WO2019216017A1 - 画像表示装置、投射光学系、及び画像表示システム - Google Patents

画像表示装置、投射光学系、及び画像表示システム Download PDF

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reflecting surface
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純 西川
直子 枝光
辰志 梨子田
曜介 志水
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Definitions

  • This technology relates to an image display device such as a projector and a projection optical system.
  • a projector is widely known as a projection-type image display device that displays a projected image on a screen.
  • a super-wide-angle front projection projector that can display a large screen even when the projection space is small.
  • this projector it is possible to project a large screen in a limited space by driving the projector obliquely and at a wide angle.
  • an object of the present technology is to provide an image display device, a projection optical system, and an image display system that can cope with an ultra-wide angle and can realize high-quality image display.
  • an image display device includes a light source, an image generation unit, and a projection optical system.
  • the image generation unit generates image light by modulating light emitted from the light source.
  • the projection optical system has a lens system and a concave reflecting surface.
  • the lens system is configured with a reference axis as a reference at a position where the generated image light is incident, and has a positive refractive power as a whole.
  • the concave reflecting surface is configured with the reference axis as a reference, and reflects the image light emitted from the lens system toward a projection object.
  • the concave reflecting surface reflects at least a part of light rays included in the image light incident on the concave reflecting surface in a direction intersecting with the direction along the reference axis at an angle of 80 degrees or more.
  • the concave reflecting surface reflects at least a part of the light of the image light in a direction that intersects with a direction along the reference axis serving as a reference in constructing the projection optical system at an angle of 80 degrees or more. Is done. As a result, it is possible to cope with projection of an image on a curved screen, for example, and it is possible to realize high-quality image display.
  • the image light may include a plurality of pixel lights.
  • the concave reflecting surface may reflect at least one pixel light among the plurality of pixel lights in a direction intersecting with the direction along the reference axis at an angle of 80 degrees or more.
  • the angle at which the traveling direction of each light beam included in the image light reflected by the concave reflecting surface intersects the direction along the reference axis is ⁇ 1, and the light beam having the largest angle ⁇ 1. If the angle ⁇ 1 is ⁇ 1max, It may be configured to satisfy the relationship of 80 degrees ⁇ ⁇ 1max ⁇ 160 degrees.
  • the concave reflecting surface may be configured such that a rotational symmetry axis coincides with the reference axis.
  • the image display device calculates a derivative obtained by differentiating a function Z (h) representing the shape of the concave reflecting surface according to the light beam height with respect to the light beam height from the reference axis.
  • Z ′ (h) is a ray height corresponding to a reflection point farthest from the reference axis that reflects the image light
  • Z ′ (h) is an average value of Z ′ (h) from the reference axis to the ray height hmax. 'ave.
  • the reference axis may be an axis obtained by extending the optical axis of the lens closest to the image generation unit included in the lens system.
  • the lens system may be configured such that each optical axis of one or more optical components included in the lens system coincides with the reference axis.
  • the concave reflecting surface may be configured such that an optical axis of the concave reflecting surface coincides with the reference axis.
  • the concave reflecting surface may be a free curved surface having no rotational symmetry axis.
  • a projection optical system is a projection optical system that projects image light generated by modulating light emitted from a light source, and includes the lens system and the concave reflecting surface. .
  • An image display system includes a projection object and one or more image display devices.
  • Each of the one or more image display devices includes the light source, the image generation unit, and the projection optical system.
  • the image generation unit may include an image modulation element that emits the image light.
  • the image modulation element may have a plurality of pixels each emitting pixel light, and may emit the image light including a plurality of pixel lights emitted from the plurality of pixels.
  • the image display system is configured such that the optical path length of the pixel light emitted from the pixel closest to the reference axis of the image modulation element to the projection object is Lp1, and the pixel closest to the reference axis is the center of the image modulation element.
  • the light path length of the light beam having the shortest light path length to the projection object is Ln
  • the light path length of the light beam having the longest light path length is Lf. 0.005 ⁇ Ln / Lf ⁇ 0.5 It may be configured to satisfy the relationship.
  • the projected object may be a curved screen.
  • the one or more image display devices may be installed such that the concave reflection surface is disposed at a position corresponding to the shape of the curved screen.
  • the one or more image display devices may include a first image display device that projects a first image onto the curved screen, and a second image display device that projects a second image onto the curved screen.
  • the first image display device and the second image display device respectively display the first image and the second image so that the first image and the second image overlap each other. You may project.
  • the first image display device and the second image display device are configured to prevent the image lights constituting regions other than the region where the first image and the second image overlap with each other from crossing each other.
  • One image and the second image may be respectively projected.
  • the image generation unit may generate the image light constituting a rectangular image.
  • the first image display device and the second image display device are configured such that the first image and the second image are along a long side direction of the first image and the second image.
  • the first image and the second image may be projected so as to overlap each other.
  • the image generation unit may generate the image light constituting a rectangular image.
  • the first image display device and the second image display device are configured such that the first image and the second image are along a short side direction of the first image and the second image.
  • the first image and the second image may be projected so as to overlap each other.
  • the projection object may be a screen having a dome shape.
  • the one or more image display devices may include three or more image display devices.
  • a liquid crystal projector spatially modulates light emitted from a light source to form an optical image (image light) corresponding to a video signal.
  • a liquid crystal display element or the like which is an image modulation element is used.
  • a three-plate type liquid crystal projector provided with a panel-like liquid crystal display element (liquid crystal panel) corresponding to each of RGB is used.
  • the optical image is enlarged and projected by the projection optical system and displayed on the screen.
  • the projection optical system corresponds to an ultra-wide angle with a half angle of view around 70 °, for example.
  • the angle is not limited to this.
  • the liquid crystal projector that supports ultra-wide angle can display a large screen even in a small projection space. That is, even when the distance between the liquid crystal projector and the screen is short, enlarged projection is possible. Thereby, the following advantages are exhibited.
  • the liquid crystal projector can be disposed close to the screen, it is possible to sufficiently suppress the possibility that light from the liquid crystal projector directly enters the human eye, and high safety is exhibited. Since the shadow of a person or the like is not reflected on the screen (screen), an efficient presentation is possible.
  • the degree of freedom in selecting the installation location is high, and it can be easily installed in a narrow installation space or a ceiling with many obstacles. By installing on the wall and using it, maintenance such as cable routing is easier than when installing on the ceiling. For example, it is possible to increase the degree of freedom in setting a meeting space, a classroom, a conference room, and the like.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining another advantage of an ultra-wide-angle compatible liquid crystal projector. As shown in FIG. 1, an enlarged image 2 can be projected on the same table by installing a super wide-angle liquid crystal projector 1 on the table. Such usage is also possible, and space can be used efficiently.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a projection-type image display device.
  • the image display device 20 includes a light source 5, an illumination optical system 10, and a projection optical system 15.
  • the light source 5 is disposed so as to emit a light beam to the illumination optical system 10.
  • a high pressure mercury lamp or the like is used as the light source 5.
  • a solid light source such as an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode) may be used.
  • the illumination optical system 10 uniformly irradiates the light beam emitted from the light source 5 onto the surface of the image modulation element (liquid crystal panel P) serving as the primary image surface.
  • the light beam from the light source 5 passes through the two fly-eye lenses FL, the polarization conversion element PS, and the condenser lens L in order, and is converted into a uniform light beam with uniform polarization.
  • the light flux that has passed through the condenser lens L is separated into RGB color component lights by a dichroic mirror DM that reflects only light in a specific wavelength band.
  • a dichroic mirror DM that reflects only light in a specific wavelength band.
  • Each color component light of RGB is incident on a liquid crystal panel P (image modulation element) provided corresponding to each color of RGB via a total reflection mirror M, a lens L, and the like. Then, each liquid crystal panel P performs light modulation according to the video signal.
  • the light-modulated color component lights are combined by the dichroic prism PP to generate image light.
  • the generated image light is emitted toward the projection optical system 15.
  • the optical components constituting the illumination optical system 10 are not limited, and optical components different from the optical components described above may be used.
  • a transmissive liquid crystal panel P a reflective liquid crystal panel, a digital micromirror device (DMD), or the like may be used as the image modulation element.
  • a dichroic prism PP instead of the dichroic prism PP, a polarization beam splitter (PBS), a color synthesis prism that synthesizes RGB video signals, a TIR (Total Internal Reflection) prism, or the like may be used.
  • the illumination optical system 10 corresponds to an image generation unit.
  • the projection optical system 15 adjusts the image light emitted from the illumination optical system 10 and performs an enlarged projection on a screen serving as a secondary image plane. That is, the projection optical system 15 adjusts the image information of the primary image plane (liquid crystal panel P) and enlarges and projects it on the secondary image plane (screen).
  • FIG. 3 and 4 are schematic diagrams illustrating a configuration example of the image display system according to the first embodiment of the present technology.
  • FIG. 3 is a view of the image display system 100 as viewed from above.
  • FIG. 4 is a diagram of the image display system 100 as viewed obliquely from above the right front side.
  • the image display system 100 includes a curved screen 30 and two image display devices 20.
  • the curved screen 30 includes both a screen whose overall shape is a curved surface and a screen whose at least a part is a curved shape.
  • a curved screen 30 having a substantially arc shape when used from above is used.
  • the curved screen 30 is erected along the vertical direction and installed so as to extend in the horizontal direction.
  • the left and right end portions 31a and 31b of the curved screen 30 are bent forward and disposed at substantially equal positions in the front-rear direction.
  • a substantially central portion in the left-right direction of the curved screen 30 is located on the most rear side and corresponds to a vertex of a substantially arc shape as viewed from above.
  • the shape of the curved screen 30 may be expressed as a shape that is substantially equal to a part of the inner surface of the column that is erected along the vertical direction. Further, the curved screen 30 may be configured by connecting minute planar regions while changing the angle thereof.
  • the specific configuration such as the material, size, and radius of curvature of the curved screen 30 is not limited and may be arbitrarily designed. Further, the curved screen 30 may be realized by adhering a flexible screen member to the inner surface of the base portion having an arc shape when viewed from above. In the present embodiment, the curved screen 30 corresponds to a projection object.
  • the two image display devices 20 include a first image display device 20a and a second image display device 20b.
  • the first image display device 20a is installed at a substantially central portion in the vertical direction of the left end portion 31a of the curved screen 30 so that an image can be projected rearward.
  • the first image display device 20a projects an image 21a (hereinafter referred to as a first image) 21a onto the left region of the curved screen 30 bent in a substantially arc shape.
  • the second image display device 20b is installed at a substantially central portion of the right end portion 31b of the curved screen 30 in the vertical direction so that an image can be projected rearward.
  • the second image display device 20b projects an image (hereinafter, referred to as a second image) 21b onto a region on the right side of the curved screen 30 bent in a substantially arc shape.
  • the holding mechanism (not shown) that holds the first and second image display devices 20a and 20b may be arbitrarily designed.
  • the first and second image display devices 20a and 20b are arranged so that the first and second images 21a and 21b are overlapped so that the first and second images 21a and 21b overlap each other. 21b is projected.
  • the image modulation elements (liquid crystal panel P) provided in the first and second image display devices 20a and 20b have a rectangular shape having a long side direction and a short side direction.
  • the liquid crystal panel P generates image light that forms a rectangular image.
  • the first and second images 21a and 21b are respectively projected as equal rectangular images. Then, the first and second images 21a and 21b are respectively projected along the long side direction (left and right direction) of the first and second images 21a and 21b so as to overlap each other. Accordingly, an overlapping region 22 in which the first and second images 21 a and 21 b overlap each other is generated at a substantially central portion of the curved screen 30.
  • the stitching process is executed in the overlapping region 22 where the first and second images 21a and 21b overlap.
  • the first and second images 21a and 21b are connected and synthesized as one image.
  • one large image is displayed in a substantially entire area along the left-right direction of the curved screen 30.
  • a specific algorithm or the like of the stitching process is not limited, and any stitching technique may be used.
  • FIG. 3 the first image light 23a constituting the first image 21a projected from the first image display device 20a and the pixel lights Ca1, Ca2, and Ca3 included in the first image light 23a are schematically illustrated. Is shown in FIG.
  • the first image light 23b constituting the second image 21b projected from the second image display device 20b and the pixel lights Cb1, Cb2, and Cb3 included in the second image light 23b are schematically shown. It is shown schematically.
  • the pixel light is light for constituting each of a plurality of pixels included in the projected image.
  • light emitted from each of a plurality of pixels included in an image modulation element (liquid crystal panel P) that generates and emits image light is pixel light. Therefore, the image light includes a plurality of pixel lights.
  • the pixel light Ca1 shown in FIG. 3 is pixel light for constituting the left end pixel of the first image 21a. Accordingly, the pixel light Ca1 corresponds to a light beam at the left end of the first image light 23a.
  • the pixel light Ca2 is pixel light for constituting the pixel at the right end of the first image 21a. Accordingly, the pixel light Ca2 corresponds to the light beam at the right end of the first image light 23a.
  • the pixel light Ca3 is pixel light for constituting the pixel at the left end of the overlapping region 22 where the first and second images 21a and 21b overlap. Accordingly, among the light rays included in the first image light 23 a, the light rays from the pixel lights Ca ⁇ b> 3 to Ca ⁇ b> 2 become image light constituting the overlapping region 22. On the other hand, among the light rays included in the first image light 23 a, the light rays from the pixel lights Ca ⁇ b> 1 to Ca ⁇ b> 3 become image light constituting an area other than the overlapping area 22.
  • the pixel light Cb1 shown in FIG. 3 is pixel light for constituting the pixel at the right end of the second image 21b. Accordingly, the pixel light Cb1 corresponds to a light beam at the right end of the second image light 23b.
