JPH07507148A - 映写機 - 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】

映写機 本発明は、物体支持体と、物体側の集光レンズ系と、像側の集光レンズ系とを有 するデモンストレーション及びコマーシャル目的用の映写機に関する。 この種の映写機は、一般にフィルム、シート及び紙上の二次元的像を亜麻布又は 磨りガラススクリーンに映写するために使用される。結像は同様に二次元的であ り、かつ例えば重ね合わせ映写された多色の像及び及び適当な眼鏡のような技巧 で処理されなければ、平面的でありかつあまり印象深く作用しない。同じことは 、ビデオ装置を用いたスクリーンへの結像に関しても当てはまる。 その池に、コマーシャル目的のためには場合によりまた、実際に物体の立体的像 を再生するホログラムも使用される。しかしながら、ホログラムは複雑な記録技 術であり、またそれぞれ唯一の位置での記録の際に利用した物体の立体的像を呈 するにすぎない。 それに対して、本発明の課題は、その二次元的像の再生に対する適性に他に、特 に物体の立体的再生のためにも好適でありかつ極めて簡単な手段により観察者に 対して三次元的実際の物体の三次元的、“空間に立った”像を生じる、冒頭に記 載した形式の映写機を提供することである。 前記課題は、本発明によれば、三次元的物体を設置するための物体支持体が設け られており、像側の集光レンズ系がフレネルレンズを有し、物体側の集光レンズ 系とフレネルレンズとの間の、光軸で測定した光路長はそれらの焦点距離の和と ほぼ同じであり、レンズの直径は物体側の集光レンズ系の主軸に対して横方向で 測定した結像すべき物体の伸長よりも大であり、かつ該物体の物体側の集光レン ズ系からの距離は、物体が少なくとも部分的にフレネルレンズの後方で三次元的 空中像として結像される程度短いことにより解決される。 本発明による装置を用いると、実質的に光軸に沿って後方からフレネルレンズに 向かって観察する観察者にとって、物体側の集光レンズ系の前方に配置された物 体を再生する立体像を生ぜしめることが可能である。この場合、この集光レンズ 系及びフレネルレンズの焦点距離の適当な選択により、選択的に物体の拡大像又 は縮小像を生ぜしめることができ、この場合物体から集光レンズ系までの距離に より、像が観察者に対して完全にフレネルレンズの後方存在するか、あるいはま た物体の立体的深度のために、一部はフレネルレンズの前方及び一部はフレネル レンズの後方に現れるかどうかを決めることができる。 この場合、集光レンズ系とは、たとえこれらが単数又は複数の発散レンズを含む としても、全体として該レンズ系がフォーカンング特性、ひいては正の像側の焦 点距離を有する限り、個々のレンズ並びにまた複数のレンズからなる系であると 理解されるべきである。 物体側の集光レンズ系及びフレネルレンズは、本発明の場合には、アフォーカル 又は殆どアフォーカル系を構成する。それというのも、それらの互いに向かい合 った焦点は合致するか又はそれらの焦点距離の和のほぼ１０％までが互いに離れ ているにすぎないからである。そのことにより、結像すべき物体を物体空間の全 ての縦方向面にわたって、即ち物体幅とは無関係に実質的に同じ結像倍率で三次 元的に結像させることが達成される。 生じた像の印象深い立体効果は、本発明による映写機ではレンズが結像すべき物 体の横寸法よりも大であることにも起因する。このようにして、光学系はそれに 向かい合った結像すべき物体の面だけを“見る“のではなく、その側面も、また 場合により後方に傾斜した面も見、これらの面を一緒に結像する。 アフォーカル光学系は、従来は別の目的のため、例えば望遠鏡を大きな距離に調 整する際に使用された。 本発明の有利な実施態様においては、フレネルレンズは物体側の集光レンズ系よ りも大きい焦点距離を有するので、生じた空中像は結像された実際の物体の拡大 像を形成する。このような映写機は、特に、例えば装飾品、時計及びその他の比 較的小さい物体のような物体の拡大した立体的結像のために好適である。この場 合には、空間内に浮遊する空中像の光学的出現だけでな（、また観察者を仰天さ せるための異常な立体的拡大も寄与する。 本発明による映写機の簡単な実施態様のためには、従来記載された部品で十分で ある。しかしながら、該装置は比較的長くなり、かつ物体を左右逆転してかつ転 倒して結像する。このことはもちろん多くの物体においては重要でない、特に本 発明による有利な実施態様において、物体支持体が回転駆動可能であり、その上 に又はそれに設置された物体が結像光学系に対してあらゆる側面から現れる場合 には重要でない。 本発明による新規の映写機の実用性は、下に配置された物体支持体と、その上に 組み込まれた集光レンズ系と、その上に配置されたレフレクタ装置と、該レフレ クタ装置の側面に並んで組み込まれたフレネルレンズとを有するコンソール型装 置として構成されていれば、改善される。この場合の利点は、長さの短縮、目の 高さまでの該装置の下方部分の場所を取らない垂直配向及びフレネルレンズへの ほぼ水平な覗き方向にある。 