JP2553426Y2 - オーバヘッドプロジェクタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本考案はオーバヘッドプロジェク
タ、より詳しくは垂直面即ちスクリーンに歪みのない像
を形成するオーバヘッドプロジェクタの改良装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来のオーバヘッドプロジェクタは映写
すべき透明体を支持する台と、該台の下方に取り付けら
れ前記透明体を照射する光源装置と、前記台の上方に懸
吊され透明体の光線像を映写スクリーンに導く映写レン
ズとミラーとの組合せ体とを含む。前記台と映写レンズ
とが平行の平面にあって、映写レンズ、台および光源の
中心が共通軸線上にあり、ミラーが台の平面に対して４
５度の角度に向けられているとすれば、歪のない像が垂
直スクリーン上に映写される。しかしながら、これらの
条件が満されても、映写像の少なくとも半分はミラーの
高さより下方にあり、その結果観客の映像の見る位置は
プロジェクタによって邪魔される。 【０００３】観客にすっきりした映像を見せるには、一
般にミラーは水平方向に対して４５度以上の角度まで傾
斜させ映写像をプロジェクタの高さより上へ持ち上げ
る。映写スクリーンが垂直のままであれば、傾斜角でこ
のように像を映写すれば像の倍率に違いができ像をその
上部分が下部分より広い台形にしてしまう。映写像の形
についてのこの倍率の歪みは一般に「キーストニング
（Ｋｅｙｓｔｏｎｉｎｇ）」と称されている。 【０００４】そのようなプロジェクタで一般的な第２の
形式の歪みは映写像全体にわたり均一な焦点が得られな
いことである。スクリーンの平面と、映写レンズと台の
虚像の平面とが平行あるいは共通の点に収束することを
要するいわゆるシャイムプフルーク（Ｓｈｅｉｍｐｆｌ
ｕｇ）条件が満されないとこの形式の歪みが発生する。 【０００５】プロジェクタを構成する要素の中のあるも
のを傾斜させることによりキーストーン歪みあるいは不
均一な焦点による歪みをもたらすことなく像の斜め映写
を行いうるといわれている。１９７７年１月１１日アン
マ（Ａｍｍａ）に発行された米国特許第４，００２，４
０８号は例えば、歪みのない斜め映写を達成しうるとい
われる２種類の方法を開示している。第１の方法は映写
レンズとミラーとを台の中心からスクリーンに向かって
動かし、かつある角度で透明体を通して光線を映写レン
ズとミラーへ投射するよう光源装置を傾けることを含
む。第２の方法は映写レンズと台とをミラーおよび光源
装置に対して傾斜させることを要する。双方の方法共プ
ロジェクタに機械的複雑さをもたらし、かつ台を傾斜さ
せるため像が映写される際映写者に台上に透明体を位置
させたり、透明体上に書込む上で困難をもたらす。 【０００６】 【考案が解決しようとする課題】本考案によるオーバヘ
ッドプロジェクタはその要素を何ら傾けることなく単に
光学装置によって水平面の上方の斜角をつけて垂直スク
リーンに歪みのない像を映写する。 【０００７】 【課題を解決するための手段】前述のことは、映写レン
ズとミラーとを透明体用台の中心とオーバヘッドプロジ
ェクタの集光レンズの光軸とから映写方向にずらせ、か
つ薄く直線の、増分的に溝をつけたプリズムシートを台
と平行に、好ましくは台と集光レンズとの間に位置させ
ることにより本考案の第一の実施例において達成され
る。前記プリズムシートの溝は集光レンズの光軸からの
映写レンズのずれ方向に対して垂直方向に向けられ、該
シートは像が映写されている水平面より上方の斜角に等
しい角度で映写レンズに光線を導く。 【０００８】本考案の第２の実施例においては、増分的
に溝をつけたプリズムは集光レンズの一体部分として形
成される。 【０００９】従来のオーバヘッドプロジェクタ装置を明
確に理解すれば本考案の基本原理が認識されうる。添付
図面の図１の(A) と(B) とに示す典型的なオーバヘッド
プロジェクタ１においては、適当かつ従来の形式のラン
