专利名称：投影机、投影单元及电子黑板的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影机、投影単元和电子黑板，尤其涉及用于近距离投影的投影机。
背景技术：
近年来，具备可以对大画面以短的投影距离进行显示的用于所谓的近距离投影的投影光学系统的投影机已被产品化。通过采用该投影光学系统，相比于现有的前投影型投影机可以对大画面以超短距离(例如，40cm的投影距离而100英寸的画面)进行显示。这些投影机一般仅可以用于超短距离投影，而可以进行从超短距离投影直到以往广为人知的投影机的中长距离投影的相应于目的的使用这一点，则被期待。例如，在专利文献1，提出通过相对于投影透镜安装于屏幕侧的反射投影単元而使变焦比扩大的投影机的技术。在使反射投影単元处于安装的状态下和处于拆下的状态下，可以得到不同的变焦比的图像。假定将专利文献I涉及的反射投影単元应用于超短距离投影，则产生使变焦比大幅度扩大的需要。该情况下，越使变焦比大，越非常难以使像差降低。并且，因为采用相对 于透镜的光轴(中心轴)偏心地对多个曲面镜进行配置的构成，所以大多数情况下光学要素的稍许偏差等都会对图像产生严重影响。因此，用于得到预期的光学性能而需要非常高精度的调整，而且也难以降低由于偏心光学系统引起的像差。并且，近年来，由于多媒体内容的増加，在文教领域和/或展示等中所使用的所谓的交互板正在普及。交互板特征为，可以ー边对内容进行显示，一边通过使用者进行对该内容的写入。通常，交互板因为与现有的黒板和/或白板为同样的尺寸，所以要求在比较宽范围的显示。若将一般的直视型的监示器应用于在交互板的宽范围的显示，则在装置整体的重量、耗电、成本方面产生问题。例如，在专利文献2、3，提出对从投影机所投影的图像光以平面镜反射使之向透射型屏幕入射的电子黑板的技木。在专利文献4，提出具备超短距离投影的投影机的电子黑板的技木。通过使用投影机的放大投影，可以进行宽范围的显示。通过使用投影机，能够减轻重量、耗电和成本。但是，在专利文献2及3的技术的情况下，因宽大的平面镜相对于透射型屏幕设置为具有傾斜，故进深方向的尺寸变大，设置性降低之点成为问题。专利文献4的技术中的投影机仅适用于超短距离投影，因为使用用途受限定所以便利性低之点成为问题。专利文献I :特开2002-6398号公报专利文献2 :特开2003-136892号公报专利文献3 :特开2004-252345号公报专利文献4 :特开2009-83277号公报
发明内容
本发明鉴于上述的问题所作出，第I目的在于提供用于实现通过以超短距离的近距离投影进行的图像的显现和通过以中长距离的投影进行的图像的显现的投影机及用于该投影机的投影単元。并且，本发明第2目的在于提供重量轻、耗电省、成本低廉、可以抑制进深尺寸且便利性高的电子黑板。用于解决上述的问题并达到目的，本发明涉及的投影机具备主体部和投影単元，所述主体部包括光源、以来自光源的光所照明的显示面和射出来自显示面的光的射出光学系统，所述投影単元使从射出光学系统所射出的来自显示面的光朝向被照射面而投影；投影単元具有像面控制光学系统和凹面的广角化镜，所述像面控制光学系统使从射出光学系统所射出的光成为形成相对于显示面倾斜的显示面的像面的光，所述凹面的广角化镜具有正的放大率且对形成相对于显示面倾斜的显示面的像面的光进行反射而使之广角化。在上述投影机中，主体部与投影単元相组合，可以进行超短距离投影。主体部在拆下投影単元的状态下，以单体就可以进行中长距离投影。若使主体部与投影単元相组合，则通过像面控制光学系统能够不在射出光学系统增加负担而使显示面的像面傾斜。而且，因为通过设置于投影単元的广角化镜，对形成相对于显示面或光轴充分倾斜的像面(也就是 说，相对于垂直于光轴的法线或光轴的面充分倾斜的像面)的光进行反射使之广角化，所以即使不采用偏心光学系统也能进行抑制了失真等的像差的产生的良好的近距离投影。并且，由于通过以凹面的广角化镜进行的反射而使形成图像的光广角化，还可以降低由于广角化引起的色差(色像差)。