レフレクタ装置は、物体側の集光レンズ系の垂直主軸に対して例えば３５°〜５ ５″、有利には４５６の傾斜度で組み込まれかつ下から到来する光線を主に水平 方向にフレネルレンズに向かって偏向する簡単な平面鏡であってよい。この技術 思想の有利な実施態様では、前記の第１の鏡で偏向された光線を、それがフレネ ルレンズに到達する前に、その水平面内で第２の鏡により再度９０°偏向させる ことができる、この場合には、有利な実施態様によれば、第２の鏡とフレネルレ ンズは物体側の集光レンズ系及びフレネルレンズの主軸に対して直角方向にある 軸線を中心に回転可能な１つの共通のユニットを構成する。このようにして、フ レネルレンズの主軸は水平に対して個々の所望の傾斜角度で調整することができ る。 本発明のもう１つの有利な実施態様によれば、レフレクタ装置は、集光レンズ系 の主軸に対して傾斜した、部分透過性に鏡面化されたビームスプリッタと、集光 レンズ系の主軸に対して横方向及び／又は平行に配置された少なくとも１つの平 面鏡とからなる。この場合、片面が部分透過性に鏡面化されたガラス板の形のビ ームスプリッタは、４５°の角度でそれに入射した光の一部を反射し、一方その 他の光を透過させる。理想的な場合には、透過する光と反射する光の割合は同じ であるべきである。その際には、ビームスプリフタの後方に、その面が集光レン ズ系の軸に対して垂直である平面鏡が配置されていてもよい。ビームスプリッタ を透過した光は、該平面鏡でビームスプリッタに逆反射されかつ再び部分的に透 過しかつ部分的にビームスプリッタで反射される。初期の光量の１／４になる最 後に挙げた光成分は、次いで、フレネルレンズに当たる。平面鏡で逆にビームス プリッタに向かって反射されることに基づき、光路は折り畳まれ、従って該映写 機は集光レンズ系及びフレネルレンズの焦点距離が比較的大きいにもかかわらず 、コンパクトに構成することができる。 有利な１実施態様においては、物体側の集光レンズ系は２つの平凸レンズからな る。この種のレンズは、比較的大きな直径で十分な光学的品質で製造可能であり かつ比較的廉価である。 また、フレネルレンズも比較的大きな寸法で得られ、しかもこのレンズの大きさ は結像すべき物体にとってもまた像倍率にとっても、即ち拡大される像全体の結 像にともに重要である。 有利には、平凸レンズは実質的に同じであり、かつそれらのレンズの個々の焦点 距離の約１／４〜１１５に相当する主点距離で配置されている。この配置形式は 、実地において特に有利であることが判明した。この場合、両者の平凸レンズは 同じ配向でかつその焦点距離の約１７７に相当する。この場合、平凸レンズの平 面側は物体側に向けるのが有利である。 実際的目的のためには、集光レンズが曲率半径的１８５ｍｍ及び頂点厚さ１８ｍ ｍを有し、かつ屈折率が１．５よりも大である材料からなっているのが特に有利 であることが立証された。このようなレンズの直径は、その際そのまま１４０〜 １５０ｍｍ又はそれ以上であってもよい。 この場合、大きさ、焦点距離及び光学的結像品質に対する要求を満足する限り、 物体側の集光レンズ系は多数の別のレンズ及びレンズ群、場合によりまた単数又 は複数のフレネルレンズを利用することができることに留意されるべきである。 理論的には、また像側集光レンズ系も少な（とも１個のノーマルレンズからなっ ていてもよい。しかしながら、大きさ、重量、コスト及び外見のために、この代 わり１つのフレネルレンズが有利である。 本発明の有利な実施態様においては、フレネルレンズは集光レンズ系とフレネル レンズの焦点距離の和の９５〜１０５％の範囲内の物体側の集光レンズ系からの 距離（即ち場合により折り畳まれた光路を含む）を有する。この光学的距離は実 際に７１０ｍｍ〜７６０ｍｍの範囲内にある場合が有利であることが立証された 。 もう１つの有利な実施態様では、該映写機は、ツーピースのケーシングを有し、 その第１の部分は対物レンズ鏡胴及びそれから距離をおいて配置された集光レン ズ系を有し、一方策２の部分は部分鏡面化されたビームスプリッタ、平面鏡及び フレネルレンズをを有し、該平面鏡、ビームスプリッタ及びフレネルレンズは側 面図において直角二等辺三角形を形成し、該三角形の斜辺はビームスプリッタで ありかつこの場合、これらのケーシング部分は相対的に、ビームスプリッタが集 光レンズ系に向かいかつビームスプリッタ平面が集光レンズ系の軸によって約４ ５″で切断されるように配置されている。これらの両者のケーシング部分は、簡 単に完全な映写機に組み立てることができる。有利には、両者のケーシング部分 は上下に配置されており、この場合第１のケーシング部分の下方領域に対物レン ズ鏡胴があり、その上に集光レンズ系が配置されておりかつ第１のケーシング部 分の上にケーシング部分の第２の部分を載せる。従って、光路はまず物体から垂 直に上方に延びかつ鏡及びビームスプリッタで２回反射した後に水平面に延びる 。 物体支持体は、有利にはモータ駆動される回転台である。その際、物体と共に観 察者に対して像も回転し、かつ自明のように静止像よりも強力な注意を引き付け ることはもちろんである。 更に、第１のケーシング部分の領域内にコールド光源が設けられている。物体の 相応する明るさの像を発生させることができるために、もちろんた物体も照明さ れるべきである。