JP5185586B2 - 電子黒板 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、プロジェクタが出力した画像データを電子黒板の表示スクリーンに表示する電子黒板に関する。

従来、画像データをプロジェクタから出力して、電子黒板のスクリーンに表示して、その表示画像データに対応して会議メンバーがスクリーン上に書込みを行って会議を進める電子黒板装置として、例えば、特許文献１の画像表示システムがある。特許文献１の画像表示システムの印刷手段は、印刷指示あると、プロジェクタから投射されている画像データの送信をプロジェクタに要求し、送信された画像データとスクリーンに描画された描画データとを合成し、合成した画像データを印刷手段に供給するものである。

特開２００６−２５３７７２号公報

しかしながら、従来技術、特に、上記特許文献１に開示される画像表示システムの電子黒板では、プロジェクタを電子黒板と別に設置しなければならず余分なスペースが必要で、狭い会議室には不向きであった。また、スクリーンの高さは固定であり、学校、特に児童に身長差が大きい小学校等で授業に使用する場合には、児童に黒板に書込ませる時の高さが適当な位置にならないことがあった。
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、設置スペースが小さく、スクリーンの高さを変更し易い電子黒板を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の電子黒板は、ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材に光拡散作用を持たせた画像表示部と、当該画像表示部の背面から第１の映像信号により光強度が変調された映像光を投写する背面投写装置と、前記画像表示部に表示された画像と画像観察側から前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等を読込むための読込み装置を備え前記読み込み装置により得られた第２の映像信号を合成する表示制御回路とを備えた画像示装置であって、前記背面投写装置は、光源からの光を、第１の映像信号に合わせて強度を変調し、前記画像表示部の背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成したものである。

なお、本発明の電子黒板は、前記段落０００５に記載の電子黒板において、前記画像表示部は、ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材に画面垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズを画面水平方向に並べて配置したレンチキュラーシートから成ることが好ましい。

また、本発明の電子黒板は、前記段落０００５若しくは０００６のいずれかにに記載の電子黒板において、前記傾斜投写光学系は、その一部に配置した自由曲面ミラーを備え、もって、前記光源からの光を映像信号に合わせて強度を変調し、反射して画像表示装置の背面から投写することが好ましい。

また、本発明の電子黒板は、前記段落０００６に記載の電子黒板において、前記自由曲面ミラーと前記画像表示部の背面との間には、更に、平面反射板を設けることが好ましい。
また更に、前記電子黒板において、前記平面反射板近傍に前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等の読込み装置を設けることが好ましい。

また、本発明の電子黒板は、前記段落０００５に記載の電子黒板において、前記画像表示部の背面側に、更に、前記傾斜投写光学系から入射した光を、当該画像表示部の表示面に略垂直に出射するための光方向変換部を設けることが好ましい。
また更に、前記電子黒板において、前記傾斜投写光学系は、更に、自由曲面レンズを備えていることが好ましい。
また更に、前記電子黒板において、更に、前記画像表示部を所定の高さに切り替える手段を設けることが好ましい。

また、本発明の電子黒板は、ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材に光拡散作用を持たせた画像表示部と、当該画像表示部の背面から第１の映像信号により光強度が変調された映像光を投写する背面投写装置と、前記背面投写装置側に前記画像表示部に表示された画像と画像観察側から前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等を読み取るカメラにより得られた第２の映像信号を合成する表示制御回路と前記表示制御回路によって合成された映像信号もしくはそれぞれ単独の映像信号に合わせて印刷する印刷装置を備えた画像示装置であって、
前記背面投写装置は、光源からの光を、第１の映像信号に合わせて強度を変調し、前記画像表示部の背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成するものである。

また、前記段落００１０に記載の本発明の電子黒板において、画像表示部は、ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材に画面垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズを画面水平方向に並べて配置したレンチキュラーシートから成ることが好ましい。

また、前記段落００１０若しくは００１１のいずれかに記載の本発明の電子黒板において、前記傾斜投写光学系は、その一部に配置した自由曲面ミラーを備え、もって、前記光源からの光を映像信号に合わせて強度を変調し、反射して画像表示装置の背面から投写することが好ましい。
前記段落００１１に記載の画像表示装置において、前記自由曲面ミラーと前記画像表示部の背面との間には、更に、平面反射板を設けることが好ましい。

また、前記段落００１１に記載の本発明の電子黒板において、前記自由曲面ミラーと前記画像表示部の背面との間には、更に、平面反射板を設けることが好ましい。

また、前記段落００１３に記載の本発明の電子黒板において、前記平面反射板近傍に前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等を読み込むカメラを設けることが好ましい。

また、前記段落００１１に記載の本発明の電子黒板において、前記画像表示部の背面側に、更に、前記傾斜投写光学系から入射した光を、当該画像表示部の表示面に略垂直に出射するための光方向変換部を設けることが好ましい。
また、前記段落００１１に記載の本発明の電子黒板において、前記傾斜投写光学系は、更に、自由曲面レンズを備えていることが好ましい。
また、前記段落００１１に記載の本発明の電子黒板において、更に、前記画像表示部を所定の高さに切り替える手段を設けることが好ましい。

以上の本発明によれば、プロジェクタを設置するための設置スペースが小さく、スクリーンの高さを容易に変更することが可能な電子黒板を実現することができる。

以下、本発明による最良の形態について、添付の図を用いながら詳細に説明する。なお、以下の各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付して示し、一度説明したものについては、煩雑と思われる場合には、その重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施の形態である電子黒板である。１００は、本発明の電子黒板、１１０はスクリーン、１１１はレンチキュラーシート、１１２は折り返しミラー、１１３は筐体、１１４は筐体１１３の下部、１５０はプロジェクタ、１８０はプリンタである。なお、図１では、電子黒板に必要であるが、本発明の説明に不必要な要素は、煩雑なため省略する。
スクリーン１１０は、ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材の背面側に、レンチキュラーシート１１１を貼り付けたものである。レンチキュラーシート１１１は、スクリーン１１０の基材背面側に、スクリーンの垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズをスクリーンの水平方向に並べて配設したものである。

