JP2009093127A - 投影式万華鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】多くの人が同時に同じ映像を楽しむことができ、広い視野と明るく美しい映像の投影式万華鏡を提供する。
【解決手段】投影式万華鏡が、広視野で明るく美しい投影画像を映し出すため、以下の３つの要素を適用する。１番目の要素として、光源から出た光を集光レンズにより平行光線とし、集束レンズで収束させてオブジェクトを通過させ、集束レンズの焦点の位置に多角中空筒ミラー端の中央を配置して光を効率よくミラーに入射させる。２番目の要素は、光の入射角度を鏡の反射面に対して大きくとり、鏡の中で多くの反射を繰り返させることにより投影映像に広がりを出す。３番目の要素は、ミラーの中空筒体に入力する光の入射角度をできる限り均一に分散させることにより、投影画像の明るさにむらをなくし、均一で美しい画像を得る。
【選択図】図８

Description

本発明は覗いて楽しむ万華鏡に光源、拡散レンズ、集束レンズおよび投影レンズを取り付けることにより投影式万華鏡を構成できる万華鏡に関する。

万華鏡は円筒または多角柱の中に三角または多角形状の鏡面を内蔵したミラーの中空筒体を挿入し一方に覗き穴（以下アイホール）を設けると共に、他方の端部に彩色ガラス片やプラスチックなどの小片（以下オブジェクト片）を収納しているケース（以下オブジェクト）を回転させることにより端部の彩色ガラス片や彩色プラスチック片などを移動させ、移動状態を鏡面に映して現出する各種色彩模様をアイホールやミラーが短い場合はアイホールに付加したレンズを通して見て楽しむ構成となっている。
実願２００６−０１０７５３キューブ万華鏡 「万華鏡の本」日本万華鏡博物館（東京都渋谷区鶯谷町７−１渋谷マンション３１０、電話番号０３−３４６３−６９１６）刊

本発明は一人が覗いて楽しむ万華鏡に光源、拡散レンズ、集束レンズを組み込んだ光学系で構成された投影ユニットおよび投影レンズユニットを取り付けることにより、覗いて楽しむ万華鏡と同じ映像がスクリーン上に投影ができて多くの人が同時に同じ映像を楽しむことができる投影式万華鏡を提供するものである。

一人が覗いて楽しむ万華鏡は人間の目が広角でかつ高感度であるためオブジェクト面に適度の明るさがあれば、アイホールから覗いてミラーの中空筒を通して、オブジェクトを鏡面に映して現出する各種色彩模様を広い視野と明るく美しい万華鏡映像を見ることができる。

一方、投影式万華鏡が明るくて美しい投影画像を映し出すためには３つの重要な要素がある。

そのひとつは投影に必要な光源の光をオブジェクト透過させていかにミラーの中空筒体に無駄なく効率よく入れることにある。
このため光源から出た光を集光レンズにより平行光線とし、次に集束レンズで収束させてオブジェクトを通過させて、集束レンズの焦点の位置に多角中空筒ミラー端の中央に配置すると光源の光が効率よくミラーに入れることができる。

２番目の要素は光の入射角度をミラーの反射面に対して大きくとると鏡の中で多くの反射を繰り返し、投影映像は周辺まで広がりを見せダイナミックな投影映像をスクリーン上に映し出すことができる。

３番目の要素はミラーの中空筒体に入力する光の入射角度はできる限りあらゆる角度に分散しかつ光の強さは均一に分散していることが必要である。均一であると投影画像の明るさはむらがなく美しい画像が得られる要素である。
以上の３つの要素を解決する構造を有する投影式万華鏡を発明した。

本発明によって一人が覗いて楽しむ万華鏡に光源、拡散レンズ、集束レンズおよび投影レンズを組み込んだ光源ユニットを取り付けるアイホールの先端に投影レンズユニットを取り付けることにより投影式万華鏡が構成できて、多くの人が同時に楽しめる投影式万華鏡が可能になった。

図１は、ひとりが覗いて楽しむ万華鏡の一般的は構成を示している。
万華鏡は円筒または多角柱の中に三角または多角形状の鏡面を内蔵したミラーの中空筒体を挿入し一方に覗き穴を設けると共に、他方の端部に彩色ガラス片やプラスチックなどの小片（以下オブジェクト）を収納しているケース（以下オブジェクトケース）を回転させることにより端部の彩色ガラス片や彩色プラスチック片などを移動させ、移動状態を鏡面に映して現出する各種色彩模様をアイホールやミラーが短い場合はアイホールに付加したレンズを通して見て楽しむ構成となっている。

図２は図１の一般的な万華鏡に請求項１で述べているようにオブジェクトの背面より点光源、集光レンズ、拡散レンズ、投影レンズで構成される投影式万華鏡に適した光学系をもつ光源ユニットをつくることが重要である。
すなわち、「課題を解決する手段」で述べた３つの要素をもつ光源の実現が不可欠である。

