(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光を射出する射出光学系を含む本体部と、
前記射出光学系から射出された前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットと、を有し、
前記投写ユニットは、
前記映像光による像の倍率を変換させる変倍光学系と、
前記変倍光学系からの前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーと、を備え、
前記変倍光学系は、前記射出光学系の光軸に対して傾けられた像面をなす像について、前記像面が前記光軸に対して傾いた状態で倍率を変換させて射出することを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
映像光を射出する射出光学系を含む本体部と、
前記射出光学系から射出された前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットと、を有し、
前記投写ユニットは、前記射出光学系からの前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーを備え、
前記射出光学系は、前記映像光による像の倍率を変換させる変倍光学系としての機能を備え、
前記変倍光学系は、前記射出光学系の光軸に対して傾けられた像面をなす像について、前記像面が前記光軸に対して傾いた状態で倍率を変換させて射出することを特徴とするプロジェクター。
【請求項３】
前記射出光学系から前記投写ユニットを経ずに前記映像光を投写させた場合に、前記光軸に対して略垂直に正立した像面をなす像を結像させる結像範囲を第１の範囲、前記映像光の光路のうち前記第１の範囲以外の範囲を第２の範囲、とすると、
前記射出光学系は、前記第２の範囲において、前記光軸に対して傾けられた像面をなす前記映像光を射出可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記本体部は、前記プロジェクターから着脱可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記射出光学系は、前記本体部単体で画像を表示するための第１のモードと、前記本体部と前記投写ユニットとを組み合わせて画像を表示するための第２のモードと、に切り換え可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記射出光学系は、前記光軸の方向についてレンズを移動させることにより、前記第１のモードと前記第２のモードとに切り換えられることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記変倍光学系は、前記映像光による像を拡大させる拡大光学系であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記拡大光学系は、負のパワーの光学要素を備えることを特徴とする請求項７に記載のプロジェクター。
【請求項９】
前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素を備えることを特徴とする請求項７に記載のプロジェクター。
【請求項１０】
前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記正のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた負のパワーの光学要素と、を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載のプロジェクター。
【請求項１１】
前記変倍光学系は、前記映像光による像を縮小させる縮小光学系であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１２】
前記縮小光学系は、負のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記負のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた正のパワーの光学要素と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクター。
【請求項１３】
前記射出光学系と、前記変倍光学系と、前記広角化ミラーとは、前記光軸を略一致させて配置されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１４】
前記射出光学系と、前記変倍光学系と、前記広角化ミラーとは、前記映像光の光束を前記光軸からシフトさせて進行させるシフト光学系を構成することを特徴とする請求項１３に記載のプロジェクター。
【請求項１５】
前記広角化ミラーは、前記像面が前記被照射面に略平行になるように、前記映像光を折り返すことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１６】
前記広角化ミラーは、非球面形状を備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１７】
前記広角化ミラーは、前記光軸に近くなるに従い曲率が増大するような曲面形状を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１８】
前記光軸からの高さをｙ、前記広角化ミラーの形状の基準とする球面の曲率をｃ、円錐定数をｋとし、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・のそれぞれを所定の補正項として、
前記広角化ミラーは、以下のｈにより表される曲面形状を含むことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【数１】
0005471613.tif 000005
【請求項１９】
映像光を射出する射出光学系を含む本体部と、
前記射出光学系から射出された前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーを備え、前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットと、を有し、
前記射出光学系から前記投写ユニットを経ずに前記映像光を投写させた場合に、前記光軸に対して略垂直に正立した像面をなす像を結像させる結像範囲を第１の範囲、前記映像光の光路のうち前記第１の範囲以外の範囲を第２の範囲、とすると、
前記射出光学系は、前記第２の範囲において、前記光軸に対して傾けられた像面をなす前記映像光を射出可能であることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２０】
映像光を射出する射出光学系を含む本体部と組み合わせて使用され、前記射出光学系から射出された前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットであって、
前記射出光学系から射出された前記映像光による像の倍率を変換させる変倍光学系と、
前記変倍光学系からの前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーと、を有し、
前記変倍光学系は、前記射出光学系の光軸の法線に対して傾けられた像面をなす像について、前記像面が前記光軸に対して傾いた状態で倍率を変換させて射出することを特徴とする投写ユニット。
【請求項２１】
前記変倍光学系は、前記映像光による像を拡大させる拡大光学系であることを特徴とする請求項２０に記載の投写ユニット。
【請求項２２】
前記拡大光学系は、負のパワーの光学要素を備えることを特徴とする請求項２１に記載の投写ユニット。
【請求項２３】
前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素を備えることを特徴とする請求項２１に記載の投写ユニット。
【請求項２４】
前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記正のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた負のパワーの光学要素と、を備えることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の投写ユニット。
【請求項２５】
前記変倍光学系は、前記映像光による像を縮小させる縮小光学系であることを特徴とする請求項２０に記載の投写ユニット。
【請求項２６】
前記縮小光学系は、負のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記負のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた正のパワーの光学要素と、を備えることを特徴とする請求項２５に記載の投写ユニット。
【請求項２７】
前記変倍光学系と、前記広角化ミラーとは、光軸を略一致させて配置されることを特徴とする請求項２０から２６のいずれか一項に記載の投写ユニット。
