專利名稱：照明設(shè)備和攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在攝像設(shè)備或類似物等中的照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
用在諸如攝像機(jī)之類的攝像設(shè)備中的照明設(shè)備由光源和諸如用來把從光源發(fā)射的光通量向光照射側(cè)(向?qū)ο?引導(dǎo)的反射鏡和菲涅耳透鏡之類的光學(xué)部件形成。為了把從光源在各個方向發(fā)射的光通量高效地收集到必要的照射區(qū)域已經(jīng)提出了各種小型照明設(shè)備。
具體地說，一些最近提出的設(shè)備采用實現(xiàn)全反射的光學(xué)部件，如棱鏡；和光導(dǎo)管，光導(dǎo)管設(shè)置成實現(xiàn)均勻的光分布、改進(jìn)的光收集效率、及減小的尺寸，代替布置得比光源更靠近物體的菲涅耳透鏡。
例如，日本專利公開No.2000-250102已經(jīng)提出了一種照明設(shè)備，該照明設(shè)備具有用來在光照射方向上施加來自光源的光通量的光學(xué)棱鏡。在該照明設(shè)備中，光學(xué)棱鏡具有第一入射表面，它接收來自光源的靠近照射光軸發(fā)射的光通量部分；出射表面，來自第一入射表面的光通量從該出射表面直接出射；第二入射表面，它接收來自光源的以比靠近照射光軸的角度大的角度發(fā)射的光通量部分；及全反射表面，它全反射來自第二入射表面的光通量，并且使反射的光通量從出射表面出射。在該照明設(shè)備中，上述各個表面形成為，具有在從光源中心發(fā)射的光通量相對于照射光軸的角度與從出射表面出射的光通量相對于照射光軸的角度之間建立一定相互關(guān)系的形狀。
作為光學(xué)棱鏡的材料，鑒于成形性和成本常常使用諸如丙烯酸樹脂之類的光學(xué)樹脂材料。
在這種類型的照明設(shè)備中，光源產(chǎn)生與光一起的大量熱量。為了防止光學(xué)材料由于熱量造成而變形，必須考慮在一次光發(fā)射中產(chǎn)生的熱能和最短光發(fā)射周期而選擇光學(xué)材料和限定熱輻射空間。結(jié)果，在以上描述的日本專利公開No.2000-250102中提出的照明設(shè)備中，在接收從光源以較大角度發(fā)射的光通量的第二入射表面與光源之間需要保證稍大的距離。
然而，對于以這種方式設(shè)置的第二入射表面的位置，光學(xué)棱鏡的高度容易增大，這使得難以減小照明設(shè)備的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)部件受來自光源的熱量的影響較小的小型照明設(shè)備。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供一種具有光源、和光學(xué)部件的照明設(shè)備。該光學(xué)部件布置得比光源更靠近光照射側(cè)并且具有形成為折射表面。入射表面具有第一區(qū)域和第二區(qū)域。第一區(qū)域接收相對于照射光軸以比第一角度小的角度從光源發(fā)射的第一光分量。第二區(qū)域接收相對于照射光軸以比第一角度大的角度發(fā)射的第二光分量。在照射光軸的方向上第二區(qū)域比第一區(qū)域定位得更靠近光源。第一區(qū)域和第二區(qū)域的每一個形成為平表面和具有面對光源的凹面形狀的彎曲表面之一。
本發(fā)明的其它目的和特征由參照附圖的優(yōu)選實施例的如下描述可清楚看出。


圖1示意表示包括本發(fā)明的實施例1的照明設(shè)備的攝像機(jī)。
圖2是透視圖，表示實施例1的照明設(shè)備。
圖3是分解透視圖，表示實施例1的照明設(shè)備。
圖4A是實施例1的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
圖4B是實施例1的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
圖4C是實施例1的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
圖5是透視圖，表示本發(fā)明的實施例2的照明設(shè)備。
圖6是分解透視圖，表示實施例2的照明設(shè)備。
圖7A是實施例2的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
圖7B是實施例2的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
圖7C是實施例2的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
圖8是透視圖，表示本發(fā)明的實施例3的照明設(shè)備。
圖9是分解透視圖，表示實施例3的照明設(shè)備。
圖10A是實施例3的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
圖10B是實施例3的照明設(shè)備在YZ平面中的截面視圖。
具體實施例方式
下文將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(實施例1)圖1示意表示包括本發(fā)明的實施例1的照明設(shè)備的攝像機(jī)(攝像設(shè)備)。
