KR20030066464A - 조명장치 - Google Patents

Abstract

이 명세서에는, 광원과, 상기 광원의 피사체측의 전방에 배치되고 상기 광원으로부터의 광이 입사되는 입사면이 형성되어 있는 광학유닛과, 프레넬렌즈가 설치된 사출면과, 상기 프레넬렌즈를 향하여 입사면에 입사된 광을 전반사하기 위한 측면반사면과를 가지는 조명장치에 있어서, 상기 측면반사면에 의해 전반사된 광은, 프레넬렌즈에 의해 반사되어, 효율적으로 피사체를 조사하는 것을 특징으로 하는 조명장치가 개시되어 있다.

Description

조명장치{ILLUMINATING APPARATUS}

본 발명은, 조명장치에 관한 것이고, 특히, 수직두께에 여유가 없는 광학장치에 적합한 조명장치와, 그것을 이용하는 촬영장치에 관한 것이며, 예를 들면, 카메라의 본체(촬영장치의 본체)의 일부분에 장착하기에 적합하고, 카메라의 본체의 촬영동작과 연동하여 조명광(섬광)을 피사체측에 효율적으로 조사하여 상기 피사체를 촬영하는데 적합하다.

종래에는, 카메라와 같은 촬영장치에 사용된 조명장치는, 광원과 상기 광원으로부터 발광된 빔을 전방으로 이끄는 반사경과 프레넬렌즈와 같은 광학부품으로 구성되었다.

그러한 조명장치에 있어서, 광원으로부터 다양한 방향으로 발광된 빔을 화면의 필요조명각 내에 효율적으로 집광시키기 위하여 지금까지 다양한 제안이 이루어졌다. 특히, 근년에는, 프리즘이나 광가이드와 같은 전반사를 이용한 광학부재가 지금까지 광원의 전방에 배치된 프레넬렌즈 대신에 배치되어, 집광효율의 향상과 수직방향으로 광학계의 박형화를 양립시킬 수 있는 조명장치가 제안되었다.

이런 종류의 제안으로서는, 본 출원인에 의해 일본국 특개평 10-115852 호공보에 도시한 바와 같이, 광원으로부터 광학부재에 입사시킨 빔을, 상하측면에 형성된 전반사면에 의해 수직방향으로, 그리고 사출면에 설치된 원통형 렌즈면에 의해 수평방향으로 집광되도록, 집광효율이 높은 콤팩트 프리즘을 이용한 조명광학계를 제안하였다.

또한, 일본국 특개평 11-249209 호공보에 도시한 바와 같이, 상기 설명한 구성에 의해 생기는 가로 줄무늬형 불균일한 배광을 방지하기 위하여, 광학부재의 사출면측에 형성된 복수의 원통형렌즈를 가지는 또 다른 광학부재를 배치한 조명광학계를 제안하였다.

최근에, 카메라와 같은 촬영장치에서, 장치 자체의 소형화는 종래보다 더욱 진보되고 있다. 특히 최근의 경향과 같이, 카메라의 수직높이를 작게 하려는 요망이 강하고, 그것에 수반하여, 카메라의 상부에 위치한 스트로보 발광부에 대해서도 그 수직두께를 줄이려는 요망이 강하다. 그러한 배경으로부터, 광학성능의 저하가 없는 박형 스트로보 광학계를 실용화하려는 요망이 강하다.

그래서, 본 출원인은 일본국 특개평 10-115852 호공보에서, 복수회 반사함에도 불구하고 효율 저하가 적은 전반사광학계를 이용함으로써, 수직두께를 억제한 박형 발광부를 제안하였다. 이것은, 조명광원으로부터 광학부재에 입사시킨 빔을, 광학부재의 상하측면에 형성된 전반사면에 의해 수직방향(섬광방전관의 직경방향)으로 집광시켜 박형을 달성하도록 하고, 광학부재의 사출면에 설치된 원통형 렌즈면에 의해 수평방향(섬광방전관의 길이방향)으로 효율적으로 집광되도록, 박형 및 양질의 효율의 조명광학계를 구성한다.

그러한 조명장치로서 섬광발광장치의 계략적인 단면도인 첨부도면의 도 11A를 참조하면, (2)는 원통형 유리관내에 발광원이 밀봉된 크세논관과 같은 섬광방전관을 나타내고, (103)은 반사경을 나타내고, 섬광방전관(2)의 외경 형상과 대략 일치하는 내경 형상을 가지는 원호부(103a)에 상기 섬광방전관(2)이 장착된다. 상기 반사경(103)은, 원호부(103a)의 상하단으로부터 전방으로 확개한 상하의 반사면(103b),(103b')이 평탄면에 형성된 것이다. (104)는 상기 설명한 전반사형광학부재를 나타내고, 입사면(104a)은 상기 반사경(103)의 개구부에 배치되고, 섬광방전관(2)의 입사광은 전방의 사출면(104b)으로부터 사출한다. 또한, 이 광학부재의 상하의 측면(104c),(104c')은 평탄전반사면으로 형성되고, 입사면(104a)에 비스듬히 입사한 빔을 반사하여 전방의 사출면(104b)으로부터 사출시킨다.

한편, 상기 설명한 방법에 의한 스트로보 광학계의 박형화의 폐해로서는, 광원(2)으로부터의 광이 광학부재(104)에 입사하는 시점에서 배광이 불균일하고(상기 광은 광학부재(104)의 입사면(104a)의 전체에 균일하게 입사하지 않음), 실제의 제품에서, 공간이 제한되어 균일화에 대한 충분한 길이가 확보될 수 없어서, 도시한 바와 같이, 예를 들면, 첨부도면의 도 11B 내지 도 11D에서, 검게 채색된 빔은 명부가 되고, 그 중에 백색 부분은 암부가 되고, 각각의 상태에서, 명부의 합계 영역이 일정하지 않아서, 조사면에 불균일한 배광이 발생한다는 사실이다. 즉, 명부와 암부는 좌에서 우로 확장하여, 상기 명부와 암부는 수직방향으로 교차로 형성되는 복수의 가로 줄무늬형 불균일한 배광으로서 인식될 수 없었다.

이에 대한 개선안으로서는, 일본국 특개평 11-249209 호공보에 도시한 바와 같이, 복수의 원통형 렌즈가 형성된 하나 이상의 광학부재가 상기 광학부재(104)의 사출면(104)측에 배치되는 조명광학계를 채용하여, 확산판을 이용함이 없이 비교적 효율적으로 불균일한 배광을 방지하도록 제안되었다.

그러나, 가로 줄무늬형 불균일한 배광을 방지하기 위한 상기 제안에서, 하나 이상의 광학부재가 필요하고, 이것은 비용면에서 증가를 초래할 뿐만 아니라, 광학계의 길이방향에서 여분의 공간을 필요로 한다.

또한, 광학특성의 면에서, 본래 확산이 필요없는 성분조차 변화시키고, 그에 의해 필요조명각 범위의 외부의 성분이 다소 발생하여, 상기 설명한 개선안이 항상 불균일한 배광을 방지하는 효율적인 방법이 아니었다.

또한, 상기 언급한 종래기술은, 좌에서 우로 퍼지는 광을 효율적으로 이용하는 고려가 부족하였다.

또한, 관련 문서는, 미국특허 제 6,078,752호, 미국특허 제 6,467,931호 및 미국특허 제 6,400,905호를 포함한다.

