JPH0610712B2

JPH0610712B2 - ストロボ閃光器

Info

Publication number: JPH0610712B2
Application number: JP61055742A
Authority: JP
Inventors: 三郎菅原
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1986-03-13
Filing date: 1986-03-13
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPS62211627A

Description

【発明の詳細な説明】「技術分野」本発明は、カメラ等に用いられるストロボ閃光器に関
し、特に小型化を図ったストロボ閃光器に関する。

「従来技術およびその問題点」ストロボ閃光器は一般に、第１０図に示すように、断面
が楕円の式で表される半円筒状の反射器１と、この反射器１の焦点
位置に配設した筒状のストロボ閃光器２から成ってい
る。ａは楕円の長軸長さ、ｂは楕円の短軸長さを示して
いる。このようなストロボ閃光器にあっては、第１０図
に示すように、ストロボ反射器１の前面開口部１ａにお
いて、ストロボ閃光管２から直接照射される光線の角度
θ１と、ストロボ反射器１に反射されてから照射される
光線の角度θ２とを照射角θとして等しくする必要があ
る。このため、ストロボ反射器の深さは楕円の長軸長さ
ａに等しくする必要があり、また、ストロボ反射器１に
おける開口径Ｄは楕円の短軸ｂの２倍とする必要があ
る。これらのことから、次の関係式が得られる。

a=b/sin θ、b=D/2 ここで、例えば、照射角θ=25゜で開口径Ｄ＝12mmのス
トロボ閃光器を得るには、これらの値を上記数式に代入
すれば良い。すなわち、ストロボ反射器１における楕円
形状を決定する長軸長さａは14.197mmとなり、短軸長さ
ｂは6mmとなる。ここで、ストロボ反射器１の深さ、す
なわち、長軸長さａは14.197mmであり、かなり深くしな
ければならないことがわかる。すなわち、この例及び上
記数式からわかるように、従来のストロボ閃光器では、
照射角θを狭めるためには、ストロボ反射器１の深さ、
すなわち長軸長さａを大きくとらねばならず、小型化の
妨げになっていた。

「発明の目的」本発明の目的は、ストロボ閃光器の小型化にある。特に
反射器の前面に凸フレネルレンズを装着するタイプのス
トロボ閃光器において、反射器の深さ方向の寸法を減少
させることを目的とする。

「発明の概要」本発明は、照射角の範囲を±15゜〜±45゜とし、凸フレ
ネルレンズの屈折率を1.4〜2.0の範囲とした場合に、凸
フレネルレンズの焦点距離ｆ、反射器の楕円形状を表わ
す円錐常数Ｋ、上記反射器の楕円形状を表わす基準球面
の曲率半径Ｒ、上記反射器の深さDp、上記反射器の頂点
と焦点位置との関係Fpにつき、理想的な数値を経験則や
計算によって求め、この理想的な数値に対し、ストロボ
閃光器として許容し得る範囲を研究して完成されたもの
である。すなわち、本発明は、上記ｆ、Ｒ、DpおよびFp
がそれぞれ次の、、、および式の範囲にある
ことを特徴としている。

1.5D＜f＜3D -1＜K＜-0.4 D/10＜R＜D/2 0.4D＜Dp＜1.2D D/20＜Fp＜D/3 「発明の実施例」以下、上記範囲が最適である理由を図面及び数式を用い
て説明する。

第１図、第２図は本発明によるストロボ閃光器の形状例
を示すもので、縦断面が x=y²/R[1+{1-(1+K)y²/R²}^1/2]（但し、Ｋは円錐常数、
Ｒは基準球面の曲率半径）の楕円で表される一定断面の
半円筒状の反射器３には、その前面開口部３ａに凸フレ
ネルレンズ４が位置し、内部の焦点位置に、円筒状のス
トロボ閃光管（キセノン閃光管）５が位置している。凸
フレネルレンズ４は、その前面、つまりストロボ閃光管
５と反対側の面に凸フレネル溝４ａが形成されたもので
ある。このレンズ４は、凸フレネル溝４ａをストロボ閃
光管５側に形成した同種の凸フレネルレンズに比し、ケ
ラレが少なく、集光効果が高い。凸フレネルレンズにお
けるケラレとは、集光作用に寄与しない部分をいい、そ
のケラレの様子を第９図(A),(B)に示す。この図に示す
ように、凸フレネル溝４ａを閃光管５と反対側（被写体
側）に形成したもの（第９図 (A)参照）の方が、凸フレ
ネル溝４ａをストロボ閃光管５側に形成したもの（同図
(B)参照）よりもケラレが少なく、結果として集光効果
が高いことがわかる。

