JPH0754986B2

JPH0754986B2 - プロジェクションテレビ

Info

Publication number: JPH0754986B2
Application number: JP4061756A
Authority: JP
Inventors: 宗一桜井; 京平福田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPH05145938A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】本発明は、テレビ画像などの画像
発生源に表示された画像を、投写レンズなどの光学的手
段を用いてスクリーン上に拡大投写するプロジェクショ
ンテレビにおいて、色収差を低減しフォーカス特性を向
上したプロジェクションテレビに関するものである。【０００２】【従来の技術】画面サイズ４０〜７０インチの大画面の
テレビ画像を実現させるために、現在、小型ブラウン管
の前面に拡大投写レンズを配置し、小型ブラウン管の蛍
光面に映し出された映像を７〜１５倍程度に拡大してス
クリーン上に投写するシステムが普及してきた。その普
及を支える技術的要因の１つとして、量産性に優れるプ
ラスチックを材料としたレンズ素子の製造が可能となっ
た点があげられる。さらに最近では、高解像度化を目的
として、色収差を改善した投写レンズの必要性が高まっ
ている。【０００３】しかしながら、上記のシステムにおいて、
色収差補正をプラスチックレンズで行なうことは、レン
ズ枚数の増加を招き、プラスチックレンズ本来のメリッ
トであった軽量化、低コスト化を著しく損なうものとな
ってしまうために、色収差の改善は事実上行なわれてい
なかった。【０００４】これに対し、上記の状況を考慮した色収差
の従来の改良例として、実開昭５７−１８０９５７号公
報、特開昭５８−１３４５９２号公報、特開昭５７−３
７９９０号公報に開示されている技術が提案されてい
る。これらは吸収フィルタを採用し、小型ブラウン管の
発光スペクトルのうちの不必要な波長成分をカットし色
収差を改善しようとするものである。【０００５】【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
色収差は改善されるものの画像の輝度が低下し、この点
についてさらに配慮する必要があった。【０００６】さらに、特開昭５８−１３４５９２号公報
の技術においては、スクリーン画面中央部と周辺部とで
の白バランスが異なることとなり、画面上に色むらが発
生してしまうという問題点があった。【０００７】本発明の目的は、上記の従来の問題点を解
決し、スクリーン画面上の色収差の低減及び輝度損失を
最小限におさえて達成するとともに、画面上の色むらを
低減したプロジェクションテレビを提供することにあ
る。【０００８】【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のプロジェクションテレビにおいて、波長に
対し所望の分光透過率特性を有する透過性波長選択材料
からなるフィルタを前記投写レンズに設け、前記フィル
タのレンズ径方向の透過率特性の変化が、３原色の赤、
緑、青用の投写レンズごとに異なるようにし、最適化し
た構成とする。【０００９】【作用】上記の構成のプロジェクションテレビにおい
て、投写レンズの光軸付近を通り明るさに対する寄与の
大きい光線に対し、投写レンズの光軸付近では透過率が
相対的に大きいことから、明るさの低下が少なくなる。
また、投写レンズの外周部付近を通り明るさに対する寄
与の少ない光線に対しては、投写レンズの外周部付近の
透過率を相対的に小さくすることにより、色収差の低減
を図ることができる。また、レンズの中心軸からの径
方向位置による前記フィルタの透過率の変化を、３原色
