CN112074783A - 图像显示装置、投影光学系统以及图像显示系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例的图像显示装置配备有光源、图像生成单元P以及投影光学系统15。该图像生成单元调制从该光源发射的光，以生成图像光。该投影光学系统包括透镜系统L1以及凹面反射面Mr3。该透镜系统被配置为使用在该生成的图像光的入射位置上的基准轴作为基准，并且所述透镜系统整体上具有正折射力。使用该基准轴作为基准配置该凹面反射面，并且所述凹面反射面将从透镜系统发射的图像光朝用于投影的目标反射。该凹面反射面反射入射在该凹面反射面上的图像光中包括的至少一部分光束，并且此外，将该光束反射到与跟随沿着基准轴的方向呈至少80度的角度相交的方向。

Description

图像显示装置、投影光学系统以及图像显示系统

技术领域

本技术涉及诸如投影仪的图像显示装置，并且涉及例如投影光学系统。

背景技术

过去，投影仪被广泛地认为是在屏幕上显示投影图像的投影型图像显示装置。近来，对在即使在投影空间小的情况下，也能够显示大屏幕的具有超广角的前投影型投影仪的需求不断增长。通过使用该投影仪，通过倾斜并以广角投影在屏幕上，也可以在有限的空间内投影较大的屏幕。

通过使用在专利文献1中描述的具有超广角的投影型投影仪，可以通过移动投影光学系统中包括的至少一个光学部件来执行用于移动要被投影到屏幕上的投影图像的屏幕偏移。通过使用该屏幕偏移，可以容易地对图像位置等执行微调(专利文献1的说明书的第[0023]段和第[0024]段)。

引文列表

专利文献1：JP5365155B

发明内容

技术问题

期望的是，超广角投影仪将会继续被广泛地使用，并且因此需要用于显示具有高品质的图像的技术。

鉴于上述状况，本技术的目的是提供使得能够应对超广角投影并且能够显示具有高品质的图像的图像显示设备、投影光学系统以及图像显示系统。

解决方案

为了实现上述目的，根据本技术的方面的图像显示装置包括光源、图像生成器和投影光学系统。

该图像生成器调制从该光源发射的光，并生成图像光。

该投影光学系统包括透镜系统和凹面反射面。

该透镜系统被配置为以在所生成的图像光入射的位置上的基准轴为基准，并且整体上具有正折射力。

该凹面反射面基于该基准轴被配置，并且将从该透镜系统发射的图像光朝投影目标反射。另外，该凹面反射面将入射在该凹面反射面上的图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着该基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

图像显示装置使用该凹面反射面来将该图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着该基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。基准轴用作用于配置该投影光学系统的标准。这使得可以应对在例如曲面屏幕等上的图像的投影，并且可以显示具有高品质的图像。

该图像光可以包括多个像素光束。在这一情况下，该凹面反射面可以将该多个像素光束中的至少一束朝与沿着该基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

该图像显示装置可以被配置为满足关系：

80度≤θ1max≤160度，

其中，θ1表示沿着基准轴的方向与由凹面反射面反射的图像光中包括的各光束的传播方向之间的相交角度，以及θ1max表示具有最大角度θ1的光束的角度θ1。

该凹面反射面可以被配置为具有与基准轴一致的旋转对称轴。在这一情况下，该图像显示装置被配置为满足关系：

1<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|<20，

其中，h表示光束距离该基准轴的高度，Z’(h)表示通过将函数Z(h)相对于光束的高度微分而获得的导数函数，该函数Z(h)表示与该光束的高度相对应的该凹面反射面的形状，hmax表示与最远离用于反射图像光的基准轴的反射点相对应的光束的高度，以及Z’ave.表示从该基准轴到该光束的高度hmax的Z’(h)的平均值。

该基准轴可以是通过延伸该透镜系统中包括的最靠近图像生成器的透镜的光轴而获得的轴。

该透镜系统可以被配置为包括具有与该基准轴一致的各个光轴的一个或多个光学部件。

该凹面反射面可以被配置为具有与该基准轴一致的光轴。

该凹面反射面可以是没有旋转对称轴的自由曲面。

根据本技术的方面的投影光学系统对通过调制从光源发射的光而生成的图像光进行投影。该投影光学系统包括透镜系统和凹面反射面。

根据本技术的方面的图像显示系统包括投影目标以及一个或多个图像显示装置，每个图像显示装置包括光源、图像生成器和投影光学系统。

该图像生成器可以包括发射图像光的图像调制元件。在这一情况下，该图像调制元件可以包括多个像素，每个像素发射像素光束，并且该图像调制元件可以发射包括从该多个像素发射的多个像素光束的图像光。

另外，该图像显示系统可以被配置为满足关系：

0.005<Lp1/Lp2<0.5，

其中，Lp1表示从该图像调制元件中最靠近该基准轴的像素发射到投影目标的像素光束的光路的长度，并且Lp2表示从最远离所述基准轴并位于连接最靠近该基准轴的像素与该图像调制元件中的中心像素的直线上的像素发射到该投影目标的像素光束的光路的长度。

该图像显示系统可以被配置为满足关系：

0.005<Ln/Lf<0.5，

其中，Ln表示该图像光中包括的光束中到该投影目标的光路的长度最短的光束的光路的长度，并且Lf表示该图像光中包括的光束中到该投影目标的光路的长度最长的光束的光路的长度。

该投影目标可以是曲面屏幕。在这一情况下，可以安装一个或多个图像显示装置，使得该各个凹面反射面被布置在与该曲面屏幕的形状相对应的位置。

一个或多个图像显示装置可以包括将第一图像投影在曲面屏幕上的第一图像显示装置和在将第二图像投影在曲面屏幕上的第二图像显示装置。在这一情况下，该第一图像显示装置和该第二图像显示装置分别地投影该第一图像和该第二图像，使得该第一图像和该第二图像彼此重叠。

该第一图像显示装置和该第二图像显示装置可以分别地投影该第一图像和该第二图像，使得构成除该第一图像和该第二图像彼此重叠的区域以外的区域的图像光的光束彼此不相交。

图像生成器可以生成构成矩形图像的图像光。在这一情况下，该第一图像显示装置和该第二图像显示装置可以分别地投影该第一图像和该第二图像，使得该第一图像和该第二图像沿着该第一图像和该第二图像的长边方向彼此重叠。

该图像生成器可以生成构成矩形图像的图像光。在这一情况下，该第一图像显示装置和该第二图像显示装置可以分别地投影该第一图像和该第二图像，使得该第一图像和该第二图像沿着该第一图像和该第二图像的短边方向彼此重叠。

投影目标可以是具有圆顶形状的屏幕。

一个或多个图像显示装置可以包括三个或三个以上的图像显示装置。

发明的有益效果

如上所述，根据本技术，可以应对超广角投影并以高品质显示图像。注意，这里所述的效果不必被限制，并且可以展现期望在本公开中描述的任何效果。

附图说明

图1是用于描述支持超广角的液晶投影仪的其它优点的示意图。

图2是示出投影型图像显示装置的配置示例的示意图。

图3是示出根据第一实施例的图像显示系统的配置示例的示意图。

图4是示出根据第一实施例的图像显示系统的配置示例的示意图。

图5是示出根据第一实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。

图6是示出根据第一实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。

图7是示出与图像投影有关的参数的示例的表。

图8是用于描述图7中所示的参数的示意图。

图9示出了图像显示装置的透镜数据和曲面屏幕的数据。

图10是示出投影光学系统中包括的光学部件的非球面系数的示例的表。

图11是示出与光束的高度h相对应的Z(h)和Z’(h)的表。

图12是示出光束的高度h与“θ”之间的关系的曲线图。

图13是示出光束的高度h与“Δθ”之间的关系的曲线图。

图14是示出在条件表达式(2)至(4)中使用的参数的值的表。

图15是用于描述通过根据比较示例的图像显示装置将图像投影在曲面屏幕上的示意图。

图16是示出根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。

图17是示出根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。

图18是示出根据第二实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。

图19是示出与图像投影有关的参数的示例的表。

图20示出了图像显示装置的透镜数据和曲面屏幕的数据。

图21是示出投影光学系统中包括的光学部件的非球面系数的示例的表。

图22是示出与光束的高度h相对应的Z(h)和Z’(h)的表。

图23是示出光束的高度h与“θ”之间的关系的曲线图。

图24是示出光束的高度h与“Δθ”之间的关系的曲线图。

图25是示出在条件表达式(2)至(4)中使用的参数的值的表。

图26是示出根据另一实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。

图27是示出根据另一实施例的图像显示系统的配置示例的示意图。

图28是示出根据另一实施例的图像显示系统的配置示例的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本技术的实施例。

