JPS6271915A - 投写形テレビ用光学系 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、投写形テレビ受像機において、その受像管か
らスクリーン上に画像を投写するための投写形テレビ用
光学系に関するものである。

〔発明の背景〕

テレビジョン受像機の画像再生面を大型化して、小型の
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（受像管）の蛍光面に再
生された画像を、レンズ、ミラーなどの投写光学系によ
り、スクリーン上に拡大投写して大画面の像を得るよう
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、これまで色々な改良が加
えられた結果、数年前と比較すると大きな進歩が見られ
る。この投写形テレビにおいてレンズの果たす役割は非
常に大きい。

このような中で、特開昭５５−１２４１１４号公報にお
いて開示された既提案にかかるレンズは、３枚という少
ない構成枚数でありながら、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に
おいては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ことによる。

疫写形テレビは、上記公報で開示されたレンズにより、
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、投写形テレビは画
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。

以下それぞれの問題点について述べる。

（１）画質・・・・・・投写形テレビにおける重要な画
質項目として、フォーカス、明るさ、コントラストが挙
げられる。レンズのフォーカスについては、一般にＭＴ
　Ｆ　（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆ
ｕｎｃｔｉｏｎ）で評価できるが、前述した特開昭５５
−１２４１１４号公報に記載のレンズを評価した結果、
画面中心部においては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、蛍光体の発光スペクトル特性
は第２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、−ＪＧに
用いられているガラスレンズと比較して劣っている。

これは、上記公報に記載の既提案にかかるレンズでは色
収差改善の考慮が払われていないためである。逆に色収
差を改善したとすれば、大幅にＭＴＦが向上する。

また上述の既提案にかかるレンズは、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、フォーカス劣化が生じるという欠点がある。

上述の既堤案にかかるレンズを使用した投写形テレビセ
ントの断面図を第３図、第４図に示すが、これらの図か
られかるように、コンパクトなセットを実現しようとす
ると、どうしても多数枚のミラー１，２．３を配置せざ
るを得ない。

なお、これらの図において、４はブラウン管、５は投写
レンズ、である。

そのために、ミラーの反射損失をもたらし、明るさが低
減するという問題、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。

また最近、投写管の入力パワーを増し、明るさを向上す
るために、入力パワーの増大に伴う発熱を冷却するよう
にしたいわゆる液冷ブラウン管を用いている。これは第
５図に示す構造となっており、蛍光面ガラス７の前に液
８が密閉され、それを前面ガラス９で覆っている。これ
は、液の対流により、熱が放熱フィン１０より発散し蛍
光面ガラスの温度低減、均一化を図ることにより、蛍光
面ガラスの高熱による割れを防止するものである。

さらに前述した既提案にかかるレンズと本ブラウン管を
用いて、第６図の如き構成にしたものが製品化されてい
る。第６図において、構成レンズのうち最もブラウン管
に近い凹レンズ１１とブラウン管前面ガラス９との間は
、反射による迷光低減、光量損失を少なくするために、
透明物質１２により満たされている。

このような構成により、それ以前の従来例に比べてコン
トラストが約２倍向上している。しかしこの構成におい
ては、構造が複雑であり、値段の上昇、及び信頼性の低
下という問題がある。

（２）コンパクト性・・・・・・従来はコンパクト化を
達成するために、セント内のミラーの使用枚数を増す傾
向にあったが、現状ではその使用枚数も成文に達してお
り、さらにコンパクト化するには、投写距離、レンズ長
の短縮化が必要であり、同時にミラー配置等も再考する
必要がある。

ちなみに特公昭５５−１２４１１４号公報に示されてい
る既提案にかか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９〜１０倍のとき、
それぞれ１２００〜１３００ｍｍ、約２００ｍｍ前後と
なっている。

（３）値段・・・・・・以上のように、従来の投写形テ
レビセットは、ミラー配置が複雑、レンズ寸法が大きい
、液冷ブラウン管、及びこれと凹レンズの結合構造が複
雑、などの問題をかかえ、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くし、フォ
ーカス、明るさ、コントラスト等の面での画質向上を図
り、コンパクトな投写形テレビセットの実現に役立ち、
コストダウンを可能にするような投写形テレビ用光学系
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、本発明に係る光学系は、次
に示す構成をとる広画角レンズとなっている。すなわち
、スクリーン側から、パワーの弱い非球面レンズ、全体
のパワーの大部分を占める両面凸形のレンズ、パワーの
弱い非球面凸レンズ、大きな負のパワーを有する凹レン
ズ、非球面形状のブラウン管蛍光面、の順に配置された
レンズ群から成っている。

