FI63118B - Laogblaendande samlingslins foer en oh-projektor - Google Patents

Description

Γβΐ KUULUTUSJULKAISU .

^Ι|Π* ® (11) UTLÄGGN I NGSSKRIFT 6 3118 J%[8 C (45) rv!: .M! ayihir.c tty 11 C! 1933 ^ ^ (51) Ky.lk.3/lnt.a.3 G 03 B 21/132 SUOM I —Fl N LAN D (21) Pit**utlh«k«iTKi$ —te«nt»n»eknlni 7523^9 (22) H»k*ml«pilvt — An*&knln|sdaf ?0.08 75 (F Π ' ' (23) Alkupilvi—Cllti|h«adt| 20.08.75 (41) Tullut |ulkl**k*l — Bllvlt offuntllj 22 cg 76

Patentti· ja rekisterihallitut (44) Nlhttvik*lp«on j. ku»L|ullc*un pvm. -

Patent* OCh registerstyrelten 7 AntMcan uttagd oeh utLskrtftM publkersd 31.12.82

(32)(33)(31) Pyydetty ttuolkuui—Bugird priorim 2i.O8.7U

03.03.75 USA(US) U99138, 55UU17 (71) Minnesota Mining and Manufacturing Company, 3M Center, Saint Paul,

Minnesota 55101, USA(US) (72) Raymond Harry Anderson, Saint Paul, Minnesota, Gregory Scott Lever, Stillwater, Minnesota, Terrence Michael Conder, Saint Paul, Minnesota, Donald John Newman, Saint Paul, Minnesota, USA(US) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Piirtoheittimen vähän häikäisevä kokoojalinssi - Lägbländande sam-lingslins för en OH-projektor

Eräs erityisen käyttökelpoinen piirtoheitin, jota kuvataan pääpiirteittäin amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 3 126 786, käsittää optisesti yhteensuunnattuina läpinäkyvän, vaakasuoran pöydän, jolle asetetaan piirtoheitinkalvot, tämän alla olevan voimakkaan valolähteen, porraslinssirakenteen, joka käsittää kaksi rengasmaista porrastettua linssiä, jotka sijaitsevat pöydän ja valaistuksen lähteen välissä, ja projektiolinssin, joka sijaitsee pöydän yläpuolella. Porrastettu linssirakenne toimii kokoojalinssinä ja projektiolinssi toimii siten, että se saa aikaan näyttötasolle kuvan pöydästä ja tälle asetetusta kalvosta. Projektoria käyttävä henkilö seisoo tavallisesti projektorin vieressä tai sen takana, niin että hän voi helposti vaihtaa piirtoheitinkalvoja, osoittaa näiden kiinnostavia kohtia tai tehdä niihin merkintöjä.

Kuvatunlaisten piirtoheittimien eräänä ongelmana on se, että käyttäjä näkee keskitetyn häikäisyalueen katsoessaan kalvoa tai paljasta pöytää. Tämä häikäisy syntyy siksi, että pieni osa porrastetun 2 63118 linssirakenteen läpäisevästä valosta ei ole ohjattuna. Oheisen piirustuksen kuvio 1 (joka esittää kaaviomaista poikkileikkauskuvaa rengasmaisesta, porrastetusta linssirakenteesta pitkin linssin läpi ulottuvaa tasoa, joka sisältää linssin optisen akselin) näyttää ohjattujen ja ohjaamattomien valonsäteiden tien. Rengasmaisten, porrastettujen linssien jokainen rengasmainen porras tai harjanne 13 käsittää osaksi kartiomaisen laskevan pinnan 14, nousevan pinnan 15 ja ulomman ja sisemmän reunan 16 ja 17, joiden kohdalla laskeva pinta ja viereinen nouseva pinta on yhdistetty. Jos valonsäde 18 ei heijastu eikä osu nousevaan pintaan, sitä sanotaan ohjatuksi, ja laskevat pinnat on muotoiltu niin, että ne taittavat kaikki ohjatut valonsäteet kohti oleellisesti yhteistä polttopistettä ja projektio-linssien läpi.

Kuvion 1 näyttämässä tasossa on tunnistettu ohjaamattomien valonsäteiden esimerkkejä valonsäteinä 20, 21 ja 22. Valonsäteet 20 ja 21 eivät ole ohjattuja, koska ne heijastuvat eivätkä taitu ilman ja linssiaineen välisten jakopintojen kohdalla. Valonsäde 22 ei ole ohjattu, koska se taipuu reunan 17 kohdalla. Koska piirtoheittimes-sä käytetään verraten pienikokoista valaistuksen lähdettä, ovat kaikki ohjaamattomat (sekä ohjatut) valonsäteet miltei samantasoisia porrastettujen linssien 11 ja 12 optisen akselin kanssa lukemottimis-sa tasoissa, jotka ulottuvat säteittäisesti optisesta akselista. Ohjaamattomat valonsäteet sijaitsevat siis tasoissa, jotka ulottuvat säteittäisesti kaikissa suunnissa linssien 11 ja 12 optisesta akselista.

Kun projektorin käyttäjä katselee projektorin pöytää 24 tai tämän päällä olevaa kalvoa, hänen silmänsä "E" vastaanottaa häikäisevän valon, joka lähtee potkurinmuotoisesta alueesta 28. Riippumatta siitä missä käyttäjä seisoo pöydän vieressä, hänen silmänsä on samassa tasossa kuin optinen akseli ja hän näkee ohjaamattoman valon aikaansaaman häikäisyn.

