JPH10508958A - ビデオ映像の画点を映写する方法およびそれに関連する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 画点の明るさに関して輝度が制御され、偏向されたのち、レンズ（６３、６３′）またはレンズ系（５０）によって画面（５４）上に映写される光束（４０、４０′、６４、６４′）によってビデオ映像の画点を映写する方法において、レンズ（６３、６３′）、レンズ系（５０）またはレンズ系（５０）の部分レンズ系（７８）に対して可変焦点距離が設けられ、焦点距離が変化したときでも、物体側焦点が固定状態に維持される。ビデオ映像の画点を画面（５４）上に映写するための装置は、ラインごとおよびフレームごとのラスタ走査のために、画点の明るさに関して輝度が制御される光束（４０、４０′、６４、６４′）を画面（５４）に対して偏向させる偏向装置と、偏向装置と画面（５４）との間のレンズ（６３、６３′）またはレンズ系（５０）とを有しており、レンズ（６３、６３′）、レンズ系（５０）またはレンズ系（５０）の部分レンズ系（７８）が、焦点距離に関して調節可能であり、焦点距離の調節の間にレンズ（６３、６３′）または部分レンズ系（７８）の物体側焦点を固定状態に維持する装置が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオ映像の画点を映写する方法およびそれに関連する装置 本発明は、画点の明るさに関して輝度が制御され、偏向されたのち、レンズま たはレンズ系によって画面上に映写される光束によってビデオ映像の画点を映写 する方法に関する。さらに、本発明は、具体的に前記方法を実行するための、特 に、ビデオ映像の画点を画面上に映写するための、ラインごとおよびフレームご とのラスタ走査のために、画点の明るさに関して輝度が制御される光束を画面に 対して偏向させる偏向装置と、偏向装置と画面との間においてレンズまたはレン ズ系とを用いる装置に関する。 受像管を用いる従来のビデオ技術では、高額な費用のため、像の大きさが非常 に制限される。しかし、文献から知られる他の技術を使用して非常に大きなカラ ービデオ映像を生成することができる。例えば、フンクシャウ(Funkschau)1970 ，4，pp．69ff.の記事および欧州特許公開第００８４４３４号公報には、レーザ によって発生される異なる色の３本の光束を光変調器によって輝度変調し、ミラ ー系によって結束して共通の光束を形成し、この光束をミラー系によって機械的 にラスタ走査し、画面に映写する装置が記載されている。 また、職業的用途においては、現在、大画像映写機が使用されている。しかし 、このような映写機は、異なる映写原理に基づく。しかし、技術的原理にかかわ らず、大画像映写機は、像の大きさに関して同じ要件を求められる。このような 映写機は、その高い価格のため、永久的に設置されることはめったになく、むし ろ、特別な機会にレンタル会社から賃借されるものである。したがって、そのよ うな大画像映写機は、多くの種類の用途に柔軟に対応できなければならない。実 際、そのような装置は、小さな映画館やフットボール競技場で使用することがで きる。この理由のため像の大きさの可変性に対する相当な考慮が必要である。 今日まで、上述したようにレーザ光束を用いてビデオ映像を映写するための満 足な解決方法はなかった。像の大きさの拡大または縮小は、例えば、偏向装置を 機械的に変更または交換することによって達成することができるが、それは複雑 で高価である。とりわけ、通常は技能に乏しい操作者が使用の場所でそれぞれの 用途に合わせてミラーを絶えず調節し直すことは期待できないため、この方法は 、種々の施設に貸し出される大型の映写装置には実用的ではない。 レーザ技術によって作動するビデオ装置中でビデオ映像を拡大するために、ド イツ国特許公開第４３２４８４９号公報は、像フィールドを拡大可能な実質的に 無焦点レンズ系の使用を提案している。このレンズ系は、例えば、より平坦なタ イプの構造のそのようなビデオシステムを可能にする。しかし、この参考文献に 記載されているレンズ系は主として最小限の色誤差およびゆがみで拡大を達成す るように設計されているため、このレンズ系において倍率は固定されている。レ ンズ系は、映写誤差を減らすように最適化されているため、例えば部分系の映写 特性を変えることによってこの最適性を維持できるとはとても推定できない。し たがって、別の解決方法を求めなければならない。 また、入射光線に対する射出光線の角度を変えるために、角度が所定の関数ｆ にしたがって調節されるｆ（θ）レンズが公知である。例えば、平面の均一なラ スタ走査のために均一な角偏向を変形するために、角度調節にタンジェント関数 を使用するレンズが技術的用途に使用されている。 しかし、そのような光学系は拡大が可能ではない。とりわけ、ドイツ国特許公 開第４３２４８４９号公報に含まれる分析は、そのようなｆ（θ）レンズを、ゆ がみなし、かつ色誤差なしで、許容しうる公差範囲内で構成することはできない ことを示す。これは、ｆ（θ）レンズに関連するビデオ技術において像の大きさ を可変的な方法で変更する提案が存在しないことを示す。 カメラやフィルム映写機に使用するための可変焦点対物レンズが従来技術から 公知である。しかし、このようなレンズは、映写画面上でスライドを拡大する場 合のように、平坦な映像を画面に映写することにしか適さない。