CN1207620C - 光发射器件和具有该器件的相机 - Google Patents

Abstract

提供了一种光发射器件，其能够沿横向和垂直方向改变照明角度。一个发光元件包括至少一个在纵向方向上延伸的弧光管和一个反光伞。一个透光光学元件被置于发光元件的前方更接近于主体的一侧，使得所述光学元件和所述发光元件之间的相对距离能够改变。该光学元件包括位于中部并置于弧光管的纵向方向上的多个光折射部分，以及位于所述光折射部分的纵向方向的相对侧上的反射表面，用于把来自所述发光元件的光反射向一个主体。通过改变发光元件与光学元件之间的间隔可以在横向和垂直方向改变光分布特性。

Description

光发射器件和具有该器件的相机

技术领域

本发明涉及一种能够改变照明范围的光发射器件，以及一种具有该器件的相机。

背景技术

传统上，已有各种用于例如相机这样的照相装置中的照明器件，用于有效地把从一个光源向各个方向发出的光束汇聚在一个所需的照明视角内。

特别在最近几年，通过提供在一个透镜上执行全反射的光学部件、光导等等来取代通常置于光源前方的菲涅尔透镜，来提高汇聚效率并且减小照相装置的尺寸。

在最近几年，例如相机这样的照相装置尺寸和重量减小，并且拍摄镜头的变焦倍数提高。通常，随着照片装置尺寸的减小和放大倍率的增加，拍摄镜头的全孔径f-数值趋向于逐步增加。如果拍摄一张照片而不使用辅助光源，则由于摄影师手部的运动或者主体的运动而造成照片上图像产生另人所不期望的模糊。为了解决该问题，作为一种辅助光源的照明器件通常内置于照相装置中。

在这种情况下，随着该照明设备使用频率增加到一定的程度，照相所需的发光量也增加。因此，照明范围通常固定对应于广角照相，并且在远摄照相中不需要照明的范围被照亮。因此，由于大量能量的损耗，因此使用具有固定角照明范围的照明器件存在缺点。

相应地，人们提出各种照明器件，其能够改变照明范围，以便于仅仅照亮对应于拍摄视角的范围，从而节省能量。特别地，人们已经提出一些照明器件，用于通过全反射来提高照明效率。

例如，在由本发明的申请人(其作为除美国以外的其它国家的申请人)在日本公开专利公告第4-138439号(公开)中提出的一种照明器件具有置于该照明器件前部的一个聚光系统，并且包括一个光学棱镜，其具有：具有正折射能力的上部和下部两个入射表面，并且主要从光源发出的光束相对于一个出射光轴横向地入射；对光束全反射的上部和下部两个全反射面；以及使该全反射光束通过并向一个主体发出的出射表面。在该聚光系统中，光学棱镜和光源的位置相对改变，以使得光束由全反射表面反射或透射，从而改变照明范围。

在日本公开专利公告(公开)第8-262538号提出的一种照明器件中，一个光学棱镜被分为多个部分，并且该垂直放置的光学棱镜被旋转以改变照明范围。

但是，在上述公告中公开的照明器件提供一种相对容易的汇聚和散射控制方法，其把光束引导到作为光源的圆柱放电弧光管的直径方向上，即，在与光源的纵向方向(相对照明光的轴线的横向方向)相正交的方向(垂直方向)。因此，由于照明范围仅仅被在纵向方向上控制，从而并非总是能够以理想的方式控制照明范围。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种光发射器件，其可以减小作为一个整体的尺寸，并且能够有效地利用来自光源的能量，并在横向方向上改变照明角度，以及一种包含该光发射器件的相机。

本发明的另一个目的是提供一种光发射器件，其能够改变在横向和垂直方向上的照明角度，以及一种包含该光发射器件的相机。

为了实现上述目的，本发明提供一种光发射器件，其中包括：一个发光元件，其包括至少一个沿其纵向方向延伸的弧光管和一个反光伞，所述弧光管具有在其纵向方向上的相对端；以及一个透光光学元件，它被置于所述发光元件的前方并位于该发光元件的更接近于一个主体的一侧，使得所述光学元件和所述发光元件之间的相对距离能够改变，所述光学元件具有反射表面，用于把从所述发光元件发射的光束反射向主体，该反射表面位于沿纵向方向的所述弧光管的相对端所对应的位置处。

在本发明的一个优选形式中，该光学元件具有多个柱面透镜，其形成在光学元件的中部并与弧光管的纵向方向平行布置。

最好，该光学元件的反射表面被设置为使得它们在该光学元件接近发光元件时不反射光束，但是当光学元件远离发光元件时反射光束。

最好，该发光元件包括：一个光折射部分，其位于发光元件的中部，用于折射来自弧光管的光线，并把该光线投射到主体，该光折射部分具有相对侧；以及具有一个反射部分的光学部件，用于把来自弧光管的光线全反射到光反射部分的相对侧，并且把该光线投射到主体上。

最好，该光学元件包括棱镜部分，其具有棱镜表面并从发光元件向弧光管方向突出，以及该反射表面是棱镜部分的棱镜表面。

为了实现上述目的，本发明进一步提供一种光发射器件，其中包括：一个发光元件，其包括至少一个在纵向方向上延伸的弧光管和一个反光伞，该弧光管具有在纵向方向上的相对端；以及一个透光光学元件，其置于发光元件的前方在接近于主体的一侧，使得光学元件和发光元件之间的相对距离能够改变，该光学元件包括：位于中部并与弧光管的纵向方向平行地设置的多个光折射部分，该光折射部分具有延着它的一个纵向方向的相对侧；以及位于光折射部分的纵向方向的相对侧上的反射表面，用于把来自发光元件的光束反射到一个主体。

最后，该光折射部分包括柱面透镜。

为了实现上述目的，本发明还提供一种具有如上文所述构成的光发射器件的相机。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的实质以及其它目的和优点，在附图中相同的参考标号表示相同或相似的部件，其中：

