JP2004301912A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配光特性に優れ、眩しさを低減し、新規デザインに対応した照明装置を提供する。
【解決手段】光源（２）と、この光源よりも照明方向前方に配置された光学部材（１）とを有し、光学部材は、光源からの光を前方に反射する反射面（１ｂ、１’ｂ）を有することを特徴とする照明装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、照明装置及びそれを用いた撮影装置に関し、特に光源から射出された光束に光学作用を及ぼす光学部材に関する。
【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鏡やフレネルレンズ等の光学部品とで構成されていた。
【０００３】
このような照明装置では、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の工夫がなされている。具体的には、光源の前側にフレネルレンズを配置するかわりに、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させ、集光効率の向上や小型化を図っている。
【０００４】
この場合、光源から前方に射出した光束は正の屈折力を有するレンズによって集光され、また、光源から側方へ射出した光束は光学部材入射後前方に向けて反射させる全反射面によって集光され、同一の射出面から射出する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００―２５０１０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、カメラの小型化の要請に伴い、ストロボ光を発光する照明装置にも小型化が必要となっている。このような背景から、上述のように光学部材の全反射を用いることによって小型・高効率化を実現した照明装置が提案されている。
【０００７】
一方、照明装置としては、この小型・高効率化の要素の他に、必要とされる照射範囲に対して均一な配光特性を持たせることも重要である。
【０００８】
従来の照明光学系では、光源からの直接光と反射傘やプリズムによる反射光とは異なった特性を持っているにもかかわらず、この両者を混在させて構成していた。このため、均一な配光特性を効率良く得ることができなかった。
【０００９】
均一な配光特性が得られない原因として、まず第一に、直接光と反射光とでは集光方法自体が異なっていることが挙げられる。すなわち、直接光は、屈折によって制御されているため面形状の変化に伴なう特性変化が比較的なだらかであるのに対し、反射光は光源との位置関係や反射部自体の形状によって特性が大きく変化する傾向にある。このため、この両者の集光度合いを完全に一致させ、常に均一な配光を得るような構成をとることは極めて困難であった。
【００１０】
また、均一な配光特性が得られないもう一つの原因として、光学部材内での光路長が一致していないことが挙げられる。すなわち、一般的に、光学部材内での光路長は、直接光が短く、反射光が長くなっているためである。このことは、光学部材の材料自体の透過率特性により、光路長が長い反射光の方が一般的に照度が弱まってしまうことを意味している。
【００１１】
また、光学部材には一般的に色温度補正用の着色料を混入させているが、透過する長さが異なると、この色補正の効果が光路によって異なってしまい、均一な色補正をすることができない。
【００１２】
そこで、従来の照明装置では、均一な配光特性を持たせるために、部分的に拡散部を設けて必要照射範囲全体を均一な配光となるような手法をとって光学特性の部分的な改善を図ってきた。
【００１３】
しかし、このような拡散面を使用した照明装置では、必要範囲外の光束が発生したり、不要な拡散面で吸収される成分が増加するなどの原因によって効率の低下が生じるばかりではなく、原理的にも直接光と反射光が混在するという問題点や光路長の長さが異なり特性が一致しないという問題点に対しての根本的な解決にはなっていなかった。
【００１４】
このため、均一な配光特性は得られず、本来の照明装置が持つ光学特性を最大限に生かすことができなかった。
【００１５】
一方、照明装置はその特性上、瞬間的に大光量を発するため、撮影される者にとっては、強烈な閃光による残像が残り、撮影後にも苦痛を生じさせるものであった。これは、ストロボ発光部という小面積で特定の箇所に高輝度部が集中していることが原因になっている。この現象を緩和するためには、発光部の面積をできるだけ広げること、すなわち壁や天井でのバウンスをさせたり、拡散部材等を用いて発光部を広げて面光源化することが効果的であることが、以前より知られている。しかし、実際の製品には、このように広い発光面を形成することは困難である。
【００１６】
さらに、従来のストロボ発光部の形態にとらわれない新規な発光部の形態も一方で望まれている。具体的には、従来のストロボ発光部では、ストロボパネルの前面を介して光源である閃光放電管の形状が直接見えるような構造となっていたが、これを直接見えないようにしたり、外観に露出される部分の形態を従来にない、たとえば細い２列の発光部にするなどの新しい形態とすることなどが望まれている。
【００１７】
このような従来のデザインとは一線を画したストロボ発光部の形態は、従来の構成の延長では困難であり、今までに存在しなかった。
【００１８】
以上のことから、本発明が解決しようとする課題は、拡散部材を用いることなく均一な配光特性を持った照明装置を提供することである。
【００１９】
また、射出光が射出される射出面を広げることにより、照明時の眩しさを軽減した照明装置を提供することである。この際、単なる開口面の面積を増大させるだけでなく、広げた射出面の広い部分から光束を射出させるように工夫する必要がある。
【００２０】
さらに、射出面の前方から、閃光放電管の形態を見えないように構成したり、従来にない射出面の形態を持った照明光学系の構成を提供することである。
【００２１】
また、閃光放電管からの射出光をすべて一度反射光に変換することにより、いままでにない新たな特性を持った照明装置を提案するものであり、配光特性に優れ、眩しさを低減し、新規デザインに対応した新しい照明装置を提供することである。
