SI9300670A - Overhead projector with catadioptric fresnel lens - Google Patents

Description

Delovni projektor s katadioptrično Fresnelovo lečo

Ozadje izuma

1. Področje izuma

Izum se v splošnem nanaša na optične leče in projekcijske sisteme, podrobneje na akromatično, katadioptrično lečo, ki je lahko uporabljena v nizko profilnih delovnih projektojih.

2. Opis znanega stanja tehnike

Presevni delovni projektorji (PDP-ji) so kot taki znani in v osnovi obsegajo ohišje, ki ima presevno položno polje, svetlobni vir v ohišju, projekcijsko glavo nameščeno nad presevnim poljem, in sistem zbiralne leče, lociran nad presevnim poljem za usmeijanje svetlobe proti projekcijski glavi. Zbiralno lečje je pogosto oblikovano v smislu Fresnelove leče ali kombinacije dvodelne Fresnelove leče, kot je opisano v ameriškem patentnem spisu št. 4,436.393, katerega prijavitelj je isti kot pri tem izumu, Minnesota Mining and Manufacturing Company (3 M).

Narejenih je bilo že več poizkusov za zmanjšanje teže ohišja PDP-ja, za prenosnost in zmanjšanje oviranja projekcijske slike med uporabo. Za dosego takega nizko profilnega ohišja so nekatere naprave sklopljive med shranjevanjem ali prenosom, nato se med uporabo odprejo. Tovrstne naprave so opisane npr. v ameriškem patentnem spisu št. 4,969.733 in nemški patentni prijavi št.3,519.506. Ti sklopljivi PDP-ji imajo različne pomanjkljivosti, kakor zahtevo po dodatnih delih, ki povečujejo zapletenost naprave in povečujejo njeno ceno; gibljivi deli lahko tudi neugodno povzročijo zamudno razporejanje optičnih elementov. Končno, te naprave niso med uporabo nižje v primerjavi z navadnimi napravami.

Nadaljnji poizkusi so bili napravljeni za znižanje višine ohišja PDP-jev, ne da bi bilo potrebno sklopiti ohišje in optične elemente. Na primer, ameriški pat. spis št. 4,741.613 (prijavitelj 3 M) uporablja sistem tridelne refrakcijske Fresnelove leče, da dopusti točko svetlobnega vira čisto blizu presevnega polja. Več vidikov tega izuma je, ki naj bi bili izboljšani. Žarnica je še vedno postavljena neposredno pod presevno polje in tako blizu, da je urejanje toplote na presevnem polju pomemben problem. Zahteva po treh Fresnelovih lečah nujno povečuje ceno. Ta sistem končno tudi ni ustrezno nadomestilo za zmanjšano osvetlitev blizu obrobja presevnega polja.

PDP-ji, opisani v dveh ameriških patentnih spisih št. 4,118.761 in 4,952.053, uporabljajo lomljene optične poti za zagotovitev bolj kompaktnega ohišja. V patentu 4,118.761 je svetlobni vir tudi izven osi, kar pomeni, da ta lega svetlobenga vira ne sovpada s središčem presevnega polja, to je, da je ta lega odmaknjena od pravokotnice na središče presevnega polja. Ta naprava zahteva celovit optični sistem, ki vsebuje parabolično zrcalo za zagotovitev osno vzporedne svetlobe, dva ravninsko ožlebljena reflektoija in sklop zbiralne leče, ter lahko povzroči rahlo osenčene robove, ki so najbolj oddaljeni od svetlobnega vira. V patentu 4,952.053 so temni robovi onemogočeni z zagotovitvijo dveh svetlobnih virov. Zasukljive in usločene zrcalne ožlebljene prizme so tudi bolj zahtevne za izdelavo kot ploski zgoščevalniki. Končno, lomljene optične poti lahko ustvaijajo probleme pri polnih formatih presevnih polj, kot n.pr. pri evropskem formatu (A4), kajti tako izrazito gosti lomi, kot so nujni za dosego nizkega profila, lahko povzročijo, da svetlobni vir sam interferira z lomljeno svetlobno potjo.

Potrebno je omeniti, da je v vsakem teh znanih PDP-ev dejanska ali razpoložljiva lega svetlobnega vira (tudi če je zunaj osi) še vedno nameščena pod presevnim poljem, to je, daje znotraj prostora, ki ga določa zbiralno lečje.

