JP2008122710A - 照明装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率が高く、光源の長手方向に平行な方向に関して照射範囲の変化率が大きい照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、光源３１と、該光源から入射した光束を射出する射出面３２ａを有する第１の光学部材３２と、該第１の光学部材からの光束が入射する入射面３３ａ及び光源の長手方向に平行な第１の方向Ｘの端部において該入射した光束の一部を反射する反射面３３ｅを備えた第２の光学部材３３とを有する。第１及び第２の光学部材の間隔が変化することで、第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向Ｙにおいてそれぞれ、第２の光学部材から射出する光束の照射範囲が変化する。該照明装置は、第１の方向において、第１の光学部材の射出面は負の屈折力を有し、かつ第２の光学部材の入射面は正の屈折力を有する。
【選択図】 図３Ａ

Description

本発明は、照明光の照射範囲を可変とした照明装置に関する。また、本発明は、該照明装置を備えた撮像装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置に内蔵又は外付けされるフラッシュ撮影用の照明装置には、撮影レンズの焦点距離の変化（以下、ズーミングという）に合わせて照明光の照射範囲を可変とした、いわゆるズーム照明装置がある。また、この種の照明装置には、撮像装置の小型化に伴い、小型化と光の利用効率の向上とが求められている。

例えば、特許文献１には、光源の前にプリズムやライトガイド等の全反射を利用した光学部材を配置して、集光効率の向上と小型化を図った照明装置が開示されている。

該特許文献１にて開示された照明装置では、放電発光管の径方向、すなわち光源の長手方向（水平方向）に直交する垂直方向に関しては、照明光の収斂発散状態を変化させて、ズーミングに応じた照射範囲の変更を可能としている。ただし、水平方向に関しては照明光の収斂発散状態をほとんど変化させず、ズーミングに応じた照射範囲の変更は行われない。

これに対し、特許文献２にて開示されたズーム照明装置では、光学部材の水平方向端部に内部反射面を設け、ズーミングに応じて該光学部材を移動させることで、内部反射面で反射して射出する光成分を増減させる。これにより、水平方向に関しても、ある程度は照明光の照射範囲を可変としている。
特開２００１−２６４８５９号公報（段落００５９〜００７８、図１，２等） 特開２００２−０７２３１０号公報（段落００２４〜００２９、図３等）

しかしながら、特許文献２にて開示された照明装置でも、水平方向での照射範囲の変化率が、垂直方向での照射範囲の変化率に比べて充分ではない。つまり、水平方向では、ズーミングに最適な照射範囲の変化を得ることが難しかった。

本発明は、光の利用効率が高く、光源の長手方向に平行な方向に関して照射範囲の変化率が大きい照明装置を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての照明装置は、光源と、該光源から入射した光束を射出する射出面を有する第１の光学部材と、該第１の光学部材からの光束が入射する入射面及び光源の長手方向に平行な第１の方向の端部において該入射した光束の一部を反射する反射面を備えた第２の光学部材とを有する。該照明装置では、第１及び第２の光学部材の間隔が変化することで、第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向においてそれぞれ、第２の光学部材から射出する光束の照射範囲が変化する。そして、該照明装置は、第１の方向において、第１の光学部材の射出面は負の屈折力を有し、かつ第２の光学部材の入射面は正の屈折力を有することを特徴とする。

なお、上記照明装置を用いて撮像を行う撮像装置も本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、高い光利用効率を確保しながら、第１の方向における負及び正の屈折力と反射面との組み合わせによって該第１の方向における照射範囲の変化が大きい照明装置を実現できる。また、この照明装置を用いて撮像装置により撮像を行うことで、撮像装置のズーミング状態に対して適切な被写体照明を行い、良好な撮像を行うことができる。

以下、本発明の好ましい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である照明装置が装着された撮像装置（一眼レフレックスカメラ）の概略構成を示している。

図１において、１は撮像装置（以下、カメラという）であり、その前面には撮影レンズ１１が装着されている。カメラ１内には光学部品、機械部品、電気部品及び感光部材等が収納されている。

２は主ミラーである。主ミラー２は、ファインダ観察状態では撮影光路内に斜めに配置され、撮影状態では撮影光路外に退避する。主ミラー２はハーフミラーであり、撮影光路内に配置された状態では、被写体から撮影レンズ１１を通ってカメラ１内に入射した光束のうち約半分を透過させる
３は撮影レンズ１１の予定結像面に配置されたピント板であり、４はファインダ光路変更用のペンタプリズムである。５はアイピースレンズであり、撮影者は該アイピースレンズ５を通じてピント板３を観察することで、被写体像を観察することができる。ピント板３、ペンタプリズム４及びアイピースレンズ５により、ファインダ光学系が構成される。

６、７はファインダ観察画角内の被写体輝度を測定するための結像レンズと測光センサである。結像レンズ６は、ペンタプリズム４内の反射光路を介してピント板３と測光センサ７とを共役に関係付けている。

８はフォーカルプレーンシャッタである。９は感光材料であり、銀塩フィルム又はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子が用いられている。

２５はサブミラーであり、主ミラー２と同様に、ファインダ観察状態では撮影光路内に斜めに配置され、撮影状態では撮影光路外に退避する。サブミラー２５は、撮影光路内に配置された主ミラー２を透過した光束を下方に反射して焦点検出ユニット２６に導く。

