KR20020086299A - 조명장치 및 촬상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원, 이 광원으로부터 입사하는 광을 받는 굴절면과 이 굴절면으로부터 입사하는 광을 반사하는 반사면으로 이루어진 각 프리즘부 또는 광원으로부터의 광을 반사하는 반사면이 형성된 광학부재를 포함하는 조명장치를 기재하고 있다. 여기서, 광학부재에 있어서는, 광축 상에 중심을 둔 광원의 반경방향을 포함하는 평면내에 광축에 수직인 방향으로 배치된 복수쌍의 반사면 또는 프리즘부가 있다. 본 발명은 고효율의 광원으로부터의 광을 사용해서 저자세 조명장치를 제공할 수 있다.

Description

조명장치 및 촬상장치{LIGHTING APPARATUS AND IMAGE PICKUP APPARATUS}

본 발명은 조명장치와 그것을 탑재한 촬상장치에 관한 것이다.

필름카메라, 디지털스틸카메라 및 비디오카메라 등의 촬상장치에 사용되는 조명장치는, 종래, 광원과 이 광원으로부터 발생된 광속을 앞쪽으로 가이드하는 프레넬렌즈와 리플렉터 등의 광학부재로 구성되어 있다.

이와 같은 조명장치는 필요한 조사전계각도 내에서 여러 방향의 광원으로부터 조사되는 광속을 효율적으로 집광하기 위한 각종 설계에 사용 가능하다. 특히, 지금까지 광원 앞에 프레넬렌즈를 놓는 대신에 최근 프리즘 또는 광가이드 등의 전반사를 사용하는 광학부재를 놓음으로써 집광효율을 향상시키고 장치의 크기를 감소시킨다고 하는 제안이 있다.

일본 특허 공개공보 제 2000-250102호에 기재된 이러한 타입의 제안의 예는 광원으로부터 사출된 광속을 앞쪽으로 집광하는 양의 굴절특성을 가진 원통형 렌즈부와, 광원으로부터 사출된 광속을 옆쪽으로 굴절시킨 후, 이 광속을 뒤에 놓인 전반사면을 사용해서 앞쪽으로 인도하는 프리즘부를 구비한 광학부재를 사용한 것이다. 이 공보의 제안에 의한 조명장치는 광원의 중심으로부터의 광분포를 상기한 광학부재의 광학작용에 의해 대체로 균일하게 한 후, 외향 광의 동일 평면으로부터 조명광을 조사한다. 이에 의해 고 집광효율을 가진 소형의 조명광학계를 실현할수 있다.

촬상장치는 최근 전보다 훨씬 작고 얇아지는 경향이 있으며, 또한 종래 기술에는 없는 카드형 카메라 등의 극히 얇은 디지털카메라의 제안도 있다.

이에 따라 보다 작고, 보다 얇은 광원이 또한 필수 조건이고, 이와 같은 조건 하에서도 광학성능이 열화하지 않는 시판 가능한 조명광학계가 강하게 요구되고 있다.

이와 같은 배경에 대해서, 초소형 조명장치로서 상기한 일본 특허 공개 공보 제 2000-250102호에서 제안된 조명장치를 사용하는 것도 가능하다.

그러나, 상기 공보에서 제안된 조명장치는 두께 방향으로 아직 두껍고, 카드 사이즈 카메라에 수용할 수 있을 정도로 얇지 않다. 이러한 이유로, 이것은 카드타입 카메라 또는 카드타입 전자 플래시에 탑재되는 조명장치용의 구성으로서는 이상적인 구성이라 할 수 없다.

본 발명의 목적은 극히 얇은 조명광학계를 실현할 수 있고, 필요한 광학 성능과 광분포특성을 제공할 수 있는 고효율의 조명장치 및 이것을 탑재한 촬상장치를 제공하는데 있다.

도 1은 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 일실시형태에 의한 조명장치의 종방향 단면도;

도 2는 방전관의 반경방향에 있어서의 도 1에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 종방향 단면도;

도 3는 방전관의 축방향에 있어서의 도 1에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 단면도;

도 4는 도 1에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 주광학계를 표시하는 분해사시도;

도 5는 도 1에 표시한 실시형태에 의한 조명장치를 탑재한 카메라의 사시도;

도 6는 도 1에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 광분포 특성도;

도 7는 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 종단면도;

도 8는 방전관의 측방향에 있어서의 도 7에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 단면도;

도 9는 도 7에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 뒤쪽으로부터 본 주광학계의 분해사시도;

도 10은 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 종단면도;

도 11은 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 뒤쪽으로부터 본 주광학계의 분해사시도;

도 12는 도 11에 표시한 실시형태의 조명장치에 사용된 광학부재의 배면도;

도 13은 방전관의 반경방향을 포함하는 평면상의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 종단면도;

도 14는 방전관의 반경방향을 포함하는 평면상의 도 13에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 종단면도;

도 15는 방전관의 길이방향에 있어서의 도 13에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 단면도;

도 16은 도 13에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 분해사시도;

도 17은 뒤쪽으로부터 본 도 13에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 사시도;

도 18은 도 13에 표시한 실시형태에 의한 조명장치가 탑재된 카메라의 사시도;

도 19는 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 종단면도;

도 20은 방전관의 반경방향에 있어서의 도 19에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 종단면도;

도 21는 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 종단면도;

도 22는 방전관의 반경방향에 있어서의 도 21에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 종단면도;

도 23은 도 21에 표시한 실시형태에 의한 조명장치의 분해사시도;

도 24는 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치(집광상태)의 단면도;

도 25는 방전관의 반경방향에 있어서의 도 24의 조명장치(확산상태)의 단면도 및 대표광속의 추적도;

도 26은 방전관의 중심축을 포함하는 평면으로 절단한 도 24의 조명장치의 단면도;

도 27은 도 24의 조명장치의 광학계의 분해사시도;

도 28은 도 24의 조명장치를 탑재한 (a)콤팩트카메라 및 (b)카드사이즈카메라의 사시도;

도 29는 도 24의 조명장치(집광상태)의 광분포 특성도;

도 30은 도 24의 조명장치(확산상태)의 광분포특성도;

도 31은 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치(집광상태)의 단면도;

도 32는 방전관의 반경방향에 있어서의 도 31의 조명장치(확산상태)의 단면도 및 대표광속의 추적도;

도 33은 방전관의 중심축을 포함하는 평면으로 절단한 도 31의 조명장치의 단면도;

도 34는 도 31의 조명장치의 광학계의 분해사시도 :

도 35는 방전관의 반경방향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치(집광상태)의 단면도 :

도 36은 방전관의 반경방향에 있어서의 도 35의 조명장치(확산상태)의 단면도 및 대표 광속의 추적도 :

도 37은 반전관의 반경반향에 있어서의 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치(집광상태)의 단면도 :

도 38은 방전관의 반경방향에 있어서의 도 37의 조명장치(확산상태)의 단면도 :

도 39는 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 광학계의 분해사시도 :

도 40은 도 39의 조명장치를 구성하는 광학부재의 배면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 조명장치 2: 방전관

3: 리플렉터 3a: 반원통부

3b,3b': 곡면부 3c,3c': 평탄면부

4: 광학부재 4a: 원통형렌즈면

4c,4e,4g,4c',4e',4g': 반사면4b,4d,4f,4b',4d',4f': 굴절면

4h: 프리즘어레이 4i,4i': 프레넬 렌즈부

P: 프리즘부 E: 경계 가장자리

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 조명장치는

광원; 및 상기 광원의 앞에 놓이고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사하기 위하여 반사면이 형성된 광학부재를 포함하고, 상기 광학부재는 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면내에 광축의 양쪽에 배치된 복수쌍의 상기 반사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광학부재는 광원으로부터 입사하는 광을 받는 굴절면과 광축의 양쪽에서 광원의 길이 방향에 수직인 방향에 배치된 굴절면으로부터 입사하는 광을 반사하는 반사면으로 이루어진 복수의 프리즘부쌍을 구비할 수 있다.

상기한 발명에 있어서, 상기 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 그리고 그에 가깝게 양의 굴절력을 가진 렌즈부를 형성할 수 있고, 또 주변부에 복수의 반사면쌍을 형성할 수 있다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 광원의 길이방향에 수직인 방향의 광축으로부터 떨어진 프리즘부의 광원쪽에 가까운 각 프리즘부의 굴절면과 반사면 사이의 교차에 의해 형성된 광원쪽에 가장자리를 놓는 것도 가능하다. 이 경우에, 광축의 방향의 광원의 중심위치와 실질적으로 같은 위치에 광원의 길이방향에 수직인 방향의 광축으로부터 가장 떨어진 복수의 프리즘부쌍으로부터 가장자리를 놓는 것도 가능하다. 또한, 상기한 발명에 있어서, 광원뒤에 놓이고, 광학부재를 향하여 광원으로부터의 광을 반사하는 반사부재를 포함할 수도 있으며, 광원의 길이 방향에 수직인 방향의 광축으로부터 가장 먼 복수의 프리즘부쌍부의 반사면의 적어도 일부를 덮는 위치까지 반사부재를 뻗게 할 수도 있다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 각 반사면을 통해서 조사된 광의 범위와 렌즈부를 통해서 조사된 광의 범위가 실질적으로 서로 중첩하도록 각 반사면의 형상을 결정하는 것도 가능하다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 광축의 방향의 광원과 광학부재 사이의 위치관계를 변경할 수 있게 하는 것도 가능하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 조명장치는 광원; 상기 광원의 앞에 놓인 광학부재; 및 상기 광원의 뒤쪽과 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 앞 공간을 덮도록 놓이고, 상기 광원으로부터 조사된 광을 앞쪽으로 반사된 반사부재를 포함하고, 상기 광학부재는, 상기 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 그리고 그에 가깝게 놓이고, 양의 굴절력을 가진 렌즈부; 및 상기 앞 공간을 덮는 상기 반사부재의 일부에 의해 반사된 광이 통과하는 영역보다 광축에 가깝게 설치된 상기 렌즈부의 주변쪽에 놓이고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 발명에 있어서, 상기 광원으로부터 입사한 광을 받는 굴절면과 이 굴절면으로부터 입사하는 광을 반사하는 반사면을 가진 프리즘과 같은 반사부를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에, 광축에 대한 기울기가 4°이하인 평탄면을 가진 반사부의 굴절면을 구성하는 것도 가능하다. 상기 광축의 양쪽에 한쌍 또는 복수의 반사부를 배치하는 것도 가능하다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 상기 반사부를 통해서 조사된 광의 범위와 상기 렌즈부와 상기 반사부재를 통해서 조사된 광의 범위가 서로 실질적으로 중첩하도록 상기 반사부의 형상을 결정하는 것이 가능하다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 광축에 대해, 상기 광원의 중심으로부터 사출되고 상기 반사부에 입사하는 광에 의해 형성되는 각도α는 20°≤α≤70°범위내에 설정하는 것이 가능하다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 상기 광축의 방향의 광원과 광학부재 사이의 위치 관계를 변경함으로써 조사범위를 가변으로 하는 것이 가능하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 조명장치는,

광원; 상기 광원의 앞쪽에 놓인 광학부재로서, 양의 굴절력을 가지며 또 이 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 놓이고 그리고 그에 가까운 렌즈부가 형성된 광학부재;

상기 광원의 뒤쪽과, 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 앞 공간을 덮도록 위치하고 상기 광원으로부터 사출된 광을 앞쪽으로 반사하는 제 1 반사부재; 및 상기 광학부재의 입사면 근방의 상기 렌즈부의 주변쪽에 놓이고, 상기 앞 공간을 덮는 상기 제 1 반사부재의 일부에 의해 반사된 광이 통과하는 영역보다 광축에 더 가깝게 배치되고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사한다.

상기한 발명에 있어서, 상기 광축의 양쪽에 한 쌍 또는 복수쌍의 제 2 반사부재를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 상기 제 2 반사부재를 통해서 조사된 광의 범위와, 상기 렌즈부와 상기 제 1 반사부재를 통해서 조사된 광의 범위가 서로 실질적으로 중첩하도록 상기 제 2 반사부재의 형상을 결정하는 것이 가능하다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 광축에 대해서, 상기 광원의 중심으로부터 사출되고 상기 제 2 반사부재에 입사하는 광에 의해 형성된 각도 α를 20°≤α≤70°범위내에 설정하는 것이 가능하다.

또한, 상기한 발명에 있어서, 상기 광축의 방향의 상기 광원, 상기 광학부재 및 상기 제 2 반사부재 사이의 위치관계를 변경함으로써 조사범위를 가변으로 하는 것이 가능하다.

그리고, 촬상장치에 상기 발명의 각각의 조명장치를 탑재하는 것이 가능하다. 이 경워에 촬상장치는 카드형구성을 가질 수 있다.

(바람직한 실시형태의 상세한 설명)

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시형태인 카메라조명장치를 표시한다. 도 1 및 도 2는 방전관의 반경방향을 포함하는 평면상의 상기한 조명장치의 광학계의 주부재의 단면도이고, 이 평면의 수직방향(광축에 수직인 방향)은 방전관(광원)의 길이방향에 수직인 방향이다. 도 3은 광학계를 구성하는 방전관(광원)의 중심축을 포함하는 수평면으로 절단한 상기 조명장치의 단면도이다. 도 4는 상기 조명장치의 주광학계를 표시하는 분해사시도이고, 도 5는 상기 조명장치를 장착한 카메라의 사시도이다.

도 1 내지 도 3은 또한 광원인 방전관의 중심으로부터 사출되는 대표적인 광속의 추적도를 표시하고, 특히 도 1(a), 1(b) 및 도 2(a), 2(b)는 입사광의 위치에 따라서 분할된 동일 단면 상의 광원의 중심으로 사출된 광속을 표시한다.

도 5(a)는 콤팩트카메라를 표시하고, 도 5(b)는 카드형카메라를 표시한다. 이들 도면에 있어서, (11)은 카메라의 본체를 표시하고, (11)은 카메라(11)의 본체의 정상부에 놓인 조명장치를 표시한다. (12)는 촬영렌즈를 표시하고, (13)은 셔터릴리스버튼을 표시한다.

도 5(a)에 있어서, (14)는 촬영렌즈(12)를 줌잉하는 조작부재를 표시하고, 이 조작부재(14)를 앞쪽으로 눌러서 화상을 줌인시키고 또 이 조작부재(15)를 뒤쪽으로 눌러서 화상을 줌아우트시킨다.

또한, (15)는 카메라의 각종 모드 사이를 전환하는 모드세팅버튼이고, (16)은 유저에게 카메라의 조작을 알리는 액정 표시창을 표시한다.

도 5(a) 및 5(b)에 있어서, (17)은 외부광선의 휘도를 측정하는 포토미터의 수광창을 표시하고, (18)은 파인더의 검사창을 표시한다.

이어서, 조명장치의 광학특성을 결정하는 부재를 도 1 내지 도 4를 사용해서 상세히 설명한다.

이들 도면에 있어서, (2)는 원통형방전관(크세논관)을 표시한다. (3)은 방전관(2)으로부터 사출되어 조사광학축의 방향으로 뒤쪽으로 향하는 광속의 부재 앞으로 반사시키는 리플렉터를 표시한다. 이 리플렉터(3)는 고반사율금속기화면이 형성되어 있는 내면을 가진 수지재료 또는 복사 알류미늄 등의 금속재료로 이루어진 고반사율내면을 가지고 있다.

(4)는 하나의 프리즘형 광학부재를 표시하고, 방전관(2)으로부터의 광의 입사면에는, 방전관(2)의 길이방향에 수직인 방향에 굴절력을 가진 굴절면 (4b, 4d, 4f, 4b', 4d', 4f')과, 광축(L)의 양쪽에 상기한 방전관(2)의 길이방향에 수직인 방향에 배치된 이들 굴절면으로부터의 입사광에 대한 전반사조건을 거의 만족하는 반사면 (4c, 4e, 4g, 4c', 4e', 4g')으로 이루어진 복수의 프리즘부쌍(P)이 있다.

또한, 도 3에 표시한 바와 같이, 광학부재(4)의 외향 광의 평면 위에는 방전관(2)의 길이방향에 굴절력을 가진 프리즘어레이(4h)가 있다. 광학부재(4)의 재료로서는 아크릴수지 등의 고투과율광학수지재료 또는 글라스재료가 적당하다.

상기 구성에 있어서, 카메라가, 예를 들면, "전자 플래시 오토 모드"로 설정되었을 경우에 유저에 의해 셔터릴리스버튼(13)이 눌려진 후, 제어회로(도시생략)는, 광이 조명장치(11)로부터 사출되어야 하는지 여부 또는 포토미터(도시생략)에 의해 측정된 외부광의 휘도, 장전된 필름의 감도 또는 CCD 또는 CMOS 등의 촬상장치의 특성에 의거하지 않고 결정한다.

제어회로가 "광이 조명장치로부터 사출되어야 한다"고 결정했을 때, 제어회로는 발광신호를 출력해서, 방전관(2)으로 하여금 리플렉터(3)에 부착된 트리거리드선을 통하여 광을 사출시키게 한다.

방전관(2)으로부터 사출된 광속 중에, 조사광축(L)의 방향으로 뒤쪽으로 사출된 광속성분은 리플렉터(3)를 통해서 방전관(2)앞에 위치한 광학부재(4)로 들어가고, 조사광학축의 방향으로 앞쪽으로 사출된 광속성분은 직접 광학부재(4)로 들어간다. 이들 양 광속성분은 광학부재(4)를 통해서 소정의 광분포특성을 가진 광속으로 변경된 후, 물체 위에 조사된다.

이후, 상기 조명장치(11)에 있어서, 특히 조명광학계의 전체형상을 현저하게 슬림화하면서 광분포특성을 필요한 조사범위 내에서 균일하게 유지하도록 최적형상을 설정하는 것에 대해서 도 1 내지 도 3을 사용해서 설명한다.

우선, 방전관(2)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)의 광분포특성을 최적화하기 위한 기본 개념을 도 1 및 도 2를 사용해서 설명한다. 도 1(a), (1b) 및도 2(a), 2(b) 모두 동일 단면을 표시하고, 또한 여러 경우에 여러 광속추적선을 표시한다.

이들 도면은 방전관(2)을 구성하는 유리관의 내경 및 외경을 표시한다. 이들 타입의 방전관의 실제 발광현상에 있어서, 광은 효율을 향상시키기 위하여 전 내경으로부터 자주 사출되며, 또한 광은 방전관(2)의 전 내경을 가로질러서 발광점으로부터 사실상 균일하게 사출된다고 생각하는 것이 합리적이다. 그러나, 설명의 단순화를 위해서 방전관(2)의 중심으로부터 사출되는 광속이 대표 광속이고, 이 도면은 단지 방전관(2)의 중심으로부터의 광속만을 표시한다고 가정한다.

실제의 광분포특성으로서, 광분포특성은 전체로서, 도면에 표시한 바와 같이 대표 광속 외에 또 방전관(2)의 주위로부터 사출된 광속으로 인해 광속이 약간 퍼지는 방향으로 변화하지만, 이 광속은 광분포특성과 거의 동일한 경향을 가지고 있으며, 따라서, 다음의 설명은 이 대표 광속에 의거한 것이다.

우선, 상기한 조명장치의 광학계의 특성형상을 하나씩 설명한다. 조사광축의 방향의 리플렉터(3)의 뒤쪽의 형상은 방전관(2)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부(3a)"라 함)이다. 이것은 다시 방전관(2)의 중심에 접근하기 위하여 리플렉터(3)에서 반사광을 복귀시키기에 효과적인 형상이며, 또한 방전관(2)의 글라스부의 굴절로부터의 악영향을 방지하는 효과를 가진다.

또한, 이러한 구성에 의해 방전관(2)으로부터의 직광과 거의 동등한 외향 광으로서의 리플렉터(3)에 의해 반사된 광을 취급하는 것이 가능하게되며, 또한 그에 의해 전체 광학계의 크기를 감소시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 리플렉터(3)가 반원통형 형상을 가진 이유는, 이보다 작은 크기를 가진 것은 광속을 옆쪽으로 집광시키기 위하여 광학부재(4)의 크기를 증가시킬 필요가 있으며, 한편 이보다 큰 크기를 가지는 것은 리플렉터(3)의 안쪽에 포착된 광속을 증가시킴으로써 효율의 감소를 초래하게 된다.

한편, 리플렉터(3)의 상부 및 하부주변부는, 광학부재(4)의 프리즘부(P)의 수직방향의 최외측프리즘부의 굴절면(4f, 4f')과 반사면(4g, 4g') 사이의 경계가장자리(E)가 광축방향의 방전관(2)의 중심과 거의 같은 위치에 있도록 위치한 반사면(4g, 4g')의 뒤쪽을 덮도록 하는 형상으로 되어 있다(이하, "곡면부(3b, 3b')"라 함).

이것은 방전관(2)의 중심으로부터 사출된 광속이 도 2(b)에 표시한 바와 같이 반사면(4g, 4g')에 의해 이상적으로 반사될 수 있고(전반사), 반면에 방전관(2)의 앞쪽(도면에서 방전관(2)의 중심에 대해 왼쪽)으로부터 사출된 광속의 일부가, 특히 방전관(2)이 큰 내경을 가질 때, 굴절면(4g, 4g')에서 전반사조건을 만족할 수 없고, 또한 전반사될 수 없으며, 그에 의해 반사면(4g, 4g')으로부터 나가는 광속성분을 포함하게 되기 때문이다. 이 광속을 효과적으로 사용하기 위하여 리플렉터(3)에 상기한 형상을 채용하는 것은 이 때문이다.

이와 같이 해서, 도면에 표시한 바와 같이 리플렉터(3)의 형상을 굴절면(4g, 4g')의 형상을 따라서 광학부재(4) 의 상부쪽 및 하부쪽에 연장시킴으로써, 반사면(4g, 4g')에 의해 전반사될 수 없고 또 반사면(4g, 4g')으로부터 나가는 광속을 광학부재(4)에 다시 들어가게 하고, 또한 반사된 광속을 소정의 조사범위 내로 효율적으로 인도하는 것이 가능하게 된다.

다음에, 상기 조명장치(11)의 광분포특성에 대해 가장 큰 영향을 가진 광학부재(4)의 형상에 대해서 설명한다. 광학부재(4)가 광축방향의 가장 얇은 형상에 의해 필요한 조사범위를 균일하게 조명할 수 있는 광분포를 얻기 위하여 이 실시형태는 그 부재의 형상을 다음과 같이 결정한다.

도 1(a)에 표시한 바와 같이, 조사광축의 근방을 향하여 방전관(2)으로부터 사출된 광속은 양의 굴절력을 부여하는 광학부재(4)의 입사면의 중앙영역(이 영역은 광축(L)위와 그 가까이에 위치한다. 즉, 광축(L)은 이 영역을 통과한다.)에 형성된 원통형 렌즈면(4a)을 통과한다. 이 광속은 소정의 각도 범위 내에 균일한 광분포특성을 가진 광속으로 변경된 후, 사출면(4h)으로부터 나간다.

여기서, 균일한 광분포특성을 제공하기 위해서 이 실시형태의 원통형렌즈면(4a)은 연속적인 비구면형상을 가지도록 구성되어 있어, 방전관(2)의 중심으로부터 나오는 광의 각도는 원통형렌즈면(4a)으로부터 나오는 광의 각도에 비례하도록 되어있고, 또한 이 광은 일정한 비율로 집광되도록 되어 있다.

다음에, 도 1(b)에 표시한 광속성분, 즉 상기 도 1(a)에 표시한 광속성분보다 약간 큰 각도로 위쪽 및 아래쪽으로 방전관(2)의 중심으로부터 사출된 광속성분(그러나, 도면은 이후 아래쪽으로 사출된 광속성분만을 표시한다)을 설명한다.

이 광속성분은 평탄한 면으로 이루어진 제 1굴절면(4b, 4b')을 통하여 굴절되어, 프리즘부(P)로 들어간 후, 대부분의 광속성분은 소정의 곡면으로 이루어진제 1반사면(4c, 4c')에 의해 전반사되어, 도 1(a)의 조사각도분포와 거의 동등한 광분포특성을 가진 광속으로 변경된다.

여기서, 굴절면(4b, 4b')에 입사하는 광속성분의 각도범위는 도 1(a)에 표시한 광속성분의 입사각도범위보다 훨씬 좁다. 이 때문에 상기 부재를 도 1(a)에 표시한 조사각도범위 내에 맞추는 것은, 광속의 각도 범위가 일정한 비율로 상당히 퍼지도록 제 1반사면(4c, 4c')을 형성하는 것을 필요로 한다. 이 개념에 의거하여 제 1반사면(4c, 4c')의 형상을 최적화함으로써 이 도면에 표시한 조사각도범위를 상기 도 1(a)에 표시한 조사범위와 거의 매치시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 2(a)에 표시한 바와 같이, 상기한 도 1(b)의 광속성분보다 큰 각도로 위쪽 및 아래쪽으로 방전관(2)의 중심으로부터 사출된 광속성분은 평탄면으로 이루어진 제 2굴절면(4d, 4d')을 통해서 굴절되어, 프리즘부(P)로 들어가고, 광속의 대부분은 소정의 곡면으로 이루어진 제 2반사면(4e, 4e')에 의해 전반사되고, 상기한 도 1(a) 및 1(b)의 조사각도분포와 거의 동등한 균일한 광분포특성을 가진 광속으로 변경된다.

이 경우에도, 제 2굴절면(4d, 4d')에 입사하는 광속의 각도범위는 도 1(b)의 경우와 같이 도 1(a)에 표시한 광속의 각도범위보다 훨씬 좁고, 상기한 광속성분을 도 1(a)에 표시한 조사각도범위 내에 맞추는 것은, 광속의 각도범위가 일정한 비율로 상당히 퍼지도록 제 2반사면(4e, 4e')을 형성하는 것을 필요로 한다. 이 개념에 의거하여 제 2반사면(4e, 4e')의 형상을 최적화함으로써 이 도면에 표시한 조사각도범위를 상기 도 1(a)에 표시한 조사범위와 거의 매치시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 2(b)에 표시한 바와 같이, 가장 큰 조사각도로 위쪽 또는 아래쪽으로 방전관(2)로부터 사출된 광속성분은 평탄면으로 이루어진 제 3입사면(4f, 4f')을 통해서 굴절되어, 프리즘부(P)로 들어가고, 광속의 대부분은 소정의 곡면으로 이루어진 제 3반사면(4g, 4g')에 의해 전반사되고, 상기 도 1(a), 1(b), 1(c)의 조사각도분포와 거의 동등한 균일한 광분포특성을 가진 광속으로 변경된 후, 평면(4k)으로부터 나간다.

따라서, 도 1 및 도 2에 표시한 부분에서는 방전관(2)의 중심으로부터 사출된 모든 광속이 도 1(a)의 반사면과 6쌍의 굴절면과 원통면(4a)의 광학작용에 의해 합계 7영역의 광속성분으로 분할된다. 그러나, 이들 영역의 광속성분의 조사각도범위는 서로 중첩되어 조사면 상에 균일한 광분포를 형성한다.

따라서, 제 1 내지 제 3반사면의 형상을 종래 기술보다 작은 부분으로 분할함으로써 종래기술에 의해서는 기대되지 않는 본 실시형태에 특유한 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.

우선, 반사면은 종래 기술의 경우와 같이 광축의 방향에 연속적으로 위치하지 않고, 불연속적으로 위치하며, 복수의 반사면층은 서로 중첩하도록 조사광축(L)에 수직인 수직방향에 놓이며, 이에 의해 광학부재(4)를 포함하는 수직방향의 조명광학계의 두께를 현저히 감소시키는 것이 가능하게 된다.

즉 제 1 반사면(4c, 4c')을 수직 방향에 대칭적으로 원통형 렌즈면(4a)의 바깥쪽에 놓는 것, 제 2 반사면(4e, 4e')을 반사면(4c, 4c')의 영역의 외부에 수직방향으로 대칭적으로 놓는 것(여기서 광축의 방향의 위치는 서로 중첩한다) 및 제 3 반사면(4g, 4g')을 상기한 2개의 반사면(4c, 4c', 4e 4e')의 영역 외부에 수직방향에 대칭적으로 놓는 것(여기서 광축방향의 위치는 서로 중첩한다)은 반사면의 두께를 전체로서 광축방향으로 절반 이하로 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 구성을 채택함으로써, 이 실시형태는 대략 4㎜ 정도의 작은 두께의 소정의 광분포특성을 얻을 수 있는 조명광학계를 구성하는 것이 가능하게 된다.

두 번째로, 전반사작용을 가진 복수의 면을 구성함으로써 종래의 광가이드형 전자 플래시의 문제점, 즉 일반적으로 수지광학재료로 이루어진 광학부재가 광원 가까이에 놓일 때, 광학부재가 광원에 의해 발생된 열에 의해 용해되어 발광조건에 따른 본래의 광학특성을 얻는 것이 불가능하다는 문제점을 방지할 수 있다.

즉 반사면을 복수의 층으로 구성함으로써, 열에 가장 약한 광학부재(4)의 반사면과 굴절면 사이의 경계인 가장자리(E)를 광원으로부터 이간시켜서, 광학수지 재료에 대한 연속적인 발광시에 발생된 대류열과 복사열의 영향을 최소화해서, 광학특성의 열화를 방지할 수 있다.

세 번째로, 작지만 효율열화가 거의 없는 조명광학계를 구성하는 것이 가능하다. 즉, 반사면은 기본적으로 전반사작용을 가진 면으로서 구성되기 때문에 효율열화가 거의 없고, 또한 조사방향이 현저히 변화해서 고효율을 제공하는 광원의 중심 이외로부터 사출된 광속성분이 아주 적다.