プ２が凹形のレフレクタ４の上方に設けられ、一方環状
のフレネルレンズあるいは環状のフレネルレンズ群の組
合せでよい集光レンズ６がランプ２の上方に取り付けら
れランプ２とレフレクタ４により放射された光線が光源
上に求心した集光レンズ６により集光され、集光レンズ
６の上方で集光される。これら全ての要素は組合わされ
て数字８で全体的に示す光源を構成する。 【００１０】集光レンズ６と平行かつその上方に透明体
用の台１０が取り付けられ、該台の上に映写すべき透明
体、即ちスライド（図示せず）が位置される。透明体即
ちスライドは以下単に「透明体」と言及し、オーバヘッ
ドプロジェクタにおいて映写するに適した写真あるいは
透光性材料を意味するものとする。２個の凸レンズと１
個の凹レンズとから構成されることの多い映写レンズ１
２は台１０のさらに上方で、かつ集光レンズ６の光軸に
沿って取り付けられ、ミラー１４が映写レンズ１２から
の光線をさえぎり像を垂直スクリーン１６上に映写する
よう適当に取り付けられている。 【００１１】図１の(A) に示す形態では、ミラー１４は
水平面に対して４５度の角度に向けられ、そのため映写
像２０の光軸１８は台１０やスクリーン１６に対して垂
直である。これは、台１０ａの虚像の平面とスクリーン
１６の平面とが平行であることを意味する。台１０ａの
虚像とスクリーン１６の平面が平行であるので、像２０
の倍率上の歪みは発生しない。また、台１０ａと映写レ
ンズ１２ａの虚像の平面とスクリーン１６の平面とが平
行なので、シャイムプフルーク（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕ
ｇ）条件が満され像２０全体にわたり均一な焦点が得ら
れる。シャイムプフルーク条件は像２０の焦点が均一と
なるには、台１０ａと映写レンズ１２ａの虚像の平面と
スクリーン１６の平面とが平行か、あるいは共通点に向
かって収束していることを要する。 【００１２】像２０の歪みをさけるには、ミラー１４を
水平面に対して４５度傾けることによりプロジェクタ装
置の光軸１８がスクリーン１６に対して垂直に映写され
ることを要する。しかしながら、オーバヘッドプロジェ
クタ１はスクリーン１６と観客との間に位置するので像
２０の少なくとも一部が阻害されるため前記の形態は望
ましくない。 【００１３】したがって、図２の(A) に示すように、ミ
ラー１４を水平面に対して４５度以上の角度まで傾ける
ことにより像２０の高さをオーバヘッドプロジェクタ１
の高さより上方に持ち上げ映写像２０の光軸１８が水平
面の上方で「θ」の斜角でミラー１４からスクリーン１
６に映写されることが望ましい。ミラー１４の角度を増
加させた結果光軸１８（および反射された光軸１８ａ）
は台１０の平面（および台１０ａの虚像の平面）に対し
て垂直のままであるが、光軸１８はスクリーン１６に対
してはもはや垂直ではなくなる。その結果、台１０ａの
虚像の平面とスクリーン１６の平面とは平行ではなくな
る。 【００１４】この斜め映写の結果は二通りある。まづ、
台１０ａの虚像の平面とスクリーン１６の平面とが平行
でなければ常に、図２の(B) で示すように映写された像
２２に倍率上の違いがもたらされ、像２２はその底部２
４から頂部２２へ倍率が増加し、「キーストーニング
（Ｋｅｙｓｔｏｎｉｎｇ）」と称される形式の歪みをも
たらす台形の像２２をつくり出す。第２に、台１０ａと
映写レンズ１２ａとの虚像の平面は平行でもなく、共通
点に向かって収束もせず、シャイムプフルーク条件が満
たされず、像２２は焦点が均一でない。 【００１５】 【実施例】図３の(A) と(B) とは本考案による映写装置
２７と映写された像とを示し、前述した歪み、即ち倍率
の歪みあるいは不均一な焦点をもたらすことなく水平面
に対して斜角で像が映写される。 【００１６】映写レンズ２８が台３０の中心および光源
装置の集光レンズの光軸から映写スクリーン３２に向か
って、即ち映写の方向にずらされ、関連のミラー３３が
水平面に対して４５度の角度に向けられ光軸３４が水平
