專利名稱：照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置，特別是適合于上下方向的厚度不夠充裕的光學(xué)設(shè)備的照明裝置和用它的攝影裝置，例如，適合于安裝在照相機(jī)主體(攝影裝置主體)的一部分上，與照相機(jī)主體的攝影工作聯(lián)動，使照明光(閃光)高效率地照射被拍攝物體一側(cè)進(jìn)行攝影的照明裝置。
為了在這種照明裝置中，將來自光源的向各個不同方向射出的光束高效率地會聚在需要照射的畫面視角內(nèi)，以往已經(jīng)提出了各種方案。特別是近年來，已經(jīng)提出了通過代替配置在以往的光源前的菲涅耳透鏡，配置利用棱鏡光導(dǎo)向裝置等的全反射的光學(xué)部件，同時實現(xiàn)提高聚光效率和使上下方向的光學(xué)系統(tǒng)薄型化兩者的照明裝置的方案。
作為這種提案，本專利申請人，如日本專利申請公開特開平10-115852號專利公報所示的那樣，提出了在上下方向由在上下側(cè)面上形成的全反射面，在左右方向由設(shè)置在射出面上的圓柱透鏡面對從光源入射到光學(xué)部件的光束進(jìn)行聚光的，小型的聚光效率高的棱鏡的照明光學(xué)系統(tǒng)的方案。
又，本專利申請人也已經(jīng)提出了，如日本專利申請公開特開平11-249209號專利公報所示的那樣，為了防止由上述構(gòu)成產(chǎn)生的橫條狀的光度分布不均勻，再配置一個在光學(xué)部件的射出面一側(cè)形成多個圓柱透鏡的光學(xué)部件的照明光學(xué)系統(tǒng)的方案。
近年來，在照相機(jī)等的攝影裝置中，以往一直在進(jìn)行的裝置主體小型化正在取得更大的進(jìn)展。特別是作為最近的傾向，強(qiáng)烈希望壓低照相機(jī)上下方向的高度，與此相伴地，也強(qiáng)烈希望對于位于照相機(jī)上部的頻閃發(fā)光部分也能實現(xiàn)上下方向的厚度薄型化。從這樣的背景出發(fā)，強(qiáng)烈希望不會使光學(xué)性能惡化的薄型頻閃光學(xué)系統(tǒng)的實用化。
這里，本專利申請人在日本專利申請公開特開平10-115852號專利公報中提出了利用即便多次反射，效率也很少下降的全反射光學(xué)系統(tǒng)，抑制上下方向的厚度的薄型發(fā)光部分的方案。這是通過在上下方向(閃光放電管的直徑方向)，由在該光學(xué)部件的上下側(cè)面上形成的全反射面對從照明光源入射到光學(xué)部件的光束進(jìn)行聚光達(dá)到薄型化，通過在左右方向(閃光放電管的長度方向)，由設(shè)置在射出面上的圓柱透鏡面高效率地進(jìn)行聚光，構(gòu)成薄型的高效率的照明光學(xué)系統(tǒng)。


圖11A是作為這種照明裝置的閃光放電裝置的概略截面圖，2是將發(fā)光源封入圓筒狀的玻璃管內(nèi)的氙管等的閃光放電管，103是反射傘，將閃光放電管2安裝在具有與閃光放電管2的外形形狀大致符合的內(nèi)徑形狀的圓弧部分103a中。在這個反射傘103中，從該圓弧部分103a的上下端向前方擴(kuò)開的上下反射面103b，103b′形成平坦面。104是上述全反射型的光學(xué)部件，將入射面104a配置在反射傘103的開口部分，從前面的射出面104b射出入射的閃光放電管2的光。又，這個光學(xué)部件的上下側(cè)面104c，104c′形成平坦面的全反射面，反射對于入射面104a斜入射的光束并使其從前方的射出面104b射出。
另一方面，作為由上述方式產(chǎn)生的頻閃光學(xué)系統(tǒng)的薄型化的弊害，因為在來自光源2的光入射到上述光學(xué)部件104的入射時刻的光分布是不均勻的(光不能均勻地入射到光學(xué)部件104的入射面104a的整個面上)，又在實際的產(chǎn)品中，空間受到限制不能取得為了均勻化的足夠長度等，所以例如如圖11B-11D所示，涂成黑色的光束是明亮部分，它們之間的白色部分是黑暗部分，由于在各個狀態(tài)中這些明亮部分的合計區(qū)域不是恒定的，所以在照射面上發(fā)生光度分布不均勻。即，容易看到這個明亮部分和黑暗部分分別向左右延伸，在上下方向交互地形成明亮部分和黑暗部分的多個橫條狀的光度分布不均勻。
作為它的改良方案，如日本專利申請公開特開平11-249209號專利公報所示的那樣，提出了采用在光學(xué)部件104的射出面104b一側(cè)，再配置形成了多個圓柱透鏡的1個光學(xué)部件的照明光學(xué)系統(tǒng)，不用漫射板以比較高的效率防止光度分布不均勻的方案。
可是，在為了防止橫條狀的光度分布不均勻的上述提案中，不僅再需要1個光學(xué)部件使成本提高，而且在光學(xué)系統(tǒng)的前后方向需要額外的空間。
又，在光學(xué)特性方面，因為使本來不需要漫射的成分也發(fā)生變化，所以也稍微發(fā)生需要的照射角度范圍以外的成分，所以不一定是高效率地防止光度分布不均勻的方法。
又，上述的現(xiàn)有技術(shù)對有效地利用向左右擴(kuò)展的光缺少考慮。
又，作為相關(guān)聯(lián)的專利申請有USP6,078,752，USP6,467,931，USP6,400,905。
而且本發(fā)明的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)與以往的照明光學(xué)系統(tǒng)比較極其薄型化的，并且能夠高效率地利用來自光源的能量，在照射面上保持均勻的光度分布特性的照明的適合于靜態(tài)照相機(jī)，攝象機(jī)等的照明裝置和使用它的攝影裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，具備菲涅耳透鏡的光射出面，和使入射到上述入射面的光向上述菲涅耳透鏡全反射的側(cè)面反射面，其中，由上述側(cè)面反射面全反射的光通過菲涅耳透鏡折射，向上述被拍攝物體一側(cè)射出。
