(57)【要約】正の第１のレンズ・ユニット（Ｕ１）および負の第２のレンズ・ユニット（Ｕ２）を有し、該負の第２のレンズ・ユニットは、ユニットが用いられるＣＲＴｓによって生成された光のカラーの少なくとも二つに対する少なくとも一つの光学特性によりカスタマイズされる、陰極線管（ＣＲＴ）プロジェクション・テレビジョン用の投射レンズ・システムを提供する。第２のレンズ・ユニットをスペクトル透過に対してもカスタマイズすることができるが、少なくとも一つの光学特性は、スペクトル透過ではない。図１Ｂ〜１Ｆおよび図８Ｂ〜８Ｆに示すように、非透過特性のそのようなカスタマイゼーションは、ＣＲＴ投射レンズ・システムのカラー性能を改良する有効かつコスト有効アプローチを供給する。イメージ・コントラストを改良しかつ製造コストを低減する正の第１のレンズ・ユニットに対する構造も提供する。
2004514928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画面、および主に第１のカラーの光を生成する第１の陰極線管、主に第２のカラーの光を生成する第２の陰極線管、および主に第３のカラーの光を生成する第３の陰極線管を有するプロジェクション・テレビジョンに用いるための投射レンズ・システムであって、該投射レンズ・システムは、３つの投射レンズを備え、一つの投射レンズは、陰極線管によって生成された光のイメージを画面に形成するためにシステムの使用中に陰極線管の各々に関連付けられ、各該投射レンズは、
（Ａ）正のパワーを有する、前記レンズの長い共役側の第１のレンズ・ユニットと、
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中に陰極線管に関連付けられ、（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニットと、
で構成され、
シャインプルフ条件を満たすことに基づく差またはスペクトル透過の差に加えて、第２の投射レンズの第２のレンズ・ユニットは、少なくとも一つの光学特性において第１の投射レンズの第２のレンズ・ユニットとは異なり、前記差は、前記第１および第２のカラーに基づく、
投射レンズ・システム。
【請求項２】
（ｉ）前記第１の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、第１のメニスカス素子を備え、かつ第２の投射レンズの第２のレンズ・ユニットは、第２のメニスカス素子を備え、かつ
（ｉｉ）前記第２のレンズ・ユニット間の前記差は、スペクトル透過以外の少なくとも一つの光学特性における前記第１のメニスカス素子と前記第２のメニスカス素子との間の差を備える、請求項１記載の投射レンズ・システム。
【請求項３】
メニスカス素子における前記差は、
（ｉ）焦点距離における差、
（ｉｉ）屈折率における差、
（ｉｉｉ）素子の画面側表面に対するベース半径における差、
（ｉｖ）素子の陰極線管側表面に対するベース半径における差、
（ｖ）前記素子が非球面画面側表面を有するところでは、該画面側表面に対する最適球面半径における差、
（ｖｉ）前記素子が非球面陰極線管側表面を有するところでは、該陰極線管側表面に対する最適球面半径における差、
（ｖｉｉ）前記素子が非球面画面側表面を有するところでは、該画面側表面に対する形状における差、および／または
（ｖｉｉｉ）前記素子が非球面陰極線管側表面を有するところでは、該陰極線管側表面に対する形状における差、
の少なくとも一つの結果として生じる、請求項２記載の投射レンズ・システム。
【請求項４】
（ｉ）前記第１の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、第１の結合流体部分を備え、かつ前記第２の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、第２の結合流体部分を備え、かつ
（ｉｉ）前記第２のレンズ・ユニット間の前記差は、スペクトル透過以外の少なくとも一つの光学特性における前記第１の結合流体部分と前記第２の結合流体部分との間の差を備える、請求項１記載の投射レンズ・システム。
【請求項５】
結合流体における前記差は、少なくとも軸の厚みにおける差の結果として生じる、請求項４記載の投射レンズ・システム。
【請求項６】
前記第１および第２の投射レンズの前記第１のレンズ・ユニットは、製造公差内で同一である、請求項１記載の投射レンズ・システム。
【請求項７】
前記第１のカラーは、緑であり、かつ前記第２のカラーは、赤または青である、請求項１記載の投射レンズ・システム。
【請求項８】
前記第１および第２の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、スペクトル透過において更に互いに異なる、請求項１記載の投射レンズ・システム。
【請求項９】
前記第３の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、スペクトル透過において前記第１および第２の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットの各々とは異なる、請求項１記載の投射レンズ・システム。
【請求項１０】
前記第１および第２のメニスカス素子は、スペクトル透過において更に互いに異なる、請求項２記載の投射レンズ・システム。
【請求項１１】
（ｉ）前記第３の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、第３のメニスカス素子を備え、かつ
（ｉｉ）前記第３のメニスカス素子は、スペクトル透過において前記第１および第２のメニスカス素子の各々とは異なる、請求項１０記載の投射レンズ・システム。
【請求項１２】
（ｉ）前記第１のカラーは、緑であり、前記第２のカラーは、赤であり、かつ前記第３のカラーは、青であり、かつ
（ｉｉ）前記第１のメニスカス素子は、緑に彩色され、前記第２のメニスカス素子は、赤に彩色され、かつ前記第３のメニスカス素子は、透明である、請求項１１記載の投射レンズ・システム。
【請求項１３】
画面、および主に第１のカラーの光を生成する第１の陰極線管、主に第２のカラーの光を生成する第２の陰極線管、および主に第３のカラーの光を生成する第３の陰極線管を有するプロジェクション・テレビジョンに用いるための投射レンズ・システムであって、該投射レンズ・システムは、３つの投射レンズを備え、一つの投射レンズは、陰極線管によって生成された光のイメージを画面に形成するためにシステムの使用中に陰極線管の各々に関連付けられ、各該投射レンズは、
（Ａ）正のパワーを有する、前記レンズの長い共役側の第１のレンズ・ユニットと、
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中に陰極線管に関連付けられ、（ｉｉ）そのような関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニットと、
で構成され、
シャインプルフ条件を満たすことに基づく差またはスペクトル透過の差に加えて、第１、第２、および第３の投射レンズの第２のレンズ・ユニットは、少なくとも一つの光学特性で互いに異なり、前記差は、前記第１、第２、および第３のカラーに基づく、
