CN1716080A - 照明装置和摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射出面的形状自由度高，相对于必要照射范围能得到大致均匀的配光特性的照明装置。在把含有照射光轴的面作为分界面的一方区域作为第1区域、把另一方的区域作为第2区域时，光学部件具有入射面、射出面，该射出面的在所述第1区域中的相对于与所述照射光轴垂直的方向的倾斜比所述第2区域中的大，而且所述第1区域的所述倾斜从光轴中心部到中间部和周边部逐渐变大的射出面。反射部件具有在所述第1区域中将从所述光源向比所述入射面更靠周边侧的位置发射的第1光束向所述射出面反射的第1反射面、在所述第2区域中从所述光源向比所述入射面更往周边侧的位置发射的第2光束向所述射出面反射的第2反射面。

Description

照明装置和摄影装置

技术领域

本发明涉及从光源照射光的照明装置及具有照明装置的摄影装置。

背景技术

以往的在照相机等摄影装置中使用的照明装置由光源、把从光源发出的光束导向前方(被拍摄物侧)的反射镜和菲涅尔透镜等光学零件构成。

在这样的照明装置之中，对于把从光源向各种方向射出的光束小型且高效率地聚光在需要照射的视场角内的照明装置，提出了各种方案(参照日本实开平2-138733号公报和日本特开平7-270867号公报)。

例如，图6所示的照明装置包括光学部件和反射面，该光学部件具有入射面和射出面，所述入射面具有正折射部，该正折射部把正的折射能力赋予从光源向被拍摄物侧照射的光束之中的向照射光轴附近射出的光束，所述射出面使来自该入射面的光束射出，所述反射面把从光源以比照射光轴附近的角度大的角度射出的光束向被拍摄物侧反射。而且，该反射面使从光源以相对于照射光轴大于规定角度的角度射出的光束之中的与照射光轴大致垂直的方向的成分向光学部件入射，在光束从该光学部件射出之后，变换成为在与照射光轴交叉的方向上成为必要最大角度的射出成分。而且使由该反射面的前端部反射的成分入射到光学部件，在从该光学部件射出后，变换成与照射光轴大致平行的方向的射出成分。

该照明装置可以使其高度及纵深方向非常小型化，是小型且效率高的照明装置。

另外，近年来，照相机主体的外观设计的多样化不断发展，例如，用曲率逐渐变化的复杂曲面构成外壳部件的照相机不断增加。这样一来，在照相机主体的外形形状用复杂曲面构成的情况下，照明光学系统的最靠近光照射侧(即被拍摄物侧)的表面，也最好形成为与照相机主体的形状匹配的没有台阶的曲面形状。

可是，具有以往的照明光学系统的照相机存在着在设计照相机主体方面缺乏自由度的问题。

例如，在日本实开平2-138733号公报中公开的照明装置中，使菲涅尔透镜的被拍摄物侧(光照射侧)的面偏心。可是，在上述公报公开的照明光学系统中，由于菲涅尔透镜的回转中心轴与原来同样地垂直于菲涅尔面，所以较正与摄影透镜的光轴的视差是有限度的，没有达到能增加照相机主体的设计上的自由度的程度。

另外，在日本特开平7-270867号公报中揭示的照明装置中，相对于摄影透镜的光轴倾斜地设置菲涅尔透镜的光照射侧的面。菲涅尔透镜的光源侧的面被形成为由分别具有圆柱形状的面的多个菲涅尔要素构成的圆柱面。而且，相应于菲涅尔透镜的光照射侧的面相对于摄影透镜的光轴的倾斜，各菲涅尔要素的菲涅尔角度及圆柱面形状之中的至少一方在菲涅尔要素之间进行变化，由此校正由菲涅尔透镜的照明范围侧的面的倾斜所引起的光束的偏倚。

