JP4612850B2 - 照明装置および撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影装置等に用いられる照明装置に関する。

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光照射側（被写体側）に導く反射鏡やフレネルレンズ等の光学部材とで構成されている。そして、 光源から様々な方向に射出した光束を効率良く必要照射範囲に集光させるようにした小型の照明装置が種々提案されている。

特に、最近では、光源よりも被写体側に配置されていたフレネルレンズのかわりに、プリズムやライトガイド等、全反射を利用した光学部材を配置することによって、均一配光性や集光効率の向上と小型化とを図ったものが提案されている。

例えば、特許文献１には、光源からの光束を光照射方向に照射するための光学プリズムを有した照明装置において、光学プリズムは光源からの光束のうち、照射光軸近傍に射出された光束が入射する第１の入射面と、該第１の入射面からの光束が直接射出する射出面と、該光源からの光束のうち照射光軸近傍より大きな角度で射出した光束が入射する第２の入射面と、該第２の入射面からの光束を全反射して射出面から射出させる全反射面とを有する照明装置が提案されている。この照明装置では、上記各面が、光源中心から射出した光束の照射光軸に対してなす角度と射出面から射出した後の照射光軸に対する射出角度との間にある一定の相関関係を持たせるようにした面形状で構成されている。

ここで、光学プリズムの材料としては、成形性およびコストの面から、アクリル樹脂等の光学樹脂材料を用いることが多い。
特開２０００−２５０１０２号公報（第１７頁、図１〜２）

この種の照明装置においては、光源からは光とともに多量の熱が発生される。このため、この熱による光学材料の変形を阻止するため、１回の発光により発生する熱エネルギと最短発光周期とを考慮して、光学材料の選定および放熱空間の設定を行う必要がある。したがって、上記特許文献１にて提案されている照明装置では、光源から比較的大きな角度で射出した光束が入射する第２の入射面と光源との距離をある程度大きく確保する必要がある。

しかしながら、このような第２の入射面の位置設定では、光学プリズムが高さ方向に大型化し易く、照明装置を小型化することが難しくなる。

本発明は、光源からの熱によって光学部材が受ける影響の少ない小型の照明装置を提供することを目的の１つとしている。

上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源が発する光を入射させる入射面と、当該入射面から入射した光を射出する射出面と、当該射出面に向かって前記入射面から入射した光を反射させる反射面と、を有する光学部材を備えた照明装置であって、前記入射面は、前記反射面で反射されることなく前記射出面から射出される光が入射する第１の領域と、当該第１の領域よりも照射光軸から離れている、前記反射面で反射されたのち前記射出面から射出される光が入射する第２の領域と、を有し、照射光軸方向において前記第２の領域は前記第１の領域よりも光源側に位置し、かつ照射光軸に対する前記第２の領域の傾き角度又は当該第２の領域における接線の傾き角度であって、鋭角側の角度φが、４５°≦φ＜９０°であり、前記第１の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も小さい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向に対する、前記第１の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も大きい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向の傾きと、前記第２の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も小さい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向に対する、前記第２の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も大きい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向の傾きと、が略等しいことを特徴とする。

本発明によれば、光学部材（特に、入射面）が光源からの熱によって受ける影響を少なくしつつ、光学部材を従来よりも小型化することができる。したがって、照明装置全体の小型化を図ることができるとともに、該照明装置を使用した撮影装置のさらなる小型化に寄与することができる。

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。

図１には、本発明の実施例１である照明装置を備えたカメラ（撮像装置）の概略構成を示している。

図１において、１はカメラ本体である。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。９はレンズ鏡筒部内の撮影光学系により形成された被写体像を光電変換するＣＣＤセンサ，ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。３はファインダ窓、４はレリーズボタンである。５は上記照明装置であり、本実施例では正面視においてカメラ本体１の右上部に設けられている。

なお、本実施例では、レンズ一体型のコンパクトカメラについて説明するが、本発明の照明装置は、レンズ交換型の一眼レフカメラに内蔵又は外付けされる照明装置にも適用することができる。また、本実施例では、デジタルカメラについて説明するが、本発明は、フィルムカメラに搭載される照明装置にも適用することができる。

図２は、本実施例の照明装置の組み立て状態を示す斜視図であり、図３は、該照明装置の分解斜視図である。これらの図に示すように、照明装置５は、光源として閃光等の照明光を発する円筒形状の放電発光管（以下、単に発光管という）６と、該発光管６から放射される光束のうち、発光管６の長手方向（Ｘ方向）に直交する面（ＹＺ面）内において該照明装置の照射光軸ＡＸＬに対して大きな角度を持つ光束および被写体側とは反対側である後方に進む光束を、被写体側である前方に反射する反射部材７と、発光管６から直接入射した光束および反射部材７で反射した後入射した光束を必要照射範囲に効率良く照射する光学プリズム（光学部材）８とを有する。

反射部材７は、発光管６の長手方向に直交する面内において曲率を有し、その内面は、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る。また、光学部材８は、光学ガラスやアクリル樹脂等、光透過率の高い光学材料で形成されている。

