NO883904L - Projeksjonsapparat. - Google Patents

Description

P ROJE KS JON SAPPARAT

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et projeksjonsapparat av den type som omfatter en lyskilde og en åpning for et objekt, hvis bilde skal projekseres, samtidig som åpningen er plassert i strålebanen mellom et projeksjonshode og lyskilden, og et elippseformet speil er plassert for å ha sine fokuseringspunkter ved henholdsvis lyskilden og projeksjonshodet.

En vanlig type "overhead" prosjektor innbefatter et Fresnel-speil som danner projeksjonstrinnet eller åpningen for store transparenter, idet en lyskilde og et projeksjonshode er plassert sentralt over projeksjonstrinnet ved fokalpunktet for Fresnel-speilet.

Denne type prosjektører omfatter flere ulemper. Fresnel-oppbygningen vil være synlig på det projekserte bilde, og der foreligger ytterligere en betydelig spredning av lys i Flesnel-oppbygningen, noe som kan bevirke en blendende effekt. Dessuten må lyset passere to ganger til det bil-ledbærende materiale, f.eks. en stor transparent, hvilket således forsterker virkningene og urenhetene ved materialet, noe som resulterer i at fargereproduksjonen vil være dårlig. Transparenten bør ligge flatt på projeksjonstrinnet eller projeksjonsavsatsen, siden der, der-

som der forekommer et mellomrom mellom materialet og speilet, vil forekomme fordoblede effekter i det projekserte bilde. Disse fordoblede effekter utgjør grunnen til hvorfor det ikke er mulig å erstatte Fresnel-speil-

et med et tilsvarende konkavt speil.

I det minste ville noen av de ovenfor omtalte ulemper kunne reduseres eller fjernes med en "overhead" prosjektor, omfattende et ellipseformet speil, idet det ene fokalpunkt kunne falle sammen med det optiske hode, og det annet fokalpunkt kunne falle sammen med lyskilden. En slik prosjektor er fra CH 607 652. Men det optiske hode i den kjente prosjektor er sentrert på åpningen eller avsatsen hos pros jektoren. Det er riktignok slik at det er foreslått, i forbindelse med en annen type prosjektor, (DE-A1-3 443 356) med en linse mellom det optiske hode

og lyskilden, og la det optiske hode og lyskilden være forskjøvet fra den sentrale posisjon for derved å la det projekserte bilde bevege seg oppover, men resultat-

et er nedslående, fordi fargefeilene blir betydelige, og uakseptable selv ved små forskyvninger.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er derfor å fremskaffe en projeksjonskonstruksjon som tillater plas-sering av transparenten på en plan åpning for projeksering av et bilde hovedsakelig uten forstyrrelse på en skjerm som befinner seg parallelt med eller under rett vinkel i forhold til avsatsen, og med det projekserte bilde forskjøvet i forhold til avsatsen.

Et projeksjonsapparat omfattende en lyskilde, et projeksjonshode og en åpning for et objekt, hvis bilde skal projekseres, samtidig som åpningen befinner seg i strålebanen mellom lyskilden og projeksjonshodet, er hovedsakelig fremtredende ved at et ellipseformet speil er plassert i strålebanen mellom lyskilden og projeksjons-avsats-åpningen, ved at et eller et første fokalpunkt for ellepsoide-speilet hovedsakelig faller sammen med lyskilden og ved at det annet eller et andre fokalpunkt for speil-

et hovedsakelig faller sammen med projeksjonshodet, og erkarakterisert vedat projeksjonshodet er plassert i et plan som befinner seg vinkelrett i forhold til åpningen og parallelt i forhold til tangenten for omkretsen av åpningen, og ved at avstanden L mellom nevnte plan og nevnte tangent er hovedsakelig bestemt ved forholdet

vor T = "høyden" av åpningen.