[投影型图像显示装置的概要]

将使用液晶投影屏作为示例来简单地描述投影型图像显示装置的概要。液晶投影仪通过空间地调制从光源发射的光来根据视频信号形成光学图像(图像光)。为了光调制，使用用作图像调制元件的液晶显示元件等。例如，使用包括分别对应于R、G和B的面板状的液晶显示元件(液晶面板)的三板型液晶投影仪。

光学图像由投影光学系统放大和投影，并显示在屏幕上。这里，将假设该投影光学系统支持例如半视角接近70度的超广角来进行描述。当然，半视角不限于此。

支持超广角的液晶投影仪即使在小的投影空间中也能够显示大屏幕。即，即使在液晶投影仪与屏幕之间的距离短的情况下，也可以执行放大投影。因此，实现以下优点。

因为液晶投影仪可以被放置得靠近屏幕，所以可以充分地抑制来自该液晶投影仪的光直接地进入人眼的可能性，并实现高安全性。

因为人的阴影等不出现在屏幕上，所以可以实现有效的演示。

安装位置的选择的自由度高，并且也可以容易地安装在小的安装空间或具有许多障碍物的天花板等中。

与将液晶投影仪安装在天花板上的情况相比，通过将液晶投影仪安装在墙壁上并使用它，可以容易地执行诸如缆线布线的维护。

可以增加设置会议空间、教室和会议室等的自由度。

图1是用于描述支持超广角的液晶投影仪的其它优点的示意图。如图1所示，通过将支持超广角的液晶投影仪1安装在桌子上，可以将放大的图像2投影在相同的桌子上。也可以以这种方式使用，并且可以有效地使用空间。

近来，随着交互式白板等在学校和工作场所等中的广泛使用，对于支持超广角的液晶投影仪的需求不断增长。此外，在数字标牌(电子广告)等领域中也使用类似的液晶投影仪。注意，例如，也可以使用与液晶显示器(LCD)和等离子显示面板(PDP)等有关的技术作为交互式白板。与这些相比，通过使用支持超广角的液晶投影仪，可以降低成本并提供大屏幕。注意，支持超广角的液晶投影仪也被称为短焦投影仪或超短焦投影仪等。

图2是示出投影型图像显示装置的配置示例的示意图。图像显示装置20包括光源5、照明光学系统10和投影光学系统15。

放置光源5以向照明光学系统10发射光束。例如，使用高压水银灯等作为光源5。可替代地，可以使用诸如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的固体光源。

照明光学系统10将从光源5发射的光通量均匀地照射到用作主图像面的图像调制元件(液晶面板P)的面上。在该照明光学系统10中，来自光源5的光通量依次穿过两个复眼透镜FL、偏振扰频器PS和聚光透镜L，并且该光通量被转换为具有均匀偏振的均匀光通量。

通过仅反射特定的波长带的光的每个二向色镜DM，已经穿过聚光透镜L的光通量被分离为R、G和B的各个颜色成分光束。R、G和B的颜色成分光束经由全反射镜M和透镜L等入射到与RGB颜色对应设置的各个液晶面板P。然后，通过各个液晶面板P，执行根据视频信号的光调制。受到光调制的各个颜色成分光束由二向色棱镜PP组合以生成图像光。然后，所生成的图像光朝投影光学系统15发射。

构成照明光学系统10的光学部件等不受限制，并且可以使用与上述光学部件不同的光学部件。例如，代替透射型液晶面板P，可以使用反射型液晶面板或数字微镜设备(DMD)等作为图像调制元件。此外，例如，代替二向色棱镜PP，可以使用偏振分束器(PBS)、全内反射(TIR)棱镜或组合RGB颜色的各个视频信号的颜色组合棱镜等。在这一实施例中，该照明光学系统10对应于图像生成器。

投影光学系统15调节从照明光学系统10发射的图像光，并且将该图像光放大并投影到作为次图像面的屏幕上。即，通过投影光学系统15来调节主图像面(液晶面板P)上的图像信息，并且将该图像信息放大并投影到次图像面(屏幕)上。

<第一实施例>

[图像显示系统]

图3和图4是示出根据本技术的第一实施例的图像显示系统的配置示例的示意图。图3是示出从上方观察图像显示系统100的图。图4是示出从右前侧上方倾斜地观察图像显示系统100的图。

该图像显示系统100包括曲面屏幕30和两个图像显示装置20。该曲面屏幕30包括整体上是曲面的屏幕以及至少部分是曲面的屏幕。

如图3和图4所示，当从上方观察时，在本实施例中使用的曲面屏幕30具有大致圆弧状的形状。安装曲面屏幕30，使得该曲面屏幕30沿着上下方向竖立并在左右方向上延伸。该曲面屏幕30的左端31a和右端31b朝前侧弯曲，并且在前后方向上被布置在大致相同的位置。该曲面屏幕30在左右方向上的近似中心部分在最靠后的位置处。当从上方观察时，该曲面屏幕30的近似中心部分对应于大致曲面形状的顶点。

曲面屏幕30的形状还可以表现为与沿着上下方向竖立的圆柱体的内面的部分大致相同的形状。可替代地，可以通过以不同角度连接微小的平面区域来配置曲面屏幕30。

曲面屏幕30的具体配置，诸如曲面屏幕30的材料、尺寸和曲率半径，不受限制。也可以自由地设计该曲面屏幕30。另外，可以通过将柔性屏幕构件附接到从上方看具有圆弧状的形状的基板部分的内面，来获得曲面屏幕30。在这一实施例中，该曲面屏幕30对应于投影目标。

两个图像显示装置20包括第一图像显示装置20a和第二图像显示装置20b。将第一图像显示装置20a安装在曲面屏幕30的左端31a的上下方向上的近似中心部分，使得该第一图像显示装置20a能够向后方投影图像。第一图像显示装置20a将图像(在下文中称为第一图像)21a投影到以圆弧状的形状弯曲的曲面屏幕30的左侧区域。

将第二图像显示装置20b安装在曲面屏幕30的右端31b的上下方向上的近似中心部分，使得该第二图像显示装置20b能够向后方投影图像。第二图像显示装置20b将图像(在下文中称为第二图像)21b投影到以圆弧状的形状弯曲的曲面屏幕30的右侧区域。注意，可以自由地设计保持该第一图像显示装置20a和该第二图像显示装置20b的保持机构(未示出)。

如图3和图4所示，第一图像显示装置20a和第二图像显示装置20b分别地投影第一图像21a和第二图像21b，使得该第一图像21a和该第二图像21b彼此重叠。

在本实施例中，在每个第一图像显示装置20a和每个第二图像显示装置20b中包括的图像调制元件(液晶面板P)具有由长边和短边构成的矩形形状。液晶面板P生成构成矩形图像的图像光。

