KR100607615B1

KR100607615B1 - 조명 장치 및 그를 구비한 촬영 장치

Info

Publication number: KR100607615B1
Application number: KR1020050019871A
Authority: KR
Inventors: 요시하루 덴묘오
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: US7486885B2; KR20060043806A; US20060083508A1; JP2005258011A; CN100412680C; CN1667486A; EP1574897A1; DE602005013015D1; EP1574897B1

Abstract

본 발명은 균일한 광 분포를 갖는 조명을 얻기 위해, 조명광으로서의 일정한 각도 분포를 갖는 균일한 광선을 가할 수 있는 조명 장치를 제공한다. 본 조명 장치는 광원과, 상기 광원에서 발광된 빛이 입사되는 입사면 및 입사면에 입사된 빛이 조명광으로서 발광되는 사출면을 갖는 광학 부재를 포함하고, 광학 부재는 사출면을 향하도록 배치되어 광학 부재 내에서 입사면에 입사되는 빛의 진행 방향을 규제하면서 빛을 사출면으로 안내하기 위한 광방향 전환면을 더 구비하고, 광방향 전환면에 전반사면 및 재입사면을 갖는 복수의 프리즘형 부위가 연속적으로 형성되고, 광학 부재 내를 진행하여 프리즘형 부위 중 하나의 전반사면에 도달한 빛 중, 소정 각도 성분의 빛만이 전반사면 상에서 사출면을 향해 전반사되고, 전반사면 상에서 전반사되지 않은 소정 각도 성분 이외의 빛은 하나의 프리즘형 부위에서 굴절되어 광학 부재 외측으로 일단 안내된 후에 하나의 프리즘형 부위 하나 다음의 프리즘형 부위의 재입사면을 통해 광학 부재로 다시 안내된다.

조명 장치, 광학 부재, 프리즘형 부위, 입사면, 전반사면, 광방향 전환면

Description

조명 장치 및 그를 구비한 촬영 장치{ILLUMINATION APPARATUS AND PHOTOGRAPHING APPARATUS HAVING THE SAME}

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명 장치로서의 매크로 촬영용 링 라이트가 설치된 비디오 카메라의 사시도이다.

도2는 도1에 도시된 비디오 카메라에 설치된 매크로 촬영용 링 라이트의 주요 광학 시스템의 사시도이다.

도3은 도2에 도시된 매크로 촬영용 링 라이트의 광학 시스템을 구성하는 주요부의 종단면도이다.

도4a는 광학 부재(4)의 입사면 근방을 도시한 횡단면도이다.

도4b는 집광 렌즈(3)를 통해 엘이디(2)로부터 광학 부재(4a)에 입사된 광선의 궤적을 개략적으로 도시한 도면이다.

도5는 제2 광학 부재(4b)에 입사된 전반사면의 각도 π/4(rad)에 대응되게 분포되도록 광선이 제2 광학 부재(4b)의 사출면을 통해 발광되는 상태를 도시한 도면이다.

도6은 도5에 도시된 발광점 중 대표적인 8개의 발광점에서의 광선의 진행 상태를 도시한 도면이다.

도7a, 도7b, 도7c, 도7d 및 도7e는 광원측에 가까운 점(도6의 점 A)에서 전 반사면에서의 광선 상태를 각각 도시한 도면이다.

도8a, 도8b 및 도8c는 광원으로부터 떨어진 점(도6의 점 B)에서 전반사면에서의 광선 상태를 각각 도시한 도면이다.

도9a, 도9b, 도9c, 도9d, 도9e, 도9f, 도9g 및 도9h는 전반사면의 각도가 π/4(rad)일 경우, 광원에 가까운 위치에서 재이용되는 광선의 반사 및 굴절 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

도10a, 도10b, 도10c, 도10d, 도10e 및 도10f는 전반사면의 각도가 π/4(rad)이고 재입사면의 각도가 7π/8(rad)일 경우, 광원에 가까운 위치에서 재이용되는 광선의 반사 및 굴절 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

도11은 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선이 전반사면의 각도 2π/9(rad)에 대응되게 분포되도록 제2 광학 부재(4b)의 사출면을 통해 발광되는 상태를 도시한 도면이다.

도12는 도11에 도시된 발광점 중 대표적인 8개의 발광점에서의 광선의 진행 상태를 도시한 도면이다.

도13a, 도13b, 도13c 및 도13d는 광원측에서 가까운 점(도12의 점 A)에서 전반사면에서의 광선 상태를 각각 도시한 도면이다.

도14a, 도14b 및 도14c는 광원으로부터 떨어진 점(도12의 점 B)에서 전반사면에서의 광선 상태를 각각 도시한 도면이다.

도15a, 도15b, 도15c, 도15d, 도15e 및 도15f는 전반사면의 각도가 2π/9(rad)일 경우, 광원에 가까운 위치에서 재이용되는 광선의 반사 및 굴절 상태를 각각 개략적으로 도시한 단면이다.

도16은 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선이 전반사면의 각도 7π/36(rad)에 대응되게 분포되도록 제2 광학 부재(4b)의 사출면을 통해 발광되는 상태를 도시한 도면이다.

도17은 도16에 도시된 발광점 중 대표적인 8개의 발광점에서의 광선의 진행 상태를 도시한 도면이다.

도18a, 도18b, 도18c 및 도18d는 광원측에서 가까운 점(도17의 점 A)에서 전반사면에서의 광선 상태를 각각 도시한 도면이다.

도19는 광원으로부터 떨어진 점(도17의 점 B)에서 전반사면에서의 광선 상태를 도시한 도면이다.

도20a, 도20b, 도20c, 도20d, 도20e 및 도20f는 전반사면의 각도가 7π/36(rad)일 경우, 광원에 가까운 위치에서 재이용되는 광선의 반사 및 굴절 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

도21은 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선이 전반사면의 각도 π/6(rad)에 대응되게 분포되도록 제2 광학 부재(4b)의 사출면을 통해 발광되는 상태를 도시한 도면이다.

도22는 도21에 도시된 발광점 중 대표적인 8개의 발광점에서의 광선의 진행 상태를 도시한 도면이다.

도23a, 도23b 및 도23c는 광원측에서 가까운 점(도22의 점A)에서 전반사면에서의 광선 상태를 각각 도시한 도면이다.

도24는 광원으로부터 떨어진 점(도22의 점 B)에서 전반사면에서의 광선 상태를 도시한 도면이다.

도25a, 도25b, 도25c 및 도25d는 전반사면의 각도가 π/6(rad)일 경우, 광원에 가까운 위치에서 재이용되는 광선의 반사 및 굴절 상태를 각각 도시한 도면이다.

도26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 매크로 촬영용 링 라이트의 광학 시스템을 구성하는 주요부의 종단면도이다.

도27a, 도27b, 도27c, 도27d 및 도27e는 본 발명의 제2 실시예에서 광방향 전환면의 전반사면의 각도가 2π/9로 설정된 제2 광학 부재가 선형적으로 전개된 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

도28a, 도28b, 도28c 및 도28d는 광원에 가까운 점에서 반사면에서의 광선의 거동을 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

도29a, 도29b 및 도29c는 광원으로부터 떨어진 점에서 반사면에서의 광선의 거동을 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

도30a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 매크로 촬영용 링 라이트의 제2 광학 부재가 선형적으로 전개된 상태를 도시한 도면이다.

도30b, 도30c, 도30d 및 도30e는 제2 광학 부재(34b)에 입사된 광선이 사출면(34f)을 통해 발광되도록 광방향 전환면의 각 위치에서의 방향을 전환하는 상태를 각각 도시한 도면이다.

도31은 본 발명의 제4 실시예에 따른 매크로 촬영용 스트로보가 구비된 디지 털 카메라의 정면도이다.

도32는 도31에 도시된 매크로 촬영용 스트로보의 주요 광학 시스템이 평면 형상으로 전개된 상태를 도시한 도면이다.

도33a, 도33b, 도33c 및 도33d는 제2 광학 부재(44b)에 입사된 광선이 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i) 각각을 통해 발광되는 상태를 각각 도시한 도면이다.

도34는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 조명 장치로서의 스트로보 장치의 광학 시스템의 주요부를 도시한 평면도이다.

도35a, 도35b, 도35c 및 도35d는 도34에 도시된 스트로보 장치의 광학 부재(54)에 입사된 광선이 각각 발광되는 상태를 각각 개략적으로 도시한 종단면도이다.

도36a, 도36b, 도36c 및 도36d는 본 발명의 제6 실시예에 따른 조명 장치로서의 스트로보 장치의 주요부를 각각 도시한 종단면도이다.

도37a, 도37b, 도37c 및 도37d는 도36a, 도36b, 도36c 및 도36d 각각에 도시된 조사 방향 전환 부재(55)가 광학 부재(54)의 종방향으로 이동되는 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 링 라이트 발광부

2, 22 : 엘이디

3, 23 : 집광 렌즈

4, 24, 34, 44, 54 : 광학 부재

4a, 24a, 44a : 제1 광학 부재

4b, 24b, 34b, 44b : 제2 광학 부재

4f, 24f, 34f, 44f, 44g, 44h, 44i : 사출면

4g, 24g, 34g, 44j, 44k, 44l, 44m : 광방향 전환면

11 : 비디오 카메라 장치 본체

12, 42 : 렌즈 경통

13, 43 : 스트로보 발광부

40 : 매크로 촬영용 스트로보

41 : 소형 카메라 장치 본체

45, 52 : Xe 방전관

46, 53 : 반사기

47 : 전면창

55 : 조사 방향 전환 부재

[문헌1] JP 2000-314908 A

[문헌2] JP 08-043887 A

[문헌3] JP 2001-255574 A

본 발명은 조명 장치 및 그를 구비한 촬영 장치에 관한 것이다.

최근, 디지털 카메라를 비롯한 광학 촬영 장치에서 야간 촬영이나 응지에서의 촬영과 같이 충분한 노광이 얻어지지 않는 상황에서의 촬영을 가능하게 하기 위하여, 인공 조명 장치가 사용된다. 예를 들면, 이런 조명 장치를 포함하는 광학 촬영 장치용으로서, 동화상 촬영용 정상광(stationary light)을 발광하는 광원으로써 엘이디를 갖는 조명 장치를 장착하고 있는 것이나, 정지 화상을 촬영하기 위해 자주 사용되어 온 스트로보(stroboscope)를 장착하고 있는 것이 공지되어 있다.

이런 유형의 많은 조명 장치들은 통상(normal) 촬영 거리로써 통상 약 50㎝ 내지 약 3m 범위의 촬영 거리를 커버한다. 따라서, 이들 각각은 이런 거리에 적합한 광 분포 특성(light distribution characteristics)을 갖도록 조정된다.

한편, 최근의 디지털 카메라에서, 촬영 거리가 매우 짧은, 예를 들면 촬영 렌즈로부터 약 몇 ㎝의 근접 거리에서도 촬영이 가능한 촬영 장치의 수가 증가하고 있다.

종래의 시스템을 적용한 조명장치가 이런 환경, 특히 근접 거리 촬영에 사용되면, 조명광으로서 충분한 특성들이 얻어질 수 없다. 즉, 조명광의 일부가 촬영 렌즈 경통(barrel)에 의해 가려지고, 이에 따라 어떤 경우에는 필요로 되는 조사면 전체를 조명광에 의해 균일하게 조명할 수 없게 된다. 또한, 피사체까지의 거리가 매우 짧기 때문에, 피사체의 노출이 과다 노출이 되어 어떤 경우에는 바람직한 조명 상태를 얻을 수 없게 된다.

이런 상황들을 피하기 위해, 촬영 장치로부터 근거리에 있는 피사체에 대응 되게 조명하는 것이 가능하도록, 다수의 근접 촬영 전용의 조명 장치가 상용화되도록 제안되고 있다. 예를 들면, 피사체의 배후에 어울리지 않는 어두운 그림자가 발생하는 것을 미연에 방지하기 위하여, 링형의 세장(slender) 광원이 촬영 렌즈 경통의 선단에 배치된 매크로 촬영용 스트로보가 일반적으로 잘 알려져 있다. 그러나, 이런 스트로보는 매우 고가이기 때문에, 모든 광학 촬영 장치에 스트로보를 설치하는 것은 어렵다.

또한, 최근에 비디오 카메라용 간이 조명 광원으로서 엘이디(LED)를 이용한 조명 장치가 광학 촬영 장치의 본체에 설치된다. 엘이디 등의 광원을 이용한 조명 장치는 외광이 거의 없는 것 같은 매우 어두운 상태하에서 효과를 보인다. 그러나, 상기한 스트로보를 이용한 조명의 경우와 유사하게, 어떤 경우에서는 촬용 렌즈 경통에 의한 그늘짐(eclipse)이 발생할 수 있어서 이런 조명 장치가 근거리 촬영용으로 적합한 조명 광학 시스템이라고 확실하게 말할 수 없다.

