JPH0718970B2

JPH0718970B2 - 投写形カラーテレビジョン受像機の合焦装置

Info

Publication number: JPH0718970B2
Application number: JP60172495A
Authority: JP
Inventors: 賢治佐野; 正雄高木; 昭喜江口; 隆史安積; 高見　　穣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1985-08-07
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS6234116A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、画像表示部材から光学系を介して画像をスク
リーンに投写することにより、カラー画像を該スクリー
ン上に映出するようにした投写形カラーテレビジョン受
像機の合焦装置に関するものであり、特に高精細用投写
形カラーテレビジョン受像機などにおいて、周囲温度の
変化などにより生じる合焦不良（ピンボケ）に起因する
画質劣化の改善手段を備えたかかる受像機の合焦装置に
関するものである。

〔発明の背景〕

一般に投写形カラーテレビジョン受像機（プロジエクシ
ヨンテレビ）においては、画面を明るくすることが一つ
の課題になつており、そのためには陰極線管（CRT）に
大電流を流して高輝度に発光させることが必要になる。
そこでCRT面が発熱による温度上昇を起こし、光学系の
熱膨脹が生じ、その結果、CRTと光学系との間の間隔が
変動して投写画像に所謂ピンボケが発生する。

かかるピンボケ（合焦不良）に起因する画質劣化を改善
するため、光学系に対して温度補償を行う装置として、
例えば特開昭57−208516号公報に示されるレンズ保持装
置が知られている。

この装置においては、レンズ取付部，鏡枠取付部及び前
記レンズ取付部と鏡枠取付部との間を連結する連結部か
ら成る構成がとられ、連結部の素材あるいは有効長さを
適切に選択し、周囲温度の変化による影響を低減できる
構造となつている。

このように構成された温度補償用装置においては、環境
温度変化に起因するレンズ系の光軸方向の伸縮に起因す
る画質劣化に対しては改善効果を期待することができ
る。しかしながら、環境温度変化に伴うレンズ素材の屈
折率の変動あるいはレンズ面形状の変化に起因する画質
の劣化を改善することは不可能である。

さらに画質の劣化状態を検出素子で直接監視、制御する
機能を具備しているわけではないため、構成部品に温度
分布が発生するような場合においては、適正な温度補償
効果を実現することができず、その結果、特に投写画面
の周辺部における画質劣化が大きくなるという問題点が
あつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除去し、光
学系の環境温度変化に起因するレンズ間隔の変動，レン
ズ素材の屈折率の変動あるいはレンズ面形状の変動によ
り生ずるスクリーン上投写画像の画質劣化を防止し、常
に高品質な画像を維持することのできる投写形カラーテ
レビジョン受像機の合焦装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、スクリーン上に投写された映像の画質状態を
検出するためのセンサを設けると共に、投写レンズ系を
構成するレンズ間隔の調整機構を装備し、スクリーン上
に投写された映像が最良の状態となるように、投写レン
ズ系の一部もしくは全体においてレンズ間隔を調整，制
御することを特徴としている。

本発明を完成するに際して、本発明者らは投写レンズ系
の環境温度変化に伴うレンズ温度の変動及びスクリーン
上での映像の画質の変動挙動を検討した。

以下、これら検討結果を説明し、本発明の動作原理を明
らかにする。

第９図は、本発明の実験的検討過程において使用したレ
ンズ系を示す側面図である。同図において、101はCRTガ
ラスの前面（物体面）、102はCRTガラスの後面、103は
第１レンズの前面、104は第１レンズの後面、105は第２
レンズの前面、106は第２レンズの後面、107は第３レン
ズの前面、108は第３レンズの後面、109は像面（スクリ
ーン面）である。

