JP5517466B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、閃光発光部を有する撮像装置に関する。

特許文献１は、発光放電管の前面にフレネルレンズを設けて、発光放電管の中心軸とフレネルレンズの入射面と射出面を補正する角度に傾斜させて配光分布を形成する閃光発光部を開示している。特許文献２は、射出光軸近傍よりも大きな角度で射出した光束を入射する入射面と入射面からの光束を全反射する全反射面を有する光学プリズムを有する閃光発光部を開示している。

特開２００６−９１３６４号公報 特開２０００−２５０１０２号公報

しかし、特許文献１の構成は反射傘の反射率や屈折による効率低下により、十分な閃光光量を得ることが難しく、特許文献２の構成は配光ムラができるという問題がある。

そこで、本発明は、光源からの光束を効率良く均一な配光分布で射出させる閃光発光部を有する撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、被写体を撮影する撮影光学系と、円筒形状の発光手段と、前記発光手段からの光を入射させる入射面と該入射面から入射した光を射出する射出面とを有する光学部材と、を有し、前記光学部材の前記射出面と前記発光手段の円筒部分の径方向に直交する中心軸とが平行であり、前記発光手段は、前記中心軸が前記撮影光学系の光軸に近いほど当該光軸の軸方向において被写体側となるように配置され、前記発光手段及び前記光学部材は、前記中心軸の軸方向において、前記発光手段の中心位置よりも前記射出面の中心位置が前記発光手段の被写体側の端に近くなるように配置されることを特徴とする。

本発明は、光源からの光束を効率良く均一な配光分布で射出させる閃光発光部を有する撮像装置を提供することができる。

本実施例のデジタルカメラの閃光発光部近傍の部分断面図である。 図１に示すデジタルカメラの斜視図である。 図３（ａ）は図１に示すデジタルカメラの閃光発光部近傍の部分断面図であり、図３（ｂ）は部分平面図である。 図１に示す閃光発光部の分解斜視図である。 図３（ｂ）に示す閃光発光部のＢ−Ｂ断面図である。 比較例の閃光発光部の図１に対応する断面図である。 図６に示す比較例の光線図である。 図１に示す本実施例の光線図である。 図９（ａ）は比較例の閃光発光部の図１に対応する断面における光路図であり、図９（ｂ）は図１の光路図である。 図１０（ａ）は図９（ａ）に対応する配光特性図であり、図１０（ｂ）は図９（ｂ）に対応する配光特性図である。 図１に示す光学プリズムのプリズム形状の設定について説明するための断面図である。

図１は、本実施例の閃光発光部の断面図である。図２は、図１に示す閃光発光部を有する、本実施例のデジタルカメラ（撮像装置、電子機器）の前側斜視図である。

図２において、デジタルカメラは、カメラ筺体１、被写体を撮影する撮影光学系を収納するレンズ鏡筒２、電源ボタン３、レリーズボタン４、撮影モードを変更するモードレバー５、閃光発光部６を有する。レンズ鏡筒２は高倍率ズームが可能な大型であり、カメラ筐体１が薄型にされると、その外装面はレンズ鏡筒２とカメラ外周部稜線１ａを結ぶ傾斜面１ｂで構成されるようになる。

図３（ａ）は閃光発光部６の周辺の上面図、図３（ｂ）はその正面図である。図４は、閃光発光部６の分解斜視図である。閃光発光部６は、フレキシブル回路基板７、メインコンデンサー８、ベース１０、反射傘１１、Ｘｅ管１２（発光手段）、光学プリズム１４、カバー１６、プレート１７を有する。