このような照明装置を搭載した図１のカメラにおいて、例えば「ストロボオートモード」がセットされている場合に、レリーズボタン４がユーザーによって押されると、不図示の中央演算処理装置は、不図示の測光装置により測定された被写体の明るさと撮像素子９の感度とに応じて、照明装置を発光させるか否かを判断する。ここで、中央演算装置は、「照明装置を発光させる」と判定した場合には、発光信号を出力し、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発光管６を発光させる。発光された光束のうち照射光軸ＡＸＬに対して大きな角度を持つ光束および後方に進んだ光束は反射部材７を介して、また照射光軸ＡＸＬに対して比較的小さな角度を持った光束は直接、発光管６の前方に配置された光学部材８に入射する。光学部材８に入射した光は、所定の配光特性に変換された後、被写体側における必要照射範囲に照射される。

図２および図３において、光学部材８の被写体側の面である射出面には、左右方向（Ｘ方向）の配光特性を制御するプリズム面８ａが形成されている。また、上下方向（Ｙ方向）の配光特性の制御は、光学部材８と反射部材７によって行われる。

本実施例は、この上下方向（Ｙ方向）の配光特性を最適化するため、光学部材８および反射部材７の形状を最適に設定している。以下、図４Ａ〜４Ｃを用いて光学部材８および反射部材７の最適形状の設定方法に関して詳しく説明する。

図４Ａ〜４Ｃは、照明装置５の発光管６の径方向を含む面（ＹＺ面）での断面図である。光学部材８の入射面８ｂは、発光管６から前方に射出された光束のうち主に照射光軸ＡＸＬ近傍の光束、すなわち照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度θ１より小さな角度で射出された第１の光束が入射する第１の入射部（第１の領域）８ｂ１と、主に斜め前方に向かう光束、すなわち照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度θ１（図４Ｂには、θ１より若干大きいθ１ａとして示す）より大きく第２の角度θ２より小さい角度で射出した第２の光束が入射する第２の入射部（第２の領域）８ｂ２とを有する。さらに、光学部材８は、第２の入射部８ｂ２から入射した第２の光束をほぼ全反射させる全反射面８ｃを有する。

反射部材７は、発光管６から主に照射光軸ＡＸＬに対して上下方向に向かう光束、すなわち第２の角度θ２（図４Ｂには、θ２より若干大きいθ２ａとして示す）より大きな角度で射出した第３の光束を反射する反射面７ａと、主に後方に向かう光束を発光管６の中心に向けて反射する半円筒部７ｂとを有する。

なお、図４Ａ〜４Ｃでは、これら光学部材８と反射部材７の形状とともに、発光管６の中心から射出した第１〜第３の光束の光線トレースを示している。

また、本実施例では、発光管６、反射部材７および光学部材８は、照射光軸ＡＸＬに対して上下対称な形状をしている。したがって、光線トレース図も上下対称になるので、紙面上で光源の中心から射出した光束のうち最初に下側に向かって照射される光束の光線トレース図は省略している。

本実施例の照明装置５は、上下方向（Ｙ方向）において均一な配光特性を有し、かつ上下方向の開口高さを極めて小さくすることができるという特徴がある。以下、その特徴を得るための形状と光線の挙動について詳しく説明する。

まず、図４Ａ〜４Ｃにおいて、発光管６としては、該発光管６のガラス管の内外径が示されている。この種の照明装置における実際の発光管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、発光管の内径一杯にほぼ均一に発光していると考えて差し支えない。

しかし、設計段階では、この発光管（光源）６から射出される光を効率良く制御するためには、この内径全部の光束を同時に考えるより、理想的に光源中心Ｏに点光源があると仮定して光学系の形状を設計し、その後に、光源が有限のある大きさを持っていることを考慮した補正を行うとよい。

本実施例でも、この考え方に基づき、発光管６の内外径の中心を形状決定の基準位置と考え、以下のように光学部材８と反射部材７の各部の形状を設定している。

まず、光学部材８の材料としては、成形性および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最適である。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する。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、光学材料の選定と放熱空間の設定とを行う必要がある。

このとき、実際に最も熱の影響を受けやすいのは、光源から最も近くに位置する光学部材８の入射面８ｂであり、光源とこの入射面８ｂとの最短距離を最初に決める必要がある。本実施例では、光源中心Ｏからの射出角度が照射光軸ＡＸＬに近い第１の光束が入射する第１の入射部８ｂ１と発光管６の外径との最短距離をｄとする。

ここで、入射面８ｂと光源との距離が大きすぎると、光学系全体が大型化してしまうので、放電発光管６の直径をＤとすると、最短距離ｄは、
Ｄ／１０≦ｄ≦Ｄ／２ ……（１）
の範囲にあることが望ましい。

次に、入射面８ｂの形状を決定する。まず、図４Ａに示す断面において、入射面８ｂのうち光源中心から発された第１の光束が入射する第１の入射部８ｂ１は、照射光軸ＡＸＬに略垂直な平面、又は曲率の小さい円弧若しくは楕円形状等の２次曲面を断面とするシリンドリカル面やトーリック面、又はなだらかな自由曲面とする。これらの曲面は、放電管６に向かって凹形状を有するものである。

