JP2003228102A - 照明装置、及び照明装置を用いた撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明装置の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照明装置を提供する事。 【解決手段】 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、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
レネルレンズエッジ面に光束を導く曲面形状とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、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、１
３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、４
ｃ’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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、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. 【請求項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. 【請求項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上記請求項第１項
   記載の照明装置。
4. 【請求項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５】 請求項１記載の照明装置を用いた撮影装
   置。