JP6132564B2 - リング照明アダプター - Google Patents

Description

本発明は、撮影装置などに用いるリング照明アダプターに関するものである。

従来より、撮像装置などのマクロ撮影に適したリング照明アダプターとして、例えば特許文献１に記載の照明装置が知られている。特許文献１に記載の照明装置は、光源からの光をリング状の光源に変換する。

特開２００５−２５８０１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示される光学系は、射出面が平面状であり、近距離撮影、例えばリング状の光学系に囲まれる被写体への照明については考慮されていない。

本発明は、このような課題に鑑み、近距離の被写体に対しても良好な照明を行えるリング照明アダプターを提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリング照明アダプターは、光源が発光する光が入射する入射面、入射面に入射した光をリング状の照明光として射出するための開口部を持つリング状の射出面、及び、射出面に対向して配置され、滑面及び滑面上に離散配置された微細凸構造又は微細凹構造をもち、入射面から入射した光を射出面に導くリング状の拡散反射面、を有し、射出面が、射出する側に向かって凸形状のトーリック面状の滑面を有するリング照明光学系と、リング照明光学系の入射面を光源の前方に配置させると共に、射出面が撮影光学系の光路を囲む場所に位置するように撮影装置に取り付け可能とするマウント部と、を有し、マウント部がリング照明光学系とは別部材の遮光部材で構成され、遮光部材は、リング照明光学系の内周の内側にリング照明光学系よりも短い長さの筒状の遮光壁を設けてなり、リング照明光学系に囲まれる被写体の方向への照明を行い、遮光部材は、リング照明光学系の外周を囲む位置にリング照明光学系よりも長い長さの筒状の遮光壁を設けてなることを特徴とする。

本発明によれば、近距離の被写体に対しても良好な照明を行えるリング照明アダプターを提供できる。

実施形態に係るリング照明アダプターの正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ’線で切断した断面図であって、図１の上から見た断面図である。 実施形態に係るリング照明アダプター、並びに、カメラのマウント部及び光源を示す斜視図である。 実施形態に係るリング照明アダプターをカメラに装着した状態を表す斜視図である。 実施形態に係るリング照明アダプターのリング照明光学系の斜視図である。 実施形態に係るリング照明アダプターのリング照明光学系の正面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ’線で切断した断面図であって、実施形態に係るリング照明アダプターのリング照明光学系の断面図である。 実施形態に係るリング照明アダプターのリング照明光学系の側面図である。 実施形態に係るリング照明アダプターのリング照明光学系の裏面の構成を示す背面図である。 実施形態に係るリング照明アダプターのリング照明光学系の裏面の微細凸構造を表す側面図である。 実施形態に係るリング照明アダプターのリング照明光学系の裏面の微細凸構造の配置を表す平面図である。 リング照明光学系の裏面の微細凸構造の配置の変形例を表す平面図である。 リング照明光学系の裏面の微細凸構造の配置の変形例を表す平面図である。

以下に、本発明に係るリング照明アダプターの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
［第１の実施形態］
図１は、リング照明アダプター２の正面図である。図２は、図１におけるリング照明アダプター２においてＩＩ−ＩＩ’で切断し上から見た状態での上面図である。図５は、リング照明アダプター２のリング照明光学系５の斜視図である。図６は、リング照明アダプター２のリング照明光学系５の正面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ’線で切断した断面図であって、リング照明アダプター２のリング照明光学系５の断面図である。図８は、リング照明アダプター２のリング照明光学系５の側面図である。図９は、リング照明アダプター２のリング照明光学系５の裏面の構成を示す背面図である。