图1为示出根据本发明第一实施例处于窄角照明范围位置的作为一个光发射器件的照明器件的沿着放电管的轴线截取的水平纵向截面视图；

图2为示出处于广角照明范围位置的沿着放电管的轴线截取的照明器件的水平纵向截面视图；

图3为示出处于窄角照明范围位置的沿着放电管的直径方向截取的照明器件的垂直纵向截面视图；

图4为示出处于广角照明范围位置的沿着放电管的直径方向截取的照明器件的垂直纵向截面视图；

图5为示出该照明器件的光学系统的基本部分的透视图；

图6为示出应用根据本发明第一实施例的照明器件的一种相机的截面视图；

图7为示出光分布特性的曲线图，该图用于说明根据第一实施例的照明器件的照明范围；

图8为示出根据本发明第二实施例处于窄角照明范围位置的作为一个光发射器件的照明器件的沿着放电管的轴线截取的水平纵向截面视图；

图9为示出根据第二实施例的处于广角照明范围位置的沿着放电管的轴线截取的照明器件的水平纵向截面视图；

图10为示出根据第二实施例处于窄角照明范围位置的沿着放电管的直径方向截取的照明器件的垂直纵向截面视图；

图11为示出根据第二实施例处于广角照明范围位置的沿着放电管的直径方向截取的照明器件的垂直纵向截面视图；

图12为示出根据第一实施例的照明器件的光学系统的基本部分的透视图；

图13为示出光分布特性的曲线图，该图用于说明相据第二实施例的照明器件的照明范围；

图14为示出根据本发明第三实施例处于窄角照明范围位置的作为一个光发射器件的照明器件的沿着放电管的轴线截取的水平纵向截面视图；

图15为示出根据第三实施例的处于广角照明范围位置的沿着放电管的轴线截取的照明器件的水平纵向截面视图；

图16为示出根据第三实施例处于窄角照明范围位置的沿着放电管的直径方向截取的照明器件的水平纵向截面视图；

图17为示出根据第三实施例处于广角照明范围位置的沿着放电管的直径方向截取的照明器件的水平纵向截面视图。

具体实施方式

下面将参照示出实施例的附图具体描述本发明。

图1至6示出根据本发明第一实施例的作为一个光发射器件的照明器件。图1和2为示出该照明器件的光学系统的基本部分水平纵向截面视图，而图3和4为示出该照明器件的光学系统的基本部分的垂直纵向截面视图。图5为仅仅示出照明器件的主要光学系统的透视图，以及图6为示出具有该照明器件的一种相机的透视图。图1至4还示出从一个光源发射的典型光线的路径。

首先，将描述具有该照明器件的相机的整体结构。如图6中所示，该照明器件1可伸缩地置于一个相机体11的上部，并且设计为当使用相机时从相机体11的旁侧凸出。

在图6中，参考标号12表示容纳拍摄镜头的一个镜筒；13表示一个快门释放按键；14表示一个远摄变焦按键；15表示一个广角变焦按键；16表示用于改变相机的模式的一个操作按键；17表示用于向用户给出关于相机操作的信息的一个液晶显示窗口；18表示测量外部光线的亮度的一个测光计的一个光接收窗口；以及19表示取景框的观察窗口。应当指出具有根据本发明的照明器件的相机不限于具有这种结构的相机。

下面参照图5描述该照明器件中与光学特性有关的元件。在图5中，参考标号2表示一个放电弧光管(氙灯管)，其形状类似于一个直长的圆柱，并且发出光束。放电弧光管2被设置为在照明器件1的横向方向上延伸。参考标号3表示一个反光伞，其把在从放电弧光管2发出的光束中向光发射方向的相反方向发射的成份反射到光发射方向。反光伞3的内表面由金属材料所制成，例如具有高反射率的亮铝。应当指出，具有高反射率的金属可以淀积在反光伞3的内表面上。

参考标号4表示一个透光光导部件，其把从放电弧光管2发出的光束分为在一些光路区域中的光束，从其一个出射表面发出在各个区域中的光束，然后把所发射光束按预定间隔截断，以改变光分布特性，使得光束可以在预定范围内分布。

参考标号5表示一个透光光学部件，其接收从该透光光导部件4发射的光束以改变光分布特性，使得光束可以在所需的预定范围内分布。能够折射光线的多个柱面透镜5a、5b、5b’平行并列地在垂直方向垂直地形成在该光学部件的光出射表面上。具有全反射内表面的垂直延伸的棱镜部分(汇聚部分)5h、5h’形成在透光光学部件5的左右侧边缘。

放电弧光管2、反光伞3和光导部件4被整体地支承在一个容纳壳体中，未示出，以构成一个发光元件。该发光元件可根据镜筒12的倍率改变操作而相对固定在照明器件1的外表面上的光学部件5运动。这连续地改变照明光的汇聚程度。应当指出，光导部件4和光学部件5最好由具有高光透射率的用于光学的树脂材料所制成，例如丙烯树脂或玻璃材料。

如果在如上文所述构成的相机中设置“闪光灯自动模式”，在用户按下快门释放按键13之后，一个中央处理单元，未示出，确定是否使照明器件1根据由测光计，未示出，所测量的外部光线的亮度以及所装载胶片的感光度而使照明器件1发光。

在确定需要使照明器件1发光时，该中央处理单元通过附着到反光伞3的一个触发引线，未示出，输出一个光发射指令，以使放电弧光管2发光。在由放电弧光管2所发射的照明光束中在照明方向上发射的光束被直接透射通过置于放电弧光管2前方的光导部件4和光学部件5，以改变光分布特性，使得光束在预定范围内分布。另一方面，通过反光伞3，在由放电弧光管2所发出的照明光束中向照明方向相反的方向发射的光束被通过置于放电弧光管2前方的光导部件4和光学部件5发出，以改变光分布特性，使得光束在预定范围内分布。然后该光束照射在一个主体上。

仅仅通过发射元件(即，光导部件4)和光学部件5沿着照明光的轴线相对运动(即，发光元件的运动)而改变光分布特性。

根据本实施例，如果相机的拍摄透镜是一个变焦透镜，则沿着照明光轴线的发光元件和光学部件5的相对位置根据变焦透镜的焦距而改变。这能够根据拍摄透镜的所需照明范围同时在横向和垂直方向上调节光分布特性。

现在将参照图1至4描述用于改变照明范围的设置最佳光学配置的方法。

首先参见图3和4，将描述改变在照明器件1中的放电管的直径方向(垂直方向)上的照明范围的基本原理。在图3和4中，与图5中所示相类似的元件和部件由相同的参考标号表示。