【００２２】
また、閃光放電管からのエネルギを高い効率で利用でき、小型で軽量なスチルカメラ、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。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、光源と、この光源よりも照明方向前方に配置された光学部材とを有し、前記光学部材は、前記光源からの光を前方に反射する反射面を有することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
図１〜図５は、本発明の実施形態である照明装置を示す。図１は照明装置を構成する閃光放電管の径方向の断面図、図２は図１の断面図に閃光放電管から射出した光線をトレースしたものである。また、図３は照明装置の射出光軸に対して直交する方向の断面図である。図４は照明装置の分解斜視図であり、図５は本実施形態の照明装置を搭載したカメラの斜視図である。
【００２６】
図５において２６はカメラ本体であり、このカメラ本体２６の前面中央には撮影光軸方向に進退してズーミング及びフォーカシングを行うレンズ鏡筒２５が設けられている。
【００２７】
カメラ本体２６の上面には、撮影準備動作（焦点調節動作及び測光動作）および撮影動作（フィルムやＣＣＤ等の撮像素子への露光）を開始させるためのレリーズボタン２１及びカメラの電源スイッチ２２が設けられている。
【００２８】
カメラ本体２６の前面のうち、中央上部には被写体像を観察するためのファインダ窓２３が、ファインダ窓２３の右側には被写体輝度を測定（測光）するための測光部２４が、測光部２４の右側には被写体に照明光を照射する照明装置２７が設けられている。
【００２９】
次に、本実施形態の照明装置２７の光学特性を決める構成要素について、図４を用いて説明する。
【００３０】
同図において１は、光学部材であり、この光学部材１はアクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料により構成されている。２は、円筒直管形状の閃光放電管（キセノン管）である。
【００３１】
３は、閃光放電管２から射出した光束のうち、射出光軸の後方に射出された光束を、前方へ反射する反射傘である。この反射傘３の内側の面は、高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料により構成されている。
【００３２】
上記構成のカメラにおいて、カメラの動作モードが例えば「ストロボオートモード」にセットされている場合には、レリーズボタン２１がユーザーによって押された後に、測光部２４で測定された外光の明るさと、装填された不図示の撮影フィルムやＣＣＤ等の撮像素子の感度とに応じて、照明装置２７を発光させるか否かを中央演算装置２８が判断する。
【００３３】
中央演算装置２８が撮影状況下において「照明装置を発光させる」と判定した場合には、中央演算装置２８が発光信号を出力し、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。
【００３４】
閃光放電管２から射出した光束のうち、射出光軸後方に射出された光束は、反射傘３で反射され、光学部材１に入射する。光学部材１に入射した光束は、この光学部材１により所定の配光特性を持つように変換された後、被写体側に照射される。射出光軸前方に射出された光束は、光学部材１に直接入射してこの光学部材１により所定の配光特性に変換された後、被写体側に照射される。
【００３５】
ここで、本実施形態の最大の特徴は、閃光放電管２から射出して光学部材１に入射した光束を、すべて光学部材１内で少なくとも一度全反射させた後に、被写体に向かうように構成した点である。言い換えると、基本的に屈折のみで被写体に向かう成分を排除した点である。
【００３６】
次に、図１、図２を用いて本実施形態の照明装置における光学系の設定方法について説明する。図１、図２は、本実施形態の閃光放電管の径方向の断面図である。図２には、閃光放電管３の内径中心部より射出した代表光線をトレースしている。なお、図１，図２では光線以外のすべての光学系の構成および形状は同一である。
【００３７】
本実施形態の光学部材１の特徴点は以下の通りである。本実施形態では、光学部材１の入射面１ａ、１ａ’、反射面１ｂ、１ｂ’及び射出面１ｃ、１ｃ’の３つの面を曲面により構成している。これにより、閃光放電管３から射出した光束は、射出光軸と平行な方向に方向変換されて被写体側に照射される。
【００３８】
閃光放電管３から射出した光束は、反射面１ｂ、１ｂ’で全反射される。なお、全反射とは、光の屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質に光が進むときに、入射角がある角度以上になると、境界面で光がすべて反射する現象をいう。
【００３９】
射出面１ｃ、１ｃ’は、この射出面１ｃ、１ｃ’のほぼ全面から光が射出されるように構成されている。このように、全ての光束が反射面で反射されるような照明装置は、従来例のように直接光と反射光とを区別しなくて済むため数々の利点がある。
【００４０】
具体的には、照明装置の構成が単純化される。また、直接光と反射光という特性の異なった成分を合成する必要がなくなるため、配光特性に優れた照明装置を実現しやすくなる。
【００４１】
一方、従来の照明装置では、光学部材１内での光路長が直接光と反射光とで大きく異なっている。すなわち、一般的には、光学部材１内での光路長が直接光では短く、反射光では長くなっている。これは、光学部材１が持っている透過率特性により、光路長が長い反射光の方が光路長が短い直接光よりも照度が弱まることを意味している。
【００４２】
また、光学部材１には、一般的に色温度補正用の着色料が混入されているが、透過する長さが異なると、色補正の効果が光路によって異なってしまい均一に色補正するのが困難となる。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、閃光放電管３から照射された光束が全て反射面１ｂ、１ｂ’によって反射され反射光となる。これにより、光学部材１内を通る光束の光路長が、ほぼ一定に保たれるため、均一な色補正を可能とした照明装置２７を提供することができる。
【００４４】
