JPS62174711A - 投写形テレビ用光学系 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、投写形テレビ受像機において、その受像管か
らスクリーン上に画像を投写するための投写形テレビ用
光学系に関するものである。

〔発明の背景〕

テレビ受像機の画像再生面を大型化して、小型の画面で
は得られない、迫力に富んだ画像を得たいという要求が
強まるにつれ、ブラウン管（受像管）の蛍光面に再生さ
れた画像を、レンズ、ミラーなどの投写光学系により、
スクリーン上に拡大投写して大画面の像を得るようにし
た、いわゆる投写形テレビが広（用いられるようになっ
てきた。

かかる投写形テレビにおいて、これまで色々な改良が加
えられた結果、数年前と比較すると、大きな進歩が見ら
れる。しかし、投写形テレビのより一層の市場拡大を図
るには、画質の向上、それに奥行き寸法、高さ寸法の低
減による全体的コンパクト化、そして低価格化が必要で
ある。

特に画像投写のための光学系の良否は、これらの各種要
因に大きな影響を及ぼす。光学系を構成するレンズとし
ては、ガラスレンズとプラスチックレンズが用いられて
いるが、それぞれ一長一短がある。

プラスチックレンズを用いた代表的な光学系としては、
米国特許第４５２６４４２号明細書に記載のものがあり
、これは少ない構成枚数のレンズを用いてＦ値１．０を
達成しており、またミラーを内蔵しているため、セット
のコンパクト化が図られている。しかし、そのフォーカ
ス性能については、以下に述べるような問題があり、ガ
ラスレンズを用いた光学系と比べて劣っていると云わざ
るを得ないのが実状である。

さて、その問題とは次のようなも、のである。

（イ）軸上に発生する色収差に対する対策を考慮した設
計となっていないため、投写画像の画面中心部のフォー
カス特性が悪い。

（ロ）投写画像の画面周辺部についても、フォーカス特
性はガラスレンズを用いた場合よりも劣る。

（ハ）周囲温度、湿度等の環境条件により、レンズを構
成するプラスチックの性能が変動し、そのためフォーカ
ス特性が劣化する。

また以上の問題のほか、投写形テレビでは、その画面を
明るくするために、ブラウン管に大きなパワー（電力）
を入力しているので、そのことにより温度が上昇し、ブ
ラウン管が割れるかも知れないという危険性がある。そ
のほかブラウン管の管面に最も近い位置にあるレンズも
高温となり、そのレンズがプラスチックレンズの場合に
は、変形を生じるという問題がある。

これらの問題を解決するために、従来は第９図に示すよ
うな液冷ブラウン管が用いられている。

同図において、ｌは冷却液、２は放熱板である。

すなわちブラウン管の管面前部に冷却液１が封止されて
おり、これの対流により管面から熱を奪って運び放熱板
２から放散されるわけである。

さらに、その他の問題としては、光学系を構成するレン
ズの界面における反射により、不要光が発生し、画面の
コントラストを劣化させるという問題がある。

この不要光については、反射率の大きい面からの不要光
はど、その影響が大きい。レンズ界面の反射率は数％程
度であるが、ブラウン管蛍光面の反射率は５０％程もあ
る。したがって、レンズ界面で反射し、さらに蛍光面で
反射した後、スクリーンに達する光が最もコントラスト
を劣化させる。

すなわち、ブラウン管に近いレンズ面からの反射を低減
させることが、コントラストの改善に有効である。

このような考えから、第１０図に示すように、ブラウン
管の管面と、その前部に位置する凹レンズ３との間を、
屈折率が該レンズならびにブラウン管ガラスのそれに近
い値をもつ媒質４で満たすことによって界面の反射を低
減させ、それによってコントラストの改善を図る試みが
なされている。

しかしこのようにすると、今度は構造が複雑となり、コ
ストが増大するという問題が発生する。

この問題を解決するために構造の簡略化を図った液冷投
写管として、第１１図に示す如き構成が考えられる。す
なわち、第１１図に示す構成は、冷媒１をブラウン管の
管面とレンズ３とで直接封止する構成をとったものであ
る。

この際凹レンズ３として、プラスチックレンズを用いた
とすると、冷媒がレンズ構成体であるプラスチックを通
して、火水するという問題、温度上昇のためにプラスチ
ックレンズが変形するという問題、冷媒とこれに接する
プラスチックとの間で化学反応が起こり、プラスチック
レンズが変質するという問題などが発生することがあり
、これらの問題を解決するためには、凹レンズ３として
ガラスレンズを用いることが有利士あると考えられる。

