DE60209400T2

DE60209400T2 - Beleuchtungs- und Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE60209400T2
Application number: DE60209400T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Ohta-ku Tenmyo
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: EP1256837B1; CN1385751A; US6997571B2; DE60209400D1; US20020186972A1; US6850375B2; US20040170008A1; KR20020086299A; EP1256837A1; TW525034B; KR100516628B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung und eine damit ausgerüstete Bildaufnahmevorrichtung.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Eine Beleuchtungsvorrichtung, die für eine Bildaufnahmevorrichtung wie eine Filmkamera, eine Einzelaufnahme-Digitalkamera und eine Videokamera verwendet wird, ist in herkömmlicher Weise aus einer Lichtquelle und optischen Elementen wie einem Reflektor und einer Fresnel-Linse aufgebaut, welche einen von dieser Lichtquelle erzeugten Lichtstrom nach vorne führen.
Eine derartige Beleuchtungsvorrichtung ist in verschiedenen Konzeptionen verfügbar, um den Lichtstrom, der von der Lichtquelle in verschiedenen Richtungen abgestrahlt wird, innerhalb eines benötigten Strahlungsfeldwinkels effizient zu bündeln. Insbesondere gibt es bisher einen Vorschlag zum Anordnen optischer Elemente, indem eine Totalreflexion wie ein Prisma oder ein Lichtleiter anstatt einer vor der Lichtquelle angeordneten Fresnel-Linse verwendet wird, und dabei wird der Lichtbündelungswirkungsgrad verbessert und die Größe der Vorrichtung in den letzten Jahren reduziert.
Ein Beispiel dieser Art von Vorschlag, das in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 2000-250102 beschrieben ist, ist eines unter Verwendung eines optischen Elements, das mit einem zylindrischen Linsenabschnitt versehen ist, der eine positive Brecheigenschaft aufweist, was den von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrom nach vorne bündelt, und eines Prismenabschnitts, welcher den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrom seitwärts bricht und dann den Lichtstrom nach vorne führt, indem eine hinten angeordnete totalreflektierende Oberfläche verwendet wird. Die Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Vorschlag in dieser Veröffentlichung macht eine Lichtverteilung aus dem Zentrum der Lichtquelle im allgemeinen gleichmäßig mittels einer optischen Wirkung des oben beschriebenen optischen Elements und strahlt dann ein Beleuchtungslicht von derselben Ebene des austretenden Lichts ab. Dies macht es möglich, ein optisches Beleuchtungssystem kleiner Größe mit hohem Bündelungswirkungsgrad zu verwirklichen.
Bildaufnahmevorrichtungen tendieren dazu, in den letzten Jahren viel kleiner und dünner zu werden als zuvor und es gibt sogar einen Vorschlag einer extrem dünnen Digital-Kamera wie einer kartengroßen Kamera, was beispiellos in den vorherigen Techniken ist.
In Übereinstimmung damit ist ebenso eine kleinere, dünnere Lichtquelle eine wesentliche Bedingung und es gibt eine starke Nachfrage danach, ein optisches Beleuchtungssystem, welches die optische Leistung unter derartigen Bedingungen nicht verschlechtert, kommerziell machbar zu machen.
Gegenüber einem derartigen Hintergrund ist es ebenso möglich, die Beleuchtungsvorrichtung, die in dem oben beschriebenen offengelegten japanischen Patent Nr. 2000-250102 vorgeschlagen wurde, als eine ultrakleine Beleuchtungsvorrichtung zu verwenden.
Eine Beleuchtungsvorrichtung, welche die in dem Oberbegriff des geänderten Anspruchs 1 zusammengefassten Merkmale aufweist, ist aus dem Dokument US-A-5 884 104 bekannt.
Jedoch ist die in den oben beschriebenen Veröffentlichungen vorgeschlagene Beleuchtungsvorrichtung immer noch zu dick in der Dickenrichtung und ist nicht dünn genug, um in einer kartengroßen Kamera untergebracht zu werden. Aus diesem Grund kann dies nicht als eine ideale Konfiguration bezeichnet werden für eine Beleuchtungsvorrichtung, die auf einer Kartentyp-Kamera oder einem Kartentyp-Elektronenblitz montiert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine hocheffiziente Beleuchtungsvorrichtung und eine damit ausgerüstete Bildaufnahmevorrichtung vorzusehen, welche geeignet ist, ein extrem dünnes optisches Beleuchtungssystem zu verwirklichen und eine benötigte optische Leistung und Lichtverteilungseigenschaft bereitzustellen.
Diese Ziele werden durch die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 und eine Bildaufnahmevorrichtung, welche die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, erreicht. Erfindungsgemäß weist das Reflexionselement einen Umfangsabschnitt auf, welcher Licht von der Lichtquelle reflektiert, so daß es durch einen Umfangsabschnitt des optischen Elements gelangt, welcher weiter weg von einer optischen Achse des Linsenabschnitts des optischen Elements ist als dessen reflektierender Abschnitt.
Außerdem kann das optische Element mit einer Vielzahl von Prismenabschnittspaaren versehen sein, die aus einer brechenden Oberfläche, die von der Lichtquelle einfallendes Licht empfängt, und aus einer reflektierenden Oberfläche, die das von der brechenden Oberfläche einfallende Licht reflektiert, aufgebaut sind, welche in der senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle auf beiden Seiten der optischen Achse verlaufenden Richtung angeordnet sind.
In der oben beschriebenen Erfindung ist es möglich, einen Linsenabschnitt, der eine positive Brechkraft aufweist, auf und nahe der optischen Achse an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements auszubilden und die Vielzahl von reflektierenden Oberflächenpaaren in dem Umfangsabschnitt auszubilden.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung möglich, die Kante an der Lichtquellenseite, welche durch einen Schnittpunkt zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche von jedem Prismenabschnitt gebildet ist, näher an der Lichtquellenseite für einen Prismenabschnitt, welcher von der optischen Achse in der senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle verlaufenden Richtung entfernter ist, anzuordnen. In diesem Fall ist es ebenso möglich, die Kanten von einem aus der Vielzahl von Prismenabschnittspaaren, die von der optischen Achse in der senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle verlaufenden Richtung am entferntesten sind, im wesentlichen in derselben Position wie die Zentralposition der Lichtquelle in der Richtung der optischen Achse anzuordnen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung ebenso möglich, ein Reflexionselement zu umfassen, welches hinter der Lichtquelle angeordnet ist und welches Licht von der Lichtquelle in Richtung auf das optische Element reflektiert, und das Reflexionselement bis zu einer Position erstrecken zu lassen, um zumindest einen Teil der reflektierenden Oberflä che von einem aus der Vielzahl von Prismenabschnittspaaren, die von der optischen Achse in der senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle verlaufenden Richtung am entferntesten sind, abzudecken.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung ebenso möglich, die Form jeder reflektierenden Oberfläche derart zu bestimmen, daß der Bereich von Licht, das durch jede reflektierende Oberfläche abgestrahlt wird, und der Bereich von Licht, das durch den Linsenabschnitt abgestrahlt wird, praktisch miteinander überlappen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung ebenso möglich, die Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element in der Richtung der optischen Achse änderbar zu machen.
Die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lichtquelle, ein optisches Element, welches vor der Lichtquelle angeordnet ist, und ein Reflexionselement, welches derart angeordnet ist, um die Rückseite der Lichtquelle und den Stirnraum zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element abzudecken, und reflektiert von der Lichtquelle abgestrahltes Licht nach vorne. Das optische Element umfasst einen Linsenabschnitt, welcher auf und nahe der optischen Achse an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements angeordnet ist und eine positive Brechkraft aufweist, und einen reflektierenden Abschnitt, welcher an der Umfangsseite des Linsenabschnitts angeordnet ist, der näher an der optischen Achse als der Bereich des Reflexionselements, das den Stirnraum abdeckt, durch den das reflektierte Licht gelangt, vorgesehen ist, und reflektiert Licht von der Lichtquelle nach vorne.
In der oben beschriebenen Erfindung ist es ebenso möglich, den reflektierenden Abschnitt wie ein Prisma, welches eine brechende Oberfläche, die von der Lichtquelle einfallendes Licht empfängt, und eine reflektierende Oberfläche aufweist, die von dieser brechenden Oberfläche einfallendes Licht reflektiert, auszubilden. In diesem Fall ist es ebenso möglich, die brechende Oberfläche des reflektierenden Abschnitts mit einer flachen Oberfläche, deren Gradient bezüglich der optischen Achse 4° oder weniger ist, zu konstruieren. Es ist ebenso möglich, ein Paar oder eine Vielzahl der reflektierenden Abschnitte auf beiden Seiten der optischen Achse vorzusehen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung möglich, die Form des reflektierenden Abschnitts derart zu bestimmen, daß der Bereich von durch den reflektierenden Abschnitt eingestrahltem Licht und der Bereich von durch den Linsenabschnitt und das Reflexionselement eingestrahltem Licht im wesentlichen miteinander überlappen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Ausführungsform möglich, einen Winkel α, der durch Licht gebildet wird, das von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird und auf den reflektierenden Abschnitt einfällt, bezüglich der optischen Achse innerhalb eines Bereichs von 20° ≤ α ≤ 70° einzustellen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung möglich, den Strahlungsbereich variabel zu machen, indem eine Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element in der Richtung der optischen Achse geändert wird.
Die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegende Erfindung umfasst eine Lichtquelle, ein optisches Element, welches vor der Lichtquelle angeordnet ist und mit einem Linsenabschnitt versehen ist, der eine positive Brechkraft aufweist und auf und nahe der optischen Achse an der Eintrittsoberflächenseite dieses optischen Elements angeordnet ist, ein erstes Reflexionselement, welches derart angeordnet ist, um die Rückseite der Lichtquelle und den Stirnraum zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element abzudecken, und reflektiert von der Lichtquelle eingestrahltes Licht nach vorne, und ein zweites Reflexionselement, welches an der Umfangsseite des Linsenabschnitts in der Nähe der Eintrittsoberfläche des optischen Elements und näher an der optischen Achsenseite als dem Bereich angeordnet ist, durch den das Licht, das von dem Teil des den Stirnraum abdeckenden ersten Reflexionselements reflektiert wird, gelangt, und welches Licht von der Lichtquelle nach vorne reflektiert.
In der oben beschriebenen Erfindung ist es möglich, ein Paar oder eine Vielzahl von Paaren der zweiten Reflexionselemente an beiden Seiten der optischen Achse vorzusehen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung möglich, die Form des zweiten Reflexionselements derart zu bestimmen, daß der Bereich von durch das zweite Reflexionselement eingestrahltem Licht und der Bereich von durch den Linsenabschnitt und das erste Reflexionselement eingestrahltem Licht im wesentlichen miteinander überlappen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung möglich, einen Winkel α, der durch Licht gebildet wird, das von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird und auf das zweite Reflexionselement einfällt, bezüglich der optischen Achse innerhalb eines Bereichs von 20° ≤ α ≤ 70° einzustellen.
Außerdem ist es in der oben beschriebenen Erfindung möglich, den Strahlungsbereich variabel zu machen, indem eine Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle, dem optischen Element und dem zweiten Reflexionselement in der Richtung der optischen Achse geändert wird.
Dann ist es möglich, die Beleuchtungsvorrichtung gemäß jeder der oben beschriebenen Erfindung auf einer Bildaufnahmevorrichtung zu montieren. In diesem Fall kann die Bildaufnahmevorrichtung eine Kartentyp-Konfiguration aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre;
2 ist eine Längsschnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform in der radialen Richtung der Entladungsröhre;
3 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform in der axialen Richtung der Entladungsröhre;
4 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, welche ein optisches Hauptsystem der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform zeigt;
5 ist eine Perspektivansicht einer Kamera, welche mit der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform ausgerüstet ist;
6 ist ein Lichtverteilungscharakteristik-Diagramm der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform;
7 ist eine Längsschnittansicht einer anderen Beleuchtungsvorrichtung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre;
8 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 7 dargestellten Ausführungsform in der axialen Richtung der Entladungsröhre;
9 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des optischen Hauptsystems bei Betrachtung von der Rückseite der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 7 dargestellten Ausführungsform;
10 ist eine Längsschnittansicht einer anderen Beleuchtungsvorrichtung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre;
11 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines optischen Hauptsystems bei Betrachtung von der Rückseite einer Beleuchtungsvorrichtung;
12 ist eine Rückansicht des optischen Elements, welches für die Beleuchtungsvorrichtung der in 11 dargestellten Ausführungsform verwendet wird;
13 ist eine Längsschnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einer Ebene einschließlich einer radialen Richtung einer Entladungsröhre ist;
14 ist eine Längsschnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 13 dargestellten Ausführungsform auf einer Ebene einschließlich der radialen Richtung der Entladungsröhre;
15 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 13 dargestellten Ausführungsform in der Längsrichtung der Entladungsröhre;
16 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 13 dargestellten Ausführungsform;
17 ist eine Perspektivansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 13 dargestellten Ausführungsform bei Betrachtung von der Rückseite;
18 ist eine Perspektivansicht einer Kamera, welche mit der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 13 dargestellten Ausführungsform ausgerüstet ist;
19 ist eine Längsschnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre ist;
20 ist eine Längsschnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 19 dargestellten Ausführungsform in der radialen Richtung der Entladungsröhre;
21 ist eine Längsschnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre ist;
22 ist eine Längsschnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 21 dargestellten Ausführungsform in der radialen Richtung der Entladungsröhre;
23 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der in 21 dargestellten Ausführungsform;
24 ist eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung (in einem gebündelten Zustand), welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre ist;
25 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung (in einem gestreuten Zustand) in 24 in der radialen Richtung der Entladungsröhre und eine skizzierte Zeichnung von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln;
26 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung in 24 und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der zentralen Achse der Entladungsröhre;
27 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des optischen Systems der Beleuchtungsvorrichtung in 24;
28 ist eine Perspektivansicht einer (a) Kompaktkamera und (b) einer kartenimplementierten Kamera, die mit der Beleuchtungsvorrichtung in 24 ausgerüstet sind;
29 ist ein Lichtverteilungscharakteristik-Diagramm der Beleuchtungsvorrichtung (in einem gebündelten Zustand) in 24;
30 ist ein Lichtverteilungscharakteristik-Diagramm der Beleuchtungsvorrichtung (in einem gestreuten Zustand) in 24;
31 ist eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung (in einem gebündelten Zustand), welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre ist;
32 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung (in einem gestreuten Zustand) in 31 in der radialen Richtung der Entladungsröhre und eine skizzierte Zeichnung von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln;
33 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung in 31 und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der zentralen Achse der Entladungsröhre;
34 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des optischen Systems der Beleuchtungsvorrichtung in 31;
35 ist eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung (in einem gebündelten Zustand), welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre ist;
36 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung (in einem gestreuten Zustand) in 35 in der radialen Richtung der Entladungsröhre und eine skizzierte Zeichnung von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln;
37 ist eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung (in einem gebündelten Zustand), welche eine andere Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung in der radialen Richtung einer Entladungsröhre ist;
38 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung (in einem gestreuten Zustand) in 37 in der radialen Richtung der Entladungsröhre und eine skizzierte Zeichnung von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln;
39 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines optischen Systems einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
40 ist eine Rückansicht des optischen Elements, welches die Beleuchtungsvorrichtung in 39 bildet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 bis 5 zeigen eine Kamera-Beleuchtungsvorrichtung. 1 und 2 sind Schnittansichten von Hauptelementen des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung auf einer Ebene einschließlich der radialen Richtung einer Entladungsröhre und die vertikale Richtung (Richtung, welche senkrecht zu der optischen Achse verläuft) dieser Ebene ist die senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre (Lichtquelle) verlaufende Richtung. 3 ist eine Schnittansicht der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer horizontalen Ebene einschließlich der zentralen Achse der Entladungsröhre, welche das optische System bildet. 4 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, welche das optische Hauptsystem der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung zeigt, und 5 ist eine Perspektivansicht einer Kamera, die mit der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung ausgerüstet ist.
1 bis 3 zeigen ebenso skizzierte Zeichnungen von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln, die von dem Zentrum der Entladungsröhre, welche die Lichtquelle ist, emittiert werden, und insbesondere 1(a), 1(b) und 2(a), 2(b) zeigen den Lichtstrom, der von dem Zentrum der Lichtquelle auf demselben Abschnitt emittiert wird, der entsprechend der Position des einfallenden Lichts segmentiert ist.
5(a) zeigt eine Kompakt-Kamera und 5(b) zeigt eine Kartentyp-Kamera. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 11 den Körper der Kamera und das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine oben auf dem Körper der Kamera 11 angeordnete Beleuchtungsvorrichtung. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Bildaufnahmeobjektiv und das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Verschlußauslöseknopf.
In 5(a) bezeichnet das Bezugszeichen 14 ein Betätigungselement zum Zoomen des Bildaufnahmeobjektivs 12 und ein Niederdrücken dieses Betätigungselements 14 nach vorne erlaubt es, ein Bild heranzuzoomen, und ein Niederdrücken dieses Betätigungselements 14 nach rückwärts erlaubt es, ein Bild wegzuzoomen.
Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 15 einen Betriebsmoduseinstellknopf, um zwischen verschiedenen Betriebsarten der Kamera umzuschalten, und das Bezugszeichen 16 bezeichnet ein Flüssigkristallanzeigefenster, um den Nutzer über den Betriebsvorgang der Kamera zu informieren.
In 5(a) und 5(b) bezeichnet das Bezugszeichen 17 ein Lichtempfangsfenster eines Photometers, um die Helligkeit von äußerem Licht zu messen, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet ein Durchsichtfenster eines Suchers.
Danach werden die Elemente, welche eine optische Eigenschaft der Beleuchtungsvorrichtung bestimmen, im einzelnen unter Verwendung von 1 bis 4 erläutert werden.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 2 eine zylindrische Entladungsröhre (Xenon-Röhre). Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Reflektor, welcher das Element des Lichtstroms, welches von der Entladungsröhre 2 emittiert wird und rückwärts in der Richtung der optischen Strahlungsachse gerichtet ist, nach vorne reflektiert. Dieser Reflektor 3 weist eine hochreflektierende Innenoberfläche auf, die aus einem metallischen Material wie glänzendes Aluminium hergestellt ist, oder ist aus einem Kunstharz-Material hergestellt, welches eine Innenoberfläche aufweist, auf welcher eine hochreflektierende Metall-bedampfte Oberfläche ausgebildet ist.
Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein prismenähnliches einstückiges optisches Element und es gibt an der Eintrittsoberfläche von Licht aus der Entladungsröhre 2 auf beiden Seiten der optischen Achse L eine Vielzahl von Prismenabschnittspaaren P, die aus brechenden Oberflächen 4b, 4d, 4f, 4b', 4d', 4f' mit einer Brechkraft in der senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 2 verlaufenden Richtung und aus reflektierenden Oberflächen 4c, 4e, 4g, 4c', 4e', 4g' aufgebaut sind, welche nahezu eine Totalreflexionsbedingung für das von diesen brechenden bzw. lichtbrechenden Oberflächen, die in der senkrecht zu der Längsrichtung der oben beschriebenen Entladungsröhre 2 verlaufenden Richtung angeordnet sind, einfallende Licht erfüllen.
Außerdem ist, wie in 3 dargestellt ist, auf der Ebene des austretenden Lichts des optischen Elements 4 eine Prismenanordnung 4h, welche eine Brechkraft in der Längsrichtung der Entladungsröhre 2 aufweist. Als das Material des opti schen Elements 4 ist ein optisch hoch-durchlässiges Kunstharz-Material wie Acryl-Kunstharz oder Glasmaterial geeignet.
In der oben beschriebenen Konfiguration entscheidet in dem Fall, wo die Kamera eingestellt wird, beispielsweise auf einen „Elektronenblitz-Auto-Modus", nachdem der Verschlußauslöseknopf 13 von dem Nutzer gedrückt worden ist, eine Steuerschaltung (nicht dargestellt), ob Licht von der Beleuchtungsvorrichtung 11 emittiert werden sollte oder nicht, und zwar auf der Basis der Helligkeit von mittels eines Photometers (nicht dargestellt) gemessenem äußerem Licht, der Empfindlichkeit des geladenen Films oder der Eigenschaft eines Bildaufnahmegeräts wie ein CCD oder CMOS.
Wenn die Steuerschaltung entscheidet, daß „Licht von der Beleuchtungsvorrichtung emittiert werden sollte", gibt die Steuerschaltung ein Lichtemissionssignal aus und läßt die Entladungsröhre 2 Licht durch einen an dem Reflektor 3 angebrachten Auslöse-Bleidraht emittieren.
Von dem aus der Entladungsröhre 2 emittierten Lichtstrom tritt die rückwärts in der Richtung der optischen Strahlungsachse L emittierte Lichtstrom-Komponente in das vor der Entladungsröhre 2 angeordnete optische Element 4 über den Reflektor 3 ein und die vorwärts in der Richtung der optischen Strahlungsachse emittierte Lichtstrom-Komponente tritt direkt in das optische Element 4 ein. Diese beiden Lichtstrom-Komponenten werden zu einem Lichtstrom, der eine vorbestimmte Lichtverteilungscharakteristik aufweist, durch das optische Element 4 geändert und danach auf ein Objekt eingestrahlt.
Hernach wird in der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung 11 eine Einstellung einer optimalen Form, um die Lichtverteilungscharakteristik gleichförmig innerhalb des erfor derlichen Strahlungsbereichs zu halten, während die gesamte Form des optischen Beleuchtungssystems signifikant verschlankt wird, insbesondere unter Verwendung von 1 bis 3 erläutert werden.
Zunächst wird ein grundlegendes Konzept zum Optimieren der Lichtverteilungscharakteristik in der senkrecht zu der Längsrichtung verlaufenden Richtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 2 unter Verwendung von 1 und 2 erläutert werden. Insgesamt zeigen 1(a), 1(b) und 2(a), 2(b) denselben Abschnitt und zeigen unterschiedliche skizziert gehaltene Lichtstrahlenbündellinien in unterschiedlichen Fällen.
Diese Figuren zeigen Innen- und Außendurchmesser der Glasröhre, welche die Entladungsröhre 2 bildet. In einem tatsächlichen Lichtemissionsphänomen dieser Art von Entladungsröhre wird häufig Licht von dem vollen Innendurchmesser emittiert, um den Wirkungsgrad zu verbessern, und es ist vernünftig zu berücksichtigen, daß Licht virtuell von Lichtemissionspunkten über den vollen Innendurchmesser der Entladungsröhre 2 gleichförmig emittiert wird. Jedoch sei zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, daß der von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 emittierte Lichtstrom ein repräsentativer Lichtstrom ist und die Figuren lediglich einen von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 emittierten Lichtstrom zeigen.
Als eine tatsächliche Lichtverteilungscharakteristik ändert sich die Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes in einer Richtung, in der sich der Lichtstrom geringfügig ausbreitet aufgrund des Lichtstroms, der von dem Umfang der Entladungsröhre 2 emittiert wird, zusätzlich zu dem repräsentativen Lichtstrom, wie in den Figuren dargestellt ist, jedoch weist dieser Lichtstrom nahezu eine identische Tendenz der Licht verteilungscharakteristik auf und demgemäß werden die nachfolgenden Erläuterungen auf diesen repräsentativen Lichtstrom gestützt werden.
Zuerst wird die charakteristische Form des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung einzeln erläutert werden. Die Form der Rückseite des Reflektors 3 in der Richtung der optischen Strahlungsachse ist halbzylindrisch (nachstehend als „halbzylindrischer Abschnitt 3a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch zu der Entladungsröhre 2. Dies ist eine Form, welche effektiv ist, um das reflektierte Licht an dem Reflektor 3 dicht an das Zentrum der Entladungsröhre 2 erneut zurückzusenden, und weist den Affekt auf, nachteilige Einflüsse von Brechungen des Glasteils der Entladungsröhre 2 zu verhindern.
Außerdem macht es eine derartige Konfiguration möglich, das von dem Reflektor 3 reflektierte Licht als das ausgehende Licht nahezu äquivalent zu dem direkten Licht von der Entladungsröhre 2 zu behandeln und dabei die Größe des gesamten optischen Systems zu reduzieren. Außerdem besteht der Grund, daß der Reflektor 3 eine halbzylindrische Form aufweist, darin, daß das Vorliegen einer Größe, die kleiner als dies ist, erfordern wird, daß die Größe des optischen Elements 4 zu erhöhen ist, um den Lichtstrom seitwärts zu bündeln, während das Vorliegen einer Größe, welche größer als dies ist, den innerhalb des Reflektors 3 eingefangenen Lichtstrom erhöhen wird, was zu einer Reduktion der Effizienz führt.
Andererseits sind die oberen und unteren Umfangsabschnitte des Reflektors 3 so geformt (nachstehend als „gekrümmter Oberflächenabschnitt 3b, 3b'" bezeichnet), um die Rückseite der reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' abzudecken, die derart angeordnet sind, daß die Begrenzungskante E zwischen den brechenden Oberflächen 4f und 4f' des äußersten Prismenabschnitts in der vertikalen Richtung der Prismenabschnitte P des optischen Elements 4 und den reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' nahezu an derselben Position wie das Zentrum der Entladungsröhre 2 in der Richtung der Lichtachse angeordnet ist.
Dies rührt daher, daß der von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 emittierte Lichtstrom in idealer Weise reflektiert (totalreflektiert) werden kann von den reflektierenden Oberflächen 4g und 4g', wie in 2(b) dargestellt ist, wohingegen einiges von dem Lichtstrom, der von der Stirnseite der Entladungsröhre 2 emittiert wird (links von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 in der Figur), insbesondere wenn die Entladungsröhre 2 einen großen Innendurchmesser aufweist, die Totalreflexionsbedingung auf den reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' nicht erfüllen kann und nicht totalreflektiert werden kann, wobei eine Lichtstrom-Komponente umfaßt ist, welche von den reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' ausgeht. Aus diesem Grund ist es so, daß die oben beschriebene Form für den Reflektor 3 übernommen wird, um diesen Lichtstrom effektiv zu nutzen.
Auf diese Weise ist es möglich, indem die Form des Reflektors 3 über die oberen und unteren Seiten des optischen Elements 4 entlang der Formen der reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' erstreckt wird, wie in der Figur dargestellt ist, den Lichtstrom, welcher von den reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' nicht totalreflektiert werden kann und welcher von den reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' ausgeht, in das optische Element 4 erneut eintreten zu lassen und ebenso den reflektierten Lichtstrom innerhalb eines vorbestimmten Strahlungsbereichs zur Effizienz zu führen.
Dann wird die Form des optischen Elements 4, was den größten Einfluß auf die Lichtverteilungscharakteristik der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung 11 aufweist, erläutert werden. Um für das optische Element 4 eine Lichtverteilung zu erzielen, welche zur gleichmäßigen Ausleuchtung des erforderlichen Strahlungsbereichs mit der dünnsten Form in der Richtung der optischen Achse geeignet ist, bestimmt diese Ausführungsform die Formen von ihren Elementen folgendermaßen.
Wie in 1(a) dargestellt ist, läuft der Lichtstrom, der von der Entladungsröhre 2 zu der Nähe der optischen Strahlungsachse emittiert wird, durch eine zylindrische Linsenoberfläche 4a, die in dem zentralen Bereich (der Bereich ist auf und nahe der optischen Achse L angeordnet. Mit anderen Worten die optische Achse L verläuft durch den Bereich.) der Eintrittsoberfläche des optischen Elements 4 ausgebildet ist, welches die positive Brechkraft erzielt, wird in einen Lichtstrom geändert, der eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs aufweist, und geht dann aus der Austrittsoberfläche 4h heraus.
Hier ist, um eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen, die zylindrische Linsenoberfläche 4a dieser Ausführungsform ausgestaltet, um eine kontinuierliche nichtsphärische Form aufzuweisen, so daß der Winkel des aus dem Zentrum der Entladungsröhre 2 austretenden Lichts proportional zu dem Winkel des aus der zylindrischen Linsenoberfläche 4a austretenden Lichts ist und das Licht in einem bestimmten Ausmaß gebündelt wird.
Dann wird die in 1(b) dargestellte Lichtstrom-Komponente, das heißt die Lichtstrom-Komponente, die von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 nach oben und nach unten bei einem geringfügig größeren Winkel als jenem der Lichtstrom- Komponente, die in 1(a) oben dargestellt ist, emittiert wird, (jedoch wird die Figur hernach lediglich die Lichtstrom-Komponente zeigen, die nach unten emittiert wird) erläutert werden.
Diese Lichtstrom-Komponente wird über erste brechende Oberflächen 4b und 4b' gebrochen werden, die aus flachen Oberflächen gebildet sind, tritt in den Prismenabschnitt P ein und dann wird das meiste der Lichtstrom-Komponente von den ersten reflektierenden Oberflächen 4c und 4c', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, totalreflektiert und zu einem Lichtstrom geändert, welcher eine Lichtverteilungscharakteristik aufweist, die nahezu äquivalent zu der Strahlungswinkelverteilung in 1(a) ist.
Hier ist der Winkelbereich der auf die brechenden Oberflächen 4b und 4b' einfallenden Lichtstrom-Komponente viel enger als der Einfallswinkelbereich der in 1(a) dargestellten Lichtstrom-Komponente. Aus diesem Grund erfordert das Einbauen bzw. Anpassen des oben beschriebenen Elements innerhalb des Strahlungswinkelbereichs, der in 1(a) dargestellt ist, daß die ersten reflektierenden Oberflächen 4c und 4c' so geformt sind, daß der Winkelbereich des Lichtstroms in beträchtlichem Maße in einem bestimmten Ausmaß gespreizt wird. Ein Optimieren der Formen der ersten reflektierenden Oberflächen 4c und 4c' auf der Basis dieses Konzepts macht es möglich, den resultierenden Strahlungswinkelbereich, wie in der Figur dargestellt ist, an den in oben beschriebener 1(a) dargestellten Strahlungsbereich nahezu anzupassen.
Außerdem wird, wie in 2(a) dargestellt ist, die Lichtstrom-Komponente, welche von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 nach oben und nach unten bei einem größeren Winkel als jenem der Lichtstrom-Komponente der oben beschriebenen 1(b) emittiert wird, an den zweiten brechenden Oberflächen 4d und 4d' gebrochen, die aus flachen Oberflächen gebildet sind, gelangt in den Prismenabschnitt P und das meiste des Lichtstroms wird von den zweiten reflektierenden Oberflächen 4e und 4e', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, totalreflektiert und in einen Lichtstrom mit einer gleichförmigen Lichtverteilungscharakteristik geändert, die nahezu äquivalent zu der Strahlungswinkelverteilung in den oben beschriebenen 1(a) und 1(b) ist.
Auch in diesem Fall ist der Winkelbereich des auf die zweiten brechenden Oberflächen 4d und 4d' einfallenden Lichtstroms ein viel engerer Bereich als der Winkelbereich des in 1(a) dargestellten Lichtstroms wie in dem Fall von 1(b) und ein Einpassen der oben beschriebenen Lichtstrom-Komponente innerhalb des in 1(a) dargestellten Strahlungswinkelbereichs erfordert, daß die zweiten reflektierenden Oberflächen 4e und 4e' so geformt werden, daß der Winkelbereich des Lichtstroms in beträchtlichem Maße in einem bestimmten Ausmaß gespreizt wird. Ein Optimieren der Formen der zweiten reflektierenden Oberflächen 4e und 4e' auf der Basis dieses Konzepts macht es möglich, den resultierenden Strahlungswinkelbereich an den in oben beschriebener 1(a) dargestellten Strahlungswinkelbereich nahezu anzupassen, wie in der Figur dargestellt ist.
Außerdem wird, wie in 2(b) dargestellt ist, die Lichtstrom-Komponente, die von der Entladungsröhre 2 nach oben oder nach unten bei dem größten Strahlungswinkel emittiert wird, an den dritten Einfallsoberflächen 4f und 4f', die aus flachen Oberflächen gebildet sind, gebrochen, gelangt in den Prismenabschnitt P und das meiste des Lichtstroms wird von den dritten reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' totalreflektiert, die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen ge bildet sind, wird in einen Lichtstrom geändert, der eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik aufweist, die nahezu äquivalent zu dem Strahlungswinkelbereich in oben beschriebenen 1(a), 1(b) und 1(c) ist und geht dann aus der Ebene 4h heraus.
Somit wird in den in 1 und 2 dargestellten Abschnitten der gesamte Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 emittiert wird, aufgeteilt in Lichtstrom-Komponenten von insgesamt 7 Bereichen und zwar durch optische Wirkungen der zylindrischen Oberfläche 4a und 6 Paaren von brechenden Oberflächen und reflektierenden Oberflächen in 1(a). Jedoch überlappen die Strahlungswinkelbereiche der Lichtstrom-Komponenten dieser Gebiete bzw. Bereiche miteinander und bilden eine gleichförmige Lichtverteilung auf der Strahlungsoberfläche.
Somit macht es eine Segmentierung der Formen der ersten bis dritten reflektierenden Oberflächen in kleinere Abschnitte als bei den herkömmlichen Techniken möglich, Effekte zu erzielen, die spezifisch für diese Ausführungsform sind und von den herkömmlichen Techniken unvorhergesehen sind.
Erstens werden die reflektierenden Oberflächen nicht kontinuierlich in der Richtung der optischen Achse angeordnet wie in den Fällen der herkömmlichen Techniken, sondern werden diskret bzw. sprunghaft angeordnet und eine Vielzahl reflektierender Oberflächenschichten wird in der vertikalen Richtung senkrecht zu der optischen Strahlungsachse L derart angeordnet, daß sie einander überlappen, was es möglich macht, die Dicke des optischen Beleuchtungssystems in der vertikalen Richtung einschließlich des optischen Elements 4 signifikant zu reduzieren.
Das bedeutet, daß das Anordnen der ersten reflektierenden Oberflächen 4c und 4c' außerhalb der zylindrischen Linsenoberfläche 4a symmetrisch in der vertikalen Richtung, das Anordnen der zweiten reflektierenden Oberflächen 4e und 4e' symmetrisch in der vertikalen Richtung außerhalb des Bereichs der reflektierenden Oberflächen 4c und 4c', wo sich die Positionen in der Richtung der optischen Achse einander überlappen, und das Anordnen der dritten reflektierenden Oberflächen 4g und 4g' symmetrisch in der vertikalen Richtung außerhalb der Bereiche der oben beschriebenen zwei reflektierenden Oberflächen 4c, 4c', 4e und 4e', wo sich die Positionen in der Richtung der optischen Achse einander überlappen, es möglich macht, die Dicke der reflektierenden Oberfläche als Ganzes in der Richtung der optischen Achse auf die Hälfte oder weniger zu reduzieren. Indem eine derartige Anordnung übernommen wird, macht es diese Ausführungsform möglich, ein optisches Beleuchtungssystem zu konstruieren, das geeignet ist zum Erzielen einer vorbestimmten Lichtverteilungscharakteristik mit einer Dicke, die so klein wie ungefähr 4 mm ist.
Zweitens kann ein Konstruieren einer Vielzahl von Oberflächen, die eine Totalreflexionswirkung aufweisen, das Problem eines herkömmlichen Elektronenblitzes vom Lichtführungstyp verhindern, das bedeutet, das Problem, daß, wenn ein optisches Element, welches im allgemeinen aus einem optischen Kunstharzmaterial hergestellt ist, nahe einer Lichtquelle angeordnet wird, das optische Element durch die von der Lichtquelle erzeugte Wärme geschmolzen wird, wobei es unmöglich ist, die ursprüngliche optische Charakteristik in Abhängigkeit von der Lichtemissionsbedingung zu erzielen.
Das bedeutet, daß es durch Konstruieren der reflektierenden Oberfläche mit einer Vielzahl von Schichten möglich ist, die Kante E, welche eine Grenze zwischen der brechenden Oberflä che und der reflektierenden Oberfläche des optischen Elements 4, das am anfälligsten für Wärme ist, ist, weg von der Lichtquelle anzuordnen, den Einfluß von Strahlungswärme und von Konvektionswärme, die während kontinuierlicher Lichtemission erzeugt werden, auf das optische Kunstharzmaterial zu minimieren und eine Verschlechterung der optischen Charakteristik zu verhindern.
Drittens ist es möglich, ein optisches Beleuchtungssystem zu konstruieren, das klein ist jedoch mit einer geringen Effizienzverschlechterung. Das bedeutet, daß es, da die reflektierende Oberfläche im wesentlichen wie eine Oberfläche mit Totalreflexionswirkung konstruiert ist, eine geringe Effizienzverschlechterung gibt, und es ferner weniger Lichtstrom-Komponenten gibt, die von woanders als dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, deren Strahlungsrichtung sich drastisch ändert, wobei somit eine hohe Effizienz erzielt wird.
