(57)【要約】【課題】複雑な機構を用いることなく配光ムラを軽減することを可能にした照明装置を提供すること。【解決手段】照明装置は、発光部材と、第１の焦点距離である第１の領域と、第１の焦点距離と異なる第２の焦点距離である第２の領域と、第１の領域と第２の領域に挟まれ、連続的に変化する複数の焦点距離を備えた第３の領域と、を有するフレネル形状が形成された光学部材と、を有する。【選択図】図１
2015206850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部材と、
第１の焦点距離である第１の領域と、前記第１の焦点距離と異なる第２の焦点距離である第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域に挟まれ、連続的に変化する複数の焦点距離を備えた第３の領域と、を有するフレネル形状が形成された光学部材と、を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記フレネル形状は、前記光学部材の光射出側に形成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。
【請求項３】
前記第１の領域は、前記光学部材の中央部に形成され、
前記第２の領域は、前記光学部材の外周部に形成され、
前記第２の焦点距離は、前記第１の焦点距離より短いことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第３の領域における焦点距離は、前記第１の焦点距離と前記第２の焦点距離との間の焦点距離で連続的に変化することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第３の領域は、複数の、前記第１の焦点距離と前記第２の焦点距離との間の焦点距離で連続的に変化する領域を有することを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記発光部材は、閃光放電管と反射傘が一体的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項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記第３の領域は、光軸方向から見た際に、前記反射傘の外周部より外側に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光学部材の前記発光部材側には、拡散面が形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置であるストロボ装置において照射角度を変更可能なズームストロボ装置の発光光学系の小型化を図ったものとして、光源と反射傘の距離変化に同期させてサイドリフレクターを揺動する機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、固定したフレネルレンズに対して反射傘を光軸方向に移動させるとともに、これと同期して閃光放電管を搖動させる構成も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−０８０５９３号公報
【特許文献２】特開２００５−７８０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に開示された従来技術では、複数の動作を同期して行わせるため、機構が複雑となるばかりでなく、所定の光学特性を得るためには高精度な駆動系を必要とする。また、構成部品が多いため、装置が高価になってしまい、さらには重量が重くなってしまう。
【０００５】
このような課題を鑑みて、本発明は、複雑な機構を用いることなく配光ムラを軽減することを可能にした照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての照明装置は、発光部材と、第１の焦点距離である第１の領域と、前記第１の焦点距離と異なる第２の焦点距離である第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域に挟まれ、連続的に変化する複数の焦点距離を備えた第３の領域と、を有するフレネル形状が形成された光学部材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複雑な機構を用いることなく配光ムラを軽減することを可能にした照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るストロボ装置の発光部の主要光学系の斜視図である。
【図２】ストロボ装置の発光部の主要光学系の中央断面図である。
