JPH06332044A - 照明装置 - Google Patents

照明装置

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Publication number
JPH06332044A
JPH06332044A JP5144283A JP14428393A JPH06332044A JP H06332044 A JPH06332044 A JP H06332044A JP 5144283 A JP5144283 A JP 5144283A JP 14428393 A JP14428393 A JP 14428393A JP H06332044 A JPH06332044 A JP H06332044A
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JP
Japan
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optical axis
lens
fresnel
fresnel lens
reference optical
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Application number
JP5144283A
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English (en)
Inventor
Motoyuki Otake
基之 大竹
Koichi Oshita
孝一 大下
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フレネルレンズの光軸を照明装置の基準光軸
に対してチルトさせても撮影レンズの撮影範囲を実質的
に偏りなく良好に照明することのできる照明装置を提供
することを目的とする。 【構成】 本発明の照明装置は、屈折手段がそのレンズ
光軸に対して回転対称形状を有するフレネルレンズ13
からなり、該フレネルレンズ13の被写体側の面は前記
レンズ光軸に対して垂直な平面であり、前記フレネルレ
ンズの他方の面はフレネル面であり、発光手段11の光
軸と反射手段12の光軸は共軸であって照明装置の基準
光軸を構成し、前記レンズ光軸23は前記基準光軸21
に対して一定角度だけチルトし、前記フレネルレンズの
レンズ中心は前記基準光軸21と前記フレネルレンズと
の交点であるレンズ交点から一定距離だけシフトしてお
り、前記レンズ光軸のチルトに基づく照射方向の前記基
準光軸に対する偏りが、前記レンズ中心のシフトに基づ
く照射方向の前記基準光軸に対する偏りによって実質的
に補正されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は照明装置に関し、特に写
真撮影用の閃光発光装置等に用いられる照明装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図9は、従来の照明装置を備えたカメラ
の構成を概略的に示す斜視図である。図示のカメラは、
撮影レンズ7および照明装置10を備えたカメラ本体6
からなる。赤目現象(目の瞳孔が開いているとき照明装
置10を発した光束が眼底に反射して目が赤く写る現
象)を軽減するために、照明装置10はその光軸9が撮
影レンズ7の光軸8から十分離れるように位置決めされ
ている。一般に、カメラ本体6を被写体側から見たと
き、照明装置10は図示のようにカメラ本体6の右端ま
たは左端に位置決めされている。
【0003】図10は、図9の照明装置の構成を概略的
に示す断面図である。図9および図10を参照すると、
照明装置10は閃光を発光するための発光手段としてた
とえばキセノン管1を備えている。キセノン管1に対し
て被写体とは反対側には、キセノン管1が放射した光束
を反射するための反射傘2が配設されている。一方、キ
セノン管1に対して被写体側には、キセノン管1が直接
放射した光束および反射傘2が反射した光束を被写体方
向に照射するためのフレネルレンズ3が配設されてい
る。フレネルレンズ3はその光軸に対して回転対称な形
状を有し、キセノン管1に対向する面がフレネル面であ
り、他方の面は光軸に垂直な平面となっている。