第１の入射部８ｂ１をこのように設定することで、光源中心から発された光束は平行平板を通過する光束と同等に見なすことができ、照射光軸ＡＸＬ近傍に発せられた第１の光束はほとんど発散や収斂することなく光学部材８から射出することになる。したがって、第１の入射部８ｂ１に入射する第１の光束の光源中心Ｏからの照射光軸ＡＸＬに対する射出角度をθ１とし、光学部材８の射出面８ａから射出される該光束の射出角度をαとすると、
α≒θ１ ……（２）
という関係、すなわち、αとθ１とが略等しいという関係が成り立つ。このとき、射出面８ａの射出開口高さｈを適切な大きさに設定することで、射出角度αが必要配光角になるように光束を制御することが可能となる。

つまり、光源中心Ｏから発され、第１の入射部８ｂ１に入射した第１の光束のうち、照射光軸ＡＸＬ上の光束はそのまま光学部材８を透過する。第１の光束は、これを基点として、光源中心Ｏからの照射光軸ＡＸＬに対する射出角度θ１に略等しい射出角度αで射出面８ａから射出される。

次に、図４Ｂに示す断面において、光源中心Ｏから射出された第２の光束が入射する第２の入射部８ｂ２は、照射光軸ＡＸＬに対して傾きを有する平面又は円弧若しくは楕円形状等の２次曲面を断面とするシリンドリカル面やトーリック面、又はなだらかな自由曲面とする。これらの曲面は、放電管６に向かって凹形状を有するものである。

ここで、図４Ｂに示す断面において、第２の入射部８ｂ２が平面である場合の照射光軸ＡＸＬに対する傾き角度又は第２の入射部８ｂ２が曲面である場合の該曲面における接線の照射光軸ＡＸＬに対する（最小の）傾き角度（該曲面における最も照射光軸ＡＸＬから離れた先端部での接線の傾き角度）であって、鋭角側の角度をφとすると、該傾き角度φは、後述する反射部材７の反射面７ａで反射する第３の光束が第２の入射部８ｂ２に入射する際の表面反射による屈折光の減少と、第２の入射部８ｂ２を第１の入射部８ｂ１よりも光源に近づかない位置に配置して光源の熱による影響を少なくするようにすることを考慮すると、
４５°≦φ＜９０° ……（３）
の範囲にあることが望ましい。

次に、全反射面８ｃは、第２の入射部８ｂ２から入射したほぼ光束を全反射するように傾きを設定する。具体的には、全反射面８ｃのうち最も被写体側の部分で全反射した光束が照射光軸ＡＸＬに対して最大の角度をなすように第２の入射部８ｂ２の形状を設定する。すなわち、全反射面８ｃの形状は、第２の入射部８ｂ２に入射する光束の照射光軸ＡＸＬに対してなす角度をθ１とし、光学部材８の全反射面８ｃによって制御された後に射出面８ａから射出される第２の光束の照射光軸ＡＸＬに対してなす角度をβとしたときに、
β＝ｆ（θ１） ……（４）
で表わされる連続非球面形状で規定される。

これにより、図４Ｂに示すように、光源中心Ｏから射出して第２の入射部８ｂ２から光学部材８に入射し、全反射面８ｃでほぼ全反射する第２の光束のうち、光源中心Ｏから照射光軸ＡＸＬに対して最も小さい射出角度θ１ａで射出された光線は、全反射面８ｃで反射することにより、照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度をもって射出する成分に変換される。また、全反射面８ｃでほぼ反射する第２の光束のうち、光源中心Ｏから照射光軸ＡＸＬに対して最も大きい射出角度θ２で射出された光線は、全反射面８ｃで反射することにより、照射光軸ＡＸＬに対して最も平行に近い成分に変換される。
そして、全反射面８ｃにおけるこれらθ１およびθ２の射出角度成分の間に存在する光束成分が反射する領域については、光源中心Ｏからの射出角度に比例して射出面８ａからの射出角度が上記射出角度β以内で徐々に変化するような面形状とする。

すなわち、全反射面８ｃは、光源中心Ｏから第２の入射部８ｂ２に向かう光束が照射光軸ＡＸＬとなす角度をθ１とし、射出面８ａから射出する射出角度をβとし、第２の入射部８ｂ２の先端部（最も照射光軸ＡＸＬから離れた部分）から光学部材８に入射した光線が照射光軸ＡＸＬとなす角度をθ２とし、必要照射角に応じた比例定数をｍとすると、
β＝ｍ・（θ２−θ１） ……（５）
但し、θ１ａ≦θ１≦θ２
で表される形状とする。

ここで、図４Ａから図４Ｃの断面において、入射面８ｂにおける第１の入射部８ｂ１と第２の入射面８ｂ２との境界部については、そのまま不連続となるように両入射部８ｂ１，８ｂ２を繋げてもよいが、本実施例では、該境界部を、両入射部８ｂ１，８ｂ２のうち一方から他方に連続的に傾きが変化する曲面として構成している。

