JPH05183848A

JPH05183848A - 投射形画像表示装置

Info

Publication number: JPH05183848A
Application number: JP4000577A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yoshikawa; 博樹吉川; Takahiko Yoshida; 隆彦吉田; Atsuo Osawa; 敦夫大沢; Michitaka Osawa; 通孝大沢; Isao Yoshizaki; 功吉崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-01-07
Filing date: 1992-01-07
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】投写レンズの投写距離を短縮するときに必然と
なる陰極線管の画像表示部の球面乃至非球面化を前記画
像表示部の中心部の局部的な温度上昇なしで実現した投
射形画像表示装置を提供する。【構成】画像表示部を投写レンズに対して凹面となした
陰極線管において、陰極線管の画像表示部に相対しかつ
冷媒液と接する面の中央部を投写レンズに対して凹面、
周辺部を平面とする。これにより、画像表示部を含むガ
ラスパネルの中心部が周辺部に比べ厚くなる事を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像源に表示された画
像を、投写レンズにより拡大して、スクリーンに投写結
像させるようにした投射形画像表示装置において、前記
投写レンズの投写距離を短縮するときに必然となる陰極
線管の画像表示部の球面乃至非球面化を前記画像表示部
の中心部の局部的な温度上昇なしで実現した投射形画像
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】比較的小形な陰極線管などの映像源に表
示された映像を、投写レンズで拡大してスクリーンに投
写する投写形ディスプレイは、近年、光学技術、回路技
術、生産技術等の進歩により、画質が著しく向上し、広
く使用されるようになってきた。

【０００３】しかし、投写形ディスプレイは、映像源の
実像を投写レンズで拡大してスクリーンに結像させる原
理を利用しているため、画面が大きくなればなるほど本
質的に投写距離（投写レンズの出射面からスクリーンに
至る距離）が長くなり投写場所に制約が生じたり、背面
投写形ではディスプレイ本体が大形となり設置場所に制
約が生じるなどの問題があった。

【０００４】これに対し、投写レンズの投写距離を短縮
することが試みられ、出願人名義の特開昭62-71915号公
報や特開昭62-174711号公報などが参照される。これら
の特許出願に記載されているように、映像源である陰極
線管の画像表示部は、投写レンズに対して凹面となして
いる。本条件は、投写距離を短縮した投射形画像表示装
置を実現するための必要条件である。一般にレンズには
像面湾曲収差と呼ばれる収差があり、レンズの投写距離
を短縮するとこの像面湾曲収差が急激に大きくなってく
る。映像源の画像表示部を投写レンズに対して凹面とす
ることにより、この像面湾曲収差を低減することができ
る。映像源の画像表示部を投写レンズに対して凹面とす
ることは、英国特許出願第2,091,898号から既知である
が、該英国特許出願第2,091,898号は、映像源と投写レ
ンズの間にダイクロイックミラーを挿入するためにバッ
クフォーカスの長い投写レンズを使用せざるを得ず、映
像源から出る映像光を無駄無く投写レンズに集めるため
に行うもので、前記投写距離の短縮のために行うものと
はその目的が異なるため曲率半径等形状が異なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、投写形ディスプ
レイの画面輝度を向上させるため、投写レンズの明る
さ、映像源である陰極線管の螢光体などの改良に加え、
陰極線管に加える電流を増大させる傾向がある。電流の
増大は螢光体の発熱による温度上昇に繋がることから、
最近の投射形画像表示装置では陰極線管と投写レンズを
構成するレンズ群のうち陰極線管に最も近い第一レンズ
の間に、例えばエチレングリコールを主成分とする冷媒
液を充填し、陰極線管の画像表示部を冷却している。こ
の時、陰極線管の画像表示部が投写レンズに対して凹面
となっていると、陰極線管の画像表示部を含むガラスパ
ネルの中心部が周辺部に比べ厚くなり、放熱しにくくな
り温度が上昇する。例えば陰極線管の画像表示部が350
Ｒの球面であり、画像表示部の対角寸法が５インチであ
る場合には、ガラスパネルの中心部と周辺部の肉厚差は
5.8ｍｍとなる。ガラスパネルの熱伝導率λは0.6ｗ／ｍ
℃であることから画像表示部に15ｗの電力を加えた場合
には約20℃の温度上昇となる。発光効率の最も低い青色
螢光体では、発光強度の温度依存性が強く、約20℃の温
度上昇で5〜10％の輝度低下となる。また、陰極線管の
ガラスパネルは電子線照射により着色し、特に青色にた
いし透過率が低下する。陰極線管の補償寿命期間で中心
部と周辺部の透過率の差は10〜20％に達する。これらの
課題を解決するため、光学的もしくは電気的にシェイデ
ィング補正を行っているが、全体の輝度の損失やコスト
の上昇が避けえなかった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、明るく、なおかつ画面中心部と周辺部で色の変化が
少ない背面投写形画像表示装置を提供することを目的と
する。そのため、陰極線管の画像表示部に相対しかつ冷
媒液と接する面の中央部を投写レンズに対して凹面、周
辺部を平面とした陰極線管と、該陰極線管を使用した背
面投写形画像表示装置、該背面投写形画像表示装置を組
み付けるようにした投射形ディスプレイを提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、画像表示部を投写レンズに対し
て凹面となした陰極線管において、陰極線管の画像表示
部に相対しかつ冷媒液と接する面の中央部を投写レンズ
に対して凹面、周辺部を平面とする。陰極線管の画像表
示部に相対する面の中央部を投写レンズに対して凹面と
することにより、陰極線管の画像表示部を含むガラスパ
ネルの中心部が周辺部に比べ厚くなる事を防ぐ。また、
画像表示部に相対する面の周辺部を平面とすることによ
り、該平面部を結合器にゴム乃至それに類する材質のパ
ッキングもしくはシーラントにより固定乃至接着し、投
写レンズを構成するレンズ群のうち前記映像源に最も近
い第一レンズとの間に冷媒液を充たすことができる。

