專利名稱：投影機、投影單元及電子黑板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影機、投影単元和電子黑板，尤其涉及用于近距離投影的投影機。
背景技術(shù)：
近年來，具備可以對大畫面以短的投影距離進行顯示的用于所謂的近距離投影的投影光學(xué)系統(tǒng)的投影機已被產(chǎn)品化。通過采用該投影光學(xué)系統(tǒng)，相比于現(xiàn)有的前投影型投影機可以對大畫面以超短距離(例如，40cm的投影距離而100英寸的畫面)進行顯示。這些投影機一般僅可以用于超短距離投影，而可以進行從超短距離投影直到以往廣為人知的投影機的中長距離投影的相應(yīng)于目的的使用這一點，則被期待。例如，在專利文獻1，提出通過相對于投影透鏡安裝于屏幕側(cè)的反射投影単元而使變焦比擴大的投影機的技術(shù)。在使反射投影単元處于安裝的狀態(tài)下和處于拆下的狀態(tài)下，可以得到不同的變焦比的圖像。假定將專利文獻I涉及的反射投影単元應(yīng)用于超短距離投影，則產(chǎn)生使變焦比大幅度擴大的需要。該情況下，越使變焦比大，越非常難以使像差降低。并且，因為采用相對 于透鏡的光軸(中心軸)偏心地對多個曲面鏡進行配置的構(gòu)成，所以大多數(shù)情況下光學(xué)要素的稍許偏差等都會對圖像產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，用于得到預(yù)期的光學(xué)性能而需要非常高精度的調(diào)整，而且也難以降低由于偏心光學(xué)系統(tǒng)引起的像差。并且，近年來，由于多媒體內(nèi)容的増加，在文教領(lǐng)域和/或展示等中所使用的所謂的交互板正在普及。交互板特征為，可以ー邊對內(nèi)容進行顯示，一邊通過使用者進行對該內(nèi)容的寫入。通常，交互板因為與現(xiàn)有的黒板和/或白板為同樣的尺寸，所以要求在比較寬范圍的顯示。若將一般的直視型的監(jiān)示器應(yīng)用于在交互板的寬范圍的顯示，則在裝置整體的重量、耗電、成本方面產(chǎn)生問題。例如，在專利文獻2、3，提出對從投影機所投影的圖像光以平面鏡反射使之向透射型屏幕入射的電子黑板的技木。在專利文獻4，提出具備超短距離投影的投影機的電子黑板的技木。通過使用投影機的放大投影，可以進行寬范圍的顯示。通過使用投影機，能夠減輕重量、耗電和成本。但是，在專利文獻2及3的技術(shù)的情況下，因?qū)挻蟮钠矫骁R相對于透射型屏幕設(shè)置為具有傾斜，故進深方向的尺寸變大，設(shè)置性降低之點成為問題。專利文獻4的技術(shù)中的投影機僅適用于超短距離投影，因為使用用途受限定所以便利性低之點成為問題。專利文獻I :特開2002-6398號公報專利文獻2 :特開2003-136892號公報專利文獻3 :特開2004-252345號公報專利文獻4 :特開2009-83277號公報
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述的問題所作出，第I目的在于提供用于實現(xiàn)通過以超短距離的近距離投影進行的圖像的顯現(xiàn)和通過以中長距離的投影進行的圖像的顯現(xiàn)的投影機及用于該投影機的投影単元。并且，本發(fā)明第2目的在于提供重量輕、耗電省、成本低廉、可以抑制進深尺寸且便利性高的電子黑板。用于解決上述的問題并達到目的，本發(fā)明涉及的投影機具備主體部和投影単元，所述主體部包括光源、以來自光源的光所照明的顯示面和射出來自顯示面的光的射出光學(xué)系統(tǒng)，所述投影単元使從射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的來自顯示面的光朝向被照射面而投影；投影単元具有像面控制光學(xué)系統(tǒng)和凹面的廣角化鏡，所述像面控制光學(xué)系統(tǒng)使從射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的光成為形成相對于顯示面傾斜的顯示面的像面的光，所述凹面的廣角化鏡具有正的放大率且對形成相對于顯示面傾斜的顯示面的像面的光進行反射而使之廣角化。在上述投影機中，主體部與投影単元相組合，可以進行超短距離投影。主體部在拆下投影単元的狀態(tài)下，以單體就可以進行中長距離投影。若使主體部與投影単元相組合，則通過像面控制光學(xué)系統(tǒng)能夠不在射出光學(xué)系統(tǒng)增加負(fù)擔(dān)而使顯示面的像面傾斜。而且，因為通過設(shè)置于投影単元的廣角化鏡，對形成相對于顯示面或光軸充分傾斜的像面(也就是 說，相對于垂直于光軸的法線或光軸的面充分傾斜的像面)的光進行反射使之廣角化，所以即使不采用偏心光學(xué)系統(tǒng)也能進行抑制了失真等的像差的產(chǎn)生的良好的近距離投影。