JPH03501078A - 高輝度テレビジヨン投写装置 - 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】 高輝度テレビジョン投写装置 ■　の　１ 本発明は投写装置、特に１本または複数本陰極線管の画面がら画像を映写スクリ ーンに投写するテレビジョン投写装置に関する０本願は１９８４年２月８日付け の出願筒５７８，０４１号の一部継続出願及び１９８６年１０月７日付けの出願 筒９１６．１４０号の一部継続出願である。

′の苦゛口 各種投写形テレビジョンは周知であり、それら従来のものとしては前面投写ある いは背面投写装置ばかりでなく白黒またはカラー投写装置もある。更に、使用す る陰極線管が１本だけのもｂや複数本のものが知られている。一般的に白黒装置 では陰極線管は１本であるが、カラーテレビジョン投写装置では陰極線管は１本 でもよいし、あるいはまた３原色夫々に対応して３本の陰極線管を使用してもよ く、その場合には夫々の画像を合成して一つの画像を形成する。

従来の装置でも確かに成る程度満足できる画像が得られるが、これらの装置では 輝度が限定されるので、部屋の明かりを消したり薄暗くして見るのが普通である 。このため投写形テレビジジン装置のメーカーは輝度向上に努めてきた。この輝 度を向上する試みとしては、効率の良い電子銃の設計、高い陰極ビーム電流の使 用、新しい螢光体の使用および投写レンズ系と映写スクリーンの改良がある。こ れらの改良によって確かに画像の明るさは増したが、更に明るさを向上すること が望ましい、また、特表千３−５０１（Ｊ７８　（２） 高い陰極ビーム電流の使用によって、陰極線管の早期故障、加熱、解像度の低下 およびＸ線障害の可能性や大きなエネルギー消費を併う高電圧が必要になる等の 新しい問題が生じた。挟角投写装置や利得の高い映写スクリーンを使用すると、 中心軸上の輝度は高上するが、その軸を外れた所から見ると輝度は著しく低下し てしまう。

Ｈの　・ 従って、本発明の一つの目的は、従来装置の欠点の多くを解決した投写形テレビ シロン装置を提供することである。

本発明の他の目的は、従来の同様な投写装置よりも高輝度の画像を有する投写形 テレビジョン装置を提供することである。

本発明の他の目的は、画像の輝度を増すために陰極線管のフェースプレートと投 写レンズ系の間の光の伝達効率を向上した投写形テレビジョン装置を提供するこ とである。

本発明の他の目的は、フェースプレートから投写レンズ系への光の伝達を最大に するのに最も効果的な曲率の凹状発光面を有する陰極線管を複数本用いた投写形 テレビジョン装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は、レンズ系の有効光入射点と同心の凹状発光面を有する 陰極線管を用いて陰極線管からレンズ系へ光を最も効果的に伝達する投写形テレ ビジョン装置を提供することである。

従って、本発明の好ましい実施例によれば、テレビジョン投写装置は、画像を映 写スクリーンに伝える投写レンズ系と一列に配置されて、前から見ると凹状の発 光面を有する１本または複数本の陰極線管を用いる。発光面の曲率は、発光面と レンズ系の有効光入射点の関数として選ばれるが、発光面とレンズ系との間の光 結合を向上するのに最も適したものとされる。更に、陰極線管の対角寸法と曲率 半径は、その陰極線管の有効放射角度内で画像の輝度が最適になるように選ばれ る０発光面の曲率半径は発光面からを勤先入射点までの距離に略々等しいのが理 想的であるが、多くの場合は入射瞳までの距離に等しい。陰極線管が１本の投写 装置では、その陰極線管の対角寸法が５インチの場合には発光面の曲率半径は約 ６から１２インチの範囲内でなければならない。各陰極線管の画像形成面から映 写レンズ系までの光学距離を発光面の曲率半径と等しくしてそれらの間の光結合 を良くするために、曲率半径を変えることもできる。

