(57)【要約】【課題】良好な広角像が得られる投影玩具を提供する。【解決手段】画像が坦持された画像フィルムに光源からの光を照射し、その画像フィルムを透過した光を投影レンズにより投影するように構成された投影玩具において、前記光源の影によるブラックアウトが生じないように前記画像フィルムに光を均一に照射する軸ティルト楕円ミラーが設けられるとともに、前記投影レンズは、後方に配置される２枚の凸メニスカスレンズと、前方に配置される１枚の凹レンズとで構成され、前記２枚の凸メニスカスレンズは、凹面を互いに向かい合わせにして配置され、さらに、前記軸ティルト楕円ミラーと前記画像フィルムの間に、前記投影レンズの後ろ瞳に前記軸ティルト楕円ミラーからの光を集中させるプリズムが設けられている。【選択図】　　　　　図１
2004070044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像が坦持された画像フィルムに光源からの光を照射し、その画像フィルムを透過した光を投影レンズにより投影するように構成された投影玩具において、前記光源の影によるブラックアウトが生じないように前記画像フィルムに光を均一に照射する軸ティルト楕円ミラーが設けられるとともに、前記投影レンズは、後方に配置される２枚の凸メニスカスレンズと、前方に配置される１枚の凹レンズとで構成され、前記２枚の凸メニスカスレンズは、凹面を互いに向かい合わせにして配置され、さらに、前記軸ティルト楕円ミラーと前記画像フィルムの間に、前記投影レンズの後ろ瞳に前記軸ティルト楕円ミラーからの光を集中させるプリズムが設けられていることを特徴とする投影玩具。
【請求項２】
前記２枚の凸メニスカスレンズの前後に２枚のまたは中間に１枚の絞りが設けられていることを特徴とする請求項１記載の投影玩具。
【請求項３】
前記２枚の凸メニスカスレンズは画角変更のためその光軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の投影玩具。
【請求項４】
前記凹レンズは画角変更のためその光軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載の投影玩具。
【請求項５】
前記２枚の凸メニスカスレンズの少なくとも１面は非球面となっていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項記載の投影玩具。
【請求項６】
画像が坦持された画像フィルムに光源からの光を照射し、その画像フィルムを透過した光を投影レンズにより投影するように構成された投影玩具において、前記光源の影によるブラックアウトが生じないように前記画像フィルムに光を均一に照射する軸ティルト楕円ミラーが設けられるとともに、前記投影レンズは、後方に配置される凸メニスカスレンズと、前方に配置される凹レンズとから構成され、前記凸メニスカスレンズの凹面側に絞りが設けられ、さらに、前記軸ティルト楕円ミラーと前記画像フィルムの間に、前記投影レンズの後ろ瞳に前記軸ティルト楕円ミラーからの光を集中させるプリズムが設けられていることを特徴とする投影玩具。
【請求項７】
前記凸メニスカスレンズと、前記凹レンズとの間隔は可変に構成されていることを特徴とする請求項６記載の投影玩具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影玩具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像フィルムに坦持された画像を部屋の壁や天井に投影する投影玩具が知られている。この投影玩具では、投影レンズに１枚または２枚の凸レンズが使われているのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の投影玩具では、投影レンズとして１枚または２枚の凸レンズを使用しているため、収差補正に乏しく、投影角も３０°以下のものであった。また、ペッツバールの値も０．７〜０．９と高く、より広角のものを作ると像面を平坦化できず周辺像の著しい悪化を招いていた。