焦点検出ユニット２６は、２次結像ミラー２７、２次結像レンズ２８及び焦点検出ラインセンサ２９を含む。２次結像ミラー２７及び２次結像レンズ２８は焦点検出光学系を構成し、焦点検出ラインセンサ２９は、撮影レンズ１１の２次結像面に配置されている。焦点検出ユニット２６は、いわゆる位相差検出方式によって撮影レンズ１１の焦点状態を検出する。その検出結果は、撮影レンズ１１の焦点調節機構を制御する不図示のフォーカス制御回路に送られる。

カメラ１と撮影レンズ１１とは、不図示のレンズマウントに設けられた電気接点群を介して通信が可能である。

撮影レンズ１１において、１２〜１４はレンズユニット、１５は絞りである。第１レンズユニット１２は、光軸方向に移動してピント合わせを行うフォーカスレンズユニットである。第２レンズユニット１３は、光軸方向に移動して撮影レンズ１１の焦点距離を変更する（すなわち、変倍を行う）ズームレンズユニットである。３群レンズ１４は固定レンズである。

１６は第１レンズユニット１２を光軸方向に移動させるフォーカス駆動モータである。前述したフォーカス制御回路は、該フォーカス駆動モータ１６を制御することで第１レンズユニット１２を移動させる。１７は絞り駆動モータであり、絞り１５の開口径を変化させるようにこれを駆動する。

第１レンズユニット１２の位置に応じて、不図示の距離エンコーダから信号が出力される。また、第２レンズユニット１３の位置は、不図示の位置検出器により検出される。第２レンズユニット１３の位置から得られる焦点距離情報と第１レンズユニット１２の位置から得られるピント位置情報とから被写体距離を得ることができる。

３０はカメラ１に着脱可能な本実施例の照明装置であり、カメラ１に装着されてカメラ１からの信号により発光制御される。

照明装置３０において、３１は発光放電管（光源：以下、発光管という）であり、キセノン管等により構成される。発光管３１は不図示のコンデンサに蓄積された電流エネルギを発光エネルギに変換する。

３２は発光管３１の前方（被写体側）に配置された第１の光学部材である。３３は第１の光学部材３２の前方に配置され、照明装置３０の外観の一部を構成する射出面を有する第２の光学部材である。

３４は発光管３１の後方に配置された反射鏡（反射傘）である。該反射傘３４、第１及び第２の光学部材３２，３３の光学作用によって、発光管３１から発せられた光束を効率良く被写体に向けて集光する。なお、本実施例では、発光管の後方に反射傘を設ける場合について説明するが、必ずしも反射傘は必要ではなく、発光管から後方に向かって発せられた光束を前方に戻す手段を有すればよい。

５０はカメラ１と照明装置３０との通信インターフェイスとなる電気接点群である。

図２Ａは、本実施例の照明装置３０の主要構成部品を斜め前方から見た形状を示す。図２Ｂは、照明装置３０の主要構成部品を斜め後方から見た形状を示す。

これらの図において、発光管３１は、円筒形状のガラス管（発光部）を有し、その両端には電気端子が設けられている。以下の説明において、発光管３１の軸方向、すなわち長手方向（水平方向）に平行な方向をＸ方向（第１の方向）とし、該Ｘ方向に直交する垂直方向をＹ方向（第２の方向）とする。また、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向、すなわち照明装置３０の照射光軸方向（図には照射光軸をＡＸＬで示す）をＺ方向とする。Ｚ方向において被写体に向かう方向が前方である。

また、ＸＺ断面は、照射光軸ＡＸＬを含みＸ方向に平行な断面であり、ＹＺ断面は、照射光軸ＡＸＬを含み発光管３１の径方向に平行な断面である。また、以下の説明において、「平行」又は「直交」とは、いずれも完全にその状態である場合に限らず、光学的にそれらの状態であるとみなせる程度にずれた状態を含む。

第１の光学部材３２は、発光管３１から射出した光束（反射鏡３４で反射された光束を含む）をＹ方向において複数に分割し、該第１の光学部材３２から射出した各分割光束を所定距離の集光位置にて集光(収斂)させる。これにより、集光位置からの各分割光束に一定の広がりを持たせることができる。第１の光学部材３２の射出面には、Ｙ方向において正の屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズが形成されている。また、該射出面は、Ｘ方向においては負の屈折力を有するように、第２の光学部材３３側に向かって凹となる形状に形成されている。

第２の光学部材３３は、第１の光学部材３２からの射出光束を特定の配光特性を有する光束に変換する。該第２の光学部材３３の入射面には、第１の光学部材３２による光束分割数に対応した数のシリンドリカルレンズが形成されている。該シリンドリカルレンズは、Ｙ方向において正の屈折力を有する。また、第２の光学部材３３の入射面は、Ｘ方向において、第１の光学部材３２の射出面が持つ負の屈折力を打ち消す大きさの正の屈折力を有するように、第１の光学部材３２に向かって凸となる形状に形成されている。

さらに、第２の光学部材３３のＸ方向両端部には、該第２の光学部材３３への入射光束の一部をＸ方向において制御するプリズム部３３ｆ，３３ｆ′が形成されている。

反射傘３４は、発光管３１から後方に向かって射出した光束を前方に反射させる。反射傘３４は、内面が高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料や、内面に高反射率の金属蒸着面が形成された部材により構成されている。

