JP3805260B2 - 照明装置、及びそれを用いた撮影装置 - Google Patents

Description

【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（撮影装置本体）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面によってそれぞれ集光させるという、小型で集光効率の高いプリズムを用いた照明光学系が提案されている。
【０００５】
また、特開平11-249209号公報に示されるように、上記構成によって生じる横縞状の配光ムラを防止する為、光学部材の射出面側に複数シリンドリカルレンズを形成したもう一つの光学部材を配置した照明光学系も提案されている。
【０００６】
【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。
【０００７】
そこで、本願出願人は、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、照明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、該光学部材の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面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。
【０００８】
図７（ａ）はこのような照明装置としての閃光発光装置の概略断面図で、２は円筒状のガラス管内に発光源が封入されたキセノン管等の閃光放電管、１０３は反射傘で、閃光放電管２の外形形状に略合致した内径形状を有する円弧部１０３ａに閃光放電管２が装着される。この反射傘１０３は、該円弧部１０３ａの上下端から前方に拡開した上下の反射面１０３ｂ,１０３ｂ´が平坦面に形成されている。１０４は、上記した全反射型の光学部材で、入射面１０４ａが反射傘１０３の開口部に配置され、前部の射出面１０４ｂから、入射面１０４ａに入射した閃光放電管２の光を射出する。またこの光学部材１０４の上下の側面１０４ｃ,１０４ｃ´は平坦面の全反射面に形成され、入射面１０４ａに対して斜めに入射した光束を反射して前方の射出面１０４ｂから出射させる。
【０００９】
一方、上記方式によるストロボ光学系の薄型化の弊害として、前記光学部材１０４に光源２からの光が入射する入射時点での光分布が不均一であること（光学部材１０４の入射面１０４ａの全面に均一に光が入射しない）、また実際の製品ではスペースに制限があり均一化のための十分な長さが取れないことなどから、例えば図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、黒く塗りつぶした光束が明部、その間の白い部分が暗部となり、各状態でこの明部の合計領域が一定でないことから照射面上での配光ムラが発生していた。すなわち、この明部と暗部がそれぞれ左右に延び、上下方向で交互に明部と暗部が形成される複数の横縞状の配光ムラとして認識されやすかった。
【００１０】
この改善案として、特開平11-249209号公報に示されるように、光学部材１０４の射出面１０４ｂ側に、複数のシリンドリカルレンズを形成したもう１枚の光学部材を配置した照明光学系を採用することにより、拡散板を用いることなく比較的効率良く配光ムラを防止する提案もなされている。
【００１１】
しかし、横縞状の配光ムラを防止する為の上記提案では、もう１枚の光学部材を必要としコスト高になるばかりでなく、光学系の前後方向に余分なスペースを必要とした。
【００１２】
また、光学特性的にも、本来拡散させる必要のない成分まで変化させてしまう為、必要照射角度範囲以外の成分も幾分発生してしまい、必ずしも効率の良い配光ムラ防止方法ではなかった。
【００１３】
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薄型照明光学系の配光ムラを防止すると共に、配光均一化に伴う効率低下を最小限に抑えることである。
【００１４】
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。
【００１６】
