JPH06332045A

JPH06332045A - 照明装置

Info

Publication number: JPH06332045A
Application number: JP5144284A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Otake; 基之大竹; Koichi Oshita; 孝一大下
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】フレネルレンズの平面をレンズ光軸の垂直面
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２３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、フレネルレンズ１３の被写体側の面は前
記レンズ光軸２３の垂直面から一定角度チルトした平面
１４であり、フレネルレンズ１３の他方の面１５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２１を構成し、レ
ンズ光軸２３は基準光軸２１に対して平行で一定距離Δ
だけシフトしており、フレネルレンズ１３の被写体側の
平面１４のチルトに基づく照射方向の基準光軸に対する
偏りが、レンズ光軸２３のシフトに基づく照射方向の基
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に入射すフレネルレンズ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
光軸と一致させ且つフレネルレンズの平面をレンズ光軸
に対して垂直にする必要があった。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
レンズの平面をレンズ光軸の垂直面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
る。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、フレネルレンズの平
面をレンズ光軸の垂直面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
光軸の垂直面から一定角度チルトした平面であり、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
軸に対して平行で一定距離だけシフトしており、前記フ
レネルレンズの被写体側の平面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、前記レンズ光軸のシ
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、前記フレネルレンズのフレネル面
と前記基準光軸との交点であるフレネル交点から前記フ
レネルレンズのフレネル面と前記レンズ光軸との交点で
あるフレネル中心を結ぶベクトルをＭとし、前記フレネ
ルレンズの平面と前記レンズ光軸との交点であるレンズ
交点を通り前記フレネルレンズの平面の法線方向を示す
単位法線ベクトルをＮ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とＫは平行で、ベクトル
Ｌ、ＮおよびＫ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ＮとＫ
との内積（Ｎ・Ｋ）との積を前記焦点距離ｆで除して無
次元化した値｜Ｍ｜・（Ｎ・Ｋ）／ｆが、前記フレネル
レンズの平面のチルトに基づく照射方向の偏りに対して
前記レンズ光軸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、前記レンズ光
軸のシフトに基づく照射方向の偏りに対して前記フレネ
ルレンズの平面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０．２５
であり且つ前記下限値は０．０５である。

【００１０】

【作用】図４乃至図７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４はフレネルレンズ
の平面ｂ１がレンズ光軸ｅに垂直で且つレンズ光軸ｅが
基準光軸ｄに対してシフト（偏心）していない場合の光
学断面図である。図４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、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５において、レンズ光軸ｅは基準光軸ｄ
に一致しているが、レンズ交点を通るフレネルレンズの
平面ｂ１の法線ベクトルＮがレンズ光軸ｅに対して角度
θだけチルトしている。この場合、フレネルレンズｂの
平面ｂ１がプリズム作用をするため、発光光源ａを発し
た光線ｒ１およびｒ２は図示のように基準光軸ｄに対し
て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、虚像ｃとフレネル中心とを
結ぶ軸線と基準光軸ｄとがなす角度γが、上記照明方向
の偏りに対応している。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のフレネル中心と虚像ｃとの間隔ＢＣおよび虚像
ｃの基準光軸ｄからの距離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６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、距離Δだけシフトしているが、
フレネルレンズｂの平面ｂ１はレンズ光軸に対して垂直
である。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のフレネル中心との間隔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７は本発明の照明装置に対応した光学断
面図であって、レンズ交点を通るフレネルレンズｂの平
面ｂ１の法線Ｎがレンズ光軸ｅに対して角度θだけチル
トしているとともに、レンズ光軸ｅ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、基準光軸を示すベクトルおよびフレネ
ルレンズの平面の法線ベクトル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｜・（Ｎ・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はフレ
ネル交点からフレネル中心を結ぶベクトルであり、Ｎは
レンズ交点を通りフレネルレンズの平面の法線方向を示
す単位法線ベクトルであり、ｆはフレネルレンズの焦点
距離である。なお、ベクトルＬとＫは平行で、ベクトル
Ｌ、ＮおよびＫは同一平面内に存在し、前記ベクトル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｜はフレネル交点とフレネル中心
との距離であってレンズ光軸の基準光軸に対するシフト
量に対応し、単位ベクトルＮとＫとの内積（Ｎ・Ｋ）は
フレネルレンズの平面の法線がレンズ軸ｅひいては基準
光軸ｄとなす角度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な
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０．０５であり上限値が約０．２５
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。また、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１
５であり、他方の面は平面１４となっている。フレネル
交点とキセノン管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に対して距離Δだけ図中下方にシフトしてい
る。また、フレネルレンズ１３の平面１４の法線ベクト
ルＮの方向を示す軸線２２はレンズ光軸２３に対して図
中時計周りに角度θだけチルトしている。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２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３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２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の平面１４をレンズ光軸２３の垂直面
に対してチルトさせているにもかかわらず、図３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＝６．００ｍｍＢ＝３．００ｍｍＲ＝３．００ｍｍｄ＝２．０００ｍｍ（フレネルレンズの中心厚）ｆ＝３８．０００ｍｍｒ＝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（°）１．７５５．３５２．７５８．３４３．７５１１．２４４．７５１４．０３５．７５１６．６８６．７５１９．１８７．７５２１．５１８．７５２３．６７９．７５２５．６８