第一图像21a和第二图像21b分别被投影为具有相同的矩形形状的图像。另外，将第一图像21a和第二图像21b投影，使得该第一图像21a和该第二图像21b沿着该第一图像21a和该第二图像21b的长边方向(左右方向)彼此重叠。这样使得可以在曲面屏幕30的近似中心部分处生成重叠区域22。在该重叠区域22中，第一图像21a和第二图像21b彼此重叠。

根据本实施例，在第一图像21a和第二图像21b彼此重叠的重叠区域22中执行拼接处理。这样使得可以连接第一图像21a和第二图像21b以合成单个图像。结果，在沿着曲面屏幕30的左右方向的大致整个区域中，显示大尺寸的单个图像。用于拼接处理的具体算法等不受限制。可以使用任何拼接技术。

图3示意性地示出了第一图像光23a以及像素光束Ca1、Ca2和Ca3。第一图像光23a构成由第一图像显示装置20a投影的第一图像21a。像素光束Ca1、Ca2和Ca3被包括在第一图像光23a中。

另外，图3示意性地示出了第二图像光23b以及像素光束Cb1、Cb2和Cb3。第二图像光23b构成由第二图像显示装置20b投影的第二图像21b。像素光束Cb1、Cb2和Cb3被包括在第二图像光23b中。

注意，各个像素光束是构成在投影图像中包括的多个像素的光。通常，各个像素光束是从生成并发射图像光的图像调制元件(液晶面板P)中包括的多个像素发射的光。因此，图像光包括多个像素光束。

图3所示的像素光束Ca1是构成在第一图像21a的左端的像素的像素光束。因此，像素光束Ca1对应于第一图像光23a的左端的光束。像素光束Ca2是构成在第一图像21a的右端的像素的像素光束。因此，像素光束Ca2对应于第一图像光23a的右端的光束。

像素光束Ca3是构成在第一图像21a和第二图像21b彼此重叠的重叠区域22的左端的像素的像素光束。因此，在第一图像23a所包括的光束中，对应于像素光束Ca3到Ca2的光束用作构成重叠区域22的图像光。另一方面，在第一图像23a所包括的光束中，对应于像素光束Ca1到Ca3的光束用作构成重叠区域22以外的区域的图像光。

图3所示的像素光束Cb1是构成在第二图像21b的右端的像素的像素光束。因此，像素光束Cb1对应于第二图像光23b的右端的光束。像素光束Cb2是构成在第二图像21b的左端的像素的像素光束。因此，像素光束Cb2对应于第一图像光23a的左端的光束。

像素光束Ca3是构成在重叠区域22的右端的像素的像素光束。因此，在第二图像光23b中所包括的光束中，对应于像素光束Cb3到Cb2的光束用作构成重叠区域22的图像光。另一方面，在第二图像光23b所包括的光束中，对应于像素光束Cb1到Cb3的光束用作构成重叠区域22以外的区域的图像光。

如图3所示，在本实施例中，第一图像显示装置20a和第二图像显示装置20b分别地投影第一图像21a和第二图像21b，使得构成该第一图像21a和该第二图像21b彼此重叠的重叠区域22以外的区域的图像光的光束彼此不相交。

这样使得可以充分地抑制正站在靠近在曲面屏幕30的近似中心部分生成的重叠区域22的位置的用户3的阴影的生成。结果，用户3可以从以圆弧状的形状弯曲的曲面屏幕30的内侧区域(例如，在靠近重叠区域22的位置)观看被组合为单个图像的第一图像21a和第二图像21b。这样使得可以向用户3提供非常高的内容的沉浸感以及优秀的视觉效果。

第一图像21a和第二图像21b的重叠方向不受限制。例如，可以投影第一图像21a和第二图像21b，使得该第一图像21a和该第二图像21b沿着该第一图像21a和该第二图像21b的短边方向彼此重叠。例如，根据图3和图4所示的配置示例，投影第一图像21a和第二图像21b。该第一图像21a和该第二图像21b具有矩形形状，并且它们的短边与左右方向一致。另外，可以投影第一图像21a和第二图像21b，使得该第一图像21a和该第二图像21b沿着该第一图像21a和该第二图像21b的短边方向彼此重叠。

在投影构成矩形图像的图像光的情况下，有时可以根据曲面屏幕30的形状以不同于矩形形状的形状来显示图像。在这一情况下，可以规定方向，使得液晶面板P的长边对应于图像的长边，并且液晶面板P的短边对应于图像的短边。接下来，可以将多个图像沿着长边方向或短边方向重叠。根据本公开，有时液晶面板P的长边方向可以被称为图像光的长边方向，并且液晶面板P的短边方向可以被称为图像光的短边方向。

将描述第一图像显示装置20a、第二图像显示装置20b以及曲面屏幕30的配置示例的细节。在本实施例中，使用具有大致相同的配置的图像显示装置作为第一图像显示20a和第二图像显示装置20b。接下来，将描述第一图像显示装置20a和第二图像显示装置20b的投影光学系统15以及曲面屏幕30。

图5和图6是示出根据本实施例的投影光学系统15的示意性配置示例的光路图。注意，图6示出了单个投影光学系统15以及曲面屏幕S的图像被投影的部分。通过对称地组合两组图6中所示的结构元件，可以实现包括如图3和图4所示的曲面屏幕30、第一图像显示装置20a以及第二图像显示装置20b的图像显示系统100。

另外，图5和图6示意性地示出了照明光学系统10的液晶面板P以及二向色棱镜PP。在下文中，Z方向表示从二向色棱镜PP发射到投影光学系统15的图像光的发射方向。另外，X方向表示主图像面(液晶面板P)的横向方向，并且Y方向表示主图像面(液晶面板P)的纵向方向。该X方向是对应于由图像光构成的图像的横向方向，并且该Y方向是对应于由图像光构成的图像的纵向方向。

投影光学系统15包括第一光学系统L1和第二光学系统L2。第一光学系统L1被配置在由照明光学系统10生成的图像光入射的位置处，并且该第一光学系统L1在整体上具有正折射力。另外，基于在Z方向上延伸的基准轴(在下文中，该基准轴被称为光轴O)来配置第一光学系统L1。

如图5所示，在本实施例中，第一光学系统L1被配置为包括一个或多个光学部件，该一个或多个光学部件具有与用作基准轴的光轴O大致一致的各个光轴。注意，通常，每个光学部件的光轴是穿过诸如光学部件的透镜面或反射面的光学面的中心部分的轴。例如，在光学部件的光学面具有旋转对称轴的情况下，该旋转对称轴对应于光轴。

在本实施例中，光轴O是通过延伸第一光学系统L1中包括的并且最靠近照明光学系统10的透镜L11的光轴(旋转对称轴)而获得的轴。换句话说，除透镜L11之外的光学部件被安排在通过延伸该透镜L11的光轴而获得的轴上。注意，图像光从光轴O在垂直方向(Y方向)上偏移的位置沿着光轴O发射。在本实施例中，第一光学系统L1对应于透镜系统。另外，沿着光轴O的方向也可以被称为第一光学系统L1的光路的传播方向。

如图5所示，第一光学系统L1包括第一反射面Mr1和第二反射面Mr2。该第一反射面Mr1和该第二反射面Mr2是凹面反射面。该第一反射面Mr1是被配置为具有与光轴O一致的旋转对称轴的旋转对称球面。

第二反射面Mr2是被配置为具有与光轴O一致的旋转对称轴的旋转对称非球面，并且该第二反射面Mr2具有仅由反射部分构成的有效区域，该有效区域是图像光进入的区域。换句话说，旋转对称非球面没有被整体安排，而是只安排该旋转对称非球面的必要部分。这使得可以将装置减小。

第二光学系统L2包括凹面反射面Mr3。基于用作基准轴的光轴O来配置该凹面反射面Mr3。该凹面反射面Mr3将从第一光学系统L1发射的图像光朝曲面屏幕S(曲面屏幕30)反射。

