JP2000508432A - イメージフレームにおける光線の分配装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本装置は、中央領域（１２）と中央領域より曲率の小さい周囲領域（１３）とを有する凹面を備えた発散レンズ（７）を用いる。中央領域を通過する光ビーム（１６）がイメージフレーム（１０）の全面に広がり、それにより中央部分への光の集中を避け、かつ一様な照射を保証するように構成される。本装置は、キセノンアークランプを用いた大型スライドプロジェクタに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 イメージフレームにおける光線の分配装置 本発明は、仮想点光源から放射された光線をイメージフレーム表面上に分配す る装置に関し、光源の像点に前記光線を照射する集束手段と、集束手段から放射 された集束ビームを発散ビームに変換するのに適した発散光学素子と、前記発散 ビームを集束してイメージフレームに集中させるコンデンサレンズとからなる分 配装置に関する。特に、本発明は、イメージフレームが８cm以上の寸法をもつ場 合に適用される。 大型スライドプロジェクタにおいて、少なくとも1600Wの出力をもつキセノン アークランプが用いられている。これらスライドプロジェクタでは、キセノンア ークランプは、仮想点光源として用いられ、すなわち寸法が数mmに過ぎない微小 容積から放射された光は種々の光学素子によって収集され伝送される。この微小 容積の内部には、アノードとカソードとの間に大きな輝度勾配が存在する。カソ ード近傍の非常に高い輝度（ホットポイント）はスライド中央のホットポイント に変換される。スライドの焼損を避けるために、公知の解決法では、ビームを分 散させていたが、これは光の大部分を損失することになる。更に、スライド表面 の照射は非常に不均質のままであり、照射は中央部より縁部の方が二倍近く弱い 。 本発明の目的は、上記の欠点をなくすと同時にスライドまたはその他のイメー ジフレームにおける光の収集効率およびスライドまたはイメージフレームにおけ る光の分布の一様性を改善することにある。 特に、この問題は、静止フレームの場合、すなわち連続して高速で走行する映 画フィルムと異なった長期間不動のままであるかまたは低速で動くフレームの場 合に生じる。 本発明は、特に上記の型の装置に関し、発散光学素子が、ビームの軸線が横切 る中央部分と中央部分を囲む環状周囲部分とからなるように構成され、中央部分 の光学倍率を環状周囲部分の光学倍率より高くして、中央部分を通過する光線が 発散光学素子を通過する光線全体とほぼ同じイメージフレーム領域に亘って分配 されるように構成される。 本発明の装置の選択的な特徴は以下の通りである。 発散光学素子は、少なくとも１つのレンズを備え、レンズの一面が凹面であり 、かつ中央領域が中央領域を囲む周囲領域より小さな曲率半径をもち、前記中央 領域および周囲領域は、発散光学素子の中央部分および環状周囲部分を画定して いる。 発散光学素子は、少なくとも２つの発散レンズを備え、ビームの軸線に沿って 連続的に配置され、かつ前記軸線から異なる距離で半径方向に伸長し、半径方向 への伸長の小さいレンズは、発散光学素子の中央部分を画定している。 発散光学素子の１つのレンズまたは各々のレンズは平面および凹面を有する。 前記平面は入射面である。 光源はキセノンアークランプである。 前記ランプの出力は1600Ｗ以上である。 集束手段は楕円凹面鏡からなる。 本装置は、イメージフレームの後方に配置され、前記イメージフレーム上に形 成されたイメージを、一辺が数メートルのスクリーン上に投影するようにした対 物レンズを有している。 本発明の特徴および利点は、添付図面を参照しての以下の記載において詳細に 説明される。 図１は、本発明のスライドプロジェクタの概略部分図である。 図２は、装置の変形を示す図１の拡大部分に対応した図である。 図３および図４は、本発明のスライドプロジェクタによって得られたスクリー ン上の光の分布を示す線図である。 図５および図６は、公知のスライドプロジェクタに関する図３および図４と同 様なスクリーン上の光の分布を示す線図である。 図１に示すプロジェクタは、光源としてキセノンアークランプ１を用いている 。