또한, 리플렉터(3)는 반원통형부(3a), 곡면부(3b, 3b') 및 평탄면부(3c, 3c')의 3부분으로 구성되어 있고, 평탄면부(3c, 3c')는 광원의 중심의 앞쪽 (도면에서 왼쪽) 으로부터 사출되어 대각선 방향으로 뒤쪽으로 향하는 광속성분을 반사함으로써 광속을 효율적으로 이용할 수 있는 리플렉터를 구성한다. 따라서, 이 면을 평탄면으로 구성함으로써 중심 이외로부터 사출된 광속의 필요한 조사각도범위내에 광을 효율적으로 조사할 수 있게 된다.

따라서, 리플렉터(3) 및 광학부재(4)의 적은 수의 부재만을 사용해서 필요조사범위의 외부에 광량의 손실이 거의 없는 작고 고효율의 조명광학계를 구성하는 것이 가능하다.

다음에, 이 실시형태에 의한 방전관(2)의 길이방향의 집광작용을 도 3을 사용해서 설명한다.

도 3은 광원의 중심으로부터 광속의 추적도를 수반하는 중심축을 포함하는 평면으로 절단한 방전관(2)의 단면도이다. 도면에 표시한 바와같이, 광학부재(4)의 사출면은 중앙영역에 형성된 동일한 각도의 2개의 슬로프를 가진 프리즘어레이(4h)와 주변부에 형성된 프레넬렌즈부(4i, 4i')로 구성되어 있다.

이 실시형태는 중앙영역의 각 프리즘어레이(4h)의 꼭지점각으로서 일정한 각도 105°를 설정한다. 이러한 각도 설정을 가진 프리즘어레이(4h)는 비교적 큰 입사각을 가진 광속성분(30° 내지 40° 범위의 광학부재(4)에 대한 입사각도를 가진 광속성분)을, 광이 입사면을 통하여 굴절되는 동일한 각도를 가진 사출면으로부터 나오게 하는 효과, 즉 광속성분을 사출면에 굴절에 의한 영향을 받는 일이 없이 사출면으로 나오게 하는 효과를 가지며, 또 입사광속을 광속으로서 일정한 범위의 조사각도 내에 집광하는 효과를 가진다.

이 실시형태는 이 프리즘어레이(4h)의 꼭지점각이 105°로 설정된 예를 표시했지만, 각도 설정은 이것에 한정되지 않으며, 이 각도보다 적은 각도, 예를들면 90。로 설정함으로써 광학부재(4)로부터 사출된 광속에 대해 좁은 조사각도를 설정하는 것이 가능하며, 이에 대하여 이 각도보다 큰 각도, 예를들면 120。로 설정함으로써 광학부재(4)로부터 사출된 광속에 대해 보다 넓은 조사각도를 설정하는 것이 가능하다.

한편, 도 3에 표시한 바와같이, 일부 외향하는 광속성분이 있으며, 이것은 이 프리즘어레이(4h)에 의해 전반사되어, 다시 방전관(2)에 복귀한다. 이 광속성분은 리플렉터(3)에 의해 반사되어, 다시 광학부재로 들어가서, 프리즘어레이(4h)에 의해 소정의 각도부재로 변경된 후, 물체상에 조사된다.

따라서, 방전관(2)의 중심으로부터 사출된 광속의 대부분은 일정한 각도분포를 가진 광속으로 변경되어 광학부재의 밖으로 조사한다. 이 경우에 광분포는 오직 프리즘어레이(4h)의 각도 설정에 의존하며, 프리즘어레이(4h)의 피치 등에 의해 영향받지 않으며, 따라서 광축방향의 깊이의 요구없이 극히 앝은 영역에서 집광제어를 허용한다. 따라서, 이에 의해 조명광학계의 전체크기를 현저하게 감소시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 도면에 표시한 바와 같이, 프레넬렌즈부(4i, 4i')는 광학부재(4)의 주변부의 사출면 위에 형성된다. 광학부재(4)는 상당히 얇지만, 일정한 지향성을 가진 광속이 얻어지는 이 주변부의 영역이 있으며, 이 영역에 프레넬렌즈를 형성하는 것은 비교적 효율적인 집광작용을 허용하게 한다.

도면에서, 이 부분의 현저한 집광작용은 관찰할 수 없다. 이것은 방전관(2)의 중심으로부터 사출된 광속만이 표시되어 있고, 방전관(2)의 단부 주위로부터 사출된 광속의 대부분은 조사광축(L)에 집중하는 부재로 변경되기 때문이다.

따라서, 광학부재(4)의 각 부분의 사출면의 형상을 결정함으로써 방전관(2) 근처에 위치한 극히 얇은 조명광학계도 광속을 일정한 각도 범위 내에 효율적으로 집광시킬 수 있다.

도 6은 이 실시형태의 광학계구성에서 얻어진 실제의 광분포특성도를 표시한다. 도면에 표시한 바와 같이, 이 실시형태는 일정한 각도 범위내에 균일한 광분포 특성을 얻을 수 있으며 또 필요한 조사각도범위 바깥쪽에 광이 거의 조사되지 않는 이상적인 조명광학계의 특성을 얻을 수 있다.

따라서, 이 실시형태는 광학부재(4)의 사출면 쪽의 프리즘어레이(4h)와 프레넬렌즈부(4i, 4i')를 사용해서 방전관(2)의 길이 방향의 집광 제어를 행하고, 또한 광학부재(4)의 입사면쪽에 위치한 복수 쌍의 반사면(4c, 4e, 4g, 4c', 4e', 4g')과 원통형레즈면(4a)을 사용해서 방전관(2)의 길이방향에 거의 수직인 방향(수직방향)에 대한 효율적인 집광제어를 행한다. 이것은 선행기술에는 없는 뛰어난 광학특성을 가진 초박조명광학계를 제공한다.

이 실시형태는, 방전관(2)의 길이방향에 거의 수직인 방향(수직방향)에 대한 광분포제어가, 광학부재(4)의 입사면쪽에 위치한 복수쌍의 반사면(4c, 4e, 4g, 4c', 4e', 4g')과 원통형렌즈면(4a)에 의해 제어되는 거의 동일한 광분포를 얻도록설정되는 경우를 기재하고 있다. 그러나, 광분포제어는 이 실시형태에 한정되지 않지만, 여러 가지 광분포를, 광원이 일정한 값 이상의 크기를 가지는 경우에 사용해도 된다.

즉 광원에 가까운 원통형렌즈면의 조사각도는 광원이 꽤 클 때 상당히 퍼지기 쉽다. 한편, 반사면이 광원으로부터 가장 멀리 위치할 때, 집광정도는 광원의 크기가 어느 정도 증가하더라도 열화하지 않아, 초기에 설정된 조사각도와 그다지 다르지 않은 분포를 제공한다.

따라서, 제어면이 광원에 가까운 원통형렌즈면은 광원의 중심으로부터 사출된 광속의 분포가 소정의 소망하는 광분포보다 좁게 되도록 설정되어 있다.

마찬가지로, 동시 발생의 광분포를 균일하게 설정하는 대신에 광원의 중심으로부터의 위치에 따라 각 반사면의 반사 후 광분포를 설정하는 것이 바람직하다.

즉 이 조명광학계가 무시할 수 있는 일정한 한정된 크기를 가진 광원에 적용되는 경우에 광원의 중심으로부터의 광속의 각도분포가 소망하는 광분포특성을 가지도록 반사면을 광원으로부터 떨어지게 미리 세트하고 또 광원의 중심으로부터의 광속의 각도분포가 좁게 되도록 광원에 가까운 반사면을 미리 세트하는 것이 바람직하다.

또한, 이 실시형태는 광학부재(4)의 입사면 상의 각 면구성 및 사출면상의 각 면구성이 광축에 대해 대칭이 되는 경우를 기재했지만, 이 실시형태는 이러한 대칭 형상에 한정되지는 않는다.

이 실시형태에 있어서, 광학부재(4)는 광축의 양쪽에 3층의 반사면으로 구성되지만, 광학부재(4)는 반드시 동일한 수의 층의 반사면으로 구성될 필요는 없다. 예를들면, 위쪽에 2개의 층의 반사면이 형성되고, 아래쪽에 3개의 층의 반사면이 형성된다. 이 위·아래쪽의 2개의 층은 또한 이 경우에 한 쌍을 형성한다.

마찬가지로, 광학부재(4)의 사출면 상의 중심영역에 형성된 프리즘어레이(4h)에 대해, 좌우방향의 광분포특성에 변화를 주기 위해 오른쪽 및 왼쪽에 대해 서로 다른 각도설정을 가진 프리즘을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 주변부의 프레넬렌즈부(4i, 4i')에 대해, 전체 광분포특성에 변화를 주기 위해 집광의 정도에 변화를 주는 것도 가능하다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치를 표시한다. 도 7(a)는 방전관의 반경방향을 포함하는 평면으로 절단된 상기한 조명장치의 광학계의 주부재의 단면도이고, 이 평면 상의 수직방향(광축에 수직인 방향)이 방전관(광원)의 길이 방향에 수직인 방향인 도 7(b)는 도 7(a)의 단면도에 광원의 중심으로부터의 광속의 추적도를 추가한 것이다. 또한, 도 8은 길이방향의 방전관의 축을 통과하는 평면으로 절단된 상기한 조명장치의 광학계의 단면도이고, 도 9는 상기한 조명장치를 표시하는 사시도이다.

이들 도면에서, (22)는 방전관(크네논관)이고, (23)은 리플렉터이다. 이 리플렉터(23)는 상기 실시형태와 거의 같은 기능을 가진다. 그러나, 도 8 및 도 9에 표시한 바와같이, 리플렉터(23)의 양측면(23a, 23a')은 광축(L)에 평행하게 앞쪽으로 똑바로 뻗는 형상을 가진다.

(24)는 프리즘형의 1개의 광학부재를 표시하고, 방전관(22)으로부터 입사하는 광의 평면상에는, 방전관(2)의 길이방향에 수직인 방향에 굴절력을 가진 굴절면(24b,24d,24b',24d')과, 광축(L)의 양측면에 상기한 방전관(2)의 길이방향에 거의 수직인 방향에 배치된 이들 굴절면으로부터의 입사광에 대한 전반사조건을 거의 만족하는 반사면(24c,24e,24c',24e')으로 이루어진 복수의 프리즘부쌍(P)이 있다.

또한, 도 8에 표시한 바와같이, 광학부재(24)의 사출면 의 측면에는 방전관(22)의 길이방향에 굴절력을 가진 프리즘어레이(24h)가 있다. 광학부재(24)의 재질로서, 아크릴수지 등의 고투과율광학수지재료와 글라스재료가 제 1실시형태의 경우와 같이 적합하다.

이 실시형태의 조명장치는 조명광학계의 전체형상을 극히 얇게 하고, 조명광의 조사범위를 최대한으로 좁게 하고, 방전관(22)의 길이방향의 개구부의 폭을 감소시켜서 소형화를 실현시키고자 하는 것이다. 이 광학형상을 결정하는 방법을 도 7 및 도 8을 사용해서 아래에 설명한다.

도 7은 방전관(22)의 반경방향으로 절단된 상기한 조명장치의 종단면도를 표시하고, 또한 수직방향의 광분포특성을 적은 조사각도 범위로 좁게 하는 기본 개념을 표시한다.

도 7(b)는 광속추적선만이 추가된 도 7(a)와 같은 부분을 표시한다. 동 도면에 있어서, 방전관(22)으로서의 유리관의 내외경이 표시되어 있다.

상기 실시형태와 마찬가지로, 방전관(22)의 중심으로부터 사출된 광속은 대표 광속으로 간주되고, 이들 도면은 방전관(22)의 중심으로부터 사출된 광속만을표시한다. 실제의 광분포특성으로서, 광분포특성은 전체로서, 도면에 표시한 바와같이 대표 광속 외에 방전관(22)의 주변으로부터 사출된 광속으로 인해 약간 퍼지는 방향으로 변화하지만, 이 광속은 광분포특성과 거의 동일한 경량을 가지며, 따라서 다음 설명은 이 대표광속에 의거하고 있다.

우선, 상기 조명장치의 광학계의 형상을 하나씩 설명한다. 이 부분에 대해서 조사광축(L)의 방향의 리플렉터(23)의 형상은 상기 실시형태에 기재된 것과 같은 이유로 방전관(22)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통형부(23a)"라 함)이고, 광학부재(24)의 길이방향의 최외측 반사면(24e, 24e')의 뒤쪽을 덮는 곡면부(23b, 23b')와, 이들 곡면부(23b, 23b')와 반원통부(23a)를 연결하는 평탄면부(23c)를 포함한다.

다음에, 광학부재(24)의 형상을 설명한다. 광축방향의 가장 얇은 형상과 가장 좁은 조사각을 가진 광학계, 즉 가장 높은 집광성능을 가진 광학계를 구성하기 위해서 이 실시형태는 광학부재(4)의 각 단면의 형상을 다음과 같이 결정한다.

우선, 도 7(a)에 표시한 바와같이, 광학부재(24)는 상기한 실시형태의 경우와 같이 각 굴절면으로부터 입사하는 광의 대부분에 전반사작용을 가진 복수의 반사면으로 구성되어 있다. 그러나, 반사면(24c, 24e, 24c', 24e')이 수직방향의 광축(L)에 대해 대칭이 되도록 각각 2개의 층으로 형성되어 있다는 점에서 상기 실시형태의 광학부재(4)와 다르다. 굴절면과 수직방향의 최외측 프리즘부(P)의 반사면 사이의 경계가장자리(E)는 광축(L)의 방향의 방전관(22)의 중심과 거의 같은 위치에 있다.

여기서, 분할반사면의 수(층의 수)는, 정확한 광분포를 얻기 위해서 각 반사면이 비구면일 필요가 있기 때문에 그리고 복수의 이러한 복잡한 비구면 형상을 형성하는 것은 다이제조의 구성을 더 복잡하게 하기 쉽다는 사실을 고려해서 감소된다.

따라서, 광학부재의 광축의 양측면에 적어도 2개의 층의 반사면을 형성함으로써 광학부재를 만들고, 따라서 조명장치를 더 얇게 할 수 있다.

광학부재(4)는 이하에 설명하는 다음의 부분으로 구성된다. 우선, 원통형렌즈면(24a)은 중앙영역에 형성되고, 이 중앙영역을 통해서 조사광축(L)이 통과하고, 제 1 굴절면(24b, 24b')과 제 1 반사면(24c, 24c')을 포함하는 프리즘부(P)는 원통형렌즈면(24a)의 바깥쪽에 광축(L)의 양 측면에 수직방향에 대해 대칭적으로 형성된다.

이들 프리즘부(P)의 바깥쪽에 제 2 굴절면(24d, 24d')과 제 2 반사면(24e, 24e')을 포함하는 다른 프리즘부가 광축(L)의 양 측면에서 수직방향에 대해 대칭적으로 형성되어 있다. 또한, 복수의 프리즘으로 이루어진 프리즘어레이(24h)가 사출면 위에 형성되어 있다.

이와같은 형상을 가진 광학부재(24)의 광학작용을 도 7(b)의 광추적도를 사용해서 설명한다.

우선, 조사광축(L)의 근방을 향하는 광속은 광학부재(24)의 입사면에 형성된 양의 굴절력을 부여하는 원통형렌즈면(24a)을 통과하고, 이 부분에 대해 광축에 평행한 광속으로 변경된 후, 사출면(프리즘어레이(24h))으로부터 나간다.

다음에, 비교적 큰 각도로 위쪽 또는 아래쪽으로 방전관(22)의 중심으로부터 사출된 광속성분은 평탄면으로 이루어진 제 1굴절면(24b, 24b')을 통해서 굴절되어, 프리즘부(P)로 들어가고, 광속의 대부분은 소정의 곡면으로 이루어진 제 1반사면(24c, 24c')에 의해 전반사되고, 이 부분에 대해 광축(L)에 평행한 광속으로 변경된 후, 사출면(프리즘어레이(24h))으로부터 나간다.

또한, 큰 조사각도로 위쪽 또는 아래쪽으로 방전관(22)의 중심으로부터 사출된 광속성분은 평탄면으로 이루어진 제 2회절면(24d,24d')을 통해서 굴절되어, 프리즘부(P)로 들어가고, 광속의 대부분은 소정의 곡면으로 이루어진 제 2반사면(24e, 24e')에 의해 전반사되고, 이 부분에 대해 광축(L)에 평행한 광속으로 변경된 후, 사출면(프리즘 어레이(24h)) 으로부터 나간다.

따라서, 방전관(22)의 중심으로부터 사출된 광속은 원통면(24a)의 광학작용에 의해 합계 5개의 영역의 광속성분으로 분할되고, 4개의 굴절면과 반사면과 모든 영역의 광속은 이 부분에 대해 광축에 평행한 광속으로 변경된다. 이것은 좁은 조사범위와 높은 집광성능의 광분포를 제공한다.

따라서, 광학부재(24)에 대해 형성된 반사면을 종래 기술보다 작은 부분으로 분할함으로써 상기 실시형태의 경우와 같이 광학부재(24)의 두께를 더욱 감소시킬 수 있다. 또한, 굴절면과 반사면 사이의 경계인 가장자리(E)는 방전관(22)의 중심으로부터 떨어져서 위치하기 때문에 광원으로부터의 복사열의 영향으로 인한 광학수지재료의 광학특성의 열화를 방지하는 것이 가능하다.

다음에, 이 실시형태의 방전관(22)의 길이방향의 조명장치의 형상을 도 8을사용해서 설명한다.

도 8은 방전관의 중심축을 포함하는 평면으로 절단된 조명장치의 단면도이다. 표면에 표시한 바와 같이, 광학부재(24)의 사출면은 동일 각도의 2개의 슬로프를 가진 복수의 프리즘으로 이루어진 프리즘어레이(24h)로 구성되어 있다. 이 프리즘어레이(24h)를 사용하는 집광효과는 상기 실시형태와 거의 같다.

이 실시형태는, 이 단면도에서, 리틀렉터(23)의 양 측면(23a, 23a')이 광축(L)에 거의 평행하게 앞쪽으로 뻗어 있으며, 광학부재(24)의 전체 사출면이 프리즘어레이(24h)로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이것은 광학부재(24)의 사출면 상의 전체 프리즘 면에 입사하는 광속을 위치와 독립적인 균일한 각도성분을 가진 광속으로 변화하고자 하는 구성이다.

즉 이 구성은 리플렉터(23)의 측면(23a, 23a')을 광축에 거의 평행하게 앞쪽으로 연장시킴으로써 광학부재(24)의 측면에 존재하는 큰 개구부로부터 광속이 빠져나가는 것을 방지할 뿐만 아니라 광학부재(24)의 프리즘어레이(24h)에 입사하는 광이 지향성을 가지는 것을 방지하고 또 반사된 광속을 입사각과 같은 각도로 방원관(22)쪽에 복귀시킴으로써 동일한 조건하에 광학부재(24)의 앞에 놓인 프리즘어레이(24h)에 모든 광속을 들어가게도 한다.

따라서, 방전관(22)의 길이방향에 대한 광학부재(24)의 사출면의 측면의 프리즘어레이(24h)를 사용해서 집광제어를 행함으로써 그리고 방전관(22)쪽에 형성된 원통형 렌즈면(24a)에 의한 굴절과 방전관(22)의 길이방향(수직방향)에 거의 수직인 방향에 대한 복수 쌍의 반사면(24c, 24e, 24c', 24e')에 의한 반사를 통해서 효율적인 집광제어를 행함으로써 전례가 없는 높은 지향성을 가진 얇은 형상의 조명광학계를 제공하는 것이 가능하다.

도 7(b)에 표시한 바와 같이, 이 실시형태는 방전관(22)의 중심영역의 근방으로부터 사출된 광속이 광측(L)에 평행하게 되도록 제어를 행하지만, 광원이 점광원인 경우에 도면에 표시한 바와 같이 극히 좁은 조사 범위를 가진 조명광학계를 제공하는 것이 가능하다. 그러나, 방전관(22)의 발광부는 방전관(22)의 내경과 동등한 제한된 발광영역으로서 실제로 존재하기 때문에 이 실시형태는 광속을 도면에 표시한 바와 같이 극히 좁은 조사각도 범위내에 퍼지게 하는 것보다는 오히려 조사광축의 근방에 중심을 둔 일정한 각도 범위 내에 퍼지게 하도록 하는 광분포 특성을 제공한다.

실제 측정은 중심광량의 절반의 광량과 도면에 표시한 단면방향에 대해 약 15° 퍼지는 조사각도를 표시한다.

도 10(a) 및 10(b)는 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치를 표시한다. 이 실시형태는 제 1실시형태에 대한 변형예이며, 도 10(a)는 상기 조명장치의 광학계의 주부재의 종방향 단면도이고, 도 10(b)는 광원의 중심으로부터의 광의 추적선을 도 10(a)의 단면도에 추가한 것이다.

이 단면 이외의 남은 영역의 형상은 제 1실시형태의 형상과 거의 같기 때문에 그 상세한 도면은 생략한다.

이 실시형태는 제 1실시형태에서 설명한 수직방향의 조명장치의 크기를 감소시키기 위하여 제 1실시형태의 광학부재의 위쪽 및 아래쪽에 3개의 반사면의 형상을 변형시킴으로써 얻어진다.

도 10(a)에 있어서, 제 1실시형태의 광학부재(4)의 형상은 2점 쇄선으로 표시되고, 이 실시형태의 광학부재(34)의 형상은 실선으로 표시된다.

이 실시형태에 의하면, 수직방향의 광학부재(34)의 크기(L)는 제 1실시형태의 수직방향의 광학부재(4)의 크기(Lo)보다 대략 20%정도 작다. 또한, 조명광의 조사각도와 광분포특성은 제 1실시형태와 거의 같다.

도 10에 있어서, (32)는 방전관을 표시하고, (33)은 리플렉터, (34)는 광학부재를 표시하고, 이들은 제 1실시형태의 그것들과 기능적으로 거의 동등하다. 그러나, 방전관(32)쪽의 광학부재(34)의 형상과 각 반사면의 형상은 특히 이 실시형태의 특징이며, 이 실시형태는 이들 형상을 최적화함으로써 소형화를 도모하고 있다.

동 도면에 있어서, 방전관(32)의 유리관의 내경 및 외경이 표시되어 있다. 상기 2개의 실시형태의 경우와 같이, 방전관(32)의 중심으로부터 사출된 광속이 설명의 간단화를 위해서 대표 광속으로 취해지고, 방전관(32)의 중심으로부터 사출된 광속만이 도면에 표시되어 있다. 실제 광분포 특성으로서, 광분포 특성은, 광분포가 전체로서, 도면에 표시한 대표 광속 외에 방전관(32)의 주변부로부터 사출된 광속으로 인해 약간 퍼지는 방향으로 변화한다. 하지만, 광분포 특성은 거의 같은 경향을 가지며, 따라서 이 실시형태는 이 대표광속에 의해 아래에 설명된다.

우선, 상기한 조명장치의 조명광학계의 형상을 차례로 설명한다. 도 10에 표시한 리플렉터(33)의 단면에 대해서 조사광축(L)의 방향의 리플렉터(33)의 뒤쪽의 형상은 상기 2개의 실시형태와 같은 이유로 방전관(32)과 거의 동심인 반원통형(이하, 반원통부(33a)라 함)으로 취해지고, 리플렉터(33)는 광학부재(33)의 수직 방향의 최외측 프리즘부(P)의 반사면(34g, 34g')의 뒤쪽을 덮는 곡면부(33b, 33b'), 이 2개의 곡면부(33b, 33b')를 연결하는 평탄면부(33c, 33c') 및 반원통부(33a)를 더 구비하고 있다.

다음에, 광학부재(34)의 형상을 설명한다. 수직방향의 광학부재(34)의 크기를 감소시키기 위해서 그리고 제 1실시형태로부터 얻어진 것과 같은 필요한 조사범위에 대한 균일한 광분포 특성을 얻기 위해서 이 실시형태는 각 단면의 형상을 다음과 같이 최적화한다.

우선, 도 10(a) 및 10(b)에 표시한 바와 같이, 광학부재(34)는 또한 제 1실시형태와 마찬가지로 3층의 반사면(34c, 34e, 34g, 34c', 34e', 34g')을 가지며, 반면에 그들 각 반사면에 의해 반사된 광속의 광분포는 제 1실시형태와 다르다.

즉 이 실시형태는, 각 반사면에 의해 반사된 광속 중에 광축에 가장 가까운 광속성분은 광축에 거의 평행한 부재로 변경되며, 광속이 광축(L)과 교차하는 각도는 반사면에 입사하는 광이 광축(L)으로부터 멀어져 감에 따라 서서히 증가한다.

환언하면, 각 반사면은 광축으로부터 한 쪽의 영역의 절반만에 대응하는 범위 내에 균일한 조사분포를 가지도록 형성된다.

다음에, 각 반사면은 필요한 조사범위로서 전체로서 균일한 광분포 특성을 얻기 위해서 광축에 대해 대칭적으로 놓여 있다. 이 형상을 더 구체적으로 아래에 설명한다.

광학부재(34)의 각 단면은 아래에 설명하는 바와 같이 형성되어 있다. 우선, 원통형 렌즈면(34a)은 조사광축이 통과하는 중심영역에 형성되어 있으며, 제 1굴절면(34b, 34b')과 제 1반사면(34c, 34c')을 포함하는 프리즘부(P)가 원통형 렌즈면(34a)의 바깥쪽에 수직 방향으로 대칭적으로 광축(L)상에 중심을 둔 아래쪽에 형성되어 있다.

이들 프리즘부(P)의 바깥쪽에, 제 2굴절면(34d, 34d')과 제 2반사면(34e, 34e')을 포함하는 다른 프리즘부(P)나 수직 방향으로 대칭적으로 광축(L)상에 중심을 둔 위쪽과 아래쪽에 형성되어 있다.

이들 프리즘부(P)의 바깥쪽에 제 3굴절면(34f, 34f')과 제 3반사면 (34g, 34g')을 포함하는 또다른 프리즘부(P)가 수직방향으로 대칭적으로 광축(L)상에 중심을 둔 위쪽 및 아래쪽에 형성되어 있다.

상기 표시한 바와 같이 구성된 광학부재(34)의 광학작용을 도 10(b)의 광추적도를 사용해서 설명한다.

우선, 조사광축의 근방을 향하는 광속은, 양의 굴절력을 부여하는 광학부재(34a)의 입사면에 형성된 원통형 렌즈면(34a)에 의해 이 단면에 대해 필요 조사범위 내에 균일한 광분포 특성을 가진 광속으로 변경된 후, 사출면(34h)으로부터 나간다. 이 광속은 제 1실시형태와 완전히 같기 때문에 이 광속은 도 10(b)에서 생략한다.

다음에, 비교적 큰 각도로 위쪽 및 아래쪽으로 방전관(32)의 중심으로부터 사출된 광속성분은 평탄면으로 이루어진 제 1굴절면(34b, 34b')을 통해서 굴절되어, 프리즘부(P)로 들어간 후, 광속의 대부분은 소정의 곡면으로 이루어진 제 1반사면(34c, 34c')에 의해 전 반사되고, 광속성분이 광축(L)을 교차하는 각도가 서서히 증가하도록 광축(L)에 평행한 광속성분으로부터 변경된다(도면에서 위쪽 및 아래쪽에 일정한 각도의 분포를 초래한다). 다음에, 광속은 사출면(34h)으로부터 나간다. 상부 및 하부 광속성분의 조사범위를 조합함으로써 전체로서 균일한 광분포 특성을 얻는 것이 가능하게 된다.

또한, 큰 각도로 위쪽 및 아래쪽으로 방전관(32)의 중심으로부터 사출된 광속성분은 평탄면으로 이루어진 제 2굴절면(34d, 34d')을 통해서 조절되어, 프리즘부(P)로 들어간 후, 광속의 대부분은 소정의 곡면으로 이루어진 제 2반사면(34e, 34e')에 의해 전반사되어, 광축(L)에 평행한 광속성분으로부터 도면에서 아래쪽 및 위쪽을 향한 부재로 변경되며, 따라서 상기한 제 1반사면(34, 34')에 의해 광분포와 거의 동등한 조사범위 내에서 광속을 얻는 것이 가능하다. 다음에, 광속성분을 이들 2개의 영역에서 조합함으로써 균일한 광분포를 얻는 것이 가능하게 된다.

한편, 큰 각도로 위쪽 및 아래쪽으로 방전관(32)의 중심으로부터 사출된 광속성분은 평탄면으로 이루어진 제 3굴절면(34f, 34f')를 통해서 조절되어, 프리즘부(P)로 들어간 후, 광속의 대부분은 소정의 곡면으로 이루어진 제 3의 반사면(34g, 34g')에 의한 전반사되어, 광축(L)에 평행한 광속성분으로부터 도면에서 아래쪽 및 위쪽을 향한 부재로 변경되며, 따라서 상기한 제 1반사면(34c, 34c')에 의해 광분포와 거의 동등한 조사범위 내에서 광속을 얻는 것이 가능하다. 다음에, 광속성분을 이들 2개의 영역에서 조합함으로써 균일한 광분포를 얻는 것이가능하게 된다.