凹面反射面Mr3是被配置为具有与光轴O一致的旋转对称轴(光轴)的旋转对称非球面，并且该凹面反射面Mr3具有仅由反射部分构成的有效区域，该有效区域是图像光进入的区域。换句话说，旋转对称非球面没有被整体安排，而是只安排该旋转对称非球面的必要部分。这使得可以使装置减小。

如图5所示，在本实施例中，第一光学系统L1和第二光学系统L2(凹面反射面Mr3)被共同地配置在光轴O上。换句话说，配置第一光学系统L1和第二光学系统L2，使得通过延伸最靠近照明光学系统10的透镜L11的光轴(旋转对称轴)而获得的轴与该第一光学系统L1和该第二光学系统L2的各个光轴(旋转对称轴)大致一致。这使得可以减小Y方向上的尺寸，并因此可以使装置减小。

将参考图5和图6来描述图像光的光路。图5示出了从二向色棱镜PP发射到投影光学系统15的图像光中的四个像素光束C1、C2、C3和C4的光路。图6示出了三个像素光束C1、C2和C3的光路。

如稍后参考图8所述，像素光束C1对应于从液晶面板P的中心像素发射的像素光束。像素光束C2对应于从液晶面板P中最靠近光轴O的中心像素发射的像素光束。像素光束C3对应于从液晶面板P中最远离光轴O的中心像素发射的像素光束。像素光束C4对应于从液晶面板P的右上端的像素发射的像素光束。

换句话说，在本实施例中，像素光束C2对应于从液晶面板P中最靠近光轴O的像素发射的像素光束。另外，像素光束C3对应于从在将最靠近光轴O的像素与液晶面板P的中心像素相连接的直线上的最远离光轴O的像素发射的像素光束。

从光轴O在垂直方向上偏移的位置沿着光轴O向投影光学系统15发射的图像光传播并进入第一反射面Mr1，使得该图像光与光轴O相交。入射在第一反射面Mr1上的图像光被该第一反射面Mr1折返，并再次与光轴O相交地传播，然后进入第二反射面Mr2。

入射在第二反射面Mr2上的图像光被该第二反射面Mr2折返，并且然后从第一光学系统L1发射。图像光朝凹面反射面Mr3发射，使得该图像光再次与光轴O相交。从第一光学系统L1发射的图像光由用作第二光学系统L2的凹面反射面Mr3反射，并再次与光轴O相交，然后朝曲面屏幕S投影。

如上所述，在本实施例中，配置图像光的光路，使得该光路与光轴O相交。这使得可以在光轴O附近配置到凹面反射面Mr3的图像光的光路。这导致能够减小装置在Y方向上的尺寸，并因此可以使装置减小。

另外，第一反射面Mr1和第二反射面Mr2反射图像光，使得图像光被折返。这使得可以确保图像光的足够的光路的长度。这导致能够减小装置在X方向上的尺寸，并因此可以使装置减小。

如图5和图6所示，在本实施例中，凹面反射面Mr3将入射在该凹面反射面Mr3上的图像光中所包括的至少一个或多个光束朝沿着与用作基准轴的光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

如下所述，规定沿着光轴O的方向与由凹面反射面Mr3反射的图像光中所包括的光束的传播方向之间的相交角度。首先，计算沿着凹面反射面Mr3所反射的光束的传播方向延伸的直线与沿着光轴O延伸的直线之间的相交点。将从该相交点延伸到液晶屏幕P侧的直线相对该相交点朝光束的传播方向旋转。在这一情况下，当从相交点延伸到液晶面板P侧的直线与沿着光束的传播方向延伸的直线一致时，所获得的旋转角度被规定为沿着光轴O的方向与由凹面反射面Mr3反射的图像光中所包括的光束的传播方向之间的相交角度。

在本实施例中，设计凹面反射面Mr3，使得由该凹面反射面Mr3反射的图像光中所包括的至少一个或多个光束的以上规定的相交角度为80度或以上。

在图5所示的示例中，图像光中包括的像素光束C4朝与沿着光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。如图5所示，沿着光轴O的方向与由凹面反射面Mr3反射的像素光束C4的传播方向之间的相交角度为角度R1。该角度R1为87.4度。

注意，该角度R1是最大的相交角度。换句话说，像素光束C4是具有最大相交角度的光束。其它的光束在与沿着光轴O的方向呈小于角度R1(87.4度)的角度相交的方向上反射。

在以上描述中，已经使用像素光束作为图像光中包括的光束的示例。然而，光束不限于此，只要图像光中包括的其它光束等中的至少一个或多个光束是朝与沿着光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射即可。

安装如图5和图6所例示的包括投影光学系统15的每个图像显示装置20，使得凹面反射面Mr3被布置在与曲面屏幕S的形状相对应的位置。通过将凹面反射面Mr3设计为具有大的相交角度，可以显示与曲面屏幕S相对应的高品质图像。稍后将对这点的细节进行描述。

本发明人发现了关于与曲面屏幕相对应的图像的显示的四个条件(1)至(4)。将参考图5和图6描述这些条件。

(第一条件)

θ1表示沿着用作基准轴的光轴O的方向与由凹面反射面Mr反射的图像光中包括的各光束的传播方向之间的相交角度。角度θ1对应于以上规定的相交角度。

θ1max表示具有最大角度θ1的光束的角度θ1。在图5所示的示例中，像素光束C4的相交角度为θ1max。

在这一情况下，投影光学系统14被配置为满足以下关系：

(1)80度≤θ1max≤160度。

该条件表达式(1)用于调整图像光中包括的光束的合适的反射角度。在θ1max小于由条件表达式(1)规定的下限的情况下，光束不会以大的角度被反射，并且难以应对曲面屏幕S。在θ1max超过由条件表达式(1)规定的上限的情况下，光束极有可能干扰凹面反射面Mr3。换句话说，光束在被凹面反射面Mr3反射之后，极有可能再次进入该凹面反射面Mr3的另一部分。

像素光束C4的相交角度为87.4度，并且这一角度满足第一条件。

(第二条件)

凹面反射面Mr3被配置为具有与用作基准轴的光轴O一致的旋转对称轴。

h表示入射在凹面反射面Mr3上的光束相对于光轴O的光束的高度。

Z’(h)(＝dZ/dh)表示通过将函数Z(h)相对于光束的高度微分而获得的导数函数。函数Z(h)表示与光束的高度相对应的凹面反射面Mr3的形状。因此，导数函数Z’(h)对应于在光束的高度h处与凹面反射面Mr3接触的直线的斜率。

hmax表示与最远离反射图像光的光轴O的反射点相对应的光束的高度。

Z’ave表示从光轴O到光束的高度hmax的Z’(h)的平均值。

在这一情况下，投影光学系统15被配置为满足以下关系：

(2)1<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|<20。

该条件表达式(2)用于调整图像光中包括的光束的合适的反射角度。在|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|小于由条件表达式(2)规定的下限的情况下，光束不会以大的角度被反射，并且难以应对曲面屏幕S。在|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|超过由条件表达式(2)规定的上限的情况下，光束极有可能干扰凹面反射面Mr3。换句话说，光束在被凹面反射面Mr3反射之后，极有可能再次进入该凹面反射面Mr3的另一部分。

(第三条件)

Lp1表示从液晶面板P中最靠近光轴O的像素发射到曲面屏幕S的像素光束的光路的长度。Lp2表示在从将最靠近光轴O的像素与液晶面板P中的中心像素相连接的直线上的最远离该光轴O的像素发射到曲面屏幕S的像素光束的光路的长度。在本实施例中，Lp1表示像素光束C2的光路的长度，并且Lp2表示像素光束C3的光路的长度。