【０００８】前出の英国特許出願第2,091,898号では、
陰極線管の画像表示部をビームスプリッタに対して凹面
とするとともに陰極線管の画像表示部に相対する面もビ
ームスプリッタに対して凹面としている。しかし、本英
国特許出願では、画像表示部に相対する面の周辺部が平
面となっていないため、投写レンズを構成するレンズ群
のうち陰極線管に最も近い第一レンズと陰極線管の画像
表示部に相対する面の間に冷媒液を充填することができ
ず、陰極線管に加える電流を増大させ明るくすることは
できない。以下、その理由について述べる。本特許で対
象としている画像は、円形ではなく四角形である。従っ
て、陰極線管の外形形状も四角形である。本英国特許出
願のように陰極線管の画像表示部に相対する面をビーム
スプリッタに対して凹面とすると、陰極線管の画像表示
部に相対する面の周辺部が平面でなく四角を頂点とする
凹面となる。陰極線管はガラスでできており、前記結合
器は通常熱伝導度の良い金属製であるが、ガラスと金属
は温度に対する線膨張率が異なり、更に、発熱源である
陰極線管と放熱に寄与する結合器とでは温度自体が異な
る。このため、充填した冷媒液が漏れないように、陰極
線管の画像表示部に相対する面の形状に合わせて結合器
を作っても、使用状態において両者の間に隙間があいた
り、ガラス製の陰極線管が割れたりする。従って、本英
国特許出願のような陰極線管は、空冷で使用せざるをえ
ない。

