JPS62278520A - 投写形テレビ用光学装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、投写形テレビに係り、特にフォーカス性能、
コントラスト性能を向上するのに好適な投写管を備えた
投写形テレビ用光学装置に関する。

〔従来の技術〕

大画面で迫力ある映像を得たいという要求が強まるにつ
れ、投写形テレビの需要が急速に伸びつつある。しかし
この画質は直視型ブラウン管と比較したとき、まだ若干
劣っている。特にフォーカス性能については、一層の改
良が必要である。そのためには、特に投写レンズの改良
が急務である。

投写レンズとしては、コストが安く、また非球面化が容
易で性能向上が期待できるという理由で、プラスチック
レンズがかなり用いられている。特にＵ、Ｓ、ＰＡＴ　
４３４８０８１で示されているレンズは、構成枚数も少
なく、Ｆｌ、０という高輝度を実現している。しかし本
レンズは細土色収差がかなり残存しているという問題が
ある。投写形テレビは、赤、青、緑の各投写管に対して
レンズを用いるため、色収差の影響が少ない。しかし実
際のブラウン管では、緑色の単色であっても、その発光
スペクトルは第２図に示すように、分布を持っている。

そのためＵ、Ｓ、ＰＡＴ　４３４８０８１で示すレンズ
は、この色収差のため、どうしてもフォーカス性能が劣
化する。一般に色収差を除くには、屈折率及び分散の異
なる凸レンズと凹レンズを組合わせて用いることが行わ
れている。しかしこのような構成にするとレンズ枚数が
増加し、プラスチックレンズの本来の特長である低コス
ト化を達成できなくなる。

他の方法としては、焦点距離ｆを短かくすることが有効
である。よく知られているように、色収差は焦点距離ｆ
に比例する。プラスチックレンズの場合、非球面が実現
できるということで球面収差は非常ｌこ小さい。そのた
め軸上、すなわちスクリーン中心部については、フォー
カス性能は、殆んど色収差のみにより決まり、焦点距離
ｆが短縮できると、それに比例してフォーカス性能を改
善できる。

しかし、このように焦点距離ｆが知かくなると、投写距
離が短かくなり、画角が大きくなり、周辺部で収差が発
生し、像面わん曲、非点収差等が増大する。これらの収
差の対策のためにＵ、　Ｓ、ＰＡＴ４３４８０８１では
、投写管の直前に凹レンズを用いている。しかし焦点距
離ｆが短かくなり、画角が大きくなると、この構造では
十分に補正が出来ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では色収差改善のために、焦点距離を短か
くしたとき、像面わん曲、非点収差等の補正について配
慮がなされておらず、スクリーン上周辺部ではフォーカ
ス性能が劣化するという問題があった。

本発明の目的は、これらの像面わん曲、非媒収差を補正
するためにブラウン管蛍光面形状、及びレンズを最適化
し、フォーカス性能の秀れた投写形テレビ用光学装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、■投写管蛍光面を非球面化し、その形状を
最適化する。■レンズ構成を以下に述べるものとし、ま
たその形状を最適化することにより達成される。

一般に像面わん面補正のためには、物体ｆ１、すなわち
投写管蛍光面自体をわん曲することが有効である。

まず、この蛍光面の曲率半径をいろいろ変えて。

レンズを最適設計した。この結果を第３図に示す。

設計条件は、蛍光面のラスターサイズを４．５インチ、
スクリーンの大きさを４５インチとした。すなわち倍率
は１０倍である。投写距離、すなわちレンズの先端から
スクリーンまでの距離は７００　ｆｌとした。画角にす
ると約４０度であり、現在普通に用いられている例では
２５度〜四度であるのに比較して非常に大きい。第３図
で横軸は蛍光面の曲率半径、縦軸は、２ｐｌｊｗｓのと
きのＭＴＦを、全画角にわたっての平均を採った値であ
る。

第３図から蛍光面の曲率半径としては、３００　Ｒ位が
最良点であることがわかる。蛍光面形状としては、非球
面とすることが、像面わん曲等の補正に一層有効である
。発明者はこの点に着眼し、表１に示す蛍光面形状及び
レンズを考案した。この形状を第４図レンズデータを第
１表に示す。ＭＴＦ性能を第５図に示す。画角が４０°
と超広角でありながら非常に良好なＭＴＦ￥ｉ性が得ら
れていることがわかる。この例の蛍光面形状は、周辺部
では３００　ｍの曲率半径和等の落込み量となっている
が、中心部の曲率は大きく、その半径は１２０Ｈとなっ
ている。この例について試作した結果、次の問題がある
ことがわかった。すなわち、スクリーン上に白のウィン
ドウパターンＡを発生させたとき、三ケ月上の像Ｂが発
生する。この輝度はウィンドーパターンの輝度の０．１
％の明るさであるが、被視時の周囲を暗くしたときには
、人間の目にも感じる明かるさであった。この発生のメ
カニズムを第７図を用いて説明する。蛍光体１はガラス
２に付着しているが、これは光学的に密着しているわけ
ではない。したがって±（３）°方向に拡散した光は、
ガラス２内では±θ力方向紋られる。θは、ガラスから
真窒へ光が進むときの臨界角であり、ガラ第　　１　　
表 ＊非球面係数とは、面形状を次式で表現したときの係数
である。

