JPWO2017029790A1 - 照明装置、撮像装置及びレンズ - Google Patents

Abstract

照明装置（１００）は、光源（１１０）と、透過面に負のパワーの第１の領域（１２０ａ）と正のパワーの第２の領域（１２０ｂ）とを有するレンズ（１２０）と、光源（１１０）とレンズ（１２０）との相対的な距離を変更する駆動部（１３０）と、を備える。光源（１１０）の光は、駆動部（１３０）の変更する前記距離のいずれの距離においても、第１の領域（１２０ａ）及び第２の領域（１２０ｂ）を透過する。

Description

本開示は、光の照射状態を変えられる照明装置及び照明装置により照明しながら撮像する撮像装置及び光源から発した光を受けて波面を変化させるレンズに関する。

従来、商店街、学校、電車等、様々な場所に、防犯等を目的として撮像する撮像装置の一種である監視カメラが設置されている。このような監視カメラには、被写体に対して赤外線を照射する赤外線照明装置が併設されることもあった。監視カメラの近辺に赤外線照明装置を設けることで、監視カメラの撮像範囲に対して赤外線を照射し、赤外線により照明された被写体を撮像することで、夜間や暗所においても被写体を監視し、記録することが可能となる。

特許文献１は、ズーム可能な監視カメラに搭載可能な照射領域を調整可能な照明装置を開示する。照明装置は光源と、第１レンズ、第２レンズとから構成される。第１レンズと第２レンズは、どちらも正の屈折パワーを有する。光源が出射する光は、第２レンズを透過後、第１レンズを透過し対象物を照明する。また、光軸に対して固定された第１レンズに対して第２レンズが光軸に沿って移動して照明範囲を調整できる。また、光源は第２レンズと共に移動する。これにより、任意の撮像範囲に対して照明装置が放射する光の照射範囲を調整することができる。

米国特許第８８８５０９５号明細書

本開示は、簡素な構成でありながら、広角端（ワイド端）と狭角端を広い範囲に設定しても効率よく光を照射できる小型のズーム照明装置及びズーム照明装置から出射する光を照射しながら撮像する撮像装置及びズーム照明装置に適したレンズを提供する。

本開示に係る照明装置は、光源と、透過面に負のパワーの第１の領域と正のパワーの第２の領域を有する照明光学系と、光源と照明光学系との相対的な距離を変更するズーム機構部と、を備える。光源の光は、ズーム機構部の変更する距離のいずれの距離においても、第１の領域及び第２の領域を透過する。

本開示の別の態様に係る照明装置は、複数の光源と、複数の照明光学系と、ズーム機構部と、を有する。複数の照明光学系は、複数の光源が発した光を受けて光の進行方向もしくは集光度もしくは発散度を変えた後に光を出射する。ズーム機構部は、複数の光源と複数の照明光学系との相対的な距離を変えることで複数の照明光学系から出射される光の進行方向もしくは集光度もしくは発散度を変えることが可能である。複数の光源は、第１の光源と第２の光源とを有する。複数の照明光学系は、第１の光学系と第２の光学系とを有する。照明装置は、θＷ＞θＴの関係を満たす。ここで、照明装置のズーム機構部が広角端に設定されるときの、第１の光源の位置、第２の光源の位置、第１の光学系の中心に相当する位置、および第２の光学系の中心に相当する位置を、それぞれ位置ＷＬ１、位置ＷＬ２、位置ＷＣ１、および位置ＷＣ２とする。照明装置のズーム機構部が遠端に設定されるときの、第１の光源の位置、第２の光源の位置、第１の光学系の中心に相当する位置、および第２の光学系の中心に相当する位置を、それぞれ位置ＴＬ１、位置ＴＬ２、位置ＴＣ１、および位置ＴＣ２とする。位置ＷＬ１と位置ＷＣ１とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＷ１とする。位置ＷＬ２と位置ＷＣ２とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＷ２とする。位置ＴＬ１と位置ＴＣ１とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＴ１とする。位置ＴＬ２と位置ＴＣ２とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＴ２とする。軸ＡＷ１と軸ＡＷ２とがなす角をθＷとする。軸ＡＴ１と軸ＡＴ２とがなす角をθＴとする。

本開示に係る撮像装置は、上記の照明装置と、撮像光学系と撮像素子を有するカメラと、を備える。

本開示に係るレンズは、透過面に負のパワーを有する第１の領域と正のパワーを有する第２の領域とを有する。第１の領域は、透過面の中央部に形成され、第２の領域は、第１の領域よりも大きい。第１の領域の焦点距離をｆ１、第２の領域の焦点距離をｆ２としたとき、｜ｆ２｜≧｜ｆ１｜を満たす。

図１は、第１の実施の形態の狭角端における照明装置の構成の概略を示す図である。 図２は、第１の実施の形態の広角端における照明装置の構成の概略を示す図である。 図３Ａは、第１の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図３Ｂは、第１の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図４Ａは、第２の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図４Ｂは、第２の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図５は、第３の実施の形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。 図６は、他の実施の形態のレンズの構成を示す図である。 図７は、他の実施の形態のレンズの構成を示す図である。 図８Ａは、第４の実施の形態に係る照明装置のレンズと光源の構成を模式的に示す図である。 図８Ｂは、第４の実施の形態に係る照明装置のレンズと光源の構成を模式的に示す図である。 図９Ａは、第５の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図９Ｂは、第５の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図１０は、第６の実施の形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。 図１１は、第７の実施の形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（第１の実施の形態）
［１−１．構成］
図１及び図２は、第１の実施の形態に係る照明装置１００の構成の一例を示した図である。図１は、照射範囲が最も狭い狭角端における照明装置１００を示す図である。図２は、照射範囲が最も広い広角端（ワイド端）における照明装置１００を示す図である。

照明装置１００は、光源１１０とレンズ１２０と駆動部１３０とを有する。光源１１０は、発光素子１１０ａと、接続端子１１０ｂと、パッケージ１１０ｃとを有する。発光素子１１０ａは、半導体光源であり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）である。パッケージ１１０ｃは、発光素子１１０ａを封止する。発光素子１１０ａは、発光状態を制御する図示しない発光制御回路と接続端子１１０ｂを介して接続される。また、発光素子１１０ａは、パッケージ１１０ｃに封止される。

発光素子１１０ａは、中心波長８５０ｎｍの赤外光を放射する。発光素子１１０ａの発光する部分の大きさは、０．０４平方ｍｍから２５平方ｍｍ程度であり、本実施の形態では１平方ｍｍのものを使用している。

パッケージ１１０ｃは、発光素子１１０ａの出射光を集光させる凸レンズの機能を持つように半球状になっている。半球状部分の曲率半径は０．５ｍｍから１０ｍｍ程度であり、ここでは２．０ｍｍとしている。なお、必要に応じて半球状の部分を非球面形状にしてもよいし、また凸レンズ機能を持たない平面としても構わない。パッケージ１１０ｃにおいて発光素子１１０ａの近傍に凸レンズ機能を持つ領域を配置することで、照明装置の光学系を小さくすることができる。

パッケージ１１０ｃの材料には、エポキシ系やシリコン系等の一般的に使われている樹脂を用いることができる。また、高い環境性能が求められる場合にはガラスを用いてもよく、特に材料に関して制約は無く、発光素子１１０ａから発する光が透過する材質であれば、如何なる材料でもよい。本実施の形態では、エポキシ系樹脂を用いている。

図３Ａ及び図３Ｂは、第１の実施の形態に係るレンズ１２０を説明する図である。図３Ａに示すように、レンズ１２０は、光源１１０の光が入射する第１の透過面１２１と光が出射する第２の透過面１２２とを有する。

図３Ｂは、第１の実施の形態に係るレンズ１２０の正面から見た図である。図３Ｂに示すように、第１の透過面１２１は、第１の領域１２０ａと第２の領域１２０ｂとを有する。第１の領域１２０ａは、レンズ１２０の光軸を通り、第１の透過面１２１の中央部に形成される。第２の領域１２０ｂは、第１の領域１２０ａを除いて、第１の領域１２０ａの周囲に形成されている。第１の領域１２０ａの面積は、第２の領域１２０ｂの面積に対して、１／１０から１／１０００程度である。

第２の透過面１２２は、その全面に第３の領域１２０ｃを有している。

第１の領域１２０ａは、負のパワーを有する凹面である。また、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃは、正のパワーを有する凸面である。

第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１は、−１ｍｍから−１０ｍｍ程度である。第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離ｆ２３は、１０ｍｍから１０００ｍｍ程度である。第１の実施の形態では、第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１は、−１．５ｍｍ、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離ｆ２３は、３０ｍｍである。

レンズ１２０の材料は、樹脂、ガラス等、一般的な光学材料の何れでもよく、特に制約は無い。本実施の形態では、アクリル系の樹脂を用いている。

図１に示すように、照射角度範囲を狭角端に設定する場合、発光素子１１０ａの発光面からレンズ１２０の第１の領域１２０ａの中心までの距離である間隔Ｌは、最大となる。このとき、間隔Ｌは、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離ｆ２３に設定する。こうすることで、照明装置１００は、狭角端において平行光を照射することもできる。

照明装置１００は、発光素子１１０ａとレンズ１２０との間隔Ｌを変えるズーム機構である駆動部１３０を有する。駆動部１３０は、光源を保持する保持部１３１と、光軸ＡＸ１に対して平行に伸びる駆動シャフト１３２を有する。駆動部１３０は、圧電モータ、超音波モータ等、各種のモータや、電磁アクチュエータを用いる構成等、様々な構成により実現可能であり、特に制約は無く如何なる構成も適用できる。駆動シャフト１３２は、スクリューギアなどを用いることができる。本実施の形態では電磁モータを用いてスクリューギアを回転させることにより保持部１３１をレンズの光軸ＡＸ１に平行に動かす構成としている。光源１１０は保持部１３１に固定されていて、レンズ１２０に対して光軸ＡＸ１方向に移動する。

光源１１０の発光素子１１０ａから出射した発散性の光は、パッケージ１１０ｃを透過し、発散性の光の状態のまま、レンズ１２０に入射する。このとき、レンズ１２０に入射する光のうち、第１の領域１２０ａに入射する光量は、第２の領域１２０ｂに入射する光量と比較して１／１０から１／１０００程度である。そのため、第２の透過面１２２から出射する光の大半は平行光に近い光となる。これにより光源１１０から出射される限られた光量の光を、遠方の撮像したい領域に効率よく照射できる。