フレキシブル回路基板（以下、「ＦＰＣ」と略す）７には電気素子が実装され、閃光用基板として機能する。ＦＰＣ７は、２つの穴７ａ、位置決め用の２つの穴７ｂ、開口ランド７ｃを有する。２つの穴７ａにはメインコンデンサー８の２つの端子８ａが挿入されて半田付けされる。２つの穴７ｂは、ベース１０の２つのボス１０ａが挿入され、ＦＰＣ７はベース１０の受け面１０ｂに不図示の両面テープ或いは接着剤等で固定される。かかる固定はメインコンデンサー８上のＦＰＣ７についても同様である。また、ＦＰＣ７は不図示の複数のランドを更に有し、それらにリード線９ａとリード線９ｂ及びコネクター付きリード線９ｃが半田付けされる。

メインコンデンサー８は、ＦＰＣ７に接続され、閃光発光に必要な電力を予め充電し、発光時にＦＰＣ７を介してＸｅ管１２に電力を供給する。

ベース１０は、保持部材やフレームとして機能する。

ベース１０の上部は、反射傘１１、Ｘｅ管１２、光学プリズム１４を保持し、カバー１６と係合する。上部は、所定の厚さを有して上から見ると矩形又はトラック形状の基部と基部の上面から垂直に起立する起立部とを有する。基部の側面には一対の爪１０ｅが形成されている。起立部は、凹部１０ｃを形成すると共にリブ１０ｄを有する。凹部１０ｃには後述する反射傘ゴム１５を収納する直方体形状を有する。リブ１０ｄは、カバー１６の穴１６ａに挿入されて位置決めされ、一対の爪１０ｅはカバー１６の一対の穴１６ｂに係合する。

ベース１０の胴部は、平板部材を直角に折り曲げたような構成を有する。一方の平面部は、ＦＰＣ７と対向してこれを受容する受け面１０ｂであり、受け面１０ｂからは一対のボス１０ａが突出している。一対のボス１０ａは、ＦＰＣ７の一対の穴７ｂに挿入され、これにより、ＦＰＣ７は受け面１０ｂに位置決めされる。他方の平面部は受け面１０ｂと直交し、プレート１７に対向してこれが固定され、更に、一対のボス１０ｆとネジ穴１０ｇを有する。一対のボス１０ｆは、プレート１７の一対の穴１７ａに挿入されて位置決めされ、穴１０ｇにはプレート１７の穴１７ｂを介してビスが固定される。

反射傘１１は、光源であるＸｅ管１２から射出した光束のうち照射光軸方向の後方及び上下方向に向かう成分を前方に反射させる半円筒状の反射部材である。反射傘１１の内面は光輝アルミ等の金属材料で構成されているか、内面に高反射率の金属が蒸着された樹脂材料で構成されている。反射傘１１の反射率は８０〜９０％程度である。

ベース１０の凹部１０ｃに反射傘ゴム１５を挿入すると、反射傘ゴム１５と反射傘１１の不図示の裏面との間には適度なクリアランスが維持される。このクリアランスにＦＰＣ７の開口ランド７ｃを有するフレキ端末部を挿入する。反射傘ゴム１５はシリコンゴム等の弾性部材で構成され、弾性力により開口ランド７ｃを反射傘１１の裏面に当接させる適度なチャージがなされる。チャージにより、開口ランド７ｃからトリガー電圧を反射傘１１を通してＸｅ管１２の表面のネサコート部に印加することができる。

Ｘｅ管（光源）１２は、反射傘１１の半円筒状の窪みに配置される円筒直管形状の発光放電管（キセノン管）である。Ｘｅ管１２の両端部は、中空円筒形状のＸｅゴム１３に形成されている貫通穴に挿入される。Ｘｅゴム１３を光学プリズム１４の両端に当接させてＸｅ管１２を保持する。Ｘｅゴム１３はシリコンゴム等の弾性部材で構成される。ＦＰＣ７上のリード線９ａ、９ｂの反対側端末部にＸｅ管１２の電極１２ａをそれぞれ半田付けする。

光学プリズム１４は、反射傘１１の射出部の前方に配置され、透明体で形成された光学部材である。光学プリズム１４は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の透過率の高い光学用有機高分子材料で構成されている。光学プリズム１４は両端に設けたリブ１４ａによりベース１０の不図示の溝に係合してここで保持される。