Overflaten av åpningen kan være orientert hovedsakelig horisontalt, idet projeksjonshodet er plassert på et nivå over åpningen, samtidig som hodet er utstyrt ved hjelp av i og for seg kjente organer for avbøyning av lyset til en hovedsakelig horisontal retning. Projeksjonshodet er fordelaktig plassert i et plan som utgjør et normalplan i forhold til åpningsplanet, og omfatter den bakre og fremre kant av åpningen, sett hovedsakelig i den horisontale projeksjonsretning. Dersom projeksjonshodet da er plassert hovedsakelig i et plan som utgjør et normalplan i forhold til åpningsflaten og faller sammen med den fremre kant av åpningen, bør avbøyningsorganet være et speil, fordi projeksjonsapparatet da fungerer som en ekte (overhead" prosjektor, og slik at den som betjener apparatet, kan plassere en transparent med den riktige side opp på apparatoverflaten, mens operatøren står vendt mot tilskuerne, samtidig som bildet da blir projeksert den riktige vei rundt for tilskuerne på en skjerm bak operatør-en. Lyskilden kan da være plassert i nærheten av en bakre kant av åpningen, slik at varmen fra lyskilden ikke utgjør noe ubehag for operatøren, og slik at dimensjonen på ellipsoide-speilet i en retning normalt på åpningsplanet blir redusert til et minimum. Det skal også forstås at lyset kan avbøyes i den annen retning ved hjelp av et avbøyningsorgan i form et Amici-prisme eller et hvilket som helst annen avbøyende, billedinverterende organ.

Spesielt når projeksjonsapparatet innbefatter avbøynings-organer og projeksjons-avsats-åpningsoverflaten er orientert i hovedsakelig horisontal retning, vil apparatet kunne innrettes for montering i nærheten av himlingen i et rom, med åpningsflaten hovedsakelig parallelt med himlingsflaten, samtidig som projekseringshodet da befinner seg på et nivå like under åpningsflaten. Det er da mulig å innrette seg slik at den øvre begrensning av det projekserte lys befinner seg i nærheten av himlingsflaten. Projeksjons-avsats-åpningen kan innbefatte en billeddan-nende fremviserskjerm med flytende krystaller (LCD), slik at apparatet utfører funksjonen som en televisjonsprosjekt-or.

Det turde imidlertid være innlysende at en slik televisjons-prosjektor utmerket godt kan være tildannet uten avbøy-ningsorganer og med en vertikal projeksjons-avsats-åpning. Åpningen kan fordelaktig innbefatte en plate av et materiale som har en lystransmisjon hovedsakelig tilpasset in-tensiteten av fordelingen av projeksjonslyset som faller inn på åpningen, slik at det lys som passerer platen, har en vesentlig jevn intensitet.

Hittil er oppfinnelsen blitt omtalt i forbindelse med bruken av et eneste ellipsoide-speil, som er plassert slik at det utgående lys hovedsakelig dekker hele projeksjons-avsats-åpningen for apparatet. Det skal imidlertid for-

stås at istedenfor bruken av et eneste ellipsoide-speil, kan en flerhet av mindre ellipsoide-speil-elementer plas-seres i nærheten av hverandre, slik at de har sine første fokalpunkter plassert hovedsakelig i projeksjonshodet, samtidig som de andre fokalpunkter har en tilhørende lyskilde. Det turde da være forståelig at en lyskilde kan hovedsakelig befinne seg ved det felles fokalpunkt for flere mindre ellipsoide-speil-elementer. Det skal også forstås at et slikt sammensatt speil omfattende i det minste to ellipsoide-speil-elementer, kan tillegges en betydelig mindre "høyde", dvs. en dimensjon vinkelrett på åpningen. Det skal videre forstås at et projeksjonsapparat i henhold til den foreliggende oppfinnelse på

enkel måte kan innrettes for projeksjon med meget høy lysintensitet. Eventuelt, som omtalt tidligere, kan projeksjonsapparatet også bli brukt som en komponent i et televisjons-projeksjonsapparat med meget høy lysstyr-ke. I et slikt tilfelle kan lyskilden etter valg være slik at fargen kan varieres. En fremgangsmåte for å

skaffe en slik lyskilde, er å forbinde lysemitterende dioder (LED'er) av forskjellige farger ved hjelp av optiske fibre, fortrinnsvis forholdsvis tykke plastfibre. Opplysningen kan da reguleres dynamisk til det aktuelle fargeinnhold for bildet, for derved å oppnå en forøk-

else med hensyn til fargespektrum.