投射レンズ・システム。
【請求項１４】
（ｉ）前記第１、第２、および第３の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、各々メニスカス素子を備え、
（ｉｉ）前記第２のレンズ・ユニット間の前記差は、スペクトル透過以外の少なくとも一つの光学特性における前記メニスカス素子間の差を備える、請求項１３記載の投射レンズ・システム。
【請求項１５】
メニスカス素子における前記差は、
（ｉ）少なくとも二つの前記素子間の焦点距離における差、
（ｉｉ）少なくとも二つの前記素子間の屈折率における差、
（ｉｉｉ）少なくとも二つの前記素子の画面側表面に対するベース半径における差、
（ｉｖ）少なくとも二つの前記素子の陰極線管側表面に対するベース半径における差、
（ｖ）少なくとも二つの前記素子が非球面画面側表面を有するところでは、該画面側表面に対する最適球面半径における差、
（ｖｉ）少なくとも二つの前記素子が非球面陰極線管側表面を有するところでは、該陰極線管側表面に対する最適球面半径における差、
（ｖｉｉ）少なくとも二つの前記素子が非球面画面側表面を有するところでは、該画面側表面に対する形状における差、および／または
（ｖｉｉｉ）少なくとも二つの前記素子が非球面陰極線管側表面を有するところでは、該陰極線管側表面に対する形状における差、
の少なくとも一つの結果として生じる、請求項１４記載の投射レンズ・システム。
【請求項１６】
（ｉ）前記第１、第２、および第３の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、各々結合流体部分を備え、かつ
（ｉｉ）前記第２のレンズ・ユニット間の前記差は、スペクトル透過以外の少なくとも一つの光学特性における前記結合流体部分間の差を備える、請求項１３記載の投射レンズ・システム。
【請求項１７】
結合流体における前記差は、少なくとも二つの前記結合流体部分の間の少なくとも軸厚における差の結果として生じる、請求項１６記載の投射レンズ・システム。
【請求項１８】
前記第１、第２、および第３の投射レンズの前記第１のレンズ・ユニットは、製造公差内で実質的に同一である、請求項１３記載の投射レンズ・システム。
【請求項１９】
前記第１のカラーは、緑でありかつ前記第２のカラーは、赤であり、かつ前記第３のカラーは、青である、請求項１３記載の投射レンズ・システム。
【請求項２０】
前記第１、第２、および第３の投射レンズの前記第２のレンズ・ユニットは、スペクトル透過において更に互いに異なる、請求項１３記載の投射レンズ・システム。
【請求項２１】
前記メニスカス素子は、スペクトル透過において更に互いに異なる、請求項１４記載の投射レンズ・システム。
【請求項２２】
（ｉ）前記第１のカラーは、緑であり、前記第２のカラーは、赤であり、かつ前記第３のカラーは、青であり、かつ
（ｉｉ）前記第１の投射レンズの前記メニスカス素子は、緑に彩色され、前記第２の投射レンズの前記メニスカス素子は、赤に彩色され、かつ前記第３の投射レンズの前記メニスカス素子は、透明である、請求項２１記載の投射レンズ・システム。
【請求項２３】
陰極線管と組合せて用いる、長い共役側、短い共役側、および前記陰極線管に関連付けられたときに焦点距離Ｆ０を有する投射レンズであって、前記レンズは、その長い共役側から順番に、
（Ａ）　（ｉ）少なくとも一つの非球面および弱いパワーを有する第１のレンズ素子で構成される第１のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉ）前記投射レンズの正のパワーのほとんどを供給し、かつ第２のレンズ素子またはダブレットで構成される第２のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉｉ）少なくとも一つの非球面および正の近軸パワーを有する第３のレンズ素子で構成される第３のレンズ・サブユニットと、
でレンズの長い共役側から順番に構成される正の第１のレンズ・ユニット、および
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中に前記陰極線管に関連付けられ、かつ（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニット
で構成され、
（ａ）前記第２のレンズ・サブユニットは、レンズの長い共役側の方向に半径Ｒ２１、およびレンズの短い共役側の方向に半径Ｒ２２を有し、
（ｂ）｜Ｒ２２｜／Ｒ２１≧１．５、
（ｃ）第３のレンズ素子は、軸厚Ｔ３、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３１、およびレンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３２を有し、
（ｄ）Ｒ３１＜０、
（ｅ）Ｒ３２＜０、
（ｆ）｜Ｒ３１｜＞｜Ｒ３２｜、および
（ｇ）Ｔ３／Ｆ０≦０．１３、
である、投射レンズ。
【請求項２４】
陰極線管と組合せて用いる、長い共役側、短い共役側、および前記陰極線管に関連付けられたときに焦点距離Ｆ０を有する投射レンズであって、前記レンズは、その長い共役側から順番に、
（Ａ）（ｉ）少なくとも一つの非球面および弱いパワーを有する第１のレンズ素子で構成される第１のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉ）前記投射レンズの正のパワーのほとんどを供給しかつ第２のレンズ素子またはダブレットで構成される第２のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉｉ）少なくとも一つの非球面および正の近軸パワーを有する第３のレンズ素子で構成される第３のレンズ・サブユニットと、
でレンズの長い共役側から順番に構成される正の第１のレンズ・ユニット、および
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中に前記陰極線管に関連付けられ、かつ（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニット、
で構成され、
（ａ）前記第２のレンズ・サブユニットは、レンズの長い共役側の方向に半径Ｒ２１、およびレンズの短い共役側の方向に半径Ｒ２２を有し、
（ｂ）｜Ｒ２２｜／Ｒ２１≧１．５、
（ｃ）第３のレンズ素子は、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３１、およびレンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３２を有し、
（ｄ）Ｒ３１＜０、
（ｅ）Ｒ３２＜０、
（ｆ）｜Ｒ３１｜＞｜Ｒ３２｜、および
（ｇ）前記第２のレンズ・ユニットは、前記レンズの長い共役側に凹んだメニスカス素子を備えている、投射レンズ。
【請求項２５】
陰極線管と組合せて用いる、長い共役側、短い共役側、および前記陰極線管に関連付けられたときに焦点距離Ｆ０を有する投射レンズであって、前記レンズは、その長い共役側から順番に、
