(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、該光源手段からの光束を被照射方向に照射する為の光学プリズムとを有した照明装置において、該光学プリズムは該光源手段からの光束のうち、射出光軸近傍に射出した光束を入射させる第１入射面と、該第１入射面からの光束を直接入射させる射出面と、該光源手段からの光束のうち、該射出光軸近傍より大きな角度で射出した一部の光束を入射させる第２の入射面と、該第２の入射面からの光束を傾斜させて該射出面より射出させる全反射面とを有し、これらの各面は該光源手段の光源中心から射出した光線が該射出光軸に対してなす角度と該射出面からの通過後の射出光軸に対する射出角度との間にある一定の相関関係を持たせると共に、第一入射面で制御された最大射出角度成分αmaxと第二入射面及び全反射面で制御された最大射出角度成分βmaxとの間に
０．８≦｜βmax／αmax｜≦１．２
の関係を満たすような形状で構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
光源手段と、該光源手段からの光束を被照射方向に照射する為の光学プリズムとを有した照明装置において、該光学プリズムは該光源手段からの光束のうち、射出光軸近傍に射出した光束を入射させる第１入射面と、該第１入射面からの光束を直接入射させる射出面と、該光源手段からの光束のうち、該射出光軸近傍より大きな角度で射出した一部の光束を入射させる第２の入射面と、該第２の入射面からの光束を傾斜させて該射出面より射出させる全反射面とを有し、これらの各面は該光源手段の光源中心から射出した光線が射出光軸に対してなす角度と上記光学プリズム通過後の射出光軸に対する射出角度との間にある一定の相関関係を持たせかつ、第一入射面からの光束を射出光軸近傍の成分に対応させ、第二入射面から入射した光束を必要照射範囲の周辺部分に対応させると共に、第一入射面で制御された最大射出角度成分αmaxと第二入射面及び全反射面で制御された最小射出角度成分のうち射出光軸と交わる成分βmin、それとは逆方向の成分γminとの間に
０．８≦｜βmin／αmax｜≦１．２
０．８≦｜γmin／αmax｜≦１．２
の関係が成立するような形状で構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記第一入射面の形状は前記光源手段からの光束が、該第１入射面に入射時の該射出光軸となす角度をθ、射出面から射出する射出角度をα、必要照射角に応じた比例定数ｋとすると、α＝ｋ・θ及び前記第二入射面及び全反射面の形状は該光源手段からの光束が該第２入射面に入射時の該射出光軸となす角度θ、射出面から射出する射出角度をβ、必要照射角に応じた比例定数ｈとすると、
β＝ｈ・（θ−９０°）
の関係にあることを特徴とする請求項１又は２の照明装置。
【請求項４】
前記第一入射面の形状は前記光源手段からの光束が、該第１入射面に入射時の該射出光軸となす角度をθ、射出面から射出する射出角度をα、必要照射角に応じた比例定数ｋとすると、
α＝ｋ・θ
及び前記第二入射面及び全反射面の形状は該光源手段からの光束が該第２入射面に入射時の該射出光軸となす角度θ、射出面から射出する射出角度をβ,第一入射面と第二入射面の境界と光源中心とを結ぶ角度をθbdr、必要照射角に応じた比例定数ｈとすると、
β＝ｈ・｛θ−（４５°＋θbdr／２）｝
の関係にあることを特徴とする請求項１、２又は３の照明装置。
【請求項５】
前記光学プリズムの第一入射面の形状または全反射面の形状を、光源中心からの射出角度と相関関係を持った連続非曲面形状を近似する面形状の組み合わせによって形成したことを特徴とする請求項第１乃至４のいずれか１項の照明装置。
【請求項６】
前記光学プリズムの第一入射面と第二入射面との境界線と、光源中心とを結ぶ線分の射出光軸に対する傾きθbdrが、
２５°≦θbdr≦４５°
の範囲にあること特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項の照明装置。
【請求項７】
前記光学プリズムの全反射面は、射出光軸方向に関して前記光源手段の光源中心と略一致する方向まで伸びていることを特徴とする請求項第１乃至６のいずれか１項の照明装置。
【請求項８】
前記光源手段は、直管状の閃光放電管であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項の照明装置。
【請求項９】
前記光源手段の射出光軸に沿った後方に、該光源手段からの射出光束を反射させる反射傘を配置すると共に、該反射傘は光源手段の中心を中心とするほぼ同心形状の反射面を少なくとも一部に形成していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の照明装置。
【請求項１０】
前記光源手段の射出光軸に沿った後方に、該光源手段からの射出光束を反射させる反射傘を配置すると共に、該反射傘は、前記光学プリズムの全反射面の少なくとも一部の背面に回り込むように配置して構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の照明装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の照明装置を有することを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置及びそれを用いた撮影装置に関し、例えばビデオカメラ，フィルムカメラ，デジタルカメラ等においてカメラ本体（撮影本体）の一部に装着して、カメラ本体の撮影動作と連動させて照明光（閃光）を被写体側へ効率よく照射し、撮影させる際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカメラ等の撮影装置に用いられている照明装置は、光源と、この光源から発せられた光束を前方（被写体側）に導く反射鏡やフレネルレンズ等の光学部品とで構成されている。
【０００３】
このような照明装置のうち、光源から様々な方向に射出した光束を、効率よく必要照射画角内に集光させるようにした照明装置が、従来より種々の提案されている。
【０００４】
特に、近年、光源の前側（被写体側）に配置されていたフレネルレンズのかわりに、プリズム・ライトガイド等の全反射を利用した光学部材を配置することによって、集光効率の向上、小型化を図ったものが提案されている。
【０００５】
本出願人は例えば、特開平4−１３８４３８で示したように、光源から前方に射出された光束を正の屈折力を有するレンズによって、又光源から側方へ射出する光束を光学部材に入射後前方に向けて反射させる全反射面によってそれぞれ集光させ、同一の射出面から（すなわち、光源からの光学部材への入射面位置で光路分割された光束を同一射出面から）射出させる小型で集光効率の高いプリズムを用いた照明光学系を提案している。
【０００６】
また、この改良の提案として、特開平８−２６２５３７号公報において、プリズムを光源よりも前側に配置し、照明光学系の全体形状を小型化したものや、プリズムの全反射光に対応する射出面を光軸に対して傾斜させたものが提案されている。
【０００７】
さらに、本出願人は、特開平８−２３４２７７号公報において、光源の近傍でライトガイドを利用した光束を光学部材に取り込み、その後この光学部材内で全反射を繰り返すことによって集光かつ均一な配光に変換する、全反射を利用した光損失の少ない照明光学系を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、カメラ等の撮影装置においては、装置自体の小型・軽量化が進む一方、撮影レンズは、高付加価値を持たせるために高倍率ズーム化の傾向にある。一般的に、このような撮影装置の小型化かつ高倍率化によって撮影レンズは徐々に暗くなる傾向にあり、補助光源を使用しないで今までと同じ明るさの条件で撮影をしようとすると、手ぶれを起こしやすく、思い通りの写真にならない場合が多かった。
【０００９】
この状況を補う為、通常、カメラ等の撮影装置では、補助光源として照明装置（以下ストロボ装置）が内臓されているが、上記のような状況からこの補助照明装置の使用頻度が従来までに比べて大幅に増加すると共に一回の撮影に必要とされる発光量も増える傾向にあった。すなわち、通常カメラ等の撮影装置において、２回に１回の割でストロボを発光させると仮定すると、この照明の為に消費されるエネルギは、カメラ全体の消費量の８０％を占めるとも言われている。
【００１０】
上記のようなストロボの使用頻度の増加は、装置全体に占めるストロボ部での消費電力の割合の増加に更に拍車をかけるものになっている。また、撮影レンズが暗くなっているため、同じ距離の被写体を同じ明るさで撮影するためには、より多くの光量が必要とされる反面、撮影装置の小型化に伴って照明装置の形状そのものは小型化しなければならないなど、この種の照明装置に課せられた課題は今までになく厳しいものになっていた。
このような背景から、先の特開平４−１３８４３８号公報では、閃光発光装置の前面に、主に光源の側方に射出した光束を光学部材に入射させた後、全反射させ一定方向に集光させる上下二つの面と、これとは別に正面に形成した正の屈折力を持ち集光させる面で構成し、それぞれの面によって集光させた後、同一射出面から被写体側に効率良く射出させる形態の照明光学系を提案した。
