JPH058555U - オーバヘツドプロジエクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案はスクリーンに歪みのない像を形成す
るオーバヘッドプロジェクタを提供する。 【構成】 映写方向においてプロジェクタの透明体用の
台の中心から映写レンズおよびその関連のミラーを偏ら
せることによって、かつ光を透明体を通し、かつ水平面
から上方の、像を映写する傾斜角度に等しい角度で映写
レンズに光を導くことによって、キーストン歪みを生じ
ることなく、前記水平面から上方の傾斜角度で垂直面に
透明体の均一に焦点の合った像を映写することができる
オーバヘッドプロジェクタが提供される。光は、映写レ
ンズの転置方向において２要素環状フレネル集光レンズ
の上方のレンズを偏らせることによって映写レンズへ導
かれる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はオーバヘッドプロジェクタ、より詳しくは垂直面即ちスクリーンに歪 みのない像を形成するオーバヘッドプロジェクタの改良装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のオーバヘッドプロジェクタは映写すべき透明体を支持する台と、該台の 下方に取り付けられ前記透明体を照射する光源装置と、前記台の上方に懸吊され 透明体の光線像を映写スクリーンに導く映写レンズとミラーとの組合せ体とを含 む。前記台と映写レンズとが平行の平面にあって、映写レンズ、台および光源の 中心が共通軸線上にあり、ミラーが台の平面に対して４５度の角度に向けられて いるとすれば、歪のない像が垂直スクリーン上に映写される。しかしながら、こ れらの条件が満されても、映写像の少なくとも半分はミラーの高さより下方にあ り、その結果観客の映像の見る位置はプロジェクタによって邪魔される。 観客にすっきりした映像を見せるには、一般にミラーは水平方向に対して４５ 度以上の角度まで傾斜させ映写像をプロジェクタの高さより上へ持ち上げる。映 写スクリーンが垂直のままであれば、水平面より上方への傾斜角でこのように像 を映写すれば像の倍率に違いができ像をその上部分が下部分より広い台形にして しまう。映写像の形についてのこの倍率の歪みは一般に「キーストニング（Ｋｅ ｙｓｔｏｎｉｎｇ）」と称されている。

【０００３】 そのようなプロジェクタで一般的な第２の形式の歪みは映写像全体にわたり均 一な焦点が得られないことである。スクリーンの平面と、映写レンズと台の虚像 の平面とが平行あるいは共通の点に収束することを要するいわゆるシャイムプフ ルーク（Ｓｈｅｉｍｐｆｌｕｇ）条件が満されないとこの形式の歪みが発生する 。

【０００４】 プロジェクタを構成する要素の中のあるものを傾斜させることによりキースト ーン歪みあるいは不均一な焦点による歪みをもたらすことなく像の斜め映写を行 いうるといわれている。１９７７年１月１１日アンマ（Ａｍｍａ）に発行された 米国特許第４，００２，４０８号は例えば、歪みのない斜め映写を達成しうると いわれる２種類の方法を開示している。第１の方法は映写レンズとミラーとを台 の中心からスクリーンに向かって動かし、かつある角度で透明体を通して光線を 映写レンズとミラーへ投射するよう光源装置を傾けることを含む。第２の方法は 映写レンズと台とをミラーおよび光源装置に対して傾斜させることを要する。双 方の方法共プロジェクタに機械的複雑さをもたらし、かつ台を傾斜させるため像 が映写される際映写者に台上に透明体を位置させたり、透明体上に書込む上で困 難をもたらす。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

本考案によるオーバヘッドプロジェクタは単なる光学装置により、即ちプロジ ェクタ装置の構成要素のいづれをも傾けることなくして、キーストン歪みをもた らさずに水平面より上方の斜角で垂直面に均一に焦点の合った像を映写できる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

前述のことは、映写レンズとその関連のミラーとをオーバヘッドプロジェクタ の透明体用台の中心から映写方向にずらせ、かつ水平面より上方の映像が映写さ れている斜角に等しい角度で光線を透明体を通して映写レンズに向けることによ り達成される。２個の要素からなる環状のフレネル集光レンズ装置の上方のレン ズを映写レンズのずれ方向にずらせることにより光線は映写レンズに向けられる 。