陰極線管か３本の投写装置では、曲率半径Ｒに対して画像対角ばよいことが分っ た。この関係を維持し、また各画像形成面から入射瞳までの中心軸上の距離を上 述の曲率半径と等しくすれば、凹状画像形成面を使って光を集中させることがで きる。フェースプレートが凹状の陰極線管は、光学系の設計を簡単にしまた画像 のひずみを出来るだけなくす目的で投写形テレビジョン装置に従来用いられてき た。そのような装置の一つのはアメリカ特許第４．２４９，２０５号にまたもう 一つが１９８２年４月９日付けのアメリカ特許出願筒３６９．４１１号に述べら れている。これらの装置はどちらもフェースプレートが凹状の陰極線管を用いて いるが、フェースプレートの曲率は投写レンズの設計が簡単になるように選ばれ ている。全光出力を増加させ得ることは、上述の特許第４．２４９．２０５号の 発明が為された時には何んの評価も受けなかった。最適の輝度を得るために必要 な凹状のフェースプレート上の発光面の曲率半径と有効光入射点までの距離との 関係は理解されず、また陰極線管の画像対角寸法に対して曲率半径として示され るフェースプレートの形状を画像形成面の曲率半径と集光点までの距離との前述 した関係を利用するように選定することも理解されなかった。結合手段を用いて 輝度も最適なものにすることもできる。

°゛　の苦Ｈ 本発明の上述および他の目的や利点は、以下の詳細な説明と添附図面から容易に 明らかになるであろう。

第１図は螢光体素子から生じる電子ビームスポット輝度のガウスエネルギローブ を存する光エネルギローブを示す。

第２図は、投写画像の明るさを増すために凹状の発光面を有する陰極線管を１本 用いた本発明による投写装置を示す。

第３図は３本の陰極線管を用いた投写装置における投写光学系の好ましい配置を 示す。

第３Ａ図は陰極線管４２．４４．４６によって形成した画像の縦横比を示す。

第４Ａ図は曲率半径Ｒを３．６インチから３インチに変えた場合の同一口径にお ける光の集中に対する影響を示す。

第４Ｂ図は曲率半径Ｒを６インチから３インチに変えた場合の同一口径における 光の集中に対する影響を示す。

第５図は画面が平らな陰極線管の有効光分布形成に際しての欠点を示す。

第６図は３本の陰極線管を用いた装置の本発明による実施例を示す。

第７図は発光面とレンズ系との間のエネルギー伝達に与える結合手段の影響を示 す。

第８図は台形ひずみ補正のために軸方向に傾斜した面を有する結合手段を用いる 場合を示す。

謙　い　の晋　な量日 螢光体の一領域を電子ビームで励起すると、その領域（以下ドツトと云う）から そこに衝突した電子ビームの径とパワーによって決まる大きさと強度を有する放 射パターンが形成される。

このようなドツトから生じる光の放射パターンは螢光体層の曲率半径によって決 まるものであり、この螢光体層の曲率半径は通常その層が形成されている発光面 の曲率半径によって決まる。

螢光体が平らな発光面に形成されている時には、凹状発光面に形成されている場 合よりもドツトから生じる光のエネルギー分布゛はランバート分布に近いものと なる。ランバート分布では光は略々同じ強度で全方向に放射する。しかし、螢光 体が形成されている発光面が変曲している場合、特に、その面が見る側に対して 凹面になっていると、より一層変曲反射面のように働き放射したエネルギーがド ツトの中心を通る法線軸に集中する。

第１図は発光螢光体素子の放射ロープを示す。エネルギー分布はガウス分布にな る傾向があり、全放射エネルギーの５０％が図示のように４０度の円錐の内に収 まる。

ドツトのスクリーン上の位置の変化がエネルギー分布関数に影響するに加えて、 陰極線管の発光面の形状もそれから生じるエネルギーの全分布に影響を与える０ 例えば、発光面が平らな陰極線管では各ドツトが形成する放射パターンはランバ ート分布に近く、その方向はフェースプレートの法線軸に平行な軸に沿うものと なる。この場合、発光面が平らなので、放射パターンは夫々発光面の法線軸に平 行な複数のランバート分布を組合せたものとなり、その結果、フェースプレート からの光は比較的均一に分布する。このような均一な光の分散は視野角度が可成 り拡がるので直視形の陰極線管には好ましく、最近の直視形陰極線管は視野角度 を更に大きくするために発光面を凸状にする傾向がある。