【００１１】
しかし、この提案では、照明を行う被写体の中心部付近の照度を向上させるのに大変効果がある。
【００１２】
また、特開平８−２６２５３７号公報においては、先の提案の照明装置を改良した照明装置が開示されている。又、特開平８−２３４２７７号公報では、光源の長手方向の集光を、ライトガイド内部で全反射を繰り返すことによって得られるように構成し、均一で光損失の少ない照明光学系を形成している。
【００１３】
本発明は、本出願人が先に種々と提案した照明装置を更に改良し、撮影装置の照明光学系の全体形状を極端に小型化しつつ、そのときの必要照射範囲の配光特性を均一に保つこと、さらに、光学特性を低下させず、むしろ画角内に照射される有効エネルギを増加させることのできる照明装置及びそれを用いた撮影装置の提供を目的とする。
【００１４】
本発明の更なる目的は、今までの照明光学系に比べて極端に小型、薄型化、そして軽量化を図ると共に、光源からのエネルギを高い効率で利用し、照射面上で均一な配光特性を保った照明ができるスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な照明装置及びそれを用いた撮影装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の照明装置は、光源手段と、該光源手段からの光束を被照射方向に照射する為の光学プリズムとを有した照明装置において、該光学プリズムは該光源手段からの光束のうち、射出光軸近傍に射出した光束を入射させる第１入射面と、該第１入射面からの光束を直接入射させる射出面と、該光源手段からの光束のうち、該射出光軸近傍より大きな角度で射出した一部の光束を入射させる第２の入射面と、該第２の入射面からの光束を傾斜させて該射出面より射出させる全反射面とを有し、これらの各面は該光源手段の光源中心から射出した光線が該射出光軸に対してなす角度と該射出面からの通過後の射出光軸に対する射出角度との間にある一定の相関関係を持たせると共に、第一入射面で制御された最大射出角度成分αmaxと第二入射面及び全反射面で制御された最大射出角度成分βmaxとの間に
０．８≦｜βmax／αmax｜≦１．２
の関係を満たすような形状で構成したことを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明の照明装置は、光源手段と、該光源手段からの光束を被照射方向に照射する為の光学プリズムとを有した照明装置において、該光学プリズムは該光源手段からの光束のうち、射出光軸近傍に射出した光束を入射させる第１入射面と、該第１入射面からの光束を直接入射させる射出面と、該光源手段からの光束のうち、該射出光軸近傍より大きな角度で射出した一部の光束を入射させる第２の入射面と、該第２の入射面からの光束を傾斜させて該射出面より射出させる全反射面とを有し、これらの各面は該光源手段の光源中心から射出した光線が射出光軸に対してなす角度と上記光学プリズム通過後の射出光軸に対する射出角度との間にある一定の相関関係を持たせかつ、第一入射面からの光束を射出光軸近傍の成分に対応させ、第二入射面から入射した光束を必要照射範囲の周辺部分に対応させると共に、第一入射面で制御された最大射出角度成分αmaxと第二入射面及び全反射面で制御された最小射出角度成分のうち射出光軸と交わる成分βmin、それとは逆方向の成分γminとの間に
０．８≦｜βmin／αmax｜≦１．２
０．８≦｜γmin／αmax｜≦１．２
の関係が成立するような形状で構成したことを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第一入射面の形状は前記光源手段からの光束が、該第１入射面に入射時の該射出光軸となす角度をθ、射出面から射出する射出角度をα、必要照射角に応じた比例定数ｋとすると、α＝ｋ・θ及び前記第二入射面及び全反射面の形状は該光源手段からの光束が該第２入射面に入射時の該射出光軸となす角度θ、射出面から射出する射出角度をβ、必要照射角に応じた比例定数ｈとすると、
β＝ｈ・（θ−９０°）
の関係にあることを特徴としている。
【００１８】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、前記第一入射面の形状は前記光源手段からの光束が、該第１入射面に入射時の該射出光軸となす角度をθ、射出面から射出する射出角度をα、必要照射角に応じた比例定数ｋとすると、
α＝ｋ・θ
及び前記第二入射面及び全反射面の形状は該光源手段からの光束が該第２入射面に入射時の該射出光軸となす角度θ、射出面から射出する射出角度をβ,第一入射面と第二入射面の境界と光源中心とを結ぶ角度をθbdr、必要照射角に応じた比例定数ｈとすると、
β＝ｈ・｛θ−（４５°＋θbdr／２）｝
の関係にあることを特徴としている。
【００１９】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記光学プリズムの第一入射面の形状または全反射面の形状を、光源中心からの射出角度と相関関係を持った連続非曲面形状を近似する面形状の組み合わせによって形成したことを特徴としている。
【００２０】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記光学プリズムの第一入射面と第二入射面との境界線と、光源中心とを結ぶ線分の射出光軸に対する傾きθbdrが、
２５°≦θbdr≦４５°
の範囲にあること特徴としている。
【００２１】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記光学プリズムの全反射面は、射出光軸方向に関して前記光源手段の光源中心と略一致する方向まで伸びていることを特徴としている。
【００２２】
請求項８の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記光源手段は、直管状の閃光放電管であることを特徴としている。
【００２３】
請求項９の発明は請求項１乃至８のいずれか１項の発明において、前記光源手段の射出光軸に沿った後方に、該光源手段からの射出光束を反射させる反射傘を配置すると共に、該反射傘は光源手段の中心を中心とするほぼ同心形状の反射面を少なくとも一部に形成していることを特徴としている。
【００２４】
請求項１０の発明は請求項１乃至８のいずれか１項の発明において、前記光源手段の射出光軸に沿った後方に、該光源手段からの射出光束を反射させる反射傘を配置すると共に、該反射傘は、前記光学プリズムの全反射面の少なくとも一部の背面に回り込むように配置して構成したことを特徴としている。
【００２５】
請求項１１の発明の撮影装置は、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の照明装置を有することを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態１を説明する。図１，図２は本発明の閃光発光装置の実施形態１の要部断面図、図３から図６は、本発明の実施形態１による照明装置、本実施例では閃光発光装置を示し、図３は本発明の閃光発光装置をカメラに適用したカメラの斜視図、図４は図３の閃光発光装置のみを前方からみた斜視図、図５は図３の閃光発光装置のみを前方からみた分解斜視図、図６は図３の閃光発光装置を背面からみた分解者斜視図である。
【００３２】
なお、図１，図２は形状は同一形状であり、光源の中心から射出した光線が光学部材の各入射面に入射した場合に、その後どのような光の軌跡を描くかを示したものである。
【００３３】
図３において、１１は閃光発光装置の光学プリズムであり、照射光が出射する出射窓に相当している。２１はレリーズボタン、２２はカメラの各種のモードを切り替えるための操作スイッチ、２３はカメラの動作をユーザーに知らせる為の液晶表示窓、２４は外光の明るさを測定する測光装置の覗き窓（測光窓）、２５はファインダーの覗き窓（観察窓）、２６はカートリッジ型のフィルムを装填するためのカートリッジ装填蓋、２７は撮影レンズを備えるレンズ鏡筒、２８はカメラ本体である。
【００３４】
なお、閃光発光装置を除くそれぞれの機能については公知の技術であるので、ここでは詳しい説明は省略する。なお、本発明の機械的構成要素は前述の構成に限定されるものではない。
【００３５】
また、図４において、１５は閃光発光装置をカメラに取り付ける為の固定部材、１６は固定部材１５の蓋、１７はキセノン管や反射傘に取り付けるリード線である。図５及び図６は、図３に示した閃光発光装置１０１の内部構造を説明するために分解斜視図で示したものであり、簡単化するため、図４の上面の蓋１６とリード線１７は示していない。
【００３６】
図５，図６において、１１は光学プリズムであり、閃光発光装置１０１の射出方向に配置された上下・左右を一部材で同時に制御するのに最適な形状としている。光学プリズム１１は、アクリル樹脂等の透過率の高い光学用樹脂材料で構成され、閃光発光装置からの照明光の配光特性を制御するためのプリズム部材より成っている。
【００３７】