特別是，上述光學(xué)單元的光軸附近一側(cè)的上述菲涅耳透鏡的邊緣面與該光軸所成的角度隨著離開光軸而增大。
也可以是，具有配置在上述光源的與上述光學(xué)單元相對一側(cè)的，將來自上述光源的光反射到上述光學(xué)單元一側(cè)的反射部件。
也可以是，上述光源是管狀的發(fā)光管，上述菲涅耳透鏡的對頂角是沿與上述發(fā)光管的長度方向垂直的方向形成的根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供一種照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，使從該入射面入射的一部分光全反射的反射面，和光射出面，配置在上述光源的與上述光學(xué)單元相對一側(cè)的，將來自上述光源的光反射到上述光學(xué)單元一側(cè)的反射部件，其中，在上述光學(xué)單元的上述光射出面一側(cè)的上述反射面上的切線的，對于上述光學(xué)部件的光軸的傾斜角，或者，在上述入射面一側(cè)的上述反射部件上的切線的，對于上述光學(xué)部件的光軸的傾斜角，向著光的行進(jìn)方向而逐漸增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供一種照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，使從該入射面入射的一部分光全反射的反射面，和光射出面，配置在上述光源的與上述光學(xué)單元相對一側(cè)的，將來自上述光源的光反射到上述光學(xué)單元一側(cè)的反射部件，其中，上述入射面一側(cè)的上述反射部件的開口直徑，向著光的行進(jìn)方向逐漸增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，提供一種照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，使從該入射面入射的一部分光全反射的反射面，和光射出面，其中，在上述全反射面的至少一部分上形成漫射部分。
其他特征通過下面的附圖和說明會弄明白。
圖2是本發(fā)明的第1實施例的閃光發(fā)光裝置光學(xué)系統(tǒng)的閃光放電管直徑方向的縱向截面圖。
圖3是本發(fā)明的第1實施例的閃光發(fā)光裝置的只是主要光學(xué)系統(tǒng)的分解透視圖。
圖4是適用了本發(fā)明的第1實施例的閃光發(fā)光裝置的照相機(jī)的透視圖。
圖5A，5B，5C和5D是本發(fā)明的第1實施形式的閃光發(fā)光裝置光學(xué)系統(tǒng)的閃光放電管直徑方向的縱向截面圖。
圖6是由本發(fā)明的第1實施形式的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成得到的光度分布特性圖。
圖7是本發(fā)明的第2實施形式的閃光發(fā)光裝置的只是主要光學(xué)系統(tǒng)的分解透視圖。
圖8是由圖11A，11B，11C和11D的現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成得到的光度分布特性圖。
圖9A，9B，9C和9D是第1實施形式的變形例的閃光發(fā)光裝置光學(xué)系統(tǒng)的閃光放電管直徑方向的縱向截面圖。
圖10是由圖9A，9B，9C和9D的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成得到的光度分布特性圖。
圖11A，11B，11C和11D是與第1實施形式對比的現(xiàn)有的閃光發(fā)光裝置光學(xué)系統(tǒng)的閃光放電管直徑方向的縱向截面圖。
圖1A，1B是表示關(guān)于同一截面形狀從光源射出的光束中在照射面上只是向著光軸中心方向的光束的光路的圖，是表示在照明光學(xué)系統(tǒng)的各部件中實際使用的區(qū)域，并且能夠特定向著照射面上的光軸中心的成分是由什么樣的光路形成的圖。
根據(jù)本實施例的閃光發(fā)光裝置，如圖4所示從照相機(jī)主體的正面觀看時，配置在右上部，射出窗具有形成了縱菲涅耳透鏡的上下方向薄的形態(tài)。
在圖4中，1是閃光發(fā)光單元，11是攝影裝置主體，12是備有攝影透鏡的透鏡鏡筒，13是釋放按鈕，14是為了改變的攝影透鏡焦距的操作部件，在將操作部分推到前側(cè)時能夠向望遠(yuǎn)方向改變焦距，在推到后側(cè)時向廣角方向改變焦距。15是用于切換照相機(jī)的各種模式的操作按鈕，16是為了將照相機(jī)的工作通知用戶的液晶顯示窗，17是測定外部光亮度的測光裝置的窺視窗，18是取景器的窺視窗。此外，因為涉及閃光發(fā)光單元外的各個功能是眾所周知的技術(shù)，所以這里省略對它們的詳細(xì)說明。又，本發(fā)明的機(jī)械構(gòu)成要素不限定于上述構(gòu)成。
下面，我們用圖1A，1B和圖2-圖3更詳細(xì)地說明作為本發(fā)明主要著眼點的規(guī)定閃光發(fā)光單元的光學(xué)特性的構(gòu)成要素。
在這些圖中，2是發(fā)出閃光，左右為長度方向的圓筒形狀的閃光放電管(氙管)。3是使從閃光放電管2射出的光束中向著光射出方向后方的成分反射到光射出方向的反射傘，它的內(nèi)面是由形成高反射率面的光亮的鋁等金屬材料，或在內(nèi)面上形成高反射率的金屬蒸涂面的樹脂材料等構(gòu)成的。4是使從閃光放電管2直接射出的光束和由反射傘3反射后入射的光束高效率地照射到被拍攝物體一側(cè)的用于照明光束導(dǎo)光的光學(xué)部件。作為上述光學(xué)部件4的材料，可以用丙烯酸樹脂等的透射率高的光學(xué)用樹脂材料，或玻璃材料。
