JP3762306B2 - 照明装置、及び照明装置を用いた撮影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、特に上下方向の厚みに余裕がない光学機器に好適な照明装置及びそれを用いた撮影装置に関するものであり、例えばカメラ本体（撮影本体）の一部に装着して、カメラ本体の撮影動作と連動させて照明光（閃光）を被写体側へ効率良く照射し、撮影する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラ等の撮影装置に用いられている照明装置は、光源とこの光源から発せられた光束を前方に導く反射傘やフレネルレンズ等の光学部品とで構成されている。
【０００３】
このような照明装置において、光源から様々な方向に射出した光束を効率よく必要照射画角内に集光させるために、従来より種々の提案がなされている。特に近年、今まで光源の前に配置されていたフレネルレンズのかわりに、プリズム・ライトガイド等の全反射を利用した光学部材を配置することによって、集光効率の向上と上下方向の光学系の薄型化を両立させたものが提案されている。
【０００４】
この種の提案としては、本出願人が特開平10−115852号公報で示したように、光源から光学部材に入射させた光束を、上下方向は上下側面に形成された全反射面によって、左右方向は射出面に設けたシリンドリカルレンズ、もしくはフレネルレンズによってそれぞれ集光させる、小型で集光効率の高いプリズムを用いた照明光学系がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、カメラ等の撮影装置においては、装置自体の小型化が従来にも増して一層進みつつある。特に最近の傾向として、カメラの上下方向の高さを低く抑えたいという要望が強く、これに伴ってカメラの上部に位置するストロボ発光部に対しても上下方向の厚みの薄型化への要望が強い。このような背景から、光学性能の劣化のない薄型ストロボ光学系の実用化が強く望まれている。
【０００６】
そこで、複数回反射しても効率低下の少ない全反射光学系を利用して、上下方向の厚みを抑えた薄型発光部を特開平10-115852号公報で提案してきた。これは、光源から光学部材に入射させた光束を、上下方向（閃光放電管の径方向）は上下側面に形成された全反射面によって集光させることによって薄型化を図り、左右方向（閃光放電管の長手方向）は射出面に設けたシリンドリカルレンズ、またはフレネルレンズによって効率良く集光させることによって、薄型で効率の良い照明光学系を構成したものである。
【０００７】
一方、上記方式によるストロボ光学系の問題としては、以下のことが挙げられる。まず、左右方向（閃光放電管の長手方向）の集光を行う為に射出面にシリンドリカルレンズを設けた場合、集光効果を上げるため曲率を小さく設定しているが、このような強い屈折力を与えることにより周辺部は中央部に対し落ち込みができ、そのまま外観部として表に出すのが困難な形状になっている。このため、製品化する際には、反射板や別部材の保護パネル等の部品を追加する必要があり、コスト高になるばかりでなく、照明光学系としても多くの部品を介することになるため効率が低下してしまうという欠点があった。さらに、この改良案として射出面にフレネルレンズを形成したものも提案しているが、通常のフレネルレンズを用いた場合には、開口面積は広いものの、この開口面積をすべて有効に使うことが困難な為に、必ずしもスペース効率及び光学系の効率の双方を向上させた照明光学系になってはいるとは言えなかった。
【０００８】
以上のことから、本発明が解決しようとする最大の課題は、必要最小限の部品構成で、かつ与えられた開口面積を最も有効に使った薄型照明光学系の提案することであり、いままで有効に使われていなかった光束を他に部品を追加することなく効率良く集めて、集光性を上昇させようとするものである。
【０００９】
そして本発明の目的は、今までの照明光学系に比べて極端に薄型化を図ると共に、光源からのエネルギを高い効率で利用し、照射面上で均一な配光特性を保った照明ができるスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な照明装置及びそれを用いた撮影装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明の照明装置は、光源手段からの光束を前方に配置した光学部材および後方を覆う反射傘とを介して所定の照射角の照射光として照射する照明装置において、該光学部材は該光源手段に対向した入射面、該入射面からの光束の一部を全反射させる反射面、該入射面と対向しフレネルレンズ面を形成した射出面とを有し、前記フレネルレンズ面を構成する二つの面の内フレネルレンズの光軸に近いほうの面をエッジ面とすると、該フレネルレンズのエッジ面の光軸となす角度を光軸中心から離れるに従って大きくとると共に、該光学部材の側面形状を、該フレネルレンズのエッジ面に光束を導く曲面形状としたことにある。