【請求項２８】
前記広角化ミラーは、前記像面が前記被照射面に略平行になるように、前記映像光を折り返すことを特徴とする請求項２０から２７のいずれか一項に記載の投写ユニット。
【請求項２９】
前記広角化ミラーは、非球面形状を備えることを特徴とする請求項２０から２８のいずれか一項に記載の投写ユニット。
【請求項３０】
前記広角化ミラーは、前記光軸に近くなるに従い曲率が増大するような曲面形状を備えることを特徴とする請求項２０から２９のいずれか一項に記載の投写ユニット。
【請求項３１】
前記光軸からの高さをｙ、前記広角化ミラーの形状の基準とする球面の曲率をｃ、円錐定数をｋとし、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・のそれぞれを所定の補正項として、
前記広角化ミラーは、以下のｈにより表される曲面形状を含むことを特徴とする請求項２０から３０のいずれか一項に記載の投写ユニット。
【数２】
0005471613.tif 000006
【請求項３２】
請求項１から１９のいずれか一項に記載のプロジェクターと、
前記プロジェクターから入射した映像光により映像を表示し、かつ前記映像の表示面への書き込みを可能とする画面表示部と、を有することを特徴とする電子黒板。
【請求項３３】
前記プロジェクターのうち、前記映像光を射出する射出光学系を含む本体部は、前記電子黒板から着脱可能であることを特徴とする請求項３２に記載の電子黒板。
【請求項３４】
前記画面表示部の設置のための基台と、
前記基台に前記プロジェクターを固定するプロジェクター固定部と、を有することを特徴とする請求項３２又は３３に記載の電子黒板。
【請求項３５】
前記プロジェクター固定部は、前記プロジェクターのうち、前記映像光を射出する射出光学系を含む本体部を位置決めするためのガイド構造を備えることを特徴とする請求項３４に記載の電子黒板。
【請求項３６】
前記基台における前記プロジェクター固定部の取り付け強度を補強するための補強部材を有し、
前記補強部材は、前記プロジェクターと前記画面表示部との間において前記映像光が進行する領域の周辺に配置されることを特徴とする請求項３４又は３５に記載の電子黒板。
【請求項３７】
前記補強部材は、前記映像光が進行する領域を被覆するカバーを備えることを特徴とする請求項３６に記載の電子黒板。
【請求項３８】
前記プロジェクターは、前記画面表示部のうち前記映像を観察する側とは反対側の面へ前記映像光を入射させ、
前記画面表示部は、前記プロジェクターから入射した前記映像光を透過させることを特徴とする請求項３２から３７のいずれか一項に記載の電子黒板。
【請求項３９】
前記プロジェクターは、前記画面表示部に対して鉛直下側に配置されることを特徴とする請求項３２から３８のいずれか一項に記載の電子黒板。
【請求項４０】
前記プロジェクターは、前記画面表示部に対して鉛直上側に配置されることを特徴とする請求項３２から３８のいずれか一項に記載の電子黒板。
【請求項４１】
前記画面表示部は、前記プロジェクターから入射した前記映像光を拡散させる光拡散性を備えることを特徴とする請求項３２から４０のいずれか一項に記載の電子黒板。
【請求項４２】
前記画面表示部は、前記プロジェクターから入射した前記映像光を角度変換する角度変換部を備えることを特徴とする請求項３２から４１のいずれか一項に記載の電子黒板。
【請求項４３】
前記画面表示部の前記表示面に書き込まれている書き込み内容を含む情報を読み込む読込装置を有することを特徴とする請求項３２から４２のいずれか一項に記載の電子黒板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクター、投写ユニット及び電子黒板、特に、近接投写のためのプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短い投写距離で大画面を表示可能とする、いわゆる近接投写のための投写光学系を備えるプロジェクターが製品化されている。この投写光学系を採用することで、従来のフロント投写型のプロジェクターに比べて超短距離で大画面（例えば、４０ｃｍの投写距離で１００インチ）を表示することが可能となっている。これらのプロジェクターは、超短距離投写のみに使用可能とされるのが一般的であって、超短距離投写から、従来広く知られているプロジェクターの中長距離投写まで、目的に応じた使用を可能とすることが期待されている。例えば、特許文献１には、投写レンズに対してスクリーン側に取り付けられる反射投写ユニットによってズーム比を拡大させるプロジェクターの技術が提案されている。反射投写ユニットを取り付けた状態と取り外した状態とで、異なるズーム比の画像を得ることが可能となる。
【０００３】
仮に、特許文献１に係る反射投写ユニットを超短距離投写に適用するには、ズーム比を大幅に拡大させる必要が生じる。この場合、ズーム比を大きくするほど、収差を低減させることが非常に困難となる。また、レンズの光軸（中心軸）に対して偏芯させて複数の曲面ミラーを配置する構成を採用していることから、光学要素の僅かなずれ等が画像へ大きな影響を及ぼす場合が多くなる。このため、所望の光学性能を得るためには非常に高精度な調整を要する上、偏芯光学系による収差を低減させることも困難となる。
【０００４】
また、近年、マルチメディアコンテンツの増加により、文教分野やプレゼンテーション等において使用される、いわゆるインタラクティブボードが普及しつつある。インタラクティブボードは、コンテンツを表示しながら、そのコンテンツへの使用者による書き込みが可能であることを特徴とする。通常、インタラクティブボードは、従来の黒板やホワイトボードと同様のサイズとなるため、比較的広範囲での表示が求められることとなる。インタラクティブボードでの広範囲の表示に一般的な直視型のモニターを適用すると、装置全体の重量、消費電力、コストの面で問題が生じる。
【０００５】
例えば、特許文献２及び３には、プロジェクターから投写された映像光を平面ミラーで反射させ、透過型スクリーンへ入射させる電子黒板の技術が提案されている。特許文献４には、超短距離投写のプロジェクターを備える電子黒板の技術が提案されている。プロジェクターを使用する拡大投写によって、広範囲での表示を可能とする。プロジェクターを使用することにより、重量、消費電力、コストの軽減が可能となる。但し、特許文献２及び３の技術の場合、広大な平面ミラーが透過型スクリーンに対して傾きを持たせて設置されることで、奥行き方向のサイズが大きくなり、設置性が低下する点が問題となる。特許文献４の技術におけるプロジェクターは、超短距離投写にのみ適用されるものであって、使用用途が限定されるために利便性が低いという点が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−６３９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３６８９２号公報
【特許文献３】特開２００４−２５２３４５号公報
【特許文献４】特開２００９−８３２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、超短距離での近接投写による画像の映し出しと、中長距離での投写による画像の映し出しとを実現するためのプロジェクター、及びそのプロジェクターに用いる投写ユニットを提供することを第１の目的とする。また、重量、消費電力、コストの軽減、奥行きサイズの抑制を可能とし、利便性が高い電子黒板を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロジェクターは、映像光を射出する射出光学系を含む本体部と、前記射出光学系から射出された前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットと、を有し、前記投写ユニットは、前記映像光による像の倍率を変換させる変倍光学系と、前記変倍光学系からの前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーと、を備え、前記変倍光学系は、前記射出光学系の光軸に対して傾けられた像面をなす像について、前記像面が前記光軸に対して傾いた状態で倍率を変換させて射出することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係るプロジェクターは、映像光を射出する射出光学系を含む本体部と、前記射出光学系から射出された前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットと、を有し、前記投写ユニットは、前記射出光学系からの前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーを備え、前記射出光学系は、前記映像光による像の倍率を変換させる変倍光学系としての機能を備え、前記変倍光学系は、前記射出光学系の光軸に対して傾けられた像面をなす像について、前記像面が前記光軸に対して傾いた状態で倍率を変換させて射出することを特徴とする。
【００１０】
