KR100381824B1 - 조명광학시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예를들면, 카메라에 적용된 경우에, 카메라 본체의 디자인을 우선시키면서, 일정한 촬영범위를 양호하게 조명할 수 있는 조사각 가변의 조명 광학 시스템을 제공한다.

조명광을 공급하기 위한 발광수단과, 상기 발광수단으로부터의 광속을 굴절작용에 의해 지향시키 위한 지향수단을 구비한 조명 광학 시스템에 있어서,

상기 발광수단 및 상기 지향수단 중 적어도 한쪽을 상기 지향수단의 광축방향과는 다른 방향으로 이동시키어 상기 발광수단과 상기 지향수단과의 간격을 변화시킴으로써, 일정거리에 있어서의 조명범위를 변화시킨다.

Description

조명 광학 시스템

본 발명은 조명 광학 시스템에 관하여, 특히 일정범위를 조명하기 위한 카메라등에 적합한 조명 광학 시스템으로서 조사 각이 가변인 조명 광학 시스템에 관한 것이다.

도 17 은 종래의 조명 광학 시스템을 구비한 카메라의 사시도이다.

도 17 의 카메라는 카메라 본체(11)를 구비하고 있다. 카메라 본체(11)의 정면측(피사체측)에는 도시와 같이 광축(14)을 갖는 촬영 렌즈(12), 파인더 창문(13)및 조명 광학 시스템(15)이 각각 배치되어 있다.

적목(赤目)현상 (눈이 빨갛게 찍히어 버리는 현상)을 완화하기 위해, 조명 광학 시스템(15)은 촬영 렌즈(12)로 부터 될 수 있는 한 떨어진 위치에 배치되어 있다. 즉, 카메라 본체(11)를 정면에서 보아, 조명 광학 시스템(15)은 카메라 본체(11)의 우측단부 구석부라든지 좌측단부 구석부에 배치되어 있다.

도 18 은 도 17의 조명 광학 시스템(15)의 단면도로서, (a)는 크세논관(1)의 긴쪽 방향 축선에 수직인 면을 따른 단면도이고, (b)는 크세논관(1)의 긴쪽 방향 축선과 프레넬 렌즈(2)의 광축(5)을 포함하는 면을 따른 단면도이다.

도 17 및 도 18 에 도시된 바와같이, 조명 광학 시스템(15)은 원통형상으로 직관타입의 크세논관(1), 반사우산(9)및 프레넬 렌즈(2)로 이루어져 있다. 발광 광원인 크세논관(1)은 긴쪽 방향 축선이 촬영 렌즈(12)의 광축(14)에 대하여 수직이 되도록 위치 결정되어 있다. 또, 반사우산(9)은 크세논관(1)을 포위되도록한 형상을 갖고, 크세논관(1)으로 부터의 빛이 프레넬 렌즈(2)을 향해 반사된다.

또한, 프레넬 렌즈(2)의 광축(5)은 촬영 렌즈(12)의 광축(14)과 평행하고, 또한, 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(외측면에 의해 규정되는 형상)(4)의 중심축선(외경 중심축선(6)과 일치하고 있다.

또한, 프레넬 렌즈(2)의 피사체측(도 18중 좌측)의 면이프레넬 렌즈(2)의 광축(5)에 대하여 수직인 평면형상으로 형성되어있다. 한편, 프레넬 렌즈(2)의 크세논관(1)측의 면은 렌즈 광축(5)을 회전중심으로 하는 다수의 환형의 프레넬 요소로 이루어지는 프레넬면 형상으로 형성되어 있다.

이렇게 해서, 크세논관(1)에서 발생한 광속은 반사우산(9)에 있어서 반사되어 간접적으로, 혹은 크세논관(1)으로 부터 직접적으로 프레넬 렌즈(2)에 입사된다. 프레넬 렌즈(2)에서 굴절된 빛은 촬영 렌즈(12)의 촬영범위를 조명하도록 지향된다.

크세논관(1)에서 발생한 광속에 의해 촬영렌즈(12)의 촬영범위를 유효하게 조명하기 위해서는 조명 광학 시스템(15)의 조사각을 촬영렌즈(2)의 화각에 근접 하는 것이 긴요하다.

조명 광학 시스템(15)의 조명범위는 거리d만큼 떨어진 위치에 있어서, 조사각을 ε로 하면 d×tan ε의 범위에 상당한다. 한편, 촬영렌즈(12)의 촬영범위는 반화각을 ω로 하면 d×tan ω의 범위에 상당한다. 단, 찰영렌즈(12)의 촬영범위는 촛점거리에 의존하여 변화된다.

또한, 같은 촛점거리에 있어서도 촬영거리가 다르면 촬영범위가 변화된다. 즉, 촬영렌즈(12)의 촬영범위는 촬영거리및 촛점거리의 쌍방에 의존하여 변화된다.

도 19 는 도 18의 크세논관(1)에서 발생한 광속의 광로도이다.

도 19 에 도시된 바와같이, 종래 기술에 의한 조명 광학 시스템에서는 촬영렌즈(12)의 촬영범위를 양호하게 조명하도록, 구면수차가 양호하게 보정되어 있다. 그러나, 1개의 프레넬면 만으로는 구면수차와 사인 컨디션을 동시에 보정할 수 없다. 따라서, 종래 기술에 의한 조명 광학 시스템에서는 구면수차가 양호하게 보정되어 있지만, 사인 컨디션은 충분히 보정되어 있지 않았다. 상기의 경우, 예를들면 프레넬 렌즈(2)의 양측면을 프레넬면 형상으로 형성함으로써, 구면수차와 사인 컨디션을 동시에 보정하는 것도 고려할 수 있다.

