JP3441991B2 - 照明装置及びそれを用いた撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮影のために用い
られるビデオカメラ、フィルム用カメラ等における撮影
用の照明装置及びそれを用いた撮影装置に関し、特に装
置全体の小型化および照射光束の集光効率の向上を図っ
たものである。

【０００２】

【従来の技術】カメラ等の撮影装置に用いられている照
明装置は、従来、光源（閃光放電管）と、この光源から
発せられた光束を前方（被写体方向）に導く反射鏡やフ
レネルレンズ等の光学部材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
集光させるための提案が、従来より種々、なされてい
る。

【０００４】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、小型化を図った照明装置が種々と
提案されている。

【０００５】本出願人は、特開平4 ―138438号公報で、
光源から前方に射出された光束を集光する正の屈折力を
有するレンズと、光源から側方へ射出する光束を前方に
向けて集光反射させる全反射面とを有する光学部材によ
って、同一の射出面から照射する照明光学系を提案して
いる。

【０００６】すなわち、光源からの光束が入射する光学
部材への入射面位置で光路分割された光束を同一射出面
から射出させるようにした小型で集光効率の高いプリズ
ムを用いた照明光学系を提案している。

【０００７】また、特開平8 ―262537号公報で、上記提
案の照明光学系における各要素に関して数値限定し、
又、光学部材の射出面に縦フレネルレンズを形成した構
成の照明光学系が提案されている。

【０００８】また、本出願人は特開平8 −234277号公報
において、発光手段と発光手段からの光を被写体に照射
する為に光を部材を通して部材の長手方向に案内し、光
を折曲げて被写体に向けて集光放射する光学手段とを備
え、発光手段からの光を部材を通して、その部材の長手
方向に案内し、光を被写体に向けて集光放射するように
した光の利用効率の良い照明装置を提案している。

【０００９】また、本出願人は特願平10−115852号にお
いて、光源手段からの光束を光学部材を介して、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
学部材が該光源手段に対向した入射面、該入射面からの
光束の一部を反射又は／及び全反射させる反射面、該入
射面と対向し、それよりも面積の大きな射出面とを有し
た構成の照明装置を提案している。

【００１０】

【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・軽量化が進む一方、撮
影レンズは、高付加価値を持たせるために高倍率のズー
ム化の傾向にある。一般的に、小型化かつ高倍率化によ
って撮影レンズは徐々に暗くなる傾向にあり、この為、
補助光源を使用しないで今までと同じ明るさの条件で撮
影をしようとすると、手ぶれを起こしやすく、思い通り
の写真にならない場合が多かった。

【００１１】この状況を補う為、通常、カメラ等の撮影
装置では、補助光源として照明装置（以下ストロボ装
置）が内蔵されているが、上記理由からこの補助光源と
しての照明装置の使用頻度が従来までに比べて大幅に増
加すると共に一回の撮影に必要とされる発光量も増える
傾向にあった。

【００１２】すなわち、通常、カメラ等の撮影装置にお
いて、２回に１回の割でストロボを発光させると仮定す
ると、この照明の為に消費されるエネルギは、カメラ全
体の消費量の略８０％を占める。

【００１３】上記のようなストロボの使用頻度の増加
は、装置全体に占めるストロボ部での消費電力の割合の
増加に更に拍車をかけるものになっている。また、撮影
レンズが暗くなっているため、同じ距離の被写体を同じ
明るさのもとで撮影するためには、より多くの照射光量
が必要とされる。

【００１４】この反面、撮影装置の小型化に伴って照明
装置の形状そのものは小型化しなければならないなど、
この種の照明装置に課せられた課題は今までになく厳し
いものになっている。

【００１５】このような背景から、特開平4 ―138438号
公報では、閃光発光装置の前面に、光学部材を配置した
照明装置を提案している。同公報では光学部材を主に光
源の側方に射出した光束を入射面より入射させた後、全
反射させ一定方向に集光させる上下二つの面と、これと
は別に正面に形成した正の屈折力を持ち集光させる面よ
り光学部材を構成している。

【００１６】そしてそれぞれの面によって集光させた
後、同一射出面から被写体側に射出させる形態の照明光
学系を提案している。この提案では、光源の長手方向の
集光については、特に言及していなかった。

【００１７】また、この提案の改良として特開平8 ―26
2537号公報では光源の長手方向の集光方法として、上記
プリズムの光射出面側にフレネルレンズ面を構成してい
る。このような照明装置において光学系を極端に小型化
させる為に、単にフレネルレンズを光射出面に形成した
集光光学系では、良好な集光効果を得るのが難しい。

【００１８】すなわち、前面に配置したフレネルレンズ
が、従来方式に比べて極端に接近して配置され、さら
に、光源からフレネル面に至るまでの間が従来のような
空間でなく樹脂材料等の光学材料で充填されている。こ
の為、実質的な光路長が十分取れず、前面に形成したフ
レネルレンズの集光効果が得られないばかりか、フレネ
ルのエッジ部での集光に関与しない光成分が増加し、画
角外へ照射されてしまう。

【００１９】本発明は、撮影装置の照明光学系の全体形
状を小型化しつつ、そのときの光学特性を低下させず、
画角内に照射される有効エネルギを増加させることがで
きる照明装置及びそれを用いた撮影装置の提供を目的と
する。

【００２０】また、本発明の他の目的は、この集光をさ
せる方法として、いままで大型化以外にその集光特性を
向上させることが困難だった光源の長手方向（閃光放電
管の軸方向）の集光を飛躍的に向上させることができる
照明装置の提供にある。

【００２１】又、本発明の他の目的は、小型、薄型化、
そして軽量化を図ると共に、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の提供
にある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の照明装
置は、光源手段と、該光源手段からの光束を入射面より
導入し、射出面より導出させる光学部材とを有した照明
装置において、該光学部材は、その射出面側に複数のプ
リズムを配列したプリズム部材を有し、該複数のプリズ
ムのうち一部のプリズムは、そのプリズム頂角を形成す
る２つの面で順次該入射面からの光束を全反射させる角
度に設定しており、該プリズム部材を構成する複数のプ
リズムは、そのプリズム頂角を形成する稜線が該光源手
段の発光部の長手方向と略垂直方向に位置するように形
成しており、そのピッチ間隔が０．２ｍｍ以上、２ｍｍ
以下であり、該複数のプリズムは、プリズム頂角を形成
する２つの面がプリズム底面に対して略等角度であり、
該光源手段の中心部に対応する領域のプリズムのプリズ
ム頂角は、該光源手段の周辺部に対応する領域のプリズ
ムのプリズム頂角よりも大きいことを特徴とする照明装
置としている。

【００２３】

【００２４】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、該プリズムの材質の屈折率をｎ、プリズム頂角をθ
としたとき、 ２×｛Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝≦θ≦９０°＋Ｓｉｎ
^-1（１／ｎ） を満足することを特徴としている。

【００２５】請求項３の発明は、請求項１の発明いおい
て、該光学部材の入射面は該光源手段からの光束を入射
させ、該射出面側に直接導光する第１入射面と、該光学
部材の側方に向かう光束を入射させる第２入射面とを備
えるとともに該プリズムの材質の屈折率をｎ、プリズム
頂角をθとしたとき、 ２×｛Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝≦θ≦９０°＋Ｓｉｎ
^-1（１／ｎ） を満足することを特徴としている。

【００２６】

【００２７】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て前記光学部材は、その第２入射面からの光束の一部を
反射させて射出面側に導光する側面反射面を外周面の一
部に形成しており、前記プリズム部材は該光学部材を一
体的に形成していることを特徴としている。

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）図１から図５
は、本発明の実施形態１による撮影用照明装置の要部説
明図である。図１は、照明光学系の要部斜視図である。
１は光源手段であり、閃光を発する直管状の閃光放電管
より成っている。

【００４３】２は該閃光放電管１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射出方向に反射
させる反射傘であり、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。