Außerdem ist der Reflektor 3 aus drei Teilen eines halbzylindrischen Abschnitts 3a, gekrümmten Oberflächenabschnitten 3b und 3b' und flachen Oberflächenabschnitten 3c und 3c' konstruiert und die flachen Oberflächenabschnitten 3c und 3c' bilden Reflektoren, die zum effektiven Ausnutzen des Lichtstroms durch Reflektieren der Lichtstrom-Komponenten geeignet sind, die von der Stirnseite (linke Seite in der Figur) des Zentrums der Lichtquelle emittiert werden und diagonal rückwärts gerichtet sind. Somit macht es ein Konstruieren dieser Oberfläche mit einer flachen Oberfläche möglich, in effizienter Weise Licht innerhalb des erforderlichen Strahlungswinkelbereichs des von woanders als dem Zentrum emittierten Lichtstroms abzustrahlen.
Somit ist es möglich, ein kleines und hocheffizientes optisches Beleuchtungssystem mit geringem Lichtmengenverlust nach der Außenseite des erforderlichen Strahlungsbereichs unter Verwendung von lediglich einer geringen Anzahl von Elementen des Reflektors 3 und optischen Elements 4 zu konstruieren.
Dann wird eine Bündelungswirkung in der Längsrichtung der Entladungsröhre 2 gemäß dieser Ausführungsform unter Verwendung von 3 erläutert werden.
3 ist eine Schnittansicht der Entladungsröhre 2 und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der Zentralachse in Verbindung mit einer skizzierten Zeichnung von Lichtstrahlenbündeln aus dem Zentrum der Lichtquelle. Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Austrittsoberfläche des optischen Elements 4 aus einer Prismenanordnung 4h, welche zwei Steigungen desselben Winkels aufweist, die in dem zentralen Bereich ausgebildet ist, und Fresnel-Linsenabschnitten 4i und 4i', die in den Umfangsabschnitten ausgebildet sind, konstruiert.
Diese Ausführungsform stellt einen konstanten Winkel von 105° als den Apex- bzw. Öffnungswinkel von jedem aus der Prismenanordnung 4h in dem zentralen Bereich ein. Die Prismenanordnung 4h mit einer derartigen Winkeleinstellung weist den Effekt auf, daß Lichtstrom-Komponenten mit einem relativ großen Einfallswinkel (Lichtstrom-Komponenten mit dem Einfallswinkel auf dem optischen Element 4 reichen von 30° bis 40°) aus der Austrittsoberfläche mit demselben Winkel ausgelassen werden, bei dem Licht durch die Eintrittsoberfläche gebrochen wird, das bedeutet, daß Lichtstrom-Komponenten aus der Austrittsoberfläche ausgelassen werden, ohne durch Brechung an der Austrittsoberfläche beeinflusst zu werden, was den Effekt aufweist, daß einfallender Lichtstrom als Lichtstrom innerhalb eines bestimmten Bereichs von Strahlungswinkeln gebündelt wird.
Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, wo der Apexwinkel bzw. Öffnungswinkel dieser Prismenanordnung 4h auf 105° eingestellt wird, jedoch ist die Winkeleinstellung nicht darauf beschränkt, und eine Einstellung eines Winkels, der kleiner als dieser Winkel ist, beispielsweise 90°, macht es möglich, einen schmaleren bzw. engeren Strahlungswinkel für einen von dem optischen Element 4 emittierten Lichtstrom einzustellen, und im Gegensatz dazu macht es eine Einstellung eines Winkels, der größer als dieser Winkel ist, beispielsweise 120°, möglich, einen breiteren Strahlungswinkel für den von dem optischen Element 4 emittierten Lichtstrom einzustellen.
Andererseits gibt es, wie in 3 dargestellt ist, ebenso einige ausgehende Lichtstrom-Komponenten, die von dieser Prismenanordnung 4h totalreflektiert werden und erneut zu der Entladungsröhre 2 zurücklaufen. Diese Lichtstrom-Komponente wird von dem Reflektor 3 reflektiert und gelangt erneut in das optische Element 4, wird in ein vorbestimmtes Winkelelement durch die Prismenanordnung 4h geändert und wird dann auf ein Objekt eingestrahlt.
Somit wird das meiste des von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 emittierten Lichtstroms in einen Lichtstrom mit einer bestimmten Winkelverteilung geändert und strahlt aus dem optischen Element 4 heraus. In diesem Fall ist die Lichtverteilung einzig von der Winkeleinstellung der Prismenanordnung 4h abhängig und wird nicht von der Teilung etc. der Prismenanordnung 4h beeinflusst und erlaubt demgemäß eine Bündelungssteuerung in einem extrem flachen Bereich ohne das Erfordernis für die Tiefe in der Richtung der optischen Achse. Demgemäß macht es dies möglich, die gesamte Größe des optischen Beleuchtungssystems zu reduzieren.
Außerdem sind, wie in der Figur dargestellt ist, Fresnel-Linsenabschnitte 4i und 4i' auf der Austrittsoberfläche an dem Umfang des optischen Elements 4 ausgebildet. Obgleich das optische Element 4 beträchtlich dünn ist, gibt es einen Bereich in diesem Umfangsabschnitt, wo ein Lichtstrom mit bestimmter Richtwirkung erzielt wird, und ein Ausbilden der Fresnel-Linse in diesem Bereich erlaubt eine relativ effiziente Bündelungswirkung.
In dieser Figur ist keine auffallende Bündelungswirkung in diesem Abschnitt beobachtbar. Dies ist darin begründet, daß nur ein von dem Zentrum der Entladungsröhre 2 emittierter Lichtstrom dargestellt ist und das meiste des Lichtstroms, der ungefähr von dem Ende der Entladungsröhre 2 emittiert wird, wird in Elemente geändert, welche sich auf der optischen Strahlungsachse L konzentrieren.
Somit erlaubt eine Bestimmung der Form der Austrittsoberfläche jedes Abschnitts des optischen Elements 4 sogar ein extrem dünnes optisches Beleuchtungssystem, das nahe der Entladungsröhre 2 angeordnet ist, um einen Lichtstrom innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs effizient zu bündeln.
6 zeigt ein tatsächliches Lichtverteilungscharakteristik-Diagramm, das in der optischen System-Konfiguration in dieser Ausführungsform erzielt wird. Wie in der Figur dargestellt ist, kann diese Ausführungsform eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs erzielen und eine Charakteristik eines idealen optischen Beleuchtungssystems erzielen, in dem nahezu kein Licht außerhalb des erforderlichen Strahlungswinkelbereichs abgestrahlt wird.
Somit führt diese Ausführungsform eine Bündelungssteuerung für die Längsrichtung der Entladungsröhre 2 durch, indem die Prismenanordnung 4h und Fresnel-Linsenabschnitte 4i und 4i' auf der Seite der Austrittsoberfläche des optischen Elements 4 verwendet werden, und führt eine effiziente Bündelungssteuerung für die Richtung, die quasi-senkrecht (vertikale Richtung) zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 2 verläuft, durch, indem die zylindrische Linsenoberfläche 4a und eine Vielzahl von Paaren reflektierender Oberflächen 4c, 4e, 4g, 4c', 4e' und 4g' verwendet werden, die auf der Seite der Eintrittsoberfläche des optischen Elements 4 angeordnet sind. Dies stellt ein ultra-dünnes optisches Beleuchtungssystem mit einer herausragenden optischen Charakteristik bereit, das durch die vorherigen Techniken unvorhergesehen ist.
Diese Ausführungsform hat den Fall beschrieben, wo eine Lichtverteilungssteuerung bezüglich der quasi-senkrecht (vertikale Richtung) zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 2 verlaufenden Richtung derart eingestellt wird, um eine quasi-identische Lichtverteilung zu erzielen, die von der zylindrischen Linsenoberfläche 4a und von einer Vielzahl von Paaren von reflektierenden Oberflächen 4c, 4e, 4g, 4c', 4e' und 4g' zu steuern sind, die auf der Seite der Eintrittsoberfläche des optischen Elements 4 angeordnet sind. Jedoch ist die Lichtverteilungssteuerung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern es können unterschiedliche Lichtverteilung ebenso in dem Fall verwendet werden, wo die Lichtquelle eine Größe von einem bestimmten Wert oder größer aufweist.
Das bedeutet, daß der Strahlungswinkel einer zylindrischen Linsenoberfläche nahe der Lichtquelle dazu tendiert, sich in beträchtlichem Maße aufzuweiten, wenn die Lichtquelle ziemlich groß ist. Andererseits verschlechtert sich, wenn die reflektierende Oberfläche am weitesten von der Lichtquelle ent fernt angeordnet ist, nicht der Grad der Bündelung, auch wenn sich die Größe der Lichtquelle bis zu einem bestimmten Grad vergrößert, was eine Verteilung liefert, die nicht völlig verschieden von der anfänglich eingestellten Strahlungswinkelverteilung ist.
Somit wird die zylindrische Linsenoberfläche, deren Steuerungsoberfläche nahe der Lichtquelle ist, so eingestellt, daß die Verteilung eines von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstroms schmaler wird als eine vorbestimmte gewünschte Lichtverteilung.
Desgleichen ist es erwünscht, eine Lichtverteilung nach Reflexion für jede reflektierende Oberfläche entsprechend der Position von dem Zentrum der Lichtquelle einzeln einzustellen anstatt eine zusammenfallende Lichtverteilung gleichförmig einzustellen.
Das bedeutet, daß es wünschenswert ist, eine reflektierende Oberfläche nahe der Lichtquelle so voreinzustellen, daß die Winkelverteilung des Lichtstroms von dem Zentrum der Lichtquelle schmaler wird, und eine reflektierende Oberfläche weg von der Lichtquelle so voreinzustellen, daß die Winkelverteilung des Lichtstroms von dem Zentrum der Lichtquelle eine gewünschte Lichtverteilungscharakteristik in dem Fall aufweist, wo dieses optische Beleuchtungssystem auf eine Lichtquelle angewandt wird, welche eine bestimmte endliche Größe aufweist, welche vernachlässigbar ist.
Außerdem hat diese Ausführungsform den Fall beschrieben, wo jede Oberflächenkonfiguration auf der Eintrittsoberfläche und jede Oberflächenkonfiguration auf der Austrittsoberfläche des optischen Elements 4 symmetrisch bezüglich der optischen Ach se sind, jedoch ist diese Ausführungsform nicht auf eine derart symmetrische Form beschränkt.
In dieser Ausführungsform ist das optische Element 4 aus drei Schichten von reflektierenden Oberflächen auf beiden Seiten der optischen Achse gebildet, jedoch muß das optische Element 4 nicht immer aus derselben Anzahl von Schichten reflektierender Oberflächen gebildet sein. Beispielsweise sind zwei Schichten von reflektierenden Oberflächen auf der oberen Seite vorgesehen und drei Schichten von reflektierenden Oberflächen sind auf der unteren Seite vorgesehen. Die zwei Schichten in der oberen und unteren Seite bilden ein Paar auch in diesem Falle.
Desgleichen ist es bezüglich der Prismenanordnung 4h, die in dem zentralen Bereich auf der Austrittsoberfläche des optischen Elements 4 ausgebildet ist, ebenso möglich, Prismen zu verwenden, die verschiedene Winkeleinstellungen für die rechte und linke Seite aufweisen, um Variationen in der Lichtverteilungscharakteristik in der rechten und linken Richtung vorzusehen. Ferner ist es bezüglich der Fresnel-Linsenabschnitte 4i und 4i' in dem Umfangsabschnitt ebenso möglich, Variationen in dem Bündelungsgrad vorzusehen, um Variationen in der gesamten Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen.
7 bis 9 zeigen eine andere Beleuchtungsvorrichtung. 7(a) ist eine Schnittansicht von Hauptelementen des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der radialen Richtung der Entladungsröhre und 7(B), in welcher die vertikale Richtung (Richtung senkrecht zu der optischen Achse) auf dieser Ebene die senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre (Lichtquelle) verlaufenden Richtung ist, fügt eine skizzierte Zeichnung von Lichtstrahlenbündeln von dem Zentrum der Lichtquelle zu der Schnittansicht in 7(a) hinzu. Außerdem ist 8 eine Schnittansicht des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer Ebene, welche durch die Achse der Entladungsröhre in der Längsrichtung durchgeht, und 9 ist eine Perspektivansicht, welche die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung zeigt.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 22 eine Entladungsröhre (Xenon-Röhre) und das Bezugszeichen 23 bezeichnet einen Reflektor. Dieser Reflektor 23 weist nahezu dieselbe Funktion auf wie jene der oben beschriebenen Ausführungsform. Jedoch weisen, wie in 8 und 9 dargestellt ist, beide Seiten 23a und 23a' des Reflektors 23 Formen auf, die sich gerade nach vorne parallel zu der optischen Achse L erstrecken.
Das Bezugszeichen 24 bezeichnet ein prismenähnliches einstückiges optisches Element und auf der Ebene des von der Entladungsröhre 22 einfallenden Lichts gibt es eine Vielzahl von Prismenabschnittspaaren P, die aus brechenden Oberflächen 24b, 24d, 24b' und 24d', welche eine Brechkraft in der quasi-senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 22 verlaufenden Richtung aufweisen, und aus reflektierenden Oberflächen 24c, 24e, 24c' und 24e' gebildet sind, die nahezu eine Totalreflexionsbedingung erfüllen für das Licht, das von diesen brechenden Oberflächen, die in der oben beschriebenen quasi-senkrechten Richtung auf beiden Seiten der optischen Achse L angeordnet sind, einfällt.
Außerdem gibt es, wie in 8 dargestellt ist, auf der Seite der Austrittsoberfläche des optischen Elements 24 eine Prismenanordnung 24h, welche eine Brechkraft in der Längs richtung der Entladungsröhre 22 aufweist. Als das Material des optischen Elements 24 ist ein hochdurchlässiges optisches Kunstharzmaterial wie Acrylkunstharz oder Glasmaterial geeignet wie in dem Fall der ersten Ausführungsform.
Die Beleuchtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform soll die gesamte Form des optischen Beleuchtungssystems äußerst dünn ausbilden, den Strahlungsbereich des Beleuchtungslichts zumeist verengen und die Breite der Öffnung in der Längsrichtung der Entladungsröhre 22 reduzieren, um eine Miniaturisierung zu verwirklichen. Das Verfahren zum Bestimmen dieser optimalen Form wird unter Verwendung von 7 und 8 unten erläutert werden.
7 zeigt eine Längsschnittansicht der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten in der radialen Richtung der Entladungsröhre 2 und zeigt ein grundlegendes Konzept zum Verengen der Lichtverteilungscharakteristik in der vertikalen Richtung auf einen kleinen Strahlungswinkelbereich.
7(b) zeigt denselben Abschnitt wie jenen von 7(a) mit lediglich einem Lichtstrahlenbündel, dessen skizzierte Linien hinzugefügt sind.
In derselben Figur sind der Innen- und Außendurchmesser der Glasröhre als die Entladungsröhre 22 dargestellt. Auf dieselbe Weise wie für die oben beschriebene Ausführungsform wird der von dem Zentrum der Entladungsröhre 22 emittierte Lichtstrom als der repräsentative Lichtstrom betrachtet und die Figuren zeigen lediglich den von dem Zentrum der Entladungsröhre 22 emittierten Lichtstrom. Als eine tatsächliche Lichtverteilungscharakteristik ändert sich die Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes in einer geringfügig gespreizten Richtung aufgrund des Lichtstroms, der von dem Umfang der Entladungsröhre 22 emittiert wird, zusätzlich zu dem repräsentativen Lichtstrom, wie in den Figuren dargestellt ist, jedoch weist dieser Lichtstrom nahezu eine identische Tendenz der Lichtverteilungscharakteristik auf und demgemäß werden die nachfolgenden Erläuterungen auf diesen repräsentativen Lichtstrom gestützt werden.
Zunächst werden die Formen des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung einzeln erläutert werden. Bezüglich dieses Abschnitts ist die Form der Rückseite des Reflektors 23 in der Richtung der optischen Strahlungsachse L halb-zylindrisch (nachstehend als „halb-zylindrischer Abschnitt 23a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 22 aus demselben Grund, der in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurde, und umfasst gekrümmte Oberflächenabschnitte 23b und 23b', welche die Rückseite der äußersten reflektierenden Oberflächen 24e und 24e' in der vertikalen Richtung des optischen Elements 24 abdecken, und die flachen Oberflächenabschnitte 23c und 23c', welche diese gekrümmten Oberflächenabschnitte 23b und 23b' und den halb-zylindrischen Abschnitt 23a verbinden.
Dann wird die Form des optischen Elements 24 erläutert werden. Um ein optisches System mit der dünnsten Form in der Richtung der optischen Achse und dem engsten Strahlungswinkel aufzubauen, das bedeutet, ein optisches System mit dem höchsten Bündelungsvermögen, bestimmt diese Ausführungsform die Form von jedem Abschnitt des optischen Elements 24 wie folgt.
Zunächst ist, wie in 7(a) dargestellt ist, das optische Element 24 aus einer Vielzahl von reflektierenden Oberflächen aufgebaut, welche eine Totalreflexionswirkung an dem meisten Licht aufweist, das von jeder brechenden Oberfläche einfällt, wie in dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsform. Jedoch unterscheidet es sich von dem optischen Element 4 der oben beschriebenen Ausführungsform darin, daß reflektierende Oberflächen 24c, 24e, 24c' und 24e' zu zwei Schichten jeweils derart ausgebildet sind, daß sie symmetrisch bezüglich der optischen Achse L in der vertikalen Richtung sein sollen. Die Begrenzungskante E zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche in dem äußersten Prismenabschnitt P in der vertikalen Richtung ist nahezu an derselben Position wie das Zentrum der Entladungsröhre 22 in der Richtung der optischen Achse L angeordnet.
Hier ist die Anzahl von geteilten reflektierenden Oberflächen (Anzahl von Schichten) reduziert, da jede reflektierende Oberfläche nicht-sphärisch sein muß, um eine genaue Lichtverteilung zu erzielen, und um die Tatsache in Betracht zu ziehen, daß das Vorsehen einer Vielzahl von derart komplizierten nicht-sphärischen Formen wahrscheinlich die Konfiguration der Die- bzw. Prägeplatten-Herstellung weiter komplizieren wird.
Somit wird ein Ausbilden von zumindest zwei Schichten einer reflektierenden Oberfläche auf beiden Seiten der optischen Achse in dem optischen Element das optische Element herstellen und wird demgemäß die Beleuchtungsvorrichtung dünner machen.
Das optische Element 24 ist aus den nachfolgenden Abschnitten gebildet, welche unten erläutert werden. Zuerst ist eine zylindrische Linsenoberfläche 24a in dem zentralen Bereich ausgebildet, durch welchen die optische Strahlungsachse L durchgeht, und Prismenabschnitte P einschließlich erster brechender Oberflächen 24b und 24b' und erster reflektierender Oberflächen 24c und 24c' sind symmetrisch bezüglich der vertika len Richtung auf beiden Seiten der optischen Achse L außerhalb der zylindrischen Linsenoberfläche 24a ausgebildet.
Außerhalb dieser Prismenabschnitte P sind andere Prismenabschnitte P einschließlich zweiter brechender Oberflächen 24d und 24d' und zweiter reflektierender Oberflächen 24e und 24e' symmetrisch bezüglich der vertikalen Richtung auf beiden Seiten der optischen Achse L ausgebildet. Außerdem ist eine Prismenanordnung 24h, die aus einer Vielzahl von Prismen gebildet ist, auf der Austrittsoberfläche ausgebildet.
Eine optische Wirkungsweise des optischen Elements 24, das eine derartige Form aufweist, wird unter Verwendung der skizzierten Lichtzeichnung in 7(b) erläutert werden.
Zunächst gelangt der Lichtstrom in Richtung auf die Nähe der optischen Strahlungsachse L durch die auf der Eintrittsoberfläche des optischen Elements 24 ausgebildete zylindrische Linsenoberfläche 24a, welche eine positive Brechkraft gibt, wird in einen Lichtstrom parallel zu der optischen Achse bezüglich dieses Abschnitts geändert und geht dann aus der Austrittsoberfläche (Prismenanordnung 24h) heraus.
Dann wird die von dem Zentrum der Entladungsröhre 22 nach oben oder nach unten bei einem relativ großen Winkel emittierte Lichtstrom-Komponente durch die ersten brechenden Oberflächen 24b und 24b', die aus flachen Oberflächen gebildet sind, gebrochen, gelangt in den Prismenabschnitt P und der meiste Lichtstrom wird von den ersten reflektierenden Oberflächen 24c und 24c', die aus einer vorbestimmten gekrümmten Oberfläche gebildet sind, totalreflektiert und in einen Lichtstrom parallel zu der optischen Achse L bezüglich dieses Abschnitts geändert und geht dann aus der Austrittsoberfläche (Prismenanordnung 24h) heraus.
Außerdem wird die von dem Zentrum der Entladungsröhre 22 nach oben oder nach unten bei einem größeren Strahlungswinkel emittierte Lichtstrom-Komponente durch die zweiten Beugungsoberflächen 24d und 24d', die aus flachen Oberflächen gebildet sind, gebrochen, gelangt in den Prismenabschnitt P und der meiste Lichtstrom wird von den zweiten reflektierenden Oberflächen 24e und 24e', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, totalreflektiert, in einen Lichtstrom parallel zu der optischen Achse L bezüglich dieses Abschnitts geändert und geht dann aus der Austrittsoberfläche (Prismenanordnung 24h) heraus.
Somit wird der von dem Zentrum der Entladungsröhre 22 emittierte Lichtstrom aufgespaltet in Lichtstrom-Komponenten von insgesamt fünf Bereichen durch eine optische Wirkung der zylindrischen Oberfläche 24a und der vier brechenden Oberflächen und reflektierenden Oberflächen und der Lichtstrom von allen Bereichen wird in einen Lichtstrom parallel zu der optischen Achse bezüglich dieses Abschnitts geändert. Dies liefert eine Lichtverteilung mit einem engen Strahlungsbereich und einem hohen Bündelungsvermögen.
Somit macht es ein Segmentieren der für das optische Element 24 vorgesehenen reflektierenden Oberflächen in kleinere Abschnitte als durch die herkömmlichen Techniken möglich, die Dicke des optischen Elements 24 zu reduzieren wie in dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsform. Außerdem ist es, da die Kante E, die eine Grenze zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche ist, weg von dem Zentrum der Entladungsröhre 22 angeordnet ist, möglich, eine Verschlechterung der optischen Charakteristik des optischen Kunstharzmaterials aufgrund des Einflusses von Strahlungswärme aus der Lichtquelle zu verhindern.
Dann wird die Form der Beleuchtungsvorrichtung in der Längsrichtung der Entladungsröhre 22 gemäß dieser Ausführungsform unter Verwendung von 8 erläutert werden.
8 ist eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der zentralen Achse der Entladungsröhre 22. Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Austrittsoberfläche des optischen Elements 24 aus einer Prismenanordnung 24h konstruiert, die aus einer Vielzahl von Prismen gebildet ist, die zwei Steigungen mit demselben Winkel aufweisen. Der Bündelungseffekt, der diese Prismenanordnung 24h nutzt, ist nahezu derselbe wie jener der oben beschriebenen Ausführungsform.
Diese Ausführungsform ist in dieser Schnittansicht dadurch charakterisiert, daß sich beide Seiten 23a und 23a' des Reflektors 23 nach vorne quasi-parallel zu der optischen Achse L erstrecken und daß die gesamte Austrittsoberfläche des optischen Elements 24 aus der Prismenanordnung 24h konstruiert ist.
Dies ist eine Konfiguration, die dazu dient, einen auf die gesamte Prismenoberfläche auf der Austrittsoberfläche des optischen Elements 24 einfallenden Lichtstrom in einen Lichtstrom umzuwandeln, der eine gleichförmige Winkelkomponente in lageunabhängiger Weise aufweist.
Das bedeutet, daß diese Konfiguration dazu dienen soll, nicht nur den Lichtstrom daran zu hindern, aus einer großen Öffnung herauszugehen, die auf der Seite des optischen Elements 24 vorhanden ist, indem sich die Seiten 23a und 23a' des Reflektors 23 nach vorne quasi-parallel zu der optischen Achse erstrecken lassen, sondern ebenso auf die Prismenanordnung 24h des optischen Elements 24 einfallendes Licht daran zu hindern, einen Richtungssinn aufzuweisen, und den gesamten Lichtstrom in die vor dem optischen Element 24 angeordnete Prismenanordnung 24h unter derselben Bedingung eintreten zu lassen, indem der reflektierte Lichtstrom zu der Entladungsröhrenseite 22 bei demselben Winkel wie dem Einfallswinkel zurückläuft.
Somit ist es möglich, ein dünn-geformtes optisches Beleuchtungssystem mit in beispielloser Weise hohem Richtungssinn vorzusehen, indem eine Bündelungssteuerung durchgeführt wird durch Verwendung der Prismenanordnung 24h auf der Seite der Austrittsoberfläche des optischen Elements 24 für die Längsrichtung der Entladungsröhre 22 und indem eine effiziente Bündelungssteuerung durchgeführt wird durch Brechungen mittels der zylindrischen Linsenoberfläche 24a, die an der Entladungsröhrenseite 22 vorgesehen ist, und durch Reflexionen mittels einer Vielzahl von Paaren reflektierender Oberflächen 24c, 24e, 24c' und 24e' für die Richtung, die quasi-senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 22 verläuft.
Wie in 7(b) dargestellt ist, führt diese Ausführungsform eine Steuerung so durch, daß ein aus der Nähe des zentralen Bereichs der Entladungsröhre 22 emittierter Lichtstrom parallel zu der optischen Achse L wird, jedoch ist es in dem Fall, wo die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist, möglich, ein optisches Beleuchtungssystem mit einem extrem engen Strahlungsbereich vorzusehen, wie in der Figur dargestellt ist. Jedoch sieht, da der Lichtemissionsabschnitt der Entladungsröhre 22 tatsächlich als ein begrenzter Lichtemissionsbereich äquivalent zu dem Innendurchmesser der Entladungsröhre 22 existiert, diese Ausführungsform eine Lichtverteilungscharakteristik derart vor, daß sich der Lichtstrom eher innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs, der in der Nähe der optischen Strahlungsachse zentriert ist, aufspreizt als sich innerhalb eines extrem engen Strahlungswinkelbereichs aufzuspreizen, wie in der Figur dargestellt ist.
Eine tatsächliche Messung zeigt eine Lichtmenge, welche die Hälfte der zentralen Lichtmenge ist, und einen Strahlungswinkel, der sich ungefähr 15° bezüglich der in der Figur dargestellten Schnittrichtung spreizt.
10(a) und 10(b) zeigen eine andere Beleuchtungsvorrichtung. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel einer Modifikation zu der ersten Ausführungsform und 10(a) ist eine Längsschnittansicht von Hauptelementen des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und 10(b) fügt skizzierte Linien von Licht von dem Zentrum der Lichtquelle der Schnittansicht von 10(a) hinzu.
Da die Form des übrigen Bereichs, der anders als dieser Abschnitt ist, nahezu dieselbe ist wie die Form der ersten Ausführungsform, werden ausführliche Zeichnungen davon weggelassen werden.
Diese Ausführungsform wird erzielt, indem die Form der drei reflektierenden Oberflächen in der oberen und unteren Seite des optischen Elements der ersten Ausführungsform deformiert wird, um die Größe der Beleuchtungsvorrichtung in der vertikalen Richtung zu reduzieren, was in der ersten Ausführungsform erläutert wurde.
In 10(a) ist die Form des optischen Elements 4 der ersten Ausführungsform durch eine zwei-punktiert-gestrichelte Linie bezeichnet und die Form des optischen Elements 34 die ser Ausführungsform ist durch eine durchgezogene Linie bezeichnet.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Größe L₁ des optischen Elements 34 in der vertikalen Richtung um ungefähr 20% kleiner als die Größe L₀ des optischen Elements 4 in der vertikalen Richtung der ersten Ausführungsform. Außerdem sind der Strahlungswinkel und die Lichtverteilungscharakteristik des Beleuchtungslichts nahezu dieselben wie jene der ersten Ausführungsform.
In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 32 eine Entladungsröhre, das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Reflektor und das Bezugszeichen 34 bezeichnet ein optisches Element, wobei diese in funktionaler Weise nahezu äquivalent zu jenen der ersten Ausführungsform sind. Jedoch sind die Form des optischen Elements 34 auf der Seite der Entladungsröhre 22 und die Form von jeder reflektierenden Oberfläche insbesondere die Merkmale dieser Ausführungsform und diese Ausführungsformen bezweckt eine Miniaturisierung durch Optimieren dieser Formen.
In derselben Figur sind der Innen- und Außendurchmesser der Glasröhre der Entladungsröhre 32 angezeigt. Wie in dem Fall der oben beschriebenen zwei Ausführungsformen wird von dem Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 32 emittiert wird, angenommen, daß er wegen der Einfachheit der Erläuterung der repräsentative Lichtstrom sein soll, und lediglich der von dem Zentrum der Entladungsröhre 32 emittierte Lichtstrom ist in der Figur dargestellt. Als eine tatsächliche Lichtverteilungscharakteristik ändert sich die Lichtverteilungscharakteristik in der Richtung, in welcher sich die Lichtverteilung als Ganzes geringfügig aufspreizt, aufgrund des von den Umfangsabschnitten der Entladungsröhre 32 emit tierten Lichtstroms zusätzlich zu dem repräsentativen Lichtstrom, der in der Figur dargestellt ist, jedoch weist die Lichtverteilungscharakteristik nahezu dieselbe Tendenz auf und demgemäß wird diese Ausführungsform gemäß diesem repräsentativen Lichtstrom unten erläutert werden.
Zunächst wird die Form des optischen Beleuchtungssystems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung aufeinanderfolgend erläutert werden. Bezüglich des Abschnitts des in 10 dargestellten Reflektors 33 wird von der Form der Rückseite des Reflektors 33 in der Richtung der optischen Strahlungsachse L angenommen, daß sie halb-zylindrisch (nachfolgend als „halb-zylindrischer Abschnitt 33a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 32 aus demselben Grund ist wie für die oben beschriebenen zwei Ausführungsformen und der Reflektor 33 ist ferner mit gekrümmten Oberflächenabschnitten 33b und 33b', welche die Rückseite der reflektierenden Oberflächen 34g und 34g' des äußersten Prismenabschnitts P in der vertikalen Richtung des optischen Elements 34 abdecken, flachen Oberflächenabschnitten 33c und 33c', welche die oben beschriebenen zwei gekrümmten Oberflächen 33b und 33b' und den halb-zylindrischen Abschnitt 33a verbinden, versehen.
Als nächstes wird die Form des optischen Elements 34 erläutert werden. Um die Größe des optischen Elements 34 in der vertikalen Richtung zu reduzieren und eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik für den erforderlichen Strahlungsbereich wie jene zu erzielen, die von der ersten Ausführungsform erzielt wurde, optimiert diese Ausführungsform die Form von jedem Abschnitt folgendermaßen.
Zunächst weist, wie in 10(a) und 10(b) dargestellt ist, das optische Element 34 ebenso drei Schichten reflektierender Oberflächen 34c, 34e, 34g, 34c', 34e' und 34g' auf dieselbe Weise wie die erste Ausführungsform auf, während eine Lichtverteilung des Lichtstroms, der von deren jeweiligen reflektierenden Oberflächen reflektiert wird, von jenem der ersten Ausführungsform verschieden ist.
Das bedeutet, daß diese Ausführungsform eine Winkelcharakteristik auf eine derartige Weise liefert, daß von dem Lichtstrom, der von den jeweiligen reflektierenden Oberflächen reflektiert wird, die Lichtstrom-Komponente, welche der optischen Achse am nächsten ist, in ein Element, das nahezu parallel zu der optischen Achse ist, geändert wird und der Winkel, bei dem der Lichtstrom die optische Achse L schneidet, nimmt allmählich zu, während das auf die reflektierende Oberfläche einfallende Licht von der optischen Achse weggeht.
Mit anderen Worten, ist jede reflektierende Oberfläche derart geformt, daß sie eine gleichförmige Strahlungsverteilung innerhalb des Bereichs aufweist, was lediglich der Hälfte des Gebiets von einer Seite von der optischen Achse entspricht.
Dann ist jede reflektierende Oberfläche symmetrisch bezüglich der optischen Achse angeordnet, um eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik wie den erforderlichen Strahlungsbereich als Ganzes zu erzielen. Diese Form wird noch spezifischer unten erläutert werden.
Jeder Abschnitt des optischen Elements 34 ist geformt wie unten erläutert werden wird. Zuerst ist eine zylindrische Linsenoberfläche 34a in dem zentralen Bereich ausgebildet, durch den die optische Strahlungsachse L durchgeht, und Prismenabschnitte P einschließlich erster brechender Oberflächen 34b und 34b' und erster reflektierender Oberflächen 34c und 34c' sind in der oberen und unteren Seite und zwar zentriert auf der optischen Achse L symmetrisch in der vertikalen Richtung außerhalb der zylindrischen Linsenoberfläche 34a ausgebildet.
Außerhalb dieser Prismenabschnitte P sind andere Prismenabschnitte P einschließlich zweiter brechender Oberflächen 34d und 34d' und zweiter reflektierender Oberflächen 34e und 34e' in der oberen und unteren Seite und zwar zentriert auf der optischen Achse L symmetrisch in der vertikalen Richtung ausgebildet.
Außerhalb dieser Prismenabschnitte P sind noch andere Prismenabschnitte P einschließlich dritter brechender Oberflächen 34f und 34f' und dritter reflektierender Oberflächen 34g und 34g' in der oberen und unteren Seite und zwar zentriert auf der optischen Achse L symmetrisch in der vertikalen Richtung ausgebildet. Außerdem ist eine Prismenanordnung auf der Austrittsoberfläche 34h ausgebildet.
Eine optische Wirkung des optischen Elements 34, das konfiguriert ist, wie oben dargestellt ist, wird unter Verwendung einer skizzierten Lichtzeichnung in 10B erläutert werden.
Zuerst wird ein Lichtstrom, der auf die Nähe der optischen Strahlungsachse gerichtet ist, in einen Lichtstrom mit einer Lichtverteilungscharakteristik geändert, die gleichförmig innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs bezüglich dieses Abschnitts mittels der zylindrischen Linsenoberfläche 34a ist, die auf der Eintrittsoberfläche des optischen Elements 34, das eine positive Brechkraft liefert, ausgebildet ist, und geht dann aus der Austrittsoberfläche 34h heraus. Da dieser Lichtstrom vollständig derselbe wie jener der ersten Ausführungsform ist, ist dieser Lichtstrom in 10(b) weggelassen.
Dann werden Lichtstrom-Komponenten, die von dem Zentrum der Entladungsröhre 32 nach oben und nach unten bei relativ großen Winkeln emittiert werden, durch die ersten brechenden Oberflächen 34b und 34b', die aus flachen Oberflächen gebildet werden, gebrochen, gelangen in die Prismenabschnitte P und dann wird der meiste Lichtstrom von den ersten reflektierenden Oberflächen 34c und 34c', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, totalreflektiert und werden von Lichtstrom-Komponenten parallel zu der optischen Achse L derart geändert, daß der Winkel, bei dem die Lichtstrom-Komponenten die optische Achse L schneiden, allmählich zunimmt (was zu einer Verteilung eines bestimmten Winkels auf der oberen Seite und unteren Seite in der Figur führt). Dann geht der Lichtstrom aus der Austrittsoberfläche 34h heraus. Ein Kombinieren der Strahlungsbereiche der oberen und unteren Lichtstrom-Komponenten macht es möglich, eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes zu erzielen.
Außerdem werden Lichtstrom-Komponenten, die von dem Zentrum der Entladungsröhre 32 nach oben und nach unten bei größeren Winkeln emittiert werden, gebrochen durch die zweiten brechenden Oberflächen 34d und 34d', die aus flachen Oberflächen gebildet sind, treten in die Prismenabschnitte P ein und dann wird der meiste Lichtstrom totalreflektiert von den zweiten reflektierenden Oberflächen 34e und 34e', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, und werden von Lichtstrom-Komponenten parallel zu der optischen Achse L in Elemente, die nach unten und nach oben in der Figur gerichtet sind, geändert, und demgemäß ist es möglich, einen Lichtstrom innerhalb eines Strahlungsbereichs nahezu äquivalent zu der Lichtverteilung durch die oben beschriebenen ersten reflektierenden Oberflächen 34c und 34c' zu erzielen. Dann macht es ein Kombinieren der Lichtstrom-Komponenten in diesen beiden Bereichen bzw. Gebieten möglich, eine gleichförmige Lichtverteilung zu erzielen.
