JPS63148221A - 影像投影システム - 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】 本発明は少なくとも１つの表示管と投影スクリーン上に
表示管画像を映す多要素投影レンズシステムを具える影
像投影システムに関連し、上記の表示管は真空外囲器中
に表示スクリーンを具え、表示スクリーンは外囲器の壁
部中の表示窓の内側に配列されかつ発光材料が備えられ
、多層干渉フィルタは上記の材料と表示窓との間に配列
されている。本発明はまたそのような影像投影システム
を備える投影装置にも関連している。

干渉フィルタを持つ表示管は欧州特許出願筒０、１７０
．３２０号に記載されており、これはまたこの表示管は
テレビジョン投影システムに有利に使用することができ
る。上記の特許出願に記載されているように、例えば１
４から３０の多数の層からなる干渉フィルタは管から放
出されたビームの強度分布と単色性に関する表示管特性
を著しく改善している。干渉フィルタは表示スクリーン
に垂直な方向およびこのスクリーンの法線に例えば最大
３０’の角度で延在している方向で所望の波長の光を伝
えている。これらの方向は順方向（ｆｏｒｗａｒｄ　ｄ
ｉｒｅｃ−Ｌｉｏｎ）と名付けられよう。法線に対して
約９０’までの大きな角度で発光層から現われる光は干
渉フィルタによってこの層に反射される。この光は発光
層内で散乱され、次に順方向に放出されてこれらの方向
の輝度は増大される。

所望の波長より短い波長の光はまたもっと大きい角度で
フィルタによって伝えられ、従ってこれらの波長に対し
て順方向の強度の増大は所望の波長のそれより小さい。

所望の波長より大きい波長に対して、光がフィルタを通
過する最大角度は所望の波長の光に対するものより小さ
く、かつフィルタは順方向の大きい波長を完全にブロッ
クすることさえできる。従って干渉フィルタは放出され
た光が小さい立体角に集中されて投影レンズシステムに
よって受取られた光の量を増大させることを保証するの
みならず、それはまた波長選択効果を有し、従って投影
レンズシステムの色収差の危険性が減少され、かつ投影
された影像は良いコントラストを有するであろう。

投影システムに干渉フィルタを備える表示管を使用し、
もしそのような表示管が例えば１３０　ｍｍ程度の相対
的に大きい焦点距離を有する投影レンズシステムと組合
される場合、満足できる結果が達成できることが見出さ
れている。そのような投影レンズシステムに対して、入
射ひとみ（ｅｎｔｒａｎｃｅｐｕｐｉｌ）は表示管の表
示スクリーンから相対的に大きい距離にある。入射ひと
みはレンズシステムの物理的境界あるいは［ストップＪ
の影像として定義され、その影像はこの境界の対物端に
存在するレンズ要素により形成されている。入射ひとみ
はレンズシステムに斜めに入射したビームの主光線がこ
のシステムの光軸と交差する位置にある。もし入射ひと
みが表示管の表示スクリーンから相対的に大きな距離に
あるなら、投影レンズシステムのフィールド角は相対的
に小さく、従って表示管によって順方向に放出された光
のみがレンズシステムによって受取られる。

前述の特許出願では、対物フィールド角あるいは影像フ
ィールド角はレンズシステムの光軸と対物のコーナーか
ら発出するビームおよび影像のコーナーに向かうビーム
それぞれの主光線との間の角度を意味するものと理解さ
れるべきであり、このビームはなお受入可能な周辺部減
光（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）でレンズシステムを通過し
ている。対物のコーナーは画像表示管の表示窓に描かれ
た影像の対角線の端部である。影像のコーナーは投影ス
クリーン上に形成された画像の対角線の端部である。

投影システム、特に小さい容積を有するキャビネットに
収容できるカラーテレビジョン投影システムに対する増
大する要求に関連して、例えば８０ｍｍより小さい相対
的に小さな焦点距離を有する投影レンズシステムの増大
する要求がある。と言うのは、表示管から投影スクリー
ンまでの要求された全光路長がまた相対的に小さいから
である。投影システムでその焦点距離を減少することは
、一般的にレンズシステムの入射ひとみが表示管の表示
スクリーンにより近く位置すると言う結果となる。この
ことは対物フィールド角が大きくなり、特に表示窓のコ
ーナーにおいて、非順方向に放出される光が投影レンズ
システムによって受取られ、このようにして投影スリー
ンに達することを意味している。観測者によって観測さ
れた投影スクリーン上の画像は画像の中心から画像の縁
部に至る輝度変化を示している。これは表示管中の干渉
フィルタが非順方向に光の量を減少するという事実の結
果である。輝度のこの第１の変化は第２のタイプの輝度
変化によってなお増大され、この第２の輝度変化は、表
示管のコーナーから発出するビームの主光線が投影レン
ズシステムを通過する大きな角度、およびレンズ要素の
周辺部減光によって生じている。

フィールド角を増大する第２の結果は、表示管中の干渉
フィルタの色選択効果によって投影スクリーン上にカラ
ーシェーディングが生じるということである。この場合
、カラーシェーディングは投影スクリーンの中心から縁
部に向かって短い波長（すなわち青色）への推移が存在
することを含んでいる。

輝度変化およびカラーシェーディングの問題を除去する
ために、大きい角度で所望の波長の光を伝える干渉フィ
ルタを表示管中に配列するよう考慮することができる。

しかし、一方ではもっと大きいカラーシェーディングが
起りながら、かなり小さい輝度の増大が存在しよう。

本発明の目的は、一方では表示管中で干渉フィルタの使
用の利点を維持し、かつそれをもっと良く使用しながら
上述の欠点を除去することにより、冒頭の記事に記載さ
れた影像投影システムを改良することである。

