JP4544513B2 - 照明装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光束を被照明領域に効率良く照射する照明装置と、該照明装置を有する撮影装置に関するものである。

従来のカメラ等の撮影装置に用いられている照明装置は、光源と、この光源から発せられた光束を前方（被写体側）の被照射領域に導く反射鏡やフレネルレンズ等の光学部品とで構成されている。

このような照明装置のうち、光源から様々な方向に射出した光束を、小型で効率よく必要照射画角内に集光させるようにした照明装置が、従来より種々の提案がされている。

特に、近年、光源の前側（被写体側）に配置されていたフレネルレンズのかわりに、プリズム・ライトガイド等の全反射を利用した光学部材を配置することによって、集光効率の向上、小型化を図ったものが提案されている。

この種の提案としては、光源中心から射出した光束のうち光軸に近い成分は光学プリズムのシリンドリカルレンズの屈折により、また、光軸から離れた周辺成分はシリンドリカルレンズの上下に形成された反射面により、それぞれ光軸方向に略平行な光束に変換された後、光学プリズムの射出面に形成された複数の凸レンズとその前方に配置された光学パネルに形成された凹レンズにより光学作用を受けて被写体側に照射される。

そして、光学プリズムと光学パネルとの光軸方向距離を変化させることによって、照明光の照射範囲（角度）を変化させるようになっている。このような構成により、照明光の照射範囲の変更が可能であり、小型で集光効率の高い照明装置が実現される（特許文献１参照）。

また、特許文献２には、光学部材を１部材で照射範囲の変更が可能な照明装置が提案されている。図８は該照明装置の断面図であり、図８（ｂ）は代表光線のトレース図である。

この照明装置は、光源２と、この光源２の前側に配置された光学部材４と、光源２の後側および光源２と光学部材４との間の前側空間を覆うように配置され、光源２からの光を前方に反射させる反射部材３とを有する。

そして、光学部材４の入射面側に、光軸Ｌ付近において光源２から入射する光に正の屈折力を与える正屈折部４ａと、この正屈折部４ａよりも周辺側であって反射部材３のうち上記前側空間を覆う部分で反射した光が通過する領域よりも光軸側に、光源２から入射する光を前方に反射させる反射部４ｃ，４ｃ’とを設けるとともに、光源２と光学部材４との光軸方向における相対的位置関係の変更により光学部材４から射出する光の照射範囲を可変としている（特許文献２参照）。
特開２０００−２９８２４４号公報（段落０１００〜０１０２、図１、２等） 特開２００３−２８７７９２号公報（段落００１０〜００１４、図１、２等）

しかしながら、上記特許文献１の照明装置における光学部材は、光学プリズムと光学パネルの２つの部材を必要としている。

また、上記特許文献２の照明装置では、光源中心から射出した光束のうち光軸に近い成分は光学部材のシリンドリカルレンズの屈折より、また、光軸から離れた周辺の成分はシリンドリカルレンズの上下に形成された反射面により、さらに、上下方向の成分は光束を前方に反射させる反射部材の反射部によって、それぞれ光軸方向に略平行な光束に変換する必要があるため、光学部材（光学プリズム）の開口部の高さ方向を小型化することが難しかった。

本発明の目的は、小型で、かつ良好な配光特性が得られる照明装置を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本発明の照射装置は、光源と、該光源からの光を照射方向に向かわせるための光学部材および反射部材とを有する照明装置であって、光学部材は、正の屈折力を有する入射面と、負の屈折力を有する射出面と、光源から入射面よりも周辺側に進んだ光を射出面に向けて反射する反射面とを有する。

そして、反射部材は、光源から反射面よりも周辺側に進んだ光を反射する第１の面と、該第１の面からの光を射出面に向けて反射する第２の面とを有する。

本発明によれば、光学部材に設けられた反射面と、反射部材の第１の面及び第２の面とにより、光源から進んだ光を効率よく集光することができ、射出面を小さくすることができる。

このため、小型で、かつ良好な配光特性が得られる照明装置を実現することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

以下、図１から図５を参照して本発明の実施例１の照明装置について説明する。

図１は本実施例の照明装置をカメラ（撮像装置）の上辺部に搭載したときの本実施例の概略構成図である。

１はカメラ本体、２はレンズ鏡筒部であり、不図示の撮影レンズを保持している。３はファインダ、４はレリーズボタンである。５は照明装置（発光ユニット）であり、カメラ本体１の右上部に設けている。なお、照明装置を除くそれぞれ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、本発明の機械的構成要素は前述の構成に限定されるものではない。