따라서, 방전관(32)의 중심으로부터 사출된 광속은 원통면(34a)과 3쌍의 굴절면 및 반사면의 광학작용에 의해 합계 4개의 영역의 광속성분으로 분할되고, 이들 4개의 광속성분은 도 10에 표시한 단면에 대해 동일한 광분포를 가지고 서로 중첩되어, 전체로서 균일한 광분포를 가진 조명광학계를 구성하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 광학부재(34)의 반사면을 종래의 기술보다 작은 부분으로 분할함으로써 제 1 및 제 2실시형태의 경우와 같이 광학부재(34)의 두께를 감소시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 굴절면과 반사면 사이의 경계인 가장자리(E)가 방전관(32)의 중심으로부터 떨어져서 놓여 있기 때문에 광학수지재료가 광원으로부터의 복사열에 의해 영향 받는 것이 방지되고, 그에 의해 광학특성에 대한 악영향을 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 이 실시형태에 특유한 효과로서, 수직방향의 개구부의 폭(높이)을 감소시키는 것과 광학부재(34)의 각 반사면에 의해 제어되는 광분포를 상반부 또는 하반부로 제한함으로써 이 형식의 수직방향의 조명광학계의 개구부의 크기를 현저하게 감소시키는 것이 가능하다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 구성을 표시한다. 이 것은 상기 제 2실시형태에 대한 변형예이다. 도 11은 조명장치의 광학계의 주부재의 사시도이고, 도 12는 광학부재만의 배면도이다. 광추적선과 광분포 특성 등은 제 2실시형태와 거의 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태는 제 2실시형태에서 설명한 조명장치의 광학부재의 입사면쪽의 형상의 3차원 변형예이고, 주로 물체의 표면상의 4코너에 대한 광분포 특성을 향상시키고자 하는 것이다.

도 11 및 도 12에 있어서, (42)는 방전관, (43)은 리플렉터, (44)는 광학부재를 표시한다. 이들 부재의 기능은 제 2실시형태와 거의 동등하지만, 이 실시형태는 특히 방전관(42)쪽의 광학부재(44)의 각 면의 형상에 의해 특징지워지고 있다.

동 도면에 있어서, 조사광축 방향의 리플렉터(43)의 뒤쪽의 형상은 방전관(42)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부(43a)"라 함)이며, 리플렉터(43)는 수직방향의 광학부재(44)의 최외측 반사면(44e, 44e')의 뒤쪽을 덮는 원환체면(43b, 43b')과 상기한 2개의 원환체면을 연결하는 평탄면부(43c, 43c')와 반원통부(43a)를 구비하고 있다.

한편, 제 2실시형태의 경우와 같이, 광학부재(44)는 입사면쪽의 중앙영역에 광축에 수직인 방향(수직방향)에 양의 굴절력을 가진 렌즈면(44a)을 포함하고, 입사면쪽의 주변부에 굴절면과 반사면을 각각 가진 2개의 층의 프리즘부가 위쪽과 아래쪽의 양쪽에 형성되어 있다.

그러나, 이 실시형태는 중심렌즈면(44a)과 반사면(44c, 44c', 44e, 44e')이 3차원곡면으로 구성되어 있는 점에서 제 2실시형태와 다르다.

더 상세하게는, 원환체렌즈면(44a)은 굴절면으로서 조사광축(L)이 통과하는 중앙영역에 형성되어 있고, 프리즘부를 구성하는 원추형의 제 1굴절면(44b, 44b')과 원환체면의 제 1반사면(44c, 44c')이 원환체 렌즈면(44a)의 바깥쪽에 수직방향으로 대칭적으로 형성되어 있다.

이들 면의 바깥쪽에, 원추형의 제 2굴절면(44d, 44d')과 원환체면의 제 2반사면(44e, 44e')으로 이루어진 프리즘부가 수직방향에 대칭적으로 형성되어 있다. 사출면에 프리즘어레이(44h)가 형성되어 있다.

이와 같이 광학부재(44)를 형성함으로써 초래되는 집광동작과 효과를 설명한다.

우선, 중심에 있어서의 굴절면(44a)에 대해서, 수직방향의 중앙영역의 단면은 제 2실시형태에 표시한 도 7(b)과 거의 동등하지만, 그 형상은 주변부를 향해서 서서히 변화하며, 수직폭도 서서히 변화하고, 또한 각 부의 굴절력도 서서히 변화한다.

이에 의해 이 계의 광분포 특성을 전체로서 균일하게 하는 것이 가능하고 또한, 물체의 조사면에서 만곡되고, 프리즘부(P)의 굴절면 및 반사면 사이의 경계가장자리에 일어나기 쉬운 광분포의 변동을 방지하는 것이 가능하다.

또한, 수평 및 수직방향의 단면형상이 그 각 위치에 따라 서서히 변화하는, 상기 중앙영역의 원환체면의 구성뿐만 아니라 주변부의 반사면 (44c, 44c', 44e, 44e')의 원환체면의 구성도 사용함으로써 조사범위 내의 모든 4개의 코너를 향해서 광분포 특성을 균일하게 형성하는 것이 가능하다.

따라서, 방전관(42)의 중심으로부터 사출된 광속에 대해서, 원환체면(44a)과 한 쌍의 원환체 면으로 이루어진 각 반사면의 작용을 통해서 전체로서 좁은 조사각도 범위와 고도로 집광된 광분포를 가진 조명광학계를 구성하는 것이 가능하다.

또한, 광학부재(44)의 반사면을 종래 기술의 그것보다 작은 부분으로 분할함으로써 상기 실시형태의 경우와 같이 광학부재(44)의 두께를 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 굴절면과 반사면 사이의 경계가장자리가 광원의 중심으로부터 떨어져 있기 때문에 광학수지 재료가 광원으로부터의 복사열에 의해 영향받는 것과 광학특성에 대한 나쁜 영향을 감소시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 중앙영역의 굴절면과 각 반사면에 대해 원판체면의 구성을 사용함으로써 이 실시형태는 추가적인 특별한 광학계 없이 조사범위 내에서 4코너를 향해서 균일한 광분포특성을 가진 조명광학계를 용이하게 구성하는 것이 가능하다.

상기한 바와같이, 상기 실시형태는 광원의 길이 방향에 거의 수직인 방향에 배치된 전반사작용을 가진 반사면과 굴절면을 가진 복수의 프리즘부를 포함하고, 이에 의해 광학부재의 두께를 현저하게 감소시킬 수 있고, 따라서 전체 조명장치의 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 반사를 통한 집광작용의 사용에 의해 광원으로부터의 광을 효율적으로 사용할 수 있고, 뛰어난 광학특성을 가졌음에도 불구하고 크기가 작은 조명장치를 제공할 수 있다. 따라서, 이 실시형태는 특히 카드형 카메라 등의 작은 촬상장치에 장착하는 데에 아주 적합한 조명장치를 제공할 수 있다.

특히, 광은 광학부재에 의한 굴절 및 전반사에 의해 제어되기 때문에 광량손실이 있고 프리즘 내부의 모든 광을 제어할 수 있고 또한 전체 조명장치의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있다.

또한, 광학부재의 반사면의 형상을 적절히 결정함으로써 조사영역에서 거의 균일한 광분포를 얻는 것이 용이하게 된다.

그런데, 광학부재의 입사평면상에 광원의 길이 방향에 거의 수직인 방향의 중앙영역에 양의 굴절력을 가진 렌즈부를 형성하고 또한 주변부에 상기 복수의 프리즘부를 형성함으로써, 광축 근방을 통과하는 광원으로부터의 직광성분의 광분포와 단일 광학부재를 독립적으로 사용해서 광축에 대해 일정한 각도를 형성하는 반사광성분의 광분포를 제어하는 것도 가능하다.

다음에, 이들 프리즘부를 통해서 광학부재로부터 사출된 광의 조사범위가 렌즈부를 통해서 사출된 광의 조사범위와 실질적으로 매치(중첩)하도록 복수의 프리즘부의 각 면의 형상을 결정함으로써 조명광의 조사영역에서 거의 균일한 광분포 특성을 얻는 것이 가능하다.

도 13 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치를 표시하고, 특히 이 실시형태는 카메라 내에 내장된 전자플래시를 방출하는 장치를 표시한다. 도 13은 방전관의 반경방향을 포함하는 평면(방전관의 길이 방향에 수직인 평면)으로 절단된 상기 조명장치의 광학계의 단면도이고, 도 14는 상기 조명장치의 경우와 상기 조명장치의 특징이 없는 경우와의 비교를 표시하고, 도 15는 방전관의 중심축을 포함하는 평면으로 절단된 상기 조명장치의 광학계의 단면도이고, 도 16은 상기 조명장치의 광학계의 분해사시도이며, 도 17은 상기 조명장치에 사용되는 광학부재의 뒤쪽으로부터 본 사시도이다. 도 18은 상기 조명장치를 탑재한 카메라를 표시한다.

도 13 내지 도 15는 또한 광원의 중심으로부터 사출된 대표 광속의 추적선을 표시하고, 특히 도 13 및 도 14는 광학부재에 대한 입사의 여러 위치에 따라 동 부분에 대해 광원의 중심으로부터 사출된 여러 광속성분을 표시한다.

우선, 도 18(a)는 이 실시형태의 조명장치를 내장한 소위 콤팩트카메라를 표시하고, 도 18(b)는 이 실시형태의 조명장치를 내장한, 소위 카드사이즈카메라를 표시한다.

이들 도면에 있어서, (211)은 카메라의 본체를 표시하고, (212)는 카메라본체(211)의 앞쪽의 거의 중심에 위치한 촬영렌즈의 렌즈경통을 표시한다. (201)은 카메라본체(211)의 상부 오른쪽에 위치한 이 실시형태의 조명장치이다.

(213)은 셔터릴리스버튼을 표시하고, (217)은 외광의 휘도를 측정하는 포터미터의 검사창을 표시하고, (218)은 파인더의 검사창을 표시한다.

또한, (214)는 촬영렌즈를 줌잉하는 조작부재를 표시하고, 이 조작부재를 앞쪽으로 누름으로써 화상을 줌인하고 이 조작부재를 뒤쪽으로 누름으로써 화상을 줌아우트한다. (215)는 카메라의 각종 모드 사이를 전환하는 모드설정버튼을 표시하고, (216)은 유저에게 카메라의 조작을 알리는 액정표시창을 표시한다. 본 발명의 조명장치가 내장되는 카메라는 도 18에 표시한 카메라에 한정되지 않지만, 다른 카메라(단일-렌즈 리플렉스카메라 및 비디요 카메라 등)에 내장될 수도 있다.

다음에, 이 실시형태의 조명장치의 광학특성을 결정하는 부재를 도 13 내지 도 17을 사용해서 상세히 설명한다.

이들 도면에 있어서, (102)는 원통형 발광방전관(크세논관)을 표시한다.(103)은 발광방전관(102)으로부터 사출된 광속의 조사광축(L)의 방향으로 뒤쪽 및 위쪽/아래쪽을 향한 광속성분을 앞쪽으로 반사하는 리플렉터(반사부재, 제 1 리플렉터)를 표시한다. 이 리플렉터는 고반사율금속기화면이 형성된 내면을 가진 수지재료 또는 복사알루미늄등의 금속재료로 이루어진 고 반사율내면을 가진다.

(104)는 1개의 투명체로 이루어진 광학부재이다. 광학부재(104)의 입사면쪽에서 조사광축(L)이 통과하는 중앙영역에는 이 발광방전관(102)의 길이방향에 거의 수직인 방향에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈면(104a)이 형성되어 있다. 상부 및 하부주변부(104b, 104b')에는 평행한 평탄면이 형성되어 있다. 또한, 원통형렌즈면(104a)과 상부 및 하부 주변부(104b, 104b') 사이에는 각각 굴절면(입사면)(104c, 104c')과 반사면 (104d, 104d')으로 이루어진 한 쌍의 프리즘부(반사부)(P)가 형성되어 있다.

이 광학부재(104)의 형상을 용이하게 이해하기 위해서, 도 17은 광학부재(104)의 뒤쪽으로부터 본 사시도이다. 상기 광학부재(104)용 재료로서 아크릴수지 등의 고투과율광학수지재료 또는 유리재료가 적합하다.

상기 구성의 카메라 및 조명장치의 카메라조작모드가, 예를들면, " 전자플래시오토모드" 로 설정되면, 유저가 셔터릴리스버튼(213)을 누른 후, 중앙처리유닛(도시 생략)이 포토미터(도시 생략)에 의해 측정된 외광의 휘도와 장전된 필름의 감도 또는 CCD 또는 CMOS 등의 촬상장치의 특성에 따라 조명장치(201)를 발광시킬 것인지의 여부를 결정한다.

중앙처리유닛이 촬영의 상황에서 "조명장치가 발광되어야 한다"고 결정하면,중앙처리유닛은 발광신호를 출력하고, 발광제어회로(도시 생략)는 발광방전관(2)에게 리플렉터(203)에 부착된 트리거리드와이어를 통해서 발광할 것을 지시한다.

발광방전관(202)으로부터 사출된 광속 중에 조사광축(L)의 방향으로 뒤쪽과 위쪽/아래쪽으로 사출된 광속은 리플렉터(203)에 의해 반사되어, 앞쪽에 위치한 광학부재(204)로 들어가고, 한편 조사광축(L)의 방향으로 앞쪽으로 사출된 광속은 직접 광학부재(204)로 들어가고, 이 광속은 광학부재(204)에 의해 소정의 광분포특성을 가진 광속으로 변경된 후, 물체 위로 조사된다.

다음에, 얇은 형상이고 조명광을 필요한 조사범위내에 균일하고 효율적으로 조사할 수 있는 이 실시 형태의 조명장치의 광학계를 설정하는 최적방법을 도 13 내지 도 15를 사용해서 아래에 설명한다.

도 13 및 도 14는 발광방전관의 반경방향을 포함하는 평면으로 절단된 이 실시형태의 조명장치의 길이방향 단면도를 표시하고, 또 수직방향의 광분포특성을 최적화하는 기본개념을 표시한다. 도 13(a) 및 13(b)와 도 14(a) 및 14(b)는 여러 가지 경우에 있어서의 동일 단면상의 광추적선을 표시하고, 이들 도면의 참조번호는 도 15 내지 도 17의 것에 대응한다.

동 도면에 있어서, 이 발광방전관(102)의 유리관의 내경 및 외경이 표시되어있다. 이 형식의 조명장치의 발광방전관의 실제의 발광현상으로서, 광은 흔히 전 내경으로부터 사출되어 효율을 향상시키며, 또 광이 이 방전광의 전 내경을 가로질러서 발광점으로부터 실제적으로 균일하게 사출된다고 생각하는 것이 합리적이다. 그러나, 설명의 단순화를 위해서 광원인 방전관(102)의 중심으로부터 사출된 광속을 대표 광속이라 하고, 이들 도면은 단지 대표 광속만을 표시한다고 가정한다. 실제의 광분포특성으로서, 광분포특성은 전체로서 도면에 표시한 바와 같이 대표 광속 외에 발광방전관(102)의 주위로부터 사출된 광속으로 인해 광속이 약간 퍼지는 방향으로 변화하지만, 이 광속은 광분포특성과 거의 동일한 경향을 가지고 있으며, 따라서 다음의 설명은 이 대표 광속에 의거한 것이다.

조사광축(L) 방향의 광원의 중심에 면하는 리플렉터(103)의 뒤쪽의 형상은 발광방전관(102)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부"라 함)이다. 이것은 리플렉터(103)에 의해 반사된 광을 광원의 중심의 근방에 다시 복귀시키는데 효과적인 형상이며, 또 발광방전관(102)의 글라스부의 굴절로부터의 악영향을 방지하는 효과를 가진다.

또한, 이와 같은 구성에 의해 광원으로부터의 주광과 거의 동등한 외향광으로서 리플렉터(103)에 의해 반사광을 처리하는 것이 가능하며, 그에 의해 이 뒤를 따르는 광학계의 전체크기를 감소시킬 수 있다.

또한, 리플렉터(103)가 반원통형을 가지는 이유는 이보다 작은 크기를 가지는 것은 수직방향의 광속을 집광시키기 위하여 광학부재(104)를 증가시킬 필요가 있으며, 이보다 큰 직경을 가지는 것은 리플렉터(103)내부에 포획된 광속을 증가시켜서 효율의 변화를 초래하기 때문이다.

한편, 리플렉터(103)의 상부 및 하부주변부 (103b,103b')가 발광방전관(102)과 광학부재(104) 사이의 앞쪽공간을 덮도록 형성되고, 이들 주변부에 의해 반사된 광속이 일정하고 균일한 광분포특성을 가지도록 곡면이 형성된다.

다음에 이조명장치의 광분포특성에 큰 영향을 부여하는 광학부재(104)의 형상을 설명한다. 이 실시형태는 필요한 조사범위내에 균일한 광분포를 얻기 위하여 광축의 방향으로 가장 얇은 다음의 구성을 채택한다.

우선, 도 13(a)에 표시한 바와 같이, 광학부재(104)의 입사면 상의 중앙영역에는 조사광축(L)에 수직인 평면내에 양의 굴절력을 가진 원통형 렌즈면(104a)이 형성되어 있다. 이와 같이 해서 발광방전관(102)으로부터 사출된 광속으로부터 조사광축(L) 근방을 통과하는 광속이 소정의 각도 범위내에 균일한 광특성을 가진 광속으로 변경된 후, 광학부재(4)의 평면(104e)으로부터 나간다.

여기서, 균일한 광분포특성을 가지기 위해서, 광학부재(104)의 원통형렌즈면(104a)이 연속적인 비구면형상을 가지도록 구성되어, 방전관(102)의 중심으로부터 광이 외향하는 각도와 광학부재(104)를 통과하는 외향광의 각도 사이에 비례관계가 성립하고, 광속은 일정비율로 집광된다.

다음에 도 13(b)에 표시한 바와 같이, 방전관(12)의 중심으로부터 사출된 광속 중에 광축에 의해 큰 각도를 형성하는 광속성분과 리플렉터(103)의 주변부 (103b,103b')에 직접 들어가는 광속성분에 대해서 설명한다. 여기서 리플렉터(103)의 주변부(103b,103b')는 굴절 후 상기 부재가 도 13(a)의 그것과 같이 거의 동일한 조사 각도 범위와 균일한 분포를 가지도록 형성된다.

리플렉터(103)의 주변부(103b,103b')에 의해 반사된 광속은 광학부재(104)의 주변부(104b,104b')로부터 광학부재(104)로 들어가서 사출면(104e)으로부터 나온다. 그러나, 광학부재(104)의 주변부(104b,104b')는 조사광축(L)에 수직인방향(수직방향)에 힘을 가지지 않으며, 이 영역을 통과하는 광속은 리플렉터(103)의 주변부(103b,103b')에 의해 조정되는 동일한 광분포특성으로 조사된다.

따라서, 리플렉터(103)의 주변부(103b,103b')는 일정한 각도 범위내로 방전관(102)으로부터 직접 들어가는 광속을 균일하게 집광해서 반사된 광속을 마찬가지로 광학부재(104)의 주변부(104b,104b')의 좁은 통과영역으로 인도하는 기능을 가진다. 그 결과, 도 13(a)의 경우와 같이 필요한 조사범위에 대해 균일한 광분포를 얻는 것이 가능하다. 또한, 리플렉터(103)의 주변부(103b,103b')와 원통형렌즈면(104a)은 집광(조사)제어를 행하기 위하여 서로 완전히 다른 광로를 형성한다.

다음에, 이 실시형테의 가장 특징적인 구성인 프리즘부를 통한 광로를 도 14(a)를 사용해서 설명한다. 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 프리즘부가 구비되지 않은 예를 도 14(b)에 표시한다.

우선, 도 14(b)에 표시한 바와 같이, 이 부분의 광학계는 도 13(a) 위에 표시한 원통형렌즈면(104a)의 굴절영역과 도 13(b)에 표시한 리플렉터(103)의 반사영역만으로 구성되었을 때, 이들 영역에 의해 조사가 제어될 수 없는 광속의 통과는 필요한 조사범위 내에 불가피하게 발생한다.

즉, 이 광속은 도 14(b)에서 2점 쇄선(A,A';B,B')으로 표시되고, 이 구성에서 효율적인 집광작용을 실현하는 것은 리플렉터(103)와 광학부재(104)의 크기를 상당히 증가시킬 필요가 있다.

대략 초점이 광원의 중심과 일치하는 반타원체 리플렉터를 가지며, 또한 리플렉터에 의한 반사된 광의 조사각도분포가 리플렉터의 개구부에 의해 한정된 직광의 분포와 매치되는 광학계가 이러한 큰 크기의 광학계의 예이다.

그러나, 이 경우에 광학방향의 광학계의 깊이가 꽤 크지 않으면 이러한 계를 구성할 수 없다.

이와 반대로, 도 14(a)에 표시한 바와 같이, 입사면상의 원통형렌즈면(104a)과 광학부재(104)의 주변부(104b,104b')사이에 프리즘부(P)가 형성되면, 평탄면으로 이루어진 굴절면(104C, 104C')에 입사하는 광속(도 14(b)의 2점쇄선(A,A' 및 B,B')으로 표시된 바와 같이 통과하는 광속)은 굴절면(104C, 104C')을 통해서 굴절되어, 프리즘부로 들어가고, 소정의 곡면으로 이루어진 반사면(104d, 104d')에 의해 거의 전반사되고, 상기 도 13(a), 13(b)에 표시한 조사각도분포와 거의 동등한 광분포특성을 가진 광속으로 변경된다.

여기서, 도면에 표시한 바와 같이, 굴절면(104C, 104C')에 입사하는 광속의 각도범위는 도 13(a) 및 13(b)에 표시한 광속의 각도범위에 비해 상당히 좁다. 이 때문에 반사면(104C, 104C')에 입사하는 광속의 조사각도범위를 도 13(a), 13(b)에 표시한 조사각도범위에 맞추기 위해서는 반사된 광의 조사각도범위가 일정한 비율로 상당히 퍼지도록 반사면(104C, 104C')의 형상을 결정하는 것이 필요하다.

이 개념에 의거하여 이 실시형태는 굴절면(104C, 104C')에 입사하는 광속의 조사각도범위는 도 13(a) 및 13(b)에 표시한 원통형렌즈면(104a)과 리플렉터(103)의 조사각도범위와 실제로 매치(중첩)되도록 반사면(104d, 104d')의 형상을 비구면형상으로 최적화한다.

따라서, 방전관(102)의 중심으로부터 사출된 모든 광속은 도 13(a)에 표시한 원통형렌즈면(104a), 도 13(b)에 표시한 리플렉터(103)의 주변부(103b, 103b') 및 도 14(a)에 표시한 프리즘부(굴절면(104C, 104C'), 반사면(104d, 104d')의 각 광학작용에 의해 방전관(102)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)에 균일한 광분포를 가진 광속으로 변경되며, 이들 3개의 타입 및 합계 5개의 층의 조사각도범위가 중첩되며, 이것은 전체로서 균일한 광분포특성을 얻기 위하여 효율적인 방법을 제공한다.

한편, 상기한 바와 같이, 방전관(102)의 중심으로부터 뒤쪽으로 사출된 광속은 리플렉터(103)의 반원통부(103a)에 의해 반사되어, 방전관(102)의 중심을 다시 통과한 후, 조사광축(L)에서 나간다. 그 후의 광속의 거동은 도 13(a), 도 13(b) 및 도 14(a)에서 설명한 것과 같다.

여기서, 광학부재(104)의 원통형렌즈면(104a), 리플렉터(103) 및 광학부재(104)의 프리즘부(P)사이의 최적분포비율을 도 14(a)를 사용해서 설명한다.

이 실시형태에 있어서, 도 13(a)에 영역과 도13(b)에 표시한 리플렉터(103)에 의한 반사영역은 기본 집광광학계를 형성하고, 이들 영역을 연결하는 최소영역은 도 14(a)에 광로를 표시한 프리즘부(P)에 의한 전반사작용을 사용하는 반사광학계(이하,"전반사영역"이라 함)로 구성된다.

이들 프리즘부(P)의 전반사영역에 대해서는, 방전관(12)의 중심과 조사광축(L)을 가진 프리즘부(P)의 전반사영역의 단부를 연결하는 직선에 의해 형성된 각도(α)는 다음의 각도범위에 있는 것이 바람직하다.

20°≤α≤70°(1)

여기서, 각도 α가 식(1)에서 하한인 20°보다 작으면, 반사광학계 자체의 반사면(104d, 104d')에 의한 대부분의 입사광속의 전반사가 어렵게 된다. 즉 각도α가 20°보다 작으면, 프리즘부(P)의 각도는 상당히 날카롭게 되고, 두께방향으로 깊은 형상을 필요로 한다. 이것은 이 실시형태의 주제인 얇은 형상의 광학계의 구성뿐만 아니라 제조도 어렵게 한다.

한편, 각도 α가 식(1)에서 상한인 70°보다 크면, 리플렉터(103)에 의한 집광영역은 감소하고, 반사영역이 리플렉터(103)에 의한 반사영역과 프리즘부(P)자체에 의한 반사영역으로 분할되었다는 사실은 의미가 없게된다. 즉 광로를 이때 제안된 광학계를 통해서 분할해서 균일한 광분포제어를 리플렉터(103)에 의한 독립제어를 통해서 필요한 조사각도범위내에서 실현하는 것이 가능하지만, 이 영역의 광로는 효과적으로 사용되지 않는다. 또한, 각도 α가 상한 70°보다 크면, 수직방향의 광학계의 개구는 증가하고, 그 경우에 두께는 감소될 수 있지만, 바람직하지 않은 수직방향의 개구의 증가는 광학계의 전체크기의 증가를 초래한다.

이상적인 모드로서, 이 전반사영역을 필요 최소한으로 좁게 해서 광량손실을 감소시키도록 이 계를 구성하는 것이 바람직하며, 이러한 구성은 두께방향을 최소화하고, 형상을 단순하게 하고, 이 계를 처리하기 쉽게 하는 것을 가능하게 한다.

상기 상황에 비추어서 이 실시형태는 이 전반사 영역을 최적화를 위해 40°로부터 60°까지 20°범위내에 설정한다.

다음에, 광속을 도 14(b)에 표시한 프리즘부(P)의 반사면(104d,104d')에 인도하는 굴절면(104c,104c')에 대한 최적형상을 설명한다.

도 14(a)로부터 명백한 바와 같이, 방전관(102)의 중심으로부터 사출된 광속은 굴절면(104c,104c')을 통해서 크게 굴절되어, 조사광축(L)으로부터 멀어지는 방향으로 인도되어, 반사면(104d,104d')에 도달한다. 이들 굴절면(104c,104c')의 이상적인 형상은 방전관(102)으로부터 사출되는 광속의 가장 큰 가능부를 반사면(104d,104d')으로 인도하게 하는 것이며, 광속이 굴절면(104c,104c')을 통해서 갑자기 굴절되는 구성을 채택하는 것이 효과적이다.

이것은 또한 반사면(104d,104d')의 축소 및 두께방향의 광학계의 크기의 감소로 인도한다.

구체적인 형상으로서, 조사광축(L)에 대해 평탄면인 굴절면(104c,104c')의 기울기가 0°인 것이 바람직하다. 그러나, 광학부재(104)의 성형성의 문제로 인한 처리정밀도에 관한 이유로 평탄면을 기울기 0°로 실현하는 것은 어렵다. 따라서, 이 실시형태는 처리요건을 고려해서도 광축(L)에 대한 기울기(θ)가 4°이하인 평탄면으로서 이들 굴절면(104c,104c')을 구성한다. 또한, 이들 굴절면(104c,104c')을 처리하기 쉬운 곡면으로 구성하는 것도 가능하다.

한편, 이 실시형태는 광학제어영역을 작은 부분으로 분할해서 여러 제어영역으로부터의 조사범위를 서로 중첩시킴으로써 이 실시형태에 특유한 전례없는 특징적 효과를 가지는 것이 기대된다.

우선, 반사면은 종래기술의 경우와 같이 조사광축의 방향으로 연속적으로 배치된 면 대신에 여러 형의 재료로 이루어진 분리된 면으로 구성되어 있으며, 그들 반사면은 조사광축(L)에 거의 수직인 방향으로 서로 중첩해서 놓여진다.

이와 같은 구성은 깊이 방향의 조명광학계의 두께를 현저히 감소시키는 것을 가능하게 하며, 이것은 이 실시형태의 가장 현저한 특징이다. 즉, 도 13(a),13(b) 및 도 14(a)를 사용해서 설명하는 바와 같이, 반사면(104d,104d')은 제 1반사층으로서 위치하며, 제 2반사층인 리플렉터(103)의 주변부(103b,103b')는 그들과 중첩하는 광축(L)의 방향의 위치에 있는 반사면(104d,104d')의 바깥쪽에 위치하며, 따라서 광축(L)의 방향의 반사면의 전체길이를 감소시키는 것을 가능하게 한다.

두번째로 광학부재(104)자체의 두께를 현저하게 감소시키는 것이 가능하다. 즉, 광학부재(104a)만에 필수적인 구성은 방전관(102)으로부터 직접 입사하는 광속과 리플렉터(103)에 의해 반사된 광속을 분리하기 위하여 조사광축(L)과 프리즘부(P)근방에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈면(104a)을 포함하며, 최외측영역인 주변부(104b,104b')의 두께를 감소시키는 것이 가능하다. 그들은 형상이 단순하고, 그럼에도 그들은 충분히 기능할 수 있으며, 이는 광학부재(104)의 전체두께를 현저히 감소시키는 것을 가능하게 한다.

이것은 광학부재(104)의 성형성을 향상시킬 수 있을 뿐만아니라 광이 수지재료를 통과할 때 광량의 감소를 최소화할 수도 있다. 이것은 또한 촬상장치 및 이 조명장치를 탑재한 다른 광학장비의 무게의 감소에 기여한다. 또한, 최외측표면의 형상은 극히 단순하며, 광학적 규제가 거의 없는 표면으로 구성되어 있으며, 따라서 광학부재(104)를 유지하는 것이 용이하며, 각종 광학장치에 장착할 때에도 특별한 지지구조체를 채용할 필요가 없어, 아주 다루기 쉬운 구성을 제공한다.