しかし、ビデオ システムまたはレーザプリンタにおいては、偏向装置のミラーの偏向によって生 じる角度を平面画面上の偏向に変換しなければならない。したがって、像は、公 知の可変焦点対物レンズによって映写する前に、まず、ｆ（θ）レンズによって 像に変換しなければならない。ドイツ国特許公開第４３２４８４９公報で述べら れているように、これは、ゆがみなし、かつ色誤差なしで実施することはできな い。 したがって、要するに、現在、レーザビデオシステム中で像の大きさを可変的 に変更するための満足な解決方法はないと主張せざるを得ない。しかし、像の大 きさの可変的調節は、特に、ビデオ装置を職業的用途で異なる空間条件に柔軟に 適用する場合に必要である。 本発明の目的は、偏向された光束によってビデオ映像を映写するための、像の 大きさを簡単かつ扱いやすい方法で変更することができる方法および装置を提供 することにある。 上述の方法に基づくと、この目的は、レンズ、レンズ系またはレンズ系の部分 レンズ系に関して可変焦点距離が設けられ、焦点距離が変化したときでも、物体 側焦点が固定状態に維持されることにおいて満たされる。 したがって、本発明の方法は、当該技術分野から公知である、可変焦点距離を もつレンズ系またはレンズ、例えば可変焦点系またはズームレンズを利用する。 しかし、これらのレンズ系またはレンズは、焦点距離が変化したときでも焦点の 位置が所定の方法でセットされるということにおいて、新規な方法で作動する。 このようにして、画面上に映写するための偏向装置によって生じる角度変化が適 切な方法で増減される。 以下の近似から、本方法が作用する方法がいっそう明らかになろう。上述のビ デオ映写に関連する大きな距離を考えると、レンズ系は、第一の近似において、 レンズ方程式にしたがって薄いレンズとしてみなすことができる。このように、 既知のレンズ方程式 １／ｆ＝１／ｇ＋１／ｂ （ただし、ｆは焦点距離であり、ｇは物体距離であり、ｂは像距離である）を近 似に使用することができる。像距離ｂが非常に大きい場合、最初の近似では項１ ／ｂを無視して、ｇがｆに近似するようにすることができる。したがって、ｆが 変化すると、ｇもまた変化する。このとき、像の大きさは、第二光線原理に基づ いてｆに依存するが、鮮鋭度およびゆがみに関する映写特性は同じままである。 さらに、ｇがｆに近似する関係は、ｆが変化しても焦点は常に同じ地点に位置す ることを定める。 映写原理は近似から理解することができるが、これは非常におおまかな近似で あるということを留意しておかなければならない。したがって、演繹的に見て、 画質が同じままであることを期待することはできない。しかし、モデル計算は、 この原理に基づくと、優れた画質を提供する、像の大きさを変化させるための光 学系を簡単な方法で構成できることを証明した。以下、本発明のさらなる開発を 参照しながら、これをさらに詳細に論じる。 上述の近似から、近似は、レンズ系の寸法を無視することができるかどうかに 依存するため、像の大きさを変化させるためのレンズまたはレンズ系の空間要求 が小さくなるほど、この近似が現実の条件により良好に適合するということが明 らかである。したがって、本発明に基づいて構成されたレンズ系は、有利なこと に、きわめてコンパクトであり、借り出される大型の映写装置の場合、このよう な大型の映写装置はしばしば異なる場所に設置しなければならないため、特に梱 包に関して相当な利点となる。 また、同じく近似から明らかであるように、像情報が所定の焦点で特に明確に 定義されるならば、画面上に示される像は、より高い画質を有する。したがって 、本発明の好ましいさらなる開発においては、固定状態に維持される物体側焦点 が、偏向が起こるところの空間的拡大区域の中に維持されるか、部分レンズ系の 場合には、光束が焦点を結ぶところにおいてレンズ系の光路中の平面の中に維持 される。 しかし、このさらなる開発では、焦点の位置は偏向点にある必要はない。ビデ オ映像におけるような二方向への独立したラスタ走査の場合には、そのような点 がないからである。むしろ、偏向は、フレームごとおよびラインごとのラスタ走 査によって与えられる空間的拡大区域の中で実施される。 像内容は、偏向の際の定められる角度のため、この空間的に明確に定義された 区域の中で局所的に特に明確に決定されて、この区域が、可変焦点距離を持つレ ンズ、部分レンズ系またはレンズ系の物体側焦点を確定するのに特に好適になる 。光束が平面中で十分に焦点を結ぶ本発明の好ましいさらなる開発による代替態 様においては、光束が焦点を結ぶことによって示される平面の定義に基づいて、 良好な画質が得られる。そして、この像は画面上に他の寸法で再現される。いず れの場合にも非常に良好な画質が達成される。 これらの特徴の意義は、本方法の特徴によって可能になる最も簡素な光学系の 徹底的な考察によって容易に理解されるであろう。 最も簡素な光学系は、偏向が起こる点に位置する物体側焦点をもつ可変焦点対 物レンズの配設にある。この点から出る各光線は、光軸からの距離が角度によっ て決まり、かつ、可変焦点対物レンズの光軸に対して並行に延びる、可変焦点対 物レンズから出る光線に変換される。幾何学的理由のため、この距離もまた焦点 距離に依存する。これは、固定焦点距離では、ラスタされた光束に含まれる情報 が、画面からの距離にかかわりなく一定の寸法を有する画像として再現されるこ とを意味する。