JPH0658492B2 - 画像投写装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、比較的小さな映像管に映出される画像をスク
リーン上に拡大投写するための画像投写装置に関するも
のである。

従来の技術 大画面のテレビジョン画像を得るために、比較的小さな
映像管にテレビジョン画像を映出し、投写レンズにより
スクリーン上に拡大投写する方法が従来よりよく知られ
ている。最近、投写レンズから出る光束をスクリーンに
対してかなり斜め方向から入射させることにより、テレ
ビジョン画像投写装置の奥行を非常に薄くする方法が提
案されている（例えば、特開昭57-109481号公報）。

このようなテレビジョン画像の投写装置の概略構成を第
８図に示す。同図において、キャビネット１の上部前側
にスクリーン２を配置し、その内部の上部に平面鏡３を
配置し、下部に映像管４を配置し、その映像管４の上方
には投写レンズ５を配置している。そして、映像管４に
映出される画像が投写レンズ５の結像作用と、平面鏡３
の反射によりスクリーン２上に拡大投写さえる。ここ
で、図示するように、投写レンズ５から出る光束がスク
リーン２に対してかなり斜め方向から投写されるので、
平面鏡３の奥行方向の長さが短かくなり、キャビネット
１の奥行を非常に薄くすることができるものである。

上記スクリーン２は、第９図に示すように、裏面断面が
三角形状で水平方向に細長い微小プリズム６が規則正し
く配列されている。この微小プリズム６の第１面７に入
射した光線８は、第１面７を透過した後、第２面９で全
反射させられ、全反射後の光線10はスクリーン２の法線
11と平行になる。スクリーン２の内部には光拡散材が混
入されており、適当な視野角の範囲に光を拡散するの
で、スクリーン２の正面に位置する観察者に対して明る
い投写画像を提供することができるようになっている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、投写光束を結像媒
体に対して斜め方向から投写するものであるため、投写
レンズ５が通常の回転対称の構成である場合には、映像
管４に映出すべき画像は第10図に実線12で示すような台
形状の画像となる。同図において破線13は映像管４の蛍
光体面の領域を示しており、縦横比はほぼ３：４となっ
ている。この第10図からわかるように、垂直方向の長さ
が短かく、蛍光体面上で利用されない部分の面積が大き
い。蛍光体面上の単位面積当たりの発光量には上限があ
るので、このように蛍光体面上の利用率が小さいと、ス
クリーン２上の投写画像はそれだけ暗くなってしまうと
いう問題点を有していた。

本発明は、上記問題点に鑑み、映像管の蛍光体面の利用
率を改善し、高輝度で良好な画質の投写画像を拡大投写
できる画像投写装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の画像投写装置は、
映像管とスクリーンとの間の光路中において、投写画像
の垂直方向と水平方向とで焦点距離の異なるレンズ系
と、少なくとも１つの三角プリズムとを具備し、前記三
角プリズムが前記レンズ系の物体画像からスクリーンま
での光路中に配置され、前記レンズ系または前記三角プ
リズムから出る投写光束をスクリーンに対して斜め方向
から投写するようにしたものである。

作用 本発明は上記構成において、投写レンズとして投写画像
の垂直方向と水平方向とで焦点距離の異なるレンズ系を
用いることにより、投写画像の垂直方向と水平方向とで
投写倍率を変えることができるので、投写光束がスクリ
ーンに対して斜め方向から投写される場合にその画像を
長方形に近づけることができて、映像管の蛍光体面の利
用率を向上することができるので、投写画像の輝度を向
上させることができる。この場合、投写光束をスクリー
ンに対して斜め方向から投写しているので、縦線と横線
の結像面が一致しない現象、つまり非点隔差の発生とい
う新たな問題が発生するものであるが、三角プリズムに
は非点隔差を発生させる性質があることを利用して、物
体画像からスクリーンまでの間の光路中に少なくとも１
つの三角プリズムを配置し、この三角プリズムで故意に
適当な大きさの非点隔差を発生させ、スクリーンに対し
て斜め方向から投写することにより発生する非点隔差を
打ち消すようにしたので、装置全体の非点隔差を小さく
することができ、スクリーン全面にわたって良好な画質
の投写画像を得ることができることとなる。