세번째로 복수의 반사층을 채용함으로써 종래의 광가이드형 전자플래시의 문제, 즉 수지광학재료로 이루어진 광학부재가 광원근방에 놓일 때 광원으로부터 발생된 열이 광학부재를 변형시켜서, 발광조건에 따라서 원래의 광학특성을 얻는 것이 불가능하게 되는 문제를 방지할 수 있다. 즉 이와 같이 복수층의 반사면을 제공함으로써 열에 가장 약한 광학부재의 굴절면과 반사면 사이의 경계인 가장자리(E)를 광원으로부터 떨어지게 놓는 것이 가능하게 되고 또한, 발광방전관(102)둘레의 공간을 넓히는 것이 가능하게 되며, 따라서, 연속발광시에 발생된 복사열 및 대류열의 수지재료(광학부재(104))에 대한 영향을 최소화할 수 있으며, 또한 광학특성의 열화를 방지할 수 있다.

따라서 이 실시형태는 작고, 얇은 형상 및 리플렉터(103)와 광학부재(104) 등의 소수의 부재를 사용해서 필요한 조사범위의 바깥에 대한 조사로 인한 광량손실이 거의 없는 극히 효율적인 조명광학계를 구성할 수 있다.

다음에 방전관의 길이방향의 이 실시형태의 집광작용을 도 15를 사용해서 설명한다.

도 15는 광학계를 발광방전관(102)의 중심축을 포함하는 평면으로 절단했을 때의 단면도를 표시하고, 또한 방전관(102)의 길이방향의 중심으로부터 그리고 반경방향의 중심으로부터의 광의 추적선을 함께 표시한다.

도면에 표시한 바와 같이 광속이 나가는 광학부재(104)의 측면이 동일한 각도를 가진 양 슬로프를 가진 방전관(102)의 길이방향의 중양영역에 형성된 프리즘부(104f)와 주변부에 형성된 프레넬렌즈부(104g,104g')로 구성되어있다. 이 실시 형태에 있어서, 중앙영역의 프리즘부(104f)의 꼭지점각은 105°로 고정되어 있다.

이러한 각도 설정으로 형성된 광학 부재(104)의 중앙영역의 프리즘부(104f)는 비교적 큰 입사각을 가진 광속성분(입사후의 프리즘부의 각도가 30° 내지 40°인 부재)을 입사면상에서 동일한 굴절각도를 가진 평면으로부터 나가게 하는 효과, 즉 이 광속을 사출면상에서 거의 굴절의 영향이 없는 사출면으로부터 나가게 하는 효과 및 입사광속을 일정한 조사각도범위 내의 광속으로 집광하는 효과를 가진다.

이 실시형태는 이 프리즘부(104f)의 꼭지점각이 105°로 고정되는 경우를 기재했지만, 이 실시형태는 이 각도에 한정되지 않으며, 그것을 더 작은 각도, 예를 들면 90°로 설정함으로써 광속이 광학부재(104)로부터 나온 후, 조사각도범위를 좁게 할 수 있다. 한편, 꼭지점각을, 예를 들면 120°로 넓힘으로써 광속이 광학부재(104)로부터 나온 후 조사각도범위를 넓히는 것이 가능하다.

한편, 도 15에도 표시한 바와 같이 프리즘부(104f)에 입사하는 광속의 일부가 프리즘면에 의해 거의 전반사되어, 방전관(102)쪽에 다시 복귀한다. 이 광속은 리플렉터(103)에 의해 반사되어, 광학부재(104)에 다시 들어가서 프리즘부(104f) 또는 프레넬렌즈부(104g,104g')에 의해 소정의 각도성분으로 변경된 후, 물체상에 조사된다.

따라서, 방전관(102)의 중심으로부터 사출된 광속의 대부분은 일정한 각도분포를 가진 광속으로 변경되어, 광학부재(104)로부터 나간다. 이 경우의 조명광의광분포는 프리즘부(104f)의 꼭지점각의 각도설정에만 의존하며, 프리즘부(104f)의 피치 등에 의해서는 영향받지 않는다. 따라서, 광축(L) 방향의 깊이의 필요성이 없이 극히 얕은 영역에서 집광제어를 행하는 것이 가능하며, 그에 의해 전체 광학계의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있다.

또한, 도면에 표시한 바와 같이, 프레넬렌즈부(104g,104g')가 광학부재(104)의 사출면쪽의 주변부에 형성되어있다. 광학부재(104)는 얇은 형상으로 구성되지만, 광학부재(104)주변의 영역은 광속이 일정한 지향성을 가진 영역이며, 이 부분에 프레넬렌즈부를 형성함으로써 집광작용을 비교적 효율적으로 행할 수 있다.

도 15는 현저한 집광작용을 표시하지 않지만, 이것은 방전관(102)의 중심으로부터 사출된 광속만이 표시되어 있기 때문이며, 방전관(102)의 양단부의 단자의 주변으로부터 사출된 광속에 대해, 광속의 상당한 부분이 조사광축(L) 근방에 집중하는 부재로 변경된다.

따라서, 광학부재(104)의 사출면의 형상을 조정함으로써 방전관(102)에 가까운 아주 얇은 형상의 광학계라도 조사광측을 일정한 각도범위내로 효율적으로 집광시킬 수 있다.

또한, 방전관(102)의 길이방향(수평방향)의 광분포는 광학부재(104)의 외향광쪽의 프리즘부(104f)와 프레넬렌즈부(104g,104g')의 집광작용에 의해 제어되고, 방전관(102)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)의 광분포는 광학부재(104)의 입사면쪽의 원통형렌즈면(104a), 프리즘부(P) 및 리플렉터(103)의 효율적인 집광작용에 의해 제어된다. 이것은 전례가 없는 뛰어난 광학특성을 가진 얇은 형상의 조명광학계를 제공한다.

이 실시형태는 각 영역의 조사각도범위가 서로 중첩(매치)되도록 광학부재(104)의 입사면쪽에 형성된 원통형렌즈면(104a), 프리즘부(P) 및 리플렉터(103)에 의해 광분포를 3개의 형 및 5개의 층의 영역으로 분할함으로써 방전관(102)의 길이방향에 수직인 방향의 광분포가 제어되는 경우를 기재하고 있다. 그러나, 본 발명은 이 모드에 한정되지 않는다.

즉 광원이 일정한 값을 초과하는 크기를 가지면, 조사각도범위를 다르게 하는 것이 바람직한 경우도 된다. 예를 들면, 광원에 가까운 원통형렌즈면의 조사각도는 광원이 클 경우 상당히 퍼지는 경향을 가진다. 한편, 광원으로부터 가장 먼 리플렉터의 제어하의 광속성분의 집광정도는 광원이 비교적 크더라도 감소되지 않으며, 광속성분은 초기에 설정된 조사각도분포로부터 그다지 벗어나지 않는 분포를 가진다.

이로부터, 광원의 중심으로부터 사출된 광속의 조사각도범위가 미리 설정된 소망의 조사각도범위보다 좁도록 원통형렌즈면을 광원에 가깝게 위치하도록 설정하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 리플렉터 및 프리즘부에 대해, 공통의 조사각도범위를 균일하게 설정하는 대신에 조사각도범위를 광원의 중심으로부터의 위치에 따라 반사 후 하나씩 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 이 실시형태와 유사한 조명광학계가 무시할 수 없는 한정된 크기를 가진 광원에 적용될 때, 광원의 중심으로부터 외향하는 광속의 각도범위가 좁아지도록 광원 근방의 영역을 미리 설정하고 또한 광원의 중심으로부터의 광분포특성이 소망하는 광분포특성이 되도록 프리즘부를 광원으로부터 떨어지게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 모든 조사각도범위를 서로 중첩하는 대신에 조합되었을 때 전체로서 균일한 분포가 얻어지도록 각 영역에 대해 조사각도범위를 결정하는 것도 가능하다.

또한, 이 실시형태는 광학부재(104)의 각 입사면의 구성 및 각 사출면의 구성이 광축(L)에 대해 대칭이 되는 경우를 기재하고 있다. 그러나, 이 실시형태는 이러한 대칭 형상에 한정되지 않는다.

예를 들면, 광학부재(104)의 입사면쪽의 프리즘부(P)는 광축(L)에 대해 대칭적으로 놓이지만, 프리즘부(P)는 이러한 대칭위치에 놓을 필요는 없으며, 비대칭적으로 놓을 수도 있다. 이것은 프리즘부(P)에 대해서 뿐만아니라 중앙영역의 리플렉터(103)의 형상 및 원통형렌즈면(104a)의 형상에 대해서도 사실이다.

또한, 사출면쪽의 방전관(102)의 길이방향의 중심에 형성된 프리즘부(104f)에 대해, 오른쪽방향과 왼쪽방향 사이의 광분포특성에 변화를 주도록 오른쪽과 왼쪽에 대해 서로 다른 각도 설정을 가진 프리즘을 사용하는 것도 가능하다. 또는 프레넬렌즈부(104g,104g')에 대해 집광정도의 변화와 전체 광분포특성의 변화를 주는 것도 가능하다.

또한, 이 실시형태는 광원의 중심으로부터 사출돤 광속이 조사면에 균일한 분포를 가지도록 리플렉터(103)의 주변부(103b,103b')의 형상이 비구면인 경우를 기재했지만, 리플렉터(103)의 형상은 이러한 형상에 한정되지 않는다. 예를들면, 이 형상은 초점위치가 광원의 중심과 일치하는 반타원체일 수도 있다.

따라서, 리플렉터(103)의 주변부를 반타원체면으로 구성하고, 반타원체면의 다른 초점위치를 광학부재(104)의 사출면 근방에 놓음으로써 리플렉터(103)에 의해 제어되는 광속을 좁은 범위 내로 수렴시킬 수 있고, 또한 수직방향의 조명광학계의 개구를 최소한의 크기로 감소시킬 수 있다.

또한, 이 실시형태는 광학부재(104)의 중앙영역에 형성된 원통형렌즈면(104a)의 형상이 비구면이지만, 이 원통형렌즈면(104a)은 반드시 비구면형상으로 한정되는 것은 아니고, 원통형일 수도 있다. 원통형렌즈면(104a)은 또한 길이방향의 방전관(102)의 집광성능을 고려해서 원환체렌즈면일 수도 있다.

도 19 및 도 20은 본 발명의 다른 실시 형태인 조명장치를 표시하고, 특히 이 실시형태는 전자플래시광을 방출하는 카메라에 내장된 장치를 표시한다. 도 19 및 도 20은 방전관의 반경방향을 포함하는 평면으로 절단된 상기 조명장치의 광학계의 길이방향단면도이고, 또한 광원의 중심으로부터 사출된 대표광의 추적도를 표시한다. 또한, 도 19 및 도 20은 광학부재에 입사하는 광의 위치에 따라 동일 부분상의 광원의 중심으로부터 사출된 광속을 표시한다.

동 도면에 있어서, (122)는 발광방전관(크세논관)을 표시하고, (123)은 리플렉터를 표시한다. 리플렉터(123)는 상기한 실시형태(도 13 내지 도 18에 기재됨)의 리플렉터(103)와 거의 동일한 형상을 가지며, 조사광축(L)의 방향의 광원의 중심에 면하는 리플렉터(123)의 뒤쪽은 발광방전관(122)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부(123a)"라 함)으로 형성되어있다. 또한, 리플렉터(123)의주변부(123b,123b')는 발광방전관(122)과 광학부재(124) 사이의 앞 공간을 덮도록 형성되어있고, 주변부(123b,123b')는 2차의 거의 타원체 곡면으로 구성되어 있어, 주변부에 의해 반사된 광속이 광학부재(124)의 상부 및 하부 주변부(123b,123b')에 집중하도록 되어있다.

그러나, 예시된 형상으로부터 명백한 바와 같이, 주변부(123b,123b')에 대한 반원통부(123a)의 비율은 상기한 실시형태와 다르다. 즉, 리플렉터(123)의 반원통부(123a)는 실린더의 크기의 딱 반은 아니지만, 반실린더보다 약간 좁은 영역(표시된 구성에서 대략 160°의 영역)을 덮도록 형성되어있고, 주변부(123b,123b')는 이 덮기의 부족을 보충하기 위하여 변형된다.

반원통부(123a)가 작은 이유는 이 반원통부(123a)에 의해 반사된 광속은 기본적으로 발광방전관(122)의 유리관에 다시 들어가는 부재이고, 반원통부(123a)의 이 형상은 이 경우에 발생된 악영향을 방지하기 위한 것이다.

여기서 악영향이란, 광속이 유리관을 통하여 방전관(122)에 다시 들어가거나, 또는 그로부터 나오고, 면 반사에 의해 일어나는 이 경우에 손실부재가 원래 의도했던 방향과는 다른 방향으로 평균 약 4회 발생해서 효과적으로 이용할 수 있는 광속의 양을 감소시키는 것을 말한다. 이 손실부재를 최소화하기 위해서 이 실시 형태는 주변부(123b,123b')를 연장해서 방전관(122)을 거치는 일이 없이 리플렉터(123)에 의한 반사된 광의 광학부재(124)에 의해 인도된 부재를 직접 증가시키고, 그에 의해 면반사에 의한 산란광을 가능한한 많이 제외해서 높은 효율의 광학계를 제공한다.

(124)는 하나의 투명체로 이루어진 광학부재이다. 이 광학부재(124)의 입사면쪽에서 조사 광축(L)이 통과하는 중앙영역에는 발광방전관(122)의 길이 방향에 수직인 방향에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈면(124a)이 형성되어 있으며, 상부 및 하부주변부(124b,124b')에는 평행하고 평탄한 면이 형성되어 있고, 또한 원통형렌즈면(124a)과 상부 및 하부주변부(124b,124b')사이에는 굴절면(124c,124c')과 반사면(124d,124d')을 가진 2쌍의 프리즘부(반사부)(P)가 형성되어 있다.

이 실시형태의 가장 특징적인 구성은 광학부재(124)에 2쌍의 프리즘부(반사부)(P)가 형성되어 있다는 것이다.

상기한 바와 같이, 광학부재의 앞쪽에 형성된 반사면(주변부(124b,124b'))이 연장되더라도, 이것은 조명광학계의 두께가 광축(L)의 방향으로 증가하는 일이 없는 구성, 즉 조명광학계의 두께를 상기 실시형태에서 설명한 조명광학계와 거의 동일하게 유지하는데 효과적인 구성이다. 즉 상기 앞쪽 반사면에 의해 제어될 수 있는 조사범위가 이 상태에서 단순히 넓어지면, 리플렉터(123)의 수직방향의 개구가 넓어지는 동시에, 광축(L)의 방향의 두께도 증가된다. 이 상황을 피하기 위해서 광학부재(124)의 프리즘부에 의해서 제어되는 광속의 각도범위는 이것을 흡수하기 위하여 넓어진다. 프리즘부에 의해 제어의 범위를 넓히는 구성으로서 그리고 광축(L)방향의 두께의 증가를 피하기 위해서 이 실시형태는 광학부재(124)에 복수층의 프리즘부를 형성하는 방법을 채택하고 있다.

이 광학계의 상세 형상을 도 19 및 도 20에 표시한 광속추적도를 사용해서 설명한다.

동 도면에 있어서, 유리관의 내경 및 외경을 방전관(122)으로서 표시하고 있다. 상기 실시형태의 경우와 같이, 설명의 단순화를 위해서 광원의 중심으로부터 사출된 광속은 대표 광속으로서 간주되고, 이들 도면은 이 대표 광속만을 표시한다. 실제의 광분포특성은 도면에 표시한 대표 광속 외에 발광방전관의 주변부로부터 사출돤 광속으로 인해 광분포특성의 경향은 거의 동일하기 때문에 이 경우를 이 대표광속에 따라 아래에 설명한다.

도 19(a)에 표시한 바와 같이, 광학부재(124)의 입사면쪽의 중앙영역에는 조사 광축(L)에 수직인 평면내에 양의 굴절력을 가진 원통형 렌즈면(124a)이 형성되어있다. 이와 같이 해서, 방전관(122)으로부터 사출된 광속으로부터의 조사광축(L) 근방을 통과하는 광속은 소정의 각도 범위내에 균일한 광분포를 가진 광속으로 변경되어, 광학부재(124)의 사출면(124g)으로부터 나간다.

여기서, 균일한 광분포특성을 제공하기 위해서, 광학부재(124)의 원통형렌즈면(24a)은 연속적인 비구면형상을 가지도록 구성되어, 방전관(122)의 중심으로부터의 외향광의 각도와 광속이 광학부재(124)를 통과한 후의 외향광의 각도 사이에 비례관계가 성립하도록 되어 있으며, 그래서 광속은 일정한 비율로 집광된다.

다음에 도 19(b)에 표시한 바와 같이, 리플렉터(123)의 주변부(123b,123b')로 직접 들어가고 또, 광축과 큰 각도를 형성하는 방전관(122)의 중심으로부터 사출된 광속성분을 설명한다. 여기서 리플렉터(123)의 주변부(123b,123b')는 도 19(a)와 거의 같은 조사각도범위를 가지도록 형성되고, 상기 부재 후의 균일한 분포가 반사된다.

리플렉터(123)의 주변부(123b,123b')에 의해 반사된 광속은 광학부재(124)의 주변부(123b,123b')로부터 광학부재(124)로 들어가서 사출면(124g)으로부터 나온다. 그러나, 광학부재(124)의 주변부(123b,123b')는 조사광축(L)에 수직인 방향(수직방향)에 힘을 가지지 않으며, 이 부분을 통과하는 광속은 리플렉터(123)의 주변부(123b,123b')에 의해 조정된 동일한 광분포특성으로 조사된다.

따라서, 리플렉터(123)의 주변부(123b,123b')는 방전관(122)으로부터 직접 들어가는 광속을 일정한 각도범위내로 균일하게 집광할 뿐만아니라 반사된 광속을 광학부재(124)의 주변부(124b,124b')의 좁은 통과영역으로 인도도 하는 기능, 즉 방향을 변경하는 기능을 가진다. 그 결과, 도 19(a)의 경우와 같이 필요한 조사범위에 대해 균일한 광분포를 얻는 것이 가능하다. 또한, 리플렉터(123)의 주변부(123b,123b')와 원통형렌즈면(124a)은 서로 독립적인 완전히 다른 광로를 형성하는 집광(조사)제어를 행할 수 있다.

다음에 도20(a) 와 20(b)에 표시한 이 실시형태의 주요 특징인 프리즘부를 통한 광로를 설명한다.

도 20(a)에 표시한 바와 같이, 광학부재(124)의 입사면상의 원통형렌즈면(124a)과 주변부(124b,124b')사이에 형성된 상부 및 하부 프리즘부 중에 광축에 대해 안쪽에 있는 프리즘부(P)의 평탄면으로 이루어진 굴절면(124b,124b')에 입사하는 광속은 굴절면(124c,124c')을 통해서 굴절되어, 프리즘부로 들어가서, 소정의 곡면으로 이루어진 반사면(124d,124d')에 의해 거의 전반사되어, 상기한 도 19(a) 및 19(b)의 조사각도분포와 거의 동등한 광분포특성을가진 광속으로 변경된다.

여기서 도면에 표시한 바와 같이, 굴절면(124c,124c')에 입사하는 광속의 각도범위는 도 19(a) 및 19(b)에 표시한 광속의 각도 범위보다 상당히 좁다. 따라서, 굴절면(124c,124c')에 입사하는 광속의 조사각도범위를 도 19(a) 및 19(b)에 표시한 조사각도범위에 맞추기 위해서 반사광속의 조사각도범위가 일정한 비율로 현저히 퍼지도록 반사면(124d,124d')의 형상을 조정하는 것이 필요하다.

이 개념에 의거하여, 이 실시형태는 굴절면(124c,124c')에 입사하는 광속의 조사각도범위가 도 19(a) 및 19(b)에 표시한 원통형렌즈면(124a)과 리플렉터(123)의 조사각도범위와 거의 매치(중첩)하도록 반사면(124d,124d')의 형상으로서 최적화된 비구면형상을 사용한다.

또한, 도 20(b)에 표시한 바와 같이, 상부 및 하부 프리즘부(P) 중에, 외부프리즘부(P)의 평탄면으로 이루어진 굴절면(124e,124e')에 입사하는 광속은 굴절면(124e,124e')을 통해 굴절되어, 프리즘부(P)로 들어가서, 소정의 곡면으로 이루어진 반사면(124f,124f')에 의해 거의 전반사되어, 상기한 도 19(a) 및 19(b)의 조사각도분포와 거의 동등한 광분포특성을 가진 광속으로 변경된다.

따라서, 방전관(122)의 중심으로부터 사출된 모든 광속은 도 19(a)에 표시한 원통형렌즈면(124a), 도 19(b)에 표시한 리플렉터(123)의 주변부(123b,123b') 및 도 20(a) 및 20(b)에 표시한 상부 및 하부 프리즘부(굴절면(124c,124c', 124e,124e') 및 반사면(124d,124d',124f,124f'))(p)의 광학작용에 의해 방전관 (122)의 길이방향에 거의 수직인 방향에 균일한 광분포를 가진 광속으로 변경되며,이들 4개의 타입의 조사각도범위와 합계 7층을 서로 중첩함으로써 균일한 광분포특성을 전체로서 효율적으로 얻는 것이 가능하다.

한편,상기한 바와 같이 방전관(122)의 중심으로부터 뒤쪽으로 사출된 광속은 리플렉터(123)의 반원통부(123a)에 의해 반사되어, 다시 방전관(122)의 중심을 통과한 후, 조사광축(L)의 방향으로 앞쪽으로 나간다. 그 후의 광속의 거동은 도 19 및 도 20에 표시한 것과 같다.

이 실시형태에 의한 길이방향의 방전관(122)의 형상은 상기한 실시형태와 같다.

상기한 이 실시형태에 의하면, 상기한 실시형태의 조명장치의 경우와 같이, 리플렉터(123)와 광학부재(124) 등의 적은 수의 부재만을 사용해서 필요한 조사범위 바깥쪽에 대한 조사로 인해 낮은 광량손실을 가진 작고 얇은 형상이고 극히 높은 효율의 조명광학계를 구성하는 것이 가능하다.

또한, 이 실시형태는 리플렉터(123)의 주변부(123b,123b')에 의해 방전관(122)의 둘레를 방전관(122)의 뒤쪽까지 쌀 수 있고, 또한 상부 및 하부쪽의 양쪽에서 2층이 광학부재(124)의 프리즘부(P)를 형성하고, 그에 의해 상기 실시형태에 비해 조명광학계의 전체 크기를 증가시키지 않고 방전관(122)으로부터 발광에너지를 이용하는 조명광학계를 더 효율적으로 구성할 수 있다.

도 21 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치, 특히 전자플래시광을 방출하는 이 실시형태에 있어서 카메라에 내장된 장치를 표시한다. 도 21 및 도 22는 방전관의 반경방향을 포함하는 평면으로 절단된 상기한 조명장치의 광학계의 종단면도를 표시하고, 도 21(a) 및 21(b)와 도 22(a)는 또한 광원의 중심으로부터 사출된 대표광의 추적선을 표시한다. 도 21(a) 및 21(b)와 도 22(a)는 또한 광학부재에 입사하는 광속성분의 위치에 따라 동일부분에 광원의 중심으로부터 사출된 다른 광속성분을 표시한다. 도 23은 상기한 조명장치의 광학계의 분해사시도이다.

이들 도면에 있어서, (132)는 발광방전관(크세논관)을 표시하고, (133)은 리플렉터(제 1반사부재)를 표시한다. 이 리플렉터(133)는 상기한 실시형태(도 19 및 도 20에 기재됨)의 리플렉터와 거의 같은 형상을 가진다.

또한, (134)는 1개의 투명체로 이루어진 광학부재를 표시한다. 이 광학부재(134)의 입사면 쪽에서 조사광축(L)이 통과하는 중앙영역에 있어서, 방전관(132)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈면(134a)이 형성되어있고, 상부 및 하부 주변부(134b,134b')에 평행한 평탄면이 형성되어있다. 아크릴수지 또는 유리재료 등의 고투과율광학수지재료는 이 광학부재(134)의 재료로서 적합하다.

또한, (135) 및 (135')는 원통형렌즈면(134a) 사이의 영역에 놓인 리플렉터(제 2반사부재)를 표시한다. 광학부재(134)의 주변부(134b,134b')와 방전관(132)의 길이방향에 수직인 부분들은 곡면으로 구성되어있다. 또한, 이들 리플렉터(135,135')의 적어도 내부쪽은 고반사율재료로 이루어져 있고, 이들 리플렉터(135,135')는 리플렉터(133)보다 훨신 얇다.

다음에, 얇은 형상으로 되어있고, 조명광을 필요한 조사범위내에 균일하고효율적으로 조사할 수 있고, 처리를 용히하게 하기 위하여 광학부재(134)의 형상을 가능한 한 단순화할 수 있는 이 실시형태의 조명장치의 광학계를 설정하는 최적방법을 도 21 및 도 22를 사용해서 설명한다.

도 21 및 도 22는 방전관의 반경방향으로 절단된 이 실시형태의 조명장치의 단면도이고 수직방향의 광분포특성을 좁은 조사각도내에 좁게 하는 기본개념을 표시한다. 도 21(a),21(b) 및 도 22(a)는 다른 경우에 동일한 부분의 추적 광속을 표시하고, 도면의 참조번호는 도 23의 부재에 대응한다.

이들 도면에 있어서, 유리관의 내경 및 외경은 방전관(132)으로서 표시되어있다. 상기 실시형태의 경우와 같이, 설명의 단순화를 위해서 광원, 즉 방전관의 중심으로부터 사출된 광속은 대표 광속으로서 간주되고, 이 대표 광속은 다음 설명에서 사용된다.

조사광축(L)방향의 방전관(132)의 중심에 면하는 리플렉터(132)의 뒤쪽은 방전관(132)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부(133a)"라 함)이다. 이것은 리플렉터(133)에 의해 반사된 광을 광원의 중심부근에 다시 복귀시키는데 유효한 형상이며, 발광방전관(132)의 글라스부에 의해 굴절의 나쁜 영향을 감소시키는 효과를 가진다.

한편, 리플렉터(133)의 상부 및 하부 주변부(133b,133b')는 반사된 광속이 일정하고 균일한 광분포특성을 가지도록 곡면을 가진다.

또한, 아래에 설명하는 바와 같이 광학부재(134)와 리플렉터(135)의 형상을 결정함으로써, 광축(L)의 방향으로 얇고, 필요한 조사범위내에서 균일한 광분포를얻는 것이 가능하다.

우선, 도 21(a)에 표시한 바와 같이, 조사광축(L)의 근방을 향해서 방전관(132)으로부터 사출된 광속은 원통형렌즈면(134a)에 의해 소정의 각도범위내에 균일한 광분포를 가진 광속으로 변경된 후, 광학부재(134)의 사출면(134c)으로부터 나온다.

여기서, 균일한 광분포특성을 얻기 위하여, 광학부재(134)의 원통형렌즈면(134a)은 방전관(132)의 중심으로부터 사출된 광속의 각도와 광학부재(134)를 통과한 후 나오는 광속의 각도가 외향하는 광속을 일정한 비율로 집광하기 위하여 비례관계를 가지도록 연속적인 비구면형상을 가지도록 설계된다.

다음에 도 21(b)에 표시한 바와 같이 방전관(132)의 중심으로부터 사출되는 광속 중에 광축(L)과 큰 각도를 형성하고 주변부(133b,133b')로 직접 들어가는 광속성분을 설명한다. 리플렉터(133)의 주변부(133b,133b')는 상기한 부재가 주변부(133b,133b')에 의해 반사된 후, 도 21(a)와 거의 같은 조사각도 범위내에 균일하게 퍼지도록 형성된다.

리플렉터(133)의 주변부(133b,133b')에 의해 반사된 광속은 광학부재(134)의 주변부(134b,134b')로부터 광학부재(134)로 들어가서 사출면(134c)으로부터 나온다. 그러나, 광학부재(134)의 주변부(134b,134b')는 방전관(132)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)의 힘을 가지지 않으며, 이들 영역을 통과하는 광속은 리플렉터(133)의 주변부(133b,133b')에 의해 조정된 동일한 광분포특성으로 조사된다.

따라서, 리플렉터(133)의 주변부(133b,133b')는 방전관(132)으로부터의 직광을 일정한 각도범위내에 균일하게 집광하는 기능과 방향을 변경하는 기능, 즉 반사된 광속을 광학부재(134)의 주변부(134b,134b')의 좁은 통과영역에 인도하는 기능을 가진다. 그 결과, 도 21(a)의 경우와 같이 균일한 광분포를 필요한 조사범위내에 얻는 것이 가능하다. 또한, 리플렉터(134)의 주변부(134b)와 원통형렌즈면(134a)은 서로 독립적인 완전히 다른 광도를 형성하는 집광(조사)제어를 행할 수 있다.

다음에, 이 실시형태의 주요 특징인 리플렉터(135)를 통한 광로를 도 22(a)를 사용해서 설명한다.

도면에 표시한 바와 같이 리플렉터(135,135')는 상기한 2개의 광로 사이의 경계를 통과하는 광속을 제어한다. 이들 리플렉터(135,135')는 리플렉터(133)내부에 놓여서 위치 결정되고 지지체(도시생략)에 의해 유지되어, 개구가 광학부재(134)의 원통형렌즈면(134a)으로부터 주변을 향해서 일정한 거리에 형성되도록 되어있다.