【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の発明は、直管状の閃光放電管である光源手段からの光束を、光源手段に対して該光束の照射方向に配置された光学部材と、光源手段における該照射方向とは反対側を覆う部分及び該部分から該照射方向に向かって拡がる形状を有する拡開反射面を有する反射傘とを介して、所定の照射角を有する照射光として照射する照明装置において、光学部材は、閃光放電管の径方向の断面において、光源手段からの光束が入射する入射面と、該入射面からの光束の一部を全反射させる反射面と、該入射面からの光束及び該反射面で反射した光束を射出する射出面とを有する。そして、光学部材の反射面は、入射面から射出面側に向かって光学部材の光軸からの距離が増加する傾斜平面と、該傾斜平面に対して射出面側の領域であって拡開反射面で反射した光束を反射して射出面に導く領域に該傾斜平面に接するように形成され、光軸側に凸となる曲面とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的を達成するため、本出願に係る第２の発明は、反射傘のうち拡開反射面を、光学部材の光軸側に凸となる曲面で構成することを特徴とする。
【００２０】
上記光学部材の傾斜平面に接する曲面の曲率半径β（ｍｍ）を以下の範囲としたことを特徴とする。
Ｒ３０ ≦ β ≦ Ｒ３００
【００２３】
上記反射傘の形状が上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。
【００２４】
上記光源手段は、直管状の閃光放電管であり、上記光学部材の反射面の形状は少なくとも該閃光放電管の径方向の断面に関して成り立つことを特徴とする。
【００２５】
電子機器の外表面に少なくとも射出面の一部を表出させた上記光学部材と、上記光源手段、反射傘を一体的に保持し電子機器内部に配置された発光部ユニットとから少なくとも構成される照明装置を備えたことを特徴としている。
【００２６】
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、配光ムラのない、すなわち照射面上で均一な配光特性を保った照明ができる。
【００２７】
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、また配光ムラの防止まで考慮されている為、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。
【００２８】
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。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１〜図４は、本発明の第１実施の形態による照明装置、特に本実施の形態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縦断面図、図２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、図２では、光源中心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。特に、図１（ｂ）〜（ｄ）では、図１（ａ）と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特定の角度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、照射面上の特定角度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。
【００３１】
本実施の形態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。
【００３２】
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、１３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。
【００３３】
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。
【００３４】