しかし、陰極線管の発光面を見る側から凹面となるようにすると、各ドツトの放 射パターンが実質的にガウス分布に変れるばかりでなく、夫々の放射パターン相 互の向きも変化する。これは、各ドツトの放射パターンが第１図に示すドツトの 中心を通る法線軸と平行とならなくなるためである。しかし、発光面が弯曲して いるので、発光面が平らな場合のように夫々の法線軸は互いに平行ではなくなる 。むしろ、放射パターンの向きは陰極線管のフェースプレートの中心を通る法線 軸に向かって内側に傾き、その傾きの度合いは陰極線管のフェースの中心部のド ツトよりも周辺部のものの方が大きい。この結果、全エネルギーは陰極線管の中 心軸に沿って集中し、これを利用して投写形テレビジョン装置の輝度を向上する ことができる。

弯曲した発光面を使用するとより多くの光が有効視野角の範囲に入り、それによ って、同じ画像形成面積を有する平らな発光面の場合よりも小さな口径でより多 くのエネルギーを捕捉することができる。このように以下述べるところから明ら かになるが、弯曲した発光面を用いることにより平らな発光面の場合よりも多く のエネルギーを任意の入射瞳面積で集めることができる。

従って、投写光学系の入射口径は最小になり、光学系の費用が最低に抑えられる 。

第２図は参照符号２０で示す投写形テレビジョン装置が１本の陰極線管を用いた 場合の実施例を示す。本発明の装置２０は、前方から見ると凹面でその上に螢光 体を被着形成した発光面２６を有するフェースプレート２４を持つ１本の陰極線 管２２を使用する。陰極線管２２は白黒あるいはカラー陰極線管のいずれでもよ く、またフェースプレートは符号２４ａで示すように均一の厚さのもの或いはま た均一でない厚さのフェースブレー）２４ｂでもよい。レンズ系２８は単一レン ズ系あるいは複数レンズ系でもよく、これを使って陰極線管２２から画像をスク リーン（図示せず）に投写する。

前述のように、フェースプレート２４は厚さが均一のものまたはそうでないもの のいずれでもよい、その理由は、発光面２６上に被着した螢光体の放射パターン はフェースプレートの外表面の形状ではなくて発光面２６の形状によってのみ決 まるからである。確かに、符号２４ｂで示すような厚さが均一でないフェースプ レートでは螢光体によって形成されるエネルギー分布が光学的に変わってしまう 、従って、多くの場合、符号２４ｂで示すようにフェースプレートの厚さを一定 にすることが望ましい、しかし、特定の形状のフェースプレート、例えば平らな フェースプレートを他の光学系と結合するのが望ましいときには、厚さの均一で ないフェースプレートを用いるのが好ましい。

テレビジョン投写に適しているレンズ系はどれでもそれが「見てノ映写スクリー ンに転送する区域または領域を持っている。従って、レンズ系が「見た」区域ま たは領域内に陰極線管からのエネルギーを集中することによって、投写画像の明 るさを上げることができる。そのような区域あるいは領域は入射瞳、規準点また は対物レンズでよい。この点にエネルギーを集中させるとレンズ系のアパーチャ ーにより多くのエネルギーが集中するとゆう効果があり、それによってレンズ系 を通して伝達し得るエネルギーの量を増すことができる。

第２図に示す実施例においては、エネルギーは入射瞳３０に向かって集中するが 、前述したように規準点あるいは他の有効光入射点に集中させてもよい。このエ ネルギーの集中は、陰極線管２２の螢光体支持面２６の曲率半径をその支持面２ ６と入射瞳３０のような有効光入射点との間の距離と略々等しくすれば達成でき る。更に、螢光体支持面２６は、有効光入射点の中心点３４から延びる一対の半 径で示される有効光入射点と光学的に同心でなければならない、最適性能を得る には面２６が水平および垂直面両方で同心でなければならない。螢光体支持面の 曲率半径を最大直線画像寸法の０．７０７倍に選ぶと、ガウス分布パターンの半 輝度魚肉の光が捕捉される。更に、ブルースターの法則の屈折を最小限に抑える ために、フェースプレートの厚さは画像の対角寸法の１０％以上でなければなら ない。