以上説明したように、本実施例の光学部材８の入射面８ｂは、発光管６に向かう凸形状部分を含まない、全体として発光管６に向かって凹面の形状を有する。

次に、本実施例では、図４Ｃにおいて、反射部材７の反射面７ａの面形状を、最小の形状で必要照射範囲に対して均一に配光するため、以下の方法で決定している。

すなわち、既に上記方法により入射面８ｂの形状が決まっているとき、反射面７ａの形状は、光源中心Ｏからの第３の光束の射出角度と、反射面７ａで反射して光学部材８から射出した後の第３の光束の射出角度との間に一定の相関関係が成り立つような形状とする。言い換えれば、光源中心Ｏからの射出角度をθ１とし、反射面７ａで反射し、さらに入射面８ｂでの屈折によって制御されて光学部材８から射出した第３の光束の射出角度をγとすると、
γ＝ｇ（θ１） ……（６）
で表わされる連続非球面形状によって反射面７ａの形状を規定する。特に本実施例では、均一な配光特性にするために、その相関関係の中でも、θ１とγとが比例関係になるように設定する。
これにより、光源中心Ｏから射出して反射面７ａで反射する第３の光束のうち、射出角度θ１が最も小さい成分、すなわち反射面７ａの先端部で反射した光束成分は、入射面８ｂに入射した後、照射光軸ＡＸＬに最も平行に近い成分に変換される。また、射出角度θ１が最も大きい成分、すなわち照射光軸ＡＸＬに対して垂直な方向の成分は、反射面７ａで反射して入射面８ｂに入射することにより、照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度をもって射出する成分に変換される。
そして、反射面７ａにおけるこれら最大および最小の射出角度成分の間に存在する光束成分が反射する領域については、光源中心Ｏからの射出角度に比例して光学部材８からの射出角度が上記射出角度γ以内で徐々に変化するような面形状とする。

すなわち、反射面７ａに向かう光束が照射光軸ＡＸＬとなす角度をθ１とし、射出面８ａから射出する射出角度をγとし、反射面７ａの先端部で反射した光線が照射光軸ＡＸＬとのなす角度をθ３とし、必要照射角に応じた比例定数をｎとすると、反射面７ａは、
γ＝ｎ・（θ１−θ３） ……（７）
但し、θ３≦θ１≦９０°
で表される形状となる。

一方、図示していないが、発光管６よりも照射光軸後方に進んだ光束の光路について説明する。照射光軸後方には、光源中心Ｏと同心状の半円筒部７ｂがあり、また、発光管６のガラス管も光源中心Ｏに対して同心形状であるため、光源中心Ｏから後方に射出した光束はすべてガラス管による屈折の影響を受けずに再度光源中心Ｏに戻る。したがって、光源中心Ｏに戻った後の光線の振る舞いについては、図４Ａ〜４Ｃに示した光線トレース図とほぼ同等の特性を持って必要照射範囲にほぼ均一に照射される。

また、光学部材８と反射部材７により変換された後の第１から第３の光束のそれぞれの配光分布が略一致するように各面の形状を設定することで、必要照射範囲において均一な配光分布を得ることができる。

したがって、カメラの照明装置としては、特殊な配光分布が必要されるとき以外は、以下の範囲内に各値が存在することが望ましい。

すなわち、入射面８ｂの第１の入射部８ｂ１から入射して射出面８ａから射出された第１の光束の照射光軸ＡＸＬに対する最大の角度成分をαｍａｘ、第２の入射部８ｂ２から入射した後、全反射面８ｃで反射し、射出面８ａから射出された第２の光束の照射光軸ＡＸＬに対する最大の角度成分をβｍａｘ、反射部材７の反射面７ａで反射した後、入射面８ｂから入射し、射出面８ａから射出された光束の照射光軸ＡＸＬに対する最大の角度成分をγｍａｘとしたとき、
０．８≦｜βｍａｘ／αｍａｘ｜≦１．２ ……（８）
０．８≦｜γｍａｘ／αｍａｘ｜≦１．２ ……（９）
とする。すなわち、αｍａｘとβｍａｘとγｍａｘとが略等しい。

ここで、光源の内径が十分に小さい場合や、光源に対して光学部材が十分に大きいとみなせる場合には、上記方法で、かなり効率良く配光分布の制御が可能となる。

しかし、実際の配光特性を考えた場合、光源の有効発光部である内径の大きさは無視できるほどには小さくない場合が多く、この光源の大きさの影響が全体の配光特性に与える影響は大きい。すなわち、光源が有限の大きさを持つことによって配光に一定の広がりを生じるため、この要因をある程度加味して形状設定を行う必要がある。

一方、光源を点光源と仮定した場合、上記方法で決定した形状に一致させることが望ましいが、実際には光源は発光管の内径部に相当する有限の大きさを持っているため、ここまで厳密に形状を規定しなくてもほぼ同等の配光特性が得ることができる。

例えば、上記方法により決定した形状に近似した単一もしくは複数の平面または円筒面、さらには楕円等の２次曲面を用いても、上記方法で決定した形状で得られる配光特性とほぼ同等の効果が得られる形状が存在する。

このため、本発明における光学部材８の入射面８ｂと全反射面８ｃおよび反射部材７の反射面７ａの形状は、上記各式を厳密に満足する形状に限定するわけではなく、光学部材および反射部材の各面の形状を近似的に満たすような形状であってもよい。

また、このような近似形状で光学部材および反射部材を構成することによって、実際に加工されたものが設計値通りに製作されているか否かの測定を、面形状が非球面である場合に比べて極めて容易にできるという利点がある。