图3示出发光元件和光学部件5处于最大间隔的状态。图4示出发光元件和光学部件处于最小间隔的状态。图3和4还示出从放电弧光管2的内径中心发出的典型光线的光路。

在此所述的照明器件1能够连续改变照明范围，并且保持均匀的纵向光分布特性，并且具有一个开孔，其被设计为具有最小高度。

图3和4示出放电弧光管2的玻璃部分的内径和外径。用于这种照明器件中的放电弧光管通常从整个内径发光，以提高效率。因此，可以认为光线均匀地从在放电弧光管2的整个内径上的发射点发出。但是，为了简化说明，认为从光源的中心发出的光线是典型光线，因此该图仅仅示出从光源中心发出的典型光线。由于与图中所示的典型光线相同从放电弧光管2的外围发出的光束，实际光分布特性被改变，使整个光线分布变得略宽，但是光分布特性的趋势基本上相同。因此，下文将根据典型光束进行描述。

首先，顺序描述如上文中所述构成的照明光学系统的特性。反光伞3的内表面为半圆筒形，并且基本上与放电弧光管2的外围表面同心。这使得由反光伞3所反射的光线返回到光源中心附近，避免光线受到放电弧光管2的玻璃折射的不良影响。另外，由于使得由反光伞3所反射光线作为基本上与来自光源的直接光线相同的发射光，该反光伞3的结构和配置是便利的，这使得作为一个整体的下游光学系统的尺寸减小。

为什么反光伞3刚好为半圆柱形的原因是如果它更小，则光导部件4必须增大尺寸以把所发射的光线汇聚到该侧，并且如果它更大，则由于反光伞3内部的光通量增加而使得效率下降。

根据本实施例，光导部件4如下文所述构成。对一个入射表面4a和一个出射表面4b所提供正折射能力的柱面透镜形成在光导部件4的中部。因此，如图3所示，从放电弧光管2的中部发出的光束沿着垂直延伸的直线，即与图的平面相垂直，汇聚在位置P上。

在光导部件4的上部和下部中，从放电弧光管2的中部发出的光束被入射表面4c、4c’所折射，然后被反射表面4d、4d’所反射，以从出射表面4e、4e’发出。在由反射表面所反射的光线中，在反射表面4d、4d’的前部反射的光线被引导到这样的方向上，使其更加接近于出射光轴的中部，在该中部反射的光线被引导为基本上与出射光轴相平行，并且在接近于光源的部位被反射的光线被引导到这样的方向上，使其远离出射光轴的中部。反射的光束被均匀分布。

另一方面，具有正折射能力的三个柱面透镜5a、5b、5b’在垂直方向上并排形成在光学部件5的出射表面上，如上文所述。更加具体来说，如该图中所示三个柱面透镜5a、5b、5b’形成在与如下三个区域相对应的位置：由形成在光导部件4的中部的柱面透镜所汇聚的区域以及由全反射表面所汇聚的上部和下部区域。

下面将进一步详细描述光导部件4的各个表面的形成。通过直接折射，控制光线角度为接近出射光轴的形成在入射表面4a和出射表面4b上的柱面透镜是非球面透镜，其形状被确定为通过入射表面4a使得从光源中部发射的光束与出射光轴相平行，然后通过出射表面4b汇聚在点P上。

通过使得在入射表面4a上折射的光束与出射光轴相平行，可以更容易地设置出射表面4b的最佳形状。但是，该柱面透镜的形状不必限于这种形状，以通过入射表面4a使得从光源中部发射的光束与出射光轴相平行。对如何提供具有折射能力的透镜表面没有特别的限制，只要光束可以通过光导部件4透射并且汇聚在点P附近使得最大出射角和最小出射角与预定角度相等即可。因此，使用非球面透镜不是一个基本条件；例如，可以采用球面透镜与柱面透镜的结合。

现在将描述把入射光线引导到光导部件4的全反射表面4d、4d’的入射表面4c、4c’的形状。入射表面4c、4c’最好与光轴相平行，以使得光导部件4的尺寸最小化。更加具体来说，在与出射光轴不同方向上流动的光束被入射表面4c、4c’折射一次。当入射表面的角度较小时，折射效果增加，由于在该方向上的折射使得入射光被引导为远离光轴。则减小了光学棱镜的总长度。

但是，实际上入射表面4c、4c’的倾角取决于形成光导部件4的条件。当入射表面4c、4c’的角度较小时，实际形成条件变得更加严格。最好，入射表面的角度的最大值Φ被设置为在如下范围内，而与入射表面4c、4c’是否为平坦或弯曲无关：

0≤Φ＜2°...(1)

看起来难以把该角度设置在该范围内，但是由于入射表面4c、4c’按短间距放置并且它们是平坦和光滑的，因此实际上有可能把该角度设置在该范围内。通过按照这种方式确定入射表面4c、4c’的倾角，有可能使开孔的高度最小化而不使效率降低。

在此将描述反射表面4d、4d’的形状。如上文所述，反射表面4d、4d’的形状如此确定，使得在由反射表面4d、4d’所反射的光线中，在反射表面4d、4d’的前部反射的光线被引导到这样的方向上，使其更加接近于出射光轴的中部，在该中部反射的光线被引导为基本上与出射光轴相平行，并且在接近于光源的部位反射的光线被引导到这样的方向，使其远离出射光轴的中部并且反射光束被均匀分布。

就在通过直接折射把角度控制为接近出射光轴的入射表面4a和出射表面4b的情况下，反射表面4b、4b’的形状最好最确定为使得光线可以汇聚在一点上。这增加了光导部件4的尺寸和改变照明范围所需的空间。这导致在照明器件1中作为整体的光学系统的尺寸增加。不增加光学系统的尺寸，则难以使得垂直照明角度相一致并且使得垂直光分布特性均匀。

因此，根据本发明，按照这样一种方式来确定反射表面4d、4d’的形状，以获得基本上与上述一点汇聚相同的效果。这使得有可能获得基本上与入射表面4a和出射表面4b相同的效果，并且保持光导部件4的尺寸较小。

另一方面，尽管未示出，由于反光伞3与放电弧光管2相同心地形成，因此在从放电弧光管2发出的光线中与出射光轴方向相反的光线被反光伞3所反射，然后再次进入光导部件4，并且基本上通过放电弧光管2的中部被沿着出射光轴向前导出。在返回到光源中心之后，光线被按照与上文所述相同的方式所引导。现在将描述光学部件5的形状。光学部件5是还可以被用作为照明器件1或相机的外围部件的一个平面部件。具有正折射能力的三个透镜形成在光学部件5的光出射表面。