可是，在该公报揭示的照明光学系统中，只公开了菲涅尔透镜的形状，没有公开反射镜的形状。

另外，在图6所示的照明装置中，如图7所示，在通过设计使射出面上带有曲率大的R(含有圆弧的曲面)等的场合，从光源射出的光束中的被反射镜反射的光束，在从射出面射出时，光束的一部分被射出面全反射，往往因没有向被拍摄物侧射出而产生光量不足。另外，射出的光束没有成为较大发散的光束，有的还向某个方向收敛，从而成为配光不匀的原因。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供射出面的形状的自由度高，相对于需要照射的范围能得到大致均匀的配光特性的照明装置和具有该照明装置的摄影装置。

作为本发明的一个技术方案的照明装置，具有光源、用于使来自该光源的光束朝向照射方向的光学部件和反射部件。而且，在把含有照射光轴的面作为分界面的一方区域作为第1区域、把另一方区域作为第2区域时，所述光学部件具有入射面和射出面，该射出面的所述第1区域中的相对于与所述照射光轴垂直的方向的倾斜比所述第2区域中的大，而且该射出面的所述第1区域中的所述倾斜从光轴中心部到中间部和周边部逐渐变大。所述反射部件具有：第1反射面，其向所述射出面反射在所述第1区域中从所述光源朝向比所述入射面更靠周边侧的位置去的第1光束；第2反射面，其向所述射出面反射在所述第2区域中从所述光源朝向比所述入射面更靠周边侧的位置去的第2光束。所述第1反射面，不使所述第1光束向所述射出面中的所述第1区域侧的所述周边部反射，而是将所述第1光束向该射出面中的所述第1区域侧的所述中间部反射。所述第2反射面，将所述第2光束向所述射出面中的所述第2区域侧的所述周边部反射。

对于本发明的其他的目的或者特征，通过参照下面的附图所说明的优选实施例将会更加得到清楚的了解。

附图说明

图1是本发明的实施例的照相机的前方立体图。

图2是装入实施例的照相机内的照明装置的立体图。

图3是实施例的照明装置的分解立体图。

图4A是实施例的照明装置的YZ剖面图。

图4B是实施例的照明装置的YZ截面上的光线轨迹图。

图5A是实施例的照明装置的YZ截面上的光线轨迹图。

图5B是实施例的照明装置的YZ截面上的光线轨迹图。

图6是以往的照明装置的YZ剖面图。

图7是以往的照明装置的YZ剖面图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行说明。

下面参照图1～图5对本发明的实施例进行说明。图1是本实施例的照相机(摄影装置)的前方立体图，图2是装入本实施例的照相机内的照明装置的前方立体图，图3是图2的分解图，图4A、图4B、图5A和图5B是构成照明装置的光学部件的配置图。

在这些图中，1是照相机主体，在照相机主体1的前表面中央设置能变焦距的镜头镜筒2。镜头镜筒2保持着未图示的变焦距透镜、调焦透镜等摄影透镜，通过沿光轴方向进退，能进行变焦距及聚焦。

3是设置在镜头镜筒2上方的取景器。4是设置在照相机主体1上表面上的快门按钮，用第1行程操作开始摄影准备动作(焦点检测动作及测光动作)，用第2行程操作开始摄影动作(向CCD传感器、CMOS传感器等摄像元件上的曝光及从摄像元件输出的图像信号向记录媒体上的记录)。

5是照明装置，它组装在形成于照相机前表面的右侧上方的安装区域中，本发明的机械结构要素不限定于所述的结构。

下面，用图2、图3、图A4、图4B、图5A和图5B对照明装置进行说明。

照明装置5具有：用于发光的圆筒形状的闪光放电管(光源)6；反射镜(反射部件)7，其将从闪光放电管6发出的光束之中的朝向前方(被拍摄物侧、即光照射侧)以外的、例如向后方(与被拍摄物相反方向)发射的光束向被拍摄物侧反射；由透明体构成的、用于照明光束导光的光学部件(光学棱镜)8，该光学部件8把从闪光放电管6直接入射的光束及用反射镜7反射后入射的光束聚光成规定形状的光束，高效率向被拍摄物侧照射。

