TWI816758B - 圖像顯示裝置、投射光學系統及圖像顯示系統 - Google Patents

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Abstract

本技術之一形態之圖像顯示裝置具備光源、圖像產生部及投射光學系統。上述圖像產生部將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光。上述投射光學系統具有透鏡系統及凹面反射面。上述透鏡系統係於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力。上述凹面反射面係以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射。又，上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。

Description

圖像顯示裝置、投射光學系統及圖像顯示系統
本技術係關於例如投影機等圖像顯示裝置及投射光學系統。
先前，作為於螢幕上顯示投射圖像之投射型之圖像顯示裝置，投影機已廣為人知。最近，投射空間雖小但可顯示大畫面之超廣角前投射型投影機之需求日益增高。若使用該投影機，藉由對著螢幕傾斜且廣角地投射，可於限定之空間內投射大畫面。
於專利文獻1中記載之超廣角之投射型投影機儀中，藉由使包含於投射光學系統之一部分光學零件移動，可進行使投射於螢幕上之投射圖像移動之畫面移位。藉由使用該畫面移位，可容易地執行圖像位置等之微調整(專利文獻1之說明書段落[0023]、[0024]等)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5365155號公報
[發明所欲解決之問題]
考慮到今後與超廣角對應之投影機日益普及，而要求可實現高品質之圖像顯示之技術。
鑒於以上之情形，本技術之目的在於提供一種可與超廣角對應，且可實現高品質之圖像顯示之圖像顯示裝置、投射光學系統及圖像顯示系統。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述目的，本技術之一形態之圖像顯示裝置具備光源、圖像產生部及投射光學系統。 上述圖像產生部將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光。 上述投射光學系統具有透鏡系統與凹面反射面。 上述透鏡系統於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力。 上述凹面反射面以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射。又，上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。
於該圖像顯示裝置中，藉由凹面反射面，圖像光之至少一部分光線向與沿於構成投射光學系統上成為基準之基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。藉此，可應對向例如曲面螢幕等之圖像投射，且可實現高品質之圖像顯示。
上述圖像光亦可包含複數個像素光。於該情形時，上述凹面反射面亦可使上述複數個像素光中之至少1個像素光向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。
上述圖像顯示裝置亦可構成為若將由上述凹面反射面反射之上述圖像光所包含之各光線之行進方向與沿上述基準軸之方向交叉之角度設為θ1，將角度θ1成為最大之光線之角度θ1設為θ1max，則滿足如下關係： 80度≦θ1max≦160度。
上述凹面反射面亦可構成為旋轉對稱軸與上述基準軸一致。於該情形時，上述圖像顯示裝置亦可構成為若將距離上述基準軸之光線高度設為h，將表示與上述光線高度對應之上述凹面反射面之形狀之函數Z(h)以光線高度微分而得之導數設為Z'(h)，將與反射上述圖像光之最遠離上述基準軸之反射點對應之光線高度設為hmax，將自上述基準軸至光線高度hmax之Z'(h)之平均值設為Z'ave.，則滿足如下關係： 1＜｜Z'(1.0・hmax)-Z'(0.9・hmax)｜/｜Z'ave.｜＜20。
上述基準軸亦可為將上述透鏡系統所包含之最靠近上述圖像產生部之透鏡之光軸延長之軸。
上述透鏡系統亦可構成為上述透鏡系統所包含之1個以上之光學零件之各者之光軸與上述基準軸一致。
上述凹面反射面亦可構成為上述凹面反射面之光軸與上述基準軸一致。
上述凹面反射面亦可為不具有旋轉對稱軸之自由曲面。
本技術之一形態之投射光學系統係投射將自光源出射之光調變而產生之圖像光之投射光學系統，且具備上述透鏡系統與上述凹面反射面。
本技術之一形態之圖像顯示系統具備被投射物與1個以上之圖像顯示裝置。 上述1個以上之圖像顯示裝置各自具有上述光源、上述圖像產生部及上述投射光學系統。
上述圖像產生部亦可具有出射上述圖像光之圖像調變元件。於該情形時，上述圖像調變元件各自具有出射像素光之複數個像素，亦可出射包含自上述複數個像素出射之複數個像素光之上述圖像光。 又，圖像顯示系統亦可構成為將自上述圖像調變元件之最靠近上述基準軸之像素出射之像素光之至上述被投射物為止之光路長設為Lp1、將自位於從最靠近上述基準軸之像素連結上述圖像調變元件之中央之像素的直線上且最遠離上述基準軸之像素出射之像素光之至上述被投射物之光路長設為Lp2，則滿足0.005＜Lp1/Lp2＜0.5之關係。
上述圖像顯示系統亦可構成為若將上述圖像光所包含之光線中之至上述被投射物為止之光路長最短之光線之光路長設為Ln，將光路長最長之光線之光路長設為Lf，則滿足0.005＜Ln/Lf＜0.5之關係。
上述被投射物亦可為曲面螢幕。於該情形時，上述1個以上之圖像顯示裝置亦可分別設置為上述凹面反射面配置於與上述曲面螢幕之形狀對應之位置。
上述1個以上之圖像顯示裝置亦可包含將第1圖像投射至上述曲面螢幕之第1圖像顯示裝置、及將第2圖像投射至上述曲面螢幕之第2圖像顯示裝置。於該情形時，上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置亦可以上述第1圖像及上述第2圖像相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置亦可以構成上述第1圖像及上述第2圖像相互重疊之區域以外之區域之圖像光不相互交叉之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
上述圖像產生部亦可產生構成矩形狀之圖像之上述圖像光。於該情形時，上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置亦可以上述第1圖像及上述第2圖像沿上述第1圖像及上述第2圖像之長邊方向相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
上述圖像產生部亦可產生構成矩形狀之圖像之上述圖像光。於該情形時，上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置亦可以上述第1圖像及上述第2圖像沿上述第1圖像及上述第2圖像之短邊方向相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
上述被投射物亦可為具有穹形狀之螢幕。
上述1個以上之圖像顯示裝置亦可包含3個以上之圖像顯示裝置。 [發明之效果]
如以上，根據本技術，可對應超廣角，且可實現高品質之圖像顯示。再者，並不限定於此處所記載之效果，亦可為本發明中所記載之任一種效果。
以下，一面參照圖式一面說明本技術之實施形態。
[投射型圖像顯示裝置之概要] 關於投射型圖像顯示裝置之概要，舉出液晶投影機為例簡單地進行說明。液晶投影機係藉由對自光源照射之光於空間上進行調變，而形成對應於映像信號之光學像(圖像光)。於光之調變中，使用圖像調變元件即液晶顯示元件等。例如，使用具備對應於RGB之各者之面板狀之液晶顯示元件(液晶面板)之三板式之液晶投影機。
