JP3824311B2

JP3824311B2 - 投光装置

Info

Publication number: JP3824311B2
Application number: JP2002012866A
Authority: JP
Inventors: 弘幸大石
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2022-01-22
Also published as: JP2003215671A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主としてカメラなどの撮像機器の発光装置などに用いられる投光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばカメラのフラッシュなどの発光装置などには、被写体に向けて効率よく投射光を投光・照射させるため、放電管や発光管など（以下、まとめて発光管とよぶ）と、この発光管から照射される光を反射させる反射鏡とを備えている。
【０００３】
例えば図９に示すように、通常、この反射鏡１０１は、断面形状がほぼ楕円形に形成されているとともに、この楕円の一方の焦点位置の近傍に発光管１０２を配置しており、この発光管１０２から照射される光を効果的に前方へ投光・照射するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近時、カメラの小型化とともにフラッシュなどの発光装置の小型化、高効率化などの要求が高まっている。
ところが、前述した従来の反射鏡では、図１０に示すように、発光管の大きさが有限であり、発光管１０２から後方（反射鏡の奥部）へ照射された光の一部は、反射鏡１０１上のＡ点で反射した後、再び発光管１０２へＢ点で入射し、さらに発光管１０２をＣ点で透過していく。そして、この発光管１０２に再入射する光については、先の反射点や入射点でそれぞれフレネル反射を起すために、最終的に前方の被写体へ向かう際には、光量（光強度）がおよそ半分に減衰してしまう。また、これらの光線は、発光管のガラス内で屈折、反射を繰り返して、照射方向が制御困難な光線（迷光）となり、発光部を設計する最に大きな弊害となっていた。
【０００５】
また、発光効率を高めるために、例えば特開平３-４８８３５号公報や、特開平５-１４２６２９号公報に記載のように、反射鏡の形状を楕円形状ではなく、間口が狭く奥行きの深い放物線形状とすることで、配光特性の自由度を高めて画角外光線を抑える構成のものが提案されている。
しかしながら、奥行きを深くすると、発光管の後方へ照射された光のうち、前述したように、反射鏡で反射して再度発光管へ突入し、そこで入射・透過する光の割合が増大するため、前方への照射効率は却って低下する。
【０００６】
そこで、この発明は、上記した事情に鑑み、発光管への再入射を阻止してロス光線の発生を可及的に抑え、かつ、照射方向が制御困難な光線（迷光）の発生を抑えて被写体への照射効率を上げることができる投光装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射し、かつ前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けた反射鏡と、前記導光窓から入射した光を全反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、
前記導光手段の全反射面を前記反射鏡の外側に備えたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、これまで発光管に再入射してその光量や光強度を無駄に減衰させて消失させていた発光管からの光を、導光手段での全反射による導光により、減衰させることなく前方へ戻すことができるようになり、発光効率を高めることができる。
【０００９】
また、第２の発明は、円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射し、かつ前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けた反射鏡と、前記導光窓から入射した光を金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した面において反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、前記導光手段の反射面を前記反射鏡の外側に備えたことを特徴としている。
【００１０】
これにより、これまで発光管に再入射してその光量や光強度を無駄に減衰させて消失させていた発光管からの光を、導光手段での反射による導光により、減衰させることなく前方へ戻すことができるようになり、発光効率を高めることができる。
【００１１】
また、第１又は第２の発明において、前記反射鏡には、前記発光管を保持するとともにその発光管への外部からの電流を取り込む電極を構成する手段を備えることが好ましい。
【００１２】
これにより、発光管の保持機能と、発光管への電圧印加のための給電用のトリガー電極としての機能との双方を兼用できるので、その分、構成が簡易になる。
【００１３】