在圖1中，附圖標(biāo)記1表示攝像機(jī)本體。附圖標(biāo)記2表示保持未表示的攝像鏡頭的透鏡筒。附圖標(biāo)記10表示諸如CCD傳感器和CMOS傳感器之類的圖像拾取裝置，它用來光電轉(zhuǎn)換由在透鏡筒中的攝像光學(xué)系統(tǒng)形成的物體圖像。附圖標(biāo)記3和4分別表示取景器和釋放按鈕。附圖標(biāo)記5表示當(dāng)從前面看時布置在攝像機(jī)本體1的右上部分中的上述照明設(shè)備。
盡管結(jié)合與鏡頭一體化的小型攝像機(jī)描述實施例1，但本發(fā)明可應(yīng)用于為具有可互換鏡頭的單鏡頭反光攝像機(jī)而設(shè)置在內(nèi)部或外部的照明設(shè)備。另外，盡管結(jié)合數(shù)碼攝像機(jī)描述實施例1，但本發(fā)明可應(yīng)用于安裝在膠卷攝像機(jī)上的照明設(shè)備。
圖2是透視圖，表示實施例1的組裝后的照明設(shè)備。圖3表示照明設(shè)備的分解透視圖。如圖2和3中所示，照明設(shè)備5具有圓柱形放電電弧管(下文簡稱為電弧管)6，它用作光源并且發(fā)射諸如閃爍光之類的照明光；反射部件7，它反射從電弧管6輻射的在與電弧管6的縱向方向(X方向)正交的平面(YZ平面)中相對于照明設(shè)備的照明光軸AXL以大角度傳播的光通量部分和相對物體向后傳播的光通量部分，并且把這些光通量分量重新導(dǎo)向到指向物體的前面；及光學(xué)棱鏡(光學(xué)部件)8，它高效地把直接從電弧管6進(jìn)入的光通量和由反射部件7反射之后進(jìn)入的光通量施加到必要的照射范圍上。
反射部件7在與電弧管6的縱向方向正交的平面中具有曲率，并且其內(nèi)表面由諸如具有高反射率的光亮的鋁之類的金屬材料制成。光學(xué)部件8由諸如光學(xué)玻璃和丙烯酸樹脂之類的具有高透射率的光學(xué)材料制成。
在包括上述照明設(shè)備的在圖1中表示的攝像機(jī)中，例如當(dāng)設(shè)置“自動閃光模式”并且用戶按下釋放按鈕4時，未表示的中央處理單元基于由未表示的測光設(shè)備測量的物體的亮度、和圖像拾取裝置10的靈敏度確定是否應(yīng)該使照明設(shè)備發(fā)射光。如果中央處理單元確定應(yīng)該使照明設(shè)備發(fā)射光，則它輸出光發(fā)射信號以通過連接到反射部件7上的未表示的觸發(fā)器引線使電弧管6發(fā)射光。相對于照射光軸AXL成大角度的發(fā)射光通量部分、和向后傳播的發(fā)射光通量部分，通過反射部件7進(jìn)入布置在電弧管6前面的光學(xué)部件8，而相對于照射光軸AXL成比較小角度的發(fā)射光通量部分直接進(jìn)入光學(xué)部件8。進(jìn)入光學(xué)部件8的光變成具有預(yù)定的光分布特性，并且然后施加到在物體側(cè)的必要照射區(qū)域上。
在圖2和3中，棱鏡表面8a形成在物體側(cè)的光學(xué)部件8的出射表面上，用來控制在水平方向(X方向)上的光分布特性。在豎直方向(Y方向)上的光分布特性由光學(xué)部件8和反射部件7控制。
在實施例1中，光學(xué)部件8和反射部件7的形狀被最適當(dāng)?shù)匾?guī)定，以便優(yōu)化在豎直方向(Y方向)上的光分布特性。下文參照圖4A至4C將詳細(xì)描述光學(xué)部件8和反射部件7的優(yōu)化形狀的設(shè)置。
圖4A至4C是照明設(shè)備5在包括電弧管6的直徑方向的平面(YZ平面)中的截面視圖。光學(xué)部件8的入射表面8b具有第一入射部分(第一區(qū)域)8b1，它主要接收從電弧管6向前發(fā)射的靠近照射光軸AXL傳播的光通量部分，即相對于照射光軸AXL以比第一角度θ1小的角度發(fā)射的第一光通量；和第二入射部分(第二區(qū)域)8b2，它主要接收對角線向前傳播的光通量部分，即相對于照射光軸AXL以比第一角度θ1(在圖4B中表示為稍大于角度θ1的角度θ1a)大并且比第二角度θ2小的角度發(fā)射的第二光通量。光學(xué)部件8還具有基本上全反射從第二入射部分8b2進(jìn)入光學(xué)部件8的第二光通量的全反射表面8c。
反射部件7具有反射表面7a，它主要反射相對于照射光軸AXL從電弧管6豎向傳播的光通量，即以比第二角度θ2(在圖4B中表示為稍大于角度θ2的角度θ2a)大的角度發(fā)射的第三光通量；和半圓柱形部分7b，它主要把向后傳播的光通量反射到電弧管6的中心。
應(yīng)該注意，圖4A至4C表示光學(xué)部件8和反射部件7的形狀以及從電弧管6的中心發(fā)射的第一至第三光通量的光線軌跡圖。
在實施例1中，電弧管6、反射部件7、及光學(xué)部件8具有相對于照射光軸AXL豎向?qū)ΨQ的形狀。由于光線軌跡圖也是豎向?qū)ΨQ的，所以在圖4A至4C中省去從光源的中心發(fā)射的在紙面上最初向下側(cè)傳播的光通量部分的光線軌跡圖。
實施例1的照明設(shè)備5的特征在于，它能在豎直方向(Y方向)上提供均勻的光分布特性，并且它在豎直方向上具有極小的孔高度。下文將對用來實現(xiàn)這些特性的形狀和光線如何傳播進(jìn)行描述。
在圖4A至4C中，電弧管6用其玻璃管的內(nèi)外直徑表示。常常使在這種類型的照明設(shè)備中的實際電弧管完全在內(nèi)徑中發(fā)射光以改進(jìn)效率，并因而能確實地說，電弧管完全在內(nèi)徑中大體均勻地發(fā)射光。
