WO2021241297A1

WO2021241297A1 - 画像表示装置及び投射光学系

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Publication number: WO2021241297A1
Application number: PCT/JP2021/018550
Authority: WO
Inventors: 麻里子西山; 純西川
Original assignee: ソニーグループ株式会社
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2021-12-02
Also published as: DE112021002934T5; TW202204969A; CN115668026A; JPWO2021241297A1; US20230176463A1; JP7697461B2

Abstract

画像表示装置の投射光学系は、レンズ系と、凹面反射面とを有する。レンズ系は、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。凹面反射面は、基準軸を基準として構成され、レンズ系から出射された画像光を被投射物に向けて反射する。また投射光学系は、基準軸からの光線高さをｈ、光線高さｈに応じた凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）の接線の、光軸高さ方向に対する角度をθ（ｈ）、光線高さｈにおける角度θ（ｈ）の変化量をΔθ（ｈ）、画像光を反射する凹面反射面の基準軸から最も離れた反射点の光線高さｈをｈｍａｘとすると、０＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５６の関係を満たすように構成されている。

Description

画像表示装置及び投射光学系

　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、及び投射光学系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ｈに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）の接線の、光軸高さ方向に対する角度をθ（ｈ）、
　前記光線高さｈにおける前記角度θ（ｈ）の変化量をΔθ（ｈ）、
　前記画像光を反射する前記凹面反射面の前記基準軸から最も離れた反射点の光線高さｈをｈｍａｘとすると、
　０＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５６
　の関係を満たすように構成されている。

　この画像表示装置では、被投射物に向けて画像光を反射する凹面反射面の形状が上記のように設計されている。これにより高品質な画像表示を実現することが可能となる。

　前記Δθ（ｈ）は、θ（ｈ）－θ（０．９８・ｈ）であってもよい。

　前記画像光のうち、前記凹面反射面により反射される反射点が０．８５・ｈｍａｘよりも大きい範囲に含まれる光線を、縁部側光線とすると、前記投射光学系は、前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の各々の進行方向が互いに平行となるように構成されてもよい。

　前記投射光学系は、前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の光線間隔が等しくなるように構成されてもよい。

　前記レンズ系は、第１の屈折光学系と、第１の反射面と、第２の反射面と、第２の屈折光学系とを有してもよい。
　前記第１の屈折光学系は、全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる。
　前記前記第１の反射面は、前記第１の屈折光学系により屈折された前記画像光を折り返して反射する。
　前記第２の反射面は、前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する。
　前記第２の屈折光学系は、全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させて前記凹面反射面に出射する。
　また前記画像表示装置は、
　前記第１の反射面のパワーをΦ１、
　前記第２の反射面のパワーをΦ２とすると、
　０．１＜｜Φ２／Φ１｜＜１．２
　の関係を満たすように構成されてもよい。

　前記画像表示装置は、｜Φ２｜＜｜Φ１｜の関係を満たすように構成されてもよい。
　また前記画像表示装置は、
　前記第１の屈折光学系、前記第１の反射面、及び前記第２の反射面を第１の光学系、
　前記第２の屈折光学系の前記縁部側光線に作用する部分を第２の光学系とすると、
　前記第１の光学系は、前記縁部側光線を所定の集光位置に集光させてもよい。また前記所定の集光位置は、前記第２の光学系の前側焦点位置に一致してもよい。

　前記画像表示装置は、
　前記縁部側光線のうち、前記凹面反射面により反射される反射点の光線高さが中間の値となる光線を中間光線、
　前記中間光線の前記第２の屈折光学系の最終レンズ面に対する入射位置を中間入射位置、
　前記中間光線の前記画像生成部から前記所定の集光位置までの光路長をＡ、
　前記中間入射位置から前記前側焦点位置までの光路長をＢ、
　前記中間光線の前記画像生成部から前記中間入射位置までの光路長をＣとすると、
　０．８＜｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ＜１．２
　の関係を満たすように構成されてもよい。

　前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の各々の進行方向と、前記基準軸に沿った方向とが交差する角度の平均値を平均角度、
　前記第２の屈折光学系の前記最終レンズ面の、前記縁部側光線が入射する領域を縁部側入射領域とすると、
　前記第２の光学系の前記前側焦点位置は、前記基準軸に沿った方向に対して前記平均角度で交差する方向に沿って、前記最終レンズ面の前記縁部側入射領域に反対側から平行光線を入射させた場合の集光位置であってもよい。

　前記光路長Ｂは、前記最終レンズ面の前記縁部側入射領域に反対側から平行光線を入射させた場合の、前記中間入射位置から前記後側焦点位置まで進む光線の光路長であってもよい。

　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９０度以上の角度で交差する方向へ反射してもよい。

　前記投射光学系は、主面の一部の領域が前記第１の反射面として構成され、前記主面の他の領域に透過面が構成される第１の光学部品を有してもよい。この場合、前記第１の光学部品の前記透過面は、前記第２の屈折光学系として機能してもよい。

　前記投射光学系は、主面の一部の領域が前記第２の反射面として構成され、前記主面の他の領域に透過面が構成される第２の光学部品を有してもよい。この場合、前記第２の光学部品の前記透過面は、前記第１の屈折光学系として機能してもよい。

　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。

　前記投射光学系は、前記投射光学系に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、所定の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、回転対称軸が前記基準軸に一致するように構成されてもよい。この場合、前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、凹面反射面であり、回転対称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、前記第１の反射面、及び前記第２の反射面の各々は、光軸が前記基準軸に一致するように構成されてもよい。この場合、前記凹面反射面、前記第１の反射面、又は前記第２の反射面の少なくとも１つは、回転対称軸を有さない自由曲面であってもよい。

　前記被投射物は、平面スクリーン、又は曲面スクリーンであってもよい。

　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。

　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。

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。画像光に含まれる画素光（主光線）の光路を示す模式図である。構成条件１を説明するための模式図である。構成条件２を説明するための模式図である。構成条件５を説明するための模式図である。構成条件６を説明するための模式図である。構成条件６を説明するための模式図である。構成条件６を説明するための模式図である。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。高像高出射光線について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と、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。条件式（１）（２）（４）で用いられるパラメータの数値を示す表である。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。画像表示装置のレンズデータである。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と、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。条件式（１）（２）（４）で用いられるパラメータの数値を示す表である。第３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３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と、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。条件式（１）（２）（４）で用いられるパラメータの数値を示す表である。第４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４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と、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。条件式（１）（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°以上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。
　例えば電子黒板として、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。これらの技術と比較して、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、偏光のそろ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。
　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。
　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。

