CN106249511B

CN106249511B - 照明设备

Info

Publication number: CN106249511B
Application number: CN201610384010.9A
Authority: CN
Inventors: 冈野好伸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2036-06-02
Also published as: US20160357090A1; CN106249511A; JP6541450B2; US9921457B2; JP2017003671A

Abstract

本发明公开一种照明设备。能够改变光照范围的照明设备包括：发光部和在发光部的前方配置的光学部件。光学部件具有使具有大体互相垂直的轴向的两种圆柱形凹面互相交叉的多个形状。在来自所述发光部的光入射的入射面的中心区域或通过所述入射面入射的光射出的射出面的中心区域中形成多个形状。

Description

照明设备

技术领域

本发明涉及一种能够改变光照范围的照明设备。

背景技术

迄今，已知能够改变光照范围(照明设备的照射范围)的照明设备(以下也称作“变焦频闪设备(zoom strobe device)”)。一些这类变焦频闪设备使用如下方法：通过改变包括光源和从光源发射的使光反射的反射伞的发光部和在发光部的前方配置的从发光部折射光的光学面板之间的距离，从而改变照射范围。在使用此方法时，例如，在使用摄像设备执行使视角扩宽的广角摄像时，通过减小光学面板和发光部之间的距离来扩宽照射范围，在使用摄像设备执行使视角缩窄的长焦摄像时，通过增大光学面板和发光部之间的距离来缩窄摄像范围。

在此类变焦频闪设备中，需要获得适合于摄像设备的广角摄像的照射范围和适合于摄像设备的长焦摄像的光量。因此，日本专利特开第2008-129301号公报和日本专利特开第2005-43688号公报提出在广角摄像中使用的光学面板的中心附近或长焦摄像中使用的光学面板的周边部形成不同的光学系统的频闪设备。

日本特开第2008-129301号公报公布了如下频闪设备：在光学面板的中心部具有与发光部的开口面积相同面积的聚光光学系统，在周边部具有其他聚光光学系统，其中，中心部中的聚光光学系统比周边部的宽。

日本特开第2005-43688号公报公布了具有多个光学面板的频闪设备，所述多个光学面板具有不同表面形状。

在日本特开第2008-129301号公报中公布的频闪设备中，在使照射范围最大化的广角状态中的配光(light distribution)能够得到改善。然而，在使照射范围最小化的长焦状态中也使用在广角状态中使用的光学面板的区域，因此光量减少。在日本特开第2008-129301号公报中公布的频闪设备中，为了获得必要的光量，不得不增加发光部的传播距离。这样做就增加了频闪设备的尺寸。

日本特开第2005-43688号公报公布的频闪设备采用了多个光学面板且需要复杂的配置。此外，由于部件数增加，因此频闪设备的尺寸和成本增加。

发明内容

本发明提供一种在抑制设备尺寸增加的同时，能够抑制使照射范围缩窄时的光量的减少，并且能够改变光照范围的照明设备。

根据本发明的一方面，提供了一种能够改变光照范围的照明设备，所述照明设备包括：发光部；以及光学部件，其被配置在所述发光部的前方，其中，所述光学部件具有使具有大体相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状，在来自所述发光部的光入射的入射面的中心区域中或通过所述入射面入射的光射出的射出面的中心区域中形成所述多个形状。

