JPH06222460A - オーバーヘッドプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い外形のオーバーヘッドプロジェクタを提
供する。 【構成】 オーバーヘッドプロジェクタは、折り曲がっ
た光路と軸からずれた位置のフレネルレンズ集光系（反
射屈折レンズ素子を含む）を備える。投影ヘッドは、台
のステージ面の近くまたは上方にある。光源は、ステー
ジ面からずれて配置される。台の中の鏡は、光源からの
光をステージ面から投影ヘッドの方に向ける。集光レン
ズ系は、ステージ面から投影ヘッドの方に光を集める。
この集光レンズ系は、ステージ面の近くに取り付けられ
たほぼ平らな新規な構造の色消し反射屈折レンズを備え
る。このレンズは、任意の屈折率の材料から製造され、
レンズの端でも光を効率的に透過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、光レンズ・
投影システムに関し、より詳細には、低い外形のオーバ
ーヘッドプロジェクタに使用できる色消し屈折反射レン
ズに関する。

【０００２】

【従来の技術】オーバーヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）
は、当業界において一般に知られているように、透明な
ステージ面を有する台、台の中の光源、ステージの上に
設置される投影ヘッド、および、集光レンズ系からな
る。集光レンズ系は、光を投影ヘッドの方に指向するた
めにステージの近くに位置される。本出願人に譲渡され
た米国特許第４，４３６，３９３号に記載されているよ
うに、集光レンズ系は、しばしば、１個のフレネルレン
ズまたは２素子フレネルレンズの組み合わせからなる。

【０００３】移動性のため、また、使用中に投影像の障
害を減少するため、ＯＨＰの台の高さを低くするため
に、いくつかの試みがなされてきた。そのような低い外
形の台を達成するために、いくつかのプロジェクタは、
保管中または輸送中には折りたたまれ、実際の使用のさ
いに拡大される。この種のプロジェクタは、たとえば、
米国特許第４，９６９，７３３号やドイツ特許出願第
３，５１９，５０６号に説明されている。しかし、これ
らの折りたたみ可能なＯＨＰには、次のような欠点があ
る。装置の複雑性を増し価格を高くする余分な部品を必
要とすること。可動性部品が時間とともに光素子の配列
を悪くする可能性があること。使用中には、通常のＯＨ
Ｐに比べて、台の高さによる長所がないこと。

【０００４】台と光素子を折りたたむ必要なしにＯＨＰ
の台の高さを低くする他の試みもなされている。たとえ
ば、本出願人に譲渡された米国特許第４，７４１，６１
３号は、３素子屈折フレネルレンズ系を使用して、ステ
ージのすぐ近くに点光源を設置できる。しかし、本発明
により改良が可能ないくつかの点がある。すなわち、ラ
ンプは、なお、ステージのすぐ下に位置され、ステージ
での熱管理が重要な問題である。３個のフレネルレンズ
を使用するので価格が高くなる。さらに、ステージ面の
周辺での照明の減少が十分補償されない。

【０００５】米国特許第４，１１８，７６１号と第４，
９５２，０５３号は、より小さな台を作るために、折り
たたまれた光路を用いる。米国特許第４，１１８，７６
１号において、光源は、いわゆる「軸からずれて」い
る。この意味は、光源の見かけの位置が、ステージの中
心と一致しないことである。すなわち、光源の見かけの
位置は、ステージの中心に対する法線からずれている。
この装置は、光を集めるための双曲線的反射体、２個の
面状の溝付き反射体および集光レンズアッセンブリを含
む複雑な光学系を必要とし、光源から最も遠い端がわず
かに暗くなる可能性がある。米国特許第４，９５２，０
５３号において、暗くなった端は、２個の光源を設置す
ることにより補償される。また、ねじられ曲げられた鏡
を備えた溝付きプリズムは、平らな集光器よりもさらに
製造が困難である。さらに、折りたたまれた光路は、低
い外形を達成するために必要な極端にきつい折り曲げ
が、光源それ自体に、折り曲げられた光路との干渉を生
じさせる可能性がある。このため、ステージの全体の大
きさの様式（欧州のＡ４など）について問題が生じる可
能性がある。留意すべき点として、これらの従来のＯＨ
Ｐにおいて、光源の実際のすなわち有効な位置は、（軸
からずれているときでも）なおステージの下に位置され
る。すなわち、光源は、なお集光レンズ系の下に設置さ
れている。