상기로부터, 본 발명에 의해 달성되어야 하는 최대 과제는, 최소 필요한의 부품으로 구성되고 주어진 개구면적을 가장 효율적으로 이용하는 박형 조명광학계를 제안하는 것이고, 지금까지 유효하게 사용되지 않은 빔을 그 밖의 부품의 추가없이 효율적으로 집광하여 집광성을 증가시키는 것이다.

본 발명의 목적은, 종래의 조명광학계와 비교하여 극도로 얇고, 광원으로부터의 에너지를 고효율로 이용할 수 있어서, 조사면에 균일한 배광특성을 유지하는 조명을 이루고, 스틸카메라, 비디오카메라 등에 적합한 조명장치와, 그것을 이용하는 촬영장치를 제공하는데에 있다.

도 1A와 도 1B는, 섬광방전관의 축방향을 따라 취한 본 발명의 제 1실시예에 의한 상기 섬광발광장치의 광학계의 단면도.

도 2는, 섬광방전관의 직경방향을 따라 취한 본 발명의 제 1실시예에 의한 섬광발광장치의 광학계의 종단면도.

도 3은, 본 발명의 제 1실시예에 의한 섬광발광장치의 주광학계만의 분해 사시도.

도 4는, 본 발명의 제 1실시예에 의한 섬광발광장치에 대한 카메라의 사시도.

도 5A, 도 5B, 도 5C 및 도 5D는, 섬광방전관의 직경방향을 따라 취한 본 발명의 제 1실시예에 의한 섬광발광장치의 광학계의 종단면도.

도 6은, 본 발명의 제 1실시예에 의한 광학계의 구성에 의해 얻은 배광특성도.

도 7은, 본 발명의 제 2실시예에 의한 섬광발광장치의 주광학계만의 분해 사시도.

도 8은, 도 11A, 도 11B, 도 11C 및 도 11D의 종래의 광학계의 구성에 의해 얻은 배광특성도.

도 9A, 도 9B, 도 9C 및 도 9D는, 섬광방전관의 직경방향에 따라 취한 제 1실시예의 변형에 의한 섬광발광장치의 광학계의 종단면도.

도 10은, 도 9A, 도 9B, 도 9C 및 도 9D의 광학계의 구성에 의해 얻은 배광특성도.

도 11A, 도 11B, 도 11C 및 도 11D는, 섬광방전관의 직경방향에 따라 취한 제 1실시예와 대조를 이루는 종래의 섬광발광장치의 광학계의 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 섬광발광부 2,22 : 섬광방전관

3,23,103 : 반사경 3a,103a : 원호부

3b,3b',103b,103b' : 확대반사면 4,24,104 : 광학부재

4a,104a : 입사면 4b,104b : 사출면

4c,4c',104c,104c' : 전반사면 4d,4d' : 경사면

11 : 촬영장치의 본체 12 : 렌즈경통

13 : 릴리즈버튼 14 : 광학부재

15 : 조작버튼 16 : 액정표시창

17 : 측광디바이스의 핍윈도우 18 : 파인더의 핍윈도우

24a : 확산면

본 발명의 한 측면은,

광원과;

광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 프레넬렌즈가 설치된 사출면과, 상기 프레넬렌즈를 향하여 입사면에 입사하는 광을 전반사하기 위한 측면반사면과가 형성되어 있는 광학유닛과;

를 포함하는 조명장치에 있어서,

상기 측면반사면에 의해 전반사된 광은, 프레넬렌즈에 의해 굴절되어, 그 피사체측을 향하여 사출하는 조명장치가 개시되어 있다.

특히, 광학유닛의 광학축에 근접한 프레넬렌즈의 에지면과 상기 광학축 사이에 형성된 각은, 상기 광학축으로부터 상당히 떨어진다.

또한, 상기 조명장치는, 광원으로부터 광학유닛측으로 광을 반사하기 위한 광학유닛에 대향한 광원의 한 측면에 배치된 반사부재를 가진다.

또한, 상기 광원은 발광관이고, 상기 프레넬렌즈의 수직각은 발광관의 길이방향에 수직인 방향을 따라 형성된다.

본 발명의 또 다른 측면은,

광원과;

광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로부터 입사된 광의 일부를 전반사하기 위한 반사면과, 사출면과가 형성되어 있는 광학유닛과;

상기 광원으로부터 상기 광학유닛측으로 광을 반사하기 위한 상기 광학유닛에 대향된 광원의 한 측면에 배치된 반사부재와;

를 포함하는 조명장치에 있어서,

상기 광학부재의 광학축에 대하여 광학유닛의 사출면측의 반사면 위의 접선의 경사도 또는 상기 광학부재의 광학축에 대하여 입사면측의 반사부재 위의 접선의 경사도는, 광의 진행방향을 향하여 점차적으로 증가하는 조명장치가 개시되어 있다.

본 발명의 또 다른 측면은, 조명장치에 있어서,

광원과;

광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로부터 입사된 광의 일부를 전반사하기 위한 반사면과, 사출면과가 형성되어 있는 광학유닛과;

상기 광원으로부터 상기 광학유닛측으로 광을 반사하기 위한 상기 광학유닛에 대향된 광원의 한 측면에 배치된 반사부재와;

를 포함하는 조명장치에 있어서,

상기 입사면측의 반사부재의 개구부직경은 광원의 진행방향을 향하여 점차적으로 증가하는 조명장치가 개시되어 있다.

본 발명의 부가적 측면은, 조명장치에 있어서,

광원과;

광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로부터 입사된 광의 일부를 전반사하기 위한 반사면과, 사출면과가 설치되어 있는 광학유닛과;

를 포함하는 조명장치에 있어서,

확산부는 상기 반사면의 적어도 일부분 위에 형성되는 조명장치가 개시되어 있다.

본 발명의 부가적 특징은, 첨부도면과 다음의 설명으로부터 나타난다.

도 1A, 도 1B와 도 2 내지 도 4는, 본 발명의 제 1실시예에 의한 조명장치, 특히 본 실시예에서, 섬광발광장치를 도시하고, 섬광방전관의 중심축을 포함하는 평면을 따라 취한 섬광발광장치의 광학계를 구성하는 필수부분의 단면도인 도 1A와 도 1B, 섬광발광장치의 광학계를 구성하는 필수부분의 종단면도인 도 2, 섬광발광장치의 주광학계만의 분해 사시도인 도 3, 그리고 본 발명이 적용된 카메라의 사시도인 도 4를 도시한다. 도 1A와 도 1B에서는, 광원으로부터 발광된 대표적인 섬광의 트레이스를 또한 도시한다.

도 1A와 도 1B는, 동일한 단면형에 대하여 광원으로부터 발광된 빔 중에 조사면의 광학축의 중심을 향하여 진행하는 빔만의 광로를 도시하고, 조명광학계의 부품 중에 실제로 사용된 영역을 도시하여, 광학축의 중심을 향하여 진행하는 조사면의 성분이 형성된 광로가 명세될 수 있도록 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 섬광발광장치는, 카메라의 본체의 정면에서 본 카메라의 본체의 우상부에 배치되고, 사출창은 세로 프레넬렌즈가 형성된 수직의 박형으로 되어 있다.

