JPS63188125A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の概要］ 投影装置につぎ開示し、この投影装置は光源（１）と投
影ヘッド（６，７）と画像を発生させるべき目的物のた
めの投影ステージ開孔部（５）とを備え、この開孔部は
光源と投影ヘッドとの間の光線通路に位置する。長楕円
形鏡（５）を光源（１）と開孔部（５）との間の光通路
に位置せしめる。長楕円形鏡の一つの焦点は光源（１）
にほぼ符合すると共に、鏡の他の焦点は投影ヘッドにほ
ぼ符合する。投影ヘッドは偏向手段（６）を備える。こ
の投影ヘッド（６，７）を、はぼ水平な投影方向で観察
して、開孔部面に対し垂直な平面を構成しかつ開孔部の
先端ラインを含む平面にほぼ位置せしめる。

［発明の属する技術分野］ 本発明は、光源と画像を投影１べき目的物のための開孔
部とを備え、この開孔部が投影ヘッドと光源との間の光
線通路に位置し、ざらに長楕円形鏡を設置してその焦点
を光源および投影ヘッドにそれぞれ位置けしめた種類の
投影装置に関するものである。

［従来技術とその問題点］ 通常の型式の頭上投影装置は、大ぎい透明画のための投
影ステージもしくは開孔部を形成するフレスネルミラー
と、光源と、フレスネルミラーの焦点にて投影ステージ
の中央上方に位置する投影ヘッドとを備える。

この種の投影装置は幾つかの欠点を有する。フレスネル
構造体は投影された画像に見えてしまい、ざらにフレス
ネル構造体に相当な光の拡散が生じて眩しい作用をもた
らす。ざらに、光はたとえば大きい透明画のような影像
支持材料に２回通過してこの材料における作用と不純物
とを増強する結果、色の再生が貧弱となる。この透明画
は投影ステージ上に扁平に存在せねばならない。何故な
ら、材料と鏡との間に空間が存在すれば、投影画像にダ
ブリング作用が生ずるからである。これらのダブリング
作用は、フレスネルミラーを対応の凹面鏡で置換しえな
い理由となる。

上記欠点の少なくとも幾つかは、長楕円形鏡からなる頭
上投影装置によって緩和しまたは除去することができ、
この鏡の一方の焦点を光学ヘッド符合させると共に他方
の焦点を光源に符合させる。

この種の投影装置はスイス特許第６０７６５２号から公
知である。しかしながら、この公知投影装置における光
学ヘッドは、この投影装置の開孔部もしくはステージに
センタリングされる。なるほど、光学ヘッドと光源との
間にレンズを備えた他の種類の投影装置（ドイツ特許出
願筒３４４３３５６号）に関し、中心位置から光学ヘッ
ドと光源とを変位させて投影画像を上方向へ移動させる
ことも示唆されているが、その結果は小ざい変位におい
てさえ色の誤差が顕著となりまたは許容しえなくなるた
め満足できない。

［発明が解決しようとする問題点］ したがって本発明の目的は、透明画を面状開孔部に位置
せしめて、ステージに対し平行または直角なスクリーン
上に殆んど歪みを与えずに画像を投影すると共に、投影
画像をステージに対し変位させうるような投影構造体を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による投影装置は、光源と投影ヘッドと画像を投
影すべき目的物に対する開孔部とを備え、この開孔部を
光源と投影ヘッドとの間の光線通路に位置せしめてなり
、主として長楕円形鏡が光源と投影ステージ開孔部との
間の光線通路に位置し、長楕円形鏡の一方の焦点すなわ
ち第１焦点が光源にほぼ符合すると共に長楕円形鏡の他
方の焦点すなわち第２焦点が投影ヘッドにほぼ符合する
ことを特徴とし、ざらに投影ヘッドが開孔部に対し直行
しかつ開孔部の外周に対する接線に平行である平面に位
置すると共に、前記平面と前記接線との間の間隔りが実
質的に関係式： ％式％ ［式中、Ｔ＝開孔部の「高さ」である］によって決定さ
れることを特徴とする。

開孔部の表面はほぼ水平方向に配向させることができ、
投影ヘッドはこの開孔部より上方のレベルに位置し、ヘ
ッドには光をほぼ水平方向に偏向させるための自体公知
の手段を装着する。この投影ヘッドは有利には、はぼ水
平な投影方向でＩｌ！察して開孔部平面に対し直角な面
を構成しかつ開孔部の俊喘部もしくは前端部を含む平面
に位置する。