Oppfinnelsen vil nå bli omtalt i det følgende i form av et eksempel og med henvisning til de vedføyde tegningsfigurer. Figur 1 viser skjematisk et projeksjonsapparat i henhold til foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser skjematisk et alternativt projeksjonsapparat 1 henhold til oppfinnelsen. Figur 3 viser et projeksjonshode hvor lysavbøyende organer utgjøres av et rettvinklet prisme. Figur 4 anskueliggjør en lyskilde for projeksjonsapparatet. Figurene 5 og 6 anskueliggjør ytterligere utførelsesform-er for projeksjonsapparatet i henhold til oppfinnelsen.

På figur 1 er der vist en lyskilde 1 med en lamperefektor

2 og et infra-rød (IR) filter 3. Et ellipsoide-speil 4 er plassert under en projeksjons-avsats-åpning 5. Et lys-avbøyende speil 6 og et objektiv 7 er plassert over åpningen 5 for projeksering av bildet på den vertikale bil-ledskjerm 8. Avstanden mellom den horisontale åpning 5

og projeksjonshodet 6, 7 er betegnet med H. Projeksjonshodet er plassert i et vertikalplan som inneholder front-kanten av åpningen. Lyskilden 1 er plassert ved en horisontal avstand A foran åpningens fremre kant. Den vertikale avstand fra åpningsplanet ned til lyskilden er betegnet med H. Avstanden mellom projeksjonshodet 6, 7 og skjermen 8 er betegnet med S. "Høyden" eller den horisontale utstrekning av åpningen 5 er betegnet med T.

Lys som strekker seg fra lyskilden 1 til ellipsoide-speilet 4 er betegnet med 11, mens det som går fra ellipsoide-speilet 4 til projeksjonshodet 6, 7 er betegnet med 12, og mens det som går fra projeksjonshodet til skjermen er betegnet med 13. Selekteringen av verdien av parameteren H kan hovedsakelig bestemmes for enkle objektiver ved den forstørrelse man ønsker fra åpningen 5 til skjermen 8 for en gitt verdi av parameteren S, og i slike tilfeller er uttrykket H = S/m hovedsakelig aksep-terbar, hvor m = forstørrelse. Når avbøyningen blir ut-ført ved hjelp av et speil, må H selvsagt være større enn T. Imidlertid, slik det fremgår av figur 3, kan speilet erstattes med en reflekterende overflate 6 i et prisme 9, idet en form for objektivet da kan omfatte en del 7a, plassert foran, og en del 7b plassert etter prismet 9, slik at H kan være mindre enn T, samtidig som den totale indre refleksjon av prismen 9 ved 6 da blir eksempelvis benyttet. I tillegg er det mulig å variere fokallengden av objektivet, f.eks. ved variasjon av avstanden mellom de optiske elementer innbefattet i objektivet, for således å muliggjøre fokusering for forskjellige avstander S. En innstillingsfunksjon kan også være innlemmet i objektivet, idet det da blir mulig å variere størrelsen av bildet på skjermen for en konstant avstand S. Det er mulig å tillate at IR-filteret 3, speilet 4 og projeksjons-avsats-åpningen 5 danner veggene i en lukket boks, slik at man derved unngår tilsmussing av speilet 4, så-vel som innsidene av IR-filteret 3 og åpningen 5. Der kan anordnes en vifte i forbindelse med lyskilden 1.

