JPH10232348A - 映写レンズ - Google Patents

映写レンズ

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JPH10232348A
JPH10232348A JP10015497A JP1549798A JPH10232348A JP H10232348 A JPH10232348 A JP H10232348A JP 10015497 A JP10015497 A JP 10015497A JP 1549798 A JP1549798 A JP 1549798A JP H10232348 A JPH10232348 A JP H10232348A
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lens
lens group
projection
projection lens
focal length
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JP10015497A
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Kiso Bun
煕淙 文
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LG Electronics Inc
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    • G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B9/02—Diaphragms

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 映像ソースとして陰極線管を使用し、陰極線
間に結んだ小像をスクリーンに拡大、投射させるＴＶ用
映写レンズを、特に最小のレンズ構成で光学収差補正を
介して一層鮮明な画面を具現可能にした映写レンズ(pro
jection lens)を提供する。 【解決手段】 陰極線管(CRT)に表れる所定の大きさの
像を大型スクリーンに拡大、投射させるように構成され
た映写レンズにおいて、前記スクリーンから、一定以下
の低い屈折率を有し、スクリーン方向に膨らんだメニス
カス型に形成された１つのレンズ要素からなり、球面収
差を補正する第１レンズグループ；全体的に正の屈折力
を有し、正の屈折率を有するように１つの両面凸レンズ
要素からなる第２レンズグループ；上面湾曲収差及び歪
曲収差を補正するために陰極線管の上面方へ非常に高い
負の屈折力を有する第３レンズグループ；の手順に配列
され、前記第２レンズグループと第３レンズグループと
の間に位置して不必要な光を除去する視野絞りが含まれ
て構成されることを特徴とする映写レンズ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、映像ソースとして
陰極線管（ＣＲＴ）を使用し、陰極線管に結んだ小像を
スクリーンに拡大、投射させるＴＶ用映写レンズに関
し、特に最小のレンズ構成で光学収差補正を介して一層
鮮明な画面を具現可能にした映写レンズ(projection le
ns)に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的なワイドスクリーンＴＶ用の映写
レンズに対する技術は、米国特許第4,300,817号、第4,3
84,081号、及び第4,526,442号に詳細に記述されてい
る。前記先行技術を参照した従来の技術の映写レンズ
は、一般に陰極線管(CRT: Cathode-Ray Tube)の用途に
設計され、３つのレンズユニット(units)からなってい
る。すなわち、スクリーンから最前側に位置し、収差を
補正する役割を果たし、少なくとも１つの非球面を有す
る第１レンズユニットと、正の屈折力を有するレンズを
含み、両面凸レンズ要素を含む第２レンズユニットと、
フィールドフラットナー(field flattener)の役割を果
たし、レンズのペッツバル(petzval)曲率を補正するた
めにレンズの上端方向に凹面を有する第３レンズユニッ
トとで構成される。
【０００３】ここで、前記レンズユニット(units)は固
有光学機能を有するレンズグループを指すが、このユニ
ットは１つ又はそれ以上の光学的要素が他の光学的要素
から所定の距離離れていることを意味する。そして、全
体レンズグループにおけるレンズユニット或いはレンズ
グループの固有光学的機能は、必要な情報或いは機能に
従う一要素又はそれ以上の要素を利用してなる。ここ
で、一要素又はそれ以上の要素が、全体レンズ設計にお
いて１つのレンズユニットとして使われるか否かに対す
る決定は、レンズの性能、レンズの費用、レンズのサイ
ズ、等のいろんな要因に起因する。このため、後述する
内容におけるレンズユニット及びレンズグループは、全
体レンズでの光学機能を可能にする一要素又はそれ以上