以上の構成により、ストロボの上下方向の照射角をθ、
凸フレネルレンズの屈折率をｎとして、反射器３の深さ
Dpが従来よりも大幅に浅いストロボ閃光器が可能とな
る。

次に、凸フレネルレンズ４の焦点距離ｆ、反射器３の深
さDp、反射器３の頂点と焦点位置の間隔Fp、反射器３の
断面形状を表す係数Ｋ、Ｒを求める。

まず、凸フレネルレンズの焦点距離Ｆを、反射器３の開
口径Ｄに対して次の関係式の範囲内にあるものとする。

1.5D＜ｆ＜3D この範囲よりも凸フレネルレンズの焦点距離ｆが短い場
合には、凸フレネルレンズ端でのケラレが大きくなり好
ましくない。また、この範囲よりも凸フレネルレンズの
焦点距離ｆが長い場合には、反射器３の深さDpが大きく
なってしまい、小型化の効果が少ない。

以下の計算に際しては、特に明示しない限り、ｆ＝2Dと
して計算を行なう。

次に、反射器３の深さDp、反射器３の頂点と焦点位置の
間隔Fp、反射器３の断面形状を表す係数Ｋ、Ｐにつき、
理想的な許容範囲を求める訳であるが、その前にこれら
の数値を計算により求めるための基本的な数式を説明す
る。

第３図に示すように、プリズム４ａの角度をσ、屈折率
をｎ、第１面に対する入射角をθ１とすると、光線のふ
れ角εは次式で表される。

ε=θ1+sin^-1[nsin{σ-sin^-1(sinθ1/n)}]-σ… まずはじめに凸フレネルレンズの焦点距離ｆより凸フレ
ネルレンズ端のプリズム角度σを求める。第４図に示す
ように凸フレネルレンズ端における光線のふれ角δは次
式で求められる。

δ＝tan^-1(D/2f) よって前記式にθ1=0、ε＝δを代入してσについて
解くと、次の式が得られる。

この式により凸フレネルレンズ端のプリズム角度σが求
められる。次に第５図に示したように、反射器３の焦点
Ｆから発せら、凸フレネルレンズのみを通って被写体に
照射される、凸フレネルレンズ端の光線の射出角度ε１
が照射角θと一致するときの角度Ψを求める。前記式
にε＝φ−ε１＝φ−θ、θ１＝φを代入すると、 φ−θ＝φ⁺sin^-1[nsin{σ-sin^-1(sinφ/n)]}−σ となる。これを整理して、 θ＝σ−sin^-1[nsin{ σ-sin^-1(sinφ/n)}]としこれを
φについて解くと次式になる。

φ＝sin^-1[nsin{ σ-sin^-1(sin( σ-θ)/n)}]… 次に第５図において、反射器３の焦点Ｆから発せられ
て、反射器３で反射され、凸フレネルレンズ４で屈折さ
れて被写体に照射される、凸フレネルレンズ端の光線の
射出角度ε２が照射角θと一致するときの角度ρを求め
る。角度ρは反射器３で反射された光線の凸フレネルレ
ンズ４への入射角である。前記式にε＝ε２＝θ、θ
１＝ρを代入すると、 θ＝ρ⁺sin^-1{nsin(ρ-sin^-1(sin ρ/n))}- σ… 式を変形して、 f(ρ)=２ρ−σ−θ＋sin^-1{nsin(σ- sin^-1(sinρ/n)}
… とおいて、ｆ（ρ）＝０となるρをいわゆる中点法にて
求める。中点法とは、複雑な方程式の根を繰り返し計算
によって求める方法であり、コンピュータ等で簡単に行
なえる。たとえば、初期値ρ１＝０゜、ρ２＝90゜、誤
差δ＝0.001゜とおいて計算を行なう。

この計算のフローチャートを第８図に示す。第８図に示
すフローチャートを簡単に説明すると次のようになる。

すなわち、まずρの初期値ρ１、ρ２をそれぞれ０゜、
90゜と仮定し、この値を基にｆ（ρ１）とｆ（ρ２）と
を計算し、これらの積ｆ（ρ１）・ｆ（ρ２）が常に負
になるように、すなわち、各ｆ（ρ１）、ｆ（ρ２）が
０に近づくように、（ρ１＋ρ２）／２の値を次々とρ
１又はρ２に入れ換えて計算し、｜ρ２−ρ１｜の値が
δ以下になるまで計算して、そうなった時のρ１の値を
ρとして求めるのである。このようにして求めたρが
式の近似解となる。