（Ａ）（ｉ）少なくとも一つの非球面および弱いパワーを有する第１のレンズ素子で構成される第１のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉ）前記投射レンズの正のパワーのほとんどを供給しかつ第２のレンズ素子またはダブレットで構成される第２のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉｉ）少なくとも一つの非球面および正の近軸パワーを有する第３のレンズ素子で構成される第３のレンズ・サブユニットと、
でレンズの長い共役側から順番に構成される正の第１のレンズ・ユニット、および
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中に前記陰極線管に関連付けられ、かつ（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニット、
で構成され、
（ａ）前記第２のレンズ・サブユニットは、距離Ｔ２３により前記第３のレンズ素子から軸方向に間隔を置かれ、
（ｂ）前記第３のレンズ素子は、軸厚Ｔ３、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３１、およびレンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３２を有し、
（ｃ）前記第３のレンズ素子は、距離Ｔ３４により前記第２のレンズ素子から軸方向に間隔を置かれ、
（ｄ）Ｒ３１＜０、
（ｅ）Ｒ３２＜０、
（ｆ）｜Ｒ３１｜＞｜Ｒ３２｜、
（ｇ）Ｔ２３≦Ｔ３４、および
（ｈ）Ｔ３／Ｆ０≦０．１３、
である、投射レンズ。
【請求項２６】
陰極線管と組合せて用いる、長い共役側、短い共役側、および前記陰極線管に関連付けられたときに焦点距離Ｆ０を有する投射レンズであって、前記レンズは、その長い共役側から順番に、
（Ａ）（ｉ）少なくとも一つの非球面および弱いパワーを有する第１のレンズ素子で構成される第１のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉ）前記投射レンズの正のパワーのほとんどを供給しかつ第２のレンズ素子またはダブレットで構成される第２のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉｉ）少なくとも一つの非球面および正の近軸パワーを有する第３のレンズ素子で構成される第３のレンズ・サブユニットと、
でレンズの長い共役側から順番に構成される正の第１のレンズ・ユニット、および
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中に前記陰極線管に関連付けられ、かつ（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニット、
で構成され、
（ａ）前記第２のレンズ・サブユニットは、距離Ｔ２３により前記第３のレンズ素子から軸方向に間隔を置かれ、
（ｂ）前記第３のレンズ素子は、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３１、およびレンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３２を有し、
（ｃ）前記第３のレンズ素子は、距離Ｔ３４により前記第２のレンズ素子から軸方向に間隔を置かれ、
（ｄ）Ｒ３１＜０、
（ｅ）Ｒ３２＜０、
（ｆ）｜Ｒ３１｜＞｜Ｒ３２｜、
（ｇ）Ｔ２３≦Ｔ３４、および
（ｈ）前記第２のレンズ・ユニットは、前記レンズの長い共役側に凹んでいるメニスカス素子を備える、投射レンズ。
【請求項２７】
陰極線管と組合せて用いる、長い共役側、短い共役側、および前記陰極線管に関連付けられたときに焦点距離Ｆ０を有する投射レンズであって、前記レンズは、その長い共役側から順番に、
（Ａ）（ｉ）少なくとも一つの非球面および弱いパワーを有する第１のレンズ素子で構成される第１のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉ）前記投射レンズの正のパワーのほとんどを供給しかつ第２のレンズ素子またはダブレットで構成される第２のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉｉ）少なくとも一つの非球面および正の近軸パワーを有する第３のレンズ素子で構成される第３のレンズ・サブユニットと、
でレンズの長い共役側から順番に構成される正の第１のレンズ・ユニット、および
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中に前記陰極線管に関連付けられ、かつ（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニット、
で構成され、
（ａ）前記第２のレンズ素子は、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ２１、およびレンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ２２を有し、
（ｂ）｜Ｒ２２｜／Ｒ２１≧１．５、
（ｃ）前記第２のレンズ・サブユニットは、距離Ｔ２３によって前記第３のレンズ素子から軸方向に間隔を置かれ、
（ｄ）前記第３のレンズ素子は、軸厚Ｔ３、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３１、およびレンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３２を有し、
（ｅ）Ｒ３１＜０、
（ｆ）Ｒ３２＜０、
（ｇ）｜Ｒ３１｜＞｜Ｒ３２｜、
（ｈ）Ｔ３／Ｆ０≦０．１３、
（ｉ）前記第３のレンズ素子は、距離Ｔ３４によって前記第２のレンズ・ユニットから軸方向に間隔を置かれ、
（ｊ）Ｔ２３≦Ｔ３４、および
（ｋ）前記第２のレンズ・ユニットは、前記レンズの長い共役側に凹んでいるメニスカス素子を備えている、
投射レンズ。
【請求項２８】
（ｉ）前記第１のレンズ素子は、前記レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ１１および前記レンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ１２を有し、
（ｉｉ）Ｒ１１＞０、
（ｉｉｉ）Ｒ１２＞０、および
（ｉｖ）Ｒ１１＞Ｒ１２、
である、請求項２３、２４または２７記載の投射レンズ。
【請求項２９】
Ｔ２３≧０．１５Ｆ０である、請求項２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３０】
前記第２のレンズ・ユニットの前記メニスカス素子は、プラスチックで構成される、請求項２４、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３１】