発光管３１、第１の光学部材３２及び反射傘３４は、不図示の保持ケースにより保持されて一体化され、発光ユニットを構成する。発光ユニットは、撮影レンズ１１の変倍動作（以下、ズーミングという）に応じて照明装置３０に固定された第２の光学部材３３に対してＺ方向に移動する。これにより、第２の光学部材３３から射出される照明光の照射角度範囲を連続的に変化させることができる。

また、第１及び第２の光学部材３２，３３は、アクリル樹脂等、透過率の高い光学樹脂材料やガラス材料により形成するのが好ましい。

上記のように構成される照明装置３０を備えたカメラ１が、例えば「フラッシュオートモード」に設定されている場合において、レリーズボタンがユーザによって半押し操作されると、測光センサ７によって被写体輝度が測定される。その結果（測光結果）はカメラ１内に設けられた不図示のＣＰＵ等の制御回路に送られる。該制御回路は、測光結果の明るさと感光部材（フィルムや撮像素子）９の感度に基づいて、照明装置３０を発光させるか否かを判断する。

発光させると判断した場合は、制御回路は、ユーザによるレリーズボタンの全押し操作に応じて照明装置３０に発光信号を出力する。これにより、照明装置３０は、発光管３１において放電を行わせる。放電した発光管３１は、光束（照明光）を発する。

発光管３１から後方に射出した光束は、反射傘３４により前方に反射される。また、発光管３１から上下方向及び前方に射出した光束は、第１の光学部材３２及び第２の光学部材３３を介して特定の配光特性を有する光束に変換された後、被写体に向けて照射される。この配光特性は、第１の光学部材３２（発光ユニット）と第２の光学部材３３とのＺ方向での相対移動に伴って変化する。

第２の光学部材３３に対する第１の光学部材３２の移動は、不図示の駆動機構によって行われる。この駆動機構は、ズーミング（第２レンズユニット１３の駆動）を行うズーム機構に連動している。この構成により、撮影レンズ１１のズーム状態に応じて照明光の照射角度範囲を変化させることができる。このように、本実施例では、ズーミングに応じて、第１及び第２の光学部材３２，３３の照射光軸方向における相対位置を変化させる。これにより、照明光の照射角度範囲をズーミング状態に応じた範囲に変更することができる。

以下、反射傘３４、第１の光学部材３２及び第２の光学部材３３により構成される照明光学系の形状的特徴と、発光管３１から発せられた光線の挙動について、図３Ａ，３Ｂ，４Ａ及び４Ｂを用いて詳細に説明する。

図３Ａ及び図４Ａは、照明光学系のＸＺ断面の構成を示す。一方、図３Ｂ及び図４Ｂは、照明光学系のＹＺ断面の構成を示す。図３Ａ及び図３Ｂは、照明光の照射角度範囲が最も狭いテレ状態を、図４Ａ及び図４Ｂは、照射角度範囲が最も広いワイド状態を示す。

また、図３Ａ及び４Ａには、発光管３１の各断面での中心から射出光軸ＡＸＬ近傍（照射範囲の中央付近）を照射する光束の光線トレース図が付記されている。また、図３Ｂ及び４Ｂには、発光管３１の各断面での中心から射出した代表光線をトレースした光線トレース図が付記されている。

各図には、発光管３１のガラス管の内外径を示している。発光管３１からの実際の発光現象としては、光の利用効率を向上させるためにガラス管の内径全体から発光させる場合が多く、発光管３１の内径全体に分布する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、ここでは、説明を容易にするため、ガラス管（発光管３１）の中心から射出した光線を代表光線と考え、図には該代表光線のみを示している。このことは、後述する実施例２においても同じである。

なお、実際の配光特性は、図に示したような代表光線に加え、ガラス管内の周辺部から射出した光束によって、全体として若干広がる方向に変化する。しかし、配光特性の傾向としては、代表光線のみの場合と周辺部からの射出光線を考慮した場合とでほぼ一致するため、以下では代表光線のみを用いて説明する。以下の説明において、光線や光束とは、この代表光線を指す。

図３Ｂ及び図４Ｂを用いて、照明光学系のＹＺ断面での形状的特徴及び代表光線の挙動について説明する。

まず、照明光学系の形状的特徴部分について説明する。反射傘３４の内面は、発光管３１の外周面と同心の半円筒面形状に形成されている。これは、反射傘３４での反射光を光発光管３１の中心付近に戻すのに有効な形状であり、発光管３１のガラスの屈折による悪影響を受けにくくする効果があるからである。また、反射傘３４による反射光線を発光管３１から直接前方に発せられた光線と等価な光線として扱えるため設計がし易く、第１及び第２の光学部材３２，３３を含む光学系全体を小型化するのに都合が良いからである。

図３Ｂに示すように、第１の光学部材３２のＹ方向における中央領域には、入射面３２ａと射出面３２ｂとが形成され、両面にはそれぞれ正の屈折力を有するシリンドリカルレンズが形成されている。これにより、発光管３１の中心から照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度より小さい角度をなすように発せられた発散光束は、入射面３２ａの正の屈折力によって照射光軸ＡＸＬに対して平行な光束に変換される。そして、この平行光束は、射出面３２ｂの正の屈折力によって、点Ｐに向かって集光する光束に変換される。なお、該光束は、点Ｐにおいて、図の紙面に垂直な方向（Ｘ方向）に延びる直線状に集光する。