【０００４】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、良好な広角像が得られる投影玩具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の投影玩具は、画像が坦持された画像フィルムに光源からの光を照射し、その画像フィルムを透過した光を投影レンズにより投影するように構成された投影玩具において、前記光源の影によるブラックアウトが生じないように前記画像フィルムに光を均一に照射する軸ティルト楕円ミラーが設けられるとともに、前記投影レンズは、後方に配置される２枚の凸メニスカスレンズと、前方に配置される１枚の凹レンズとで構成され、前記２枚の凸メニスカスレンズは、凹面を互いに向かい合わせにして配置され、さらに、前記軸ティルト楕円ミラーと前記画像フィルムの間に、前記投影レンズの後ろ瞳に前記軸ティルト楕円ミラーからの光を集中させるプリズムが設けられていることを特徴とする。この場合、請求項２記載の投影玩具のように、前記２枚の凸メニスカスレンズの前後に２枚のまたは中間に１枚の絞りを設けることが好ましい。
この投影玩具によれば、投影レンズとして先端に凹レンズを含むため、広角化が図れるとともに、凹レンズの負のパワーによりペッツバールの値を０．１〜０．４程度とし、像面わん曲を従来の投影玩具に対して１／２〜１／８程度にすることができる。
また、２枚の凸メニスカスレンズのＲと間隔を適正化すれば、非点収差も除去できる。
これらから、周辺までシャープな平坦像が得られる。
さらに、前方の凹レンズにより広角化するため、後方の２枚の凸メニスカスレンズの光の入射角を狭角とすることができる。その結果、プリズムレンズをフレネルタイプにしなくても薄いくさび型レンズとすることができる。
また、投影レンズが２枚の凸メニスカスレンズと前に１枚の凹レンズを置くことでレトロフォーカス型投影レンズとなるため、周辺光量を大きくすることができる。
【０００６】
請求項３記載の投影玩具は、請求項１または請求項２記載の投影玩具において、前記２枚の凸メニスカスレンズは画角変更のためその光軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。
従来の投影玩具では、投影レンズを構成する１枚または２枚の凸レンズは前面に凹レンズがないためその光軸方向に移動ができても、画角を変更できず、画面サイズを適正化するにあたっては、投影玩具自体を動かしていた。これに対して、請求項２記載の投影玩具によれば、２枚の凸メニスカスレンズをその光軸方向に移動させ凹レンズとの間隔を変えることにより、画角変更をすることができ、画面サイズの適正化にあたって、投影玩具自体を動かす必要がない。
【０００７】
請求項４記載の投影玩具は、請求項１〜請求項３いずれか一項記載の投影玩具において、前記凹レンズは画角変更のためその光軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。この場合の凹レンズは前記凸メニスカスレンズと連動して移動可能に構成してもよいし、独立して移動可能に構成してもよい。
この投影玩具によれば、凹レンズをその光軸方向に移動させることにより、焦点を合わせることができる。
【０００８】
請求項５記載の投影玩具は、請求項１〜４いずれか一項記載の投影玩具において、前記２枚の凸メニスカスレンズの少なくとも１面は非球面となっていることを特徴とする。
この投影玩具によれば、２枚の凸メニスカスレンズの凹面を向かい合わせ接近させることで画角の大きい光の光束を２枚の凸メニスカスレンズの中心で交わらせるようにする一方で、２枚の凸メニスカスレンズの４面のうちの少なくとも１面を非球面化することで（※２　この部分の確認をいただければ幸いに存じます。）、球面収差をなくすことができる。また、このとき、周辺光はコマ収差を発生することは少ない。これらから、中心も周辺もシャープな広角像が得られる。。
【０００９】
