JPS63168615A - 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、Ｐ　Ａ
　Ｔ　４３４８０８１で示されているレンズは、構成枚
数も少な（、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、Ｐ　Ａ　Ｔ
　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を煙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に小さい。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、このように焦点圧ｎｆが短か（なると、投写距
離が短かくなり、画角が太き（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
（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、スクリーン中心部ではフォーカス
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、非点収差を補正
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。

一般に像面わん曲補正のためには、物体面、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顛とした。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〜２８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、２ｐｌ、Ａｍ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、３００Ｒ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図レンズデータな第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特性が得られて
いることがわかる。この例の蛍光面形状は、周辺部では
３００１ｍの曲率半径和等の落込み量となっているが、
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。

中心部の曲率は大きく、その半径は１２０　ｗｙｘとな
つ℃いる。この例について試作した結果、次の問題があ
ることがわかつた。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、三ケ月上の儂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、嫉視時の周囲を暗くしたときに
は、人間の目にも感じる明るさであった。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±９０°方向に拡散した光は、ガ
ラス２内では±θ方向に絞られる。θは、ガラスから真
空へ光が進むときの臨界角であり、ガラスの屈折率をＮ
ａとしたとき、θ＝　ｍ−１−１−で与えらＮａ れる。蛍光面にわん曲があり、その法線が中心軸とのな
す角がγであるとき、光は中心軸に対し１、−（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、空気側く出射する。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、その臨界となる。すなわちＨＰ〜Ｎ
Ｇと考えれば、θ〜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
上に三ケ月状の儂が生じる。この不要な像は、蛍光面上
の光源の位置デが次式で与えられる位置の近傍にあると
き、この不要な像が発生する。

ｒ　＝：　Ｌｔａｎ　（５ｉｎ−１＋　）Ｎ　＝＝　Ｋ
Ｇ−ＮＰ 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、１３　ｏｃ　１ となる。また像の広がりｌもγに比例する。すなわち儂
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づ（ものが
ある。したがって上記迷光も完全にＯとする必要はな（
、実用上目立たなくなればよい。そのために、このｒ、
すなわち蛍光面の曲率半径ＲＰ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
あれば、一応実用に供することが判った。すなわち とする必要がある。

また、先程述べたよ５に蛍光面の曲率半径は、収差の点
からは４５０Ｒ以上が望ましい。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ψのときのＭ
ＴＦは約６０％であり、それに対して、ＭＴＦとして５
％の差があれば、明らかな有意差となって表れる。すな
わち蛍光面の曲率半径として、５００　Ｒより小さくす
る必要がある。このように曲率な強くしたとき、最も改
善できる収差は、蛍光面の最外周（”　”　ｒｗ　）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とすればよい。

〔作用〕

より小さくすることにより、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、再び蛍光面に戻
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”
”ｗでは、その中心に対する軸方向の偏位ΔＺを、Δｚ
＞　−）が−Ｘ５００ 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図に示す実施例を用いて詳細に説
明する。また、そのレンズのデータを第２表に示す。Ｌ
ｌ、　Ｌｌ、　Ｌ３．　Ｌ４はレンズ、Ｐｌ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
表に示す。本例は投写管上４．５インチのラスターを１
０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、先に述ぺた不
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ΔＺは、５．２１ｍであり、第
　　２　　表 Ｍ２ Δ””　２Ｘ５００　”　”””よりも太き（なってお
り、レン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、スクリーン側から順に、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Ｌ２、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。さらに、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Ｌ３、また液冷構造を簡略化するために凹メニ
スカスレンズＬ４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Ｌ４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
用いた万が、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、収差低減には好都合である。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Ｌ
３は、薄肉となっており成形しやすい形状となって℃・
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。本実施例でに−９、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。ＭＴＦ％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ＭＴＦ特性を示
している。

次に第２の実施例について説明する。レンズデータな第
３表に示す。本例も投写管４．５インチのラスターを１
０倍、すなわち４５インチに拡大したときの値である。

投写管蛍光面の形状は、第１の実施例と同じであり、先
に述べた不要光は殆んど認められない。本実施例では、
レンズＬ４はプラスチックレンズを用いている。本レン
ズを非球面とすることによって、レンズの集光率、すな
わち明るさは、第１の実施例に比べて約１５％増大して
いる。本レンズのＭＴＦ特性を第９図に示す。

明石（、高画角なレンズでありながら、非常に良好なＭ
ＴＦ特性を示している。

次に第３の実施例について説明する。第２の実施例と同
じく、Ｌ４に非球面のプラスチックレンズを用いている
。第１の実施例に比べて、１５％明る（なっている。Ｍ
ＴＦ特性を第１０図に示す。非常に良好な特性を示して
いる。

第　　３　　表 第４表 〔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、奥ゆきを低減で
きる。またレンズの長さ、口径も小さくでき、コストを
安（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
ン上の像を示す模式図、第７図は不要光発生のメカニズ
ムを示す図、第８〜１０図は本発明の実施例におけるＭ
ＴＦ特性図である。 １・・・投写管蛍光面、 ２・・・投写管前面ガラス、 ３・・・凹レンズのスクリーン側面。 ・ぐ

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ｒ（＝Ｌ・ｔａｎ（ｓｉ
   ｎ＾−＾１１／１．５））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＾−＾１１／１．５）／２５０有
   効ラスターの最外部の中心からの距離をｒｍｍとしたと
   き、その位置での中心との軸方向の隔たりをΔＺとした
   とき、 ΔＺ＞ｒ＾２ｍｍ／２×５００ ２、上記投写レンズとして、次の構成としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学
   装置。 スクリーン側から受像管の管面にかけて、順に、 （イ）パワー（焦点距離の逆数）が相対的に弱く、少な
   くとも、その一面が非球面形状をなしている第１のレン
   ズ、 （ロ）正のパワーが相対的に強い第２のレンズ、（ハ）
   パワーが相対的に弱く、少なくともその一面が非球面形
   状をなしている第３のレンズ、（ニ）負のパワーが相対
   的に強く、スクリーン側面が凹面形状をなしている第４
   のレンズ。