(57)【要約】【課題】比較的出力の低い発光素子（例：ＬＥＤ）を用いた場合であっても、十分、かつ、均一な照度の照明が得られること。【解決手段】撮像機構１４と、撮像機構１４による撮像領域に向けて照明光を照射するＬＥＤ照明装置２０とを備え、ＬＥＤ照明装置２０は、ＬＥＤ素子２１ａを配列した発光モジュール２１と、発光モジュール２１からの光を平行光線とするフレネルレンズ２２と、発光モジュール２１からの光の進行方向に沿って並べられ、フレネルレンズ２２により平行光線化された光を矩形状に整形する一対のアレイレンズ２３，２４と、アレイレンズ２３，２４の間隔を撮像機構１４による撮像領域に合わせて調整する調整機構２５とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を配置した光源と、
この光源からの光を平行光線とするコリメート部と、
このコリメート部により平行光線化された光を整形するアレイレンズとを備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記コリメート部は、フレネルレンズ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３】
上記コリメート部は、上記発光素子からの光を反射する反射構造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】
上記アレイレンズは、屈折型の凸レンズを複数配置したものであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
上記発光素子は、青色ＬＥＤに黄色蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤ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６】
ＬＥＤ素子を配置した光源と、
この光源からの光を平行光線とするコリメート部と、
上記光源からの光の進行方向に沿って並べられ、上記コリメート部により平行光線化された光を整形する一対のアレイレンズと、
これら一対のアレイレンズの間隔を調整する調整機構とを備えていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
撮像機構と、
この撮像機構による撮像領域に向けて照明光を照射する照明装置とを備え、
上記照明装置は、発光素子を配置した光源と、
この光源からの光を平行光線とするコリメート部と、
上記光源からの光の進行方向に沿って並べられ、上記コリメート部により平行光線化された光を整形する一対のアレイレンズと、
これら一対のアレイレンズの間隔を上記撮像機構による撮像領域に合わせて調整する調整機構とを有することを特徴とする照明装置付撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ装置やデジタルカメラ等の光源として用いられる照明装置及び照明装置付撮像装置に関し、照明装置において、特に、発光素子として、比較的出力の小さいＬＥＤ等を用いた場合でも十分な照度の照明が得られるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤ素子（発光素子）を基板上に実装配備した発光モジュ−ルを利用したものであり、色相の調整ができる等の様々なメリットが知られており、室内照明、店舗照明、舞台照明にも応用できる（例えば、特許文献１参照）。このようなＬＥＤ照明装置は、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話にＬＥＤフラッシュとしても用いることが可能である。
【０００３】
例えば、図１７に示すようにセラミック基板１００に青色ＬＥＤ１０２が実装されている。青色ＬＥＤ１０２からの光（不図示）は、直接または、一部は反射板１０４で反射され、外部に取り出される。そのとき光は、黄色の蛍光体１０６を通ることで、擬似的に白色になる。このとき図１８に示すように、光源からの光は、２θ１／２が１１０度のランバーシャンに近い指向特性を持っている。
【０００４】
一方、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話のカメラの画角は、一般には６０゜程度であるので、上述した１１０度では、指向角が広すぎる。そこで、図１９に示すように、セラミック基板１１０に青色ＬＥＤ１１２を実装し、蛍光体１１３でをＬＥＤ１１２の周囲を覆うように封止することで、指向角を狭くする構造が提案されている。本構造では、ＬＥＤ１１２からの光は蛍光体１１３を通り、一部は反射板１１４で反射し、一部は直接外部に取り出さる。そのときの指向角は図２０に示すように、２θ１／２が５０度となる。