由此，能够得到可以实现通过以超短距离的近距离投影进行的图像的显现和通过以中长距离的投影进行的图像的显现的投影机。在本发明的具体的方面，在上述投影机中，投影単元具有变倍光学系统，该变倍光学系统关于形成相对于显示面倾斜的显示面的像面的像，使倍率变换。该情况下，能够使形成相对于显示面倾斜的像面的像成为适当的尺寸。在本发明的其他方面，变倍光学系统为缩小光学系统，其使形成相对于显不面倾斜的显示面的像面的像相対性地縮小。由此，能够使形成相对于显示面倾斜的像面的像缩小而进行近距离投影。在本发明的另一方面，投影単元使相对于显示面倾斜的显示面的像面在平行于显示面的被照射面上成像。在本发明的又一方面，射出光学系统可以转换为通常显示状态和微距(macro)显示状态，所述通常显示状态使形成平行于显示面的显示面的像面的像在沿光轴的比较远距离的第I范围成像，所述微距显示状态使形成平行于显示面的显示面的像面的像在沿光轴的比较近距离的第2范围成像。在本发明的又一方面，主体部相对于投影机可以装拆。由此，能够从投影机取出比较轻的主体部而进行中长距离投影。在本发明的又一方面，射出光学系统与投影単元配置为，使光轴相一致。由此，能够容易地进行用于得到预期的光学性能的光学系统的调整和/或光学要素的加工。尤其是，能够容易地进行主体部与投影単元的位置对齐。在本发明的又一方面，射出光学系统与投影单元构成使来自显示面的光从光轴移位而行进的移位光学系统。由此，能够避免以广角化镜所反射的光与光轴上的光学要素的干渉，使广角化的光朝向被照射面行进。本发明涉及的投影単元与包括光源、被来自光源的光所照射的显示面和射出来自显示面的光的射出光学系统的主体部组合地使用，使从射出光学系统所射出的来自显示面的光朝向被照射面而投影；具备像面控制光学系统和凹面的广角化镜，所述像面控制光学系统使从射出光学系统所射出的光成为形成相对于显示面倾斜的显示面的像面的光，所述凹面的广角化镜具有正放大率且对形成相对于显示面倾斜的显示面的像面的光进行反射而使之广角化。由此，可得到用于从通过以中长距离的投影进行的图像的显现转换为通过以超短距离的近距离投影进行的图像的显现的投影単元。在本发明的具体的方面，在上述投影単元中，具有变倍光学系统，该变倍光学系统关于形成相对于显示面倾斜的显示面的像面的像，使倍率变换。而且，本发明涉及的电子黑板包括上述的投影机和画面显示部，所述画面显示部具备被照射面，且可以进行向被照射面的其他信息的写入；投影机之中，包括射出光学系统的主体部可以装拆。
电子黑板通过来自组合有主体部与投影単元的投影机的近距离投影，使图像显示于画面显示部。通过采用用于近距离投影的构成，能够将进深方向的尺寸抑制得小。并且，因包括射出光学系统的主体部可以从电子黒板装拆，可以进行以主体部単体实现的中长距离投影，故能够确保高的通用性、便利性。电子黑板通过用于放大投影的投影机的应用，可以减轻重量、耗电、成本。由此，可得到重量轻、耗电省、成本低廉并可以抑制进深尺寸且便利性高的电子黑板。
图I是表示本发明的第I实施方式涉及的投影机的概略构成的图。图2是表示主体部的概略构成的图。图3(A)是关于通过主体部单体进行投影而进行说明的示意图，(B)是关于使投影単元组合于主体部的情况下的投影而进行说明的示意图。图4是表示投影単元的剖面构成与图像光的光线的图。图5是关于示于图4的各光学要素的功能而进行说明的示意图。图6是对当中长距离投影时的像高与光线距离的关系进行说明的图。图7是对近距离投影的情况进行说明的图。图8是关于近距离化与光线距离的变化而进行说明的图。图9(A)及(B)是对用于通过主透镜达到像面的縮小的方法进行说明的图。图10是关于第I实施方式的实施例I的光学系统而进行说明的图。图11是对通过示于图10的实施例I的光学系统进行的近距离投影进行说明的图。图12表示从主体部拆离投影单元的状态。图13表示从主体部拆离投影单元的状态。图14是关于第I实施方式的实施例I的光学系统的工作而进行说明的图。图15是关于第I实施方式的实施例2的光学系统而进行说明的图。图16是对通过示于图15的实施例2的光学系统进行的近距离投影进行说明的图。图17表示从主体部拆离投影单元的状态。