상기한 바와 같이, 광학 촬영 장치에 주어진 작은 공간에 장착된 조명 장치로 통상 촬영과 근거리 촬영(매크로 촬영) 모두에 적합하게 조명하는 것은 매우 어렵다. 그러나, 실제로 조명 장치는 통상 촬영과 근거리 촬영 모두에 적합할 것을 요청되고 있고, 이런 각 촬영 상태에 대응되는 조명을 만족시키면서 염가로 구성할 수 있는 조명 광학 시스템의 출현이 기대되고 있다.

따라서, 상기한 요구에 부응하기 위하여, 조명 장치는 광원으로부터 촬영 렌즈 주변으로 발광되는 플럭스(flux)를 안내하는 섬유가 링 형상으로 배치되어, 섬유로부터의 발광광이 조명광으로 사용하는 것이 제안된다(예를 들면, 일본 특허 출 원 공개 제2000-314908호 참조). 또한, 조명 장치는 두 개의 상태 사이를 전환 가능하도록 제안되는데, 하나의 상태는 통상 스트로보 촬영 상태이고 다른 상태는 플래시광 발광부에서 광선(light beam)이 촬영 렌즈 경통부 주위의 투광면으로 안내되는 상태이다(예를 들면, 일본 특허 출원 공개 제H08-043887호 참조). 또한, 스트로보 장치는 카메라에 장착 가능하고 카메라의 촬영 렌즈 경통을 둘러싸도록 링 형상부를 갖고, 스트로보 광이 링 형상부의 원주 방향으로 안내되어 링 형상부의 반사면에 의해 반사된 빛이 반사면을 향하는 사출면을 통해 발광되게 구성되도록 제안되고 있다(예를 들면, 일본 특허 출원 공개 제2001-255574호 참조).

그러나, 섬유를 이용한 상기한 조명 장치의 경우에서, 다수의 섬유를 이용해야 할 필요가 있으므로 제품 비용이 증가된다. 또한, 광선의 발광 위치는 촬영 렌즈 경통의 주연부에 균일하게 배치되지만, 광 분포 특성은 제어될 수 없다. 따라서, 관련 조명 장치는 실제로 필요한 조사 범위보다 넓은 범위의 광 분포 특성을 갖는 장치가 될 가능성이 높다.

또한, 통상 스트로보 촬영 상태와 광선이 플래시광 발광부에서 촬영 렌즈 경통부의 주위의 투광면으로 발광광을 안내하는 빛 안내부로 안내하는 상태의 두 상태 사이에서 광학 경로가 선택될 수 있다는 것에 대해서는, 예를 들면 백라이트 조명 광학 시스템에 자주 이용되었던 같이 링형 부재의 사출면에 대향측 상에 소정 분포를 갖는 확산면이 형성되어 확산면을 통한 발광광의 양이 확산면의 분포에 의해서 균일화되는 광학 시스템의 채용이 고려될 수 있다. 이런 광학 시스템에서 확산면이 개재되기 때문에, 효율이 좋은 조명 광학 시스템을 구성하는 것은 어렵다.

또한, 상기한 스트로보 장치는 광선이 광원으로부터 링형 빛 안내 부재까지 안내되고 사출면을 통해 발광되도록 구성된다. 그러나, 광선은 링형 빛 안내 부재의 양 방향으로부터 링형 빛 안내 부재에서 행해지고, 링형 빛 안내 부재의 반사면은 밀도가 점차 변화하는 간헐적인 프리즘면의 형태로 형성된다. 따라서, 특정 각도에서 링형 빛 안내 부재 상에 입사되는 특정 각도 광 성분만이 유효하게 이용된다. 그 결과, 좋은 효율을 갖는 조명 광학 시스템을 구성하는 것은 어렵다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 기본적인 목적은 균일한 광 분포를 갖는 조명을 얻기 위해 조명광으로 일정한 각도 분포를 갖는 균일 광선을 가할 수 있는 조명 장치 및 그것을 설치한 촬영 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광원과, 광원으로부터 발광된 빛이 입사하는 입사면을 갖는 광학 부재와, 입사면 상에 입사되는 빛이 조명광으로 발광되는 사출면을 포함하는 조명 장치를 제공한다. 본 조명 장치는 광학 부재가 광학 부재의 입사면 상에 입사된 빛의 진행 방향을 규제하면서 사출면으로 빛을 안내하기 위해 사출면과 대향되게 배치된 광방향 전환면을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 광방향 전환면은 전반사면(total reflection surface) 및 재입사면(reincidence surface)을 갖는 복수의 프리즘형 부위가 연속적으로 형성되어 있고, 광학 부재 내에서 진행되어 프리즘형 부위 중 하나의 전반사면에 도달하는 빛 중, 소정 각도 성분의 빛만이 전반사면 상에서 사출면을 향해 전반사되고, 소정 각도 성분의 빛 이외에 전반사면 상에서 전반사되지 않은 빛은 하나의 프리즘형 부위에서 굴절되고 광학 부재의 외측으로 일단 안내된 후에 하나의 프리즘형 부위 다음의 프리즘형 부위의 재입사면을 통해 다시 광학 부재로 안내된다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 참조 도면을 참고하여 서술될 다음의 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 참조되는 도면들을 참고하여 이후에 상세히 설명된다.

제1 실시예

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명 장치로서의 매크로 촬영용 링 라이트가 설치된 비디오 카메라의 사시도이다. 도2는 도1에 도시된 비디오 카메라에 설치된 매크로 촬영용 링 라이트의 주요 광학 시스템의 사시도이다. 도3은 도2에 도시된 매크로 촬영용 링 라이트의 광학 시스템을 구성하는 주요부의 종단면도이다. 도4a는 광학 부재(4)의 입사면 근방을 도시한 횡단면도이다. 도4b는 집광 렌즈(3)를 통해 광학 부재(4a)에 엘이디(2)로부터 입사된 광선의 궤적을 개략적으로 도시한 도면이다.

도1에 도시된 비디오 카메라는 비디오 카메라 장치 본체(11)[이후 장치 본체(11)로 언급됨]를 포함한다. 촬영 렌즈, 스트로보 발광부(13) 및 매크로 촬영용 링 라이트를 구비하는 렌즈 경통(12)은 장치 본체(11)에 합체된다. 도2에 도시된 바와 같이, 매크로 촬영용 링 라이트는 백색 발광 엘이디(2)와, 엘이디(2)로부터 발광된 광선을 집광하기 위한 집광 렌즈(condenser lens)(3)를 포함한다. 집광 렌 즈(3)는 높은 투명성(transparency)을 갖는 수지재로 이루어진다. 엘이디(2) 및 집광 렌즈(3)는 장치 본체(11)에 설치된다. 엘이디(2)로부터 발광되고 집광 렌즈(3)에 의해 집광된 광선은 광 투과성 수지재로 이루어진 광학 부재(4)에 입사된다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 광학 부재(4)는 렌즈 경통(12)의 선단부에 제공된 링 라이트부(1)에 의해 유지된다. 도2에 도시된 바와 같이, 광학 부재(4)는 제1 광학 부재(4a) 및 제1 광학 부재(4a)와 일체로 결합된 제2 광학 부재(4b)를 포함한다. 제1 광학 부재(4a)는 좁은 범위에 광선을 모으도록 집광 렌즈(3)에 의해 집광된 광선의 방향을 전환하는 수단이다. 제2 광학 부재(4b)는 링형 부재로 이루어지고, 촬영 렌즈의 광학 축과 동축상에 있도록 렌즈 경통(12)의 선단부에 배치된다. 광선이 발광되도록 하는 사출면은 제2 광학 부재(4b)의 일단면에 형성되고, 광방향 전환면은 그 타단면에 형성된다. 도3에 도시된 바와 같이, 제1 광학 부재(4a)로부터 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선은 제2 광학 부재(4b)의 내측에서 그 방향이 광방향 전환면에 의해 전환되면서 사출면을 통해 발광되도록 사출면으로 안내된다.

상기한 비디오 카메라는 예를 들면 피사체와 약 1㎝ 정도의 거리를 두는 것 같은 이런 접근 촬영이 가능한 매크로 촬영 모드를 갖는다. 이런 매크로 촬영 모드의 설정 시에, 본 실시예의 매크로 촬영용 링 라이트가 사용된다. 매크로 촬영용 링 라이트는 제2 광학 부재(4b)의 사출면을 통한 점광원(point light source)으로 간주될 수 있는 엘이디(2)로부터 광선이 가해진다. 따라서, 매크로 촬영용 링 라이트의 사용은 피사체에 대해 균일한 조명을 수행할 수 있게 하고, 렌즈 경통(12)에 의해 조명광의 그늘짐(eclipse)으로 인한 부자연스러운 그늘이 생기는 것을 미연에 방지할 수 있게 한다.

상기한 비디오 카메라는 촬영 모드로서 슈퍼 나이트 모드(super-night mode), 즉 외광의 양이 작아서 보조광이 필요한 어두운 환경하에서 고휘도의 엘이디를 이용하여 조명이 수행하여 이 조명을 이용해서 촬영을 수행할 수 있게 설정하는 것이 또한 가능하다. 이런 모드는 보통 피사체와의 거리가 50㎝ 이상으로 되는 모드로 알려진다. 따라서, 이런 모드인 경우, 본 실시예의 매크로 촬영용 링 라이트를 사용할 필요가 없다.

도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 매크로 촬영용 링 라이트의 제1 광학 부재(4a)는 집광 렌즈(3)에 대향하는 입사면(4c), 연속적인 비구면으로 구성되는 전반사면(4d) 및 제1 광학 부재(4a)와 제2 광학 부재(4b)가 결합되는 결합부(4e)를 구비한다. 도4b에 도시된 바와 같이, 엘이디(2)로부터 발광된 광선은 집광 렌즈(3)에 의해 소정 조사 각도 범위 내에 있도록 규제된다. 이 때의 조사 각도 범위는 통상 비디오 카메라의 (예를 들면, 50㎝ 이상의) 촬영 거리를 필요로 하는 조사 각도 범위를 만족한다. 조사 각도 범위는 집광 렌즈(3)의 형상 및 엘이디(2)와 집광 렌즈(3) 사이의 거리에 의해 조정된다. 집광 렌즈(3)를 통해 가해진 광선은 제1 광학 부재(4a)에 입사된다. 제1 광학 부재(4a)에서, 입사된 빛은 그 방향이 전활되면서 소정 범위로 집광된다. 여기서, 제1 광학 부재(4a)의 입사면(4c)은 도4a에 도시된 바와 같이, 집광 렌즈(3)의 사출면보다 크기때문에, 집광 렌즈(3)를 통해 가해진 광량, 즉 엘이디로부터 가해진 광량을 충분히 효과적으로 이용할 수 있다.

제1 광학 부재(4a)는 입사면(4c)에 입사된 광선이 제1 광학 부재(4a)에 결합된 제2 광학 부재(4b)로 효율적으로 안내되도록 약 π/2만큼의 방향 전환을 하는 기능을 갖는다. 여기서, 제1 광학 부재(4a)는 통상 반사면으로 자주 이용되는 고 반사율을 갖는 금속 증착면(metal-vapor deposited surface)으로 이루어진 반사면의 이용없이 기본적으로 전반사면을 이용해서 방향을 전환하도록 구성된다. 전반사 현상은 고 굴절율을 갖는 부재로부터 저 굴절율을 갖는 부재로 진행되는 광선에 대해서, 경계면에서의 입계각 이상의 각도 성분이 100%의 반사율로 반사될 수 있는 현상이다. 따라서, 전반사가 자주 이용되는 광학 시스템에서, 방향 전환을 실현하기 위하여 손실이 매우 작게 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 연속적인 비구면으로 구성된 전반사면은 제1 광학 부재(4a)에 형성되어, 도4b에 도시된 바와 같은 방향 전환이 수행될 수 있게 한다. 즉, 입사면(4c)에 입사된 광선은 전반사면(4d)에 전반사되고 이에 의해 그 방향이 전환되어 결합부(4e)로 안내된다.

결합부(4e)는 광학 경로를 좁히도록 폭이 좁아진 형상으로 구성되고, 제2 광학 부재(4b)에 결합된다. 도3에 도시된 바와 같이, 결합부(4e)로부터 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선은 제2 광학 부재(4b)의 작용에 의해 제2 광학 부재(4b) 내에서 여러번 반사되면서 제2 광학 부재(4b) 주위를 진행하고, 그 일부는 진행되는 동안 사출면(피사체 측)을 통해 발광된다. 따라서, 결합부(4e)의 형상은 제2 광학 부재(4b)의 작용에 의해 결합부(4e)로부터 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선이 다시 제1 광학 부재(4a)로 되돌아가는, 즉 광선이 제2 광학 부재(4b)에서 제1 광학 부재(4a)로 역류되는 것을 최소한으로 억제하도록 설계된다.