陰極線管が３木の投写装置を用いる場合には、入射瞳を曲率半径Ｒのところに配 置するのに成る程度の制約がある。陰極線整すれば、３本の陰極線管夫々を投写 光学系から曲率半径Ｒと等しい光学距離だけ離れたところに配置できる。陰極線 管４２゜４４．４６は、その内の管４２が投写光学系２８と同軸にまた他の管４ ４と４６かそれに直交して配置される。各陰極線管は３インチの画像対角寸法ｄ とそれの１．２倍の曲率半径を有し、従来の偏向信号から第３Ａ図に示すように 長方形の画像を形成する。画像対角寸法は、陰極線管の軸に垂直に測定した発生 画像の最大直線寸法として定義できる。各陰極線管の画像は、第３Ａ図に示す長 方形の画像全体を捕捉できる幅を有するグイクロイックミラー４９で合成されて 従来の纒横比３：４：５を持つようにされる。実際上、各ダイクロインクミラー ４９は長方形画像の大きさの１．４倍に略々等しい長さを有する。

夫々の陰極線管はグイクロイックミラー４９の交点がら略々等しい距離のところ に配置しなければならない。第２図に示すような曲率半径に等しい最適集光点は 、画像対角寸法と曲率半４４および４６の機械的干渉のために得ることができな い。この結果、曲率半径に対する中心が陰極線管４４と４６の端縁の外側の点に まで実際上動いてしまう。レンズ２８の入射瞳３４は、夫々の陰極線管４２．４ ４および４６の光軸に沿って画像形成面から測った曲率半径で表わされる距離の ところに配置すればよい。最小距離１．２Ｄは３本の陰極線管のガラスの厚さと 陰極線管４２．４４および４６に対するレンズ２８の配置位置の内側限界である 取付金具の厚さを見込んだものである。

第４Ａ図は、曲率半径を３インチから３．６インチに変えた場合、画像対角寸法 が３インチの画像形成陰極線管の光分散が受ける影響を示す。３インチの開口内 に入る光の量は画像形成面の軸に沿って測った画像対角寸法と等しい距離りを超 えると明らかに減少する。距離１．２Ｄ（Ｄは口承の陰極線管両方についての３ インチの画像対角寸法である）のところでは３．６インチの曲率半径の陰極線管 の場合には捕捉する光の量が著しく少ない。入射瞳を１．２Ｄのところに置くと 、第３図の構成で３木の陰極線管が配置できる最少距離では発生した光の可成り の量が１．２Ｄのところに置かれた３インチの開口に捕捉されることが示されて いる。

第４Ｂ図は、曲率半径が６インチの凹状フェースプレートを有する陰極線管の他 の例を示す。図中の画像対角寸法は３インチである。画像形成面からの距離が画 像対角寸法りの１．２倍以上になると、３インチの開口で捕捉される光の量も減 少する。

しかし曲率半径が６インチの発光面の場合の光の集中は対角寸法の２倍の距離の ところでも平らなスクリーンの場合より可成３乃至１２インチの曲率半径を使っ てもよい。

第５図は、可成りの距離のところまで画像対角寸法が変らない平らなスクリーン の光分散効果を示す。平らなスクリーンで画像対角寸法の２．０倍の軸距離で３ インチの画像対角寸法が同じだとすると、３インチの開口で捕捉する光の量は第 ４Ｂ図に示すような凹状画像形成面から得られる光の量よりも著しく少ない。従 って、凹状画像形成面を有する陰極線管の物理的制約によって、入射瞳を画像対 角寸法の１．２倍よりずっと小さい距離のところには置けないことが分る。そこ で曲率半径を画像対角寸法の１．２倍以上にすれば、第３図に示すように３本の 陰極線管を用いる構成では投写レンズの入射瞳を曲率半径と等しい距離に配置で きる。上述の第４Ａ及び４Ｂ図で示したように、曲率半径を画像対角寸法の１． ２乃至２．０倍に選ぶときには、平らなスクリーンの場合よりも凹状に弯曲した フェースプレートの方が第５図に示すように高い集光効率を得ることができる。