【００４４】３は、閃光放電管１からの光束の射出方向
に配置された光学部材であり、閃光放電管１からの直接
光と反射傘２で反射した反射光を、上下方向（Ｙ方向）
と左右方向（Ｘ方向）の出射状態を揃えて出射させてい
る。光学部材３は一部材で上下・左右方向を同時に制御
するのに最適な形状としたものであり、アクリル樹脂等
の透過率の高い光学用樹脂材料で構成されている。

【００４５】以下、照明装置の光学系を図２、図３に示
す閃光放電管の径方向（Ｙ方向）の断面図、および図
４，図５に示す閃光放電管の軸方向（Ｘ方向）の断面図
を用いて、上記照明用の光学系の形状の詳細及び、上記
光学系をとった場合の具体的な光線の挙動について詳細
に説明する。

【００４６】まず、図２は閃光放電管（光源１）の径方
向の断面形状と閃光放電管１からの主に直接、被写体側
に照射される光束を示したものであり、説明が明確にな
るように、光源のほぼ中心から射出した光束を示したも
のである。

【００４７】図示のように中心付近から射出した光束は
閃光放電管１の直前に形成された正の屈折力を持つ非球
面トーリックレンズ面（第１入射面，以下「面」ともい
う。）３ａによって屈折集光し、光射出面３ｂで屈折し
た後、照射され、必要照射範囲に効率良く集光される。

【００４８】ここで、照射範囲での照度が均一になるよ
うに面３a は単なる円筒面ではなく、周辺に向かうにし
たがって徐々に屈折力が弱まるような非球面で形成され
ている。

【００４９】さらに詳細に説明するとすれば、閃光放電
管１の中心１ａから射出される光束についてみると、一
定の角度の割合で射出した光線はこの非球面トーリック
レンズ面３ａによって、この割合に対応した角度変化量
を持って光学部材３を通過後の光束の照射が均一になる
ように一定の割合で集光されるような形状に設定してい
る。

【００５０】このため、入射角度毎の分布は光学部材３
を通過後、均一な照度分布になるように変換される。ま
た、光射出面３ｂは後述のようにプリズム面が形成され
ているが、この断面に関してはパワーは持っていない
為、この断面方向の照度分布にはほとんど影響を与えな
い。

【００５１】一方、閃光放電管１と光学部材３の直接光
の入射面３ａとの間隔は極めて近接した距離に配置され
ている。これは、照明光学系の全体形状を極限まで小型
化する為の構成であり、この入射面３ａとの距離を狭め
ることによって見かけの光源の大きさを小さくみなし、
全体形状の小型化を図っている。

【００５２】しかし、実際には、光源１から発せられる
熱の影響があり、光学部材３を樹脂材料で構成した場合
には接近の限界がある。本実施例では、必要とされる光
源のエネルギから逆算して、この距離を０．３ｍｍから
０．７ｍｍという極めて近接した距離に配置している。

【００５３】次に、図３を用いて、閃光放電管１の光軸
ＡＸ方向（Ｚ方向）とは大きく異なった向きに射出した
光線トレースについて説明する。

【００５４】図３においては、図２に説明した光入射面
とは大きく方向の異なった平面で形成された入射面（第
２入射面）３ｃが形成されている。まず、この入射面３
ｃで大きく屈折させ、閃光放電管１からの射出光を一度
光軸とは異なった方向に屈折させている。

【００５５】これは、光学系全体形状の光軸方向の短縮
させるのにに効果があり、光学系の全体形状を大幅に小
型化できる。図示の実施例では、この入射面３ｃを光軸
ＡＸに対して一定角度θ傾けた平面を設定しているが、
これは入射面３ｃの面精度を維持するための成形上の抜
きテーパを考慮したものであり、理想的には、光軸ＡＸ
と平行面または光軸面の傾きに極力近づけた方が、屈折
効果が大きくなり光軸方向の小型化するのに有効であ
る。理想的には、角度θは２°以下に設定することが望
ましい。

【００５６】次にこの入射面３ｃで一度屈折した光は、
光学部材３の外周に形成された曲面（側面反射面）３ｄ
で反射する。ここで、この反射面３ｄは、アルミニウム
や銀等の高反射率を有する金属の蒸着面ではなく、樹脂
材料の鏡面のみで構成されている。この為、金属蒸着面
に比べて極めて安価に構成できるとともに、全反射を利
用して光制御が可能な為、金属蒸着面での反射率分の光
量ロスがなく、極めて効率良く光線の制御を行うことが
できる。

【００５７】ここでこの全反射面３ｄの特徴的なこと
は、閃光放電管１の中央１ａ付近から射出した光束が、
全反射面３ｄで反射後、比較的光源に近い成分（図中３
ｅで示した部分）に関しては、反射後、光軸から離れる
方向に広がる方向に進み、光源から遠い位置で全反射し
た成分（図中３ｆで示した部分）に関しては光軸と交わ
る方向に進んでいることである。

【００５８】そして、この角度変化は、連続的に変化し
ていき、その結果として得られる照射分布は必要とされ
る照射範囲に対してほぼ均一に照射されるようになって
いる。

【００５９】すなわち、この全反射面３ｄの形状は、図
２に示した非球面トーリックレンズ面３ａと同様に、入
射面３ｃで入射した角度分布を一定の割合で保存しつつ
集光させる形状となっており、入射時点の角度分布が光
学部材３を射出した後も一定の割合で反映されるような
面形状に設定してある。

【００６０】また、図２でも説明したように光射出面３
ｂには、後述のようにプリズム面が形成されているが、
この断面方向にはパワーがなくほとんど影響を受けずそ
のまま屈折して射出される。

【００６１】図２および図３からもわかるように光源１
の中心１ａ付近から射出した光束は、図２の直接光と図
３の反射光で、光路は異なるものの照射範囲はほぼ一致
しかつほぼで均一な照射分布となる。また、これを合成
して形成される実際の照射分布も極めて均一な分布とな
る。また、屈折面および全反射面の形状を最適化するこ
とにより照射範囲を厳密に一致させ、合成の際に生じる
必要照射範囲外の不要な照射成分を極力減少させ、エネ
ルギーロスの少ない効率の良い照明光学系を極めて小型
化して得ている。

【００６２】次に、上述のように反射面３ｄの形状を決
めている根拠について説明する。小型で効率の良い集光
光学系（照明光学系）を形成するためには、まず、光学
系の配光制御を閃光放電管１の後方に配置した反射傘２
に頼ることなく、極力前面に配置した光学部材３による
全反射を利用して制御することが望ましい。

【００６３】すなわち、光学部材３の全反射領域３ｄを
拡大する為、光学部材３の後方部３ｅを後方まで伸ばす
ことが望ましいが、実際には、光学部材３の後方部に伸
びた部分では全反射条件を十分に満たさない場合があ
り、無制限に伸ばすことできない。

【００６４】また、この条件を緩和せるため、入射面３
ｃの後方の面の角度を広げるような補正をし、光学部材
３の有効に利用できる全反射領域３ｄを後ろまで伸ばす
ような構成も考えられる。しかし、形状が大きくなるわ
りには、集光効率の向上効果は少なくあまり望ましい形
態とはいえない。

【００６５】この為、本実施例では、入射面３ｃを平面
で光量ロスが少ない閃光放電管１のほぼ中心１ａ領域ま
で伸ばし、それより後方は、反射傘２を用いて集光制御
を行っている。

【００６６】すなわち、本実施例では、この小型かつ効
率よく均一な配光を得るための構成として、この光学部
材３の後方部の全反射条件を満たしつつ、かつ面３ｅで
全反射し、面３ｂで屈折後の光線の最大角が必要照射範
囲の図中上側の最大角度に一致するように形成する一
方、入射面３ｃの前側の面で規制される最大角が、照射
範囲の下側の最大角とほぼ一致するように、全反射面３
ｄの形状を決定し、最小の大きさで最も体積効率の良い
照明光学系を実現している。