【図３】ストロボ装置の発光部の主要光学系の水平方向断面図である。
【図４】反射傘の形状説明図である。
【図５】光学パネルの特性説明図である。
【図６】光学パネルの周辺部の形状説明図である。
【図７】配光ムラ対策前の状態を示す配光特性図である。
【図８】配光ムラ対策前の状態の光線トレース図である。
【図９】配光ムラ対策後の状態を示す配光特性図である。
【図１０】配光ムラ対策後の状態の光線トレース図である。
【図１１】公知技術のストロボ装置の発光部の主要光学系の斜視図である。
【図１２】公知技術のストロボ装置の発光部の主要光学系の中央断面図である。
【図１３】公知技術のストロボ装置の発光部の主要光学系の水平方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態の照明装置であるストロボ装置は、例えば、特開２００５−２８４０９５号公報に示すストロボ装置のように、撮像装置（不図示）に着脱可能に取り付けられて使用される。なお、本実施形態のストロボ装置は、主要光学系、照射角度可変機構は、特開２００５−２８４０９５号公報と異なっているが、その他の発光に関する各部は同様であるため詳細な説明は省略する。
【００１０】
まず、本発明の作用効果を明確にするため、図１１〜図１３に示す公知技術を用いて、照射角度を変更可能なズームストロボ装置を小型化する際の方法とその弊害について説明する。
【００１１】
図１１は公知技術のストロボ装置の発光部の主要光学系の斜視図、図１２は同主要光学系の中央縦断面図、図１３は同主要光学系の水平方向断面図である。図１２（ａ）と図１３（ａ）は撮像装置がワイド状態の場合、図１２（ｂ）と図１３（ｂ）は撮像装置がテレ状態の場合を示している。
【００１２】
第１および第２の光学パネル１０１，１０５は、ストロボ本体に固定されている。第１の光学パネル１０１は、反射傘１０２と閃光放電管１０３で構成される発光部材側に配置されている。第１の光学パネル１０１の被写体側の面には、中央部が上下方向にパワーを持った横フレネル形状、左右周辺部は輪帯状のフレネル形状が形成されている。被写体側に配置された第２の光学パネル１０５の被写体側の面には、左右周辺部にのみ縦フレネル形状が形成されている。第1および第２の光学パネル１０１，１０５の発光部材側の面には、閃光放電管１０３と平行になるように複数のシリンドリカルレンズが形成されている。反射傘１０２は、高反射率材料、もしくは、内面に高反射率材料を蒸着したモールド部材で構成されている。閃光放電管１０３は光源であり、保護パネル１０４は耐熱性の高いガラス材料で形成されている。
【００１３】
図１２，１３の各断面図に示すように、反射傘１０２と閃光放電管１０３は、第１および第２の光学パネル１０１，１０５に対して独立に動く。具体的には、図１２（ａ），図１３（ａ）に示すワイド状態の場合、発光部材が光学パネル１０１に最も接近している。このとき、上下方向の照射角度が最も広くなっている。このとき、反射傘１０２に対して閃光放電管１０３が最も離れており、反射傘１０２の後端と閃光放電管１０３の中央との距離が最も大きな値Ｇ１’となる。一方、図１２（ｂ），図１３（ｂ）に示すテレ状態の場合、発光部材が光学パネル１０１から最も離れている。このとき、反射傘１０２に対して閃光放電管１０３が最も接近しており、反射傘１０２後端と閃光放電管１０３の中央との距離が最も小さな値Ｇ２’となる。
【００１４】
一般的に、閃光放電管と反射傘の位置関係を変えて照射角度を変化させるズームストロボ光学系では、光軸方向に少ないスペースの中で、大幅に照射角度を変更させることができるという目的にはきわめて有効である。しかしながら、位置関係の微小な変化で大きく照射角度が変化してしまうため制御が容易ではないという問題点がある。この問題点を緩和する方法として、反射傘の形状を比較的大きくして、閃光放電管と反射傘との相対位置変化を見かけ上少なくする方法が考えられるが、公知技術のように光学パネルの開口面積に占める反射傘の開口面積が大きくなってしまう。この結果、テレ状態とワイド状態の光路が同じ領域を使用する構成を取らざるを得ず、独立した光束制御ができない。このため、どちらのポジションでも最良の状態を実現することができず、中途半端な光学特性しか得られない。また、反射傘を大型化した場合、重量が重くなり、駆動系に対する負荷も大きくなるため、移動時の時間が長くかかってしまう。
【００１５】
