(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ等の光源から射出された光束を効率良く集光させることのできる照明装置を提供する。【解決手段】  光源（１）と、光源よりも光照射側に配置された光学部材（２）とを有し、光学部材は、入射面（２ａ）と、正の光学パワーを有する射出面（２ｂ）と、入射面から入射した光の一部を反射して射出面に導く反射面（２ｃ）とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源よりも光照射側に配置された光学部材とを有し、
前記光学部材は、入射面と、正の光学パワーを有する射出面と、前記入射面から入射した光の一部を反射して前記射出面に導く反射面とを有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記射出面の開口が、前記入射面の開口よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記反射面の照射光軸に対する距離が、入射面側から射出面側に連続的に増加することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源の発光面と、前記入射面の開口とが略同じ大きさであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項５】
前記光学部材は、前記入射面と前記反射面および前記反射面と前記射出面とが隣接した形状を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項６】
前記反射面は、前記射出面における前記反射面に最も近い位置での法線よりも照射光軸から離れた領域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つに記載の照明装置。
【請求項７】
前記入射面、反射面および射出面は、照射光軸に関して回転対称な形状を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項８】
前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の照明装置と、
該照明装置からの光により照明された被写体を撮影する撮影系とを有することを特徴とする撮影装置。
【請求項１０】
第１の光と該第１の光とは異なる色成分を含む第２の光を発する光源と、
該光源よりも光照射側に配置された光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記第１の光が透過する正の光学パワーを持つ第１の面と、前記第２の光を前記光照射側に反射する正の光学パワーを持つ第２の面とを有することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
前記第１の面と前記第２の面はそれぞれ、前記第１の光と前記第２の光とを所定の光照射領域に到達させることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記光学部材は、前記第１の光が入射する正の光学パワーを持つ第１の入射面と、前記第２の光が入射する第２の入射面と、該第２の入射面からの前記第２の光を前記光照射側に反射する正の光学パワーを持つ反射面と、前記第１の入射面および前記反射面からの前記第１および第２の光を射出する射出面とを有することを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記光源が発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１つに記載の照明装置。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか１つに記載の照明装置と、
該照明装置からの光により照明された被写体を撮影する撮影系とを有することを特徴とする撮影装置。
【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光源から射出された光束を必要照射範囲に対して効率良く集光させる光学部材を有する照明装置と、該照明装置を備えた撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）を光源とする照明装置として、ＬＥＤに集光作用を持たせたタイプを用いたものが数多く実用化されている。このタイプのＬＥＤの構成は、発光ダイオードチップが反射鏡となる金属カップ内に固定され、この前面（射出側の面）に集光作用を有するドーム形状の透明樹脂が形成されている。
【０００３】
上述した構成のＬＥＤは、透明樹脂で構成された部分の直径や曲率を変化させることにより集光度合いを異ならせることが可能である。そして、このようなＬＥＤを用いた装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、光源であるＬＥＤには集光作用を持たせず、光源から射出した光束を、光源よりも光照射側に配置され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】
また、光源であるＬＥＤには集光作用を持たせず、光源から射出した光束をプリズム内で反射させて特定の照射領域に向けて射出させる光学系が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−２１７０３号公報（段落番号００１１〜００１３、図１等）
【特許文献２】特開２０００−８９３１８号公報（段落番号０００５、０００６、図１等）
【特許文献３】特開平１０−１６４３１５号公報（段落番号００３０〜００３３、図１、図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、集光作用を持つドームタイプのＬＥＤは、光源である発光ダイオードチップに対して最適な光学配置がとられており、集光性の高い光学系を実現できるようになっているが、ＬＥＤの光学仕様に左右される場合が多い。すなわち、ＬＥＤが搭載される光学機器に必要とされる最適な照射範囲に対して光を照射できるＬＥＤを選択できる場合は良いものの、ＬＥＤの照射範囲が上記光学機器の最適な照射範囲と完全に一致するとは限らない。
【０００７】
また、上述した既存の光学特性（照射角度）を持つＬＥＤを用いて、光学機器の最適な照射範囲に光を照射させようとすると、特許文献１に示す構成のように別の光学系（光学部材）が必要となる。この場合、別の光学系の追加により、照明装置が大型化してしまったり、コストアップしてしまったりする。
【０００８】
一方、前面にレンズを一体的に形成しない面発光タイプのＬＥＤは、通常特許文献２に示すように、光照射側に形成した凸レンズによって集光を行っている。凸レンズによる集光は、レンズの焦点距離を適宜設定することによって、光照射領域のうち照射光軸を含む特定の領域を明るく照らすことができるが、光源であるＬＥＤと凸レンズとの間に隙間が生じてしまう。
【０００９】
このため、ＬＥＤから射出された光束の一部が上記隙間から抜け出てしまい、照明光の照射効率が低下してしまう。
【００１０】
