JPH0760611B2 - 虹投影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般家庭、店舗、或いは舞台装置などの大型
装置として、或いは玩具、置物、縫包などの小型装置と
して、広い分野で光学的装飾効果を奏し得る虹投影装置
に関する。

従来の技術 従来の技術としては、発明者が既に実開昭60−26084号
公報で開示したように、光源の長さを大きくして光束を
増大し得る線状の白色光源と、これと平行に配置した平
板的な円筒コンデンサレンズと、プリズムとからなる虹
投影装置を挙げることができる。

発明が解決しようとする問題点 従来の装置は、店舗照明や舞台照明を主とする大型で鮮
明な虹像を得る目的で、管状のハロゲンランプのように
輝度が高く且つ光源の長さを大きく採って光束を増大さ
せることができる線状光源を用い、これより発する光を
これと平行する円筒コンデンサレンズで平行光とし、こ
れをプリズムで分光して虹像を投影するものであった
が、光源が横長で且つコンデンサレンズが平板であるた
め、虹像の中央付近は鮮明に投影することができても、
両端に行くに従いコンデンサレンズから出る光は平行光
から次第に収斂光となり、プリズムによって分光された
色光が混合する結果、鮮明な虹像が得られない問題があ
った。

即ち、コンデンサレンズが平板であると、第6a図に示す
如く、光源０からコンデンサレンズ13に直交して入射す
る紙面に鉛直な0A断面に沿った光線は、第6b図のよう
に、平行光線となってプリズムに入射するが、光源０か
らコンデンサレンズ13に傾斜して入射する0B、0B′断面
に沿った光線は、第6c図のように、距離がD1だけ遠くな
るぶんだけ曲げられ、更に傾斜してコンデンサレンズ13
に入射する0C、0C′断面に沿った光線は、第6d図に示す
ように、距離がD2のように更に遠くなるぶんだけ強く曲
げられて収斂するため、これをプリズムで分光した虹像
は、第6e図に示す如く、中央Ａから外側にB,B′、C,C′
のように遠ざかる程、曲率が増大して色光が混合し、鮮
明な虹像が得られないこととなり、光源０が横長管状の
場合には、光源とコンデンサレンズ13との距離は更に増
大することとなるから、色光の混合は更に大きくなり、
舞台照明や店舗照明を十分に満足する鮮明な虹像が得ら
れなかったのである。

また、この場合、平板状の円筒コンデンサレンズを使う
ため、光源を短くし点光源に近くして、中央付近の虹像
のみを使用しようとしても、光束が減少するばかりで、
光量不足となり、鮮明な虹像を得ることができない等の
問題があった。

問題点を解決するための手段 そこで本発明は、集光系の大きさに比較して点光源に近
い極く短い線状の白色光源と、該光源の発散光が中心に
向かう場合と左右両端に向かう場合で距離が殆ど同じ
で、屈折後に広い幅をもった扇状に拡がる平行光となる
ように、該光源を中心として円弧状に彎曲して設けた円
筒コンデンサレンズと、該コンデンサレンズで得られた
扇状の平行光を第一屈折面に入射するように設けた洗濯
板状のプリズムとからなる虹投影装置を提供しようとす
るものである。

作用 本発明装置によれば、集光コンデンサレンズ等の集光系
の大きさに比較して点光源に近い極く短い線状の白色光
源と、該光源の発散光が中心に向かう場合と左右両端に
向かう場合で距離が殆ど同じで、屈折後に広い幅をもっ
た扇状に拡がる平行光となるように、該光源を中心とし
て円弧状に彎曲して設けた円筒コンデンサレンズとから
なる構成を有するから、第5a図に示す如く、光源０から
円弧状コンデンサレンズ３に至る距離は、コンデンサレ
ンズの中央に向かう場合0Aと、コンデンサレンズの左右
両端に向かう場合0B,0B′、OC,0C′とで殆ど同じであ
り、屈折後に収斂光または発散光となる比率は極めて小
さく、従って、コンデンサレンズから扇状に広がって出
る光は、第5b図に示す如く、全体にわたって略完全な平
行光であるから、プリズムによる分光後は、第5c図に示
すごとく、中央Ａから両端部B,B′、C,C′に至るまで、
極めて鮮やかな色光が得られ、全体にわたり形の整った
美しい虹像が得られることとなり、玩具や置物に本発明
虹投影装置を内蔵することによって、新しい照明玩具や
室内装飾照明を創作することができる。

