(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源を有する発光部と、
前記複数の光源から射出された光束がそれぞれ入射する複数の入射面と、当該複数の入射面から入射した光束を射出する射出面と、前記複数の光源それぞれの光軸を囲むように設けられた前記複数の入射面から入射した光束を前記射出面に導く反射面と、を備えた光学部材と、
被写体を撮像する撮像系と、を有し、
前記光学部材の前記反射面によって囲まれた領域の射出面近傍は、前記複数の光源の光軸の少なくとも１つに直交する平面において、前記撮像系における画角が狭い方向である第１の方向の幅が当該第１の方向に直交する第２の方向の幅よりも広く、
前記射出面は、前記第１の方向での屈折力が前記第２の方向での屈折力よりも大きいことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学部材の前記反射面によって囲まれた領域の射出面近傍は、前記複数の光源の光軸の少なくとも１つに直交する平面において、前記第１の方向が長軸方向となる略楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光学部材の前記反射面によって囲まれた領域の射出面近傍は、前記複数の光源の光軸の少なくとも１つに直交する平面において、前記第１の方向の長さが前記第２の方向の長さよりも長い略矩形形状であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学部材の前記反射面によって囲まれた領域の入射面近傍は、前記複数の光源の光軸の少なくとも１つに直交する平面において、前記第１の方向の幅と前記第２の方向の幅とが略等しいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の発光体を光源とする発光部を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ等の撮像装置に用いられる照明装置として、複数の発光ダイオードを光源とする照明装置が多く提案されている。
【０００３】
このうちの１つとして、各発光ダイオード素子自体に集光機能を持たせたものがある。これは、発光ダイオードチップを反射鏡となる金属カップ内に固定し、その前面をドーム形状の透明樹脂で覆い、該透明樹脂に集光レンズの作用を持たせたものである。このような発光ダイオード素子の透明樹脂部の直径や曲率を適宜選定することにより、所定の配光特性を得ることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、光源である発光ダイオード自体には集光機能を持たせず、光源から射出した光束をその前面に配置した凸レンズによって集光させるように構成した光学系も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、光源である発光ダイオード自体には集光機能を持たせず、光源から射出した光束を前方に向けて反射させるリフレクタを備えた光学系も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４８６８６号公報（段落００２０〜００２２、図１〜３等）
【特許文献２】特開２０００−８９３１８号公報（段落０００５〜０００７、図１〜３等）
【特許文献３】特開２００４−２２６５０９号公報（段落００２０〜００２８、図１〜５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発光ダイオードは発光と同時に多量の熱を発生する。このため、発光ダイオード同士をあまり近づけて配置することはできない。したがって、複数の光源を接近させてあたかも１つの光源として扱うことが困難である。このような制約条件の下、複数の光源からの光をいかに効率良く利用し、かつ撮影画角に対応した照射範囲（以下、必要照射範囲という）を持つ照明光に変換できるかが重要である。
【０００７】
また、一般的に用いられる白色発光ダイオードは、青色系の光を発光する発光ダイオードチップと、該青色系の光のうち一部を吸収して長波長光を発生させる蛍光体を分散させたモールド樹脂とを用いて構成される。そして、発光ダイオードチップからの射出光と蛍光体から発生する光との混色によって白色光を射出する。このとき、射出光の中央部は青味がかかり明るいのに対し、周辺部は黄色味がかった色でやや暗くなる傾向がある。このような白色発光ダイオードを通常の凸レンズを用いて集光した場合、発光ダイオードの色特性がそのまま照射面上に反映してしまい、均一な色の照明を行うことができない。
【０００８】
しかも、個々の発光ダイオードの発光色にばらつきがあるために、複数の発光ダイオードを用いて照明装置を構成する場合には、この発光ダイオードの発光色のばらつきによっても均一な色の照明ができない可能性がある。特に、発光ダイオード毎に照射範囲を異ならせるような構成を採った場合には、照射領域によって色が異なってしまう。
【０００９】
このような状況において、発光ダイオードを複数用いて撮像装置用の照明装置を構成する場合には、小型かつ安価であり、しかも互いに離間した複数の発光ダイオードからの光束を撮影画角に合わせて色むら（明るさむら）がないように照射する必要がある。ここで、通常、左右方向と上下方向とで撮影画角が異なるため、対応する照明光の照射角度も左右方向と上下方向とで異なる。
【００１０】
特許文献１にて提案された発光ダイオード素子自体に集光機能を持つドームタイプの発光ダイオード素子では、集光性の高い光学系を実現することができる。しかしながら、このような照明装置をできるだけ安価に製造するためには、既製の発光ダイオードの中から必要照射範囲にできるだけ近い発光特性を有するものを選択しなければならない。したがって、必ずしも必要照射範囲と完全に一致した効率の良い照明を行えるとは限らない。
【００１１】
なお、発光ダイオード素子とは別に照射範囲を必要照射角度範囲に合わせるための光学部材を追加することもできる。しかし、もともと透明樹脂部を有するために大きな複数の発光ダイオードにさらに光学部材を追加すると、照明装置全体が大型化する。さらに、特許文献１の照明装置では、色に対する配慮がなされておらず、照射面上での色むらが発生する可能性がある。
【００１２】
一方、特許文献２にて提案の照明装置では、発光ダイオードと凸レンズとの間に比較的大きな隙間ができるため、この隙間から発光ダイオードからの射出光束が抜け出てしまい、光の利用効率が低くなる。また、凸レンズによる屈折光束のみを用いた集光光学系では、光軸中心部付近分は比較的明るく照射できるが、周辺部分に十分に光束を行き渡らせることが難しい。このため、必要照射範囲の全体にわたって均一な明るさの照明を行うことが難しく、配光むらが生じてしまう。さらに、この照明装置でも、色むらに対する配慮がなされていない。
【００１３】
また、特許文献３にて提案の照明装置では、主としてリフレクタを利用して集光させるため、光学系が大型化してしまう。また、複数の光源に対して効率の良い集光光学系を構成しようとすると、光源毎に集光光学系が必要となり、光学系がより大型化してしまう。
さらに、部品点数の増加に伴い高価な照明装置になってしまう。
【００１４】
なお、配光むらや色むらの発生を防止するために、光学部材の表面に拡散面を設けたり、光学部材の材料に光束を拡散させる成分を含有させたりすることは可能である。しかし、拡散面や拡散成分を光学系に付加した場合、極端な照度低下が生じることが一般に知られている。
【００１５】
本発明は、小型かつ安価でありながら、発光部から射出された光束を効率良く利用でき、かつ必要照射範囲内でほぼ均一な配光特性や色分布特性で被写体を照射して撮影することができる撮像装置を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、複数の光源を有する発光部と、前記複数の光源から射出された光束がそれぞれ入射する複数の入射面と、当該複数の入射面から入射した光束を射出する射出面と、前記複数の光源それぞれの光軸を囲むように設けられた前記複数の入射面から入射した光束を前記射出面に導く反射面と、を備えた光学部材と、被写体を撮像する撮像系と、を有し、前記光学部材の前記反射面によって囲まれた領域の射出面近傍は、前記複数の光源の光軸の少なくとも１つに直交する平面において、前記撮像系における画角が狭い方向である第１の方向の幅が当該第１の方向に直交する第２の方向の幅よりも広く、前記射出面は、前記第１の方向での屈折力が前記第２の方向での屈折力よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、小型かつ安価で、発光部から射出された光束を効率良く利用でき、しかも必要照射範囲内でほぼ均一な配光特性や色分布特性で被写体を照射して撮影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１には、本発明の実施例１である照明装置を備えたデジタルカメラ（撮像装置）の概略構成を示している。図１において、１１はデジタルカメラ本体、１２は撮影レンズを有するレンズ鏡筒、１４は該レンズ鏡筒１２により形成された被写体像を光電変換して画像を取得するためのＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。これらレンズ鏡筒１２および撮像素子１４により撮像系が構成される。１３は被写体に対して照明光を照射する本実施例の照明装置である。