PDP po pričujočem izumu presega nekatere izmed gornjih omejitev z uporabo nove katadioptrične leče. Medtem ko je uporaba kakršnekoli katadioptrične leče v PDP-ju nova, so katadioptrične leče znane na drugih področjih. Pojem katadioptričen se nanaša na lečo, ki uporablja tako odboj kot lom za preusmeritev ali uklon svetlobnih valov. Glej n.pr. ameriške patentne spise št. 2,003.804, 4,859.043 in 5,097.395. Kot je opisano v teh patentnih spisih, so katadioptrične leče koristne pri osno vzporedni svetlobi, podobno kot Fresnelove leče. V ameriškem patentnem spisu št. 5,150.966 je katadioptrična leča uporabljena za nastavitev razporeditve svetlobne jakosti z odmaknjeno svetlobo. Glej tudi ameriški patentni spis št. 4,755.921, ki opisuje enovito katadioptrično lečo za povečanje učinkovitosti pri velikih vstopnih kotih, s čimer zagotavlja hitro lečo (nizko f-število), ki je primemo za kompaktne optične naprave. Namestitev žarnice pod lečo pa povzroči probleme urejanja toplote pri takem načrtovanju, zlasti pri žarnicah z visoko močjo.

Problem pri čistih refrakcijskih lečah in katadioptričnih Fresnelovih lečah je barvno popačenje, ki ga povzroči razpršitev barv, ki potujejo skozi lečo. Razpršitev povzročajo optične lastnosti materiala za leče, t.j., njegov lomni količnik se spreminja z valovno dolžino svetlobe, ki potuje skozenj. Ta pojav je delno poslabšan pri trodelnem refrakcijskem, zbiralnem lečju, kot je prikazano v patentu 4,741.613, pri katerem so uporabljene različne tehnike za zmanjšanje tega pojava. N.pr., omejeno število svetlobnih dolžin je lahko popravljeno s posebno kombinacijo pozitivnih in negativnih steklenih lečastih elementov z različno razpršitvijo. Poizkušali so tudi že zmanjšati barvno popačenje v enovitih lečah z zagotovitvijo nezveznih osno simetričnih površin ali z uporabo asferičnih površin. Lomno popačenje se lahko pojavi pri leči, vključno pri Fresnelovi leči, kot je opisano v ameriškem patentnem spisu št. 5,161.057. Glej tudi ameriški patentni spis št. 4,337.759, ki opisuje ukrivljeno osnovno katadioptrično Fresnelovo lečo z nadzorovano količino barvne razpršenosti za uporabo kot sončni zbiralnik. Mnogo predhodnih tehnik zmanjšuje razpršitev samo izbranih valovnih dolžin v nasprotju s celotnim (vidnim) spektrom. Večina tehnik ( vključno patent 4,337.759) tudi zahteva snovi, ki imajo specifične lomne lastnosti za dosego specifične goriščne razdalje z barvnim popravkom.

V luči predhodnega bi bilo zaželeno in inovativno načrtovati katadioptrično lečo, ki bi bila uporabljiva v nizko profilnem PDP-ju. Leča naj bi bila prednostno akromatična in izdelana iz nekega števila svetlobo prevodnih materialov, ki imajo široko območje lomnega količnika, ter naj učinkovito osredotoči svetlobo na projekcijsko lečo PDP-ja. Zbiralni sistem naj prednostno odpravi uporabo mikro preciznih lomnih žlebov in naj na splošno zmanjša število optičnih elementov (kot so ožlebljena zrcala), vključno število elementov v zbiralni leči, vendar naj bo še vedno združljiv z lomljeno optično potjo.

Povzetek izuma

Pričujoči izum se nanaša na nizko profilni delovni projektor, ki v osnovi vsebuje ohišje z delovnim poljem, projekcijsko glavo, nameščeno na ohišju na strani presevnega polja, svetlobni vir v bližini in pod presevnim poljem, usmeijen proti enostavnemu zrcalu, ter zbiralno lečje, ki vsebuje katadioptrični Fresnelov element in običajno refrakcijsko Fresnelovo lečo. Svetlobni vir je izven osi in katadioptrična leča je izsrediščena, da učinkuje kot hitra leča, ki učinkovito prevaja svetlobo z velikimi vpadnimi koti na oddaljenem robu leče. Položaj svetlobnega vira ob strani presevnega polja olajšuje hlajenje luči in odpravlja uporabo kakršnekoli čiste refrakcije, ki hi povzročila barvno popačenje.

Katadioptrična leča lahko vsebuje novo površinsko strukturo, ki jo naredi akromatično pri vseh vidnih barvah, pri čemer je barvna korekcija neodvisna od uporabljenega materiala. Dvojna katadioptrična izvedba je tudi predvidena za izboljšano učinkovitost pri majhnih vpadnih kotih.

