなってしまい、閃光発光装置を薄型化することができなくなってしまう。

以上の点を考慮して、閃光放電管２と光学部材４との距離関係は以下の範囲内にあることが望ましい。

０．１ｍｍ ≦ ｄ1 ≦ ｄ２ ≦ ２．５ｍｍ ・・・（５）
ここで、ｄ１は光学部材４のフレネルレンズ部と閃光放電管２との最短距離を示し、ｄ２は光学部材４の反射部４ｅと閃光放電管２との最短距離を示す。

ここで、上記式（５）の最小値である０．１ｍｍは、比較的電気エネルギが少ない場合に、光源からの放射熱によって光学部材４が変形や変色の影響を受けないときの、光学部材４のフレネルレンズ部および閃光放電管２の最短距離である。また、上記式（５）の最大値である２．５ｍｍは、反射部４ｅによる反射作用と光学部材４の薄型化を実現しつつ、反射部４ｅおよびＸｅブッシュ５、５’の干渉を避けるための、反射部４ｅおよび閃光放電管２の最大距離である。

上記式（５）の条件を満たすように閃光放電管２および光学部材４の位置関係を決定することで、光源からの光を有効に利用することができるとともに、閃光発光装置を薄型化することができる。

なお、本実施例の閃光発光装置では、ｄ１を０．３ｍｍ、ｄ２を０．８〜１．８ｍｍに設定しており、何れの値も上記式（５）の範囲内としている。

次に、上述した光学部材４を有する閃光発光装置における集光動作について詳しく説明する。

まず、図１では、第１の入射面４ｃによって光源から射出した光束を屈折させて集光させた状態を示している。図１に示すように、第１の入射面４ｃでの屈折作用によって射出面４ｂから射出される光束の領域は、閃光放電管２のアーク長より若干広い領域となっている。また、第２の入射面４ｄの傾斜角度を略９０°とすることで、第１の入射面４ｃで屈折した光線に隙間を無くすことができ、射出面４ｂのうち第１の入射面４ｃからの光束によって形成される領域が全体にわたって発光することになる。これにより、第１の入射面４ｃによって光源からの光束を効率良く集光していることになる。

次に、図２では、反射部４ｅで反射して射出面４ｂの周辺領域から射出される光線のトレース図を示している。図２に示すように、第２の入射面４ｄから入射した光束が、反射部４ｅでの全反射によって装置前面に導かれていることがわかる。

ここで、反射部４ｅのエッジ面４ｅ２における傾斜角度を上記式（４）を満たすようにすることで、反射部４ｅのプリズム面４ｅ１で反射した光束に隙間が生じることはなく、射出面４ｂの周辺領域を用いて効率良く光束を集光させていることが分かる。

特に注目すべき点は、第２の入射面４ｄから入射した光束が、射出面４ｂで一度全反射し、光源側へ一度射出した後、再度反射部４ｅのエッジ面４ｅ２から入射して、プリズム面４ｅ１で全反射した後、射出面４ｂから射出されるようになっていることである。

ここで特徴的な点は、光学部材４の側方に導いた光束を一度閃光放電管２側に射出させ、その直後に再入射させて反射部４ｅへ導いている点である。このように１つの光学部材に複数の微細なプリズムを形成し、上述した光束の入・射出を意図的に行わせて、大きな方向変換を行わせるような照明光学系は従来にはなく、このように構成することで薄型化された光学部材４を閃光放電管２の近くに配置しても光源からの光束を大きく方向変換することができる。

なお、本実施例では、第１の入射面４ｃおよびプリズム面４ｅ１を平面としているが、凹面又は凸面の曲面としてもよい。

また、射出面４ｂは、照明光軸に対して垂直な平面で構成しているが、第２の入射面４ｄからの光束を全反射させて光学部材４の側方（反射部４ｅ）に導くことができる形状であれば凹面・凸面等の任意の曲面等の形状でもよく、例えば、閃光発光装置が搭載されるカメラの外観形状に合わせた任意の曲面、例えばトーリック面等で構成することができる。