プロジェクタ１５０は、光学像を投射し、投射光は背面側に略垂直に設けられた折り返しミラー１１２に投射されて反射し、観測側のスクリーン１１０に到達する。即ち、折り返しミラー１１２を反射した光学像は、スクリーンの水平方向に並べて配置された、スクリーンの垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズに到達する。
レンチキュラーシート１１１は、到達した光学像の光束方向をスクリーン１１０の水平方向に偏光して、スクリーン１１０に光学像を入射する。
スクリーン１１０の観測側（前面側）では、例えば、会議の出席者が、プロジェクタから投射された光学像の拡大像を見ることができる。

図２を用いて、更に本発明の電子黒板の当該スクリーン１１０の背面から光を投射する原理を説明する。図２は、本発明の一実施の形態になる電子黒板の一部の斜視図である。
図２において、電子黒板の表示画面を構成するスクリーン１１０の背面側には、当該スクリーンに対して斜め方向から背面光を投写するための、以下に詳細に説明するプロジェクタ１５０と折り返しミラー１１２が配置されている。なお、矢印で模式的に示した光束のように、プロジェクタ１５０から投射された光学像が、先ず、折り返しミラー１１２にぶつかって反射し、当該反射光がスクリーン１１０の背面から投射されて、スクリーン１１０に光学像が映し出される。

次に図３は、電子黒板のスクリーンの背面側から斜めに拡大して投写する背面光投写光学ユニット（プロジェクタ１５０と折り返しミラー１１２での構成）３００を含めた電子黒板を模式的に示している。この背面光投写光学ユニット３００は、比較的短距離で光源からの光をスクリーン１１０に投射可能に構成された短距離傾斜投写光学系であり、その構成の詳細については後述する。この図３においては、説明を分かり易くするために、各構成要素は実際の寸法を無視して模式的に示されている。また、以下の実施例では、光変調部として、透過型の液晶パネルを用いた例について説明する。

図３において、例えば、テレビジョン放送の受信により得られた映像信号を基に、カラー表示を行うスクリーン１１０を、その背後から照明（バックライトを照射）する背面光投写光学ユニット３００は、液晶パネルとは反対の側から、以下の構成要件が、順次配置されて構成されている。即ち、略白色光を出射する光源３１０と、当該光源３１０から射出される偏りのない光を、所望の偏光方向に揃え、もって、所定の偏光光に変換するための偏光変換素子３３０と、当該偏光変換素子３３０からの偏光光（白色光）を光変調して調光する液晶パネル３５０（光変調部）と、当該液晶パネル３５０で調光された光束をスクリーン１１０に向けて、超短距離から、斜め方向に拡大して投写する拡大投写ユニット３１１と、そして、当該拡大投写ユニット３１１からの光束を上記スクリーン１１０の入射面にほぼ垂直に入射するように変換するレンチキュラーシート３６０とを含んで構成されている。なお、拡大投写ユニット３１１は、自由曲面ミラーや自由曲面レンズを含み、ここでは、概念的にレンズとして表示している。
尚、本実施形態に係る背面光投写光学ユニット３００は、スクリーン１１０に、このスクリーン１１０の表示面積よりも約２〜１５％大きい拡大光学像を投射するように構成されている。換言すれば、かかる背面光投写光学ユニット３００は、約２〜１５％オーバースキャンして拡大光学像をスクリーン１１０に投射するものである。これにより、背面光投写光学ユニット３００または折り返しミラー１１２等の各種光学部品の取り付け誤差による影響（例えば、スクリーン１１０の一部に拡大光学像が投射されないことによる「画像欠け」）を低減もしくは防止することができる。

また、スクリーン１１０は、背面光投写光学ユニット３００から照射された光を、パネル駆動回路３９２を介して、例えば、上述した映像信号３９１に基づいて光変調（光強度変調）し、もって、表示画像の画像光（カラー）を形成して出射する。なお、ここでは、その一例として、横縦比１６：９、画素数１９２０×１０８０、画面サイズ（画面表示有効領域の対角寸法Ｌ１）が２７〜６０［ｉｎ］（約０．６８６〜１．５２４［ｍ］）程度のガラス若しくは合成樹脂で構成された略平坦なスクリーンが採用されている。

また、光源３１０は、例えば、略白色光を出射する高圧水銀ランプなどの高輝度ランプ３０１と、当該ランプ３０１を背後から覆い、ランプからの白色光を反射して平行光に変換するための回転放物面形状のリフレクタ３０２とを含んで構成されている。本実施の形態では、光源３１０から射出される光は、後述するように、スクリーン１１０と較べて十分に小さな照明用の液晶パネル３５０（即ち、光変調してコントラストを高める調光を行う）に照射されることから、高圧水銀ランプなどの放電ランプを用いることができる。

そして、ランプ３０１から射出された光は、例えば、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ３０２によって反射されて光軸３１５に略平行な光となり、即ち、光源３１０から略平行の光束が射出される。この光源３１０から射出された光は、その後、偏光変換素子３３０に入射する。

偏光変換素子３３０は、上記光源３１０から射出された偏りのない光の偏光面を、所定の偏光方向に揃え、所定の偏光光に変換する。そして、この偏光変換素子３３０で所定偏光光とされた光は、次いで、液晶パネル３５０に入射することとなる。

この液晶パネル３５０は、パネル駆動回路３９５を介して入力した上記映像信号３９１に基づいて、光変調（光強度変調）を行うものであり、当該光変調（光強度変調）によって画素毎に濃淡のある光学像（以下、「調光像」という）を形成する。なお、ここでは、当該パネルの価格を低減するため、例えば、横縦比１６：９、ＷＶＧＡの画素数８５２×４８０（更にコストを優先する場合、ＷＱＶＧＡの画素数４００×２４０を用いてもよい）、画面サイズ（画面表示有効領域の対角寸法Ｌ２）が０．４〜１．３［ｉｎ］（１０．１６〜３３．０２［ｃｍ］）程度の、所謂、シングルマトリックス駆動のＴＮ型液晶パネル（透過型液晶パネル）を用いる。

