JP5589933B2 - Projector, projection unit and electronic blackboard - Google Patents

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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。   The present invention relates to a projector, a projection unit, and an electronic blackboard, and more particularly to a projector for proximity projection.

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。   In recent years, projectors equipped with a projection optical system for so-called proximity projection that can display a large screen at a short projection distance have been commercialized. By adopting this projection optical system, it is possible to display a large screen (for example, 100 inches at a projection distance of 40 cm) at a very short distance compared to a conventional front projection type projector. These projectors are generally only usable for ultra-short-distance projection, and they can be used according to their purpose, from ultra-short-distance projection to medium- and long-distance projections that have been widely known in the past. It is expected to be possible. For example, Patent Document 1 proposes a projector technology that enlarges the zoom ratio by a reflection projection unit attached to the screen side with respect to the projection lens. Images with different zoom ratios can be obtained depending on whether the reflection projection unit is attached or removed.

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。   If the reflection projection unit according to Patent Document 1 is applied to ultra-short distance projection, it is necessary to greatly enlarge the zoom ratio. In this case, it is very difficult to reduce aberration as the zoom ratio is increased. In addition, since a configuration is adopted in which a plurality of curved mirrors are arranged decentered with respect to the optical axis (center axis) of the lens, a slight deviation of the optical elements often has a large effect on the image. Become. For this reason, in order to obtain the desired optical performance, it is necessary to adjust with very high accuracy, and it becomes difficult to reduce the aberration caused by the decentered optical system.

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。   In recent years, so-called interactive boards used in the education field, presentations, and the like are becoming widespread due to an increase in multimedia contents. The interactive board is characterized in that a user can write to the content while displaying the content. Usually, an interactive board is the same size as a conventional blackboard or white board, and therefore, a display over a relatively wide range is required. When a general direct-view type monitor is applied to a wide range display on an interactive board, problems occur in terms of the weight, power consumption, and cost of the entire apparatus.

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。   For example, Patent Documents 2 and 3 propose an electronic blackboard technique in which video light projected from a projector is reflected by a plane mirror and incident on a transmissive screen. Patent Document 4 proposes a technology of an electronic blackboard provided with a projector for ultra short distance projection. A wide range of display is possible by magnifying projection using a projector. By using a projector, weight, power consumption, and cost can be reduced. However, in the case of the techniques of Patent Documents 2 and 3, there is a problem in that the size in the depth direction is increased and the installation property is lowered because a vast plane mirror is installed with an inclination with respect to the transmission screen. It becomes. The projector in the technique of Patent Document 4 is applied only to ultra-short-distance projection, and has a problem in that the convenience is low because the usage is limited.

特開2002−6398号公報JP 2002-6398 A 特開2003−136892号公報JP 2003-136892 A 特開2004−252345号公報JP 2004-252345 A 特開2009−83277号公報JP 2009-83277 A

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。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and a projector for realizing projection of an image by close projection at an ultra short distance and projection of an image by projection at a medium and long distance, and the projector It is a first object to provide a projection unit used for the above.

また、本発明は、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。   A second object of the present invention is to provide a highly convenient electronic blackboard that can reduce weight, power consumption, cost, and depth size.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る第1のプロジェクターは、(a)光源と、光源からの光で照明される表示面と、表示面からの光を射出するとともに表示面からの光を一旦表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす光とすることができる射出光学系を含む本体部と、(b)射出光学系から射出された表示面からの光を被照射面へ向けて投写させるとともに、正のパワーを持ち表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーを有する投写ユニットとを備え、(c)本体部及び投写ユニットのいずれか一方は、表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす像について倍率を変換させる変倍光学系を有する。   In order to solve the above-described problem and achieve the object, a first projector according to the present invention (a) emits light from a light source, a display surface illuminated with light from the light source, and light from the display surface. And a main body including an emission optical system capable of making light from the display surface into light that forms an image plane of the display surface that is once inclined with respect to the display surface, and (b) the display surface emitted from the emission optical system A projection unit having a concave widening mirror that projects light from the projection surface toward the illuminated surface and reflects and forms a wide angle by reflecting the light that forms the image plane of the display surface that has a positive power and is tilted with respect to the display surface (C) One of the main body and the projection unit has a variable power optical system that converts the magnification of an image forming an image plane of the display surface tilted with respect to the display surface.

上記第1のプロジェクターでは、本体部と投写ユニットとが組み合わせられて、超短距離投写を可能にする。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可能にする。ここで、投写ユニットに設けた広角化ミラーにより、表示面又は光軸に対して十分に傾けられた像面(つまり、光軸の法線又は光軸に垂直な面に対して十分に傾けられた像面)をなす光を反射して広角化させるので、偏芯光学系を採用しなくても歪曲等の収差の発生を抑えた良好な近接投写を行える。また、凹面の広角化ミラーでの反射によって映像を形成する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。さらに、変倍光学系によって表示面に対して傾けられた像面をなす像を適度なサイズにすることができる。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ることができる。   In the first projector, the main body and the projection unit are combined to enable ultra-short distance projection. The main body unit can perform medium-long distance projection by itself with the projection unit removed. Here, by the wide-angle mirror provided in the projection unit, the image plane sufficiently tilted with respect to the display surface or the optical axis (that is, sufficiently tilted with respect to the normal of the optical axis or a plane perpendicular to the optical axis). Since the light forming the image plane is reflected to widen the angle, it is possible to perform good close-up projection while suppressing the occurrence of aberrations such as distortion without using an eccentric optical system. In addition, it is possible to reduce the chromatic aberration due to the widening of the angle by widening the light forming the image by the reflection by the concave widening mirror. Furthermore, the image forming the image plane tilted with respect to the display surface by the variable magnification optical system can be appropriately sized. Thereby, it is possible to obtain a projector capable of projecting an image by close projection at an ultra short distance and projecting an image by medium to long distance projection.

本発明の具体的な側面(aspect)では、上記第1のプロジェクターにおいて、変倍光学系が、表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす像を相対的に縮小させる縮小光学系である。これにより、表示面に対して傾けられた像面をなす像を縮小して近接投写を行うことができる。   In a specific aspect of the present invention, in the first projector, the zoom optical system reduces the image forming the image plane of the display surface tilted with respect to the display surface relatively. It is. Thereby, it is possible to perform close-up projection by reducing an image forming an image plane tilted with respect to the display surface.

本発明の別の側面では、投写ユニットが、表示面に対して傾けられた表示面の像面を、表示面に平行な被照射面に結像させる。つまり、傾斜のない適切な像の観察が可能になる。   In another aspect of the present invention, the projection unit forms an image of the display surface tilted with respect to the display surface on an irradiated surface parallel to the display surface. That is, it is possible to observe an appropriate image without inclination.

本発明のさらに別の側面では、射出光学系が、光軸に沿った比較的遠距離の第1の範囲で表示面に平行な表示面の像面をなす像を結像させる通常表示状態と、光軸に沿った比較的近距離の第2の範囲で表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす像を結像させるマクロ表示状態とに切り換え可能である。なお、通常表示状態の射出光学系によって比較的遠距離に比較的大きな像を形成でき、マクロ表示状態の射出光学系によって比較的近距離に比較的小さな像を形成できる。   In another aspect of the present invention, the emission optical system has a normal display state in which an image forming an image plane of a display plane parallel to the display plane is formed in a first range at a relatively long distance along the optical axis. It is possible to switch to a macro display state in which an image forming an image surface of the display surface tilted with respect to the display surface in a relatively short second range along the optical axis is formed. A relatively large image can be formed at a relatively long distance by the emission optical system in the normal display state, and a relatively small image can be formed at a relatively short distance by the emission optical system in the macro display state.

本発明に係る第2のプロジェクターは、(a)光源と、光源からの光で照明される表示面と、表示面からの光を射出する射出光学系を含む本体部と、(b)射出光学系から射出された表示面からの光を被照射面へ向けて投写させるとともに、正のパワーを持ち表示面からの光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーを有する投写ユニットと、を備え、(c)光軸に沿った比較的遠距離の第1の範囲で表示面に平行な表示面の像面をなす光とし、光軸に沿った比較的近距離の第2の範囲で表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす光とする。
A second projector according to the present invention includes: (a) a light source; a display surface illuminated with light from the light source; a main body unit including an emission optical system that emits light from the display surface; and (b) emission optics. A projection unit having a concave widening mirror that projects light from the display surface emitted from the system toward the irradiated surface and has a positive power to reflect and widen the light from the display surface. And (c) light forming an image plane of a display surface parallel to the display surface in a first range at a relatively long distance along the optical axis, and displayed in a second range at a relatively short distance along the optical axis. The light forms the image plane of the display surface tilted with respect to the plane.