  • the pixel light Cb2 is pixel light for constituting the pixel at the left end of the second image 21b. Accordingly, the pixel light Cb2 corresponds to the light beam at the left end of the first image light 23a.
  • the pixel light Ca3 is pixel light for constituting the pixel at the right end of the overlapping region 22. Accordingly, among the light rays included in the second image light 23b, the light rays from the pixel lights Cb3 to Cb2 become image light constituting the overlapping region 22. On the other hand, among the light rays included in the second image light 23b, the light rays from the pixel lights Cb1 to Cb3 become image light constituting an area other than the overlapping area 22.
  • the first and second image display devices 20a and 20b are images that constitute an area other than the overlapping area 22 where the first and second images 21a and 21b overlap each other.
  • the first and second images 21a and 21b are projected so that the light does not cross each other.
  • the user 3 views the first and second images 21a and 21b synthesized into one sheet from the inner area (for example, a position close to the overlapping area 22) of the curved screen 30 bent into an arc shape. It becomes possible. As a result, it is possible to realize a sense of immersion in very high content, and to provide the user 3 with an excellent visual effect.
  • the direction in which the first and second images 21a and 21b overlap is not limited.
  • the first and second images 21a and 21b may be projected so as to overlap each other along the short side direction of the first and second images 21a and 21b.
  • the first and second images 21a and 21b may be projected so as to overlap each other along the short side direction of the first and second images 21a and 21b.
  • rectangular first and second images 21a and 21b having a short side direction in the left-right direction are projected.
  • the 1st and 2nd images 21a and 21b are projected so that the 1st and 2nd images 21a and 21b may overlap along the short side direction of the 1st and 2nd images 21a and 21b. Good.
  • the image when image light constituting a rectangular image is projected, the image may be displayed in a shape different from the rectangular shape.
  • directions corresponding to the long side direction and the short side direction of the liquid crystal panel P can be defined as the long side direction and the short side direction of the image.
  • a plurality of images can be overlapped along the long side direction or the short side direction.
  • the long side direction and the short side direction of the liquid crystal panel P may be expressed as the long side direction and the short side direction of the image light.
  • first and second image display devices 20a and 20b and the curved screen 30 Detailed configuration examples of the first and second image display devices 20a and 20b and the curved screen 30 will be described.
  • image display devices having substantially the same configuration are used as the first and second image display devices 20a and 20b.
  • the projection optical system 15 and the curved screen 30 of the first and second image display devices 20a and 20b will be described.
  • FIG. 5 and 6 are optical path diagrams showing a schematic configuration example of the projection optical system 15 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 one projection optical system 15 and a portion on which the image of the curved screen S is projected are shown.
  • the image display system 100 having the curved screen 30 and the first and second image display devices 20a and 20b shown in FIG. 3 and FIG. It is possible to realize.
  • the liquid crystal panel P and the dichroic prism PP of the illumination optical system 10 are schematically shown.
  • the emission direction of the image light emitted from the dichroic prism PP to the projection optical system 15 is defined as the Z direction.
  • the horizontal direction of the primary image plane (liquid crystal panel P) is the X direction
  • the vertical direction is the Y direction.
  • the X and Y directions are directions corresponding to the horizontal direction and the vertical direction of an image constituted by image light.
  • the projection optical system 15 includes a first optical system L1 and a second optical system L2.
  • the first optical system L1 is configured at a position where the image light generated by the illumination optical system 10 is incident, and has a positive refractive power as a whole.
  • the first optical system L1 is configured with a reference axis extending in the Z direction (hereinafter, this reference axis is referred to as an optical axis O) as a reference.
  • the first optical system L1 is substantially the same as the optical axis O in which the optical axes of one or more optical components included in the first optical system L1 are reference axes. Configured to match.
  • the optical axis of the optical component is typically an axis passing through the center of the optical surface such as a lens surface or a reflecting surface of the optical component.
  • the rotationally symmetric axis corresponds to the optical axis.
  • the optical axis O is an axis obtained by extending the optical axis (rotational symmetry axis) of the lens L11 closest to the illumination optical system 10 included in the first optical system L1. That is, another optical component is disposed on an axis obtained by extending the optical axis of the lens L11.
  • the image light is emitted along the optical axis O from a position offset from the optical axis O in the vertical direction (Y direction).
  • the first optical system L1 corresponds to a lens system.
  • the direction along the optical axis O can also be referred to as the optical path traveling direction of the first optical system L1.
  • the first optical system L1 has a first reflecting surface Mr1 and a second reflecting surface Mr2.
  • the first and second reflecting surfaces Mr1 and Mr2 are concave reflecting surfaces.
  • the first reflecting surface Mr1 is a rotationally symmetric spherical surface configured so that the rotationally symmetric axis coincides with the optical axis O.
  • the second reflecting surface Mr2 is a rotationally symmetric aspherical surface configured such that the rotationally symmetric axis coincides with the optical axis O, and is configured by only a portion that can reflect an effective region that is an area on which image light is incident. Yes. That is, the entire rotationally symmetric aspherical surface is not disposed, but only the necessary portions of the rotationally symmetric aspherical surface are disposed. This makes it possible to reduce the size of the apparatus.
  • the second optical system L2 includes a concave reflecting surface Mr3.
  • the concave reflecting surface Mr3 is configured with the optical axis O as a reference axis as a reference, and reflects the image light emitted from the first optical system L1 toward the curved screen S (curved screen 30).
  • the concave reflecting surface Mr3 is a rotationally symmetric aspherical surface configured such that the rotationally symmetric axis (optical axis) coincides with the optical axis O, and is configured only by a portion that can reflect an effective region that is an area on which image light is incident.
  • the entire rotationally symmetric aspherical surface is not disposed, but only the necessary portions of the rotationally symmetric aspherical surface are disposed. This makes it possible to reduce the size of the apparatus.
  • the first optical system L1 and the second optical system L2 are configured on a common optical axis O. That is, the first and second optical systems L1 and L1 are arranged such that the axes obtained by extending the optical axis (rotation symmetry axis) of the lens L11 closest to the illumination optical system 10 substantially coincide with the respective optical axes (rotation symmetry axis). L2 is configured. As a result, the size in the Y direction can be reduced, and the apparatus can be miniaturized.
  • FIG. 5 the optical paths of four pixel lights C1, C2, C3, and C4 of the image light emitted from the dichroic prism PP to the projection optical system 15 are illustrated.
  • FIG. 6 the optical paths of the three pixel lights C1, C2, and C3 are shown.
  • the pixel light C1 corresponds to pixel light emitted from the central pixel of the liquid crystal panel P.
  • the pixel light C2 corresponds to pixel light emitted from the pixel closest to the optical axis O at the center of the liquid crystal panel P. This corresponds to pixel light emitted from a pixel farthest from the optical axis O at the center of the liquid crystal panel P.
  • the pixel light C4 corresponds to pixel light emitted from the upper rightmost pixel of the liquid crystal panel P.
  • the pixel light C2 corresponds to pixel light emitted from the pixel closest to the optical axis O of the liquid crystal panel P.
  • the pixel light C3 corresponds to pixel light that is located on a straight line connecting a pixel closest to the optical axis O and a central pixel of the liquid crystal panel P and emitted from a pixel farthest from the optical axis O.
  • Image light emitted to the projection optical system 15 along the optical axis O from a position offset in the vertical direction from the optical axis O travels across the optical axis O and enters the first reflecting surface Mr1.
  • the image light incident on the first reflecting surface Mr1 is turned back by the first reflecting surface Mr1, travels again across the optical axis O, and enters the second reflecting surface Mr2.
  • the image light incident on the second reflecting surface Mr2 is folded by the second reflecting surface Mr2 and emitted from the first optical system L1.
  • the image light is emitted toward the concave reflecting surface Mr3 so as to intersect the optical axis O again.
  • the image light emitted from the first optical system L1 is reflected by the concave reflecting surface Mr3, which is the second optical system L2, crosses the optical axis O again, and is projected toward the curved screen S.
  • the optical path of the image light is configured to intersect the optical axis O.
  • the optical path of the image light to the concave reflecting surface Mr3 can be configured in the vicinity of the optical axis O.
  • the size of the device in the Y direction can be reduced, and the size of the device can be reduced.
  • the image light is folded back and reflected by each of the first and second reflecting surfaces Mr1 and Mr2. This makes it possible to ensure a sufficient optical path length for image light. As a result, the size of the device in the X direction can be reduced, and the size of the device can be reduced.
  • At least a part of the light rays included in the image light incident on the concave reflecting surface Mr ⁇ b> 3 is along the optical axis O that is the reference axis by the concave reflecting surface Mr ⁇ b> 3. Reflected in a direction that intersects the direction at an angle of 80 degrees or more.
  • the intersecting angle between the traveling direction of the light beam included in the image light reflected by the concave reflecting surface Mr3 and the direction along the optical axis O is defined as follows. First, an intersection between a straight line extending along the optical axis O and a straight line extending along the traveling direction of the light beam reflected by the concave reflecting surface Mr3 is calculated. A straight line extending from the intersection toward the liquid crystal panel P is rotated to the light traveling direction side with respect to the intersection. At that time, the light beam included in the image light reflected by the concave reflecting surface Mr3 has a rotation angle until the straight line extending from the intersection toward the liquid crystal panel P coincides with the straight line extending in the traveling direction of the light beam. Is defined as the angle of intersection between the traveling direction of the lens and the direction along the optical axis O.
  • the concave reflecting surface Mr3 is designed so that the intersection angle defined above of at least some of the light rays included in the image light reflected by the concave reflecting surface Mr3 is 80 degrees or more.
  • the pixel light C4 included in the image light is reflected in a direction that intersects the direction along the optical axis O at an angle of 80 degrees or more.
  • the intersection angle between the traveling direction of the pixel light C4 reflected by the concave reflecting surface Mr3 and the direction along the optical axis O is an angle R1. This angle R1 is 87.4 degrees.
  • this angle R1 is the maximum crossing angle. That is, the pixel light C4 is a light beam having the largest intersection angle. Other light rays are reflected in a direction intersecting the direction along the optical axis O at an angle smaller than the angle R1 (87.4 degrees).
  • pixel light is taken as an example of light rays included in image light.
  • the present invention is not limited to this, and it is only necessary that at least a part of light rays such as a part of light rays included in the pixel light is reflected in a direction intersecting with the direction along the optical axis O at an angle of 80 degrees or more.
  • the image display device 20 including the projection optical system 15 illustrated in FIGS. 5 and 6 is installed so that the concave reflection surface Mr3 is disposed at a position corresponding to the shape of the curved screen S.
  • the concave reflecting surface Mr3 By designing the concave reflecting surface Mr3 so that the crossing angle becomes large, it is possible to realize high-quality image display corresponding to the curved screen S. This point will be described in detail later.
  • the present inventor found four conditions (1) to (4) related to image display corresponding to a curved screen. These conditions will be described with reference to FIGS.
  • An angle at which the traveling direction of each light beam included in the image light reflected by the concave reflecting surface Mr3 intersects with the direction along the optical axis O which is the reference axis is defined as ⁇ 1.
  • the angle ⁇ 1 corresponds to the intersection angle defined above.
  • the angle ⁇ 1 of the light beam with the largest angle ⁇ 1 is defined as ⁇ 1max.
  • the crossing angle of the pixel light C4 is ⁇ 1max.
  • the projection optical system 15 is configured to satisfy the following relationship. (1) 80 degrees ⁇ ⁇ 1max ⁇ 160 degrees
  • This conditional expression (1) regulates an appropriate reflection angle of the light beam included in the image light.
  • ⁇ 1max is less than the lower limit specified in the conditional expression (1), the light beam is not reflected at a large angle, and it becomes difficult to correspond to the curved screen S.
  • ⁇ 1max exceeds the upper limit defined in the conditional expression (1), there is a high possibility that the light beam interferes with the concave reflecting surface Mr3 itself. That is, after being reflected by the concave reflecting surface Mr3, there is a high possibility that the light will enter the other portion of the concave reflecting surface Mr3 again.
  • intersection angle of the pixel light C4 is 87.4 degrees, which satisfies the condition 1.
  • the concave reflecting surface Mr3 is configured such that the rotational symmetry axis coincides with the optical axis O that is the reference axis.
  • h be the height of light from the optical axis O of the light incident on the concave reflecting surface Mr3.
  • hmax be the ray height corresponding to the reflection point farthest from the optical axis O that reflects the image light.
  • the average value of Z ′ (h) from the optical axis O to the beam height hmax is calculated as Z′ave.
  • the projection optical system 15 is configured to satisfy the following relationship: (2) 1 ⁇
  • This conditional expression (2) regulates an appropriate reflection angle of the light beam included in the image light.
  • the optical path length of the pixel light emitted from the pixel closest to the optical axis O of the liquid crystal panel P to the curved screen S is Lp1, and is located on a straight line connecting the pixel closest to the optical axis O and the central pixel of the liquid crystal panel P.
  • the optical path length of the pixel light emitted from the pixel farthest from the optical axis O to the curved screen S is Lp2.
  • the optical path length of the pixel light C2 is Lp1
  • the optical path length of the pixel light C3 is Lp2.
  • the projection optical system 15 and the curved screen S are configured so as to satisfy the following relationship. (3) 0.005 ⁇ Lp1 / Lp2 ⁇ 0.5
  • This conditional expression (3) corresponds to the conditional expression for defining the movable area of the user 3 illustrated in FIG.
  • Lp1 / Lp2 is less than the lower limit prescribed in the conditional expression (3), even when the user 3 stands near the screen S, generation of shadows can be suppressed, and the movable area of the user 3 can be increased. Can take. On the other hand, there is a high possibility that the optical performance will be reduced because the optical path length difference becomes too large.