도 4에서, (1)은 섬광발광부를 나타내고, (11)은 촬영장치의 본체를 표시하고, (12)는 촬영렌즈가 설치된 렌즈경통을 나타내고, (13)은 릴리즈버튼을 표시하고, (14)는 촬영렌즈를 주밍하기 위한 광학부재를 나타내고, 이 조작부재(14)는 전방으로 내릴 때, 촬영렌즈가 텔레포토방향으로 줌될 수 있고, 상기 조작부재를 후방으로 내릴 때, 상기 촬영렌즈는 와이드방향으로 줌될 수 있다. (15)는 카메라의 다양한 모드를 변경하기 위한 조작버튼을 표시하고, (16)은 카메라의 동작의 사용자에게 알리기 위한 액정표시창을 나타내고, (17)은 외광의 밝기를 측정하기 위한 측광디바이스의 핍윈도우를 표시하고, (18)은 파인더의 핍윈도우를 나타낸다. 섬광발광부를 제외한 각각의 부품의 기능은 알려졌고, 따라서 이하 자세하게 설명할 필요가 없다. 본 발명의 기계적 구성요소는 상술한 것으로 제한되지 않는다.

본 발명의 주목적인 섬광발광부의 광학특성을 규정하는 구성요소는, 도 1A, 도 1B와 도 2 내지 도 3을 참조하여 더욱 자세하게 지금 설명한다.

이들 도면에서, (2)는, 섬광을 발광하고 길이 방향으로서 좌에서 우의 방향을 가지는 원통형 섬광방전관을 표시한다. (3)은, 발광방향에서 후방으로 진행하는 섬광방전관(2)으로부터 발광된 빔의 성분이, 발광방향으로 반사되도록 하기 위한 반사경을 나타내고, 고반사율면에 의해 형성된 내면을 가지는 광휘알루미늄과 같은 금속재료 또는 상기 내면에 형성된 고반사율의 금속증착면을 가지는 수지재료 또는 그러한 종류의 다른 재료로 형성된다. (4)는, 섬광방전관(2)으로부터 직접 발광된 빔과 상기 반사경(3)에 의해 반사됨으로써 입사된 빔이, 피사체측에 효율적으로 조사되도록 하기 위한 조명빔지시용 광학부재를 표시한다. 아크릴수지 또는 유리재료와 같은 고투과율의 광학수지재료는, 상기 광학부재(4)의 재료로서 적합하다.

상기 설명한 구성에서, 종래기술에서 알려진 바와 같이, 예를 들면, 촬영장치(11)가 "스트로보 자동모드"로 설정될 때, 릴리즈버튼(13)이 사용자에 의해 감압된 후, 중앙처리유닛(도시하지 않음)은, 측광디바이스(도시하지 않음)에 의해 측정된 외광의 밝기와 삽입된 필름의 감도에 의해, 섬광발광장치를 발광시키는지의 여부를 판정한다. 상기 중앙처리유닛이 촬영상태하에서 "섬광발광장치를 발광시킨다"고 판정할 때, 상기 중앙처리유닛은 발광신호를 출력하고, 반사경(3)에 부착한 트리거리드와이어(도시하지 않음)를 통해 상기 섬광방전관(2)을 발광시킨다. 발광된 빔에 관하여는, 조사광학축에 대향한 방향으로 발광된 빔은 상기 반사경(3)을 통해 정면에 배치된 광학부재(4)에 입사되며, 상기 조사방향으로 발광된 빔은 상기 광학부재(4)에 직접 입사되고, 이들 빔은 상기 광학부재(4)를 통해 소정의 배광특성으로 변환된 후, 피사체측에 조사된다.

본 발명은, 특히 촬영장치의 조명광학계의 일반적 형상이 극단적으로 박형화하고 그 때의 필요조사범위의 배광특성이 균일하게 유지되는 조명장치의 제안이고, 이 최적의 형상을 설정하는 방법은, 도 1A, 도 1B 및 도 2를 참조하여 이하 더욱 자세하게 설명한다.

도 1A와 도 1B는, 섬광방전관의 중심축을 포함하는 평면을 따라 취한 본 발명의 제 1실시예에 의한 섬광발광장치의 광학계를 구성한 필수부분의 단면도이고, 좌에서 우의 방향으로 집광특성의 최적화를 달성하기 위한 사고의 기본방법을 개시한다. 도 1A와 도 1B는, 동일한 단면도를 개시하고, 또한 조사면의 광학축(O)의 중심을 향하여 조사된 빔의 광선트레이싱부를 부가한다. 도 1A와 도 1B의 각각의 부분의 숫자는, 도 2와 도 3의 것에 대응한다. 도 1A와 도 1B에 도시한 광학부재에 의해 피사체를 향하여 진행하는 빔의 중심은 광학축으로서 정의한다.

도 1A에 도시한 바와 같이, 섬광방전관(2)으로부터 발광된 빔은, 광학부재(4)의 입사면(4a)에 입사된 후, 사출면측에 형성된 프레넬렌즈면(4b)으로부터 사출된다. 이 때에, 프레넬렌즈의 굴절력에 의해 조사면의 사출광학축을 향하여, 섬광방전관의 실제의 발광범위인 원호의 길이보다 넓은 넓이의 영역으로부터 진행하는 빔이 존재하여, 집광효과가 얻어진다는 것이 개시되어 있다. 그러나, 도 1A로부터 도시될 수 있는 바와 같이, 프레넬렌즈가 집광작용을 하도록 형성될 때, 불연속점은 프레넬렌즈의 에지부에 생성되고, 광학계의 개구부의 영역에 사출광학축(O)의 방향으로 부여하지 않은 영역이 존재한다. 또한, 이러한 현상은 종종 발광부의 중심으로부터 떨어진 주변영역에서 발생한다는 것이 개시되어 있다. 즉, 굴절에 의한 큰 집광효과는, 사용되어진 프레넬렌즈에 의해 얻어지고, 그에 반해서, 조명광학계의 개구부는 필요보다 더욱 넓게 되어, 원래의 개구의 전체면을 이용하는 공간효율면에서 양질의 광학계를 제공하지 않는다는 것을 개시한다.

본 실시예에서는, 사출광학축의 방향으로 진행하는 빔이 프레넬렌즈면에 존재하지 않는 영역의 개구부는, 유효한 광학계를 형성하는데에 효율적으로 이용된다. 또한, 이러한 효과에 의해, 주어진 개구영역에서 최대 가이드넘버를 유도하기 위한 광학계를 구성한다.

그러한 구성을 채용하기 위하여, 본 실시예에서는, 도 1B에 도시한 바와 같이 광학부재(4)의 각 부분의 형상을 고안한다. 즉, 광학부재(4)의 측면부(4c), (4c')는 최적의 곡면형상으로 만들어지고, 광은 이 면에 의해 전반사된다. 또한,전반사된 후의 빔은 프레넬렌즈부의 에지면을 향하고, 이 에지면에 의해 굴절되어, 사출광학축의 방향으로 빔을 진행시키기 위한 광로가 신규하게 형성된다. 따라서, 도 1B에 도시한 빔은 도 1A에 도시한 빔에 부가되어, 광학부재의 사출면(4b)의 거의 전체로부터 사출광학축의 방향으로 진행하는 빔이 존재하여, 개구영역을 가장 효율적으로 이용하는 광학계를 구성할 수 있다.

본 실시예에서, 광학부재(4)의 전반사면(4c),(4c')의 면형상은, 프레넬렌즈의 사출면과 접촉하는 R50(곡률의 반경 50mm)의 원통형 렌즈형상이다. 이 원통형 렌즈면은, 도 1A와 도 1B의 도면시트의 평면에 곡률을 가지는 형상이지만, 상기 도면시트의 평면에 수직인 방향으로 곡률을 가지지 않는다. 또한, 에지면에 의해 사출광학축의 방향으로 진행이 굴절된 후 빔을 형성하기 위해, 프레넬렌즈면의 광학축의 중심으로부터 각 면의 각도가 더욱 예리하게(크게) 될 수 있도록, 프레넬렌즈의 에지면의 경사도는 변화된다. 프레넬렌즈의 에지면은, 프레넬렌즈의 광학축에 더욱 근접한 프레넬렌즈를 구성하는 2면 중에 1면에 적용한다.