しかし、一般に米国特許第４５２６４４２号明細書で述
べられている如きタイプの光学系では、そこに用いられ
る凹レンズは、非球面形状をとるものでないと、十分な
光学性能が得らないという問題がある（ガラスレンズで
非球面形状を構成することは技術的に困難とされている
）。

またさらに、凹レンズの寸法としては、大略ブラウン管
蛍光面の有効サイズと同じ位の大きさ寸法を確保する必
要があるので、凹レンズをガラスで構成したときには、
プラスチックで構成する場合に比べて値段が高くなると
いう問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、投写距離の短縮ならびにレンズ系の全
体長、レンズ系の口径寸法の短縮を図り、しかもフォー
カス性能の向上、投写形テレビセットのコンパクト化を
可能とし、更にまたブラウン管の冷却方法およびブラウ
ン管の管面とレンズとの間の結合構造の簡略化を図って
信頼性の向上・コストダウンを可能とした投写形テレビ
用光学系（レンズ系）を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明では、以下に述べる
ような広画角短焦点レンズ系を用いることとした。

米国特許第４５２６４４２号にかかるレンズで代表され
る投写形テレビ用プラスチックレンズでは、その軸上色
収差を取除いていない。これは、光源として、青、緑、
赤の３本のブラウン管を用いるため、それぞれのブラウ
ン管から単色光を投写するという考えに基づいているか
らである。

しかし実際には青、緑、赤の各蛍光体の蛍光スペクトル
は完全な輝線となっておらず、第１２図に示すようなス
ペクトル幅を持っている。上記米国特許明細書に記載の
実施例について言えば、スクリーン上２８０ＴＶ本のＭ
　Ｔ　Ｆ　（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒ　
Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　）は、スペクトル分布を理想的な輝
線分布としたときには、殆ど１００％であるが、実際の
蛍光体の、幅をもった蛍光スペクトル分布のもとでは７
０％位に劣化し、普通に用いられているガラスレンズの
それよりも悪い。

したがってプラスチックレンズのＭＴＦ改善のためには
色収差を低減する必要がある。色収差低減のために、一
般には低分散の凸レンズ、高分散の凹レンズを組合わせ
ることが行われているが、そうすると所要のレンズ枚数
が増し、低コストというプラスチックレンズの長所を損
うことになる。

色収差は一般に焦点距離に比例する。そこで米国特許第
４５２６４４２号明細書に示す如きレンズタイプの場合
、焦点距離を短くすることが有効である。しかし一般に
焦点距離を短くすると、倍率を同一としたとき画角が増
大し、レンズ設計としては非常に困難となる。

本発明では後述するようなレンズ構成とすることによっ
て広画角化を達成し、スクリーンの中心のみならず周辺
部でのＭＴＦをも従来より格段に改善したものである。

またブラウン管の管面に最も近い位置にあるレンズには
、温度、冷媒等により特性の劣化しない球面のガラスレ
ンズを用いるのが好都合である。その場合、ガラスレン
ズの形状としては、スクリーン側を凹面とした凹メニス
カスレンズを用いることとして、その重量、外径を低減
させ、低コスト化を図っている。

以上述べた事柄を実現するために、本発明による光学形
は、スクリーン側から順に、 ′、（、イ、）・パワーの弱い非球面レンズ、（ロ）全
体のパワーの大部分を占めるほど大きなパワーをもつ両
凸レンズ、 （ハ）パワーの弱い非球面レンズ、 （ニ）スクリーン側を凹面とした凹メニスカスレンズ、 （ホ）非球面形状をしたブラウン管蛍光面、を配置した
ものから成ることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例としての投写形テレビ用光学
形を示す断面図である。

同図において、５はブラウン管蛍光面、６はスクリーン
、７は第ルンズ、８は第２レンズ、９は第３レンズ、１
０は第４レンズ、１１は冷却液、１２はガラスバルブで
ある。

第１図に示した光学系は、ブラウン管蛍光面５上の長さ
４．５インチのラスターをスクリーン６上に４５インチ
につまり１０倍に拡大したときに最良性能が得られるよ
うに構成しである。第ルンズ７からスクリーン６までの
距離りいわゆる投写距離は７００鶴となっている。画角
にすると約４０度となり、従来普通に用いられているレ
ンズ系による投写距離及び画角はそれぞれ１２００ｍｍ
、約２５度であるから、これに比べて超広角レンズとな
っていることが分かるであろう。