軸とのなす角がγであるとき、光は中心軸に対して、−
（θ＋γ）〜＋（θ−γ）の間に分布する。この光は各
光学媒質を進むが、それぞれ屈折率は１．４〜１．６で
あるので、大体そのまま直進すると考えてよい。

この光は凹レンズの出射面３まで達する。このとき光の
大部分は、この界面で屈折し、空気側に出射する。しか
し凹レンズ部の中心附近ではこの界面は、軸と直角な面
となっているため、その臨界角αは、凹レンズの屈折率
をＮ、としたとき、ｐｉｒ：’　”−Ｎ？ となる。すなわちＮ、〜ＮＧと考えれば、θ勺αとなり
、角度γの光束だけ、全反射し、蛍光面に戻る。

蛍光面では光線は乱反射し、再びスクリーン側に向かう
。このようにして、第６図で述べたように。

スクリーン上に三ケ月状の像が生じる。この不要な儂は
、蛍光面上の光源の位置ｒが次式で与えられる位置にあ
るとき、この不要な像が発生する。

ｒ　＝　Ｌ　ｔａｎ　（５ｉｎ−”　）Ｎ　＝＝　Ｎｃ
Ｐ３Ｎｐ Ｌは、蛍光面から凹レンズ先端までの距離である。

すなわちこの不要な像の発生を止めるには、この点ｒで
の蛍光面の形状が軸に垂直となればよい。

蛍光面の傾きγと、この像の強度Ｂは、ウィンドーパタ
ーンがある程度より大きいとき、Ｂ〆γ となる。また壕の広がりＬもγに比例する。すなわち像
の明るさと広がりの積はγ２に比例する。実際には、ス
クリーン上に達するこのような迷光は、上記述べた原因
で発生するもの以外にも、例えばレンズ間の表裏面での
反射、鏡筒部での反射等いろいろな原因に基くものがあ
る。したがって上記迷光も完全に０とする必要はなく、
実用上目立たなくなればよい。そのために、このγ、す
なわち蛍光面の曲率半径Ｒ，をいろいろ変えて、ブラウ
ン管及びレンズを試作した結果、ＲＰが２５０以上であ
とする必要がある。

また、先程述べたように蛍光面の曲率半径は。

収差の点からは４５０Ｒ以上が望まし９゜゛すなわち、
第４図から、普通に用いられている蛍光面の曲率半径ω
のときのＭＴＦは約６０チであり、それに対して、ＭＴ
Ｆとして５チの差があれば、明らかな有意差となって表
われる。すなわち蛍光面の曲率半径として、５００Ｒよ
り小さくする必要かある。このように曲率を強くしたと
き、最も改善できる収差は、蛍光面の最外周（ｒ＝１５
）から出射したときの光である。したがって蛍光面の最
外周での落込み量、すなわち中心と最外周の軸方向の偏
差ΔＺを ΔＺ＞ｒ−′ Ｘ５００ とすればよい。

〔作用〕

より小さくすることＩこより、蛍光面から出射した光が
、凹レンズのスクリーン側面で全反射し、再び蛍光面（
ご戻り、さらに蛍光面で反射し、スクリーンに到達する
光が非常に少なくなる。この結果、スクリーン上の画像
の黒レベルの浮きが少なくなり、コントラストの良好な
画像を再現することができる。また有効画面の最外周位
置’””５では、とすることにより、レンズで発生する
像面わん曲を少なくでき、収差を低減でき、ハイフォー
カスな画質を実現できる。

〔実施例〕

以下、本発明を、第１図１こ示す実施例を用いて詳細ζ
こ説明する。また、そのレンズのデータを第２表に示す
。４　＋Ｌｌ　＋Ｌｌ　＋Ｌ４はレンズ、Ｐ、は投写管
蛍光面を示している。レンズデータ及び蛍光面形状を第
２表１こ示す。本例は投写管上４．５インチのラスター
を１０倍、すなわち４５インチに拡大したときの値であ
る。

本実施例の投写管蛍光面の中心近くの曲率半径は５００
Ｒとなっている。したがって蛍光面位置より少なくなっ
ている。その結果、スクリーン上において、先に述べた
不要光が殆んど認められず、ハイコントラストな画像を
再現することができた。