Andererseits werden die Lichtstrom-Komponenten, die von dem Zentrum der Entladungsröhre 32 nach oben und nach unten bei dem größten Winkel emittiert werden, gebrochen durch die dritten brechenden Oberflächen 34f und 34f', die aus flachen Oberflächen gebildet sind, gelangen in die Prismenabschnitte P und dann wird der meiste Lichtstrom totalreflektiert von den dritten reflektierenden Oberflächen 34g und 34g', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, und werden von Lichtstrom-Komponenten parallel zu der optischen Achse L in Elemente, die nach unten und nach oben in der Figur gerichtet sind, geändert, und demgemäß ist es möglich, einen Lichtstrom innerhalb eines Strahlungsbereichs nahezu äquivalent zu der Lichtverteilung durch die oben beschriebenen ersten reflektierenden Oberflächen 34c und 34c' zu erzielen. Dann macht es ein Kombinieren der Lichtstrom-Komponenten in diesen beiden Bereichen bzw. Gebieten möglich, eine gleichförmige Lichtverteilung zu erzielen.
Somit wird der von dem Zentrum der Entladungsröhre 32 emittierte Lichtstrom aufgeteilt in Lichtstrom-Komponenten von insgesamt vier Bereichen durch eine optische Wirkung der zylindrischen Oberfläche 34a und drei Paaren von brechenden Oberflächen und reflektierenden Oberflächen und diese vier Lichtstrom-Komponenten werden miteinander mit derselben Lichtverteilung bezüglich des Abschnitts, der in 10 dargestellt ist, überlappt, was es möglich macht, ein optisches Beleuchtungssystem mit einer gleichförmigen Lichtverteilung als Ganzes zu konstruieren.
Somit macht es ein Segmentieren der reflektierenden Oberflächen des optischen Elements 34 in kleinere Abschnitte als durch die herkömmlichen Techniken möglich, die Dicke des optischen Elements 34 zu reduzieren wie in dem Fall der ersten und zweiten Ausführungsform. Außerdem ist es, da die Kante E, welche eine Grenze zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche ist, weg von dem Zentrum der Entladungsröhre 32 angeordnet ist, möglich, das optische Kunstharzmaterial daran zu hindern, durch die Strahlungswärme von der Lichtquelle beeinflußt zu werden, und dabei nachteilige Einflüsse auf die optische Charakteristik zu reduzieren.
Außerdem ist es als ein für diese Ausführungsform spezifischer Effekt möglich, die Breite (Höhe) der Öffnung in der vertikalen Richtung zu reduzieren und in drastischer Weise die Größe der Öffnung von dieser Art von optischem Beleuchtungssystem in der vertikalen Richtung zu reduzieren, indem die Lichtverteilung, die durch die jeweils reflektierenden Oberflächen des optischen Elements 34 zu steuern ist, auf die obere Hälfte oder untere Hälfte beschränkt wird.
11 und 12 zeigen eine andere Konfiguration einer Beleuchtungsvorrichtung. Dies ist ein Beispiel einer Modifikation zu der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. 11 ist eine Perspektivansicht von Hauptelementen des optischen Systems der Beleuchtungsvorrichtung und 12 ist eine Rückansicht des optischen Elements alleine. Da die skizzierten Licht-Linien und die Lichtverteilungscharakteristik etc. nahezu dieselben wie jene in der zweiten Ausführungsform sind, werden ausführliche Erläuterungen davon weggelassen werden.
Diese Ausführungsform ist eine dreidimensionale Modifikation der Form an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements der Beleuchtungsvorrichtung, was in der zweiten Ausführungsform erläutert wurde, und bezweckt hauptsächlich, die Lichtverteilungscharakteristik in Richtung auf vier Ecken auf der Oberfläche eines Objekts zu verbessern.
In 11 und 12 bezeichnet das Bezugszeichen 42 eine Entladungsröhre, 43 bezeichnet einen Reflektor und 44 bezeichnet ein optisches Element. Die Funktionen dieser Elemente sind nahezu äquivalent zu jenen der zweiten Ausführungsform, jedoch ist diese Ausführungsform insbesondere durch die Form von jeder Oberfläche des optischen Elements 44 auf der Entladungsröhrenseite 42 charakterisiert.
In derselben Figur ist die Form der Rückseite des Reflektors 43 in der Richtung der optischen Strahlungsachse halbzylindrisch (nachfolgend als „halb-zylindrischer Abschnitt 43a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 42 und der Reflektor 43 ist ferner mit torischen Oberflächen 43b und 43b', welche die Rückseite der äußersten reflektierenden Oberflächen 44e und 44e' des optischen Elements 44 in der vertikalen Richtung abdecken, und flachen Oberflächenabschnitten 43c und 43c' versehen, welche die oben beschriebenen zwei torischen Oberflächen und den halbzylindrischen Abschnitt 43a verbinden.
Andererseits umfasst, wie in dem Fall der zweiten Ausführungsform, das optische Element 44 eine Linsenoberfläche 44a, die eine positive Brechkraft in der Richtung aufweist, die senkrecht zu der optischen Achse (vertikale Richtung) verläuft, in dem zentralen Bereich auf der Eintrittsoberflächenseite und zwei Schichten eines Prismenabschnitts, die jeweils eine brechende Oberfläche und eine reflektierende Oberfläche aufweisen, sind in den Umfangsabschnitten auf der Eintrittsoberflächenseite auf sowohl der oberen als auch der unteren Seite ausgebildet.
Jedoch ist diese Ausführungsform von der zweiten Ausführungsform darin verschieden, daß die zentrale Linsenoberfläche 44a und die reflektierenden Oberflächen 44c, 44c', 44e und 44e' aus dreidimensional gekrümmten Oberflächen gebildet sind.
Noch spezifischer ist die torische Linsenoberfläche 44a in dem zentralen Bereich, durch den die optische Strahlungsachse L durchgeht, als eine brechende Oberfläche ausgebildet und konische erste brechende Oberflächen 44b und 44b' und torisch-oberflächenseitige erste reflektierende Oberflächen 44c und 44c', welche die Prismenabschnitte bilden, sind symmetrisch in der vertikalen Richtung außerhalb der torischen Linsenoberfläche 44a ausgebildet.
Außerhalb dieser Oberflächen sind die Prismenabschnitte, die aus konischen zweiten brechenden Oberflächen 44d und 44d' gebildet sind, und torisch-oberflächenseitige zweite reflektierende Oberflächen 44e und 44e' symmetrisch in der vertikalen Richtung ausgebildet. Auf der Austrittsoberfläche ist eine Prismenanordnung 44h ausgebildet.
Eine Bündelungswirkung und Effekte, die aus einer Formung des optischen Elements 44 auf diese Weise herrühren, werden erläutert werden.
Zuerst ist bezüglich der brechenden Oberfläche 44a in dem Zentrum der Abschnitt des zentralen Bereichs in der vertikalen Richtung nahezu äquivalent zu jenem in 7(b), der in der zweiten Ausführungsform dargestellt ist, jedoch ändert sich die Form allmählich zu den Umfangsabschnitten hin, die vertikale Breite ändert sich ebenso und die Brechkraft von jedem Abschnitt ändert sich ebenso allmählich.
Dies macht es möglich, die Lichtverteilungscharakteristik des Systems als Ganzes gleichförmig zu machen und Veränderungen in der Lichtverteilung, welche auf der bestrahlten Oberfläche eines Objekts gekrümmt ist, zu verhindern, welche wahrscheinlich an der Begrenzungskante zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche der Prismenabschnitte P auftreten.
Außerdem macht es eine Verwendung einer torisch-oberflächenseitigen Konfiguration nicht nur für den oben beschriebenen zentralen Bereich, sondern auch für die reflektierende Oberfläche 44c, 44c', 44e und 44e' in den Umfangsabschnitten, auf welchen Schnittformen in der horizontalen und vertikalen Richtung sich allmählich ändern entsprechend ihren jeweiligen Positionen, möglich, eine Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen, die gleichförmig in Richtung auf alle vier Ecken in dem Strahlungsbereich ist.
Somit ist es bezüglich eines von dem Zentrum der Entladungsröhre 42 emittierten Lichtstroms möglich, ein optisches Beleuchtungssystem mit einem engen Strahlungswinkelbereich und einer in hohem Maße gebündelten Lichtverteilung als Ganzes durch eine Funktion jeder reflektierenden Oberfläche, die aus der torischen Oberfläche 44a und einem Paar von torischen Oberflächen gebildet ist, zu konstruieren.
Außerdem macht es ein Segmentieren der reflektierenden Oberflächen des optischen Elements 44 in kleinere Abschnitte als durch die herkömmlichen Techniken möglich, die Dicke des optischen Elements 44 zu reduzieren wie in dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsformen. Überdies ist es, da die Begrenzungskante zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche von dem Zentrum der Lichtquelle weggeht, möglich, das optische Kunstharzmaterial daran zu hin dern, von der Strahlungswärme der Lichtquelle beeinflußt zu werden, und nachteilige Einflüsse auf die optische Charakteristik zu reduzieren.
Außerdem weist durch Verwendung einer torisch-oberflächenseitigen Konfiguration für die brechenden Oberflächen in dem zentralen Bereich und jeder reflektierenden Oberfläche diese Ausführungsform einen spezifischen Effekt auf, mit dem es möglich gemacht wird, auf einfache Weise ein optisches Beleuchtungssystem mit einer gleichförmigen Lichtverteilungscharakteristik in Richtung auf vier Ecken in dem Strahlungsbereich ohne irgendein zusätzliches spezielles optisches System zu konstruieren.
Wie oben beschrieben wurde, beinhalten die oben beschriebenen Ausführungsformen eine Vielzahl von Prismenabschnitten mit brechenden Oberflächen und reflektierenden Oberflächen, die eine Totalreflexionsfunktion aufweisen, welche in der Richtung angeordnet sind und welche quasi-senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle sind, was es möglich macht, die Dicke des optischen Elements drastisch zu reduzieren und demgemäß die Dicke der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zu reduzieren. Überdies macht es ein Ausnutzen einer Bündelungswirkung durch Reflexionen möglich, in effizienter Weise Licht von der Lichtquelle zu nutzen und eine Beleuchtungsvorrichtung zu implementieren, welche klein in der Größe und noch dazu mit überragenden optischen Charakteristiken ist. Somit kann diese Ausführungsform eine Beleuchtungsvorrichtung vorsehen, die bestens geeignet ist, auf eine kleine Bildaufnahmevorrichtung wie eine Kartentyp-Kamera insbesondere montiert zu werden.
Insbesondere gibt es, da das Licht durch Brechung und Totalreflexion mittels des optischen Elements gesteuert wird, ei nen Lichtmengenverlust und es ist möglich, das gesamte Licht innerhalb des Prismas zu steuern und in signifikanter Weise die Größe der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zu reduzieren.
Außerdem macht es eine geeignete Bestimmung der Form von reflektierenden Oberflächen des optischen Elements einfacher, eine nahezu gleichförmige Lichtverteilung auf der Strahlungsfläche zu erzielen.
Übrigens ist es ebenso möglich, eine Lichtverteilung einer direkten Lichtkomponente von der Lichtquelle, die nahe der optischen Achse durchläuft, und eine Lichtverteilung einer reflektierten Lichtkomponente, die einen bestimmten Winkel bezüglich der optischen Achse bildet, in getrennter Weise zu steuern, indem ein einzelnes optisches Element verwendet wird durch Ausbilden eines Linsenabschnitts, der eine positive Brechkraft in dem zentralen Bereich in der Richtung aufweist, die quasi-senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle verläuft, auf der Einfallsebene des optischen Elements und durch Ausbilden der oben beschriebenen Vielzahl von Prismenabschnitten in dem Umfangsabschnitt.
Dann ist es, indem die Form von jeder Oberfläche aus der Vielzahl von Prismenabschnitten bestimmt wird, so daß der Strahlungsbereich von Licht, das von dem optischen Element durch diese Prismenabschnitte emittiert wird, virtuell mit dem Strahlungsbereich von durch den Linsenabschnitt emittiertes Licht übereinstimmt (überlappt), möglich, eine nahezu gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik auf der Strahlungsfläche des Beleuchtungslichts zu erzielen.
13 bis 17 zeigen eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und insbesondere diese Ausführungsform zeigt eine Vorrichtung, wel che einen in einer Kamera inkorporierten Elektronenblitz emittiert. 13 ist eine Schnittansicht des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der radialen Richtung der Entladungsröhre (die Ebene senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre), 14 veranschaulicht einen Vergleich zwischen dem Fall der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und dem Fall ohne die Merkmale der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung, 15 ist eine Schnittansicht des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der Zentralachse der Entladungsröhre, 16 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und 17 ist eine Perspektivansicht aus der Sicht von der Rückseite des für die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung verwendeten optischen Elements. 18 zeigt eine mit der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung ausgerüstete Kamera.
13 bis 15 zeigen ebenso skizzierte Linien von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln, die von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, und insbesondere 13 und 14 zeigen verschiedene Lichtstrom-Komponenten, die von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, auf demselben Abschnitt entsprechend den unterschiedlichen Einfallspositionen auf dem optischen Element.
Zunächst zeigt 18(a) eine sogenannte Kompaktkamera, welche die Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform inkorporiert, und 18(b) zeigt eine sogenannte kartengroße Kamera, welche die Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform inkorporiert.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 211 den Kamerakörper und 212 bezeichnet einen Objektivtubus eines Bildaufnahmeobjektivs, das nahezu in dem Zentrum der Stirnseite des Kamerakörpers 211 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 201 ist die Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform, die an der rechten Oberseite des Kamerakörpers 211 angeordnet ist.
Das Bezugszeichen 213 bezeichnet einen Verschlußauslöseknopf, 217 bezeichnet ein Sichtfenster eines Photometers, um die Helligkeit von externem Licht zu messen, und 218 bezeichnet ein Sichtfenster eines Suchers.
Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 214 ein Betätigungselement zum Zoomen des Bildaufnahmeobjektivs und mit einem Niederdrücken dieses Bestätigungselements nach vorne läßt sich ein Bild heranzoomen und mit einem Niederdrücken dieses Bestätigungselements nach hinten läßt sich ein Bild wegzoomen. Das Bezugszeichen 215 bezeichnet einen Betriebsarteneinstellknopf, um zwischen verschiedenen Betriebsarten der Kamera umzuschalten, und 216 bezeichnet ein Flüssigkristallanzeigefenster, um den Benutzer bzw. Anwender über den Betrieb der Kamera zu informieren. Die Kamera, in der die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung inkorporiert ist, ist nicht auf die in 18 dargestellte Kamera beschränkt, sondern kann ebenso in anderen Kameras (einäugige Spiegelreflexkamera und Videokamera etc.) inkorporiert sein.
Dann werden die Elemente, welche die optischen Charakteristiken der Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform bestimmen, im einzelnen unter Verwendung von 13 bis 17 erläutert werden.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 102 eine zylindrische, lichtemittierende Entladungsröhre (Xenon-Röhre). Das Bezugszeichen 103 bezeichnet einen Reflektor (Reflexionselement, erster Reflektor), welcher die Lichtstrom-Komponente, die rückwärts und nach oben/nach unten in der Richtung der optischen Strahlungsachse L des von der lichtemittierenden Entladungsröhre 102 emittierten Lichtstroms gerichtet ist, nach vorne reflektiert. Dieser Reflektor weist eine Hochreflektanz-Innenoberfläche auf, die aus einem metallischen Material wie glänzendes Aluminium oder einem Kunstharzmaterial gebildet ist, das eine Innenoberfläche aufweist, auf der eine Metall-bedampfte Hochreflektanzoberfläche ausgebildet ist.
Das Bezugszeichen 104 ist ein optisches Element, das aus einem transparenten einstückigen Körper gebildet ist. In dem zentralen Bereich, durch den die optische Strahlungsachse L auf der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements 104 durchgeht, ist eine zylindrische Linsenoberfläche 104a ausgebildet, welche eine positive Brechkraft in der Richtung aufweist, die quasi-senkrecht zu der Längsachse dieser lichtemittierenden Entladungsröhre 102 ist. In den oberen und unteren Umfangsabschnitten 104b und 104b' ist eine parallele flache Oberfläche ausgebildet. Außerdem ist zwischen der zylindrischen Linsenoberfläche 104a und den oberen und unteren Umfangsabschnitten 104b und 104b' ein Paar von Prismenabschnitten (reflektierende Abschnitte) P ausgebildet, die aus brechenden Oberflächen (Eintrittsoberfläche) 104c und 104c' und reflektierenden Oberflächen 104d und 104d' jeweils gebildet sind.
Um es einfacher zu machen, die Form dieses optischen Elements 104 zu verstehen, zeigt 17 eine Perspektivansicht aus der Sicht von der Rückseite des optischen Elements 104. Als das Material für das oben beschriebene optische Element 104 ist ein optisch hochdurchlässiges Kunstharzmaterial wie Acrylkunstharz oder Glasmaterial geeignet.
Wenn die Kamerabedienungsbetriebsart der Kamera und der Beleuchtungsvorrichtung in der oben beschriebenen Konfiguration eingestellt wird, beispielsweise auf eine „Elektronenblitz-Autobetriebsart", nachdem der Benutzer den Verschlußauslöseknopf 213 drückt, entscheidet eine zentrale Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt), ob oder ob nicht der Beleuchtungsvorrichtung 201 zu erlauben ist, Licht entsprechend der Helligkeit des äußeren Lichts, das von dem Photometer (nicht dargestellt) gemessen wird, und der Empfindlichkeit eines geladenen Films oder der Charakteristik eines Bildaufnahmegeräts wie eines CCD oder CMOS zu emittieren.
Wenn die zentrale Verarbeitungseinheit entscheidet, daß „die Beleuchtungsvorrichtung angewiesen werden sollte, Licht zu emittieren" und zwar in einer Situation zur Aufnahme von Bildern, gibt die zentrale Verarbeitungseinheit ein Lichtemissionssignal aus und eine Lichtemissionssteuerungsschaltung (nicht dargestellt) weist die Lichtemissionsentladungsröhre 2 an, Licht über einen an dem Reflektor 203 angebrachten Auslöse-Bleidraht zu emittieren.
Von dem Lichtstrom, der von der Lichtemissionsentladungsröhre 202 emittiert wird, wird der Lichtstrom, der rückwärts in der Richtung der optischen Strahlungsachse L und nach oben/nach unten emittiert wird, von dem Reflektor 203 reflektiert und gelangt in das optische Element 204, das auf der Stirnseite positioniert ist, während der nach vorne in der Richtung der optischen Strahlungsachse L emittierte Lichtstrom direkt in das optische Element 204 eintritt, wobei dieser Lichtstrom in einen Lichtstrom mit einer vorbestimmten Lichtverteilungscha rakteristik durch das optische Element 204 geändert wird und dann auf ein Objekt eingestrahlt wird.
Dann wird ein optimales Verfahren zur Einstellung des optischen Systems der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, welche dünn geformt ist und geeignet ist, um Beleuchtungslicht gleichförmig und effizient innerhalb eines erforderlichen Strahlungsbereichs einzustrahlen, unter Verwendung von 13 bis 15 unten erläutert werden.
13 und 14 zeigen eine Längsschnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform und zwar geschnitten mit der Ebene einschließlich der radialen Richtung der Lichtemissionsentladungsröhre und zeigen ein grundlegendes Konzept zum Optimieren der Lichtverteilungscharakteristik in der vertikalen Richtung. 13(a) und 13(b) und 14(a) und 14(b) zeigen skizzierte Lichtlinien auf demselben Abschnitt in unterschiedlichen Fällen und Bezugszeichen in den Figuren entsprechen jenen in 15 bis 17.
In denselben Figuren sind Innen- und Außendurchmesser der Glasröhre dieser Lichtemissionsentladungsröhre 102 angezeigt. Als ein tatsächliches Lichtemissionsphänomen der Lichtemissionsentladungsröhre dieser Art der Beleuchtungsvorrichtung wird Licht häufig von dem vollen Innendurchmesser emittiert, um die Effizienz zu verbessern, und es ist vernünftig zu berücksichtigen, daß Licht virtuell von Lichtemissionspunkten über den vollen Innendurchmesser der Entladungsröhre gleichförmig emittiert wird. Jedoch sei zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, daß der Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 102, welche die Lichtquelle ist, emittiert wird, der repräsentative Lichtstrom ist, und die Figuren zeigen lediglich diesen repräsentativen Lichtstrom. Als eine tatsächliche Lichtverteilungscharakteristik ändert sich die Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes in einer Richtung, in welcher sich der Lichtstrom geringfügig aufspreizt aufgrund des von dem Umfang der Lichtemissionsentladungsröhre 102 emittierten Lichtstroms zusätzlich zu dem repräsentativen Lichtstrom, wie in den Figuren dargestellt ist, jedoch weist dieser Lichtstrom nahezu eine identische Tendenz der Lichtverteilungscharakteristik auf und demgemäß werden die nachfolgenden Erläuterungen auf diesen repräsentativen Lichtstrom gestützt werden.
Die Form der Rückseite des Reflektors 103, welche dem Zentrum der Lichtquelle in der Richtung der optischen Strahlungsachse L zugewandt ist, ist halbzylindrisch (nachfolgend als „halbzylindrischer Abschnitt 103a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Lichtemissionsentladungsröhre 102. Dies ist eine Form, die effektiv ist, um das von dem Reflektor 103 reflektierte Licht in die Nähe des Zentrums der Lichtquelle erneut zurückzusenden, und weist den Effekt auf, um einen nachteiligen Einfluß von Brechungen des Glasteils der Lichtemissionsentladungsröhre 102 zu verhindern.
Außerdem macht es eine derartige Konfiguration möglich, das reflektierte Licht von dem Reflektor 103 wie das ausgehende Licht nahezu äquivalent zu dem direkten Licht von der Lichtquelle zu behandeln, und dabei die gesamte Größe des optischen Systems, das diesem folgt, zu reduzieren.
Außerdem besteht der Grund, daß der Reflektor 103 eine halbzylindrische Form aufweist, darin, daß, wenn er eine Größe, die kleiner als dies ist, aufweist, es erforderlich wird, die Größe des optischen Elements 104 zu vergrößern, um den Lichtstrom in der vertikalen Richtung zu bündeln, während, wenn er eine Größe aufweist, die kleiner als dies ist, dies den in nerhalb des Reflektors 103 eingefangenen Lichtstrom vergrößern wird, was zu einer Verschlechterung der Effizienz führt.
Andererseits sind die oberen und unteren Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103 derart ausgebildet, daß sie den Stirnraum zwischen der Lichtemissionsentladungsröhre 102 und dem optischen Element 104 abdecken, und sind ausgebildet, eine gekrümmte Oberfläche aufzuweisen, so daß der von diesen Umfangsabschnitten reflektierte Lichtstrom eine bestimmte gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik aufweist.
Dann wird die Form des optischen Elements 104, das den größten Einfluß auf die Lichtverteilungscharakteristik dieser Beleuchtungsvorrichtung ausübt, erläutert werden. Diese Ausführungsform übernimmt die nachfolgende Konfiguration, welche in der Richtung der optischen Achse am dünnsten ist, um eine gleichförmige Lichtverteilung innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs zu erzielen.
Zunächst ist, wie in 13(a) dargestellt ist, in dem zentralen Bereich auf der Eintrittsoberfläche des optischen Elements 104 eine zylindrische Linsenoberfläche 104a mit einer positiven Brechkraft innerhalb der Ebene, die senkrecht zu der optischen Strahlungsachse L ist, ausgebildet. Auf diese Weise wird der Lichtstrom, der nahe der optischen Strahlungsachse L durchläuft, aus dem Lichtstrom, der von der Lichtemissionsentladungsröhre 102 emittiert wird, in einen Lichtstrom geändert, der eine gleichförmige Lichtverteilung innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs aufweist, und geht dann aus der Ebene 104e des optischen Elements 104 heraus.
Hier ist, um eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik aufzuweisen, die zylindrische Linsenoberfläche 104a des optischen Elements 104 konstruiert, um eine kontinuierliche nicht-sphärische Form aufzuweisen, so daß eine Proportionalbeziehung zwischen dem Winkel des ausgehenden Lichts von dem Zentrum der Entladungsröhre 102 und dem Winkel des ausgehenden Lichts, das durch das optische Element 104 durchgelaufen ist, aufgestellt wird, wobei der Lichtstrom in einem bestimmten Ausmaß bzw. Verhältnis gebündelt wird.
Dann werden, wie in 13(b) beschrieben ist, von dem Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 102 emittiert wird, die Lichtstrom-Komponenten, die einen großen Winkel mit der optischen Achse bilden und die direkt in die Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103 gelangen, erläutert werden. Hier sind die Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103 so geformt, daß nach der Reflexion die oben beschriebenen Elemente nahezu denselben Strahlungswinkelbereich und gleichförmige Verteilung wie jene in 13(a) aufweisen.
Der von den Umfangsabschnitten 103b und 103b' des Reflektors 103 reflektierte Lichtstrom tritt aus den Umfangsabschnitten 104b und 104b' des optischen Elements 104 in das optische Element 104 ein und geht aus der Austrittsoberfläche 104e aus. Jedoch weisen die Umfangsabschnitte 104b und 104b' des optischen Elements 104 keine Brechkraft in der Richtung auf, die senkrecht zu der optischen Strahlungsachse L (vertikale Richtung) verläuft, und ein durch diesen Bereich gelangender Lichtstrom wird mit derselben Lichtverteilungscharakteristik, die durch die Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103 eingestellt wird, abgestrahlt.
Somit weisen die Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103 die Funktion zur gleichförmigen Bündelung des Lichtstroms, der direkt von der Entladungsröhre 102 innerhalb ei nes bestimmten Winkelbereichs eintritt, und außerdem zum Führen des reflektierten Lichtstroms zu den schmalen Durchgangsbereichen der Umfangsabschnitte 104b und 104b' des optischen Elements 104 auf. Folglich ist es möglich, eine gleichförmige Lichtverteilung bezüglich des erforderlichen Strahlungsbereichs wie in dem Fall von 13(a) zu erzielen. Außerdem bilden die Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103 und die zylindrische Linsenoberfläche 104a Lichtwege, die vollständig voneinander verschieden sind, um eine Bündelungs-(Strahlungs-)Steuerung durchzuführen.
Dann wird der Lichtweg durch die Prismenabschnitte, was die am meisten charakteristische Konfiguration dieser Ausführungsform ist, unter Verwendung von 14(a) erläutert werden. Um die Erläuterung leichter verständlich zu machen, wird ein Beispiel, wo kein Prismenabschnitt vorgesehen ist, in 14(b) dargestellt werden.
Zunächst wird, wie in 14(b) dargestellt ist, wenn das optische System dieses Abschnitts aus lediglich dem Brechungsbereich der zylindrischen Linsenoberfläche 104a, was in 13(a) oben dargestellt ist, und aus dem Reflexionsbereich des Reflektors 103, was in 13(b) dargestellt ist, konstruiert ist, ein durchlaufender Lichtstrom, dessen Strahlung durch diese Bereiche unkontrollierbar ist, unvermeidlich innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs erzeugt.
Das bedeutet, daß dieser Lichtstrom durch doppeltpunktiert-gestrichelte Linien A, A' und B, B' in 14(b) bezeichnet ist und daß eine Realisierung einer wirksamen Bündelungswirkung in dieser Konfiguration es erfordern wird, die Größen des Reflektors 103 und des optischen Elements 104 in beträchtlichem Maße zu erhöhen.
Ein Beispiel eines derart großformatigen optischen Systems ist ein optisches System, das einen semi-ellipsoiden Reflektor aufweist, dessen ungefährer Brennpunkt mit dem Zentrum der Lichtquelle zusammenfällt, und in welchem die Strahlungswinkelverteilung des von dem Reflektor reflektierten Lichts an die Verteilung von direktem Licht, das durch die Apertur bzw. Öffnung des Reflektors begrenzt ist, angepasst ist.
In diesem Fall kann jedoch ein derartiges System nicht konstruiert werden, sofern nicht die Tiefe des optischen Systems in der Richtung der optischen Achse beträchtlich groß ist.
Andererseits wird, wie in 14(a) dargestellt ist, wenn Prismenabschnitte P zwischen der zylindrischen Linsenoberfläche 104a auf der Eintrittsoberfläche und den Umfangsabschnitten 104b und 104b' des optischen Elements 104 vorgesehen sind, der Lichtstrom, der auf die brechende Oberfläche 104c und 104c', die aus flachen Oberflächen gebildet ist, (Lichtstrom läuft durch wie durch doppeltpunktiert-gestrichelte Linien A, A' und B, B' in 14(b) bezeichnet ist) einfällt, durch die brechende Oberfläche 104c und 104c' gebrochen, gelangt in die Prismenabschnitte, wird nahezu totalreflektiert durch die reflektierenden Oberflächen 104d und 104d', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, und wird in einen Lichtstrom geändert, der eine Lichtverteilungscharakteristik aufweist, die nahezu äquivalent zu den Strahlungswinkelverteilungen ist, die in 13(a) und 13(b) oben dargestellt sind.
Hier ist, wie in der Figur dargestellt ist, der Winkelbereich des Lichtstroms, der auf die brechenden Oberflächen 104c und 104c' einfällt, in beträchtlichem Maße schmal verglichen mit dem Winkelbereich des in 13(a) und 13(b) dargestellten Lichtstroms. Aus diesem Grund ist es, um den Strahlungswin kelbereich des auf die reflektierenden Oberflächen 104c und 104c' einfallenden Lichtstroms in den in 13(a) und 13(b) dargestellten Strahlungswinkelbereich einzupassen, notwendig, die Form der reflektierenden Oberflächen 104c und 104c' derart zu bestimmen, daß der Strahlungswinkelbereich des reflektierten Lichts sich in beträchtlichem Maße in einem bestimmten Ausmaß bzw. Verhältnis aufspreizt.
Basierend auf diesem Konzept optimiert diese Ausführungsform die Formen der reflektierenden Oberflächen 104d und 104d' zu nicht-sphärischen Formen, so daß der Strahlungswinkelbereich des auf die brechenden Oberflächen 104c und 104c' einfallenden Lichtstroms virtuell mit der zylindrischen Linsenoberfläche 104a, was in 13(a) und 13(b) dargestellt ist, und dem Strahlungswinkelbereich des Reflektors 103 übereinstimmt (überlappt).
Somit wird der gesamte Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 102 emittiert wird, in einen Lichtstrom geändert, der eine gleichförmige Lichtverteilung in der Richtung aufweist, die senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 102 verläuft, durch jeweilige optische Wirkungen der zylindrischen Linsenoberfläche 104a, die in 13(a) dargestellt ist, der Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103, was in 13(b) dargestellt ist, und der Prismenabschnitte (brechende Oberflächen 104c und 104c' und reflektierende Oberfläche 104d und 104d') P, die in 14(a) dargestellt sind, und diese drei Typen und eine Gesamtheit von fünf Schichten von Strahlungswinkelbereichen werden überlappt, was einen effizienten Weg liefert, um eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes zu erzielen.
Andererseits wird, wie oben beschrieben wurde, der Lichtstrom, der rückwärts von dem Zentrum der Entladungsröhre 102 emittiert wird, von dem halb-zylindrischen Abschnitt 103a des Reflektors 103 reflektiert, läuft erneut durch das Zentrum der Entladungsröhre 102 hindurch und geht dann heraus in die optische Strahlungsachse L. Das Verhalten der Lichtstrahlenbündel danach ist dasselbe die jenes, das in 13(a), 13(b) und 14(a) erläutert wurde.
Hier wird ein optimales Verteilungsverhältnis zwischen der zylindrischen Linsenoberfläche 104a des optischen Elements 104, dem Reflektor 103 und dem Prismenabschnitt P des optischen Elements 104 unter Verwendung von 14(a) erläutert werden.
In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, daß der Bereich der in 13(a) dargestellten zylindrischen Linsenoberfläche 104a und der Reflexionsbereich durch den in 13(b) dargestellten Reflektor 103 ein grundlegendes optisches Bündelungssystem bilden und der minimale Bereich, der diese Bereiche verbindet, aus einem optischen Reflexionssystem (nachfolgend als „Totalreflexionsbereich" bezeichnet) aufgebaut ist, indem eine Totalreflexionswirkung durch die Prismenabschnitte P, deren Lichtweg in 14(a) dargestellt ist, verwendet wird.
Für den Totalreflexionsbereich aus diesen Prismenabschnitten P ist es bevorzugt, daß ein Winkel α, der durch die gerade Linie, welche das Zentrum der Entladungsröhre 102 und die Enden des Totalreflexionsbereichs der Prismenabschnitte P verbindet, mit der optischen Strahlungsachse L gebildet ist, innerhalb des nachfolgenden Winkelbereichs ist: 20° ≤ α ≤ 70° (1)
Hier wird, falls der Winkel α kleiner ist als 20°, was die untere Grenze in Formel (1) ist, eine Totalreflexion des meisten einfallenden Lichtstroms durch die reflektierende Oberfläche 104d und 104d' des optischen Reflexionssystems an sich schwierig. Das bedeutet, daß, falls der Winkel α kleiner ist als 20°, der Winkel der Prismenabschnitte P in beträchtlichem Maße spitz wird, was eine Form erfordert, welche tief in der Dickenrichtung ist. Dies wird es schwierig machen, ein dünn-geformtes optisches System nicht nur zu konstruieren, sondern auch herzustellen, was ein Hauptgegenstand dieser Ausführungsform ist.
Andererseits verringert sich, wenn der Winkel α größer ist als 70°, was die obere Grenze in Formel (1) ist, der Bündelungsbereich durch den Reflektor 103 und die Tatsache, daß der Reflexionsbereich in den Reflexionsbereich durch den Reflektor 103 und den Reflexionsbereich durch die Prismenabschnitte P an sich aufgeteilt wurde, wird bedeutungslos. Das bedeutet, daß, obgleich es möglich ist, den Lichtweg durch das optische System, das zu diesem Zeitpunkt vorgeschlagen wurde, aufzuteilen und eine gleichförmige Lichtverteilungssteuerung innerhalb des erforderlichen Strahlungswinkelbereichs durch unabhängige Steuerung mittels des Reflektors 103 zu verwirklichen, der Lichtweg in diesem Gebiet bzw. Bereich nicht effektiv ausgenutzt wird. Außerdem nimmt, wenn der Winkel α größer ist als die obere Grenze 70°, die Apertur bzw. Öffnung des optischen Systems in der vertikalen Richtung zu, in welchem Fall die Dicke reduziert werden kann, jedoch wird die Zunahme der Apertur in der vertikalen Richtung zu einer Zunahme der Gesamtgröße des optischen Systems führen, was nicht bevorzugt ist.
Als ein idealer Modus ist es bevorzugt, diesen Totalreflexionsbereich auf ein notwendiges Minimum zu verengen und das System derart zu organisieren, daß ein Lichtmengenverlust reduziert wird, und eine derartige Konfiguration macht es möglich, die Dickenrichtung zu minimieren, die Form einfach zu gestalten und das System leicht zum Verarbeiten zu machen.
Im Hinblick auf die oben beschriebene Situation stellt diese Ausführungsform diesen Totalreflexionsbereich innerhalb eines 20°-Bereichumfangs von 40° bis 60° zur Optimierung ein.
Dann werden optimale Formen der brechenden Oberflächen 104c und 104c', welche den Lichtstrom zu den reflektierenden Oberflächen 104d und 104d' der Prismenabschnitte P, die in 14(b) dargestellt sind, führen werden, erläutert werden.
Wie aus 14(a) ersichtlich ist, wird der von dem Zentrum der Entladungsröhre 102 emittierte Lichtstrom in hohem Maße durch brechende Oberflächen 104c und 104c' gebrochen, in die weg von der optischen Strahlungsachse L weisende Richtung geführt und erreicht die reflektierenden Oberflächen 104d und 104d'. Die idealen Formen dieser brechenden Oberflächen 104c und 104c' sind die einen, welche zulassen werden, daß der größtmögliche Teil des Lichtstroms, der von der Entladungsröhre 102 emittiert wird, zu den reflektierenden Oberflächen 104d und 104d' geführt wird, und zu diesem Zweck ist es effektiv, eine Konfiguration zu übernehmen, daß der Lichtstrom in abrupter Weise durch die brechenden Oberflächen 104c und 104c' gebrochen wird.
Dies wird ebenso zu einer Verkürzung der reflektierenden Oberflächen 104d und 104d' und einer Reduktion der Größe des optischen Systems in der Dickenrichtung führen.