【００１１】
特に、上記光学部材のフレネルレンズ面は、前記光源の長手方向に対して略垂直方向に形成されている。
【００１２】
また、光学部材の側面形状の曲率中心は、フレネルレンズの光軸中心側にあり、フレネルレンズ面より照射面側に存在している。
【００１３】
また前記反射傘の形状が前記光源手段の中心とほぼ同心形状の反射面を少なくとも一部に形成している。
【００１４】
上記構成をとることによって、極端に上下方向の薄型化を図った照明光学系においても、効率良く照射面上で均一な配光特性を保った照明ができる。
【００１５】
また、単一の光学部材で左右方向の集光と上下方向の集光を独立に制御できる為、一度形状が決定されると製造上のばらつきがなく光学特性の安定した照明光学系を構成できる。
【００１６】
さらに、基本的な光線制御を光学部材の屈折と全反射によって行っているため、光源からのエネルギを効率良く利用することができ、また、単一の光学部材内ですべての光制御が可能なため、照明光学系全体を極めて小型にかつ安価に構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１８】
図１〜図４は、本発明の第１実施例による照明装置、特に本実施例では閃光発光装置を示しており、図１は閃光発光装置の光学系を構成する要部の閃光放電管の中心軸を含む平面で切った断面図、図２は閃光発光装置の光学系を構成する要部の縦断面図、図３は閃光発光装置の主要光学系のみの分解斜視図、図４は本発明を適用したカメラの斜視図である。尚、図１では、光源から射出した代表光線の光線トレース図も合わせて示している。
【００１９】
図１（ａ）、図１（ｂ）は、同一断面形状について光源から射出させた光束のうち照射面上で光軸中心方向に向かう光束のみの光路を示したものであり、照明光学系の各部品の中で実際に使用する領域を示すと共に、照射面上の光軸中心に向かう成分がどのような光路で形成されているかを特定できるようにしたものである。
【００２０】
本実施例による閃光発光装置は、図４に示すようにカメラ本体の正面から見て右上部に配置され、射出窓は縦フレネルレンズが形成された上下に薄い形態になっている。
【００２１】
同図において、１は閃光発光部、１１は撮影装置本体、１２は撮影レンズを備えるレンズ鏡筒、１３はレリーズボタン、１４は撮影レンズをズーミングする為の操作部材であり、この操作部材を前側に倒すとテレ方向に、後ろ側に倒すとワイド方向にそれぞれズームさせることができる。１５はカメラの各種のモードを切り替えるための操作ボタン、１６はカメラの動作をユーザーに知らせる為の液晶表示窓、１７は外光の明るさを測定する測光装置の覗き窓、１８はファインダーの覗き窓である。なお、閃光発光部を除くそれぞれの機能については公知の技術であるので、ここでは詳しい説明は省略する。尚、本発明の機械的構成要素は前述の構成に限定されるものではない。
【００２２】
次に、本発明の主眼である閃光発光部の光学特性を規定する構成要素について、図１〜図３を用いて更に詳しく説明する。
【００２３】
同図において、２は閃光を発し、左右を長手とした円筒形状の閃光放電管（キセノン管）である。３は閃光放電管２から射出した光束のうち光射出方向の後方に向かう成分を光射出方向に反射させる反射傘であり、内面が高反射率面で形成された光輝アルミ等の金属材料、または内面に高反射率の金属蒸着面が形成された樹脂材料等で構成されている。４は閃光放電管２から直接射出した光束及び反射傘３で反射して入射した光束を、被写体側へ効率良く照射させる照明光束導光用の光学部材である。上記光学部材４の材料としては、アクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料、またはガラス材料が適している。
【００２４】
上記構成において、撮影装置１１は、従来公知の技術であるように、たとえば「ストロボオートモード」にカメラがセットされている場合には、レリーズボタン１３がユーザーによって押された後に、不図示の測光装置で測定された外光の明るさと装填されたフィルムの感度によって、閃光発光装置を発光させるか否かを不図示の中央演算装置が判断する。中央演算装置が撮影状況下において「閃光発光装置を発光させる」と判定した場合には、中央演算装置が発光信号を出し、反射傘３に取り付けられた不図示のトリガーリード線を介して閃光放電管２を発光させる。発光された光束は、照射光軸と反対方向に射出された光束は反射傘３を介して、また、照射方向に射出した光束は直接、前面に配置した光学部材４に入射し、この光学部材４を介して所定の配光特性に変換された後、被写体側に照射される。
【００２５】