投影ヘッドを開孔表面に対し垂直な平面を構成しかつ開
孔部の前端部に符合する平面に実質的に位置せしめる場
合、偏向手段は鏡とすべきである。

何故なら、投影装置は真正な頭上投影装置として機能し
、したがってその操作員は透明画の右側を上げて開孔部
表面上に位置せしめることができ、その間操作員は観−
客の方向に向きながら画像を操作員の背後のスクリーン
上に観客に対し反対方向に投影しうるからである。次い
で、光源を開孔部の後端部近傍に位置せしめて、光源か
らの熱が操作員を不快にしないようにしかつ開孔部平面
に対し垂直方向の長楕円形鏡の寸法が最小となるように
することができる。さらに、光はアニシプリズムまたは
その他の偏向両縁逆転手段の形態の偏向手段によって、
光を他方向に偏向させうろことも明らかであろう。

特に、投影装置が偏向手段を備えかつ投影ステージ開孔
部の表面がほぼ水平方向に配向する場合、この装置は部
屋の天井近傍に装着するよう配置することができ、開孔
部表面を天井表面にほぼ平行にすると共に投影ヘッドを
開孔部表面の直下のレベルに位置せしめる。かくして、
投影光の上部境界を天井表面に隣接するよう配置するこ
とができる。この投影ステージ開孔部は画像形成性の液
晶表示（ＬＣＤ）スクリーンを備えて、この装置をテレ
ビジョン投影装置の機能として作用させることができる
。

しかしながら、この種のテレビジョン投影装置は、偏向
手段を用いずかつ投影ステージ開孔部を垂直にして極め
て良好に形成しうろことが明らかであろう。この場合、
投影レンズは開孔部の下端部を有するレベルに位置する
。

有利には、開孔部は主としてこの開孔部に大割する投影
光の強度分配に適した光伝達性を有する材料のプレート
を備えて、このプレートを通過する光がほぼ均一な強度
を有するようにりることかできる。

以上には出発光が主として装置の全投影ステージ開孔部
を覆うように位置せしめた単一の長楕円形鏡の使用に関
し本発明を説明した。しかしながら、単一の長楕円形鏡
を用いる代りに複数のより小さい長楕円形鎖素子を互い
に隣接配置して、これらがその第１焦点をほぼ投影ヘッ
ドに位置せしめかつ第２焦点が関連光源を有するように
することもできる。この場合、光源は数個の小さい長楕
円形鏡の共通焦点にほぼ位置せしめうろことが明らかで
あろう。さらに、少なくとも２個の長楕円形鎖素子を備
えるこの種の複合鏡には極めて小ざい「高さ」　（すな
わち開孔部に対し垂直方向の寸法）を与えうろことも了
解されよう。

ざらに、本発明による投影装置は、極めて高い光強度を
持って投影するよう容易に配置しうろことも了解されよ
う。上記したように、必要に応じ投影装置はさらに極め
て高い光強度を持ってテレビジョン投影装置における部
品として使用することもできる。このような場合、光源
は必要に応じその色が変化しうるようにすることもでき
る。この種の光源を設ける方法は、異なる色の発光ダイ
オード（ＬＥＤ）を光フ戸イバによって（好ましくは比
較的厚いプラスチックファイバによって）互いに接続す
ることである。かくして、照明は色範囲の増大をうるべ
く画像の瞬間的な色程度に動的に調節することができる
。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明を実施例につきさらに
説明する。

第１図には、ランプ反射器２と赤外（ＩＲ＞フィルタ３
とを備えた光源１が示されている。長楕円形鏡４を投影
ステージ開孔部５の下に位置せしめる。光偏向鏡６と対
物レンズ７とを開孔部５の上方に位置せしめて、画像を
垂直画像スクリーン８に投影する。水平開孔部５と投影
ヘッド６．７との間の距離がＨで示されている。投影ヘ
ッドは開孔部の先端部を含む垂直平面に位置する。光源
１を、開孔部先端の前方に水平間隔Ａにて位置ぜしめる
。開孔部平面から光源までの垂直距離はＢで示される。