の赤、緑、青の各色用の投写レンズごとに最適化するこ
とにより、スクリーン上で赤、緑、青の３色の画像を合
成した画像において、スクリーン中心部付近と周辺部で
のホワイトバランスのくずれはほとんど問題ない水準と
なる。【００１０】これにより、スクリーン画面上の色収差の
低減を、輝度損失を最小限におさえて達成できるととも
に、画面上の色むらは良好なものとなる。【００１１】【実施例】以下、本発明の第一の実施例を図１ないし図
５により説明する。【００１２】図１は本発明の第一の実施例としての投写
レンズの要部を示す断面図であり、１は第１のレンズ素
子、２は第２のレンズ素子、３は第３のレンズ素子であ
る。この投写レンズは、第１のレンズ素子１が画像発生
源たる小型ブラウン管（図示せず）側、第３のレンズ素
子３がスクリーン（図示せず）側となるように配置され
る。４はフィルタであり、第２のレンズ素子２のスクリ
ーン側の光出射面に設けられている。【００１３】上記のフィルタ４の、第２のレンズ素子２
の中心軸からの径方向位置Ｒにおける分光透過率をＴ
_F(λ，ｒ)とする。ここに、λは光の波長である。ま
た、ｒはレンズ素子２の中心軸からの径方向の距離の、
有効半径Ｒ_Oに対する相対値として定義され、次式で表
される。【００１４】【数１】【００１５】説明を簡単にするため、波長λの変化によ
る分光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)の変化と、径方向相対位置ｒ
の変化による分光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)の変化が独立であ
ると仮定すると、分光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)は次式で表さ
れる。【００１６】【数２】【００１７】ここに、ρ(λ)は波長λの光の透過率、Ｐ
(ｒ)は径方向相対位置ｒにおける透過率である。【００１８】図２は、上記のフィルタ４の、径方向相対
位置ｒにおける透過率Ｐ(ｒ)の例を示す図である。図２
において、透過率Ｐ(ｒ)は次式で与えられ、レンズの径
方向の相対位置ｒが大きくなるにしたがって小さくなる
特性を有する。【００１９】【数３】【００２０】ただし、αは０＜α≦１を満たす任意の定
数、βはβ＞０を満たす任意の定数である。【００２１】上記のような分光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)を有
するフィルタ４を第２のレンズ素子２の表面に設けたと
きの、投写レンズの明るさの低下と色収差の改善との関
係について明らかにするため、まず、投写レンズの明る
さから説明する。【００２２】フィルタ４に入射する画像光の光エネルギ
Ｅ_Iと、フィルタ４を透過し出射する画像光の光エネル
ギＥ_Oは、それぞれ次式で与えられる。【００２３】【数４】【００２４】【数５】【００２５】ここで、Ｃ(λ)は、フィルタ４に入射する
小型ブラウン管からの光の、第２のレンズ素子２の光軸
に垂直な単位面積あたりのエネルギーの分光スペクトル
特性であり、光の波長λにより異なる値をとる。説明を
簡単にするため、フィルタ４の径方向相対位置ｒに無関
係と仮定する。【００２６】このとき、フィルタ４の入射光のエネルギ
Ｅ_Iに対する出射光のエネルギＥ_Oの比により投写レンズ
の明るさを評価するものとし、この比を輝度Ｂと定義す
ると、数４、数５、及び数２より、輝度Ｂは次のように
なる。【００２７】【数６】【００２８】数６において、小型ブラウン管からの光の
分光スペクトル特性Ｃ(λ)が、離散的な波長λ_iに対す
るデータＣ(λ_i)として与えられるときは、数６は次式
のようになる。【００２９】【数７】【００３０】さらに、数７において、数３のＰ(ｒ)を用