入射面３２ａで光束を一旦照射光軸ＡＸＬに平行な光束とすることで、射出面３２ｂの最適な面形状の設定を容易にすることができる。本実施例では、入射面３２ａは、単純な円筒形状ではないシリンドリカルレンズとしている。

ただし、本発明においては、必ずしも入射面３２ａで光束を平行化する必要はない。つまり、第１の光学部材３２を透過した後、点Ｐを含むある小さな領域内にて光束を集光させ、その後の最大発散角度と最小発散角度を制御できれば、入射面３２ａの屈折力の与え方は任意である。例えば、入射面３２ａを、単純な円筒形状のシリンドリカルレンズとしてもよい。

また、第１の光学部材３２におけるＹ方向上下の領域においては、発光管３１の中心から照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度より大きな角度で射出した２つの光束が、入射面３２ｃ，３２ｃ′で屈折する。

ここで、入射面３２ｃ，３２ｃ′の形状についてより詳しく説明する。入射面３２ｃ，３２ｃ′は、第１の光学部材３２の形状を最小にするために、照射光軸ＡＸＬと平行な平面であることが望ましい。発光管３１から照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度より大きい角度で進む光束は、入射面３２ｃ，３２ｃ′で一度屈折する。この場合、入射面３２ｃ，３２ｃ′の照射光軸ＡＸＬに対してなす角度Φが小さいほど屈折の効果が大きく、該屈折によって光束を一度照射光軸ＡＸＬから離れる方向に導くことができる。これにより、第１の光学部材３２のＺ方向全長を短く抑えることができる。

しかし、実際には、入射面３２ｃ，３２ｃ′の傾きは、第１の光学部材３２の成形条件によってほぼ決定される。この傾き角度Φが小さいほど成形条件は厳しくなるが、理想的には入射面３２ｃ，３２ｃ′の角度Φは、該入射面が平面か曲面かに関わらず以下の範囲に存在することが望ましい。

０≦Φ＜２° …（１）
条件式（１）を満足するように角度Φを設定することは一見難しそうであるが、入射面３２ｃ，３２ｃ′のＺ方向長さが短いことや、入射面３２ｃ，３２ｃ′が平滑面であることから、十分実現可能な範囲である。このように、入射面３２ｃ，３２ｃ′の傾きを規定することにより、照明光学系の上下方向の開口面積を最小として照明光学系を小型化することができる。さらに、光の利用効率の低下を防止できる。

反射面３２ｄ，３２ｄ’の形状は、発光管３１の中心から発せられた光束を、照射光軸ＡＸＬに平行に進むよう反射するような、放物線あるいは放物線にほぼ近いシリンドリカル非球面に設定される。しかしながら、該反射面３２ｄ，３２ｄ’は、発光管３１の中心から発せられた光束を、照射光軸ＡＸＬに完全に平行化して進むよう反射させる必要はなく、上記の形状に近い平面の組合わせであってもよいし、曲面であってもよい。

射出面３２ｅ，３２ｅ′は、ＹＺ断面（Ｙ方向）において、正の屈折力を与えるシリンドリカルレンズとして形成されている。このため、反射面３２ｄ，３２ｄ′でそれぞれ平行化された光束は、射出面３２ｅ，３２ｅ′によって点Ｑ，Ｑ′に集光される。本実施例では、射出面３２ｅ，３２ｅ′は、単純な円筒面ではないシリンドリカルレンズ形状を有する。

一方、発光管３１から後方に発せられた光束（図示せず）は、発光管３１に対して同心の半円筒形状を有する反射傘３４で反射した後、再度発光管３１に入射し、該発光管３１のほぼ中心を通って前方に射出される。このため、該光束は、発光管３１からもともと前方に発せられた光束と同様に扱うことができる。

次に、第２の光学部材３３の各面形状について詳しく説明する。第２の光学部材３３は、そのまま照明装置３０の外観部材としても使用可能な部材である。第２の光学部材３３の入射面には、それぞれ正の屈折力を有する３つのシリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ’がＹ方向に並んで形成されている。第１の光学部材３２から射出した３つの光束はそれぞれ、シリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′を通って第２の光学部材３３に入射する。

図３Ｂに示すように、第１及び第２の光学部材３２，３３が最も離れたテレ状態では、点Ｐ，Ｑ，Ｑ′がシリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′と第１の光学部材３２との間に存在する。この場合、シリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′は、点Ｐ，Ｑ，Ｑ′からの発散光束を照射光軸ＡＸＬと平行な光束となるように屈折する。

一方、図４Ｂに示すように、第１及び第２の光学部材３２，３３が最も接近したワイド状態では、点Ｐ，Ｑ，Ｑ′に相当する集光領域が第２の光学部材３３の入射面３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′を超えて被写体側の位置に存在する。この場合、第２の光学部材のシリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′と射出面３３ｃにより、第１の光学部材３２からの集光光束は発散作用を受ける。このため、上記集光領域からの発散光束がより大きな発散光束となって第２の光学部材３３から射出される。