Esillä olevan keksinnön mukainen piirtoheittimen vähän häikäisevä, porrastettu kokoojalinssi, johon kuuluu useita suoraviivaisia, porrastettuja linssejä, joilla on sylinterilinssin vaikutus, jolloin linssiparien sylinteriakselit ovat vinossa tai kohtisuorassa keskenään, tunnetaan siitä, että porrastettuun kokoojalinssiin kuuluu kolme lineaarista porrastettua linssiä, jotka on suunnattu toistensa suhteen siten, että kunkin linssin sylinteriakseli muodostaa kahden muun linssin sylinteriakselin kanssa 55...65° kulman.

3 6311 8

Kuviot 3 ja 4 näyttävät kuinka häiritsevän häikäisyn lievennys saavutetaan. Kuvio 3 esittää kaaviomaista kuvantoa yhdestä, suoraviivaisesta porrastetusta linssistä 29, jossa on rinnakkaisia, suoraviivaisia harjanteita ja uria niiden rengasmaisten harjanteiden ja urien asemesta, joita käytettiin aikaisemmin piirtoheittimien Fresnel-linsseissä, ja siinä on sylinteriakseli 30, joka ulottuu yhdensuuntaisesti harjanteiden kanssa ja linssin optisen keskipisteen läpi. Linssi 29 kykenee keskittämään pistelähteestä 31 tulevan valon "polt-toviivaksi" 32. Mikäli taso 33 sijoitettaisiin yhdensuuntaisesti linssin kanssa, niin linssin 29 pinnasta lähtevät, ohjaamattomat valonsäteet, esim. valonsäde 34, muodostaisivat valonauhan 35 pitkin tasoa. Nauhan 35 leveys olisi sama kuin polttoviivan 32 pituus ja se ulottuisi sivuttain polttoviivan 32 kummallakin puolella.

Kuvio 4 näyttää kaksi suorakulmaisesti suunnattua, suoraviivaista, porrastettua linssiä 37 ja 38, jotka on sijoitettu rinnakkain ja suunnattu yhteen valonlähteen 39 kanssa lähteestä kootun valon keskittämiseksi polttopisteeseen 40, joka on valonlähteen 39 kuva.

Jos taso 41 sijoitettaisiin yhdensuuntaisesti linssien kanssa, niin katsoja näkisi kaksi kirkasta kaistaa 42 ja 43, joita ohjaamaton valo muodostaisi. Kummankin kaistan 42 ja 43 saa aikaan eri linssi 37 ja 38, ja kummankin linssin aikaansaama kaista kapenee, koska toinen linssi toimii ohjaamattomia säteitä keskittävästi. Kumpikin kaista vastaa leveydeltään suunnilleen paperitasolla 41 olevan polttopisteen 40 kokoa. Osa ohjaamattomasta valosta lankeaa kaistojen 42 ja 43 välisten kvadranttien sisälle, mutta tämä valo ei ole niin voimakasta että se häiritsisi käyttäjää, joka katselee linssejä tai projektorin pöytää normaaliasemasta E. Keksinnön parhaana pidetyssä piirtoheitti-messä kaistojen leveys on noin 4 cm polttopistetasossa tai paperitasolla 41. Niin kauan kuin käyttäjä on normaalipalkalla ja katselee pöytää kohdasta, joka on linssien symmetrian tai sylinteriakseleiden välissä, kuten akseleiden 44 ja 45 välissä, eikä linssiosan akseliin nähden kohtisuorassa suunnassa, hän vastaanottaa huomattavasti vähemmän häikäisyä porrastetusta linssirakenteesta katsellessaan pöytää tai tämän päällä olevaa kalvoa.

Keksinnön mukainen porrastettu kokoojalinssi sisältää mieluiten ainakin neljä eri suoraviivaista, porrastettua linssiä, joista jokainen käsittää sileän, tasaisen pinnan ja pinnan, jossa on tehty yhdensuuntaisia harjanteita ja uria. Neljä linssiä on yleensä suunnattu parittain, niin että parin toisen linssi akseli on oleellisesti kohti-ruoa suhteessa parin toisen linssin akseliin, ja kumpikin pari on 4 631 1 8 suunnattu niin, että toisen parin akselit sijaitsevat 5-45° kulmassa suhteessa toisen parin lähimpään akseliin. Suoraviivaiset, porrastetut linssit voidaan kuitenkin myös järjestää keksinnön mukaisesti muilla tavoin, esim. kolmilinssiöiksi, joissa kunkin linssin akseli muodostaa noin 60° kulman muiden linssien akseleiden kanssa.

(On tunnettua, että ristiin asetettuja sylinterilinssejä käyttämällä saavutetaan oleellisesti yhden pallomaisen tai epäpallo-maisen linssin vaikutus; ks. I. Pitman*in, Lontoo, julkaisua "Technical Optics", kirj. Louis E. Martin, ss. 312 ja seuraavat. Lisäksi on aikaisemmin käytetty ristiin asetettuja, suoraviivaisia, porrastettuja linssejä; ks. Cooper'in amerikkalaista patenttia n:o 3 580 661, joka on myönnetty 25.5.1971, ja myöskin Maloff'in amerikkalaista patenttia n:o 2 726 573, joka on myönnetty 13.12.1955, joissa kuvataan takaprojektiotasoja).

(Kuitenkaan ei missään näistä aikaisemmista patenteista ole ehdotettu piirtoheittimissä rengasmaisiin, koottuihin linsseihin liittyvän häikäisyongelman lieventämistä käyttämällä ristiin asetettuja, suoraviivaisia, porrastettuja linssejä. Sen sijaan ollaan projektori-alalla oltu taipuvaisia ignoroimaan ongelma tai käyttämään teholtaan rajoitettuja keinoja, kuten kilpiä pöydän ja käyttäjän silmien välillä, tai muita keinoja häikäisyongelman voittamiseksi, jotka keinot ovat kalliimpia ja pienentävät kokoojalinssirakenteen läpi kulkevan valon määrää).