根据以下参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的频闪设备的全图。

图2是根据本发明的实施例的频闪设备的可移动部的剖面图。

图3是与根据本发明的实施例的频闪设备的照射范围相关的主要光学系统的透视图。

图4A和图4B是与根据本发明的实施例的频闪设备的照射范围相关的主要光学系统的侧视图。

图5A和图5B是与根据本发明的实施例的频闪设备的照射范围相关的主要光学系统的俯视图。

图6例示了根据本发明的实施例的频闪设备的反射伞的形状。

图7例示了根据本发明的实施例的频闪设备的光学面板的被摄体侧的形状。

图8A到图8C例示了根据本发明的实施例的频闪设备的光学面板的被摄体侧的中心区域的形状。

图9例示了根据本发明的实施例的频闪设备的光学面板的中央剖面图和光线轨迹。

图10例示了根据本发明的实施例的频闪设备的光学面板的氙气管侧的形状。

图11是例示根据本发明的实施例的频闪设备的光学面板的形状的剖面图。

图12是与参照示例的频闪设备的照射范围相关的主要光学系统的透视图。

图13A和图13B是与参照示例的频闪设备的照射范围相关的主要光学系统的中央剖面图。

图14A和图14B是与参照示例的频闪设备的照射范围相关的主要光学系统的水平剖面图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的实施例。在各图中，相同的部件被赋予相同的附图标记，并将省略其的重复描述。

图1例示了可从诸如数字照相机等的摄像设备拆卸的照明设备(以下也称作“频闪设备”)。此频闪设备由以下组成：用于在摄像设备的配件插座上安装的安装部11，具有控制电路(未示出)等的主体10以及可相对于主体10移动并具有后述发光部21和光学面板1的可移动部20。

图2是在可移动范围内将发光部21移动到距光学面板1最远的位置(长焦端侧)的状态下，在相对于主体10垂直旋转可移动部20时与旋转中心(旋转轴)垂直的剖面图。

发光部21包括用作光源的圆柱形氙气管3，作为向光学面板1反射从氙气管3发射的光线的反射部件的反射伞2以及保护氙气管3的防护面板4。光学面板1被配置在发光部21的前方(在检测到来自发光部21的光的侧上)，并能够聚集并均匀地漫射来自发光部21的光线。向可移动部20的外部发射透过光学面板1的光线。防护面板4被配置在发光部21的正前方，防止灰尘进入发光部21，防止光学特性的劣化，并防止来自氙气管3的放射热直接作用于光学面板1。防护面板4是由诸如玻璃材料等的高耐热性材料形成。代替氙气管3，可以使用在与氙气管3的长边方向相同的方向上配置多个LED的LED单元作为光源。

通过电机或移动机构(未示出)可使发光部21在使距光学面板1的距离变化的方向上移动。在此实施例中，尽管将光学面板1固定到可移动部20，并且通过电机或移动机构(未示出)移动发光部21，但可以通过电机或移动机构(未示出)移动光学面板1。在此实施例中，尽管整体地固定反射伞2、氙气管3和防护面板4，并且氙气管3和反射伞2的相对位置不变，但可以改变氙气管3和反射伞2的相对位置。并不限于发光部21可在使距光学面板1的距离变化的方向上移动的配置。例如，可以采用可以通过电机的力沿导轴移动保持发光部21的保持部件，或日本特开第2005-43688号公报中公布的配置。

在图2例示的状态中，聚集了大部分从发光部21发射的光线，并且照射范围是最窄的。因此，这种状态在摄像设备的焦距长的情况下以及期望使从发光部21发射的光线有效率地向远处延伸的情况下有效。另一方面，在想要使照射范围最大化的情况下，在可移动范围内将发光部21移动到距光学面板1最近的位置(广角端侧)。

接下来，将参照图12到图14B描述减小频闪设备的尺寸的方法以及其的不利影响。图12是与参照示例的变焦频闪设备的照射范围相关的部位(主要光学系统)的透视图，图13A和图13B是图12中例示的主要光学系统的中央纵向剖面图，以及图14A和图14B是图12中例示的主要光学系统的横向剖面图。图13A和图14A例示了使发光部移动到广角端侧的状态(广角状态)。图13B和图14B例示了使发光部移动到长焦端侧的状态(长焦状态)。

将第一和第二光学面板101和105固定到频闪设备的主体上。在靠近具有反射伞102、氙气管103和防护面板104的发光部的侧上配置第一光学面板101。在第一光学面板101的光射出侧面的中央部位中形成在垂直方向上具有功率的菲涅尔透镜部，并且在其的左右周边部位中形成环状的菲涅尔透镜部。仅在第一光学面板101的光射出侧上配置的第二光学面板105的光射出侧面的左右周边部位中形成在水平方向上具有功率(power)的菲涅尔透镜部。在第一和第二光学面板101和105各自的发光部侧面上形成具有与氙气管103的长边方向平行的轴向的多个圆柱形凸面。