该透镜具有这样的形状，以按照各个预定的比率，改变从由具有正折射能力的柱面透镜所汇聚的中央区域发出的光以及从由上文参照光导部件所述的全反射表面所汇聚的上部和下部两个区域发射的光的汇聚程度。通过调节光导部件4和光学部件5之间的距离，按照相同的方式改变光在这三个区域上的分布。

如图3中所示，在三个透镜中的中央透镜是一个非球面透镜，其如此构成使得从点P发射的光束被光学部件5的出射表面5a折射为基本上与出射光轴相平行的光线。由于被光导部件4的全反射表面4d、4d’所反射的光束不汇聚在一点，因此如下文所述，上部和下部两个透镜被形成为校正表面。

更加具体来说，上部和下部透镜的表面被形成为使得每个透镜的上半部和下半部具有不同的特性，以在光导部件4和光学部件5被按照预定间隔放置的状态中，使通过出射表面的所有光束与出射光轴相平行。

下面将更加具体描述。在每个透镜中，在反射光的所有成分中，在中部附近与出射光轴相平行的成分外侧的一部分包括具有低折射能力的透镜表面，以及该成分内侧的部分包括具有高折射能力的透镜表面。

在光导部件4和光学部件5被按照预定间隔放置的状态中，该结构在图3中所示的垂直方向上获得最大的汇聚。在该最大汇聚中，通过利用光学部件5的开孔来把光线控制为该极限是用于实现发射大量光线的照明器件的一个重要条件。通过满足该条件可以高效地实现小尺寸的照明光学系统。

另一方面，为了获得光在垂直方向上具宽范围的分布这样的光分布特性，光导部件4和光学部件5被按照最小间隔放置，如图4中所示。在该位置，形成在出射表面4b、4e、4e’的前部的最大汇聚区域的位置基本上对应于形成在光学部件5的出射侧的透镜的各个出射光轴的位置，即透镜的中部，如图中光线所示。

通过使由光导部件4所获得的了最大汇聚区域基本上对应于在形成与如上文所述的光学部件的出射侧的透镜的光轴中心附近不受到透镜折射能力的大大影响的区域，可以把照明光束照射到一个主体上，其光分布特性基本上等于在单独由光导部件4汇聚光线的情况中所获得的光分布特性。

更加具体来说，通过如上文所述地配置光学系统并且适当地设置由光导部件4和光学部件5的厚度产生的预定汇聚，可以获得具有最宽照明范围、具有最小损耗、对应于广角拍摄透镜的所需照明范围的一个均匀光分布特性。为了获得这种特性，光导部件4的部分被适当地整形，使得在光导部件4的各个部分中的汇聚基本上相互对应。

顺便提及，光学部件5的透镜表面形成在本实施例的出射侧，并且其优点是减小照明器件的光学系统的尺寸。特别地，当光源与光控制表面之间的间隔增加时，由折射汇聚的程度较大。因此，通过把光控制平面设置在光学系统中的最远位置，可以减小沿着出射光轴的照明器件的光学系统尺寸。

另外，通过把该光学系统设置在图3中的状态与图4中的状态之间的中间状态，通过移动柱面透镜5a、5b、5b’，即改变其相对于光学系统的距离，可以连续地改变柱面透镜的折射能力的影响。因此，可以根据该距离改变光分布特性。通过调节该光学系统与柱面透镜之间的相对距离，可以连续和均匀地改变光分布特性。

因此，可以根据沿着出射光轴的光导部件4和光学部件5的相对位置的改变而在垂直方向上连续地改变光分布特性。

下面参见图1和2，在此将描述光分布特性如何沿着放电弧光管2的轴线改变，即在放电弧光管2的纵向方向上改变。

图1示出对应于图3的最大汇聚状态，即，光导部件4和光学部件5被置于最大间距的状态。图2示出对应于图4的最宽照明范围的状态，即光导部件4和光学部件5被置于最小间距的状态。在这些图中，与上文所述相类似的元件和部分由相同的参考标号所表示，并且这些图还示出典型的光束，以说明在横向方向上的光分布特性。

首先，描述图1中所示的状态。如该图中所示，没有在光学部件5左侧和右侧的出射表面上形成用于聚光的折射平板，例如菲涅尔透镜。这是因为形成在光学部件5的侧面方向中的开孔的宽度比放电弧光管2的有效弧光长度更窄，并且在光学部件5和放电弧光管2之间仅仅具有小的间隔。更加具体来说，如果不能保证在放电弧光管2和位于与光源相距最远位置光学部件5之间具有足够的距离，则由于从每一点来看该光源的角度过宽，则即使在该中部附近形成任何聚光平板也难以汇聚光线。

例如，如果在光学部件5中不形成一个菲涅尔透镜，则从放电弧光管2中部和附近发出的光束被汇聚，而由于照明范围很可能被折射所加宽，从放电弧光管2端部发出的光束不能被满意地汇聚，由全反射造成的意外反射引起光损耗，并且由在菲涅尔透镜边缘的折射引起光损耗。因此，根据本实施例，横向光束不汇聚在光学部件5的出射侧。

另一方面，包括入射表面5e、5e’，全反射表面5d、5d’、以及出射表面5f、5f’的棱镜部分5h、5h’在向着光源的一侧形成在光学部件5的外围上。棱镜部分5h、5h’仅仅汇聚横向光束。仅仅在光学部件5的外围形成棱镜部分5h、5h’的原因是从外围来看光源比从中部看光源视角更小，从外围看光源的方向可以被限制为几度，使得光束的方向被控制为几度。

因此，根据本实施例，棱镜部分5h、5h’的各个表面被优化以获得最大的汇聚效果，如图1中所示。如该图中所示，在从光源左侧和右侧以及中部附近发射的光束中入射到透镜部分5h、5h’的光束被全反射为与出射光轴相平行。

下面参见图2，现在描述在横向方向上的最宽照明范围。应当指出，图2还示出从光源的相同点在相同方向上发射的光束，使其可以与图1相比较。

如上文所述，没有用于汇聚横向光束的特殊折射平面或反射平面形成在光学部件5的出射侧。因此，入射到平面入射部分5g的光束被均匀地在广角范围上分布，而没有减小横向方向上的照明角度。