また、凸レンズを用いて屈折光のみを利用した集光光学系では、光照射領域の中央領域（照射光軸近傍の領域）を比較的明るく照射できるものの、中央領域以外の周囲領域では十分な照度を得ることが困難である。これにより、必要照射領域全体において均一な明るさの照明を行うことは困難である。
【００１１】
一方、レンズを一体的に形成しない面発光タイプのＬＥＤを用いて光射出方向を変換させる光学系としては、通常特許文献３に示すように、光源の前面（光照射側）にプリズム面や反射面を配置し、方向変換と集光とを行わせながら所定の方向に射出させるような構成の照明光学系がある。
【００１２】
しかし、上記の照明光学系では、照射光軸近傍の光束を、屈折もしくは反射によって射出方向を変化させながら順次集光させるだけであり、屈折および反射を利用して集光効率を向上させるような構成にはなっていない。
【００１３】
このため、照射光軸から外れた光束が、所望の方向（設計上の方向）とは異なる方向に向かってしまうおそれがあるため、ＬＥＤから射出された光束を効率良く照射面上の特定領域に対して均一に照射させる点で好ましくない。
【００１４】
このように、従来のＬＥＤを用いた照明光学系では、屈折および反射のどちらか一方の光学作用を用いて光束を集光させるように構成されている。しかし、このような構成は、上述したように必ずしもＬＥＤからの射出光束を効率良く利用できるわけではなく、また、照明領域での照度分布も必ずしも均一であるとはいえない。
【００１５】
すなわち、通常、単一のレンズを用いてＬＥＤのような小光源からの射出光束を集光させる場合、照射光軸に近い中央領域では明るく照射することができるが、中央領域以外の周辺領域では極端に暗くなってしまうような配光特性を示しやすい。
【００１６】
また、一つの集光レンズに対して複数の色のＬＥＤ素子が一体的にパッケージされているような光源を使用した場合には、これらのＬＥＤ素子は互いに異なる位置に配置されているため、各ＬＥＤ素子での照射範囲を一致させることが困難である。この結果、配光ムラや色ムラが発生してしまう。
【００１７】
一方、上述した配光ムラや色ムラの発生を抑制するための対策として、光学部材の各表面を拡散面としたり、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が考えられる。しかし、拡散成分を含ませた場合には、照射効率が極端に低下してしまうことが一般的に知られており、照射効率の良い光学系を構成することができない。このため、光源からの光束を屈折や反射による光学作用のみを用いて射出させるような構成とすることが好ましい。
【００１８】
そこで、本発明の第１の目的は、ＬＥＤ等の光源からの光を効率良く集光させることのできる照明装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、配光ムラや色むらを抑制することのできる照明装置を提供することにある。さらに、本発明の第３の目的は、上記目的を達成できる照明装置を、最小限の部品で構成し、小型化させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願第１の発明である照明装置は、光源と、光源よりも光照射側に配置された光学部材とを有し、光学部材は、入射面と、正の光学パワーを有する射出面と、入射面から入射した光の一部を反射して射出面に導く反射面とを有することを特徴とする。
【００２０】
本願第２の発明である照明装置は、第１の光と第１の光とは異なる色成分を含む第２の光を発する光源と、光源よりも光照射側に配置された光学部材とを有し、光学部材は、第１の光が透過する正の光学パワーを持つ第１の面と、第２の光を光照射側に反射する正の光学パワーを持つ第２の面とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本願第１の発明によれば、射出面に正の光学パワーを持たせるとともに、入射面から入射した光の一部を射出面に導くように反射する反射面を設けることで、光源からの光束を効率良く集光させることができる。
【００２２】
本願第２の発明によれば、第１の光と第２の光を別々の面（第１および第２の面）で制御することにより、コンパクトな構成で、第１および第２の光により形成される任意の配光分布が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例１である照明ユニット（照明装置）について説明する。図１から図７は、本実施例の照明ユニットおよび該照明ユニットを備えたビデオカメラ（撮影装置）を説明するための図である。本実施例の照明ユニットは、以下に説明するように、ＬＥＤのような微小な面光源から射出される光束を効率良く集光させることができるものである。
【００２５】
図１は、本実施例の照明ユニットの構成を示す縦断面図、図２は、上記照明ユニットの主要光学系を示す外観斜視図、図３は、上記照明ユニット内に配置される光学部材の正面図である。
【００２６】
図４は、上記照明ユニットの配光特性を説明するための図であり、光照射側から光源側に入射する光束の軌跡を示している。ここで、図４（Ａ）〜（Ｉ）は、上記光束の照射光軸に対する角度を、０°から４０°の範囲内で５°ずつ変化させたときの図である。
【００２７】
図５は、本実施例の照明ユニットでの光学部材に代えて、従来の照明ユニットでの集光レンズを用いたときの、配光特性を説明するための図である。図５においても、光照射側から光源側に入射する光束の軌跡を示している。
【００２８】
図６は、本実施例の照明ユニットを備えたビデオカメラの外観斜視図、図７は、本実施例の照明ユニットの配光特性を示すグラフである。
【００２９】
図１等において、１は光源であるＬＥＤ、２はＬＥＤ１から射出した光束を集光させるための光学部材である。３はハード基板であり、ＬＥＤ１と電気的に接続され、ＬＥＤ１を保持する。４は後述するビデオカメラ本体１１の外装部材である。
【００３０】
図６において、１１はビデオカメラ本体、１２は撮影レンズを有するレンズ鏡筒、１３は被写体に対して照明光を照射するストロボ発光部である。図６に示すように、本実施例の照明ユニットは、ビデオカメラ本体１１の前面であって、レンズ鏡筒１２の近傍（レンズ鏡筒１２に対して図中下側）に配置されている。本実施例の照明ユニット（光学部材２）は、ビデオカメラ本体１１の内部に保持されたＬＥＤ１からの射出光束を効率良く集光させることができる。
【００３１】
なお、ビデオカメラの構成のうち、照明ユニットの構成を除く他の構成は公知の構成であり、詳しい説明は省略する。また、ビデオカメラの構成は、図６に示す構成に限定されるものではない。
【００３２】
次に、本実施例の照明ユニットの構成について詳しく説明する。
【００３３】
ＬＥＤ１は、光射出方向に均一な特性を持った光束を射出させることができ、一定の時間定常光を発することができる高輝度の白色ＬＥＤである。ここで、ＬＥＤ１は、射出面の前面に形成された拡散面によりＬＥＤチップから射出した光束を均一な配光特性となるように変換させている。この結果、図２に示す略円形の発光面１ａは、発光位置に拘わらず均一な配光特性を持った微小光源の集まりとして扱うことができる。
【００３４】