光學像藉由投射光學系統而放大投影，並顯示於螢幕上。此處，投射光學系統例如作為對應於半視角成為70°左右之超廣角者進行說明。當然並非限定於該角度。
於對應於超廣角之液晶投影機中，即便為較小之投射空間亦可顯示大畫面。即，即便於液晶投影機與螢幕之距離較短之情形時亦可放大投影。藉此，可發揮以下之優點。
由於可將液晶投影機靠近螢幕而配置，故可充分地抑制來自液晶投影機之光直接射入人眼之可能性，發揮較高之安全性。 由於於畫面(螢幕)不會映出人等之影子，故可進行有效之演示。 設置場所之選擇之自由度較高且於狹窄之設置空間或障礙物較多之天花板等亦可簡單設置。 藉由設置於牆壁上使用，與設置於天花板之情形相比纜線之引繞等之維護較為容易。 例如，可增加洽談空間、教室及會議室等之安排之自由度。
圖1係用於說明超廣角對應之液晶投影機之其他優點之概略圖。如圖1所示，藉由將超廣角對應之液晶投影機1設置於桌上，可於相同之桌上投影經放大之圖像2。此種使用方法亦可，且可有效地利用空間。
最近，伴隨著學校或職場等電子黑板(Interactive White Board)等之普及，超廣角對應之液晶投影機之需求日益高漲。又，於數位看板(電子廣告)等之領域亦使用相同之液晶投影機。再者，作為電子黑板，例如可使用LCD(Liquid Crystal Display：液晶顯示器)或PDP(Plasma Display Panel：電漿顯示面板)等技術。與該等相比，藉由使用超廣角對應之液晶投影機，可抑制成本而提供大畫面。再者，超廣角對應之液晶投影機亦可稱為短焦點投影機或超短焦點投影機等。
圖2係表示投射型之圖像顯示裝置之構成例之概略圖。圖像顯示裝置20包含光源5、照明光學系統10及投射光學系統15。
光源5係以對照明光學系統10發出光束之方式配置。作為光源5使用例如高壓水銀燈等。另外，亦可使用LED(Light Emitting Diode：發光二極體)或LD(Laser Diode：雷射二極體)等之固體光源。
照明光學系統10將自光源5發出之光束均勻照射至成為1次像面之圖像調變元件(液晶面板P)之面上。於照明光學系統10中，來自光源5之光束依序通過2個複眼透鏡FL、偏光轉換元件PS、聚光透鏡L而轉換成偏光一致之均勻光束。
通過聚光透鏡L之光束藉由僅反射特定之波長帶域之光之分色鏡DM，分別分離成RGB之各色成分光。RGB之各色成分光經由全反射鏡M或透鏡L等，入射至對應於RGB各色而設置之液晶面板P(圖像調變元件)。而且，藉由各液晶面板P，進行對應於映像信號之光調變。光調變之各色成分光藉由分色稜鏡PP合成而產生圖像光。而且產生之圖像光向投射光學系統15出射。
構成照明光學系統10之光學零件等並未限定，亦可使用與上述之光學零件不同之光學零件。作為例如圖像調變元件，亦可取代透過型液晶面板P，使用反射型液晶面板或數位微鏡裝置(DMD)等。又，例如，亦可取代分色稜鏡PP，使用偏光光束分光器(PBS)、合成RGB各色之映像信號之色合成稜鏡或TIR(Total Internal Reflection：全內反射)稜鏡等。於本實施形態中，照明光學系統10相當於圖像產生部。
投射光學系統15調節自照明光學系統10出射之圖像光，進行朝成為2次像面之螢幕上之放大投影。即，藉由投射光學系統15而調節1次像面(液晶面板P)之圖像資訊並放大投影至2次像面(螢幕)。
＜第1實施形態＞ [圖像顯示系統] 圖3及圖4係表示本技術之第1實施形態之圖像顯示系統之構成例之模式圖。圖3係自上方觀察圖像顯示系統100之圖。圖4係自右前側之上方斜向觀察圖像顯示裝置100之圖。
圖像顯示系統100具有曲面螢幕30與2台圖像顯示裝置20。曲面螢幕30包含整體形狀呈曲面形狀之螢幕及至少一部分形狀呈曲面形狀之螢幕之兩者。
如圖3及圖4所示，於本實施形態中，使用自上方觀察，具有大致圓弧形狀之曲面螢幕30。曲面螢幕30以沿上下方向立起，且於左右方向延伸之方式設置。曲面螢幕30之左右之端部31a及31b向前方側彎折，於前後方向配置於大致相等之位置。曲面螢幕30之左右方向之大致中央部分位於最後方側，且為與自上方觀察之大致圓弧形狀之頂點對應之部分。
亦可將曲面螢幕30之形狀表現為與沿上下方向立起之圓柱之內表面之一部分大致相等之形狀。又，亦可藉由將微小之平面區域一面相互變化角度一面連結，而構成曲面螢幕30。
曲面螢幕30之材質、尺寸、曲率半徑等具體之構成並不限定，亦可任意設計。亦可藉由於自上方觀察呈圓弧形狀之基體部之內表面接著可撓性螢幕構件，而實現曲面螢幕30。於本實施形態中，曲面螢幕30相當於被投射物。
2台圖像顯示裝置20包含第1圖像顯示裝置20a與第2圖像顯示裝置20b。第1圖像顯示裝置20a可向後方投射圖像地設置於曲面螢幕30之左端部31a之上下方向上之大致中央部分。第1圖像顯示裝置20a將圖像(以下記載為第1圖像)21a投射至彎曲成大致圓弧狀之曲面螢幕30之左側之區域。
第2圖像顯示裝置20b可向後方投射圖像地設置於曲面螢幕30之右端部31b之上下方向上之大致中央部分。第2圖像顯示裝置20b將圖像(以下記載為第2圖像)21b投射至彎曲成大致圓弧狀之曲面螢幕30之右側之區域。再者，保持第1及第2圖像顯示裝置20a及20b之保持機構(省略圖示)亦可任意設計。
如圖3及圖4所示，第1及第2圖像顯示裝置20a及20b以第1及第2圖像21a及21b相互重疊之方式，分別投射第1及第2圖像21a及21b。
於本實施形態中，第1及第2圖像顯示裝置20a及20b內具備之圖像調變元件(液晶面板P)由具有長邊方向及短邊方向之矩形狀構成。而且，藉由液晶面板P，產生構成矩形狀之圖像之圖像光。
第1及第2圖像21a及21b分別投射為互為相等之矩形狀之圖像。而且，沿第1及第2圖像21a及21b之長邊方向(左右方向)，以相互重疊之方式分別投射第1及第2圖像21a及21b。因此，於曲面螢幕30之大致中央部分，產生第1及第2圖像21a及21b相互重疊之重疊區域22。
於本實施形態中，於第1及第2圖像21a及21b重疊之重疊區域22，執行拼接處理。藉此，連接第1及第2圖像21a及21b，合成為1張圖像。其結果，於曲面螢幕30之沿左右方向之大致整體區域，顯示尺寸較大之1張圖像。拼接處理之具體之運算法等並未限定，亦可使用任意之拼接技術。
於圖3中，模式性圖示自第1圖像顯示裝置20a投射之構成第1圖像21a之第1圖像光23a與第1圖像光23a所包含之像素光Ca1、Ca2、Ca3。
又，於圖3中，模式性圖示自第2圖像顯示裝置20b投射之構成第2圖像21b之第1圖像光23b與第2圖像光23b所包含之像素光Cb1、Cb2、Cb3。
再者，像素光係指用以構成投射之圖像所包含之複數個像素之各者之光。典型而言，自產生圖像光並出射之圖像調變元件(液晶面板P)所包含之複數個像素之各者出射之光為圖像光。因此，圖像光包含複數個像素光。
圖3所示之像素光Ca1係用以構成第1圖像21a之左端部之像素之像素光。因此，像素光Ca1相當於第1圖像光23a之左端部之光線。像素光Ca2係用以構成第1圖像21a之右端部之像素之像素光。因此，像素光Ca2相當於第1圖像光23a之右端部之光線。
像素光Ca3係用以構成第1及第2圖像21a及21b重疊之重疊區域22之左端部之像素之像素光。因此，第1圖像光23a所包含之光線中，自像素光Ca3至Ca2之光線成為構成重疊區域22之圖像光。另一方面，第1圖像光23a所包含之光線中，自像素光Ca1至Ca3之光線成為構成重疊區域22以外之區域之圖像光。
圖3所示之像素光Cb1係用以構成第2圖像21b之右端部之像素之像素光。因此，像素光Cb1相當於第2圖像光23b之右端部之光線。像素光Cb2係用以構成第2圖像21b之左端部之像素之像素光。因此，像素光Cb2相當於第1圖像光23a之左端部之光線。
像素光Ca3係用以構成重疊區域22之右端部之像素之像素光。因此，第2像素光23b所包含之光線中，自像素光Cb3至Cb2之光線成為構成重疊區域22之圖像光。另一方面，第2圖像光23b所包含之光線中，自像素光Cb1至Cb3之光線成為構成重疊區域22以外之區域之圖像光。
