JPS61205909A

JPS61205909A - 投写形テレビ用光学系

Info

Publication number: JPS61205909A
Application number: JP4657085A
Authority: JP
Inventors: Kyohei Fukuda; 京平福田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1985-03-11
Publication date: 1986-09-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はブラウン管上の像をスクリーン上に拡大投影す
る投写形テレビ用光学系に関するものである。

〔発明の背景〕

第２図に特開昭５４−１１５６４５号公報に示されてい
る従来の投写形テレビ用レンズ及びブラウン管の構成を
示す。本レンズはプラスチックレンズ１，２．３で構成
されておυ、非球面を有効活用することによ９３枚とい
う少ない構成枚数でありながら、１１．０と非常に高輝
度を達成している。

しかし本レンズの問題点として次の２点が掲げられる。

■全てプラスチックレンズかう構成　　　□されている
ため、温度！化によシ、屈折高、あるいは形状が変化す
るため、レンズの焦点距離が変動し、スクリーン上の像
がぼける。■ブラウン管４及びレンズの各界面での反射
光が生じ、迷光となってスクリーンに達し、コントラス
トを劣化させる。

■の問題点の解決のために、特開昭５８−１２３００７
号では、ガラスレンズを併用した３枚構成レンズが提案
されており、Ｆナンバーが０．９９ないしｔ０６と高輝
度が達成されている。しかし本レンズにおいてさらに輝
度を上げる、あるいは画角を大きくすることは、非常に
難しいと思われる。

■の界面反射によるコントラスト劣化は、ブラウン管の
ガラス表面５での影響が大きい。レンズ面については、
無反射コーティングにより、このｔ’を減らすことがで
きるが、ブラウン管ガラス面については、経済的、技術
的に見てコーティングが難しく、反射光が生じ、コント
ラストを劣化させる第一要因となっているのが現状であ
る。

この問題を解決するために、例えば東芝しビ、　−（１
９８４年）３９巻２号には、凹レンズとブラウン管の間
を光学媒体で満たし、一体結合する提案があシ、大幅に
コントラストを上昇させている。しかしこの構造におい
ては、次に述べる問題点がある。一般に投写形ブラウン
管は、高輝度を得るために、多大な入力を与える。その
結果、ブラウン管ガラス面では温度が９０℃以上になる
こともある。第２図に示した構成であれば、凹レンズと
ブラウン管の間が空気であるため、凹レンズの温度をア
クリルが変形を始める温度８０℃以下におさえることが
可能であるが、凹レンズとブラウン管の間を透明媒体で
満たしたときは、温度が８０℃以上になることがあシ、
凹レンズを変形させ、ひいてはスクリーン上の儂の画質
を劣化させる。この対策のために、液体の対流を応用し
て、ブラウン管面全冷却させる、いわゆる液冷ブラウン
管と組合わせる構成が考えられる。この構造を第３図に
示す。凹レンズの次に透明弾性体７が設けられておシ、
これはプラスチックの凹レンズと板ガラス８の熱膨張差
を吸収する役目を果している。板ガラスとブラウン管の
間には、冷却液９が満たされている。さらにこの液から
の熱を外に放出するための金属１０が設けられている。

この構成においては、凹レンズの温度を８０℃以下にお
さえることができるため、前述した熱変形の問題は生じ
ない。しかし次に述べる別な問題が発生する。

■　構造自体が複雑であるということ、また板ガラスが
必要なこと等のために、コストがかかる。

■　プラスチックである凹レンズと、板ガラスとの熱膨
張差のために信頼性が劣化する。実際はこの差を吸収す
るために弾性体を用いた構成とすることによシ、ある程
度緩和している。

■　多くの界面があシ反射光が生じ、コントラストを劣
化させる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、最適光学設計によシ、投写ブラウン管
の手前に位置している凹レンズを球面のガラスレンズと
しても、十分良好な光学性能が得られる構成となってお
り、上記した温度上昇による信頼性低減の問題がなくな
９、簡略化及び高性能化を達成するための投写用光学系
を提供するものである。

〔発明の概要〕

投写形テレビで広く用いられているプラスチックレンズ
の構成である第２図において、凹レンズをガラスレンズ
とすることによって、温度上昇に基づく凹レンズの変形
をなくす。