【０００７】 従来のオーバヘッドプロジェクタ装置を明確に理解すれば本考案の基本原理が 認識されうる。添付図面の図１の(A) と図１の(B) とに示す典型的なオーバヘッ ドプロジェクタ１においては、適当かつ従来の形式のランプ２が凹形のレフレク タ４の上方に設けられ、一方環状のフレネルレンズあるいは環状のフレネルレン ズ群の組合せでよい。集光レンズ装置６がランプ２の上方に取り付けられランプ ２とレフレクタ４により放射された光線が光源上に求心した集光レンズ装置６に より集光され、装置６の上方で集光される。これら全ての要素は組合わされて数 字８で全体的に示す光源を構成する。

【０００８】 集光レンズ装置６と平行かつその上方に透明体用の台１０が取り付けられ、該 台の上に映写すべき透明体、即ちスライド（図示せず）が位置される。透明体即 ちスライドは以下単に「透明体」と言及し、オーバヘッドプロジェクタにおいて 映写するに適した写真あるいは透光性材料を意味するものとする。２個の凸レン ズと１個の凹レンズとから構成されることの多い映写レンズ１２は台１０のさら に上方で、かつ集光レンズ装置６の光軸に沿って取り付けられ、ミラー１４が映 写レンズ１２からの光線をさえぎり像を垂直スクリーン１６上に映写するよう適 当に取り付けられている。

【０００９】 図１の(A) に示す形態では、ミラー１４は水平面に対して４５度の角度に向け られ、そのため映写像２０の光軸１８は台１０やスクリーン１６に対して垂直で ある。これは、台１０ａの虚像の平面とスクリーン１６の平面とが平行であるこ とを意味する。台１０ａの虚像とスクリーン１６の平面が平行であるので、像２ ０の倍率上の歪みは発生しない。また、台１０ａと映写レンズ１２ａの虚像の平 面とスクリーン１６の平面とが平行なので、シャイムプフルーク（Ｓｃｈｅｉｍ ｐｆｌｕｇ）条件が満され像２０全体にわたり均一な焦点が得られる。シャイム プフルーク条件は像２０の焦点が均一となるには、台１０ａと映写レンズ１２ａ の虚像の平面とスクリーン１６の平面とが平行か、あるいは共通点に向かって収 束していることを要する。

【００１０】 像２０の歪みをさけるには、図１の(B) に示すように、ミラー１４を水平面に 対して４５度傾けることによりプロジェクタ装置の光軸１８がスクリーン１６に 対して垂直に映写されることを要する。しかしながら、オーバヘッドプロジェク タ１はスクリーン１６と観客との間に位置するので像２０の少なくとも一部が阻 害されるため前記の形態は望ましくない。

【００１１】 したがって、図２の(A) に示すように、ミラー１４を水平面に対して４５度以 上の角度まで傾けることにより像２０の高さをオーバヘッドプロジェクタ１の高 さより上方に持ち上げ映写像２０の光軸１８が水平面の上方で「θ」の斜角でミ ラー１４からスクリーン１６に映写されることが望ましい。ミラー１４の角度を 増加させた結果光軸１８（および反射された光軸１８ａ）は台１０の平面（およ び台１０ａの虚像の平面）に対して垂直のままであるが、光軸１８はスクリーン １６に対してはもはや垂直ではなくなる。その結果、台１０ａの虚像の平面とス クリーン１６の平面とは平行ではなくなる。

【００１２】 この斜め映写の結果は二通りある。まづ、台１０ａの虚像の平面とスクリーン １６の平面とが平行でなければ常に、図２の(B) で示すように映写された像２２ に倍率上の違いがもたらされ、像２２はその底部２４から頂部２２へ倍率が増加 し、「キーストーニング（Ｋｅｙｓｔｏｎｉｎｇ）」と称される形式の歪みをも たらす台形の像２２をつくり出す。第２に、台１０ａと映写レンズ１２ａとの虚 像の平面は平行でもなく、共通点に向かって収束もせず、シャイムプフルーク条 件が満されず、像２２は焦点が均一でない。