焦点距離が変化するが、焦点は偏向装置の所定の位置にとどまる とき、幾何光学的関係が像の大きさの変化をもたらす。 そして、このようにして生じた像を、従来技術から公知であるさらなる対物レ ンズまたはレンズ系を用いて、固定倍率でさらに拡大することができる。 しかし、より複雑なレンズ系の使用によって倍率を調節するための可能な方法 が他にもある。例えば、固定された像は、個々のレンズまたはレンズ系により、 光軸に対して並行に延びる光束から生成することができ、これが、スライド映写 機で使用される可変焦点対物レンズを用いて実施されるように、従来の手段によ って拡大される。しかし、後段の光学系の焦点がこの中間像平面に位置すべきで あるという要件が、従来の可変焦点対物レンズから離れ、異なる構造に至り、そ の結果として、経験が示すように、ゆがみおよび小さな色誤差を相当な程度にま でなくすように全光学系を修正することができる。 このように、本発明は、例えばビデオ装置を異なる空間的条件に適合させるた めに広い範囲で調節することができる拡大を可能にするだけでなく、同時に、高 い再現画質をもつ画像の表示をも可能にする。 焦点距離が変化したとしても物体側焦点が固定状態のままであるような方法で 設計された可変焦点距離を持つ特殊なレンズ系を使用して、この方法を実施する ことができる。しかし、この付随的な制約は、それに対応するビデオシステムの 製造をより困難にする。 他方、本発明の好ましいさらなる態様によると、焦点距離が変化したとき、レ ンズ、レンズ系または部分レンズ系の位置が変化することにおいて、物体側焦点 が固定状態に維持される。その際、可変焦点距離を持つレンズ系は、設計の点で それほど制限されず、したがって、位置依存的な方法でより最適化しやすい。位 置の再調節はまた、実質的に増大した出費を要しない。したがって、簡単な方法 で画質を高めることができる。 本発明はさらに、上述の方法を実施するための装置に関し、上述の装置に基づ いて、レンズ、レンズ系またはレンズ系の部分レンズ系が、焦点距離に対して調 節可能であり、焦点距離の調節の間にレンズまたは部分レンズ系の物体側焦点を 固定状態に維持する装置が設けられていることを特徴とする。 レンズおよびレンズ系に関連する光学系は、方法に関連してすでに上述した。 しかし、この装置においては、焦点を所定の位置に維持するための特殊な装置が さらに設けられる。この装置の結果、方法の段階を、焦点距離を調節する第一段 階と、その後に焦点を所定の地点に動かす第二段階とに分ける必要はない。した がって、特に簡単な方法で装置を所望の条件に適合させることができる。ビデオ 機器の職業的な使用の場合、適切に設計された場合の装置の結果として焦点の固 定が実際に自動的に行われるため、原則的には、焦点距離を調節するための１回 の手の動きによってビデオシステムを空間的条件に適合させることができる。 本発明の装置の好ましいさらなる開発においては、装置は、物体側焦点を、偏 向装置の区域の中または光束が焦点を結ぶことができるところのレンズ系の光路 中の平面の中に固定する。 本発明の装置のこのさらなる開発の利点は、本方法のさらなる開発を参照しな がらすでに詳細に説明した。 本方法を実施するために、または本装置のために、種々のレンズまたはレンズ 系を備えたターレットを設けることもできる。また、同時に、レンズをターレッ トに配設するとき、本方法および装置で定められる焦点の位置が維持されるよう に配慮することもできる。この場合、装置に使用される装置もまた、ターレット によって構成される。 しかし、この解決方法は、限られた数の倍率しか許さず、所定の空間的条件に 適合することが可能ではあるが、ビデオ映像が常に画面を完全に満たすわけでは ない。ターレット中のレンズ系は、望みどおりに細かな等級に分けることができ るが、高画質を得るためには個々のレンズ系の構成が高品質でなければならない ため、費用の点ですぐに限界に達してしまう。 高画質を保持しながらも費用を下げるために、本発明の好ましいさらなる態様 は、レンズ、レンズ系またはレンズ系の部分レンズ系が連続調節可能な焦点距離 を有している。したがって、像の大きさを常に適切な方法で調節することができ る。加えて、この構成は、従来技術の可変焦点対物レンズの場合のように、同じ レンズをすべての倍率に使用することができるため、より経済的である。例えば 、レンズ系における焦点距離の調節は、従来の可変焦点対物レンズのように、こ れらのレンズ系の部分レンズ系を互いに相対して変位させることにおいて行われ る。 本発明のもう一つの好ましい開発によると、レンズ系は実質的に無焦点のレン ズ系である。無焦点レンズ系は、所定の角度で入力側に入射する光束が、異なる 角度で射出する別の光束に変換され、二つの角度のタンジェント関数が、個々の 段階の焦点距離によって与えられる一定の比率にあるような映写を可能にする。 したがって、ゆがみが起こらず、色誤差が最小限になるように系全体を設計する ことができる。 この理由のため、実質的に無焦点の系は高画質にはきわめて有利である。無焦 点レンズ系は、例えば、第一の部分系の像側焦点が第二の部分系の物体側焦点に 位置するような二つの部分系によって実現することができる。そして、第一の部 分系の物体側焦点を介して映写される光線が上述のタンジェント関数の比率にし たがって変換される。 