ＬＥＤ１は、半田付け等によってハード基板３に電気的および機械的に接続されており、ハード基板３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３は、不図示の固定部材によってビデオカメラ本体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位置に固定されている。
【００３５】
光学部材２は、ＬＥＤ１から射出した光束を集光させるための光学部材であり、透明性の高い（概ね減衰率のない）樹脂材料で形成されている。光学部材２は、以下に説明するように入射面２ａ、射出面２ｂおよび反射面２ｃを有している。
【００３６】
ＬＥＤ１の射出光束が入射する光学部材２の入射面２ａは、ＬＥＤ１側から見たときの外形が略円形であって、照射光軸Ｌに対して略直交する（メカ的な誤差の分だけ照射光軸Ｌに対して傾くこともある）面である。
【００３７】
入射面２ａの大きさ（径）は、ＬＥＤ１の発光面１ａの大きさ（径）と略同じ大きさ（光学部材２を形成する際の精度等によって誤差が生じることもある）となっている。そして、光学部材２は、ＬＥＤ１に対して、入射面２ａが発光面１ａの直前であって、且つ照射光軸Ｌ上で発光面１ａと向かい合うように配置されている。
【００３８】
ここで、入射面２ａの大きさが、発光面１ａの大きさよりも小さい場合には、発光面１ａで発光したすべての光を入射面２ａに入射させることができなくなる。また、入射面２ａの大きさが、発光面１ａの大きさよりも大きい場合には、光学部材２が大型化してしまったり、入射面２ａのうち周辺部に到達する光束が減少し、この結果入射面の光分布が不均一となり、配光ムラを生じてしまったりする。そこで、本実施例のように入射面２ａおよび発光面１ａの大きさを略等しくすることにより、上述した問題が発生するのを抑制することができる。
【００３９】
光学部材２の射出面２ｂは、図１等に示すように正の屈折力（正の光学パワー、光学パワーは焦点距離の逆数）を持つレンズ面である。ＬＥＤ１から射出し、入射面２ａに入射した光束のうち一部の光束は、射出面２ｂに直接向かい、射出面２ｂで屈折して集光する。
【００４０】
また、光学部材２を照射光軸Ｌ方向から見たときに、射出面２ｂの開口は入射面２ａの開口よりも大きくなっている。すなわち、図１に示すように、射出面２ｂの径ｘ２は、入射面２ａの径ｘ１よりも大きくなっている。
【００４１】
光学部材２の反射面２ｃは、ＬＥＤ１から射出し、入射面２ａに入射した光束のうち残りの光束を反射させて、射出面２ｂに導く。反射面２ｃの一方の端は入射面２ａと接しており、他方の端は射出面２ｂと接している。ここで、反射面２ｃは、曲面で構成されている。具体的には、反射面２ｃの面形状は、光学部材２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２ａから射出面２ｂ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。
【００４２】
また、反射面２ｃのうち少なくとも射出面２ｂ側の領域（反射面２ｃの全領域であってもよい）は、図１に示すように、射出面２ｂの端（射出面２ｂおよび反射面２ｃの境界部分）における射出面２ｂの法線ｎよりも照射光軸Ｌから離れた位置に形成されている。すなわち、照射光軸Ｌと直交する面内において、照射光軸Ｌから反射領域２ｃまでの距離が、照射光軸Ｌから法線ｎまでの距離よりも長くなっている。
【００４３】
次に、本実施例における反射面２ｃの形状をさらに詳しく説明する。
【００４４】
反射面２ｃの射出面２ｂに接する部分は、射出面２ｂの周辺部端部に立てた法線ｎに接するような面形状をとっている。これは、入射面２ａに入射した光束のうち直接射出面２ｂの端部に導かれた光束と、射出面２ｂの端部近傍で反射して導かれた光束とを連続的に接続させるために有効な形状である。すなわち、上記面形状をとることによって、射出面２ｂの端部に直接到達する直接光と反射面２ｃを介した反射光の角度をほぼ等しくすることができ、この結果、射出面の境界部分に進んだ光束の不連続性を回避することが可能になる。
【００４５】
一方、反射面２ｃの他の部分は、以下のようにして形状を決定している。
【００４６】
まず、反射面２ｃの入射面２ａに接する領域は、上記説明のように発光面１ａとほぼ同一の大きさとなるようにするため、端点の位置を規制している。また、この間を結ぶ中間領域は、末広がりの曲面で構成されている。この部分を曲面で形成するのは、以下の理由による。本来、反射面２ｃで反射する光束は、平面で形成された入射面２ａで一回屈折した成分である。
【００４７】
このため、本実施例に示すような比較的光学部材２が短い光学系では、反射部２ｃに到達する成分は少なく、また、比較的狭い角度分布の成分しか存在しない。一方、本発明の意図としては、反射光の角度分布も直接光の角度分布とほぼ同様の分布となることが望ましい。
【００４８】
そこで、本実施例では、反射面２ｃに到達した光束の角度分布を押し広げるため、反射面２ｃの形状を末広がりの曲面とすることによって配光特性の均一化を図っている。
【００４９】
ここで、説明を簡単にするため、曲面形状を円弧とした場合について、反射面２ｃに当たった光束の角度分布の特性を説明する。説明を簡単にするため、反射面の断面形状を円弧と直線の場合について説明する。
【００５０】
まず、断面形状が直線の場合には、反射前後で、光束の広がり方自体は変化しない。次に、円弧の中心が射出光軸側にある場合は、反射後の角度分布が狭くさせることができる。また逆に、円弧の中心が射出光軸と反対側にあるような場合、すなわち本実施例のような末広がりの形状の場合には、反射面で反射後の光束の角度分布を押し広げることが可能になる。
【００５１】
次に、曲面形状の曲率について説明する。
【００５２】
上記説明のように、この反射面２ｃ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。光学部品が短い本実施例のような場合には、反射成分が少なく、また大きな角度変化をさせる必要があるため、曲率のきつい曲面とする必要がある。逆に光学部材が長い場合には、反射面で当たる角度成分が多く、大きな角度変化を必要としないため、曲率をゆるくして角度分布を調整することによって所望の配光特性を得ることができる。
【００５３】
さらに、反射面２ｃは、入射面２ａからの光束を射出面２ｂ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２ｃを高反射率の金属蒸着面とし、入射面２ａからの光束を反射させることができる。
【００５４】
ただし、反射面２ｃ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２の製造工数を減らして光学部材２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。
【００５５】
なお、射出面２ｂに相当する面を有する部材と、反射面２ｃに相当する面を有する部材とで、照明ユニットを構成することも考えられる。しかし、この場合には照明ユニットを構成する部材の数が増えてしまい、各部材を所定の光学特性を満たす位置に精度良く配置させなければならなくなる。
【００５６】
上述したように入射面２ａ、射出面２ｂおよび反射面２ｃの形状は、照射光軸Ｌに対して回転対称な形状となっている。これにより、照射光軸Ｌに対して略均一な径を持った範囲内で光照射を行うことができる。
