JPS6043626A - 投写レンズ系 - 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】 けい光スクリーンのような陰極線管（ＣＲＴ）上の像を
拡大投写するレンズに関するものである。

８１ｇ式カラー投写型テレビジョン装置においては、各
ＣＲＴのスペクトル帯域幅が限られているために多くの
場合各投写レンズの色収差を補正する必要がないため、
レンズ設計がある程度簡単になる。平面フェースプレー
トを有するＣＲＴを使用する場合には、ペツバルの像面
湾曲を補正するために急勾配に湾曲させた像面平面化素
子（　ｆｉｅｌ．ｄｆｌａｔｔａｎｅｒ　）をフェース
プレートに近接して設ける必要がある。斯る設言１のレ
ンズは米国特許第ａａａｓｏｓ１号明細−占に開示され
ており、このレンズではそのいくつかのレンズ素子が非
球面を有している。斯る設計のレンズにおいては像面平
面化素子は２つの欠点を有している。第１に、像面平面
化素子沖画面の縁において急勾配の曲面であることは、
尚角度の入射を生じ、収差の補正を困難にすると共に急
勾配曲面での反射による光の損失のために輝度低下を発
生することを意味する。

第２に、投写用ＣＲＴは高輝度の画像を発生させるため
に通常スクリーンを高圧、高電流で動作させている。従
って、けい光体の温度が上昇し、けい光体の熱消光現象
が生じ、温度の上昇につれて画像輝度が低下し得る。像
面平面化素子を（３ＲＴのフェースプレートと光学的に
接触させると、フェースプレートの実効厚さが画面に沿
って大きく変化し、特に画面の縁において厚くなる。こ
の場合フェースプレートの冷却効果が画面に沿って一定
にならず、従って，けい光体の温度が画面に沿って一定
にならず、熱消光現象により画像輝度の変動が生ずる。

これを避けるためには像面平面化素子をフェースプレー
トから離して配置し、両名の間に冷却剤を循環させるこ
とができるが、構造が複雑になる。

英国特許第２０９１８９８Ｓ号明細書には、像面平面化
素子の光学的な問題を投写レンズに向かって凹形をした
フェースプレートを具える醜極線管を使用することによ
り大部分除去することが開示されている。そのフェース
プレートガラスは例えば表面イオン交換により強化して
このガラスが凹ｉ（＋口こ加わる大気圧に耐え得るよう
しこすることができる。斯るａＲＴを使用する揚台には
、両面が非球面の牟素子Ｌ・ンズを光束合成用゛ノリツ
ドプリズムと一絡に用いて８個のＣＲＴからの像を投写
している。しかし、このプリズムはＣＲＴのフェースプ
レー）の凹面とフィツトする凸面を有し、冷却が困鍾に
なる。

本発明の目的は光束合成を簡単にすること、略々一定の
厚すのフェースプレートに大ぎな冷却効果を与えること
、及び短かい投写距離を有する大口径レンズＧこより画
像の縁まで高品質の画像投写を得ることにある。

本発明は、凹状物面の像を平面表示スクリーン上に投写
するレンズ系において、該投写レンズ糸は２個のレンズ
素子を具え、各レンズ素子は正の屈折力を有すると共に
一つ、の非球面を有し、両１７ンズ素子の屈折力は、Ｋ
、　、　Ｋ２及びＫをそれぞれ物面から速い方のレンズ
素子の屈折力、物面に近い方のレンズ素子の屈折力及び
投写レンズ系の総合屈折力とするとき、 ０．４□　Ｋ　＜　Ｋ、　＜　（１，６０Ｋｏ、７５　
Ｋ＜Ｋ２＜　１゜０５に の範囲内の値に定め、各非球面は次式：ここで、２は光
軸から距Ｍ　Ｓの点における非球面の、その極点におけ
る光軸 に垂直な接平面からの軸方面部 差、 Ｃは光軸−ヒの各非球面の曲率、 εは円錐係数、 ａ４’　”６’ｌ　ａ８”　１０は各非球Ｈｂ二対する
定数、 で規定される面としたことを特徴とする。

