CN1306335C - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有光源和配置在上述光源的被拍摄物体一侧的第1光学单元的照明装置，该光学单元备有在中央部分具有正光焦度的透镜部分，在该透镜部分的两侧入射来自上述光源的光的入射面，全反射入射到这个入射面的光的反射面，和射出该反射面反射的光的射出面。这里，从上述透镜部分射出的光束和从上述射出面射出的光束在各自的聚光状态在大致相同处交叉。进而，提供在这个光学单元的前方备有持有多个棱镜部分的第2光学单元，通过改变上述光学单元和第2光学单元的相对间隔改变照射角的照明装置。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及照明装置，特别是开口面积限定在狭小的范围内的照明装置的光学特性的改良，和备有该照明装置的摄影装置。

背景技术

关于用于照相机等的摄影装置的照明装置，为了高效率地将从光源射出的各种方向的光束会聚在需要的照射画面视角内，至今已提出了各种方案。特别是近年来，已经提出了通过代替已有的配置在光源前的菲涅耳透镜，配置利用棱镜·光导向装置等的全反射的光学部件，实现提高聚光效率和小型化的方案。

另一方面，在照射范围固定型的照明装置中，随着摄影装置的高倍变焦化，在照明范围的狭窄而远的状态中对不需要的范围进行照明，产生能量损失。为了消除这种现象，至今已经提出了进行与摄影范围对应的照明那样的各种照射角可变的照明装置。

作为应用上述那种技术的照明系统的众所周知的技术，如本专利申请人在日本专利申请公开特开2001-66672号专利公报(USP6400905)中揭示的那样，是由配置在光源前方使入射光束中的至少一部分全反射成为全都与光轴平行的状态的光学棱镜，和配置在这个使光学棱镜的被拍摄物体一侧的第1和第2光学平板构成，通过改变这2个光学平板的相对位置可以改变照射角度的技术。

在近几年的照相机等的摄影装置中，存在着一方面进行装置的小型化和轻量化，另一方面使摄影透镜高倍变焦化的倾向。一般地说，存在着小型化和高倍化使这种摄影装置的摄影透镜逐渐变暗的倾向，当不用辅助光源进行摄影时，存在着由于手的抖动等对摄影结果施加恶劣影响的担心。从这种背景出发，通常在照相机等的摄影装置中，内置作为辅助光源的照明装置，但是存在着因为上述那样的状况，这个辅助照明装置的使用频度与以前比较大幅度地增加，并且在一次摄影中需要的发光量也增加的倾向。

因为这种倾向，所以在日本专利申请公开特开2001-66672号专利公报中，提出了由配置在光源前方使入射光束中的至少一部分全反射成为全都与光轴平行的状态的光学棱镜，和配置在这个光学棱镜的被拍摄物体一侧的第1和第2光学平板构成，通过改变这2个光学平板的相对位置可以改变照射角度的技术。

可是，在这样构成的照明装置中，存在着为了进行照明光的会聚扩散需要3个光学部件，部件数目增多，又使用于构成聚光光学系统的光学棱镜的形状大型化，从而使光学系统全体形状变大，以及因为经由许多光学部件，它们的配置需要高的位置精度，所以使组装作业复杂化等的课题。

这样，在已有的聚光光学系统中存在着配置空间和组装作业复杂等问题，想要构成不使光学特性恶化而能够实现小型化的光学系统是困难的。另一方面，在这种可以改变照射角度的照明装置中，当使光学系统位于与望远侧对应的位置上时，需要进行最能聚光的状态中的照明，如果不能有效地利用有限的开口面积的全部面积，则不能取得本来需要的闪光指数也是事实。因此，使小型化和提高光学特性同时成立成为必须解决的问题。

发明内容

本发明就是鉴于这样的问题完成的，本发明的目的是提供能够高效率地利用来自光源的光，并且能够对节省空间化有贡献的简单结构的照明装置和备有它的摄影装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种照明装置，包括

光源，

配置在上述光源的被拍摄物体一侧的第1光学单元，以及

配置在上述第1光学单元的被拍摄物体一侧的第2光学单元；

上述第1光学单元备有在中央部分具有正光焦度的透镜部分，在该透镜部分的两侧入射来自上述光源的光的入射面，全反射入射到这个入射面的光的反射面，和射出该反射面反射的光的射出面，其中，从上述透镜部分射出的光束和从上述射出面射出的光束在各自的聚光状态在大致相同处交叉，

上述第2光学单元备有在中央部分具有正光焦度的第2透镜部分，和在该第2透镜部分的两侧向被拍摄物体一侧凸出的多个棱镜部分，

通过改变上述第1光学单元和上述第2光学单元的相对间隔改变照射角。

又，上述第2光学单元备有在它的侧面全反射从上述第1光学单元射出的一部分光束，并导入上述多个棱镜部分的反射面，在上述第2光学单元的反射面反射，并导入上述多个棱镜部分的光沿大致与上述第2光学单元的光轴平行的方向行进。

