JP2008171687A - 照明装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ等の光源からの光を効率良く集光させることができ、小型（薄型）の照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、光源１と、該光源からの光束のうち特定角度で入射した光束を光照射側に反射し、該特定角度以外の角度で入射した光を透過する反射透過面４ｄ，４ｅと、該反射透過面を透過した光束を光照射側に反射する照射反射面４ｆとを有する。さらに、光源と反射透過面との間に、光源からの発散光束を反射透過面に特定角度で入射する光束と反射透過面に特定角度以外の角度で入射する光束とに分割する光束分割部４Ａを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード等の光源から射出された光を必要照射範囲に対して効率良く集光させる照明装置、及びこれを備えた撮像装置に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を光源とする照明装置として、ＬＥＤ自体の集光作用を利用したものが実用化されている。このような照明装置に用いられるＬＥＤは、いわゆるドームタイプＬＥＤと称される。ドームタイプＬＥＤでは、ＬＥＤチップが反射鏡となる金属カップ内に固定され、該金属カップにおける射出側の面に集光作用を有するドーム形状の透明樹脂が形成されている。この照明装置では、ドームの直径や曲率を変化させることにより、集光度合いを異ならせることが可能である。そして、このようなドームタイプＬＥＤを用いた照明装置が特許文献１に開示されている。

一方、ＬＥＤには集光作用を持たせず、ＬＥＤから射出した光束を、ＬＥＤよりも光照射側に配置された凸レンズによって集光させるように構成した照明装置が、特許文献２に開示されている。

また、ＬＥＤには集光作用を持たせず、ＬＥＤから光照射方向とは反対向きに射出した光束をプリズム内で反射させて方向変換し、必要照射範囲に向けて射出させる照明装置が特許文献３に開示されている。

特開平１０−２１７０３号公報（段落番号００１１〜００１３、図１等） 特開２０００−８９３１８号公報（段落番号０００５〜０００６、図１等） 特開平１０−１６４３１５号公報（段落番号００３０〜００３３、図１，図２等）

ドームタイプＬＥＤでは、集光性能が高くなるようにドームがＬＥＤチップに対して最適な位置に配置されているが、該ＬＥＤを用いた照明装置としての光照射特性はＬＥＤの光学仕様に左右される場合が多い。すなわち、照明装置に要求される光照射特性に対して、ＬＥＤの集光性能が最適であるとは限らない。このため、照明装置の必要照射範囲にＬＥＤからの光を効率良く照射するためには、特許文献１に示す構成のように、ＬＥＤからの光を制御する光学系（光学部材）が別途必要となる。この場合、光学系の追加により、照明装置が大型化したりコストアップしたりする。

さらに、ドームタイプＬＥＤは、一般的に全長が長く、小型化が進んでいる撮像装置等の光学機器に内蔵するのに不都合である。

一方、ドームタイプではない面発光タイプのＬＥＤは、通常、特許文献２にて開示されているように、光照射側に形成された凸レンズによって集光を行っている。凸レンズによる集光は、レンズの焦点距離を適宜設定することによって、光照射範囲のうち照射光軸を含む特定領域を明るく照らすことができる。しかし、ＬＥＤと凸レンズとの間に隙間が生じてしまうため、ＬＥＤからの光束の一部が該隙間から抜け出てしまい、照射効率が低下してしまう。

また、凸レンズの屈折作用のみを利用した集光光学系では、光照射範囲のうち照射光軸近傍の領域を比較的明るく照らすことができるが、それ以外の周辺領域では十分な照度を得ることが困難である。このため、必要照射範囲の全体を均一な明るさで照明することが難しい。

さらに、このような面発光タイプのＬＥＤでも、集光作用を強めるほど集光光学系の全長が長くなる。したがって、小型の光学機器に内蔵するには望ましくない。

また、面発光タイプのＬＥＤからの光束の進行方向を変換する光学系は、通常、特許文献３にて開示されているように、光源に対して光照射側とは反対側にプリズム面や反射面を配置し、方向変換と集光とを行わせながら光照射側に射出させる構成となっている。

しかし、特許文献３にて開示された光学系では、照射光軸近傍の光束を、屈折又は反射によって光束の進行方向を変化させながら順次集光させるだけであり、屈折と反射を利用して集光効率を向上させるような構成にはなっていない。このため、照射光軸から外れた光束が、所望の方向（設計上の方向）とは異なる方向に向かってしまうおそれがある。これにより、ＬＥＤから射出された光束を効率良く必要照射範囲に均一に照射することが難しい。

本発明は、ＬＥＤ等の光源からの光を効率良く集光させることができ、小型（薄型）の照明装置を提供する。

本発明の一側面としての照明装置は、光源と、該光源からの光束のうち特定角度で入射した光束を光照射側に反射し、該特定角度以外の角度で入射した光を透過する反射透過面と、該反射透過面を透過した光束を光照射側に反射する照射反射面とを有する。さらに、光源と反射透過面との間に、光源からの発散光束を反射透過面に特定角度で入射する光束と反射透過面に特定角度以外の角度で入射する光束とに分割する光束分割部を有することを特徴とする。