图18是对从主体部拆离投影単元的情况下的中远距离投影进行说明的图。图19是对近距离投影时的像面进行说明的图。图20是对从主体部拆离投影単元的假想状态进行说明的图。图21是本发明的第2实施方式涉及的电子黑板的正面侧立体图。图22是电子黑板的背面侧立体图。图23(A)是表示投影机固定部及其周边部分的图，(B)是表示从示于(A)的状态取下主体部的状态的图。图24是表示具备导向结构的投影机固定部的图。
图25是形成于画面显示部的菲涅耳透镜的剖面示意图。图26是第2实施方式的变形例涉及的电子黑板的正面侧立体图。符号的说明I投影机，2主体部，3投影単元，SC屏幕，10光源，11第I积分透镜，12第2积分透镜，13偏振变换元件，14重叠透镜，15第I分色镜，16、23、25反射镜，17R、17G、17B场透镜，18RU8GU8B 液晶显示面板，19十字分色棱镜，20投影透镜，21第2分色镜，22、24中继透镜，31第I透镜，32第2透镜，33广角化镜，34透镜支持部，35镜支持部，36基板，AX光轴，N法线，IMG、IMGa, IMGb像面，R缩小光学系统，T像面控制光学系统(像面倾斜光学系统)，50电子黑板，51投影机，52主体部，53投影単元，54画面显示部，55基座，56投影机固定部，60导向结构，61菲涅耳透镜，62棱镜结构体，70电子黑板
具体实施例方式在以下參照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。(第I实施方式)图I是表示本发明的第I实施方式涉及的投影机I的概略构成的图。投影机I具有主体部2及投影単元3。主体部2射出相应于图像信号的图像光。投影単元3使来自主体部2的图像光朝向屏幕SC的被照射面而投影。图2是表示主体部2的概略构成的图。光源10例如为超高压水银灯，射出包括R光、G光、B光的光。在此，光源10既可以是超高压水银灯以外的放电光源，也可以是如LED和/或激光器的固体光源。第I积分透镜11及第2积分透镜12具有排列成阵列状的多个透镜元件。第I积分透镜11将来自光源10的光束分割成多束。第I积分透镜11的各透镜元件使来自光源10的光束在第2积分透镜12的透镜元件附近聚光。第2积分透镜12的透镜元件及重叠透镜14使第I积分透镜11的透镜元件的像形成于液晶显示面板18R、18G、18B。通过如此的构成，来自光源10的光对液晶显示面板18R、18G、18B的预期的区域(图像显示面)整体以基本均匀的明亮度进行照明。偏振变换元件13使来自第2积分透镜12的光变换为预定的直线偏振光。重叠透镜14使第I积分透镜11的各透镜元件的像在液晶显示面板18R、18G、18B的照射面上重叠。第I分色镜15使从重叠透镜14入射的R光反射，使G光及B光透射。以第I分色镜15所反射的R光经由反射镜16及场透镜17R，向作为空间光调制装置的液晶显示面板18R进行入射。液晶显示面板18R相应于图像信号对R光进行调制。第2分色镜21使来自第I分色镜15的G光反射，使B光透射。以第2分色镜21所反射的G光经由场透镜17G，向作为空间光调制装置的液晶显示面板18G进行入射。液晶显示面板18G相应于图像信号对G光进行调制。透射第2分色镜21的B光经由中继透镜22、24、反射镜23、25及场透镜17B，向作为空间光调制装置的液晶显示面板18B进行入射。液晶显示面板18B相应于图像信号对B光进行调制。作为色合成光学系统的十字分色棱镜19将以各液晶显示面板18R、18G、18B所调制的光合成为图像光，使之向投影透镜20行迸。投影透镜20作为使图像光从主体部2射出的射出光学系统而起作用。还有，作为空间光调制装置，也可以采用反射型的液晶显示面板代替透射型的液晶显示面板18R、18G、18B。并且，作为空间光调制装置，也可以采用反射型的器件(例如，微镜器件等)。