Piirustusten muut kuviot voidaan yhteenvetona esitellä seuraavasti: kuvio 5 esittää perspektiivikuvantoa keksinnön mukaisesta piir-toheittimestä; kuvio 6 esittää läpileikkauskuvantoa kuvion 5 piirtoheittimestä pitkin sen viivaa 6-6; kuvio 7 esittää katkonaista perspektiivikuvantoa, osaksi läpileikkauksena, kuvion 5 piirtoheittimen pöydästä ja linssirakenteesta; kuvio 8 esittää ylhäältä kaaviomaista kuvantoa kahdesta suoraviivaisesta, porrastetusta linssistä; kuviot 9 ja 10 esittävät ylhäältä kaaviomaisia kuvantoja rakenteesta, joka käsittää neljä suoraviivaista, porrastettua linssiä; kuvio 11 esittää ylhäältä kaaviomaista kuvantoa projektorin pöydästä, jossa linssirakenteen muodostaa kolmiosainen, suoraviivainen, porrastettu linssirakenne; 631 1 8 5 kuvio 12 esittää suurennettua, kaaviomaista perspektiivikuvan-toa läpileikkauksena kuvion 11 pöydästä ja linssirakenteesta osiinsa hajoitettuina; kuviot 13 ja 15 esittävät ylhäältä kaaviomaisia kuvantoja erilaisista linssirakenteista, jotka sisältävät kuusi linssiosaa? kuvio 14 esittää suurennettua, kaaviomaista perspektiivikuvan-toa läpileikkauksena vaihtoehtoisesta linssirakenteesta osiinsa ha-joitettuna, jossa on kuusi suoraviivaista, porrastettua linssipintaa? kuvio 16 esittää suurennettua, kaaviomaista poikkileikkausku-vantoa keksinnön mukaisen linssirakenteen toisenlaisesta toteutusmuodosta; ja kuviot 17 ja 18 esittävät vastaavasti kaaviomaista kuvantoa ja hajotettuna kuvantoa lasilinssilaminättien valmistuksesta, joita voidaan käyttää keksinnössä.

Kuvion 5 näyttämä, keksinnön mukainen piirtoheitin 45 sisältää pohjan 46 ja projektiolinssin 47, joka on tuettuna pohjan päälle tangolla 48. Kuvion 6 mukaisesti pohja 46 sisältää sivuseinämät 50, pohjaseinämän 51, projektiolampun 52, piirtoheitinkalvon tukipinnan tai pöydän 53 ja suoraviivaisen, porrastetun linssirakenteen 54. Kuvio 6 näyttää myös, että projektiolinssi 47, joka yleisesti tunnetaan "projektiopäänä", sisältää parin samanlaisia, yksinkertaisia, positiivisia meniskilinssejä 55,56 ja peilin 57.

Suoraviivainen, porrastettu linssirakenne 54, joka näkyy parhaiten kuviossa 7, sisältää suoraviivaiset, porrastetut linssit 59 ja 60, jotka ovat tuettuina kehysosan 61 laippojen 62 ja 63 välin. Kehysosa 61 kannattaa myös pöytää 53 laipan 64 päällä. Suoraviivaiset, porrastetut linssit on kiinnitetty yhteen ilmanpitäväksi tiivistetyksi rakenteeksi, niin että pölyä ei pääse tunkeutumaan linssien välille. Yksittäiset porrastetut linssit on usein varustettu tasaisin aluein niiden reunoja myöten ja nämä alueet on liitetty yhteen, esim. liuotintiivistämällä, lämpösulattamalla tai muilla sopivilla menetelmillä. Vaikka kullakin linssillä 59 ja 60 on suorakulmainen ääriviiva, ei linssien sylinteriakseleiden tarvitse välttämättä olla yhdensuuntaisia linssien reunojen kanssa.

Kuvion 7 esittämä rakenne on hyödyllinen, mutta parhaana pidetty suoraviivainen, koottu linssirakenne sisältää enemmän kuin kaksi suoraviivaista, porrastettua linssiä poikkeamisongelmien vähentämiseksi, jotka liittyvät ristiin asetettuihin sylinterilinsseihin, joilla on suhteellisen iso aukko. Kuviot 8 ja 9 näyttävät ristiin 63118 asetettujen sylinterien poikkeamisvaikutuksen ja parannuksen, joka saavutetaan käyttämällä neljää linssiä. Kuvio 8 esittää kuvantoa ylhäältä kuvion 7 kaksilinssirakenteesta 54, jossa on sylinteriakselit 74 ja 75. Valo, joka kulkee linssirakenteen 54 läpi alueen sisällä, jota yleisesti katsoen rajoittaa käyrä 72, jossa on neljä ulkonemaa, tulee keskitetyksi suhteellisen pienelle alueelle ajatellun ympyrän 73 sisällä (polttopistetasossa, joka sijaitsee sopivalla etäisyydellä linssirakenteen yllä). Valo, joka kulkee linssirakenteen kulmien läpi käyrän 72 ulkopuolella, taipuu jonkin verran liian paljon, jolloin se kuvautuu ympyrän 73 ulkopuolelle, mutta käyrän 76 sisälle, jossa on neljä ulkonemaa. Esim. valonsäde, joka kulkee linssirakenteen läpi pisteessä 77, leikkaa kuvatason pisteessä 78. Ellei ryhdytä korjaaviin toimenpiteisiin, voi käyrän 76 yleisesti rajoittama kuva olla liian iso kulkemaan vapaasti projektiolinssin läpi, mikä saa pöydän heijastetun kuvan jotkin osat vaikuttamaan värillisiltä tai pimeiltä.