【０００６】本発明のＯＨＰは、新規な屈折反射レンズ
を用いることにより上記の制限のいくつかを克服する。
ＯＨＰにおける屈折反射レンズの使用自体は新規である
が、屈折反射レンズは、他の技術分野において知られて
いる。「屈折反射」レンズとは、光波の方向を別の方に
向けるまたは曲げる反射と屈折の両方を用いるレンズを
いう。たとえば、米国特許第２，００３，８０４号、第
４，８５９，０４３号、第５，０９７，３９５号に記載
されているように、屈折反射レンズは、フレネルレンズ
と同様に、光を集めるのに有用である。米国特許第５，
１５０，９６６号において、屈折反射レンズは、光を捨
てることにより光強度分布を調整するために使用され
る。また、米国特許第４，７５５，９２１号において、
大きな入射角において効率が増加する１素子屈折反射レ
ンズが記載される。これにより、小さな光装置に適した
「急速」レンズ（小さなｆ値）を与える。しかし、レン
ズの下にランプを位置することは、特に高出力ランプに
対して、その設計に伴って熱管理問題を生じさせる。

【０００７】純粋屈折レンズと屈折反射フレネルレンズ
での１つの問題は、レンズを通る色の分散により起こさ
れる色収差である。この分散は、レンズ材料の光学的性
質により起こされる。すなわち、屈折率は、レンズを通
る光の波長とともに変わる。この効果は、特に、米国特
許第４，７４１，６１３号に示されたような３素子屈折
集光レンズ系により悪化される。しかし、この効果を小
さくするいくつかの方法がある。たとえば、限られた数
の波長が、異なった分散の正と負のガラスレンズ素子の
適当な組み合わせにより補正できる。また、１素子レン
ズにおいて色収差を小さくすることが、たとえば、不連
続な軸対称表面を用いることにより、または、非球面の
表面を用いることにより、試みられている。米国特許第
５，１６１，０５７号に記載されるように、回折格子
は、フレネルレンズを含むレンズの上に置くことができ
る。また、米国特許第４，３３７，７５９号に、太陽光
集光器としての使用のために、色収差の大きさが制御さ
れた曲がった下部を有する屈折反射フレネルレンズが記
載されている。上記の先行技術の多くは、全（可視）ス
ペクトルではなく、選択された波長に対してのみ分散を
最小にする。また、米国特許第４，３３７，７５９号を
含む上述の技術の多くは、色補正をした特定の焦点距離
を得るために、特定の屈折率の材料を必要とする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したことか
ら、低い外形のＯＨＰにおいて使用できる屈折反射レン
ズを設計することは、好ましく、また、革新的である。
好ましくは、屈折反射レンズは、色消しであり、大きな
範囲の屈折率を有する任意の数の光透過性材料から構成
され、光をＯＨＰの投影レンズに効率的にピントを合わ
せる。好ましくは、集光系は、微小精度の回折格子の使
用を避ける。また、好ましくは、光路の折りたたみと両
立させつつ、（溝付き鏡などの）光素子の数（集光レン
ズにおける素子の数を含む）を一般的に最小にする。

【０００９】本発明の目的は、低い外形のオーバーヘッ
ドプロジェクタを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
低い外形のオーバーヘッドプロジェクタは、折り曲がっ
た光路と軸からずれた位置のレンズ集光系（反射屈折レ
ンズ素子を含む）を有する。オーバーヘッドプロジェク
タは、一般に、投影原稿を載置するステージ面を有する
台を備え、投影ヘッドが取り付けられる。光源は、ステ
ージ面に隣接し、その下にある。指向手段は、光源から
上記のステージ面の方に光を集める。集光レンズ系は、
光をステージ面から投影ヘッドの方に向ける。この集光
レンズ系は、ほぼ平らな反射屈折レンズを備える。この
反射屈折レンズを、上記の台にステージ面の直ぐ近く取
り付けることにより、台の高さを低くできる。投影ヘッ
ドは、ステージ面の近くに、設置してもよいし、ステー
ジ面の上方に設置してもよい。