又，设上述多个棱镜部分的光轴一侧的面与上述光轴所成的角度为θ时，满足下列条件：10°≤θ≤35°。

又，上述光源是圆筒形状的发光管，上述第1光学单元的透镜部分具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状。

又，上述光源是圆筒形状的发光管，上述第1光学单元的透镜部分具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状；上述第2光学单元的第2透镜部分也具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状；进一步，上述第2光学单元的上述各棱镜的棱线与这个长度方向平行。

又，上述光源是圆筒形状的发光管，在与该发光管的长度方向垂直的面内的上述第1光学单元的光轴上，从上述透镜部分射出的光束和从上述射出面射出的光束在各自的聚光状态下交叉。

又，在上述光源的与上述第1光学单元相反的一侧，具有反射来自上述光源的光的部件。

更多的特征将从以下的附图和说明中弄明白。

附图说明

图1是表示本发明实施形式的照明装置在广角状态中的光学配置和光线分布的，包含放电管直径方向的截面图。

图2是表示上述照明装置在望远状态中的光学配置和光线分布的，包含放电管直径方向的截面图。

图3是用于说明上述照明装置的望远状态中的上下方向的截面形状的图。

图4是表示上述照明装置在望远状态中的光学配置和向着与光轴大致平行方向的光束的光线分布的，包含放电管直径方向的截面图。

图5是表示上述照明装置在望远状态中的光学配置和向着与光轴大致平行方向的光束中本来的菲涅耳透镜的光路的光线分布的，包含放电管直径方向的截面图。

图6是表示上述照明装置在望远状态中的光学配置和与光轴大致平行地射出的光束中利用全反射的光路的光线分布的，包含放电管直径方向的截面图。

图7是表示上述照明装置在广角状态中的光学配置和光线分布的，包含放电管长度方向的截面图。

图8是表示上述照明装置在望远状态中的光学配置和光线分布的，包含放电管长度方向的截面图。

图9是表示上述照明装置中的光源单元(放电管，反射伞和中间棱镜)的光学配置和光线分布的，包含放电管直径方向的截面图。

图10是分解地表示搭载了上述照明装置的照相机的构成部件的斜视图。

图11是表示上述照明装置中的光源单元的构成的上方斜视图。

图12是表示上述照明装置中的光源单元的构成的下方斜视图。

图13是在组装状态表示搭载了上述照明装置的照相机(摄影透镜的广角状态)的构成部件的斜视图。

图14是在组装状态表示搭载上述照明装置的照相机(摄影透镜的望远状态)的构成部件的斜视图。

图15是表示上述照明装置在广角状态中的光度分布特性的图。

图16是表示上述照明装置在望远状态中的光度分布特性的图。

图17是用于说明上述光学元件11的射出面一侧的截面形状的一个例子的图。

图18是用于说明上述光学元件11的射出面一侧的截面形状的其它例子的图。

具体实施方式

在图1到图14中，表示作为本发明实施形式的闪光灯装置(照明装置)和搭载了这个闪光灯装置的照相机(摄影装置)的构成。图1～图6是上述闪光灯装置的光学系统的纵向截面(包含光源直径方向的截面)图。图7和图8是上述闪光灯装置的光学系统的水平截面(包含光源长度方向中心轴的截面)图，图9是表示上述闪光灯装置的光学系统的一部分的纵向截面图。

又，图10是表示搭载了上述闪光灯装置的照相机的内部构造的分解斜视图，图11和图12是表示上述闪光灯装置的组装状态的斜视图。进一步，图13和图14是表示上述照相机的组装状态中的内部构造的斜视图。

这里，在图1～图9中，也都同时表示出从光源中心射出的光线的轨迹图。

如图13和图14所示，本实施形式的闪光灯装置配置在照相机主体21的上部，使得能够照明被拍摄物体。

在图10中，设置在照相机主体21的透镜镜筒部分25内的摄影光学系统随着变焦距动作沿摄影光轴L方向(前后方向)移动时，设置在构成这个摄影光学系统的驱动机构的部件中的直进销211沿在透镜镜筒部分25上面形成的直进槽212在前后方向移动。

凸轮板23配置在透镜镜筒部分25上方，在这个凸轮板23的下面，形成与直进销211配合的图中来画出的驱动凸轮。因此，当直进销211在前后方向移动时，凸轮板23在图中左右方向(与摄影光轴L大致正交的水平方向)移动。

又，在凸轮板23上形成闪光灯驱动凸轮231和取景器驱动凸轮232。设置在构成闪光灯装置的光源单元主体15上的凸轮销(图12中的151)与闪光灯驱动凸轮231配合，设置在收藏保持在固定在照相机主体21上的取景器基板22的取景器收藏部分222中的取景器光学系统(图中未画出)中的一部分透镜上的凸轮销与取景器驱动凸轮232配合。因此，当凸轮板23沿左右方向移动时，取景器光学系统的透镜沿与摄影光轴L大致平行的方向(前后方向)移动，光源单元主体15沿与摄影光轴L大致平行的光轴X方向移动，进行闪光灯变焦距工作和取景器变焦距工作。