Den utførelsesform for projeksjonsapparat som er vist på figur 2, svarer til den i henhold til figur 1, med det unntak at plasseringen av lyskilden 1 og realiseringen av avbøyningsorganet 6. Ved figur 2 utgjøres således avbøyningsorganet 6 av et Amici-prisme som er orientert for avbøyning av lyset i den annen retning i forhold til figur 1. Videre er lyskilden 1 plassert ved kanten av den åpningsflate 5 som vender bort fra kanten hvor objektivet 7 er plassert. Dersom prosjektoren i henhold til figur 2 skal benyttes for projeksjon av store transparenter, må operatøren plassere bildet opp-ned, dersom man ønsker å sitte med ansiktet mot publikum. Imidlertid, dersom prosjektoren bare skal benyttes generelt som en prosjektor, dvs. uten at der tas hensyn til operatør-ens komfort, dvs. dersom billedmaterialet utgjøres av en LCD-skjerm ved åpningen 5, trenger man ikke ta slike

forholdsregler.

På figurene 1 og 2 er prosjektoren anskueliggjort hovedsakelig som en "overhead"-prosjektor med en horisontal pro-jeks jons-avsats-åpning 5, dvs. ved nivået for et bord eller lignende, samtidig som billedskjermen 8 er plassert over åpningen 5. Imidlertid skal det understrekes at prosjektoren fordelaktig kan være himlings-montert med den ene kantoverflate 5f av åpningen anordnet hovedsakelig horisontal og med objektivet 7 ved et nivå under åpningen 5, slik at den øvre grense av det avbøyde lys kan innrettes parallelt i forhold til en horisontal himlings-flate. En slik himlingsmontert prosjektor i henhold til oppfinnelsen er spesielt gunstig i undervisningsrom eller klasserom i skoler eller lignende.

Realiseringen av en lyskilde som varierer med hensyn til farge, er anskueliggjort på figur 4. Denne utførelses-form innbefatter n primære lyskilder, f.eks. LED'er i fargene blå, grønn og rød (dl-dn), som er forbundet i grupper via n optiske fibre (61-6n) i m multiport-koblere (cl-cm) i de m optiske fibre (51-5m), som på sin side er forbundet i grupper i de 1 multiport-koblere (bl-bl) i de 1 optiske fibre (41-41) som alle er forbundet samråen via al til den optiske fiber 3, som er avsluttet ved hjelp av lysåpningen 21, for således å etablere denne lysåpning til å utgjøre lyskilden 1 på figurene 1 og 2.

Så langt i beskrivelsen er projeksjonsapparatet illustrert til å inneholde et eneste ellipsoide-speil 4,

som er innrettet til å belyse hele projeksjons-avstands-åpningen 5. Imidlertid skal det forstås at dette ellipsoide-speil 4 kan erstattes av to eller flere ellipsoide-speil som er anordnet kant mot kant, og slik at hvert speil har et første fokalpunkt som er felles med det for det annet speil, og har sitt annet fokalpunkt ved en lyskilde. På denne måte er det selvsagt mulig å kombinere

denne flerhet av ellipsoide-speil, slik at de krever mindre plass enn ett eneste ellipsoide-speil i henhold til figurene 1 og 2.

På figur 5 er der anskueliggjort et projeksjonsapparat svarende til det på figur 1, med det unntak at det ikke omfatter noe avbøyningsorgan, samtidig som objektivet her er plassert hovedsakelig i et plan normalt i forhold til åpningsplanet, og inneholdende en kantoverflate av åpningen.

Åpningen 5 er normalt hovedsakelig rektangulær, og kant-ene er hovedsakelig rettlinjede.

Lyskilden 1 kan anordnes på et valgfritt sted så lenge som et første fokalpunkt av speilet 4 befinner seg i projeksjonshodet, og lyset passerer bare en gang gjennom åpningen. Plasseringen av lyskildene som fremgår av figurene 1 og 2, vil være å foretrekke. De arrangementer som er vist på figurene 1, 2 og 5 kan være symmetriske i forhold til tegningsplanet. Prosjektoren kan være himlingsmontert, slik at alle omkretsarealene for lyset 13 som befinner seg hovedsakelig vinkelrett i forhold til skjermen 8, vender oppover. En fordel med foreliggende oppfinnelse er at grensearealet for lyset 13 kan anordnes hovedsakelig under rette vinkler i forhold til skjermen 8. Når apparatet er plassert på et bord eller lignende, vil grenseflaten for lyset 13 kunne arrangeres horisontalt og vendende nedover.