同図において、２は閃光を発する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から直接入射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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図１は、本発明の第１実施の形態の閃光発光装置の放電管径方向の縦断面図であり、上下方向の配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（ｄ）は、すべて同一の断面図を示しており、（ｂ）〜（ｄ）は、この断面図に照射面上の特定角度方向に照射される光束の光線トレース部を付記したものである。尚、図中の各部の番号は、図２、図３に対応している。
【００３８】
まず、各部の説明に先立って、本発明の目的である配光ムラ防止を考える上で、最も重要と考えられる配光ムラの発生要因の概要について説明する。
【００３９】
本実施の形態に示すような上下方向の集光を複数の反射部材の繰り返し反射によって行うような光学系においては、反射傘３から光学部材４へ、また光学部材４から光学部材の外側へといった各反射面の境界部付近で、反射率の変化や反射面形状の急激な変化から配光特性に不連続な点が発生しやすい。そして、この不連続点が照射面上での横縞状の配光ムラの一因となっていた。
【００４０】
また、配光ムラになるもう一つの要因として、光源である閃光放電管には、発光体であるキセノンガスを封止する為のガラス管部が介在していることが挙げられる。すなわち、このガラス部分からは発光が行われないと同時にガラス管の内壁で不要な全反射を生じさせるが、この現象も配光特性上の不連続点を発生させている。特に、このガラス管の部分が、実際に発光する閃光放電管内径に比べて厚ければ厚いほど特性の異なる不連続点を生じさせやすくなり、この結果として配光ムラの現象を引き起こしていた。
【００４１】
しかも、この種の各角度毎の強度ムラは、光源であるキセノン放電管が細長く、光学部材の各垂直断面がほぼ同一形状としていることが多いことから、各垂直断面の同じ角度で同時に配光ムラが発生することになり、照射面上の特定角度領域で連続した水平に延びる線状の配光ムラとなって現れやすかった。この水平に延びる線状のムラは、特に人間の目の特性としては識別しやすく、実際の明暗差よりも一層顕著な配光ムラとして認識されやすかった。
【００４２】
以上のような配光ムラ発生要因を防止する為の本実施の形態における光学系の特徴的な形状を、以下順を追って説明する。
【００４３】
まず、反射傘３は、射出光軸後方に、収容される閃光放電管２の外形形状と略合致した内径形状に形成された半円筒形状の円弧部３ａが形成されている。これは、反射傘３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２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３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。
【００４４】
一方、反射傘３の前方における上下の拡開反射面３ｂ,３ｂ´は、光源より前側の射出面に近い部分が、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。なお、従来例として示す図７の反射傘１０３の上下の拡開反射面１０３ｂ,１０３ｂ´は、射出端部に近づくにつれて上下方向の対向距離が長くなるように傾斜しているが、これらの反射面１０３ｂ,１０３ｂ´は平坦面である。
【００４５】
そして、従来、この種のストロボ光学系の反射傘形状は、射出端部に近づくにつれて開口面積は増加するものの、増加率としては徐々に減少するものがほとんどであった。すなわち、反射傘の断面形状としては、楕円形もしくは楕円形状の片側半部分に近い２次曲線を用いる場合が多く、例外的に、集光性を優先させることを意図した放物面や、小型化を優先した平面で構成されたものが僅かにみられるのみであり、本実施の形態のように開口面積の割合が増加していくものはなかった。
【００４６】
このような従来の光学系においては、上下方向の配光特性を、主にこの反射傘のみによって規制する場合が多く、射出面の開口面積を必要最小限の大きさに抑える目的から上記形状が採用されていたものと考えられる。
【００４７】
一方、本実施の形態の照明光学系の構成は従来とは異なり、主にこの反射傘３のさらに前方に配置した光学部材４により上下方向の配光特性の規制を行っている。
【００４８】
すなわち、反射傘３の射出開口部の前面に、上下方向の配光特性を全反射により制御する光学部材４を配置し、上下方向の照射角度を一定範囲に抑えると共に、複数回反射を利用することにより上下方向の高さを最小限に抑えた構成をとっている。