のレンズ要素と定義される。
【０００４】前記米国特許第4,300,817号では、第２レ
ンズユニットが１つの両面凸レンズ要素で構成され、全
体レンズの焦点距離(EFL; Equivalent Focal Length)が
１２７ｍｍ或いはそれ以上の距離を有している。これに
対して、米国特許第4,384,081号では、両面凸レンズを
含む第２レンズユニットが直径が５インチである陰極線
管用直射用に製造されることにより焦点距離(EFL)を８
５ｍｍまで減少させる技術の内容を公開している。一
方、米国特許第4,526,442号では、第１レンズユニット
及び第２レンズユニット間の光軸で１度の折り重ね(fol
d)を有するように設計され、又、全体レンズの焦点距離
(EFL)が１２６ｍｍ以下になるように設計されている。
そして、前記焦点距離は直径が５インチのサイズを有す
る陰極線管スクリーン用で使われる。
【０００５】一方、映写ＴＶセットは大型画面を具現す
るため大型キャビネットを必要とするが、現在の傾向は
大型画面及び鮮明な画質を具現しながらも、全体キャビ
ネットの嵩は更に小型化することを要求している。
【０００６】前記キャビネット嵩を低減させる一方法
は、映写レンズの全体焦点距離(EFL)を低減させること
である。勿論、このように映写レンズの焦点距離を低減
させると、レンズのフィールド角度も増大する。
【０００７】ここで、前記レンズの焦点距離(EFL)は陰
極線管とスクリーンとの間の全体距離と関数関係にある
が、これを式として表現すると、以下の通りである。
【０００８】
【化１】
【０００９】上記式において、ＯＬは物体から像までの
全体距離、ＥＦＬ（１＋１／Ｍ）は物体からレンズの第
２主点までの距離、ＥＦＬ（１＋Ｍ）は像からレンズの
第１主点までの距離、Ｍは物体高に対する像高の比にて
表示されたシステムの倍率、を示す。
【００１０】上記式に示すように、陰極線管とスクリー
ンとの間の全体距離を低減させるためには、焦点距離(E
FL)を低減させる、又はレンズのフィールド角度を増加
させる。しかし、上記のように、焦点距離を低減させ、
レンズのフィールド角度を増加させると、収差補正がし
難くなる問題点があった。
【００１１】キャビネット嵩を低減させるための他の方
法は、陰極線管の燐光性スクリーンと映写レンズの第３
レンズユニットとの間に空間を確保することである。こ
のように空間を確保するようになると、陰極線管面を冷
却させるために必要な液体冷却剤と、前記液体冷却剤を
含ませるためのカップリング材料及びハウジングとを追
加に必要とする。又、陰極線管面間の空間をもっと拡大
すると、凹型の第３レンズユニットは一層高い負の屈折
力を有するようになり、このため凸型の第２レンズユニ
ットの屈折率も増加させなければならない。しかし、前
記陰極線管の燐光性スクリーンは、コーナー部分の光度
を増加させるために凸レンズからなっている場合が大分
であるため、フィールド曲率補正のための屈折率ほど第
３レンズユニットの屈折率が減少されなければならな
い。しかし、前述したように、１つの両面凸要素からな
る第２レンズユニットは、レンズ設計者に非点収差(ast
igmatism）及び歪曲(distortion)を補正することのでき
る余裕角度を提供しがたいという問題点がある。
【００１２】上記の非点収差及び歪曲を補正可能な技術
としては、前記米国特許第4,348,081号に開示されてい
るように、より短い焦点距離に対して第２レンズユニッ
トの光屈折力を分割することにより、より優れた収差補
正が可能であるものが見られる。しかし、上記の場合
も、光学設計において余裕角度を取る目的にて第２レン
ズユニットの光屈折力を単純に２つの要素に分けると、
映写レンズの使用可能角度が７２゜を超過するようにな
るため、充分な明暗対比及び解像度が得られない問題点
がある。
【００１３】一方、米国特許第4,300,817号に開示され
ているように大型の家庭用映写ＴＶも生産可能になった
ので、その構成をより小型化でき、製造が簡易であり、
低コストに生産でき、より一層広いフィールド角度を持
つ、映写レンズの開発に大変な努力を注いでいる。この
ような努力は、映写レンズの費用を節減するとともに、
画面のサイズを保持又は増大させながらもＴＶシステム
のサイズを低減させる努力でもある。
【００１４】上述した一般的な類型の映写レンズは、よ
り複雑な第２レンズユニットを１つのレンズ要素からそ
れ以上に分割することにより、全体レンズの焦点距離を
減少させ得るように設計されている。この種の技術につ
いては米国特許第4,948,237号及び第4,697,892号に詳細
に記述されている。前記先行特許の内容は、現在、８０
ｍｍ以下の同一焦点距離を有することができるように、
ワイドスクリーン映写セットで適用されている。前記レ
ンズは、第２レンズユニット及び大きくなったフィール
ド角度によって高い正の屈折率が発生されるので、上面
湾曲(fieldcurvature)の補正に役に立てる。従って、上
記の方法らが適用されて映写レンズの高い光学性能を可