図２は本実施例の照明装置の斜視図、図３は該照明装置の展開斜視図である。

この照明装置は、光源手段として光を発する円筒形状の閃光放電管（閃光発光管）６と、閃光放電管６からの放射光束のうち前方以外の、例えば後方（被写体側と反対方向）に放射される光束を被写体側へ反射させる反射部材（反射傘）７と、閃光放電管６から放射された光束のうち直接入射した光束及び反射部材７で反射して入射した光束を所定形状の光束として集光し、被写体側へ効率良く照射する照明光束導光用の光学部材（光学プリズム）８を有している。

ここで、反射部材７は内側の面が高反射率面で形成された光輝アルミ等の金属材料または内側の面に高反射率の金属蒸着面が形成された樹脂材料等で構成されている。また、光学部材８の材料としては、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が適している。

上記構成において、カメラ本体１は、従来公知の技術であるように、たとえば「ストロボオートモード」にカメラがセットされている場合には、レリーズボタン４がユーザーによって押された後に、不図示の測光装置で測定された外光の明るさと装填されたフィルムの感度やＣＣＤセンサ等のイメージセンサーの感度によって、照明装置を発光させるか否かを不図示の中央演算装置が判断する。

そして、中央演算装置が現在の撮影状況下において「照明装置を発光させる」と判定した場合には、中央演算装置が発光信号を出し、反射部材７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６を発光させる。発光された光束は、被写体側と反対方向に射出された光束は反射部材７で反射して、また、被写体側に射出した光束は直接、前面に配置した光学部材８に入射し、この光学部材８を介して所定の配光特性に変換された後、被写体側に照射される。

以下、照明装置の光学特性を決める構成について、図４と図５を用いて更に詳しく説明する。

図４と図５は、本実施例の照明装置５の光学系の構成を示している。図４および図５は、該光学系の閃光放電管６の径方向を含む面での断面図であり、図４は照射角度範囲が狭い状態を、図５は照射角度範囲が広い状態をそれぞれ示している。各図の（ａ）、（ｂ）は同一断面で切ったときの図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図に光線トレース部を付加したトレース図である。

図４および図５を用いて、放電管の径方向（長手方向に直交する方向）である上下方向の照射角度変化の基本的な考え方を説明する。

同図においては、閃光放電管６としてガラス管の内外径を示している。この種の放電管の実際の発光現象としては、効率を向上させるため、内径一杯に発光させる場合が多く、放電管の内径一杯の発光点からほぼ均一に発光していると考えて差し支えない。しかし、説明を容易にするため、光源中心から射出させた光束を代表光束と考え、図中ではあえて光源中心から射出した光束のみを示している。実際の配光特性としては、図に示したような代表光束に加え、放電管の周辺部から射出した光束によって配光特性は全体とし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、図４に示すように閃光放電管６と光学部材８とが所定量離れた状態では、最も集光した状態が得られる。

反射部材７のうち閃光放電管６の後側を覆う部分は、閃光放電管６とほぼ同心形状の半円筒形状（以下、半円筒部７ａという）となっている。これは、反射部材７での反射光を再度、光源の中心部付近に戻すのに有効な形状であり、閃光放電管６のガラス部の屈折による影響を受けにくくさせる効果がある。このように構成することによって、反射部材７の後方からの反射光を光源からの直接光とほぼ等価な射出光として扱えるため考えやすく、この後に続く光学系の全体形状を小型化することも可能となり都合がよい。

また、反射部材７の半円筒部７ａの上下において設けられた第１の反射面（第１の面）７ｂ、７ｂ’は、光源中心から後述する光学部材８の第３の反射面８ｂ、８ｂ’よりも周辺側に進んだ光束を反射するように曲面形状に形成されている。該第１の反射面７ｂ、７ｂ’の前方に設けられた第２の反射面（第２の面）７ｃ、７ｃ’は、第１の反射面７ｂ、７ｂ’で反射された光束を後述する光学部材８の射出面８ｅに向けて反射し、該光束を光学部材８の周辺に導くよう、第１の反射面７ｂ、７ｂ’と同様に曲面形状に形成されている。

次に、光学部材８の詳細形状について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、光学部材８の射出光軸中心付近は、光源中心から射出した光束のうち射出光軸ＡＸＬに対して第１の角度よりも小さい角度をなす光束成分であり、この成分を屈折させるために、光学部材８の光源側の射出光軸中心付近には、非球面形状のシリンドリカルレンズ面（第１の入射面）８ａが形成されている。