이것은, 조사면에 소정의 방향으로 한쪽 측면으로부터 전반사 후 프레넬렌즈의 에지부에 의해 굴절되는 성분을 방지하는 목적을 위한 것이다. 즉, 프레넬렌즈의 에지부의 경사도에서의 연속적인 변동과 전반사면(4c),(4c')의 굴곡은 서로 연동되어, 배광특성의 연속성이 파괴되지 않는 형상을 고안하는 것이다.

본 실시예의 구성에서, 광학부재(4)의 전반사면(4c),(4c')의 형상은, 일정한 곡률의 원통형 렌즈면의 중심축은 광학축측이고, 프레넬렌즈면보다 조사면에 더욱 인접하게 존재하고, 상기 형상은 제한적이지 않고, 상기 형상의 것과 마찬가지 효과를 가질 수 있는 다양한 형상을 채용할 수 있다. 예를 들면, 측면의 전반사면은, 서로 경사도가 다른 복수의 면형상에 의해, 또한 구성되어질 수 있다. 또한, 원통형 렌즈면형상은 제한적이지 않고, 다양한 2차원 면형상 또는 원환체의 면형상과 같은 3차원 곡면형상을 채용할 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 광학축의 중심에 대하여 프레넬렌즈의 에지부의 각도는, 주변부를 향하여 점차적으로 커지도록 설계되고, 이것은 광원의 중심으로부터 떨어졌기 때문이고, 원래의 프레넬렌즈의 굴절면에 의해 굴절이 가능한 영역이 점차적으로 작아져서, 프레넬에지면이 필요보다 더욱 발생하는 것이 불필요하게 된다. 또한, 광학부재(4)의 측면전반사부(4c),(4c')에 의해 제어하기 쉬운 영역은, 전반사면에 근접한 영역이라는 사실로부터, 광학계의 전체를 도시하여 프레넬렌즈의 에지부의 경사도를 제로로 하고, 이에 의해 이 전반사된 광성분이 증가될 때, 효율적이다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 프레넬렌즈면은, 광원의 길이방향에 대략 수직한 방향으로 배열된다.

수직방향으로 섬광발광장치의 광학계의 형상은, 도 2의 단면도를 참조하여 지금 설명한다.

먼저, 반사경(3)의 단면형상은, 사출광학축의 후방의 형상이 섬광방전관(2)과 대략 중심이 같은 반원통형 형상(3a)인 것이다. 이것은, 광원의 중심부의 부근에 반사경에 의한 반사광을 되돌리기에 편리한 형상이고, 섬광방전관의 유리부에서 굴절이나 전반사에 의해 상기 반사경이 역으로 영향을 미치게 하는 것을 곤란하게 하는 것에 효율적이다. 또한, 그렇게 구성함으로써, 상기 반사경에 의한 반사광은, 광원으로부터 직광에 대략 상당하는 빔과 같이 처리될 수 있어, 이 형상은 이해하기 쉽고, 수반하는 광학계의 전체는 매우 소형으로 구성될 수 있고, 이것은 편리하다.

한편, 광원의 전방에 있고 사출면에 근접한 반사경(3)의 부분(3b),(3b')은, 개구영역의 증가율은 사출종단부를 향하여 더욱 크게 되는 비구면 형상으로 형성된다. 이 형상은, 밀봉된 방전관을 가지는 유리관에서 발생하는 불균일한 배광과 광학계의 불연속점을 완화하기 위한 수단으로서 효율적이고, 균일한 배광특성을 가지는 동안 집광할 수 있다.

상기 반사경(3)의 사출면에 배치된 광학부재(4)의 형상을 지금 설명한다. 도시한 바와 같이, 광학부재(4)의 입사면(4a)과 사출면(4b) 사이의 부분은, 평탄면으로 구성된 입사면측과, 경사도의 변화가 점차적으로 커지고 입사면으로부터 사출면을 향하여 점차적으로 부채꼴의 형상으로 구성된 사출면측과를 가지는 경사면(4d),(4d')에 의해 형성된다. 이 경사면(4d),(4d')은 전반사면을 구성하여, 반사에 의한 광량의 손실이 매우 작은 고효율의 반사광학계를 구성한다. 또한, 이 광학계를 채용함으로써, 반사를 복수회 이루고 발산광의 집광을 점차적으로 제어하며, 조사각이 수직방향으로 일정한 범위로 억제하고, 수직높이를 최소화하도록 구성할 수 있다. 이것은, 도 5A 내지 도 5D를 참조하여 이하 자세하게 설명한다.

도 5A 내지 도 5D는, 방전관의 직경방향을 따라 취한 본 발명의 제 1실시예에 의한 섬광발광장치의 종단면도이고, 수직방향으로 배광특성의 최적화를 달성하기 위한 관점의 기본방법을 도시한다. 도 5A 내지 도 5D 모두는 동일한 단면도를 도시하고, 도 5B 내지 도 5D에서, 조사면의 특정한 각방향으로 조사하는 빔의 광선트레이스부를 단면도에 부과하였다.

각 부분의 설명에 앞서, 본 발명의 목적인 불균일한 배광의 방지를 생각하여 가장 중요하게 고려되는 불균일한 배광의 발생의 프랙터의 개요를 먼저 설명한다.

복수의 반사부재에 의한 반복적인 반사에 의해 본 실시예에 도시한 바와 같이 수직방향으로 집광하는 광학계에서, 반사경(3)으로부터 광학부재(4)로, 그리고 광학부재(4)로부터 상기 광학부재의 외부로, 등과 같은 각각의 반사면 사이의 경계부에 근접하여, 반사율의 변화과 반사면의 형상에서의 불시의 변경으로부터 이 배광특성에 발생하기 쉽다. 상기 불연속점은 조사면의 가로의 줄무늬형 불균일한 배광의 원인이 되었다.

불균일한 배광의 또 다른 원인으로서, 광원인 섬광방전관에서, 발광재료인 크세논가스를 밀봉하기 위하여 유리관부 사이에 끼운다는 사실을 언급할 수 있다. 즉, 발광이 이 유리부로부터 이루어지지 않는 경우, 불필요한 전반사가 유리관의 내벽에 의해 동시에 일어날 것이고, 이러한 현상은 또한 배광특성에서 불연속점의 원인이 된다. 특히, 실제 발광한 섬광방전관의 내경과 비교하여 이 유리관부가 두꺼울수록, 특성면에서 서로 확산하는 불연속점이 되기 쉽고, 그 결과로서, 불균일한 배광의 현상이 일어났다.

또한, 각 각도에 대한 이런 종류의 불균일한 강도에 관하여, 광원인 크세논방전관이 연장되고 광학부재의 수직단면이 대략 동일한 형상이 종종 되는 사실 때문에, 불균일한 배광은 각각의 수직단면의 동일한 각에서 동시에 일어나고, 이것은 조사면의 특정한 각도영역에 수평으로 확장하는 연속적인 선형 불균일한 배광으로서 나타나기 쉬웠다. 이 수평으로 확장하는 선형 불균일성은, 특히 사람의 눈의 특징으로서 구별하기 쉬웠고, 광과 형상 사이의 실제 차이보다 더욱 두드러진 불균일한 배광으로서 인식되기 쉬웠다.