Kuvio 9 näyttää vaihtoehtoisen linssirakenteen käytön, joka sisältää kaksi paria ristiin asetettuja, suoraviivaisia, porrastettuja linssejä, jotka on sijoitettu niin, että ne lievittävät ristiin asetettujen sylintereiden poikkeamaa. Sylinteriakseli parin kummassakin linssissä - vastaavasti 80 ja 81, 82 ja 83 - on oleellisen suorassa kulmassa parin toisen akselin suhteen. Mutta toisen parin linssien sylinteriakselit muodostavat theta-kulman (Θ) toisen parin linssien lähimpien akseleiden kanssa, saaden siten suhteellisen suuren taittokyvyn alueet sijoitetuiksi suhteellisen pienen taittokyvyn alueiden ylle. Valonsäteet, jotka tällaisen järjestelyn avulla saadaan oleellisesti yhteiseen polttopisteeseen, kulkevat linssirakenteen läpi käyrän sisällä, jota voi edustaa käyrä 84. Käyrä 84 ympäröi suurempaa aluetta kuin käyrä 72 kuviossa 8, siinä ei ole niin syviä aulkonemia ja siten se antaa suuremman käyttökelpoisen kokoamisalueen 85 samanlaisille linssilevyille.

Kulma Θ on mieluiten vähintään 5° Moir6-kuvioiden vähentämiseksi ja ainakin 10° huomattavasti suuremman käyttökelpoisen alueen 85 saamiseksi. Paras kulma käyttökelpoisen alueen 85 suurentamiseksi ja Moir6-kuvioiden vähentämiseksi olisi 45°. Kulmalla 45° on kuitenkin eräs huono puoli siinä, että pienen häikäisyn alueet ovat pienempiä kuin olisi suotavaa. Kulmalle Θ voidaan valita paras arvo niin, että saadaan aikaan hyväksyttävä alue kuvion 10 mukaisesti, joka esittää kuvantoa ylhäältä, samoin kuin kuvio 9, neliosaisesta, suoraviivaisesta, porrastetusta linssirakenteesta. Pieni valon lähde (ei näy- 7 631 1 8 tetty) sijaitsee rakenteen alla. Lähteestä valo kulkee linssiraken-teen läpi ja se viedään polttopisteeseen alueen sisällä, jota osoittaa ympyrä 86, välimatkan päässä olevalla tasolla 87. Ohjaamaton valo osuu tasoon 87 neljän kaistan 88,89,90 ja 91 sisällä, joiden leveys vaihtelee hieman, mutta jotka ovat suunnilleen yhtä leveät kuin kuvaympyrä 86.

Koska käyttäjän silmät ovat yleensä linssirakenteen yläpuolella korkeudella, joka suunnilleen vastaa kuvatason 87 ja kuvaympyrän 86 asemaa, muodostavat kulmat gamma (V) ja oraeega (00 ) alueet, joita nimitetään seuraavassa pienhäikäisyalueiksi, joiden sisällä käyttäjän silmät eivät ole ohjaamattoman valon merkittävän määrän reitillä.

Kulman Θ paras arvo on 25° ja 35° välillä, jotta saataisiin tarpeeksi suuri hyödyllinen alue linssirakenteelle, jotta Moird-kuvi-ot saataisiin vähennetyksi ja jotta saataisiin tarpeeksi suuret pien-häikäisyalueet. Linssien sylinteriakseleiden suuntausta suhteessa linssirakenteen ulkoiseen ääriviivaan voidaan muuttaa muuttamatta Θ, jotta saataisiin aikaan pienhäikäisyalueiden sopiva suuntaus.

Kuviot 11 ja 12 esittävät keksinnön mukaisen kolmen linssin kokoojalinssin. Kolme sylinteriakselia 96,97 ja 98 on sijoitettu niin, että ne leikkaavat oleellisesti 60° kulmissa, kun projektori-pöytää katsotaan ylhäältä, kuten kuviossa 11. Kuvion 12 hajoitetun poikkileikkauskuvannon mukaisesti linssirakenne käsittää peitelevyn 99, jota voi käyttää pöytänä ja jonka voi tehdä lasista, polymetyyli-metakrylaatista tai polykarbonaatista. Se on kiinnitetty reunoistaan ylälinssin 100 reuna-alueeseen, jonka linssin sylinteriakseli 96 on suunnattu kohtisuoraan suhteessa projektoripöydän etu- ja takareunoihin. Linssissä 101 on reuna-alue ja se on tiivistetty linssin 100 ja kolmannen linssin 102 välille. Linssien 101 ja 102 vastaavia sy-linteriakseleita 97 ja 98 on kierretty suhteessa toisiinsa ja akseliin 96. On huomattu, että tämä kolmilinssiö kykenee aikaansaamaan samanlaisen polttopistevaikutuksen kuin rengasmaiset, porrastetut linssit.

Kuviot 13 ja 14 esittävät linssirakenteen, jota voidaan käyttää keksinnössä, jossa on kaksi kolmilinssiötä. Kuusi harjanteilla varustettua pintaa on tehty, viidelle levylle 110, 111, 112, 113 ja 114; levyssä 112 on vuoraviivaisia harjanteita molemmilla pinnoilla ja levyn kumpaakin sivua pidetään tässä linssinä. Tällainen rakenne vähentää taittavien pintojen lukumäärää linsseissä ja alentaa siten 8 631 1 8 jakopinnoissa tapahtuvan heijastuksen aiheuttamia häviöitä. Kuudella harjanteilla varustetulla pinnalla on sylinteriakselit 104,105,106, 107,108 ja 109. Toisen kolmilinssiön akselit 104,105 ja 106 ovat 60° kulmassa toisiinsa nähden; toisen kolmilinssiön akselit 107,108 ja 109 ovat 60° kulmassa toisiinsa nähden; ja kahden kolmilinssiön akselit on erotettu noin 10°beetakulmalla (/3). Näin saadaan 50°pien-häikäisyalueet pöydän etukulmien kohdalla. Kuvioiden 13 ja 14 mukaisessa linssirakenteessa voidaan linssin 110 sileää, litteää yläpintaa käyttää hyväksi projektorin pöytänä. Polymeerisen aineen suojaamiseksi, josta linssiosan 110 voi tehdä, voidaan linssin 110 sileälle yläpinnalle panna läpinäkyvä ja kova peiteaine 115. Tämä kova peite-aine voi olla esim. fluoropolymeeri, jonka perusaine on silikoni, kuten aine, jota myy E.I. dePont deNemöurs, Wilmington, Delaware kauppanimellä "Abcite".