도3에 도시된 바와 같이, 제1 광학 부재(4a)의 결합부(4e)는 제2 광학 부재(4b)와 접선 방향으로 결합된다. 이런 결합은 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선을 제2 광학 부재(4b)의 원주 방향으로 효율적으로 안내할 수 있도록 한다. 여기서, 제2 광학 부재(4b)의 직경이 너무 작은 경우, 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선은 제2 광학 부재(4b)의 외측으로 빠져나가기 쉽게 된다. 이는 바람직하지 못하다. 또한, 이 직경이 필요보다 너무 큰 경우, 외관 형상이 너무 크게 된다. 이런 관점에서, 제2 광학 부재(4b)의 반경 r(중심 반경)은 다음의 부등식을 만족하는 범위 내에 있는 값으로 설정되는 것이 바람직하다.

10㎜ ≤ r ≤ 100㎜ … (1)

여기서, 반경 r의 하한값 10㎜은 반경 r이 10㎜ 이하로 되면, 빛이 효율적으로 안내될 수 없다는 사실에 근거하여 설정되는 값이다. 반대로, 반경 r이 상한값 100㎜를 초과하면, 조명 광학 시스템은 소형 촬영 장치에 어울리지 않는다. 따라서, 반경 r의 상합값은 이 사실에 근거하여 100㎜로 설정된다.

다음에, 입사 광선의 방향이 제2 광학 부재(4b)에서 촬영 렌즈의 광학 축 방향으로 전환되는 구성은, 도5 내지 도25a에서 도25d를 참조하여 설명된다.

제2 광학 부재(4b)에 대해서 그 원주 방향을 따라 입사된 광선의 방향이 피사체 방향을 향하도록 하는 방법으로서, 도5에 도시된 바와 같이, 제2 광학 부재(4b)의 사출면(4f)에 대향되는 단면에 광방향 전환면(4g)을 형성하고, 입사된 광선이 광방향 전환면(4g)에 의해 촬영 렌즈의 광학 축 방향을 향해 반사시키는 방법이 이용된다.

상기한 광방향 전환면(4g)은 기본적으로 전반사면 및 재입사면을 갖는 복수의 프리즘형 부위[이후, '프리즘부(prism portion)'라 칭함]가 연속적으로 배치되게 구성된다. 따라서, 제2 광학 부재(4b)를 통해 진행되어 프리즘부 중 하나의 프리즘부의 전반사면에 도달된 빛 중에서, 소정 각도 성분의 빛만이 전반사면에 의해 사출면을 향해 전반사된다. 반대로, 전반사면에 전반사되지 않은 소정 각도 성분의 빛 이외의 빛은 하나의 프리즘부에서 굴절되어, 일단 제2 광학 부재(4b)의 외측으로 안내되고 이에 따라 하나의 프리즘부 다음의 프리즘부의 재입사면을 통해 제2 광학 부재(4b)로 다시 안내된다.

다음에, 광방향 전환면(4g)의 이상적인 형상을 설명하기 위하여, 네 개의 다른 광방향 전환면(4g)을 병행하여 설명할 것이다.

네 개의 다른 형상의 기본 요소는 광방향 전환면(4g)의 각 프리즘부의 전반사면의 각도이다. 여기서, 전반사면의 각도는 사출면(4f)에 대한 각도로 표현되는 것으로 한다. 도5 내지 도10a에서, 도10f는 광방향 전환면(4g)의 전반사면의 각도를 π/4(rad)으로 일정하게 한 경우를 도시한 것이다. 도11 내지 도15a에서 도15f, 도16 내지 도20a에서 도20f, 및 도21 내지 도25a에서 도25d는 전반사면의 각도가 각각 2π/9(rad), 7π/36(rad) 및 π/6(rad)인 경우의 상태를 도시한 것이다.

우선, 도5, 도11, 도16 및 도21은 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선이 전반사면의 각 각도에 대응되게 분포되도록, 제2 광학 부재(4b)의 사출면을 통해 발광되는 상태를 도시한 도면이다. 설명을 간단히 하기 위하여, 제2 광학 부재(4b)는 전반사면의 각 각도에 대응되는 광선의 궤적을 도시하도록 선형적으로 전개된다. 이런 경우의 광선의 궤적은 반사면의 각도, 제1 광학 부재(4a)와 제2 광학 부재(4b) 사이의 결합부(4e)의 위치 및 결합부(4e)까지의 광선 분포에 의존한다.

본 실시예의 특징에 대해서는, 집광 렌즈(3) 및 제1 광학 부재(4a)를 통해 엘이디(2)로부터 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선이 촬영 렌즈의 광학 축 방향을 향해 최종 지향되도록 제2 광학 부재(4b) 내에서 반사되면서 제2 광학 부재(4b) 주위로 진행되는 점을 들 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서, 이런 상태를 단순하게 설명하기 위하여, 제2 광학 부재(4b)의 원주 방향 위치는 결합부(4e)의 위치가 각도 0(rad)로 표현된다. 특히, 본 실시예에서, 2주회, 즉 4π(rad)의 광선 궤적을 도시한다. 물론, 제2 광학 부재(4b) 주위를 3주회 이상 진행하는 광선이 존재하지만, 이런 광학 시스템의 특징은 2주회 위치까지의 광선으로 충분히 설명될 수 있기 때문에, 제2 광학 부재(4b)를 3주회 이상 진행하는 광선은 생략한다.

우선, 본 발명의 조명 광학 시스템의 가장 특징적인 광방향 전환면(4g)에 대해 이제 설명된다.

상기한 바와 같이, 광방향 전환면(4g)은 전반사면 및 재입사면을 갖는 복수의 프리즘부가 연속적으로 배치되게 구성된 면이다. 광방향 전환면(4g)의 작용에 의해, 제2 광학 부재(4b) 내의 광선의 진행 방향이 일방향으로 규제되고, 소정 각도 성분만 전반사된다. 그 후, 소정 각도 성분 이외의 광선은 굴절되어 일단 제2 광학 부재(4b)의 외측으로 발광되어 2차 광학 부재(4b)에 다시 입사되어 2차 광학 부재(4b) 내에서 진행된다.

종래, 통상 면 광원(normal surface illuminant)이라고 하는 조명 광학 시스 템은 사출면에 대향되는 면이 백색 도트 인쇄 패턴(white dot printed pattern) 등의 확산면으로 형성되어, 필요한 광량이 확산면에 의해 확산되고, 확산판에 의해 광학 부재로부터 발광된 관선이 반사된 후에 사출면을 통해 광선이 발광되도록 구성된다. 이런 구성으로는, 광선의 방향을 전환하기 위한 확산 작용이 필요하기 때문에, 큰 광량 손실이 발생한다.

반대로, 본 실시예에서, 광선의 방향이 제2 광학 부재(4b)에서 전반사에 의해 전환되기 때문에, 큰 광량 손실의 발생 없이 효율이 좋은 방향 전환이 가능하다. 입사한 광선 중, 조건에 맞는 광선만이 전반사되어 사출면(4f)을 통해 발광되도는 반면, 조건에 맞지 않는 광선은 굴절 작용에 의해 효율적으로 다시 이용된다. 따라서, 주어진 광에너지의 손실율은 현저하게 감소될 수 있다.

도5는 광방향 전환면(4g)의 전반면의 각도가 가장 급한 π/4(rad)인 경우를 도시한 것이다. 이런 각도로 설정된 경우, 도5에 도시된 바와 같이, 광선은 사출면(4f)에 대해 수직에 가까게 발광될 수 있다. 또한, 다른 특징으로 제2 광학 부재(4b)의 입사부 근방에 밝은 부분(bright portion)(광선의 분포가 밀집됨)이 집중된 점과 부분적으로 밝은 부분과 어두운 부분에 대응되는 밝기가 다른 영역이 교대로 형성되는 점이 있다.

밝은 부분이 제1 광학 부재(4a)와 제2 광학 부재(4b) 사이의 결합부[결합부(4e)와의 결합부] 근방에 집중된다는 사실은 제1 광학 부재(4a)로부터 입사 직후의 광선에 상당히 넓은 각 범위의 광선이 존재하여 빛 안내 방향에 대해 상대적으로 큰 각도를 갖는 성분들이 결합부 근방을 통해 집중적으로 발광됨에 기인한다. 또 한, 고강도 및 저강도의 발광 광선이 입사부 근방에서 주기적으로 나타난다는 사실은 결합부(4e)에 입사된 광선의 폭이 링형 제2 광학 부재(4b)보다 좁게 되어 광선이 링형 제2 광학 부재(4b)의 일부에만 입사되는데 기인되고, 결합부(4e)가 결합되는 제2 광학 부재(4b)의 위치에 따라 특성들에 의한다. 이런 특성은 도5에 도시된 각도 π/4(rad)의 경우에 가장 현저하다.

또한, 도11, 도16 및 도21에 도시된 바와 같이, 이런 특성은 전반사면의 각도가 완만해짐(작아짐)에 따라 더욱 완화되는 경향이 있다. 또한, 도5, 도11, 도16 및 도21로부터 명백한 바와 같이, 사출면(4f)을 통해 발광된 광선의 각도는 전반사면의 각도가 완만해짐에 따라 사출면(4f)에 대해 경사진다. 통상의 조명 장치에서, 이런 조명 방향의 경사짐은 문제가 된다. 그러나, 본 실시예의 매크로 촬영용 링 라이트에서, 제2 광학 부재(4b)는 링 형상이어서 단지 사출면(4f)의 각 부분을 통해 발광된 광선의 발광 방향이 거의 일정하면 각 부분을 통해 발광된 광선은 서로 보완된다. 따라서, 발광 광선의 광학 축들이 촬영 렌즈의 광학 축에 대해 어느 정도 경사지면, 제2 광학 부재(4b)의 전체 사출면을 통해 발광된 광선을 이용해서 보다 균일한 조명이 수행될 수 있다. 결과적으로, 조명 방향의 경사짐은 심각한 문제가 되지 않는다.

또한, 도5, 도11, 도16 및 도21로부터 명백한 바와 같이, 결합부(4e) 근방에서 이런 불연속적인 강도 변화가 나타나지만, 광선은 다른 위치에서 일정한 발광 방향에 가깝게 균일한 발광이 가능하다.

다음에, 광방향 전환면(4g)의 전반사면의 각도가 다른 경우의 효율에 대해서 설명된다.

광방향 전환면(4g)의 전반사면의 각도가 변화된 경우, 결합부(4e)에 입사된 광선의 수에 대한 사출면(4f)을 통해 발광된 광선의 수의 비는 다음과 같다.

우선, 상기한 전반사면의 각도가 π/4(rad)인 경우, 입사한 광선의 수에 대해서 1주회의 끝까지 43%, 2주회의 끝까지 68%의 수의 비율로 광선을 발광하는 것이 가능하다. 또한, 전반사면의 각도가 2π/9(rad)인 경우, 입사한 광선의 수에 대한 발광 광선의 수의 비율은 1주회의 끝까지 56%, 2주회의 끝까지 82%로 된다. 전반사면의 각도가 7π/36(rad)인 경우, 입사한 광선의 수에 대한 발광 광선의 수의 비율은 1주회의 끝까지 68%, 2주회의 끝까지 90%로 된다. 전반사면의 각도가 π/6(rad)인 경우, 입사한 광선의 수에 대한 발광 광선의 수의 비율은 1주회의 끝까지 84%, 2주회의 끝까지 92%로 된다. 따라서, 전반사면의 각도가 이와 같이 작게 설정함에 따라, 작은 수의 주회로 보다 효율적으로 광선을 발광시킬 수 있음을 보여준다. 또한, 전반사면의 각도가 π/6(rad)으로 설정된 경우, 1주회에서 발광된 광량의 거의 모두가 발광되는 것을 보여준다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에서, 전반사를 이용해서 광선의 효율의 향상이 실현된다. 그러나, 제2 광학 부재(4b)는 광학 수지재로 이루어지기 때문에, 제2 광학 부재(4b)의 내부 광학 경로가 너무 길면, 광학 수지재의 투과율이 감소되어 효율은 영향을 받는다. 결과적으로, 상기한 조건에서 말하는 것은 전반사면의 각도로서 보다 작은 각도로 되는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 반대로, 상기한 바와 같이, 전반사면의 각도가 작게 된다면, 사출면(4f)에 대한 발광각은 커진다. 사출면(4f)에 대한 발광각이 너무 커지면, 사출면(4f)의 원주 방향을 따른 위치에서 발광 광선은 서로 보완되지 않는다. 따라서, 이상적인 조명이 수행된다고 말할 수 없다.