カバー１６は、閃光発光部６の上側を覆い、閃光を透過しない部材から構成される。プレート１７は、レンズ鏡筒２やデジタルカメラの画像、システム、電源処理のための電気素子を実装する不図示のメイン基板を保持する不図示のメインシャーシに、ベース１０を接続する。但し、ベース１０がプレート１７の機能を有してもよい。

図５は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、反射傘１１を光源中心よりも後側の一つの領域１１ｂと前側の２つの領域１１ｃの計３つの領域に分けている。Ｘｅ管１２から射出した光束のうち、射出光軸方向後方及び上下方向に射出された光束は反射傘１１の領域１１ｂ及び１１ｃで反射される。光学プリズム１４は、Ｘｅ管１２からの光束のうち、射出光軸近傍に射出した光束を入射させる第一入射面１４ｃと、射出光軸近傍より大きな角度で射出した一部の光束を入射させる一対の第二入射面１４ｄと、を有する。また、光学プリズム１４は、第二入射面１４ｄに入射した光の一部を全反射する一対の全反射面１４ｆを更に有する。光学プリズム１４は、第一入射面１４ｃからの光束と全反射面１４ｆからの光束を射出する射出面１４ｅを有する。このように、光学プリズム１４は、全反射面１４ｆを有するので十分な光量を確保することができる。

図６は、Ｘｅ管１０２を光学プリズム１０１の射出面１０１ｅの傾斜角度βを考慮せずに配置した場合の図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図に相当する断面図である。同図において、光学プリズム１０１の射出面１０１ｅの平均高さを結んだ線はカメラの撮影光学系の光軸Ｏ（撮影光軸）と直交する面Ｐに対してβ度傾いているが、Ｘｅ管１０２は被写体に対し正対し、カメラ光軸方向に垂直に配置されている。この結果、射出面１０１ｅの傾斜角度β分だけ、射出面１０１ｅとＸｅ管１０２の距離はカメラ水平方向の位置に応じて変化する。このように、射出面１０１ｅの表面は凹凸があるが、ここでは、その平均高さを実効的な射出面１０１ｅとみなしている。また、かかる実効的な射出面１０１ｅと撮影光軸Ｏに直交する面Ｐの傾斜角度が複数存在する場合には、最大傾斜角度を傾斜角度βに設定してもよい。これは、図１に示す傾斜角度αと射出面１４ｅについても当てはまる。

図７（ａ）は、図６の場合における、図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面図に相当する断面図であり、射出される閃光光線も示している。図７（ｂ）は、図６の場合における、図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図に相当する断面図であり、射出される閃光光線も示している。図７（ｃ）は、図６の場合における、図３（ｂ）のＤ−Ｄ断面図に相当する断面図であり、射出される閃光光線も示している。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、水平方向の位置により全反射面１０１ｆの長さ１０１ｈｂ、１０１ｈｃ、１０１ｈｄが変化する。また、全反射面１０１ｆで反射された光線が射出面１０１ｅから射出される広がり角度１０１ｊｂ、１０１ｊｃ、１０１ｊｄが変化する。この結果、光線が密集している部分（例えば、１０１ｔ）や本数が少なくなっている部分（例えば、１０１ｕ）が発生し、撮影画像に縞状の明暗部が発生してしまう。

図１は、本実施例の閃光発光部６における、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。また、図１は、撮像光学系の光軸Ｏと閃光発光管の中心軸Ｃを含む平面における断面図である。本実施例では、Ｘｅ管１２の中心軸を、傾斜角度αを有する光学プリズム１４の射出面１４ｅとほぼ平行に配置している。図１において、光学プリズム１４の射出面１４ｅの平均高さを結んだ線はカメラ光軸Ｏと直交する面Ｐに対してα度傾いており、Ｘｅ管１２は被写体に対して傾斜している。また、光学プリズム１４の射出面１４ｅが光軸ＯからＸ方向に離れるにつれ、光軸Ｏと直交する面Ｐから遠ざかる。しかし、射出面１４ｅとＸｅ管１２の中心軸Ｃがほぼ平行であるので、射出面１４ｅとＸｅ管１２の距離はＸ方向の位置に関わらずほぼ一定となっている。