图3(A)是关于通过主体部2単体投影图像光的情况下的投影距离而进行说明的示意图。主体部2可以从投影机I装拆。从投影机I取下的単体的主体部2通过从投影透镜20所投影的图像光，在被照射面显现图像。该情况下，主体部2使投影透镜20朝向屏幕SC侧而设置。主体部2在距离A 距离B(A<B)之间，例如可以以相同的画面尺寸而对 焦。图3(B)是关于使投影単元3组合于主体部2而投影图像光的情况下的投影距离进行说明的示意图。投影机I使从投影透镜20所射出的图像光通过投影単元3而投影，在被照射面显现图像。该情况下，主体部2使投影透镜20朝向与屏幕SC相反侧的投影単元3，安装于投影机I。投影机I可以进行以比距离A短的距离C的投影。图4是对投影単元3的剖面构成和向投影単元3进行入射的前后的图像光的光线进行例示的图。投影単元3作为光学要素具备第I透镜31、第2透镜32及广角化镜33。第I透镜31及第2透镜32配置于对置于投影透镜20的位置。第I透镜31及第2透镜32例如能够为球面透镜等。第I透镜31及第2透镜32通过透镜支持部34，在基板36上被支持。广角化镜33设置于来自第I透镜31及第2透镜32的图像光进行入射的位置。广角化镜33为对图像光反射使之广角化的凹的非球面镜。广角化镜33通过镜支持部35，在基板36上被支持。第I透镜31及第2透镜32和广角化镜33介由共同的基板36而定位、固定。广角化镜33具备关于中心轴(光轴)基本旋转对称的形状，例如将研钵形状的一部分切掉的非球面形状。广角化镜33的对称轴或光轴与投影透镜20的光轴AX相一致。第I透镜31及第2透镜32的光轴也与投影透镜20的光轴AX相一致。如此地，投影透镜20、第I透镜31、第2透镜32及广角化镜33使光轴AX相一致而配置。投影透镜20、第I透镜31、第2透镜32及广角化镜33使相应于图像信号所调制的光朝向特定之侧移位而行迸。具体地，在像侧，使光向相对于光轴AX作为特定之侧的铅直下侧移位而行迸。假想性地形成于十字分色棱镜19的入射面的像面的中心法线(与在后进行说明的显示面DS的图像显示面区域的中心法线相同)相对于光轴AX平行，相对于光轴AX位于作为与特定之侧相反侧的铅直上侧。还有，当对投影透镜20及投影単元3进行说明时，所谓物体侧为液晶显示面板18G(18R、18B)侦彳，所谓像侧为像面IMG侧或屏幕SC侧。主体部2例如为与投影单元3完全地分体的结构，可以从投影机I装拆。并且，主体部2也可以在投影机I内移动，与投影单元3 —体地构成。例如在中长距离投影的情况下，也可以构成为，使主体部2移动到从投影透镜20所投影的图像光不被投影単元3遮挡的位置。在使主体部2与投影単元3成为一体构成的情况下，由于能够将投影机I的挪动之后的二者的位置调整进行省略等，可以使使用者的便利性提高。当然，也可以对主体部2进行固定，并且使投影単元3能够移动到从投影透镜20所投影的图像光不被投影単元3遮挡的位置。图5是概念性地表示构成投影机I的投影用光学系统的各光学要素的示意图。投影透镜20具备放大投影用的主透镜ML，可以单独进行如示于图3(A)的中长距离投影。投影単元3通过与投影透镜20相组合，相对于配置于投影透镜20的背后上方的未图示的屏幕SC可以进行超短距离的近距离投影。在此，投影単元3能够分成相当于折射光学系统30且配置于主透镜ML侧的调整用透镜LI和相当于广角化镜33且位于屏幕SC侧的非球面镜AM而考虑。在主透镜ML，附属可动机构26，当投影单元3的装拆时，能够对主透镜ML的光轴 AX方向的位置以手动或电动相対性地进行变更。投影単元3的前级的调整用透镜LI作为整体具有正放大率，具备配置于主透镜ML侧或光入射侧的负的放大率的第I透镜31和配置于光射出侧的正的放大率的第2透镜32。还有，调整用透镜LI作为使通过主透镜ML形成的像面具有倾斜的像面控制光学系统、即像面倾斜光学系统T而起作用，并作为使形成通过主透镜ML形成的像面的中间像缩小的縮小光学系统R而起作用。非球面镜AM具有使形成于折射光学系统30的光射出侧的中间像在未图示的屏幕SC上再次成像的作用。