第9A図は、第９図に示した光学系の詳細データを示す説
明図である。同説明図において、面No.101の欄を説明す
ると、先ずこの101とは、CRTガラスの前面101を指し、
この面の曲率半径が∞（すなわち平坦な面）であり、次
に続くCRTガラスの後面102との間隔が10.07mmであり、
面101と102の間にあるCRTガラスの屈折率が1.540018で
あり、以下、面101の円錐定数CC、４次,6次,8次,10次の
各非球面係数であるAD,AE,AF,AGがそれぞれ０であり、
有効半径が63.5mmであることを示している。

以下、同様に面No.102の欄を説明すると、CRTガラスの
後面102は、曲率半径が∞（平坦面）、次の第１レンズ
の前面103までの間隔が5mm、面102と103の間にある空気
の屈折率が１であることを示している。以下、同様であ
る。

さて、第９図に示す投写レンズ系を、図示せざるCRTに
取付け、ブラウン管（CRT）上の映像をスクリーン上に
投影し、その画質をMTF（Modulation Transfer Functio
n）により評価、検討した。

使用した上述の投写レンズ系は、すべてアクリル樹脂で
構成されており、レンズ面は第9A図のレンズデータに示
すように非球面形状を多用した構成となつている。

ブラウン管（CRT）の発熱により、面No.103,104で構成
される第１レンズの温度は20℃から80℃まで上昇、同様
に面No.105,106で構成される第２レンズは20℃から70℃
まで上昇した。

この結果20℃でスクリーン面上に最良像面を一致させ、
光学性能を最良状態に調整したレンズ系は、温度上昇に
伴い、その最良像面がスクリーン前方80mmの所に移動
し、スクリーン上の映像には画質劣化を生じた。このた
め、相対像高を横軸にとつて表わした前記MTFの特性値
は20℃の第10図（ａ）に示す測定結果から第10図（ｂ）
に示す測定結果へと、大幅に光学性能が劣化することが
確認された。

なお、第10図において、実線で示したサジタルとは、直
角方向の解像度を意味し、破線で示したメリジオナルと
は半径方向の解像度を意味している。

また投写レンズ系の温度上昇に伴い初期状態では観測さ
れなかつた３色（赤色，青色，緑色）の原色画像の色ず
れが発生し、映像の画質を低下させることが確認され
た。

すなわち環境温度の変動に対しても、常に良好な画質を
提供するためには、投写レンズ系の温度変化により生ず
る焦点ずれ、色ずれを補償することが不可欠であること
が明らかとなつた。

本発明者らは、映像の画質劣化を改善する手法を種々検
討した結果、投写レンズ等のレンズ間距離を調整するこ
とにより対処できることを見出した。すなわち第９図に
示す投写レンズ系においては、第２レンズをスクリーン
側へ0.45mm移動させることにより最良像面を初期状態に
戻すことができた。この結果光学性能であるMTFの特性
値は第10図（ｃ）に示すように初期状態と同等レベルを
確保できることを確認した。

また色ずれについては、CRTに供給される映像信号を調
整することにより対処できることを確認した。また映像
信号の調整は、３原色画像の各画像の倍率と位置を調整
する必要があつた。しかしながら、それに伴うコンバー
ゼンスへの影響は僅かであり、画面上の適当な位置で、
３色の各原色画像の色ずれを補正すれば、画面全体の色
ずれを改善できることが確認された。

本発明は、上記した調整法を、スクリーン映像を検知す
るセンサと、投写レンズ系におけるレンズ間隔を調整す
るレンズ駆動装置を装備することにより、自動的に実現
するものと云うことができる。

本発明においては、CRT上で映像画面として利用してい
ない部分（投写形カラーテレビジョン受像機では、CRT
の全面を使用せず、余裕をもつて中央部を使用している
ので他にスペースがある。）に、スクリーン上での映出
画像の画質を検知するためのインデツクス映像を作り、
このインデツクス映像をセンサをセンスすることによ
り、投写レンズ系を通過しスクリーンに映出された画像
の画質を検知するようにしている。本発明は、いわゆる
レンズ系を通したパツシブな理想的な像ずれ対策法を実
施するものということができる。