광방향 전환면(4g)이 특성은 이후에 도6, 도12, 도16 및 도22를 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도5, 도11, 도16 및 도21로부터 명백한 바와 같이, 제2 광학 부재(4b)에서 발광점으로 제공되어 채택된 부분은 광방향 전환면(4g)의 프리즘부 각 저부 근방(전반사면의 일부)에만 있다. 도6, 도12, 도16 및 도22는 각각 상기한 발광점의 대표적인 8개의 점들에서의 광선의 진행 상황을 도시한 것이다. 설명을 간단하게 하기 위하여 도6, 도12, 도16 및 도22는 각각 0(rad)으로 표현된 위치(결합부)에 균일한 각도 분포를 갖는 광원이 존재한다는 가정에서 발광점의 대표적인 예로서 π/2(rad)에서 4π(rad)까지 π/4(rad) 간격마다 위치된 8개의 점에 대응되는 프리즘부의 저부 근방(전반사면의 일부)에서 반사되고 발광되는 광선을 도시한 것이다. 이것으로부터, 각 발광점의 전반사면에서 광선의 작용의 상세를 이해하는 것이 가능할 것이다.

우선, 전반사면의 각도가 도6에 도시한 바와 같이, π/4(rad)인 경우, 광원에 가까운 [0(rad)에 대응되는 위치] 발광점[π/2(rad)에 대응되는 위치]에서 조명 각 범위는 넓어서 광선의 수가 많다. 또한, 발광점[π/2(rad)에 대응되는 위치]에서 사출면(4f)에 대해 상대적으로 큰 각도 성분을 갖는 광선은 거기로부터 발광된다. 또한, 광원[0(rad)에 대응되는 위치]으로부터 떨어질수록 발광점에서 발광 광 선의 수는 감소되고, 사출면(4f)에 대해 거의 수직인 각도 성분을 갖는 광선만 남아 발광된다.

다음에, 전반사면의 각도가 도12에 도시한 바와 같이, 2π/9(rad)인 경우, 광선은 사출면(4f)의 수선에 대해 약간 경사진 채로 전반사되는 것이 알 수 있다. 또한, 조사각의 범위가 도6의 경우와 같은 경향을 가지면서 광원에 가까운 위치에서 발광 광산의 분포를 좁게 하여, 조사 범위 분포의 확실한 측정은 광원으로부터 떨어진 위치에서 얻어져 급격한 변화는 없는 것으로 또한 알 수 있다.

또한, 전반사면의 각도가 도17에 도시한 바와 같이, 7π/36(rad)인 경우, 및 도22에 도시한 바와 같이 π/6(rad)인 경우, 사출면(4f)의 수선에 대해 발광 광선이 전체적으로 보다 크게 경사진 것이 알 수 있다. 또한, 발광 광선의 분포에 대해서, 다른 각도 성분을 갖는 광선의 수가 광원 측에 가까운 발광점에 존재하는 것을 알 수 있다. 광원의 위치로부터 멀어질수록 광선의 수는 극도로 감소된다.

다음에, 도6, 도12, 도17 및 도22에 각각 도시된 대표적인 발광점 중, 광원에 더 가까운 발광점(도면에서 점 A) 및 광원으로부터 떨어진 발광점(도면에서 점 B)에서의 전반사면의 광선 상태는, 도7a 내지 도7e, 도8a 내지 도8c, 도13a 내지 도13d, 도14a 내지 도14c, 도18a 내지 도18d, 도19, 도23a 내지 도23c 및 도24를 참조하여 설명된다. 여기서, 도7, 도13, 도18 및 도23은 각각 광원에 가까운 발광점(도6, 도12, 도17 및 도22 각각에서 점 A)에서의 전반사면의 광선 상태를 도시한 반면, 도8a 내지 도8c, 도14a 내지 도14c, 도19 및 도24는 각각 광원으로부터 떨어진 발광점(도6, 도12, 도17 및 도22 각각에서 점 B)에서의 전반사면의 광선 상태를 도시한 것이다. 그 후, 도7a, 도13a, 도18a 및 도23a는 각각 광원에 가까운 발광점 A에서 발광될 수 있는 모든 광선을 도시한 반면, 도8a, 도14a, 도19 및 도24는 광원에서 떨어진 발광점 B에서 발광될 수 있는 모든 광선을 도시한 것이다. 또한, 도7b, 도8b, 도14b, 도18b 및 도23b는 각각 도7a, 도8a, 도13a, 도14a, 도18a 및 도23a에 도시된 광선 중에서 반사되고 굴절되지 않은 광선을 도시한 것이다. 또한, 도7c, 도8c, 도13c, 도14c, 도18c 및 도23c는 각각 도7a, 도8a, 도13a, 도14a, 도18a 및 도23a에 도시된 광선 중에서, 한 번 굴절되고 반사된 광선을 도시한 것이다. 또한, 도7d, 도13d 및 도18d는 각각 도7a, 도13a 및 도18a에 도시된 광선 중에서 두 번 굴절되고 반사된 광선을 도시한 것이다. 또한, 도7e는 도7a에 도시된 광선 중에서 세 번 굴절되고 반사된 광선을 도시한 것이다. 여기서, 도면에 도시된 광선은 사출면(4f)을 통해 발광된 성분만이다.

반사면의 각도가 π(rad)인 경우, 도7a에 도시된 바와 같이, 광원에 가까운 위치에서 반사면에 반사된 광선에 대해서, 사출면(4f)과 거의 수직을 이루는 성분으로부터 사출면(4f)과 소정 각도를 이루는 성분까지 광범위한 성분들을 갖는 광선이 연속적으로 존재한다. 여기서, 도7b에 도시된 바와 같이, 반사되고 굴절되지 않은 성분이 사출면(4f)에 대해 거의 가장 수직을 이루는 성분으로 되고, 도7c에 도시된 바와 같이, 한 번 굴절되고 반사된 성분은 사출면(4f)에 대해 거의 두 번째로 수직을 이루는 성분으로 된다. 또한, 도7d 및 도7e에 도시된 바와 같이, 두 번 굴절되고 반사된 성분, 세 번 굴절되고 반사된 성분 등은 굴절 회수가 증가함에 따라 사출면(4f)의 수선에 대해 보다 큰 각도를 갖는다. 또한, 광원이 균일한 각도 분포를 가질 경우, 광원 근방의 위치에서 성분들은 연속적으로 존재하는 것이 보다 현저하게 된다.

반대로, 도8a에 도시된 바와 같이, 광원으로부터 떨어진 위치에서 반사면에 반사된 광선에 대해서, 성분이 사출면(4f)과 거의 수직을 이루도록 존재하는 반면, 사출면(4f)과 소정 각을 이루도록 존재하지는 않는다. 또한, 광선의 분포에서, 광선은 연속적으로 존재하지 않는다. 또한, 도8b 도8c로부터 명백한 바와 같이, 반사되고 굴절되지 않은 성분 및 한 번 굴절되고 반사된 성분만이 존재하고, 세 번 이상 굴절되고 반사된 성분은 존재하지 않는다.

다음에, 반사면의 각도가 각각 2π/9(rad), 7π/36(rad) 및 π/6(rad)인 경우에 대해 설명된다.

도13a 내지 도13d, 도14a 내지 도14c, 도18a 내지 도18d, 도19, 도23a 내지 도23c, 및 도24에 도시된 바와 같이, 이들 각도의 경우는 (도7a 내지 도7e 및 도8a 내지 도8c에 도시된) 각도 π/4(rad)을 갖는 전반사면의 경우와 동일한 경향을 보인다. 그러나, 이들 경우들은 전체적인 발광 광선의 분포의 경사가 전반사면의 각도가 작아짐에 따라 사출면의 수선에 대해 점차 커지고, 굴절 회수는 전반사면이 작아짐에 따라 점차 줄어드는 각도 π/4(rad)을 갖는 전반사면의 경우와 다르다. 또한, 도13a 내지 도13d, 도14a 내지 도14c, 도18a 내지 도18d, 도19, 도23a 내지 도23c, 및 도24로부터, 전반사면의 각도가 작아짐에 따라 전반사를 통해서만 사출면(4f)으로부터 발광되고 굴절되지 않는 성분의 수가 점차 증가하는 것을 알 수 있다. 상기한 바와 같이, 굴절에 의해 방향이 전환되는 성분의 수가 작아짐에 따라, 굴절부로/에서(to/from) 입사/발광에 수반되는 표면 반사(surface reflection)에 의한 광량 손실 성분들의 수는 감소되어 광선의 이용 효율은 향상되어, 조명 광학 시스템이 광학 특징의 관점에서 놀라운 효율을 갖도록 구성될 수 있게 한다.

이상, 본 실시예에서 사출면을 통해 발광되는 성분들을 나타내었지만, 발광 조건에 부합되지 않는 어떤 광선은 재이용될 수 있다. 광선의 재이용에 대한 알고리즘과 실질적으로 모든 광선이 효율적으로 재이용되는 상황은, 이후에 도9a 내지 도9h, 도15a 내지 도15f, 도20a 내지 도20f 및 도25a 내지 도25d를 참조하여 설명된다. 도9a 내지 도9h, 도15a 내지 도15f, 도20a 내지 도20f 및 도25a 내지 도25d는 전반사면의 각도가 각각 π/4(rad), 2π/9(rad), 7π/36(rad) 및 π/6(rad)인 경우, 광원에 가까운 위치에서 재이용되는 광선의 반사 상태 및 굴절 상태를 개략적으로 도시한 것이다.

우선, 전반사면의 각도가 π/4(rad)인 경우는 이제 도9a 내지 도9h를 참조하여 설명된다. 도9a는 전반사면의 각도가 π/4(rad)인 경우의 모든 가능한 광선을 도시한 것이다. 광선으로서는 광방향 전환면(4g)의 전반사면에 의해 반사되어 발광되는 성분과 광방향 전환면(4g)에서의 굴절을 통해 다시 제2 광학 부재(4b) 내에서 진행되는 성분이 있다. 여기서, 발광점으로서 광방향 전환면(4g)의 저부로부터 발광된 광선 중, 도9b에 도시된 빛 안내 방향에 대해 가장 작은 각도를 갖는 성분은 후방에 위치된 제1 프리즘부의 전반사면에서 전반사되어 사출면(4f)으로 안내된다. 또한, 도9c에 도시된 바와 같이, 빛 안내 방향에 대해 두 번째로 작은 각도를 갖는 성분은 후방에 위치된 제1 프리즘에서 굴절되어, 제2 광학 부재(4b)에 다시 입사되어 제2 광학 부재(4b)를 통해 계속 진행된다. 또한, 도9d에 도시된 바와 같이, 빛 안내 방향에 대해 세 번째로 작은 각도를 갖는 성분은 후방에 위치된 제1 프리즘부에서 굴절되어, 제2 광학 부재(4b)에 다시 입사되어, 다음 프리즘부의 전반사면에 전반사되어 사출면(4f)으로 안내된다. 또한, 도9e에 도시된 바와 같이, 빛 안내 방향에 대해 네 번째로 작은 각도를 갖는 성분은 후방에 위치된 제1 프리즘부와 두 번째로 위치된 프리즘부에서 각각 굴절되어, 제2 광학 부재(4b)에 다시 입사되어 제2 광학 부재(4b)를 통해 계속 진행된다. 도9f 내지 도9h에 잘 도시된 각 경우에서, 상기한 경우들과 유사하게 빛 안내 방향에 대해 대응되는 각도를 갖는 성분은 수회 굴절되어, 제2 광학 부재(4b)에 다시 입사되어 제2 광학 부재(4b)를 통해 계속 진행된다.

이와 같이, 발광점으로서의 광방향 전환면(4g)의 프리즘부 저부 근방(전반사면의 끝점)으로부터 발광된 광선은 사출면(4f)을 향하는 광선과 제2 광학 부재(4b)를 통해 계속 진행되는 광선으로 나뉘어진다. 이 때문에, 필요한 영역 범위 욍로 발광된 광선은 기본적으로 없게 되어, 효율이 현저하게 좋은 조명 광학 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 또한, 전반사면 및 재입사면에 의해 안내된 광선은, 그 굴절 횟수와 전반사면의 위치가 서로 다름에도 불구하고, 거의 연속적인 분포를 갖는 광선으로 전환될 수 있다.

또한, 전반사면의 각도가 π/4(rad)인 경우, 광방향 전환면(4g)에서 전반사되어 사출면(4f)을 향하는 광선 성분, 즉 제2 광학 부재(4b)를 통해 계속 진행되는 광선 성분은 빛 안내 방향에 대해 상대적으로 작은 각도를 갖는 성분들만으로 구성 되는 것을 알 수 있다. 결과로, 후방에 위치된 전반사면에서 반사되거나 굴절면에서 굴절되어 반사된 빛은 그 각도 성분이 상당히 제한되어 사출면(4f)과 거의 수직으로 이루어진 각도를 갖는 성분만을 갖는다. 따라서, 사출면(4f) 전체 영역에 대해 균일한 조명 분포를 갖는 조명 광학 시스템을 얻는 것은 어렵다. 또한, 이와 같이 균일한 각도 성분을 갖는 광원에 가까운 위치에서, 넓은 각도 성분을 갖는 조명이 수행된다.