すでに上述したように、最初に述べたビデオシステムにおける二次元偏向の場 合、光束の偏向のための単独の点はない。むしろ、二つの直交方向の偏向によっ て形成される空間的拡大区域が偏向のためのベースとみなさなければならない。 光学系を調節する際、従来の無焦点レンズ系とは対照的に、第一の部分系の像側 焦点が第二の部分系の物体側焦点とまったく同じ場所には位置しないよう、この 理想的な条件からの逸脱を考慮しなければならない。したがって、レンズ系は、 定義としては無焦点レンズ系とはいえず、むしろ、その映写原理を利用している だけである。これが、そのような映写系を本明細書中で‘実質的に’無焦点のレ ンズ系と呼ぶ理由である。 本発明の好ましいさらなる開発においては、レンズ系は多数の段を含み、第一 の段が偏向装置に対して一定の距離に配設され、他の段の少なくとも一つが可変 焦点距離を有し、第一の段に対して変位可能に配設されている。 本発明のさらなる開発によると、第一の段は、偏向装置から一定の距離で配設 され、すなわち固定状態のままである。本発明に必要な可変焦点距離をもつレン ズまたは対応する部分レンズ系は、レンズ系の別の後段で実現される。したがっ て、偏向装置の位置によって可能な空間的制限を考慮する必要がないため、像の 拡大または縮小のために大きな面積が利用できる。幾何光学に関する理由から、 ビデオ系はすでに、偏向装置の方向におけるよりも大きな利用可能な空間を画像 面の方向に有している。 本発明のさらなる開発において、レンズ系は、可変焦点距離を持つレンズまた は部分レンズ系の上流側の中間像平面中にビデオ映像を映写可能に設計されてい る。そして、可変焦点距離を持つレンズまたは部分レンズ系は、その物体側焦点 が実質的に中間像平面の付近または中において、レンズ系の光軸上に位置するよ うな方法で装置により変位される。 これらの特徴に基づくと、ラスタ走査の間に第一のレンズによって生じる異な る角度が中間像平面における像点の位置を定める。したがって、従来技術から公 知である可変焦点対物レンズ、例えばスライドを画面上に映写するために使用さ れるものを使用することが可能である。そして、公知の構造を開発のために引き 続き発展させることができ、それが特に価格を下げる。少量生産のため、開発費 用が最終価格の相当な部分を占める理由から、これは職業的な用途において特に 有利である。 さらに、光学モデルの計算が証明したように、物体側焦点が中間像平面の付近 または中に位置するとき、そのようなレンズ系を、実質的にゆがみがないだけで なく、色誤差もない状態に維持することが可能である。このように、さらなる開 発はとりわけカラービデオ映像の質を高める。 本発明の好ましいさらなる態様によると、視野レンズまたは視野レンズ群が、 中間像平面と、可変焦点距離を持つ部分レンズ系との間に配設されている。 視野レンズの結果として、以下、実施例を参照してより明らかにわかるように 、中間像平面から来る光の開口角を光軸に対して減らすことができ、射出ひとみ を下流側に配設された部分レンズ系に移動させることができる。 一般に、視野レンズの下流側に配設された可変焦点距離をもつ部分レンズ系ま たは可変焦点対物レンズは、光軸の方向には望むほどコンパクトには設計するこ とができず、そのため、視野レンズなしでは可能な倍率または縮小率は制限され る。他方、視野レンズまたは視野レンズ群は、現実の要件にとって簡単な方法で 、画面に対する光束の偏向のための区域を適合させることができる。 下流側に配設された部分レンズ系へのひとみの移動は、ゆがみを簡単かつ経済 的な方法で修正することを可能にする。 本発明のもう一つの好ましい開発では、多段無焦点レンズ系の最後の段は、可 変焦点距離を持つレンズまたは部分レンズ系として構成されている。 すでに上述したように、ビデオ映像の達成可能な拡大または縮小は、とりわけ 、可変焦点距離を変えるためにどれくらいの空間が利用できるかに依存する。上 述したようにレンズ系の第二段またはそれ以降の段に可変焦点距離を与えること によって十分な空間が得られるが、部分段の機械的な動きの回数を増さなければ ならない。例えば、少なくとも三つの段を含む系の第二段を考慮すると、これは すぐに察知されよう。第二段の焦点距離を本発明にしたがって調節するとき、第 三の段をそれとともに変位させなければならない。 さらなる開発によると、最後の段だけが焦点距離を変えるように設計されてい るため、この必要性が除かれる。したがって、好都合にも、機械的な調節装置を なしで済ますことができる。一般に、これらの機械的調節装置は、特殊に切られ たねじを含む。その結果、さらなる開発はまた、画面上で走査される光束の区域 の寸法において有効的な変更に対する制限を行う必要をなくし、かつ、レンズ系 の費用を減らす。 本発明の好ましいさらなる開発では、可変焦点距離を持つ部分レンズ系または レンズ系は、互いに相対して変位可能、かつ、焦点距離を調節可能な二つの系段 を有し、焦点距離が変化しても物体側焦点が固定状態のままに維持されるように 設計された移動機構が設けられている。 このレンズ系は、互いに相対して調節可能な二つの系段しか持たないことにお いて、他のレンズ系に比べて相当な簡素さを特徴とする。レンズの物体側焦点が 固定状態のままであるため、移動機構は非常に簡単な方法で構成されている。こ れはまた、本発明の装置におけるレンズ系の簡素化をもたらす。 