在图10中，闪光灯装置由前面光学元件(第2光学部件)11，中间棱镜(第1光学部件)12，放电管13，反射伞14，光源单元主体15，按压橡胶16构成。前面光学元件11固定在取景器基板22上作为闪光灯光的照射窗。放电管13和配置在这个放电管13后侧的反射伞14通过按压橡胶16固定在光源单元主体15上，中间棱镜12固定在配置在放电管13前侧的光源单元主体15上。

此外，放电管13通过图中未画出的导线与照相机主体21的一侧的电源电路(图中未画出)连接，作为光源发出光。反射伞14反射从放电管13向后方射出的光，返回放电管13一侧。通过按压橡胶16的弹力将放电管13压在反射伞14上。由这些中间棱镜12，放电管13，反射伞14和光源单元主体15构成光源单元1。

如上所述，由于设置在光源单元主体15上的凸轮销151和凸轮板23上形成的闪光灯驱动凸轮231的凸轮作用，光源单元(中间棱镜12，放电管13和反射伞14)1相对前面光学元件11沿前后方向一体地移动。因此，通过改变前面光学元件11和中间棱镜12的间隔，使从放电管13射出的光的会聚或发散的程度变化，随着摄影透镜的变焦距动作，闪光灯光的照射范围被变更。

图12是从下面看光源单元1的图。在光源单元主体15的下面与闪光灯驱动凸轮231配合的凸轮销151和引导突起152与光源单元主体15一体地形成。引导突起152用于与在图10所示的取景器基板22上形成的导轨221配合。

进一步，如图11和图12所示，在光源单元主体15的上下面与光源单元主体15一体地形成滑动突起153。当光源单元1前后移动时，这些滑动突起153相对于取景器基板22和安装在它上面的上盖(图中未画出)进行滑动，抑制光源单元1的上下方向的晃动，可以进行平滑的移动。

此外，与这些滑动突起153连接的部件也可以不是取景器基板22，例如也可以是照相机的外装部件。

分别地，图13表示摄影透镜的广角状态，图14表示摄影透镜的望远状态。如这些图所示，在广角状态，前面光学元件11和中间棱镜12最接近，在望远状态，前面光学元件11和中间棱镜12处于距离最远的状态。通过在这些广角状态和望远状态之间前面光学元件11和中间棱镜12在光轴方向上的相对位置变化，改变从放电管13射出的光的照射范围。

下面，使用图1～9进一步说明闪光灯装置的工作和光学作用。

在这些图中，放电管13是具有圆筒形状的氙管，沿与光轴X大致正交的方向(这里为大致水平方向)配置。反射伞14使从放电管13射出的光束中向后方射出的成分反射到前方(被拍摄物体一侧)，在它的反射面上使用具有高反射率的光亮的铝等金属材料，或形成高反射率的金属蒸镀面。

作为第1光学部件的中间棱镜12是用于在包含放电管13的直径方向的截面中将来自放电管13的光束大致会聚在光轴上，控制成预定的光度分布特性的光学部件。

又，作为第2光学部件的前面光学元件11配置在中间棱镜12的前方，如图7和图8所示，在光源一侧的入射面上形成了具有在放电管13的长度方向的光焦度的圆柱透镜部分111。又，在前面光学元件11的成为被拍摄物体一侧的射出面中的光轴中心部分附近，如图1和图2所示，形成了具有在上下方向的正的光焦度的圆柱透镜部分(正透镜部分)112，并且在夹着圆柱透镜部分112的上下周边部分，形成了对来自由中间棱镜12产生的聚光区域的光束起会聚作用的包含第1和第2菲涅耳透镜面(后述)的棱镜状的菲涅耳透镜部分113，114。

此外，作为前面光学元件11和中间棱镜12的材料，最好用丙烯酸树脂等的透射率高的光学用树脂材料。

上述那样构成的本实施形式的照明装置是通过改变光源单元1(特别是，中间棱镜12)和前面光学元件11的光轴方向上的位置关系(间隔)，与可以进行变焦动作的摄影透镜的焦距(即画面视角)对应地改变上下方向和左右方向中的照射范围。

下面，使用图1和图2说明用于变更上下方向的照射范围的最佳形状的设定。

此外，在图1和图2中，加在各部分上的标号与图3～图14对应。

反射伞14使它的反射面的形状做成与放电管13大致同心形状的半圆筒形状。这是使反射伞14的反射光再次回到放电管13的中心部分附近的有效形状。因此，难以受到放电管13的玻璃的折射引起的恶劣影响，并且将来自放电管13直接入射到中间棱镜12的光和通过反射伞14反射的光作为来自放电管13的大致相同点(中心点)的射出光进行处理，可以使连接在它后面的光学系统整体小型化。