本実施形態のリング照明アダプター２は、リング照明光学系５（図１）とマウント部３ａ（図２）を有する。
リング照明光学系５は、光源４（図３）が発光する光が入射する入射面６と、入射面６に入射した光をリング状の照明光として射出するための開口部７ａを持つリング状の射出面７と、射出面７に対向して配置され、滑面８及び滑面８上に離散配置された微細凸構造９（図９）又は微細凹構造をもち、入射面６から入射した光を射出面７に導くリング状の拡散反射面１０と、を有し、射出面７が、開口部７ａの中心７ｃに近づくほど射出側の面の法線が開口部７ａの中心７ｃに近づくトーリック面状の滑面を有する（図６、図７）。
マウント部３ａは、リング照明光学系５の入射面６を光源４の前方に配置させると共に、射出面７がカメラ１（撮影装置）の撮影光学系の光路を囲む場所に位置するようにカメラ１に取り付け可能とする。

カメラ１とリング照明アダプター２とは、リング照明アダプター側マウント部３ａとカメラ側マウント部３ｂを介して接続可能に構成されている。
ここではバヨネット式のマウント方式としている。もちろん本実施形態はこれに限らない。例えばスクリュー式のマウント方式としてもよい。
リング照明アダプター２は、カメラ１に装着したときに、カメラ１の撮影光学系の光軸ＡＸと、リング照明アダプター２のアダプター開口部１６の重心を通過しアダプター開口部１６に対して垂直な線Ｌ２と、が互いに一致するように構成されている。
これにより、アダプター開口部１６を通過した光線は、カメラ１の撮影光学系に導かれる。

カメラ１にはＬＥＤの光源４がストロボライト２１の隣に配置されている。リング照明アダプター２は、光源４の直前にリング照明光学系５の入射面６が位置するようにカメラ１に装着される（図３、図４）。
リング照明光学系５は、入射面６に入射した光をリング状の照明光として射出するための開口部７ａを持つリング状の射出面７を有している。
また、リング照明光学系５は、射出面７に対向して配置され、入射面６から入射した光を射出面７に導くリング状の拡散反射面１０を有している。拡散反射面１０は、滑面８（拡散反射面側滑面）及び滑面８上に離散配置された微細凸構造９を備える（図９）。微細凸構造９は、拡散反射面１０の滑面８から一部が突出した球面状である（図１０）。
ここで、滑面８から外側へ突出した微細凸構造９に代えて、内側へ凹んだ微細凹構造としてもよい。

射出面７は、開口部７ａの中心７ｃに近づくほど射出側の面の法線が開口部７ａの中心７ｃに近づくトーリック面状の滑面となっている（図７）。
ここで、リング照明光学系５は、開口部７ａの中心７ｃを通り、拡散反射面１０に垂直な軸Ｌ５を有する。リング照明光学系５は、軸Ｌ５が、リング照明アダプター２のアダプター開口部１６の重心を通過しアダプター開口部１６に対して垂直な線Ｌ２上にあるように、リング照明アダプター２内に設けられている。
マウント部３ａ、３ｂを介してカメラ１にリング照明アダプター２を取り付けることで、リング照明光学系５の入射面６が光源４の前方に配置されると共に、射出面７がカメラ１の撮影光学系の光路を囲む場所に配置される。

拡散反射面１０中の滑面８では光の入射角が大きく、光源４から滑面８に導かれる多くの光は全反射を繰り返す。
拡散反射面１０中の滑面８で反射してから直後にトーリック面状の滑面である射出面７に入射する光は、入射角が大きくなるため多くの光が全反射を繰り返す。
拡散反射面１０中の微細凸構造９に入射した光は微細凸構造の凹内面反射の作用により拡散反射され、その拡散反射した光のうち、トーリック面状の滑面である射出面７に対して小さい入射角で入射する光はトーリック面状の面でレンズ作用を受けて屈折透過し照明光となる。
ここで、微細凸構造９に代えて微細凹構造を用いた場合は、微細凹構造に入射した光は微細凹構造の凸内面反射の作用により拡散反射され、その拡散反射した光のうち、トーリック面状の滑面である射出面７に対して小さい入射角で入射する光はトーリック面状の面でレンズ作用を受けて屈折透過し照明光となる。