更加具体来说，从图2清楚示出从光源中部及其附近发射光线，如果光导部件4和光学部件5被设置为相互接近，则从光导部件4发射的所有光线可以进入光学部件5的平面入射部分5g。这避免任何成分进入棱镜部分5h、5h’，并且获得具有宽照明范围的光分布特性。

下面参见图7，在此描述在图1和2中所示的状态中照明范围如何改变。

在图7中，横座标表示相对于中心的夹角，并且纵座标表示对于该夹角的光量。在此，字符G表示对应图1中的状态的聚光。在该状态中，有效照明范围等于角度A的范围，在边缘处的光量等于在中部光量的50％。

另一方面，符号H表示对应于图2的状态的宽照明范围，并且有效照明范围等于角度B的范围。

从这些图显而易见，通过把向周围发射的部分光束向中部其及附近汇聚，由于光量在中心附近增加的结果，使得由符号G所示的聚光表明规定为中央光量的50％的有效照明范围被相对缩小。

因此，如果在从光导部件4发射的光束中在远离出射光轴的中心这样的方向上(向着光学部件5的左侧和右侧纵向末端)发射的光束进入位于光学部件5的右侧和左侧的能进部分5h、5h’，以把光束的方向改变为汇聚方向，可以明显增加在中心附近的光量，以及减小在所需照明范围之外辐射的光量。这使得照明光的有效照射对应于拍摄透镜的长焦距。

另一方面，如果该光学系统被置于图1中的状态和图2中的状态之间的中间状态，通过改变光导部件4和光学部件5的相对位置，可以连续地改变照明光束的照明范围。这是因为可以根据入射到形成于光学部件5中的棱镜部分5h、5h’的入射光通量(由全反射表面5d、5d’所反射的光通量)，而连续改变出射光轴中心及其附近的光通量，并且通过增加或减小在中心附近的光通量，可以连续改变有效照明范围，其中该范围边缘上的光量被规定为在中心附近的光量的50％。

更加具体来说，入射到棱镜部分5h、5h’的光量逐步从图2中的状态增加，并且这改变向外围发射的光束的方向，使得光束可以被转向到出射光轴中部附近。因此可以连续地缩小照明范围。

尽管如此形成棱镜部分5h、5h’的各个表面，使得从光源中部发射的光束被棱镜部分5h、5h’全反射，并沿着出射光轴发射。但是应当知道，这不是对本发明的限制。例如，可以形成棱镜部分5h、5h’的各个平面，使得在光源中部和外围之间的中间位置发射的光束被光学部件5汇聚在出射光轴附近。另外，棱镜部分5h、5h’的各个反射表面可以任意形成，使得从运动的中间点来看在各个变焦点处可以获得最佳的光分布特性。

因此，对应于在图3和4中所示垂直方向上照明范围的改变，可以在横向方向改变该光学系统。更加具体来说，单个动作，即，光学元件与光学部件5沿着出射光轴的相对运动使得照明范围在垂直和横向方向上改变。这实现了一种具有可变的照明范围的光学系统，这是非常方便的，因为不需要对互锁系统和照明角度做大的改动。

另外，由于全反射表面5d、5d’被用于改变在横向方向上在外围的光路，并且棱镜部分5h、5h’被形成为覆盖在纵向方向上光导部件的出射表面的两端部分，因此可以有效地改变照明范围，而几乎没有由于方向改变所造成的光损耗。

另外，根据本实施例，使用与用来在垂直方向上改变照明范围的光控制面不同的控制面(全反射表面5d、5d’)来改变在横向方向上的照明范围。因此，可以分别在横向和垂直方向改变照明范围，并且可以自由地在横向和垂直方向上设置照明范围。

尽管上文是参照包括与光学部件5形成整体的棱镜部分5h、5h’反射表面被用作为在横向方向上改变照明范围的装置的情况进行描述的，但是还可以使用例如与光学部件形成整体的亮铝或者与光学部件相分离的棱镜部件这样的反射表面。

根据本实施例，通过相对于光源沿着出射光轴移动汇聚部分可以改变照明范围，但是应当知道本发明不限于此。通过使用能够明显改变入射光束的出射方向的光学部件，通过任意控制入射光束的方向可以获得相同的效果(例如，光纤和在同一部件内具有可变折射率的渐变梯度折射率材料)。

图8至13示出根据本发明第二实施例的照明设备的光学结构。本实施例不同于第一实施例之处在于，在改变照明范围时，光导部件24和光学部件25的相对运动方向相反。更加具体来说，根据本实施例，当光导部件24和光学部件25位于最大间隔时，照明范围最宽，并且当光导部件24和光学部件25位于最小间隔时，照明范围最窄。也就是说，在图8中向所需照明范围之外发射的光束成分被用作为在所需视角内的外围成分，从而明显加宽照明范围。

在本实施例的描述中与第一实施例相同的部件用相同的参考标号表示。根据本实施例的照明器件也安装在如第一实施例中所述的相机上。

图10和11为示出放电弧光管2的中部及其周围的垂直纵向截面视图，并且用线条视出从放电弧光管2的中部及其附近发出的照明光束。图12为示出根据本实施例的照明光学系统的基本部分的透视图。图8和9为示出放电弧光管2沿轴线截取的截面视图，并且还示出从光源的中部及其附近发出的典型光线。

参考图12，现在将给出确定根据本实施例的照明器件的光学特性的部件的详细描述。

在图12中，参考标号23表示在从放电弧光管2发射的光束中把在光出射方向相反方向上发射的成分向光出射方向上反射的一个反光伞。反光伞23的内表面由金属材料制成，例如具有高反射率的亮铝。顺便提及，具有高反射率的金属可以淀积在该内表面上。

参考标号24表示一个光导部件，其把从放电弧光管2发出的光束分为在一些光路区域中的光束，从其一个出射表面发出在各个区域中的光束，然后把光束按预定间隔截断，以改变光分布特性，使得光束可以在预定范围内分布。

参考标号25表示一个光学部件，其接收从透光导部件4发射的光束以获得预定的光分布特性。具有在垂直方向上发生作用的负折射能力的多个柱面棱镜25a在光学部件5的入射表面上在垂直方向上平行地形成。