상기 주목한 바와 같이, 불균일한 배광의 발생의 원인을 제거하기 위한 본 실시예에서 광학계의 특징적 형상을, 이하 순서있게 설명한다.

먼저, 반사경(3)은, 그 안에 포함된 섬광방전관(2)의 외경형상과 대략 일치하는 내경형상으로 형성된 반원통형 원호부(3a)로, 사출광학축에 후방으로, 형성된다. 이것은 반사경(3)에 의한 반사광을 광원의 중심부의 부근에 되돌리기에 편리한 형상이고, 섬광방전관(2)의 유리부에 의한 굴절 또는 전반사에 의해 역으로 영향을 미치는 것을 곤란하게 하는 것에 효율적이다. 또한, 그렇게 구성함으로써, 반사경(3)에 의한 반사광은, 광원으로부터의 직광에 대략 상당하는 빔으로서 처리될 수 있어, 이해하기 쉽고, 수반하는 광학계의 전체를 매우 소형화할 수 있어, 편리하다.

한편, 반사경(3)의 전방의 상하의 확대반사면(3b),(3b')은, 개구영역의 증가율이 사출종단부를 향하여 크게 되는 비구면 형상으로 형성된다. 종래기술의 일례로서 도시한 도 11A 내지 도 11D의 상기 반사경(103)의 상하의 확대반사면 (103b),(103b')은, 그 사이의 수직거리가 사출종단부를 향하여 길게 될 수 있도록경사지지만, 그 반사면(103b),(103b')은 평탄면이다.

지금까지는, 이런 종류의 스트로보 광학계의 반사경의 거의 모든 형상은, 사출종단부를 향하여 개구영역(또는 개구경)에서 증가되었지만, 그 증가율이 점차적으로 감소하였다. 즉, 반사경의 단면형상과 같이, 타원형 또는 타원형의 절반부분에 근접한 2차원굴곡이 사용되는 경우가 종종 있고, 일반적으로, 반사경의 단면형상은, 집광특성에 우선권을 부여하려고 하는 포물선면 또는 소형화하기 위해 우선권을 부여하는 평탄면에 의해 형성되는 몇가지 예만이 개설되고, 본 실시예에서와 같이, 개구영역(개구경)의 비율이 증가하는 예는 없었다.

그러한 종래기술의 광학계에서는, 수직방향으로의 배광특성은 상기 반사경만으로 거의 규제되는 경우가 종종 있고, 상기 설명한 형상은, 사출면의 개구영역을 필요최소사이즈로 억제하는 목적을 위해 채용하도록 고려되었다.

한편, 본 실시예에 의한 조명광학계의 구성에서는, 종래기술과는 달리, 수직방향으로의 배광특성의 규제는, 반사경(3)의 더욱 전방으로 배치된 광학부재(4)에 의해 거의 이루어진다.

즉, 본 실시예에 의한 조명광학계는, 전반사에 의한 수직방향으로의 배광특성을 제어하기 위하여 광학부재(4)가 반사경(3)의 사출개구부의 전면에 배치되는 구성을 채용하여, 조명각을 수직방향으로 일정한 범위로 억제하고, 복수배의 반사를 이용하여 수직높이를 최소화한다.

상기 설명한 바와 같이, 수직방향으로의 배광특성의 제어는, 반사경(3)의 전방에 배치된 광학부재(4)에 의한 전반사에 의해 거의 규제되지만, 광원의 후방의원호부(3a)로부터 반사된 광과 광학부재(4)의 사출면(4b)의 수직방향으로 광학부재(4)로부터 전반사된 광을 연속적으로 변경하기 위하여, 배광을 균일화하는 것이 중요하다.

본 실시예에서, 이 목적을 달성하기 위하여, 반사경(3)의 사출부의 부근의 형상은, 광학부재(4)로부터 전반사된 광에 연속된 반사특성을 부여한 형상으로 구성된다.

사출광학축(O)에 대하여 평탄면에 의해 형성된 광학부재의 상하의 반사면의 경사도가, θ로서 정의하고, 광학부재(4)의 굴절률을 n으로 정의하고, 또한 광학부재(4)로 입사하기 직전에 반사경의 접선의 경사도를 α로서 정의하면, 반사경(3)의 사출면측의 형상이 동시에 다음 식을 만족하는 각의 관계에 있는 것이 바람직하다.

Sin(α) = n * Sin(θ) ... (1)

상기 식(1)을 만족함으로써, 반사경(3)의 상하의 반사면(3b),(3b')과 광학부재(4)의 전반사면의 반사율이 서로 상이해도, 반사각도특성과 같은 반사광의 연속적 분포가 얻어진다.

반사경(3)의 사출면의 접선의 경사도(α)는, 상기 언급한 식(1)에 의해 규제된다. 이 경사도와 후방의 원호부(3a)의 반사면과 서로 연결한 형상을 설명한다.

사출면에 근접한 반사경(3)의 상하의 반사면의 형상이, 광학부재(4)의 입사면(4a)에 근접한 굴곡의 접선의 각도(α)로 광원의 후방의 원호부(3a)로부터 연속적으로 접촉된 곡면인 형상인 것이 바람직하다. 그러한 형상으로 형성된 반사경(3)으로써, 반사된 성분에 불연속점이 존재하지 않고, 불균일한 배광이 없는균일한 배광특성을 얻을 수 있다.

그러나, 실제로, 방전관(2)의 유리관의 역효과가 존재하여, 원호부(3a)로부터 연속적으로 비구면형상을 개시하도록 최적의 형상을 항상 형성하지 않는다.

본 실시예의 형상에서 도시된 바와 같이, 이 연속적인 각변화를 일으키는 곡면은, 섬광방전관(2)의 유리부로 다시 들어가지 않는 광원의 중심의 다소 전방으로부터 개시함으로써, 광량의 불필요한 손실을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 조명광학계의 형상의 또 다른 특징은, 광학부재(4)의 전반사면(4c),(4c')의 사출면의 적어도 이웃한 부분(4b),(4b')의 전반사면형상은, 반사경(3)의 사출면의 부근의 형상과 같은 곡면형상으로써 형성되는 것이고, 사출종단(4b)을 향하여 개구영역의 증가율이 커지게 되는 것이다. 특히, 본 실시예에서 광학부재(4)의 형상은, 이 경사진 평탄면과 접촉하는 곡면형상과 같은, 입사면(4a)으로부터 연속된 경사진 평탄면형상에 관계한다.

이 때에 사출면의 이웃한 부분(4b),(4b')에서 곡면형상에 관하여, 최적곡률 β이 존재하고, 이 곡률이 너무 적거나 너무 큰 경우라도, 균일한 배광특성을 얻을 수 없다. 실험적 수치해석으로서, 전반사면의 경사도에 좌우되어도, 상기 곡률은 곡률(mm)의 다음 범위 내에 있는 것이 바람직하다:

R30 ≤β≤R300 ... (2)

상기 식에서, β가 하부의 제한값인 R30보다 작을 때, 광학부재(4)의 사출부(104b) 부근의 빔이 약간 확산될 뿐만 아니라, 상당히 변경되어, 원래의 조명각도범위보다 협소한 배광을 형성하고, 소망한 범위의 배광을 얻지 못할 뿐만 아니라, 과정정으로 인한 신규한 불균일한 배광이 발생하기 쉽다. 또한, β가 상부의 제한값인 R300보다 클 때, 확산률은 충분하지 않고 불균일한 배광은 대략 제거될 수 없지만, 가로 줄무늬형 불균일한 배광은 존재할 것이다.