能にした。しかし、上記の技術らは、光の発散を可能に
する第２レンズユニットにおいて大径凸要素を必要とす
る。又、このような構成は、上面湾曲及び非点収差の適
切な補正に必要である、非常に長い前面頂点距離(FVD;
Front Vertex Distance)を必要とする。ここで、前記前
面頂点距離は第１レンズユニットの像(image)から陰極
線管の面までの距離である。
【００１５】このような上記の技術らも同様なレンズの
構成を有するが、その具体的なレンズの構成は、２つの
非球面を有する単一要素からなる第１レンズユニット
と、最終像の方向に膨らみ、全体的に正の屈折力を有す
るメニスカス(meniscus)型になる第２レンズユニット
と、結像方向に高い負の屈折力を有する凹レンズからな
る第３レンズユニットとで構成されている。
【００１６】ここで、前記第１レンズユニットはレンズ
の光軸で正の屈折力を有しつつ各収差を補正するように
なる。しかし、レンズの屈折力(optical power)に起因
して正の屈折力は光軸からの距離に基づいて変化し、第
１レンズユニットの有効径(effect aperture)や近接距
離で高い負の屈折力を有する。前記第３レンズユニット
の高い負の屈折力は、他のレンズ要素のペッツバルサム
(petzval sum)を補正する。ここで、高い負の屈折力を
有する凹レンズの表面は、レンズの非点収差及び上面湾
曲を補正するために光学成分から作られる。そして、第
２レンズ要素は非点収差を補正するために正の屈折力を
有するレンズからなる。
【００１７】上記先行技術に説明されているように、全
体レンズらは、そのサイズがコンパクトし、非常に近く
設けられた第１レンズユニット及び第２レンズユニット
からなる。そして、前記レンズは、３つの要素でのみ構
成されているにも拘わらず、７３゜のフィールド角度を
持っている。一方、米国特許第4,300,817号に記述され
ているレンズの類型みたいに、全てのレンズ要素は、プ
ラスティック上に非球面を制作するに簡単であるので、
全部アクリルを使用している。ここで、アクリルレンズ
要素の焦点距離を変化させつつ、全体レンズでの焦点離
脱温度に応ずる焦点変化を補正するための方法は、レン
ズの焦点が一定の位置に固定され得る温度の関数とし
て、陰極線管のレンズの位置を移動させる二重金属板或
いは他の手段を利用して、レンズのマウント(mount)と
レンズのバレル(barrel)を設計することである。温度に
応ずる焦点変化を補正するための他の方法は、温度に応
ずる屈折率の変化を最小化する方法として、米国特許第
4,348,081号に開示されているように、第２レンズユニ
ット又は屈折レンズユニットをガラスで形成させること
である。しかし、上記のような方法は、ガラス上に非球
面を形成させることから、費用がたくさんかかる問題点
がある。
【００１８】このような問題を解決するための他の方法
は、第２レンズユニット又はパワーユニットに近いとこ
ろに１つ又はそれ以上の非球面を有するアクリルが接合
されることにより補正装置を備えたガラスからなるパワ
ーユニットを利用して複合レンズを構成させることであ
る。しかし、このような方法も、幅の広いフィールド角
度と全体長が減少するレンズユニットを構成するのが殆
ど不可能である。
【００１９】上記の複合レンズの構成の難しさを解決す
るための方法として、米国特許第4,776,681号を見る必
要がある。
【００２０】図１は米国特許第4,776,681号の一実施形
態図であり、レンズの構成において、大分プラスティッ
ク非球面レンズを使用している反面、図２に示すように
色収差(chromatic aberration)は十分に補正されていな
い。上記米国特許第4,776,681号に記述されているレン
ズは緑色陰極線管の中心波長のｅ−ライン(546.0nm)で
設計、開発され、同レンズがそれぞれ赤色及び青色陰極
線管にも使用されるので、光学レンズの特性上、最適の
性能を具現することができない。
【００２１】すなわち、図２ａに示すように、垂直球面
収差において、緑色陰極線管の中心波長のｅ−ライン(5
46.0nm)を中心として、青色陰極線管の中心波長のＦ−
ライン(490.0nm)と赤色陰極線管の中心波長のｄ−ライ
ン(590.0nm)とが収差距離の中心から相当に外れている
ため、光学レンズの特性が低下される。又、図２ｂに示
すように、収差距離中心で球欠上面湾曲(S; Sagittal F
ield Curvature)と子午上面湾曲(T; Tangential Field
Curvature)によってコマ(coma)収差及び上面湾曲収差の
補正が難く、のみならず図２ｃに示すように歪曲(disto
rtion)が発生するようになる。
【００２２】図３ａ乃至図３ｃは、緑色、青色、赤色陰
極線管から発光されるスペクトル特性を示している。全
ての陰極線管は、中心波長の以外に若干の異なる波長帯
域を有しているため上記した特性が発生され、これは色
収差の発生原因となる。特に、映写ＴＶにおいて画質に