　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。

　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について説明する。

　［投射光学系］
　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。
　また便宜的に、投射光学系を側方から見ているとして、図中のＺ方向（画像光の出射方向）を左右方向、Ｙ方向を上下方向として説明を行う場合がある。
　もちろん本技術の適用について、画像光の出射方向等が限定される訳ではなく、画像表示装置２０の向きや姿勢等は任意に設定可能である。
　また図５及び図６では、投射光学系１５に含まれる各光学部品の光学面（レンズ面や反射面等）の断面形状が図示されている。一方で、図示を簡素化するために、各光学部品の断面を表すハッチング等は省略されている。

　投射光学系１５は、レンズ系Ｌと、凹面反射面Ｍｒ３とを含む。
　レンズ系Ｌ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。
　レンズ系Ｌ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。
　本実施形態では、レンズ系Ｌは、レンズ系Ｌ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。
　自身の光軸が光軸Ｏと一致するように配置された光学部品の、画像光が入射する領域である有効領域を含む一部分のみが使用される場合もあり得る。光学部品の一部分を用いることで、投射光学系１５の小型化を図ることが可能となる。

　本実施形態では、光軸Ｏは、光学系Ｌ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から上方側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。光軸Ｏに沿ったＺ方向を、レンズ系Ｌ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、レンズ系Ｌは、第１の屈折光学系Ｌ１と、第１の反射面Ｍｒ１と、第２の反射面Ｍｒ２と、第２の屈折光学系Ｌ２とを有する。
　第１の屈折光学系Ｌ１は、全体で正の屈折力を有し、照明光学系１０により生成された画像光を屈折させる。
　本実施形態では、照明光学系１０に最も近い位置に配置されるレンズＬ１１の画像光が入射する入射面Ｆ１から、第１の反射面Ｍｒ１に最も近い位置に配置されるレンズＬ１２の画像光が出射される出射面Ｆ２までが、第１の屈折光学系Ｌ１として機能する。

　第１の反射面Ｍｒ１は、凹面反射面であり、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る。
　第１の反射面Ｍｒ１は、光軸Ｏの下方側に配置され、第１の屈折光学系Ｌ１により屈折された画像光を折り返して反射する。具体的には、左側から入射する画像光を、左上方に向けて折り返して反射する。
　図５に示すように本実施形態では、回転対称軸が光軸Ｏに一致するように、第１の光学部品Ｒ１１が配置される。
　第１の反射面Ｍｒ１は、第１の光学部品Ｒ１１の主面に相当する回転対称非球面Ｆ３の下方側の一部の領域に構成される。逆に言えば、回転対称非球面Ｆ３の下方側の一部の領域が、第１の反射面Ｍｒ１として構成される。
　第１の光学部品Ｒ１１の回転対称非球面Ｆ３の他の領域には、透過面Ｔｒ２が構成される。

　第２の反射面Ｍｒ２は、凹面反射面であり、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、光軸Ｏの上方側に配置され、第１の反射面Ｍｒ１により反射された画像光を折り返して、第２の屈折光学系Ｌ２に向けて反射する。具体的には、右下方から入射する画像光を、右側に向けて折り返して反射する。
　図５に示すように本実施形態では、回転対称軸が光軸Ｏに一致するように、第２の光学部品Ｒ１２が配置される。
　第２の反射面Ｍｒ２は、第２の光学部品Ｒ１２の主面に相当する回転対称面Ｆ４の上方側の一部の領域に構成される。逆に言えば、回転対称面Ｆ４の上方側の一部の領域が、第２の反射面Ｍｒ２として構成される。
　第２の光学部品Ｒ１２の回転対称面Ｆ４の他の領域には、透過面Ｔｒ１が構成される。

　本実施形態では、第１の光学部品Ｒ１１の回転対称非球面Ｆ３に形成される透過面Ｔｒ２は、第２の屈折光学系Ｌ２として機能する。また第２の光学部品Ｒ１２の回転対称面Ｆ４に形成される透過面Ｔｒ１は、第１の屈折光学系Ｌ１として機能する。
　このように、１つの光学部品により、第１の反射面Ｍｒ１と、第２の屈折光学系Ｌ２として機能する光学面（透過面Ｔｒ２）とが実現される。また第２の反射面Ｍｒ２と、第１の屈折光学系Ｌ１として機能する光学面（透過面Ｔｒ１）とが実現される。
　これにより、投射光学系１５の小型化を図ることが可能となる。また投射光学系１５の組み立て精度を向上させることが可能となる。

　第２の屈折光学系Ｌ２は、全体で正の屈折率を有し、第２の反射面Ｍｒ２により反射された画像光を屈折させて凹面反射面Ｍｒ３に出射する。
　本実施形態では、第１の光学部品Ｒ１１に形成された透過面Ｔｒ２から凹面反射面Ｍｒ３に最も近い位置に配置されるレンズＬ２１の画像光が出射される出射面Ｆ５までが、第２の屈折光学系Ｌ２として機能する。
　レンズＬ２１の出射面Ｆ５は、第２の屈折光学系Ｌ２の最終レンズ面となる。以下、出射面Ｆ５を、同じ符号を用いて、最終レンズ面Ｆ５と記載する場合がある。

　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、レンズ系Ｌから出射された画像光を曲面スクリーンＳ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。

　本実施形態では、共通の光軸Ｏ上に、第１の屈折光学系Ｌ１、第１の反射面Ｍｒ１、第２の反射面Ｍｒ２、第２の屈折光学系Ｌ２、及び凹面反射面Ｍｒ３が構成される。
　従って、照明光学系１０に最も近い位置に配置されるレンズＬ１１の光軸（回転対称軸）を延長した軸が、各々の光軸と一致するように、第１の屈折光学系Ｌ１、第１の反射面Ｍｒ１、第２の反射面Ｍｒ２、第２の屈折光学系Ｌ２、及び凹面反射面Ｍｒ３が構成される。
　このように本実施形態では、投射光学系１５に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、光軸Ｏに一致するように構成される。
　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。これに限定されず、光軸が光軸Ｏからオフセットされた光学部品が、投射光学系１５に含まれてもよい。

　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及び図６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、３つの画素光Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の光路が図示されている。
　なお画素光は、液晶パネルＰの画素から発散光とし出射される。出射された画素光は、投射光学系１５により曲面スクリーンＳ上に結像され、投射画像の画素として表示される。
　本開示では、各画素光の光軸Ｏに沿って（Ｚ方向に沿って）出射される成分光を、主光線とする。各画素光は、曲面スクリーンＳに対して主光線が入射する位置に結像される。
　図５では、各画素光として、主光線と上下の最大発散光とが図示されている。

　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。
　画素光Ｃ３は、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。
　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。

　図５に示すように、光軸Ｏから上方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、第１の屈折光学系Ｌ１内で光軸Ｏと交差して下方側に進み、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と交差して上方側へ進み、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２の屈折光学系Ｌ２に入射する。
　第２の屈折光学系Ｌ２内で、画像光は再び光軸Ｏと交差して下方側に進み、凹面反射面Ｍｒ３に向けて出射される。
　第２の屈折光学系Ｌ１から出射された画像光は、凹面反射面Ｍｒ３により上方側に反射され、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の反射面Ｍｒ１及び第２の反射面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。