面の上方での像の斜め映写角度に等しい角度「θ」で台
３０から映写レンズ２８へ延びるようにすれば歪みが出
ないことが判明した。図３の(A) に示すように台３０ａ
の虚像の平面がスクリーン３２の平面に対して平行なの
で倍率上の歪み、即ち「キーストーニング」は発生しな
い。映写レンズ２８が台３０に対して偏位するが該台３
０に対して回転しないので像３６全体にわたり焦点の均
一性が保たれる。このように、映写レンズ２８ａの虚像
の平面は台３０ａの虚像の平面とスクリーン３２の平面
に対して平行なのでシャイムプフルーク条件が満され
る。 【００１７】光軸３４を前述のように傾斜させること
は、直線のフレネルプリズムを形成する一連の平行プリ
ズムを一方の面に有する薄いシート３８を位置づけるこ
とによって達成される。前記シート３８は、台３０と、
ランプ４２、凹形レフレクタ４４、フレネル集光レンズ
４６からなり、図１の(A) に示す光源装置８からなる対
応する要素と同一の光源装置４０との間において前記台
３０と平行に位置される。図１の(A) と図２の(A) に示
すように、光源装置４０は台３０に対して求心しており
台３０に対して傾斜もしていないし回転もしていない。 【００１８】図４にプリズムシート３８が詳細に示され
ており、シート３８はガラスまたはその他のプラスチッ
クからつくってよいものの好ましくは透明アクリル樹脂
で、従来のフレネルレンズ製作技術により形成される。
シート３８は台３０に隣接して平坦な面４８と、集光レ
ンズ４６に隣接して溝のついた側５０とを含む。シート
３８の溝のついた側５０はシート３８の平坦面４８に対
して垂直の一連の***部５２と、１１．０度から１４．
５度の間の映写斜角「θ」に対して約１６度と２８度の
間で平坦面４８に対して低鋭角で形成された傾斜面５４
とから構成されている。前記傾斜面５４の角度はシート
３８に沿った特定の傾斜面５４の位置と、光線がシート
３８の平坦面４８の側から出ていく角度「θ」とによっ
て決まる。一般的に傾斜面５４は台３０の中心で角度が
最大であって、該台３０の各端部に向かって該角度の値
は減少する。前記溝は台３０の中心からスクリーン３２
に向かう映写レンズ２８のずれ方向に対して垂直方向と
されている。 【００１９】シート３８の長さにわたって傾斜面５４の
角度を変える必要のある理由は、プリズムシート３８
は、その名の示す如く集光レンズ４６によって集光さ
れ、平行になるのでなくむしろ収束されて集光レンズ４
６を出ていく光線を導き直す必要があるためである。集
光レンズ４６を出ていく光線が平行にされるのであれ
ば、平行の傾斜面を形成した溝付きのプリスムシートで
映写レンズ２８へ光線を導き直すので十分であろう。し
かしながら、集光レンズ４６を出ていく光線は収束して
おり、したがってシート３８の長さにわたり種々の角度
でプリズムシート３８へ入射するので、傾斜面５４は集
光レンズ４６を出ていく光線が映写レンズ２８に焦点が
合った状態に留るよう種々の角度をとる必要がある。 【００２０】特定の斜め映写角「θ」で使用するよう設
計したプリズムシート３８の特定の傾斜面５４の角度は
当該技術分野で周知のように、歪度、即ち三次元の光線
追跡分析によって決定できる。 【００２１】図４は台３０の中心線に沿った位置である
が、映写方向とは反対の方向にずれている集光レンズ４
６と、プリズムシート３８と台３０との一部分を示す。
また、図４は集光レンズ４６、プリズムシート３８およ
び台３０を通る光線５６の軌跡を概略的に示す。集光レ
ンズ４６は実際には、ランプ４２により放射される光線
を集光し台３０を通して映写レンズ２８へ導き直す２個
のフレネルレンズ５８，６０から構成されている。図４
で注目すべき顕著な点はプリズムシート３８は集光レン
ズ４６から出てくる光線を、映写方向において台３０の
中心からずれた映写レンズ２８の変位位置へ導き直すこ
とである。 【００２２】図５は直線のフレネルプリズム６２が二重
レンズシート６４の頂面として形成され、該レンズシー