  • Lp1 / Lp2 exceeds the upper limit defined in the conditional expression (3), if the user 3 does not move away from the screen S, the light beam interferes with the user 3 and a shadow of the user 3 is generated. Further, it is necessary to move the projection optical system 15 away from the curved screen S, and the entire apparatus becomes large.
  • the light path length of the light beam having the shortest light path length to the curved screen S is Ln
  • the light path length of the light beam having the longest light path length is Lf
  • the optical path length of the pixel light C2 is Ln
  • the optical path length of the pixel light C3 is Lf.
  • the projection optical system 15 and the curved screen S are configured so as to satisfy the following relationship. (4) 0.005 ⁇ Ln / Lf ⁇ 0.5
  • This conditional expression (4) corresponds to the conditional expression for defining the movable area of the user 3 illustrated in FIG. 3 as in the case of the conditional expression (3). That is, when Ln / Lf is less than the lower limit specified in the conditional expression (4), the shadow can be prevented from being generated even when the user 3 stands near the screen S. It can be taken big. On the other hand, there is a high possibility that the optical performance will be reduced because the optical path length difference becomes too large. When Ln / Lf exceeds the upper limit defined in the conditional expression (4), if the user 3 does not move away from the screen S, the light beam interferes with the user 3 and a shadow of the user 3 is generated. Further, it is necessary to move the projection optical system 15 away from the curved screen S, and the entire apparatus becomes large.
  • each of the conditional expressions (1) to (4) are not limited to the above values.
  • each value can be appropriately changed according to the configuration of the illumination optical system 10, the projection optical system 15, the curved screen S, and the like.
  • arbitrary values included in the above-described range may be selected as the lower limit value and the upper limit value and set as the optimum range again.
  • conditional expression (1) can be set in the following range. 85 degrees ⁇ ⁇ 1max ⁇ 160 degrees 80 degrees ⁇ ⁇ 1max ⁇ 140 degrees 85 degrees ⁇ ⁇ 1max ⁇ 140 degrees
  • conditional expression (2) can be set within the following range. 1 ⁇
  • the projection optical system 15 configured as described above will be briefly described with specific numerical examples.
  • FIG. 7 is a table showing an example of parameters relating to image projection.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the parameters shown in FIG.
  • the numerical aperture NA on the primary image plane side of the projection optical system 15 is 0.127.
  • the horizontal and vertical lengths (H ⁇ VSp) of the image modulation element (liquid crystal panel P) are 8.2 mm and 4.6 mm.
  • the center position (Chp) of the image modulation element is a position 3.7 mm above the optical axis O.
  • the image circle (imc) on the primary image plane side is ⁇ 14.6 mm.
  • the light emitted from the central pixel of the liquid crystal panel P shown in FIG. 8 corresponds to the pixel light C1 shown in FIG.
  • the light emitted from the pixel closest to the optical axis O at the center of the liquid crystal panel P corresponds to the pixel light C2 (the same reference numeral is given).
  • the light emitted from the pixel farthest from the optical axis O at the center of the liquid crystal panel P corresponds to the pixel light C3 (the same reference numeral is given).
  • the light emitted from the pixel at the upper right end of the liquid crystal panel P corresponds to the pixel light C4 shown in FIG.
  • the pixel light C4 emitted from this pixel is reflected by the concave reflecting surface Mr3 in a direction intersecting with the direction along the optical axis O at an angle of 80 degrees or more.
  • FIG. 9 shows lens data of the image display device and curved screen data.
  • FIG. 9 shows data on 1 to 24 optical components (lens surfaces) arranged from the primary image plane (P) side to the secondary image plane (S) side and the curved screen S. Yes.
  • the radius of curvature (mm) As data of each optical component (lens surface), the radius of curvature (mm), the core thickness d (mm), the refractive index nd at the d line (587.56 nm), and the Abbe number ⁇ d at the d line are described.
  • the radius of curvature (mm) is described.
  • optical component having an aspherical surface complies with the following formula.
  • FIG. 10 is a table showing an example of an aspherical coefficient of an optical component included in the projection optical system.
  • FIG. 10 shows aspheric coefficients for the aspherical optical components 12, 13, 15, and 24 to which an asterisk (*) is added in FIG. 9.
  • the aspheric coefficient in the example corresponds to the above equation (Equation 1).
  • the expression (Equation 1) corresponds to a function Z (h) representing the shape of the concave reflecting surface Mr3 according to the light beam height.
  • the sag amount Z when the light beam height h shown in FIG. 5 is input to the equation (Equation 1) is used as a parameter representing the shape of the concave reflecting surface Mr3 corresponding to the light beam height.
  • the “sag amount” is the distance in the optical axis direction between the plane and a point on the lens surface when a plane that passes through the surface vertex and is perpendicular to the optical axis is set up.
  • FIG. 10 shows the eccentric component of the curved screen S in the XYZ directions and the rotational components around the XYZ axes.
  • XDE, YDE, and ZDE illustrated in FIG. 10 indicate an X direction component (unit: mm), a Y direction component (unit: mm), and a Z direction component (unit: mm) of surface eccentricity.
  • ADE, BDE, and CDE are the ⁇ x direction component (rotation component around the X axis; unit: degree), ⁇ y direction component (rotation component around the Y axis; unit: degree), and ⁇ z direction component (Z) of the surface rotation. Rotational component around the axis; unit: degree).
  • FIG. 11 is a table showing Z (h) and Z ′ (h) at the light beam height h.
  • the sag amount that is Z (h) is described as “shape” (unit: mm).
  • the slope of the tangent line that is Z ′ (h) is described as “thita”.
  • the displacement amount of the tangential slope according to the displacement of the light beam height h is described as “ ⁇ ”. The calculation is performed after normalizing the light beam height h, assuming that the light beam height of the optical axis O is 0 and the light beam height hmax is 1.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the light beam height h and “thita”.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the ray height h and “ ⁇ ”. It can be seen that the slope of the tangent line changes greatly from 0.9 to 1.00 at the height of the ray far from the optical axis O. This means that the curvature increases from the light beam height of 0.9 to 1.00. As a result, the crossing angle ⁇ 1 can be increased.
  • FIG. 14 is a table showing numerical values of parameters used in the conditional expressions (2) to (4) described above in the present embodiment.
  • the concave reflection surface Mr3 allows at least a part of the light rays of the image light to be in the direction along the optical axis O which is a reference in configuring the projection optical system 15 and 80. Reflected in a direction intersecting at an angle of more than degrees. Thereby, for example, it is possible to cope with projection of an image onto the curved screen S or the like, and it is possible to realize high-quality image display.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the projection of an image onto a curved screen by an image display device given as a comparative example.
  • the image display device 90 is an ultra-wide-angle projector, and the configuration of the concave reflection surface that reflects image light to the curved screen is different from that of the image display device 20 according to the present embodiment.
  • the concave reflecting surface reflects all the light rays included in the image light in a direction intersecting with the optical axis serving as a reference in constituting the projection optical system at an angle of less than 80 degrees.
  • the image 91 displayed on the flat screen S ′ and the image 92 displayed on the curved screen S have different shapes.
  • the image 92 displayed on the curved screen S is a very distorted image.
  • the image display device 90 in order to display the image 92 over a wide range of the curved screen S, the image display device 90 must be installed at a position away from the curved screen S. As a result, the presence of the image display device 90 becomes conspicuous for the user who views the image 92, and the feeling of immersion in the content is impaired. In addition, since the area where the shadow of the user appears is large, the area where the user can move is small. As a result, it becomes difficult to provide an excellent viewing environment.
  • the range that can be reflected by the concave reflecting surface Mr3 is widely designed to be 80 degrees or more with respect to the reference optical axis O. As a result, it is possible to suppress distortion of the image optically displayed on the surface screen S. As a result, the electrical correction amount for the image signal can be sufficiently suppressed. As a result, it is possible to display an image with high image quality.
  • the image display device according to the present technology is obtained. It can also be easily realized.
  • 16 to 18 are optical path diagrams showing a schematic configuration example of the projection optical system 215 according to the present embodiment. 17 and 18, the configuration of the curved screen S is different from each other.
  • the configuration example illustrated in FIG. 17 may be referred to as Example 2-1
  • the configuration example illustrated in FIG. 18 may be referred to as Example 2-2.
  • the concave reflecting surface Mr3 causes at least a part of the light rays included in the image light incident on the concave reflecting surface Mr3 to be 80 degrees or more in the direction along the optical axis O that is the reference axis. Reflected in the direction of crossing at an angle of.
  • the pixel light C4 included in the image light is reflected in a direction intersecting with the direction along the optical axis O at an angle of 80 degrees or more.
  • the crossing angle R1 between the traveling direction of the pixel light C4 reflected by the concave reflecting surface Mr3 and the direction along the optical axis O is 128.2 degrees. It can also be seen that this angle R1 is the maximum crossing angle and satisfies the conditional expression (1).
  • the pixel light C3 is also reflected in a direction that intersects the direction along the optical axis O at an angle of 80 degrees or more.
  • the intersection angle of the pixel light C3 is 122.5 degrees.
  • FIG. 19 is a table showing an example of parameters relating to image projection.
  • FIG. 20 shows lens data of the image display device and curved screen data.
  • FIG. 21 is a table showing an example of an aspheric coefficient of an optical component included in the projection optical system.
  • FIG. 21 shows the eccentric components in the XYZ directions and the rotational components around the XYZ axes of the curved screen of Example 2-1 and the curved screen of Example 2-2.
  • FIG. 22 is a table showing Z (h) and Z ′ (h) at the light beam height h.
  • FIG. 23 is a graph showing the relationship between the ray height h and “thita”.
  • FIG. 24 is a graph showing the relationship between the ray height h and “ ⁇ ”.
  • FIG. 25 is a table showing numerical values of parameters used in the above conditional expressions (2) to (4) in the present embodiment.
  • the concave reflection surface Mr3 according to the first and second embodiments has a larger curvature from the light ray height of 0.9 to 1.00. Focusing on this, one feature of the concave reflecting surface Mr3 according to the present technology can be defined by the following conditional expression.
  • the projection optical system is configured so as to satisfy the following relationship: 1 ⁇
  • These expressions are conditional expressions derived based on the feature that the shape change due to the light beam height of 0.9 to 1.00 is larger than the range of other light beam heights.
  • the projection optical system according to the present technology may be configured using these conditional expressions.
  • FIG. 26 is an optical path diagram showing a schematic configuration example of a projection optical system according to another embodiment.
  • the planar reflection surface Mr4 is disposed between the first optical system L1 and the concave reflection surface Mr3 which is the second optical system L2.
  • the optical path traveling direction of the first optical system L1 is bent by the plane reflecting surface Mr4.
  • Such a configuration may be adopted.
  • the concave reflecting surface Mr3 may be appropriately configured with the bent optical axis O ′ as the reference axis. That is, the concave surface is such that at least a part of the light rays included in the image light incident on the concave reflecting surface Mr3 is reflected in a direction intersecting with the direction along the optical axis O ′ that is the reference axis at an angle of 80 degrees or more.
  • a reflecting surface Mr3 is formed.
  • the concave reflecting surface Mr3 is configured so that there is a light beam having an intersection angle ⁇ 1 shown in FIG. In FIG. 26, the intersection angle ⁇ 1 of the pixel light C4 (not shown) is configured to be 80 degrees or more.
  • FIG. 27 and FIG. 28 are schematic views showing a configuration example of an image display system according to another embodiment.
  • a curved screen S having a dome shape is used.
  • the dome shape is not limited to the hemispherical shape, and includes an arbitrary shape that can cover the upper part over 360 degrees.
  • first and second image display devices 420a and 420 are installed below the dome-shaped curved screen S so as to face each other in the left-right direction.
  • the first and second image display devices 420a and 420b are installed so as to project the first and second images 421a and 421b upward, respectively.
  • 1st and 2nd image 421a and 421b are projected so that it may mutually overlap along a long side direction (left-right direction). Accordingly, an overlapping area 422 where the first and second images 421a and 421b overlap each other is generated at the apex portion of the curved screen S. Stitching processing is executed using the overlapping area 422 as a reference, and one large image is displayed.
  • the image display device according to the present technology described above As the first and second image display devices 420a and 420b, high-quality image display corresponding to the dome shape can be realized, and an excellent viewing environment can be realized. It becomes possible to provide.
  • first to third image display devices 520a to 520b are arranged below the dome-shaped curved screen S at equal intervals along the circumference.
  • the first to third image display devices 520a to 520c are installed so as to project the first to third images 521a to 521c upward.
  • image light for forming a rectangular image is projected as the first to third images 521a to 521c.
  • each of the first to third images 521a to 521c is schematically illustrated in a rectangular shape, but the shape displayed on the curved screen S is different from the rectangular shape.
  • the first to third images 521a and 521b are projected at positions symmetrical to each other with respect to the vertex of the curved screen S so as to overlap each other. Then, the stitching process is performed in the overlapping areas 522a to 522c, and one large image is displayed.
  • the image display device according to the present technology described above As the first to third image display devices 520a to 520c, high-quality image display corresponding to the dome shape can be realized, and an excellent viewing environment can be achieved. It becomes possible to provide. Thus, the present technology is applicable even when three or more image display devices are used.
  • a free curved surface having no rotational symmetry axis may be used as the concave reflecting surface that reflects the image light on the screen.
  • the optical axis of the concave reflecting surface (for example, an axis passing through the center of the optical surface) is aligned with a reference axis that is a reference in configuring the lens system.
  • the concave reflecting surface is appropriately designed so that at least a part of the light rays included in the image light is reflected in a direction intersecting with the direction along the reference axis at an angle of 80 degrees or more. As a result, the same effects as described above can be exhibited.