また、テレ状態とワイド状態との間の状態では、点Ｐ，Ｑ，Ｑ′がシリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′を超えて被写体側にない（点Ｐ，Ｑ，Ｑ′がシリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′と第１の光学部材３２との間に存在する）場合、各シリンドリカルレンズは第１の光学部材３２からの光束に第１の光学部材３２との距離に応じた屈折力を与える。このため、第２の光学部材３３からは、テレ状態に比べて発散度合いが大きい発散光束が射出される。また、点Ｐ，Ｑ，Ｑ′がシリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′近傍にある場合、第２の光学部材３３は平行平板と同様の作用となり、第１の光学部材３２からの光束にほとんど屈折力を与えない。このため、上記点Ｐ，Ｑ，Ｑ′からの発散光束が第２の光学部材３３から射出される。また、点Ｐ，Ｑ，Ｑ′に相当する集光領域が第２の光学部材３３の入射面３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′を超えて被写体側の位置に存在する場合、第２の光学部材は第１の光学部材３２からの光束に第１の光学部材３２との距離に応じた屈折力（発散作用）を与える。このため、ワイド状態に比べて発散度合いが小さい発散光束が射出される。

このように、シリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′は、第１の光学部材３２から入射して第２の光学部材３３から射出する３つの光束の集光（発散）度合いを、第１及び第２の光学部材３２，３３の離間距離に応じて連続的に変化させる形状を有する。また、シリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′は、第１の光学部材３２から入射して第２の光学部材３３から射出する３つの光束の集光度合いが同等になるようにその形状が設定されている。これにより、第１及び第２の光学部材３２，３３の離間距離にかかわらず、均一な配光特性が得られる。

なお、本実施例では、シリンドリカルレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′を単純な円筒面ではないシリンドリカルレンズで構成している。

さらに、本実施例では、テレ状態（最も光束が狭められた状態）において、第２の光学部材３３における光束が通過する領域が該第２の光学部材３３において許される最大限となるようにしている。これは、小型でありながら大光量の照明装置を得る上で重要な条件である。

次に、図３Ａ及び図４Ａを用いて、照明光学系のＸＺ断面での形状的特徴及び代表光線の挙動について説明する。なお、図３Ａ及び図４Ａでは、Ｘ方向の照射角度範囲の変化を説明するために、被照射範囲の中央部に向かう光束、つまり照射光軸ＡＸＬと平行に進む光線も合わせて示している。このような光線が増えるとガイドナンバーが高くなり、減るとガイドナンバーが低くなるので、該光線の増減により照射角度範囲の変化を表すことができる。

第１の光学部材３２のＸ方向における中央部の射出面３２ｂは、ＸＺ断面（Ｘ方向）において、発散作用、すなわち負の屈折力を有するように、第２の光学部材３３に向かって凹となる形状に形成されている。また、第２の光学部材３３のＸ方向における中央部の入射面３３ａは、ＸＺ断面（Ｘ方向）において、収斂作用、すなわち正の屈折力を有するように、第１の光学部材３２に向かって凸となる形状に形成されている。これら射出面３２ｂ及び入射面３３ａを、ある程度の空気間隔をあけて配置することで、全体としては正の屈折力が得られる。

なお、図３Ｂ及び図４Ｂに示した第１の光学部材３２のＹ方向での周辺部の射出面３２ｅ，３２ｅ′も、Ｘ方向に関して射出面３２ｂと同様に形成されている。また、第２の光学部材３３のＹ方向での周辺部の入射面３３ｂ，３３ｂ′も、Ｘ方向に関して入射面３３ａと同様に形成されている。

そして、射出面３２ｂ，３２ｅ，３２ｅ′及び入射面３３ａ，３３ｂ，３３ｂ′の形状をこのように設定することで、図３Ａに示すテレ状態において、領域３３ｇ，３３ｇ′においても照射光軸ＡＸＬと平行に光線を照射することができる。ここで、領域３３ｇ，３３ｇ′は、特許文献２にて開示された照明装置において照射光軸ＡＸＬと平行に照射される光線が存在しない領域である。

図８Ａ及び図８Ｂには、特許文献２にて開示された照明装置（テレ状態）のＸＺ断面及びＹＺ断面をそれぞれ示している。図中の符号は、本実施例の照明装置にて対応する構成要素（発光管、反射傘、光学部材、入射出面等）に付された符号に２００を加えたものである。図８Ａに示すように、領域３３ｇ，３３ｇ′には、照射光軸ＡＸＬと平行に照射される光線が存在しない。

これに対し、本実施例では、前述したように領域３３ｇ，３３ｇ′においても照射光軸ＡＸＬと平行に光線を照射する。これにより、後述するプリズム部３３ｆ，３３ｆ′での作用と相まって、第２の光学部材３３の射出面３３ｃ全体から、照射光軸ＡＸＬと平行な光束を射出することが可能となり、Ｘ方向において光束が最も狭められた状態で均一な配光特性を得ることが可能となる。

第２の光学部材３３におけるＸ方向両端部には、前述したプリズム部３３ｆ，３３ｆ′が形成されている。該プリズム部３３ｆ，３３ｆ′は、入射面３３ｄ，３３ｄ′と、内部全反射面としての反射面３３ｅ，３３ｅ′とを含み、Ｘ方向においてのみ集光作用を有する。該集光作用により、Ｘ方向において第１の光学部材３２から照射光軸ＡＸＬに対して角度を持って射出した光束を、照射光軸ＡＸＬと平行な光束に変換することができる。