【００１３】

【実施例】

図３の(A) と図３の(B) とは本考案による映写装置２７と映写された像とを示 し、前述した歪み、即ち倍率の歪みあるいは不均一な焦点をもたらすことなく水 平面に対して斜角で像が映写される。

【００１４】 映写レンズ２８を台３０の中心から映写スクリーン３２に向かって、即ち映写 方向にずらせ、関連のミラー３３を水平面に対して４５度傾斜させ、そのため光 軸３４が水平面より上方の映写斜角に等しい「θ」の角度で台３０から映写レン ズ２８に延びるようにすれば歪が発生しないことが判明した。図３の(A) に示す ように台３０ａの虚像がスクリーン３２の平面に対して平行となるので倍率上の 違い、即ち「キーストニング」は発生しない。映写レンズ２８がずれ、台３０に 対して回転しないので図３の(B) に示すように像３６全体にわたり均一な焦点が 保たれる。このように、映写レンズ２８ａの虚像の平面が台３０ａの虚像の平面 とスクリーン３２の平面とに対して平行となるのでシャイムプフルーク条件が満 足される。

【００１５】 図３の(A)と図４を参照すれば、上方の環状フレネルレンズ４０を下方の環状 フレネルレンズ４４の中心４２と、ランプ４８とレフレクタ５０の光軸４６とに 対してずらすことにより、前述のように光軸３４を傾斜させることができる。上 方のフレネルレンズ４０と下方のフレネルレンズ４４とが組み合わされて、図１ の(A) と図２の(A) とに示す集光レンズ装置６に対応する集光レンズ装置５２を 構成し、ランプ４８とレフレクタ５０とは図１の(A) と図２の(A) とに示すラン プ２とレフレクタ４とに対応する。集光レンズ装置５２、ランプ４８およびレフ レクタ５０が図１の(A) と図２の(A) とに示す光源装置８に対応する。

【００１６】 上方のフレネルレンズ４０の中心３８が下方のフレネルレンズ４４の中心４２ と光学装置５４の光軸４６から光源装置５４の垂直方向の光軸４６に対する映写 レンズ２８のずれと同じ方向にずれていれば、台３０を通る光線の光軸３４は必 要な角度「θ」だけずれることが判明した。前述のように、光軸３４のこの傾斜 により水平面の上方の斜角「θ」で像を歪まさずに映写することが可能である。

【００１７】 倍率上の歪みと、焦点の不均一による歪を伴うことなく像３６を映写しうる角 度「θ」は、点線５６で示すように下方のフレネルレンズ４４と台３０より著し く大きい上方のフレネルレンズ４０によって提供される範囲の値で変えることが できる。レンズ４０は上方のフレネルレンズ４０の中心３８を下方のフレネルレ ンズ４４の中心４２に対して相対的にずらせることにより映写斜角「θ」を調整 でき、したがって光軸３４の傾斜を変えることができる。上方のフレネルレンズ ４０と下方のフレネルレンズ４４の相対位置が変ると映写レンズ２８を台３０を 出ていく光線の光軸３４に合すよう位置を合わせる必要がある。レンズ２８、４ ０および４４のパラメータとプロジェクタ２７の寸法とは、映写レンズ２８が上 方のフレネルレンズ４０の中心３８の直接上方に来ると該映写レンズ２８が適度 位置となるよう選定する。しかしながら、歪みのない映写についてはフレネルレ ンズ４０の中心３８と映写レンズ２８との間のこの関係は必要ではない。必要な ことは、映写レンズ２８と上方のフレネルレンズ４０とが下方のフレネルレンズ ４４の中心４２（および台３０の中心と）からずれることであり、かつ映写レン ズ２８が上方のフレネルレンズ４０を出ていく光線の光軸３４に沿って位置され ることである。

【００１８】 上方のフレネルレンズ４０の中心３８と映写レンズ２８とが下方のフレネルレ ンズ４４の中心の直接上方に位置されるとすれば「θ」の角度は零であって、歪 みのない映写が得られるのは水平面においてのみである。この状態は図１の(A) に示す映写形状に対応する。実用的には、フレネルレンズ４０の構造とパラメー タならびに映写レンズ２８の使用可能な写角のため最大の映写斜角は約１５度に 限定される。