【００１１】さらに、上記の集光系の屈折反射レンズ
は、全可視光にわたって色消しにする新規な表面構造を
備えていてもよく、色補正は、使用される材料に依存し
ない。屈折反射レンズは、平らな表面と、上記のステー
ジ面の有効な中心を定義する複数の同心的な隆起部（プ
リズム）を備え、反射屈折レンズを通過する光を平行に
する。反射屈折レンズの上記の隆起部の屈折表面と反射
表面との間の第１角αと、上記の反射表面と上記の平ら
な表面との間の第２角βは、ほぼ等しく、一般に次の式
（１）に従う。

【数２】 α＝β＝（π−φ₁＋φ₂）／２ （１） ここに、φ₁は、上記の屈折表面での、光源からの光線
の入射角であり、φ₂は、上記の平らな面から出る光線
の所望の角度である。この新規な屈折反射レンズの設計
により、反射屈折レンズ素子を全（可視）波長にわたっ
て色消しにできるので、屈折率によらず、どんな材料か
らでも製造できる。この集光系は、単独のまたはダブレ
ットのレンズであってもよい。ダブレット屈折反射の設
計は、小さな角度での入射の効率を改善する。屈折反射
レンズの有効中心は、ステージ面の中心からずれてい
て、レンズの遠い端で大きな入射角の光を急速に透過す
る急速レンズを生じる。すなわち、このレンズは、レン
ズの遠い端まで有効に光を透過し、大きな入射角でレン
ズに入る光の平行化、分散または集光を可能にする急速
集光系を提供する。好ましくは、上記の集光レンズ系
は、屈折反射レンズに隣接してフレネルレンズを備え
る。フレネルレンズは、平行にされた光を集光する隆起
部（プリズム）を備える。

【００１２】好ましくは、指向手段は、上記の台の中に
位置される鏡を備え、この鏡は、光源の見かけの位置を
生成し、光源と上記の鏡は、上記のステージ面に対し相
対的に位置される。光源の上記の見かけの位置は、上記
のステージ面の中心を通る法線からずらされ、ステージ
面の垂直な投影により定義される空間の外側に存在す
る。光源をステージの下で（隣接した）位置に設置した
まま、フラッター角で取り付けられた単独の鏡を用いる
ことにより、ＯＨＰの台の高さをさらに減少できる。光
源は、ステージ面の軸からずれていて、光源のステージ
の横への設置は、ランプの冷却を容易にし、色収差を生
じる純粋な屈折を使用しなくともよい。

【００１３】

【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明による実
施例について説明する。添付の図面のうち、特に図１に
は、本発明の１実施例の透過性オーバーヘッドプロジェ
クタ（ＯＨＰ）１０が示される。ＯＨＰ１０は、一般
に、投影原稿を載置するステージ面１４を有する台１２
と、アーム１８により台１２に取り付けられた通常の投
影ヘッド１６とを備える。台１２は、任意の耐久性材
料、特に、ポリカーボネートとアクリロニトリルブタジ
エンスチレン（ＡＢＳ）との混合物などのポリマーから
構成できる。台１２は、多くの部品（すべて図示されな
い）、たとえば、光源、光源を冷却するファン、光源と
モータのための電力制御部、電力制御のための手動スイ
ッチ、外部電源への接続用のケーブル、を収容する。投
影ヘッド１６は、折りたたみ鏡２０と多素子投影レンズ
２２を含み、この投影レンズ２２は、好ましくは、ピン
トとスクリーンの大きさを調節するために焦点距離が変
化できる可変焦点型のレンズであることが望ましい。台
１２は、ＯＨＰ１０の可搬性を改善する低い外形を有す
る。この可搬性のための他の特徴は、搬送用の取っ手２
４（台１２のどちら側でもよい）と、アーム１８の下方
向への揺動を可能にする掛け金２６を含む。この小型化
された格納／輸送位置においてアーム１８を固定するた
めに、（図示しない）手段を解除可能にして設けること
ができる。他の通常の特色は、希望に応じて設けてもよ
い。

【００１４】図２は、本発明のＯＨＰの光部品を図式的
に示す側面図である。図２をさらに参照して、ＯＨＰ１
０が単純な平面鏡２８での反射を用いた折りたたまれた
光路を用いることがわかる。この平面鏡２８は、ランプ
３０からの光を、ステージ面１４でのフレネルレンズ集
光レンズ系３２へ反射する。図示された特定の実施例で
は、集光レンズ系３２は、屈折反射フレネルレンズ素子
３４と屈折フレネルレンズ素子３８とを含む。屈折反射
フレネルレンズ素子３４は、複数のプリズムすなわち隆
起部３６を有し、屈折フレネルレンズ素子３８は、複数
の隆起部４０を有する。この応用において、屈折反射レ
ンズ３４は、屈折レンズ３８により光を焦点に送る前に
光を集めるために使用される。また、ステージ１４は、
フレネルレンズ３８の上に、プラテン４２、好ましくは
化学的に強化された（破壊抵抗性）ガラス板、を有す
る。