在图2及图3中，在光学部件8的被拍摄物侧的表面上形成有控制左右方向(X方向)的配光特性的棱镜面。另外，上下方向(Y方向)的配光特性的控制是通过由具有出入射面的光学部件使向前方照射的光束之中的主要向照射光轴AXL的附近射出的光束入射且通过折射变换成所希望的配光特性、以及由反射面反射主要相对于照射光轴向上下方向射出的光束和由光学部件使上述反射光束入射而使其变换成所希望的配光特性来进行的。

在本实施例中，为了使该上下方向(Y方向)的配光特性最佳化，适当地设定了光学部件8及反射镜7的形状。

如图4A所示，光学部件8具有从光源发出的光束入射的入射面8a和射出透过该入射面8a的光束的射出面8c。在此，入射面8a具有正的折射能力，具有包含照射光轴AXL附近的第1入射面81、从该第1入射面81的后述的区域B侧的端部向与照射光轴AXL大致垂直的方向延伸的第2入射面82。

在第1入射面81上形成有非球面形状的圆柱形透镜面。该圆柱形透镜面直接入射从光源中心射出的光束之中的、与照射光轴AXL的夹角比较小(比第1角度小)的光，并会聚该光束。

在第2入射面82上，入射从光源中心射出的光束之中的、主要由反射镜7的第2反射面7b′反射的光束。

射出面8c形成为具有沿照相机主体1的外壳形状的曲率的曲面。在此，当把含有照射光轴AXL的面(分界面)的上侧的区域设为区域A(第1区域)，将下侧的区域设为区域B(第2区域)时，射出面8c相对于与照射光轴垂直的垂线N的倾斜被设定成区域A中的倾斜比区域B中的倾斜大。

再有，如图4B所示，在由包含照射光轴的中间部、配置在比该中间部更靠区域A侧的周边的周边部A及配置在比该中间部更靠区域B侧的周边的周边部B对射出面8c进行分区时，射出面8c的形状被设定成相对于垂线N的倾斜从照射光轴到中间部、周边部A、B逐渐变大。在射出面8c中，周边部A配置在比周边部B更接近照射光轴的位置上。

作为光学部件8的材料，使用丙烯树脂等透过率高的光学用树脂材料或者玻璃材料。

反射镜7可以由内侧表面用高反射率面形成的光亮铝等金属材料或者在内侧表面上形成高反射率的金属蒸镀面的树脂材料等构成。

在为上述的结构时，在照相机例如被设置在“闪光灯模式”时，照相机主体1的未图示的中央运算处理电路根据相应于快门按钮4的第1行程操作(半按下操作)用未图示的测光单元测定的外部光的亮度及设置在照相机主体内的摄像元件(CCD传感器或CMOS传感器)或装填在照相机本体内的底片的感光度判断是否使照明装置5发光。

在中央运算处理电路判断为在现在的摄影状态下“使照明装置发光”时，相应于快门按钮4的第2行程操作(全按下操作)，中央运算处理电路进行摄影(图像的记录)的同时、输出发光信号，该发光信号经由安装在反射镜7上的未图示的触发器导线使闪光放电管6发光。

在被发射的光束中，向与被拍摄物侧相反的方向射出的光束，经过反射镜7反射而入射到光学部件8上，而且向被拍摄物侧射出的光束直接入射到光学部件8上，通过该光学部件8变换成规定的配光特性后照射在被拍摄物上。

使用图4A、图4B、图5A和图5B，对于决定照明装置的光学特性的结构进行更详细的说明。在此，图4B是表示光线轨迹的图，该光线轨迹表示从光源中心射出的光束从反射镜7及光学部件8的各表面通过什么样的光路。另外，图5A表示从光源中心射出的光束之中的直接射入到光学部件8上的光线的光线轨迹图，图5B表示从光源中心射出的光束之中的用反射镜7反射后入射到光学部件8上的光线的光线轨迹图。