この場合、ビームスプリッタでの反射及び透過撰にもかかわら ず物体の驚異的に明るい像が形成され、該像は普通の昼光においても良好に視覚 することができる。このことは特に、スクリーンへの投影とは異なり、如何なる 光も空間に拡散散乱されないとうことと関係する。物体支持体ないしは回転台は 有利にはガラス板であり、該ガラス板の下には、光がガラス板を透過して物体の 照明に寄与する蛍光ランプが配置されていてもよい。有利には、また回転台を包 囲する周囲に鏡を、それが存在する照明光源の光を物体に反射するように設置す ることができる。 特に有利でるあるのは、第１のケーシング部分に、かつ有利にはその下方領域に 熱を発生する構成部材を収容するためのアクッチメントケーシングが設けられて いる映写機の実施態様である。この場合には、例えば回転台のためのモータが設 置されていてもよ（、あるいはまた光をガラス繊維を介して物体に誘導する発熱 光源を設置することもでき、その場合に該物体は著しくは加熱されない。 有利な適用例においては、このような映写機は、比較的小さい物品、例えば時計 、装身具及び同種のものの拡大結像のために役立つ。物体は回転台に載せるか、 又は適当なホルダーに入れて回転台に配置する、この場合フレネルレンズの後方 の光路内に立ちかつフレネルレンズの方向に覗く観察者は、拡大された立体的像 をフレネルレンズの前方及び場合により後方に文字どおり空間内に（自ら）立っ ているように視覚する。 この場合、観察者は物体の像を、別の観察者が物体自体をケーシングの背面から 回転台を観察する際に見ると同じ位置で及び同じ運動状態で視覚する。 本発明の別の利点、特徴及び適用可能性は、以下の有利な実施例及びそれに対応 する図面の説明から明らかである。添付図面中、 第１図は、本発明による映写機の第１実施例における物体の直立のかつ左右が合 った再生の略示図、第２図は、第１図に示した、上方のケーシング部分と下方の ケーシング部分からなる実施例の側面図、第３図は、第２図の映写機の背面図、 ングの底部輪郭を示す図、 第４ｂ図は、下方ケーシング部分内の平凸レンズの保持装置を示す図、 第５図は、第１図〜第３図の映写機の上方ケーシングの底部輪郭を示す図、 第６ａ、ｂ図は、下方ケーシング部分の挿入部材の平面図及び紋所面図、 第７ｂ図は、集光レンズの断面図、 第８図は、物体側の集光レンズとフレネルレンズだけからなるアフォーカル系に よる物体の拡大結像の略示図、 第９ａ、ｂ図は、平面鏡による１回のビーム偏向装置を有する映写機の側面図及 び像観察方向から見た１第１０ａ、ｂ図は、固定の平面鏡と、フレネルレンズと 一緒に回転可能な平面鏡とを有する映写機の像観察方向から見た略示図及び平面 図である。 第１図には、下に例として“Ｌ”として示された物体Ｏが示されており、該物体 は例えば回転台に載っていてもよい。この物体は、第１図の左上の目が略示され ている観察者Ａには左右合って大きな“Ｌ″として見える。物体の結像は、２つ の平凸レンズ１ａ及び１ｂ及びフレネルレンズ２によって行われ、この場合物体 から出発しかっ平凸レンズｌａ、ｌｂにより収束される光の一部はビームスプリ ッタ４で左方向に反射され、一方他の成分は上向きに天井鏡に向かって透過しか つ天井鏡でほぼ完全に逆反射される。この反射された光は、再びビームスプリッ タで部分的にフレネルレンズ２の方向に反射され、一方その他の成分はビームス プリッタを透過しかつ像形成のためにはもはや重要な役割を果たさない。 右側からフレネルレンズ２を覗く観察者Ｂは、２回の反射に基づいてのみ物体を 左右及び上下逆転して見ることになる。それというのも、観察者はまさに物体の 観察者に対して反対の観察方向を有するからである。それにもかかわらず、平凸 レンズ及びフレネルレンズからなる光学系は、再度を像逆転を行うので、フレネ ルレンズを覗く観察者は結果的に物体Ｐの像を正確に、後方から直接物体自体を 覗く観察者Ａと同じ配向及び位置で見る。この場合、像Ｐはフレネルレンズ及び 集光レンズ系の焦点距離比に相応してまた拡大されていてもよい。 第２図には、映写機が側面図で示されており、この場合には映写機の内部にある 系は点線で示されている。該映写機は、下方のケーシング部分と、上方ケーシン グ部分８とからなる。ケーシング部分７の下方領域には、引き出しユニット１４ がある。この引き出しユニットは、部分的にケーシング７から突出しており、こ の場合突出した部分には場合により熱発生構成素子が組み込まれていてもよい。 冷却にために、引き出しユニット１４内に空気スリット１８が設けられている物 体Ｏは、引き出しユニット１４に属する回転台２１上にある、これについては第 ６図との関係でなお詳細に説明する。 ケーシング部分７の下方領域には、同じ配向で前後に配置された２つの平凸レン ズ１ａと１ｂからなる集光レンズ系１のための保持装置がある。該平凸レンズは 、それぞれ約１４０ｍｍの直径を有し、凸面の曲率半径は約１８５ｍｍである、 即ち平凸レンズの最大厚さの部分は１８．９ｍｍである。１．５２３１の屈折率 を有するガラスを使用する。 前記データから、個々の平凸レンズ１ａ、１ｂの焦点距離及び主点位置を計算す ることもできる。