이런 문제점을 개선하기 위한 방법으로서, 광방향 전환면(4g)의 각 프리즘부의 재입사면의 각도를 π/2(rad) 미만으로 설정하는 방법이 공지되어 있다. 이 방법에 따르면, 결합부(4e)로 향하는 광선의 각도는 보다 큰 각도까지 허용될 수 있고, 많은 광선들이 광원으로부터 떨어진 위치에서 발광될 수 있다. 동시에, 넓은 각도 범위를 갖는 조명이 광원에 가까운 영역에서 균일한 각도 성분을 갖는 영역에서 억제될 수 있다.

도10a 내지 도10f는 상기한 방법이 이용되었을 때의 광선의 상태를 도시한 것이다. 도10a 내지 도10f에 도시된 예에서, 재입사면의 각도는 7π/18(rad)로 설정된다. 전반사면의 각도는 π/4(rad)이다. 이 경우, 전반사에 의해 발광된 광선의 각도는 도9a 내지 도9h에 도시된 경우와 비교해서 좁은 각도 범위로 억제되고, 전반사에 의해 발광되지 않고 계속 진행되는 광선은 보다 넓은 각도 분포로 진행되는 것을 알 수 있다. 또한, 굴절된 빛 내에 상대적으로 많은 광선 성분이 있고, 전반사를 통해 사출면(4f)을 향하는 광선 성분이 조금 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 이 경우, 상대적으로 큰 각도를 갖는 광선 성분이 전반사면 상에서 전반사됨 에 의해 사출면(4f)을 통해 발광되는 광선 성분으로 전환되는 것을 알 수 있다.

다음에, 전반사면의 각도가 2π/9(rad), 7π/36(rad) 및 π/6(rad)인 [그러나, 재입사면의 각도는 π/2(rad)인] 경우는 각각 도15a 내지 도15f, 도20a 내지 도20f 및 도25a 내지 도25d를 참조하여 설명된다.

도15a 내지 도15f에 도시된 바와 같이, 전반사면의 각도가 2π/9(rad)인 경우, 사출면(4f)을 통해 발광된 전반사면에 의해 전반사된 광선 성분, 및 굴절 및 재입사를 통해 제2 광학 부재(4b) 내로 진행되는 광선 성분에 관련된 특징들은 도9a 내지 도9h에 도시된 전반사면의 각도가 π/4(rad)인 경우와 거의 동일하다. 그러나, 전반사되어 사출면(4f)에 도달하는 광선의 각도는 일반적으로 사출면(4f)에 수직으로 되지 않고 약간 경사진다. 또한, 전반사를 통해 사출면(4f)으로 안내되는 광선의 수는 증가되는 반면, 굴절을 통해 제2 광학 부재(4b)로 복귀되는 광선의 수는 감소된다. 또한, 전반사면으로 제공된 프리즘부는 관련 프리즘부로터 후방에 위치된 제3 프리즘부까지이고, 전반사면으로 제공된 프리즘부의 수, 즉 실제적으로 기능하는 전반사면의 수는 감소된다. 이런 점들이 도9a 내지 도9h에 도시된 전반사면의 각도가 π/4(rad)인 경우와 다르다.

이상으로부터, 광방향 전환면(4g)의 전반사면의 각도가 2π/9(rad)로 설정된 경우, 사출면(4f)을 통해 발광된 광선이 일반적으로 빛 진행 방향을 향해 약간 경사진 분포를 갖고, 광방향 전환면(4g)에 도달된 광선 중 사출면(4f)을 통해 효과적으로 발광된 광선의 수가 증가되는 경향을 보이며, 광선이 전반사면에 도달될 때까지의 굴절 횟수가 감소하여 낮은 레벨로 입사 및 반사되는 표면 반사로 인해 광량 손실을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 사출면을 통해 발광되는 광선 성분의 각도에 대해서, 이번에 주목하는 프리즘부의 끝점에 가까운 전반사면에 반사된 각 광선은 사출면(4f)에 거의 수직인 각도를 갖고, 프리즘부의 끝점으로부터 보다 떨어진 전반사면에 의해 반사된 광선은 사출면(4f)에 대해 그 각도는 진행 방향을 향해 더 경사지고, 전반사면에서 반사된 광선 성분, 및 굴절을 통해 제2 광학 부재(4b)로 복귀되는 성분의 각도는 또한 거의 연속적인 각도 분포를 가지며, 도9a 내지 도9h에 도시된 전반사면의 각도는 π/4(rad)인 경우와 거의 동일한 경향을 보인다.

도20a 내지 도20f에 도시된 전반사면의 각도가 7π/36(rad)인 경우, 및 도25a 내지 도25d에 도시된 전반사면의 각도가 π/6(rad)인 경우는 동일한 경향을 보인다. 따라서, 이런 경향은 전반사면의 각도가 감소됨에 따라 현저하게 나타난다.

이와 같이, 광방향 전환면(4g)의 전반사면의 각도는 작게 되어, 제2 광학 부재(4b)에 입사된 광선이 사출면(4f)을 통해 발광되기 쉽게 하는 조명 광학 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 반대로, 광선이 사출면(4f)을 통해 발광될 경우, 광선은 사출면(4f)에 대해 약간 경사진 각에서 발광되어, 조명광에 대한 취급이 어려운 경향을 보인다. 그러나, 제2 광학 부재(4b)가 링 형상으로 형성되기 때문에, 광선은 서로 그 방향을 보완하도록 전체 사출면(4f)을 통해 발광되어 촬영에 악영향이 없이 거의 균일한 조명이 수행될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 광학 부재(4)는 광선이 광방향 전환면(4g)에 도달될 경우, 광선의 대부분이 사출면(4f)을 통해 발광되기 쉬운 구성이기 때문에, 제2 광 학 부재(4b)의 두께는 광학 시스템에 큰 영향을 준다. 즉, 제2 광학 부재(4b)가 너무 얇은 경우, 대부분의 빛 성분들은 광원에 가까운 위치에서 발광되어 사출면(4f)의 전체 원주로부터 광선을 균일하게 발광시키기가 어렵게 된다. 이 때문에, 사출면(4f)의 모든 영역에서 균일한 광선을 얻기 위해서, 전반사면의 각도 설정에 대응되는 제2 광학 부재(4b)의 두께를 얻는 것이 필요하다. 따라서, 제2 광학 부재(4b)의 두께는 전반사면의 각도의 설정에 따른 값으로 설정된다.

또한, 제2 광학 부재(4b)로 복귀되는 광량은 광원으로부터의 위치에 따라 광방향 전환면(4g)에서의 프리즘부의 재입사면의 각도를 변화시킴에 의해 제어될 수 있고, 결과로 사출면(4f)을 통해 발광되는 광량은 또한 제어될 수 있다. 즉, 이런 각도 설정은 발광된 광량이 광원에 가까운 위치에서 의도적으로 감소되고, 발광된 광량은 광원으로부터 보다 떨어진 위치에서 더 증가되도록 수행되어, 균일한 빛 발광이 전체 원주에서 수행될 수 있게 한다. 동시에, 발광 광선의 분포는 반사면의 각도에 의해 실질적으로 조절되기 때문에, 각도 분포 및 광량이 일정한 링형 조명을 얻는 것이 가능하다.

다음에, 바람직한 형상을 결정하는 수치가 설명된다. 이 경우, 제2 광학 부재(4b)의 주께가 일정하고, 사출면(4f)에 대한 재입사면의 각도가 π/2(rad)로 설정된 경우의 수치에 대해 이후에 설명된다.

제2 광학 부재(4b)에 형성된 광방향 전환면(4g)에서의 각 프리즘부의 사출면(4f)에 대한 전반사면의 각도 Φ(rad)는 다음과 같은 부등식을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.

π/6 ≤ Φ ≤ π/4 … (2)

이유는 다음과 같다. 상기한 바와 같이, 통상의 조명 광학 시스템에 사용되는 광학 수지 재료가 이용된 경우, 각도 Φ가 최대값 π/4(rad)을 초과하면 프리즘부의 전반사면에 전반사된 광선의 수는 극도로 감소되고, 굴절 횟수는 증가되어 광학 부재로/로부터의 광선의 입사/발광을 수반하는 표면 반사로 인한 광량 손실량은 극도로 감소되고, 바람직한 광학 시스템은 얻어질 수 없다. 또한, 각도 Φ가 최소값 이하로 되면, 사출면(4f)에 대한 발광 광선의 각도는 너무 크게 되어 바람직한 광학 시스템이 얻어질 수 없다. 이상적으로, 전반사면의 각도가 약 2π/9(rad)으로 설정될 경우, 효율이 아주 뛰어나고 사출면(4f)에 대한 발광 광선의 각도가 너무 크게 되지 않는 잘 균형잡힌 광학 특징들을 얻는 것이 가능하다.

또한, 제2 광학 부재(4b)의 광방향 전환면(4g)에 형성된 복수의 프리즘부의 피치 D(mm)는 다음의 부등식을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.

0.3 ≤ D ≤ 4.0 … (3)

이 이유는 피치 D가 최소값 0.3mm 이하로 되면, 광방향 전환면(4g)이 형성될 때 형성된 프리즘부의 정점 근방에 라운드진 면의 영향은 크게 되고, 광방향 전환면(4g)이 갖고 입사 각도에 의존하는 분리 및 전반사의 기능이 유효하게 발휘되지 않아 바람직한 광학 시스템을 얻을 수 없다는 것이다. 또한, 미세한 프리즘부에 모서리를 확실히 형성하는 형성 방법을 이용하면, 제2 광학 부재(4b)의 제조 비용은 매우 고가가 된다. 이는 비실용적이다.

광방향 전환면(4g)에서, 상기한 바와 같이, 발광점들은 피치 D에 따라 능선 부(ridgeline portion)에 집중된다. 다시 말하면, 능선부의 피치 D가 넓으면, 발광점의 수는 감소되어 각 발광점의 발강 강도가 커진다. 이 관점에서, 피치 D가 최대값 0.4mm 이하로 설정되는 이유는, 이상적인 매크로 촬영용 조명 광학 시스템에 대해서 발광 광량이 각 발광점에서 적어지고 발광점의 수가 큰 경우가 다른 경우에 비해 특징 면에서 우수하다는 것이다. 또한, 다른 이유로서, 광방향 전환면(4g)이 두꺼워지는 피치 수단의 폭이 증가되고, 이는 또한, 소형화의 관점에서 바람직하지 않다. 여기서, 제2 광학 부재(4b)에서의 상기한 기능부가 두껍게 형성될 경우, 이는 균일한 광 분포 특성을 얻는 관점에서 바람직하다. 그러나, 광방향 전환면(4g)을 보다 두껍게 만드는 것은 광학 특성을 향상 정도에 따라 부재의 대형화로 인한 단점을 증가시킬 수 있다.

빛 안내 방향에 수직인 방향에서의 제2 광학 부재(4b)의 단면폭 w(mm)는 다음의 부등식을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.

1.0 ≤ w ≤ 10.0 … (4)

단면폭 w가 보다 작아질 경우, 이는 조명 장치뿐 아니라 장치의 소형화에 보다 유리하다. 그러나, 실제로는 폭 w를 필요 이상으로 작게 하면, 광원으로부터 입사된 광선은 제2 광학 부재(4b) 내에서 폐쇄되지 않아서 광학 시스템에서의 광량 손실은 아주 크게 된다. 여기서, 폭 w의 최소값 1.0mm는 광원 자체가 집광 특성을 갖는 광학 시스템에 대해 유효한 최소값이어서 광원으로부터 발광된 광선이 아주 넓게 퍼지지 않는다. 반대로, 폭 w의 최대값 10.0mm는 상대적으로 넓은 조명 각도 범위를 갖는 광원에 대해 유효한 값이다. 그러나, 소형 카메라의 크기는 엄격하게 규제되기 때문에, 최대값 10mm 이상의 폭 w를 갖는 제2 광학 부재(4b)를 구성하는 것은 제품으로서의 소형 카메라를 실현하는 것을 어렵게 한다. 이 때문에, 본 실시예에서, 제2 광학 부재(4b)는 3mm의 폭 w를 갖도록 구성된다.

상기한 수치가 제2 광학 부재(4b)의 두께를 일정하게 하고 사출면(4f)에 대해 재입사면의 각도가 π/2(rad)인 조건하에서 광학 시스템을 구성하는 수치로서 결정된다. 그러나, 제2 광학 부재(4b)의 두께 및 재입사면의 각도가 적당하게 설정되고, 또한 다른 수치의 범위가 상기한 수치의 범위로 제한되지 않고 설정될 수 있다.