그러나, 프레넬면에서는 각 프레넬 요소가 전체로서 연속적인 형상을 구성하고 있지 않기때문에, 광량의 손질이 크다. 따라서, 프레넬 렌즈(2)의 양측면을 프레넬면 형상으로 형성하면, 효율적인 조명을 행할 수 없게되어 버린다. 또한, 프레넬 렌즈(2)의 조명 범위측의 면도 프레넬면 형상으로 형성하면, 상기의 외부로 노출된 조명 범위측의 프레넬면이 더러워진 경우, 더러움을 용이하게 닦아 낼 수 없다고 하는 부적당함도 있었다.

도 20 은 프레넬 렌즈을 갖지 않은 조명 광학 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 20 에 도시된 바와같이, 프레넬 렌즈가 존재하지 않는 조명 광학 시스템에서는 카메라 전면의 개구부(91)와 크세논관(1)의 위치 관계에 근거하여 조사각 ε이 규정된다. 그러나, 실제로는 카메라 본체의 박형화를 도모하기 위해, 집광 작용을 갖는 프레넬 렌즈를 배치한다. 그리고, 프레넬 렌즈에 의한 크세논관의 이미지 위치(도 19 참조)가 프레넬 렌즈를 배치하지 않을 때 크세논관의 위치(도 20 참조)와 거의 같아지도록 구성되어 있다. 따라서, 각 프레넬 요소의 프레넬각을 광축으로부터 떨어짐에 따라 커지도록 구성되어 있다.

그런데, 최근, 렌즈 셔터식 카메라에서는 고변배 줌 렌즈를 구비한 카메라가 주류를 이루고 있다. 또, 도 21 은 줌 렌즈를 구비한 카메라에 적재되는 조명 광학시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

이러한 줌 렌즈에서는 망원단부에 있어서의 F넘버가 크고, 양호한 노출특성을 얻기위해서는 강력한 조명 광학 시스템이 필요하다. 그러나, 망원단부에서는 좁은 촬영범위에 조명광속을 모으고, 반대로 광각단부에서는 넓은 촬영범위가 같도록 조명하지 않으면 안된다.

이때문에, 줌 렌즈를 구비한 카메라에 적재되는 조명 광학 시스템은 도 21에 도시된 바와같이, 크세논관(1)을 프레넬 렌즈(2)에 대하여 렌즈광축(5)을 따라 이동시킴으로써 조명범위를 변화시키고, 촬영렌즈의 변배에 따라 촬영렌즈의 촬영범위에 조명범위를 맞추고 있다.

도 21중 파선은 광각단부에서의 넓은 촬영범위를 조명할때, 크세논관(1)의 프레넬 렌즈(2)에 근접한 위치를 도시하고 있다. 또한 도 21중 실선은 망원단부에서의 좁은 촬영범위를 조명할때, 크세논관(1)의 프레넬 렌즈(2)로부터 떨어진 위치를 도시하고 있다.

또한, 최근, 카메라 본체의 디자인의 다양화가 진행되고 있다. 그리고, 카메라 전면의 형상이 촬영렌즈의 광축에 대하여 수직인 평면만으로 구성되는 종래의 디자인과는 달리, 예를들면 카메라 본체의 중앙부의 두께와 비교하여 주변부의 두께쪽이 얇게되는 디자인이 증가되고있다. 이와같이, 디자인 중시의 카메라가 증가하며, 특히 카메라 전면이 복잡한 현상으로 구성되는 카메라가 증가되고 있다.

상술된 바와같은 디자인 중시의 카메라에 있어서는 조명 광학 시스템의 가장촬영범위측의 면이 카메라 본체의 외관형상으로 맞춰진 단차가 없는 형상으로 되는 쪽이 디자인면에서 바람직하다. 그러나, 종래의 조명 광학 시스템에서는 프레넬 렌즈의 전면 즉, 촬영범위측의 면이 촬영 렌즈의 광축에 수직인 평면형상으로 형성되어 있기 때문에, 디자인을 우선할 수 없다고 하는 부적당함이 있었다.

이러한 디지인상의 부적당함을 해결하기 위해, 예를들면, 외관형상에 합치되고, 또한 조명특성에 영향을 주지 않은 형상의 보호부재를 조명 광학 시스템의 조명범위측이 배치하는 방법을 고려할 수 있다.

또한, 외관형상에 합치되도록, 단순히 프레넬 렌즈를 기울이는 방법을 고려할 수 있다.

그러나, 전자의 방법인 경우, 보호부재를 배치하는 스페이스가 필요하게 되고, 카메라 본체의 박형화를 도모할 수 없게 된다. 또한, 조명의 효율성 면에서도 보호부재에서의 반사에 의한 빛의 손실이 있기 때문에, 바람직하지 못하다. 한편, 후자의 방법인 경우, 프레넬 렌즈에서는 사인 컨디션이 충분 보정되어 있지 않기때문에, 코마수차가 발생하여 조명범위가 치우치기 때문에 바람직하지 못하다.

이와 같이, 조명 광학 시스템의 배치는 카메라 본체를 디자인하는데 있어서 큰 제약이 되고 있다.

또한, 상술된 코마수차의 발생에 관한 부적당함을 해소하기위해, 예를들면 프레넬면을 렌즈광축에 대하여 비회전 대칭인 형상으로 형성함으로써, 조명범위가 치우치지지 않도록 하는 것도 고려할 수 있다.