如图13A到图14B的剖面图所示，反射伞102和氙气管103各相对于第一和第二光学面板101和105而移动。具体地说，在图13A和图14A例示的状态的情况下，发射部距光学面板101最近。在这种状态下，垂直方向上的照射范围最宽。在这种状态下，氙气管103距反射伞102最远，并且反射伞102的后端与氙气管103的中央之间的距离是距离的最大值G1’。另一方面，在图13B和图14B例示的状态的情况下，发光部距光学面板101最远。在这种状态下，氙气管103距反射伞102最近，并且反射伞102的后端与氙气管103的中央之间的距离是距离的最小值G2’。

通常，通过改变氙气管和反射伞之间的位置关系而改变照射范围的光学系统能够在光照方向上大大改变小空间中的照射范围。然而，存在如下问题：在氙气管和反射伞之间的位置关系上的小小改变就会大大改变照射范围，因此不易进行控制。可以缓和这个问题的方法是使反射伞的形状相对大，从而明显地减小氙气管和反射伞的相对位置上的变化。然而，反射伞的开口面积占光学面板的开口面积的比率增大。因此，在长焦状态和广角状态中必须使用光学面板的相同区域，并且不能进行独立的光线控制。在增加反射伞的尺寸时，重量增加，驱动系统的负载也增加，因此需要花费长时间移动反射伞。

接下来，将描述参照示例的频闪设备的水平方向上的配光特性。在广角状态的情况下，第一和第二光学面板101和105的各自的使用区域比反射伞102的开口面积略大，并被限制在垂直方向和水平方向上的中心区域。在这种状态下，第一光学面板101处于如下状态：在被摄体侧上，在中央部位的垂直方向上具有功率的菲涅尔透镜部的区域和左右环状的菲涅尔透镜部的各区域的部分对光学特性具有影响。尽管在中央部位和其附近存在水平延伸的菲涅尔透镜部，但在水平方向上没有聚光能力。对于环状菲涅尔透镜部，仅在环状的中央部位中具有弱屈光力的区域与照射范围相关，但水平方向上的聚光效果弱。第二光学面板105的被摄体侧是平面且不具有聚光效果。因此，水平方向上的各菲涅尔透镜部的屈光力的影响极其弱，并获得广角范围的配光特性。另一方面，在长焦状态的情况下，在第一光学面板101的整个表面的影响下聚光。关于第二光学面板105，在广角状态下不起作用、在左右侧上形成的、在水平方向上具有功率的菲涅尔透镜部起作用，并获得距中央部位最近聚光的配光特性。

如上所述，在参照示例中，在光学面板和发光部之间的距离短的变焦频闪设备中，为了获得充分的聚光效果，使用两个菲涅尔透镜部作为光学面板，并且其的合成力产生更大的聚光效果。然而，使用多个菲涅尔透镜部增加了从光学面板入射和射出的次数，并且由于表面反射而使发射效率降低。此外，由于部件数也增加了，成本增加，并且会造成诸如重量增加和设备尺寸增加的不利影响。

下文将描述能够解决上述各种问题的、本实施例的光学系统。

图3是与根据本实施例的频闪设备的照射范围相关的部位(主要光学系统)的透视图，图4A和图4B是图3中例示的主要光学系统的侧视图，以及图5A和图5B是图3中例示的主要光学系统的俯视图。图4A和图5A例示了使发光部21移动到广角端侧的状态(广角状态)。图4B和图5B例示了使发光部21移动到长焦端侧的状态(长焦状态)。