なお、上記照明装置と、該照明装置からの光により照明された被写体を撮像する撮像系とを有する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、光源からの光束を、光束分割部において反射透過面で光照射側に反射する光束部分とこれを透過する光束部分とに分割し、さらに反射透過面を透過した光束を照射反射面で光照射側に反射する。これにより、小型の構成でありながらも高い集光性能を有し、光源からの光を効率良く必要照射範囲に均一な明るさで照射することが可能となる。

そして、このような照明装置を用いることで、撮像装置の小型化と照明撮像性能の向上とを図ることができる。

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から図７を用いて本発明の実施例１である照明装置について説明する。本実施例の照明装置は、特にＬＥＤのような微小な面発光タイプの光源から射出された光を効率良く集光させることができる。より詳しくは、本実施例の照明装置は、光源から射出した角度範囲の広い光束を後述する光束分割部で角度範囲の狭い複数の光束に分割し、それら複数の分割光束を後述する方向変換部においてそれぞれ異なる反射面で反射して光照射側への方向変換を行う。

図１は、実施例１の照明装置の光学系（以下、照明光学系という）の縦断面図であり、図２は該照明光学系を背面側から見た図である。また、図３は、本実施例の照明装置を内蔵したデジタルスチルカメラ（撮像装置）の外観を示す図である。また、図４は、図１に示す縦断面図に光源中心から射出された光線を追記した光線トレース図である。さらに、図５〜図７は、図４に示す光線トレース図を分割光束毎に分離して示した図である。

図３に示すデジタルスチルカメラにおいて、１１はカメラ本体であり、１２はカメラ本体１１の前面に設けられたレンズ鏡筒である。１３は本実施例の照明装置である。該照明装置１３は、カメラ本体１１における右上部に内蔵されて、光照射側に位置する被写体を照明する。１４はカメラ本体１１内に配置され、レンズ鏡筒１２内の撮像光学系により形成された被写体像を光電変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。撮像素子１４から出力された電気信号に基づいて画像が生成され、該画像は不図示の半導体メモリ等の記録媒体に記録される。レンズ鏡筒１２（撮像光学系）及び撮像素子１４により撮像系が構成される。

図１，２，４〜７において、１〜３は光源である面発光タイプのＬＥＤ（特許文献１に開示されたドームタイプＬＥＤとは異なる）であり、４はＬＥＤ１〜３から射出した光束を集光させるための光学部材である。

５は各ＬＥＤを固定保持し、かつ各ＬＥＤと電気的に接続されたハード基板である。各ＬＥＤは、その光射出方向において広い角度範囲にわたって均一な配光特性を有し、ある一定の時間の間、定常光を発することが可能な高輝度の白色ＬＥＤである。各ＬＥＤは、半田付け等の電気的接続方法によってハード基板５に固定されている。ハード基板５は、カメラ本体１１内のシャーシに固定されている。６は図３に示したカメラ本体１１の外装部材である。

なお、面発光ＬＥＤ１〜３の構成は、公知であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

図４に示したＡＸＬは光学部材４から光照射側に向かう照射光軸であり、ＬＥＤ発光面の中心から該発光面に対して垂直上方に射出した光線が射出面４ｈから射出した後の光路に相当する。また、照射光軸ＡＸＬは、本実施例では、撮像光学系の光軸に平行に又は若干下向きに傾くように設定されている。

次に、光学部材４について説明する。光学部材４は、ＬＥＤ１〜３から射出した光束を集光制御するための一体形成部材であり、透明性の高い樹脂材料で形成されている。

光学部材４にＬＥＤごとに設けられた光束分割部４Ａには、各ＬＥＤの発光面に対向配置された入射面４ａが形成されている。該入射面４ａは、光学部材４において各ＬＥＤからの光束が最初に入射する面であり、本実施例では平面として形成されている。また、入射面４ａは、各ＬＥＤの発光面と同じ形状及び面積を有する。ここにいう同じ形状及び面積とは、それらが完全に同一である場合だけでなく、製造誤差の範囲で完全同一でない場合も含む意味である。入射面４ａの形状及び面積を各ＬＥＤの発光面と同じとすることで、各ＬＥＤからの射出光束が光束分割部４Ａ外に漏れ出ることを防止するとともに、最小限の入射面積とすることでこの後に続く光学系の大型化を抑えている。

４ｃ，４ｂは第１及び第２の導光反射面（第１及び第２の反射面）であり、入射面４ａの端から後述する第１の反射透過面４ｄ側に延びる面として形成されている。第１の透過反射面４ｃは、光束分割部４Ａのうち光照射側とは反対側に形成され、第２の導光反射面４ｂは、光束分割部４Ａのうち光照射側に形成されている。また、第１及び第２の導光反射面４ｃ，４ｂはそれぞれ、図１に一点鎖線で示した光束分割部４Ａの中心線（ＬＥＤ発光面に垂直な線）に対する距離が、入射面４ａ側から第１の反射透過面４ｄ側にかけて徐々に増加する傾斜面として形成されている。なお、第１及び第２の導光反射面４ｃ，４ｂを曲面として形成してもよい。