然而，在設(shè)計階段，為了有效地控制從電弧管(光源)6發(fā)射的光，最好假定點光源理想地呈現(xiàn)在光源中心O處來設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)的形狀，然后通過考慮具有一定有限尺寸的光源進(jìn)行校正，而不是同時考慮在內(nèi)徑中的所有光通量。
基于該想法，在實施例1中，把電弧管6的內(nèi)和外直徑的中心作為用來確定形狀的基準(zhǔn)位置來考慮，并且按下面描述的那樣設(shè)置光學(xué)部件8和反射部件7的各個部分的形狀。
作為光學(xué)部件8的材料，鑒于成形性和成本，最適合使用諸如丙烯酸樹脂之類的光學(xué)樹脂材料。然而，在這種類型的照明設(shè)備中，光源在產(chǎn)生光的同時產(chǎn)生大量熱量。必須考慮到在一次光發(fā)射中產(chǎn)生的熱能和最短光發(fā)射周期來選擇光學(xué)材料和限定熱輻射空間，以防止熱量的影響。
位置最靠近光源的光學(xué)部件8的入射表面8b實際上受熱量的影響最大。因而，在光源與入射表面8b之間的最短距離需要首先決定。在實施例1中，在接收從光源中心O以靠近照射光軸AXL的角度發(fā)射的第一光通量的第一入射部分8b1與電弧管6的外徑之間限定最短距離d。
如果在入射表面8b與光源之間的距離太大，則整個光學(xué)系統(tǒng)的尺寸增大。因而，最短距離d希望落在如下范圍內(nèi)D/10≤d≤D/2 (1)其中D代表放電電弧管的直徑。
其次，確定入射表面8b的形狀。在圖4A中表示的截面視圖中，接收從光源中心發(fā)射的第一光通量的入射表面8b的第一入射部分8b1形成為大體與照射光軸AXL垂直的平表面，或者具有諸如具有小曲率的圓弧或橢圓之類的二次曲面的橫截面的圓柱形表面或復(fù)曲面、或光滑自由形式表面。這些彎曲表面具有面對放電管6的凹面形狀。
對于以這種方式設(shè)置的第一入射部分8b1，能認(rèn)為從光源中心發(fā)射的光通量等于通過平行板的光通量，并且靠近照射光軸AXL傳播的第一光通量幾乎沒有發(fā)散或會聚地從光學(xué)部件8出射。因而，建立如下關(guān)系α≈θ1(2)其中θ1代表相對于照射光軸AXL從光源中心O入射在第一入射部分8b1上的第一光通量的出射角度，α代表來自光學(xué)部件8的出射表面8a的第一光通量的出射角度。上述關(guān)系意味著角度α大體等于角度θ1。在這種情況下，出射表面8a的孔高度h能設(shè)置到適當(dāng)尺寸以控制光通量，從而出射角度α與必要的光分布角度相對應(yīng)。
具體說來，在從光源中心O發(fā)射并且從第一入射部分8b1進(jìn)入光學(xué)部件8的第一光通量中，在照射光軸AXL上傳播的光通量按原樣通過光學(xué)部件8。以此光通量分量為基點，第一光通量相對于照射光軸AXL以大體等于從光源中心O出射的角度θ1的出射角度α從出射表面8a出射。“大體等于”包括它們完全地相同的情形和它們不是完全地相同但能認(rèn)為它們在光學(xué)特性方面相同的范圍內(nèi)有所不同的情形。
其次，在圖4B中表示的截面視圖中，接收從光源中心O發(fā)射的第二光通量的第二入射部分8b2形成為相對于照射光軸AXL傾斜的平表面，或者具有諸如圓弧或橢圓之類的二次曲面的橫截面的圓柱形表面或復(fù)曲面、或光滑自由形式表面。這些彎曲表面具有面對放電管6的凹面形狀。
在圖4B中表示的截面視圖中，角度φ代表第二入射部分8b2在它形成為平表面時相對于照射光軸AXL的傾斜角，或者當(dāng)?shù)诙肷洳糠?b2形成為彎曲表面時，代表彎曲表面的切線相對于照射光軸AXL在銳角側(cè)的(最小)傾斜角(在離照射光軸AXL最遠(yuǎn)的彎曲表面的端部處的切線的傾斜角)。傾斜角φ希望落在如下范圍內(nèi)45°≤φ＜90°(3)這是考慮到當(dāng)以后描述的由反射部件7的反射表面7a反射的第三光通量入射在第二入射部分8b2上時由在入射表面8b上的反射造成的折射光的減少、和將第二入射部分8b2放置在比第一入射部分8b1離光源更遠(yuǎn)的位置以減小來自光源的熱量的影響。
其次，全反射表面8c的傾斜角設(shè)置成大體全反射從第二入射部分8b2入射在其上的光通量。具體地說，限定全反射表面8c的形狀，從而由最靠近物體的全反射表面8c的部分全反射的光通量相對于照射光軸AXL形成最大角度。換句話說，全反射表面8c的形狀借助于由如下表示的連續(xù)非球形表面被規(guī)定β＝f(θ1)(4)其中θ1代表入射在第二入射部分8b2上的光通量相對于照射光軸AXL的角度，并且β代表在通過光學(xué)部件8的全反射表面8c的控制之后從出射表面8a出射的第二光通量相對于照射光軸AXL的角度。
如圖4B中所示，在從光源中心O發(fā)射、從第二入射部分8b2進(jìn)入光學(xué)部件8、及大體由全反射表面8c全反射的第二光通量中，相對于照射光軸AXL以最小出射角度θ1a從光源中心O發(fā)射的光線由全反射表面8c反射，并因而變成相對于照射光軸AXL以最大角度出射的分量。在由全反射表面8c大體全反射的第二光通量中，相對于照射光軸AXL以最大出射角度θ2從光源中心O發(fā)射的光線由全反射表面8c反射，并因而變成最接近與照射光軸AXL平行的分量。
反射在出射角θ1和θ2的分量之間存在的光通量分量的全反射表面8c的部分形成為，具有從出射表面8a的出射角度在上述出射角度β內(nèi)與從光源中心O的出射角度成比例地逐漸變化的表面形狀。