在以上，投影単元3是使作为整体具有比较小的正的放大率的调整用透镜LI与具有比较大的正的放大率的非球面镜AM相组合所得的単元，如开普勒型无焦系统地起作用， 使焦距缩短而使像的倍率放大。也就是说，投影単元3成为相对于主透镜ML或投影透镜20的前置变换器(该情况下，为广角化用的广角变换器)。在此，若欲仅以透镜构成作为前置变换器的投影単元3则抑制色差并不容易，例如在欲实现130度以上的广角化的情况下色差的产生变得显著。因此，以非球面镜AM构成投影単元3之中的放大率大的部分而抑制色差的产生。在采用如此的非球面镜AM的情况下，因为通过反射使光折返，所以必需避免光轴AX附近的光线的干渉。因此，使作为物体的显示面DS避开光轴AX，使主透镜ML、调整用透镜LI及非球面镜AM成为移位光学系统。还有，所谓显示面DS在示于图2的主体部2的液晶显示面板18R、18G、18B中对应于形成有相应于图像信号的图像的图像显示面。而且，在如以上的移位光学系统中，在构成投影単元3等的各光学元件中使用离开光轴AX的周边部的趋势增强，屏幕SC也远远离开光轴AX。因此，通过以非球面形成构成投影単元3等的I个以上的光学元件(具体地是非球面镜AM)，大大减小在远远离开光轴AX的位置的像差。图6是对以主透镜ML单独进行的中长距离投影时的像高与光线距离的关系进行说明的图。所谓像高为关于以光轴AX为基准的铅直方向的像的高度。在仅通过主透镜ML进行的一般性中长距离投影的情况下，像高为最小的部分的倍率为asO/ap与像高为最大的部分的倍率bsO/bp为相近的值，像面IMGO基本垂直于光轴AX (基本平行于显示面DS)。图7是对在主透镜ML追加有投影単元3的超短距离的近距离投影的情况进行说明的图。在超短距离的近距离投影的情况下，通过主透镜ML等，在调整用透镜LI与非球面镜AM之间的所设定的像面MGb上形成显示面DS的中间像II。用于使中间像II形成于如此的位置，虽然详情在后进行说明，但是首先使主透镜ML通过可动机构26沿光轴AX方向适当移动，成为移动到比原始的像面MGO靠近非球面镜AM的位置处的像面MGa。而且，通过对投影単元3进行配置，通过调整用透镜LI的作为像面倾斜光学系统T的功能，使仅通过主透镜ML形成的像面MGa相对于光轴AX的法线N成为倒置的状态，并通过调整用透镜LI的作为缩小光学系统R的功能，使仅通过主透镜ML形成的中间像II在相对于法线N倒置的状态下原封不动地进行缩小。結果，仅通过主透镜ML形成的像面頂GOUMGa变化为倾斜配置于非球面镜AM的像侧的像面MGb。还有，在能够仅通过主透镜ML的移动而在非球面镜AM的像侧的像面MGb上形成中间像II的情况下，不必使调整用透镜LI具有作为缩小光学系统R的功能。在以上，主透镜ML使用第I范围FLl单独进行中长距离投影。并且，主透镜ML在比第I范围FLl靠主透镜ML侧的第2范围FL2，用于超短距离的近距离投影，成为与调整用透镜LI共同作用而在像面IMGb形成中间像II的状态。 形成于非球面镜AM的正面的像面IMGb的中间像II通过非球面镜AM而在屏幕SC上放大地再次成像。此时,像高为最小的部分的倍率as/ap与像高为最大的部分的倍率bs/bp必需为相近的值。这是因为，用于消除屏幕SC上的像的失真，无关乎像高地使像的倍率相同，为此必需使中间像II的像面頂Gb相对于光轴AX的法线N较大地傾斜。如果改变看法，则非球面镜AM通过使图像光反射，起使像面IMGb相对于光轴AX垂直(平行于显示面DS)地正立或倒立的作用。由于通过非球面镜AM而使像面頂Gb平行于显示面DS地正立或倒立，能够在平行于显示面DS的屏幕SC的被照射面上使显示面DS的像适当地投影。非球面镜AM包括以以下的多项式h表示的非球面形状。在此，y为距离光轴AX的像的高度(像高)，c为作为非球面镜AM的形状的基准的球面的曲率，k为圆锥常数，A2、A4、A6、A8、A10、.分别为预定的校正项。(式I)h =-...._ニニ:::::::::::::zzr + A つ V +A^y + AgY + Agy' + Aj^y + —