【００２０】
図１に示すように、本実施例の照明装置１３は、デジタルカメラ本体１１の前面であって、前面から見てレンズ鏡筒１２の右上方の隅部に配置されている。
【００２１】
なお、デジタルカメラの構成のうち、照明装置の構成を除く部分の構成は何ら限定されず、本実施例でもその説明は省略する。また、本実施例では、デジタルスチルカメラを例として説明するが、本発明は、ビデオカメラ、一眼レフカメラ等、各種撮像装置に用いる照明装置に適用することができる。これらのことは、後述する他の実施例でも同様である。
【００２２】
図２には、図１に示した照明装置１３を拡大して示している。本実施例の照明装置１３は、撮像系の撮影画角を水平方向（図の左右方向）と垂直方向（図の上下方向）で見たときに、より画角が広い水平方向に複数並べられた発光ダイオード（発光面１ａ，２ａ，３ａ）からの射出光束を効率良く集光させることができる。
【００２３】
通常、デジタルカメラの照明装置としては、キセノン管のような放電発光管を用いたフラッシュが用いられることが多かったが、本実施例の照明装置は、近年急速に光学特性が向上した発光ダイオードを複数個用いることによって、動画撮影および静止画撮影の双方に有効に機能する。
【００２４】
図３から図５には、照明装置１３を、１つの発光ダイオード２の発光面の中心に立てた法線、言い換えれば照明装置１３における１つの発光ダイオードからの光束の照射光軸Ｌを通る垂直方向（第１の方向）の面で切断したときの断面図を示す。図４および図５には、発光ダイオード２の発光面２ａ（面光源）の中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【００２５】
また、図６から図８には、照明装置１３を３つの発光ダイオード１，２，３の照射光軸Ｌを通る水平方向（第２の方向）の面で切断したときの断面図を示す。図７および図８には、発光ダイオード２の発光面２ａの中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【００２６】
これらの図において、３つの発光ダイオード１〜３は、水平方向に等間隔に配置されている。４は発光ダイオード１〜３から射出した光束を集光させる光学部材である。
【００２７】
５はハード基板であり、発光ダイオード１〜３と電気的に接続され、かつ発光ダイオード１〜３を保持する。６はデジタルカメラ本体１１の外装部材である。
【００２８】
発光ダイオード１〜３は、均一な色分布特性を持った白色光を射出することができ、一定の時間定常光（フラッシュのような瞬間光より長い時間連続発光される光）を発することができる高輝度の白色発光ダイオードである。均一な色分布特性の白色光を射出するために、本実施例の発光ダイオードは、青色系の光を発光する発光ダイオードチップ１ｂ，２ｂ，３ｂと、該青色系の光のうち一部を吸収して長波長光を発生する蛍光体が分散したモールド樹脂性の拡散面とにより構成される。発光ダイオードチップから発せられる青色系の光と蛍光体から発せられる長波長光との混色によって、白色光が発せられる。
【００２９】
３つの発光ダイオード１〜３は、ほぼ同一の光学特性（色分布特性および射出光の強度分布特性等）を有する。また、３つの発光ダイオード１〜３は、発光ダイオードチップの前面（光照射側の部分）に光照射方向から見て略円形で互いに略同じ大きさの有限面積を有する拡散発光面１ａ，２ａ，３ａを有する。各発光ダイオードチップから発せられた光束が拡散発光面で拡散されることにより、発光ダイオード１〜３は発光面のほぼ全体から均一に発光する。
【００３０】
発光ダイオード１〜３は、半田付け等によってハード基板５に電気的および機械的に接続されており、ハード基板５を介して不図示のＣＰＵからの制御信号を受けることにより発光する。ハード基板５は、不図示の固定部材によってデジタルカメラ本体１１内の所定の位置、具体的には照明光学系として最も効率良く機能するように、所定間隔離れた位置にそれぞれ固定されている。
【００３１】
光学部材４は、透明性の高い光学樹脂材料で一体形成され、所定間隔をあけて配置された３つの発光ダイオード１〜３から射出した光束を効率良く必要照射範囲に集光させる。光学部材４は、１つの発光ダイオードに対して１つずつ設けられた３つの入射面４ａと、共通の射出面４ｂとを有する。さらに、１つの発光ダイオードに対して１つずつ設けられ、入射面４ａから入射した光束を反射して射出面４ｂに導く３つの反射面４ｃとを有している。ここで、以下、光学部材４のうち１つの発光ダイオードから射出された光束が通過又は反射する入射面４ａ、反射面４ｃおよび射出面４ｂの一部を、該発光ダイオードに対する導光領域という。すなわち、本実施例の光学部材４は、３つの発光ダイオード１〜３に対応する３つの導光領域を有する。
【００３２】
各入射面４ａの照射光軸方向で見たときの外形は、発光ダイオードの発光面の形状と同じ略円形である。該入射面４ａは、照射光軸Ｌに対して略直交する面である。ここでいう略直交するとは、完全に直交するか又はメカ的誤差の分だけ照射光軸Ｌに直交する面に対して傾いている場合を含む。このことは、以下の実施例でも同様である。
【００３３】
また、各入射面４ａの大きさ（径）は、各発光ダイオードの発光面の大きさ（径）と略同じである。なお、本実施例中にいう大きさや形状が略同じとは、完全に同じ場合と光学部材４を製造する際の精度等による誤差を含む程度に異なる場合とを含む。このことは、以下の実施例でも同様である。
【００３４】
そして、光学部材４において、３つの入射面４ａは、発光ダイオード１〜３の発光面１ａ，２ａ，３ａの直前にて近接した位置であって、かつ照射光軸Ｌ上で発光面１ａ，２ａ，３ａと向かい合うように配置されている。
【００３５】
ここで、入射面４ａの大きさが、発光面の大きさよりも小さい場合には、発光面から射出したすべての光束を入射面４ａに入射させることができなくなる。一方、入射面４ａの大きさが発光面の大きさより大きい場合には、光学部材４が大型化する。しかも、入射面４ａのうち周辺部に到達する光束が減少して入射面４ａでの光の分布が不均一となり、結果として配光むらが生じる。そこで、本実施例のように、入射面４ａと発光面１ａ，２ａ，３ａの大きさを略等しくすることが望ましい。
【００３６】
光学部材４の射出面４ｂは、図３〜図５に示すように、垂直方向に正の屈折力を持ち、かつ図６〜図８に示すように、水平方向には屈折力を持たないシリンドリカルレンズ面である。これにより、図４に示す垂直断面において、発光ダイオード２から射出して入射面４ａに入射した光束のうち一部は射出面４ｂに直接向かい、射出面４ｂで屈折して所定の照射角度に集光される。
【００３７】
また、図２に示すように、光学部材４を照射光軸方向から見た場合において、射出面４ｂのうち各発光ダイオードからの光束が通過する領域（以下、射出領域という）４ｄに着目すると、該射出領域４ｄの開口面積は入射面４ａの開口面積よりも大きくなっている。特に、垂直方向断面では、水平方向断面に比べて、射出面４ｂでの射出領域の開口幅が入射面４ａの開口幅に対してより大きい。このため、各射出領域４ｄの開口形状は、垂直方向を長軸方向とする略楕円形状になる。
【００３８】
光学部材４の各反射面４ｃは、各発光ダイオードから射出して各入射面４ａに入射した光束のうち残りの光束を反射させて、射出面４ｂに導く。ここで、反射面４ｃは、曲面で構成されている。具体的には、反射面４ｃの形状は、光学部材４を照射光軸Ｌに対して直交する面で切断したときの面積（径）が、入射面４ａから射出面４ｂに向かうにつれて連続的に増加するような形状となっている。この場合も、図５に示すように、発光ダイオード１〜３から射出して入射面４ａに入射した光束のうち反射面４ｃで反射する光束は、その後射出面４ｂに向かい射出面４ｂで屈折して、上記図４に示す光束と同様に所定の照射角度に集光される。
【００３９】
次に、本実施例の反射面４ｃの形状をさらに詳しく説明する。まず、反射面４ｃの垂直方向断面での形状について説明する。
【００４０】
図３において、光学部材４における射出面４ｂの垂直方向端部Ａから入射面４ａの垂直方向端部Ｂに至る外縁部分は、射出面側の端部Ａから入射面側の端部Ｂに近づくほど、端部Ａに立てた法線ｎに対する接線のなす角度が大きくなる連続した曲線形状に形成されている。言い換えると、該外縁部分は、端部Ｂ側から端部Ａ側に向かって照射光軸Ｌに対してなす角度が漸次大きくなるホーン型の形状を有する。そして、反射面４ｃは、該外縁部分のうち端部Ｂから端部Ａ付近まで形成されている。なお、光学部材４における端部Ａと反射面４ｃにおける端部Ａ側の端との間の部分は、水平方向にて隣り合う発光ダイオード用の導光領域との連結部である。