次に、このようにして求められたφ、ρから反射器３の
形状を求める。

第６図において、まず反射器３の形状を表す楕円の長軸
長さａを求める。楕円の性質より、 FP+PF′=FP′+P′F=2aとなる。よって、 FP+PF′=D/2sinφ+D/2sinρ=2aが成り立つ。したがっ
て、ａ=(D/4)(1/sinφ+1/sinρ) …… また、反射器３の形状を表す楕円の短軸長さｂを求め
る。第６図により、 2ae=D/2tanφ+D/2tanρが成り立つ。したがって、ｅ＝(D/4a)(1/tanφ+1/tanρ) …… 但しここでｅは離心率である。

、を代入して、楕円の式にこのようにして求めたａ、ｂを代入すれば、
反射器３の形状が求められる。楕円の式は次のように表
せる。

また、円錐常数Ｋ＝−ｅ^２、基準球面の曲率径Ｒ＝ｂ^２
／ａと関係から、円錐曲率の式としても表すことができ
る。すなわち、ｘ＝(y²/R)／［１＋｛１−（１＋Ｋ）y²/R²｝］^1/2… また反射器３の頂点と焦点との間隔FpはFp=a(1-e)、反
射器３の深さDpは Dp=Fp+D/2tanφの式により求めることができる。

以上のような計算を行なうことにより、反射器３の縦断
面の開口径Ｄ、ストロボの上下方向の照射角θ、凸フレ
ネルレンズ４の屈折率ｎを入力すれば、凸フレネルレン
ズの焦点距離ｆおよび反射器３の形状を表す係数（円錐
常数Ｋ、基準球面の曲率半径Ｒ）、反射器３の深さDp、
反射器３の頂点と焦点の間隔Fpを簡単に求めることがで
きる。

次に、具体的な計算例を示す。入力データとして次の値
を代入して、上述した計算を行なう。

反射器の縦断面の開口径Ｄ＝12 上下方向の照射角θ＝25゜凸フレネルレンズの屈折率ｎ＝1.49136 ここで凸フレネルレンズの焦点距離ｆ=2D=24とすれば、
次の計算結果が得られる。

円錐常数Ｋ＝−0.85922 基準球面の曲率半径Ｒ＝2.66777 反射器の深さDp＝8.782 反射器の頂点と焦点の間隔Fp＝1.384 同様にＤ＝12、θ＝33.5゜、ｎ＝1.49136の場合には、
次の結果が得られる。

ｆ＝2D＝24として、Ｋ＝-0.711558、Ｒ＝3.56901 Dp＝7.054、Fp＝1.936 同様にＤ＝12、θ＝15゜、ｎ＝1.49136の場合には、次
の結果が得られる。

ｆ＝2D＝24として、Ｋ＝-0.99010、Ｒ＝1.54765 Dp＝12.099、Fp＝0.776 同様にＤ＝12、θ＝45゜、ｎ＝1.49136の場合には、次
の結果が得られる。

ｆ＝2D＝24として、Ｋ＝-0.46357、Ｒ＝4.79809 Dp＝5.354、Fp＝2.855 上述した本実施例に係る計算結果における反射器の深さ
Dpと従来例に係る反射器の深さDp′との比較表を次に示
す。

以上の計算結果から、次のことが明白となる。すなわ
ち、一般的なストロボ閃光器の上下方向の照射角の範囲
を±15゜〜±45゜とすると、凸フレネルレンズの屈折率
が1.4〜２の範囲において縦断面の開口径Ｄに対して、
次の条件を満たせば反射器の深さ方向の寸法の従来のも
のの約半分にすることができる。

凸フネルレンズの焦点距離ｆ 1.5D＜f＜3D … 反射器の形状を表す係数Ｋ（円錐常数）-1＜K＜-0.4 … 反射器の形状を表す係数Ｒ（基準球面の曲率半径）D/10＜R＜D/2 … 反射器の深さDp 0.4D＜Dp＜1.2D … 反射器の頂点と焦点との間隔Fp D/20＜Fp＜D/3… なお、上述した実施例では、凸フレネルレンズの凸フレ
ネル溝がストロボ閃光管と反対側にある場合について述
べたが、凸フレネルレンズの凸フレネル溝がストロボ閃
光管側にある場合、あるいは両側にある場合においても
同様な方法にて反射器の形状を求めることができる。そ
の場合の各ｆ、Ｋ、Ｒ、Dp、Fpの値も、上述した〜
式の範囲内にすれば、従来のこの種のストロボ閃光器の
深さ方向の寸法を低減できる点については同様である。