また、第３の発明は、円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射する金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した反射面を備え、前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けて入射した光を、前記反射面とは別の導光用の全反射面において全反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、
前記導光手段の導光用の全反射面を前記反射面の外側に備えたことを特徴としている。
【００１４】
これにより、これまで発光管に再入射してその光量や光強度を無駄に減衰させて消失させていた発光管からの光を、導光手段の金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した反射面での全反射による導光により、減衰させることなく前方へ戻すことができるようになり、発光効率を高めることができる。
【００１５】
また、第４の発明は、円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射する金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した反射面を備え、前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けて入射した光を前記反射面とは別に金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜して設けた導光用の反射面において反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、
前記導光手段の導光用の反射面を前記反射面の外側に備えたことを特徴としている。
【００１６】
これにより、これまで発光管に再入射してその光量や光強度を無駄に減衰させて消失させていた発光管からの光を、導光手段の金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した反射面での反射による導光により、減衰させることなく前方へ戻すことができるようになり、発光効率を高めることができる。
【００１７】
また、第１乃至第４の発明において、前記導光手段には、出射部分にシリンドリカルレンズ又はトロイダルレンズを設けてもよい。
【００１８】
これにより、発光管から後方へ照射された光を前方へ戻す際に、その光の投光方向を調整することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１乃至図３は、この発明の第１の実施形態に係る投光装置が適用されたフラッシュ装置を示すものであり、このフラッシュ装置は、円筒状の発光管１と、この発光管１から照射された光を反射する反射鏡２と、発光管１の後方に照射された光を導光させて前方に投光させる導光手段３とを備えた構成となっている。なお、このフラッシュ装置の前面側の開口部分には、発光管１や反射鏡２などを埃などから保護する透明カバー５（図２参照）を設けている。
【００２０】
発光管１は、この実施形態ではキセノン管（Ｘｅ）を用いており、左右に突出した両端部分には、図２及び図４に示すような形状を有する支持部材１１で固定されている。また、この支持部材１１は、トリガー電極としても機能するように構成されており、キセノン管（Ｘｅ）に発光動作を行わせる際に所要のトリガー用の電圧を両端部分の電極へ印加させるために導電金属板で形成されている。なお、この支持部材１１は、図示外のリード線で図示しない放電回路に接続されている。
【００２１】
反射鏡２は、断面楕円形状若しくは放物線形状に形成されており、発光管１から照射される光のうち、この反射鏡２で反射して発光管１に再入射する虞のある（発光管１から後方に向かう）光を除く全ての光を反射させ、前方の被写体方向に投光させるように構成されている。
【００２２】
この実施形態の反射鏡２では、図３に示すように、断面楕円形状を呈しており、この反射鏡２の一方の焦点位置若しくはその近傍に発光管１を設けている。また、この反射鏡２には、図１及び図２に示すように、この発光管１から照射される光のうち、特に後方側に向けて照射される光を取り込むための孔からなる導光窓２Ａを反射鏡２の奥部の全体に亘って横長形状に開口させている。
【００２３】
この反射鏡２の導光窓２Ａは、光軸Ｌ（図３、図５参照）から上下（Ｚ）方向にそれぞれ特定角度θ１の範囲で開口されており、これによって、導光手段３へ入射する光を規制し、後述する導光手段３の全反射面３Ａにおいて臨界角を超える（全反射条件を満たす）入射角が得られる光のみが入射するようになっている。
【００２４】
導光手段３は、発光管１から後方へ照射された光を反射させて前方へ戻すためのものであり、この実施形態では導光部材３１で構成されており、奥部側の背面即ち、外面（以下、これを全反射面３１Ａ〜３１Ｃとよぶ）で全反射するようにを構成されている。
【００２５】