【特許文献１】特開２００４−２２２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したＬＥＤ照明装置をカメラに用いるには、次のような問題があった。すなわち、図１７や図１８示すＬＥＤ照明装置による照明領域はほぼ円形状であり、照度は中心が最も明るく、その指向角に従い徐々に低下する。撮像範囲においては照度を均一にするためには、撮像範囲に対して十分広い範囲を照射する必要があり、光量の大きいＬＥＤが複数必要である。しかし、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話に用いられるＬＥＤフラッシュは、電池容量や設置位置との関係で、その明るさが十分でなく、中心に比べ周縁部が暗くなるため、周辺の画質が低下するという問題があった。また、ＬＥＤから発せられる青色光と蛍光体から発せられる黄色光は一般に発光位置や指向角が異なるため、照射部に色むらが発生するという不具合が生じることもあった。
【０００６】
また、図２１に示すように、ＬＥＤ照明装置による照明領域Ｐは略円形状であるのに対し、カメラで撮影される撮像領域Ｑは、通常、横：縦が４：３の矩形状であり、これからはみ出た光は使用されることなく無駄となる。また、ズーム時にカメラは撮像範囲が狭くなるが、照明領域は変わらないため、撮像範囲から外れる領域がさらに広がることになり、使用されずに無駄になる照明領域が増えることとなる。
【０００７】
そこで本発明は、ＬＥＤ等の比較的出力の低い発光素子、または他の発光装置を用いた場合であっても、十分、かつ、均一な照度の照明が得られる照明装置及び照明装置付撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の照明装置及び照明装置付撮像装置は次のように構成されている。
【０００９】
（１）発光素子を配置した光源と、この光源からの光を平行光線とするコリメート部と、このコリメート部により平行光線化された光を整形するアレイレンズとを備えていることを特徴とする。また、アレイレンズは、コリメート部により平行光線化された光を矩形状に整形する役割を担う。
【００１０】
（２）発光素子を配置した光源と、この光源からの光を平行光線とするコリメート部と、上記光源からの光の進行方向に沿って並べられ、上記コリメート部により平行光線化された光を矩形状に整形する一対のアレイレンズと、これら一対のアレイレンズの間隔を調整する調整機構とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
（３）撮像機構と、この撮像機構による撮像領域に向けて照明光を照射する照明装置とを備え、上記照明装置は、発光素子を配置した光源と、この光源からの光を平行光線とするコリメート部と、上記光源からの光の進行方向に沿って並べられ、上記コリメート部により平行光線化された光を矩形状に整形する一対のアレイレンズと、これら一対のアレイレンズの間隔を上記撮像機構による撮像領域に合わせて調整する調整機構とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、比較的出力の低い発光素子を用いた場合であっても、十分、かつ、均一な照度の照明が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態に係る照明装置が組み込まれたデジタルカメラ付きの携帯端末１０を示す斜視図、図２は同携帯端末１０に組み込まれたＬＥＤフラッシュ２０を模式的に示す説明図、図３は同ＬＥＤフラッシュ２０に組み込まれたレンズアレイ２３，２４を示す平面図である。図４は照明領域Ｒと撮像領域Ｑとの関係を示す説明図である。
【００１４】
携帯端末１０は、直方体状の筐体１１を備えており、この筐体１１の表面側に表示用ＬＣＤ１２と、各種の操作ボタン１３を備えている。また筐体１１の裏面側には、ズームレンズ付きのＣＣＤカメラ（撮像装置）１４と、ＬＥＤフラッシュ（照明装置）２０とを備えている。
【００１５】
ＬＥＤフラッシュ２０は、光軸Ｃに沿って、発光モジュール２１と、アクリル材製（樹脂材製の一例）のフレネルレンズ２２と、ポリカーボネート材製の一対のレンズアレイ２３，２４と、これらレンズアレイ２３，２４相互の間隔をＣＣＤカメラ１４からの距離信号に基づいて調整する調整機構２５とを備えている。ここでは、レンズアレイ２３，２４の材質として、アクリル樹脂とポリカーボネート樹脂を用いたが、レンズの材質はこれらに限られない。
【００１６】
発光モジュール２１は、ＬＥＤ素子２１ａを１個又は２個有している。また、ＬＥＤ素子２１ａは、例えば、５００ｘ５００μｍのＧａＮ系の青色ＬＥＤに黄色の蛍光体を塗布し、青色と黄色により白色光がでるように調整されている。このＬＥＤ素子２１ａからは３０〜４０ｌｍの光束が得られる。なお、発光モジュール２１に用いるＬＥＤ素子２１ａは青色ＬＥＤに限られない。