上記第2のプロジェクターでは、本体部と投写ユニットとが組み合わせられて、超短距離投写を可能にする。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可能にする。ここで、投写ユニットに設けた広角化ミラーにより、表示面又は光軸に対して十分に傾けられた像面(つまり、光軸の法線又は光軸に垂直な面に対して十分に傾けられた像面)をなす光を反射して広角化させるので、偏芯光学系を採用しなくても歪曲等の収差の発生を抑えた良好な近接投写を行える。また、凹面の広角化ミラーでの反射によって映像を形成する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ることができる。   In the second projector, the main body and the projection unit are combined to enable ultra-short distance projection. The main body unit can perform medium-long distance projection by itself with the projection unit removed. Here, by the wide-angle mirror provided in the projection unit, the image plane sufficiently tilted with respect to the display surface or the optical axis (that is, sufficiently tilted with respect to the normal of the optical axis or a plane perpendicular to the optical axis). Since the light forming the image plane is reflected to widen the angle, it is possible to perform good close-up projection while suppressing the occurrence of aberrations such as distortion without using an eccentric optical system. In addition, it is possible to reduce the chromatic aberration due to the widening of the angle by widening the light forming the image by the reflection by the concave widening mirror. Thereby, it is possible to obtain a projector capable of projecting an image by close projection at an ultra short distance and projecting an image by medium to long distance projection.

上記第1及び第2のプロジェクターの具体的な側面では、本体部が、プロジェクターに対して着脱可能である。これにより、プロジェクターから比較的軽量な本体部を取り出して中長距離投写をすることができる。   In specific aspects of the first and second projectors, the main body is detachable from the projector. As a result, it is possible to carry out medium and long distance projection by taking out a relatively lightweight main body from the projector.

本発明の別の側面では、射出光学系と、投写ユニットとが、光軸を一致させて配置される。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。   In another aspect of the present invention, the emission optical system and the projection unit are arranged with their optical axes aligned. Thereby, adjustment of the optical system for obtaining desired optical performance and processing of the optical element can be facilitated. In particular, it is possible to easily align the main unit and the projection unit.

本発明のさらに別の側面では、射出光学系と、投写ユニットとが、表示面からの光を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。これにより、広角化ミラーで反射された光の、光軸上の光学要素との干渉を回避させ、広角化させた光を被照射面へ進行させることができる。   In yet another aspect of the present invention, the emission optical system and the projection unit constitute a shift optical system that advances light from the display surface while shifting it from the optical axis. Thereby, the interference of the light reflected by the wide angle mirror with the optical element on the optical axis can be avoided, and the wide angle light can be advanced to the irradiated surface.

本発明に係る投写ユニットは、(a)光源と、光源からの光に照射される表示面と、表示面からの光を射出する射出光学系とを含む本体部と組み合わせて使用され、射出光学系から射出された表示面からの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、(b)正のパワーを持ち表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーと、(c)表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす像について倍率を変換させる変倍光学系とを備える。これにより、中長距離での投写による画像の映し出しから超短距離での近接投写による画像の映し出しに切り換えるための投写ユニットが得られる。   The projection unit according to the present invention is used in combination with a main body including (a) a light source, a display surface irradiated with light from the light source, and an emission optical system that emits light from the display surface. A projection unit that projects light from a display surface emitted from a system toward an irradiated surface, and (b) a light having a positive power and forming an image surface of the display surface tilted with respect to the display surface A concave widening mirror that reflects and widens the angle; and (c) a variable power optical system that converts the magnification of an image forming an image plane of the display surface tilted with respect to the display surface. As a result, a projection unit can be obtained for switching from the projection of an image by projection at a medium and long distance to the projection of an image by projection at a very short distance.

さらに、本発明に係る電子黒板は、(a)上記第1及び第2のプロジェクターと、(b)被照射面を備え、かつ被照射面への他の情報の書き込みを可能とする画面表示部とを備え、(c)プロジェクターのうち、射出光学系を含む本体部が、着脱可能である。   Furthermore, the electronic blackboard according to the present invention includes (a) the first and second projectors, and (b) a screen display unit that includes an illuminated surface and allows writing of other information on the illuminated surface. (C) Of the projector, the main body including the emission optical system is detachable.

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近接投写によって、画面表示部に映像を表示する。近接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小さく抑えることができる。また、射出光学系を含む本体部が電子黒板から着脱可能であり、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。   The electronic blackboard displays an image on a screen display unit by proximity projection from a projector in which a main body unit and a projection unit are combined. By adopting the configuration for close-up projection, the size in the depth direction can be kept small. In addition, the main body including the emission optical system is detachable from the electronic blackboard, and medium-long distance projection can be performed with the main body alone, thereby ensuring high versatility and convenience. Electronic blackboards can be reduced in weight, power consumption, and cost by applying a projector for enlarged projection. Thereby, weight, power consumption, cost reduction, depth size can be suppressed, and an electronic blackboard with high convenience can be obtained.

本発明の第1実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a projector according to a first embodiment of the invention. 本体部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a main-body part. (A)は、本体部単体による投写について説明する模式図で、(B)は、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である。(A) is a schematic diagram explaining projection by a main body unit alone, and (B) is a schematic diagram explaining projection when a projection unit is combined with the main body unit. 投写ユニットの断面構成と映像光の光線とを示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of a projection unit, and the light ray of image light. 図4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。It is a schematic diagram explaining the function of each optical element shown in FIG. 中長距離投写に際しての像高と光線距離との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the image height and light ray distance at the time of medium-long distance projection. 近接投写の場合を説明する図である。It is a figure explaining the case of proximity projection. 近接化と光線距離の変化とについて説明する図。The figure explaining the proximity | contact and the change of a light ray distance. (A)及び(B)は、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。(A) And (B) is a figure explaining the method for obtaining the tilted image surface with a master lens. バックフォーカスと像面の倒れとについて説明する図。The figure explaining back focus and the fall of an image surface. 第1実施形態の実施例の光学系について説明する図である。It is a figure explaining the optical system of the Example of 1st Embodiment. 図11に示す実施例の光学系による近接投射を説明する図である。It is a figure explaining the proximity projection by the optical system of the Example shown in FIG. 本体部から投写ユニットを切り離した状態を示す。The state where the projection unit is detached from the main body is shown. 本体部から投写ユニットを切り離した場合の中遠距離投写を説明する図である。It is a figure explaining middle and long distance projection when a projection unit is separated from a main part. (A)は、図14(B)の系から投写ユニットを除いた状態を示す図であり、(B)は、図14(B)の系から投写ユニットを部分的に除いた状態を示す図である。14A is a diagram showing a state where the projection unit is removed from the system of FIG. 14B, and FIG. 14B is a diagram showing a state where the projection unit is partially removed from the system of FIG. It is. 本発明の第2実施形態に係るプロジェクターの各光学要素の模式図である。It is a schematic diagram of each optical element of the projector which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るプロジェクターの各光学要素の模式図である。It is a schematic diagram of each optical element of the projector which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る電子黒板の正面側斜視図。The front side perspective view of the electronic blackboard which concerns on 4th Embodiment of this invention. 電子黒板の背面側斜視図。The back side perspective view of an electronic blackboard. (A)は、プロジェクター固定部とその周辺部分を示す図であり、(B)は、(A)に示す状態から本体部が取り外された状態を示す図である。(A) is a figure which shows a projector fixing | fixed part and its peripheral part, (B) is a figure which shows the state from which the main-body part was removed from the state shown to (A). ガイド構造を備えるプロジェクター固定部を示す図。The figure which shows a projector fixing | fixed part provided with a guide structure. 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。The cross-sectional schematic diagram of the Fresnel lens currently formed in the screen display part. 第4実施形態の変形例に係る電子黒板の正面側斜視図。The front side perspective view of the electronic blackboard which concerns on the modification of 4th Embodiment.

以下に図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projector 1 according to the first embodiment of the present invention. The projector 1 has a main body 2 and a projection unit 3. The main body 2 emits image light corresponding to the image signal. The projection unit 3 projects the image light from the main body 2 toward the irradiated surface of the screen SC.