在上述構(gòu)成中，攝影裝置11，如現(xiàn)有的眾所周知的技術(shù)那樣，例如當(dāng)將照相機(jī)設(shè)置在“頻閃自動模式”中時，用戶按下釋放按鈕13后，根據(jù)由圖中未畫出的測光裝置測定的外部光亮度和裝入膠卷的靈敏度，圖中未畫出的中央計算裝置判斷是否使閃光發(fā)光裝置發(fā)光。中央計算裝置在攝影狀況下判定“使閃光發(fā)光裝置發(fā)光”時，中央計算裝置發(fā)出發(fā)光信號，通過安裝在反射傘3上的圖中未畫出的觸發(fā)引線使閃光放電管2發(fā)光。發(fā)光的光束，與照射光軸相反方向射出的光束經(jīng)由反射傘3，此外在照射方向射出的光束直接入射到配置在前面的光學(xué)部件4，通過這個光學(xué)部件4變換到預(yù)定的光度分布特性后，照射到被拍攝物體一側(cè)。
本發(fā)明是特別使攝影裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)的全體形狀極其薄型化，并且均勻保持這時的需要的照射范圍的光度分布特性的照明裝置的提案，下面我們用圖1A，1B到圖2更詳細(xì)地說明它的最佳形狀的設(shè)定方法。
圖1A，1B是在包含構(gòu)成本發(fā)明第1實施例的閃光發(fā)光裝置的光學(xué)系統(tǒng)的主要部分的閃光放電管的中心軸的平面切開的截面圖，是表示為了實現(xiàn)左右方向的聚光特性最佳化的基本考慮的圖。又，圖1A，圖1B表示同一個截面圖，也附有在照射面上的光軸(O)中心方向上照射的光束的光線軌跡部分。又，圖中各部分的標(biāo)號與圖2，圖3相對應(yīng)。此外，將圖1A，圖1B所示的由光學(xué)部件導(dǎo)向被拍攝物體的光束的中心定義為光軸。
如圖1A所示，從閃光放電管2射出的光束，在從光學(xué)部件4的入射面4a入射后，從在射出面一側(cè)形成的菲涅耳透鏡面4b射出。這時，我們看到由于菲涅耳透鏡的折射力，存在著從比作為閃光放電管的實質(zhì)發(fā)光范圍的弧長寬的寬度區(qū)域向著照射面的射出光軸方向的光束，能夠得到聚光效果。但是，如也從同一個圖中可以看到的那樣，當(dāng)為了持有聚光作用形成菲涅耳透鏡時，在菲涅耳透鏡的邊緣部分產(chǎn)生不連續(xù)點，存在著在射出光軸(O)方向上對光學(xué)系統(tǒng)的開口部分的面積沒有貢獻(xiàn)的區(qū)域。又，我們看到這種現(xiàn)象大多發(fā)生在離開發(fā)光部分中心的周邊區(qū)域中。即，我們看到通過使用菲涅耳透鏡能夠得到由折射產(chǎn)生的大幅度的聚光效果，但是由于使照明光學(xué)系統(tǒng)的開口部分?jǐn)U大到超過需要，不能形成使用本來的開口全面的高空間效率的光學(xué)系統(tǒng)。
在本實施例中，通過有效地使用在這種菲涅耳透鏡面上不存在向著射出光軸方向的光束的區(qū)域的開口部分，形成高效率的光學(xué)系統(tǒng)。又，根據(jù)這個效果，構(gòu)成在給出的開口面積中導(dǎo)出最大的閃光指數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)。
為了這樣的構(gòu)成，在本實施例中，對圖1B所示的光學(xué)部件4的各個部分的形狀想辦法。即，使光學(xué)部件4的側(cè)面部分4c，4c′具有最佳的曲面形狀，在這個面上全反射光。進(jìn)一步，將全反射后的光束導(dǎo)入菲涅耳透鏡部分的邊緣面，通過在這個邊緣面上的折射，形成向著射出光軸方向的新光路。因此，除了圖1A所示的光束外，還加上圖1B所示的光束，從光學(xué)部件4的射出面4b的幾乎整個面，存在向著射出光軸方向的光束，能夠構(gòu)成最有效地利用開口面積的光學(xué)系統(tǒng)。
又，在圖示的本實施例中，作為光學(xué)部件4的全反射面4c，4c′的面形狀取與菲涅耳透鏡射出面連接的R50(曲率半徑50mm)的圓柱透鏡的形狀。這個圓柱透鏡面具有在圖1A，1B的紙面上給出曲率，但是對于圖面垂直方向不給出曲率的形狀。又，關(guān)于菲涅耳透鏡的邊緣面的傾斜角，為了在這個面上折射后向著射出光軸方向，隨著使邊緣面的角度離開菲涅耳透鏡面的光軸中心，使各面的角度變成為銳角度(變大)那樣地改變傾斜角。又，所謂菲涅耳透鏡的邊緣面指的是構(gòu)成菲涅耳透鏡的兩個面中，離菲涅耳透鏡的光軸近的那個面。
這是為了使這個全反射后在菲涅耳透鏡的邊緣部分折射的成分在照射面上不偏向一定的方向。即，在使菲涅耳透鏡的邊緣部分的傾斜角的連續(xù)變化和全反射面4c，4c′的曲面化相關(guān)聯(lián)，從而開發(fā)出不使光度分布特性的連續(xù)性崩潰那樣的形狀。
在本實施例的構(gòu)成中，作為光學(xué)部件4的全反射面4c，4c′的形狀取中心軸在光軸一側(cè)，并且存在于從菲涅耳透鏡面到照射面一側(cè)的一定曲率(R50)的圓柱透鏡面，但是不一定限于這種形狀，也可以采用能夠持有與它同樣效果的各種形狀。例如，也可以由傾斜角不同的多個面形狀構(gòu)成側(cè)面的全反射面。又，不一定限定于圓柱透鏡面形狀，也可以是各種2次曲面形狀和復(fù)曲面形狀那樣的3次曲面形狀。
又，在本實施例中，具有使菲涅耳透鏡的邊緣部分與光軸中心的角度向著周邊部分逐漸增大那樣的構(gòu)成，這是因為隨著從光源中心離開，在本來的涅爾透鏡的折射面上可以折射的區(qū)域逐漸變小，所以不需要設(shè)置超過需要的菲涅耳透鏡面。又，因為在光學(xué)部件4的側(cè)面全反射部分4c，4c′中容易控制的區(qū)域是接近這個全反射面的區(qū)域，所以使菲涅耳透鏡部分的傾斜角為零，增加它的全反射光成分，這從光學(xué)系統(tǒng)全體來看時是有效的。
