(57)【要約】第１のレンズ（１３、２３）と第２のレンズ（１２、２１）を有するレンズ系（１０、２０）を開示する。第２のレンズの屈折率は、空気の屈折率より高いが、第１のレンズの屈折率より低い。レンズは、臨界の屈折界面（２２）を形成するよう互いに直接接触して配置される。本発明は、特に、大きい偏角を有するスクリーンを製造する際に表面粗さに対し低い感度でのＣＲＴスクリーンの露光を与える。
2006502531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＲＴスクリーンを製造する際に使用するレンズ系であって、
第１の屈折率を有する第１のレンズと、
空気の屈折率より高く、且つ、前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する第２のレンズと、
を有し、
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、それぞれ、外面と、略非球面の臨界の屈折面を有し、
前記臨界の屈折面は、相補的な形状を有し、また、前記第１のレンズと前記第２のレンズ間に前記レンズ系の屈折界面が形成されるよう互いに直接接触して配置されるレンズ系。
【請求項２】
前記第１のレンズの前記外面は、平らである請求項１記載のレンズ系。
【請求項３】
前記第２のレンズの前記外面は、平らである請求項１又は２記載のレンズ系。
【請求項４】
前記第１のレンズは、固形材料から形成され、
前記第２のレンズは、液体材料から形成され、
前記第１のレンズは、前記液体材料の中に沈められ、
前記液体材料は、透明のコンテナの中に入れられる請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のレンズ系。
【請求項５】
前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは共に、固形材料から形成される請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のレンズ系。
【請求項６】
前記第１のレンズは、クォーツから形成され、
前記第２のレンズは、ガラスから形成される請求項５記載のレンズ系。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のレンズ系を用いてＣＲＴ用のスクリーンを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ＣＲＴスクリーンを製造する際に使用するレンズ系に係る。
【０００２】
ＣＲＴスクリーンの製造過程において、蛍光体及びマトリクス層は、フォトグラフィック処理により付けられる。この処理において、スクリーンを露光するためにレンズが用いられる。これらのレンズの光学的品質に対する要求は常に増加している。
【０００３】
これらのレンズに関する問題の１つは、レンズの表面粗さであり、これは、レンズの光学精度を減少してしまう。このことは、特に、スリム管、即ち、例えば、最大１２０°の大きい偏角を有する管において大きな問題である。
【０００４】
ＣＲＴスクリーン上の蛍光体及びマトリクス層は、フォトグラフィック処理により形成され、そのとき、シャドウマスクがネガとして用いられる。この処理で用いられる光線は、将来の電子ビーム線、即ち、管が動作するときの電子ビーム線のように見えなければならない。このことは、今日製造される全てのＣＲＴについて言えることである。ＣＲＴ露光に用いるレンズに一般的なことは、１０ｃｍ以上の直径を有して比較的大きいことである。通常は、レンズの片面は、平らで、もう片面は、レンズの光学特性を決定する屈折構造を有する。当該技術において周知であるように、ＣＲＴスクリーンの製造に用いる露光レンズの屈折面は、（カメラ又は望遠鏡に用いるレンズとは対照的に）一般的に、非球面であり、また、非放物面である。屈折構造は、しばしば、いわゆる「サグ（sagging）」処理（ガラスプレートとモールドが加熱されるときに、ガラスプレートがモールドの形状に添う）か、又は、研磨処理により形成される。しかし、このようなレンズ作成処理は、屈折構造の表面粗さに関してその精度が制限されてしまう。
【０００５】
従って、解決すべき問題は、露光レンズの精度を上げる方法である。この問題は、偏角が増加しているので、従来におけるよりも今日においてより緊急となっている。偏角が大きい程、光がレンズを通過する角度が大きくなり、従って、表面粗さから負の影響が大きくなる。光がレンズを大きい角度で通過すると、表面粗さの影響は劇的に増加する。１２０°ＣＲＴに対し、レンズの表面粗さの影響は、１１０°ＣＲＴに対するよりも６０％大きい。