在图4A、图4B、图5A和图5B中，闪光放电管6为了提高其效率，多数场合是使其整个内径发光，可以认为是从放电管的整个内径的发光点大致均匀地发光。但是，为了容易说明，把从光源中心射出的光束作为代表光束，在图中，只表示出从光源中心射出的光束。作为实际的配光特性，除了图示那样的代表光束之外，从放电管的周边部射出的光束会使整个配光特性向若干扩展方向变化，但由于配光特性的倾向几乎一致，所以下面根据该代表光束进行说明。

首先，如图4A所示，闪光放电管6配置于相对于通过照明装置5的开口高度的中心的中心线M，偏心到上侧(光学部件的射出面的R(含有圆弧的曲面)形状的斜度大的一侧)的位置。这是为了减轻射出面8c上的全反射的影响，而增加通过射出面8c的倾斜度小的地方的光束。

其次，反射镜7中的覆盖闪光放电管6的后侧的部分形成为与闪光放电管6大致同心形状的半圆筒形状(下面称为半圆筒部7a)。这是使反射镜7反射的反射光返回到光源的中心部附近的有效形状，具有难以受到由闪光放电管6的玻璃部的折射产生的影响的效果。根据上述的结构，由于可以认为从后方来的反射镜7的反射光与从光源来的直接光是大致等价的射出光，所以可以使照明光学系统的整体形状小型化。

另外，半圆筒部7a被配置成以光源中心为中心绕纸面上的顺时针方向回转。因此，射出到纸面上部前侧的光束变小，如后述那样，可以缩短反射镜7的反射面。

从反射镜7的半圆筒部7a的上侧及下侧的端部分别延伸出第1及第2反射面7b、7b′，第1反射面7b的尺寸被设定成比第2反射面7b′小。

如图5B所示，第1反射面7b在区域A中不使从光源射向入射面8a更靠周边侧的位置的光束P(第1光束)向射出面8c的周边部A反射，而是向中间部反射，第2反射面7b′在区域B中使从光源射向比第2入射面82更靠周边侧的位置的光束Q(第2光束)向射出面8c的周边部B反射。

这样，被第1反射面7b反射的光束P，由于不从射出面8c中的、相对于垂线N的倾斜较大的周边部A射出，所以可以减少被射出面8c全反射而不向被拍摄物侧射出的光束。这是因为为了使光束P不朝向周边部A，而把第1反射面7b的尺寸设定得较小。

另外，第2反射面7b′，为了反射向下侧发光的光束而延伸到光学部件8附近。

被第2反射面7b′反射的光束Q，由于如后述那样，被反射到射出面8c之中的相对于垂线N的倾斜最小的周边部B，所以没有产生全反射而向被照射体侧射出。

在此，光学部件8的射出面8c成为具有沿照相机主体1的外壳形状的曲率的R面(含有圆弧的曲面)，通过入射面8a及反射镜7，从闪光放电管6发出的光束以均匀的配光照射在被拍摄物上。

下面，对本实施例的反射镜7和光学部件8的形状进行更具体的说明。

首先，从成形性方面及成本方面考虑，光学部件8的材料最合适使用丙烯树脂等光学树脂材料。可是，这种照明装置5，由于从光源照射光的同时产生大量的热量，所以必须考虑该热量的影响，根据一次照射产生的热能和最短发光周期进行材料的选定及放热空间的设计。

这时，实际上最容易受到热的影响的是离光源最近的光学部件8的第1入射面81，最初必须设定光源和该第1入射面81的最小距离。在此，设定第1入射面81和光源的最小距离d。当第1入射面81和光源的距离过大时，照明光学系统整体会大型化，所以，当将闪光放电管6的直径设为φ时，最小距离d最好在