本発明は、特に撮影装置の照明光学系の全体形状を極端に薄型化しつつ、そのときの必要照射範囲の配光特性を均一に保った照明装置の提案であり、以下図１から図２を用いてこの最適形状の設定方法に関してさらに詳しく説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施例の閃光発光装置の光学系を構成する要部の閃光放電管の中心軸を含む平面で切った断面図であり、左右方向の集光特性の最適化を図る為の基本的な考え方を示す図である。尚、図１（ａ）〜図１（ｂ）は、同一の断面図を示しており、照射面上の光軸中心方向に照射される光束の光線トレース部も付記している。尚、図中の各部の番号は、図２、図３に対応している。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、閃光放電管２から射出された光束は、光学部材４の入射面４ａから入射した後、射出面側に形成したフレネルレンズ面４ｂから射出される。このとき、フレネルレンズの屈折力によって、閃光放電管の実質的な発光範囲であるアーク長よりも広い幅の領域から照射面の射出光軸方向に向かう光束が存在し、集光効果が得られることがわかる。しかし、同図からもわかるように、集光作用を持たせる為にフレネルレンズを形成した場合には、フレネルレンズのエッジ部で不連続点を生じ、光学系の開口部の面積に対し射出光軸方向に寄与しない領域が存在している。また、この現象は、発光部の中心から離れた周辺の領域で多く発生していることわかる。すなわち、フレネルレンズを使用することによって屈折による大幅な集光効果が得られる半面、照明光学系の開口部に関しては必要以上に広くなってしまい、本来の開口全面を使ったスペース効率の良い光学系とはなっていないことがわかる。
【００２８】
本実施例では、このようなフレネルレンズ面上で射出光軸方向に向かう光束が存在しない領域の開口部を有効に使って、効率の良い光学系を形成することである。また、この効果によって、与えられた開口面積の中で最大のガイドナンバーを導き出す光学系を構成することである。
【００２９】
このような構成とする為、本実施例では、図１（ｂ）に示すような光学部材４の各部の形状の工夫を行っている。すなわち、光学部材４の側面部４ｃ、４ｃ’を最適な曲面形状とし、この面で光を全反射面させる。さらに、全反射後の光束をフレネルレンズ部のエッジ面に導き、このエッジ面で屈折させて射出光軸方向に向かわせる光路を新たに形成する。このことによって、図１（ａ）に示した光束に加えて図１（ｂ）に示した光束が付加されることになり、光学部材４の射出面４ｂのほとんどすべての面から、射出光軸方向に向かう光束が存在することになり、開口面積を最も有効に利用した光学系を構成することができる。
【００３０】
尚、図示の本実施例では、光学部材４の全反射面４ｃ、４ｃ’の面形状としては、フレネルレンズ射出面に接するＲ５０（曲率半径50ｍｍ）のシリンドリカルレンズ形状としている。このシリンドリカルレンズ面とは、図１の紙面上では曲率を与えているが、図面垂直方向に対しては曲率を与えていない形状となっている。また、フレネルレンズのエッジ面の傾きに関しても、この面で屈折後に射出光軸方向に向かわせるように、エッジ面の角度をフレネルレンズ面の光軸中心から離れるにつれて、各面の角度が急角度（大きくなるよう）になるように傾きを変化させている。尚、フレネルレンズのエッジ面とは、フレネルレンズを構成する二つの面の内、フレネルレンズの光軸に近いほうの面を指す。
【００３１】
これは、この全反射後フレネルレンズエッジ部で屈折する成分が、照射面上で一定の方向に偏らないようにする為である。すなわち、フレネルレンズエッジ部傾きの連続的な変化と、全反射面４ｃ、４ｃ’の曲面化を連動させることによって、配光特性の連続性が崩れないような形状の工夫を行っている。
【００３２】
本実施例の構成では、光学部材４の全反射面４ｃ、４ｃ’の形状として、中心軸が光軸側にあり、且つフレネルレンズ面より照射面側に存在する一定曲率（Ｒ５０）のシリンドリカルレンズ面としているが、この形状に限定されるわけではなく、これと同様な効果を持たせることができる各種形状を採用しても良い。例えば、側面の全反射面にも傾きの異なる複数の面形状で構成してもよい。また、シリンドリカルレンズ面形状に限定されるわけではなく、各種２次曲面形状や、トーリック面形状のような３次元曲面形状としても良い。
【００３３】
また、本実施例では、フレネルレンズのエッジ部を周辺部に向かわせるほど光軸中心との角度を徐々に大きくとるように構成しているが、これは、光源中心から離れるにしたがって、本来のフレネルレンズの屈折面で屈折が可能な領域が徐々に少なくなっていく為、フレネルエッジ面を必要以上に立てる必要がなくなる為である。また、光学部材４の側面全反射部４ｃ、４ｃ’で制御しやすい領域がこの全反射面に近い領域であることからも、フレネルレンズエッジ部の傾きを寝かせて、この全反射光成分を増加させることが光学系全体としてみた場合有効である。