【0004】キセノン管1の光軸、反射傘2の光軸およ
びフレネルレンズ3の光軸は、それぞれ照明装置10の
光軸9と一致している。すなわち、各光軸は光軸9に対
して共軸関係にある。キセノン管1を発した光束のうち
被写体とは反対方向に進む光束は、反射傘2により被写
体方向に反射され、フレネルレンズ3によって屈折され
て撮影レンズ7の撮影範囲を照明する。一方、キセノン
管1を発した光束のうち被写体方向に進む光束は、直接
フレネルレンズ3に入射しフレネルレンズ3によって屈
折されて撮影レンズ7の撮影範囲を照明する。
【0005】図示のようなフレネルレンズでは球面収差
が補正されているが、サインコンディションは補正され
ていない(フレネル面だけで球面収差とサインコンディ
ションを同時に補正することはできない)。このため、
撮影レンズ7の撮影範囲を偏りなく良好に照明するに
は、図示のように撮影レンズ7の光軸8に対して照明装
置10の光軸9を平行に位置決めし、且つ上述のように
キセノン管1の光軸、反射傘2の光軸およびフレネルレ
ンズ3の光軸をそれぞれ照明装置10の光軸9と一致さ
せていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の照
明装置では、撮影レンズの撮影範囲を偏りなく良好に照
明するために、フレネルレンズの光軸を照明装置の基準
光軸と一致させる必要があった。このため、カメラ本体
のデザイン、とりわけカメラ前面(撮影レンズの側)の
外形形状が著しく制約されるという不都合があった。換
言すれば、カメラ本体のデザインを優先してフレネルレ
ンズの光軸を照明装置の基準光軸に対して単にチルト
(傾斜)させた場合、照射方向が上下または左右に偏っ
てしまう。このため、撮影レンズの撮影範囲を偏りなく
良好に照明することができず、照明欠けが起こるという
不都合があった。
【0007】上記不都合を解消するために、フレネルレ
ンズの被写体側の面を球面にしてサインコンディション
を補正したり、フレネルレンズをその光軸に対して回転
対称でない形状にすることによって、照射方向が偏らな
いようにすることも理論的にには考えられる。しかしな
がら、フレネルレンズの被写体側の面を球面にしたり全
体形状を非回転対称形状にすることは、必要な加工自体
が困難であり且つ所望の加工精度を確保することが困難
であるため、実用上不可能であった。本発明は、前述の
課題に鑑みてなされたものであり、フレネルレンズの光
軸を照明装置の基準光軸に対してチルトさせても撮影レ
ンズの撮影範囲を実質的に偏りなく良好に照明すること
のできる照明装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、閃光を放射するための発光手段
と、該発光手段に対して被写体とは反対側に位置決めさ
れ前記発光手段が放射した光束を反射するための反射手
段と、前記発光手段に対して被写体側に位置決めされ前
記発光手段が直接放射した光束および前記反射手段が反
射した光束を被写体に向かって照射するための屈折手段
とを備えた照明装置であって、前記屈折手段はそのレン
ズ光軸に対して回転対称形状を有するフレネルレンズか
らなり、該フレネルレンズの被写体側の面は前記レンズ
光軸に対して垂直な面であり、前記フレネルレンズの他
方の面はフレネル面であり、前記発光手段の光軸と前記
反射手段の光軸は共軸であって照明装置の基準光軸を構
成し、前記レンズ光軸は前記基準光軸に対して一定角度
だけチルトし、前記フレネルレンズのレンズ中心は前記
基準光軸と前記フレネルレンズとの交点であるレンズ交
点から一定距離だけシフトしており、前記レンズ光軸の
チルトに基づく照射方向の前記基準光軸に対する偏り
が、前記レンズ中心のシフトに基づく照射方向の前記基
準光軸に対する偏りによって実質的に補正されているこ
とを特徴とする照明装置を提供する。
【0009】また、本発明の好ましい態様によれば、被
写体に向かう前記レンズ光軸の方向を示す単位ベクトル
をLとし、被写体に向かう前記基準光軸の方向を示す単
位ベクトルをKとし、前記レンズ交点から前記レンズ中
心を結ぶベクトルをMとし、前記屈折手段の焦点距離を
fとすると、前記ベクトルL、KおよびMは同一平面内
に存在し、前記ベクトルLとMは垂直であり、前記パラ
メータによって表現される基準値であって、前記シフト