并且，由于通過以凹面的廣角化鏡進行的反射而使形成圖像的光廣角化，還可以降低由于廣角化引起的色差(色像差)。由此，能夠得到可以實現(xiàn)通過以超短距離的近距離投影進行的圖像的顯現(xiàn)和通過以中長距離的投影進行的圖像的顯現(xiàn)的投影機。在本發(fā)明的具體的方面，在上述投影機中，投影単元具有變倍光學(xué)系統(tǒng)，該變倍光學(xué)系統(tǒng)關(guān)于形成相對于顯示面傾斜的顯示面的像面的像，使倍率變換。該情況下，能夠使形成相對于顯示面傾斜的像面的像成為適當(dāng)?shù)某叽纭Ｔ诒景l(fā)明的其他方面，變倍光學(xué)系統(tǒng)為縮小光學(xué)系統(tǒng)，其使形成相對于顯不面傾斜的顯示面的像面的像相対性地縮小。由此，能夠使形成相對于顯示面傾斜的像面的像縮小而進行近距離投影。在本發(fā)明的另一方面，投影単元使相對于顯示面傾斜的顯示面的像面在平行于顯示面的被照射面上成像。在本發(fā)明的又一方面，射出光學(xué)系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換為通常顯示狀態(tài)和微距(macro)顯示狀態(tài)，所述通常顯示狀態(tài)使形成平行于顯示面的顯示面的像面的像在沿光軸的比較遠距離的第I范圍成像，所述微距顯示狀態(tài)使形成平行于顯示面的顯示面的像面的像在沿光軸的比較近距離的第2范圍成像。在本發(fā)明的又一方面，主體部相對于投影機可以裝拆。由此，能夠從投影機取出比較輕的主體部而進行中長距離投影。在本發(fā)明的又一方面，射出光學(xué)系統(tǒng)與投影単元配置為，使光軸相一致。由此，能夠容易地進行用于得到預(yù)期的光學(xué)性能的光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整和/或光學(xué)要素的加工。尤其是，能夠容易地進行主體部與投影単元的位置對齊。在本發(fā)明的又一方面，射出光學(xué)系統(tǒng)與投影單元構(gòu)成使來自顯示面的光從光軸移位而行進的移位光學(xué)系統(tǒng)。由此，能夠避免以廣角化鏡所反射的光與光軸上的光學(xué)要素的干渉，使廣角化的光朝向被照射面行進。本發(fā)明涉及的投影単元與包括光源、被來自光源的光所照射的顯示面和射出來自顯示面的光的射出光學(xué)系統(tǒng)的主體部組合地使用，使從射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的來自顯示面的光朝向被照射面而投影；具備像面控制光學(xué)系統(tǒng)和凹面的廣角化鏡，所述像面控制光學(xué)系統(tǒng)使從射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的光成為形成相對于顯示面傾斜的顯示面的像面的光，所述凹面的廣角化鏡具有正放大率且對形成相對于顯示面傾斜的顯示面的像面的光進行反射而使之廣角化。由此，可得到用于從通過以中長距離的投影進行的圖像的顯現(xiàn)轉(zhuǎn)換為通過以超短距離的近距離投影進行的圖像的顯現(xiàn)的投影単元。在本發(fā)明的具體的方面，在上述投影単元中，具有變倍光學(xué)系統(tǒng)，該變倍光學(xué)系統(tǒng)關(guān)于形成相對于顯示面傾斜的顯示面的像面的像，使倍率變換。而且，本發(fā)明涉及的電子黑板包括上述的投影機和畫面顯示部，所述畫面顯示部具備被照射面，且可以進行向被照射面的其他信息的寫入；投影機之中，包括射出光學(xué)系統(tǒng)的主體部可以裝拆。
電子黑板通過來自組合有主體部與投影単元的投影機的近距離投影，使圖像顯示于畫面顯示部。通過采用用于近距離投影的構(gòu)成，能夠?qū)⑦M深方向的尺寸抑制得小。并且，因包括射出光學(xué)系統(tǒng)的主體部可以從電子黒板裝拆，可以進行以主體部単體實現(xiàn)的中長距離投影，故能夠確保高的通用性、便利性。電子黑板通過用于放大投影的投影機的應(yīng)用，可以減輕重量、耗電、成本。由此，可得到重量輕、耗電省、成本低廉并可以抑制進深尺寸且便利性高的電子黑板。
圖I是表示本發(fā)明的第I實施方式涉及的投影機的概略構(gòu)成的圖。圖2是表示主體部的概略構(gòu)成的圖。圖3(A)是關(guān)于通過主體部單體進行投影而進行說明的示意圖，(B)是關(guān)于使投影単元組合于主體部的情況下的投影而進行說明的示意圖。圖4是表示投影単元的剖面構(gòu)成與圖像光的光線的圖。圖5是關(guān)于示于圖4的各光學(xué)要素的功能而進行說明的示意圖。圖6是對當(dāng)中長距離投影時的像高與光線距離的關(guān)系進行說明的圖。圖7是對近距離投影的情況進行說明的圖。圖8是關(guān)于近距離化與光線距離的變化而進行說明的圖。圖9(A)及(B)是對用于通過主透鏡達到像面的縮小的方法進行說明的圖。圖10是關(guān)于第I實施方式的實施例I的光學(xué)系統(tǒng)而進行說明的圖。圖11是對通過示于圖10的實施例I的光學(xué)系統(tǒng)進行的近距離投影進行說明的圖。圖12表示從主體部拆離投影單元的狀態(tài)。圖13表示從主體部拆離投影單元的狀態(tài)。圖14是關(guān)于第I實施方式的實施例I的光學(xué)系統(tǒng)的工作而進行說明的圖。圖15是關(guān)于第I實施方式的實施例2的光學(xué)系統(tǒng)而進行說明的圖。圖16是對通過示于圖15的實施例2的光學(xué)系統(tǒng)進行的近距離投影進行說明的圖。圖17表示從主體部拆離投影單元的狀態(tài)。