第ルンズ７は口径に基づく球面収差を除くために非球面
形状となっている。第２レンズ８は、温度変化によるフ
ォーカスドリフトを低減するために、ガラスレンズとし
、かつパワーを出来るだけ大きくしている。第３レンズ
９は、高次のコマ、非点収差を除くために非球面構成と
し、かつパワーは出来るだけ小さくしている。第４レン
ズ１０は像面湾曲補正用レンズであるが、前述したよう
にブラウン管から発生する発熱を受けるので、これによ
る加熱等に耐えられるようにガラスレンズとして構成し
、またコストを出来るだけ安くするために、凹メニスカ
スレンズとしている。

またブラウン管蛍光面５は像面湾曲を補正するために、
曲率を持たせている。特に高次の像面湾曲を補正するた
めに非球面形状となっている。一般に、ブラウン管の蛍
光面側はプレス加工を施すのみで後加工はしないため、
その形状が非球面であっても製法自体は変わらない。中
心部については、本発明によるレンズ系（光学形）は球
面収差が殆んどゼロであり、色収差のみ発生する。前述
した米国特許明細書に記載のものと比べて色収差は、（
７００／１．２００）となり、約４０％のセンターフォ
ーカス改善となる。

本レンズ系で用いているプラスチックレンズは非常にパ
ワーが小さい。すなわち薄肉でかつ、中心と周辺の肉厚
差が小さく、成形で作りやすいレンズとなっている。本
レンズ系のとり得る具体的レンズデータを第１Ａ図乃至
第１Ｄ図にそれぞれ示す。全てレンズのＦナンバーは１
．０であり、非常に高輝度を達成している。画面は４０
度である。

第１Ａ図の読み方を以下、説明する。光軸付近のレンズ
領域を扱う近軸系とその外周部の非球面系とに分けてデ
ータを示しである。

先ず、スクリーン６は、曲率半径が■（すなわち平面）
であり、光学性能的に保証される有効半径（タラップ半
径）が６００ｍｍ、スクリーン面から第ルンズ７の面Ｓ
１までの光軸上の距離（面間隔）が７０１．０ｍｎ＋、
その間の（空気の）屈折率が１．０であることが示され
ている。

また第ルンズ７のＳ１面の曲率半径は８９．５２０９ｍ
ｍであり、タラップ半径（光学性能的に有効な半径）は
４０．０ｍｍであり、レンズ面Ｓ１と８２の間の光軸上
の間隔（面間隔）が７，０４９ｍｍであり、その間の屈
折率が１．４９３６であることが示されている。

以下、同様にして、ガラスバルブ１２の蛍光面５（Ｐｉ
）の曲率半径が−１７１，０５ｍｍ、タラップ半径が６
５．０ｍｍ、ガラスバルブ１２の光軸上の厚みが１３．
３ｍｍ、屈折率が１．５４０１であることが示されてい
る。

次に第２レンズ８の面Ｓ１およびＳ２と第３レンズ９の
面Ｓ５およびＳ６と蛍光面５（ＰＩ）について非球面係
数が示されている。

ここで、非球面係数とは、面形状を次式で表現したとき
の係数である。

＋ＡＥ−ｒｈ＋ＡＦ−ｒ＠＋ＡＧ　−ｒ”但し、Ｚは、
第１Ｍ図に見られる如く、光軸方向をＺ軸にとり、レン
ズの半径方向をｒ軸にとったときのレンズ面の高さくｒ
の関数）を表わし、ｒは半径方向の距離を示し、Ｒｏは
曲率半径を示している。従って、ＣＣ，ＡＤ、ＡＥ、Ａ
Ｆ、ＡＧの各係数が与えられれば、上記式に従ってレン
ズ面の高さ、つまり形状が定まるわけである。

以上により、第１Ａ図に示したデータの内容が理解でき
るようになったであろう。

なお、第１図において、第２レンズ８と第４レンズ１０
は、球面レンズであるので、非球面係数はすべて零であ
ることを申し添えておく。

第１Ｂ図乃至第１Ｄ図は、それぞれ他のレンズデータの
具体例を示した説明図である。

これらの図の読み方は、第１Ａ図のそれと同じであるか
ら繰り返さない。

本発明による光学系は、以上説明した如き、構成のレン
ズ及びブラウン管を用いることによって、従来よりも大
幅に投写距離を短くし、かつフォーカス性能を向上する
ことができた。

次に、以上説明した如き本発明による光学系を用いて、
蛍光面上の４．５インチの像をスクリーン上に、４５イ
ンチに拡大して投写したときのＭＴＦ　（Ｍｏｄｕｌａ
ｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　）に
よるフォーカス特性の評価結果を第２図乃至第５図に示
す、このときの蛍光体発光スペクトルは第１２図に示す
ものを用いた。

