JPH0711626B2 - 投写形テレビ用レンズ - Google Patents

投写形テレビ用レンズ

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JPH0711626B2
JPH0711626B2 JP59056061A JP5606184A JPH0711626B2 JP H0711626 B2 JPH0711626 B2 JP H0711626B2 JP 59056061 A JP59056061 A JP 59056061A JP 5606184 A JP5606184 A JP 5606184A JP H0711626 B2 JPH0711626 B2 JP H0711626B2
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projection television
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    • G02OPTICS
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    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は投写形テレビに用いるレンズに関する。
〔発明の背景〕
テレビジョン受像器の画像再生画面を大形化し、小形の
画面では得られない迫力に富んだ画像を得たいという要
求が強まるにつれ、ブラウン管の螢光面に再生された画
像を、レンズ、反射鏡などの投写光学系により、スクリ
ーン上に拡大して大画面の再生像を得るようにした、い
わゆる投写形テレビが広く用いられるようになってき
た。かかる投写形テレビにおいて、これまでいろいろの
改良が加えられた結果、数年前を比較すると大きな進歩
がある。この投写形テレビの中でレンズの果たす役割は
非常に大きい。このような中で、特願昭54−115645で示
されたレンズは、3枚構成でありながら、Fナンバーが
1.0という高輝度を達成している。これはプラスチック
レンズの最大の利点である非球面化が容易であるという
ことを最大限に利用した設計となっている。また3枚と
いう少ない構成枚数、プラスチックレンズという大量生
産に適するレンズということでコストも安い。このレン
ズを用いたセットの構成図を第1図,第2図(側面断面
図)に示す。ブラウン管4上の投写レンズ5により、ス
クリーン上に拡大投写するのであるが、それぞれコンパ
クトはセットを実現するために、鏡1,2が配置されてい
る。また第2図は、レンズの内に鏡3を設け、コンパク
トなセットを実現している。このように特願昭54−1156
45に示されるレンズによって投写形テレビが大きく発展
したと言っても過言ではない。しかし直視形テレビと比
較すると、画質、コンパクト性、値段において、まだ劣
っているのが現状である。それぞれの問題点について述
べる。
(1) 画質……投写形テレビの重要な画質項目とし
て、フォーカス、明かるさ、コントラストが掲げられ
る。フォーカスについては、レンズにおいては、一般に
MTF(Modulation Transter Function)で評価できる
が、上記発明特願昭54−115645を評価した結果、非常に
良好であった。しかし実際のブラウン管においては、螢
光体の発光スペクトル特性は第3図に示すように、分布
を有しており、これを考慮するとMTFは悪くなり、特に
低周波領域では、投写形テレビ用として一般に用いられ
ているガラスレンズと比較して劣る。これは、本レンズ
について色収差改善の配慮が払われていないためであ
る。逆に色収差を改善することによって大幅なMTFの向
上が見込める。また本レンズは全てプラスチックレンズ
で構成されているため、温度が変化すると屈折率が変化
し、フォーカス劣化を持たらすという欠点がある。
本レンズを使用したセットの構成図である第1図及び第
2図からわかるように、コンパクトなセットを実現しよ
うとすると、どうしても多数の鏡を配置せざるを得な
い、そのために鏡の反射損失を持たらし、明かるさが
低減する。迷光が発生し、コントラストが劣化すると
いう問題がある。
(2) コンパクト性……従来はコンパクト化を達成す
るために、セット内の鏡を増す傾向であったが、現状が
限度であり、さらにコンパクトにするには、投写距離、
レンズ長の短縮化が必要であり、同時に鏡配置等も再考
する必要がある。
ちなみに特願昭54−115645に示されているレンズの投写
距離及びレンズ長は、45インチスクリーン使用、倍率が
約9〜10倍のとき、それぞれ1200〜1300mm、約200mmと
なっている。
(3) 以上述べたように従来技術では複雑な鏡配置、
大きなレンズによって、コストが高くなることは避けら
れない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、投写距離及びレンズ長を短かくし、
フォーカス、明かるさ、コントラスト等の画質向上、