Når apparatet er plassert i den overliggende posisjon, det vil si mot en himling, vil grenseflaten for lyset 13 kunne vende oppover og være plassert i nærheten av og parallelt med himlingsflaten.

Posisjoneringen av projeksjonshodet like over avgrensningen for projeksjons-avsats-åpningen tilsier store krav på projeksjonslinsene. Det er mulig å møte disse krav ved bruk av ikke-sfæriske optikker og/eller ved bruk av lyskilder med små opplysninger. Imidlertid er det i visse tilfeller ikke nødvendig å posisjonere projeksjonshodet like over avgrensningen for åpningen, men den kan være posisjonert et eller annet sted mellom like over avgrensningen og like over et punkt like mellom avgrensningen og åpningens midtpunkt. Dette er spesielt til-fellet for projeksjon av bilder (f.eks. TV-bilder på en LCDfremviser) uten avbøyningsorganer. På figur 6 er der illustrert et apparat hvor der er gjort et slikt kom-promiss, noe som gjør det lettere å konstruere projeksjonslinsene uten tap av besiktigelses-fordeler.

Apparatet på figur 6 har en form i likhet med den på figur 2, med det unntak at der ikke foreligger noe avbøy-ningsorgan, og at projeksjonslinsen 7 er plassert i et plan som er vinkelrett i forhold til projeksjons-avsats-åpningen 5 ved en avstand L fra den nedre begrensning 5d for projeksjons-avsats-åpningen. Lysstrålene ri, r3 blir reflektert mot ellipsoide-speilet 4 inn i henholdsvis strålene sl, s2 og s3. Strålen sl trenger inn i åpningen 5 med dennes øvre avgrensning 5u, s2 ved åpningens midtpunkt og s3 ved åpningens nedre begrensning 5d. Strålene sl, s2 og s3 blir på en difus måte reflektert mot skjermen 8, f.eks. inn i strålene henholdsvis ti, t2 og t3, som treffer en besiktigers øye 9 plassert tilnærmet ved den samme høyde som senteret 8m for skjermen 8. Avstanden L er hovedsakelig slik at

hvor T = "høyden" av projeksjons-avsats-åpningen 5.

Det projeksjonsprinsipp som er anskueliggjort på figur 6, tillater beskuelse av bildet fra den samme retning hvorfra det er blitt opptegnet, noe som er av stor viktighet ikke minst for tre-dimensjonale bilder.

De ovenfor omtalte projekseringsapparater kan generelt om-tales som å være formet slik at projeksjonshodet 7 er plassert hovedsakelig i et plan som er vinkelrett i forhold til den plane projeksjons-avsats-åpning 5, og parallell med tangenten til omkretsen av åpningen. Med hensyn til avstanden L mellom nevnte plan og nevnte tangent, vil relasjonen (1) være aktuell.

Ved det foreliggende apparat foreligger der en iboende fordel i og med at det lys som reflekteres av speilet, med kanten på avstand fra lampen, har et stort dybdefelt.

Ved europeiske modeller av apparatet er forholdet H/T 350/ 285 mm, mens ved USA-modeller er H/T lik 350/250.

IR-filteret er fordelaktig avbøyet, slik at midtpunktet

for kurven faller sammen med filamentet for lampen 1. Derved vil den reflekterte IR-energi oppvarme filamentet

og således redusere behovet for elektrisk kraft til lampen 1.