次に、光学部材１の形状と閃光放電管３から射出した光束が光学部材１内においてどのような挙動を示すか図２を用いて詳細に説明する。
【００４５】
この種の閃光放電管２内の発光現象としては、照射効率を向上させるため、内径一杯に発光させる場合が多く、閃光放電管２の内径一杯でほぼ均一に発光していると考えて差し支えない。
【００４６】
しかし、設計段階では、閃光放電管２から射出される光を効率よく制御するためには、閃光放電管２の内径全部の光束を同時に考えるより、理想的に閃光放電管２の中心に点光源があると仮定して光学系の形状を設計し、その後に、光源が有限の大きさを持っていること考慮した補正を行うことにより効率良く設計することができる。
【００４７】
本実施形態もこの考え方に基づき、光源の発光部中心を形状決定の基準値と考え、以下のように光学部材１の形状を設定している。
【００４８】
図２に示すように、光学部材１の入射面１ａ，１ａ’は，中心部が大きくくぼんだ略Ｖ字形状となっている。また、入射面１ａ，１ａ’は、曲面からなるシリンドリカルレンズ面により構成されており、射出光軸を境にして対称に配置されている。
【００４９】
閃光放電管２から射出した光束は、入射面１ａ，１ａ’を透過する際に屈折され、射出光軸から離れる方向に導かれる。
【００５０】
１ｂ、１ｂ’は、入射面１ａ，１ａ’により導かれた光束を、射出面１ｃ、１ｃ’側に方向変換させるとともに集光状態を整える反射面である。反射面１ｂ、１ｂ’は、面形状を鏡面化した全反射面により構成されており、安価に製造することができ、方向変換も効率よく行うことができる。
【００５１】
射出面１ｃ、１ｃ’は、射出光軸を境に対称的に構成された略Ｖ字形状の曲面であり、シリンドリカルレンズ面により構成されている。反射面１ｂ、１ｂ’で方向変換された光束は、射出面１ｃ、１ｃ’から射出する際に屈折され、この断面に関して射出光軸方向と略平行な方向に方向転換される。
【００５２】
一方、閃光放電管２から射出した光束のうち、後方に向かった光束は、閃光放電管２の中心軸と同心の円筒面で構成された反射傘３で反射されて、閃光放電管２の中心部付近に導かれ、前述の光路を経て、射出面１ｃ、１ｃ’から射出される。
【００５３】
このように、閃光放電管２から射出した光束は、射出面１ｃ、１ｃ’からこの断面に関して射出光軸方向と略平行な方向に射出される。
【００５４】
そして、閃光放電管２から射出した光束は、その射出方向に応じて、射出面１ｃ、１ｃ’上で１対１に対応するように並んで配列させることができ、射出面１ｃ、１ｃ’上の同一点から複数の方向に向かう成分は存在しない。
【００５５】
閃光放電管２から射出した光束を、同一方向に揃えた上で被写体側に射出することができる。射出面１ｃ、１ｃ’の形状がｖ字状でその中心部が大きくくぼんでいるため、広い射出面積を使って射出させることができる。
【００５６】
さらに、このとき反射光路を使って光路を折りたたんでいるため、照明光学系の全体形状を大幅に小型化することができる。
【００５７】
一方、本実施形態の照明装置２７の特徴として、閃光放電管２から射出した光束のうち、射出光軸に対する角度が小さい成分が射出面１ｃ、１ｃ’の周辺部に導かれ、射出光軸に対する角度が比較的大きな成分が射出面１ｃ、１ｃ’の中央部付近に導かれている点が挙げられる。
【００５８】
このような構成によれば、光学部材１内を通る光の光路長を均一にすることができ、照明装置２７として望ましい特性を得ることができる。
【００５９】
つまり、光学部材１としては、閃光放電管２から射出した光束をそのまま射出することが好ましくない場合がある。たとえば、照明装置２７として写真撮影用のストロボ装置を考えた場合に、太陽光の昼光色に近い光束を放つ光源を用いることが望ましいが、光源である閃光放電管２の特性や発光を行わせるための電気回路の構成によっては、やや青みがかった色温度の高い光束となる場合がある。
【００６０】
そこで、光学部材１に着色をほどこして、照明光の色温度を下げるような照明光学系が従来例として存在するが、このような照明光学系では、各光束の光路長によって色補正のばらつきが発生することが考えられる。
【００６１】
これに対して、本実施形態では、光学部材１内での光路長を揃えることによって、均一な色補正が可能となるため、照明光として均一な光学特性を持たせることができる。
【００６２】
また、閃光放電管２から射出された光束は、直接射出されることなく、反射面１ｂ、１ｂ’によって一度反射された後に、被写体側に照射される。つまり、閃光放電管２から射出された光束は、すべて反射光として扱われるため、光路長の均一化というメリットの他にも、種々の優れた特性を得ることができる。
【００６３】
具体的には、閃光放電管２から照射された光束の配光特性を均一化することができる。また、上述した光学部材１の形状によれば、閃光放電管２を外部から視認できないように隠すことができるため、商品の品位を高めることができる。
【００６４】
さらに、部分的に高輝度として認識される光学部材１の中央部（射出光軸の近傍）から射出される直接光成分がなくなり、射出光が均一化されるため、眩しさが軽減される。
【００６５】
このように、本実施形態の照明装置２７では、入射面１ａ，１ａ’、反射面１ｂ，１ｂ’及び射出面１ｃ，１ｃ’からなる３つの曲面によって、光路順序が決定され、更に、これらの曲面は、特性の急激な変化を行わせる変極点が存在しない連続的な曲面であるため、光学特性に優れた効率の良い照明装置を提供することができる。
【００６６】
一方、本実施形態の光学部材１，１’の各曲面は、曲率の大きなシリンドリカルレンズによって構成されている。この形状は、各部品の加工精度による誤差や光学系の組み立て上の位置ずれの影響に対して強い構成とするのに有利である。
【００６７】
つまり、本実施形態の光学部材１では、各曲面に到達する光束の位置が微妙にずれたとしても光学特性への影響が少ないため、光学特性が安定しているのである。
【００６８】
このことは、光源の大きさがある一定の大きさを持つと仮定した場合でも大幅な光学特性の変化が生じにくく、光源の大きさの変化に対して連続した光学特性の変化が得られることを意味しており、均一な配光分布を持った照明光学系とするのに都合の良い構成となっていることもわかる。
【００６９】
さらに、光学部材１の射出面１ｃ、１ｃ’の射出光軸付近のくぼみは、比較的小さいため、外観部品として使用しても商品の品位を損なうことがない。