图9是用于说明光学系的基本思想的图，同时表示放电管13，反射伞14和中间棱镜12的直径方向截面的详细形状，和从放电管13的中心部分射出的光束的光线轨迹图。

在这个直径方向截面上，在中间棱镜12的光源一侧的入射部分的光轴中心部分附近，形成了具有正光焦度的非球面的圆柱透镜部分121(正透镜部分)。又，在夹着这个圆柱透镜部分121的上下周边部分，形成了平面形状的周边入射面122，123。进一步，在周边入射面122的上方和周边入射面123的下方分别形成具有非球面形状的反射面124，125。圆柱透镜部分121和反射面124，125具有使从放电管13射出的光束，在光源的直径方向，向着在光轴X上的大致一点P会聚(使其会聚(收敛)在大致光轴X上的聚光区域)的形状，因此，可以将从聚光点P向前方发散的光束的发散角压缩在预定角度α中。此外，中间棱镜12的成为被拍摄物体一侧的射出面126形成平面。

下面，我们更详细地说明这个中间棱镜12的上下方向中的光学作用。首先，从放电管13的中心部分附近向前方射出的光束中，对光轴的角度小的成分，直接入射到圆柱透镜部分121。由圆柱透镜部分121的正光焦度，使这个光束从中间棱镜12的射出面126射出后，会聚在点P附近的聚光区域。

又，从放电管13的中心部分附近射出的光束中，对光轴的角度比较大的成分，在折射面(入射面)122，123上折射后入射到中间棱镜12内，向着反射面124，125行进。因为反射面124，125形成为对于从折射面122，123入射的光束满足全反射条件的形状，所以入射到反射面124，125的光束大致全部被反射。进一步，由于反射面124，125的形状，使在那里反射的光束会聚在与由上述圆柱透镜部分121的光焦度产生的聚光区域大致相同的区域。另一方面，从放电管13的中心向后方的反射伞14发出的光束，如上所述，因为反射伞14的反射面形状是与放电管13同心形状的半圆筒面，所以再次，回到放电管13的中心，经过与到上述中间棱镜12的直接入射光大致相同的光路，会聚在点P附近。

这样，从放电管13的中心射出的光束全部会聚在点P附近。这时，可以将会聚后的光束的发散角度范围抑制在角度α内，在以下说明的光学系统中，可以将它变换成容易处理的光束。

可是，中间棱镜12的周边入射面122，123是由对于光轴的角度比较大的平面构成的。这是因为，如可从图示的光路看到的那样，当在反射面124，125上反射的光束向着会聚点P行进时，不使这些周边入射面122，123产生不要的反射，能够高效率地导入到射出面126一侧。

作为这个周边入射面122，123的角度，最好是设定成与在反射面124，125的最后侧的部分反射的光线对于光轴的角度大略一致，这成为光量损失最少的理想的角度。

如上说明的那样，通过设定中间棱镜12的各光学面的形状，能够将从放电管13向它的整个周围射出的光束变换成大致从一点P(聚光区域)射出的角度范围α的光束。

而且，尽管用称为折射和反射的2类光学作用进行在中间棱镜12的各光学面上的光路控制，还是能够得到在折射光和反射光的光路的边界区域中的特性变化很少，在边界区域中大致连续的光度分布特性。

下面，使用图1和图2说明利用到上述聚光区域的会聚的照射范围变化。

图1是与摄影透镜处于广角状态时对应的闪光灯装置的光学配置图。此外，也将下列的状态称为关于闪光灯装置的广角状态。如该图所示，在广角状态，前面光学元件11和中间棱镜12最接近。而且在这个状态，由中间棱镜12产生的聚光区域与前面光学元件11的入射面111的位置大致一致。

但是，聚光点P和前面光学元件11的入射面的最佳位置关系可以通过与摄影透镜需要的焦距的关系适当的变化。

这里，详细地说明前面光学元件11的形状。使在前面光学元件11的入射面111上，不具有关于上下方向的透镜效果，这个面，如前面所说的和后面详述的那样，用于放电管13的长度方向的聚光。

另一方面，将前面光学元件11的射出面一侧，设定成使其持有聚光效果的各种形状。

首先，在光轴中心部分附近，形成了沿与图的纸面垂直的方向延伸的非球面的圆柱透镜部分112，这个圆柱透镜部分112成为在这个图的截面的上下方向持有正的光焦度的正透镜。又，在上下周边部分，形成了对在该图的截面的上下方向入射的光束施加折射作用的菲涅耳透镜部分113，114。这里，菲涅耳透镜部分113具有第1菲涅耳透镜面113a和第2菲涅耳透镜面113b，菲涅耳透镜部分114具有第1菲涅耳透镜面114a和第2菲涅耳透镜面114b(请参照图3)。我们将在后面详细地述说这些第1和第2菲涅耳透镜面。

其次，我们说明这样构成的前面光学元件11的光学作用。如图1所示，在广角状态，从放电管13的中心射出的光束的大致全部从在前面光学元件11的射出面中央部分形成的圆柱透镜部分112射出。一般地说，在广角状态的光度分布特性最容易产生光度分布的不均匀，但是在本实施形式中，构成为由圆柱透镜部分112的连续的非球面形状对广角状态的全部照射光束进行光度分布控制，实现了能够极力排除由于不连续形状产生的光度分布的不均匀，得到大致均匀的光度分布特性那样的构成。