如圖3所示，於本實施形態中，第1及第2圖像顯示裝置20a及20b係以構成第1及第2圖像21a及21b相互重疊之重疊區域22以外之區域之圖像光不相互交叉之方式分別投射第1及第2圖像21a及21b。
藉此，可充分地抑制站立於在靠近於曲面螢幕30之大致中央部分產生之重疊區域22之位置之使用者3之影子之產生。其結果，使用者3自彎折為圓弧形狀之曲面螢幕30之內側之區域(例如，靠近重疊區域22之位置)，可視聽合成為1張之第1及第2圖像21a及21b。藉此，可實現非常高之向內容之沉浸感，可將優質之視覺效果提供給使用者3。
第1及第2圖像21a及21b重疊之方向並不限定。例如，亦可沿第1及第2圖像21a及21b之短邊方向，以相互重疊之方式分別投射第1及第2圖像21a及21b。例如，於圖3及圖4所示之構成例中，投射以左右方向為短邊方向之矩形狀之第1及第2圖像21a及21b。而且，亦可沿第1及第2圖像21a及21b之短邊方向，以第1及第2圖像21a及21b重疊之方式，投射第1及第2圖像21a及21b。
根據曲面螢幕30之形狀，於投射構成矩形狀之圖像之圖像光之情形時，亦可能有以與矩形狀不同之形狀顯示圖像之情形。於該情形時，可將與例如液晶面板P之長邊方向及短邊方向對應之方向規定為圖像之長邊方向及短邊方向。而且，可使複數個圖像沿長邊方向或短邊方向重疊。於本揭示中，亦可能有將液晶面板P之長邊方向及短邊方向表現為圖像光之長邊方向及短邊方向之情形。
對第1及第2圖像顯示裝置20a及20b及曲面螢幕30之詳細之構成例進行說明。於本實施形態中，使用具有相互大致相等之構成之圖像顯示裝置作為第1及第2圖像顯示裝置20a及20b。以下，對第1及第2圖像顯示裝置20a及20b之投射光學系統15與曲面螢幕30進行說明。
圖5及圖6係表示本實施形態之投射光學系統15之概略構成例之光路圖。再者，於圖6中，圖示1個投射光學系統15與投射曲面螢幕S之圖像之部分。藉由將圖6之構成以相互對稱之方式組合2個，如圖3及圖4所示，可實現具有曲面螢幕30與第1及第2圖像顯示裝置20a及20b之圖像顯示系統100。
又，於圖5及圖6中，圖示照明光學系統10之液晶面板P及分色稜鏡PP。以下，將自分色稜鏡PP出射至投射光學系統15之圖像光之出射方向設為Z方向。又，將1次像面(液晶面板P)之橫向設為X方向，將縱向設為Y方向。該X及Y方向係對應於由圖像光構成之圖像之橫向及縱向之方向。
投射光學系統15包含第1光學系統L1與第2光學系統L2。第1光學系統L1構成於由照明光學系統10產生之圖像光入射之位置，整體具有正折射能力。又，第1光學系統L1以於Z方向延伸之基準軸(以下，將該基準軸記載為光軸O)為基準而構成。
如圖5所示，於本實施形態中，第1光學系統L1構成為第1光學系統L1所含之1個以上之光學零件各者之光軸與基準軸即光軸O大致一致。再者，典型而言，光學零件之光軸係通過光學零件之透鏡面或反射面等光學面之中央之軸。例如，於光學零件之光學面具有旋轉對稱軸之情形時，該旋轉對稱軸相當於光軸。
於本實施形態中，光軸O係使第1光學系統L1所含之最靠近照明光學系統10之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)延長之軸。即，於使透鏡L11之光軸延長之軸上，配置其他光學零件。再者，圖像光從自光軸O向垂直方向(Y方向)偏移之位置沿光軸O出射。於本實施形態中，第1光學系統L1相當於透鏡系統。又，亦可將沿光軸O之方向稱為第1光學系統L1之光路行進方向。
如圖5所示，第1光學系統L1具有第1反射面Mr1及第2反射面Mr2。第1及第2反射面Mr1及Mr2為凹面反射面。第1反射面Mr1係以旋轉對稱軸與光軸O一致之方式構成之旋轉對稱球面。
第2反射面Mr2係以旋轉對稱軸與光軸O一致之方式構成之旋轉對稱非球面，僅由可反射圖像光所入射之區域即有效區域之部分構成。即，並非配置旋轉對稱非球面之整體，而是僅配置旋轉對稱非球面之必要部分。藉此，可實現裝置之小型化。
第2光學系統L2藉由凹面反射面Mr3構成。凹面反射面Mr3以基準軸即光軸O為基準而構成，將自第1光學系統L1出射之圖像光向曲面螢幕S(曲面螢幕30)反射。
凹面反射面Mr3係以旋轉對稱軸(光軸)與光軸O一致之方式構成之旋轉對稱非球面，僅由可反射圖像光入射之區域即有效區域之部分構成。即，並非配置旋轉對稱非球面之整體，而是僅配置旋轉對稱非球面之必要部分。藉此，可實現裝置之小型化。
如圖5所示，於本實施形態中，於共通之光軸O上，構成第1光學系統L1及第2光學系統L2(凹面反射面Mr3)。即，以使最靠近照明光學系統10之透鏡L11之光軸(旋轉對稱軸)延長所成之軸與各光軸(旋轉對稱軸)大致一致之方式，構成第1及第2光學系統L1及L2。藉此，可縮小Y方向之尺寸，可謀求裝置之小型化。
參照圖5及圖6對圖像光之光路進行說明。於圖5中，圖示自分色稜鏡PP出射至投射光學系統15之圖像光中之4條像素光C1、C2、C3、C4之光路。於圖6中，圖示3條像素光C1、C2、C3之光路。
其後，參照圖8進行說明，像素光C1相當於自液晶面板P之中央之像素出射之像素光。像素光C2相當於自液晶面板P之中央之最靠近光軸O之像素出射之像素光。相當於自液晶面板P之中央之最遠離光軸O之像素出射之像素光。像素光C4相當於自液晶面板P之右上端之像素出射之像素光。
即，於本實施形態中，像素光C2相當於自液晶面板P之最靠近光軸O之像素出射之像素光。又，像素光C3相當於自位於從最靠近光軸O之像素連結液晶面板P之中央之像素的直線上且最遠離光軸O之像素出射之像素光。
從自光軸O向垂直方向偏移之位置沿光軸O出射至投射光學系統15之圖像光與光軸O交叉前進，入射至第1反射面Mr1。入射至第1反射面Mr1之圖像光藉由第1反射面Mr1折返再次與光軸O交叉前進，入射至第2反射面Mr2。
入射至第2反射面Mr2之圖像光藉由第2反射面Mr2折返並自第1光學系統L1出射。圖像光以再次與光軸O交叉之方式向凹面反射面Mr3出射。自第1光學系統L1出射之圖像光藉由第2光學系統L2即凹面反射面Mr3反射，並再次與光軸O交叉，向曲面螢幕S投射。
如此，於本實施形態中，以與光軸O交叉之方式構成圖像光之光路。藉此，可於光軸O之附近構成至凹面反射面Mr3為止之圖像光之光路。其結果，可縮小Y方向上之裝置之尺寸，可謀求裝置之小型化。
又，藉由第1及第2反射面Mr1及Mr2之各者，圖像光折返而被反射。藉此，可充分地確保圖像光之光路長。其結果，可縮小X方向上之裝置之尺寸，可謀求裝置之小型化。
如圖5及圖6所示，於本實施形態中，藉由凹面反射面Mr3，入射至凹面反射面Mr3之圖像光所包含之至少一部分之光線向與沿基準軸即光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。
由凹面反射面Mr3反射之圖像光所含之光線之行進方向與沿光軸O之方向之交叉角度如以下般規定。首先，算出沿光軸O延伸之直線與沿由凹面反射面Mr3反射之光線之行進方向延伸之直線之交叉點。使自該交叉點向液晶面板P側延伸之直線以交叉點為基準向光線之行進方向側旋轉。此時，將直至自交叉點向液晶面板P側延伸之直線與沿光線之行進方向延伸之直線一致為止的旋轉角度規定為由凹面反射面Mr3反射之圖像光所包含之光線之行進方向與沿光軸O之方向之交叉角度。
於本實施形態中，以由凹面反射面Mr3反射之圖像光所含之至少一部分光線之於上述規定之交叉角度為80度以上之方式設計凹面反射面Mr3。
於圖5所示之例中，圖像光所含之像素光C4向與沿光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。如圖5所示，由凹面反射面Mr3反射之像素光C4之行進方向與沿光軸O之方向之交叉角度為角度R1。該角度R1為87.4度。
再者，該角度R1為最大之交叉角度。即，像素光C4為交叉角度最大之光線。其他光線朝相對於沿光軸O之方向，以小於角度R1(87.4度)之角度交叉之方向反射。