最大の影響を及ぼすのは、緑色レンズアセンブリであ
る。すなわち、図３ａに示すように、緑色陰極線管のス
ペクトルは中心波長以外にも青色及び赤色領域の光を発
しているため、これに適用される映写レンズはこの領域
で色収差の補正が必要である。一般に、色収差(chromat
ic aberration)補正が行われない光学系は、画質低下及
びコントラスト(contrast)低下に非常に大きい影響を与
えるため、高画質デジタルＴＶ(HDTV)及び高画質ビデオ
プロジェクトでは必ず顧慮すべきである。
【００２３】一方、図１中、各レンズユニットは、補正
レンズユニットがＣＲと指定されているのを除いては、
一連の連続参照番号のＧに区分されている。そして、各
レンズ要素らは、像から物体の順に一連の連続参照番号
のＬとなっている。又、各レンズ要素の表面は、像から
物体の順に連続一連番号のＳに区分されている。そし
て、図面中、参照番号ＣＳは陰極線管のスクリーンを表
示する。そして、参照番号Ｃは、スクリーンＣＳと全体
レンズとの間において液体光学カプラーを意味する。前
記第１レンズユニットＧ１は、正の屈折率を有する要素
とメニスカス型の正の屈折率を有する要素とからなり、
以下の方程式によって定義される、少なくとも１つの光
表面を有している。
【００２４】
【化２】
【００２５】上記式において、ｘはレンズＣの軸Ａから
有効径(effect aperture)までの距離ｙでの表面垂れ量
(SAG)であり、Ｃは光軸でのレンズ表面曲率である。そ
して、Ｋは円錐(conic)定数であり、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈ、Ｉは非球面係数である。
【００２６】上記した第１レンズユニットＧ1は、第２
レンズユニットＧ2に対して凸状であり、前記ユニット
に小さい空間が形成されたメニスカスを含む。そして、
第２レンズユニットＧ2は両面Ｓ3、Ｓ4が凸状であるレ
ンズであり、光表面からなる単一両面凸レンズ要素から
なり、温度に従う屈折率の変化を最小化するためにガラ
ス材料からなっている。又、第３レンズユニットＧ
3は、フィールドフラットナとして作用し、第１レンズ
ユニットＧ1及び第２レンズユニットＧ2のペッツバル曲
率を有する。又、前記第３レンズユニットＧ3の陰の像
を有する側面は球面(spherical surface)及び非球面(as
pherical surface)で形成されている。
【００２７】ここで、米国特許第4,685,774号に開示さ
れているように、第１レンズユニットＧ1の第１要素Ｌ1
と第２レンズユニットＧ2の第２要素Ｌ2との間の間隙ｄ
12は、上面湾曲を補正するにおいて大切な要素である。
【００２８】上記間隙ｄ12は以下のようである。
【００２９】０．１０＜｜ｄ12／ｆ3｜＜０．４８ 上記においてｆ3は第３レンズユニットＧ3の焦点距離で
ある。
【００３０】これにより、上記式の｜ｄ12／ｆ3｜が
０．１０以下に下がると、上面湾曲は過補正され、像は
結ばれない。反面に、｜ｄ12／ｆ3｜が０．４８を超過
すると、上面湾曲の補正がよく行われなく、この場合に
も像は結ばれない。
【００３１】又、レンズのフィールド角度を低減させる
ほど、より多い非点収差が発生するが、これは第２レン
ズユニットＧ2での光収差を補正することにより補正可
能である。そして、第１レンズユニットＧ1は、第２レ
ンズユニットＧ2による光収差のみならず、コマ及び非
軸収差に対しても補正されなければならない。これは、
レンズ要素Ｌ1に２つの球面Ｓ1及びＳ2を有するように
することにより行われる。前記レンズ要素Ｌ1は、光軸
で最初に正の屈折率を有し、光収差に応じて負の屈折率
に変わる。そして、有効径の光軸又は有効径の近傍での
第１レンズ要素Ｌ１の矩形に対する光屈折力のＫｃａ／
Ｋａが米国特許第4,685,774号に説明されている。それ
ぞれの場合において、光軸での屈折力は正の屈折力であ
り、高さＹによって減少し、負の屈折力に変わり、光軸
での光屈折力の少なくとも２．５倍の絶対値に対して負
の屈折力に減少する。上記如き関係は、薄いレンズに関
連したことで、レンズの厚さとは関係無い。上記のよう
な関係は、光軸からレンズの有効径間のレンズ要素Ｌ1
の光屈折力の変化に関連したことである。
【００３２】ここで、矩形光屈折力ＫYは、以下の式に
より計算される。
【００３３】ＫY＝（ｎ−１）（Ｃ1Y−Ｃ2Y） 上記式において、ｎはレンズ要素Ｌ1の光屈折力を示
し、Ｃ1Yは光軸Ａから高さＹでの第１レンズ表面の該当
曲率を示し、Ｃ2Yは光軸Ａから高さＹでの第２レンズ表
面の該当曲率を示す。
【００３４】しかし、このようなレンズの構成は、前述
した図２ａに示すように、垂直球面収差図において、緑
色陰極線管の中心波長のｅ−ライン(546.0nm)を中心と
して、青色陰極線管の中心波長のＦ−ライン(490.0nm)
と赤色陰極線管の中心波長のｄ−ライン(590.0nm)とが
収差距離の中心から外れてしまう。よって、色収差が著
しい。又、図２ｂに示すように、収差距離中心で球欠上