いると、Ｂは次式のようになる。【００３１】【数８】【００３２】ここでＫ₁は、次式で表される。【００３３】【数９】【００３４】数８のＫ₁は、フィルタの種類、及び小型
ブラウン管の発光スペクトルにより一義的に決まる定数
である。【００３５】次に、色収差特性について、レンズの倍率
色収差（横色収差とも呼ばれる）に着目して以下説明す
る。【００３６】図９は、公知の倍率色収差の概念を示す概
略図であり、簡単のため、レンズ厚さが極めて薄い一般
的な薄肉凸レンズについて描いてある。【００３７】図９において、５は薄肉凸レンズであり、
ある分光スペクトルを有する光線のうち主波長の光線９
が、薄肉凸レンズ５の光軸上の物点Ｌから、薄肉凸レン
ズ５の径方向相対位置ｒを通り、光軸上の像点Ｍに収束
するとき、主波長と異なる波長λの光線１０は、物点Ｌ
から、薄肉凸レンズ５の径方向相対位置ｒを通り、像点
Ｍ′に収束する。【００３８】このとき、像点Ｍを含む像面において、倍
率色収差Ｈ(λ，ｒ)は、径方向相対位置ｒに比例し、次
式で表される。【００３９】【数１０】【００４０】ここで、ｈ(λ)は、光の波長λにより異な
る定数である。【００４１】このとき、波長λの光による倍率色収差Ｈ
(λ，ｒ)の、径方向相対位置ｒ、径方向相対位置ｒにお
ける分光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)、及び投写型ブラウン管か
らの光の分光スペクトル特性Ｃ(λ)を考慮して加重平均
を求め、これを輝線幅Ｄと定義すると、輝線幅Ｄは次式
となる。【００４２】【数１１】【００４３】数２、数１０を数１１に代入すると、輝線
幅Ｄは、次のようになる。【００４４】【数１２】【００４５】数１２において、小型ブラウン管からの光
の分光スペクトル特性Ｃ(λ)が、離散的な波長λ_iに対
するデータＣ(λ_i)として与えられるときは、数１２は
次式のようになる。【００４６】【数１３】【００４７】さらに、数１３において、数３のＰ(ｒ)を
用いると、輝線幅Ｄは次式のようになる。【００４８】【数１４】【００４９】ここでＫ₂は、次式で表される。【００５０】【数１５】【００５１】数１５において、Ｋ₂は、フィルタの種
類、投写型ブラウン管の発光スペクトル、及びレンズの
倍率色収差により一義的に決まる定数である。【００５２】以上において導いた輝度Ｂと輝線幅Ｄにを
用いて、前記の分光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)を有するフィル
タ４を第２のレンズ素子２の表面に設けたときの、投写
レンズの明るさの低下と色収差の改善との関係につい
て、以下に説明する。【００５３】図３、及び図４は、輝線幅Ｄを、輝度Ｂを
パラメータとして図示したものであり、図３ではα、図
４ではβをそれぞれ横軸にとっている。縦軸は、最大値
（Ｐ(ｒ)＝１のとき）で正規化している。たとえばＢ＝
０．９を仕様値とした場合、輝線幅Ｄを最小とする条件
は、図３、図４において、α＝１．０、β＝１８．０で
あり、このとき輝線幅Ｄは０．９５となることがわか
る。【００５４】実際のスクリーン上における輝線において
は、その半幅には倍率色収差Ｈ(λ，ｒ)の加重平均Ｄに
おいて上記の係数Ｋ₂の効果が加わる。【００５５】図５に、フィルタ４の分光透過率Ｔ_F(λ，
ｒ)のうち波長λに依存する透過率ρ(λ)を、前記の緑
用の投写型ブラウン管の発光スペクトルとあわせて示
す。図５の投写型ブラウン管の発光スペクトル、透過率
ρ(λ)の場合、上記の係数Ｋ₂は約０．５５となり、輝
線の半幅は０．５２（＝０．９５×０．５５）となり、
本発明により４８％改善される。【００５６】上記は、Ｂ＝０．９の場合であるが、Ｂの
値はこれに限定されるものではなく、Ｂ＝０．８ないし