【０００９】

【作用】上記のような手段を取ると、装置をコンパクト
とするため画像表示部を投写レンズに対して凹面となし
た陰極線管においても、画像表示部の中心部が周辺部に
比べ温度が上昇することが無いため、発光効率が最も低
く、さらに発光強度の温度依存性が強い青色螢光体で
も、画像表示部の中心部が周辺部に比べ輝度が大幅に低
下することが無い。また、冷媒液で画像表示部を冷却す
ることが出きるため、投写形ディスプレイの画面輝度を
向上させるため、陰極線管に加える電流を増大させるこ
ともできる。これにより、明るく、画面中心部と周辺部
の輝度及び色の変化の少ない投写形画像表示装置を提供
できる。また、本発明による投写形画像表示装置を組み
付けた投射形ディスプレイはコンパクトになり、一般家
庭の室内などでの設置場所の制約は改善される。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の投写画像表示装置の第１の実
施例の一部断面図である。１は投写形陰極線管、２は投
写レンズ、３は投写形陰極線管１と投写レンズ２を機械
的及び光学的に結合する結合器である。前記投写レンズ
２は次の部品よりなる。投写レンズ２を構成するレンズ
エレメントのうち、前記投写形陰極線管１に最も近接し
たレンズエレメントである第１レンズ４は前記結合器３
に固定され、投写形陰極線管１と投写レンズ２の光学的
結合のため投写形陰極線管１、結合器３、第１レンズ４
で囲まれる空間には冷媒液５が充たされている。残りの
レンズエレメント（図示せず）は、内鏡筒６により所定
位置に保持される。７は外鏡筒で、投写形陰極線管１と
投写レンズ２を機械的及び光学的に結合する結合器３に
固定され前記内鏡筒６を摺動可能に保持する。

【００１１】８は投写形陰極線管１の内面に形成された
画像表示部（螢光面）でここに画像が映出される。画像
表示部の形状は、投写レンズに対して凹面をなしてい
る。本条件は、投写距離を短縮した投射形画像表示装置
を実現するための必要条件である。一般にレンズには像
面湾曲収差と呼ばれる収差があり、レンズの投写距離を
短縮するとこの像面湾曲収差が急激に大きくなってく
る。映像源の画像表示部を投写レンズに対して凹面とす
ることにより、この像面湾曲収差を低減することができ
る。９は投写形陰極線管１の画像表示部８に相対しかつ
冷媒液５と接する面であり、その中央部のＡ部は前記投
写レンズに対して凹面、その周辺部のＢ部は平面として
いる。Ａ部とＢ部の接続部は滑らかに接続させてある。
10は、投写形陰極線管１の画像表示部８及び画像表示部
８に相対する面９を含むガラスパネルである。結合器３
の投写形陰極線管１が固定される面には、投写形陰極線
管１の画像表示部８に相対する面９のＢ部にあわせて溝
11が設けてあり、冷媒液５を封止するために設けたＯリ
ング12を保持する。次に、図２により、投写形陰極線管
１の画像表示部８に相対する面９の形状について説明す
る。ガラスパネル10の屈折率と冷媒液５の屈折率が同じ
であれば、面９の形状を自由にできる。しかし、ガラス
パネル10の屈折率は、通常1.54前後である。これにたい
し、冷媒液５はエチレングリコールで1.43、グリセリン
でも1.47とガラスパネル10に対し低い。このため、面９
はレンズの一部として光学設計する必要がある。図２
は、投写形陰極線管１をガラスパネル10側から見た図で
ある。図２において、ガラスパネル10のアスペクト比は
ＮＴＳＣで３：４である。従って、対角は５となる。面
９をレンズの一部として光学設計するためには、軸対称
である必要がある。また、Ｏリング12で冷媒液５を封止
するためには、Ｏリング12の接触する面を平面とする必
要がある。従って、凹面となるＡ部は、図２のハッチン
グを施した部分となり、残りがＢ部となる。４コーナー
を物高１とすると、物高0.6に不連続点ができる。Ａ部
とＢ部の接続部を滑らかに接続させたとしても、このよ
うな不連続点は光学設計を困難なものとする。図３は、
図２の投写形陰極線管１をガラスパネル10側から見た図
に対応する投写形陰極線管１のＣ−Ｃ’（対角）断面図
である。図に示すように、物高0.6に不連続点がある。
冷媒液５の屈折率がガラスパネル10の屈折率に比べ大幅
に小さいときには、Ａ部の曲率半径は光学設計的にあま
り小さくできず、Ａ部の曲率半径は画像表示部８の中心
部の曲率半径より大きくなる。そのため、ガラスパネル
10の中心肉圧ｔ１はあまり薄くすることはできない。こ
れにたいし、冷媒液５の屈折率をガラスパネル10の屈折
率に近付けられる場合には、図４に示すように、Ａ部の
曲率半径を画像表示部８の中心部の曲率半径より小さく
できる。これにより、ガラスパネル10の中心肉圧ｔ２を
薄くすることができる。ガラスパネル10の中心肉圧が周
辺肉厚より薄くなると、逆効果となるように考えられる
が、画像表示部が平面のガラスパネルでも、陰極線管に
加える電流を増大した場合には、中心部が周辺部に比べ
温度が高くなることから、ガラスパネル10の中心肉圧が
周辺肉厚より薄くなっても、逆効果とはならない。本発
明の目的からすると、図４に示すようにガラスパネル10
の中心肉圧ｔ２を薄くする事が望ましい。第１レンズを
プラスチック製とした場合のように、冷媒液５の選択に
制限があり、冷媒液５の屈折率をガラスパネル10の屈折
率に近付けられない場合には、図３に示すようにガラス
パネル10の中心肉圧ｔ１はあまり薄くすることはできな
い。しかし、若干でも薄くできれば従来の平面より良い
ことはいうまでもない。