본 실시예에서, 사출면의 부근의 곡률은, 상기 언급한 범위의 대략 중간인 R110으로 규제되고, 조사면에 불균일한 배광이 최소화될 수 있도록 최적화한다.

본 실시예에서, 광학부재(4)의 사출면(104b)의 상하의 이웃한 부분 (4b),(4b')의 형상은, 일정한 곡률의 원통형면이고, 이 형상은 일정한 곡률의 곡면이 항상 존재할 필요가 없지만, 일정한 곡률의 곡면의 효과에 상당하는 효과를 가지는 비구면 또는 2차원 곡면이 될 수 있다.

다음에, 본 실시예는 불균일한 배광에 효율적인 것을 설명하기 위하여, 반사경(103)의 사출면에 근접한 상하의 반사면(103b),(103b')의 형상이 평탄면이고, 광학부재(104)의 상하의 전반사면(104c),(104c')의 사출면의 부근이 평면만으로 또한 형성되는, 도 11A 내지 도 11B에 도시한 종래기술의 일례는, 도 9A 내지 도 9D에 도시한 바와 같이 제 1실시예의 변형과 대조되면서, 불균일한 배광이 발생하는 처리를 상세하게 설명하고, 반사경(3)의 상하의 반사면(3b),(3b')의 사출면의 부근의 형상만이, 본 실시예에서와 같이, 사출면의 영역의 증가율이 커지고 광학부재(104)가 도 7에 도시한 구성과 결합한, 형상에 의해 형성된다.

도 5B, 도 9B 및 도 11B에 도시한 사출광학축의 방향으로서 동일한 방향으로 대략 진행하는 빔을 먼저 설명한다.

본 발명의 일실시예를 도시한 도 5B에서는, 사출광학축의 방향으로 구성되는빔, 광원인 섬광발광관(2)으로부터의 직광, 반사경(3)의 상하의 확대반사면(3b),(3b')에 의해 1회 반사된 광, 광학부재(4)의 상하의 전반사면(4c),(4c')에 의해 1회 반사된 광 등, 즉, 전체 5가지 종류의 빔에 관하여 기여하는 것이 개시된다.

여기에, 광원으로부터의 직광(A)과 광학부재(4)로부터의 전반사광(B) 사이에, 반사경(3)에 의한 반사광(C)이 협소한 영역일지라도 존재하는 중대한 특징이 존재한다. 이 상태는, 도 9B에 도시한 제 1실시예의 본 변형의 경우에서도 대략 마찬가지이다.

한편, 도 11B에 도시한 종래기술의 예의 경우에서, 반사경(103)의 상하의 확대반사면(사출면)(103b),(103b')과, 광학부재(104)의 반사면(104c),(104c')은, 평탄면에 의해 모두 형성되어, 광원인 섬광발광관(2)으로부터의 직광(A)과 광학부재(104)의 반사면(104c),(104c')에 의한 전반사광(B)만이 존재하고, 각각의 빔 사이에, 큰 넓이를 가진 사출광학축의 방향으로 진행하는 빔이 존재하지 않는 영역(D)이 존재한다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학계에 의하면, 광로는 성분의 3종류와 5층으로, 즉, 직광(A), 반사경(3)에 의한 반사광(C), 광학부재(4)에 의한 반사광(B)으로 넓게 나눠지고, 이 광학계에서, 큰 갭은 각각의 영역 사이에 생성되지 않는다.

한편, 반사경(103)의 반사면(103b),(103b')은 평탄면에 의해 형성되는 도 11B에서, 사출광학축의 중심을 향하여 진행하는 직광(A)과 광학부재(104)의반사면(104c),(104c')에 의한 반사광(B)이 분리된 위치에 존재하는 것을 개시한다.

한편, 본 실시예에 의하면, 빔은 각각의 영역 사이의 경계부분에 존재하지 않는 영역이 원래 없지만, 연속적인 빔은 경계부에서조차 존재함으로써, 불균일한 배광이 없는 균일한 배광특성을 얻는다.

그러나, 불균일한 배광의 원인에 관하여 상기 언급한 바와 같이, 방전관밀봉부재인 유리관은 실제로 섬광방전관(2)에 존재하고, 이 부분의 불연속성은 불균일한 배광을 일으킨다.

그래서, 그러한 유리관에 의해 불연속 부분의 작용을 최소화하기 위한 구성을 채용하도록 불균일한 배광을 제거하는 방법으로서 또한 바람직하다.

본 실시예에서, 이 조건을 실현하기 위하여, 개선안은 특히, 불연속 부분인 유리관의 인접한 부근(즉, 반사경(3)의 사출개구부의 부근)의 형상에 구성되어, 이 영역에 도달하는 빔이, 협소한 영역이어도, 광각도 범위내의 반사광으로서 확실하게 얻어질 수 있는 면형상(즉, 개구부가 확대된 외곡률과 같이 주어진 형상)을 제공하도록 구성되고, 또는 환언하면, 개구부의 영역은 개구부를 향하여 증대되도록 고안되었다.

상기 설명한 바와 같이, 상기 설명한 개구부의 영역이 개구부를 행하여 증대되는 형상으로 구성되는 반사경(3)의 상하의 확대반사면(3b),(3b')에 의해, 각기 각의 성분의 조명분포는 특성상 서로 확산하는 복수의 반사광 성분을 항상 가지게 되고, 이것은 뚜렷하지 않은 빔의 불연속점이 존재하여, 배광의 균일성을 달성하는데에 효율적이다.

다음에, 도 5C, 도 9C 및 11C에 도시한 바와 같이, 광학부재(4),(104)의 상부의 반사면(4c),(104c)에 의한 반사광 성분은, 소정의 각도만큼 광학축으로부터 경사진 방향으로 거의 제로로 되는 각을 향하여 진행하는 빔을 처리하는데에 주의하여야 한다.

이 경우에는, 도 5C에 도시한 바와 같이, 광학부재(4)의 상부의 반사면(4c)에 의한 반사광 성분이 제로로 되지만, 이를 구성하기 위하여, 광학부재(4)의 하부의 반사면(4c')에 의해 더욱 전반사되는 반사경(3)의 상부의 확대반사면(3b)에 의해 반사된 빔으로부터 초래되는 2회 반사된 광(C')이 증가한다는 것을, 본 실시예에서 개시한다. 따라서, 조명은 조사면에도 균일하게 되도록 유지되어, 불균일한 배광이 발생하기에 곤란하다.

한편, 도 9C와 도 11C에 도시한 바와 같이, 반사경(103),(3)의 상하의 반사면(사출면)(103b),(103b')과, 광학부재(104)의 상하의 반사면(104c)의 적어도 하나는, 도 5C에 도시한 본 실시예의 경우와 달리, 평탄면(약 6°의 각성분)으로 구성되고, 반사경(103),(3)의 상부의 확대반사면(103b),(3b)과, 광학부재(104)의 하부의 반사면(104c)에 의한 전반사에 의해 2회 반사된 광은, 불충분하거나 거의 존재하지 않아서, 이 각성분의 빔은 감소한다.

따라서, 조사면의 암부는, 약 6°의 각 영역 내에 생성되고, 조사면의 배광으로서 암부는, 가로 줄무늬형 부근과 비교하여 생성된다.