在这一情况下，投影光学系统15和曲面屏幕S被配置为满足以下关系：

(3)0.005<Lp1/Lp2<0.5。

该条件表达式(3)对应于用于规定如图3所示的允许用户3移动的区域的条件表达式。在Lp1/Lp2小于由条件表达式(3)规定的下限的情况下，即使当用户3站在屏幕S附近时，也可以抑制该用户3的阴影的生成。这使得可以放大允许用户3移动的区域。另一方面，由于光路的长度之间的差异较大，这可能会增加其光学性能恶化的可能性。在Lp1/Lp2大于由条件表达式(3)规定的上限的情况下，除非用户3远离屏幕S，否则用户3会干扰光束。这导致用户3的阴影的生成。另外，必须使投影光学系统15远离曲面屏幕S，并且这导致整个装置的尺寸增加。

(第四条件)

Ln表示图像光中包括的光束中到曲面屏幕S的最短的光束的光路的长度，并且Lf表示图像光中包括的光束中到曲面屏幕S最长的光束的光路的长度。在图6所示的示例中，Ln是像素光束C2的光路的长度，并且Lf是像素光束C3的光路的长度。

在这一情况下，投影光学系统15和曲面屏幕S被配置为满足以下关系：

(4)0.005<Ln/Lf<0.5。

以类似于条件表达式(3)的方式，该条件表达式(4)也对应于用于规定如图3所示的允许用户3移动的区域的条件表达式。换句话说，在Ln/Lf小于由条件表达式(4)规定的下限的情况下，即使当用户3站在屏幕S附近时，也可以抑制该用户3的阴影的生成。这使得可以放大允许用户3移动的区域。另一方面，由于光路的长度之间的差异较大，这可能会增加其光学性能恶化的可能性。在Ln/Lf大于由条件表达式(4)规定的上限的情况下，除非用户3远离屏幕S，否则用户3会干扰光束。这导致用户3的阴影的生成。另外，必须使投影光学系统15远离曲面屏幕S，并且这导致整个装置的尺寸增加。

在每个条件表达式(1)到(4)中规定的上限和下限不限于上述值。例如，也可以根据照明光学系统10、投影光学系统15和曲面屏幕S等的配置来适当地变化该上限和下限。例如，可以选择包括在上述每个范围内的任何值作为下限和上限，并且可以使用所选择的值再次设置最佳范围。

例如，可以将条件表达式(1)设置为以下范围：

85度≤θ1max≤160度；

80度≤θ1max≤140度；或者

85度≤θ1max≤140度。

例如，可以将条件表达式(2)设置为以下范围：

1<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|<10；或者

2<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|<10。

将使用具体的值的示例简要地描述具有上述配置的投影光学系统15。

图7是示出与图像投影有关的参数的示例的表。图8是用于描述图7中所示的参数的示意图。

投影光学系统15在主图像面侧的数值孔径NA为0.127。图像调制元件(液晶面板P)的横向长度和纵向长度(H×VSp)分别为8.2mm和4.6mm。图像调制元件的中心部分位置(Chp)在光轴O的上方的3.7mm处。主图像面侧的图像圈(imc)为

如上所述，从图8所示的液晶面板P的中心像素发射的光对应于图5等中所示的像素光束C1(赋予它们相同的附图标记)。从液晶面板P中最靠近光轴O的中心像素发射的光对应于像素光束C2(赋予它们相同的附图标记)。从液晶面板P中距离光轴O最远的中心像素发射的光对应于像素光束C3(赋予它们相同的附图标记)。

从液晶面板P的右上端的像素发射的光对应于图5等中所示的像素光束C4(赋予它们相同的附图标记)。在本实施例中，从这一像素发射的像素光束C4被凹面反射面Mr3反射到与沿着光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向。

图9示出了图像显示装置的透镜数据和曲面屏幕的数据。图9示出了关于从主图像面(P)侧到次图像面(S)侧安排的光学部件1至24以及曲面平面S的数据。关于各个光学部件(透镜面)的数据包括曲率半径(mm)、芯部厚度d(mm)、d线(587.56nm)处的折射率nd以及d线处的阿贝数νd。关于曲面屏幕S的数据包括曲率半径(mm)。

注意，具有非球面的光学部件符合以下表达式。

[数学式1]

图10示出投影光学系统中包括的光学部件的非球面系数的示例的表。图10示出了在图9中被赋予了(*)并且具有非球面的每个光学部件12、13、15和24的非球面系数。在图10中例示的非球面系数符合上面列出的表达式(数学式1)。

注意，在本实施例中，表达式(数学式1)对应于表示与光束的高度相对应的凹面反射面Mr3的形状的函数Z(h)。使用通过将图5所示的光束的高度h输入到表达式(数学式1)中而获得的下垂量Z来作为表示与该光束的高度相对应的凹面反射面Mr3的形状的参数。注意，该“下垂量”表示透镜面上的点与穿过透镜面的顶点并垂直于光轴的平面之间的沿着光轴方向的距离。

因此，通过将函数Z(h)相对于光束的高度微分而获得的导数函数Z’(h)(＝dZ/dh)如下。

[数学式2]

如上所述，通过使用该表达式，可以计算在光束的高度h处与凹面反射面Mr3相接触的直线的斜率。

曲面屏幕S朝光轴O偏心并倾斜。图10示出了关于曲面屏幕S在X、Y和Z方向上的偏心分量和绕各个X、Y和Z轴的旋转分量。

图10所例示的XDE、YDE以及ZDE分别表示关于面的偏心的X方向上的分量(单位为mm)、Y方向上的分量(单位为mm)以及Z方向上的分量(单位为mm)。ADE、BDE以及CDE分别表示关于面的旋转的θx方向上的分量(绕X轴的旋转分量(单位为度))、θy方向上的分量(绕Y轴的旋转分量(单位为度))以及θz方向上的分量(绕Z轴的旋转分量(单位为度))。

图11是示出与光束的高度h相对应的Z(h)和Z’(h)的表。在图11中，“形状”表示下垂量，即Z(h)(单位为mm)。另外，“θ”表示切线的斜率，即Z’(h)。另外，在图11中，“Δθ”表示取决于光束的高度h的位移的切线的斜率的位移量。注意，假设相对于光轴O的光束的高度为0，并且光束的高度hmax为1，在将光束的高度h归一化之后执行计算。

图12是示出光束的高度h与“θ”之间的关系的曲线图。图13是示出光束的高度h与“Δθ”之间的关系的曲线图。可以理解的是，关于远离光轴O的高度为0.9至1.00的光束，切线的斜率急剧地变化。这意味着在高度为0.9至1.00的光束的情况下，获得大的曲率。这使得可以增加相交角度θ1。

图14是示出在根据本实施例的上面列出的条件表达式(2)至(4)中使用的参数的值的表。

|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的光路的长度1031.11mm

C2的光路的长度(＝Lp1＝Ln)634.76mm

C3的光路的长度(＝Lp2＝Lf)1131.61mm

C4的光路的长度1236.61mm

Lp1/Lp 20.48

Ln/Lf 0.48

获得了上述结果，并且可以理解的是，满足条件表达式(2)至(4)。

如上所述，根据本实施例的图像显示装置100使用凹面反射面Mr3来将图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。该光轴O用作用于配置投影光学系统的标准。这使得可以在例如曲面屏幕S等上应对图像的投影，并且显示具有高品质的图像。

图15是用于描述通过根据比较示例的图像显示装置将图像投影在曲面屏幕上的示意图。

图像显示装置90是支持超广角的投影仪。在将图像光反射到曲面屏幕的凹面反射面的配置中，该图像显示装置90与根据本公开上述实施例的图像显示装置20不同。具体地，根据比较示例的凹面反射面将图像光中包括的所有光束朝与光轴呈80度或以上的角度相交的方向反射。该光轴用作用于配置投影光学系统的标准。

