JP6391274B2

JP6391274B2 - 照明装置

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Publication number: JP6391274B2
Application number: JP2014077485A
Authority: JP
Inventors: 梓菅原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: CN104977780A; JP2015200684A; US9804478B2; CN104977780B; US20150286113A1

Description

本発明は、照明装置に関する。

従来、照射角可変の照明装置であるストロボ装置では、超広角レンズの画角に対応するために、光出射窓部前面に挿脱可能なワイドパネルや着脱可能な光拡散アダプタなどを配置し、発光部からの出射光を超広角に拡散させている。ワイドパネルや光拡散アダプタの発光部側の面の出射窓部に対応する領域には、表面に拡散処理が施され拡散特性を備えた四角錐形状の複数の突起で構成された光学作用面が形成されている。

例えば、特許文献１では、光拡散アダプタは、光出射窓部を覆う形状をしており、光出射窓部に対応する領域と、光出射窓部に対応する領域の両端部からそれぞれ後方に延出した一対の折曲部と、を有する。光出射窓部に対応する発光部側の領域と被写体側の折曲部近傍の領域には、四角錐形状の突起群が形成されている。

特許文献２では、光拡散アダプタの光出射窓部に対応する被写体側の領域は曲面となってなり、発光部側の領域は被写体側の曲面との距離が略等しくなるように段差が形成されており、それぞれの段には四角錐形状の突起群が形成されている。

特許第４５９２９３３号特開平１１−３４４７４９号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された従来技術では、四角錐形状の拡散するパワーが強く、画面中央の明るさ(以後、ガイドナンバーと記述する)が大幅に低下してしまう。

このような課題を鑑みて、本発明は、超広角レンズの画角を満足する照射角度の実現と、より大きなガイドナンバーの実現を可能にした照明装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての照明装置は、撮像装置に着脱可能な照明装置であって、発光部と、前記発光部の前方に配置され、集光作用を有する第１のフレネル形状が形成された第１の光学部材と、前記第１の光学部材の前記第１のフレネル形状が形成された面と対向する面に、光拡散作用を有する第２のフレネル形状が形成された第２の光学部材と、を有し、前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材の前方に配置される第１の状態と、前記第１の光学部材の前方に配置されない第２の状態とに変更可能であり、前記第２の光学部材の焦点距離は、前記第１の光学部材の焦点距離よりも大きくないことを特徴とする。

本発明によれば、超広角レンズの画角に対応する照射角度の実現と、より大きなガイドナンバーの実現を可能にした照明装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るストロボ装置の外観斜視図である。ストロボ装置の主要光学系の分解斜視図である。ストロボ装置の主要光学系の中央断面図である。ストロボ装置の主要光学系の水平方向断面図である。第２の光学部材の使用時におけるストロボ装置の主要光学系の断面図である。第１の光学部材に形成されたフレネルレンズの説明図である。第２の光学部材に形成されたフレネルレンズの説明図である。第２の光学部材を配置する前の状態における光学シミュレーションの結果である。第２の光学部材を配置した後の状態における光学シミュレーションの結果である。表面に拡散処理を施された四角錐形状の突起群が形成されたワイドパネルを配置した後の状態における光学シミュレーションの結果である。照明装置に取り付け可能な光学アクセサリの斜視図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態の照明装置であるストロボ装置は、撮像装置（不図示）に着脱可能に取り付けられて使用される。

まず、図１から図５を用いて、ストロボ装置の主要光学系について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るストロボ装置の外観斜視図である。図２は、ストロボ装置の主要光学系の分解斜視図である。図３は、ストロボ装置の主要光学系の中央断面図である。図３（ａ）は撮像装置がワイド状態の場合、図３（ｂ）は撮像装置がテレ状態の場合を示している。図４は、ストロボ装置の主要光学系の水平方向断面図である。図４（ａ）は撮像装置がワイド状態の場合、図４（ｂ）は撮像装置がテレ状態の場合を示している。図５は、第２の光学部材５の使用時におけるストロボ装置の主要光学系の断面図である。このとき、撮像装置は、ワイド状態である。図５（ａ）は中央断面図、図５（ｂ）は水平方向断面図である。