さらに、第１の入射面４ｃおよびプリズム面４ｅ１を、図４および図５に示すように、閃光放電管２の長手方向に対して直交する方向（閃光発光装置の上下方向）に延びる形状としたが、必ずしもこの形状に限定されず、例えば、照明光軸に対して回転対称となる輪帯状（装置上下方向に対して曲率をもった形状）のレンズ面としてもよい。

また、光学部材４のうち閃光放電管２の径方向における断面形状は、図３に示すように、正の屈折力を持つような連続的な曲面形状としたが、必ずしもこの形状に限定されず、平面又は不連続な曲面で形成したり、フレネルレンズ等を用いたりしてもよい。

本実施例では、１つの部材である光学部材４にフレネルレンズ部および反射部を形成したが、複数の光学部材を用いてフレネルレンズ部および反射部を形成するようにしてもよい。ただし、本実施例のように１つの部材である光学部材４を用いることで、複数の光学部材を用いた場合に比べて、光学部材を配置する際の位置精度を高めることができる。

また、図１や図２に示すように、第１の入射面４ｃの傾斜角度を、光学部材４の中心から周辺に向かって徐々に大きくしているが、これに限るものではなく、第１の入射面４ｃの傾斜角度を上記の式（１）の範囲内とすれば、第１の入射面の傾斜角度をすべて同じ角度にしたり、光学部材４の周辺側に位置する第１の入射面の傾斜角度を他の第１の入射面の傾斜角度よりも小さくしたりすることができる。

次に、本発明の実施例２である閃光発光装置（照明装置）について図７から図１３を用いて説明する。

本実施例において、実施例１と異なる点は、光学部材及び反射傘の形状を変形させて、光学性能を向上させた点にある。すなわち、光学部材に形成したフレネルレンズ部を輪帯形状とし配光特性の改善を図るとともに、光学部材の射出面の面積を広げることによりガイドナンバーを上昇させたものである。また、上記の光学部材の特性を生かすために、反射傘の形状を光学部材に合わせて変形している。

図７から図１３は本実施例の閃光発光装置を説明するための図である。ここで、図７〜図１０は閃光発光装置のうち閃光放電管の長手方向を含む断面図、図１１は閃光発光装置のうち閃光放電管の径方向を含む断面図、図１２は閃光発光装置のうち主要な構成部材を示す斜視図、図１３は光学部材を光源側から見た斜視図である。なお、図８〜図１１では、光源から射出した代表光線の光線トレース図も合わせて示している。

図１２において、２２は光源となる閃光放電管（キセノン管）であり、円筒状に形成され、閃光を発する。２３は反射傘であり、閃光放電管２２から射出した光束のうち装置後方に射出した成分を装置前方に反射させる。反射傘２３の内面は、高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料で形成されていたり、高反射率の金属蒸着面が形成されていたりする。

２４は透明性をもつ光学部材であり、閃光放電管２２から射出した光束を後述するように光路分割させるとともに、所定の配光特性に変換させてから装置外に射出させる。この光学部材２４は、アクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料、またはガラス材料で構成されている。また、光学部材２４のうち光源側の面には、輪帯形状のフレネルレンズ部が形成されている。

以下、図７から図１１を用いて、光学部材４の最適形状の設定方法に関して説明する。

図１１は、本実施例の閃光発光装置のうち閃光放電管２２の径方向における縦断面図であり、装置上下方向の配光特性を均一化させるための基本的な考え方を示す図である。なお、図１２で説明した部材と同じ部材については同一符号を付している。

図１１において、２３は反射傘であり、光源から射出された光束のうち装置後方に射出された成分を反射させて照明光軸と平行な光束とする。この反射傘２３は、閃光放電管２２の内径中心を焦点位置とする略放物面形状に形成されている。なお、反射傘２３の形状は、これに限るものではなく、楕円形状又は２次曲面形状に形成することができる。