【００６７】また、この間の照射範囲が徐々に変化する
ようなだらかな曲面で構成することによって、均一で無
駄のない効率の良い光学系を実現している。また、この
ように、光学部材３の外側面３ｄの形状が、後方では曲
率を大きくとり射出開口付近の曲率を徐々に落としてい
く形態は、同一の集光性を得るのに最小の形態が取れる
などの利点が多い。

【００６８】図示のような最適化された光学系において
は、光学部材３の後端の位置３ｅがほぼ光源１の中心１
ａ位置と一致するように構成すると大きさと性能のバラ
ンスが取れ、最もまとまりが良い。

【００６９】一方、図示の例では、光源１の中心１ａか
ら、前方に射出する光線についてその光線トレースを示
している。以下、光源の中心から、後方に向かう光線に
ついて図を用いて詳細に説明する。反射傘２は光源の後
方に対応する部分２ａについては、光源の中心軸と同心
の円筒面で構成されている。

【００７０】この為、閃光放電管１の中心部付近から後
方に射出した光束については、後方に射出した光路とほ
ぼ同じ光路をたどって、再度、閃光放電管１を通過した
後、図２に示した前述の直接光とほぼ同じ経路をたどっ
て、照射面上に到達する。

【００７１】また、反射傘２の後方側面２ｂは前述の円
筒面に接するように形成された平面で形成され、さらに
その延長上には、上記光学部材３の上下に形成された全
反射面３ｄの端部３ｅ後方に回り込むように構成されて
いる。

【００７２】これは、上記構成で均一な配光は得られる
ものの照射面上中心付近を明るくすることが難しいが、
本実施例のように反射傘２の、この後方側面部分２ｂを
平面化することによって、中心部付近の光量を補うこと
が可能になる。

【００７３】また、このように構成することによって、
光学部材の上下背面の後方部の隙間を埋め、隙間から抜
け出る損失光量を減少させるとともに、さらにこの平面
部２ｂを積極的に延長し、主に閃光放電管の光源中心よ
り光軸前側から射出した光束のうち側面反射面３ｄで全
反射しきれずに光学部材の後方に抜け出ようとする光束
の一部をこの反射面２ｂで反射させた後、再度光学部材
３に戻し、光束の有効利用するなどの効果がある。

【００７４】上記実施例では、その代表光束である閃光
放電管の中心部付近から射出した光束について、説明し
たが、実際の現象としては、閃光放電管の中心部以外か
らも光線は射出する。この現象によって実際の配光はも
う少し裾を引いたように広がるが、基本的な配光特性は
前述の光源の中心部付近からの射出光束の分布が支配的
であり、上記説明のような均一な配光を実現することが
できる。

【００７５】今回の照明光学系では、上記構成をとるこ
とによって、反射傘の後端の面から、前面のプリズム面
までの最大長さを４．９ｍｍという従来にない短い長さ
で、効率良く集光することに成功している。また、上下
の高さも、光路を上下に展開しているにもかかわらず、
上下の高さを従来のストロボ光学系の反射傘の考え方の
延長では達成できなかった上下６ｍｍという極めて狭い
範囲で効率よく集光することができる。

【００７６】次に、図４，図５を用いて、本発明の実施
形態１のうち最も理想的な形状の閃光放電管の軸方向の
断面の様子について、その代表点の光線追跡を用いて説
明する。

【００７７】図４は、説明をわかりやすくする為、閃光
放電管１の中心付近から射出した光束のうち、光線の射
出方向後方の反射面に当たらない直接光線のみの追跡図
を示したものである。また、図５は同様に閃光放電管１
の中央から外れた位置から射出した光束の光線追跡図で
ある。

【００７８】まず、この閃光放電管１の軸方向の中央断
面についての形状は、図示のように、従来この種の閃光
放電管の軸方向の集光に多用されているフレネルレンズ
とは大きく形状を異にしている。

【００７９】この相違を明確に説明する為、他の条件は
まったく同一とし光学部材の前面形状のみをフレネルレ
ンズにした場合の例を参考図（図２２〜図２５）として
示す。図２２および図２３は、比較的パワーの弱いフレ
ネルレンズＦＬ（ＦＬ１）を形成した場合を示し、図２
４および図２５は、フレネルレンズＦＬ（ＦＬ２）のパ
ワーの強めた、従来の考え方としては集光性を高めたタ
イプである。それぞれの発光点は本実施例の図４および
図５と同一点から射出した場合の光線追跡図を示してい
る。

【００８０】図４において、光学部材３は複数のプリズ
ムＦＬを配列したプリズム部材ＰＦを有している。そし
てまず中央付近の形状は、図１からもわかるように対面
形状がほぼ等角度のプリズムＦＬ面が紙面前後方向に延
びており、ほぼ同一形状で左右（Ｘ方向）に連続して形
成されている。

【００８１】図示の例では、そのプリズム面の頂角がほ
ぼ１０４°となるように形成され、ほぼ閃光放電管１の
アーク長に対応する長さまでこの形状が連続して形成さ
れている。また、閃光放電管１のアーク長よりも外側の
部分については、中央部より角度のたったプリズム面が
形成されており、同図においては、このプリズム面の頂
角が６０°となるように形成している。

【００８２】このように形成されたプリズム面が閃光放
電管１からの射出光に対してどのように集光するかを説
明する。まず、図示の例からもわかるように集光に関与
するのは、発光点１ｂから見て内側に向かって傾斜する
プリズム面３ｇが主であり、基本的に発光点から見て外
側に向かった面３ｈに入射した成分のうち屈折する光成
分は、光軸方向の中心部付近の一部の光のみであり、大
半の光束はプリズム面３ｈで全反射する。

【００８３】そして、その全反射する成分の一部は光学
部材３の後方の面から射出し背面の反射傘２で反射した
後、再度光学部材３を介して被写体面側に照射される。
すなわち、外側のプリズム面３ｈに当たった全反射光の
一部も有効に再利用されている。

【００８４】また、それ以外の光束はプリズム面で全反
射後に必要照射角外へ照射される損失成分となる。図示
の光線追跡図からもわかるように、前面のプリズム面で
全反射後必要照射角範囲外に向かう成分が幾分あるもの
の、全体としては光学部材への入射角度に対して全体の
配光がある一定範囲内に比較的効率良く集光されている
ことがわかる。

【００８５】ここで、図示の閃光放電管の中央部付近か
ら射出した光束の光線追跡図では、プリズム面３ｇ，３
ｈのうち内側に向かったプリズム面で屈折する成分は有
効に集光するものの外側に向かったプリズム面に当たる
部分の成分に対応した成分が抜けて照射分布に非連続点
が生じ、全体配光にむらを生じさせるようにみえる。

【００８６】しかし、実際の現象では、閃光放電管の発
光は閃光放電管の有効アーク長の中でほぼ均一に照射し
ている為、今回の光線追跡図で示した位置以外から射出
した成分が、上記光線追跡でプリズム面のピッチ毎に生
じていた抜けた部分の角度成分を順次補い全体として均
一な配光を達成することができる。

【００８７】また、上記のような集光動作は前面に形成
されたプリズム面３ｇ，３ｈの角度のみに依存し、ピッ
チの大きさや光源とプリズム面までの距離等の要因には
依存しない。この為、ピッチを細かくしてプリズム面の
深さを浅くすることが可能である。このようにプリズム
ピッチを細かくとることによって、上記図２、図３に示
したような上下面の全反射面を最大限まで有効に利用す
ることを可能としている。

【００８８】本実施例の構成では、中心部のプリズム面
は頂角が１０４°と鈍角な為、プリズムピッチを１ｍｍ
に、また、周辺部は頂角が６０°と鋭角である為、プリ
ズムピッチを０．５ｍｍとし、前面プリズム部の深さが
ほぼ一定となるように構成している。