圖18是對從主體部拆離投影単元的情況下的中遠距離投影進行說明的圖。圖19是對近距離投影時的像面進行說明的圖。圖20是對從主體部拆離投影単元的假想狀態(tài)進行說明的圖。圖21是本發(fā)明的第2實施方式涉及的電子黑板的正面?zhèn)攘Ⅲw圖。圖22是電子黑板的背面?zhèn)攘Ⅲw圖。圖23(A)是表示投影機固定部及其周邊部分的圖，(B)是表示從示于(A)的狀態(tài)取下主體部的狀態(tài)的圖。圖24是表示具備導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的投影機固定部的圖。
圖25是形成于畫面顯示部的菲涅耳透鏡的剖面示意圖。圖26是第2實施方式的變形例涉及的電子黑板的正面?zhèn)攘Ⅲw圖。符號的說明I投影機，2主體部，3投影単元，SC屏幕，10光源，11第I積分透鏡，12第2積分透鏡，13偏振變換元件，14重疊透鏡，15第I分色鏡，16、23、25反射鏡，17R、17G、17B場透鏡，18RU8GU8B 液晶顯示面板，19十字分色棱鏡，20投影透鏡，21第2分色鏡，22、24中繼透鏡，31第I透鏡，32第2透鏡，33廣角化鏡，34透鏡支持部，35鏡支持部，36基板，AX光軸，N法線，IMG、IMGa, IMGb像面，R縮小光學(xué)系統(tǒng)，T像面控制光學(xué)系統(tǒng)(像面傾斜光學(xué)系統(tǒng))，50電子黑板，51投影機，52主體部，53投影単元，54畫面顯示部，55基座，56投影機固定部，60導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，61菲涅耳透鏡，62棱鏡結(jié)構(gòu)體，70電子黑板
具體實施例方式在以下參照附圖，對本發(fā)明的實施方式詳細地進行說明。(第I實施方式)圖I是表示本發(fā)明的第I實施方式涉及的投影機I的概略構(gòu)成的圖。投影機I具有主體部2及投影単元3。主體部2射出相應(yīng)于圖像信號的圖像光。投影単元3使來自主體部2的圖像光朝向屏幕SC的被照射面而投影。圖2是表示主體部2的概略構(gòu)成的圖。光源10例如為超高壓水銀燈，射出包括R光、G光、B光的光。在此，光源10既可以是超高壓水銀燈以外的放電光源，也可以是如LED和/或激光器的固體光源。第I積分透鏡11及第2積分透鏡12具有排列成陣列狀的多個透鏡元件。第I積分透鏡11將來自光源10的光束分割成多束。第I積分透鏡11的各透鏡元件使來自光源10的光束在第2積分透鏡12的透鏡元件附近聚光。第2積分透鏡12的透鏡元件及重疊透鏡14使第I積分透鏡11的透鏡元件的像形成于液晶顯示面板18R、18G、18B。通過如此的構(gòu)成，來自光源10的光對液晶顯示面板18R、18G、18B的預(yù)期的區(qū)域(圖像顯示面)整體以基本均勻的明亮度進行照明。偏振變換元件13使來自第2積分透鏡12的光變換為預(yù)定的直線偏振光。重疊透鏡14使第I積分透鏡11的各透鏡元件的像在液晶顯示面板18R、18G、18B的照射面上重疊。第I分色鏡15使從重疊透鏡14入射的R光反射，使G光及B光透射。以第I分色鏡15所反射的R光經(jīng)由反射鏡16及場透鏡17R，向作為空間光調(diào)制裝置的液晶顯示面板18R進行入射。液晶顯示面板18R相應(yīng)于圖像信號對R光進行調(diào)制。第2分色鏡21使來自第I分色鏡15的G光反射，使B光透射。以第2分色鏡21所反射的G光經(jīng)由場透鏡17G，向作為空間光調(diào)制裝置的液晶顯示面板18G進行入射。液晶顯示面板18G相應(yīng)于圖像信號對G光進行調(diào)制。透射第2分色鏡21的B光經(jīng)由中繼透鏡22、24、反射鏡23、25及場透鏡17B，向作為空間光調(diào)制裝置的液晶顯示面板18B進行入射。液晶顯示面板18B相應(yīng)于圖像信號對B光進行調(diào)制。作為色合成光學(xué)系統(tǒng)的十字分色棱鏡19將以各液晶顯示面板18R、18G、18B所調(diào)制的光合成為圖像光，使之向投影透鏡20行迸。投影透鏡20作為使圖像光從主體部2射出的射出光學(xué)系統(tǒng)而起作用。