以上で本発明の動作原理が大凡理解されたであろう。

〔発明の実施例〕

次に図を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す説明図である。第１図
において1_a〜1_cおよび2_a〜2_cはそれぞれラインセンサ、
３はスクリーン、４はスクリーン枠、５は前置増幅器、
６は合焦判定回路、７はパルス比較回路、８はラスタ調
整回路、９はモータ駆動回路、10はインデツクス信号発
生回路、11は信号合成回路、12は映像信号発生回路、13
_a〜13_cは投写用のレンズ、14_a〜14_cはCRT、15_a〜15_bは
駆動モータを示す。

第２図は第１図におけるスクリーン部分の断面図を示
す。

第２図において16は透明板（スクリーン枠４を構成する
透明板）、１はラインセンサを示す。

第３図は合焦（スクリーン上に投写された画像のピント
が合つていること）、非合焦時のラインセンサ検出々力
に含まれる高域成分出力電圧の変化状況を示したもの
で、横軸は合焦時の焦点位置に対する焦点位置ずれ量を
示す。

第４図は原色画像の位置ずれと大きさが異なつた場合と
一致した場合のラインセンサ上の各色の光量分布を示し
たもので、横軸はラインセンサ上の位置を示す。

すなわち、第４図（ロ）の緑色インデツクス映像の光量
分布l₁を基準にすると、（イ）の赤色インデツクス映像
の光量分布l₂は、l₂＜l₁であるから、赤色画像は緑色画
像より大きさが小さいことが分かる。また、（ハ）の青
色インデツクス映像の光量分布より、青色画像は、緑色
画像と大きさは同じであるが、位置がΔｌだけずれてい
ることが分かる。

第４図（ニ），（ホ），（ヘ）は、赤，緑，青の三原色
画像が大きさも位置もすべて揃つていることを示す。

第５図はCRT（管面）上に映出された画像とインデツク
ス映像の位置関係を示す説明図である。第５図におい
て、21は管面、22は画像の映出部、23a,24aはそれぞれ
インデツクス映像を示す。

再び第１図に戻り、本実施例による投写形カラーテレビ
ジヨン受像機は、CRT14_a〜14_cに３原色画像を映出さ
せ、その映像をレンズ13_a〜13_cにより同一スクリーン３
上に投写し、カラー映像を得る装置である。さらに本実
施例はCRTの発熱によつてレンズ形状が変化し焦点位置
が移動して映像が劣化（ピンボケ）する現象を構成レン
ズのレンズ間隔を移動させて像の劣化を防ぐ装置であ
る。さらに本実施例は発熱によつてレンズ形状が変化
し、投写している各原色映像の位置ずれと大きさの違い
を自動補正する装置である。

以下第１図により本実施例の動作について説明する。

スクリーン部分は、スクリーン３とその上部と右部に各
々３個のラインセンサ1_a，1_b，1_cおよび2_a，2_b，2_cが配
置されている。ラインセンサは第２図の１に示すように
投写光束の結像するスクリーン面と同一平面上に配置さ
れ、透明板16を介してCRT管面方向と面している。

第５図は赤色のCRTの映出時の管面の状態を示し、イン
デツクス映像23_a，24_aは各々ラインセンサ1_a，2_aの上に
投写される。これは、図示しない他の緑色，青色のCRT
についても同様で、緑色のインデツクス映像はラインセ
ンサ1_b，2_bに、青色のインデツクス映像はラインセンサ
1_c，2_cに各々投写される。また３原色の画像が全て合焦
して重なり、一つのカラー映像を再生している状態の
時、ラインセンサ1_a〜1_cのラインセンサ上の光量分布は
等しく、ラインセンサ2_a〜2_c上のラインセンサ上の光量
分布も等しくなるように調整をする。