本発明による影像投影システムは、投影レンズシステム
の第１レンズ要素が、影像端から見て、影像端に対面す
る第１屈折非球面と対物端に対面する第２屈折面を有す
る凸レンズ要素によって構成され、該第２屈折面は凸面
であり、かつその曲率中心は影像端でこのレンズ要素の
半分に位置し、投影レンズシステムは、負の倍率を有し
かつ影像端に対面するその面が凹でありかつ表示管に対
面するその面が表示窓の曲率に適応される曲率を有する
少なくとも１つの第２レンズ要素を具え、かつ 投影レンズシステムの入射ひとみは影像端で第１レンズ
要素の半分に位置すること、 を特徴としている。

投影レンズシステムは例えば７８ｍｍあるいは９０ｍｍ
の相対的に小さい焦点距離を有し、その上、前に規定さ
れたようにフィールド角が小さい。原則として、等しく
維持されている影像端におけるフィールド角によって、
対物端におけるフィールド角はこの要素の材料の屈折率
に等しいファクタで減少されていることを第１レンズ要
素は保証できる。

逆の放射路から見て、すなわち投影スクリーンから表示
管を見て、第１レンズ要素はコマ収差と非点収差を実質
的に示さない中間影像を形成するであろう。

中間影像の球面収差を減少するために、第１レンズ要素
の第１屈折面は非球面である。

この投影レンズシステムは、第１レンズ要素の非球面が
、影像端より見て、光軸の付近の区域で凸であり、かつ
上記の区域外で凹であることを特徴とするのがさらに好
ましい。

減少されたフィールド角において、第１レンズ要素によ
って既に集束されたビームによって、逆放射路への別の
影像化は原則として第２の凹レンズ要素のみによって実
現できる。この要素はフィールド曲率補正レンズ要素あ
るいはフィールド平坦器（ｆｉｅｌｄ　ｆｌａｔｔｅｎ
ｅｒ）として規定されよう。

このレンズ要素の凹面は非球面であろう。

第１および第２レンズ要素のみを有する投影レンズシス
テムは、第１レンズ要素の第２屈折面が非球面であるこ
とを特徴とすることはさらに好ましい。

形成された影像の残留収差は減少できる。

しかし、影像投影システムの好ましい実施例は、投影レ
ンズシステムの全光倍率（ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ
）の一部分を与える第３両凸レンズ要素（ｂｉ−ｃｏｎ
ｖｅｘｌｅｎｓ　ｅｌｅｍｅｎｔ）が第１レンズ要素と
第２レンズ要素の間に配列されていることをさらに特徴
としている。第３レンズ要素の光倍率は第１レンズ要素
の倍率にほぼ等しいことが好ましい。

第３レンズ要素に加えて、開口数は増大でき、収差は減
少でき、同時に焦点距離は等しいままである。投影レン
ズシステムのこの実施例において、周辺部減光を妨げる
ために物理的ひとみ（ｐｈｙｓｉｃａｌｐｕｐｉりは第
１レンズ要素の中心により近く位置するが、しかしこの
ひとみはこのレンズ要素の第１部分になお位置している
。

３つのレンズ要素を具える投影レンズシステムの第１の
実施例は、影像端に対面する第３レンズ要素の面が非球
面であることをさらに特徴としている。

３つのレンズ要素を具える投影レンズシステムの第２の
実施例は、対物端に対面する第１および第３レンズ要素
の面が非球面であることを特徴としている。かくしてこ
の投影レンズシステムは４つの屈折面を存している。

投影レンズシステムの最も好ましい実施例は、第１レン
ズ要素が、反射的でありかつ第１屈折レンズ面と第２屈
折レンズ面の間の放射路に位置している第３面を有する
ことを特徴としている。

この第１レンズ要素は折曲げレンズ要素（ｆｏｌｄｅｄ
ｌｅｎｓ　ｅｌｅｍｅｎｔ）　と名付けられよう。この
レンズ要素の光路長は厚さが２倍であるレンズ要素の光
路長に等しいが、光学的に高品質材料の要求された計、
従ってその重量は対応する厚さのレンズ要素のものの半
分になる。その上、反射面はビームの放射路は全光路長
を維持しながら最適な態様で折曲げられるようなやり方
で影像ビームの方向を変化し、従って投影システムは相
対的に小さい容積のキャビ矛ノドに収容することができ
る。

米国特許第４，５２６，４４２号が反射面を有する投影
レンズシステムを記載していることに注意すべきである
。しかし、既知のシステムにおいては反射器が第１レン
ズ要素と第２レンズ要素の間に配列され、かつこの反射
器は第１レンズ要素の一部分を形成しない。さらに、既
知の投影レンズシステムは相対的に大きい焦点距離を有
している。

影像投影システムで本発明の思想が最適に使用されてお
り、これは表示管の表示窓が、影像端から見て、凹であ
りかつ曲率角ψを有し、ここでψは表示窓の中心の法線
と表示窓の縁部に垂直な線との間の角度であり、その角
ψは５″と２５°との間の範囲の値を有することをさら
に特徴としている。旧表示窓を使用することにより、投
影レンズシステムの設計は簡単化できる。表示窓の凹形
状は投影レンズシステムの入射ひとみの方向に表示管の
放射の集中を増大でき、従って投影スクリーンにわたる
良好な光分布が得られる。表示管で凹表示管と干渉フィ
ルタを組合せることにより、投影影像の改善が得られ、
これは旧表示窓と干渉フィルタそれぞれの分離使用によ
って得られた改善の和より大きい。