【００１５】当業者にわかるように、隆起部３６、４０
は、もしランプ３０からの光が集光レンズ系３２に入る
前に平行にされるならば、直線（平行）であってもよ
い。しかし、好ましい実施例では、隆起部３６、４０
は、環状（または半環状）である。隆起部３６、４０の
重複により生じる干渉パターンは、これらの素子の分離
と、上側の素子の溝幅比と下側の素子の溝幅比の間にあ
る溝幅比の選択とにより最小にできる（米国特許第４，
９００，１２９号参照）。図２から判るように、必ずし
も必要ではないが、好ましくは、フレネルレンズ３８の
半径方向の中心は、ステージ面１４の境界の中に位置さ
れ、好ましくは、ステージの幾何学的中心と一致する。
対照的に、屈折反射レンズ３４の有効中心４５は、図３
に示されるように、ステージ面１４の外側にある。図３
は、本発明において使用される屈折反射レンズ３４の１
実施例の底面図であり、円状の溝の、中心からずれた配
置を示す。すなわち、屈折反射レンズ３４は、ステージ
面１４の中心からずれ、すなわち、軸からずれている。
好ましくは、屈折反射レンズの有効中心４５は、ランプ
３０の有効位置が屈折反射レンズ素子の焦点にあるよう
に位置される。屈折反射レンズ３４の中心からのずれの
大きさは、より急な入射角において屈折反射レンズの透
過を増加するように選択され、ここに、光源は、レンズ
３４から最も離れている。屈折反射レンズ３４を通って
の光の透過は、その有効中心からの距離とともに増加
し、約４５°と約７０°の間での入射角に対して９０％
を越える。これは、従来の純粋屈折レンズに対する著し
い改善を示している。これは、上側フレネルレンズ３８
に入る平行光の強度を等しくし、ステージ面１４での照
明をさらに一様に、変動しなくする。

【００１６】図４は、離れた屈折反射フレネルレンズ素
子と屈折性フレネルレンズ素子を有する本発明の集光レ
ンズ系の１実施例の詳細な断面図である。図４を参照し
て、屈折反射レンズ３４の性質は、レンズ３４に当たる
ランプ３０からの光線４８を調べることにより理解でき
る。光線４８は、隆起部３６の１表面５０を通って屈折
反射レンズ３４に入り、この表面５０で屈折される。次
に、光線４８は、表面５４から出る再指向された光線４
８’が表面５４から出る他の光線と平行になるように、
表面５２で全内部反射をうける。次に、この平行にされ
た光は、屈折フレネルレンズ３８により表面５６、５８
でレンズ２２の方に屈折される。そのような屈折反射レ
ンズ３４を屈折レンズ３８とともに設けることは、従来
の装置に比べて、光源の軸をずらして、入射角をずっと
大きくすることを可能にする。このことにより、透過性
ＯＨＰ１０が非常に低い外形を備えることを可能にす
る。なぜなら、ランプ３０が、ステージ１４の近くにで
はあるが外側に設置できるので、水平の鏡２８からの光
の反射により、高さが余分に高くなることは本質的にな
いからである。折りたたみ光学系における多くのランプ
は、ステージの次に、すなわち、ステージの垂直投影に
より定義される空間の外側にあるが、しかし、その見か
けの位置（反射された像）は、なお、ステージの中心の
下に現れる。しかし、本実施例のＯＨＰ１０において、
これは該当しない。むしろ、ランプ３０の見かけの位置
は、この空間の外側にあり、見かけの位置は、単に軸が
ずれているのでなく、さらに、ステージ１４からずれて
いる。このランプ３０の位置は、レンズ３４の隆起部３
６の、ステージからずれた集中化を補完する。さらに、
低い台の高さは、台１２を折りたたむことなく達成され
る。ただし、台１２は、折りたたみ可能な台とこれに伴
う光部品を用いることにより、さらに低くできる。こう
して、ＯＨＰ１０は小型化され、非常に持ち運びやすく
なる。