量に対応するベクトルMの大きさ|M|と前記チルト量
に対応するベクトルLとKとの内積(L・K)との積を
前記焦点距離fで除して無次元化した値|M|・(L・
K)/fが、前記レンズ光軸のチルトに基づく照射方向
の偏りに対して前記レンズ中心のシフトに基づく照射方
向の偏りが大きくなってしまう限界を定義する上限値
と、前記レンズ中心のシフトに基づく照射方向の偏りに
対して前記レンズ光軸のチルトに基づく照射方向の偏り
が大きくなってしまう限界を定義する下限値とで定義さ
れる範囲内にある。さらに好ましくは、前記上限値は
0.2であり且つ前記下限値は0.03である。
【0010】
【作用】図5乃至図8は、本発明の照明装置の作用を説
明するための一連の図であって、図5はフレネルレンズ
のチルトおよびシフト(偏心)がない場合の光学断面図
である。図中、フレネルレンズは薄肉レンズであると仮
定する。図5において、基準光軸dはレンズ光軸eと一
致している。したがって、フレネルレンズレンズbのレ
ンズ中心とフレネルレンズbと基準光軸dとの交点であ
るレンズ交点とが一致している。換言すれば、レンズ光
軸eは基準光軸dに対してチルトしておらず、レンズ中
心は基準光軸d(またはレンズ交点)からシフトしてい
ない。したがって、発光光源aを発した光線r1および
r2は屈折手段であるフレネルレンズbによって屈折さ
れ、撮影レンズの撮影範囲を包括する領域を偏りなく照
明する。フレネルレンズbによる発光光源aの虚像c
は、基準光軸dすなわちレンズ光軸e上に結像する。
【0011】図6において、レンズ光軸eは基準光軸d
に対して角度θだけチルトしているが、レンズ中心は基
準光軸d(またはレンズ交点)からシフトしていない。
この場合、近軸領域においては、発光光源aのフレネル
レンズbによる虚像の位置c′は基準光軸d上に存在す
る。つまり、発光光源aがフレネルレンズbに対して高
さをもつようになり(発光光源aからレンズ光軸eに対
して下ろした垂線の長さが像高に相当)、虚像は像高を
もつようになる(位置c′からレンズ光軸eに対して下
ろした垂線の長さが像高に相当)。しかしながら、フレ
ネルレンズbでは上述のようにサインコンディションが
十分補正されていない。このため、実際の発光光源aが
発した光線は位置c′ではなく、基準光軸dから距離Γ
だけ離れた位置cから発光するかのようになる。この位
置cは、図示のように、虚像c′からレンズ光軸eに対
して下ろした垂線上にある。このように、発光光源aを
発した光線r1およびr2は位置cに虚像ができるよう
にフレネルレンズbで屈折され、基準光軸dに対して角
度γだけ偏った照明方向をとる。この結果、撮影レンズ
の撮影範囲に対して照明範囲が偏ってしまい、照明欠け
が発生する。
【0012】図中において、照明方向の偏り角γ(以
下、「チルトに基づく偏り」という)は、基準光軸dに
沿ったフレネルレンズbと位置cとの間隔BCおよび上
述の距離Γを用いて次の数式(1)によって表される。
【0013】
【数1】γ=tan-1(Γ/BC)
【0014】図7において、レンズ光軸eは基準光軸d
に対して平行であってチルトしておらず、レンズ中心は
基準光軸dから距離Δだけシフトしている。この場合、
発光光源aがレンズ光軸eに対してΔだけ高さを有する
と考えることができる。屈折手段であるフレネルレンズ
bの結像倍率をβとすると、図示のように虚像cはβ・
Δの像高を有する。このように、発光光源aを発した光
線r1およびr2は基準光軸dに対して角度δだけ偏っ
た照明方向をとる。この結果、撮影レンズの撮影範囲に
対して照明範囲が偏ってしまい、照明欠けが発生する。
偏り角δ(以下、「シフトに基づく偏り」という)は、
基準光軸dに沿った発光光源aとフレネルレンズbとの
間隔ABおよびレンズ光軸eの基準光軸dからの距離Δ
を用いて次の数式(2)によって表される。
【0015】
【数2】δ=tan-1(Δ/AB)
【0016】図8は本発明の照明装置に対応した光学断
面図であって、レンズ光軸eは基準光軸dに対して角度
θだけチルトしているとともに、レンズ中心は基準光軸
dから距離Δだけシフトしている。この場合、レンズ光
軸の方向を示すベクトルL、基準光軸を示すベクトル
K、およびレンズ交点からレンズ中心を結ぶベクトルM