実際、このような近似形状で製作した光学部材および反射部材を用いて実験をしても、上記（４）〜（９）式に示した形状とそれほど大きな配光特性の相違は生じなかった。

また、本実施例では、実際の製品を想定して、光学部材８の前側における外周部分、すなわち光学部材８の全反射面８ｃの延長上に、該光学部材８の射出面８ａをカメラの外観部材として露出させるための細い突条（リブ）８ｄが上記外周部分の全周にわたって、光学部材８に一体的に形成されている。これは、不図示のカメラの外装部材との合わせ形状を作ったものであり、光学部材８とカメラの外装部材との隙間からカメラ内部が見えることを防止するとともに、以下の目的で付加したものである。すなわち、金属でできた反射部材７とカメラの外装部品として使用される金属カバーとの間又は光学部材８とカメラの外装部材との隙間の延長上に配された導伝性の物体との間で、トリガーリークが発生して発光できなくなることを未然に防止するためである。

一般に、本実施例のような照明装置においては、放電発光管６に対する高電圧トリガー信号を反射部材７に直接与え、この反射部材７に接触した放電発光管６のネサコート部を介して発光を開始させている。しかし、本実施例のように小型化した照明装置では、この反射部材と金属性の外装部材やカメラ外部に存在する導電性の物体との距離が近いために、トリガーリーク現象を起こしやすい。

このため、上述したように、光学部材８の前側全周にリブ８ｄを付加することで、縁面距離を伸ばすことができ、トリガーリーク現象を未然に防止することができる。また、これと同時に、カメラ内への外部からのゴミや水滴の侵入を防止する効果もある。

図５から図７には、本発明の実施例２である照明装置の構成を示している。この照明装置は、実施例１と同様のカメラに搭載される。図５は、本実施例の照明装置を前方から見た斜視図であり、図６は、本実施例の照明装置を前方から見た分解斜視図である。本実施例は、実施例１に対して、反射部材と光学部材を光源中心を通る照射光軸周りでの回転対称形状にしたことが異なる。

照明装置１０は、光源として照明光を発するランプ１１と、該ランプ１１から放射される光束のうち、照射光軸ＡＸＬに対して大きな角度を持つ光束を、被写体側である前方に反射する反射部材１２と、ランプ１１６から直接入射した光束および反射部材１２で反射した後入射した光束を必要照射範囲に効率良く照射する光学部材１３とを有する。ここで、反射部材１２は、内面が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る。また、光学部材１３は、光学ガラスやアクリル樹脂等の透過率の高い光学材料で形成されている。反射部材１２と光学部材１３は、照射光軸ＡＸＬ周りで回転対称の形状を有する。

図７Ａ〜７Ｃには、照明装置１０の照射光軸ＡＸＬを通る平面での断面を示している。ランプ１１は、フィラメントや端子等を省略して示している。光学部材１３の入射面１３ｂは、ランプ１１から前方に射出された光束のうち主に照射光軸ＡＸＬ近傍の光束、すなわち照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度θ１′より小さな角度で射出した第１の光束が入射する第１の入射部（第１の領域）１３ｂ１と、主に斜め前方に向かう光束、すなわち照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度θ１′（図７Ｂには、θ１′より若干大きいθ１ａ′として示す）より大きく第２の角度θ２′より小さい角度で射出した第２の光束が入射する第２の入射部（第２の領域）１３ｂ２とを有する。さらに、光学部材１３は、第２の入射部１３ｂ２から入射した第２の光束をほぼ全反射させる全反射面１３ｃを有する。

反射部材１２は、ランプ１１から主に照射光軸ＡＸＬに対して上下方向に向かう光束、すなわち第２の角度θ２′（図７Ｂには、θ２′より若干大きいθ２ａ′として示す）より大きな角度で射出した第３の光束を反射する反射面１２ａを有する。

なお、図７Ａ〜７Ｃでは、これら光学部材１３と反射部材１２の形状とともに、ランプ１１の中心から射出した第１〜第３の光束の光線トレースを示している。

また、本実施例では、ランプ１１、反射部材１２および光学部材１３は、照射光軸ＡＸＬに対して上下対称（照射光軸ＡＸＬを中心とした回転対称）の形状を有する。したがって、光線トレース図も上下対称になるので、紙面上で光源の中心から射出した光束のうち最初に下側に向かって照射される光束の光線トレース図は省略している。
本実施例の照明装置１０は、均一な配光特性を有し、かつ開口径を極めて小さくすることができるという特徴がある。以下、その特徴を得るための形状と光束の挙動について詳しく説明する。本実施例２は、上記実施例１と同様の考え方に基づいて、光学部材１３や反射部材１２の形状を設定している。

まず、図７Ａに示す断面において、入射面１３ｂのうちランプ１１からの第１の光束が入射する第１の入射部１３ｂ１は、照射光軸ＡＸＬに略直交する平面又は曲率が小さい円弧若しくは楕円形状等の２次曲面やなだらかな自由曲面を照射光軸ＡＸＬ周りで回転してできる曲面とする。これらの曲面は、ランプ１１に向かって凹形状を有するものである。
このように設定することで、光源中心Ｏから発された光束は平行平板を通過する光束と同等に見なすことができ、第１の光束はほとんど発散や収斂することなく射出面１３ａから射出することになる。