還有，作為空間光調(diào)制裝置，也可以采用反射型的液晶顯示面板代替透射型的液晶顯示面板18R、18G、18B。并且，作為空間光調(diào)制裝置，也可以采用反射型的器件(例如，微鏡器件等)。圖3(A)是關(guān)于通過主體部2単體投影圖像光的情況下的投影距離而進行說明的示意圖。主體部2可以從投影機I裝拆。從投影機I取下的単體的主體部2通過從投影透鏡20所投影的圖像光，在被照射面顯現(xiàn)圖像。該情況下，主體部2使投影透鏡20朝向屏幕SC側(cè)而設(shè)置。主體部2在距離A 距離B(A<B)之間，例如可以以相同的畫面尺寸而對 焦。圖3(B)是關(guān)于使投影単元3組合于主體部2而投影圖像光的情況下的投影距離進行說明的示意圖。投影機I使從投影透鏡20所射出的圖像光通過投影単元3而投影，在被照射面顯現(xiàn)圖像。該情況下，主體部2使投影透鏡20朝向與屏幕SC相反側(cè)的投影単元3，安裝于投影機I。投影機I可以進行以比距離A短的距離C的投影。圖4是對投影単元3的剖面構(gòu)成和向投影単元3進行入射的前后的圖像光的光線進行例示的圖。投影単元3作為光學(xué)要素具備第I透鏡31、第2透鏡32及廣角化鏡33。第I透鏡31及第2透鏡32配置于對置于投影透鏡20的位置。第I透鏡31及第2透鏡32例如能夠為球面透鏡等。第I透鏡31及第2透鏡32通過透鏡支持部34，在基板36上被支持。廣角化鏡33設(shè)置于來自第I透鏡31及第2透鏡32的圖像光進行入射的位置。廣角化鏡33為對圖像光反射使之廣角化的凹的非球面鏡。廣角化鏡33通過鏡支持部35，在基板36上被支持。第I透鏡31及第2透鏡32和廣角化鏡33介由共同的基板36而定位、固定。廣角化鏡33具備關(guān)于中心軸(光軸)基本旋轉(zhuǎn)對稱的形狀，例如將研缽形狀的一部分切掉的非球面形狀。廣角化鏡33的對稱軸或光軸與投影透鏡20的光軸AX相一致。第I透鏡31及第2透鏡32的光軸也與投影透鏡20的光軸AX相一致。如此地，投影透鏡20、第I透鏡31、第2透鏡32及廣角化鏡33使光軸AX相一致而配置。投影透鏡20、第I透鏡31、第2透鏡32及廣角化鏡33使相應(yīng)于圖像信號所調(diào)制的光朝向特定之側(cè)移位而行迸。具體地，在像側(cè)，使光向相對于光軸AX作為特定之側(cè)的鉛直下側(cè)移位而行迸。假想性地形成于十字分色棱鏡19的入射面的像面的中心法線(與在后進行說明的顯示面DS的圖像顯示面區(qū)域的中心法線相同)相對于光軸AX平行，相對于光軸AX位于作為與特定之側(cè)相反側(cè)的鉛直上側(cè)。還有，當(dāng)對投影透鏡20及投影単元3進行說明時，所謂物體側(cè)為液晶顯示面板18G(18R、18B)偵彳，所謂像側(cè)為像面IMG側(cè)或屏幕SC側(cè)。主體部2例如為與投影單元3完全地分體的結(jié)構(gòu)，可以從投影機I裝拆。并且，主體部2也可以在投影機I內(nèi)移動，與投影單元3 —體地構(gòu)成。例如在中長距離投影的情況下，也可以構(gòu)成為，使主體部2移動到從投影透鏡20所投影的圖像光不被投影単元3遮擋的位置。在使主體部2與投影単元3成為一體構(gòu)成的情況下，由于能夠?qū)⑼队皺CI的挪動之后的二者的位置調(diào)整進行省略等，可以使使用者的便利性提高。當(dāng)然，也可以對主體部2進行固定，并且使投影単元3能夠移動到從投影透鏡20所投影的圖像光不被投影単元3遮擋的位置。圖5是概念性地表示構(gòu)成投影機I的投影用光學(xué)系統(tǒng)的各光學(xué)要素的示意圖。投影透鏡20具備放大投影用的主透鏡ML，可以單獨進行如示于圖3(A)的中長距離投影。投影単元3通過與投影透鏡20相組合，相對于配置于投影透鏡20的背后上方的未圖示的屏幕SC可以進行超短距離的近距離投影。在此，投影単元3能夠分成相當(dāng)于折射光學(xué)系統(tǒng)30且配置于主透鏡ML側(cè)的調(diào)整用透鏡LI和相當(dāng)于廣角化鏡33且位于屏幕SC側(cè)的非球面鏡AM而考慮。在主透鏡ML，附屬可動機構(gòu)26，當(dāng)投影單元3的裝拆時，能夠?qū)χ魍哥RML的光軸 AX方向的位置以手動或電動相対性地進行變更。投影単元3的前級的調(diào)整用透鏡LI作為整體具有正放大率，具備配置于主透鏡ML側(cè)或光入射側(cè)的負(fù)的放大率的第I透鏡31和配置于光射出側(cè)的正的放大率的第2透鏡32。還有，調(diào)整用透鏡LI作為使通過主透鏡ML形成的像面具有傾斜的像面控制光學(xué)系統(tǒng)、即像面傾斜光學(xué)系統(tǒng)T而起作用，并作為使形成通過主透鏡ML形成的像面的中間像縮小的縮小光學(xué)系統(tǒng)R而起作用。非球面鏡AM具有使形成于折射光學(xué)系統(tǒng)30的光射出側(cè)的中間像在未圖示的屏幕SC上再次成像的作用。