両者の平面の距離は約５１ｍｍ、この物体側のレンズ系の全距 離は約１８８．７ｍｍ（第７図参照）である。平凸レンズ１ａ、１ｂの中心を通 って延びる光軸は、破線で記入されておりかつ参照Ｒ号５で示されている。 ケーシング部分８は、第３図に明確に示されているように、ケーシング部分７の 上にケーシング部分７の側面を案内された２つの円形ロッド１３で取付けられて いる。ケーシング部分７の側面に取付けられた円形ビン１９が貫通し、この場合 該貫通孔を適合する円形ロッド１３が案内され、該円形ロッドは上に向かってケ ーシング部分７の全長を越えて延びておりかつそれらの上端にスリットが設けら れている、円形ロッド１３の距離は、該上方ケーシング部分８の幅寸法よりも幾 分か大きい。該上方ケーシング部分は、側面のその中央部分に固定するために蝶 ねじを有し、該ねじはローレット付きナツト１５を介して受けられている。 ビームスプリッタ４は、第２図に示された平面において上方ケーシング部分８を 通って対角線方向に延びている。この場合、固定ねじ１０の軸１１は、精確にビ ームスプリッタの平面内にある。ケーシング部分８の上方内面は、天井鏡３によ って形成される。ビームスプリッタ４は部分透過性に鏡面化されたガラス板から なる。物体から集光レンズ系１を経て上向きに収束されてビームスプリッタ４に 入射する光は、ビームスプリッタによって一部は左に向かって反射されかつ一部 は上に向きに天井鏡３に向かって透過せしめられる。第２図に左側に示された、 ケーシング部分８の背面壁は、選択的に、それに反射された光を吸収するか又は 拡散反射する、明るい又は暗い艶消しされた壁であってよい。 天井鏡３によってほぼ完全に反射された光は、再び部分透過性に鏡面化されたビ ームスプリッタ４に当たり、その際この光の一部は利用されずに下向きに再び集 光レンズ系１の方向に透過せしめられ、一方その他の、像を形成するために利用 可能な光の成分はビームスプリッタ４から右に向かって専ら破線の二重線として 示されたフレネルレンズ２に反射される。像の観察者は、右側からフレネルレン ズの光軸６に沿って回転台２１上にある物体の像を見る。 もちろん、前記のビームスプリッタ４を使用する際には第２図の左側に示された 背面壁９と天井鏡３の役割をそのまま交換することもできる。従って、平面鏡３ は背面壁９に配置されていてもよく、一方天井は艶消し表面を有していてもよい 。この場合には、像のために利用される光の光路は、ビームスプリンタ４で左に 向かって反射された光の成分が背面壁９に配置された鏡によって再反射されかつ 再びビームスプリンタ４に到達するように延びる。この場合には、ビームスプリ ッタ４を透過する光成分はフレネルレンズ２に当たり、そうして物体の像を形成 することになる。この光の光路は、図示の装置においては両者の場合精確に同じ 長さであるので、これによってアフォーカル性の条件は何ら変わらない。また、 この場合には、像のために利用される光の割合は一様に２５％以下である。 今や、同時に天井鏡３、及び更に背面壁９の代わりにもう１つの平面鏡を使用し かつ両者の平面鏡とビームスプリッタを相互に極めて慎重に調整すると、前記の ２つの光路は重なりかつ共通の像を生じる、それにより像のために利用される光 量の割合は２倍になる、即ち５０％以下になる。 第３図には、背面になおキー１７を備えたフラップ又はドアー１６が示され、該 フラップを経て、場合により回転台２１の上にある物体を交換するために、下方 ケーシング部分７の内部に手を入れることができる第４ａ図は、ケーシング部分 ７の上から見た平面図であり、該図面からこのケーシング部分７の底部輪郭はほ ぼ六角形であることを認識することができる。ケーシング７の上方部分は、多数 の空気穴２４を有する上方閉鎖板２３から形成される。上方閉鎖板２３の下に、 間隔を置いて平凸レンズ１ａ及び１ｂを固定するための保持板２５及び２６があ る。鎖板２５．２６及び２３は、ねじポルト及びスリーブ２７により互いに所望 の間隔で保持される。もちろん、板２３．２５及び２６は、平凸レンズ１ａ、１ ｂの領域にほぼ同心の盲穴を有する。 第５図は、上方ケーシング部分８の平面図であり、この場合にはその下にあるケ ーシング部分７は破線で示されている。 第６図には、引き出し部分１４が示されており、該引き出し部分は２つの蛍光管 ２２及び回転台２１のためのモータ２０を収容する。このケーシング部分に発生 する熱は、ケーシング部分７の下方領域から突出した前記引き出し１４の部分を 介して導出することができる。回転台２１はガラス板である。 フレネルレンズ２は、４００ｍｍＸ　４００ｍｍのサイズを有し、それによりま た実質的に第２のケーシング部分８及び該ケーシング部分内に配置される部材の 大きさも決まる。フレネルレンズの焦点距離は５２６ｍｍであり、その厚さは約 ３．５ｍｍである。 全映写機は、２段階式の、実質的にアフォーカルの映写系である。アフォーカル 構造からの僅かなずれは、実際の作動において有害にならない。 従って、実質的に異なった物体距離を有する物体のためないしは奥行きが延長さ れた立体的物体の全ての面にために同じ結像倍率が生じる。 