Kuvio 15 näyttää kuusi linssiä käsittävän linssirakenteen, joka on sopiva käytettäväksi keksinnössä ja jossa on kolme suoraviivaisten, porrastettujen linssien paria. Kussakin parissa linssien sylinteriakselit ovat kohtisuorassa toisiinsa. Yhden parin akselit 117 ja 118 ovat 10-15° kulmassa toisen parin akseleihin 121 ja 122 nähden. Kolmannen parin akselit 119 ja 120 ovat 10-15° kulmassa toisen parin akseleihin 121 ja 122 nähden. Kun linssiparit on suunnattu kuvatulla tavalla, on projektorin pienhäikäisyalueiden kulmalaajuus 60-70°.

Kuvio 16 näyttää keksinnön mukaisen kokoojalinssirakenteen parhaana pidetyn toteutusmuodon. Tässä rakenteessa käytetään kahta suoraviivaisten, porrastettujen linssien paria, jotka on yhdistetty samanlaisen sylinteriakselisuuntauksen aikaansaamiseksi kuin kuvion 10 näyttämä suuntaus. Tässä rakenteessa on kuitenkin ylälinssi 125 varustettu harjanteilla ja urilla keskisyvennyksessä 126, jolloin se muodostaa samanlaisella syvennyksellä 128 varustetun, yhteensopivan linssin 127 kanssa ontelon näiden osien välissä. Tähän onteloon, joka muodostetaan linssien 125 ja 127 reuna-alueiden yhteenliittämisen jälkeen, voidaan sijoittaa ohuet linssit 129 ja 130, jotka muodostavat rakenteen kaksi muuta linssiä. Linsseihin on mieluiten muodostettu harjanteita ja uria, niin että linssit 125 ja 129 muodostavat linssirakenteen optisen ja linssit 127 ja 130 muodostavat toisen optisen parin. Tässä rakenteessa on ylemmän linssiparin 125 ja 129 harjanteilla varustettu porraspinta sijoitettu kohti valonlähdettä ja linssien 127 ja 130 porraspinnat ovat levyjen lähteestä poispäin olevilla puolilla.

9 631 1 8

Esillä olevassa keksinnössä käytettävillä linssirakenteilla on jokin parhaana pidetty linssien suuntaus suhteessa toisiinsa ja valonlähteeseen. Tämä suuntaus ei kuitenkaan ole ainoa mahdollinen, vaan neliosaisen linssirakenteen sijoitustapaa voidaan muuttaa. Jos esim. nelilinssirakenteessa on linssit 1,2,3 ja 4, jolloin 1 ja muodostavat toisen suorakulmaisen linssiparin ja 3 ja 4 muodostavat toisen parin, voidaan linssit pinota eri järjestyksissä, kuten 1,2,3,4 tai 1,3,2,4. Sylinteriakselin asema ei kuitenkaan muutu, kun linssien järjestystä muutetaan.

Keksinnön käytännön toteutusesimerkkinä valmistettiin käyttökelpoinen projektori, joka sisälsi kokoojalinssirakenteen, jossa oli neljä 4 mm:n paksuista polymetyylimetakrylaattilevyä, joista jokaisen yhdessä pinnassa oli harjanteilla varustetut, suoraviivaiset, porrastetut linssilisäykset. Neljän linssin sylinteriakselit oli järjestetty oleellisesti kuvion 10 mukaisesti niin, että kulman Θ suuruus oli 30° ja kulmien A ja B koko pöydän keskiviivan kummallakin puolella oli 15°. Linssit olivat samanlaisia keskenään ja suunnilleen samanlaisia kuin F 1.1 tasokupera vakiosylinterilinssi. Harjanteiden taajuus oli 40/cm. Alalinsseissä harjanteet olivat yläpuolella valonlähteestä poispäin ja kahdessa ylälinssissä harjanteilla varustetut pinnat olivat kohti valonlähdettä, so. etupuoli alaspäin, ja ylälins-sin yläpinta toimi pöytänä, jolloin ei tarvittu erillistä ainelevyä toimimaan pöytänä.

Suoraviivaiset, porrastetut linssit tehdään yleensä pakottamalla, puristamalla tai valamalla muotissa keinotekoisesta, polymee-riaineesta, kuten polymetyylimetakrylaatti. Muita käyttökelpoisia polymeeriaineita ovat selluloosa-asetaattitibutyraatti ja polykarbo-naatti.