次に、公知技術の左右方向の配光特性について説明する。ワイド状態の場合、第１および第２の光学パネル１０１，１０５の使用領域は、反射傘１０２の開口面積より若干広い程度であり、上下方向はほぼ全面、左右方向は中央の領域に限定される。このとき、第１の光学パネル１０１は、被写体側の中央部の上下方向にパワーを持つ横フレネル形状の領域と左右の輪帯状のフレネル形状の領域の一部が光学特性に影響を与える状態になる。中央部付近は、左右に延びる横フレネルレンズが存在するが、左右方向には集光性はない。輪帯状のフレネル形状については輪帯中央部の屈折力が弱い領域のみが関係するが、左右への集光効果は弱い。また、第２の光学パネル１０５は、被写体側は平面であり、集光作用を及ぼさない。この結果、左右方向への各フレネルレンズの屈折力の影響は極めて弱く、広い角度範囲の配光特性となる。一方、テレ状態の場合、第１の光学パネル１０１の全体の面の影響を受けて集光する。また、第２の光学パネル１０５については、ワイド状態では機能していなかった左右に形成した縦フレネルレンズが新たに機能することになり、最も中央部付近に集光した配光特性を得る。
【００１６】
一般的に、フレネルレンズと発光部材との距離が短いズームストロボ装置では、十分な集光効果を得るため、２枚のフレネルレンズを使用し、その合成のパワーによって、より大きな集光作用を持たせている。しかしながら、複数のフレネルレンズを使用することは、光学パネルへの入射出の回数が増加し、表面反射によって効率が低下する。また、部品点数も増えるため、高価になるとともに、重量の増加などの弊害も出てくる。
【００１７】
本発明は、上述した各種問題点の発生を未然に防止した小型ズームストロボ光学系である。以下、従来のズームストロボ装置との相違点を含め、詳細に説明する。
【００１８】
まず、本発明の実施形態に係るストロボ装置の発光部の主要光学系について説明する。図１は本発明の実施形態に係るストロボ装置の発光部の主要光学系の斜視図、図２は同主要光学系の中央断面図、図３は同主要光学系の水平方向断面図である。図２（ａ）と図３（ａ）は撮像装置がワイド状態の場合、図２（ｂ）と図３（ｂ）は撮像装置がテレ状態の場合を示している。
【００１９】
ストロボ装置は、光学パネル１、反射傘２、閃光放電管３および保護パネル４を有する。光学パネル１は、反射傘２と閃光放電管３で構成されたストロボ装置の発光部材の前面に固定される。光学パネル１は、閃光放電管３から射出される光束を集光、また、均一に拡散させることができる。反射傘２は、閃光放電管３から射出される光束を所定角度に対して均一に照射する。なお、反射傘２は、閃光放電管３が配置された内面側が高反射率となる光輝アルミ材料、もしくは、高反射率材料を蒸着したモールド材料で形成されている。保護パネル４は、発光部材の直前に配置され、発光部材内にゴミやほこりが侵入するのを防止して光学特性の劣化を防止するとともに、光学パネル１に閃光放電管３からの放射熱が直接当たることを防いでいる。保護パネル４は、ガラス材料のような耐熱性の高い材料で形成されている。反射傘２、閃光放電管３および保護パネル４は、位置関係が固定された状態で一体的に保持されており、光学パネル１の光軸に沿って移動可能である。ストロボ装置は、撮像装置に取付けられた撮影レンズの焦点距離に応じて、光学パネル１と発光部との相対距離の変化させることで、ストロボ光を撮像装置の画角に対応した照射角度に変換する。本実施形態では、反射傘２と閃光放電管３を独立して移動させることがないため、機構が簡略化されている。また、各光学部材は、保持部材（不図示）で保持されている。この保持部材は、耐熱性のモールド部材で形成されており、反射傘２や閃光放電管３の駆動部を保持するとともに、不要な方向に光束が射出するのを防止する。
【００２０】
図２に示すように、光学パネル１の上下開口Ｈに対して、反射傘２の上下開口ＲＨは約１／４の長さである。本実施形態では、例えば、上下開口Ｈを３２ｍｍ、上下開口ＲＨを８，６ｍｍとしている。左右方向の開口についても、図３に示すように、光学パネル１の左右方向の開口Ｗに対して、反射傘２の左右開口ＲＷは約半分の長さである。本実施形態では、例えば、左右方向の開口Ｗを６４ｍｍ、左右開口ＲＷを３３ｍｍとしている。この結果、光学パネル１の開口面積に対し、反射傘２の開口面積は約１３％と極めて小さな開口面積となり、公知技術に比べ、十分小さい。このように構成することで、ワイド状態では光学パネル１のフレネル形状のパワーの弱い中心部の一部だけを利用し、テレ状態では光学パネル１の開口面積の略全面を利用することができるため、上下・左右方向の大幅な照射角度変化を、効率良く行うことができる。すなわち、本実施形態は、公知技術に比べて、ワイド状態とテレ状態のそれぞれの状態で理想的な配光制御ができる点で優れている。
【００２１】