光束分割部４Ａにこれら導光反射面４ｃ，４ｂを形成することで、各ＬＥＤからの発散光束を直接光束（第３の光束）、第１の反射光束（第１の光束）及び第２の反射光束（第２の光束）の３つに分割することができる。

直接光束は、図４及び図６に示すように、入射面４ａから入射して第１及び第２の導光反射面４ｃ，４ｂで反射せずに、すなわち両導光反射面４ｃ，４ｂ間の光通過領域を通って直接第１の反射透過面４ｄに入射する。また、第１の反射光束は、図４及び図５に示すように、入射面４ａから入射して第１の導光反射面４ｃにより全反射されて第１の反射透過面４ｄに入射する。また、第２の反射光束は、図４及び図７に示すように、入射面４ａから入射して第２の導光反射面４ｂにより全反射されて第１の反射透過面４ｄに入射する。

なお、これら導光反射面４ｃ，４ｂの長さや傾きや曲率を調整することにより、ＬＥＤからの光束における直接光束と第１及び第２の反射光束との割合を任意に設定することができる。

このように、光束分割部４Ａは、光源であるＬＥＤ１〜３からのすべての光束を、第１の反射透過面４ｄに向かうときの進行方向、つまりは第１の反射透過面４ｄへの入射角度（入射角度範囲）が互いに異なる複数の光束に分割することができる。

４Ｂは光学部材４における方向変換部であり、４ｄ，４ｅは該方向変換部４Ｂにおける射出面４ｇ，４ｈ，４ｉ側とは反対側に形成された第１及び第２の反射透過面である。

上記直接光束は、第１の反射透過面４ｄに対して全反射条件を満たす最小角度である臨界角より小さい角度（特定角度以外の角度：第２の角度）で入射する。このため、直接光は、第１の反射透過面４ｄを透過する。

また、第１の反射光束は、第１の反射透過面４ｄに対して臨界角以上の角度（特定角度：第１の角度）で入射する。このため、第１の反射光束は、第１の反射透過面４ｄで全反射されて光照射側に向かう。

さらに、第２の反射光束は、第１の反射透過面４ｄに対して臨界角より小さい角度（特定角度以外の角度：第２の角度）で入射する。このため、第２の反射光束は、第１の反射透過面４ｄを透過する。ただし、直接光束の第１の反射透過面４ｄへの入射角度は、第２の反射光束の第１の反射透過面４ｄへの入射角度とは異なる。

第１の反射透過面４ｄを透過した直接光束は、該第１の反射透過面４ｄで屈折して、中間面である透過面４ｋに入射し、さらに該透過面４ｋで屈折して第２の反射透過面４ｅに対して臨界角以上の角度（特定角度：第３の角度）で入射する。このため、直接光束は、第２の反射透過面４ｅで全反射する。

一方、第１の反射透過面４ｄを透過した第２の反射光束は、該第１の反射透過面４ｄで屈折して透過面４ｋに入射し、さらに該透過面４ｋで屈折して第２の反射透過面４ｅに対して臨界角より小さい角度（特定角度以外の角度：第４の角度）で入射する。このため、第２の反射光束は、第２の反射透過面４ｅを透過する。

第２の反射透過面４ｅを透過した第２の反射光束は、該第２の反射透過面４ｅで屈折して、中間面である透過面４ｍに入射し、さらに該透過面４ｍで屈折して最終反射面としての照射反射面４ｆに対して臨界角以上の角度で入射する。このため、第２の反射光は、照射反射面４ｆで全反射する。

このように、光束分割部４Ａで分割された直接光束、第１の反射光束及び第２の反射光束は、第１及び第２の反射透過面４ｄ，４ｅで全反射光束と透過光束とに分離されて、それぞれ異なる面４ｄ，４ｅ，４ｆで光照射側に反射される。そして、直接光束、第１の反射光束及び第２の反射光束は、それぞれ異なる射出面４ｇ，４ｈ，４ｉから光照射側の必要照射範囲に向かって射出する。

言い換えれば、ＬＥＤから射出した発散光束を光束分割部４Ａによって互いに異なる角度範囲を持った３つの光束に分割し、これら３つの光束に対して方向変換部４Ｂの２つの反射透過面４ｄ，４ｅを全反射面又は透過面として選択的に機能させる。これにより、ＬＥＤからの発散光束（指向性のない光束）を、指向性の高い光束に変換して必要照射範囲に照射することができる。

以上の構成により、図４に示すように、光束分割部４Ａと方向変換部４Ｂ（第１及び第２の反射透過面４ｄ，４ｅ）で分割及び分離された３つの光束の射出方向を同じにすることができる。この結果、全体として射出方向が同じ（図４の断面において照射光軸ＡＸＬと平行な方向に射出される）照明光束を得ることができる。なお、ここにいう射出方向が同じとは、完全に同じである場合だけでなく、同じとみなせる程度に揃っている場合も含む意味である。