【００８９】通常、光学部材３の射出面３ｂの周辺部に
は射出後の光成分と外観部材との干渉を防ぐ為に逃げを
設けているが、このようにプリズム面の深さを浅くとる
ようにすると外観部材の逃げ量を少なくても光量ロスを
なくすことができ、この為自由度の高い設計を行うこと
ができる。

【００９０】一方、このピッチ間隔が加工限界を超えて
狭すぎると成形上、プリズム面の角度が正確にでず、す
なわち面のだれが生じやすくなり、本来必要な屈折面の
正確な角度成分の領域が狭くなる。また成形上でも困難
な条件出しが必要になり、その結果として高価なものに
なってしまう可能性がある。

【００９１】本実施形態ではこの辺の加工条件を加味
し、プリズム面での性能維持と全体形状の小型化、およ
び外観部で極端な逃げ形状とならないような上記ピッチ
間隔を設定している。

【００９２】ただしこの間隔は、使用する材料の成形性
の関係や、プリズム面が外観部に露出するという構成
上、プリズム面にごみが溜まりやすく光学特性を劣化さ
せやすくなるといった製品の使用状況、さらには、材料
によっては、鋭く尖ったプリズムを構成した場合にはそ
の表面で指などを切らないような細かいピッチ間隔を想
定するなど必要とされる性能と使用条件によって大きく
異なる。

【００９３】本実施例の構成では上記値をとっている
が、実質的に有効なのはピッチ間隔は、加工、精度面か
らピッチ最小値０．２ｍｍまた、製品形状の大きさの制
約、外観部の蹴られ防止の逃げ形状を満たす為、ピッチ
最大値２ｍｍくらいの範囲にあることが実用上有効であ
る。以上が閃光放電管の中心部付近に形成されたプリズ
ム面の特性である。

【００９４】一方、図示のように閃光放電管の有効アー
ク長より外側の成分については、中心部に比べて極めて
鋭角度のプリズム面が形成されている。この理由は光学
部材３のこの周辺のプリズム部に到達する光束は、外側
に向かう角度成分が多いため一定方向の光線束とみなす
ことができ、このように外側に向かった光を必要照射方
向に向けるのに大きな屈折力を要するプリズム面が必要
な為である。

【００９５】図示のようなプリズム底面に対して急角度
のプリズム面３ｇ，３ｈはこのように大きな屈折力を与
える。また、これとともにこの屈折面の反対面を所要角
度逃がすことにより、プリズムからの面射出後の光束
が、プリズム面の反対面から再入射することを防止し、
損失の少ない光学系を実現することに貢献している。

【００９６】このことを詳細に説明すると、光学部材３
の入射面３ａから入射した光束は、まずこの面３ａで屈
折される。

【００９７】この為、プリズムの角度の尖った周辺部に
到達する成分は、光学部材３の入射面３ａへの入射角度
が極めて大きい成分のみしか到達しないことになる。こ
の周辺部に到達するような角度成分の光束のみを効率よ
く集光させる為、周辺部のプリズム部の内側に向いた面
（光源手段の周辺方向の面）３ｇの傾きはこのような光
束のみに対応させた鋭い傾きを必要とする。

【００９８】この時、一部の光線は、内側のプリズム面
３ｇで屈折後、通常のフレネル面ではその反対側の面に
入射してしまい、必要範囲内に照射される成分に変換さ
れているにも関わらず、一部の光束がとなりの面から再
入射し、必要照射範囲外に向かってしまう可能性があっ
た。

【００９９】このため、本実施形態では、本来の屈折面
で屈折後の光束が再度その反対側の面に入射することを
防止する為、必要照射範囲以内の光束がプリズムの反対
面に入射しない反対面もある程度の角度を持った面をも
った形態になっている。

【０１００】このため全体形状として、射出面３ｂの中
央部よりたった面のプリズム群を形成させる必要があ
る。

【０１０１】一方、本実施形態では、中央部の比較的鈍
角な面で形成されたプリズム面と、周辺部にこれよりよ
りたった頂角６０°の面の２種のプリズム面から構成さ
れているが、必ずしもこの形態に限定されるものではな
い。たとえば、この２つの領域の中間にプリズム角が徐
々に変化していく変化領域を設け、プリズム面に到達す
る光束の角度分布に応じて最適な屈折面を形成し、屈折
後の光がこの背面で影響をうけないようにこの背面の角
度設定も徐々に変えていく形態が考えられ、これが理想
形状となる。

【０１０２】次に、図５を用いて、閃光放電管１の周辺
部から射出した光束の光線トレースについて説明する。

【０１０３】図示のように中央部の鈍角のプリズム領域
に入射した光束は中央部からの射出光とまったく同一の
特性を示し、さらに周辺部の鋭角なプリズム面から入射
した光束はほとんどロスなく必要照射範囲に照射される
ことがわかる。

【０１０４】このように本実施形態の照明光学系は、周
辺部の指向性が高い分だけ、中央部より、周辺部の方
が、必要範囲に照射される成分が多くなっている。有効
照射範囲は中央部も周辺部もほぼ同等で、周辺部の鋭角
のプリズム部が利用できる分だけ周辺部の方が効率のよ
い集光制御が可能になる。

【０１０５】いずれも、照射される範囲は前面３ｂのプ
リズム角に依存し、プリズムのピッチや、プリズム部の
厚み等によっては影響を受け難い。ただ、周辺の急角度
のプリズム部を有効に利用するという観点から言えば、
プリズムの厚みは厚いほうが、有効プリズム面積が増え
より指向性の高い配光分布を得ることができる。

【０１０６】次に、上記光学部材３の前面に従来の照明
光学系に多様されているフレネルレンズ面ＦＬを形成し
た場合との比較を示す。図２２、図２３が比較的パワー
の弱いフレネルレンズＦＬ１、図２４、図２５が比較的
パワーの強いフレネルレンズＦＬ２を配置した場合を示
す。

【０１０７】従来のフレネルレンズとの相違はフレネル
レンズと光源１が異常に接近していることである。この
為、本来、光源とフレネルレンズ面までの距離が近いの
に加え、光源とフレネルレンズ面までの間がほとんど樹
脂材料で埋められ、実質の光路長は光学材料の屈折率の
比の分さらに接近していることになっている。

【０１０８】この為、軸方向に対して非常に長い発光部
を有する閃光放電管に対して、このフレネルレンズは光
路長が取れず、このフレネルレンズはレンズとしての機
能をほとんど果たさず、有効な光制御できないことがわ
かる。

【０１０９】それでも中央部付近は、図示のようにある
程度の集光効果が見られる。但し周辺部は、図２３、図
２５にみられるように、光軸に対して外側に向かう成分
は集光しているものの、光軸方向に向かう成分は逆に光
が広がる方向に機能し、かえって拡散する方向の制御と
なる。この傾向は、光源の周辺部に向かう程強くなり、
全体としてみた場合、フレネル面を追加したことによっ
てそれほど集光できていないことがわかる。

【０１１０】図示の２例を比較すると、一見パワーを強
めた、図２４、図２５の方が集光効果は高いように見え
るが、実際には、このようにパワーを強くすると、周辺
部の光束がこのフレネルレンズＦＬ２によって拡散され
易い状況となり、中央部と周辺部での集拡散が相殺され
る為、必ずしも効率の良い集光制御が行えるわけではな
い。

【０１１１】実際このような前面に形成したプリズム
面、またはフレネル面（強、弱）の効果を定量的に比較
する為に、光学部材３の前面の形状のみを変更した場合
の閃光放電管の軸方向の配光特性の比較を示したのが、
図６である。同図では比較を容易にする為、光学パネル
（光学部材）の前面をプリズム、フレネル面などの加工
を施さない平滑面を基準として、実施形態１と、上記の
２種のフレネル面ＦＬ１，ＦＬ２を形成した場合の集光
効果の比較を示したものである。