又，在这个广角状态，因为由圆柱透镜部分112和中间棱镜12产生的聚光区域的距离很近，所以会聚效果弱，能够进行向较大范围的闪光灯的光照射。

另一方面，图2是与摄影透镜处于望远状态时对应的闪光灯装置的光学配置图。以下也将这个状态称为关于闪光灯装置的望远状态。

如图2所示，在望远状态，从放电管13的中心射出，由中间棱镜12会聚的光束会聚在聚光区域后，充分地展宽而能够导入前面光学元件11的大致整个射出面。而且，由于在射出面上形成的圆柱透镜部分112和菲涅耳透镜部分113，114的光学作用，会聚在极狭窄的角度范围内。

这里，本实施例的菲涅耳透镜部分的形状与已有的菲涅耳透镜不同，成为在这个望远状态中以以往没有的高效率进行会聚的形态。

下面，我们用图3～图6更详细地说明本实施例的特征形状。

图3是用于说明在望远状态中上下方向的截面形状的思路的图。如图所示，本实施形式中形成的菲涅耳透镜部分，将与作为通常的菲涅耳透镜发挥功能的面(第1菲涅耳透镜面113a，114a)相连的面(第2菲涅耳透镜面113b，114b)的倾斜，即如图3所示，菲涅耳透镜的与光轴X近的一侧的面与光轴X所成的角度θ设定为与已有菲涅耳透镜的比较非常大的角度。本来，为了增加第1菲涅耳透镜面的有效面积极力减少这个第2菲涅耳透镜面的倾斜那样地(减小θ那样地)进行设定是一般的情形，但是在很多情形中取成型上需要的脱模锥度约2°～4°左右的值。可是，在根据本实施形式的菲涅耳透镜部分中，存在着当使第2菲涅耳透镜面的倾斜角为如此小的角度时，相反地成为使照明效率降低的原因的情形。

这是根据下列那样的理由。作为根据本实施形式的照明装置的特征，可以举出将从光源射出的光束一次会聚在聚光区域中的情形。这样，作为使从聚光区域射出的光束折射的会聚透镜，只要不用折射率很大的透镜进行折射，在菲涅耳透镜部分折射后光束对于光轴形成某种程度扩展的分布。这时，在照射面一侧上形成菲涅耳透镜面时，在第1菲涅耳透镜面上折射后射出到空间的光束从邻接的第2菲涅耳透镜面再次入射，产生在与应该照射的方向完全不同的方向射出的光束那样的问题。作为用于防止从这个第2菲涅耳透镜面再次入射的构成，设定成使第2菲涅耳透镜面对于光轴取预定的倾斜的方法是有效的。这个角度设定因需要的照射范围不同而不同，最好在下列的角度范围内。

10°≤θ≤35°

这里，作为上述范围的最小值的角度10°，如上所述，是因为如果没有这个第2菲涅耳透镜面的避开(对于光轴的倾斜角)，在照射面上的有效光束减少，为了防止这种减少所需要的最小限度的角度。另一方面，作为最大值的35°是因为当这个倾斜角度过大时作为本来的菲涅耳透镜发挥功能的透镜区域减少，使作为透镜的本来的功能恶化，所以考虑到这一点设定的能够允许的最大限度的角度。

即，不妨碍会聚在聚光区域后的光束入射到第1菲涅耳透镜面，能够高效率地利用来自光源的光。即，这样通过使第2菲涅耳透镜面对光轴倾斜，确保光束入射到第1菲涅耳透镜面时的光路。

根据上述那样的理由，在本发明中，使第2菲涅耳透镜面对光轴只倾斜某个预定角度。特别是，在本实施形式中，设定成使离光轴中心最近的第2菲涅耳透镜面的角度为20°，使离光轴中心最远的第2菲涅耳透镜面的角度为30°，分别将这些角度作为最小角，最大角，随着从中心部分向周边部分，使角度徐徐增大，但是无论哪个情形都取上述角度范围内的值那样地进行设定。

另一方面，取上述那样的菲涅耳透镜的构成也会产生新的课题。即，由于对第2菲涅耳透镜面给予上述那样的倾斜，第1菲涅耳透镜面的有效面积减少，使被照射面上的中央部分附近的照度降低。在本发明中，使用上述菲涅耳透镜的形状，并且通过以下那样的对策，弥补这个被照射面上的中央部分附近的照度降低。

首先，在图4中，示出了与图3相同的截面图，并显示出向着光轴中心方向的光束使用了前面光学元件11的哪个部分到达光源内部的情况。我们看到在图4所示的光学系统中，存在着从前面光学元件11的射出面的全部区域与光轴大致平行地射出的有效光束。从而，我们看到尽管使用菲涅耳透镜，也能够实现来自包含第2菲涅耳透镜面在内的所有菲涅耳透镜面的区域的有效照射。

此外，也存在着通过使用在射出面一侧形成在通常光学装置的外观部分中用得很多的菲涅耳透镜的构成，来改善已有的照明装置的部件数量等的问题的方法，但是在这种构成中也存在着种种问题。