（ｉ）前記第１のレンズ素子は、前記レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ１１、および前記レンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ１２を有し、
（ｉｉ）Ｒ１１＞０、および
（ｉｉｉ）Ｒ１２＞０
である、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３２】
前記第２のレンズ・サブユニットは、焦点距離Ｆ２を有しかつＦ０／Ｆ２≧０．９である、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３３】
前記第３のレンズ素子は、焦点距離Ｆ３を有しかつＦ０／Ｆ３≦０．４２である、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３４】
前記第２のレンズ・ユニットは、焦点距離Ｆ４を有しかつ０．６４≦Ｆ０／｜Ｆ４｜＜０．８５である、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３５】
前記第２のレンズ・サブユニットは、ガラスで構成される、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３６】
前記第１のレンズ素子および前記第３のレンズ素子は、プラスチックで構成される、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３７】
前記レンズは、少なくとも３５°の当該レンズの長い共役の方向に半角の視野を有する、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３８】
無限共役に対する前記レンズのｆ数は、１．５よりも小さい、請求項２３、２４、２５、２６または２７記載の投射レンズ。
【請求項３９】
陰極線管、画面、およびイメージを形成するために前記画面に前記陰極線からの光を投映する投射レンズを備えている、プロジェクション・テレビジョン・セットであって、前記投射レンズは、請求項２３、２４、２５、２６、または２７記載の投射レンズを備える、プロジェクション・テレビジョン・セット。
【請求項４０】
３つの陰極線管、画面、および３つの投射レンズを備えるプロジェクション・テレビジョン・セットであって、一つの投射レンズは、イメージを形成するために前記画面に該管からの光を投映するために該陰極線管の各々に関連付けられ、各投射レンズは、請求項２３、２４、２５、２６、または２７記載の投射レンズを備える、プロジェクション・テレビジョン・セット。
【請求項４１】
３つの陰極線管、画面、および請求項１または１３記載の投射レンズ・システムを備える投射レンズ・システムを備える、プロジェクション・テレビジョン・セット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連仮出願の相互参照
本出願は、その内容が全体としてここに参考文献として採用される、２０００年１１月９日に出願した米国仮特許出願６０／２４７，９７８号の、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく特典を主張する。
【０００２】
技術分野
本発明は、プロジェクション・テレビジョン用の投射レンズ・システムに関し、特に、３つの陰極線管（ＣＲＴｓ）、例えば赤色ＣＲＴ、青色ＣＲＴおよび緑色ＣＲＴを用いるプロジェクション・テレビジョン用の、安価で、高性能な、投射レンズ・システムに関する。
【０００３】
背景技術
以下の特徴のいくつか、好ましくはその全てを有する、投射レンズ・システム、特に、背面投射レンズ・システムの技術における必要性が存在する。
【０００４】
（１）システムは、大容量民生用プロジェクション・テレビジョン・セット用に適するように安価で製造することができる。
【０００５】
（２）システムは、フルカラー修正に関連付けられたコストおよび複雑性なしで赤色、緑色、および青色ＣＲＴｓによって生成された光のスペクトル差を吸収することができる。
【０００６】
（３）システムは、デジタル・テレビジョンの高次帯域幅信号用に適する光学的性能を有する
（４）システムは、イメージ・コントラストの高いレベルを示す。
【０００７】
（５）システムは、ブライト・イメージを生成する、例えば、システムは、１．５以下、好ましくは約１．０の無限共役ｆ数を有する。
【０００８】
（６）システムは、画面までの距離を縮小できるように画面の方向に広い視野、例えば少なくとも３５°の画面の方向の半分の視野を有する。
【０００９】
（７）システムは、温度の変化、例えば室温と動作温度との間の変化に対して比較的影響を受けない。
【００１０】
発明の概要
技術におけるこの必要性を満たすために、本発明は、上記７つの特徴のいくつかまたは好ましくはその全てを有する投射レンズ・システムを提供する。
【００１１】
第１の形態によれば、本発明は、画面、および主に第１のカラーの光を生成する第１のＣＲＴ、主に第２のカラーの光を生成する第２のＣＲＴ、および主に第３のカラーの光を生成する第３のＣＲＴを有するプロジェクション・テレビジョン用の投射レンズ・システムであって、該投射レンズ・システムは、３つの投射レンズを備え、一つの投射レンズは、ＣＲＴによって生成された光のイメージを画面に形成するためにシステムの使用中にＣＲＴの各々に関連付けられ、各該投射レンズは、
（Ａ）正のパワーを有する、前記レンズの長い共役側の第１のレンズ・ユニット（Ｕ１）、および
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中にＣＲＴに関連付けられ、（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニット（Ｕ２）、
で構成され、
シャインプルフ（Ｓｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ）条件（例えば、Ｈａｓｅｇａｗａの米国特許第５，０４５，９３０号、Ｙａｍａｍｏｔｏ等の米国特許第５，２９３，２２６号、およびＴｏｉｄｅ等の米国特許第５，５３７，１６７号を参照）を満たすことに基づく差またはスペクトル透過の差（例えば、Ｗｅｓｓｌｉｎｇの米国特許第５，０５５，９２２号を参照）に加えて、第２の投射レンズの第２のレンズ・ユニットは、少なくとも一つの光学特性で第１の投射レンズの第２のレンズ・ユニットとは異なり、前記差は、前記第１および第２のカラーに基づく、投射レンズ・システムを提供する。
【００１２】
ある好適な実施形態では、シャインプルフ条件を満たすことに基づく差またはスペクトル透過の差に加えて、第１、第２、および第３の投射レンズの第２のレンズ・ユニットは、少なくとも一つの光学特性において全て互いに異なり、該差は、第１、第２、および第３のカラーに基づく。
【００１３】
その他の好適な実施形態では、第２のレンズ・ユニットは、メニスカス素子を備えかつ第２のレンズ・ユニット間の差は、メニスカス素子における、スペクトル透過以外の差、例えば、
（１）焦点距離、
（２）屈折率、
（３）素子の画面側表面に対するベース半径、
（４）素子のＣＲＴ側表面に対するベース半径、