假设这样的图像投影装置90将最大尺寸的图像投影到曲面屏幕S上。例如，如图15A所示，假设将图像92以类似于将图像91投影到平面屏幕S’上的方式投影到曲面屏幕S上。换句话说，假设将相同的图像光投影到平面屏幕S’和曲面屏幕S上。

于是，显示在平面屏幕S’上的图像91的形状当然与显示在曲面屏幕S上的图像92的形状不同。与显示在平面屏幕S’上的图像91相比，显示在曲面屏幕S上的图像92急剧地失真。

因此，为了在曲面屏幕S上适当地显示图像92，必须对图像信号执行电子校正处理。校正量取决于曲面屏幕S的形状。在许多情况下，必须要极大的校正量。这导致图像92的品质的降低。

另外，如图15B所示，为了在曲面屏幕S的宽范围内显示图像92，必须将图像显示装置90安装在远离该曲面屏幕S的位置。结果，对于正在观看图像92的用户来说，该图像显示装置90变成了碍眼的东西，并且这会恶化对内容的沉浸感。另外，这也会增加用户的阴影出现的区域，并且这会缩小允许用户移动的区域。结果，难以提供优秀的视觉环境。

设计根据本实施例的图像显示装置100，使得凹面反射面Mr3具有相对用作标准的光轴O呈80度或以上的角度的宽反射范围。结果，可以抑制光学地显示在屏幕S上的图像中的失真。这使得可以充分地抑制对于图像信号的电子校正量。结果，可以显示具有高品质的图像。

另外，如图3所例示的，可以从靠近曲面屏幕S的位置向曲面屏幕S的宽范围内投影图像。因此，可以充分地防止用户3感受到由于第一图像显示装置20a和第二图像显示装置20b的存在而导致的对内容的沉浸感的恶化。另外，可以缩小用户3的阴影出现的区域。这可以使得允许用户移动的区域变宽。结果，可以提供优秀的视觉环境。

注意，通过将根据比较示例的图像显示装置90的凹面反射面替换为根据本技术的凹面反射面，并优化第一光学系统的整体配置，还可以容易地实现根据本技术的图像显示装置。

<第二实施例>

接下来，将描述根据本技术的第二实施例的图像显示系统。在下文中，将省略或简化关于与以上实施例中描述的图像显示系统100以及图像显示装置20类似的结构元件和效果的描述。

图16至图18是示出根据本实施例的投影光学系统215的示意性配置示例的光路图。注意，图17所示的曲面屏幕S的配置与图18所示的曲面屏幕S的配置不同。在下文中，有时将图17所示的配置示例称为示例2-1，并且将图18所示的配置示例称为示例2-2。

如图16至18所示，凹面反射面Mr3将入射在该凹面反射面Mr3上的图像光中所包括的至少一个或多个光束朝与沿着用作基准轴的光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

在如图16所示的示例中，图像光中包括的像素光束C4朝与沿着光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。沿着光轴O的方向与由凹面反射面Mr3反射的像素光束C4的传播方向之间的相交角度R1为128.2度。另外，角度R1是最大的相交角度，并且可以理解的是，该角度R1满足条件表达式(1)。

在本实施例中，像素光束C3也可以被反射到与沿着光轴O的方向呈80度或以上的角度相交的方向。像素光束C3的相交角度为122.5度。

图19是示出与图像投影有关的参数的示例的表。

图20示出了图像显示装置的透镜数据和曲面屏幕的数据。

图21是示出投影光学系统中包括的光学部件的非球面系数的示例的表。另外，图21还示出了关于根据示例2-1的曲面屏幕以及根据示例2-2的曲面屏幕在X、Y和Z方向上的偏心分量以及绕各个X、Y和Z轴的旋转分量。

图22是示出与光束的高度h相对应的Z(h)和Z’(h)的表。

图23是示出光束的高度h与“θ”之间的关系的曲线图。

图24是示出光束的高度h与“Δθ”之间的关系的曲线图。

图25是示出根据本实施例的以上列出的条件表达式(2)至(4)中使用的参数的值的表。

|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

(示例2-1)

C1的光路的长度933.01mm

C2的光路的长度(＝Lp1＝Ln)418.12mm

C3的光路的长度(＝Lp2)1195.5mm

C4的光路的长度(＝Lf)1277.93mm

Lp1/Lp2 0.35

Ln/Lf 0.33

(示例2-2)

C1的光路的长度1045.3mm

C2的光路的长度(＝Lp1＝Ln)306.5mm

C3的光路的长度(＝Lp2)1319.84mm

C4的光路的长度(＝Lf)1329.16mm

Lp1/Lp2 0.23

Ln/Lf 0.23

获得了上述结果，并且可以理解的是，满足条件表达式(1)至(4)。注意，在示例2-1和示例2-2中，像素光束C4的光路的长度为Lf。

在根据本实施例的配置的情况下，以与上述实施例类似的方式，可以显示符合曲面屏幕S的高品质图像。

<其它实施例>

本技术不限于上述实施例。各种其它的实施例是可能的。

参考图13和图24所示的曲线图，可以理解的是，在根据第一实施例和第二实施例的凹面反射面Mr3的情况下，关于具有0.9至1.00的高度的光束获得大的曲率。鉴于此，可以通过以下条件表达式来规定根据本技术的凹面反射面Mr3的特征之一。

换句话说，投影光学系统被配置为满足以下关系：

1<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’(0.7·hmax)-Z’(0.5·hmax)|<20；并且

1<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’(0.5·hmax)-Z’(0.3·hmax)|<20。

这些条件表达式是基于具有0.9至1.00的高度的光束的形状变化大于其它的高度范围的光束的特征而获得的。可以通过使用这种条件表达式来配置根据本技术的投影光学系统。

图26是示出根据另一实施例的投影光学系统的示意性配置示例的光路图。投影光学系统315包括被布置在第一光学系统L1与用作第二光学系统L2的凹面反射面Mr3之间的平面反射面Mr4。平面反射面Mr4使第一光学系统L1的光路的传播方向弯曲。也可以采用上述配置。

在这种情况下，足够通过使用弯曲的光轴O’作为基准轴来适当地配置凹面反射面Mr3。即，凹面反射面Mr3被配置为将入射在该凹面反射面Mr3上的图像光中所包括的至少一个或多个光束朝与沿着用作基准轴的光轴O’的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。换句话说，配置凹面反射面Mr3，使得关于图26所示的一些光束的相交角度θ1为80度或以上。注意，在图26中，配置凹面反射面Mr3，使得像素光束C4(未示出)的相交角度θ1为80度或以上。

图27和图28是示出根据其他实施例的图像显示系统的配置示例的示意图。图27所示的图像显示系统400使用具有圆顶形状的曲面屏幕S。注意，圆顶形状不限于半球形形状。圆顶形状可以是任何形状，只要可以以360度覆盖图像显示装置上方的空间即可。

如图27A至图27C所示，将第一图像显示装置420a和第二图像显示装置420安装在具有圆顶形状的曲面屏幕S下方，使得该第一图像显示装置420a和该第二图像显示装置420b沿着左右方向彼此相对。安装第一图像显示装置420a和第二图像显示装置420b，使得该第一图像显示装置420a和该第二图像显示装置420b能够分别向上投影第一图像421a和第二图像421b。

投影第一图像421a和第二图像421b，使得该第一图像421a和该第二图像421b沿着长边方向(左右方向)彼此重叠。这使得可以在曲面屏幕S的顶点处生成重叠区域422。在该重叠区域422中，第一图像421a和第二图像421b彼此重叠。基于该重叠区域422来执行拼接处理，以显示大尺寸的单个图像。