〔発明の実施例〕

本発明を実施例を用いて以下、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
を従来のそれより大幅に短縮した。すなわち倍率は、従
来と大体同一であるが、画角を従来は約２５°であった
ものを、４５°と大幅に広げた。

−ａに、このように画角を大きくすることは、レンズ設
計上、非常に困難な方向に向かうことを意味し、特に、
周辺部の明るさ、フォーカスを所望の性能に確保するこ
とが難しい。逆にこのように画角を大きくし、投写距離
を短くできれば、焦点距離も短縮化でき、その結果、色
収差低域によるフォーカス向上、セントの小型化を図る
ことができ、またレンズ小型化によるコストダウンを実
現することもできる。

特開昭５５−１２４１１４号公報に開示されたレンズタ
イプの場合、中心軸上の色収差については、余り考慮が
払われていない。すなわち、一般に軸上色収差は、互い
に分散の異なる凹レンズと凸レンズを組合わせて、色収
差を改善するのが普通であるが、投写形テレビの場合に
は、赤、青。

緑のそれぞれ単色のブラウン管を用いるため、他の光学
機器、例えばスチルカメラなどと比べて色収差がそれ程
問題とはならない。

しかし実際には蛍光体の発光分布は完全に輝線ではない
のが実状である（第２図を参照されたい）。

特開昭５５−１２４１１４号公報に示すタイプのスクリ
ーン中央における色収差によるスポット径の増大量Δｄ
は次式で与えられる。

Ｆ−Ｍ　　　　　Ｎ−１ ここで、Ｍは倍率、ＦはＦナンバー、ｆは焦点距離、Ｎ
は屈折率である。

この式からΔｄの焦点距離に比例して小さくなることが
わかる。

第１図は本発明の一実施例としての投写形テレビ用光学
系を示す断面図である。同図において、１３は第ルンズ
、１４は第２レンズ、１５は第３レンズ、１６は第４レ
ンズ、１７はガラスバルブ、１８は蛍光面、１９は光軸
、２０はブラウン管、８は液、である。

第１図に示す実施例は、図示せざるスクリーン側から、
パワー（焦点距離の逆数）の弱い非球面レンズから成る
第ルンズ１３、光学系全体のパワーの大部分を占める両
側凸形のレンズから成る第２レンズ１４、パワーの弱い
非球面凸レンズから成る第３レンズ１５、大きな負のパ
ワーを有する凹レンズから成る第４レンズ１６、球面、
あるいは非球面形状を有するブラウン管蛍光面１８　（
ガラスバルブ１７の液８の側は平坦であるが、その反対
側の蛍光面１８が球面、或いは非球面形状をなしている
）をこの順に配列したものから成っている。

次に、第１図に示した配置をとる各レンズのレンズデー
タを説明する。

第１Ａ図は、かかるレンズデータの具体例を示す説明図
である。

第１　Ａ図の読み方を以下、説明する。光軸付近のレン
ズ領域を扱う近軸系とその外周部の非球面系とに分けて
データを示しである。

先ず、図示せざるスクリーンは、曲率半径が■（すなわ
ち平面）であり、光学性能的に保証される有効半径（ク
ラップ半径）が６００ｍｍ、スクリーン面から第ルンズ
１３の面Ｓ１までの光軸上の距離（面間隔）が７０１．
０ｍｍ、その間の（空気の）屈折率が１．０であること
が示されている。

また第ルンズ１３の３１面の曲率半径は９２゜９３９１
ｍｍであり、クラップ半径（光学性能的に有効な半径）
は３７．０ｍｍであり、レンズ面Ｓ１と８２の間の光軸
上の間隔（面間隔）が７．０４８７ｍｍであり、その間
の屈折率が１．４９３６であることが示されている。

以下、同様にして、ガラスバルブ１７の蛍光面１８（Ｓ
ＩＯ）の曲率半径が−１１９，６３ｍｍ、クラップ半径
が６０．０ｍｍ、ガラスバルブ１７の光軸上の厚みが１
３　、８ｍｍ　、屈折率が１．５４０１であることが示
されている。