本発明レンズ系は２個のレンズ素子間しこ光軸Ｇこ対し
ある角度で挿入した平面ミラーで折曲げることもできる
。

投写型テレビジョン装置においては、ＣＲＴとレンズ系
を前面に半透明スクリーンを具えるフリースタンドキャ
ビネット内にそのスクリーンの背后に配置して像を半透
明スクリーン上に背后から投写することができる。この
キャビネットの深さはできるだけ減少させ、少くとも通
常のリビングルームのドアを容易に通り抜ける寸法以下
にするのが望ましい。このため、″通常キャビネット内
に光束折返しミラーを用いてその深さを減少させている
。本発明レンズ系を用いると、レンズ系からスクリーン
までの投写距離が減少すると共に広Ｉ／へ投写角が与え
られるため、同一サイズの投写画像を得るのに光束折返
しミラーの数を減少させることができる。レンズ自体を
光束の折返しができるようにすれば更に有利である。こ
れはレンズ系の２個の隣接レンズ素子間に十分な間隔を
与えて両者の間に光束折返しミラーを挿入し得るように
すれば実現することができる。本発明レンズ系を使用す
れば、投写像の方向に凹形をしたフェースプレートを有
する陰極線管を具える投写型テレビジョン装置を得るこ
とができる。更に、本発明レンズ系を使用すれば、凹形
フェースプレート上に赤、青及び緑のけい光体をそれぞ
れ具える第１、第２及び第８陰極線管を具え、各陰極線
管と関連する各レンズ系をその凹形フェースプレートの
像を共通の表示スクリーン上に投写するよう配置して成
るカラーテレビジョン投写装置を得ることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１及び第２図において、フリースタンドキャビネット
１内には、投写レンズに向かって凹形のフェースプレー
トを有する陰極線管（ＣＲＴ）と、投写レンズ８又は４
と、前面が金属化された光束折返しミラー５及び６と、
半透明投写スクリーン７を具える投写形テレビジョン表
示装置が収納されている。スクリーン７はフレネルスク
リーンとすることができ、また水平方向よりも垂直方向
に弱い散乱を示して投写光の損失を除去する散乱特性を
有するものとすることもできる。第２図においては投写
レンズ鳴は光束折返しレンズで、このレンズの２個の隣
接素子間には光束折返しミラーが存在する。カラーテレ
ビジョンの場合には、３個のＣＲＴ及び８個のレンズは
図面に垂直な一直線上ニ（インライ“ン）配置される。

ミラー５及び６も８個のＯＲ’Ｆからの光を受光するよ
うに図面に垂直に配置される。外側のＣＲＴ及びレンズ
は内側に傾けて、投写される赤、青及び緑のラスタがス
クリーン７上で重なり合うようにする。

斯るテレビジョン表示装置用の本発明投写レンズ８又は
４は各々一つの非球面を有する２個のレンズのみを用い
て実現することができる。斯るレンズは５２５ライン又
は６２５ラインテレビジヨンに対し適切な品質を有する
。このレンズのベツバルの像面湾曲はＣＲＴの凹面フェ
ースプレートと精密に合致し、像面平面化素子の使用が
不要になる。第８及び第４図は本発明レンズの２つの設
計例を示し、両レンズは画面の対角線方向に測また投写
角が異なるものである。これらレンズのレンズ素子は、
記号りに像即ち投写スクリーンからＣＲＴのフェースブ
レー）ＦＰの方向に見たこれらレンズ素子の順次の位置
を表わす数字をつけて示す。これらレンズ素子の表面も
記号Ｓにこれら素子と同じ順序の数字をっけて示す。正
の表面は投写スクリーン側に凸であり、負の表面は投写
スクリーン側に凹である。