在以上，投影単元3是使作為整體具有比較小的正的放大率的調(diào)整用透鏡LI與具有比較大的正的放大率的非球面鏡AM相組合所得的単元，如開普勒型無焦系統(tǒng)地起作用， 使焦距縮短而使像的倍率放大。也就是說，投影単元3成為相對于主透鏡ML或投影透鏡20的前置變換器(該情況下，為廣角化用的廣角變換器)。在此，若欲僅以透鏡構(gòu)成作為前置變換器的投影単元3則抑制色差并不容易，例如在欲實現(xiàn)130度以上的廣角化的情況下色差的產(chǎn)生變得顯著。因此，以非球面鏡AM構(gòu)成投影単元3之中的放大率大的部分而抑制色差的產(chǎn)生。在采用如此的非球面鏡AM的情況下，因為通過反射使光折返，所以必需避免光軸AX附近的光線的干渉。因此，使作為物體的顯示面DS避開光軸AX，使主透鏡ML、調(diào)整用透鏡LI及非球面鏡AM成為移位光學(xué)系統(tǒng)。還有，所謂顯示面DS在示于圖2的主體部2的液晶顯示面板18R、18G、18B中對應(yīng)于形成有相應(yīng)于圖像信號的圖像的圖像顯示面。而且，在如以上的移位光學(xué)系統(tǒng)中，在構(gòu)成投影単元3等的各光學(xué)元件中使用離開光軸AX的周邊部的趨勢增強，屏幕SC也遠遠離開光軸AX。因此，通過以非球面形成構(gòu)成投影単元3等的I個以上的光學(xué)元件(具體地是非球面鏡AM)，大大減小在遠遠離開光軸AX的位置的像差。圖6是對以主透鏡ML單獨進行的中長距離投影時的像高與光線距離的關(guān)系進行說明的圖。所謂像高為關(guān)于以光軸AX為基準(zhǔn)的鉛直方向的像的高度。在僅通過主透鏡ML進行的一般性中長距離投影的情況下，像高為最小的部分的倍率為asO/ap與像高為最大的部分的倍率bsO/bp為相近的值，像面IMGO基本垂直于光軸AX (基本平行于顯示面DS)。圖7是對在主透鏡ML追加有投影単元3的超短距離的近距離投影的情況進行說明的圖。在超短距離的近距離投影的情況下，通過主透鏡ML等，在調(diào)整用透鏡LI與非球面鏡AM之間的所設(shè)定的像面MGb上形成顯示面DS的中間像II。用于使中間像II形成于如此的位置，雖然詳情在后進行說明，但是首先使主透鏡ML通過可動機構(gòu)26沿光軸AX方向適當(dāng)移動，成為移動到比原始的像面MGO靠近非球面鏡AM的位置處的像面MGa。而且，通過對投影単元3進行配置，通過調(diào)整用透鏡LI的作為像面傾斜光學(xué)系統(tǒng)T的功能，使僅通過主透鏡ML形成的像面MGa相對于光軸AX的法線N成為倒置的狀態(tài)，并通過調(diào)整用透鏡LI的作為縮小光學(xué)系統(tǒng)R的功能，使僅通過主透鏡ML形成的中間像II在相對于法線N倒置的狀態(tài)下原封不動地進行縮小。結(jié)果，僅通過主透鏡ML形成的像面頂GOUMGa變化為傾斜配置于非球面鏡AM的像側(cè)的像面MGb。還有，在能夠僅通過主透鏡ML的移動而在非球面鏡AM的像側(cè)的像面MGb上形成中間像II的情況下，不必使調(diào)整用透鏡LI具有作為縮小光學(xué)系統(tǒng)R的功能。在以上，主透鏡ML使用第I范圍FLl單獨進行中長距離投影。并且，主透鏡ML在比第I范圍FLl靠主透鏡ML側(cè)的第2范圍FL2，用于超短距離的近距離投影，成為與調(diào)整用透鏡LI共同作用而在像面IMGb形成中間像II的狀態(tài)。 形成于非球面鏡AM的正面的像面IMGb的中間像II通過非球面鏡AM而在屏幕SC上放大地再次成像。此時,像高為最小的部分的倍率as/ap與像高為最大的部分的倍率bs/bp必需為相近的值。這是因為，用于消除屏幕SC上的像的失真，無關(guān)乎像高地使像的倍率相同，為此必需使中間像II的像面頂Gb相對于光軸AX的法線N較大地傾斜。如果改變看法，則非球面鏡AM通過使圖像光反射，起使像面IMGb相對于光軸AX垂直(平行于顯示面DS)地正立或倒立的作用。由于通過非球面鏡AM而使像面頂Gb平行于顯示面DS地正立或倒立，能夠在平行于顯示面DS的屏幕SC的被照射面上使顯示面DS的像適當(dāng)?shù)赝队?。非球面鏡AM包括以以下的多項式h表示的非球面形狀。在此，y為距離光軸AX的像的高度(像高)，c為作為非球面鏡AM的形狀的基準(zhǔn)的球面的曲率，k為圓錐常數(shù)，A2、A4、A6、A8、A10、.分別為預(yù)定的校正項。(式I)h =-...._ニニ:::::::::::::zzr + A つ V +A^y + AgY + Agy' + Aj^y + —