Kratek opis risb

Nove značilnosti in namen izuma so podane v priloženih patentnih zahtevkih. Izum sam bo najbolje razumeti z ozirom na priložene risbe, v katerih kaže:

sl. 1 perspektivni pogled ene izvedbe presevnega delovnega projektorja po izumu; sl. 2 stranski pogled delovnega projektoma po pričujočem izumu in shematsko označujoč njegove optične dele;

sl. 3 pogled od spodaj izvedbenega primera katadioptrične leče, uporabljene v pričujočem izumu, predstavljajoč izsrediščno usmerjenost njenih krožnih žlebov, sl. 4 prečni presek detajla ene izvedbe zbiralnega lečja pričujočega izuma, ki ima ločene katadioptrične in refrakcijske Fresnelove lečne elemente;

sl. 5 prečni presek detajla akromatične izvedbe katadioptrične leče pričujočega izuma;

sl. 6 diagram, ki kaže vrednosti kotov žlebov za akromatično katadioptrično lečo, ter kromatično katadioptrično lečo, ki ima optimalno osno vzporedno svetlobno prevodnost;

sl.7 prečni presek detajla ene izvedbe zbiralnega lečja pričujočega izuma, pri katerem sta katadioptrična in refrakcijska Fresnelova površina združeni na istem elementu;

sl. 8 stranski pogled druge izvedbe delovnega projektorja po izumu, ki ima vgrajen ploščati prikazovalnik na tekoče kristale; in sl. 9 prečni presek detajla druge katadioptrične leče, izvedene v skladu s tem izumom.

Opis prednostne izvedbe

Z ozirom na slike in še posebej na sl.l je opisana izvedba presevnega delovnega projektorja (PDP) 10 po izumu. PDP 10 v splošnem sestoji iz ohišja 12, ki ima presevno polje 14 in običajno projekcijsko glavo 16, kije nameščena na ohišju 12 na ročici 18. Ohišje 12 je lahko izdelano iz kakršnegakoli materiala, zlasti polimera, n.pr. zmesi polikarbonata in akrilonitril butadien stirena (ABS). Ohišje 12 vsebuje mnogo standardnih delov (ki niso vsi prikazani), vključujoč svetlobni vir, ventilator za hlajenje svetlobnega vira, močnostni napajalnik za svetlobni vir in motor, ročno stikalo za napajalnik in električno vrvico za povezavo na zunanji energetski vir. Projekcijska glava 16 vsebuje pregibno zrcalo 20 in večdelne projekcijske leče 22, prednostno tipa s spreminjajočim goriščem, pri čemer imajo spremembo goriščne razdalje za nadzor gorišča in velikosti zaslona. Ohišje 12 ima nizek profil, ki izboljšuje prenosnost PDP-ja 10; nadaljnje značilnosti za izboljšavo prenosnosti so prenosni ročaj 24 (ki je lahko na eni ali drugi strani ohišja 12 ) in zaskočka 26, ki dovoljuje zasuk ročice 18 navzdol. Pripomoček (ni prikazan) je lahko predviden za sprostljivo fiksiranje ročice 18 v tej kompaktni shranjevalno prenosni legi. Razne druge običajne lastnosti je možno predvideti po izbiri glede na zastavljene namene.

Z nadaljnjim ozirom na sl. 2 lahko smatramo, da rabi PDP 10 lomljeno optično pot z uporabo enostavnega ploskega zrcala 28, ki odbija svetlobo od žarnice 30 do Fresnelovega lečja 32 na presevnem polju 14. V podrobnosti vsebuje prikazana izvedba katadioptrično Fresnelov lečni element 34, ki vsebuje mnogo prism ali žlebov 36, in dioptrični ali redakcijski Fresnelov lečni element 38, ki vsebuje mnogo žlebov 40. V tej uporabi služi katadioptrična leča 34 za osno vzporednost svetlobe pred fokusiranjem lete z redakcijsko lečo 38. Prosevno polje 14 lahko tudi vsebuje tudi pisalno ploščo 42, prednostno kemijsko ojačano (odporno proti lomu) stekleno plast nad Fresnelovo lečo 38.