面湾曲Ｓと子午上面湾曲Ｔによってコマ収差及び上面湾
曲収差の補正が難しくなるとともに、図２ｃに示すよう
に歪曲が発生するようになる。ついに、このような色収
差は、レンズ解像度低下及びコントラスト弱化の要因と
して作用して、高画質、高鮮明、ＴＶ及びビデオプロジ
ェクト用光学系としては適しない問題点がある。
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたもので、その目的は、最小
限のレンズ構成と簡単なレンズ形状により光学収差の補
正及び最適な光学系設計を介して高画質、高鮮明のＴＶ
から要求される水平解像度を具現しながらも、低コスト
の映写レンズを提供するのにある。
【００３６】本発明の他の目的は、上記の問題点を解決
するためにプラスティックレンズに非球面を適用させ、
非球面形状を柔らかに処理して、プラスティックレンズ
製造の容易性を確保し、製造費用を節減させるようにし
た映写レンズを提供するのにある。
【００３７】本発明の他の目的は、レンズ系の最小レン
ズ構成で、発生される収差及び残余収差の補正を介して
赤色、青色、緑色陰極線管に同一のレンズを使用する条
件下でも、レンズの結像性能及び光度を著しく向上させ
る映写レンズを提供するのにある。
【００３８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を実現するた
めの本発明の映写レンズは、陰極線管(CRT)に表れる所
定の大きさの像を大型スクリーンに拡大投射させるよう
に構成された映写レンズにおいて、前記スクリーンか
ら、一定以下の低い屈折率を有し、スクリーン方向に凸
状であるメニスカス型に形成された１つのレンズ要素か
らなり、球面収差を補正する第１レンズグループ；全体
的に正の屈折力を有し、正の屈折率を有するように１つ
の両面凸レンズ要素からなる第２レンズグループ；上面
湾曲収差及び歪曲収差を補正するために陰極線管の上面
方に非常に高い負の屈折力を有する第３レンズグルー
プ；の手順に配列され、前記第２レンズグループと第３
レンズグループとの間に位置して不必要な光を除去する
視野絞りが含まれて構成されることを特徴とする。
【００３９】又、本発明の映写レンズは、スクリーンか
ら、第１レンズグループ、第２レンズグループ、第３レ
ンズグループの手順に配列され、前記第１レンズグルー
プから前記スクリーン方向に位置して不必要な光を除去
する視野絞りが含まれて構成されることを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態を説明する。
【００４１】本発明の映写レンズの一実施の形態は、図
４乃至図９に示すように、非常に低い屈折力を有し、ス
クリーン方向に凸状であるレンズを含み、球面収差を除
去する第１レンズグループ１０１と、全体的に正の屈折
率を有する両面凸レンズからなる第２レンズグループ１
０２と、フィールド従属収差を補正するために、非常に
高い負の屈折率を有する第３レンズグループ１０３と、
前記第２レンズグループ１０２と第３レンズグループ１
０３との間に位置して不必要な光を除去するための視野
絞り１０４とで構成される。
【００４２】又、本発明の映写レンズの他の実施の形態
は、図１０に示すように、スクリーンから、一定以下の
低い屈折率を有し、スクリーン方向に凸状であるメニス
カス型に形成された１つのレンズ要素からなり、球面収
差を補正する第１レンズグループ１０１と、全体的に正
の屈折力を有し、正の屈折力を有するように１つの両面
凸レンズ要素からなる第２レンズグループ１０２と、上
面湾曲収差及び歪曲収差を補正するために陰極線管の上
面方に非常に高い負の屈折力を有する第３レンズグルー
プ１０３と、前記第１レンズグループから前記スクリー
ン方向に位置して不必要な光を除去する視野絞り１０４
とで構成される。
【００４３】上記したレンズ要素は、像から物体の順に
一連の連続参照番号によってＬ1、Ｌ2、Ｌ3に区分さ
れ、前記各レンズ要素の表面は、像から物体の順に連続
一連番号のＳ1乃至Ｓ9及びＳ1に区分されている。そし
て、前記図面中、未説明符号のＳｔｏｐは、第１レンズ
グループ１０１と第２レンズグループ１０２との間に位
置する絞りであり、Ｃは冷媒(coolant)である。
【００４４】上記のように、本発明の映写レンズは、３
群３枚のレンズと、少なくとも１つの絞りとで構成され
てあり、大口径、高画質、短焦点、大畫角、及び温度変
化に対する性能の安定性を確保するために、基本的に上
記のような構成が必要になった。すなわち、まず、明る
い画面を具現するためには、レンズのＦ／数（レンズ枚
数に対する焦点距離）が小さくなければならないため、
レンズの口径は大きくなる。このため、球面収差が大き
く発生するため、このような球面収差を除去するための
レンズが必要であり、これに好適なものが前述した図４
の第１レンズグループ１０１みたいなスクリーン方向に
凸状であるメニスカス型の非球面レンズ要素Ｌ１であ
る。
【００４５】次に、映写レンズが、一定の拡大倍率を有
し、温度変化に応ずる像点移動を最小化するためには、