当使用菲涅耳透镜时，能够得到大的光焦度并且光学系统的全长变短，但是作为它的反面是存在着当持有与能量损失少的凸透镜面同等的会聚效果时，作为射出面需要大开口面积那样的问题。特别是，当在使开口面积限制在一定大小内的光学系统中，应用这种菲涅耳透镜的构成时，一般地说存在着光学特性降低的倾向。

这种构成的详细情况如图18所示。在图示那样的构成(即，在本实施中第2菲涅耳透镜面对光轴不倾斜的构成)的情形中，通过使用菲涅耳透镜给予会聚作用，能够对缩短光学系统的光轴方向上的全长作出贡献。另一方面，从该图中的光线轨迹图，能够看到透镜部分射出面的全部区域不能都作为光学系统有效地发挥功能。即，能够看到与作为透镜发挥功能的各菲涅耳透镜面(本实施形式中的第1菲涅耳透镜面)连接的相当于第2菲涅耳透镜面的部分(边缘部分)成为障碍产生不连续点，在这个成为障碍的部分附近，不存在于光轴方向射出的光束。又，我们看到存在着与光轴大致平行地射出的有效光束随着离开透镜中央部分徐徐减少的倾向。

这样，为了缩短光学系统的全长，仅仅用单纯地在光学系统的射出面一侧形成菲涅耳透镜的这样的应对方法是不够的，不能够达到与增加射出面的开口面积对应地增加射出光量的目的。在本实施形式的光学系统中，形成了在这种只在光学系统的射出面一侧形成菲涅耳透镜的构成中不存在的别的反射光路，也不产生在只设置菲涅耳透镜的构成中发生的问题。

使用图5，图6更详细地说明这个情况。

图5是表示由第1菲涅耳透镜面产生的光路的图。如图2的说明的那样，能够使从大致光源中心射出的光束在与光轴1大致平行的方向上射出。

其次图6所示的是使用了作为本实施形式的照明装置的一个特征的反射面的会聚光路。如上所述，一般地，在中间棱镜12和前面光学元件11的距离大的望远状态中，会聚在聚光区域后的光束分散在前面光学元件11的广大范围中。利用它，在望远状态中构成用前面光学元件11的侧面115，116作为反射面的光学系统。

又，不能只从来自光源中心的光线轨迹图来说明，实际上，存在着从光源中心部分附近以外射出的光束，通过有效地利用这个光束，能够进行更高效率的照射。特别是，从比光源中心部分靠前侧射出的光束，与从中心部分附近射出的光束比较，存在着分散在更大范围中的倾向，但是如果根据本实施例的构成，则能够有效地利用在已有的望远状态的光学配置中不能够充分利用的光束。

使用图6进一步说明它的详细情况。可知从比闪光灯13的光源中心稍稍靠前侧射出的，持有对光轴比较大的角度的成分，在前面光学元件11内的侧面115，116上全反射，从在菲涅耳透镜部分中的第2菲涅耳透镜面射出。

即，由设置在菲涅耳透镜部分的周边部分的这个反射面反射来自聚光区域的光束，导入菲涅耳透镜部分。这样导入菲涅耳透镜部分的光束受到由第2菲涅耳透镜部分产生的对于入射到反射面的光束(从入射到反射面的光束看)进行会聚的折射作用。

这样的光路是通过将前面光学元件11的侧面115，116作为反射面才能够实现的光路。这个反射面处于能够充分利用全反射的角度范围内，能够在不更多地增加成本(追加特别的部件等)的情形下实现。

又，这个反射面是利用后述的在放电管长度方向中进行会聚的圆柱透镜的中央部分附近的比较厚的部分形成的，因为能够在进行这个闪光灯长度方向的会聚的同时利用作上下方向的反射面，所以也可以构成空间效率高的光学系统。

此外，这个反射面根据需要也可以采用别的部件，这时，通过将具有反射面的反射部件配置在与反射面115，116同样的位置上，能够起到同样的效果。

这里，说明了从比光源中心靠前侧射出的光束的光路，但是这样的光束决不是奇异的，实际的发光点均匀地存在于闪光灯的玻璃管内径部分的大致整个面上。上述光路中使用的从比光源中心靠前侧射出的光束与从中心部分附近射出的光束比较强度较弱但是充分地存在，利用该成分的效果是极大的。

实际上，通过采用形成了上述光路的光学系统，能够使与光轴大致平行地射出的光束增加15％到20％。从而，在射出面的开口面积受到限制的光学系统中，作为进行极力抑制了来自光源的光束能量损失的照明的方法这是有效手段。

下面，我们说明上述光学系统的移动量。

在本实施例的广角状态和望远的状态中，中间棱镜12(光源单元1)对于前面光学元件11的位置变化量(移动量)为2.5mm。这个移动量与已有方式的照明装置比较是极小的。

如果移动量比上述更少，则成为用微小的移动量来得到大的照射范围变化，使机构设计变得很困难，但是如果是本实施形式那样的移动量水平，则可以说在机构设计上成为最容易处理的尺寸关系。