なお、本実施の形態では、液晶パネル３５０は、上述したように光変調（光強度変調）を行うためのものであり、フルカラー表示を考慮する必要は無く、即ち、画素毎に光強度を変調すればよいため、ＲＧＢ信号ではなく輝度信号（Ｙ信号）が供給される。より具体的には、本実施形態では、スクリーン１１０には映像信号としてパネル駆動回路３９２からＲＧＢ信号が供給されており、一方、照明用の液晶パネル３５０には映像信号としてパネル駆動回路３９５から輝度信号が供給されることとなる。また、この輝度信号としては、ここでは図示しないＹ／Ｃ分離回路で分離し、かつ、図示しない映像処理回路で所定の信号処理（例えば、コントラスト調整、ガンマ補正等）が為されたＹ信号を用いてもよい。また、スクリーン１１０に供給されるＲＧＢ信号をマトリクス演算して得られるＹ信号を用いてもよい。勿論、照明用の液晶パネル３５０に対して、映像信号であるＲＧＢ信号のいずれかを、周期的に、順次、供給するようにしてもよい。

また、上述したパネル駆動回路３９５は、スケーリング機能（図示せず）を有しており、映像信号３９１に対して、液晶パネル３５０の解像度に対応してスケーリングなどの画像処理を行う。その後、周知の平均輝度情報、黒レベル領域検出、白レベル領域検出などの画像情報分析機能（図示せず）を用い、これらの分析情報により、液晶パネル３５０を駆動し、光変調された調光像（光学像）を形成させる。また、パネル駆動回路３９５からスクリーン１１０に供給されるＲＧＢ信号に対応する輝度信号を（必要に応じ、液晶パネル３５０の解像度に対応してスケーリング処理をして）液晶パネル３５０に供給してもよい。

そして、拡大投写ユニット３１１は、上記液晶パネル３５０で形成された調光像を、上記スクリーン１１０に向けて、超短距離から、斜め方向に拡大して投写する。なお、ここで、通常の投写装置を用いた場合、奥行き寸法が厚くなりってしまい、装置の大型化につながってしまうことから、当該奥行き寸法を極力薄くするために、特に、斜め投写が可能な投写装置を用いている。

尚、本実施形態に係る背面光投射ユニット３００において、液晶パネル３５０は必ずしも用いる必要は無く、液晶パネル３５０に代えて、スクリーン１１０の表示面の形状に相似する開口形状を持つ開口絞りを設けてもよい。例えば、スクリーン１１０の表示面のアスペクト比が１６：９である場合には開口絞りの開口形状のアスペクト比を１６：９とし、スクリーン１１０の表示面のアスペクト比が４：３である場合には開口絞りの開口形状のアスペクト比を４：３とする。
この開口絞りにより光源からの光を整形し、適切な形状の光学像をスクリーン１１０に投射するようにしている。この場合には、更に、図３のパネル駆動回路３９５は不要となる。

次に、上記のレンチキュラーシート３６０は、プロジェクタ１５０の拡大投写ユニット３１１からの斜め光がスクリーン１１０の入射面に対して略垂直に入射するように変換するための、所謂、光方向変換部である。このレンチキュラーシート３６０を構成する基材３６１の一方の面（ここでは、スクリーン１１０側とは逆側の背面）には、入射角が所定値以内の光を屈折して出射させるレンチキュラーレンズ３６２が、スクリーン１１０の垂直方向に帯状に伸びて形成され、かつ、その帯状のレンチキュラーレンズの集合がスクリーン１１０に対して水平方向に並べて配置されている。そして、このレンチキュラーシート３６０により、拡大投写ユニット３１１からの斜め光を、その入射角度に応じて屈折若しくは全反射することにより、スクリーン１１０の入射面に略垂直に入射するようにする。

また、背面光の斜め拡大投写を可能にする背面光投写光学ユニット３００では、特に、サイズの小さな液晶パネル３５０を用い、液晶パネル１５０の一つの画素をスクリーン１１０の複数画素に対応させ、映像信号に基づいて光変調を行って調光像を形成する。そして、当該調光像を拡大投写光学系ユニット３００で拡大してスクリーン１１０に投写する。

また、スクリーン１１０に較べて十分小さな液晶パネル３５０を用いることによれば、上記に加えて、光源１１０のサイズも小さくすることができる。従って、背面光投写光学ユニット３１１と同サイズの高価な液晶パネル、更には、ＬＥＤを複数個並列配置して構成した光源を用いる従来技術に較べ、上述した背面光投写光学ユニット３００やキュラーシート３６０が追加的に必要となるが、しかしながら、上述したように、その投写装置として低解像度の液晶パネルが使用できるので、背面光投射光学ユニット３００のコストを、従来の、２／３〜１／２程度に低減することができる。そして、更なる装置のコスト低減を図るためには、上述した光変調（光強度変調）を行うための構成要件であるプロジェクタ１５０を削除することも可能であろう。さらに、プロジェクタ１５０や光源１１０それぞれを交換可能な方式とすることで、サービス性も大幅に向上することも可能であろう。

次に、添付の図４〜１０を参照しながら、上記電子黒板において採用される、特に、装置の奥行き寸法を極力低減するため、その一部に配置した自由曲面ミラーの反射を利用して液晶表示装置の背面側の短距離から斜めに拡大して投写する短距離傾斜投写光学系について説明する。なお、自由曲面ミラーに関しては、例えば、自社出願である特開２００６−２９２９００号公報に開示されている。