プロジェクターは、本体部と投写ユニットとが組み合わせられて、超短距離投写をする。本体部は、投写ユニットが外されて、単体で中長距離投写をする。光軸に対して傾けられた像を、倍率を変換させてから広角化させる構成とすることにより、偏芯光学系を採用しなくても近接投写を可能にできる。広角化ミラーでの反射により映像光を広角化させることにより、広角化による色収差の低減も可能となる。これにより、超短距離での近接投写による画像の映し出しと、中長距離での投写による画像の映し出しとが可能なプロジェクターを得られる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、前記射出光学系から前記投写ユニットを経ずに前記映像光を投写させた場合に、前記光軸に対して略垂直に正立した像面をなす像を結像させる結像範囲を第１の範囲、前記映像光の光路のうち前記第１の範囲以外の範囲を第２の範囲、とすると、前記射出光学系は、前記第２の範囲において、前記光軸に対して傾けられた像面をなす前記映像光を射出可能であることが望ましい。これにより、本体部は、第１の範囲を中長距離投写のために利用し、第２の範囲を近接投写のために利用することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記本体部は、前記プロジェクターから着脱可能であることが望ましい。これにより、プロジェクターから本体部を取り出して中長距離投写をすることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、前記射出光学系は、前記本体部単体で画像を表示するための第１のモードと、前記本体部と前記投写ユニットとを組み合わせて画像を表示するための第２のモードと、に切り換え可能であることが望ましい。これにより、第１のモードにより、正立した像面の像を得る場合と、第２のモードにより、傾けられた像面の像を得る場合と、を切り換えることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、前記射出光学系は、前記光軸の方向についてレンズを移動させることにより、前記第１のモードと前記第２のモードとに切り換えられることが望ましい。これにより、レンズを移動させる容易な操作により、中長距離投写と超短距離投写との切り換えが可能となる。また、射出光学系は、前記光軸に対するレンズの傾きを変化させることにより、前記第１のモードと前記第２のモードとに切り換えられることとしても良い。この場合も、レンズの傾きを変化させる容易な操作により、中長距離投写と超短距離投写との切り換えが可能となる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、前記変倍光学系は、前記映像光による像を拡大させる拡大光学系であることが望ましい。これにより、像面が傾けられた像を拡大して、近接投写を行う。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、前記拡大光学系は、負のパワーの光学要素を備えることが望ましい。これにより、負のパワーの光学要素と、その入射側に設けられた正のパワーの光学要素とを組み合わせて、像を拡大させる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素を備えることが望ましい。これにより、正のパワーの光学要素と、その射出側に設けられた負のパワーの光学要素とを組み合わせて、像を拡大させる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様としては、前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記正のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた負のパワーの光学要素と、を備えることが望ましい。これにより、正のパワーの光学要素と負のパワーの光学要素とで、像を拡大させる。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様としては、前記変倍光学系は、前記映像光による像を縮小させる縮小光学系であることが望ましい。これにより、像面が傾けられた像を縮小して、近接投写を行う。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様としては、前記縮小光学系は、負のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記負のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた正のパワーの光学要素と、を備えることが望ましい。これにより、負のパワーの光学要素と正のパワーの光学要素とで、像を縮小させる。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様としては、前記射出光学系と、前記変倍光学系と、前記広角化ミラーとは、前記光軸を略一致させて配置されることが望ましい。これにより、所望の光学性能を得るための光学系の調整や、光学要素の加工をし易くできる。特に、本体部と投写ユニットとの位置合わせを容易にできる。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記射出光学系と、前記変倍光学系と、前記広角化ミラーとは、前記映像光の光束を前記光軸からシフトさせて進行させるシフト光学系を構成することが望ましい。これにより、広角化ミラーで反射した映像光の、光軸上の光学要素との干渉を回避させ、広角化させた映像光を被照射面へ進行させることができる。
【００２３】
また、本発明の好ましい態様としては、前記広角化ミラーは、前記像面が前記被照射面に略平行になるように、前記映像光を折り返すことが望ましい。これにより、被照射面において正立された画像を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の好ましい態様としては、前記広角化ミラーは、非球面形状を備えることが望ましい。これにより、近接投写において、映像光を反射させて広角化させるとともに、光軸から遠くの周辺部における収差を低減させる構成にできる。
【００２５】
また、本発明の好ましい態様としては、前記広角化ミラーは、前記光軸に近くなるに従い曲率が増大するような曲面形状を備えることが望ましい。これにより、近接投写により、被照射面で像を結像させる構成にできる。
【００２６】
また、本発明の好ましい態様としては、前記光軸からの高さをｙ、前記広角化ミラーの形状の基準とする球面の曲率をｃ、円錐定数をｋとし、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・のそれぞれを所定の補正項として、前記広角化ミラーは、以下のｈにより表される曲面形状を含むことが望ましい。
【００２７】
【数１】
0005471613.tif 000002
【００２８】
これにより、光軸から離れた位置ほど歪曲を補正可能とし、高品質な画像を得ることが可能となる。
【００２９】
さらに、本発明に係るプロジェクターは、映像光を射出する射出光学系を含む本体部と、前記射出光学系から射出された前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーを備え、前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットと、を有し、前記射出光学系から前記投写ユニットを経ずに前記映像光を投写させた場合に、前記光軸に対して略垂直に正立した像面をなす像を結像させる結像範囲を第１の範囲、前記映像光の光路のうち前記第１の範囲以外の範囲を第２の範囲、とすると、前記射出光学系は、前記第２の範囲において、前記光軸に対して傾けられた像面をなす前記映像光を射出可能であることを特徴とする。
【００３０】
本体部は、第１の範囲を中長距離投写のために利用し、第２の範囲を近接投写のために利用する。これにより、超短距離での近接投写による画像の映し出しと、中長距離での投写による画像の映し出しとが可能なプロジェクターを得られる。
【００３１】
さらに、本発明に係る投写ユニットは、映像光を射出する射出光学系を含む本体部と組み合わせて使用され、前記射出光学系から射出された前記映像光を被照射面へ向けて投写させる投写ユニットであって、前記射出光学系から射出された前記映像光による像の倍率を変換させる変倍光学系と、前記変倍光学系からの前記映像光を反射させて広角化させる広角化ミラーと、を有し、前記変倍光学系は、前記射出光学系の光軸の法線に対して傾けられた像面をなす像について、前記像面が前記光軸に対して傾いた状態で倍率を変換させて射出することを特徴とする。これにより、超短距離での近接投写による画像の映し出しと、中長距離での投写による画像の映し出しとを実現するための投写ユニットを得られる。
【００３２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記変倍光学系は、前記映像光による像を拡大させる拡大光学系であることが望ましい。これにより、像面が傾けられた像を拡大して、近接投写を行う。
【００３３】