Yläosan sileällä yläpinnalla oleva jäykkää ainetta oleva suoja-päällyste tai -levy on hyvin tärkeä rakenteessa, jossa linssit on tehty polymetyylimetakrylastista. Kuvion 16 mukaisesti linssiraken-teessa voi myös olla levy 131, joka on lasia tai optisesti kirkasta, polymeeristä ainetta, kuten kirkasta polykarbonaattia, joka on liitetty linssin 125 sileään yläpintaan. Tämä levy 131 muodostaa jäykän tuen linssirakenteelle ja kovan pinnan, jolle voidaan asettaa piirtoheitinkalvoja ilman vaaraa pinnan vahingoittumisesta tai naarmuuntu-misesta. * 10 6311 8 Tähän asti on yleisesti uskottu, että ne erittäin suuret erot, jotka esiintyvät metakryylien ja epäorgaanisen lasin lämpölaajenemisessa, estävät näiden kahden suoran, epäsymmetrisen liittämisen, ainakin niillä suhteellisen suurilla pinta-aloilla, joita tarvitaan piirtoheittimessä. Suoraviivaisen lämpölaajenemiskertoimien ollessa —6 ™6 vastaavasti 80 x 10 ja 8.7 x 10 on ero näiden kahden aineen paneeleissa, joiden alkumitta on 25 cm, miltei 2 mm lämpötilan muutoksen ollessa 100°C. Tämän suuruusluokan lämpötilaeroja esiintyy usein piirtoheittimien kuljetuksessa ja käytössä. Kasvavan linssipinnan asettamat vaatimukset aiheuttavat myös ongelmia. Vaikka lasilevyjä on jo kauan liitetty menestyksellisesti yhteen, esim. ns. varmuus-lasin valmistuksessa, ei aikaisemmin ole menestyksellä tietämämme mukaan yritetty liittää suurilla, epäsymmetrisillä aloilla lasilevyjä muovisiin, laajeneviin linsseihin.

Nyt on huomattu, että on mahdollista liittää yhteen suurilla aloilla orgaaniset muovilinssit, kuten Fresnel-linssit, jotka ovat metyylimetarkrylaattipolymeeria, ja paneelit, jotka ovat epäorgaanista lasia, so. joiden pinta-ala on yli 100 cm ja mieluiten jopa aina-

A

kin 800 cm , yhdistetyksi rakenteeksi, joka kestää ainakin 100°C lämpötilan vaihtelut vääristymättä tai repeämättä. Lisäksi on huomattu, että on mahdollista sisällyttää ylimääräisiä muovisia, laajenevia linssejä yhtenäiseen rakenteeseen, niin että saadaan umpinainen, eri lämpötiloissa vakaa, tehokas pöytä- ja kokoojalinssijärjestelmä vähän tilaa vievää piirtoheitintä varten.

Kuvio 17 esittää yksinkertaisen linssi- ja pöytärakenteen valmistusta. Puristuslaatta 133, lasipaneeli 134, sitova kalvo 135 ja muovipaneeli 136 sijoitetaan puristimeen sileäpintaisen muovauslaatan 137 ja muovauslaatan 138 välille, jossa on negatiivinen, kasvavasti uritettu pinta 139 ja kulmapinnat 140. Ensiksi yhdistelmää kuumennetaan muoviosien pehmentämiseksi. Sitten kytketään paine nuolen 141 mukaisesti samalla kun syötetään jäähdytysvesivirta muovauslaattojen läpi. Sitten puristin avataan ja linssi-pöytä-yhdistelmä poistetaan.

Kuvion 18 esittämässä, toisessa rakenteessa on yhdistetty pöydän 134, kalvon 135 ja linssin 136' muodostama yhdistelmä 142 linssin 143 kanssa ja haluttaessa linssiparin 144 kanssa kootun linssi-ja pöytäyhdistelmän muodostamiseksi. Kumitiiviste 145 on liitetty yhdistelmän 142 muovilinssin 136' sileiden reunojen ja linssin 143 välille pitämään nämä kaksi yhdessä ja samalla jättämään tilan lins-siparille 144.

11 631 1 8

Useat osat voidaan sijoittaa tarkasti, koska linssin 136' kolmen kulman kohdalla on suuntauspuikot 146, jotka on muodostettu muo-vauslaatan 138 aukkoihin 140 ja jotka ulkonevat litteistä kulmareu-noista, ja koska vastakkaiset puikot 147 on muodostettu samalla tavalla linssille 143. Nämä vastakkaiset puikot sopivat tiukasti kulma-siseiden 149 säteittäisesti ulottuviin, soikeisiin aukkoihin 148 tai vaihtoehtoisesti samanlaisiin aukkoihin, jotka on tehty samanarvoisen, ei-esitetyn, sisemmän linssiparin pidennettyihin kulmareunoihin. Kulmasiseiden avulla sijoitetaan ja pidetään kiinni kaksi ulompaa linssiä tarkasti optisesti yhteensuunnattuina. Lisäksi ne voivat sijoittaa sisäparin 144 oikeaan suuntaukseen kytkeytymällä linssi-parin 144 typistettyjä reunoja vasten. Sama toiminta voidaan aikaansaada muodostamalla sisempään linssipariin 144 reiälliset kulmat, jotka vastaavat siseitä 149. Toisen linssiparin 144 linssit 150,151 on liitetty yhteen kulmista pysyvästi yhteensuunnattuina. (Linsseillä 136' ja 143 voisi olla pyöreä, kasvava linssimuoto, esim. niin kuin on kuvattu amerikkalaisessa patentissa n:o 3 334 958, jolloin sisemmän linssiparin 144 voi jättää pois ja yhteensuuntaus saataisiin aikaan kulmasiseiden 149 avulla).

Määrätyssä toteutusesimerkissä lasipaneeli 134 on kaksinkertaista "flot"-lasia, jonka sivun pituus on 25 cm ja jonka paksuus on 3,07 mm. Sitovan kalvon 135 paksuus on 0,75 mm ja se koostuu painossa mitattuna 100 osasta polyvinyylibutyraalia ja 37 1/2 osasta inert-tistä pehmennysainetta, esim. dibutyylisebasaattia. Muovipaneelin 136 paksuus on sama ja se koostuu metyylimetakrylaattipolymeerista.