【００１７】図４において、屈折反射レンズ３４は、収
束モードにおいて、すなわち、正レンズとして作用す
る。さらに、図５に示されるように、全体に色消しにさ
れる。図５は、本発明の屈折反射レンズの色消しの実施
例の詳細な断面図である。図５の新規な屈折反射レンズ
４６は、ＯＨＰや他の光システムにおいて使用できる。
他の従来の屈折反射レンズにおけるように、屈折反射レ
ンズ４６は、一般に３角断面のプリズム４７を区画する
複数の溝を有する。しかし、屈折反射レンズ４６は、全
（可視）波長にわたって色収差を本質的に除去する点
で、新規である。これは、屈折表面５１と反射表面５３
との間の第１角αが、反射表面５３と出射表面５５との
間の第２角βに等しいことを保証することにより、達成
される。各溝を、全レンズにわたって色消しにするため
に、αとβは、入射角により選択されねばならない。特
に、これらの角度は、次の式に従わねばならない。

【数３】 α＝β＝（π−φ₁＋φ₂）／２ （１） ここに、φ₁は、光線４８と出射表面５５での法線との
角度であり、φ₂は、表面５５での出射光線の希望の屈
折角である。角度φ₁は、１つの与えられたプリズム４
７に対するランプ３０の位置の関数であり、φ₂は、希
望の焦点（レンズ２２）の位置の関数である。このた
め、角度φ₁、φ₂は、各プリズム４７に対し容易に計算
できる。また、この寸法は、溝角Ｆ₁、Ｆ₂を用いて表現
できる。ここに、

【数４】 Ｆ₁＝ φ₁−φ₂ （２）

【数５】 Ｆ₂＝（π−Ｆ₁）／２ （３） この条件が満足されると、角φ₂は、また、表面５１で
の光線４８の入射角であり、表面５１での屈折角は、全
可視波長において表面５５での入射角に常に等しい。こ
うして、屈折反射レンズ３４は、有効な分散を示さな
い。

【００１８】屈折反射レンズの一般的性質は、φ₁とφ₂
が０に近づくにつれ、すなわち、レンズの（有効）中心
で非常に効果がなくなることである。しかし、逆に、屈
折反射レンズは、大きな入射角での軸のずれた平行化に
特に適している。図５は、光線４８の色成分の理論的ず
れを示すが、この効果は、（図５では明瞭にするために
非常に誇張されているが、）無視でき、さらに、技術的
に色収差を構成しない。なぜなら、透過光がレンズ４６
を同じ角度で出るからであり、すなわち、レンズ４６の
焦点の性質が波長に依存しないからである。この全波長
に対する独立性は、実際に任意の光透過材料がレンズを
構成するために、焦点化性に影響せずに、使用できるこ
とである。全内部反射を保証するために屈折率は十分大
きくなければならないが、屈折率の大きな範囲を表す使
用可能な材料の範囲は広く変化する。

【００１９】色消しの屈折反射レンズ４６は、その設計
はレンズ３４の設計より有効ではないけれども、ＯＨＰ
１０において使用できる。平行光（光線４８’）を与え
るため、角φ₂は、単純に０に設定される。これは、光
が各表面５１で垂直な入射角を有しレンズ４６の屈折性
を全く除去した特別な場合に相当する。しかし、ＯＨＰ
への屈折反射レンズの応用において、最大の光透過は、
色消しに優先し、経験的に、色消しでないレンズの設計
が光をより有効に透過することがわかっている。図６
は、色消し屈折反射レンズと最適の平行光透過を生じる
色消しでない屈折反射レンズとの溝角Ｆ₁、Ｆ₂の値を示
すグラフであり、ＯＨＰへの応用に対して屈折反射レン
ズ３４の好ましい溝角をグラフで示す。ここに、カーブ
Ａ、Ｂは、それぞれ、色消しレンズにおける溝角Ｆ₁、
Ｆ₂の値を表す。カーブＣ、Ｄは、それぞれ、ＯＨＰ１
０に使用される好ましい色消しでないレンズ３４におけ
る溝角Ｆ₁、Ｆ₂を表す。