【００４１】
このような形状は、各入射面４ａからの光束のうち直接、射出面４ｂの垂直方向端部Ａに到達した光束と、反射面４ｃのうち射出面４ｂ側の領域で反射した光束とを連続的に分布させるのに有効である。この反射面形状を採ることによって、射出面４ｂに直接到達する直接光束のうち端部Ａに到達する光線の照射光軸Ｌに対する角度と、反射面４ｃを介した反射光束のうち照射光軸Ｌに対して最大角度をなす光線の該角度とをほぼ等しくすることができる。この結果、上記直接光と反射光束との不連続性を回避することが可能になる。
【００４２】
また、反射面４ｃのうち入射面４ａに接する領域（端部Ｂを含む領域）は、上述したように発光ダイオードの発光面と略同一の形状（大きさ）に設定された入射面４ａに繋がるように形成されている。すなわち、反射面４ｃのうち入射面４ａに接する領域は、図２に破線で示すように、照射光軸方向視（射出光軸方向視）において略円形に形成されている。
【００４３】
また、前述したように、反射面４ｃはホーン形状の曲面で構成されている。これは以下の理由による。本来、反射面４ｃで反射する光束は、平面で形成された入射面４ａで１回屈折した成分である。このため、本実施例のように光学部材４の照射光軸方向の長さが比較的短い光学系では、反射面４ｃに到達する成分は少なく、該成分の角度範囲も比較的狭い。一方、照明装置としては、反射面４ｃで反射した反射光の角度分布と入射面４ａから直接、射出面４ｂに到達する直接光の角度分布とがほぼ同様の分布となることが望ましい。そこで、本実施例では、反射面４ｃに到達した光束の角度分布を広げるため、反射面４ｃの形状をホーン形状の曲面とすることによって、射出光の配光特性の均一化を図っている。
【００４４】
ここで、説明を簡単にするため、反射面４ｃを円弧断面を有する曲面とした場合において、この反射面４ｃに当たった光束の角度分布特性について説明する。まず、比較のために、反射面４ｃが直線断面を有する面である場合には、該反射面４ｃでの反射の前後で光束の広がり方は変化しない。また、反射面４ｃが円弧断面を有する場合において、上記直線に対して該円弧の中心が照射光軸Ｌ側にある場合は、反射後の角度分布が狭くなる。逆に、円弧の中心が上記直線を挟んで照射光軸Ｌとは反対側にある場合、すなわち本実施例のようなホーン形状の曲面の場合には、反射面４ｃで反射した後の光束の角度分布を反射前に比べて広げることが可能になる。
【００４５】
次に、反射面４ｃの曲率について説明する。反射面４ｃの曲率によって反射光の角度分布を変化させることができる。上述したように、光学部品４の照射光軸方向の長さが短い本実施例の場合には、反射光束成分が少なく、また反射の前後で大きな角度変化をさせる必要がある。このため、反射面４ｃは、比較的曲率が大きい曲面とする必要がある。光学部材の照射光軸方向長さが長い場合には、反射面に当たる光束成分が多く、反射の前後で大きな角度変化を必要としないため、小さな曲率の中で角度分布を調整しても、所望の配光特性を得ることができる。
【００４６】
さらに、反射面４ｃは、入射面４ａからの光束を射出面４ｂ側に全反射させるように構成されている。ここで、蒸着処理等によって反射面４ｃを高反射率の金属蒸着面とすることで、入射面４ａからの光束のほぼ全てを反射させることもできる。
【００４７】
ただし、反射面４ｃを全反射面とした場合には、蒸着処理等を行う必要がなくなるため、光学部材４の製造工数を減らして光学部材４の製造コストを低減させることができる。また、光学特性的にも全反射を利用することによって、理論的に１００％（実際には１００％に近い値）の反射率が得られるため、光量損失の少ない効率の良い照明光学系を構成することができる。
【００４８】
次に、本実施例の照明装置の水平方向の断面形状について、図６〜８を用いて説明する。  本実施例の照明装置は、複数の光源から射出した光束を効率良く撮像画角に対応する必要照射範囲に照射することを目的の１つとするものである。前述したように、通常は、撮像画角は水平方向と垂直方向とで異なっている。この場合における最も効率の良い照射方法は、方向によって異なる必要照射範囲に対して配光分布を異ならせることである。
【００４９】
しかし、従来の照明装置では、発光ダイオードからの射出光束の照射角度を水平方向と垂直方向とで異ならせたものはなく、どちらかの方向の照射角度が必要以上に広がっている場合が多かった。これに対し、本実施例では、水平方向と垂直方向とで方向性のない光源、つまり全方向にほぼ同一分布で光束を射出する光源を用い、さらに光源から射出面までの距離が小さく限られている場合に、水平方向と垂直方向で配光特性を異ならせることができる。
【００５０】
本実施例では、上記目的を達成するため、図６〜図８に示すように、水平方向では垂直方向と異なった集光方法を用いて所望の配光特性を得る。なお、３つの発光ダイオード１，２，３に対する光学部材４の３つの導光領域の形状は互いに同一であるため、図７および図８には、代表として発光ダイオード２についてのみ、光線トレース図を付記している。
発光ダイオード１，３からの光束のトレース図はこれとほぼ同様である。
【００５１】
まず、前述したように、光学部材４の射出面４ｂは水平方向に関しては屈折力を持たない（図６参照）。図７に示すように、各発光ダイオードから射出して入射面４ａに入射した光束のうち一部の光束は射出面４ｂに直接向かい、射出面４ｂで屈折して所定の照射角度の成分として射出する。この場合、射出光束は、射出面４ｂにおける各発光ダイオードに対応する射出領域の開口面積のみによって角度制限を受ける。
【００５２】
また、水平方向において、射出面４ｂにおける各発光ダイオードに対応する射出領域の開口幅は入射面４ａの開口幅よりも大きい。つまり、水平方向において、射出面４ｂの発光ダイオードごとの射出領域は入射面４ａよりも大きく形成されている。しかし、この水平方向での射出領域の開口幅は、図３に示した垂直方向での開口幅に比べて狭い。したがって、前述したように、射出面４ｂにおける各射出領域４ｄの開口形状は、垂直方向を長軸方向とする略楕円形状になる。
【００５３】
反射面４ｃは、各発光ダイオードから射出して入射面４ａに入射した光束のうち、直接射出面４ｂに向かう光束（直接光束）以外の光束を反射して射出面４ｂに導く。ここで、反射面４ｃは、この水平方向での断面においては、照射光軸Ｌに対して一定の傾きを持つ直線形状となるように構成されている。この場合も、図８に示すように、各発光ダイオードから射出して入射面４ａに入射した光束のうち反射面４ｃで反射した光束（反射光束）は、射出面４ｂでの屈折を経て、図５に示す光束と同様に所定の照射角度に集光される。
【００５４】
この場合の集光度は、反射面４ｃの照射光軸Ｌに対する傾き角度と、光学部材４の照射光軸方向の長さ（奥行き）とによって規定される。反射面４ｃの傾き角度が小さいほど、また光学部材４の奥行きが大きいほど、光束を均一に集光させることができる。一方、反射面４ｃの傾き角度がやや大きく、光学部材４の奥行きが小さい場合でも、比較的小型で、ある程度の集光効果を持たせることができる。
【００５５】
本実施例では、この両者を考慮し、与えられた光学部材４の奥行きの中で、大きさと集光度とをバランスさせるため、反射面４ｃの傾きによる集光効果のみで集光を行わせている。すなわち、図示のように、反射面４ｃによる全反射によって、反射光束を図７に示す直接光束とほぼ同様の照射角度成分に変換している。また、図８に示すように、水平方向では、図５に示す垂直方向に比べて反射光束が多い。また、反射面４ｃでの反射の前後における光束の角度分布は、反射面４ｃの水平方向断面での形状が直線であるため、ほとんど変化していない。
【００５６】
以上説明したように、本実施例では、光学部材４の反射面４ｃの形状を、垂直方向断面（図３〜図５）と水平方向断面(図６〜図８)とで異ならせている。これにより、各発光ダイオードから光学部材４の射出面４ｂまでの距離が垂直方向断面上と水平方向断面上とで同一であるにも関わらず、射出光束の垂直方向での配光特性と水平方向の配光特性とをそれぞれ独立に制御することができる。具体的には、垂直方向に関しては、射出面４ｂのシリンドリカルレンズと曲面で構成した反射面４ｃとの相互作用によって配光特性を制御し、水平方向に関しては、反射面４ｃのみの作用によって配光特性を制御する。このため、撮像画角に対して不要な領域への光束の照射が少ない効率の良い照明を行うことができる。
【００５７】
ここで、反射面４ｃの射出側端部は、照射光軸方向視において、垂直方向を長軸方向とする楕円形状を有する。すなわち、反射面４ｃは、入射面４ａ側の端部と射出面４ｂ側の端部とで形状が異なる。これにより、垂直方向および水平方向とは異なる方向の断面において、上述した垂直方向での配光特性と水平方向での配光特性とが連続的に変化する。
【００５８】