　また本実施形態に係る投射光学系１５では、照明光学系１０に含まれるダイクロイック・プリズムＰＰから凹面反射面Ｍｒ３までの間に、複数の中間像（図示は省略）が結像される。中間像とは、画像光より構成される画像の中間像である。
　これにより超広角で画像光を投射することが可能である。例えばプロジェクタとスクリーンとの距離が短い場合でも大画面を表示することが可能である。
　凹面反射面Ｍｒ３により、スクリーンに高精度の画像を結像させるためには、照明光学系１０により生成された画像を光学的に適正に補正して、凹面反射面Ｍｒ３に導くことが重要となる。
　本実施形態では、第１の反射面Ｍｒ１及び第２の反射面Ｍｒ２により、画像光の光路長を十分に確保することが可能であるので、画像の光学的な補正を精度よく行うことが可能である。すなわち適正な中間像を生成することが可能となり、高精度の画像を容易にスクリーンに結像させることが可能である。
　また光路長が十分に確保されるので、適正な中間像を生成するために必要な光学的な負荷を抑えることが可能となり、投射光学系１５に含まれる各光学部品の光学的なパワーを抑えることが可能である。この結果、各光学部品の小型化を図ることが可能となり、装置全体の小型化を実現することが可能となる。
　また投射光学系１５内にて複数の中間像が結像されるので、最適な中間像を精度よく生成することが可能となる。この結果、凹面反射面Ｍｒ３により精度の高い画像をスクリーンに表示させることが可能となる。このように本実施形態に係る投射光学系１５を用いることで、装置の高性能化を実現す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９０度以上の角度で交差する方向へ反射される。
　なお、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、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９０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Ｃ３が、光軸Ｏに沿った方向と、９０度以上の角度で交差する方向へ反射されている。この画像光Ｃ３の交差角度Ｒ１が、最大の交差角度となる。すなわち画素光Ｃ３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、交差角度Ｒ１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９０度以上の角度で交差する方向へ反射されてもよい。
　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。

　本発明者は、凹面反射面Ｍｒ３を用いた画像表示に関して、画像光に含まれる各画素光の主光線に着目し、主光線の挙動について検討を重ねた。そして、投射光学系１５の構成について、以下に示す構成条件を新たに見出した。
　図７は、画像光に含まれる画素光（主光線）の光路を示す模式図である。なお図７では、図５に示す投射光学系１５と図示が異なる部分があるが、画素光（主光線）の挙動については同様となる。
　以下、考察結果を説明するうえで、「光線」は「画素光」を意味するものとする。また「光線」や「画素光」といった記載は、「画素光」の主光線を意味するものとする。
　例えば、光線（画素光）の進行方向、光線（画素光）の入射位置、反射面により反射されるは光線（画素光）の反射点、反射面により反射されるは光線（画素光）の反射角度、光線（画素光）の光線高さ等の記載は、主光線の進行方向、主光線の入射位置、主光線の反射点、主光線の反射角度、主光線の光線高さ等を意味するものとする。

　（構成条件１）
　図８は、構成条件１を説明するための模式図である。
　図８に示すように、基準軸である光軸Ｏからの光線高さをｈとする。
　光線高さｈに応じた凹面反射面Ｍｒ３の形状を表す関数Ｚ（ｈ）の接線の、光軸高さ方向に対する角度をθ（ｈ）とする。
　図８に示すように光軸高さ方向は、光軸Ｏに直交する方向（Ｙ方向）である。また、関数Ｚ（ｈ）の接線の傾きは、関数Ｚ（ｈ）を光線高さｈで微分した導関数Ｚ'（ｈ）にて算出することが可能である。当該導関数Ｚ'（ｈ）を用いて、角度θ（ｈ）を算出することが可能である。
　光線高さｈにおける角度θ（ｈ）の変化量をΔθ（ｈ）とする。
　画像光を反射する凹面反射面Ｍｒ３の、光軸Ｏから最も離れた反射点ＲＰｍａｘの光線高さｈをｈｍａｘとする。光線高さｈｍａｘは、凹面反射面Ｍｒ３に入射する各光線のうち、光軸Ｏから最も離れた位置に入射する光線の、反射点の光線高さｈ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）０＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５６

　この条件式（１）は、凹面反射面Ｍｒ３の光線高さｈが大きい領域（以下、縁部側領域と記載する）における形状の変化量を規定するものである。具体的には、光軸高さｈｍａｘから、光軸高さ０．９・ｈｍａｘまでの領域の、形状の変化量を規定するものである。
　凹面反射面Ｍｒ３の縁部側領域にて反射される光線は、曲面スクリーンＳに投射される画像の縁部側領域を構成する。
　｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）が条件式（１）に規定する上限を超える場合、凹面反射面Ｍｒ３の縁部側領域の形状の変化量が大きくなり、投射画像の縁部側領域の輝度（明るさ）と倍率の均一性が低下する。
　｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）が条件式（１）に規定する下限を超える場合、すなわち面反射面Ｍｒ３の縁部側領域の形状の変化量が０の場合も、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性が低下する。
　条件式（１）を満たすように凹面反射面Ｍｒ３を構成する。すなわち凹面反射面Ｍｒ３により反射される反射点が光軸高さｈｍａｘから０．９・ｈｍａｘまでの範囲に含まれる光線に対して、凹面反射面Ｍｒ３の形状の変化が緩やかになるように設計する。これにより、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させ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８に示すように、本実施形態では、Δθ（ｈ）は、θ（ｈ）－θ（０．９８・ｈ）である。もちろんこれに限定されず、光線高さｈにおける角度θ（ｈ）の変化量Δθ（ｈ）を表す他のパラメータが用いられてもよい。

　（構成条件２）
　図９は、構成条件２を説明するための模式図である。
　図９に示すように、画像光のうち、凹面反射面Ｍｒ３により反射される反射点が０．８５・ｈｍａｘよりも大きい範囲に含まれる光線を、縁部側光線ＣＥとする。
　投射光学系１５は、凹面反射面Ｍｒ３に入射する縁部側光線ＣＥの各々の進行方向が互いに平行となるように構成される。すなわち、凹面反射面Ｍｒ３に入射する縁部側光線ＣＥが平行光線となるように、投射光学系１５が構成される。
　これにより、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させることが可能となる。

　（構成条件３）
　投射光学系１５は、凹面反射面Ｍｒ３に入射する縁部側光線ＣＥの光線間隔が等しくなるように構成される。このことは、凹面反射面Ｍｒ３上の、縁部側光線ＣＥの各々の反射点が等間隔に並ぶともいえる。
　これにより、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させることが可能となる。