  • the projection object is not limited to a curved screen.
  • the present technology can be applied to display an image on an arbitrary projection object such as a wall of a table or a building.
  • high-quality image display corresponding to a projection object having a curved surface shape can be realized.
  • “match”, “equal”, “vertical”, “rectangular”, “dome shape”, “symmetric”, and the like are “substantially coincide”, “substantially equal”, “substantially vertical”, “substantially rectangular”.
  • the concept includes “shape”, “substantially dome shape”, and “substantially symmetrical”. For example, within a predetermined range (for example, a range of ⁇ 10%) based on “perfectly matched”, “perfectly equal”, “fully vertical”, “fully rectangular”, “fully dome-shaped”, “fully symmetric”, etc.
  • the included states are also included.
  • this technique can also take the following structures.
  • a light source An image generation unit that generates image light by modulating light emitted from the light source;
  • a lens system configured with a reference axis as a reference at a position where the generated image light is incident, and having a positive refractive power as a whole;
  • a projection optical system configured with the reference axis as a reference, and having a concave reflection surface that reflects the image light emitted from the lens system toward a projection object, and The concave reflecting surface reflects at least a part of light rays included in the image light incident on the concave reflecting surface in a direction intersecting with the direction along the reference axis at an angle of 80 degrees or more.
  • the image display device includes a plurality of pixel lights, The concave reflecting surface reflects at least one pixel light of the plurality of pixel lights in a direction intersecting with a direction along the reference axis at an angle of 80 degrees or more.
  • the image display device according to (1) or (2), The angle at which the traveling direction of each light ray included in the image light reflected by the concave reflecting surface intersects the direction along the reference axis is ⁇ 1, and the angle ⁇ 1 of the light ray with the largest angle ⁇ 1 is ⁇ 1max. Then An image display device configured to satisfy a relationship of 80 degrees ⁇ ⁇ 1max ⁇ 160 degrees.
  • the concave reflecting surface is configured such that a rotational symmetry axis coincides with the reference axis;
  • the ray height from the reference axis is h
  • the derivative of the function Z (h) representing the shape of the concave reflecting surface according to the ray height is differentiated by the ray height, Z ′ (h)
  • the image light Hmax is a light ray height corresponding to a reflection point farthest from the reference axis
  • an average value of Z ′ (h) from the reference axis to the light ray height hmax is Z′ave.
  • the reference axis is an axis obtained by extending an optical axis of a lens closest to the image generation unit included in the lens system.
  • a projection optical system that projects image light generated by modulating light emitted from a light source, A lens system configured with a reference axis as a reference at a position where the generated image light is incident, and having a positive refractive power as a whole; A concave reflecting surface configured with the reference axis as a reference and reflecting the image light emitted from the lens system toward a projection object, The concave reflecting surface reflects at least a part of light rays included in the image light incident on the concave reflecting surface in a direction intersecting with the direction along the reference axis at an angle of 80 degrees or more.
  • An image display system comprising: a display device.
  • the image generation unit includes an image modulation element that emits the image light
  • the image modulation element has a plurality of pixels each emitting pixel light, emits the image light including a plurality of pixel lights emitted from the plurality of pixels
  • the optical path length of the pixel light emitted from the pixel closest to the reference axis of the image modulation element to the projection object is Lp1
  • the straight line connecting the pixel closest to the reference axis to the center pixel of the image modulation element When the optical path length of the pixel light emitted from the pixel farthest from the reference axis to the projection object is Lp2, 0.005 ⁇ Lp1 / Lp2 ⁇ 0.5
  • An image display system configured to satisfy the relationship.
  • the image display system according to any one of (10) to (13),
  • the one or more image display devices include a first image display device that projects a first image onto the curved screen, and a second image display device that projects a second image onto the curved screen,
  • the first image display device and the second image display device respectively project the first image and the second image so that the first image and the second image overlap each other.
  • Display system (15)
  • An image display system that projects one image and the second image, respectively.
  • the image display system according to (14) or (15), The image generation unit generates the image light constituting a rectangular image, In the first image display device and the second image display device, the first image and the second image overlap each other along the long side direction of the first image and the second image. As described above, the image display system that projects the first image and the second image, respectively.
  • the image display system according to (14) or (15), The image generation unit generates the image light constituting a rectangular image, In the first image display device and the second image display device, the first image and the second image overlap each other along the short side direction of the first image and the second image. As described above, the image display system that projects the first image and the second image, respectively.
  • the projection object is a screen having a dome shape.
  • the one or more image display devices include an image display system including three or more image display devices.

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Abstract

本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源と、画像生成部Ｐと、投射光学系１５とを 具備する。前記画像生成部は、前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する。前記投射光学系は、レンズ系Ｌ１と、凹面反射面Ｍｒ３とを有する。前記レンズ系は、前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有する。前記凹面反射面は、前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する。また前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する。

Description

画像表示装置、投射光学系、及び画像表示システム
　本技術は、例えばプロジェクタ等の画像表示装置及び投射光学系に関する。
　従来、スクリーン上に投射画像を表示する投射型の画像表示装置として、プロジェクタが広く知られている。最近では、投射空間が小さくても大画面を表示できる超広角のフロント投射型プロジェクタの需要が高まってきている。このプロジェクタを用いれば、スクリーンに対して斜めかつ広角に打ち込むことで、限定された空間において大画面を投射することが可能となる。
　特許文献１に記載の超広角の投射型プロジェクタでは、投射光学系に含まれる一部の光学部品を移動させることで、スクリーン上に投射される投射画像を移動させる画面シフトが可能となっている。この画面シフトを用いることで、画像位置等の微調整が容易に実行可能となっている（特許文献１の明細書段落［００２３］［００２４］等）。
特許第５３６５１５５号公報
　今後とも超広角に対応したプロジェクタは普及していくものと考えられ、高品質な画像表示を実現することが可能な技術が求められている。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、超広角に対応可能であり、高品質な画像表示を実現可能な画像表示装置、投射光学系、及び画像表示システムを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、光源と、画像生成部と、投射光学系とを具備する。
　前記画像生成部は、前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する。
　前記投射光学系は、レンズ系と、凹面反射面とを有する。
　前記レンズ系は、前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有する。
　前記凹面反射面は、前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する。また前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する。
　この画像表示装置では、凹面反射面により、画像光の少なくとも一部の光線が、投射光学系を構成する上で基準となる基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。これにより、例えば曲面スクリーン等への画像の投射に対応することが可能となり、高品質な画像表示を実現することが可能となる。
　前記画像光は、複数の画素光を含んでもよい。この場合、前記凹面反射面は、前記複数の画素光のうち少なくとも１つの画素光を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射してもよい。
　前記画像表示装置は、前記凹面反射面により反射された前記画像光に含まれる各光線の進行方向と、前記基準軸に沿った方向とが交差する角度をθ１とし、最も角度θ１が大きくなる光線の角度θ１をθ１ｍａｘとすると、
　８０度≦θ１ｍａｘ≦１６０度
　の関係を満たすように構成されていてもよい。