射出面７におけるトーリック面状の滑面での屈折は微細凸構造９での拡散反射光をさらに広い範囲に屈折させる。
特に、トーリック面状の滑面の内側の面は光を開口部７ａの中心７ｃに近づけるように屈折させるので、リング照明アダプター２付近の物体の照明を行うことが出来る。
マウント部３ａ、３ｂを介してこのような構成のリング照明アダプター２をカメラ１などの撮像装置に取り付けることで、撮像装置の影により光量が不足するような近距離撮影においてもリング状の照明により光量ムラの少ない撮影が行える。

なお、リング状の照明とは、撮影光軸の周りから照明光が導かれる状態を意味し、必ずしも連続したリング光であることは必須ではない。
また、上述の実施形態のように、被写体側から見て微細凸構造又は微細凹構造が複数の点光源のように振舞うものもリング状の照明に含まれる。

また、本実施形態では拡散反射面１０中の滑面８は平滑面である。この平滑面での反射により、光伝播機能を十分確保でき、リング照明アダプター２の薄型化を可能としている。

また、拡散機能を持つ領域における平滑面８と微細凸構造９（又は微細凹構造）の面積の割合が以下の条件式（１）を満足している。
０．１＜ＳＳ／（ＳＦ＋ＳＳ）＜０．５ （１）
ここで、
ＳＦは、拡散機能を持つ領域における平滑面８の面積、
ＳＳは、拡散機能を持つ領域における微細凸構造９又は微細凹構造の面積、
である。

条件式（１）の下限を下回らないようにすることで、微細凸構造、微細凹構造の占める面積を確保し、拡散機能を確保している。
条件式（１）の上限を上回らないようにして平滑面の占める面積を確保して平滑面での光の反射による伝播機能を確保して、光量ムラの低減を行っている。

また、リング照明光学系５は、入射面６から入射した光を反射する第１の反射部１１（反射面）と第１の反射部１１において反射した光を鈍角反射させる第２の反射部１２（反射面）とを備える。第１の反射部１１において反射した一部の光は、第２の反射部１２で反射せずに、射出面７のトーリック面状の滑面に入射する。第１の反射部１１において反射した他の一部の光は、第２の反射部１２の反射面１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで反射して射出面７のトーリック面状の滑面に入射する。
このような構成により、光源４からの光量ロスを少なくしてリング状の射出面７や拡散反射面１０に光を導いている。

また、第２の反射部１２は、互いに対向して配置され、且つ、第１の反射部１１での反射光を鈍角反射する２つの反射面１２ａ、１２ｂを有し、その２つの反射面１２ａ、１２ｂは第１の反射部１１から離れるほど互いに近づくように配置されている。
これにより、光源４からの光量ロスを少なくしてリング状の射出面７や拡散反射面１０に光を導いている。

また、第２の反射部１２は、互いに対向して配置され、且つ、第１の反射部１１での反射光を鈍角反射する２つの反射面１２ｃ、１２ｄを有し、その２つの反射面１２ｃ、１２ｄは第１の反射部１１から離れるほど互いに近づくように配置されている。
これにより、光源４からの光量ロスを少なくしてリング状の射出面７や拡散反射面１０に光を導いている。

本実施形態のリング照明アダプター２は、以下の条件式（２）、（３）、（４）を満足している。
１．１＜Ｒ_out／Ｒ_in＜１．８ （２）
１＜（Ｒ_out−Ｒ_in）／Ｒ_min＜３ （３）
０．５＜Ｄ_max／Ｒ_min＜２ （４）
ここで、
Ｒ_inはリング状の射出面７の開口部の半径、
Ｒ_outはリング状の射出面７の外周の半径、
Ｒ_minは射出面７のトーリック状の面のうち、曲率半径が最も小さくなる断面における面頂での曲率半径、
Ｄ_maxは拡散反射面１０の滑面８の法線方向において、滑面８から射出面７の滑面までの距離の最大値
である。