請求項６記載の投影玩具は、画像が坦持された画像フィルムに光源からの光を照射し、その画像フィルムを透過した光を投影レンズにより投影するように構成された投影玩具において、前記光源の影によるブラックアウトが生じないように前記画像フィルムに光を均一に照射する軸ティルト楕円ミラーが設けられるとともに、前記投影レンズは、後方に配置される凸メニスカスレンズと、前方に配置される凹レンズとから構成され、前記凸メニスカスレンズの凹面側に絞りが設けられ、さらに、前記軸ティルト楕円ミラーと前記画像フィルムの間に、前記投影レンズの後ろ瞳に前記軸ティルト楕円ミラーからの光を集中させるプリズムが設けられていることを特徴とする。
この投影玩具によれば、投影レンズとして凹レンズを含むため、凹レンズの負のパワーによりペッツバールの値を従来の投影玩具に対して１／２〜１／８程度とすることができ、広角化が図れることになる。
また、前方の凹レンズにより広角化するため、後方の凸メニスカスレンズの光の入射角を狭角とすることができる。その結果、プリズムレンズをフレネルタイプにしなくても薄いレンズとすることができる。
なお、凹レンズは前面を平面から弱凹面とするメニスカスレンズとし後面を強い凹面として、凸メニスカスレンズと合わせたペッツバールの値が０．１〜０．３程度にすることが好ましい。これにより像面平坦化の条件が整うことになる。
また、凸メニスカスレンズの凸メニスカス度は、非点収差を最小にするように、凹レンズと凸メニスカスレンズの距離、絞り位置を適切に設定することができる。
さらに、絞りに近接した凸メニスカスレンズ２枚の少なくとも１面を非球面化することで、コマ収差を悪化させることなく球面収差を少なくすることができ、レンズを明るくでき、明るくシャープな広角像が得られる。
【００１０】
請求項７記載の投影玩具は、請求項６記載の投影玩具において、前記凸メニスカスレンズと、前記凹レンズとの間隔を可変に構成したことを特徴とする。
この投影玩具によれば、凹レンズと凸メニスカスレンズの間隔を変えることにより、画角を連続的に変えることができる。この場合、凹レンズの移動量と凸メニスカスレンズの移動量とを適切に調整すれば、画角の変更時にピントがずれることもない。
なお、凸メニスカスレンズと凹レンズとの間隔を変えること（ズーミング）により、収差補正は崩れるが、広角に近いところで収差補正をしておけば、狭角側へズーミングしても画角が小さいことで実用レベルの性能が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
Ｉ．第１の実施形態
１．投影玩具の全体構成
図１には第１の実施形態に係る投影玩具の構成が示されている。この投影玩具１００は、集光系１０と、投影系２０とを備えている。同図において符号３０は画像フィルムである。
【００１２】
２．集光系１０の構成
（１）集光系１０の全体構成
集光系１０は、光源である豆電球１１と、集光ミラー１２と、プリズムレンズ１３とを備えている。図１において符号１１ａはフィラメントを指示している。
【００１３】
（２）集光ミラー１２の構成
集光ミラー１２としては軸ティルト楕円ミラーが使用されている。軸シフトミラーを用いたのは、画像フィルム３０に光源（豆電球１１）の影によるブラックアウトが生じるのを防止するためである。軸ティルト楕円ミラーを用いることで画像フィルム３０には平均に（ブラックアウトすることなく）光が当たることになる。
【００１４】
（３）プリズムレンズ１３の構成
プリズムレンズ１３は豆電球１１側がすり鉢状の凹面となっている。つまり、くさび型のレンズとなっており豆電球１１に起因するブラックアウト成分が集光ミラー１３によってプリズムレンズ１３の中心（底部）に達するように構成されている。このプリズムレンズ１３は後述の投影レンズ２１の後ろ瞳に光を集中させる働きをする。
【００１５】
３．投影系２０の構成
（１）投影系２０の全体構成
投影系２０は投影レンズ２１によって構成され、この投影レンズ２１は、後方に配置される凸メニスカスレンズ２２，２３と、前方に配置される凹レンズ２４とから構成されている。
【００１６】
（２）凸メニスカスレンズ２２，２３の構成
