JP2585775B2 - カラー受像管螢光面作成用補正レンズ系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、カラー受像管の螢光面作成の際に用いる
補正レンズ系に関するものである。

〔従来の技術〕

カラー受像管の製造に際しては、フエースプレート
（パネル）の内面に形成するモザイク（ドツト、ストラ
イプ等）の位置と、夫々のモザイクに対応するシャドウ
マスクの孔を通った電子ビームがパネル内面に射突する
位置のずれ（以下ここではミスランディングと呼ぶ）を
如何にして少くするかということが常に大きな問題であ
る。

このために、フエースプレート内面に写真法によつて
螢光体モザイクを焼きつけ（露光と呼ばれる）形成する
際、焼きつけ光線の通路に特殊な形状の補正レンズを置
く方法が一般に行われている。この状況は、例えばRCA
レビュー第16巻（1955年）の第491頁〜497頁にD.W.Epst
ein氏他によつて「Improvement in color kinescopes t
hrough aptical amalogy」として詳述されている。

補正レンズとしては、一般に複雑な凹凸形状を持つ滑
らかな曲面を有するものが用いられる。しかし、問題の
カラー受像管の螢光面がドツトタイプの場合、補正レン
ズの面を滑らかなものに限ると、完全なミスランデイン
グ補正をフエースプレート全面にわたつて得ることは不
可能であることが知られている。これは光学の基本原理
にもとづくものであつて、上記レンズ面を滑らかなもの
に限るかぎり、どんなに面の位置や数（複数個のレンズ
を重ねて用いる）を工夫しても解決出来るものではな
い。

この対策として、レンズをその面内の互いに直交する
２方向に分割し、それぞれの分割線上には面が不連続
で、小さい段が生じているものを用いる方法が考え出さ
れた。即ち、この方法によれば、レンズ面は百〜数百の
小さな正方形のブロツクに分割され、夫々のブロツクレ
ンズの面はもほや曲面である必要はないので、傾斜した
平面から成るものを用いる。このレンズは、使用時には
分割線が螢光面露光時の照度むらの原因となるので、絶
えず小さい振巾で往復運動させる。かかる技術の詳細に
ついては、テレビジョン学会雑誌第27巻（1973年）第46
1頁〜466頁に山崎氏によつて「カラー受像管製造用不連
続面レンズ」と詳述されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の不連続面レンズは、百以上の正方形の小レ
ンズから成つているために、製造が非常に面倒である。
また、これを解決すべく、レンズはプラスチツク板と
し、適当な金型を高温下でレンズ材に押しつけて形成す
る方法が考え出されたが、かかるプラスチックによるレ
ンズはその表面を汚れなく清浄な状態に清拭するのが難
しく、僅かな汚れでもレンズを廃却せねばならないとい
う問題があつた。

更に、この不連続面レンズは、互いに直交する２方向
に分割線が延在しているため、使用時に分割線の影響を
なくすには、レンズに与える往復連動は２方向である必
要があつた。

一般に分割線の部分では、露光々線が異常屈折を起こ
すため、ある一定の巾にわたつて入射側に黒色の遮光帯
が設けられる。従つて、分割線が多いことは、露光々線
の利用率が下がることになり、カラー受像管製造の効率
の低下の一原因ともなつていた。

この発明は上記のような欠点を緩和するためになされ
たものであつて、滑らかなレンズのみでは実現し得ない
補正を実現し、しかも実質的に滑らかなレンズと同じ方
法で作ることが出来、従つて使用中の手入れの容易なガ
ラスで作ることが可能で、しかも従来の不連続面レンズ
よりは露光々線の利用率の良い、新規な補正レンズ系を
提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る補正レンズ系は、滑らかな凹凸曲面を
有する第１の補正レンズと、不連続部を有する第２の補
正レンズの組合わせからなる。ここで、第２の補正レン
ズは、第１の補正レンズによる互いに直交する二方向の
ミスランディング補正残のうち一方向の補正残はこれを
減少させ、他方向の補正残はこれを増加させる軌道修正
特性を有する曲面と鏡像の関係にある滑らかな凹凸曲面
を光学材料に形成後、これを上記一方向に平行な切断面
で複数個の帯状素子に分割し、夫々の帯状素子を相隣り
合うものの順序は変えずにすべてを元とは異なる方向に
再配列して構成される。