一方、図２に示すように、照射角度範囲を広角端（ワイド端）に設定する場合、発光素子１１０ａとレンズ１２０のとの間隔Ｌは、最小となる。このときの間隔Ｌは、第２の領域１２０ｂの焦点距離と第３の領域１２０ｃの焦点距離の合成焦点距離ｆ２３よりも短い距離に設定する。

照明角度範囲が広角端において、発光素子１１０ａから出射した光は、第２の領域１２０ｂに対して第１の領域１２０ａに、より多く入射する。発光素子１１０ａから出射した光の大半を負のパワーを有する第１の領域１２０ａに入射させることで、強い発散性の光となり、広い角度範囲に光を照射することができる。

［１−２．効果］
第１の領域１２０ａの面積を第２の領域１２０ｂの面積の１／１０から１／１０００程度に設定したレンズ１２０を用いることで、広い角度に光を照射する場合に必要な発散性が強い光の生成と、遠くの対象物に光を照射する場合に必要な発散性もしくは収束性が弱い光の生成を、小型で簡素な光学系で実現できる。すなわち、第１の領域１２０ａの面積をＳ１、第２の領域の面積をＳ２としたとき、１／１０≧Ｓ１／Ｓ２≧１／１０００となるようにレンズ１２０を構成することで、広い角度に光を照射する場合に必要な発散性が強い光の生成と、遠くの対象物に光を照射する場合に必要な発散性もしくは収束性が弱い光の生成を、小型で簡素な光学系で実現できる。

また、中程度の角度から広い角度光を照射する場合、中央部と周辺部との光量の比である周辺光量比が改善されるので、撮像装置が撮像する画像は、全体に渡って輝度むらの少ない画像が得られ、画像のＳ／Ｎ及び飽和による劣化が改善される。

また、第１の実施の形態の照明装置１００は、第１の領域１２０ａの焦点距離をｆ１、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離をｆ２３としたとき、レンズ１２０は、｜ｆ２３｜≧｜ｆ１｜の関係を有する。｜ｆ２３｜≧｜ｆ１｜の関係を持たせることによって、凹レンズのビーム拡大効果が顕著となるので、広角に照明するように設定した場合には十分広い範囲を照明でき、狭角に照明するように設定した場合には照射範囲内の光の強度の均一性を保つもしくは中心よりも周辺の強度を高める等の所望の強度分布を得やすくなる。

（第２の実施の形態）
［２−１．構成］
図４Ａ及び図４Ｂは、第２の実施の形態に係る照明装置１００のレンズ１２０を模式的に示した図である。図４Ａは、第２の実施の形態に係るレンズ１２０の側面図、図４Ｂは、レンズ１２０を第１の透過面１２１側から見た図である。

第２の実施の形態２に係る照明装置は、第１の実施の形態に対してレンズ１２０のみが異なり、その他の構成は同様であるため、説明を省略する場合がある。

第２の実施の形態に係るレンズ１２０は、レンズ１２０の第２の領域１２０ｂが、平面となっている点において、レンズ１２０の第２の領域１２０ｂが正のパワーである凸面を有する第１の実施の形態と異なる。

第２の実施の形態におけるレンズ１２０は、第１の領域１２０ａが負のパワーを有する凹面であり、第３の領域１２０ｃが正のパワーを有する凸面であることは、第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態におけるレンズ１２０の第１の領域１２０ａの面積は、第２の領域１２０ｂの面積の１／１０から１／１０００程度である。第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１は、−１ｍｍから−１０ｍｍ程度、第２の領域１２０ｂの焦点距離ｆ２は、１０ｍｍから１０００ｍｍ程度である。また、レンズ１２０は、第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１の絶対値をｆ１ａとしたとき、ｆ２≧ｆ１ａの関係を有するように構成されている。

［２−１．効果］
第２の領域１２０ｂを平面とすることで、レンズに曲面に加工する工数が少なくでき、レンズを金型で成形して作製する場合には、金型を加工する費用が少なくできるので、安価な照明装置を提供することができる。

また、レンズ１２０を照明装置内で固定する際、第２の領域１２０ｂを基準面として用いることにより、レンズを精度よく取り付けることができる。

第１の領域の面積を第２の領域の１／１０から１／１０００程度に設定したレンズ１２０を用いることで、広い角度に光を照射する場合に必要な発散性が強い光の生成と、狭い角度に光を照射する場合に必要な発散性もしくは収束性が弱い光の生成を、小型で簡素な光学系で実現できる。また、中程度の角度から広い角度光を照射する場合、中央部と周辺部との光量の比である周辺光量比が改善される。したがって、撮像装置が撮像する画像は、全体に渡って輝度むらの少ない画像が得られ、画像のＳ／Ｎ及び飽和による劣化が改善される。

また、第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１の絶対値をｆ１ａとしたとき、レンズ１２０がｆ２≧ｆ１ａの関係を有することで、特に顕著に上述の効果が得られるも第１の実施の形態に示した照明装置と同様である。

（第３の実施の形態）
［３−１．構成］
図５は、第３の実施の形態に係る撮像装置１０を模式に示した図である。

撮像装置１０は、照明装置１００とカメラ２００と制御部３００とを有している。

照明装置１００は、第１の実施の形態と同様の構成を採るため説明を省略する。

カメラ２００は、撮像光学系としての撮像レンズ２１０と撮像素子２２０を有しており、所定の範囲を撮像する。また、撮像レンズ２１０はズーム機能を有しており、撮像範囲を調整することができる。

制御部３００は、発光制御回路３１０と駆動制御回路３２０とカメラ制御回路３３０を有している。発光制御回路３１０は、カメラ２００が撮像する画像が適切な明るさとなるように、光源１１０から出射する光の強度を制御する。また、発光制御回路３１０には、電流又は電圧を制御する一般的な回路または電流及び電圧を制御する一般的な回路を適用できる。駆動制御回路３２０は、カメラ２００が撮像する範囲に適切に光が照射されるように、カメラ制御回路３３０からカメラのズーミングの状態に関する信号を受け、照明装置１００のズームを制御する。カメラ制御回路３３０は、撮像する範囲が所望の範囲となるように撮像レンズ２１０のズーミングを制御する。

なお、第３の実施の形態の撮像装置１０において、第１の実施の形態に示した照明装置１００を用いているが、本開示の特徴を有する照明装置であれば何れの照明装置も撮像装置１０に用いることができる。また、カメラ２００は、その形状や機能に制約は全くなく、パンもしくはチルト機構を有しているもの、ドーム形状の筐体に内蔵されているもの等、如何なるカメラ装置であってもよい。

［３−２．効果］
第３の実施の形態の撮像装置１０によれば、カメラ２００のズーム状態すなわち画角に応じて照明装置１００の照射角度範囲を変更できる。そのため、撮像範囲の全面に亘って鮮明な画像を撮影することができる。

（第４の実施の形態）
［４−１．構成］
図８Ａおよび図８Ｂは、第４の実施の形態に係る照明装置１００のレンズ１２０と光源１１０とを模式的に示した図である。

図８Ａは、第４の実施の形態に係るレンズ１２０の側面図、図８Ｂは、レンズ１２０を第２の透過面１２２側から見た図である。

第４の実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に係る照明装置に対してレンズ１２０のみが異なり、その他の構成は同様であるため、説明を省略する場合がある。

第４の実施の形態に係るレンズ１２０は、第２の実施の形態の図４Ａおよび図４Ｂに示すレンズ１２０と概ね同様の構成であるが、レンズ１２０の周辺部に反射部１２０ｉを設けている。反射部１２０ｉは、凹面ミラーである。ここでいうミラーとは反射をする光学素子のことで、その実現方法は次に説明するものが挙げられる。すなわち、第４の実施の形態に係るレンズ１２０の反射部１２０ｉは、光源１１０の光を全反射する、いわゆるＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）レンズである。

また、反射部１２０ｉは、その表面に、金属もしくは誘電体多層膜等の一般的な反射膜を形成して構成しても良く、特に制約は無い。

実線で示した光源１１０は、照明範囲を狭角に設定したときの位置にあるときの光源、点線で示した光源１１０は、照明範囲を広角に設定したときの位置にあるときの光源を、それぞれ示している。すなわち、レンズ１２０に対して発光素子１１０が相対的に遠い位置にあるときに、照明範囲は狭角で、相対的に近い位置にあるときに、照明範囲は広角である。

照明範囲を狭角に設定したとき、光源１１０の発光素子１１０ａから出射する光のかなりの量は、直接にレンズ１２０の第１の透過面１２１に入射した後、レンズ１２０を出射する。またこのとき、発光素子１１０ａから出射する光のうち光軸ＡＸ１に対して大きな角度を持つ光は、直接にレンズ１２０の第１の透過面１２１に入射せず、反射部１２０ｉで反射された後、第１の透過面１２１に入射して、第２の透過面１２２から出射する。

他方、照明範囲を広角に設定したとき、光源１１０の発光素子１１０ａから出射する光の殆どが、反射部１２０ｉで反射されることなく直接に第１の透過面１２１に入射して、第２の透過面１２２から出射する。

［４−２．効果］
第４の実施の形態の照明装置１００によれば、光軸から大きく角度がずれた従来は利用されなかった光も利用できるようになる。このため、光源から出射される光の利用効率が高くなり、照明範囲を狭角に設定したときに遠方の必要な範囲に照射する光量を高めることができ、より遠くを鮮明に照明することができるようになる。また、この照明装置１００を備える撮像装置を用いることで、撮像装置の画角に応じた照明範囲を設定することができる。

（第５の実施の形態）
［５−１．構成］
図９Ａおよび図９Ｂは、第５の実施の形態に係る照明装置１００のレンズを模式的に示した図である。

図９Ａは、第５の実施の形態に係るレンズ１２０の側面図、図９Ｂは、レンズ１２０を第２の透過面１２２側から見た図である。

第５の実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に係る照明装置に対してレンズ１２０のみが異なり、その他の構成は同様であるため、説明を省略する場合がある。