通过使用根据本技术的上述图像显示装置作为第一图像显示装置420a和第二图像显示装置420b，可以显示符合圆顶形状的高品质图像，并且可以提供优秀的视觉环境。

图28所示的图像显示系统500包括在具有圆顶形状的曲面屏幕S下方的第一图像显示装置520a、第二图像显示装置520b和第三图像显示装置520c。这些图像显示装置沿着该曲面屏幕S的圆周以规则的间隔被布置。安装第一图像显示装置520a、第二图像显示装置520b和第三图像显示装置520c，使得该第一图像显示装置520a、该第二图像显示装置520b和该第三图像显示装置520c能够分别向上投影第一图像521a、第二图像521b和第三图像521c。

如图28B所示，投影图像光以将矩形图像配置为第一图像521a、第二图像521b和第三图像521c。图18B示意性地示出了第一图像521a、第二图像521b和第三图像521c，其中的每个图像均具有矩形形状。然而，在曲面屏幕S上显示的形状与矩形形状不同。

将第一图像521a、第二图像521b和第三图像521c投影在关于曲面屏幕S的顶点彼此对称的位置上，使得图像彼此重叠。另外，在重叠区域522a、522b和522c中执行拼接处理，以显示大尺寸的单个图像。

通过使用根据本技术的上述图像显示装置作为第一图像显示装置520a、第二图像显示装置520b和第三图像显示装置520c，可以显示符合圆顶形状的高质量图像，并且可以提供优秀的视觉环境。如上所述，在使用三个或三个以上的图像显示装置的情况下，也可以应用本技术。

也可以使用没有旋转对称轴的自由曲面(freeform surface)作为将图像光反射到屏幕的凹面反射面。在这一情况下，例如，将凹面反射面的光轴(诸如穿过光学面的中心部分的轴)与用作用于配置透镜系统的标准的基准轴对准。另外，适当地设计凹面反射面，以将图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。这使得可以实现与上述效果类似的效果。

投影目标不限于曲面屏幕。本技术可以应用于在诸如桌子或建筑物的墙壁的任何投影目标上显示图像。特别地，可以显示符合具有曲面形状的投影目标的高品质图像。

参考附图描述的图像显示系统、图像显示装置、投影光学系统、凹面反射面和屏幕等的各个配置仅是实施例。在不脱离本技术的要旨的情况下，可以进行任何修改。换句话说，可以采用任何其它配置或算法等来实现本技术。

在本公开中，使用术语“一致”、“相同”、“垂直”、“矩形”、“圆顶形状”和“对称”等作为包括“大体一致”、“大体相同”、“近似垂直”、“近似矩形”、“近似圆顶形状”和“近似对称”等的含义的概念。例如，它们包括在诸如“完全一致”、“完全相同”、“完全垂直”、“完美矩形”、“完美圆顶形状”和“完全对称”等的标准状态的预定范围内(例如，在±10％的范围内)变化的状态。

在根据上述本技术的特征部分中，可以组合至少两个特征部分。即，在实施例中描述的各种特征部分可以与实施例无关地被任意地组合。此外，上述各种效果仅是示例而不受限制，并且可以发挥其它效果。

注意，本技术还可以被配置如下：

(1)一种图像显示装置，包括：

光源；

图像生成器，该图像生成器调制从该光源发射的光，并生成图像光；以及

投影光学系统，该投影光学系统包括

透镜系统，该透镜系统被配置为以在所生成的图像光入射的位置上的基准轴为基准，并且整体上具有正折射力，以及

凹面反射面，该凹面反射面基于该基准轴被配置，并且将从该透镜系统发射的图像光朝投影目标反射，其中，

该凹面反射面将入射在该凹面反射面上的图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着该基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

(2)如(1)中的图像显示装置，其中，

该图像光包括多个像素光束，并且

该凹面反射面将该多个像素光束中的至少一束朝与沿着该基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

(3)如(1)或(2)中的图像显示装置，其中，

该图像显示装置被配置为满足关系：

80度≤θ1max≤160度，

其中，θ1表示沿着基准轴的方向与由该凹面反射面反射的该图像光中包括的各光束的传播方向之间的相交角度，以及θ1max表示具有最大角度θ1的光束的角度θ1。

(4)如(1)至(3)中任一项的图像显示装置，其中，

该凹面反射面被配置为具有与该基准轴一致的旋转对称轴，并且

该图像显示装置被配置为满足关系：

1<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|<20，

其中，h表示光束距离该基准轴的高度，Z’(h)表示通过将函数Z(h)相对于光束的高度微分而获得的导数函数，该函数Z(h)表示与光束的高度相对应的该凹面反射面的形状，hmax表示与最远离反射该图像光的该基准轴的反射点相对应的光束的高度，以及Z’ave.表示从该基准轴到该光束的高度hmax的Z’(h)的平均值。

(5)如(1)至(4)中任一项的图像显示装置，其中，

该基准轴是通过延伸该透镜系统中包括的最靠近该图像生成器的透镜的光轴而获得的轴。

(6)如(1)至(5)中任一项的图像显示装置，其中，

该透镜系统被配置为包括具有与所述基准轴一致的各光轴的一个或多个光学部件。

(7)如(1)至(6)中任一项的图像显示装置，其中，

该凹面反射面被配置为具有与该基准轴一致的光轴。

(8)如(1)至(3)以及(5)至(7)中任一项的图像显示装置，其中，

该凹面反射面是没有旋转对称轴的自由曲面。

(9)一种对通过调制从光源发射的光而生成的图像光进行投影的投影光学系统，包括：

透镜系统，该透镜系统被配置为以在所生成的图像光入射的位置上的基准轴为基准，并且整体上具有正折射力；以及

凹面反射面，该凹面反射面基于该基准轴被配置，并且将从该透镜系统发射的该图像光朝投影目标反射，其中，

该凹面反射面将入射在该凹面反射面上的该图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着该基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

(10)一种图像显示系统，包括：

(A)投影目标；以及

(B)一个或多个图像显示装置，每个该图像显示装置包括光源，

图像生成器，该图像生成器调制从该光源发射的光，并生成图像光，以及

投影光学系统，该投影光学系统包括

透镜系统，被配置为以在所生成的图像光入射的位置上的基准轴为基准，并且整体上具有正折射力，以及

凹面反射面，该凹面反射面基于该基准轴被配置，并且将从该透镜系统发射的该图像光朝投影目标反射，其中，

该凹面反射面将入射在该凹面反射面上的该图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着所述基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

(11)如(10)中的图像显示系统，其中，

该图像生成器包括发射该图像光的图像调制元件，

该图像调制元件包括多个像素，每个像素发射像素光束，

该图像调制元件发射包括从该多个像素发射的多个像素光束的图像光，并且

该图像显示系统被配置为满足关系：

0.005<Lp1/Lp2<0.5，

其中，Lp1表示从最靠近该图像调制元件中的基准轴的像素发射到该投影目标的像素光束的光路的长度，并且Lp2表示从最远离所述基准轴并位于连接最靠近该基准轴的像素与该图像调制元件中的中心像素的直线上的像素发射到该投影目标的像素光束的光路的长度。

(12)如(10)或(11)中的图像显示系统，其中，

该图像显示系统被配置为满足关系：

0.005<Ln/Lf<0.5，

其中，Ln表示该图像光中包括的光束中到该投影目标的光路的长度最短的光束的光路的长度，并且Lf表示该图像光中包括的光束中到该投影目标的光路的长度最长的光束的光路的长度。