また、本発明の好ましい態様としては、前記拡大光学系は、負のパワーの光学要素を備えることが望ましい。これにより、負のパワーの光学要素と、その入射側に設けられた正のパワーの光学要素とを組み合わせて、像を拡大させる。
【００３４】
また、本発明の好ましい態様としては、前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素を備えることが望ましい。これにより、正のパワーの光学要素と、その射出側に設けられた負のパワーの光学要素とを組み合わせて、像を拡大させる。
【００３５】
また、本発明の好ましい態様としては、前記拡大光学系は、正のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記正のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた負のパワーの光学要素と、を備えることが望ましい。これにより、正のパワーの光学要素と負のパワーの光学要素とで、像を拡大させる。
【００３６】
また、本発明の好ましい態様としては、前記変倍光学系は、前記映像光による像を縮小させる縮小光学系であることが望ましい。これにより、像面が傾けられた像を縮小して、近接投写を行う。
【００３７】
また、本発明の好ましい態様としては、前記縮小光学系は、負のパワーの光学要素と、前記映像光の光路において前記負のパワーの光学要素に対して前記広角化ミラー側に設けられた正のパワーの光学要素と、を備えることが望ましい。これにより、負のパワーの光学要素と正のパワーの光学要素とで、像を縮小させる。
【００３８】
また、本発明の好ましい態様としては、前記変倍光学系と、前記広角化ミラーとは、光軸を略一致させて配置されることが望ましい。これにより、所望の光学性能を得るための光学系の調整や、光学要素の加工をし易くできる。
【００３９】
また、本発明の好ましい態様としては、前記広角化ミラーは、前記像面が前記被照射面に略平行になるように、前記映像光を折り返すことが望ましい。これにより、被照射面において正立された画像を得ることができる。
【００４０】
また、本発明の好ましい態様としては、前記広角化ミラーは、非球面形状を備えることが望ましい。これにより、近接投写において、映像光を反射させて広角化させるとともに、光軸から遠くの周辺部における収差を低減させる構成にできる。
【００４１】
また、本発明の好ましい態様としては、前記広角化ミラーは、前記光軸に近くなるに従い曲率が増大するような曲面形状を備えることが望ましい。これにより、近接投写により、被照射面で像を結像させる構成にできる。
【００４２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記光軸からの高さをｙ、前記広角化ミラーの形状の基準とする球面の曲率をｃ、円錐定数をｋとし、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・のそれぞれを所定の補正項として、前記広角化ミラーは、以下のｈにより表される曲面形状を含むことが望ましい。
【００４３】
【数２】
0005471613.tif 000003
【００４４】
これにより、光軸から離れた位置ほど歪曲を補正可能とし、高品質な画像を得ることが可能となる。
【００４５】
さらに、本発明に係る電子黒板は、上記のプロジェクターと、前記プロジェクターから入射した映像光により映像を表示し、かつ前記映像の表示面への書き込みを可能とする画面表示部と、を有することを特徴とする。
【００４６】
電子黒板は、本体部及び投写ユニットが組み合わせられたプロジェクターからの超短距離投写によって、画面表示部に映像を表示する。超短距離投写のための構成を採用することで、奥行き方向のサイズを抑制させる。また、本体部単体での中長距離投写を可能とすることで、高い汎用性、利便性を確保できる。電子黒板は、拡大投写のためのプロジェクターの適用により、重量、消費電力、コストの軽減が可能となる。これにより、重量、消費電力、コストの軽減、奥行きサイズの抑制を可能とし、利便性が高い電子黒板を得られる。
【００４７】
また、本発明の好ましい態様としては、前記プロジェクターのうち、前記映像光を射出する射出光学系を含む本体部は、前記電子黒板から着脱可能であることが望ましい。これにより、電子黒板から本体部を取り出して中長距離投写をすることができる。
【００４８】
また、本発明の好ましい態様としては、前記画面表示部の設置のための基台と、前記基台に前記プロジェクターを固定するプロジェクター固定部と、を有することが望ましい。これにより、画面表示部に対して高い精度で位置決めされた状態で投写ユニットを保持可能とし、高精細な映像を表示することが可能となる。
【００４９】
また、本発明の好ましい態様としては、前記プロジェクター固定部は、前記プロジェクターのうち、前記映像光を射出する射出光学系を含む本体部を位置決めするためのガイド構造を備えることが望ましい。これにより、電子黒板に本体部を取り付けるごとに、正確な位置に、本体部を容易に設置することができる。
【００５０】
また、本発明の好ましい態様としては、前記基台における前記プロジェクター固定部の取り付け強度を補強するための補強部材を有し、前記補強部材は、前記プロジェクターと前記画面表示部との間において前記映像光が進行する領域の周辺に配置されることが望ましい。これにより、補強部材は、映像光を遮らないようにしてプロジェクター固定部の取り付け強度を補強する。また、補強部材は、電子黒板の周辺にある物による映像光の遮蔽を防ぐための防御構造としても機能する。
【００５１】
また、本発明の好ましい態様としては、前記補強部材は、前記映像光が進行する領域を被覆するカバーを備えることが望ましい。これにより、プロジェクターから画面表示部までの光路への外光の進入を制限させ、コントラストが高い映像を画面表示部に表示することができる。
【００５２】
また、本発明の好ましい態様としては、前記プロジェクターは、前記画面表示部のうち前記映像を観察する側とは反対側の面へ前記映像光を入射させ、前記画面表示部は、前記プロジェクターから入射した前記映像光を透過させることが望ましい。これにより、画面表示部において映像を表示する。
【００５３】
また、本発明の好ましい態様としては、前記プロジェクターは、前記画面表示部に対して鉛直下側に配置されることが望ましい。電子黒板のうち低めの位置にプロジェクターを設置する構成とすることで、所定位置への本体部の取り付けを容易にすることができる。
【００５４】
また、本発明の好ましい態様としては、前記プロジェクターは、前記画面表示部に対して鉛直上側に配置されることが望ましい。鉛直上側から映像光を入射させる構成とすることで、使用者による画面表示部への書き込みの際に、書き込みのためのツールの影を鉛直下向きに生じさせる。これにより、影によって書き込み位置を見失うケースを少なくし、利便性を向上させることができる。
【００５５】
また、本発明の好ましい態様としては、前記画面表示部は、前記プロジェクターから入射した前記映像光を拡散させる光拡散性を備えることが望ましい。観察者は、画面表示部で拡散した映像光を観察する。
【００５６】
また、本発明の好ましい態様としては、前記画面表示部は、前記プロジェクターから入射した前記映像光を角度変換する角度変換部を備えることが望ましい。これにより、画面表示部へ斜めに進行する映像光を効率良く観察者の方向へ進行させる。
【００５７】
また、本発明の好ましい態様としては、前記画面表示部の前記表示面に書き込まれている書き込み内容を含む情報を読み込む読込装置を有することが望ましい。これにより、画面表示部への書き込み内容などの情報を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクターの概略構成を示す図。
【図２】本体部の概略構成を示す図。
【図３】本体部単体による投写について説明する模式図。
【図４】本体部に投写ユニットを組み合わせる場合の投写について説明する模式図。
【図５】投写ユニットの断面構成と映像光の光線とを示す図。
【図６】マスターレンズを示す模式図。
【図７】アフォーカル光学系の例を示す模式図。
【図８】マスターレンズとアフォーカル光学系とを組み合わせた構成の模式図。
【図９】凹レンズを用いた広角化について説明する模式図。
【図１０】凸ミラーを用いた広角化について説明する模式図。
【図１１】シフト光学系について説明する模式図。
【図１２】マスターレンズのみによる投写について説明する図。
【図１３】平面ミラーによる光線の折り返しについて説明する図。
【図１４】近接化とミラーの変形について説明する図。
【図１５】非球面ミラーの非球面形状について説明する図。
【図１６】像高と光線距離との関係を説明する図。
【図１７】近接化と光線距離の変化とについて説明する図。
【図１８】光軸の法線に対して傾けられた像面について説明する図。
【図１９】近接投写のために傾けられた像面のシミュレーション例を示す図。
【図２０】実施例１におけるマスターレンズの光学特性について説明する図。
【図２１】傾けられた像面をマスターレンズによって得るための手法を説明する図。
【図２２】バックフォーカスと像面の倒れとについて説明する図。