下面，使用图7和图8，说明左右方向(放电管13的长度方向)的照射范围的变更。此外，在图7和图8中也同时表示来自放电管13的中心的光线轨迹图。

图7表示与图1对应的广角状态中的左右方向的聚光状态。如该图所示，在前面光学元件11的入射面一侧，形成了为了进行左右方向的照射范围变更的各种形状。

首先，在光轴中心部分附近形成圆柱透镜部分111。在本实施形式中，因为在广角状态中采用中间棱镜12接近前面光学元件11的构成，在望远的状态中，采用离开的构成，所以在望远的状态中，能够得到强的聚光效果。从图7和图8的光线轨迹图也可以看到，望远的状态比广角状态聚光力强。

这里，关于左右方向聚光的最大特征是在圆柱透镜部分111的左右方向外侧形成的棱镜部分。这个棱镜部分是由入射面115，116和内面反射面117，118形成的。内面反射面117，118设定成满足对来自入射面115，116的入射光的全反射条件。在本实施形式中，通过从广角状态到望远的状态，改变中间棱镜12对于前面光学元件11的光轴方向位置，改变从入射面115，116入射到棱镜部分内的光束区域，可以大幅度地改变左右方向的照射范围。

在图7所示的广角状态中，从中间棱镜12射出的光束中左右两端近旁的最小光束入射到的棱镜部分会聚在光轴一侧，其它的光束通过圆柱透镜部分111照射在广大的范围内。

另一方面，在图8所示的状态中，入射到棱镜部分的光束成为最大。即，来自入射面115，116的大致全体的光线入射到棱镜部分。而且，这些光束会聚在光轴一侧，其它光束通过圆柱透镜部分111照射在狭小的范围内。所以，在望远的状态中能够进行充分的聚光。

这样，关于左右方向也应用由图1和图2所示的上下方向中的全反射产生的聚光效应，尽管是少量部件的构成，也能够进行效率极高的聚光。

图15和图16表示以上那样构成的闪光灯装置的光度分布特性。分别地，图15表示广角状态中的上下方向和左右方向的光度分布特性，图16表示望远的状态中的上下方向和左右方向的光度分布特性。此外，在这两个图中，由对于中心光量50％的光量规定的有效照射范围与图中-1显示的范围对应。

如从这些图可以看到的那样，通过从广角状态移动到望远的状态，能够使照射范围(角度)关于左右方向从83.6°到39.4°，又关于上下方向从44.8°到16.9°大幅度地进行变化。

而且，这时光度分布在任何位置都大致保持均匀，可以得到没有光斑的均匀的光度分布特性。

进而，随着这个照射范围的变化中心光量增加2倍以上并且能够效率极高地实现照射范围的变更。

这样，在本实施形式中，尽管中间棱镜12(光源单元1)对于前面光学元件11仅移动2.5mm，也能够大幅度地变更上下方向和左右方向的照射范围，而且也能够期望得到良好的光度分布特性，大幅度地增加闪光指数。

此外，在本实施形式中，说明了照射范围可变型的照明装置，但是本发明也能够应用于照射范围固定型的照明装置。这时，作为光学部件不是相对移动中间棱镜12，前面光学元件11这两种棱镜的构成，可以利用单一的棱镜达到相同效果。

又，在上述实施形式中，说明了搭载在静像照相机上的闪光灯装置，但是本发明也能够应用于搭载在摄像机和便携型信息终端上的摄影装置中用的照明装置。

此外，上述的前面光学元件11的射出面一侧的截面形状，从光学特性的观点来说例如希望如图17所示全部由圆柱透镜面构成，(从该图可以看到在这个射出面的所有的面上，存在着向着与光轴大致平行的方向的光束。)，但是当这样地构成时，因为光焦度强，所以周边部分形状的凹陷(下凹)变大(产生极端的突出部分或陷落部分)，不适合用作构成照相机外观部分的前窗。又，也存在着使光学系统在光轴方向上的全长变长那样的缺点。因此，如本实施形式所示，构成为把凹陷很少的中心部分作成圆柱透镜面，周边部分作成菲涅耳透镜面这样2种透镜面，就能够消除上述那样的问题。此外，在图17中同时表示出前面光学元件11的射出面的截面形状的详细情况和来自前面光学元件11的射出面沿光轴方向行进的光束的存在区域。

如以上说明的那样，如果根据上述实施形式的照明装置，则在射出面一侧使用菲涅耳透镜那样的照明光学系统中，能够通过使用别的光路有效地利用由菲涅耳透镜的边缘部分产生的本来不能有效地发挥功能的区域。

而且，在根据本实施形式的照明装置中，在照射角度范围窄，中心部分需要高照度的望远的状态中，能够将从射出面的几乎全部区域射出的光束导入与光轴大致平行的方向，即便在受到限制的开口面积中，也能够高效率地利用来自光源的光。

这样，通过对来自光源会聚(收敛)在大致光轴上(聚光区域)后直接入射到第1菲涅耳透镜面的光束，和会聚在这个聚光区域后通过反射面反射，入射到第2菲涅耳透镜面的光束(即，从菲涅耳透镜部分偏离到外周一侧的光束)两者给予聚光作用，用作照明光的构成，能够对在光源的直径方向(特别是与光轴正交的方向)的照明装置尺寸的小型化作出贡献。