次に第ルンズ１３の面Ｓ１およびＳ２と第３レンズ１５
の面Ｓ５およびＳ６と蛍光面１８（Ｓ１０）について非
球面係数が示されている。

ここで、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。

＋ＡＥ　−ｒ’　＋ＡＦ−ｒ”　＋ＡＧ　−ｒ”但し、
Ｚは、第１Ｍ図に見られる如く、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
さくｒの関数）を表わし、ｒは半径方向の距離を示し、
ＲＤは曲率半径を示している。従って、ＣＣ，ＡＤ、　
ＡＥ、　ＡＰ、　ＡＧの各係数が与えられれば、上記式
に従ってレンズ面の高さ、つまり形状が定まるわけであ
る。

以上により、第１Ａ図に示したデータの内容が理解でき
るようになったであろう。

なお、第１図において、第２レンズ１４と第４レンズ１
６は、球面レンズであるので、非球面係数はすべて零で
あることを申し添えておく。

第１Ｂ図乃至第１Ｄ図は、それぞれ他のレンズデータの
具体例を示した説明図である。

これらの図の読み方は、第１Ａ図のそれと同じであるか
ら繰り返さない。

本発明による光学系は、以上説明した如き、構成のレン
ズ及びブラウン管を用いることによって、従来よりも大
幅に投写距離を短くし、かつフォーカス性能を向上する
ことができた。

以下本発明の特徴を述べる。

第１Ａ図〜第１Ｄ図は全て、倍率９．５〜１０倍のとき
の実施例によるデータである。すなわち、ブラウン管蛍
光面上でのサイズを対角約４．５インチとし、これをス
クリーン上に４５インチに拡大投写する。

しかし実際は、後述するように、ディストーションが５
〜８％あるために、近軸上の倍率は、１０倍よりも若干
小さくなり、９．２〜９．５倍となっている。

レンズ先端からスクリーンまでの距離は約７００ｍｍで
あり、従来普通に用いられている投写形テレビ用の１２
００〜１３００ｍｍと比べて、約５５％と大幅に短くな
っている。

また、これらのレンズのＦナンバーは、１．０であり、
非常に高輝度であり、現在世の中で用いられている投写
レンズの中でもトップクラスである。

一般にこのように画角を大きくすると、周辺部の明るさ
、あるいは収差が増大する。本発明は、レンズの最適設
計を図ることと、ブラウン管蛍光面に曲率をもたせる、
という手法により、これらの問題を解決した。

周辺光ｆｉｌｌ。は一般に次式で与えられる。

ＩｃｏｃＶ°ｃｏｓ’θ ここでθは画角、■はビネッティングである。

画角が２５６の場合に比べて、画角が４０°となるとｃ
ｏｓ　’θの値は約半分となる。

本発明は、この分による光量劣化を補うために、従来の
画角２５°のものに比べて、ビネッティングを倍増し、
総合的な周辺光量を従来と同等以上に確保している。フ
ォーカス特性を示すためにＭＴＦで評価した結果を第７
図〜第１Ｏ図に示す。

すなわち、第７図は第１Ａ図に対応した特性図、第８図
は第１Ｂ図に対応した特性図、第９図は第１Ｃ図に対応
した特性図、第１０図は第１Ｄ図にに対応した特性図、
である。

ここで１−／ｍｍ（ペアライン／ｍｍ）　、　　２　ｇ
／ｍｍ。

３ｕ／ｍｍの値はブラウン管上での黒、白の縞信号の周
波数を示しており、それぞれ１３ＴＴＶ本。

２７４、ＴＶ本、４１１ＴＶ本を示している。

テレビ画像の場合、視覚のポイントが中心附近にあるこ
とが多く、周辺部よりも中心部の画質が重要となる。本
発明による光学系は、第７図乃至第１０図の何れを参照
しても明らかなように、中心部から画角５０％までの領
域については、殆んどＭ　Ｔ　Ｆの劣化のないのが大き
な特徴である。また周辺部のＭＴＦ特性についても、現
在用いられている家庭用投写形テレビ用レンズと比較し
て、非常に良好な特性が得られている。

第１Ａ図に示す実施例に対して、得られたディスト−シ
ョンの結果を第１１図に示す。

他の実施例についても大体同じ傾向なので、本実施例に
ついて代表して説明する。

テレビセットの場合、ディストーションについては、回
路による補正、偏向ヨークによる補正が行なわれている
。ディストーションがあると、ラスター歪、リニアリテ
ィとなって画像に現われる。