【００２０】集中化されるフレネルレンズ３８と中心か
らずれた屈折反射レンズ３４は、別々の素子として説明
されたけれども、図７の断面図に示すように、１つの一
体の素子として設計し製造することもできる。この実施
例において、組合わせレンズ６０は、光プラスチック板
（ポリメチルメタアクリレートなどの熱硬化性樹脂）６
４の上面６２にフレネルレンズの溝をプレスすることに
より成形され、屈折反射レンズの溝は、光プラスチック
６４の下面６６にも同時にプレスされる。この組合わせ
レンズ６０は、２つの空気／レンズ界面を除くために、
別々の素子３４、３８より好ましく、これにより、集光
系を通る透過光において約８％の増加が得られた。

【００２１】屈折反射レンズとフレネルレンズの構造の
間の光領域の集中化のためのもう１つの応用例は、カラ
ー液晶表示（ＬＣＤ）パネルに関する。多くのそのよう
な通常のパネルは、色の視差歪みを防止するために、平
行光を必要とする積層構造を使用する。図８は、液晶表
示パネルを有する本発明のＯＨＰの別の実施例の側面図
である。図８に示されるように、変形されたＯＨＰ６８
では、屈折反射レンズフレネル素子と屈折フレネル素子
の間にＬＣＤパネル７０が配置される。このＯＨＰ６８
では、投影ヘッド１６は、ステージ面１４の上方に設置
される。また、理解されるように、ランプ３０のステー
ジから離れた配置は、放射加熱と循環加熱をより容易に
制御できるので、ランプ３０の冷却を容易にする。ＬＣ
Ｄパネルはしばしば熱に非常に敏感であるので、このこ
とは、ＬＣＤパネルの応用において、特に重要である。

【００２２】当業者に理解されるように、本発明による
軸からずれたおよび／または色消しの屈折反射レンズ
は、フレネルレンズの使用の有無にかかわらず、他の光
システムにおいても使用できる。さらに、角度α、βを
適当に選択することにより、発散モードにおいて、すな
わち、負レンズとして作用する色消しの屈折反射レンズ
が提供できる。これに関して、本発明は、また、収束性
屈折反射レンズと発散性屈折反射レンズを組み合わせた
ダブレットレンズの設計をも意図する。上に示したよう
に、先に説明した収束性屈折反射レンズは、小さな入射
角で、すなわち、隆起部３６の半径方向の中心で、比較
的悪い効率を有する。しかし、収束性レンズと発散性レ
ンズを図９に示すように組み合わせると、（レンズ７２
の平らな側に入射する）全範囲にわたって小さな入射角
で有効であることがわかっている。図９は、本発明によ
るダブレットの屈折反射レンズの詳細な断面図である。
この実施例において、発散性屈折反射レンズ７２は、収
束性屈折反射レンズ７４と対になり、各レンズの溝／プ
リズム構造は、相互に面し、これらのプリズムは、とも
に配列されている。すなわち、レンズ７２の隆起部の頂
部は、レンズ７４の隆起部の頂部と接触している。溝角
は、次の式により決定される。

【数６】 Ｆ₁ ＝ φ₃−φ₄ （４）

【数７】 Ｆ₂ ＝ （π−Ｆ₁）／２ （５）

【数８】 Ｆ₃ ＝ （π−Ｆ₄）／２ （６）

【数９】 Ｆ₄ ＝ φ₁＋φ₂ （７）

【数１０】 φ₂ ＝ φ₃ （８） この結果を用いて、全体に色消しで、全曲げ角度で非常
に有効なレンズが得られる。

【００２３】本発明は、さらに、光に関する特色を与え
ることにより洗練される。図２を参照して、光源は、背
面反射体７６とランプ集光レンズ７８を含む。ランプ３
０は、集光レンズ系３２の軸からずれた照明を改善する
ために、集光レンズ７８により中心からずらされまたは
傾けられる。さらに、副次的な円筒集光レンズ８０が、
通常のレンズと組み合わせて使用できる。軸からずらし
た照明系において、光ビームは、長くされあるいは楕円
状にされる。これの意味は、光が楕円的光ビームの大き
な側部でむだになるか、逆に、照明が、ビームの小さな
側部でより暗くなることである。副次的円筒レンズ８０
の使用は、この効果を補償し、延ばされたビームを円状
に戻し（光ビームを楕円的に圧縮し）、光分布をさらに
一様にする。分離した円筒レンズと円レンズは、単一の
トロイダル型レンズまたは非回転的対称の色消しレンズ
に組み合わせられる。最後に、図示された実施例では、
投影レンズ２２は、直接にステージ面１４の上にある。
しかし、くさび石効果を最小にするために米国特許第
４，４３６，３９３号に示されるように、本発明は、投
影ヘッドを前に移すことにより、変形できる。また、こ
のことは、フレネルレンズ３８の光中心（光軸）の上に
直接に保持しつつ、隆起部４０の中心を移動することを
要求する。