【００４９】
このように、上下方向の配光特性の制御は、主に反射傘３の前方に配置した光学部材４の全反射によって規制されるが、光源後方の円弧部３ａの反射光と、光学部材４の全反射光とを光学部材４の射出面４ｂにおいて上下方向で連続的に変化させることが、配光を均一化させる上で重要である。
【００５０】
本実施の形態は、この目的を達成する為、反射傘３の射出部付近の形状を上記光学部材４の全反射光と連続した反射特性を持たせるような形状としたものである。
【００５１】
このときの反射傘３の射出面側の形状としては、平面で構成した光学部材４の上下反射面４ｃ、４ｃ’の射出光軸に対する傾き角度をθ、光学部材４の屈折率をｎとし、光学部材４への入射直前での反射傘３の接線の射出光軸に対する傾き角度をαとすると、以下の式を満たすような角度関係であることが望ましい。
【００５２】
Sin(α) ≒ n * Sin(θ) ・・・（１）
上記式（１）を満たすことによって、反射傘３の上下の反射面３ｂ,３ｂ´と、光学部材４の全反射面４ｃ、４ｃ’との反射率こそ異なるが、反射角度特性としては、連続的な反射光の分布が得られる。
【００５３】
上記式（１）によって、反射傘３の射出面における接線の傾きαは規制される。次に、この傾斜と後方の円弧部３ａの反射面とを結ぶ形状について説明する。
【００５４】
射出面に近い反射傘３の上下の反射面３ｂ、３ｂ’の形状としては、光源後方の円弧部３ａから、光学部材４の入射面４ａ近傍の曲線の接線の角度αに連続的に繋がる曲面であることが望ましい。このよう形状に反射傘３を形成することによって、反射成分に不連続点がなくなり、配光ムラのない均一な配光特性を得ることができることになる。
【００５５】
しかし、実際には、放電管２のガラス管による悪影響があるため、円弧部３ａから連続して非球面形状を開始することが、必ずしも最適な形状となるとは限らない。
【００５６】
本実施の形態の形状にみられるように、この連続的な角度変化を起こさせる曲面を閃光放電管２のガラス部に再入射しない光源中心よりやや前側から開始させることによって、不要な光量ロスを未然に防止させることができる。
【００５７】
一方、本発明の照明光学系のもう一つの形状的な特徴は、光学部材４における全反射面４ｃ,４ｃ´の少なくとも射出面４ｂ近傍の全反射面４ｄ、４ｄ’の形状を、反射傘３の射出面の近傍の形状と同様に射出面４ｂ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曲面形状で構成していることである。特に、本実施の形態における光学部材４の形状では、入射面４ａから続く傾斜平面形状に対して、この傾斜平面に接するような曲面形状としている。
【００５８】
このときの、射出面４ｂ近傍における曲面４ｄ、４ｄ’の形状に関しては、最適な曲率半径βが存在し、該曲率半径が小さ過ぎてもまた大き過ぎても均一な配光特性を得ることができない。実験的な数値解としては、全反射面の傾きにもよるが、以下の曲率半径（ｍｍ）の範囲にあることが望ましい。
【００５９】
Ｒ３０ ≦ β ≦ Ｒ３００ （２）
上記式において、下限値のＲ３０以下である場合には、光学部材４の射出面４ｂ付近の光束を僅かに拡散させるだけでなく、大幅に変化させてしまう為、本来の照射角度範囲よりも狭い配光分布となってしまい所望の範囲の配光分布を得られないばかりでなく、補正過多による新たな配光分布ムラを生じやすくなる。また、上限値であるＲ３００以上である場合には、拡散性が十分でなく、配光ムラを十分に取り切れずに、横縞状の配光ムラが残ってしまうことになる。
【００６０】
本実施の形態では、上記範囲のほぼ中間のＲ１１０で射出面近傍の曲率を規制し、照射面上での配光ムラが最小になるように最適化している。
【００６１】
本実施の形態では、この光学部材４の射出面４ｂ付近の上下の全反射面４ｄ、４ｄ’の形状を一定曲率のシリンドリカル面としているが、必ずしも一定曲率の曲面である必要はなく、これと同等の効果を持つ非球面や他の２次曲面としても差し支えないことは言うまでもない。
【００６２】
次に、本実施の形態が配光ムラに対して有効であることを説明する為に、図７に示す従来例として反射傘１０３の射出面近傍の上下の反射面１０３ｂ,１０３ｂ´の形状が平面であり、かつ光学部材１０４の上下の全反射面１０４ｃ,１０４ｃ´の射出面近傍も平面のみで構成されたものと、また、図９に示すように、反射傘３における上下の反射面３ｂ,３ｂ´の射出面近傍形状のみを本実施の形態のように射出面の面積の増加率が大きくなる形状で構成し、光学部材１０４を図７に示すものとを組み合わせた第１の実施の形態の変形例のものとを対比させながら配光ムラが生じる過程を詳細に説明する。