〔作用〕

この発明による補正レンズ系は、ミスランデイングの
うち滑らかな補正レンズで補正可能な成分を従来通り滑
らかなレンズによつて補正する他に、従来滑らかな補正
レンズでは補正不能であつた成分を、滑らかなレンズと
不連続面レンズの総合特性で補正する。

一般に滑らかな補正レンズで補正不能な成分も、これ
を互いに直角な２成分に分解すると、一方向の成分のみ
なら完全に補正することが出来る。この時、他方向には
余分な補正が生じ、その結果、この方向の補正程度は一
般に悪化する。本発明による不連続面レンズは、上記と
同じく、従来滑らかな補正レンズでは補正出来なかつた
補正を、それ自身で行なえる訳ではないが、互いに直角
な２成分に分解したとき、やはり一方向の成分のみなら
ほぼ完全に補正することが出来る。この時、他方向には
やはり余分な補正を生ずるが、この方向は先に述べた滑
らかなレンズの場合の余分な補正とほぼ向きが逆で、ほ
ぼ大きさが等しくなる。従つて、両者（滑らかなレンズ
と不連続面レンズ）の組合わせで、ほぼ完全な補正を得
ることが出来る。

〔実施例〕

第１図は本発明の要部である不連続面レンズを示して
いる。不連続面レンズ１は、ガラスから成る複数個の帯
状素子２の集合体から成つている。帯状素子２の巾はど
の素子についても同一（これをＷとする）であり、その
厚みは巾Ｗより充分小さくなされている。巾が均一であ
ることから、各帯状素子２は互いに平行で間隔Ｗだけ離
れたふたつの面（これを切断面と称する）３を有する。
残りの面の一方４は切断面３に直角な平面であり、これ
を平面側４と称する。複数個の帯状素子２は、その平面
側４がすべて同一平面上にあるように、かつ相隣り合う
切断面の間には隙間がないように長方形に配列されてい
る（以後に述べるように、実際の使用に際しては、上の
ような位置関係を保つために適当な保持枠のようなもの
が必要であるが、本図では説明を省略する）。平面側４
の向い側の面は、各々の帯状素子２について滑らかな曲
面をなしており、これを曲面側５とする。

さて、以下の説明の便のため、不連続面レンズ１の平
面側中心を原点０とし、帯状素子２の長手方向にｘ軸
を、これに直角にｙ軸を、xy平面に垂直に曲面側５に向
う方向を正としてｚ軸を定める。

次に、第１図で示した不連続面レンズ１を作る方法を
示す。第２図は第１図に示す不連続面レンズ１を作るた
め経過的に作られるレンズ状のものであつて、原レンズ
1aと呼ぶことにする。

原レンズ1aは全体として外形は第１図に示す不連続面
レンズ１と同じ長方形をなしており、１枚のガラス材か
ら作られる。即ち、１面4aは平面をなし（これを平面側
と呼ぶ）、他の面5aは原レンズ1a全体にわたつて滑らか
な曲面をなしている（これ曲面側と呼ぶ）。その決定法
は後に述べる。表面が滑らかであるから原レンズ1aは通
常の曲面研削方法によつてその曲面側5aを形成すること
が出来る。

次いで、この原レンズ1aをｘ方向に平行でかつxy平面
に垂直な間隔Ｗの複数個の面で切断する。第２図におい
て、点線はこの切断面3aを示す。この切断を終つた状態
を第３図イに示す。即ち、切断面3aで帯状素子２が形成
されている。

ここで説明の便のため、各帯状素子に番号、、
…を付するものとする。ここでは番号はｙの−（マイ
ナス）端にあるものをとし、以下順次、…と付す
るものとする。そして、各帯状素子２の＋ｘ端に、−
ｘ端にの記号を便宜上付するものとする。第３図イに
は、これらの記号を組合わせて各帯状素子２の両端に のように記号を記入してある。