凹表示窓は球面である必要はないが、しかし例えば非球
面形状である異なる形状を有してもよい。

投影レンズシステムの設計を簡単化できるために、凹表
示窓を使用することはそれ自体英国特許出願筒２．０９
１．８９８号から既知であることに注意すべきである。

しかし、この特許出願は、光出力が、特に表示窓のコー
ナーにおいて、凹表示窓およびこの表示窓と発光材料と
の間の干渉フィルタの組合せによってかなり増大できる
ことを示していない。

本発明は例えば投影スクリーン上に黒・緑色影像を形成
する１つの表示管を持つ投影システムで使用できよう。

本発明思想の最大の利点はそれを色画像投影装置で使用
する場合に達成できる。共通投影スクリーン上に集束し
、かつその各々が表示管と投影レンズシステムを備える
３つの分離した色チャネルを有するそのような装置の具
体例は、少なくとも１つの色チャネルが上述のような影
像投影システムを備えることを特徴としている。

本発明思想の使用は緑色チャネルで最も望ましい。と言
うのは、表示管中の電子電流は所望の光強度を得るため
にこのチャネルでもっと大きくなくてはならぬからであ
る。しかし、本発明による干渉フィルタと投影レンズシ
ステムとの組合せは赤色チャネルでもまた配列でき、そ
して多分青色チャネルでも配列できよう。

本発明を添°付図面を参照して詳細に説明する。

第１図のカラーテレビジョン投影装置はカラーテレビジ
ョン受信機１を含んでいる。例えばアンテナ２に結合さ
れているこの受信機の入力は赤、緑、青色信号に分割さ
れたカラーテレビジョン信号を受信する。これらの信号
は３つの分離した表示管３，４．５に印加され、その表
示窓は赤、緑、青色画像を表示する。これらの画像は略
図的に示されかつ分離した表示管と関連する投影レンズ
システム６．７．８によって投影スクリーン１０上に投
影される。説明を簡単にするために、投影スクリーン上
に表示窓の点を映すビームの主光線のみが示されている
。各表示管によって放出され、かつ関連する投影レンズ
システムを通過する放射は投影、スクリーン１０全体を
カバーする。投影スクリーンに向かって投影レンズシス
テムから現われるビームを反射する鏡９が投影レンズシ
ステムと投影スクリーンの間に配列されている。この鏡
は放射路を折曲げ、従ってこの投影システムは放射路を
短縮することなく相対的に小さい深さを有するキャビネ
ット内に収容できる。

３つの単一色画像は投影スクリーン上で重畳されねばな
らない。このために、整列された表示管はお互に僅かば
かり曲げられ、すなわち表示管３と５のスクリーン上の
法線は表示管４のスクリーン上の法線に対して小さい角
度で延在している。

投影スクリーン１０において、３つのビームの放射はＹ
方向、すなわち観測者Ｗに対して水平方向に相対的に大
きな角度で分散され、一方、観測者Ｗに対して垂直方向
であるＺ方向では、放射は小さい角度で分散される。観
測者Ｗは表示管の拡大された画像の重畳である画像を見
る。

第２図は１つの表示管４を斜視図で示し、ここでガラス
外囲器２１の一部分が切欠いである。ガラス外囲器は正
面側の表示窓２１を構成し、かつコーン部分２２とネッ
ク部分２３を備えている。第２図には示されていない発
光スクリーンが表示窓の内側に備えられ、かつ電子銃２
４が表示管のネックに配列されている。表示管のネック
の周りの偏向コイル系２５は、電子ビームが発光スクリ
ーンを２つの相互に垂直な方向Ｙ、Ｚに走査することを
保証している。受信機との電気接続はベース２６の接続
ピン３７によって設定されている。

第３図および第４図は平面表示窓２１と表示スクリーン
２７および凹表示窓２１′と表示スクリーン２７′をそ
れぞれ示している。これらの図面の挿入図は表示窓２１
．２１’と多層干渉フィルタ２８．２８’、表示スクリ
ーン２７．２７′をそれぞれ示している。表示スクリー
ンはそれぞれ発光材料、すなわち蛍光体２９．２９’お
よび「アルミニウム裏材（ａｌｕｍｉｎｉｕｍｂａｃｋ
ｉｎｇ）　Ｊと呼ばれている薄いアルミニウムフィルム
３０．３０′からなっている。

第４図の曲った表示窓は曲率角ψを有し、曲率半径ρの
球面であることが好ましい。表示窓は代案として例えば
球面である。

干渉フィルタは第５図に略図的に示されている。

このフィルタは多数の層、例えば交互に高い屈折率層（
１■）と低い屈折率層（Ｌ）を有する２０層を具えてい
る。これらの層は平均として約０．２５λ。

の厚さであり、ここでλ、・ｐλであり、λは所望の中
心波長であり、この波長は発光材料から放出されるスペ
クトルから選ばれ、ｐは１．１８と１．３２の間にある
。層りは例えば屈折率ｎ　＝１．４７を有する５ｉＯｚ
か、あるいは屈折率ｎ＝１．３８を有するＭｇＦ２を具
えている。層１１は例えばｎ　＝２．３５を有するＴｉ
Ｏ□あるいはｒｒ＝２．ｏｏを有するＴａ、０．　、あ
るいはｎ−２，１５を有するＮｂ２Ｏ，を具えている。