コンパクトなセットの実現、コストダウンを達成した
投写形テレビ用レンズを提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、次に示す短焦点距離の実現
できる構成のレンズを用いる。スクリーン側から順に、 (a)スクリーン側面形状が、中央部では集束作用、周
辺部では発散作用となっているレンズ、 (b)凸メニスカスレンズ、 (c)凸レンズ、 (d)凹レンズ、 (e)中心部の曲率中心はスクリーン側にあり、周辺部
に移るにしたがって、その曲率半径が大、あるいは、電
子銃側に曲率中心がある非球面形状となっている螢光面
を有するブラウン管ガラスレンズ。
と配置されており、かつ前記第1レンズのスクリーン側
の非球面量ΔPaと、球面量ΔPsの間に 0.5・|ΔPs|<|ΔPa|<1.5・|ΔPs| なる関係を有する。
〔発明の実施例〕
本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
本発明は以上述べた問題点を解決するために、焦点距離
を従来より約35%短縮した。倍率を一定のままで投写距
離が短かくするには、画角を大きくする必要があり、従
来の特願昭54−115645の半画角は約25゜であるが、これ
を40%増加し、35゜にする必要がある。中心部及び周辺
部の光量を維持しながら、これを達成することは非常に
難しい。逆にこのように画角を大きくし、投写距離を短
かくできれば、焦点距離も短縮化でき、レンズの小形
化、色収差の低減を図ることができ、プラスチックレ
ンズの発展に非常に大きな寄与ができる。
ここで焦点距離の短縮化と、色収差低減の関係について
述べる。
第4図(平面図)において、レンズ5を焦点距離fの薄
肉と考え、また螢光面とレンズの間隔をa、レンズから
スクリーンまでの距離をbとすると、 またレンズの両面の曲率半径をγ1とすると、 (ii)から またスクリーン6上のスポット径の劣化△dは、レンズ
のFナンバー及び倍率Mを用いて次式で与えられる。
(i)〜(iv)から すなわち、色収差によるスポット径の増大△dは、焦点
距離fに比例する。すなわち焦点距離が35%減少したこ
とにより、色収差も35%減る。特に本レンズのように、
スクリーン中心部のMTFが色収差のみで支配されている
ため、これの低減は非常に大きな効果がある。
本レンズの代表的な構成を第5図に示す。実施例1〜5
に対応するレンズデータを第1表〜第6表に示す。これ
らのレンズの特徴はスクリーン側から順に次のように配
列されていることにある。
(a)スクリーン側面形状が、中央部では集束作用、周
辺部では発散作用となっているレンズ。すなわちこのレ
ンズは第5図からもわかるように、極端な非球面形状と
なっている。
(b)凸面をスクリーン側、凹面をブラウン管側とした
凸メニスカスレンズ、 (c)凸レンズ、 (d)凹レンズ、 (e)中心部の曲率中心は、スクリーン側にあり、周辺
部に移るにしたがって、その曲率半径が大、あるいは、
電子銃側に曲率中心のある面形状となっている螢光面を
有するブラウン管ガラスレンズ。
このレンズの特徴として、 (1) 第1レンズのスクリーン側の非球面量△Paと、
球面量△Psの間に次の関係を有する。
|△Pa|>0.5・|△Ps| ここで△Pa、及び△Psは面形状を と表現したとき、 △Pa=Zm−△Ps γm,Zmは、それぞれレンズ最外周の動径距離及び中心か
らの軸方向偏差である。実際に実施例1〜6に対する△
Psと△Paを第7表に示す。
このようにすることによって、最大画角の下限近くの光
線による収差が改善され、特に周辺の光量の確保に有用
である。
(2) 前記第2レンズと第3レンズの間隔tと全系の
焦点距離fの間に、 0<t<0.04f という関係を有する。
第1表から第6表に示す実施例のMTFの結果からわかる
ように、この間隔tを大きくするにしたがい、最外周部
のMTFが若干劣化していく。この範囲内では十分に実用
化できるレベルであるが、さらにtを大きくすると許容
できなくなる。
(3) 第1レンズと第2レンズの間の第2レンズ側に
光線遮厳用のクラップを設ける。一般にこのタイプのレ
ンズは、中心附近の収差は補正しやすく、Fナンバーを
小さくとることができ、0.1以下とすることも可能であ
る。しかしこのとき、スクリーン上の像としては、中心
部が非常に明かるく、逆に周辺部が暗く見づらくなる。
特に本レンズのように画角を大きくすると、一般によく
知られているように、周辺部の光量は、画角をθとした
とき、cos4θに比例し、非常に少なくなる。このような
ことを考慮し、中心部の光量を若干減らし、周辺部の収
差低減、及び光量の増加を図るべく、このクラップを設
けた。
第1表から第6表に示したレンズに対応するMTFの結果
を第6図〜第11図(特性図)に示す。このMTFの計算に
おいては、螢光体の発光スペクトル分布も考慮した。そ
の各波長のウエイトは第8表に示すとうりである。
また、画面中心のMTFの結果を、特願昭54−115645と比
較して第12図(特性図)に示す。Aは本発明、Bは従来
例の特性。