光学プリズム１１の被写体側の前面には、左右方向（Ｘ方向）の配光特性を制御するプリズム面１１ｄが形成されている。また、上下方向（Ｙ方向）の配光特性の制御は、主に照射光軸前方に射出された光束を入射させ屈折によって所望の配光特性に変換させる正面入射面１１aと、主に照射光軸に対して上下方向に射出された成分を入射させる上方入射面１１b、上方入射面１１bから入射した光束を全反射させる全反射面１１cによって行われている。形状に関しては後で詳しく説明する。
【００３８】
同図において、１２は閃光を発する直管状の閃光放電管（キセノン管）であり、１３は該閃光放電管１２から射出した光束のうち光射出方向の後方に射出された成分を射出方向に反射させる反射傘であり、内面が高反射率を有する光輝アルミ等の金属材料で形成されている。
【００３９】
１４は反射傘１３を閃光放電管１２に押しつけ位置規制をすると共に閃光放電管１２のネサコート部と端子半田付け部とのリークを防止するための弾性部材である。
【００４０】
上記構成において、カメラ本体２８は、従来公知の技術であるように、たとえば「ストロボオートモード」にカメラ本体２８がセットされている場合には、レリーズボタン２１がユーザーによって押された後に、前述の測光装置で測定された外光の明るさと装填されたフィルムの感度によって、閃光発光装置１０１を発光させるか否かをカメラ本体２８内の中央演算装置が判断する。
【００４１】
中央演算装置が撮影状況下において「閃光発光装置を発光させる」と判定した場合には、中央演算装置が発光信号を出し、反射傘に取り付けられてトリガーリード線１７を介して閃光放電管１２を発光させる。発光された光は、照射光軸と反対方向に射出された光束は、後方に配置された反射傘１３を介して、また、照射方向に射出した光束は直接、前面に配置した光学プリズム１１の入射面１１ａに入射し、所定の配光特性に変換後、被写体側に照射される。
【００４２】
このとき、被写体に対して上下方向は光学プリズム１１の入射面１１ａ、１１ｂ、及び全反射面１１cによって、また、左右方向には、被写体側に形成したプリズム面１１dによってそれぞれ制御され、所望の配光特性に成るように変更される。
【００４３】
本実施形態は、この上下方向（Ｙ方向）の配光特性を最適化させるため光学プリズムの形状を適切に設定している。以下図１，図２を用いて光学プリズム１１の最適形状の設定方法に関して詳しく説明する。
【００４４】
図１，図２は閃光発光装置１０１の閃光放電管１２の径方向（Ｘ方向）の縦断面図である。１は配光を制御するための光学プリズムであり、図３〜図６の光学プリズム１１に相当している。
【００４５】
２は円筒形状の閃光放電管、３は閃光放電管と同心の略半円筒の反射傘を示す。また、図１，図２には、同時に閃光放電管３の内径中心部より射出させた代表光線の追跡も同時に示しており、図１では射出光軸（照明光軸，光軸）１Ｚに近い成分を光学プリズム１で屈折のみによって制御する成分の光線トレースを示し、図２は閃光放電管２の中心部から射出光軸１Ｚに対して主に上下方向に大きな角度で射出した成分の光線レースを示している。
【００４６】
なお、図１，図２では光線以外のすべての光学系の構成および形状は同一である。ここに示す実施形態１は、上下方向（Ｙ方向）の配光特性を均一に保ちつつ、上下方向の開口高さを最小にできるという特徴がある。以下、その形状の特性、及びそのときの光線がどのような挙動を示すかを詳細に説明する。
【００４７】
まず、図１において、閃光放電管２はガラス管の内外径が示されている。この種の閃光発光装置の実際の閃光放電管の発光現象としては、効率を向上させるため、内径一杯に発光させる場合が多く、閃光放電管の内径一杯にほぼ均一に発光していると考えて差し支えない。
【００４８】
しかし、設計段階では、この閃光放電管（光源）２から射出される光を効率よく制御させるためには、この内径全部の光束を同時に考えるより、理想的に光源中心に点光源があることを仮定し、光学系の形状を設計し、その後に、光源が有限の大きさを持っていること考慮した補正を行うと効率よく設計することが可能となる。
【００４９】
本発明もこの考え方に基づき、光源２の発光部中心を形状決定の基準値と考え、以下のような光学プリズム１の各部の形状を設定している。
【００５０】
まず、光学プリズム１の材料としては、成形性の面、コストの面、さらには光学特性の面からもアクリル樹脂等の光学樹脂材料を用いることが最適である。しかし、この種の閃光発光装置においては、光源から光の発生と同時に多量の熱が発生される。この熱の影響を、一回の発光に発生する熱エネルギと最短発光周期とを考慮して、光学材料の選定および放熱空間の設定を行う必要がある。
【００５１】
このとき、実際に最も熱の影響を受けやすいのは、光源から最も近く位置する光学プリズムの各入射面であり、光源とこの入射面との最少距離をまず最初に決める必要がある。実施形態１では、光源中心からの射出角度が射出光軸に近い角度成分を直接屈折によって制御する第１の入射面１ａと光源との最少距離をｄ、射出光軸（光軸）１Ｚから離れた角度成分で全反射によって制御される光を入射させる第２の入射面１bと光源との最少距離をｅとしてその間隔を規制する。
【００５２】
次に、光学プリズム１の全反射面１ｃに入射光を導く第２の入射面１ｂの形状を決定する。この第２の入射面１ｂの形状として、光学プリズムの形状を最小にするためには、光軸１Ｚと平行な平面であることが望ましい。
【００５３】
すなわち、光源から射出した光束のうち、射出光軸とは異なった方向に進む成分は、この入射面１ｂで一度屈折するが、この面の角度が光軸の方向に近いほど屈折の効果が大きく、屈折によって入射光が一度光軸から離れる方向に導くことができ、光学プリズムの全長を短く抑えることができるためである。
【００５４】
この第２の入射面１ｂの光軸１Ｚに対する傾きは、光学プリズムの成形条件によって決定される。この角度が少ないほど実際の成形条件としては厳しくなるが、この入射面１ｂの角度の最大値の角度φの理想形状としては、この入射面１ｂが平面か曲面かに関わらず以下の範囲に存在することが望ましい。
【００５５】
０≦φ＜２°      ……（１）
ここで角度φ＝０は入射面１ｂが光軸１Ｚと平行のときを示している。
【００５６】
上記範囲は、一見厳しそうな設定値だが、上記第２の入射面の距離が短いこと、また、面形状が平滑面であることから、十分可能な数値である。このように第２の入射面１ｂの傾きを規制することによって、上下方向の開口面積を最小にかつ効率低下を招くことなく実現している。
【００５７】
次に、第１の入射面１ａの入射面形状を決定する。本実施形態では、最小形状で必要照射範囲を均一な配光とする為、以下のような方法でこの第１の入射面１ａの形状を規定している。
【００５８】
実施形態１では、光束の光源の中心からの射出角度と光学プリズム１を通過後の射出角度との間にある一定の相関関係を持たせるような形状、すなわち、光源中心Ｏからの射出角度をθ、屈折面１ａによって制御後の光学プリズム１からの射出後の照射角度をαとすると、
α＝ｆ（θ）      ……（２）
で表わされる連続非球面形状で光学プリズムの入射面１ａの形状を規定している。
【００５９】
特に本実施形態では、その相関関係の中でも、比例関係にあるように設定を行っている。
【００６０】
すなわち、入射面１ａの入射時の光軸１Ｚとなす角度をθ、射出面１ｄから射出する射出角度をα、必要照射角に応じた比例定数をｋとすると、
α＝ｋ・θ      ……（３）
であらわされるような形状としている。
【００６１】
一方、第２の入射面１ｂの面形状及び、全反射面１ｃの形状は、本実施形態では最小形状で必要照射範囲を均一な配光とする為、以下のような方法で規定している。
【００６２】
実施形態１では、光束の光源の中心からの射出角度と光学プリズム１を通過後の射出角度との間にある一定の相関関係を持たせるような形状、すなわち、光源中心からの射出角度をθ、全反射面１ｃによって制御後の光学プリズム１から射出後の照射角度をβとすると、
β＝ｇ（θ）      ……（４）
で表わされる連続非球面形状で形成されている。
【００６３】
特に本実施形態では、その相関関係の中でも、比例関係にあるように設定されいる。
【００６４】
すなわち、入射時の光軸となす角度θ、射出面１ｄから射出する射出角度をβ、必要照射角に応じた比例定数をｈとすると、
0004208325.tif 000002
であらわされるような形状としている。
【００６５】
本実施形態では、射出面から射出する射出角度をβ,第一入射面と第二入射面の境界と光源中心とを結ぶ角度をθbdr、必要照射角に応じた比例定数ｈとすると、
β＝ｈ・｛θ−（４５°＋θbdr／２）｝
の関係にあるようにしている。
【００６６】
上式（２）の意味するところは、まず射出光軸１Ｚ近傍の角度成分を入射させる入射面１ａから入射した光束は、まず、光源中心から射出光軸に向かう光線は、そのまま光学プリズム１を通過する。
【００６７】
ここを基点として、光源中心からの射出角度θに応じて光学プリズムの射出面１dからある比例定数ｋ倍されて射出面から射出される。ここで、比例定数ｋは０から１までの定数である。
【００６８】
ここで、ｋ＝０は射出光束がすべて射出光軸と平行に変換された最も集光された状態を意味し、ｋ＝１は、光学プリズムへの入射時の角度θと射出時の角度αが等しい角度変換のない形状、すなわち、光学プリズムへの入射出前後で屈折率の影響を受けないそれぞれの面のパワーをキャンセルするような形状、たとえば入射出面をそれぞれ平面とするような形状を意味する。