【０１１２】同図において、縦軸は光学部材３の前面を
平面にした場合の中心光量を１００％とした場合の光量
値、横軸に光軸中心からの角度をとったものである。

【０１１３】図６に示すように、光学部材３の前面が平
面の場合はここで示した角度範囲に対してほぼ均一な配
光特性をとる。一方、今回の第一実施例に示した光学部
材の前面に鈍角と鋭角の２種のプリズム面を形成したも
のでは、今回の比較値では最も中心光量が高く、前面を
平面とした場合に対して約４０％の光量アップがある。

【０１１４】また照射角度に関してみると、４５°以上
の範囲では急激に光量が落ちることからも、必要照射範
囲に対して効率よく集光されていることがわかる。

【０１１５】一方、今回比較の為に示した、光学部材３
の前面に強弱２種のフレネルレンズ面を形成した場合の
例も同時に示している。図からもわかるように、今回の
光学系のように、光源の至近距離に配置されたフレネル
レンズでは、光源からの光束が十分に広がる空間がな
く、集光効果は極めて薄いことがわかる。

【０１１６】フレネルレンズの強弱に関わらず中心光量
の増加は１０％前後であり、また、照射範囲も今回の第
一実施例に比べて、集光しきれておらず広いものになっ
ている。

【０１１７】以上のことから、今回の実施例の形態のよ
うに光源から制御面（フレネルレンズ面）までの距離が
短く、また一定の長さにわたって均一な輝度を持つよう
な光源に対して最適な集光光学系としては、今回形成し
たような光源の有効発光面の長手方向とほぼ直交する方
向に比較的角度の緩やかな微小プリズムの連続面を形成
することが、集光効果が高く有効であることがわかる。

【０１１８】次に本実施形態に係る今回光学部材３の前
面に形成したプリズム面の設定角度に関して、その最適
値について説明する。第一実施例では、前面に形成した
プリズム面は１０４°に設定しているが、このようにプ
リズム面を形成することによって、光源からの入射光の
うちの一部はこのプリズム面で全反射し確実に損失して
しまう。

【０１１９】この損失する成分を極力減少させること、
または、全反射する成分の一部を再利用することによっ
て実質的な効率アップを図るような角度設定をすること
が必要となる。

【０１２０】まず、前者の損失する光量を減少させる方
法について説明する。本来、この光学部材３の入射時に
急角度で入射する成分は、各光学部材の表面に特殊なコ
ーティングを施さないかぎり閃光放電管のガラス面や光
学部材の入射面等で、かなりの部分がすでに前面のプリ
ズム面に到達する以前に表面反射で損失している。

【０１２１】実際には、本実施例のような照明光学系に
ついてはこのような高価なコーティングはコストの関係
から施すことはまれであり、コーティングを施していな
い材料では、このような急角度の入射成分はほとんど存
在しないか、存在したとしてもわずかな量だけである。

【０１２２】この為、この成分が光学部材３の前面３ｂ
のプリズム面ＦＬで必要照射角範囲に制御されたとして
も、あまり大きな光量アップは望めない。そこで、この
有効に利用できない成分を最初から見込まず、表面反射
による光量ロスの影響を受けない範囲で極力角度を立て
た角度設定が望ましい。

【０１２３】そこで、まずこの特性を説明する為、この
光学部材３の前面のプリズムＦＬの頂角の設定が極端に
鈍い図７、図８に示す他の実施例と、光学部材３の前面
のプリズムＦＬの頂角の設定が極端に鋭い図９、図１０
に示すさらに別の実施例について説明する。

【０１２４】図７、図８に示すプリズム頂角の設定が極
端に鈍い実施例では、頂角を１４０°に設定している。
図示のように前述の第一実施例に比べて、図７に示す光
学部材３の中央部付近から射出した光束は、全体的には
集光しているものの集光度合は弱い。また、集光に寄与
しないプリズム面の外側の面で反射した成分はほとんど
光学部材３の側面から抜けでてしまい、実施形態１で示
したような前面で全反射後、反射傘に戻って再利用され
る成分はなく、前面３ｂでの全反射による損失光を有効
に活用することができない。

【０１２５】また、図８に示す閃光放電管１の周辺部か
ら射出した光束もほぼ同様の傾向を示す。この為、先程
比較で示したフレネルレンズ面よりも、全体の集光性は
向上するものの、中央部に光を集めるといった集光力は
第一実施例に比べて弱くなっている。必要とされる照明
装置の照射範囲が広い場合には有効であるが、狭い空間
でより指向性を上げようとするような照明光学系に対し
ては集光効果が不足気味である。

【０１２６】次に、図９、図１０に示すプリズムＦＬの
頂角の設定が極端に鋭い実施例では、頂角を６０°に設
定している。図示のように、閃光放電管１の中心部から
射出した光束も、周辺部から射出した光束も傾向は一致
していて、発光点から射出した光束のうち光軸方向周辺
に向かって射出した光束は前面３ｂのプリズム面ＦＬで
大きく屈折し、有効に利用できない。しかしそれ以外の
光束については、実施形態１以上に集光性が高くなって
いる。

【０１２７】各々の形状に対応した閃光放電管の軸方向
の配光特性を図１１に示す。同図において、図６と同様
に光学部材３の前面にプリズム面ＦＬを形成しない平面
形状の配光特性も比較の為同時に示している。

【０１２８】図示の例からもわかるように、プリズム面
が鈍角の場合も、鋭角の場合も、周辺部に比べて中央部
が低い中央部が落ち窪んだような分布になっていること
がわかる。また、照射角の規格となる中心光量に対する
１段落ちの光量の範囲は、プリズム角が鈍角の場合に
は、約１１０度と広く、プリズム角が鋭角の場合には、
約６５°と狭くなっていることがわかる。それに応じ
て、中心光量に関しては、中心光量こそ落ち窪んでいる
ものの上記角度範囲に関しては、比較例に示した平面の
場合に比べて全体に高い分布になっていることがわか
る。

【０１２９】以上のことから、この種の光学部材３の前
面に形成した微小プリズムによる集光動作は、今回実施
例に示したような連続した発光帯を持つ光源（光源の輝
度が広い範囲に対して一定であるたとえば閃光放電管の
軸方向）に対して有効であり、この場合の配光特性は、
光源からの距離に依存せず、光学部材３の前面に形成し
たプリズム面の角度と光学部材の屈折率のみに依存し、
プリズムの頂角が鋭角なほど照射範囲は狭く、プリズム
角が鈍角なほど照射範囲は広くなる。

【０１３０】また、この角度設定には、図１１に示すよ
うにプリズム角が鈍角過ぎても、また鋭角過ぎても中心
光量が落ち窪んでしまい好ましくなく、ある一定範囲の
最適プリズム角が存在することが分かる。第一実施例は
この最適範囲内にあるものであり、全体の配光がある一
定の照射角範囲内に集光され、かつ中心の光量の落ち込
みのない好ましい配光分布になっている。

【０１３１】次に、この最適なプリズム角度の設定につ
いて説明する。まず、必要とされる照射範囲に対して、
プリズム面から射出後の光束が隣のプリズム面を介して
再度プリズム面に入射させない物理的制約条件として、
以下の条件が与えられる。

【０１３２】プリズム面で屈折制御された後の必要照射
角をαとすると、プリズム面の頂角θをα以上にとるこ
とによって、もっとも厳しいプリズム付け根付近から射
出する成分まで、プリズム面から射出後の光がプリズム
面に再入射することなく射出させることができる。この
ことから必要とされる角度範囲αに対してプリズムの頂
角θは、 θ ≧ α ……（１） を満たすように設定することが蹴られのない効率的な光
学系を形成する為に必要な条件となる。

【０１３３】これを図で示したのが図１２，および図１
３である。前述の光学系の特性と対比させるため、図１
２は図７，図８と同一のプリズムの頂角θ１＝１２０°
と比較的頂角の鈍角な例を示し、また、図１３は図９、
図１０と同一の頂角θ２＝６０°と比較的頂角の鋭角な
例を示す。