本発明のさらなる開発はまた、装置を使いやすくする。特殊に設計された移動 機構のため、一つの調節、すなわち焦点距離の調節しか必要ない。可変焦点距離 を持つレンズ系の位置をさらに調節し直す必要はない。 本発明のもう一つの好ましい構成において、一つの系段の他の系段に対する移 動は機械的カム制御によって行われる。したがって、物体側焦点が固定状態のま まであるとき、焦点距離を特に簡単な方法で調節することができる。原則的に、 個々の系段もまた、上述の条件に特別に適合させた電気駆動装置および位置調整 手段によって調節することができる。しかし、機械的カム制御は、特に職業的な ビデオ機器の分野で予想される少ない生産量の観点で、実質的により経済的であ る。カム制御は、特殊に切られたねじにより、特に有利な方法で実施することが できる。 もう一つの好ましい構造において、レンズ系は色誤差およびゆがみに対して修 正される。 本発明によると、レンズ系にｆ（θ）レンズが必要ないため、そのような修正 を経験的に実施することができる。レンズ系全体の色誤差を最小限にしながらも 部分レンズ系を最適化することにより、画質が顕著に改善される。 以下、実例として図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。 図１は、可変焦点距離を持つレンズ系を用いる本発明のビデオシステムの略図 を示す。 図２は、本発明の第一の実施例にしたがって像の大きさを変えるため のレンズ系の略図を示す。 図３は、本発明の別の実施例にしたがって像の大きさを変えるためのレンズ系 の略図を示す。 図４は、図３に示す原理によるレンズ系の好ましい実施例を、焦点距離の調節 を説明するための種々の位置ａ、ｂ、ｃで示す。 図１に示すビデオシステムでは、実質的に並行な光束１２、２２、３２を発す る３個の光源１０、２０、３０を用いて色相および明るさを制御する。そのため にはレーザが特に好ましい。しかし、光学系によって光束を並行にする他の光源 、例えばＬＥＤを使用することも考えられる。このためには、光学系は、例えば 各ＬＥＤがその焦点に配設されているようなレンズを有することができる。光線 制限用の絞りをさらに設けてもよい。ＬＥＤに対する電圧を変化させることによ り、光源１０、２０、３０の輝度が制御される。このためには、できるだけ点状 であるＬＥＤを使用することが特に有利である。 図１に示す例では、光源１０、２０、３０は貴ガスレーザである。これらの輝 度はビデオ映像に対して十分なほど高速で変化させることができないため、光源 １０、２０、３０を一定の光出力で作動させ、さらなる変調器１４、２４、３４ によって光輝度を変化させる。従来技術から公知であるＤＫＤＰクリスタルがこ の目的に特に適している。 個々の光束１２、２２、３２は、二色性ミラー１６、２６、３６によって結束 されて、共通の光束４０が形成される。この光束４０は、ビデオシステム中のす べての光束が１本化されたもので、ビデオ装置中を１本のビーム経路で通過する 。 ビデオ映像の個々の画点を順次に形成するのに使用することができる偏向装置 が像生成に使用される。これで、共通の光束４０そのものが、偏向装置により、 画面５４に対して偏向することができる。しかし、特に全体的にコンパクトなビ デオシステムを達成し、可能な空間を有効的な方法で十分に利用するために、映 写システムの種々の装置を、光学的に直線的には接続することができない場所に 配設することが可能である。この場合、光束４０を偏向させなければならない。 このような偏向は、図１では、例として、光束を偏向装置に向けるミラー４２に よって実施される。 図１に示す実施例の偏向装置は、多面鏡４４およびスイベル鏡４６を有してい る。多面鏡４４は、光束４０が一連の多角面によって線ごとに偏向されるよう、 連続的に回転する。スイベル鏡４６は、軸４８を中心に前後に旋回し、フレーム ごとのラスタ走査に役立つ。従来技術から公知である電子機器が旋回および同期 化のために設けられる。 フレームごとおよびラインごとにラスタ走査される光束４０がレンズ系５０中 を案内される。このレンズ系の動作を以下に示す。このレンズ系５０は、偏向角 、ひいては像の大きさを可変的に変化させる。 レンズ系５０を出た後、光束４０は、フレネルレンズ５２に映写されたのち、 画面５４に映写され、この画面上で、観測者に対し、矢印によって示される方向 でビデオ映像の画点として見える。しかし、導入部で述べた、像の大きさに関し てまったく異なる要件をもつ大型映写装置の場合には、フレネルレンズ５２は一 般に省かれる。理由は、画面５４とラスタ走査装置との間の本質的に大きな距離 が唯一考慮に入れられ、フレネルレンズの唯一の機能が、レンズ系５０と画面５ ４との距離が小さいとき、画面５４に対して非常に大きな角度を持つ光束４０を 観測者に対して所定の方向に向けることにあるからである。 以下の図面は実質的にレンズ系５０に関連する。以下、レンズ系５０の光軸を 常に６１によって指定する。 図２に示す実施例では、点６２は、光軸６１上の濃い点として示されている。 この点６２は、下流側に配設された光学系の入射ひとみを表す。図１に関してす でに説明したように、ビデオシステム中の偏向装置は、ラスタ走査中、光軸に対 する光束４０の角度を絶えず変化させる。異なって偏向された光束４０を、実質 的に一つの点から出るものとみなすことができる。