特に問題となるのはラスター歪である。

第１１図に示すディストーションが生じたときのラスタ
ー歪を第１２図、第１３図に示す。第１２図はＬ下方向
のラスター歪を、第１３図は左右方向のそれを、それぞ
れ示した特性図である。

なお、（イ）は特性を示すグラフであり、（ロ）は画面
における寸法関係の説明図である。

前述したように、現在大部分の投写形テレビは、ラスク
ー歪補正のための回路を有している。しかしこの回路に
よる補正のパターンは、画角に比例した直線的な補正と
なっており、それ以外の非直線的なパターンについて補
正することは難しく、またそれを行なおうとすれば、コ
ストアンプの原因となる。

第１２図、第１３図に示したラスター歪について、回路
補正後のラスター歪を残留歪として同図に示した。同図
に見られるように残留ラスター歪は１％以下となってお
り、現用レンズと同等であり、問題のない星となること
が理解されるであろう。

第１Ａ図〜第１Ｄ図の実施例について、次に示す計につ
いてまとめて、その結果を第１　Ｅ図に示した。

■第ルンズ１３のパワーＰ、（イｆ、一点圧１１ｉｉの
逆数）と光学系全体のパワーＰ。との比ｐ、／Ｐ。

■第２レンズ１４のパワーＰ２と光学系全体のパワーＰ
０との比Ｐｚ／Ｐａ ■第３レンズ１５のパワーＰａｌと光学系全体のパワー
Ｐ。との比Ｐ：ｌ／ＰＯ ■第３レンズ１５と第４　Ｌ−ンズ１６との間の間隔り
と光学系全体の焦点距離ｆとの比ｔ／ｆ第１Ｅ図から ０．０５＜Ｐｌ　　／ｐｏ　　＜０．２５０．８５＜　
Ｐ２　／　Ｐ、　＜０．９５０．２　＜　ｐ＊　／ｐｏ
　　＜０．４５０．２５＜　　ｔ　／　ｆ　　＜０．３
５の範囲にあることがわかる。

第１Ａ図乃至第１Ｄ図の各実施例とも、第２レンズ１４
は、球面形状のガラスレンズで構成されている。プラス
チックレンズを用いると温度変化により、屈折率が変化
、あるいは熱膨張による形状変化を生じるために、像面
がシフトし、フォーカスを劣化させるが、この対策のた
めに、本発明では、ガラスレンズ（具体的には第２レン
ズ１４）に大きなパワーを持たせた。また第４レンズ１
６も球面形状のガラスレンズとなっている。

これは、レンズとブラウン管面との間の結合構造を簡略
な構成ですませ、信頼性の向上とコストダウンを狙った
からである。

すなわち、このレンズをプラスチックで構成したとする
と、以下述べるように信頼性が低減する。

つまり、プラスチックレンズが冷却液に犯され、表面が
変質するとか、プラスチックレンズが高輝度、高温の蛍
光面に近い位置にあるため、高温となり、熱変形を生じ
る、というような問題が発生して、信頼性の低減に結び
つくのである。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、次に示す効果を
期待できる。