徒って、画像対角寸法に対して曲率半径を上述の範囲内に選定して投写光学系の 入射瞳を集光効率が最大となるような最適の位置に置くことができる。

再び第３図を参照すると、曲率半径と画像対角寸法間の前述した関係を満足する 時には、３木の陰極線管４２．４４及び４６から曲率半径に等しい距離のところ に投写光学系２８の入射瞳３４を配置できることが明らかである。このような構 成にすれば、スクリーンが平らな陰極線管を用いた場合よりも集光効率が良くな る。

前述したように、フェースプレート２４は厚さが均一でも不均一でもよい。しか し、第２図の例では、符号２４ａで示すような厚さが均一のフェースプレートの 方が発光面２６上に形成された画像にレンズ系２８で補正が必要となるような光 学的影響を与えないので有利である。しかし、他の場合、特に使用する光学系と 適合するときには厚さが不均一のフェースプレートが望ましいこともある。その ような例を第６図に示す。第６図の実施例において、厚さが不均一のフェースプ レート４８　、５０及び５２を夫々有する３本の陰極線管４２．４４及び４６の 画像をプリズム５４で合成してレンズ系５６で投写する。第６図に示す装置では 、陰極線管４２．４４及び４６夫々が原色、好ましくは赤、青及び緑のうち一つ の色の画像を形成し、それらの画像がプリズム５４で合成されて合成カラー画像 を形成する。

このような場合にはフェースプレートの厚さの不均一を補償するためにレンズ系 ５６の設計またはプリズム５４を多少変更が必要となることもあるが、外表面が 平らなフェースプレートを有する陰極線管のプリズム５４との光学的結合が容易 になる。

また、プリズム５４と空気の屈折率の違いのために、レンズ系５６とフェースプ レート４８．５０及び５２の内表面５８　、６０及び６２との間の間隔を調整し てその屈折率の差を補償する必要がある。更に、上述の間隔ばかりでなく内表面 ５８．６０及び６２の曲率半径も、それら内表面夫々が有効光入射点と光学的に 同心となるように調整しなければならない。この実施例においても、平らなスク リーン表面を有する陰極線管を用いた場合よりも著しく高い集光効率を得ること ができる。

凹状の発光面を結合素子１００（第７図）のような結合手段とともに用いるとき には、レンズ系への光の入射を最適にするため結合素子を発光面の曲率半径に合 うように設計しなければならない０例えば、結合素子の厚さはレンズ系への光の 入射に大きな影響を与える。例えば、結合素子１００をフェースプレートから見 て凹状の発光面１０２とともに使用すると、結合媒体１００の厚さによりエネル ギー分布が大きな影響を受ける。

例えば、結合素子１００をガラスまたはプラスチック結合素子あるいは液浸結合 素子と仮定し、更にその結合素子と陰極線管とが液浸装置を構成していると仮定 する。この装置ではフェースプレート１０４のところの不連続のような各種要素 間の不連続が見えない。その結果、発光面１０２から出た光は、光線１０６で示 すようフェースプレート１０４に直角な方向に走行する。しかし、光線１０６は 一旦結合素子１００を出ると、スネルの屈折の法則が述べているように結合素子 の面に直角な方向に出射する。従って、結合素子の厚さを面１０８として定義す ると、光線１０６は面１０８、即ち結合素子１００を出射するときに破線１１０ で示すように偏向される。同様に、結合素子１００を破線面１１２と１１４で示 すように厚くすると、光線は夫々破線１１６と１１８で示す点から出射する。従 って、レンズ１２０を結合素子１００と隣接して置くと、レンズ１２０に入射す る光エネルギーの量は結合素子１００の厚さとレンズ１２０の存効開口の直径に よって決まる。そのため、結合素子１００は、光エネルギーが十分小さい領域に 集中するような厚さにして少しの光エネルギーもレンズ１２０の開口絞りからは み出さないようにしなければならない。一般的に、発光面１０２と結合素子の平 らな面との間の距離は光結合を最適なものとするために発光面１０２の曲率半径 の１０％以上とする必要がある。或いはまた、結合素子１００のような別個の独 立したものを用いるかわりに陰極線管のフェースプレートの厚さを所要のものと して結合素子をフェースプレートと一体に形成してもよい。