【００１７】
レンズアレイ２３，２４は、それぞれ半径０．４ｍｍの球面レンズ（屈折型の凸レンズの一例）が２３ｘ１７個配置されて、縦１０ｘ横１０ｘ厚さ０．５ｍｍの寸法に形成されている。これらの球面レンズはフライアイ方式の光学系を形成するため、これを通った光は、均一に整形される。調整機構２５は、ＣＣＤカメラ１４からの距離信号に基づいて、レンズアレイ２３，２４の間隔を調整する機能を有している。レンズアレイ２３，２４は、投影エリアの寸法に合わせて間隔が決まる。ここでは、レンズアレイ２３，２４はそれぞれ別部品としたが、レンズアレイ２３，２４を射出成形等により一体化することもできる。また、上述の球面レンズの設計によっては、光を容易に矩形に成形することもできる。なお、投影エリアが一定の場合には調整機構２５は無くてもよい。
【００１８】
このように構成された携帯端末１０においては、ＣＣＤカメラ１４により撮像を行う際に、光量が少ない場合にＬＥＤフラッシュ２０が点灯する。このとき、青色ＬＥＤ２１ａからの光は直後に置かれたフレネルレンズ２２により発散角３０度（全角）にコリメート（平行光線化）される。コリメートされた光はレンズアレイ２３，２４に入射する。
【００１９】
ここで、レンズアレイ２３，２４の間隔は、照射領域により決めることができる。例えば、レンズアレイ２３，２４間隔が０のとき、図４に示すように距離１．５ｍで１．２ｘ１．６ｍの照射領域になり、間隔を０．１３ｍｍとしたときに図５示すように距離１．５ｍで０．８５ｘ１．１３ｍの照射領域になる。
【００２０】
また、レンズアレイ２３，２４の間隔は、ＣＣＤカメラ１４のズーム状態に連動するとより効果が発揮できる。すなわち、ＣＣＤカメラ１４のズーム状態から撮像領域が算出され、この撮像領域に対応するように、レンズアレイ２３，２４の間隔が調整される。例えば、上述の間隔と同じように、レンズアレイ２３，２４間隔を０のときと０．１３ｍｍとすることができる。
【００２１】
一方、照射領域Ｒの形状は図６に示すようにほぼ矩形となり、照射光が無駄となる領域を最小限に抑えることができる。このため、ＬＥＤフラッシュ２０に用いるＬＥＤ２１ａの出力を低いものとすることができ、電池容量を大きくしなくても十分な明るさの照明を得ることができる。
【００２２】
ここで、アレイレンズ２３，２４の効果を説明する。例えば、図１７に示したＬＥＤ照射装置の場合、装置から例えば５０ｃｍ離れた地点での光軸上の照度分布は図７中破線に示すように、中心照度が高く、外側になるに従い徐々に照度が低下する。一方、アレイレンズ２３，２４を用いたＬＥＤ照射装置２０の場合、図７中実線で示すように、中心から外側になる場合でも、その照度の低下は緩やかで、照射エリアの外側では、急激に暗くなる。つまり、アレイレンズ２３，２４を用いることで均一な照度が得られるようになる。
【００２３】
次に矩形に整形する場合の効果を記す。図８は、図１７に示した指向角＝２θ１／２が５０度のＬＥＤ照射装置（比較例）により、１ｍ離れた場所での照度が中心照度の半分となる照射エリアＴを模式的に示す図である。このとき、照射エリアＴの直径が約９３ｃｍの円又は楕円となる。図９は、図２に示したＬＥＤフラッシュ２０により、１ｍ離れた場所での照射エリアＫを模式的に示す図である。このとき、照射エリアＫの対角が約９３ｃｍとなる。
【００２４】
図１０は、駆動電流値と光束との関係を示す説明図、図１１は、駆動電流とＬＥＤ照射装置から１ｍ離れた場所での中心照度の関係を示す説明図である。なお、これらの図中αはＬＥＤフラッシュ２０、βは比較例を示している。ＬＥＤ照射装置から照射される光の量（光束）と照射したいエリアの中心照度の関係を光の利用効率として、照度／光束（ｌｘ／ｌｍ）で示すと、例えば２００ｍＡ駆動のとき、比較例では０．９、ＬＥＤフラッシュ２０は１．６とＬＥＤフラッシュ２０のほうが光の利用効率が高いことがわかる。つまり、照射エリアを円から矩形とすることで光の利用効率が向上する。
【００２５】
上述したように、照明装置が組み込まれたデジタルカメラ付きの携帯端末１０においては、発光素子に、比較的出力の低いＬＥＤを用いた場合であっても、十分、かつ、均一な照度の照明が得られる。
【００２６】
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る携帯電話３０の要部を模式的に示す縦断面図である。図１２において図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
携帯電話３０は、その筐体３１内部にＬＥＤフラッシュ２０が組み込まれている。図１２は基板３２に発光モジュール２１と、フレネルレンズ２２とアレイレンズ２３，２４からなるレンズモジュールが実装されており、発光モジュール２１からの光は筐体３１上部にはめ込まれた透明カバー３３から出射される。ここで、例えば発光モジュール２１は基板３２に半田付け、レンズモジュールは基板３２に接着剤により接着されている。