【図２３】スクリーンでの結像について説明する図。
【図２４】図５に示す各光学要素の機能について説明する模式図。
【図２５】本発明の実施例２に係るプロジェクターの各光学要素の模式図。
【図２６】実施例２におけるマスターレンズの光学特性について説明する図。
【図２７】近接投写のために傾けられた像面のシミュレーション例を示す図。
【図２８】本発明の実施例３に係る電子黒板の正面側斜視図。
【図２９】電子黒板の背面側斜視図。
【図３０】プロジェクター固定部とその周辺部分を示す図。
【図３１】図３０に示す状態から本体部が取り外された状態を示す図。
【図３２】ガイド構造を備えるプロジェクター固定部を示す図。
【図３３】画面表示部に形成されているフレネルレンズの断面模式図。
【図３４】棒状部材に代えてカバーが設けられた電子黒板の背面側斜視図。
【図３５】実施例３の変形例に係る電子黒板の正面側斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００６０】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクター１の概略構成を示す図である。プロジェクター１は、本体部２及び投写ユニット３を有する。本体部２は、画像信号に応じた映像光を射出する。投写ユニット３は、本体部２からの映像光をスクリーンＳＣの被照射面へ向けて投写させる。
【００６１】
図２は、本体部２の概略構成を示す図である。光源１０は、例えば、超高圧水銀ランプであって、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を含む光を射出する。ここで、光源１０は、半導体光源であっても良い。第１インテグレーターレンズ１１及び第２インテグレーターレンズ１２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレーターレンズ１１は、光源１０からの光束を複数に分割する。第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子は、光源１０からの光束を第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレーターレンズ１２のレンズ素子は、第１インテグレーターレンズ１１のレンズ素子の像を液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに形成する。
【００６２】
偏光変換素子１３は、第２インテグレーターレンズ１２からの光を所定の直線偏光に変換させる。重畳レンズ１４は、第１インテグレーターレンズ１１の各レンズ素子の像を液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの照射面上で重畳させる。第１ダイクロイックミラー１５は、重畳レンズ１４から入射したＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー１５で反射したＲ光は、反射ミラー１６及びフィールドレンズ１７Ｒを経て、空間光変調装置である液晶表示パネル１８Ｒへ入射する。液晶表示パネル１８Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する。
【００６３】
第２ダイクロイックミラー２１は、第１ダイクロイックミラー１５からのＧ光を反射させ、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１で反射したＧ光は、フィールドレンズ１７Ｇを経て、空間光変調装置である液晶表示パネル１８Ｇへ入射する。液晶表示パネル１８Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する。第２ダイクロイックミラー２１を透過したＢ光は、リレーレンズ２２、２４、反射ミラー２３、２５、及びフィールドレンズ１７Ｂを経て、空間光変調装置である液晶表示パネル１８Ｂへ入射する。液晶表示パネル１８Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する。色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１９は、各液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂで変調された光を合成して映像光とし、投写レンズ２０へ進行させる。投写レンズ２０は、本体部２から映像光を射出させる射出光学系として機能する。なお、空間光変調装置としては、透過型の液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに代えて、反射型の液晶表示パネルを採用しても良い。また、空間光変調装置としては、反射型のデバイス（例えば、マイクロミラーデバイス等）を採用しても良い。
【００６４】
図３は、本体部２単体によって映像光を投写した場合の投写距離について説明する模式図である。本体部２は、プロジェクター１から着脱可能とされている。プロジェクター１から取り外された単体の本体部２は、投写レンズ２０から投写させた映像光により、被照射面に映像を映し出す。この場合、本体部２は、スクリーンＳＣ側へ投写レンズ２０を向けて設置される。本体部２は、距離Ａから距離Ｂ（Ａ＜Ｂとする）の間において、同じ画面サイズでフォーカスを合わせることが可能であるとする。
【００６５】
図４は、本体部２に投写ユニット３を組み合わせて映像光を投写した場合の投写距離について説明する模式図である。プロジェクター１は、投写レンズ２０から射出された映像光を投写ユニット３により投写させ、被照射面に映像を映し出す。この場合、本体部２は、スクリーンＳＣとは反対側の投写ユニット３へ投写レンズ２０を向けて、プロジェクター１に取り付けられる。プロジェクター１は、距離Ａより短い距離Ｃでの投写が可能となる。
【００６６】
図５は、投写ユニット３の断面構成と、投写ユニット３へ入射する前後における映像光の光線とを示す図である。投写ユニット３は、光学要素として、第１レンズ３１、第２レンズ３２及び広角化ミラー３３を備える。第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、投写レンズ２０に対向する位置に配置されている。第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、例えば、いずれも球面レンズである。第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、レンズ支持部３４により、基板３６上に支持されている。
【００６７】
広角化ミラー３３は、第１レンズ３１及び第２レンズ３２からの映像光が入射する位置に設けられている。広角化ミラー３３は、映像光を反射させて広角化させる非球面ミラーである。広角化ミラー３３は、ミラー支持部３５により、基板３６上に支持されている。第１レンズ３１及び第２レンズ３２と、広角化ミラー３３とは、共通の基板３６を介して位置決めされ、固定されている。
【００６８】
広角化ミラー３３は、中心軸（光軸）に関して略回転対称な形状、例えば、円錐形状の一部を切り取った非球面形状を備える。広角化ミラー３３の中心軸は、投写レンズ２０の光軸ＡＸと一致している。第１レンズ３１及び第２レンズ３２の光軸も、投写レンズ２０の光軸ＡＸと一致している。このように、投写レンズ２０、第１レンズ３１、第２レンズ３２及び広角化ミラー３３は、光軸を一致させて配置されている。
【００６９】
投写レンズ２０、第１レンズ３１、第２レンズ３２及び広角化ミラー３３は、画像信号に応じて変調された光を、特定の側へシフトさせて進行させる。具体的には、光軸ＡＸに対して特定の側である鉛直上側へ光をシフトさせて進行させる。クロスダイクロイックプリズム１９の入射面に仮想的に形成される像面の中心法線は、光軸ＡＸに対して平行であって、光軸ＡＸに対して特定の側とは反対側である鉛直下側にある。
【００７０】
本体部２は、例えば、投写ユニット３とは完全に別体構造とし、プロジェクター１から着脱可能とされる。また、本体部２は、プロジェクター１内で移動させることとし、投写ユニット３と一体に構成されることとしても良い。例えば中長距離投写の場合、投写レンズ２０から投写される映像光が投写ユニット３により遮られない位置に本体部２を移動させる構成としても良い。本体部２と投写ユニット３とを一体構成とする場合、プロジェクター１の持ち運び後における両者の位置調整を省略できるなどにより、使用者の利便性を向上させることが可能となる。
【００７１】
次に、プロジェクター１による近接投写における各光学要素の機能について説明する。例えば、図６に示す焦点距離ｆのマスターレンズＭＬに対して、光学要素の追加により焦点距離を短縮化させるとする。焦点距離を短縮化させるには、像の倍率を拡大させるための光学系として、アフォーカル光学系を追加することが考えられる。
【００７２】