又，將菲涅耳透鏡面如圖3所示，配置在與上述光源的長度方向大致垂直的方向上。
其次，使用圖2的截面圖，說明閃光發(fā)光裝置的光學(xué)系統(tǒng)的上下方向的形狀。
首先，反射傘3的截面形狀是將射出光軸后方的形狀做成與閃光放電管2大致同心的半圓筒形狀(3a)。這是使反射傘的反射光再次回到光源的中心部分附近的良好形狀，具有難以受到閃光放電管的玻璃部分的折射或全反射引起的惡劣影響的效果。又，通過這樣的構(gòu)成，因為能將反射傘的反射光作為與來自光源的直接光大致等效的光束來處理故容易構(gòu)想，又適合于能夠使后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)的全體形狀最小型化。
另一方面，反射傘3的距光源的前側(cè)射出面近的部分3b，3b′是由隨著接近射出端部分，開口面積的增大率變大那樣的非球面形狀構(gòu)成的。這個形狀作為緩和在封入放電管的玻璃管和光學(xué)系統(tǒng)的不連續(xù)點發(fā)生的光度分布不均勻的方法是有效的，它能夠保持均勻的光度分布特性并進(jìn)行聚光。
其次，說明配置在反射傘的射出面上的光學(xué)部件4的形狀。如圖所示，光學(xué)部件4由在入射面4a和射出面4b之間，將入射面一側(cè)作成平面，隨著從入射面到射出面的傾斜變化逐漸增大，使到射出面一側(cè)的末端逐漸擴(kuò)大的傾斜面4d，4d′構(gòu)成。這個4d，4d′構(gòu)成全反射面，構(gòu)成由反射引起的光量損失很少效率極高的良好的反射光學(xué)系統(tǒng)。又，通過采用這種光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)過多次反射，逐漸地對發(fā)散光束進(jìn)行聚光控制，可以形成能夠?qū)⑸舷路较虻恼丈浣嵌纫种圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，同時將上下方向的高度抑制到最小限度的構(gòu)成。我們將根據(jù)圖5A-5D詳細(xì)述說該情況。
圖5A-5D是本發(fā)明的第1實施形式的閃光發(fā)光裝置的放電管直徑方向的縱向截面圖，是表示為了達(dá)到上下方向的光度分布特性最佳化的基本考慮的圖。又，圖5A-5D都表示同一個截面圖，圖5B-5D是在這個截面圖中附加了在照射面上的特定角度方向照射的光束的光線軌跡部分的圖。
首先，在說明各部分前，先概要地說明在考慮作為本發(fā)明目的的防止光度分布不均勻時，認(rèn)為最重要的發(fā)生光度分布不均勻的主要原因。
在如本實施形式所示的通過多個反射部件的反復(fù)反射進(jìn)行上下方向聚光的光學(xué)系統(tǒng)中，因為在從反射傘3到光學(xué)部件4，又從光學(xué)部件4到光學(xué)部件外側(cè)的各個反射面的邊界部分附近，反射率的變化和反射面形狀的急劇變化，所以容易在光度分布特性中產(chǎn)生不連續(xù)點。而且，這種不連續(xù)點成為在照射面上發(fā)生橫條狀的光度分布不均勻的一個原因。
又，作為造成光度分布不均勻的又一個主要原因可以舉出存在著為了將作為發(fā)光體的氙氣封入作為光源的閃光放電管中的玻璃管部分。即，雖然這個玻璃部分不發(fā)光，但同時在玻璃管內(nèi)壁產(chǎn)生不要的全反射，這種現(xiàn)象也在光度分布特性上產(chǎn)生不連續(xù)點。特別是，這個玻璃管部分的厚度與實際發(fā)光的閃光放電管內(nèi)徑比較越厚，則越容易產(chǎn)生特性不同的不連續(xù)點，結(jié)果引起光度分布不均勻現(xiàn)象。
而且，這種各個角度的強(qiáng)度不均勻，因為在很多情形中作為光源的氙放電管是細(xì)長的，光學(xué)部件的各垂直截面具有大致相同的形狀，所以容易在各垂直截面的相同角度同時發(fā)生光度分布不均勻，在照射面上的特定角度區(qū)域出現(xiàn)連續(xù)的水平延伸的線狀的光度分布不均勻。根據(jù)人眼的特性特別容易識別這種水平延伸的線狀不均勻，并且容易識別作為比實際的明暗差更顯著的光度分布不均勻。
下面，我們依次說明為了防止以上那樣的光度分布不均勻發(fā)生的主要原因的本實施形式中的光學(xué)系統(tǒng)的特征性形狀。
首先，反射傘3，在射出光軸后方，形成半圓筒形狀3a的圓弧部分3a，該圓弧部分3a形成與收藏的閃光放電管2的外形形狀大致符合的內(nèi)徑形狀。這是使反射傘3的反射光再次回到光源的中心部分附近的良好形狀，具有難以受到閃光放電管2的玻璃部分的折射或全反射引起的惡劣影響的效果。又，通過這樣的構(gòu)成，由于能將反射傘3的反射光作為與來自光源的直接光大致等效的光束來處理故容易構(gòu)想，又適合于能夠使后續(xù)的光學(xué)系統(tǒng)的全體形狀最小型化。
另一方面，反射傘3前方的上下擴(kuò)開的反射面3b，3b′，由隨著光源前側(cè)的射出面的附近部分接近射出端部，開口面積的增大率變大那樣的非球面形狀構(gòu)成。此外，作為現(xiàn)有例表示的圖11A-11D的反射傘103的上下擴(kuò)開的反射面103b，103b′，隨著接近射出端部上下方向的對置距離變長那樣地傾斜，但是這些反射面103b，103b′是平坦面。
而且，以往，這種頻閃光學(xué)系統(tǒng)的反射傘形狀雖然隨著接近射出端部，開口面積(或開口直徑)增加，但幾乎都是作為增加率逐漸減少的。即，作為反射傘的截面形狀，使用接近橢圓形或橢圓形狀的單側(cè)半部分的2次曲線的情形是很多的，例外地，只看到個別由考慮聚光性優(yōu)先的拋物面和考慮小型化優(yōu)先的平面構(gòu)成的情形，如本實施形式那樣不使開口面積(或開口直徑)的比例增加。