【００６９】
一方、（５）式は以下のような意味を持っている。まず、光源中心から照射光軸に対して上方に射出した光束が、入射面１ｂから入射した後、全反射面１ｃで反射後、光射出面１ｄから射出される。このとき、光源からの光学プリズム１に入射する射出角度の最も大きい成分、すなわち射出光軸１Ｚに対して垂直方向の成分が照射光軸とほぼ平行の最も光軸の方向に近い成分に変換される。
【００７０】
一方、入射面１ａとの交点に近い部分から入射した光線は、射出光軸１Ｚに対して最も大きな角度βをもって交錯する成分に変換される。この中間の領域は射出角度に比例して上記角度範囲内を徐々に変化する。この場合も上記同様、比例定数ｈは０から１まで変化し、ｈ＝０は射出光すべてが射出光軸と平行に変換されることを意味し最も集光した状態となる。また、ｈ＝１は、入射角の変化量と射出角度の変化量のない面、すなわち、光学プリズム内で集光効果を持たない照射方向のみを変化させることを意味する。すなわち、空気中に置かれた平面鏡のような効果を持たせる面構成である。
【００７１】
次に、上記方法で形成された入射面１ａによる屈折光による配光分布と、入射面１ｂ、全反射面１ｃによる全反射光による配光分布との関係について説明する。上記説明のように、この両者の配光分布はそれぞれの面形状によって独立に制御できる。そして、光源の内径が十分に小さい場合や、光源に対して、光学プリズムが十分に大きいとみなせる場合には、上記方法で、かなり効率よく配光分布の制御が可能となる。
【００７２】
しかし、実際の配光特性を考えてみた場合、光源の有効発光部である内径の大きさは無視できるほどには小さくない場合が多く、この影響が全体の配光特性に与える影響は大きい。特に、光源の近くにある制御面、例えば、光軸近傍の角度成分を入射させる入射面１ａや、全反射面１ｃでも光源に近いプリズム後端部での反射光束は、この光源が有限の大きさを持つことによって配光に一定の広がりを生じるため、この要因をある程度加味して形状設定を行う必要がある。
【００７３】
一方、全反射面１ｃでも射出部に近い成分は光源から遠く離れた位置で射出方向が制御される為、このブレが少なく、かなり効率良く意図する範囲に配光制御することができる。このような特性を考慮しつつ、上記、各入射面、および全反射面の形状を定義する必要がある。
【００７４】
上記理由から各入射面によって制御される配光の特性は各々異なり独立に制御可能であるが、上記実施形態１では、この特性のうち光源の上側に向かった光束は、入射面１ｂに入射後、全反射面１ｃで反射後、射出光軸１Ｚから下側へ必要照射角まで均一に角度変換し、逆に光源の下側に向かった光束は、入射面１ｂ′に入射後、全反射面１ｃ′で反射後、射出光軸１Ｚから上側に必要照射角まで均一に角度変換したものである。
【００７５】
また、射出光軸付近に向かった光束は、上記側方から入射した成分による配光分布とほぼ一致するように入射面１aの形状を設定してある。このように、上記各入射面からの配光分布は特殊な配光分布を必要されるとき以外は、ある程度一致させると小型で効率の良い配光分布に変換することができる。このことから、一般に上記配光特性の実用的な規制方法としては、各入射面での制御角度の最大角を規定する以下の領域内に各値が存在することが望ましい。
【００７６】
入射面１ａで屈折光による最大角度成分；αmax、全反射面１ｃで全反射光による最大射出角度成分；βmaxとしたとき、
０．８≦｜βmax／αmax｜≦１．２ ……（５）
とすることである。
次に、上記入射面の境界面の位置について説明する。上述したように、上記入射面の樹脂材料に対する熱の影響を考慮した上で効率良く、また最小の光学系を形成するための条件としては、第１の入射面１ａと第２の入射面１ｂの交点の座標と光源の中心を結ぶ直線の角度がある一定の範囲内にあることが望ましい。
【００７７】
すなわち、この角度が所定角度より小さいと第１の入射面１ａへの距離が離れ、光源の大きさによる影響を受けにくくなるため屈折による集光効率は上がるが、第２の入射面１ｂへの入射角度が大きくなり入射面での表面反射によるロスが生じやすくなる。
【００７８】
一方、この角度が所定角度より大きいと光源に近い面で制御が必要な第１入射面１aからの入射光束が増え、光源の大きさによっては、十分な集光効果が得られにくい。そこで、上記直線の角度が、以下のような数値範囲に収まることが望ましい。すなわち、上記光学プリズム１の正面に向かった光を屈折のみによって制御する入射面１aと主に光源から斜め前方に射出した光を全反射面１ｃに導く入射面１ｂとの境界線と、光源中心とを結ぶ線分の傾きθbdrとすると、
２５°≦θbdr≦４５° ……（６）
の範囲にあることが、効率面や集光制御の観点から望ましい。
【００７９】
次に、光学プリズム１の入射面１ｂと全反射面１ｃとの交点の形状について説明する。
【００８０】
本発明の実施形態１では、この交点が直接交わって鋭角を形成するような形状とし、かつ、この交点と光源の中心位置とが前後方向にほぼ一致するように構成されている。
【００８１】
このような構成は、光学プリズムの形状を最小にしつつ配光制御を効率良く行うのに有効な手段である。すなわち、例えば、この入射面１ｂと全反射面１ｃとの間に異なった特性の面、例えば、特開平８−２６２５３７号公報に示されるように光軸に垂直な面を形成するとすると、その面は、光学系としては機能しないばかりでなく、光学プリズムの上下方向また、奥行き方向の大型化につながる。
【００８２】
一方、本実施形態ではこの交点の位置と光源中心の前後方向の位置とを一致させているが、これは、光学系全体を小型化すると共に、効率アップに必要な形状であり、プリズム内での全反射角度との関係、及び光源に応じた反射傘の形状とも密接な関係があり形状を規制しているものである。
【００８３】
すなわち、プリズム内での全反射を入射面１ｂの角度を０°付近に設定し、光学プリズムを樹脂材料とするとその屈折率は１．５前後であり、これより後方までプリズム面の交点を伸ばすと、全反射しきれずにプリズムの後方に射出する成分が生じる。これは、光源の内径が大きいほど生じやすく、光源中心より前方から射出した成分の一部が全反射面１cから抜け出ることになる。
【００８４】
本実施形態ではこの全反射面１ｃの後方に抜け出る光を再度、光学プリズム１内に戻す反射傘３を一部全反射面１ｃの後方まで伸ばした構成をとっている。そして、反射傘として有効に機能する最大の大きさまで反射傘３を伸ばし、あとは光学プリズム１の入射面に入射させるように構成している。
【００８５】
その最適な反射傘の形状とは、光源である閃光放電管２と同心の半円筒状の反射傘を採用し、この反射傘の開口部の前端を光源中心の前後方向とほぼ一致させ、かつ光学プリズムの後端もほぼ光源の中心と一致させることである。
【００８６】
反射傘の形状を光源中心と同心とし、その前端を光源中心と一致させる理由としては、まず、閃光放電管のガラス部分での影響が挙げられる。今回の実施例のような極めて小型の発光光学系においては、光源から後方に向かった光束を反射傘で反射させて、照射方向に向かわせる必要があるが、光学系全体が小型化である為、反射傘での反射光をすべて、閃光放電管の内部を介さずに閃光放電管の外側をまわして配光制御を行う為のスペース的な余裕がない為、閃光放電管のガラス管内に再入射させる光路を利用する必要がある。
【００８７】
このとき、閃光放電管へ再入射した成分は閃光放電管のガラス部での屈折や全反射により影響を受け、光学プリズムへの入射成分にも大きな影響を与える。特にこのガラス厚が厚いほど顕著であり、光源形状と反射傘の形状が適切に対応していないと反射傘からの反射光の分布が必要以上に広がってしまうことになる。
【００８８】
このことから、反射傘を光源形状に対応した円筒状にし、かつ上記閃光放電管の円筒形状のガラス部と同心形状にすると、閃光放電管への再入射時の入射角度が小さくなり、ガラス管表面での表面反射によるロスが少なく、また、再入射後の光束のガラス管内で全反射する成分が少なくなり効率がよい。
【００８９】
特に、光源２に対して隙間が少ないと反射傘３での反射後の角度変化が少なく特に有効である。また、反射傘を、光源中心の位置とほぼ一致する半円筒状にする理由としては、反射傘をこれ以上長くすると反射傘が前まで回り込んでしまい、反射傘内に光がこもるので効率が低下してしまうこと、また、反射傘を光源中心よりも短くしてしまうと、前述のように光学プリズムの後端が後方まで延び、光量ロスとなるばかりでなく、光学系全体が大きくなってしまい好ましい構成とはならない。
【００９０】
次に、実施形態１における光源からの光束の射出角度と光学プリズム１を通過後の射出面１ｄからの射出角度の関係について具体的な数値を用いて説明する。
【００９１】
まず、上記発光の際に生じる熱の影響を考慮し、閃光放電管２（外径φ２．０、内径φ１．３）に対して光学プリズム１の入射面１ａ，１ｂの距離ｄ，ｅをそれぞれ０．５ｍｍ離して配置した。
【００９２】
また、簡単の為、全反射面１ｃに導く上面の入射面１ｂの形状は、射出光軸１Ｚの後方側に広がる傾き１°の平面とした。この値は条件式（１）を満たす範囲内に存在する値である。
【００９３】
また、光源中心部から射出された光束が、各入射面及び全反射面での全反射によって制御され光射出面１dから射出される、配光分布が均一でかつ照射角αmax,βmaxの最大値がそれぞれ２０°となるような形状を例にとって説明する。