大きな屈折率(optical power)を有するレンズが必要で
ある。かかる特性を有する第２レンズグループ１０２
は、両面凸状が好適であり、材質は温度変化に応ずる屈
折率変化が小さいガラスが適当である。又、本発明の映
写レンズは、高画質、高鮮明なＴＶセットのサイズを大
幅に小さくすることができ、この際には畫角が大きくな
って自然に上面湾曲収差及び歪曲収差が大きく発生す
る。よって、このような収差の調整のために、図４の第
３レンズグループ１０３みたいにスクリーン上面方に凹
(concave)型である第３レンズ要素Ｌ3を配置するのが効
果的であり、前述したレンズのスクリーン上面方の面Ｓ
7を非球面処理するとともに陰極線管の蛍光面(phospho
r)ＳIに適切な曲率を与えるのは、このような非軸収差
を補正するに有利である。
【００４６】特に、図１に示す従来の技術の映写レンズ
とは異に、図４乃至図６に示す本発明の映写レンズで
は、従来の技術の図１における補正レンズユニットＣＲ
の役割を果たすレンズグループが無くなってコマ収差及
び残余収差が発生するため、第２レンズグループ１０２
と第３レンズグループ１０３との間に不必要な光を除去
する手段である視野絞り１０４を必要とする。又、本発
明の他の実施例として、図１０に示すように、図１レン
ズグループ１０１の前方に視野絞り１０４’を配置して
不必要な光を除去してもよい。しかし、前記視野絞り１
０４、１０４’は不必要な光を除去する手段であるため
周辺光量比の損失を甘受すべきであるが、周辺光量比は
映写ＴＶの構成に重要な役割をするため、一般にＴＶを
構成するに必要な周辺光量比を確保する水準で視野絞り
１０４、１０４’のサイズが決定される。すなわち、Ｆ
／数を左右する光軸光線を損傷しない範囲と、最小限の
周辺光量比とを確保する側面から、視野絞り１０４、１
０４’の位置及びサイズが決定される。こうすると、従
来の技術で使用している図１の補正レンズユニットＣＲ
の役割である残余高次収差を補正する方法でなく、根本
的に残余収差を除去する効果をもたらして、ついには解
像度が向上する結果をもたらす。そして、レンズ要素の
材質としてのプラスティックは、温度変化に応ずる屈折
率の変化がガラスより約１０倍以上大きいため、全ての
レンズがプラスティックで構成されると、陰極線管の温
度上昇に応ずるレンズ周辺の温度変化により像(image)
面移動が発生する。これは、結局、画質低下につなが
る。よって、第１レンズグループ１０１と第３レンズグ
ループ１０３に適用されるプラスティックレンズの屈折
力(power)はできるだけ小さくして収差補正に有利な非
球面を提供し、映写光学系の大分の屈折力をガラスレン
ズで構成された第２レンズグループ１０２に集中的に負
担させることが、温度変化に応ずる性能低下を最小化す
るのにより有利である。
【００４７】本発明の具体的な実施の形態のデータを、
表１、表２、表３に示す。ここで、表１は図４及び図７
に従う実施の形態であり、表２は図５及び図８に従う実
施の形態であり、表３は図６及び図９に従う実施の形態
である。
【００４８】そして、表１乃至表３のデータを読み取る
方法は、以下の通りである。
【００４９】表１を例に取ると、スクリーンの曲率は無
限大で平面であり、スクリーンから第１レンズグループ
１０１の第１レンズ要素Ｌ1の前面Ｓ1間の空間を通常物
体(object)空間と呼ぶが、この空間は空気中にあって屈
折率は１．０である。第１レンズグループ１０１の前面
Ｓ1の曲率は５５．８４２ｍｍであり、厚さは１０．０
ｍｍであり、第１レンズ要素Ｌ1の材質の屈折率はｄ−
ラインで１．４９２である。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】前記第１レンズ要素Ｌ1の前面Ｓ1は非球面
であり、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、以下の式とし
て定義される非球面式である。
【００５４】
【化３】
【００５５】ここで、Ｃｖは曲率(curvature)であり、
ρ2＋ｙ2＋ｚ2である。
【００５６】上記式において、ｘ座標軸は光軸であり、
レンズの法線方向がｙ軸であるとき、ｘ値は各レンズの
要素値である。
【００５７】前記第１レンズグループ１０１を含んだ第
２レンズグループ１０２乃至第３レンズグループ１０３
の第１レンズ要素Ｌ1乃至第３レンズ要素Ｌ3の表面Ｓ2
乃至Ｓ8と陰極線管の蛍光面ＳI及び陰極線管のパネル面
Ｓ9の曲率半径、厚さ、屈折率(INDEX)も、上記のような
方法により読めばよい。前記非球面の形状は、加工性の
容易さ及び形状の精密度を確保するために、滑らか、且
つ柔らかに処理するのが好ましい。このような本発明の
映写レンズは、陰極線管上で５．０″〜５．５″ラスタ
サイズ(raster size)がスクリーンに８〜１５倍に拡大
投射されるとき、最適の結像性能を有するようになる。
又、本レンズの最大畫角は３５゜以上で、レンズのＦ／
数が１．１以下で、充分な光度を有するＴＶを実現可能