投影ヘッド６．７とスクリーン８との間の距離はＳで示
される。開孔部５の「高さ」（すなわち水平距離）はＴ
で示される。

光源１から長楕円形鏡４に至る光は参照符号１１で示さ
れ、長楕円形鏡４から投影ヘッド６．７に至る光は参照
符号１２によって示され、また投影ヘッドからスクリー
ンに至る光は参照符号１３によって示される。パラメー
タＨの数値の選択は、主として単純な対物レンズにつき
開孔部５からスクリーン８に至るバラメークＳの所定値
に対し所望される倍率によって決定することができ、こ
のような場合式Ｈ＝Ｓ／ｍ　（ここでｍ＝倍率である）
を主として用いることができる。偏向が鏡によって得ら
れる場合、Ｈは勿論下よりも大とせねばならない。しか
しながら、第３図にあけるように、鏡はプリズム９にお
ける反則表面６によって置換することもでき、この場合
には対物レンズの１形態はプリズム９の前の部分７ａと
後の部分７ｂとで構成してＨを王よりも小さくすること
ができ、たとえば参照符＠６の箇所におけるプリズム９
の全内部反射を、利用することができる。ざらに、たと
えば対物レンズに含まれる光学素子の間の距離を変化さ
せることにより対物レンズの焦点長さを変化させること
もでき、かくして異なる距離Ｓにつき焦点合せすること
ができる。ざらに、対物レンズにはズーム機能をも組込
んで、一定距離Ｓにつきスクリーン上の画面の寸法を変
化させることも可能である。ＩＲフィルタ３と鏡４と投
影ステージ開孔部５とにより密閉箱の壁部を形成して、
鏡４の汚染を回避すると共にＩＲフィルタ３および開孔
部５の内部汚染を回避することもできる。光源１に関連
してファンを配置することもできる。

投影装置の第２図に示した実施例は第１図によるものと
対応するが、ただし光源１の位置および偏向手段６の構
成が異なる。すなわち、第２図において偏向手段６は光
を第１図におけるとは反対方向に偏向させるよう配向し
たアミシプリズムである。ざらに光源１は、対物レンズ
７が位置する端部から離間した開孔部表面５の端部に位
置する。

第２図による投影装置を大きい透明画を投影すべく使用
する場合、操作員は大衆に向かって着座しようと思えば
画像を転倒させねばならない。しかしながら、この投影
装置を一般に操作員の快感を妨げることなく投影装置と
してのみ使用する場合（たとえば画像材料が開孔部５に
おけるＬＣＤスクリーンである場合）には、この種の配
慮は必要でない。

第１図および第２図において、投影装置は一般に、たと
えばテーブルなどのレベルに水平投影ステージ開孔部５
を備えかつ開孔部５の上方に位置する画像スクリーン８
を備えた頭上投影装置として示されている。しかしなが
ら、この投影装置は有利には天井に装着して開孔部の１
端面５ｆをほぼ水平にすると共に、対物レンズ７を開孔
部５より低いレベルに位置せしめ、偏向した光の上側境
界が水平天井表面に対し平行に配置されうろことを強調
すべきである。本発明による投影装置のこのような天井
装着は、学校などの講義室または教室において特に好適
である。

色に関し変化自在である光源の構成を第４図に示す。こ
の構成はｎ個の主光源（たとえば青色、緑色および赤色
のＬＳＤ）（ｄｉ〜ｄｎ）を備え、これらをグループと
してｍ個のマルチポートカプラー（０１〜ｃｍ）におけ
るｎ個の光ファイバ（６１〜６ｎ）を介しｍ個の光ファ
イバ（５１〜５ｍ）に結合し、これら光ファイバを次い
でグループとして１（固のマルチポー１−カプラー（ｂ
ｌ〜ｂ１）にて１個の光ファイバ（４１〜４１）に結合
し、さらにこれらを全てａｌを介し光ファイバ３に連結
すると共に、光間孔部２１に終端させ、かくしてこの光
間孔部により第１図および第２図の光源１を構成するこ
とができる。

上記の説明において投影装置は、単一の長楕円形鏡４を
備えてこれを全投影ステージ開孔部５を照明するよう配
置して示した。しかしながら、この長楕円形鏡４は端部
対端部の関係で配置した２個もしくはそれ以上の長楕円
形鏡で置換しうろことも了解すべきであり、８鏡はその
第１焦点を他の鏡の焦点に共通させると共に、その第２
焦点を光源に位置ゼしめる。このようにして、勿論この
複数の長楕円形鏡を組合せることにより第１図および第
２図に示した単一の長楕円形鏡よりも小さい空間を与え
ることも可能である。