ストロボ装置は、第１の光学部材１、反射傘２、閃光放電管３、保護パネル４、および第２の光学部材５を有する。第１の光学部材１は、反射傘２と閃光放電管３で構成されたストロボ装置の発光部の前面に固定される。第１の光学部材１は、閃光放電管３から射出される光束を集光、または均一に拡散する。反射傘２は、閃光放電管３から所定角度で射出される光束を均一に集光する。閃光放電管３が配置された反射傘２の内面側は、高反射率となる光輝アルミ材料、もしくは、高反射率材料を蒸着したモールド材料で形成されている。保護パネル４は、発光部の直前に配置され、ガラス材料のような耐熱性の高い材料で形成されている。保護パネル４は、発光部内にゴミやほこりが侵入するのを防止して光学特性の劣化を防止するとともに、第１の光学部材１に閃光放電管３からの放射熱が直接当たることを防いでいる。第２の光学部材５は、超広角レンズの画角に対応するために、第１の光学部材１の前方に配置されるワイドパネルである。超広角レンズとは、焦点距離２０ｍｍ以下のレンズを指す。

反射傘２、閃光放電管３、および保護パネル４は、位置関係が固定された状態で一体的に保持されている。図３，４に示すように、第１の光学部材１と発光部は、光軸方向における相対距離を変化させるように移動可能となっている。第２の光学部材５は、照射角度を大きくするために光を拡散する作用を有する。第２の光学部材５は、使用時は図１に示されるようにストロボ装置から引き出されて第１の光学部材１の前方に配置され、不使用時はストロボ装置内に収納されるように回動可能に取り付けられている。ストロボ装置は、撮像装置に取付けられた撮影レンズ（不図示）の焦点距離に応じて、第１の光学部材１と発光部との相対距離の変化や、第２の光学部材５の配置により、ストロボ光を拡散し、撮像装置の画角に対応した照射角度を変化させることができる。また、第２の光学部材５を除く各部材は、保持部材（不図示）で保持されている。この保持部材は、耐熱性のモールド部材で形成されており、反射傘２や閃光放電管３の駆動部を保持するとともに、不要な方向に光束が射出するのを防止する。

次に、第１の光学部材１の被写体側に形成されたフレネルレンズについて、図６を用いて詳細に説明する。第１の光学部材１の被写体側に形成されたフレネル形状には、第１の集光部１ａと第２の集光部１ｂが形成される。第１の集光部１ａは、閃光放電管３の長手方向に垂直な方向にのみ集光作用を有するように形成されている。第２の集光部１ｂは、第１の集光部１ａの両側に輪帯状に形成されている。第１の集光部１ａと第２の集光部１ｂに形成されたフレネルレンズの焦点距離は、２２．５ｍｍである。なお、第１の集光部１ａは、閃光放電管３の長手方向に集光作用を有していても、閃光放電管３の長手方向に垂直な方向の集光作用が長手方向の集光作用よりも強いように形成されていればよい。

第１の光学部材１の被写体側に形成されたフレネルレンズのように、焦点距離が短く、照射角可変に伴う移動量の少ない光学系では、テレ状態で閃光放電管３の像が被写体面上に形成されるような現象が発生する。また、閃光放電管３は、横長であり、必要とされる照射範囲に対して横長の照射となる場合がある。そのため、本実施形態では、第１の光学部材１の発光部側に、閃光放電管３と平行に複数のシリンドリカルレンズを形成している。そうすることで、上述した現象を防止し、また、上下の照射範囲を広げ、左右、上下のバランスが良い均一な配光特性を得ることができる。シリンドリカルレンズのパワーは、従来に比べて弱いパワーで良い。そのため、テレ状態での拡散に必要な光量ロスを最小限に抑えることができ、効率の良い光学系の構成が可能となる。