表示スクリーン２７の側の最後の層３２は、例えば、低
い屈折率をＵする０、１２６　λ、厚の分離層３１でカ
バーされている。

干渉フィルタとその実施例の別の特徴については出願人
名義の欧州特許出願第０．１７０，３２０号が参照され
る。この欧州特許出願に記載されているように、干渉フ
ィルタの提供に次のような利点を持っている。

例えば４０°でなく２５°の所与の立体角内で表示管か
ら放出される光の量は、そのようなフィルタの無い表示
管の場合より４０％から５０％多くなり得る。また 所望の波長の光強度は不必要な波長の光強度を犠牲にし
て増大され、従って表示管から放出されたビーｌ、はさ
らに単色性となる。

投影システム全体としてのこれらの利点は次のようにな
る。

投影スクリーン上のより大きな輝度、 投影スクリーン上の画像の色の改善、特に色画像投影器
の場合の緑色において著しい改善、 投影レンズシステムのより少ない色収差、特に色画像投
影器の場合の緑色チャネルと青色チャネルにおける著し
く少ない色収差、投影スクリーン上の画像のより良いコ
ントラスト。

例証として、第６図は一例として異なる環境下の緑色表
示管によって放出されたスペクトルを示している。この
表示管の発光材料はＹＡｇ：Ｔｂ混合物の蛍光体である
。曲線６Ａは、もし干渉フィルタが表示管中に存在しな
いなら放出されるスペクトルを示している。曲線６Ｂか
ら６Ｅまでは、干渉フィルタの存在の下で表示窓の法線
に対してそれぞれＯ。

１５°、３０°、４５°の角度で延在している方向に放
出されるスペクトルを示している。曲線６Ａと６Ｂの比
較は、干渉フィルタが表示窓に垂直な方向で所望のスペ
クトル領域の詠度を増大し、一方５４５ｎｍにおけるス
ペクトル線の輝度は５００ｎｍより小さい波長における
他の青色スペクトル線に比べて増大されていることを示
している。これらの利点は曲線６Ｃ，６Ｄに示されてい
るように表示窓の法線に最大３０°から３５°までの角
度で延在している方向に対して維持されている。第６図
の曲線に類似するが、もちろん異なるスペクトル線を持
つ曲線は青色および赤色表示管にも適用される。法線に
対し３０°から３５°まで以上の角度の方向では緑色ス
ペクトル線の輝度は第６図で減少し、一方、青色スペク
トル線の輝度は表示窓の法線に４５６の方向で適用する
曲線６Ｅによって第６図に示されているよ　。

うにほぼ等しいままである。

緑色スペクトル線に対して青色スペクトル線の相対的に
大きい寄与による投影スクリーンにわたってカラーシェ
ーディングが起ることを妨げるため、および緑色スペク
トル線の輝度の減少によって投影スクリーンの中心から
その縁部にかなりの程度輝度が減少することを妨げるた
めに、表示窓の法線に３０°から３５°まで以上の角度
で放出される光は投影レンズシステムによって受取られ
ないことが本発明によって保証されている。対物端で小
さいフィールド角を有し、同時に焦点距離がまた小さい
投影レンズシステムが与えられている。

投影レンズシステムの第１レンズ要素ＬＩ′の原理が第
７図に示されており、この要素は投影レンズシステムの
設計における新しい概念の結果である。この新しい概念
において、出発点は厚い平凸レンズ（ｐｌａｎｏ−ｃｏ
ｎｖｅｘ　１ｅｎｓ）　Ｌ＋　’であり、ここで凸レン
ズ面Ｓ３′の曲率中心は平面ＳＩ′上に位置している。

投影システムにおいて光線は右から左に延在しているが
、第７図の光路は左から右に示されている。この逆転は
このタイプの光学システムで許容され、かつここで使用
されている。と言うのはシステムの動作の洞察を簡単化
するからである。第７図に示されたビームｂ、は投影ス
クリーンの中点から発出する虚ビーム（ｉｍａｇｉｎａ
ｒｙ　ｂｅａｍ）である。レンズ要素り、′と投影スク
リーンとの間の相対的に大きい距離のため、ビームｂ１
は僅かばかり発散する。その主光線がレンズ要素Ｌｔ′
の光軸００′に一敗するこのビームは光軸上の点Ｆ、で
集束する。参照記号ｂ２は同様に虚の僅かばかり発散す
るビームを示し、これは投影スクリーンの縁部から発出
し、かつレンズ要素ＬＩ′をなお受入れ可能な周辺部減
光で通過する。このビームの主光線は点Ｍで光軸と交差
する。このレンズ要素に対して、ひとみｐｐ　’　、投
影スクリーンから見て入射ひとみ、および影像源から見
た出射ひとみ（ｅｘｉｔ　ｐｕｐｉｌ）は従ってレンズ
要素Ｌ１゛の第１屈折面Ｓ１′の区域に位置する。ビー
ムｂ２の主光線は凸面Ｓ、′に垂直に入射し、かつこの
面を屈折すること無く通過する。

ビームｂｔの周辺光は面Ｓ３’によって主光線に向かっ
て屈折し、従ってビームｂｔは点Ｆ２に集束する。

投影システムにおいて第７図によるレンズ要素り、′を
使用することにより、投影スクリーンの縁部が虚像源と
レンズ要素の間に位置する投影レンズシステムの要素に
よって見られるフィールド角が減少されるということが
達成される。フィールド角は面Ｓ、′に入射するビーム
ｂ２の主光線が光軸と交差する角度αである。この面で
屈折したあと、この主光線は光軸に角度βで延在する。