ここで、第２図は第１Ａ図に対応した特性図、第３図は
第１Ｂ図に対応した特性図、第４図は第１Ｃ図に対応し
た特性図、第５図は第１Ｄ図に対応した特性図、である
。

なお、ブラウン管上での黒、白の縞信号の周波数として
、１４０ＴＶ本をとった場合と、２８ＯＴＶ本をとった
場合について示している。

第２図乃至第５図から本発明の実施例は、非常に良好な
ＭＴＦ特性を示していることが分かる。

２８０ＴＶ本のＭＴＦ特性については、米国特許第４５
２６４４２号明細書に示すものと較べて、全画角をなら
して見たとき、５０％以上改善されている。

第６図は、第１Ａ図に示した実施例に対するディストー
ション特性図である。

他の実施例についてもこれと近い値となっている。第６
図によれば、ディストーションが７．３％と若干大きく
でている。しかしこのディストーション特性は単調関数
に従う特性であり、ブラウン管上にバレル歪を発生させ
ることによってディストーションを打ち消し、スクリー
ン上に歪のないラスターを生成することができる。

このバレル歪は、偏向ヨークに補正電流を流すか、ある
いは偏向ヨーク後部に設けたコンバーゼンスヨークに補
正電流を流すことによって発生させることができる。

また本発明による光学系は、投写距離が従来の光学系と
較べて短縮されているが、同時に全体寸法も非常に小型
になっている。米国特許第４５２６４４２号明細書に示
すものと比べて、レンズ系の長さ、口径とも３０〜５０
％短縮化されている。

その結果、安価なレンズ系を実現でき、また投写テレビ
セットもコンパクト化できる。

第１Ａ図乃至第１Ｄ図に示す各実施例について、全系の
パワーをＰ０、第ルンズ、第２レンズ。

第３レンズおよび第４レンズの各パワーをそれぞれＰ＋
　、Ｐ２．Ｐ２およびＰ４としたとき、第１Ｅ図に示し
た関係が成立している。

第１Ｅ図から ０．１　　＜ｐ、　／ＰＧ　　＜０．１９０、８６　＜
　Ｐ　２　／　Ｐ　ｏ　＜Ｑ、　９０．２５＜Ｒ３／Ｐ
ａ　　＜０．３３ ０．８２　＜　Ｐａ　　／　Ｐａ　　＜Ｑ、９５の関係
が成立していることが分かる。

また蛍光面の非球面形状について次のことが云える。以
下、第７図を参照して説明する。

第７−は蛍光面５の非球面形状を示す説明図である。同
図に見られるように、中心軸上の曲率半径をＲ１中心か
ら２．２５インチ、すなわち５７鶴だけ中心軸に直交す
る方向に隔ったところの蛍光面上の一点と蛍光面中心相
当位置との間の軸方向偏位をΔＺとすると、蛍光面がも
し球面であったとすると、 ΔＺ−（５７す／（２Ｒ） の関係が成立す、るのであるが、この場合、球面ではな
く非球面であるから、上記の関係は成立せず、それから
少しずれる。そこで（５７”）／（２Ｒ）＝ΔｚＩとお
き、第１Ａ図乃至第１Ｄ図に示した各実施例につき、実
際に得られるΔＺの寸法をΔＺｌと比較し、どれだけず
れるかを整理して示した説明図が第８図である。

この第８図に示したデータから ０．４＜Δ２／ΔＺｌ＜０．７ −３００＜　Ｒ＜−１００ となっていることが分かる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、投写画像の画面
中心部及び周辺部のフォーカス性能を従来技術によるも
のと比べて大幅に改善することができる。また投写距離
およびレンズ長（光学系の長さ）が短くなった結果、投
写形ＴＶ上セツトコンパクト化できる。

例えば、スクリーンサイズ４５インチのセットについて
言えば、米国特許第４５２６４４２号明細書に示された
レンズの場合に比べて、奥行きを１５〜２０ａｍも短縮
化できる。またレンズ（光学系）も小型化できた結果、
大幅にコストを下げることができる。