つまり、光源中心Ｏから発された光束であって第１の入射部１３ｂ１に入射した第１の光束のうち、照射光軸ＡＸＬ上の光束はそのまま光学部材１３を通過する。ここを基点として、第１の光束は、光源中心Ｏからの照射光軸ＡＸＬに対する射出角度θ１′にほぼ等しい射出角度α′で光学部材１３の射出面１３ａから射出される。

図７Ｂに示す断面において、入射面１３ｂのうちランプ１１からの第２の光束が入射する第２の入射部１３ｂ２は、照射光軸ＡＸＬに対して傾きを有する平面又は円弧若しくは楕円形状等の２次曲面を照射光軸ＡＸＬ周りで回転してできる曲面、又はなだらかな自由曲面とする。これらの曲面は、ランプ１１に向かって凹形状を有するものである。

ここで、図７Ｂに示す断面において、第２の入射部１３ｂ２が平面である場合の照射光軸ＡＸＬに対する傾き角度又は第２の入射部１３ｂ２が曲面である場合の該曲面における接線の照射光軸ＡＸＬに対する（最小の）傾き角度（該曲面における最も照射光軸ＡＸＬから離れた先端部での接線の傾き角度）であって、鋭角側の角度をφとすると、該傾き角度φは、実施例１と同様の理由により、
４５°≦φ＜９０° ……（３）′
の範囲にあることが望ましい。

さらに、全反射面１３ｃの形状は以下を満足するように設定される。すなわち、第２の入射部１３ｂ２から入射して全反射面１３ｃでほぼ全反射する第２の光束のうち、光源中心Ｏから照射光軸ＡＸＬに対して最も小さい射出角度θ１ａ′で射出された光線は、全反射面１３ｃで反射することによって、照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度をもって射出する成分に変換される。また、該第２の光束のうち光源中心Ｏから照射光軸ＡＸＬに対して最も大きい射出角度θ２′で射出された光線は、全反射面１３ｃで反射することによって、照射光軸ＡＸＬに対して最も平行に近い成分に変換される。
そして、全反射面１３ｃにおけるこれらθ１ａ′およびθ２′の射出角度成分の間に存在する光束成分が反射する領域については、光源中心Ｏからの射出角度に比例して射出面１３ａからの射出角度が、上記射出角度α′に略等しい射出角度β′以内で徐々に変化するような面形状とする。

ここで、図７Ａから図７Ｃの断面において、入射面１３ｂにおける第１の入射部１３ｂ１と第２の入射面１３ｂ２との境界部については、そのまま不連続となるように両入射部１３ｂ１，１３ｂ２を繋げてもよいが、本実施例では、該境界部を、両入射部１３ｂ１，１３ｂ２のうち一方から他方に連続的に傾きが変化する曲面として構成している。

以上説明したように、本実施例の光学部材１３の入射面１３ｂは、ランプ１１に向かう凸形状部分を含まない、全体としてランプ１１に向かって凹面の形状を有する。

次に、図７Ｃにおいて、反射部材１２の反射面１２ａの形状は、本実施例では、最小の形状で必要照射範囲に均一な配光をするため、以下のような方法で決定している。

すなわち、既に上記方法により入射面１３ｂの形状が決まっているとき、本実施例では、反射面１２ａの形状を、光源中心Ｏからの第３の光束の射出角度と、反射面１２ａで反射して光学部材１３を通過した後の第３の光束の射出角度との間に一定の相関関係が成立するような形状とする。

つまり、光源中心Ｏからの第３の光束のうち、照射光軸ＡＸＬに対して最も小さい射出角度θ２ａ′で射出して反射面１２ａの先端部で反射した光線は、入射面１３ｂに入射した後、照射光軸ＡＸＬに最も平行に近い成分に変換される。また、第３の光束のうち、照射光軸ＡＸＬに対して最も大きい射出角度θ３′で射出して反射面１２ａの光源側端部で反射した光線は、入射面１３ｂに入射した後、照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度を持って射出する成分に変換される。

さらに、反射面１２ａにおけるこれらθ２ａ′およびθ３′の射出角度成分の間に存在する光束成分が反射する領域については、光源中心Ｏからの射出角度に比例して射出面１３ａからの射出角度が、上記射出角度α′およびβ′に略等しい射出角度γ′以内で徐々に変化するような面形状とする。ここにいう「略等しい」とは、実施例１で説明した（８），（９）式を満たすことをいう。

そして、光学部材１３と反射部材１２により変換された後の第１から第３の光束のそれぞれの配光分布が略一致するように各面の形状を設定することで、必要照射範囲において均一な配光分布を得ることができる。

なお、実際の配光特性は、実施例１でも説明したように、光源の大きさが有限であるために広がりを持つが、上記の関係に基づいて光源の大きさの影響に対して補正を加えることによって、均一な配光分布を得るために必要な各面の形状を得ることができる。