図８（ａ）は、図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面図であり、射出される閃光光線も示している。図８（ｂ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、射出される閃光光線も示している。図８（ｃ）は、図３（ｂ）のＤ−Ｄ断面図であり、射出される閃光光線も示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、水平方向の位置による全反射面１４ｆの長さ１４ｈｂ、１４ｈｃ、１４ｈｄは略等しい。また、射出された光束１４ｊｂ、１４ｊｃ、１４ｊｄも著しい角度や密度の変化が見られないため、射出面１４ｅが傾斜していても撮影画像に明暗差や配光ムラが発生しない。

但し、このままでは発光部全体が光軸Ｏと直交する面Ｐに対してα度だけ傾斜した分、配光不足が発生する。本実施例は、これを補正するため、図１に示すように、射出面１４ｅの射出光軸中心１４ｐをＸｅ管１２の射出光軸中心１２ｂに対して距離Ａｘ分だけ、補正したい側（配光不足の側）にオフセットしている。本実施例では光軸Ｏに近づく方向に距離Ａｘだけ射出面１４ｅの射出光軸中心１４ｐをＸｅ管１２の射出光軸中心１２ｂに対してオフセットしている。こうすることで、光軸Ｏに近づく側の配光不足を補うことができる。

図１に示すように、光学プリズム１４の射出面１４ｅの射出光軸中心１４ｐとＸｅ管１２の射出光軸中心１２ｂは平行で、かつ、それぞれが光軸Ｏに非平行である。

閃光発光部６では傾斜により、光軸Ｏと直交する面Ｐから射出面までの距離が、レンズ鏡筒側（１４ｍａ）では小さく、カメラ外周側（１４ｍｂ）では大きくなっている。そのため、射出光軸中心１４ｐがレンズ鏡筒２とは反対側に傾斜し、レンズ鏡筒２側の配光が不足しやすい。そこで、本実施例は、図１に示すように、Ｘｅ管１２の射出光軸中心１２ｂを変更せずに、光学プリズム１４の射出面１４ｅの射出光軸中心１４ｐをレンズ鏡筒２側（光軸Ｏに近い側）に距離Ａｘだけオフセットしている。

図９（ａ）は、図１において、射出面１４ｅの射出光軸中心１４ｐをＸｅ管１２の射出光軸中心１２ｂに対してオフセットする前の光線分布を示している。図９（ｂ）は、図１において、射出面１４ｅの射出光軸中心１４ｐをＸｅ管１２の射出光軸中心１２ｂに対してオフセットした後の光線分布を示している。Ｘｅ管１２は直管状でガラス内周全体が発光するが、図９（ａ）及び図９（ｂ）では、便宜上、Ｘｅ管１２の中央部の点光源からの光線のみ表示している。

図９（ａ）では、射出光軸中心１４ｐに対してレンズ鏡筒側にある光線１４ｑａは外周側の光線１４ｒａよりも本数が少なく（例えば、領域１４ｓを参照）、撮影画像はレンズ鏡筒側が暗くなる。一方、図９（ｂ）では、射出光軸中心１４ｐに対してレンズ鏡筒側の光線１４ｑｂと外周側の光線１４ｒｂは光線の本数、密度が略等しく、光線分布が均一になっているため、撮影画像は左右で明るさが略等しくなる。

図１０（ａ）は、図９（ａ）に対応する配光特性図であり、図１０（ａ）は、図９（ａ）に対応する配光特性図である。外側の配光曲線１８は左右方向の配光特性を示し、内側の配光曲線１９は上下方向の配光特性を示しており、配光特性は各角度に対する光量を示している。図１０（ｂ）の配光曲線１８の、射出面１４ｅの射出光軸中心１４ｐに対応する配光中心２０に関して右側（レンズ鏡筒側）の光量は、図１０（ａ）の配光曲線１８の丸印１８ａに示すような落ち込みが少なく左右のバランスが改善されていることが分かる。