또한, 도면에 표시한 바와 같이 리플렉터(135,135')는 이 부분에 대해 조사광축(L)을 향해 오목한 곡면으로 이루어져있고, 이들 리플렉터(135,135')로 들어가는 방전관(132)의 중심으로부터 사출된 광속은 일정한 각도분포를 가지도록 변경되어 광학부재(134)의 주변부(134b,134b')로 들어가서, 사출면(134c)으로 나오는 광로를 따른다. 그 결과 광속은 도 21(a) 및 21(b)의 조사각도분포와 거의 동등한 광분포특성을 가진 광속으로 변경된다.

여기서 도면에 표시한 바와 같이, 리플렉터(135,135')에 입사하는 광속의 조사각도범위는 도 21(a) 및 21(b)에 표시한 광속의 조사각도범위보다 훨씬 좁지만, 각도범위를 일정한 비율로 넓히기 위해서 리플렉터(135,135')의 형상을 최적화함으로써, 조사각도범위를 도 21(a) 및 21(b)에 표시한 리플렉터(133)와 원통형렌즈면(123a)의 조사각도범위와 거의 매치시키는 것이 가능하다.

따라서, 방전관(132)의 중심으로부터 사출된 모든 광속은 방전관(132)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)의 도 21(a)에 표시한 원통형렌즈면(134a), 도 21(b)에 표시한 리플렉터(133)의 주변부(133b,133b') 및 도 22(a)에 표시한 리플렉터(135,135')의 광학작용에 의해 균일한 광분포를 가진 광속으로 변경되며, 이들 3타입의 조사각도범위와 합계 5층을 서로 중첩함으로써 균일한 광분포특성을 전체로서 효율적으로 얻는 것이 가능하게 된다.

한편, 방전관(132)의 중심으로부터 뒤쪽으로 사출된 광속은 리플렉터(133)의 반원통부(133a)에 의해 반사되어, 다시 방전관(132)의 중심을 통과해서 조사광축(L)의 방향으로 앞쪽으로 사출된다. 그때로부터의 광속의 거동은 도 21(a), 21(b) 및 도 22(a)와 같다.

여기서 광학부재(134)의 원통형렌즈면(134a), 리플렉터(133) 및 리플렉터(135,135')사이의 최적영역분포비를 도 22(b)를 사용해서 설명한다.

이 실시형태에 있어서 도 21(a)에 표시한 원통형렌즈면(134a)의 영역과 도 21(b)에 표시한 리플렉터(133)의 반사영역은 기본 집광광학계를 형성하는 것이 바람직하고, 또한 이들 영역사이를 연결하는 최소영역은 도 22(a)에 광로가 표시되어있는 리플렉터(135,135')에 의한 반사작용을 사용하는 반사/집광광학계로 구성되는 것이 바람직하다.

이들 리플렉터(135,135')의 반사/집광영역에 대해서, 방전관(132)의 중심과 리플렉터(135,135')의 반사/집광영역의 각 단부를 연결하는 직선과 조사광축(L)사이의 각도β는 다음 각도범위내에 있는 것이 바람직하다.

35°≤β≤70°(2)

여기서, 각도 β가 식(2)의 하한 35°보다 작으면, 점 A와 B사이의 거리 H는 증가하고, 여기서 방전관(132)의 중심과 원통형렌즈면(134a)의 끝점 A를 연결하는 직선이 광학부재(134)의 주변부(134b,134b')의 입사평면과 교차하는 점은 B이며, 이는 이 실시형태의 목적인 조명광학계의 두께를 충분히 감소시키는 것을 불가능하게 한다. 한편, 각도β가 상한 70°보다 크면, 리플렉터(133)의 집광영역은 감소해서 이 계가 리플렉터(133)와 리플렉터(135,135')로 분할되었다는 사실이 무의미하게 된다.

이상적인 모드는 이들 리플렉터(135,135')의 집광영역을 필요 최소한으로 감소시켜서 이들 영역을 광량손실이 거의 없는 모드로 구성하는 것이다. 이와 같은 구성에 의해 두께방향의 길이를 감소시킬 수 있고, 형상을 단순화 할 수 있으며, 따라서 이 계를 처리하기 쉽게 할 수 있다.

이와 같은 상황을 고려해서 이 실시형태는 이 반사/집광영역을 최적화를 위해 42°로부터 60°까지 대략 18°범위내에 설정한다. 이 범위는 다음과 같은 이유로 도 13 내지 도 17에 표시한 실시형태의 전반사영역보다 좁다.

즉, 프리즘부의 반사면에 도달하기 전에, 상기 실시형태의 광속은 굴절면을 통해 광축으로부터 멀어지는 방향으로 구부러진 후, 반사면에 의해 반사되어 집광제어를 받는다. 이에 의해 A와 B 사이의 거리에 대응하는 부분의 거리를 비교적 작은 레벨까지 억제하는 것이 가능하게 된다. 이와 반대로, 이 실시형태는 광속이 리플렉터(135,135')에 도달하기 전에 굴절면을 가지지 않으며 따라서 A와 B사이의 거리 H가 증가하기 쉽게 되며, 이는 리플렉터(135,135')에 의해 제어할 수 있는 각도범위를 좁게 한다.

본 실시형태의 조명장치에 특유한 제 1효과는 종래 기술의 경우와 같이 조사광축의 방향에 놓인 연속적인 반사면 대신에 여러 가지 재료의 분리된 면으로 구성되어 있다는 것과 복수의 반사층이 조사광축에 수직인 방향으로 서로 중첩하도록 놓여있다는 것이다.

이와 같은 구성에 의해 이 실시형태의 주요특징인 길이 방향의 조명광학계의 두께를 현저하게 감소시키는 것이 가능하게 된다.

두번째로 광학부재(134)자체의 두께를 현저히 감소시키는 것이 가능하다. 즉, 광학부재(134)에 필수적인 구성은 중앙영역에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈면(134a)만이며, 주변부(134b,134b')는 얇은 형상의 구성을 가질 수 있고, 단순하고 평탄한 형상을 가진 주변부(134b,134b')는 충분히 기능할 수 있으며, 이는 광학부재(134)의 전체 두께를 현저히 감소시키는 것을 가능하게 한다.

이는 광학부재(134)의 성형성을 향상시킬 뿐만아니라 광속이 수지재료를 통과할 때 광량의 감소를 최소화시킬 수도 있다. 이는 또한 이 조명장치 및 다른광학장비를 내장하는 촬상장치의 중량감소에 기여한다. 또한, 최외측면은 극히 단순한 형상을 가졌고 거의 광학적 규제가 없는 면으로 구성되어 있기 때문에 광학부재(134)를 지지하는 것이 용이하며, 조명장치가 각종 광학장치에 장착될 때에도 특별한 지지구조체가 불필요하며, 이는 다루기 쉬운 조명장치를 제공한다.

세번째로, 복수의 반사층을 금속반사면으로 구성함으로써 종래의 광가이드타입전자플래시의 문제, 즉 수지광학재료로 이루어진 광학부재가 광원 가까이에 놓일 때, 광학부재가 광원에 의해 발생된 열에 의해 변형되어 발광조건에 따른 원래의 광학특성을 얻기가 불가능해지는 문제를 방지할 수 있다. 즉 광원에 가까운 반사면을 금속반사재료로 구성함으로써, 광원자체로부터 발생된 열에 의한 금속반사재료의 변형을 방지할 수 있으며, 그에 의해 안정한 광학특성을 얻을 수 있으며, 또한, 발광방전관 둘레의 공간을 더 넓힘으로써 수지재료로서 광학재료에 대한 연속적인 발광시에 발생된 대류열 및 복사열의 영향을 최소화할 수 있다.

따라서, 이 실시형태에 의해 필요조사범위의 바깥쪽에 대한 조사에 의한 광량손실이 거의 없는 작고 얇은 형상이고 극히 효율적인 조명광학계를 구성하는 것이 가능하게 된다.

다음에, 방전관의 길이방향(오른쪽/왼쪽 방향)의 이 실시형태의 조명장치의 집광작용을 도 23을 사용해서 간단히 설명한다.

도 23에 표시한 바와 같이, 방전관의 길이 방향의 광속의 집광이 광학부재(134)의 사출면쪽에 형성된 프레넬렌즈부(134d,134d')에 의해 행해진다. 이들 프레넬렌즈부(134d,134d')는 도면에 표시한 바와 같이 길이방향의 좌우주변부에만 형성되고, 중앙영역에는 형성되지 않는다. 이것은 광원인 방전관(132)의 유효한 발광부가 오른쪽/왼쪽 방향으로 길기 때문이며, 중앙영역에 프레넬렌즈를 형성하는 것도 반드시 광속을 효율적으로 집광할 수 있는 것은 아니다.

한편, 프레넬렌즈부(134d,134d')가 형성되는 길이방향의 주변부에 대해서 방전관(132)으로부터 사출된 광속의 방향을 어느 정도로 제한하는 것이 가능하며, 이들 위치에 프레넬렌즈부를 형성함으로써 광속을 비교적 효율적으로 집광하는 것이 가능하다.

이 실시형태는 광학부재(134)의 입사면쪽에 형성된 원통형렌즈면(134a)의 5개의 층 및 3개의 타입의 영역에 제어된 모든 광속의 경우를 설명했지만, 방전관의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)의 리플렉터(135,135') 및 리플렉터(133)의 주변부(133b,133b')가 서로 중첩(매치)하는 광분포를 가지지만, 이 실시형태의 설정은 단 하나만은 아니며, 각 부분을 서로 다른 광분포특성을 가지게 하거나, 또는 수직방향으로 비대칭적인 광분포특성을 가지게 하거나, 또는 서로 다른 집광도를 가지게 할 수도 있다.

또한, 이 실시형태는 광학부재(134)가 원통형렌즈면(134a)을 구비하는 경우를 설명했지만, 렌즈의 형상은 이와 같은 원통형렌즈에 한정되는 것은 아니며, 방전관의 길이방향에도 굴절력을 가진 원환체렌즈 또는 동등한 굴절효과를 가진 프레넬렌즈를 사용하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이 도 13 내지 도 23에 표시한 실시형태에 의하면, 여러 방향의 광원으로부터 사출된 광속 중에 광학부재 또는 반사부재 또는 제 1반사부재의렌즈면에 의해 필요한 조사범위 내, 광학부재 또는 제 2반사부재의 반사부에 의해 상기한 필요조사범위내에 제어될 수 없는 광속의 조사를 제어하는 것이 가능하며, 그에 의해 필요한 조사범위 내에 조사된 유효에너지를 증가시킴으로써 조명장치의 효율을 증가시키는 것이 가능하다.

또한, 반사부재 또는 제 1반사부재를 가진 복수의 반사층 및 광학부재 또는 제 2반사부재의 반사쪽은 조사광축에 수직인 방향(수직방향)으로 구성되어 있기 때문에 하나의 반사층이 광축의 방향으로 뻗어 있는 경우에 비해 조명장치의 두께를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서 이 조명장치는 초박카드타입카메라 또는 카드타입전자플래시에 장착될 수 있다.

또한, 광학부재의 형상을 단순화시킬 수 있고 또 단순패널처럼 슬림화시킬 수 있으며, 따라서 광학부재의 재료로서 광학수지재료가 사용되더라도 이 조명장치는 성형시간의 감소 또는 다이의 코스트의 감소 등의 충분한 코스트 감소를 실현할 것이 기대된다.

또한, 광학부재, 반사부재 또는 제 1반사부재의 양의 굴절부 또는 반사부재 또는 제 2반사부재의 반사부의 형상을 자유로이 결정하는 것이 가능하며, 그에 의해 이 조명장치는 서로 독립적으로 그리고 세밀하게 이 광속의 광분포를 제어할 수 있다. 따라서 필요한 조사범위 내의 소망의 광분포를 용이하게 얻을 수 있으며, 예를 들면 광분포를 용이하게 균일하게 할 수 있다.

도 24 내지 도 27은 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 광학계의 구성을 표시한다. 도 24 및 도 25는 방전관의 반경방향을 포함하는 평면을 가진 상기 광학계의 단면도이다. 도 24는 조사각도범위가 적은 경우를 표시하고, 도 25는 조사각도범위가 넓은 경우를 표시한다.

도 26은 방전관의 중심축을 포함하는 평면으로 절단된 상기 광학계의 단면도이고, 도 27은 상기 광학계의 분해사시도이다. 도 24(b) 내지 도 26(b)는 광원인 방전관의 중심으로부터 사출된 대표광의 추적선을 표시한다.

또한, 도 28은 상기한 조명장치를 내장하는 콤팩트 카메라(a) 및 카드형카메라(b)도 표시한다.

도 28(a)및 28(b)에 표시한 바와 같이 상기한 조명장치는 카메라본체(411)의 상부에 놓인다. 이들 도면에 있어서, (401)은 조명장치, (412)는 촬영렌즈, (413)은 셔터릴리스버튼을 나타낸다.

도 28(a)에 있어서, (414)는 촬영렌즈(412)를 줌잉하는 조작부재를 표시하고, 이 조작부재를 앞쪽으로 누름으로써 상을 줌인시킬 수 있고, 이 조작부재를 뒤쪽으로 누름으로써 상을 줌아우트시킬 수 있다.

도 28(a)및 28(b)에 있어서, (415)는 카메라의 각종모드 사이를 전환하는 모드설정버튼, (416)은 유저에게 카메라의 조작을 알리기 위한 액정표시창, (417)은 외부광의 휘도를 측정하기 위한 포토미터의 수광창, (418)은 파인더의 검사창을 표시한다.

다음에 조명장치의 광학특성을 결정하는 부재를 도 24 내지 도 27을 사용해서 상세히 설명한다.

이들 도면에 있어서 (302)는 원통형 광원인 방전관(크세논관)을 표시한다.(303)은 조명광의 조사방향(앞쪽)으로 방전관(302)으로부터 사출된 광속을 반사하는 리플렉터이고, 또한 내면이 고반사율면으로 형성된 복사알루미늄 또는 고반사율 금속기화면이 형성된 내면을 가진 수지재료 등의 금속재료로 이루어져있다.

(304)는 프리즘형의 하나의 광학부재를 표시한다. 이 광학부재(304)의 입사면에는 한 쌍의 프리즘부가 형성되어있다. 프리즘부는 방전관(302)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)에 굴절력을 가진 굴절면(304b,304b')과 광축(L)상에 중심을 둔 상부 및 하부쪽에 이들 굴절면(304b,304b')으로부터 입사하는 광에 대한 전반사조건을 거의 만족하는 반사면(304c,304c')으로 이루어져있다. 또한, 도 26에 표시한 바와 같이, 광학부재(304)의 사출면의 측면에 방전관(302)의 길이방향(수평방향)에 굴절력을 가진 프리즘어레이(304f)가 형성되어있다. 이 광학부재(304)의 재료로서 아크릴수지 또는 글라스재료 등의 고투과율 광학수지재료가 적합하다.

상기한 구성에 있어서, 카메라가 예를 들면, "전자플래시오토모드"로 설정되는 경우에 셔터릴리스버트(313)이 유저에 의해 눌려진 후, 제어회로(도시생략)는 광이 조명장치(301)로부터 사출되어야하는지 또는 포토미터(도시생략)에 의해 측정된 외부광의 휘도, 장전된 필름의 감도 또는 CCD 또는 CMOS 등의 촬상소자의 특성에 의거하지 않는지를 결정한다.

제어회로가 "광이 조명장치로부터 사출되어야 한다"고 판정하면, 제어회로는 발광신호를 출력해서 방전관(302)으로 하여금 리플렉터(303)에 부착된 트리거리드와이어를 통해서 광을 사출시키게 한다.

이 방전관(302)으로부터 사출된 광속 중에 조사광축(L)의 방향으로 뒤쪽 또는 옆쪽으로(도 26 참조) 사출된 광속성분은 리플렉터(303)를 통해서 방전관(302)의 앞에 놓인 광학부재(304)로 들어가고, 조사광축의 방향으로 앞쪽으로 사출된 광속성분은 광학부재(304)로 직접 들어간 후, 양 광속성분은 광학부재(304)를 통해서 소정의 광분포특성을 가진 광속으로 변경된 후, 물체상에 조사된다.

이하, 특히 조명광학계의 형상을 극히 얇게 하면서 광분포특성을 필요조사범위내에 균일하게 유지하도록 상기한 조명장치의 최적형상을 설정하는 것을 도 24 내지 도 26을 사용해서 더 상세히 설명한다.

우선, 방전관의 반경방향인 수직방향(길이방향에 수직인 방향)의 조사각도의 변경의 기본개념을 도 24 및 25를 사용해서 설명한다. 도 24(a) 및 24(b)는 가장 좁은 조사각도범위에 대응하는 상태를 표시하고, 도 25(a) 및 25(b)는 가장 넓은 조사각도범위에 대응하는 상태를 표시한다.

각 도면의 (a) 및 (b)는 동 단면도를 표시하고, (b)는 추적광속을 (a)의 단면도에 추가함으로써 얻어진다. 도면의 참조번호는 도 26 및 도 27의 부재에 대응한다.

이들 도면에 있어서, 유리관의 외경 및 내경은 방전관(302)으로서 표시되어있다. 이 타입의 방전관의 실제 발광현상에 있어서, 광은 흔히 효율을 향상시키기 위하여 전 내경으로부터 사출되며, 광은 방전관의 전 내경을 가로질러서 발광점으로부터 실질적으로 균일하게 사출된다고 생각하는 것이 합리적이다. 그러나, 설명의 단순화를 위해서 광원의 중심으로부터 사출되는 광속은 대표 광속이고 도면은 광원의 중심으로부터 사출되는 광속만을 표시한다고 가정한다. 실제의 광분포특성으로서 광분포특성은 전체로서, 도면에 표시한 바와 같이 대표 광속외에 방전관의 주변으로부터 사출된 광속으로 인해 광속이 약간 퍼지는 방향으로 변화하지만, 이 광속은 광분포특성과 거의 동일한 경향을 가지며, 따라서 다음 설명은 이 대표광속에 의거한다.

우선, 상기 조명장치의 광학계의 특징적인 형상을 하나씩 설명한다. 방전관(302)의 뒤쪽을 덮는 리플렉터(303)의 일부의 형상은 방전관(302)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부(303a)라 함")이다. 이것은 리플렉터(303)에 의해 반사된 광을 다시 광원의 중심의 근방에 복귀시키는데 유효한 형상이며, 또한 방전관(302)의 글라스부의 굴절로부터의 악영향을 방지하는 효과를 가진다.

또한, 이와 같은 구성에 의해 리플렉터(303)의 뒤로부터의 반사광을 광원으로부터의 직광과 거의 동등한 외향광으로서 다를 수 있게 되며, 그에 의해 이해하는 것이 용이하게 되는 동시에 전체 광학계의 크기를 감소시키는 것이 가능하기 때문에 편리하다. 또한, 리플렉터(303)가 반원통형형상을 가지는 이유는 리플렉터(303)가 이 크기보다 작으면, 옆쪽을 향하는 광속을 집광하는 것은 광학부재(304)를 뒤쪽으로 연장하는 것이 필요하게 되어, 프리즘면이 광속을 전반사를 사용해서 앞쪽으로 향하게 하는 것이 어렵게 되며, 이에 대하여 리플렉터(303)가 이 크기보다 크면 리플렉터(303)내부에 포획된 광속량은 증가하고, 효율은 감소하므로, 이 모두 바람직하지 않다.

한편, 리플렉터(303)의 상부 및 하부주변부(303b,303b')는 광원의 중심으로부터 사출된 광속이 이들 주변부(303b,303b')에 의해 반사된 후, 광학부재(304)의 주변부(304d,304d')로 인도되도록 곡면처럼 형성된다. 후술하는 바와 같이 광학부재(304)의 주변부(304d,304d')를 통해서 굴절된 광속은 가장 집광된 광분포특성을 제공한다.

또한, 리플렉터(303)의 반원통부(303a)와 주변부(303b,303b') 사이의 영역(이하, "평탄면영역"이라 함) (303c,303c')은 광축(L)에 거의 수직인 평탄면으로 구성된다.

다음에 광학부재(304)의 상세한 형상을 설명한다. 도 24에 표시한 바와 같이, 가장 집광된 상태는 방전관(302)과 광학부재(304) 사이에 소정의 거리가 있을 때 얻어진다.

우선, 도 24(a)에 표시한 바와 같이 광학부재(304)의 광축(L)이 통과하는 중앙영역은 광축(L)과 비교적 작은 각을 형성하는 광원의 중심으로부터 사출된 직광부재의 대부분을 받으며, 이 부재를 굴절시키기 위해서 비구면 원통형렌즈면(304a)이 광학부재(304)의 광원쪽의 중심영역에 형성되어있다.

다음에, 이 원통형렌즈면(304a)의 주변부에 원통형렌즈면(304a)에 입사하지 않고 또 광축(L)과 비교적 큰 각도를 형성하는 광원의 중심으로부터 사출된 광속성분이 들어가는 굴절면(304b,304b')이 형성되어 있으며, 그 주변영역에는 이들 굴절면(304b,304b')으로부터 프리즘부로 들어가는 굴절광을 전반사하는 반사면(304c,304c')이 형성되어있다.

그 주변의 영역에 있어서, 상기한 바와 같이 곡면으로 이루어진굴절면(304d,304d')이 형성되어 있으며, 그것에는 리플렉터(303b,303b')에 의해 반사된 광속이 들어간다. 이들 원통형렌즈면(304a), 리플렉터(303b,303b'), 굴절면(304d,304d') 및 반사면(304c,304c')이 형성되어 있어, 광원의 중심으로부터 사출된 광속이 광축(L)에 거의 평행하게 되어 있으며, 방전관(302)과 광학부재(304) 사이에 소정의 거리를 유지하도록 되어있다.

다음에 광학부재(304)의 각부에 입사하는 광속은 굴절되거나 전반사되어 소정의 각도부재로 변경된 후 동일 사출면(304e)으로부터 나간다.

도 24(b)는 광원의 중심으로부터 사출되고 광학부재(304)의 각면에 입사하는 광속과 이 광속이 통과하는 광로를 표시하는 광추적선을 표시한다. 도면에 표시하는 바와 같이 광원의 중심으로부터 거의 모든 광속은 광축에 평행하도록 변경된다. 즉 이 광학구성은 가장 집광된 상태를 제공한다.

한편, 도 24에 표시한 광학구성에서 광원의 중심으로부터 사출된 광속은 광축(L)과 거의 평행한 방향의 광학부재의 거의 전체 사출면(304e)으로부터 나간다. 환언하면, 이것은 광원의 중심으로부터의 외향광의 방향이 광학부재(304)의 사출면(304e)상의 위치와 1대 1로 대응한다는 것을 의미하고, 외향광은 주어진 사출면(304e)과 갭이 없이 변경되고, 광축과 평행하며, 즉 가장 효율적인 집광작용이 사출면의 개구의 영역에 대해서 행해진다.

그런데, 이 도면은 도 24(a)에 표시한 단면도에 광속만을 추가함으로써 얻어지고, 모든 다른 형상은 동일하다.

한편, 도 25에 표시한 상태는 방전관(302)이 상기한 소정거리보다광학부재(304)에 더 가깝게 놓인 상태이고, 광학구성은 조사각도범위가 어느 정도 넓어지도록 설정되어있다. 도 25(b)는 도 25(a)의 단면도에 광원의 중심으로부터 사출된 광속의 추적선을 추가함으로써 얻어지고, 광학계의 다른 부분의 모든 형상은 그대로이다.

이와 같은 광학구성에 있어서, 반사면(304c,304c')에 의해 전반사된 광속의 광로를 결정하는 굴절면(304b,304b')들 사이의 교차에 의해 형성된 가장자리(304f,304f')와 이들 굴절면(304c,304c')은 리플렉터(303)의 평탄면부(303c,303c')에 더 가깝게 된다. 광원의 중심으로부터 사출된 광속 중에 리플렉터(303c,303c')와 광학부재(304)의 가장자리(304f,304f') 사이의 갭으로부터 주변부(303b,303b')를 향하는 광속은 이와 같이 도 25(b)에 표시한 바와 같이 상당히 감소된다.

원래 주변부(303b,303b')를 통해서 광학부재(304)의 주변부(304d,304d')를 향하는 광속성분은 광원(302)과 리플렉터(303)가 일체로서 유지되기 때문에 항상 광축의 방향과 작은 각도를 형성하는 부재로 변경되는 집광부재이다. 그러나, 상기한 바와 같이 광학부재(304)의 가장자리(304f,304f')는 리플렉터(303)의 평탄면부(303c,303c')에 더 가깝게 되기 때문에 이 부재는 극히 감소되고, 또한 인접하는 다른 광로인, 굴절면(304b,304b')과 반사면(304c,304c')으로 이루어진 프리즘부를 향한다. 또한, 이와 동시에 반사면(304c,304c')에 의해 제어되는 광속의 일부는 원통형렌즈면(304a)으로 직접 들어가고, 방전관(302)은 광학부재(304)로부터 분리되고, 이 원통형렌즈면(304a)에 입사하는 광속성분의 양도 증가한다.

따라서, 광축(L)근방의 굴절영역, 그 주변의 광학부재(304)(프리즘부)의 반사영역 및 그 주변의 리플렉터(303)의 반사영역의 모든 3개의 영역의 광속이 집광되도록 이 계가 본래 구성되는 도 24에 표시한 가장 집광된 상태와 대조적으로 광축방향 방전관(302)(및 리플렉터(303))과 광학부재(304) 사이의 위치관계를 변경함으로써 각 영역의 집광상태를 서서히 변경(즉 조사각도범위를 변경)시킬 수 있다.

집광상태의 이 변경을 상기한 3영역에 따라 하나씩 설명한다. 우선, 광축(L)의 굴절영역은 이 광속이 광축과 거의 평행하게 되도록 도 24에 표시한 광학구성에 있어서의 광원의 중심으로부터 사출된 광속을 굴절시키기 위하여 초점으로서 광원의 중심을 가진 비구면 원통형렌즈면(304a)으로 구성되어있다. 이 경우에 도 25에 표시한 바와 같이 광원이 원통형렌즈면(304a)에 가깝게 되면 모든 방향에서 조사범위를 넓히는 효과를 가지는 디포커스상태가 발생된다. 또한, 도 24에 표시한 상태에 있어서, 반사면(304c,304c')을 향하여 인도된 광속의 일부는 도 25에 표시한 상태에서 새로이 이 영역에 들어가지만, 이 부재는 또한 이 굴절광의 영역에 의해 제어된 광속의 연장부이며, 또한 이 굴절영역에서 가장 넓은 조사각을 가진 부재로 변경된다.

그러나, 이 영역의 각도범위는 굴절에 의한 작용이므로, 따라서 이 때 예상되는 비교적 적은 양의 동작에 대해 조사각도범위의 현저한 변화는 발생되지 않으며, 그 결과 조사평면의 중앙영역의 주변으로 한정된 광분포만이 균일하게 퍼진다.

다음에, 광학부재(304)(프리즘부)의 반사영역을 설명한다. 이 영역은 광원과 광학부재(304) 사이의 위치관계를 변경함으로써 조사각도범위를 현저하게 변경시킬 수 있는 영역이다. 이것은 반사에 의한 광속방향의 변경이 조사방향을 현저히 변경시킬 수 있고 또 고굴절률을 가진 광학부재(304)에 반사현상이 사용되기 때문이며 따라서 보다 큰 각도변화를 기대할 수 있다.

또한, 도 25(b)에 표시한 바와 같이, 광원의 중심으로부터 사출되고 이 반사영역에서 반사된 광속성분은 조사평면의 주변에서 일정한 좁은 각도영역을 가진 부재로 변경된다.

이 반사영역에서 반사된 광속성분은 도 25(b)의 추적선에서 광축(L)과 소정각도를 형성하는 부재만으로 변경되는듯 하지만, 광원은 실제로 일정한 치수를 가지며, 따라서 반사각도범위도 어느 정도 확장되고 또 전체로서 볼 때 상기한 굴절영역의 광속성분과 중첩하며, 따라서 넓은 각도범위에서 거의 균일한 각도분포를 가진 광분포특성을 얻을 수 있다.

마지막으로, 최외측 리플렉터(303)에 의해 반사영역에서 반사된 광속성분은 상기한 바와 같이 광원이 도 24의 상태로부터 도 25의 상태로 광학부재(304)에 더 가깝게 됨에 따라서 서서히 감소한다.

그러나, 반사부재를 이 반사영역에 어느 정도 남김으로써 상기한 2개의 반사영역을 통해 광속성분의 증가에 의한 광축 근방의 광속성분의 감소를 억제할 수 있으며, 또한, 광축(L) 근방의 광량이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

따라서 이 실시형태에 의한 구성에 의해 광축방향의 광원(방전관(302))과 광학부재(304) 사이의 위치관계의 작은 변화에 의해 조사각도범위의 현저한 변화를 달성할 수 있고, 동시에 3개의 분할된 영역의 부재를 각 부의 광분포특성의 변화에대해 보상할 수 있어, 전체로서 균일하고 필요한 조사범위에 대해 적은 광량손실로 광학계를 실현할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 방전관(302)의 중심으로부터 뒤쪽으로 사출된 광속은 리플렉터(303)의 반원통부(303a)에 의해 반사되어, 다시 방전관(302)의 중심을 통과해서 앞쪽으로 나간다. 그 후의 광속의 거동은 도 24(b) 및 도 25(b)에 표시한 것과 같다.

여기서 상기한 굴절영역, 광학부재(304)의 프리즘부의 반사영역 및 리플렉터(303)의 반사영역의 3개의 영역 중의 최적분포비를 설명한다.