一方、光学部材２４は以下に説明するような形状に形成されている。

光学部材２４のうち光源側の面の中央部には、光源からやや離れた位置に正の屈折力をもつ球面レンズ部２４ａが形成されている。これにより、光源からの光束のうち球面レンズ部２４ａに直接入射する光束は、照明光軸に対して広がる光束に変換される。また、反射傘２３で反射して、球面レンズ部２４ａに入射した光束は、集光するようになっている。

ここで、上述した２つの光束の配光分布を一致させるように、反射傘２３および球面レンズ部２４ａの形状を決定することで、必要とされる配光分布を得ることができる。

一方、光学部材２４の光源側の面のうち中央部以外の領域には、図１３に示すように輪帯形状のフレネルレンズ部で形成されており、装置の上下・左右以外の方向、例えば照射面内の四隅に対しても均一な配光を得ることができる構成となっている。また、フレネルレンズ部を輪帯状とすることで、実施例１に比べてフレネルレンズ部を加工し易い形状としている。

ここで、図１３に示すように、球面レンズ部２４ａは他の部分よりも落ち込んだ位置に形成されている。すなわち、光源から球面レンズ部２４ａに直接入射する光束を効率良く集光させながら、後述するように第２の入射面に入射する光束を増加させるようにしている。

次に、閃光放電管２２の長手方向における断面における、光学部材２４の形状および光線の振る舞いについて図７〜図１０を用いて説明する。

図７〜図１０は、閃光発光装置のうち閃光放電管２２の長手方向を含む断面図であり、図８〜図１０では、光源の内径中心から射出される代表光束の軌跡についても合わせて示している。

ここで、図８は、光源から射出した光束のうち球面レンズ部２４ａにより屈折して集光した成分を示したものであり、図９および図１０は、光源から射出した光束のうち光学部材２４内で全反射して集光した成分を示したものである。なお、図９および図１０では、複雑な光路を取る光線トレース部を分かり易く示すために、各プリズムの光線トレース図を示している。

図７〜１０において、２４ｃは光学部材２４の光源側に形成された複数の第１の入射面であり、２４ｄは第１の入射面２４ｃに隣接して形成された第２の入射面である。また、２４ｅは第１の反射部であり、プリズム面（反射面）２４ｅ１およびエッジ面（第３の入射面）２４ｅ２を有している。２４ｇは第２の反射部であり、プリズム面（反射面）２４ｇ１およびエッジ面（第３の入射面）２４ｇ２を有している。

反射部２４ｅ、２４ｇのうち射出光軸に近い位置にある反射部２４ｅは、フレネルレンズ部とほぼ同等の大きさを持っているのに対し、反射部２４ｇは反射部２４ｅよりも小さく形成されている。

以下、本実施例の照明光学系について更に詳細に説明する。

本実施例では、配光特性の向上を図るために光学部材２４の光源側の面に球面レンズ部２４ａや輪帯形状のフレネルレンズ部を形成するとともに、照射面の中央部付近を最も明るくするために、光学部材２４の厚みの中で射出面の面積が最大になるように各部の形状を最適化したものである。

まず、閃光発光装置の限られた寸法範囲内で、照射面上の中央部付近を最も明るく構成するための条件としては、射出面２４ｂを広げるとともに、照明光軸と平行となる光線を多数存在させることである。

図８〜図１０における光線トレース図から、光学部材の射出面２４ｂのどの部分から射出された光束が照射面の中央部に寄与しているかを判断することができる。図８〜図１０に示す光線を組み合わせると、射出面２４ｂのすべての領域で照明光軸に平行な成分が存在しており、薄型という形態を満たしつつ、照射面の中心部付近を明るくできる光学系になっていることがわかる。