０．９５程度の範囲であれば、本発明を有効に実施する
ことができる。この場合の輝線幅は、フィルタがない場
合の輝線幅に比べ、約４５ないし６１％改善される。【００５７】実際に図２の径方向相対位置ｒにおける透
過率特性を有するフィルタをレンズ素子表面に試作し実
測したところ、ほぼ上記の計算結果に近い性能を得た。【００５８】一方、図５に示した透過率特性を有するフ
ィルタ４をレンズ素子の表面に設け、そのレンズを緑色
の小型ブラウン管と組み合わせたとき、小型ブラウン管
の発光スペクトルのうち、赤、青のスプリアス成分はフ
ィルタ４により低減されるので、緑の色純度が向上する
効果がある。【００５９】次に、本発明の第二の実施例を図６により
説明する。【００６０】図６は本発明の第二の実施例としての投写
レンズの要部を示す断面図であり、１は第１のレンズ素
子、２は第２のレンズ素子、３は第３のレンズ素子、７
は画像発生源としての小型ブラウン管のフェイスパネ
ル、８は小型ブラウン管の蛍光面である。４はフィルタ
であり、第３のレンズ素子３の小型ブラウン管側の光入
射面と、スクリーン側の光出射面の２面に設けられてい
る。【００６１】図６から明らかなように、この投写レンズ
では、第２のレンズ素子２が他のレンズ素子に比較して
レンズ面の曲率半径が小さく、この投写レンズ全体が有
する全屈折力のうちの主たる屈折力を分担している。【００６２】図６において、小型ブラウン管の蛍光面上
の各物点からの出射光束１１は、いずれもその一部が第
３のレンズ素子３の外周部付近を通っている。一部の物
点からの出射光束がレンズ素子の外周部付近を通らず、
中心付近のみを通過するような場合には、スクリーン上
の画面において、場所によって色収差が大きくフォーカ
ス特性が低下したり、３原色の色純度が低下して画面に
色むらを生じたりすることがある。上記のように、蛍光
面上の各物点からの光線に対し、ほぼ均一にフィルタ効
果を奏する位置にレンズ素子を配設し、そのレンズ素子
のレンズ面にフィルタ４を設けるのが最も望ましく、そ
の場合に本発明は最も効果的に実施することができ、色
収差の少ない良好なフォーカス特性が得られるととも
に、画面の色むらがほとんどなくなる効果がある。ま
た、本実施例のように、フィルタ４を設けるレンズ素子
が、投写レンズ全体が有する全屈折力のうちの主たる屈
折力を分担しているレンズ素子よりスクリーン側に位置
するときには、フィルタ４において反射光が発生して
も、その反射光のうち投写管の蛍光面にまで戻る光は極
めて少なく、したがって、その戻り光が蛍光面で拡散反
射されて迷光となる光が極めて少ないことから、画像の
コントラストがよくなる効果もある。【００６３】本実施例では、第３のレンズ素子３の小型
ブラウン管側の光入射面と、スクリーン側の光出射面の
２面にフィルタ４を設ける構成としたが、前記の第一の
実施例と同様に、レンズ素子３の光入射面、光出射面の
いずれか１面にのみフィルタ４を設ける構成としてもよ
い。このとき、レンズ素子３の光入射面にのみフィルタ
４を設ける場合は、レンズ素子３の光出射面にのみフィ
ルタ４を設ける場合より、フィルタ４における上記の反
射光のうち投写管の蛍光面にまで戻る光が少なく、さら
にコントラストが良好となる。一方、レンズ素子３の光
出射面にのみフィルタ４を設ける場合は、レンズ素子３
の光入射面にのみフィルタ４を設ける場合より、フィル
タ４に対する光の入射角が相対的に小さくなることか
ら、フィルタ効果がより均等に働き、画面上の色むらが
少なくなる効果もある。【００６４】一方、フィルタ４の径方向相対位置ｒにお
ける透過率Ｐ(ｒ)は、図２に示した特性に限定されるも
のではない。【００６５】図７は、フィルタ４の径方向相対位置ｒに
おける透過率Ｐ(ｒ)の他の例を示す図である。【００６６】図７に示した透過率Ｐ(ｒ)の例において