在這種現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)中，主要只由反射傘控制上下方向的光度分布特性的情形是很多的，從將射出面的開口面積抑制到必須的最小限度大小的目的出發(fā)可以考慮采用上述形狀。
另一方面，本實施形式的照明光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成與現(xiàn)有的不同，主要是由配置在這個反射傘3更前方的光學(xué)部件4對上下方向的光度分布特性進(jìn)行控制。
即，具有在反射傘3的射出開口部分的前面，配置由全反射控制上下方向的光度分布特性的光學(xué)部件4，將上下方向的照度角度抑制在一定范圍內(nèi)，同時利用多次反射將上下方向的高度抑制在最小限度內(nèi)的構(gòu)成。
這樣，主要是由配置在反射傘3的前方的光學(xué)部件4的全反射對上下方向的光度分布特性進(jìn)行控制，但是使光源后方的圓弧部分3a的反射光和光學(xué)部件4的全反射光，在光學(xué)部件4的射出面4b上，上下方向連續(xù)地變化對于使光度分布均勻化是重要的。
在本實施形式中，為了達(dá)到這個目的，使反射傘3的射出部分附近的形狀成為持有與上述光學(xué)部件4的全反射光連續(xù)的反射特性那樣的形狀。
作為這時的反射傘3的射出面一側(cè)的形狀，當(dāng)由平面構(gòu)成的光學(xué)部件的上下反射面的對于射出光軸O的傾斜角為θ，光學(xué)部件4的折射率為n，和將要入射到光學(xué)部件4前的反射傘的切線的傾斜角為α?xí)r，最好是存在滿足下列公式那樣的角度關(guān)系。
Sin(α)≈n*Sin(θ) (1)通過滿足上述公式(1)，反射傘3的上下反射面3b，3b′和光學(xué)部件4的全反射面的反射率不同，但是作為反射角度特性，可以得到連續(xù)的反射光分布。
根據(jù)上述公式(1)，控制反射傘3的射出面上的切線的傾斜角α。其次，說明這個傾斜角與后方的圓弧部分3a的反射面結(jié)合的形狀。
作為射出面附近的反射傘3的上下反射面的形狀，希望是從后方的圓弧部分3a，連續(xù)地與光學(xué)部件4的入射面4a近旁的曲線的切線角度α相連接的曲面。通過使反射傘3形成這樣的形狀，在反射成分中沒有不連續(xù)點，能夠得到?jīng)]有光度分布不均勻的均勻的光度分布特性。
可是，實際上，因為由放電管2的玻璃管產(chǎn)生的惡劣影響，所以從圓弧部分3a連續(xù)地開始非球面形狀并不一定是最佳的形狀。
如在本實施形式的形狀中看到的那樣，通過使發(fā)生這個連續(xù)的角度變化的曲面從不再入射到閃光放電管2的玻璃部分的光源中心稍微前側(cè)開始，能夠防止不要的光量損失于未然。
另一方面，本發(fā)明的照明光學(xué)系統(tǒng)的又一個形狀特征是使在光學(xué)部件4的全反射面4c，4c′的至少射出面近旁4d，4d′的全反射面形狀，由與反射傘3的射出面近旁的形狀相同，隨著接近射出端4b，開口面積的增大率變大那樣的曲面形狀構(gòu)成。特別是，在本實施形式中的光學(xué)部件4的形狀是，對于從入射面4a連接的傾斜平面形狀，與這個傾斜平面相接的曲面形狀。
關(guān)于這時的在射出面近旁4d，4d′的曲面形狀，存在最佳曲率β，該曲率過小或過大都不能夠得到均勻的光度分布特性。作為實驗性數(shù)值解，也與全反射面的傾斜角有關(guān)，但是希望位于下列的曲率(mm)的范圍內(nèi)。
R30≤β≤R300 (2)在上述公式中，當(dāng)下限值在R30以下時，因為不僅使光學(xué)部件4的射出部分104b附近的光束有一些漫射，而且使它發(fā)生大幅度的變化，所以不僅形成比本來的照射角度范圍窄的光度分布，不能夠得到所要范圍的光度分布，而且容易產(chǎn)生由校正過多引起的新的光度分布不均勻。又，當(dāng)在作為上限值的R300以上時，漫射性不足，不能充分除去光度分布不均勻，留下橫條狀的光度分布不均勻。
在本實施形式中，將射出面近旁的曲率控制在上述范圍的大致中間的R110，進(jìn)行最佳化使照射面上的光度分布不均勻成為最小。
在本實施形式中，使這個光學(xué)部件104的射出面104b附近的上下射出面近旁部分4d，4d′的形狀為一定曲率的圓柱面，但是不一定需要是一定曲率的曲面，即便是持有與它同等效果的非球面和其它2次曲面也沒有關(guān)系，這是不言而喻的。
其次，為了說明本實施形式對光度分布不均勻是有效的，我們一面對比作為圖11A-11D表示的現(xiàn)有例，反射傘103的射出面近旁的上下反射面103b，103b′的形狀是平面，并且光學(xué)部件104的上下全反射面104c，104c′的射出面近旁也只由平面構(gòu)成者，和如圖9A-9D所示，只使反射傘3中的上下反射面3b，3b′的射出面近旁形狀如本實施形式那樣由射出面的面積的增大率變大的形狀構(gòu)成，光學(xué)部件104和將圖7所示的部件組合起來的第1實施形式的變形例，一面詳細(xì)說明產(chǎn)生光度分布不均勻的過程。
首先，說明在與圖5B，圖11B，圖9B所示的射出光軸方向大致相同方向中行進(jìn)的光束。
我們看到在作為本發(fā)明的實施形式的圖5B中，對射出光軸方向有貢獻(xiàn)的光束是來自作為光源的閃光發(fā)光管2的直接光，由反射傘3的各個上下擴(kuò)開反射面3b，3b′產(chǎn)生的一次反射光，和進(jìn)一步由光學(xué)部件4的上下全反射面4c，4c′產(chǎn)生的一次反射光等共計5種光束貢獻(xiàn)的。