　前記凹面反射面は、回転対称軸が前記基準軸と一致するように構成されてもよい。この場合、前記画像表示装置は、前記基準軸からの光線高さをｈ、前記光線高さに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'（ｈ）、前記画像光を反射する前記基準軸から最も離れた反射点に対応する光線高さをｈｍａｘ、前記基準軸から光線高さｈｍａｘまでのＺ'（ｈ）の平均値をＺ'ａｖｅ．とすると、
　１＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜＜２０
　の関係を満たすように構成されていてもよい。
　前記基準軸は、前記レンズ系に含まれる前記画像生成部に最も近いレンズの光軸を延長した軸であってもよい。
　前記レンズ系は、前記レンズ系に含まれる１以上の光学部品の各々の光軸が、前記基準軸に一致するように構成されてもよい。
　前記凹面反射面は、前記凹面反射面の光軸が、前記基準軸に一致するように構成されてもよい。
　前記凹面反射面は、回転対称軸を有さない自由曲面であってもよい。
　本技術の一形態に係る投射光学系は、光源から出射される光を変調して生成された画像光を投射する投射光学系であって、前記レンズ系と、前記凹面反射面とを具備する。
　本技術の一形態に係る画像表示システムは、被投射物と、１以上の画像表示装置とを具備する。
　前記１以上の画像表示装置は、各々が、前記光源と、前記画像生成部と、前記投射光学系とを有する。
　前記画像生成部は、前記画像光を出射する画像変調素子を有してもよい。この場合、前記画像変調素子は、各々が画素光を出射する複数の画素を有し、前記複数の画素から出射される複数の画素光を含む前記画像光を出射してもよい。
　また画像表示システムは、前記画像変調素子の前記基準軸に最も近い画素から出射される画素光の前記被投射物までの光路長をＬｐ１、前記基準軸に最も近い画素から前記画像変調素子の中央の画素を結ぶ直線上に位置し前記基準軸から最も遠い画素から出射される画素光の前記被投射物までの光路長をＬｐ２とすると、
　０．００５＜Ｌｐ１／Ｌｐ２＜０．５
　の関係を満たすように構成されていてもよい。
　前記画像表示システムは、前記画像光に含まれる光線のうち、前記被投射物までの光路長が最も短い光線の光路長をＬｎ、最も光路長が長い光線の光路長をＬｆとすると、
　０．００５＜Ｌｎ／Ｌｆ＜０．５
　の関係を満たすように構成されていてもよい。
　前記被投射物は、曲面スクリーンであってもよい。この場合、前記１以上の画像表示装置は、前記曲面スクリーンの形状に対応した位置に前記凹面反射面が配置されるようにそれぞれ設置されてもよい。
　前記１以上の画像表示装置は、第１の画像を前記曲面スクリーンに投射する第１の画像表示装置と、第２の画像を前記曲面スクリーンに投射する第２の画像表示装置とを含んでもよい。この場合、前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射してもよい。
　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複する領域以外の領域を構成する画像光が、互いに交差しないように前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射してもよい。
　前記画像生成部は、矩形状の画像を構成する前記画像光を生成してもよい。この場合、前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像の長辺方向に沿って前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように、前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射してもよい。
　前記画像生成部は、矩形状の画像を構成する前記画像光を生成してもよい。この場合、前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像の短辺方向に沿って前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように、前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射してもよい。
　前記被投射物は、ドーム形状を有するスクリーンであってもよい。
　前記１以上の画像表示装置は、３以上の画像表示装置を含んでもよい。
　以上のように、本技術によれば、超広角に対応可能であり、高品質な画像表示を実現することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
超広角対応の液晶プロジェクタの他の利点を説明するための概略図である。 投射型の画像表示装置の構成例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る画像表示システムの構成例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る画像表示システムの構成例を示す模式図である。 第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。 第１の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。 画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。 図７に示すパラメータを説明するための模式図である。 画像表示装置のレンズデータ、及び曲面スクリーンのデータである。 投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である 光線高さｈにおけるＺ（ｈ）とＺ'（ｈ）とを示す表である。 光線高さｈと「ｔｈｉｔａ」との関係を示すグラフである。 光線高さｈと「Δθ」との関係を示すグラフである。 条件式（２）～（４）で用いられるパラメータの数値を示す表である。 比較例として挙げる画像表示装置による曲面スクリーンへの画像の投射を説明するための模式図である。 第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。 第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。 第２の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。 画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。 画像表示装置のレンズデータ、及び曲面スクリーンのデータである。 投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。 光線高さｈにおけるＺ（ｈ）とＺ'（ｈ）とを示す表である。 光線高さｈと「ｔｈｉｔａ」との関係を示すグラフである。 光線高さｈと「Δθ」との関係を示すグラフである。 条件式（２）～（４）で用いられるパラメータの数値を示す表である。 他の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。 他の実施形態に係る画像表示システムの構成例を示す模式図である。 他の実施形態に係る画像表示システムの構成例を示す模式図である。
　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　［投射型の画像表示装置の概要］
　投射型の画像表示装置の概要について、液晶プロジェクタを例に挙げて簡単に説明する。液晶プロジェクタは、光源から照射される光を空間的に変調することで、映像信号に応じた光学像（画像光）を形成する。光の変調には、画像変調素子である液晶表示素子等が用いられる。例えばＲＧＢのそれぞれに対応するパネル状の液晶表示素子（液晶パネル）を備えた、三板式の液晶プロジェクタが用いられる。
　光学像は、投射光学系により拡大投影され、スクリーン上に表示される。ここでは投射光学系が、例えば半画角が７０°近辺となる超広角に対応しているものとして説明を行う。もちろんこの角度に限定される訳ではない。
　超広角に対応する液晶プロジェクタでは、小さい投射空間であっても大画面を表示することが可能である。すなわち液晶プロジェクタとスクリーンとの距離が短い場合でも、拡大投影が可能である。これにより以下のような利点が発揮される。
　液晶プロジェクタをスクリーンに近接して配置することができるので、液晶プロジェクタからの光が人間の目に直接入る可能性を十分に抑制することが可能であり、高い安全性が発揮される。
　画面（スクリーン）に人間等の影が映らないため、効率的なプレゼンテーションが可能である。
　設置場所の選択の自由度が高く、狭い設置空間や障害物が多い天井等にも、簡単に設置可能である。
　壁に設置して使用することで、天井に設置する場合と比べてケーブルの引き回し等のメンテナンスが容易である。
　例えば打ち合わせスペース、教室、及び会議室等のセッティングの自由度を増やすことが可能である。
　図１は、超広角対応の液晶プロジェクタの他の利点を説明するための概略図である。図１に示すように、テーブル上に超広角対応の液晶プロジェクタ１を設置することで、同じテーブル上に、拡大された画像２を投影することが可能となる。このような使い方も可能であり、空間を効率的に利用することができる。
　最近では、学校や職場等での電子黒板（Interactive White Board）等の普及に伴い、超広角対応の液晶プロジェクタの需要が高まっている。またデジタルサイネージ（電子広告）等の分野でも同様の液晶プロジェクタが使われている。なお電子黒板としては、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）といった技術を用いることも可能である。これらと比較して、超広角対応の液晶プロジェクタを用いることで、コストを抑えて大画面を提供することが可能となる。なお超広角対応の液晶プロジェクタは、短焦点プロジェクタや超短焦点プロジェクタ等とも呼ばれる。
　図２は、投射型の画像表示装置の構成例を示す概略図である。画像表示装置２０は、光源５、照明光学系１０、及び投射光学系１５を含む。
　光源５は、照明光学系１０に対して光束を発するように配置される。光源５としては、例えば高圧水銀ランプ等が使用される。その他、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ(Laser Diode)等の固体光源が用いられてもよい。
　照明光学系１０は、光源５から発せられた光束を、１次像面となる画像変調素子(液晶パネルＰ)の面上に均一照射するようになっている。照明光学系１０では、光源５からの光束が、２つのフライアイレンズＦＬと、偏光変換素子ＰＳと、集光レンズＬとを順に通り、偏光の揃った均一な光束に変換される。
　集光レンズＬを通った光束は、特定の波長帯域の光だけを反射するダイクロイック・ミラーＤＭによって、ＲＧＢの各色成分光にそれぞれ分離される。ＲＧＢの各色成分光は、全反射ミラーＭやレンズＬ等を介して、ＲＧＢの各色に対応して設けられた液晶パネルＰ（画像変調素子）に入射される。そして、各液晶パネルＰにより、映像信号に応じた光変調が行われる。光変調された各色成分光がダイクロイック・プリズムＰＰによって合成され、画像光が生成される。そして生成された画像光が投射光学系１５に向けて出射される。
　照明光学系１０を構成する光学部品等は限定されず、上で述べた光学部品とは異なる光学部品が用いられてもよい。例えば画像変調素子として、透過型の液晶パネルＰに代えて、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等が用いられてもよい。また例えば、ダイクロイック・プリズムＰＰに代えて、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、ＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、又はＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等が用いられてもよい。本実施形態において、照明光学系１０は、画像生成部に相当する。
　投射光学系１５は、照明光学系１０から出射された画像光を調節し、２次像面となるスクリーン上への拡大投影を行う。すなわち、投射光学系１５により、１次像面（液晶パネルＰ）の画像情報が調節され、２次像面（スクリーン）に拡大投影される。
　＜第１の実施形態＞
　［画像表示システム］
　図３及び図４は、本技術の第１の実施形態に係る画像表示システムの構成例を示す模式図である。図３は、画像表示システム１００を上方から見た図である。図４は、画像表示システム１００を、右前側の上方から斜めに見た図である。
　画像表示システム１００は、曲面スクリーン３０と、２台の画像表示装置２０とを有する。曲面スクリーン３０は、全体形状が曲面形状となるスクリーン、及び少なくとも一部の形状が曲面形状となるスクリーンの両方を含む。
　図３及び図４に示すように、本実施形態では、上方から見て、略円弧形状を有する曲面スクリーン３０が用いられる。曲面スクリーン３０は、上下方向に沿って立てられ、左右方向に延在するように設置される。曲面スクリーン３０の左右の端部３１ａ及び３１ｂは、前方側に折り曲げられ、前後方向において略等しい位置に配置される。曲面スクリーン３０の左右方向における略中央部分は、最も後方側に位置し、上方から見た略円弧形状の頂点に対応する部分となる。
　曲面スクリーン３０の形状を、上下方向に沿って立てられた円柱の内面の一部に略等しい形状であると表現することも可能である。また微小な平面領域を互いに角度を変化させながら連結することで、曲面スクリーン３０が構成されてもよい。
　曲面スクリーン３０の材質、サイズ、曲率半径等の具体的な構成は限定されず、任意に設計されてよい。また上方から見て円弧形状となる基体部の内面に、可撓性のスクリーン部材が接着されることで、曲面スクリーン３０が実現されてもよい。本実施形態において、曲面スクリーン３０は、被投射物に相当する。
　２台の画像表示装置２０は、第１の画像表示装置２０ａと、第２の画像表示装置２０ｂとからなる。第１の画像表示装置２０ａは、曲面スクリーン３０の左端部３１ａの上下方向における略中央部分に、後方に向けて画像を投射可能に設置される。第１の画像表示装置２０ａは、略円弧状に曲げられた曲面スクリーン３０の左側の領域に画像（以下、第１の画像と記載する）２１ａを投射する。
　第２の画像表示装置２０ｂは、曲面スクリーン３０の右端部３１ｂの上下方向における略中央部分に、後方に向けて画像を投射可能に設置される。第２の画像表示装置２０ｂは、略円弧状に曲げられた曲面スクリーン３０の右側の領域に画像（以下、第２の画像と記載する）２１ｂを投射する。なお、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂを保持する保持機構（図示を省略）は、任意に設計されてよい。
　図３及び図４に示すように、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂは、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが互いに重複するように、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂをそれぞれ投射する。
　本実施形態では、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂ内に備えられる画像変調素子（液晶パネルＰ）は、長辺方向及び短辺方向を有する矩形状からなる。そして液晶パネルＰにより、矩形状の画像を構成する画像光が生成される。
　第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂは、互いに等しい矩形状の画像としてそれぞれ投射される。そして第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂの長辺方向（左右方向）に沿って、互いに重複するよう、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂがそれぞれ投射される。従って、曲面スクリーン３０の略中央部分に、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが互いに重複する重複領域２２が生成される。
　本実施形態では、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが重複する重複領域２２にて、スティッチング処理が実行される。これにより、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが接続され、１枚の画像として合成される。この結果、曲面スクリーン３０の左右方向に沿った略全体領域にて、サイズの大きい１枚の画像が表示される。スティッチング処理の具体的なアルゴリズム等は限定されず、任意のスティッチング技術が用いられてよい。
　図３では、第１の画像表示装置２０ａから投射される第１の画像２１ａ構成する第１の画像光２３ａと、第１の画像光２３ａに含まれる画素光Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３とが模式的に図示されている。
　また図３では、第２の画像表示装置２０ｂから投射される第２の画像２１ｂ構成する第１の画像光２３ｂと、第２の画像光２３ｂに含まれる画素光Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３とが模式的に図示されている。
　なお画素光とは、投射される画像に含まれる複数の画素の各々を構成するための光である。典型的には、画像光を生成して出射する画像変調素子(液晶パネルＰ)に含まれる複数の画素の各々から出射される光が、画素光となる。従って画像光は、複数の画素光を含む。
　図３に示す画素光Ｃａ１は、第１の画像２１ａの左端部の画素を構成するための画素光である。従って画素光Ｃａ１は、第１の画像光２３ａの左端部の光線に相当する。画素光Ｃａ２は、第１の画像２１ａの右端部の画素を構成するための画素光である。従って画素光Ｃａ２は、第１の画像光２３ａの右端部の光線に相当する。
　画素光Ｃａ３は、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが重複する重複領域２２の左端部の画素を構成するための画素光である。従って第１の画像光２３ａに含まれる光線のうち、画素光Ｃａ３からＣａ２までの光線は、重複領域２２を構成する画像光となる。一方、第１の画像光２３ａに含まれる光線のうち、画素光Ｃａ１からＣａ３までの光線は、重複領域２２以外の領域を構成する画像光となる。