まず、図４は、上記投写光学系の基本的な構成を示す断面図であり、当該光学系の構成をＸＹＺ直交座標系におけるＹＺ断面で示している。ここで、ＸＹＺ直交座標系の原点は、光変調（光強度変調）用の液晶パネル３５０の表示画面の中央とし、Ｚ軸はスクリーン１１０の法線４０８と平行であるものとする。Ｙ軸はスクリーン１１０の表示画面の短辺と平行であり、スクリーン１１０の縦（上下）方向と等しいものとする。Ｘ軸は、スクリーン１１０の表示画面の長辺と平行であり、スクリーン１１０の横（左右）方向と等しいものとする。また、図５は投写装置を構成する投写レンズの斜視図であり、図６は投写レンズにおける光路の折り曲げを省略して示した投写レンズの断面図である。

まず、図４に示すように、拡大投写光学系ユニット３１１は、液晶パネル３５０からレンチキュラーシート３６０、スクリーン１１０に向かう光路上において、液晶パネル３５０側から順に配置された、投写レンズ４０２と、第１反射ミラーとしての自由曲面ミラー４０４と、第２反射ミラーとしての平面反射ミラー（折り返しミラー）１１２とを含んで構成されている。そして、上記の構成によれば、光変調（光強度変調）用液晶パネル３５０の表示画面上の調光像は、投写レンズ４０２によりスクリーン１１０に向けて投写される。
このとき、直線的に投写すると所定の距離が必要となり、電子黒板の奥行き寸法が大きく、つまり、電子黒板の奥行きが厚くなる。そこで、投写レンズ４０２からスクリーン１１０に向かう光路（例えば、光線４２１、４２２、４２３で示される光路）を、自由曲面ミラー４０４と折り返しミラー１１２とで折り返し、電子黒板の奥行きを極力低減するようにしている。
さらに、液晶パネル３５０の画面の中央から出てスクリーン１１０の画面中央に向かう光線４２１（以下、「画面中央光線」と言う）を、スクリーン１１０の入射面に対して非垂直（一般に、このような投写は「斜め投写」と呼ばれる）として、画像表示装置の奥行きを低減している。
また、投写レンズ４０２は、上記の図４、更には、図５からも明らかなように、回転対称な面形状を有する複数の屈折レンズから構成される前群４１２と、少なくとも一方の面が回転非対称の自由曲面の形状を有するレンズ（以下、「自由曲面レンズ」と称する）を含む後群４１３とから構成されている。

なお、図４において、図示された投写レンズ４０２からは、液晶パネル３５０の位置がスクリーン１１０の法線４０８の方向に延長しており、そのため、装置の奥行きが拡大する必要があるように思われる。しかしながら、例えば、図５に示すように、Ｘ軸（即ち、スクリーン１１０の長辺）に平行に配置された前群４１２の途中に光路折り曲げミラー５１４を配置し、前群４１２の光軸４０９（即ち、投写レンズの光軸）をＺ軸方向（即ち、画像表示用液晶パネルの法線４０８に平行な方向）に折り曲げることにより、奥行き寸法の増大を防止することができる。勿論、本発明はこれに限定されるものではなく、自由曲面ミラー４０４と投写レンズ４０２の後群４１３との間、あるいは、投写レンズ４０２の前群４１２と後群４１３の間に光路を折り曲げる光路折り曲げミラーを配置してもよい。

なお、上述した実施の形態では、上記図４に示すように、液晶パネル３５０は、その表示画面の中央が投写レンズ４０２の光軸４０９上に位置するように配置されている。従って、液晶パネル３５０の表示画面の中央から出て投写レンズ４０２の入射瞳の中央を通ってスクリーン１１０の画面中央に向かう画面中央光線４２１は、投写レンズ４０２の光軸に沿って進む。この画面中央光線４２１は、自由曲面ミラー４０４の反射面上の点Ｐ２で反射された後、平面反射ミラー４０５上の点Ｐ５で反射されて、スクリーン１１０の画面中央の点Ｐ８に画像表示用液晶パネルの入射面の法線４０８に対して所定の角度（θｓ）で、すなわち、斜めに入射される。

なお、このことは、投写レンズ４０２の光軸４０９に沿って通過した光線がスクリーン１１０に対して斜めに入射していることであり、実質的に投写レンズ４０２の光軸がスクリーン１１０に対して斜めに設けられていることを意味しており、このような方法でスクリーン１１０に斜め入射させることによれば、投写した長方形の形状が台形になる、所謂、台形歪と共に、その他にも、光軸に対して回転対称でないことにより、種々の収差が生じる。そこで、本実施の形態では、これ等の歪や収差を、拡大投写光学系ユニット３１１を構成する投写レンズ４０２の後群４１３と自由曲面ミラー４０４の反射面とで補正する。

上記の図４に示す断面内において、液晶パネル３５０の画面下端から投写レンズ４０２の入射瞳の中央を通って射出され、これに対応するスクリーン１１０の画面上端の点Ｐ９に入射する光線を光線４２２とする。また、液晶パネル３５０の画面上端から投写レンズ４０２の入射瞳の中央を通って射出され、これに対応するスクリーン１１０の画面下端の点Ｐ７に入射する光線を光線４２３とする。この図４を見ると、点Ｐ３から点Ｐ６を経由して点Ｐ９に到る光路長は、点Ｐ１から点Ｐ４を経由して点Ｐ７に到る光路長よりも長くなっている。これは、投写レンズ４０２から見て、スクリーン１１０の像点Ｐ９が像点Ｐ７よりも遠くにあることを意味している。そこで、スクリーン１１０の像点Ｐ９に対応する物点（液晶パネル３５０の表示画面上の点）がより投写レンズ４０２に近い点に、また、像点Ｐ７に対応する物点がより投写レンズ４０２から遠い点にあれば、像面の傾きを補正できる。そのためには、液晶パネル３５０の表示画面の中央における法線ベクトルを、投写レンズ２の光軸に対し傾けるようにする。具体的には、上記法線ベクトルを、ＹＺ平面内において、スクリーン１１０の位置する方へ向けるように傾ければよい。光軸に対して傾いた像平面を得るのに物平面を傾ける方法は知られている。しかしながら、実用的な大きさの画角では、物平面の傾きによる像面は光軸に対して非対称な変形を生じ、回転対称な投写レンズでは補正が困難である。そこで、本実施形態では、回転対称でない、すなわち回転非対称の自由曲面を用い、非対称な像面の変形に対応している。このため、物平面を傾けることで低次の像面の歪を大きく低減でき、自由曲面による収差補正を補助する上で効果的である。尚、図４では、折り返しミラー１１２は鉛直方向に対して傾斜して設けられているが、図２に示すように垂直に設けてもよい。