I+ S1JI — (I + k)c^￥*"上述式的分数项是表示成为基准的非球面形状的项,在k = 0的情况下表示球面形状。校正项表示从成为其基准的非球面形状的偏离。即使成为基准的非球面形状通过校正项而受校正，上述式也表示关于中心轴旋转対称的非球面形状。还有，多项式h中的校正值项的个数为任意。在使图像光广角化的情况下，一般地，因为离光轴AX越远的周边部，越容易产生失真等的像差，所以尤其需要使周边部的像差大幅降低的设计。在本实施方式中，通过在表示非球面镜AM的形状的多项式h包括校正值项，相对于以c及k所确定的二次曲线，可以进行相应于离开光轴AX的高度y的形状的校正。因为在各校正值项乘以I的乘幂，所以y越大的部分越有效地校正。从而，即使通过包括非球面镜AM等的投影単元3而使主透镜ML短焦距化，也可以实现在周边部失真等的像差非常地少的高性能的光学系统。还有，表示非球面镜AM的形状的式，并不限于以本实施方式进行说明的式，也可以适当变形。而且，广角化镜33的形状也可以是表示为XY多项式的自由曲面。如示于图8地，若使屏幕SC与非球面镜AM进ー步靠近，则关于像高为最大的部分，光线的距离从bs变化为bs'。关于像高度高的部分，通过对表示非球面镜AM的形状的多项式进行调整而使光线的距离如此地变化，可以进行有效的校正。若进ー步靠近，则不仅像高度高的部分，而且关于像高度低的部分，也必需进行如使光线的距离从as变化为as'的校正。像高越低的部分，越难以通过上述的非球面镜AM的多项式进行校正。因此，在本实施方式中，关于像高度低的部分，并不依赖于通过非球面镜AM进行的像差校正，而是利用主透镜ML的光学特性而进行像差校正。图9(A)及9(B)是对使主透镜ML沿光轴AX方向移动的含义进行说明的图。图9(A)表示以反焦距为fa的中长距离投影的情况(第I模式)。第I模式是以主体部2即主透镜ML単体将图像显示于被照射面的模式，相当于通常显示状态。图9(B)表示以反焦距为fa' (fa < fa')的超短距离的近距离投影的情况(第2模式)。第2模式是使主体部2与投影単元3相组合而将图像显示于被照射面的模式，相当于微距显示状态。在第2模式(微距显示状态)中，通过图5的可动机构26，以如下方式使主透镜ML沿光轴AX方向移动到像侧相对于第I模式(通常显示状态)中的主透镜ML的通常的位 置，使反焦距变长。由此，像面接近并且缩小图像。也就是说，从主透镜ML远离的像面MGa通过主透镜ML移动为近的像面頂Gb，形成该像面頂Gb的像是使形成像面頂Ga的像缩小而成的像。由此，当与投影単元3相组合的近距离投影时，减轻通过投影単元3形成縮小倒置的中间像II的负担。结果，在将具备主透镜ML等的主体部2组合到具备非球面镜AM等的投影単元3的情况下，能够发挥高的光学性能。以上的主透镜ML能够为一般的放大投影透镜。而且，当使模式变换时，能够成为在主体部2内使主透镜ML仅在光轴AX方向移动的简易的工作，基本不使成本升高产生，能够实现简单且高精度的构成。还有，在第2模式中，如已经进行过说明地，通过主透镜ML形成的像面IMGa通过调整用透镜LI (像面倾斜光学系统T，縮小光学系统R)而相对于显示面DS或垂直于光轴AX的面倾斜并縮小，变换为适当地设定于非球面镜AM的正面的像面IMGb。如此地，来自形成倾斜且缩小的像面IMGb的缩小的中间像II的图像光通过以非球面镜AM反射，基本平行于显示面DS地正立或倒立，在相对于光轴AX基本垂直的屏幕SC上成像(參照图7)。以下，參照图5等，关于构成投影机I的投影単元3和/或投影透镜20的功能详细地进行说明。投影透镜20虽然是一般的放大投影透镜，但是关于像高度低的部分，通过使之具有校正像差的功能，能够使近距离投影时的像质提高。投影単元3即第I透镜31、第2透镜32及广角化镜33作为使像放大的前置变换器而起作用。还有，在本实施方式中，关于作为前置变换器而起作用的投影単元3，因为采用移位光学系统，所以当在屏幕SC上进行投影时焦点位置稍微偏离。