そして、このシリンドリカルレンズ面８ａの周辺には、光源中心から射出した光束のうちシリンドリカルレンズ面８ａに入射しない、該シリンドリカルレンズ面８ａよりも周辺側に進んだ光束であって、射出光軸ＡＸＬに対して第１の角度より大きい角度をなす光束が入射する第２の入射面８ｂ、８ｂ’が形成され、さらにその周辺には、この第２の入射面８ｂ、８ｂ’から光学部材８内に入射した光（屈折光）を反射（全反射）させる第３の反射面８ｃ、８ｃ’が形成されている。

さらにその周辺には、曲面に形成され、反射部材７の第２の反射面７ｃ、７ｃ’で反射した光束が入射する第３の入射面８ｄ、８ｄ’が形成されている。

ここで、光学部材８の射出面８ｅは負の屈折力を有した凹面となっており、正の屈折力を有する第１の入射面８ａ、第２の入射面８ｂ、８ｂ’および第３の入射面８ｄ、８ｄ’と第３の反射面８ｃ、８ｃ’は、閃光放電管６と光学部材８とが所定量離れた状態で、光源中心から射出した光束が光学部材８の各部に入射し、所定の角度成分に変換させるための屈折又は全反射した後、同一の射出面８ｅから射出され、射出光軸ＡＸＬに対して略平行になるように形状が設定されている。

図４（ｂ）には、光源中心から射出した光束が光学部材８の各面から入射し、それぞれのどのような光路を通るかを示した光線トレース図を示している。図示のように、光源中心から射出した光束は、ほとんどすべて射出光軸ＡＸＬに対して平行に変換されている。すなわち、最も集光された状態をこの光学配置によって得ることができ、射出開口面積に対して、最も効率良く集光動作がなされている。

一方、図５に示す状態は、閃光放電管６と光学部材８とを上記所定距離よりも接近させた状態であり、照射角度範囲をある程度広げた状態が得られるように光学配置を設定したものである。

このような光学配置の場合、光学部材８の第２の入射面８ｂ、８ｂ’と第３の反射面８ｃ、８ｃ’との交点で形成されるエッジ部８ｆ、８ｆ’が反射部材７の第１の反射面７ｂ、７ｂ’に接近することになる。このことによって、光源中心から射出した光束のうち第１の反射面７ｂ、７ｂ’と光学部材８のエッジ部８ｆ、８ｆ’との隙間から、反射部材７の第１の反射面７ｂ、７ｂ’に向かうべき光束が減少することになる。

したがって、エッジ部８ｆ、８ｆ’が反射部材７の第１の反射面７ｂ、７ｂ’に接近するのにしたがい、この成分は極端に減少し、これと隣接した別の光路である第２の入射面８ｂ、８ｂ’、第３の反射面８ｃ、８ｃ’及びシリンドリカルレンズ面８ａに振り向けられることになる。

ここで、反射部材７の第１の反射面７ｂ、７ｂ’で反射された光束は、光源である閃光放電管６と反射部材７とが一体的に保持されているために、常に射出光軸方向に対して浅い角度を持った成分に変換されている。このため、該成分（光源から第１の反射面７ｂ、７ｂ’に向かう光束）が減少することは被写体上に収斂していた光束が減少することになるので、配光分布の中央付近の光の強度が弱くなるということになる。

また、閃光放電管６と光学部材８とを上記所定距離よりも接近させると、デフォーカス状態となり、光学部材８の第３の反射面８ｃ、８ｃ’で反射した光束とシリンドリカルレンズ面８ａから入射した光束は射出面８ｅから射出する際に発散させられる。

このように、本来、図４に示した最も集光した状態では、光軸中心付近の屈折領域と、その周辺の光学部材８による反射領域と、さらに周辺の反射部材７による反射領域の３つの領域をすべて集光させるように構成されていたのに対し、閃光放電管６（および反射部材７）と光学部材８との射出（照射）光軸方向における相対位置関係を変更することよって、各領域による集光状態を徐々に変化させる（すなわち、照射角度範囲を変化させる）ことができる。

以下、この配光分布の変化を上記３つの領域に分けて説明する。

まず、光軸中心付近の屈折領域は、図４に示す光学配置において、光源中心から射出された光束を射出光軸の略一点に集光するように屈折させる。光源中心を焦点位置とする非球面シリンドリカルレンズ面８ａと、その集光途中に位置し、この光束を射出光軸ＡＸＬに略平行になるように屈折させる射出面８ｅで構成されている。