次に、上述した拡大投写光学ユニット３１１の各光学要素の作用について説明する。
投写レンズ４０２は、その前群４１２が液晶パネル３５０の表示画面上の調光像をスクリーン１１０に投写するための主レンズであり、回転対称な光学系における基本的な収差を補正する。投写レンズ４０２の後群４１３は、回転非対称の自由曲面レンズを含んでいる。ここでは、自由曲面レンズは、上記図４、図５、そして、図６から明らかなように、その光出射方向に対して凹面を向くように湾曲されている。そして、自由曲面レンズの、スクリーン１１０の下端に向かう光線４２３が通過する部分の曲率を、スクリーン１１０の上端に向かう光線４２２が通過する部分の曲率よりも大きくしている。

自由曲面ミラー４０４は、回転非対称な自由曲面形状の反射面を有している。ここでは、自由曲面ミラー４０４は、その一部が光の反射方向に対して凸を向くように湾曲された、回転非対称の凸面ミラーとしている。具体的には、自由曲面ミラー４０４の、スクリーン１１０の下方に向かう光を反射する部分（Ｐ１）の曲率を、スクリーン１１０の上方に向かう光を反射する部分（Ｐ３）の曲率よりも大きくしている。換言すれば、自由曲面ミラー４０４のＹＺ断面（スクリーン１１０の画面縦方向の断面）において、画面中央光線４２１が自由曲面ミラー４０４で反射される位置Ｐ２に対して、Ｐ１−Ｐ２間の寸法とＰ３−Ｐ２間の寸法とを異ならせている。

また、自由曲面ミラー４０４の、スクリーン１１０の下方に向かう光を反射する部分（Ｐ１）が該光の反射方向に凸の形状を為し、スクリーン１１０の上方に向かう光を反射する部分（Ｐ３）が光の反射方向に凹の形状をなすようにしてもよい。

上記の構成によれば、上記自由曲面レンズと自由曲面ミラーの作用により、主として、斜め入射によって生じる収差の補正が行われる。すなわち、本実施の形態では、自由曲面ミラー４０４が主として台形歪を補正し、投写レンズ４０２の後群４１３が、主として像面の歪みなどの非対称な収差の補正を行なう。

このように、本実施の形態は、投写レンズ４０２が回転非対称の自由曲面レンズを少なくとも一枚含み、自由曲面ミラー４０４が回転非対称の自由曲面形状の反射ミラーをなしている。これによって、斜め投写によって生じる台形歪と収差の両方を補正可能としている。

次に、以上述べた投写装置の光学系について、更に、図７、図８を用いて説明する。
まず、図７と図８は、数値例に基づく本実施の形態に係わる投写装置の光学系の光線図を示しており、前述したＸＹＺ直交座標において、図７はＹＺ断面を、図８はＸＺ断面での構成を示している。投写レンズ４０２は、上記の図５でも述べたように、前群４１２の途中に光路折り曲げミラー４１４が配置されているが、この図７では、この光路折り曲げミラー４１４の図示を省略しており、光学系をＺ軸方向に展開して示しており、このことは図６でも同様である。即ち、光路折り曲げミラー（折り返しミラー）は、その設置の位置や角度において任意性があり、また、各光学要素の機能に影響を及ぼすものではない。従って、以下の説明では、光路折り曲げミラーを省略して説明することにする。

上記図６の下側に示した液晶パネル３５０から射出した光は、複数のレンズを含む投写レンズ４０２のうち、まず、回転対称形状の面のみを有するレンズのみで構成される前群４１２を通過する。そして、回転非対称の自由曲面レンズを含む後群４１３を通り、自由曲面ミラー４０４の反射面で反射される。その反射光は、折り返しミラー１１２で反射された後、スクリーン１１０に入射される。
ここで、投写レンズ４０２の前群４１２は、全て回転対称な形状の屈折面を持つ複数のレンズで構成されており、各屈折面のうち４つは回転対称な非球面であり、他は球面である。

さて、図１並びに図９によって、各種の画像と共に、書き込んだ内容を読み取ってきれいに表示する本発明の電子黒板を、更に説明する。即ち、この電子黒板装置１００は、大型の直視タイプの表示装置であるスクリーン１１０を、例えば、移動可能なキャスターが設けられた筐体１１３の下部１１４に取り付けたものである。
なお、この電子黒板装置では、その表示画面であるスクリーン１１０の表面側（観測側）に、会議の出席者等の利用者が立って説明や書き込みをする形態が多い。そのため、その表示装置であるスクリーン１１０は、その表示画面上での書き込みを可能にすると共に、スクリーン１１０の保護のために透明なガラス板若しくは硬質の透明合成樹脂が設けられている。また、スクリーン１１０の背面から斜め方向に背面光を投写するためのプロジェクタ１５０が、筐体１１３の下辺部に取り付けられている。
また、電子黒板として、プリンタ１８０が設けられ、会議中等の黒板に書かれたコンテンツを記録できる。なお、プリンタ１８０の代わり、若しくは、併設して、記録装置、若しくは、映像表示装置、又はネットワーク回線（優先、無線を問わない）と接続して、遠隔の装置と結合しても良い。