【００９４】
すなわち、｜βmax／αmax｜＝１であり条件式（５）の関係を満たしている。まず、この条件で最適化された形状において、入射面１aと入射面１bの境界線と光源中心とを結ぶ線分の傾きθbdr、上下方向の集光に寄与する反射傘を含めた深さｆ、上下方向の集光に寄与する上下開口ｇ、はそれぞれ、
θbdr＝３７．４４° 、 ｆ＝４．４０ 、 ｇ＝６．７０
であり、傾きθbdrは上記（６）式を満たす範囲内にある。また、上記値に示すように従来タイプの閃光発光装置の発光光学系に比べて極めて小型に構成することができる。
【００９５】
また、同図においては、実際の製品を想定して、光学プリズムの前側部分に光学プリズムを外観部に出す為の形状、すなわち光学プリズムの全反射面の延長上に全周にわたる細いリブ１ｅ，１ｅ′が一体的に形成されている。
【００９６】
これは、不図示の外観部材との合わせの形状であり、光学プリズムと外観部品の隙間から不要な内部部品が見えるのを防止すると共に以下の目的で付加したものである。
【００９７】
すなわち、金属でできた反射傘と外装部品として使用される金属カバーとの間、または、光学プリズムと外観部品との隙間の延長上に配された導伝性の物との間で、トリガーリークが発生し発光ができなくなることを未然に防止する為である。
【００９８】
一般に、本発明のような閃光発光装置においては、閃光放電管に高電圧トリガー信号を反射傘に直接与え、この反射傘に接触した放電管のネサコート部を介して発光を開始させているが、本発明のように小型化した光学系ではこの反射傘と金属で成形された外装部品や製品外部の導電性の物との距離が近い為、トリガーリーク現象を起こしやすかった。
【００９９】
上述のように光学プリズムの全反射面延長部にリブ１ｅ、１ｅ′を付加することで縁面距離を伸ばすことができ、上記トリガーリーク現象を未然に防止することができる。
【０１００】
またこれと同時に、外部からのゴミや水滴の侵入の防止、特に水滴は、内部の高圧部品との間での感電の危険性があるが、このような危険性も同時に未然に防止することができる。この付加部分の長さｉ、及び外観開口部の長さｊとすると、
ｉ＝１．０      ｊ＝６．５
であり、外観開口部の長さｊは、上下方向の集光に寄与する上下開口ｇより若干狭くなっている。
【０１０１】
これは、全反射面１ｃ，１ｃ′の先端付近で全反射した成分は射出光軸の方向にかなり大きな角度で交錯する成分であり、このことから外観開口部の長さを狭めることが十分に可能になる。
【０１０２】
また、上記付加部分の先端部には、左右方向の配光制御を行う為の縦プリズムが図３に示すように形成されている。
【０１０３】
一方、同図における光線トレースからも明らかなように、本発明の一つの目的である均一配光特性に関しても十分に特性をみたしていることがわかる。まず、図１に示されるように、光源中心から射出し、射出光軸１Ｚに近い角度で射出した光束は、入射面１ａで屈折制御されるが、この時の変換は、入射角θと光射出面１ｄからの射出角αとの間に（３）式が成り立ち、その時の係数ｋは、
ｋ＝ａmax／θbdr＝２０．０°／３７．４４°＝０．５３４
であるから、一般式は、
α＝０．５３４・θ  （ただし−３７．４４°≦θ≦３７．４４°）
で表わされ、光源からの射出成分が射出角度に応じて均等に割り振られ、光学プリズム１の射出面１dから射出していることがわかる。
【０１０４】
一方、図２に示されるように、光源中心Ｏから射出し、射出光軸１Ｚに対して上方に進む光束は、入射面１ｂで屈折後、全反射面１ｃで全反射によって制御されるが、この時の変換は、入射角θと光射出面１ｄからの射出角βとの間に（５）式が成り立ち、その時の係数ｈは、
ｈ＝βmax／（９０°−θbdr）＝２０．０°／５２．５６°＝０．３８１
であるから、一般式は、
β＝−０．３８１・｛（９０°＊｜θ｜−θ＊＊２）／θ｝
（ただし３７．４４°≦｜θ｜≦９０°）
で表わされ、光源からの射出成分が射出角度に応じて均等に割り振られ、先に示した射出光軸に近い角度で射出した成分の分布とは異なる密度分布で、均一に光学プリズム１の射出面１ｄから射出していることがわかる。
【０１０５】
一方、図示していないが、閃光放電管２の射出光軸１Ｚの後方に進んだ光束の光路について説明する。射出光軸後方には光源中心Ｏと同心の円筒状の反射傘３があり、また、閃光放電管２のガラス管も光源中心に対して同心形状である為、光源中心から後方に射出した光束はすべてガラス管による屈折の影響を受けずに再度光源中心に戻って来ることになる。
【０１０６】
また、光源中心に戻って来た後の光線の振る舞いについては、図１及び図２に示した光線トレースとほぼ同等の特性を持って照射すべき被写体に均一に照射される。
【０１０７】
また、反射傘３は、光学プリズム１の全反射面１ｃの後方、光源である閃光放電管のほぼ前端まで回り込み、かつその形状は、反射面１ｃとほぼ同一形状としているが、この理由は、閃光放電管の発光部であるガラス管内径部は光源中心から前側にも存在するが、この前側から射出した光束の一部が全反射面１ｃで全すべて全反射しきれずに外部に出てしまうのを防止する為である。
【０１０８】
このように、全反射面とほぼ同一形状とし、全反射面のすぐ後方に配置することにより、全反射面１ｃの効果とほぼ同等となり、必要照射範囲に効率よく均一な分布にすることが可能となる。
【０１０９】
次に、上記定義に基づく光学プリズムの非球面形状の近似値について説明する。まず、入射面１ａの形状は頂点をPとしここを原点とした場合、以下の式でほぼ近似できる。
【０１１０】
0004208325.tif 000003
また、全反射面１ｃも同様にして近似式で表わすと、原点を光源中心Ｏとすると、
0004208325.tif 000004
で表される。
【０１１１】
しかし、光源を点光源と仮定すると上記形状に一致させることが望ましいが、実際には光源は閃光放電管の内径部にあたるような有限の大きさを持っているため、ここまで厳密に形状を規制しなくてもほぼ同等の配光特性が得ることができる。
【０１１２】
たとえば、上記形状を近似した単一もしくは複数の円筒面、さらには楕円等の２次曲面を用いても、上記形状で得られる配光特性とほぼ同等の効果が得られる形状が存在する。
【０１１３】
このため、本発明における上記入射面１ａ，１ｂ及び全反射面１ｃの形状は、上記式を厳密に満足する形状に限定するわけではなく、光学プリズムの各面の形状を近似的に満たすような形状を含めて規定するするものとする。
【０１１４】
また、このような近似形状で光学プリズムを形成することによって、実際加工されたものが設計値通りできているかの測定が、面形状が非球面である場合に比べて極めて容易にできる、という利点がある。
【０１１５】
実際、このような近似形状で製作した光学プリズムを用いても上式に示した形状とそれほど大きな配光特性の相違は生じていない。
【０１１６】
次に、上記実施形態１の考え方に基づいて光学プリズムの形状を規制したいくつかの他の実施形態について説明する。
【０１１７】
図７，図８は、本発明の閃光発光装置の実施形態２の要部平面図である。同図は比較的広い照射範囲を均一に照明するための光学系の主要断面図と、この形状における光線トレース図を示したものである。
【０１１８】
同図において、４は光学プリズム、５は反射傘であり、各図は光学系の形状は同一で、光線トレース部のみをそれぞれの入射面４ａと入射面４ｂと別に示している。
【０１１９】
特に、実施形態２は、光源から上下方向に射出した光束を反射させる全反射面４ｃ，４ｃ′の角度が（１）に示す範囲の最小値、また、各入射面で制御される光学プリズムの通過後のそれぞれ射出最大角度の関係を示す（５）式に示す範囲の中心値、さらに、全反射面４ｃ，４ｃ′に入射面４ｂの境界線と光源中心とを結んだ線分と射出光軸となす角度が（６）で示した範囲の中で最大値、すなわち
φ＝０°
｜βmax／αmax｜＝１．０
θbdr＝４５°
の状態を示したものである。
【０１２０】
また、光源中心Ｏから照射光軸１Ｚに近い角度成分を入射させる入射面４aは、射出光軸に垂直な平面とし、また、全反射面４ｃは、（５）式を満たし、かつ、光学プリズム４を通過することによって光線の方向のみを変換しての角度分布は変化させないような、すなわち、空気中に置かれた平面鏡のような特性を持たせるような面構成となっている。
【０１２１】
すなわち、（３）式の係数ｋ、（４）式の係数ｈはそれぞれ、以下の値をとったときの形状である。
【０１２２】
ｋ＝１．０      ｈ＝１．０
また、実施形態１と同様、反射傘５は、光源２と同心形状の円筒面５aと、光学プリズム４の全反射面４ｃ，４ｃ′の後方に回り込む曲面形状部５bとによって構成されている。
【０１２３】
上記構成において、各状態の光線の振る舞いについて説明する。まず、図７に示す光源２から入射面４ａに入射した光束は、図示のように入射面４aと射出面４dが共に射出光軸１Ｚに対して垂直なお互い平行な平面である為、光学プリズム４で入射、射出時に屈折はするものの、光線の角度自体は変化していない。
【０１２４】
すなわち、光学プリズム４を通過することによって、厳密には各面での表面反射によって幾分光量ロスは生じるものの、光学プリズム４の通過前後で基本的には集光、拡散の効果はなく、光源２からの配光特性がそのまま照射面上に反映される。
【０１２５】