以下、光学部材２４における各部の詳細な形状について説明する。

まず、図８に示すように、第１の入射面２４ｃは、従来のフレネルレンズの形状とは異なり、第２の入射面２４ｄから入射した光束を光学部材２４の側方に導くのに都合のよい形状となっている。特に、本実施例では実施例１に比べて光学部材２４の側方に導く光束を増加させるように、以下の方策を採っている。

まず、光学部材２４の中央部の球面レンズ部２４ａにおいては、第２の入射面２４ｄの面積を増加させるために、球面レンズ部２４ａの位置を閃光放電管２２から離れた位置で落とし込み、第２の入射面２４ｄの面積を増加させている。また、照明光軸と直交する面（基準面）に対する第１の入射面２４ｃの傾斜角度を大きくして、第２の入射面２４ｄの面積が増加するようにしている。

一方、本実施例の光学部材２４は、実施例１に比べてフレネルレンズ部と反射部２４ｅ、２４ｇとで大きな段差を設けず、各面の深さもほぼ一定の割合で変化するように各部の面形状を規制している。このため、光学部材２４の中央に位置するフレネルレンズ部から周辺部の反射部２４ｅ、２４ｇに至る形状が連続的になり、製作しやすい形状となっている。

また、図示のように、フレネルレンズ部の第１の入射面２４ｃから反射部２４ｅ、２４ｇのプリズム面２４ｅ１、２４ｇ１に至る傾斜角度が徐々に急になるように設定されているとともに、プリズムのピッチ間隔が中央から周辺部に向かうにつれて狭くなるように形成されている。しかも、フレネルレンズ部の中央付近における第１の入射面２４ｃの傾斜角度が、従来のフレネルレンズに比べて大きくなっている。

次に、第１の入射面２４ｃ、第２の入射面２４ｄ、反射部２４ｅ、２４ｇにおけるプリズム面２４ｅ１、２４ｇ１およびエッジ面２４ｅ２、２４ｇ２の基準面に対する傾斜角度について説明する。

本実施例においても、実施例１と同様の理由から、先に説明した式（１）〜式（４）の角度範囲を満たすことが望ましい。また、光学部材２４および閃光放電管２２の配置関係は、上記の式（５）の条件を満たすことが望ましい。本実施例における具体的な数値は以下のようである。

基準面に対する第１の入射面２４ｃの傾斜角度θは、光学部材２４の中心から順に、２５°、３０°、３５°の３つの面で構成されている。この形状は、光学部材２４の周辺に向かうにつれて徐々に増加させるような角度設定となっており、それぞれ式（１）を満たしている。

基準面に対する第２の入射面２４ｄの傾斜角度αは、実施例１と同様に理想値である９０°に設定しており、式（２）を満たしている。

次に、反射部２４ｅ、２４ｇであるが、本実施例では、大きな段差を設けずにフレネルレンズ部に連続する形で構成している。ここで、光学部材２４のうち閃光放電管２２の実質的な発光領域であるアーク長より少し長い領域に対応する領域をフレネルレンズ部とし、このフレネルレンズ部の外側の領域に全反射を行わせるための反射部２４ｅ、２４ｇを形成している。

基準面に対するプリズム面２４ｅ１、２４ｇ１の傾斜角度βは、すべて４５°に設定されており、上記の式（３）を満たしている。また、基準面に対するエッジ面２４ｅ２、２４ｇ２の傾斜角度γは、すべて９０°に設定されており、上記の式（４）を満たしている。

さらに、閃光放電管２２とフレネルレンズ部との最短距離は０．４ｍｍ、閃光放電管２２と反射部２４ｅ、２４ｇとの最短距離は、０．４ｍｍから１．２ｍｍとなっており、上記の式（５）を満たしている。

