(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体との距離を検出可能なカメラと共に用いられる照明装置であって、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射される出射光を被写体に照明させるように照射するための投光光学系と、
前記半導体発光素子と前記投光光学系との間に介在させられ、前記出射光を拡散させて前記投光光学系へ導く拡散手段とを備え、
前記拡散手段は、平行平板状の光学素子であり、前記カメラの撮像領域と相似形の入射面及び出射面を有し、
前記投光光学系は、前記拡散手段の光学像が前記被写体に結像させられるよう、検出された被写体距離に応じて、前記投光光学系の光軸方向において移動させられることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記拡散手段は、前記投光光学系を介して被写体と光学的に共役な位置に位置させられ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】
前記半導体発光素子は、青色光を発光する半導体発光素子であり、
前記拡散手段は、青色光が入射すると白色光を拡散して発光する蛍光体を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子は、白色光を発光する半導体発光素子であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光素子を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の分野では高輝度ＬＥＤや白色ＬＥＤ等が開発されており、その用途範囲は広がってきている。例えば、カメラのフラッシュ装置に、従来用いられていたキセノン放電管に替えて白色ＬＥＤを備えた照明装置を用いたものがある。駆動にコンデンサーを必要とするキセノン放電管が有する、カメラ内のスペースを狭めてしまう、高電圧が流れるため危険である、といった問題も白色ＬＥＤを用いれば解消されるからである。白色ＬＥＤから出射された光は、投光光学系を介して被写体に照射される（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１４８６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、ＬＥＤのチップの周囲にはリード、ワイヤが配設されており、発光する部材（チップ）と発光しない部材（リード、ワイヤ）が混在している。従って、ＬＥＤから出射された光を投光光学系を介して射出すると、被写体側においてチップ及びその周囲の影の像も投影され、照射輝度にむらが生じるという問題がある。
【０００４】
また、ＬＥＤのチップは極めて微小であり、上述のように白色ＬＥＤからなる照明装置は、発光源としては小さな点光源である。このような点光源が高輝度の白色光を発すると、被写体が人間の場合、出射光が目の中で結像し、目の網膜にダメージを与えるという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上の問題を解決するものであり、光源として半導体発光素子を備える照明装置において、輝度むらがなく、かつ人間の目にも安全な照明光を供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る照明装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子から出射される出射光を被写体に照射するための投光光学系と、半導体発光素子と投光光学系との間に介在させられ、半導体発光素子の出射光を拡散させて投光光学系へ導く拡散手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、拡散手段は、平行平板状の光学素子であり、カメラの撮像領域と相似形の入射面及び出射面を有する。この構成によれば、拡散手段から導かれる光が、カメラの撮像領域を超えて拡散されることがなく、拡散手段からの光をを効率よく被写体に供給することができる。
【０００８】
好ましくは、拡散手段は、投光光学系を介して被写体と光学的に共役な位置に位置させられる。この構成によれば、被写体において高露光量を確保することができる。
【０００９】