また、光学部材１３の前側全周には、実施例１と同様の役割を持ったリブ１３ｄが形成されている。

さらに、本実施例では、光源としてランプを用いた場合について説明したが、ＬＥＤや球状の発光管等、照射光軸周りにおいて回転対称形状の他の光源を用いることもできる。

図８から図１０には、本発明の実施例３である照明装置の構成を示している。この照明装置は、実施例１と同様にカメラに搭載される。図８は、本実施例の照明装置を前方から見た斜視図であり、図９は、本実施例の照明装置を前方から見た分解斜視図である。本実施例は、実施例２に対して、光源として平面光源を用い、該平面光源と光学部材とを近接させて反射部材をなくした点で異なる。

照明装置２０は、光源として照明光を発する面光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）２１と、ＬＥＤ２１から直接入射した光束を被写体側へ効率良く照射する光学部材２２とを有する。ここで、光学部材２２は、光学ガラスやアクリル樹脂等の透過率の高い光学材料で形成されており、また光学部材２２は、照射光軸ＡＸＬを中心とした回転対称形状を有する。また、光源がＬＥＤであるため、これに光学部材２２を近接させても熱による悪影響はほとんどない。したがって、本実施例は、均一な配光特性を持つとともに、光学部材２２をＬＥＤ２１に近接配置することで開口径を従来よりも小さくできることを特徴としている。

図１０Ａ，１０Ｂには、照明装置２０の照射光軸ＡＸＬを通る平面での断面を示している。ＬＥＤ２１の発光面には、蛍光体２１ａが形成されている。

光学部材２２の入射面２２ｂは、ＬＥＤ２１から前方に射出された光束、すなわち照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度θ１″よりも小さい角度で射出した第１の光束が入射する第１の入射部（第１の領域）２２ｂ１と、主に斜め前方に射出された光束、すなわち照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度θ１″（図１０Ｂには、θ１″より若干大きいθ１ａ″として示す）より大きい角度で射出した第２の光束が入射する第２の入射部（第２の領域）２２ｂ２とを有する。さらに、光学部材２２は、第２の入射部２２ｂ２から入射した第２の光束を被写体側に全反射させる全反射面２２ｃを有する。

なお、図１０Ａおよび図１０Ｂでは、これら光学部材２２の形状とともに、ＬＥＤ２１の中心から射出した第１および第２の光束の光線トレースを示している。

また、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、本実施例では、ＬＥＤ２１および光学部材２２は、照射光軸ＡＸＬに対して上下対称（照射光軸ＡＸＬを中心とした回転対称）の形状を有する。したがって、光線トレース図も上下対称になるので、紙面上で光源の中心から射出した光束のうち最初に下側に向かって照射される光束の光線トレース図は省略している。

本実施例も、上記実施例１と同様の考え方に基づいて光学部材の形状を設定している。以下、その形状および光線の挙動について説明する。

まず、図１０Ａに示す断面において、光学部材２２の入射面２２ｂのうち、光源中心Ｏから発された第１の光束が入射する第１の入射部２２ｂ１は、照射光軸ＡＸＬに略垂直な平面又は曲率の小さい円弧若しくは楕円形状等の２次曲面を照射光軸ＡＸＬ周りで回転させてできる回転対称面とする。これらの曲面は、ＬＥＤ２２に向かって凹形状を有するものである。
このように設定することで、光源中心Ｏから発された第１の光束は、平行平板を通過する光束と同等に見なすことができ、第１の光束はほとんど発散や収斂することなく射出面２２ａから射出する。

つまり、光源中心Ｏから発され、第１の入射部２２ｂ１に入射した第１の光束のうち、光源中心Ｏを通る照射光軸ＡＸＬ上の光線はそのまま光学部材２２を通過する。ここを基点として、第１の光束は、光源中心Ｏからの照射光軸ＡＸＬに対する射出角度θ１″にほぼ等しい射出角度α″で光学部材２２の射出面２２ａから射出される。

次に、図１０Ｂに示す断面において、光源中心Ｏから射出された第２の光束が入射する第２入射部２２ｂ２の先端部は、照射光軸ＡＸＬに対して傾きを有する平面、又は円弧若しくは楕円形状等の２次曲面を照射光軸ＡＸＬ周りで回転させることによりできる、またはなだらかな自由曲面とする。これらの曲面は、ＬＥＤ２２に向かって凹形状を有するものである。

ここで、図１０Ｂに示す断面において、第２の入射部２２ｂ２が平面である場合の照射光軸ＡＸＬに対する傾き角度又は第２の入射部２２ｂ２が曲面である場合の該曲面における接線の照射光軸ＡＸＬに対する（最小の）傾き角度（該曲面における最も照射光軸ＡＸＬから離れた先端部での接線の傾き角度）であって、鋭角側の角度をφとすると、該傾き角度φは、実施例１と同様の理由により、
４５°≦φ＜９０° ……（３）′
の範囲にあることが望ましい。

全反射面２２ｃの形状は以下を満足するように設定される。すなわち、第２の入射部２２ｂ２から入射して全反射面２２ｃでほぼ全反射する第２の光束のうち、光源中心Ｏから照射光軸ＡＸＬに対して最も小さい射出角度θ１ａ″で射出された光線は、全反射面２２ｃで反射することによって、照射光軸ＡＸＬに対して最も大きな角度をもって射出する成分に変換される。また、該第２の光束のうち光源中心Ｏから照射光軸ＡＸＬに対して最も大きい射出角度θ２″で射出された光線は、全反射面２２ｃで反射することによって、照射光軸ＡＸＬに対して最も平行に近い成分に変換される。