【００１２】投写形陰極線管１の画像表示部８を投写レ
ンズ２側に曲率中心を持つ球面とすると、画像表示部８
を大きくしたとき、ガラスパネル10周辺部の立ち上げ部
とのなす角が小さくなり、ガラスパネル10の製造が困難
となる。そこで、画像表示部８を投写レンズ２側に曲率
中心を持ち、曲率半径を中心部と周辺部で変えた非球面
のガラスパネルが実用化されている。画像表示部８の曲
率半径を周辺部に比べ中心部で大きくした非球面のガラ
スパネルでは、図５に示すように、Ａ部の曲率半径が大
きくても、ガラスパネル10の中心肉圧ｔ３を薄くするこ
とができる。画像表示部８の曲率半径を中心部に比べ周
辺部で大きくした非球面のガラスパネルでは、図６に示
すように、Ａ部の曲率半径が大きくても、ガラスパネル
全体において比較的均一な肉厚が得られる。これらの場
合には、冷媒液５の屈折率及びガラスパネル10の屈折率
の如何にかかわらず光学設計は極めて楽になる。

【００１３】発明者らが確認した本発明の効果について
以下のべる。図６は、画像表示部８が350Ｒの曲率半径
を持つ投写形陰極線管１の、画像表示部８と対向する面
の曲率半径と、画像表示部８の中心部と周辺部の温度差
の関係を示した図である。画像表示部８と対向する面の
曲率半径を小さくしていくと、温度差が少なくなってい
くことがわかる。

【００１４】以上説明した投写形陰極線管１では、画像
表示部８は球面若しくは非球面である。また、画像表示
部８と相対する面９は非球面である。このようなガラス
パネルは、プレスで作られるのが一般的である。プレス
で作ると面の表面粗さが粗くなるが、画像表示部８は螢
光体を塗布するため、もともと故意に荒らしており問題
は無い。また、画像表示部８と相対する面９について
も、冷媒液５と接しているため、屈折率差が小さく、更
に物面（画像表示部８）に近いことから、面の表面粗さ
の影響は小さい。

【００１５】以上説明した投写形陰極線管１では、画像
表示部８は球面若しくは非球面であるが、平面であって
も投写形陰極線管１への投入電力が大きいときには、画
像表示部の中心部の温度は、周辺部の温度と比較して高
くなる。このような場合には、投写形陰極線管１の画像
表示部が平面であっても本発明を実施することにより、
画像表示部の中心部の温度を下げる事ができ、本発明が
適用できることは言うまでもない。

【００１６】図１では、投写形陰極線管１の画像表示部
８に相対しかつ冷媒液５と接する面９の周辺部に設けた
平面部を結合器３にＯリング11を介し固定する構造とし
て説明したが、ゴム乃至それに類する材質のパッキング
もしくはシーラントにより固定乃至接着する事も可能で
ある。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、投
写レンズの投写距離を短縮するため、投写形陰極線管の
画像表示部を投写レンズ側に曲率中心を持つ球面ないし
非球面とした場合でも、投写形陰極線管の画像表示部の
中心部が周辺部に比べ、温度が大幅に高くなることが無
く、長期使用においても、画面の中心部と周辺部で色の
変化を少なくする効果がある。