如图4A和图4B所例示，反射伞2的垂直开口RH大约是光学面板1的垂直开口H的长度的1/3。在此实施例中，例如，将垂直开口H设置为28.8mm，而将垂直开口RH设置为8.6mm。关于水平方向上的开口，如图5A和图5B所例示，反射伞2的水平开口RW大约是光学面板1的水平方向上的开口W的长度的一半。在此实施例中，例如，将水平方向上的开口W设置为60mm，并将水平开口RW设置为33mm。因此，尽可能使反射伞2的开口面积小到大约为光学面板1的开口面积的17％。由于此配置，能够在广角状态下使用在后述光学面板1的中央处配置的、使具有互相垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的形状，并能够在长焦状态下使用在光学面板1的周边配置的具有强功率的菲涅尔透镜部。因此，能够有效地在垂直和水平方向上的照射范围中进行大改变。

图6例示了反射伞2的形状。该图是此实施例的发光部21的中央剖面图，并且还例示了从光源中心的光线轨迹。因为防护面板4的聚光效果和漫射效果是可以忽略的，所以在图6中省略防护面板4。未受反射伞2反射而从氙气管3的中央部位直接发射的直射光由于反射伞的开口而受角度限制。在此实施例中，以使最大角度θ1限制在在水平方向上正负40°而形成开口的形状。因此，能够在水平方向上正负40°的范围内均匀地发射直射光。通过使从光源中心发射的光线中、从反射伞2的开口传播出去的光线被反射并再次透过光源中心而形成反射伞2。还通过使根据从光源中心发射反射光线的角度均匀分配反射光线，并且在开口附近反射的最大角度θ2等于直射光的最大角度θ1而形成反射伞2。通过如此配置反射伞2，能够在垂直方向上正负40°的范围内均匀地发射从光源中心360°均匀发射的光线。

图4A例示了光学面板1的前端(距发光部21更远的端)和反射伞2的后端(距光学面板1更远的端)之间的距离是D1的广角状态。在此光学配置中，在反射伞2的正前方配置单一光学面板1，并使开口面积和光学面板1的屈光力的影响最小化，因此，配光特性均匀。在广角状态下，仅使用光学面板1的极小的区域，并且几乎仅通过反射伞2来限制配光特性。因此，能够获得均匀化的极广的配光特性。

图4B例示了光学面板1的前端和反射伞2的后端之间的距离是D2的长焦状态。在此光学配置中，由于反射伞2十分小，因此能够明显地减小来自氙气管3的直射光和反射伞2反射的光之间的角度差，并且能够使用单一光学面板1有效地执行控制。因此，光线入射于后述光学面板1的整个表面上，并由于光学面板1中形成的具有强功率的菲涅尔透镜部的影响而能有效地聚集光线。

接下来，将参照图7和图8详细描述光学面板1的光射出侧(距发光部21更远的侧)的面(射出面)。光学面板1的光射出侧由具有不同光学特性的多个区域(中心区域1f和周边区域1a、1b及1e)组成。中心区域1f是光学面板1的中心处的矩形区域，并具有能覆盖反射伞2的开口2a的中央部分的大小。因此，在如广角状态中那样使光学面板1和发光部21彼此最接近的状态下，由于中心区域1f而能够获得必要且充足的配光。

图8A到图8C例示了中心区域1f的形状。图9是光学面板1的中央剖面图，并例示了从光源中心的光线轨迹。

如图8A到图8C所示，在中心区域1f中形成具有与氙气管3的长边方向平行的轴向(长边方向)的多个圆柱形凹面(第一凹面状)。此外，在中心区域1f中形成具有与氙气管3的长边方向垂直的轴向(长边方向)的多个圆柱形凹面(第二凹面状)。即，在中心区域1f中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状。

这样是为了达到如下目的：将垂直和水平方向上的照射范围扩宽到使光学面板1和氙气管3彼此最接近的广角状态中所需的程度。关注点指向透过中心区域1f的光。在中心区域1f中形成的凹面的作用下，如图9所例示，在垂直方向上漫射透过中心区域1f的光。在中心区域1f中形成的凹面的作用下，与图9中例示的类似，在水平方向上漫射透过中心区域1f的光。凹面具有弱功率，以便在光学面板1和氙气管3彼此相隔远的状态(例如，长焦状态)下，使由于漫射导致的光量损耗最小化。因此，光学系统具有高发射效率。