也就是說，全反射表面8c形成為具有由下式表示的形狀β＝m(θ2-θ1) (θ1a≤θ1≤θ2) (5)其中θ1代表從光源中心O向第二入射部分8b2傳播的光通量相對于照射光軸AXL的角度，β代表從出射表面8a的出射角度，θ2代表從第二入射部分8b2的端部(離照射光軸AXL最遠(yuǎn)的部分)進(jìn)入光學(xué)部件8的光線相對于照射光軸AXL的角度，及m代表取決于必要照射角度的比例常數(shù)。
在圖4A至4C的截面視圖中，入射表面8b的第一入射部分8b1可以連接到第二入射部分8b2上，在它們之間有不連續(xù)的邊界。然而，在實施例1中，邊界形成為具有從入射部分8b1和8b2的一個向另一個連續(xù)變化的傾斜角的彎曲表面。
如上所述，實施例1的光學(xué)部件8的入射表面8b具有作為整體面對電弧管6的凹面形狀，而不包括面對電弧管6的凸面形狀。
其次，在實施例1中，如圖4C中所示，以如下方式確定反射部件7的反射表面7a的形狀，以便以最小形狀實現(xiàn)在必要照射區(qū)域中的均勻光分布。
也就是說，當(dāng)如上述那樣已經(jīng)確定入射表面8b的形狀時，反射表面7a成形為，建立在來自光源中心O的第三光通量的出射角度、與在第三光通量由反射表面7a反射并通過光學(xué)部件8之后來自光學(xué)部件8的第三光通量的出射角度之間的某種相互關(guān)系。換句話說，反射表面7a的形狀借助于由下式表示的連續(xù)非球形形狀規(guī)定γ＝g(θ1)(6)其中θ1代表來自光源中心O的第三光通量的出射角度，并且γ代表在通過反射表面7a的反射并通過出射表面8b的折射之后來自光學(xué)部件8的第三光通量的出射角度。具體地說，在實施例1中，θ1和γ設(shè)置成在這些相互關(guān)系中具有比例關(guān)系，以實現(xiàn)均勻的光分布特性。
對于這種設(shè)置，在從光源中心O發(fā)射并且由反射表面7a反射的第三光通量中，在最小出射角度θ1下的光通量分量，即由反射表面7a的端部反射的光通量分量，入射在入射表面8b上并且然后變成最接近與照射光軸AXL平行的分量。另一方面，在最大出射角度θ1下的分量，即在與照射光軸AXL相垂直的方向上的分量，由反射表面7a反射和入射在入射表面8b上，并因而變成相對于照射光軸AXL以最大角度出射的分量。
反射在最大和最小出射角的分量之間存在的光通量分量的反射表面7a的部分形成為，具有從光學(xué)部件8的出射角度在上述出射角度γ內(nèi)與從光源中心O的出射角度成比例地逐漸變化的表面形狀。
也就是說，反射表面7a形成為具有由下式表示的形狀γ＝n(θ1-θ3) (θ3≤θ1≤90°) (7)其中θ1代表向反射表面7a傳播的光通量相對于照射光軸AXL的角度，γ代表從出射表面8a的出射角度，θ3代表由反射表面7a反射的端部反射的光線相對于照射光軸AXL的角度，及n代表取決于必要照射角度的比例常數(shù)。
盡管沒有表示，但將進(jìn)行在照射光軸上向電弧管6的后部傳播的光通量的光學(xué)路徑的描述。與光源中心O同心的半圓柱形部分7b提供在照射光軸的后部中，并且電弧管6的玻璃管也與光源中心O同心，從而從光源中心O向后發(fā)射的所有光通量穿過玻璃管返回光源中心O而不受折射的影響。返回到光源中心O的光線大體均勻地施加到必要照射區(qū)域上，具有與在圖4A至4C中表示的光線軌跡圖中那些特性大體相同的特性。
另外，各個表面的形狀能設(shè)置成，第一至第三光通量在它們由光學(xué)部件8和反射部件7變化之后大體具有相同的光分布，由此在必要的照射區(qū)域中實現(xiàn)均勻的光分布。
因而，用于攝像機(jī)的照明設(shè)備，除當(dāng)要求特定光分布時之外，希望具有落在如下范圍內(nèi)的各個值。
明確地說，滿足如下0.8≤|βmax/αmax|≤1.2(8)0.8≤|γmax/αmax|≤1.2(9)其中αmax代表從入射表面8b的第一入射部分8b1進(jìn)入光學(xué)部件8并且從出射表面8a出射的第一光通量相對于照射光軸AXL的最大角度，βmax代表從第二入射部分8b2進(jìn)入光學(xué)部件8、由全反射表面8c反射、及然后從出射表面8a出射的第二光通量相對于照射光軸AXL的最大角度，及γmax代表由反射部件7的反射表面7a反射、從入射表面8b進(jìn)入光學(xué)部件8、及從出射表面8a出射的光通量相對于照射光軸AXL的最大角度。換句話說，αmax、βmax、及γmax大體相等。
當(dāng)光源的內(nèi)徑足夠小時或者當(dāng)認(rèn)為光學(xué)部件對于光源足夠大時，上述方法能用來以相當(dāng)好的效率控制光分布。
然而，在考慮實際光分布時，用作其有效光發(fā)射部分的光源的內(nèi)徑在多數(shù)情況下不是可忽略地小，并且光源的尺寸對于整個光分布特性具有巨大影響。由于光源的限定尺寸引起光分布的一定擴(kuò)展，所以在某種程度上需要通過考慮該因素而設(shè)置形狀。
另一方面，假定光源是點光源，形狀希望匹配按上述確定的形狀，但實際上，光源具有與電弧管的內(nèi)徑相對應(yīng)的有限尺寸，并因而即使當(dāng)不嚴(yán)格地按以上描述規(guī)定形狀時，也能大體提供相同的光分布特性。
有一些能實現(xiàn)與由按上述確定的形狀提供的光分布特性大體相同的效果的形狀，例如接近按上述確定的形狀的單個或多個平表面或圓柱形表面或諸如橢圓之類的二次曲面。