条件式（２）の下限を下回らないようにすることで、拡散反射面１０の面積を確保し、微細凸構造９（又は微細凹構造）の数を十分に確保できる構成とし、照明光の均一性を向上させ、撮影画像の照明光ムラを抑えている。
条件式（２）の上限を上回らないようにして、リング照明アダプター２自身が厚くならないようにし、撮像装置を撮影対象物体に近づけやすいようにしている。
条件式（３）、（４）の下限を下回らないようにしてトーリック状の滑面である射出面７による屈折量を大きくし、リング照明アダプター２に近い領域での照明光量を確保している。
条件式（３）、（４）の上限を上回らないようにしてリング照明アダプター２自身が厚くならないようにしている。

また、拡散反射面１０に形成された微細凸構造９（又は微細凹構造）の数Ｘが以下の条件式（５）を満足している。
１００＜Ｘ （５）

条件式（５）の下限を下回らないようにすることで、被写体から見て光源のように振舞う微細凸構造９の数を確保して、照明光量の確保を行っている。また、個々の微細凸構造９のサイズを小さくしても照明光量を確保できるので、微細凸構造９の厚みを小さくして薄型化している。

さらに、微細凸構造９（又は微細凹構造）の数Ｘは以下の条件式（５−１）を満足している。
３００＜Ｘ （５−１）

微細凸構造９（又は微細凹構造）の数を十分に確保することで照明光の均一性を高めている。

また、入射面６から射出面７までの光路が固体媒質で構成され、この固体媒質内の内面反射により入射面６から入射した光が射出面７に導かれる。
これにより、部品の数を少なく構成でき製造コストを低減できる。

リング照明光学系５は、例えば、プラスチック材料のプレス成型、射出成型により構成してもよい。

マウント部３ａは、リング照明光学系５とは別部材の遮光部材１３で構成されている。この遮光部材１３には、リング照明光学系５の外周を囲む位置に、軸Ｌ５に沿った方向においてリング照明光学系５よりも長い筒状の外側遮光壁１３ａが設けられている（図２）。
外側遮光壁１３ａを設けることにより、照明光が、外部に漏れる量を軽減するとともに、リング照明光学系５の損傷の軽減を図っている。

また、遮光部材１３には、リング照明光学系５の内周の内側に、軸Ｌ５に沿った方向においてリング照明光学系５よりも短い筒状の内側遮光壁１３ｂが設けられている（図２）。
内側遮光壁１３ｂを設けることにより、射出面７から射出する照明光や、リング照明光学系５の内周のテーパー部からの漏れ光が直接にカメラ１の撮影光学系に入りこまないように構成でき、これにより画質向上を図っている。

さらに、遮光部材１３にはカメラ１の光源４からの光線をリング照明光学系５の入射面６に導く穴部（不図示）が設けられている。

また、遮光部材１３は、第１の反射部１１や第２の反射部１２を透過した不要光を遮光する遮光蓋１５を備えている（図１）。
変形例として、遮光蓋１５を用いずに、第１の反射部１１と、第２の反射部１２を透過した光が遠方（例えば約３０ｃｍ先）の被写体を照明できる構成としてもよい。

図１０は、リング照明アダプター２のリング照明光学系５の裏面の微細凸構造９を表す側面図である。
拡散反射面１０の微細構造が図１０に示すような微細凸構造９であり、この微細凸構造９が球面状であり、以下の条件式（６）を満足している。
０．３＜Ｄ_max2／Ｒ_min2＜０．８ （６）
ここで、
Ｒ_min2は微細凸構造９の面頂での曲率半径、
Ｄ_max2は拡散反射面１０の滑面８の法線方向において、滑面８から微細凸構造９の面頂までの距離の最大値
である。

条件式（６）の下限を下回らないようにすることで、拡散反射面１０の拡散機能の十分な確保をおこなっている。
条件式（６）の上限を上回らないようにすることで、製造を行いやすくしている。

本実施形態では、金型に透明なプラスチックを流し込んでリング照明光学系５を成型している。成型したリング照明光学系５を型から抜くときに抜きやすい形状となっている。
また、リング照明光学系５には、遮光部材１３との位置決めを行うための位置決め凸部１４を外周面に有している。