在此实施例中，具有与氙气管3的长边方向平行的轴向的多个圆柱形凹面和具有与氙气管的长边方向垂直的轴向的多个圆柱形凹面具有相同的间距(例如，1mm)和相同的曲率半径R(例如，2mm)。

在光学面板1的周边部位中形成周边区域1a、1b和1e。如图7所示，在与氙气管3的长边方向平行的线上分别配置两个环状菲涅尔透镜部1a和1b的中心1c和1d。在广角状态下使中心1c和1d处于氙气管3的前方的位置处配置中心1c和1d。以使与两个环状的菲涅尔透镜部1a和1b相连的方式形成在垂直方向上具有功率的菲涅尔透镜部1e。环状的菲涅尔透镜部1a和1b以及菲涅尔透镜部1e具有相同的焦距(例如，19mm)。

接下来，将参照图10和图11详细描述光学面板1的、作为光入射侧面的靠近氙气管3的面(入射面)的形状。如图10中所例示，光学面板1的入射面由具有不同光学特性的区域(中心区域1h和周边区域1g)组成。中心区域1h是光学面板1的中心处的矩形区域，并与光入射侧上形成的、覆盖中心部1f的范围对应。在使光学面板1和发光部21彼此最接近的广角状态下，由于中心区域1f大体上相当于使来自氙气管3的大部分光透过的、反射伞2的开口2a的中央部位，从而能够获得必要且充足的配光。尽管氙气管3上的中心区域1f不具有光学特性，但由于光射出侧上的中心区域1f中形成的形状使得能够获得必要且充足的配光。在此实施例中，通过在中心区域1h中形成压纹面能够获得更均匀的配光。

周边区域1g形成于光学面板1的周边部位中，并且是包括具有与氙气管3的长边方向平行的轴向(长边方向)的多个圆柱形凹面(第三凹面)的区域。在焦距短且照射范围变化期间的传播距离小的光学系统中，在长焦状态下会出现在被摄体的表面上形成氙气管3的图像的现象。通常水平地配置氙气管3。除非使用光学面板等改变从氙气管3发射的光的传播方向，否则相比于所需照射范围而通常水平延长照射范围。因此，在此实施例中，为了扩宽垂直方向上的照射范围，在光学面板1的氙气管侧的周边部位中形成具有与氙气管3的长边方向平行的轴向(长边方向)的多个圆柱形凹面。从而能够获得在水平和垂直方向上平衡的配光特性。周边区域1g中的多个凹面的功率可以相对弱，并且能够使由于长焦状态中的漫射导致的光量损耗最小化。因此，光学系统能够具有更高的效率。在此实施例中，中心区域1g中的多个凹面的间距和曲率半径R与光射出侧上的中心区域1f中的多个凹面的间距和曲率半径R不同，例如分别是3mm和9mm。

如上所述，在此实施例中，在发光部的前方配置的光学面板的中心区域中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状。在此实施例中，通过在中心区域1f中形成此类形状，在单一光学面板中形成具有弱光学功率的区域和具有强光学功率的区域。通过使用具有此类形状的光学面板，能够提供一种能够改变光照范围的照明设备，在抑制设备尺寸的增加的同时，该照明设备能够在缩窄照射范围时抑制光量减少。

通过减少反射伞2的开口2a的尺寸，并明显减小来自氙气管3的直射光和通过反射伞2反射的光之间的角度差，使用单一光学面板1有效控制长焦端侧的照射范围。因此，即使氙气管3和光学面板1之间的距离小，也能够获得所需的光量。

在此实施例中，尽管在光学面板1的光射出侧上分别形成的环状菲涅尔透镜部1a和1b的中心1c和中心1d是分开的，但环状菲涅尔透镜部1a和1b可以共用光学面板1的中央处的共同中心。