I+ S1JI — (I + k)c^￥*"上述式的分?jǐn)?shù)項是表示成為基準(zhǔn)的非球面形狀的項,在k = 0的情況下表示球面形狀。校正項表示從成為其基準(zhǔn)的非球面形狀的偏離。即使成為基準(zhǔn)的非球面形狀通過校正項而受校正，上述式也表示關(guān)于中心軸旋轉(zhuǎn)対稱的非球面形狀。還有，多項式h中的校正值項的個數(shù)為任意。在使圖像光廣角化的情況下，一般地，因為離光軸AX越遠的周邊部，越容易產(chǎn)生失真等的像差，所以尤其需要使周邊部的像差大幅降低的設(shè)計。在本實施方式中，通過在表示非球面鏡AM的形狀的多項式h包括校正值項，相對于以c及k所確定的二次曲線，可以進行相應(yīng)于離開光軸AX的高度y的形狀的校正。因為在各校正值項乘以I的乘冪，所以y越大的部分越有效地校正。從而，即使通過包括非球面鏡AM等的投影単元3而使主透鏡ML短焦距化，也可以實現(xiàn)在周邊部失真等的像差非常地少的高性能的光學(xué)系統(tǒng)。還有，表示非球面鏡AM的形狀的式，并不限于以本實施方式進行說明的式，也可以適當(dāng)變形。而且，廣角化鏡33的形狀也可以是表示為XY多項式的自由曲面。如示于圖8地，若使屏幕SC與非球面鏡AM進ー步靠近，則關(guān)于像高為最大的部分，光線的距離從bs變化為bs'。關(guān)于像高度高的部分，通過對表示非球面鏡AM的形狀的多項式進行調(diào)整而使光線的距離如此地變化，可以進行有效的校正。若進ー步靠近，則不僅像高度高的部分，而且關(guān)于像高度低的部分，也必需進行如使光線的距離從as變化為as'的校正。像高越低的部分，越難以通過上述的非球面鏡AM的多項式進行校正。因此，在本實施方式中，關(guān)于像高度低的部分，并不依賴于通過非球面鏡AM進行的像差校正，而是利用主透鏡ML的光學(xué)特性而進行像差校正。圖9(A)及9(B)是對使主透鏡ML沿光軸AX方向移動的含義進行說明的圖。圖9(A)表示以反焦距為fa的中長距離投影的情況(第I模式)。第I模式是以主體部2即主透鏡ML単體將圖像顯示于被照射面的模式，相當(dāng)于通常顯示狀態(tài)。圖9(B)表示以反焦距為fa' (fa < fa')的超短距離的近距離投影的情況(第2模式)。第2模式是使主體部2與投影単元3相組合而將圖像顯示于被照射面的模式，相當(dāng)于微距顯示狀態(tài)。在第2模式(微距顯示狀態(tài))中，通過圖5的可動機構(gòu)26，以如下方式使主透鏡ML沿光軸AX方向移動到像側(cè)相對于第I模式(通常顯示狀態(tài))中的主透鏡ML的通常的位 置，使反焦距變長。由此，像面接近并且縮小圖像。也就是說，從主透鏡ML遠離的像面MGa通過主透鏡ML移動為近的像面頂Gb，形成該像面頂Gb的像是使形成像面頂Ga的像縮小而成的像。由此，當(dāng)與投影単元3相組合的近距離投影時，減輕通過投影単元3形成縮小倒置的中間像II的負(fù)擔(dān)。結(jié)果，在將具備主透鏡ML等的主體部2組合到具備非球面鏡AM等的投影単元3的情況下，能夠發(fā)揮高的光學(xué)性能。以上的主透鏡ML能夠為一般的放大投影透鏡。而且，當(dāng)使模式變換時，能夠成為在主體部2內(nèi)使主透鏡ML僅在光軸AX方向移動的簡易的工作，基本不使成本升高產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單且高精度的構(gòu)成。還有，在第2模式中，如已經(jīng)進行過說明地，通過主透鏡ML形成的像面IMGa通過調(diào)整用透鏡LI (像面傾斜光學(xué)系統(tǒng)T，縮小光學(xué)系統(tǒng)R)而相對于顯示面DS或垂直于光軸AX的面傾斜并縮小，變換為適當(dāng)?shù)卦O(shè)定于非球面鏡AM的正面的像面IMGb。如此地，來自形成傾斜且縮小的像面IMGb的縮小的中間像II的圖像光通過以非球面鏡AM反射，基本平行于顯示面DS地正立或倒立，在相對于光軸AX基本垂直的屏幕SC上成像(參照圖7)。以下，參照圖5等，關(guān)于構(gòu)成投影機I的投影単元3和/或投影透鏡20的功能詳細地進行說明。投影透鏡20雖然是一般的放大投影透鏡，但是關(guān)于像高度低的部分，通過使之具有校正像差的功能，能夠使近距離投影時的像質(zhì)提高。投影単元3即第I透鏡31、第2透鏡32及廣角化鏡33作為使像放大的前置變換器而起作用。還有，在本實施方式中，關(guān)于作為前置變換器而起作用的投影単元3，因為采用移位光學(xué)系統(tǒng)，所以當(dāng)在屏幕SC上進行投影時焦點位置稍微偏離。對于因此而產(chǎn)生的各像差，可采取通過廣角化鏡33進行的校正和/或同時采用用于降低像差的透鏡的措施。并且，構(gòu)成折射光學(xué)系統(tǒng)30的第I透鏡31及第2透鏡32也可以采用非球面透鏡代替球面透鏡，使之具有校正像差的功能。通過使如此地具有像差校正功能的多個光學(xué)要素相組合，可以滿足高性能的光學(xué)規(guī)格。尤其是，在構(gòu)成折射光學(xué)系統(tǒng)30的透鏡組內(nèi)，通過采用非球面透鏡和/或自由曲面透鏡代替球面透鏡，還可以減少透鏡的片數(shù)和/或使透鏡小型化。由此，可以降低成本和/或使鏡架小型化。