对于因此而产生的各像差，可采取通过广角化镜33进行的校正和/或同时采用用于降低像差的透镜的措施。并且，构成折射光学系统30的第I透镜31及第2透镜32也可以采用非球面透镜代替球面透镜，使之具有校正像差的功能。通过使如此地具有像差校正功能的多个光学要素相组合，可以满足高性能的光学規格。尤其是，在构成折射光学系统30的透镜组内，通过采用非球面透镜和/或自由曲面透镜代替球面透镜，还可以减少透镜的片数和/或使透镜小型化。由此，可以降低成本和/或使镜架小型化。作为负的放大率的光学要素的第I透镜31和作为正的放大率的光学要素的第2透镜32在投影透镜20与广角化镜33之间，不仅作为使通过投影透镜20形成的像面MGa倾斜的像面倾斜光学系统T而起作用，还作为使像面IMGa縮小的縮小光学系统R而起作用。在此，以第I透镜31与第2透镜32所构成的縮小光学系统R作为关于形成相对于光轴AX的法线N倾斜的像面IMGa的像而使倍率变换的变倍光学系统而起作用。相当于非球面镜AM的广角化镜33以如下方式使图像光折返进行放大投影使通过像面倾斜光学系统T而倾斜且通过縮小光学系统R而缩小的像面IMGb (參照图7)变得基本平行于屏幕SC的被照射面。并且，广角化镜33尤其关于像高度高的部分，具有使像差校正的功能。广角化镜33通过形成为关于中心轴基本旋转对称的形状，能够容易地与其他构成(投影透镜20及折射光学系统30)实现光轴AX的相一致。并且，广角化镜33因为可以通过车床等进行加工，所以能够容易且高精度地进行制造。投影机I通过采用共轴光学系统，可以采用通常的共轴光学系统的设计方法。因而，能够实现使光学系统的设计エ时少且像差小的光学系统。 本实施方式因为采用沿光轴AX形成预定的间隔而对多个光学要素进行配置的构成，所以通过使光轴AX相一致能够容易地进行组装，也可以实现高的性能。尤其是，当主体部2的装拆时，要求主体部2的投影透镜20与投影单元3的各光学要素的高精度的位置对准。通过使光轴AX共同，能够容易地进行主体部2侧的光学要素与投影単元3侧的光学要素的位置调整。在共轴光学系统的情况下，从光轴AX朝向周边的光学性能的变化相比较于偏心光学系统中的光学性能的变化能够变得缓慢。因此，因为可以使配置精度具有某种程度的裕量，所以可以实现适于本发明的构成。通过以上，不会使图像的质量劣化地，可以通过一台投影机I实现超短距离的近距离投影与中长距离投影。通过一台投影机1，能够覆盖从超短距离到中长距离的宽广投影距离。(实施例I)图10是对使第2模式的投影透镜20及投影単元3相组合的近距离投影的具体性实施例I进行说明的图。在此，投影透镜20以透镜LOl LlO表示，投影単元3具有第I及第2透镜31、32和广角化镜33。其中，第I透镜31包括两个透镜31a、31b，第2透镜32包括两个透镜32a、32b。在以下的表1，表示实施例I的透镜数据等。在该表I中，“面编号”为从显示面DS侧按顺序附加于各透镜的面的编号。并且，“面类型”表示球面、非球面的类别和/或为反射面，“ R(Y曲率半径)”表示面的曲率半径，“ D(面间隔)”表示与下个面之间的透镜厚度或者空气空间。进而，“Nd”表示透镜材料的d线处的折射率，“ u d”表示透镜材料的色散。(表 I)
面编号面类型Y ft率半径面间隔Ndud
物体球无限^ 5.0764
I球无限25. 7500I. 516800 64.权利要求
1.ー种投影机，其特征在于，具备 主体部，其包括光源、以来自前述光源的光所照明的显示面和射出来自前述显示面的光的射出光学系统，和 投影単元，其使从前述射出光学系统所射出的来自前述显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学系统和凹面的广角化镜，所述像面控制光学系统使从前述射出光学系统所射出的前述光成为形成相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面的光，所述凹面的广角化镜具有正的放大率且对形成相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面的光进行反射而使之广角化。