此處，例舉像素光作為圖像光所包含之光線。並不限定於此，只要像素光所包含之進而一部分之光線等之至少一部分光線向與沿光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射即可。
具備如圖5及圖6例示之投射光學系統15之圖像顯示裝置20設置為於與曲面螢幕S之形狀對應之位置配置凹面反射面Mr3。藉由以交叉角度變大之方式設計凹面反射面Mr3，可實現與曲面螢幕S對應之高品質之圖像顯示。下文會對該點詳細地進行說明。
此處，本發明者發現關於對應於曲面螢幕之圖像顯示之4個條件(1)～(4)。參照圖5及圖6說明該等條件。
(條件1) 將由凹面反射面Mr3反射之圖像光所包含之各光線之行進方向與沿基準軸即光軸O之方向交叉之角度設為θ1。角度θ1相當於上述規定之交叉角度。 將角度θ1變為最大之光線之角度θ1設為θ1max。如圖5所示之例中，像素光C4之交叉角度為θ1max。 於該情形時，以滿足以下之關係之方式，構成投射光學系統15。 (1)80度≦θ1max≦160度
該條件式(1)係限制圖像光所含之光線之適當之反射角度者。於θ1max不滿足條件式(1)規定之下限之情形時，光線不以較大之角度反射，而難以應對曲面螢幕S。於θ1max超過條件式(1)規定之上限之情形時，光線與凹面反射面Mr3自身發生干涉之可能性變高。即，由凹面反射面Mr3反射後，再入射至凹面反射面Mr3之其他部分之可能性變高。
像素光C4之交叉角度為87.4度，可知滿足條件1。
(條件2) 凹面反射面Mr3係構成為旋轉對稱軸與基準軸即光軸O一致。 將入射至凹面反射面Mr3之光之距離光軸O之光線高度設為h。 將以光線高度微分表示與光線高度對應之凹面反射面Mr3之形狀之函數Z(h)之導數設為Z'(h)(=dZ/dh)。因此，導數Z'(h)相當於光線高度h處之相切於凹面反射面Mr3之直線之斜率。 將與反射圖像光之最遠離光軸O之反射點對應之光線高度設為hmax。 將自光軸O至光線高度hmax為止之Z'(h)之平均值設為Z'ave.。 於該情形時，以滿足以下之關係之方式，構成投射光學系統15。 (2)1＜｜Z'(1.0・hmax)-Z'(0.9・hmax)｜/｜Z'ave.｜＜20
該條件式(2)係限制圖像光所含之光線之適當之反射角度者。於｜Z'(1.0・hmax)-Z'(0.9・hmax)｜/｜Z'ave.｜不滿足條件式(2)規定之下限之情形時，光線不以較大之角度反射，難以應對曲面螢幕S。於｜Z'(1.0・hmax)-Z'(0.9・hmax)｜/｜Z'ave.｜超過條件式(2)規定之上限之情形時，光線與凹面反射面Mr3自身發生干涉之可能性變高。即，由凹面反射面Mr3反射後，再入射至凹面反射面Mr3之其他部分之可能性變高。
(條件3) 將自液晶面板P之最靠近光軸O之像素出射之像素光之至曲面螢幕S為止之光路長設為Lp1、將自位於從最靠近光軸O之像素連結液晶面板P之中央之像素的直線上且最遠離光軸O之像素出射之像素光之至曲面螢幕S為止之光路長設為Lp2。於本實施形態中，像素光C2之光路長為Lp1，像素光C3之光路長為Lp2。 於該情形時，以滿足以下之關係之方式，構成投射光學系統15及曲面螢幕S。 (3)0.005＜Lp1/Lp2＜0.5
該條件式(3)相當於規定圖3例示之使用者3可移動之區域時之條件式。於Lp1/Lp2不滿足條件式(3)規定之下限之情形時，即便於使用者3站立於螢幕S附近之情形時亦可抑制影子之產生，可使使用者3之可移動之區域較大。另一方面，光路長差變得過大，光學性能下降之可能性升高。於Lp1/Lp2超過條件式(3)規定之上限之情形時，當使用者3不遠離螢幕S時，光線與使用者3干涉，導致產生使用者3之影子。又，必須使投射光學系統15遠離曲面螢幕S，導致裝置整體大型化。
(條件4) 將圖像光所包含之光線中至曲面螢幕S為止之光路長最短之光線之光路長設為Ln，將光路長最長之光線之光路長設為Lf。於圖6所示之例中，像素光C2之光路長為Ln，像素光C3之光路長為Lf。 於該情形時，以滿足以下之關係之方式，構成投射光學系統15及曲面螢幕S。 (4)0.005＜Ln/Lf＜0.5
該條件式(4)亦與條件式(3)同樣，相當於規定圖3例示之使用者3之可移動之區域時之條件式。即，於Ln/Lf不滿足於條件式(4)規定之下限之情形時，即便於使用者3站立於螢幕S附近之情形時亦可抑制影子之產生，可使使用者3之可移動之區域較大。另一方面，光路長差變得過大，光學性能下降之可能性升高。於Ln/Lf超過條件式(4)規定之上限之情形時，當使用者3不遠離螢幕S時，光線與使用者3干涉，導致產生使用者3之影子。又，必須使投射光學系統15遠離曲面螢幕S，導致裝置整體大型化。
條件式(1)～(4)之各者之下限值及上限值並不限定於上述之值。例如，根據照明光學系統10、投射光學系統15、曲面螢幕S等之構成，亦可適當變更各值。亦可選擇例如上述範圍內所包含之任意之值作為下限值及上限值，重新設定最佳之範圍。
例如，可將條件式(1)設定為以下之範圍等。 85度≦θ1max≦160度 80度≦θ1max≦140度 85度≦θ1max≦140度
例如，可將條件式(2)設定為以下之範圍等。 1＜｜Z'(1.0・hmax)-Z'(0.9・hmax)｜/｜Z'ave.｜＜10 2＜｜Z'(1.0・hmax)-Z'(0.9・hmax)｜/｜Z'ave.｜＜10
對如以上般構成之投射光學系統15，舉出具體之數值例進行簡單之說明。
圖7係表示關於圖像投影之參數之一例之表。圖8係用以說明圖7所示之參數之模式圖。
投射光學系統15之1次像面側之開口數NA為0.127。圖像調變元件(液晶面板P)之橫向及縱向之長度(H×VSp)為8.2 mm及4.6mm。圖像調變元件之中心位置(Chp)為自光軸O向上方3.7 mm之位置。1次像面側之像圈(imc)為f14.6 mm。
如上所述，自圖8所示之液晶面板P之中央之像素出射之光相當於圖5等所示之像素光C1(標註相同符號)。自液晶面板P之中央之最靠近光軸O之像素出射之光相當於像素光C2(標註相同符號)。自液晶面板P之中央之最遠離光軸O之像素出射之光相當於像素光C3(標註相同符號)。
自液晶面板P之右上端之像素出射之光相當於圖5等所示之像素光C4(標註相同符號)。於本實施形態中，自該像素出射之像素光C4由凹面反射面Mr3，向與沿光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。
圖9係圖像顯示裝置之透鏡資料及曲面螢幕之資料。於圖9表示自1次像面(P)側朝向2次像面(S)側配置之1～24之光學零件(透鏡面)與關於曲面螢幕S之資料。作為各光學零件(透鏡面)之資料，記載有曲率半徑(mm)、芯厚d(mm)、d線(587.56 nm)之折射率nd、d線之阿貝數νd。關於曲面螢幕S，記載有曲率半徑(mm)。
再者，具有非球面之光學零件遵從以下之式。
【數1】
圖10係表示投射光學系統所包含之光學零件之非球面係數之一例之表。於圖10，分別表示於圖9附加＊標記之非球面之各光學零件12、13、15及24之非球面係數。圖例之非球面係數係對應於上述之式(數1)者。
再者，於本實施形態中，式(數1)相當於表示與光線高度對應之凹面反射面Mr3之形狀之函數Z(h)。於式(數1)，輸入圖5所示之光線高度h之情形之凹陷量Z作為表示與光線高度對應之凹面反射面Mr3之形狀之參數而使用。再者，「凹陷量」係指通過面頂點立起與光軸垂直之平面時之該平面與透鏡面上之點之光軸方向之距離。
因此，以光線高度微分函數Z(h)之導數Z'(h)(=dZ/dh)成為以下式。
【數2】
如上所述，藉由該式，算出光線高度h處之相切於凹面反射面Mr3之直線之斜率。
曲面螢幕S相對於光軸O偏心、傾斜。於圖10記載有曲面螢幕S之XYZ方向上之偏心分量及繞XYZ之各軸之旋轉分量。
於圖10例示之XDE、YDE及ZDE表示面之偏心之X方向分量(單位：mm)、Y方向分量(單位：mm)及Z方向分量(單位：mm)。ADE、BDE及CDE係表示面之旋轉之θx方向分量(繞X軸之旋轉分量；單位：度)、θy方向分量(繞Y軸之旋轉分量；單位：度)、及θz方向分量(繞Z軸之旋轉分量；單位：度)。