　（構成条件４）
　第１の反射面Ｍｒ１のパワーをΦ１とする。
　第２の反射面Ｍｒ２のパワーをΦ２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）０．１＜｜Φ２／Φ１｜＜１．２

　この条件式（２）は、第１の反射面Ｍｒ１のパワーΦ１と、第２の反射面Ｍｒ２のパワーΦ２との関係を規定するものである。
　｜Φ２／Φ１｜が条件式（２）に規定する上限を超える場合、第１の反射面Ｍｒ１で反射される光線と、第２の反射面Ｍｒ２により反射される光線とが干渉してしまう。
　｜Φ２／Φ１｜が条件式（２）に規定する下限を超える場合、第２の反射面Ｍｒ２により反射される光線が、第２の屈折光学系Ｌ２に適正に入射しない。すなわち第２の反射面Ｍｒ２により反射される光線が、第１の光学部品Ｒ１１の透過面Ｔｒ２に適正に入射しない。
　条件式（２）を満たすように第１の反射面Ｍｒ１及び第２の反射面Ｍｒ２を構成することで、画像光を適正に凹面反射面Ｍｒ３まで導くことが可能となる。これにより、高品質な画像表示を実現することが可能となる。

　（構成条件５）
　図１０は、構成条件５を説明するための模式図である。
　以下の関係を満たすように、投射光学系１５が構成される。
　（３）｜Φ２｜＜｜Φ１｜
　図１０に示すように、上記した（構成条件２）が満たされるためには、第２の屈折光学系Ｌ２にて、光線高さｈが大きくなる光線（特に光線高さｈｍａｘとなる光線）に対して大きな屈折力を作用させる必要がある。
　条件式（３）を満たさない場合、すなわち｜Φ２｜≧｜Φ１｜となる場合に、光線高さｈｍａｘの光線に対して大きな屈折力を作用させるためには、例えば、図９Ａに示すように、第２の反射面Ｍｒ２と第２の屈折光学系Ｌ２との距離を大きく設計すること考えられる。しかしながら第２の反射面Ｍｒ２と第２の屈折光学系Ｌ２との距離を大きくすると、投射光学系１５が大型化してしまう。
　あるいは、図９Ｂに示すように、第２の屈折光学系Ｌ２のパワーを強くすることも考えられる。しかしながら第２の屈折光学系Ｌ２のパワーを強くすると投射画像に収差が発生しやすくなり、画像の品質が低下してしまう可能性が高くなる。
　図９Ｃに示すように、条件式（２）を満たすように第１の反射面Ｍｒ１及び第２の反射面Ｍｒ２を構成する。
　これにより、光線高さｈｍａｘの光線を上方側に大きく反射させることが可能となる。従って、第２の反射面Ｍｒ２から第２の屈折光学系Ｌ２に向けて、上方側から角度をつけて光線高さｈｍａｘを出射することが可能となる。この結果、光線高さｈｍａｘの光線に対して大きな屈折力を作用させることが可能となる。
　従って、（構成条件２）を満たしつつ、装置の小型化及び収差の抑制を実現することが可能となる。逆にいえば、投射光学系１５を大きくすることなく、また投射画像に収差を発生させることなく、（構成条件２）を満たすることが可能となる。

　（構成条件６－１）
　図１１～図１３は、構成条件６を説明するための模式図である。
　第１の屈折光学系Ｌ１、第１の反射面Ｍｒ１、及び第２の反射面Ｍｒ２を、第１の光学系ＬＬ１とする。すなわち、レンズＬ１１の入射面Ｆ１から、第２の反射面Ｍｒ２までが、第１の光学系ＬＬ１となる。
　第２の屈折光学系Ｌ２の縁部側光線に作用する部分を第２の光学系ＬＬ２とする。すなわち第２の屈折光学系Ｌ２のうち、縁部側光線ＣＥが進行する部分を１つの光学系と見た場合、当該光学系が第２の光学系ＬＬ２となる。
　投射光学系１５は、第１の光学系Ｌ１が、縁部側光線ＣＥを所定の集光位置３５に集光するように構成される。また投射光学系１５は、当該集光位置３５が、第２の光学系ＬＬ２の前側焦点位置３６に一致するように構成される。
　すなわち投射光学系１５は、第１の光学系ＬＬ２が、縁部側光線ＣＥを、第２の光学系ＬＬ２の前側焦点位置３６に集光するように構成される。

　図１２を参照して、第２の光学系ＬＬ２の前側焦点位置３６について説明する。
　凹面反射面Ｍｒ３に入射する縁部側光線ＣＥの各々の進行方向（凹面反射面Ｍｒ３への入射方向）と、光軸Ｏに沿った方向とが交差する角度の平均値を平均角度θ１とする。
　第２の屈折光学系Ｌ２の最終レンズ面Ｆ５の、縁部側光線ＣＥが入射する領域を縁部側入射領域３７とする。
　図１２に示すように、第２の光学系ＬＬ２の前側焦点位置３６は、光軸Ｏに沿った方向に対して平均角度θ１で交差する方向に沿って、最終レンズ面Ｆ５の縁部側入射領域３７に反対側から平行光線３８を入射させた場合の集光位置である。

　（構成条件６－２）
　（構成条件６－１）と同等の条件として、（構成条件６－２）を説明する。
　図１１及び図１３に示すように、縁部側光線ＣＥのうち、凹面反射面Ｍｒ３により反射される反射点の光線高さｈが中間の値となる光線を中間光線４０とする。図１１及び図１３において、中間光線４０は、太い矢印で図示されている。
　中間光線４０の第２の屈折光学系Ｌ２の最終レンズ面Ｆ５に対する入射位置を中間入射位置４１とする。
　中間光線４０の照明光学系１０から集光位置３５までの光路長をＡとする。具体的には、図１３に示すように、画像変調素子（液晶パネルＰ）から集光位置３５までの光路長が、光路長Ａとなる。
　中間入射位置４１から前側焦点位置３６までの光路長をＢとする。図１２に示すように、光路長Ｂは、最終レンズ面Ｆ５の縁部側入射領域３７に反対側から平行光線３８を入射させた場合の、中間入射位置４１から前側焦点位置３６まで進む光線（図１２の太い矢印の光線）の光路長である。
　中間光線４０の照明光学系１０から中間入射位置４１までの光路長をＣとする。具体的には、図１３に示すように、画像変調素子（液晶パネルＰ）から中間入射位置４１までの光路長が、光路長Ｃ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。
　（４）０．８＜｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ＜１．２
　すなわち本開示では、条件式（４）を満たす範囲であれば、集光位置３５が前側焦点位置３６と一致し、（構成条件６－１）が満たされるものとする。

　｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃが条件式（４）に規定する上限を超える場合、第２の屈折光学系Ｌ２から出射された縁部側光線ＣＥは発散し、平行光線とはならない。
　｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃが条件式（４）に規定する下限を超える場合、第２の屈折光学系Ｌ２から出射された縁部側光線ＣＥは集光し、平行光線とはならない。
　条件式（４）を満たすように投射光学系１５を構成する。すなわち集光位置３５が前側焦点位置３６と一致するように、投射光学系１５を構成する。これにより、（構成条件２）を満たすことが可能となり、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させることが可能となる。

　なお本実施形態る投射光学系１５では、照明光学系１０に含まれるダイクロイック・プリズムＰＰと第１の反射面Ｍｒ１との間にて、第１の中間像が結像される。
　また、第１の反射面Ｍｒ１と第２の反射面Ｍｒ２との間に、第２の中間像が結像される。
　さらに、第２の屈折光学系Ｌ２と凹面反射面Ｍｒ３との間、第３の中間像が結像される。
　そして凹面反射面Ｍｒ３によりスクリーンに画像が結像される。
　第１の光学系ＬＬ１は、第２の中間像を境にして、前段側の光学系ともいえる。また第２の光学系ＬＬ２は、第２の中間像を境にして、後段側の光学系ともいえる。
　もちろん本技術の適用が、このような中間像を結像する場合に限定される訳ではない。

　また本実施形態では、液晶パネルＰから光軸Ｏに沿って、縁部側光線ＣＥが出射される。従って、第１の光学系ＬＬ１により縁部側光線ＣＥが集光される集光位置３５は、第１の光学系ＬＬ１の後側焦点位置ともいえる。
　従って本実施形態では、（構成条件６－１）及び（構成条件６－２）について、集光位置３５を、第１の光学系ＬＬ１の後側焦点位置と言い換えることも可能である。

　本技術に係る投射光学系１５を構成するうえで、必ずしも上で列挙した全ての構成条件が満たされる必要はない。上記の構成条件の少なくとも１つが満たされていれば、本技術に係る投射光学系の一実施形態として機能することが可能である。そして、高品質な画像表示を実現することが可能となる。
　もちろん、全ての構成条件が満たされてもよい。あるいは任意の２以上の構成条件がみたされるように、投射光学系１５が構成されてもよい。

　条件式（１）（２）（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や投射光学系１５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。
　０．０１＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０６
　０．０２＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５
　０．０３＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０４

　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。
　０．０５＜｜Φ２／Φ１｜＜１．３
　０．１５＜｜Φ２／Φ１｜＜１．１５
　０．２＜｜Φ２／Φ１｜＜１．１

　例えば条件式（４）を、以下の範囲に設定すること等が可能である。
　０．７＜｜Φ２／Φ１｜＜１．３
　０．９＜｜Φ２／Φ１｜＜１．１５
　１．０＜｜Φ２／Φ１｜＜１．１

　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１４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１５は、図１４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１５．６ｍｍ及び８．７ｍｍである。
　画像変調素子の中心位置（Ｃｈｐ）は、光軸Ｏから上方５．６ｍｍの位置である。
　１次像面側のイメージサークル（ｉｍｃ）は、φ２６．３ｍｍである。
　図１５に示すように、液晶パネルＰの中央の画素から、図５等に示す画素光Ｃ１が出射される（同じ符号を用いて画素Ｃ１とする。）
　液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏに近い画素から、画素光Ｃ２が出射される（同じ符号を用いて画素Ｃ２とする）。
　液晶パネルＰの中央の最も光軸Ｏから遠い画素から、画素光Ｃ３が出射される（同じ符号を用いて画素Ｃ３とする）。

　縁部側光線ＣＥに関する構成条件について、イメージサークル（ｉｍｃ）を用いて規定された光線にて、同様の構成条件を挙げることが可能である。
　例えば、図１６に示すように、最大像高のイメージサークル（ｉｍｃ）に対して、７４％の像高のイメージサークル（０．７４・ｉｍｃ）を規定する。
　７４％の像高のイメージサークルから最大像高のイメージサークル（ｉｍｃ）までの領域（図中のグレー色で表示された領域）から出射される光線を、高像高出射光線とする。
　高像高出射光線について、以下の構成条件が挙げられる。
　投射光学系１５は、高像高出射光線が平行光線となって凹面反射面Ｍｒ３に入射するように構成される（構成条件２に対応する条件）。
　投射光学系１５は、高像高出射光線が等しい光線間隔で凹面反射面Ｍｒ３に入射するように構成される（構成条件３に対応する条件）。
　第１の光学系ＬＬ１、及び第２の屈折光学系Ｌ２の高像高出射光線に作用する部分において、図１３に例示するように、集光位置３５が前側焦点位置３６と一致する（構成条件６－１に対応する条件）。
　第１の光学系ＬＬ１、及び第２の屈折光学系Ｌ２の高像高出射光線に作用する部分において、条件式（４）を満たす（構成条件６－２に対応する条件）。
　これらの高像高出射光線に関する構成条件を満たすように投射光学系１５を構成することで、上記と同様の効果は発揮される。すなわち、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させ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。
　なお高像高出射光線群と縁部側光線群とが、同じ光線群となる場合もあれば、異なる光線群となる場合もある。

　図１７は、画像表示装置のレンズデータである。
　図１７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１～３３の光学部品（レンズ面）、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。

　図１８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１８には、図１７で＊印を付加された非球面の各光学部品１９、２０、２１、２３、２４、及び３３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（数１）式に対応したものである。
　なお本実施形態において、（数１）式は、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。
　（数１）式に、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。

　なお、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。

　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。すなわち関数Ｚ（ｈ）の接線の光軸高さ方向に対する角度θ（ｈ）を算出することが可能となる。

　図１９は、光線高さｈと、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。
　なお光軸Ｏの光線高さｈ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。
　光軸Ｏから離れた光線高さ０．９～１．００にかけて、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）は緩やかな変化となっている。
　このことは、凹面反射面Ｍｒ３の、光線高さが（０．９・ｈｍａｘ）から（ｈｍａｘ）までの縁部側領域にかけて、形状の変化が緩やかであることを意味する。すなわち、反射点が（０．９・ｈｍａｘ）から（ｈｍａｘ）までの光線に対して、反射面の形状の変化が緩やかであることを意味する。
　これにより、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させ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。
　なお、条件式（１）の｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）は、図１９に示すグラフの光線高さ１．００の値と、光線高さ０．９の値との差となる。

　図２０は、本実施形態において、上記した条件式（１）（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）｜　０．００１
　｜Φ２／Φ１｜　０．３７０
　｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ　１．００４
　このような結果となり、条件式（１）（２）（４）を満たしていることが分かる。なお、条件式（３）も満たされている。
　また本実施形態では、全ての構成条件１～６が満たされている。
　なお本実施形態では、５９％の像高のイメージサークルから最大像高のイメージサークル（ｉｍｃ）までの領域から出射される光線に対して、条件式（４）が成り立った。従って、当該光線を高像高出射光線として規定することも可能である。