このようなランプ１は、点Ｐに匹敵する非常に小さな容積から仮想白色光を放 射する。しかしながら、輝度は、この小さな容積の内部で大きく変化する。例え ば、OSRAM社がXBOの名称で販売している出力2500Wのランプの場合、輝度は、カ ソー ドの中央部近傍の360000cd／cm²の最大値からアノードの中央部の10000cd／cm² まで変化する。 点Ｐは垂直軸線をもつ楕円凹面鏡２の主焦点に配置され、凹面鏡の凹面は下方 に向けられている。コールド鏡３は凹面鏡２の軸線４に対して45°の角度を成し て配向され、凹面鏡２で反射した赤外線はこのコールド鏡３に入射し、可視光線 を反射して水平軸線６をもつ集束ビーム５にする。この集束ビーム５は発散レン ズ７を通過し、この発散レンズ７は集束ビーム５を発散ビーム８に変換し、発散 ビーム８は二つの集束レンズの形態で示されたコンデンサーレンズ９に入射する 。コンデンサーレンズ９の直ぐ後には軸線６に沿ってスライド１０が配置され、 その表面には、ランプ１から放射され、鏡２，３、発散レンズ７およびコンデン サーレンズ９で処理された光線が分配される。対物レンズ１１は、軸線６に中心 決めされ、スライドの内容をプロジェクタから離れて位置する垂直スクリーン（ 図示していない）に投影する。 上記のプロジェクタの一般的な構成は公知であり、図５および図６には、発散 レンズ７として単一発散レンズを用いて、一辺が１ｍのスクリーン上に一辺が15 5mmの一様に白色の方形スライドを投影している間に得られた光の分布を示す。 図５において、点に付記した数値は考察中の点における輝度（ルクス）を表して いる。図６の曲線はスクリーン中央部Ｃおよびこの中央部Ｃの両側の位置Ａ，Ｂ を通過する直線に沿った輝度の変化を示している。輝度は中央部Ｃと位置Ａ，Ｂ の各々とではほぼ２：１の比で変化することが分かる。この比はスクリーンの中 央部Ｃと角度領域との間でより大きくなる（図５）。更に、図６に示すように、 相当量の光が位置Ａ，Ｂを越えて、すなわち方形スクリーンの外側に投影されて おり、その結果、損失となっている。 本発明によれば、発散レンズ７の凹面出口面は球面カップの形態の中央領域１ ２を備え、この中央領域１２は球面リングの形態の周囲領域１３に結合されてい る。両領域１２，１３は軸線６を中心とした回転体を形成している。周囲領域１ ３の曲率半径は中央領域１２の曲率半径より大きく、レンズの環状部分１４が中 央領域１２で画定した中央部分１５の光学倍率より小さな光学倍率となるように 画定するようにしている。領域１２，１３の曲率半径は、レンズの中央部分１５ を通るビーム８の部分１６がビーム８の全体であるかのようにコンデンサーレン ズ９の有効表面のほぼ全体に分配されるように選択される。この結果、ランプ１ の最も熱い領域から放射した光が広く分配され、光源からの光はもはや全体には 拡散されず、従って最終的にスクリーン内部に投影される。 図３および図４は、上記の発散レンズ７を用いて形成された投影から図５およ び図６と同じ仕方で得られ、光が実際にスクリーンにほぼ全体的に収集され、そ してスクリーン表面上にほぼ一様に分配される。 本発明の典型的な実施の形態を以下詳細に説明する。出力2000WのOSRAM XBOラ ンプを使用する。このランプは楕円鏡２の基部に形成された直径55mmの中心開口 を通り、楕円鏡２は直径203mmの開口を備え、二つの焦点は鏡の頂点Ｏからそれ ぞれ30mm、420mmに位置している。楕円鏡２の反射係数は0.80である。発散レン ズ７の入射面は、鏡３の反射を考慮して点Ｏから320mmに位置される。出射面の 領域１２，１３の曲率半径は、それぞれ32mm、43mmであり、これら領域１２，１ ３の外径は、それぞれ36mm、72mmである。スライド１０は一辺が155mmの方形で あり、点Ｏから距離887mmに配置される。コンデンサーレンズ９の二つのレンズ は直径230mmである。第１のレンズの平面状入射面は点Ｏから769mmに位置し、ま た第１のレンズの出射面は半径233mmの凸状球面カップの形態である。第２のレ ンズの入射面は点Ｏから829mmに位置し、175mmの凸状曲率半径をもち、また第２ のレンズの出射面は平面である。発散レンズ７の屈折率は1.48であり、コンデン サーレンズ９の屈折率は1.52である。