Strokovnjaki iz tega področja bodo cenili, da so žlebovi 36 in 40 lahko ravni (vzporedni), če je svetloba iz žarnice osno vzporedna pred vstopom v zbiralno lečje 32; v prednostni izvedbi pa so žlebovi 36 in 40 krožni (ali polkrožni). Interferenčni vzorci, ki so povzročeni s prepletanjem žlebov 36 in 4o so lahko zmanjšani z ločitvijo elementov in izborom razmeija širin žlebov zgornjih in spodnjih elementov (glej ameriški patentni spis št. 4,900.129).Kot je razvidno na sl.2 je krožno središče 44 Fresnelove leče 38 prednostno (toda ne nujno) nameščeno znotraj robov presevnega polja 14, prednostno sovpadajoč z geometrijskem središčem presevnega polja. V nasprotju leži dejansko središče 45 katadioptrične leče 34 izven presevnega polja 14 , kot je vidno na sl. 3, t.j., daje katadioptrična leča 34 izsrediščna ali izven osi. Dejansko središče katadioptrične leče 34 je prednostno postavljeno tako, da je dejanska lega žarnice 30 v gorišču katadioptričnega lečnega elementa. Vrednost izsrediščnosti katadioptrične leče 34 je izbrana tako, da doprinese k prednosti povečanega prenosa katadioptrične leče pri manjših vpadnih kotih, ko je svetlobni vir najbolj oddaljen od leče 34. Svetlobna prevodnost skozi katadioptrično lečo 34 narašča z razdaljo od njenega dejanskega središča in znaša 90% za vpadne kote med 45° in 70°, kar predstavlja pomembno izboljšavo znanih refrakcijskih elementov. To stremi k izravnavi jakosti osno vzporedne svetlobe, ki vstopa v zgornjo Fresnelovo lečo 38 in celo iz osvetlitve bolj enotno po vsem presevnem polju 14.

Sedaj je z ozirom na sl. 4 lahko razumeti lastnosti katadioptrične leče s preiskavo žarka 48, ki teče od žarnice 30 in pade na lečo 34. Žarek 48 vstopi v katadioptrično lečo 34 skozi ploskev 50 rebra 36 in se lomi na tej ploskvi. Nato je podvržen popolnemu notranjemu odboju na ploskev 52, tako, da je preusmrjeni žarek 48', ki izstopa iz ploskve 54, ter je vsporeden z drugimi svetlobnimi žarki, ki izhajajo iz ploskve 54. Ta osno vzporedna svetloba je potem lomljena z dioptrično Fresnelovo lečo 38 na ploskvah 56 in 58 proti leči 22. Uporaba take katadioptrične leče 34 z refrakcijsko lečo dovoljuje uporabo izvenosnega svetlobnega vira pri mnogo večjih vpadnih kotih v primeijavi z znanimi tovrstnimi napravami. To dovoljuje presevnim delovnim projektoijem, da imajo zelo nizek profil, ker je žarnica lahko postavljena blizu, vendar zunaj presevnega polja 14, ne podeljujoč bistvene dodatne višine za odboj svetlobe od vodoravnega zrcala 28. Večina žarnic v sklopljivih optičnih sistemih je tik ob presevnem polju, t.j. zunaj prostora, ki je določen s pravokotno projekcijo presevnega polja 14, njihova navidezna lega (zrcalna slika) se še vedno pojavi pod središčem presevnega polja; v PDP 10 pa temu ni tako. Navidezna lega žarnice 30 je izven tega prostora in tako navidezna lega ni samo izven osi ampak tudi izven presevnega polja. Ta lega žarnice 30 dopolnjuje izvensrediščnost reber 36 leče 34 iz presevnega polja. Nadalje je nizka višina ohišja dosežena brez sklopljivosti ohišja 12, čeprav bi bilo možno nadalje zmanjšati višino z zagotovitvijo skopljivega ohišja in spremljajočih optičnih sklopov. PDP 10 je na ta način trden in zelo prenosen.

Na sl. 4 deluje katadioptrična leča 34 konvergentno, t.j. kot pozitivna leča. Le-ta je lahko nadalje izdelana popolnoma akromatično, kot je prikazano na sl. 5. Nova katadioptrična leča 46 s sl. 5 je lahko uporabljena v PDP 10 ali pri drugih optičnih sistemih. Kot pri znanih katadioptričnih lečah ima leča 46 mnogo žlebov, ki določajo prizme 47 z na splošno trikotnim prečnim presekom. Leča 46 je nova v tem, da bistveno odpravlja barvno popačenost pri vseh (vidnih) valovnih dolžinah. To je doseženo z zagotovitvijo, da je kot ot med lomno in odbojno ploskvijo 51 in 53 enak kotu β med lomno ploskvijo 53 in izstopno ploskvijo 55. Da je vsak sklop žlebov po celotni leči akromatičen, morata biti izbrana a in β v skladu z vpadnim kotom. Še posebej morata ta dva kota ustrezati enačbi:

α = β = (π - + Φ2) / 2, kjer je φι kot med žarkom 48 in pravokotnico na ploskev 55, ter Φ2 je želeni lomni kot izstopnega žarka na ploskvi 55. Kota φ! in Φ2 sta lahko izračunljiva za vsako prizmo 47, ker je ψ[ funkcija lege žarnice 34 z ozirom na dano prizmo 47 in je Φ2 funkcija lege želenega gorišča (leče 22). Geometrija je lahko tudi izražena z izrazi kotov Fj in F₂ žleba, kjer je F| = φ} - φ₂ in F ₂ ⁼ ( π - Fj) / 2. Ta pogoj je izpolnjen tudi, če je kot Φ2 tudi vpadni kot žarka 48 na ploskvi 51, ter je lomni kot na ploski 51 vedno enak vpadnemu kotu na ploskvi 55 za vse vidne valovne dolžine; torej leča 34 ne ustvaija učinkovite razpršenosti.