因此，光學(xué)部件8的入射表面8b、全反射表面8c、及反射部件7的反射表面7a不限于嚴(yán)格滿足上述表達(dá)式的形狀，并且可以是近似與光學(xué)部件和反射部件的各個表面的形狀近似對應(yīng)的形狀。
當(dāng)光學(xué)部件和反射部件以近似形狀形成時，有利的是與表面的形狀為非球形形狀相比能夠非常容易地測量實際加工部件是否按設(shè)計制造。
事實上，通過使用按近似形狀制造的光學(xué)部件和反射部件進(jìn)行的試驗表明了一種光分布特性，該光分布特性與由上述表達(dá)式(4)至(9)表示的形狀的光分布特性相差不大。
在實施例1中，假定將該設(shè)備用于實際產(chǎn)品，薄肋板8d在光學(xué)部件8的前側(cè)的整個外周緣的周圍與光學(xué)部件8整體地形成，即，作為光學(xué)部件8的全反射表面8c的延伸部，以暴露作為攝像機(jī)外部部件的光學(xué)部件8的出射表面8a。這成形為與未表示的攝像機(jī)外部部件相匹配，以防止通過在光學(xué)部件8與攝像機(jī)外部部件之間的間隙看到攝像機(jī)內(nèi)部，并且這為了如下目的而添加。也就是說，把它設(shè)置成，防止在由金屬制成的反射部件7與用作攝像機(jī)的外部部分的金屬蓋之間或與布置在光學(xué)部件8與攝像機(jī)外部部件之間的間隙中的傳導(dǎo)物之間發(fā)生觸發(fā)泄漏，這種泄漏導(dǎo)致發(fā)射光的失敗。
一般地說，在作為實施例1的照明設(shè)備中，反射部件7直接供有用于放電電弧管6的高壓觸發(fā)信號，以通過與反射部件7相接觸的放電電弧管6的NESA涂層開始發(fā)射光。然而，在作為實施例1的小型化的照明設(shè)備中，反射部件靠近金屬外部部件或在攝像機(jī)外的傳導(dǎo)物放置，從而觸發(fā)泄漏現(xiàn)象容易發(fā)生。
如以上描述的那樣在光學(xué)部件8的前側(cè)的整個外周緣周圍添加肋板8d能延伸邊緣長度，以防止觸發(fā)泄漏現(xiàn)象。同時，它有效地防止灰塵或水滴從外面進(jìn)入攝像機(jī)。
(實施例2)圖5至7表示本發(fā)明的實施例2的照明設(shè)備的結(jié)構(gòu)。照明設(shè)備安裝在如在實施例1中描述的攝像機(jī)上。圖5是從前面看時實施例2的照明設(shè)備的透視圖。圖6是從前面看時實施例2的照明設(shè)備的分解透視圖。實施例2與實施例1的不同之處在于，反射部件和光學(xué)部件具有繞通過光源的中心的照射光軸旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。
照明設(shè)備10具有燈11，它作為光源發(fā)射照明光；反射部件12，它反射從燈11輻射的相對于照明光軸AXL向前面以大角度向物體傳播的光通量部分；及光學(xué)部件13，它高效地把從燈11直接進(jìn)入光學(xué)部件13的光通量和在通過反射部件12的反射之后進(jìn)入光學(xué)部件13的光通量施加到必要的照射范圍上。反射部件12具有由諸如具有高反射率的光亮的鋁之類的金屬材料制成的內(nèi)表面。光學(xué)部件13由諸如光學(xué)玻璃和丙烯酸樹脂之類的具有高透射率的光學(xué)材料制成。反射部件12和光學(xué)部件13具有繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。
圖7A至7C表示在穿過照射光軸AXL的平面中照明設(shè)備10的截面視圖。示出了燈11但省略其燈絲、端子等。光學(xué)部件13的入射表面13b具有第一入射部分(第一區(qū)域)13b1，它主要接收從燈11向前發(fā)射的靠近照射光軸AXL傳播的光通量部分，即相對于照射光軸AXL以比第一角度θ1′小的角度發(fā)射的第一光通量；和第二入射部分(第二區(qū)域)13b2，它主要接收對角線向前傳播的光通量部分，即相對于照射光軸AXL以比第一角度θ1′(在圖7B中表示為比角度θ1′稍大的角度θ1a′)大并且比第二角度θ2′小的角度發(fā)射的第二光通量。光學(xué)部件13也具有大體全反射從第二入射部分13b2入射在其上的第二光通量的全反射表面13c。
反射部件12具有反射表面12a，該反射表面12a主要反射相對于照射光軸AXL從燈11豎向傳播的光通量，即以比第二角度θ2′(在圖7B中表示為比角度θ2′稍大的角度θ2a′)大的角度發(fā)射的第三照明光通量。
應(yīng)該注意，圖7A至7C表示光學(xué)部件13和反射部件12的形狀、以及從燈11的中心發(fā)射的第一至第三光通量的光線軌跡圖。
在實施例2中，燈11、反射部件12、及光學(xué)部件13具有相對于照射光軸AXL豎向?qū)ΨQ(繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)對稱)的形狀。由于光線軌跡圖也是豎向?qū)ΨQ的，所以在圖7A至7C中省略從光源的中心發(fā)射的在紙面上最初向下側(cè)傳播的光通量部分的光線軌跡圖。
實施例2的照明設(shè)備10的特征在于，它能提供均勻的光分布特性，并且它能具有極小的孔徑。下文將進(jìn)行用來實現(xiàn)這些特性的形狀和光線如何傳播的描述。在實施例2中，基于與在實施例1中描述的那些相類似的想法設(shè)置光學(xué)部件13和反射部件12的形狀。