一方、入射面４ｂ，４ｂ′から入射した光束は、前述のように、全反射面４ｃによって光学プリズム４からの射出後の角度分布は一定で照射方向のみを変えるように変換されている。
【０１２６】
すなわち、光源中心Ｏから光学プリズム４の後方の頂点付近に向かった光束はほぼ射出光軸の方向に変換され、また、入射面４ａとの交点付近に向かった光束は、入射面４ａからの射出光の最大角度と一致し、方向は照射光軸１Ｚに対してちょうど対称形となるような方向に変換されるように構成している。
【０１２７】
また図示はしていないが、光源中心Ｏから射出光軸１Ｚの後方に向かった光束は、光源と同心状に形成されて反射傘５によって、再度光源中心Ｏに戻るように構成されている。この為、光源中心Ｏにもどされた光束は、図７，図８に示すような光線トレースを描いて、均一な配光分布に変換される。
【０１２８】
上記構成の光学系を使用することによって、ほぼ光源中心から射出した光束は、−４５°から４５°にわたる９０°の範囲を均一に照射することができる。また、実際には、光源の発光点は光源中心だけではなく光源の内径全体で発光している。この為、実際の配光特性は、上記範囲より幾分広がることになる。
【０１２９】
また、このように、光源が光学系全体の形状に対して無視できないくらい大きい場合には、ここで設定した光源中心より前側の部分から前方に射出した光束の一部が、全反射面４cで全反射しきれずに光学プリズム４外に射出してしまう成分がありえる。
【０１３０】
この全反射面４ｃからの射出光束を光学プリズム４へ再入射させる為の反射面が、反射傘２の全反射面４ｃの後方に配置した反射面５ｂであり、図示のように全反射面４ｃとほぼ同一形状とし至近位置に配置することによって、全反射面４ｃによる配光分布とほぼ同等の均一な配光特性が得られる。
【０１３１】
上記実施形態２の構成は、光源中心Ｏから射出した光束を均一な配光特性に変換する光学系のうち、特に最小形状を示したものであり、この時の具体的数値を以下に示す。閃光放電管の内径、外径は実施形態１と同様それぞれ、φ１．３、φ２．０とすると、光源と光学プリズムの各入射面までの最短距離をそれぞれｄ，ｅ、また、光学系全体の奥行きｆ、光学プリズムの上下の開口をｇはそれぞれ以下のようである。
【０１３２】
ｄ＝０．３    ｅ＝０．３    ｆ＝３．３    ｇ＝４．７
光学プリズムをこのように光源に対して極めて小型に構成することが可能となる。また、この時の配光特性は均一で、光源中心から３６０°の方向に射出された光束をその約１／４の９０°の角度範囲に狭めることが可能になる。
【０１３３】
次に、本発明の実施形態３について説明する。図９，図１０は、本発明の実施形態３の要部断面図である。実施形態２に対しての変更点は、光源中心Ｏからの光学プリズム６の通過後の射出光束の範囲を約半分に狭めたことである。同図において、６は光学プリズム、７は反射傘であり、各構成要素は実施形態２と同様であり、閃光放電管２に対する反射傘７の関係は、光学プリズム６で制御しきれない光束を効率よく利用するような構成となっている。
【０１３４】
また、入射面６ｂ，６ｂ′の光軸１Ｚに対する角度φ、各入射面で制御後のそれぞれ射出最大角度の関係、さらに、入射面の境界線と光源中心とを結んだ線分と射出光軸となす角度θbdrとすると、本実施例はそれぞれ以下の値をとった時の状態を示したものである。
【０１３５】
φ＝０°｜βmax／αmax｜＝１．０       θbdr＝３８．７°
一方、本実施形態においても、入射面６ａ，６ｂは、（３）式、（４）式に基づいて形成され、各係数ｋ，ｈは、以下の数値になるように各形状を規制している。
【０１３６】
ｋ＝０．６０      ｈ＝０．４５
また、光学系の全体形状としては、閃光放電管の内径、外径は実施形態１と同様それぞれ、φ１．３、φ２．０とすると、光源と光学プリズム６の各入射面までの最短距離をそれぞれｄ，ｅ、また、光学系全体の奥行きｆ、光学プリズムの上下の開口をｇはそれぞれ以下のようである。
【０１３７】
ｄ＝０．３      ｅ＝０．３      ｆ＝３．９      ｇ＝５．７
このように光学プリズム６の各形状を設定することによって、配光特性は均一で、光源中心から３６０°の方向に射出された光束をその約１／８の４６°の角度範囲に狭めることが可能になる。
【０１３８】
実際には、光源には、ある有限の大きさを持っている為、光源の発光部の大きさに応じて、配光特性も全体に広がることになる。
【０１３９】
次に、本発明の実施形態４について説明する。
【０１４０】
図１１，図１２は、本発明の実施形態４の要部断面図である。実施形態２に対しての変更点は、光源中心Ｏからの光学プリズム８の通過後の射出光束の範囲を極端に狭めたことである。同図において、８は光学プリズム、９は反射傘であり、各構成要素は実施形態２と同様であり、閃光放電管２に対する反射傘９の関係は、光学プリズム８で制御しきれない光束を効率よく利用するような構成となっている。
【０１４１】
また、入射面８ｂ，８ｂ′の角度φ、各入射面で制御後のそれぞれ射出最大角度の関係、さらに、入射面の境界線と光源中心とを結んだ線分と射出光軸となす角度θbdrとすると、本実施形態はそれぞれ以下の値をとった時の状態を示したものである。
φ＝０°｜βmax／αmax｜＝１．０      θbdr＝３８．６°
【０１４２】
一方、本実施例においても、入射面８ａ，８ｂは、（３）式，（４）式に基づいて形成され、各係数ｋ、ｈは、以下の数値になるように各形状を規制している。
【０１４３】
ｋ＝０．１５      ｈ＝０．０８９
また、光学系の全体形状としては、閃光放電管の内径、外径は実施形態１と同様それぞれ、φ１．３、φ２．０とすると、光源と光学プリズムの各入射面までの最短距離をそれぞれｄ，ｅまた、光学系全体の奥行きｆ、光学プリズムの上下の開口をｇはそれぞれ以下のようである。
【０１４４】
ｄ＝０．３      ｅ＝０．３      ｆ＝４．８      ｇ＝７．１
このように光学プリズムの各形状を設定することによって、配光特性は均一で、光源中心から３６０°の方向に射出された光束をその約１／３６の１０°の角度範囲に狭めることが可能になる。
【０１４５】
実際には、光源には、ある有限の大きさを持っている為、光源の発光部の大きさに応じて、配光特性も全体に広がることになる。
【０１４６】
次に、本発明の実施形態５について説明する。図１３，図１４は、本発明の実施形態５の要部断面図である。図中３１は光学プリズム、３２は閃光放電管、３３は反射傘である。反射傘３３は閃光放電管３２と同心形状の反射部３３ａと、光学プリズム３１の全反射面３１ｃ、３１ｃ′の後方にほぼ光学プリズム３１の形状に近似した形状からなる反射部３３ｂ、３３ｂ′とから構成され、その他の各部の形状は、ほぼ上記実施例と同様で、対応箇所は同一の記号で示している。
【０１４７】
また、図１３と図１４は形状は同一形状であり、図中に示した光線トレース部のみが異なっており、図１３は光軸１Ｚ近傍に進んだ光束を入射させる入射面３１aから入射した成分を、図１４は全反射面３１ｃ、３１ｃ′に導く入射面３１ｂ、３１ｂ′に入射した成分をそれぞれ示している。
【０１４８】
本実施形態は、実施形態１とほぼ同等の配光特性をもたせつつ、全反射面３１ｃ，３１ｃ′の形状を工夫し、均一配光を得られるようにした変形光学系であり、実施形態１で示したような光学プリズム３１の全周に設けたリブ形状や光射出部の段差等は示していない。
【０１４９】
本実施形態の最大の特徴は、光源中心Ｏから射出される成分のうち特に全反射面３１ｃ，３１ｃ′によって制御される成分を、それぞれの全反射面に対して必要最大角から最小角までの範囲に、均一に分配していることである。
【０１５０】
すなわち、全反射面３１ｃと３１ｃ′のそれぞれの面で制御された成分が、光源中心Ｏからの射出角度に対応してある一定の割合で変換され、照射面上で必要とされる最大角度から最小角度に対応する分布に変換されていることである。
【０１５１】
まず、図１３を用いて、光学系の構成を説明する。実施形態１と同様各部の形状を実際の数値で示すと図中ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，αmax，θbdrはそれぞれ以下の値をとる。
【０１５２】
ｄ＝０．５，    ｅ＝０．５    ｆ＝４．６５    ｇ＝７．４８
αmax＝２０°    θbdr＝３７．４４°
また、この時の光源中心Ｏから射出した主に射出光軸１Ｚに近い成分については、図示のように実施形態１とほぼ同一の分布を示し、光源３２から７４．８８°に広がった光束を、約半分の範囲である４０°の分布に変換することができる。
【０１５３】
実際の配光特性は、実施形態１でも説明したように光源の大きさが有限である為、光源の大きさによって広がるが、上記値を基に光源の大きさの補正を加えることによって必要とされる配光特性が得られる形状に変換することができる。
【０１５４】
次に、本実施形態の最も特徴的な全反射光の配光分布について、図１４を用いて説明する。まず、光源３２の上方に進んだ光束は、実施形態１同様１°の平面で構成された入射面３１ｂ，３１ｂ′を介して入射する。
【０１５５】
この入射面から入射した光束は、全反射面３１ｃ，３１ｃ′に導かれ、光学プリズム３１の後端の反射成分が光源から離れる方向の最大成分に対応し、射出部付近で反射した光束が射出光軸と交わる最大成分に対応するように変換される。