フィールド角減少は ｓｉｎβ　　ｎｌ ｓｉｎα　　ｎ２ によって与えられ、ここでｎ２はレンズ材料の屈折率で
あり、ｎｌは周辺媒体の屈折率である。もしこの媒体が
ｎ、・ｌである空気なら、フィールド角はｎ２にほぼ等
しいファクタによって減少される。

この減少したフィールド角およびレンズ要素ＬＬ′によ
ってひき起されたビームの集束に対して、一層の影像化
はいくつかの単一付加レンズ要素のみによって実現され
る。ある使用では、第８図に示されたような凹レンズＬ
３を使用するだけで充分であろう。このレンズ要素はフ
ィールド曲率補正レンズ（ｆｉｅｌｄ　ｃｕｒｖａｔｕ
ｒｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　１ｅｎｓ）あるいは「フ
ィールド平坦器」である。第８図ではレンズ要素り、の
凹面はＳ６によって示されている。レンズ要素Ｌ３の第
２面Ｓ、の湾曲はこれ以上示されない表示管の表示窓Ｆ
Ｐの湾曲に適合されている。第８図に示された実施例で
は、この表示窓および面Ｓ。

は影像端から見て凹である。

板状保持器ｃｐが表示管ＦＰとレンズ要素Ｌ３の面Ｓ。

の間に配列できる。例えば水とグリコールからなる冷却
剤がこの保持器を通って流れる。表示管は高い輝度を持
たねばならず、かつ冷却無しでは表示窓のうじの表示ス
クリーンに備えられている発光材料の温度はかなり増大
し、従って表示管の輝度は減少するという事実に関連し
てそのような冷却は望ましい。

レンズＬ１゛は点Ｆ１とＦ２によって第７図に略図的に
示されている中間影像を形成し、この影像は実質的にコ
マと非点収差を持たないが、なお球面収差を伴っている
。この収差はレンズ要素Ｌ１′の第１面Ｓ１に非球面形
状を与えることにより減少できる。収差の一層の減少を
実現するために、レンズ要素し、′の第２面Ｓ、″もま
た非球面であってよい。

レンズ要素り、の凹面Ｓ６がまた非球面であるから、第
８図の投影レンズシステムは全体で３つの非球面となる
。このシステムは焦点路！７８ａｎｎと、対物端で０．
３０から０．３５の開口数を有している。

開口数のかなりの増大と同じ焦点距離における収差の減
少は第３両凸レンズ要素の付加によって得ることができ
る。現在のテレビジョン影像の投影に極めて適当である
のみならず、また将来の高精細度テレビジョンの投影に
適当なそのような投影レンズシステムは第９図に示され
ている。投影レンズシステムの光倍率は第１の厚いレン
ズ要素Ｌｌ′と第３のレンズ要素Ｌ２に分布されている
。これらのレンズ要素はほぼ同じ光倍率を有することが
好ましい。このためにレンズ要素し、′は僅かばかり適
応されているが、その基本形状は維持されている。この
システムのひとみＰＰ′は僅かばかり対物端にシフトさ
れているが、第１屈折面ＳＩに充分近く位置されている
ので、フィールド角の減少は第７図および第８図に従う
システムで得られているフィールド角と同程度である。

もし面Ｓｌ＋　Ｓ４＋Ｓ６が非球面なら、焦点距離７８
順において０．４０以上の開口数が実現できる。

第７図および第８図のレンズ要素ＬＩ′は厚いガラスレ
ンズ要素であり、従って相対的に高価でありかつ重い。

第９図に既に示されているように、投影レンズシステム
は対角面ｄおよびレンズ要素を通して与えられるように
このレンズ要素が僅がばかり厚くなるようなやり方で設
計されている。

この平面の下のレンズ材料を取去り、面をこの平面の位
置で反射的にし、かつレンズ要素の上側に而Ｓ１を備え
ることにより、折曲げられたレンズ要素（第１０図のＬ
ｌ）が得られ、これは第９図のレンズ要素Ｉ２．′と同
じ振舞を示す。折曲げられたレンズ要素り、はそれが第
９図のレンズ要素に必要な光学的に高品位なレンズ材料
の半分の量しか必要とせず、従って折曲げレンズ要素は
かなり軽くかつ高価でないという利点を有している。そ
のほか、面Ｓ２’は投影システム中の放射路の一層の折
曲げに最適な方向に投影ビームを反射する。

レンズ要素り、の面Ｓ２は例えば蒸着によって銀層を与
えることにより反射的にできる。

２レンズ要素のみを有する第８図の投影レンズシステム
において、第１レンズ要素は折曲げられたレンズ要素に
よって置換えられる。この投影レンズシステムは３つの
非球面ＳＩ′＋　　３’＋５６を具えている。

第１０図の実施例では、面Ｓｌｌ　Ｓ４＋　Ｓｂは非球
面であってよい。

投影レンズシステムの光信率と焦点距離を決定するレン
ズ要素Ｌ１とＬ２の光学的振舞は周囲媒体の温度あるい
は温度の変化に無関係であるべきである。他方、これら
のレンズ要素は非球面を有しなければならず、これはガ
ラスで実現するのに困難である。従って、これらのレン
ズ要素はガラス基材り１２．とＬ２１．からなることが
好ましく、これはその非球面側でそれぞれ非球面外側プ
ロフィルＳ１と３４を有する透明合成材料の薄い層Ｌ１
．１とＬ２１．を持っている。Ｓｌ、□と３４．、はそ
れぞれ薄いＮ　Ｌ　Ｉ　、−とＬ２，３の内面である。