次に、図５に示すように、閃光放電管６と光学部材８とを上記所定距離よりも接近させると、光源とシリンドリカルレンズ面８ａとが接近してデフォーカス状態となり、全体に照射範囲が広がるように作用する。また、図４に示す状態では光学部材８の第３の反射面８ｃ、８ｃ’の方向に導かれていた光束の一部が、図５に示す状態では新たにこの領域に入ることになるが、この成分もこの屈折光の領域によって制御される光束の延長であり、この屈折領域の中で最も照射角度の広い角度成分に変換される。

しかし、この領域での角度変化は屈折による作用であるため、少ない移動量に対しては大幅な照射角度範囲の変化は生じない。この結果、照射面上のごく中心部付近の配光分布のみが均一に押し広げられることになる。

次に、光学部材８による反射領域について説明する。この反射領域は、光源と光学部材８との位置関係を変化させることにより、大幅に照射角度範囲を変化させることができる領域である。これは、反射による光線方向の変換で大幅に照射方向を変換できることに加え、屈折率の高い光学部材８中での反射現象が用いられるので、さらに大きな角度変換を望めるためである。

図４（ｂ）にも示すように、光源中心から射出してこの反射領域で反射した光束成分は、照射面上では周辺部のある一定の狭い角度領域の成分に変換され、射出面８ｅで射出光軸ＡＸＬに略平行になるように屈折させられる。

次に、図５に示すように、閃光放電管６と光学部材８とを上記所定距離よりも接近することにより、この反射領域で反射した光束成分は発散される。図５（ｂ）のトレース図では射出光軸ＡＸＬに対して所定角度をなす成分だけに変換されるように見えるが、実際には、光源にはある一定の大きさが存在するため、反射角度範囲もある程度広がり、また全体として見た場合には、屈折領域の光束成分とも重なり合うため、広い角度範囲でほぼ均一な角度分布を持った配光特性を得ることができる。

最後に、最も外側にある反射部材７による反射領域で反射した光束成分は、上述したように、図４の状態から図５の状態に向かって光源と光学部材８とが接近していくにしたがって、徐々にその成分が減少する。

このように、本実施例では、光軸方向における光源（放電管６）と光学部材８との相対位置関係の僅かな変化によって、大幅な照射角度範囲の変化を得ることができると同時に、３つの領域に分けたそれぞれの成分が各部の配光特性の変化を補うことができ、全体として均一で必要照射範囲に対して光量ロスの少ない光学系を実現することができる。

一方図示していないが、前述したように、放電管６の中心から後方に射出された光束は、反射部材７の半円筒部７ａで反射し、再度、放電管６の中心を通って前方に射出される。この後の光線の振る舞いは図４（ｂ）および図５（ｂ）に示したものと同様である。

続いて、屈折領域、光学部材８による反射領域および反射部材７による反射領域の３つの領域の最適な配分割合について説明する。

基本的には、シリンドリカルレンズ面８ａの屈折領域と、反射部材７の第１の反射面７ｂ、７ｂ’による反射領域とで基本的な集光光学系を形成し、これらの領域のつなぎの最小部分を光学部材８の反射領域で構成することが望ましい。

まず、光学部材８の材料としては、成形性の面、コストの面からアクリル樹脂等の光学樹脂材料を用いることが望ましい。しかし、この種の照明装置においては、光源から光の発生と同時に多量の熱が発生される。この熱の影響を、一回の発光に発生する熱エネルギと最短発光周期とを考慮して、光学材料の選定及び放熱空間の設定を行う必要がある。

このとき、実際に最も熱の影響を受けやすいのは、光源から最も近く位置する光学部材８の各入射面であり、光源とこの入射面との最少距離を最初に決める必要がある。本実施例では、光源中心からの射出角度が射出光軸ＡＸＬに近い角度成分を直接屈折によって制御する第１の入射面８ａと光源との最少距離をｄ、射出光軸ＡＸＬから離れた角度成分で反射（全反射）によって制御される光を入射させる第２の入射面８ｂ、８ｂ’と光源との最少距離をｅとしてその間隔を規制する。

ここで、各入射面と光源との距離が大きすぎると、光学系全体が大型化するので、閃光放電管６の直径をφとすると、最少距離をｄ、ｅは、
φ／１０≦ｄ≦φ／２
φ／１０≦ｅ≦φ／２ ……（１）
の範囲にあることが望ましい。