φ/10≤d≤φ/2......(1)的范围内。

通过把上述最小距离d设定在该范围内，可以防止从光源发出的热使第1入射面81产生问题。

接着，设定第1入射面81的入射面形状。在本实施例中，为了以最小形状对必要的照射范围进行均匀的配光，以使从光源中心发出的光束的射出角度和来自光学部件8的射出面8c的射出角度之间保持一定的相关关系的方式设定第1入射面81的形状。

如图5A所示，从光源中心发出的光束，由光学部件8的第1入射面81及射出面8c(具有沿照相机主体1的外壳形状的曲率的R面(含有圆弧的曲面))变换成在被拍摄物侧成为均匀的配光。这时，射出的光束被设定成，相对于照射光轴在上下方向上具有必要的照射角。

另外，如图5B所示，照明光学系统被设定成，在由反射镜7的第1反射面7b反射的光束P之中的、由第1反射面7b与半圆筒部7a的分界部分反射的光束具有最大的照射角。

再有，由反射镜7的第2反射面7b′反射的光束Q被变换成相对于照射光轴在上下方向上扩展开的光束。这时，用第2反射面7b′的顶端部(第2反射面7b′之中的离光源远的一侧的端部)反射的光束，被设定成在纸面上侧成为最大角。

在此，如图5B所示，在把由第1反射面7b的前端部(离光源远的一侧的端部)反射的、从射出面8c射出的第1光线P1与照射光轴的夹角设为θ1，把由第2反射面7b′中离光源最近的位置反射的由射出面8c射出的第2光线Q1与照射光轴的夹角设为θ2时，被设定成θ1和θ2成为大致相等的角度。因而，从光源中心发出的光束中的由反射镜7的第1及第2反射面7b、7b′反射的光束，成为连续的并在被拍摄物侧得到大致均匀的配光特性。

如以上所说明的那样，射出到照射光轴AXL附近的光束和相对于照射光轴向上下方向射出的光束(光束P、Q)由光学部件8及反射镜7反射和折射的结果，可以使配光分布大致均匀。

因此，作为照相机的照明装置5，除了需要特殊的配光时之外，最好使各值存在于以下的区域内。

当把由第1入射面81折射的光束的最大角度成分设为αmax，把由用反射面7b、7b′反射的用第1入射面81折射的光束产生的最大出射角度成分设为βmax时，成为

0.8≤｜βmax/αmax｜≤1.2......(2)

由此可知，如图4A～图5B所示，从光源中心射出的相对于照射光轴向上方前进的光束，其来自光源的射出成分根据射出角度被均匀地分配，是与以靠近照射光轴的角度射出的成分的分布不同的密度分布，均匀地从光学部件8的射出面8c射出。

另一方面，虽未图示，还是要对闪光放电管6的向照射光轴的后方前进的光束的光路进行说明。在照射光轴后方配置半圆筒部7a，由于闪光放电管6及半圆筒部7a形成为同心圆状，所以从光源中心向后方射出的光束完全不受由闪光放电管6的玻璃管产生的折射的影响而再次返回到光源中心。因此，返回到光源中心后的光线的动向，具有与图4B、图5A、图5B所示的光线轨迹大致相同的特性。

这样，在本实施例中，由于把光学部件8及反射镜7的表面形状设定成在由光学部件8及反射镜7对射出到照射光轴附近的光束和相对于照射光轴向上下方向射出的光束进行变换后，使得其配光分布大致一致，所以可以变换成大致均匀的光度分布。其结果，可以提供小型且向必要照射范围外的光照射所引起的光量损失少、效率非常高的照明光学系统。

在考虑实际的配光特性时，由于作为光源的有效发光部的内径的大小多是没有小到可以忽略的程度，其对整体的配光特性的影响较大，由于该光源具有有限的大小而使得配光产生一定的扩展，所以需要某种程度地考虑进该因素来进行形状设定。