次にこれらの帯状素子２の配列を入れ変える。このと
き、 （ｉ） …の順序とｙ方向の関係は変更しない。

（ii） xy平面に対し表と裏の関係は変更しない。

（iii） ｘ方向に対するとの向きを逆にする。

このように配列変えを行なつたものを第３図ロに示
す。これが第１図に示す本発明による不連続面レンズ１
である。切断面3aが切断面３を構成している。

次に、この不連続面レンズ１を用いてカラーブラウン
管螢光面の作成（螢光面モザイクの焼き付け）を行う状
況を第４図に示す。図において、50は露光装置本体のフ
レームである。その上面板51には、位置決め爪52が取り
付けられており、また、カラー受像管の一部となされる
べきパネル100が位置決め爪52に接触して決められる位
置に置かれている。パネル100の内面には感光剤が塗布
され、更にシヤドウマスクが装着されているが、図には
示していない。上面板51は、また窓53を有している。フ
レーム50のしかるべき位置には、ランプハウス54が固定
されており、ここで発生した近紫外線が小さい面積の光
束発散部55から集中的に発散し、パネル100の方へ向か
う。光束発散部55は上記近紫外線の実質的な光源とみな
せるので、以下では55を点光源と呼ぶことにする。点光
源55を発した近紫外線（以下単に光線と称する）がパネ
ル100に向う通路には、滑らかなレンズ10、不連続面レ
ンズ１の少なくとも２個のレンズが置かれて光線の軌道
を修正している。滑らかなレンズ10は、後に述べるよう
に光線の軌道修正特性を有している表面の滑らかなレン
ズであり、不連続面レンズ１は、先に第１図以下で説明
した帯状素子２の集合体から成るレンズである。

ここで、不連続面レンズ１は、枠56とこれに接続され
たリンク57、駆動装置58とによつてｙ方向（先に第１図
で定義したｙ方向）に適当な振巾で絶えず往復移動をな
すよう構成されている（不連続面レンズ１がｙ方向のみ
に動くためには、枠56とフレーム50の間に適当なスライ
ド機構が必要であるが、図では省略してある）。滑らか
なレンズ10は、枠59によつてフレーム50に固定されてい
る。なお、不連続面レンズ１をｙ方向に絶えず往復運動
をさせるのは、このレンズは切断面３を有するが、この
部分では点光源55からの光線が不規則に反射してパネル
100の内面の照射が不均一になるので、これを避けるた
めである。

ところで、先に述べたようにミスランディングとは、
完成カラー受像管において同一のシャドウマスクの孔に
対応する螢光体モザイクと電子ビームの射突点とのパネ
ル内面上でのずれである。これはパネル内面上の位置
（x,y）の関数であるが、ずれとしてこれをｘおよびｙ
成分に分解でき、それぞれΔxM（x,y）およびΔyM（x,
y）と書ける。これを子細に論ずると、検討の中にシャ
ドウマスクの構造を持ち込む必要があり、説明が複雑に
なる。幸い螢光体モザイクの形成位置は、これを焼き付
けるための露光装置中からの光線のパネル内面への射突
点でもあるのでこの光線に着目し、問題を以下のように
仮想点光源の理想位置からのずれに置き換えて論ずるこ
ととする。

さて、点光源55を出発した光線200は、レンズ10およ
び１を通過して屈折した後、パネル100上の点Ｐに入射
する。この入射光線を逆に直線で延長し、点光源55と同
じ高さの（点光源55を通つて上面板51に平行な）仮想平
面201と交わる点をＳとし、仮想点光源と呼ぶ。カラー
ブラウン管のミスランデイングをなくすためには、パネ
ル100上に任意にＰ点を定めた時、このＰに対応してＳ
点の理想位置が与えられ、レンズによる光線の屈折の結
果から求められる仮想点光源位置Ｓ点をこの理想位置に
一致させることが出来ればよい。しかし従来の滑らかな
面のレンズのみでは、この条件をパネル上のすべての点
で満足することは困難であつた。