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、超高圧水銀ランプ以外の放電光源であってもよいし、LEDやレーザーのような固体光源であってもよい。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のレンズ素子及び重畳レンズ14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。このような構成により、光源10からの光が液晶表示パネル18R、18G、18Bの所望の領域(画像表示面)全体を、略均一な明るさで照明する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the main body 2. The light source 10 is an ultra high pressure mercury lamp, for example, and emits light including R light, G light, and B light. Here, the light source 10 may be a discharge light source other than an ultra-high pressure mercury lamp, or may be a solid light source such as an LED or a laser. The first integrator lens 11 and the second integrator lens 12 have a plurality of lens elements arranged in an array. The first integrator lens 11 splits the light flux from the light source 10 into a plurality of parts. Each lens element of the first integrator lens 11 condenses the light beam from the light source 10 in the vicinity of the lens element of the second integrator lens 12. The lens element and superimposing lens 14 of the second integrator lens 12 form images of the lens elements of the first integrator lens 11 on the liquid crystal display panels 18R, 18G, and 18B. With such a configuration, the light from the light source 10 illuminates the entire desired area (image display surface) of the liquid crystal display panels 18R, 18G, and 18B with substantially uniform brightness.

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。   The polarization conversion element 13 converts light from the second integrator lens 12 into predetermined linearly polarized light. The superimposing lens 14 superimposes the image of each lens element of the first integrator lens 11 on the irradiation surface of the liquid crystal display panels 18R, 18G, and 18B.

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で反射された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。   The first dichroic mirror 15 reflects R light incident from the superimposing lens 14 and transmits G light and B light. The R light reflected by the first dichroic mirror 15 passes through the reflection mirror 16 and the field lens 17R and enters the liquid crystal display panel 18R which is a spatial light modulator. The liquid crystal display panel 18R modulates the R light according to the image signal.

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で反射された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。   The second dichroic mirror 21 reflects the G light from the first dichroic mirror 15 and transmits the B light. The G light reflected by the second dichroic mirror 21 passes through the field lens 17G and enters the liquid crystal display panel 18G which is a spatial light modulator. The liquid crystal display panel 18G modulates the G light according to the image signal. The B light transmitted through the second dichroic mirror 21 enters the liquid crystal display panel 18B, which is a spatial light modulator, via the relay lenses 22 and 24, the reflection mirrors 23 and 25, and the field lens 17B. The liquid crystal display panel 18B modulates the B light according to the image signal.

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よい。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)を採用してもよい。   A cross dichroic prism 19 that is a color combining optical system combines light modulated by the liquid crystal display panels 18R, 18G, and 18B into image light, and advances it to the projection lens 20. The projection lens 20 functions as an emission optical system that emits image light from the main body 2. As the spatial light modulator, a reflective liquid crystal display panel may be employed instead of the transmissive liquid crystal display panels 18R, 18G, and 18B. Further, as the spatial light modulation device, a reflection type device (for example, a micro mirror device) may be employed.

図3(A)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、例えば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。   FIG. 3A is a schematic diagram for explaining a projection distance when image light is projected by the main body 2 alone. The main body 2 is detachable from the projector 1. The single main body 2 removed from the projector 1 projects an image on the irradiated surface by the image light projected from the projection lens 20. In this case, the main body 2 is installed with the projection lens 20 facing the screen SC side. The main body 2 is assumed to be able to focus, for example, with the same screen size between the distance A and the distance B (A <B).

図3(B)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。   FIG. 3B is a schematic diagram for explaining the projection distance when image light is projected by combining the projection unit 3 with the main body 2. The projector 1 projects the image light emitted from the projection lens 20 by the projection unit 3 and displays an image on the irradiated surface. In this case, the main body 2 is attached to the projector 1 with the projection lens 20 facing the projection unit 3 on the side opposite to the screen SC. The projector 1 can project at a distance C shorter than the distance A.

図4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例示する図である。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、例えば球面レンズ等とすることができる。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。   FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the projection unit 3 and image light rays before and after entering the projection unit 3. The projection unit 3 includes a first lens 31, a second lens 32, and a wide angle mirror 33 as optical elements. The first lens 31 and the second lens 32 are arranged at positions facing the projection lens 20. The first lens 31 and the second lens 32 may be spherical lenses, for example. The first lens 31 and the second lens 32 are supported on the substrate 36 by the lens support portion 34.

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凹の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。   The widening mirror 33 is provided at a position where the image light from the first lens 31 and the second lens 32 is incident. The widening mirror 33 is a concave aspherical mirror that reflects video light and widens the angle. The widening mirror 33 is supported on the substrate 36 by a mirror support portion 35. The first lens 31 and the second lens 32 and the widening mirror 33 are positioned and fixed via a common substrate 36.

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、すり鉢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の対称軸又は光軸は、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AXを一致させて配置されている。   The widening mirror 33 has a shape that is substantially rotationally symmetric with respect to the central axis (optical axis), for example, an aspherical shape obtained by cutting a part of a mortar shape. The symmetry axis or optical axis of the widening mirror 33 coincides with the optical axis AX of the projection lens 20. The optical axes of the first lens 31 and the second lens 32 also coincide with the optical axis AX of the projection lens 20. As described above, the projection lens 20, the first lens 31, the second lens 32, and the widening mirror 33 are arranged so that the optical axes AX coincide with each other.

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、像側において、光軸AXに対して特定の側である鉛直下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(後で説明する表示面DSの画像表示面領域の中心法線と等しい)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上側にある。   The projection lens 20, the first lens 31, the second lens 32, and the widening mirror 33 shift the light modulated in accordance with the image signal to a specific side and advance it. Specifically, on the image side, the light is shifted and advanced to a vertically lower side that is a specific side with respect to the optical axis AX. The center normal of the image plane virtually formed on the incident surface of the cross dichroic prism 19 (equal to the center normal of the image display surface area of the display surface DS described later) is parallel to the optical axis AX. Thus, the optical axis AX is on the vertical upper side opposite to the specific side.

なお、投写レンズ20及び投写ユニット3を説明する際に、物体側とは液晶表示パネル18G(18R,18B)側であり、像側とは像面IMG側又はスクリーンSC側である。   In the description of the projection lens 20 and the projection unit 3, the object side is the liquid crystal display panel 18G (18R, 18B) side, and the image side is the image plane IMG side or the screen SC side.

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よい。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よい。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。もちろん、本体部2を固定し、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投写ユニット3が移動できるようにしてもよい。   For example, the main body 2 has a completely separate structure from the projection unit 3 and is detachable from the projector 1. The main body 2 may be moved within the projector 1 and may be configured integrally with the projection unit 3. For example, in the case of medium-long distance projection, the main body 2 may be moved to a position where the image light projected from the projection lens 20 is not blocked by the projection unit 3. When the main body 2 and the projection unit 3 are configured integrally, it is possible to improve the convenience of the user by, for example, omitting the position adjustment of the projector 1 after carrying it. Of course, the main body 2 may be fixed and the projection unit 3 may be moved to a position where the image light projected from the projection lens 20 is not blocked by the projection unit 3.

図5は、プロジェクター1の投写用光学系を構成する各光学要素を概念的に示す模式図である。投写レンズ20は、拡大投写用のマスターレンズMLを備えており、単独で図3(A)に示すような中長距離投写を可能にする。投写ユニット3は、投写レンズ20と組み合わせることで、投写レンズ20の背後上方に配置される不図示のスクリーンSCに対して超短距離の近接投写を可能にする。ここで、投写ユニット3は、屈折光学系30に相当しマスターレンズML側に配置される調整用レンズL1と、広角化ミラー33に相当しスクリーンSC側の非球面ミラーAMとに分けて考えることができる。   FIG. 5 is a schematic diagram conceptually showing each optical element constituting the projection optical system of the projector 1. The projection lens 20 includes a master lens ML for enlargement projection, and enables medium and long distance projection as shown in FIG. In combination with the projection lens 20, the projection unit 3 enables close-up projection at a very short distance to a screen SC (not shown) disposed behind and above the projection lens 20. Here, the projection unit 3 is divided into an adjustment lens L1 corresponding to the refractive optical system 30 and disposed on the master lens ML side, and an aspherical mirror AM corresponding to the widening mirror 33 and on the screen SC side. Can do.