作為負(fù)的放大率的光學(xué)要素的第I透鏡31和作為正的放大率的光學(xué)要素的第2透鏡32在投影透鏡20與廣角化鏡33之間，不僅作為使通過投影透鏡20形成的像面MGa傾斜的像面傾斜光學(xué)系統(tǒng)T而起作用，還作為使像面IMGa縮小的縮小光學(xué)系統(tǒng)R而起作用。在此，以第I透鏡31與第2透鏡32所構(gòu)成的縮小光學(xué)系統(tǒng)R作為關(guān)于形成相對于光軸AX的法線N傾斜的像面IMGa的像而使倍率變換的變倍光學(xué)系統(tǒng)而起作用。相當(dāng)于非球面鏡AM的廣角化鏡33以如下方式使圖像光折返進行放大投影使通過像面傾斜光學(xué)系統(tǒng)T而傾斜且通過縮小光學(xué)系統(tǒng)R而縮小的像面IMGb (參照圖7)變得基本平行于屏幕SC的被照射面。并且，廣角化鏡33尤其關(guān)于像高度高的部分，具有使像差校正的功能。廣角化鏡33通過形成為關(guān)于中心軸基本旋轉(zhuǎn)對稱的形狀，能夠容易地與其他構(gòu)成(投影透鏡20及折射光學(xué)系統(tǒng)30)實現(xiàn)光軸AX的相一致。并且，廣角化鏡33因為可以通過車床等進行加工，所以能夠容易且高精度地進行制造。投影機I通過采用共軸光學(xué)系統(tǒng)，可以采用通常的共軸光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)使光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計エ時少且像差小的光學(xué)系統(tǒng)。 本實施方式因為采用沿光軸AX形成預(yù)定的間隔而對多個光學(xué)要素進行配置的構(gòu)成，所以通過使光軸AX相一致能夠容易地進行組裝，也可以實現(xiàn)高的性能。尤其是，當(dāng)主體部2的裝拆時，要求主體部2的投影透鏡20與投影單元3的各光學(xué)要素的高精度的位置對準(zhǔn)。通過使光軸AX共同，能夠容易地進行主體部2側(cè)的光學(xué)要素與投影単元3側(cè)的光學(xué)要素的位置調(diào)整。在共軸光學(xué)系統(tǒng)的情況下，從光軸AX朝向周邊的光學(xué)性能的變化相比較于偏心光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)性能的變化能夠變得緩慢。因此，因為可以使配置精度具有某種程度的裕量，所以可以實現(xiàn)適于本發(fā)明的構(gòu)成。通過以上，不會使圖像的質(zhì)量劣化地，可以通過一臺投影機I實現(xiàn)超短距離的近距離投影與中長距離投影。通過一臺投影機1，能夠覆蓋從超短距離到中長距離的寬廣投影距離。(實施例I)圖10是對使第2模式的投影透鏡20及投影単元3相組合的近距離投影的具體性實施例I進行說明的圖。在此，投影透鏡20以透鏡LOl LlO表示，投影単元3具有第I及第2透鏡31、32和廣角化鏡33。其中，第I透鏡31包括兩個透鏡31a、31b，第2透鏡32包括兩個透鏡32a、32b。在以下的表1，表示實施例I的透鏡數(shù)據(jù)等。在該表I中，“面編號”為從顯示面DS側(cè)按順序附加于各透鏡的面的編號。并且，“面類型”表示球面、非球面的類別和/或為反射面，“ R(Y曲率半徑)”表示面的曲率半徑，“ D(面間隔)”表示與下個面之間的透鏡厚度或者空氣空間。進而，“Nd”表示透鏡材料的d線處的折射率，“ u d”表示透鏡材料的色散。(表 I)
面編號面類型Y ft率半徑面間隔Ndud
物體球無限^ 5.0764
I球無限25. 7500I. 516800 64.權(quán)利要求
1.ー種投影機，其特征在于，具備 主體部，其包括光源、以來自前述光源的光所照明的顯示面和射出來自前述顯示面的光的射出光學(xué)系統(tǒng)，和 投影単元，其使從前述射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的來自前述顯示面的光朝向被照射面而投影; 前述投影単元具有像面控制光學(xué)系統(tǒng)和凹面的廣角化鏡，所述像面控制光學(xué)系統(tǒng)使從前述射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的前述光成為形成相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面的光，所述凹面的廣角化鏡具有正的放大率且對形成相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面的光進行反射而使之廣角化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影機，其特征在于 前述投影単元具有變倍光學(xué)系統(tǒng)，該變倍光學(xué)系統(tǒng)關(guān)于形成相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面的像，使倍率變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影機，其特征在于 前述變倍光學(xué)系統(tǒng)為縮小光學(xué)系統(tǒng)，其使形成相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面的像相対性地縮小。