この点は、入射する光束を経 時的に異なる角度で反射させるミラーの位置によって決まる。 しかし、このいくぶん簡素化された態様は、現実とは大まかにしか対応しない 。別個のミラー４８および４４を介する偏向の場合、この位置もまた、像のラス タ走査の間、局所的に移動する。したがって、唯一の偏向位置は、以下、簡素化 のために考慮され、点６２によって表されるように、実際には空間的に形成され た偏向のための区域によって代わられる。したがって、以下の例では寸法におい てわずかな変化がある。しかし、現場での専門知識に基づき、当業者であれば、 この基本的説明から得られた洞察を、偏向のための空間区域が一つの点６２だけ で統合されるのではないレンズ系に移すことができる。さらに、図４は、これら の用途のための実寸大の実施例を示す。これは、当業者が、以下に説明する本発 明の特徴を実際の用途に移すことを可能にする。 図２はさらに、点６２から斜めに出る光束６４を偏向させるレンズ６３を示す 。レンズ６３の物体側焦点は、点６２と同じ地点に位置している。その結果、光 束６４は光軸１と並行にレンズ６３から射出する。 射出する光束６４は、光軸６１と並行に光学系から射出するため、この例の像 の大きさは画面からの距離に依存しない。 像の寸法は実質的にレンズの焦点距離に依存する。これは、短い焦点距離を持 つレンズ６３′を点線で示す図２から明らかである。このレンズは、その物体側 焦点が点６２に位置するように配設される。 レンズ６３に比較してレンズ６３′がより近接しているため、点線によって表 される光束６４′は光軸１により近い状態で出る。したがって、像はより小さい 。光束６４および６４′は同じ特性を有し、それらのいずれも光軸と並行に通過 する。 像の寸法を変えることは、ターレットを用いて種々のレンズ６３、６３′を光 束６４の光線経路に入れることによって可能である。しかし、ターレット中のレ ンズの位置に関して、同じ映像条件を維持するためには、調節した倍率にかかわ らず、射出する光束の方向が変わらないよう、物体側焦点が常に同じ点に位置し ていることが保証されなければならない。 ターレット中に複数のレンズを設ける代わりに、可変焦点光学系、すなわち、 連続調節可能な焦点距離を持つレンズ６３を模倣することができるレンズ系を使 用することができる。しかし、焦点距離を調節するとき、物体側焦点が点６２で 固定状態に維持されることを保証して、寸法を調節するときに映像条件が損なわ れないようにすることが勧められる。この種の可変焦点光学系は光学軸に沿って 非常に大きな空間的拡大を有するため、図２から分かるように、実質的にレンズ ６３の点６２からの距離に依存する達成可能な拡大は、これらの寸法によっても 制限される。この区域は、視野レンズまたは視野レンズ群を点６２と可変焦点距 離をもつレンズ６３との間に追加することによって変化させることができる。こ の視野レンズまたは視野レンズ群は、点６２とレンズ６３との距離を加減する。 そのような可変焦点光学系および視野レンズの構成を、図４に示す実施例を参照 しながらより詳細に説明する。 図２に示す例において像の大きさは、レンズ６３の寸法によって実質的に決定 される。しかし、実際の用途では、図２の光学系によって生成される像が画面５ ２に達する前に、それを例えば一定の倍率をもつさらなるレンズ系によってさら に拡大することができるため、これを絶対的な制限とみなすことはできない。 図３の実施例は、達成可能な像の大きさが画面５４からの距離にも依存するも う一つの配置を示す。このためには、レンズ６５はまず、光束６４を中間像平面 ６６に映写する。レンズ６５の物体側焦点は、ここでもまた、点６２を通過する 光束の鮮鋭な映写のために点６２に位置し、また、レンズ６５の像側焦点平面が 、鮮鋭な画像が中間像平面６６で形成されるよう、中間像平面６６として選択さ れることをすすめる。 しかし、二つの空間方向の二つの点における偏向に関する一連の問題に関して 、鮮鋭な映写は両方の偏向方向で同じようには得られない。この場合、像の鮮鋭 度が両偏向方向で同一になるよう、レンズ６５の物体側焦点が偏向のための空間 区域中に位置している。 ビデオシステムにおける実際の用途の場合、光軸上のレンズ６５の像側焦点か らの点６８の距離は、レンズ６５の焦点距離の１０％未満であることができるこ とが示された。例として考察する個々のレンズ６５および６３の代わりにレンズ 系を使用する場合にも同様な条件が生じる。 図３に示すもう一つの濃い点６８は、光軸６１と中間像平面６６との交差点を 表す。この実施例では、後段のレンズ６３または６３′の物体側焦点がこの点で 固定されている。すなわち、レンズ６３または６３′の位置がその焦点距離の関 数として選択される。 同じく図３には、異なる焦点距離を持つレンズ６３および６３′から射出する ２本の光束６４および６４′を示す。射出する光束６４および６４′の角度は、 レンズ６３または６３′のどちらが第二のレンズとして選択されるかによって異 なることが見てとれる。このように、画面上で生成される画像は大きさが可変性 である。しかし、図２とは対照的に、図３のレンズ系から射出する光束は互いに 並行には延びず、レンズ系の映写特性によって決まる角度で延びる。 レンズ６５および６３もしくは６３′の焦点の位置に関して記載した条件に基 づくと、図３の例は、実質的に無焦点の光学系を示す。