は、ｒ＝０．８８付近で透過率Ｐ(ｒ)の線が折れ曲がっ
ている。透過率Ｐ(ｒ)がこのような特性であっても、上
記の第一、第二の実施例と同様の効果がある。【００６７】次に、本発明の第三の実施例を図８により
説明する。【００６８】図８は本発明の第三の実施例としての投写
レンズの要部を示す断面図であり、１は第１のレンズ素
子、２は第２のレンズ素子、３は第３のレンズ素子であ
る。【００６９】本実施例においては、第３のレンズ素子３
全体をフィルタ４としており、フィルタ４の分光透過率
をＴ_F(λ，ｒ)は前記の第一、第二の実施例と同様とす
る。本実施例の構成によっても、前記の実施例と同様の
効果を得ることができる。【００７０】一方、上記の各実施例では、特に緑色の小
型ブラウン管用の投写レンズに絞って説明したが、同様
の考え方を赤用、青用の投写レンズにも適用できる。こ
の場合、スクリーン上で赤、緑、青の３色の画像を合成
した画像において、スクリーン中心部付近と周辺部での
ホワイトバランスがくずれて色むらを生じてしまうこと
がある。その理由は、赤用、緑用、青用の投写レンズの
位置が異なるために、周辺部での射出瞳形状がそれぞれ
で若干異なり、３色の輝度比が中心部と周辺部で一定に
保たれなくなってしまうことによる。その解決策とし
て、フィルタ４の径方向相対位置ｒにおける透過率Ｐ
(ｒ)を、赤用、緑用、青用で異なる特性とすれば、ホワ
イトバランスのくずれはほとんど問題ない水準となる。
たとえば、赤に対してはα＝１．０、β＝２０．５、緑
に対しては、α＝１．０、β＝１８．３、青に対しては
α＝１．０、β＝２２．２とすればよい。【００７１】なお、フィルタとしては、上記の各実施例
においては専ら染料、顔料等の物質による光の吸収を利
用する吸収フィルタを念頭において説明したが、フィル
タはこれに限定されるものではない。【００７２】一般に光学的なフィルタは、材料面からは
上記の吸収フィルタと、誘電体薄膜や金属薄膜の多層膜
からなる干渉フィルタとに大別される。フィルタの分類
については、たとえば、「光学技術ハンドブック」（株
式会社朝倉書店発行、昭和４５年３月５日３版）第９章
第９.６節（第６９５頁ないし第７１８頁）、「応用分
光学ハンドブック」（株式会社朝倉書店発行、昭和４８
年１１月２５日初版）第ＩＩ編第１章第１.３節（第２
５９頁ないし第２８４頁）、「新編色彩科学ハンドブッ
ク」（財団法人東京大学出版会発行、昭和５７年７月２
５日第４刷）第２１章（第７４５頁ないし第７９４
頁）、「光学的測定ハンドブック」（株式会社朝倉書店
発行、昭和５６年７月２５日初版第１刷）第Ｉ編第２章
第２.６節（第８２頁ないし第８７頁）などの文献に詳
述されている。【００７３】干渉フィルタにおいては、フィルタ４の分
光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)のうち波長λに依存する透過率ρ
(λ)は、多層膜の構成に依存して決まる。また、フィル
タ４の径方向相対位置ｒにおける透過率Ｐ(ｒ)は、レン
ズ素子の外周部付近の多層膜の構成を、レンズ中心部付
近の多層膜の構成と異なるようにすることにより、径方
向相対位置ｒに対して変化する特性を付与することがで
きるが、フィルタの製造工程が非常に手間のかかる工程
となる。【００７４】一般に、投写型ブラウン管の蛍光面から投
写レンズを経てスクリーンに至る光線は、投写レンズの
レンズ素子を通過するとき、レンズ素子の光軸付近では
フィルタに対する入射角が小さく、フィルタ面に対して
ほぼその法線方向に近い方向から入射するのに対し、レ
ンズ素子の外周部付近ではフィルタに対する入射角が大
きく、フィルタ面に対して斜めに入射する。このとき、
波長λに対する分光透過率ρ(λ)の特性は、短波長方向
にずれる。したがってフィルタの分光透過率ρ(λ)の特