２個のレンズ素子Ｌｌ及びＬ２の屈折力は０．４　ｏ　
Ｋ＜　Ｋ１　＜　０．６０　Ｋｏ、７５　Ｋ＜Ｋ２＜１
．０５に の範囲内にある。ここでＫはレンズ全体の屈折力（その
焦点距離の逆数に等しい）であり、Ｋｏ及びに、はレン
ズ素子Ｌ１及びＬ２の屈折力（それぞれの焦点距離の逆
数に等しい）であり、画素子とも正の屈折力を有し、投
写スクリーン側に凸面を有する。画素子は口径依存収差
を補正すると共に相まってレンズ、の総合正屈折力を与
えるものである。画素子は微細な収差補正のために一つ
の非球面を有する。両設計とも表面Ｓ２及びＳ４を非球
面にしている。これら非球面は次式： で表わされる。ここで、２は光軸から距離Ｓの点におけ
る各非球面の、その極点で数面に接する光軸に垂直な平
面からの軸方向偏差であり、Ｃは極点における数面の曲
率であり、εは円錐係数であり、ａ、　＋　ａａ　＋　
ａＢ及びａｏ。は各非球面に対する定数である。２の第
１項はその非球面全体の基本形状を規定する。εが１の
場合、基本形状は球になる。放物面、楕円面又は双曲面
の基本形状に対してはεはそ−れぞれ０，０と１の間の
値又は０より小さい値である。

下記の表１及び■はそれぞれ第８及び第４図のレンズの
実施例の諸元を示すものである。

表　Ｉ 焦点距離　１４．０Ｃｍ　口径比　ｆｌｏ、９４投写角
　±２８．７°　投写距離　１．８ｍ波長　５２５　ｎ
ｍ　倍率　９Ｘ 極点半径　軸方向厚さ　軸方南陽　屈折力非球面：　Ｓ
ｇ　、　Ｓ４ ０ ａ１ｏ＋ｏ、ｇｓａｅｘｉｏ−”　＋０．１４０６Ｘ１
０−９ＬＸ　ＩＪｌｌｌ　０．０８８１　０．５４表　
■ 非球面：　Ｓｇ　、　３４ ε　００ ａ４　＋Ｏ，１０２１Ｘ１０−８　＋〇、２４０ＱＸ１
０−８ａ６＋０．Ｂ９５２Ｘ１０−７ −０．１０８９Ｘ、１Ｏ−３ ａｓ　＋ｏ、ａｏａｓｘｉｏ−９−０，２８８２Ｘ１Ｇ
−７レンズ素子の値： 第６及び第６図は第８及び第４図のレンズの性能をそれ
ぞれ示すものである。右側の５つのグラフ　ハＣＲＴの
フェースプレート上の種々の光軸からの距離Ｈにおける
変調伝達関数（ＭＴＦ）を空間周波数の関数としてメリ
ジオナル方向（ｊａｎ　）とサジタル方向（Ｓａｇ　）
について垂直にプロットしたものである。Ｈの各値に対
する実効レンズ口径面積ｐの値は光軸（Ｈ−０）におけ
る値の相対値で示しである。ＭＴＦはＣＲＴフェースプ
レート上の７．５サイクル／　ｍｍまでプロットしであ
る。

１２０鰭の直径のフェースプレートに対してはＭＴＦが
２，５サイクル／關まで０．５以上の値を有するならば
６２５ラインの画像を満足な解像度で得ることができる
。第８図の設計のレンズは殆んどの画像において画像全
体に亘ってこの目標を相当の余裕をもって達成すること
明らかである。第３図のものより広角、短投写距離に設
計した第４図のレンズは画像の縁で僅かに低い解像度を
示す。

Ｈ−５５Ｗ＋ｍは略々画面のコーナーに相当する。

左側の５つのグラフはＣＲＴフェースプレート・のデフ
ォーカス距離の関数としてＭ’ｌ’Ｆの変化を示すもの
である。これらグラフのＭＴＦの基本値は２．５サイク
ル／朋である。これらグラフから、デフォーカスエラー
及びフェースプレートの製造公差に対し約±０．２ｍｍ
の大きな余裕が得られることがわかる。

第７図はレンズ素子Ｌ１と１Ｌ９−の間隔を増大して光
束折返しミラーＭをこれらレンズ素子間に４５°の角度
に挿入し得るように設計したレンズを示す。実際上はレ
ンズ素子Ｌ１の頂部８と底部Ｏから小部分を切除する。