つまり、光源から広い角度範囲に向けて射出した光束を、最終的に方向が揃った指向性の高い光束に変換できる。しかも、反射面を効果的に用いることによって、照明光学系全体の照射光軸方向の厚みを抑えることができる。

さらに、各ＬＥＤの発光面の中心（発光中心）は、反射透過面４ｄ，４ｅ及び照射反射面４ｆの光照射側とは反対側の最端部Ｐよりも光照射側の位置に配置されている。これにより、照明装置をより薄型化することができる。

以下、図５〜図７を用いて、光学部材４の形状についてより詳しく説明する。

一般的に、光源から広い角度範囲で射出した発散光束の進行方向を一定方向に揃えるためには大きな射出面積を必要とする。また、光源から光学部材の射出面に至るまでにある程度の光路長を確保しないと、効率良く集光させることが困難である。

これに対し、本実施例では、光束分割部４Ａにおいて、全反射を利用して光源から射出した発散光束を互いに進行方向が異なる複数の光束に効率良く分割し、さらに方向変換部４Ｂにおいて全反射を利用することで、照明光学系全体を小型化している。また、本実施例では、単一部品としての光学部材４ですべての光束を制御できるため、安価で良好な精度の照明光学系を構成することができる。

図５において、光源としてのＬＥＤ１（〜３）から射出して第１の導光反射面４ｃで全反射する第１の反射光束は、第１の導光反射面４ｃについてＬＥＤ１と対称に配置された見かけのＬＥＤ１ａから射出して第１の導光反射面４ｃを透過する光束と等価である。このことは、第１の導光反射面４ｃを介在させることによって、あたかもＬＥＤ１の位置を１ａの位置にずらしたことに等しい。このような構成を採用することで、第１の反射光束が第１の反射透過面４ｄで全反射しやすい条件を整えることができる。つまり、第１の反射透過面４ｄでの全反射を確実に行わせ、射出面４ｇに導くことが可能になる。

射出面４ｇは、第１の反射透過面４ｄで斜め下向きに反射した第１の反射光束の進行方向を照射光軸ＡＸＬに平行な方向に変換するため、照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度だけ傾いた平面として構成されている。ただし、射出面４ｇは曲面として構成してもよく、このことは、他の射出面４ｈ，４ｉについても同様である。

第１の反射透過面４ｄは、本実施例では曲面として形成されているが、平面としてもよい。また、図５の断面において、第１の導光反射面４ｃは、光源中心からの射出光束量全体に対して、ここで反射する第１の反射光束の量が３分の１となるように、傾きや位置が設定されている。ただし、ここにいう３分の１は、厳密な３分の１でなくてもよい。このことは以下の図６及び図７の説明においても同じである。

図６において、ＬＥＤ１（〜３）から射出した直接光束は、前述したように第１の反射透過面４ｄを透過してここで屈折した後、透過面４ｋから屈折しながら光学部材４に再入射する。そして、第２の反射透過面４ｅで全反射して射出面４ｈから射出する。

射出面４ｈは、第２の反射透過面４ｅで斜め下向きに反射した直接光束の進行方向を照射光軸ＡＸＬに平行な方向に変換するため、照射光軸ＡＸＬに対して上記第１の角度より小さい第２の角度だけ傾いた平面として構成されている。

第２の反射透過面４ｅは、本実施例では曲面として形成されているが、平面としてもよい。また、図６の断面において、第１及び第２の導光反射面４ｃ，４ｂ間の間隔は、光源中心からの射出光束量全体に対して直接光束の量が３分の１となるように設定されている。

図７において、ＬＥＤ１（〜３）から射出して第２の導光反射面４ｂで全反射する第２の反射光束は、第２の導光反射面４ｂについてＬＥＤ１と対称に配置された見かけのＬＥＤ１ｂから射出して第２の導光反射面４ｂを透過する光束と等価である。このことは、第２の導光反射面４ｂを介在させることによって、あたかもＬＥＤ１の位置を１ｂの位置にずらしたことに等しい。このような構成を採用することで、第２の反射光束が第１の反射透過面４ｄ及び第２の反射透過面４ｅを透過し、かつ照射反射面４ｆで全反射しやすい条件を整えることができる。つまり、第２の反射光束に第１の反射透過面４ｄ及び第２の反射透過面４ｅでの透過と、照射反射面４ｆでの全反射を確実に行わせて射出面４ｉに導くことが可能になる。

射出面４ｉは、照射反射面４ｆで照射光軸ＡＸＬに平行な方向に反射した第２の反射光束をそのまま射出するため、照射光軸ＡＸＬに対して直交する平面として構成されている。

本実施例では、照射反射面４ｆは曲面として形成されているが、平面としてもよい。また、図７の断面において、第２の導光反射面４ｂは、光源中心からの射出光束量全体に対して、ここで反射する第２の反射光束の量が３分の１となるように、傾きや位置が設定されている。