（５）非球面画面側表面を有する素子に対する画面側表面の最適球面半径および／または表面形状における差、および／または
（６）非球面ＣＲＴ側表面を有する素子に対するＣＲＴ側表面の最適球面半径および／または表面形状における差、
の少なくとも一つにおける差、を通して達成される。
【００１４】
その他の実施形態によれば、第２のレンズ・ユニットは、結合流体部分（例えば、ＣＲＴの面板にレンズを光学的に結合することに加えて冷媒としても機能するメニスカス素子とＣＲＴの面板との間の結合流体）を備え、かつ第２のレンズ・ユニット間の差は、第２のレンズ・ユニットの結合流体部分の光学特性における、スペクトル透過以外の差を通して達成される。第２のレンズ・ユニットの結合流体部分におけるそのような差は、例えば組成における差および／または一つ以上の結合流体の加熱および／または冷却の結果として生じる結合流体温度における差および／またはその筐体を通して生成された結合流体の屈折率における差を含む。また、そのような差は、結合流体部分の形状（例えば、軸厚および／または曲率半径）における差を含む。第２のレンズ・ユニットの結合流体部分における差は、屈折率における差および形状における差の両方を含むことができる。
【００１５】
第２のレンズ・ユニットにおける差を生成するための別の代替として、投射レンズの使用中に第２のレンズ・ユニットの一部を形成する、ＣＲＴｓの面板の、スペクトル透過以外の光学特性は、少なくとも二つのＣＲＴｓに対して、例えば緑色および赤色ＣＲＴｓに対して異なるようにすることができる。そのような差は、厚み、屈折率、および曲率半径における差を含むことができる。また、一つ以上の非球面を含むＣＲＴの面板の場合には、表面形状および／または最適球面半径もカラーに基づき様々な面板間で異なるようにすることができる。一般に、面板を変えるこのアプローチは、（最も好適な）メニスカス素子の特性を変えることまたは第２のレンズ・ユニットの結合流体領域の特性を変えることよりも製造およびコストの理由であまり好適ではない。
【００１６】
その他の好適な実施形態によれば、投射レンズの第１のレンズ・ユニットは、製造公差内で同じである。このような方法で、一般的な第１のレンズ・ユニットが投射レンズの主要で、最も複雑な部分に用いられるのでシステムの製造コストを低減することができ、同時に異なるカラーのあるものまたは全てに対して投射レンズの相対的に小さい、より簡単な部分（第２のレンズ・ユニット）だけを変えることによって光学性能の高いレベルを達成することができる。
【００１７】
第２の形態によれば、本発明は、ＣＲＴと組合せて用いる、ＣＲＴに関連付けられたときに長い共役側、短い共役側、および焦点距離Ｆ０を有する投射レンズであり、該レンズは、その長い共役側から順番に、
（Ａ）　（ｉ）少なくとも一つの非球面および弱いパワーを有する第１のレンズ素子（Ｌ１）で構成される第１のレンズ・サブユニットと、
（ｉｉ）両凸レンズであるのが好ましくかつ前記投射レンズの正のパワーのほとんどを供給しかつ第２のレンズ素子（Ｌ２）またはダブレット（ＤＢ）で構成される第２のレンズ・サブユニット（焦点距離＝Ｆ２）と、
（ｉｉｉ）少なくとも一つの非球面および正の近軸パワーを有する第３のレンズ素子（Ｌ３；焦点距離＝Ｆ３）で構成される第３のレンズ・サブユニットと
でレンズの長い共役側から順番に構成される正の第１のレンズ・ユニット（Ｕ１）、および
（Ｂ）（ｉ）前記レンズの使用中にＣＲＴに関連付けられ、かつ（ｉｉ）そのように関連付けられたときに強い負のパワーを有し、かつ（ｉｉｉ）レンズの像面湾曲の修正のほとんどを供給する、第２のレンズ・ユニット（Ｕ２；焦点距離＝Ｆ４）
で構成され、
（ａ）第１のレンズ素子は、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ１１およびレンズの短い共役側の方向に半径Ｒ１２を有し、
（ｂ）第２のレンズ・サブユニットは、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ２１およびレンズの短い共役側の方向に半径Ｒ２２を有し、
（ｃ）第２のレンズ・サブユニットは、距離Ｔ２３によって第３のレンズ素子から軸方向に間隔が置かれ、
（ｄ）第３のレンズ素子は、軸厚Ｔ３、レンズの長い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３１、およびレンズの短い共役側の方向に最適球面半径Ｒ３２を有し、かつ
（ｅ）第３のレンズ素子は、距離Ｔ３４によって第２のレンズ・ユニットから軸方向に間隔が置かれ、
かつ、投射レンズは、以下の特性のいくつかまたは好ましくはその全てを有する。
【００１８】
（ｉ）｜Ｒ２２｜／Ｒ２１≧１．５（または≧２．０または≧２．５）、
（ｉｉ）Ｒ３１＜０、
（ｉｉｉ）Ｒ３２＜０、
（ｉｖ）｜Ｒ３１｜＞｜Ｒ３２｜、
（ｖ）Ｔ３／Ｆ０≦０．１３（または≦０．１）、
（ｖｉ）Ｔ２３≦Ｔ３４、
（ｖｉｉ）Ｔ２３≧０．１５Ｆ０、
（ｖｉｉｉ）Ｒ１１＞０、
（ｉｘ）Ｒ１２＞０、
（ｘ）Ｒ１１＞Ｒ１２、
（ｘｉ）Ｆ０／Ｆ２≧０．９、
（ｘｉｉ）Ｆ０／Ｆ３≦０．４２または（≦０．４または≦０．３）、
（ｘｉｉｉ）０．６４≦Ｆ０／｜Ｆ４｜＜０．８５（または０．７５＜Ｆ０／｜Ｆ４｜＜０．８５）、および／または
（ｘｉｖ）第２のレンズ・ユニットは、レンズの長い共役側に凹状になっている（好ましくは、強く凹状になっている）メニスカス素子を備えている。
【００１９】
特性（ｉｉ）および（ｉｉｉ）は、最適球面半径により記述したときにＬ３が投射レンズの短い共役側に向って凸状になっているメニスカス形状を有するということを意味し、特性（ｖｉｉｉ）および（ｉｘ）は、最適球面半径により記述したときにＬ１が投射レンズの長い共役側に向って凸状になっているメニスカス形状を有するということを意味する。
【００２０】
本発明のこの形態のある好適な実施形態では、投射レンズは、少なくとも３５°（例えば、以下の例１〜８におけるように３７°以上）のレンズの長い共役の方向に半角の視野を有する。その他の好適な実施形態では、投射レンズは、１．５よりも少ない、好ましくは〜１．０の無限共役に対するｆ数を有する。
【００２１】
更に好適な実施形態では、第２のレンズ・サブユニットは、ガラス（または、より一般的に、温度的に安定した材料）で構成され、かつ第２レンズ・ユニットの第１のレンズ素子、第３のレンズ素子、およびメニスカス素子（用いられたときに）は、プラスチックで構成されている。材料の選択は、投射レンズに多くの利点を供給する。
【００２２】
第１に、それは、レンズを製造することを安価にする。以下に説明しかつ例で示すように、レンズのプラスチック素子は、それらをプラスチックで容易に成形させる構成を有する。また、例で示すように、第２のレンズ・サブユニットで用いられる第２のレンズ素子（Ｌ２）またはダブレット（ＤＢ）は、それらのコンポーネントをガラスで容易に作らせる球面を有する。従って、レンズのコンポーネントの各々は、低コストで容易に製造することができる。
【００２３】