그러나, 이러한 비회전 대칭인 프레넬면의 가공자체가 곤란하고, 원하는 가공 정밀도를 확보할 수 없기때문에 실용상 불가능하였다.

도 22 는 본건 출원인에 의한 특개평6-332044호 공보에 개시된 조명 광학 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 22의 조명 광학 시스템에서는 프레넬 렌즈(2)의 경사θ에 의한 조명범위의 기울기를 렌즈외경(4)의 중심축선(6)에 대하여 렌즈 광축(5)과 렌즈와의 교점즉, 렌즈중심을 △만큼 시프트 시킴으로써, 조명범위의 치우침에 의해 상쇄되어 보정되고 있다. 이와 같이, 프레넬 렌즈(2)를 기울여도 조명범위의 치우침이 발생하지 않도록 한 조명 광학 시스템을 실현하여, 카메라 본체의 디자인을 우선시키고 있다.

그러나, 조사각을 변화시킬 수 있는 소위 조사각 가변의 조명 광학 시스템에 특개평6-332044호 공보에 개시된 구성을 적용하고자 하는 경우, 조사각이 변화함에 따라 조명범위의 치우침 량이 변화된다. 이 때문에, 광각단부와 망원단부의 쌍방에 있어서 촬영렌즈의 촬영범위를 양호하게 조명할 수 없다.

본 발명은 상술한 과제을 감안하여 이루어진 것으로서, 예를들면, 카메라에 적용된 경우에, 카메라 본체의 디자인을 우선 시키면서도, 일정한 촬영범위를 양호하게 조명할 수 있는 조사각 가변의 조명 광학 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는 조명 광을 공급하기 위한 발광수단과, 상기 발광수단으로 부터 광속을 굴절작용에 의해 지향시키기 위한 지향수단을 구비한 조명 광학 시스템에 있어서,

상기 발광수단 및 상기 지향수단 중 적어도 한쪽을 상기지향수단의 광축 방향과는 다른 방향으로 이동시켜 상기 발광수단과 상기 지향수단과의 간격을 변화 시킴으로써, 일정거리에 있어서의 조명범위를 변화시키는 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명이 바람직한 형태에 의하면, 상기 지향수단의 광축 방향과는 다른 방향으로 상기 발광수단을 이동시킴으로써, 일정거리에 있어서의 조명범위를 변화시킨다.

도 1 은 발명에 의한 조명 광학 시스템을 짜넣은 카메라 구성을 도시한 사시도.

도 2 는 본 발명에 의한 조명 광학 시스템의 광학 배치를 도시한 단면도.

도 3 은 프레넬 렌즈를 경사지지 않은 종래의 조명 광학 시스템의 상태를 도시한 개념도.

도 4 는 프레넬 렌즈를 경사진 상태를 도시한 개념도.

도 5 는 렌즈광축을 기준축선에 대하여 시프트시킨 상태를 도시한 개념도.

도 6 은 프레넬 렌즈의 경사에 의한 조명범위의 편향을 프레넬 렌즈의 시프트에 의한 조명범위의 편향에 의해 보정된 상태를 도시한 개념도.

도 7 은 종래의 조명 광학 시스템에 있어서, 크세논관을 렌즈축을 따라 이동시켜 조명 범위를 변화시키는 모양을 도시한 도면.

도 8 은 본 발명에 있어서, 프레넬 렌즈와 크세논관의 기준 광축에 따른 간격을 변화시킴으로써, 조명 광학 시스템에 의한 조사각을 변화시키는 모양을 도시한 도면.

도 9 는 크세논관(1)에 대해 조명범위측과 반대측에 크세논관(1)을 둘러 싸도록 한 전체형상을 갖는 반사우산(9)을 배치한 구성을 도시한 도면으로서,

(a)는 광각단부에서의 광로를,

(b)는 망원 단부에서의 광로를 도시한 도면.

도 10 은 본 발명의 제1실시예에 관련된 조명광학 시스템의 광학 배치를 도시한 단면도.

도 11은 있어서의 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(4)을 렌즈 광축(5)의 방향에서 본 도면.

도 12는 제1 실시예의 광각단부에 있어서의 광로도.

도 13 은 제1실시예의 망원단부에 있어서의 광로도.

도 14 는 제1실시예의 광각단부 및 망원단부에 있어서의 조명 특성을 도시한 도면.

도 15 는 본 발명의 제2실시예에 관련된 조명 광학 시스템의 광학배치를 도시한 단면도.

도 16 은 도 14 에 있어서의 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(4)을 렌즈광축(5)의 방향에서 본 도면.

도 17 은 종래의 조명 광학 시스템을 구비한 카메라 사시도.

도 18 은 도 17 의 조명 광학 시스템(15)의 단면도로서, (a)는 크세논관(1)의 긴쪽 방향 축선에 수직인 면을 따른 단면도이고, (b)는 크세논관(1)의 긴쪽 방향 축선과 프레넬 렌즈(2)의 광축(5)을 포함하는 면을 따른 단면도.

도 19 는 도 18 의 크세논관(1)에서 발생한 광속의 광로도.

도 20 은 프레넬 렌즈를 갖지 않는 조명 광학 시스템의 구성을 개략적으로도시한 도면.