【００５７】
光学部材２の側面には、図３に示すように３つの保持部２ｄが形成されている。これら保持部２ｄの照射光軸Ｌ周りの間隔は略等しくなっている。そして、保持部２ｄは、図１に示すように、外装部材４に固定される。
【００５８】
上述した構成の照明ユニットが、ビデオカメラ本体１１内に配置されている。
【００５９】
次に、本実施例の照明ユニットの配光特性について、図４、図５および図７を用いて説明する。
【００６０】
本実施例では、照明ユニットの配光特性を評価に当たって、光源であるＬＥＤ１が発光面１ａの全領域において均一輝度の光を照射する完全拡散光源であると仮定している。このようなＬＥＤ１の場合、光照射側（照明ユニット外）の特定の位置からＬＥＤ１への光線の逆トレースを行い、ＬＥＤ１に到達した光線の本数をカウントすることで、比較的容易に配光特性を判断することができる。これを２次元的に示したものが、図４である。
【００６１】
図４は、照明ユニットの外部から光学部材２の射出面２ｂに入射する光線の軌跡を示す図である。ここで、図４（Ａ）〜（Ｉ）は、射出面２ｂに入射する前の光線の照射光軸Ｌに対する角度を、０°（照射光軸Ｌと平行）から４０°の範囲内において、５°毎に変化させたときの光線の軌跡を示している。また、図４（Ａ）〜（Ｉ）に示す光線は、ＬＥＤ１の発光面１ａに到達した光線のみを示している。
【００６２】
図４（Ａ）に示すように、上記光線の照射光軸Ｌに対する角度が０°の場合には、多くの光線が射出面２ｂの概ね全面に入射し、射出面２ｂで屈折し、ＬＥＤ１の発光面１ａに到達していることがわかる。図４（Ａ）に示す状態を光照射側（図４（Ａ）の右側）から観察すると、光学部材２がレンズ口径全体（射出面２ｂ全体）で光っていることが観察できる。ここで、図４（Ａ）の状態では、光学部材２の反射面２ｃはほとんど機能していない。
【００６３】
次に、図４（Ｂ）に示す状態は、射出面２ｂに入射する光線を照射光軸Ｌに対して５°傾けたときの状態を示す。このとき、射出面２ｂの概ね全面に対して光束が入射し、図４（Ａ）に示す状態に比べてほとんど変化がない。すなわち、ＬＥＤ１を発光させた状態で、光学部材２を光照射側から見たときに、射出面２ｂが全面で光っている状態が観察できる。
【００６４】
図４（Ｂ）の状態において、図４（Ａ）の状態と異なる点は、反射面２ｃの一部の領域（図４（Ｂ）の下側の領域）で射出面２ｂからの光束（一部）が反射し、発光面１ａに到達している点である。
【００６５】
一方、射出面２ｂに入射する光線の照射光軸Ｌに対する角度を１０°および１５°とした場合でも、図４（Ｂ）に示す状態と同様の状態となる（図４（Ｃ）、（Ｄ）参照）。すなわち、光照射側からの光束は射出面２ｂの概ね全面に入射し、射出面２ｂが全面で光っている状態が観察できる。また、射出面２ｂからの光束のうち一部の光束は、反射面２ｃで反射して発光面１ａに到達する。
【００６６】
ただし、図４（Ａ）の状態から図４（Ｄ）の状態に移行するにつれて、射出面２ｂから発光面１ａに直接到達する成分が徐々に減少し、反射面２ｃを介して発光面１ａに到達する成分が徐々に増加する。
【００６７】
そして、射出面２ｂに入射する光線の照射光軸Ｌに対する角度が２０°以上となる場合には、図４（Ｅ）〜（Ｉ）に示すように、射出面２ｂから発光面１ａに直接到達する成分が徐々に減り続ける。また、反射面２ｃで反射して発光面１ａに到達する成分は、上述したように図４（Ｄ）の状態までは増加するが、図４（Ｄ）の状態以降は徐々に減少する。さらに、図４（Ａ）〜（Ｉ）に示すように、上記光線の照射光軸Ｌに対する角度が増加するにつれて、射出面２ｂのうち光照射側からの光束が入射する領域は、徐々に減少する。
【００６８】
このように、本実施例の照明ユニット（光学部材２）の特徴は、正の屈折力を有する射出面２ｂで屈折した光と、光学部材２の反射面２ｃで反射した光との割合を連続的に変化させながら、従来よりも広い角度範囲において射出面２ｂの全面で光る領域が確保された構成になっていることである。
【００６９】
次に、本実施例の光学部材２の代わりに、本実施例の構成とほぼ同一の条件において従来の照明ユニットで用いられている集光レンズを用いたときの配光特性について、図５を用いて説明する。図５は、照明ユニットの外部から集光レンズに入射する光線の軌跡を示す図であり、ＬＥＤの発光面に到達する光線のみを示している。図５でも、図４と同様に集光レンズに入射する光線の照射光軸Ｌに対する角度を、０°から５°づつ増加させている。
【００７０】
図５は、集光レンズ２２の焦点距離よりもＬＥＤを集光レンズ２２側に近づけた状態（ディフォーカス状態）を示している。
【００７１】
照射光軸Ｌに平行な光束を入射させた状態（図５（Ａ））から、照射光軸Ｌに対して５°傾けた光束を入射させた状態（図５（Ｂ））までは、集光レンズ２２の凸レンズ面２２ａの概ね全体を光らせることができる。しかし、照射光軸Ｌに対する角度が５°よりも大きい光束を入射させた場合には、図５（Ｃ）〜（Ｆ）に示すように、集光レンズ２２の凸レンズ面２２ａのうち光照射側からの光束が入射する領域が徐々に減り続ける。
【００７２】
そして、照射光軸Ｌに対する角度が３０°となる光束を入射させた場合には、図５（Ｇ）に示すように、集光レンズ２２を透過して発光面１ａに到達する光線が無くなってしまう。
【００７３】
このように集光レンズ２２を用いた従来の照明ユニットにおける光照射範囲（最大照射角が３０°よりも小さい）は、本実施例の照明ユニットにおける光照射範囲（最大照射角４０°、図４参照）よりも狭くなる。
【００７４】
この結果、ＬＥＤ１の前面（光照射側）に、２つの凸レンズ面を有する集光レンズ２２を設けて集光させる従来の光学系では、照射光軸Ｌを含む特定の角度範囲で明るく照明することができる。しかし、上記特定の角度範囲よりも広い範囲では、極端に暗くなってしまい、照射範囲が本実施例と比べてかなり狭くなってしまう。
【００７５】
また、図５に示す照明ユニットでは、集光レンズ２２の屈折力を弱めに設定した状態（ディフォーカス状態）で利用する場合を示した。
【００７６】
ここで、図５に示す状態よりもさらに屈折力を強めた構成の集光レンズを用いることによって、より多くの光束を必要照射範囲に照射することができるように考えられる。しかし、必ずしもレンズの屈折力を強めた方が集光性の高い光学系になるとは限らない。すなわち、集光レンズの屈折力を強めると、照射光軸に近い角度成分を持った光束をある程度集光させることができるが、照射光軸に対して大きな角度成分を持った光束に関してはレンズ内部で不要な全反射光束が増えることになり、必ずしも効率の良い集光光学系とはならない。
【００７７】
次に、図４および図５に示した各照明ユニットの配光特性をグラフにまとめたのが図７である。図７において、円グラフの緯線は、照射光軸での光量を１００％（１．０）としたときの光量の値（割合）を示しており、経線は照射光軸に対する角度を示している。
【００７８】
図７において、実線が本実施例の照明ユニットの配光特性を示し、破線が本実施例の光学部材２を従来の集光レンズに置き換えたときの照明ユニット（図５に示す構成）の配光特性を示す。
【００７９】