제2 실시예

다음에, 본 발명의 제2 실시예는 도26, 도27a 내지 도27e, 도28a 내지 도28d 및 도29a 내지 도29c를 참조하여 설명된다. 도26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 매크로 촬영용 링 라이트의 광학 시스템을 구성하는 주요부의 종단면도이다. 도27a, 도27b, 도27c, 도27d 및 도27e는 본 발명의 제2 실시예에서광방향 전환면의 전반사면의 각도가 2π/9로 설정된 제2 광학 부재가 선형적으로 전개된 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다. 도28a, 도28b, 도28c 및 도28d는 광원에 가까운 점에서 반사면에서의 광선의 거동을 각각 개략적으로 도시한 도면이다. 도29a, 도29b 및 도29c는 광원으로부터 떨어진 점에서 반사면에서의 광선의 거동을 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

제1 실시예는 광원에 가까운 위치에서 발광 광선의 수가 많이 있고, 광원으로부터 멀어질수록 발광된 광량은 감소된다. 그 후, 본 실시예는 사출면의 각 위 치에서 발광된 광량은 일정하고 사출면의 각 위치에서 발광된 광선의 분포가 사출면의 전체 원주에서 거의 균일하게 되도록 구성된다.

본 실시예는 제2 광학 부재의 두께가 위치에 따라 변화한다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 또한, 본 실시예는 광방향 전환면의 전반사면의 피치가 변하고, 또한 피치가 넓어진다는 점에서 제1 실시예와 다르다.

도26에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 매크로 촬영용 링 라이트는 제1 실시예와 유사하게, 링형 라이트 발광부의 엘이디(도27a 내지 도27e)로부터 가해지는 발광 광선용 광학 부재(24)를 제공한다. 광학 부재(24)는 제1 광학 부재(24a) 및 링형 라이트 발광부를 형성하는 제2 광학 부재(24b)로 구성된다. 제2 광학 부재(24b)는 제1 실시예와 유사하게, 제1 광학 부재(24a)와 일체로 결합되고, 비디오 카메라의 렌즈 경통의 선단부에 위치된다.

도27a에 도시된 바와 같이, 광원으로서의 엘이디(22)로부터 가해진 광선은 집광 렌즈에 의해 집광되고, 광학 부재(24)의 제1 광학 부재(24a)에 입사된다. 제1 광학 부재(24a)는 그 입사면에서 양의 굴절력을 갖는 렌즈부(24c) 및 입사한 광선의 전환 방향에 대한 전반사면(24d)을 포함한다. 또한, 제1 광학 부재(24a) 및 제2 광학 부재(24b)는 결합부(24e)를 통해 서로 일체로 결합된다. 결합부(24e)는 제1 실시예에 비해 넓은 결합 영역을 갖는다. 후술되는 바와 같이, 이는 본 실시예의 제2 광학 부재(24b)가 광선을 1주회에 모두 발광시키도록 구성되기 때문이다. 즉, 모든 광선이 1주회의 끝까지 발광되기 때문에, 결합부(24e)에서 광선의 역류를 고려할 필요가 없어서, 제1 광학 부재(24a) 및 제2 광학 부재(24b)는 넓은 영역을 통해 서로 결합될 수 있다. 또한, 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재(24a, 24b)는 결합부(24e)에서 넓은 영역을 통해 서로 결합되고, 균일한 광 분포를 갖는 광선은 결합부(24e)에 입사되어 광원에 가까운 위치에서도 위치에 관계 없이 균일한 조명이 수행될 수 있다.

본 실시예에서, 명확하게 설명되지는 않았지만, 엘이디(22)는 제1 실시예의 경우와 비교하여 제2 광학 부재(24b)로부터 떨어진 위치에 배치된다. 이런 식의 엘이디(22)의 배치는 미광부의 배치로 인한 것이어서, 엘이디(22)로부터 발광된 광선이 제2 광학 부재(24b)에 직접 입사되고 가해지는 미광(srtay light)의 발생을 미연에 방지하고 미광 방지를 위한 확산부를 구비할 필요가 없다.

제2 광학 부재(24b)는 링형 부재로 구성된다. 광선이 발광되는 사출면(24f)은 제2 광학 부재(24b)의 일단에 형성된다. 광방향 전환면(24g)은 제2 광학 부재(24b)의 타단면에 형성된다. 광방향 전환면(24g)은 복수의 프리즘부가 연속적으로 배치되도록 구성된 면을 포함한다. 인접 프리즘부 사이의 간격은 제1 실시예에서보다 넓게 설정된다.

제2 광학 부재(24b)는 그 원주 방향을 따라 형성된 세 개의 영역, a, b 및 c로 분할될 수 있다. 세 개의 영역, a, b 및 c의 형상은 최적화된다. 영역 a는 광방향 전환면(24g)의 프리즘부의 정점들을 연결한 포락선이 영역 b를 향해 결합부(24e)로부터 경사지게 되어 영역 a에서의 제2 광학 부재(24b)의 두께는 영역 b를 향해 점차 증가하도록 구성된다. 영역 b는 두께가 일정하도록 구성된다. 또한, 영역 c는 광방향 전환면(24g)의 프리즘부의 루트측 정점들을 연결하는 포락선이 영 역 b로부터 경사지게 되어 영역 c에서의 제2 광학 부재(24b)의 두께가 영역 b 와 영역 c 사이의 경계로부터 점차 감소되도록 구성된다. 여기서, 사출면(24f)을 통해 발광된 광선의 방향을 결정하기 위해 구성된 광방향 전환면(24g)의 각 프리즘부의 전반사면의 각도[사출면(24f)에 대한 전반사면의 각도]는 일정한 각도, 즉 2π/9(rad)으로 설정된다.

도27b 내지 도27e 각각은 균일한 분포를 갖는 광선이 결합부(24e)에 입사된 것으로 가정하여 결합부(24e)의 위치를 기준으로 대표적인 위치에 있는 프리즘부의 전반사면의 선단부(루트측 정점) 근방으로부터 발광될 수 있는 광선의 궤적을 도시한 것이다. 도27b 내지 도27e에 도시된 바와 같이, 일부 각도 성분을 갖는 광선 중 일부가 존재하지 않는 것도 있지만, 조사 각도 범위는 거의 일정하고 가해진 광선의 거의 균일한 각도 분포는 가해진 광선 중에서 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 전반사면의 각도가 일정한 각도로 설정되고, 제2 광학 부재(24b)의 두께는 형상이 최적화되도록 변화되어, 링형 발광부는 링형 사출면(24f)의 각 위치에서 거의 균일한 광 분포를 갖도록 구성된다. 또한, 제2 광학 부재(24b)의 단부[제2 광학 부재(24b)가 전개된 상태에서의 영역의 단부]는 가장 얇고, 이에 따라 결합부(24e)에 입사된 거의 모든 광선이 사출면(24f)을 통해 발광되어 뛰어난 효율을 갖는 조명 광학 시스템이 구성될 수 있다. 즉, 제2 광학 부재(24b)에 입사된 광선이 광방향 전환면(24g)을 통해 안내되는 동안 거의 모든 입사 광선은 1주회의 끝까지 발광된다.

여기서, 광선이 전반사에 의해 긴 거리를 안내되는 경우, 광량 손실은 적지 만, 제2 광학 부재(24b)를 이루는 수지재의 투과율(transmittance)로 인한 역효과가 발생된다. 따라서, 제2 광학 부재(24b)에 형성된 광학 경로는 가능한 한 짧게 하고, 이 광학 경로 길이를 통해 모든 광선이 발광되도록 하는 것이 바람직하다.

다음에, 광방향 전환면(24g)에서의 광선의 거동은 도28a 내지 도29c를 참조하여 설명된다.

본 실시예는 광원에 가까운 위치 및 광원으로부터 떨어진 위치에서 도13 내지 도13d에 도시된 경우(전반사면의 각도가 서로 같음)와 같이 광선이 거의 동일한 분포 및 발광 방향을 유지하도록 구성된다. 도28a는 광원에 가까운 위치(영역 a에 있는 위치)에서 발광될 수 있는 모든 광선을 도시한 것이다. 또한, 도28b는 도28a에 도시된 광선 중에서 반사되고 굴절되지 않은 광선을 도시한 것이고, 도28c는 한 번 굴절되고 반사된 광선을 도시한 것이며, 도28d는 두 번 굴절되고 반사된 광선을 도시한 것이다. 상기한 바와 같이, 영역 a는 광방향 전환면(24g)의 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선이 결합부(24e)로부터 영역 b를 향해 경사지고, 이에 따라 영역 a에서의 광학 부재의 두께가 영역 b를 향해 점차 증가되도록 구성된다.

여기서, 도28a로부터, 사출면(24f)으로 향하는 광선의 너비 및 방향은 도13a에 도시된 것과 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 프리즘부에서 직접적으로 반사되고 굴절되지 않은(도28b와 도13b의 비교) 광선 성분에 대해서, 본 실시예(도28b)는 사출면(24f)을 향하는 광선이 적다는 점에서 도13b에 도시된 제1 실시예와 다르다. 이와 같이, 광원에 가까운 위치(영역 a)는 광방향 전환면(24g)의 프리즘부의 포락선이 사출면(24f)에 대해 점차 경사지게 되어, 영역 a에서의 광학 부 재의 두께가 점차 증가하도록 구성된다. 결과로, 전반사면에 직접적으로 반사된 광선 성분의 수는 감소될 수 있고, 이 부분에 발광된 광량은 정량적으로 억제될 수 있다. 또한, 영역 a에서, 발광된 광량은 발광 광선의 각도 분포 및 방향이 거의 일정하게 유지되는 동안 억제될 수 있다.

도29a는 광원으로부터 떨어진 위치(영역 c에 있는 위치)에서 발광될 수 있는 모든 광선을 도시한 것이다. 또한, 도29b는 도29a에 도시된 광선 중에서 반사되고 굴절되지 않은 광선을 도시한 것이고, 도29c는 1회 굴절되고 반사된 광선을 도시한 것이다. 상기한 바와 같이, 영역 c는 광방향 전환면(24g)의 프리즘부의 정점들을 연결한 포락선이 영역 b와 영역 c 사이의 경계로부터 영역 c의 단부를 향해 경사지게 되어, 영역 c에서의 광학 부재의 두께가 영역 b와 영역 c 사이의 경계로부터 영역 c의 단부를 향해 점차 감소되도록 구성된다.

여기서, 도29a로부터, 사출면(24f)을 향하는 광선의 너비 및 방향은 도13a에 도시된 것과 거의 동일한 것을 알 수 있다. 그러나, 프리즘부에서 직접적으로 반사되고 굴절되지 않은 광선 성분에 대해서(도29b와 도13b의 비교), 본 실시예(도29b)는 사출면(24f)을 향하는 광선의 수가 본 실시예(도29b)의 경우에 비해 많다는 점에서 도13b에 도시된 제1 실시예와 다르다. 이와 같이, 광원으로부터 떨어진 위치(영역 c)는 광방향 전환면(24g)의 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선은 사출면(24f)에 대해 점차 경사지고, 이에 따라 영역 c에서의 광학 부재의 두께는 점차 감소되도록 구성된다. 결과로, 전반사면에서 직접 반사된 광선 성분들의 수는 증가될 수 있고, 이 부분에서 발광된 광량은 정성적으로 증가될 수 있다. 또한, 영 역 c에서, 발광된 광량은 발광 광선의 각도 분포 및 방향이 거의 일정하게 유지되는 동안 증가될 수 있다.

또한, 영역 c에서 주목해야 할 것은, 도28d 및 도13d에서 도시된 바와 같이, 1회 굴절된 뒤 전반사되는 광선 성분이 없는 점과, 발생되지 않는 이런 성분이 전반사면에서 직접 반사되고 굴절되지 않고 충분히 보충되는 점이다. 또한, 본 실시예는 제2 광학 부재(24b) 내에서 진행되는 광선의 굴절(발광 및 재입사) 횟수가 감소되는 동안 광 분포가 제어될 수 있을 뿐 아니라 효율 면에서도 바람직한 모드라고 확실하게 말할 수 있다.

이와 같이, 제2 광학 부재(24b)의 광방향 전환면의 루트측 정점들을 연결하는 포락선의 경사는 제2 광학 부재(24b)의 영역 a, 영역 b 및 영역 c에 따라 변화되어서, 발광 광선의 분포 및 방향이 일정하게 유지되는 동안 높은 효율로 조명을 수행할 수 있다.