도 21 은 줌렌즈를 구비한 카메라에 적재되는 조명 광학 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 22 는 본건 출원인에 의한 특개평6-332044호 공보에 개시된 조명 광학 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ; 크세논관 2 ; 프레넬 렌즈

4 ; 프레넬 렌즈의 외경 5 ; 프레넬 렌즈의 광축

6 ; 외경 중심축선 7 : 렌즈중심

8 ; 기준 광축 9 ; 반사 우산

11 ; 카메라 본체 12 ; 촬영 렌즈

13 ; 파인더 창문 14 ; 촬영 렌즈의 광축

15 : 조명 광학 시스템

우선, 카메라등에 사용되는 조명 광학 시스템에서는 촬영렌즈의 노출이 행해지는 동안 피사체를 조명한다. 그리고, 특히 피사체가 어두운 촬영신등에서 피사체를 조명하는 경우, 발광 광원으로서는 순간적으로 강력한 광량을 조사하는 광원이 바람직하다. 그리하여, 카메라등에 사용되는 조명 광학 시스템에서는 발광 광원으로서 크세논관이 일반적으로 사용되고 있다. 크세논관은 전체적으로 막대 형상이고 또한, 원통 형상이다. 그리고, 그 발광 강도분포는 크세논관의 긴쪽 축선에 관하여 회전대칭이고, 크세논관의 긴쪽 축선을 따라 일정하게 된다고 하는 특징이 있다.

또한, 일정한 촬영범위를 조명하도록, 발광 광원으로 부터 발한 광속을 지향시키기 위한 지향수단에는 굴절작용(집광작용)을 갖는 렌즈 성분이 사용된다. 특히, 렌즈성분이 유지되기 쉽고 또한, 염가로 제조 가능하도록, 광학재료로서 플라스틱 재료가 대부분 사용되고 있다. 또한, 렌즈 성분으로서, 그 중심부와 주변부에 있어서의 두께의 변화가 적은 프레넬 렌즈가 일반적으로 사용되고 있다.

본 발명에 의한 조명 광학 시스템을 카메라에 짜넣은 경우, 조명 광학 시스템의 조명범위가 촬영 렌즈의 촬영범위를 커버하는 것이 바람직하다. 그런데, 상술된 바와같이, 적목현상을 방지하기위해, 촬영 렌즈와 조명 광학 시스템이 분리되어 배치되어 있다. 따라서, 피사체 위치에 의해 패럴랙스가 생기는 것도 고려하여, 피사체 위치에 상관없이 촬영범위를 양호하게 조명하는 것이 필요하다.

도 1 은 본 발명에 의한 조명 광학 시스템을 짜넣은 카메라의 구성을 도시한 사시도이다. 도 1 의 카메라는 카메라 본체(11)를 구비하고 있다. 카메라 본체(11)의 정면측(피사체 측)에는 도시된 바와같이 광축(14)을 갖는 촬영렌즈(12), 파이더 창문(13)및 조명 광학시스템(15)이 각각 배치되어 있다.

조명 광학 시스템(15)은 원통형상으로 직간타입의 크세논관(1), 반사우산(9) 및 프레넬 렌즈(2)로 이루어진다. 발광 광원인 크세논관(1)은 그 긴쪽 방향 축선이 촬영렌즈(12)의 광축(14)에 대하여 수직이 되도록 위치 결정되어 있다. 또, 반사우산(9)은 크세논관(1)을 포위하도록 하는 형상을 갖고, 크세논관(1)으로 부터의 빛을 프레넬 렌즈(2)을 향해 반사한다.

이와같이 프레넬 렌즈(2)는 크세논관(1)의 조명 범위측에 배치되어, 크세논관(1)에서 발생한 광속을 일정한 조명범위를 조명하도록 지향시키는 지향수단을 구성하고 있다. 그리고, 후술되는 것같이, 크세논관(1)과 프레넬 렌즈(2)와의 간격을 변화시킴으로써, 일정거리에 있어서의 조명범위를 변화시킨다.

도 2 는 본 발명에 의한 조명 광학 시스템의 광학배치를 도시한 단면도이다. 또, (a)는 렌즈중심(7)과 크세논관(1)을 포함하는 평면을 따른 단면도이고, (b)는 렌즈광축(5)을 통과하여 (a)의 단면에 수직인 평면에 따른 단면도 이고, (c)는 프레넬 렌즈(2)의 외형치수를 도시한 도면이다.

도 2(a) 및 도 2(b)에 있어서, 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(4)의 중심축선이 참조부호(6)로 나타나 있다. 또한, 프레넬렌즈(2)의 렌즈광축(5)과 프레넬 렌즈(2)와의 교점 즉, 렌즈중심이 참조부호(7)로 나타나 있다. 또, 축선(8)은 촬영렌즈(12)의 광축(14)에 평행하고, 또한, 렌즈중심(7)을 통과하는 기준광축을 도시하고 있다.

또한, m 및 n은 각각 크세논관(1)의 양단부의 점을 도시하고 있다. 그리고, 크세논관(1), 반사우산(9), 각 점m 및 n의 첨자w 및 t는 일정거리에 있어서의 조명범위가 가장 넓은 상태즉, 광각단부 및 가장 좁은 상태 즉, 망원단부을 각각 도시하고 있다. 또한, 참조부호 L은, 크세논관(1)의 광각단부와 망원단부 사이의 왕복이동을 도시한 벡터이다.

프레넬 렌즈(2)는 크세논관(1)측의 면이 프레넬면 형상으로 형성되어, 이미 한쪽의 조명범위측의 면이 렌즈광축(5)에 대하여 수직인 평면형상으로 형성되어 있다.