さらに使用する凹レンズをメニスカス形状のガラスレン
ズとすることも可能であり、ブラウン管とこのレンズの
間を冷却液で満たしたときには、冷却構造を従来よりも
簡略な構造で実現出来たことになり、また信頼性も向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第１Ａ図乃至
第１Ｄ図はそれぞれ本発明の一実施例におけるレンズデ
ータの具体例を示す説明図、第１Ｅ図は第１Ａ図乃至第
１Ｄ図の全体をまとめて整理したデータの説明図、第１
Ｍ図はレンズの面形状の定義の説明に用いる説明図、第
２図乃至第５図はそれぞれ本発明の実施例に対するＭＴ
Ｆ特性を示した特性図、第６図は本発明の実施例に対す
るディストーション特性図、第７図は蛍光面の非球面形
状の説明図、第８図は本発明の実施例における蛍光面の
非球面形状を示すデータをまとめて示した説明図、第９
図は従来の液冷投写管の構造を示す断面図、第１０図は
コントラストの改善を図った従来の投写管の構造を示す
断面図、第１１図は構造の簡略化を図った従来の液冷投
写管の構造を示す断面図、第１２図は蛍光体の発光スペ
クトル特性図、である。 符号の説明 １・・・冷媒（冷却液）、２・・・放熱板、３・・・凹
レンズ、４・・・媒質、５・・・ブラウン管蛍光面、６
・・・スクリーン、７・・・第ルンズ、８・・・第２レ
ンズ、９・・・第３レンズ、１０・・・第４レンズ、１
１・・・冷却液、１２・・・ガラスバルブ、 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 第１図 第１Ｅ図 図面の’、ｒ、’）’Ｈ，ｒζ（！“ｊ′ぶｊ二曵二更
ろ−ｒ　ＴｇｔＦ図 ２（光軸） 第２図 −由角 第４図 □歯肉 −ｔａｉ角 第６図 第７図 第８図 第１０図　　　　　第１１図 ａＦ長（ｎｍ） 手続補正書（方式） 昭和６１年３月２８日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第０１５９３７号 ２、発明の名称 投写形テレビ用光学系 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　称　（５１０）株式会社　日立製作所４、代　理　
人　　８１０５　　電話０３　（５８Ｇ）　９５１３住
　所　東京都港区新橋２丁目１２番８号藤田ビル５階　
並木特許事務所 ５、補正命令の日付　　（昭和６１年３月２５日）７、
補正の内容 （イ）明細書第１５真下から第８行目（発明の詳細な説
明の４ｒｉｌりにおいて「第１Ｍ図伊」とあるｌこ のを「第１Ｆ図４」に訂正し、同じく明細書第２１頁第
８行（図面の簡単な説明の欄）において「第１Ｍ図は」
とあるのを「第１Ｆ図は」に訂正する。 （ロ）図面中の第１Ｍ図を別紙の通り訂正する（即ち、
従来の図番号である第１Ｍ図を第１Ｆ図に訂正する）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、テレビ受像機の受像管からスクリーン上に画像を投
   写するための投写形テレビ用光学系において、スクリー
   ンの側から受像管の管面にかけて次の順序で配置された
   次の各レンズを具備し、かつ前記管面を構成する蛍光面
   を、スクリーン上の投写画像の像面湾曲を補正する方向
   において非球面形状としたことを特徴とする投写形テレ
   ビ用光学系、 （イ）パワー（焦点距離の逆数）が相対的に弱く、少な
   くともその一面が非球面形状をなしている第１のレンズ
   、 （ロ）正のパワーが相対的に強い第２のレンズ、 （ハ）パワーが相対的に弱く、少なくともその一面が非
   球面形状をなしている第３のレンズ（ニ）負のパワーが
   相対的に強く、スクリーン側面が凹面形状をなしている
   第４のレンズ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、前記受像管の管面を構成する蛍光面の形状が
   、次の式を満足するように形成されたことを特徴とする
   投写形テレビ用光学系、 ０．４＜ΔＺ／（ｒ＾２／２Ｒ）＜０．７ −３００＜Ｒ＜−１００ 但し、Ｒは非球面形状をなす前記蛍光面の中心付近にお
   ける曲率半径、ｒは光軸に対して垂直な面において前記
   蛍光面の中心相当位置からラスター最外周相当位置に至
   るまでの直線距離、ΔＺは光軸方向において前記蛍光面
   の中心位置から前記ラスター最外周相当位置に至るまで
   の偏位距離、を示す。 ３、特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、全系のパワーをＰ＿０、前記第１のレンズ、
   第２のレンズ、第３レンズ及び第４のレンズの各パワー
   をそれぞれＰ＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３及びＰ＿４としたと
   き、次の関係式が成立するようにしたことを特徴とする
   投写形テレビ用光学系、 ０．１＜Ｐ＿１／Ｐ＿０＜０．１９ ０．８６＜Ｐ＿２／Ｐ＿０＜０．９ ０．２５＜Ｐ＿３／Ｐ＿０＜０．３３ ０．８２＜Ｐ＿４／Ｐ＿０＜０．９５ ４、特許請求の範囲第１項記載の投写形テレビ用光学系
   において、前記第４のレンズが凹メニスカス形状のガラ
   スレンズから成ることを特徴とする投写形テレビ用光学
   系。