さらに、全反射面２２ｃにおけるこれらθ１ａ″およびθ２″の射出角度成分の間に存在する光束成分が反射する領域については、光源中心Ｏからの射出角度に比例して射出面２２ａからの射出角度が、上記射出角度範囲α″に略等しい射出角度範囲β″内で徐々に変化するような面形状とする。ここにいう「略等しい」とは、実施例１で説明した（８）式を満たすことをいう。

そして、光学部材８により変換された後の第１および第２の光束のそれぞれの配光分布が略一致するように各面の形状を設定することで、必要照射範囲において均一な配光分布を得ることができる。

ここで、図１０Ａおよび図１０Ｂの断面において、入射面２２ｂにおける第１の入射部２２ｂ１と第２の入射面２２ｂ２との境界部については、そのまま不連続となるように両入射部２２ｂ１，２２ｂ２を繋げてもよいが、本実施例では、該境界部を、両入射部２２ｂ１，２２ｂ２のうち一方から他方に連続的に傾きが変化する曲面として構成している。

以上説明したように、本実施例の光学部材２２の入射面２２ｂは、ＬＥＤ２１に向かう凸形状部分を含まない、全体としてＬＥＤ２１に向かって凹面の形状を有する。

なお、実際の配光特性は、実施例１でも説明したように、光源の大きさが有限であるために広がりを持つが、上記の関係に基づいて光源の大きさの影響に対して補正を加えることによって、均一な配光分布を得るために必要な各面の形状を得ることができる。

また、光学部材２２の前側全周には、実施例１と同様の役割を持ったリブ２２ｄが形成されている。

さらに、本実施例では、平面光源としてＬＥＤを用いた場合について説明したが、有機ＥＬ等、他の平面光源を用いることもできる。

また、上記実施例２，３では、回転対称形状を有する光学部材や反射部材を用いる場合について説明したが、前面から見たときに楕円形状等、回転非対称形状であるが軸対称形状の光学部材や反射部材を用いてもよい。

本発明の実施例１である照明装置を備えたカメラの概略図。 実施例１の照明装置の斜視図。 実施例１の照明装置の分解斜視図。 実施例１の照明装置のＹＺ断面図。 実施例１の照明装置のＹＺ断面図。 実施例１の照明装置のＹＺ断面図。 本発明の実施例２である照明装置の斜視図。 実施例２の照明装置の分解斜視図。 実施例２の照明装置のＹＺ断面図。 実施例２の照明装置のＹＺ断面図。 実施例２の照明装置のＹＺ断面図。 本発明の実施例３である照明装置の斜視図。 実施例３の照明装置の分解斜視図。 実施例３の照明装置のＹＺ断面図。 実施例３の照明装置のＹＺ断面図。

符号の説明

１ カメラ本体
２ レンズ鏡筒部
５，１０，２０ 照明装置
６ 放電発光管
７，１２ 反射部材
８，１３，２２ 光学部材
１１ ランプ
２１ ＬＥＤ

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源が発する光を入射させる入射面と、当該入射面から入射した光を射出する射出面と、当該射出面に向かって前記入射面から入射した光を反射させる反射面と、を有する光学部材を備えた照明装置であって、
   前記入射面は、前記反射面で反射されることなく前記射出面から射出される光が入射する第１の領域と、当該第１の領域よりも照射光軸から離れている、前記反射面で反射されたのち前記射出面から射出される光が入射する第２の領域と、を有し、
   照射光軸方向において前記第２の領域は前記第１の領域よりも光源側に位置し、かつ照射光軸に対する前記第２の領域の傾き角度又は当該第２の領域における接線の傾き角度であって、鋭角側の角度φが、
   ４５°≦φ＜９０°
   であり、
   前記第１の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も小さい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向に対する、前記第１の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も大きい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向の傾きと、前記第２の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も小さい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向に対する、前記第２の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も大きい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向の傾きと、が略等しいことを特徴とする照明装置。
2. 前記第２の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も大きい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向は、前記照射光軸と略平行であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第２の領域に入射する光よりも前記照射光軸に対する角度が大きい光を前記射出面に向かって反射させる反射部材を有し、
   前記反射部材で反射されてから前記入射面に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も小さい角度で前記反射部材に到達する光が前記射出面から射出される方向に対する、前記照射光軸に対して最も大きい角度で前記反射部材に到達する光が前記射出面から射出される方向の傾きと、前記第１の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も小さい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向に対する、前記第１の領域に入射する光のうち前記照射光軸に対して最も大きい角度で入射する光が前記射出面から射出される方向の傾きと、が略等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記第１および第２の領域が、平面又は前記光源に向かって凹形状の曲面により構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の照明装置。
5. 前記第１の領域と前記第２の領域とが曲面により繋がっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の照明装置。
6. 前記入射面は、少なくとも光源側に凸形状の部分を含まない凹形状に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の照明装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の照明装置と、
   前記照明装置からの光により照明された物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。