【００７０】
本実施形態では、光学部材１を１部品で構成しているが、必ずしも１部品であることが必須の構成ではなく、射出光軸を境にして２部品化してもよい。このように構成することによって、入・射出面に形成した、Ｖ字形状のくぼみがなくなり、光学部材１を容易に加工することが可能となり、全体形状を小型化した構成をとることも可能になる。
【００７１】
また、本実施形態では、入射面と反射面を一つの部材で構成したが、これらを別部材、例えば入射面をレンズで、反射面をミラー部材で構成してもよい。
【００７２】
本実施形態の照明装置２７を、図１を用いて更に詳細に説明する。光学部材１の後端部（閃光放電管２に近い側の端部）における射出光軸方向の位置は、閃光放電管２の中心部の位置に概ね一致している。
【００７３】
これは、光学部材１の後端部を、閃光放電管２の中心部に対応する位置から被写体側に寄せすぎると、閃光放電管２から射出した光束のうち、射出光軸に対して９０°の角度に近い成分をうまく拾うことができず、閃光放電管２からこの方向に向かう射出光束を効率良く集光することができないためである。
【００７４】
逆に、光学部材１の後端部を、閃光放電管２の光源中心の後側まで延ばして、効率よくすべての光束を集めようとすると、光学部材１の全体形状が大型化してしまうばかりか、反射面１ｂ、１ｂ’での全反射が困難となり、光学部材１から抜け出てしまう光束が増加して、閃光放電管２からの射出光束を効率良く利用できなくなるおそれがある。
【００７５】
以上の理由から、光学部材１は、その後端部の射出光軸方向の位置が、閃光放電管２の光源中心とほぼ一致する位置まで延ばすように構成するのが、光学系の効率及び大きさの関係から望ましい。
【００７６】
次に、光学部材１を１部品で構成した際の形状について詳細に説明する。まず、光学系の上下方向の寸法の理想形状に関して説明する。図１に示した、閃光放電管２の径方向を含む断面において、光学部材１の射出面１ｃ、１ｃ’の開口部の高さＡと光学部材１の奥行きＤとの比を以下の範囲にする。
【００７７】
０．７ ≦ Ａ／Ｄ ≦ １．３ ・・・・（１）
上記式（１）の下限値である０．７未満になると、光学部材１は奥行きが深い形態になる。そして、このような形態にすると、反射面１ｂ、１ｂ’で全反射されずに光学部材１外に射出する成分が多数発生すること、また、反射面１ｂ、１ｂ’で反射された光束が、射出面１ｃ、１ｃ’に到達する前に射出光軸と交わってしまい本来想定している射出面１ｃ、１ｃ’の位置から射出できない成分が発生することなどから、効率の良い集光光学系とはならない。
【００７８】
一方、上記式（１）の上限値である１．３を超えると、射出面の開口部分が広くなり過ぎてしまうばかりか、射出面１ｃ、１ｃ’上で光束の射出する位置が上下２箇所に分離してしまう傾向にあり、光学部材を１部品で構成しその全面を使って光束を射出させるという本実施形態の目的を達成することが困難となり、望ましくない。
【００７９】
本実施形態の光学部材１に関して、実際の数値を（１）式に当てはめてみると、光学部材１の奥行きＤが７．６ｍｍ、光学部材１の射出面の開口部高さＡが７．２ｍｍであり、Ａ／Ｄは０．９５となり、式（１）で示す範囲のほぼ中心の範囲であることがわかる。
【００８０】
このように、光学部材１を構成することにより、光学部材１の形状を必要以上に大型化せずに、効率の良い光学系を構成することができる。
【００８１】
次に、閃光放電管２を射出光軸方向から見た状態を、図３を用いて説明する。なお、同図における各部の番号は、図１、図２に対応しており、４は、カメラ本体２６の外装部品を示す。
【００８２】
光学部材１の形状の特徴としては、側面の光源側に近い部分に第１の全反射面１ｄ、１ｄ’を形成し、側面の射出面に近い部分に第２の全反射面１ｅ、１ｅ’を形成したことである。
【００８３】
これにより、必要照射角度範囲外に向かう光束を２段階に分けて有効に活用できるようになり、射出面１ｃ、１ｃ’の全面を有効に使った照明光学系を実現することができる。
【００８４】
図３では、射出光軸方向と平行に向かう光線が、閃光放電管２のどの位置から発しているかをトレースで示している。同図に示すように、射出面１ｃ、１ｃ’の全体から、射出光軸と平行に進む光が射出していることがわかり、与えられた開口面積に対して、効率良く集光が行われていることも容易に想像できる。
【００８５】
本実施形態では、閃光放電管２から射出した光束が、射出面１ｃ、１ｃ’の全面から集光された状態で射出するストロボ光学系の構成を示した。しかし、本実施形態の照明装置は、ここに示した構成だけ限定されない。
【００８６】
例えば、本実施形態では、光学部材１の反射面１ｂ、１ｂ’を全反射面としたが、金属蒸着面にしてもよい。この場合には、反射面１ｂ、１ｂ’に当たる角度の限定が少なくなるため、上下開口の狭い薄型の光学系を構成することも可能になる。
【００８７】
また、反射傘３を、閃光放電管２の中心と同心である円筒形状に構成したが、楕円面等の２次曲面により構成してもよい。
（第２実施形態）
図６〜図１０は、本発明の第２実施形態である照明装置を示している。図６は閃光放電管の径方向の断面図、図７は、図６に示した断面図に閃光放電管から射出した光線をトレースしたものである。また、図８は、照明装置の射出光軸に対して直交する方向の断面図である。
【００８８】
図９は、照明装置の分解斜視図であり、図１０は、照明装置が搭載されたカメラの斜視図である。尚、図１０において、照明装置の構成については、図５と同様であり、対応する箇所は同一の番号で示している。また、各部の機能も第１実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００８９】
図９において、３１、３１’は光学部材であり、この光学部材３１、３１’は、射出光軸を挟んで対照的に構成された２つの部品からなり、その材料にはアクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料を使用している。３２は閃光を発する直管形状の閃光放電管（キセノン管）である。
【００９０】
３３は、閃光放電管３２から射出した光束のうち、射出光軸の後方に射出された光束を前方に反射する反射傘である。反射傘３３の内側の面は、高反射率を備えた光輝アルミ等の金属材料により形成されている。