しかしこの際、凹レンズ形状として従来のプラスチック
レンズの場合は非球面化が容易であったが、ガラスレン
ズになると現状では値段を考慮すると球面とせざるを得
す、設計の自由度が減少し、性能劣化原因となる。本方
法は次の点に工夫を凝らし、従来よシ優れたフォーカス
性能を得る。

■　従来例が３枚で構成されているのに対して、４枚構
成とすることによって、凹レンズが球面ガラスなること
による設計の自由度の減少は、枚数１枚の増大でカバー
することとした。

■　第ルンズと第２レンズの間隔を最適とし、従来よシ
大巾に画角を広けつつ、上述した簡潔な構成を実現した
。

■　主たる正のパワーを有するレンズ全ガラスとするこ
とによって、温度変化によるフォーカス劣化を大幅に低
減した。

■　画角を大きく、小型のレンズ全実現するために、■
で述べたガラスレンズの屈折ｇｆ１．５５以上とした。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図により説明する。

スクリーン側から順に少なくとも一面を非球面としたプ
ラスチックの凸レンズ１１、大きな正のパワーｔＶする
ガラスレンズ１２）少なくトモ−面を非球面としたプラ
スチックの凸レンズ１３、スクリーン側が曲名の大きな
凹面となっているガラスの凹レンズ１４から構成されて
いるのが特徴である。このレンズにおける特徴は、■　
大きな正のパワーをガラスレンズに持たせ　　　　“て
いるため、従来の全てがプラスチックレンズで構成され
ている場合よシも、温度変化によるフォーカス劣化が非
常に小さくなっている。

■　凹レンズがガラスで構成されているため、第１図に
示すような簡略な構成で液冷ブラウン管、及びレンズと
ブラウン管の光学的結合を実現できる。

またこのときの光学性能については、以下に述べるよう
な最適設計がなされておシ、従来よシも良好なフォーカ
ス性能が得られる。本レンズのレンズデータを次に示す
。

上表でＣＣ，ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧは非球面係数であ
シ、曲名半径をＲとしたとき、レンズの光軸から開口の
動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移量−４
ｚとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

デーこのレンズのＭＴＦ及びディストーションを第４図、第
５図に示す。この際ブラウン管上のラスターは４．８イ
ンチ、倍高９３８とした。またＦナンバーは０．８９で
ある。また第４図におけるｐｉβｍは、ブラウン管上の
１腑当りの白黒一対（ｐａｉｒ　１ｉｎｅ）の数を表わ
している。螢光体の発光スペクトルとしては、次表に示
すものを用いた。

表１　螢光体の波長ウェイト凹レンズがガラスであシながら良好な特性が得られてい
る。この結果第１図に示すように、本実施例のレンズ、
ブラウン管結合部を非常に単純な構成とすることができ
る。

′まだ他の実施例に係るレンズデータを次に示す。

上表で、ＣＣ，ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧは非球面係数で
あり、曲厖半径をＲとしたとき、レンズの光軸から開口
の動径距１ｌＩｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移
量１（Ｚとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

上表で、ＣＣ、ＡＤ、ＡＥ　、ＡＰ　、ＡＧは非球面係
数であり、曲名半径をＲとしたとき、レンズの光軸から
開口の動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移
ｔｆＣＺとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

これらは画角２５度で投写したときの実施例である。そ
れぞれのＭＴＦｆ第６図、第７図に示す。良好な特性が
得られている。画角を３０．０度と大きくしたときの実
施例のレンズデータを次に示す。

上表で、ＣＣ，ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧは非球面係数で
あシ、曲名半径をＲとしたとき、レンズの光軸から開口
の動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移量を
Ｚとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

二２ ”１＋、／”汀蓄πＰ上表で、ＣＣ，ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧは非球面係数で
あシ、曲率半径をＲとしたとき、レンズの光軸から開口
の動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移量を
Ｚとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

工２ＭＴＦの結果を第８図、第９図に示す。

これらの各実施例のディストーションは若干大きくなっ
ている。代表的に実施例４に対応するレンズのディスト
ーションの結果を第１０図に示す。実際のテレビ画像に
おいては長方形の像がどのように歪むかが重要であり、
第１１図に示すＸ、ΔＸ、及びＹ、Δγを用いて次の量
でラスタムＸ　　　　　　　　　　　　ΔＹ −歪量を定義する。−Ｘ　１００（％）　　、７Ｘ１０
０（％）この量が２．５％以下であれば、目視ではそれ
根気にならないと言える。本実施例では、最大２．５％
であり、一応許容ぎシぎυのレベルである。