マスターレンズMLには、可動機構26が付属しており、投写ユニット3の着脱に際して、マスターレンズMLの光軸AX方向の位置を手動又は電動で相対的に変更することができるようになっている。投写ユニット3の前段の調整用レンズL1は、全体として正のパワーを有しており、マスターレンズML側又は光入射側に配置される負のパワーの第1レンズ31と、光射出側に配置される正のパワーの第2レンズ32とを備える。なお、調整用レンズL1は、マスターレンズMLによる像面を物体側に近づけることによってマスターレンズMLによって形成される中間像を縮小する縮小光学系Rとして機能する。非球面ミラーAMは、屈折光学系30の光射出側に形成された中間像を不図示のスクリーンSC上に再結像させる役割を有する。
A movable mechanism 26 is attached to the master lens ML, and the position of the master lens ML in the optical axis AX direction can be relatively changed manually or electrically when the projection unit 3 is attached or detached. . The adjustment lens L1 at the front stage of the projection unit 3 has a positive power as a whole, and is arranged at the first lens 31 of negative power arranged on the master lens ML side or the light incident side, and on the light emission side. And a second lens 32 having a positive power. The adjustment lens L1 functions as a reduction optical system R that reduces the intermediate image formed by the master lens ML by bringing the image plane of the master lens ML closer to the object side. The aspherical mirror AM has a role of re-imaging an intermediate image formed on the light exit side of the refractive optical system 30 on a screen SC (not shown).

以上において、投写ユニット3は、全体として比較的小さな正のパワーを有する調整用レンズL1と、比較的大きな正のパワーを有する非球面ミラーAMとを組み合わせたものであり、ケプラー型のアフォーカル系のように機能し、焦点距離を短縮化させ像の倍率を拡大させる。つまり、投写ユニット3は、マスターレンズML又は投写レンズ20に対するフロントコンバーター(この場合、広角化用のワイドコンバーター)になっている。ここで、フロントコンバーターとしての投写ユニット3をレンズのみで構成しようとすると色収差を抑えることが容易でなくなり、例えば130度以上の広角化を実現しようとする場合に色収差の発生が顕著となる。このため、投写ユニット3のうちパワーの大きな部分を非球面ミラーAMで構成して色収差の発生を抑えることとしている。このような非球面ミラーAMを用いる場合、反射により光を折り返すことになるので、光軸AX近傍の光線の干渉を回避させる必要がある。このため、物体としての表示面DSを光軸AXから外し、マスターレンズML、調整用レンズL1、及び非球面ミラーAMをシフト光学系とする。なお、表示面DSとは、図2に示す本体部2の液晶表示パネル18R、18G、18Bにおいて画像信号に応じた画像が形成される画像表示面に対応する。さらに、以上のようなシフト光学系では、投写ユニット3等を構成する各光学素子において軸AXからはなれた周辺部が使用される傾向が高まり、スクリーンSCも軸AXから大きく離れることになる。このため、投写ユニット3等を構成する1つ以上の光学素子(具体的には非球面ミラーAM)を非球面で形成することにより、光軸AXから大きく離れた位置での収差を大きく低減している。   As described above, the projection unit 3 is a combination of the adjustment lens L1 having a relatively small positive power and the aspherical mirror AM having a relatively large positive power, and is a Keplerian afocal system. The focal length is shortened and the magnification of the image is increased. That is, the projection unit 3 is a front converter for the master lens ML or the projection lens 20 (in this case, a wide converter for widening the angle). Here, if the projection unit 3 as a front converter is configured only by a lens, it is not easy to suppress chromatic aberration, and the occurrence of chromatic aberration becomes remarkable when attempting to achieve a wide angle of, for example, 130 degrees or more. For this reason, the high power portion of the projection unit 3 is composed of the aspherical mirror AM to suppress the occurrence of chromatic aberration. When such an aspherical mirror AM is used, the light is turned back by reflection, so it is necessary to avoid interference of light rays in the vicinity of the optical axis AX. For this reason, the display surface DS as an object is removed from the optical axis AX, and the master lens ML, the adjustment lens L1, and the aspherical mirror AM are used as a shift optical system. The display surface DS corresponds to an image display surface on which an image corresponding to an image signal is formed on the liquid crystal display panels 18R, 18G, and 18B of the main body 2 shown in FIG. Further, in the shift optical system as described above, there is an increasing tendency that the peripheral portion separated from the axis AX is used in each optical element constituting the projection unit 3 and the like, and the screen SC is greatly separated from the axis AX. For this reason, by forming one or more optical elements (specifically, aspherical mirror AM) constituting the projection unit 3 or the like as aspherical surfaces, aberrations at positions far away from the optical axis AX are greatly reduced. ing.

図6は、マスターレンズML単独での中長距離投写に際しての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。マスターレンズMLのみによ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as0/apと、像高が最大である部分の倍率bs0/bpとは近い値となり、像面IMG0は光軸AXに略垂直(表示面DSに略平行)となる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the image height and the light ray distance during medium and long distance projection with the master lens ML alone. The image height is the height of the image in the vertical direction with respect to the optical axis AX. In the case of general medium and long distance projection using only the master lens ML, the magnification as0 / ap of the portion where the image height is minimum and the magnification bs0 / bp of the portion where the image height is maximum are close to each other, and the image plane IMG0. Is substantially perpendicular to the optical axis AX (substantially parallel to the display surface DS).

図7は、マスターレンズMLに投写ユニット3を追加した超短距離の近接投写の場合を説明する図である。超短距離の近接投写の場合、マスターレンズML等によって、調整用レンズL1と非球面ミラーAMとの間の設定された像面IMGb上に表示面DSの中間像IIが形成される。中間像IIをこのような位置に形成するためには、詳細は後に説明するが、まずマスターレンズMLを可動機構26によって光軸AX方向に沿って適宜移動させ、図6に示すように非球面ミラーAM等が配置されるべき位置よりもスクリーンSC側に設けた像面IMGa上に表示面DSの中間像IIが一旦形成されるようにする。さらに、投写ユニット3を配置することで、縮小光学系Rとして機能する調整用レンズL1によってマスターレンズMLのみによる中間像IIを縮小し、マスターレンズMLのみによる像面IMGaの位置を非球面ミラーAMの像側の像面IMGbの位置に移動させる。なお、マスターレンズMLの移動のみによって非球面ミラーAMの像側の像面IMGb上に中間像IIを形成できる場合、調整用レンズL1に縮小光学系Rとしての機能を持たせる必要はなくなる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the case of close projection at an ultra short distance in which the projection unit 3 is added to the master lens ML. In the case of ultra-short-distance close-up projection, an intermediate image II of the display surface DS is formed on the set image surface IMGb between the adjustment lens L1 and the aspherical mirror AM by the master lens ML or the like. In order to form the intermediate image II at such a position, the details will be described later. First, the master lens ML is appropriately moved along the optical axis AX direction by the movable mechanism 26 , and an aspherical surface as shown in FIG. The intermediate image II of the display surface DS is once formed on the image surface IMGa provided on the screen SC side from the position where the mirror AM or the like is to be disposed. Furthermore, by arranging the projection unit 3, the adjustment lens L1 functioning as the reduction optical system R reduces the intermediate image II only by the master lens ML, and the position of the image plane IMGa only by the master lens ML is aspherical mirror AM. Is moved to the position of the image plane IMGb on the image side. When the intermediate image II can be formed on the image side image surface IMGb of the aspherical mirror AM only by moving the master lens ML, the adjustment lens L1 does not need to have the function as the reduction optical system R.

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。

Figure 0005589933
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。 The aspherical mirror AM includes an aspherical shape represented by the following polynomial h. Here, y is the height of the image from the optical axis AX (image height), c is the curvature of the spherical surface as a reference for the shape of the aspherical mirror AM, k is the conic constant, A2, A4, A6, A8, A10, Each of... Is a predetermined correction term.
Figure 0005589933
The fractional term in the above formula represents a reference aspherical shape, and represents a spherical shape when k = 0. The correction term represents a deviation from the reference aspherical shape. The above formula represents an aspheric shape that is rotationally symmetric with respect to the central axis even if the reference aspheric shape is corrected by the correction term. Note that the number of complement terms in the polynomial h is arbitrary.

映像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。本実施形態では、非球面ミラーAMの形状を表す多項式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の累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、非球面ミラーAM等を含む投写ユニット3によってマスターレンズMLを短焦点化しても、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、本実施形態で説明するものに限られず、適宜変形してもよい。さらに、広角化ミラー33の形状は、XY多項式として表される自由曲面であってもよい。
In the case of widening the image light, in general, aberrations such as distortion are more likely to occur in the peripheral part farther from the optical axis AX, and in particular, a design that greatly reduces the aberration in the peripheral part is required. In the present embodiment, the polynomial h representing the shape of the aspherical mirror AM includes a complement term, so that the quadratic curve defined by c and k has a shape corresponding to the height y from the optical axis AX. Correction is possible. Since each complement term is multiplied by a power of y, the portion where y becomes larger is effectively corrected. Accordingly, even if the master lens ML is shortened by the projection unit 3 including the aspherical mirror AM or the like, it is possible to realize a high-performance optical system with very little aberration such as distortion in the peripheral portion. The formula representing the shape of the aspherical mirror AM is not limited to that described in the present embodiment, and may be modified as appropriate. Further, the shape of the widening mirror 33 may be a free-form surface expressed as an XY polynomial.