【００２４】ＯＨＰ１０の特定の寸法と光パラメータ
は、個々の用途によりかなり変化する。以下の数値は単
に１例を示す。Ａ４様式（約１８５ｍｍ×２８５ｍｍの
ステージ面）を有するＯＨＰに対して、（２８０ｍｍか
ら３２０ｍｍまでの焦点距離の変化を有する）可変焦点
レンズが、ステージ面１４の上の３７９ｃｍに位置され
る。集中化される円状屈折レンズ３８は、３７０ｍｍの
焦点距離を有し、軸からずれた円状屈折反射レンズ３４
は、約１６５ｍｍの焦点距離を有する。両レンズ３８、
３４は、ガラスステージのすぐ下に位置される。この屈
折レンズと屈折反射レンズの中心の横の分離は、約２２
９ｍｍである。各レンズは、２ｍｍの厚さのアクリルプ
ラスチックにプレスされ、２〜１６溝／ｍｍの溝周波数
を有する。この上側素子と下側素子の溝周波数の比は、
２つの溝構造の間のモアレパターン干渉を最小にするよ
うに選択される。典型的な溝周波数比は４．７４：１で
ある。これらのレンズは、ともにパッケージ化され、そ
の周辺にそって封じられる。ここで、レンズ３４の平ら
な表面５４とレンズ３８の隆起部４０の間の間隔は１〜
２ｍｍである。平面状反射体２８は、ガラス板４２の１
００ｍｍ下に置かれ、レンズ３４、３８と平行である。
光源モジュールは、８０〜９０ｍｍの間の焦点距離の平
凸集光レンズと、ＥＶＤ型の４００Ｗ、３６Ｖの白熱ラ
ンプを備え、２色の冷えた鏡被覆を備えた背面球状反射
体は、鏡２８の上に位置され、屈折反射レンズ３４の１
６４ｍｍ下にランプ３０の虚像を形成する。この実施例
のＯＨＰの有効な台の高さは、約１００ｍｍ〜１１５ｍ
ｍであり、特に投影ヘッドが下に折りたたまれたとき
に、非常に携帯しやすい装置が得られた。本発明は、上
述の実施例に限定されず、当業者にとって明らかな種々
の変形が可能である。

【００２５】

【発明の効果】オーバーヘッドプロジェクタの台の高さ
が、装置の複雑性を増し価格を高くする余分な部品を必
要とせずに低くできる。新規な屈折反射レンズの設計に
より、大きな入射角でレンズに入る光の平行化、分散ま
たは集光を可能にする急速集光系を提供する。また、反
射屈折レンズ素子を色消しにできるので、屈折率によら
ず、どんな材料からでも製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の透過性ＯＨＰの１実施例の斜視図で
ある。