第５の実施の形態に係るレンズ１２０は、第２の実施の形態の図４Ａおよび図４Ｂに示すレンズ１２０と概ね同様の構成であるが、透過面１２２の構成が異なっている。

透過面１２２は、複数の領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈを有し、領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈはそれぞれレンズパワーを持つ形状をなしている。領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈが有するそれぞれのレンズパワーすなわち焦点距離は異なっている。

光源から出射される光は、一般的に光軸の中心部の強度が一番高く、光軸からずれた角度の光程強度が弱くなる。フライアイレンズやロッドインテグレータ等のホモジナイザを用いない場合には、照明装置から出射される光は中心部の強度が強く、周辺に向かう程強度が弱くなっていく分布を持つ。その結果、撮像装置で撮像される画像は、周辺部に向かう程暗くなり、識別性能が低下するが、本実施の形態に係るレンズ１２０を用いることで大幅に改善できる。

一例として、所望の距離として３０ｍから１００ｍにおいて、照射する範囲の光の強度分布むらを改善したい場合について説明する。

第５の実施の形態にかかるレンズ１２０は、その領域１２０ｈの正のパワーが領域１２０ｇの正のパワーよりも大きい。光源とレンズ１２０との間隔は、領域１２０ｇから出射した光が照射する範囲に、領域１２０ｈから出射した光が重なるように、設定される。これにより、照射範囲の周辺部の強度は、領域１２０ｇからの光と領域１２０ｈとを重ね合わせたものとなり、一般的なレンズを用いた場合よりも強度が高められる。

ここでは、理解し易いように、領域１２０ｇと領域１２０ｈについて説明したが、他の領域についても同様な考えが適用できる。

図９Ａおよび図９Ｂにおいては、レンズ１２０の透過面１２２が５つの領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈを有する場合を示しているが、領域の数とレンズパワーは、どのような距離に対してどのような強度分布の光を照射するかを考慮して任意に変更しても構わない。

例えば、撮像装置自身にも、撮像レンズの特性に起因して、画像の中心部に比べて周辺部の方が暗いという特性を有していることが多いので、照明装置にはこのような特性を考慮して、周辺部の画質が改善されるように周辺部の光量が高くなるようにしてもよい。

［５−２．効果］
第５の実施の形態の照明装置によれば、照射範囲の中心から周辺部まで光の強度分布むらを改善し、周辺部でも明るく鮮明な画像を得ることができるようになる。

また、本実施の形態では、透過面１２２に複数の領域を持たせることについて述べたが、透過面１２１における領域１２０ａを複数の領域としても構わない。領域１２０ａを複数の領域にした場合には、照射角度範囲を広角端（ワイド端）に設定する場合の照射範囲をより広角にすることが可能となり、また強度分布も顕著に改善可能となる。

（第６の実施の形態）
［６−１．構成］
図１０は、第６の実施の形態に係る照明装置１００を模式的に示した図である。

第６の実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に係る照明装置に対して光源１１０が異なっており、また拡散素子１１１が新たに加わっている。

第１の実施の形態に係わる光源１１０はＬＥＤであったが、第６の実施の形態に係わる光源１１０は、半導体レーザを用いている。光源１１０に半導体レーザを用いることにより、ＬＥＤよりもより遠方を明るく照明できるようになる。

光源１１０である半導体レーザは、撮像装置の感度や視認性等、いくつかの必要な条件を考慮して適切な波長や出力が選ばれる。ここでは波長８０８ｎｍ、出力１０Ｗの光を発する半導体レーザとした。

半導体レーザは、ＬＥＤと比べて小さな発光点から大きな出力を得ることができる。具体的には、ＬＥＤであれば発光する領域の大きさが１ｍｍｘ１ｍｍのとき得られる光出力は１Ｗ程度である。一方、半導体レーザの場合は、発光する領域の大きさが２μｍｘ１００μｍで１０Ｗ程度が得られる。このときの発光する領域の単位面積当たりの光出力は、半導体レーザがＬＥＤの５万倍であり、光源１１０とレンズ１２０の距離の設定によっては、レンズ１２０から放射される光が非常に小さな大きさに、すなわち高い光密度に集光される場合があり得る。なお、ここでの半導体レーザはファブリペロー型を想定しているが面発光型であっても構わない。面発光型の場合、物理的な単位面積当たりの光強度は低くなるが、放射角を考慮したすなわちエテンデューを考慮すると、光学的な単位面積当たりの光強度はファブリペロー型と同様に高くなり得る。

拡散素子１１１は、光源１１０の発光素子１１０ａから出射される光を拡散させる。拡散素子１１１を設ける位置と拡散させる角度は、発光素子１１０ａの出射する光の放射角や照明装置の光学的な仕様に応じて決められる。ここでは、等価的な発光点の大きさが１ｍｍ四方で、拡散素子１１１が入射した光に与える拡散角を約０．３度となるようにした。拡散素子１１１を用いたことにより、光源１１０とレンズ１２０との距離に関わらず、レンズ１２０から放射される光は、ある程度大きな大きさまでにしか集光することができない。

なお、図１０においては示していないが、ズーム機能を持たせる場合には、光源１１０と拡散素子１１１との距離を固定し、レンズ１２０と光源１１０との距離を変えればよい。

［６−２．効果］
第６の実施の形態に係る照明装置によれば、レーザを用いた場合であっても、人体の特に眼に悪影響を与える程の高い光密度に集光しなくなる。レーザやＬＥＤから出射される光は、国際規格や各国独自の安全規格で安全な範囲が定められているが、その安全な範囲を満たしながら遠方まで明るく照明可能な照明装置を提供できる。

なお、ここでは光源に半導体レーザを用いた場合を述べたが、拡散素子を設けることは光源が半導体レーザの場合に限定されるものではない。如何なる光源を用いた場合にも拡散素子を設けることによる効果は発揮される。

（第７の実施の形態）
［７−１．構成］
図１１は、第７の実施の形態に係る照明装置１００を模式的に示した図である。

第７の実施の形態に係る照明装置１００は、第１の実施の形態に係る照明装置と同様の構成要素を有している。第７の実施の形態に係る照明装置が第１の実施の形態に係る照明装置と異なる点は、第１の実施の形態に係る照明装置が１組の光源１１０と照明光学系であるレンズ１２０を用いていたのに対して、第７の実施の形態に係る照明装置は第１及び第２の光源を含む２組の光源とレンズを用いていることである。

図１１は図面が煩雑になることを避けるために、動作と特徴を理解する上で必要な要素を限定して、概略的に示している。

レンズ１５１とレンズ１５２はそれぞれレンズ１２０と同様であるが、２つ有るので、別の番号を付している。

本実施の形態においては、第１及び第２の光源自身は図示していないが、光源１１０と同様の光源を２つ用いている。すなわち第１の光源と第２の光源は、それぞれ光源１１０で構成される。

ＴＬ１とＴＬ２は、照射角度範囲を狭角端に設定する場合の２つの光源の位置を、ＷＬ１、ＷＬ２は、照射角度範囲を広角端（ワイド端）に設定する場合の光源の位置をそれぞれ示している。

また、Ｃ１とＣ２は、それぞれレンズ１５１、レンズ１５２の中心の位置示している。

第１の実施の形態に係る照明装置においては、レンズは特定の位置に固定し、光源の位置をズーム機構部が動かす構成としているので、照明装置１００の照射範囲が、狭角端においても広角端においても同じ位置である。

また、ＴＡ１は狭角端における光源の位置ＴＬ１とレンズ１５１の中心位置Ｃ１とを結ぶ仮想的な軸、ＴＡ２は光源の位置ＴＬ２とレンズ１５２の中心位置Ｃ２とを結ぶ仮想的な軸、ＷＡ１は広角端における光源の位置ＷＬ１とレンズ１５１の中心位置Ｃ１結ぶ仮想的な軸、ＷＡ２は広角端における光源の位置ＷＬ２とレンズ１５２の中心位置Ｃ２結ぶ仮想的な軸である。

また、Ｍ１とＭ２は、それぞれ、照射角度範囲を狭角端に設定する場合の光源の位置と広角端（ワイド端）に設定する場合の光源の位置とを結ぶ仮想的な軸である。すなわち、軸Ｍ１とＭ２は、照射角度範囲を狭角端から広角端（ワイド端）にズームしたときの光源が移動する方向を示している。

本実施の形態に示す照明装置１００においては、軸ＴＡ１とＴＡ２とがほぼ平行となるようにしている。すなわち軸ＴＡ１とＴＡ２とがなす角度をθＴとすると、θＴはほぼ０度である。

一方、軸ＷＡ１とＷＡ２は異なる方向を向くようにしている。すなわち軸ＷＡ１と軸ＷＡ２とがなす角をθＷとすると、θＷは０度より大きく１８０度未満の大きさの角度となっている。

このような配置により、照射角度範囲を狭角側に設定した場合には、２組の光源とレンズから放射される光が重なり合うので、遠方の必要な領域を明るく照明することができる。また、照射角度範囲を広角側に設定した場合は、広い角度範囲を照射することができるので、画像の周辺部が暗くなることを軽減できる。

特に画像の縦と横の比が１：１ではない場合には、画像の長い方向に軸ＷＡ１とＷＡ２とが異なる角度となるようにすることで、より高い効果が得られる。

また、ここでは、光源とレンズを２組用いる場合を示したが、特に２組に限定されるわけではなく、必要に応じて数を増やしても構わない。また、軸ＴＡ１、ＴＡ２、ＷＡ１、ＷＡ２も必要に応じて任意に設定でき、軸ＴＡ１、ＴＡ２は平行でなくても構わない。θＷ＞θＴの関係を有していれば、顕著な効果を得ることができる。

［７−２．効果］
照射角度範囲を狭角側に設定した場合には、遠方の必要な領域を明るく照明することができ、照射角度範囲を広角側に設定した場合は、広い角度範囲を照射することができる明るい鮮明な画像が得られる照明装置を提供できるようになる。

また、本実施の形態に係る照明装置に用いるレンズに制約は全く無く、如何なるレンズを用いても効果が発揮される。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