本発明は、先に述べた不連続面レンズ１を滑らかなレ
ンズ10と併用することによつて、上に述べた補正の困難
を大巾に改善出来ることを要旨としているものである。
以下にその理由と、それぞれのレンズの設計法の概略を
述べる。

さて、パネル100上に任意の点Ｐを考えた時、このＰ
に対応する仮想点光源Ｓがその理想位置から（仮想平面
201上で）ずれていると、点Ｐにミスランデイングが生
ずる。従つて、以下ではＳ点のその理想位置からのずれ
を、点Ｐにおけるミスランデイングと呼ぶことにする。
ミスランデイングには、ｘ成分およびｙ成分がある（こ
こでｘ、ｙはすでに定義されている方向である）。

ところで、パネル100の有効部全面に分布するミスラ
ンデイングを考えたとき、このｘ成分又はｙ成分の少な
くとも一方は、従来から公知であるところの滑らかな補
正レンズで補正可能である。そこで、今第４図におい
て、不連続面レンズ１はまだ配置されていないものと
し、ミスランデイングのｙ成分を全部滑らかなレンズ10
で補正するものとする。この時残つたｘ方向のミスラン
デイングは、パネル上の位置の関数なので、これをΔｘ
（Ｘ、Ｙ）とする。ここで（Ｘ、Ｙ）はＰ点の市の座標
であり、パネル100上に適当に決めた座標系により表わ
したものである。

一方もとのミスランデイングのｘ成分を全部滑らかな
レンズ10で補正することも出来る。この時、残るｙ方向
のミスランデイングをΔｙ（Ｘ、Ｙ）とする。

ここで上の手順で２通りに求めたような補正残りΔｘ
（Ｘ、Ｙ）、Δｙ（Ｘ、Ｙ）の量の大きさと方向の分布
からは滑らかなレンズ10の配置位置には無関係なことが
（さらに、たとえ滑らかなレンズの枚数をふやしてもこ
の状況を変更することは不可能なことが）幾何光学の公
式から証明されている。即ち、上のようにΔｘ又はΔｙ
として未補正分が残る問題は、滑らかなレンズを用いる
限り本質的なものであつて、滑らかなレンズでこの両者
を同時に除去することは不可能である。

しかし、それぞれの半分を補正し、半分を残す。即
ち、ｘ方向に ｙ方法に の補正残を同時に生ずるような補正を、滑らかなレンズ
10で実現することは可能である。今、滑らかなレンズ10
はそのように設計されているものとする。

次に、不連続面レンズ１を新たに追加することを考え
る。今、簡単のためにこのレンズは充分薄い材料で作ら
れているものとする。もしこのレンズが厚いと、面に何
等凹凸や傾斜がつけられていなくても、材料の厚み自体
で光路が変化し、Ｓの位置が移動する問題が生じ、設計
手順が複雑になるためである。しかしこのＳの位置の移
動によつて生ずる新たなミスランデイングは、必要とあ
れば滑らかなレンズ10の修正設計により影響を幾何光学
的に完全に除去することが可能であり、理論には影響を
及ぼさない。

さて、不連続面レンズ１の位置に、次に、滑らかなレ
ンズを加えて見る。もしこのレンズで先の補正残 を補正しようとすると、ｙ方向の補正残が だけ増加し、すでに滑らかなレンズ10のみでの補正の所
で述べた、ｘ方向のミスランデイングは完全補正に、ｙ
方向のミスランデイングの補正残Δｙ（Ｘ、Ｙ）の状態
が実現してしまう。しかし、今はかかる滑らかなレンズ
（すでに述べた通りこのレンズは今は第４図の不連続面
レンズ１の位置にあるものとしている）をあえて設計す
る。

このレンズを以下仮想レンズと称することとし、下面
（光源側）が平面、上面（パネル側）が曲面であると
し、下面中央を原点とし、曲面がｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）なる
関数で表わされるものとする。