【０１３４】また、目標とする必要照射角αは、図では
α＝８０°とした場合の例を示している。この結果は、
図１１からもわかるように、プリズムの頂角θと照射角
度αは、ほぼ対応していて、図１２に示したように頂角
θ１が広い場合はプリズムの頂角よりやや狭い範囲の分
布（照射角度α１）に、また、図１３に示すように頂角
θ２が狭い場合は、プリズムの頂角よりやや広い分布
（照射角度α２）となる。

【０１３５】この為、この図の目標とする必要照射角α
に対しては、図１２の状態では照射範囲が広い為、必要
範囲外へのロスが多くなり、図１３の状態では、集光性
は高いものの照射範囲が狭すぎて仕様を満足できないこ
とがわかる。このことから、プリズムの頂角θとして
は、必要照射角αを超えない範囲で近づけることが集光
性を向上させる観点から望ましい。

【０１３６】一方、本方式における集光動作では、この
プリズム面の頂角の条件の他に光学部材３への入射角度
とその後の各成分がどのように屈折して必要照射範囲に
指向されているかにも密接に関係している。

【０１３７】この関係を説明する為、図１４は、光学部
材への入射角に対する表面反射光の強度の関係を示した
ものである。図示のような光学部材への入射出時の表面
反射による光量損失は光学部材の表面に高価なコーティ
ングを施していない場合必ず生じる現象であり、この表
面反射の少ない効率の良い部分を使って集光制御するこ
とが、本発明のような小型の照明光学系を設定する上で
考慮しなければならない項目の一つである。

【０１３８】図示のように、この表面反射の特性は、入
射角がほぼ６５°まではほぼ１０％以下と低いが、これ
以上の入射角のの成分に対してはは急激に反射成分が多
くなっていることがわかる。すなわち、６５°以上の入
射角度成分が光学部材の屈折または反射によって、集光
されたとしても強度的には弱い成分であることがわか
る。

【０１３９】このことから、入射後の光学系を余程工夫
しない限り、必要範囲の中心に向かう成分としては、反
射率の角度変化に対して低下のほとんどない４０°以
下、必要範囲の主要部に向かう成分としては、反射強度
が１０％以下と比較的少ない入射角、すなわち６５°以
下であることが望ましい。

【０１４０】この条件からまず条件を絞ると、光学材料
の屈折率をｎ、必要照射範囲をα、入射角度をβとする
と、集光に寄与する内側に傾斜した面の設定は、以下の
関係式を満たすように設定することが望ましい。

【０１４１】まず、入射角βで入射した光束が光軸方向
と平面図で見た場合、一致させる為の条件として、プリ
ズム面におけてスネルの法則を適用すると、 Sin［９０°−{Sin^-1(Sinβ／ｎ) ＋θ／２｝］ ＝｛Sin （９０°−θ／２）｝／ｎ ……（２） 上式を変形し、頂角θについて解くと、 θ＝２×Tan^-1 〔[Cos{Sin^-1（Sin β／ｎ）} −１／ｎ] ／(Sinβ／ｎ) 〕 ……（３） この式に、図１２を参照して、β＝４０°、また、光学
部材３の材質として、アクリル樹脂を想定してｎ＝1.49
171 を代入すると、 θ＝５６．６° となり、光学材料をアクリル樹脂とした場合の中心光量
を下げない為の条件の一つとして、プリズム面の頂角θ
を５６．６°以上にとることが望ましい。

【０１４２】この為、上記図９、図１０に示した頂角６
０°は角度設定上記範囲内にあり、中心光量に寄与する
成分は、逆算すると入射角が３８．２°の成分となり、
ピーク位置よりも若干下がっているものの、この中心光
量低下に対する影響はほとんどない。次に、中心光量と
周辺部の光量に大きな変化を持たせないための条件とし
て、表面反射によって強度が弱くなった角度成分の光が
照射範囲の周辺部に対応した位置に照射しないようにす
る為の条件として、ここでは急激に表面反射強度が増え
る入射角が６５°の入射成分を周辺部の最大入射角とし
て設定した場合について説明する。

【０１４３】まず、必要とされる照射範囲をα、プリズ
ム面の頂角をθ、有効最大入射角度をγとすると、上記
境界条件は以下のプリズム面での式で求められる。

【０１４４】 Sin ｛９０°―（α／２＋θ／２）｝ ＝ｎ×Sin[９０°―｛θ／２＋Sin^-1 （Sin γ／ｎ）} ] ……（４） 上式をθについて解くと、 θ＝２×Tan^-1 ［〔Cos(α／２) ―ｎ×Cos{Sin^-1 （Sin γ／ｎ）} 〕／ {Sin(α／２) ―Sin γ} ……（５） ここで、たとえばこの一例として、有効最大入射角度γ
を６５°、必要照射範囲αを８０°、光学材料をアクリ
ル樹脂とし、その屈折率ｎを１．４９１７１として上式
に代入して解くと、 θ＝１１５．６° となり、理想的にはこの角度以上まで鈍角にすれば、周
囲まで均一な配光を得ることができる。

【０１４５】実際のプリズムの頂角の設定に関しては上
記内側に向いたプリズム面による集光効果のほかに、外
側に向いた面の集光性が実際の現象では重要になる。す
なわち、上記第一実施例と図7 、図８、および図９、図
１０に示した例との大きな差は、このプリズム面の外側
に向かう成分が有効に使われているかどうかが大きく異
なっている。この外側に当たった成分を全反射を利用し
て、どの程度再利用できるかが、全体の光束の有効利用
と中心光量の増加に大きくかかわっている。

【０１４６】図示のように、図７、図８に示したプリズ
ムの頂角が鈍角なものに対しては、プリズム面の外側に
向かった面に当たった成分はほとんど、光学部材３の横
側面に向かうように進み、この側面から抜けてしまい再
度反射傘に戻り有効利用される成分はほとんどない。

【０１４７】また、図９、図１０に示したプリズム角が
鋭角なものに関しては、プリズム面の角度が立っている
為、プリズム面外側に向かった光束でロスする成分は少
ないものの、光軸近傍の方向に向かった成分のうちかな
りの成分が、プリズム面で全反射しその対となるプリズ
ム面で屈折してプリズム面から必要照射範囲外の成分と
して射出される為、かなりの光量ロスになってしまう。
以上のことから、第一実施例に示したように、この中間
の範囲で上記２種類のロスする光束が最小となるプリズ
ム面の角度設定が最も効率が良いことになる。

【０１４８】この条件を達成する為には、まず、プリズ
ム面のうち内側に向かった面３ｇでは全反射せずに、屈
折のみで必要照射範囲に進むことが望ましい。この条件
としては、最も厳しい条件である光軸方向に向かった光
線が、屈折する必要がある。この為には、以下の条件を
満たすことが必要となる。

【０１４９】 θ ≧ ２×{ ９０°―Sin^-1 （１／ｎ）} ……（６） たとえば、光学材料として、アクリル樹脂を選定した場
合、 θ ≧ ９５．８° であることが、表面反射成分が少ない光軸方向に近い角
度成分を必要照射範囲に屈折だけで導くことができる為
望ましい。

【０１５０】一方、本発明の主眼であるプリズム面で全
反射させた後、その全反射光を再度利用する為の条件と
して、プリズム角は以下の範囲内にあることが必要とな
る。まず最小値は図２６に示す様に対となるプリズムの
傾きが等しく、２面でそれぞれ全反射することが必要と
なる。すなわち、図中δを臨界角とすると、この時の頂
角θは以下の条件を満たすことが必要となる。

【０１５１】 θ≧２δ＝２×Ｓｉｎ^-1 （１／ｎ） ‥‥（７） この条件によって被写体側に照射されても不要な光束を
プリズム部で全反射させ、発光部側に光を戻すことが可
能となる。

【０１５２】また、最大値は図２７に示すように、光学
部材３に最大入射角で入射した光束がプリズム面で全反
射した後、再度入射面から発光部側に射出させることが
必要条件となる。