これらの層は薄いから、環境パラメータの変化の結果と
してのこれらの層の屈折率あるいは形状の変化は全体と
してレンズ要素の振舞に僅かの効果しか持たない。

第１０図による投影レンズシステムは３つの非球面の代
わりに４つの非球面、すなわちＳＩ＋　Ｓ：Ｉ＋　ＳＳ
＋Ｓ６を有している。低い屈折率を有するガラスがレン
ズ要素り、とＬ２に使用できる。

いわゆるレプリカプロセスによって非球面層がレンズ基
体上に与えられる。このプロセスにおいて、形成すべき
層の所望の外側プロフィルの逆である内側プロフィルを
有する型が使用される。充分に柔らかくされた透明合成
材料、例えば紫外線放射によって重合できる合成材料が
レンズ基体上に与えられ、そのあとで型がその上に押付
けられる。引続いて例えば紫外線による照射で合成材料
は硬化され、そして型は除かれ、レンズは一層のプロセ
ス操作が要求されること無く利用可能となる。

補正レンズ要素Ｌ３は例えばポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭ八）あるいはポリカーボネート（ＰＣ）のよう
な合成材料からなっている。面Ｓ６上の非球面プロフィ
ルはそのプロフィルを有する型を使用することによって
レンズ要素の成型の間に既に与えられよう。代案として
レプリカプロセスによってレンズ要素Ｌ３を形成したあ
と非球面プロフィルを与えることも可能である。

例えば第１０図の非球面Ｓ　Ｉ　＋　Ｊ　４　＋　５６
はによって規定でき、ここでＹは非球面上の点とレンズ
要素Ｚの光軸との間の距離であり、Ｚは光軸上のこの点
の投影と非球面による光軸の交差点との間の距離である
。

レンズ要素し、がメッサーズ・ンヨノト（Ｍｅｓｓｒｓ
。

５ｃｈｏ　ｔ　ｔ）からの型番ＳＦ２のガラスからなり
、かつレンズ要素Ｌ２とＬ３はポリカーボネートからな
り、その焦点距離は７８ｍｍであり、かつ開口数は０．
４２５である第１Ｏ図による投影レンズシステムの実施
例に対して、軸面曲率（ａｘｉａｌ　５ｕｒｆａｃｅ　
ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）Ｃと、これらの面の間の軸距離ｄ
、と、屈折率ｎとに影像端から以下の値を適用する。

Ｃ（ｍｍ−’）　　ｄｉ　（ｍｍ）　　　　ｎ一方、面
Ｓ、Ｓ４．Ｓ６の非球面係数８２ｉは以下の値に等しい
。

Ｓｔ　　　ａｔ　　＝　　０．２８３９３５　　Ｘｌ０
−２ａ４　　＝　　−０，３９０１３６Ｘ１０−’ａ＝
　　＝　　−０，７５０２３３ｘｔｏ−”ａｓ　　□　
　０．８３９８８１　　Ｘ１０−’　２８ｇｏ　　＝　
　−０，５６４１２１×１Ｑ−１ｓａｄｚ　　”　　０
．１４２９２４　　Ｘｌ０−”ａｚ　　＝　　０．３７
７６１５　　Ｘ１０−”ａ＝　　＝　　０．３０１３３
９　　Ｘｌ０−’ａ６　・　０．２４３４３３　　ｘｌ
Ｏ−９ａｓ　　□　　−０，１９０８４８Ｘ１０−’　
２ａＩｏ　　・　０．８７３３４３　　Ｘｌ０−”ａｄ
ｚ　　＝　　−０，１３８６２５Ｘｌ０−ｌ９ａ２　　
”　　−０，７８８５９６Ｘ１Ｏ−２ａ４　・　−０，
４８６４８６Ｘｌ０−’ａｈ　　＝　　０．２０１０５
４　　Ｘ１０−”ａ８　・　−０，８２１２６３Ｘｌ０
−”ａｔｅ　　＝　　０．１９２４４４　　×１Ｑ−１
ｓａｄｚ　　”　　−０，１４０４０４Ｘｌ０−Ｉ９レ
ンズ要素Ｌ１が型番５ＦＨ６４のガラスからなり、レン
ズ要素Ｌ２とＬ３がポリカーボネートからなり、かつそ
の焦点距離が９０ｍｍである第１０図による投影レンズ
システムの実施例に対して以下の値を適用する。

Ｃ（ｍｍ−’）　　　　ｄｉ　（ｍｍ）　　　　ｎ一方
、面ｓ、、　ｓ、、　ｓ、の非球面係数ａ２ｉは以下の
値に等しい。

Ｓｔ　　　ａ２　＝　　０．１８５６７６　　ｘｌＯ−
”ａｓ　　＝　　−０，２４９３１９Ｘ１０−”ａａ　
　＝　　−０，２７４６８９Ｘ１０−’ａａ　　＝　　
０．１８’１４５９　　Ｘｌ０−”ａｌ。＝　　−０，
７６１７００Ｘｌ０−１６ａｄｚ　　□　　０．１２３
１０４　　ＸＸｌ０−ｌ９ａ　　・　０．３１１２９７
　　ｘｌＯ−”ａａ　　□　　０．１８７６６１　　Ｘ
１Ｏ−ｈａｈ　”　　ｏ、２９７３６１　　Ｘ１０−”
ａａ　・　−０，８１１９５８ｘｌＯ−１４ａｔｏ　”
　　０．２４１５５５　　Ｘｌ０−”ａｎ　　＝　　−
０，２３２３９３Ｘ１０−”ａ２　　＝　　−０，５８
７４９６Ｘ１０−２ａ４　　＝　　−０，３３６５３１
Ｘ１Ｏ−５ａｈ　　＝　　０．１５６５７３　　Ｘ１０
−”ａｔ　　＝　　−０，６９０７０８Ｘ１０−’”ａ
ｇｏ　　＝　　０．２０３９５８　　×１Ｑ−１ｓａ１
□　＝　　−０，２６６６７６Ｘｌ０−”この投影レン
ズシステムの新しい設計のおかげで、このシステムの表
示窓と入射ひとみの間の距離は通常の投影レンズシステ
ムに比べて例えばファクタ１．２５だけ増大できる。距
離のこの増大は表示管１から発出しかつ投影レンズシス
テムによって受取られているビームの主光線が通過する
角度の減少という結果となる。比較のために、焦点路Ｊ
＋ｉｆ　７８　ｍｍと９０ｍｍを有する通常の投影レン
ズシステムｒ”１．ｃ　と、本発明による投影レンズシ
ステムＰＬ、に対する表示窓上の種々の相対位置ＰＰＰ
についての受入れ角（Ｘ　ａｃｃ　（ａｎｇｌｅ　ｏｆ
　ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ）を下の表は示している。