Splošna lastnost katadioptričnih leč je v tem, da postanejo zelo neučinkovite, če se oba kota φ| in Φ2 približujeta vrednosti 0, t.j. zelo blizu (dejanskemu) središču leče; nasprotno pa so delno primerne za izvenosno vzporednost pri velikih vpadnih kotih. Medtem ko kaže sl. 5 nekaj teoretičnih premikov barvnih delov žarka 48, je ta učinek (močno pretiran zaradi jasnosti) neznaten in tudi tehnično ne ustvarja barvne popačenosti, ker vse valovne dolžine prevodnega žarka izstopajo iz leče 46 pod istim kotom,t.j. žariščne značilnosti leče 46 so neodvisne od valovne dolžine. Ta celovita neodvisnost valovne dolžine pomeni, da je lahko praktično uporabljen katerikoli svetlobo prevodni material za izdelavo leče brez spremembe njegovih žariščnih lastnosti; čeprav ni nujno, da je lomni količnik zadosti velik za zagotovitev popolnega notranjega odboja, je mnogo različnih materialov (ki predstavljajo široko področje lomnih količnikov), kijih lahko uporabljamo.

Akromatična katadioptrična leča 46 je lahko uporabljena v PDP -ju 10, čeprav je ta zasnova manj učinkovita kot tista z lečo 34. Za zagotovitev osno vzporedne svetlobe (žarek 48'), je kot Φ2 preprosto postavljen na 0; to ustreza posebnemu slučaju, ko ima svetloba pravokotni vpadni kot na vsaki ploskvi 51, popolnoma odpravljajoč lomne značilnosti leče 46. Pri uporabi katadioptrične leče pri PDP-ju ima skrajna vrednost svetlobne prevodnosti prednost pred akromatizacijo in je bilo izkustveno ugotovljeno, da zasnova s kromatično lečo zagotavlja večji učinek svetlobne prevodnosti. Sl. 6 kaže grafično prednostne kote žleba katadioptrične leče 34 za uporabo v PDP-ju. Krivulji A in B predstavljata vrednosti kotov Fj in F₂ žleba v akromatični leči; krivulji C in D predstavljata vrednosti kotov Ιή in F₂ žleba v prednostni kromatični leči 34, uporabljeni v PDP-ju 10.

Čeprav sta bili središčna Fresnelova leča 38 in izsrediščna katadioptrična leča 34 opisani kot ločena elementa, ju je možno zasnovati in izdelati kot eden, enovit element kot kaže sl. 7. V tej izvedbi je združena leča 60 oblikovana z vriskanjem žlebov Fresnelove leče v zgornjo ploskev 62 sloja 64 optične umetne snovi (termoplastične smole, kot je polimetilmetakrilat), ter so žlebovi katadioptrične leče istočasno vtisnjeni v spodnjo ploskev 66 sloja 64. Združena leča 60 je prednostna z ozirom na ločena elementa 34 in 38, ker izključuje dve vmesni ploskvi med zrakom in lečo, kar ima za posledico povečanje prevodnosti svetlobe za približno 8% skozi zbiralni sistem.

Naslednja uporaba za osno vzporedno svetlobno področje med katadioptričnimi in Fresnelovimi sestavi se nanaša na plošče prikazovalnikov z barvnimi tekočimi kristali (LCD). Mnoge take običajne plošče uporabljajo plastovito zasnovo, ki zahteva osno vzporedno svetlobo z namenom, da prepreči paralaksno popačenje barv. Kot je prikazano na sl. 8, je lahko zagotovljen preoblikovan PDP 68, ki vsebuje LCD ploščo 70, nameščeno med katadioptrični in refrakcijski Fresnelov element. Omeniti je treba, da lega žarnice 30 izza presevnega polja olajšuje hlajenje žarnice 30, ker je enostavneje nadzorovati sevalno in konvekcijsko toploto. To je še posebno pomembno pri izvedbah z LCD ploščo, ker so plošče često zelo občutljive na toploto.