が同一面内にあれば、照明範囲の偏り角αは上述のチル
トに基づく偏りγとシフトに基づく偏りδの総和とし
て、次の数式(3)で表される。
【0017】
【数3】α=γ+δ
【0018】このように、チルトに基づく偏りγをシフ
トに基づく偏りδで補正することにより、撮影レンズの
照明範囲を偏りなく良好に照明することが可能になる。
本発明の発明者は、チルトに基づく偏りγをシフトに基
づく偏りδで補正するという基本的な発明概念を実現す
るために、無次元化された基準値を含む次の数式(4)
を導入した。
【0019】
【数4】LV<|M|・(L・K)/f<UV
【0020】ここで、Lは被写体に向かうレンズ光軸e
の方向を示す単位ベクトルであり、Kは被写体に向かう
基準光軸dの方向を示す単位ベクトルであり、Mはレン
ズ交点からレンズ中心を結ぶベクトルであり、fはフレ
ネルレンズの焦点距離である。なお、ベクトルL、Kお
よびMは同一平面内に存在し、ベクトルLとMは垂直で
ある。無次元化された基準値において、ベクトルMの大
きさ|M|はレンズ交点とレンズ中心との距離であって
シフト量に対応し、単位ベクトルLとKとの内積(L・
K)は基準光軸dとレンズ光軸eとがなす角度θに対す
る余弦、すなわちcosθであってチルト量に対応して
いる。
【0021】また、数式(4)において、UVはチルト
に基づく偏りγに対してシフトに基づく偏りδが大きく
なってしまう限界を定義する上限値であり、LVはシフ
トに基づく偏りδに対してチルトに基づく偏りγが大き
くなってしまう限界を定義する下限値である。したがっ
て、前記無次元化された基準値が上限値UVと下限値L
Vとで定義される範囲にあれば、チルトに基づく偏りγ
がシフトに基づく偏りδによって実質的に補正され、撮
影レンズの照明範囲を偏りなく良好に照明することによ
る。本発明の発明者は、以下において説明する2つの実
施例の他に、現行の照明装置を対象とした種々の可能な
パラメータに基づくシミュレーションおよび実験を実施
し、上記下限値が約0.03であり上限値が約0.2で
あることを知得し且つ検証した。
【0022】
【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の実施例にかかる照明装置の構成
を模式的に説明する図である。本発明の照明装置は閃光
を発光するための発光手段としてたとえばキセノン管1
1を備えている。キセノン管11に対して被写体とは反
対側には、キセノン管11が放射した光束を反射するた
めの反射傘12が配設されている。反射傘12は、曲率
半径Rの円筒形状をしており、キセノン管11の中心か
ら距離Bだけ間隔を隔てている。
【0023】一方、キセノン管11に対して被写体側に
は、キセノン管11が直接放射した光束および反射傘1
2が反射した光束を被写体方向に照射するための屈折手
段としてフレネルレンズ13が配設されている。キセノ
ン管11の光軸と反射傘12の光軸は共軸であって、照
明装置の基準光軸21を構成している。図2は、図1の
フレネルレンズ13の断面図である。図1および図2を
参照すると、フレネルレンズ13はそのレンズ光軸23
に対して回転対称な形状を有し、キセノン管11に対向
する面がフレネル面14であり、他方の面は平面15と
なっている。基準光軸dに沿ったフレネルレンズ13の
フレネル面14とキセノン管11の中心との距離はAで
ある。
【0024】フレネルレンズ13のレンズ光軸23は基
準光軸21に対して図中時計周りに角度θだけチルト
し、フレネルレンズ13のレンズ中心は基準光軸21か
ら距離Δだけ図中下方にシフトしている。キセノン管1
1を発した光束のうち被写体とは反対方向に進む光束
は、反射傘12により被写体方向に反射され、フレネル
レンズ13によって屈折されて被写体を照明する。一
方、キセノン管11を発した光束のうち被写体方向に進
む光束は、直接フレネルレンズ13に入射しフレネルレ
ンズ13によって屈折されて被写体を照明する。
【0025】図3は、本実施例の照明装置においてキセ
ノン管を発した光線の光路を示す光学断面図である。ま
た、図4は、チルトもシフトもない従来の照明装置にお
いてキセノン管を発した光線の光路を示す光学断面図で
ある。本実施例の照明装置では、チルトに基づく偏りを
シフトに基づく偏りによって実質的に補正することがで