結像倍率は、原理的には任意に選択可能でありがっ映写機を構成する際に決めら れる、それというのも該結像倍率は両者の部分系の焦点距離の商に左右されるか らである。結像倍率β′は−ｆ　’　＋ｚ＋　／　ｆ　’　＋＋＋に等しい、そ の際ｆ　’　ｉｌはフレネルレンズの焦点距離及びｆ′口、は集光レンズ系１の 焦点距離である。 縦倍率α′は、横倍率の商である、即ちα′＝β′２である。アフォーカル構造 は、縦方向の強調又は短縮が全縦方向範囲にわたって一定であること惹起する。 従って、拡大の際には縦方向の印象が強化される。 既に述べたように、第１図〜第５ａ、ｂ図による映写機のよって生じた三次元像 は正立でありかつ左右が合っている。光路の２回の反射及び折り畳みにより、該 映写機は極めてコンパクトな構造を有することができ、しかも映写機の寸法は実 質的に物体の大きさ、所望の像区分及び所望の倍率だけに左右される。具体的実 施例においては、倍率は約２．８であるので、比較的小さい物体、例えば時計、 装身具及び同種のものも相応する大きさの立体的像としてフレネルレンズの後方 の空間に存在する。この場合、像の明るさは適当な照明で、該像を明るい昼光で も観察者に明確に視覚させるために十分である。実施例においては、このために ８０ワツトの図示の蛍光管の電量消費量でそのまま十分である。 第７ａ図には、個々の平凸レンズが示されており、その背面側の平面は２８で示 されている。第７ａ図には、２つの主面ないしは２つの主点Ｈａ、Ｈａ’が記入 されている。主点Ｈは、レンズに関する前記のデータにおいては平面２８まで１ ２．４ｍｍの距離を有する。第７ｂ図には、物体側の集光レンズ系が示されてお り、該集光レンズ系は第７ａ図による２つの同じ形式の平凸レンズからなる。両 者の集光レンズ１ａ及び１ｂは同じ配向で前後に配置されており、その際両者の レンズの平面の距離は５１ｍｍである。個々のレンズの主点の位置は、全レンズ 系１の主点Ｈ，Ｈ’　の位置と同様に記入されている。主点距離はｅで示されて いる。 第８図は、延長された構造を有する映写機を略示するものである。この場合には 、ビームスプリッタ及び平面鏡は不必要であり、それによりあらゆる付加的光損 失が生じない。 空中像Ｐは物体配向に対して完全に逆転している、即ち上下及び左右が逆である 。このことは回転する物体の場合には重要でない。静止した物体は、照明台に倒 立して入れねばならない。 第８図は、更に、実像の形成及び縦方向の関係を図示するものである。主点Ｈは 光線交点Ｈ′として空中に映写機の前方に結像される。Ｈ′によって妨害されず に更に進行する光線は一部分眼の瞳に達し、眼はＨ′を発光像点として視覚する 。更に前方にある物体点Ｖは結像平衡後にＶ′としてまた前面に結像される、即 ち該像は深度がそのままである（オルトスコピックである）。 縦倍率（距離Ｈ’−Ｖ’の距離Ｈ−Ｖに対する比）は、アフォーカル系の結像倍 率に結び付きかつ相応して変更することができる。この場合、比較的偏平な物体 でも、図面に示されているように、縦方向距離を延長する（Ｈ−Ｖより大きいＨ ’　−Ｖ’　）ことにより、特に立体的な立体像を得ることができる。逆に、圧 縮も可能である。 第９ａ図、第９ｂ図には、１つだけの平面鏡３０を有する映写機が示されている 。ビームスプリッタ４は系に基づき、即ち不可避的に最大の光損失を生じるので 、この構造では該ビームスプリッタは回避される。 天井鏡３及びビームスプリッタ４（２回の反射）は、光線偏向のための１つの平 面鏡３０（１回だけの反射）によって代えられる。鏡を光軸に対して４５°で設 置すれば、９０°の偏向が生じる。 別の屈折角度は４５°からずれた鏡調整及びフレネルレンズの位置の整合により 達成される。例えば観察光路の軸を垂直な光軸から１００°ずらしたい場合には 、鏡を４５″の代わりに５０°に調整しかつフレネルレンズを１０’傾斜させる ればよい。 第１図〜第６ａ、ｂ図による実施例で生じる、天井鏡３とビームスプリッタ４の 間の往復路による光路の折り畳みはこの場合は行われないので、軸で測定した集 光レンズ系工とフレネルレンズ２との間の距離は相応して拡大すべきである。 映写系による完全な像逆転の他に１回だけの反射が必要であるにすぎないので、 “−面で逆転した”像が生じる。正立かつ左右の合った像を得るためには、物体 の倒立配向だけでは不十分であり、付加的に軸を中心とした旋回が必要である。 物体を例えば鏡映文字で書く必要がある。平面原稿の場合には、左右逆転コピー で十分である。 最後に、第１０ａ図及び第１０ｂ図は、映写機ケーシング３３に旋回可能に支承 された映写ヘッド３４を示す（図面には中間状態で示されている）。この実施例 では、平凸レンズ３２及びフレネルレンズ２からなる映写ヘッド３４を（垂直又 は水平に配置された）映写機ケーシングに対して回転させることが可能である。 回転は、実地の適用において不必要であるとしても、３６０°行うことができる 。 第１図〜第６ａ、ｂ図に基づ〈実施例の場合には、映写へノドの旋回は効果がな い。それというのも、２回の同一平面状の（即ち、入射面が重なった）反射（天 井鏡３及びビームスプリッタ２による）が”山形鏡”の特性を生じるからである 。光線偏向は、両者の鏡が一緒に傾倒されたとしても、１つの固定の方向を有す る。