도 2(a) 및 (b)를 참조하면 알수 있듯이, 프레넬 렌즈(2)에서는 기준 광축(8)과 외경중심 축선(6)이 △만큼 분리되어 배치되어 있다. 또한, 렌즈광축(5)이 기준광축(8)에 대하여, (a)에서는 각도θA만큼 (b)에서는 각도θB만큼 경사되어 배치되어 있다. 그리고, 점mw와 점mt을 직선적으로 연결한 선분 k는 렌즈광축(5)과 평행하지 않는다.

다음에, 본 발명에 있어 프레넬 렌즈를 기울였을 때의 조명 범위의 보정방법에 관하여 설명한다.

도 3 은 프레넬 렌즈를 경사 지지 않은 종래의 조면 광학 시스템의 상태를 도시한 개념도이다. 도 4 는 프레넬 렌즈를 기울인 상태를 도시한 개념도이다. 도 5 는 렌즈 광축을 기준광축에 대하여 시프트시킨 상태를 도시한 개념도이다. 도 6 은 프레넬 렌즈의 경사에 의한 조명범위의 치우침을 프레넬 렌즈의 시프트에 의한 조명범위의 치우침에 의해 보정한 상태를 도시한 개념도이다.

도 3 내지 6 도의 각 도면에 있어서, a는 발광 광원을, b는 지향수단인 프레넬 렌즈를, c은 프레넬 렌즈b에 의한 발광 광원 a의 이미지 위치를 각각 도시하고 있다. 또한, r1 및 r2은 발광광원 a에서 발생한 광선의 광로를, d는 촬영 렌즈의 광축에 평행하고 또한, 프레넬 렌즈 b의 렌즈중심 g을 통과하는 기준광축을, e는 프레넬 렌즈 b의 렌즈 광축을 긱각 도시하고 있다. 또, 각 도면중, 프레넬 렌즈 b는 얇은 렌즈로 표현되어 있지만, 발광광원 a측의 면이 프레넬면 형상으로 형성되어, 이미 한쪽의 면이 렌즈광축 e에 대하여 수직인 평면형상으로 형성되어 있다.

도 3 에 도시된 바와같이, 프레넬 렌즈b를 기울이지 않은 종래예에서는 기준광축 d와 렌즈광축 e가 겹쳐져 있고, 발광광원 a가 렌즈광축 e상에 있다. 그 결과, 이미지 위치 c도 렌즈광축 e상에 존재하고 있다.

도 4 에서는 프레넬 렌즈 b가 도 4의 저면내에서 기준광축 d에 대하여 각도θ만큼 기울어져 있다. 상기의 경우, 프레넬 렌즈 b를 기울이지 않은 종래예에 있어서의 이미지 위치c'가 이미지 위치c까지 이동한다. 또, 렌즈중심 g에서 이미지 위치c까지의 기준광축 d에 따른 거리는 BC이고, 도면 중 지면상에 있어서 기준광축d에 수직인 방향에 따른 이미지 위치의 이동량은 r이다. 또한, 프레넬 렌즈 b의 경사에 의한 조명범위의 경사도는 γ이다.

프레넬 렌즈 b를 기울인 경우, 상술된 바와 같이, 1개의 프레넬면 만으로서는 구면수차와 사인 컨디션을 동시에 보정할 수 없다. 이 때문에 코마수차가 발생하여 이미지 위치c가 시프트되고, 그 결과 조명범위가 각도γ만큼 기울어 진다.

도 5 에서는 제3의 배치로 부터 렌즈중심 g을 기준광축 d에 수직인 방향으로 △만큼 시프트 시키고 있다. 결국, 렌즈광축 e와 기준광축 d를 시프트량 △만큼 시프트 시키고 있고, 렌즈광축 e와 기준광축 d와는 일치하고 있다. 그리고, 발광광원 a는 렌즈중심 g에서 기준광축 d을 따라 거리AB만큼 간격을 두고 위치결정되어 있다. 또, 발광광원 a의 결상배율은 β이다. 이와 같이, 렌즈중심 g를 △만큼 시프트시킨 경우, 발광 광원 a가 △만큼 물체높이를 갖고, 그 이미지 위치c는 β△만큼 이미지 높이를 갖게 된다. 따라서, 기준광축 d의 시프트에 의해, 조명 범위가 각도δ만 기울어 진다.

도 6 에서는 프레넬 렌즈 b의 경사에 의한 조명범위의 치우침 γ를 프레넬 렌즈 b의 렌즈중심 g의 시프트에 의한 조명범위의 치우침δ에 의해 보정한 상태를 도시하고 있다.

이상의 것은 크세논관의 긴쪽 방향 축선에 수직인 단면내에서의 구성에 의거하고 있다. 한편, 크세논관의 긴쪽 방향 축선을 포함하는 단면내에서의 구성에 착안하면, 종래의 조명 광학 시스템은 프레넬 렌즈의 렌즈광축에 대하여 대칭인 구성을 갖는다. 이것에 대하여, 프레넬 렌즈를 기울이거나 시프트 시키거나 한 경우에는 렌즈광축에 대한 크세논관의 배치의 대칭성이 무너져, 상술된 것과 같이, 크세논관의 긴쪽 방향축선을 포함하는 단면내에 있어서도 조명범위가 치우치게 된다. 따라서, 상기의 경우도 프레넬 렌즈의 경사에 의한 조명범위의 치우침을 프레넬 렌즈의 시프트에 의한 조명범위의 치우침에 의해 보정하는 것도 가능하다.