また、コンデンサレンズで得られた扇状の平行光を第一
屈折面に入射するように設けた洗濯板状のプリズムは、
第一屈折面の平面に対して多数の第二屈折面を構成する
面が洗濯板状に相対して、全体としては、第一屈折面に
沿った板状面がコンデンサレンズで得られた平行光の幅
の扇状の拡がり方向に沿って平板的に拡がることとなる
から、装置全体を虹の拡がりの扇の要の位置として平板
的に構成することができる作用がある。

また、点光源に近い線状白色光源を中心として円弧状に
彎曲してコンデンサレンズを設けた構成であるから、投
影距離が大きくなれば、扇状に投影された虹像の幅も大
きくなり、分光後の各色は夫々色ごとに重なって純粋な
色光を示し、より鮮明になる効果があると共に、投影距
離が近いために起こる色光の混合を防ぐためには、コン
デンサレンズの円弧の中心に対して点光源の位置を調整
して、コンデンサレンズから出る光が虹投影位置で虹像
を結ぶように設置すれば、近距離でも鮮明な虹像を得る
ことができる。

実施例 第１図及び第２図に示す本発明装置の原理図において、
１は白色電球で、２はその光源となる点光源に近いフィ
ラメントである。３はフィラメント２の中点を中心とし
て円弧状に彎曲する円筒コンデンサレンズで、４は円筒
コンデンサレンズ３の集光した光源を中心に扇状に広が
る平行光を第一屈折面に受けるプリズムである。

フィラメント２より発する光は、円筒コンデンサレンズ
３によって、第２図示の如く、紙面に平行となり、プリ
ズム４の稜線に垂直な面に沿った光線0Aを中心にして、
コンデンサレンズ３の円弧に向って光線0B、0Cのように
扇状に広がってプリズム４に入射する。

即ち、第5a図に示す如く、光源０から円弧状コンデンサ
レンズ３に至る距離は、コンデンサレンズの中央に向か
う場合0Aと、コンデンサレンズの左右両端に向かう場合
0B,0B′、OC,0C′とで殆ど同じであり、屈折後に収斂光
又は発散光となる比率は極めて小さく、従って、コンデ
ンサレンズから扇状に広がって出る光は、第5b図に示す
如く、全体にわたって略完全な平行光となる。

プリズム４に入射した光は、プリズムの第一、第二の屈
折面で屈折して、紙面の斜め下方にほぼ円錐状に拡がっ
て進み、且つ夫々の光はプリズムの分光作用により赤色
から紫色に分光され、第5c図に示すごとく、中央Ａから
両端部B,B′、C,C′に至るまで、紙面に平行な投影面上
に円弧状の虹となって投影される。

また、プリズム４から射出された夫々の色光は、第２図
でA,A1,A2に示すように、プリズム４に入射する角度条
件が同じ光は全て同じ角度に平行に屈折され、従って同
一色光は重なって、全体として虹の七色に分光された虹
像となる。

また、この場合、投影距離が大きくなれば、投影された
虹像の幅も大きくなり、分光の各色は夫々色ごとに重な
って純粋な色光を示すようになる。投影距離が近いため
に起こる色光の混合を防ぐためには、円筒コンデンサレ
ンズ３による屈折後の光を完全な平行光とせず、投影距
離で焦点を結ぶような関係に構成すれば、近距離でも鮮
明な虹像を得ることができる。

他方、第３図示の如く、プリズム３を一個の三角柱プリ
ズムではなく、小さな三角柱プリズムを多数平行に並べ
たものでも、同じプリズム分光効果を挙げることができ
るから、洗濯板状のプリズム４を代わりに使用すること
ができる。一般に、色分解には比較的高価な光学ガラス
を材料とするため、これを洗濯板状にすれば、材料の節
減となり、更にまた、光学ガラスに代わって加工が容易
で軽量且つ安価な透明プラスチックの材料で成形するこ
とも可能となる。

第４図は洗濯板状のプリズムを使用した本発明装置の実
施例を示すもので、装置全体のコストダウン、小型化及
び重量軽減が達成されている。

即ち、図において、10は内側ケースで、図には示さない
外ケースでプリズム４部分を除いて周囲を光学的に被覆
してある。１は白色光源となる電球、２はそのフィラメ
ント、３は電球１を中心に円弧状をなす円筒コンデンサ
レンズ、４は洗濯板状のプリズムである。その他、11は
電球１に供電する導電線である。