ト６４には環状のフレネルレンズ６６がその底面として
形成されている本考案の第２の実施例を示す。二重レン
ズシート６４の下方には個別の環状フレネルレンズ６８
がある。前記２個のフレネルレンズ６６と６８とは集光
レンズ７０を構成し、これは図４に示す集光レンズ４６
と同じように作用する。 【００２３】図５は台３０の中心線に沿って位置し映写
方向に台３０の中心からずれた集光レンズ７０とフレネ
ルレンズ６２の一部を示す。図４と図５とは台３０の中
心の両側に位置したレンズ装置の部分を示す。図５は
（スクリーン３２に向かって）台３０の中心の前方でフ
レネルプリズム６２を出る光線７１が、映写方向とは反
対方向に台３０の中心から偏位した点から出ていく光線
のように（図４）、映写方向に台３０の中心から偏位し
た位置へ導かれつつある状態を示す。 【００２４】直線のプリズム６２と環状のフレネルレン
ズ６６とを組合せて１個の二重レンズシート６４に形成
することの利点は製作コストが減少し、かつ図４に示す
ように個別のプリズムシート３８の必要性が排除され、
光線が通過する必要のある面の数が減少するためレンズ
装置を通る光線の透過性が増加することである。 【００２５】図４のプリズムシート３８と図５のプリズ
ム面６２とは集光レンズ４６あるいは集光レンズ７０か
ら出ていく光線の光軸を、その光線が像を投影すること
が望ましい水平面より上方の斜角に等しい、垂直方向に
対する角度「θ」で導く。この状態は図３の(A) に示さ
れている特定のプリズムシート３８あるいはプリズム面
６２に対して「θ」の角度は固定されており、歪をもた
らすことなく像を投影できる斜角も固定されている。所
定のオーバヘッドプロジェクタ２７に対して角度「θ」
は調整できないが一方歪をもたらすことなく像を映写し
うる斜角は相違して形成したフレネルプリズムシート３
８あるいはプリズム面６２を置き代えることにより選定
可能である。 【００２６】図６は本考案の原理を採用したオーバヘッ
ドプロジェクタ７２を示す。該プロジェクタ７２はハウ
ジング７４を含み、該ハウジングは光源装置４０と、映
写レンズ８０とミラー８２を含む映写ヘッド７８を支持
する直立アーム７６とを含む。プロジェクタ７２の頂面
８４は、その上に透明体を置き映写できる台８６を含
む。台８６を出ていく光線の光軸は垂直方向に対して
「θ」の角度で傾斜しているので（図３の(A) ）、直立
アーム７６は映写ヘッド７８の内側に収められた映写レ
ンズ８０の中心が常に前記光軸に沿って確実に位置させ
るため同等の角度で傾斜している。映写像の倍率を変え
た映写ヘッド７８は光軸に沿って台８６に向かって、あ
るいは離れる方向に運動しうるので、アーム７６は傾斜
する必要がある。アーム７６が傾斜しても、映写レンズ
８０は常に台８６に対して平行のままである。 【００２７】例として、図７はプリズムシート３８の長
さにわたる、図４に示す該シート３８の傾斜面５４の角
度をグラフ的に示す。図７において、傾斜面５４の角度
はスクリーン３２に最も近い位置９２からスクリーン３
２から最も遠い位置９４までプリズムシート３８に沿っ
た距離を示す横軸９０に対する縦軸８８に沿って傾斜面
５４の角度がプロットされている。１１．０度に等しい
「θ」の値に対して、図７は傾斜面５４の角度が最小の
約１６度から、台３０の中心に近い位置での約２１．３
度の最大まで増加することを示す。台の中心の位置は図
７において点線９６で示す。 【００２８】図４に示すプリズムシート３８に沿ったい
づれかの位置における傾斜面５４の角度の値は次の等式
から計算できる。 【数１】 (1) tan φ＝φ₀ ＋ 4dy³ ＋ 6ey⁵ ＋ 8fy⁷ ＋10gy⁹ φ＝台３０の中心からｙの距離における傾斜面の角度 φ₀ ＝台３０の中心における傾斜面５４の角度 ｄ，ｅ，ｆ，ｇ＝常数 ｙ＝台３０の中心からスクリーン３２に向かう、あるいは離れる方向の距離 【００２９】１１．０度の斜め映写角度に対して台の中
心（ｙ＝０）からスクリーン３２から最も離れた縁部
（図７のグラフの点９４）までの領域での傾斜面５４の