導光部材３１は、発光管１からの光が透過する際にできるだけ減衰の少ない透明材料、例えばこの実施形態では、屈折率ｎが１．４９で、透過率が９２パーセントのアクリル（ＰＭＭＡ）系の合成樹脂が用いられており、特に全反射面３１Ａ，３１Ｂが固有の曲面形状に形成されている。また、この導光部材３１は、比較的肉厚に形成されているために一定の強度を有しており、反射鏡２の背面側に配置させることによってこの反射鏡２を保持する枠としても機能するようになっている。
【００２６】
全反射面３１Ａ及び３１Ｂは所定の曲率形状を有する曲面で構成されている一方、全反射面３１Ｃは平面で構成されている。また、この導光部材３１の後面（背面）である全反射面３１Ａ〜３１Ｃには、万一、臨界角以下の入射角で一部の光が入射するときのことを考慮して、通常の金属膜、例えば、アルミニウム（ＡＬ）膜や銀（Ａｇ）膜などを成膜させてミラー面を形成させてもよい。また、発光管１からの照射光が固有の狭い波長帯域で、かつ、コヒ−レント（可干渉）光などである場合には、この波長光を反射させる誘電体多層膜を成膜させてもよい。
【００２７】
また、発光管１で照射されこの導光部材３１を透過・進行する全ての光が外部へ向けて透過し消失することがないようにするため、導光部材３１の前面（表面）３２は、全体に亘って、その全ての光が透過する光路を避けて形成されているが、この前面３２でも全反射させるように構成してもよい。なお、この導光手段３の形成材料としては、このアクリル（ＰＭＭＡ）以外に、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリオレフィン系などの透明な合成樹脂、或いは石英系などのガラス材料でもよいが、加工性やコストなどを考慮すると、合成樹脂の方が好ましい。
【００２８】
この導光部材３１は、導光窓２Ａに臨むようにして開口された入射窓３１Ｄを設けており、図５に示す光路図（但し、説明を分かり易くするため、後述のシリンドリカルレンズ４は無視した）のように、入射窓３１Ｄから取り込まれた（発光管１から後方へ照射される）全ての光が、背面部の全反射面３１Ａ〜３１Ｃに臨界角以上の入射角度で入射するように構成されている。また、この入射窓３１Ｄから取り込まれた光は、その全反射面３１Ａ〜３１Ｃで全反射を起こしながら出射窓３１Ｅまで導光され、この出射窓３１Ｅから図示外の被写体に向けて出射・投光されるようになっている。
【００２９】
なお、この実施形態では、発光管１として、自然光に近い分光特性の光を発光するキセノン管（Ｘｅ）を用いているが、導光部材３１としてアクリル（ＰＭＭＡ）を用いる場合には、主光線の臨界角が４２度となる。また、入射窓３１Ｄから取り込んだ発光管１からの光は、全反射面３１Ａ〜３１Ｃに入射する際にはこの臨界角以上の入射角度で全て入射するようになっており、全反射面３１Ａ〜３１Ｃで屈折しここから透過して外部へ逃げる光がないように構成されている。
【００３０】
なお、この発光管１からの光は、前述したように、図２及び図３に示すように、入射窓３１Ｄ及び出射窓３１Ｅにおいてフレネル反射を起こし、これによる損失が双方合わせて１０％程度生じているが、この導光部材３１を用いない従来の構成のものに比べると、後述するように、照射光の発光効率が大幅に改善されている。
【００３１】
また、この導光手段３１の出射窓３１Ｅには、シリンドリカルレンズ（円柱状レンズ）４を設けており、被写体への照射パターンに応じた最適な投光分布が得られるように構成されている。なお、この実施形態のシリンドリカルレンズ４には、短辺（Ｚ）方向の断面が略凸状を有し、出射光を拡散させるように構成されているが、出射分布によっては同（Ｚ）方向の断面が断面凹状を有し、出射光を収束させるような構成のものであってもよい。また、長手（Ｘ）方向についても、湾曲したトロイダルレンズを用いてもよい。
【００３２】
従って、この実施形態によれば、この発光管１からの光は、前述したように、入射窓３１Ｂ及び出射窓３１Ｃでのフレネル損失は双方合わせてせいぜい１０％程度である。従って、発光管１から後方へ照射された光のうち，残り全体の９０％程度を被写体の方へ投光させる（戻す）ことができるようになる。これにより、発光管１から後方へ照射された光の照射光量が、従来は約６０％程度であったのに比べて３０％程度増大させることができる。
【００３３】
また、この実施形態では、発光管１への給電及び固定支持手段として、支持部材１１を用いたが、これ以外に、例えば図６及び図７に示すような構成としてもよい。
即ち、発光管１への給電及固定支持手段として、反射鏡２の最奥部に複数開口した導光窓２Ａを避けて支持部２Ｂを設けるとともに、この支持部２Ｂに発光管１を受ける導電性金属からなる枕部２Ｃを設けるようにしてもよい。そして、発光管１と反射鏡２側の枕部２Ｃとが直接に接するように構成することで、発光管１への給電と同時に放電管１の固定支持も行うようにし、かつ、反射鏡２と図示外の放電回路とをリード線で接続させるようにしてもよい。
【００３４】
［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態について図８を参照しながら説明する。なお、この実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
【００３５】
この実施形態では、反射面が導光手段３の導光部材３１の内面側に成膜させた反射膜６で構成されている。
一方、導光部材３１の外面側は、第１の実施形態と同様に、全反射を起こすように構成された全反射面３１Ａ〜３１Ｃとしたり、反射膜を成膜させた反射面とすることが可能である。