Se on peitetty sitovan kalvon vieressä olevalla pinnalla minimaalisella, sileällä, yhtenäisellä päällysteellä, joka on inertistä hart-sipohja-ainetta, joka edistää tarttumista sitovaan kalvoon. Eräs sopiva pohja-aine on "Plexigum 2045", jota on saatavissa Rohm & Haas Co.-yhtiöltä.

Yhdistelmä esikuumennetaan 150°C lämpötilaan ja sitten se pu- 2 ristetään kokoon 25 kg/cm paineella. Jäähdytys aloitetaan hetkellä, jolloin paine kytketään, ja lämpötila yhdistelmän keskustassa alennetaan arvoon 38°C noin 1/2 minuutissa. Sitten puristin avataan ja yhdistelmä poistetaan.

Muovauslaattojen välisen paineen pienet epätasaisuudet, jotka voisivat kuitenkin olla tuhoista, tasoitetaan puristuslaatan 133 avulla, joka koostuu 1,6 mm:n kerroksesta suuret lämpötilat kestävää 12 63118 silikonikautsua, joka on kannattavalla, ohuella kuparilehdellä.

On todettu, että näin valmistettu pöytä-linssirakenne kykenee kestämään lämpötilan vaihtelut alueella -35°C - +75°C, jollaisia voi hyvin esiintyä siirryttäessä pohjoisilla leveysasteilla sijaitsevalta lastauslaiturilta talviaikaan umpinaisen auton sisälle, joka on pysäköitynä auringonpaisteeseen keskikesällä, ilman mitään merkkejä vahingoista.

Eräät poikkeamat ovat sallittuja määrätyissä osissa. Sitovan kerroksen paksuuden voi esim. pienentää 0,5 mm:iin ja muovipaneelin paksuus voi olla noin 0,6-0,9 mm. Näitä arvoja voidaan muuttaa silloin, kun myös muutetaan lasilevyn paksuutta, sillä edellytyksellä, että muutos ei ole liian suuri ja että säilytetään samat suhteet. Lasilevyt, joiden paksuus on alle 2 mm, eivät kestä tarpeeksi paineita, joita joskus kohdistuu projektoripöytiin; jos levy on yli 4 mm, on rakenne turhan suuri ja raskas ja altis lämpöiskuille. Lasilevyn, sitovan kalvon ja muovipaneelin suhteelliset paksuudet ovat yleisesti katsoen vastaavasti noin 10:1,5 - 2.5:2.0 - 3.0.

Kun muovipaneelit ovat huomattavasti paksumpia, ovat suurien lämpövaihtelujen aikaansaamat rasitukset tarpeeksi isoja aiheuttamaan lasin taipumista ja murtumista. Ohuemmat muovipaneelit tulevat sitä vastoin venytetyiksi ja vedetyiksi erilleen. Jyrkät muutokset sitovan kalvon paksuudessa aiheuttavat myös vahinkoa, mikä johtuu lähinnä lasipaneelin murtumisesta tai hiutaleiden irtoamisesta sen pinnasta.

Sitovan kalvon ja puhtaan lasin välillä saavutetaan erinomainen sidonta käytetyn lämmön ja paineen avulla. Suora sidonta kalvon ja muovilinssin välillä on vähemmän tehokas, mutta käyttämällä läpinäkyvää hartsipohja-ainetta saavutetaan täysin tyydyttävä sidonta.

Vaikka olisi luultavaa, että hyvin suuret lämpötilan muutokset voisivat aiheuttaa sekä sitovan kalvon että muovilinssin vääristymistä sekä koko paneelin taipumista, on huomattu, että tällaiset vaikutukset ovat niin pieniä, että ne eivät saa aikaan merkittävää eroa rakenteen toiminnassa optisena pöytänä ja linssinä. Lisäksi yhtenäisessä rakenteessa on eliminoitu lasin ja ilman sekä muovin ja ilman väliset jakopinnat, joita muutoin on pöytä- ja linssiyhdistel-mässä, mikä parantaa optista tehokkuutta.

Seuraavassa annetaan eräitä esimerkkejä:

Selluloosa-asetaattibutyraattipaneeli, jonka paksuus on 0,5 mm, tankopäällystetään liuotetulla terpolymeerilla, joka saadaan etyyli- 13 6311 8 akrylaatista, N-vinyylipyrrolidonista ja t-butyyliakryyliamidista, ja kuivatetaan pakotetulla ilmavirralla 60°C lämpötilassa. Sitten sijoitetaan polyvinyylibutyraalilevy, jonka paksuus on 0,38 mm ja jota on pehmennetty 31 %:n trieteeniglykolidi(2-etyylibutyraatti) määrällä, pintakosketukseen selluloosa-asetaattibutyraatin päällysteen ja kaksinkertaisen “float"-lasin väliin. Muoväuslaattapuristi- messa yhdistelmä kuumennetaan 120°C lämpötilaan viiden sekunnin ai- 2 kana ja sitten sitä puristetaan n. 100 kg/cm paineella käyttäen sylinteriä, jonka läpimitta on 18 cm, 15 sekunnin ajan. Paineen käytön aikana lämpötila alennetaan arvoon 40°C ennen kuin puristin avataan .

Erilaisessa esimerkissä pursotettu polymetyylimetakrylaatti- levy, jonka paksuus on 0,75 mm, tankopäällystetään poly(hydroksife- nyylieetteri)-hartsilla (Phonexy PKHH, valmistaja Union Carbide) 2 15 g/m painon saamiseksi kuivana ja sitten se päällystetään polyvi-nyylibutyraalihartislla 11 g/m painon saamiseksi kuivana. Sitten sijoitetaan polyvinyylibutyraalilevy, jota on pehmennetty 31 %:n trieteeniglykolidi(2-etyylibutyraatti)määrällä, polyvinyylibutyraali-päällysteen ja kaksinkertaisen "float"-lasin väliin. Muovauslaatta-puristimessa yhdistelmä kuumennetaan 160°C lämpötilaan 5 sekunnin o aikana, minkä jälkeen kytketään 91 kg/cm paine käyttämällä sylinteriä, jonka halkaisija on 18 cm, 25 sekunnin ajaksi. Lämpötila alennetaan arvoon 40°C ennen kuin puristin avataan.