　図３に示す画素光Ｃｂ１は、第２の画像２１ｂの右端部の画素を構成するための画素光である。従って画素光Ｃｂ１は、第２の画像光２３ｂの右端部の光線に相当する。画素光Ｃｂ２は、第２の画像２１ｂの左端部の画素を構成するための画素光である。従って画素光Ｃｂ２は、第１の画像光２３ａの左端部の光線に相当する。
　画素光Ｃａ３は、重複領域２２の右端部の画素を構成するための画素光である。従って第２の画像光２３ｂに含まれる光線のうち、画素光Ｃｂ３からＣｂ２までの光線は、重複領域２２を構成する画像光となる。一方、第２の画像光２３ｂに含まれる光線のうち、画素光Ｃｂ１からＣｂ３までの光線は、重複領域２２以外の領域を構成する画像光となる。
　図３に示すように、本実施形態では、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂは、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが互いに重複する重複領域２２以外の領域を構成する画像光が、互いに交差しないように、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂをそれぞれ投射する。
　これにより、曲面スクリーン３０の略中央部分に生成される重複領域２２に近い位置に立つユーザ３の影が発生することを十分に抑制することが可能となる。この結果、ユーザ３は、円弧形状に折り曲げられた曲面スクリーン３０の内側の領域（例えば重複領域２２に近い位置）から、１枚に合成された第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂを視聴することが可能となる。これにより、非常に高いコンテンツへの没入感を実現することが可能となり、優れた視覚効果をユーザ３に提供することが可能となる。
　第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが重複する方向は限定されない。例えば第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂの短辺方向に沿って、互いに重複するよう、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂがそれぞれ投射されてもよい。例えば図３及び図４に示す構成例において、左右方向を短辺方向とする矩形状の第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが投射される。そして第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂの短辺方向に沿って、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが重複するように、第１及び第２の画像２１ａ及び２１ｂが投射されてもよい。
　曲面スクリーン３０の形状によっては、矩形状の画像を構成する画像光を投射した場合に、矩形状とは異なる形状にて、画像が表示される場合もあり得る。この場合、例えば液晶パネルＰの長辺方向及び短辺方向に応じた方向を、画像の長辺方向及び短辺方向として、規定することが可能である。そして長辺方向又は短辺方向に沿って、複数の画像を重複させることが可能である。本開示では、液晶パネルＰの長辺方向及び短辺方向を、画像光の長辺方向及び短辺方向と表現する場合もあり得る。
　第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂ、及び曲面スクリーン３０の詳細な構成例について説明する。本実施形態では、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂとして、互いに略等しい構成を有する画像表示装置が用いられる。以下、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂの投射光学系１５と、曲面スクリーン３０とについて説明する。
　図５及び図６は、本実施形態に係る投射光学系１５の概略構成例を示す光路図である。なお図６では、１つの投射光学系１５と、曲面スクリーンＳの画像が投射される部分とが図示されている。図６の構成を互いに対称となるように２つ組み合わせることで、図３及び図４に示す、曲面スクリーン３０と、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂとを有する画像表示システム１００を実現することが可能である。
　また図５及び図６では、照明光学系１０の液晶パネルＰ及びダイクロイック・プリズムＰＰが模式的に図示されている。以下、ダイクロイック・プリズムＰＰから投射光学系１５に出射される画像光の出射方向をＺ方向とする。また１次像面（液晶パネルＰ）の横方向をＸ方向とし、縦方向をＹ方向とする。当該Ｘ及びＹ方向は、画像光により構成される画像の横方向及び縦方向に対応する方向となる。
　投射光学系１５は、第１の光学系Ｌ１と、第２の光学系Ｌ２とをを含む。第１の光学系Ｌ１は、照明光学系１０により生成された画像光が入射する位置に構成され、全体で正の屈折力を有する。また第１の光学系Ｌ１は、Ｚ方向に延在する基準軸（以下、この基準軸を光軸Ｏと記載する）を基準として構成される。
　図５に示すように、本実施形態では、第１の光学系Ｌ１は、第１の光学系Ｌ１に含まれる１以上の光学部品の各々の光軸が、基準軸である光軸Ｏと略一致するように構成される。なお光学部品の光軸は、典型的には、光学部品のレンズ面や反射面等の光学面の中央を通る軸である。例えば光学部品の光学面が回転対称軸を有する場合には、その回転対称軸が光軸に相当する。
　本実施形態では、光軸Ｏは、第１の光学系Ｌ１に含まれる照明光学系１０に最も近いレンズＬ１１の光軸（回転対称軸）を延長した軸である。すなわちレンズＬ１１の光軸を延長した軸上に、他の光学部品が配置される。なお画像光は、光軸Ｏから垂直方向（Ｙ方向）にオフセットされた位置から、光軸Ｏに沿って出射される。本実施形態において、第１の光学系Ｌ１は、レンズ系に相当する。また光軸Ｏに沿った方向を、第１の光学系Ｌ１の光路進行方向ということも可能である。
　図５に示すように、第１の光学系Ｌ１は、第１の反射面Ｍｒ１及び第２の反射面Ｍｒ２を有する。第１及び第２の反射面Ｍｒ１及びＭｒ２は、凹面反射面である。第１の反射面Ｍｒ１は、回転対称軸が光軸Ｏに一致するように構成された回転対称球面である。
　第２の反射面Ｍｒ２は、回転対称軸が光軸Ｏに一致するように構成された回転対称非球面であり、画像光が入射する領域である有効領域を反射可能な部分のみで構成されている。すなわち回転対称非球面の全体を配置するのではなく、回転対称非球面の必要な部分のみが配置されている。これにより装置の小型化を実現することが可能となる。
　第２の光学系Ｌ２は、凹面反射面Ｍｒ３により構成される。凹面反射面Ｍｒ３は、基準軸である光軸Ｏを基準として構成され、第１の光学系Ｌ１から出射された画像光を曲面スクリーンＳ（曲面スクリーン３０）に向けて反射する。
　凹面反射面Ｍｒ３は、回転対称軸（光軸）が光軸Ｏに一致するように構成された回転対称非球面であり、画像光が入射する領域である有効領域を反射可能な部分のみで構成されている。すなわち回転対称非球面の全体を配置するのではなく、回転対称非球面の必要な部分のみが配置されている。これにより装置の小型化を実現することが可能となる。
　図５に示すように、本実施形態では、共通の光軸Ｏ上に、第１の光学系Ｌ１及び第２の光学系Ｌ２（凹面反射面Ｍｒ３）が構成される。すなわち照明光学系１０に最も近いレンズＬ１１の光軸（回転対称軸）を延長した軸が、各々の光軸（回転対称軸）と略一致するように、第１及び第２の光学系Ｌ１及びＬ２が構成される。これによりＹ方向におけるサイズを小さくすることが可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。
　図５及び図６を参照して、画像光の光路について説明する。図５では、ダイクロイック・プリズムＰＰから投射光学系１５に出射される画像光のうち、４つの画素光Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の光路が図示されている。図６では、３つの画素光Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の光路が図示されている。
　後に、図８を参照して説明するが、画素光Ｃ１は、液晶パネルＰの中央の画素から出射される画素光に相当する。画素光Ｃ２は、液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏに近い画素から出射される画素光に相当する。液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏから遠い画素から出射される画素光に相当する。画素光Ｃ４は、液晶パネルＰの右上端の画素から出射される画素光に相当する。
　すなわち本実施形態では、画素光Ｃ２は、液晶パネルＰの光軸Ｏに最も近い画素から出射される画素光に相当する。また画素光Ｃ３は、光軸Ｏに最も近い画素から液晶パネルＰの中央の画素を結ぶ直線上に位置し光軸Ｏから最も遠い画素から出射される画素光に相当する。
　光軸Ｏから垂直方向にオフセットした位置から、光軸Ｏに沿って投射光学系１５に出射された画像光は、光軸Ｏと交差して進み、第１の反射面Ｍｒ１に入射する。第１の反射面Ｍｒ１に入射した画像光は、第１の反射面Ｍｒ１により折り返され再び光軸Ｏと交差して進み、第２の反射面Ｍｒ２に入射する。
　第２の反射面Ｍｒ２に入射した画像光は、第２の反射面Ｍｒ２により折り返されて、第１の光学系Ｌ１から出射される。画像光は、再び光軸Ｏと交差するように、凹面反射面Ｍｒ３に向けて出射される。第１の光学系Ｌ１から出射された画像光は、第２の光学系Ｌ２である凹面反射面Ｍｒ３により反射され、再び光軸Ｏと交差して、曲面スクリーンＳに向けて投射される。
　このように本実施形態では、光軸Ｏと交差するように、画像光の光路が構成される。これにより、凹面反射面Ｍｒ３までの画像光の光路を、光軸Ｏの近傍で構成することが可能となる。この結果、Ｙ方向における装置のサイズを小さくすることが可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。
　また第１及び第２の反射面Ｍｒ１及びＭｒ２の各々により、画像光が折り返して反射される。これにより画像光の光路長を十分に確保することが可能となる。この結果、Ｘ方向における装置のサイズを小さくすることが可能となり、装置の小型化を図ることが可能となる。
　図５及び図６に示すように、本実施形態では、凹面反射面Ｍｒ３により、凹面反射面Ｍｒ３に入射する画像光に含まれる少なくとも一部の光線が、基準軸である光軸Ｏに沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。
　凹面反射面Ｍｒ３により反射された画像光に含まれる光線の進行方向と、光軸Ｏに沿った方向との交差角度は、以下のように規定する。まず光軸Ｏに沿って延在する直線と、凹面反射面Ｍｒ３により反射された光線の進行方向に沿って延在する直線との交差点を算出する。その交差点から液晶パネルＰ側に延在する直線を、交差点を基準として、光線の進行方向側に回転させる。その際に、交差点から液晶パネルＰ側に延在する直線が光線の進行方向に沿って延在する直線に一致するまでの回転角度を、凹面反射面Ｍｒ３により反射された画像光に含まれる光線の進行方向と、光軸Ｏに沿った方向との交差角度として規定する。
　本実施形態では、凹面反射面Ｍｒ３により反射された画像光に含まれる少なくとも一部の光線の、上記で規定した交差角度が８０度以上となるように、凹面反射面Ｍｒ３が設計されている。
　図５に示す例では、画像光に含まれる画素光Ｃ４が、光軸Ｏに沿った方向と、８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。図５に示すように、凹面反射面Ｍｒ３により反射された画素光Ｃ４の進行方向と、光軸Ｏに沿った方向との交差角度は、角度Ｒ１となる。この角度Ｒ１は、８７．４度となっている。
　なおこの角度Ｒ１が、最大の交差角度となっている。すなわち画素光Ｃ４は、最も交差角度が大きくなる光線である。他の光線は、光軸Ｏに沿った方向に対して、角度Ｒ１（８７．４度）よりも小さい角度で交差する方向に反射されている。
　ここでは、画像光に含まれる光線として画素光を例に挙げた。これに限定されず、画素光に含まれるさらに一部の光線等の、少なくとも一部の光線が、光軸Ｏに沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射されればよい。
　図５及び図６に例示するような投射光学系１５を備える画像表示装置２０は、曲面スクリーンＳの形状に対応した位置に凹面反射面Ｍｒ３が配置されるように、設置される。交差角度が大きくなるように、凹面反射面Ｍｒ３を設計することで、曲面スクリーンＳに対応した高品質な画像表示を実現することが可能となる。この点については、後に詳しく説明する。
　ここで、本発明者は、曲面スクリーンに対応した画像表示に関する４つの条件（１）～（４）を見出した。これらの条件を、図５及び図６を参照して説明する。
　（条件１）
　凹面反射面Ｍｒ３により反射された画像光に含まれる各光線の進行方向と、基準軸である光軸Ｏに沿った方向とが交差する角度をθ１とする。角度θ１は、上記で規定した交差角度に相当する。
　最も角度θ１が大きくなる光線の角度θ１をθ１ｍａｘとする。図５に示す例では、画素光Ｃ４の交差角度が、θ１ｍａｘとなる。
　この場合、以下の関係を満たすように、投射光学系１５が構成される
　（１）　８０度≦θ１ｍａｘ≦１６０度
　この条件式（１）は、画像光に含まれる光線の適切な反射角度を規制したものである。θ１ｍａｘが、条件式（１）に規定する下限に満たない場合、光線が大きな角度で反射せず、曲面スクリーンＳに対応することが難しくなる。θ１ｍａｘが、条件式（１）に規定する上限を超えた場合、光線が凹面反射面Ｍｒ３自身に干渉してしまう可能性が高くなってしまう。すなわち凹面反射面Ｍｒ３により反射された後、再び凹面反射面Ｍｒ３の他の部分に入射してしまう可能性が高くなってしまう。
　画素光Ｃ４の交差角度は、８７．４度であり、条件１を満たしていることが分かる。
　（条件２）
　凹面反射面Ｍｒ３は、回転対称軸が基準軸である光軸Ｏと一致するように構成される。
　凹面反射面Ｍｒ３に入射する光の光軸Ｏからの光線高さをｈとする。
　光線高さに応じた凹面反射面Ｍｒ３の形状を表す関数Ｚ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'（ｈ）（＝ｄＺ/ｄｈ）とする。従って、導関数Ｚ'（ｈ）は、光線高さｈにおける凹面反射面Ｍｒ３に接する直線の傾きに相当する。
　画像光を反射する光軸Ｏから最も離れた反射点に対応する光線高さをｈｍａｘとする。
　光軸Ｏから光線高さｈｍａｘまでのＺ'（ｈ）の平均値をＺ'ａｖｅ．とする。
　この場合、以下の関係を満たすように、投射光学系１５が構成される
　（２）　１＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜＜２０
　この条件式（２）は、画像光に含まれる光線の適切な反射角度を規制したものである。｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜が、条件式（２）に規定する下限に満たない場合、光線が大きな角度で反射せず、曲面スクリーンＳに対応することが難しくなる。｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜が、条件式（２）に規定する上限を超えた場合、光線が凹面反射面Ｍｒ３自身に干渉してしまう可能性が高くなってしまう。すなわち凹面反射面Ｍｒ３により反射された後、再び凹面反射面Ｍｒ３の他の部分に入射してしまう可能性が高くなってしまう。
　（条件３）
　液晶パネルＰの光軸Ｏに最も近い画素から出射される画素光の曲面スクリーンＳまでの光路長をＬｐ１、光軸Ｏに最も近い画素から液晶パネルＰの中央の画素を結ぶ直線上に位置し光軸Ｏから最も遠い画素から出射される画素光の曲面スクリーンＳまでの光路長をＬｐ２とする。本実施形態では、画素光Ｃ２の光路長がＬｐ１となり、画素光Ｃ３の光路長がＬｐ２となる。
　この場合、以下の関係を満たすように、投射光学系１５、及び曲面スクリーンＳが構成される。
　（３）　０．００５＜Ｌｐ１／Ｌｐ２＜０．５
　この条件式（３）は、図３に例示するユーザ３の移動可能な領域を規定する際の条件式に相当する。Ｌｐ１／Ｌｐ２が、条件式（３）に規定する下限に満たない場合、ユーザ３がスクリーンＳの近くに立った場合でも影の発生を抑制することができ、ユーザ３の移動可能な領域を大きくとることができる。その一方、光路長差が大きくなりすぎて、光学性能が低減してしまう可能性が高くなる。Ｌｐ１／Ｌｐ２が、条件式（３）に規定する上限を超えた場合、ユーザ３がスクリーンＳから離れないと、光線がユーザ３と干渉してしまい、ユーザ３の影が発生してしまう。また曲面スクリーンＳから投射光学系１５を遠ざける必要があり、装置全体が大型化してしまう。
　（条件４）
　画像光に含まれる光線のうち、曲面スクリーンＳまでの光路長が最も短い光線の光路長をＬｎ、最も光路長が長い光線の光路長をＬｆとする。図６に示す例では、画素光Ｃ２の光路長がＬｎとなり、画素光Ｃ３の光路長がＬｆとなる。
　この場合、以下の関係を満たすように、投射光学系１５、及び曲面スクリーンＳが構成される。
　（４）　０．００５＜Ｌｎ／Ｌｆ＜０．５
　この条件式（４）も、条件式（３）と同様に、図３に例示するユーザ３の移動可能な領域を規定する際の条件式に相当する。すなわちＬｎ／Ｌｆが、条件式（４）に規定する下限に満たない場合、ユーザ３がスクリーンＳの近くに立った場合でも影の発生を抑制することができ、ユーザ３の移動可能な領域を大きくとることができる。その一方、光路長差が大きくなりすぎて、光学性能が低減してしまう可能性が高くなる。Ｌｎ／Ｌｆが、条件式（４）に規定する上限を超えた場合、ユーザ３がスクリーンＳから離れないと、光線がユーザ３と干渉してしまい、ユーザ３の影が発生してしまう。また曲面スクリーンＳから投射光学系１５を遠ざける必要があり、装置全体が大型化してしまう。
　条件式（１）～（４）の各々の下限値及び上限値は、上記した値に限定される訳ではない。例えば照明光学系１０、投射光学系１５、曲面スクリーンＳ等の構成に応じて、各値を適宜変更することも可能である。例えば上記した範囲内に含まれる任意の値を下限値及び上限値として選択し、改めて最適な範囲として設定されてもよい。