図７からも明らかなように、本実施例の照明ユニットでは、広い範囲で均一な照射を行うことができることがわかる。すなわち、照射光軸に対する角度が略２０°までの範囲内での光束の光量は、照射光軸での光量とほぼ等しくなっている。そして、照射光軸に対する角度が３０°となる光束での光量は、照射光軸での光量の５０％（０．５）となっている。
【００８０】
一方、集光レンズを用いた照明ユニットの場合には、照射光軸に近い光束（０°から略５°の範囲内の光束）については、光量がほぼ等価で、比較的明るい照射ができる。しかし、照射光軸に対する角度が５°よりも大きな範囲では、光量が低下してしまい、必ずしも望ましい配光特性となっていないことがわかる。
【００８１】
本実施例によれば、ＬＥＤ１に対して光照射側に配置される光学部材２に、上述した面（入射面２ａ、射出面２ｂおよび反射面２ｃ）を持たせるだけであり、ＬＥＤ１の射出光束を効率良く集光させるために複数の光学部材を配置する必要がない。このため、光学部材の増加による照明ユニットの大型化およびコストアップを抑制することができる。
【実施例２】
【００８２】
図８から図１４は、本発明の実施例２である照明ユニットを説明するための図である。本実施例の照明ユニットでは、互いに異なる色を発する複数のＬＥＤ素子が一つのパッケージ内に配置されたＬＥＤユニットを使用している。
【００８３】
ここで、図８は、本実施例の照明ユニットの構成を示す縦断面図であり、図９は、本実施例の照明ユニットの構成を示す外観斜視図であり、図１０は、本実施例で使用するＬＥＤユニットの正面図である。
【００８４】
図１１は、図１０に示したＬＥＤユニットの前面（光射出側）に、集光レンズ（図５に示す集光レンズ２２）を配置して集光させるようにした場合において、各ＬＥＤの照射範囲が必要照射範囲に対してどのような分布となるかを示したものである。
【００８５】
図１２から図１４は、ＬＥＤユニット内の一つのＬＥＤから射出した光束が各集光光学系でどのように集光するかを説明するための図であり、各図ではＬＥＤから射出した光束の光線トレース図も示している。具体的には、図１２は２つの凸レンズ面を有する集光レンズ２２を用いたときの図であり、図１３は実施例１で説明した光学部材２を用いたときの図である。そして、図１４は、本実施例の光学部材３２を用いたときの図である。
【００８６】
最近、携帯電話等でもイルミネーションとして利用され、互いに異なる複数の色で照明可能なＬＥＤユニットは、通常一つのＬＥＤパッケージの中に色の異なる３つのＬＥＤを搭載したものである。
【００８７】
このＬＥＤユニットは、３つのＬＥＤを同時点灯させることによって白色とし、また任意のＬＥＤの発光の組合せによって様々な色で照明できるように構成されている。ここで、各ＬＥＤの位置はパッケージ内で微妙に異なっており、異なる位置にあるＬＥＤから射出された光束を単一の集光レンズによって集光させた場合には、通常は照明光に色ムラが生じてしまうおそれがある。また、照射される場所によっては、明るさの異なる配光分布になってしまうおそれがある。
【００８８】
本実施例は、上述したように配光ムラの要素を含んだＬＥＤユニットを用いた場合に、色ムラや配光ムラを抑制でき、均一な照明を行うことができる照明ユニットを提案するものである。
【００８９】
まず、本実施例の照明ユニットの具体的な構成を説明する前に、上述したＬＥＤユニットの構成について、図１０を用いて簡単に説明する。図１０は、赤、緑、青の３色のＬＥＤチップを一つのパッケージ内に配置したＬＥＤユニットの正面図である。
【００９０】
図１０に示すように、各ＬＥＤ素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃは実装上同一の位置に配置することができず、各々等距離離れて配置されている。そして、ＬＥＤ素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの周囲には、反射部３１ｄが形成されている。
【００９１】
反射部３１ｄは、ある程度の集光機能は持つものの、ＬＥＤユニット全体における集光効果は弱い。このため、図１０に示すＬＥＤユニットを実際に使用する場合には、ＬＥＤユニットの前面（光照射側）に何らかの集光部材を配置する必要がある。従来の照明ユニットの多くは、図１２に示すような集光レンズ２２をＬＥＤユニットの前面に配置することで、各ＬＥＤ素子から射出された光束を集光させている。
【００９２】
しかし、各ＬＥＤ素子の射出光束に対して単一の集光レンズを用いて集光させる場合には、各ＬＥＤ素子の位置が微妙にずれているため、集光レンズによって集光させても、図１１に示すように照射範囲が必ずしも一致せず、必要照射範囲の一部で色ムラが発生するおそれがある。
【００９３】
図１１において、３色の各ＬＥＤ素子の照射範囲を破線３３、２点鎖線３４、一点鎖線３５で示し、必要照射範囲を実線３６で示す。図１１に示すように、必要照射範囲３６のうち図中斜線で示す領域以外の領域では、ＬＥＤ素子すべての照射範囲３３、３４、３５が重なっておらず、色ムラが発生するおそれがある。
【００９４】
なお、本実施例では、３つ（３色）のＬＥＤ素子が一つのパッケージ内に設けられたＬＥＤユニットについて説明しているが、例えば、３つのＬＥＤすべてが同色の場合には、必要照射範囲内において明るさの異なる領域、すなわち、すべてのＬＥＤ素子の照射領域が重ならない領域が発生し、配光ムラが生じてしまうおそれがある。また、互いに異なる色を発する複数のＬＥＤ素子を使用した場合でも、上記と同様に必要照射範囲内において明るさの異なる領域が生じ、配光ムラが生じるおそれがある。
【００９５】
次に、上述したＬＥＤユニットを用いた場合の本実施例の照明ユニットの構成について、詳しく説明する。本実施例の照明ユニットも、実施例１と同様に図６に示すビデオカメラ内に設けられる。
【００９６】
図８等において、３１は、１つのパッケージ内に複数（３つ）のＬＥＤ素子が配置されたＬＥＤユニットであり、このＬＥＤユニット３１は、一定の時間定常光を発することができる。ＬＥＤユニット３１としては、色ムラや明暗のムラ等が生じる不均一な光束を射出する光源であることを仮定しており、本実施例の照明ユニットは、上述した光源から射出した不均一な光束を均一な光束に変換すると共に、この変換を効率良く行うことができるものである。すなわち、本実施例で用いられる光学系（光学部材）では、実施例１で説明したように効率の良い単純な集光を行うだけでなく、各種ムラも同時に解消できるような光学系である必要がある。
【００９７】
本実施例の照明ユニットの基本的な構成について、図８等を用いて説明する。
【００９８】
図８等において、３つのＬＥＤチップ３１ａ、３１ｂ、３１ｃが内蔵されたＬＥＤユニット３１には、反射部３１ｄが形成されている。ただし、本実施例では、反射部３１ｄを利用していない。すなわち、ＬＥＤユニット３１としては、既存の製品を用いている。
【００９９】
３１ｅは、ＬＥＤユニット３１の背面に形成されたハード基板であり、各ＬＥＤ素子はワイヤボンディングや半田付け等によってハード基板３１ｅに電気的および機械的に接続されている。ハード基板３は、ビデオカメラ本体１１に対して不図示の固定部材によって固定され、照明光学系として最も効率良く機能する位置に正確に配置されている。
【０１００】