그런데, 촬영렌즈가 변배 광학계인 경우, 찰영렌즈의 변배에 따라 촬영범위가 변화된다. 따라서, 효율적으로 피사체를 조명하기 위해서는 촬영범위의 변화에 맞추어 조명범위를 변화시키는 것이 바람직하다.

종래의 조명 광학 시스템에서는 프레넬 렌즈의 렌즈 광축과 촬영 렌즈의 광축이 평행하고, 또한 조명범위를 변화시키기 위해 크세논관을 렌즈 광축을 따라 이동시키고 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 광각단부에 있어서도 망원단부에 있어서도 크세논관의 프레넬 렌즈에 의한 이미지 위치가 렌즈 광축상에 존재하기 때문에, 광각단부에서 망원단부로의 변배시에 조명범위가 치우치지 않게 촬영렌즈의 촬영범위를 양호하게 조명할 수 있다.

도 7에 있어서, (a)는 광각단부에서의 크세논관(1)의 프레넬 렌즈(2)에 의한 이미지 1'w의 위치를, (b)는 망원단부에 있어서의 크세논관 1t의 프레넬 렌즈(2)에 의한 이미지1't의 위치를 각각 도시하고 있다.

광각단부에 있어서의 상태를 도시한 도 7(a)에서는 크세논관1w의 중앙점 pw(즉 크세논관 1w의 긴쪽 방향 축선과 프레넬 렌즈(2)의 렌즈 광축(5)과의 교점)의 프레넬 렌즈(2)에 의한 허상은 렌즈광축(5)상의 위치p'w로 형성된다. 또한, 크세논관1w의 도면중 좌측단부 및 우측단부의 점인 mw및 nw의 프레넬 렌즈(2) 의한 허상은 각각 위치m'w 및 n'w로 형성되는 c즉, 광각단부에서 크세논관1w의 프레넬 렌즈(2)에 의한 이미지1'w, 의 위치가 렌즈 광축(5)상에 존재하게 된다.

한편, 망원단부에서의 상태를 도시한 도 7(b)에서는 크세논관 1t의 중앙점 pt (즉 크세논관 1t의 긴쪽 방향 축선과 프레넬 렌즈(2)의 렌즈 광축(5)과의 교점)의 프레넬 렌즈(2)에 의한 허상은 렌즈광축(5)상의 위치p'w로 형성된다. 또한, 크세논관 1t의 도면중 좌측단부및 우측단부의 점인 mt 및 nt의 프레넬 렌즈(2)에 의한 허상은 각각 위치m't 및 n't로 형성된다. 즉, 광각단부에서 크세논관1t의 프레넬 렌즈(2)에 의한 상1't의 위치가 렌즈 광축(5)상에 존재하게 된다.

그렇지만, 상술된 것에 있어서의 프레넬 렌즈의 경사와 시프트에 의한 조명범위의 보정방법은 프레넬 렌즈와 크세논관이 일정한 위치관계에 있는 경우에만 적용되는 것이다. 따라서, 크세논관이 프레넬 렌즈의 렌즈광축을 따라 이동되도록 한 경우에는 프레넬 렌즈의 경사에 의한 조명범위의 치우침을 보정하기 위한 시프트 보정량도 변화된다. 이 때문에, 변배 범위전체에 걸쳐서 조명범위가 치우치지 않게 촬영 렌즈의 촬영범위를 양호하게 조명할 수 없게 된다.

그래서, 본 발명에 있어서, 크세논관과 프레넬 렌즈와의 간격이 변화된 경우에 발생하는 조명범위의 치우침을 보정하는 방법에 관하여 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 크세논관만을 이동시키고 있다.

본 발명에 있어서는 프레넬 렌즈와 크세논관과의 기준광축에 따른 간격을 변화시킴으로써, 조명 광학 시스템에 의한 조사각을 변화시키고 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와같이, 광각단부에서의 상태를 나타내는(a)와 망원단부 에서의 상태를 나타내는(b)에서는 프레넬 렌즈(2)와 크세논관(1)과의 기준광축(8)에 따른 간격이 다르기 때문에, 프레넬 렌즈(2)엔 의한 크세논관(1)의 이미지 배율이 다르다. 이 때문에, 일정량만 프레넬 렌즈(2)를 기울이거나 시프트 시키거나 한 경우의 조명범위의 치우침이 광각단부와 망원단부에서 달라진다.

그런데, 상술된 바와같이, 크세논관(1)에 대하여 렌즈광축(5)을 시프트시킨 경우, 조명범위가 치우치게 된다(도 5 참조). 따라서, 반대로, 렌즈광축(5)에 대하여 크세논관(1)을 시프트 시켜도, 조명범위가 치우치게 된다.

그리하여, 크세논관(1)을 렌즈광축(5)과는 다른 방향으로 이동시킴으로써, 조명범위의 치우침을 보정하고 있다. 이렇게 해서, 광각단부에서 망원단부 까지의 조사각 변화영역에서의 모든 크세논관 위치상태로 조명범위가 치우치지 않게 조명을 가능하게 하고 있다.

특히, 본 발명에 있어서는, 도 9에 도시된 바와같이, 크세논관(1)에 대하여 조명 범위측과는 반대측에 크세논관(1)을 둘러 싸는 것 같은 전체형상을 갖는 반사우산(9)을 배치하고 있다. 또, 도 9에 있어서, (a)는 광각단부에서의 광로를, (b)는 망원단부에서의 광로를 도시하고 있다.