Als eine spezifische Form ist es bevorzugt, daß der Gradient der brechenden Oberflächen 104c und 104c', welche flache Oberflächen sind, bezüglich der optischen Strahlungsachse L 0° ist. Jedoch ist es schwierig, eine flache Oberfläche mit einem Gradient von 0° zu verwirklichen aus Gründen, die auf die Verarbeitungsgenauigkeit bezogen sind aufgrund des Problems der Formbarkeit des optischen Elements 104. Demgemäß konstruiert diese Ausführungsform diese brechenden Oberflächen 104c und 104c' aus flache Oberflächen, deren Gradient θ bezüglich der optischen Achse L 4° oder weniger beträgt, was ebenso die Verarbeitungserfordernisse berücksichtigt. Es ist ebenso möglich, diese brechenden Oberflächen 104c und 104c' mit gekrümmten Oberflächen zu konstruieren, welche leichter zu verarbeiten sind.
Andererseits wird von dieser Ausführungsform erwartet, daß sie die unvorhergesehenen bzw. beispiellosen charakteristischen Effekte aufweist, die für diese Ausführungsform spezifisch sind, indem der optische Steuerungsbereich in kleinere Abschnitte segmentiert wird und Bestrahlungsbereiche von unterschiedlichen Steuerungsbereichen miteinander überlappt werden.
Zunächst sind die reflektierenden Oberflächen aus diskreten Oberflächen konstruiert, die aus Materialien unterschiedlicher Arten gebildet sind anstatt von Oberflächen, die kontinuierlich in der Richtung der optischen Strahlungsachse angeordnet sind wie in dem Fall der herkömmlichen Techniken, und jene reflektierenden Oberflächen sind überlappend miteinander in der Richtung angeordnet, die quasi-senkrecht zu der optischen Strahlungsachse L verläuft.
Eine derartige Konfiguration macht es möglich, die Dicke des optischen Beleuchtungssystems in der Tiefenrichtung signifi kant zu reduzieren, was das am meisten herausstehende Merkmal dieser Ausführungsform ist. Das bedeutet, daß, wie unter Verwendung von 13(a), 13(b) und 14(a) erläutert werden wird, die reflektierenden Oberflächen 104d und 104d' als die ersten Reflexionsschichten angeordnet sind und die Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103, welche die zweiten Reflexionsschichten sind, außerhalb der reflektierenden Oberflächen 104d und 104d' an Positionen in der Richtung der optischen Achse L überlappend mit ihnen angeordnet sind, was es somit möglich macht, die Gesamtlänge der reflektierenden Oberflächen in der Richtung der optischen Achse L zu reduzieren.
Zweitens ist es möglich, die Dicke des optischen Elements 104 an sich signifikant zu reduzieren. Das bedeutet, daß die Konfiguration, die wesentlich für das optische Element 104 ist, lediglich die zylindrische Linsenoberfläche 104a, welche eine positive Brechkraft nahe der optischen Strahlungsachse L aufweist, und die Prismenabschnitte P beinhaltet, um den direkt von der Entladungsröhre 102 einfallenden Lichtstrom und den von dem Reflektor 103 reflektierten Lichtstrom zu trennen, und es ist möglich, die Dicke der Umfangsabschnitte 1404b und 104b', welche die äußersten Bereiche sind, zu reduzieren. Sie sind einfach in der Form, dennoch können sie in ausreichender Weise funktionieren, was es möglich macht, die gesamte Dicke des optischen Elements 104 signifikant zu reduzieren.
Dies macht es möglich, nicht nur die Formbarkeit des optischen Elements 104 zu verbessern, sondern auch eine Reduktion der Lichtmenge zu minimieren, wenn Licht durch das Kunstharzmaterial durchläuft. Es trägt ferner zu einer Reduktion des Gewichts der Bildaufnahmevorrichtung und anderer optischer Ausrüstung, die mit dieser Beleuchtungsvorrichtung montiert ist, bei. Überdies ist die Form der äußersten Oberfläche ex trem einfach und ist aus Oberflächen mit wenigeren optischen Einschränkungen konstruiert und demgemäß ist es leicht, das optische Element 104 aufrechtzuhalten und auch wenn es auf verschiedenen optischen Vorrichtungen befestigt bzw. montiert ist, gibt es keine Notwendigkeit, irgendeine spezielle Tragestruktur zu übernehmen, was eine ziemlich einfach handzuhabende Konfiguration bereitstellt.
Drittens kann eine Übernahme einer Vielzahl von Reflexionsschichten Probleme mit einem herkömmlichen lichtführungsartigen Elektronenblitz verhindern, das bedeutet, das Problem, daß, wenn ein aus einem optischen Kunstharzmaterial hergestelltes optisches Element nahe der Lichtquelle angeordnet ist, von der Lichtquelle erzeugte Wärme das optische Element deformiert, was es unmöglich macht, die ursprüngliche optische Charakteristik in Abhängigkeit von der Lichtemissionsbedingung zu erzielen. Das bedeutet, das Vorsehen einer Vielzahl von Schichten reflektierender Oberflächen auf diese Weise macht es möglich, die Kante E, welche eine Grenze zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche des optischen Elements ist, das äußerst anfällig für Wärme ist, weg von der Lichtquelle anzuordnen und ebenso den Raum um die Lichtemissionsentladungsröhre 102 herum auszudehnen, und demgemäß ist es möglich, Einflüsse auf Kunstharzmaterialien (optisches Element 104) von der Strahlungswärme und Konvektionswärme, die während kontinuierlicher Lichtemissionen erzeugt werden, zu minimieren und eine Verschlechterung der optischen Charakteristik zu verhindern.
Somit kann diese Ausführungsform eine kleine, dünne Form und ein äußerst effizientes optisches Beleuchtungssystem mit geringem Lichtmengenverlust aufgrund von Strahlung zu der Außenseite des erforderlichen Strahlungsbereichs konstruieren, indem weniger Elemente wie der Reflektor 103 und das optische Element 104 verwendet werden.
Als nächstes wird eine Bündelungswirkung dieser Ausführungsform in der Längsrichtung der Entladungsröhre unter Verwendung von 15 erläutert werden.
15 zeigt eine Schnittansicht, wenn das optische System mit einer Ebene einschließlich der zentralen Achse der Lichtemissionsentladungsröhre 102 geschnitten wird und zeigt ebenso skizzierte Linien von Licht aus dem Zentrum in der Längsrichtung und aus dem Zentrum in der radialen Richtung der Entladungsröhre 102 zusammen.
Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Seite des optischen Elements 104, von welcher der Lichtstrom austritt, aus einem in dem zentralen Bereich der Längsrichtung der Entladungsröhre 102 ausgebildeten Prismenabschnitt 104f mit beiden Neigungen, die denselben Winkel aufweisen, und in den Umfangsabschnitten ausgebildeten Fresnel-Linsenabschnitten 104g und 104g' konstruiert. In dieser Ausführungsform ist der Apex- bzw. Öffnungswinkel des Prismenabschnitts 104f in dem zentralen Bereich auf 105° fixiert.
Der Prismenabschnitt 104f in dem zentralen Bereich des optischen Elements 104, welcher derart ausgebildet ist, daß die Winkeleinstellung die Wirkung aufweist, eine Lichtstrom-Komponente mit einem relativ großen Einfallswinkel (Element, dessen Winkel in dem Prismenabschnitt nach Einfall 30° bis 40° ist) aus der Ebene mit demselben Brechungswinkel auf der Eintrittsoberfläche herausgehen zu lassen, das bedeutet, die Wirkung, diesen Lichtstrom aus der Austrittsoberfläche mit geringem Einfluß der Brechung auf die Austrittsoberfläche herausgehen zu lassen, als auch die Wirkung, den einfallenden Lichtstrom zu einem Lichtstrom innerhalb eines bestimmten Strahlungswinkelbereichs zu bündeln.
Diese Ausführungsform hat den Fall beschrieben, wo der Öffnungswinkel dieses Prismenabschnitts 104f auf 105° fixiert ist, jedoch ist diese Ausführungsform nicht auf diesen Winkel beschränkt und indem sie auf einen kleineren Winkel, beispielsweise 90°, eingestellt wird, wird es möglich gemacht, den Strahlungswinkelbereich, nachdem der Lichtstrom aus dem optischen Elements 104 herausgeht, zu verengen. Andererseits macht es eine Verbreiterung des Öffnungswinkels, beispielsweise auf 120°, möglich, den Strahlungswinkelbereich, nachdem der Lichtstrom aus dem optischen Element 104 herausgeht, zu verbreitern.
Andererseits wird, wie ebenso in 15 dargestellt ist, ein Teil des auf den Prismenabschnitt 104f einfallenden Lichtstroms nahezu totalreflektiert von der Prismenoberfläche und wird erneut auf die Entladungsröhren-102Seite zurücklaufen. Dieser Lichtstrom wird von dem Reflektor 103 reflektiert, tritt erneut in das optische Element 104 ein, wird in eine vorbestimmte Winkelkomponente durch den Prismenabschnitt 104f oder Fresnel-Linsenabschnitte 104g und 104g' geändert und dann auf ein Objekt eingestrahlt.
Somit wird das meiste von dem Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 102 emittiert wird, in einen Lichtstrom mit einer bestimmten Winkelverteilung geändert, und geht aus dem optischen Element 104 heraus. Die Lichtverteilung des Beleuchtungslichts ist in diesem Falle lediglich von der Winkeleinstellung des Öffnungswinkels des Prismenabschnitts 104f abhängig und wird nicht von der Teilung etc. des Prismenabschnitts 104f beeinträchtigt. Somit ist es möglich, eine Bündelungssteuerung in einem extrem flachen Bereich bzw. Gebiet ohne das Erfordernis für die Tiefe in der Richtung der optischen Achse L durchzuführen und dabei die Größe des gesamten optischen Systems drastisch zu reduzieren.
Außerdem sind, wie in der Figur dargestellt ist, Fresnel-Linsenabschnitte 104g und 104g' in den Umfangsabschnitten auf der Austrittsoberflächenseite des optischen Elements 104 ausgebildet. Obgleich das optische Element 104 in einer dünnen Form konstruiert ist, ist der Bereich, der peripher zu dem optischen Element 104 ist, ein Bereich, wo der Lichtstrom einen bestimmten Richtungssinn aufweist, und ein Ausbilden eines Fresnel-Linsenabschnitts in diesem Teil macht es möglich, eine Bündelungswirkung relativ effizient durchzuführen.
15 zeigt keine herausragende Bündelungswirkung, jedoch ist dies darin begründet, daß lediglich ein von dem Zentrum der Entladungsröhre 102 emittierter Lichtstrom dargestellt ist, und bezüglich des von dem Umfang der Anschlüsse an beiden Enden der Entladungsröhre 102 emittierten Lichtstroms ist ein beträchtlicher Teil des Lichtstroms in ein Element geändert, das nahe der optischen Strahlungsachse L konzentriert ist.
Somit erlaubt die Einstellung der Form der Austrittsoberfläche des optischen Elements 104 auch einem ziemlich dünn-geformten optischen System nahe der Entladungsröhre 102, den Strahlungslichtstrom innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs effizient zu bündeln.
Überdies wird die Lichtverteilung in der Längsrichtung (Horizontalrichtung) der Entladungsröhre 102 durch eine Bündelungswirkung des Prismenabschnitts 104f an der ausgehenden Lichtseite des optischen Elements 104 und der Fresnel-Linsenabschnitte 104g und 104g' gesteuert und wird die Licht verteilung in der Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 102 verläuft, durch eine effiziente Bündelungswirkung der zylindrischen Linsenoberfläche 104a an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements 104, des Prismenabschnitts P und des Reflektors 103 gesteuert. Dies stellt ein in beispielloser Weise dünn-geformtes optisches Beleuchtungssystem mit einer überragenden optischen Charakteristik bereit.
Diese Ausführungsform hat den Fall beschrieben, wo die Lichtverteilung in der Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 102 verläuft, gesteuert wird, indem die Lichtverteilung in Bereiche aus drei Typen und fünf Schichten durch die zylindrische Linsenoberfläche 104a, die an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements 104 vorgesehen ist, den Prismenabschnitt P und den Reflektor 103 aufgeteilt wird, so daß die Strahlungswinkelbereiche der jeweiligen Bereiche miteinander überlappen (übereinstimmen). Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Modus beschränkt.
Das bedeutet, daß es ebenso, wenn die Lichtquelle eine Größe aufweist, die einen bestimmten Wert übersteigt, Fälle geben kann, wo es bevorzugt ist, die Strahlungswinkelbereiche zu differenzieren. Beispielsweise weist der Strahlungswinkel der zylindrischen Linsenoberfläche nahe der Lichtquelle eine Tendenz auf, sich in beträchtlichem Maße aufzuspreizen, wenn die Lichtquelle groß ist. Andererseits ist der Bündelungsgrad einer Lichtstrom-Komponente unter der Steuerung des Reflektors und zwar am entferntesten von der Lichtquelle nicht reduziert, auch wenn die Lichtquelle relativ groß ist, und die Lichtstrom-Komponente weist eine Verteilung auf, die nicht viel von der ursprünglich eingestellten Strahlungswinkelverteilung abweicht.
Anhand dessen ist es bevorzugt, die zylindrische Linsenoberfläche, die nahe der Lichtquelle angeordnet ist, so einzustellen, daß der Strahlungswinkelbereich des von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstroms enger ist als ein voreingestellter gewünschter Strahlungswinkelbereich. Desgleichen ist es bezüglich des Reflektors und des Prismenabschnitts bevorzugt, die Strahlungswinkelbereiche einzeln nach Reflexionen entsprechend den Positionen von dem Zentrum der Lichtquelle einzustellen anstatt einer Einstellung eines gemeinsamen Strahlungswinkelbereichs in gleichförmiger Weise.
Das bedeutet, daß es bevorzugt ist, einen Bereich nahe der Lichtquelle voreinzustellen, so daß der Winkelbereich des ausgehenden Lichtstroms von dem Zentrum der Lichtquelle enger wird und den Prismenabschnitt weg von der Lichtquelle einzustellen, so daß die Lichtverteilungscharakteristik von dem Zentrum der Lichtquelle eine gewünschte Lichtverteilungscharakteristik wird, wenn das optische Beleuchtungssystem, das ähnlich wie diese Ausführungsform ist, auf eine Lichtquelle angewandt wird, die eine begrenzte bzw. endliche Größe aufweist, die nicht vernachlässigbar ist.
Außerdem ist es, anstatt alle Strahlungswinkelbereiche miteinander zu überlappen, möglich, einen Strahlungswinkelbereich für jeden Bereich zu bestimmen, so daß, wenn sie kombiniert sind, eine gleichförmige Verteilung als Ganzes erzielt wird.
Außerdem hat diese Ausführungsform den Fall beschrieben, wo die Konfiguration von jeder Eintrittsoberfläche des optischen Elements 104 und die Konfiguration von jeder Austrittsoberfläche symmetrisch bezüglich der optischen Achse L sind. Je doch ist diese Ausführungsform nicht auf eine derart symmetrische Form beschränkt.
Beispielsweise sind die Prismenabschnitte P auf der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements 104 symmetrisch bezüglich der optischen Achse L angeordnet, jedoch müssen die Prismenabschnitte P nicht in derart symmetrischen Positionen angeordnet sein und können asymmetrisch angeordnet sein. Dies ist nicht nur für die Prismenabschnitte P, sondern auch für die Form des Reflektors 103 und die Form der zylindrischen Linsenoberfläche 104a in dem zentralen Bereich wahr bzw. zutreffend.
Außerdem ist es bezüglich des Linsenabschnitts 104f, der in dem Zentrum in der Längsrichtung der Entladungsröhre 102 an der Austrittsoberflächenseite ausgebildet ist, ebenso möglich, Prismen mit verschiedenen Winkeleinstellungen für die rechte und linke Seite zu verwenden, um Variationen in der Lichtverteilungscharakteristik zwischen den rechtsseitigen und linksseitigen Richtungen vorzusehen. Oder es ist bezüglich der Fresnel-Linsenabschnitte 104g und 104g' ebenso möglich, Variationen in dem Bündelungsgrad und Variationen in der gesamten Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen.
Außerdem hat diese Ausführungsform den Fall beschrieben, wo die Formen der Umfangsabschnitte 103b und 103b' des Reflektors 103 nicht-sphärisch sind, so daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom eine gleichförmige Verteilung auf der Strahlungsoberfläche aufweist, jedoch ist die Form des Reflektors 103 nicht auf eine derartige Form beschränkt. Beispielsweise kann die Form ebenso semi-ellipsoid sein, deren Brennpunkt mit dem Zentrum der Lichtquelle zusammenfällt.
Somit ist es, indem die Umfangsabschnitte des Reflektors 103 mit der semi-ellipsoiden Oberfläche konstruiert werden und indem ein anderer Brennpunkt der semi-ellipsoiden Oberfläche auf der Austrittsoberfläche des optischen Elements 104 angeordnet wird, möglich, einen von dem Reflektor 103 gesteuerten Lichtstrom innerhalb eines engen Bereichumfangs konvergieren zu lassen und die Apertur bzw. Öffnung des optischen Beleuchtungssystems in der vertikalen Richtung auf eine minimale Größe reduzieren zu lassen.
Außerdem hat diese Ausführungsform den Fall beschrieben, wo die Form der zylindrischen Linsenoberfläche 104a, die in dem zentralen Bereich des optischen Elements 104 ausgebildet ist, nicht-sphärisch ist, jedoch ist die zylindrische Linsenoberfläche 104a nicht immer auf die nicht-sphärische Form beschränkt und kann ebenso zylindrisch sein. Die zylindrische Linsenoberfläche 104a kann ebenso eine torische Linsenoberfläche sein, wobei die Bündelungsleistung der Entladungsröhre 102 in der Längsrichtung berücksichtigt wird.
19 und 20 zeigen eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und insbesondere diese Ausführungsform zeigt eine Vorrichtung, die in der Kamera inkorporiert ist, welche einen Elektronenblitzlicht emittiert. 19 und 20 sind Längsschnittansichten des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der radialen Richtung der Entladungsröhre und zeigen ebenso skizzierte Zeichnungen von repräsentativem Licht, das von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird. Außerdem zeigen 19 und 20 einen von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom auf demselben Abschnitt entsprechend der Position des auf das optische Element einfallenden Lichts.
In derselben Figur bezeichnet das Bezugszeichen 122 eine Lichtemissionsentladungsröhre (Xenon-Röhre) und 123 bezeichnet einen Reflektor. Der Reflektor 123 weist nahezu dieselbe Form wie der Reflektor 103 in der oben beschriebenen Ausführungsform (beschrieben in 13 bis 18) auf und die Rückseite des Reflektors 123, welche dem Zentrum der Lichtquelle in der Richtung der optischen Strahlungsachse L zugewandt ist, ist halb-zylindrisch ausgebildet (nachstehend als „halb-zylindrischer Abschnitt 123a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Lichtemissionsentladungsröhre 122. Außerdem sind die Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123 ausgebildet, um den Stirnraum zwischen der Lichtemissionsentladungsröhre 122 und dem optischen Element 124 abzudecken, und die Umfangsabschnitte 123b und 123b' sind aus quasi-ellipsoidisch gekrümmten Oberflächen zweiter Ordnung konstruiert, so daß der von den Umfangsabschnitten reflektierte Lichtstrom sich auf die oberen und unteren Umfangsabschnitte 123b und 123b' des optischen Elements 124 konzentriert.
Jedoch ist, wie aus der veranschaulichen Form ersichtlich ist, das Verhältnis des halb-zylindrischen Abschnitts 123a zu den Umfangsabschnitten 123b und 123b' unterschiedlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform. Das bedeutet, daß der halb-zylindrische Abschnitt 123a des Reflektors 123 nicht gerade die Hälfte der Größe eines Zylinders ist, jedoch so geformt ist, um einen Bereich (Bereich von ungefähr 160° in der dargestellten Konfiguration), der geringfügig enger ist als der Halbzylinder, abzudecken, und die Umfangsabschnitte 123b und 123b' werden deformiert, um diesen Mangel an Abdeckung wettzumachen.
Der Grund dafür, daß der halb-zylindrische Abschnitt 123a klein ist, besteht darin, daß der von diesem halbzylindrischen Abschnitt 123a reflektierte Lichtstrom im wesentlichen ein Element ist, das in die Glasröhre der Lichtemissionsentladungsröhre 122 wiedereintritt, und diese Form des halb-zylindrischen Abschnitts 123a soll nachteilige Einflüsse, die in diesem Fall erzeugt werden, verhindern.
Die nachteiligen Einflüsse beziehen sich hier darauf, daß ein Lichtstrom in die oder aus der Entladungsröhre 122 über eine Glasröhre wiedereintritt bzw. hinausgeht und ein Verlustelement wird in diesem Fall erzeugt, was durch Oberflächenreflexionen verursacht wird und zwar ungefähr viermal im Durchschnitt in einer Richtung, welche von der ursprünglich beabsichtigten Richtung verschieden ist, was die Lichtstrommenge reduziert, die effektiv genutzt werden kann. Um dieses Verlustelement zu minimieren, erweitert diese Ausführungsform die Umfangsabschnitte 123b und 123b', steigert direkt das Element, das von dem optischen Element 124 des Lichts geführt wird, das von dem Reflektor 123 reflektiert wird, und zwar ohne das Zwischenstück der Entladungsröhre 122, und schließt daher Streulicht, das durch Oberflächenreflexion verursacht wird, soweit wie möglich aus und stellt ein hoch-effizientes optisches System bereit.
Das Bezugszeichen 124 ist ein optisches Element, das aus einem einstückigen transparenten Körper gebildet ist. In dem zentralen Bereich, durch den die optische Strahlungsachse L an der Eintrittoberflächenseite dieses optischen Elements 124 durchläuft, ist eine zylindrische Linsenoberfläche 124a, welche eine positive Brechkraft in der senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtemissionsentladungsröhre 122 verlaufenden Richtung aufweist, gebildet und parallele flache Oberflächen sind in den oberen und unteren Umfangsabschnitten 124b und 124b' ausgebildet und außerdem sind zwei Paare von Prismenabschnitten (reflektierende Abschnitte) P, welche brechende Oberflächen 124c und 124c' und reflektierende Oberflächen 124d und 124d' aufweisen, zwischen der zylindrischen Linsenoberfläche 124a und den oberen und unteren Umfangsabschnitten 124b und 124b' ausgebildet.
Die am meisten charakteristische Konfiguration dieser Ausführungsform besteht darin, daß zwei Paare von Prismenabschnitten P in dem optischen Element 124 ausgebildet sind.
Wie oben beschrieben wurde, ist dies, auch wenn die reflektierenden Oberflächen (Umfangsabschnitte 124b, 124b'), die auf der Stirnseite ausgebildet sind, erweitert werden, eine Konfiguration, ohne die Dicke des optischen Beleuchtungssystems in der Richtung der optischen Achse L zu erhöhen, das bedeutet, die Konfiguration ist effektiv, um die Dicke des optischen Beleuchtungssystems auf nahezu derselben Dicke wie das in der oben beschriebenen Ausführungsform erläuterte optische Beleuchtungssystem zu halten. Das bedeutet, daß, wenn der Strahlungsbereich, welcher durch die oben beschriebenen stirnseitigen reflektierenden Oberflächen gesteuert werden kann, einfach verbreitert wird in dieser Bedingung, die Apertur bzw. Öffnung in der vertikalen Richtung des Reflektors 123 verbreitert wird und gleichzeitig ebenso die Dicke in der Richtung der optischen Achse L erhöht wird. Um diese Situation zu vermeiden, wird der Winkelbereich des durch den Prismenabschnitt des optischen Elements 124 gesteuerten Lichtstroms verbreitert, um dies zu absorbieren. Als die Konfiguration, welche die Bereichsweite der Steuerung durch den Prismenabschnitt verbreitert und eine Erhöhung der Dicke in der Richtung der optischen Achse L vermeidet, übernimmt diese Ausführungsform ein Verfahren zum Ausbilden einer Vielzahl von Schichten von Prismenabschnitten in dem optischen Element 124.
Die genaue Form des optischen Systems wird erläutert unter Verwendung von skizzierten Lichtbündelzeichnungen, die in 19 und 20 dargestellt sind.
In derselben Figur sind die Innen- und Außendurchmesser der Glasröhre als die Entladungsröhre 122 dargestellt. Wie in dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsform wird zur Vereinfachung der Erläuterung der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom als repräsentativer Lichtstrom betrachtet und diese Figuren zeigen lediglich diesen repräsentativen Lichtstrom. Die tatsächliche Lichtverteilungscharakteristik ändert sich als Ganzes geringfügig in der Richtung, in welcher sich die Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes aufspreizt wegen des von den Umfangsabschnitten der Lichtemissionsentladungsröhre emittierten Lichtstroms zusätzlich zu dem repräsentativen Lichtstrom, der in der Figur dargestellt ist, da jedoch die Tendenz der Lichtverteilungscharakteristik nahezu dieselbe ist, wird dieser Fall entsprechend diesem repräsentativen Lichtstrom unten erläutert werden.
Wie in 19(a) dargestellt ist, ist in dem zentralen Bereich an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements 124 eine zylindrische Linsenoberfläche 124a mit einer positiven Brechkraft innerhalb der Ebene senkrecht zu der optischen Strahlungsachse L ausgebildet. Auf diese Weise wird der nahe der optischen Strahlungsachse L durchlaufende Lichtstrom aus dem von der Entladungsröhre 122 emittierten Lichtstrom in einen Lichtstrom geändert, der eine gleichförmige Lichtverteilung innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs aufweist, und geht aus der Austrittsoberfläche 124g des optischen Elements 124 heraus.
Hier ist, um eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen, die zylindrische Linsenoberfläche 124a des optischen Elements 124 konstruiert, um eine kontinuierliche nicht-sphärische Form aufzuweisen, so daß eine Proportionalitätsbeziehung zwischen dem Winkel des ausgehenden Lichts von dem Zentrum der Entladungsröhre 122 und dem Winkel des ausgehenden Lichts, nachdem der Lichtstrom durch das optische Element 124 durchläuft, aufgestellt wird und so daß der Lichtstrom in einem bestimmten Ausmaß bzw. Verhältnis gebündelt wird.
Als nächstes wird, wie in 19(b) dargestellt ist, eine Lichtstrom-Komponente, die von dem Zentrum der Entladungsröhre 122 emittiert wird, welche einen großen Winkel mit der optischen Achse bildet und welche direkt in die Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123 eintritt, erläutert werden. Hier sind die Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123 geformt, um nahezu denselben Strahlungswinkelbereich wie jenen in 19(a) aufzuweisen, und eine gleichförmige Verteilung nach dem oben beschriebenen Element wird reflektiert.
Der von den Umfangsabschnitten 123b und 123b' des Reflektors 123 reflektierte Lichtstrom tritt von den Umfangsabschnitten 124b und 124b' des optischen Elements 124 in das optische Element 124 ein und geht aus der Austrittsoberfläche 124g heraus. Jedoch weisen die Umfangsabschnitte 124b und 124b' des optischen Elements 124 keine Brechkraft in der Richtung auf, die senkrecht zu der optischen Strahlungsachse L (vertikale Richtung) verläuft, und der durch diesen Abschnitt durchlaufende Lichtstrom wird mit derselben Lichtverteilungscharakteristik bestrahlt, die durch die Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123 eingestellt wird.
Somit weisen die Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123 die Funktionen auf, um nicht nur gleichförmig den Lichtstrom zu bündeln, der direkt von der Entladungsröhre 122 innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs eintritt, sondern auch den reflektierten Lichtstrom in einen engen Durchgangsbereich der Umfangsabschnitte 124b und 124b' des optischen Elements 124 zu führen, das bedeutet, die Funktion zum Ändern der Richtung. Folglich ist es möglich, eine gleichförmige Lichtverteilung für den erforderlichen Strahlungsbereich wie in dem Fall von 19(a) zu erzielen. Außerdem können die Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123 und die zylindrische Linsenoberfläche 124a eine Bündelungs-(Strahlungs-)Steuerung durchführen, wobei vollständig verschiedene Lichtwege unabhängig voneinander gebildet werden.
Dann werden Lichtwege durch die Prismenabschnitte, was die hauptsächliche Charakteristik dieser Ausführungsform ist, die in 20(a) und 20(b) dargestellt ist, erläutert werden.
Wie in 20(a) dargestellt ist, wird von den oberen und unteren Prismenabschnitten, die zwischen der zylindrischen Linsenoberfläche 124a auf der Eintrittsoberfläche des optischen Elements 124 und den Umfangsabschnitten 124b und 124b' vorgesehen sind, ein Lichtstrom, der auf die brechenden Oberflächen 124c und 124c', die aus flachen Oberflächen der Prismenabschnitte P gebildet sind, welche innenseitig bezüglich der optischen Achse sind, einfällt, durch die brechenden Oberflächen 124c und 124c' gebrochen, tritt in die Prismenabschnitte ein, wird nahezu totalreflektiert von den reflektierenden Oberflächen 124d und 124d', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, und wird in einen Lichtstrom geändert, der eine Lichtverteilungscharakteristik auf weist, die nahezu äquivalent zu der Strahlungswinkelverteilung in oben beschriebenen 19(a) und 19(b) ist.
Hier ist, wie in der Figur dargestellt ist, der Winkelbereich des auf die brechenden Oberflächen 124c und 124c' einfallenden Lichtstroms beträchtlich schmaler als der Winkelbereich des Lichtstroms, der in 19(a) und 19(b) dargestellt ist. Somit ist es, um den Strahlungswinkelbereich des auf die brechenden Oberflächen 124c und 124c' einfallenden Lichtstroms in den Strahlungswinkelbereich einzupassen, der in 19(a) und 19(b) dargestellt ist, notwendig, die Formen der reflektierenden Oberflächen 124d und 124d' einzustellen, so daß der Strahlungswinkelbereich des Reflexionslichtstroms in signifikanter Weise in einem bestimmten Ausmaß bzw. Verhältnis gespreizt wird.
Basierend auf diesem Konzept verwendet diese Ausführungsform optimierte nicht-sphärische Formen als die Formen der reflektierenden Oberflächen 124d und 124d', so daß der Strahlungswinkelbereich des auf die brechenden Oberflächen 124c und 124c' einfallenden Lichtstroms nahezu mit dem Strahlungswinkelbereich der zylindrischen Linsenoberfläche 124a und des Reflektors 123, der in 19(a) und 19(b) dargestellt ist, übereinstimmt (überlappt).
Außerdem wird, wie in 20(b) dargestellt ist, von den oberen und unteren Prismenabschnitten P der auf die brechenden Oberflächen 124e und 124e', die aus flachen Oberflächen der äußeren Prismenabschnitte P gebildet sind, einfallende Lichtstrom durch die brechenden Oberflächen 124e und 124e' gebrochen, tritt in die Prismenabschnitte P ein, wird nahezu totalreflektiert von den reflektierenden Oberflächen 124 und 124f', die aus vorbestimmten gekrümmten Oberflächen gebildet sind, und wird in einen Lichtstrom geändert, der eine Licht verteilungscharakteristik aufweist, die nahezu äquivalent zu der Strahlungswinkelverteilung in den oben beschriebenen 19(a) und 19(b) ist.
Somit wird der gesamte Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 122 emittiert wird, in den Lichtstrom mit einer gleichförmigen Lichtverteilung auf dem quasi-senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 122 verlaufenden Abschnitt geändert und zwar durch optische Wirkungen der zylindrischen Linsenoberfläche 124a, was in 19(a) dargestellt ist, der Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123, was in 19(b) dargestellt ist, und der oberen und unteren Prismenabschnitte (brechende Oberflächen 124c und 124c', 124e, 124e' und reflektierende Oberflächen 124d und 124d', 124f, 124f') P, was in 20(a) und 20(b) dargestellt ist, und indem Strahlungswinkelbereiche von diesen vier Typen und von insgesamt 7 Schichten miteinander überlappt werden, ist es möglich, eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes effizient zu erzielen.
Andererseits wird, wie oben beschrieben wurde, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 122 emittierte Lichtstrom rückwärts durch den halb-zylindrischen Abschnitt 123a des Reflektors 123 reflektiert, gelangt erneut durch das Zentrum der Entladungsröhre 122 und geht dann vorwärts in der Richtung der optischen Strahlungsachse L heraus. Das Verhalten des Lichtstroms danach ist dasselbe wie jenes, das in 19 und 20 dargestellt ist.
Die Form der Entladungsröhre 122 in der Längsrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist dasselbe wie jenes der oben beschriebenen Ausführungsform.
Gemäß dieser oben beschriebenen Ausführungsform ist es wie in dem Fall der Beleuchtungsvorrichtung der oben beschriebenen Ausführungsform möglich, ein kleines, dünn-geformtes und extrem hoch-effizientes optisches Beleuchtungssystem mit einem geringen Lichtmengenverlust zu konstruieren aufgrund von Strahlung nach außerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs, indem lediglich eine kleine Anzahl von Elementen wie der Reflektor 123 und das optische Element 124 verwendet werden.
Überdies erlaubt es diese Ausführungsform, daß die Umfangsabschnitte 123b und 123b' des Reflektors 123 die Entladungsröhre 122 zu der Rückseite der Entladungsröhre 122 hin umkleiden, und bildet zwei Schichten von Prismenabschnitten P des optischen Elements 124 auf sowohl der oberen als auch der unteren Seite und kann dabei ein optisches Beleuchtungssystem konstruieren, welches die Lichtemissionsenergie von der Entladungsröhre 122 noch effektiver ausnutzt, ohne die Gesamtgröße des optischen Beleuchtungssystems im Vergleich zu der oben beschriebenen Ausführungsform zu vergrößern.
21 und 23 zeigen eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, insbesondere eine Vorrichtung, die in einer Kamera in dieser Ausführungsform inkorporiert ist, welche ein Elektronenblitzlicht emittiert. 21 und 22 zeigen Längsschnittansichten des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der radialen Richtung der Entladungsröhre und 21(a) und 21(b) sowie 22(a) zeigen ebenso skizzierte Linien von repräsentativem Licht, das von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird. 21(a) und 21(b) und 21(a) zeigen ebenso unterschiedliche Lichtstrom-Komponenten, die von dem Zentrum der Lichtquelle auf demselben Abschnitt entsprechend den Positionen der auf das optische Element einfallenden Lichtstrom-Komponenten emittiert werden. 23 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 132 eine Lichtemissionsentladungsröhre (Xenon-Röhre) und 133 bezeichnet einen Reflektor (erstes Reflexionselement). Dieser Reflektor 133 weist nahezu dieselbe Form wie der Reflektor der oben beschriebenen Ausführungsform (beschrieben in 19 und 20) auf.
Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 134 ein optisches Element, das aus einem einstückigen transparenten Körper gebildet ist. In dem zentralen Bereich, durch den die optische Strahlungsachse L auf der Eintrittsoberflächenseite dieses optischen Elements 134 durchläuft, ist eine zylindrische Linsenoberfläche 134a, welche eine positive Brechkraft in der Richtung aufweist, die senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 132 ist, ausgebildet und parallele flache Oberflächen sind in den oberen und unteren Umfangsabschnitten 134b und 134b' ausgebildet. Ein optisch hoch-durchlässiges Kunstharzmaterial wie Acryl-Kunstharz oder Glasmaterial ist als das Material dieses optischen Elements 134 geeignet.
Außerdem bezeichnen die Bezugszeichen 135 und 135' Reflektoren (zweite Reflexionselemente), die in einem Bereich bzw. Gebiet zwischen der zylindrischen Linsenoberfläche 134a angeordnet sind. Und die Umfangsabschnitte 134b und 134b' des optischen Elements 134 und ihre Abschnitte, die senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 132 verlaufen, sind aus gekrümmten Oberflächen konstruiert. Außerdem sind zumindest die Innenseiten dieser Reflektoren 135 und 135' aus einem hoch-reflektierenden Material gebildet und diese Reflektoren 135 und 135' sind viel dünner als der Reflektor 133.
Dann wird ein optimales Verfahren zum Einstellen des optischen Systems der Beleuchtungsvorrichtung in dieser Ausführungsform, welche aus einer dünnen Form ist, was zur gleichförmigen und effizienten Einstrahlung von Beleuchtungslicht innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs geeignet ist, wobei die Form des optischen Elements 134 soweit wie möglich vereinfacht wird, um es leichter für die Verarbeitung zu machen, unter Verwendung von 21 und 22 erläutert werden.