（他の実施の形態）
第１の実施の形態では、レンズ１２０の位置を固定して光源１１０を光軸ＡＸ１方向に移動可能にズーム機構を実現したが、光源１１０の位置を固定して、レンズ１２０を動かしてもよい。光源１１０が高出力の光を放出する場合、放熱板もしくはファンを設ける必要が有るが、その場合、光源１１０の位置が固定されている方が、放熱の効率を高めることができ、また駆動部１３０が駆動する負荷が小さくて済むので、小型の照明装置を提供することができる。

また、光源１１０は、ＬＥＤに限定されるものではなく、半導体レーザ等のレーザであってもよい。レーザは、ＬＥＤよりもエテンデューが小さいので、その分、ズーム機能を有する光学系を小さくしても光源から出射される光を効率良く利用できる。

また、光源１１０は、半導体光源に限定されるものではなく、必要に応じて放電ランプや、白熱ランプ等、如何なる光源も適用できる。

また、光源１１０が出射する光の中心波長は８５０ｎｍとしたが、波長に特に制約はなく、如何なる波長の光源を用いてもよい。８５０ｎｍよりも更に長波長の赤外光である中心波長９４０ｎｍの光を出射する光源を用いることで、人間の眼では光源が発光しているとは全く認識されなくなるので、光を照射していることを知られたくない場合に適する。一方で、照射していることが全く問題とならない場合には可視光の波長域の光を出射する光源を用いてもよい。

また、パッケージ１１０ｃに凸レンズ機能を持たせることにより、レンズ１２０を小さくしても光源１１０から出射される光を効率よく利用できるようになるので、非常に小型の照明装置を提供することができる。光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤから出射される光は一般的にランバーシアンの特性を有するので、光の拡がり角度の半値全幅は１２０度程度である。光源の近傍に正のパワーを有する凸レンズ形状のものを配置することで、光源から出射される光の拡がり角を狭くできるので、照明光学系を構成するレンズを小さくしても光源から出射される光を効率よく利用することができるようになる。なお、ここでは、パッケージ１１０ｃに凸レンズ機能を持たせたが、パッケージ１１０ｃには凸レンズ機能を持たせず、パッケージ１１０ｃとは別に凸レンズ機能を有する素子を設けても何ら構わない。

また、光学系の大きさに特に制約が無い場合には、光源の近傍に凸レンズ機能を有する素子を配置しなくても構わない。

また、光源の近傍に凹レンズ機能を有する素子を配置してもよい。光源として半導体レーザを用いる場合に特に有効である。半導体レーザから出射される光の拡がり角度の半値全幅は一般的に、ファブリペロ型の場合、５から３０度程度、面発光型の場合、０から２０度程度である。光源である半導体レーザの近傍に凹レンズ機能を有する素子を配置することで、光源から出射される光の拡がり角を広くできるので、広角に照明するように設定した場合には十分広い範囲を照明できるようになる。光源の直近に負のパワーを有する凹レンズ形状のものが無い場合、照明範囲を可変するズーム動作を行うには、照明光学系と光源との相対的な距離を大きく動かさなければならない。光源の直近に負のパワーを有する凹レンズ機能を有する素子を設けることによって、移動距離を短くすることができ、小型の照明装置を実現することができる。

図６に示すように、レンズ１２０は、第１の透過面１２１に凹レンズ機能を持つ第１の領域１２０ａと凸レンズ機能を持つ第２の領域１２０ｂを有し、第２の透過面１２２の第３の領域１２０ｃは平面としてもよい。図６に示すレンズ１２０を、第１の実施の形態に示すレンズ１２０の代わりに用いることで、照明装置１００を構成することができる。

また、図７に示すように、レンズ１２０は、第１の透過面１２１に平面の第３の領域１２０ｃを有し、第２の透過面１２２に凹レンズ機能を持つ第１の領域１２０ａと凸レンズ機能を持つ第２の領域１２０ｂを設けてもよい。図７に示すレンズ１２０を、第１の実施の形態に示すレンズ１２０の代わりに用いることで、照明装置１００を構成することができる。

光源１１０から出射した光は、第１の透過面１２１側から入射した後、第２の透過面１２２から出射する。

本開示の照明装置１００に用いられる何れのレンズ１２０においても、凹レンズ機能を持つ領域は、光源から出射した光が入射する光源に近い側の透過面であっても、光源から出射した光が出射する光源に遠い側の透過面のどちらに形成されていてもよい。

また、凹レンズ機能を持つ領域及び凸レンズ機能を持つ領域には、単一の曲率を持つ球面であってもよいし、非球面形状としてもよい。領域を非球面形状とすることで、照射する光の均一性を高めたり、照射角度範囲をより広く調整したりすることができる。

また、レンズ１２０の各面は、アナモルフィック形状でも構わない。領域をアナモルフィック形状とすることで、撮像する範囲の縦と横との比が１：１とは異なる場合に、その異なる比に応じて高い光の利用効率で適切に光を照射することができる。領域がアナモルフィック形状の場合は、それぞれの領域における平均的な焦点距離をその領域の焦点距離として設計することができる。

また、レンズ１２０の各面は、フレネルレンズや回折レンズ等、凹レンズ機能及び凸レンズ機能を持たせることができるのであれば、どのような構成であっても構わない。

また、レンズ１２０は。光源からの光の進行方向もしくは集光度もしくは発散度を変えるものであればレンズ以外の光学素子でもよい。

また、照明装置１００を構成する光源１１０とレンズ１２０はそれぞれ１つに限定されず、所望の範囲において必要な光量を得るために、複数の光源１１０とレンズ１２０を用いても構わない。

また、レンズ１２０の外形を一部切り、不要な部分を無くしても構わない。光源とレンズを複数用いる場合、レンズの外形を一部切ることで、効率よく光源とレンズ１２０を配置することができ、小型でも明るい照明装置を提供することができる。

また、本開示の照明装置に用いられるレンズ１２０は、第１の実施の形態に示すレンズ１２０や第２の実施の形態に示すレンズ１２０の他にも様々な形態を取り得る。レンズ１２０が、レンズの中央部に凹レンズ機能を持つ領域を有し、凹レンズ機能を持つ領域の外周部もしくは凹レンズ機能を持つ領域を形成した透過面とは異なる透過面に凸レンズ機能を持つ領域を有しており、凸レンズ機能を持つ領域が凹レンズ機能を持つ領域よりも大きければ、本開示の照明装置で得られる効果を発揮する。

本発明の照明装置は、ズーム光学系が簡素で小型にでき、撮像範囲全面に渡って強度むらの少ない光を照射することができ、夜間にもしくは暗い場所へ光を照らす照明装置全般に適用することが可能である。

また、本発明の照明装置は、夜間にもしくは暗い場所へ照明することで鮮明な画像を得ることが求められる監視カメラ、ナイトビジョン等、撮像装置全般に適用することが可能である。

１０ 撮像装置
１００ 照明装置
１１０ 光源
１１０ａ 発光素子
１１０ｂ 接続端子
１１０ｃ パッケージ
１１１ 拡散素子
１２０ レンズ
１２１ 第１の透過面
１２２ 第２の透過面
１２０ａ 第１の領域
１２０ｂ 第２の領域
１２０ｃ 第３の領域
１２０ｄ〜１２０ｈ 領域
１２０ｉ 反射部
１３０ 駆動部（ズーム機構部）
１３１ 保持部
１３２ 駆動シャフト
１５１ レンズ
１５２ レンズ
２００ カメラ
２１０ 撮像レンズ
２２０ 撮像素子
３００ 制御部
３１０ 発光制御回路
３２０ 駆動制御回路
３３０ カメラ制御回路
ＡＸ１ 光軸
Ｍ１ 軸
Ｍ２ 軸
ＴＡ１ 軸
ＴＡ２ 軸
Ｃ１ レンズの位置
Ｃ２ レンズの位置
ＴＬ１ 光源の位置
ＴＬ２ 光源の位置
ＷＡ１ 軸
ＷＡ２ 軸
ＷＬ１ 光源の位置
ＷＬ２ 光源の位置

本開示は、光の照射状態を変えられる照明装置及び照明装置により照明しながら撮像する撮像装置及び光源から発した光を受けて波面を変化させるレンズに関する。

従来、商店街、学校、電車等、様々な場所に、防犯等を目的として撮像する撮像装置の一種である監視カメラが設置されている。このような監視カメラには、被写体に対して赤外線を照射する赤外線照明装置が併設されることもあった。監視カメラの近辺に赤外線照明装置を設けることで、監視カメラの撮像範囲に対して赤外線を照射し、赤外線により照明された被写体を撮像することで、夜間や暗所においても被写体を監視し、記録することが可能となる。

特許文献１は、ズーム可能な監視カメラに搭載可能な照射領域を調整可能な照明装置を開示する。照明装置は光源と、第１レンズ、第２レンズとから構成される。第１レンズと第２レンズは、どちらも正の屈折パワーを有する。光源が出射する光は、第２レンズを透過後、第１レンズを透過し対象物を照明する。また、光軸に対して固定された第１レンズに対して第２レンズが光軸に沿って移動して照明範囲を調整できる。また、光源は第２レンズと共に移動する。これにより、任意の撮像範囲に対して照明装置が放射する光の照射範囲を調整することができる。

米国特許第８８８５０９５号明細書

本開示は、簡素な構成でありながら、広角端（ワイド端）と狭角端を広い範囲に設定しても効率よく光を照射できる小型のズーム照明装置及びズーム照明装置から出射する光を照射しながら撮像する撮像装置及びズーム照明装置に適したレンズを提供する。

本開示に係る照明装置は、光源と、透過面に負のパワーの第１の領域と正のパワーの第２の領域を有する照明光学系と、光源と照明光学系との相対的な距離を変更するズーム機構部と、を備える。光源の光は、ズーム機構部の変更する距離のいずれの距離においても、第１の領域及び第２の領域を透過する。