アフォーカル光学系は、例えば図７に示すように、正のパワーの光学要素Ｌ１と負のパワーの光学要素Ｌ２とを組み合わせて構成される。光学要素Ｌ１は、例えば凸レンズである。光学要素Ｌ２は、例えば凹レンズであって、光学要素Ｌ１の射出側に設けられている。光学要素Ｌ１と光学要素Ｌ２とは、焦点位置を合わせて配置される。焦点距離ｆ１の光学要素Ｌ１と焦点距離ｆ２の光学要素Ｌ２とは、倍率（−ｆ１／ｆ２）のガリレオ式望遠鏡を構成する。
【００７３】
図８に示すように、光学要素Ｌ１及び光学要素Ｌ２からなるアフォーカル光学系の入射側にマスターレンズＭＬを配置すると、倍率（−ｆ１／ｆ２）のフロントコンバーター（ワイドコンバーター）になる。焦点距離は、マスターレンズＭＬのみの場合のｆに対して、ｆ’（＝ｆ×（−ｆ１／ｆ２））へ短縮化される。レンズからなる光学系で広角化（アフォーカル倍率の高倍率化）をするほど、色収差の発生が顕著となるため、色収差を低減させるためのレンズを併用することとなる。図９に示すように、凹レンズである光学要素Ｌ２の曲率を大きくすることで、例えば１３０度以上の広角化を実現しようとする場合、色収差低減のためのレンズを使用しても、光学要素Ｌ２に起因する色収差の低減が困難となる。
【００７４】
そこで、図１０に示すように、負のパワーの光学要素Ｌ２として、凹レンズに代えて凸面を備えるミラーを用いることとする。光線角度の変化が大きくなる部分にミラーを使用することにより、色収差を低減させる。本実施例では、近接投写のためのフロントコンバーターにおいて、レンズとミラーとを使用する。光学要素Ｌ２として使用されるミラーは、広角化の他、反射により光を折り返す機能も備える。そこで、図１１に示すように、マスターレンズＭＬ、光学要素Ｌ１及び光学要素Ｌ２をシフト光学系とすることにより、光軸ＡＸ近傍の光線の干渉を回避させる。
【００７５】
図１２に示すように、マスターレンズＭＬのみでスクリーンＳＣへ光を投写させる場合の光線は、図１３に示すように単純な平面ミラーＰＭを光路中に挿入することで折り返される。光線の折り返し部分とスクリーンＳＣとを近接化させるには、図１４に示すように、折り返し部分の平面ミラーＰＭを湾曲させる変形が必要となる。平面ミラーＰＭの変形により得られる非球面ミラーＡＭは、近接化させたスクリーンＳＣへマスターレンズＭＬからの光線を反射可能な反射面を連続させることにより得られる。非球面ミラーＡＭは、図１５に示すように、光軸ＡＸに近くなるに従い曲率が増大するような非球面形状を備える。これにより、近接投写により、被照射面で像を結像させる。
【００７６】
図１６は、像高と光線距離との関係を説明する図である。像高とは、光軸ＡＸを基準とする鉛直方向についての像の高さとする。一般的な中長距離投写の場合、像高が最小である部分の倍率ａｓ／ａｐと、像高が最大である部分の倍率ｂｓ／ｂｐとは近い値となり、像面は光軸ＡＸに略垂直となる。これに対して、超短距離の近接投写の場合、スクリーンＳＣと非球面ミラーＡＭとの間の投写距離Ｌが短くなることにより、像高が最小である部分の倍率ａｓ／ａｐと、像高が最大である部分の倍率ｂｓ／ｂｐとは大きく異なる値となる。仮に光学要素Ｌ２が無いものとして光線を直進させたとすると、図中破線で示すように、光軸ＡＸの法線Ｎに対して大きく傾けられた像面ＩＭＧが得られることとなる。非球面ミラーＡＭは、映像光を反射させることにより、像面ＩＭＧを光軸ＡＸに対して垂直に正立させる役割を果たしている。像面ＩＭＧを正立させることにより、スクリーンＳＣの被照射面において像を結像させる。
【００７７】
非球面ミラーＡＭは、以下の多項式ｈで表される非球面形状を含む。ここで、ｙは光軸ＡＸからの像の高さ（像高）、ｃは非球面ミラーＡＭの形状の基準とする球面の曲率、ｋは円錐定数、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・のそれぞれは所定の補正項とする。
【００７８】
【数３】
0005471613.tif 000004
【００７９】
上記式の分数項は、基準となる非球面形状を表す項であって、ｋ＝０である場合に球面形状を表す。補正項は、その基準となる非球面形状からのずれを表す。上記式は、基準となる非球面形状が補正項によって補正されても、中心軸に関して回転対称な非球面形状を表している。なお、多項式ｈにおける補数項の個数は、任意であるものとする。
【００８０】
光を広角化させる場合、一般的に、光軸ＡＸから遠くの周辺部ほど、歪曲等の収差が発生し易くなるため、特に、周辺部の収差を大きく低減させる設計が必要とされる。本実施例では、多項式ｈに補数項が含まれることで、ｃ及びｋで定められた二次曲線に対し、光軸ＡＸからの高さｙに応じた形状の補正が可能となる。各補数項にはｙの階乗が乗算されることから、ｙが大きくなる部分ほど効果的に補正がなされることとなる。従って、短焦点化しても周辺部に歪曲等の収差が非常に少なく高性能な光学系を実現することが可能となる。なお、非球面ミラーＡＭの形状を表す式は、本実施例で説明するものに限られず、適宜変形しても良い。さらに、広角化ミラーの形状は、ＸＹ多項式として表される自由曲面であっても良い。また、広角化ミラーは、負のパワーを持つ凸面ミラーに代えて、正のパワーを持つ凹面ミラーであっても良い。
【００８１】
図１７に示すように、スクリーンＳＣと非球面ミラーＡＭとをさらに近接化させていくと、像高が最大である部分については、光線の距離がｂｓからｂｓ’へと変化する。像高が高い部分については、このように光線の距離を変化させるように、効果的な補正が可能となる。近接化が進められると、像高が高い部分のみならず、像高が低い部分についても、光線の距離をａｓからａｓ’と変化させるような補正が必要となってくる。像高が低い部分ほど、上記の非球面ミラーＡＭの多項式による補正が困難となる。そこで、本実施例では、像高が低い部分については、非球面ミラーＡＭによる収差補正によらず、マスターレンズＭＬの光学特性を利用して収差補正を行うこととする。
【００８２】
図１４を参照して説明したように平面ミラーＰＭを変形させた非球面ミラーＡＭについて、仮に非球面ミラーＡＭが無いものとした場合、図１８に示すように、法線Ｎに対して傾けられた像面ＩＭＧを形成することとなる。このように、本実施例における近接投写においては、像面ＩＭＧに傾きを持たせた映像光を非球面ミラーＡＭに入射させる。
【００８３】
図１９は、近接投写のために傾けられた像面ＩＭＧのシミュレーション例を示す図である。非球面ミラーＡＭへ入射させる映像光における像面ＩＭＧは、一般的な中長距離投写における焦点距離の範囲ＦＬまで倒されることとなる。仮に、かかる像面ＩＭＧをマスターレンズＭＬのみによって実現しようとすると、マスターレンズＭＬ単体での通常の中長距離投写の場合に、被照射面に対して像面が傾けられることとなるため、被照射面における結像が難しくなる。そのため、かかる像面ＩＭＧをマスターレンズＭＬのみによって実現しようとすると、近接投写と中長距離投写との実現が困難となる。そこで、本実施例は、マスターレンズＭＬによって傾きを持たせた像面を得てから、その像を投写ユニット３の拡大光学系によって拡大させる構成を採用する。
【００８４】
図２０は、本実施例におけるマスターレンズＭＬの光学特性について説明する図である。マスターレンズＭＬによる像面は、所定距離より遠方の範囲である結像範囲においては、光軸ＡＸに対して略垂直に正立し、それより近くの範囲においては、法線Ｎに対して傾けられる。マスターレンズＭＬは、像面を正立させる第１の範囲ＦＬ１を使用して中長距離投写をする。また、マスターレンズＭＬは、第１の範囲ＦＬ１よりマスターレンズＭＬ側の第２の範囲ＦＬ２では、図中太線で表すように、法線Ｎに対して傾けられた像面ＩＭＧ’を作り、超短距離投写用とする。像面ＩＭＧ’は、図１９に示すシミュレーション例における像面ＩＭＧに対して小さいものとする。
【００８５】
図２１は、傾けられた像面をマスターレンズＭＬによって得るための手法を説明する図である。図中上段は、バックフォーカスをｆａとする中長距離投写の場合とする（第１のモード）。第１のモードは、本体部２単体で被照射面に画像を表示するモードとする。図中下段は、バックフォーカスをｆａ’（ｆａ＜ｆａ’）とする超短距離投写の場合とする（第２のモード）。第２のモードは、本体部２と投写ユニット３とを組み合わせて被照射面に画像を表示するモードとする。
【００８６】
第２のモードでは、第１のモードにおけるマスターレンズＭＬの通常の位置に対して、バックフォーカスが長くなるように、マスターレンズＭＬを光軸ＡＸ方向について移動させる。近軸での結像位置をマスターレンズＭＬ側に移動させると、一般に、光軸ＡＸから離れた映像光による像面には倒れが生じることとなる。例えば、図２２に示すように、バックフォーカスを＋０から拡大させるに従って像面の倒れは不規則に現れ、＋０．５付近では、法線Ｎに対して完全に傾けられる。
【００８７】
超短距離投写のための第２のモードをマスターレンズＭＬに搭載しておくことで、本体部２を投写ユニット３に組み合わせる場合に高い光学性能を発揮させることができる。マスターレンズＭＬを光軸ＡＸ方向について移動させる簡易な動作によってモードを変換可能とすることで、ほとんどコストアップを生じさせず、簡単かつ高精度な構成を実現できる。なお、傾けられた像面ＩＭＧ’をマスターレンズＭＬによって得るには、マスターレンズＭＬを光軸ＡＸの方向について移動させる場合に限られない。マスターレンズＭＬを構成する少なくとも一つのレンズの傾きを変化させることにより、傾けられた像面ＩＭＧ’を得ることとしても良い。この場合も、簡易な動作によるモードの変換が可能である。