角度は下記パラメータを数１に代入することにより計算
できる。 【数２】 【００３０】台の中心からスクリーン３２に最も近い縁
部（図７のグラフで点９２）までの領域では傾斜面５４
の角度は数１に以下のパラメータを代入することにより
計算できる。 【数３】 【００３１】図８は図５に示すフレネルプリズム６２を
含む傾斜面での角度の変化を示す。同じ座標方式を用
い、かつこれも１１．０度の「θ」角度についていえ
ば、図８は傾斜面の角度はスクリーン３２に最も近い点
９８における約１４．１度の最小から、台３０の中心
（点線１０２で示す）とスクリーン３２から最も遠い点
１０４の略中間でのプリズムシート６４の点１００にお
ける約２０．３度の最大へ増加することを示している。 【００３２】図５に示すプリズムシート６４のいづれか
の位置における傾斜面の角度の値も数１から計算でき、
１１．０度の斜め映写角「θ」に対して、台の中心か
ら、スクリーン３２から最も離れた縁部（図８のグラフ
での点１０４）までの領域での傾斜面の角度は数１に以
下のパラメータを代入することにより計算できる。 【数４】 【００３３】台の中心から、スクリーン３２に最も近い
縁部（図８のグラフの点９８）までの領域においては、
傾斜面の角度は数１に以下のパラメータを代入すること
により計算できる。 【数５】 【００３４】傾斜面の角度は数１を使用して最初に計算
しておくのではなくて、歪度、即ち三次元光線追跡分析
により決定され、こうしていづれかの斜め映写角「θ」
に対して決められる。数１と上に列挙したパラメータと
は角度がすでに前記の分析により決定ずみの傾斜面を有
するプリズムシートを単に説明するものである。 【００３５】 【考案の効果】図７と図８とは、プリズム５０，６２が
台３０のすぐ近くか、台３０のすぐ近くの平坦面４８の
反対側のシート３８の面に形成されているかによってプ
リズム５０と６２の形状に著しい差のあることを示して
いる。 【００３６】この点に関して、シート３８の溝付き面５
０は図４に示すように平坦面４８の反対側よりもむしろ
台３０に隣接して形成しうることを注目すべきである。
換言すれば、図４のシート３８は逆にできる。この場
合、傾斜面５４の角度は図７よりも図８の表示による方
がより細く示すことができる。 【００３７】本考案をある特定実施例に関して説明して
きたが、本考案はこれら実施例に限定すべきでないこと
を理解すべきである。逆に、本考案は実用新案登録請求
の範囲に記載の本考案の精神と範囲に入る全ての代替、
修正を網羅する意図である。

【図面の簡単な説明】 【図１】(A) と(B) は本考案の原理を判りやすくするた
めに、従来技術によるオーバヘッドプロジェクタ装置を
示し、(A) は従来技術による装置の概略側面図、(B) は
スクリーンとスクリーンに映写された像との側面図であ
る。 【図２】(A) と(B) は図１の(A) と(B) に示す装置によ
って映写された像に対する斜め映写の影響を示す図であ
る。 【図３】(A) と(B) とは本考案による映写装置を示し、
(A) は映写装置の概略側面図で、(B) は映写スクリーン
とスクリーン上に映写された像との側面図である。 【図４】図３の(A) に示す台と集光レンズ装置との間に
位置した本考案によるプリズム構造の拡大断面側面図
で、また集光レンズ装置を通る光線の光路を示す図であ
る。 【図５】本考案による集光レンズ装置に組込まれた本考
案によるプリズム構造の第２の実施例の拡大断面側面図
である。 【図６】本考案によるオーバヘッドプロジェクタの斜視
図である。 【図７】図４に示すプリズム構造のグラフ表示である。 【図８】図５に示すプリズム構造のグラフ表示である。 【符号の説明】 ２７ 映写装置 ２８ 映写レンズ ３０ 台 ３２ スクリーン ３４ 光軸 ３３ ミラー ３８ プリズムシート ４０ 光源装置 ４２ ランプ ４６ 集光レンズ ５４ 傾斜面 ５６ 光線 ５８，６０ フレネルレンズ ６２ フレネルレンズ ６４ レンズシート ６６，６８ フレネルレンズ ７０ 集光レンズ ８０ レンズ ８６ 台