次にｚ＝ｆ（−ｘ、ｙ）なる曲面を有するレンズを考
え、これを適当な光学材料を用いて製作する。

このｚ＝ｆ（−x,y）なる曲面は、上述のｚ＝ｆ（x,
y）なる関数で表わされる曲面と鏡像の関係になる。こ
のレンズを第２図で述べた原レンズ1aとする。このレン
ズの面は、以上述べた手順から明らかな如く、滑らかで
ある。

そこで原レンズ1aを、すでに第３図を用いて述べた通
り多数の切断面3aによつて切断し、並べかえて不連続面
レンズ１となす。

さて、一般にミスランデイングの補正に用いるような
補正レンズの特性は、個々の光線の通過点でのレンズの
厚み、およびその点でのレンズ曲面の傾斜によつて決ま
る。

ここで、傾斜とは面の法線のyz平面となす角の正接
（ｘ方向の傾斜）と同じく、法線のxz平面となす角の正
接（ｙ方向の傾斜）である。

しかし、もし光線のレンズ面への入射角が小さければ
（これはカラー受像管では偏向角が小さい条件に対応す
る）、厚みの影響は無視出来て、補正の特性はレンズ面
の各点のｘ方向およびｙ方向の傾斜で決まり、しかもミ
スランデイングのｘ方向の成分はレンズ面のｘ方向の傾
斜によつて支配的に補正され、ミスランデイングのｙ方
向の成分はレンズ面のｙ方向の傾斜によつて支配的に補
正される。そこで以下この条件が満足されるものとする
と、先に設計した仮想レンズの曲面ｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）
は、その面の各点でのｘおよびｙ方向の傾斜がδf/δ
ｘ、δf/δｙで表わされる。

この仮想レンズは、その設計経緯から明らかなごと
く、ｘ方向に の補正を実現出来る（ミスランデイングを減少させる）
代りに、ｙ方向に のミスランデイングの増加を生ぜしめるものであつた。
これを整理すれば、先のｚ＝ｆ（ｘ、ｙ）の曲面を有す
る仮想レンズは、（ｘ、ｙ）点におけるｘ方向の傾斜δ
f/δｘ→ｘ方向のミスランデイングを だけ減少、（ｘ、ｙ）点におけるｙ方向の傾斜δf/δｙ
→ｙ方向のミスランデイングを だけ増加、の図式が出来る。

次に本発明による、すでに述べた手順によつて作られ
た不連続面レンズ１を考えて見ると、この不連続面レン
ズ１はｚ＝ｆ（−ｘ、ｙ）の曲面を有する原レンズ1aを
切断して第３図に示すごとく並べかえたものなので、も
し切断の巾ｗが充分に小さければ、（ｘ、ｙ）点におけ
るｘ方向の傾斜は実質的にδｆ（ｘ、ｙ）／δｘ、同じ
点におけるｙ方向の傾斜は実質的に−δｆ（ｘ、ｙ）／
δｙである。これを先に述べた仮想レンズの補正特性と
比べて見ると、ｘ方向の補正特性は変りないが、ｙ方向
の補正特性は仮想レンズとほ逆に、（ｘ、ｙ）点におけ
る傾斜−δf/δｙ→ｙ方向のミスランデイングを だけ減少させる図式が成り立つ。

即ち、本発明による不連続面レンズ１は、ｘ方向に の補正を実現すると同時に、ｙ方向に の補正を実現出来る。しかるに第４図の露光機におい
て、なめらかなレンズ10では、ｘ方向に ｙ方向に の補正残があつた。従つて、この滑らかなレンズ10と不
連続面レンズ１の組合わせでは、ミスランデイングはす
べて補正されたことになる。

以上述べた説明には幾つかの近似が含まれており、更
に実際の不連続面レンズ１では切断面３の間隔Ｗをむや
みに小さくすることは出来ないので、本発明の方法は従
来の滑らかなレンズでの補正残を必ずしも完全に零に出
来る訳ではない。しかし実用的には大きな効果があり、
従来補正残として問題になつていたものの大半は除去で
きる。