另外，如图4A～图5B所示，设想实际的产品，在光学部件8上，在光学棱镜的全反射面的延长线上沿全周一体地形成细的肋8d、8d′。

这是为了与外壳部件配合而设置的，防止从光学部件8和外壳部件的间隙看见不需要看见的内部零件，并且还具有以下的目的。

即，是为了预防在用金属制成的反射镜7与作为外壳部件使用的金属罩之间或者与配置在光学部件8和外壳部件的间隙的延长线上的传导性的部件之间产生触发泄漏(triggerleakage)而不能发光。

一般说来，在照明装置中，高压触发信号直接加在反射镜7上，通过与该反射镜7接触的闪光放电管6的氧化锡薄膜电阻开始发光，但在本实施例这样的小型化了的照明光学系统中，由于该反射镜7与用金属成形的外壳部件或配置在产品外部的导电性部件的距离近，所以容易引起触发泄漏现象。

通过上述那样在光学部件的全反射面延长部上附加肋8d、8d′，可以延长边缘表面的距离，可以防触发泄漏现象于未然。

与此同时，可以防外部的灰尘和水滴进入照相机内于未然。

另外，在本实施例中，把在光学部件8的中央部上形成的第1入射面81形成为非球面形状面，但该面也不一定局限于非球面形状面，也可以用圆柱面形成。另外，考虑到闪光放电管6的长度方向的聚光性，也可以做成复曲面透镜(toric lens)面。

另外，即使使用例如近似于上述形状的单一或者多个平面或者圆筒面、椭圆等2次曲面，也可以得到与用上述形状得到的配光特性大致相同的效果。

通过用这种近似形状形成光学部件8及反射镜7，实际加工的是否符合设计值的测量，与把表面形状做成非球面的情况相比具有非常容易进行的优点。

如以上说明的那样，根据本实施例，可以实现射出面的形状的自由度高、对于必要照射范围能得到大致均匀的配光特性的照明装置和具有该照明装置的摄影装置。

再有，在本实施例中，对内藏在照相机内的照明装置进行了说明，但也可适用于外装于照相机上的照明装置。

Claims (5)

1、一种照明装置，具有光源、和用于使来自该光源的光束朝向照射方向的光学部件和反射部件，其特征在于，

在把含有照射光轴的面作为分界面的一方区域作为第1区域、把另一方区域作为第2区域时，

所述光学部件具有入射面和射出面，该射出面在所述第1区域中的相对于与所述照射光轴垂直的方向的倾斜比所述第2区域中的大，而且，该射出面在所述第1区域中的所述倾斜从光轴中心部到中间部和周边部逐渐变大，

所述反射部件具有：第1反射面，其在所述第1区域中将从所述光源向比所述入射面更靠周边侧的位置发射的第1光束朝向上述射出面反射；第2反射面，其将在所述第2区域中从所述光源向比所述入射面更靠周边侧的位置发射的第2光束朝向上述射出面反射，

所述第1反射面，不使所述第1光束向所述射出面中的所述第1区域侧的所述周边部反射，而是使所述第1光束向该射出面中的所述第1区域侧的所述中间部反射，

所述第2反射面，将上述第2光束向所述射出面中的所述第2区域侧的所述周边部反射。

2、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，用所述第1反射面中的离所述光源最远的位置反射后从所述射出面射出的第1光线与所述照射光轴的夹角和用所述第2反射面中的离所述光源最近的位置反射后从所述射出面射出的第2光线与所述照射光轴的夹角实际上相等。

3、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述入射面的至少一部分具有正的折射能力。

4、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

在照射光轴方向上，所述入射面中的所述第1区域侧的周边部比所述第2区域侧的周边部更接近光源，

在包含所述照射光轴、且与所述分界面垂直的截面上，所述第2反射面比所述第1反射面长。

5、一种摄影装置，其特征在于，具有权利要求1至4中任一项所述的照明装置和对由该照明装置照明的被拍摄物进行摄影的摄影系统。

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