【０００６】
従って、本発明は、表面粗さからの影響が実質的に低減されるレンズ系を提供することを目的とする。このことは、請求項１に記載のレンズ系により達成される。
【０００７】
本発明の理解のために、レンズの屈折構造と表面の粗さを区別することが重要である。レンズを設計するときには、表面構造は、所望の屈折特性を有するレンズを作成するよう決定される。特定の制限内において、レンズは、任意の形状を与えられることが可能である。理論上は、レンズの光学屈折特性は、設計過程において完全に予測することが可能であり、また、その屈折特性は、レンズの屈折構造により決定される。しかし、レンズを、例えば、サグ処理、研磨処理、又は任意の他の既知の方法で作るときに、レンズ表面は、常に、表面粗さにより、所望の屈折構造からは幾らか異なる。どの表面も常に幾らかの粗さを示すが、ＣＲＴスクリーンを製造するためのレンズにおいては、このことは、限られた度合いでしか許容できない。
【０００８】
上述したように解決すべき問題は、レンズの精度を高める方法である。明らかに限界のある表面の滑らかさを向上することに集中するのではなく、本発明は、全く異なるアプローチを取る。
【０００９】
本発明は、光学障害の大きさは、表面粗さに比例するだけでなく、レンズの屈折率、即ち、より具体的には、屈折界面の各面における屈折率の差にも比例するという認識に基づいている。
【００１０】
従って、屈折率を低減することは、レンズ精度を高める別の方法である。当然ながら、屈折率を低減するときにレンズの屈折特性（屈折力）を維持するためには、レンズ屈折面の構造は、それ相応に強調されなければならない。特定の制限内において、表面を強調することには問題はない。しかし、十分に低い屈折率を有するレンズ材料は知られていない。従って、この解決策は、今日では実現可能ではない。
【００１１】
従って、屈折力を決定するのは、レンズと周囲の媒体との屈折率における差である。このことは、上述の問題に対し更に異なるアプローチを取ることができるようにする。例えば、１．５４の屈折率を有するガラスレンズを、１．３３の屈折率を有する水中に沈めることによって、１．２１の屈折率を有するレンズが１．００の屈折率を有する空気中で用いられるのと同様の屈折効果が達成される。しかし、このことは理論上実現可能ではあっても、このような解決策は、標準的な使用に対してはあまりにも実用的ではない。
【００１２】
更に、平面のレンズ表面は、表面粗さに対する十分に良好な許容誤差で容易に製造されることが可能であることが実現されている。つまり、最高の光学特性を有する平面の表面は、その最高光学特性を有する湾曲の表面を作るよりも容易であり、特に、表面の形状がサグ処理により決定される場合に言える。
【００１３】
本発明の１つの実施例によると、不十分な表面滑らかさを有するレンズは、透明液体が充填される箱の中に入れられる。箱の滑らかな側面は、十分な滑らかさで形成されることが可能であり、また、液体は、ガラスレンズの屈折率より低い屈折率を有するよう選択されることが可能である。このような構成は、レンズの表面粗さに対しそれほど敏感でなく、また、大きい偏角を有するＣＲＴスクリーンの製造過程において使用可能であるレンズ系をもたらす。
【００１４】
本発明の１つの好適な実施例では、レンズ系は、第１のレンズ及び第２のレンズを有する。第１のレンズは、上述したレンズに相当し、許容不可能な表面粗さを有する屈折面を有する。第２のレンズは、第１のレンズより低い屈折率を有し、第１の屈折面に対し相補的な形状を有し、第１のレンズの屈折面と直接接触して配置される屈折面を有する。その結果、２つのレンズは、内部に屈折界面を有する単一の合成レンズ、即ち、レンズ系を形成する。
【００１５】
合成レンズの２つのレンズ外面は、平らであることが好適であり、従って、十分な滑らかさで形成されることが可能である。このようにすると、十分な屈折精度を有する合成レンズ系が、別個に用いられた場合には不十分な精度を有するレンズから組み立てられることが可能である。当然ながら、合成レンズの内部の屈折界面は、レンズ材料が有する特定の屈折率と、更に、合成レンズの入口及び出口面の選択された設計に依存して異なるよう設計されなければならない。
【００１６】
レンズの材料は、屈折率における差が十分に小さいよう選択される。当然ながら、差は、小さすぎてもいけない。差が小さい程、界面の屈折構造を拡大する、即ち、強調する必要がある。構造の設計に制限があるので、屈折率の差の度合いにも制限がある。しかし、第１のレンズにおけるクォーツと第２のレンズにおけるガラスの組合せは、１つの好適な選択である。