選択的に、投光光学系は、照明装置が設けられるカメラにおける所定の被写体距離に合わせて、投光光学系の光軸方向において固定されていてもよい。また、選択的に、投光光学系は、拡散手段が被写体に結像されるよう、被写体距離に合わせて、投光光学系の光軸方向において移動可能としてもよい。
【００１０】
例えば、半導体発光素子は、青色光を発光する半導体発光素子であってもよく、その場合、拡散手段は青色光が入射すると白色光を拡散して発光する蛍光体を有する。また、半導体発光素子は、白色光を発光する半導体発光素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明よれば、光源の半導体発光素子と投光光学系との間に、半導体発光素子の出射光を拡散する拡散手段が介在させられる。従って、半導体発光素子のチップとその周辺との輝度のむらが拡散されて解消されるため、被写体における照射輝度のむらが防止される。また、拡散手段により半導体発光素子の出射光が拡散されるため、被写体が人間の場合であっても、その網膜に出射光が結像することがないため安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明に係る第１実施形態が適用される照明装置を構成する発光ユニットと投光光学系の相対的位置関係を模式的に示す図である。発光ユニット１は、青色光を出射する青色ＬＥＤ２と拡散板３を備える。拡散板３は平面平板状の光学要素であり、その入射面３ａ及び出射面３ｂは、図１に示されるように矩形を呈する。また、入射面３ａ及び出射面３ｂのアスペクト比は、照明装置と共に用いられるカメラの１撮影コマ分の撮影領域のアスペクト比と同一であり、長辺：短辺の比は３：２である。換言すれば、拡散板３の入射面３ａ及び出射面３ｂはカメラの撮像領域と相似形を呈している。拡散板３の内部にはＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系の蛍光材料が含まれている。青色ＬＥＤ２から出射される青色光が入射面３ａから入射すると、青色光は蛍光材料により白色光に変換され拡散されて出射面３ｂから出射される。すなわち、拡散板３は２次発光体としても作用する。尚、図１では青色ＬＥＤ２は１個のみ示されているがこれに限るものではなく、複数設けてもよい。
【００１３】
拡散板３の出射面３ｂから拡散されて出射する白色光は、投光光学系４を介して照明光として被写体に導かれる。図２は、発光ユニット１から出射される光が被写体ＯＢに至るまでの光路図を示す。図２において、上述の青色ＬＥＤ２は支持部材２ａに支持されている。図２中、点線ＰＡは撮像領域を示す。上述のように、拡散板３は撮像領域ＰＡと相似形を呈している。投光光学系４は、拡散板３が被写体ＯＢと光学的に共役となるよう、固定されている。すなわち、拡散板３が投光光学系４を介して被写体ＯＢ上に結像する位置に、投光光学系４は固定されている。この場合の被写体距離は、第１実施形態の照明装置と共に用いられるカメラ５における平均的な所定の被写体距離である。尚、被写体ＯＢ上の撮像領域と拡散板３と投光光学系４との相対的関係を明示するため、図２において撮像領域は角度を傾けて示されている。また、図１及び図２において、投光光学系４と他の要素との相対的位置関係を明示するため投光光学系４は模式的に示されている。
【００１４】
図３は、本発明に係るカメラ５のブロック図である。ＣＰＵ１０はカメラ全体の制御を行う。カメラボディ（図示せず）に設けられた電源ボタンが操作され、メインスイッチＳＷＭＡＩＮがオンすると、電源の供給が開始される。カメラボディに設けられたシャッターボタン（図示せず）が半押されると測光スイッチＳＷＳがオンする。測光スイッチＳＷＳがオンすると、ＣＰＵ１０は測光処理及び測距処理を実行する。すなわち、測光装置１１からの入力に基づいて露光値を演算し、この露光値に基づき撮影に必要となる絞り値、シャッタースピード、及び撮像素子１３の電荷蓄積時間を演算する。また、測距装置１２からの入力に基づいてフォーカシングレンズ（図示せず）の駆動量を演算し、フォーカス駆動回路１４に駆動信号を出力する。
【００１５】