そして、最も集光した図４に示す状態において、この光学部材８の第２の入射面８ｂ、８ｂ’に入射する光源中心からの光束が光軸となす角度αが、
２０°≦α≦７０° ……（２）
であることが望ましい。

ここで、角度αが上記（２）式の下限である２０°より小さいと、光学部材８による反射領域を形成することが困難となる。すなわち、光学部材８のエッジ部８ｆ、８ｆ’の角度が極めて鋭くなるとともに、光学部材８を厚み方向に深い形状とする必要があり、薄型の光学部材（光学系）を構成することが難しくなるばかりでなく、製造も困難となる。

また、角度αが上記（２）式の上限である７０°より大きくなると、反射部材７による集光領域が減少し、反射領域を反射部材７による反射領域と光学部材８による第３の反射面とに分割して向上させた集光効率を減少させ、以下の種々の問題点が発生する。

すなわち、照射角変更に必要な光源と光学部材８の間の距離が少なくなってしてしまい、大幅な照射角度の変更が困難になってしまうという機能上の問題や、光学部材８そのものが部分的に厚く長くなってしまうために成形時間が長くなり、製作が困難となるという問題が生じる。理想的な形態としては、光学部材８による反射領域を必要最小限にまで狭め、かつ光量ロスのない形態にまとめることが望ましい。このように構成することで、厚み方向を最短まで短縮しつつ、形状的にもシンプルな構成をもった加工し易いものとすることができる。

本実施例では、以上説明した理由から、光学部材８を、光軸ＡＸＬに対してなす角度が３０°〜６０°の約３０°の範囲に含まれる光束に対応して形成し、最適化を図っている。

次に、光学部材８において、光束を第３の反射面８ｃ、８ｃ’に導く第２の入射面８ｂ、８ｂ’の最適な形状について説明する。図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、光源中心から射出した光束は、第２の入射面８ｂ、８ｂ’で大きく屈折し、射出光軸ＡＸＬから離れる方向に向かい第３の反射面８ｃ、８ｃ’に到達する。

ここで、第２の入射面８ｂ、８ｂ’と射出光軸ＡＸＬとの傾きは、この第３の反射面８ｃ、８ｃ’で反射した光束が再び全反射しないような角度にすることが望ましい。したがって、本実施例では、加工的な条件も考慮し、この第２の入射面８ｂ、８ｂ’を、射出光軸ＡＸＬに対する傾きが５°以上の平面又は加工し易い曲面で構成している。

このように、本実施例によれば、反射部材７と１つの光学部材８という少ない構成部品でありながら、小型で必要照射範囲外への光照射による光量損失の少ない、極めて効率の良い照射角度可変型照明光学系を構成することができる。

さらに、光源の中心から射出して光学部材８の第３の反射面８ｃ、８ｃ’に入射する光の光軸に対してなす角度αが、２０°≦α≦７０°の範囲に含まれるようにすることにより、光学部材８の第１の反射面８ｃ、８ｃ’と、反射部材７の第１の反射面７ｂ、７ｂ’及び第２の反射面７ｃ、７ｃ’による集光効率を向上する。

よって、射出面８ｅ（射出開口部）を小さくすることがため、照明装置の薄型化及び上下方向の小型化が実現できる。

さらに本実施例による照射角可変照明光学系は、設計自由度が高く、製品として要求される大きさ・メカ精度・光学特性等に応じて最適な照射角可変機構の設計を容易に行うことができる。

また、構成要素が少なく、照射角可変機構が安価に構成できることや、その応用光学系も広く、各種照明光学系に応用できるなど汎用性の高い技術になっている。

また、光学部材８内での集光を全反射を利用して行っている為、同一光源に対するエネルギー利用効率が高く、小型しても光学特性を低下することなく、むしろ画角内に照射される有効エネルギーを増加させることができる。

本実施例の照明装置では、放電管６の長手方向に対して垂直な方向の配光制御を、光源側に設けたシリンドリカルレンズ面８ａ、反射部材７の第１の反射面７ｂ、７ｂ’と、光学部材８の第３の反射面８ｃ、８ｃ’の３種５層の領域によって、図４に示すような最も集光された状態を基準に、光源と光学部材８の相対距離を変化させて照射角度範囲の変更を行う。しかし、必ずしもこの実施例に限定されるものではなく、基準状態は必ずしも全領域の光束が最も集光された状態にする必要はない。