기본적으로 원통형렌즈면(304a)의 영역과 리플렉터(303)의 주변부(303b,303b')에 의한 반사영역을 가진 기본 집광광학계를 구성하는 것이 바람직하고 또한 프리즘부의 반사영역으로 이들 영역 사이를 연결하는 최소부를 구성하는 것이 바람직하다.

다음에 도 24에 표시한 가장 집광된 상태에 있어서, 광축(L)과 프리즘부의 굴절면(304b,304b')에 입사하는 광원의 중심으로부터의 광속에 의해 형성된 각도α는 다음식(3)과 같이 설정되는 것이 바람직하다.

20°≤α≤70°(3)

여기서 각도 α가 식(3)의 하한인 20°보다 작으면, 프리즘부 자체의 반사영역을 형성하는 것이 어렵게 된다. 즉 각도 α가 20°보다 작으면, 프리즘부 가장자리(304p,304p')의 각도는 극히 날카로워지고, 동시에 프리즘부를 길이방향으로 깊이 형성하는 것이 필요하다. 따라서, 저자세 광학계의 구성뿐만 아니라 제조도어렵다.

한편, 각도α가 상기 식(3)의 상한인 70°보다 크면, 리플렉터(303)에 의한 집광영역은 감소하고, 반사영역이 리플렉터(303)의 반사영역과 프리즘부 자체의 반사영역으로 분할되었다는 사실은 무의미하게 되고, 각종 문제를 일으킨다.

즉 조명각도를 변경시키기에 필요한 광원과 광학부재(304) 사이의 거리는 감소하며, 이는 조사각도의 현저한 변화를 일으키기가 어렵다는 기능적인 문제와, 광학부재(304)의 프리즘부 자체가 부분적으로 두꺼워지고 또 길어지고 성형시간이 연장되기 때문에 제조하기가 어렵다고 하는 다른 문제를 일으킨다. 이상적인 모드로서, 프리즘부의 이 반사영역을 필요최소한으로 좁게 하고 이 계를 광량손실이 거의 없는 모드에서 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의해 두께방향을 최소화할 수 있고, 단순한 형상의 구성을 얻을 수 있고 처리하기 쉬워진다.

상기한 이유로 이 실시형태는 최적화를 위해 광축(L)과의 각도를 30°로부터 60°까지의 30°범위내로 형성하는 광속에 의한 프리즘부를 형성한다.

다음에, 광속을 프리즘부의 반사면(304c,304c')으로 인도하는 굴절면(304b,304b')의 최적형상을 설명한다. 도 24(a) 및 25(b)에 표시한 바와 같이, 광원의 중심으로부터 사출된 광속은 굴절면을 통해서 크게 굴절면(304b,304b')을 통해서 크게 굴절되어, 광축(L)으로부터 멀어지는 방향으로 인도되어 반사면(304c,304c')에 도달한다. 이들 굴절면(304b,304b')의 이상적인 형상은 광원으로부터 사출된 광속의 가장 큰 가능량이 반사면(304c,304c')으로 인도되도록 형성되고, 이를 위해서 광속을 이들 굴절면(304b,304b')을 통해서 급격히 굴절시키는 것이 필요하다.

이것은 또한 반사면(304c,304c')의 광축방향의 길이의 단축, 즉 광학계의 두께방향의 크기의 감소를 초래하고 이는 또한 본 발명의 목적과 일치한다. 특정 형상으로서 굴절면(304b,304b')을 광축(L)에 대한 기울기가 0°인 평탄면으로 구성하는 것이 바람직하다. 그러나, 광학부재의 성형성의 문제로 인한 처리 정확도에 관한 이유로 0°의 기울기를 가진 이와 같은 평탄면을 실현하는 것이 어렵다. 이 실시형태는 이들 굴절면(304b,304b')을 광축(L)에 대한 기울기가 10°이하 또는 처리하기 쉬운 곡면으로 구성한다.

한편, 광제어영역을 복수의 부재로 구성하고 그들을 광축방향으로 서로 중첩하도록 배치함으로써 본 발명에 특유한 전례 없는 효과를 얻을 수 있다.

우선, 반사면(프리즘부의 반사면 304c,304c')과 리플렉터(303)의 주변부(303b,303b')는 종래 기술의 경우와 같이 광축(L)방향의 연속적인 면 대신에 서로 다른 타입의 재료로 이루어진 분리된 면으로 구성되고, 한 쪽의 반사부재(리플렉터(303))는 광원과 일체적으로 이루어지고, 다른 쪽의 반사부재(광학부재(304))는 광원에 대해 이동가능하게 이루어지고, 이들 부재는 광축(L)에 수직인 방향(수직방향)으로 서로 중첩하도록 놓여진다.

이와 같은 구성에 의해 조명광학계의 두께를 길이방향(광축(L)의 방향)으로 현저하게 감소시킬 수 있고, 이것은 본 발명의 주요 특징이다. 즉, 이 실시형태의 도면을 사용해서 설명하는 바와 같이 제 1반사를 행하는 광학부재(304)의 반사면이 먼저 놓이고, 제 2반사를 행하는 리플렉터(303)의 주변부(303b,303b')가 반사면(304c,304c')의 바깥쪽 및 광축(L)의 방향으로 그들과 중첩하는 위치에 놓이고, 따라서 반사영역의 두께를 전체로서 광축(L)의 방향으로 감소시킬 수 있다.

두번째로, 광학부재(304) 자체의 두께를 현저히 감소시킬 수 있다. 즉 광학부재(304)만에 필요한 광학작용부는 중앙영역에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈면(304a), 광원으로부터의 직광과 리플렉터(303)에 의해 반사된 광을 분리하기 위하여 굴절면(304b,304b')으로 이루어진 날카로운 프리즘부 및 반사면(304c,304c')을 포함한다. 따라서 광학부재(304)가 단순한 형상을 가지고 또 광학부재(304)의 전체두께를 현저히 감소시키지만 광학부재(304)에 의해 충분한 광학기능을 달성하는 것이 가능하다.

이는 광학부재(304)의 성형성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 수지재료의 투과율로 인한 광량의 감소를 최소화할 수 있고, 조명장치의 무게 감소, 따라서 촬상장치의 무게 감소에 기여할 수 있다.

또한, 광학부재(304)의 최외측면의 형상은 극히 단순하고, 광학적 제한이 거의 없는 면으로 구성되어 있으며, 따라서 광학부재(304)를 유지하기가 용이하며, 촬상장치에 장착되었을 때에도 특별한 지지구조체를 채택할 필요가 없고, 처리하기가 아주 용이한 모드를 제공한다.

세 번째로, 반사영역을 복수의 반사부재로 구성함으로써, 종래의 광가이드타입 전자플래시의 문제, 즉 수지광학재료로 이루어진 광학부재가 광원근방에 놓일 때, 광원에서 발생된 열이 광학부재를 녹여서 발광조건에 따른 원래의 광학특성을 얻기가 불가능하다고 하는 문제를 방지할 수 있다.

즉 반사영역을 복수의 반사면으로 구성함으로써 굴절면과 열에 가장 약한 광학부재의 반사면 사이의 경계인 가장자리(304f, 304f')를 열원으로부터 떨어지게 놓는 것이 가능하게 되고, 또한 방전관(302) 주위의 공간을 확장할 수 있으며, 따라서 연속적인 발광시에 발생된 대류열과 복사열의 수지재료에 대한 영향을 최소화할 수 있어, 광학특성의 열화를 방지할 수 있다.

따라서, 이 실시형태는 리플렉터(303)와 광학부재(304) 등의 적은 부재를 사용하고서도 필요한 조사범위의 바깥쪽에 대한 조사로 인한 광량손실이 거의 없는 가변적인 조사각도타입의 작고 극히 효율적인 조명광학계를 구성할 수 있다.

다음에, 방전관(302)의 길이방향의 이 실시형태의 집광작용을 도 26을 사용해서 설명한다.

도 26은 방전관(302)의 중심축을 포함하는 평면으로 절단한 광학계의 단면도를 표시한다. 도 26(a) 및 도 26(b)는 동일한 단면도를 표시하고, 도 26(b)는 광원의 중심으로부터의 광의 추적선을 함께 표시한다.

도면에 표시한 바와같이, 광속이 나가는 광학부재의 측면은, 양 슬로프가 거의 동일한 각도를 가지고 광축(L)을 통해서 통과하는 중앙영역에 형성된 프리즘어레이(304f)와 프리즘어레이(403f)의 주변의 영역에 형성된 날카로운 프레넬렌즈부(304g, 304g')로 구성되어 있다.

또한, 광학부재(304)의 양쪽에는 리플렉터(303)와 일체로서 성형된 사이드리플렉터(303d, 303d')가 설치되어 있다. 이들 사이드리플렉터(303d, 303d')는 방전관(302)으로부터 사출된 광속의 일부를 반사하고자 하는 것이며, 이것은 광학부재(304), 또는 프리즘어레이(304f)에서 발생된 반사광의 불필요한 부재 및 광학부재(304)의 사출면의 측면에 형성된 프레넬렌즈부(304g, 304g')로 들어가는 대신에 옆쪽으로 빠져나가며 이들 광부재를 광학부재(304)의 측면(304h, 304h')으로부터 다시 들어가게 해서 이들 조명부재를 사용하게 한다.

이 실시형태는 중앙영역의 프리즘어레이(304f)의 꼭지점각을 일정한 각 105°로 설정한다. 이러한 각도 설정을 가진 프리즘어레이(304f)는 비교적 큰 입사각을 가진 광속성분(30°내지 40°범위의 광학부재(304)에 대한 입사각을 가진 광속성분)을 광이 입사면을 통해서 굴절되는 동일한 각도를 가진 사출면으로 나가게 하는 효과, 즉 광속성분을 사출면에 대한 굴절의 영향이 거의 없는 사출면으로부터 나가게 하는 효과, 및 입사광속을 일정한 조사각도범위 내의 광속으로 집광하는 효과를 가진다.

이 프리즘어레이(304f)의 꼭지점각은 105°로 한정되지 않으며, 이것이 보다 작은 각도, 예를들면 90°로 설정되면 광학부재(304)로부터 나가는 광속의 각도범위를 좁게 하는 것이 가능하다. 이에 대해서, 꼭지점각이 보다 큰 각도, 예를들면 120°로 설정되면 광학부재로부터 나가는 광속의 각도분포를 넓게 하는 것이 가능하다.

한편, 도 26(b)에 표시한 바와같이, 프리즘어레이(304f)에 도달하는 일부 외향하는 광속성분도 있으며, 이들은 이 프리즘어레이(304f)에 의해 반사되어 다시 광원으로 복귀한다. 이들 광속성분은 리플렉터(303)에 의해 반사되어 다시 광학부재(304)로 들어가서 프리즘어레이(304f)또는 프레넬렌즈(304g, 304g')에 의해 소정의 각도부재로 변경된 후, 물체상에 조사된다.

따라서, 광원의 중심으로부터 사출된 광속의 대부분은 일정한 각도분표를 가진 광속으로 변경되어 광학부재(304)로부터 나간다. 이 경우의 광분포는 오직 프리즘어레이(304f) 의 각도설정에 의존하며, 프리즘어레이의 피치등에 의해 영향받지 않는다. 이것은 광학부재(304)를 광축방향의 깊이를 필요로 하는 일이 없이 극히 얕은 영역에 집광을 행하게 하며, 이에 의해 광축의 방향에 대해 이 광학계의 전체크기(두께)를 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 도면에 표시한 바와같이, 광학부재(304)의 주변에는 예각을 가진 프레넬렌즈부(304g, 304g')가 형성되어 있다. 광학부재(304)는 상당히 얇지만, 이 주변영역은 일정한 지향성을 가진 광속이 얻어지는 영역이고, 이 영역에 프레넬렌즈를 형성함으로써 효율적인 집광작용을 얻을 수 있다.

이 도면으로부터 현저한 집광작용을 관찰할 수 있다. 이것은 광원의 중심으로부터 사출된 광속만이 표시되어 있기 때문이며, 방전관(302)의 양쪽의 단자 주위로부터 사출된 상당한 양의 광속은 조사광축에 집중하는 광속성분으로 변경된다.

따라서, 광학부재(304)의 외향광의 평면의 형상을 결정함으로써 광원 근방에 놓인 극히 얇은 광학계에 의해서도 광속을 일정한 각도 범위로 효율적으로 집광할 수 있다.

또한, 방전관(302)의 길이방향(수평방향)에 대한 광분포는 광학부재(304)의 사출면의 측면의 프리즘어레이(304f) 또는 프레넬렌즈면(304g, 304g')에 의한 집광작용에 의해 결정되며, 방전관(302)의 길이방향에 수직인 방향(수직방향)의 광분포는 광학부재(304)의 광원쪽(입사면의 측면)에 설치된 원통형렌즈면(304a)의 굴절영역, 리플렉터(303)의 반사영역 및 이들 2영역 사이의 어떤 중간점에 설치된 광학부재(304)의 프리즘부의 반사영역에 의한 높은 효율의 집광작용에 의해 결정된다. 따라서, 이 실시형태는 뛰어난 광학특성을 가진 전에 없는 얇은 조명광학계를 제공할 수 있다.

도 29 및 도 30은 상기와 같이 구성된 조명광학계에 의해 얻어진 광분포특성의 예를 표시한다.

도 29에 표시한 광분포특성은 가장 집광된 상태에 있어서의 도 24에 표시한 광학구성에 대응하는 광분포특성이다. 도 30에 표시한 광분포특성은 가장 확산된 상태에 있어서의 도 25에 표시한 광학구성에 대응하는 광분포특성이다.

도면에 표시한 구성은 수직방향에 대해 조사각도를 현저히 변화시킬 수 있다. 또한, 필요한 조사각도범위에 대해 거의 균일한 광분포특성을 얻는 것도 가능하다.

도 24에 표시한 상태에 있어서, 광원의 중심으로부터 사출된 모든 광속이 외향광의 광축에 거의 평행하도록 각 면을 형성해서, 광속을 도 29에 표시한 광분포특성보다 좁은 각도 범위내로 집광할 수 있도록 하는 것도 가능할지도 모른다. 그러나, 광분포특성은 실제로 광원 자체의 크기로 인해 어느 정도의 연장부를 가진다. 도 29에 표시한 바와 같이, 중앙영역이 조명도의 반치에 의해 결정된 조사각도는 12°까지 연장된다.

또한, 도 30에 표시한 확산된 상태에 있어서, 반치조사각도는 34°까지 연장되며 상기한 각도의 거의 3배이다.

한편, 수평방향에 대해서 광학계의 구성에 관련된 이유로 현저한 각도 변화는 관찰되지 않는다. 그러나, 도 25에 대응하는 확산된 상태에 있어서의 각도범위는 도 24에 대응하는 집광상태에 있어서의 각도범위보다 약간 넓다. 이것은, 중앙영역 근방의 집광상태 또는 확산상태는 수직방향의 광분포의 변화에 따라 현저하게 변화하지만, 주변부의 분포는 현저하게 변화하지 않는다는 사실에 기인할 수도 있으며, 그 결과 상대변화가 이 조사각도범위에 일어난다는 것을 알 수 있다.

이 실시형태는 광원과 광학부재(304)사이의 상대거리를 변경함으로써 그리고 기준으로서 도 24에 표시한 가장 집광된 상태를 사용해서 광원쪽에 설치된 원통형렌즈면(304a), 리플렉터(303)의 주변부(303b, 303b'), 및 굴절면(304d, 304c')의 3개의 타입과 5개의 층을 사용해서 조사각도범위를 변경함으로써 방전관(302)의 길이방향에 수직인 방향의 광분포제어를 행하는 조명장치를 기대하고 있다. 그러나, 본 발명은 이 실시형태에 한정되지 않고, 기준상태는 모든 영역의 광속이 가장 집광되는 상태로 설정할 필요는 없다.

이것은 광원이 일정한 값 이상의 크기를 갖고, 각 집광제어평면과 광원 사이의 거리가 변화하기 때문이며, 그리고 기준상태의 광분포를 가장 집광된 상태의 것으로 설정하지 않고 기준상태를 가장 집광된 상태와 구별하는 것이 편할지도 모른다.

이것의 예로서, 광원이 크면, 광원근방의 원통형렌즈면으로 부터의 조사각도가 상당히 연장되기 쉬워진다. 특히, 광원의 중심의 앞에서 사출된 광속은 강한퍼짐경향을 가지며, 가장 집광하는 광학구성도 필요한 조사범위의 바깥쪽을 향한 광속을 포함하지 않는다고 할 수 없다.

한편, 광원으로부터 가장 먼 위치에 있는 리플렉터에 의해 제어되는 광속부재의 집광도가 감소하지 않는다고 가정하면, 광원의 크기가 어느 정도 증가하더라도 그 분포는 초기 설정된 조사각도분포로부터 그다지 벗어나지 않는다.

이로부터, 초점이 광원의 중심보다 물체에 더 가까운 위치에 형성되도록 제어면이 광원 근방에 존재하는 원통형레즈면을 형성함으로써, 이 원통형렌즈면을 통해서 나가는 광속의 분포가 필요이상으로 퍼지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가장 집광된 상태가 반드시 필요한 것은 아닌 광각쪽을 중시해서 조사각도 범위가 변경되는 경우에도, 중심에서의 원통형렌즈면과 프리즘부의 반사면 이외에 리플렉터에 의해 제어되는 광속에 대해 광분포를 가장 집광된 상태에 균일하게 설정하는 대신에 비교적 넓은 광분포특성이 얻어지도록 각 면의 형상을 결정하는 것이 더 편할지도 모른다.

또한, 이 실시형태는 광원(입사면)쪽의 각 면의 구성과 사출면의 측면의 각면의 구성이 광축에 대해 대칭이 되는 경우를 기재했지만, 이 실시형태는 이와같은 대칭적인 형상에 한정되지 않는다. 예를들면, 광학부재(304)의 반사면(304c, 304c')은 광축의 양쪽에 대칭적으로 구성되어 있지만, 반사면(304c, 304c') 은 이와같은 대칭적인 위치에 항상 형성될 필요는 없으며, 비대칭적으로 위치할 수도 있다. 이것은 반사면에 대해서 사실이 아닐뿐만 아니라 중앙영역에 있어서의 리플렉터의 형상과 원통형렌즈면의 형상에 대해서도 사실이 아니다.

또한, 사출면광의 측면에 형성된 중앙영역의 프리즘어레이에 대해서도 오른쪽과 왼쪽에 대해 서로 다른 각도 설정을 가진 프리즘어레이를 사용해서 수평방향의 광분포 특성의 변화를 주는 것도 가능하다. 또한, 주변에 있어서의 프레넬렌즈부에 대해서 집광정도에 대해 변화를 주는 것도 가능하며, 또한 전체 광분포특성에 대해 변화를 주는 것도 가능하다.

또한, 이 실시형태는 광학부재(304)의 중앙영역에 형성된 원통형렌즈(304a)가 비구면인 경우를 기재하고 있지만, 이 원통형렌즈면은 비구면형상에 한정되는 것은 아니고, 원통형 형상일 수도 있다. 또한, 이 원통형렌즈는 방전관(302)의 길이 방향의 집광성능을 고려해서 원환체렌즈면을 가질 수 있다.

도 31 내지 도 34는 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 광학계의 구성을 표시한다. 도 31 및 도 32는 방전관의 반경방향을 포함하는 평면을 가진 상기한 광학계의 단면도이고, 도 31은 좁은 조사각도범위를 가진 경우를 표시하며, 도 32는 넓은 조사각도범위를 가진 경우를 표시한다.

또한, 도 33은 방전관의 중심축을 포함하는 평면으로 절단된 상기한 광학계의 단면도이고, 도 34는 상기한 광학계의 분해사시도이다. 도 31(b) 및 도 32(b)는 또한 광원인 방전관의 중심으로부터 사출된 대표광빔의 추적선을 표시한다.

또한, 상기한 조명장치는 도 28에 표시한 콤팩트카메라(a) 및 카드형카메라(b)에 장착되어 있다.

이 실시형태는 도 32에 표시한 조사각도범위를 넓게 함으로써 얻어지는 광분포특성을 우선으로 하는 조명광학계이고, 또한 이 상태를 기준으로 해서 가장 뛰어난 광분포특성이 얻어지도록 구성되어 있다.

상기한 도면에 있어서, (302)는 광원인 원통형방전관(크세논관)을 표시한다. (323)은 조명광의 조사방향(앞쪽)의 방전관(302)으로부터 사출된 광속을 반사하는 리플렉터를 표시한다. 이 리플렉터는 고반사율금속기화면이 형성되어 있는 내면을 가진 수지재료 또는 복사 알루미늄등의 금속재료로 이루어진 고반사율내면을 가진다.

(324)는 프리즘형의 1개의 광학부재이다. 광학부재의 입사면쪽에는 방전관(302)의 길이방향에 거의 수직인 방향(수직방향)에 굴절력을 가진 굴절면(324b, 324d, 324f, 324h, 324b', 324d', 324f', 324h')과, 광축(L)에 중심을 둔 상부쪽과 하부쪽에서 이들 굴절면으로부터 입사하는 광에 대해 전반사조건을 거의 만족하는 반사면(324c, 324e, 324g, 324i, 324c', 324e', 324g', 324i')이 있다.

또한, 도 33에 표시한 바와같이, 광학부재(324)의 사출면광의 측면의 좌우 주변에는 방전관(302)의 길이방향(수평방향)에 굴절력을 가진 프레넬렌즈(324q, 324q')가 형성되어 있다.

이 광학부재(324)의 재료로서는 아크릴수지 등의 고투과율광학수지재료 또는 글라스재료가 적합하다.

이 실시형태는 도 24 내지 도 27에 표시한 실시형태보다 얇고 또 광분포특성을 필요한 조사범위내에 균일하게 유지하면서 조사각도에 있어 큰 변화를 얻을 수 있으며 또 광원과 광학부재 사이에 최소량의 위치변화를 가지도록 되어 있는 조명광학계이다. 이 조명광학계의 각 부재의 최적 형상의 설정을 도 31 내지 도 34를 사용해서 아래에 상세히 설명한다.

우선, 방전관의 반경방향(길이방향에 수직인 방향)인 수직방향의 조사각도변화의 기본개념을 도 31 및 도 32를 사용해서 설명한다. 여기서, 도 31(a) 및 31(b)는 가장 좁은 조사각도범위에 대응하는 상태를 표시하고, 도 32(a) 및 32(b)는 가장 넓은 조사각도범위에 대응하는 상태를 표시한다.

각 도면의 (a) 및 (b)는 동일 단면으로 절단된 조명장치의 단면도를 표시하고, (b)는 추적광속을 (a)의 단면도에 추가함으로써 얻어진다. 도면의 참조번호는 도 33 및 도 34의 부재에 대응한다.

또한, 이들 도면에 있어서, 도 24 내지 27에 표시한 실시형태에서와 같은 이유로 광원의 중심으로부터 사출된 광속은 대표 광속으로서 간주되고, 이 도면들은 광원의 중심으로부터 사출된 광속만을 표시한다. 실제의 광분포특성으로서, 광분포특성은 전체로서 도면에 표시한 바와 같이 대표 광속 외에 방전관(32)의 주변으로부터 사출된 광속으로 인해 광속이 약간 퍼지는 방향으로 변화하지만, 이 광속은 광분포특성과 거의 동일한 경향을 가지며, 따라서 다음의 설명은 이 대표 광속에 의거한 것이다.

우선, 상기한 조명장치의 광학계의 특징적인 형상을 하나씩 설명한다. 방전관(302)의 뒤쪽을 덮는 리플렉터(323)의 일부의 형상은 방전관(302)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부(323a)"라 함)이다. 이것은 리플렉터(323)에 의해 반사된 광을 다시 광원의 중심의 근방에 복귀시키는데 효과적인 형상이며, 또한 방전관(302)의 글라스부의 굴절로부터의 악영향을 방지하는 효과를 가진다.

한편, 이 리플렉터(323)의 길이방향으로 뻗는 주변부(323b, 323b')는 광원의 중심으로부터 사출된 광속이 이들 주변부에 의해 반사되어 광학부재(324)의 주변부에 형성된 슬로프(324j, 324j')에 인도되도록 곡면형상을 가진다. 또한, 후술하는 바와 같이, 이들 주변부는 광학부재(324)의 주변부(324j, 324j')를 통해서 굴절된 광속이 어느 정도로 집광된 광분포특성을 가지도록 형성되어 있다.

또한, 리플렉터(323)의 반원통부(323a)와 주변부(323b, 323b') 사이의 영역(이하, "평탄면 영역"이라 함)은 광축(L)에 거의 수직인 평탄면으로 구성되어 있다.

다음에, 이 실시형태의 조명장치의 광분포특성에 대해 가장 큰 영향을 가진 광학부재(324)의 상세한 형상을 설명한다. 도 31은 각 부분의 형상 및 광학구성이 소정의 집광상태를 얻기 위하여 설정되도록 방전관(302)과 광학부재(324) 사이에 소정의 거리가 있는 상태를 표시한다.

우선, 도 31(a)에 표시한 바와 같이, 광축이 통과하는 중앙영역은 광원의 중심으로부터 사출된 광속의 광축(L)과 비교적 작은 각도를 형성하는 더 직접적인 입사광 부재를 받는 영역이며, 이들 부재를 굴절시키기 위해서, 원통면의 일부로 이루어진 원통형 렌즈면(324a)이 중앙영역의 광원에 면하는 광학부재(324)에 형성되어 있다.

다음에, 이 원통형 렌즈면(324a)의 바깥쪽에, 원통형 렌즈면(324a)에 입사하지 않고 광원의 중심으로부터 사출된 광속의 광축(L)과 약간 큰 각도를 형성하는 더 많은 광속부재를 받기 위하여 굴절면(324b, 324b')이 있으며, 이들 굴절면(324b, 324b') 뒤에는 이 굴절광에 대한 전반사 조건을 거의 만족하는 반사면 (324c, 324c')이 있다. 이 점까지는, 이 광학계는 도 24 내지 도 27에 기재된 실시형태의 광학계와 거의 같다.

이 실시형태의 특징은 상부 및 하부쪽에 이들 굴절면(324b, 324b')과 반사면(324c, 324c')으로 이루어진 프리즘부가 한 쌍만이 아니라 복수 쌍이 있다는 것이다. 즉 광축(L)의 근방에 설치된 굴절면(324b, 324b')과 반사면(324c, 324c')으로 이루어진 한 쌍의 상부 및 하부 프리즘부의 바깥쪽에, 굴절면(324d, 324d')과 반사면(324e, 324e')으로 이루어진 다른 쌍의 상부 및 하부 프리즘부가 있으며, 이들 프리즘부의 바깥쪽에, 굴절면(324f, 324f') 및 반사면(324g, 324g') 으로 이루어진 또 한 쌍의 상부 및 하부 프리즘부가 있고, 이들 프리즘부의 바깥쪽에 굴절면(324h, 324h')과 반사면(324i, 324i')으로 이루어진 또 다른 한 쌍의 상부 및 하부 프리즘부가 있다.

다음에, 각 반사면(324c, 324c', 324e, 324e', 324g, 324g', 324i, 324i')은 여기서 반사된 광속이 소정의 집광상태의 광분포 특성을 가지도록 형성되어 있다.

또한, 상기한 바와 같이, 광원에 면하는 광학부재(324)의 최외측 프리즘부의 주변영역에는 리플렉터(323)의 주변부(323b, 323b')에 의해 반사된 광속을 받는 경사면(324j, 324j')이 있다. 이 리플렉터(323)의 주변부(323b, 323b')의 형상과 상기한 경사면(조절면)(324j, 324j')이 또한 상기한 프리즘부를 거쳐 광로의 경우와 같이 소정의 집광상태의 광분포 특성을 얻도록 결정되어 있다.

광학부재(324)의 여러 부분에 입사한 광속은 굴절 및 반사에 의한 소정의 각도부재로 변경된 후, 동일한 사출면(324K)으로부터 나간다.

따라서, 광축(L)에 중심을 둔 수직 방향의 다층으로서의 광학부재(324)에 복수의 프리즘부쌍을 형성함으로써 조명광학계의 광축방향의 깊이를 현저하게 감소시킨다는 이점을 가진다. 동시에 조명장치에 적용하면, 조사각도는 가변적이 되고, 이 실시형태는 또한 조사각도를 변경할 때 광원과 광학부재(324) 사이의 광축방향의 위치와 관련해서 변화량을 현저히 감소시킨다는 이점을 가진다. 이것은 최소용적을 가진 가변적인 조사각도 타입의 조명광학계를 실현하는데 극히 효과적인 모드라 할 수 있으며, 이는 극히 얇으며, 그럼에도 소망의 광분포 특성을 얻을 수 있다.

도 31(b)는 광원의 중심으로부터 사출된 광속이 어떻게 광학부재(324)의 각 면을 통과하는지 및 광속이 어떤 광로를 취하는 지를 표시하는 광추적선이다. 도면에 표시한 바와 같이, 광원의 중심으로부터 사출된 대부분의 광속은 광축(L)과 비교적 작은 각도를 형성하는 부재로 변경된다. 즉 이 광학구성을 사용해서 이 실시형태의 광학계에 있어서의 가장 집광된 상태를 얻는 것이 가능하다.

한편, 도 32는 방전관(302)이 광학부재(324)에 가깝게 놓인 상태를 표시하며, 이것은 도 31에 표시한 상태보다 더 넓은 조사각도범위를 제공한다. 이 실시형태는 이 상태의 광분포 특성을 광각렌즈가 장착되었을 때의 광분포 특성으로 조정하고, 가장 균일한 광분포 특성을 얻도록 이 계를 최적화 하고, 그리고 이 상태를 설계 기준 상태로서 간주한다.