また、本実施例では、発光ダイオード１〜３を同一形状とし、光学部材４によって制御される各発光ダイオードからの光束の配光特性もほぼ等価な特性が得られるように構成している。そして、これら３つの発光ダイオードからの光束を重ね合わせることによって、撮像画角に対応した配光特性が得られる。これは、例えば被写体距離が近く、すべての発光ダイオード１〜３を使用しなくても十分に光量が足りるような場合において、１又は２つの発光ダイオードの発光によって必要な光量と配光特性とが得られるようにすることも考慮した構成である。また、複数の発光ダイオード１〜３により発せられて光学部材４から射出された光束を重ね合わせることによって、部品公差や個々の発光ダイオードの色特性や発光効率の違いに起因する発光量の違いを全体として吸収することができる。これにより、均一で、効率の良い照明光学系を構成することができる。
【００５９】
また、本実施例では、発光ダイオードを３つ使用する例について説明したが、本発明において光源の数はこれに限定されず、２個や４個以上でもよい。
【００６０】
さらに、本実施例では、垂直方向断面において、光学部材４の射出面４ｂにレンズ形状を付加する例について示したが、本発明においては水平方向にもレンズ形状を付加することができる。この場合、垂直方向と水平方向とで屈折力が異なるトーリックレンズ面を付加してもよい。また、必要によっては、入射面４ａにレンズ面を付加してもよい。
【００６１】
また、本実施例では、白色発光ダイオードを使用して白色光を照射する例について示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、青、赤、緑の発光ダイオードを用い、該３色を合成することで白色光を照射するようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施例では、３つの発光ダイオードを水平方向に並べて配置する例について説明したが、本発明の複数の光源の配置はこれに限定されない。例えば、照射光軸方向視において千鳥状に複数の発光ダイオードを配置することによって、同じ数の複数の発光ダイオードを水平方向に一列に並べる場合に比べて、照明装置の発光部の水平方向長さを短くすることができる。また、本実施例では、複数の発光ダイオードをまとめてカメラ本体１１の隅部に配置した場合について説明したが、互いに離れた位置に複数個ずつ光源および光学部材を配置してもよい。さらに、複数の発光ダイオードを縦一列に並べてカメラの側面に沿って配置するようにしてもよい。
【実施例２】
【００６３】
図９には、本発明の実施例２である照明装置を備えたデジタルカメラ（撮像装置）の概略構成を示している。図９において、２８はデジタルカメラ本体、２８１は撮影レンズを有するレンズ鏡筒、２８２は該レンズ鏡筒２８１により形成された被写体像を光電変換して画像を取得するためのＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。これらレンズ鏡筒２８１および撮像素子２８２により撮像系が構成される。２９は被写体に対して照明光を照射する本実施例の照明装置である。
【００６４】
図９に示すように、本実施例の照明装置は、デジタルカメラ本体２８の前面であって、前面から見てレンズ鏡筒２８１の右上方の隅部に配置されている。
【００６５】
図１０には、図９に示した照明装置２９を拡大して示している。本実施例の照明装置２９は、撮像系の撮影画角を水平方向（図の左右方向）と垂直方向（図の上下方向）で見たときに、より画角が広い水平方向に複数並べられた発光ダイオード（発光面２１ａ，２２ａ，２３ａ）からの射出光束を効率良く集光させることができる。
【００６６】
本実施例の照明装置２９は、実施例１と同様に、所定間隔をあけて配置された複数の発光ダイオードから射出される光束を効率良く集光させる。但し、光源である発光ダイオードの射出面形状が正方形である点、後述する光学部材の射出面が平面で構成されている点で実施例１と異なる。また、光学部材の入射面の形状も実施例１と異なる。
【００６７】
図１１から図１３には、照明装置２９を１つの発光ダイオード２２からの照射光軸Ｌを通る垂直方向（第１の方向）の面で切断したときの断面図を示す。図１２および図１３には、発光ダイオード２２の発光面２２ａの中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【００６８】
また、図１４から図１６には、照明装置２９を３つの発光ダイオード２１，２２，２３からの照射光軸Ｌを通る水平方向（第２の方向）の面で切断したときの断面図を示す。図１５および図１６には、発光ダイオード２２の発光面２２ａの中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【００６９】
これらの図において、３つの発光ダイオード２１〜２３は、水平方向に等間隔に配置されている。２４は発光ダイオード２１〜２３から射出した光束を集光させる光学部材である。
【００７０】
２５はハード基板であり、発光ダイオード２１〜２３と電気的に接続され、かつ発光ダイオード２１〜２３を保持する。２６はデジタルカメラ本体２８の外装部材である。
【００７１】
発光ダイオード２１〜２３は、実施例１と同様に、均一な色分布特性を持った白色光を射出することができ、一定の時間定常光を発することができる高輝度の白色発光ダイオードである。３つの発光ダイオード２１〜２３は、ほぼ同一の光学特性（色分布特性および射出光の強度分布特性等）を有する。また、３つの発光ダイオード２１〜２３は、発光ダイオードチップの前面（光照射側の部分）に照射光軸方向から見て、略正方形で互いに略同じ大きさの有限面積を有する拡散発光面２１ａ，２２ａ，２３ａを有する。各発光ダイオードチップから発せられた光束が拡散発光面で拡散されることにより、発光ダイオード２１〜２３は発光面のほぼ全体から均一に発光する。
【００７２】
発光ダイオード２１〜２３は、半田付け等によってハード基板２５に電気的および機械的に接続されており、ハード基板２５を介して不図示のＣＰＵからの制御信号を受けることにより発光する。ハード基板２５は、不図示の固定部材によってデジタルカメラ本体２８内の所定の位置、具体的には照明光学系として最も効率良く機能するように、所定間隔離れた位置にそれぞれ固定されている。
【００７３】
光学部材２４は、透明性の高い光学樹脂材料で一体形成され、所定間隔をあけて配置された３つの発光ダイオード２１〜２３から射出した光束を効率良く必要照射範囲に集光させる。光学部材２４は、１つの発光ダイオードに対して３つずつ設けられた計９つの入射面２４ａ，２４ｂと、共通の射出面２４ｃとを有する。さらに、１つの発光ダイオードに対して２つずつ設けられ、入射面２４ｂから入射した光束を反射して射出面２４ｃに導く計１２個の反射面２４ｄ，２４ｅとを有している。ここで、以下、光学部材２４のうち１つの発光ダイオードから射出された光束が通過又は反射する入射面２４ａ，２４ｂ、反射面２４ｄ，２４ｅおよび射出面２４ｃの一部を、該発光ダイオードに対する導光領域という。すなわち、本実施例の光学部材２４は、３つの発光ダイオード２１〜２３に対応する３つの導光領域を有する。
【００７４】
ここで、入射面２４ａ，２４ｂは、垂直方向と水平方向とで形状が異なる。また、反射面２４ｄ，２４ｅも垂直方向と水平方向とで形状が異なる。
【００７５】
各発光ダイオードからの射出光束が入射する入射面２４ａ，２４ｂのうち、照射光軸Ｌを含む中央部に形成された入射面２４ａは、照射光軸方向から見たとき、発光ダイオードの発光面と同じ略正方形の形状を有する。図１１に示す垂直方向断面では、該入射面２４ａは、発光ダイオード側に凸形状のシリンドリカルレンズ面として形成されている。また、入射面２４ａの上下に形成された入射面２４ｂは、該入射面２４ａの上下端部から発光ダイオードの側に延びている。
【００７６】
なお、図１４に示すように、入射面２４ａ，２４ｂの水平方向両端部を覆うように一対の反射板２７が配置されている。これは、発光ダイオードからの射出光束のうち水平方向への射出角度が大きく、入射面２４ａ，２４ｂに入射できなかった光束がそのまま水平方向に抜けてしまい、光の利用効率が低下することを防止するためのものである。反射板２７は、光束の入射する側が高反射率である金属反射板若しくは薄い樹脂材料に金属蒸着を施して高反射率が得られるようにした反射板によって構成されている。
【００７７】
ここで、入射面２４ｂの発光ダイオード側の稜線部と反射板２７の発光ダイオード側の端部とで囲まれる領域を入射領域とするとき、該入射領域は、照射光軸方向視において、発光ダイオードの発光面と同じ略正方形の形状を有する。また、該入射領域は、発光ダイオードの発光面と略同じ大きさを有する。そして、光学部材２４の入射面２４ａは、発光ダイオードの発光面から入射面２４ｂの照射光軸方向長さ分だけ離れた位置に配置されており、発光ダイオードから射出した光束が該入射面２４ａで屈折して集光されるように構成されている。さらに、入射面２４ａは、照射光軸Ｌ上で発光面と向かい合うように配置されている。
【００７８】