　例えば条件式（１）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
　８５度≦θ１ｍａｘ≦１６０度
　８０度≦θ１ｍａｘ≦１４０度
　８５度≦θ１ｍａｘ≦１４０度
　例えば条件式（２）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
　１＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜＜１０
　２＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜＜１０
　以上のように構成された投射光学系１５について、具体的な数値例を挙げて簡単な説明を行う。
　図７は、画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。図８は、図７に示すパラメータを説明するための模式図である。
　投射光学系１５の１次像面側の開口数ＮＡは０．１２７である。画像変調素子（液晶パネルＰ）の、横方向及び縦方向の長さ（Ｈ×ＶＳｐ）は８．２ｍｍ及び４．６ｍｍである。画像変調素子の中心位置（Ｃｈｐ）は、光軸Ｏから上方３．７ｍｍの位置である。１次像面側のイメージサークル（ｉｍｃ）は、φ１４．６ｍｍである。
　上記したように、図８に示す液晶パネルＰの中央の画素から出射される光が、図５等に示す画素光Ｃ１に相当する（同じ符号を付す）。液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏに近い画素から出射される光が、画素光Ｃ２に相当する（同じ符号を付す）。液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏから遠い画素から出射される光が、画素光Ｃ３に相当する（同じ符号を付す）。
　液晶パネルＰの右上端の画素から出射される光が、図５等に示す画素光Ｃ４に相当する（同じ符号を付す）。本実施形態では、この画素から出射される画素光Ｃ４が、凹面反射面Ｍｒ３により、光軸Ｏに沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。
　図９は、画像表示装置のレンズデータ、及び曲面スクリーンのデータである。図９には、１次像面（Ｐ）側から２次像面（Ｓ）側に向かって配置される１～２４の光学部品（レンズ面）と、曲面スクリーンＳについてのデータが示されている。各光学部品（レンズ面）のデータとして、曲率半径（ｍｍ）と、芯厚ｄ（ｍｍ）と、ｄ線（５８７．５６ｎｍ）での屈折率ｎｄと、ｄ線でのアッベ数νｄとが記載されている。曲面スクリーンＳについては、曲率半径（ｍｍ）が記載されている。
　なお、非球面を有する光学部品は、以下の式に従う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図１０は、投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。図１０には、図９で＊印を付加された非球面の各光学部品、１２、１３、１５及び２４についての非球面係数がそれぞれ示されている。図例の非球面係数は上記の式（数１）に対応したものである。
　なお本実施形態において、式（数１）は、光線高さに応じた凹面反射面Ｍｒ３の形状を表す関数Ｚ（ｈ）に相当する。式（数１）に、図５に示す光線高さｈを入力した場合の、サグ量Ｚが、光線高さに応じた凹面反射面Ｍｒ３の形状を表すパラメータとして用いられる。なお「サグ量」とは、面頂点を通り光軸に垂直な平面を立てたときの、その平面とレンズ面上の点の光軸方向の距離である。
　従って、関数Ｚ（ｈ）を光線高さで微分した導関数Ｚ'（ｈ）（＝ｄＺ/ｄｈ）は、以下の式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記したように、この式により、光線高さｈにおける凹面反射面Ｍｒ３に接する直線の傾きが算出される。
　曲面スクリーンＳは、光軸Ｏに対して、偏心され、傾けられる。図１０には、曲面スクリーンＳの、ＸＹＺ方向における偏心成分、及びＸＹＺの各軸回りの回転成分が記載されている。
　図１０に例示するＸＤＥ、ＹＤＥ、及びＺＤＥは、面の偏心のＸ方向成分（単位：ｍｍ）、Ｙ方向成分（単位：ｍｍ）、及びＺ方向成分（単位：ｍｍ）を示している。ＡＤＥ、ＢＤＥ、及びＣＤＥは、面の回転のθｘ方向成分（Ｘ軸廻りの回転成分；単位：度）、θｙ方向成分（Ｙ軸廻りの回転成分；単位：度）、及びθｚ方向成分（Ｚ軸廻りの回転成分；単位：度）を示している。
　図１１は、光線高さｈにおけるＺ（ｈ）とＺ'（ｈ）とを示す表である。図１１では、Ｚ（ｈ）であるサグ量を「ｓｈａｐｅ」と記載している（単位：ｍｍ）。またＺ'（ｈ）である接線の傾きを、「ｔｈｉｔａ」と記載している。また図１１には、光線高さｈの変位に応じた接線の傾きの変位量を、「Δθ」として記載している。なお光軸Ｏの光線高さを０、光線高さｈｍａｘを１として、光線高さｈに対して正規化を行った上で演算をしている。
　図１２は、光線高さｈと「ｔｈｉｔａ」との関係を示すグラフである。図１３は、光線高さｈと「Δθ」との関係を示すグラフである。光軸Ｏから離れた光線高さ０．９～１．００にかけて、接線の傾きが大きく変化しているのが分かる。このことは、光線高さ０．９～１．００にかけて、曲率が大きくなることを意味する。これにより、交差角度θ１を大きくすることが可能となる。
　図１４は、本実施形態において、上記した条件式（２）～（４）で用いられるパラメータの数値を示す表である。
　｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜　１１．８
　｜Ｚ'ａｖｅ.｜　５．７
　｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜　２．０７
　Ｃ１の光路長　１０３１．１１ｍｍ
　Ｃ２の光路長（＝Ｌｐ１＝Ｌｎ）　６３４．７６ｍｍ
　Ｃ３の光路長（＝Ｌｐ２＝Ｌｆ）　１３１１．６１ｍｍ
　Ｃ４の光路長　１２３６．６１ｍｍ
　Ｌｐ１／Ｌｐ２　０．４８
　Ｌｎ／Ｌｆ　０．４８
　このような結果となり、条件式（２）～（４）を満たしていることが分かる。
　以上、本実施形態に係る画像表示システム１００では、凹面反射面Ｍｒ３により、画像光の少なくとも一部の光線が、投射光学系１５を構成する上で基準となる光軸Ｏに沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。これにより、例えば曲面スクリーンＳ等への画像の投射に対応することが可能となり、高品質な画像表示を実現することが可能となる。
　図１５は、比較例として挙げる画像表示装置による曲面スクリーンへの画像の投射を説明するための模式図である。
　画像表示装置９０は、超広角対応のプロジェクタであり、画像光を曲面スクリーンに反射する凹面反射面の構成が、本実施形態に係る画像表示装置２０とは異なる。具体的には、凹面反射面は、画像光に含まれる全ての光線を、投射光学系を構成する上で基準となる光軸と８０度未満の角度で交差する方向に反射する。
　このような画像表示装置９０により、曲面スクリーンＳへ最大のサイズで画像を投射する場合を考える。例えば図１５Ａに示すように、平面スクリーンＳ'に画像９１を投射する場合と同様に、曲面スクリーンＳに画像９２を投射したとする。すなわち同様の画像光を、平面スクリーンＳ'と曲面スクリーンＳとにそれぞれ投射した場合を考える。
　そうすると、当然のことながら、平面スクリーンＳ'に表示される画像９１と、曲面スクリーンＳに表示される画像９２とは、互いに異なる形状となる。平面スクリーンＳ'に表示される画像９１を基準に考えると、曲面スクリーンＳに表示される画像９２は、非常に歪んだ画像となってしまう。
　従って、曲面スクリーンＳに適正に画像９２を表示するためには、画像信号に対して電気的な補正処理を実行しなければならない。その補正量は、曲面スクリーンＳの形状にもよるが、非常に大きいものとなることが多い。この結果、画像９２の画質の低下等が発生してしまう。
　また図１２Ｂに示すように、曲面スクリーンＳの広い範囲に画像９２を表示するためには、画像表示装置９０を、曲面スクリーンＳから離れた位置に設置しなければならない。この結果、画像９２を視聴するユーザにとって、画像表示装置９０の存在が目立ってしまい、コンテンツへの没入感が損なわれてしまう。またユーザの影が出てしまう領域が大きくなってしまうので、ユーザが移動可能な領域が小さくなる。この結果、優れた視聴環境を提供することが難しくなる。
　本実施形態に係る画像表示システム１００では、凹面反射面Ｍｒ３により反射可能な範囲が、基準となる光軸Ｏに対して８０度以上と、広く設計される。この結果、光学的に面スクリーンＳに表示される画像の歪みを抑制することが可能となる。この結果、画像信号に対する電気的な補正量を十分に抑制することが可能となる。この結果、高い画質にて画像を表示することが可能となる。
　また図３に例示すように、曲面スクリーンＳに近い位置から、曲面スクリーンＳ　の広い範囲に画像を投射することが可能となるので、第１及び第２の画像表示装置２０ａ及び２０ｂの存在により、ユーザ３のコンテンツへの没入感を阻害することを十分に抑制することが可能となる。またユーザ３の影が出てしまう領域を小さくすることが可能であるので、ユーザ３が移動可能な領域を大きくするこができる。この結果、非常に優れた視聴環境を提供することが可能となる。
　なお、比較例として挙げた画像表示装置９０の凹面反射面を、本技術に係る凹面反射面に取替え、第１の光学系の全体構成を最適化することで、本技術に係る画像表示装置として、容易に実現させることも可能である。
　＜第２の実施形態＞
　本技術に係る第２の実施形態の画像表示システムについて説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した画像表示システム１００、及び画像表示装置２０における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
　図１６～及び図１８は、本実施形態に係る投射光学系２１５の概略構成例を示す光路図である。なお図１７及び図１８では、曲面スクリーンＳの構成が互いに異なっている。以下、図１７に示す構成例を実施例２－１と記載、図１８に示す構成例を実施例２－２と記載する場合がある。
　図１６～図１８に示すように、凹面反射面Ｍｒ３により、凹面反射面Ｍｒ３に入射する画像光に含まれる少なくとも一部の光線が、基準軸である光軸Ｏに沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。
　図１６に示す例では、画像光に含まれる画素光Ｃ４が、光軸Ｏに沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。凹面反射面Ｍｒ３により反射された画素光Ｃ４の進行方向と、光軸Ｏに沿った方向との交差角度Ｒ１、１２８．２度となっている。またこの角度Ｒ１が、最大の交差角度となっており、条件式（１）を満たしていることが分かる。
　本実施形態では、画素光Ｃ３も、光軸Ｏに沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射される。画素光Ｃ３の交差角度は、１２２．５度である。
　図１９は、画像投影に関するパラメータの一例を示す表である。
　図２０は、画像表示装置のレンズデータ、及び曲面スクリーンのデータである。
　図２１は、投射光学系に含まれる光学部品の非球面係数の一例を示す表である。また図２１には、実施例２－１の曲面スクリーン及び実施例２－２の曲面スクリーンの、ＸＹＺ方向における偏心成分、及びＸＹＺの各軸回りの回転成分が記載されている。
　図２２は、光線高さｈにおけるＺ（ｈ）とＺ'（ｈ）とを示す表である。
　図２３は、光線高さｈと「ｔｈｉｔａ」との関係を示すグラフである。
　図２４は、光線高さｈと「Δθ」との関係を示すグラフである。
　図２５は、本実施形態において、上記した条件式（２）～（４）で用いられるパラメータの数値を示す表である。
　｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜　１３．７
　｜Ｚ'ａｖｅ.｜　７．８
　｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜　１．７５
　（実施例２－１）
　Ｃ１の光路長　９３３．０１ｍｍ
　Ｃ２の光路長（＝Ｌｐ１＝Ｌｎ）　４１８．１２ｍｍ
　Ｃ３の光路長（＝Ｌｐ２）　１１９５．５ｍｍ
　Ｃ４の光路長（＝Ｌｆ）　１２７７．９３ｍｍ
　Ｌｐ１／Ｌｐ２　０．３５
　Ｌｎ／Ｌｆ　０．３３
　（実施例２－２）
　Ｃ１の光路長　１０４５．３ｍｍ
　Ｃ２の光路長（＝Ｌｐ１＝Ｌｎ）　３０６．５ｍｍ
　Ｃ３の光路長（＝Ｌｐ２）　１３１９．８４ｍｍ
　Ｃ４の光路長（＝Ｌｆ）　１３２９．１６ｍｍ
　Ｌｐ１／Ｌｐ２　０．２３
　Ｌｎ／Ｌｆ　０．２３
　このような結果となり、条件式（２）～（４）を満たしていることが分かる。なお実施例２－１及び実施例２－２では、画素光Ｃ４の光路長がＬｆとなっている。
　本実施形態に係る構成でも、上記の実施形態と同様に、曲面スクリーンＳに対応した高品質な画像表示を実現することが可能となる。
　＜その他の実施形態＞
　本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
　図１３及び図２４のグラフに示すように、第１及び第２の実施形態に係る凹面反射面Ｍｒ３では、光線高さ０．９～１．００にかけて、曲率が大きくなっていることが分かる。このことに着目して、本技術に係る凹面反射面Ｍｒ３の１つの特徴を、以下の条件式にて規定することが可能である。
　すなわち、以下の関係を満たすように、投射光学系が構成される
　１＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'（０．７・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．５・ｈｍａｘ）｜＜２０
　１＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'（０．５・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．３・ｈｍａｘ）｜＜２０
　これらの式は、光線高さ０．９～１．００による形状変化が、他の光線高さの範囲よりも大きいという特徴に基づいて出された条件式である。これらの条件式を用いて、本技術に係る投射光学系が構成されてもよい。
　図２６は、他の実施形態に係る投射光学系の概略構成例を示す光路図である。この投射光学系３１５では、第１の光学系Ｌ１と、第２の光学系Ｌ２である凹面反射面Ｍｒ３との間に、平面反射面Ｍｒ４が配置される。平面反射面Ｍｒ４により、第１の光学系Ｌ１の光路進行方向が折り曲げられる。このような構成が採用されてもよい。
　このような場合においても、折り曲げられた光軸Ｏ'を基準軸として、凹面反射面Ｍｒ３が適宜構成されればよい。すなわち凹面反射面Ｍｒ３に入射する画像光に含まれる少なくとも一部の光線が、基準軸である光軸Ｏ'に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射されるように、凹面反射面Ｍｒ３が構成される。言い換えれば、図２６に示す交差角度θ１が、８０度以上となる光線が存在するように、凹面反射面Ｍｒ３が構成される。なお図２６では、図示を省略した画素光Ｃ４の交差角度θ１が、８０度以上となるように構成されている。
　図２７及び図２８は、他の実施形態に係る画像表示システムの構成例を示す模式図である。図２７に示す画像表示システム４００では、ドーム形状を有する曲面スクリーンＳが用いられる。なおドーム形状は、半球形状に限定されず、周囲３６０度にわたって上方を覆うことが可能な任意の形状が含まれる。
　図２７Ａ～Ｃに示すように、ドーム形状の曲面スクリーンＳの下方に、左右方向に沿って互いに対向するように、第１及び第２の画像表示装置４２０ａ及び４２０が設置される。第１及び第２の画像表示装置４２０ａ及び４２０ｂは、上方に向けて第１及び第２の画像４２１ａ及び４２１ｂをそれぞれを投射可能に設置される。
　第１及び第２の画像４２１ａ及び４２１ｂは、長辺方向（左右方向）に沿って互いに重複するように投射される。従って、曲面スクリーンＳの頂点部分に、第１及び第２の画像４２１ａ及び４２１ｂが互いに重複する重複領域４２２が生成される。重複領域４２２を基準としてスティッチング処理が実行され、サイズの大きい１枚の画像が表示される。
　第１及び第２の画像表示装置４２０ａ及び４２０ｂとして、上記で説明した本技術に係る画像表示装置を用いることで、ドーム形状に対応した高品質な画像表示が実現可能となり、優れた視聴環境を提供することが可能となる。
　図２８に示す画像表示システム５００では、ドーム形状の曲面スクリーンＳの下方に、円周に沿って等間隔に第１～第３の画像表示装置５２０ａ～５２０ｂが配置される。第１～第３の画像表示装置５２０ａ～５２０ｃは、上方に向けて第１～第３の画像５２１ａ～５２１ｃをそれぞれを投射可能に設置される。
　図２８Ｂに示すように、第１～第３の画像５２１ａ～５２１ｃとして、矩形状の画像を構成するための画像光が投射される。図１８Ｂには、第１～第３の画像５２１ａ～５２１ｃの各々が矩形状に模式的に図示されているが、曲面スクリーンＳに表示される形状は矩形状とは異なる形状となる。
　第１～第３の画像５２１ａ及び５２１ｂは、曲面スクリーンＳの頂点に対して互いに対称となる位置に、互いに重複するように投射される。そして重複領域５２２ａ～５２２ｃにて、スティッチング処理が実行され、サイズの大きい１枚の画像が表示される。
　第１～第３の画像表示装置５２０ａ～５２０ｃとして、上記で説明した本技術に係る画像表示装置を用いることで、ドーム形状に対応した高品質な画像表示が実現可能となり、優れた視聴環境を提供することが可能となる。このように本技術は、３台以上の画像表示装置が用いられる場合でも、適用可能である。
　スクリーンに画像光を反射する凹面反射面として、回転対称軸を有さない自由曲面が用いられてもよい。この場合、例えばレンズ系を構成する上で基準となる基準軸に、凹面反射面の光軸（例えば光学面を中央を通る軸）が合わせられる。そして画像光に含まれる少なくとも一部の光線が、基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射されるように、凹面反射面が適宜設計される。これにより上記と同様の効果を発揮することが可能となる。