【００３６】
これらの反射膜６及び反射膜には、通常の反射ミラーを構成するアルミニウム（Ａｌ）膜或は銀（Ａｇ）膜などの金属薄膜をコーティングさせてある。なお、発光管１からの照射光が単色光などでコヒーレント光などの場合には、これに対応する固有波長の光を略完全に反射する誘電体多層膜を蒸着させてもよい。
【００３７】
従って、外面に設けた全反射面３１Ａ〜３１Ｃと、内面に設けた反射膜６を成膜した面において、光線を反射させて前方に戻しているので、第１の実施形態とは異なり、設計の自由度が増す。また、外面を、反射膜を成膜した面とすれば、臨界角を与える特殊形状にする必要がなく任意であり、さらに設計の自由度が増大する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、投光装置に、発光管から後方へ照射された光を全反射または反射させて前方へ戻すように構成した導光手段を備えており、発光管から照射した光が発光管へ再入射するのを阻止してロス光線の発生を可及的に抑えることができるようになるので、その分、投光装置の発光管における発光効率の高効率化、延いては投光装置の小型化が可能になり、小型化が進むカメラのフラッシュ装置などへ適用するのに好都合である。
しかも、この発明によれば、照射方向が制御困難な光線（迷光）の発生を抑えることができるようになるので、被写体への照射パターンの設計・制御が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投光装置が適用された第１の実施形態に係るフラッシュ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すフラッシュ装置の概略断面図である。
【図３】図１に示すフラッシュ装置の導光部材の形状を示す説明図である。
【図４】図１に示すフラッシュ装置の分解斜視図である。
【図５】図１に示すフラッシュ装置における発光管から照射された光の光路を示す説明図である。
【図６】図１に示すフラッシュ装置の変形例を示す反射鏡とその反射鏡へ発光管を支持する支持部材とを示す斜視図である。
【図７】図６の反射鏡を設けたフラッシュ装置を示す断面図である。
【図８】この発明の投光装置が適用された第２の実施形態に係るフラッシュ装置の構成を示す斜視断面図である。
【図９】従来のフラッシュ装置を示す説明図である。
【図１０】従来のフラッシュ装置の欠点を示す説明図である。
【符号の説明】
１発光管
１１支持部材（通電手段）
２反射鏡
２Ａ導光窓
２Ｂ支持部
２Ｃ枕部（通電手段）
３導光手段
３１導光部材
３１Ａ〜３１Ｃ
全反射面
３１Ｄ入射窓
３１Ｅ出射窓
３２前面（表面）
４シリンドリカルレンズ（円柱状レンズ）
６反射膜（金属薄膜；反射面）

Claims

円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射し、かつ前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けた反射鏡と、前記導光窓から入射した光を全反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、前記導光手段の全反射面を前記反射鏡の外側に備えたことを特徴とする投光装置。
円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射し、かつ前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けた反射鏡と、前記導光窓から入射した光を金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した面において反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、前記導光手段の反射面を前記反射鏡の外側に備えたことを特徴とする投光装置。
円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射する金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した反射面を備え、前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けて入射した光を、前記反射面とは別の導光用の全反射面において全反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、前記導光手段の導光用の全反射面を前記反射面の外側に備えたことを特徴とする投光装置。
円筒状の発光管と、この発光管から照射された光を反射する金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜した反射面を備え、前記発光管の後方に照射された光を導光させるために最奥部を開口した導光窓を設けて入射した光を、前記反射面とは別に金属薄膜又は誘電体多層膜を成膜して設けた導光用の反射面において反射させて前方へ戻して投光させる導光手段とを備えた投光装置であって、前記導光手段の導光用の反射面を前記反射面の外側に備えたことを特徴とする投光装置。