また、図１において、スクリーン１１０は、拡大された画像が表示されるため、表示面にたわみが生じると、画像のゆがみやむらとして拡大されるため、欠陥として著しく目立つ。従って、表示面のたわみをなくし、平坦度を高めることが重要になる。従って、設置時若しくは設置後にたわみを発生させないように、本発明の電子黒板のスクリーンは、重力方向垂直となるように構成する。そして、その平坦度は、８０型（画面サイズ（画面表示有効領域の対角寸法Ｌ１）が８０［ｉｎ］（２．０３２［ｍ］））のスクリーン寸法に対して、高さ方向についてのスクリーン全体の表面のそりが±２．０［ｍｍ］以内のものを使用する。

なお、本発明の別の実施形態の電子黒板のスクリーン寸法は、例えば、高さを一定とし、縦横比（アスペクト比）１６：９若しくは縦横比４：３の表示画面サイズである。例えば、高さは、１２００［ｍｍ］である。この時、縦横比４：３では、画面サイズは、７８［ｉｎ］（約１．９８［ｍ］）であり、縦横比１６：９では、画面サイズは、９６．４［ｉｎ］（約２．４５［ｍ］）である。

図９は、上記電子黒板装置の構成の一例を示すのブロック図である。図において、電子黒板９０は、上記図３に示した背面光投写光学ユニット３００と共に、以下の構成を備えている。即ち、画像を表示するスクリーン９１の前面上（観測側）で、指先またはタッチペンでその表面（書き込み面）をタッチすることにより電気的に文字や図形等を入力して表示もしくは消去することが可能なタッチ入力部９２（例えば、タッチセンサを含む）と、指先またはタッチペンでタッチされた表面上の座標位置の演算等を行うタッチ入力部用のコントローラ（例えば、マイクロコントローラ等により構成される）９３と、当該コントローラ９３から座標位置情報を入力し、入力した座標位置情報に基づいて、タッチ入力部９２を介して入力された文字、図形等をスクリーン９１上に描画する処理等、更には、システム全体を制御する制御部（やはり、マイクロコントローラ等により構成される）９４等を備えている。

また、電子黒板９０には各種の周辺機器を接続することができる。例えば、原稿の画像を読み取るためのスキャナや、画像データを記録紙に出力するプリンタなどが、その制御部９４に接続することができる。また、制御部９４を介して電子黒板９０をネットワーク回線９９に接続することもでき、もって、ネットワーク回線９９上に接続された他のクライアント端末若しくは制御用端末で作成したデータをスクリーン９１上に表示し、電子黒板９０で作成したデータを他の端末に転送することも可能となる。

さらに、ここでは図示しないが、スクリーン９１には映像信号の入力端子やスピーカー設けられており、ビデオプレイヤーをはじめ、その他レーザディスク
プレイヤー、ＤＶＤプレイヤー、ビデオカメラ等の各種情報機器やＡＶ機器を接続し、その大画面モニタとしても利用することができる。なお、上記に代えて、タッチ入力部２０１としては、超音波表面弾性波方式のタッチ入力装置を用いることも可能である。
即ち、音声を入力するマイク等の入力手段、及び音声を出力する若しくは拡声するためのスピーカ等の出力手段、並びに、撮像手段を備え、ネットワーク回線９４を介して若しくはケーブル接続すれば、制御部９４の制御により、会議中の各メンバーへの配布データの送受信及び表示、遠隔地との通信等を行うことも可能である。

上述の実施例に拠れば、プロジェクタを電子黒板とが一体化され、余分なスペースが不要で、かつ、ケーブル配線も不要であるため、狭い会議室でも適用可能である。

次に、本発明の電子黒板の他の実施例について、図１０と図１１を用いて説明する。図１０は、本発明の一実施例を説明するための模式図である。
図１０は、図１(b) の電子黒板に、ＣＣＤカメラ等のイメージセンサを設け、会議等で、電子黒板のスクリーン上に書き込まれた文字、絵、記号、等の表示物を背面から撮像し、ユーザからの指示があれば、撮像した画像を出力するものである。出力先は、プリンタ、メモリ手段、ネットワーク回線、等、選択可能である。
図１０において、ＣＣＤカメラ１００１が筐体の背面側に、スクリーン１１０に書き込まれた表示物を視野範囲で撮像できるように設定固定されている。また、仕切り板１０１０は、透明またはハーフミラーである。

図１１において、図示しない制御部入力手段を介して、ユーザがプリントの指示をすると、指示は制御部１００２に入力される。電子黒板１０００の制御部１００１は、ＣＣＤカメラ１００１に撮像表示物を撮像させるための制御信号を出力する。ＣＣＤカメラ１００１は、背面から、スクリーン１１０に表示された画像を撮像し、撮像した光学像を映像データに変換して制御部１００１に出力する。制御部１００１は、映像データをプリント可能なフォーマットに変換してプリンタ１００４に出力する。また、ユーザから記録要求があればメモリ１００５に出力する。メモリ１００５は、制御部１００１から入力されたデータをを記録する。メモリ１００５は、リムーバルな記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＳＤメモリ等）に記録する記録装置であっても良い。また、ネットワーク回線を介してクライアント端末や制御端末に送信しても良い。
なお、ＣＣＤカメラ１００１が、撮像する場合、撮像する間瞬間的に、プロジェクタ１００３の投射光をシャッター等により遮断し、会議の出席者が記録した表示物だけ撮像し、その時プロジェクタの投射している画像とミキシングして、プリンタ１００４、メモリ１００５、等に出力しても良い。
なお、ＣＣＤカメラによる撮像を、所定の周期で行い、音声と共に、かつ、時間情報と関連付けて記録することによって、メモリ等に記録したり、かつ、定期的にネットワーク回線を介して、職場の上長等の管理者に伝送することが可能となる。
即ち、上述の実施例に拠れば、極めて容易に書き込まれた表示物を、印刷、記録、及び出力可能となり、会議システム等に利便性の高い電子黒板を提供することができる。