第５図には第１図に対応する投影装置が示されているが
、ただしこれは偏向手段を備えず、対物レンズを開孔部
平面に対しほぼ垂直でありかつ開孔部の１端面を有する
平面にほぼ位置せしめる。

開孔部５は一般にほぼ矩形であり、その縁部はほぼ直線
状でおる。

光源１は、鏡４の第１焦点が投影ヘッドにある限り任意
の箇所に配置することができ、光は開孔部を１回のみ通
過する。第１図および第２図に見られる光源の位置が好
適である。第１図、第２図および第５図による配置は図
面の平面に対し対称にすることができる。この投影装置
は、スクリーン８に対しほぼ直角である光１３の境界領
域が上方向に面するように天井装着することができる。

本発明の利点は、光１３の境界領域をスクリーン８に対
しほぼ直角に配置しうろことである。この装置をテーブ
ルなどに載置する場合、光１３の境界表面は水平方向に
かつ下方向に指向して配置することができる。装置をた
とえば天井に対し重ねた位置で載置する場合、光１３の
境界表面は上方向に指向して天井表面に隣接しかつ平行
に位置することができる。

投影ステージ開孔部の境界よりすぐ上の投影ヘッドの設
置は、投影レンズに対する大ぎい要求をもたらす。非球
状レンズを用いることによりかつ／または小さい照明体
を有する光源を用いることにより、これらの要求を満た
すことができる。しかしながら、成る場合には、投影ヘ
ッドを開孔部の境界のすぐ上方に位置せしめる必要はな
く、境界と開孔部の中心との間の箇所のすぐ上と境界の
すぐ上との間のどこかに位置決定することもできる。特
に、これは偏向手段を備えずに画像を投影する場合であ
る（たとえばＬＣＤディスプレーに対するＴＶ−画像）
。第６図には、この種の妥協を行なって観察の便利さを
失うことなく投影レンズの設計を容易化させるような装
置が示されている。

第６図の装置は第２図のものと同様な形状を有するが、
ただし偏向手段を備えずかつ投影レンズ７を投影ステー
ジ開孔部の下端部５ｄから間隔しにて投影ステージ開孔
部に対し直交する平面に位置せしめる。光線ｒ１、ｒ２
およびｒ３は長楕円形鏡４に対し反射されて、それぞれ
光線ｓ１、Ｓ２およびＳ３となる。光線ｓ１は開孔部５
にその上端部５ｕから侵入し、光線ｓ２はその中心から
侵入し、かつ光線Ｓ３はその下端部５ｄから侵入する。

これらの光線Ｓ１、ｓ２およびｓ３は、たとえばスクリ
ーン８で拡散反射されてそれぞれ光線ｔ１、ｔ２および
ｔ３となり、これらはスクリーン８の中心８ｍとほぼ同
じ高さに位置する観客の目９に達する。距離しは実質的
に次の通りとなる： ０（Ｌ≦Ｔ／４　　　　　　　（１） ｃ式中、Ｔ−投影ステージ開孔部５の「高さ」である］
。

第６図に示した投影原理は記録されている同じ方向から
画像を観察するのを可能にし、これは三次元の画像につ
き極めて重要である。

上記の投影装置は一般に、投影ヘッド７を投影ステージ
開孔部５の平面に対し直交しかつこの開孔部の周辺に対
する接線に平行な平面にほぼ位置するよう配置せしめる
ような形状であると言うことができる。前記平面と前記
接線との間の距離りについては関係式（１）が成立する
。

本発明の装置においては、ランプから離間した鏡により
反射される光が大きい視野深さを有するという固有の利
点が存在する。

ヨーロッパ型の装置においてはＨ／Ｔが３５０／２８５
ｍｍであるのに対し、米国型においてはＨ／Ｔが３５０
／　２５０である。

ＩＲフィルタは有利には、ランプ１のフィラメン１−に
曲率中心が符合するように湾曲される。これにより反射
したＩＲエネルギはフィラメントを加熱し、かくしてラ
ンプ１に対する電気作用の要求が減少する。