【０１５３】このときの頂角θは臨界角をδとすると以
下の条件式を満たすことが必要である。

【０１５４】 θ≦９０°＋δ＝９０°＋Ｓｉｎ^-1 （１／ｎ） ‥‥（８） 以上のことからプリズム面での全反射を利用して必要照
射角外へ向かう成分を有効に再利用する為の条件として
は、（７），（８）式を同時に満たす、以下の条件式を
満たすことが必要となる。

【０１５５】 ２×Ｓｉｎ^-1 （１／ｎ）≦θ≦９０°＋Ｓｉｎ^-1 （１／ｎ）‥‥（９） 光学部材３の材質を前述同様アクリル樹脂とすると、頂
角θの角度としては ８４．２°≦θ≦１３２．２° の条件を満たすことが必要条件となる。

【０１５６】一方、この範囲の中でも更に望ましいのは
（５），（６）を同時に満たす範囲であり、前述同様ア
クリル樹脂を想定すると、 ９５．８°≦θ≦１１５．６° が望ましい。

【０１５７】このとき、θの角度が鋭角なほど中心光量
は高く、照射範囲は狭くなる。一方、θの角度が鈍角な
ほど中心光量は下がるものの、照射範囲は広く設定する
ことができる。今回の第一実施例では、この範囲のほぼ
中央値である θ＝１０４°を採用したものであり、こ
のような角度設定を施すことによって、光路長が極端に
短い構成でも理想に近い配光特性を持った照明光学系を
構成することができる。 （実施形態２）図１５、図１６は本発明の実施形態２を
示す閃光発光装置の発光部周辺の閃光放電管１の軸方向
の断面図と、代表点から射出した光束の光線トレースも
同時に示している。第一実施例との相違は、光学部材３
の前面に形成した中心部分のプリズム面３ｇ，３ｈの角
度設定がそれぞれの対で一定でなく、一対となった左右
で角度が異なっていることである。

【０１５８】図示の例では、左右の角度が１０°異なっ
た例を示している。このように、光学部材４の前面に形
成した、プリズム面３ｇ，３ｈの角度設定を異ならせて
設定することによって、プリズム面を形成した方向に対
して垂直方向（Ｘ方向）の配光特性を非対称にすること
ができる。

【０１５９】すなわち、上述の第一実施例の結果が示す
ように角度を立てた側の配光は狭く、角度を寝かせた側
の配光は広く設定することができる。このときの配光分
布の特性を図１７に示す。

【０１６０】同図においては、比較の為、光学部材４の
前面にプリズム面を形成しない平面の場合の配光特性も
同時に示している。図からもわかるように、閃光放電管
の軸方向（Ｘ方向）の配光は、光軸を挟んで異なった特
性を示しており、その時の照射範囲も異なった特性を示
していることがわかる。

【０１６１】同図においては、右側の照射角が４°広く
なっている。このように左右の角度設定を行うことの利
点は以下のような理由による。カメラの照明装置として
このような照明光学系を用いる場合、赤目現象を防止す
る等の目的から、撮影レンズの光軸に対して異なった方
向から照明を行うことになる。

【０１６２】このとき、撮影レンズの画角と照明光学系
の必要照射範囲を、撮影に必要な距離で一致させようと
すると、照明光学系に必要とされる照射必要範囲は左右
上下で非対称形状となる。

【０１６３】しかし、照明光学系全体を有限距離の被写
体の方向に合わせる為に照明光学系の照明光軸をそのま
ま振り向けようとすると光学系全体が大型化してしまう
という問題点があり、また、左右対称の照射範囲のまま
照射範囲を固定させて遠距離撮影時と近距離撮影時の両
方に対応させた配光を得ようとすると、実際に必要な画
角外にまで照明が行われるため、エネルギー損失が多く
望ましい光学系とは言えなかった。

【０１６４】特に、今回提案したような照明光学系のよ
うに極端に小型化を目的とした光学系においては、この
ような視差補正に要するスペースをとる余裕はないた
め、上述で示した実施例のようなプリズム角度の設定
を、それぞれのプリズム対の中で変えるという簡単な方
法で行うことは極めて有効な手段である。

【０１６５】また、このときの角度設定も、第一実施例
で示した範囲内の角度設定である為、効率の良い状態を
保ちつつ上記目的を達することができる。上記第二実施
例では、第一実施例に対して、５°ずつ設定角度をずら
して１０°という角度変化を持たせている為、上記第一
実施例で示した、理想的な角度設定範囲内にすべて当て
はまることになり、この意味からも、左右非対称の配光
を効率良くかつ極めて少ないスペースの中で実現できて
いることがわかる。

【０１６６】（実施形態３）図１８、図１９は本発明の
実施形態３を示す照明光学系を説明する為の図であり、
図１８は斜視図、図１９は正面図である。

【０１６７】本実施形態は、光学部材５の前面に形成し
たプリズム面の設定を、閃光放電管１の軸方向（Ｘ方
向）に対して所定角度傾けたものである。図示の例で
は、光学部材５の前面のプリズム層を領域５−１，５−
２，５−３，５−４と４分割し、それぞれの層を光軸中
心５ａに対して内側に所定角度傾けて設定している。

【０１６８】この理由は、従来の方式では、その四隅ま
で均一な配光をえることが難しかったが、図示ようにプ
リズム面を閃光放電管の軸方向に対し所定角度傾けて設
定することによって、照明すべき照射範囲全域にわたっ
て均一な理想的な配光を得ることができる。

【０１６９】また、このとき、閃光放電管の軸方向に対
して大きな角度変化を行っていない為、プリズム面に入
射する光束には際立った指向性がなく、実施形態１と同
様、必要範囲内に集光性の高い配光を得ることができ
る。

【０１７０】図示の例では、このプリズム面ＦＬの傾き
を２０°に設定しているが、必ずしもこの角度に限定さ
れるわけではなく、照射範囲に必要とされる、均一に照
射すべき照明範囲に応じてこの角度設定を変更すること
が望ましい。実質的には、プリズム面に入射する角度の
均一性から、このプリズム層全体の傾きとしては、０°
から４５°の範囲内にあることが望ましい。

【０１７１】また、上記実施例では、プリズム層の分割
領域を４つの層に分割しているが、分割数はこの数に限
定されることなく、必要な配光特性に応じて、４層以外
の複数の領域に分け均一な配光となるように便宜分割層
を決定しても良い。

【０１７２】（実施形態４）図２０、図２１は本発明の
実施形態４を示す照明光学系を説明する為の図であり、
図２０は斜視図、図２１は正面図である。

【０１７３】本実施形態は、光学部材６の前面に形成し
た、プリズム面ＦＬのうち、光源である閃光放電管１の
軸方向（Ｘ方向）と平行に領域６−１，６−２と複数層
に分けたところが実施形態３と異なる。

【０１７４】図示のように、本実施形態では、このプリ
ズム層として、閃光放電管の実質的な有効発光領域であ
る有効アーク長に対応した領域において、中央６−２ａ
と上下の領域６−２ｂ，６−１の３つのプリズムの特性
の異なる層から形成されている。

【０１７５】図示の実施形態では、このプリズム層の相
違は、まず、中央６−２ａと上側６−２ｂの相違は、プ
リズム面の頂角が異なっている点である。このように、
頂角の異なるプリズム面を組み合わせることによって、
照射面上での配光分布を場所によって任意の配光に調整
できるだけでなく、それぞれの配光特性が重なり合う
為、配光むらのない均一な配光を得ることもできる。

【０１７６】また、中央６−２ａと下側６−１の相違
は、プリズム面の頂角は変えずに、プリズムのピッチ間
隔を半分に変えたものである。

【０１７７】このような変更では、基本的に配光の変化
はないが、中央部付近はピッチ間隔が広い方開口率の関
係からロスが少なく、周辺部は、ピッチ間隔が狭いほ
ど、外観部材との干渉が少なくロスが少なくなる。