【００８８】
マスターレンズＭＬによる像面ＩＭＧ’は、拡大光学系Ｗによって、図１９のシミュレーション例に示す像面ＩＭＧにまで拡大される。傾けられた像面ＩＭＧ’の像を拡大光学系Ｗによって拡大させた映像光は、図２３に示すように、非球面ミラーＡＭで反射させることによりスクリーンＳＣで結像される。
【００８９】
図２４は、図５に示す各光学要素の機能について説明する模式図である。投写レンズ２０は、マスターレンズＭＬに相当する。投写レンズ２０は、光軸ＡＸの法線Ｎに対して傾けられた像面ＩＭＧ’（図２０参照）を形成する。マスターレンズＭＬは、特に、像高が低い部分について、収差を補正する機能を持つ。第１レンズ３１は、正のパワーの光学要素Ｌ１に相当する。第２レンズ３２及び広角化ミラー３３は、負のパワーの光学要素Ｌ２に相当する。第１レンズ３１、第２レンズ３２及び広角化ミラー３３は、像を拡大させるフロントコンバーターとして機能する。
【００９０】
なお、図８を参照して説明するフロントコンバーターに対して本実施例ではシフト光学系を採用することから、焦点位置が若干異なることとなる。このために生じる諸収差に対しては、広角化ミラー３３による補正や、収差を低減させるためのレンズを併用する措置を取り得る。また、第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、球面レンズに代えて非球面レンズを採用することとして、収差を補正する機能を持たせることとしても良い。このように収差補正の機能を持たせた複数の光学要素を組み合わせることにより、高性能な光学使用を満足させることが可能となる。レンズ群内において、球面レンズに代えて非球面レンズや自由曲面レンズを採用することで、レンズの枚数を少なくさせることや、レンズを小型化させることも可能となる。これにより、コスト低減や鏡枠の小型化が可能となる。
【００９１】
正のパワーの光学要素Ｌ１である第１レンズ３１と、負のパワーの光学要素Ｌ２１である第２レンズ３２は、マスターレンズＭＬ及び広角化ミラー３３の間において、マスターレンズＭＬによる傾けられた像面ＩＭＧ’を拡大させる拡大光学系Ｗとして機能する。第２レンズ３２は、凹レンズとする。光学要素Ｌ２の一部である拡大光学系Ｗは、光軸ＡＸの法線Ｎに対して傾けられた像面ＩＭＧ’をなす像について倍率を変換させる変倍光学系として機能する。
【００９２】
広角化ミラー３３は、非球面ミラーＡＭに相当し、第２レンズ３２とともに第２光学要素Ｌ２を構成する。広角化ミラー３３は、拡大光学系Ｗにより拡大された像面ＩＭＧ（図１９参照）がスクリーンＳＣの被照射面に略平行になるように、映像光を折り返す。また、広角化ミラー３３は、特に、像高が高い部分について、収差を補正させる機能を持つ。
【００９３】
広角化ミラー３３は、中心軸に関して略回転対称な形状とすることで、他の構成との光軸合わせを容易にできる。また、広角化ミラー３３は、旋盤等による加工が可能であるため、容易かつ高い精度で製造することができる。プロジェクター１は、共軸光学系を採用することにより、通常の共軸系の設計手法を採用することが可能である。よって、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光学系を実現することができる。
【００９４】
本実施例は、所定の間隔をなして複数の光学要素を配置する構成を採用することから、光軸を揃えることで組み立てを容易にでき、高い性能の実現も可能となる。特に、本体部２の着脱の際、本体部２の投写レンズ２０と、投写ユニット３の各光学要素との高精度な位置合わせが要求されることとなる。光軸を共通とすることで、本体部２側の光学要素と、投写ユニット３側の光学要素との位置調整をし易くすることができる。共軸光学系の場合、光軸から周辺に向かっての光学性能の変化が、偏芯光学系における光学性能の変化に対して緩やかにできる。このため、配置精度にある程度の余裕を持たせることが可能となるため、本発明に適した構成を実現可能となる。
【００９５】
以上により、画像の品質を劣化させずに、一台のプロジェクター１による超短距離投写と中長距離投写とを実現することが可能となる。一台のプロジェクター１によって、超短距離から中長距離まで、広い投写距離をカバーすることができる。なお、本実施例の投写ユニット３は、従来の投写型のプロジェクターと組み合わせることとしても良い。第２の範囲において倒れた像面の像を形成可能であれば、従来のプロジェクターを適用して、本実施例と同様の近接投写を実現できる。
【００９６】
投写ユニット３は、少なくとも広角化ミラー３３を有するものであれば良く、適宜変形しても良い。例えば、第２レンズ３２の機能は、広角化ミラー３３に持たせることとしても良い。さらに、第１レンズ３１の機能、或いは第１レンズ３１及び第２レンズ３２双方の機能は、本体部２の光学系、例えば投写レンズ２０に持たせることとしても良い。この場合も、プロジェクター１は、近接投写をすることができる。
【実施例２】
【００９７】
図２５は、本発明の実施例２に係るプロジェクターの各光学要素の模式図である。本実施例は、実施例１の拡大光学系Ｗに代えて設けられた縮小光学系Ｒを備えることを特徴とする。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。投写ユニットは、光学要素として、第１レンズ４１、第２レンズ４２及び広角化ミラー３３を備える。投写レンズ２０、第１レンズ４１、第２レンズ４２及び広角化ミラー３３は、光軸を一致させて配置されている。
【００９８】
第１レンズ４１は、負のパワーの光学要素であって、球面或いは非球面を備える凹レンズである。第２レンズ４２は、第１レンズ４１の射出側に設けられた正のパワーの光学要素であって、球面或いは非球面を備える凸レンズである。本実施例は、マスターレンズＭＬによって傾きを持たせた像面を得てから、その像を投写ユニットの縮小光学系Ｒによって縮小させる構成を採用する。縮小光学系Ｒは、光軸ＡＸの法線Ｎに対して傾けられた像面をなす像について倍率を変換させる変倍光学系として機能する。
【００９９】
図２６は、本実施例におけるマスターレンズＭＬの光学特性について説明する図である。マスターレンズＭＬによる像面は、所定距離より近くの範囲である結像範囲においては、光軸ＡＸに対して略垂直に正立し、それより遠くの範囲においては、法線Ｎに対して傾けられる。マスターレンズＭＬは、像面を正立させる第１の範囲ＦＬ１を使用して中長距離投写をする。また、マスターレンズＭＬは、マスターレンズＭＬから見て第１の範囲ＦＬ１より遠くの第２の範囲ＦＬ２では、図中太線で表すように、法線Ｎに対して傾けられた像面ＩＭＧ’を作り、超短距離投写用とする。
【０１００】
図２７は、近接投写のために傾けられた像面ＩＭＧのシミュレーション例を示す図である。マスターレンズＭＬによる像面ＩＭＧ’は、縮小光学系Ｒによって、図示する像面ＩＭＧにまで拡大される。傾けられた像面ＩＭＧ’の像を縮小光学系Ｒによって縮小させた映像光は、非球面ミラーＡＭで反射させることによりスクリーンＳＣ（図２３参照）で結像される。
【０１０１】
このように、投写レンズ２０は、光軸ＡＸの法線Ｎに対して傾けられた像面ＩＭＧ’（図２６参照）を形成する。第１レンズ４１、第２レンズ４２及び広角化ミラー３３は、全体として、像を拡大させるフロントコンバーターとして機能する。このうち、第１レンズ４１及び第２レンズ４２は、マスターレンズＭＬ及び広角化ミラー３３の間において、マスターレンズＭＬによる傾けられた像面ＩＭＧ’を縮小させる。本実施例の場合も、画像の品質を劣化させずに、一台のプロジェクターによる超短距離投写と中長距離投写とを実現することが可能となる。本発明は、実施例１及び２で説明する特徴を生かして、背面投写型のプロジェクターに応用しても良い。例えば、背面投写用のスクリーンと投写ユニットを一体化させ、本体部を着脱可能とすることで、リア型プロジェクターとしての利用と、フロント投写型プロジェクターとしての利用との実現が可能となる。
【実施例３】
【０１０２】
図２８は、本発明の実施例３に係る電子黒板５０の正面側斜視図である。電子黒板５０は、実施例１及び２に係るプロジェクター１（図１参照）と同様に構成されたプロジェクター５１を備える。プロジェクター５１は、本体部５２及び投写ユニット５３を有する。本体部５２は、画像信号に応じた映像光を射出する。投写ユニット５３は、本体部５２からの映像光を画面表示部５４へ向けて投写させる。本体部５２及び投写ユニット５３は、それぞれ実施例１及び２で説明する本体部２（図２参照）及び投写ユニット３（図５参照）と同様に構成されている。投写ユニット５３の光学要素は、筐体に収納されている。筐体は、映像光を射出するための開口を備える。
【０１０３】
画面表示部５４は、プロジェクター５１から入射した映像光により画像を表示し、かつ映像の表示面への書き込みを可能とする。画面表示部５４は、光を透過させる半透過ガラスもしくは合成樹脂を材料として構成されている。使用者は、書き込み用のツール、例えば、ペンや指し棒等を使用して、画面表示部５４へ文字や図画等を書き込む。また、使用者は、画面表示部５４への書き込みを、消去用のツール等を使用して消去する。