このように各面の形状が設定された光学部材２４を用いて閃光発光装置の集光動作について説明する。

まず、図８では、光源から射出した光束のうち第１の入射面２４ｃによって屈折され集光された光束の状態を示している。図示のように、第１の入射面２４ｃでの屈折作用によって、閃光放電管２２のアーク長よりも若干広い領域で装置前方に向かう成分が存在することがわかる。ここで、第２の入射面２４ｄの傾斜角度を９０°としているため、第１の入射面２４ｃで屈折した光線の領域には隙間がなく、この領域においては射出面２４ｂの全面で発光していることがわかる。これにより、光学部材２４を薄型化したスペースの中で、光源からの光束を効率良く集光させていることがわかる。

図９は、光学部材２４の中心に近い位置にある反射部２４ｅで全反射する成分のみを抽出して示したものである。光線同士の交錯を防ぐため、光学部材２４の図中左側には、フレネルレンズ部に最も近い位置にある反射部２４ｅで全反射する成分を示し、光学部材２４の図中右側には、フレネルレンズ部に対して次に近い位置にある反射部２４ｅで全反射する成分を示している。

図９の左側における光線トレース図に示すように、２つの反射部２４ｅのうち照明光軸側の反射部２４ｅで全反射される光束は、フレネルレンズ部の中央側に位置する第２の入射面２４ｄから入射した光束であることがわかる。この第２の入射面２４ｄに入射した光束は、射出面２４ｂで全反射し、第１の入射面２４ｃを透過して光学部材２４の外に一旦射出した後、再び反射部２４ｅのエッジ面２４ｅ２から入射して、プリズム面２４ｅ１で全反射して装置前方に導かれることになる。

一方、２つの反射部２４ｅのうち照明光軸から離れた側の反射部２４ｅで全反射される光束は、図９の右側の光線トレース図に示すように、フレネルレンズ部のうち２つの第２の入射面２４ｄから入射した光束であることがわかる。これらの第２の入射面２４ｄに入射した光束は、射出面２４ｂで全反射し、第１の入射面２４ｃを透過して光学部材２４の外に一旦射出した後、再び反射部２４ｅのエッジ面２４ｅ２から入射して、プリズム面２４ｅ１で全反射して装置前方に導かれることになる。

図１０は、光学部材２４の周辺に位置する反射部２４ｇで全反射する成分のみを抽出して示したものである。図９と同様に、光線同士の交錯を防ぐため、光学部材２４のうち図中右側の部分には、３つの反射部２４ｇのうち光学部材２４の端側に位置する反射部２４ｇで全反射する成分を示し、光学部材２４のうち図中左側の部分には、照明光軸側に位置する反射部２４ｇで全反射する成分を示している。

図１０の右側に示すように、照明光軸から離れた位置にある反射部２４ｇで全反射される光束は、フレネルレンズ部の周辺側に位置する３つの第２の入射面２４ｄに入射した光束であることが分かる。また、図１０の左側に示すように、照明光軸に近い位置にある反射部２４ｇで全反射される光束は、フレネルレンズ部の中央側に位置する３つの第２の入射面２４ｄに入射した光束であることが分かる。

ここで、第２の入射面２４ｄから入射した光束は、射出面２４ｂで全反射し、反射部２４ｅのプリズム面２４ｅ１又は反射部２４ｇのプリズム面２４ｇ１から光学部材２４の外側に一旦射出した後、他の反射部２４ｇのエッジ面２４ｇ２から入射し、このプリズム面２４ｇ１で全反射して装置前方に導かれることになる。

図９に示す光束および図１０に示す光束を重ね合わせた場合、射出面２４ｂの周辺領域から射出される光線には隙間がなく、上記の周辺領域全面から光束が射出していることが分かる。

次に、本発明の実施例３である閃光発光装置について図１４〜図１６を用いて説明する。

本実施例は、実施例２に対して光学部材の射出面の形状を変形させたものであり、具体的には、光学部材の射出面を凹面形状としている。ここで、本実施例における光学部材３４のうち閃光放電管３２の径方向における断面は、実施例２における光学部材（図１１）と同じであるため、説明を省略する。以下、本実施例の光学部材のうち閃光放電管の長手方向における断面形状について説明する。