进一步，通过这样地由2个光学部件对来自光源的光束施加会聚作用的构成，一面能够将构成部件数量抑制到比已有技术少的数量(即，形成简单的构成)，一面能够提供高效率地利用来自光源的光(能量损失少)的照明装置。

又，与已有的由3个光学部件构成的情形比较，通过将光学部件的数量减少到2个，使得难以产生由各个光学部件的相对配置位置的偏移引起的对光学特性的影响，可以提高该光学特性的稳定性·可靠性。

进一步，与具有与已有技术同样大小和开口面积的照明装置比较，本发明能够提供实现小型，薄型，而且轻量化的照明装置，而且能够高效率地利用来自光源的能量。进一步，使用这种照明装置的简单构成，可以提供廉价的静像照相机，摄像机等的摄影装置。

又，使光源和第1光学部件，配置成相对于第2光学部件可以一体地沿光轴方向移动，通过光源和第1光学部件的移动，改变光照射范围，与照明状况和使用者的要求等相应地移动光源和第1光学部件，能够随机应变地满足要求的照明功能。

如上所述，如果根据本发明，则能够高效率地利用来自光源的光，并且能够提供实现了节省空间化的简单构成的照明装置和备有它的摄影装置。

Claims (13)

1.照明装置，包括

光源，

配置在上述光源的被拍摄物体一侧的第1光学单元，以及

配置在上述第1光学单元的被拍摄物体一侧的第2光学单元；

上述第1光学单元备有在中央部分具有正光焦度的透镜部分，在该透镜部分的两侧入射来自上述光源的光的入射面，全反射入射到这个入射面的光的反射面，和射出该反射面反射的光的射出面，

其中，从上述透镜部分射出的光束和从上述射出面射出的光束在各自的聚光状态在大致相同处交叉，

上述第2光学单元备有在中央部分具有正光焦度的第2透镜部分，和在该第2透镜部分的两侧向被拍摄物体一侧凸出的多个棱镜部分，

通过改变上述第1光学单元和上述第2光学单元的相对间隔改变照射角。

2.权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

上述第2光学单元备有在它的侧面全反射从上述第1光学单元射出的一部分光束，并导入上述多个棱镜部分的反射面，

在上述第2光学单元的反射面反射，并导入上述多个棱镜部分的光沿大致与上述第2光学单元的光轴平行的方向行进。

3.权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

设上述多个棱镜部分的光轴一侧的面与上述光轴所成的角度为θ时，满足下列条件：10°≤θ≤35°。

4.权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

上述光源是圆筒形状的发光管，上述第1光学单元的透镜部分具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状。

5.权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

上述光源是圆筒形状的发光管，上述第1光学单元的透镜部分具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状；

上述第2光学单元的第2透镜部分也具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状；进一步，上述第2光学单元的上述各棱镜的棱线与这个长度方向平行。

6.权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

上述光源是圆筒形状的发光管，在与该发光管的长度方向垂直的面内的上述第1光学单元的光轴上，从上述透镜部分射出的光束和从上述射出面射出的光束在各自的聚光状态下交叉。

7.权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

在上述光源的与上述第1光学单元相反的一侧，具有反射来自上述光源的光的部件。

8.照明装置，包括

光源，

配置在上述光源的被拍摄物体一侧的第1光学单元，

配置在上述第1光学单元的被拍摄物体一侧的第2光学单元；

上述第1光学单元备有在中央部分具有正光焦度的透镜部分，在该透镜部分的两侧入射来自上述光源的光的入射面，全反射入射到这个入射面的光的反射面，和射出该反射面反射的光的射出面，

其中，从上述透镜部分射出的光束和从上述射出面射出的光束会聚在上述第1光学单元的光轴上的大致一点上，

上述第2光学单元备有在中央部分具有正光焦度的第2透镜部分，和在该第2透镜部分的两侧向被拍摄物体一侧凸出的多个棱镜部分。

9.权利要求8所述的照明装置，其特征在于，

上述第2光学单元备有在它的侧面全反射从上述第1光学单元射出的一部分光束，并导入上述多个棱镜部分的反射面，

在上述第2光学单元的反射面反射，并导入上述多个棱镜部分的光沿大致与上述第2光学单元的光轴平行的方向行进。

10.权利要求9所述的照明装置，其特征在于，

设上述多个棱镜部分的光轴一侧的面与上述光轴所成的角度为θ时，满足下列条件：10°≤θ≤35°。

11.权利要求9所述的照明装置，其特征在于，

上述光源是圆筒形状的发光管，上述第1光学单元的透镜部分具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状；

上述第2光学单元的第2透镜部分也具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状；进一步，上述第2光学单元的上述各棱镜的棱线与这个长度方向平行。

12.权利要求8所述的照明装置，其特征在于，

上述光源是圆筒形状的发光管，上述第1光学单元的透镜部分具有将与该发光管的长度方向相同的方向作为长度方向的圆柱透镜形状。

13.权利要求8所述的照明装置，其特征在于，

在上述光源的与上述第1光学单元相反的一侧，具有反射来自上述光源的光的部件。

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