本開示の別の態様に係る照明装置は、複数の光源と、複数の照明光学系と、ズーム機構部と、を有する。複数の照明光学系は、複数の光源が発した光を受けて光の進行方向もしくは集光度もしくは発散度を変えた後に光を出射する。ズーム機構部は、複数の光源と複数の照明光学系との相対的な距離を変えることで複数の照明光学系から出射される光の進行方向もしくは集光度もしくは発散度を変えることが可能である。複数の光源は、第１の光源と第２の光源とを有する。複数の照明光学系は、第１の光学系と第２の光学系とを有する。照明装置は、θＷ＞θＴの関係を満たす。ここで、照明装置のズーム機構部が広角端に設定されるときの、第１の光源の位置、第２の光源の位置、第１の光学系の中心に相当する位置、および第２の光学系の中心に相当する位置を、それぞれ位置ＷＬ１、位置ＷＬ２、位置ＷＣ１、および位置ＷＣ２とする。照明装置のズーム機構部が遠端に設定されるときの、第１の光源の位置、第２の光源の位置、第１の光学系の中心に相当する位置、および第２の光学系の中心に相当する位置を、それぞれ位置ＴＬ１、位置ＴＬ２、位置ＴＣ１、および位置ＴＣ２とする。位置ＷＬ１と位置ＷＣ１とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＷ１とする。位置ＷＬ２と位置ＷＣ２とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＷ２とする。位置ＴＬ１と位置ＴＣ１とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＴ１とする。位置ＴＬ２と位置ＴＣ２とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＴ２とする。軸ＡＷ１と軸ＡＷ２とがなす角をθＷとする。軸ＡＴ１と軸ＡＴ２とがなす角をθＴとする。

本開示に係る撮像装置は、上記の照明装置と、撮像光学系と撮像素子を有するカメラと、を備える。

本開示に係るレンズは、透過面に負のパワーを有する第１の領域と正のパワーを有する第２の領域とを有する。第１の領域は、透過面の中央部に形成され、第２の領域は、第１の領域よりも大きい。第１の領域の焦点距離をｆ１、第２の領域の焦点距離をｆ２としたとき、｜ｆ２｜≧｜ｆ１｜を満たす。

図１は、第１の実施の形態の狭角端における照明装置の構成の概略を示す図である。 図２は、第１の実施の形態の広角端における照明装置の構成の概略を示す図である。 図３Ａは、第１の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図３Ｂは、第１の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図４Ａは、第２の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図４Ｂは、第２の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図５は、第３の実施の形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。 図６は、他の実施の形態のレンズの構成を示す図である。 図７は、他の実施の形態のレンズの構成を示す図である。 図８Ａは、第４の実施の形態に係る照明装置のレンズと光源の構成を模式的に示す図である。 図８Ｂは、第４の実施の形態に係る照明装置のレンズと光源の構成を模式的に示す図である。 図９Ａは、第５の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図９Ｂは、第５の実施の形態の照明装置のレンズの構成を示す図である。 図１０は、第６の実施の形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。 図１１は、第７の実施の形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（第１の実施の形態）
［１−１．構成］
図１及び図２は、第１の実施の形態に係る照明装置１００の構成の一例を示した図である。図１は、照射範囲が最も狭い狭角端における照明装置１００を示す図である。図２は、照射範囲が最も広い広角端（ワイド端）における照明装置１００を示す図である。

照明装置１００は、光源１１０とレンズ１２０と駆動部１３０とを有する。光源１１０は、発光素子１１０ａと、接続端子１１０ｂと、パッケージ１１０ｃとを有する。発光素子１１０ａは、半導体光源であり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）である。パッケージ１１０ｃは、発光素子１１０ａを封止する。発光素子１１０ａは、発光状態を制御する図示しない発光制御回路と接続端子１１０ｂを介して接続される。また、発光素子１１０ａは、パッケージ１１０ｃに封止される。

発光素子１１０ａは、中心波長８５０ｎｍの赤外光を放射する。発光素子１１０ａの発光する部分の大きさは、０．０４平方ｍｍから２５平方ｍｍ程度であり、本実施の形態では１平方ｍｍのものを使用している。

パッケージ１１０ｃは、発光素子１１０ａの出射光を集光させる凸レンズの機能を持つように半球状になっている。半球状部分の曲率半径は０．５ｍｍから１０ｍｍ程度であり、ここでは２．０ｍｍとしている。なお、必要に応じて半球状の部分を非球面形状にしてもよいし、また凸レンズ機能を持たない平面としても構わない。パッケージ１１０ｃにおいて発光素子１１０ａの近傍に凸レンズ機能を持つ領域を配置することで、照明装置の光学系を小さくすることができる。

パッケージ１１０ｃの材料には、エポキシ系やシリコン系等の一般的に使われている樹脂を用いることができる。また、高い環境性能が求められる場合にはガラスを用いてもよく、特に材料に関して制約は無く、発光素子１１０ａから発する光が透過する材質であれば、如何なる材料でもよい。本実施の形態では、エポキシ系樹脂を用いている。

図３Ａ及び図３Ｂは、第１の実施の形態に係るレンズ１２０を説明する図である。図３Ａに示すように、レンズ１２０は、光源１１０の光が入射する第１の透過面１２１と光が出射する第２の透過面１２２とを有する。

図３Ｂは、第１の実施の形態に係るレンズ１２０の正面から見た図である。図３Ｂに示すように、第１の透過面１２１は、第１の領域１２０ａと第２の領域１２０ｂとを有する。第１の領域１２０ａは、レンズ１２０の光軸を通り、第１の透過面１２１の中央部に形成される。第２の領域１２０ｂは、第１の領域１２０ａを除いて、第１の領域１２０ａの周囲に形成されている。第１の領域１２０ａの面積は、第２の領域１２０ｂの面積に対して、１／１０から１／１０００程度である。

第２の透過面１２２は、その全面に第３の領域１２０ｃを有している。

第１の領域１２０ａは、負のパワーを有する凹面である。また、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃは、正のパワーを有する凸面である。

第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１は、−１ｍｍから−１０ｍｍ程度である。第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離ｆ２３は、１０ｍｍから１０００ｍｍ程度である。第１の実施の形態では、第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１は、−１．５ｍｍ、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離ｆ２３は、３０ｍｍである。

レンズ１２０の材料は、樹脂、ガラス等、一般的な光学材料の何れでもよく、特に制約は無い。本実施の形態では、アクリル系の樹脂を用いている。

図１に示すように、照射角度範囲を狭角端に設定する場合、発光素子１１０ａの発光面からレンズ１２０の第１の領域１２０ａの中心までの距離である間隔Ｌは、最大となる。このとき、間隔Ｌは、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離ｆ２３に設定する。こうすることで、照明装置１００は、狭角端において平行光を照射することもできる。

照明装置１００は、発光素子１１０ａとレンズ１２０との間隔Ｌを変えるズーム機構である駆動部１３０を有する。駆動部１３０は、光源を保持する保持部１３１と、光軸ＡＸ１に対して平行に伸びる駆動シャフト１３２を有する。駆動部１３０は、圧電モータ、超音波モータ等、各種のモータや、電磁アクチュエータを用いる構成等、様々な構成により実現可能であり、特に制約は無く如何なる構成も適用できる。駆動シャフト１３２は、スクリューギアなどを用いることができる。本実施の形態では電磁モータを用いてスクリューギアを回転させることにより保持部１３１をレンズの光軸ＡＸ１に平行に動かす構成としている。光源１１０は保持部１３１に固定されていて、レンズ１２０に対して光軸ＡＸ１方向に移動する。

光源１１０の発光素子１１０ａから出射した発散性の光は、パッケージ１１０ｃを透過し、発散性の光の状態のまま、レンズ１２０に入射する。このとき、レンズ１２０に入射する光のうち、第１の領域１２０ａに入射する光量は、第２の領域１２０ｂに入射する光量と比較して１／１０から１／１０００程度である。そのため、第２の透過面１２２から出射する光の大半は平行光に近い光となる。これにより光源１１０から出射される限られた光量の光を、遠方の撮像したい領域に効率よく照射できる。

一方、図２に示すように、照射角度範囲を広角端（ワイド端）に設定する場合、発光素子１１０ａとレンズ１２０のとの間隔Ｌは、最小となる。このときの間隔Ｌは、第２の領域１２０ｂの焦点距離と第３の領域１２０ｃの焦点距離の合成焦点距離ｆ２３よりも短い距離に設定する。

照明角度範囲が広角端において、発光素子１１０ａから出射した光は、第２の領域１２０ｂに対して第１の領域１２０ａに、より多く入射する。発光素子１１０ａから出射した光の大半を負のパワーを有する第１の領域１２０ａに入射させることで、強い発散性の光となり、広い角度範囲に光を照射することができる。

［１−２．効果］
第１の領域１２０ａの面積を第２の領域１２０ｂの面積の１／１０から１／１０００程度に設定したレンズ１２０を用いることで、広い角度に光を照射する場合に必要な発散性が強い光の生成と、遠くの対象物に光を照射する場合に必要な発散性もしくは収束性が弱い光の生成を、小型で簡素な光学系で実現できる。すなわち、第１の領域１２０ａの面積をＳ１、第２の領域の面積をＳ２としたとき、１／１０≧Ｓ１／Ｓ２≧１／１０００となるようにレンズ１２０を構成することで、広い角度に光を照射する場合に必要な発散性が強い光の生成と、遠くの対象物に光を照射する場合に必要な発散性もしくは収束性が弱い光の生成を、小型で簡素な光学系で実現できる。

また、中程度の角度から広い角度光を照射する場合、中央部と周辺部との光量の比である周辺光量比が改善されるので、撮像装置が撮像する画像は、全体に渡って輝度むらの少ない画像が得られ、画像のＳ／Ｎ及び飽和による劣化が改善される。

また、第１の実施の形態の照明装置１００は、第１の領域１２０ａの焦点距離をｆ１、第２の領域１２０ｂと第３の領域１２０ｃの合成焦点距離をｆ２３としたとき、レンズ１２０は、｜ｆ２３｜≧｜ｆ１｜の関係を有する。｜ｆ２３｜≧｜ｆ１｜の関係を持たせることによって、凹レンズのビーム拡大効果が顕著となるので、広角に照明するように設定した場合には十分広い範囲を照明でき、狭角に照明するように設定した場合には照射範囲内の光の強度の均一性を保つもしくは中心よりも周辺の強度を高める等の所望の強度分布を得やすくなる。

（第２の実施の形態）
［２−１．構成］
図４Ａ及び図４Ｂは、第２の実施の形態に係る照明装置１００のレンズ１２０を模式的に示した図である。図４Ａは、第２の実施の形態に係るレンズ１２０の側面図、図４Ｂは、レンズ１２０を第１の透過面１２１側から見た図である。