21 und 22 sind Schnittansichten der Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform und zwar geschnitten in der radialen Richtung der Entladungsröhre und zeigen ein grundlegendes Konzept zur Verengung der Lichtverteilungscharakteristik in der vertikalen Richtung innerhalb eines engen Strahlungswinkels. 21(a), 21(b) sowie 22(a) zeigen skizzierte Lichtstrahlenbündel auf demselben Abschnitt in verschiedenen Fällen und Bezugszeichen in den Figuren entsprechen den Elementen in 23.
In diesen Figuren sind die Innen- und Außendurchmesser der Glasröhre als die Entladungsröhre 132 dargestellt. Wie in dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsform wird zur Vereinfachung der Erläuterung der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom, das bedeutet, die Entladungsröhre 132, als der repräsentative Lichtstrom betrachtet und dieser repräsentative Lichtstrom wird in den nachfolgenden Erläuterungen verwendet werden.
Die Rückseite des Reflektors 133, welche dem Zentrum der Entladungsröhre 132 in der Richtung der optischen Strahlungsach se L zugewandt ist, ist halb-zylindrisch (nachfolgend als „halb-zylindrischer Abschnitt 133a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 132. Dies ist eine Form, die effektiv für zurückkommendes Licht ist, das von dem Reflektor 133 in die Nähe des Zentrums der Lichtquelle erneut reflektiert wird, und weist den Effekt zum Reduzieren nachteiliger Einflüsse der Brechung durch den Glasabschnitt der Lichtemissionsentladungsröhre 132 auf.
Andererseits weisen die oberen und unteren Umfangsabschnitte 133b und 133b' des Reflektors 133 gekrümmte Oberflächen auf, so daß der reflektierte Lichtstrom eine bestimmte gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik aufweist.
Außerdem ist es, wie unten erläutert werden wird, durch Bestimmen der Formen des optischen Elements 134 und des Reflektors 135 möglich, eine Lichtverteilung zu erzielen, welche in der Richtung der optischen Achse L dünn ist und gleichförmig innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs.
Zunächst wird, wie in 21(a) dargestellt ist, der Lichtstrom, der von der Entladungsröhre 132 in Richtung zu der Nähe der optischen Strahlungsachse L emittiert wird, in einen Lichtstrom, der eine gleichförmige Lichtverteilung innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs aufweist, mittels der zylindrischen Linsenoberfläche 134a geändert und geht dann aus der Austrittsoberfläche 134c des optischen Elements 134 heraus.
Hier ist, um eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen, die zylindrische Linsenoberfläche 134a des optischen Elements 134 konzipiert, um eine kontinuierliche nicht-sphärische Form aufzuweisen, so daß der Winkel des Lichtstroms, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 132 emittiert wird, und der Winkel des Lichtstroms, der nach Durchlaufen durch das optische Element 134 hinausgeht, eine Proportionalbeziehung aufweisen, um den ausgehenden Lichtstrom in einem bestimmten Ausmaß bzw. Verhältnis zu bündeln.
Dann werden, wie in 21(b) dargestellt ist, von dem von dem Zentrum der Entladungsröhre 132 emittierten Lichtstrom die Lichtstrom-Komponente, welche einen großen Winkel mit der optischen Achse L bildet und direkt in die Umfangsabschnitte 133b und 133b' des Reflektors 133 eintritt, erläutert werden. Die Umfangsabschnitte 133b und 133b' des Reflektors 133 sind so geformt, daß das oben beschriebene Element von den Umfangsabschnitten 133b und 133b' reflektiert wird und sich dann gleichförmig innerhalb nahezu desselben Strahlungswinkelbereichs wie jener in 21(a) ausspreizt.
Der von den Umfangsabschnitten 133b und 133b' des Reflektors 133 reflektierte Lichtstrom gelangt in das optische Element 134 von den Umfangsabschnitten 134b und 134b' des optischen Elements 134 und geht aus der Austrittsoberfläche 134c heraus. Jedoch weisen die Umfangsabschnitte 134b und 134b' des optischen Elements 134 keine Brechkraft in der Richtung auf, die senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 132 verläuft und der durch diese Bereiche durchlaufende Lichtstrom wird mit derselben Lichtverteilungscharakteristik, die durch die Umfangsabschnitte 133b und 133b' des Reflektors 133 eingestellt wird, eingestrahlt.
Somit weisen die Umfangsabschnitte 133b und 133b' des Reflektors 133 die Funktion zum gleichmäßigen Bündeln des direkten Lichts von der Entladungsröhre 132 innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs und die Funktion zum Ändern der Richtung auf, das bedeutet, zum Führen des reflektierten Lichtstroms zu dem engen Durchlaufbereich der Umfangsabschnitte 134b und 134b' des optischen Elements 134. Folglich ist es möglich, eine gleichförmige Lichtverteilung innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs wie in dem Fall von 21(a) zu erzielen. Außerdem können die Umfangsabschnitte 134b und 134b' des Reflektors 134 und die zylindrische Linsenoberfläche 134a eine Bündelungs-(Strahlungs-)Steuerung durchführen, welche vollständig verschiedene Lichtwege ausbildet, welche unabhängig voneinander sind.
Dann werden Lichtwege durch den Reflektor 135, was die Hauptcharakteristik dieser Ausführungsform ist, unter Verwendung von 22(a) erläutert werden.
Wie in der Figur dargestellt ist, steuern die Reflektoren 135 und 135' den durch die Grenze zwischen den oben beschriebenen zwei Lichtwegen durchlaufenden Lichtstrom. Diese Reflektoren 135 und 135' sind innerhalb des Reflektors 133 angeordnet und positioniert und werden durch einen Träger (nicht dargestellt) so gehalten, daß die Apertur bzw. Öffnung bei einem bestimmten Abstand von dem zylindrischen Linsenabschnitt 134a des optischen Elements 134 zu dem Umfang hin gebildet ist.
Überdies sind, wie in der Figur dargestellt ist, die Reflektoren 135 und 135' aus gekrümmten Oberflächen gebildet, welche konkav zu der optischen Strahlungsachse L hin bezüglich dieses Abschnitts sind und der Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 132 emittiert wird und in diese Reflektoren 135 und 135' eintritt, folgt dem Lichtweg, indem er geändert wird, um eine bestimmte Winkelverteilung aufzuweisen, gelangt in die Umfangsabschnitte 134b und 134b' des optischen Elements 134 und geht aus der Austrittsoberfläche 134c heraus. Folglich wird der Lichtstrom in einen Lichtstrom geändert, der die Lichtverteilungscharakteristik aufweist, die nahezu äquivalent zu der Strahlungswinkelverteilung in 21(a) und 21(b) ist.
Hier ist, wie in der Figur dargestellt ist, der Strahlungswinkelbereich des auf die Reflektoren 135 und 135' einfallenden Lichtstroms viel schmaler als der Strahlungswinkelbereich des in 21(a) und 21(a) dargestellten Lichtstroms, jedoch ist es durch Optimieren der Formen der Reflektoren 135 und 135', um den Winkelbereich in einem bestimmten Ausmaß zu verbreitern, möglich, den Strahlungswinkelbereich an den Strahlungswinkelbereich der zylindrischen Linsenoberfläche 123a und des Reflektors 133, nahezu anzupassen, was in 21(a) und 21(b) dargestellt ist.
Somit wird der gesamte Lichtstrom, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 132 emittiert wird, in einen Lichtstrom, der eine gleichförmige Lichtverteilung aufweist, geändert durch optische Wirkungen der zylindrischen Linsenoberfläche 134a, was in 21(a) dargestellt ist, der Umfangsabschnitte 133b und 133b' des Reflektors 133, was in 21(b) dargestellt ist, und der Reflektoren 135 und 135', was in 22(a) dargestellt ist, und zwar in der Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 132 verläuft, und, indem Strahlungswinkelbereiche von diesen drei Typen und von insgesamt fünf Schichten miteinander überlappt werden, wird es möglich gemacht, eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes effizient zu erzielen.
Andererseits wird der von dem Zentrum der Entladungsröhre 132 rückwärts emittierte Lichtstrom von dem halb-zylindrischen Abschnitt 133a des Reflektors 133 reflektiert, gelangt erneut durch das Zentrum der Entladungsröhre 132 und wird vorwärts in der Richtung der optischen Strahlungsachse L emittiert.
Das Verhalten von Lichtstrahlenbündeln von dann an ist dasselbe wie jenes in 21(a), 21(b) und 22(a).
Hier wird ein optimales Bereichsverteilungsverhältnis zwischen der zylindrischen Linsenoberfläche 134a des optischen Elements 134, dem Reflektor 133 und den Reflektoren 135 und 135' unter Verwendung von 22(b) erläutert werden.
In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, daß der Bereich der zylindrischen Linsenoberfläche 134a, was in 21(a) dargestellt ist, und der Reflexionsbereich des Reflektors 133, was in 21(b) dargestellt ist, ein grundlegendes optisches Bündelungssystem bilden und daß der minimale Bereich, der diese beiden Bereiche überbrückt, aus dem optischen Reflexions-/Bündelungssystem konstruiert ist, indem eine Reflexionswirkung durch die Reflektoren 135 und 135', deren Lichtweg in 22(a) dargestellt ist, verwendet wird.
Für die Reflexions-/Bündelungsbereiche dieser Reflektoren 135 und 135' ist es bevorzugt, daß ein Winkel β zwischen einer geraden Linie, welche das Zentrum der Entladungsröhre 132 und jedes Ende des Reflexions-/Bündelungsbereichs der Reflektoren 135 und 135' verbinden, und der optischen Strahlungsachse L innerhalb des folgenden Winkelbereichs ist: 35° ≤ β ≤ 70° (2)
Hier nimmt, wenn der Winkel β kleiner ist als die untere Grenze 35° von Formel (2), ein Abstand H zwischen Punkten A und B zu, wo der Punkt, bei dem die gerade Linie, welche das Zentrum der Entladungsröhre 132 und den Endpunkt der zylindrischen Linsenoberfläche 134a verbindet, sich mit der Einfallsebene der Umfangsabschnitte 134b und 134b' des optischen Elements 134 schneidet, B ist, was es unmöglich macht, die Dicke des optischen Beleuchtungssystems ausreichend zu reduzieren, was das Ziel dieser Ausführungsform ist. Andererseits nimmt, wenn der Winkel β größer ist als die obere Grenze 70°, der Bündelungsbereich des Reflektors 133 ab, was die Tatsache bedeutungslos macht, daß das System in den Reflektor 133 und Reflektoren 135 und 135' aufgeteilt worden ist.
Ein idealer Modus besteht darin, die Bündelungsbereiche dieser Reflektoren 135 und 135' auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren und jene Bereiche in einen Modus mit geringem Lichtmengenverlust zu organisieren. Eine derartige Konfiguration macht es möglich, die Länge in der Dickenrichtung auf ein Minimum zu reduzieren, die Form zu vereinfachen und demgemäß das System leicht verarbeitbar zu machen.
Im Hinblick auf eine derartige Situation stellt diese Ausführungsform diesen Reflexions-/Bündelungsbereich innerhalb einer ungefähren 18°-Bereichsweite von 42° bis 60° zur Optimierung ein. Diese Bereichsweite ist schmaler als der gesamte Reflexionsbereich in der Ausführungsform, die in 13 bis 17 dargestellt ist, und zwar aus dem folgenden Grund:
Das bedeutet, daß, bevor die reflektierende Oberfläche des Prismenabschnitts erreicht wird, der Lichtstrom in der oben beschriebenen Ausführungsform in der Richtung weg von der optischen Achse durch die brechende Oberfläche gekrümmt wird und dann von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird und der Bündelungssteuerung unterworfen wird. Dies macht es möglich, den Abstand des Teils, welcher dem Abstand zwischen A und B oben entspricht, auf ein relativ kleines Niveau herunterzudrücken. Im Gegensatz dazu weist diese Ausführungsform keine brechende Oberfläche auf, bevor der Lichtstrom die Reflektoren 135 und 135' erreicht, und demgemäß neigt der Abstand H zwischen A und B oben dazu zuzunehmen, was den durch die Reflektoren 135 und 135' steuerbaren Winkelbereich verengt.
Ein erster Effekt, der für die Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform spezifisch ist, besteht darin, daß die reflektierenden Oberflächen aus diskreten Oberflächen von unterschiedlichen Materialien konstruiert sind anstatt von kontinuierlichen reflektierenden Oberflächen, die in der Richtung der optischen Strahlungsachse wie in dem Fall der herkömmlichen Techniken angeordnet sind, und daß eine Vielzahl von reflektierenden Schichten so angeordnet ist, um miteinander in der Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der optischen Strahlungsachse ist.
Eine derartige Konfiguration macht es möglich, die Dicke des optischen Beleuchtungssystems in der Tiefenrichtung signifikant zu reduzieren, was das Hauptmerkmal dieser Ausführungsform ist.
Zweitens ist es möglich, die Dicke des optischen Elements 134 an sich signifikant zu reduzieren. Das bedeutet, daß die Konfiguration, die wesentlich für das optische Element 134 ist, lediglich die zylindrische Linsenoberfläche 134a ist, welche eine positive Brechkraft in dem zentralen Bereich aufweist, und die Umfangsabschnitte 134b und 134b' können eine dünn-geformte Konfiguration aufweisen und die Umfangsabschnitte 134b und 134b' können mit einer einfachen flachen Form ausreichend funktionieren, was es möglich macht, die gesamte Dicke des optischen Elements 134 signifikant zu reduzieren.
Dies macht es möglich, nicht nur die Formbarkeit des optischen Elements 134 zu verbessern, sondern auch eine Reduktion der Lichtmenge zu minimieren, wenn der Lichtstrom durch ein Kunstharzmaterial gelangt. Dies trägt ebenso zu einer Ge wichtsreduktion der Bildaufnahmevorrichtung bei, welche diese Beleuchtungsvorrichtung und andere optische Ausrüstung inkorporiert. Überdies ist es, da die äußerste Oberfläche eine äußerst einfache Form aufweist und aus einer Oberfläche mit wenigen optischen Beschränkungen konstruiert ist, leicht, das optische Element 134 abzustützen, und, auch wenn die Beleuchtungsvorrichtung in verschiedenen optischen Vorrichtungen montiert ist, wird keine spezielle Trägerstruktur benötigt, was eine Beleuchtungsvorrichtung bereitstellt, die leicht handhabbar ist.
Drittens kann das Konstruieren einer Vielzahl von reflektierenden Schichten mit metallisch-reflektierenden Oberflächen ein Problem eines herkömmlichen lichtführungsartigen Elektronenblitzes verhindern, daß bedeutet, ein Problem, daß, wenn ein aus einem optischen Kunstharzmaterial hergestelltes optisches Element nahe einer Lichtquelle angeordnet ist, das optische Element im allgemeinen durch die von der Lichtquelle erzeugte Wärme deformiert wird, was es unmöglich macht, die ursprüngliche optische Charakteristik abhängig von der Lichtemissionsbedingung zu erzielen. Das bedeutet, daß es durch Konstruieren der reflektierenden Oberfläche nahe der Lichtquelle mit einem metallisch-reflektierenden Material möglich ist, eine Deformation des metallisch-reflektierenden Materials, die durch von der Lichtquelle selbst erzeugte Wärme hervorgerufen wird, zu verhindern, dabei eine stabile optische Charakteristik zu erzielen und ferner den Zwischenraum um die Lichtemissionsentladungsröhre zu erweitern und dabei den Einfluß von Strahlungswärme und Konvektionswärme, die während kontinuierlicher Lichtemission erzeugt werden, auf das optische Element als das Kunstharzmaterial zu minimieren.
Somit macht es diese Ausführungsform möglich, ein kleines, dünn-geformtes, äußerst effizientes optisches Beleuchtungssy stem mit geringem Lichtmengenverlust, welcher durch Strahlung zu der Außenseite des erforderlichen Strahlungsbereichs hervorgerufen wird, zu konstruieren.
Dann wird die Bündelungswirkungsweise der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform in der Längsrichtung der Entladungsröhre (rechtsseitige/linksseitige Richtung) kurz unter Verwendung von 23 erläutert werden.
Wie in 23 dargestellt ist, wird die Bündelung des Lichtstroms in der Längsrichtung der Entladungsröhre durch die Fresnel-Linsenabschnitte 134d und 134d', die an der Austrittsoberflächenseite des optischen Elements 134 ausgebildet sind, ausgeführt. Diese Fresnel-Linsenabschnitte 134d und 134d' sind lediglich in den rechten und linken Umfangsabschnitten in der Längsrichtung ausgebildet, wie in der Figur dargestellt ist, und nicht in dem zentralen Bereich. Dies ist darin begründet, daß der effektive Lichtemissionsabschnitt der Entladungsröhre 132, welche die Lichtquelle ist, lang in den rechtsseitigen/linksseitigen Richtungen ist und auch ein Ausbilden der Fresnel-Linsen in dem zentralen Bereich kann nicht immer den Lichtstrom effizient bündeln.
Andererseits ist es für die Umfangsabschnitte in der Längsrichtung, wo die Fresnel-Linsenabschnitte 134d und 134d' ausgebildet sind, möglich, die Richtung des von der Entladungsröhre 132 emittierten Lichtstroms bis zu einem bestimmten Grad zu begrenzen, und das Ausbilden der Fresnel-Linsen in diesen Positionen macht es möglich, den Lichtstrom relativ effizient zu bündeln.
Diese Ausführungsform hat den Fall beschrieben, wo der gesamte Lichtstrom, der in Bereichen von drei Typen und fünf Schichten der an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements 134 vorgesehenen zylindrischen Linsenoberfläche 134a, der Umfangsabschnitte 133b und 133b' des Reflektors 133 und der Reflektoren 135 und 135' in der senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre verlaufenden Richtung (vertikale Richtung) gesteuert wird, miteinander überlappende (übereinstimmende) Lichtverteilungen aufweist, jedoch ist die Einstellung dieser Ausführungsform nicht die einzige und es ist ebenso möglich, die jeweiligen Abschnitte verschiedene Lichtverteilungscharakteristiken aufweisen zu lassen oder asymmetrische Lichtverteilungscharakteristiken in der vertikalen Richtung aufweisen zu lassen oder verschiedene Bündelungsgrade aufweisen zu lassen.
Außerdem hat diese Ausführungsform den Fall beschrieben, wo das optische Element 134 mit der zylindrischen Linsenoberfläche 134a versehen ist, jedoch ist die Form der Linse nicht auf eine derart zylindrische Linse beschränkt und es ist ebenso möglich, eine torische Linse, welche eine Brechkraft ebenso in der Längsrichtung der Entladungsröhre aufweist, oder eine Fresnel-Linse, welche äquivalente Brechungseffekte aufweist, zu verwenden.
Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß den in 13 und 23 dargestellten Ausführungsformen von dem Lichtstrom, der von der Lichtquelle in verschiedenen Richtungen emittiert wird, möglich, die Strahlung des Lichtstroms, welcher nicht innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs durch die Linsenoberfläche des optischen Elements oder das Reflexionselement oder das erste Reflexionselement gesteuert werden kann, innerhalb des oben beschriebenen erforderlichen Strahlungsbereichs durch den reflektierenden Abschnitt des optischen Elements oder des zweiten Reflexionselements zu steuern, und es ist dabei möglich, die Effizienz der Beleuchtungsvorrichtung zu verbessern, indem die innerhalb des er forderlichen Strahlungsbereichs abgestrahlte effektive Energie erhöht wird.
Überdies ist es, da eine Vielzahl von Reflexionsschichten mit dem Reflexionselement oder dem ersten Reflexionselement und einer reflektierenden Seite des optischen Elements oder dem zweiten Reflexionselement in der senkrecht zu der optischen Strahlungsachse verlaufenden Richtung (vertikale Richtung) konstruiert ist, möglich, die Dicke der Beleuchtungsvorrichtung zu reduzieren im Vergleich zu dem Fall, wo eine Reflexionsschicht in der Richtung der optischen Achse erstreckt wird. Demgemäß kann diese Beleuchtungsvorrichtung auf einer ultra-dünnen Kartentyp-Kamera oder einem Kartentyp-Elektronenblitz befestigt werden.
Außerdem kann die Form des optischen Elements vereinfacht werden und wie eine einfache Platte verschlankt werden und demgemäß ist, auch wenn ein optisches Kunstharzmaterial verwendet als das Material des optischen Elements wird, von dieser Beleuchtungsvorrichtung anzunehmen, daß eine ausreichende Kostenreduktion realisiert wird wie durch ein Reduzieren der Formungszeit oder ein Reduzieren der Kosten des Die bzw. der Prägeplatte etc.
Außerdem ist es möglich, die Formen des positiven Brechungsabschnitts des optischen Elements, des Reflexionselements oder des ersten Reflexionselements und des reflektierenden Abschnitt des Reflexionselements oder des zweiten Reflexionselements frei zu bestimmen, und diese Beleuchtungsvorrichtung kann dabei die Lichtverteilung dieses Lichtstroms unabhängig voneinander und akribisch genau steuern. Demgemäß ist es möglich, eine gewünschte Lichtverteilung innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs leicht zu erzielen und beispielsweise die Lichtverteilung leicht gleichförmig zu machen.
24 bis 27 zeigen eine Konfiguration eines optischen Systems einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 24 und 25 sind Schnittansichten des oben beschriebenen optischen Systems mit der Ebene einschließlich der radialen Richtung der Entladungsröhre. 24 zeigt einen Fall, wo der Strahlungswinkelbereich klein ist, und 25 zeigt einen Fall, wo der Strahlungswinkelbereich breit ist.
26 ist eine Schnittansicht des oben beschriebenen optischen Systems und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der Zentralachse der Entladungsröhre und 27 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des oben beschriebenen optischen Systems. 24(b) bis 26(b) zeigen skizzierte Linien von repräsentativem Licht, das von dem Zentrum der Entladungsröhre emittiert wird, welche die Lichtquelle ist, zusammen.
Außerdem zeigt 28 ebenso eine Kompakt-Kamera (a) und eine Kartentyp-Kamera (b), welche die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung inkorporieren.
Wie in 28(a) und 28(b) dargestellt ist, ist die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung oben auf einem Kamerakörper 411 angeordnet. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 401 eine Beleuchtungsvorrichtung, 412 bezeichnet ein Bildaufnahmeobjektiv und 413 bezeichnet einen Verschlußauslöseknopf.
In 28(a) bezeichnet das Bezugszeichen 414 ein Betätigungselement zum Zoomen des Bildaufnahmeobjektivs 412 und durch Niederdrücken dieses Betätigungselements nach vorne ist ein Bild heranzoombar und durch Niederdrücken dieses Betätigungselements nach hinten ist ein Bild wegzoombar.
In 28(a) und 28(b) bezeichnet das Bezugszeichen 415 einen Betriebsarteinstellknopf, um zwischen verschiedenen Betriebsarten der Kamera umzuschalten, bezeichnet das Bezugszeichen 416 ein Flüssigkristallanzeigefenster, um den Benutzer von der Funktion der Kamera zu informieren und 417 bezeichnet ein Lichtempfangsfenster eines Photometers, um die Helligkeit von äußerem Licht zu messen, und 418 bezeichnet ein Prüffenster eines Suchers.
Dann werden die Elemente, welche eine optische Charakteristik der Beleuchtungsvorrichtung bestimmen, ausführlich unter Verwendung von 24 bis 27 erläutert werden.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 302 eine Entladungsröhre (Xenon-Röhre), die eine zylindrische Lichtquelle ist. Das Bezugszeichen 303 bezeichnet einen Reflektor, welcher den von der Entladungsröhre 302 in der Strahlungsrichtung (nach vorne) des Beleuchtungslichts emittierten Lichtstrom reflektiert, und ist aus einem metallischen Material wie glänzendes Aluminium hergestellt, dessen innere Oberfläche aus einer hochreflektierenden Oberfläche oder einem Kunstharzmaterial gebildet ist, welches eine innere Oberfläche aufweist, auf der eine hochreflektierende metallbedampfte Oberfläche ausgebildet ist.
Das Bezugszeichen 304 bezeichnet ein prismenähnliches einstückiges optisches Element. Auf der Eintrittsoberfläche dieses optischen Elements 304 ist ein Paar von Prismenabschnitten ausgebildet. Die Prismenabschnitte, die aus brechenden Oberflächen 304b, 304b', welche eine Brechkraft in der senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 verlaufen den Richtung (vertikale Richtung) aufweisen, und aus reflektierenden Oberflächen 304c, 304c' gebildet sind, welche nahezu eine Totalreflexionsbedingung für das Licht erfüllen, das von diesen brechenden Oberflächen 304b, 304b' in den oberen und unteren Seiten und zwar zentriert auf der optischen Achse L einfällt. Außerdem ist, wie in 26 dargestellt ist, auf der Seite der Austrittsoberfläche des optischen Elements 304 eine Prismenanordnung 304f, welche eine Brechkraft in der Längsrichtung (Horizontalrichtung) der Entladungsröhre 302 aufweist, ausgebildet. Als das Material dieses optischen Elements 304 ist ein optisch hochdurchlässiges Kunstharzmaterial wie Acrylkunstharz oder Glasmaterial geeignet.
In der oben beschriebenen Konfiguration entscheidet in dem Fall, wo die Kamera beispielsweise eingestellt ist auf „Elektronenblitz-Autobetriebsart", nachdem der Verschlußauslöseknopf 313 von dem Benutzer gedrückt wurde, eine Steuerschaltung (nicht dargestellt), ob Licht von der Beleuchtungsvorrichtung 301 emittiert werden sollte oder nicht und zwar auf der Grundlage der Helligkeit von äußerem Licht, das von dem Photometer (nicht dargestellt) gemessen wird, der Empfindlichkeit des geladenen Films oder der Charakteristik eines Bildaufnahmeelements wie einer CCD oder CMOS.
Wenn die Steuerschaltung entscheidet, daß „Licht von der Beleuchtungsvorrichtung emittiert werden sollte", gibt die Steuerschaltung ein Lichtemissionssignal aus und läßt die Entladungsröhre 302 Licht durch einen Auslösebleidraht, der an dem Reflektor 303 angebracht ist, emittieren.
Von dem Lichtstrom, der von der Entladungsröhre 302 emittiert wurde, gelangt die rückwärts oder seitwärts (siehe 26) in der Richtung der optischen Strahlungsachse L emittierte Lichtstrom-Komponente in das vor der Entladungsröhre 302 an geordnete optische Element 304 über den Reflektor 303 und die nach vorne in der Richtung der optischen Strahlungsachse emittierte Lichtstrom-Komponente gelangt direkt in das optische Element 304 und dann werden beide Lichtstrom-Komponenten in einen Lichtstrom, der eine vorbestimmte Lichtverteilungscharakteristik aufweist, durch das optische Element 304 geändert und werden dann auf ein Objekt eingestrahlt.
Danach wird eine Einstellung einer optimalen Form in der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung, um die Lichtverteilungscharakteristik gleichförmig innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs zu halten, während die Form des optischen Beleuchtungssystems extrem verschlankt wird, insbesondere unter Verwendung von 24 bis 26 noch spezifischer erläutert werden.
Zuerst wird ein grundlegendes Konzept von Änderungen des Strahlungswinkels in der vertikalen Richtung, welche die radiale Richtung der Entladungsröhre (Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung ist) ist, unter Verwendung von 24 und 25 erläutert werden. 24(a) und 25(b) zeigen einen dem schmalsten Strahlungswinkelbereich entsprechenden Zustand und 25(a) und 25(b) zeigen einen dem breitesten Strahlungswinkelbereich entsprechenden Zustand.
(a) und (b) in jeder Figur zeigen dieselbe Schnittansicht und (b) wird erzielt, indem skizzierte Lichtstrahlenbündel der Schnittansicht von (a) hinzugefügt werden. Bezugszeichen in den Figuren entsprechen den Elementen in 26 und 27.
In diesen Figuren sind die Innen- und Außendurchmesser der Glasröhre als die Glasröhre 302 dargestellt. In einem tatsächlichen Lichtemissionsphänomen dieser Art von Entladungsröhre wird häufig Licht von dem vollen Innendurchmesser emit tiert, um die Effizienz zu verbessern, und es ist vernünftig zu berücksichtigen, daß Licht virtuell gleichmäßig von Lichtemissionspunkten über den vollen Innendurchmesser der Entladungsröhre emittiert wird. Jedoch sei zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom ein repräsentativer Lichtstrom ist und die Figuren zeigen lediglich den von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom. Als eine tatsächliche Lichtverteilungscharakteristik ändert sich die Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes in einer Richtung, in welcher sich der Lichtstrom geringfügig aufspreizt aufgrund des Lichtstroms, der von dem Umfang der Entladungsröhre emittiert wird, zusätzlich zu dem repräsentativen Lichtstrom, wie in den Figuren dargestellt ist, jedoch weist dieser Lichtstrom nahezu eine identische Tendenz der Lichtverteilungscharakteristik auf und demgemäß werden die nachfolgenden Erläuterungen auf diesen repräsentativen Lichtstrom gestützt werden.
Zuerst werden die charakteristischen Formen des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung nacheinander erläutert werden. Die Form des Teils des Reflektors 303, welcher die Rückseite der Entladungsröhre 302 abdeckt, ist halb-zylindrisch (nachfolgend als „halb-zylindrischer Abschnitt 303a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 302. Dies ist eine Form, welche effektiv ist, um das von dem Reflektor 303 reflektierte Licht in die Mähe des Zentrums der Lichtquelle erneut zurückzulenken, und weist den Effekt auf, einen nachteiligen Einfluß von Brechungen des Glasteils der Entladungsröhre 302 zu verhindern.
Außerdem macht es eine derartige Konfiguration möglich, das reflektierte Licht von der Hinterseite des Reflektors 303 als das ausgehende Licht nahezu äquivalent zu dem direkten Licht von der Lichtquelle zu behandeln, und dabei ist es leicht zu verstehen und gleichzeitig zweckdienlich, da es möglich ist, die Größe des gesamten optischen Systems wie folgt zu reduzieren. Außerdem besteht der Grund, daß der Reflektor 303 eine halb-zylindrische Form aufweist, darin, daß, falls der Reflektor 303 kleiner ist als diese Größe, eine Bündelung des Lichtstroms, der seitwärts gerichtet ist, erfordern wird, daß sich das optische Element 304 rückwärts erstreckt, was es schwierig macht für die Prismenoberfläche, den Lichtstrom nach vorne unter Ausnutzung von Totalreflexion zu richten und andererseits, falls der Reflektor 303 größer ist als diese Größe, wird die Menge des innerhalb des Reflektors 303 eingefangenen Lichtstroms ansteigen und die Effizienz wird abnehmen, wobei beides davon unerwünscht ist.
Andererseits sind die oberen und unteren Umfangsabschnitte 303b und 303b' des Reflektors 303 wie gekrümmte Oberflächen geformt, so daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom von diesen Umfangsabschnitten 303b und 303b' reflektiert wird und dann zu den Umfangsabschnitten 304d und 304d' des optischen Elements 304 geführt wird. Und wie später erläutert werden wird, liefert der durch die Umfangsabschnitte 304d und 304d' des optischen Elements 304 gebrochene Lichtstrom die am meisten gebündelte Lichtverteilungscharakteristik.
Außerdem sind die Bereiche (nachfolgend als „flache Oberflächenbereiche" bezeichnet) 303c und 303c' zwischen dem halbzylindrischen Abschnitt 303a des Reflektors 303 und den Umfangsabschnitten 303b und 303b' aus flachen Oberflächen nahezu senkrecht zu der optischen Achse L konstruiert.
Dann wird die ausführliche Form des optischen Elements 304 erläutert werden. Wie in 24 dargestellt ist, wird der am meisten gebündelte Zustand erzielt, wenn es einen vorbestimmten Abstand zwischen der Entladungsröhre 302 und dem optischen Element 304 gibt.
Zuerst empfängt, wie in 24(a) dargestellt ist, der zentrale Bereich, durch den die optische Achse L durchläuft, des optischen Elements 304 einen großen Teil des direkten Lichtelements, das von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird, was einen relativ kleinen Winkel mit der optischen Achse L bildet, und um dieses Element zu brechen, ist eine nichtsphärische zylindrische Linsenoberfläche 304a in dem Zentralbereich an der Lichtquellenseite des optischen Elements 304 ausgebildet.
Dann sind in dem Umfangsabschnitt dieser zylindrischen Linsenoberfläche 304a brechende Oberflächen 304b und 304b', in die Lichtstrom-Komponenten, die von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, welche nicht auf die zylindrische Linsenoberfläche 304a einfallen und welche einen relativ großen Winkel mit der optischen Achse L bilden, gelangen, ausgebildet, und in dem dazu peripheren Bereich sind reflektierende Oberflächen 304c und 304c' ausgebildet, um das gebrochene Licht, das in den Prismenabschnitt von diesen brechenden Oberflächen 304b und 304b' eingetreten ist, total zu reflektieren.
In dem dazu peripheren Bereich sind, wie oben beschrieben wurde, brechende Oberflächen 304d und 304d', die aus gekrümmten Oberflächen gebildet sind, ausgebildet, auf welche der von den Reflektoren 303b und 303b' reflektierte Lichtstrom gelangt. Diese zylindrische Linsenoberfläche 304a, Reflektoren 303b, 303b', brechenden Oberflächen 304d, 304d' und reflektierenden Oberflächen 304c, 304c' sind so geformt, daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom quasi-parallel zu der optischen Achse L ist, während es einen vorbestimmten Abstand zwischen der Entladungsröhre 302 und dem optischen Elements 304 gibt.
Dann wird der auf die jeweiligen Abschnitte des optischen Elements 304 einfallende Lichtstrom gebrochen oder totalreflektiert, um in vorbestimmte Winkelelemente geändert zu werden, und geht dann aus derselben Austrittsoberfläche 304e heraus.
24(b) zeigt skizzierte Lichtlinien, welche den von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten und auf die jeweiligen Oberflächen des optischen Elements 304 einfallenden Lichtstrom und den Lichtweg, durch den dieser Lichtstrom durchläuft, zeigen. Wie in der Figur dargestellt ist, wird nahezu der gesamte Lichtstrom, der von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird, auf eine derartige Weise geändert, daß der parallel zu der optischen Achse ist. Das bedeutet, daß diese optische Konfiguration den am meisten gebündelten Zustand liefert.
Andererseits ist es in der in 24 dargestellten optischen Konfiguration beobachtet worden, daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom nahezu aus der gesamten Austrittsoberfläche 304e des optischen Elements 304 in der Richtung herausgeht, die quasi-parallel zu der optischen Achse L ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Richtung des ausgehenden Lichts von dem Zentrum der Lichtquelle eine Eins-zu-Eins-Übereinstimmung mit der Position auf der Austrittsoberfläche 304e des optischen Elements 304 aufweist und das ausgehende Licht ohne irgendeine Lücke mit der gegebenen Austrittsoberfläche 304e und parallel zu der optischen Achse geändert wird, das bedeutet, die effizienteste Bündelungswir kung wird für den Bereich der Apertur bzw. Öffnung der Austrittsoberfläche durchgeführt.
Im übrigen wird diese Figur erzielt, indem lediglich Lichtstrahlenbündel zu der in 24(a) oben dargestellten Schnittansicht hinzugefügt werden und alle anderen Formen dieselben sind.
Andererseits ist der in 25 dargestellte Zustand ein Zustand, in dem die Entladungsröhre 302 näher an dem optischen Element 304 angeordnet ist als der oben beschriebene vorbestimmte Abstand und die optische Konfiguration ist so eingestellt, daß der Strahlungswinkelbereich bis zu einem gewissen Grad erweitert ist. 25(b) wird erzielt, indem skizzierte Linien von Lichtstrahlenbündeln, die von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, zu der Schnittansicht in 25(a) hinzugefügt werden, und alle Formen der verschiedenen Abschnitte des optischen Systems bleiben unverändert.
In einer derartigen optischen Konfiguration sind die Kanten 304f und 304f' durch einen Schnittpunkt zwischen den brechenden Oberflächen 304b und 304b' gebildet, was den Lichtweg des Lichtstroms bestimmt, der von den reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' totalreflektiert wird, und diese reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' kommen näher an die flachen Oberflächenabschnitte 303c und 303c' des Reflektors 303 heran. Von den Lichtstrahlenbündeln, die von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, wird der Lichtstrom, der von der Lücke zwischen den Reflektoren 303c und 303c' und den Kanten 304f und 304f' des optischen Elements 304 in Richtung auf die Umfangsabschnitte 303b und 303b' des Reflektors 303 gerichtet ist, in beträchtlichem Maße auf diese Weise reduziert, wie in 25(b) dargestellt ist.