在圖7A中表示的截面視圖中，接收來自燈11的第一光通量的入射表面13b的第一入射部分13b1形成為大體與照射光軸AXL垂直的平表面、或通過繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)諸如具有小曲率的圓弧或橢圓之類的二次曲面或光滑自由形式表面提供的彎曲表面。這些彎曲表面具有面對燈11的凹面形狀。
對于以這種方式設(shè)置的第一入射部分13b1，從光源中心O發(fā)射的光通量能認(rèn)為等同于通過平行板的光通量，并且第一光通量從出射表面13a出射而幾乎沒有發(fā)散或會聚。
具體地說，在從光源中心O發(fā)射并且從第一入射部分13b1進(jìn)入光學(xué)部件13的第一光通量中，在照射光軸AXL上傳播的光通量按原樣通過光學(xué)部件13。以此光通量分量為基點，第一光通量相對于照射光軸AXL以大體等于從光源中心O出射的角度θ1′的出射角度α′從光學(xué)部件13的出射表面13a出射。
在圖7B中表示的截面視圖中，接收從燈11發(fā)射的第二光通量的入射表面13b的第二入射部分13b2形成為相對于照射光軸AXL傾斜的平表面、或通過繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)諸如圓弧或橢圓之類的二次曲面提供的彎曲表面、或光滑自由形式表面。這些彎曲表面具有面對燈11的凹面形狀。
在圖7B中表示的截面視圖中，角度φ代表第二入射部分13b2在它形成為平表面時相對于照射光軸AXL的傾斜角，或者當(dāng)?shù)诙肷洳糠?3b2形成為彎曲表面時，代表彎曲表面的切線相對于照射光軸AXL在銳角側(cè)的(最小)傾斜角(在離照射光軸AXL最遠(yuǎn)的彎曲表面的端部處的切線的傾斜角)。傾斜角φ希望落在如下范圍內(nèi)45°≤φ≤90° (3)′原因與在實施例1中的那些相同。
全反射表面13c的形狀規(guī)定為滿足如下。具體地說，在入射在第二入射部分13b2上并且由全反射表面13c大體全反射的第二光通量中，相對于照射光軸AXL以最小出射角度θ1a′從光源中心O發(fā)射的光線由全反射表面13c反射，并因而變成相對于照射光軸AXL以最大角度出射的分量。另一方面，相對于照射光軸AXL以最大出射角度θ2′從光源中心O發(fā)射的第二光通量的光線由全反射表面13c反射，并因而變成最接近與照射光軸AXL平行的分量。
反射在出射角θa1′和θa2′的分量之間存在的光通量分量的全反射表面13c的部分形成為，具有從出射表面13a的出射角度在大體等于上述出射角度α′的出射角度β′內(nèi)與從光源中心O的出射角度成比例地逐漸變化的形狀。
在圖7A至7C的截面視圖中，入射表面13b的第一入射部分13b1可以連接到第二入射表面13b2上，在它們之間有不連續(xù)的邊界。然而，在實施例2中，該邊界形成為具有從入射部分13b1和13b2中的一個向另一個連續(xù)變化的傾斜角的彎曲表面。
如上所述，實施例2的光學(xué)部件13的入射表面13b具有作為整體面對燈11的凹面形狀，而不包括面對燈11的凸面形狀。
其次，如圖7C中所示，以如下方式確定反射部件12的反射表面12a的形狀，以便以最小形狀實現(xiàn)在必要照射區(qū)域中的均勻光分布。
當(dāng)如上述那樣已經(jīng)確定入射表面13b的形狀時，反射表面12a在實施例2中成形為，建立在來自光源中心O的第三光通量的出射角度、與來自光學(xué)部件13的第三光通量在它由反射表面12a反射和通過光學(xué)部件13之后的出射角度之間的某種相互關(guān)系。
具體地說，在從光源中心O發(fā)射的第三光通量中，相對于照射光軸AXL以最小出射角度θ2a′發(fā)射并且由反射表面12a的端部反射的光線，入射在入射表面13b上并且然后變成最接近與照射光軸AXL平行的分量。另一方面，相對于照射光軸AXL以最大出射角度θ3′發(fā)射并且由較靠近光源的反射表面12a的端部反射的第三光通量的光線，入射在入射表面13b上并然后變成相對于照射光軸AXL以最大角度出射的分量。
反射在最大和最小出射角θ2a′和θ3′的分量之間存在的光通量分量的反射表面12a的部分形成為，具有從出射表面13a的出射角度在與上述出射角度α′和β′大體相等的出射角度γ′內(nèi)與從光源中心O的出射角度成比例地逐漸變化的形狀?！按篌w相等”是指滿足在實施例1中描述的表達(dá)式(8)和(9)。
各個表面的形狀能設(shè)置成，使第一至第三光通量在它們由光學(xué)部件13和反射部件12改變之后具有大體相同的光分布，由此實現(xiàn)在必要照射區(qū)域中的均勻光分布。
如以上在實施例1中描述的那樣，由于光源具有有限尺寸，所以實際光分布具有一定擴(kuò)展。然而，基于上述關(guān)系能對光源尺寸的影響進(jìn)行校正，以實現(xiàn)用來達(dá)到均勻光分布必需的各個表面的形狀。
具有與在實施例1中的功能相同的肋板13d形成在光學(xué)部件13前側(cè)的整個外周緣周圍。
盡管已經(jīng)描述了燈用作光源的情形的實施例2，但能使用繞照射光軸具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的另一種光源，如LED和球形電弧管。
(實施例3)圖8至10表示是本發(fā)明的實施例3的照明設(shè)備的結(jié)構(gòu)。照明設(shè)備安裝在諸如在實施例1中之類的攝像機(jī)上。圖8是從前面看時實施例3的照明設(shè)備的透視圖。圖9是從前面看時實施例3的照明設(shè)備的分解透視圖。實施例3與實施例2的不同之處在于，平光源用作光源，并且平光源靠近光學(xué)部件定位以除消反射部件。