きるように構成されている。したがって、図3に示すよ
うにキセノン管11を発した光線は、基準光軸21に対
して実質的に偏ることなく被写体を良好に照射すること
ができる。このように、本実施例では屈折手段であるフ
レネルレンズ13のレンズ光軸23を基準光軸21に対
してチルトさせているにもかかわらず、図4に示すよう
なチルトの全くない従来例と同様、実質的に偏りのない
照明を実現することができる。以下、実施例1および実
施例2では、照明装置の諸パラメータを例示的に特定し
た事例において、無次元化された基準値の検証を行う。
【0026】(実施例1)実施例1において特定した諸
パラメータの値は、次の通りである。 A=6.00mm B=3.00mm R=3.00mm d=2.000mm(フレネルレンズの中心厚) f=38.000mm r=18.661mm(フレネルレンズの近軸曲率半
径) n=1.491(フレネルレンズのd線に対する屈折
率) また、フレネルレンズの形状データは、次の通りであ
る。ここで、Hはフレネルレンズの光軸からの高さであ
り、Θはフレネルレンズの角度である。
【0027】
【表1】 H(mm) Θ(°) 1.75 5.35 2.75 8.34 3.75 11.24 4.75 14.03 5.75 16.68 6.75 19.18 7.75 21.51 8.75 23.67 9.75 25.68
【0028】基準光軸に対してレンズ光軸を図中時計周
りに角度θだけチルトさせた場合、このチルトに基づく
照明方向の偏りを補正するのに要する所望のシフト量
(レンズ交点とレンズ中心との距離)に対応する距離Δ
(レンズ中心の基準光軸から図中下方にシフトした距
離)は、次の通りであった。 θ=12.7° Δ=2.7mm 本発明で導入した無次元化基準値の値は、次の通りであ
った。 |M|・(L・K)/f=0.07 このように、無次元化基準値の値が上限値と下限値との
間にあることが確認された。
【0029】(実施例2)実施例2において特定した諸
パラメータの値は、次の通りである。 A=5.00mm B=3.00mm R=3.00mm d=1.500mm f=19.200mm r=9.429mm n=1.491 また、フレネルレンズの形状データは、次の通りであ
る。
【0030】
【表2】 H(mm) Θ(°) 1.00 3.84 1.80 9.53 2.60 13.96 3.40 18.04 4.20 21.72 5.00 24.97
【0031】基準光軸に対してレンズ光軸を図中時計周
りに角度θだけチルトさせた場合、このチルトに基づく
照明方向の偏りを補正するのに要する所望のシフト量
(レンズ交点とレンズ中心との距離)に対応する距離Δ
(レンズ中心の基準光軸から図中下方にシフトした距
離)は、次の通りであった。 θ=12.0° Δ=2.0mm 本発明で導入した無次元化基準値の値は、次の通りであ
った。 |M|・(L・K)/f=0.10 このように、無次元化基準値の値が上限値と下限値との
間にあることが確認された。
【0032】
【効果】以上説明したように、本発明の照明装置では、
レンズ光軸を照明装置の基準光軸に対してチルトさせて
も、レンズ中心を本発明にしたがい基準光軸から適宜シ
フトさせることにより、チルトに基づく偏りγをシフト
に基づく偏りδによって実質的に補正することができる
ので、撮影レンズの照明範囲を偏りなく良好に照明する
ことができる。この結果、カメラ本体とりわけカメラの
前面のデザインに対する制約が著しく緩和される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる照明装置の構成を模式
的に説明する図である。
【図2】図1のフレネルレンズの断面図である。
【図3】本実施例の照明装置においてキセノン管を発し
た光線の光路を示す光学断面図である。
【図4】チルトもシフトもない従来の照明装置において
キセノン管を発した光線の光路を示す光学断面図であ
る。
【図5】本発明の照明装置の作用を説明するための一連
の図の一部であって、フレネルレンズのチルトおよびシ
フトがない場合の光学断面図である。
【図6】本発明の照明装置の作用を説明するための一連
の図の一部であって、フレネルレンズのチルトのみがあ
る場合の光学断面図である。