これは、光源がある一定値以上の大きさを持つ光源であることや、各集光制御面と光源との距離が異なっているなどの理由から、基準となる状態の配光分布をすべて最も集光した状態にせず、あえて異ならせた方が都合がよい場合もあるためである。

この一例として、光源の大きさが大きい場合に、光源の近くに位置するシリンドリカルレンズ面からの照射角度がかなり広がる傾向にある。特に、光源中心より前側から発光した光束は、この広がりの傾向が強く、最も集光させる光学配置であっても、必要照射範囲外に向かう光束がないとは限らない。

一方、光源から一番遠ざかった位置の反射傘によって制御される光束成分は、光源の大きさがある程度大きくなっても集光度合いは低下せず、その分布は最初に設定した照射角度分布から大きく外れないものとなる。

このことから、光源に近い位置に制御面が存在するシリンドリカルレンズ面は、光源中心よりやや被写体側に焦点位置を形成するような形状にすることによって、このシリンドリカルレンズ面を介して射出する光束の分布が必要以上に広がることを防止することができる。

また、最集光状態が必ずしも必要ではない広角側を重視した照射角度範囲の変更を行う場合においても、中央のシリンドリカルレンズ面以外の反射傘および光学部材の反射面によって制御される光束に関して、一律に配光分布を最集光状態とするのではなく、やや広めの配光特性が得られるように各面の形状を設定するようにした方が都合の良い場合がある。

また、本実施例では、光源側（入射面側）の各面の構成および射出面側の各面の構成が、光軸中心に対して対称形状となっている場合について示したが、本実施例は必ずしもこのような対称形状に限定されない。例えば、光学部材８の第３の反射面８ｃ、８ｃ’は光軸を挟んで対称に構成されているが、このように同じ位置に形成する必要はなく、非対称形状にしてもよい。これは、反射面だけに言えることではなく、反射部材７の形状やシリンドリカルレンズ面８ａの形状に関しても同様である。

さらに、射出面側に形成した中央部のプリズム列に関しても、左右の角度設定が異なるプリズム列を用い左右方向の配光特性に変化を持たせることができる。また、周辺部のフレネルレンズ部に関しても集光度合いに変化を持たせて、全体の配光特性に変化を持たせてもよい。

また、本実施例では、光学部材８の中央に形成されたシリンドリカルレンズ面８ａが非球面形状である場合について説明したが、このシリンドリカルレンズ面８ａは必ずしも非球面形状に限定されるわけではなく、円筒面で形成してもよい。また、放電管６の長手方向の集光性も考慮して、トーリックレンズ面としてもよい。

次に本発明の実施例２における照明装置について説明する。

以下、照明装置の光学特性を決める構成について、図６と図７を用いて更に詳しく説明する。

図６および図７は、照明光学系の閃光放電管の径方向を含む面での断面図であり、図６は照射角度範囲が狭い状態を、図７は照射角度範囲が広い状態をそれぞれ示している。各図の（ａ）、（ｂ）は同一断面で切ったときの図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図に光線トレース部を付加したトレース図である。

本実施例は、上記実施例１よりも更に高効率折な照明光学系を構成することができる。

本実施例の照明装置は、光源手段として光を発する円筒形状の閃光放電管（閃光発光管）９と、該閃光放電管９からの放射光束のうち前方以外の、例えば後方（被写体側と反対方向）に放射される光束を被写体側へ反射させる反射部材（反射傘）１０と、閃光放電管６から放射された光束のうち直接入射した光束及び反射部材１０で反射して入射した光束を所定形状の光束として集光し、被写体側へ効率良く照射する照明光束導光用の光学部材（光学プリズム）１１を有している。

図６および図７を用いて、放電管の径方向（長手方向に直交する方向）である上下方向の照射角度変化の基本的な考え方を説明する。

これらの図においては、閃光放電管９としてガラス管の内外径を示している。この種の放電管の実際の発光現象としては、効率を向上させるため、内径一杯に発光させる場合が多く、放電管の内径一杯の発光点からほぼ均一に発光していると考えて差し支えない。しかし、説明を容易にするため、光源中心から射出させた光束を代表光束と考え、図中ではあえて光源中心から射出した光束のみを示している。実際の配光特性としては、図に示したような代表光束に加え、放電管の周辺部から射出した光束によって配光特性は全体とし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、図６に示すように閃光放電管９と光学部材１１とが所定量離れた状態では、最も集光した状態が得られる。