這里，在來自光源的直接光A和光學(xué)部件4的全反射光B之間，由反射傘3產(chǎn)生的反射光C位于窄的區(qū)域內(nèi)，但是它的存在成為大的特征。這個狀態(tài)也與圖9B所示的本第1實施形式的的變形例的情形大致相同。
另一方面，在圖11B所示的現(xiàn)有例的情形中，因為反射傘103的上下擴(kuò)開反射面(射出面)103b，103b′和光學(xué)部件104的反射面104c，104c′全都由平面構(gòu)成，所以只存在來自作為光源的閃光發(fā)光管2的直接光A和由光學(xué)部件104的反射面104c，104c′產(chǎn)生的全反射光B，在這些光束之間，存在著寬度大的沒有向著射出光軸方向的光束的區(qū)域D。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，如果將光路大致分開的話則存在著直接光A，由反射傘3產(chǎn)生的反射光C，由光學(xué)部件4產(chǎn)生的反射光B這樣3種5層的成分，并且形成在各個區(qū)域之間不產(chǎn)生大的間隙的光學(xué)系統(tǒng)。
另一方面，在由平面構(gòu)成反射傘103的反射面103b，103b′的圖11B中，我們看到向著射出光軸中心的直接光A和由光學(xué)部件104的反射面104c，104c′產(chǎn)生的反射光B存在于分離的位置上。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，在本來那樣的各區(qū)域的邊界部分中沒有不存在光束的區(qū)域，即便在邊界部分中也存在著連續(xù)的光束，能夠得到?jīng)]有光度分布起伏的均勻的光度分布特性。
可是，作為上述光度分布不均勻的原因，如已經(jīng)說明的那樣，在閃光放電管2中實際上存在著作為放電管密封部件的玻璃管，這部分中的不連續(xù)性產(chǎn)生光度分布不均勻。
因此，作為防止光度分布不均勻于未然的方法也希望采用將由這種玻璃管產(chǎn)生的不連續(xù)部分的影響抑制到最小限的構(gòu)成。
在本實施形式中，為了實現(xiàn)這個條件，特別要對作為不連續(xù)部分的玻璃管的區(qū)域的非常近旁，即，反射傘3的射出開口部分近旁的形狀下工夫，做成雖然到達(dá)這個區(qū)域的光束處于窄的區(qū)域，但是形成在廣大的角度范圍中確實能夠得到反射光那樣的面形狀。即，使其持有擴(kuò)大開口部分那樣的向外的曲率，換句話說形成隨著接近開口部分，開口部分的面積增大那樣的形狀。
這樣，通過使反射傘3形成隨著上下擴(kuò)開反射面3b，3b′接近上述開口部分，開口部分的面積增大那樣的形狀，各個角度成分的照度分布總是持有特性不同的多個反射光成分，使光束的不連續(xù)點難以明顯地存在，從而具有達(dá)到光度分布均勻化的效果。
其次，如圖5C，圖11C，圖9C所示，關(guān)注并考慮在從光軸傾斜預(yù)定角度的方向，向著正好幾乎沒有光學(xué)部件4，104上側(cè)的反射面4c，104c中的反射光成分的角度(本實施形式中為上側(cè)6°)的光束。
這時，我們看到，如圖5C所示在本實施形式中，光學(xué)部件4的上側(cè)反射面4c的反射成分逐漸消失，但是由反射傘3的上側(cè)擴(kuò)開反射面3b反射的光束，由光學(xué)部件4的下側(cè)反射面4c′進(jìn)一步全反射的2次反射光C′逐漸增加，對其進(jìn)行補(bǔ)償。因此，即便在照射面上，因為使照度均勻那樣地維持照度，所以難以產(chǎn)生光度分布不均勻。
另一方面，如圖11C，圖9C所示，當(dāng)使反射傘103，3的上下反射面(射出面)103b，103b′，3b，3b′和光學(xué)部件104的上下反射面104c，104c′中的至少一者為平面時(約6°的角度成分)，與圖5C所示的本實施形式的情形不同，反射傘103，3的上側(cè)擴(kuò)開反射面103b，3b和光學(xué)部件104的下側(cè)反射面104c的全反射產(chǎn)生的2次反射光不足夠或幾乎不存在，這個角度成分的光束減少。
因此，在照射面上在這個約6°的角度區(qū)域中產(chǎn)生黑暗部分，作為在照射面上的光度分布，與橫條狀的周圍比較，發(fā)生黑暗的區(qū)域。
下面，使用圖5D，圖11D，圖9D說明光學(xué)部件4，104的上部全反射面4c，104c的全反射成分完全失去的角度(本實施形式中為上側(cè)約10°)的情形。
如圖5D所示，由反射傘3的上側(cè)擴(kuò)開反射面3b反射，進(jìn)一步由光學(xué)部件4的下面全反射的2次反射光C′從上述圖5C的狀態(tài)連續(xù)地存在著。因此，在光度分布特性上沒有急劇的明暗變化，可以得到大致均勻的照度分布。
另一方面，在如圖11D，圖9D所示的狀態(tài)中，由反射傘103，3的上側(cè)擴(kuò)開反射面103b，3b反射的光束，由光學(xué)部件104的下側(cè)全反射面104c′全反射產(chǎn)生的2次反射成分C′急劇增加，作為照明面上的光度分布特性構(gòu)成明亮部分。特別是，當(dāng)使表示現(xiàn)有例的圖11D的反射傘103的上側(cè)擴(kuò)開反射面103b和光學(xué)部件104的下側(cè)反射面104c′為平面時，這種增加變得很顯著，變得極其明亮。作為這時的光度分布特性，因為與一度變暗了的區(qū)域的外側(cè)鄰接地發(fā)生明亮層，所以光度分布不均勻變得更加顯著。
圖6，圖8，圖10是表示不僅對于特定的角度，而且對于照射面上的各角度成分連續(xù)地求出顯示以上說明的內(nèi)容的圖(光度分布特性的分布圖)。又，分別地本實施形式與圖6，現(xiàn)有例與圖8，本實施形式的變形例與圖10對應(yīng)。這里，直線L表示照射中心，將令照射中心部分的強(qiáng)度為10時的各角度成分的強(qiáng)度與它的比(一定距離)連續(xù)地連接起來進(jìn)行顯示。又，以該照射中心線L為分界線，圖中右側(cè)表示上方向的光度分布狀態(tài)，左側(cè)表示下方向的光度分布狀態(tài)。