크세논관(1)은 원통형상이고, 원통축선에 수직인 방향에는 광속이 균일하게 조사된다. 이 때문에, 크세논관(1)의 피사체측에 프레넬 렌즈(2) 배치하는 것만으로는 크세논관(1)에서 발생한 광속을 조명에 효율적으로 기여시킬 수 없다. 그리하여, 반사우산(9)을 도 9와 같이 배치하는 것이 효과적이다.

이렇게 해서, 크세논관(1)으로 부터 프레넬 렌즈(2)와는 반대측을 향하는 광속을 반사우산(9)에서 일단 반사한 뒤, 프레넬 렌즈(2)에서 일정한 조명범위를 조명하도록 지향시키어, 일정한 조명범위를 효율적으로 조명할 수 있다. 또, 도시된 바와 같이, 반사우산(9)의 반사면을 구면형상이든지, 타원면, 포물면 혹은 쌍곡면등의 비구면 형상으로 형성하기도 하고, 또한 다수의 곡면이 짜 맞추어 형성하는 것도 가능하다.

또한, 광각단부에서 망원단부까지의 모든 크세논관 위치상태에 있어서 조명범위의 치우침을 보정하여 양호하기 촬영범위를 조명하기 위해, 조사각을 변화시킬 때에 크세논관(1)과 반사우산(9)을 일체적으로 이동시키는 것이 바람직하다.

또한, 조명 광학 시스템은 촬영렌즈로 부터 떨어져 배치되기 때문에, 촬영 렌즈의 촛점거리와 피사체위치에 따라, 조명 광학 시스템에 대한 촬영렌즈의 촬영범위의 방향이 변화된다. 이 때문에, 촬영범위의 방향변화에 따라, 촬영렌즈의 광축에 수직인 방향에 프레넬 렌즈를 시프트 시킴으로써, 촬형범위를 양호하게 조명하는 것도 가능하다.

도 10 은 본 발명의 제1실시예에 관계되는 조명 광학 시스템의 광학 배치를 도시한 단면도이다. 도 10 에 있어서, 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(4)의 중심축선이 참조부호(6)로 나타나 있다. 또한, 프레넬 렌즈(2)의 렌즈광축(5)과 프레넬 렌즈(2)와의 교점즉 렌즈중심이 참조부호(7)로 나타나 있다. 또, 축선(8)은 촬영 렌즈(12)의 광축(14)에 평행하고 또한, 렌즈중심(7)을 통하는 기준광축을 도시하고 있다.

또한, 크세논관(1)및 반사우산(9)의 첨자w 및 t는 일정거리에 있어서의 조명범위가 가장 넓은 상태즉 광각단부및 가장 좁은 상태즉, 망원단부를 각각 도시하고 있다.

도 10 에 도시된 바와같이, 제1실시예에 있어서는 외경중심축선(6)과 기준광축(8)과 렌즈광축(5)과 크세논관(1)이 동일평면상에 존재하고, 기준광축(8)과 렌즈광축(5)이 상기 평면내에서 20도의 각도를 이루고 있다. 또한, 크세논관(1)은 기준광축(8)에 대하여 수직으로 연장되어 있고, 광각단부에서 망원단부로의 조사각 가변시에, 외경중심(6)과 기준광축(8)을 포함하는 평면내에서 기준광축(8)을 따라 프레넬 렌즈(2)로 부터 멀어지도록 이동된다.

제1실시예에 있어서, 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(4)은 렌즈광축(5)의 방향에서 본 경우, 도 11에 도시된 것과 같은 치수를 갖는 직사각형이다. 그리고, 프레넬 렌즈(2)의 조명 범위측의 면은 렌즈광축(5)에 수직인 평면형상으로 형성되고, 크세논관(1)측의 면은 프레넬면 형상으로 형성되어 있다.

이하의 표(1)에 프레넬 렌즈(2)의 프레넬면의 여러가지 제원을 나타낸다. 표(1)에 있어서, h는 렌즈광축(5)으로 부터의 거리를, σ(도)는 렌즈광축과 각 프레넬 요소의 법선방향을 이루는 각도 즉, 프레넬 각도를 각각 도시하고 있다.

[표1]

도 12 및 도 13 은 제1실시예의 광각단부및 망원단부에 있어서의 광로도이다. 또한, 도 14는 제1실시예의 광각단부 및 망원단부에 있어서의 조명특성을 각각 도시한 도면이다.

제1실시예에서는 프레넬 렌즈(2)의 렌즈광축(5)이 기준광축(8)에 대하여 경사지게 배치되어 있기 때문에, 도 14에서는 크세논관의 긴쪽 방향의, 조명특성을도시하고 있다. 도 14에 있어서, 광속이 프레넬 렌즈(2)를 사출하였을 때의 기준광축(8)에 대하여 이루는 각도를 횡축에, 상대적인 강도분포를 세로축에 각각 도시하고 있다. 또, (a)는 광각단부에서의 조명특성을, (b)는 망원단부에서의 조명특성을 각각 도시하고 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서는 양호한 조명특성을 얻게된다. 따라서, 카메라의 조명 광학 시스템에 적용된 경우, 촬영렌즈의 촬영범위를 광각단부에서 망원단부에 걸쳐서 양호하게 조명할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제2실시예에 이러한 조명 광학 시스템의 광학배치를 도시한 단면도이다. (a)는 크세논관(1)의 긴쪽 방향축선과 기준광축(8)을 포함하는 면을 따른 단면도이고, (b)는 크세논관(1)의 긴쪽 방향 축선에 수직인 면에 따른 단면도 이다.