【図２】 本発明のＯＨＰの光部品を図式的に示す側面
図である。

【図３】 本発明において使用される屈折反射レンズの
１実施例の底面図であり、円状の溝の、中心からずれた
方位を示す。

【図４】 分離した屈折反射フレネルレンズ素子と屈折
性フレネルレンズ素子とからなる本発明の集光レンズ系
の１実施例の詳細な断面図である。

【図５】 本発明の屈折反射レンズの色消しの実施例の
詳細な断面図である。

【図６】 色消し屈折反射レンズと最適の平行光透過を
生じる色消しでない屈折反射レンズとの溝角の値を示す
グラフである。

【図７】 屈折反射フレネルレンズと屈折性フレネルレ
ンズが単一の素子に組合わされた本発明の集光レンズ系
の１実施例の詳細な断面図である。

【図８】 液晶表示パネルを有する本発明のＯＨＰの別
の実施例の側面図である。

【図９】 本発明によるダブレットの屈折反射レンズの
詳細な断面図である。

【符号の説明】

１０： ＯＨＰ、 １２：台、 １４： ステージ
面、１６： 投影ヘッド、 ２８： 反射鏡、 ３
０： ランプ、３２： 集光レンズ系、 ３４： 屈
折反射レンズ、３６： 屈折反射レンズの隆起部、
３８： 屈折フレネルレンズ、４０： 屈折フレネルレ
ンズの隆起部、４５： 屈折反射レンズの有効中心、４
８： 光線、 ５１： 屈折表面、 ５３：反射表
面、５５： 出射表面、 ６８： ＯＨＰ、７２：
発散性屈折反射レンズ、 ７４： 収束性屈折反射レン
ズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・マール・フェスラー アメリカ合衆国55144−1000ミネソタ州セ ント・ポール、スリーエム・センター（番 地の表示なし) (72)発明者 デニス・フランク・バンダーワーフ アメリカ合衆国55144−1000ミネソタ州セ ント・ポール、スリーエム・センター（番 地の表示なし)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステージ面を有する台と、 この台に、ステージ面の近くで、取り付けられた投影ヘ
   ッドと、 上記の台の中に設けられる光源と、 この光源から上記のステージ面の方に光を向ける指向手
   段と、 上記のステージ面から上記の投影ヘッドの方に光を集め
   る集光レンズ手段であって、上記のステージ面の直ぐ近
   くに取り付けられたほぼ平らな反射屈折レンズを備える
   集光レンズ手段とからなるオーバーヘッドプロジェク
   タ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたオーバーヘッドプ
   ロジェクタにおいて、 上記の反射屈折レンズは、上記のステージ面の有効な中
   心を定義する複数の同心的な隆起部を備え、 上記の集光レンズ手段は、さらに、上記の反射屈折レン
   ズに隣接してフレネルレンズを備え、上記の反射屈折レ
   ンズは、反射屈折レンズを通過する光を平行にする隆起
   部手段を備え、上記のフレネルレンズは、上記の平行に
   された光を集光する隆起部手段を備えるオーバーヘッド
   プロジェクタ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載されたオーバーヘッドプ
   ロジェクタにおいて、 上記の反射屈折レンズは色消しレンズであり、 上記の反射屈折レンズは、平らな表面と構造化表面とを
   有するほぼ平らな板からなり、この構造化表面は、複数
   のプリズム状の隆起部を備え、各隆起部は、屈折表面と
   反射表面とを有し、上記の屈折表面と反射表面との間の
   第１角αと、上記の反射表面と上記の平らな表面との間
   の第２角βは、ほぼ等しく、一般に次の式（１） 【数１】 α＝β＝（π−φ₁＋φ₂）／２ （１） （ここに、φ₁は、上記の屈折表面での、光源からの光
   線の入射角であり、φ₂は、上記の平らな面から出る光
   線の所望の角度である）に従うオーバーヘッドプロジェ
   クタ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載されたオーバーヘッドプ
   ロジェクタにおいて、 上記の指向手段は、上記の台の中に位置される平面鏡を
   備え、この平面鏡は、上記の屈折反射レンズとほぼ平行
   であり、 上記のステージ面は、中心を有し、 上記の鏡は、上記の光源の見かけの位置を生成し、 上記の光源と上記の鏡は、上記のステージ面に対し相対
   的に位置され、 上記の光源の上記の見かけの位置は、上記のステージ面
   の中心を通る法線からずらされるオーバーヘッドプロジ
   ェクタ。
5. 【請求項５】 ステージ面を有する台と、 この台に上記のステージ面の上方に取り付けられた投影
   ヘッドと、 上記の台の中に設けられる光源と、 上記のステージ面から上記の投影ヘッドの方に光を集光
   する集光レンズ手段であって、ほぼ平らな屈折反射レン
   ズを備える集光レンズ手段と、 上記の光源から上記のステージ面の方に光を指向する指
   向手段とからなり、この指向手段は、上記の台の中に位
   置される鏡を備え、この鏡は、上記の光源の見かけの位
   置を生成し、上記の光源と上記の鏡は、上記のステージ
   面に対し相対的に位置され、上記の光源の上記の見かけ
   の位置は、上記のステージ面の垂直な投影により定義さ
   れる空間の外側に存在するオーバーヘッドプロジェク
   タ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載されたオーバーヘッドプ
   ロジェクタにおいて、 上記の反射屈折レンズは、上記のステージ面の有効な中
   心を定義する複数の同心的な隆起部を備え、 上記の光源は、上記の屈折反射レンズの上記の有効な中
   心を通る法線上にあるオーバーヘッドプロジェクタ。