【図7】本発明の照明装置の作用を説明するための一連
の図の一部であって、フレネルレンズのシフトのみがあ
る場合の光学断面図である。
【図8】本発明の照明装置の作用を説明するための一連
の図の一部であって、フレネルレンズのチルトおよびシ
フトの双方がある場合の光学断面図である。
【図9】従来の照明装置を備えたカメラの構成を概略的
に示す斜視図である。
【図10】図9の照明装置の構成を概略的に示す断面図
である。
【符号の説明】
1 キセノン管 2 反射傘 3 フレネルレンズ 6 カメラ本体 7 撮影レンズ 9 基準光軸 10 照明装置 11 キセノン管 12 反射傘 13 フレネルレンズ 14 フレネル面 15 平面 21 基準光軸 23 レンズ光軸

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閃光を放射するための発光手段と、該発
    光手段に対して被写体とは反対側に位置決めされ前記発
    光手段が放射した光束を反射するための反射手段と、前
    記発光手段に対して被写体側に位置決めされ前記発光手
    段が直接放射した光束および前記反射手段が反射した光
    束を被写体に向かって照射するための屈折手段とを備え
    た照明装置であって、 前記屈折手段はそのレンズ光軸に対して回転対称形状を
    有するフレネルレンズからなり、該フレネルレンズの被
    写体側の面は前記レンズ光軸に対して垂直な平面であ
    り、前記フレネルレンズの他方の面はフレネル面であ
    り、 前記発光手段の光軸と前記反射手段の光軸は共軸であっ
    て照明装置の基準光軸を構成し、 前記レンズ光軸は前記基準光軸に対して一定角度だけチ
    ルトし、前記フレネルレンズのレンズ中心は前記基準光
    軸と前記フレネルレンズとの交点であるレンズ交点から
    一定距離だけシフトしており、 前記レンズ光軸のチルトに基づく照射方向の前記基準光
    軸に対する偏りが、前記レンズ中心のシフトに基づく照
    射方向の前記基準光軸に対する偏りによって実質的に補
    正されていることを特徴とする照明装置。
  2. 【請求項2】 被写体に向かう前記レンズ光軸の方向を
    示す単位ベクトルをLとし、被写体に向かう前記基準光
    軸の方向を示す単位ベクトルをKとし、前記レンズ交点
    から前記レンズ中心を結ぶベクトルをMとし、前記屈折
    手段の焦点距離をfとすると、前記ベクトルL、Kおよ
    びMは同一平面内に存在し、前記ベクトルLとMは垂直
    であり、 前記パラメータによって表現される基準値であって、前
    記シフト量に対応するベクトルMの大きさ|M|と前記
    チルト量に対応するベクトルLとKとの内積(L・K)
    との積を前記焦点距離fで除して無次元化した値|M|
    ・(L・K)/fが、前記レンズ光軸のチルトに基づく
    照射方向の偏りに対して前記レンズ中心のシフトに基づ
    く照射方向の偏りが大きくなってしまう限界を定義する
    上限値と、前記レンズ中心のシフトに基づく照射方向の
    偏りに対して前記レンズ光軸のチルトに基づく照射方向
    の偏りが大きくなってしまう限界を定義する下限値とで
    定義される範囲内にあることを特徴とする請求項1に記
    載の照明装置。
  3. 【請求項3】 前記上限値は0.2であり且つ前記下限
    値は0.03であることを特徴とする請求項2に記載の
    照明装置。
JP5144283A 1993-05-24 1993-05-24 照明装置 Pending JPH06332044A (ja)

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JP5144283A JPH06332044A (ja) 1993-05-24 1993-05-24 照明装置
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JP5144283A JPH06332044A (ja) 1993-05-24 1993-05-24 照明装置

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