광학부재(4),(104)의 상부의 전반사면(4c),(104c)에 의해 전반사된 성분이 거의 제로로 되는 각의 경우를, 도 5D, 도 9D, 도 11D를 참조하여 지금 설명한다.

도 5D에 도시한 바와 같이, 반사경(3)의 상부의 확대반사면(3b)에 의해 반사되고, 또한 광학부재(4)의 하부면에 의해 전반사된, 2회 반사된 성분(C')은, 도 5C의 상태로부터 연속적으로 존재한다. 따라서, 배광특성의 명암에서의 불시의 변화는 존재하지 않고, 대략 균일한 조명분포가 얻어진다.

한편, 도 7D와 도 9D에 도시한 상태에서, 광학부재(104)의 하부의 전반사면(104c')에 의해 전반사되는 반사경(103),(3)의 상부의 확대반사면(103b),(3b)에 의해 반사된 빔으로부터 기인하는 2회 반사된 성분(C')은 갑자기 증대되고, 조사면의 배광특성으로서 광부를 구성한다. 특히, 종래기술의 예를 도시한 도 11D에서 반사경(103)의 상부의 확대반사면(103b)과 광학부재(104)의 하부의 전반사면(104c')은, 평탄면으로 구성될 때, 이 증가는 두드러지고, 조사면은 극도로 밝아진다. 이 경우의 배광특성으로서, 광층은, 일단 어두워지는 영역의 외측에 인접하여 생성되어, 불균일한 배광은 더욱 두드러지게 된다.

도 6, 도 8 및 도 10은, 특정한 각 뿐만 아니라, 조사면의 각각의 각성분에 관하여 상기 설명한 면을 연속적으로 얻어 개시한 도면(배광특성 분포도)이다. 본 실시예는 도 6에 대응하고, 종래기술의 예는 도 8에 대응하고, 본 실시예의 변형은 도 10에 대응한다. 직선(L)은 조사의 중심을 가리키고, 조사의 중심부의 강도가 1.0일 때, 각각의 각성분의 강도율(고정된 거리)을 연속적으로 연결하여 도시한다. 경계로서 조사중심선(L)을 가지는 우측과 좌측은, 각각 상측과 하측의 배광상태를 가리킨다.

먼저, 도 11A 내지 도 11D에 도시한 종래기술의 예에서 반사경(103)의 상하의 반사면(103b),(103b')은, 평탄면에 의해 형성되고, 도 8에 도시한 바와 같이, 조사방향이 변화함에 따라, 조사의 각 방향에 관계된 성분은, 상부의 면에 의한 반사광이 먼저 사라지고 다음에 직광의 성분이 사라지는 방식으로 점차적으로 변화한다. 이러한 변화의 경우에서는, 명암 사이의 명확한 차이가 발생하고, 사람의 눈에 의해 불균일한 배광으로서 인식된다. 특히, 광학부재(104)의 사출면이 평탄면일 때, 반사경(103)과 광학부재(104)의 각각에 의해 일단 반사된 2회 반사광 성분이, 특정한 고정각(본 실시예에서, 6°부근)으로부터 갑자기 증가하고, 휘도에서의 변화는 두드러진다. 이와 함께, 이러한 현상은 대략 동시에 각각의 단면에서 진행하고, 조사면에 두드러진 선형의 명암(즉, 불균일한 배광)은, 섬광방전관의 축방향에 평행하여 발생한다. 인간의 감지는 명암 사이의 선형의 차이에 매우 민감하게 응답하고, 명암 사이에 약간의 차이일지라도 불균일한 배광으로서 인식되기 쉽다.

또한, 도 9A 내지 도 9D에 도시한 반사경(3)의 상하의 확대반사면(3b)와 (3b')이, 개구부의 영역이 개구부를 행하여 증가하는 형상으로 구성되는 본 실시예의 변형의 구성에서, 도 10에 도시한 바와 같이, 이 음영부는 도 8에 도시한 종래기술의 상기 기술한 예에서와 같이 발생하지만, 음영 사이의 차이는 도 8에 도시한 음영 사이의 차이보다 더 작고, 두드러진 최고점이 제로로 되고, 불균일한 배광이 완화된다고 언급될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 도시한 도 6에서, 음영 사이의 선형 차이가 발생하는 것을 곤란하게 하기 위하여, 상기 설명한 광로가 존재하지 않는 영역을 최소화하는 방법과, 광로가 명암 사이에 뚜렷한 차이를 일으키지 않고, 또한 명암의 변화를 동시에 일으키지 않도록 전환의 영역의 상태를 흐리게 하는 영역에서 신규한 광로를 형성하는 방법을 채용한다. 따라서, 불균일한 배광을 방지할 수 있게 되었다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 배광특성 그래프에서, 광학계는 명암 사이의 뚜렷한 차이가 약 5°내지 10°의 영역에서 발생하지 않는 것이고, 종래기술의 예를 도시한 도 8에서는, 명암 사이의 큰 차이는 5°내지 10°의 각 영역내에 발생하고, 이것은 종래의 가로 줄무늬형 불균일한 배광을 형성하는 것을 개시한다. 상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에 개시한 대책을 채용함으로써, 명암 사이의 차이를 일으키는 불균일한 조명을 제거할 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 반사경 또는 광학부재에 의한 전반사에 의해 복수회 반사를 이용하는 조명광학계에서, 불균일한 배광은 각 반사층의 전환점에서 일어나기 쉽지만, 본 실시예에 도시한 바와 같이 각 반사면의 사출면의 부근의 형상을 고안함으로써, 조명에서의 큰 변화는 각각의 조사각 방향으로 조사를 위한 것조차 일어나지 않고, 균일한 배광특성을 가지는 조명광학계를 달성할 수 있다.

또한 이 경우의 배광을 균일화하는데에, 불균일한 배광에 대한 대책은, 광로의 어떠한 확산면의 필요함이 없이 쉽게 채용할 수 있어, 도면의 필요각의 외부에 조사에 의한 에너지 손실은 작고, 광학계의 일반적 형상과 사이즈에 더해진 작용은 또한 작으며, 이것은 불균일한 배광을 위한 매우 효율적인 대책을 제공한다.

본 발명은, 도 5A 내지 도 5D와 도 9A 내지 도 9D에 도시한 구성에 제한적이지 않고, 도 1A와 도 1B의 광학부재(4)와, 도 11A 내지 도 11D에 도시한 반사경(103)의 조합이 될 수 있다.

본 발명의 제 2실시예는 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은, 본 발명의 제 2실시예에 의한 조명장치를 도시하고, 특히 본 실시예에서 섬광발광장치, 그리고 주광학계만의 사시도를 도시한다.

도 7에서, (22)는 섬광방전관(크세논관)을 나타내고, (23)은 제 1실시예의 것과 대략 마찬가지의 구성을 가지는 반사경을 표시한다. (24)는, 섬광방전관(22)으로부터 직접 발광된 빔과 반사경(23)에 의해 반사된 빔을 일으키기 위한 조면빔지시용 광학부재를 나타내고, 피사체측에 효율적으로 조사하기 위하여 그 위의 입사한다. 제 1실시예에서와 같이, 아크릴수지 또는 유리재료와 같은 고투과성 광학수지재료는, 광학부재(24)의 재료로서 적합한다.