図３で、光源について詳細に説明する。まず、点光源６から放射された光を効率よく集光するレンズ７で集光してなるべく均一な平行光線とする。この均一な平行光線のままオブジェクトを通してミラーに入れてもミラーの反射面と平行な光軸となりミラー内で光の返射はほとんどなく通過してしまい、その万華鏡の投影映像は直接オブジェクトを通過した光がスクリーン上に強く映り、ミラーの反射による像が結ばないため投影映像は周辺の広がりがなく、万華鏡固有の美しい映像は得ることが出来ない。

これを解決する手段として、平行光線を、できるだけ損失の少ない拡散レンズ８を使って、均一に拡散させた光を効率よくミラーに入れて、ミラー内部で光をあらゆる方向に均一に反射を繰り返す光線を作り出すことが美しい万華鏡の投影画像を作り出すために重要である。

この拡散レンズの例として、図４に示すように同心円状にかまぼこ形状のレンズを配置して、このかまぼこ形状のレンズは図４ Ａ１８の光軸に示すように、かまぼこレンズの直近ではいったん収束するが、その後均一に拡散する性質がある。拡散レンズは同心円のかまぼこ状レンズ例で説明したが、スパイラル状のかまぼこレンズや、拡散板全体にマイクロレンズを配置しても同様の効果が得られる。また、一般のすりガラス状の拡散板でも可能であるが、この場合は光の損失が多く投映像が暗くなってしまう欠陥がある。また、この拡散レンズを光源の光を集光する集光レンズと一体化することも可能である。

図３のこの拡散レンズ８を出た光を集束レンズ１２を通してオブジェクトに当てるとオブジェクトを出た光が隼束レンズの焦点付近で集束するこの点に多角ミラーの端面を配置することにより光が効率よくミラーに入りかつ均一で、あらゆる拡散光軸をもつ光がミラーに入れることが可能となった。この光がミラー内で多重反射を繰り返し、アイホールから出てくる。この光を接眼レンズおよび投影レンズでスクリーン上に結像すると、ミラー内で、反射回数が少ないものは像の中央に反射回数の多いものは像の周辺に映し出され、広範囲で美しい万華鏡の投映像を映し出すことが出来る。

図３の例では集束レンズに円柱状のレンズを使用した例であるが、この場合、ガラスまたはプラスチックのフタ付き瓶状のものに透明液体を入れて光学レンズと同じ効果をもたせることが出来る。透明球体（ビー玉状のもの）でも実現可能である。

図５−Ａは拡散レンズがない場合の正三角形ミラー投影映像の例でミラーの反射回数が少ないものは明るさにむらがあり像の中心部分だけしかオブジェクトが映し出されない。

図５−Ｂは拡散レンズがある場合の正三角形ミラー投影映像の例でミラーに入射する光の方向と角度が均一になっているためミラーの中で多重反射を繰り返す。このため映し出された映像は均一で広がりが見られダイナミックで美しい投影映像が映し出される。

図６は図２と同様にディスク型オブジェクト４の一般的な万華鏡を投影式万華鏡とした。構成例である。

図７−Ａは、集束レンズとして透明ガラスまたは透明プラスチックでできた例えばフタ付き透明瓶の中にオブジェクト片を入れた例で、これでも同様の効果が得られ美しい投映像をスクリーン上に投影できる。

図７−Ａの液体入り透明円柱ケースを利用した集束レンズと一体化したオブジェクトケースのセンターに透明のガラスまたはプラスチックでできた棒又はパイプを円柱の中に固定し、この棒又はパイプの周辺の液体の中をオブジェクト片が移動できるようにする、映像のフォーカスを調整することで、ミラーに近い場所（又は離れた場所）を通過するオブジェクトに合わせると投映される映像がシャープとなり、フォーカスから離れた反対側のオブジェクト片は、ぼやけて、背景色となり更に多彩な万華鏡映像が得られる。

図７−Ｂはこの集束レンズと一体化した円柱型透明オブジェクトケースの例。

図７−Ｃに円柱型透明ケース中央に透明棒または透明パイプを固定した集束レンズとオブジェクトを一体化した例。

キューブ万華鏡［実願２００６−０１０７５３］は覗いてみる万華鏡と投影式万華鏡の両方を簡単に実現する万華鏡としては最適といえる。図８ Ａは普通に覗いてみるキューブ形万華鏡の構造を示している。
ミラー筒とオブジェクトを透明キューブに指してミラー筒のアイホールから覗くと美しい万華鏡映像が見られる。

図８ Ｂはキューブ万華鏡を投影式万華鏡にするための投影式ユニットの組み合わせを示している。光源および光学系をユニット下部に収納し、上部にはキューブと液体の入った透明ケースを利用した集束レンズとオブジェクトを一体にしたオブジェクトケースを収納するスペースを持っている。