2.根据权利要求I所述的投影机，其特征在于 前述投影単元具有变倍光学系统，该变倍光学系统关于形成相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面的像，使倍率变换。
3.根据权利要求2所述的投影机，其特征在于 前述变倍光学系统为缩小光学系统，其使形成相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面的像相対性地缩小。
4.根据权利要求I 3中任一项所述的投影机，其特征在于 前述投影単元使相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面在平行于前述显示面的前述被照射面上成像。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的投影机，其特征在于 前述射出光学系统能转换为通常显示状态和微距显示状态，所述通常显示状态使形成平行于前述显示面的前述显示面的像面的像在沿光轴的比较远距离的第I范围成像，所述微距显示状态使形成平行于前述显示面的前述显示面的像面的像在沿前述光轴的比较近距离的第2范围成像。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的投影机，其特征在于 前述主体部相对于前述投影机能装拆。
7.根据权利要求I 6中任一项所述的投影机，其特征在于 前述射出光学系统与前述投影単元配置为，使光轴相一致。
8.根据权利要求7所述的投影机，其特征在于 前述射出光学系统与前述投影单元构成使来自前述显示面的光从前述光轴移位而行进的移位光学系统。
9.ー种投影単元，其特征在干 与包括光源、被来自前述光源的光所照射的显示面和射出来自前述显示面的光的射出光学系统的主体部组合地使用，使从前述射出光学系统所射出的来自前述显示面的光朝向被照射面而投影； 具备像面控制光学系统和凹面的广角化镜， 所述像面控制光学系统使从前述射出光学系统所射出的前述光成为形成相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面的光， 所述凹面的广角化镜具有正放大率且对形成相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面的光进行反射而使之广角化。
10.根据权利要求9所述的投影単元，其特征在于 具有变倍光学系统，该变倍光学系统关于形成相对于前述显示面倾斜的前述显示面的像面的像，使倍率变换。
11.一种电子黒板，其特征在于，具备 权利要求I 8中任一项所述的投影机，和 画面显示部，其具备前述被照射面，且能进行向前述被照射面的其他信息的写入； 前述投影机之中的包括前述射出光学系统的前述主体部能装拆。
全文摘要
本发明涉及投影机、投影单元及电子黑板。提供用于实现通过以超短距离的近距离投影进行的图像的显现和通过以中长距离的投影进行的图像的显现的投影机及用于该投影机的投影单元。提供重量轻、耗电省、成本低廉、可以抑制进深尺寸且便利性高的电子黑板。具有主体部(2)和投影单元(3)，所述主体部(2)包括射出图像光的射出光学系统，所述投影单元(3)使从射出光学系统所射出的图像光朝向被照射面而投影；并且投影单元(3)具备变倍光学系统和凹面的广角化镜，所述变倍光学系统使通过图像光形成的像的倍率变换，所述凹面的广角化镜对来自变倍光学系统的图像光进行反射使之广角化；变倍光学系统关于形成相对于射出光学系统的光轴倾斜的像面的像，使倍率变换。
文档编号G03B21/10GK102736376SQ20121008853
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年4月1日
发明者守国荣时 申请人:精工爱普生株式会社