도 15(a) 및 (b)에 있어서, 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(4)의 중심축선이 참조부호(6)로 나타나 있다. 또한, 프레넬 렌즈(2)의 렌즈 광축(5)과 프레넬 렌즈(2)와의 교점즉, 렌즈 중심이 참조부호(7)로 나타나 있다. 또, 축선(8)은 촬영렌즈(12)의 광축(14)에 평행하고 또한, 렌즈중심(7)을 통과하는 기준 광축을 도시하고 있다.

또한, m 및 n은 각각 크세논관(1)의 양단부의 점을 도시하고 있다.

그리고, 크세논관(1), 반사우산(9), 각점 m 및 n의 첨자 w및 t는 일정거리에 있어서의 조명범위가 가장 넓은 상태즉, 광각단부및 가장 좁은 상태즉 망원단부를 각각 도시하고 있다.

도 15 에 도시된 바와같이, 제2실시예에 있어서는 외경중심 축선(6)과 기준 광축(8)과 크세논관(1)이 동일 평면상에 존재한다. 그리고, 크세논관(1)의 긴쪽 방향 축선과 기준광축(8)을 포함하는 면내에서 렌즈광축(5)과 기준광축(8)과는 10도의 각도를 이루고 있다. 또한, 크세논관(1)의 긴쪽 방향축선에 수직으로 또한, 기준광축(8)을 포함하는 면내에서 렌즈광축(5)과 기준광축(8)과는 10도의 각도를 이루고 있다. 또한, 크세논관(1)은 기준광축(8)에 대하여 수직으로 연장되어 있고, 광각단부에서 망원단부의 조사각 가변 특히, 외경중심(6)과 기준광축(8)을 포함하는 평면내에서 기준광축(8)에 대하여 시프트되면서 기준광축(8)을 따라 프레넬 렌즈(2)로 부터 멀어지도록 이동한다.

제2실시예에 있어서, 프레넬 렌즈(2)의 외경형상(4)은 렌즈 광축(5)의 방향에서 본 경우, 도 16에 도시된 것과 같은 치수를 갖는 직사각형이다. 그리고, 프레넬 렌즈(2)의 조명범위측의 면은 렌즈광축(5)에 수직인 평면형상으로 형성되어, 크세논관(1)측의 면은 프레넬면 형상으로 형성되어 있다.

이하의 표(2)에 프레넬 렌즈(2)의 프레넬면의 여러가지 제원을 나타낸다. 표(2)에 있어서, h는 렌즈광축(5)으로 부터의 거리를, σ(도)는 렌즈광축과 각 프레넬 요소의 법선방향을 이루는 각도 즉, 프레넬 각도를 각각 도시하고 있다.

[표2]

제2실시예에 있어서도 제1실시예와 같이 양호한 조명특성을 얻게되는 것을 검증하고 있다.

또한, 상술의 제2실시예에 있어서는 광각단부와 망원단부에서 크세논관이 평행하게 이동하고 또한, 크세논관을 기준광축에 대하여 시프트함으로써, 조명범위의 치우침을 보정하고 있다. 그러나, 광각단부와 망원단부에서 크세논관이 상호 평행하게 되지않게 기울여, 조명범위의 치우침을 보정할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또, 상술의 각 실시예에서는 발광 광원으로서 크세논관을 사용한 예를 예시하였지만, 할로겐 램프라든지, LED 등의 다른 적당한 발광광원을 사용하는 것도 가능하다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 디자인을 우선시킨 카메라 전면의 형상으로서도 양호하게 조명가능한 촬영렌즈의 촬영범위를 양호하게 조명가능한 조사각 가변의 조명 광학 시스템을 달성 할 수 있다.

Claims (7)

1. 조명광을 공급하기 위한 발광 수단과,

   상기 발광수단으로부터의 광속을 굴절작용에 의해 지향시키기 위한 지향 수단과,

   상기 발광수단과 상기 지향 수단 중 한쪽 이상을 상기 지향 수단의 광축 방향과는 다른 방향으로 이동시켜서 상기 발광수단과 상기 지향 수단 사이의 간격을 변화시키는 것에 의해, 일정 거리에 있어서의 조명 범위를 변화시키는 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이동수단은 상기 발광수단을 상기 지향수단의 광축 방향과는 다른 방향으로 이동시킴으로써, 상기 일정거리에 있어서의 조명 범위를 변화시키는 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 지향 수단은 1 개 이상의 프레넬 렌즈를 구비하고,

   상기 지향수단의 경사에 의한 조명 범위의 편향을 보정하기 위해서, 상기 지향수단의 외형 중심 축선에 대해 상기 지향수단의 광축 중심이 시프트하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광수단은 크세논 관인 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광수단에 대해 상기 지향수단 측과는 반대측에 설치되어 있고, 상기 발광수단으로부터의 광속의 일부를 상기 지향 수단을 향해 반사하기 위한 반사 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광수단과 상기 지향 수단 사이의 간격이 커짐에 따라 상기 일정거리에서의 조사 범위가 좁아지게 되고, 가장 조명범위가 넓은 상태를 광각단부로하고, 가장 조명범위가 좁은 상태를 망원단부로 했을 때, 상기 이동수단은 상기 조명 범위가 변화할때에 상기 발광 수단을 상기 광각단부에서의 위치와 상기 망원단부에서의 위치 사이에서 직선적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 일정 거리에 있어서의 조명 범위의 변화시에, 상기 지향 수단의 광축에 대한 상기 발광 수단의 시프트량이 변화되는 것을 특징으로 하는 조명 광학 시스템.