以上説明したように、本実施例では、光束分割部４Ａにおいて、光源中心から射出した光束を３等分（ただし、厳密な３等分でなくてもよい）して方向変換部４Ｂに導く。これにより、３つの分割光束を最小面積の反射透過面４ｄ，４ｅ及び照射反射面４ｆで所望の方向に全反射させることができ、この結果、照明光学系全体を小型化することができる。

また、第１及び第２の導光反射面４ｃ，４ｂ、第１及び第２の反射透過面４ｄ，４ｅ、照射反射面４ｆは全て全反射面として機能する。このため、金属蒸着による反射面を形成する場合に比べて、光学部材４を安価に製造することができ、反射効率も良くすることができる。

図８から図１２を用いて本発明の実施例２である照明装置について説明する。本実施例の照明装置も、実施例１の照明装置と同様に、特にＬＥＤのような微小な面発光タイプの光源から射出された光を効率良く集光させることができる。本実施例の照明装置も、図３に示したデジタルスチルカメラに内蔵される。

図８は、実施例２の照明装置の照明光学系の縦断面図であり、図９は、図８に示す縦断面図に光源中心から射出された光線を追記した光線トレース図である。さらに、図１０〜図１２は、図９に示す光線トレース図を分割光束毎に分離して示した図である。

実施例１では、光学部材４に光束分割部４Ａを一体形成した場合について説明したが、本実施例では、光束分割部を光学部材２４とは別部材により構成している。

各図において、２１は光源である面発光タイプのＬＥＤであり、図示しないが、実施例１と同様に３つ設けられている。２３は光束分割部を構成する反射部材である。２４はＬＥＤ２１から射出して光束分割部を介した光束を集光させるための光学部材であり、方向変換部として機能する。

２５はＬＥＤ２１を固定保持し、かつＬＥＤ２１と電気的に接続されたハード基板である。ＬＥＤ２１は、その光射出方向において広い角度範囲にわたって均一な配光特性を有し、ある一定の時間の間、定常光を発することが可能な高輝度の白色ＬＥＤである。ＬＥＤ２１は、半田付け等の電気的接続方法によってハード基板２５に固定されている。

反射部材２３におけるＬＥＤ２１の発光面に対向する領域（光通過領域）に面した内面２３ｃ，２３ｂには、金属蒸着等の手段により高反射率が与えられている。以下の説明において、内面２３ｃ，２３ｂを、第１及び第２の導光反射面（第１及び第２の反射面）２３ｃ，２３ｂと称する。

第１及び第２の導光反射面２３ｃ，２３ｂにより挟まれて形成される入射側の開口２３ａは、ＬＥＤ２１の発光面と同じ形状及び面積を有する。ここにいう同じ形状及び面積とは、それらが完全に同一である場合だけでなく、製造誤差の範囲で完全同一でない場合も含む意味である。これにより、ＬＥＤ２１からの射出光束が、第１及び第２の導光反射面２３ｃ，２３ｂよりも外側に漏れ出ることを防止するとともに、最小限の開口面積とすることでこの後に続く光学系の大型化を抑えている。

第１及び第２の導光反射面２３ｃ，２３ｂは、ＬＥＤ２１側から後述する第１の反射透過面２４ｄ側に延びる面として形成されている。第１の導光反射面２３ｃは、反射部材２３のうち光照射側とは反対側に形成され、第２の導光反射面２３ｂは、反射部材２３のうち光照射側に形成されている。また、第１及び第２の導光反射面２３ｃ，２３ｂはそれぞれ、図８に一点鎖線で示した反射部材２３の中心線（ＬＥＤ２１の発光面に垂直な線）に対する距離が、ＬＥＤ２１側から第１の反射透過面２４ｄ側にかけて徐々に増加する傾斜面として形成されている。ただし、第１及び第２の導光反射面２３ｃ，２３ｂを曲面として形成してもよい。

反射部材２３にこれら導光反射面２３ｃ，２３ｂを形成することで、ＬＥＤ２１からの発散光束を直接光束（第３の光束）、第１の反射光束（第１の光束）及び第２の反射光束（第２の光束）の３つに分割することができる。

直接光束は、図９及び図１１に示すように、第１及び第２の導光反射面２３ｃ，２３ｂで反射せずに（両導光反射面２３ｃ，２３ｂ間の光通過領域を通って）直接光学部材２４の入射面２４ａを介して該光学部材２４の第１の反射透過面２４ｄに入射する。また、第１の反射光束は、図９及び図１０に示すように、第１の導光反射面２３ｃにより反射されて、入射面２４ａを介して第１の反射透過面２４ｄに入射する。また、第２の反射光束は、図９及び図１２に示すように、入射面２４ａを介して第２の導光反射面２３ｂにより反射されて第１の反射透過面２４ｄに入射する。

なお、これら導光反射面２３ｃ，２３ｂの長さや傾きや曲率を調整することにより、ＬＥＤからの光束における直接光束と第１の反射光束と第２の反射光束の割合を任意に設定することができる。

このように、光束分割部としての反射部材２３は、光源であるＬＥＤ２１からのすべての光束を、第１の反射透過面２４ｄに向かうときの進行方向、つまりは第１の反射透過面２４ｄへの入射角度が互いに異なる複数の光束に分割することができる。