しかし、すでに説明した ように、中間像平面６６がレンズ６５の像側焦点平面と正確に一致する必要がな く、むしろ、その位置は、一部には、偏向のための空間区域の空間的拡大によっ て実質的に決まるため、これは厳密には本来の無焦点光学系ではない。 生成される像の大きさは、画面からの映写系の距離に依存する。レンズ６３ま たは６３′の物体側焦点の選択に基づき、点６２を通過する並行な光束は実質的 に並行なままである。この事実から、画面からいかなる距離であっても鮮鋭な像 が生成されることが理解されよう。したがって、鮮鋭度を調節し直すための特別 な装置は不必要である。 図２および図３を比較すると、レンズ６３の焦点距離が減ると、図３の実施例 では像が拡大し、図２の実施例では像が縮小することがわかる。したがって、図 ２の光学系における空間的制限が異なる結果をもたらす。図２の実施例では、達 成可能な最小の像の大きさは機械的境界条件によって決まり、図３の実施例では 、像の大きさは画面とレンズ系との間の距離に実質的に依存する。この理由のた め、図３の実施例は、この分野の応用の場合、より大きな区域を像の大きさの調 節に用いることを可能にする。 モデル計算によって証明されるように、図３の実質的に無焦点の系はまた、図 ２の実施例に比較して、ゆがみがないことおよび色誤差を最小限にすることに関 して改善された方法で修正することができる。さらに、幾何光学的考察に基づき 、光束６４または６４′がより正しく焦点を結び、大きな像で増大した像鮮鋭度 を可能にすることが注目される。 図３の実施例では、焦点距離およびレンズ６３′の位置に対するレンズ６３の 位置の調節もまた、ターレット中のレンズまたは可変焦点対物レンズによって行 うことができる。達成しうる拡大に要する区域を適合するため、拡大に用いるよ うな可変焦点対物レンズにおける視野レンズの使用を、以下、図４に示す実施例 で説明する。 図４は、部分ａ、ｂおよびｃにおいて、焦点距離、ひいては像の大きさの調節 を説明するための三つの異なるレンズ設定を示す。図示するレンズ系５０は、図 １に示す実施例で使用したものである。これは、大きな映写区域で使用するのに ほぼ十分である１／√３〜√３の範囲の像の大きさの変化のために設計されてい る。 中間像平面６６の位置に関して図４と図３とを比較すると、この例におけるレ ンズ６５の機能がレンズ系５０の系段７０によって模倣されるということが理解 されよう。さらに、光軸に沿って通過する、概略的に示す２本の光束４０、４０ ′の経路から、系段７０により、この光束４０′が中間像平面６６に焦点を結ぶ ということが理解されよう。 ２個の視野レンズ７２および７４を含む視野レンズ群７６が中間像平面６６の 下流側に配設されている。この視野レンズ群７６は、像の大きさ調節が所望の区 域に適合するよう、系段７０に対し、中間像平面６６をより大きな距離で光学的 に配置するために設けられている。さらに、視野レンズ群７２および７４の使用 は特にコンパクトな構成を可能にする。これは、レンズ系５０の扱いに関して利 点を有するだけでなく、レンズ系を、レンズ方程式に基づく前述の近似により正 しく適合させることができる。 光束４０および４０′の光線経路を基準にして下流側に配設された段は、可変 焦点距離を有する部分レンズ系７８である。この実施例では、部分レンズ系７８ は、互いに相対して調節可能である二つのレンズ群、すなわちバリエータ８０お よびコンペンセータ８２しか有していない。図４の三つの部分ａ、ｂ、ｃの比較 から見てとれるように、コンペンセータ８２およびバリエータ８０が互いに相対 して変位するだけでなく、倍率を変更する際、部分レンズ系７８全体もまた、視 野レンズ群７６に対して変位する。 曲率半径、屈折率Ｎ、表面間の距離ならびに平均屈折率およびベース分散から 誘導される図４の実施例のレンズ系５０のアッベ分散数ｖを添付の表Ｉに示す。 表の表面数とは、図４中の参照番号９１〜１１６を指す。屈折率が１．０として 得られ、アッベ係数ｖが示されないとき、これはエアギャップを示す。 表示値は、第一段の場合に４８．８９mmの焦点距離を与える。バリエータ８０ およびコンペンセータ８２を含む視野レンズ群７６の全焦点距離は、バリエータ ８０およびコンペンセータ８２の位置とともに変化する。表IIは、異なる位置１ 〜５でのいくつかの値を示す。位置１、３および５が図４の部分ａ、ｂおよびｃ に対応する。 図４の実施例は、実質的に無焦点のレンズ系である。これは、第一段７０の焦 点ならびに視野レンズ群７６、バリエータ８０およびコンペンセータ８２を含む レンズ系の焦点が中間像平面６６の近くに位置することを意味する。そのような レンズ系の倍率は、焦点距離どうしの比率によって与えられる。視野レンズ群７ ６、バリエータ８０およびコンペンセータ８２を含むレンズ系の種々の位置での 焦点距離を添付の表IIに示す。 コンペンセータ８２およびバリエータ８０の位置は、光学的要件に対応する特 殊に切られたねじを回転させることによって変化させる。このためには、実施例 のバリエータの調節のためのねじ調節量ｈｖは、以下の方程式によって与えられ るようなバリエータの回転角ψに依存するような方法で選択された。 ｈｖ＝０．３２６９２ψ、（ψ＝０−２６０°） コンペンセータの変位量ｈｋは、以下の方程式にしたがって回転中に自動的に 調節される。 ただし、各定数は、 ｒ ＝２６．４４７８１ ｋ ＝２．６８８３５ ｃ２＝２０．５８４６ ｃ３＝−３０．