第２の実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に対してレンズ１２０のみが異なり、その他の構成は同様であるため、説明を省略する場合がある。

第２の実施の形態に係るレンズ１２０は、レンズ１２０の第２の領域１２０ｂが、平面となっている点において、レンズ１２０の第２の領域１２０ｂが正のパワーである凸面を有する第１の実施の形態と異なる。

第２の実施の形態におけるレンズ１２０は、第１の領域１２０ａが負のパワーを有する凹面であり、第３の領域１２０ｃが正のパワーを有する凸面であることは、第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態におけるレンズ１２０の第１の領域１２０ａの面積は、第２の領域１２０ｂの面積の１／１０から１／１０００程度である。第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１は、−１ｍｍから−１０ｍｍ程度、第２の領域１２０ｂの焦点距離ｆ２は、１０ｍｍから１０００ｍｍ程度である。また、レンズ１２０は、第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１の絶対値をｆ１ａとしたとき、ｆ２≧ｆ１ａの関係を有するように構成されている。

［２−１．効果］
第２の領域１２０ｂを平面とすることで、レンズに曲面に加工する工数が少なくでき、レンズを金型で成形して作製する場合には、金型を加工する費用が少なくできるので、安価な照明装置を提供することができる。

また、レンズ１２０を照明装置内で固定する際、第２の領域１２０ｂを基準面として用いることにより、レンズを精度よく取り付けることができる。

第１の領域の面積を第２の領域の１／１０から１／１０００程度に設定したレンズ１２０を用いることで、広い角度に光を照射する場合に必要な発散性が強い光の生成と、狭い角度に光を照射する場合に必要な発散性もしくは収束性が弱い光の生成を、小型で簡素な光学系で実現できる。また、中程度の角度から広い角度光を照射する場合、中央部と周辺部との光量の比である周辺光量比が改善される。したがって、撮像装置が撮像する画像は、全体に渡って輝度むらの少ない画像が得られ、画像のＳ／Ｎ及び飽和による劣化が改善される。

また、第１の領域１２０ａの焦点距離ｆ１の絶対値をｆ１ａとしたとき、レンズ１２０がｆ２≧ｆ１ａの関係を有することで、特に顕著に上述の効果が得られるも第１の実施の形態に示した照明装置と同様である。

（第３の実施の形態）
［３−１．構成］
図５は、第３の実施の形態に係る撮像装置１０を模式に示した図である。

撮像装置１０は、照明装置１００とカメラ２００と制御部３００とを有している。

照明装置１００は、第１の実施の形態と同様の構成を採るため説明を省略する。

カメラ２００は、撮像光学系としての撮像レンズ２１０と撮像素子２２０を有しており、所定の範囲を撮像する。また、撮像レンズ２１０はズーム機能を有しており、撮像範囲を調整することができる。

制御部３００は、発光制御回路３１０と駆動制御回路３２０とカメラ制御回路３３０を有している。発光制御回路３１０は、カメラ２００が撮像する画像が適切な明るさとなるように、光源１１０から出射する光の強度を制御する。また、発光制御回路３１０には、電流又は電圧を制御する一般的な回路または電流及び電圧を制御する一般的な回路を適用できる。駆動制御回路３２０は、カメラ２００が撮像する範囲に適切に光が照射されるように、カメラ制御回路３３０からカメラのズーミングの状態に関する信号を受け、照明装置１００のズームを制御する。カメラ制御回路３３０は、撮像する範囲が所望の範囲となるように撮像レンズ２１０のズーミングを制御する。

なお、第３の実施の形態の撮像装置１０において、第１の実施の形態に示した照明装置１００を用いているが、本開示の特徴を有する照明装置であれば何れの照明装置も撮像装置１０に用いることができる。また、カメラ２００は、その形状や機能に制約は全くなく、パンもしくはチルト機構を有しているもの、ドーム形状の筐体に内蔵されているもの等、如何なるカメラ装置であってもよい。

［３−２．効果］
第３の実施の形態の撮像装置１０によれば、カメラ２００のズーム状態すなわち画角に応じて照明装置１００の照射角度範囲を変更できる。そのため、撮像範囲の全面に亘って鮮明な画像を撮影することができる。

（第４の実施の形態）
［４−１．構成］
図８Ａおよび図８Ｂは、第４の実施の形態に係る照明装置１００のレンズ１２０と光源１１０とを模式的に示した図である。

図８Ａは、第４の実施の形態に係るレンズ１２０の側面図、図８Ｂは、レンズ１２０を第２の透過面１２２側から見た図である。

第４の実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に係る照明装置に対してレンズ１２０のみが異なり、その他の構成は同様であるため、説明を省略する場合がある。

第４の実施の形態に係るレンズ１２０は、第２の実施の形態の図４Ａおよび図４Ｂに示すレンズ１２０と概ね同様の構成であるが、レンズ１２０の周辺部に反射部１２０ｉを設けている。反射部１２０ｉは、凹面ミラーである。ここでいうミラーとは反射をする光学素子のことで、その実現方法は次に説明するものが挙げられる。すなわち、第４の実施の形態に係るレンズ１２０の反射部１２０ｉは、光源１１０の光を全反射する、いわゆるＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）レンズである。

また、反射部１２０ｉは、その表面に、金属もしくは誘電体多層膜等の一般的な反射膜を形成して構成しても良く、特に制約は無い。

実線で示した光源１１０は、照明範囲を狭角に設定したときの位置にあるときの光源、点線で示した光源１１０は、照明範囲を広角に設定したときの位置にあるときの光源を、それぞれ示している。すなわち、レンズ１２０に対して発光素子１１０が相対的に遠い位置にあるときに、照明範囲は狭角で、相対的に近い位置にあるときに、照明範囲は広角である。

照明範囲を狭角に設定したとき、光源１１０の発光素子１１０ａから出射する光のかなりの量は、直接にレンズ１２０の第１の透過面１２１に入射した後、レンズ１２０を出射する。またこのとき、発光素子１１０ａから出射する光のうち光軸ＡＸ１に対して大きな角度を持つ光は、直接にレンズ１２０の第１の透過面１２１に入射せず、反射部１２０ｉで反射された後、第１の透過面１２１に入射して、第２の透過面１２２から出射する。

他方、照明範囲を広角に設定したとき、光源１１０の発光素子１１０ａから出射する光の殆どが、反射部１２０ｉで反射されることなく直接に第１の透過面１２１に入射して、第２の透過面１２２から出射する。

［４−２．効果］
第４の実施の形態の照明装置１００によれば、光軸から大きく角度がずれた従来は利用されなかった光も利用できるようになる。このため、光源から出射される光の利用効率が高くなり、照明範囲を狭角に設定したときに遠方の必要な範囲に照射する光量を高めることができ、より遠くを鮮明に照明することができるようになる。また、この照明装置１００を備える撮像装置を用いることで、撮像装置の画角に応じた照明範囲を設定することができる。

（第５の実施の形態）
［５−１．構成］
図９Ａおよび図９Ｂは、第５の実施の形態に係る照明装置１００のレンズを模式的に示した図である。

図９Ａは、第５の実施の形態に係るレンズ１２０の側面図、図９Ｂは、レンズ１２０を第２の透過面１２２側から見た図である。

第５の実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に係る照明装置に対してレンズ１２０のみが異なり、その他の構成は同様であるため、説明を省略する場合がある。

第５の実施の形態に係るレンズ１２０は、第２の実施の形態の図４Ａおよび図４Ｂに示すレンズ１２０と概ね同様の構成であるが、透過面１２２の構成が異なっている。

透過面１２２は、複数の領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈを有し、領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈはそれぞれレンズパワーを持つ形状をなしている。領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈが有するそれぞれのレンズパワーすなわち焦点距離は異なっている。

光源から出射される光は、一般的に光軸の中心部の強度が一番高く、光軸からずれた角度の光程強度が弱くなる。フライアイレンズやロッドインテグレータ等のホモジナイザを用いない場合には、照明装置から出射される光は中心部の強度が強く、周辺に向かう程強度が弱くなっていく分布を持つ。その結果、撮像装置で撮像される画像は、周辺部に向かう程暗くなり、識別性能が低下するが、本実施の形態に係るレンズ１２０を用いることで大幅に改善できる。

一例として、所望の距離として３０ｍから１００ｍにおいて、照射する範囲の光の強度分布むらを改善したい場合について説明する。

第５の実施の形態にかかるレンズ１２０は、その領域１２０ｈの正のパワーが領域１２０ｇの正のパワーよりも大きい。光源とレンズ１２０との間隔は、領域１２０ｇから出射した光が照射する範囲に、領域１２０ｈから出射した光が重なるように、設定される。これにより、照射範囲の周辺部の強度は、領域１２０ｇからの光と領域１２０ｈとを重ね合わせたものとなり、一般的なレンズを用いた場合よりも強度が高められる。

ここでは、理解し易いように、領域１２０ｇと領域１２０ｈについて説明したが、他の領域についても同様な考えが適用できる。

図９Ａおよび図９Ｂにおいては、レンズ１２０の透過面１２２が５つの領域１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈを有する場合を示しているが、領域の数とレンズパワーは、どのような距離に対してどのような強度分布の光を照射するかを考慮して任意に変更しても構わない。

例えば、撮像装置自身にも、撮像レンズの特性に起因して、画像の中心部に比べて周辺部の方が暗いという特性を有していることが多いので、照明装置にはこのような特性を考慮して、周辺部の画質が改善されるように周辺部の光量が高くなるようにしてもよい。

［５−２．効果］
第５の実施の形態の照明装置によれば、照射範囲の中心から周辺部まで光の強度分布むらを改善し、周辺部でも明るく鮮明な画像を得ることができるようになる。

また、本実施の形態では、透過面１２２に複数の領域を持たせることについて述べたが、透過面１２１における領域１２０ａを複数の領域としても構わない。領域１２０ａを複数の領域にした場合には、照射角度範囲を広角端（ワイド端）に設定する場合の照射範囲をより広角にすることが可能となり、また強度分布も顕著に改善可能となる。