【００６３】
まず、図１（ｂ）、図７（ｂ）、図９（ｂ）に示す射出光軸方向とほぼ同一方向に進む光束について説明する。
【００６４】
本発明の実施の形態である図１（ｂ）において、射出光軸方向に寄与する光束は、光源である閃光発光管２からの直接光と、反射傘３の上下の拡開反射面３ｂ,３ｂ´のそれぞれによる一回反射光と、さらに光学部材４の上下の全反射面４ｃ,４ｃ´による一回反射光、の計５種の光束が寄与していることがわかる。
【００６５】
ここで、光源からの直接光Ａと、光学部材４の全反射光Ｂの間に、反射傘３による反射光Ｃが狭い領域ではあるが、存在していることが大きな特徴となっている。この状態は、図９（ｂ）に示す本第１の実施の形態の変形例の場合もほぼ同様である。
【００６６】
一方、図７（ｂ）に示す従来例の場合では、反射傘１０３の上下の拡開反射面（射出面）１０３ｂ,１０３ｂ´、および光学部材１０４の反射面１０４ｃ,１０４ｃ´をすべて平面で構成しているので、光源である閃光発光管２からの直接光Ａと、光学部材１０４の反射面１０４ｃ,１０４ｃ´による全反射光Ｂしか存在せず、それぞれの光束の間には、大きな幅で射出光軸方向に向かう光束がない領域Ｄが存在している。
【００６７】
このように、本発明の光学系によれば、光路を直接光Ａ、反射傘３による反射光Ｃ、光学部材４による反射光Ｂの大きく分けて３種５層の成分が存在し、かつ、それぞれの領域の間に大きな隙間を生じさせない光学系となっている。
【００６８】
一方、反射傘１０３の反射面１０３ｂ,１０３ｂ´を平面で構成した 図７（ｂ）では、射出光軸方向に向かう直接光Ａと、光学部材１０４の反射面１０４ｃ,１０４ｃ´による反射光Ｂが離れた位置で存在していることがわかる。
【００６９】
一方、本実施の形態によれば、本来このような各領域の境界部で光束の存在しない領域がなく境界部でも連続した光束が存在することによって、配光ムラのない均一な配光特性を得られる。
【００７０】
しかし、上述の配光ムラの原因でも説明したように、閃光放電管２には、実際には放電管封止部材であるガラス管が存在し、この部分での不連続性が配光ムラを生じさせている。
【００７１】
そこで、このようなガラス管による不連続部の影響を最小限に抑える構成をとることも配光ムラを未然に防ぐ方法として望ましい。
【００７２】
本実施の形態では、この条件を実践する為、不連続部であるガラス管の領域のごく近傍、すなわち、反射傘３の射出開口部近傍の形状に特に工夫を凝らし、この領域に達する光束を狭い領域ではあるが、幅広い角度範囲で反射光が確実に得られるような面形状としている。すなわち、開口部を押し広げるような外向きの曲率を持たせる、言い換えると射出端部に近づくにつれて開口部の面積が増大するような形状としている。
【００７３】
このように、反射傘３について上下の拡開反射面３ｂ,３ｂ´を上記した射出端部に近づくにつれて開口部の面積が増大するような形状とすることによって、各角度成分の照度分布が特性の異なる複数の反射光成分を常に持つことになり、光束の不連続点の存在を目立ちにくくして配光の均一化を図る効果がある。
【００７４】
次に、 図１（ｃ）、 図７（ｃ）、 図９（ｃ）に示すように、所定角度、射出光軸から傾いた方向で、ちょうど光学部材４、１０４の上側の反射面４ｃ,１０４ｃでの反射光成分がほとんどなくなる角度（本実施の形態では上側６°）に向かう光束に着目して考える。
【００７５】
この場合、図１（ｃ）に示すように本実施の形態においては、光学部材４の上側反射面４ｃの反射成分がなくなりつつあるが、これを補うように、反射傘３の上側拡開反射面３ｂで反射した光束が、光学部材４の下側反射面４ｃ´でさらに全反射した２回反射光Ｃ´が増加していることがわかる。このことによって、照射面上においても、照度は均一になるように維持される為、配光ムラは生じにくい。
【００７６】
一方、 図７（ｃ）、図９（ｃ）に示すように、反射傘１０３,３の上下の反射面（射出面）１０３ｂ,１０３ｂ´、３、３’および光学部材１０４の上下の反射面１０４ｃ、１０４ｃ’の少なくとも一方を平面とした場合（約６°の角度成分）には、図１（ｃ）に示す本実施の形態の場合とは異なり、反射傘１０３、３の上側拡開反射面１０３ｂ,３ｂと、光学部材１０４の下側反射面１０４ｃの全反射による２回反射光が不十分もしくはほとんど存在せず、この角度成分の光束は減少することになる。