この間隔増大は投写角を低減し、第８及び第４図の設計
のレンズと同一の最終画像サイズを得るのに必要な投写
距離が増大する。

表■はこのレンズの諸元を示すものである。

表　■ 焦点距離　１６．８８５Ｃｍ　口径比ｆ／１．０投写角
　±２２．５°　投写距離１．８７Ｔｎ波長　５２５　
ｎｍ　倍率　９Ｘ 極点半径　軸方向厚さ　軸方向間溝　屈折率非球面：　
Ｂ２　、　Ｂ４ ε　Ｏθ ａ８＋０．４４５８Ｘ１０”１０＋０．８４８２Ｘ１０
−８−五ＬＬ−−−−−乏−１し−−−−−−−−−−
−−レンズ素子の値； Ｌｌ　Ｂ１．７１２　０．０８１５　０．５ｇ第８図か
ら、この設計のレンズは画像の縁において第８及び第４
図の設計のレンズよりも僅かに低い性能を示すのみであ
ることがわかる。

上述の設計のレンズにおいて、各レンズ素子の両面を非
球面にすることができる。ＣＲＴのフェースプレートは
同心円表面を有するものとすることができ、また各表面
を同一の半径を有するもの或はフェースプレートの厚さ
を銘々一定に維持して僅かに異なる半径を有するものと
することもでき、また各表面をフェースプレートカ弱い
正又は負の屈折力を有するように選択することもできる
。