以上述べた不連続面レンズは、レンズ曲面を作成後、
このレンズを切断して並べかえて作ることを特徴とし、
その面の設計方法は上に述べたものには限らない。例え
ば、上の実施例では、滑らかなレンズ10によつて、 の補正残の状態を作り、これを不連続面レンズ１で補正
するとしたが、必ずしもこれに限られるわけではなく、
他の補正残分布状態をまず実現して、これを不連続面レ
ンズ１で補正するものとしてもよい。即ち、補正量の滑
らかなレンズ10と、不連続面レンズ１での補正分担の配
分は、如何ように定めてもよく、要するに総合特性とし
て最適のものを目指せばよい。

また、第４図の実施例では、補正作用を持つレンズは
２枚としたが、必ずしもこれに限定される訳でなく、滑
らかなレンズ、不連続面レンズの一方、又は両者を複数
枚配置してもよい。不連続面レンズの不連続線（切断面
３）は、その際必ずしもすべてのレンズについて同一方
向に平行である必要はなく、レンズごとに異る方向に平
行であつてよい。その際、レンズの往復運動の方向はレ
ンズごとに定められるべきである。また材料も必ずしも
ガラスに限られるものではない。

なお第４図の実施例では、不連続面レンズの不連続面
が点光源55から遠い側にあり、平面側（第１図４）が点
光源に近い側にあるとしたが、この逆も可能である。こ
の場合、不連続面レンズ１を作る置きかえ操作は第３図
の通りとし（第３図を不連続面レンズ１を点光源55と逆
の側から見た図とする）、出来たレンズを裏返しに使用
すると考えてもよいが、不連続面レンズを作る置きかえ
操作を、夫々の帯状素子の表と裏を逆にする（とは
変えない）方法を用いることも可能である。これらはす
べて本発明の原理にもとつくものということが出来る。
夫々の場合に原レンズ1aの設計法に適当なものがあるの
はいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べた不連続面レンズは、レンズ面をガラスを用
いて従来からの技術である研磨法で容易に作ることが出
来、また、材料がガラスであるために、レンズ面の使用
中の汚れなどは容易に面に傷をつけることなく除去する
ことが可能である。

更に、レンズ面の不連続線（切断面３）は、ひとつの
レンズ内では全部が一方向に平行に設けられているの
で、これを使つてのカラー受像管螢光面焼付作業時に、
その不連続部が好ましくないむらを生ずるのを防ぐため
の往復運動は、一方向でよく、露光装置の構造を比較的
簡単に出来る等の特長があり、従つて、比較的コストの
上昇が少く、高品質のカラーブラウン管の製造が可能で
あるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による不連続面レンズの斜視
図、第２図は第１図の不連続面レンズを作成するための
原レンズを示す斜視図、第３図は第２図の原レンズから
第１図の不連続面レンズを作る操作を示す図、第４図は
本発明による不連続面レンズを使用したカラー受像管螢
光面作成用露光装置の正面図である。 図中、１は不連続面レンズ、1aは原レンズ、２は帯状素
子、３、3aは切断面、４、4aは平面側、５、5aは曲面
側、10は滑らかなレンズ、50はフレーム、51は上面板、
52は位置決め爪、53は窓、54はランプハウス、55は光束
発散部、56は枠、57はリンク、58は駆動装置、59は枠、
100はパネル、200は光線、201は仮想平面である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カラー受像管のミスランディング補正のた
   めに露光光線の軌道を補正する滑らかな凹凸曲面を有す
   る第１の補正レンズと、この第１の補正レンズで補正さ
   れた上記露光光線の軌道を更に補正する滑らかでない不
   連続部を有する第２の補正レンズとから成り、上記第２
   の補正レンズは、上記第１の補正レンズによる互いに直
   交する二方向のミスランディング補正残のうち一方の補
   正残はこれを減少させ、他方向の補正残はこれを増加さ
   せる軌道修正特性をゆする曲面と鏡像の関係にある滑ら
   かな凹凸曲面を光学材料に形成後、これを上記一方向に
   平行な切断面で複数個の帯状素子に分割し、夫々の帯状
   素子を相隣り合うものの順序は変えずにすべてを元とは
   異なる方向に再配例して構成したことを特徴とするカラ
   ー受像螢光面作成用補正レンズ系。