圖11係表示光線高度h之Z(h)與Z'(h)之表。於圖11中，將Z(h)即凹陷量記載為「shape」(單位：mm)。又，將Z'(h)即切線之斜率記載為「thita」。又，於圖11，將與光線高度h之移位對應之切線之斜率之移位量記載為「Δθ」。再者，將光軸O之光線高度設為0，將光線高度hmax設為1，對光線高度h進行標準化後進行演算。
圖12係表示光線高度h與「thita」之關係之曲線圖。圖13係表示光線高度h與「Δθ」之關係之曲線圖。於自光軸O離開之光線高度0.9～1.00，可知切線之斜率較大地變化。該情形意味著於光線高度0.9～1.00，曲率變大。藉此，可使交叉角度θ1變大。
圖14係表示於本實施形態中於上述條件式(2)～(4)中使用之參數之數值之表。 ｜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之光路長1031.11 mm C2之光路長(=Lp1=Ln) 634.76 mm C3之光路長(=Lp2=Lf) 1311.61 mm C4之光路長 1236.61 mm Lp1/Lp2 0.48 Ln/Lf 0.48 成為此種結果，可知滿足條件式(2)～(4)。
以上，於本實施形態之圖像顯示系統100中，藉由凹面反射面Mr3，圖像光之至少一部分光線向與沿在構成投射光學系統15上成為基準之光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。藉此，例如可對應於向曲面螢幕S等之圖像之投射，可實現高品質之圖像顯示。
圖15係用以說明作為比較例舉出之圖像顯示裝置之向曲面螢幕投射圖像之模式圖。
圖像顯示裝置90係超廣角對應之投影機，將圖像光反射至曲面螢幕之凹面反射面之構成與本實施形態之圖像顯示裝置20不同。具體而言，凹面反射面將圖像光所包含之所有光線朝與於構成投射光學系統上成為基準之光軸以未滿80度之角度交叉之方向反射。
考慮藉由此種圖像顯示裝置90，以最大之尺寸向曲面螢幕S投射圖像之情形。例如，如圖15A所示，與將圖像91投射至平面螢幕S'之情形相同，設為將圖像92投射至曲面螢幕S。即，考慮將同樣之圖像光分別投射至平面螢幕S'與曲面螢幕S之情形。
如此，當然，顯示於平面螢幕S'之圖像91與顯示於曲面螢幕S之圖像92為互不相同之形狀。若以顯示於平面螢幕S'之圖像91為基準考慮，則顯示於曲面螢幕S之圖像92為非常失真之圖像。
因此，為了恰當地將圖像92顯示於曲面螢幕S，不得不對圖像信號執行電性之修正處理。其修正量雖取決於曲面螢幕S之形狀，但大多為非常大者。其結果，導致圖像92之畫質下降。
又，如圖12B所示，為了將圖像92顯示於曲面螢幕S之較廣之範圍，必須將圖像顯示裝置90設置於遠離曲面螢幕S之位置。其結果，對於收看圖像92之使用者而言，圖像顯示裝置90之存在顯眼，有損對內容之沉浸感。又，由於使用者之影子出現之區域變大，故使用者可移動之區域變小。其結果，難以提供優異之視聽環境。
於本實施形態之圖像顯示系統100中，可將由凹面反射面Mr3反射之範圍較廣地設計為相對於成為基準之光軸O為80度以上。其結果，可抑制光學上顯示於面螢幕S之圖像失真。其結果，可充分地抑制對圖像信號之電性修正量。其結果，可以較高之畫質顯示圖像。
又，如圖3所例示，由於可自接近曲面螢幕S之位置將圖像投射至曲面螢幕S之較廣之範圍，故可充分地抑制因第1及第2圖像顯示裝置20a及20b之存在而阻礙使用者3對內容之沉浸感。又，由於可縮小使用者3之影子出現之區域，故可擴大使用者3可移動之區域。其結果，可提供非常優異之視聽環境。
再者，將作為比較例舉出之圖像顯示裝置90之凹面反射面取代本技術之凹面反射面，且使第1光學系統之整體構成最佳化，亦可容易地作為本技術之圖像顯示裝置而實現。
＜第2實施形態＞ 對本技術之第2實施形態之圖像顯示系統進行說明。於此後之說明中，對與上述實施形態中說明之圖像顯示系統100及圖像顯示系統20之構成及作用同樣之部分，省略或簡化其說明。
圖16～及圖18係表示本實施形態之投射光學系統215之概略構成例之光路圖。再者，於圖17及圖18中，曲面螢幕S之構成互不相同。以下，有將圖17所示之構成例記載為實施例2-1、將圖18所示之構成例記載為實施例2-2之情形。
如圖16～圖18所示，藉由凹面反射面Mr3，入射至凹面反射面Mr3之圖像光所包含之至少一部分光線向與沿基準軸即光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。
於圖16所示之例中，圖像光所包含之像素光C4向與沿光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。由凹面反射面Mr3反射之像素光C4之行進方向與沿光軸O之方向之交叉角度R1成為128.2度。又，該角度R1成為最大之交叉角度，可知滿足條件式(1)。
於本實施形態中，像素光C3亦向與沿光軸O之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。像素光C3之交叉角度為122.5度。
圖19係表示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖20係圖像顯示裝置之透鏡資料及曲面螢幕之資料。 圖21係表示投射光學系統所包含之光學零件之非球面係數之一例之表。又，於圖21，記載有實施例2-1之曲面螢幕及實施例2-2之曲面螢幕之XYZ方向之偏心分量及繞XYZ之各軸之旋轉分量。
圖22係表示光線高度h之Z(h)與Z'(h)之表。 圖23係表示光線高度h與「thita」之關係之曲線圖。 圖24係表示光線高度h與「Δθ」之關係之曲線圖。
圖25係表示於本實施形態中上述之條件式(2)～(4)中使用之參數之數值之表。 ｜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 (實施例2-1) C1之光路長933.01 mm C2之光路長(=Lp1=Ln) 418.12 mm C3之光路長(=Lp2) 1195.5 mm C4之光路長(=Lf) 1277.93 mm Lp1/Lp2 0.35 Ln/Lf 0.33 (實施例2-2) C1之光路長 1045.3 mm C2之光路長(=Lp1=Ln) 306.5 mm C3之光路長(=Lp2) 1319.84 mm C4之光路長(=Lf) 1329.16 mm Lp1/Lp2 0.23 Ln/Lf 0.23 成為此種結果，可知滿足條件式(2)～(4)。再者，於實施例2-1及實施例2-2中，像素光C4之光路長為Lf。
即便為本實施形態之構成，亦與上述之實施形態相同，可實現與曲面螢幕S對應之高品質之圖像顯示。
＜其他實施形態＞ 本技術並不限定於以上說明之實施形態，可實現其他各種實施形態。
如圖13及圖24之曲線圖所示，於第1及第2實施形態之凹面反射面Mr3中，於光線高度0.9～1.00，可知曲率變大。著眼於該點，可將本技術之凹面反射面Mr3之1個特徵以以下之條件式規定。 即，以滿足以下關係之方式構成投射光學系統。 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
該等式係基於由光線高度0.9～1.00所致之形狀變化較其他光線高度之範圍大之特徵得出之條件式。使用該等條件式，亦可構成本技術之投射光學系統。
圖26係表示其他實施形態之投射光學系統之概略構成之光路圖。於該投射光學系統315中，於第1光學系統L1與第2光學系統L2即凹面反射面Mr3之間，配置平面反射面Mr4。藉由平面反射面Mr4，第1光學系統L1之光路行進方向彎折。亦可採用此種構成。