【００７７】
このことによって、照射面上ではこの約６°の角度領域で暗部を生じ、照射面上での配光分布としては横縞状の周囲に比べて暗い領域が発生することになる。
【００７８】
次に、光学部材４,１０４の上部全反射面４ｃ,１０４ｃの全反射成分が全くなくなる角度（本実施の形態では上側約１０°）の場合について、図１（ｄ）、図７（ｄ）、図９（ｄ）を用いて説明する。
【００７９】
図１（ｄ）に示すように、反射傘３の上側拡開反射面３ｂで反射し、さらに光学部材４の下面で全反射する２回反射成分Ｃ´は、上記図１（ｃ）の状態から引き続いて存在する。このため、配光特性上の急激な明暗の変化はなく、ほぼ均一な照度分布が得られる。
【００８０】
一方、図７（ｄ）、図９（ｄ）に示す状態では、反射傘１０３、３の上拡開反射面１０３ｂ,３ｂで反射した光束が、光学部材１０４の下全反射面１０４ｃ´で全反射する２回反射成分Ｃ´が急激に増加し、照射面上での配光特性としては明部を構成する。特に、従来例を示す図７（ｄ）の反射傘１０３の上拡開反射面１０３ｂと光学部材１０４の下全反射面１０４ｃ´を平面とした場合では、この増加が顕著となり、極端に明るくなる。この場合の配光特性としては、一度暗くなった領域の外側に隣接して明るい層が発生する為、配光ムラをより顕著なものにしている。
【００８１】
以上説明した内容を特定の角度だけでなく、照射面上の各角度成分に関して連続的に求め表示した図（配光特性分布図）が、図５、図８、図１０である。尚、本実施の形態を図５に、従来例を図８に、本実施の形態の変形例を図１０にそれぞれ対応させている。ここで、直線Ｌは照射中心を示し、照射中心部の強度を１．０とした場合の各角度成分の強度の割合(距離一定)を連続的に結んで示している。尚、該照射中心線Ｌを境にして図中右側が上方向、左側が下方向での配光状態を示す。
【００８２】
まず、図７の従来例の反射傘１０３の上下の反射面１０３ｂ,１０３ｂ´を平面で構成した場合、図８に示すように、照射方向を変化させるにつれて上面反射光がまず消失し、次に直接光の成分が消失するというように徐々に各照射方向に関与する成分が移り変わっていく。この移り変わりの際に、はっきりとした明暗差が生じ、人間の目としては配光ムラとして認識される。特に、光学部材１０４の射出面が平面である場合に、ある一定角度（本実施の形態では、６°付近）から反射傘１０３と光学部材１０４のそれぞれ1回反射の計２回反射光成分が急激に増大し、明るさの変化が著しい。これと共に、この現象が各断面でほぼ同時に進行して、照射面上では閃光放電管の軸方向と平行にはっきりとした線状の明暗、すなわち配光ムラが生じることになる。人間の感性としては、線状の明暗差に関しては極めて敏感に反応し、僅かな明暗の差も配光ムラとして認識されやすい。
【００８３】
また、図９に示す反射傘３の上下の拡開反射面３ｂ,３ｂ´を射出端部に近づくにつれて開口部の面積が増大するような形状とした本実施の形態の変形例の構成では、図１０に示すように、上記した図８の従来例と同様にこの明暗部が生じるが、図８に示した明暗差より少なく飛びぬけたピークがなくなっており、配光ムラが緩和されていると言える。
【００８４】
一方、本発明の実施の形態を示した図５では、この線状の明暗差を発生しにくくさせる為、上記光路の存在しない領域を最小限に抑える、また光路の存在しない領域に新たな光路を設け急激な明暗差を生じさせないようにする、さらには明暗の変化を同時に生じさせないように切り替わりの領域の状態をぼかすなどの方法をとっている。このことにより、配光ムラを未然に防止することが可能になった。
【００８５】
図示のように、本実施の形態による配光特性図では、約５°から１０°の領域で際立った明暗の差が生じない光学系になっているが、従来例を示す図８においては、この５°から１０°の角度領域で大幅な明暗差が生じていることがわかり、これが従来の横縞状の配光ムラになっていることがわかる。このように、本実施の形態に示すような対策を施すことによって、この明暗差を生じさせる照度ムラを未然に防止することができる。
【００８６】
以上説明したように、反射傘もしくは光学部材の全反射による複数回反射を利用した照明光学系においては、その各反射層の切換わりのポイントで配光ムラを生じやすいが、本実施の形態に示すような、各反射面の射出面近傍の形状を工夫することにより、各照射角度方向への照射に対しても、大幅な照度変化を起こさせず、均一な配光特性を持たせた照明光学系を達成することができる。