図１１は、本実施形態に係るリング照明アダプター２のリング照明光学系５の裏面の微細凸構造９の配置（パターン）を表す平面図である。図１２は、リング照明光学系の裏面の微細凸構造の配置の変形例を表す平面図である。図１３は、リング照明光学系の裏面の微細凸構造の配置の変形例を表す平面図である。図１１、図１２、図１３は、リング照明光学系５の裏面の一部のみを抜き出して描いた図であって、各図における微細凸構造は図示されていない範囲においても同様のパターンで形成されている。
本実施形態においては、微細凸構造９の各々の面頂が六方細密配置をとっている（図１１）。本発明のリング照明アダプターにおいては、この配置に限らず、図１２に示すような、距離Ｄ１ごとに配置した矩形配列の微細凸構造としてもよい。また、図１３に示すように、二つの同心円Ｃ１、Ｃ２上に並んだ同心配列としてもよい。

本実施形態の具体的な数値実施例及び変形例における数値データと微細凸構造の配置パターンを以下に示す。

［実施例１］
実施例１のリング照明アダプターは、前述の第１の実施形態において以下の構成をなす。
リング状の射出面７の開口部の半径Ｒ_in＝１５．０ｍｍ
リング状の射出面７の外周の半径Ｒ_out＝２２．０ｍｍ
射出面７のトーリック状の面のうち、曲率半径が最も小さくなる断面における面頂での曲率半径Ｒ_min＝３．０ｍｍ
リング状の拡散反射面１０の滑面８の法線方向において、滑面８から射出面７の滑面までの距離の最大値Ｄ_max＝３．０ｍｍ
リング状の拡散反射面１０の開口部の半径Ｒ_in2＝１６．０ｍｍ
拡散反射面１０の微細凸構造９の面頂での曲率半径Ｒ_min2＝０．３ｍｍ
拡散反射面１０の滑面８の法線方向において、滑面８から微細凸構造９の面頂までの距離の最大値D_max2＝０．１５ｍｍ
微細凸構造９の面頂間距離＝１．０ｍｍ
配置：六方細密

各条件式における数値を以下に示す。
ＳＳ／（ＳＦ＋ＳＳ）≒０．２４５
Ｒ_out／Ｒ_in≒１．４６７
（Ｒ_out−Ｒ_in）／Ｒｍｉｎ≒２．３３３
Ｄ_max／Ｒ_min＝１．０００
Ｘ≒８００
Ｄ_max2／Ｒ_min2＝０．５

［変形例］
変形例の数値例を以下に示す。
Ｒ_min2＝０．２〜０．５ｍｍの範囲での変更
Ｄ_max2＝０．１〜０．３ｍｍの範囲での変更
微細凸構造の面頂間距離＝０．２〜２．０ｍｍの範囲での変更
配置：六方細密、同心円、矩形配列の何れか
なお、本発明は、前述の実施形態や実施例に限定されるものではなく、種々変更が可能である。

以上のように、本発明にかかるリング照明アダプターは、近距離の被写体に対するマクロ撮影に有用である。

１ カメラ
２ リング照明アダプター
３ａ、３ｂ マウント部
４ 光源
５ リング照明光学系
６ 入射面
７ 射出面
７ａ 開口部
７ｃ 中心
８ 滑面（平滑面）
９ 微細凸構造
１０ 拡散反射面
１１ 第１の反射部
１２ 第２の反射部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 第２の反射部の反射面
１３ 遮光部材
１３ａ 外側遮光壁
１３ｂ 内側遮光壁
１４ 位置決め凸部
１５ 遮光蓋
１６ アダプター開口部

Claims (11)