【００３４】
また、フレネルレンズ面は図３に示す通り、前記光源の長手方向に対して略垂直方向に並んで配置している。
【００３５】
次に、図２の断面図を用いて、閃光発光装置の光学系の上下方向の形状について説明する。
【００３６】
まず、反射傘３の断面形状は、射出光軸後方の形状を閃光放電管２とほぼ同心形状の半円筒形状（３ａ）としている。これは、反射傘での反射光を再度光源の中心部付近に戻すのに都合の良い形状であり、閃光放電管のガラス部の屈折または全反射による悪影響を受けにくくする効果がある。また、このように構成することによって、反射傘による反射光を光源からの直接光とほぼ等価な光束として扱えるため考えやすく、またこの後に続く光学系の全体形状を最も小型化することができ都合がよい。
【００３７】
一方、反射傘３の光源より前側の射出面に近い部分３ｂ、３ｂ’は、射出端部に近づくにつれて開口面積の増加率が大きくなるような非球面形状で構成されている。この形状は、放電管を封止するガラス管や、光学系の不連続点において発生する配光ムラを緩和する手段として有効であり、均一な配光特性を持ったまま集光させることができる。
【００３８】
次に、反射傘の射出面に配置した光学部材４の形状について説明する。図示のように、入射面４ａと射出面４ｂの間は、入射面側を平面とし射出面側を傾きの変化が徐々に大きくなる入射面から射出面に向かうにつれて徐々に末広がりの傾斜面４ｄ、４ｄ’で構成されている。この４ｄ、４ｄ’は全反射面を構成し、反射による光量ロスが少ない極めて効率の良い反射光学系を構成している。また、この光学系の採用し複数回の反射を行わせて、発散光束を徐々に集光制御を行うことによって、上下方向の照射角度を一定範囲に抑えると共に、上下方向の高さを最小限に抑えた構成にすることが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成をとることによって、与えられた開口面積を最も有効に使った薄型照明光学系を構成することが可能となり、いままで有効に使われていなかった光束を効率良く集めて集光性を向上させることが可能になった。
【００４０】
しかも、単一の光学部材で左右方向の集光と上下方向の集光を独立に制御できる為、一度形状が決定されると製造上のばらつきがなく光学特性の安定した照明光学系を構成できる。
【００４１】
さらに、基本的な光線制御を光学部材の屈折と全反射によって行っているため、光源からのエネルギを効率良く利用することができ、また、単一の光学部材内ですべての光制御が可能なため、照明光学系全体を極めて小型にかつ安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の閃光発光装置光学系の閃光放電管軸方向の断面図。
【図２】本発明の第１実施例の閃光発光装置光学系の閃光放電管径方向の縦断面図。
【図３】本発明の第１実施例の閃光発光装置の主要光学系のみの分解斜視図。
【図４】本発明の第１実施例の閃光発光装置を適用したカメラの斜視図。
【符号の説明】
４ 光学部材
２ 閃光放電管
３ 反射傘
１１ カメラ本体
１２ レンズ鏡筒
１３ レリーズボタン
１６ 液晶表示窓
１７ 測光装置の覗き窓
１８ ファインダー覗き窓

Claims (5)

1. 光源手段からの光束を前方に配置した光学部材および後方を覆う反射傘とを介して所定の照射角の照射光として照射する照明装置において、該光学部材は該光源手段に対向した入射面、該入射面からの光束の一部を全反射させる反射面、該入射面と対向しフレネルレンズ面を形成した射出面とを有し、前記フレネルレンズ面を構成する二つの面の内フレネルレンズの光軸に近いほうの面をエッジ面とすると、該フレネルレンズのエッジ面の光軸となす角度を光軸中心から離れるに従って大きくとると共に、該光学部材の側面形状を、該フレネルレンズのエッジ面に光束を導く曲面形状としたことを特徴とする照明装置。
2. 上記光学部材のフレネルレンズ面は、前記光源の長手方向に対して略垂直方向に形成されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 光学部材の側面形状の曲率中心は、フレネルレンズの光軸中心側にあり、フレネルレンズ面より照射面側に存在することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 前記反射傘の形状が前記光源手段の中心とほぼ同心形状の反射面を少なくとも一部に形成していることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
5. 請求項１記載の照明装置を用いた撮影装置。

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