シャッターボタンが全押しされるとレリーズスイッチＳＷＲがオンする。レリーズスイッチＳＷＲがオンすると、ＣＰＵ１０は、測光処理で算出した絞り値に応じてシャッターユニット駆動回路１５を駆動し、電荷蓄積時間に応じて撮像素子駆動回路１６に制御信号を出力する。シャッターユニット駆動回路１５は、入力される制御信号に応じてシャッターユニット１７に駆動信号を出力する。撮像素子駆動回路１６は入力される制御信号に応じて撮像素子１３に駆動信号を出力する。撮像素子１３は、受光領域に結像された被写体の光学像を光電変換し、アナログ画像信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器１８はアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル画像信号をＣＰＵ１０へ出力する。
【００１６】
ＣＰＵ１０に入力されたデジタル画像信号は、画像データとしてＤＲＡＭ１９に一時的に格納される。格納された画像データは、所定の画像処理を行う際、適宜ＤＲＡＭ１９から読み出される。また、ＥＥＰＲＯＭ２０にはカメラ５を制御するための諸データが格納されている。メインスイッチＳＷＭＡＩＮがオンすると諸データはＥＥＰＲＯＭ２０から読み出され、ＣＰＵ１０内のＲＡＭに格納され、ＣＰＵ１０による制御に用いられる。
【００１７】
ＣＰＵ１０には、カメラボディの背面に設けられたＬＣＤ２１が接続されている。撮影条件、日付等の諸データがＣＰＵ１０の制御に基づいてＬＣＤ２１に表示される。
【００１８】
測光装置１１による測光の結果、被写体光の光量が不十分であると判断されるとき、ＣＰＵ１０はフラッシュ駆動機構２２へフラッシュ発光の制御信号を出力する。
【００１９】
図４はフラッシュ駆動機構２２のブロック図である。ＣＰＵ１０から入力される青色ＬＥＤ３の発光を制御するための駆動信号は、ＰＷＭ回路１０２に入力され、所定のパルス幅を持ったパルス信号が生成される。すなわち、ＰＷＭ回路１０２は、ＣＰＵ１０からの制御信号により所望のデューティー比や周波数のパルス信号を生成する。ＰＷＭ回路１０２からのパルス信号は、駆動パルス発生回路１０３に入力される。駆動パルス発生回路１０３ではパルス信号の電圧値、電流値をＬＥＤ駆動に適した所定の値に整形して、駆動信号として出力する。駆動パルス発生回路１０３から出力される駆動信号は、パワーＭＯＳＦＥＴ１０４及び抵抗Ｒを介して発光ユニット１の青色ＬＥＤ２に出力される。これにより青色ＬＥＤ２が駆動され、青色光が発光される。青色ＬＥＤ２が発光する青色光は、上述のように拡散板３により白色光に変換され、拡散されて投光光学系４に導かれる。
【００２０】
以上のように第１実施形態によれば、発光源である青色ＬＥＤ２と投光光学系４との間に拡散板３が配設されており、青色ＬＥＤ２の出射光が拡散されて投光光学系４に導かれている。従って、青色ＬＥＤ２のチップ周辺の部材の像が投光光学系４に投光されて被写体ＯＢに投影されることが防止される。また、被写体が人間の場合、青色ＬＥＤ２のチップの点光源がその網膜に結像することが防止される。
【００２１】
拡散板３の入射面３ａ及び出射面３ｂのアスペクト比は、カメラ５のフィルムのアスペクト比に一致している。従って、青色ＬＥＤ２からの出射光を効率よく照射光として用いることができる。
【００２２】
また、拡散板３は、投光光学系４を介して被写体ＯＢ上に結像するよう位置づけられている。従って、被写体ＯＢ上における高露光量を確保することができる。
【００２３】
図５は本発明に係る第２実施形態が適用されるフラッシュ駆動機構２００のブロック図である。尚、第２実施形態においてフラッシュ駆動機構２００は図３に示す第１実施形態と同様のＣＰＵ１０に接続される。ＣＰＵ周辺のフラッシュ駆動機構２００以外の構成は、図３のブロック図と同様である。また、図５において第１実施形態のフラッシュ駆動機構２２と同一の構成要素には同一の符号が付されている。すなわち、第２実施形態においても、発光ユニット１は青色ＬＥＤ２と拡散板３を備えている。
【００２４】
フラッシュ駆動機構２００には、青色ＬＥＤ２の制御信号と投光光学系４の制御信号がＣＰＵ１０から入力される。青色ＬＥＤ２の制御信号は、第１実施形態と同様、ＰＷＭ回路１０２、駆動パルス発生回路１０３、パワーＭＯＳＦＥＴ１０４、抵抗Ｒを介して、青色ＬＥＤ２に出力される。投光光学系４の制御信号は、投光光学系駆動装置２０１に入力される。投光光学系駆動装置２０１では、入力された制御信号に基づいて投光光学系４の駆動源が駆動される。その結果、投光光学系４は所定の駆動方向へ所定の駆動量分、駆動される。投光光学系４の変位量は、投光光学系駆動装置２０１により検出され、ＣＰＵ１０へ入力される。ＣＰＵ１０ではこの変位量に基づいて投光光学系４の駆動量を演算し、投光光学系行動装置２０１へ上述の制御信号として出力する。