図３Ｂ及び図４Ｂに示した第１の光学部材３２の入射面３２ａ，３２ｃ，３２ｃ′及び第２の光学部材３３の射出面３３ｃは、Ｘ方向においては平面と等価な面であり、屈折力を持たない。ただし、これら入射面及び射出面にＸ方向での屈折力を持たせてもよい。

図４Ａに示すワイド状態では、第１及び第２の光学部材３２，３３が互いに近接するため、第１の光学部材３２の射出面３２ｂ（３２ｅ，３２ｅ′）の負の屈折力が、第２の光学部材３３の入射面３３ａ（３３ｂ，３３ｂ′）の正の屈折力により打ち消される。このため、光束の収斂作用はほとんどなくなる。したがって、発光管３１から発せられた発散光束は、そのまま発散光束として射出される。

また、このワイド状態では、第２の光学部材３３のプリズム部３３ｆ，３３ｆ′に入射する光束がない。このため、第２の光学部材３３の射出面３３ｃから照射光軸ＡＸＬに平行に射出する光束が少なくなる。したがって、ワイド状態では、Ｘ方向において光束が最も広く発散し、十分に広い照射角度範囲が得られる。

さらに、図３Ａに示すテレ状態と図４Ａに示すワイド状態との間の状態では、第１及び第２の光学部材３２，３３の離間距離に応じて照射角度範囲が連続的に変化する。これは、プリズム部３３ｆ，３３ｆ′に入射する光束の量（反射面３３ｅ，３３ｅ′で反射する光束の量）が、上記離間距離の変化に応じて増減するためである。

図３Ａの状態から徐々にプリズム部３３ｆ，３３ｆ′への入射光量を減らすことによって、Ｘ方向の中心部付近に照射されていた光量を減らすことができ、この結果、Ｘ方向において照射角度範囲を連続的に広げることができる。なお、プリズム部３３ｆ，３３ｆ′の形状は、各ズーム状態で良好な配光特性が得られるように適宜設定することができ、反射面３３ｅ，３３ｅ′を平面としてもよいし曲面としてもよい。

図５Ａから図７Ｂ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。本実施例は、実施例１の変形例であり、第１の光学部材の射出面及び第２の光学部材の入射面にフレネルレンズが形成されている点で実施例１と異なる。なお、本実施例において、実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。また、本実施例の照明装置も、実施例１（図１）にて説明したカメラに装着される。

図５Ａは、本実施例の照明装置１３０の主要構成部品を斜め前方から見た形状を示す。図５Ｂは、照明装置１３０の主要構成部品を斜め後方から見た形状を示す。

第１の光学部材１３２は、発光管３１から射出した光束（反射鏡３４で反射された光束を含む）をＹ方向において複数に分割し、該第１の光学部材１３２から射出した各分割光束を所定距離の集光位置にて集光させる。これにより、集光位置からの各分割光束に一定の広がりを持たせることができる。第１の光学部材１３２の射出面には、Ｙ方向において正の屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズが形成されている。また、該射出面には、Ｘ方向において負の屈折力を有するフレネルレンズが形成されている。

第２の光学部材１３３は、第１の光学部材１３２からの射出光束を特定の配光特性を有する光束に変換する。該第２の光学部材１３３の入射面には、第１の光学部材１３２による光束分割数に対応した数のシリンドリカルレンズが形成されている。該シリンドリカルレンズは、Ｙ方向において正の屈折力を有する。また、第２の光学部材１３３の入射面は、Ｘ方向において、第１の光学部材１３２の射出面が持つ負の屈折力を打ち消す大きさの正の屈折力を有するフレネルレンズが形成されている。

さらに、第２の光学部材１３３のＸ方向両端部には、該第２の光学部材１３３への入射光束の一部をＸ方向において制御するプリズム部１３３ｆ，１３３ｆ′が形成されている。

発光管３１、第１の光学プリズム１３２及び反射傘３４は、不図示の保持ケースにより保持されて一体化され、発光ユニットを構成する。発光ユニットは、撮影レンズ１１の変倍動作（以下、ズーミングという）に応じて照明装置１３０に固定された第２の光学部材１３３に対してＺ方向に移動する。これにより、第２の光学部材１３３から射出される照明光の照射角度範囲を連続的に変化させることができる。

また、第１及び第２の光学部材１３２，１３３は、アクリル樹脂等、透過率の高い光学樹脂材料やガラス材料により形成するのが好ましい。

以下、反射傘３４、第１の光学部材１３２及び第２の光学部材１３３により構成される照明光学系の形状的特徴と、発光管３１から発せられた光線の挙動について、図６Ａ，６Ｂ，７Ａ及び７Ｂを用いて詳細に説明する。

図６Ａ及び図７Ａは、照明光学系のＸＺ断面の構成を示す。一方、図６Ｂ及び図７Ｂは、照明光学系のＹＺ断面の構成を示す。図６Ａ及び図６Ｂは、照明光の照射角度範囲が最も狭いテレ状態を、図７Ａ及び図７Ｂは、照射角度範囲が最も広いワイド状態を示す。