第７図は、反射器３の頂点ａ部分に、軸ｘ上を中心とす
る、ストロボ閃光管５の半径とほぼ等しい半径ｄの半円
筒収納部３ａを形成し、この半円筒収納部３ａ内にスト
ロボ閃光管５の奥半分を収納するタイプのストロボ閃光
器に本発明を適用したものである。図のFp、Dpおよび反
射器３の形状を表す係数Ｋ、Ｒは前述した第一の実施例
と同様に定める。この実施例によると焦点Ｆを反射器の
頂点ａに近づけることができるため、反射器３をさらに
小型化することがで可能となる。しかも、ストロボ閃光
管５の発光中心は反射器３の反射面より前方に位置する
ため、発光効率にはなんら影響が生じない。

「発明の効果」以上のように、本発明は、ストロボ閃光器を構成する凸
フレネルレンズのｆ、反射器の形状を表す円錐常数Ｋ、
反射器の形状を表す基準球面の曲率半径Ｒ、反射器の深
さDp、反射器の頂点と焦点位置との間隔Fpを最適範囲に
設定したので、反射器の深さ方向の寸法を従来装置に比
して小さくすることができる。しかも照射効率は従来の
ストロボ閃光器と同様なので、非常に小型で効率のよい
ストロボ閃光器が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のストロボ閃光器の実施例を示す第２図
のＩ−Ｉ線に沿う断面図、第２図は同正面図、第３図は
凸フレネルレンズの屈折状態を示す光路図、第４図は凸
フレネルレンズの縦断面図の凸フレネルレンズ端におけ
るプリズム角度を求めるための光路図、第５図はストロ
ボ閃光管から直接凸フレネルレンズを経て照射される
光、およびストロボ閃光管から反射器および凸フレネル
レンズを経て照射される光の光路図、第６図は楕円の性
質より、反射器の楕円を形成する長軸長さおよび短軸長
さを求める説明図、第７図は本発明の別の実施例を示す
断面図、第８図は反射器と凸フレネルレンズを通過する
光線の凸フレネルレンズ端での入射角を求める計算式の
フローチャート図、第９（Ａ）、（Ｂ）は凸フレネルレ
ンズにおけるケラレを示す断面図、第１０図は従来のス
トロボ閃光器を示す縦断面図である。３……反射器、４……凸フレネルレンズ、５……ストロ
ボ閃光器、ｆ……焦点距離、Ｄ……開口径、Ｋ……反射
器の断面形状を表わす円錐常数、Ｒ……反射器の断面形
状を表わす基準球面の曲率半径、Dp……反射器の深さ、
Fp……反射器の頂点と焦点との間隔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦断面x=y²/R[1+{1-(1+K)y²/R²}^1/2]の楕
円で表される半円筒状の反射器と、この反射器の焦点に
位置する円筒状のストロボ閃光管と、上記反射器の前面
開口部に固定されて位置する凸フレネルレンズとにより
構成され、上記反射器の縦断面における開口径をＤ、上
記凸フレネルレンズの屈折率ｎをn=1.4〜2.0、照射角の
範囲をθ＝±15゜〜±45゜とした場合、上記凸フレネル
レンズの焦点距離ｆ、上記反射器の楕円形状を表わす円
錐常数Ｋ、上記反射器の楕円形状型を表わす基準球面の
曲率半径Ｒ、上記反射器の深さDp、上記反射器の頂点と
焦点位置との間隔Fpが、それぞれ次に表わされる、
、、および式の範囲にあることを特徴とするス
トロボ閃光器。 1.5D＜f＜3D -1＜K＜-0.4 D/10＜R＜D/2 0.4D＜Dp＜1.2D D/20＜Fp＜D/3
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、凸フレネ
ルレンズは、ストロボ閃光管と反対側の面にのみ、凸フ
レネル溝が形成されているストロボ閃光器。
【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、反射器には、その頂点部分に、半円筒収納部が形成
され、この半円筒収納部内に、ストロボ閃光管の奥部が
収納されているストロボ閃光器。