反射鏡１０のうち閃光放電管９の後側を覆う部分は、閃光放電管９とほぼ同心形状の半円筒形状（以下、半円筒部１０ａという）となっている。これは、反射鏡１０での反射光を再度、光源の中心部付近に戻すのに有効な形状であり、閃光放電管９のガラス部の屈折による影響を受けにくくさせる効果がある。このように構成することによって、反射部材１０の後方からの反射光を光源からの直接光とほぼ等価な射出光として扱えるため考えやすく、この後に続く光学系の全体形状を小型化することも可能となり都合がよい。

一方、反射部材１０の半円筒部１０ａの上下において設けられた反射面（第３の反射面）１０ｂ、１０ｂ’は、光源中心から後述する光学部材１１の第１の反射面１１ｃ、１１ｃ’よりも周辺側に進んだ光束を反射して該光学部材の周辺に導くように曲面形状に形成されている。そして、後述するように、光学部材１１の周辺部から入射した光束は、最も集光した状態の配光特性が得られる。

次に、光学部材１１の詳細形状について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、光学部材１１の射出光軸中心付近は、光源中心から射出した光束のうち射出光軸ＡＸＬに対して第１の角度よりも小さい角度をなす光束成分であり、この成分を屈折させるために、光学部材１１の光源側の射出光軸中心付近には、正の屈折力を有する非球面形状のシリンドリカルレンズ面（第１の入射面）１１ａが形成されている。

そして、このシリンドリカルレンズ面１１ａの周辺には、光源中心から射出した光束のうちシリンドリカルレンズ面１１ａに入射しない成分であって、射出光軸ＡＸＬに対して第１の角度よりも大きな角度をなす光束成分が入射する第２の入射面１１ｂ、１１ｂ’が形成され、さらにその周辺には、この第２の入射面１１ｂ、１１ｂ’から光学部材１１（プリズム部）内に入射した屈折光（第１の入射面１１ａよりも周辺側に進んだ光）を射出面１１ｆに向けて反射（全反射）させる第１の反射面１１ｃ、１１ｃ’が形成されている。

さらにその周辺には、前述したように、反射部材１０の反射面１０ｂ、１０ｂ’で反射した光束が入射する第３の入射面１１ｄ、１１ｄ’が曲面形状に形成され、第３の入射面１１ｄ、１１ｄ’から入射した反射部材１０からの光束は、第２の反射面１１ｅ、１１ｅ’で射出面１１ｆに向けて全反射される。

ここで、光学部材１１の射出面１１ｆは、負の屈折力を持った凹面となっており、これらシリンドリカルレンズ面１１ａ、第２の入射面１１ｂ、１１ｂ’および第１の反射面１１ｃ、１１ｃ’、第３の入射面１１ｄ、１１ｄ’ および第２の反射面１１ｅ、１１ｅ’は、閃光放電管９と光学部材１１とが所定量離れた状態で、光源中心から射出した光束が光学部材１１の各部に入射し、所定の角度成分に変換させるための屈折又は全反射した後、同一の射出面１１ｆから射出され、射出光軸ＡＸＬに対して略平行になるように形状が設定されている。

図６（ｂ）には、光源中心から射出した光束が光学部材１１の各面から入射し、それぞれのどのような光路を通るかを示した光線トレース図を示している。図示のように、光源中心から射出した光束は、ほとんどすべて射出光軸ＡＸＬに対して平行に変換されている。すなわち、最も集光された状態をこの光学配置によって得ることができる。よって、射出開口面積に対して、最も効率良く集光動作がなされていると言うことができる。

一方、図７に示す状態は、閃光放電管９と光学部材１１とを上記所定距離よりも接近させた状態であり、照射角度範囲をある程度広げた状態が得られるように光学配置を設定したものである。

このような光学配置の場合、光学部材１１の第２の入射面１１ｂ、１１ｂ’と第１の反射面１１ｃ、１１ｃ’との交点で形成されるエッジ部１１ｇ、１１ｇ’が反射部材１０の反射面１０ｂ、１０ｂ’に接近することになる。このことによって、光源中心から射出した光線のうち反射面１０ｂ、１０ｂ’と光学部材１１のエッジ部１１ｇ、１１ｇ’との隙間から、反射部材１０の反射面１０ｂ、１０ｂ’に向かうべき光束が減少することになる。