ビームスプリッタ４及び天井鏡３が４５°で互いＪこ固定配置されていれば 、光線偏向は０調整に左右されずに”、従、て系の傾倒に影響不能に、９０°に なる。 第９ａＴＸＪ及び第９ｂ図に示した平凸レンズを使用すると、狭い範囲内で、既 に説明したように、偏向方向の変化が可能である。 しかしながら、第１０ａ図及び第１０ｂ図による実施例では、２つの非同一平面 状の偏向鏡３０．３２を使用する。例えば映写機を垂直に設置し、ひいてはレン ズ系１によって固定された光軸２を垂直に配向すると、第１の４５°偏向鏡３０ は水平のＸ方向に９０’偏向させる。もう１つの偏向鏡３２は、再度９０’の光 線偏向、即ち水平前方（Ｘ方向）の偏向を行う。 今や、鏡３２及びフレネルレンズ２からなる映写ヘッドをＸ軸を中心に旋回させ ると、観察方向を任意に傾斜させることができる。例えば、眼の高さの上に配置 された映写ヘッドで、観察方向は、観察者の眼Ｂが空中の実像の視覚範囲内にあ るように傾斜される。 水平にある映写機（２水平、Ｘ垂直）の場合には、Ｘ軸を中心に旋回させること により任意の側面の注視方向を調整することができる。 この旋回に依存せずに、第９ａ図及び第９ｂ図に示した実施例で偏向鏡３２の傾 斜とフレネルレンズ２の傾斜を合わせると、２つの座標軸に関する観察方向の変 更（例えば、Ｘ軸を中心とした映写ヘッドの旋回による大きな範囲内での水平回 転、及び狭い範囲内での鏡３２による上又は下向きの傾斜）が可能である。もち ろん、この方向調整は、Ｘ軸を中心とした全映写機の旋回によっても達成するこ とができる（調整三脚による狭い範囲内で）。 Ｘ軸を中心とした映写ヘッドの旋回と共に、像配向も物体に対して相対的に変化 する、即ち像Ｐのその面での回転が行われる。図面は文字りを物体（長い線分Ｖ は後向きに斜視図で示されており、短い線分Ｕは右向きに示されている）として 、更に像ｕ′−ｖ′、即ち９０°回転した横になったＬを示す。映写ヘッドを傾 斜させると、像は回転する。しかしながら、左右逆転（鏡文字）は生じない。 ２軸を中心に回転する物体の場合には、前記の関係は無意味である。、静止物体 の場合には、映写ヘッド調整装置及び回転台２１に互いに対応する山形マーキン グにより物体を正しく設置するための補助手段を設けることができる。 次に、１実施例の光学系のデータ及び計算を示す製造元：　Ｔｈｅｒｍｏ−Ｏｐ ｔｉｋ　Ａｒｎｏｌｄ　Ｇｍｂｌｌ　＆　Ｃｏ　ＫＧ。 ｆｅｉｂｕｒｇ ガラス　Ｂ２７０；ｎ、＝１．５２３１半径・ｊｚニー１８５ｍｍ 頂点厚さ：　ｄ＝１８．９ｍｍ＋０．３／−０，５ｍｍ焦点距離。 レンズの構成は、製造元の仕様に相当する。 １．２　フレネルレンズ 製造元、東京オブタクル有限会社、東京データ表には、コンデンサ単位だけが記 載され、そのデータで示す・ サイズ：　４００ｍｍｘ　４００ｍｍ 焦点距離：２７９ｍｍ 厚さ　５．５ｍｍ等 しかしながら、２つのフレネルレンズの１つだけを使用する場合には、サイズは 約３５０ｍｍｘ３７５ｍｍである。 ２つの近接して前後に配置され、それらの波形起伏面で互いに向かい合ったレン ズの合成焦点距離が２７９ｍｍであるべき場合には、個々のレンズはｆ′＝２． ２２９ｍｍ；５５８ｍｍを有する必要がある。 しかしながら、簡易測定により、実際焦点距離。 ｆ’　＝５２６ｍｍ±５ｍｍ が生じた。 この値を以下で利用する。 プレート厚さｄ＝３．５ｍｍ ２　主点位置及びその他のデータの計算２．１　平凸レンズ 面２８は平面である。 その際、第１の頂点（＝平面）から主点Ｈまでの距離は、 第２主点は、平レンズにおいては常に曲面の頂点に第７図は、主点位置を示す。 ２．２２つの同じ平レンズからなる結像系この系は（１）で、フレネルレンズは （２）で示す。混同を回避するために、両者の平レンズを（ａ）及び（ｂ）で示 す、 両者のレンズの距離は、５１ｍｍ（スペーサ＋板厚さ）である。 平面での絞りによる解放直径＃１４０ｍｍ１１及び２゜１の値で、主点距離に関 して両者のレンズのｅ　”　Ｈ’　ｆａｌ　Ｈｔｂ＋　：ｅ＝５１ｍｍ−１８， ９ｍｍ＋１２．４ｍｍｅ＝４４．５ｍｍ が得られる。 次に、２つの平凸レンズからなる系に関して、焦点距離として が得られる。 全系の主点Ｈ及びＨ′は、個々のレンズの主点から以下の距離： が得られる。 ｆル ンズ（ａ）及び（ｂ）の同じ声点距離のために、第１主点位置に対して対称にな る。 Ｈ’、ｂ、Ｈ’　＝−２３，７ｍｍ 以下の計算のために、簡明化のためにここになお第１のレンズ（ａ）の平面に対 する両者の主点の距離Ｓ３．Ｈ及びＳ、、Ｈ’を示す・ ５ｚＨ＝１２．４ｍｍ＋２３．７ｍｍ ５＋、Ｈ＝３６．１ｍｍ ５１１Ｈ’　＝５１ｍｍ＋１８．９ｍｍ−２３．７ｍｍ５＋−Ｈ’　＝４６．２ ｍｍ 図面は、２つの平凸レンズからなる系（１）に関する主要データを示す。 ２３　フレネルレンズ フレネルレンズの主点Ｈ及びＨ′は、十分な精度でレンズのリングゾーン面（波 形起伏面）と合致する。 以下には、２．２に基づく２つの平凸レンズからなる系を系（１）と、フレネル レンズを系（２）と称する。 