また蛍光面有効ラスター４．５インチの最外周での、中
心に対する軸方向の偏位Δ２は、５．２龍であり、ズ系
のフォーカス性能を向上することができる。

以下この結果について説明する。本レンズは第１図に示
す構成となっており、スクリーン側から頭に、球面収差
補正のための非球面形状のプラスチックレンズＬ１、全
系のパワーの大部分を占める凸レンズＬ！、またこの凸
レンズは、温度変化によるフォーカス劣化を低減するた
めに、ガラスで構成する。さらｌこ、非点収差、及びコ
マ収差補正のためにパワーの弱い薄肉の非球面プラスチ
ックレンズＬ５、また液冷構造を簡略化するために凹メ
ニスカスレンズＬ、で構成している。レンズＬ４はガラ
スレンズであってもプラスチックレンズであってもよい
。レンズＬ、と投写管の間は冷却のために、冷媒液４を
満たす構成となっているため、Ｌ４としてガラスレンズ
を用いた方が、液のしみ出しが少なく、また高温に耐え
られるため、信頼性の点で有利である。またプラスチッ
クレンズを用いた場合には、非球面形状とすることが容
易であり、収差低減奢こは好都合である。本実施例では
、収差低減には比較的不利であるガラスレンズの場合に
ついて示した。本構成レンズにおいて、プラスチックレ
ンズＬ１及びり、は、薄肉となっており成形しやすい形
状となっている。しかし非球面度は非常に強くなってい
る。すなわち成形で製作するという、プラスチックレン
ズの利害得失を十分考慮したレンズとなっている。ガラ
スレンズは、プラスチックレンズに比べて、温度等の外
界の影響を受けにくい。またパワーレンズの焦点距離が
温度等によって変化したときには、そのまま全系の焦点
距離が変動する。凹レンズは、投写管の直前に配置され
るため、温度が上昇する。場合によっては１００℃近く
まで上昇することもあり、プラスチックレンズではいろ
いろな問題が生じる。本発明では、このような理由によ
り、パワーレンズと凹レンズはガラスで構成している。

従来、このレンズタイプ第　　２　　表 では、凹レンズは非球面とする必要があったが、先に述
べたような蛍光面形状とすることによって良好なフォー
カス特性を得ることができた。ｘｒＦ特性を第８図に示
す。このＭＴＦは蛍光体の波長分布を第２図のものとし
たときの値である。Ｆナンバが１．０、画角が４０度で
ありながら、非常に良好な、’ｌｌ　Ｔ　Ｆ特性を示し
ている。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、焦点距離を短かくすること
により、スクリーンの中心部のフォーカス改善、投写管
蛍光面形状を最適化することにより、周辺部のフォーカ
ス改善、また不要な反射光を低減し、コントラストの改
善を達成することができる。また、画角を増大し、投写
距離を短縮した結果、セットの高さ、英ゆきを低減でき
る。またレンズの長さ、口径も小さくでき、コストを安
くすることができる。ちなみに従来普通に用いられてい
るレンズの口径はφ１２０位であるのに対し、本発明で
はφ８２と格段に小型化されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学装置の縦断面図、第２図は蛍
光体発光スペクトルの一例を示す特性図、第３図は蛍光
面の曲率半径とＭＴＦの関係を示す特性図、第４図は従
来の光学装置の断面図、第５図は相対画角とＭＴＦの関
係を示す特性図、第６図は反射による不要光のスクリー
ン上の偉を示す模式図、第７図は不要光発生のメカニズ
ムを示す図、第８図は本発明の一実施例におけるＭＴＦ
％性図である。 １・・・投写管蛍光面 ２・・・投写考前面ガラス ３・・・凹レンズのスクリーン側面 代理人　弁理士　　小　川　勝　男 第　１　図 殆　２　図 笥　３　図 第４　図 ′１＠対ｌ！ｌｌ！！ 第　６　図 第　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、投写管と、投写管に映写された映像を拡大する投写
   レンズを有し、投写レンズとして、投写管に最も近い位
   置に凹レンズが配置され、該凹レンズと投写管の間には
   、液体、ゲル、ガラス等の屈折率１．４以上の媒質が満
   たされた投写形テレビ用光学装置において、これに用い
   る投写管として、次の形状の蛍光面としたことを特徴と
   する投写形テレビ用光学装置。 蛍光面と上記凹レンズのスクリーン側面との距離をＬと
   したとき、蛍光面の中心軸からに｛＝Ｌ・ｔａｎ［ｓｉ
   ｎ＾−＾１（１／１．５）］｝だけ離れた位置での蛍光
   面の形状として、中心軸と直角な面となす角γが、 γ＜｛Ｌｔａｎ［ｓｉｎ＾−＾１（１／１．５）／２５
   ０］｝有効ラスターの最外部の中心からの距離をγｍａ
   ｘとしたとき、その位置での中心との軸方向の隔りをΔ
   Ｚとしたとき、 ΔＺ＞（γ＾２ｍａｘ）／（２×５００）