図４は、反射傘２の形状説明図である。同図は、本実施形態の発光部の中央断面図であり、光源中心からの光線トレースも併せて示している。閃光放電管３の中心部から反射傘２を介さず直接射出する直接光は、反射傘２の開口部によって、角度規制を受ける。本実施形態では、最大角Θ１が上下各４０°で規制されるように、開口部の形状を規制している。したがって、直接光に関しては、上下各４０°の範囲の各角度に対して、均一な強度の照射を行わせることができる。反射傘２は、光源中心から射出した光束のうち、光軸方向後方に進んだ光線が反射して、再び、光軸中心を通るように形成されている。また、反射傘２は、各反射光が光源中心から射出した角度に応じて均一に分布し、開口部付近で反射した最大角度Θ２が直接光の最大角度Θ１と一致するように形成されている。このように反射傘２を構成することで、光源中心から３６０°均一に射出した光束が、上下ともに４０°の範囲で均一に照射させることが可能になる。
【００２２】
光学パネル１の前端と反射傘２の後端との距離がＤ１となるワイド状態の光学配置では、反射傘２の直前に至近距離で単一の光学パネル１を配置しており、開口面積と光学パネル１の屈折力の影響を最小限にしているため、上下の配光特性が均一になる。ワイド状態では、光学パネル１の極めて少ない領域だけを使用し、また、ほぼ反射傘２だけで配光特性を規制している。この結果、均一化された極めて広い配光特性を得ることができる。
【００２３】
光学パネル１の前端と反射傘２の後端との距離がＤ２となるテレ状態の光学配置では、反射傘２が十分に小さいため、閃光放電管３からの直接光と、反射傘２による反射光の角度差を見かけ上、小さくすることができ、単一の光学パネル１で効率良く制御できる。この結果、各光束は、光学パネル１の全面に当たり、光学パネル１に形成された極めてパワーの強いフレネルレンズの影響により、効率良く集光させることが可能になる。
【００２４】
次に、光学パネル１の光射出側である被写体側に形成されたフレネル形状について、図５および図６を用いて詳細に説明する。光学パネル１は、図５に示すように、焦点距離の異なる複数の領域で構成されている。中心領域１ａは、光学パネル１の中心部の円形領域であり、比較的焦点距離の長いフレネル形状の領域である。中心領域１ａは、反射傘２の開口部２ａをほぼカバーする範囲に対応する。本実施形態では、焦点距離は３５ｍｍとしている。周辺領域１ｂは、光学パネル１の外周部に形成され、焦点距離の短いフレネル形状の領域である。焦点距離は、テレ状態の光学パネル１の被写体側の面から閃光放電管３の中心までの距離（Ｄ２−Ｇ）とほぼ一致するように設定している。本実施形態では、焦点距離は２５ｍｍとしている。中間領域１ｃは、２つの領域に挟まれた領域である。焦点距離は、中心領域１ａの焦点距離と周辺領域１ｂの焦点距離の中間の焦点距離を連続的に変化するように設定されている。
【００２５】
光学パネル１と発光部材を極めて近接させた状態で大きな照射角度変化を持たせるためには、焦点距離の極めて短いフレネルレンズが必要となる。上述したように、公知技術では、十分な集光効果を得るために、複数枚のフレネルレンズを使用して、パワーを分けて配置している。本発明では、各フレネル形状の領域（中心領域１ａ、周辺領域１ｂ）を結ぶ中間領域１ｃに大きな傾斜角を形成することによって、１枚の光学パネル１に極めて焦点距離の短いフレネル形状を形成している。本実施形態では、光学パネル１の周辺領域１ｂのフレネルレンズ角度は７０°を超える。図５に、この一部形状を示す。また、移動距離が短く限定されるという状況から、周辺領域１ｂに至る光束の入射角度はかなり限定され、極めて急角度に入射した成分のみが周辺領域１ｂの近傍に存在する。入射角度が大きな光束は、入射後の屈折光も、ある特定角度に限定される。
【００２６】
本実施形態では、光学パネル１の周辺領域１ｂに入射する光束に着目し、各フレネル形状の領域を結ぶ中間領域の角度を、光学パネル１の位置に応じて、最適になるように変化させている。このため、フレネルレンズ面の傾きが７０°を超えるような大きな角度のフレネルレンズ面に対しても、効率良く光束を導くことができる。効率の良い中間領域１ｃの角度として、光学パネル１に入射し、屈折した後の光束が中間領域１ｃに直接、入射しない角度、かつ、各フレネル形状の領域から射出した後の光束が中間領域１ｃに再度、入射しない角度であることが望ましい。
【００２７】
また、本発明では、光学パネル１の成型性も考慮して、各フレネル形状の領域と中間領域１ｃで構成されるフレネルレンズ頂角が４５°以上になるように中間領域１ｃの角度を規制することが望ましい。本実施形態では、フレネルレンズと連結面で構成されるフレネルレンズの頂角が約５０°となるように設定している。
【００２８】
このように、光学パネル１の中間領域１ｃの角度を適宜設定することにより、大きな屈折力による照射角度可変を行わせることが可能になるとともに、不都合な迷光を極力なくし、効率の良い光照射を行わせることが可能になる。
【００２９】