図8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非球面ミラーAMの形状を表す多項式を調整することにより、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、本実施形態では、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。   As shown in FIG. 8, when the screen SC and the aspherical mirror AM are further brought closer to each other, the distance of the light ray changes from bs to bs ′ in the portion where the image height is maximum. For a portion with a high image height, an effective correction can be made by adjusting the polynomial representing the shape of the aspherical mirror AM so as to change the distance of the light beam. When the approach is advanced, correction is required to change the distance of the light beam from as to as ′ not only in a portion where the image height is high but also in a portion where the image height is low. The lower the image height, the more difficult the correction by the polynomial of the aspherical mirror AM is. Therefore, in the present embodiment, the aberration correction is performed using the optical characteristics of the master lens ML for the portion where the image height is low, without performing the aberration correction by the aspherical mirror AM.

以下、図6を参照して、本実施形態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。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(表示面DSに略平行)に正立又は倒立し、それより近くの範囲においては、光軸AXの法線Nに対して傾けられる。マスターレンズMLは、像面を表示面DSに対して平行に正立又は倒立させる第1の範囲FL1を使用して単独で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、図中太い破線で表すように、法線Nに対して傾けられた像面IMGaを作り、超短距離の近接投写用とする。   Hereinafter, the optical characteristics of the master lens ML in the present embodiment will be described with reference to FIG. The image plane formed by the master lens ML is upright or inverted perpendicularly to the optical axis AX (substantially parallel to the display surface DS) in an imaging range that is a range farther than a predetermined distance, and a range closer thereto. Is tilted with respect to the normal N of the optical axis AX. The master lens ML independently performs medium and long distance projection using the first range FL1 in which the image plane is erect or inverted parallel to the display surface DS. Further, the master lens ML creates an image surface IMGa inclined with respect to the normal N as shown by a thick broken line in the second range FL2 closer to the master lens ML than the first range FL1. For short-range close-up projection.

図9(A)及び9(B)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9(A)は、バックフォーカスをfaとする中長距離投写の場合を示す(第1のモード)。第1のモードは、本体部2すなわちマスターレンズML単体で被照射面に画像を表示するモードであり、通常表示状態に相当する。図9(B)は、バックフォーカスをfa'(fa<fa')とする超短距離の近接投写の場合を示す(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であり、マクロ表示状態に相当する。   9A and 9B are diagrams illustrating a method for obtaining a tilted image plane by the master lens ML. FIG. 9A shows the case of medium and long distance projection with the back focus set to fa (first mode). The first mode is a mode in which an image is displayed on the irradiated surface with the main body 2, that is, the master lens ML alone, and corresponds to a normal display state. FIG. 9B shows the case of close-up projection over a very short distance with the back focus set to fa ′ (fa <fa ′) (second mode). The second mode is a mode in which the main body 2 and the projection unit 3 are combined to display an image on the irradiated surface, and corresponds to a macro display state.

第2のモード(マクロ表示状態)では、図5の可動機構26により、第1のモード(通常表示状態)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10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、+0.4、+0.3付近では、法線Nに対して完全に傾けられる。
In the second mode (macro display state), the movable lens 26 in FIG. 5 causes the master lens so that the back focus becomes longer than the normal position of the master lens ML in the first mode (normal display state). ML is moved in the optical axis AX direction. When the paraxial image formation position is moved to the master lens ML side, generally, the image plane caused by the image light away from the optical axis AX is tilted. For example, as shown in FIG. 10, as the back focus is expanded from +0, the image plane tilts irregularly, and is completely tilted with respect to the normal N in the vicinity of +0.4 and +0.3.

超短距離の投写のための第2のモードを実現可能にマスターレンズMLを作製しておくことで、マスターレンズML等を備える本体部2を非球面ミラーAM等を備える投写ユニット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。本体部2内でマスターレンズ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、図6等に示すような傾けられた像面IMGaをマスターレンズMLによって得る方法は、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IMGaを得ることとしてもよい。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。なお、第2のモードでは、既に説明したように、マスターレンズMLによる像面IMGaは、縮小光学系Rによって、ひとまわり小さい像面IMGbにまで縮小され、非球面ミラーAMの正面に配置される。縮小された像面IMGbからの映像光は、非球面ミラーAMで反射させることにより、表示面DSに略平行に正立又は倒立して、光軸AXに対して略垂直なスクリーンSC上で結像される(図7参照)。   When the master lens ML is manufactured so that the second mode for ultra-short distance projection can be realized, and the main body 2 including the master lens ML is combined with the projection unit 3 including the aspherical mirror AM or the like. In addition, high optical performance can be exhibited. Since the mode can be converted by a simple operation of moving the master lens ML in the main body 2 in the optical axis AX direction, a simple and highly accurate configuration can be realized with almost no increase in cost. Note that the method of obtaining the tilted image plane IMGa as shown in FIG. 6 by the master lens ML is not limited to moving the master lens ML in the direction of the optical axis AX. The tilted image plane IMGa may be obtained by changing the tilt of at least one lens constituting the master lens ML. Also in this case, the mode can be converted by a simple operation. In the second mode, as already described, the image plane IMGa formed by the master lens ML is reduced to a small image plane IMGb by the reduction optical system R and arranged in front of the aspherical mirror AM. . The image light from the reduced image surface IMGb is reflected by the aspherical mirror AM, and is upright or inverted substantially parallel to the display surface DS and is connected on the screen SC substantially perpendicular to the optical axis AX. Imaged (see FIG. 7).

以下、図5等を参照して、プロジェクター1を構成する投写ユニット3や投写レンズ20の機能について詳細に説明する。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IMGa(図6参照)を形成することができる。投写レンズ20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。投写ユニット3すなわち第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。   Hereinafter, functions of the projection unit 3 and the projection lens 20 constituting the projector 1 will be described in detail with reference to FIG. The projection lens 20 corresponding to the master lens ML can form an image plane IMGa (see FIG. 6) tilted with respect to the normal N of the optical axis AX. The projection lens 20 has a function of correcting aberration particularly in a portion where the image height is low. The projection unit 3, that is, the first lens 31, the second lens 32, and the widening mirror 33 function as a front converter that enlarges an image.

なお、本実施形態では、フロントコンバーターとして機能する投写ユニット3について、シフト光学系を採用することから、スクリーンSC上に投写する際に焦点位置が若干ずれることとなる。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、屈折光学系30を構成する第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よい。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、高性能な光学仕様を満足させることが可能となる。特に、屈折光学系30を構成す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。
In this embodiment, since the shift optical system is employed for the projection unit 3 that functions as a front converter, the focal position is slightly shifted when projecting onto the screen SC. For various aberrations that occur for this reason, correction by the wide-angle mirror 33 and measures for using a lens for reducing aberration can be taken. Further, the first lens 31 and the second lens 32 constituting the refractive optical system 30 may be provided with a function of correcting aberration by adopting an aspheric lens instead of the spherical lens. By combining a plurality of optical elements having an aberration correction function in this way, it is possible to satisfy high-performance optical specifications . In particular, in the lens group constituting the refractive optical system 30, it is possible to reduce the number of lenses and reduce the size of the lens by adopting an aspherical lens or a free-form surface lens instead of the spherical lens. Become. Thereby, cost reduction and size reduction of a lens frame are attained.

負のパワーの光学要素である第1レンズ31と、正のパワーの光学要素である第2レンズ32は、投写レンズ20及び広角化ミラー33(AM)の間において、投写レンズ20による傾けられた像面IMGaを縮小する縮小光学系Rとして機能する。つまり、第1レンズ31と第2レンズ32とを備える縮小光学系Rは、光軸AXの法線Nに対して傾けられた像面IMGa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。   The first lens 31 that is a negative power optical element and the second lens 32 that is a positive power optical element are tilted by the projection lens 20 between the projection lens 20 and the widening mirror 33 (AM). It functions as a reduction optical system R that reduces the image plane IMGa. That is, the reduction optical system R including the first lens 31 and the second lens 32 functions as a variable magnification optical system that converts the magnification of an image forming the image plane IMGa tilted with respect to the normal line N of the optical axis AX. To do.