【００２５】
図６は、投光光学系４の構成と投光光学系駆動装置２０１の構成を示す図である。投光光学系４は、保護レンズ４０、第１〜第３のズーミングレンズ４１、４２、４３を有する。第１のズーミングレンズ４１は移動枠２０２に支持される。移動枠２０２の案内ピン２０３はカム環２０４のズームカム溝２０５に配設される。駆動源（図示せず）の回転運動がギヤ２０６を介してカム環２０５に伝達されると、移動枠２０２は案内ピン２０３に案内され、投光光学系４の光軸ＯＰに沿って変位する。その結果、第１のズーミングレンズ４１は光軸ＯＰに沿って移動し、投光光学系４の拡大率が変化する。すなわち、第１のズーミングレンズ４１の移動方向及び移動量に応じて、投光光学系４の拡大率が制御される。第１のズーミングレンズ４１の移動方向・移動量は、測距処理で計測される被写体距離に基づいて演算される。
【００２６】
ギア２０６の歯の円周面は墨塗り加工が施されており、この黒塗り加工されたギア２０６の歯面に対向する位置には、反射型のフォトインタラプタ２０９が配設されている。フォトインタラプタ２０９は、ギア２０６の歯面へ向けて射出した光の反射光の光量変化により、カム環２０４の回転量を検出し、検出信号を出力する。ＣＰＵ１０は、フォトインタラプタ２０９からの検出信号に基づいて、第１のズーミングレンズ４１の現在位置を、所定の初期位置（被写体距離が無限遠のときの第１のズーミングレンズ４１の位置）からの変位量として把握し、駆動制御を行う。
【００２７】
図７及び図８は、第２実施形態が適用されるカメラにおける撮影の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１００で、測光スイッチＳＷＳのオン・オフがチェックされる。上述のシャッターボタンが半押しされ、測光スイッチＳＷＳがオンしていることが確認されたらステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では測光装置１１の計測結果に基づく上述の測光処理が実行される。この測光処理の結果に基づいてステップＳ１０４において露光値が演算され、ステップＳ１０６においてシャッタースピードが演算される。
【００２８】
次いで、ステップＳ１０８において、測距装置１２の計測結果に基づいて被写体距離が算出される。ステップＳ１１０で、被写体距離に基づいて撮影レンズ（図示せず）の移動方向及び移動量が演算され決定され、ステップＳ１１２で、被写体距離に基づいて投光光学系４の第１のズーミングレンズ４１の移動方向及び移動量が演算され決定される。ステップＳ１１２では、撮影レンズと同様に、投光光学系４を介して拡散板３を被写体ＯＢ上に結像させるべく投光光学系４の位置が設定されるよう、第１のズーミングレンズ４１の移動方向及び移動量が演算される。
【００２９】
ステップＳ１１４において、レリーズスイッチＳＷＲのオン・オフがチェックされる。シャッターボタンが全押しされ、レリーズスイッチＳＷＲがオンしていることが確認されたら、ステップＳ１１６へ進む。
【００３０】
ステップＳ１１６では、ステップＳ１０２の測光処理の結果に基づいて、フラッシュ光を照射する必要があるか否か判断される。被写体の輝度が十分でフラッシュ光を照射する必要がない場合、ステップＳ１１７へ進み、撮影レンズを駆動して合焦動作を行った後、ステップＳ１１８へ進み、被写体像の撮影処理が開始される。ステップＳ１１８でシャッターユニット１７の駆動が開始される。次いでステップＳ１２０で、撮像素子１３が駆動され、被写体の光学像の光電変換処理が実行される。測光結果に基づいて演算された電荷蓄積時間が経過したら、ステップＳ１２２でシャッターユニット１７の駆動が停止され、ステップＳ１２４で撮像素子１３の駆動が停止され、被写体像の撮影処理は終了し、ステップＳ１００へ戻る。
【００３１】
一方、ステップＳ１１６で、被写体の輝度が不十分でフラッシュ光を照射する必要があると判断された場合、図８のステップＳ１２６へ進む。ステップＳ１２６では、ステップＳ１１０で算出された撮影レンズの移動方向・移動量に基づいて、撮影レンズが駆動される。次いで、ステップＳ１２８において、ステップＳ１１２で演算された投光光学系４の第１のズーミングレンズ４１の移動方向・移動量に基づいて、第１のズーミングレンズ４１が上述の投光光学系駆動装置２０１により駆動される。