次に、第２の光学部材５の発光部側に形成されたフレネルレンズについて、図７を用いて詳細に説明する。第２の光学部材５の発光部側（第１の光学部材１の被写体側に形成されたフレネル形状に対向する側）に形成されたフレネル形状には、第１の拡散部５ａと第２の拡散部５ｂが形成される。第１の拡散部５ａは、閃光放電管３の長手方向に垂直な方向にのみ光拡散作用を有するように形成されている。第２の拡散部５ｂは、第１の拡散部５ａの両側に輪帯状に形成されている。第１の拡散部５ａと第２の拡散部５ｂに形成されたフレネルレンズの焦点距離は、２０ｍｍである。なお、第１の拡散部５ａは、閃光放電管３の長手方向に光拡散作用を有していても、閃光放電管３の長手方向に垂直な方向の光拡散作用が長手方向の光拡散作用よりも強いように形成されていればよい。第２の光学部材５の焦点距離を変えることで照射角度の変更は可能であるが、第１の光学部材１の焦点距離より小さくすれば照射角度は広くなり、ガイドナンバーが低下する。逆に、第１の光学部材１の焦点距離より大きくすれば、照射角度は狭くなり、超広角レンズの画角を満足できなくなる。バランスを考慮すると、第１および第２の光学部材１，５に形成されたフレネルレンズの焦点距離は、１５ｍｍ〜３５ｍｍの程度の範囲が望ましい。本実施形態では、第１および第２の光学部材１，５に形成されたフレネルレンズの焦点距離は、それぞれ２２.５ｍｍ、２０ｍｍで略一致している。

また、第１の集光部１ａの直線長さＬ１と第１の拡散部５ａの直線長さＬ２は、超広角レンズの水平方向の画角を満足するように調整することができる。本実施形態では、第１の集光部１ａの直線長さＬ１は１７ｍｍ、第１の拡散部５ａの直線長さＬ２は２０ｍｍである。すなわち、Ｌ２＞Ｌ１の関係を満たす。逆に、Ｌ２＜Ｌ１の関係になった場合、水平方向に光が拡散してしまい、ガイドナンバーが低下する。そのため、第１の集光部１ａの直線長さＬ１は第１の拡散部５ａの直線長さＬ２よりも短いことが好ましい。

次に、図８〜図１０を用いて、撮像装置がワイド状態であるときの光学シミュレーションの結果を説明する。図８は第２の光学部材５を配置する前の状態、図９は第２の光学部材５を配置した後の状態である。図１０は、従来技術の表面に拡散処理を施された四角錐形状の突起群が形成されたワイドパネルを配置した後の状態である。各図の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれの配光特性図、ＸＹ平面の発光強度分布図、Ｘ方向およびＹ方向の発光強度の等高線図を示している。なお、各図において、発光強度をＬＵＸで表しているが、一般的にストロボ装置の発光強度はガイドナンバーで表されることが多いため、以下ではＸＹ平面の中央の発光強度をガイドナンバーで表して説明する。

焦点距離１４ｍｍの超広角レンズの画角に必要とされる照射角度を水平方向１０４．７度、垂直方向８１度、対角方向１１４度とする。このとき、図８の状態では、照射角度は水平方向１１４．４度、垂直方向７２．９度、対角方向７８．３度、ガイドナンバーは２２．３である。すなわち、超広角レンズの画角に必要とされる垂直方向および対角方向の照射角度が得られず、図８に示すように、４隅が大きく暗くなっていることがわかる。図１０の状態では、照射角度は水平方向１２９．６度、垂直方向１２５．６度、対角方向１２３．４度、ガイドナンバーは１２．６である。すなわち、超広角レンズの画角に必要とされる照射角度は十分に得られているが、ガイドナンバーが極端に低くなり、ワイドパネルを配置する前と比較して明るさがおよそ７０％減少する。この結果より、従来の四角錐形状では必要以上に光を拡散し、暗くしていると言える。なお、本実施形態では、四角錐形状の頂角を６０度とした場合の説明をしている。四角錐形状の頂角の大きさに応じて照射角度やガイドナンバーは変化するが、超広角レンズの画角に必要とされる照射角度は十分に得られているが、ガイドナンバーが極端に低くなるという傾向は同じである。図９の状態では、照射角度は水平方向１２４．８度、垂直方向９６．９度、対角方向１４４度、ガイドナンバーは１６．９である。すなわち、超広角レンズに必要とされる照射角度に対し、水平、垂直方向ともに約１５度、対角方向では約３０度の余裕を持つ。照射角度は中央の明るさから５０％の明るさになった光の角度であるので、照射角度に１５度程度の余裕を持たせることは、画面の端まで明るさを保つためにも妥当な余裕量であると言える。明るさとしては、従来技術の四角錐形状の突起群が形成されたワイドパネルの結果（図１０の結果）と比較してガイドナンバーが大幅に改善されている。また、図９と図１０を比較すると、第２の光学部材５を配置している方が全体的に明るく、画角に対応した矩形形状で照射し、４隅の暗い領域が小さくなっていることがわかる。