【００１７】
一般的に、本発明のレンズ系は、第１のレンズの屈折力が、普通の単レンズ系と比較して低減するよう設計される。その結果、第１のレンズの表面粗さに対する感度は低減する。第１のレンズの屈折力の低減は、第１のレンズの屈折面を、第１のレンズより低い屈折率を有するが空気より高い屈折率を有する第２のレンズと直接接触して配置することにより達成される。このようにすると、臨界の屈折界面が２つのレンズ間に達成され、ここでは、屈折力、従って、粗さに対する感度が、標準のレンズ−空気界面と比べて低減する。
【００１８】
以下において、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１を参照して説明する第１の好適な実施例では、レンズ系１０は、透明液体１２内に沈められる第１のレンズ１３を有する。液体１２は、第２のレンズを構成し、また、空気の屈折率より高いが、第１のレンズの屈折率より小さい屈折率を有する。液体は、好適には、平らな側面を有する透明コンテナ１１に入れられる。この実施例では、第１のレンズ１３は、１．５４の屈折率を有するガラスから形成され、１．３３の屈折率を有する水１２の中に沈められる。この結果、第１のレンズ１３は、その屈折効果、また、従って、表面粗さに対するその感度も７０％失う。水１２は、十分な滑らかさを有する平らな側面を有するガラスコンテナ１１内に閉じ込められる。尚、平らな表面は、構造化された表面よりもより高い精度で作成可能であることを理解するものとする。ガラスコンテナ１１の外側の環境は、従来技術における標準レンズに対してと同様に、空気であり得る。図１に示すレンズ系の臨界の屈折界面は、第１のレンズ１３と水１２との間の界面である。当然ながら、（第２のレンズを構成する）水１２は、第１のレンズの構造化された表面にぴったりと合い、それにより、臨界の屈折界面が形成される。
【００２０】
図２を参照して説明するより実用的な第２の実施例では、レンズ系は、実際には、第１のレンズ２３と第２のレンズ２１から構成される合成レンズ２０である。第１のレンズ２３は、第１の屈折率を有し、第２のレンズ２１は、第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する。これらのレンズは、それぞれ、相補的な形状を有し、互いに直接接触して配置される屈折面を有し、それにより、臨界の屈折界面２２が形成される。合成レンズの外面は、平らであることが好適であり、従って、十分な滑らかさで形成されることが可能である。従って、屈折界面を適宜設計することにより任意の屈折パターンを達成することが可能である。合成レンズ２０は、一方のレンズを設計及び製造し、次に、もう一方のレンズを、最初に製造されたレンズの形状に基づいて製造することにより作成されることが好適である。この実施例では、第１のレンズ２３は、クォーツから形成され、その屈折面は、研磨処理か、又は、サグ処理により形成される。第２のレンズ２１は、ガラスから形成され、第２のレンズ２１を第１のレンズの屈折面の上部で融解することにより形成される。或いは、第２のレンズ２１は、第１のレンズの屈折面の形状と精密に適合する（第１の屈折面の形状と相補的である）よう第１のレンズ２３と同様の処理で形成されることが可能であり、その後、第１のレンズの屈折面と接合される。
【００２１】
尚、任意の光学的に透明な材料を、本発明のレンズ系における第１及び第２のレンズに用いることが可能であることを理解するものとする。例えば、光学等級プラスチックを用いることが可能である。更に、２つの固形材料が用いられる場合は、第１のレンズと第２のレンズとの界面に光学コンタクトリキッド又はグルーを用い得る。
【００２２】
要約するに、第１のレンズ１３、２３と第２のレンズ１２、２１を有するレンズ系１０、２０を開示する。第２のレンズ１２、２１の屈折率は、空気の屈折率より高いが、第１のレンズ１３、２３の屈折率より低い。レンズ１３、１２、２３、２１は、臨界の屈折界面２２を形成するよう互いに直接接触して配置される。本発明は、特に、大きい偏角を有するスクリーンを製造する際に表面粗さに対し低い感度でのＣＲＴスクリーンの露光を与える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】透明液体が満たされた透明箱内に閉じこめられたレンズを示す図である。
【図２】第１のレンズ及び第２のレンズを有する合成レンズ系を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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