従つて以下、インデツクス映像のラインセンサ上の位置
と大きさが映像を代表しているものと考える。

CRTが発熱してレンズ及びレンズ保持部材の温度が上昇
すると、レンズ形状が変化して結像状態が変化し、その
結果各原色のインデツクス映像はラインセンサ上でぼけ
た像となる。インデツクス映像がラインセンサ上で合焦
して結像するとエツジの明確な空間周波数の高域成分が
強い映像となる。しかしインデツクス映像がラインセン
サ上で結像しない場合はエツジがぼけた、空間周波数の
高域成分の弱い映像となる。

ラインセンサ出力信号は前置増幅器５に入力後、合焦判
定回路６に入力する。合焦判定回路６は図示せざる高域
通過フイルタと検波回路と記憶回路により構成される。
ラインセンサを一定の速度で走査すると、空間周波数に
比例した電気信号が得られる。その結果、合焦した場合
は、電気信号の高域成分の出力電圧は最も高くなり、非
合焦時は低くなる。

第４図は、先にも説明したように合焦時と非合焦時のラ
インセンサ出力信号の高域成分の出力電圧を示す。合焦
判定回路６は、レンズとCRTとの間隔を徐々に変化させ
た時のラインセンサ出力の高域成分出力電圧が最大とな
る方向にレンズ移動用モータ15をモータ駆動回路９で駆
動する。この動作を各原色の光学系について行ない、合
焦させる。

次に上述した原色映像の位置ずれと大きさの補正につい
て説明する。

本実施例では、特に視感度の高い緑色映像の位置を基準
とした。第４図は、原色映像の位置ずれと大きさの補正
の説明を行なうための図であり、上図つまり（イ），
（ロ），（ハ）は補正前、下図つまり（ニ），（ホ），
（ヘ）は補正後を示す。

第４図の上図（イ），（ロ），（ハ）において、緑色の
インデツクス映像のラインセンサ上における光量の分布
l₁を基準にすると、赤色の光量の分布1₂はl₁に比べて小
さい。また青色の光量の分布は緑色と同じだが、Δｌだ
けずれている。

各原色映像とインデツクス映像の寸法の比を等しくする
と、赤色の映像は小さく、青色の映像は緑色に対してず
れている事になる。この赤色と青色のインデツクス映像
に基づくパルス出力の大きさと位相とを緑色の同様のパ
ルスと比較し、一致するようにCRTのラスタ形状と位置
の調整を行なうラスタ調整回路８を組込む事により、原
色映像の位置ずれと大きさの補正が実現できる。

第６図は本発明の第二の実施例を示す説明図である。

第６図において31,32はラインセンサ、33は前置増幅
器、34はインデツクス信号発生回路を示す。

インデツクス信号発生回路34は、各原色のCRT管面に原
色の映像を映出する他、各映像の上部中央と右部中央の
各々、通常はブランキング信号によつて映出されない部
位にインデツクス映像を映出する。この映出のタイミン
グは、赤，緑，青の順番に交代で行なわれ、一瞬一瞬
は、いずれかの原色のみが映出される。このインデツク
ス映像とスクリーン３に投写される映像との大きさの比
は、第一の実施例に示すように一定である。

このインデツクス映像は、スクリーンの上部と右部に設
けたラインセンサ31,32で受光し、前置増幅器33に入力
後、合焦判定回路６に入力される。

合焦判定回路６は、高域成分の出力電圧が最大となるよ
うにCRTとレンズの間隔を調節するモータ15を駆動する
モータ駆動回路９を駆動する。前置増幅器33は、原色が
混合しないように、インデツクス信号発生回路34の出力
信号によるスイツチ作用も有し、前置増幅器33の出力
を、各原色毎に設けた合焦判定回路６の入力に接続する
ことにより合焦動作を行なう。