【００９１】
次に、図６、７を用いて本実施形態の照明装置を構成する光学部材３１、３１’について説明する。なお、図６、７は、本実施形態の閃光放電管３２の径方向の断面図である。図７には、閃光放電管３２の内径中心部から射出した代表光線をトレースしている。
【００９２】
光学部材３１、３１’の入射面３１ａ、３１ａ’の形状は、閃光放電管３２から射出した光束を、射出光軸に対して略６０°傾けた方向に導くように構成されている。
【００９３】
これは、光学部材３１、３１’の形状を簡易にするのに有効な形状であり、本実施形態の光学部材３１、３１’における、入射面３１ａ、３１ａ’、３１ｂ、３１ｂ’以外の形状は、すべて平面により構成することを可能にしている。
【００９４】
また、製作を容易にするため、光学部材３１、３１’を、射出光軸を境として対称形状に構成するとともに共通部品で構成していることも特徴になっている。
【００９５】
一方、閃光放電管３２から射出した光束をすべて全反射によって導いていること、また、最も集光した状態を形成する構成をとっていることは、第１実施形態と同様である。
【００９６】
本実施形態の光学部材３１、３１’は、第１実施形態の光学部材１よりも射出光軸方向の長さが短くなっている。このような形状は、光学部材３１、３１’を２部品で構成するとともに、入射面を後述するような形状にして第１実施形態よりも指向性を増加させることにより、実現可能とされている。
【００９７】
ここで、第１の入射面３１ａ、３１’ａ及び第２の入射面３１ｂ、３１’ｂは、非球面のシリンドリカルレンズで構成されている。第１の反射面３１ｃ、３１’ｃ及び第２の反射面３１ｄ、３１’ｄは、平面で構成されている。また、射出面３１ｅ、３１’ｅも、平面で構成されている。
【００９８】
この場合、閃光放電管３２から射出された光束は、少なくとも第２の反射面３１ｄ、３１’ｄ及び射出面３１ｅ、３１’ｅは必ず通過するように構成されている。
【００９９】
本実施形態の光学部材３１、３１’の特徴は、一定の方向へ指向させるために入射面が複雑化するものの、他の部分の形状はできるだけシンプルな形で構成されており、製作を容易にできるようにしている点にある。
【０１００】
閃光放電管３２から射出した光束は、第１の入射面３１ａ、３１’ａ及び第２の入射面３１ｂ、３１’ｂのうちいずれか一方に入射する。
【０１０１】
本実施形態では、閃光放電管３２から射出した光束を射出光軸に対して６０°傾いた方向に導くように光学部材３１、３１’の形状を構成している。
【０１０２】
即ち、第１の入射面３１ａ、３１’ａは、閃光放電管３２から前方に射出した光束のうち、射出光軸に対して大きな角度を持った成分を、射出光軸に対して６０°傾けた方向に導くように構成している。
【０１０３】
一方、第２の入射面３１ｂ、３１’ｂは、射出光軸に対して小さな角度を持った成分を、射出光軸方向と平行な方向に屈折させ、第１の全反射面３１ｃ、３１’ｃに導くように構成している。
【０１０４】
第１の全反射面３１ｃ、３１’ｃは、射出光軸に対して３０°傾けて配置されている。このような角度で配置することにより、第２の入射面３１ｂ、３１’ｂから導かれた光束を、射出光軸方向に対して６０°傾いた方向に反射させることができる。
【０１０５】
このように、本実施形態では、閃光放電管３２から射出した光束が、屈折または全反射により、射出光軸から６０°傾いた方向に進むように光学部材３１、３１’の形状を工夫しているのである。
【０１０６】
また、第１の入射面３１ａ、３１’ａ及び第２の入射面３１ｂ、３１’ｂとの間に隙間が生じないように構成している。
【０１０７】
第１の入射面３１ａ、３１’ａ及び第１の全反射面３１ｃ、３１’ｃによって射出光軸に対して６０°の角度をなす方向に方向転換された光束は、第２の全反射面３１ｄ、３１’ｄにて反射され、射出面３１ｅ、３１’ｅから射出される。この際、不要なロス成分となる全反射が発生しないように、全反射面３１ｄ、３１’ｄと射出面３１ｅ、３１’ｅの角度を調節してある。
【０１０８】
一方、閃光放電管３２から射出した光束のうち、後方に射出された光束は、反射傘３３が閃光放電管３２の中心軸と同心の円筒面で構成されているため、反射傘３３によって反射された後、再び閃光放電管３２の中心部付近に導かれる。
【０１０９】
そして、その後は前述の光路と同様にして、光学部材３１の射出面３１ｅ、３１’ｅから射出されることになる。
【０１１０】
このように、閃光放電管３２から射出された光束は、閃光放電管３２の径方向を含む面内において、光学部材３１、３１’により射出光軸と平行な方向に方向転換され、高い集光効果が得られていることがわかる。
【０１１１】
一方、上述のように、本実施形態の形状で特徴的なことは、入射面３１ａ、３１’ａ、３１ｂ、３１’ｂ以外の面はすべて平面で構成していることである。
【０１１２】
これにより、製造が容易になるなどの製造面でのメリットが生じ、量産性に優れた照明装置を提供することができる。また、本実施形態では、光学部材３１、３１’を２部品化しているが、これも製造面での作りやすさを考慮したものである。すなわち、同形状の２部品で構成して、所定の光学特性が得られると言う点で、部品点数は増えるものの、大変作りやすい構成となっている。
【０１１３】
さらに、図７にも示すように、本実施形態でも第１実施形態と同様に、閃光放電管３２から射出した光束が、光学部材３１、３１’の射出面３１ｅ、３１’ｅ上で互いに交差・干渉することなく連続的に並んで被写体に到達するようにしている。すなわち、閃光放電管３２から射出した光束が、射出面上で１対１に対応し、かつ射出光軸と平行な成分に変換されるように光学部材３１、３１’を構成している。
【０１１４】
一方、上述のように光学部材３１、３１’の入射面及び反射面を構成することにより、光学系の奥行きを短かくすることができ、照明装置を小型化（主として射出光軸の方向）することができる。
【０１１５】
また、射出面３１ｅ、３１’ｅの形状を上下に２分することで、中央部に、新たな空間を形成することができ、従来の構成とは異なった機能を持たせる可能性が生まれる。
【０１１６】
尚、本実施形態の射出面３１ｅ、３１’ｅの形状は、集光性の高い光学系を実現するために考え出されたものであるが、この射出面形状を更に改良して、任意の配光特性を持たせることも可能である。
【０１１７】