对入射光线全反射的垂直延伸棱镜部分(汇聚部分)25b、25b’形成在光学部件25的左右侧边缘。

通过这种结构，放电弧光管2、反光伞23和光导部件24被整体地支承在一个容纳壳体中，未示出，以构成一个发光元件。该发光元件相对于固定在照明器件的外围上的光学部件25运动。这连续地改变照明光的汇聚程度。应当指出，光导部件24和光学部件25最好由具有高光透射率的用于光学的树脂材料所制成，例如丙烯树脂或玻璃材料。

根据本实施例，如果一个变焦透镜被用作为相机的拍摄透镜，则沿着照明光轴线的光导部件24和光学部件25的相对位置根据变焦透镜的焦距而改变。这能够对于拍摄透镜的视角相应地改变垂直方向上的光分布特性，其中由于有效光源的尺寸太大，本质上难以控制光束，以对于拍摄透镜的视角相应地改变光束而不使用任何其它部件。

现在将参照图8至11描述用于改变照明范围的设置最佳光学配置的方法。

图10和11为示出在根据本实施例的照明器件中的放电弧光管2的垂直纵向截面视图，以描述在垂直方向上改变照明范围的基本原理。在这些图中，与图12中所示相类似的元件和部件由相同的参考标号表示。图10示出光导部件24和光学部件25处于最小间隔的状态，以及图11示出光导部件24和光学部件25处于最大间隔的状态。图10和11还示出从放电弧光管2的内径中心发出的典型光线的光路。

根据本实施例，能够连续改变照明范围，并且保持均匀的垂直方向的光分布特性，并且形成一个垂直开孔，其具有最小高度。

首先，顺序描述如上文中所述构成的照明光学系统的特性。反光伞23的内表面为半圆筒形，并且基本上与放电弧光管2的外围表面同心，其原因与第一实施例相同。

另一方面，由于下述原因，反光伞23的上部和下部外围沿着光导部件24的背部形成。

如该图所示，从光缘的中部发射的光束被形成在光导部件24内表面上的反射表面24c、24c’理想地反射，但是从该图中光源中部的右侧发出的光线被部分地从反射表面24c、24c’反射，特别是如果该光源具有较大内径尤其如此。反光伞23的上部和下部外围被形成为覆盖光导部件24的背部，以有效地利用从反射表面24c、24’发射的光束。更加具体来说，反光伞23延伸到光导部件24的背部，并且相应于反射表面24c、24c’而形成。这使得从反射表面24c、24c’发射的光束不被反射表面24c、24c’所反射，再次进入光导部件24。因此，可以在预定照明范围内有效地汇聚反射光束。

根据本实施例，如下文所述那样形成光导部件24。

在垂直方向上的光导部件24的中部，一个柱面透镜形成在入射表面24a上，以提供正折射能力，使得从光源中部发出的光束能够与出射光轴相平行。

类似地，在光导部件24的上部和下部，从光源中部发出的光束被入射表面24b、24b’所折射，并且被位于入射表面24b、24b’的上侧或下侧的全反射表面24c、24c’所反射，使得该光束与出射光轴相平行。

在按照上述方式使从光源的中部发射光束与出射光轴相平行之后，具有形成在出射表面24d上的正折射能力的多个柱面透镜24c形成如图11中所述的多个汇聚区域。

另一方面，具有补偿形成在光导部件24的出射表面上的柱面透镜24d的负折射能力的多个柱面透镜24a形成在光学部件25的入射表面上。

通过这种结构，当光导部件24和光学部件25如图10中所示相互接近时，柱面透镜的折射能力被补偿。这保持该聚光状态，其中在由光导部件24的入射表面24a所折射或者由入射表面24b、24b’所折射之后，光束被反射表面24c、24c’所反射。

另一方面，当光导部件20和光学部件25处于图11中所示的最大间距时，可以改变光分布特性，使得光束在预定范围内均匀分布。这是因为由光导部件24的柱面透镜24d所汇聚的各个部分的光束传播通过柱面透镜25a的中部及其附近，在光学部件25中具有较低的折射能力。这种光学系统的结构减小了由柱面透镜25a对光束产生的影响。

另外，当把该光学系统置于图10中的状态与图12中的状态之间的中间状态时，随着光导部件24的运动，即改变其相对于光学系统的距离，可以连续地改变由柱面透镜25a的折射能力产生的影响。因此，还可以根据光导部件24的距离改变而改变光分布特性。通过调节光导部件24和光学系统的相对位置，可以连续和均匀地改变光分布特性。

因此，根据沿着出射光轴的光导部件24和光学部件25的相对位置的改变，可以在垂直方向上连续改变光分布特性。

下面参见图8和9，将描述在横向方向上改变光分布特性的情况。这些图为包括放电弧光管2的中心轴的水平纵向截面视图。图8示出对应于图10的最窄照明范围，即在光导部件24和光学部件25处于最小间隔的状态。图10示出对应于图11的最宽照明范围，即，在光导部件24和光学部件25处于最大间隔的状态。在这些图中，与上文所述相类似的元件和部件由相同的参考标号所表示，这些图还示出从光源的中部发出的典型光束，以说明在横向方向上的光分布特性。

如图中所示，由于与第一实施例相同的原因，在光学部件25的右侧和左侧外围的出射表面被设计为平面。特别地，由于光学部件25接近于该光源，并且光源比光学部件25中的开孔更长，由于从每个点来看光源都特别宽，因此即使形成任何聚光平板也难以汇聚光线。

另一方面，仅仅汇聚侧面光束的棱镜部分25b、25b’形成在光学部件25的右侧和左侧外围。

棱镜部分25b、25b’仅仅形成在光学部件25右侧和左侧外围上的原因是从外围看来该光源比从中部看来更窄，并且光源从外围看来被限制为几度，使得光束的方向被控制在一定的范围内。

从该图显然可以看出，从光源的中部发射的光束不能够在图8中所示的状态中汇聚，并且与从图8中光源的中部所发射光线相同的光线进入棱镜部分25b、25b’，使得光线被反射到预定的出射方向。