　以上、本実施形態に係る画像表示装置２０では、被投射物に向けて画像光を反射する凹面反射面Ｍｒ３の形状が上記のように設計されている。これにより高品質な画像表示を実現することが可能となる。
　また本実施形態に係る画像表示装置２０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９０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。
　例えば、同じ画像光を、平面スクリーンと曲面スクリーン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、平面スクリーンに表示される画像と、曲面スクリーンに表示される画像とは、互いに異なる形状となる。平面スクリーンに表示される画像を基準に考えると、曲面スクリーンに表示される画像は、歪んだ画像となる。
　従って、曲面スクリーンに適正に画像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、曲面スクリーンの形状にもよるが、大きいものとなることが多く、画像の画質の低下等が発生してしまう可能性がある。
　また曲面スクリーンの広い範囲に画像を表示するためには、画像表示装置を、曲面スクリーンから離れた位置に設置しなければならない。この結果、画像を視聴するユーザにとって、画像表示装置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９０度以上と、広く設計される。この結果、光学的に曲面スクリーン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。

　＜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２１及び図２２は、第２の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。
　図２３は、画像表示装置のレンズデータである。
　図２４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２５は、光線高さｈと、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。
　なお、画像投影に関するパラメータは、第１の実施形態と同様であり、図１４に示す数値となる。

　本実施形態に係る投射光学系２１５においても、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９０度以上の角度で交差する方向へ反射される。
　これにより、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。

　図２６は、本実施形態において、上記した条件式（１）（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）｜　０．００３
　｜Φ２／Φ１｜　０．３５６
　｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ　１．００３
　このような結果となり、条件式（１）（２）（４）を満たしていることが分かる。なお、条件式（３）も満たされている。
　また本実施形態に係る投射光学系２１５では、全ての構成条件１～６が満たされている。
　これにより、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させ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。
　なお本実施形態では、５９％の像高のイメージサークルから最大像高のイメージサークル（ｉｍｃ）までの領域から出射される光線に対して、条件式（４）が成り立った。従って、当該光線を高像高出射光線として規定することも可能である。

　＜第３の実施形態＞
　図２７及び図２８は、第３の実施形態に係る投射光学系３１５の概略構成例を示す光路図である。
　図２９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３０は、画像表示装置のレンズデータである。
　図３１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３２は、光線高さｈと、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。

　本実施形態では、平面スクリーンＳ'に向けて画像光が投射される。
　投射光学系３１５の凹面反射面Ｍｒ３は、凹面反射面Ｍｒ３に入射する画像光に含まれる光線を、光軸Ｏに沿った方向と９０度未満の角度で交差する方向へ反射する。
　このような画像表示装置に対しても、本技術は適用可能である。

　図３３は、本実施形態において、上記した条件式（１）（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）｜　０．００２
　｜Φ２／Φ１｜　０．４５５
　｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ　０．９７２
　このような結果となり、条件式（１）（２）（４）を満たしていることが分かる。なお、条件式（３）も満たされている。
　また本実施形態に係る投射光学系３１５では、全ての構成条件１～６が満たされている。
　これにより、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させ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。
　なお本実施形態では、凹面反射面Ｍｒ３により反射される反射点が０．８２・ｈｍａｘよりも大きい範囲に含まれる光線に対して、条件式（４）が成り立った。従って、当該光線を縁部側光線として規定することも可能である。
　また本実施形態では、７１％の像高のイメージサークルから最大像高のイメージサークル（ｉｍｃ）までの領域から出射される光線に対して、条件式（４）が成り立った。従って、当該光線を高像高出射光線として規定することも可能である。

　＜第４の実施形態＞
　図３４及び図３５は、第４の実施形態に係る投射光学系４１５の概略構成例を示す光路図である。
　図３６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３７は、画像表示装置のレンズデータである。
　図３８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３９は、光線高さｈと、Δθ（ｈ）／θ（ｈｍａｘ）との関係を示すグラフである。

　本実施形態においても、平面スクリーンＳ'に向けて画像光が投射される。
　投射光学系４１５の凹面反射面Ｍｒ３は、凹面反射面Ｍｒ３に入射する画像光に含まれる光線を、光軸Ｏに沿った方向と９０度未満の角度で交差する方向へ反射する。

　図４０は、本実施形態において、上記した条件式（１）（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）｜　０．００４
　｜Φ２／Φ１｜　０．７０１
　｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ　１．０３８８
　このような結果となり、条件式（１）（２）（４）を満たしていることが分かる。なお、条件式（３）も満たされている。
　また本実施形態に係る投射光学系３１５では、全ての構成条件１～６が満たされている。
　これにより、投射画像の縁部側領域の輝度と倍率の均一性を向上させ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。
　なお本実施形態では、凹面反射面Ｍｒ３により反射される反射点が０．７８・ｈｍａｘよりも大きい範囲に含まれる光線に対して、条件式（４）が成り立った。従って、当該光線を縁部側光線として規定することも可能である。

　＜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４１及び図４２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４１に示す画像表示システム５００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。
　ドーム形状を有する曲面スクリーンＳは、ドームスクリーンともいえる。

　図４１Ａ～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５２０ａ及び５２０ｂが設置される。
　第１及び第２の画像表示装置５２０ａ及び５２０ｂは、上方に向けて第１及び第２の画像５２１ａ及び５２１ｂを投射可能に設置される。
　第１及び第２の画像５２１ａ及び５２１ｂ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５２１ａ及び５２１ｂが互いに重複する重複領域５２２が生成される。重複領域５２２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５２０ａ及び５２０ｂ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４２に示す画像表示システム６００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６２０ａ～６２０ｂが配置される。
　第１～第３の画像表示装置６２０ａ～６２０ｃは、上方に向けて第１～第３の画像６２１ａ～６２１ｃを投射可能に設置される。
　図４２Ｂに示すように、第１～第３の画像６２１ａ～６２１ｃ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４２Ｂには、第１～第３の画像６２１ａ～６２１ｃ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６２１ａ及び６２１ｂ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６２２ａ～６２２ｃ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６２０ａ～６２０ｃ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。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。
　また第１の反射面及び第２の反射面についても、回転対称軸を有さない自由曲面が用いられてもよい。すなわち凹面反射面、第１の反射面、又は第２の反射面の少なくとも１つは、回転対称軸を有さない自由曲面であってもよい。