投写形テレビジョン装置一般に問題となるのは映写スクリーンが投写レンズ系に 対して傾いていることによって生じる台形ひずみである。この台形ひずみは、例 えばアメリカ特許第４，２７４．１１０号に述べられているように陰極線管をレ ンズ系に対して傾ければ成る程度補正される。しかし、このひずみは、陰極線管 の画面に対して傾斜した平らな出射面を有する結合素子を使えばより一層正確に 補正できる。そのような装置を第８図に示す、第５回に示す装置では、陰極線管 の軸をレンズ１３４に対して傾けることなく台形ひずみを補正するため結合素子 １３０を用いて発光面１３２をレンズ系１３４と結合させている。これは結合素 子１３０に傾斜した出射面１３６を形成すれば実現できる。従って、出射面１３ ６の傾きを適当に選定することによって台形ひずみを最小限に抑えることができ る。結合素子１３０の厚さを調節することによりレンズ系１３４に入る光エネル ギーの量も最適なものにできる。このようにして、弯曲した発光面１３２によっ てエネルギー集中を高能率に保ちながら台形ひずみを補正することが可能である 。

前述したところから本発明の多くの変形変更が可能であることは明らかである。

従って、本発明は前述した以外にも添附の特許請求の範囲内で実施し得ることを 理解すべきである。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成２年１月２９日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．各画像形成陰極線管が夫々の画像対角寸法の１．２乃至２．０倍の曲率半径 の画像形成凹状螢光面を有する少くとも２本の画像形成陰極線管と、 前記陰極線管の夫々の画像を合成して一つの共通な合成画像を形成するためのミ ラー手段と、 前記陰極線管夫々からそれらの軸に沿って前記凹状螢光面の曲率半径に略々等し い距離のところに置かれ、第１の開口の直径に合うように大きくした光出力を前 記投写レンズに供給する投写光学系とから成る複数の陰極線管を用いた投写形テ レビジョン装置。
2. ２．前記曲率半径が３乃至１２インチである特許請求の範囲１の複数の陰極線管 を用いた投写形テレビジョン装置。
3. ３．前記陰極線管の夫々が外表面を有しその中心での厚さが前記曲率半径の１０ ％以上である前記螢光面を支持するフェースブレートを有する特許請求の範囲１ の複数の陰極線管を用いた投写形テレビジョン装置。
4. ４．前記凹状螢光面と前記投写レンズ系との間に介在されて外側表面が前記投写 レンズ系に隣接対向している結合手段を更に含む特許請求の範囲１の投写形テレ ビジョン装置。
5. ５．前記陰極線管は前後軸を有し、また前記外表面は前記前後軸に対し傾斜して いる特許請求の範囲４の投写装置。
6. ６．前記結合手段が固体結合手段である特許請求の範囲４の投写装置。
7. ７．前記結合手段と前記陰極線管とが液浸装置を構成する特許請求の範囲６の投 写装置。
8. ８．前記結合手段が液体である特許請求の範囲４の投写装置。
9. ９．所定の光入射点と所定の光軸を有する投写レンズ系と、前記投写レンズ系の 光軸と平行でかつそれと段違いの前後軸と、前記投写レンズ系から見ると凹面で かつ中心が前記前後軸に対し直角な発光面とを有する陰極線管と、前記発光面と 前記投写レンズ系との間に配置され、外表面が前記投写レンズ系に対向し前記陰 極線管の前記前後軸に対し傾斜している屈折結合媒体とから成るテレビジョン投 写装置。
10. １０．発光内表面を有するフェースブレートを備え、前記発光内表面は前記フェ ースブレートから見ると凹面で所定の画像対角寸法と前記画像対角寸法の１．２ 乃至２．０倍の曲率半径を有しており、前記フェースブレートは外表面を有しか つその中心での厚さが前記発光面の曲率半径の１０％以上であるテレビジョン投 写装置用の陰極線管。
11. １１．前記陰極線管は前後軸を有し、前記発光面の中心は前記前後軸に対し直角 で前記フェースブレートの外表面が前記前後軸に対し傾いている特許請求の範囲 １０の陰極線管。