상기 제 2실시예는, 불균일한 배광을 완화하기 위한 수단으로서 필요최소확산면을 사용하는 실시예이고, 거대해지는 것으로부터 일반적 형상을 방지하고, 광학특성의 저하를 거의 일으키지 않으며, 불균일한 배광을 이루는 최소필요성분만을 확산한다. 최적 형상을 설정하는 방법은, 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 7은, 본 발명의 제 2실시예에 의한 섬광발광장치의 발광광학계의 확대사시도이다. 배광특성의 균일화를 달성하기 위하여, 사출면을 향하는 확산의 정도로 높게 되는 확산면(24a)은, 광학부재(24)의 사출면에 근접한 상하의 면에 형성되고, 입사부에 근접한 확산특성에서 최상이고 입사부로부터 떨어진 확산정도로 점차적으로 떨어지는 확산면(24b)은, 입사면 근처에 형성된다.

본 실시에에서, 확산정도를 증진하는 방법으로서, 확산면 자체의 확산정도를 일정하게 하고, 확산면의 영역에서의 변동에 의해 확산의 정도를 다양화하는 방법을 채택하였다. 예를 들면, 본 실시예는 도시한 바와 같이, 확산면(24a)이 광학부재(24)의 사출면을 향한 영역으로 넓게 되는 사출면과 같은 베이스를 가지는 복수의 삼각의 확산면 각각을, 상기 설명한 효과를 제공하도록 설계하였다. 도시한 실시예에서는, 확산면은 상부의 면만으로 형성되고, 마찬가지로의 확산면은 또한 하부에 형성된다.

상기 설명한 바와 같이, 확산면(24a)은, 광학부재(24)의 상하의 반사면의 모두에 형성되고, 그 확산정도는, 사출면의 부근을 향하여 증가됨으로써, 제 1실시예의 것와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 불연속영역은, 광학부재(24)의 상하의 반사면에 의한 반사광과 반사면의 중간없이 직접 나오는 빔 사이에 형성되고, 불균일한 배광은 조사면에 형성되기 쉽지만, 확산면은 이 영역에 형성됨으로써, 불균일한 영역의 성분은 분산되어, 균일한 배광특성이 주어진 조명광학계를 실현할 수 있다.

이와 마찬가지로, 다시 광학부재(24)의 입사부에서, 반사경(23)에 의한 반사광의 불연속점과 광학부재(24)의 입사부 부근의 전반사광에 관하여, 확산부의 영역은 광축을 향하여 점차적으로 변화됨으로써, 상기 설명한 바와 같이, 배광의 균일화를 달성할 수 있다.

상기 설명한 실시예에서는, 확산면은 광학부재(24)의 사출면측과 입사면의양쪽에 형성되는 일례를 도시하였고, 본 발명은 확산면이 양측에 형성된 구성에 항상 제한되지 않고, 확산면은 2측면 중의 1측면만으로 형성될 수 있다. 또한, 확산면의 형상에 관하여, 본 실시예에서는, 삼각의 확산면을 형성함에 있어서, 이 형상은 제한되지 않고, 확산특성이 불연속점을 형성하는 영역 부근에 점차적으로 변화하는 형상과 같이, 다른 형상을 또한 채용할 수 있다. 또한, 제 1실시예에서 상세하게 설명한 바와 같이, 반사경의 확산특성을 변경하여, 대략 마찬가지의 효과를 얻을 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 반사경(23)의 사출부의 부근의 부분에 확산면의 처리를 하도록 구성될 수 있음으로써, 경계부 주변의 배광의 변화는 매끄럽게 행해질 수 있도록 설계될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 각 반사면의 경계부 부근의 확산은, 확산부의 영역에 증가하거나 감소됨으로써 이루어지고, 본 발명은 본 실시예에 항상 제한적이지 않고, 설계는 형상의 변화에 의한 확산특성을 변화하고, 주위의 형상과 비교하여 경계면의 부근의 확산특성을 증가시키도록 구성될 수 있도록 설계될 수 있다. 그렇게 설계함으로써, 상기 설명한 제 2실시예의 것과 대략 동일한 효과를 얻는다.

상기 설명한 바와 같이, 각 광학부재의 변화부를 형성하는 영역 부근의 확산특성을 점차적으로 변화하는 형상을 채용함으로써, 조사면의 명암 사이의 차이로부터 적게 영향을 받는 균일한 배광특성을 얻을 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 수직의 박형 평탄형의 조명광학계에서, 측면반사에 의해 프레넬렌즈로 직광이 가능하게 되어, 지금까지 이용될 수 없었던 광을 효율적으로 이용한다. 또한, 구조면에서 피할 수 없이 발생하기 쉬운 가로 줄무늬형 불균일한 배광은, 값비싼 광학부품의 추가없이 필요최소부품을 이용하는 구성으로써 방지될 수 있다. 또한, 이 때에, 여분의 공간은 광학계의 길이방향으로 필요하고, 마찬가지 광학특성의 면에서, 확산이 원래 필요없는 성분은 확산될 필요가 없어, 매우 효율적인 배광제어가 가능해진다.

Claims (7)

1. 광원과;

   광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

   광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 프레넬렌즈가 설치된 사출면과, 상기 프레넬렌즈를 향하여 입사면에 입사하는 광을 전반사하기 위한 측면반사면과가 형성되어 있는 광학유닛과;

   를 포함하는 조명장치에 있어서,

   상기 측면반사면에 의해 전반사된 광은, 프레넬렌즈에 의해 굴절되어, 그 피사체측을 향하여 사출하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
2. 제 1항에 있어서, 광학유닛의 광학축에 근접한 프레넬렌즈의 에지면과 상기 광학축 사이에 형성된 각은, 상기 광학축으로부터 상당히 떨어지는 것을 특징으로 하는 조명장치.
3. 제 1항에 있어서, 광원으로부터 광학유닛측으로 광을 반사하기 위한 광학유닛에 대향한 광원의 한 측면에 배치된 반사부재를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
4. 제 1항에 있어서, 광원은 발광관이고, 상기 프레넬렌즈의 수직각은 발광관의길이방향에 수직인 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
5. 광원과;

   광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

   광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로부터 입사된 광의 일부를 전반사하기 위한 반사면과, 사출면과가 형성되어 있는 광학유닛과;

   상기 광원으로부터 상기 광학유닛측으로 광을 반사하기 위한 상기 광학유닛에 대향된 광원의 한 측면에 배치된 반사부재와;

   를 포함하는 조명장치에 있어서,

   상기 광학부재의 광학축에 대하여 광학유닛의 사출면측의 반사면 위의 접선의 경사도 또는 상기 광학부재의 광학축에 대하여 입사면측의 반사부재 위의 접선의 경사도는, 광의 진행방향을 향하여 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
6. 광원과;

   광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

   광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로부터 입사된 광의 일부를 전반사하기 위한 반사면과, 사출면과가 형성되어 있는 광학유닛과;

   상기 광원으로부터 상기 광학유닛측으로 광을 반사하기 위한 상기 광학유닛에 대향된 광원의 한 측면에 배치된 반사부재와;

   를 포함하는 조명장치에 있어서,

   상기 입사면측의 반사부재의 개구부직경은 광원의 진행방향을 향하여 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
7. 광원과;

   광원의 피사체측의 전방에 배치된 광학유닛과;

   광원으로부터의 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로부터 입사된 광의 일부를 전반사하기 위한 반사면과, 사출면과가 설치되어 있는 광학유닛과;

   를 포함하는 조명장치에 있어서,

   확산부는 상기 반사면의 적어도 일부분 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.