画角を３２．４度と犬きくしたときの実施例を次に示す
。

上表で、ＣＣ，Ａｌ）、ＡＥ、ＡＰ、ＡＧは非球面係数
であり、曲率半径をＲとしたとき、レンズの光軸から開
口の動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移量
をＺとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

二２この場合には、螢光面形状が平担ではなく、曲率半径と
して１０００Ｒを有してｈるのが特徴である。すなわち
画角をある値以上とするために゛　は、周辺部の収差全
敗り除き、かつ十分な周辺部の光量を確保する必要があ
るが、そのために螢光面に１００（ＩＩＲの曲率をつけ
る必要があった。

このＭＴＦの結果を第１２図に示す。

さらに画角を大きくするには、螢光面の白土を一層大き
くする必要がある。画角を５５．５度としたときの実施
例を次に示す。

上表で、ＣＣ，ＡＤ、ＡＥ　、ＡＰ、ＡＧは非球面係数
であり、面出半径ｆＲとしたとき、レンズの光軸かも開
口の動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移量
ｆＺとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

二２このように画角を大きくしていくと、周辺部のディスト
ーションが急激に増大する。実際にこの実施例７のディ
ストーションの結果を第１５図に示す。最大６．２％と
非常に大きい。上述したラスタ歪に焼き直した結果金第
１４図に示す。Ｘ方向のラスター歪は最大２俤と比較的
小さいが、Ｙ方向については最大４．７　％の歪が発生
している。

しかし第１１図に示すラスター歪は中心部から除々に増
大する単調関数となっている。このようなラスター歪は
回路的、あるいは偏向ヨークで比較的補正しやすく、実
際に双曲線状の補正によって１％程度にまで低減できる
。このレンズのＭＴＦを第１５図に示す。非常に良好な
値が得られている挙が判る。

一般にこのように画角を大きくしていくと、焦点距離が
短かくな９色収差が減り、中心部のＭＴＦは良くなる。

しかし実施例７においては、他の実施例に比べて、中心
部のＭＴＦが上記した各実施例に比べて格段に良くなっ
ているとは言えない。

これは、球面収差がまだかなシ残存しているためである
。この実施例のように焦点距離が短かくなると、スクリ
ーン側から２番目に位置している全体の主たるパワーを
受は持っているガラスレンズの負担が大きくなシ、その
曲率半径が小さくなるため、このガラスレンズからの球
面収差の発生が増大する。一般に本レンズタイプでは第
１番目のレンズによって補正出来ることになっているが
、十分ではなくなってきている。また上述したように凹
レンズを球面としているため、ディストーションが発生
しやすいが、第１番目の凸レンズはこのディストーショ
ンを低減することにも寄与している。しかじ画角が３５
度以上と非常に大きくなると、このディストーションと
球面収差の両立性が非常に困難になる。このような状況
でさらに性能を向上するには、以上述べたことからガラ
スレンズの屈折率を上げることが有効であることが推察
できる。

そこでガラスレンズの屈折基ヲいろいろ変えて、最適レ
ンズ設計を行ない、残存収差との関係を求めた。結果を
第１６図に示す。縦軸のＦＭＴは収差の和である。すな
わち各収差ｆ　Ｐ　ｉとしたときＦＭＴ＝Σｐ　、２屈折率の増加によってＦ　Ｍ　？’が顕著に減少してい
ることがわかる。この画角の場合、中心部のＭＴＦとし
て単色の球面収差がゼロで、色収差のみが残存している
とすれば１　ｐ　ｌ／ｌｌのＭＴＦは９２％位得られる
が、実施例７の場合には８２．７％であシ、かなシ球面
収差が残っている。屈折率がｔ５６以上となれば収差が
半減し、中心部の収差としては色収差のみが主体となる
領域になる。

実際にガラスレンズの屈折ｆＡ　Ｎ　ｇ＝ｔ６２２８６
としたときの実施例のレンズデータを次に示す。

上表でＣＣ、ＡＤ　、ＡＥ　、ＡＰ　、ＡＧは非球面係
数であシ、曲率半径をＲとしたとき、レンズの光軸から
開口の動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移
量をＺとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