Die Lichtstrom-Komponente, welche ursprünglich auf die Umfangsabschnitte 304d und 304d' des optischen Elements 304 über die Umfangsabschnitte 303b und 303b' gerichtet ist, ist immer das gebündelte Element, das in ein Element zu ändern ist, welches einen kleinen Winkel mit der Richtung der optischen Achse bildet, da die Lichtquelle 302 und der Reflektor 303 als ein Körper aufrechtgehalten werden. Jedoch wird, wie oben beschrieben wurde, da die Kanten 304f und 304f' des optischen Elements 304 näher an die flachen Oberflächenabschnitte 303c und 303c' des Reflektors 303 kommen, dieses Element extrem reduziert und auf den Prismenabschnitt gerichtet, der aus den brechenden Oberflächen 304b, 304b' und reflektierenden Oberflächen 304c, 304c' gebildet ist, was ein anderer dazu angrenzender Lichtweg ist. Außerdem gelangt gleichzeitig damit ein Teil des durch die reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' gesteuerten Lichtstroms direkt in die zylindrische Linsenoberfläche 304a, während die Entladungsröhre 302 von dem optischen Elements 304 getrennt wird und die Menge der Lichtstrom-Komponente, die auf diese zylindrische Linsenoberfläche 304a einfällt, ebenso zunimmt.
Somit ist es im Gegensatz zu dem am meisten gebündelten Zustand, der in 24 dargestellt ist, in welchem das System ursprünglich konstruiert ist, so daß Stromelemente von allen drei Bereichen des Brechungsbereichs nahe der optischen Achse L, des dazu peripheren Reflexionsbereichs des optischen Elements 304 (Prismenabschnitt) und des ferner dazu peripheren Reflexionsbereichs des Reflektors 303 gebündelt werden, möglich, den gebündelten Zustand von jedem Bereich allmählich zu ändern (das bedeutet, den Strahlungswinkelbereich zu ändern), indem die Beziehung von Positionen zwischen der Entladungsröhre 302 (und Reflektor 303) und dem optischen Element 304 in der Richtung der optischen Achse geändert wird.
Diese Änderung des gebündelten Zustands wird gemäß den oben beschriebenen drei Bereichen nacheinander erläutert werden. Zuerst ist der Brechungsbereich in der optischen Achse L aus einer nicht-sphärischen zylindrischen Linsenoberfläche 304a mit dem Zentrum der Lichtquelle als dem Brennpunkt konstruiert, um den von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom in der optischen Konfiguration, die in 24 dargestellt ist, zu brechen, so daß dieser Lichtstrom quasi-parallel zu der optischen Achse wird. In diesem Fall wird, wie in 25 dargestellt ist, wenn die Lichtquelle nahe an die zylindrische Linsenoberfläche 304a kommt, ein defokussierter Zustand erzeugt, der den Effekt der Verbreiterung des Strahlungsbereichs in allen Richtungen aufweist. Außerdem gelangt in dem in 24 dargestellten Zustand ein Teil des in Richtung auf die reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' geführten Lichtstroms neu in diesen Bereich in dem in 25 dargestellten Zustand, jedoch ist dieses Element ebenso eine Ausweitung des Lichtstroms, der von dem Bereich dieses gebrochenen Lichts gesteuert wird, und wird in ein Element mit dem weitesten Strahlungswinkel in diesem Brechungsbereich geändert.
Jedoch, da der Winkelbereich in diesem Bereich eine durch Brechung hervorgerufene Wirkung ist und demgemäß keine drastische Änderung des Strahlungswinkelbereichs für einen relativ kleinen Bewegungsbetrag, der zu dieser Zeit erwartet wird, erzeugt wird, wird folglich lediglich die auf den Umfang des zentralen Bereichs beschränkte Lichtverteilung gleichförmig auf gespreizt.
Dann wird der Reflexionsbereich des optischen Elements 304 (Prismenabschnitt) erläutert werden. Dieser Bereich ist ein Bereich, dessen Strahlungswinkelbereich in drastischer Weise geändert werden kann, indem die Beziehung von Positionen zwi schen der Lichtquelle und dem optischen Element 304 geändert wird. Dies ist darin begründet, daß die Änderung der Lichtstrahlenbündelrichtung durch Reflexion die Strahlungsrichtung in drastischer Weise ändern kann und ein Reflexionsphänomen wird in dem optischen Element 304 mit einem hohen Brechungsindex ausgenutzt und demgemäß kann eine größere Winkeländerung erwartet werden.
Wie ferner in 25(b) dargestellt ist, wird die von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte und in diesem Reflexionsbereich reflektierte Lichtstrom-Komponente in ein Element mit einem bestimmten engen Winkelbereich in dem Umfang auf der Strahlungsebene geändert.
Die in diesem Reflexionsbereich reflektierte Lichtstrom-Komponente scheint lediglich in ein Element geändert zu werden, das einen vorbestimmten Winkel mit der optischen Achse L in den skizzierten Linien von 25(b) bildet, jedoch weist die Lichtquelle tatsächlich bestimmte Abmessungen auf und demgemäß erstreckt sich der Reflexionswinkelbereich bis zu einem bestimmten Grad und überlappt mit der Lichtstrom-Komponente des oben beschriebenen Brechungsbereichs und zwar bei Betrachtung als Ganzes, und demgemäß ist es möglich, eine Lichtverteilungscharakteristik zu erzielen, welche eine nahezu gleichförmige Winkelverteilung in einem breiten Winkelbereich aufweist.
Schließlich verringert sich allmählich die in dem Reflexionsbereich durch den äußersten Reflektor 303 reflektierte Lichtstrom-Komponente, wenn die Lichtquelle näher an das optische Element 304 von dem Zustand in 24 zu dem Zustand in 25 kommt, wie oben beschrieben wurde.
Jedoch macht es ein Belassen des Reflexionselements in diesem Reflexionsbereich bis zu einem bestimmten Grad möglich, eine Reduktion der Lichtstrom-Komponente nahe der optischen Achse L zu unterdrücken, was durch eine Zunahme der Lichtstrom-Komponente durch die oben beschriebenen zwei Reflexionsbereiche hervorgerufen wird, und die Lichtmenge nahe der optischen Achse L am Reduzieren zu hindern.
Somit kann die Konfiguration gemäß dieser Ausführungsform eine drastische Änderung des Strahlungswinkelbereichs durch eine kleine Änderung in der Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle (Entladungsröhre 302) und dem optischen Element 304 in der Richtung der optischen Achse erreichen und zugleich können die Elemente der drei aufgeteilten Bereiche eine Änderung in der Lichtverteilungscharakteristik für die jeweiligen Abschnitte ausgleichen, wobei ein optisches System realisiert wird, das gleichförmig als Ganzes ist und mit geringem Lichtmengenverlust bezüglich des erforderlichen Strahlungsbereichs ist.
Andererseits wird, wie oben beschrieben wurde, der von dem Zentrum der Entladungsröhre 302 nach hinten emittierte Lichtstrom durch den halb-zylindrischen Abschnitt 303a des Reflektors 303 reflektiert, gelangt durch das Zentrum der Entladungsröhre 302 erneut und geht nach vorne heraus. Das Verhalten des Lichtstroms danach ist dasselbe wie jenes, das in 24(b) und 25(b) dargestellt ist.
Hier wird ein optimales Verteilungsverhältnis unter den drei Bereichen des oben beschriebenen Brechungsbereichs, des Reflexionsbereichs des Prismenabschnitts des optischen Elements 304 und des Reflexionsbereichs des Reflektors 303 erläutert werden.
Es ist im Grunde bevorzugt, das grundlegende optische Bündelungssystem mit dem Bereich der zylindrischen Linsenoberfläche 304a und dem Reflexionsbereich durch die Umfangsabschnitte 303b und 303b' des Reflektors 303 zu konstruieren und den minimalen Teil, welcher zwischen diesen Bereichen überbrückt, mit dem Reflexionsbereich des Prismenabschnitts zu konstruieren.
Dann ist es in dem am meisten gebündelten Zustand, der in 24 dargestellt ist, bevorzugt, daß der Winkel α, der durch den Lichtstrom, welcher von dem Zentrum der Lichtquelle auf die brechenden Oberflächen 304b und 304b' des Prismenabschnitts einfällt, mit der optischen Achse gebildet ist, eingestellt wird auf: 20° ≤ α ≤ 70° (3)
Hier wird, falls der Winkel α kleiner als 20° ist, welcher die untere Grenze in Formel (3) ist, ein Ausbilden des Reflexionsbereichs des Prismenabschnitts an sich schwierig. Das bedeutet, daß, falls der Winkel α kleiner als 20° ist, die Winkel der Prismenabschnittskanten 304p und 304p' extrem spitz werden und es gleichzeitig notwendig ist, den Prismenabschnitt tief in der Dickenrichtung zu formen. Somit ist es schwierig, ein optisches Flachform-System nicht nur zu konstruieren, sondern auch herzustellen.
Andererseits nimmt, wenn der Winkel α größer als 70° ist, was die obere Grenze der oben beschriebenen Formel (3) ist, der Bündelungsbereich durch den Reflektor 3 ab und die Tatsache, daß der Reflexionsbereich in den Reflexionsbereich des Reflektors 303 und den Reflexionsbereich des Prismenabschnitts selbst aufgeteilt worden ist, wird bedeutungslos, was verschiedene Probleme verursacht.
Das bedeutet, daß der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 304, welcher notwendig ist, um den Beleuchtungswinkel zur ändern, abnimmt, was ein funktionales Problem verursacht, daß es schwierig ist, eine drastische Änderung des Strahlungswinkels durchzuführen, und ein anderes Problem, daß die Herstellung schwierig ist, da der Prismenabschnitt an sich des optischen Elements 304 teilweise dick und lang wird und die Formungszeit verlängert wird. Als ein idealer Modus ist es bevorzugt, diesen Reflexionsbereich des Prismenabschnitts auf ein notwendiges Minimum zu verengen und das System in einem Modus mit geringem Lichtmengenverlust zu organisieren. Eine derartige Konfiguration macht es möglich, die Dickenrichtung zu minimieren, die Konfiguration aus einer einfachen Form zu fertigen und leicht zu verarbeiten.
Aus den oben beschriebenen Gründen bildet diese Ausführungsform den Prismenabschnitt gemäß dem Lichtstrom, welcher einen Winkel mit der optischen Achse L innerhalb einer 30°-Bereichsweite von 30° bis 60° zur Optimierung bildet.
Dann werden optimale Formen der brechenden Oberflächen 304b und 304b', welche den Lichtstrom zu den reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' der Prismenabschnitte führen, erläutert werden. Wie in 24(a) und 25(b) dargestellt ist, wird der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom durch brechende Oberflächen 304b und 304b' gebrochen, in die Richtung weg von der optischen Achse L geführt und erreicht die reflektierenden Oberflächen 304c und 304c'. Die idealen Formen dieser brechenden Oberflächen 304b und 304b' sind so ausgebildet, daß die größtmögliche Menge des von der Lichtquelle emittierten Lichtstroms auf die reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' geführt wird, und aus diesem Grund ist es notwendig, den Lichtstrom schlagartig durch diese bre chenden Oberflächen 304b und 304b' brechen zu lassen.
Dies führt ebenso zu einer Verkürzung der Länge in der Richtung der optischen Achse der reflektierenden Oberflächen 304c und 304c', das heißt, eine Reduktion der Größe in der Dickenrichtung des optischen Systems, was ebenso mit dem Ziel der vorliegenden Erfindung übereinstimmt. Als eine spezifische Form ist es bevorzugt, die brechenden Oberflächen 304b und 304b' mit flachen Oberflächen zu konstruieren, deren Gradient bezüglich der optischen Achse L gleich 0° ist. Jedoch ist es schwierig, eine derart flache Oberfläche mit einem Gradient von 0° zu realisieren aus Gründen, die auf die Verarbeitungsgenauigkeit aufgrund des Problems der Formbarkeit des optischen Elements bezogen sind. Diese Ausführungsform konstruiert diese brechenden Oberflächen 304b und 304b' mit flachen Oberflächen, deren Gradient bezüglich der optischen Achse L 10° oder weniger ist, oder gekrümmten Oberflächen, die leicht zu verarbeiten sind.
Andererseits kann ein Konstruieren eines Lichtsteuerungsbereichs mit einer Vielzahl von Elementen und ein Anordnen von ihnen auf eine derartige Weise, um sie miteinander in der Richtung der optischen Achse zu überlappen, unvorhergesehene Effekte erzielen, die spezifisch für die vorliegende Erfindung sind.
Zuerst sind reflektierende Oberflächen (reflektierende Oberflächen 304c und 304c' der Prismenabschnitte und Umfangsabschnitte 303b und 303b' des Reflektors 303) aus diskreten Oberflächen konstruiert, die aus Materialien verschiedener Arten hergestellt sind, anstatt einer kontinuierlichen Oberfläche in der Richtung der optischen Achse L wie in dem Fall der herkömmlichen Techniken, und ein Reflexionselement (Reflektor 303) ist in integraler Weise mit der Lichtquelle ausgebildet und das andere Reflexionselement (optisches Element 304) ist bewegbar bezüglich der Lichtquelle ausgebildet und diese Elemente sind derart angeordnet, um miteinander in der Richtung (vertikale Richtung), die senkrecht zu der optischen Achse ist, zu überlappen.
Eine derartige Konfiguration macht es möglich, die Dicke des optischen Beleuchtungssystems in der Tiefenrichtung (Richtung der optischen Achse L) signifikant zu reduzieren, was das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist. Das bedeutet, wie unter Verwendung der Zeichnungen dieser Ausführungsform erläutert wird, daß die reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' des optischen Elements 304 zum Durchführen der ersten Reflexion zuerst angeordnet sind und die Umfangsabschnitte 303b und 303b' des Reflektors 303 zum Durchführen der zweiten Reflexion außerhalb der reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' und in mit ihnen in der Richtung der optischen Achse L überlappenden Positionen angeordnet sind, was es somit möglich macht, die Dicke des Reflexionsbereichs in der Richtung der optischen Achse L als Ganzes zu reduzieren.
Zweitens ist es möglich, die Dicke des optischen Elements 304 selbst signifikant zu reduzieren. Das bedeutet, der optische Wirkungsabschnitt, der für das optische Element 304 benötigt wird, beinhaltet lediglich die zylindrische Linsenoberfläche 304a, welche eine positive Brechkraft in dem zentralen Bereich aufweist, die spitzen Prismenabschnitte, die aus Brechungsoberflächen 304b und 304b' gebildet sind, um das direkte Licht von der Lichtquelle und das von dem Reflektor 303 und den reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' reflektierte Licht zu trennen. Demgemäß ist es möglich, dem optische Element 304 zu erlauben, eine ausreichende optische Funktion zu erfüllen, obgleich es eine einfache Form auf weist, und die gesamte Dicke des optischen Elements 304 signifikant zu reduzieren.
Dies macht es möglich, nicht nur die Formbarkeit des optischen Elements 304 zu verbessern, sondern auch eine Reduktion der Lichtmenge aufgrund der Transmittanz bzw. Durchlässigkeit des Kunstharzmaterials zu minimieren, was zu einer Gewichtsreduktion der Beleuchtungsvorrichtung und demgemäß einer Gewichtsreduktion der Bildaufnahmevorrichtung beiträgt.
Überdies ist die Form der äußersten Oberfläche des optischen Elements 304 extrem einfach und ist aus Oberflächen mit wenigen optischen Beschränkungen konstruiert und demgemäß ist es einfach, das optische Element 304 aufrecht zu halten und, auch wenn es auf einer Bildaufnahmevorrichtung befestigt ist, gibt es keine Notwendigkeit, irgendeine spezielle Trägerstruktur zu übernehmen, was einen Modus liefert, der ziemlich einfach handzuhaben ist.
Drittens kann ein Konstruieren des Reflexionsbereichs mit einer Vielzahl von Reflexionselementen ein Problem mit einem herkömmlichen lichtführungsartigen Elektronenblitz verhindern, das bedeutet, das Problem, daß, wenn ein aus einem optischen Kunstharzmaterial hergestelltes optisches Element nahe der Lichtquelle angeordnet ist, von der Lichtquelle erzeugte Wärme das optische Element schmilzt, was es unmöglich macht, die ursprüngliche optische Charakteristik in Abhängigkeit von der Lichtemissionsbedingung zu erzielen.
Das bedeutet, ein Konstruieren des Reflexionsbereichs mit einer Vielzahl von reflektierenden Oberflächen macht es möglich, die Kanten 304f und 304f', was eine Grenze ist zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche des optischen Elements 304, das äußerst anfällig für Wärme ist, weg von der Lichtquelle anzuordnen und ebenso den Raum um die Entladungsröhre 302 auszudehnen, und demgemäß ist es möglich, Einflüsse auf Kunstharzmaterialien durch Strahlungswärme und Konvektionswärme, die während kontinuierlicher Lichtemissionen erzeugt werden, zu minimieren und eine Verschlechterung der optischen Charakteristik zu verhindern.
Somit kann diese Ausführungsform ein kleines und extrem effizientes optisches Beleuchtungssystem von einem variablen Strahlungswinkeltyp mit geringem Lichtmengenverlust aufgrund von Strahlung nach der Außenseite des erforderlichen Strahlungsbereichs aufbauen, sogar wenn weniger Elemente verwendet werden wie der Reflektor 303 und das optische Element 304.
Als nächstes wird eine Bündelungswirkung dieser Ausführungsform in der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 unter Verwendung von 26 erläutert werden.
26 zeigt eine Schnittansicht des optischen Systems und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der zentralen Achse der Entladungsröhre 302. 26(a) und 26(b) zeigen dieselbe Schnittansicht und 26(b) zeigt skizzierte Linien von Licht von dem Zentrum der Lichtquelle zusammen.
Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Seite des optischen Elements 304, von dem der Lichtstrom herausgeht, aus einer Prismenanordnung 304f, die in dem zentralen Bereich ausgebildet ist, durch den die optische Achse L durchläuft, mit beiden Steigungen, welche nahezu denselben Winkel aufweisen, und spitzen Fresnel-Linsenabschnitten 304g und 304g' konstruiert, die in dem zu der Prismenanordnung 304f peripheren Bereich ausgebildet sind.
Außerdem sind Seitenreflektoren 303d und 303d', die als ein Körper mit dem Reflektor 303 abgeformt sind, auf beiden Seiten des optischen Elements 304 vorgesehen. Diese Seitenreflektoren 303d und 303d' dienen dazu, einen Teil des von der Entladungsröhre 302 emittierten Lichtstroms, welcher seitwärts entweicht anstatt in das optische Element 304 einzutreten, oder unnötige Elemente von reflektiertem Licht zu reflektieren, das an der Prismenanordnung 304f und Fresnel-Linsenabschnitten 304g und 304g' erzeugt wird, die an der Seite der Austrittsoberfläche des optischen Elements 304 ausgebildet sind, und diese Lichtelemente von den Seiten 304h und 304h' des optischen Elements 304 wiedereintreten lassen, um diese Lichtelemente effektiv zu nutzen.
Diese Ausführungsform setzt den Apex- bzw. Öffnungswinkel der Prismenanordnung 304f in dem zentralen Bereich auf einen konstanten Winkel von 105°. Die Prismenanordnung 304f mit einer derartigen Winkeleinstellung weist den Effekt auf, eine Lichtstrom-Komponente mit einem relativ großen Einfallswinkel (Lichtstrom-Komponente mit dem Einfallswinkel auf dem optischen Element 304 reicht von 30° bis 40°) aus der Austrittsoberfläche mit demselben Winkel herausgehen zu lassen, bei dem Licht durch die Eintrittsoberfläche gebrochen wird, das bedeutet, der Effekt, eine Lichtstrom-Komponente aus der Austrittsoberfläche unter geringem Einfluß der Brechung auf der Austrittsoberfläche herausgehen zu lassen, und der Effekt, einen einfallenden Lichtstrom zu einem Lichtstrom innerhalb einer bestimmten Bereichsweite des Strahlungswinkels zu bündeln.
Der Apex- bzw. Öffnungswinkel dieser Prismenanordnung 304f ist nicht auf 105° beschränkt und falls er auf einen kleineren Winkel eingestellt wird, beispielsweise auf 90°, ist es möglich, den Winkelbereich des aus dem optischen Element 304 herausgehenden Lichtstroms zu verengen. Im Gegensatz dazu ist es, wenn der Öffnungswinkel auf einen größeren Winkel eingestellt wird, beispielsweise auf 120°, möglich, die Winkelverteilung des aus dem optischen Element 304 herausgehenden Lichtstroms zu verbreitern.
Andererseits gibt es, wie in 26(b) dargestellt ist, ebenso einige ausgehende Lichtstrom-Komponenten, welche die Prismenanordnung 304f erreichen, welche von dieser Prismenanordnung 304f reflektiert werden und erneut zu der Lichtquelle zurücklaufen. Diese Lichtstrom-Komponenten werden von dem Reflektor 303 reflektiert und gelangen erneut in das optische Element 304, werden in vorbestimmte Winkelelemente durch die Prismenanordnung 304f oder die Fresnel-Linsen 304g und 304g' geändert und dann auf ein Objekt eingestrahlt.
Somit wird das meiste von dem Lichtstrom, der von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird, in einen Lichtstrom mit einer bestimmten Winkelverteilung geändert und geht aus dem optischen Element 304 heraus. Die Lichtverteilung ist in diesem Fall einzig von der Winkeleinstellung der Prismenanordnung 304f abhängig und wird nicht von der Teilung etc. der Prismenanordnung beeinflußt. Dies erlaubt es dem optischen Element 304, eine Bündelungssteuerung in einem äußerst flachen Bereich durchzuführen, ohne daß die Tiefe in der Richtung der optischen Achse erforderlich ist, was es möglich macht, die Gesamtgröße (Dicke) des optischen Systems bezüglich der Richtung der optischen Achse drastisch zu reduzieren.
Außerdem sind, wie in der Figur dargestellt ist, Fresnel-Linsenabschnitte 304g und 304g' mit spitzen Winkeln auf dem Umfang des optischen Element 304 ausgebildet. Obgleich das optische Element 304 beträchtlich dünn ist, ist dieser Umfangsbereich ein Bereich, wo ein Lichtstrom mit bestimmtem Richtungssinn erzielt wird, und ein Ausbilden der Fresnel-Linse in diesem Bereich erlaubt eine effiziente Bündelungswirkung.
Anhand der Figur ist keine auffallende Bündelungswirkung beobachtbar. Dies ist darin begründet, daß lediglich der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom dargestellt ist und eine beträchtliche Menge des Lichtstroms, der um die Anschlußstellen herum auf beiden Seiten der Entladungsröhre 302 emittiert wird, wird in Lichtstrom-Komponenten geändert, welche sich auf der optischen Strahlungsachse konzentrieren.
Somit erlaubt es die Bestimmung der Form der Ebene von ausgehendem Licht des optischen Elements 304 sogar einem extrem dünnen optischen System nahe der Lichtquelle, den Lichtstrom in einem bestimmten Winkelbereich effizient zu bündeln.
Außerdem wird die Lichtverteilung bezüglich der Längsrichtung (horizontale Richtung) der Entladungsröhre 302 durch eine Bündelungswirkung durch die Prismenanordnung 304f auf der Seite der Austrittsoberfläche des optischen Elements 304 oder Fresnel-Linsenoberflächen 304g und 304g' bestimmt und die Lichtverteilung in der Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 302 ist, wird durch eine hocheffiziente Bündelungswirkung durch den Brechungsbereich der zylindrischen Linsenoberfläche 304a, die auf der Lichtquellenseite (Seite der Eintrittsoberfläche) des optischen Elements 304 vorgesehen ist, den Reflexionsbereich des Reflektors 303 und den Reflexionsbereich des Prismenabschnitts des optischen Elements 304, der etwa an einem Mittelpunkt zwischen diesen beiden Bereichen vorgesehen ist, bestimmt. Demgemäß kann diese Ausführungsform ein unvorhergesehen bzw. beispiellos dünnes optisches Beleuchtungssystem mit einer ausgezeichneten optischen Charakteristik bereitstellen.
29 und 30 zeigen Beispiele der Lichtverteilungscharakteristik, die durch das optische Beleuchtungssystem, das, wie oben dargestellt, konfiguriert ist, erzielt wird.
Die in 29 dargestellte Lichtverteilungscharakteristik ist eine Lichtverteilungscharakteristik, welche der in 24 dargestellten optischen Konfiguration in dem am meisten gebündelten Zustand entspricht. Die in 30 dargestellte Lichtverteilungscharakteristik ist die Lichtverteilungscharakteristik, welche der in 25 dargestellten optischen Konfiguration in dem am meisten zerstreuten Zustand entspricht.
Die in der Figur dargestellte Konfiguration kann eine drastische Änderung in dem Strahlungswinkel bezüglich der vertikalen Richtung erzeugen. Außerdem ist es ebenso möglich, eine nahezu gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik bezüglich des erforderlichen Strahlungswinkelbereichs zu erzielen.
In dem in der 24 dargestellten Zustand könnte es ebenso möglich sein, jede Oberfläche so zu formen, daß der gesamte von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom quasi-parallel zu der optischen Achse des ausgehenden Lichts ist, so daß der Lichtstrom innerhalb des engeren Winkelbereichs gebündelt werden kann als die Lichtverteilungscharakteristik, die in 29 dargestellt ist. Jedoch weist die Lichtverteilungscharakteristik tatsächlich einen bestimmten Ausdehnungsgrad aufgrund der Größe der Lichtquelle an sich auf. Wie in 29 dargestellt ist, erstreckt sich der Strahlungswinkel, der durch den halben Wert der Beleuchtung des zentralen Bereichs bestimmt ist, auf bis zu 12°.
Außerdem erstreckt sich in dem zerstreuten bzw. diffusen Zustand, der in 30 dargestellt ist, der Halbwert-Strahlungswinkel bis zu 34°, auf nahezu das Dreifache des oben beschriebenen Winkels.
Andererseits wird bezüglich der horizontalen Richtung keine drastische Winkeländerung beobachtet aus Gründen, die auf die Konfiguration des optischen Systems bezogen sind. Jedoch ist der Winkelbereich in dem zerstreuten bzw. diffusen Zustand, welcher 25 entspricht, geringfügig breiter als der Winkelbereich in dem gebündelten Zustand, welcher 24 entspricht. Dies kann der Tatsache zuschreibbar sein, daß, während sich der gebündelte oder zerstreute Zustand nahe dem zentralen Bereich drastisch ändert entsprechend einer Änderung in der Lichtverteilung in der vertikalen Richtung, sich die Verteilung in den Umfangsabschnitten nicht drastisch ändert und folglich ist es selbstverständlich, daß eine relativ Änderung in diesem Strahlungswinkelbereich stattfindet.
Diese Ausführungsform hat eine Beleuchtungsvorrichtung beschrieben, welche eine Lichtverteilungssteuerung in der Richtung durchführt, die senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 ist, und zwar durch Änderung des relativen Abstands zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 304 und durch Änderung des Strahlungswinkelbereichs, indem drei Arten und fünf Schichten der an der Lichtquellenseite vorgesehenen zylindrischen Linsenoberfläche 304a, der Umfangsabschnitte 303b und 303b' des Reflektors 303 und der reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' verwendet werden, wobei der am meisten gebündelte Zustand, der in 24 dargestellt ist, als der Standard genutzt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und der Referenzzustand braucht nicht auf einen Zu stand eingestellt sein, bei dem der Lichtstrom aus allen Bereichen am meisten gebündelt ist.
Dies ist darin begründet, daß die Lichtquelle Abmessungen von einem bestimmten Wert oder größer aufweist und der Abstand zwischen jeder Bündelungssteuerungsebene und der Lichtquelle variiert, und es kann passend sein, die Lichtverteilung nicht in einen Referenzzustand zu demjenigen in dem am meisten gebündelten Zustand einzustellen, sondern den Referenzzustand von dem am meisten gebündelten Zustand zu differenzieren.
Als ein Beispiel davon, wenn die Lichtquelle groß ist, tendiert der Strahlungswinkel von der zylindrischen Linsenoberfläche nahe der Lichtquelle dazu, sich in beträchtlichem Maße zu erstrecken. Insbesondere weist der Lichtstrom, der vor dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird, diese starke Tendenz des Aufspreizens auf und sogar von der am meisten bündelnden optischen Konfiguration kann nicht gesagt werden, daß sie keinen Lichtstrom in Richtung auf die Außenseite des erforderlichen Strahlungsbereichs beinhaltet.
Andererseits sei angenommen, daß der Bündelungsgrad des Lichtstrom-Elements, das von dem Reflektor an der Position gesteuert wird, die am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist, nicht abnimmt, auch wenn die Größe der Lichtquelle bis zu einem bestimmten Grad zunimmt und deren Verteilung nicht von der ursprünglich eingestellten Strahlungswinkelverteilung in beträchtlichem Maße abweicht.
Anhand dessen ist es durch Formung der zylindrischen Linsenoberfläche, deren Steuerungsoberfläche nahe der Lichtquelle vorhanden ist, so daß der Brennpunkt an einer Position ausgebildet ist, die näher an dem Objekt als an dem Zentrum der Lichtquelle ist, möglich, die Verteilung des durch diese zy lindrische Linsenoberfläche herausgehenden Lichtstroms an einem mehr als notwendigen Ausspreizen zu hindern.
Außerdem kann es ebenso in dem Fall, wo der Strahlungswinkelbereich mit höchster Wichtigkeit geändert wird und zwar angebracht an der breiten Winkelseite, wo der am meisten gebündelte Zustand nicht immer notwendig ist, noch passender sein, die Form von jeder Oberfläche zu bestimmen, so daß eine relativ breitere Lichtverteilungscharakteristik erzielt wird anstatt die Lichtverteilung auf den am meisten gebündelten Zustand gleichförmig bezüglich des Lichtstroms einzustellen, der durch die Reflektoren anders als durch die zylindrische Linsenoberfläche in dem Zentrum und die reflektierenden Oberflächen des Prismenabschnitts gesteuert wird.
Außerdem hat diese Ausführungsform den Fall beschrieben, wo die Konfiguration von jeder Oberfläche an der Lichtquellen-(Eintrittsoberflächen-)Seite und die Konfiguration von jeder Oberfläche an der Seite der Austrittsoberfläche symmetrisch bezüglich der optischen Achse sind, jedoch ist diese Ausführungsform nicht auf eine derart symmetrische Form beschränkt. Beispielsweise sind die reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' des optischen Elements 304 symmetrisch auf beiden Seiten der optischen Achse konstruiert, jedoch brauchen die reflektierenden Oberflächen 304c und 304c' nicht immer in derart symmetrischen Positionen ausgebildet sein, sondern können ebenso asymmetrisch angeordnet sein. Dies ist nicht nur für die reflektierenden Oberflächen wahr, sondern auch für die Form des Reflektors und die Form der zylindrischen Linsenoberfläche in dem zentralen Bereich.
Außerdem ist es, ebenso bezüglich der Prismenanordnung in dem zentralen Bereich, der auf der Seite des Austrittsoberflächenlichts ausgebildet ist, ebenso möglich, eine Variation in der Lichtverteilungscharakteristik in der horizontalen Richtung vorzusehen, indem eine Prismenanordnung mit verschiedenen Winkeleinstellungen für rechts und links verwendet wird. Außerdem ist es bezüglich des Fresnel-Linsenabschnitts in dem Umfang bzw. der Peripherie ebenso möglich, eine Variation für den Bündelungsgrad vorzusehen und eine Variation für die gesamte Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen.
Außerdem hat diese Ausführungsform den Fall beschrieben, wo die in dem zentralen Bereich des optischen Elements 304 ausgebildete zylindrische Linsenoberfläche 304a nicht-sphärisch ist, jedoch ist diese zylindrische Linsenoberfläche nicht auf eine nicht-sphärische Form beschränkt, sondern kann eine zylindrische Form sein. Ebenso kann diese zylindrische Linse eine torische Linsenoberfläche aufweisen, wobei die Bündelungsleistung in der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 betrachtet wird.
31 bis 34 zeigen eine Konfiguration eines optischen Systems einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 31 und 32 sind Schnittansichten des oben beschriebenen optischen Systems mit der Ebene, welche die radiale Richtung der Entladungsröhre einschließt, und 31 zeigt den Fall mit einem engen Strahlungswinkelbereich und 32 zeigt den Fall mit einem breiten Strahlungswinkelbereich.
Außerdem ist 33 eine Schnittansicht des oben beschriebenen optischen Systems und zwar geschnitten mit einer Ebene einschließlich der zentralen Achse der Entladungsröhre und 34 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des oben beschriebenen optischen Systems. 31(b) und 32(b) zeigen ebenso skizzierte Linien von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln, die von dem Zentrum der Entladungsröhre, welche die Lichtquelle ist, emittiert werden.
Außerdem ist die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung in der Kompaktkamera (a) und der Kartentyp-Kamera (b), was in 28 dargestellt ist, angebracht.
Diese Ausführungsform ist ein optisches Beleuchtungssystem, das der Lichtverteilungscharakteristik, die durch Verbreiterung des in 32 dargestellten Strahlungswinkelbereichs erzielt wird, Vorrang gibt, und so konstruiert ist, daß die herausragendste Lichtverteilungscharakteristik erzielt wird, indem dieser Zustand als ein Standard betrachtet wird.
In den oben beschriebenen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 302 eine zylindrische Entladungsröhre (Xenon-Röhre), welche eine Lichtquelle ist. Das Bezugszeichen 323 bezeichnet einen Reflektor, welcher den von der Entladungsröhre 302 emittierten Lichtstrom in der Strahlungsrichtung (vorwärts) des Beleuchtungslichts reflektiert. Dieser Reflektor weist eine Hochreflektanz-Innenoberfläche auf, die aus einem metallischen Material wie glänzendes Aluminium oder ein Kunstharzmaterial gebildet ist, das eine Innenoberfläche aufweist, auf welcher eine metallbedampfte Hochreflektanz-Oberfläche ausgebildet ist.
Das Bezugszeichen 324 ist ein prismenähnliches einstückiges optisches Element. Auf der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements gibt es eine Vielzahl von Prismenpaaren, die aus brechenden Oberflächen 324b, 324d, 324f, 324h, 324b', 324d', 324f', 324h', die eine Brechkraft in der Richtung aufweisen, die quasi-senkrecht (vertikale Richtung) zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 ist, und reflektierenden Oberflächen 324c, 324e, 324g, 324i, 324c', 324e', 324g', 324i' gebildet sind, welche eine Totalreflexionsbedingung bezüglich des von diesen brechenden Oberflächen einfallenden Lichts nahezu erfüllen, an den oberen und unteren Seiten und zwar zentriert auf der optischen Achse L.
Außerdem sind, wie in 33 dargestellt ist, Fresnel-Linsenabschnitte 324q und 324q', welche eine Brechkraft in der Längsrichtung (Horizontalrichtung) der Entladungsröhre 302 aufweisen, an dem rechten und linken Umfang auf der Seite des Austrittsoberflächenlichts des optischen Elements 324 ausgebildet.
Als das Material des optischen Elements 324 ist ein optisch hochdurchlässiges Kunstharzmaterial wie Acryl-Kunstharz etc. oder Glasmaterial geeignet.
Diese Ausführungsform ist ein optisches Beleuchtungssystem, welches konzipiert ist, um dünner als die in 24 bis 27 dargestellten Ausführungsformen zu sein, und welches geeignet ist, große Variationen in dem Strahlungswinkel zu erzielen, während die Lichtverteilungscharakteristik gleichförmig innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs und mit einem minimalen Betrag der Positionsänderung zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element gehalten wird. Eine Einstellung einer optimalen Form von jedem Element dieses optischen Beleuchtungssystems wird unter Verwendung von 31 bis 34 ausführlich unten erläutert werden.
Zuerst wird ein grundlegendes Konzept einer Strahlungswinkeländerung in der vertikalen Richtung, welche die radiale Richtung (die Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung ist) der Entladungsröhre ist, unter Verwendung von 31 und 32 erläutert werden. Hier zeigen 31(a) und 31(b) einen Zustand, der dem engsten Strahlungswinkelbereich ent spricht, und 32(a) und 32(b) zeigen einen Zustand, der dem breitesten Strahlungswinkelbereich entspricht.
(a) und (b) von jeder Figur zeigen eine Schnittansicht der Beleuchtungsvorrichtung und zwar geschnitten mit demselben Abschnitt und (b) wird erzielt, indem skizzierte Lichtstrahlenbündel zu der Schnittansicht von (a) hinzugefügt werden. Bezugszeichen in den Figuren entsprechen Elementen in 33 und 34.