非球面ミラーAMに相当する広角化ミラー33は、縮小光学系Rにより縮小された像面IMGb(図7参照)がスクリーンSCの被照射面に略平行になるように、映像光を折り返して拡大投影する。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。   The wide-angle mirror 33 corresponding to the aspherical mirror AM folds the image light so that the image plane IMGb (see FIG. 7) reduced by the reduction optical system R is substantially parallel to the irradiated surface of the screen SC. Project. Further, the wide angle mirror 33 has a function of correcting aberrations particularly in a portion where the image height is high.

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(投写レンズ20及び屈折光学系30)との光軸AX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、通常の共軸光学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。   The wide-angle mirror 33 can be easily aligned with the optical axis AX with other configurations (projection lens 20 and refractive optical system 30) by forming a substantially rotationally symmetric shape with respect to the central axis. Further, since the widening mirror 33 can be processed by a lathe or the like, it can be manufactured easily and with high accuracy. The projector 1 can employ a normal coaxial optical system design method by employing a coaxial optical system. Therefore, it is possible to realize an optical system with a small number of man-hours for designing the optical system and with few aberrations.

本実施形態は、光軸AXに沿って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AX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AX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AX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比較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。   Since this embodiment employs a configuration in which a plurality of optical elements are arranged at a predetermined interval along the optical axis AX, assembly can be facilitated by aligning the optical axis AX, and high performance can be realized. It becomes. In particular, when the main body 2 is attached or detached, high-precision alignment between the projection lens 20 of the main body 2 and each optical element of the projection unit 3 is required. By making the optical axis AX common, it is possible to easily adjust the position of the optical element on the main body 2 side and the optical element on the projection unit 3 side. In the case of a coaxial optical system, the change in optical performance from the optical axis AX toward the periphery can be made gentler than the change in optical performance in the decentered optical system. For this reason, it is possible to provide a certain degree of allowance for the placement accuracy, so that a configuration suitable for the present invention can be realized.

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による超短距離の近接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、本実施形態の投写ユニット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よい。図6に示すような第2の範囲FL2において倒れた像面の像を形成可能な投写レンズを備えた従来のプロジェクターに投写ユニット3を適用して、本実施形態と同様の近接投写を実現できる。   As described above, it is possible to realize near-short distance projection and medium-long distance projection by a single projector 1 without degrading image quality. A single projector 1 can cover a wide projection distance from a very short distance to a medium to long distance. Note that the projection unit 3 of the present embodiment may be combined with a conventional projection type projector. By applying the projection unit 3 to a conventional projector having a projection lens capable of forming an image of a tilted image plane in the second range FL2 as shown in FIG. 6, close projection similar to the present embodiment can be realized. .

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よく、適宜変形してもよい。例えば、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よい。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。   The projection unit 3 only needs to have at least the wide-angle mirror 33 and may be appropriately modified. For example, the function of the first lens 31 or the functions of both the first lens 31 and the second lens 32 may be provided in the optical system of the main body 2, for example, the projection lens 20. Also in this case, the projector 1 can perform proximity projection.

図11及び図12は、第2のモードの投写レンズ20及び投写ユニット3を組み合わせた近接投写の具体的な実施例1を説明する図である。ここで、投写レンズ20は、レンズL01〜L10を有する。また、投写ユニット3は、第1及び第2レンズ31,32と、広角化ミラー33とを有する。このうち、第1レンズ31は、3つのレンズ31a,31b,31cを含む。   FIGS. 11 and 12 are diagrams for explaining a specific example 1 of proximity projection in which the projection lens 20 and the projection unit 3 in the second mode are combined. Here, the projection lens 20 includes lenses L01 to L10. In addition, the projection unit 3 includes first and second lenses 31 and 32 and a widening mirror 33. Among these, the first lens 31 includes three lenses 31a, 31b, and 31c.

以下の表1に、実施例1のレンズデータ等を示す。この表1において、「面番号」は、表示面DS側から順に各レンズの面に付した番号である。また、「面タイプ」は、球面・非球面の別や反射面であることを示し、「R」は、曲率半径を示し、「D」は、次の面との間のレンズ厚み或いは空気空間を表している。さらに、「Nd」は、レンズ材料のd線における屈折率を示し、「νd」はレンズ材料の分散を示す。

Figure 0005589933
実施例1において、投写レンズ20や投写ユニット3は、基本的に球面で形成されているが、第5レンズL05の出射面と、第9レンズL09の入出射面と、第1レンズ31に含まれる1つのレンズ31cの入出射面と、第2レンズ32の入出射面と、広角化ミラー33とについては、非球面となっている。これらの非球面形状の光軸AX方向の面頂点からの変位量は、上述の多項式hとして与えられる。実施例1を構成する非球面の円錐定数「k」、高次補正項「A2」〜「A10」の値については、下記の表2に示した通りである。
Figure 0005589933
図12は、本体部2に投写ユニット3を接続した場合のスクリーンSCへの投写状態を示している。図からも明らかなように、スクリーンSC上に良好な結像状態で近接投写が行われている。 Table 1 below shows lens data and the like of Example 1. In Table 1, “surface number” is a number assigned to each lens surface in order from the display surface DS side. “Surface type” indicates that the surface is a spherical surface or an aspherical surface or a reflective surface, “R” indicates a radius of curvature, and “D” indicates a lens thickness or air space between the next surface and the surface. Represents. Further, “Nd” represents the refractive index of the lens material at the d-line, and “νd” represents the dispersion of the lens material.
Figure 0005589933
In the first embodiment, the projection lens 20 and the projection unit 3 are basically formed of a spherical surface, but are included in the exit surface of the fifth lens L05, the entrance / exit surface of the ninth lens L09, and the first lens 31. The incident / exit surface of one lens 31c, the incident / exit surface of the second lens 32, and the widening mirror 33 are aspherical. The amount of displacement from the surface apex in the optical axis AX direction of these aspherical shapes is given as the polynomial h described above. The values of the aspherical conical constant “k” and the higher-order correction terms “A2” to “A10” constituting Example 1 are as shown in Table 2 below.
Figure 0005589933
FIG. 12 shows a state of projection onto the screen SC when the projection unit 3 is connected to the main body 2. As is apparent from the drawing, the proximity projection is performed on the screen SC in a good image formation state.

図13は、本体部2から投写ユニット3を切り離し投写レンズ20が第1のモードとなった状態を示している。この場合、図11の状態と比較すると、第1レンズL01〜第10レンズL10が一体的に物体側に移動して通常表示状態となっている。   FIG. 13 shows a state where the projection unit 3 is detached from the main body 2 and the projection lens 20 is in the first mode. In this case, compared with the state of FIG. 11, the first lens L01 to the tenth lens L10 are integrally moved to the object side to be in the normal display state.

図14は、図13に対応し、本体部2から投写ユニット3を切り離した場合のスクリーンSCへの投写状態を示している。この場合、投写レンズ20は、通常表示状態となっている。図からも明らかなように、投写レンズ20単独でスクリーンSC上に良好な結像状態で近接投写が行われている。   FIG. 14 corresponds to FIG. 13 and shows a projection state on the screen SC when the projection unit 3 is detached from the main body 2. In this case, the projection lens 20 is in a normal display state. As is apparent from the figure, the projection lens 20 alone is used to perform close-up projection on the screen SC in a good image formation state.

図15(A)は、図12又は図11の状態から投写ユニット3を除き、投写レンズ20はマクロ表状態のままの場合を示しており、正面のスクリーンSC上に像面IMGが結像されず、投写レンズ20に近い位置に像面IMGaが結像されていることが分かる。   FIG. 15A shows a case where the projection unit 3 is removed from the state of FIG. 12 or 11 and the projection lens 20 remains in the macro surface state, and the image plane IMG is formed on the front screen SC. It can be seen that the image plane IMGa is formed at a position close to the projection lens 20.

図15(B)は、投写レンズ20はマクロ表示状態で、投写ユニット3のうち屈折光学系30を残し、広角化ミラー33のみを除いた場合の結像状態を示す図である。このように屈折光学系30を配置することで、投写レンズ20に比較的近い位置に大きく傾いた像面IMGbが形成されていることが分かる。
FIG. 15B is a diagram showing an imaging state when the projection lens 20 is in the macro display state, the refractive optical system 30 is left in the projection unit 3, and only the wide-angle mirror 33 is removed. By arranging the refractive optical system 30 in this way, it can be seen that an image surface IMGb that is greatly inclined is formed at a position relatively close to the projection lens 20.