次に、本発明の他の電子黒板について、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の位置実施例を説明するための図である。
図１２は、図１若しくは図１０で説明した電子黒板において、自動若しくは手動にて、高さ方向に、スクリーン部分をスライドさせる機構を備えた電子黒板である。
図１若しくは図１０の電子黒板において、上下のスライド機構を設け、所定の高さ位置に切り替え可能な移動機構を設け、光学系に関する部分の位置関係を変更せず（例えば、図１０における、プロジェクタ１５０、折り返しミラー１１２、レンチキュラーシート１１１、スクリーン１１０、ＣＣＤカメラ１００１、及び仕切り板１０１０の相対位置関係を固定のまま）に、所定の距離、例えば、６０［ｃｍ］若しくは４５［ｃｍ］移動するようにしたものである。
図１２は、手動にてスクリーン高さを変更するための機構を模式的に示した図である。図１２(a) は、図１０の電子黒板とほぼおなじで、説明として筐体１１３と筐対下部１１４の一部として、支持梁部１２１０を示した図である。まｔ、図１２(b) は、支持梁部１２１０とそれに移動可能で、スクリーン部分であるプロジェクタ１５０、折り返しミラー１１２、レンチキュラーシート１１１、スクリーン１１０、ＣＣＤカメラ１００１、及び仕切り板１０１０全体を共通に支える支持梁部１２２０を示す図である。

支持梁部１２１０は、筐対下部１１４に固定され、支持梁部１２２０は、支持梁部１２１０に沿って、高さ方向に移動可能である。また、支持梁部１２１０は、１本若しくは奥行き方向に複数本（例えば、２本）あり、対応する数の支持梁部１２２０が存在する。
支持梁部１２１０には、少なくとも２つの穴１２１１と１２１２が水平方向に開けられ、支持梁部１２２０には、電磁弁がオフの時には、突出して、穴１２１１若しくは１２１２に挿入され、スクリーン部分を高さ方向に固定するストッパー１２３２（突出状態）がある。電磁弁がオンした時には、突状態から、ストッパ１２３１のように引き込まれ、穴１２１１若しくは１２１２から外れるため、スクリーンは高さ方向に移動可能となる。
なお、電磁弁のオンは、図示しない取手をユーザが握ると、電磁弁がオンするようにスイッチが設けられており、取手を離すと電磁弁がオフするようにしている。また、スクリーン部の重さを考慮して、井戸のつるべのように重りを付けておいても良い。

上述の実施例に拠れば、スクリーンの高さを変更可能とし、学校、特に児童に身長差が大きい小学校等で授業に使用する場合には、児童に黒板に書込ませる時の高さを適当な位置に切り替えることができる。

図１２において、穴１２１１と１２１２との間隔は、例えば６０［ｃｍ］であり。例えば４５［ｃｍ］である。また、穴１２１１若しくは１２１２を２つではなく複数個を所定の間隔であけ、所定の複数の高さにスクリーン部の高さが設定できるようにしても良い。
また、モータ駆動回路を用い、制御部に指示入力することによって上下に移動させても良い。

なお、以上の説明では、スクリーンの背後からＣＣＤカメラでスクリーン上の表示物を撮像したが、ＣＣＤカメラ等の位置は、本実施例で開示した場所に限らない。

本発明の一実施の形態になる電子黒板を説明するための図。 本発明の一実施の形態になる電子黒板の一部の斜視図。 本発明の電子黒板のスクリーンの背面短距離から斜めに拡大して投写する短距離傾斜投写光学系を構成するプロジェクタ含めた構成を模式的に示す図。 上記背面光投写光学ユニット含めた投写光学系の基本的な構成を示す断面図。 上記投写光学系を構成する、レンズを含む各構成要件を具体的に示した斜視図。 上記投写光学系を構成する、レンズ面を示すための断面図。 上記投写光学系のＹＺ断面における光線図。 上記投写光学系のＸＺ断面における光線図。 本発明の電子黒板の構成の一実施例を示すのブロック図。 本発明の一実施の電子黒板を説明するための図。 本発明の電子黒板の構成の一実施例を示すのブロック図。 本発明の一実施の電子黒板を説明するための図。

符号の説明

１００：電子黒板、 １１０：スクリーン、 １１１：レンチキュラーシート、 １１２：折り返しミラー、 １１３：筐体、 １１４：筐体下部、 １５０：プロジェクタ、 １８０：プリンタ、 ３００：背面光投写光学ユニット、 ３０１：高輝度ランプ、 ３０２：リフレクタ、 ３１０：光源３１０、 ３１１：拡大投写光学系ユニット、 ３３０：偏光変換素子、 ３５０：液晶パネル、 ３６０：レンチキュラーシート、 ３９２：パネル駆動回路、 ３９１：映像信号、 ３９５：パネル駆動回路 ４０２：投写レンズ、 ４０４：自由曲面ミラー、 ４０８：スクリーン１１０の法線、 ４１２：前群、４１３：後群、 ４２１、４２２、４２３：光線、 １０００：電子黒板、 １００１：ＣＣＤカメラ、１００２：制御部、 １００３：プロジェクタ、 １００４：プリンタ、 １００５：メモリ、 １０１０：仕切り板。

Claims (13)

1. ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材に光拡散作用を持たせ画像表示面が鉛直方向垂直となるように構成し、背面から投射された光学像を映し出す画像表示部と、当該画像表示部の前記背面側に設けられ第１の映像信号の輝度信号により光強度が変調された光学像を前記画像表示部の前記背面に斜め方向に拡大して投写する背面投写装置と、前記画像表示部に表示された光学像と画像観察側から前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等を所定の周期で読み込むための読み込み装置と、前記第１の映像信号に基づいて前記画像表示部にＲＧＢ信号を出力する第１のパネル駆動回路と、液晶パネルの解像度に対応してスケーリング処理を行い、その後画像情報分析機能を用いて分析した分析情報により前記液晶パネルを駆動し、光変調された光学像を形成させ、前記第１の映像信号に基づいて前記背面投写装置に輝度信号を出力する第２のパネル駆動回路と、前記読み込み装置により得られた第２の映像信号を合成する制御部と、前記制御部から入力されたデータを記録するメモリを備えた電子黒板であって、
   前記画像表示部は、前記背面投写装置から投射された光学像を前記ＲＧＢ信号に基づいて光変調し、カラーの画像光を形成して出射し、
   前記背面投写装置は、光源からの光を、前記輝度信号に合わせて強度を変調し、前記画像表示部の表示面積よりも大きい拡大光学像を前記画像表示部に投射する背面投写装置であって、前記画像表示部の前記背面に垂直に設けられ前記背面投写装置が投写する前記映像光を反射する平面反射板と、前記背面投写装置によって、前記画像表示部の前記背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成し、前記傾斜投写光学系の液晶パネルの一つの画素を前記画像表示部の複数画素に対応させ、前記第１の映像信号に基づいて光変調を行って光学像を形成し、
   前記制御部は、前記読み込み装置が読み込んだデータを定期的にネットワーク回線を介して伝送することを特徴とする電子黒板。
2. 前記請求項１に記載の電子黒板において、前記画像表示部は、ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材に画面垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズを画面水平方向に並べて配置したレンチキュラーシートから成ることを特徴とする請求項１に記載の電子黒板。
3. 前記請求項１または請求項２に記載の電子黒板において、前記傾斜投写光学系は、その一部に配置した自由曲面ミラーを備え、もって、前記光源からの光を映像信号に合わせて強度を変調し、反射して前記画像表示部の背面から投写することを特徴とする電子黒板。
4. 前記請求項１に記載の電子黒板において、前記読み込み装置を前記平面反射板近傍に設け、前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等を読み込むことを特徴とする電子黒板。
5. 前記請求項１に記載の電子黒板において、前記画像表示部の背面側に、更に、前記傾斜投写光学系から入射した光を、当該画像表示部の表示面に略垂直に出射するための光方向変換部を設けたことを特徴とする電子黒板。
6. 前記請求項１に記載の電子黒板において、前記傾斜投写光学系は、更に、自由曲面レンズを備えていることを特徴とする電子黒板。
7. 前記請求項１に記載の電子黒板において、前記画像表示部を所定の高さに切り替える手段を設けたことを特徴とする電子黒板。
8. ガラス若しくは合成樹脂から成る略平坦な基材に光拡散作用を持たせ表示面が鉛直方向垂直となるように構成し、背面から投射された光学像を映し出す画像表示部と、当該画像表示部の前記背面側に設けられ第１の映像信号の輝度信号により光強度が変調された光学像を前記画像表示部の前記背面に斜め方向に拡大して投写する背面投写装置と、前記背面投写装置側に前記画像表示部に表示された光学像と画像観察側から前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等を所定の周期で読み取るカメラと、前記第１の映像信号に基づいて前記画像表示部にＲＧＢ信号を出力する第１のパネル駆動回路と、液晶パネルの解像度に対応してスケーリング処理を行い、その後画像情報分析機能を用いて分析した分析情報により前記液晶パネルを駆動し、光変調された光学像を形成させ、前記第１の映像信号に基づいて前記背面投写装置に輝度信号を出力する第２のパネル駆動回路と、前記カメラにより得られた第２の映像信号を合成する制御部と、前記制御部から入力されたデータを記録するメモリと、前記制御部によって合成された映像信号もしくはそれぞれ単独の映像信号に合わせて印刷する印刷装置を備えた電子黒板であって、
   前記画像表示部は、前記背面投写装置から投射された光学像を前記ＲＧＢ信号に基づいて光変調し、カラーの画像光を形成して出射し、
   前記背面投写装置は、光源からの光を、前記輝度信号に合わせて強度を変調し、前記画像表示部の表示面積よりも大きい拡大光学像を前記画像表示部に投射する背面投写装置であって、前記画像表示部の前記背面に垂直に設けられ前記背面投写装置が投写する前記映像光を反射する平面反射板と、前記背面投写装置によって、前記画像表示部の前記背面側から斜めに拡大して投写する傾斜投写光学系により構成し、前記傾斜投写光学系の液晶パネルの一つの画素を前記画像表示部の複数画素に対応させ、前記第１の映像信号に基づいて光変調を行って光学像を形成し、
   前記制御部は、前記読み込み装置が読み込んだデータを定期的にネットワーク回線を介して伝送することを特徴とする電子黒板。
9. 前記請求項８に記載の電子黒板において、前記カメラを前記平面反射板近傍に設け、前記画像表示部に書き込まれた文字や図形等を読み込むことを特徴とする電子黒板。
10. 前記請求項９に記載の電子黒板において、前記カメラが前記文字や図形等を撮像する場合、撮像する間瞬間的に前記背面投写装置の投射光を遮断し、会議の出席者が記録した表示物だけ撮像し、その時前記背面投写装置の投射している画像とミキシングして出力することを特徴とする電子黒板。
11. 前記請求項８に記載の電子黒板において、前記画像表示部の背面側に、更に、前記傾斜投写光学系から入射した光を、当該画像表示部の前記表示面に略垂直に出射するための光方向変換部を設けたことを特徴とする電子黒板。
12. 前記請求項８に記載の電子黒板において、前記傾斜投写光学系は、更に、自由曲面レンズを備えていることを特徴とする電子黒板。
13. 前記請求項８に記載の電子黒板において、更に、前記画像表示部を所定の高さに切り替える手段を設けたことを特徴とする電子黒板。

Images