であるだけでなく、スクリーンから第３レンズグループ
１０３の蛍光面ＳＩまでの距離が非常に短いため、全反
射鏡の１つだけでも小嵩のＴＶセットを具現することが
できる。特に、レンズの焦点距離は、全てのスクリーン
のサイズに対して７３〜８０ｍｍ程度に遥かに短い。
【００５８】又、従来の技術とは相違に構成された本発
明の映写レンズが、よい性能を有するためには、次の表
４に示す条件を満足しなければならない。
【００５９】
【表４】
【００６０】０．３０＜ｆ0／ｆ1＜０．３７ ０．９０＜ｆ0／ｆ2＜１．００ −０．６０＜ｆ0／ｆ3＜−０．３０ ここで、ｆ0：映写レンズの全体焦点距離、 ｆ1：第１レンズグループの焦点距離、 ｆ2：第２レンズグループの焦点距離、 ｆ3：第３レンズグループの焦点距離、である。
【００６１】上記のような条件式は、従来の技術で見ら
れる屈折力(POWER)の分配とは相違であり、この条件式
を満足する構成だけがよい結像性能を発揮することがで
きる。
【００６２】又、前述した本発明の映写レンズにおい
て、第１レンズグループ１０１と第２レンズグループ１
０３との主要面(principal plane)間の距離をｄ12、第
２レンズグループ１０２と第３レンズグループ１０３と
の主要面間の距離をｄ23、レンズの全体焦点距離がｆ0
とすると、一定の水準の性能及び周辺光量比を確保する
ためには、以下の表５に定義された条件式を満足すべき
である。
【００６３】
【表５】
【００６４】０．５０＜ｄ12／ｆ0＜０．６０ ０．５０＜ｄ23／ｆ0＜０．６０ ここで、ｆ0：映写レンズの全体焦点距離、 ｄ12：第１レンズグループと第２レンズグループとの主
要面間の距離、 ｄ23：第２レンズグループと第３レンズグループとの主
要面間の距離、である。
【００６５】上記の条件式は、各レンズグループ間の主
要面間の距離の割合を意味し、周辺フィールドでのコマ
(coma)収差の補正に効果的である。この条件式から外れ
てしまうと、周辺光量比の確保が難しくなり、上面湾曲
収差等が生じて映写レンズの結像性能を低下させること
になる。
【００６６】そして、不必要な光を除去する手段である
視野絞り１０４、１０４’のサイズは以下のようであ
る。
【００６７】０．３５＜Ｈ／ｆ0＜０．５５ ここで、Ｈ：視野絞りの高さ、 ｆ0：映写レンズの全体焦点距離、である。
【００６８】Ｈ／ｆ0の値が０．３５より小さいと、周
辺光量比の確保が難しくなり、０．５５より大きいと、
不必要な光を除去しがたくなる。
【００６９】
【発明の効果】上記のように構成され作用される本発明
の映写レンズは、最小限のレンズ構成と簡単な視野絞り
により光学収差の補正及び最適の光学系設計を介して高
画質、高鮮明なＴＶから要求される水平解像度を具現す
る利点がある。
【００７０】又、本発明は、上記した問題点を解決する
ためにプラスティックレンズに非球面を適用させ、非球
面形状を柔らかに処理することにより、プラスティック
レンズの製造の容易性を確保するとともに、製造費用を
低減させる利点もある。
【００７１】又、本発明は、レンズ系の最小レンズ構成
で発生される収差及び残余収差の補正を介して赤色、青
色、緑色陰極線間に同一のレンズを使用する条件下で
も、レンズの結像性能及び光度を著しく向上させる利点
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術の映写レンズの側面図である。
【図２】図１の映写レンズの各収差に従うグラフであ
り、図２ａは球面収差図、図２ｂは上面湾曲図、図２ｃ
は歪曲収差図である。
【図３】ＣＲＴから発光される分光スペクトルの特性を
示す図であり、図３ａは緑色ＣＲＴ蛍光面の分光スペク
トル特性図、図３ｂは青色ＣＲＴ蛍光面の分光スペクト
ル特性図、図３ｃは赤色ＣＲＴ蛍光面の分光スペクトル
特性図である。
【図４】本発明の一実施形態の映写レンズの側面を示す
図である。
【図５】本発明の他の実施形態の映写レンズを示す図で
ある。
【図６】本発明のさらに他の実施形態の映写レンズを示
す図である。
【図７】図４の実施形態に従う映写レンズの収差図であ
り、図７ａは球面収差図、図７ｂは上面湾曲収差図であ
る。
【図８】図５の実施形態に従う映写レンズの収差図であ
り、図８ａは球面収差図、図８ｂは上面湾曲収差図であ
る。
【図９】図６の実施形態に従う映写レンズの収差図であ
り、図９ａは球面収差図、図９ｂは上面湾曲収差図であ
る。
【図１０】本発明の他の実施形態の映写レンズの側面図
である。
【符号の説明】
１０１ 第１レンズグループ １０２ 第２レンズグループ １０３ 第３レンズグループ １０４ 視野絞り Ｌ1〜Ｌ3 各レンズ要素 Ｓ1〜Ｓ9、ＳI 各レンズ表面 Ｃ 冷媒 ＣＳ 陰極線管のスクリーン

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陰極線管(CRT)に表れる所定の大きさの
    像を大型スクリーンに拡大、投射させるように構成され
    た映写レンズにおいて、 前記スクリーンから、一定以下の低い屈折率を有し、ス