図１４から図１６は、本実施例の閃光発光装置のうち閃光放電管の長手方向を含む横断面図を示している。ここで、図１５および図１６では、光源から射出した代表光線の光線トレース図も合わせて示しており、図１５は光学部材の屈折によって集光された成分を示し、図１６は光学部材の全反射によって集光された成分を示している。

図１４において、３２は光源となる閃光放電管（キセノン管）であり、円筒状に形成され、閃光を発する。３３は反射傘であり、閃光放電管３２から射出した光束のうち装置後方に射出した成分を装置前方に反射させる。反射傘３３の内面は、高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料で形成されていたり、高反射率の金属蒸着面が形成されていたりする。

３４は投光性をもつ光学部材であり、閃光放電管３２から射出した光束を後述するように光路分割させるとともに、所定の配光特性に変換させてから装置外に射出させる。この光学部材３４は、アクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料、またはガラス材料で構成されている。３５は、閃光放電管３２を保持するためのＸｅブッシュである。

これらの図において、３４ｃは光学部材３４の光源側に形成された第１の入射面であり、３４ｄは第１の入射面３４ｃに隣接して形成された第２の入射面である。また、３４ｅは反射部であり、プリズム面（反射面）３４ｅ１およびエッジ面（第３の入射面）３４ｅ２を有している。

実施例２における光学部材の形状との相違は、図示のように、光学部材３４の射出面が凹面で構成されている点と、閃光放電管３２側に形成されたフレネルレンズ部および反射部３４ｅの頂点を結ぶ包絡面もほぼ射出面とほぼ同じ曲率を持った凹面に沿うように構成されていることである。

各反射部３４ｅは、照明光軸に近い部分では大きくフレネルレンズ部とほぼ同等の大きさを持っているのに対し、光学部材３４の周辺に向かうにつれて小型化するように構成されている。これは、光学部材３４の周辺部に向かった光束に対して、反射部３４ｅで照明光軸方向に変換させた光束を隙間なく発生させるために必要な構成であり、いたずらに射出面３４ｂの形状を大きくすることなく少ない開口面積で効率良く集光を行わせることができる。

また、光学部材３４の入射面側におけるプリズムの包絡面を凹面で構成し、閃光放電管３２の端子部付近（Ｘｅブッシュ３５が配置されている部分）の空間を増すことによって、光学部材３４がＸｅブッシュ３５と干渉するのを避けることができる。

以下、本実施例の照明光学系について更に詳細に説明する。

図１５および図１６の光線トレース図を見ると、光学部材３４の射出面３４ｂのうちどの部分から射出された光束が照射面の中央部に寄与しているかを判断することができる。そして、図１５および図１６に示す光線を組み合わせると、射出面３４ｂのすべての領域で照明光軸に平行な成分が存在しており、薄型かつ射出面を凹面という形態を満たしつつ、照射面の中心部付近を明るくできる光学系になっていることがわかる。

以下、光学部材３４における各部の詳細形状について説明する。

まず、図１５に示すように、第１の入射面３４ｃは、従来のフレネルレンズの形状とは異なり、第２の入射面３４ｄから入射した光束を光学部材３４の側方に導くのに都合のよい形状としている。特に、本実施例では、光学部材３４の中央部にシリンドリカルレンズ部３４ａを形成し、この曲面の位置を閃光放電管３２から離れた位置まで落とし込むことにより、第２の入射面３４ｄの面積を増加させている。また、照明光軸と直交する面（基準面）に対する第１の入射面３４ｃの傾斜角度を大きくして、第２の入射面３４ｄの面積が増加するようにしている。

一方、本実施例の光学部材３４は、実施例２と同様に、フレネルレンズ部と反射部３４ｅとで大きな段差を設けず、各面の深さもほぼ一定の割合で変化するように各部の面形状を規制している。このため、光学部材３４の中央に位置するフレネルレンズ部から周辺の反射部３４ｅに至る形状が連続的になり、製作しやすい形状となっている。