【００１９】 その機構を図示してはいないが、映写レンズ２８と上方のフレネルレンズ４０ とを共に接続させ、都合のよい機械的リンク装置により同時に動かすことが可能 なことは明らかである。代替的に、映写レンズ２８と上方のフレネルレンズ４０ とは、相互に接続してもよいし、しなくともよい適当な水平方向キャリッジによ り手動で位置づけることができる。

【００２０】 図４に関して前述したように、点線５６で示す上方の大きいフレネルレンズ４ ０を使用して歪みのない映写を行うことのできるある範囲の映写斜角「θ」を提 供できる。しかしながら、映写斜角を１つの値に限定したい場合には上方のレン ズ４０を下方のフレネルレンズ４４と台３０に対応する寸法に合せることができ る。この状態では歪のない映写を行いうる角度の調整はできないが、上方のフレ ネルレンズ４０は下方のフレネルレンズ４４よりも大きくなくなり、かつ映写レ ンズ２８と上方のフレネルレンズ４０とずらせる装置を設ける必要がないのでオ ーバヘッドプロジェクタ２７の寸法と複雑さは大きく減少する。

【００２１】 水平面上方の所定の斜角で垂直スクリーン上に歪みのない像を映写するよう構 成された本考案によるオーバヘッドプロジェクタ２７の特定実施例では黄色の光 線に対する屈折率が１．４９１である透明なアクリル樹脂で作った２個の環状フ レネルレンズ４０、４４を含む。レンズ４０、４４の表面に形成される個々の溝 の幅は０．２５ミリと０．５１ミリとの間であって、各レンズ４０または４４の 厚さは１．２７ミリと２．５ミリとの間である。下方のフレネルレンズ４４の焦 点距離は３２０ミリで、上方のフレネルレンズの焦点距離は４２４ミリで組み合 わされて１８３ミリの焦点距離を提供する。２個のフレネルレンズ４０、４４は 、透明ガラスであって、横方向の寸法が２８４ミリ×２８４ミリの台３０の直接 下方に位置される。ランプ４８は下方のフレネルレンズ４４の３２０ミリ下方に 位置される。焦点距離が３２８ミリで後部焦点距離が３６６ミリの映写レンズ２ ８が台３０の上方に位置される。映写レンズ２８の中心は５．４倍の倍率で作動 するように、３８６ミリの距離で台３０から垂直方向に隔置されている。映写レ ンズ２８と上方フレネルレンズ４０の中心３８とは８３ミリの距離で下方のフレ ネルレンズ４４の中心４２から水平方向にずれている。前述のように構成したオ ーバヘッドプロジェクタ２７は見やすい映写を提供するよう決定した、水平面上 方１２度である斜角「θ」で歪みのない像を映写する。

【００２２】 図示の目的に対してのみ示した前記の例においては、映写レンズ２８と上方の フレネルレンズ４０が下方のフレネルレンズ４４の中心４２とランプ４８とレフ レクタ５０の光軸に対して等距離だけずらされていることに注目すべきである。 これは、各種要素のパラメータと、該要素の間の距離が、下方のフレネルレンズ ４４から上方のフレネルレンズ４０まで移動する光線が直線に、即ち平行になる よう選定されているためである。換言すれば、ランプ４８が下方のフレネルレン ズ４４からの一定の焦点距離（３２０ミリ）に位置し、映写レンズ２８の中心が 上方のフレネルレンズ４０から一定の焦点距離（４２４ミリ）に位置している。

【００２３】 下方のフレネルレンズ４４からの光線が平行になることは前述の映写装置の要 件ではないが、むしろ映写装置を設計するための都合のよい基準である。下方の フレネルレンズ４４からでてくる光線を平行にすべき場合、映写レンズ２８のず れと上方のフレネルレンズ４０の中心３８のずれとが等しくなる。下方のフレネ ルレンズ４４から出ていく光線が広がったりあるいは収束すれば、映写レンズ２ ８のずれは上方のフレネルレンズ４０のずれとが相違するが、常に同じ方向であ り、かつ映写レンズ２８は常に上方フレネルレンズ４０から出ていく光線の光軸 ３４に沿って位置する。