第２に、強いパワーを有するガラス部分を有する、本発明のレンズのプラスチック−ガラス−プラスチック構成は、温度における変化に対してレンズが影響を受けないようにする。また、プラスチックで構成されかつ正のパワーを有する第３のレンズ素子（Ｌ３）は、第２のレンズ・ユニットの温度における変化、特にユニットが室温から動作温度に加熱するときに発生するそのユニットかつその筐体で通常用いられる結合流体の温度における変化に対する補償を供給する。さらにまた、この温度安定性は、高いレベルの光学性能および低コストの両方を有する投射レンズに対して達成される。
【００２４】
本発明の第３の形態によれば、本発明の第２の形態の投射レンズは、本発明の第１の形態の投射レンズ・システムで用いられる。
【００２５】
本発明の上記形態および好適な特性が組合せで用いられるときには、上記にリストした、ＣＲＴプロジェクション・テレビジョンに対する７つの所望の特徴の各々は、本発明の投射レンズ・システム／投射レンズによって達成される。
【００２６】
ここに用いられるように、用語“弱い”は、その焦点距離が投射レンズ全体の有効焦点距離の少なくとも約８倍である大きさを有する、素子、ユニット、またはサブユニットを意味し、かつ用語“強い”は、その焦点距離が投射レンズ全体の有効焦点距離の約２．５倍よりも少ない大きさを有する、素子、ユニット、またはサブユニットを意味する。また、投射レンズ全体の有効焦点距離、並びに第２のレンズ・ユニットの有効焦点距離は、ＣＲＴに関連付けられた投射レンズに対して決定されかつＣＲＴの面板の光学特性を有する。
【００２７】
ここで用いられるように、用語“プロジェクション・テレビジョン”は、テレビジョンおよびモニター、例えば、コンピュータ・モニターを含む。
【００２８】
ここで用いられるように、用語“最適球面半径”は、Ｄｕｎｈａｍ等の“Ｍｉｎｉｍａｘ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｂｙ ａ Ｓｅｍｉ−Ｃｉｒｃｌｅ”、ＳＩＡＭ Ｊ．Ｎｕｍｅｒ．Ａｎａｌ．，１７：６３−６５、１９８０に記述された手順に従って最適球面に表面を装着することによって表面に対して決定された半径を意味する。球面に対して、最適球面半径とベース半径（光軸における半径）は、同一である。非球面に対して、最適球面半径とベース半径は、一般に異なる。
【００２９】
明細書に採用されかつその一部を構成する、上記図面は、本発明の好適な実施形態を示し、かつ記述と一緒に、本発明の原理を説明する役目を果たす。勿論、図面および説明の両方は、本発明の説明のためだけでありかつ本発明を限定するものではないということを理解すべきである。
【００３０】
発明の詳細な説明
上述したように、その好適な実施形態による本発明は、プロジェクション・テレビジョン（ＰＴＶｓ）用の４つのコンポーネントの投射レンズを提供する。４つのコンポーネントは、二つのレンズ・ユニット（Ｕ１およびＵ２）に編成され、第１のユニット（Ｕ１）は、正のパワーを有しかつ４つのコンポーネントの３つ（即ち、Ｌ１、Ｌ２またはＤＢ、およびＬ３）を含み、かつ第２のユニット（Ｕ２）は、負のパワーを有しかつ４番目のコンポーネント（即ち、Ｌ４）を含む。４つのコンポーネントは、３つのプラスチック素子（Ｌ１、Ｌ３、およびＬ４）とガラス・シングレット（Ｌ２）またはガラス・ダブレット（ＤＢ）を備えているのが好ましい。本発明の４つのコンポーネントの投射レンズは、従来の４つのコンポーネント・システム、例えば共通に譲渡された米国特許４，７７６，６８１号（“６８１”と表９〜１１で示される）の投射レンズと比較して改良された光学性能および製造能力を有する。
【００３１】
Ａ．光学性能
１．カラーによる収差の変化に対する補償
それらのコストを制御するために、ＮＴＳＣ信号を表示するように設計された大容量民生用ＰＴＶセットで用いられる４つの素子レンズは、通常、カラーに対して修正されない。そのようなレンズは、カラー修正されないので、それらの焦点距離および一次特性、並びにそれらの単色収差は、カラーで変化する。その結果、そのようなレンズがデジタルＴＶｓの帯域幅信号のような高次帯域幅信号を表示するために用いられるときには、赤色および青色ＣＲＴｓに関連付けられたレンズによって形成されるイメージは、緑色ＣＲＴに関連付けられたレンズによって形成されるイメージと同様ではない。
【００３２】
カラーによる性能における相違のこの問題に対処するために様々なアプローチがこの技術分野で考慮されている。一先端では、フルカラー修正レンズが用いられているが、これは、大量販売用製品に適さないかなり高価な企画であった。ＣＲＴｓで用いられる蛍光体のスペクトルの広がりの結果として生じる色収差の部分的な修正は、スペクトルの広がりを最小にしかつ色純度を改良するためのフィルタとして動作するＬ４素子を用いることによって対処された。そのような素子は、緑色ＣＲＴで最も一般的に用いられている。Ｗｅｓｓｌｉｎｇの特許５，０５５，９２２号を参照。
【００３３】
このフィルタリング・アプローチは、本発明のカラー修正技法と組合せて用いることができるということに注目する。製造セッティングでは、そのようなフィルタリングは、それらのスペクトル透過特性によって第２のレンズ・ユニットを識別するための簡単な手段を供給する利点を有し、例えば緑色ＣＲＴのための第２のレンズ・ユニットは、緑に彩色されたレンズ素子を有することができ、赤色ＣＲＴのための第２のレンズ・ユニットは、赤に彩色されたレンズ素子を有することができ、かつ青色ＣＲＴにための第２のレンズ・ユニットは、透明素子を有することができる。
【００３４】
上述したように、本発明のある実施形態では、３つの光学的に異なる第２のレンズ・ユニットとは対照的に、たった二つの光学的に異なる第２のレンズ・ユニットが用いられ、例えば青色の第２のレンズ・ユニットは、互いに同じである、赤色および緑色の第２のレンズ・ユニットとは異なる。異なるスペクトル透過特性を有するたった二つのレンズ素子がそのような場合に第２のレンズ・ユニットを区別するために十分であるが、実際には異なるスペクトル透過特性を有する３つのレンズ素子を一般に用いる。これは、緑色の投射レンズが通常、最もフィルタリングを必要とするものでありかつ緑に彩色されたレンズ素子は、赤色の投射レンズで一般に用いることができないからである。
【００３５】
それゆえに、製造セッティングにおける混乱を回避する目的に対して、青色の第２のレンズ・ユニットは、緑色および赤色の第２のレンズ・ユニットとは異なるスペクトル透過を有することが必要であり、かつフィルタリングの目的に対して、緑色および赤色の第２のレンズ・ユニットは、異なるスペクトル透過を有することが必要である。その結果、赤色、緑色、および青色の投射レンズの第２のレンズ・ユニットに対する３つの異なるスペクトル透過が一般に用いられる、例えば、緑色投射レンズに対する緑に彩色されたレンズ素子（Ｌ４素子）、赤色の投射レンズに対する赤に彩色されたレンズ素子（Ｌ４素子）、青色の投射レンズに対する透明レンズ素子（Ｌ４素子）が用いられる。（青色ＣＲＴがフィルタリングを特に必要としないしかつプロジェクション・テレビジョンの画面に到達する青色の光の量を最大化することが一般に好ましいので、青に彩色されたものよりも、透明な、Ｌ４素子が青色の投射レンズに対して好ましい。）