これらの部分系の主点距離ｅ　”　Ｈ’　ｔ＋＋　Ｈ１１は、以下の計算から得 られる・ 実施例の構成手段によれば、レンズ（ｂ）の平面と、フレネルレンズの間の距離 は、ＳｌゎＨ，ｚ、＝２０８＋１７２＋１７２＋１７６＝７２８ｍｍである。系 １のＨ′はレンズ（ａ）の平面の後方４６．２ｍｍにあるので、 ｅ＝７２８＋５１−４６．２ｍｍ； 従って、映写系の全焦点距離（２つの平しンズ＋フレネルレンズ）に関して が得られる。 全系の主点位置に関しては、 アフォーカル（無焦点）の２段階系１ま、主点距離が焦点距離の和と同じである 際に生じる：ｅ＝ｆ’を口＋ｆ　’　＋２１ その際、焦点Ｆ’＋１１とＦ＋１１は合致する。 その際、全系に関しては、以下の関係が当てはまるｆ　’　＝ｏｏ、Ｈｕ＋Ｈ＝ ”、Ｉ−１’ｔｚ＋Ｈ’　＝”無限遠にある物体で、再び無限遠に結合される。 このような用途の例は、大きな距離に鮮鋭に調整された望遠鏡である。 しかしまた、アフォーカル系はもう１つの極めて有効な特性を有する。これらは また有限位置の物体を、結像倍率は、 から得られる。 これは光軸２に垂直な像面ｘ−ｙにおける結像倍率△Ｚの像の縦方向伸長△２′ への結像に関しては以下このことは、縦倍率はその他の寸法に比較して係数β′ だけ拡大される（１β’ｌ＞１）又は縮小される（１β’　ｌ＜１）ことを意味 する。このことはその都度の用途に基づき有効又はａ害となる。 拡大されない結像（β′＝±１）の際にのみ、縦倍率は歪曲せずに結像される。 従って、両者の焦点距離ｆ’＋ｌ＋及びｆ”　＋Ｚ＋の適合する選択及びそれに 合わせた距離ｃにより、結像倍率の広い範囲を利用可能である。３Ｄ物”体はそ の縦方向伸長に沿って一定の結像倍率β′で結“像されるが、しかしその際その 縦方向伸長が強調又は短縮される（β′ｆ”　（＝−５，５ｍ）　、　ＨｍＨ（ ＃７．６ｍ）及びＨ’＋ｔ、Ｈ’　（＃２１．３ｍ）（７）大きな値並ヒニ互イ この場合には、主点距離ｅ＝７３２．．８ｍｍが生じた。アフォーカル系に関し ては、ｅ＝５２６ｍｍ＋１８８．７ｍｍ、ｅ＝７１４．７ｍｍであるべきである 。 両者の差は、１８，１である。 この差は、第１に映写機に大きな影響を及ぼさない、第２に該差は種々の寸法（ 特にフレネルレンズの焦点距離、符号表示）の許容誤差のために許容範囲内にあ る。 このことは、（少な（とも一定の波長に関して）構成された映写機のためにまた 厳密にアフォーカル装置を生じ得ることを意味する。 厳密にアフォーカル構造を仮定すると、即ちｆ’＋＋＋＝１８８．７ｍｍ　：　 ｆ’＋ｚ＋＝５２６ｍｍ　；ｅ−７１４，７ｍｍ である場合には、結像倍率は （正確にはニー２．７８７５） 及び縦倍率は α’　＝　（−２，７９）”；α’　＝７．７８になる。 従って、３Ｄ物体は３つの全てのディメンジョンで２．７９倍拡大されて結像さ れるが、しかし奥行き方向では付加的に２．７９倍拡大される（奥行きの強調さ れた誇張）。 アフォーカル装置の関する前記データで、以下の章では実際のデータを比較した い。 例として、面の結像“最大鮮鋭度”を前記データに基づき詳細に計算する。 図面には、この面のレンズ（ａ）の平面からの距離が示されている：　Ｓ　＋ａ ＝　−１５０ｍｍこれから、系（１）に関して対向距離が得られる・ａｕ＋＝ｓ ＋＋　Ｓｌ、Ｈ；ａｎ＋＝　１５０ｍｍ　３６．１ｍｍ；　ａ、、、ニー１８６ ．１ｍｍ結像方程方程、以下の像距離が得られる：系（１）に関しては、以下の 結像倍率が得られる：β　＋＋＋　＝　ａ　’　ｔ＋＋／　ａ　ｌｒ、；β’ｕ ＋＝　＋　７２．５８平凸レンズ系による結像は、強度に拡大されかつ虚像であ る。 （１）の虚像は、今やフレネルレンズ（２）によって結像される。次のとおりで ある： ａ＋ｔ＋＝ａ’＋＋＋　ｅ；ａ＋ｔ＋＝　１３５０７ｍｍ　７３２．８ｍｍ；ａ ＋２＋＝−１４２４０ｍｍ結像方程式で、以上の像距離が得られる：フレネルレ ンズ（２）に関しては、以下の結像倍率が生じる： β’　＋＋＋　＝　ａ　’　ｔｚ、／　ａ　＋＋＋　：β’、ｔＩ＝　０．０３ ８３４従って、以下の全結像倍率が得られる：β′＝β′、菫）・β′、２．： β’＝−２．７８３従って、結像倍率は４２で計算した値（アフォーカルの場合 ）から極めて僅かしかずれるに過ぎない。 第ルンズの平面の１５０ｍｍ前方にある物体面の像は、フレネルレンズの前方の ５４６　ｍ　ｍの距離、即ち映写機と観察者との間の空間に空中の実像として生 じる。 以下の表に記載の値は、前記実施例に相応して計算したものである。 表は第１１１Ｉに物体面の位置、即ち第ルンズの平面からの距離Ｓｌａを示す。 第６ｔｌｌは、像距離ａ　’　１１、即ちフレネルレンズからの像の距離を示す 。 正の値は、フレネルレンズの前方、即ちフレネルレンズと観察者の間の空間内の 像の位置を表す。該像は実像である。 負の値の場合には、像はフレネルレンズの後方、即ち“映写機内”に位置する。 その際、該像は虚像である。 ５１ｍｋ−２１８ｍｍの場合には、該像はフレネルレンズと合致する。 全ての表示において、映写機での実際の寸法において構造の構成素子及び寸法許 容差により例えば別の値が生じてもよいということに留意されるべきである。 縦倍率（第９欄）は、β″としてではなく、像位置と物***置の実際の差異から 計算した。 物***１ｔＳ＋、の関数としての像位置ａ　’　＋２１は、はとんど直線的関係 を有する。アフォーカル構造の場合には、この関係は厳密に直線的である。この 場合には、（これらの映写機に関してのみ）像位置を以下の方程式。 ａ’＋ｉ＋＝１９９２ｍｍ＋７．７６９　・ａ＋ｌ＋から計算することができた 。 表は第８及び９欄において、β′及びα′は完全には一定でないことを示す。こ のことは厳密にアフォーカル構造でないことの結果である。