【００２４】 実際にはフレネルレンズ４０と４４の間で光線が平行になることが望ましくな い状況もある。 映写されつつある像の倍率、即ち焦点を変えたい場合、映写レンズ２８を台３ ０に向かう方向、あるいは離れる方向に常に傾斜した光軸３４に沿って動かす必 要がある。しかしながら、フレネルレンズは通常非収色性であるため、波長のよ り長い光線は波長の短い光線よりも長い焦点距離で映写レンズを通過する。

【００２５】 映写倍率を増すため映写レンズ２８を台３０により近接させると、波長のより 長い光線は映写レンズ２８の入口開口によって阻止される。そうすれば「青みが かった」色が映写された像の境界の周りに現われる。映写倍率を減すため映写レ ンズ２８を台３０から遠ざけると、波長の短い光線は映写レンズ２８の出口開口 により阻止される。このため、映写された像の境界の周りに「赤味がかった」色 が現われる。フレネルレンズ４０、４４によって発生するランプ４８の像が映写 レンズ２８の動きに追従すれば前記の色発生作用は排除される。ランプ４８が動 くことによってその像も動き、これは「カラーチューニング（色調整）」と称さ れる。

【００２６】 上方のフレネルレンズ４０をずらすことの顕著な特質はランプ４８が常に下方 のフレネルレンズ４４の面に対して垂直の光線の固定光軸４６に沿って運動する につれてランプ４８の像が上方のフレネルレンズ４０を出ていく光線の光軸３４ に沿って動くことである。このように、上方のフレネルレンズ４０のどのような ずれも、したがっていづれの映写斜角「θ」に対しても、映写された像は単にラ ンプ４８を下方のフレネルレンズ４４に向かって、あるいは離れる方向に垂直に 動かすことによって「色調整」できる。当該技術分野の専門家には、前記２個の 要素の運動を調整し、映写レンズ２８の運動に応答して映写装置の自動「色調整 」するために映写レンズ２８とランプ４８の間で簡単な機械的接続を設けること が可能なことが明らかであろう。

【００２７】 ランプ４８が下方のフレネルレンズ４４から離れるにつれて、下方のフレネル レンズ４４を出ていく光線は徐々に広がっていく。ランプ４８が下方のフレネル レンズ４４に向かって動くにつれて、出ていく光線は徐々に収束する。このよう に前述した点に戻って、下方のフレネルレンズ４４を出ていく光線が平行になる ことが必ずしも望ましいとはいえない。像の「色調整」を行うには前記の光線が 広がるか、収束するかいづれかを要する。

【００２８】 例えばレンズ４０、４４のように溝が均等で、かつ近接した２個の環状フレネ ルレンズの中心がずれた場合、モアレ（ｍｏｉｒｅ）干渉パターンが発生し、こ れは前記レンズの中心が分離すればする程数が増加する一連の強度の半径方向の 線として現れる。前記のパターンは透明体の像と共に写され好ましくない。

【００２９】 上方のフレネルレンズ１０と下方のフレネルレンズ４４に対して異った溝の数 を選定することにより前記のずれは著しく減少させることができる。前記の２個 のフレネルレンズ４０、４４の溝の数の比率が１．３から１．５までの範囲であ れば、モアール干渉パターンの強さは著しく減少する。詳しくは、下方のフレネ ルレンズ４４の溝の数が１ミリ当り３．９４であり、上方のフレネルレンズの溝 の数が１ミリ当り２．７８であれば、干渉パターンはほとんど目立たない極めて 低い強度まで減少する。

【００３０】

【考案の効果】

溝の数を違わせる他に、干渉パターンを減少させるにはレンズ４０と４４との 分離が６．３５ミリから１９．１ミリの間が望ましいことが判明した。

【００３１】 本考案をある特定実施例に関して説明してきたが、本考案はこの実施例に限定 されないことを理解すべきである。逆に、実用新案登録請求の範囲に規定される 本考案の精神と範囲内に入る全ての代案、修正も網羅する意図である。

【図面の簡単な説明】

【図１】(A) と(B) は本考案の原理を判りやすくするた
めに、従来技術によるオーバヘッドプロジェクタ装置を
示し、(A）は従来技術による装置の概略側面図、(B) は
スクリーンとスクリーンに映写された像との側面図であ
る。