Keksinnön mukaisia optisia osia, joilla on iso pinta-ala, voidaan käyttää monella muulla tavalla kuin piirtoheittimessä, esim. kokoojalinssinä liikennevaloissa, joissa tarvitaan ulkopuolista lasipintaa, joka ei naarmuunnu, sekä tietyissä näyttölaitteissa.

Claims (10)

14 631 1 8

1. Piirtoheittimen vähän häikäisevä, porrastettu kokooja-linssi, johon kuuluu useita suoraviivaisia, porrastettuja linssejä, joilla on sylinterilinssin vaikutus, jolloin linssiparien sylinteriakselit ovat vinossa tai kohtisuorassa keskenään, tunnettu siitä, että porrastettuun kokoojalinssiin kuuluu kolme lineaarista porrastettua linssiä (100 , 101 , 102) , jotka on suunnattu toistensa suhteen siten, että kunkin linssin sylinteriakseli (96, 97, 98) muodostaa kahden muun linssin sy-linteriakselin kanssa 55...65° kulman.

2. Piirtoheittimen vähän häikäisevä, porrastettu kokooja-linssi, johon kuuluu useita lineaarisia, porrastettuja kokooja-linssejä, joilla on sylinterilinssin vaikutus ja joiden sylinteriakselit sulkevat väliinsä yli 0° kulman, tunnettu siitä, että porrastettu kokoojalinssi käsittää neljä lineaarista, porrastettua linssiä (125, 127, 129, 130), jotka on kahtena parina suunnattu siten, että yhden parin yhden linssin sylinteriakseli sijaitsee 85...90° kulmassa parin toisen linssin sylin-teriakseliin nähden, ja parit on suunnattu toistensa suhteen siten, että minkä tahansa kahden linssin ao. akselien välinen pienin kulma on 5...45°.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vähän häikäisevä, porrastettu kokoojalinssi, tunnettu siitä, että porrastettu kokoojalinssi käsittää kuusi lineaarista, porrastettua linssiä, jotka on suunnattu pareittain siten, että yhden parin yhden linssin sylinteriakseli (117, 118, 119, 120, 121, 122) sijaitsee 85...90° kulmassa parin toisen linssin sylinteriakseliin nähden, jolloin parit on suunnattu toistensa suhteen siten, että yhden parin kunkin linssin sylinteriakselien pienimmät kulmat toisten parien linssin sylinteriakseleihin nähden<ovat 5... 20°.

4. Piirtoheittimen vähän häikäisevä, porrastettu kokooja-linssi, johon kuuluu useita lineaarisia, porrastettuja kokooja-linssejä, joilla on sylinterilinssin vaikutus ja joiden sylinteriakselit muodostavat n. 90° kulman, tunnettu siitä, että porrastettu kokoojalinssi käsittää kuusi lineaarista, porrastettua linssiä (110', 111', 112’, 112", 113', 114‘), jotka an suunnattu kolmittain siten, että yhden kolmikon minkä tahansa lins- 15 631 1 8 sin sylinteriakseli (104, 105, 106, 107, 108, 109) sijaitsee 55...65° kulmassa kolmikon muiden linssien sylinteriakseleihin nähden ja toisen kolmikon kunkin linssin sylinteriakselit ovat kiertyneet 5...10°.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2...4 mukainen porrastettu kokoojaiinssi, tunnettu siitä, että kaksi porrastetuista linsseistä (143, 144) muodostavat osan yksiosaisesta levystä (112), jolloin yhden porrastetun linssin (143) porrastukset sijaitsevat levyn (112) toisella pinnalla ja toisen porrastetun linssin (144) porrastukset sijaitsevat levyn (112) vastakkaisella pinnalla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2...4 mukainen porrastettu kokoojalinssi, jossa on pinta (115, 131), jolle piirtoheitinkalvot sijoitetaan, tunnettu siitä, että puolet porrastetuista linsseistä (143, 145, 146; 127, 130) on suunnattu siten, että niiden porrastetut pinnat sijaitsevat mainittua pintaa (115, 131) kohti, ja puolet (141, 142, 144; 125, 129) on suunnattu siten, että niiden porrastetut pinnat sijaitsevat poispäin mainitusta pinnasta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen porrastettu kokoojalinssi, tunnettu siitä, että puolet linsseistä (143, 145, 146; 127, 130), jotka on suunnattu siten, että niiden porrastetut pinnat sijaitsevat mainittua pintaa (115, 131) kohti, sijaitsevat kauimpana pinnasta (118, 131).

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen porrastettu kokoojalinssi, tunnettu siitä, että kahden linssiparin minkä tahansa kahden linssin akselien välinen pienin kulma on 25...35°.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 2...4 mukainen porrastettu kokoojalinssi, tunnettu siitä, että lasia tai kirkasta polymeeriainetta oleva levy (115, 131) on kiinnitetty yhden porrastetun linssin (125, 141) porrastamattomaan pintaan.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 2...4 mukainen porrastettu kokoojalinssi, tunnettu siitä, että kauimpana valon lähteestä sijaitsevan porrastetun linssin (125, 141) ilman porrastuksia oleva pinta on käännetty pois mainitusta lähteestä ja toimii pintana (115, 131), jolle piirtoheitinkalvot sijoitetaan projisointia varten. 631 1 8 16