ｆ＝７８ｍｍ　　　　　　　　ｆ＝９ｏｎ＋ｒ＋＋ＰＰ
Ｐ　　　αａｃｃ−ＰＬ（α１ｅｅ−ＰＬＩαＩＩｃｃ
−ＰＬ（αａＣＣ−ＰＬＩｏ　　　　　ｏ、ｏ　　　　
ｏ、ｏ　　　　　ｏ、ｏ　　　　　ｏ、。

Ｏ，２５１０，７１０，２８，８６，７０，５０２０，
５２０，３１７，１１３，８０，７５２９，２２７，９
２４，９２０，２１，００３７，６３１，２３２，８２
４，０これらの値は曲率半径ρ・３５０ｍｍを有する表
示窓に適用する。

表示窓上の付与の位置における受入れ角は表示窓上のこ
の位置の法線と、この位置から出発しがつ投影レンズシ
ステムを通過するビームの主光線との間の角度である。

改善された投影レンズシステムの効果は表示窓のコーナ
ーで最大であり、そこで相対位置ＰＰＰ・１．００であ
り、その位置でフィールド角がまた規定されている。表
示窓のコーナーにおける受入れ角の減少は焦点距離７８
ｎ＋ｍと９０胴を有する投影レンズシステムに対してそ
れぞれ６．４°と８．８°である。

第１１図には、平らな表示窓を有する表示管（実線４０
）と曲率半径ｒｅ　＝　３５０　ｍｍの凹表示窓を有す
る表示窓（破線４１）双方の通常の投影レンズシステム
の焦点距離ｆの関数として、表示窓のコーナーにおける
受入れ角αｉｃｅ＋Ｈがプロットされている。この図に
は、ｒｃ・３５０ｍｍである凹表示窓を持つ表示管を有
する投影システムと、本発明による投影レンズシステム
において焦点距離７８ｍｍと９０ｍｍに対する最大受入
れ角α＊ＣＣ＋Ｈが点４２と点４３によって示されてい
る。

第１２図と第１３図は、表示管中で干渉フィルタ（Ｐ＝
１．２６を持っている）を使用する場合に得られる輝度
Ｇ、の増大に基づく受入角の減少の効果を示している。

この図には投影スクリーン上の相対位置Ｐｐｓが水平方
向にプロットされている。もし通常の投影レンズシステ
ムが使用されるなら実線曲線４４と４６が適用され、本
発明による投影レンズシステムを使用する場合には破線
曲線４５と４７が適用される。示されているように、第
１２図は焦点距離ｆ＝９（ｌｎｍを有する投影レンズシ
ステムに関連し、第１３図はｆ・７８ｍｍを有する投影
レンズシステムに関連している。

選択された中心波長λに対する干渉フィルタの透過率は
表示窓の法線に３７°をなす方向で５０％である。

ｆ＝９０ｍｍの通常の投影レンズシステムを使用する場
合、投影スクリーンの中心における輝度の増大１コ、は
１．７であり、それは投影スクリーンのコーナーでは１
．０に減少する。輝度のこの減少は第１２図に示すこと
のできないカラーシェーディングを伴っている。折曲げ
られた第１レンズ要素を持つ本発明による投影レンズシ
ステムを使用する場合、輝度の増大の減少はかなり小さ
い。すなわち投影スクリーンの中心の１．７からコーナ
ーの１．５となる。もしｆ・７８　ｍｍの通常の投影レ
ンズシステムが使用されるなら、第１３図に示されてい
るように輝度の増大は投影スクリーンの中心で１．７、
コーナーで０．７である。折曲げられた第１レンズ要素
を持つ本発明による投影レンズシステムが使用される場
合にかなり良い結果が達成される。

その場合、投影スクリーンの縁部における輝度は１．１
５であり、同時にカラーシェーディングはがなり減少さ
れる。

第８図、第９図、第１０図は凹表示窓を有する表示管を
持つ影像投影システムを示しているとは言え、本発明は
それに限定されない。また表示管が例えば平らな表示窓
を有する投影システムにおいて、特定の投影レンズシス
テムと管内の干渉フィルタの組合せは投影スクリーン上
の輝度を増大し、かつカラーシェーディングは投影レン
ズシステムの相対的に短い焦点距離で減少されよう。

投影スクリーン上の輝度の分布を改善し、輝度を増大し
、より良いコントラストを実現し、かつ色収差を減少す
るために、本発明は色画像投影システムに使用されるの
みならず、単色投影レンズシステムにも使用される。