また、図６Ａ及び７Ａには、発光管３１の各断面での中心から射出光軸ＡＸＬ近傍（照射範囲の中央付近）を照射する光束の光線トレース図が付記されている。また、図６Ｂ及び７Ｂには、発光管３１の各断面での中心から射出した代表光線をトレースした光線トレース図が付記されている。

本実施例の照明光学系におけるＹ方向での形状的特徴と代表光線の挙動は実施例１と同様である。ただし、図６Ｂ及び７Ｂにおいては、第１の光学部材１３２から射出した３つの分割光束の集光位置をＳ，Ｔ，Ｔ′として示している。

次に、本実施例の照明光学系におけるＸ方向での形状的特徴と代表光線の挙動について説明する。

第１の光学部材１３２のＸ方向における中央部の射出面１３２ｂは、ＸＺ断面（Ｘ方向）において、発散作用、すなわち負の屈折力を有するフレネルレンズ面として形成されている。また、第２の光学部材１３３のＸ方向における中央部の入射面１３３ａは、ＸＺ断面（Ｘ方向）において、集光作用、すなわち正の屈折力を有するフレネルレンズ面として形成されている。これら射出面１３２ｂ及び入射面１３３ａを、ある程度の空気間隔をあけて配置することで、全体としては正の屈折力が得られる。

なお、図６Ｂ及び図７Ｂに示した第１の光学部材１３２のＹ方向での周辺部の射出面１３２ｅ，１３２ｅ′も、Ｘ方向に関して射出面１３２ｂと同様に形成されている。また、第２の光学部材１３３のＹ方向での周辺部の入射面１３３ｂ，１３３ｂ′も、Ｘ方向に関して入射面１３３ａと同様に形成されている。

そして、射出面１３２ｂ，１３２ｅ，１３２ｅ′及び入射面１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｂ′の形状をこのように設定することで、図６Ａに示すテレ状態において、領域１３３ｇ，１３３ｇ′においても照射光軸ＡＸＬと平行に光線を照射することができる。ここで、領域１３３ｇ，１３３ｇ′は、特許文献２にて開示された照明装置において照射光軸ＡＸＬと平行に照射される光線が存在しない領域である。

本実施例でも、実施例１と同様に、領域１３３ｇ，１３３ｇ′においても照射光軸ＡＸＬと平行に光線を照射する。これにより、後述するプリズム部１３３ｆ，１３３ｆ′での作用と相まって、第２の光学部材１３３の射出面１３３ｃ全体から照射光軸ＡＸＬと平行な光束を射出することが可能となる。このため、Ｘ方向において光束が最も狭められた状態で均一な配光特性を得ることが可能となる。

第２の光学部材１３３におけるＸ方向両端部には、プリズム部１３３ｆ，１３３ｆ′が形成されている。該プリズム部１３３ｆ，１３３ｆ′は、入射面１３３ｄ，１３３ｄ′と、内部全反射面としての反射面１３３ｅ，１３３ｅ′とを含み、Ｘ方向においてのみ集光作用を有する。該集光作用により、Ｘ方向において第１の光学部材１３２から照射光軸ＡＸＬに対して角度を持って射出した光束を、照射光軸ＡＸＬと平行な光束に変換することができる。

図６Ｂ及び図７Ｂに示した第１の光学部材１３２の入射面１３２ａ，１３２ｃ，１３２ｃ′及び第２の光学部材１３３の射出面１３３ｃは、Ｘ方向においては平面と等価な面であり、屈折力を持たない。ただし、これら入射面及び射出面にＸ方向での屈折力を持たせてもよい。

図７Ａに示すワイド状態では、第１及び第２の光学部材１３２，１３３が互いに近接する。このため、第１の光学部材１３２の射出面１３２ｂ（１３２ｅ，１３２ｅ′）の負の屈折力が、第２の光学部材１３３の入射面１３３ａ（１３３ｂ，１３３ｂ′）の正の屈折力により打ち消される。したがって、集光作用はほとんどなくなり、発光管３１から発せられた発散光束は、そのまま発散光束として射出される。

また、このワイド状態では、第２の光学部材１３３のプリズム部１３３ｆ，１３３ｆ′に入射する光束がない。このため、第２の光学部材１３３の射出面１３３ｃから照射光軸ＡＸＬに平行に射出する光束が少なくなる。したがって、ワイド状態では、Ｘ方向において光束が最も広く発散し、十分に広い照射角度範囲が得られる。

さらに、図６Ａに示すテレ状態と図７Ａに示すワイド状態との間の状態では、第１及び第２の光学部材１３２，１３３の離間距離に応じて照射角度範囲が連続的に変化する。これは、プリズム部１３３ｆ，１３３ｆ′に入射する光束の量（反射面１３３ｅ，１３３ｅ′で反射する光束の量）が、上記離間距離の変化に応じて増減するためである。

図６Ａの状態から徐々にプリズム部１３３ｅ，１３３ｅ′への入射光量を減らすことによって、Ｘ方向の中心部付近に照射されていた光量を減らすことができ、この結果、Ｘ方向において照射角度範囲を連続的に広げることができる。なお、プリズム部１３３ｆ，１３３ｆ′の形状は、各ズーム状態で良好な配光特性が得られるように適宜設定することができ、反射面１３３ｅ，１３３ｅ′を平面としてもよいし曲面としてもよい。