首先，當(dāng)圖11A-11D的現(xiàn)有例的反射傘103的上下反射面103b，103b′由平面構(gòu)成時，如圖8所示，隨著改變照射方向上面反射光首先消失，其次直接光的成分消失那樣地關(guān)于各照射方向的成分逐漸地發(fā)生變遷。當(dāng)發(fā)生這種變遷時，產(chǎn)生清楚的明暗差，人眼可以辨認(rèn)到光度分布不均勻。特別是，當(dāng)光學(xué)部件104的射出面為平面時，從某個一定角度(本實施形式中在6°附近)反射傘103和光學(xué)部件104的各個1次反射合計的2次反射光成分急劇增大，亮度的變化很顯著。與它一起，這個現(xiàn)象大致同時在各截面上進(jìn)行，在照射面上與閃光放電管的軸方向平行地產(chǎn)生清楚的線狀的明暗，即光度分布不均勻。就人的感性來說，對于線狀的明暗差具有極敏感的反應(yīng)，容易識別輕微的明暗差作為光度分布不均勻。
又，在圖9A-圖9D表示的隨著反射傘3的上下擴(kuò)開反射面3b，3b′接近開口部分，開口部分的面積增大那樣的形狀的本實施形式的變形例的構(gòu)成中，如圖10所示，與上述圖8的現(xiàn)有例相同產(chǎn)生該明暗部分，但是可以說與圖8所示的明暗差比較減少了，突出的峰消失了，緩和了光度分布不均勻。
另一方面，在表示本發(fā)明的實施形式的圖6中，為了難以發(fā)生這種線狀的明暗差，采取了將不存在上述光路的區(qū)域抑制到最小限度，以及在不存在光路的區(qū)域中設(shè)置新的光路使得不產(chǎn)生急劇的明暗差，進(jìn)一步模糊切換區(qū)域的狀態(tài)使得不同時產(chǎn)生明暗變化等的方法。因此，可以防止光度分布不均勻于未然。
如圖所示，在根據(jù)本實施形式的光度分布特性圖中，成為在約5°到10°的區(qū)域中不產(chǎn)生顯著的明暗差的光學(xué)系統(tǒng)，但是在表示現(xiàn)有例的圖8中我們看到這個5°到10°的角度區(qū)域中產(chǎn)生大幅度的明暗差，這成為以往的橫條狀的光度分布不均勻。這樣通過實施本實施形式所示的對策，能夠防止產(chǎn)生這種明暗差的照度分布不均勻于未然。
如以上說明的那樣，在利用由反射傘或光學(xué)部件的全反射產(chǎn)生的多次反射的照明光學(xué)系統(tǒng)中，容易在它的各反射層的切換的點產(chǎn)生光度分布不均勻，但是通過如本實施形式所示的對各反射面的射出面近旁的形狀下工夫，即便對于向各照射角度方向的照射，也不會引起大幅度的照度變化，能夠?qū)崿F(xiàn)持有均勻的光度分布特性的照明光學(xué)系統(tǒng)。
又，因為為了實現(xiàn)這時的光度分布均勻化，不需要在光路上的漫射面，能夠容易地對付光度分布不均勻，也因為向必要的畫角外的照射引起的能量損失很小，給予全體形狀和大小的影響很少，所以成為效率極高的對付光度分布不均勻的對策。
此外，本發(fā)明不限于上述的圖5A-5D和圖9A-9D所示的構(gòu)成，也可以是圖1A，1B的光學(xué)部件4和圖11A-11D所示的反射傘103的組合。
其次，使用圖7說明本發(fā)明的第2實施形式。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第2實施形式的照明裝置，特別是在本實施形式中的閃光發(fā)光裝置，只是該主要光學(xué)系統(tǒng)的透視圖。
在圖7中，22表示閃光放電管(氙管)，23表示反射傘，具有大致與第1實施形式相同的構(gòu)成。24是高效率地使直接從閃光放電管22射出的光束和反射傘23反射后入射的光束照射到被拍攝物體一側(cè)的用于照明光束導(dǎo)光的光學(xué)部件。作為上述光學(xué)部件24的材料，應(yīng)用與第1實施形式相同的丙烯酸樹脂等的透射率高的光學(xué)用樹脂材料，或玻璃材料。
本第2實施形式，是作為緩和光度分布不均勻的方法使用所需最低限度的漫射面的實施形式，防止全體形狀大型化，并且?guī)缀醪粫?dǎo)致光學(xué)特性惡化，只漫射給予光度分布不均勻影響的所需最低限度的成分的方法。下面，使用圖7更詳細(xì)地說明這種最佳形狀的設(shè)定方法。
圖7是本發(fā)明的第2實施形式的閃光發(fā)光裝置發(fā)光光學(xué)系統(tǒng)的分解透視圖。為了達(dá)到光度分布特性的均勻化，在光學(xué)部件24的射出面近旁的上下面，形成隨著接近射出面提高漫射程度的漫射面24a，在入射面近旁，形成在入射部分附近漫射性最高，隨著離開入射部分漫射程度逐漸下降的漫射面24b。
又，在本實施形式中，作為提高漫射程度的方法，是使漫射面自身的漫射程度一定，通過改變漫射面的面積使漫射程度變化的方式。例如，本實施形式的狀態(tài)是，如圖所示，通過排列將隨著漫射面24a接近光學(xué)部件24的射出面，成為大面積那樣的射出面作為底邊的多個三角形的漫射面，能夠得到具有上述效果的構(gòu)成。又，在圖中所示的例子中，我們看到只在上面形成這個漫射面，但是在下面也形成有同樣的漫射面。
這樣，通過在光學(xué)部件24的上下全反射面上形成漫射面24a，隨著接近射出面近旁使漫射程度增加，能夠得到與第1實施形式相同的效果。即，在由光學(xué)部件24的上下反射面產(chǎn)生的反射光和不通過反射面直接射出的光束之間產(chǎn)生不連續(xù)的區(qū)域，容易在照射面上產(chǎn)生光度分布不均勻，但是通過在這個區(qū)域上形成漫射面，能夠分散不均勻區(qū)域的成分，從而能夠?qū)崿F(xiàn)持有均勻的光度分布特性的照明光學(xué)系統(tǒng)。