各実施例ともFナンバーは0.93、焦点距離は73〜76mmで
ある。また周辺光量比は画角90%域で30%であり、従来
投写形テレビにおいて一般に用いられているレンズと同
等である。このように、従来と比べて、画面を広げ、F
ナンバーを小さくしたにもかかわらず、MTF特性を大幅
に改良することができた。
また第1表〜第4表に示す実施例は、第2レンズがガラ
スで構成されており、温度変化に対して、フォーカス劣
化の少ない設計となっている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、以上説明したレンズを用いることによ
って次に示す効果がある。
(1) レンズ長さ、口径が非常に小さくなり、軽量化
でき、大幅なコストダウンとなる。
(2) 中心部のフォーカスを大幅に改良することがで
きる。
また本レンズは投写距離が短縮化されており、レンズ長
の短縮化と相俟って、コンパクトなセットが実現でき
る。一例を第13図(側面断面図)に示す。なお図13に示
す如く、反射鏡1の位置は、キャビネットの上背面部に
傾斜して設けられており、かつ投射レンズ5の中心光軸
の方向は、上背面方向に一致している。また投射レンズ
の上端部は、スクリーン7の下端部と反射鏡1の下端部
の間にある。かかるセット内では鏡2が1枚だけとな
り、非常に簡略な構造になっている。その結果、 (1)セットの奥ゆき、高さが低減でき、コンパクト化
を達成できる。
(2)セット内の鏡が1枚になったことにより、1枚当
り10%の光の反射損失が少なくできる。
その結果、輝度が向上する。
(3)従来のセットは多くの鏡で構成されていたため、
種々の不要光が発生し、そのためレンズ単体のときに比
べて、コントラストが劣化するという問題があった。本
レンズを用いたセットは、このような不要光を大幅に低
減でき、コントラストを大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図は従来の投写形テレビの構造を示す側面
断面図、第3図は螢光体の発光スペクトルを示す特性
図、第4図は色収差を説明する平面図、第5図はレンズ
構成を示す平面図、第6図〜第11図は本発明による各実
施例のMTF特性を示す特性図、第12図は中心部MTF特性を
示す特性図、第13図は本発明の他の実施例の側面断面図
である。 1,2,3……反射鏡、 4……投写形ブラウン管、 5……投写レンズ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ブラウン管蛍光面上の像をスクリーン上に
    拡大投写する投写形テレビにおいて、そのスクリーンサ
    イズxインチ(対角方向)のスクリーンを用いたとき、
    蛍光面からレンズ先端までの距離を(140x)/45mm以下
    とし、またレンズ先端からスクリーンまでの距離を(90
    0x)/45mm以下とする条件のもとで、これに用いる前記
    レンズとしての投写形テレビ用レンズであって、 スクリーン側から (a)スクリーン側面形状が、中央部では集束作用、周
    辺部では発散作用となっている第1レンズと、 (b)凸メニスカスの第2レンズと、 (c)凸の第3レンズと、 (d)凹の第4レンズ、および (e)中心部の曲率中心は、スクリーン側にあり、周辺
    部に移るにしたがって、その曲率半径が大、あるいは、
    電子銃側に曲率中心がある面形状となっている蛍光面を
    有するブラウン管ガラスレンズと、 が配置されて成り、かつ 前記第1レンズのスクリーン側の非球面量ΔPaと、球面
    量ΔPsの間に下記(イ)式の関係を有することを特徴と
    する投写形テレビ用レンズ。 記 0.5・|ΔPs|<|ΔPa|<1.5・|ΔPs| …(イ) ΔPa=Zm−ΔPs …(ニ) ここで、ΔPa及びΔPsは、レンズ面形状が上記(ロ)式
    で表せるとき、上記(ハ)式及び(ニ)式で定義する量
    である。 なお上記(ロ)式において、Zは、レンズ光軸方向をZ
    軸にとり、レンズの半径方向をr軸にとったときのレン
    ズ面の高さ(rの関数)を表し、rは半径方向の距離を
    示し、RDは曲率半径を示し、cc,AD,AE,AF,AGは非球面係
    数である。また上記(ハ)、(ニ)式におけるrm,Zmは
    レンズ最外周の動径距離、及び中心からの軸方向偏差で
    ある。
  2. 【請求項2】前記第3レンズがガラスレンズで構成され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の投
    写形テレビ用レンズ。
  3. 【請求項3】前記第2レンズと第3レンズの間隔tと全
    系の焦点距離fの間に 0<t<0.04f なる関係を有することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の投写形テレビ用レンズ。
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