実施例 以下本発明の投写光学装置の実施例について、図面を参
照しながら説明する。

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例を示したもの
で、それぞれ光軸を含む垂直断面と水平断面の構成を示
したものであり、（ｂ）図では折れ曲がった光軸を直線
に伸ばして示している。スクリーン14の側より順に三角
プリズム15、レンズ系16、映像管17がそれぞれ比較的接
近して配置されている。レンズ系16の垂直断面における
焦点距離は、水平断面における焦点距離よりも長くなっ
ている。第１図（ａ）の紙面に相当する垂直方向の切断
面は全光学系のただ１つの対称面となっている。投写光
軸18に対してスクリーン14は傾斜して配置されており、
スクリーン14の中心19に入射する光線のうちスクリーン
14の法線20となる角の大きい光線ほど三角プリズム15を
通過する距離が長くなるように三角プリズム15が配置さ
れている。映像管17のフェイスプレート21もレンズ系16
の光軸22に対して傾斜しており、スクリーン14とフェイ
スプレート21とが逆方向に傾斜してハの字状になるよう
に映像管17が配置されている。

上記レンズ系16は、第１図（ａ）と（ｂ）に示すよう
に、映像管17の側に配置されている回転対称レンズ系23
と、スクリーン14の側に配置されている非回転対称レン
ズ系24から構成されている。非回転対称レンズ系24は２
枚のレンズで構成されており、スクリーン14の側のレン
ズ25はスクリーン14を向いた面26が母線を水平方向に向
けた凸の円筒面で、反射側の面27が平面となっている。
一方、映像管17の側のレンズ28はスクリーン14を向いた
面29が平面で、反射側の面30が母線を水平方向に向けた
凹の円筒面となっている。この非回転対称レンズ系24の
水平方向の焦点距離は無限大であり、垂直方向の焦点距
離は無限大または回転対称レンズ系23の焦点距離に比べ
て十分長く設定する。ここで、映像管17の側で見た角倍
率は、２つのレンズ、25,28の円筒面26,30の作用によ
り、水平方向は１で、垂直方向は１より大きい。

次に、以上説明した第一の実施例の作用について説明す
る。回転対称レンズ系23と非回転対称レンズ系24を組み
会わせたレンズ系16の合成焦点距離は、非回転対称レン
ズ系24にスクリーン14の側から平行光線を入射した場合
の角倍率と回転対称レンズ系23の焦点距離の積で表わさ
れるので、垂直方向の合成焦点距離は水平方向よりも長
くなる。また、映像管17の側から見た横倍率は垂直方向
の方が水平方向よりも大きくなる。従って、映像管17に
映出すべき画像は第２図に実線31で示すような形状の画
像にすることができる。なお、破線32は映像管17の蛍光
体面の領域を示しており、その縦横比はほぼ３：４とな
っている。第10図に示した通常の回転対称の投写レンズ
を使った場合の映像管に映出すべき画像の形状と比較し
て、第２図に実線31で示した形状は垂直方向に長くなっ
た分だけ面積が大きくなっている。従って、蛍光体面の
単位面積当たりの発光量が一定とすれば、蛍光体面上の
利用面積が増加しただけ投写画像の輝度を向上させるこ
とができる。