一方、入射面２４ｂは、発光ダイオードの発光面からの射出光束のうち入射面２４ａに入射する光束よりも照射光軸Ｌに対する射出角度が大きい光束が、発光面と入射面２４ａとの間から抜け出ないように形成された第２の入射面である。この入射面２４ｂから入射した光束は、該入射面２４ｂで屈折した後、反射面２４ｄで全反射し、所定の集光作用を受けた後、射出面２４ｃに向かう。このように、発光ダイオードから射出する光束の角度に応じて複数の入射面を設けることにより、発光ダイオードから射出した光束を分離して独立に制御することが可能となり、効率良く集光させることが可能になる。
【００７９】
ここで、入射面２４ｂの発光ダイオード側の稜線と反射板２７の発光ダイオード側の端面によって囲まれる入射領域の大きさが、発光ダイオードの発光面の大きさよりも小さい場合には、発光面から射出したすべての光束を光学部材２４に入射させることができなくなる。また、該入射領域の大きさが、発光面の大きさよりも大きすぎる場合には、光学部材２４が大型化してしまう。そこで、本実施例のように、入射領域の大きさを発光ダイオードの発光面と略等しくすることが望ましい。
【００８０】
光学部材２４の射出面２４ｃは、図１１〜図１６に示すように照射光軸Lに対して略直交する平面である。これにより、カメラの外観面での自由度を増すことができる。
【００８１】
図１２および図１３に示すように、垂直方向断面において、発光ダイオード２２から射出して入射面２４ａに入射した光束は、射出面２４ｃに直接向かい、所定の照射角度に集光された状態で光学部材２４から射出される。一方、発光ダイオード２２から射出した光束のうち上下の入射面２４ｂから入射した光束は、反射面２４ｄで全反射し、射出面２４ｃに導かれる。このような光束の進行は、他の発光ダイオード２１，２３から発せられた光束についても同様である。
【００８２】
ここで、反射面２４ｄは図１１〜図１３に示すように、照射光軸Ｌに向かって凹となる曲面形状に形成されている。また、反射面２４ｄは、光学部材２４を照射光軸Ｌに対して直交する面で切断したとき、該切断位置が射出面２４ｃに近づくにつれて、照射光軸Ｌとの距離が連続的に増加するような形状を有する。この反射面２４ｄは、実施例１で説明した反射面４ｃとは異なり、該反射面２４ｂでの反射した光束の角度分布を反射前の光束の角度分布より狭める作用を有する。このため、図１３に示すように、発光ダイオード２２から射出して反射面２４ｄで反射した光束は、極めて集光された状態で光学部材２４から射出される。
【００８３】
また、図１０に示すように、光学部材２４を照射光軸方向から見たときに、射出面２４ｃのうち各発光ダイオードからの光束が通過する領域（射出領域）２４ｆの開口は、入射面２４ａの開口よりも大きな矩形形状を有する。
【００８４】
次に、本実施例の照明装置の水平方向での断面形状について、図１４〜１６を用いて説明する。
【００８５】
本実施例では、図１４〜１６に示すように、水平方向では垂直方向と異なった集光方法で、すなわち反射面２４ｅだけで配光特性を決定している。なお、３つの発光ダイオード２１，２２，２３に対する光学部材２４の３つの導光領域の形状は互いに同一であるため、図１５および図１６には、代表として発光ダイオード２２についてのみ、光線トレース図を付記している。発光ダイオード２１，２３からの光束のトレース図はこれとほぼ同様である。
【００８６】
まず、図１４に示すように、光学部材２４の射出面２４ｃは、屈折力を持たない平面形状である。各発光ダイオードから射出して入射面２４ａに入射した光束のうち一部の光束は、射出面２４ｃに直接向かい、射出面２４ｃで屈折して所定の照射角度範囲に射出される。これは実施例１の図７に示した様子と同じであり、射出面（射出領域）の開口幅によって照射角度が決定される。
【００８７】
一方、反射面２４ｅは、各発光ダイオードから射出して入射面２４ａに入射した光束のうち、射出面２４ｃに直接向かう光束以外の光束を反射させて射出面２４ｃに導く。また、各発光ダイオードからの射出光束のうち、照射光軸Lに対する角度が大きく入射面２４ａに直接入射できない光束は、図１６に示すように、反射板２７での反射を利用することによって入射面２４ａに導かれる。これにより、各発光ダイオードからの射出光束を余すことなく有効に活用することができる。ここで、反射面２４ｅは、水平方向断面において、照射光軸Ｌに対して一定の傾きを有する平面として構成されている。この場合、図１６に示すように、入射面２４ａから光学部材２４内に入射した光束のうち反射面２４ｅで全反射した光束は、射出面２４ｃに向かい、該射出面２４ｃで屈折して所定の照射角度範囲に集光される。図１６に示すように、反射面２４ｅで全反射して射出される光束（反射光束）の角度分布範囲は、図１５に示す入射面２４ａから直接射出面２４ｃに向かった直接光束とほぼ同様の照射角度範囲に変換される。
【００８８】
上記光学系の特徴として、まず、図１１〜１３に示す垂直方向の断面に関しては、発光ダイオード２１〜２３から極めて近い距離で集光性の高い光学系を構成することができる反面、開口幅はやや広くなる傾向がある。一方、図１４〜図１６に示す水平方向の断面においては、反射回数を増やすことによって、比較的狭い開口幅で照射角度範囲を狭めた配光特性を実現させることができる反面、光学部材２４の全長がやや長くなる傾向がある。いずれの方向の断面においても、発光ダイオード２１〜２３から射出した光束を極めて有効に活用することができるとともに、比較的狭い照射角度範囲に収めることができる。また、発光ダイオードの特性として、光軸付近に射出する光束は青色系の光束であり、光軸に対して比較的大きな角度で射出した光束は黄色系の光束になる傾向がある。しかし、本実施例で用いる照明光学系においては、直接光束と反射光束とを同じ照射角度範囲で重ね合わせることで、色むらを発生にくくしている。
【００８９】
以上説明したように、本実施例の照明装置では、垂直方向と水平方向での入射面２４ａ，２４ｂおよび反射面２４ｄ，２４ｅの形状を異ならせている。これにより、発光ダイオードから射出面２４ｃまでの距離が同一であるにも関わらず、垂直方向での配光特性と水平方向での配光特性をそれぞれ独立に制御することができる。したがって、撮像画角に対応した必要照射範囲に効率の良い照明を行うことができる。すなわち、必要照射範囲外に照射される光束を少なくすることができる。
【００９０】
また、垂直方向および水平方向以外の方向の断面に関しては、図１０に示したように、反射面２４ｄ，２４ｅは、射出面２４ｃ上に矩形の射出領域（各発光ダイオードからの光束が射出する領域）２４ｆを形成するようにその形状が設定されている。このため、与えられた射出面２４ｃの水平方向に長い長方形型の開口スペースに対してほとんど隙間なく複数の射出領域を形成することができる。したがって、効率の良い照明を行うことができる。
【００９１】
本実施例では、発光ダイオード２１〜２３は同一形状を有し、また光学部材２４によって制御される配光特性もほぼ等価な特性となる。そして、この３つの発光ダイオードによる照射光束を重ね合わせることによって必要照射範囲に対する所定の配光特性が得られる。実施例１と同様に、複数の光源からの照射光束を重ね合わせることによって、部品公差や個々の発光ダイオードの色特性および発光効率の違いに起因する発光量の違いを、全体として吸収することができ、均一で効率の良い照明光学系を構成することができる。
【００９２】
また、本実施例では、発光ダイオードを３つ使用する例について説明したが、本発明において光源の数はこれに限定されず、２個や４個以上でもよい。
【００９３】
さらに、本実施例では、光学部材２４の射出面２４ｃを平面とした例について示したが、該射出面にレンズ形状を付加することもできる。
【００９４】
また、本実施例では、白色発光ダイオードを使用して白色光を照射する例について示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、青、赤、緑の発光ダイオードを用い、該３色を合成することで白色光を照射するようにしてもよい。
【００９５】
また、本実施例では、３つの発光ダイオードを水平方向に並べて配置する例について説明したが、本発明の複数の光源の配置はこれに限定されない。例えば、照射光軸方向視において千鳥状に複数の発光ダイオードを配置することによって、同じ数の複数の発光ダイオードを水平方向に一列に並べる場合に比べて、照明装置の発光部の水平方向長さを短くすることができる。また、本実施例では、複数の発光ダイオードをまとめてデジタルカメラ本体２８の隅部に配置した場合について説明したが、互いに離れた位置に複数個ずつ光源および光学部材を配置してもよい。さらに、複数の発光ダイオードを縦一列に並べてカメラの側面に沿って配置するようにしてもよい。
【実施例３】
【００９６】
図１７には、本発明の実施例３である照明装置を備えたデジタルカメラ（撮像装置）の概略構成を示している。図１７において、３８はデジタルカメラ本体、３８１は撮影レンズを有するレンズ鏡筒、３８２は該レンズ鏡筒３８１により形成された被写体像を光電変換して画像を取得するためのＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。これらレンズ鏡筒３８１および撮像素子３８２により撮像系が構成される。３９は被写体に対して照明光を照射する本実施例の照明装置である。