【０１５６】
特に、この時の変換が、射出光軸１Ｚから離れる方向の成分の最大値γmax、射出光軸と交わる方向の成分の最大値βmaxがそれぞれ以下関係の角度となり、また光源中心からの射出角度に応じて、一定の割合で変換されるように形状を規制し、全体として均一な配光となるような形状を工夫している。
【０１５７】
αmax＝βmax＝γmax＝２０°
一方、図示していないが、光源中心Ｏから射出光軸１Ｚ後方に向かった光束は、上記実施例同様、後方に配置した反射傘３３が光源３２に対して同心形状に配置されている為、基本的に光源中心の光束は反射後再度光源中心に戻り、光源のガラス管の悪影響を最小限にして、所望の配光特性を得られるような構成を達成することができる。
【０１５８】
また、上記実施形態５の構成では、光源中心Ｏから射出される光束が、それぞれの入射面及び全反射面によってそれぞれ最大角が一致するように規制したが、必ずしも完全に一致させる必要はなく、（５）式で規制される角度、または
０．８≦｜γmax／αmax｜≦１．２ ……（７）
の範囲にあれば、十分に均一で効率の良い配光特性をえることが可能である。
【０１５９】
このように、照射角度の最大値の範囲をある一定の範囲を持たせている理由として、上述のように光源がある一定の大きさを持っていることに起因している。
【０１６０】
すなわち、光源がある大きさを持っていることによって、全体の配光は広がる方向にブレるが、このブレは、光源から近い位置に光線の射出方向を規制する面が存在するほど大きくなる。すなわち、光源から近い入射面３１ａや、全反射面３１ｃの後方で配光制御される成分は光源の大きさによるブレが生じ易やすく、実際現象では上記規制では配光が広がりやすい成分である。
【０１６１】
一方、光源から遠い位置で制御された、全反射面３１ｃ，３１ｃ′の射出面近傍で反射した成分は光源からの立体角が十分に小さくブレを生じにくい成分であり、光源が大きくても上記全反射面の形状規制によって効率良く必要照射角に変換できる部分である。
【０１６２】
このようなことから、上記広がりやすい成分の最大照射角、例えば、γmax，αmaxを必要照射角度よりも狭めに設定することで、更に効率の良い角度変換を行うことができる。
【０１６３】
このことを関係式で示すと以下のようになる。
【０１６４】
γmax≦βmax ，    αmax≦βmax
実施形態１と同様、上記光学プリズム３１の各面の形状を上記定義式にのっとって求めた形状の近似式は以下のようである。ただし、入射面３１ａの形状に関しては、ほぼ実施形態１の形状と同一の為省略する。
【０１６５】
全反射面３１ｃを、近似式で表わすと、原点を光源中心Ｏとすると、
0004208325.tif 000005
で表わされる。
【０１６６】
上記形状は実施形態１同様、厳密に上記近似式に一致させた形状に限定されるわけではなく、上記形状を近似する円筒面形状の組み合わせ等の近似形状でもほぼ同一の効果を得ることができ、光源の大きさに伴う許容範囲として、光学系の全体形状に対する光源の大きさ程度の誤差範囲まで含むものとする。
【０１６７】
また、上記実施例では、上下入射面３１ｂ，３１ｂ′、及び全反射面３１ｃ，３１ｃ′は上下対称形状としているが、特に対称形状に限定されるわけではなく、上下非対称形状としても良い。
【０１６８】
この理由として、例えば、上記閃光発光装置をカメラ等の撮影装置に装着して使用する場合、撮影光軸と照明系の照明光軸が異なる為、被写体面上で視差を生じるが、この場合照明系の照射光軸を被写体の距離に応じてある一定量撮影光軸に傾ける必要がある。
【０１６９】
この場合、上下の照射範囲の分布を上下非対称として対応させた方が上記光学系では有効である。また、上記説明のように、同一全反射面でも光源から離れて位置に存在する面の方が、指向性が高く狭い範囲に効率良く集光制御できる性質を利用して、光源付近に存在する入射面や全反射面は所定量やや狭目に集光させるようにやや集光性を強めて構成することによって、各面での配光分布を一致させ全体の配光特性を均一に、かつ照射範囲外に照射される成分を最小にした効率の良い集光光学系を形成することができる。
【０１７０】
上記説明のように、実施形態１の考え方とは異なる本実施形態のような光学プリズムの各面形状の設定方法でも、光源中心からの射出光束を必要照射範囲に対して均一に配分することができる。上記実施例の形状は上下方向の開口部の高さｇや光学系全体の奥行きｆは大型化するものの以下のような利点がある。
【０１７１】
すなわち、上記説明のように各入射面毎の照射範囲がほぼ一定であり、かつ連続した面形状となっている為、不連続点が生じず、むらのない均一な配光特性が得やすいこと、また、射出光軸中心に向かう成分、すなわち中心光量を規定する成分が、各入射面、全反射面の中心部付近の最も安定した領域を使用して指向させている為、各面の周辺部分で中心方向に指向させる場合に比べて中心光量変化に対する敏感度が低い、すなわち、光学プリズムの加工精度のばらつきや、部品間の寸法精度による位置関係の誤差等のによる部品間のばらつきが生じにくいので、安定して高い中心光量が得られるという点が挙げられる。
【０１７２】
次に、本発明の実施形態６について説明する。図１５，図１６は、本発明の実施形態６の要部断面図である。４１は光学プリズム、４２は閃光放電管、４３は反射傘である。
【０１７３】
反射傘４３は閃光放電管４２と同心形状の反射部４３ａと、光学プリズム４１の全反射面４１ｃ，４１ｃ′の後方にほぼ光学プリズムの形状に近似した形状からなる反射部４３ｂ，４３ｂ′とから構成され、その他の各部の形状は、ほぼ上記実施例と同様で、対応箇所は同一の記号で示している。
【０１７４】
また、図１５と図１６は各構成部品の形状は同一であり、図中に示した光線トレース部のみが異なっており、図１５は光軸近傍に進んだ光束を入射させる入射面４１aから入射した成分を、図１６は全反射面４１ｃ，４１ｃ′に導く入射面４１ｂ，４１ｂ′に入射した成分をそれぞれ示している。
【０１７５】
本実施形態は、実施形態１とほぼ同等の配光特性をもたせつつ、入射面及び全反射面の形状を工夫し均一配光を得られるようにした変形光学系であり、実施形態１で示したような光学プリズム全周に設けたリブ形状や光射出部の段差等は示していない。
【０１７６】
本実施形態の最大の特徴は、光源中心Ｏから射出される成分のうち、射出光軸１Ｚに近い角度成分は必要照射範囲の中心部分に集光させ、光源中心Ｏから照射光軸１Ｚに対し上下方向に照射されたは必要照射角度範囲の周辺部分に照射されるように各面形状を設定したものである。
【０１７７】
特に、光源中心Ｏから照射光軸１Ｚに対し上下方向に照射されたは成分のうち、光源４２に近い側の成分は光学プリズム４１の通過後射出光軸１Ｚから離れる方向に、射出面に近い側で全反射した成分は光学プリズム４１の通過後射出光軸１Ｚに交わる方向に、それぞれ光源からの射出角に応じて射出角度を変換している点である。
【０１７８】
そして、このように構成することによって、上記複数の入射面から入射した光束が合成されて、必要照射範囲に対して均一に照射されることになり、実施形態１及び、実施形態５とほぼ同等の配光特性をえることができる。
【０１７９】
まず、図１５を用いて、光学系の構成を説明する。実施形態１と同様各部の形状を実際の数値で示すと図中ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，αmax,θbdrはそれぞれ以下の値をとる。
【０１８０】
ｄ＝０．５  ，ｅ＝０．５  ，ｆ＝５．０５  ，ｇ＝７．８７
αmax＝１０°    θbdr＝３４．６５°
また、この時の光源中心から射出した主に射出光軸１Ｚに近い成分については、図示のようにこの入射面のパワーを強め、実施形態１の半分の約１０°に狭めている。この為、光源中心Ｏからこの入射面４１ａに入射する成分の最大値θbdrは３°程度狭くなっている。この為、光源中心から６９．３°に広がった光束を、約１／３の範囲である２０°の分布に変換することができる。
【０１８１】
実際の配光特性は、実施形態１でも説明したように光源の大きさが有限である為、光源の大きさによって広がるが、上記値を基に光源の大きさの補正を加えることによって必要とされる配光特性が得られる形状に変換することができる。
【０１８２】
次に、本実施形態の最も特徴的な全反射光の配光分布について、図１６を用いて説明する。まず、光源の上下方向に進んだ光束は、実施形態１同様１°の平面で構成された入射面４１ｂ，４１ｂ′を介して入射する。
【０１８３】
この入射面から入射した光束は、全反射面４１ｃ，４１ｃ′に導かれ、光学プリズム４１の後端の反射成分が光源から離れる方向の最大成分に対応し、射出部付近で反射した光束が射出光軸１Ｚと交わる最大成分に対応するように変換される。ここまでは、実施形態５と同様である。
【０１８４】
しかし、その照射角度範囲が異なっている。すなわち、この時の変換が、射出光軸から離れる方向の成分の最小値γmin，最大値γmaxであり、また射出光軸と交わる方向の成分の最小値βmin、最大値βmaxがそれぞれ図示のようであり、実施形態５では存在した光軸中心付近に向かう成分が抜けていることである。
【０１８５】
実際に本実施例で採用した図中の各パラメータは、以下のような数値設定を行ったものである。
【０１８６】