ところで、第１図に示した構成において、三角プリズム
15がない場合には次のような問題が発生する。垂直方向
と水平方向の焦点距離が異なるレンズ系16を用いる場
合、投写光束をスクリーン14に対して斜め方向から投写
すると、光軸を含む垂直切断面上の映像管17の側の像に
非常に大きな非点隔差を発生する。第３図は映像管17の
側で見た垂直方向の非点収差の一例を示したものであ
り、縦軸は映像管17の中心33を原点とした上側と下側の
像高を示し、横軸は光軸方向の収差を示している。そし
て、実線はサジタル方向、破線はメリデォオナル方向の
特性を示している。この第３図から明らかなように、実
線と破線はともに直線状であるが、上下で非点隔差の現
われる方向が逆になっている。これはレンズ系16の焦点
距離が垂直方向と水平方向で異なるために発生してお
り、垂直方向と水平方向の焦点距離がずらすほど、また
スクリーン14の法線20と投写光軸18のなす角が大きくな
るほど、非点隔差の現われる方が顕著となる。上下で非
点隔差の現われ方が逆になっており、レンズ系16の非点
収差の補正しても、２つの非点収差曲線は上下とも同じ
方向に移動するので、レンズ系16で第３図に示すような
非点隔差を補正することはできない。従って、第３図に
示すような非点隔差を補正するためには、光軸を含む垂
直切断面の上下で非対称な光学系を必要とすることが予
想される。

次に、第１図に示した三角プリズム15の作用について説
明する。第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、
スクリーン14の法線20上に配置された三角プリズム15に
よる垂直切断面における非点収差について考える。ここ
で、三角プリズム15の両側に２つの光軸34,35を定義
し、光軸34はスクリーン14の法線20と一致し、光軸34に
沿って三角プリズム15に入射する光線は三角プリズム15
を出た後光軸35に沿って進むものとする。第４図（ａ）
は三角プリズム15のスクリーン14側の面36が光軸34と垂
直である場合、同図（ｂ）は三角プリズム15のスクリー
ン14から遠い側の面37が光軸35と垂直である場合、同図
（ｃ）は三角プリズム15の両面の法線38,39と光軸34,35
のそれぞれのなす角が両面で同一の場合を示している。
この第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）に示した構成におけ
る非点収差をそれぞれ同図（ｄ），（ｅ），（ｆ）の特
性図に示しており、この特性図から三角プリズム15を用
いることにより、上下非対称で直線または直線に近い非
点収差を発生することがわかる。三角プリズム15を平行
平面に置換した場合には発生する非点隔差が非常に小さ
いので、三角プリズム15により発生する非点隔差は三角
プリズム15に入射する光線と三角プリズム15から出射す
る光線の偏角に依存することがわかる。また、原点にお
ける非点隔差が、三角プリズム15の配置の仕方により異
なることから、三角プリズムの使い方によりスクリーン
14の中心における非点隔差を補正できることもわかる。
以上のことから、第１図に示すようなレンズ系16で発生
する第３図に示すような非点隔差を、三角プリズム15に
より補正できることがわかる。すなわち、第１図に示し
た光学系の映像管17の側の非点収差を第５図に示すよう
な特性に補正することができるものであり、同図に示し
た曲線上に蛍光体面が重なるように映像管17を配置する
とよい。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第６図（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施例を示したも
ので、それぞれ光軸を含む垂直断面と水平断面の構成を
示したものである。この実施例において、第１図
（ａ），（ｂ）に示した構成との差異は、三角プリズム
15を回転対称レンズ系23と非回転対称レンズ系24の間に
配置したことであり、個々の構成要素の構成は第１図
（ａ），（ｂ）に示したものと同一である。回転対称レ
ンズ系23と非回転対称レンズ系24は傾斜して配置されて
おり、回転対称レンズ系23の光軸22に沿って進む光線が
三角プリズム15で屈折した後、非回転対称レンズ系24の
光軸40に沿って進むようになっている。第６図（ａ），
（ｂ）に示した構成でも、非回転対称レンズ系24で発生
する非点隔差を三角プリズム15で補正することができ
る。

また、三角プリズムを２個用いることもできる。たとえ
ば、第１の三角プリズムを第１図に示すようにスクリー
ン14とレンズ系16の間に配置し、第２の三角プリズムを
第６図に示すようにレンズ系16の内部に配置するもので
ある。なお、三角プリズムは映像管の中心から出る光束
が平行に近くなる場所に配置するのが好ましい。