Strokovnjaki na tem področju bodo cenili, da je lahko izvenosna in/ali akromatična katadioptrična leča po pričujočem izumu uporabljena v drugih optičnih sistemih z ali brez Fresnelove leče, ter nadalje, da je akromatična katadioptrična leča lahko izvedena tako, da deluje na divergenten način, t.j. kot negativna leča z ustreznim izborom kotov a in β. V tem oziru je s pričujočim izumom zamišljena zasnova z dvojno lečo, ki združuje konvergentno katadioptrično lečo z divergentno katadioptrično lečo. Kot je bilo že omenjeno, ima opisana konvergentna katadioptrična leča sorazmerno slabo učinkvitost pri nizkih vpadnih kotih, t.j. blizu krožnega središča reber 36. Ugotovljeno je bilo, da sta lahko konvergentna in divergentna leča združeni, kot je prikazano na sl. 9 Jv.,v₆„ dvojne leče, ki je učinkvita pri nizkih vpadnih kotih po vsem polju, (v tem slučaju na ploski strani leče 72). V tej izvedbi je divergentna katadioptrična leča 72 združena z konvergentno katadioptrično lečo 74, pri kateri sta priležni njuni sestavi žlebov ali prizem; prizme so razvrščene skupaj, t.j., da se vrhovi reber leče 72 stikajo z vrhovi reber leče 74. Koti žlebov so določeni s sledečimi enačbami:

Fi = <t>3 - Φ4,

F₂= (π- Fj )/2,

F₃= (π- F₄)/2,

F₄= Φι + Φ2 in Φ2 = Φ3·

Rezultat je leča, ki je popolnoma akromatična in visoko učinkovita pri vseh uklonskih kotih.

Pričujoči izum je nadalje izboljšan z zagotovitvijo določenih optičnih značilnosti. Z ozirom na sl. 2 vsebuje svetlobni vir povratni reflektor 76 in žamično zbiralno lečo 78. Žarnica 30 je lahko izsrediščena ali nagnjena glede na zbiralno lečo 78 z namenom, da izboljša izvenosno osvetlitev zbiralnega lečja 32. Nadalje je lahko pomožna cilindrična zbiralna leča 80 uporabljena v povezavi z normalno lečo. V izvenosnem svetlobnem sistemu je svetlobni žarek podaljšan ali eliptičen z namenom, da je svetloba lahko izgubljena v bližini daljših strani eliptičnega svetlobnega snopa ali nasprotno, osvetlitev bo temnejša v bližini krajših stranic snopa. Uporaba pomožne cilindrične leče 80 izravnava ta učinek z skrčenjem podolgovatega snopa v krožno obliko (eliptično stisnjeni svetlobni snop), kar ima za posledico bolj enakomerno razporeditev svetlobe. Ločeni cilindrična in krožna leča sta lahko združeni v eno lečo toroidnega tipa ali v nevrteninasto simetrično asferično lečo. Končno je v prikazani izvedbi projekcijska leča 22 nameščena neposredno nad središčem presevnega polja 14. Pričujoči izum je lahko preoblikovan s pomikom projekcijske glave 16 naprej kot je navedeno v ameriškem patentnem spisu št. 4,436.393 za zmanjšanje težiščnega učinka. To tudi zahteva pomik središča reber 40 naprej, pri čemer ostane projekcijska glava 16 neposredno nad optičnim središčem (osjo) Fresnelove leče 38.

Ker se lahko spreminajo značilne dimenzije in optične značilnosti PDP-ja 10 z ozirom na posamezno izvedbo, je smatrati pribižne vrednosti kot primer. Za PDP, ki ima format A4 (osvetlilno polje okrog 285 mm x 285 mm), je leča s spreminjajočim goriščem (ki spreminja goriščno razdaljo od 280 mm do 320 mm) nameščena 370 cm nad presevnim poljem 14. Središčna okrogla dioptična Fresnelova leča 38, katere goriščna razdalja znaša 37o nun, in izvenosna krožna katadioptrična leča 34, katere goriščna razdalja znaša.okoli 165 mm, sta postavljeni neposredno pod stekleno presevno polje. Razmik središč dioptrične in katadioptrične leče znaša okoli 229 mm. Vsaka leča je vtisn jena v 2 mm tenek sloj akrilne umetne snovi in ima gostoto žlebov med 2 in 16 žlebovi na milimeter. Razmerja gostote žlebov med zgornjim in spodnjim elementom so izbrana za zmanjšanje Moirejevega vzorčnega medsebojnega delovanja med dvema sestavama žlebov. Tipično razmeije gostote žlebov je 4,74 :1. Leči sta združeni in zatesnjeni po obodu z 1 do 2 mm razmikom med ravno ploskvijo 54. leče 34 in rebri 40 leče 38. Raven reflektor 28 je nameščen 100 mm pod steklenim slojem 42 vzporedno z lečama 34 in 38. Sklop svetlobnega vira, sestoječ iz planokonveksnega zgoščevalnika z goriščno razdaljo med 80 nun do 90 mm, svetilnostjo 400 W, 36 V žarnice tipa EVD in povratnega sferičnega reflektorja z dihroično hladno zrcalno prevleko, je postavljen nad zrcalom 28, da oblikuje navidezno sliko žarnice 30, kije 165 nun pod katadioptrično lečo 34. Dejanska višina ohišja tega primerka PDP-ja znaša okoli 100 nun do 115 nun, kar ustvari zelo prenosljivo napravo, zlasti ko je projekcijska glava zasukana navzdol.