次に、光学部材３２は、ＬＥＤユニット３１から射出した光束を集光させるための部材であり、透明性の高い（概ね減衰率のない）樹脂材料で形成されている。
【０１０１】
光学部材３２の入射面３２ａは、ＬＥＤユニット３１側から見たときの外形が略円形であって、照射光軸Ｌに対して略直交する面で構成されている。入射面３２ａの大きさ（径）は、ＬＥＤユニット３１のうちＬＥＤ素子が配置された面３１ｆ（発光面）の大きさ（径）と略同じ大きさとなっている。そして、光学部材３２は、ＬＥＤユニット３１に対して、入射面３２ａがＬＥＤユニット３１の上記発光面の直前であって、且つ照射光軸Ｌ上で発光面と向かい合うように配置されている。
【０１０２】
一方、光学部材３２の射出面３２ｂは、図示のように正の屈折力（正の光学パワー）を持つレンズ面で構成されている。ＬＥＤユニット３１から射出し、入射面３２ａに入射した光束のうち一部の光束は、射出面３２ｂに直接向かい、射出面２ｂで屈折して集光する。
【０１０３】
また、光学部材３２を照射光軸Ｌ方向から見たときに、射出面３２ｂの開口は入射面３２ａの開口よりも大きくなっている。すなわち、図８に示すように、射出面３２ｂの径ｘ３は、入射面３２ａの径ｘ４よりも大きくなっている。
【０１０４】
光学部材３２の反射面３２ｃは、ＬＥＤユニット３１から射出し、入射面３２ａに入射した光束のうち残りの光束を反射させて、射出面３２ｂに導く。反射面３２ｃの一方の端は入射面３２ａと接しており、他方の端は射出面３２ｂと接している。ここで、反射面３２ｃは、曲面で構成されている。具体的には、反射面３２ｃの面形状は、実施例１で説明した光学部材２と同様に、光学部材３２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３２ａから射出面３２ｂ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。
【０１０５】
また、反射面３２ｃのうち少なくとも射出面３２ｂ側の領域（反射面３２ｃの全領域であってもよい）は、図１に示すように、射出面３２ｂの端（射出面３２ｂおよび反射面３２ｃの境界部分）における射出面３２ｂの法線ｎよりも照射光軸Ｌから離れた位置に形成されている。すなわち、照射光軸Ｌと直交する面内において、照射光軸Ｌから反射領域３２ｃまでの距離が、照射光軸Ｌから法線ｎまでの距離よりも長くなっている。
【０１０６】
さらに、反射面３２ｃは、実施例１で説明したように全反射面として構成することが好ましい。このように構成することで、蒸着等の処理を行わなくても反射面を形成することができる、光学部材３２を低コストで容易に製造することができる。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％の反射率が得られるため、光量損失の少ない集光効率の良い光学系を構成することができる。
【０１０７】
実施例１と同様に、入射面３２ａ、射出面３２ｂおよび反射面３２ｃの形状は、照射光軸Ｌに対して回転対称な形状となっている。これにより、照射光軸Ｌに対して略均一な径を持った範囲内で光照射を行うことができる。
【０１０８】
光学部材３２は、不図示の保持部を介してビデオカメラ本体１１の外装部材に固定されている。
【０１０９】
本実施例である照明ユニットの構成のうち実施例１の照明ユニットの構成と異なる点は、光学部材３２の照射光軸Ｌ方向における長さが、実施例１の光学部材２の照射光軸Ｌ方向における長さよりも長くなっていることである。すなわち、反射面３２ｃの領域が、反射面２ｃの領域よりも大きくなっている。なお、光学部材３２の入射面３２ａおよび射出面３２ｂの各大きさ（径）は、実施例１の光学部材２の入射面２ａおよび射出面２ｂの各大きさ（径）とほぼ同じ大きさとなっている。
【０１１０】
次に、ＬＥＤユニット３１から射出した光束がどのような振る舞いを示すかについて、図１２〜図１４を用いて説明する。ここで、本実施例の照明ユニットを用いたときの図が図１４である。また、本実施例の特徴を明確にするために、本実施例で用いられる光学部材３２に代えて、従来の集光レンズ（入射面および射出面が凸レンズ面）を用いたときの図を図１２に示し、実施例１で用いられる光学部材を用いたときの図を図１３に示す。
【０１１１】
図１２から図１４では、照射光軸Ｌからずれた位置、すなわち、照射光軸Ｌに対して図中下側の位置ＰにあるＬＥＤ素子から射出された代表光線の軌跡を示している。
【０１１２】
まず、図１２では、従来の集光レンズを用いたときの照明ユニットの構成を示しており、ＬＥＤ素子からの射出光束を、両面が凸面の集光レンズで集光させるようにしている。
【０１１３】
図１２に示すように、照射光軸Ｌに対してずれた位置にあるＬＥＤ素子から射出された光束は、集光レンズ２２によって光束中心が図中上側を向く照射光束に変換させられる。すなわち、集光レンズ２２を透過した照射光束のうち、照射光軸Ｌに対して図中下側の角度範囲は、照射光軸Ｌに対して図中上側の角度範囲よりも小さくなっている。
【０１１４】
なお、不図示ではあるが、他のＬＥＤ素子も射出光軸Ｌ上には配置されていないため、他のＬＥＤ素子から射出された光束を、図１２に示す方向とは異なる方向から見たときに、図１２に示す光束の軌跡と同じ軌跡を示す（図１３および図１４に示す場合も同様である）。そして、３つのＬＥＤ素子から射出された光束を合成したときの配光分布の状態は、図１１に示したような状態になる。
【０１１５】
次に、実施例１で説明した光学部材２を用いた場合について、図１３を用いて説明する。位置ＰにあるＬＥＤ素子から射出した光束は、光学部材２によって、照射光軸Ｌに対して図中上側に照射される照射光束に変換される。すなわち、光学部材２を透過した照射光束のうち、照射光軸Ｌに対して図中下側の角度範囲は、照射光軸Ｌに対して図中上側の角度範囲よりも小さくなっている。
【０１１６】
ここで、図１３に示す光学部材２には反射面２ｃが形成されており、入射面２ａから入射した光束の一部が反射面２ｃで反射して射出面２ｂに導かれるようになっている。そして、光学部材２の図中上側に位置する反射面２ｃで反射した成分は、射出面２ｂから射出して、照射光軸Ｌよりも図中下側の領域に向かうようになっている。
【０１１７】
このため、図１２に示す構成よりも広い範囲での照射が可能であり、配光ムラを緩和させる方向に機能していることがわかる。しかし、上述した光学部材２の図中上側の反射面２ｃで反射する成分は、他の成分に比べて必ずしも多くはない。このため、照明ユニットの上下方向（図中上下方向）における配光特性をほぼ均一化させること、すなわち、光学部材２の射出面２ｂから射出した光束のうち照射光軸Ｌに対して図中上下の角度範囲を略等しくすることは困難である。
【０１１８】
ただし、反射面２ｃが形成されていることで、光学部材２から抜け出る成分がなくなり、ＬＥＤ素子の射出光束すべてを有効に使うことができる。このため、図１３に示す構成では、光量損失を抑制し、照射効率を向上させることができる。
【０１１９】
次に、本実施例の照明ユニットで用いられる光学部材３２について説明する。本実施例における光学部材３２の最大の特徴は、図１３に示す光学部材２に比べて、照射光軸Ｌ方向における長さが長く、反射面３２ｃで反射（全反射）させた成分が多くなっている点である。
【０１２０】