（１）投写形テレビ用光学系として、Ｆ＝１．０．画角
約４０°の高輝度、広画角でありながら、従来例と比較
して大幅にフォーカス性能を向上できる。

（２）焦点距離が短くなった結果、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。

（３）投写距離が短縮された結果、投写形テレビセット
の奥ゆきが低減でき、またコストダウンとなる。

【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１Ａ図乃至
第１Ｄ図はそれぞれ本発明の一実施例におけるレンズデ
ータの具体例を示す説明図、第１Ｅ図は第１Ａ図乃至第
１Ｄ図の全体をまとめて整理したデータの説明図、第１
Ｍ図は面形状の定義の説明に用いる説明図、第２図は蛍
光体の発光分光特性図、第３図、第４図はそれぞれ従来
の投写形テレビセットの断面図、第５図、第６図はそれ
ぞれ従来の液冷ブラウン管及びそれとレンズとの結合関
係を示す断面図、第７図乃至第１０図は、それぞれ本発
明の実施例に対するＭＴＦ特性を示した特性図、第１１
図は本発明の実施例に対するディストーション特性図、
第１２図、第１３図はそれぞれ本発明の実施例に対する
ラスター歪特性図、である。 符号の説明 １３．１４，１５．１６・・・本発明に係る第１゜２．
３．４レンズ、１７・・・ガラスバルブ、１８・・・蛍
光面、１９・・・光軸、２０・・・ブラウン管代理人　
弁理士　並　木　昭　夫 第１図 フ“ラウ〉Ｗ ｆｌＥＩＡ図 第１８図 茗ＩＣ図 第１Ｄ図 簿ＩＥ図 図面の浄さく同容に変更なし） 第１Ｆ図 Ｚ（＊、軸） １１２図 １１３１ｇ　　　　　　ｉＦ４図 す 才贋寥し〉ズ ！Ｊ　６　図 １ｎ １１７　　図　　　　　　−メリテ′°イオｔルーーー
ーブシ゛タル 樗　ａｌＰ！ｌ　　　　　　　　　　　　　　　ズソテ
゛イオｒ！レーーーーープシプル ｒＪｌ＋ｒｕＨｔＡｎ（ｒＬｔ（ＪＬ門〕□　／ソテ”
１オ力ル ーーーーープシ゛タル ρｒｃｒｕｐｔ−ＡＮｃ、ｔｔ：　（ｈ町ｇｅｔ５１！ テ゛１ストーシ１ン（”Ａ） １１１２１１８　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１１１３Ｗτ７四−一　　　　　　　　　　　
１ 手続補正書（方式） 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第２１０２３１号 ２）発明の名称 投写形テレビ用光学系 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　称　（５１０）株式会社　日立製作所４、代理人　
曇１０５電話０３（５８０）９５１３住　所　東京都港
区新橋２丁目１２番８号藤田ビル５階　並木特許事務所 ７、補正の内容 （１）明細書において次の如く訂正する。 イ）明細書第１３頁第９行目において「第１Ｍ図に見ら
れる如く」とあるのを「第１Ｆ図に見られる如く」に訂
正する。 口）明細書第２０頁第１６行目（図面の簡単な説明の欄
）において「第１図は本発明の一実施例を示す断面図」
とあるのを「第１図は本発明の一実施例としての投写形
テレビ用光学系を示す断面図」に訂正する。 ハ）明細書第２０頁第２０行目（図面の簡単な説明の４
！Ｉ！Ｉ）において「第１Ｍ図は」とあるのを「第１Ｆ
図は」に訂正する。 （２）図面において、第１Ｍ図を別紙の如く第１Ｆ図に
訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）テレビ受像機の受像管からスクリーン上に画像を投
   写するための投写形テレビ用光学系であって、スクリー
   ンの側から受像管の管面にかけて次の順序で配置された
   次の各レンズから成り、かつ前記管面を、スクリーン上
   の投写画像の像面湾曲を補正する方向において湾曲させ
   たことを特徴とする投写形テレビ用光学系、 （イ）光学系全体のパワー（焦点距離の逆数）をＰ＿０
   としたとき、該Ｐ＿０とそのパワーＰ＿１との比が ０．０５＜Ｐ＿１／Ｐ＿０＜０．２５ の範囲にある第１のレンズ、 （ロ）同じく該Ｐ＿０とそのパワーＰ＿２との比が０．
   ８５＜Ｐ＿２／Ｐ＿０＜０．９５ の範囲にある第２のレンズ、 （ハ）同じく該Ｐ＿０とそのパワーＰ＿３との比が０．
   ２＜Ｐ＿３／Ｐ＿０＜０．４５ の範囲にある第３のレンズ、 （ニ）スクリーン上の投写画像の像面湾曲を補正するた
   めに配置された凹レンズから成る第４のレンズ。 ２）特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、光学系全体の焦点距離ｆと、第３のレンズと
   第４のレンズとの間の間隔ｔとの比が ０．２５＜ｔ／ｆ＜０．３５ の範囲にあることを特徴とする投写形テレビ用光学系。 ３）特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、第１のレンズと第３のレンズにおいて、それ
   ぞれ少なくとも片面を非球面としたことを特徴とする投
   写形テレビ用光学系。 ４）特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、第４のレンズを、球面のガラスで構成したこ
   とを特徴とする投写形テレビ用光学系。 ５）特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、前記第４のレンズと受像管の管面との間に冷
   却液を満たしたことを特徴とする投写形テレビ用光学系
   。 ６）特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、スクリーン上の画像のひずみを生じるディス
   トーションが、（−５）〜（−９）％の範囲内にあり、
   画角に対して単調増加関数となるようにしたことを特徴
   とする投写形テレビ用光学系。