また、図示のように、フレネルレンズ部の第１の入射面３４ｃから反射部３４ｅのプリズム面３４ｅ１に至る傾斜角度が徐々に急になるように設定されているとともに、プリズムのピッチ間隔が中央から周辺部に向かうにつれて狭くなるように形成されている。しかも、フレネルレンズ部の中央に位置する第１の入射面２４ｃの傾斜角度が、従来のフレネルレンズに比べて大きくなっている。

本実施例においても、実施例１と同様の理由から、先に説明した式（１）〜式（４）の角度範囲を満たすことが望ましい。また、光学部材３４および閃光放電管３２の配置関係は、上記の式（５）の条件を満たすことが望ましい。本実施例における具体的な数値は、ほぼ実施例２と同様である。

基準面に対する第１の入射面３４ｃの傾斜角度θは、光学部材３４の中心から順に、２５°、３０°、３５°の３つの面で構成されている。この形状は、光学部材３４の周辺に向かうにつれて徐々に増加させるような角度設定となっており、それぞれ式（１）を満たしている。

基準面に対する第２の入射面３４ｄの傾斜角度αは、実施例１同様に理想値である９０°で設定しており、式（２）を満たしている。

次に、反射部３４ｅであるが、本実施例では、大きな段差を設けずにフレネルレンズ部に連続する形で構成している。ここで、光学部材３４のうち閃光放電管３２の実質的な発光領域であるアーク長より少し長い領域に相当する領域をフレネルレンズ部の形成領域とし、このフレネルレンズ部の外側の領域に全反射を行わせるための反射部３４ｅの形成領域としている。

基準面に対するプリズム面３４ｅ１の傾斜角度βは、すべて４５°に設定されており、上記の式（３）を満たしている。また、基準面に対するエッジ面３４ｅ２の傾斜角度γは、すべて９０°に設定されており、上記の式（４）を満たしている。

さらに、閃光放電管３２とフレネルレンズ部との距離は０．４ｍｍ〜０．７ｍｍ、閃光放電管３２と反射部３４ｅとの距離は０．９ｍｍ〜２．１ｍｍとなっており、上記の式（５）を満たし、理想的な配置になっている。

このように各面の形状が規定された光学部材３４による集光作用について説明する。

まず、図１５では、光源から射出した光束のうちシリンドリカルレンズ面３４ａおよび第１の入射面３４ｃによって屈折され集光された光束の状態を示している。図示のように、第１の入射面３４ｃでの屈折作用によって、閃光放電管３２のアーク長より若干広い領域で装置前方に向かう成分が存在することがわかる。ここで、第２の入射面３４ｄの傾斜角度を９０°としているため、第１の入射面３４ｃで屈折した光線の領域には隙間がなく、この領域においては射出面３４ｂの全面で発光していることが分かる。これにより、光学部材３４を薄型化したスペースの中で、光源からの光束を効率良く集光させていることがわかる。

図１６は、光学部材３４の反射部３４ｅで全反射する成分のみを抽出して示したものである。図示のように、射出面３４ｂが曲面であるにもかかわらず、光軸中心に向かう光束が隙間なく存在していることがわかる。また、図１５に示す光線と、図１６に示す光線とを重ね合わせることによって、限られた開口面積のすべての領域から隙間なく光軸方向に向かう光線が存在していることがわかる。

上述した各実施例は、光源として、直管タイプの閃光放電管を用いたが、光源としては、このようなタイプの閃光放電管に限定されるわけではなく、点光源と見なせないある程度長い有効発光部を有するような光源、たとえば、冷陰極管を用いることができる。

また、実施例３では、射出面３４ｂの形状を凹面とした場合について説明したが、射出面形状は凹面に限定されず、任意の弱い曲率を持った曲面で構成することもできる。たとえば、凸面はもとより、凹面と凸面を組み合わせたような波状の面や、曲面を基調とした光学機器の任意の非球面の外観形状にも対応可能である。