二２上表でＣＣ，ＡＤ、ＡＥ、ＡＰ、ＡＧは非球面係数であ
り、曲率半径ｆＲとしたとき、レンズの光軸から開口の
動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移量をＺ
としたとき、次の関係で面形状が表現される。

このときのＭＴＦの結果を第１７図、第１８図に示す。

ディストーションの結果を第１９図、第２０図に示す。

ディストーションも良好に補正されていることがわかる
。

また一層光学性能を向上した実施例を次に示す。ガラス
の凸レンズの屈折率を１．６２２８６　　と大きくし、
さらに螢光面の白兎半径を３００ｆｌ１７７Ｌと小さく
したのが大きな特徴である。ＭＴＦの結果を第２１図に
示す。非常に良好な値が得られていることがわかる。

上表でＣＣ、ＡＤ、ｔＥ　、ＡＦ　、ＡＧは非球面係数
であり、曲率半径ｆＲとしたとき、レンズの光軸から開
口の動径距離ｒの位置におけるレンズ頂点からの偏移量
ｆＺとしたとき、次の関係で面形状が表現される。

このときのＭＴＦの結果を第２１図に示す。

また実施例１〜１０について第ルンズと第２レンズの間
隔ｔと第ルンズとスクリーンの間隔Ｔの比ｔ／Ｔｔ−求
めた結果を表２に示す。

表２　各実施例におけるｔ／７′ 木表からｔ／７′としては次の範囲に入っていることが
わかる。

０．０３＜ｙ（０，１０〔発明の効果〕以上述べたように本発明は、凹レンズを球面のガラスレ
ンズとしても、非常に良好なフォーカス特性が得られ、
特に画角として３５度以上のものが実現できる。その結
果 ■　凹レンズとブラウン管を結合したときの構成が非常
に簡単になシ、コストの大幅低減、信頼性を向上するこ
とができる。

■　また画角が３５度以上の光学系が実現でき、従来一
般に用いられている２５度程度と比べて、非常に大きく
、コンパクトなセットが実現できる。

■　凹レンズとブラウン管結合部が簡略化された結果、
反射界面が減り、コントラスト向上にも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図、第５
図はそれぞれ従来の光学系を示す断面図、第４図は本発
明の一実施例に対するＭＴＦ特性を示すグラフ、第５図
は同じくディストーシロンを示すグラフ、第６図、第７
図はそれぞれ本発明の他の実施例に対するＭＴＦ特性を
示すグラフ、第８図、第９図はそれぞれ更に別の実施例
に対するＭＴＦ％性を示すグラフ、第１０図は本発明の
他の実施例に対するディス）　−シロンを示すグラフ、
第１１図はテレビ画像における歪の説明図、第１２図は
本発明の実施例に対するＭＴＦ特性金示すグラフ、第１
５図は同じくディストーシロンを示すグラフ、第１４図
はラスター歪を示すグラフ、第１５図は同じくＭＴＦ特
性を示すグラフ、第１６図はガラスレンズ屈折元に対す
るＦＭＴｑ性を示すグラフ、第１７図、第１８図はそれ
ぞれ本発明の実施例に対するＭＴＦ特性を示すグラフ、
第１９図、第２０図はそれぞれディストーシロンを示す
グラフ、第２１図はＭＴＦ特性を示すグラフ、である。符号説明１．２．３・・・プラスチックレンズ４．６・・・投写ブラウン管７・・・透明弾性体９・・・冷却液

Claims

【特許請求の範囲】１）少なくとも一面が非球面の凸レンズから成る第１の
レンズと、両面とも球面のガラスの凸レンズから成る第
２のレンズと、少なくとも一面が非球面の凸レンズから
成る第３のレンズと、曲率の大きな面をスクリーン側に
同けた球面のガラスの凹レンズから成る第４のレンズと
をこの順にスクリーン側から配置し、前記第４のレンズ
と投写形ブラウン管との間は密着しているか、あるいは
屈折率１．４以上の透明媒質で満たして成ることを特徴
とする投写形テレビ用光学系。２）特許請求の範囲第４項記載の光学系において、前記
第１のレンズと第２のレンズの間隔をと、スクリーンと
第１のレンズの間隔Ｔの間に０．０３Ｔ＜ｔ＜０．１Ｔの関係を有することを特徴とする光学系。３）特許請求の範囲第１項記載の光学系において、画角
３０度以上のとき、前記第２のレンズの屈折率を１．５
５以上としたことを特徴とする光学系。