　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、「略」という文言が使用される場合、これはあくまで説明の理解を容易とするための使用であり、「略」という文言の使用／不使用に特別な意味があるわけではない。
　すなわち、本開示において、「中心」「中央」「均一」「一致」「等しい」「同じ」「直交」「平行」「対称」「延在」「軸方向」「円柱形状」「円筒形状」「リング形状」「円環形状」等の、形状、サイズ、対比関係、位置関係、状態等を規定する概念は、「実質的に中心」「実質的に中央」「実質的に均一」「実質的に一致」「実質的に等しい」「実質的に同じ」「実質的に直交」「実質的に平行」「実質的に対称」「実質的に延在」「実質的に軸方向」「実質的に円柱形状」「実質的に円筒形状」「実質的にリング形状」「実質的に円環形状」等を含む概念とする。
　例えば「完全に中心」「完全に中央」「完全に均一」「完全に一致」「完全に等しい」「完全に同じ」「完全に直交」「完全に平行」「完全に対称」「完全に延在」「完全に軸方向」「完全に円柱形状」「完全に円筒形状」「完全にリング形状」「完全に円環形状」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。
　従って、「略」の文言が付加されていない場合でも、いわゆる「略」を付加して表現される概念が含まれ得る。反対に、「略」を付加して表現された状態について、完全な状態が排除される訳ではない。

　本開示において、「Ａより大きい」「Ａより小さい」といった「より」を使った表現は、Ａと同等である場合を含む概念と、Ａと同等である場合を含なまい概念の両方を包括的に含む表現である。例えば「Ａより大きい」は、Ａと同等は含まない場合に限定されず、「Ａ以上」も含む。また「Ａより小さい」は、「Ａ未満」に限定されず、「Ａ以下」も含む。
　本技術を実施する際には、上記で説明した効果が発揮されるように、「Ａより大きい」及び「Ａより小さい」に含まれる概念から、具体的な設定等を適宜採用すればよい。

　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、
　前記基準軸からの光線高さをｈ、
　前記光線高さｈに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）の接線の、光軸高さ方向に対する角度をθ（ｈ）、
　前記光線高さｈにおける前記角度θ（ｈ）の変化量をΔθ（ｈ）、
　前記画像光を反射する前記凹面反射面の前記基準軸から最も離れた反射点の光線高さｈをｈｍａｘとすると、
　０＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５６
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、
　前記Δθ（ｈ）は、θ（ｈ）－θ（０．９８・ｈ）である
　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、
　前記画像光のうち、前記凹面反射面により反射される反射点が０．８５・ｈｍａｘよりも大きい範囲に含まれる光線を、縁部側光線とすると、
　前記投射光学系は、前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の各々の進行方向が互いに平行となるように構成される
　画像表示装置。
（４）（３）に記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の光線間隔が等しくなるように構成される
　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、
　前記レンズ系は、
　　全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる第１の屈折光学系と、
　　前記第１の屈折光学系により屈折された前記画像光を折り返して反射する第１の反射面と、
　　前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する第２の反射面と、
　　全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させて前記凹面反射面に出射する第２の屈折光学系と
　を有し、
　前記第１の反射面のパワーをΦ１、
　前記第２の反射面のパワーをΦ２とすると、
　０．１＜｜Φ２／Φ１｜＜１．２
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
（６）（５）に記載の画像表示装置であって、
　｜Φ２｜＜｜Φ１｜
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
（７）（５）又は（６）に記載の画像表示装置であって、
　前記第１の屈折光学系、前記第１の反射面、及び前記第２の反射面を第１の光学系、
　前記第２の屈折光学系の前記縁部側光線に作用する部分を第２の光学系とすると、
　前記第１の光学系は、前記縁部側光線を所定の集光位置に集光させ、
　前記所定の集光位置は、前記第２の光学系の前側焦点位置に一致する
　画像表示装置。
（８）（７）に記載の画像表示装置であって、
　前記縁部側光線のうち、前記凹面反射面により反射される反射点の光線高さが中間の値となる光線を中間光線、
　前記中間光線の前記第２の屈折光学系の最終レンズ面に対する入射位置を中間入射位置、
　前記中間光線の前記画像生成部から前記所定の集光位置までの光路長をＡ、
　前記中間入射位置から前記前側焦点位置までの光路長をＢ、
　前記中間光線の前記画像生成部から前記中間入射位置までの光路長をＣとすると、
　０．８＜｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ＜１．２
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
（９）（８）に記載の画像表示装置であって、
　前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の各々の進行方向と、前記基準軸に沿った方向とが交差する角度の平均値を平均角度、
　前記第２の屈折光学系の前記最終レンズ面の、前記縁部側光線が入射する領域を縁部側入射領域とすると、
　前記第２の光学系の前記前側焦点位置は、前記基準軸に沿った方向に対して前記平均角度で交差する方向に沿って、前記最終レンズ面の前記縁部側入射領域に反対側から平行光線を入射させた場合の集光位置である
　画像表示装置。
（１０）（９）に記載の画像表示装置であって、
　前記光路長Ｂは、前記最終レンズ面の前記縁部側入射領域に反対側から平行光線を入射させた場合の、前記中間入射位置から前記後側焦点位置まで進む光線の光路長である
　画像表示装置。
（１１）（１）から（１０）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９０度以上の角度で交差する方向へ反射する
　画像表示装置。
（１２）（１）から（１１）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、主面の一部の領域が前記第１の反射面として構成され、前記主面の他の領域に透過面が構成される第１の光学部品を有し、
　前記第１の光学部品の前記透過面は、前記第２の屈折光学系として機能する
　画像表示装置。
（１３）（１）から（１２）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、主面の一部の領域が前記第２の反射面として構成され、前記主面の他の領域に透過面が構成される第２の光学部品を有し、
　前記第２の光学部品の前記透過面は、前記第１の屈折光学系として機能する
　画像表示装置。
（１４）（１）から（１３）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。
（１５）（１）から（１４）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、前記投射光学系に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、所定の基準軸に一致するように構成される
　画像表示装置。
（１６）（１）から（１５）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に一致するように構成され、
　前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、凹面反射面であり、回転対称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。
（１７）（１）から（１５）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、前記第１の反射面、及び前記第２の反射面の各々は、光軸が前記基準軸に一致するように構成され、
　前記凹面反射面、前記第１の反射面、又は前記第２の反射面の少なくとも１つは、回転対称軸を有さない自由曲面である
　画像表示装置。
（１８）（１）から（１７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
　前記被投射物は、平面スクリーン、又は曲面スクリーンである
　画像表示装置。
（１９）（１）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
　画像表示装置。
（２０）
　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、
　前記基準軸からの光線高さをｈ、
　前記光線高さｈに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）の接線の、光軸高さ方向に対する角度をθ（ｈ）、
　前記光線高さｈにおける前記角度θ（ｈ）の変化量をΔθ（ｈ）、
　前記画像光を反射する前記凹面反射面の前記基準軸から最も離れた反射点の光線高さｈをｈｍａｘとすると、
　０＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５６
　の関係を満たすように構成されている
　投射光学系。