６０３０ ｃ４＝２２．０３８８ ｃ５＝−６．２０２１ ｈｖおよびｈｋのために切られたねじに基づくと、像の大きさは、例えばクラ ンクガイドの形態にある適当な調節駆動装置の１回の回転によってセットされる 。すべての寸法値はミリメートル単位で示す。 図４に示す実施例を図１のビデオシステムで使用した。ビデオ映像の大きな映 写の職業的使用に関して利用できる区域において多数の変更が可能であることが 示された。また、レンズ系５０を使用する際、図１のビデオ装置によって生成さ れたビデオ映像を、像の大きさにかかわりなく、ゆがみまたは色誤差なしで表示 できることがわかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディーター、クリストハルト ドイツ連邦共和国 Ｄ−07546 ゲラ ブ レームシュトラーセ 27 【要約の続き】 る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．画点の明るさに関して輝度が制御され、偏向されたのち、レンズ（６３、 ６３′）またはレンズ系（５０）によって画面（５４）上に映写される光束（４ ０、４０′、６４、６４′）によってビデオ映像の画点を映写する方法であって 、レンズ（６３、６３′）、レンズ系（５０）またはレンズ系（５０）の部分レ ンズ系（７８）に対して可変焦点距離が設けられ、焦点距離が変化したときでも 、物体側焦点が固定状態に維持されることを特徴とする方法。 ２．固定状態に維持される物体側焦点が、偏向が起こるところの空間的拡大区 域（４４、４６）の中に維持されるか、部分レンズ系の場合には、光束（４０、 ４０′、６４、６４′）が焦点を結ぶところのレンズ系（５０）の光路中の平面 （６６）の中に維持されることを特徴とする請求項第１項に記載の方法。 ３．焦点距離が変化したとき、レンズ（６３、６３′）、レンズ系（５０）ま たは部分レンズ系（７８）の位置が変化することにおいて、物体側焦点が固定状 態に維持されることを特徴とする請求項第１項または第２項に記載の方法。 ４．具体的に請求項第１項〜第３項記載の方法の少なくとも一つを実行するた めの、特に、ビデオ映像の画点を画面（５４）上に映写するための装置であって 、その装置は、ラインごとおよびフレームごとのラスタ走査のために、画点の明 るさに関して輝度が制御される光束（４０、４０′、６４、６４′）を画面（５ ４）に対して偏向させる偏向装置と、偏向装置と画面（５４）との間のレンズ（ ６３、６３′）またはレンズ系（５０）とを有しており、レンズ（６３、６３′ ）、レンズ系（５０）またはレンズ系（５０）の部分レンズ系（７８）が、焦点 距離に関して調節可能であることと、焦点距離の調節の間にレンズ（６３、６３ ′）または部分レンズ系（７８）の物体側焦点を固定状態に維持する装置が設け られていることを特徴とする装置。 ５．装置が、物体側焦点を、偏向装置（４４、４６）の区域の中または光束（ ４０、４０′、６４、６４′）が焦点を結ぶことができるところのレンズ系（５ ０）の光路中の平面の中に固定することを特徴とする請求項第４項に記載の装置 。 ６．レンズ（６３、６３′）、レンズ系（５０）またはレンズ系（５０）の部 分レンズ系（７８）が連続調節可能な焦点距離を有していることを特徴とする請 求項第４項または第５項に記載の装置。 ７．レンズ系（５０）が実質的に無焦点のレンズ系である請求項第４項〜第６ 項の少なくとも１項に記載の装置。 ８．レンズ系（５０）が多数の段を含み、第一の段（７０）が偏向装置に対し て一定の距離に配設され、他の段の少なくとも一つが可変焦点距離を有し、かつ 、第一の段（７０）に対して変位可能に配設されていることを特徴とする請求項 第４項〜第７項の少なくとも１項に記載の装置。 ９．レンズ系（５０）が、ビデオ映像を、可変焦点距離を持つレンズ（６３、 ６３′）または部分レンズ系（７８）の上流側の中間像平面中に映写することが できるように設計されており、可変焦点距離を持つレンズ（６３、６３′）また は部分レンズ系（７８）が、その物体側焦点が実質的に中間像平面（６６）の付 近または中においてレンズ系（５０）の光軸（６１）上に位置するように装置に より変位されることを特徴とする請求項第８項に記載の装置。 １０．視野レンズ（７２、７４）または視野レンズ群（７６）が、中間像平面 と、可変焦点距離を持つ部分レンズ系（７８）との間に配設されていることを特 徴とする請求項第９項に記載の装置。 １１．多段無焦点レンズ系（５０）の最後の段（７８）が、可変焦点距離をも つレンズ（６３、６３′）または部分レンズ系（７８）として構成されているこ とを特徴とする請求項第７項〜第１０項の少なくとも１項に記載の装置。 １２．可変焦点距離を持つ部分レンズ系（７８）またはレンズ系（５０）が、 互いに相対して変位可能、かつ、焦点距離を調節可能な二つの系段（８０、８２ ）を有し、焦点距離が変化しても物体側焦点が固定状態のままに維持されるよう に設計された移動機構が設けられていることを特徴とする請求項第４項〜第１１ 項の少なくとも１項に記載の装置。 １３．一つの系段（８０）の他の系段（８２）に対する移動が機械的カム制御 によって行われることを特徴とする請求項第１２項に記載の装置。 １４．レンズ系（５０）が色誤差およびゆがみに対して修正されることを特徴 とする請求項第４項〜第１３項の少なくとも１項に記載の装置。