性を、投写型ブラウン管からの光がフィルタ面に対して
ほぼ法線方向に入射するときに、投写型ブラウン管の発
光スペクトル中の主波長成分の光を選択的に透過するよ
うな特性となるよう多層膜を構成すれば、径方向相対位
置ｒが大きくなるレンズ素子の外周部付近では自ずと透
過率Ｐ(ｒ)は低下することになる。ただし、この場合、
透過率Ｐ(ｒ)は径方向相対位置ｒだけではなく、波長λ
にも依存する。このため前記の第一の実施例において説
明したような近似的計算はそのまま適用できず、効果の
見積りにはより精密な計算を必要とするが、本発明の本
質は十分に達成できる。【００７５】【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、プ
ロジェクションテレビにおいて、プラスチックレンズの
本来のメリットである軽量、低コストを損なうことな
く、スクリーン画面上の色収差を、輝度損失を最小限に
おさえて達成でき、また、画面上の色むらが著しく低減
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明の第一の実施例としての投写レンズの要
部を示す断面図である。【図２】第一の実施例におけるフィルタの径方向相対位
置ｒにおける透過率Ｐ(ｒ)の例を示す図である。【図３】第一の実施例における輝線幅Ｄと輝度Ｂとの関
係を示す図である。【図４】第一の実施例における輝線幅Ｄと輝度Ｂとの関
係を示す図である。【図５】緑用の投写型ブラウン管の発光スペクトルとフ
ィルタの分光透過率Ｔ_F(λ，ｒ)のうち波長λに依存す
る透過率ρ(λ)を示す図である。【図６】本発明の第二の実施例としての投写レンズの要
部を示す断面図である。【図７】フィルタの径方向相対位置ｒにおける透過率Ｐ
(ｒ)の他の例を示す図である。【図８】本発明の第三の実施例としての投写レンズの要
部を示す断面図である。【図９】薄肉凸レンズにおける公知の倍率色収差の概念
を示す概略図である。【符号の説明】１…第１のレンズ素子、２…第２のレンズ素子、３…第
３のレンズ素子、４…フィルタ、５…薄肉凸レンズ、７
…小型ブラウン管のフェイスパネル、８…小型ブラウン
管の蛍光面。

Claims

【特許請求の範囲】１．複数のレンズ素子で構成される
投写レンズを赤、緑及び青色用としてそれぞれ１本ずつ
配置し、画像発生源の表示画像を前記３本の投写レンズ
でスクリーン上に拡大投写するプロジェクションテレビ
において、前記３本の投写レンズが、それぞれ少なくと
も１枚のプラスチックレンズ素子全体に赤、緑及び青色
用のいずれか１色の波長に対する分光透過率特性を持つ
透過性波長選択材料を有し、前記赤、緑及び青色用の分
光透過率特性が、それぞれ前記プラスチックレンズ素子
の中心軸からの径方向の位置が遠くなるに従って、（数
１）で与えられるＴ _F （λ，ｒ）に基づいて徐々に低下
することを特徴とするプロジェクションテレビ。【数１】但し、ρ(λ)は、波長λの光の透過率であり、Ｐ(ｒ)
は、径方向相対位置ｒにおける透過率であって、（数
２）の関係が成立するものである。【数２】（数２）において、αは、０＜α≦１を満たす任意の定
数であり、βは、β＞０を満たす任意の定数であり、ｒ
は、前記プラスチックレンズ素子の中心軸からの径方向
の位置をＲ、前記プラスチックレンズ素子の中心軸から
の有効半径をＲ ₀ としたとき、ｒ＝Ｒ／Ｒ ₀ で与えられる
径方向相対位置である。２．特許請求の範囲第１項記載
のプロジェクションテレビにおいて、前記任意の定数α
とβの値が、赤色用投写レンズにあってはそれぞれ１．
０、２０．５で与えられ、緑色用投写レンズにあっては
それぞれ１．０、１８．３で与えられ、青色用投写レン
ズにあってはそれぞれ１．０、２２．２で与えられるこ
とを特徴とするプロジェクションテレビ。