또한, 광방향 전환면(24g)의 인접 프리즘부 사이의 간격은 제1 실시예에서보다 넓게 설정된다. 따라서, 광방향 전환면(24g)의 형상은 단순화될 수 있고, 제2 광학 부재(24b)는 염가로 제조될 수 있다. 또한, 도26에 도시된 바와 같이, 광방향 전환면(24g)이 인접 프리즘부 사이의 간격은 넓어지고, 이에 따라 실제로 빛이 발광된 부분의 능선부(도26에서 파선으로 도시된 부분)의 수, 즉 광방향 전환면(24g)의 발광점의 수는 감소된다. 그러나, 이런 경우에도, 충분한 발광점이 확보되어, 광 분포에서 부자연스러운 불균일성은 생기지 않는다. 또한, 발광점의 수가 감소되지만, 각 발광점에서 발광된 광량은 증가되기 때문에 반대로 전체 발광 강도 는 적은 광량 손실을 갖고 증가된다.

또한, 제1 실시예에 서술된 바와 같이, 광방향 전환면(24g)의 프리즘부 근방 부분은 각각 발광점을 형성한다. 그 후, 제2 광학 부재(24g)가 수지재로 이루어진 경우, 각 프리즘부의 저부 근방 부분의 형상, 즉 광학 물질로 된 모서리 형상을 형성하는 것이 어려워서 이런 형상은 라운드진 형상으로 되기 쉽다. 라운드진 형상은 큰 광량 손실을 발생시킬 수 있다. 특히, 간격이 좁을 경우, 이 영향은 커진다. 이런 문제에 대해 간격을 넓힘에 의해 광방향 전환면(24g)의 각 프리즘부의 저부 근방 부분의 라운드진 형상의 영향은 최소한으로 억제할 수 있다.

제3 실시예

다음에, 본 발명의 제3 실시예는 도30a 내지 도30e를 참조하여 설명된다. 도30a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 매크로 촬영용 링 라이트의 제2 광학 부재가 선형적으로 전개된 상태를 도시한 도면이다. 도30b 내지 도30e는 제2 광학 부재(34b)에 입사된 광선이 사출면(34f)을 통해 발광되도록 광방향 전환면의 각 위치에서의 방향을 전환하는 상태를 각각 도시한 도면이다.

도30a에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 제2 광학 부재(34b)는 그 두께가 원주 방향을 따라 연속적으로 변하도록 구성된다. 제2 광학 부재(34b)의 두께가 연속적으로 변하도록 된 형상은 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선이 광방향 전환면(34g)의 사출면(34f)에 대해 연속적인 곡선으로 되도록 광방향 전환면(34g)을 형성함에 의해 얻을 수 있다.

구체적으로는, 광방향 전환면(34g)은 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선 이 2π/3(rad)에 대응되는 위치 근방에서 정점을 갖는 연속적인 곡선으로 되도록 형성되어, 원주 방향을 따라 두께가 연속적으로 변하는 제2 광학 부재(34b)를 구성한다.

이런 구성으로, 도30b 내지 도30e에 도시된 바와 같이, 사출면(34f)의 각 위치에서 거의 균일한 발광 광선을 얻을 수 있는 광학 시스템을 구성하는 것이 가능하다.

제4 실시예

본 발명의 제4 실시예는 도31, 도32 및 도33 내지 도33d를 참조하여 설명된다. 도31은 본 발명의 제4 실시예에 따른 매크로 촬영용 스트로보가 구비된 디지털 카메라의 정면도이고, 도32는 도31에 도시된 매크로 촬영용 스트로보의 주요 광학 시스템이 평면 형상으로 전개된 상태를 도시한 도면이다. 도33a, 도33b, 도33c 및 도33d는 제2 광학 부재(44b)에 입사된 광선이 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i) 각각을 통해 발광되는 상태를 각각 도시한 도면이다.

도31에 도시된 바와 같이, 촬영 모드가 매크로 모드(근접 촬영 모드)인 경우에 유효한 조명 장치로서 기능하는 매크로 촬영용 스트로보(40)는 디지털 카메라 본체(41)에 설치될 수 있다. 즉, 매크로 촬영용 스트로보(40)는 광원으로서, 촬영 렌즈의 촬영 범위로 균일한 광선을 매크로 촬영용 조명광으로 가할 수 있는 크세논(xenon)(이후, 'Xe'로 칭함) 방전관을 갖는 스트로보 발광부(43)로부터 가해진 빛을 전환하기 위한 장치이다. 매크로 촬영용 스트로보(40)는 광 투과성 광학 부재(44)를 포함한다. 광학 부재(44)는 렌즈 경통(42)의 선단부에 배치되고, 스틀보 발광부(43)로부터 광서이 발광되도록 한 네 개의 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i)을 갖는다.

다음에, 매크로 촬영용 스트로보(40)의 광학 특성을 조절하기 위한 구성 요소는 도32를 참조하여 상세히 설명된다.

도32에 도시된 바와 같이, 스트로보 광학부(43)는 Xe 방전관(45)과, Xe 방전관(45)으로부터 발광된 광선의 후방 및 측방으로 대부분이 향하도록 광선을 반사시켜 촬영 방향에 반사된 광선이 가해지도록 하는 반사기(reflector)(46)와, Xe 방전관(45)으로부터 발광된 광선을 집광하기 위한 프레넬(Fresnel) 렌즈로 구성된 전면창(47)을 포함한다. 통상 촬영 시에, 스트로보 발광부(43)는 단독으로 사용되고, 촬영 렌즈의 촬영 범위에 균일한 광선을 가한다.

광학 부재(44)는 전면창(47)에 대향하는 입사면을 갖고, 입사면에 입사된 광선을 촬영 렌즈 경통(40) 주위로 안내하여 광선을 링형 광선으로 전환하는 부재이다. 광학 부재(44)의 입사면은 전면창(47)에 대향하도록 위치되고, 광학 부재(44)는 설치 부재(미도시)를 이용하여 디지털 카메라 본체(41)에 설치 고정된다. 광학 부재(44)는 아크릴 수지 등의 고 투과성을 갖는 광학 수지재로 이루어진다.

광학 부재(44)는 스트로보의 반사기(46) 및 전면창(47)에 의해 집광된 광선의 방향을 전환하기 위한 제1 광학 부재(44a) 및 제1 광학 부재(44a)에 결합되어 촬영 렌즈의 광학 축 방향을 향하는 링형 광선으로 발광 광선을 전환하는 제2 광학 부재(44b)를 포함한다.

다음에, 광학 부재(44)의 기능 및 그 기능을 실현하기 위한 형상이 설명된 다.

제1 광학 부재(44a)는 스트로보 발광부(43)로부터 가해진 광선의 방향을 전환하고, 소정 범위로 광선을 집광하기 위해 제공된다. 제1 광학 부재(44a)의 입사면(44c)은 전면창(47)의 개방부보다 크고, 전면창(47)에 가깝게 위치된다. 이런 구성은 전면창(47)과 제1 광학 부재(44a) 사이의 간극을 통해 외측으로 발광되어 광량 손실이 되는 광선을 가능한 한 줄이는데 효과적이다. 이런 구성으로, 스트로보 발광부(43)로부터 발광된 광량은 최대한 효과적으로 이용된다.

제1 광학 부재(44a)는 π/2(rad)로 입사된 광선의 방향을 전환한다. 본 실시예에서, 연속적인 비구면으로 구성된 반사면(44d)은 제1 광학 부재(44a)에 형성된다. 입사한 광선의 방향은 반사면(44d)에 의해 효과적으로 전환된다. 스트로보 발광부(43)로부터 광선이 충분한 방향 전환이 단순히 전반사에 이용됨에 의해 이루어질 수 없도록 스트로보 발광부(43)로부터의 광선이 매우 넓은 각도 범위를 갖기 때문에, 반사면(44d)은 고 반사율을 갖는 금속 증착면에 의해 형성된다.

반사면(44a)에 의해 전환된 광선 방향은 제1 광학 부재(44a)와 제2 광학 부재(44b) 사이의 결합부(44e)를 통해 제2 광학 부재(44b)로 안내된다. 이 결합에서, 제2 실시예와 유사하게, 결합부(44e)는 광선이 제2 광학 부재(44b) 내에서 1주회의 끝까지 발광되게 하는 형상을 갖도록 구성된다. 통상, 광선은 결합부 근방에서 외측으로 빠져나가기 쉽다. 또한, 발광부가 결합부 근방에 형성될 경우, 이 부분에서의 발광 강도는 감소되어 약한 발광 강도의 위치가 부분적으로 나타나기 쉽다.

반대로, 본 실시예에서, 결합부(44e)는 제1 광학 부재(44a)와 제2 광학 부재(44b) 사이에서 위치되기 때문에, 연속적인 발광부가 생기는 것을 미연에 방지할 수 있다.

제2 광학 부재(44b)는 제1 광학 부재(44a)로부터 입사된 광선이 각각 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i)을 통해 균일한 광 분포 및 균일한 강도 분포를 갖는 광선의 형태로 발광되도록 구성된다. 여기서, 관선이 각각 발광되는 사출면(44, 44g, 44h 및 44i)은 제2 광학 부재(44b)의 원주 방향을 따라서 간격을 두고 제2 광학 부재(44b)의 일단면에 형성되는 면이다. 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i) 사이의 영역은 광선이 발광되지 않는 비사출면(44n)으로서 형성된다.

제2 광학 부재(44b)의 타단면에는 네 개의 광방향 전환면(44j, 44k, 44l 및 44m)이 형성된다. 광방향 전환면(44j, 44k, 44l 및 44m)은 각각 대응되는 사출면(44f, 44k, 44l 및 44m)에 대향되도록 간격을 두고 배치된다. 복수의 프리즘부는 광방향 전환면(44j, 44k, 44l 및 44m)에 연속적으로 형성된다. 제2 실시예와 유사하게, 전반사면의 각도는 2π/9(rad)으로 설정된다.

광방향 전환면(44j, 44k, 44l 및 44m) 사이의 영역은 제2 광학 부재(44b)의 타면에 각각 대응되는 비사출면(44n)에 대향되도록 형성된다. 면(44p)은 광선의 각도에 따라 취사 선택되는 광방향 전환면을 구성하는 각도를 갖는 전반사면이 형성되지 않게 대응되는 비사출면에 평행한 면이다. 각 면(44p)은 광선이 제2 광학 부재(44b)에서 외측으로 빠져나가지 않게 방지하기 위한 면이다. 따라서, 제2 광학 부재(44b)의 각 면(44p)에 대응되는 부분은 원주 방향을 따라 광선을 안내하도 록 제공된다.

제2 광학 부재(44b)에서, 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i)에서의 발광 강도가 거의 일정하도록 특성을 조절하기 위해 매 사출면에서 특성이 변화된다. 구체적으로는, 광원측에서 가장 가까운 제2 광학 부재(44b)의 광방향 전환면(44j)에 대응되는 부분은 광방향 전환면(44j)의 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선이 사출면(44f)에 대해 경사지고, 이에 따라 그 부분에서의 제2 광학 부재(44b)의 두께가 점차 증가하도록 구성된다. 또한, 광방향 전환면(44j) 다음의 광방향 전환면(44k)에 대응되는 부분은 광방향 전환면(44k)의 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선은 사출면(44g)에 평행하게 이루어지고, 이에 따라 그 부분의 제2 광학 부재(44g)의 두께가 일정하게 되도록 구성된다. 또한, 다음의 광방향 전환면(44l)에 대응되는 부분은 광방향 전환면(44l)의 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선은 사출면(44h)에 대해 경사지고, 이에 따라 그 부분의 제2 광학 부재(44b)의 두께가 점차 감소하도록 구성된다. 또한, 광원에서 가자 먼 광방향 전환면(44m)에 대응되는 부분은 광방향 전환면(44m)의 프리즘부의 정점들을 연결하는 포락선은 사출면(44i)에 대해 경사지고, 이에 따라 그 부분의 제2 광학 부재(44b)의 두께가 급격히 감소하도록 구성된다. 제2 광학 부재(44b) 부분의 형상의 작용은 상기한 제2 실시예에서 서술된 바와 동일하다.

상기와 같이 구성된 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i)을 통해 발광되는 광선의 발광은 도33a 내지 도33d에 도시된 바와 같다. 도33a 내지 도33d로부터, 거의 균일한 각도 분포를 갖는 광선은 각각 사출면(44f, 44g, 44h 및 44i)을 통해 발광되 는 것을 알 수 있다.

본 실시예에서, 네 개의 사출면이 제2 광학 부재(44b)에 형성되지만, 본 발명은 네 개의 사출면으로 개수를 제한하지 않고, 예를 들면 넓은 각도 범위를 갖는두 개의 사출면이 제공될 수도 있다. 또한, 세 개 또는 다섯 개 또는 그 이상의 사출면이 형성될 수 있다.