Außerdem wird in diesen Figuren aus demselben Grund in den in 24 bis 27 dargestellten Ausführungsformen der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom als repräsentativer Lichtstrom betrachtet und die Figuren zeigen lediglich den von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom. Als eine tatsächliche Lichtverteilungscharakteristik ändert sich die Lichtverteilungscharakteristik als Ganzes in einer Richtung, in welcher der Lichtstrom sich geringfügig aufspreizt aufgrund des Lichtstroms, der von der Peripherie der Entladungsröhre 302 emittiert wird, zusätzlich zu dem repräsentativen Lichtstrom, wie in den Figuren dargestellt ist, jedoch weist dieser Lichtstrom nahezu eine identische Tendenz der Lichtverteilungscharakteristik auf und demgemäß werden die nachfolgenden Erläuterungen auf diesen repräsentativen Lichtstrom gestützt werden.
Zuerst werden die charakteristischen Formen des optischen Systems der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung nacheinander erläutert werden. Die Form des Teils des Reflektors 323, welche die Rückseite der Entladungsröhre 302 abdeckt, ist halb-zylindrisch (nachstehend als „halb-zylindrischer Abschnitt 323a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 302. Dies ist eine Form, die effektiv ist, um das von dem Reflektor 323 reflektierte Licht in die Nähe des Zentrums der Lichtquelle erneut zurücklaufen zu lassen, und weist den Effekt auf, einen nachteiligen Einfluß von Brechungen des Glasteils der Entladungsröhre 302 zu verhindern.
Andererseits weisen die Umfangsabschnitte 323b und 323b', welche sich in der vertikalen Richtung dieses Reflektors 323 erstrecken, gekrümmte Oberflächenformen auf, so daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom von diesen Umfangsabschnitten reflektiert wird und auf Steigungen (324j, 324j') geführt wird, die in den Umfangsabschnitten des optischen Elements 324 ausgebildet sind. Außerdem sind, wie später beschrieben werden wird, diese Umfangsabschnitte so ausgebildet, daß der durch die Umfangsabschnitte 324j und 324j' des optischen Elements 324 gebrochene Lichtstrom eine Lichtverteilungscharakteristik aufweist, die bis zu einem bestimmten Grad gebündelt ist.
Außerdem sind die Bereiche (nachstehend als „flache Oberflächenbereiche" bezeichnet) 323c und 323c' zwischen dem halbzylindrischen Abschnitt 323a des Reflektors 323 und den Umfangsabschnitten 323b und 323b' aus flachen Oberflächen konstruiert, die nahezu senkrecht zu der optischen Achse L sind.
Dann wird die ausführliche Form des optischen Elements 324, was den größten Einfluß auf die Lichtverteilungscharakteristik der Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform aufweist, erläutert werden. 31 zeigt einen Zustand, in dem es einen vorbestimmten Abstand zwischen der Entladungsröhre 302 und dem optischen Element 324 gibt, so daß die Form und optische Konfiguration von jedem Abschnitt eingestellt sind, um einen vorbestimmten gebündelten Zustand zu erzielen.
Zuerst ist, wie in 31(a) dargestellt ist, auf dem optischen Element 324 der zentrale Bereich, durch den die optische Achse durchgeht, ein Bereich, welcher mehr direkt einfallende Lichtelemente empfängt, die einen relativ kleinen Winkel mit der optischen Achse L des von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstroms bilden, und um diese Elemente zu brechen, ist eine zylindrische Linsenoberfläche 324a, welche aus einem Teil einer zylindrischen Oberfläche gebildet ist, in dem optischen Elements 324 ausgebildet, das der Lichtquelle in dem zentralen Bereich zugewandt ist.
Dann gibt es außerhalb dieser zylindrischen Linsenoberfläche 324a brechende Oberflächen 324b und 324b', um mehr Lichtstrom-Elemente, die nicht auf die zylindrische Linsenoberfläche 324a einfallen, zu empfangen und welche einen geringfügig großen Winkel mit der optischen Achse L des von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstroms bilden, und hinter diesen brechenden Oberflächen 324b und 324b' gibt es reflektierende Oberflächen 324c und 324c', welche die Totalreflexionsbedingungen für dieses gebrochene Licht nahezu erfüllen. Bis zu diesem Punkt ist dieses optische System nahezu dasselbe wie das optische System der in 24 bis 27 beschriebenen Ausführungsform.
Ein Merkmal des Ausführungsform besteht darin, daß es nicht nur ein Paar, sondern eine Vielzahl von Paaren von Prismenabschnitten, die aus diesen brechenden Oberflächen 324b und 324b' und reflektierenden Oberflächen 324c und 324c' gebildet sind, in den oberen und unteren Seiten gibt. Das bedeutet, daß es außerhalb eines Paares von oberen und unteren Prismenabschnitten, die aus brechenden Oberflächen 324b, 324b' und reflektierenden Oberflächen 324c, 324c' gebildet sind, die nahe der optischen Achse L vorgesehen sind, ein anderes Paar von oberen und unteren Prismenabschnitten gibt, die aus bre chenden Oberflächen 324d, 324d' und reflektierenden Oberflächen 324e, 324e' gebildet sind, und außerhalb dieser Prismenabschnitte gibt es ein weiteres Paar von oberen und unteren Prismenabschnitten, die aus brechenden Oberflächen 324f, 324f' und reflektierenden Oberflächen 324g, 324g' gebildet sind, und außerhalb dieser Prismenabschnitte gibt es noch ein weiteres Paar von oberen und unteren Prismenabschnitten, die aus brechenden Oberflächen 324h, 324h' und reflektierenden Oberflächen 324i, 324i' gebildet sind.
Dann sind die jeweils reflektierenden Oberflächen 324c, 324c', 324e, 324e', 324g, 324g', 324i, 324i' so geformt, daß der hier reflektierte Lichtstrom eine Lichtverteilungscharakteristik eines vorbestimmten gebündelten Zustands aufweist.
Außerdem gibt es, wie oben beschrieben wurde, in dem Bereich, der peripher zu den äußersten Prismenabschnitten des optischen Elements 324 ist, welcher der Lichtquelle zugewandt ist, geneigte Oberflächen 324j und 324j', welche den von den Umfangsabschnitten 323b und 323b' des Reflektors 323 reflektierten Lichtstrom empfangen. Die Formen der Umfangsabschnitte 323b und 323b' dieses Reflektors 323 und die oben beschriebenen geneigten Oberflächen (brechende Oberflächen) 324j und 324j' sind ferner bestimmt, um eine Lichtverteilungscharakteristik eines vorbestimmten gebündelten Zustands wie in dem Fall des Lichtwegs über die oben beschriebenen Prismenabschnitte zu erzielen.
Der auf die verschiedenen Abschnitte des optischen Elements 324 einfallende Lichtstrom wird in vorbestimmte Winkelelemente durch Brechungen und Reflexionen geändert und geht dann aus derselben Austrittsoberfläche 324k heraus.
Somit weist das Ausbilden einer Vielzahl von Prismenabschnittspaaren auf dem optischen Element 324 als Vielfachschichten in der vertikalen Richtung, die auf der optischen Achse L zentriert sind, einen Vorteil des signifikanten Reduzierens der Tiefe in der Richtung der optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems auf. Zugleich weist diese Ausführungsform ebenso, wenn sie auf eine Beleuchtungsvorrichtung angewandt wird, welche den Strahlungswinkel variabel läßt, einen Vorteil des signifikanten Reduzierens des Betrags der Änderung in der Beziehung von Positionen in der Richtung der optischen Achse zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 324 auf, wenn der Strahlungswinkel geändert wird. Es kann davon gesagt werden, daß es ein äußerst effektiver Modus zum Realisieren eines optischen Beleuchtungssystems eines variablen Strahlungswinkeltyps mit einem minimalen Volumen, welches äußerst dünn ist, ist und dennoch zum Erzielen einer gewünschten Lichtverteilungscharakteristik imstande ist
31(b) zeigt skizzierte Lichtlinien, welche zeigen, wie der von den Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom durch jede Oberfläche des optischen Elements 324 durchläuft und welchen Lichtweg der Lichtstrom nimmt. Wie in der Figur dargestellt ist, wird der meiste Lichtstrom, der von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird, in Elemente geändert, welche einen relativ kleinen Winkel mit der optischen Achse L bilden. Das bedeutet, daß es möglich ist, den am meisten gebündelten Zustand in dem optischen System dieser Ausführungsform unter Verwendung dieser optischen Konfiguration zu erzielen.
Andererseits zeigt 32 einen Zustand, in welchem die Entladungsröhre 302 nahe dem optischen Element 324 angeordnet ist, was einen breiteren Strahlungswinkelbereich als den in 32 dargestellten Zustand liefert. Diese Ausführungsform stellt die Lichtverteilungscharakteristik in diesem Zustand auf eine Lichtverteilungscharakteristik ein, wenn ein breite Winkellinse montiert ist, und optimiert das System, um die gleichförmigste Lichtverteilungscharakteristik zu erzielen, und berücksichtigt diesen Zustand als den Konzeptionsstandardzustand.
In einer derartigen optischen Konfiguration kommen die Kanten 324l, 324l', 324m, 324m', 324n, 324n', 324o und 324o' näher an die flachen Oberflächenabschnitte 323c und 323c' des Reflektors 323, welche aus Schnittpunkten zwischen den brechenden Oberflächen und den reflektierenden Oberflächen der jeweiligen Prismenabschnitte gebildet sind. Somit nimmt, wenn das optische Element 324 näher an den Reflektor 323 kommt, die Menge der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten und auf die zylindrische Linsenoberfläche 324a einfallenden Lichtstrom-Komponente zu, wie in 32(b) dargestellt ist, während die Menge der Lichtstrom-Komponente, welche ursprünglich auf die Umfangsabschnitte 323b und 323b' des Reflektors 323 gerichtet sein würde, signifikant abnimmt.
Noch spezifischer sind, da die Entladungsröhre 302 und der Reflektor 323 als ein Körper aufrechtgehalten sind, die Elemente, die ursprünglich auf die Umfangsabschnitte 324j und 324j' des optischen Elements 324 durch diese Umfangsabschnitte 323b und 323b' gerichtet sind, Elemente, welche immer auf einen kleinen Winkelbereich gerichtet sein sollten, der mit der Richtung der optischen Achse gebildet wird. Jedoch kommen, wie oben beschrieben wurde, die Kanten 324o und 324o' des optischen Elements 324 näher und demgemäß sind diese Elemente äußerst reduziert und sind verschiedenen Prismenabschnitten zugeordnet, welche dazu jeweils einzeln benachbart sind. Gleichzeitig gelangt, während das optische Element 324 weg von dem Reflektor 323 ist, ein Teil des von den reflek tierenden Oberflächen 324c und 324c' gesteuerten Lichtstroms direkt in die zylindrische Linsenoberfläche 324a, welche in dem zentralen Bereich ausgebildet ist, durch den die optische Achse L durchgeht, und das Verhältnis der auf diese zylindrische Linsenoberfläche 324a einfallenden Lichtstrom-Komponenten nimmt zu.
Somit kann, wie entgegengesetzt zu der ursprünglichen Konfiguration in dem gebündelten Zustand in 31 ist, in welchem der Lichtstrom von drei Bereichen, dem Brechungsbereich in dem zentralen Bereich, dem Reflexionsbereich des optischen Elements 324 (Prismenabschnitt), der peripher dazu ist, und dem Reflexionsbereich des Reflektors 323 auf dem äußersten Umfang, in eine bestimmte Bereichsweite gebündelt wird, diese Ausführungsform allmählich den gebündelten Zustand von jedem Bereich oben ändern, indem der Lichtemissionsabschnitt, der aus der Lichtquelle und dem Reflektor 323 und dem optischen Element 324 gebildet wird, näher in Richtung der optischen Achse L kommen gelassen wird. Dies ist nicht nur darin begründet, weil dieses Phänomen durch Reflexionen die Orientierung der Lichtstrom-Komponente ändern kann, deren ausgehende Richtung durch Brechungen in dem vorherigen Zustand gesteuert bzw. kontrolliert werden würde und die Strahlungsrichtung drastisch ändern kann, sondern auch darin begründet, daß dieses Reflexionsphänomen in dem optischen Element 324 mit einem höheren Brechungsindex gehandhabt wird, und demgemäß kann eine größere Winkeländerung erwartet werden.
Diese Reflexionskomponente von Licht wird in ein Element in einem bestimmten schmalen Winkelbereich in dem Umfang auf der Strahlungsebene geändert, wie in 32(b) dargestellt ist. In den skizzierten Lichtlinien in 32(b) scheint dieses Reflexionselement in lediglich ein vorbestimmtes Winkelelement in einer bestimmten Richtung geändert zu sein, jedoch weist die Lichtquelle tatsächlich eine bestimmte Abmessung auf, und demgemäß erstreckt sich der Winkelbereich bis zu einem bestimmten Bereich und überlappt ebenso mit dem Element in dem Brechungsbereich in dem zentralen Bereich und demgemäß ist es möglich, eine Lichtverteilungscharakteristik zu erzielen, die eine nahezu gleichförmige Winkelverteilung über einen breiten Winkelbereich als Ganzes aufweist.
Außerdem wird die Lichtstrom-Komponente in dem Reflexionsbereich des Reflektors 323 allmählich reduziert, wenn die Lichtquelle und das optische Element 324 näher kommen. Hier macht es ein Belassen einer bestimmten Menge der Lichtstrom-Komponente dieses Reflexionsbereichs möglich, eine Reduktion der Lichtstrom-Komponente, welche einen kleinen Winkel mit der Richtung der optischen Achse bildet, zu unterdrücken, und den Lichtstrom nahe der optischen Achse daran zu hindern, in der Lichtverteilungscharakteristik vermindert zu werden, und demgemäß ist es effektiv, eine bestimmte Menge dieses Elements zu belassen.
Somit kann die Konfiguration dieser Ausführungsform den Strahlungswinkelbereich drastisch ändern, indem eine kleine Änderung in der Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 324 in der Richtung der optischen Achse L durchgeführt wird, und zugleich den Lichtstrom-Komponenten der vielfachen Bereiche erlauben kann, geänderte Verteilungscharakteristiken auszugleichen und dabei ein gleichförmiges optisches System mit geringem Lichtmengenverlust bezüglich des erforderlichen Strahlungsbereichs als Ganzes zu realisieren.
Insbesondere ist es durch Anordnen einer Vielzahl von Schichten von Prismenabschnitten in der Richtung (vertikale Richtung), die senkrecht zu der Richtung der optischen Achse ist, möglich, ein optisches Beleuchtungssystem mit einer signifikant reduzierten Tiefe in der Richtung der optischen Achse zu realisieren.
Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform ist es möglich, die maximalen Abmessungen des optischen Systems in der Richtung der optischen Achse zu reduzieren, was in 31 dargestellt ist, und zwar auf 4.9 mm, was kleiner als 5 mm ist. Andererseits wird der Zustand mit dem weitesten Strahlungswinkel, was in 32 dargestellt ist, verwirklicht, indem eine Änderung gemacht wird, die so klein wie 0.6 mm für die Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 324 in der Richtung der optischen Achse L im Vergleich zu den Zustand in 31 ist.
Somit beinhaltet, da die Konfiguration dieser Ausführungsform eine drastische Änderung des Strahlungswinkelbereichs mit wenigeren Elementen zuläßt, die Konfiguration dieser Ausführungsform die nachfolgenden Vorteile:

1. Licht von der Lichtquelle kann ohne viele Teile abgestrahlt werden und demgemäß wird eine höhere Effizienz erzielt.
2. Eine Ultraminiaturisierung ist möglich, obgleich das System ebenso mit der Funktion zur Änderung des Strahlungswinkelbereichs ausgerüstet ist.
3. Eine Kostenreduktion ist möglich.

Dann wird ein optimales Verteilungsverhältnis zwischen drei Bereichen, dem oben beschriebenen Brechungsbereich, dem Reflexionsbereich der Prismenabschnitte und dem Reflexionsbereich des Reflektors 323, erläutert werden.
Im wesentlichen ist das größte Merkmal dieser Ausführungsform, daß eine Vielzahl von reflektierenden Oberflächen des Prismenabschnitts auf eine derartige Weise ausgebildet und angeordnet ist, um miteinander in der Form von Schichten in der Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse ist, zu überlappen, um die Dicke des optischen Systems in der Richtung der optischen Achse zu minimieren. Somit bestimmt im Gegensatz zu dem Konzept der in 24 bis 27 dargestellten Ausführungsformen die Art und Weise zur Ausdehnung des Reflexionsbereichs aus der Vielzahl von Schichten von Prismenabschnitten das Ausmaß, auf das die Dicke der Beleuchtungsvorrichtung reduziert werden kann.
Außerdem ist es in dem am meisten gebündelten Zustand, der in 31 dargestellt ist, bevorzugt, daß der Winkel α, welcher ein Winkel ist, den der Lichtstrom, der auf die brechende Oberfläche dieses Prismenabschnitts von dem Zentrum der Lichtquelle einfällt, mit der optischen Achse L bildet, ist: 20° ≤ α ≤ 80° (4)
Hier wird, falls der Winkel α kleiner als 20° ist, was die untere Grenze der oben beschriebenen Formel (4) ist, ein Ausbilden des Reflexionsbereichs des Prismenabschnitts an sich schwierig. Das bedeutet, der Winkel der Kanten des Prismenabschnitts an sich wird in beträchtlichem Maße spitz, und zugleich ist es notwendig, eine Form auszubilden, die tief in der Dickenrichtung des Prismenabschnitts ist. Dies macht es schwierig, ein dünn-geformtes optisches System nicht nur zu konstruieren, sondern auch herzustellen, was der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist, und demgemäß ist es nicht wünschenswert. Andererseits nimmt, falls der Winkel α größer als 80° ist, was die obere Grenze ist, das Verhältnis der von dem Reflektor 323 gebündelten Lichtstrom-Komponente ab, was zu einer Reduktion der Menge des auf den zentralen Bereich mit dem verbreiterten Strahlungswinkel gerichteten Lichtstroms führt, was es unmöglich macht, ständig eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik zu erzielen.
Aus den oben beschriebenen Gründen bildet diese Ausführungsform eine Vielzahl von Prismenabschnittspaaren aus, welche dem Lichtstrom entsprechen, der einen Winkel mit der optischen Achse L innerhalb eines ungefähren 50°-Bereichs von 25° bis 75° zur Optimierung bildet.
Als ein idealer Modus ist es bevorzugt, diesen Reflexionsbereich durch diesen Prismenabschnitt zu erweitern, wo auch immer es möglich ist, und dies erlaubt eine Konfiguration mit Abmessungen, die am meisten in der Dickenrichtung des optischen Elements 324 reduziert sind, was es möglich macht, ein ultradünn-geformtes optisches System zu realisieren, und die Zeitspanne zum Abformen des optischen Elements 324 mit einem Kunstharzmaterial zu reduzieren, was einen preiswerten und leicht zu verarbeitenden Modus liefert.
Dann werden optimale Formen von brechenden Oberflächen 324b, 324b', 324d, 324d', 324f, 324f', 324h und 324h', welche den Lichtstrom in dem Prismenabschnitt auf reflektierende Oberflächen 324c, 324c', 324e, 324e', 324g, 324g', 324i und 324i' führen, erläutert werden. Wie anhand der skizzierten Lichtlinien, die in 31(b) und 32(b) dargestellt sind, ersichtlich ist, wird viel von dem von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom durch die jeweils brechenden Oberflächen gebrochen, wird in die Richtung weg von der optischen Achse L gelenkt und erreicht die reflektierende Oberfläche desselben Prismenabschnitts.
Eine ideale Form dieser brechenden Oberfläche weist eine Konfiguration auf, welche das größtmögliche Verhältnis des von der Lichtquelle emittierten Lichtstroms auf die reflektierenden Oberflächen führt, und zu diesem Zweck ist es erforderlich, Licht über diese brechende Oberfläche drastisch zu brechen. Dies führt ebenso zu einer Reduzierung der Länge jeder reflektierenden Oberfläche in der Richtung der optischen Achse L, das bedeutet, zu einer Reduzierung der Abmessungen des optischen Systems in der Dickenrichtung, was ebenso mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
Als eine spezifische Form ist es bevorzugt, daß die brechenden Oberflächen 324b, 324b', 324d, 324d', 324f, 324f', 324h und 324h' flache Oberflächen sind, welche einen Gradienten von 0° bezüglich der optischen Achse L aufweisen. Jedoch ist es schwierig, eine flache Oberfläche, welche einen Gradienten von 0° aufweist, auszubilden aus Gründen, die sich auf die Abformbarkeit und Verarbeitungsgenauigkeit des optischen Elements beziehen. Indem die Verarbeitungsbedingung berücksichtigt wird, konstruiert diese Ausführungsform diese brechenden Oberflächen 324b, 324b', 324d, 324d', 324f, 324f', 324h und 324h' mit flachen Oberflächen, die einen Gradienten von 10° oder weniger bezüglich der optischen Achse L aufweisen, oder mit gekrümmten Oberflächen, die leicht zu verarbeiten sind.
Andererseits kann diese Ausführungsform unvorhergesehene bzw. beispiellose Effekte, die spezifisch für die vorliegende Erfindung sind, erzielen, indem Reflexionsbereiche konstruiert werden, die aus einer Vielzahl von Prismenabschnitten für ein einzelnes optisches Element gebildet sind, und indem die Beziehung von Positionen zwischen diesem optischen Element und der Lichtquelle geändert wird.
Erstens ist es möglich, das Volumen zu minimieren, das für das optische Beleuchtungssystem eines variablen Strahlungswinkeltyps erforderlich ist. Das bedeutet, daß, anstatt die reflektierenden Oberflächen mit einer herkömmlichen, einzeln gekrümmten Oberfläche (Reflektor oder reflektierende Oberfläche) kontinuierlich in der Richtung der optischen Achse zu konstruieren, diese Ausführungsform die reflektierenden Oberflächen mit einer Vielzahl von diskreten reflektierenden Oberflächen konstruiert, indem die Totalreflexion ausgenutzt wird, und die Vielzahl von reflektierenden Oberflächen in einer derartigen Weise anordnet, um in der Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse ist, miteinander zu überlappen. Ein Konstruieren der reflektierenden Oberflächen kann auf diese Weise die Dicke in der Tiefenrichtung (die Richtung der optischen Achse L) des optischen Beleuchtungssystems signifikant reduzieren und das für das optische Beleuchtungssystem notwendige Volumen minimieren.
Gemäß 31 und 32 sind die reflektierenden Oberflächen 324c und 324c' nahe der optischen Achse zuerst angeordnet und die reflektierenden Oberflächen 324e und 324e' sind an Positionen angeordnet, die peripher zu den reflektierenden Oberflächen 324c und 324c' sind, und überlappen sie in der Richtung der optischen Achse. Ebenso übernimmt diese Ausführungsform eine Konfiguration, welche die Dicke der reflektierenden Oberfläche in der Richtung der optischen Achse als Ganzes signifikant reduziert, indem die reflektierenden Oberflächen 324g, 324g' und 324i, 324i' so angeordnet werden, daß ihre Positionen in der Richtung der optischen Achse L miteinander überlappen.
Zweitens weist es, da das optische Element 324 von einem dünn-geformten Typ ist, eine herausragende Abformbarkeit auf und kann bei niedrigen Kosten gefertigt werden. Das bedeutet, daß der für das optische Element 324 erforderliche optische Wirkungsabschnitt lediglich die zylindrische Linsenoberfläche 324a, welche eine positive Brechkraft in dem zentralen Bereich aufweist, und eine Vielzahl von Prismenabschnitten mit spitzen Winkeln ist, die aus brechenden Oberflächen und reflektierenden Oberflächen gebildet sind. Demgemäß kann das optische Element 324, obgleich es eine einfache Form aufweist, ausreichende optische Funktionen durchführen, was es möglich macht, die Dicke des optischen Elements 324 als Ganzes signifikant reduzieren.
Dies verbessert nicht nur die Abformbarkeit des optischen Elements 324, indem Kunstharz verwendet wird, sondern minimiert auch eine Reduktion der Lichtmenge aufgrund der Transmittanz bzw. Durchlässigkeit des Kunstharzmaterials, und trägt ebenso zu einer Gewichtsreduktion der Beleuchtungsvorrichtung und demgemäß zu einer Reduktion des Gewichts der Bildaufnahmevorrichtung bei.
Außerdem ist die Form der äußersten Ebene des optischen Elements 324 ziemlich einfach und ist aus einer Oberfläche mit wenigen optischen Beschränkungen konstruiert und demgemäß ist es leicht, das optische Element 324 aufrechtzuhalten, und es gibt keine Notwendigkeit, eine spezielle Trägerstruktur zu übernehmen, auch wenn es auf einer Bildaufnahmevorrichtung angebracht ist, und es ist ein ziemlich einfach zu handhabender Modus.
Drittens kann das Konstruieren eines Reflexionsbereichs mit einer Vielzahl von Reflexionselementen ein Problem des herkömmlichen lichtführungsartigen Elektronenblitzes verhindern, das bedeutet, ein Problem, daß, wenn ein aus einem optischen Kunstharzmaterial hergestelltes optisches Element nahe einer Lichtquelle angeordnet wird, das optische Element im allge meinen von der durch die Lichtquelle erzeugten Wärme geschmolzen wird, was es unmöglich macht, die ursprüngliche optische Charakteristik in Abhängigkeit von der Lichtemissionsbedingung zu erzielen.
Das bedeutet, durch Konstruieren eines Reflexionsbereichs mit einer Vielzahl von reflektierenden Oberflächen ist es möglich, die Kanten 324l und 324l', was eine Grenze zwischen der brechenden Oberfläche und reflektierenden Oberfläche des optischen Elements 324 ist, das am meisten anfällig für Wärme ist, weg von der Lichtquelle anzuordnen. Außerdem ist es ebenso möglich, den Raum um die Entladungsröhre 302 herum auszudehnen. Dies minimiert den Einfluß von Strahlungswärme und Konvektionswärme, die während kontinuierlicher Lichtemission erzeugt werden, auf das Kunstharzmaterial und verhindert eine Verschlechterung der optischen Charakteristik.
Somit ist es möglich, ein kleines und hocheffizientes optisches Beleuchtungssystem eines variablen Strahlungswinkels mit geringfügigem Verlust an Lichtmenge zu konstruieren aufgrund der Strahlung in Richtung auf die Außenseite des erforderlichen Strahlungsbereichs, indem eine kleine Anzahl von Elementen aus lediglich dem Reflektor 323 und dem optischen Element 324 verwendet wird.
Dann wird eine Bündelungswirkung in der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 gemäß dieser Ausführungsform unter Verwendung von 33 erläutert werden.
Wie in der Figur dargestellt ist, bildet diese Ausführungsform einen flachen Oberflächenabschnitt 324p in dem zentralen Bereich der ausgehenden Lichtseite des optischen Elements 324 aus und sieht Fresnel-Linsenabschnitte 324q und 324q' in den Umfangsabschnitten vor, um eine vorbestimmte Lichtverteilungscharakteristik vorzusehen.
Hier sind, obgleich das optische Element 324 eine beträchtlich dünn-geformte Konfiguration aufweist, die Umfangsabschnitte nahe den Anschlußabschnitten an dem rechten und linken Ende der Entladungsröhre 302 Bereiche, wo ein bestimmter Lichtstrom-Richtungssinn vorhanden ist. Außerdem macht es das Ausbilden der Fresnel-Linsenabschnitte 324q und 324q' in diesem Bereich möglich, eine relativ gute Bündelungswirkung zu erzeugen.
Andererseits ist in dem zentralen Bereich der Austrittsoberfläche der flache Oberflächenabschnitt 324p aus dem folgenden Grund konstruiert. Das bedeutet, daß es für ein optisches Beleuchtungssystem, in welchem der Strahlungswinkel innerhalb eines weiten Gesichtswinkelbereichs geändert wird entsprechend einer relativ weiten Winkellinse, wie in dieser Ausführungsform dargestellt ist, möglich ist, eine gleichförmige Strahlung zu realisieren, indem eher eine flache Ebene als eine komplizierte Ebenenkonfiguration verwendet wird, um den Lichtstrom für Bereiche nahe der optischen Achse zu bündeln, wo es schwierig ist, den Lichtstrom zu steuern bzw. zu kontrollieren.
Die Bestimmung der Form jedes Abschnitts der ausgehenden Lichtseite des optischen Elements 324 macht es möglich, den ausgehenden Lichtstrom innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs gleichförmig und effizient zu bündeln, obgleich dies ein ziemlich dünn-geformtes optisches System mit dem optischen Elements 324 ist, das nahe der Lichtquelle angeordnet ist.
Somit führt diese Ausführungsform eine Bündelungssteuerung für die Längsrichtung (horizontale Richtung) der Entladungsröhre 302 durch, indem Fresnel-Linsenabschnitte 324q und 324q' auf der ausgehenden Lichtseite des optischen Elements 324 verwendet werden, und führt eine Bündelungssteuerung für die Richtung durch, die senkrecht (vertikale Richtung) zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 ist, indem die zylindrische Linsenoberfläche 324a und der Reflektor 323, die auf der Lichtquellenseite des optischen Elements 324 vorgesehen sind, und eine Vielzahl von reflektierenden Oberflächen (Prismenabschnitte) des optischen Elements 324, die etwa bei einem Mittelpunkt zwischen diesen zwei Bereichen angeordnet sind, verwendet werden, und kann dabei ein ultradünnes optisches Beleuchtungssystem mit einer durch die früheren Techniken unvorhergesehenen hervorragenden optischen Charakteristik vorsehen.
Wie oben dargestellt ist, führt diese Ausführungsform die Lichtverteilungssteuerung in der Richtung durch, die senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle ist, indem der relative Abstand zwischen der Lichtquelle und dem optischen Elements 324 geändert wird und indem der Strahlungswinkelbereich geändert wird, indem Bereiche aus drei Typen und 11 Schichten der auf der Lichtquellenseite vorgesehenen zylindrischen Linsenoberfläche 324a, des Reflektors 323 und von reflektierenden Oberflächen aus einer Vielzahl von Prismenabschnittspaaren verwendet werden.
Überdies ist, wie in dieser Ausführungsform dargestellt ist, die vorliegende Erfindung hinreichend anwendbar auf ein optisches System, das eine Änderung des Strahlungswinkels durchführt, was der Lichtverteilungscharakteristik auf der weiten Winkelseite Vorrang gibt, und sie ist ebenso anwendbar auf ein optisches Beleuchtungssystem, das mit einer erforderli chen Bündelungswirkung versehen ist, indem das optische Element 324 und die Lichtquelle in der Richtung bewegt werden, um den Abstand zwischen ihnen um einen vorbestimmten Betrag zu vergrößern, indem dieser Zustand als die Referenz bzw. der Bezug verwendet wird.
Außerdem hat diese Ausführungsform Beispiele von Fällen aufgeführt, wo alle diese Konfigurationen der Lichtquellenebenen und die Konfigurationen der ausgehenden Lichtquellenebenen symmetrisch bezüglich der optischen Achse sind, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf derart symmetrische Konfigurationen beschränkt. Beispielsweise ist es ebenso möglich, die reflektierenden Oberflächen des Prismenabschnitts des optischen Elements 324 asymmetrisch bezüglich der optischen Achse anzuordnen, oder die Anzahl der reflektierenden Oberflächen kann zwischen der oberen Seite und unteren Seite der optischen Achse variieren. Außerdem ist es möglich, asymmetrische Formen nicht nur für die oben beschriebenen reflektierenden Oberflächen, sondern auch für den Reflektor und die zylindrische Linsenoberfläche vorzusehen. Ebenso ist es bezüglich der auf der Ebene der ausgehenden Lichtseite ausgebildeten Fresnel-Linsenoberflächen möglich, Variationen für die Lichtverteilungscharakteristik in der horizontalen Richtung vorzusehen, indem Fresnel-Linsen mit verschiedenen Winkeleinstellungen rechts und links verwendet werden.
Außerdem ist die zylindrische Linsenoberfläche 324a, die in dem zentralen Bereich des optischen Elements 324 ausgebildet ist, aus einem Teil der zylindrischen Oberfläche konstruiert, kann jedoch auch eine nicht-sphärische oder torische Linsenoberfläche aufweisen, wobei die Bündelungsleistung in der Längsrichtung der Lichtquelle in Betracht gezogen wird.
35 und 36 zeigen eine Konfiguration eines optischen Systems einer anderen Beleuchtungsvorrichtung. 35 zeigt einen gebündelten Zustand mit dem verengten Strahlungswinkelbereich und 36 zeigt einen gestreuten bzw. diffusen Zustand mit dem erweiterten Strahlungswinkelbereich. Diese Ausführungsform ist ein optisches Beleuchtungssystem, das der Lichtverteilungscharakteristik mit dem in 35 dargestellten verengten Strahlungswinkelbereich Vorrang gibt, und bestimmt die Form jedes Abschnitts, so daß die Charakteristik mit der herausragendsten Bündelungsleistung in dieser Bedingung erzielt wird. Außerdem zeigen 35(b) und 36(b) ebenso skizzierte Lichtlinien von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln, die von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, zusammen.
Außerdem ist die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung in der Kompaktkamera (a) und der Kartentyp-Kamera (b) angebracht, was in 28 dargestellt ist.
In den oben beschriebenen Figuren bezeichnen das Bezugszeichen 302 eine zylindrische Entladungsröhre (Xenon-Röhre), die eine Lichtquelle ist. Das Bezugszeichen 333 bezeichnet einen halb-zylindrischen Reflektor, welcher den von der Entladungsröhre 302 emittierten Lichtstrom nach vorne reflektiert. Dieser Reflektor weist eine hochreflektierende Oberfläche auf, die aus einem metallischen Material wie glänzendes Aluminium oder ein Kunstharzmaterial ist, das eine Innenoberfläche aufweist, auf der eine metallbedampfte hochreflektierende Oberfläche ausgebildet ist.
Das Bezugszeichen 334 ist ein optisches Element, das mit einer Vielzahl von Prismenabschnittspaaren versehen ist, die aus brechenden Oberflächen, welche eine Brechkraft in der quasi-senkrecht zu der Längsrichtung (vertikale Richtung) der Entladungsröhre 302 verlaufenden Richtung aufweisen, und reflektierenden Oberflächen auf der Eintrittsoberfläche gebildet sind. Als das Material dieses optischen Elements 334 ist ein optisch hochdurchlässiges Kunstharzmaterial wie Acrylkunstharz etc. oder Glasmaterial geeignet.
Diese Ausführungsform ist zur Ausbildung großer Änderungen des Strahlungswinkels geeignet, während die Dicke der gesamten Form des optischen Beleuchtungssystems signifikant reduziert wird, die Lichtverteilungscharakteristik innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs gleichförmig und mit einem minimalen Betrag der Positionsänderung zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 334 gehalten wird, und der größte Unterschied zu den in 24 bis 27 dargestellten Ausführungsformen besteht darin, daß diese Ausführungsform eine Lichtverteilungssteuerung durchführt, indem eine Totalreflexionswirkung des optischen Elements 334 ausgenutzt wird, ohne daß die Umfangsabschnitte des Reflektors 333 hinter dem optischen Element 334 umhüllen.
Die Form der Entladungsröhre 302 in der axialen Richtung ist dieselbe wie jene der Entladungsröhre 302 gemäß den Ausführungsformen in 24 bis 27 und 31 bis 34. Eine optimale Form der optischen Beleuchtungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird unter Verwendung von 35 und 36 ausführlich unten erläutert werden.
35 und 36 zeigen ein grundlegendes Konzept, um eine Änderung des Strahlungswinkels in der vertikalen Richtung gemäß dieser Ausführungsform durchzuführen. Hier zeigen 35(a) und 35(b) einen Zustand, welcher dem engsten Strahlungswinkelbereich entspricht, und 36(a) und 36(b) zeigen einen Zustand, der dem weitesten Strahlungswinkelbereich entspricht. (a) und (b) in den Figuren sind Zeichnungen desselben Abschnitts.
Außerdem zeigen zur Vereinfachung der Erläuterung aus denselben Gründen, die in den Ausführungsformen in 24 bis 27 erläutert sind, diese Figuren lediglich den von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom als repräsentativen Lichtstrom.
Zuerst wird die charakteristische Form des oben beschriebenen optischen Beleuchtungssystems einzeln erläutert werden. Der Reflektor 333 ist ausgebildet, um die Rückseite der Entladungsröhre 302 abzudecken, und die Form ist halb-zylindrisch und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 302. Dies ist demselben Grund zuzuschreiben, der in der in 24 bis 27 beschriebenen Ausführungsform erläutert wurde.
Dann wird die ausführliche Form des optischen Elements 334 erläutert werden. 35 zeigt einen Zustand, in welchem es einen vorbestimmten Abstand zwischen der Entladungsröhre 302 und dem optischen Element 334 gibt, und dies ist der am meisten gebündelte Zustand, der in dieser Ausführungsform erzielt wird.