（要　約） 小さい立体角内に放出される光の量を増大する干渉フィ
ルタを備える少なくとも１個の表示管（３，４，５）を
持つ影像投影システムが記載されている。新規な設計に
従ってそのような表示管を投影レンズシステム（６，７
，８）と組合せることにより、投影スクリーン（１０）
上の画像の輝度が増大され、同時にこの画像の輝度変動
とカラーシェーディングが減少される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３個の影像投影システムを備える
色画像投影装置の実施例の斜視図であり、第２図は影像
投影用表示管の部分的に切欠いた立面図であり、 第３図および第４図はそれぞ真直な表示窓および曲った
表示窓と干渉フィルタを有する表示管の部分断面図であ
り、 第５図は干渉フィルタの構成を線図的に示し、第６図は
緑色蛍光表示管によって放出された放射の種々のスペク
トルを示し、 第７図は本発明による投影レンズシステムの第１レンズ
要素の基本形状を示し、 第８図は本発明による投影レンズシステムの第１の実施
例を示し、 第９図はこの投影レンズシステムの第２の実施例を示し
、 第１０図はこのシステムの好ましい実施例を示し、第１
１図はそれぞれ通常の投影レンズシステムと新しい投影
レンズシステムを有する投影システムの投影レンズシス
テムの焦点距離の関数としての受入れ角の大きさを示し
、 第１２図および第１３図は２つの異なる焦点距離に対し
て、それぞれ通常の投影レンズシステムと新しい投影レ
ンズシステムを使用する場合に、投影スクリーンにわた
る輝度変化の差を示している。 ■・・・カラーテレビジョン受信機 ２・・・アンテナ　　　　　３，４．５・・・表示管６
．７．８・・・投影レンズシステム ９・・・６１　　　　　　　　　ｔｏ・・・投影スクリ
ーン２０・・・ガラス外囲器　　　２１・・・表示管２
２・・・コーン部分　　　　２３・・・ネック部分２４
・・・電子銃　　　　　　２５・・・偏向コイル系２６
・・・ベース　　　　　　２７・・・表示スクリーン２
８・・・多層干渉フィルタ　２９・・・蛍光体３０・・
・薄いアルミニウムフィルム ３１・・・分離層　　　　　　３２・・・層３７・・・
接続ピン　　　　　４０・・・実線４１・・・破線　　
　　　　　４２．４３・・・点４４．４６・・・実線　
　　　　４５．４７・・・破線ＦｌＯ，１ ＦＩＧ、７ ｆ　（ｍｍ　） ＦＩＧ、１１ 巳−一′ ； Ｎ 彎−ｍ− Ｃフ 一 μコ□ Ｃつ 嘴１ｌ− し− 一 ８嘴−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの表示管と投影スクリーン上に表示
   管画像を映す多要素投影レンズシステムを具える影像投
   影システムであって、上記の表示管は真空外囲器中に表
   示スクリーンを具え、表示スクリーンは外囲器の壁部中
   の表示窓の内側に配列されかつ発光材料が備えられ、多
   層干渉フィルタは上記の材料と表示窓の間に配列されて
   いるものにおいて、 投影レンズシステムの第１レンズ要素は、 影像端から見て、影像端に対面する第１屈折非球面と対
   物端に対面する第２屈折面を有する凸レンズ要素によっ
   て構成され、該第２屈折面は凸面でありかつその曲率中
   心は影像端で上記のレンズ要素の半分に位置すること、
   投影レンズシステムは、負の倍率を有しか つ影像端に対面するその面が凹でありかつ表示管に対面
   するその面が表示窓の曲率に適応される曲率を有する少
   なくとも１つの第２レンズ要素を具えること、および 投影レンズシステムの入射ひとみは影像端 で第１レンズ要素の半分に位置していること、を特徴と
   する影像投影システム。 ２、第１レンズ要素の非球面が、影像端より見て、光軸
   の付近の区域で凸であり、かつ上記の区域外で凹である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の影像投
   影システム。 ３、第１レンズ要素の第２屈折面が非球面であることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の影像投影シス
   テム。 ４、投影レンズシステムの全光倍率の一部分を与える第
   ３両凸レンズ要素が第１レンズ要素と第２レンズ要素の
   間に配列されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項もしくは第２項に記載の影像投影システム。 ５、第３レンズ要素の光倍率が第１レンズ要素の光倍率
   にほぼ等しいことを特徴とする特許請求の範囲第４項に
   記載の影像投影システム。 ６、影像端に対面する第３レンズ要素の面が非球面であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項もしくは第５
   項に記載の影像投影システム。 ７、対物端に対面する第１レンズ要素と第３レンズ要素
   の面が非球面であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項もしくは第５項に記載の影像投影システム。 ８、第１レンズ要素が、反射的でありかつ第１屈折レン
   ズ面と第２屈折レンズ面の間の放射路に位置している第
   ３面を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第７項のいずれか１つに記載の影像投影システム。 ９、表示管の表示窓が、影像端から見て、凹でなりかつ
   曲率角ψを有し、ここでψは表示窓の中心の法線と表示
   窓の縁部に垂直な線との間の角度であり、その角ψが５
   °と２５°との間の範囲の値を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１つに記
   載の影像投影システム。 １０、共通投影スクリーンに集束し、かつその各々が表
   示管と投影レンズシステムを備える３つの分離した色チ
   ャネルを具える色画像投影装置において、 色チャネルの少なくとも１つが特許請求の 範囲第１項ないし第９項のいずれか１つに記載の影像投
   影システムを備えることを特徴とする画像投影装置。