上記の全ての数値を考慮すると、スライド へ向う光はランプの領域から直径1.3mm、長さ３mmの円筒体の形状で放射され、 これらのベースの一つの中心はカソードの中心にある。スライドで受けた光束は 総照射光束のほぼ43％を示し、最少照射と最大照射との比率はほぼ70％である。 図２に示すように、発散レンズ７は、光路に前後に配列された直径の異なる二 つの発散レンズに置き換えることができる。図示例では、これら二つのレンズの 各々は平面状の入射面と凹状球面カップ状の出射面とを備え、第２のレンズ２１ は第１のレンズ２０より小さい。従って、第１のレンズ２０においてはスライド に向うビームの全体が通過し、一方第２のレンズ２１ではこのビームの中央部分 １６のみが通過する。従って、第２のレンズ２１は二レンズ組立体で形成される 発散素子の比較的大きな光学倍率の中央部分を画定する。単一レンズ２１の代わ りに幾つかの小さな発散レンズを並置してなる装置を用いることができる。 更に、発散光学素子の周囲部分を光学倍率の異なる同軸環状部分に細分するこ とができる。 選択した発散光学素子の形態、その数値特性は、現在の光学計算法を用いて全 体として装置のパラメータの関数として特定され得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．仮想点光源（１）から放射された光線をイメージフレーム（１０）表面上に 分配する装置であり、前記光源の像点に前記光線を照射する集束手段（２）と、 前記集束手段から放射された集束ビームを発散ビームに変換するのに適した発散 光学素子（７）と、前記発散ビームを集束して前記イメージフレームに集中させ るコンデンサレンズ（９）とからなり、前記発散光学素子が、ビームの軸線（６ ）が横切る中央部分（１５）と、前記中央部分を囲む環状周囲部分（１４）とか らなり、前記中央部分の光学倍率が前記環状周囲部分の光学倍率より高くして、 前記中央部分を通過する光線（１６）が前記発散光学素子を通過する光線全体（ ８）とほぼ同じ前記イメージフレーム領域に亘って分配されるように構成したこ とを特徴とする光線分配装置。 ２．請求項１に記載の光線分配装置であり、前記発散光学素子が少なくとも１つ のレンズを備え、前記レンズの一面が凹面であり、かつ中央領域（１２）が前記 中央領域を囲む周囲領域（１３）より小さな曲率半径をもち、前記中央領域およ び周囲領域が前記発散光学素子の前記中央部分および環状周囲部分を画定してい ることを特徴とする光線分配装置。 ３．請求項１に記載の光線分配装置であり、前記発散光学素子が少なくとも２つ の発散レンズ（２０，２１）を備え、前記ビームの軸線（６）に沿って連続的に 配置され、かつ前記軸線から異なる距離で半径方向に伸長し、半径方向への伸長 の小さいレンズ（２１）が前記発散光学素子の前記中央部分を画定していること を特徴とする光線分配装置。 ４．請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光線分配装置であり、前記発散光 学素子の１つのレンズまたは各々のレンズが平面および凹面を有することを特徴 とする光線分配装置。 ５．請求項４に記載の光線分配装置であり、前記平面が入射面であることを特徴 とする光線分配装置。 ６．請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光線分配装置であり、前記光源 （１）がキセノンアークランプであることを特徴とする光線分配装置。 ７．請求項６に記載の光線分配装置であり、前記ランプの出力がl600Ｗ以上であ ることを特徴とする光線分配装置。 ８．請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光線分配装置であり、前記集束手 段が楕円凹面鏡（２）からなることを特徴とする光線分配装置。 ９．請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光線分配装置であり、前記イメー ジフレームの後方に配置され、前記イメージフレーム（１０）上に形成されたイ メージを、一辺が数メートルのスクリーン上に投影するようにした対物レンズ （１１）を更に有していることを特徴とする光線分配装置。