焦点距離が短く、照射角可変に伴う移動量の少ない光学系では、テレ状態で閃光放電管３の像が被写体面上に結像する現象が発生する。閃光放電管３は一般的に横長に配置され、必要とされる照射範囲に対して横長の照射となる場合が少なくない。本発明では、左右上下の角度範囲を必要とされる角度範囲に変換させるように、具体的には、上下の照射範囲を広げるように、光学パネル１の発光部材側に、拡散面として閃光放電管３と平行に複数のシリンドリカルレンズを形成している。これにより、左右、上下バランスが良く、均一な配光特性を得ることができる。シリンドリカルレンズのパワーとしては従来に比べて弱いパワーで良く、テレ状態での拡散に必要な光量ロスを最小限に抑えることができる。このため、さらに効率の良い光学系の構成が可能となる。
【００３０】
次に、中間領域１ｃの形状について、図７〜図１０を用いて説明する。上述したように、中間領域１ｃは固定焦点領域である中心領域１ａと周辺領域１ｂに挟まれた領域であり、焦点距離は２つの領域の焦点距離の間を連続的に変化するように設定されている。
【００３１】
１枚の光学パネル１で大きな配光特性変化を行わせるために、ワイド状態では中心領域１ａの比較的長い焦点距離に対応し、テレ状態では中心領域１ａに周辺領域１ｃの領域を加えて、最も屈折力の強くなるようにフレネル形状を形成することが望ましい。しかし、ズーム領域は、このワイド状態とテレ状態の２つの状態に限定されるわけではなく、それらの中間の状態の焦点距離に対しても、連続的に配光特性が変化することが望ましい。
【００３２】
図７，８の状態は、中間領域１ｃの焦点距離の変化の一つの方法を示しており、中心領域１ａの焦点距離３５ｍｍの領域から周辺領域１ｂの焦点距離２５ｍｍに至る領域に１回の連続的な焦点距離の変化を行ったものである。
【００３３】
図７は、ワイド時の配光特性図である。図に示されているように、左右方向で一度暗くなった後に、その外側で周囲より明るい領域Ａが存在していることがわかる。図８の光線トレース図を用いて、この状態を説明する。フレネルレンズの周辺部分においては、フレネルレンズからの射出角度の変化量がある一定の角度から極端に少なくなる傾向にある。図８のＢに示すように、焦点距離が極めて短いレンズにおいては、その周辺部において、フレネルレンズの角度変化が減少し、フレネルレンズ射出後の光束がある一定の角度に揃い易くなる現象がある。この現象は、ワイド状態の光学配置でのみ生じる現象であり、本来ワイド状態では、均一に照射角度が散らばることが望ましいが、上記現象により、一定角度に光束が集中し、この部分に配光ムラを生じる場合がある。
【００３４】
上述した配光ムラを解消するために、図１０に示すように、中間領域１ｃの領域に、中心領域１ａの焦点距離と周辺領域１ｂの焦点距離の中間の焦点距離が連続的に変化する領域を複数層形成する。そうすることで、図１０のＤに示すように、光束が均一に拡散し、図９のＣに示すように、配光ムラが改善され、均一な配光特性を得ることができるようになる。
【００３５】
本実施形態では、中間領域１ｃの焦点距離の変化の仕方を適宜変化させることにより、本発明特有のワイド状態の配光ムラを未然に防止することができる。なお、本実施形態では、焦点距離が連続的に変化する中間領域１ｃを３層繰り返しているが、必ずしも３層には限定されず、これより多くても少なくても良い。
【００３６】
以上、説明したように、上記構成によって、小型で、照射角度の変化範囲の広いズームストロボ光学系を実現することができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、撮像装置に着脱可能に取り付けられて使用されるストロボ装置の例を説明したが、撮像装置に内蔵されたストロボ装置、すなわち、ストロボ装置を内蔵した撮像装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１    光学パネル（光学部材）
１ａ  中心領域（第１の領域）
１ｂ  周辺領域（第２の領域）
１ｃ  中間領域（第３の領域）
２    反射傘（発光部材）
３    閃光放電管（発光部材）
【図１】
2015206850.tif 000003
【図２】
2015206850.tif 000004
【図３】
2015206850.tif 000005
【図４】
2015206850.tif 000006
【図５】
2015206850.tif 000007
【図６】
2015206850.tif 000008
【図７】
2015206850.tif 000009
【図８】
2015206850.tif 000010
【図９】
2015206850.tif 000011
【図１０】
2015206850.tif 000012
【図１１】
2015206850.tif 000013
【図１２】
2015206850.tif 000014
【図１３】
2015206850.tif 000015