【０１０４】
電子黒板５０は、読込装置（図示省略）を備える。読込装置は、画面表示部５４の表示面に書き込まれている書き込み内容や、画面表示部５４に表示されている映像、画面表示部５４にツールを接触あるいは近接させる等により入力された情報等を読み込む。読込装置としては、例えば、ＣＣＤカメラ等のイメージセンサを用いる。電子黒板５０は、読込装置を設けることにより、画面表示部５４への書き込み内容やその際に表示されている映像、入力情報等の記録が可能となる。
【０１０５】
基台５５は、画面表示部５４を支持する。画面表示部５４は、基台５５に取り付けられて設置されている。プロジェクター固定部５６は、基台５５のうち二本の脚部５８を繋ぐ角柱５９上にプロジェクター５１を固定する板状部材である。プロジェクター５１は、画面表示部５４に対して鉛直下側に取り付けられている。プロジェクター固定部５６と基台５５とを繋ぐ四本の棒状部材５７は、基台５５におけるプロジェクター固定部５６の取り付け強度を補強するための補強部材として機能する。
【０１０６】
図２９は、電子黒板５０の背面側斜視図である。プロジェクター５１は、画面表示部５４のうち映像を観察する正面側とは反対側の裏面へ、映像光を近接投写する。画面表示部５４は、裏面へ入射したプロジェクター５１からの映像光を、正面側へ透過させる。画面表示部５４は、プロジェクター５１から入射した映像光を拡散させる光拡散性を備える。画面表示部５４は、裏面から映像光を入射させて表示される映像に、表面に書き込まれた文字や図画等を重ね合わせて表示する。観察者は、表面に書き込まれた文字や図画等と、画面表示部５４で拡散した映像光とを観察する。
【０１０７】
棒状部材５７のうちプロジェクター固定部５６側の端部は、投写ユニット５３より後方の位置に接合されている。二本の棒状部材５７は、基台５５側の端部が、基台５５のうち画面表示部５４の左右上端付近に接合されている。二本の棒状部材５７は、基台５５側の端部が、角柱５９と脚部５８とが接続する部分に接合されている。図中の破線矢印は、投写ユニット５３から画面表示部５４の四隅へそれぞれ進行する光線を表している。各棒状部材５７は、プロジェクター５１と画面表示部５４との間において映像光が進行する領域の周辺に配置されている。
【０１０８】
棒状部材５７は、映像光が進行する領域の周辺に配置されるように取り付けられることで、映像光を遮らないようにしてプロジェクター固定部５６の取り付け強度を補強する。また、棒状部材５７は、電子黒板５０の周囲にある物による映像光の遮蔽を防ぐための防御構造としても機能する。
【０１０９】
図３０は、電子黒板５０のうち、プロジェクター５１が設置されている状態のプロジェクター固定部５６とその周辺部分を示す図である。電子黒板５０は、プロジェクター固定部５６によってプロジェクター５１を基台５５に固定することで、画面表示部５４に対して高い精度で位置決めされた状態で投写ユニット５３を保持することが可能となる。これにより、画面表示部５４において高精細な映像を表示することが可能となる。
【０１１０】
図３１は、図３０に示す状態から本体部５２が取り外された状態を示す図である。本体部５２は、プロジェクター固定部５６から適宜着脱可能とされている。これにより、本体部５２をプロジェクター固定部５６に取り付けることによる電子黒板５０としての使用と、電子黒板５０から本体部５２を取り出すことによる中長距離投写とが可能となる。画面表示部５４に対して鉛直下側にプロジェクター５１が配置される構成を採用することで、本体部５２は、電子黒板５０のうち低めの位置に設置される。これにより、電子黒板５０への本体部５２の取り付けを容易にすることができる。
【０１１１】
また、図３２に示すように、プロジェクター固定部５６は、本体部５２を位置決めするためのガイド構造６０を備えることとしても良い。ガイド構造６０としては、例えば、本体部５２の側面に沿うように形成された板状部材を用いる。本体部５２は、ガイド構造６０に沿ってプロジェクター固定部５６上をスライドさせ、投写ユニット５３のケースに当接させることで位置決めされる。これにより、電子黒板５０に本体部５２を取り付けるごとに、正確な位置に、本体部５２を容易に設置することができる。なお、ガイド構造６０は、ここで図示する構成に限られず、電子黒板５０において本体部５２を位置決め可能であればいずれの構成を採用しても良い。
【０１１２】
図３３は、画面表示部５４に形成されているフレネルレンズ６１の断面模式図である。フレネルレンズ６１は、画面表示部５４のうち、プロジェクター５１からの映像光が入射する側の面に形成されている。フレネルレンズ６１は、映像光を角度変換する角度変換部として機能する。フレネルレンズ６１は、凸レンズの凸面を含む切片を平面上に並べたような形状をなしている。
【０１１３】
フレネルレンズ６１は、略三角形の断面形状をなす複数のプリズム構造体６２を備える。プリズム構造体６２は、光軸ＡＸ（図５参照）を中心とする略同心円状に配置されている。フレネルレンズ６１は、画面表示部５４へ斜めに進行する映像光を角度変換することで、観察者の方向へ効率良く進行させる。これにより、電子黒板５０は、画面表示部５４において、明るく、かつ明るさが均一な映像を表示することが可能となる。
【０１１４】
電子黒板５０は、超短距離投写のためのプロジェクター５１を採用することで、奥行き方向のサイズを抑制させる。また、本体部５２単体での中長距離投写を可能とすることで、高い汎用性、利便性を確保できる。電子黒板５０は、拡大投写のためのプロジェクター５１の適用により、重量、消費電力、コストの軽減が可能となる。これにより、重量、消費電力、コストの軽減、奥行きサイズの抑制を可能とし、高い利便性を得ることができるという効果を奏する。
【０１１５】
図３４は、棒状部材５７に代えてカバー６３が設けられた電子黒板５０の背面側斜視図である。カバー６３は、遮光性の板状部材を組み合わせて構成されている。カバー６３は、映像光が進行する領域を被覆する。カバー６３は、プロジェクター５１から画面表示部５４までの光路への外光の進入を制限させる。
【０１１６】
カバー６３によって外光の進入を低減させることで、電子黒板５０は、コントラストが高い映像を画面表示部５４に表示することができる。また、カバー６３は、プロジェクター固定部５６の取り付け強度を補強するための補強部材として機能する。カバー６３は、映像光を遮らないようにしてプロジェクター固定部５６の取り付け強度を補強する。さらに、カバー６３は、映像光が進行する領域を進入物から防御する機能を果たす。
【０１１７】
図３５は、本実施例の変形例に係る電子黒板７０の正面側斜視図である。本変形例に係る電子黒板７０は、画面表示部５４に対して鉛直上側にプロジェクター５１が取り付けられることを特徴とする。プロジェクター固定部５６は、基台５５のうち、画面表示部５４の上部に設けられた角柱７１にプロジェクター５１を固定する。
【０１１８】
画面表示部５４に対して鉛直上側にプロジェクター５１を配置することで、画面表示部５４へは鉛直上側から映像光を入射させる。使用者による画面表示部５４への書き込みの際に、書き込みのためのツールの影は、鉛直下向きに生じることとなる。これにより、影によって書き込み位置を見失うケースを少なくし、利便性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
以上のように、本発明に係るプロジェクター、投写ユニット及び電子黒板は、超短距離での近接投写による画像の映し出しと、中長距離での投写による画像の映し出しとを実施する場合に適している。
【符号の説明】
【０１２０】
１  プロジェクター、２  本体部、３  投写ユニット、ＳＣ  スクリーン、１０  光源、１１  第１インテグレーターレンズ、１２  第２インテグレーターレンズ、１３  偏光変換素子、１４  重畳レンズ、１５  第１ダイクロイックミラー、１６、２３、２５  反射ミラー、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ  フィールドレンズ、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ  液晶表示パネル、１９  クロスダイクロイックプリズム、２０  投写レンズ、２１  第２ダイクロイックミラー、２２、２４  リレーレンズ、３１  第１レンズ、３２  第２レンズ、３３  広角化ミラー、３４  レンズ支持部、３５  ミラー支持部、３６  基板、ＡＸ  光軸、Ｎ  法線、ＩＭＧ、ＩＭＧ’  像面、Ｗ  拡大光学系、４１  第１レンズ、４２  第２レンズ、Ｒ  縮小光学系、５０  電子黒板、５１  プロジェクター、５２  本体部、５３  投写ユニット、５４  画面表示部、５５  基台、５６  プロジェクター固定部、５７  棒状部材、５８  脚部、５９  角柱、６０  ガイド構造、６１  フレネルレンズ、６２  プリズム構造体、６３  カバー、７０  電子黒板、７１  角柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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