【００９７】
図１７に示すように、本実施例の照明装置は、デジタルカメラ本体３８の前面であって、前面から見てレンズ鏡筒３８１の右上方の隅部に配置されている。
【００９８】
図１８には、図１７に示した照明装置３９を拡大して示している。本実施例の照明装置３９は、撮像系の撮影画角を水平方向（図の左右方向）と垂直方向（図の上下方向）で見たときに、より画角が広い水平方向に複数並べられた発光ダイオード（発光面３１ａ，３２ａ，３３ａ）からの射出光束を効率良く集光させることができる。
【００９９】
本実施例の照明装置３９は、実施例１と同様に、発光ダイオードの発光面が略円形であり、かつ所定間隔をあけて配置された複数の発光ダイオードから射出される光束を効率良く集光させる。但し、本実施例の照明装置３９は、光の照射範囲を変化させることができる点で照射範囲が固定である実施例１と異なる。
【０１００】
図１９から図２１には、照明装置３９を１つの発光ダイオード３２からの照射光軸Ｌを通る垂直方向（第１の方向）の面で切断したときの断面図を示す。これらの図は、照射範囲を最小とした場合を示す。図２０および図２１には、発光ダイオード３２の発光面３２ａの中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【０１０１】
また、図２２から図２４には、垂直方向断面において、照射範囲を最大とした場合を示す。図２３および図２４には、発光ダイオード３２の発光面３２ａの中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【０１０２】
さらに、図２５から図２７には、照明装置３９を３つの発光ダイオード３１，３２，３３の照射光軸Ｌを通る水平方向（第２の方向）の面で切断したときの断面図を示す。これらの図は、照射範囲を最小とした場合を示す。図２６および図２７には、発光ダイオード３２の発光面３２ａの中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【０１０３】
また、図２８から図３０には、水平方向断面において、照射範囲を最大とした場合を示す。図２９および図３０には、発光ダイオード３２の発光面３２ａの中心から射出した代表光束の光線トレース図を付記している。
【０１０４】
これらの図において、３つの発光ダイオード３１〜３３は、水平方向に等間隔に配置されている。３４は発光ダイオード３１〜３３から射出した光束を集光させる光学部材である。
【０１０５】
３５はハード基板であり、発光ダイオード３１〜３３と電気的に接続され、かつ発光ダイオード３１〜３３を保持する。３６はデジタルカメラ本体３８の外装部材である。
【０１０６】
発光ダイオード３１〜３３は、実施例１と同様に、均一な色分布特性を持った白色光を射出することができ、一定の時間定常光を発することができる高輝度の白色発光ダイオードである。３つの発光ダイオード３１〜３３は、ほぼ同一の光学特性（色分布特性および射出光の強度分布特性等）を有する。また、３つの発光ダイオード３１〜３３は、発光ダイオードチップの前面（光照射側の部分）に照射光軸方向から見て、略円形で互いに略同じ大きさの有限面積を有する拡散発光面３１ａ，３２ａ，３３ａを有する。各発光ダイオードチップから発せられた光束が拡散発光面で拡散されることにより、発光ダイオード３１〜３３は発光面のほぼ全体から均一に発光する。
【０１０７】
発光ダイオード３１〜３３は、半田付け等によってハード基板３５に電気的および機械的に接続されており、ハード基板３５を介して不図示のＣＰＵからの制御信号を受けることにより発光する。ハード基板３５は、照射光軸方向（撮影レンズの光軸方向）に移動可能な可動部材７３によって保持されている。可動部材７３に形成されたラックギヤ部には、モータ７１のピニオンギヤ７２の出力が、不図示の減速ギヤ列を介して、その最終段で噛み合っている。このため、ＣＰＵからの駆動信号によってモータ７１が回転すると、可動部材７３およびハード基板３５とともに発光ダイオード３１〜３３が照射光軸方向に移動（相対移動）する。これにより、発光ダイオード３１〜３３と光学部材３４との照射光軸方向での相対距離が変化し、照射範囲を変化させることができる。なお、本実施例の照明装置３９は、発光ダイオード３１〜３３と光学部材３４との照射光軸方向での相対距離が変化しても、照明光学系として最も効率良く機能するように構成されている。
【０１０８】
光学部材３４は、透明性の高い光学樹脂材料で一体形成され、所定間隔をあけて配置された３つの発光ダイオード３１〜３３から射出した光束を効率良く必要照射範囲に集光させる。光学部材３４は、１つの発光ダイオードに対して２つずつ設けられた計６つの入射面３４ａ，３４ｂと、共通の射出面３４ｃとを有する。さらに、１つの発光ダイオードに対して１つずつ設けられ、入射面３４ｂから入射した光束を反射して射出面３４ｃに導く３つの反射面３４ｄとを有している。なお、図２５〜３０においては、入射面３４ｂおよび反射面３４ｃにおける垂直方向断面との形状との差異を説明するため、これら入射面３４ｂと反射面３４ｃにそれぞれ３４ｅ，３４ｆという別の符号を付している。
【０１０９】
ここで、以下、光学部材３４のうち１つの発光ダイオードから射出された光束が通過又は反射する入射面３４ａ，３４ｂ、反射面３４ｄおよび射出面３４ｃの一部を、該発光ダイオードに対する導光領域という。すなわち、本実施例の光学部材３４は、３つの発光ダイオードに対応する３つの導光領域を有する。
【０１１０】
ここで、入射面３４ａは、垂直方向と水平方向とで形状、つまりは屈折力が異なるトーリックレンズ面として構成されている。具体的には、垂直方向での屈折力が水平方向での屈折力より強いトーリックレンズ面として形成されている。また、反射面３４ｄも、垂直方向と水平方向とで形状が異なる。
【０１１１】
各発光ダイオードからの射出光束が入射する入射面３４ａ，３４ｂのうち、照射光軸Ｌを含む中央部に形成された入射面３４ａは、照射光軸方向から見たとき、発光ダイオードの発光面と同じ略円形の形状を有する。該入射面３４ａは、前述したトーリック面として形成され、該入射面３４ａの上下に形成された入射面３４ｂは、該入射面３４ａの上下端部から発光ダイオードの側に延びている。
【０１１２】
入射面３４ｂの発光ダイオード側の稜線部で囲まれる領域を入射領域とするとき、該入射領域は、照射光軸方向視において、発光ダイオードの発光面と同じ略円形の形状を有する。また、該入射領域は、発光ダイオードの発光面と略同じ大きさを有する。そして、図１９〜図２２に示す最小照射範囲の状態では、入射面３４ａは、発光ダイオードの発光面から入射面３４ｂの照射光軸方向長さ分だけ離れた位置に配置されており、発光ダイオードから射出した光束が該入射面３４ａで屈折して集光されるように構成されている。さらに、入射面３４ａは、照射光軸Ｌ上で発光面と向かい合うように配置されている。
【０１１３】
一方、入射面３４ｂは、発光ダイオードの発光面からの射出光束のうち入射面３４ａに入射する光束よりも照射光軸Ｌに対する射出角度が大きい光束が、発光面と入射面３４ａとの間から抜け出ないように形成された第２の入射面である。この入射面３４ｂから入射した光束は、該入射面３４ｂで屈折した後、反射面３４ｄで全反射し、所定の集光作用を受けた後、射出面３４ｃに向かう。このように、発光ダイオードから射出する光束の角度に応じて複数の入射面を設けることにより、発光ダイオードから射出した光束を分離して独立に制御することが可能となり、効率良く集光させることが可能になる。
【０１１４】
ここで、入射面３４ｂの発光ダイオード側の稜線によって囲まれる入射領域の大きさが、発光ダイオードの発光面の大きさよりも小さい場合には、発光面から射出したすべての光束を光学部材３４に入射させることができなくなる。また、該入射領域の大きさが、発光面の大きさよりも大きすぎる場合には、光学部材３４が大型化してしまう。そこで、本実施例のように、入射領域の大きさを発光ダイオードの発光面と略等しくすることが望ましい。
【０１１５】
次に、本実施例において、最も照射範囲が狭い状態（テレ状態）での各面の形状と作用との関係について、垂直方向断面を示す図１９〜図２１と水平方向断面を示す図２５〜図２７を用いて説明する。
【０１１６】
光学部材３４の射出面３４ｃは、図１９〜図３０に示すように、照射光軸Lに対して略直交する平面である。これにより、カメラの外観面での自由度を増すことができる。
【０１１７】
図２０に示す垂直方向断面において、各発光ダイオードから射出して入射面３４ａに入射した光束は、射出面３４ｃに直接向かい、照射角度の最も狭い集光された状態で光学部材３４から射出される。一方、図２１に示すように、各発光ダイオードから射出した光束のうち上下の入射面３４ｂから入射した光束は、反射面３４ｄで全反射し、射出面３４ｃに導かれる。