〔第2実施形態〕
図16は、本発明の第2実施形態に係るプロジェクターの各光学要素を機能的に説明する模式図である。本実施形態の場合、投写ユニット3から縮小光学系Rとして機能する屈折光学系30を省略し、投写レンズ(射出光学系)20内に縮小光学系Rとして機能するレンズ部分24を設けている。これにより、非球面ミラーAMの手前に表示面DSや光軸AXに対して適度に傾斜した像面IMGaを形成することができ、スクリーンSC上に良好な結像状態で近接投写を行うことができる。
[Second Embodiment]
FIG. 16 is a schematic diagram functionally illustrating each optical element of the projector according to the second embodiment of the invention. In this embodiment, the refractive optical system 30 that functions as the reduction optical system R is omitted from the projection unit 3, and the lens portion 24 that functions as the reduction optical system R is provided in the projection lens (exit optical system) 20. As a result, an image plane IMGa that is moderately inclined with respect to the display surface DS and the optical axis AX can be formed in front of the aspherical mirror AM, and close-up projection can be performed on the screen SC in a good imaging state. it can.

〔第3実施形態〕
図17は、本発明の第3実施形態に係るプロジェクターの各光学要素を機能的に説明する模式図である。本実施形態の場合、投写ユニット3から縮小光学系Rとして機能する屈折光学系30を省略し、投写レンズ(射出光学系)20自体で非球面ミラーAMの手前に表示面DSや光軸AXに対して適度に傾斜した像面IMGaを形成することとしている。これにより、スクリーンSC上に良好な結像状態で近接投写を行うことができる。
[Third Embodiment]
FIG. 17 is a schematic diagram functionally illustrating each optical element of the projector according to the third embodiment of the invention. In the present embodiment, the refractive optical system 30 that functions as the reduction optical system R is omitted from the projection unit 3, and the projection lens (exit optical system) 20 itself is placed on the display surface DS and the optical axis AX in front of the aspherical mirror AM. On the other hand, the image plane IMGa inclined moderately is formed. Thereby, it is possible to perform proximity projection on the screen SC in a favorable image formation state.

〔第4実施形態〕
図18は、本発明の第4実施形態に係る電子黒板50の正面側斜視図である。電子黒板50は、第1〜3実施形態に係るプロジェクター1(図1等参照)と同様に構成されたプロジェクター51と、プロジェクター51の上方に配置される画面表示部54とを備える。ここで、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。
[Fourth Embodiment]
FIG. 18 is a front perspective view of an electronic blackboard 50 according to the fourth embodiment of the present invention. The electronic blackboard 50 includes a projector 51 configured similarly to the projector 1 according to the first to third embodiments (see FIG. 1 and the like) and a screen display unit 54 disposed above the projector 51. Here, the projector 51 includes a main body 52 and a projection unit 53.

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、それぞれ第1〜3実施形態で説明した本体部2(図2等参照)及び投写ユニット3(図4等参照)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。   The main body 52 emits video light corresponding to the image signal. The projection unit 53 projects the image light from the main body unit 52 toward the screen display unit 54. The main body 52 and the projection unit 53 are configured similarly to the main body 2 (see FIG. 2 and the like) and the projection unit 3 (see FIG. 4 and the like) described in the first to third embodiments, respectively. The optical element of the projection unit 53 is housed in a housing. The housing includes an opening for emitting image light.

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。   The screen display unit 54 displays an image with the video light incident from the projector 51 and enables writing of the video on the display surface. The screen display unit 54 is made of translucent glass or synthetic resin that transmits light. The user writes characters, drawings, and the like on the screen display unit 54 using a writing tool such as a pen or a pointing stick. In addition, the user erases the writing to the screen display unit 54 by using an erasing tool or the like.

電子黒板50は、以上のほかに、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にかかる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。   In addition to the above, the electronic blackboard 50 includes a reading device (not shown). The reading device displays the written content written on the display surface of the screen display unit 54, the video displayed on the screen display unit 54, information input by bringing a tool into contact with or close to the screen display unit 54, and the like. Read. For example, an image sensor such as a CCD camera is used as the reading device. By providing the reading device for the electronic blackboard 50, it is possible to record the contents written to the screen display unit 54, the video displayed at that time, input information, and the like.

画面表示部54は、枠状の基台55に取り付けられて設置されている。基台55のうち二本の脚部58を繋ぐ角柱59上には、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固定部56が設けられている。プロジェクター51は、プロジェクター固定部56により、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とを繋いで放射状に延びる四本の棒状部材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。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、図中に破線矢印で示す映像光が進行する領域の周辺に映像光を妨げないように配置されている。   The screen display unit 54 is attached to and installed on a frame-like base 55. A projector fixing portion 56, which is a plate-like member that fixes the projector 51, is provided on the prism 55 that connects the two legs 58 of the base 55. The projector 51 is attached vertically below the screen display unit 54 by a projector fixing unit 56. The four rod-shaped members 57 that extend radially connecting the projector fixing portion 56 and the base 55 function as reinforcing members for reinforcing the mounting strength of the projector fixing portion 56 on the base 55. Each rod-like member 57 is arranged between the projector 51 and the screen display unit 54 so as not to obstruct the image light around the area where the image light travels as indicated by a broken-line arrow in the drawing.

図19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(すなわち被照射面)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。   FIG. 19 is a rear perspective view of the electronic blackboard 50. The projector 51 projects the image light close to the back surface of the screen display unit 54 opposite to the front side where the image is observed. The screen display unit 54 transmits the image light from the projector 51 incident on the back surface (that is, the irradiated surface) to the front side. The screen display unit 54 has light diffusibility for diffusing video light incident from the projector 51. The screen display unit 54 superimposes and displays characters, drawings, and the like written on the front surface on an image displayed by entering image light from the back surface. The observer observes characters and drawings written on the surface and video light diffused by the screen display unit 54.

図20(A)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。この電子黒板50では、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プロジェクター51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。なお、プロジェクター51のうち投写ユニット53は、プロジェクター固定部56に固定されており、プロジェクター51のうち本体部52は、投写ユニット53から分離可能になっており、プロジェクター固定部56から単独で取り外すことができる。   FIG. 20A is a diagram showing the projector fixing portion 56 and its peripheral portion of the electronic blackboard 50 in a state where the projector 51 is installed. In the electronic blackboard 50, the projector 51 can be held in a state of being positioned with high accuracy with respect to the screen display unit 54 by fixing the projector 51 to the base 55 by the projector fixing unit 56. As a result, a high-definition video can be displayed on the screen display unit 54. The projection unit 53 of the projector 51 is fixed to the projector fixing unit 56, and the main body unit 52 of the projector 51 is separable from the projection unit 53 and can be detached from the projector fixing unit 56 alone. Can do.

図20(B)は、図20(A)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、単独で使用可能になっている。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(近接投写)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。   FIG. 20B is a diagram showing a state where the main body 52 is removed from the state shown in FIG. The main body portion 52 can be appropriately attached to and detached from the projector fixing portion 56 and can be used alone. Thereby, the use as the electronic blackboard 50 (proximity projection) by attaching the main body 52 to the projector fixing portion 56 and the medium and long distance projection by taking out the main body 52 from the electronic blackboard 50 become possible.

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。   By adopting a configuration in which the projector 51 is arranged vertically below the screen display unit 54, the main body unit 52 is installed at a lower position in the electronic blackboard 50. Thereby, attachment of the main-body part 52 to the electronic blackboard 50 can be made easy.

なお、図21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よい。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を投写ユニット53等に対して位置決め可能であれば、いずれの構成を採用してもよい。   As shown in FIG. 21, the projector fixing portion 56 may include a guide structure 60 for positioning the main body portion 52. As the guide structure 60, for example, a plate-like member formed along the side surface of the main body 52 is used. The main body portion 52 is positioned by sliding on the projector fixing portion 56 along the guide structure 60 and bringing it into contact with the case of the projection unit 53. Thereby, whenever the main-body part 52 is attached to the electronic blackboard 50, the main-body part 52 can be easily installed in an exact position. The guide structure 60 is not limited to the configuration shown here, and any configuration may be adopted as long as the main body 52 can be positioned with respect to the projection unit 53 and the like in the electronic blackboard 50.

図22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裏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、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、例えば光軸AX(図4等参照)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。   FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of the Fresnel lens 61 formed in the screen display unit 54. The Fresnel lens 61 is formed on the back surface of the screen display unit 54 on the side on which the image light from the projector 51 is incident. The Fresnel lens 61 functions as an angle conversion unit that converts the angle of the image light. The Fresnel lens 61 includes a plurality of prism structures 62 having a substantially triangular cross-sectional shape. The prism structures 62 are arranged in a substantially concentric circle centered on the optical axis AX (see FIG. 4 and the like), for example. The Fresnel lens 61 efficiently advances the image light traveling obliquely to the screen display unit 54 in the direction of the observer by converting the angle. Thereby, the electronic blackboard 50 can display a bright and uniform video on the screen display unit 54.