次に、光学部材２４について説明する。光学部材２４は、ＬＥＤ２１から射出した光束を集光制御するための一体形成部材であり、透明性の高い樹脂材料で形成されている。

光学部材２４は、射出面２４ｇとは反対側に形成された第１の反射透過面２４ｄ、第２の反射透過面２４ｅ及び照射反射面２４ｆを有し、反射部材２３により分割された各光束を、全反射又は透過によって射出面２４ｇに導く。

上記直接光束は、第１の反射透過面２４ｄに対して臨界角より小さい角度（特定角度以外の角度：第２の角度）で入射する。このため、直接光は、第１の反射透過面２４ｄを透過する。

また、第１の反射光束は、第１の反射透過面２４ｄに対して臨界角以上の角度（特定角度：第１の角度）で入射する。このため、第１の反射光束は、第１の反射透過面２４ｄで全反射されて光照射側に向かう。

さらに、第２の反射光束は、第１の反射透過面２４ｄに対して臨界角より小さい角度（特定角度以外の角度：第２の角度）で入射する。このため、第２の反射光束は、第１の反射透過面２４ｄを透過する。ただし、直接光束の第１の反射透過面２４ｄへの入射角度は、第２の反射光束の第１の反射透過面２４ｄへの入射角度とは異なる。

第１の反射透過面２４ｄを透過した直接光束は、該第１の反射透過面２４ｄで屈折して、中間面である透過面２４ｋに入射し、さらに該透過面２４ｋで屈折して第２の反射透過面２４ｅに対して臨界角以上の角度（特定角度：第３の角度）で入射する。このため、直接光束は、第２の反射透過面２４ｅで全反射する。

一方、第１の反射透過面２４ｄを透過した第２の反射光束は、該第１の反射透過面２４ｄで屈折して透過面２４ｋに入射し、さらに該透過面２４ｋで屈折して第２の反射透過面２４ｅに対して臨界角より小さい角度（特定角度以外の角度：第４の角度）で入射する。このため、第２の反射光束は、第２の反射透過面２４ｅを透過する。

第２の反射透過面２４ｅを透過した第２の反射光束は、該第２の反射透過面２４ｅで屈折して、中間面である透過面２４ｍに入射し、さらに該透過面２４ｍで屈折して最終反射面としての照射反射面２４ｆに対して臨界角以上の角度で入射する。このため、第２の反射光は、照射反射面２４ｆで全反射する。

このように、光束分割部である反射部材２３で分割された直接光束、第１の反射光束及び第２の反射光束は、第１及び第２の反射透過面２４ｄ，２４ｅで全反射光束と透過光束とに分離されて、それぞれ異なる面２４ｄ，２４ｅ，２４ｆで光照射側に反射される。そして、直接光束、第１の反射光束及び第２の反射光束は、射出面２４ｇから光照射側の必要照射範囲に向かって射出する。

言い換えれば、ＬＥＤから射出した発散光束を反射部材２３によって互いに異なる角度範囲を持った３つの光束に分割し、これら３つの光束に対して２つの反射透過面２４ｄ，２４ｅを全反射面又は透過面として選択的に機能させる。これにより、ＬＥＤからの発散光束（指向性のない光束）を、指向性の高い光束に変換して必要照射範囲に照射することができる。

以上の構成により、図９に示すように、反射部材２３及び光学部材２４（第１及び第２の反射透過面２４ｄ，２４ｅ）で分割及び分離された３つの光束の射出方向を同じにすることができる。この結果、全体として射出方向が同じ（図９の断面において照射光軸ＡＸＬと平行な方向に射出される）照明光束を得ることができる。なお、ここにいう射出方向が同じとは、完全に同じである場合だけでなく、同じとみなせる程度に揃っている場合も含む意味である。

つまり、光源から広い角度範囲に向けて射出した光束を、最終的に方向が揃った指向性の高い光束に変換できる。しかも、反射面を効果的に用いることによって、照明光学系全体の照射光軸方向の厚みを抑えることができる。

さらに、ＬＥＤ２１の発光面の中心（発光中心）は、反射透過面２４ｄ，２４ｅ及び照射反射面２４ｆの光照射側とは反対側の最端部Ｐよりも光照射側の位置に配置されている。これにより、照明装置をより薄型化することができる。

なお、本実施例では、射出面２４ｇを連続した単一面で形成している。射出面２４ｇを単一面で構成することによって、製品外観として段差のない射出面２４ｇを露出させることができ、カメラデザイン上有利である。また、射出面２４ｇの少なくとも一部を曲面とし、分割光束の射出領域ごとに曲率や傾き（接線の傾き）を調整することで、全体として方向が揃った照明光束を得ることができる。

以下、図１０〜図１２を用いて、光学部材２４の形状についてより詳しく説明する。本実施例においても、実施例１と同様に、反射部材２３において光源から射出した発散光束を互いに進行方向が異なる複数の光束に分割し、さらに光学部材２４において全反射を利用することで、照明光学系全体を小型化している。