照明設(shè)備20具有發(fā)光二極管(LED)21，它作為光源是用來發(fā)射照明光的表面光源；和光學(xué)部件22，它高效地向物體施加從LED 21直接進(jìn)入的光通量。光學(xué)部件22由諸如光學(xué)玻璃和丙烯酸樹脂之類的具有高透射率的光學(xué)材料制成。光學(xué)部件22具有繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。由于光源由LED實現(xiàn)，所以即使當(dāng)LED靠近光學(xué)部件22定位時，光學(xué)部件22也幾乎不受不利影響。因而，實施例3的特征在于，它能提供均勻的光分布特性，并且通過把光學(xué)部件22布置得靠近LED 21能具有比常規(guī)設(shè)備小的孔徑。
圖10A和10B表示在穿過照射光軸AXL的平面中的照明設(shè)備20的截面視圖。熒光材料21a形成在LED 21的發(fā)光表面上。
光學(xué)部件22的入射表面22b具有第一入射部分(第一區(qū)域)22b1，它接收從LED 21向前發(fā)射的光通量部分，即相對于照射光軸AXL以比第一角度θ1″小的角度發(fā)射的第一光通量；和第二入射部分(第二區(qū)域)22b2，它主要接收對角線向前傳播的光通量部分，即相對于照射光軸AXL以比第一角度θ1″(在圖10B中表示為比角度θ1″稍大的角度θ1a″)大的角度發(fā)射的第二光通量。光學(xué)部件22也具有向物體全反射從第二入射部分22b2入射在光學(xué)部件22中的第二光通量的全反射表面22c。
應(yīng)該注意，圖10A和10B表示光學(xué)部件22的形狀、以及從LED21的中心發(fā)射的第一和第二光通量的光線軌跡圖。
在實施例3中，如圖10A和10B中所示，LED 21和光學(xué)部件22具有相對于照射光軸AXL豎向?qū)ΨQ(繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)對稱)的形狀。由于光線軌跡圖也是豎向?qū)ΨQ的，所以在圖10A和10B中省略從光源的中心發(fā)射的在紙面上最初向下側(cè)傳播的光通量部分的光線軌跡圖。
基于與在實施例1中描述的那些相類似的想法，規(guī)定在實施例3中的光學(xué)部件的形狀。下文將進(jìn)行形狀和光線如何傳播的描述。
在圖10A中表示的截面視圖中，接收從光源中心O發(fā)射的第一光通量的光學(xué)部件22的入射表面22b的第一入射部分22b1形成為大體與照射光軸AXL垂直的平表面、或通過繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)諸如具有小曲率的圓弧或橢圓之類的二次曲面提供的旋轉(zhuǎn)對稱表面。這些彎曲表面具有面對LED 21的凹面形狀。
對于以這種方式設(shè)置的第一入射部分22b1，從光源中心O發(fā)射的光通量能認(rèn)為等同于通過平行板的光通量，并且第一光通量從出射表面22a出射而幾乎沒有發(fā)散或會聚。
具體地說，在從光源中心O發(fā)射并且從第一入射部分22b1進(jìn)入光學(xué)部件22的第一光通量中，在照射光軸AXL上通過光源中心O傳播的光通量按原樣通過光學(xué)部件22。以這個光通量分量為基點，第一光通量相對于照射光軸AXL以大體等于從光源中心O出射的角度θ1″的出射角度α″從光學(xué)部件22的出射表面22a出射。
其次，在圖10B中表示的截面視圖中，接收從光源中心O發(fā)射的第二光通量的第二入射部分22b2的端部形成為相對于照射光軸AXL傾斜的平表面、或通過繞照射光軸AXL旋轉(zhuǎn)諸如圓弧或橢圓之類的二次曲面提供的表面、或光滑自由形式表面。這些彎曲表面具有面對LED 21的凹面形狀。
在圖10B中表示的截面視圖中，角度φ代表第二入射部分22b2在它形成為平表面時相對于照射光軸AXL的傾斜角，或者當(dāng)?shù)诙肷洳糠?2b2形成為彎曲表面時，代表彎曲表面的切線相對于照射光軸AXL在銳角側(cè)的(最小)傾斜角(在離照射光軸AXL最遠(yuǎn)的彎曲表面的端部處的切線的傾斜角)。傾斜角φ希望落在如下范圍內(nèi)45°≤φ＜90°(3)′原因與在實施例1中的那些相同。
全反射表面22c的形狀規(guī)定為滿足如下。具體地說，在從第二入射部分22b2入射在其上并且由全反射表面22c大體全反射的第二光通量中，相對于照射光軸AXL以最小出射角度θ1a″從光源中心O發(fā)射的光線由全反射表面22c反射，并因而變成相對于照射光軸AXL以最大角度出射的分量。另一方面，相對于照射光軸AXL以最大出射角度θ2″從光源中心O發(fā)射的第二光通量的光線由全反射表面22c反射，并因而變成最接近與照射光軸AXL平行的分量。
反射在出射角θa1″和θa2″的分量之間存在的光通量分量的全反射表面22c的部分形成為，具有從出射表面22a的出射角度在大體等于上述出射角度α′的出射角度β″內(nèi)與從光源中心O的出射角度成比例地逐漸變化的形狀。“大體相等”是指滿足在實施例1中描述的表達(dá)式(8)。
各個表面的形狀能設(shè)置成，第一至第二光通量在它們由光學(xué)部件22改變之后具有大體相同的光分布，由此實現(xiàn)在必要照射區(qū)域中的均勻光分布。