電子黒板50は、超短距離の近接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、近接して十分なサイズを確保できる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。   The electronic blackboard 50 suppresses the size in the depth direction by employing the projector 51 for close-up projection at an ultra short distance. Further, by enabling medium and long distance projection with the main body 52 alone, high versatility and convenience can be secured. The electronic blackboard 50 can be reduced in weight, power consumption, and cost by applying the projector 51 for enlargement projection that can secure a sufficient size in the vicinity. As a result, the weight, power consumption, cost can be reduced, and the depth size can be reduced, thereby providing an effect that high convenience can be obtained.

図23は、本実施形態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。   FIG. 23 is a front perspective view of an electronic blackboard 70 according to a modification of the present embodiment. The electronic blackboard 70 according to this modification is characterized in that the projector 51 is attached vertically above the screen display unit 54. The projector fixing unit 56 fixes the projector 51 to the prisms 71 provided on the top of the screen display unit 54 in the base 55.

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。   By disposing the projector 51 vertically above the screen display unit 54, image light is incident on the screen display unit 54 from the vertically upper side. When the user writes to the screen display unit 54, the shadow of the writing tool is generated vertically downward. As a result, it is possible to reduce the number of cases where the writing position is lost due to shadows, and to improve convenience.

上記実施形態のプロジェクター1、51は、第1レンズアレイ、第2レンズアレイ、及び重畳レンズを備える光学系を用いて液晶パネル18R、18G、18Bの所望の領域全体を略均一な明るさで照明していたが、これに限定されるものではなく、導光ロッドを備える光学系など、他の照明光学系を用いて液晶パネル18R、18G、18Bの所望の領域全体を略均一な明るさで照明することもできる。
The projectors 1 and 51 of the above embodiment illuminate the entire desired area of the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B with substantially uniform brightness using an optical system that includes a first lens array, a second lens array, and a superimposing lens. However, the present invention is not limited to this, and the entire desired area of the liquid crystal panels 18R, 18G, and 18B can be obtained with substantially uniform brightness using another illumination optical system such as an optical system including a light guide rod. It can also be illuminated.

上記第1〜第4実施形態のプロジェクター1、51は、例えば中長距離の投写時に投写画像を観察する側から透写するフロントタイプのプロジェクターとして適用しているが、投写画像を観察する側とは反対側から投写するリアタイプのプロジェクターにも適用できる。
The projectors 1 and 51 of the first to fourth embodiments are applied as, for example, a front-type projector that shows through from the side for observing the projected image when projecting at a medium to long distance. Can also be applied to rear-type projectors that project from the opposite side.

上記実施形態のプロジェクター1、51は、3つの液晶パネルを用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、1つ、2つ又は4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクターにも適用可能である。

The projectors 1 and 51 of the above embodiment have been described by exemplifying a projector using three liquid crystal panels. However, the present invention is not limited to this, and one, two, or four or more liquid crystal panels are used. It can also be applied to a projector using the projector.

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、IMGa、IMGb 像面、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、60 ガイド構造、61 フレネルレンズ、62 プリズム構造体、70 電子黒板   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projector, 2 Main-body part, 3 Projection unit, SC screen, 10 Light source, 11 1st integrator lens, 12 2nd integrator lens, 13 Polarization conversion element, 14 Superimposition lens, 15 1st dichroic mirror, 16, 23, 25 Reflection Mirror, 17R, 17G, 17B Field lens, 18R, 18G, 18B Liquid crystal display panel, 19 Cross dichroic prism, 20 Projection lens, 21 Second dichroic mirror, 22, 24 Relay lens, 31 First lens, 32 Second lens, 33 Wide-angle mirror, 34 Lens support part, 35 Mirror support part, 36 Substrate, AX optical axis, N normal, IMG, IMGa, IMGb image plane, R reduction optical system, 50 electronic blackboard, 51 projector, 52 main body part, 53 Projector Tsu DOO, 54 screen display unit, 55 base plate, 56 projectors fixing portion 60 guide structure, 61 a Fresnel lens, 62 prism structure, 70 electronic blackboard

Claims (8)

光源と、前記光源からの光で照明される表示面と、前記表示面からの光を射出するとともに前記表示面からの光を一旦前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす光とすることができ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表示面からの光を被照射面へ向けて投写させるとともに、正のパワーを持ち前記表示面に対して傾けられた表示面の像面をなす光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーを有する投写ユニットと、を備え、
前記本体部及び前記投写ユニットのいずれか一方は、前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす像について倍率を変換させる変倍光学系を有し、
前記射出光学系は、光軸に沿った所定距離よりも遠距離の第1の範囲で前記表示面に平行な前記表示面の像面をなす像を結像させる表示状態と、前記光軸に沿った前記所定距離よりも近距離の第2の範囲で前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす像を結像させる表示状態とに切り換え可能である
プロジェクター。
A light source, a display surface illuminated with light from the light source, and an image surface of the display surface that emits light from the display surface and is once inclined with respect to the display surface. A main body including an emission optical system that can be formed into light;
Projects light from the display surface emitted from the emission optical system toward the irradiated surface and reflects light forming an image surface of the display surface that has a positive power and is inclined with respect to the display surface. A projection unit having a concave widening mirror for widening, and
One of said body portion and said projection unit is to have a variable magnification optical system for converting the magnification for image forming the image plane of the display surface which is inclined with respect to the display surface,
The emission optical system includes a display state in which an image forming an image surface of the display surface parallel to the display surface is formed in a first range far from a predetermined distance along the optical axis, and the optical axis Switching to a display state in which an image forming an image surface of the display surface tilted with respect to the display surface in a second range that is closer than the predetermined distance is formed .
projector.
前記変倍光学系は、前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす像を相対的に縮小させる縮小光学系である、請求項1に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 1, wherein the variable magnification optical system is a reduction optical system that relatively reduces an image forming an image surface of the display surface tilted with respect to the display surface. 前記投写ユニットは、前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面を、前記表示面に平行な前記被照射面に結像させる、請求項1及び2のいずれか一項に記載のプロジェクター。   The said projection unit forms an image on the said to-be-irradiated surface parallel to the said display surface with the image surface of the said display surface inclined with respect to the said display surface as described in any one of Claims 1 and 2. projector. 光源と、前記光源からの光で照明される表示面と、前記表示面からの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表示面からの光を被照射面へ向けて投写させるとともに、正のパワーを持ち前記表示面からの光を反射し広角化させる凹面の広角化ミラーを有する投写ユニットと、を備え、
光軸に沿った比較的遠距離の第1の範囲で前記表示面に平行な前記表示面の像面をなす光とし、前記光軸に沿った比較的近距離の第2の範囲で前記表示面に対して傾けられた前記表示面の像面をなす光とする、
プロジェクター。
A light source, a display surface illuminated with light from the light source, and a main body unit including an emission optical system that emits light from the display surface;
Projection having a concave widening mirror that projects light from the display surface emitted from the emission optical system toward an irradiated surface and has positive power to reflect and widen the light from the display surface A unit,
The light forms an image surface of the display surface parallel to the display surface in a first range at a relatively long distance along the optical axis, and the display in a second range at a relatively short distance along the optical axis. A light that forms an image surface of the display surface inclined with respect to the surface;
projector.
前記本体部は、前記プロジェクターに対して着脱可能である、請求項1からまでのいずれか一項に記載のプロジェクター。 Said body portion is detachably attached to the projector, the projector according to any one of claims 1 to 4. 前記射出光学系と、前記投写ユニットとは、光軸を一致させて配置される、請求項1からまでのいずれか一項に記載のプロジェクター。 The projector according to any one of claims 1 to 5 , wherein the emission optical system and the projection unit are arranged with their optical axes aligned. 前記射出光学系と、前記投写ユニットとは、前記表示面からの光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、請求項に記載のプロジェクター。 The projector according to claim 6 , wherein the emission optical system and the projection unit constitute a shift optical system that advances the light from the display surface while shifting the light from the optical axis. 請求項1からまでのいずれか一項に記載のプロジェクターと、
前記被照射面を備え、かつ前記被照射面への他の情報の書き込みを可能とする画面表示部と、を備え、
前記プロジェクターのうち、前記射出光学系を含む前記本体部は、着脱可能である、電子黒板。
A projector according to any one of claims 1 to 7 ,
A screen display unit that includes the irradiated surface and enables writing of other information on the irradiated surface;
Of the projectors, the main body including the emission optical system is detachable.
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