Claims (1)

1. (57)【実用新案登録請求の範囲】 １．水平面に対して上方の斜角で透明体の歪みのない像
   を垂直の映写面（３２）に映写するオーバヘッドプロジ
   ェクタ（２７）において、 映写すべき透明体がその上に置かれる水平の台（３０）
   と、 垂直平面内で所定方向に向いた光軸を有し、前記垂直平
   面に対して前記斜角に等しい角度で前記台（３０）の中
   心から延び、かつ前記映写面（３２）に向かって傾斜し
   た線（３４）に沿って前記台（３０）の中心から前記映
   写面（３２）に向かって偏位していてかつ前記台（３
   ０）の一方側に位置する映写レンズ（２８）と、 前記台（３０）に関して前記映写レンズ（２８）の反対
   側に配置され、前記透明体に向かって光線を導くよう垂
   直平面内で所定方向に光軸を向けている光源（４２）
   と、前記光源（４２）と前記台（３０）との間に位置し
   ている集光レンズ（４６）であって、前記台と透明体を
   通して光線を導き、かつ前記台（３０）の中心の上方の
   焦点位置に前記光線を集めることにより該集光レンズ
   （４６）を出ていく光線が前記焦点位置に収束するよう
   に垂直平面内で所定方向に向けた光軸を有する前記集光
   レンズ（４６）とを含む光源装置（４０）と、 前記映写レンズ（２８）の前記偏位方向に対して垂直に
   向けられた一連の平行で直線の溝を有し、前記溝が変化
   する角度で水平面に対して角度をつけられた傾斜平面
   （５４）を含むフレネルプリズム（３８）であって、前
   記集光レンズ（４６）により集中した収束光線を、前記
   台の中心から延びていて、かつ前記垂直平面に対して前
   記斜角と等しい角度で前記映写面に向かって傾斜した線
   （３４）に沿った位置へ導き直すために前記光源装置
   （４０）の集光レンズ（４６）と前記台（３０）との間
   に配置されていて、前記線（３４）に沿った位置が前記
   映写レンズ（２８）の位置に一致するようになった、前
   記フレネルプリズム（３８）と、 前記映写レンズ（２８）により送られた光線を前記映写
   面（３２）へ反射させるため前記映写レンズ（２８）に
   関して前記台（３０）の反対側に配置された平坦なミラ
   ー（３３）とを含むことを特徴とするオーバヘッドプロ
   ジェクタ。 ２．実用新案登録請求の範囲第１項に記載のオーバヘッ
   ドプロジェクタ（２７）において、前記フレネルプリズ
   ム（３８）が前記光源装置（４０）と前記台（３０）と
   の間に配置され、前記台に対して平行の平坦面（４８）
   と前記直線の溝を含む反対側の面（５０）を含む薄くて
   透光性のシートからなることを特徴とするオーバヘッド
   プロジェクタ。 ３．実用新案登録請求の範囲第２項に記載のオーバヘッ
   ドプロジェクタ（２７）において、前記溝が前記フレネ
   ルプリズムの平坦面（４８）に対して概ね垂直であっ
   て、前記の傾斜した平面（５４）の隣接する面を接続す
   る平行で離隔した***（５２）を含むことを特徴とする
   オーバヘッドプロジェクタ。 ４．実用新案登録請求の範囲第２項に記載のオーバヘッ
   ドプロジェクタ（２７）において、前記フレネルプリズ
   ムの平坦面（４８）が前記台に隣接していることを特徴
   とするオーバヘッドプロジェクタ。 ５．実用新案登録請求の範囲第１項に記載のオーバヘッ
   ドプロジェクタにおいて、前記集光レンズが２個の対向
   する環状のフレネルレンズ（５８，６０）からなること
   を特徴とするオーバヘッドプロジェクタ。 ６．実用新案登録請求の範囲第５項に記載のオーバヘッ
   ドプロジェクタ（２７）において、前記直線のフレネル
   プリズム（６２）と、前記台に近い方の環状フレネルレ
   ンズ（６６）とが透光性材料の一枚シート（６４）の反
   対面として形成されていることを特徴とするオーバヘッ
   ドプロジェクタ。