제5 실시예

다음에, 본 발명의 제5 실시예는 도34 및 도35a 내지 도35d를 참조하여 설명된다. 도34는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 조명 장치로서의 스트로보 장치의 광학 시스템의 주요부를 도시한 평면도이다. 도35a, 도35b, 도35c 및 도35d는 도34에 도시된 스트로보 장치의 광학 부재(54)에 입사된 광선이 각각 발광되는 상태를 각각 개략적으로 도시한 종단면도이다.

도34에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스트로보 장치는 스트로보 본체(51)와, 플래시 발광용 Xe 방전관(52)과, 사출면에서의 Xe 방전관으로부터 발광된 광선을 반사하기 위한 반사기(53)와 넓은 영역으로부터 광선을 발광하기 위한 조사 방향 전환용 광학 부재(54)를 포함한다. 광학 부재(54)는 세장형 직사각형 형상 및 일정한 두께를 갖는 판부재로 이루어진다. 따라서, 본 실시예는 Xe 방전관(52), 반사기(53) 및 광학 부재(54)가 일체로 장착된 스트로보 장치를 제공한다. 또한, Xe 방전관에서 플래시를 발광하도록 하는 발광 회로(미도시) 및 파워 서플라이(미도시)는 스트로보 장치에 일체로 장착된다.

본 실시예는 광선이 광학 부재(54)의 측방에서 직접적으로 입사되는 구성을 채용한다. 결과로, 광학 부재(54)에는 상기한 제1 실시예 내지 제4 실시예 각각에 있어서의 조사 방향을 전환하기 위한 제1 광학 부재에 대응되는 반사면을 제공할 필요가 없어서, 광학 부재(54)의 구성보다 단순화될 수 있다. 도35a에 도시된 바와 같이, Xe 방전관(52)은 그 측면에 평행하게 광학 부재(54)의 측면에 대향되는 위치에 배치된다. 반사기(53)는 Xe 방전관(52)에서 광학 부재(54)까지 발광된 광선을 효율적으로 안내하기 위해 광학 부재(54)의 측방을 향하도록 배치된다.

도35a에 도시된 바와 같이, 광학 부재(54)의 일면은 사출면(54f)으로 형성된다. 광방향 전환면(54g)은 광학 부재(54)의 타면에 형성된다. 광방향 전환면(54g)은 복수의 프리즘부를 연속적으로 형성하도록 구성된 면으로 이루어진다. 각 프리즘부는 전반사면을 가진다. 광방향 전환면(54g)은 네 개의 영역(54a, 54b, 54c 및 54d)로 분할되고, 네 개의 영역(54a, 54b, 54c 및 54d) 각각에서의 프리즘부의 전반사면의 각도는 서로 다르다. 이런 각도 설정은 사출면(54f)의 종방향을 따른 위치에서 가해진 광량이 일정하게 되는 결과를 가져온다.

도35a에 도시된 바와 같이, 프리즘부의 전반사면의 각도[사출면(54f)에 대한 각도]는 광방향 전환면(54g)의 영역 a에서 π/4(rad)으로 설정된다. 영역 b에서의 전반사면의 각도는 2π/9(rad)으로 설정되고, 영역 c에서의 전반사면의 각도는 7π/36(rad)으로 설정되며, 영역 d에서의 전반사면의 각도는 π/6(rad)으로 설정된다.

제1 실시예에 서술된 바와 같이, 전반사면의 각도가 작아짐에 따라, 광방향 전환면(54g)에서의 발광 광선의 수는 증가될 수 있다. 결과적으로, 도35 내지 도35d에 도시된 바와 같이, 전반사면의 각도가 광원으로부터 멀어질수록 작아짐에 따 라, 사출면(54f)의 위치에 관계 없이 거의 일정한 조명광량을 갖는 발광 광선을 얻는 것이 가능하여, 균일한 조명을 수행할 수 있게 된다. 광선에 대한 트레이스 도면에 도시된 바와 같이, 각 전반사면에 반사된 광선은 점차 경사지지만, 사출면(54f)을 통해 발광된 광량 자체는 거의 일정하게 유지된다.

본 실시예에서, 광방향 전환면(54g)이 네 개의 영역으로 분할되고, 각 영역에서 서로 다른 전반사면의 각도를 갖지만, 본 발명은 이에 제한하려는 것은 아니다. 즉, 광방향 전환면(54g)은 네 개의 영역 이상으로 분할될 수 있고, 전반사면의 각도는 각 영역에 대해 서로 다를 수 있다. 또한, 전반사면의 각도는 광방향 전환면(54g)의 종방향으로 연속적으로 변화될 수 있다.

제6 실시예

다음에, 본 발명의 제6 실시예는 도36a 내지 도36d 및 도37a 내지 도37d를 참조하여 설명된다. 도36a, 도36b, 도36c 및 도36d는 본 발명의 제6 실시예에 따른 조명 장치로서의 스트로보 장치의 주요부를 각각 도시한 종단면도이다. 도37a, 도37b, 도37c 및 도37d는 도36a, 도36b, 도36c 및 도36d 각각에 도시된 조사 방향 전환 부재(55)가 광학 부재(54)의 종방향으로 이동되는 상태를 각각 개략적으로 도시한 도면이다.

도35a 내지 도36d에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 수평 이동 가능한 조사 방향 전환 부재(55)가 광학 부재(54)의 사출면(54f)을 향하도록 배치되는 점에서 제5 실시예와 다르다. 제5 실시예와 동일한 부재들은 같은 참조 부호를 붙이고, 그 설명은 여기서 생략한다.

상기한 제5 실시예에서, 광방향 전환면(54g)의 전반사면의 각도가 변화함에 따라, 광학 부재(54)의 사출면의 각 위치에서 발광된 광량은 거의 일정하게 된다. 그러나, 그런 구조는 사출면(54f)의 대응 위치에서 광선의 발광 방향이 광원으로부터 멀어짐에 따라 점차 경사지는 경향을 보인다. 그 후, 본 실시예에서, 광선의 발광 방향이 경사지는 경향을 보정하기 위하여, 광학 부재(54)를 통해 발광되는 광선의 조사 방향만을 조절하기 위한 조사 방향 전환 부재(55)가 제공된다.

조사 방향 전환 부재(55)는 프레넬 렌즈(55a)가 사출면 측에 형성되는 판형 광학 부재이다. 프레넬 렌즈(55a)의 형상은 광학 부재(54)의 광방향 전환면(54g)의 전반사면의 각도에 의해 결정된 광선의 사출면에 따라 규제된다. 프레넬 렌즈(55a)는 그 각이 조사 방향 전환 부재(55)의 종방향을 따라 연속적으로 변하도록 구성된다. 여기서, 광학 부재(54)로부터의 광선의 발광 방향이 광원에 가까운 위치에서 사출면(5f)에 대략 수직되기 때문에, 프레넬 렌즈(55a)의 각도는 완만한 각도로 설정된다. 광원에서 떨어진 위치에서, 광학 부재(54)로부터의 광선의 발광 방향은 사출면(54f)을 향해 점차 경사진다. 따라서, 발광 방향을 보정하기 위해서, 프레넬 렌즈(55a)의 각도는 급한 각도로 설정된다.

도36a 내지 도36d에 도시된 바와 같이, 상기한 조사 방향 전환 부재(55)가 제공되고, 이에 따라 발광 광선은 대략 수직 방향을 그 중심으로 한 광 분포를 갖는 광선으로 전환된다. 또한, 광 분포 특성은 위치에 상관 없이 서로 동일한 것을 알 수 있다. 결과적으로, 조사 방향 전환 부재(55)에 의해, 위치에 상관 없이 균일한 광 분포 특성 및 강도를 갖는 조명광을 얻는 것이 가능하다.

또한, 본 실시예에서, 조사 방향 전환 부재(55)는 광학 부재(54)의 종방향으로 이동 가능하게 구성된다. 통상, 발광 광학 축은 많은 경우에 사출면에 수직되게 설정되는 것이 바람직하다. 그러나, 일부 경우에서, 발광 광학 축은 사출면에 수직되는 방향으로부터 약간 경사질 필요가 있다. 예를 들면, (매크로 촬영 등의 근접 촬영이 아닌) 통상 촬영 렌즈로 초점을 잡을 수 있는 근접 거리(예를 들면, 50cm)에서의 촬영하는 경우, 조명 방향이 촬영 렌즈의 광학 축 방향과 일치시키지 않고 촬영 렌즈의 광학 축에 대해 어느 정도 경사지게 하여 적절한 조명[시차 보정(parallax correction)]이 얻어지는 경우가 있다.

그 후, 본 실시예에서, 도37a 내지 도37d에 도시된 바와 같이, 조사 방향 전환 부재(55)는 광학 부재(54)의 종방향에서 이동되고, 이에 따라 조명광의 발광 광학 축의 방향은 미세하게 변화될 수 있다.

본 실시예에서, 조사 방향 전환 부재(55)의 프레넬 렌즈(55a)의 각도가 연속적으로 변하는 경우를 도시하고 있지만, 프레넬 렌즈(55a)의 각도는 광학 부재(54)에 형성된 광방향 전환면(54g)의 전반사면의 각도에 따라 변하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 조사 방향 전환 부재(55)의 프레넬 렌즈(55a)가 외측을 향하는 면에 형성되지만, 본 발명은 이 면에 제한하려는 것이 아니다. 즉, 조사 방향 전환 부재(55)의 프레넬 렌즈(55a)는 광학 부재(54)의 사출면(54f)을 향하는 조사 방향 전환 부재(55)의 면에 또한 형성될 수 있다.

또한, 조사 방향 전환 부재로서 이용된 프레넬 렌즈를 갖는 부재를 도시하였 지만, 보통의 원통형 렌즈를 프레넬 렌즈 대신 이용할 수 있고, 경우에 따라서는 서로 다른 각도를 갖는 복수의 경사면을 이용할 수 있다.

상기한 제1 실시예 내지 제6 실시예의 특정 효과는 이후에 설명된다.

본 발명에 따르면, 균일하고 일정한 각도 분포를 갖는 광선이 조명광으로서 가해질 수 있는 조명을 제공하여, 균일한 광 분포를 갖는 조명을 반사 및 굴절의 기능이 서로 조합되는 광방향 전환면의 작용을 의해 얻을 수 있다.

Claims

광원과,

상기 광원에서 발광된 빛이 입사되는 입사면 및 상기 입사면에 입사된 빛이 조명광으로서 발광되는 사출면을 갖는 광학 부재를 포함하는 조명 장치에 있어서,

상기 광학 부재는 상기 사출면과 대향되도록 배치되어 입사면에 입사된 빛의 상기 광학 부재 내에서의 진행 방향을 규제하면서 빛을 사출면으로 안내하기 위한 광방향 전환면을 더 구비하고, 상기 광방향 전환면에 전반사면 및 재입사면을 갖는 복수의 프리즘형 부위가 연속적으로 형성되고,

상기 광학 부재 내를 진행하여 상기 프리즘형 부위 중 하나의 전반사면에 도달한 빛 중, 소정 각도 성분의 빛만이 상기 전반사면 상에서 상기 사출면을 향해 전반사되고, 상기 전반사면에서 전반사되지 않은 소정 각도 성분 이외의 빛은 상기 하나의 프리즘형 부위에서 굴절되어 상기 광학 부재 외측으로 일단 안내된 후에 상기 하나의 프리즘형 부위에서 이어지는 프리즘형 부위의 재입사면을 통해 상기 광학 부재로 다시 안내되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 사출면에 대한 전반사면의 각도 Φ는

π/6(rad) ≤ Φ ≤ π/4(rad)

의 부등식을 만족시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 사출면에 대한 전반사면의 각도 Φ는 각각의 프리즘형 부위에 대해 일정한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 사출면에 대한 전반사면의 각도 Φ는 입사면에서 더 먼 프리즈형 부위일수록 더 작게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 프리즘형 부위의 전반사면과 재입사면의 교차점으로 형성된 점들을 연결하는 포락선은 상기 입사면으로부터 떨어진 위치를 향해 변화하여, 상기 광학 부재의 두께는 상기 입사면으로부터 떨어진 위치를 향해 점차 얇아지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 프리즘형 부위의 전반사면과 재입사면의 교차점으로 형성된 점들을 연결하는 포락선은 상기 입사면으로부터 떨어진 위치를 향해 변화하여, 상기 광학 부재의 두께는 상기 입사면으로부터 떨어진 위치를 향해 점차 두꺼워지는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 프리즘형 부위는 소정의 피치 D에서 연속적으로 형성되고, 상기 피치 D는

0.2(㎜) ≤ D ≤ 4.0(㎜)

의 부등식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
제1항에 있어서, 상기 프리즘형 부위는 소정의 피치 D의 간격으로 형성되고, 상기 소정의 피치 D는

0.2(㎜) ≤ D ≤ 4.0(㎜)

의 부등식을 만족시키도록 설정되는 조명 장치.