【図２】(A) と(B) は図１の(A) と(B) に示す装置によ
って映写された像に対する斜め映写の影響を示す図であ
る。

【図３】(A) と(B) とは本考案による映写装置を示し、
(A) は映写装置の概略側面図で、(B) は映写スクリーン
とスクリーン上に映写された像との側面図である。

【図４】図３に示す映写装置のコンデンサレンズの要素
を断面で示す拡大概略側面図である。

【符号の説明】

２７ プロジェクタ ２８ レンズ ３０ 台 ３２ スクリーン ３４ 光軸 ３６ 像 ３８ レンズ中心 ４０ フレネルレンズ ４４ フレネルレンズ ４８ ランプ ５０ レフレクタ ５２ 集光レンズ ５４ 光源

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ある映写斜角の範囲内で水平面より上方
   の選定映写斜角において垂直映写面（３２）上へ透明体
   の歪みのない像（３６）を映写するオーバヘッドプロジ
   ェクタにおいて、 映写すべき透明体をその上に置く透明体用の水平の台
   （３０）と、 光軸が垂直平面で所定方向に向けられたレンズ（２８）
   であって、該レンズ（２８）が前記台（３０）の上方に
   位置され、かつ前記台（３０）の中心から延びる線（３
   ４）と交差し、かつ前記の選定された映写斜角と等しい
   角度で垂直平面に関して前記映写面（３２）に向かって
   傾斜するよう前記台（３０）の中心から前記映写面（３
   ２）に向かってずらされる映写レンズ（２８）と、 前記台（３０）の下方に位置され、光軸が垂直平面にお
   いて所定方向に向けられ、かつ前記台（３０）の中心と
   交差する光源（４８）を含む、透明体を照射する装置
   （４８，５０）と、 前記透明体を照射する前記装置（４８，５０）と、前記
   台（３０）との間に配設され、前記光源（４８）により
   発生した光線を前記の選定した映写斜角に等しい、垂直
   面に対する角度で前記映写レンズ（２８）へ向け直す装
   置（５２）であって、前記台に対して平行で、光軸が垂
   直平面において所定方向に向けられ、かつ前記光源（４
   ８）の光軸と一致し、前記光源（４８）と前記台（３
   ０）との間に配設された第１の環状フレネルレンズ（４
   ４）と、前記台（３０）に対して平行で、光軸が垂直平
   面において所定方向に向けられ、かつ前記映写レンズ
   （２８）がずれる方向に前記第１の環状フレネルレンズ
   （４４）の光軸と前記光源（４８）の前記光軸とからず
   れた第２の環状フレネルレンズ（４０）とを含み、前記
   第１と第２の環状フレネルレンズ（４０，４４）とが協
   働して前記光源（４８）によって発生する光線を前記映
   写レンズ（２８）のずれた位置で集光する装置（５２）
   と、 前記映写レンズ（２８）から出てくる光線を前記映写斜
   角において前記映写面（３２）に向けて反射させるミラ
   ー（３３）とを含むことを特徴とするオーバヘッドプロ
   ジェクタ。
2. 【請求項２】 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の
   オーバヘッドプロジェクタ（２７）において、前記光源
   （４８）により発生する前記光線が前記映写レンズ（２
   ８）に向け直される前記角度を変えるために前記第２の
   環状フレネルレンズ（４０）が前記台（３０）に対して
   水平方向に運動可能であり、そのため映写斜角の範囲内
   で歪のない映写が可能なことを特徴とするオーバヘッド
   プロジェクタ。
3. 【請求項３】 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の
   オーバヘッドプロジェクタ（２７）において、前記第１
   と第２の環状フレネルレンズ（４０，４４）が透光性材
   料の薄いシートであって、平坦な主要面と反対側の溝付
   きの主要面を含み、前記溝付きの面が相互に隣接して配
   置されることを特徴とするオーバヘッドプロジェクタ。
4. 【請求項４】 実用新案登録請求の範囲第１項に記載の
   オーバヘッドプロジェクタ（２７）において、前記第２
   の環状フレネルレンズ（４０）の光軸が前記映写レンズ
   （２８）の下方で垂直に配置されていることを特徴とす
   るオーバヘッドプロジェクタ。