　被投射物は、曲面スクリーンに限定されない。テーブルや建物等の壁等、任意の被投射物への画像の表示に、本技術は適用可能である。特に曲面形状を有する被投射物に対応した高品質な画像表示が実現可能である。
　各図面を参照して説明した画像表示システム、画像表示装置、投射光学系、凹面反射面、スクリーン等の各構成はあくまで一実施形態であり、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で、任意に変形可能である。すなわち本技術を実施するための他の任意の構成やアルゴリズム等が採用されてよい。
　本開示において、「一致」「等しい」「垂直」「矩形状」「ドーム形状」「対称」等は、「実質的に一致」「実質的に等しい」「実質的に垂直」「実質的に矩形状」「実質的にドーム形状」「実質的に対称」を含む概念とする。例えば「完全に一致」「完全に等しい」「完全に垂直」「完全に矩形状」「完全にドーム形状」「完全に対称」等を基準とした所定の範囲（例えば±１０％の範囲）に含まれる状態も含まれる。
　以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）光源と、
　前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する画像生成部と、
　　前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有するレンズ系と、
　　前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面と
　を有する投射光学系と
　を具備し、
　前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
　画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
　前記画像光は、複数の画素光を含み、
　前記凹面反射面は、前記複数の画素光のうち少なくとも１つの画素光を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
　画像表示装置。
（３）（１）又は（２）に記載の画像表示装置であって、
　前記凹面反射面により反射された前記画像光に含まれる各光線の進行方向と、前記基準軸に沿った方向とが交差する角度をθ１とし、最も角度θ１が大きくなる光線の角度θ１をθ１ｍａｘとすると、
　８０度≦θ１ｍａｘ≦１６０度
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記凹面反射面は、回転対称軸が前記基準軸と一致するように構成され、
　前記基準軸からの光線高さをｈ、前記光線高さに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'（ｈ）、前記画像光を反射する前記基準軸から最も離れた反射点に対応する光線高さをｈｍａｘ、前記基準軸から光線高さｈｍａｘまでのＺ'（ｈ）の平均値をＺ'ａｖｅ．とすると、
　１＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜＜２０
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
（５）（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記基準軸は、前記レンズ系に含まれる前記画像生成部に最も近いレンズの光軸を延長した軸である
　画像表示装置。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記レンズ系は、前記レンズ系に含まれる１以上の光学部品の各々の光軸が、前記基準軸に一致するように構成される
　画像表示装置。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記凹面反射面は、前記凹面反射面の光軸が、前記基準軸に一致するように構成される
　画像表示装置。
（８）（１）から（３）、及び（５）から（７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記凹面反射面は、回転対称軸を有さない自由曲面である
　画像表示装置。
（９）　光源から出射される光を変調して生成された画像光を投射する投射光学系であって、
　前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有するレンズ系と、
　前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面と
　を具備し、
　前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
　投射光学系。
（１０）（Ａ）被投射物と、
（Ｂ）各々が、
　光源と、
　前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する画像生成部と、
　　前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有するレンズ系と、
　　前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面と
　を有する投射光学系と
　を有し、
　前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
　１以上の画像表示装置と
　を具備する画像表示システム。
（１１）（１０）に記載の画像表示システムであって、
　前記画像生成部は、前記画像光を出射する画像変調素子を有し、
　前記画像変調素子は、各々が画素光を出射する複数の画素を有し、前記複数の画素から出射される複数の画素光を含む前記画像光を出射し、
　前記画像変調素子の前記基準軸に最も近い画素から出射される画素光の前記被投射物までの光路長をＬｐ１、前記基準軸に最も近い画素から前記画像変調素子の中央の画素を結ぶ直線上に位置し前記基準軸から最も遠い画素から出射される画素光の前記被投射物までの光路長をＬｐ２とすると、
　０．００５＜Ｌｐ１／Ｌｐ２＜０．５
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示システム。
（１２）（１０）又は（１１）に記載の画像表示システムであって、
　前記画像光に含まれる光線のうち、前記被投射物までの光路長が最も短い光線の光路長をＬｎ、最も光路長が長い光線の光路長をＬｆとすると、
　０．００５＜Ｌｎ／Ｌｆ＜０．５
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示システム。
（１３）（１０）から（１２）のうちいずれか１つに記載の画像表示システムであって、
　前記被投射物は、曲面スクリーンであり、
　前記１以上の画像表示装置は、前記曲面スクリーンの形状に対応した位置に前記凹面反射面が配置されるようにそれぞれ設置される
　画像表示システム。
（１４）（１０）から（１３）のうちいずれか１つに記載の画像表示システムであって、
　前記１以上の画像表示装置は、第１の画像を前記曲面スクリーンに投射する第１の画像表示装置と、第２の画像を前記曲面スクリーンに投射する第２の画像表示装置とを含み、
　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
　画像表示システム。
（１５）（１４）に記載の画像表示システムであって、
　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複する領域以外の領域を構成する画像光が、互いに交差しないように前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
　画像表示システム。
（１６）（１４）又は（１５）に記載の画像表示システムであって、
　前記画像生成部は、矩形状の画像を構成する前記画像光を生成し、
　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像の長辺方向に沿って前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように、前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
　画像表示システム。
（１７）（１４）又は（１５）に記載の画像表示システムであって、
　前記画像生成部は、矩形状の画像を構成する前記画像光を生成し、
　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像の短辺方向に沿って前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように、前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
　画像表示システム。
（１８）（１０）から（１７）のうちいずれか１つに記載の画像表示システムであって、
　前記被投射物は、ドーム形状を有するスクリーンである
　画像表示システム。
（１９）（１０）から（１８）のうちいずれか１つに記載の画像表示システムであって、
　前記１以上の画像表示装置は、３以上の画像表示装置を含む
　画像表示システム。
　Ｃ１～Ｃ４…画素光
　Ｌ１…第１の光学系
　Ｌ２…第２の光学系
　Ｍｒ３…凹面反射面
　１…液晶プロジェクタ
　５…光源
　１０…照明光学系
　１５、２１５、３１５…投射光学系
　２０
　２０ａ、４２０ａ、５２０ａ…第１の画像表示装置
　２０ｂ、４２０ｂ、５２０ｂ…第２の画像表示装置
　２１ａ、４２１ａ、５２１ａ…第１の画像
　２１ｂ、４２１ｂ、５２１ｂ…第２の画像
　２２、４２２、５２２ａ～ｃ…重複領域
　２３ａ…第１の画像光
　２３ｂ…第２の画像光
　３０、Ｓ…曲面スクリーン
　１００、４００、５００…画像表示システム
　５２０ｃ…第３の画像表示装置
　５２１ｃ…第３の画像表示装置

Claims (19)

  1. 　光源と、
    　前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する画像生成部と、
    　　前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有するレンズ系と、
    　　前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面と
    　を有する投射光学系と
    　を具備し、
    　前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
    　画像表示装置。
  2. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記画像光は、複数の画素光を含み、
    　前記凹面反射面は、前記複数の画素光のうち少なくとも１つの画素光を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
    　画像表示装置。
  3. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記凹面反射面により反射された前記画像光に含まれる各光線の進行方向と、前記基準軸に沿った方向とが交差する角度をθ１とし、最も角度θ１が大きくなる光線の角度θ１をθ１ｍａｘとすると、
    　８０度≦θ１ｍａｘ≦１６０度
    　の関係を満たすように構成されている
    　画像表示装置。
  4. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記凹面反射面は、回転対称軸が前記基準軸と一致するように構成され、
    　前記基準軸からの光線高さをｈ、前記光線高さに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）を光線高さで微分した導関数をＺ'（ｈ）、前記画像光を反射する前記基準軸から最も離れた反射点に対応する光線高さをｈｍａｘ、前記基準軸から光線高さｈｍａｘまでのＺ'（ｈ）の平均値をＺ'ａｖｅ．とすると、
    　１＜｜Ｚ'（１．０・ｈｍａｘ）－Ｚ'（０．９・ｈｍａｘ）｜／｜Ｚ'ａｖｅ.｜＜２０
    　の関係を満たすように構成されている
    　画像表示装置。
  5. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記基準軸は、前記レンズ系に含まれる前記画像生成部に最も近いレンズの光軸を延長した軸である
    　画像表示装置。
  6. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記レンズ系は、前記レンズ系に含まれる１以上の光学部品の各々の光軸が、前記基準軸に一致するように構成される
    　画像表示装置。
  7. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記凹面反射面は、前記凹面反射面の光軸が、前記基準軸に一致するように構成される
    　画像表示装置。
  8. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記凹面反射面は、回転対称軸を有さない自由曲面である
    　画像表示装置。
  9. 　光源から出射される光を変調して生成された画像光を投射する投射光学系であって、
    　前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有するレンズ系と、
    　前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面と
    　を具備し、
    　前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
    　投射光学系。
  10. （Ａ）被投射物と、
    （Ｂ）各々が、
    　光源と、
    　前記光源から出射される光を変調して画像光を生成する画像生成部と、
    　　前記生成された画像光が入射する位置に基準軸を基準として構成され、全体で正の屈折力を有するレンズ系と、
    　　前記基準軸を基準として構成され、前記レンズ系から出射された前記画像光を被投射物に向けて反射する凹面反射面と
    　を有する投射光学系と
    　を有し、
    　前記凹面反射面は、前記凹面反射面に入射する前記画像光に含まれる少なくとも一部の光線を、前記基準軸に沿った方向と８０度以上の角度で交差する方向へ反射する
    　１以上の画像表示装置と
    　を具備する画像表示システム。
  11. 　請求項１０に記載の画像表示システムであって、
    　前記画像生成部は、前記画像光を出射する画像変調素子を有し、
    　前記画像変調素子は、各々が画素光を出射する複数の画素を有し、前記複数の画素から出射される複数の画素光を含む前記画像光を出射し、
    　前記画像変調素子の前記基準軸に最も近い画素から出射される画素光の前記被投射物までの光路長をＬｐ１、前記基準軸に最も近い画素から前記画像変調素子の中央の画素を結ぶ直線上に位置し前記基準軸から最も遠い画素から出射される画素光の前記被投射物までの光路長をＬｐ２とすると、
    　０．００５＜Ｌｐ１／Ｌｐ２＜０．５
    　の関係を満たすように構成されている
    　画像表示システム。
  12. 　請求項１０に記載の画像表示システムであって、
    　前記画像光に含まれる光線のうち、前記被投射物までの光路長が最も短い光線の光路長をＬｎ、最も光路長が長い光線の光路長をＬｆとすると、
    　０．００５＜Ｌｎ／Ｌｆ＜０．５
    　の関係を満たすように構成されている
    　画像表示システム。
  13. 　請求項１０に記載の画像表示システムであって、
    　前記被投射物は、曲面スクリーンであり、
    　前記１以上の画像表示装置は、前記曲面スクリーンの形状に対応した位置に前記凹面反射面が配置されるようにそれぞれ設置される
    　画像表示システム。
  14. 　請求項１０に記載の画像表示システムであって、
    　前記１以上の画像表示装置は、第１の画像を前記曲面スクリーンに投射する第１の画像表示装置と、第２の画像を前記曲面スクリーンに投射する第２の画像表示装置とを含み、
    　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
    　画像表示システム。
  15. 　請求項１４に記載の画像表示システムであって、
    　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複する領域以外の領域を構成する画像光が、互いに交差しないように前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
    　画像表示システム。
  16. 　請求項１４に記載の画像表示システムであって、
    　前記画像生成部は、矩形状の画像を構成する前記画像光を生成し、
    　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像の長辺方向に沿って前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように、前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
    　画像表示システム。
  17. 　請求項１４に記載の画像表示システムであって、
    　前記画像生成部は、矩形状の画像を構成する前記画像光を生成し、
    　前記第１の画像表示装置及び前記第２の画像表示装置は、前記第１の画像及び前記第２の画像の短辺方向に沿って前記第１の画像及び前記第２の画像が互いに重複するように、前記第１の画像及び前記第２の画像をそれぞれ投射する
    　画像表示システム。
  18. 　請求項１０に記載の画像表示システムであって、
    　前記被投射物は、ドーム形状を有するスクリーンである
    　画像表示システム。
  19. 　請求項１０に記載の画像表示システムであって、
    　前記１以上の画像表示装置は、３以上の画像表示装置を含む
    　画像表示システム。
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