이와 같은 광학구성에 있어서, 가장자리(324l, 324l', 324m, 324m', 324n,324n', 324o,324o')가 리플렉터(323)의 평탄면부(323c, 323c')에 가깝게 되고, 이들은 각 프리즘부의 굴절면과 반사면 사이의 교차로 이루어진다. 따라서, 광학부재(324)가 리플렉터(323)에 가깝게 될 때, 광원의 중심으로부터 사출되고 원통형 렌즈면(324a)에 입사하는 광속성분의 양은 도 32(b)에 표시한 바와 같이 증가하고, 한편 원래 리플렉터(323)의 주변부(323b, 323b')를 향하는 광속성분의 양은 현저히 감소된다.

더 상세하게는, 방전관(302)과 리플렉터(323)는 일체로서 유지되기 때문에 원래 이들 주변부(323b, 323b')를 통해서 광학부재(324)의 주변부(324j, 324j')를 향하는 부재는 항상 광축의 방향과 형성된 작은 범위의 각도로 집광된다. 그러나 상기한 바와 같이, 광학부재(324)의 가장자리(324o, 324o')는 가까워지며, 따라서 이들 부재는 극히 감소되고 그에 인접하는 다른 프리즘부에 하나씩 할당된다. 동시에, 광학부재(324)가 리틀렉터(323)로부터 멀어지는 동안 반사면(324c, 324c')에 의해 제어된 광속의 일부는 광축(L)이 통과하는 중앙영역에 형성된 원통형 렌즈면(324a)에 직접 들어가고, 이 원통형 렌즈면(324a)에 입사하는 광속성분의 비는 증가한다.

따라서, 3영역, 즉 중앙영역의 굴절영역, 그 주변의 광학부재(324)(프리즘부)의 반사영역 및 최외측 주변의 리플렉터(323)의 반사영역의 광속이 어느 범위로 집광되는 도 31의 집광상태에 있어서 원래의 구성과는 반대로, 이 실시형태는 광원과 리플렉터(323)와 광학부재(324)로 이루어진 발광부를 광축(L)의 방향으로 더 가깝게 함으로써 상기 각 영역의 집광상태를 서서히 변경시킬 수 있다. 이것은 이현상이, 반사를 통해서, 외향 방향이 선행상태에서 굴절을 통해서 제어되는 광속성분의 배량을 변경시킬 수 있고 또 조사방향을 현저하게 변경시킬 뿐만 아니라, 이 반사현상이 고굴절률을 가진 광학부재(324)에서 다루어지기 때문이기도 하며, 따라서 더 큰 각도 변화를 기대할 수 있다.

이 광의 반사성분은 도 32(b)에 표시한 바와 같이 조사평면상의 주변에서 일정한 좁은 각도 영역의 부재로 변경된다. 도 32(b)의 광의 추적선에 있어서, 이 반사부재는 일정한 방향의 소정의 각도부재만으로 변경되는 듯 하지만, 실제로 광원은 일정한 크기를 가지며, 따라서 각도 영역은 일정한 영역까지 뻗으며, 또한 중앙영역의 굴절영역의 부재와 중첩하며, 따라서 전체로서 광각범위 이상의 거의 균일한 각도분포를 가진 광분포 특성을 얻는 것이 가능하다. 또한, 리플렉터(323)의 반사영역의 광속성분은 광원과 광학부재(324)가 가까워짐에 따라서 서서히 감소된다. 여기서, 이 반사영역의 광속성분의 일정한 양을 남김으로써 광축의 방향과 작은 각도를 형성하는 광 성분의 감소를 억제하는 것이 가능하고 또한 광축 근방의 광속이 광분포 특성에 있어서 감소하는 것을 방지하는 것이 가능하며, 따라서 일정한 양의 이 부재를 남기는 것이 효과적이다.

따라서, 이 실시형태의 구성은 광축(L)방향으로 광원과 광학부재(324) 사이의 위치관계에 작은 변화를 줌으로써 조사각도 범위를 현저히 변경시킬 수 있고, 동시에 다수 영역의 광속성분을 변경된 분포특성을 보상하게 하고, 그에 의해 전체로서 필요한 조사범위에 대해 광량손실이 거의 없는 균일한 광학계를 실현할 수 있다.

특히, 광축의 방향에 수직인 방향(수직 방향)에 복수층의 프리즘부를 놓음으로써 광축방향에 현저히 감소된 깊이를 가진 조명광학계를 실현하는 것이 가능하다.

이 실시형태의 구성에 의하면, 도 31에 표시한 광축방향의 광학계의 최대 크기를 5mm보다 작은 4.3mm로 감소시키는 것이 가능하다. 한편, 도 32에 표시한 가장 넓은 조사 각도를 가진 상태는 도 31의 상태에 비해 광축(L)방향의 광원과 광학부재(324) 사이의 위치 관계에 대해 0.6mm 만큼 작은 변화를 줌으로써 실현된다.

따라서, 이 실시형태의 구성은 소수의 부재로 조사각도 범위를 현저히 변화시키기 때문에 이 실시형태의 구성은 다음의 이점을 포함한다.

1. 광원으로부터의 광이 많은 부품없이 조사될 수 있으며, 따라서 고 효율이 달성된다.

2. 이 계가 또한 조사각도 범위를 변경하는 기능을 갖추더라도 초소형화가 가능하다.

3. 코스트 감소가 가능하다.

다음에, 3개의 영역, 즉 상기한 굴절영역, 프리즘부의 반사영역 및 리플렉터(323)의 반사영역 사이의 최적분포비를 설명한다.

기본적으로, 이 실시형태의 가장 큰 특징은 복수의 프리즘부의 반사면이 형성되어 있고, 또한 광축 방향으로 광학계의 두께를 최소화하기 위하여 광축에 수직인 방향으로 층의 형태로 서로 중첩하도록 놓인 것이다. 따라서, 도 24 내지 도 27에 표시한 실시형태의 개념과 달리 복수층의 프리즘부의 반사영역을 넓히는 방법은 조명장치의 두께를 감소시킬 수 있는 범위를 결정하는 것이다.

또한, 도 31에 표시한 가장 집광된 상태에 있어서, 광원의 중심으로부터 이 프리즘부의 굴절면에 입사하는 광속이 광축(L)과 형성하는 각도인 각도 α는:

20°≤ α ≤ 80°‥‥ (4)

인 것이 바람직하다.

여기서, 각도α가 상기 식(4)의 하한인 20°보다 작으며, 프리즘부 자체의 반사영역을 형성하는 것이 어렵게 된다. 즉 프리즘부 자체의 가장자리의 각도는 상당히 날카롭게 되는 동시에, 프리즘부의 두께방향으로 깊은 형상을 형성하는 것이 필요하다. 이에 의해 본 발명의 주제인 얇은 형상의 광학계를 구성하는 것 뿐만 아니라 제조하는 것도 어렵게 되고, 따라서 바람직하지 않다. 한편, 각도 α가 상한인 80°보다 크면 리플렉터(323)에 의해 집광된 광속성분의 비는 감소해서 넓어진 조사각도를 가진 중앙영역을 향한 광속의 양의 감소를 초래하며, 이에 의해 균일한 광분포 특성을 항상 얻는 것이 불가능해 진다.

상기한 이유로 이 실시형태는 최적화를 위해 25°에서 75°까지의 대략 50°범위 내에 광축(L)과 각도를 형성하는 광속에 대응하는 복수의 프리즘부 쌍을 형성한다.

이상적인 모드로서, 이 프리즘부에 의해 이 반사영역을 가능한 한 넓히는 것이 바람직하며, 이것은 가장 감소된 광학부재(324)의 두께 방향의 크기를 가진 구성을 허용하며, 이에 의해 초박형상의 광학계를 실현하고, 수지재료의 광학부재(324)를 성형하는 시간을 감소시켜서, 염가이고 처리하기 쉬운 모드를 제공하는 것이 가능하게 된다.

다음에, 프리즘부의 광속을 반사면(324c, 324c', 324d, 324d',324f, 324f', 324i, 324i')에 인도하는 굴절면(324b, 324b', 324d, 324d', 324f, 324f', 324h, 324h')의 최적형상을 설명한다. 도 31(b) 및 32(b)에 표시한 광추적선으로부터 명백한 이와 같이, 광원의 중심으로부터 사출된 광속은 각 굴절면을 통해서 상당히 굴절되어, 광축(L)으로부터 멀어지는 방향으로 향해서 동 프리즘부의 굴절면에 도달한다.

이 굴절면의 이상적인 형상은 광원으로부터 사출된 광속의 가장 큰 비율을 반사면에 인도하는 구성을 가지며, 이를 위해서 이 굴절면을 통해서 광을 현저하게 굴절시키는 것이 필요하다. 이것은 또한 광축(L) 방향의 각 반사면의 길이의 감소, 즉 두께 방향의 광학계의 길이를 감소시키고, 이것은 또한 본 발명의 주제와 일치한다.

특정한 형상으로서, 굴절면(324b, 324b', 324d, 324d', 324f, 324f', 324h, 324h')이 광축(L)에 대해서 0°의 기울기를 가진 평탄면인 것이 바람직하다. 그러나, 광학부재의 성형성 및 처리 정확도에 관련된 이유로 0°의 기울기를 가진 평탄면을 형성하는 것이 어렵다. 처리조건을 고려해서, 이 실시형태는 광축(L)에 대해서 10°이하의 기울기를 가진 평탄면 또는 처리하기 쉬운 곡면을 가진 이들 굴절면(324b, 324b', 324d, 324d', 324f, 324f', 324h, 324h')을 구성한다.

한편, 이 실시형태는 단일 광학부재에 대해서 복수의 프리즘부로 이루어진 반사영역을 구성함으로써 그리고 이 광학부재와 광원 사이의 위치관계를 변경함으로써 본 발명에 특유한 전례 없는 효과를 달성할 수 있다.

우선, 가변적인 조사각도 타입의 조명광학계에 필요한 용적을 최소화하는 것이 가능하다. 즉 반사면을 광축의 방향으로 연속적인 종래의 단일곡면(리플렉터 또는 반사면)으로 구성하는 대신에 이 실시형태는 반사면을 전반사를 이용하는 복수의 분리된 반사면으로 구성하고, 이 복수의 반사면을 광축에 수직인 방향으로 서로 중첩하도록 놓는다. 이와 같이 반사면을 구성함으로써 조명광학계의 깊이방향(광축(L)의 방향)의 두께를 현저히 감소시킬 수 있고 또 조명광학계에 필요한 용적을 최소화할 수 있다.

도 31 및 도 32에 의하면, 반사면(324c, 324c')을 우선 광축근방에 놓고, 반사면(324e, 324e')을 반사면(324c, 324c')의 주변의 위치에 놓고 그들을 광축방향으로 중첩한다. 마찬가지로 이 실시형태는 광축(L)방향의 위치가 서로 중첩하도록 반사면(324g, 324g', 324i, 324i')을 놓음으로써 전체로서 광축방향의 반사면의 두께를 현저히 감소시키는 구성을 채택한다.

두번째로, 광학부재(324)는 얇은 형상의 타입으로 되어있기 때문에 이것은 뛰어난 성형성을 가지며 또 저코스트로 제조할 수 있다. 즉 광학부재(324)에 필요한 광학작용부는 중앙영역에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈면(324a)과 굴절면과 반사면으로 이루어진 예각을 가진 복수의 프리즘부만이다. 따라서 단순한 형상을 가지지만 광학부재(324)는 광학부재(324)의 두께를 전체로서 현저히 감소시킬 수 있는 충분한 광학기능을 행할 수 있다.

이것은 수지를 사용해서 광학부재(324)의 성형성을 향상시킬 뿐만 아니라 수지재료의 투과율로 인한 광량의 감소를 최소화하며, 또한 광학장치의 무게의 감소, 촬상장치의 무게의 감소에 기여한다.

또한, 광학부재(324)의 최외측평면의 형상은 아주 단순하고, 거의 광학적 제한이 없는 면으로 구성되어있으며, 따라서 광학부재(324)를 유지하는 것이 용이하며, 또한 촬상장치에 장착되었을 때에도 특별한 지지구조체를 채택할 필요가 없으며, 이것은 아주 다루기 쉬운 모드이다.

세번째로 반사영역을 복수의 반사부재로 구성함으로써, 종래의 광가이드타입전자플래시의 문제, 즉 수지광학재료로 이루어진 광학부재가 광원 가까이에 놓일 때 광학부재가 대체로 광원에 의해 발생된 열에 의해 용해되어, 발광조건에 따른 본래의 광학특성을 얻기가 불가능하다는 문제를 방지할 수 있다.

즉 반사영역을 복수의 반사면으로 구성함으로써, 가장 열에 약한 광학부재의 굴절면과 반사면 사이의 경계인 가장자리(324l,324l')를 광원으로부터 떨어지게 놓는 것이 가능하다. 또한, 방전관(302)주위의 공간을 확장하는 것도 가능하다. 이것은 수지재료에 대한 연속적인 발광시에 발생된 복사열 및 대륙열의 영향을 최소화해서 광학특성의 열화를 방지한다.

따라서, 리플렉터(323)와 광학부재(324)만의 소수의 부재를 사용해서 필요한 조사범위의 바깥쪽을 향한 조사로 인한 광량의 손실이 거의 없는 가변적인 조사각도의 작고 아주 효율적인 조명광학계를 구성하는 것이 가능하다.

다음에 이 실시형태에 의한 방전관(302)의 길이방향의 집광작용을 도 33을 사용해서 설명한다.

도면에 표시한 바와 같이, 이 실시형태는 광학부재(324)의 외향광쪽의 중앙영역에 평탄면부(324p)를 형성하고, 또 소정의 광분포특성을 제공하기 위하여 주변부에 프레넬렌즈부(324q,324q')를 설치한다.

여기서, 광학부재(324)는 상당히 얇은 형상의 구성을 가지지만, 방전관(302)의 좌우단부에 있는 단자부 근방의 주변부는 일정한 광속지향성이 조재하는 영역이다. 또한, 이 영역에 프레넬렌즈부(324q,324q')를 형성함으로써 비교적 양호한 집광작용을 발생시키는 것이 가능하다.

한편, 사출면의 중앙영역에는 다음과 같은 이유로 평탄면부(324p)가 구성되어있다. 즉 이 실시형태에 표시한 바와 같이 조사각도가 비교적 넓은 광각렌즈에 따라 광각범위 내에서 변화하는 조명광학계에 대해서, 광속을 제어하기 어려운 광축근방의 영역에 대한 광속을 집광하기 위하여 복잡한 면구성보다는 평탄면을 사용해서 균일한 조사를 실현하는 것이 가능하다.

광학부재(324)의 외향광쪽의 각부분의 형상을 결정함으로써 이 광학계가 광학부재(324)가 광원 가까이에 놓인 얇은 형상의 광학계이더라도 외향광속을 일정한 각도범위내에 균일하고 효율적으로 집광하는 것이 가능하다.

따라서 이 실시형태는 광학부재(324)의 외향광쪽에 프레넬렌즈부(324q,324q')를 사용함으로써 방전관(302)의 길이방향(수평방향)에 대한 집광제어를 행하고 또한 원통형렌즈면(324a)과 광학부재(324)의 광원쪽에 설치된 리플렉터(323)와 이들 그 영역 사이의 어떤 중간점에 놓인 광학부재(324)의 복수의 반사면(프리즘부)을 사용함으로써 방전관(302)의 길이방향에 수직인 방향에대한 집광제어를 행하고, 그에 의해 종래기술에는 없는 뛰어난 광학특성을 가진 초박조명광학계를 제공할 수 있다.

상기한 바와 같이, 이 실시형태는 광원과 광학부재(324) 사이의 상대거리를 변경함으로써 그리고 광원쪽에 설치된 원통형렌즈면(324a), 리플렉터(323), 및 복수의 프리즘부쌍의 반사면의 11층과 3타입의 영역을 사용해서 조사각도범위를 변경함으로써 광원의 길이방향에 수직인 방향으로 광분포제어를 행한다.

또한, 이 실시형태에 표시한 바와 같이, 본 발명은 광각쪽의 광분포특성을 우선으로 하는 조사각도의 변화를 주는 광학계에 충분히 적용할 수 있고, 또한 이 상태를 기준으로 사용해서 그들 사이의 거리를 소정량 만큼 증가시키는 방향으로 광학부재(324)와 광원을 이동시킴으로써 필요한 집광작용을 가진 조명광학계에도 적용할 수 있다.

또한, 이 실시형태는 광원평면의 모든 구성과 외향광평면의 구성이 광축에 대해 대칭인 경우의 예를 표시하지만, 본 발명의 이러한 대칭적인 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면 광학부재(324)의 프리즘부의 반사면을 광축에 대해서 대칭으로 놓는 것도 가능하고 또는 반사면의 수를 광축의 위쪽 및 아래쪽 사이에서 변화시켜도 된다. 또한, 상기한 반사면 뿐만 아니라 리플렉터와 원통형렌즈면에 대해서도 비대칭적인 형상을 형성하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 외향광쪽의 면에 형성된 프레넬렌즈면에 대해서, 좌우에 서로 다른 각도설정을 가진 프레넬렌즈를 사용해서 수평방향의 광분포특성에 대해 변화를 주는 것도 가능하다.

또한, 광학부재(324)의 중앙영역에 형성된 원통형렌즈면(324a)은 원통면의일부로 구성되어있지만, 광원의 길이방향의 집광성능을 고려해서 비구면 또는 원환체렌즈면일 수도 있다.

도 35 및 도 36은 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 광학계의 구성을 표시한다. 도 35는 좁아진 조사각도범위를 가진 집광상태를 표시하고, 도 36은 넓어진 조사각도범위를 가진 확산상태를 표시한다. 이 실시형태는 도 35에 표시한 좁아진 조사각도범위를 가진 광분포특성을 우선으로 하는 조명광학계이고, 또 가장 뛰어난 집광성능을 가진 특성이 이 상태에서 얻어지도록 각 부분의 형상을 결정한다. 또한, 도 35(b) 및 도 36(b)는 광원의 중심으로부터 사출된 대표 광빔의 광추적선도 함께 표시한다.

또한, 상기한 조명장치는 도 28에 표시한 콤팩트카메라(a) 및 카드형카메라에 장착되어있다.

상기한 도면에 있어서, (302)는 광원인 원통형방전관(크세논관)을 표시한다. (333)은 방전관(302)으로부터 사출된 광속을 앞쪽으로 반사하는 반원통형 리플렉터를 표시한다. 이 리플렉터는 고반사율 금속기화면이 형성되어있는 내면을 가진 수지재료 또는 복사 알루미늄 등의 금속재료로 이루어진 고반사율내면을 가진다.

(334)는 입사면에 방전관(302)의 길이방향에 거의 수직인 방향(수직방향)에 굴절력을 가진 굴절면과 반사면으로 이루어진 복수의 프리즘부쌍을 구비한 광학부재이다. 이 광학부재(333)의 재료로서, 아크릴수지 등의 고반사율 광학수지재료 또는 글라스재료가 적합하다.

이 실시형태는 조명광학계의 전체 형상의 두께를 현저히 감소시키고, 광분포특성을 필요조사범위 내에 균일하게 유지하고, 광원과 광학부재(334) 사이에 최소량의 위치변화를 가지면서 조사각도에 큰 변화를 줄 수 있으며, 도 24 내지 도 27에 표시한 실시형태와의 가장 큰 차이는 이 실시형태가 광학부재(334) 뒤에서 리플렉터(333)의 주변부 둘레를 싸는 일없이 광학부재(334)의 전반사작용을 사용해서 광분포제어를 행한다는 것이다.

축방향의 방전관(302)의 형상은 도 24 내지 27과 도 31 내지 34의 실시형태의 방전관과 동일하다. 이 실시형태의 조명광학계의 최적형상을 도 35 및 도 36을 사용해서 아래에 상세히 설명한다.

도 35 및 도 36은 이 실시형태에 의한 수직방향의 조사각도에 변화를 주는 기본개념을 표시한다. 여기서, 도 35(a) 및 35(b)는 가장 좁은 조사각도범위에 대응하는 상태를 표시하고, 도 36(a) 및 36(b)는 가장 넓은 조사각도범위에 대응하는 상태를 표시한다. 도면 속의 (a) 및 (b)는 동일부분의 도면이다.

또한, 설명의 단순화를 위해서, 도 24 내지 27의 실시형태에서 설명한 몇몇 이유로 이들 도면은 대표광속으로서 광원의 중심으로부터 사출된 광속만을 표시한다.

우선, 상기한 조명광학계의 특징적인 형상을 하나씩 설명한다. 리플렉터(333)는 방전관(302)의 뒤쪽을 덮도록 형성되어있고, 이 형상은 방전관(302)과 거의 동심인 반원통형이다. 이것은 도 24 내지 도 27에 기재된 실시형태에서 설명한 것과 같은 이유에 기인한다.

다음에 광학부재(334)의 상세한 형상을 설명한다. 도 35는 방전관(302)과광학부재(334) 사이에 소정의 거리가 있는 상태를 표시하고, 이것은 이 실시형태에서 얻어진 가장 집광된 상태이다.

도 35(a)에 표시한 바와 같이, 광학부재(334)의 광원쪽에서 광축(L)이 통과하는 중앙영역에는 광원의 중심으로부터 사출되는 광속의 직광부재를 굴절시키기 위하여 비구면 원통형렌즈면(334a)이 형성되어있고, 이것은 광축(L)과 비교적 작은 각도를 형성한다. 이 원통형렌즈면(334a)의 비구면형상 때문에 광원의 중심으로부터 사출된 광속은 광원의 중심으로부터 사출된 광속이 이 부분에 대해 광축(L)에 거의 평행하게 되도록 굴절된다.

원통형렌즈면(334a)의 주변영역에는 광원의 중심으로부터 사출되는 광속으로부터 원통형렌즈면(334a)을 통과하는 일없이 광축과 비교적 큰 각도를 형성하는 입사광속성분을 받기 위한 굴절면(334b, 334b', 334d, 334d', 334f, 334f', 334h, 334h')과, 광축(L)에 중심을 둔 수직방향으로 각 굴절면으로부터 입사하는 광부재에 대한 전반사조건을 거의 만족하는 반사면(334c,334c',334e,334e',334g,334g', 334i,334i')으로 이루어진 복수의 프리즘면쌍이 있다.

다음에 이 반사면(334c,334c',334e,334e',334g,334g',334i,334i')은 여기서 반사된 광속이 소정의 집광상태에 있도록 형성되어 있다.

따라서 광학부재(334)의 각 부분에 입사한 광속이 광학부재(334)에 의해 굴절되거나, 또는 전반사된 후, 동 사출면(334i)으로부터 나간다.

이 실시형태는 복수의 프리즘부쌍을 광학부재(334)의 광원쪽에 광축(L)에 수직인 수직방향으로 서로 중첩하도록 놓기 때문에 이 실시형태는 조명광학계의광축(L)의 방향의 깊이를 현저히 감소시킨다는 이점을 가진다. 이 구성이 조사각도가 변경될 수 있는 조명광학계에 적용되면 이 실시형태는 또한 조사각도가 변경될 때 광원과 광학부재(334) 사이의 광축(L)의 방향의 위치관계의 변화량을 현저히 감소시키는 이점을 가진다. 이것은 매우 얇은 구성임에도 불구하고 소망의 광분포특성을 달성할 수 있는 최소의 용적을 가진 가변적인 조사각도 타입의 조명광학계를 실현하는데 극히 효과적이다.

또한, 이 실시형태는 광축(L)에 대해서 최외측에 위치한 리플렉터의 주변부와 도 24 내지 도 27 및 도 31 내지 도 4에 표시한 광학부재의 굴절부를 통한 광로를 가지지 않았기 때문에 리플렉터와 광학부재 사이의 위치결정의 정확성 또는 리플렉터와 광학부재 사이의 상호간섭을 고려할 필요없이 안정한 광학특성을 용이하게 얻을 수 있다.

도 35(b)는 광원의 중심으로부터 사출되고 광학부재(334)의 각 표면에 입사하는 광속에 의해 광로가 어떻게 취해지는지를 표시하는 광추적도이다. 도면에 표시한 바와 같이, 광원의 중심으로부터 사출된 광속의 대부분은 광축(L)과 거의 평행하도록 변경된다. 즉 가장 집광된 상태는 이 실시형태의 광학계에 있어서의 이 광학구성으로 실현될 수 있다.

한편, 도 36은 도 35에 표시한 상태에 비해 광학부재(334)에 더 가깝게 위치한 방전관(302)을 표시하며, 광학구성은 조사각도범위를 소정량만큼 확장하도록 설정된다. 이 실시형태에 있어서, 이 상태에 있어서의 광분포특성은 광각렌즈가 장착될 때의 광분포특성에 대응한다.

우선, 이와 같은 광학구성의 경우에 굴절면(334b, 334b')과 반사면(334c,334c') 사이의 교차점으로 형성된 가장자리(334k,334k')가 리플렉터(333)에 더 가깝게 된다. 따라서 광학부재(334)가 리플렉터(333)에 더 가까워짐에 따라서 광원의 중심으로부터 사출되고 원통형렌즈면(334a)에 입사하는 광의 부재가 도 36(b)에 표시한 바와 같이 증가하고, 한편 광학부재(334)의 주변부의 굴절면(334h,334h')에 입사하는 광속의 양은 극히 감소된다.

따라서 도 35에 표시한 집광상태에 있어서 중앙영역의 굴절영역과 그 주변의 프리즘부의 반사영역으로부터의 모든 광속은 광축에 거의 평행한다. 그리고 도 36에 기재된 바와 같이 광원과 리플렉터(333)와 광학부재(334)로 이루어진 발광부를 광축(L)의 방향으로 더 가깝게 함으로써 광의 집광상태를 상기한 영역으로부터 서서히 변경시킬 수 있다.

이에 의해 광축방향의 광원과 광학부재(334) 사이의 상대위치에 대해 조사각도범위의 현저한 변화를 작은 변화로 만들 수 있다. 특히, 복수의 프리즘부의 반사면을 광축쪽으로부터 주변쪽으로 서로 중첩하도록 놓음으로써 광축(L)방향의 극히 작은 깊이를 가진 조명광학계를 실현할 수 있다.

이 실시형태는 광학부재(334)의 상부 및 하부쪽의 양쪽에 4층의 반사면을 형성하지만, 본 발명은 4층의 반사면에 한정되지 않는다. 반사면의 층의 수가 증가함에 따라서 보다 얇은 광학계를 구성하는 것이 가능하다.

또한, 광학계의 전체크기를 감소시키기 위해서 다수층의 반사면 위에 반사면의 피치를 고려하는 것도 필요하다. 이 실시형태는 광학부재(334)의 중앙영역에형성된 원통형렌즈면에 가까운 영역에서 반사층의 피치를 분할함으로써 그리고 다음과 같은 이유로 이 피치를 주변을 향하여 넓힘으로써 전체 형상의 밸런스를 달성하도록 되어있다.

우선, 광속을 반사면으로 인도하는 각 굴절면과 광원 사이의 위치관계로부터 각 굴절면에의 입사각이 변화하고 또 광속이 광축(L)으로부터 멀어짐에 따라서 입사각은 감소한다. 이것은 또한 도 35(b)로부터 명백하며, 광축근방의 굴절면에 입사하는 광은 상당히 큰 입사각을 가지며, 한편 주변부에서 굴절면(334h)에 입사하는 광은 보다 작은 입사각을 가진다. 따라서 각 굴절면에 입사하는 광의 입사각의 차이는 또한 이 굴절면에 대해서 형성된 반사면의 형상에 대해 상당한 영향을 가진다.

즉 예각의 입사각을 가진 굴절면에 대해, 보다 깊은 반사면, 즉 사출면쪽으로 확장되는 반사면을 형성하는 것이 필요하다. 그러나, 반사면을 이와 같이 확장함으로써 본 발명의 가장 큰 목적인 광축방향의 조명광학계의 두께를 감소시키는 것이 더 어렵게 된다.

따라서, 이 문제를 회피하기 위해서 이 실시형태는 광속이 큰 각도의 입사각을 가진 광축근방의 굴절면에 대한 입사영역을 좁게 한다. 환언하면, 이 실시형태는 반사면이 소정 깊이를 초과하는 것을 방지하기 위해서 광축 근방의 프리즘부의 피치를 좁게한다.

이러한 이유로 광측근방의 프리즘부의 피치를 좁게 하고 주변에서의 프리즘부의 피치를 넓게 함으로써 입사면쪽의 반사면의 단부에서 광축방향의 위치를 거의일정하게 유지해서 광학부재의 두께를 감소시킬 수 있다. 동일한 이유로, 반사면의 수를 증가시킴으로써 반사면의 깊이를 감소시켜서 광학부재의 전체두께를 감소시키는 것이 가능하다. 따라서 광학계의 전체 크기를 최소한으로 감소시키려고 한다면, 이 피치를 좁게 하는 것이 바람직하다.

그런데, 반사면의 수를 증가시키면, 광축방향의 소형화를 달성할 수 있지만, 광축(L)에 수직인 수직방향의 크기는 증가한다. 따라서 이 실시형태는 광축(L)으로부터의 거리가 증가함에 따라서 반사면의 피치를 넓게 함으로써 이 불필요한 크기의 확장을 방지한다. 특히, 이 실시형태는 최외측의 굴절면((334h,334h')과 반사면(334i,334i')의 층을 광원에 대해서 큰 각도범위까지 덮음으로써 광축에 수직인 방향의 크기의 확장을 방지한다.

이 실시형태는 4층의 반사면을 가진 광학부재(334)에 대해 광학특성이 최적화되는 경우를 기재하고 있으며, 또 이 실시형태는 또한 광축(L)방향의 두께를 최소화하는 상기한 수단을 통해서 수직방향의 크기의 감소를 달성한다.