【００１８】また、投写形陰極線管の画像表示部を投写
レンズ側に曲率中心を持ち、曲率半径を中心部より周辺
部で大きくした非球面の場合には、投写形陰極線管の画
像表示部と相対する面の曲率半径を小さくしても、比較
的均一な肉厚が得られるため、ガラスパネルの中心部の
肉厚を薄くでき、本発明の効果が更に大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写画像表示装置の第１の実施例の一
部断面図である。

【図２】本発明の投写形陰極線管の画像表示部と相対す
る面の正面図である。

【図３】本発明の投写形陰極線管の第１の実施例の一部
断面図である。

【図４】本発明の投写形陰極線管の第２の実施例の一部
断面図である。

【図５】本発明の投写形陰極線管の第３の実施例の一部
断面図である。

【図６】本発明の投写形陰極線管の第４の実施例の一部
断面図である。

【図７】画像表示部８と対向する面の曲率半径と、画像
表示部８の中心部と周辺部の温度差の関係を示した図で
ある。

【符号の説明】

１…投写形陰極線管、２…投写レンズ、３…結合器、４
…冷媒液、８…投写形陰極線管の画像表示部、９…投写
形陰極線管の画像表示部に相対する面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大沢通孝横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者吉崎功横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所横浜工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも映像源と、該映像源に表示され
た画像を投写する投写レンズと、該投写レンズを構成す
るレンズ群のうち前記映像源に最も近い第一レンズ及び
前記映像源の両者を固定するとともに前記第一レンズと
前記映像源を含む複数面で密閉空間を形成する結合器
と、前記密閉空間に充たされた冷媒液を備えた投射形画
像表示装置において、前記映像源として陰極線管を用
い、該陰極線管の画像表示部に相対しかつ前記冷媒液と
接する面の中央部を前記投写レンズに対して凹面、周辺
部を平面としたことを特徴とする投射形画像表示装置。
【請求項２】前記陰極線管の画像表示部を前記投写レン
ズに対して凹面となしたことを特徴とする請求項１記載
の投射形画像表示装置。
【請求項３】前記陰極線管の画像表示部を前記投写レン
ズ側に曲率中心を持つ球面としたことを特徴とする請求
項２記載の投射形画像表示装置。
【請求項４】前記陰極線管の画像表示部を前記投写レン
ズ側に曲率中心を持ち、曲率半径を中心部より周辺部で
大きくしたことを特徴とする請求項２記載の投射形画像
表示装置。
【請求項５】前記陰極線管の画像表示部を前記投写レン
ズ側に曲率中心を持ち、曲率半径を周辺部より中心部で
大きくしたことを特徴とする請求項２記載の投射形画像
表示装置。
【請求項６】前記陰極線管の画像表示部に相対しかつ前
記冷媒液と接する面の周辺部に設けた平面部を前記結合
器にゴム乃至それに類する材質のパッキングもしくはシ
ーラントにより固定乃至接着したことを特徴とする請求
項１乃至５記載の投射形画像表示装置。
【請求項７】請求項１乃至６の中の任意の一つに記載の
投射形画像表示装置を１台乃至複数台用いたことを特徴
とする投射形ディスプレイ。
【請求項８】陰極線管の画像表示部に相対した該陰極線
管外面の中央部を該陰極線管の電子銃に対して凸面、周
辺部を平面としたことを特徴とする陰極線管。
【請求項９】前記陰極線管の画像表示部を該陰極線管の
電子銃に対して凸面としたことを特徴とする請求項８記
載の陰極線管。
【請求項１０】前記陰極線管の画像表示部を該陰極線管
の電子銃と反対側に曲率中心を持つ球面としたことを特
徴とする請求項９記載の陰極線管。
【請求項１１】前記陰極線管の画像表示部を該陰極線管
の電子銃と反対側に曲率中心を持ち、曲率半径を中心部
より周辺部で大きくしたことを特徴とする請求項９記載
の陰極線管。