次に、２部品で構成された光学部材３１、３１’の形状について詳細に説明する。
【０１１８】
まず、光学系の上下方向の寸法の理想形状に関して説明する。図６に示した光源の径方向を含む断面において、光学部材３１、３１’の射出面３１ｅ、３１’ｅの開口部の高さＡと光学部材の奥行きＤとの比を以下の範囲にする。
【０１１９】
１．３ ≦ Ａ／Ｄ ≦ ２．５ ・・・・（２）
上記式（２）の下限値である１．３未満になると、反射面３１ｄ、３１’ｄで反射した光束が、反射後すぐに射出光軸と交差するように進む成分が増え、射出面３１ｅ、３１’ｅでの屈折による補正が困難になるばかりでなく、場合によっては不要な全反射によって光学部材３１、３１’内にこもってしまい、有効な光束が減少してしまう。また、形態的にも、装置の外観部に現れる射出面３１ｅ、３１’ｅが、急角度になり望ましくない。
【０１２０】
一方、上記式（２）の上限値である２．５を超えると、射出面の開口が広くなり過ぎてしまうとともに、射出面３１ｅ、３１’ｅの位置が上下２箇所に遠く離れてしまう傾向にあり、望ましくない。
【０１２１】
本実施形態の場合について、実際の数値を当てはめてみると、光学部材１の奥行きＤが５．８ｍｍ、光学部材１の射出面の開口部高さＡが１０．０ｍｍであり、これらの値を式（２）に代入すると、Ａ／Ｄ＝１．７２となり、上記関係式（２）の範囲に入っていることがわかる。
【０１２２】
次に、閃光放電管３２から射出した光束が射出光軸に対して６０°傾いた方向に向かうように、入射面３１ａ，３１’ａの形状を構成した理由を説明する。
【０１２３】
ここで、閃光放電管３２から射出した光束が、入射面３１ａ，３１’ａを通過した後に向かう方向と射出光軸とのなす角度をθとすると、
４５° ≦ θ ≦ ７５° ・・・・・（３）
であることが望ましい。
【０１２４】
下限値である４５°未満の場合には、光損失なく全反射面で反射させようとすると、光学部材３１、３１’の奥行きが長くなりすぎて照明装置の小型化を妨げるおそれがあるばかりでなく、第２の全反射面３１ｄ、３１’ｄで全反射せずに透過してしまう光束成分が増加し、効率の良い照明装置を提供できなくなるおそれがある。
【０１２５】
一方、上限値である７５°を超えてしまうと、上下の開口が広がり過ぎてしまうばかりでなく、すべての光束を第１の全反射面１ｄ、１ｄ’にて全反射させることが困難となり照明装置の光損失が大きくなるおそれがある。
【０１２６】
このような大きさ・効率面での不具合を考慮した結果、上述の（３）で示す条件を満足させる必要がででくるのである。
【０１２７】
本実施形態では、大きさ・効率面の両立をはかるために、上記（３）の範囲のほぼ中央値である６０°となるように入射面３１ａ，３１’ａの形状を構成しているのである。
【０１２８】
このような形状上の条件を備えた光学部材３１，３１’によれば、小型で光損失が少なく効率の良い照明装置を提供することができる。
【０１２９】
次に、閃光放電管３２の軸方向の形状について、図８を用いて説明する。尚、厳密には射出光軸中心で切った場合には、光学部材の断面形状が存在しないこと、また、入射面以降は、上下に分けられた光学部材中を進むことから、図８に示す断面の位置は、樹脂材料中を通るような位置に移動させた状態で表示している。図８において、各部の番号は図６、図７に対応している。
【０１３０】
まず、側面３１ｆ、３１ｆ’は、第１実施形態と異なり、閃光放電管３２から射出した光束が光学部材３１、３１’の入射面３１ａ、３１’ａ、３１ｂ、３１’ｂからすべて入射すると仮定して、形状を定めており、比較的傾斜角度が急角度の面で構成されている。このように側面３１ｆ、３１ｆ’を急角度の斜面によって構成することにより、効率良く集光させることができる。
【０１３１】
本実施形態は、照明光学系の全長を短縮させるとともに集光性を高めた照明装置の一例を示したもである。
【０１３２】
したがって、本発明は上述の形状に限定されない。即ち、本実施形態では反射面及び射出面の形状を、平面により構成したが、必ずしも平面のみで構成する必要はなく、いずれか一方を平面で構成して、他方の面を曲面で構成するようにしても良い。
【０１３３】
また、本実施形態では、射出面を平面で構成しているが、必ずしも平面に限定されるものではなく、曲面、フレネルレンズ、中央部に頂角が一定の複数のプリズム面を用いても良い。
（第３実施形態）
図１１〜図１５は、本発明の第３実施形態である照明装置を示している。図１１は閃光放電管の径方向の断面図、図１２は、図１１に閃光放電管から射出した光束をトレースした図である。また、図１３は、照明装置の射出光軸に対して直交する方向の断面図である、光学部材については一部射出光軸中心部以外の面で切った断面の形状を示している。
【０１３４】
図１４は、照明装置の分解斜視図であり、図１５は、照明装置を搭載したカメラの斜視図である。尚、図１５において、発光部以外の構成については、図５と同様であり、対応する箇所は同一の番号で示している。また、各部の機能も第１実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
【０１３５】
図１４において、４１、４１’は光学部材であり、射出光軸を挟んで対称に構成された２つの部品からなり、その材料にはアクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料を使用している。４２は、閃光を発する直管形状の閃光放電管（キセノン管）である。
【０１３６】
４３は、閃光放電管４２から射出した光束のうち、光射出方向の後方に射出された成分を前方に反射する反射傘であり、内面が高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料で形成されている。閃光放電管４２、反射傘４３の構成は第１実施形態と同様である。
【０１３７】
光学部材４１、４１’には、以下に説明するような構成上の工夫が施されている。
【０１３８】
まず、光学部材４１、４１’の入射面４１ａ、４１’ａの形状は、閃光放電管４２から射出した光束を、ある一定方向、図示の例では第２実施形態と同様に、射出光軸に対して６０°傾けた方向に導くように構成している。
【０１３９】
また、製作を容易にするため、光学部材４１、４１’は上下を反転させた共通部品で構成していることも特徴になっている。
【０１４０】