【００２８】フレネルレンズの平面をレンズ光軸の垂直
面に対して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Δ（レンズ光軸の基準光軸からの
距離）は、次の通りであった。 θ＝９．０° Δ＝４．０ｍｍ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｜・（Ｎ・Ｋ）／ｆ＝０．１０４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＝５．００ｍｍＢ＝３．００ｍｍＲ＝３．００ｍｍｄ＝２．０００ｍｍｆ＝１９．２００ｍｍｒ＝９．４２９ｍｍｎ＝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（°）１．００３．８４１．８０９．５３２．６０１３．９６３．４０１８．０４４．２０２１．７２５．００２４．９７

【００３１】フレネルレンズの平面をレンズ光軸の垂直
面に対して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Δ（レンズ光軸の基準光軸からの
距離）は、次の通りであった。 θ＝１２．０° Δ＝２．６ｍｍ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｜・（Ｎ・Ｋ）／ｆ＝０．１３２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、
フレネルレンズの平面をレンズ光軸の垂直面に対してチ
ルトさせても、レンズ光軸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】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３】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４】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のみがあ
る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、フレネルレンズのシフトのみがあ
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８】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９】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フレネルレンズの平面１５フレネルレンズのフレネル面２１基準光軸２２フレネルレンズの平面の法線方向を示す軸線２３レンズ光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【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の垂直面から一定角度チル
トした平面であり、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平行で一定距離
だけシフトしており、前記フレネルレンズの被写体側の平面のチルトに基づく
照射方向の前記基準光軸に対する偏りが、前記レンズ光
軸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。
【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、前記フレネルレ
ンズのフレネル面と前記基準光軸との交点であるフレネ
ル交点から前記フレネルレンズのフレネル面と前記レン
ズ光軸との交点であるフレネル中心を結ぶベクトルをＭ
とし、前記フレネルレンズの平面と前記レンズ光軸との
交点であるレンズ交点を通り前記フレネルレンズの平面
の法線方向を示す単位法線ベクトルをＮ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とＫは平
行で、ベクトルＬ、ＮおよびＫ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ＮとＫとの内積（Ｎ・Ｋ）
との積を前記焦点距離ｆで除して無次元化した値｜Ｍ｜
・（Ｎ・Ｋ）／ｆが、前記フレネルレンズの平面のチル
トに基づく照射方向の偏りに対して前記レンズ光軸のシ
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、前記レンズ光軸のシフトに基づく
照射方向の偏りに対して前記フレネルレンズの平面のチ
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。
【請求項３】前記上限値は０．２５であり且つ前記下
限値は０．０５であることを特徴とする請求項２に記載
の照明装置。