図１０において、ＬＥＤ２１から射出して第１の導光反射面２３ｃで全反射する第１の反射光束は、第１の導光反射面２３ｃについてＬＥＤ２１と対称に配置された見かけのＬＥＤ２１ａから射出して第１の導光反射面２３ｃを透過する光束と等価である。このことは、第１の導光反射面２３ｃを介在させることによって、あたかもＬＥＤ２１の位置を２１ａの位置にずらしたことに等しい。このような構成を採用することで、第１の反射光束が第１の反射透過面２４ｄで全反射しやすい条件を整えることができる。つまり、第１の反射透過面２４ｄでの全反射を確実に行わせ、射出面２４ｇに導くことが可能になる。

なお、第１の反射光束は、第１の反射透過面２４ｄで斜め下向きに反射する。射出面２４ｇのうち第１の反射光束の射出領域は、この第１の反射光束の進行方向を照射光軸ＡＸＬに平行な方向に変換するため、その接線が照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度範囲で傾いた曲面として構成されている。

また、第１の反射透過面２４ｄは、本実施例では曲面として形成されているが、平面としてもよい。さらに、図１０の断面において、第１の導光反射面２３ｃは、光源中心からの射出光束量全体に対して、ここで反射する第１の反射光束の量が３分の１となるように、傾きや位置が設定されている。ただし、ここにいう３分の１は、厳密な３分の１でなくてもよい。このことは以下の図１１及び図１２の説明においても同じである。

図１１において、ＬＥＤ２１から射出した直接光束は、前述したように第１の反射透過面２４ｄを透過してここで屈折した後、透過面２４ｋから屈折しながら光学部材２４に再入射する。そして、第２の反射透過面２４ｅで全反射して射出面２４ｇから射出する。

なお、直接光束は、第２の反射透過面２４ｅで斜め下向きに反射する。射出面２４ｇのうち直接光束の射出領域は、この直接光束の進行方向を照射光軸ＡＸＬに平行な方向に変換するため、その接線が照射光軸ＡＸＬに対して第１の角度範囲より小さい第２の角度範囲で傾いた曲面として構成されている。

また、第２の反射透過面２４ｅは、本実施例では曲面として形成されているが、平面としてもよい。また、図１１の断面において、第１及び第２の導光反射面２３ｃ，２３ｂ間の間隔は、光源中心からの射出光束量全体に対して直接光束の量が３分の１となるように設定されている。

図１２において、ＬＥＤ２１から射出して第２の導光反射面２３ｂで全反射する第２の反射光束は、第２の導光反射面２３ｂについてＬＥＤ２１と対称に配置された見かけのＬＥＤ２１ｂから射出して第２の導光反射面２３ｂを透過する光束と等価である。このことは、第２の導光反射面２３ｂを介在させることによって、あたかもＬＥＤ２１の位置を２１ｂの位置にずらしたことに等しい。このような構成を採用することで、第２の反射光束が第１の反射透過面２４ｄ及び第２の反射透過面２４ｅを透過し、かつ照射反射面２４ｆで全反射しやすい条件を整えることができる。つまり、第２の反射光束に第１の反射透過面２４ｄ及び第２の反射透過面２４ｅでの透過と、照射反射面２４ｆでの全反射を確実に行わせて射出面２４ｇに導くことが可能になる。

射出面２４ｇの上部は、照射反射面２４ｆで照射光軸ＡＸＬに平行な方向に反射した第２の反射光束をそのまま射出するため、照射光軸ＡＸＬに対して直交する平面として構成されている。ただし、この射出領域を曲面としてもよい。

また、図１２の断面において、第２の導光反射面２３ｂは、光源中心からの射出光束量全体に対して、ここで反射する第２の反射光束の量が３分の１となるように、傾きや位置が設定されている。

以上説明したように、本実施例では、反射部材２３において、光源中心から射出した光束を３等分（ただし、厳密な３等分でなくてもよい）して光学部材２４に導く。これにより、３つの分割光束を最小面積の反射透過面２４ｄ，２４ｅ及び照射反射面２４ｆで所望の方向に全反射させることができ、この結果、照明光学系全体を小型化することができる。

また、第１及び第２の反射透過面２４ｄ，２４ｅと照射反射面２４ｆは全て全反射面として機能する。このため、金属蒸着による反射面を形成する場合に比べて、光学部材２４を安価に製造することができ、反射効率も良くすることができる。

なお、反射部材２３に代えて、透明樹脂により形成された光学部材（光学部材２４とは別の光学部材）を用い、該光学部材の内面での全反射を利用して光源からの光束を３つに分割するようにしてもよい。

また、本実施例では、光学部材２４の射出面２４ｇを単一面で構成したが、この面をフレネルレンズ等の光学機能面で構成してもよい。フレネルレンズを用いることによって、カメラの外観形状によって照明光学系の光学性能が左右されることが少なくなり、好ましい。