以上、説明したように、本実施形態は、超広角レンズに対応した画角内を照射し、ガイドナンバーを改善した照明装置を提供することができる。

なお、本実施形態では、第２の光学部材として、ワイドパネルを用いて説明したが、光拡散アダプタに拡散作用を持つフレネルレンズを設けても良い。すなわち、図１１に示すような、照明装置に取り付け可能な光学アクセサリである光拡散アダプタ１０に本発明を適用してもよい。具体的には、光学アクセサリが、当該光学アクセサリを照明装置に取り付けた状態において、照明装置の発光部の前方に配置された第１の光学部材と対向する面に、光拡散作用を有するフレネル形状を形成すればよい。

また、照明装置に対して固定される第１の光学部材１が２枚の光学パネルで構成してもよい。このとき、２枚の光学パネルの合成パワーによって、集光作用を持たせることができる。

また、保護パネル４がない構成であってもよい。

また、発光部が直線状の並んだ複数のＬＥＤを光源とする構成であってもよい。このとき、ＬＥＤの指向性が強く、第１の光学部材以外の方向へ向かう成分が少なければ発光部が反射傘を有していなくてもよい。

また、上記の実施形態では、撮像装置に着脱可能に取り付けられて使用される照明装置を説明したが、撮像装置に内蔵された照明装置、すなわち、照明装置を内蔵した撮像装置に本発明を適用してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１第１の光学部材
２反射傘（発光部）
３閃光放電管（発光部）
５第２の光学部材

Claims

撮像装置に着脱可能な照明装置であって、
発光部と、
前記発光部の前方に配置され、集光作用を有する第１のフレネル形状が形成された第１の光学部材と、
前記第１の光学部材の前記第１のフレネル形状が形成された面と対向する面に、光拡散作用を有する第２のフレネル形状が形成された第２の光学部材と、を有し、
前記第２の光学部材は、前記第１の光学部材の前方に配置される第１の状態と、前記第１の光学部材の前方に配置されない第２の状態とに変更可能であり、
前記第２の光学部材の焦点距離は、前記第１の光学部材の焦点距離よりも大きくないことを特徴とする照明装置。
前記第２のフレネル形状には、前記発光部の長手方向に垂直な方向の光拡散作用が前記発光部の長手方向の光拡散作用よりも強い第１の拡散部と、前記第１の拡散部の両側に形成された輪帯状の第２の拡散部が形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。
前記第１のフレネル形状には、前記発光部の長手方向に垂直な方向の集光作用が前記発光部の長手方向の集光作用よりも強い第１の集光部と、前記第１の集光部の両側に形成された輪帯状の第２の集光部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記第１のフレネル形状には、前記発光部の長手方向に垂直な方向の集光作用が前記発光部の長手方向の集光作用よりも強い第１の集光部と、前記第１の集光部の両側に形成された輪帯状の第２の集光部が形成され、
前記第２のフレネル形状には、前記発光部の長手方向に垂直な方向の光拡散作用が前記発光部の長手方向の光拡散作用よりも強い第１の拡散部と、前記第１の拡散部の両側に形成された輪帯状の第２の拡散部が形成され、
前記第１の集光部の前記発光部の長手方向の長さが、前記第１の拡散部の前記発光部の長手方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記照明装置は、前記発光部と前記第１の光学部材との相対距離に応じて、照射角を変化させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
前記第１および第２の光学部材に形成されたフレネルレンズの焦点距離は、１５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置を有することを特徴とする撮像装置。
発光部と、前記発光部の前方に配置された集光作用を有する第１のフレネル形状が形成された第１の光学部材と、を有する、撮像装置に着脱可能である照明装置に、取り付け可能な光学アクセサリであって、
前記光学アクセサリには、前記光学アクセサリを照明装置に取り付けた状態において、前記第１の光学部材と対向する面に、光拡散作用を有する第２のフレネル形状が形成された第２の光学部材を有し、
前記第２の光学部材の焦点距離は、前記第１の光学部材の焦点距離よりも大きくないことを特徴とする光学アクセサリ。