また、原色映像の位置ずれと大きさの補正についても、
前置増幅器33のスイツチ作用により、原色毎順次的に行
なわれ、第一の実施例と同様の方法で補正される。

第７図は本発明の別の実施例を示す説明図、第８図は第
７図における要部の拡大説明図、である。

これらの図に示す実施例は、合焦動作時に生ずる各原色
映像の画面ずれの内、縦方向の倍率と横方向の倍率とを
等しく構成した例である。

第７図において、前記の第１図〜第６図におけるのと同
等物には、同符号を付けてある。そのほか、51_aと51_b，
52_aと52_b，53_aと53_bはそれぞれスクリーン３の上部に並
列に２本ずつ配置したラインセンサ、54は、上記並列に
２本ずつ３組配置したラインセンサ、例えば51_aと51_bの
出力信号電圧E_1aとE_1bとの和信号電圧E_1s＝E_1a＋E_1b及
び差信号電圧E_1D＝｜E_1a−E_1b｜とを得る為の演算回
路、55は上記差信号電圧E_1Dにより、縦方向位置ずれを
補正する縦方向ラスター調節回路、56は上記和信号E_1s
を入力とする前置増幅回路、57は合焦状態判定回路、58
はパルス比較回路、59は横方向位置ずれと大きさのずれ
を補正するラスター調節回路である。

又、第８図は、１組のラインセンサ51_aと51_b（52_aと5
2_b，53_aと53_bとおいても同様）とインデツクス映像60と
の位置関係を示した説明図であり、インデツクス映像60
が、ラインセンサ51_aと51_b両者にまたがつて投写される
様子を示している。

合焦動作は以下の如く、前記実施例と同様に行なう。演
算回路54により得られた和信号電圧E_1sを用い、前置増
幅回路56及び合焦状態判定回路57及びRGBモータ駆動回
路９により、前記実施例の場合と同様に高域成分出力電
圧が最大となる様にレンズ13を駆動し、合焦動作を行な
う。

この合焦動作時により生じる映像の大きさと位置ずれの
補正は、以下の如く行なう。まず、映像の大きさのずれ
は、前記実施例の場合と同様に赤色，緑色，青色のイン
デツクス映像によるラインセンサからの出力波形の幅を
一致させるように、ラスター調整回路59により、CRT管
面上の画像を調整して行なう。

また、同様に、横方向位置ずれはラインセンサからの出
力波形の位置を一致させる様、ラスター調整回路59によ
り、CRT管面上の映像を調整して行なう。

次に縦方向の位置ずれは、以下の如く行なう。ラインセ
ンサの出力信号強度は、受光量すなわち受光面積と光の
強さの積に比例する。この為、インデツクス映像60の光
の強さを一様にすると、ラインセンサ51_aと51_bとの出力
信号電圧E_1aとE_1bとが等しい、すなわち演算回路54から
の差信号E_1Dが零となる時は、ラインセンサ51_aのインデ
ツクス映像60による受光面積ａと、ラインセンサ51_bの
インデツクス映像60による受光面積ｂが等しくなる時の
みである。

そこで、赤色，緑色，青色のそれぞれ２本１組のライン
センサ51_aと51_b，52_aと52_b，53_aと53_bにより得られる差
信号E_1D，E_2D，E_3Dをすべて零とする如く、縦方向ラス
ター調節回路55によりCRT管面上の映像を調整する事に
より、縦方向の位置ずれを補正する事ができる。

以上述べた様に、合焦動作時における縦方向及び横方向
への映像の大きさ、ずれが等しい場合には、スクリーン
上方にのみ設けられた２本の並列に配置されるラインセ
ンサ３組により、温度変化時に生じる映像の画質劣化を
補正することができる。また、この時、第２の実施例と
同様に、赤色，緑色，青色のインデツクス映像を順次同
じラインセンサ位置に投写し、合焦および大きさと位置
ずれの補正動作を行なわせる事により、スクリーン上部
に並列に配置した２本のラインセンサのみでも同様の効
果が得られる事は明らかである。

第11図は本発明の更に別の実施例における要部を示す断
面図である。すなわちCRTに冷却液等を介して取付けら
れたレンズを移動させる場合のレンズ取付部の構造例を
示す断面図である。