이 실시형태에 특유한 효과는 다음과 같은 것을 포함한다.

우선, 이 구성은 매우 단순하다. 리플렉터(333)로서, 광원인 방전관(302)과 동심인 최소의 반원통형 리플렉터를 사용할 수 있다. 또한 조사각도범위에 대한 변경에 대해서 조사각도범위가 광원과 광학부재(334) 사이의 위치관계를 변경함으로써만 변경될 수 있는 조명광학계를 매우 단순한 구성으로 실현할 수 있다.

두번째로, 이 실시형태는 광원으로부터 사출된 광속으로 물체를 매우 효율적으로 조사할 수 있다. 이 실시형태는 광학부재(334)에 의해 굴절 또는 반사를 통해서 광원으로부터 사출된 모든 광속(리플렉터(333)에 의해 반사된 광속을 포함)에 앞쪽으로 광분포제어를 행한다. 따라서, 이 실시형태는 종래의 리플렉터의 금속면상의 반사에 비해 광속을 효율적으로 인도할 수 있으며, 또한 한정된 에너지를 효과적으로 사용할 수 있다.

세번째로, 이 실시형태는 리플렉터(333)와 광학부재(334) 사이의 주변에 넓은 범위의 공기층을 형성할 수 있다. 종래의 광가이드전자플래시에 있어서, 수지재료는 흔히 광원으로부터 발생된 열이 광학부재를 변형시키는 문제를 일으키는 광원근방에 놓이며, 이에 의해 발광조건에 따른 본래의 광학특성을 얻는 것이 불가능하게 된다. 이 실시형태의 구성을 채택함으로써 또한 방전관 주위의 공간을 확장할 수 있으며, 수지재료에 대한 연속적인 발광시에 발생된 복사열 및 대류열의 영향을 최소화할 수 있으며, 또한 광학특성의 열화를 방지할 수 있다.

도 37 및 도 38은 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 광학계의 구성을 표시한다. 이 실시형태는 도 35 및 도 36에 표시한 실시형태가 부분적으로 변경되는 모드이다. 도 37은 좁아진 조사각도범위를 가진 집광상태를 표시하며, 도 38은 넓어진 조사각도범위를 가진 확산상태를 표시한다. 이 실시형태는 도 37에 표시한 조사각도범위를 좁게 함으로써 얻어진 광분포특성을 우선으로 하는 조명광학계이며, 또한 이 상태에서 가장 뛰어난 집광특성이 얻어지도록 각 부분의 형상을 결정한다. 도 37(b) 및 도 38(b)는 또한 광원의 중심으로부터 사출된 대표 광속의 광추적선을 표시한다.

상기한 도면에 있어서, (302)는 광원인 원통형방전관(크세논관)을 표시한다.(333)은 방전관(302)으로부터 사출된 광속을 앞쪽으로 반사하는 반원통형 리플렉터를 표시한다.

(344)는 입사면에 방전관(302)의 길이방향에 수직인 수직방향에 굴절력을 가진 굴절면과 반사면으로 이루어진 복수의 프리즘부쌍이 구비된 광학부재이며, 리플렉터(345)가 그에 일체로서 고정되어있다. 이 리플렉터(345)는 도 35 및 도 36에 표시한 실시형태에 있어서의 최외층 프리즘부(334h,334i)와 동등한 기능을 가진 반사면을 구성하고자 하는 것이다. 이 리플렉터(345)의 반사면은 포물면의 금속반사면으로 구성되어있다. 또한, 광학부재(344)의 재료로서 아크릴수지 등의 고투과율광학수지재료 또는 글라스재료가 적합하다.

이 실시형태는 특히 촬상장치의 조명광학계의 전체형상의 두께를 현저히 감소시키고, 광분포특성을 필요조사범위내에 균일하게 유지하고, 그리고 광축(L)방향의 광원과 광학부재(344)와 리플렉터(345) 사이에 최소량의 위치변경을 가지면서 조사각도의 큰 변화를 얻을 수 있다. 상기 도 35 및 도 36의 실시형태와의 가장 큰 차이는 광학부재의 반사면의 일부가 반사부재로 대체되는 것이다.

축방향의 방전관(302)의 형상은 도 24 내지 도 27과 도 31 내지 도 34의 실시예의 그것과 동일하다. 이 실시형태의 조명광학계의 최적형상을 아래에 상세히 설명한다.

도 37 및 도 38은 수직방향으로 조사각도에 변화를 주는 기본개념을 표시한다. 여기서, 도 37(a) 및 37(b)는 가장 좁은 조사각도범위에 대응하는 상태를 표시하고, 도 38(a) 및 38(b)는 가장 넓은 조사각도범위에 대응하는 상태를표시한다. 도면 속의 (a) 및 (b)는 동일한 단면의 도면이다. (b)는 (a)의 단면도에 추가된 광추적선이다.

또한, 설명의 단순화를 위해서, 제 1실시형태에서 설명한 것과 동일한 이유로, 도 37(b) 및 도 38(b)는 대표 광속으로서 광원의 중심으로부터 사출된 광속만을 표시한다.

여기서 광학적 구성 중에 주로 도 35 및 도 36의 실시형태와의 차이를 설명한다. 도 37은 방전관(302)과 광학부재(344) 사이에 소정의 거리가 있는 상태를 표시하고, 가장 집광된 상태는 이 실시형태에서 얻어진다.

도 37(a)에 표시한 바와 같이 광학축이 통과하는 중앙영역의 원통형렌즈면(344a)과 그 주변의 3개의 프리즘부쌍(굴절면(344b,344d,344f, 344b',344d', 344f')과 반사면(344c,344e,344g, 344c',344e', 344g')으로 구성됨)은 도 35 및 도 36의 실시형태와 거의 동일한 형상을 가진다. 광학부재(345)의 최외측영역은 이 실시형태에서 평탄면부(344h,344h')로 구성되어있다.

또한 반사부재는 광원에 면하는 평탄면부(344h,344h')의 측면에 광학부재(344)와 일체로서 형성되어있다. 반사부재(345)는 광원의 중심으로부터 사출된 광속이 도 37에 표시한 가장 집광된 상태에서 광학축과 거의 평행한 광속으로 변경되도록 초점이 광원의 중심인 포물면을 가진다.

부재의 형상을 이와 같이 결정함으로써 이 실시형태는 제 3실시형태와 거의 같은 광학특성을 제공할 수 있다. 도 38에 표시한 가장 넓은 각도의 상태에 있어서, 리플렉터(345)는 도 35 및 도 36의 실시형태와 거의 동일한 효과를 가진 조사각도범위를 넓히도록 기능한다.

여기서 이 실시형태가 광학부재(344)와 일체로서 형성된 리플렉터(345)를 사용하는 이유를 설명한다.

제 1이유는 반사면(334i)을 포함하는 최외측영역은 도 35 및 도 36의 실시형태에서 광학부재(334)의 가장 큰 두께를 가진 일부이고, 이것은 광학부재(344)를 성형하기 위하여 더 많은 시간을 필요로 하고 코스트를 증가시킬 수 있다는 것이다. 즉 이 실시형태는 성형시간을 단축하기 위하여 광학부재(344)의 전체의 두께를 균일하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.

이 실시형태는 코스트를 최우선으로 하는 리플렉터(345)로서 금속반사면을 가진 리플렉터를 사용하지만, 본 발명은 이 모드에 한정되지 않는다. 이들 주변부를 프리즘으로서가 아니라 반사면으로서 사용하는 방법, 즉 반사면을 얇은 재료로서 구성하는 방법을 사용해서 그리고 기화면으로서 재료의 일부를 사용해서 또는 고반사율리플렉터를 사용하는 대신에 반사면을 고반사율의 얇은 재료로 구성하는 방법을 사용해서 유사한 광학특성을 제공하는 것이 가능하다.

제 2이유는 이 실시형태는 광학부재의 무게를 감소시키는 것을 목적으로 한다는 것이다. 광학부재의 무게는 이 최외측 프리즘부에 크게 의존하고, 이 부품의 무게를 감소시키는 것이 목적의 하나이다.

위에서 표시한 바와 같이 이 실시형태는 광학부재(344)에 대해 3쌍의 반사면(프리즘부)과 그 주변의 한 쌍의 리플렉터(345)를 제공하며, 이들은 상부 및 하부쪽에 전체로서 4층의 반사면을 가진 광학계를 구성하며, 그러나 본 발명은 이와 같은 4층을 가진 광학계에 한정되지 않는다. 예를 들면, 2층이상의 리플렉터를 제공하는 것도 가능하며, 또는 최외층의 반사면을 사용하는 대신에 리플렉터를 사용해서 내부 반사면을 형성하는 것도 가능하다. 반사면의 수가 증가함에 따라서 얇은 광학계를 구성하는 것이 가능하다. 도 35 및 도 36의 실시형태에서 설명한 바와 같이, 반사면의 피치를 변경하는 것도 가능하다.

도 39 및 도 40은 본 발명의 다른 실시형태인 조명장치의 구성을 표시한다. 이 실시형태는 도 24 내지 27의 상기한 실시형태에 대한 변형예이다. 도 39는 조명장치의 광학계의 분해사시도이고, 도 40은 광학부재만의 배면도이다. 광추적도 및 광분포특성 등은 다른 실시형태와 거의 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태는 도 24 내지 도 27의 실시형태에서 설명한 조명장치의 조명광학계의 2쌍의 반사면과 입사면쪽의 형상이 3차원적으로 변형된 광학부재(354)로 이루어져있다. 이 실시형태는 주로 물체의 표면상의 4개의 코너를 향한 광분포특성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.

조사각도를 변경하는 동작은 도 24 내지 도 38의 경우와 같이 방전관(352)과 리플렉터(353)를 일체로서 유지함으로써 그리고 이들 부재와 광학부재(354) 사이의 위치관게를 광축의 방향으로 변경함으로써 행해진다. 조사각도범위의 변경은 다른 실시형태와 동일하다.

도 39 및 도 40에 있어서, (352)는 광원인 원통형 광원을 표시하고, (353)은 리플렉터, (354)는 1개의 프리즘형 광학부재를 표시한다. 이들 부재의 기능은 도24 내지 도 27의 실시형태와 거의 동등하지만, 이 실시형태는 광학부재(354)의 방전관(352)쪽의 각면의 형상에 의해 특징지워지고 있다.

동 도면에 있어서 방전관(352)의 뒤쪽을 덮는 리플렉터(353)의 일부는 방전관(352)과 거의 동심인 반원통형(이하, "반원통부(353a)"라 함)으로 형성되어 있고, 광학부재(354)의 수직방향의 최외측 반사면(354e,354e')의 뒤쪽을 덮는 원환체면(353b,353b') 및 이들 원환체면(353b,353b')과 반원통부(353a)를 연결하는 평탄면부(353c,353c')를 포함하고 있다.

한편, 광학부재(354)의 입사면쪽에서 광축이 통과하는 중앙영역에는 광축에 수직인 방향(수직방향)에 양의 굴절력을 가진 렌즈면(354a)이 형성되어있고, 입사면쪽의 주변에는 굴절면과 반사면으로 이루어진 프리즘부의 상부 및 하부쪽에 대해 각각 2층(2쌍)이 형성되어있다.

이 실시형태는 중앙영역의 렌즈면(354a)과 주변의 반사면 (354c,354c',354e,354e')이 3차원곡면으로 이루어져 있다는 점에서 도 24 내지 도 27의 실시형태와 다르다.

더 상세하게는 중앙영역에는 원환체면이 렌즈면(354a)으로서 형성되어있고, 상기 원환체면 주변의 영역에는 프리즘부를 형성하는 원추형의 제 1굴절면(354b,354b')과 원환체면의 제 1반사면(354c,354c')이 수직방향의 광축에 대해서 대칭적으로 형성되어있다.

그 주변의 영역에는 또한 프리즘부를 형성하는 원추형의 제 2굴절면(354d,354d')과 원환체면의 제 2반사면(354e,354e')이 수직방향의 광축에 대해서 대칭적으로 형성되어있다. 또한, 외향광(354h)의 평면에는 복수의 프리즘어레이가 형성되어있다.

이와 같이 광학부재(354)를 형성하는 효과와 집광작용에 대해서 설명한다.

우선, 렌즈면의 중심과 좌우방향의 주변부 사이에는 원환체렌즈면(354a)이 서서히 변형하고, 수직방향의 그 폭이 감소하며, 수평방향의 각 위치에서의 광축에 수직인 방향(수직방향)의 굴절력도 서서히 변화한다.

이것은 전체의 광분포특성을 균일하게 하고 프리즘부의 굴절면과 반사면 사이의 경계 가장자리에 일어나기 쉬운, 물체의 조사면 상의 광분포의 변동을 방지한다.

또한, 중앙영역을 원환체면으로 구성하는 것뿐만 아니라 주변부의 반사면(354c,354c',354e,354e')을 수평 및 수직방향 단면형상이 위치에 따라 서서히 변화하는 원환체면으로 구성하는 것에 의해서도 광분포특성을 조사범위의 4코너까지 균일하게 할 수 있다.

따라서, 이 실시형태는 방전관(352)의 중심으로부터 사출된 광속에 대해 2쌍의 원환체면으로서 원환체렌즈면(354a)과 반사면의 작용에 의해 전체로서 좁은 조사각도범위를 가진 고도로 집광된 광분포로 조명광학계를 구성할 수 있다.

또한, 광학부재(354)의 반사면을 종래기술보다 작은 부분으로 분할하고 이들 부분을 수직방향으로 놓음으로써 상기한 도 24 내지 도 38의 실시형태의 경우와 같이 광학부재(354)의 두께를 감소시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 프리즘부의굴절면과 반사면 사이의 경계 가장자리가 광원의 중심으로부터 떨어지기 때문에 광학수지재료가 광원으로부터의 복사열에 의해 영향받는 것을 방지하고 또 광학특성에 대한 악영향을 감소시킬 수 있다.

또한, 렌즈면과 각 반사면에 원환체면의 구성을 사용해서 이 실시형태는 추가적인 특별한 광학계 없이 조사범위내에 4코너를 향한 균일한 광분포특성을 가진 조명광학계를 용이하게 구성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기한 도 24 내지 도 30의 실시형태는 종래의 가변범위타입조명장치에 비해 이 계의 두께를 현저히 감소시킬 수 있고, 광원으로부터의 에너지를 고효율로 사용할 수 있으며, 조사면에 균일한 광분포특성을 얻을 수 있는 조명장치를 제공할 수 있다.

또한, 이 실시형태는 광축상에 중심을 둔 광원의 반경방향을 포함하는 평면내에 광축에 수직인 방향에 배치된 한 쌍 또는 복수 쌍의 반사부를 배치함으로써 균일한 광분포특성을 얻을 수 있는 얇은 형상의 조명장치를 제공할 수 있다.

또한, 광축과 광원의 중심으로부터 사출되고 상기 반사면에 입사하는 광에 의해 형성된 각도 α를 범위:

20°≤α≤70°

내에 설정함으로써 이 실시형태는 조명장치의 수직방향의 크기와 두께의 양쪽을 동시에 감소시킬 수 있다.

그리고 상기한 조명장치를 작은 촬상장치, 특히 조사범위가 변경될 수 있는 조명장치로서 카드형 촬상장치에 장착할 수 있다.

Claims (65)

1. 광원; 및

   상기 광원의 앞에 놓이고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사하기 위하여 반사면이 형성된 광학부재를 구비하는 조명장치에 있어서,

   상기 광학부재는 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면내에 광축의 양쪽에 배치된 복수 쌍의 상기 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광학부재는 상기 광원으로부터 입사하는 광을 받는 굴절면과 이 굴절면으로부터 입사하는 광을 반사하는 반사면을 포함하고,

   복수 쌍의 상기 프리즘부는 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면 내에 광축의 양쪽에 배치된 상기 광학부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
3. 제 1항에 있어서, 양의 굴절력을 가진 렌즈부가 상기 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 그리고 그에 가깝게 형성되어있고, 상기 복수의 반사면쌍이 주변부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며,

   상기 광원의 길이방향에 굴절력을 가진 프리즘어레이가 상기 광학부재의 사출면 쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 반사면이 곡면인 것을 특징으로 하는 조명장치.
6. 제 2항에 있어서, 각 프리즘부의 상기 굴절면과 상기 반사면 사이의 교차에 의해 형성된 상기 광원쪽의 가장자리는 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면 내에 광축에 수직인 방향의 광축으로부터 멀리 떨어진 프리즘부의 상기 광원쪽에 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
7. 제 2항에 있어서, 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면 내에서 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 상기 복수의 프리즘부쌍 중의 한 쌍의 프리즘부의 상기 가장자리는 광축의 방향의 상기 광원의 중심위치와 같은 위치에 실질적으로 놓이는 것을 특징으로 하는 조명장치.
8. 제 2항에 있어서, 상기 광원의 뒤에 놓이고, 광을 상기 광원으로부터 앞쪽으로 반사하는 반사부재를 더 구비하고,

   상기 반사부재는 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면 내에서 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 상기 복수쌍의 프리즘부 중의 한 쌍의 프리즘부의 반사면의 적어도 일부를 덮는 위치까지 뻗는 것을 특징으로 하는 조명장치.
9. 제 3항에 있어서, 상기 반사면의 각각이 상기 반사면의 각각을 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 렌즈부를 통해서 조사된 광의 조사범위가 서로 실질적으로 중첩하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 광학부재로부터 조사된 광의 조사범위가, 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 광축의 방향의 위치관계를 변경함으로써 가변적으로 되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
11. 광원;및

    상기 광원의 앞에 놓이고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사하는 반사면이 형성된 광학부재를 구비하는 촬상장치에 있어서,

    복수쌍의 상기 반사면이 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면내에서 광축의 양쪽에 배치된 상기 광학부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 광학부재는 상기 광원으로부터 입사한 광을 받는 굴절면과 상기 굴절면으로부터 입사한 광을 반사하는 반사면이 형성된 프리즘부를 포함하고,

    복수쌍의 상기 프리즘부가 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면 내에서 광축의 양쪽에 배치된 상기 광학부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
13. 제 11항에 있어서, 양의 굴절력을 가진 렌즈부가 상기 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 그리고 그에 가깝게 형성되어 있고, 상기 복수의 반사면쌍이 주변부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
14. 제 11항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며,

    상기 광원의 길이방향에 굴절력을 가진 프리즘어레이가 상기 광학부재의 사출면 쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
15. 제 11항에 있어서, 상기 반사면이 곡면인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
16. 제 12항에 있어서, 각 프리즘부의 상기 굴절면과 상기 반사면 사이의 교차에 의해 형성된 상기 광원쪽의 가장자리는 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면 내에 광축에 수직인 방향의 광축으로부터 멀리 떨어진 프리즘부의 상기 광원쪽에 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
17. 제 12항에 있어서, 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는평면 내에서 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 상기 복수의 프리즘부쌍 중의 한 쌍의 프리즘부의 상기 가장자리가 광축의 방향의 상기 광원의 중심위치와 같은 위치에 실질적으로 놓이는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
18. 제 12항에 있어서, 상기 광원의 뒤에 놓이고, 광을 상기 광원으로부터 앞쪽으로 반사하는 반사부재를 더 구비하고,

    상기 반사부재는 광축에 수직인 방향의 상기 광원의 반경방향을 포함하는 평면 내에서 광축으로부터 가장 멀리 떨어진 상기 복수쌍의 프리즘부 중의 한 쌍의 프리즘부의 반사면의 적어도 일부를 덮는 위치까지 뻗는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
19. 제 13항에 있어서, 상기 반사면의 각각이 상기 반사면의 각각을 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 렌즈부를 통해서 조사된 광의 조사범위가 서로 실질적으로 중첩하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
20. 제 11항에 있어서, 카드형 구성을 가진 것을 특징으로 하는 촬상장치.
21. 제 11항에 있어서, 상기 광학부재로부터 조사된 광의 조사범위가, 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 광축의 방향의 위치관계를 변경함으로써 가변적으로 되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
22. 광원;

    상기 광원의 앞에 놓인 광학부재;및

    상기 광원의 뒤쪽과 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 앞공간을 덮도록 놓이고, 상기 광원으로부터 조사된 광을 앞쪽으로 반사하는 반사부재를 구비한 조명장치에 있어서,

    상기 광학부재는,

    상기 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 그리고 그에 가깝게 놓이고, 양의 굴절력을 가진 렌즈부;및

    상기 앞공간을 덮는 상기 반사부재의 일부에 의해 반사된 광이 통과하는 영역보다 광축에 가깝게 배치된 상기렌즈부의 주변쪽에 놓이고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사하는 반사부를 구비한 것을 특징으로 하는 조명장치.
23. 제 22항에 있어서, 상기 반사부는 상기 광원으로부터 입사한 광을 받는 굴절면과 상기 굴절면으로부터 입사하는 광을 반사하는 반사면을 가진 프리즘처럼 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
24. 제 22항에 있어서, 상기 반사부의 굴절면은 광축에 대한 기울기가 4°이하인 평탄면으로 구성되어있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
25. 제 22항에 있어서, 상기 반사부의 반사면은 평탄면 또는 곡면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
26. 제 22항에 있어서, 한 쌍 또는 복수 쌍의 상기 반사부는 광축의 양쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
27. 제 22항에 있어서, 상기 반사부는 상기 반사부를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 렌즈부를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 반사부재가 서로 실질적으로 중첩하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
28. 제 22항에 있어서, 광축에 대해, 상기 광원의 중심으로부터 사출되고 상기 반사부에 입사하는 광에 의해 형성되는 각도α는 20°≤ α≤70°의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
29. 제 22항에 있어서, 상기 반사부재의 상기 앞공간을 덮는 영역은 제 2차의 곡면인 것을 특징으로 하는 조명장치.
30. 제 22항에 있어서, 상기 반사부재의 상기 앞공간을 덮는 영역은 초점이 상기 광원의 중심과 일치하는 반타원체곡면인 것을 특징으로 하는 조명장치.
31. 제 22항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며, 상기 광학부재의 렌즈부는 상기 광원의 길이방향에 수직인 평면 내에서 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈 또는 원환체렌즈인 것을 특징으로 하는 조명장치.
32. 제 22항에 있어서, 상기 광학부재로부터 조사된 광의 조사범위는 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 광축의 방향의 위치관계를 변경함으로써 가변적으로 되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
33. 광원;

    상기 광원의 앞쪽에 놓인 광학부재로서, 양의 굴절력을 가지며 또 이 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 놓이고 그리고 그에 가까운 렌즈부가 형성된 광학부재;

    상기 광원의 뒤쪽과 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 앞공간을 덮도록 위치하고, 상기 광원으로부터 사출된 광을 앞쪽으로 반사하는 제 1반사부재;및

    상기 광학부재의 입사면 근방의 상기 렌즈부의 주변쪽에 놓이고, 상기 앞공간을 덮는 상기 제 1반사부재의 일부에 의해 반사된 광이 통과하는 영역보다 광축에 더 가깝게 배치되고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사하는 제 2반사부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
34. 제 33항에 있어서, 상기 제 2반사부재는 평탄면 또는 곡면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
35. 제 33항에 있어서, 한 쌍 또는 복수 쌍의 상기 제 2반사부재가 광축의 양쪽에 배치되어있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
36. 제 33항에 있어서, 상기 제 2반사부재는 이 제 2반사부재를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 렌즈부를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 제 1반사부재가 서로 실질적으로 중첩하도록 형성되어있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
37. 제 33항에 있어서, 광축에 대해, 상기 광원의 중심으로부터 사출되고 상기 제 2반사부재에 입사하는 광에 의해 형성된 각도α는 20°≤ α≤70°의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
38. 제 33항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며, 상기 광원의 뒤쪽을 덮는 상기 제 1반사부재의 영역은 상기 광원과 동심인 반원통처럼 형성되어있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
39. 제 33항에 있어서, 상기 앞공간을 덮는 상기 제 1반사부재의 영역은 제 2차 곡면인 것을 특징으로 하는 조명장치.
40. 제 33항에 있어서, 상기 앞공간을 덮는 상기 제 1반사부재의 영역은 초점이상기 광원의 중심과 일치하는 반타원체 곡면인 것을 특징으로 하는 조명장치.
41. 제 33항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며 상기 광학부재의 렌즈부는 상기 광원의 길이방향에 수직인 평면내에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈 또는 원환체렌즈인 것을 특징으로 하는 조명장치.
42. 제 33항에 있어서, 상기 광학부재로부터 사출된 광의 조사범위는 광축의 방향의 상기 광원, 상기 광학부재 및 상기 제 2반사부재 사이의 위치관계를 변경함으로써 가변적으로 되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
43. 광원;

    상기 광원의 앞에 놓인 광학부재;및

    상기 광원의 뒤쪽과 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 앞공간을 덮도록 놓이고, 상기 광원으로부터 사출된 광을 앞쪽으로 반사하는 반사부재를 구비한 촬상장치에 있어서,

    상기 광학부재는,

    상기 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 그리고 그에 가깝게 놓이고, 양의 굴절력을 가진 렌즈부;및

    상기 앞공간을 덮는 상기 반사부재의 일부에 의해 반사된 광이 통과하는 영역보다 광축에 가깝게 배치된 상기렌즈부의 주변쪽에 놓이고, 상기 광원으로부터의광을 앞쪽으로 반사하는 반사부를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
44. 제 43항에 있어서, 상기 반사부는 상기 광원으로부터 입사한 광을 받는 굴절면과 상기 굴절면으로부터 입사하는 광을 반사하는 반사면을 가진 프리즘처럼 형성되어있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
45. 제 43항에 있어서, 상기 반사부의 굴절면은 광축에 대한 기울기가 4°이하인 평탄면으로 구성되어있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
46. 제 43항에 있어서, 상기 반사부의 반사면은 평탄면 또는 곡면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
47. 제 43항에 있어서, 한 쌍 또는 복수 쌍의 상기 반사부는 광축의 양쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
48. 제 43항에 있어서, 상기 반사부의 형상은 상기 반사부를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 렌즈부를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 반사부재가 서로 실질적으로 중첩하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
49. 제 43항에 있어서, 광축에 대해, 상기 공원의 중심으로부터 사출되고 상기반사부에 입사하는 광에 의해 형성되는 각도α는 20°≤ α≤70°의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
50. 제 43항에 있어서, 상기 반사부재의 상기 앞공간을 덮는 영역은 제 2차의 곡면인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
51. 제 43항에 있어서, 상기 앞공간을 덮는 상기 반사부재의 영역은 초점이 상기 광원의 중심과 일치하는 반타원체곡면인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
52. 제 43항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며, 상기 광학부재의 렌즈부는 상기 광원의 길이방향에 수직인 평면 내에서 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈 또는 원환체렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
53. 제 43항에 있어서, 카드형 구성을 가진 것을 특징으로 하는 촬상장치.
54. 제 43항에 있어서, 상기 광학부재로부터 조사된 광의 조사범위는 광축의 방향의 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 위치관계를 변경함으로써 가변적으로 되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
55. 광원;

    상기 광원의 앞에 놓인 광학부재로서, 양의 굴절력을 가지며 또 이 광학부재의 입사면쪽의 광축상에 놓이고 그리고 그에 가까운 렌즈부가 형성된 광학부재;

    상기 광원의 뒤쪽과 상기 광원과 상기 광학부재 사이의 앞공간을 덮도록 위치하고, 상기 광원으로부터 사출된 광을 앞쪽으로 반사하는 제 1반사부재;및

    상기 광학부재의 입사면 근방의 상기 렌즈부의 주변쪽에 놓이고, 상기 앞공간을 덮는 상기 제 1반사부재의 일부에 의해 반사된 광이 통과하는 영역보다 광축에 더 가깝게 배치되고, 상기 광원으로부터의 광을 앞쪽으로 반사하는 제 2반사부재를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
56. 제 55항에 있어서, 상기 제 2반사부재는 평탄면 또는 곡면으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
57. 제 55항에 있어서, 한 쌍 또는 복수 쌍의 상기 제 2반사부재는 광축의 양쪽에 배치되어있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
58. 제 55항에 있어서, 상기 제 2반사부재는 이 제 2반사부재를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 렌즈부를 통해서 조사된 광의 조사범위와 상기 제 1반사부재가 서로 실질적으로 중첩하도록 형성되어있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
59. 제 55항에 있어서, 광축에 대해, 상기 광원의 중심으로부터 사출되고 상기제 2반사부재에 입사하는 광에 의해 형성된 각도α는 20°≤ α≤70°의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
60. 제 55항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며, 상기 광원의 뒤쪽을 덮는 상기 제 1반사부재의 영역은 상기 광원과 동심인 반원통처럼 형성되어있는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
61. 제 55항에 있어서, 상기 앞공간을 덮는 상기 제 1반사부재의 영역은 제 2차 곡면인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
62. 제 55항에 있어서, 상기 앞공간을 덮는 상기 제 1반사부재의 영역은 초점이 상기 광원의 중심과 일치하는 반타원체 곡면인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
63. 제 55항에 있어서, 상기 광원은 원통형형상을 가지며 상기 광학부재의 렌즈부는 상기 광원의 길이방향에 수직인 평면 내에 양의 굴절력을 가진 원통형렌즈 또는 원환체렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상장치.
64. 제 55항에 있어서, 카드형 구성을 가진 것을 특징으로 하는 촬상장치.
65. 제 55항에 있어서, 상기 광학부재와 상기 제 2반사부재로부터 사출된 광의조사범위는 광축의 방향의 상기 광원, 상기 광학부재 및 상기 제 2반사부재 사이의 위치관계를 변경함으로써 가변적으로 되는 것을 특징으로 하는 촬상장치.