Čeprav je bil izum opisan z ozirom na posamezne izvedbe, ta opis ni mišljen, daje bil sestavljen v omejevalnem smislu. Mnoga preoblikovanja pojasnjene izvedbe, kakor tudi drugačne izvedbe izuma bodo očitne strokovnjaku na tem področju na osnovi navedb iz opisa izuma. Zato se lahko smatra, da so take spremembe lahko narejene, ne da bi presegle zamisel in obseg pričujočega izuma, kot je opredeljen v priloženih patentnih zahtevkih.

Claims (20)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Delovni projektor, označen s tem, da vsebuje : ohišje s presevnim poljem;

   projekcijsko glavo, nameščeno na navedenem ohišju v bližini presevnega polja; svetlobni vir v ohišju;

   pripomoček za usmerjanje svetlobe od svetlobnega vira proti presevnemu polju; in lečja za zgoščevanje svetlobe od presevnega polja proti projekcijski glavi, pri čemer vključujejo zbiralna lečja v splošnem ravno katadioptrično lečo, nameščeno na ohišju v bližini presevnega polja.
2. 2. Delovni projektor po zahtevku 1, označen s tem, da ima katadioptrična leča mnogo koncentričnih krožnih reber, ki določajo dejansko središče,ki leži izven presevnega polja.
3. 3. Delovni projektor po zahtevku 1, označen s tem, da zbiralno lečje nadalje vsebuje Fresnelovo lečo v bližini katadioptrične leče, pri čemer ima katadioptrična leča narebričenje za dosego osno vzporednosti svetlobe, ki teče skoznjo, ter ima Fresnelova leča narebričenje za zgoščevanje osnovzporedne svetlobe.
4. 4. Delovni projektor po zahtevku 1, označen stem, da je katadioptrična leča akromatična.
5. 5. Delovni projektor po zahtevku 1, označen stem, da vsebuje usmerjevalni pripomoček v splošnem ravno zrcalo, nameščeno v ohišju, pri čemer je navedeno zrcalo običajno vsporedno z katadioptrično lečo.
6. 6. Delovni prijektor po zahtevku 5, označen s tem, da: ima presevno polje središče;

   proizvaja zrcalo navidezno lego svetlobnega vira; in sta svetlobni vir in zrcalo nameščena z ozirom na presevno polje, pri čemer je navidezna lega svetlobnega vira odmaknjena od pravokotnice, ki teče skozi središče presevnega polja.
7. 7. Delovni projektor po zahtevku 6, označen s tem, da vsebuje usmeijevalni pripomoček še pripomoček, ki je postavljen med svetlobni vir in zrcalo za eliptično zgoščevanje svetlobe iz svetlobega vira.
8. 8. Delovni projektor po zahtevku 7, označen s tem, da:

   vsebuje usmijevalni pripomoček zbiralno lečo v bližini svetlobnega vira; in ima pripomoček za eliptično zgoščevanje svetlobe pomožno cilindrično lečo, nameščeno med cilindrično lečo in zrcalom.
9. 9. Delovni projektor po zahtevku 7, označen s tem, da vsebuje pripomoček za eliptično zgoščevanje svetlobe toroidno lečo.
10. 10. Delovni projektor, označen s tem, da vsebuje: ohišje s presevnim poljem;

    projekcijsko glavo, nameščeno ob ohišju nad presevnim poljem; svetlobni vir v ohišju;