下面更加具体描述。棱镜部分25b、25b’包括平面入射表面25c、25c’；非球面全反射表面25d、25d’；以及平面出射表面25e的左侧和右侧外围。

如图9中显然可以看出，入射表面25c、25c’是平坦的，使得它们基本上与出射光轴相垂直，以增加入射光的量，并且其尺寸最小化。

全反射表面25d、25d’是非球面并且垂直延伸，即与该图的平面相垂直，使得从出射表面25e发出的光束被在预定角度θ上反射。

通过按照上述方式形成棱镜部分25b、25b’，可以把在横向方向的照明角度加宽预定的度数。下面将参照图13描述在图8和9所示状态中改变照明角度的原理。

在图13中，横座标表示相对于中心的夹角，并且纵座标表示对于该夹角的光量。在此，字符I表示对应图8中的状态的汇聚。在该状态中，有效照明范围等于角度B的范围，在此处光量等于在中部光量的50％。在该状态中，不能够有效地利用在右侧和左侧外围的光束。

另一方面，字符J表示对应于图9的状态的宽照明范围，并且有效照明范围等于角度C的范围。从图中显而易见，字符I表示通过把向右侧和左侧外围辐射的部分光束导向所需照明范围的外围而加宽照明范围，使得在外围的光亮约等于在中部的光亮的50％。

因此，由于通过光导部件24和光学部件25的相对运动可以相应准确地控制从小间隙发射的光线(尽管其绝对值较小)的方向，通过棱镜部分25b、25b’可以控制光束用于改变照明光学系统中的有效照明范围，仅仅加宽在光量等于中部光量的50％的狭窄区域内的角度成分。

本发明减小照射到所需照明范围外部的光量，以对应拍摄透镜的焦距有效调节照明范围。

根据本实施例，从光源中部发出的所有光束被棱镜部分25b、25b’偏转预定的角度θ，但本发明不限于此。例如，在棱镜部分中，反射表面可以任意形成，只要增加在所需照明范围外围附近的光量即可。通过优化反射表面的形状可以获得与本实施例相同的效果。

另外，根据本发明，使用直的放电弧光管作为光源，但是不一定使用这种放电弧光管作为光源。可以使用一种光源(例如，冷阴极管)，其具有大到一定的程度而不能被当作点光源的有效发光部分。

图14和15示出根据本发明第三实施例的器件的光学结构。本实施例不同于第一实施例之处在于光学部件35的部分形状。特别地，本实施例的特征在于提供于光学部件35的右侧和左侧外围的各个棱镜部分被分为多个部分，以形成棱镜行。

在本实施例的描述中，与第一实施例相类似的元件和部分由相同的参考标号所表示。根据本实施例的照明器件已安装在第一实施例中所示的相机中。

另外，按照与图3和4相同的方式改变垂直方向上的照明范围，即，在放电弧光管2的直径方向上。

在图14和15中，参考标号34表示一个光导部件，其输入从放电弧光管2发射的光束，并且改变光分布特性，使得光束可以在预定范围上分布。参考标号25表示一个光学部件，其输入从光导部件射出的光束，以获得预定的光分布特性。包括棱镜部分35b、35c、35b’、35c’的棱镜行形成在光学部件35的出射表面右侧和左侧。

图14示出通过把光导部件34和光学部件35置于最大间距而把照明范围缩小到最小的状态，以及图15示出通过把光导部件34和光学部件35置于最小间距而把照明范围加宽到最大的状态。图14和15还示出从放电弧光管2中部及其附近发出的典型光束的路线。应当指出放电弧光管2和反光伞3与第一实施例相同。

在图14中所示的状态中在垂直方向上光束的汇聚与图3中所示的第一实施例相同。在图15中所示的状态中，在垂直方向上光束的汇聚与图4中所示的第一实施例相同。

下面将描述根据本实施例的照明器件的操作。在图14中所示的状态中，在从放电弧光管2的中部及其周围发射的光束中，入射到形成于光学部件35两端面对光源的棱镜行35b、35b’、35c、35c’上的光束被棱镜行35b、35b’、35c、35c’的全反射所偏转。这增加向着出射光轴方向的光束。因此可以把中心处的光量增加到比形成上的平面全反射表面的情况更大。

根据本实施例，从光导部件34出射的照明光束被折射，以由多个棱镜行的反射所汇聚，该棱镜行形成在光学部件35的左右端部面对光源，并且在垂直方向上延伸，即与图的表面相垂直。因此，即使对于棱镜部分被分为多个部分的结构，可以获得基本上与图1中所示的第一实施例相同的汇聚效果。

在图15的状态中，从光导部件34发出的光线立即进入光学部件35而不通过形成于右侧和左侧外围上的棱镜行35b、35b’、35c、35c’。因此，从与图14中所示相同的出射点和相同的出射方向从放电弧光管2发出的光束不被汇聚。这获得光束在宽范围上分布的光分布特性。

尽管棱镜部分在右侧形成两行以及在左侧形成两行，作为使光学部件35汇聚光束的反射部分，但是本发明不限于此。例如，棱镜部分可以形成三行或更多行。另外，可以增加开孔的横向面积，以减小棱镜部分凸起的程度，使它们更加平坦。

另外，当光导部件32和光导部件35相距最大距离时，棱镜部分通过使从光源中部发出的光束与出射光轴相平行，而控制照明方向。但是，应当知道本发明不限于此。当光导部件和光学部件相分离时，只要棱镜部分能够捕获向着右侧和左侧外围发出的光束并且使它们更加接近于出射光轴，可以获得与本实施例相同的效果。

另外，根据本实施例，形成在光学部件35的出射表面上的棱镜在与图面相垂直或者正交的方向上延伸，但是本发明不限于此。

例如，可以使用倾斜预定角度的棱镜行或者相互同心的环形棱镜行。

图16和17示出根据本发明第四实施例的照明器件的光学结构。本实施例不同于第一实施例之处在于光学部件45被部分改变为与第三实施例不同。具体来说，本实施例的特征在于由与光学部件45相分离的部件形成的反射部件46(反光板46)整体附着到光学部件45的右侧和左侧外围。

在本实施例的描述中，与第一实施例相类似的元件和部分由相同的参考标号表示。本实施例的照明器件也安装在第一实施例中所述的相机上。

按照与图3和4所示方式改变在放电弧光管2的垂直方向，即直径方向，上的照明范围。

在图16和17中，参考标号44表示一个光导部件，其被输入从放电弧光管2发射的光束，并且改变光分布特性，使得光束可以沿预定宽度分布。参考标号45表示一个光学部件，其被输入从光导部件发射的光束，以获得预定的光分布特性。参考标号46、46’表示整体附着到光学部件45上的反光板。