緑色ＣＲＴに対するフィルタの使用と同じラインに沿って、緑色ＣＲＴに対してより高い光学的品質の投射レンズを使用することが提案されている。Ｈｉｒａｔａ等による米国特許第５，２００，８１４号（緑色ＣＲＴに用いられる５つの素子投射レンズ；赤色および青色ＣＲＴｓに用いられる４つの素子レンズ）およびＯｓａｗａ等による米国特許第５，６５９，４２４号（少なくとも緑色ＣＲＴのＬ２素子に用いられるクラウン・ガラス；少なくとも赤色ＣＲＴのＬ２素子に用いられるフリント・ガラス）を参照。
【００３６】
カラーによるレンズの焦点距離の変化は、レンズのパワーの関数である、レンズの像面湾曲（ペッツヴァル湾曲）が変化するということを意味する。像面湾曲におけるこの変化は、顕著でありうるし、緑色ＣＲＴ用に設計されたレンズが赤色および／または青色ＣＲＴｓで用いられたときにイメージ品質の劣化をもたらす（以下の図１Ｂ−１Ｆおよび８Ｂ−８Ｆの説明を参照）。
【００３７】
本発明によれば、“赤色”および“青色”のレンズの各々に対するフィールド・フラットナーのパワーを調整することによって、赤色および青色チャネルのイメージを緑色チャネルのイメージと同じようにフラットにすることを達成することが可能であるということが分かった。この調整は、例えば、レンズの像面湾曲の修正に対する主要なコントリビューションを供給するユニット、即ち、第２のレンズ・ユニット（Ｕ２）のベース半径の一つを変更することによって達成することができる。上述したように、“赤色”および“青色”のレンズに対するこの改良されたフィールド・フラットニングを達成するために、その他の変更を第２のレンズ・ユニットに対して行うことができる。
【００３８】
必要ならば、カラーに伴う非点収差の残留変化およびその他の収差は、第２のレンズ・ユニットに非球面正面を含ませかつ“緑色”のレンズと比較して“赤色”および“青色”のレンズに対するその表面の非球面度の大きさを調整することによって更に低減することができる。
【００３９】
このアプローチにより、各々がそれ自体の一次カラーに対して調整された、３つの単色レンズを用いる投映ＴＶシステムは、高忠実度でデジタルＴＶ信号を表示することができるように構成される。
【００４０】
“赤色”および“青色”のレンズ両方の第２のレンズ・ユニットを調整することが好ましいが、望ましいならばこれらのレンズの一つだけ、例えば“赤色”のレンズの第２のレンズ・ユニットを調整することができるということに注目すべきである。これは、勿論、“赤色”および“青色”のレンズ両方の第２のレンズ・ユニットが調整されるときに達成されるものよりもイメージ全体に対して少ない改良を一般に提供する。
【００４１】
２．部分的にカラー修正されたレンズ
投射レンズによって供給されるイメージ品質における更なる改良は、軸上の色に対してレンズを修正することによって達成される。７０−８０ｍｍ焦点距離〜ｆ／１レンズに対する可視スペクトルに対してフルカラー修正を達成することは、簡単ではない。幸い、本発明によれば、そのようなフルカラー修正は、必要ではないということが分かった。
【００４２】
それよりも、ＨＤＴＶアプリケーションに対するイメージ品質要求は、緑色ＣＲＴ蛍光体のスペクトルに対する部分的なカラー修正がレンズの光学性能におけるかなりの改良を達成するために十分でありうるようなものである。カラーに対して修正されていないレンズの軸上の色の約３０％に軸上の色を低減することは、ユーザに対してカラーの追加修正が特に顕著ではないが複雑性およびレンズのコストにおけるかなりの増大を必要とするレベルにイメージ品質をもたらす。
【００４３】
上記した程度までの軸上の色の修正は、単一ガラス・パワー素子（Ｌ２）の代わりに接合ダブレット（ＤＢ）の使用によってかなり経済的に達成することができる。カラー修正ダブレットは、短い共役側にメニスカス負素子凸レンズがその後に続く長い共役側の正の両凸素子で構成されるのが好ましい。収差を最小にしかつ製造誤差に対する感度を低減するために、ダブレット・コンポーネントは、互いに接合されるのが好ましい。
【００４４】
カラー修正が完全ではないので、先のセクションで記述したように、ペッツヴァル湾曲における変化に対して調整された個別の赤色および青色ＣＲＴレンズを有することは、まだ有益であるということに注目すべきである。カラー修正ダブレットは、“緑色”のレンズだけでまたは所望により“緑色”のレンズと“赤色”および“青色”のレンズの一つ以上で用いることができる。
【００４５】
３．イメージ・コントラスト
投映ＴＶセットのイメージの品質の最も重要な特性の一つは、コントラストである。イメージ・コントラストに影響を及ぼす要因のあるものは、（１）ライト・エリアからダーク・エリアへの遷移に近いローカル・エリア・コントラストに影響を及ぼす、レンズの収差、および（２）ブロード・エリア・コントラストに影響を及ぼす、ゴースト、内面反射、散乱、ベイリング・グレア、等である。ビデオ・イメージを忠実に再生するために、画面に光の強度のブロード・ダイナミック・レンジを有することは、非常に重要である。画面に達する非イメージ形成光は、より低いコントラストをもたらす。低いコントラストは、黒のようなグレー、フラットに見えるイメージ全体、およびシャドーにおける細部の損失を結果として生じる。
【００４６】
ＣＲＴによって生成された光を投映するために用いられる高速の、広角レンズは、正の非球面素子（Ｌ３）によって先行されるＣＲＴに接触する、強い負のパワー・レンズ・ユニット（Ｕ２）を有する。ＣＲＴ蛍光体表面に形成された明るい自己発光イメージは、画面に向って投映される。その光のあるものは、投射レンズの表面から反射されかつＣＲＴ面板に戻りうる。
【００４７】
レンズ表面が面板と共役であるかまたは面板と共役であることに近い場合には、反射光は、ＣＲＴの蛍光体表面に明るいゴースト・イメージを形成しうる。次いで、そのゴーストは、画面までずっと再びイメージ形成されうるし、識別できる二次“ゴースト”イメージを結果として生じる。しばしば、レンズ表面から反射された光は、ＣＲＴ面板の付近に認識できるイメージを形成しないが、ノイズまたは蛍光体表面の輝度のレベル全体に単に追加する。それは、ブロード・エリア・コントラスト・ロスを最小に保持するために制御されなければならないそのノイズ・レベルである。
【００４８】
反射防止塗装の使用に加えて、ＣＲＴ面板に最も近い表面がＣＲＴ蛍光体の近くにゴースト・イメージを形成しないことを確保することは、重要である。ＣＲＴ面板に凸しているＣＲＴに近い表面の形状全体を保持することは、これらの表面から反射された光によって形成されたイメージがＣＲＴの蛍光体表面から離れて形成されることを確保する。
【００４９】
ＣＲＴから可能な限り離してＣＲＴに反射光を送り戻す表面を保持することもまた有用である。しかしながら、負のパワーのフィールド・フラッタナーを先行している非球面レンズ素子は、主要パワー・グループにあまりにも近付けて配置することができないか或いはそれは、軸からずれた収差の十分な程度の修正を供給することができない。
【００５０】
上記特性（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）、（ｖｉ）、および（ｖｉｉ）は、イメージ・コントラストこの問題の様々な形態に対処し、また、温度による第２のレンズ・ユニット（Ｕ２）の光学特性における変化を補償する正のＬ３素子をも供給する。