本実施例では、光学部材３２の照射光軸Ｌ方向における長さを光学部材２の場合に比べて長くし、すなわち、反射面３２ｃの領域を光学部材２の場合に比べて大きくし、入射面３２ａから入射した光束の一部に対して反射面３２ｃで反射させる回数を増加させることによって、ＬＥＤ素子の位置に拘わらずに均一な配光特性を得ることができる。
【０１２１】
本実施例では、図１４に示すように、入射面３２ａから直接射出面３２ｂに向かい射出面３２ｂで射出する成分と、反射面３２ｃで１回反射した後に射出面３２ｂから射出する成分と、反射面３２ｃで２回反射した後に射出面３２ｂから射出する成分とを合成している。これにより、図１２および図１３に示す光学系に比べて、照明ユニットの上下方向（図中上下方向）における配光特性を均一化させることができる。しかも、反射面３２ｃを用いることで、光量損失を抑制し、集光効果を高めることができる。したがって、本実施例の照明ユニットは、極めて光学特性に優れたものとなる。
【０１２２】
ここで、上述した効果を得るため、光学部材３２（反射面３２ｃ）の照射光軸Ｌ方向における長さは、入射面３２ａから入射した光束の一部を少なくとも２回反射させるような長さに設定する必要がある。なお、入射面３２ａから入射した光束の一部を３回以上反射面３２ｃで反射させることもできるが、この場合には、照明ユニットの照射光軸Ｌ方向における長さが長くなってしまう（大型化する）ため、本実施例のように反射面３２ｃで２回反射させる構成とすることが好ましい。
【０１２３】
なお、本実施例では、３つのＬＥＤ素子が１つのパッケージ内に配置されたＬＥＤユニットを用いた場合について説明したが、３つのＬＥＤ素子を用いた場合に限らず、４つ以上のＬＥＤ素子を１つのパッケージ内に配置したようなＬＥＤユニットを用いた場合でも本実施例で説明した効果が得られる。また、２つのＬＥＤ素子を１つのパッケージ内に配置した場合でも、本実施例の効果が得られる。
【実施例３】
【０１２４】
図１５から図１８は、本発明の実施例３である照明ユニットを説明するための図である。本実施例の照明ユニットは、特に、青色ＬＥＤと蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤを光源として用いる場合に最適である。
【０１２５】
ここで、図１５は、本実施例の照明ユニットの構成を示す縦断面図であり、図１６は、図１５に示す縦断面図に、ＬＥＤの中心部から射出した光束のうち照射光軸に対する角度が小さい成分の光線トレースを追加したものである。また、図１７は、図１５に示す縦断面図に、ＬＥＤの中心部から射出した光束のうち照射光軸に対する角度が大きい成分の光線トレースを追加したものである。
【０１２６】
図１８は、白色ＬＥＤの構造を説明するための断面図である。また、図１９は、本実施例の変形例である照明ユニットの構成を示す縦断面図である。
【０１２７】
まず、本実施例が想定している課題について説明する。
【０１２８】
本実施例は、光源から射出した光束を効率良く利用すると共に、白色ＬＥＤの構造に起因する照射面上での色ムラを緩和することを目的としている。以下では、まず図１８を用いて白色ＬＥＤの構造、発色のメカニズム、および色ムラの発生する要因について説明し、その後、色ムラの発生を抑制することのできる本実施例の照明ユニットの構成について説明する。
【０１２９】
図１８において、４４は青色ＬＥＤチップであり、４５は青色ＬＥＤチップ４４の表面にＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の蛍光体を塗布することによって形成された蛍光体層である。また、４６ａ、４６ｂはワイヤ、４７ａ、４７ｂは端子部である。ワイヤ４６ａ、４６ｂは、ワイヤボンディング法等によって青色ＬＥＤチップ４４の表面の電極と端子部４７ａ、４７ｂとに接続されている。
【０１３０】
４９は、透明樹脂で形成された保持部材であり、上述した部材を保持している。青色ＬＥＤチップ４４および蛍光体層４５は、端子部４７ａ、４７ｂに一体的に形成された金属カップ部４８に固定されており、金属カップ部４８は反射鏡として機能している。
【０１３１】
上述した構成の白色ＬＥＤ４１は、以下のようにして白色の光を発する。
【０１３２】
図１８に示した蛍光体層４５は、青色光を黄色の光に変換させることができる。青色ＬＥＤチップ４４が放射する青色光の一部は蛍光体層４５を透過し、残りは蛍光体層４５に当たって黄色の光になる。この２色の光が混ざり合うことで、白色の光を発生させることができる。
【０１３３】
ここで、白色ＬＥＤ４１から照射されるすべての方向での光が白色となっていれば問題ないが、実際の発色を見てみると必ずしも均一な白色の照明とはなっていない。すなわち、照射光軸Ｌに対して特定の角度以内の範囲では、白色で明るい照射が行われているものの、上記特定の角度よりも大きな角度を持つ範囲では、黄色の成分が多く、明るさも暗くなる傾向がある。
【０１３４】
これは、青色ＬＥＤチップ４４から射出した光束の方向によって、蛍光体層４５を通過する長さが異なっているためと考えられる。すなわち、図１８からもわかるように、照射光軸Ｌに対して上記特性の角度以下の角度で射出した第１の成分は、上記特定の角度以上の角度で射出した第２の成分に比べて、蛍光体層４５を通過する際の長さが短くなる。上記第１の成分において蛍光体層４５を通過する青色成分は、上記第２の成分の場合に比べて多くなり、青味がかった白色に近い色が再現されている。これに対し、第２の成分においては、蛍光体層４５を通過する長さが長くなり、黄色に変化する成分が増加しているためと考えられる。
【０１３５】
以上のことから、色ムラの発生を抑制しつつ白色ＬＥＤ４１の光を効率良く利用するためには、青色ＬＥＤチップ４４から射出する光束の方向、すなわち上記第１および第２の成分に対応した集光制御を行うことが効果的であると言える。
【０１３６】
本実施例の照明ユニットは、上述した点を考慮に入れて構成されたものであり、上記第１および第２の成分に対して別々の集光制御を行うものである。そして、照明ユニットから射出する第１および第２の成分を必要照射範囲内で重ね合わせることにより、均一な色と明るさを持った光束に変換させるようにしたものである。
【０１３７】
以下、図１５〜図１７を用いて、本実施例の照明ユニットで用いられる光学部材の具体的な構成について説明する。
【０１３８】
図１５において、４１は図１８に示した白色ＬＥＤ、４２は白色ＬＥＤ４１から射出した光束を集光させるための光学部材、４３は白色ＬＥＤ４１が電気的および機械的に接続された回路基板である。
【０１３９】
光学部材４２は、正の屈折力（正の光学パワー）を有する第１の入射面４２ａと、第２の入射面４２ｂと、全反射面４２ｃと、平面状（照射光軸Ｌに対して略直交する面）の射出面４２ｄとを有している。第２の入射面４２ｂは、白色ＬＥＤ４１から射出された光束のうち第２の射出面４２ｂに入射する成分（上記第２の成分）を、全反射面４２ｃ側に導く。全反射面４２ｃは、第２の入射面４２ｂから導かれた成分を、射出面４２ｄ側に全反射させる。
【０１４０】
次に、図１６および図１７を用いて、光源である白色ＬＥＤ４１から射出した光束の軌跡について説明する。図１６では、白色ＬＥＤ４１の中心部分（照射光軸Ｌ上の部分）から射出した光束のうち、照射光軸Ｌに対する角度が特定の角度以下となる成分（上記第１の成分）に関する代表光線の軌跡を示している。この第１の成分においては、上述したように、白色ＬＥＤ４１の蛍光体層４５を透過する青色光の成分が多くなっている。