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項所述的投影機，其特征在于 前述投影単元使相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面在平行于前述顯示面的前述被照射面上成像。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項所述的投影機，其特征在于 前述射出光學(xué)系統(tǒng)能轉(zhuǎn)換為通常顯示狀態(tài)和微距顯示狀態(tài)，所述通常顯示狀態(tài)使形成平行于前述顯示面的前述顯示面的像面的像在沿光軸的比較遠距離的第I范圍成像，所述微距顯示狀態(tài)使形成平行于前述顯示面的前述顯示面的像面的像在沿前述光軸的比較近距離的第2范圍成像。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一項所述的投影機，其特征在于 前述主體部相對于前述投影機能裝拆。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6中任一項所述的投影機，其特征在于 前述射出光學(xué)系統(tǒng)與前述投影単元配置為，使光軸相一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影機，其特征在于 前述射出光學(xué)系統(tǒng)與前述投影單元構(gòu)成使來自前述顯示面的光從前述光軸移位而行進的移位光學(xué)系統(tǒng)。
9.ー種投影単元，其特征在干 與包括光源、被來自前述光源的光所照射的顯示面和射出來自前述顯示面的光的射出光學(xué)系統(tǒng)的主體部組合地使用，使從前述射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的來自前述顯示面的光朝向被照射面而投影； 具備像面控制光學(xué)系統(tǒng)和凹面的廣角化鏡， 所述像面控制光學(xué)系統(tǒng)使從前述射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的前述光成為形成相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面的光， 所述凹面的廣角化鏡具有正放大率且對形成相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面的光進行反射而使之廣角化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影単元，其特征在于 具有變倍光學(xué)系統(tǒng)，該變倍光學(xué)系統(tǒng)關(guān)于形成相對于前述顯示面傾斜的前述顯示面的像面的像，使倍率變換。
11.一種電子黒板，其特征在于，具備 權(quán)利要求I 8中任一項所述的投影機，和 畫面顯示部，其具備前述被照射面，且能進行向前述被照射面的其他信息的寫入； 前述投影機之中的包括前述射出光學(xué)系統(tǒng)的前述主體部能裝拆。
全文摘要
本發(fā)明涉及投影機、投影單元及電子黑板。提供用于實現(xiàn)通過以超短距離的近距離投影進行的圖像的顯現(xiàn)和通過以中長距離的投影進行的圖像的顯現(xiàn)的投影機及用于該投影機的投影單元。提供重量輕、耗電省、成本低廉、可以抑制進深尺寸且便利性高的電子黑板。具有主體部(2)和投影單元(3)，所述主體部(2)包括射出圖像光的射出光學(xué)系統(tǒng)，所述投影單元(3)使從射出光學(xué)系統(tǒng)所射出的圖像光朝向被照射面而投影；并且投影單元(3)具備變倍光學(xué)系統(tǒng)和凹面的廣角化鏡，所述變倍光學(xué)系統(tǒng)使通過圖像光形成的像的倍率變換，所述凹面的廣角化鏡對來自變倍光學(xué)系統(tǒng)的圖像光進行反射使之廣角化；變倍光學(xué)系統(tǒng)關(guān)于形成相對于射出光學(xué)系統(tǒng)的光軸傾斜的像面的像，使倍率變換。
文檔編號G03B21/10GK102736376SQ20121008853
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者守國榮時 申請人:精工愛普生株式會社