同図において、61は冷却液等を満たした主室、62は主室
61を形成する部材で、かつ光軸方向に伸縮する伸縮部
材、63は伸縮部材62を保持するCRTに取り付けた保持
枠、64は放熱板、65は副室であり、シリンダ66とピスト
ン67とで構成され、主室61とは接続管68によりつながつ
ている。69は固定レンズ70を保持し、かつ可動レンズ枠
71を、光軸72方向に案内する保持部材、73は可動レン
ズ、74は伸縮部材62と可動レンズ枠71とをつなぐ部材、
75は可動レンズ枠71を動かす駆動ギア、である。

次に可動レンズ73の移動動作について述べる。

すでに述べたように、モータ等により駆動ギア75を回動
させると、駆動ギアの回転が可動レンズ枠71に設けたラ
ツクに伝えられ、可動レンズ枠71は、固定レンズ枠の案
内部69_aで案内されて光軸方向に動く。このとき主室61
の体積が変化するが副室65を構成するピストン67が可動
することによりこの体積変化分は吸収できるようにして
ある。また主室61内に封じ込めた冷却液の温度変化に伴
う体積変化分も、この副室65により吸収できるようにし
てあり、主室61の圧力変化による液もれ等の悪影響ので
ないようにしてある。

上記実施例においては、画像を３原色に分けた例を示し
たが、３原色に分ける必要がなく、１つの場合でも同じ
である。

〔発明の効果〕

従来、投写形カラーテレビジヨン受像機においては、周
囲温度の変化による影響が投写レンズ系に現われてスク
リーン上での映像の画質を劣化させていたが、本発明に
よれば、スクリーン上での映像の画質を常に検知しなが
ら、それに従つて投写レンズ系を制御できるようにした
ので、常に良好な映像状態を保持できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図は第１
図におけるスクリーン部分の断面図、第３図はラインセ
ンサ検出々力に含まれる合焦、非合焦時の高域成分出力
電圧の変化状況を示したグラフ、第４図はラインセンサ
上の各色の光量分布の説明図、第５図はCRT管面上の映
出画像とインデツクス映像の位置関係を示す説明図、第
６図は本発明の他の実施例を示す説明図、第７図は本発
明の別の実施例を示す説明図、第８図は第７図における
要部の拡大説明図、第９図は本発明の実験的検討過程に
おいて使用したレンズ系を示す側面図、第9A図は第９図
に示したレンズの詳細データを示す説明図、第10図
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ本発明の実験的検討
過程において得られた光学性能評価図、第11図は本発明
の更に別の実施例における要部を示す断面図、である。符号の説明 1_a〜1_c，2_a〜2_c,31,32,51_a，51_b，52_b，53_a，53_b……ラ
インセンサ、6,57……合焦判定回路、7,58……パルス比
較回路、8,59……ラスタ調整回路、10……インデツクス
信号発生回路

フロントページの続き (72)発明者安積隆史神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内 (72)発明者高見穣神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所家電研究所内 (56)参考文献特開昭60−227241（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示部材から光学系を介して画像をス
クリーンに投写することによりカラー画像を該スクリー
ン上に映出するようにした投写形カラーテレビジョン受
像機において、前記スクリーン上での投写画像の合焦不良に起因する画
質劣化を検出する手段と、該検出手段による画質劣化の
検出出力により前記光学系におけるレンズ間隔を調整し
て画質劣化を改善する手段と、を具備し、かつ前記画質劣化検出手段は、前記画像表示部材上での画像
領域の外に所定の合焦用画像を発生させる手段と、この
画像のスクリーン上での映像を検出する受光手段と、か
ら成り、かつ前記合焦用画像は、濃淡を表わす２値信号パターンから
なり、前記受光手段はこの２値信号パターンのコントラ
ストを表わすものとして該２値信号に含まれる高域周波
数成分を検出して前記画質劣化改善手段に伝え、該画質
劣化改善手段は、このコントラストを表わす高域周波数
成分が最大となるように前記光学系におけるレンズ間隔
を調整するようにしたことを特徴とする投写形カラーテ
レビジョン受像機の合焦装置。