    クリーン方向に凸状であるメニスカス型に形成された１
    つのレンズ要素からなり、球面収差を補正する第１レン
    ズグループ；全体的に正（＋）の屈折力を有し、正の屈
    折率を有するように１つの両面凸レンズ要素からなる第
    ２レンズグループ；上面湾曲収差及び歪曲収差を補正す
    るために陰極線管の上面方へ非常に高い負（−）の屈折
    力を有する第３レンズグループ；の手順に配列され、 前記第２レンズグループと第３レンズグループとの間に
    位置して不必要な光を除去する視野絞りが含まれて構成
    されることを特徴とする映写レンズ。
  2. 【請求項２】 前記第１レンズグループは、少なくとも
    １つの非球面を有するように構成されることを特徴とす
    る請求項１に記載の映写レンズ。
  3. 【請求項３】 前記第３レンズグループは、少なくとも
    １つの非球面を有するように構成されることを特徴とす
    る請求項１に記載の映写レンズ。
  4. 【請求項４】 前記第１レンズグループと第３レンズグ
    ループはプラスティック材料で形成され、前記第２レン
    ズグループはガラス材料で形成されることを特徴とする
    請求項１に記載の映写レンズ。
  5. 【請求項５】 前記映写レンズの全体焦点距離をｆ0、
    第１レンズグループの焦点距離をｆ1、第２レンズグル
    ープの焦点距離をｆ2、第３レンズグループの焦点距離
    をｆ3とする際、以下の条件、 ０．３０＜ｆ0／ｆ1＜０．３７ ０．９０＜ｆ0／ｆ2＜１．００ −０．６０＜ｆ0／ｆ3＜−０．３０ を満足するように構成されることを特徴とする請求項１
    に記載の映写レンズ。
  6. 【請求項６】 前記映写レンズの全体焦点距離をｆ0、
    第１レンズグループと第２レンズグループとの主要面間
    の距離をｄ12、前記第２レンズグループと第３レンズグ
    ループとの主要面間の距離をｄ23とする際、以下の条
    件、 ０．５０＜ｄ12／ｆ0＜０．６０ ０．５０＜ｄ23／ｆ0＜０．６０ を満足するように構成されることを特徴とする請求項１
    に記載の映写レンズ。
  7. 【請求項７】 前記視野絞りの高さをＨ、前記映写レン
    ズの全体焦点距離をｆ０とする際、次の条件、 ０．３５＜Ｈ／ｆ0＜０．５５ を満足するように構成されることを特徴とする請求項１
    に記載の映写レンズ。
  8. 【請求項８】 陰極線管(CRT)に表れる所定の大きさの
    像を大型スクリーンに拡大、投射させるように構成され
    た映写レンズにおいて、 前記スクリーンから、一定以下の低い屈折率を有し、ス
    クリーン方向に凸状であるメニスカス型に形成された１
    つのレンズ要素からなり、球面収差を補正する第１レン
    ズグループ；全体的に正の屈折力を有し、正の屈折率を
    有するように１つの両面凸レンズ要素からなる第２レン
    ズグループ；上面湾曲収差及び歪曲収差を補正するため
    に陰極線管の上面方へ非常に高い負の屈折力を有する第
    ３レンズグループ；の手順に配列され、 前記第１レンズグループから前記スクリーン方向に位置
    して不必要な光を除去する視野絞りが含まれて構成され
    ることを特徴とする映写レンズ。
  9. 【請求項９】 前記第１レンズグループは、少なくとも
    １つの非球面を有するように構成されることを特徴とす
    る請求項８に記載の映写レンズ。
  10. 【請求項１０】 前記第３レンズグループは、少なくと
    も１つの非球面を有するように構成されることを特徴と
    する請求項８に記載の映写レンズ。
  11. 【請求項１１】 前記第１レンズグループと第３レンズ
    グループはプラスティック材料で形成され、前記第２レ
    ンズグループはガラス材料で形成されることを特徴とす
    る請求項８に記載の映写レンズ。
  12. 【請求項１２】 前記映写レンズの全体焦点距離を
    ｆ0、前記第１レンズグループの焦点距離をｆ1、前記第
    ２レンズグループの焦点距離をｆ2、前記第３レンズグ
    ループの焦点距離をｆ3とする際、以下の条件、 ０．３０＜ｆ0／ｆ1＜０．３７ ０．９０＜ｆ0／ｆ2＜１．００ −０．６０＜ｆ0／ｆ3＜−０．３０ を満足するように構成されることを特徴とする請求項８
    に記載の映写レンズ。
  13. 【請求項１３】 前記映写レンズの全体焦点距離を
    ｆ0、前記第１レンズグループと第２レンズグループと
    の主要面間の距離をｄ12、前記第２レンズグループと第
    ３レンズグループとの主要面間の距離をｄ２３とする
    際、以下の条件、 ０．５０＜ｄ12／ｆ0＜０．６０ ０．５０＜ｄ23／ｆ0＜０．６０ を満足するように構成されることを特徴とする請求項８
    に記載の映写レンズ。
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