したがって、エッジ部１１ｇ、１１ｇ’が反射部材１０の反射面１０ｂ、１０ｂ’に接近するのにしたがいこの成分は極端に減少し、これと隣接した別の光路である第２の入射面１１ｂ、１１ｂ’と第１の反射面１１ｃ、１１ｃ’からなるプリズム部およびシリンドリカルレンズ部１１ａに振り向けられることになる。

ここで、反射部材１０の反射面１０ｂ、１０ｂ’で反射された光束は、光源である閃光放電管９と反射部材１０とが一体的に保持されているために、常に射出光軸方向に対して浅い角度を持った成分に変換された成分になっており、この成分が減少するということは被写体上に収斂していた光束が減少するので、配光分布の中央付近の光の強度が弱くなるということである。

また、閃光放電管９と光学部材１１とを上記所定距離よりも接近させると、デフォーカス状態となり、このプリズム部の第１の反射面１１ｃ、１１ｃ’で反射した光束とシリンドリカルレンズ面１１ａから入射した光束は射出面１１ｆから射出する際に発散させられる。

このように、本来、図６に示した最も集光した状態では、光軸中心付近の屈折領域と、その周辺の光学部材１１（プリズム部）による反射領域と、さらに周辺の反射部材１０による反射領域の３つの領域をすべて集光させるように構成されていたのに対し、閃光放電管９（および反射鏡１０）と光学部材１１との光軸方向における相対位置関係を変更することよって、各領域による集光状態を徐々に変化させる（すなわち、照射角度範囲を変化させる）ことができる。

一方、図示していないが、前述したように、閃光放電管９の中心から後方に射出された光束は、反射部材１０の半円筒部１０ａで反射し、再度、閃光放電管９の中心を通って前方に射出される。この後の光線の振る舞いは図６、図７に示したものと同様である。

このように、本実施例によれば、反射部材１０と光学部材１１という少ない構成部品でありながら、小型で必要照射範囲外への光照射による光量損失の少ない、極めて効率の良い照射角度可変型照明光学系を構成することができる。

さらに、光学部材１１の第１の反射面１１ｃ、１１ｃ’及び第２の反射面１１ｅ、１１ｅ’により集光効率がさらに向上し、射出面１１ｆ（射出開口部）を小さくすることがため、小型でありながらも配光特性の良い撮像装置が得られる。

本発明の照明装置を搭載したカメラの概略構成図である。 本発明の実施例１における照明装置の斜視図である。 本発明の実施例１における照明装置の展開斜視図である。 本発明の実施例１の照明装置において、最も狭い配光時のＹＺ断面図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）は光線トレース図である。 本発明の実施例１の照明装置において、最も広い配光時のＹＺ断面図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）は光線トレース図である。 本発明の実施例２の照明装置において、最も狭い配光時のＹＺ断面図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）は光線トレース図である。 本発明の実施例２の照明装置において、最も広い配光時のＹＺ断面図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）は光線トレース図である。 従来の照明装置のＹＺ断面図であり、（ａ）は構成断面図、（ｂ）は光線トレース図である。

符号の説明

５ 照明装置
６、９ 閃光放電管（光源）
７、１０ 反射部材
８、１１ 光学部材

Claims (5)

1. 光源と、該光源からの光を照射方向に向かわせるための光学部材および反射部材とを有する照明装置であって、
   前記光学部材は、正の屈折力を有する入射面と、負の屈折力を有する射出面と、前記光源から前記入射面よりも周辺側に進んだ光を前記射出面に向けて反射する反射面とを有し、
   前記反射部材は、前記光源から前記反射面よりも周辺側に進んだ光を反射する第１の面と、該第１の面からの光を前記射出面に向けて反射する第２の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、前記光源に対して照射光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 光源と、該光源からの光を照射方向に向かわせるための光学部材および反射部材とを有する照明装置であって、
   前記光学部材は、正の屈折力を有する入射面と、負の屈折力を有する射出面と、前記光源から前記入射面よりも周辺側に進んだ光を前記射出面に向けて反射する第１の反射面とを有し、
   前記反射部材は、前記光源から前記第１の反射面よりも周辺側に進んだ光を反射し、さらに前記光学部材は、前記反射部材からの光を前記射出面に向けて反射する第２の反射面を有することを特徴とする照明装置。
4. 前記光学部材は、前記光源に対して照射光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の照明装置と、
   該照明装置により照明された被写体を撮影する撮影系とを有することを特徴とする撮影装置。
   

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