Wie in 35(a) dargestellt ist, ist in dem zentralen Bereich, durch den die optische Achse L auf der Lichtquellenseite des optischen Elements 334 durchgeht, eine nichtsphärische zylindrische Linsenoberfläche 334a ausgebildet, um das direkte Lichtelement des von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstroms zu brechen, der einen relativ kleinen Winkel mit der optischen Achse L bildet. Wegen der nicht-sphärischen Form dieser zylindrischen Linsenoberfläche 334a wird der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom gebrochen, so daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom quasi-parallel zu der optischen Achse L bezüglich dieses Abschnitts wird.
In dem Bereich, der peripher zu der zylindrischen Linsenoberfläche 334a ist, ist eine Vielzahl von Prismenabschnittspaaren, die aus brechenden Oberflächen 334b, 334b', 334d, 334d', 334f, 334f', 334h und 334h' zum Empfang von einfallenden Lichtstrom-Komponenten, welche einen relativ großen Winkel mit der optischen Achse bilden ohne durch die zylindrische Linsenoberfläche 334a durchzugehen, aus dem von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom und reflektierenden Oberflächen 334c, 334c', 334e, 334e', 334g, 334g', 334i und 334i' gebildet sind, welche nahezu die Totalreflexionsbedingung für die von den jeweils brechenden Oberflächen einfallenden Lichtelemente erfüllen, in der vertikalen Richtung und zwar zentriert auf der optischen Achse L vorgesehen.
Dann sind die reflektierenden Oberflächen 334c, 334c', 334e, 334e', 334g, 334g', 334i und 334i' so geformt, daß der hier reflektierte Lichtstrom in einem vorbestimmten gebündelten Zustand ist.
Somit wird der auf die jeweiligen Abschnitte des optischen Elements 334 einfallende Lichtstrom von dem optischen Element 334 gebrochen oder total reflektiert und geht dann aus derselben Austrittsoberfläche 334j heraus.
Da diese Ausführungsform eine Vielzahl von Prismenabschnittspaaren in einer derartigen Weise anordnet, um miteinander in der vertikalen Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse L ist, auf der Lichtquellenseite des optischen Elements 334 zu überlappen, weist diese Ausführungsform einen Vorteil der signifikanten Reduzierung der Tiefe in der Richtung der optischen Achse L des optischen Beleuchtungssystems auf. Wenn diese Konfiguration auf ein optisches Beleuchtungssystem angewandt wird, dessen Strahlungswinkel geändert werden kann, weist diese Ausführungsform ebenso einen Vorteil zur signifikanten Reduzierung des Betrags der Änderung der Beziehung von Positionen in der Richtung der optischen Achse L zwischen der Lichtquelle und dem optischen Elements 334 auf, wenn der Strahlungswinkel geändert wird. Dies ist äußerst effektiv zur Realisierung eines optischen Beleuchtungssystems eines variablen Strahlungswinkeltyps mit einem minimalen Volumen, das geeignet ist, um eine gewünschte Lichtverteilungscharakteristik trotz einer sehr dünnen Konfiguration zu erzielen.
Außerdem ist es, da diese Ausführungsform keine Umfangsabschnitte des Reflektors, die am weitesten außen bezüglich der optischen Achse L angeordnet sind, und keine Lichtwege durch Brechungen des optischen Elements aufweist, was in 24 bis 27 und 31 bis 34 dargestellt ist, möglich, eine stabile optische Charakteristik leicht zu erzielen, ohne die Notwendigkeit, die Positionierungsgenauigkeit zwischen dem Reflektor und dem optischen Element oder eine wechselseitige Interferenz zwischen dem Reflektor und dem optischen Element zu betrachten.
35(b) ist eine skizzierte Lichtzeichnung, die zeigt, welcher Lichtweg von dem Lichtstrom genommen wird, der von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird und auf die jeweiligen Oberflächen des optischen Elements 334 einfällt. Wie in der Figur dargestellt ist, wird das meiste des Lichtstroms, der von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert wird, geändert, um nahezu parallel zu der optischen Achse L zu sein. Das bedeutet, daß der am meisten gebündelte Zustand mit dieser optischen Konfiguration in dem optischen System dieser Ausführungsform realisiert werden kann.
Andererseits zeigt 36 die Entladungsröhre 302, die näher an dem optischen Elements 334 angeordnet ist im Vergleich zu dem in 35 dargestellten Zustand, und die optische Konfiguration ist so eingestellt, daß der Strahlungswinkelbereich um einen vorbestimmten Betrag ausgedehnt wird. In dieser Ausführungsform entspricht die Lichtverteilungscharakteristik in diesem Zustand der Lichtverteilungscharakteristik, wenn eine weite Winkellinse montiert ist.
Zuerst kommen in dem Fall einer derartigen optischen Konfiguration die Kanten 334k und 334k', die aus einem Schnittpunkt zwischen den brechenden Oberflächen 334b, 334b' und reflektierenden Oberflächen 334c, 334c' ausgebildet sind, näher an den Reflektor 333 heran. Somit nimmt, wenn das optische Element 334 näher an den Reflektor 333 herankommt, das von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte und auf die zylindrische Linsenoberfläche 334a einfallende Lichtelement zu, wie in 36(b) dargestellt ist, während die Menge des auf die brechenden Oberflächen 334h, 334h' der Umfangsabschnitte des optischen Elements 334 einfallenden Lichtstroms extrem reduziert wird.
Somit ist in dem in 35 dargestellten gebündelten Zustand zwar der gesamte Lichtstrom von dem Brechungsbereich in dem zentralen Bereich und von dem Reflexionsbereich der dazu peripheren Prismenabschnitte quasi-parallel zu der optischen Achse. Und wie in 36 beschrieben ist, ist es möglich, den gebündelten Zustand des Lichts aus den oben beschriebenen Bereichen allmählich zu ändern, indem zugelassen wird, daß sich der Lichtemissionsabschnitt, der aus der Lichtquelle und dem Reflektor 333 gebildet ist, und das optische Element 334 in der Richtung der optischen Achse L näher kommen.
Dies macht es möglich, eine drastische Änderung des Strahlungswinkelbereichs mit einer kleinen Änderung der relativen Positionen zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 334 in der Richtung der optischen Achse durchzuführen. Insbesondere ein Anordnen einer Vielzahl von reflektierenden Oberflächen der Prismenabschnitte, um einander von der optischen Achsenseite zu der Umfangsseite zu überlappen, macht es möglich, ein optisches Beleuchtungssystem zu realisieren, das eine äußerst kleine Tiefe in der Richtung der optischen Achse L aufweist.
Diese Ausführungsform bildet vier Schichten von reflektierenden Oberflächen sowohl in der oberen als auch in der unteren Seite des optischen Elements 334 aus, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vier Schichten von reflektierenden Oberflächen beschränkt. Wenn die Anzahl von Schichten von reflektierenden Oberflächen zunimmt, ist es möglich, ein dünneres optisches System zu konstruieren.
Außerdem ist es, um die Gesamtgröße des optischen Systems zu reduzieren, ebenso notwendig, die Teilung von reflektierenden Oberflächen zusätzlich zu vielfachen Schichten von reflektierenden Oberflächen zu berücksichtigen. Diese Ausführungsform ist konzipiert, um ein Gleichgewicht in der Gesamtform zu erzielen, indem die Teilung von reflektierenden Schichten in dem Bereich nahe der in dem zentralen Bereich des optischen Elements 334 ausgebildeten zylindrischen Linsenoberfläche 334a segmentiert wird und diese Teilung in Richtung auf die Peripherie bzw. den Umfang aus den nachfolgenden Gründen verbreitert wird:
Zuerst verringert sich anhand der Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle und den jeweils brechenden Oberflächen, welche den Lichtstrom auf die reflektierenden Oberflä chen lenken, da sich der Einfallswinkel von jeder brechenden Oberfläche ändert und der Lichtstrom weg von der optischen Achse L geht, der Einfallswinkel. Dies ist ebenso aus 35(b) ersichtlich und Licht, das auf die brechende Oberfläche 334b nahe der optischen Achse einfällt, weist einen beträchtlich großen Einfallswinkel auf, während Licht, das auf die brechende Oberfläche 334h in dem Umfangsabschnitt einfällt, einen kleineren Einfallswinkel aufweist. Somit weist die Einfallswinkel-Differenz von Licht, das auf jede brechende Oberfläche einfällt, ebenso einen beträchtlichen Einfluß auf die Form der für diese brechende Oberfläche vorgesehenen reflektierenden Oberfläche auf.
Das bedeutet, daß es für die brechende Oberfläche, die einen spitzen Einfallswinkel aufweist, notwendig ist, die reflektierende Oberfläche, die tiefer ist, auszubilden, das bedeutet, die reflektierende Oberfläche, die sich zu der Austrittsoberflächenseite erstreckt. Jedoch macht es die Erstreckung der reflektierenden Oberfläche auf diese Art noch schwieriger, die Dicke des optischen Beleuchtungssystems in der Richtung der optischen Achse zu reduzieren, was das größte Ziel der vorliegende Erfindung ist.
Somit verengt diese Ausführungsform, um dieses Problem zu vermeiden, den Einfallsbereich auf der brechenden Oberfläche nahe der optischen Achse, wo der Lichtstrom einen großen Einfallswinkel aufweist. Mit anderen Worten, verengt diese Ausführungsform die Teilung des Prismenabschnitts nahe der optischen Achse, um die reflektierende Oberfläche daran zu hindern, eine vorbestimmte Tiefe zu überschreiten.
Aus diesem Grund ist es durch Verengen der Teilung des Prismenabschnitts nahe der optischen Achse und durch Verbreiterung der Teilung des Prismenabschnitts in dem Umfang bzw. der Peripherie möglich, die Position in der Richtung der optischen Achse an dem Ende der reflektierenden Oberfläche auf der Eintrittsoberflächenseite nahezu konstant zu halten und die Dicke des optischen Elements zu reduzieren. Aus demselben Grund ist es durch Erhöhen der Anzahl von reflektierenden Oberflächen möglich, die Tiefe der reflektierenden Oberflächen zu reduzieren und die Gesamtdicke des optischen Elements zu reduzieren. Demgemäß ist es, falls es beabsichtigt ist, die Gesamtgröße des optischen Systems auf ein Minimum zu reduzieren, wünschenswert, diese Teilung zu verengen.
Im übrigen kann, wenn die Anzahl von reflektierenden Oberflächen zunimmt, die Miniaturisierung in der Richtung der optischen Achse erzielt werden, jedoch nehmen die Abmessungen in der vertikalen Richtung senkrecht zu der optischen Achse L zu. Somit verhindert diese Ausführungsform diese unnötige Ausdehnung von Abmessungen, indem die Teilung der reflektierenden Oberflächen verbreitert wird, wenn der Abstand von der optischen Achse L zunimmt. Insbesondere verhindert diese Ausführungsform eine Ausdehnung von Abmessungen in der Richtung, die senkrecht zur optischen Achse ist, indem die Schichten der äußersten brechenden Oberflächen 334h, 334h' und reflektierenden Oberflächen 334i, 334i' bis hinauf zu einem großen Winkelbereich bezüglich der Lichtquelle abgedeckt werden.
Diese Ausführungsform hat den Fall beschrieben, wo die optische Charakteristik bezüglich des optischen Elements 334 mit vier Schichten von reflektierenden Oberflächen optimiert wird, und diese Ausführungsform erreicht ebenso eine Reduktion von Abmessungen in der vertikalen Richtung durch die oben beschriebene Maßnahme, welche die Dicke in der Richtung der optischen Achse L minimiert.
Die Effekte, die für diese Ausführungsform spezifisch sind, beinhalten folgendes:
Erstens ist diese Ausführungsform sehr einfach. Als der Reflektor 333 kann ein minimaler halb-zylindrischer Reflektor, der konzentrisch mit der Entladungsröhre 302 ist, welche die Lichtquelle ist, verwendet werden. Außerdem ist es bezüglich einer Änderung des Strahlungswinkelbereichs möglich, ein optisches Beleuchtungssystem zu realisieren, dessen Strahlungswinkelbereich geändert werden kann, indem lediglich die Beziehung von Positionen zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 334 mit einer sehr einfachen Konfiguration geändert wird.
Zweitens kann diese Ausführungsform ein Objekt mit einem von der Lichtquelle emittierten Lichtstrom sehr effizient bestrahlen. Diese Ausführungsform führt eine Lichtverteilungssteuerung an dem gesamten Lichtstrom, der von der Lichtquelle nach vorne emittiert wird (einschließlich des Lichtstroms, der von dem Reflektor 333 reflektiert wird), durch Brechungen oder Reflexionen mittels des optischen Elements 334 durch. Somit kann diese Ausführungsform in effizienter Weise den Lichtstrom lenken im Vergleich zu Reflexionen auf metallischen Oberflächen von herkömmlichen Reflektoren und kann ebenso eine begrenzte Energie effektiv nutzen.
Drittens kann diese Ausführungsform einen weiten Bereich einer Luftschicht auf dem Umfang zwischen dem Reflektor 333 und dem optischen Element 334 ausbilden. In einem herkömmlichen Lichtführungselektronenblitz ist häufig ein Kunstharzmaterial nahe der Lichtquelle angeordnet, was ein Problem verursacht, daß von der Lichtquelle erzeugte Wärme das optische Element deformiert, was es unmöglich macht, die ursprüngliche optische Charakteristik in Abhängigkeit von der Lichtemissionsbe dingung zu erzielen. Ein Übernehmen der Konfiguration dieser Ausführungsform kann ebenso einen Raum um die Entladungsröhre ausdehnen, Einflüsse der Strahlungswärme und Konvektionswärme, welche während kontinuierlicher Lichtemission auf dem Kunstharzmaterial erzeugt werden, minimieren und eine Verschlechterung der optischen Charakteristik verhindern.
37 und 38 zeigen die Konfiguration eines optischen Systems einer Beleuchtungsvorrichtung, welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Diese Ausführungsform ist ein Modus, in welchem die in 35 und 36 dargestellten Ausführungsformen teilweise geändert sind. 37 zeigt einen gebündelten Zustand mit einem verengten Strahlungswinkelbereich und 38 zeigt einen zerstreuten bzw. diffusen Zustand mit dem verbreiterten Strahlungswinkelbereich. Diese Ausführungsform ist ein optisches Beleuchtungssystem, das der Lichtverteilungscharakteristik, die durch Verengung des in 37 dargestellten Strahlungswinkelbereichs erzielt wird, Vorrang gibt, und bestimmt die Formen der jeweiligen Abschnitte, so daß die hervorragendste Bündelungscharakteristik in diesem Zustand erzielt wird. 37(b) und 38(b) zeigen ebenso skizzierte Lichtlinien von repräsentativen Lichtstrahlenbündeln, die von dem Zentrum der Lichtquelle emittiert werden, zusammen.
In den oben beschriebenen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 302 eine zylindrische Entladungsröhre (Xenon-Röhre), die eine Lichtquelle ist. Das Bezugszeichen 333 bezeichnet einen halb-zylindrischen Reflektor, welcher den von der Entladungsröhre 302 emittierten Lichtstrom nach vorne reflektiert.
Das Bezugszeichen 344 ist ein optisches Element, das mit einer Vielzahl von Prismenabschnittspaaren versehen ist, die aus brechenden Oberflächen, die eine Brechkraft in der verti kalen Richtung und zwar senkrecht zu der Längsrichtung der Entladungsröhre 302 an der Eintrittsoberfläche aufweisen, und reflektierenden Oberflächen gebildet sind, und ein Reflektor 345 ist daran als ein Körper befestigt. Dieser Reflektor 345 dient dazu, reflektierende Oberflächen aufzubauen, welche die Funktionen aufweisen, die äquivalent zu jenen der äußersten Prismenabschnitte (334h, 334i) in den in 35 und 36 dargestellten Ausführungsformen sind. Die reflektierende Oberfläche dieses Reflektors 345 ist aus einer paraboloidischen metallisch-reflektierenden Oberfläche konstruiert. Außerdem ist als das Material des optischen Elements 344 ein optisch hochdurchlässiges Kunstharzmaterial wie Acrylkunstharz oder Glasmaterial geeignet.
Diese Ausführungsform ist zum Erzielen großer Änderungen des Strahlungswinkels geeignet, während insbesondere die Dicke der Gesamtform des optischen Beleuchtungssystems einer Bildaufnahmevorrichtung signifikant reduziert wird, die Lichtverteilungscharakteristik innerhalb des erforderlichen Strahlungsbereichs gleichförmig mit einem minimalen Betrag der Positionsänderung zwischen der Lichtquelle und dem optischen Element 344 und dem Reflektor 345 in der Richtung der optischen Achse L gehalten wird. Der größte Unterschied zu den Ausführungsformen in 35 und 36 oben besteht darin, daß ein Teil der reflektierenden Oberfläche des optischen Elements durch ein Reflexionselement ersetzt ist.
Die Form der Entladungsröhre 302 ist in der axialen Richtung dieselbe wie jene in den Ausführungsformen in 24 bis 27 und 31 bis 34. Eine optimale Form des optischen Beleuchtungssystems gemäß dieser Ausführungsform wird ausführlich unten erläutert werden.
37 und 38 zeigen ein grundlegendes Konzept zur Erzeugung einer Änderung des Strahlungswinkels in der vertikalen Richtung. Hier zeigen 37(a) und 37(b) einen Zustand, welcher dem engsten Strahlungswinkelbereich entspricht, und 38(a) und 38(b) zeigen einen Zustand, welcher dem weitesten Strahlungswinkelbereich entspricht. (a) und (b) in den Figuren sind Zeichnungen desselben Abschnitts. (b) zeigt skizzierte Lichtlinien, die der Schnittansicht in (a) hinzugefügt sind.
Außerdem zeigen zur Vereinfachung der Erläuterung aus denselben Gründen, die in den ersten Ausführungsformen erläutert sind, 37(b) und 38(b) lediglich den von dem Zentrum der Lichtquelle emittierten Lichtstrom als repräsentativen Lichtstrom.
Hier werden von der optischen Konfiguration hauptsächlich die Unterschiede zu den Ausführungsformen in 35 und 36 erläutert werden. 37 zeigt einen Zustand, in welchem es einen vorbestimmten Abstand zwischen der Entladungsröhre 302 und dem optischen Element 344 gibt, und der am meisten gebündelte Zustand wird in dieser Ausführungsform erzielt.
Wie in 37(a) dargestellt ist, weisen eine zylindrische Linsenoberfläche 344a in dem zentralen Bereich, durch den die optische Achse durchgeht, und drei Prismenabschnittspaare, die peripher dazu sind, (aufgebaut aus brechenden Oberflächen 344b, 344d, 344f, 344b', 344d', 344f' und reflektierenden Oberflächen 344c, 344e, 344g, 344c', 344e', 344g') nahezu dieselben Formen auf wie jene in den Ausführungsformen in 35 und 36. Der äußerste Bereich des optischen Elements 345 ist aus flachen Oberflächenabschnitten 344h und 344h' in dieser Ausführungsform konstruiert.
Außerdem sind Reflexionselemente 345 als ein Körper mit dem optischen Element 344 auf der Seite von flachen Oberflächenabschnitten 344h und 344h' ausgebildet, welche der Lichtquelle zugewandt sind. Die Reflexionselemente 345 weisen eine paraboloide Ebene auf, deren Brennpunkt das Zentrum der Lichtquelle ist, so daß der von dem Zentrum der Lichtquelle emittierte Lichtstrom in einen Lichtstrom geändert wird, der quasi-parallel zu der optischen Achse in dem am meisten gebündelten Zustand ist, der in 37 dargestellt ist.
Indem die Formen von Elementen auf diese Weise bestimmt werden, kann diese Ausführungsform nahezu dieselbe optische Charakteristik vorsehen wie jene der dritten Ausführungsform. In dem Zustand des weitesten Strahlungswinkels, der in 38 dargestellt ist, wirkt der Reflektor 345 so, daß der Strahlungswinkelbereich verbreitert wird, was nahezu dieselben Effekte wie jene der Ausführungsformen in 35 und 36 aufweist.
Hier wird der Grund, daß diese Ausführungsform die als ein Körper mit dem optischen Element 344 ausgebildeten Reflektoren verwendet, erläutert werden.
Der erste Grund besteht darin, daß der äußerste Bereich einschließlich der reflektierenden Oberfläche 334i ein Teil ist, der die größte Dicke des optischen Elements 334 in den Ausführungsformen in 35 und 36 aufweist, was mehr Zeit erfordern kann, das optische Element 344 abzuformen, und eine Kostensteigerung verursachen kann. Das bedeutet, daß diese Ausführungsform darauf abzielt, die Gesamtdicke des optischen Elements 344 gleichförmig zu machen, um die Abformungszeit zu verkürzen.
Diese Ausführungsform verwendet Reflektoren mit einer metallisch-reflektierenden Oberfläche als die Reflektoren 345, was den Kosten die höchste Priorität gibt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Modus beschränkt. Es ist möglich, eine ähnliche optische Charakteristik vorzusehen, indem ein Verfahren unter Verwendung dieser Umfangsabschnitte nicht als Prismen, sondern als die reflektierenden Oberflächen benutzt wird, das bedeutet, ein Verfahren zum Konstruieren der reflektierenden Oberflächen mit einem dünnen Material, und indem ein Teil des Materials als aufgedampfte Oberfläche verwendet wird oder indem die reflektierenden Oberflächen mit einem dünnen hoch-reflektierenden Material konstruiert werden, das geklebt wird anstatt einen hochreflektierenden Reflektor zu verwenden.
Der zweite Grund besteht darin, daß diese Ausführungsform darauf abzielt, das Gewicht des optischen Elements zu reduzieren. Das Gewicht des optischen Elements hängt in hohem Maße von diesem äußersten Prismenabschnitt ab und es ist eines der Ziele, das Gewicht dieses Teils zu reduzieren.
Wie oben dargestellt ist, sieht diese Ausführungsform drei Paare von reflektierenden Oberflächen (Prismenabschnitte) für das optische Element 344 und ein Paar von Reflektoren 345, die peripher dazu sind, vor, wobei ein optisches System konstruiert ist, das vier Schichten von reflektierenden Oberflächen sowohl in der oberen als auch der unteren Seite als Ganzes aufweist, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges optisches System, das vier Schichten aufweist, beschränkt. Beispielsweise ist es ebenso möglich, zwei oder mehr Schichten von Reflektoren vorzusehen oder innere reflektierenden Oberflächen auszubilden anstatt von äußersten reflektierenden Oberflächen, indem Reflektoren verwendet werden. Da die Anzahl von reflektierenden Oberflächen zunimmt, ist es möglich, ein dünneres optisches System zu konstruieren. Wie in den Ausführungsformen in 35 und 36 erläutert ist, ist es ebenso möglich, die Teilung von reflektierenden Oberflächen zu ändern.
39 und 40 zeigen eine Konfiguration einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel einer Modifikation zu den oben beschriebenen Ausführungsformen in 24 bis 27. 39 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht des optischen Systems der Beleuchtungsvorrichtung und 40 ist eine Rückansicht von lediglich dem optischen Element. Da die skizzierten Lichtzeichnungen und die Lichtverteilungscharakteristiken etc. nahezu dieselben sind wie jene der anderen Ausführungsformen, werden somit ausführliche Erläuterungen davon weggelassen werden.
Diese Ausführungsform ist aus zwei Paaren von reflektierenden Oberflächen des optischen Beleuchtungssystems der Beleuchtungsvorrichtung, was in den Ausführungsformen in 24 bis 27 erläutert ist, und dem optischen Element 354 mit der auf der Eintrittsoberflächenseite dreidimensional modifizierten Form gebildet. Diese Ausführungsform zielt darauf ab, hauptsächlich die Lichtverteilungscharakteristik in Richtung auf vier Ecken auf der Oberfläche des Objekts zu verbessern.
Der Vorgang zum Ändern des Strahlungswinkels wird durchgeführt, indem die Entladungsröhre 352 und der Reflektor 353 als ein Körper wie in dem Fall der in 24 bis 38 dargestellten Ausführungsformen gehalten werden und indem die Beziehung von Positionen zwischen diesen Elementen und dem optischen Element 354 in der Richtung der optischen Achse geändert wird. Die Änderung des Strahlungswinkelbereichs ist dieselbe wie für die anderen Ausführungsformen.
In 39 und 40 bezeichnet das Bezugszeichen 352 eine zylindrische Lichtquelle, die eine Lichtquelle ist, 353 bezeichnet einen Reflektor und 354 bezeichnet ein einstückiges prismenähnliches optisches Element. Die Funktionen dieser Elemente sind nahezu äquivalent zu jenen der Ausführungsformen in 24 bis 27, jedoch ist diese Ausführungsform durch die Form jeder Oberfläche auf der Entladungsröhren-352Seite des optischen Elements 354 charakterisiert.
In derselben Figur ist der Teil des Reflektors 353, welcher die Rückseite der Entladungsröhre 352 abdeckt, halbzylindrisch (nachstehend als „halb-zylindrischer Abschnitt 353a" bezeichnet) und zwar nahezu konzentrisch mit der Entladungsröhre 352 ausgebildet und beinhaltet ferner torische Oberflächen 353b, 353b', welche die Rückseite der äußersten reflektierenden Oberflächen 354e, 354e' in der vertikalen Richtung des optischen Elements 354 abdecken, und flache Oberflächenabschnitte 353c, 353c', welche diese torischen Oberflächen 353b, 353b' und den halb-zylindrischen Abschnitt 353a verbinden.
Andererseits ist eine Linsenoberfläche 354a, die eine positive Brechkraft in der Richtung aufweist, die senkrecht zu der optischen Achse (vertikale Richtung) ist, in dem zentralen Bereich, durch den die optische Achse durchgeht, auf der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements 354 ausgebildet und zwei Schichten jeweils für die obere und untere Seite (zwei Paare) von Prismenabschnitten, die aus brechenden Oberflächen und reflektierenden Oberflächen gebildet sind, sind auf dem Umfang auf der Eintrittsoberflächenseite ausgebildet.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den Ausführungsformen in 24 bis 27 darin, daß die Linsenoberfläche 354a in dem zentralen Bereich und reflektierende Oberflächen 354c, 354c', 354e, 354e' in dem Umfang aus dreidimensional gekrümmten Oberflächen konstruiert sind.
Noch spezifischer ist eine torische Oberfläche als die Linsenoberfläche 354a in dem zentralen Bereich ausgebildet und konische erste brechende Oberflächen 354b, 354b', die den Prismenabschnitt bilden, und torisch-oberflächenseitige erste reflektierende Oberflächen 354c, 354c' sind symmetrisch bezüglich der optischen Achse in der vertikalen Richtung in dem Bereich ausgebildet, der peripher zu der oben beschriebenen torischen Oberfläche ist.
In dem Bereich, der ferner peripher dazu ist, sind konische zweite brechende Oberflächen 354d, 354d', welche den Prismenabschnitt bilden, und torisch-oberflächenseitige zweite reflektierende Oberflächen 354e, 354e' symmetrisch bezüglich der optischen Achse in der vertikalen Richtung ausgebildet. Außerdem ist eine Vielzahl von Prismenanordnungen auf der Ebene des ausgehenden Lichts 354h ausgebildet.
Eine Bündelungswirkungsweise und ein Effekt zum Formen des optischen Elements 354 werden auf diese Weise erläutert werden.
Zunächst deformiert sich zwischen dem Zentrum der Linsenoberfläche und den Umfangsabschnitten der rechten und linken Richtung die torische Linsenoberfläche 354a allmählich, ihre Breite in der vertikalen Richtung verringert sich und die Brechkraft in der Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse (vertikale Richtung) an jeder Position in der horizontalen Richtung ist, ändert sich allmählich.
Dies macht die gesamte Lichtverteilungscharakteristik gleichförmig und verhindert Variationen der Lichtverteilung auf der Strahlungsoberfläche eines Objekts, welche wahrscheinlich an der Begrenzungskante zwischen der brechenden Oberfläche und der reflektierenden Oberfläche des Prismenabschnitts auftreten.
Außerdem wird es, indem nicht nur der zentrale Bereich mit einer torischen Oberfläche aufgebaut wird, sondern auch die reflektierenden Oberflächen 354c, 354c', 354e, 354e' in den Umfangsabschnitten mit torischen Oberflächen aufgebaut werden, deren Schnittform in der horizontalen und vertikalen Richtung sich allmählich entsprechend der Position ändert, möglich, die Lichtverteilungscharakteristik bis hinauf zu vier Ecken des Strahlungsbereichs gleichförmig zu machen.
Somit kann diese Ausführungsform ein optisches Beleuchtungssystem mit einer hoch-gebündelten Lichtverteilung mit einem engen Strahlungswinkelbereich als Ganzes durch Wirkungen der torischen Linsenoberfläche 354a und der reflektierenden Oberflächen als zwei Paare von torischen Oberflächen bezüglich des von dem Zentrum der Entladungsröhre 352 emittierten Lichtstroms aufbauen bzw. konstruieren.
Außerdem macht es ein Segmentieren der reflektierenden Oberflächen des optischen Elements 354 in kleinere Abschnitte als durch die herkömmlichen Techniken und ein Anordnen dieser Segmente in der vertikalen Richtung möglich, die Dicke des optischen Elements 354 in dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsformen in 24 bis 38 zu reduzieren. Überdies ist es, da die Begrenzungskante zwischen der brechenden Oberfläche und reflektierenden Oberfläche des Prismenabschnitts weg von dem Zentrum der Lichtquelle geht, möglich, das optische Kunstharzmaterial daran zu hindern, durch Strah lungswärme von der Lichtquelle beeinflußt zu werden, und nachteilige Einflüsse auf die optische Charakteristik zu reduzieren.
Außerdem weist diese Ausführungsform, indem eine torisch-oberflächenseitige Konfiguration für die Linsenoberfläche und jede reflektierende Oberfläche verwendet wird, einen spezifischen Effekt auf, der es ermöglicht, ein optisches Beleuchtungssystem mit einer gleichförmigen Lichtverteilungscharakteristik in Richtung auf vier Ecken in dem Strahlungsbereich ohne zusätzliches spezielles optisches System leicht zu konstruieren bzw. aufzubauen.
Wie oben beschrieben wurde, können die oben beschriebenen Ausführungsformen in 24 bis 30 eine Beleuchtungsvorrichtung vorsehen, welche dazu geeignet ist, die Dicke des Systems drastisch zu reduzieren im Vergleich zu der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung vom variablen Bereichsweitentyp und Energie von der Lichtquelle mit hoher Effizienz auszunutzen und eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik auf der Strahlungsoberfläche zu erzielen.
Außerdem kann diese Ausführungsform eine dünn-geformte Beleuchtungsvorrichtung vorsehen, die geeignet ist, eine gleichförmige Lichtverteilungscharakteristik zu erzielen, indem ein Paar oder eine Vielzahl von Paaren von Reflexionsabschnitten vorgesehen werden, die in der Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der optischen Achse innerhalb der Ebene einschließlich der radialen Richtung der Lichtquelle und zwar zentriert auf der optischen Achse ist.
Außerdem kann, indem der Winkel α, der durch von dem Zentrum der Lichtquelle emittiertes und auf die oben beschriebenen reflektierenden Abschnitte einfallendes Licht mit der opti schen Achse gebildet ist, innerhalb des Bereichs eingestellt wird:
20° ≤ α ≤ 70°
diese Ausführungsform sowohl die Dicke als auch die Größe in der vertikalen Richtung der Beleuchtungsvorrichtung zugleich reduzieren.
Dann kann die oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung auf einer kleinen Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere einer Kartentyp-Bildaufnahmevorrichtung, montiert werden als eine Beleuchtungsvorrichtung, deren Strahlungsbereich geändert werden kann.
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung einschließlich einer Lichtquelle, eines optischen Elements, das vor der Lichtquelle angeordnet ist und mit einer reflektierenden Oberfläche, um Licht von der Lichtquelle zu reflektieren, oder mit Prismenabschnitten versehen ist, die jeweils aus einer brechenden Oberfläche, welche das von der Lichtquelle einfallende Licht empfängt, und einer reflektierenden Oberfläche, um das von dieser brechenden Oberfläche einfallende Licht zu reflektieren, gebildet sind. Hier gibt es in dem optischen Element eine Vielzahl von Paaren der reflektierenden Oberflächen oder Prismenabschnitten, die in der Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der optischen Achse innerhalb einer Ebene einschließlich der radialen Richtung der Lichtquelle und zwar zentriert auf der optischen Achse ist. Die vorliegende Erfindung kann eine Niedrigprofil-Beleuchtungsvorrichtung vorsehen, indem Licht von der Lichtquelle mit hoher Effizienz genutzt wird.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit: einer Lichtquelle (102; 122); einem optischen Element (104; 124), das vor der Lichtquelle (102; 122) angeordnet ist; und einem Reflexionselement (103; 123), das derart angeordnet ist, daß es die Rückseite der Lichtquelle (102; 122) und einen Stirnraum zwischen der Lichtquelle (102; 122) und dem optischen Element (104; 124) abdeckt, und von der Lichtquelle (102; 122) eingestrahltes Licht nach vorne reflektiert, wobei das optische Element (104; 124) folgendes aufweist: einen Linsenabschnitt (104a; 124a), welcher an der Eintrittsoberflächenseite des optischen Elements (104; 124) angeordnet ist und eine positive Brechkraft aufweist, und einen reflektierenden Abschnitt (P), welcher an einer Umfangsseite des Linsenabschnitts (104a; 124a) angeordnet ist und Licht von der Lichtquelle (102; 122) nach vorne reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionselement (103; 123) einen Umfangsabschnitt (103b, 103b'; 123b, 123b') aufweist, der Licht von der Lichtquelle (102; 122) reflektiert, so daß es durch einen Umfangsabschnitt (104b, 104b'; 124b, 124b') des optischen Elements (104; 124) gelangt, der weiter weg von einer optischen Achse (L) des Linsenabschnitts (104a; 124a) vorgesehen ist als der reflektierende Abschnitt (P).
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Abschnitt wie ein Prisma (P) geformt ist, welches eine brechende Oberfläche (104c, 104c', 124c, 124c'), die von der Lichtquelle (102; 122) einfallendes Licht empfängt, und eine reflektierende Oberfläche (104d, 104d'; 124d, 124d') aufweist, die von der brechenden Oberfläche einfallendes Licht reflektiert.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die brechende Oberfläche (104c, 104c'; 124c, 124c') des reflektierenden Abschnitts (P) aus einer flachen Oberfläche, deren Gradient bezüglich der optischen Achse (L) 4° oder weniger beträgt, gebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die reflektierende Oberfläche (104d, 104d'; 124d, 124d') des reflektierenden Abschnitts (P) aus einer flachen Oberfläche oder gekrümmten Oberfläche gebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Paar oder eine Vielzahl von Paaren der reflektierenden Abschnitte (P) auf beiden Seiten der optischen Achse (L) vorgesehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der reflektierende Abschnitt (P) derart geformt ist, daß der Strahlungsbereich von durch den reflektierenden Abschnitt (P) eingestrahltem Licht und der Strahlungsbereich von durch den Linsenabschnitt (104a; 124a) und das Reflexionselement (103; 123) eingestrahltem Licht im wesentlichen miteinander überlappen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein durch von dem Zentrum der Lichtquelle (102; 122) emittiertes und auf den reflektierenden Abschnitt (P) einfallendes Licht gebildeter Winkel α bezüglich der optischen Achse (L) in einem Bereich von 20° ≤ α ≤ 70° eingeschlossen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Umfangsabschnitt (103b, 103b'; 123b, 123b') des Reflexionselements (103; 123) ausgebildet ist, um eine gekrümmte Oberfläche der zweiten Ordnung aufzuweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die gekrümmte Oberfläche eine semi-ellipsoid gekrümmte Oberfläche ist, deren Brennpunkt mit dem Zentrum der Lichtquelle (102; 122) zusammenfällt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lichtquelle (102; 122) eine zylindrische Form aufweist und der Linsenabschnitt (104a; 124a) des optischen Elements (104; 124) eine zylindrische Linse oder torische Linse ist, welche eine positive Brechkraft innerhalb der senkrecht zu der Längsrichtung der Lichtquelle (102; 122) verlaufenden Ebene aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Strahlungsbereich von aus dem optischen Element (104; 124) eingestrahltem Licht variabel gemacht wird, indem eine Beziehung von Positionen in der Richtung der optischen Achse (L) zwischen der Lichtquelle (102; 122) und dem optischen Element verändert wird.
Bildaufnahmevorrichtung, welche folgendes aufweist: die Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.