一方、閃光放電管４２から射出した光束をすべて全反射によって導いていることは、第１及び第２実施形態と同様である。以下、図１１〜図１３を用いて本実施形態の光学部材４１、４１’について詳細に説明する。
【０１４１】
第３実施形態は、第１及び２実施形態に比べて、射出面４１ｅ、４１’ｅの幅を細くしたこと、また、射出面４１ｅ、４１’ｅの形状を射出光軸に対して垂直な平面とし照明装置として利用する際の取り扱いを容易にしている。これを実現するために、光学部材４１、４１’を２部品で構成するとともに、入射面、反射面の形状に工夫を加えて第１、第２実施形態以上に狭い領域から射出させる形状としている。以下、光学部材４１、４１’の形状上の特徴及び閃光放電管から射出した光束が光学部材４１、４１’内においてどのような挙動を示すかを説明する。
【０１４２】
４１ａ、４１’ａは、非球面のシリンドリカルレンズで構成された第１の入射面、４１ｂ、４１’ｂは、同じく非球面のシリンドリカルレンズで構成された第２の入射面である。
【０１４３】
４１ｃ、４１’ｃは、平面で構成された第１の反射面、４１ｄ、４１’ｄは、射出面から射出後１点に集光させるような集光性を与える曲面で構成された第２の反射面である。
【０１４４】
また、射出面４１ｅ、４１’ｅは、射出光軸に対して垂直な平面で構成された幅の狭い光学面である。ここで、閃光放電管４２から射出した光束は、閃光放電管４２に直交する面内において、入射面、反射面、射出面の順に進み、少なくとも第２の反射面４１ｄ、４１’ｄ、射出面４１ｅ、４１’ｅは必ず通過するように構成されている。
【０１４５】
そして、射出面４１ｅ、４１’ｅを透過した光束は、図１２に示すように１点に集光される。
【０１４６】
このように、本実施形態では、射出面４１ｅ、４１’ｅから射出した光束が１点に集光されるように構成されているため、光学部材４１、４１’の各光学面の形状は複雑化するものの、射出面４１ｅ、４１’ｅは幅が狭く射出光軸に垂直な方向に配置されているため、搭載機種に対して扱い易い形態となっている。
【０１４７】
次に、本実施形態で最も特徴的な入射面と反射面の形状について、さらに詳細に説明する。
【０１４８】
閃光放電管４２からの射出光を入射させるための光学部材４１、４１’の入射面は、上述のように２種類の入射面に分割されている。また、本実施形態では、閃光放電管４２から射出した光束を射出光軸に対して、６０°傾けた方向へ導くように各部の形状を構成している。
【０１４９】
まず、入射面のうち、射出光軸に対して比較的大きな角度を持った成分が入射する第１の入射面４１ａ、４１’ａは、閃光放電管４２から射出された光束が射出光軸に対して６０°傾いた方向に向かうように非球面形状で構成され、屈折後の光束が、全反射面４１ｄ、４１’ｄに直接向かうように構成されている。
【０１５０】
一方、もう一つの入射面である第２の入射面４１ｂ、４１’ｂから入射した光束は、この第２の入射面４１ｂ、４１’ｂによる屈折だけでは射出光軸に対して６０°の角度の方向に向かせるのが困難な成分であるため、本実施形態では、第１の全反射面４１ｃ、４１’ｃを介することによって、所定の方向に導くように構成している。
【０１５１】
すなわち、第２の入射面４１ｂ、４１’ｂから入射した光束は、第１の全反射面４１ｃ、４１’ｃでの全反射を介して、射出光軸方向に対して６０°傾いた成分に変換されるように構成されている。この時、第２の入射面４１ｂ、４１’ｂは、非球面形状のシリンドリカルレンズによって構成されており、この第２の入射面４１ｂ、４１’ｂを透過した光束は、一度射出光軸方向に対して平行に射出される。更に、第１の反射面４１ｃ、４１’ｃを射出光軸に対して３０°傾けて配置することにより、第２の入射面４１ｂ、４１’ｂを透過した光束を射出光軸に対して６０°傾けた方向に導くようにしている。
【０１５２】
このように、本実施形態では、特性の異なった２種類の入射面によって、閃光放電管４２から射出したすべての光束が、屈折または全反射をした後に、射出光軸から６０°傾いた光束として揃えられるように各部の面形状を構成している。また、このとき２種類の入射面の間に隙間が生じないように各部の面形状を工夫している。
【０１５３】
次に、第１の入射面４１ａ、４１’ａによって屈折された光束及び第１の反射面４１ｃ、４１’ｃによって反射された光束を、第２の全反射面４１ｄ、４１’ｄによって全反射させ、射出面４１ｅ、４１’ｅの方向へ導く。
【０１５４】
この際、射出面４１ｅ、４１’ｅから射出した光束を１点に集光させるとともに射出光軸に対して上下の分布が均等となるように変換するために、所定の曲率を持たせるように構成している。
【０１５５】
一方、射出光軸の後方に向かった光束は、図示していないが、第２実施形態と同様に、後方に配置した反射傘４３が閃光放電管４２と同心の円筒面で構成されているため、反射傘４３で反射された後、閃光放電管４２の中心軸付近に導かれ、前述の光路を経て、光学部材４１、４１’の射出面４１ｅ、４１’ｅから射出される。
【０１５６】
以上説明したように、閃光放電管４２から射出した成分はすべて、狭い射出面４１ｅ、４１’ｅから射出され、一様な配光分布を持って被写体側に照射される。
【０１５７】
一方、本実施形態でも、第２実施形態と同様に、光学部材４１、４１’を２部品化しており、これにより光学部材４１、４１’の製造を容易にしている。すなわち、光学部材４１、４１’を同形状の２部品で構成して、所定の光学特性が得られるという点で、部品点数は増えるものの、大変作りやすい構成になっている。
【０１５８】
さらに、図１２にも示すように、本実施形態の基本的な考え方も第１及び第２実施形態と同様に、閃光放電管４２から射出した光束が、光学部材４１、４１’の射出面４１ｅ、４１’ｅ上に互いに交差・干渉することなく連続的に並んで到達するように構成することにある。すなわち、閃光放電管４２から角度を振った光線が、射出面４１ｅ、４１’ｅ上で１対１に対応するようになっている。
【０１５９】
一方、このように光学部材４１、４１’の入射面及び反射面を定義することによって、光学系の奥行きを短縮させることが可能になる。
【０１６０】
また、射出面４１ｅ、４１’ｅの形状を上下に２分することで、中央部には、第２実施形態以上の大きさを備えた空間を形成することができ、従来の構成とは異なった機能を持たせる可能性が生まれる。
【０１６１】