第７図は更に他の実施例で、２個の三角プリズムを用
い、それぞれの三角プリズムの一方の面を曲面にした例
の構成を示したものである。映像管17の前方に回転対称
レンズ系23を配置し、この回転対称レンズ系23の前方に
三角プリズム光学系41を配置し、さらに前方にスクリー
ン14を配置している。三角プリズム光学系41は第１の三
角プリズム42と第２の三角プリズム43で構成され、第１
の三角プリズム42の映像管17の側の面44は母線を垂直方
向に向けた凹の円筒面、第２の三角プリズム43のスクリ
ーン14の側の面45は母線を垂直方向に向けた凸の円筒面
となっている。

この、第７図の構成でも、２つの円筒面44,45により映
像管17に映出すべき画像が水平方向に圧縮された形状と
することができ、かつ２つの三角プリズム42,43の外側
の面46,47がプリズムの作用をなすので非点隔差を小さ
くすることができる。

また、第７図に示した構成において、２つの面44,45は
円筒面に限られるものではなく、垂直方向と水平方向で
焦点距離の異なる構成となっていればよい。例えば、楕
円体面のような形状であってもよい。更に、三角プリズ
ム光学系41の外側の面46,47をゆるやかな曲面にして、
垂直方向と水平方向で焦点距離を変えるようにすること
もできる。

発明の効果 以上に説明したように、本発明によれば、投写光束スク
リーンに対して斜め方向から投写するようにし、投写レ
ンズを投写画像の垂直方向と水平方向とで焦点距離の異
なるレンズ系とすることにより、映像管の蛍光体面を有
効に利用できるようにしたので、より高輝度の投写画像
を得ることができる。また、レンズ系で発生する非点隔
差は三角プリズムにより補正することができるので、ス
クリーン全面にわたって良好な画質の投写画像を得るこ
とができる。更に、投写光束をスクリーンに対して斜め
方向から投写しているので、装置の奥行を非常に短かく
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は本発明の実施例における画像投
写装置の構成を示す垂直および水平断面図、第２図は第
１図（ａ），（ｂ）に示した構成で映像管に映出すべき
画像の形状を示す線図、第３図は第１図の構成において
三角プリズムがない場合の映像管側の非点収差を示す特
性図、第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ），
（ｅ），（ｆ）はそれぞれ三角プリズムの作用を説明す
るための構成図および特性図、第５図は第１図に示した
構成の非点収差を示す特性図、第６図（ａ），（ｂ）お
よび第７図（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施例の構成
を示す垂直および水平断面図、第８図は従来例の構成を
示す断面図、第９図は第８図に示した構成で用いるスク
リーンの構成を示す断面図、第10図は第８図に示した構
成において映像管に映出すべき画像の形状を示す線図で
ある。 14…スクリーン、15,42,43…三角プリズム、16…レンズ
系、17…映像管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像管とスクリーンとの間の光路中におい
   て、投写画像の垂直方向と水平方向とで焦点距離の異な
   るレンズ系と、少なくとも１つの三角プリズムとを具備
   し、前記三角プリズムが前記レンズ系の物体画像からス
   クリーンまでの光路中に配置され、前記レンズ系または
   前記三角プリズムから出る投写光束をスクリーンに対し
   て斜め方向から投写するようにした画像投写装置。
2. 【請求項２】レンズ系と三角プリズムからなる光学系の
   対称面がただ１つ存在する特許請求の範囲第１項記載の
   画像投写装置。
3. 【請求項３】レンズ系の焦点距離が対称面に沿った方向
   で最大となる特許請求の範囲第２項記載の画像投写装
   置。
4. 【請求項４】スクリーンの中心に入射する光線のうち、
   前記スクリーンの法線となす角の大きい光線ほど三角プ
   リズムを通過する距離が長くなるように前記三角プリズ
   ムを配置した特許請求の範囲第１項記載の画像投写装
   置。
5. 【請求項５】三角プリズムの少なくとも一方の面を曲面
   にした特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の画像投写装置。