【表１】 物***置と像位置の関係を示す図表 第１図〜第６ａ、ｂ図に基づ〈実施例における像直立の証明 該映写機は、物体から正立像を生じる、即ち像はＸ−Ｙ面内に広がり方向に対し て物体と同じ配向を示す配向記号として、第１図では文字“Ｌ゛を利用する、こ の文字は物体Ｏ及び像Ｐで同じ状態で見える。 この場合、観察方向の決定も重要な影響を及ぼす。 物体Ｏは回転台２１を装填する際に（斜め）上から観察される、その際観察者は 映写機の後ろに立つ。像Ｐは映写機の全面から（フレネルレンズを車＜）観察さ れる。 ２回の同一面での反射（天井鏡３及びビームスプリッタ４）により、観察方向の 変化と共に″完全に逆転したｉ（フレネルレンズの左側の記号）が−４生じる。 結像系により、再度完全な逆転、ひいては王立（フレネルレンズの右側の記号） が生じる。 結像系による逆転は、常に実像で行われるニー９０ｍｍ〜−１５０ｍｍの観察範 囲内（表５．２の第１１１）で、平凸レンズ系１から投影された中間像は虚像で ある。これがフレネルレンズ２により実像に結像される。 −１７０ｍｍ　〜−２５０ｍｍの範囲内では、中間像は実像であり、ひいては逆 転されている。フレネルレンズは像位置にもはや影響しない、それというのもフ レネルレンズは虚の物体の実像（−１７０ｍｍ〜−２１Ｑｍｍ）又は実の物体の 虚像（−２３０ｍｍ；−２５０ｍｍ）を生じるからである。 従って、総括すれば、観察方向を考慮して２回の同一面上での反射と２段階式の 映写系による１回の逆転の組み合わせは正立像を生じることになる。 折り畳んだ光路（第８図参照）では、もちろん同一面上での反射は不必要である 。同じ方向から物体及び像を観察する際には、像は完全に逆転されている。従っ て、表５．２は第８欄に常に負の合成結像倍率β′、即ち像逆転を示す。 １Δ 巳ｉｇ４拍　巳１９」頃 コｇ、　１０ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．物体支持体（２１）と、物体側の集光レンズ系と、像側の集光レンズ系（１ ，２）とを有するデモンストレーション及びコマーシャル目的用の映写機におい て、三次元物体（Ｏ）を設置するための物体支持体（２１）が設けられており、 像側の集光レンズ系がフレネルレンズ（２）を有し、物体側の集光レンズ（１） とフレネルレンズ（２）との間の、光軸（５，６）で測定した光路長はそれらの 焦点距離の和とほぼ同じであり、レンズ（１，２）の直径は物体側の集光レンズ 系（１）の主軸に対して横方向で測定した結像すべき物体（Ｏ）の伸長よりも大 であり、かつ咳物体の物体側の集光レンズ系（１）からの距離は、物体（Ｏ）が 少なくとも部分的にフレネルレンズの後方で三次元空中像（Ｐ）として結像され る程度短いことを特徴とする、映写機。 ２．フレネルレンズ（２）の焦点距離が物体側の集光レンズ系（１）よりも大き い焦点距離を有する、請求項１記載の映写機。 ３．下に配置された物体支持体（２１）と、その上に組み込まれた集光レンズ系 （１）と、その上に配置されたレフレクタ装置（３，４；３０，３２）と、該レ フレクタ装置の側面並んで組み込まれたフレネルレンズ（２）とを有するコンソ ール型装置として構成されている、請求項１又は２記載の映写機。 ４．レフレクタ装置が、集光レンズ系（１）の主軸（５）に対して傾斜した、部 分透過性に鏡面化されたビームスプリッタ（４）と、集光レンズ系（１）の主軸 （５）に対して実質的に横方向及び／又は平行に配置された少なくとも１つの平 面鏡（３）とからなる、請求項３記載の映写機。 ５．ビームスプリッタ（４）が集光レンズ系（１）の主軸（５）に対して約３５ °〜５５°、有利には４５°傾斜して配置されている、請求項４記載の映写機。 ６．レフレクタ装置が、光レンズ系（１）の主軸に対して約３５°〜５５°、有 利には４５°傾斜した第１の平面鏡（３０）を有する、請求項５記載の映写機。 ７．レフレクタ装置が第２の平面鏡（３２）を有し、該平面鏡が光路内の第１の 平面鏡（３０）とフレネルレンズ（２）の間に配置されており、それらの主軸に 対して約３５°〜５５°、有利には４５°で傾斜している、請求項６記載の映写 機。 ８．第２の平面鏡（３２）及びフレネルレンズ（２）がユニット（３４）として 集光レンズ系（１）及び第１の平面鏡（３０）に対して相対的に集光レンズ系（ １）及びフレネルレンズ（２）の主軸（５，６）に対して横方向にある軸（ｘ− ｘ）を中心に回転可能である、請求項７記載の映写機。 ９．レフレクタ装置（３，４：３０，３２）及びレネルレンズ（２）がユニット （８）として集光レンズ系（１）に対してその主軸（５）に対して横方向に旋回 可能である、請求項３から８までのいずれか１項記載の映写機。 １０．物体支持体が回転駆動可能な回転台（２１）である、請求項１記載の映写 機。