在此实施例中，在光射出侧上的中心区域1f中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的形状。然而，在与中心区域1f对应的光射入侧上的区域中形成相同的形状，并可以在光射出侧上的中心区域1f中形成不具有光学特性的平面或压纹面。即，可以在光入射侧上的中心区域和光学面板1的光射出侧上的中心区域中的一者中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的形状，并可以在另一者中形成平面或压纹面。

在此实施例中，在光射出侧上的中心区域1f中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的形状。然而，只要能够获得与使两种圆柱形凹面的轴相互垂直的情况相同的效果，也可以不使轴互相垂直。例如，具有与氙气管3的长边方向垂直的轴向的圆柱形凹面可以是具有与氙气管3的长边方向大体垂直的轴向的圆柱形凹面。可选地，具有与氙气管3的长边方向平行的轴向的圆柱形凹面可以是具有与氙气管3的长边方向大体垂直的轴向的圆柱形凹面。可选地，两种圆柱形凹面可以都是倾斜的。

然而，如果轴也是倾斜的，则获得的效果可能减弱，并且可能达不到所需的配光。因此，各轴的倾斜角度最好是3度以下。

在此实施例中，尽管在光学面板中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的形状，但形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的形状的光学部件并不限于面板。

尽管此实施例具有防护面板4，但本发明可以适用于没有防护面板的配置。

尽管此实施例是摄像设备上可拆卸地安装的照明设备，但本发明可以适用于具有内置照明设备的摄像设备。

虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对权利要求的范围赋予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构及功能。

Claims

1.一种能够改变光照射范围的照明设备，所述照明设备包括：

发光部；以及

光学部件，其被配置在所述发光部的前方，

其中，所述光学部件具有使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状，在来自所述发光部的光入射的入射面的中心区域中或通过所述入射面入射的光射出的射出面的中心区域中形成所述多个形状。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述两种圆柱形凹面中的一者具有与所述发光部的长边方向平行的轴，而所述两种圆柱形凹面的另一者具有与所述发光部的长边方向垂直的轴。

3.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述发光部具有圆柱形光源以及向所述光学部件反射来自所述光源的光的反射部件，其中，中心区域的尺寸小于或等于用以向所述光学部件反射来自所述光源的光的所述反射部件的开口的尺寸，在所述中心区域中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状。

4.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述光学部件具有菲涅尔透镜部，所述菲涅尔透镜部在形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状的中心区域周围的周边区域中形成。

5.根据权利要求4所述的照明设备，其中，所述菲涅尔透镜部包括在形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状的中心区域的上下方的周边区域中形成的、在垂直方向上具有功率的菲涅尔透镜部。

6.根据权利要求4所述的照明设备，其中，所述菲涅尔透镜部包括在形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状的中心区域的左右侧上的周边区域中形成的环状菲涅尔透镜部。

7.根据权利要求1所述的照明设备，其中，在来自所述发光部的光入射的入射面的中心区域和通过所述入射面入射的光射出的射出面的中心区域中的一者中，形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状，并在来自所述发光部的光入射的入射面的中心区域和通过所述入射面入射的光射出的射出面的中心区域中的另一者中形成压纹面。

8.根据权利要求7所述的照明设备，其中，在来自所述发光部的光入射的入射面的中心区域和通过所述入射面入射的光射出的射出面的中心区域中，形成所述压纹面的中心区域的尺寸大于或等于形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状的中心区域的尺寸。

9.根据权利要求7所述的照明设备，其中，在形成所述压纹面的中心区域的周围的周边区域中形成具有与所述发光部的长边方向平行的轴的圆柱形凹面。

10.根据权利要求7所述的照明设备，其中，在通过所述入射面入射的光射出的射出面的中心区域中形成使具有相互垂直的轴向的两种圆柱形凹面相互交叉的多个形状。

11.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述照明设备通过改变所述发光部和所述光学部件的相对位置来改变所述光照射范围。