【００３２】
撮影レンズ及び第１のズーミングレンズ４１が駆動された後、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０では、発光ユニット１の青色ＬＥＤ２への駆動電流の供給が開始され、発光ユニット１によるフラッシュ光の被写体への照射が開始される。次いで、ステップＳ１３２へ進み、被写体像の撮影処理が開始される。ステップＳ１３２でシャッターユニット１７の駆動が開始され、ステップＳ１３４で撮像素子１３が駆動され、被写体の光学像の光電変換処理が実行される。測光結果に基づいて演算された電荷蓄積時間が経過したら、ステップＳ１３６でシャッターユニット１７の駆動が停止される。
【００３３】
次いで、ステップＳ１３８でレリーズスイッチＳＷＲのオン・オフがチェックされる。シャッターボタンが全押しのままであり、レリーズスイッチＳＷＲのオンが継続していることが確認されたらステップＳ１３２へ戻り、ステップＳ１３２〜Ｓ１３６の撮影処理が繰り返される。ステップＳ１３８でレリーズスイッチＳＷＲがオフしていることが確認されたらステップＳ１４０へ進む。ステップＳ１４０で青色ＬＥＤ２の駆動が停止され、フラッシュ光の照射が停止される。次いで、ステップＳ１４２で撮像素子１３の駆動が停止され、被写体像の撮影処理は終了し、ステップＳ１００へ戻る。
【００３４】
以上のように、第２実施形態によれば、投光光学系４の第１のズーミングレンズ４１が被写体距離に応じて駆動され、投光光学系４の拡大率が制御される。従って、図９に示すように、被写体距離が短い場合（図９（ａ））、被写体距離が長い場合（図９（ｂ））に応じて、拡散板３が常時、被写体ＯＢ上に結像させられる。その結果、発光ユニット１から供給されるフラッシュ光を、常時、効率よく被写体ＯＢに照射させることができる。
【００３５】
第１及び第２実施形態では、青色ＬＥＤ２を用いているがこれに限るものではない。青色ＬＥＤ２に替えて白色光を発光する白色ＬＥＤを用いてもよい。白色ＬＥＤを用いる場合、拡散板３には蛍光材料を含んだものを用いる必要はなく、入射光を拡散して出射する光学要素であればよい。尚、白色ＬＥＤと組み合わせて用いられる拡散板も、入射面及び出射面のアスペクト比はフィルムの撮影領域のアスペクト比と同一であり、投光光学系４を介して被写体と光学的に共役な位置に設けられることは言うまでもない。また拡散板４のアスペクト比は、使用するカメラに合わせて変更可能である。例えば、テレビジョン用カメラであれば、４：３、ハイビジョンテレビ用カメラであれば、１６：９に設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る第１実施形態が適用される発光ユニットと投光光学系の相対的位置関係を模式的に示す図である。
【図２】発光ユニットと投光光学系と被写体の相対的位置関係を模式的に示す図である。
【図３】発光ユニットと共に用いられるカメラのブロック図である。
【図４】第１実施形態のフラッシュ駆動機構のブロック図である。
【図５】第２実施形態のフラッシュ駆動機構のブロック図である。
【図６】投光光学系とその駆動装置の構成を示す図である。
【図７】第２実施形態が適用されるカメラにおける撮影の処理手順の前半を示すフローチャートである。
【図８】第２実施形態が適用されるカメラにおける撮影の処理手順の後半を示すフローチャートである。
【図９】発光ユニットと投光光学系と被写体の相対的位置関係を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  発光ユニット
２  青色ＬＥＤ
３  拡散板
４  投光光学系
１０  ＣＰＵ
２２、２００  フラッシュ駆動機構
４０  保護レンズ
４１  第１のズーミングレンズ
４２  第２のズーミングレンズ
４３  第３のズーミングレンズ
２０１  投光光学系駆動装置
【図１】
0004623951.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004623951.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004623951.tif 000007
【図７】
0004623951.tif 000008
【図８】
0004623951.tif 000009
【図９】
0004623951.tif 000010