本実施例は光学プリズム１４の射出面１４ｅをレンズ鏡筒側にオフセットしているが、Ｘｅ管１２と全反射面１４ｆを含む光学プリズム１４の入射面側をカメラ外周側にオフセットしてもよい。

射出面１４ｅの傾斜角度αが増加すればするほど射出光軸中心１４ｐの傾きも増加し、オフセット量Ａｘも増加する。即ち、本実施例の配光特性調整方法は、実効的な射出面１４ｅと光軸Ｏに直交する面Ｐとの最大傾斜角度αが大きいほど、図１の射出光軸中心１４ｐと射出光軸中心１２ｂとの、射出光軸中心１２ｂに垂直な方向における間隔（オフセット量）を大きく設定する。オフセット方向は補正が必要な方向（配光不足の方向）である。このように、閃光発光部６は、光学プリズム１４の射出面１４ｅが傾斜していても大型化することなく配光ムラを抑えることができる。

次に、図１と図１１を参照して、射出面１４ｅのプリズム形状１４ｇの角度の調節方法について説明する。プリズム形状１４ｇは、射出する左右光束の配光角を調整したり、画角の外に向かう光束を制限してガイドナンバーを向上させたりする機能を有する。

図１１は、図１のプリズム形状１４ｇにおける光線図である。同図に示すように、プリズム形状１４ｇは、Ｘｅ管１２のアーク長と対向した中央部１４ｇａと両端部１４ｇｂ及び１４ｇｃに分けることができる。

プリズム形状１４ｇの中央部１４ｇａはカメラ光軸中心に対し左右対称であり、その角度γはカメラの撮影画角を満たすために必要な配光角に調整される。中央部１４ｇａを通る光線は、屈折した後で被写体に射出する光線と、射出面で２度全反射して一旦反射傘１１に戻ってから光学プリズム１４に再照射される光線に分けられる。必要とする配光角から外れた光線を、所望の照射角になるまで反射を繰り返すことによりガイドナンバーが向上することができる。

プリズム形状１４ｇの両端部１４ｇｂ及び１４ｇｃは、Ｘｅ管１２のアーク長部分の外側に位置し、プリズム角δは、斜め方向に照射された光線を撮影画角内に向けて屈折させるように調節される。

このように、角度γ及びδを調整することによって、配光ムラを低減してガイドナンバーを向上している。

なお、本発明の撮像装置はデジタルカメラに限定されず、一眼レフカメラ、携帯端末、ビデオカメラなど等種々のカメラに適用することができる。

２ レンズ鏡筒
６ 閃光発光部
１１ 反射傘
１２ Ｘｅ管
１４ 光学プリズム

Claims (3)

1. 被写体を撮影する撮影光学系と、
   円筒形状の発光手段と、
   前記発光手段からの光を入射させる入射面と該入射面から入射した光を射出する射出面とを有する光学部材と、を有し、
   前記光学部材の前記射出面と前記発光手段の円筒部分の径方向に直交する中心軸とが平行であり、
   前記発光手段は、前記中心軸が前記撮影光学系の光軸に近いほど当該光軸の軸方向において被写体側となるように配置され、
   前記発光手段及び前記光学部材は、前記中心軸の軸方向において、前記発光手段の中心位置よりも前記射出面の中心位置が前記発光手段の被写体側の端に近くなるように配置されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記光学部材の前記射出面は複数のプリズム形状部を有し、
   前記複数のプリズム形状部は、前記光学部材の前記射出面の中央部よりも端部のほうが狭い間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光学部材の前記射出面の中央部に配置される前記プリズム形状部は、先端が前記光軸に平行な軸に対して対称な角度となるように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。