即便於此種情形時，只要將彎折之光軸O'作為基準軸，適當構成凹面反射面Mr3即可。即，入射至凹面反射面Mr3之圖像光所包含之至少一部分光線以向與沿基準軸即光軸O'之方向以80度以上之角度交叉之方向反射之方式構成凹面反射面Mr3。換言之，以存在圖26所示之交叉角度θ1為80度以上之光線之方式，構成凹面反射面Mr3。再者，於圖26中，構成為省略圖示之像素光C4之交叉角度θ1為80度以上。
圖27及圖28係表示其他實施形態之圖像顯示系統之構成例之模式圖。於圖27所示之圖像顯示系統400中，使用具有穹形狀之曲面螢幕S。再者，穹形狀並不限定於半球形狀，包含遍及周圍360度可覆蓋上方之任意之形狀。
如圖27A～C所示，於穹形狀之曲面螢幕S之下方，以沿左右方向相互對向之方式，設置第1及第2圖像顯示裝置420a及420。第1及第2圖像顯示裝置420a及420b可向上方分別投射第1及第2圖像421a及421b地設置。
第1及第2圖像421a及421b以沿長邊方向(左右方向)相互重疊之方式投射。因此，於曲面螢幕S之頂點部分，產生第1及第2圖像421a及421b相互重疊之重疊區域422。以重疊區域422為基準執行拼接處理，顯示尺寸較大之1張圖像。
藉由使用上述說明之本技術之圖像顯示裝置作為第1及第2圖像顯示裝置420a及420b，可實現與穹形狀對應之高品質之圖像顯示，可提供優異之視聽環境。
於圖28所示之圖像顯示系統500中，於穹形狀之曲面螢幕S之下方，沿圓周等間隔地配置第1～第3圖像顯示裝置520a～520b。第1～第3圖像顯示裝置520a～520c可向上方分別投射第1～第3圖像521a～521c地設置。
如圖28B所示，作為第1～第3圖像521a～521c，投射用以構成矩形狀圖像之圖像光。於圖18B，第1～第3圖像521a～521c之各者模式性圖示為矩形狀，但於曲面螢幕S顯示之形狀成為與矩形狀不同之形狀。
第1～第3圖像521a及521b以相互重疊之方式投射於與相對於曲面螢幕S之頂點相互對稱之位置。而且，於重疊區域522a～522c，執行拼接處理，顯示尺寸較大之1張圖像。
作為第1～第3圖像顯示裝置520a～520c，藉由使用上述說明之本技術之圖像顯示裝置，可實現與穹形狀對應之高品質之圖像顯示，且可提供優異之視聽環境。如此，本技術亦可應用於使用3台以上之圖像顯示裝置之情形。
作為將圖像光反射至螢幕之凹面反射面，亦可使用不具有旋轉對稱軸之自由曲面。於該情形時，例如，凹面反射面之光軸(例如通過光學面之中央之軸)與於例如構成透鏡系統上成為基準之基準軸一致。而且，以圖像光所包含之至少一部分之光線向與沿基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射之方式適當設計凹面反射面。藉此，可發揮與上述相同之效果。
被投射物並不限定於曲面螢幕。本技術可應用於向桌面或建築物等之牆壁等任意之被投射物之圖像之顯示。尤其可實現與具有曲面形狀之被投射物對應之高品質之圖像顯示。
參照各圖式說明之圖像顯示系統、圖像顯示裝置、投射光學系統、凹面反射面、螢幕等之各構成終究為一實施形態，可於不脫離本技術之之主旨之範圍內進行任意變化。即，亦可採用用以實施本技術之其他任意之構成或運算法等。
於本揭示中，「一致」、「相等」、「垂直」、「矩形狀」、「穹形狀」、「對稱」等設為包含「實質上一致」、「實質上相等」、「實質上垂直」、「實質上為矩形狀」、「實質上為穹形狀」、「實質上對稱」之概念。亦包含例如以「完全一致」、「完全相等」、「完全垂直」、「完全為矩形狀」、「完全為穹形狀」、「完全對稱」等為基準之特定之範圍(例如±10%之範圍)所包含之狀態。
亦可組合以上說明之本技術之特徵部分中之至少2個特徵部分。即，於各實施形態中說明之各種特徵部分亦可不區別各實施形態而任意組合。又，於上述中記載之各種效果僅為例示而非限定者，亦可發揮其他效果。
再者，本技術亦可採用如下之構成。 (1)一種圖像顯示裝置，其具備： 光源； 圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及 投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力； 凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且 上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。 (2)如(1)記載之圖像顯示裝置，其中 上述圖像光包含複數個像素光； 上述凹面反射面將上述複數個像素光中之至少1個像素光向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。 (3)如(1)或(2)記載之圖像顯示裝置，其構成為： 若將由上述凹面反射面反射之上述圖像光所包含之各光線之行進方向與沿上述基準軸之方向交叉之角度設為θ1，將角度θ1成為最大之光線之角度θ1設為θ1max，則滿足如下關係： 80度≦θ1max≦160度。 (4)如(1)至(3)中任一項記載之圖像顯示裝置，其構成為： 上述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與上述基準軸一致； 若將距離上述基準軸之光線高度設為h，將表示與上述光線高度對應之上述凹面反射面之形狀之函數Z(h)以光線高度微分而得之導數設為Z'(h)，將與反射上述圖像光之距離上述基準軸最遠之反射點對應之光線高度設為hmax，將自上述基準軸至光線高度hmax之Z'(h)之平均值設為Z'ave.，則滿足1＜｜Z'(1.0・hmax)-Z'(0.9・hmax)｜/｜Z'ave.｜＜20之關係。 (5)如(1)至(4)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中 上述基準軸為將上述透鏡系統所包含之最靠近上述圖像產生部之透鏡之光軸延長之軸。 (6)如(1)至(5)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中 上述透鏡系統構成為上述透鏡系統所包含之1個以上之光學零件之各者之光軸與上述基準軸一致。 (7)如(1)至(6)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中 上述凹面反射面構成為上述凹面反射面之光軸與上述基準軸一致。 (8)如(1)至(3)、及(5)至(7)中任一項記載之圖像顯示裝置，其中 上述凹面反射面為不具有旋轉對稱軸之自由曲面。 (9)一種投射光學系統，其係投射將自光源出射之光調變而產生之圖像光者，且具備： 透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，且整體具有正折射力； 凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且 上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。 (10)一種圖像顯示系統，其具備： (A)被投射物； (B)1個以上之圖像顯示裝置，其等各自具有： 光源； 圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及 投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及 凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且 上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。 (11)如(10)記載之圖像顯示系統，其構成為： 上述圖像產生部具有出射上述圖像光之圖像調變元件； 上述圖像調變元件各自具有出射圖像光之複數個像素，出射包含自上述複數個像素出射之複數個像素光之上述像素光； 若將自上述圖像調變元件之最靠近上述基準軸之像素出射之像素光至上述被投射物為止之光路長設為Lp1、將自位於從最靠近上述基準軸之像素連結上述圖像調變元件之中央之像素的直線上且距離上述基準軸最遠之像素出射之像素光至上述被投射物為止之光路長設為Lp2，則滿足如下關係： 0.005＜Lp1/Lp2＜0.5。 (12)如(10)或(11)記載之圖像顯示系統，其構成為： 若將上述圖像光所包含之光線中之至上述被投射物為止之光路長最短之光線之光路長設為Ln，將光路長最長之光線之光路長設為Lf，則滿足如下關係： 0.005＜Ln/Lf＜0.5。 (13)如(10)至(12)中任一項記載之圖像顯示系統，其中 上述被投射物為曲面螢幕； 上述1個以上之圖像顯示裝置分別設置為上述凹面反射面配置於與上述曲面螢幕之形狀對應之位置。 (14)如(10)至(13)中任一項記載之圖像顯示系統，其中 上述1個以上之圖像顯示裝置包含將第1圖像投射至上述曲面螢幕之第1圖像顯示裝置、及將第2圖像投射至上述曲面螢幕之第2圖像顯示裝置； 上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以上述第1圖像及上述第2圖像相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。 (15)如(14)記載之圖像顯示系統，其中 上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以構成上述第1圖像及上述第2圖像相互重疊之區域以外之區域之圖像光不相互交叉之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。 (16)如(14)或(15)記載之圖像顯示系統，其中 上述圖像產生部產生構成矩形狀之圖像之上述圖像光； 上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以上述第1圖像及上述第2圖像沿上述第1圖像及上述第2圖像之長邊方向相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。 (17)如(14)或(15)記載之圖像顯示系統，其中 上述圖像產生部產生構成矩形狀之圖像之上述圖像光； 上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以上述第1圖像及上述第2圖像沿上述第1圖像及上述第2圖像之短邊方向相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。 (18)如(10)至(17)中任一項記載之圖像顯示系統，其中 上述被投射物為具有穹形狀之螢幕。 (19)如(10)至(18)中任一項記載之圖像顯示系統，其中 上述1個以上之圖像顯示裝置包含3個以上之圖像顯示裝置。
1‧‧‧液晶投影機 2‧‧‧圖像 3‧‧‧使用者 5‧‧‧光源 10‧‧‧照明光學系統 15‧‧‧投射光學系統 20‧‧‧圖像顯示裝置 20a‧‧‧第1圖像顯示裝置 20b‧‧‧第2圖像顯示裝置 21a‧‧‧第1圖像 21b‧‧‧第2圖像 22‧‧‧重疊區域 23a‧‧‧第1圖像光 23b‧‧‧第2圖像光 30‧‧‧曲面螢幕 31a‧‧‧端部 31b‧‧‧端部 90‧‧‧圖像顯示裝置 91‧‧‧圖像 92‧‧‧圖像 100‧‧‧圖像顯示系統 215‧‧‧投射光學系統 315‧‧‧投射光學系統 400‧‧‧圖像顯示系統 420a‧‧‧第1圖像顯示裝置 420b‧‧‧第2圖像顯示裝置 421a‧‧‧第1圖像 421b‧‧‧第2圖像 422‧‧‧重疊區域 500‧‧‧圖像顯示系統 520a‧‧‧第1圖像顯示裝置 520b‧‧‧第2圖像顯示裝置 520c‧‧‧第3圖像顯示裝置 521a‧‧‧第1圖像 521b‧‧‧第2圖像 521c‧‧‧第3圖像顯示裝置 522a～c‧‧‧重疊區域 C1、C2、C3、C4‧‧‧像素光 Ca1、Ca2、Ca3‧‧‧像素光 Cb1、Cb2、Cb3‧‧‧像素光 Chp‧‧‧圖像調變元件之中心位置 DM‧‧‧分色鏡 FL‧‧‧複眼透鏡 H‧‧‧長度 h‧‧‧光線高度 imc‧‧‧1次像面側之像圈 L‧‧‧透鏡 L1‧‧‧第1光學系統 L2‧‧‧第2光學系統 L11‧‧‧透鏡 Lp1‧‧‧光路長 Lp2‧‧‧光路長 M‧‧‧全反射鏡 Mr1‧‧‧第1反射面 Mr2‧‧‧第2反射面 Mr3‧‧‧凹面反射面 Mr4‧‧‧平面反射面 O‧‧‧光軸 O'‧‧‧光軸 P‧‧‧液晶面板 PP‧‧‧分色稜鏡 PS‧‧‧偏光轉換元件 R1‧‧‧角度 S‧‧‧曲面螢幕 S'‧‧‧平面螢幕 VSp‧‧‧圖像調變元件縱向之長度 X‧‧‧方向 Y‧‧‧方向 Z‧‧‧方向 Z(h)‧‧‧函數 θ1‧‧‧角度
圖1係用以說明對應超廣角之液晶投影機之其他優點之概略圖。 圖2係表示投射型之圖像顯示裝置之構成例之概略圖。 圖3係表示第1實施形態之圖像顯示系統之構成例之模式圖。 圖4係表示第1實施形態之圖像顯示系統之構成例之模式圖。 圖5係表示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖6係表示第1實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖7係表示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖8係用以說明圖7所示之參數之模式圖。 圖9係圖像顯示裝置之透鏡資料及曲面螢幕之資料。 圖10係表示投射光學系統所包含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖11係表示光線高度h之Z(h)與Z'(h)之表。 圖12係表示光線高度h與「thita」之關係之曲線圖。 圖13係表示光線高度h與「Δθ」之關係之曲線圖。 圖14係表示條件式(2)～(4)中使用之參數之數值之表。 圖15A、B係用以說明作為比較例舉出之圖像顯示裝置之向曲面螢幕投射圖像之模式圖。 圖16係表示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖17係表示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖18係表示第2實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖19係表示關於圖像投影之參數之一例之表。 圖20係圖像顯示裝置之透鏡資料及曲面螢幕之資料。 圖21係表示投射光學系統所包含之光學零件之非球面係數之一例之表。 圖22係表示光線高度h之Z(h)與Z'(h)之表。 圖23係表示光線高度h與「thita」之關係之曲線圖。 圖24係表示光線高度h與「Δθ」之關係之曲線圖。 圖25係表示條件式(2)～(4)中使用之參數之數值之表。 圖26係表示其他實施形態之投射光學系統之概略構成例之光路圖。 圖27A～C係表示其他實施形態之圖像顯示系統之構成例之模式圖。 圖28A、B係表示其他實施形態之圖像顯示系統之構成例之模式圖。
15‧‧‧投射光學系統
C1、C2、C3、C4‧‧‧像素光
h‧‧‧光線高度
L1‧‧‧第1光學系統
L2‧‧‧第2光學系統
L11‧‧‧透鏡
Mr1‧‧‧第1反射面
Mr2‧‧‧第2反射面
Mr3‧‧‧凹面反射面
O‧‧‧光軸
P‧‧‧液晶面板
PP‧‧‧分色稜鏡
R1‧‧‧角度
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
Z(h)‧‧‧函數

Claims (18)

  1. 一種圖像顯示裝置，其具備：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；上述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與上述基準軸一致；且上述圖像顯示裝置構成為：若將距離上述基準軸之光線高度設為h，將表示與上述光線高度對應之上述凹面反射面之形狀之函數Z(h)以光線高度微分而得之導數設為Z'(h)，將與反射上述圖像光之距離上述基準軸最遠之反射點對應之光線高度設為hmax，將自上述基準軸至光線高度hmax之Z'(h)之平均值設為Z'ave.，則滿足如下關係：1<｜Z'(1.0‧hmax)-Z'(0.9‧hmax)｜/｜Z'ave.｜<20。