（第６の実施の形態）
［６−１．構成］
図１０は、第６の実施の形態に係る照明装置１００を模式的に示した図である。

第６の実施の形態に係る照明装置は、第１の実施の形態に係る照明装置に対して光源１１０が異なっており、また拡散素子１１１が新たに加わっている。

第１の実施の形態に係わる光源１１０はＬＥＤであったが、第６の実施の形態に係わる光源１１０は、半導体レーザを用いている。光源１１０に半導体レーザを用いることにより、ＬＥＤよりもより遠方を明るく照明できるようになる。

光源１１０である半導体レーザは、撮像装置の感度や視認性等、いくつかの必要な条件を考慮して適切な波長や出力が選ばれる。ここでは波長８０８ｎｍ、出力１０Ｗの光を発する半導体レーザとした。

半導体レーザは、ＬＥＤと比べて小さな発光点から大きな出力を得ることができる。具体的には、ＬＥＤであれば発光する領域の大きさが１ｍｍｘ１ｍｍのとき得られる光出力は１Ｗ程度である。一方、半導体レーザの場合は、発光する領域の大きさが２μｍｘ１００μｍで１０Ｗ程度が得られる。このときの発光する領域の単位面積当たりの光出力は、半導体レーザがＬＥＤの５万倍であり、光源１１０とレンズ１２０の距離の設定によっては、レンズ１２０から放射される光が非常に小さな大きさに、すなわち高い光密度に集光される場合があり得る。なお、ここでの半導体レーザはファブリペロー型を想定しているが面発光型であっても構わない。面発光型の場合、物理的な単位面積当たりの光強度は低くなるが、放射角を考慮したすなわちエテンデューを考慮すると、光学的な単位面積当たりの光強度はファブリペロー型と同様に高くなり得る。

拡散素子１１１は、光源１１０の発光素子１１０ａから出射される光を拡散させる。拡散素子１１１を設ける位置と拡散させる角度は、発光素子１１０ａの出射する光の放射角や照明装置の光学的な仕様に応じて決められる。ここでは、等価的な発光点の大きさが１ｍｍ四方で、拡散素子１１１が入射した光に与える拡散角を約０．３度となるようにした。拡散素子１１１を用いたことにより、光源１１０とレンズ１２０との距離に関わらず、レンズ１２０から放射される光は、ある程度大きな大きさまでにしか集光することができない。

なお、図１０においては示していないが、ズーム機能を持たせる場合には、光源１１０と拡散素子１１１との距離を固定し、レンズ１２０と光源１１０との距離を変えればよい。

［６−２．効果］
第６の実施の形態に係る照明装置によれば、レーザを用いた場合であっても、人体の特に眼に悪影響を与える程の高い光密度に集光しなくなる。レーザやＬＥＤから出射される光は、国際規格や各国独自の安全規格で安全な範囲が定められているが、その安全な範囲を満たしながら遠方まで明るく照明可能な照明装置を提供できる。

なお、ここでは光源に半導体レーザを用いた場合を述べたが、拡散素子を設けることは光源が半導体レーザの場合に限定されるものではない。如何なる光源を用いた場合にも拡散素子を設けることによる効果は発揮される。

（第７の実施の形態）
［７−１．構成］
図１１は、第７の実施の形態に係る照明装置１００を模式的に示した図である。

第７の実施の形態に係る照明装置１００は、第１の実施の形態に係る照明装置と同様の構成要素を有している。第７の実施の形態に係る照明装置が第１の実施の形態に係る照明装置と異なる点は、第１の実施の形態に係る照明装置が１組の光源１１０と照明光学系であるレンズ１２０を用いていたのに対して、第７の実施の形態に係る照明装置は第１及び第２の光源を含む２組の光源とレンズを用いていることである。

図１１は図面が煩雑になることを避けるために、動作と特徴を理解する上で必要な要素を限定して、概略的に示している。

レンズ１５１とレンズ１５２はそれぞれレンズ１２０と同様であるが、２つ有るので、別の番号を付している。

本実施の形態においては、第１及び第２の光源自身は図示していないが、光源１１０と同様の光源を２つ用いている。すなわち第１の光源と第２の光源は、それぞれ光源１１０で構成される。

ＴＬ１とＴＬ２は、照射角度範囲を狭角端に設定する場合の２つの光源の位置を、ＷＬ１、ＷＬ２は、照射角度範囲を広角端（ワイド端）に設定する場合の光源の位置をそれぞれ示している。

また、Ｃ１とＣ２は、それぞれレンズ１５１、レンズ１５２の中心の位置を示している。

第１の実施の形態に係る照明装置においては、レンズは特定の位置に固定し、光源の位置をズーム機構部が動かす構成としているので、照明装置１００の照射範囲が、狭角端においても広角端においても同じ位置である。

また、ＴＡ１は狭角端における光源の位置ＴＬ１とレンズ１５１の中心位置Ｃ１とを結ぶ仮想的な軸、ＴＡ２は光源の位置ＴＬ２とレンズ１５２の中心位置Ｃ２とを結ぶ仮想的な軸、ＷＡ１は広角端における光源の位置ＷＬ１とレンズ１５１の中心位置Ｃ１結ぶ仮想的な軸、ＷＡ２は広角端における光源の位置ＷＬ２とレンズ１５２の中心位置Ｃ２結ぶ仮想的な軸である。

また、Ｍ１とＭ２は、それぞれ、照射角度範囲を狭角端に設定する場合の光源の位置と広角端（ワイド端）に設定する場合の光源の位置とを結ぶ仮想的な軸である。すなわち、軸Ｍ１とＭ２は、照射角度範囲を狭角端から広角端（ワイド端）にズームしたときの光源が移動する方向を示している。

本実施の形態に示す照明装置１００においては、軸ＴＡ１とＴＡ２とがほぼ平行となるようにしている。すなわち軸ＴＡ１とＴＡ２とがなす角度をθＴとすると、θＴはほぼ０度である。

一方、軸ＷＡ１とＷＡ２は異なる方向を向くようにしている。すなわち軸ＷＡ１と軸ＷＡ２とがなす角をθＷとすると、θＷは０度より大きく１８０度未満の大きさの角度となっている。

このような配置により、照射角度範囲を狭角側に設定した場合には、２組の光源とレンズから放射される光が重なり合うので、遠方の必要な領域を明るく照明することができる。また、照射角度範囲を広角側に設定した場合は、広い角度範囲を照射することができるので、画像の周辺部が暗くなることを軽減できる。

特に画像の縦と横の比が１：１ではない場合には、画像の長い方向に軸ＷＡ１とＷＡ２とが異なる角度となるようにすることで、より高い効果が得られる。

また、ここでは、光源とレンズを２組用いる場合を示したが、特に２組に限定されるわけではなく、必要に応じて数を増やしても構わない。また、軸ＴＡ１、ＴＡ２、ＷＡ１、ＷＡ２も必要に応じて任意に設定でき、軸ＴＡ１、ＴＡ２は平行でなくても構わない。θＷ＞θＴの関係を有していれば、顕著な効果を得ることができる。

［７−２．効果］
照射角度範囲を狭角側に設定した場合には、遠方の必要な領域を明るく照明することができ、照射角度範囲を広角側に設定した場合は、広い角度範囲を照射することができる明るい鮮明な画像が得られる照明装置を提供できるようになる。

また、本実施の形態に係る照明装置に用いるレンズに制約は全く無く、如何なるレンズを用いても効果が発揮される。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

（他の実施の形態）
第１の実施の形態では、レンズ１２０の位置を固定して光源１１０を光軸ＡＸ１方向に移動可能にズーム機構を実現したが、光源１１０の位置を固定して、レンズ１２０を動かしてもよい。光源１１０が高出力の光を放出する場合、放熱板もしくはファンを設ける必要が有るが、その場合、光源１１０の位置が固定されている方が、放熱の効率を高めることができ、また駆動部１３０が駆動する負荷が小さくて済むので、小型の照明装置を提供することができる。

また、光源１１０は、ＬＥＤに限定されるものではなく、半導体レーザ等のレーザであってもよい。レーザは、ＬＥＤよりもエテンデューが小さいので、その分、ズーム機能を有する光学系を小さくしても光源から出射される光を効率良く利用できる。

また、光源１１０は、半導体光源に限定されるものではなく、必要に応じて放電ランプや、白熱ランプ等、如何なる光源も適用できる。

また、光源１１０が出射する光の中心波長は８５０ｎｍとしたが、波長に特に制約はなく、如何なる波長の光源を用いてもよい。８５０ｎｍよりも更に長波長の赤外光である中心波長９４０ｎｍの光を出射する光源を用いることで、人間の眼では光源が発光しているとは全く認識されなくなるので、光を照射していることを知られたくない場合に適する。一方で、照射していることが全く問題とならない場合には可視光の波長域の光を出射する光源を用いてもよい。

また、パッケージ１１０ｃに凸レンズ機能を持たせることにより、レンズ１２０を小さくしても光源１１０から出射される光を効率よく利用できるようになるので、非常に小型の照明装置を提供することができる。光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤから出射される光は一般的にランバーシアンの特性を有するので、光の拡がり角度の半値全幅は１２０度程度である。光源の近傍に正のパワーを有する凸レンズ形状のものを配置することで、光源から出射される光の拡がり角を狭くできるので、照明光学系を構成するレンズを小さくしても光源から出射される光を効率よく利用することができるようになる。なお、ここでは、パッケージ１１０ｃに凸レンズ機能を持たせたが、パッケージ１１０ｃには凸レンズ機能を持たせず、パッケージ１１０ｃとは別に凸レンズ機能を有する素子を設けても何ら構わない。

また、光学系の大きさに特に制約が無い場合には、光源の近傍に凸レンズ機能を有する素子を配置しなくても構わない。

また、光源の近傍に凹レンズ機能を有する素子を配置してもよい。光源として半導体レーザを用いる場合に特に有効である。半導体レーザから出射される光の拡がり角度の半値全幅は一般的に、ファブリペロ型の場合、５から３０度程度、面発光型の場合、０から２０度程度である。光源である半導体レーザの近傍に凹レンズ機能を有する素子を配置することで、光源から出射される光の拡がり角を広くできるので、広角に照明するように設定した場合には十分広い範囲を照明できるようになる。光源の直近に負のパワーを有する凹レンズ形状のものが無い場合、照明範囲を可変するズーム動作を行うには、照明光学系と光源との相対的な距離を大きく動かさなければならない。光源の直近に負のパワーを有する凹レンズ機能を有する素子を設けることによって、移動距離を短くすることができ、小型の照明装置を実現することができる。