Dessuten vil filamentet ved mange lamper 1 være flatt. Når lampen er plassert nær den ene kant av speilet, og det optiske hode er plassert over den motsatte kant av speilet, så vil normalen i forhold til den flate hovedfilament-overflate kunne generelt være rettet mot den motsatte speilkant. Spesielt vil et plan som omfatter filamentho-vedoverflaten kunne skjære speilet ved dettes midtområde, dvs. i det speilområde som opplyser midtpartiet av åpningen eller avsatsen.

Ved en spesiell utførelsesform vil nevnte normal danne

en vinkel på 16° over en linje som strekker seg mellom lampen og den annen speilkant (når den optiske linse befinner seg over denne kant), dvs. filamentoverflaten danner en vinkel på 106° i forhold til nevnte linje, eller heller et plan som omfatter nevnte linje, og som er parallelt med avsatsen. Imidlertid skal det forstås at nevnte vinkel kan varieres, f.eks. +/- 30° fra 106°, så lenge som den nevnte virkning blir oppnådd, dvs. at nevnte opp-lysning av åpningen blir utjevnet.

Fordelaktig kan reflektoren utgjøres av en såkalt kaldlys-reflektor, dvs. en reflektor som tillater overføring, til en viss grad, av IR-bølgelengder fra lampen 1.

Claims (8)

1. Projeksjonsapparat som innbefatter et projeksjonshode og en projeksjons-avsats-åpning for et objekt, hvis bilde skal projekseres, idet åpningen er plassert i strålebanen mellom en flerhet av lyskilder og projeksjonshodet, samtidig som en flerhet av ellipsoideformede speil (4) er plassert i strålebanen mellom lyskildene (1) og åpningen (5), samtidig som fokalpunktet for hver ellipsoide (4) hovedsakelig faller sammen med en av lyskildene (1), samtidig som det annet fokalpunkt for hvert ellipsoide-speil (4) hovedsakelig faller sammen med projeksjonshodet (7), karakterisert ved at projeksjonshodet (7) er plassert i et plan som er ortogonalt i forhold til åpningen (5) og parallelt med tangenten til omkretsen av åpningen, og at avstanden L mellom nevnte plan og nevnte tangent er hovedsakelig bestemt ved forholdet

hvor T = "høyden" av åpningen.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at der foreligger bare ett ellipsoide-speil (4) og en lyskilde (1).

3. Apparat som angitt i et av kravene 1-2, karakterisert ved at overflaten av åpningen (5) er orientert hovedsakelig horisontalt, og at projeksjonshodet omfatter organer (6) for å avbøye det projekserte lys (13) i en hovedsakelig horisontal retning.

4. Apparat som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at overflaten av åpningen (5) er orientert hovedsakelig vertikalt i området for himlingen i et rom for projeksering mot en hovedsakelig vertikal skjerm, og at projeksjonshodet (7) befinner seg hovedsakelig på nivå med den laveste del av åpningen (5).

5. Aapparat som angitt i et av kravene 1- 3, karakterisert ved at overflaten av åpningen (5) er orientert hovedsakelig vertikalt i nærheten av gulvet i et rom for projeksering mot en hovedsakelig vertikal skjerm (8), og at projeksjonshodet (7) befinner seg hovedsakelig på nivå med den øvre del av åpningen (5).

6. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at projeksjonshodet (7) er plassert, i forhold til projeksjonsretningen, ved siden av den frem-ste avgrensning (5f) av åpningen (5), og at avbøynings-organet (6) utgjøres av et speil, f.eks. et rettvinklet prisme.

7. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at projeksjonshodet (7) er plassert, i projeksjonsretningen, ved siden av den bakre avgrensning (5b) av apparatet (5) og at avbøyningsorganet (6) innbefatter et billed-inverterende organ, f.eks. en Amici-prisme.

8. Apparat som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at projeksjons-avsats-åpningen (5) innbefatter et ark- eller platemateriale hvis lystransmisjon blir hovedsakelig justert i forhold til fordelingen av lys fra lyskilden innenfor det synlige spek-trum, for derved å fremskaffe en utjevning av lysintensi-teten .