またフェースプレート表面を非球面にして解像度を更に
改善することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１及び第２図は本発明レンズ系を適用し得る投写型テ
レビジョン装置の代表的なレイアウトを示す図、 第８及び第４図は本発明レンズ系の２例を示す図、 第５及び第６図は第８及び第４図のレンズ系の変調伝達
関数とデフォーカス関数を示すグラフ、第７図は本発明
による折曲げレンズ系を示す図、第８図は第７図のレン
ズ系の性能を示すグラフである。 ■・・・フリースタンドキャビネット ２・・・陰極線管　８，４・・・投写レンズ５．６・・
僧束折返しミラー ７・・−”Ｐ　！　明スクリーン　ＬＬ　、　Ｌ２・・
・レンズ素子ＦＰ・・・フェースプレート ８１〜Ｓ６・・・レンズ素子の表面 Ｍ・・・光束折返しミラー。 〜・５ Ｔａｎ　−−Ｓａｇ−−−−−一一 Ｔａｎ−Ｔａｎ−−５ａ−−−−− Ｆｉｇ、７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　凹状物面の作を平面表示スクリーン上に投写する
   レンズ系において、該投写レンズ系は２個のレンズ素子
   を貝え、各レンズ素子は正の屈折力を有すると共に一つ
   の非球面を有【７、両レンズ素子の屈折力は、Ｋ、　、
   　Ｋ２及びＫをそれぞれ物面から遠い方のレンズ素子の
   屈折力、物面に近い方のレンズ素子の屈折力及び投写レ
   ンズ系の総合屈Ｕ１力とするとき、０．４Ｋ　＜　Ｋ、
   　＜　０．６０に ０．７５Ｋ　＜　Ｋ２＜　１．０５に の範囲内の値に定め、各非球面は次式；ここで、２は光
   軸から距ｇｓの点における非球面の、その極点における
   光軸に垂 直な接平面からの軸方向偏差、 Ｃは光軸上の各非球面の曲率、 εは円錐係数、 ａ４　ｒ　ａＢ　＋　ａＢ　＋　ａＩＱは各非球面に対
   する定数 で規定される面としたことを特徴とする投写レンズ系。 久　特許請求の範囲第１項記載のレンズ系において、５
   ２５ｎｍの波長における焦点距離を１４．０４５　ｃｍ
   、口径比をｆｌｏ、９４　、投写角を±２３．７’、投
   写距離を１．３ｍ、及び倍率を９ｘとしたとき、ＬＸ　
   、　Ｌ２　、　ＰＦは像側から見た１１（ｌｌＪ次のレ
   ンズ素子を、５ｌ−８６は１［（（次のレンズ素子の表
   面をそれぞれ表わし、正の表面は像に向かって凸、負の
   表面は像に向かって門であるものとするとき、 ”−８ｍｔｌ平作　軸方向厚さ軸方向間隔　屈折率非球
   面：　Ｓ２　、　Ｓ４ ０ ａ、　−１−０，１２３Ｘ１（１−’　＋０．１５２６
   Ｘ１０−８ａｏ−Ｄ、１３ａＯＸ１０−７−０．１４１
   １Ｘ１０””ａ８−１０．７１５７Ｘ１０−１０−０．
   １８２２后０−７レンズ素子の値； Ｌｌ’　２６．２１（ｔ　ｏ、ｏａｓｉ　Ｏ，５４のよ
   うにレンズ系の諸元を定めたことを特徴とする投写レン
   ズ系。 ８、　特許請求の範囲第１項記載の投写レンズ系におい
   て、５２５ｍｍの波長における焦点距離を１２．８２１
   Ｃｍ、口径比を１７０．９４、投写角を±２５．７°、
   投写距離を１．１９　ｍ及び倍率を９ｘとしたとき、Ｌ
   ｌ　、　Ｌ２　、　ＰＦは像側から見た１１［０次のレ
   ンズ素子を、３１−３６は順次のレンズ素子の表面をそ
   れぞれ表わし、正の表面は像に向かって凸、負の表面は
   像に向かって門であるものとするとき、 非球面：　３２　、３４ ０ ａ４＋０．１０２１Ｘ１０−８＋０．２４００Ｘ１０−
   ８ａ６十０．８（＋５２Ｘ１０−７−ｏ、１ｏ８９ｘ１
   ｏ−５ａ８＋０．３９８８Ｘ１０＝−０，２８８２Ｘ１
   ０−７レンズ素子の値： Ｌ１２４．０５４　０．０４１６　０．５１１のように
   レンズ系の曲元を定めたことを特徴とする投写レンズ系
   。 侃　特許請求の範囲第１項記載の投写レンズ系において
   、波長５２５１１ｍにおける焦点距離を１６．８８５　
   、口径比をｆ／１．ｏ　、投写角を±２２．５°、投写
   距離を１．３７　ｍ　、及び倍率を９Ｘとしたとき、Ｌ
   Ｘ　、Ｌ２　、　Ｆ’Ｐは像側から見た順次のレンズ素
   子を、８１〜Ｓ６は順次のレンズ素子の表面をそれぞれ
   表わし、正の表面は像に向かって凸、負の表面は仲に向
   かって門であるものとするとき、 極点半径　東彷向Ｙゾさ　伽防向間６　屈折率非球面：
   　Ｓ２　、５４ Ｓ２　、　Ｓ４ ０　０．００７Ｆ１　−Ｑ、ＱＯ９６５０ ａｏ。　ＯＱ レンズ索子の値： Ｌ１＋Ｌ２　１６．８１１２　０．０５９４　１ＬＸ　
   ａｕ、７ｉｚ　−０，０１１１５０，５１１のようにレ
   ンズ系の諸元を定めたことを特徴とする投写レンズ系。 ５　特許請求の範囲第１〜４項の何れかに記載のレンズ
   系において、該レンズ系は２個のレンズ繁子間に光軸に
   対し斜めに挿入した平面ミラーにより折曲げであること
   を特徴にする投写レンズ系。 ０　投写像の方向に向かって凹状のフェースプレートを
   有する陰極線管と特許請求の範囲第１〜５項の何れかに
   記載のレンズ系を具えることを特徴とする投写型テレビ
   ジョン装置。 ７、凹状フェースプレート上に赤、青及び緑のけい光体
   をそれぞれ具える第１、第２及び第８陰極線管と、各陰
   極線管と関連するレンズ系を具え、各レンズ系は凹状フ
   ェースプレートの像を共通の表示スクリーン上に投写す
   るよう配置されているカラーテレビジョン投写装置にお
   いて前記レンズ系は特許請求の範囲第１〜５項の何れか
   に記載のレンズ系としたことを特徴とするカラーテレビ
   ジョン投写装置ａ。