【００８７】
また、この場合の配光の均一化に当たっても、光路上に拡散面を必要とせずに配光ムラを容易に対策できる為、必要画角外への照射によるエネルギロスも少なく、全体形状や大きさに与える影響も少ない為、極めて効率の良い配光ムラ対策になっている。
【００８８】
なお、本発明は、上記した図１及び図９に示す構成に限定されるものではなく、図１の光学部材４と図７に示す反射傘１０３との組み合わせであっても良い。
【００８９】
（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態を、図６を用いて説明する。
【００９０】
図６は、本発明の第２実施の形態による照明装置、特に本実施の形態では閃光発光装置であり、この主要光学系のみの斜視図を示している。
【００９１】
図６において、２２は閃光放電管（キセノン管）、２３は反射傘をそれぞれ示し、第１の実施の形態のものと略同様の構成を有している。２４は、閃光放電管２２から直接入射した光束及び反射傘２３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２４の材料としては、第１の実施の形態と同様に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。
【００９２】
本第２の実施の形態は、配光ムラを緩和する手段として、必要最小限の拡散面を用いた実施の形態であり、全体形状の大型化を防ぐと共に、光学特性の劣化をほとんど招くことなく、配光ムラに影響を与える必要最小限の成分のみを拡散させたものである。以下、図６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。
【００９３】
図６は、本発明の第２実施の形態の閃光発光装置発光光学系の分解斜視図である。配光特性の均一化を図る為、光学部材２４の射出面近傍の上下面に射出面に近づくにつれて拡散度合いの高まる拡散面２４ａを形成し、入射面近傍に、入射部付近で最も拡散性が高く入射部から離れるにつれて徐々に拡散の度合いが落ちる拡散面２４ｂを形成している。
【００９４】
尚、本実施の形態では、拡散度合いを高める方法として、拡散面自体の拡散度合いは一定とし、拡散面の面積変化によって拡散度合いを変化させる方式をとっている。たとえば、本実施の形態の状態は、図示のように、拡散面２４ａが光学部材２４の射出面に行くに従って広い面積となるような射出面を底辺とする複数の三角形の拡散面を配列することによって、上記効果が出るように構成している。尚、図示の例では、上面のみにこの拡散面が形成されているように見えるが、下面についても同様な拡散面が形成されている。
【００９５】
このように、光学部材２４の上下全反射面に拡散面２４ａを形成し、射出面近傍に近づくにつれて拡散度合いを増加させることによって、第１実施の形態と同様な効果を得ることができる。すなわち、光学部材２４の上下反射面による反射光と反射面を介さないで直接射出する光束の間に不連続な領域ができ照射面上で配光ムラの生じやすいが、この領域に拡散面を形成することによって不均一な領域の成分を散らすことができ、均一な配光特性を持たせた照明光学系を実現することができる。
【００９６】
これと同様に、光学部材２４への入射部でも同様に、反射傘２３での反射光と光学部材２４の入射部付近の全反射光の不連続点に関しても、このように光軸方向に進むにつれて、拡散部分の面積を徐々に変化させることによって、配光の均一化を図ることができる。
【００９７】
尚、上記実施の形態では、光学部材２４の射出面側と入射面の両方に拡散面を形成した例を示したが、必ずしも両側に拡散面を形成する構成に限定されず、どちらか一方のみに拡散面を構成しても良い。また、拡散面の形状に関しても、本実施の形態では、三角形状の拡散面を形成しているが、必ずしもこの形状に限定されず他の形状でも良く、不連続点を形成する領域の近傍で、拡散性を徐々に変化させる形状であればよい。
【００９８】
また、第１実施の形態にも詳しく述べたように、反射傘の拡散性を変化させるように構成してもほぼ同様の効果が得られる。例えば、反射傘２３の射出部近傍の一部に拡散面の処理を施すように構成してもよく、このことによって境界部周辺の配光変化をなだらかに行うことができる。
【００９９】