與此相同，在向光學(xué)部件24的入射部分中，關(guān)于由反射傘23產(chǎn)生的反射光和光學(xué)部件24的入射部分附近的全反射光的不連續(xù)點，通過這樣地隨著沿光軸方向前進(jìn)，使漫射部分的面積逐漸變化，也同樣能夠達(dá)到光度分布均勻化的目的。
又，在上述實施形式中，表示了在光學(xué)部件24的反射面一側(cè)和入射面兩者形成漫射面的例子，但是不一定限于在兩側(cè)形成漫射面的構(gòu)成，也可以只在其中一方構(gòu)成漫射面。又，關(guān)于漫射面的形狀，在本實施形式中，形成三角形狀的漫射面，但是不一定限于這種形狀也可以是其它的形狀，最好是在形成不連續(xù)點的區(qū)域的近旁，逐漸改變漫射性的形狀。
又，如在第1實施形式中詳細(xì)述說的那樣，即便使反射傘的漫射性變化那樣地進(jìn)行構(gòu)成也能夠得到大致同樣的效果。例如，也可以對反射傘23的射出部分近旁的一部分實施漫射面處理那樣地進(jìn)行構(gòu)成，因此能夠緩慢地改變邊界部分周圍的光度分布。
進(jìn)一步，在本實施形式中，通過增減漫射部分的面積進(jìn)行各反射面的邊界部分近旁的漫射，但是不一定限于這種形態(tài)，也可以通過改變形狀，改變漫射性那樣地進(jìn)行構(gòu)成，使邊界面近旁的漫射性與周圍形狀比較增加那樣地進(jìn)行構(gòu)成。通過這樣的構(gòu)成，能夠得到與上述第2實施形式大致同等的效果。
如以上說明的那樣，通過在各光學(xué)部件的發(fā)生變遷的部分的地方近旁，采取使漫射性逐漸變化那樣的形狀，在照射面上，能夠得到明暗差很小的均勻的光度分布特性。
如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，在上下很薄的偏平型的照明光學(xué)系統(tǒng)中，通過側(cè)面反射將光導(dǎo)向菲涅耳透鏡可以有效地利用以往沒有利用的光。又，不需要追加價格高的光學(xué)部件，通過所需最低限度的部件構(gòu)成就能夠防止在構(gòu)造上非常容易發(fā)生的橫條狀光度分布不均勻。而且，這時在光學(xué)系統(tǒng)的前后方向不需要過多的空間，又因為在光學(xué)特性上能夠使本來不需要漫射的成分不進(jìn)行漫射，所以可以進(jìn)行效率極高的光度分布控制。
權(quán)利要求
1.照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，具備菲涅耳透鏡的光射出面，和使入射到上述入射面的光向上述菲涅耳透鏡全反射的側(cè)面反射面，其中，由上述側(cè)面反射面全反射的光通過菲涅耳透鏡折射，向上述被拍攝物體一側(cè)射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，上述光學(xué)單元的光軸附近一側(cè)的上述菲涅耳透鏡的邊緣面與該光軸所成的角度隨著離開光軸而增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，進(jìn)一步具有配置在上述光源的與上述光學(xué)單元相對一側(cè)的，將來自上述光源的光反射到上述光學(xué)單元一側(cè)的反射部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，上述光源是管狀的發(fā)光管，上述菲涅耳透鏡的對頂角是沿與上述發(fā)光管的長度方向垂直的方向形成的。
5.照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，使從該入射面入射的一部分光全反射的反射面，和光射出面，配置在上述光源的與上述光學(xué)單元相對一側(cè)的，將來自上述光源的光反射到上述光學(xué)單元一側(cè)的反射部件，其中，在上述光學(xué)單元的上述光射出面一側(cè)的上述反射面上的切線的，對于上述光學(xué)部件的光軸的傾斜角，或者，在上述入射面一側(cè)的上述反射部件上的切線的，對于上述光學(xué)部件的光軸的傾斜角，向著光的行進(jìn)方向而逐漸增加。
6.照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，使從該入射面入射的一部分光全反射的反射面，和光射出面，配置在上述光源的與上述光學(xué)單元相對一側(cè)的，將來自上述光源的光反射到上述光學(xué)單元一側(cè)的反射部件，其中，上述入射面一側(cè)的上述反射部件的開口直徑，向著光的行進(jìn)方向逐漸增加。
7.照明裝置，包括光源，配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元，該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，使從該入射面入射的一部分光全反射的反射面，和光射出面，其中，在上述全反射面的至少一部分上形成漫射部分。
全文摘要
提供一種照明裝置，包括光源和配置在上述光源的被拍攝物體一側(cè)前方的光學(xué)單元。該光學(xué)單元備有入射來自上述光源的光的入射面，具備菲涅耳透鏡的光射出面，和使入射到上述入射面的光向上述菲涅耳透鏡全反射的側(cè)面反射面，而且，由這個側(cè)面反射面全反射的光通過菲涅耳透鏡折射，高效率地照射被拍攝物體。
文檔編號F21V5/00GK1437064SQ03102348
公開日2003年8月20日 申請日期2003年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月5日
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