  2. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中 上述圖像光包含複數個像素光；上述凹面反射面將上述複數個像素光中之至少1個像素光向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射。
  3. 如請求項1之圖像顯示裝置，其構成為：若將由上述凹面反射面反射之上述圖像光所包含之各光線之前進方向與沿上述基準軸之方向交叉之角度設為θ1，將角度θ1成為最大之光線之角度θ1設為θ1max，則滿足如下關係：80度≦θ1max≦160度。
  4. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述基準軸為將上述透鏡系統所包含之最靠近上述圖像產生部之透鏡之光軸延長之軸。
  5. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述透鏡系統構成為上述透鏡系統所包含之1個以上之光學零件之各者之光軸與上述基準軸一致。
  6. 如請求項1之圖像顯示裝置，其中上述凹面反射面為不具有旋轉對稱軸之自由曲面。
  7. 一種圖像顯示裝置，其具備：光源； 圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；上述凹面反射面構成為上述凹面反射面之光軸與上述基準軸一致。
  8. 一種投射光學系統，其係投射將自光源出射之光調變而產生之圖像光者，且具備：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；上述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與上述基準軸一致；且上述投射光學系統構成為：若將距離上述基準軸之光線高度設為h，將表示與上述光線高度對應 之上述凹面反射面之形狀之函數Z(h)以光線高度微分而得之導數設為Z'(h)，將與反射上述圖像光之距離上述基準軸最遠之反射點對應之光線高度設為hmax，將自上述基準軸至光線高度hmax之Z'(h)之平均值設為Z'ave.，則滿足如下關係：1<｜Z'(1.0‧hmax)-Z'(0.9‧hmax)｜/｜Z'ave.｜<20。
  9. 一種圖像顯示系統，其具備：(A)被投射物；及(B)1個以上之圖像顯示裝置，其各自具有：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；其中上述凹面反射面構成為旋轉對稱軸與上述基準軸一致；且上述圖像顯示系統構成為：若將距離上述基準軸之光線高度設為h，將表示與上述光線高度對應 之上述凹面反射面之形狀之函數Z(h)以光線高度微分而得之導數設為Z'(h)，將與反射上述圖像光之距離上述基準軸最遠之反射點對應之光線高度設為hmax，將自上述基準軸至光線高度hmax之Z'(h)之平均值設為Z'ave.，則滿足如下關係：1<｜Z'(1.0‧hmax)-Z'(0.9‧hmax)｜/｜Z'ave.｜<20。
  10. 一種圖像顯示系統，其具備：(A)被投射物；及(B)1個以上之圖像顯示裝置，其各自具有：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；其中上述圖像產生部具有出射上述圖像光之圖像調變元件；上述圖像調變元件各自具有出射圖像光之複數個像素，出射包含自上述複數個像素出射之複數個像素光之上述圖像光；上述圖像顯示系統構成為： 若將自上述圖像調變元件之最靠近上述基準軸之像素出射之像素光之至上述被投射物為止之光路長設為Lp1、將自位於從最靠近上述基準軸之像素連結上述圖像調變元件之中央之像素的直線上且距離上述基準軸最遠之像素出射之像素光之至上述被投射物為止之光路長設為Lp2，則滿足如下關係：0.005<Lp1/Lp2<0.5。
  11. 一種圖像顯示系統，其具備：(A)被投射物；及(B)1個以上之圖像顯示裝置，其各自具有：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；上述圖像顯示系統構成為：若將上述圖像光所包含之光線中之至上述被投射物為止之光路長最短之光線之光路長設為Ln，將光路長最長之光線之光路長設為Lf，則滿 足如下關係：0.005<Ln/Lf<0.5。
  12. 一種圖像顯示系統，其具備：(A)被投射物；及(B)1個以上之圖像顯示裝置，其各自具有：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；其中上述被投射物為曲面螢幕；上述1個以上之圖像顯示裝置分別設置為使得上述凹面反射面配置於與上述曲面螢幕之形狀對應之位置。
  13. 一種圖像顯示系統，其具備：(A)被投射物；及 (B)1個以上之圖像顯示裝置，其各自具有：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；其中上述1個以上之圖像顯示裝置包含將第1圖像投射至上述曲面螢幕之第1圖像顯示裝置、及將第2圖像投射至上述曲面螢幕之第2圖像顯示裝置；上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以上述第1圖像及上述第2圖像相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
  14. 如請求項13之圖像顯示系統，其中上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以構成上述第1圖像及上述第2圖像相互重疊之區域以外之區域之圖像光不相互交叉之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
  15. 如請求項13之圖像顯示系統，其中上述圖像產生部產生構成矩形狀之圖像之上述圖像光；上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以上述第1圖像及上述第2圖像沿上述第1圖像及上述第2圖像之長邊方向相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
  16. 如請求項13之圖像顯示系統，其中上述圖像產生部產生構成矩形狀之圖像之上述圖像光；上述第1圖像顯示裝置及上述第2圖像顯示裝置係以上述第1圖像及上述第2圖像沿上述第1圖像及上述第2圖像之短邊方向相互重疊之方式分別投射上述第1圖像及上述第2圖像。
  17. 一種圖像顯示系統，其具備：(A)被投射物；及(B)1個以上之圖像顯示裝置，其各自具有：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至 少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；其中上述被投射物為具有穹(dome)形狀之螢幕。
  18. 一種圖像顯示系統，其具備：(A)被投射物；及(B)1個以上之圖像顯示裝置，其各自具有：光源；圖像產生部，其將自上述光源出射之光進行調變而產生圖像光；及投射光學系統，其具有：透鏡系統，其於上述產生之圖像光入射之位置以基準軸為基準而構成，整體具有正折射力；及凹面反射面，其以上述基準軸為基準而構成，使自上述透鏡系統出射之上述圖像光向被投射物反射；且上述凹面反射面將入射至上述凹面反射面之上述圖像光所包含之至少一部分光線，向與沿上述基準軸之方向以80度以上之角度交叉之方向反射；其中上述1個以上之圖像顯示裝置包含3個以上之圖像顯示裝置。
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