さらに、本実施の形態では、各反射面の境界部近傍の拡散を拡散部の面積の増減によって行っているが、必ずしもこの形態に限定されず、形状の変化で拡散性を変えるように構成し、境界面近傍の拡散性を周囲形状に比べて増すように構成しても良い。このように構成することによって、上記第２実施の形態とほぼ同等の効果が得られる。
【０１００】
以上説明したように、各光学部材の移り変わり部を形成する場所の近傍で、拡散性を徐々に変化させるような形状をとることによって、照射面上で、明暗差の少ない均一な配光特性を得ることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上下に薄い扁平タイプの照明光学系において、構造上どうしても発生しやすい横縞状の配光ムラを、コスト高となる光学部品の追加を行うことなく、必要最小限の部品構成で防止することができる。しかも、このとき光学系の前後方向に余分なスペースを必要とせず、また光学特性的にも本来拡散させる必要のない成分は拡散させずに行うことができる為、極めて効率の良い配光制御を行うことができる。
【０１０２】
さらに、光学部材に対して一体的に各種の加工を施すことによって配光ムラ対策ができる為、製品個々のばらつきが少なく、安定した配光ムラ対策になるなど利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施の形態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２】図１の閃光発光装置における光学系の閃光放電管軸方向の断面図。
【図３】図１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実施の形態の閃光発光装置を適用したカメラの斜視図。
【図５】本発明の第１実施の形態の光学系構成で得られた配光特性図。
【図６】本発明の第２実施の形態の閃光発光装置の主要光学系のみの分解斜視図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は第１実施の形態に対比する従来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８】図７の従来の光学系構成で得られた配光特性図。
【図９】第１実施の形態の変形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１０】図９の光学系構成で得られた配光特性図。
【符号の説明】
４、２４、１０４………光学部材
２、２２………閃光放電管
２３、１０３………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)

1. 直管状の閃光放電管である光源手段からの光束を、前記光源手段に対して前記光束の照射方向に配置された光学部材と、前記光源手段における該照射方向とは反対側を覆う部分及び該部分から該照射方向に向かって拡がる形状を有する拡開反射面を有する反射傘とを介して、所定の照射角を有する照射光として照射する照明装置において、
   前記光学部材は、前記閃光放電管の径方向の断面において、前記光源手段からの光束が入射する入射面と、前記入射面からの光束の一部を全反射させる反射面と、前記入射面からの光束及び前記反射面で反射した光束を射出する射出面とを有し、
   前記光学部材の前記反射面は、前記入射面から前記射出面側に向かって前記光学部材の光軸からの距離が増加する傾斜平面と、該傾斜平面に対して前記射出面側の領域であって前記拡開反射面で反射した光束を反射して前記射出面に導く領域に前記傾斜平面に接するように形成され、前記光軸側に凸となる曲面とを有することを特徴とする照明装置。
2. 前記反射傘のうち前記拡開反射面が、前記光学部材の光軸側に凸となる曲面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記曲面の曲率半径β（ｍｍ）が、
   Ｒ３０≦ β≦ Ｒ３００
   であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記反射傘のうち前記光源手段における前記反対側を覆う部分は、前記光源手段の中心と略同心形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の照明装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の照明装置を有することを特徴とする撮影装置。

Images