図６に示すように、レンズ１２０は、第１の透過面１２１に凹レンズ機能を持つ第１の領域１２０ａと凸レンズ機能を持つ第２の領域１２０ｂを有し、第２の透過面１２２の第３の領域１２０ｃは平面としてもよい。図６に示すレンズ１２０を、第１の実施の形態に示すレンズ１２０の代わりに用いることで、照明装置１００を構成することができる。

また、図７に示すように、レンズ１２０は、第１の透過面１２１に平面の第３の領域１２０ｃを有し、第２の透過面１２２に凹レンズ機能を持つ第１の領域１２０ａと凸レンズ機能を持つ第２の領域１２０ｂを設けてもよい。図７に示すレンズ１２０を、第１の実施の形態に示すレンズ１２０の代わりに用いることで、照明装置１００を構成することができる。

光源１１０から出射した光は、第１の透過面１２１側から入射した後、第２の透過面１２２から出射する。

本開示の照明装置１００に用いられる何れのレンズ１２０においても、凹レンズ機能を持つ領域は、光源から出射した光が入射する光源に近い側の透過面であっても、光源から出射した光が出射する光源に遠い側の透過面のどちらに形成されていてもよい。

また、凹レンズ機能を持つ領域及び凸レンズ機能を持つ領域には、単一の曲率を持つ球面であってもよいし、非球面形状としてもよい。領域を非球面形状とすることで、照射する光の均一性を高めたり、照射角度範囲をより広く調整したりすることができる。

また、レンズ１２０の各面は、アナモルフィック形状でも構わない。領域をアナモルフィック形状とすることで、撮像する範囲の縦と横との比が１：１とは異なる場合に、その異なる比に応じて高い光の利用効率で適切に光を照射することができる。領域がアナモルフィック形状の場合は、それぞれの領域における平均的な焦点距離をその領域の焦点距離として設計することができる。

また、レンズ１２０の各面は、フレネルレンズや回折レンズ等、凹レンズ機能及び凸レンズ機能を持たせることができるのであれば、どのような構成であっても構わない。

また、レンズ１２０は、光源からの光の進行方向もしくは集光度もしくは発散度を変えるものであればレンズ以外の光学素子でもよい。

また、照明装置１００を構成する光源１１０とレンズ１２０はそれぞれ１つに限定されず、所望の範囲において必要な光量を得るために、複数の光源１１０とレンズ１２０を用いても構わない。

また、レンズ１２０の外形を一部切り、不要な部分を無くしても構わない。光源とレンズを複数用いる場合、レンズの外形を一部切ることで、効率よく光源とレンズ１２０を配置することができ、小型でも明るい照明装置を提供することができる。

また、本開示の照明装置に用いられるレンズ１２０は、第１の実施の形態に示すレンズ１２０や第２の実施の形態に示すレンズ１２０の他にも様々な形態を取り得る。レンズ１２０が、レンズの中央部に凹レンズ機能を持つ領域を有し、凹レンズ機能を持つ領域の外周部もしくは凹レンズ機能を持つ領域を形成した透過面とは異なる透過面に凸レンズ機能を持つ領域を有しており、凸レンズ機能を持つ領域が凹レンズ機能を持つ領域よりも大きければ、本開示の照明装置で得られる効果を発揮する。

本発明の照明装置は、ズーム光学系が簡素で小型にでき、撮像範囲全面に渡って強度むらの少ない光を照射することができ、夜間にもしくは暗い場所へ光を照らす照明装置全般に適用することが可能である。

また、本発明の照明装置は、夜間にもしくは暗い場所へ照明することで鮮明な画像を得ることが求められる監視カメラ、ナイトビジョン等、撮像装置全般に適用することが可能である。

１０ 撮像装置
１００ 照明装置
１１０ 光源
１１０ａ 発光素子
１１０ｂ 接続端子
１１０ｃ パッケージ
１１１ 拡散素子
１２０ レンズ
１２１ 第１の透過面
１２２ 第２の透過面
１２０ａ 第１の領域
１２０ｂ 第２の領域
１２０ｃ 第３の領域
１２０ｄ〜１２０ｈ 領域
１２０ｉ 反射部
１３０ 駆動部（ズーム機構部）
１３１ 保持部
１３２ 駆動シャフト
１５１ レンズ
１５２ レンズ
２００ カメラ
２１０ 撮像レンズ
２２０ 撮像素子
３００ 制御部
３１０ 発光制御回路
３２０ 駆動制御回路
３３０ カメラ制御回路
ＡＸ１ 光軸
Ｍ１ 軸
Ｍ２ 軸
ＴＡ１ 軸
ＴＡ２ 軸
Ｃ１ レンズの位置
Ｃ２ レンズの位置
ＴＬ１ 光源の位置
ＴＬ２ 光源の位置
ＷＡ１ 軸
ＷＡ２ 軸
ＷＬ１ 光源の位置
ＷＬ２ 光源の位置

Claims (19)

1. 光源と、
   透過面に負のパワーの第１の領域と正のパワーの第２の領域とを有する照明光学系と、
   前記光源と前記照明光学系との相対的な距離を変更するズーム機構部と、を備え、
   前記光源の光は、前記ズーム機構部の変更する前記距離のいずれの距離においても、前記第１の領域及び前記第２の領域を透過する、
   照明装置。
2. 前記照明光学系は、光軸を含む中央部に前記第１の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記第１の領域よりも大きい、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第２の領域は、前記第１の領域と同一面であって、前記第１の領域の周囲に形成される、
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記第２の領域は、前記第１の領域が形成された面と異なる面に形成されている、
   請求項２に記載の照明装置。
5. 前記照明光学系は、前記第１の領域の焦点距離をｆ１とし、前記第２の領域の焦点距離をｆ２としたとき、｜ｆ２｜≧｜ｆ１｜を満たす、
   請求項１に記載の照明装置。
6. 前記第１の領域の面積をＳ１、前記第２の領域の面積をＳ２としたとき、
   前記照明光学系は、１／１０≧Ｓ１／Ｓ２≧１／１０００を満たす、
   請求項１に記載の照明装置。
7. 前記第１の領域と前記第２の領域の少なくとも１つの領域がアナモルフィック形状である、
   請求項１に記載の照明装置。
8. 請求項１に記載の照明装置と、
   撮像光学系と撮像素子を有するカメラと、を備える、
   撮像装置。
9. 前記カメラはズーム可能であり、
   前記照明装置は、前記カメラのズーム状態に応じて、前記光源と照明光学系の相対間隔を変化させる、
   請求項８に記載の撮像装置。
10. 透過面に負のパワーを有する第１の領域と正のパワーを有する第２の領域とを有し、
    前記第１の領域は、中央部に形成され、
    前記第２の領域は、前記第１の領域よりも大きく、
    前記第１の領域の焦点距離をｆ１、前記第２の領域の焦点距離をｆ２としたとき、
    ｜ｆ２｜≧｜ｆ１｜を満たすレンズ。
11. 前記第２の領域は、前記第１の領域と同一面であって、前記第１の領域の周囲に位置する、
    請求項１０に記載のレンズ。
12. 前記第２の領域は、前記第１の領域が形成された面とは異なる面に形成されている、
    請求項１０に記載のレンズ。
13. 前記第１の領域の面積をＳ１、前記第２の領域の面積をＳ２としたとき、
    １／１０≧Ｓ１／Ｓ２≧１／１０００を満たす、
    請求項１０に記載のレンズ。
14. 前記第１の領域と前記第２の領域の少なくとも１つの領域がアナモルフィックである、請求項１１に記載のレンズ。
15. 前記レンズは、正のパワーを有する第３の領域を有し、
    前記第３の領域は、前記第１の領域が形成された面とは異なる面に形成され、
    前記第３の領域は、前記第１の領域よりも大きく、
    前記第１の領域の焦点距離をｆ１、前記第２の領域と第３の領域の合成の焦点距離をｆ２３としたとき、｜ｆ２３｜≧｜ｆ１｜を満たす、
    請求項１１に記載のレンズ。
16. 前記第１の領域と前記第２の領域と前記第３の領域の少なくとも１つの領域がアナモルフィックである、
    請求項１５に記載のレンズ。
17. レンズの周辺部に反射面を有している、請求項１０に記載のレンズ。
18. 第１の領域もしくは第２の領域は、異なる焦点を有する複数の領域からなる、請求項１０に記載のレンズ。
19. 光を発する第１の光源と第２の光源を含む複数の光源と、
    前記複数の光源が発した光の進行方向もしくは集光度もしくは発散度を変えて出射する第１の光学系と第２の光学系とを含む複数の照明光学系と、
    前記複数の光源と前記複数の照明光学系との相対的な距離を変えるズーム機構部と、を有する照明装置であって、
    前記照明装置が広角端に設定されるときの、前記第１の光源の位置、前記第２の光源の位置、前記第１の光学系の中心に相当する位置、および前記第２の光学系の中心に相当する位置を、それぞれ位置ＷＬ１、位置ＷＬ２、位置Ｃ１、および位置Ｃ２とし、
    前記照明装置の前記ズーム機構部が遠端に設定されるときの、前記第１の光源の位置、前記第２の光源の位置、前記第１の光学系の中心に相当する位置、および前記第２の光学系の中心に相当する位置を、それぞれ位置ＴＬ１、位置ＴＬ２、位置ＴＣ１、および位置ＴＣ２とし、
    前記位置ＷＬ１と前記位置Ｃ１とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＷ１とし、
    前記位置ＷＬ２と前記位置Ｃ２とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＷ２とし、
    前記位置ＴＬ１と前記位置ＴＣ１とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＴ１とし、
    前記位置ＴＬ２と前記位置ＴＣ２とを結ぶ仮想的な軸を軸ＡＴ２とし、
    前記軸ＡＷ１と前記軸ＡＷ２とがなす角をθＷとし、
    前記軸ＡＴ１と前記軸ＡＴ２とがなす角をθＴとしたとき、
    θＷ＞θＴの関係を満たす、照明装置。

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