以上説明したように、上記各実施例によれば、発光ユニット（発光管及び第１の光学部材）と第２の光学部材とを照射光軸方向に相対移動させるだけで、Ｙ方向及びＸ方向の双方において照射角度範囲を十分大きく変化させることができる。

また、上記各実施例では、Ｘ方向の照射角度範囲を狭めるために、反射面を含むプリズム部でＸ方向に発散しようとする光束を照射光軸方向に向かわせる。その一方、Ｘ方向の照射角度範囲を広げるために、Ｘ方向に発散しようとする光束がプリズム部によって遮られないようにしている。このため、照射角度変更に伴う光量損失が少なく、光の利用効率を高く維持したまま照射角度範囲を変更することができる。

さらに、図４Ａ及び図７Ａから分かるように、第１の光学部材の射出面（凹レンズ面又はフレネルレンズの頂点を結んだ凹面）と第２の光学部材の入射面（凸レンズ面又はフレネルレンズの頂点を結んだ凸面）とに、ＸＺ断面において同じ曲率を持たせてもよい。これにより、該入射面及び射出面にＸ方向での屈折力を持たせても、ワイド状態において第１の光学部材と第２の光学部材とをきわめて近接させることができる。したがって、ワイド状態において、より広い照射角度範囲を得ることができる。なお、ここにいう同じ曲率とは、完全に同じ曲率の場合だけでなく、製造誤差の範囲で完全に同じ曲率からずれている場合も含まれる。また、凹面と凸面の曲率が同じとは、当然、その絶対値が同じという意味である。

なお、上記各実施例では、発光管の中心から射出した光束が第２の光学部材のプリズム部において全反射し、照射光軸ＡＸＬに平行に射出させる場合について説明した。しかし、本発明は、必ずしもこのような形態に限定されるわけではない。例えば、Ｘ方向における発光管の任意の位置（例えば、中心部と端部との中間位置）からの光束が、第２の光学部材によってＸ方向の中心部付近に集められるようにしてもよい。

また、上記各実施例では、第２の光学部材に内部全反射面を含むプリズム部を一体形成した場合について説明した。しかし、本発明では、プリズム部を第２の光学部材とは別に作成して第２の光学部材に一体化してもよい。さらに、このようなプリズム部を設ける以外に、光輝アルミ等の反射面を第２の光学部材に一体的に形成してもよい。

さらに、上記各実施例では、いわゆる外付けタイプの照明装置について説明したが、本発明は、コンパクトカメラ等の撮像装置に内蔵されるタイプの照明装置にも適用することができる。

また、これら以外の事項に関しても、本発明は上記各実施例にて説明したものに限られず、種々の変更や変形が可能である。

本発明の実施例１である照明装置と該照明装置を装着した撮影装置を含む撮像システムの構成を示す断面図。 実施例１の照明装置の照明光学系を前方から見たときの斜視図。 実施例１の照明光学系を後方から見たときの斜視図。 実施例１の照明光学系（テレ状態）のＸＺ断面図。 実施例１の照明光学系（テレ状態）のＹＺ断面図。 実施例１の照明光学系（ワイド状態）のＸＺ断面図。 実施例１の照明光学系（ワイド状態）のＹＺ断面図。 本発明の実施例２である照明装置の照明光学系を前方から見たときの斜視図。 実施例２の照明光学系を後方から見たときの斜視図。 実施例２の照明光学系（テレ状態）のＸＺ断面図。 実施例２の照明光学系（テレ状態）のＹＺ断面図。 実施例２の照明光学系（ワイド状態）のＸＺ断面図。 実施例２の照明光学系（ワイド状態）のＹＺ断面図。 従来の照明光学系（テレ状態）のＸＺ断面図。 従来の照明光学系（テレ状態）のＹＺ断面図。

符号の説明

１ カメラ
１１ 撮影レンズ
３０，１３０ 照明装置
３１ 放電発光管
３２，１３２ 第１の光学部材
３３，１３３ 第２の光学部材
３４ 反射傘

Claims (6)

1. 光源と、
   該光源から入射した光束を射出する射出面を有する第１の光学部材と、
   該第１の光学部材からの光束が入射する入射面及び前記光源の長手方向に平行な第１の方向の端部において前記入射した光束の一部を反射する反射面を備えた第２の光学部材とを有し、
   前記第１及び第２の光学部材の間隔が変化することで、前記第１の方向と該第１の方向に直交する第２の方向においてそれぞれ、前記第２の光学部材から射出する光束の照射範囲が変化し、
   前記第１の方向において、前記第１の光学部材の射出面は負の屈折力を有し、かつ前記第２の光学部材の入射面は正の屈折力を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記第１の方向において、前記第１の光学部材の射出面は凹形状を有し、前記第２の光学部材の入射面は凸形状を有す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１の方向において、前記第１の光学部材の射出面及び前記第２の光学部材の入射面はそれぞれフレネルレンズ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記第２の方向において、前記第１の光学部材の射出面及び前記第２の光学部材の入射面はそれぞれ、正の屈折力を有す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の光学部材の射出面と前記第２の光学部材の入射面は、前記第１の方向と該照明装置の照射光軸方向とに平行な断面において互いに同じ曲率を有す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. 請求項１から５のいずれか１つに記載の照明装置を用いて撮像を行うことを特徴とする撮像装置。