【０１４１】
まず、第１の成分を必要照射範囲に対して均一に照射させることが必要になる。本実施例では、第１の成分を正の屈折力を有する第１の入射面４２ａに入射させ、第１の入射面４２ａで集光させることによって、必要照射範囲に効率良く（均一な配光特性を持たせて）照射させるようにしている。
【０１４２】
次に、図１７では、白色ＬＥＤ４１の中心部分から射出した光束のうち、照射光軸Ｌに対する角度が特定の角度以上となる成分（上記第２の成分）に関する代表光線の軌跡を示している。この第２の成分においては、上述したように、白色ＬＥＤ４１の蛍光体層４５を通過する青色光の成分が少なく、蛍光体層４５によって黄色に変換される成分が多くなっている。すなわち、第２の成分は、黄色味がかった光となっている。
【０１４３】
ここで、第２の成分についても、必要照射範囲に対して均一に照射させることが必要になる。
【０１４４】
本実施例では、第２の成分を第２の入射面４２ｂに入射させてから、全反射面４２ｃで全反射させることにより、射出面４２ｄから射出した第２の成分の角度分布を、第１の成分での角度分布とほぼ一致させるようにしている。すなわち、図１７では不図示であるが、射出面４２ｄから射出した第２の成分は、射出面４２ｄからの距離が遠くなるにつれて図１６に示す第１の成分の照射角度と略等しい照射角度を持つようになる。
【０１４５】
このように、図１６に示す青味がかった第１の成分と図１７に示す黄色味がかった第２の成分を、同じ照射範囲内で重なり合わせることによって、色ムラの発生を抑制しつつ、均一な配光特性をもつ照明光を得ることができる。
【０１４６】
上述した現象は、図１６および図１７に示す代表光線以外の光線、すなわち、白色ＬＥＤ４１の中心以外の部分から射出した光束についても、図１６および図１７に示すような軌跡を示す傾向がある。これにより、白色ＬＥＤ４１の全発光領域において、色ムラの発生を抑制しつつ、均一な配光特性を得ることができる。
【０１４７】
以上説明したように、本実施例の照明ユニットでは、光源である白色ＬＥＤ４１に起因する色ムラを効率良く抑制させることができるとともに、白色ＬＥＤ４１から射出する光束を効率良く（光量損失が概ね無く）利用して上述した所定の配光特性をもつ光束を照射させることができる。
【０１４８】
また、光学部材４２の射出面４２ｄは平面で構成されているため、本実施例の照明ユニットを図６に示すビデオカメラのような光学機器に搭載しても、該光学機器における外観上の違和感を与えることがない。しかも、射出面４２ｄの形状を平面以外の形状（例えば、曲面）とする場合に比べて、白色ＬＥＤ４１から光学部材４２の射出面４２ｄまでの距離を短くでき、コンパクトな光学系を構成できる。
【０１４９】
さらに、本実施例において、第２の入射面４２ｂの一端（反射面４２ｃと接する部分）は、白色ＬＥＤ４１の射出面とほぼ同一面内（光軸直交面内）に位置するように構成されているが、これに限るものではない。例えば、第２の射出面４２ｂの一端が、白色ＬＥＤ４１の射出面を含む光軸直交面に対して、光照射側とは反対側の位置となるように、光学部材４２を構成することができる。このように構成すれば、白色ＬＥＤ４１の射出面から照射光軸Ｌと略直交する方向に向かう光束が、白色ＬＥＤ４１と光学部材４２との間から抜け出してしまうのを抑制でき、より多くの光束を集光させることができる。
【０１５０】
なお、本実施例では、図１５等に示すように、光学部材４２を、照射光軸Ｌを含む平面で切断したときの第２の射出面４２ｂの形状を直線的な形状としているが、該第２の射出面の形状を曲線的な形状としてもよい、すなわち、第２の射出面を正の屈折力を有する面としてもよい。
【０１５１】
一方、照明ユニットの構成を、図１９に示すような構成とすることも可能である。すなわち、反射部材５１および光学部材５２を有する構成とすることができる。図１９に示す照明ユニットにおいて、上記第１の成分は、光学部材５２のうち正の屈折力を有する第１の入射面５２ａに入射することで集光し、平面（照射光軸Ｌに対して略直交する面）で構成された射出面５３ｃから射出するようになっている。この第１の成分における代表光線の軌跡は、図１６と同様である。
【０１５２】
上記第２の成分は、反射部材５１の反射面で反射してから光学部材５２の第２の入射面（照射光軸Ｌと略直交する面）５２ｂに入射し、射出面５３ｃから射出するようになっている。この第２の成分における代表光線の軌跡は、図１７と同様である。
【０１５３】
ここで、図１９では、光学部材５２の入射面側に正の屈折力を有する第１の入射面５２ａを形成しているが、光学部材５２の入射面を平面（照射光軸と略直交する面）で構成し、射出面の一部（照射光軸Ｌ方向において、第１の入射面５２ａと向かい合う領域）に正の屈折力を有するレンズ面を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の実施例１である照明ユニットの構成を示す縦断面図。
【図２】上記実施例１の照明ユニットの外観斜視図。
【図３】上記実施例１の照明ユニットにおける光学部材の正面図。
【図４】上記実施例１の照明ユニットの配光特性を説明するための図。
【図５】実施例１において、従来の集光レンズを用いたときの配光特性を説明するための図。
【図６】上記実施例１の照明ユニットを有するビデオカメラの外観斜視図。
【図７】上記実施例１の照明ユニットの配光特性を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例２である照明ユニットの構成を示す縦断面図。
【図９】上記実施例２の照明ユニットの外観斜視図。
【図１０】実施例２におけるＬＥＤユニットの正面図。
【図１１】上記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤに対する配光特性を説明するための模式図。
【図１２】実施例２において、従来の集光レンズを用いたときの配光特性を説明するための図。
【図１３】実施例２において、実施例１の光学部材を用いたときの配光特性を説明するための図。
【図１４】上記実施例２の照明ユニットの配光特性を説明するための図。
【図１５】本発明の実施例３である照明ユニットの構成を示す縦断面図。
【図１６】上記実施例３の照明ユニットにおいて、ＬＥＤから特定の角度で射出された代表光線の軌跡を示す図。
【図１７】上記実施例３の照明ユニットにおいて、上記特定の角度よりも大きい角度で射出された代表光線の軌跡を示す図。
【図１８】実施例３において、白色ＬＥＤの構造を説明するための断面図。
【図１９】上記実施例３の変形例である照明ユニットの構成を示す断面図。
【符号の説明】
【０１５５】
１、３１、４１・・・ＬＥＤ
２、３２、４２・・・光学部材
２ａ、３２ａ・・・入射面
２ｂ、３２ｂ・・・射出面
２ｃ、３２ｃ・・・反射面
１１・・・ビデオカメラ本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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