图16示出通过把光导部件44和光学部件45置于最小间距而把照明范围缩小到最小的状态，以及图17示出通过把光导部件44和光学部件45置于最大间距而把照明范围加宽到最大的状态。图16和17还示出从放电弧光管2中部及其附近发出的典型光束的路线。应当指出放电弧光管2和反光伞3与第一实施例相同。

在图16中所示的状态中，在垂直方向上光束的汇聚与图3中所示的第一实施例相同。在图17中所示的状态中，在垂直方向上光束的汇聚与图4中所示的第一实施例相同。

下面将描述根据本实施例的照明器件的操作。在图16中所示的状态中，在从放电弧光管2的中部及其周围发射的光束中，入射在附着到光学部件35两端面对光源的反光板46、46’上的光束被形成在反光板46、46’上的非球面弯曲表面的反射表面的反射所偏转。这增加向着出射光轴方向的光束。因此可以把中心处的光量增加到比形成上的平面全反射表面的情况更大。

根据本实施例，从光导部件44出射的照明光束被折射，以由反光板46、46’的反射所汇聚，该反光板处于光学部件45的左右端部面对光源，并且在与图的表面相正交的垂直方向上延伸。因此，通过使用反射部件，可以获得基本上与图1中所示的第一实施例相同的汇聚效果。

在图17的状态中，从光导部件44发出的光束立即进入光学部件45而不通过处于右侧和左侧外围上的反光板46、46’。因此，从与图16中所示相同的出射点和相同的出射方向从放电弧光管2发出的光束不被汇聚。这获得光束在宽范围上分布的光分布特性。

根据本实施例，在与图面相正交的垂直方向上延伸的非球面反射曲面形成在反射部件上，使得该光学部件汇聚光束，从而从光源的中部发出的光束不被偏转为与出射光轴相平行。但是，应当知道本发明不限于上述形状的反射部件。当光导部件和光学部件相互分离时，只要反光板被形成为使其能够捕获向着右侧和左侧外围发出的光束并且使它们更加接近于出射光轴，可以获得与本实施例相同的效果。

根据本实施例，反光部件被用于捕获通过光导部件44和第二光学部件45之间的缝隙向着改变照明方向的一侧辐射的光束。这获得基本与上述实施例相同效果，只是直接落在光学部件45的左侧和右侧外围的来自光导部件44的光束不能被控制，因此不能有效地利用部分光线，光量可能并且根据反射部件的反射而减少。相对上文所述的实施例来说，本实施例能够捕获不能在现有技术中利用的光束，因此有可能有效地控制光分布特性。

根据本实施例，固定到光学部件45上的反光板46、46’被形成为在垂直方向上延伸，即与图面相正交，但是本发明不限于具有上述形状的发光板。反光板46、46’可以形成为平面、球面、旋转椭圆面等等。通过优化反光板46、46’的形状可以有效地改变照明范围。

根据上述实施例，照明器件安装在使用胶片的相机中，但是本发明的照明设备还可以安装在各种拍摄装置中，例如数字相机和摄像机。另外，本发明不仅可以用于内置在根据上述实施例的拍摄装置中的照明器件，还可用于外部照明器件。另外，本发明可以用于使用闪光灯的光通信中的照明设备。

如上文所述，根据上述实施例，光源元件(发光元件)以及光学部件相互相对运动，以增加或减小在从光源元件发出的照明光束中向着光学部件两端发射的被反射部分所反射的光束成分，从而改变由照明光束所照亮的范围。这实现一种能够用简单和紧凑结构在光源元件的纵向方向上控制照明范围的照明器件。因此可以减小安装有该照明器件的拍摄装置的尺寸和重量，并且提高拍摄装置的拍摄性能。

另外，由于通过增加或减小由反射部分所反射的光束成分而改变照明范围，因此可以通过连续地增加或减小光束成分可以容易地连续改变照明范围。

另外，由于反射部分被置于覆盖发光元件的出射表面的端部位置，并且全反射表面被用作为反射表面，来自光源元件的能量可以被有效地利用。

另外，由于该光学部件具有把光源元件与光学元件相对运动的光学操作部分，通过把照明光束从一个方向(光源元件的纵向方向)变为另一个不同方向(例如与光源元件的纵向方向相正交的方向)而改变照明范围，其中照明范围是通过增加或减小由反射部分所反射的出射光束成分而改变的，可以实现一种照明器件，其能够通过筒单和紧凑的结构在上述两个方向控制照明范围，而不需要在上述两个方向等等相关地改变照明范围的机构。

应当指出，如果提供与光学操作部分相分离的反射部分，可以分别在上述方向改变照明范围，以增加在任何方向设置照明范围的自由度。

但是，应当知道，本发明不限于所公开的具体形式，相反，本发明覆盖所有落在所附权利要求书表达的本发明精神范围内的所有改变、替换结构和等同代替。

Claims (6)

1.一种光发射器件，包括：

一个发光元件，其包括至少一个沿其纵向方向延伸的弧光管和一个反光伞，所述弧光管具有在其纵向方向上的相对端；以及

一个透光光学元件，它被置于所述发光元件的前方并位于该发光元件的更接近于一个主体的一侧，使得所述光学元件和所述发光元件之间的相对距离能够改变，所述光学元件具有反射表面，用于把从所述发光元件发射的光束反射向主体，该反射表面位于沿纵向方向的所述弧光管的相对端所对应的位置处。

2.根据权利要求1所述的光发射器件，其中所述光学元件具有多个柱面透镜，其形成在光学元件的中部并与所述弧光管的纵向方向平行布置。

3.根据权利要求1所述的光发射器件，其中所述光学元件的反射表面被设置为使得它们在所述光学元件接近所述发光元件时不反射光束，但是在所述光学元件远离所述发光元件时反射光束。

4.根据权利要求1所述的光发射器件，其中所述发光元件包括：一个光折射部分，其位于光学元件的中部，用于把来自所述弧光管的光折射并把该光线投射到主体，所述光折射部分具有相对侧；以及一个具有反射部分的光学部件，用于把来自所述弧光管的光线全反射到所述光反射部分的相对侧，并且把该光线投射到主体上。

5.根据权利要求1所述的光发射器件，其中所述光学元件包括棱镜部分，其具有棱镜表面并从所述发光元件向所述弧光管方向突出，以及所述反射表面是所述棱镜部分的棱镜表面。

6.一种具有根据权利要求1所述的光发射器件的相机。

Images