以上説明したように、上記各実施例によれば、ＬＥＤ等の光源からの光束を効率良く集光し、光学系の占める体積の少ない薄型の照明装置を実現することができる。さらに、基本的に光学部材の形状を最適化するだけで上記効果を得ることができ、特殊な構成を必要としない。このため、照明装置を安価に製作することができる。

なお、上記各実施例では、方向変換部の反射透過面を２面設けた場合について示したが、反射透過面を３面以上としてもよい。反射透過面数を増やすことにより、照明光学系の厚みをさらに薄くできる可能性がある。

また、光学部材に形成する反射透過面を１面としてもよい。これにより、光学部材の形状を簡素化して製造を容易とすることができる。

さらに、上記各実施例では、光源（ＬＥＤ）を３つ用いた場合について説明したが、光源の数は、個々の光源の明るさや照射範囲における必要な明るさに応じて適宜変更することができる。

また、上記各実施例では白色光源を用いた場合について説明したが、互いに発光色が異なる単色光源を複数用いたり、赤外光源を用いたりすることもできる。

さらに、上記各実施例では、射出面から３つの分割光束を全て照射光軸ＡＸＬに平行な方向に射出させる形状を有する場合について説明した。しかし、３つの射出光束の射出方向を互いに異ならせて、光束全体としてある程度の広がりを持って射出させることで、広い照射範囲を照らすようにしてもよい。

また、上記各実施例ではデジタルスチルカメラに内蔵された照明装置について説明したが、本発明は、一眼レフカメラやビデオカメラに内蔵又は装着される照明装置にも適用することができる。

本発明の実施例１である照明光学系の縦断面図。 実施例１の照明光学系の背面図。 実施例１の照明装置を内蔵したカメラの外観図。 図１に光源中心から射出した光線を追記した光線トレース図。 図１に第１の反射光束の光線を追記した光線トレース図。 図１に直接光束の光線を追記した光線トレース図。 図１に第２の反射光束の光線を追記した光線トレース図。 本発明の実施例２である照明光学系の縦断面図。 図８に光源中心から射出した光線を追記した光線トレース図。 図８に第１の反射光束の光線を追記した光線トレース図。 図８に直接光束の光線を追記した光線トレース図。 図８に第２の反射光束の光線を追記した光線トレース図。

符号の説明

１，２，３，２１ ＬＥＤ
４，２４ 光学部材
４ａ 入射面
４ｂ，４ｃ，２４ｂ，２４ｃ 導光反射面
４ｄ，４ｅ，２４ｄ，２４ｅ 反射透過面
４ｆ，２４ｆ 照射反射面
４ｋ，４ｍ，２４ｋ，２４ｍ 透過面
５，２５ ハード基板
６ カメラの外装部材
１１ カメラ本体
１２ レンズ鏡筒
２３ 反射部材
２３ｂ，２３ｃ 導光反射面

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源からの光束のうち特定角度で入射した光束を光照射側に反射し、該特定角度以外の角度で入射した光を透過する反射透過面と、
   該反射透過面を透過した光束を前記光照射側に反射する照射反射面と、
   前記光源と前記反射透過面との間に設けられ、前記光源からの発散光束を前記反射透過面に前記特定角度で入射する光束と前記反射透過面に前記特定角度以外の角度で入射する光束とに分割する光束分割部とを有することを特徴とする照明装置。
2. 前記光源の発光中心は、前記反射透過面及び前記照射反射面のうち光照射側とは反対側の最端部よりも光照射側の位置に配置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。
3. 前記光束分割部は、前記光源からの光束の一部を反射する反射面を有し、
   該反射面は、前記光源側から前記反射透過面側にかけて前記光束分割部の中心線に対する距離が増加するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記反射透過面として、第１の角度で入射した光束を光照射側に反射し、第２の角度で入射した光束を透過する第１の反射透過面と、該第１の反射透過面を透過した光束のうち第３の角度で入射した光束を反射し、第４の角度で入射した光束を透過する第２の反射透過面と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. 前記光束分割部は、第１及び第２の反射面を有し、
   前記光源からの光束のうち、前記第１の反射面で反射した第１の光束は、前記第１の反射透過面に前記第１の角度で入射し、
   前記光源からの光束のうち、前記第２の反射面で反射した第２の光束は、前記第１の反射透過面に前記第２の角度で入射して前記第２の反射透過面に前記第４の角度で入射し、
   前記光源からの光束のうち、前記第１及び第２の反射面で反射しない第３の光束は、前記第１の反射透過面に前記第２の角度で入射して前記第２の反射透過面に前記第３の角度で入射することを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記光源からの光が最初に入射する入射面と、該入射面からの光が入射する前記反射透過面と、該反射透過面を透過した光が透過する中間面と、該中間面からの光が入射する前記照射反射面と、前記反射透過面及び前記照射反射面で反射した光を光照射側に射出する射出面とが形成された単一の光学部材を有す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. 前記光学部材は、前記光束分割部を一体に有することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の照明装置。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の照明装置と、
   該照明装置からの光により照明された被写体を撮像する撮像系とを有することを特徴とする撮像装置。