この場合、洗濯板状のプリズム４は、第３図からも明ら
かな如く、円筒コンデンサレンズ３による平行光を第一
屈折面の全体で斜めに受けるスペースで形成されていれ
ば良く、且つ、第二屈折面は第一屈折面に対して極めて
狭い間隔で平行に並ぶ多数の面の連なりからなり、全体
としては第一屈曲面に平行な稜線を連ねて連続する第二
屈曲面が構成されていることとなるから、洗濯板状のプ
リズム４の大きさは、コンデンサレンズで得られた平行
光の幅の扇状の拡がり方向に沿って平板的に拡がること
となるから、装置全体を虹の拡がりの扇の要の位置とし
て小型で薄い平板的な構成することができる。

これら構成の小型照明玩具等に適した具体例を示すと、
フィラメント２の太さ約0.2mm、長さ約1.5mm、コンデン
サレンズ３の焦点距離約14mm、コンデンサレンズ３の円
弧の半径（光源の中心からコンデンサレンズの主点まで
の曲率半径）約14mm、コンデンサレンズ３の幅約10mm、
円弧の中心角約90°、豆電球の出力4.4W、光束85Lumen
である。また、強力な虹投影機を構成する場合は、メタ
ルハライドランプ等の輝度の高い放電灯を光源として、
前記各部の寸法を比例的に大きくすれば、比較的小型な
もので強力な投影装置が得られることとなる。

効果 以上の通り、本発明装置によれば、集光系の大きさに比
較して点光源に近い極く短い線状の白色光源と、該光源
の発散光が中心に向かう場合と左右両端に向かう場合で
距離が殆ど同じで、屈折後に広い幅をもった扇状に拡が
る平行光となるように該光源を中心として、円弧状に彎
曲して設けた円筒コンデンサレンズと、該コンデンサレ
ンズで得られた扇状の平行光を第一屈折面に入射するよ
うに設けた洗濯板状のプリズムとからなる構成を有する
から、光源から円弧状コンデンサレンズに至る距離は、
コンデンサレンズの中央に向かう場合とコンデンサレン
ズの左右両端に向かう場合とで殆ど同じであり、屈折後
に収斂光又は発散光となる比率は極めて小さく、従っ
て、コンデンサレンズから扇状に広がって出る光は全体
にわたって略完全な平行光であるから、分光後は極めて
鮮やかな色光が得られ、全体にわたり形の整った美しい
虹像が得られる効果があり、且つ、本発明装置のコンデ
ンサレンズで得られた扇状の平行光を第一屈折面に入射
するように設けた洗濯板状のプリズムは、円筒コンデン
サレンズの幅と略一致する平行光を第一屈折面の全体で
斜めに受けると共に、第二屈折面は第一屈折面に対して
極めて狭い間隔で平行に並ぶ多数の面の連なりからな
り、全体としては第一屈折面に平行な稜線を連ねて連続
する第二屈折面の構成となるから、洗濯板状のプリズム
の大きさは、コンデンサレンズで得られた平行光の幅の
扇状の拡がり方向に沿って平板的に拡がることとなるか
ら、装置全体を虹の拡がりの扇の要の位置として小型で
薄い平板的な構成することができ、これを玩具や置物に
内蔵することによって、新しい照明玩具や室内装飾照明
を創作することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の光学系の原理を示す正面図、第２
図はそのII−II線で縦断して示す縦断側面図、第３図は
本発明装置の一実施例の光学系の原理を第２図と同様に
示す縦断側面図、第４図は第３図の光学系による実施例
の要部を一部切欠して示す斜面図、第5a図乃至第5c図は
本発明装置の要部の作用を説明する説明図であり、第6a
c図乃至第6e図はそれぞれ従来装置の要部の作用態様を
説明する説明図である。 １……白色電球 ２……フィラメント ３……円弧状の円筒コンデンサレンズ ４……プリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集光系の大きさに比較して点光源に近い極
   く短い線状の白色光源と、該光源の発散光が中心に向か
   う場合と左右両端に向かう場合で距離が殆ど同じで、屈
   折後に広い幅をもった扇状に拡がる平行光となるよう
   に、該光源を中心として円弧状に彎曲して設けた円筒コ
   ンデンサレンズと、該コンデンサレンズで得られた扇状
   の平行光を第一屈折面に入射するように設けた洗濯板状
   のプリズムとからなる虹投影装置