αmax＝βmin＝γmin＝１０°  ，  βmax＝γmax＝２０°
また、上記区画された成分は、それぞれ各面で光源中心Ｏからの射出角度に応じて一定の割合で変換されるような形状で規制されている為、光源中心Ｏから射出される光束は、全体として中心部と周辺部で重ね合わせが行われ、全照射範囲にわたって均一な配光に制御することができる。
【０１８７】
一方、図示していないが、光源中心Ｏから射出光軸１Ｚの後方に向かった光束は、上記実施例同様、後方に配置した反射傘４３が光源４２に対して同心形状に配置されている為、基本的に光源中心の光束は反射後再度光源中心に戻り、光源のガラス管の悪影響を最小限にして、所望の配光特性を得られるような構成を達成することができる。
【０１８８】
また、上記実施形態６の構成では、光源中心Ｏから射出される光束を、それぞれの入射面に応じて制御し、境界線すなわち図中の光軸から１０°の角度成分で一致させるように構成しているが、必ずしもこの角度で一致するように規制する必要はなく、両者の配光分布を一部重ねあわせたり、光源が有限の大きさを持っていることを考慮して各照射分布を狭めに設定し重ねあわせによって配光ムラが生じないような角度設定に便宜変更してもかまわない。
【０１８９】
実際に有効に機能する重ね合わせ量としては、以下で規定される程度の設定を行うことが望ましい。
【０１９０】
０．８≦｜βmin／αmax｜≦１．２  ……（８）
０．８≦｜γmin／αmax｜≦１．２  ……（９）
上記説明のように、実施形態１の考え方とは異なる本実施形態のような光学プリズムの各面形状の設定方法でも、光源中心からの射出光束を必要照射範囲に対して均一に配分することができる。
【０１９１】
上記実施例の形状は上下方向の開口部の高さｇや光学系全体の奥行きｆはさらに大型化するものの以下のような利点がある。すなわち、上記説明のように各入射面毎の照射範囲を任意の角度範囲に設定することができる為、照射面上での配光分布を任意の分布に変換できること、例えば、中心光量のみを上昇させたり、周辺の配光を意図的に明るくするなど、照射面上での任意の配光特性をえることができ、その応用範囲は広い。
【０１９２】
上記各実施形態では、全反射面での配光分布特性の制御を照射光軸１Ｚを挟む、上下２種の全反射面で構成した例を示したが、必ずしも分割数はこの２面に限定されるわけではなく異なる特性３面以上の面で構成しても良い。
【０１９３】
例えば、照射光軸近傍の成分を増やす為、全反射面を３分割し、全反射光の一部を射出光軸中心に向かわせるように構成しても良い。このようにすることによって、例えば、中心光量のみが不足した場合、全体配光を大きくいじらずこのポイントのみ集光性を上げられる為、必要配光特性を補正する際に特に有効である。
【０１９４】
一方、逆にこの全反射によって制御される成分を射出光軸から離れる方向または、射出光軸に交わる方向のどちらか１種類のみで構成し、射出光軸近傍に向かった成分との合成で必要照射角範囲をカバーするように構成しても良い。
【０１９５】
このように構成することによって開口部の高さを狭くすることができ、光学系の全体形状をさらに小型化することが可能となる。
【０１９６】
また、上記各実施例では、光学プリズムからの射出角度が、光源中心から射出する角度θに比例するように各入射面、全反射面形状を設定してきたが、必ずしも上記比例関係にあるように変換させるような面形状に限定されるわけではない。
【０１９７】
例えば、プリズム面に入射される際に生じる表面反射によりプリズム面入射出時に光量損失を生じるが、この光量損失をあらかじめ考慮した補正関数で規定した各面構成として定義したり、照明光学系の照射すべき被照射体が平面である場合、周辺部では光源中心から距離が離れる為中心部に対して光量不足となるが、この光量不足を解消するように、あらかじめ、周辺光量を高めるような配光特性が得られるような各面形状を設定を行っても良い。
【０１９８】
さらに、以上の各実施形態では、プリズムの材料として光学樹脂材料、特にアクリル樹脂を想定して説明してきたが、プリズムの材料としては、この材料に限定されるものではなく、ガラス等の透過率の高い材料や、透過率の高い液体を封入したような材料を用いてもよく、上記材料に限定されるものではない。
【０１９９】
【発明の効果】
本発明によれば、本出願人が先に種々と提案した照明装置を更に改良し、撮影装置の照明光学系の全体形状を極端に小型化しつつ、そのときの必要照射範囲の配光特性を均一に保つこと、さらに、光学特性を低下させず、むしろ画角内に照射される有効エネルギを増加させることのできる照明装置及びそれを用いた撮影装置を達成することができる。
【０２００】
又本発明によれば、今までの照明光学系に比べて極端に小型、薄型化、そして軽量化を図ると共に、光源からのエネルギを高い効率で利用し、照射面上で均一な配光特性を保った照明ができるスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な照明装置及びそれを用いた撮影装置を達成することができる。
【０２０１】
この他本発明によれば、照明光学系の集光制御を光学プリズム内で行わせるため、所望の配光特性を持たせた照明光学系を極端に小型化できると共に、そのときの必要照射範囲に対する配光特性を均一に保つことが容易にできる。
【０２０２】
また、光学プリズム内での集光を全反射を利用して行っている為、同一光源に対するエネルギの利用効率が高く、小型しても光学特性を低下させずむしろ画角内に照射される有効エネルギを増加させることが可能になる。
【０２０３】
さらには、光学プリズムの各入射面及び全反射面を本発明の手法によって最適化することにより、必要画角内での照度分布を自由にコントロールすることが可能な照明装置及びそれを用いた撮影装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図２】本発明の実施形態１の他の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図３】本発明の実施形態１の閃光発光装置を適用したカメラの斜視図
【図４】本発明の実施形態１の閃光発光装置を前方からみた斜視図
【図５】本発明の実施形態１の閃光発光装置を前方からみた分解斜視図
【図６】本発明の実施形態１の閃光発光装置を背面からみた分解者斜視図
【図７】本発明の実施形態２の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図８】本発明の実施形態２の他の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図９】本発明の実施形態３の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図１０】本発明の実施形態３の他の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図１１】本発明の実施形態４の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図１２】本発明の実施形態４の他の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図１３】本発明の実施形態５の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図１４】本発明の実施形態５の他の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図１５】本発明の実施形態６の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【図１６】本発明の実施形態６の他の光線分布を示す閃光発光装置の閃光放電管径方向の縦断面図
【符号の説明】
１，４，６，８、１１，３１，４１      光学プリズム
２，１２，３２，４２      閃光放電管（光源手段）
３，５，７，９，３３，４３………反射傘
２１      レリーズボタン
２２      カメラのモード切り替えスイッチ
２３      液晶表示窓
２４      測光装置の覗き窓
２５      ファインダー覗き窓
２６      カートリッジ装填蓋
２７      レンズ鏡筒
２８      カメラ本体
【図１】
0004208325.tif 000006
【図２】
0004208325.tif 000007
【図３】
0004208325.tif 000008
【図４】
0004208325.tif 000009
【図５】
0004208325.tif 000010
【図６】
0004208325.tif 000011
【図７】
0004208325.tif 000012
【図８】
0004208325.tif 000013
【図９】
0004208325.tif 000014
【図１０】
0004208325.tif 000015
【図１１】
0004208325.tif 000016
【図１２】
0004208325.tif 000017
【図１３】
0004208325.tif 000018
【図１４】
0004208325.tif 000019
【図１５】
0004208325.tif 000020
【図１６】
0004208325.tif 000021