    lečje za zgoščevanje svetlobe od presevnega polja proti projekcijski glavi in; pripomoček za usmeijanje svetlobe od svetlobnega vira proti presevnemu polju, pri čemer usmeijevalnik vsebuje zrcalo, ki je nameščeno v ohišju in ki ustvarja navidezno lego svetlobnega vira, pri čemer sta svetlobni vir in zrcalo nameščena z ozirom na presevno polje tako, da se nahaja navidezna lega svetlobnega vira izven prostora, določenega s pravokotno projekcijo presevnega polja.
11. 11. Delovni projektor po zahtevku 10, označen s tem, da: vsebuje zbiralno lečje v splošnem ravno katadioptrično lečo; in je zrcalo v splošnem ravno, ter vzporedno s katadioptrično lečo.
12. 12. Delovni projektor po zahtevku 11, označen s tem, da ima katadioptrična leča mnogo koncentričnih krožnih reber, ki določajo dejansko središče, ki leži zunaj presevnega polja.
13. 13. Delovni projektor po zahtevku 12, označen s tem, da je svetlobni vir postavljen na pravokotnici, ki gre skozi dejansko središče katadioptrične leče.
14. 14 Delovni projektor po zahtevku 12, označen s tem, da ima katadioptrična leča gorišče in je navidezna lega svetlobnega vira približno nameščeba v tem gorišču.
15. 15. Akromatična, katadioptrična leča za preusmeritev svetlobe iz svetlobnega vira, označena s em, da vsebuje:

    običajno ravno podlago, ki ima ravno ploskev in sestavljeno ploskev;

    pri čemer ima sestavljena ploskev mnogo prizmatičnih reber, od katerih ima vsak refrakcijsko ploskev in reflekcijsko ploskev, ki tvorita prvi kot a med refrakcijsko in reflekcijsko ploskev, ter drugi kot β med reflekcijsko ploskvijo in ravno površino; in kota a in β, ki sta približno enaka in v splošnem ustrezata enačbi α=β = (π-φ₁ + φ₂)/2, kjer je φ} vstopni kot na refrakcijsko ploskev svetlobnega žarka iz svetlobnega vira, ter je Φ2 želeni izstopni kot svetlobnega žarka, izhaja iz ravne ploskve.
16. 16. Akromatična, katadioprična leča po zahtevku 15, označena s tem, da so rebra na splošno krožna in koncentrična.
17. 17. Akromatična, katadioptrična leča po zahtevku 16, označena s tem, da določajo koncentrična krožna rebra dejansko središče, ki leži izven leče.
18. 18. Dvojno katadioptrično lečje, označeno s tem, da vsebuje:

    prvo, divergentno katadioptrično lečo, ki ima prvo ravno ploskev in prvo sestavljeno ploskev, ki ima mnogo prizmatičnih reber in žlebov; in drugo, konvergentno katadioptrično lečo, ki ima drugo ravno ploskev in drugo sestavljeno ploskev, ki ima mnogo prizmatičnih reber in žlebov, pri čemer je druga sestavljena ploskev nameščena ob prvi sestavljeni površini prve leče, ter sta prva in druga leča v splošnem vzporedni.
19. 19. Dvojno katadioptrično lečje po zahtevku 18, označeno s tem, da: je lečje akromatično;

    ima vsako rebro druge leče reflekcijsko ploskev in refrakcijsko ploskev in določa kot F[ žleba med refrakcijsko ploskvijo in drugo ravno ploskvijo, ter drugi kot F₂ žleba med reflekcijsko ploskvijo in drugo ravno ploskvijo;

    ima vsako rebro prve leče reflekcijsko ploskev in refrakcijsko ploskev in določa tretji kot F₃ žleba med reflekcijsko ploskvijo in prvo ravno ploskvijo, ter kot F₄ žleba med refrakcijsko ploskvijo in prvo ravno ploskvijo; in ustrezajo koti žlebov enačbi

    Fi = φ₃ - φ₄,

    F₂= (π- Fjj/2,

    F₃= (π- F₄ )/2,

    F₄= φι + φ2,ϊη φ₂ = φ₃, kjer je ψ] vstopni kot na prvi ravni ploskvi svetlobnega žarka iz svetlobnega vira, je Φ2 izstopni kot z ozirom na pravokotnico na prvo ravno ploskev svetlobnega žarka, izhajajočega iz enega od reber prve sestavljene ploskve, je φ₃ vstopni kot z ozirom na pravokotnico druge ravne ploskve svetlobnega žarka, ki izstopa iz enega od reber druge sestavljene ploskve, in je φ₄ želeni izstopni kot svetlobnega žarka, ki izhaja iz druge ravne ploskve.
20. 20. Dvojno katadioptrično lečje po zahtevku 18, označeno s tem, da: so rebra in prva leča razvrščena z rebri v drugi leči; in so rebra v prvi leči in drugih lečah krožna in koncentrična, določujoč dejansko središče, ki leži izven lečja.