覗いてみる万華鏡から投影式万華鏡に変えるには、キューブ本体からミラー筒をはずして投影式ユニット上部にキューブ本体とオブジェクト一体のものを収納してユニット上部の穴からミラー筒を差し込んで内部のキューブ穴に差し込んで固定する。これでキューブ本体も抜けずに固定できる。ミラー筒のアイホール側に投影レンズユニットを差し込み固定すると投影式万華鏡になる。このように固定器具を使わずにワンタッチで投影式万華鏡に変更できるので容易に投影画像が楽しめ、異なる多角ミラーの筒を用意し筒を交換することにより簡単に色々なパターンの投影映像を楽しむことができる。

本発明により小型で映像が明るさが均一で広がりのある投影式万華鏡の実現が可能となったので複数の人が同時に万華鏡映像を足し婿とが可能となったため、人が集まる場所やイベント会場の壁や天井に美しい映像のディスプレイができるようになった。

ひとりで覗いてみる一般的な万華鏡 ひとりで覗いてみる一般的な万華鏡に光学系を付加して投影式万華鏡とした例 投影式万華鏡の光源部 拡散レンズ（Ａ）同心円状のかまぼこ型拡散レンズの断面図（Ｂ）同心円状のかまぼこ型拡散レンズの正面図（Ｃ）マイクロマクロ レンズ型拡散レンズの断面図（Ｄ）マイクロマクロ レンズ型拡散レンズの正面図 投影式万華鏡の投影像（Ａ）拡散レンズがない場合の投影像（Ｂ）拡散レンズがある場合の投影像 投影式万華鏡の集束レンズに液体入り透明ケースを使って、その液体の中にオブジェクト片を入れ、一体化した例 （Ａ）集束レンズとオブジェクトを一体化した万華鏡の構成（Ｂ）集束レンズとオブジェクトを一体化した円柱型液体入り透明ケース（Ｃ）集束レンズとオブジェクトを一体化した円柱型液体入り透明ケース 中央に透明棒または透明パイプを固定した透明ケース （Ａ）キューブ万華鏡の構造図（Ｂ）キューブ万華鏡に投影ユニットを取り付けて投影式万華鏡とする構造図

符号の説明

１． 多角ミラー中空筒体
２． 接眼レンズ（アイホール）
３． 外筒
４． オブジェクトケース
５． オブジェクト片
６． 光源
７． 集光レンズ
８． 拡散レンズ
９． 集束レンズ
１０． 投影レンズ
１１． スクリーン
１２． 柱状集束レンズ
１３． 拡散光
１４． 集束レンズ焦点
１５． 多角ミラー中空筒体端部
１６． 投影レンズ取り付け部
１７． 透明円柱または透明パイプ
１８． 光軸
１９． 同心円かまぼこレンズ
２０． 透明キューブ
２１． オブジェクトケース蓋
２２． オブジェクト収納穴
２３． スリット
２４． 外筒固定穴
２５． 透明液体入り透明ケースを利用した集束レンズとオブジェクトを一体化したオブジェクト
２６． 電源入力口
２７． 透明ケース蓋
２８． マイクロマクロ レンズ

Claims (7)

1. 覗いて楽しむ万華鏡のオブジェクトの背面から光源の光を集光レンズで集光させた後、拡散レンズを通して一旦あらゆる方向に光を拡散させ再び集束レンズを通し集束させた光をオブジェクトに当てる、このオブジェクトを通過した光の収束点近傍に万華鏡ミラーの端面を配置して、光を効率よくミラー筒に入れミラーの中で多重反射させてミラーから出た光を接眼レンズ、投影レンズにより前方スクリーンに結像させることにより投影式万華鏡を構成させたことを特徴とする万華鏡
2. 請求項１の覗いて楽しむ万華鏡に光源、集光レンズ、拡散レンズ、および集束レンズで構成された光学系ユニットとミラー筒のアイホール側に投影レンズユニットを簡単に着脱できるようにして投影式万華鏡の両方を楽しむことができることを特徴とした万華鏡
3. 請求項１，２の万華鏡において拡散レンズとして同心円状にかまぼこ型レンズまたはマイクロレンズを複数配置した拡散レンズを使用することを特徴とした投影式万華鏡
4. 請求項１，２の万華鏡において集束レンズとして液体入り透明ケースを利用したことを特徴とする投影式万華鏡
5. 請求項４の万華鏡において液体入り透明ケースの中にオブジェクトパーツを直接入れてオブジェクトと集束レンズを一体化したことを特徴とする投影式万華鏡
6. 請求項４の万華鏡において集束レンズとして円柱形の液体入り透明ケースを利用した円柱の中央に透明のガラスまたは透明プラスチックでできた棒またはパイプ棒を固定して、その回りにオブジェクト片を入れてパイプの周囲の液体中をオブジェクトが透明の棒またはパイプの周りを回転するよう移動することを特徴とする万華鏡
7. キューブ形万華鏡［実願２００６−０１０７５３］と光源、集光レンズおよび拡散レンズで構成された光学系を一体化した投影ユニットとミラーを収納した円筒外筒覗き穴（アイホール）の先に投影レンズを着脱することによって、覗いてみる万華鏡と投影式万華鏡を簡単に実現することを可能とした万華鏡

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