【０１１８】
ここで、反射面３４ｄは図１９〜図２１に示すように、照射光軸Ｌに向かって凹となる曲面形状に形成されている。また、反射面３４ｄは、光学部材３４を照射光軸Ｌに対して直交する面で切断したとき、該切断位置が射出面３４ｃに近づくにつれて、照射光軸Ｌとの距離が連続的に増加するような形状を有する。この場合、図２１に示すように、各発光ダイオードから射出して反射面３４ｄで反射した光束は、照射角度が最も狭い状態で光学部材３４から射出される。
【０１１９】
また、図１８に示すように、光学部材３４を照射光軸方向から見たときに、射出面３４ｃのうち各発光ダイオードからの光束が通過する領域（射出領域）３４ｇの開口は、入射面３４ａの開口よりも大きな略楕円形状を有する。該楕円形状は、垂直方向を長軸方向としている。
【０１２０】
次に、水平方向での断面形状について、図２５〜２７を用いて説明する。本実施例では、図２５〜２７に示すように、垂直方向とほぼ同じ集光方法で配光特性を決定している。なお、３つの発光ダイオード３１〜３３に対する光学部材３４の３つの導光領域の形状は互いに同一であるため、図２６および図２７には、代表として発光ダイオード３２についてのみ、光線トレース図を付記している。発光ダイオード３１，３３からの光束のトレース図はこれとほぼ同様である。また、ここでは、前述した理由により、入射面３４ｂと反射面３４ｃにそれぞれ３４ｅ，３４ｆの符号を付している。
【０１２１】
図２６に示すように、各発光ダイオードから射出して入射面３４ａに入射した光束は、射出面３４ｃに直接向かい、必要照射範囲に対応した最も狭い照射角度で光学部材３４から射出される。一方、図２７に示すように、各発光ダイオードから射出した光束のうち入射面３４ｅから入射した光束は、反射面３４ｆで全反射し、射出面３４ｃに導かれる。
【０１２２】
ここで、反射面３４ｆは、図２５〜図２７に示すように、照射光軸Ｌに向かって凹となる曲面形状に形成されている。また、反射面３４ｆは、光学部材３４を照射光軸Ｌに対して直交する面で切断したとき、該切断位置が射出面３４ｃに近づくにつれて、照射光軸Ｌとの距離が連続的に増加するような形状を有する。これらの点では、垂直方向断面と同じである。但し、水平方向断面における反射面３４ｆの曲率（つまりは、光学的パワー：焦点距離の逆数）は、垂直方向断面での反射面３４ｃの曲率よりも大きい。
【０１２３】
この場合も、図２７に示すように、各発光ダイオードから射出して反射面３４ｆで反射した光束は、照射角度が最も狭い状態で光学部材３４から射出される。
【０１２４】
次に、本実施例において、最も照射範囲が広い状態（ワイド状態）での各面の形状と作用との関係について、垂直方向断面を示す図２２〜図２４と水平方向断面を示す図２８〜図３０を用いて説明する。このワイド状態では、テレ状態に比べて、発光ダイオード３１〜３３を被写体側に前進させ、光学部材３４における入射面３４ａ，３４ｂによって囲まれる空間内に各発光ダイオードが配置されるようにする。
【０１２５】
図２３に示す垂直方向断面において、各発光ダイオードから射出して入射面３４ａに入射した光束は、射出面３４ｃに直接向かい、必要照射範囲に対応した照射角度が広い状態で光学部材３４から射出される。一方、図２４に示すように、各発光ダイオードから射出した光束のうち入射面３４ｂから入射した光束は、反射面３４ｄで全反射し、射出面３４ｃに導かれる。この場合も、図２４に示すように、発光ダイオード３１，３２，３３から射出して反射面３４ｄで反射した光束は、その後射出面３４ｃに向かい、照射角度が最も広い状態で射出される。
【０１２６】
また、図２９に示す水平方向断面において、各発光ダイオード３１，３２，３３から射出し、入射面３４ａに入射した光束は、射出面３４ｃに直接向かい、必要照射範囲に対応した照射角度が最も広い状態で光学部材３４から射出される。一方、図３０に示すように、各発光ダイオードから射出した光束のうち入射面３４ｅから入射した光束は、反射面３４ｆで全反射し、射出面３４ｃに導かれる。この場合も、図３０に示すように、各発光ダイオードから射出して反射面３４ｆで反射した光束は、必要照射範囲に対応した照射角度が最も広い光束に変換される。
【０１２７】
以上説明したように、本実施例によれば、発光ダイオード３１〜３３を光学部材３４に対して照射光軸方向に移動させることによって、上下と左右の照射角度を同時に変化させることができる。なお、本実施例では、照射角度が最も狭い場合と最も広い場合についてのみ説明したが、照射角度は、発光ダイオード３１〜３３と光学部材３４との連続的な又は段階的な相対位置関係の変化に応じて連続的又は段階的に変化させることができる。
【０１２８】
このため、デジタルカメラの撮影レンズの焦点距離に連動して照射角度を変化させることによって、撮像画角に細かく対応した極めて効率の良い照明を行うことが可能になる。
【０１２９】
なお、本実施例では、発光ダイオードを３つ使用する例について説明したが、本発明において光源の数はこれに限定されず、２個や４個以上でもよい。
【０１３０】
さらに、本実施例では、光学部材３４の射出面３４ｃを平面とした例について示したが、該射出面にレンズ形状を付加することもできる。
【０１３１】
また、本実施例では、白色発光ダイオードを使用して白色光を照射する例について示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、青、赤、緑の発光ダイオードを用い、該３色を合成することで白色光を照射するようにしてもよい。
【０１３２】
また、本実施例では、３つの発光ダイオードを水平方向に並べて配置する例について説明したが、本発明の複数の光源の配置はこれに限定されない。例えば、照射光軸方向視において千鳥状に複数の発光ダイオードを配置することによって、同じ数の複数の発光ダイオードを水平方向に一列に並べる場合に比べて、照明装置の発光部の水平方向長さを短くすることができる。
【０１３３】
また、本実施例では、複数の発光ダイオードをまとめてデジタルカメラ本体３８の隅部に配置した場合について説明したが、互いに離れた位置に複数個ずつ光源および光学部材を配置してもよい。さらに、複数の発光ダイオードを縦一列に並べてカメラの側面に沿って配置するようにしてもよい。
【実施例４】
【０１３４】
図３１には、本発明の実施例４である照明装置を備えたデジタルカメラ（撮像装置）の概略構成を示している。図３１において、４８はデジタルカメラ本体、４８１は撮影レンズを有するレンズ鏡筒、４８２は該レンズ鏡筒４８１により形成された被写体像を光電変換して画像を取得するためのＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。これらレンズ鏡筒４８１および撮像素子４８２により撮像系が構成される。４９は被写体に対して照明光を照射する本実施例の照明装置である。
【０１３５】
図３１に示すように、本実施例の照明装置は、デジタルカメラ本体４８の前面であって、前面から見てレンズ鏡筒４８１の右上方の端部に、該デジタルカメラ本体４８の側面に沿って垂直方向に５つの発光ダイオードが並ぶように配置されている。
【０１３６】
これは、限られたデジタルカメラの前面のうち、最も撮影レンズから遠いとともに、撮影時の指の掛かりを防止するのに都合が良い位置である。撮影レンズから遠い位置に照明装置４９を配置することによって、静止画撮影時の赤目現象を未然に防止することができる。
【０１３７】
本実施例の照明装置４９でも、実施例１〜３にて説明した構成を採用することにより、垂直方向に所定間隔をあけて並んだ５つの発光ダイオードからの射出光束を効率良く集光させることができる。すなわち、実施例１〜３と同様に、略同一の配光特性を有する複数の光束を重ね合せることにより、必要照射範囲において所定の配光特性が得られる。
【実施例５】
【０１３８】
上記実施例３においては、照射角度を変化させることができる照明装置について説明したが、光を照射する方向を変化させることができると良い場合がある。
【０１３９】
一般に、撮影レンズの撮影光軸と照明装置の照射光軸（以下、照明光軸という）とがずれた関係にある。この場合、被写体が比較的遠い状態では、照明光軸と撮影光軸とがずれた位置で平行であっても問題とならない。しかし、被写体が近い状態では、照明光軸と撮影光軸とのずれによって、撮影レンズに対して照明装置の反対側に存在する被写体の照明が不十分になる可能性がある。このため、理想的には、該近い被写体が存在する距離で、照明光軸が撮影光軸と交わることが望ましい。本実施例は、この問題を解決するためのものである。
【０１４０】
図３２には、本発明の実施例５である照明装置を備えたデジタルカメラ（撮像装置）の概略構成を示している。図３２において、５８はデジタルカメラ本体、５８１は撮影レンズを有するレンズ鏡筒、５８２は該レンズ鏡筒５８１により形成された被写体像を光電変換して画像を取得するためのＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。これらレンズ鏡筒５８１および撮像素子５８２により撮像系が構成される。５９は被写体に対して照明光を照射する本実施例の照明装置である。