【００２８】
他に発光モジュール２１に切り欠きを施し、レンズモジュールを発光モジュール２１に嵌める方法を用いることもできる。
【００２９】
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る携帯電話４０の要部を模式的に示す縦断面図である。図１３において図１２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
携帯電話４０においては、その筐体４１に凹部４２が形成され、レンズモジュールが筐体４１と嵌め合わせられている。
【００３１】
ここで、フレネルレンズ２２とアレイレンズ２３，２４は、別々のレンズで構成されているが、アレイレンズ２３の一方の面をフレネルレンズに、もう一方の面をアレイレンズにする構成とすることも可能である。この場合は、アレイレンズ２３，２４により均一な照射が得られるが、照射エリアは矩形ではなく円となる。
【００３２】
図１４はフレネルレンズ２２によるコリメートの効果を示す説明図である。フレネルレンズ２２を１枚使った例であり、発光モジュール２１より距離３．１ｍｍの位置にフレネルレンズ２２を設置した場合を示している。図１５は、発光モジュール２１近傍に凸型のレンズ２６を設置し、距離６ｍｍの位置にフレネルレンズ２２を設置した場合を示している。図１４のものに比べて図１５のものがより平行光にコリメートされているとともに、効率が２０％向上している。
【００３３】
なお、上述した例では、フレネルレンズ２２によりコリメートした例を示したが、図１６に示すように、側面方向に発光するＬＥＤ２７と、曲面のリフレクタ２８とを用いてコリメートした光をアレイレンズ２３，２４に入射させる方法を用いることもできる。
【００３４】
また、レンズ間隔の調整方法としては、電磁アクチュエータ、静電アクチュエータ等の方法があるが、ここでは、電磁アクチュエータ方式を用いた。
【００３５】
なお、ＬＥＤ照明装置は、カメラ付き携帯電話の他、デジタルカメラやプロジェクタに用いるようにしてもよい。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る照明装置が組み込まれたデジタルカメラ付き携帯端末を示す斜視図。
【図２】同携帯端末に組み込まれたＬＥＤフラッシュを模式的に示す説明図。
【図３】同ＬＥＤフラッシュに組み込まれたレンズアレイを示す平面図。
【図４】同ＬＥＤフラッシュによる照射領域を示す説明図。
【図５】同ＬＥＤフラッシュによる照射領域を示す説明図。
【図６】同携帯端末における照明領域Ｒと撮像領域Ｑとの関係を示す説明図。
【図７】同ＬＥＤフラッシュによる相対照度を一般的な照明装置と比較して示す説明図。
【図８】比較例に係る照明装置における照射エリアを示す説明図。
【図９】同ＬＥＤフラッシュによる照射エリアを示す説明図。
【図１０】駆動電流値と光束との関係を示す説明図。
【図１１】駆動電流とＬＥＤ照射装置から１ｍ離れた場所での中心照度の関係を示す説明図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る携帯電話の要部を模式的に示す縦断面図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る携帯電話の要部を模式的に示す縦断面図。
【図１４】フレネルレンズの効果を示す説明図。
【図１５】フレネルレンズの効果を示す説明図。
【図１６】リフレクタを用いた変形例を示す断面図。
【図１７】ＬＥＤ照明装置の一例を示す断面図。
【図１８】同ＬＥＤ照明装置の指向特性を示す説明図。
【図１９】ＬＥＤ照明装置の一例を示す断面図。
【図２０】同ＬＥＤ照明装置の指向特性を示す説明図。
【図２１】従来の照明領域Ｐと撮像領域Ｑとの関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１０…携帯端末（照明装置付撮像装置）、１４…ＣＣＤカメラ、２０…ＬＥＤフラッシュ、２１…発光モジュール、２１ａ…ＬＥＤ素子、２２…フレネルレンズ、２３，２４…レンズアレイ、２５…調整機構、３０，４０…携帯電話（照明装置付撮像装置）、３２…基板。
【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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【図２０】
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【図２１】
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