さらに、多数のランプ１においてフィラメントは扁平で
ある。ランプを鏡の１縁部近傍に位置せしめかつ光学ヘ
ッドを鏡の対向縁部より上方に位置せしめる場合、一般
に扁平な主フイラメント表面に対する垂線は前記対向鏡
縁部の方向に指向させるべきである。特に、フィラメン
トの主表面を含む平面が、鏡をその中心領域（すなわち
開孔部もしくはステージの中心領域を照明する鏡領域）
でこの鏡と交差すべきである。

特定実施例において、前記垂線は、ランプと前記他方の
鏡縁部との間に延びる線より上方で１６゜の角度に指向
しく光学レンズがこの縁部より上方にある場合）、すな
わちフィラメント表面は前記線または寧ろ前記線を含み
かつステージに対し平行な平面に対し１０６°の角度を
形成する。しかしながら、この角度は上記効果が得られ
る限り１０６”から±３０″変化させることができ、す
なわち開孔部の照明が均一化されることを了解すべきで
ある。

有利には、この反射器はいわゆる冷光反則器とすること
ができ、すなわちランプ１からのＩＲ波長をある程度透
過しうる反射器である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による投影装置の略図であり、第２図は
本発明による投影装置の代案の略図であり、 第３図は光偏向手段が直角プリズムである投影ヘッドの
略図であり、 第４図は投影装置の光源の略図であり、第５図および第
６図は本発明による投影装置のざらに他の実施例の略図
である。 １・・・光源　　　　　　　　２・・・ランプ反射器３
・・・ファイバ　　　　　　４・・・長楕円形鏡６．７
・・・投影ヘッド　　　８・・・スクリーン９・・・プ
リズム　　　　　１１．１２．１３・・・光２１・・・
光開孔部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）投影ヘッドと画像を投影すべき目的物のための投
   影ステージ開孔部とを備え、前記開孔部が多数の光源と
   前記投影ヘッドとの間の光線通路に位置し、多数の長楕
   円形鏡（４）を光源（１）と開孔部（５）との間の光線
   通路に位置せしめ、各長楕円形鏡（４）の一つの焦点を
   光源（１）の一つに実質的に符合させると共に、各長楕
   円形鏡（４）の他の焦点を投影ヘッド（７）に実質的に
   符合させてなる投影装置において、投影ヘッド（７）を
   開孔部（５）に対し直交しかつ開孔部の周辺に対する接
   線に平行である平面に位置せしめ、さらに前記平面と前
   記接線との間の間隔（Ｌ）を実質的に関係式：０≦Ｌ≦
   Ｔ／４ ［式中、Ｔ＝開孔部の「高さ」である］ によって決定することを特徴とする投影装置。
2. （２）１個のみの長楕円形鏡（４）と１個の光源（１）
   とが存在することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の投影装置。
3. （３）開孔部（５）の表面をほぼ水平方向に配向させる
   と共に、投影ヘッドが投影された光（１３）をほぼ水平
   方向に偏向させる手段（６）を備えたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の投影装置。
4. （４）開孔部（５）の表面をほぼ垂直なスクリーン（８
   ）に対し投影するための部屋の天井近傍にほぼ垂直に指
   向させると共に、投影ヘッド（７）が開孔部（５）の下
   部を設けたレベルに実質的に位置することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の投
   影装置。
5. （５）開孔部（５）の表面をほぼなスクリーン（８）に
   対し投影するための部屋の床近傍にほぼ垂直に配向させ
   ると共に、投影ヘッド（７）が開孔部（５）の上部を設
   けたレベルに実質的に位置することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の投影装置
   。
6. （６）投影ヘッド（７）が投影方向において開孔部（５
   ）の最先端（５ｆ）に隣接位置し、かつ偏向手段（６）
   が直角プリズムなどにおける鏡であることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の投影装置。
7. （７）投影ヘッド（７）が投影方向において開孔部（５
   ）の後端部（５ｂ）に隣接位置し、かつ偏向手段（６）
   がアミシプリズムなどの画像逆転装置を備えることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の投影装置。
8. （８）投影ステージ開孔部（５）がシートもしくはプレ
   ート材を備え、その光伝達を光源からの光を可視スペク
   トルに分配するよう実質的に調整して、光強度を平滑化
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項
   のいずれかに記載の投影装置。