凸メニスカスレンズ２２，２３は、凹面を互いに向かい合わせにして配置されている。この場合、画角の大きな光の光束が２枚の凸メニスカスレンズ２２，２３の中心で交わるように構成することが好ましい。
また、凸メニスカスレンズ２２，２３はその光軸方向に移動可能に構成され、画角を変更できるようになっている。また、凸メニスカスレンズ２２，２３の４面のうち少なくとも１面が非球面となっている。この場合、絞りを２枚の凸メニスカスレンズ２２，２３の凹面の間に入れるか、２枚の凸メニスカスレンズ２２，２３の前後に近接させておき（図１の絞り２５ａ，２５ｂ）、その凹面を非球面化することが特に好ましい。
なお、非点収差の補正のためには、凸メニスカスレンズ２２，２３の凸面の曲率はＲ＝０．５ＦＬ〜０．７ＦＬ（ＦＬは全体レンズの焦点距離）、凹面の曲率はＲ＝１．８ＦＬ〜３ＦＬとし、凸メニスカスレンズ２２，２３を近接させることが好ましい。
【００１７】
（３）凹レンズ２４の構成
凹レンズ２４は、強い凹面が凸メニスカスレンズ２２，２３側に向くようにして配置されている。この場合の凹レンズ２４は前面を平面から弱凹面とするメニスカスレンズとし後面を強い凹面とし、２枚の凸メニスカスレンズ２２，２３と合わせたペッツバールの値を０．１〜０．３程度とすることができる。
また、凹レンズ２４または３つのレンズ２２、２３，２４全体がその光軸方向に移動可能に構成され、ピント合わせができるようになっている。
【００１８】
４．画像フィルム３０の構成
画像フィルム３０は透明に構成され、この画像フィルム３０には画像が坦持されている。
【００１９】
５．投影方法
豆電球１１からの光は集光ミラー１３によって集光され、プリズムレンズ１３を通して画像フィルム３０に照射される。そして、画像フィルム３０を透過した光は２枚の凸メニスカスレンズ２２、２３を透過し、凹レンズ２４を通してスクリーン等に投影される。
【００２０】
ＩＩ．第２の実施形態
１．投影玩具の全体構成
図２には第１の実施形態に係る投影玩具の構成が示されている。この投影玩具２００は、集光系（図示せず）と、投影系１２０とを備えている。同図において符号１３０は画像フィルムである。
【００２１】
２．集光系および画像フィルムの構成
第２の実施形態の集光系は第１の実施形態の投影玩具１００の集光系１０と同様の構成であるのでその説明は省略する。
また、第２の実施形態の画像フィルム１３０は第１の実施形態の投影玩具１００の画像フィルム３０と同様の構成であるのでその説明は省略する。
【００２２】
３．投影系１２０の構成
（１）投影系１２０の全体構成
投影系１２０は投影レンズ１２１によって構成され、この投影レンズ１２１は、後方に配置される凸メニスカスレンズ１２２と、前方に配置される凹レンズ１２４と、凸メニスカスレンズ２２の凹面近くに設けられた絞り１２５とから構成されている。
【００２３】
（２）凸メニスカスレンズ１２２および絞り１２５の構成
凸メニスカスレンズ１２２は、絞り１２５をその凸メニスカスレンズの凹面に接近させる一方で、その凹面を非球面化することが好ましい。このようにすれば、コマ収差を悪化させることなく球面収差を少なくすることができ、レンズを明るくでき、明るくシャープな広角像が得られる。
また、凸メニスカスレンズ１２２はその光軸方向に移動可能に構成され、画角を変更できるようになっている。
なお、この投影玩具２００においては、凸メニスカスレンズ１２２における凹面は凹レンズ１２４側に向いているが、画像フィルム１３０側に向いていてもよい。この場合、絞り１２５は凸メニスカスレンズ１２２の凹面側に設けられる。
【００２４】
（３）凹レンズ１２４の構成
凹レンズ１２４は、凹面が凸メニスカスレンズ１２２側に向くようにして配置されている。また、凹レンズ１２４はその光軸方向に移動可能に構成されている。この場合の凹レンズ１２４は前面を平面から弱凸面（全体レンズの焦点距離をＦＬとすれば、Ｒ＝ＦＬ）とし、後面を強い凹面（Ｒ＝１／２ＦＬ程度）とし、その凹面のＲは凸メニスカスレンズ１２５と合わせたペッツバールの値が０．１〜０．３となるようにすることが好ましい。
【００２５】
（４）収差補正