　ＣＥ…縁部側光線
　Ｃ１～Ｃ３…画素光
　Ｆ５…最終レンズ面
　Ｌ１…第１の屈折光学系
　Ｌ２…第２の屈折光学系
　ＬＬ１…第１の光学系
　ＬＬ２…第２の光学系
　Ｍｒ１…第１の反射面
　Ｍｒ２…第２の反射面
　Ｍｒ３…凹面反射面
　Ｏ…光軸
　Ｓ'…平面スクリーン
　１…液晶プロジェクタ
　５…光源
　１０…照明光学系
　１５、２１５、３１５、４１５…投射光学系
　２０、５２０、６２０…画像表示装置
　３０、Ｓ…曲面スクリーン
　３５…集光位置
　３６…前側焦点位置
　３７…縁部側入射領域
　３８…平行光線
　４０…中間光線
　４１…中間入射位置
　１００、５００、６００…画像表示システム

Claims

　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、
　前記基準軸からの光線高さをｈ、
　前記光線高さｈに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）の接線の、光軸高さ方向に対する角度をθ（ｈ）、
　前記光線高さｈにおける前記角度θ（ｈ）の変化量をΔθ（ｈ）、
　前記画像光を反射する前記凹面反射面の前記基準軸から最も離れた反射点の光線高さｈをｈｍａｘとすると、
　０＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５６
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
　請求項１に記載の画像表示装置であって、
　前記Δθ（ｈ）は、θ（ｈ）－θ（０．９８・ｈ）である
　画像表示装置。
　請求項１に記載の画像表示装置であって、
　前記画像光のうち、前記凹面反射面により反射される反射点が０．８５・ｈｍａｘよりも大きい範囲に含まれる光線を、縁部側光線とすると、
　前記投射光学系は、前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の各々の進行方向が互いに平行となるように構成される
　画像表示装置。
　請求項３に記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の光線間隔が等しくなるように構成される
　画像表示装置。
　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、
　　全体で正の屈折力を有し、前記生成された画像光を屈折させる第１の屈折光学系と、
　　前記第１の屈折光学系により屈折された前記画像光を折り返して反射する第１の反射面と、
　　前記第１の反射面により反射された前記画像光を折り返して反射する第２の反射面と、
　　全体で正の屈折力を有し、前記第２の反射面により反射された前記画像光を屈折させて前記凹面反射面に出射する第２の屈折光学系と
　を有し、
　前記第１の反射面のパワーをΦ１、
　前記第２の反射面のパワーをΦ２とすると、
　０．１＜｜Φ２／Φ１｜＜１．２
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
　請求項５に記載の画像表示装置であって、
　｜Φ２｜＜｜Φ１｜
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
　請求項５に記載の画像表示装置であって、
　前記第１の屈折光学系、前記第１の反射面、及び前記第２の反射面を第１の光学系、
　前記第２の屈折光学系の前記縁部側光線に作用する部分を第２の光学系とすると、
　前記第１の光学系は、前記縁部側光線を所定の集光位置に集光させ、
　前記所定の集光位置は、前記第２の光学系の前側焦点位置に一致する
　画像表示装置。
　請求項７に記載の画像表示装置であって、
　前記縁部側光線のうち、前記凹面反射面により反射される反射点の光線高さが中間の値となる光線を中間光線、
　前記中間光線の前記第２の屈折光学系の最終レンズ面に対する入射位置を中間入射位置、
　前記中間光線の前記画像生成部から前記所定の集光位置までの光路長をＡ、
　前記中間入射位置から前記前側焦点位置までの光路長をＢ、
　前記中間光線の前記画像生成部から前記中間入射位置までの光路長をＣとすると、
　０．８＜｜Ａ＋Ｂ｜／Ｃ＜１．２
　の関係を満たすように構成されている
　画像表示装置。
　請求項８に記載の画像表示装置であって、
　前記凹面反射面に入射する前記縁部側光線の各々の進行方向と、前記基準軸に沿った方向とが交差する角度の平均値を平均角度、
　前記第２の屈折光学系の前記最終レンズ面の、前記縁部側光線が入射する領域を縁部側入射領域とすると、
　前記第２の光学系の前記前側焦点位置は、前記基準軸に沿った方向に対して前記平均角度で交差する方向に沿って、前記最終レンズ面の前記縁部側入射領域に反対側から平行光線を入射させた場合の集光位置である
　画像表示装置。
　請求項９に記載の画像表示装置であって、
　前記光路長Ｂは、前記最終レンズ面の前記縁部側入射領域に反対側から平行光線を入射させた場合の、前記中間入射位置から前記後側焦点位置まで進む光線の光路長である
　画像表示装置。
　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９０度以上の角度で交差する方向へ反射する
　画像表示装置。
　請求項１に記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、主面の一部の領域が前記第１の反射面として構成され、前記主面の他の領域に透過面が構成される第１の光学部品を有し、
　前記第１の光学部品の前記透過面は、前記第２の屈折光学系として機能する
　画像表示装置。
　請求項１に記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、主面の一部の領域が前記第２の反射面として構成され、前記主面の他の領域に透過面が構成される第２の光学部品を有し、
　前記第２の光学部品の前記透過面は、前記第１の屈折光学系として機能する
　画像表示装置。
　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。
　請求項１に記載の画像表示装置であって、
　前記投射光学系は、前記投射光学系に含まれる全ての光学部品の各々の光軸が、所定の基準軸に一致するように構成される
　画像表示装置。
　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に一致するように構成され、
　前記第１の反射面及び前記第２の反射面の各々は、凹面反射面であり、回転対称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。
　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、前記第１の反射面、及び前記第２の反射面の各々は、光軸が前記基準軸に一致するように構成され、
　前記凹面反射面、前記第１の反射面、又は前記第２の反射面の少なくとも１つは、回転対称軸を有さない自由曲面である
　画像表示装置。
　請求項１に記載の画像表示装置であって、
　前記被投射物は、平面スクリーン、又は曲面スクリーンである
　画像表示装置。
　請求項１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
　画像表示装置。
　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、
　前記基準軸からの光線高さをｈ、
　前記光線高さｈに応じた前記凹面反射面の形状を表す関数Ｚ（ｈ）の接線の、光軸高さ方向に対する角度をθ（ｈ）、
　前記光線高さｈにおける前記角度θ（ｈ）の変化量をΔθ（ｈ）、
　前記画像光を反射する前記凹面反射面の前記基準軸から最も離れた反射点の光線高さｈをｈｍａｘとすると、
　０＜｜Δθ（ｈｍａｘ）－Δθ（０．９・ｈｍａｘ）｜／θ（ｈｍａｘ）＜０．０５６
　の関係を満たすように構成されている
　投射光学系。