【０１４１】
図３３および図３４には、照明装置５９を拡大して示している。これらの図において、５１，５２，５３は発光面の形状が略円形である３つの発光ダイオード、５４は発光ダイオード５１〜５３から射出した光束を集光させる光学部材である。
【０１４２】
本実施例の照明装置は、デジタルカメラ本体５８の前面であって、前面から見てレンズ鏡筒５８１の右上方の隅部に、発光ダイオード５１，５２が左と右に並び、かつ発光ダイオード５２，５３が上と下に並ぶように配置されている。すなわち、上下を逆さまにした略Ｌ字型に３つの発光ダイオード５１〜５３が並んでいる。
【０１４３】
５５はハード基板であり、発光ダイオード５１〜５３と電気的に接続され、発光ダイオード５１〜５３を保持する。また、ハード基板５５は、カメラ本体５８に対して固定された光学部材５４に対して、照射光軸Ｌに略垂直する面内で、レンズ鏡筒（撮影レンズ）５８１から遠ざかる方向Ｇに移動可能に保持されている。なお、図３２〜図３４中に示したラインＦは、正面視において、レンズ鏡筒（撮影レンズ）５８１の中心と発光ダイオード５２の中心（照射光軸Ｌ）とを結んだラインであり、方向Ｇはこのラインに沿った方向である。
【０１４４】
図３３には、被写体が比較的遠い通常撮影の場合における発光ダイオードと光学部材との位置関係を示している。この場合、撮影光軸と照明光軸とが平行になっている。
【０１４５】
また、図３４には、被写体が至近距離に位置する状態での理想的な発光ダイオードと光学部材との位置関係照明光学系の配置を示している。図３３の状態から不図示の駆動機構又は手動により、ハード基板５５を方向Ｇに移動させることにより、この状態が実現される。
【０１４６】
このように、デジタルカメラ本体５８に固定された光学部材５４に対して、ハード基板５５とともに発光ダイオード５１〜５３を撮影光軸から遠ざかる方向Ｇに移動させることにより、照明光学系が偏心光学系となる。そして、これにより、照明光軸をカメラから近い距離で撮影光軸に対して交差させることができる。すなわち、照射方向を変更することができる。
【０１４７】
発光ダイオード５１〜５３のＧ方向への移動を、例えば、ＣＰＵによる被写体距離の検出情報に応じた駆動機構の制御によって行うことにより、被写体距離に応じて照明光の照射方向を自動的に変更することができる。これにより、近距離被写体に対しても最適な照明を行うことができる。
【０１４８】
なお、実施例３および本実施例においては、固定された光学部材に対して発光ダイオードが照射光軸方向又はこれに直交する方向に移動する場合について説明したが、光学部材を固定された発光ダイオードに対して移動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の実施例１である照明装置を備えたデジタルカメラの正面図。
【図２】実施例１の照明装置の拡大図。
【図３】実施例１の照明装置の垂直断面図。
【図４】実施例１の照明装置の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図５】実施例１の照明装置の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図６】実施例１の照明装置の水平断面図。
【図７】実施例１の照明装置の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図８】実施例１の照明装置の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図９】本発明の実施例２である照明装置を備えたデジタルカメラの正面図。
【図１０】実施例２の照明装置の拡大図。
【図１１】実施例２の照明装置の垂直断面図。
【図１２】実施例２の照明装置の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図１３】実施例２の照明装置の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図１４】実施例２の照明装置の水平断面図。
【図１５】実施例２の照明装置の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図１６】実施例２の照明装置の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図１７】本発明の実施例３である照明装置を備えたデジタルカメラの正面図。
【図１８】実施例３の照明装置の拡大図。
【図１９】実施例３の照明装置（テレ状態）の垂直断面図。
【図２０】実施例３の照明装置（テレ状態）の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図２１】実施例３の照明装置（テレ状態）の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図２２】実施例３の照明装置（ワイド状態）の垂直断面図。
【図２３】実施例３の照明装置（ワイド状態）の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図２４】実施例３の照明装置（ワイド状態）の垂直断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図２５】実施例３の照明装置（テレ状態）の水平断面図。
【図２６】実施例３の照明装置（テレ状態）の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図２７】実施例３の照明装置（テレ状態）の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図２８】実施例３の照明装置（ワイド状態）の水平断面図。
【図２９】実施例３の照明装置（ワイド状態）の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図３０】実施例３の照明装置（ワイド状態）の水平断面図であって、光線トレース図を付記した図。
【図３１】本発明の実施例４である照明装置を備えたデジタルカメラの正面図。
【図３２】本発明の実施例５である照明装置を備えたデジタルカメラの正面図。
【図３３】実施例５の照明装置の拡大図。
【図３４】実施例５の照明装置の拡大図。
【符号の説明】
【０１５０】
１，２，３，２１，２２，２３，３１，３２，３３，５１，５２，５３  発光ダイオード
４，２４，３４，，５４  光学部材
５，２５，３５，５５  ハード基板
６，２６，３６  外装部材
１１，２８，３８，４８，５８  デジタルカメラ本体
１２，２８１，３８１，４８１，５８１  レンズ鏡筒
１３，２９，３９，４９，５９  照明装置
【図４】
0004764088.tif 000002
【図１３】
0004764088.tif 000003
【図２５】
0004764088.tif 000004
【図２６】
0004764088.tif 000005
【図２７】
0004764088.tif 000006
【図２８】
0004764088.tif 000007
【図２９】
0004764088.tif 000008
【図３３】
0004764088.tif 000009
【図３４】
0004764088.tif 000010
【図１】
0004764088.tif 000011
【図２】
0004764088.tif 000012
【図３】
0004764088.tif 000013
【図５】
0004764088.tif 000014
【図６】
0004764088.tif 000015
【図７】
0004764088.tif 000016
【図８】
0004764088.tif 000017
【図９】
0004764088.tif 000018
【図１０】
0004764088.tif 000019
【図１１】
0004764088.tif 000020
【図１２】
0004764088.tif 000021
【図１４】
0004764088.tif 000022
【図１５】
0004764088.tif 000023
【図１６】
0004764088.tif 000024
【図１７】
0004764088.tif 000025
【図１８】
0004764088.tif 000026
【図１９】
0004764088.tif 000027
【図２０】
0004764088.tif 000028
【図２１】
0004764088.tif 000029
【図２２】
0004764088.tif 000030
【図２３】
0004764088.tif 000031
【図２４】
0004764088.tif 000032
【図３０】
0004764088.tif 000033
【図３１】
0004764088.tif 000034
【図３２】
0004764088.tif 000035