なお、上述した実施例では、本発明の照明装置をカメラに搭載した例について説明したが、カメラに限らず携帯型電子機器（例えば、携帯電話）といった電子機器にも搭載することができる。本実施例における照明装置は、照明光軸方向における長さを短くすることができるため、薄型の電子機器にも機器本体を大型化させることなく組み込むことができる。

実施例１の閃光発光装置の光学系を構成する要部の横断面図。 実施例１の閃光発光装置の光学系を構成する要部の別の光線トレース図を付記した横断面図。 実施例１の閃光発光装置の光学系を構成する要部の縦断面図。 実施例１の閃光発光装置の主要光学系のみの分解斜視図。 実施例１の閃光発光装置の光学部材のみを光源側から見た斜視図。 実施例１の閃光発光装置を適用したカメラの斜視図。 実施例２の閃光発光装置の光学系を構成する要部の横断面図。 実施例２の閃光発光装置の光学系を構成する要部の光線トレース図を付記した横断面図。 実施例２の閃光発光装置の光学系を構成する要部の別の光線トレース図を付記した横断面図。 実施例２の閃光発光装置の光学系を構成する要部のさらに別の光線トレース図を付記した横断面図。 実施例２の閃光発光装置の光学系を構成する要部の縦断面図。 実施例２の閃光発光装置の主要光学系のみの分解斜視図。 実施例２の閃光発光装置の光学部材のみを光源側から見た斜視図。 実施例３の閃光発光装置の光学系を構成する要部の横断面図。 実施例３の閃光発光装置の光学系を構成する要部の光線トレース図を付記した横断面図。 実施例３の閃光発光装置の光学系を構成する要部の別の光線トレース図を付記した横断面図。

符号の説明

２、２２、３２・・・閃光放電管
３、２３、３３・・・反射傘
４、２４、３４・・・光学部材
５、３５ ・・・Ｘｅブッシュ

Claims (12)

1. 光源と、該光源に対して装置前方に配置された光学部材とを有する照明装置であって、
   前記光学部材は、前記光源の長手方向を含む断面において、入射面側にフレネルレンズ部と、該フレネルレンズ部の周辺に形成された反射部とを有し、
   前記フレネルレンズ部が、前記光源からの光束に対して正の屈折力を与える複数の第１の入射面と、前記光源からの光束を前記反射部に導くための複数の第２の入射面とを有することを特徴とする照明装置。
2. 前記光学部材は、前記第２の入射面に入射した光束に対して、射出面で全反射させて前記反射部に導くことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１の入射面が、前記第２の入射面から導かれた光束の光路外に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 照明光軸と直交する面に対する前記第１の入射面の角度θが、１０°≦θ≦４５°の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 照明光軸と直交する面に対する前記第２の入射面の角度αが、８０°≦α≦９０°の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記反射部が、前記第２の入射面から導かれた光束が入射する第３の入射面および該第３の入射面から入射した光束を装置前方に反射させる反射面を有しており、
   照明光軸と直交する面に対する前記反射部の反射面の角度βが、３５°≦β≦５５°の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 前記反射部が、前記第２の入射面から導かれた光束が入射する第３の入射面および該第３の入射面から入射した光束を装置前方に反射させる反射面を有しており、
   照明光軸と直交する面に対する前記第３の入射面の角度βが、８０°≦α≦９０°の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. 前記光学部材が装置前面に配置されており、前記光学部材の射出面が平面又は曲面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
9. 前記反射部を構成する複数のプリズムは、前記光源の長手方向を含む断面において、これらのピッチ間隔が前記光学部材の周辺に向かって小さ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に記載の照明装置。
10. 前記反射部は、前記光源に対して、前記フレネルレンズ部よりも装置前方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
11. 前記フレネルレンズ部および前記反射部を構成するプリズムが、装置上下方向に延びる形状又は装置上下方向において曲率をもった形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の照明装置を有することを特徴とする電子機器。
    

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