在圖10A和10B的截面視圖中，入射表面22b的第一入射部分22b1可以連接到第二入射表面22b2上，在它們之間有不連續(xù)的邊界。然而，在實施例3中，該邊界形成為具有從入射部分22b1和22b2中的一個向另一個連續(xù)變化的傾斜角的彎曲表面。
如上所述，在實施例3中的光學(xué)部件22的入射表面22b具有作為整體面對LED 21的凹面形狀，而不包括面對LED 21的凸面部分。
如在實施例1中描述的那樣，由于光源具有有限尺寸，所以實際光分布具有一定擴(kuò)展。然而，基于上述關(guān)系能對光源尺寸的影響進(jìn)行校正，以實現(xiàn)用來達(dá)到均勻光分布必需的各個表面的形狀。
具有與在實施例1中的功能相同的肋板22d形成在光學(xué)部件22前側(cè)的整個外周緣周圍。
盡管已經(jīng)描述了LED用作平光源的情形的實施例3，但能使用另一種平光源，如有機(jī)LED。
另外，盡管結(jié)合具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的光學(xué)部件和反射部件已經(jīng)描述了實施例2和3，但有可能使用諸如橢圓之類的當(dāng)從前面看時形狀為非旋轉(zhuǎn)對稱但軸向?qū)ΨQ的光學(xué)部件和反射部件。
如以上描述的那樣，根據(jù)實施例1至3的每一個，光學(xué)部件在尺寸上與常規(guī)設(shè)備相比被減小，而光學(xué)部件(具體地說，入射表面)受到來自光源的熱量的較小影響。因而，本發(fā)明能實現(xiàn)整個照明設(shè)備的較小尺寸，并且有助于減小采用該照明設(shè)備的攝像設(shè)備的尺寸。
權(quán)利要求
1.一種照明設(shè)備，包括光源；和光學(xué)部件，它布置得比光源更靠近光照射側(cè)并且具有形成為折射表面的入射表面，其中，所述入射表面具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域接收相對于照射光軸以比第一角度小的角度從光源發(fā)射的第一光分量，所述第二區(qū)域接收相對于該照射光軸以比所述第一角度大的角度發(fā)射的第二光分量，在該照射光軸的方向上，上述第二區(qū)域比上述第一區(qū)域定位得更靠近所述光源，及所述第一區(qū)域和第二區(qū)域中的每一個形成為平表面和具有面對所述光源的凹面形狀的彎曲表面之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，滿足如下條件45°≤φ＜90°其中，φ代表所述第二區(qū)域相對于所述照射光軸的傾斜角和所述第二區(qū)域的切線在銳角側(cè)的傾斜角之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述第一區(qū)域連接到所述第二區(qū)域上，在它們之間具有彎曲表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述入射表面形成至少在光源側(cè)不包括凸面部分的凹面形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述光學(xué)部件具有反射從所述第二區(qū)域進(jìn)入所述光學(xué)部件的所述第二光分量的反射表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述第一光分量和所述第二光分量相對于所述照射光軸以大體相等的角度從所述光學(xué)部件出射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，還包括反射部件，該反射部件向所述入射表面引導(dǎo)相對于所述照射光軸以比所述第二光分量的出射角度大的角度從所述光源出射的第三光分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其中，所述第一光分量、所述第二光分量及第三光分量相對于所述照射光軸以大體相等的角度從所述光學(xué)部件出射。
9.一種攝像設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的照明設(shè)備，和攝像系統(tǒng)，該攝像系統(tǒng)拍攝由來自所述照明設(shè)備的光照亮的目標(biāo)的圖像。
全文摘要
公開了一種包括受來自光源的熱量的影響較小的光學(xué)部件的小型照明設(shè)備。該照明設(shè)備具有光源和光學(xué)部件。該光學(xué)部件布置得比光源更靠近光照射側(cè)并且具有形成為折射表面的入射表面。入射表面具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域接收相對于照射光軸以比第一角度小的角度從光源發(fā)射的第一光分量，第二區(qū)域接收相對于照射光軸以比第一角度大的角度發(fā)射的第二光分量。在照射光軸的方向上第二區(qū)域比第一區(qū)域定位得更靠近光源。第一和第二區(qū)域的每一個形成為平表面或具有面對光源的凹面形狀的彎曲表面。
文檔編號H04N5/225GK1831628SQ20061005476
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者小島信久 申請人:佳能株式會社