(13)如(10)至(12)中任一项的图像显示系统，其中，

该投影目标是曲面屏幕，并且

该一个或多个图像显示装置被安装，使得各个凹面反射面被布置在与该曲面屏幕的形状相对应的位置。

(14)如(10)至(13)中任一项的图像显示系统，其中，

一个或多个图像显示装置包括将第一图像投影在曲面屏幕上的第一图像显示装置和将第二图像投影在曲面屏幕上的第二图像显示装置，并且

该第一图像显示装置和该第二图像显示装置分别地投影该第一图像和该第二图像，使得该第一图像和该第二图像彼此重叠。

(15)如(14)中的图像显示系统，其中，

该第一图像显示装置和该第二图像显示装置分别地投影该第一图像和该第二图像，使得构成除第一图像和第二图像彼此重叠的区域以外的区域的图像光的光束彼此不相交。

(16)如(14)或(15)中的图像显示系统，其中，

该图像生成器生成构成矩形图像的图像光，并且

该第一图像显示装置和该第二图像显示装置分别地投影该第一图像和该第二图像，使得该第一图像和该第二图像沿着该第一图像和该第二图像的长边方向彼此重叠。

(17)如(14)或(15)中的图像显示系统，其中，

该图像生成器生成构成矩形图像的图像光，并且

该第一图像显示装置和该第二图像显示装置分别地投影该第一图像和该第二图像，使得该第一图像和该第二图像沿着该第一图像和该第二图像的短边方向彼此重叠。

(18)如(10)至(17)中任一项的图像显示系统，其中，

该投影目标是具有圆顶形状的屏幕。

(19)如(10)至(18)中任一项的图像生成系统，其中，

该一个或多个图像显示装置包括三个或三个以上的图像显示装置。

附图标记列表

C1 至C4像素光束

L1 第一光学系统

L2 第二光学系统

Mr3 凹面反射面

1 液晶投影仪

5 光源

10 照明光学系统

15、215、315 投影光学系统

20

20a、420a、520a 第一图像显示装置

20b、420b、520b 第二图像显示装置

21a、421a、521a 第一图像

21b、421b、521b 第二图像

22、422、522a 至c重叠区域

23a 第一图像光

23b 第二图像光

30、S曲面屏幕

100、400、500 图像显示系统

520c 第三图像显示装置

521c 第三图像显示装置

Claims (19)

1.一种图像显示装置，包括：

光源；

图像生成器，所述图像生成器调制从所述光源发射的光，并生成图像光；以及

投影光学系统，所述投影光学系统包括

透镜系统，所述透镜系统被配置为以在所生成的图像光入射的位置上的基准轴为基准，并在整体上具有正折射力，以及

凹面反射面，所述凹面反射面基于所述基准轴被配置，并将从所述透镜系统发射的所述图像光朝投影目标反射，其中，

所述凹面反射面将入射在所述凹面反射面上的所述图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着所述基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述图像光包括多个像素光束，并且

所述凹面反射面将所述多个像素光束中的至少一个光束朝沿着与所述基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

3.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述图像显示装置被配置为满足关系：

80度≤θ1max≤160度，

其中，θ1表示沿着所述基准轴的方向与由所述凹面反射面反射的所述图像光中包括的各光束的传播方向之间的相交角度，以及θ1max表示具有最大角度θ1的光束的角度θ1。

4.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述凹面反射面被配置为具有与所述基准轴一致的旋转对称轴，并且

所述图像显示装置被配置为满足关系：

1<|Z’(1.0·hmax)-Z’(0.9·hmax)|/|Z’ave.|<20，

其中，h表示光束距离所述基准轴的高度，Z’(h)表示通过将函数Z(h)相对于光束的高度微分而获得的导数函数，所述函数Z(h)表示与所述光束的高度相对应的所述凹面反射面的形状，hmax表示与最远离反射所述图像光的所述基准轴的反射点相对应的光束的高度，以及Z’ave.表示从所述基准轴到所述光束的高度hmax的Z’(h)的平均值。

5.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述基准轴是通过延伸所述透镜系统中包括的最靠近所述图像生成器的透镜的光轴而获得的轴。

6.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述透镜系统被配置为包括具有与所述基准轴一致的各光轴的一个或多个光学部件。

7.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述凹面反射面被配置为具有与所述基准轴一致的光轴。

8.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，

所述凹面反射面是没有旋转对称轴的自由曲面。

9.一种对通过调制从光源发射的光而生成的图像光进行投影的投影光学系统，包括：

透镜系统，所述透镜系统被配置为以在所生成的图像光入射的位置上的基准轴为基准，并在整体上具有正折射力；以及

凹面反射面，所述凹面反射面基于所述基准轴被配置，并将从所述透镜系统发射的所述图像光朝投影目标反射，其中，

所述凹面反射面将入射在所述凹面反射面上的所述图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着所述基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

10.一种图像显示系统，包括：

(A)投影目标；以及

(B)一个或多个图像显示装置，每个所述图像显示装置包括

光源，

图像生成器，所述图像生成器调制从所述光源发射的光，并生成图像光，以及

投影光学系统，所述投影光学系统包括

透镜系统，所述透镜系统被配置为以在所生成的图像光入射的位置上的基准轴为基准，并在整体上具有正折射力，以及

凹面反射面，所述凹面反射面基于所述基准轴被配置，并将从所述透镜系统发射的所述图像光朝投影目标反射，其中，

所述凹面反射面将入射在所述凹面反射面上的所述图像光中包括的至少一个或多个光束朝与沿着所述基准轴的方向呈80度或以上的角度相交的方向反射。

11.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，

所述图像生成器包括发射所述图像光的图像调制元件，

所述图像调制元件包括多个像素，每个所述像素发射像素光束，

所述图像调制元件发射包括从所述多个像素发射的多个所述像素光束的所述图像光，并且

所述图像显示系统被配置为满足关系：

0.005<Lp1/Lp2<0.5，

其中，Lp1表示从最靠近所述图像调制元件中的所述基准轴的像素发射到所述投影目标的像素光束的光路的长度，并且Lp2表示从最远离所述基准轴并位于连接最靠近所述基准轴的像素与所述图像调制元件中的中心像素的直线上的像素发射到所述投影目标的像素光束的光路的长度。

12.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，

所述图像显示系统被配置为满足关系：

0.005<Ln/Lf<0.5，

其中，Ln表示所述图像光中包括的光束中到所述投影目标的光路的长度最短的光束的光路的长度，并且Lf表示所述图像光中包括的光束中到所述投影目标的光路的长度最长的光束的光路的长度。

13.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，

所述投影目标是曲面屏幕，并且

所述一个或多个图像显示装置被安装，使得所述各凹面反射面被布置在与所述曲面屏幕的形状相对应的位置。

14.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，

所述一个或多个图像显示装置包括将第一图像投影在曲面屏幕上的第一图像显示装置和将第二图像投影在曲面屏幕上的第二图像显示装置，并且

所述第一图像显示装置和所述第二图像显示装置分别地投影所述第一图像和所述第二图像，使得所述第一图像和所述第二图像彼此重叠。

15.如权利要求14所述的图像显示系统，其中，

所述第一图像显示装置和所述第二图像显示装置分别地投影所述第一图像和所述第二图像，使得构成除所述第一图像和第二图像彼此重叠的区域以外的区域的图像光的光束彼此不相交。

16.如权利要求14所述的图像显示系统，其中，

所述图像生成器生成构成矩形图像的所述图像光，并且

所述第一图像显示装置和所述第二图像显示装置分别地投影所述第一图像和所述第二图像，使得所述第一图像和所述第二图像沿着所述第一图像和所述第二图像的长边方向彼此重叠。

17.如权利要求14所述的图像显示系统，其中，

所述图像生成器生成构成矩形图像的所述图像光，并且

所述第一图像显示装置和所述第二图像显示装置分别地投影所述第一图像和所述第二图像，使得所述第一图像和所述第二图像沿着所述第一图像和所述第二图像的短边方向彼此重叠。

18.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，

所述投影目标是具有圆顶形状的屏幕。

19.如权利要求10所述的图像生成系统，其中，

所述一个或多个图像显示装置包括三个或更多的图像显示装置。

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