尚、集光性を高めたり、拡散度合いを高めたりするために、射出面４１ｅ、４１’ｅの形状に改良を加えることもできる。
【０１６２】
次に、２部材に分かれた光学部材４１、４１’の形状について、第２実施形態と同様に、（２）式に示した関係式が成り立つかどうか、実際の形状寸法を当てはめてみる。
すなわち、（２）式において、光学部材４１、４１’の射出面の開口部高さＡは１１．４ｍｍ、光学部材４１、４１’の奥行きＤは５．７ｍｍとなり、これらの比であるＡ／Ｄは２．０となり、（２）の範囲にあることがわかる。
【０１６３】
次に、閃光放電管４２の軸方向の形状について、図１３に示す断面図を用いて説明する。尚、同図において、各部の番号は図１１、図１２に対応している。
【０１６４】
まず、側面４１ｆ、４１ｆ’は、第１実施形態と異なり、閃光放電管４２から射出した光束が光学部材の入射面４１ａ、４１’ａ、４１ｂ、４１’ｂからすべて入射すると仮定して、各面の形状を決定しており、比較的傾斜角度が大きい急角度の面で構成されている。このような急角度の斜面を持った側面形状とすることにより、効率良く集光させることができる。
【０１６５】
以上、本実施形態では、射出光軸に対して直交する面内に配置された射出面４１ｅ、４１’ｅの図中上下方向の長さを短くして、配光特性を均一にしている。しかし、本実施形態の光学部材４１、４１’は上述の構成に限定されない。即ち、本実施形態の射出面４１ｅ、４１’ｅの形状は、平面で構成したが、曲面で構成してもよい。
【０１６６】
また、本実施形態では、閃光放電管４２の軸方向の集光については、側面に形成した全反射面についてのみ説明し、他の部分の形状については言及していないが、必ずしも平面や曲面に限定されるものではなく、フレネルレンズや中央部に頂角が一定の複数のプリズム面を形成して、集光性を高めるように構成してもよい。また、光学部材を一対の同一形状としたが、必ずしもこの構成には限定されず、異なった形状の光学部材を組み合わせても良い。
【０１６７】
さらに、以上説明した各実施形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもあり、下記の各発明は上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものである。
【０１６８】
〔発明１〕 光源と、
この光源よりも照明方向前方に配置された光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記光源の径方向を含む面内において、前記光源からの光を前方に反射する反射面と、前記光源から発せられた光束のうち、該光源の射出光軸から周辺部までの領域の光束を前記反射面に向かわせる少なくとも一つの光学面とを有することを特徴とする照明装置。
【０１６９】
〔発明２〕 前記光学面は、前記光源からの光を前記射出光軸を境にして前記射出光軸の方向とは異なる方向に振り分けることを特徴とする発明１に記載の照明装置。
【０１７０】
〔発明３〕 前記光学面として、前記光源からの光のうち前記射出光軸付近の光を前記反射面に向けて反射する面を含むことを特徴とする発明１に記載の照明装置。
【０１７１】
〔発明４〕 前記光学部材は、前記反射面で反射された光を射出する射出面を有し、この射出面は前記射出光軸を境にして一対となるように形成されていることを特徴とする発明１から３に記載の照明装置。
【０１７２】
〔発明５〕 発明１から４のいずれかに記載の照明装置を備えたことと特徴とする撮影装置。
【０１７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学部材を光束が通過する長さに起因する光学特性の変化、すなわち、光学材料そのものの透過率や、色温度を補正のために光学材料に加えた着色材の色補正量の差がなくなり、配光ムラや色むらのない、均一な光学特性を持った照明装置を提供することができる。
【０１７４】
また、本発明の照明装置の構成にれば、射出面を広げることが可能であり、照明時の過剰な眩しさを軽減することができる。この際、単なる開口面の増大だけでなく、広げた射出面の広い面積から光束を射出させることが可能なため、その効果は大きい。
【０１７５】
さらに、光学系の射出面前面から、光源の形態が見えないような光学系や、従来にない射出面の形態を持った照明装置を提供することができる。
【０１７６】
また、基本的な光線制御を屈折および全反射によって制御しているため光量ロスが少なく、光源からのエネルギを高い効率で利用でき、小型で軽量なスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な照明装置及び撮影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の閃光放電管の径方向断面図。
【図２】図１の断面図に閃光放電管から射出された光束をトレースした図。
【図３】第１実施形態における照明装置の射出光軸に対して直交する方向の断面図。
【図４】第１実施形態の照明装置の分解斜視図。
【図５】第１実施形態の照明装置を搭載したカメラの斜視図。
【図６】第２実施形態の閃光放電管の径方向断面図。
【図７】図６の断面図に閃光放電管から射出された光束をトレースした図。
【図８】第２実施形態における照明装置の射出光軸に対して直交する方向の断面図。
【図９】第２実施形態の照明装置の分解斜視図。
【図１０】第２実施形態の照明装置を搭載したカメラの斜視図。
【図１１】第３実施形態の閃光放電管の径方向の断面図。
【図１２】図１１の断面図に閃光放電管から射出された光束をトレースした図。
【図１３】第３実施形態における照明装置の射出光軸に対して直交する方向の断面図。
【図１４】第３実施形態の照明装置の分解斜視図。
【図１５】第３実施形態の照明装置を搭載したカメラの斜視図。
【符号の説明】
１、１１、３１、４１ 光学部材
１２、３２、４２ 閃光放電管
１３、３３、４３ 反射傘
３、３４、４４ カメラ本体の外装部材
２１ レリーズボタン
２２ 電源スイッチ
２３ ファインダ窓
２４ 測光部
２５ レンズ鏡筒
２６ カメラ本体
２７ 照明装置

Claims (1)

1. 光源と、
   この光源よりも照明方向前方に配置された光学部材とを有し、
   前記光学部材は、前記光源からの光を前方に反射する反射面を有することを特徴とする照明装置。

Images