【０１７８】このように、光学部材６の前面に形成し
た、プリズム面は、必ずしも、すべて均一な角度設定に
する必要はなく、本実施例で示したように、照射面上で
の必要配光分布または、発光効率面等を考慮することに
よって、任意の調整を施すことも可能である。

【０１７９】また、このような調整を施すことによっ
て、照射面上での任意の配光への微調整が可能となる。
また、ここでの調整は光学部材のの上下面に形成した全
反射面での配光調整に比べて、敏感度は低く、微妙な配
光調整に適している。

【０１８０】以上の実施例では、プリズムの材料として
光学樹脂材料、特にアクリル樹脂を想定して説明してき
たが、プリズムの材料としては、この材料に限定される
ものではなく、ガラス等の透過率の高い材料や、透過率
の高い液体を封入したような材料を用いてもよく、上記
材料に限定されるものではない。

【０１８１】また、上記実施例では、光学部材として３
面入射のプリズムを使用しているが、必ずしもこの形状
に限定されるものではなく、従来タイプの反射傘と光射
出側にフレネルレンズを形成した光学パネルによって構
成され、このフレネルレンズ部の中心部付近（閃光放電
管のアーク長対応部のみ）を上述のような複数のプリズ
ム列を形成したものでも上記実施例と同様の効果が得ら
れ、全反射を利用した効率のよい集光制御を行うことが
できる。

【０１８２】この場合も、光源から光学パネル（光学部
材）までの距離が短く、また光学パネルの開口面積が小
さい場合に効率よく集光を行うことができ、特に棒状光
源の軸方向の集光性の向上に有効である。

【０１８３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を特
定することによって、 （ア−１）撮影装置の照明光学系の全体形状を小型化し
つつ、そのときの光学特性を低下させず、画角内に照射
される有効エネルギを増加させることができる照明装置
及びそれを用いた撮影装置を達成することができる。

【０１８４】（ア−２）いままで大型化以外にその集光
特性を向上させることが困難だった光源の長手方向（閃
光放電管の軸方向）の集光を飛躍的に向上させることが
できる照明装置を達成することができる。

【０１８５】（ア−３）小型、薄型化、そして軽量化を
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達成することができ
る。

【０１８６】この他、本発明によれば、必要範囲外に照
射される光束の一部を全反射し反射傘に戻し再利用させ
ることによって、至近距離に配置された指向性の少ない
光分布をある一定の角度範囲の角度成分に効率よく変換
することができ、特に棒状光源の射出光のうち特に軸方
向の集光制御に有効である。

【０１８７】また、全反射領域外の閃光放電管の有効発
光部以外の領域に対応するプリズムの射出面側には、中
央部とは異なる屈折制御のみを想定した急角度の角度設
定のプリズム面を形成せることによって、より効率の良
い集光制御を行わせることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による撮影用照明装置の要
部斜視図

【図２】本発明の第１実施例の光線分布を示す閃光放電
管の径方向の断面図

【図３】本発明の第１実施例の別の光線分布を示す閃光
放電管の径方向の断面図

【図４】本発明の第１実施例の光線分布を示す閃光放電
管の軸方向の断面図

【図５】本発明の第１実施例の別の光線分布を示す閃光
放電管の軸方向の断面図

【図６】本発明の第１実施例の閃光放電管の軸方向の配
光特性と他の状態との比較図

【図７】本発明の第１実施例の光学部材前面プリズムの
頂角が鈍い場合の光線分布を示す図

【図８】本発明の第１実施例の光学部材前面プリズムの
頂角が鈍い場合の別の光線分布を示す図

【図９】本発明の第１実施例の光学部材前面プリズムの
頂角が鋭い場合の光線分布を示す図

【図１０】本発明の第１実施例の光学部材前面プリズム
の頂角が鋭い場合の別の光線分布を示す図

【図１１】本発明の第１実施例の光学部材前面プリズム
の頂角変化による管軸方向の配光特性の比較図

【図１２】本発明の第１実施例の光学部材前面プリズム
の最適な頂角を説明する為の断面図

【図１３】本発明の第１実施例の光学部材前面プリズム
の最適な頂角を説明する為別の断面図

【図１４】光学部材への入射角に対する表面反射光の強
度の割合を示す図

【図１５】本発明の第２実施例の光線分布を示す閃光放
電管の軸方向の断面図

【図１６】本発明の第２実施例の別の光線分布を示す閃
光放電管の軸方向の断面図

【図１７】本発明の第２実施例の閃光放電管の軸方向の
配光特性と前面が平面の場合との比較図

【図１８】本発明の第３実施例による撮影用照明装置の
要部斜視図

【図１９】本発明の第３実施例による撮影用照明装置の
正面図

【図２０】本発明の第４実施例による撮影用照明装置の
要部斜視図

【図２１】本発明の第４実施例による撮影用照明装置の
正面図

【図２２】本発明を説明する為の従来例の光線分布を示
す閃光放電管の軸方向の断面図

【図２３】本発明を説明する為の従来例の別の光線分布
を示す閃光放電管の軸方向の断面図

【図２４】本発明を説明する為の他の従来例の光線分布
を示す閃光放電管の軸方向の断面図

【図２５】本発明を説明する為の他の従来例の別の光線
分布を示す閃光放電管の軸方向の断面図

【図２６】本発明に係るプリズム部材の拡大説明図

【図２７】本発明に係るプリズム部材の拡大説明図

【符号の説明】

１ 閃光放電管 ２ 反射傘 ３，４，５，６ 光学部材 ３ａ，３１ 入射面 ３ｂ 射出面 ３ｄ 側面反射面 ＰＦ プリズム部材 ＦＬ プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−225415（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−109828（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138440（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−110834（ＪＰ，Ｕ) 欧州特許出願公開911577（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/00 G02B 5/04 G02B 17/08 G03B 15/05

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段と、該光源手段からの光束を入
   射面より導入し、射出面より導出させる光学部材とを有
   した照明装置において、該光学部材は、その射出面側に
   複数のプリズムを配列したプリズム部材を有し、該複数
   のプリズムのうち一部のプリズムは、そのプリズム頂角
   を形成する２つの面で順次該入射面からの光束を全反射
   させる角度に設定しており、該プリズム部材を構成する
   複数のプリズムは、そのプリズム頂角を形成する稜線が
   該光源手段の発光部の長手方向と略垂直方向に位置する
   ように形成しており、そのピッチ間隔が０．２ｍｍ以
   上、２ｍｍ以下であり、該複数のプリズムは、プリズム
   頂角を形成する２つの面がプリズム底面に対して略等角
   度であり、該光源手段の中心部に対応する領域のプリズ
   ムのプリズム頂角は該光源手段の周辺部に対応する領域
   のプリズムのプリズム頂角よりも大きいことを特徴とす
   る照明装置。
2. 【請求項２】 前記プリズム部材の材質の屈折率をｎ、
   プリズム頂角をθとしたとき、 ２×｛Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝≦θ≦９０°＋Ｓｉｎ
   ^-1（１／ｎ） を満足することを特徴とする請求項１の照明装置。
3. 【請求項３】 前記光学部材の入射面は該光源手段から
   の光束を入射させ、該射出面側に直接導光する第１入射
   面と、該光学部材の側方に向かう光束を入射させる第２
   入射面とを備えるとともに、該プリズムの材質の屈折率
   をｎ、プリズム頂角をθとしたとき、 ２×｛Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝≦θ≦９０°＋Ｓｉｎ
   ^-1（１／ｎ） を満足することを特徴とする請求項１の照明装置。
4. 【請求項４】 前記光学部材は、その第２入射面からの
   光束の一部を反射させて射出面側に導光する側面反射面
   を外周面の一部に形成しており、前記プリズム部材は該
   光学部材と一体的に形成されていることを特徴とする請
   求項３の照明装置。