第２の実施形態の投影玩具２００では、ズーミングにより収差補正が崩れるが、補正を広角に近いところで設計しておくことで狭角へズームしても画角が少ないことで実用レベルの性能が得られる。
【００２６】
４．投影方法
豆電球からの光は集光ミラーによって集光され、プリズムレンズを通して画像フィルム１３０に中心に光源の影（中心のブラックアウト）がなく均一に照射される。そして、画像フィルム１３０を透過した光は凸メニスカスレンズ１２２を透過し、凹レンズ１２４を通してスクリーン等に投影される。
【００２７】
【実施例】
１．レンズデータ
第１の実施形態と同じ構成でレンズ条件は下記のとおりである。面の番号は前側のものから順に示してある。
【００２８】
【表１】
2004070044.tif 000003
【００２９】
２．実施例の効果
その結果が図３（ａ）〜（ｄ）に示されている。
この実施例によれば、６面の非球面化により球面収差は球面の１／１０程度に減少した（同図（ａ））。また、前方の強い凹レンズによりペッツバールの値（潜在的像面平坦能力）は０．１７８と凸レンズだけの使用の場合の１／４となった。凹レンズ、２枚の凸メニスカスレンズの位置および形状の適正化により非点収差を補正してペッツバールの値の低減とメジオナル像およびサジタル像の平坦化が実現された（同図（ｂ））。さらに、凸メニスカスレンズを向かい合わせ２つの絞りをこのレンズの前後に置くことでコマ収差が抑制された（同図（ｃ））。
【００３０】
【比較例】
１．レンズデータ
図４は従来構造の投影装置であり、レンズ条件は下記の通りである。面の番号は前側のものから順に示してある。
【００３１】
【表２】
2004070044.tif 000004
【００３２】
２．比較例の効果
その結果が図５（ａ），（ｂ）に示されている。
この比較例によれば、ペッツバールの値が０．７０３と実施例に比べて大きく、また、メジオナル像およびサジタル像の平坦度が実施例に比べて悪いことがわかる。
【００３３】
本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、かかる実施の形態に限定されるものではなく、その発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の代表的なものの効果を説明すれば、画像が坦持された画像フィルムに光源からの光を照射し、その画像フィルムを透過した光を投影レンズにより投影するように構成された投影玩具において、前記光源の影によるブラックアウトが生じないように前記画像フィルムに光を均一に照射する軸ティルト楕円ミラーが設けられるとともに、前記投影レンズは、後方に配置される２枚の凸メニスカスレンズと、前方に配置される１枚の凹レンズとで構成され、前記２枚の凸メニスカスレンズは、凹面を互いに向かい合わせにして配置され、さらに、前記軸ティルト楕円ミラーと前記画像フィルムの間に、前記投影レンズの後ろ瞳に前記軸ティルト楕円ミラーからの光を集中させるプリズムが設けられているので、良好な広角像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る投影玩具の光学系の構成図である。
【図２】第２の実施形態に係る投影玩具の光学系の構成図である。
【図３】実施例の効果を示す図である。
【図４】従来の投影装置（比較例）の構造を示す図である。
【図５】比較例の効果を示す図である。
【符号の説明】
１００　　投影玩具
１０　　　集光系
１１　　　豆電球
１２　　　集光ミラー
１３　　　プリズムレンズ
２０　　　投影系
２１　　　投影レンズ
２２，２３　凸メニスカスレンズ
２４　　　凹レンズ
２５ａ，２５ｂ　絞り
２００　　投影玩具
１２０　　投影系
１２１　　投影レンズ
１２２　　凸メニスカスレンズ
１２４　　凹レンズ
１２５　　絞り
【図１】
2004070044.tif 000005
【図２】
2004070044.tif 000006
【図３】
2004070044.tif 000007
【図４】
2004070044.tif 000008
【図５】
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