1. 光源が発光する光が入射する入射面、
   前記入射面に入射した光をリング状の照明光として射出するための開口部を持つリング状の射出面、及び、
   前記射出面に対向して配置され、滑面及び前記滑面上に離散配置された微細凸構造又は微細凹構造をもち、前記入射面から入射した光を前記射出面に導くリング状の拡散反射面、
   を有し、
   前記射出面が、射出する側に向かって凸形状のトーリック面状の滑面を有するリング照明光学系と、
   前記リング照明光学系の前記入射面を前記光源の前方に配置させると共に、前記射出面が撮影光学系の光路を囲む場所に位置するように前記撮影装置に取り付け可能とするマウント部と、
   を有し、
   前記マウント部が前記リング照明光学系とは別部材の遮光部材で構成され、前記遮光部材は、前記リング照明光学系の内周の内側にリング照明光学系よりも短い長さの筒状の遮光壁を設けてなり、
   前記リング照明光学系に囲まれる被写体の方向への照明を行い、
   前記遮光部材は、前記リング照明光学系の外周を囲む位置にリング照明光学系よりも長い長さの筒状の遮光壁を設けてなることを特徴とするリング照明アダプター。
2. 前記拡散反射面中の前記滑面が平滑面であることを特徴とする請求項１に記載のリング照明アダプター。
3. 拡散機能を持つ領域における、前記平滑面と前記微細凸構造又は前記微細凹構造の面積の割合が以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項２に記載のリング照明アダプター。
   ０．１＜ＳＳ／（ＳＦ＋ＳＳ）＜０．５ （１）
   ここで、
   ＳＦは、拡散機能を持つ領域における前記平滑面の面積、
   ＳＳは、拡散機能を持つ領域における前記微細凸構造又は前記微細凹構造の面積
   である。
4. 前記リング照明光学系は、前記入射面から入射した光を反射する第１の反射部と前記第１の反射部において反射した光を鈍角反射させる第２の反射部とを備え、前記第１の反射部において反射した一部の光は前記トーリック面状の滑面に前記第２の反射部を介さずに入射し、前記第１の反射部において反射した他の一部の光は前記第２の反射部を介して前記トーリック面状の滑面に入射することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のリング照明アダプター。
5. 前記第２の反射部は、少なくとも対向して配置され、且つ、前記第１の反射部での反射光を鈍角反射する２つの反射面を有し、その２つの反射面は前記第１の反射面から離れるほど近づくように配置されることを特徴とする請求項４に記載のリング照明アダプター。
6. 以下の条件式（２）、（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のリング照明アダプター。
   １．１＜Ｒout／Ｒin＜１．８ （２）
   １＜（Ｒout−Ｒin）／Ｒmin＜３ （３）
   ０．５＜Ｄmax／Ｒmin＜２ （４）
   ここで、
   Ｒinはリング状の射出面の開口部の半径、
   Ｒoutはリング状の射出面の外周の半径、
   Ｒminは射出面のトーリック状の面のうち、曲率半径が最も小さくなる断面における面頂での曲率半径、
   Ｄmaxは前記拡散反射面の前記滑面の法線方向において、前記滑面から射出面の前記滑面までの距離の最大値
   である。
7. 前記拡散反射面に形成された前記微細凸構造又は前記微細凹構造の数Ｘが以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載のリング照明アダプター。
   １００＜Ｘ （５）
8. 以下の条件式（５−１）を満足することを特徴とする請求項７に記載のリング照明アダプター。
   ３００＜Ｘ （５−１）
9. 前記入射面から前記射出面までの光路が固体媒質で構成され、前記固体媒質内の内面反射により前記入射面から入射した光が前記射出面に導かれることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載のリング照明アダプター。
10. 前記第２の反射部は、対向して配置され、且つ、前記第１の反射面での反射光を鈍角反射する２つの反射面を有し、その２つの反射面は前記第１の反射面から離れるほど近づくように配置される構成を二組有していることを特徴とする請求項４に記載のリング照明アダプター。
11. 前記拡散反射面の微細構造は前記微細凸構造であり、前記微細凸構造は球面状であり、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載のリング照明アダプター。
    ０．３＜Ｄmax2／Ｒmin2＜０．８ （６）
    ここで、
    Ｒmin2は前記微細凸構造の面頂での曲率半径、
    Ｄmax2は前記拡散反射面の前記滑面の法線方向において、前記滑面から前記微細凸構造の面頂までの距離の最大値
    である。
    

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