【００５１】
Ｂ．レンズの製造能力
プラスチック光学のコストにコントリビュートする主な要因は、“サイクル時間”、即ち、生のプラスチック材料が金型に注入される瞬間と完成素子が金型から取り出される瞬間との間の時間である。時間が短い程、所与の期間に製造することができる部品の数が多くなる。
【００５２】
必要サイクル時間を決定する主な要因の一つは、レンズ素子におけるプラスチック材料の容量である。より小さい容量は、素子の成形においてより短い冷却時間を必要とする。従って、可能な限り薄いレンズ素子を用いることは、プラスチック材料の容量および質量を最小にそれゆえに素子を成形するために必要なサイクル時間を低減する。
【００５３】
しかしながら、素子を単に薄くすることは、それだけでは十分ではない。サイクル時間は、また、光学素子の最終形状が、その光学性能の要件を満たすために最終投射レンズに対する製造公差の非常に厳しい範囲内に入るという要件によっても強く影響を及ぼされる。
【００５４】
通常、プラスチック材料の収縮特性により、より長い冷却期間は、成形の表面形状に対する完成素子の表面形状の更に良い一致を結果として生じる。冷却期間を最小にするために、部品全体を通して等しい温度勾配および均等な収縮を確保するために可能な限り均等な質量の分配を有するプラスチック部分を有することが望ましい。これは、素子の直径にわたる厚みの変化を可能な限り低減することが望ましいことを意味する。
【００５５】
更に、より複雑な表面形状は、素子にわたる温度勾配分布の一様性に影響を及ぼし、かつ形状一致仕様を達成するためにより長いサイクル時間を必要とする。従って、より滑らかな、より単調な表面形状を有する素子は、より早いレートで作ることが容易であり、低減されたコストを結果として生じる。
【００５６】
上記の特性（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）、（ｖ）、（ｖｉｉｉ）（ｉｘ）、（ｘ）、および（ｘｉｉ）は、レンズ製造能力のこの問題の様々な形態に取り組む。
【００５７】
Ｃ．レンズ・アーキテクチャ
上述したように、本発明の好適な実施形態の投射レンズは、４つのコンポーネント、即ち、長い共役から短い共役まで、少なくとも一つの非球面を有する弱い光のパワーの第１のコンポーネント（Ｌ１）、レンズのパワーのほとんどを供給する正のパワーでありかつ温度的安定材料、通常ガラスで作られた第２の両凸レンズ・コンポーネント（Ｌ２またはＤＢ）、少なくとも一つの非球面を有する正のパワーの第３のコンポーネント（Ｌ３）、および長い共役側の外側素子とＣＲＴ面板との間に挟まれた結合／冷却流体を含む負のパワーの第４のコンポーネント（Ｕ２）で構成され、外側素子の先端エアー−グラス表面は、長い共役に向って強く凹状になっている。
【００５８】
上述したレンズでは、温度による屈折率変化によるレンズの焦点距離の変化を最小にするために、第２のコンポーネントが全体としてレンズの正のパワーのほとんどを供給することは、重要である。第１および第３のコンポーネントは、収差を修正する役目をするので従って非球面を含む。
【００５９】
上述したように、ＣＲＴ蛍光体に戻って到達する不要な二次反射の機会を最小にするために、反射光をＣＲＴに送り戻す表面をＣＲＴから可能な限り離して保持することは、有用である。しかしながら、非球面の第３のコンポーネントは、主要パワー・コンポーネントにあまり近付けて配置することができないし或いはそれは、軸からずれた収差の十分な程度の修正を供給することができない。
【００６０】
非球面を製造するために用いられる経済的な処理のほとんどは、プラスチックを含むので、非球面素子は、プラスチックで作られる。実際には、ＣＲＴのそばにレンズを保持する結合構造は、ある伸縮を受ける。その伸縮に関連付けられたＣＲＴ面板位置における変化を補償するために、第３のコンポーネントは、ある有限の正のパワーを有するべきである。そして、温度が上昇すると、その素子の屈折率が変化し、その素子の焦点距離および全体としてレンズの背面焦点距離を増大する。この変化は、カプラーの伸縮によるＣＲＴの相対的な位置における変化に反対に作用する。第４のコンポーネント（Ｕ２）は、強い負のパワーを有し、レンズの像面湾曲の修正に主要なコントリビューションを供給する。
【００６１】
第２のコンポーネント（Ｌ２またはＤＢ）は、球面だけを有し、かつ軸方向のビームは、そのコンポーネントの全ての直径を使用し、それは、このコンポーネントをレンズの軸方向の球面収差への主要なコントリビュータにする。このコンポーネントからの球面収差コントリビューションを最小にするために、長い共役側の表面は、コンポーネントの反対側の曲率半径よりも少なくとも１．５倍短い曲率半径を有する。このようにして、第１のコンポーネントは、球面収差を修正するためにハードに“ワーク”しなくてもよく、それは、それを滑らかにすることができそれゆえに行うことが容易であることを意味する。（上記特性（ｉ）、（ｖｉｉｉ）、（ｉｘ）、および（ｘ）は、本発明のこの特徴に関する。）レンズの開口絞りは、第２のコンポーネントの近くにある。
【００６２】
非球面よりも球面を作成しかつテストすることは常に容易である。一般に、製造の容易のために、素子の開口にわたり激しく変化しない滑らかな表面を有することが望ましい。非球面の形状を記述するために、最適球面の概念を用いることは都合がよい。
【００６３】
最適球から単調に変化するまたはサッグにおけるその近接変化がゆっくり発生する偏向点の最小を有する非球面輪郭は、素子を作るために用いられる金型のより容易な、より速い、かつより正確な製造、並びに、その金型を用いて作られた改良された素子を見込む。
【００６４】
これらの条件を達成するために、第１および第３のコンポーネントは、長いおよび短い共役に各々凸状になっている本質的にメニスカス形状を有するべきである。表面への光線の入射の角度がゼロであるとき、即ち、光線が屈折する表面に垂直であるときには、光線は、収差されない。光束は、一つの共役からレンズの開口絞りに向って集束しかつ反対の共役に向って発散する。
【００６５】
従って、絞りに凹状になっておりかつ開口絞りの各側面に配置されたメニスカス素子は、直角にかなり近い角度で素子を通過する全てのフィールド地点からの光束を有しかつ最小収差を導く。これらの素子の表面が非球面であるときには、それらの対応するプロフィールは、滑らかでありかつ局所曲率、または二次導関数が符号を変える、一つだけの反曲点を有するのが好ましい。
【００６６】
メニスカス素子を用いることの別の利点は、それらを薄く作ることができ、同時に必要最小エッジ厚みおよび素子の直径にわたる厚みの最小変化を保存することである。これは、その結果、材料の質量を低減しかつ素子を成形するために必要なサイクル時間を短くする。
【００６７】
以下に示した例において、最適球面により記述したときに、第１のコンポーネントは、第２のものよりも長い第１の曲率半径を有する、長い共役に凸状になっているメニスカス形状を有し、かつ第３のコンポーネントは、短い共役に凸状になっているメニスカス形状を有し、かつ第１の曲率半径は、第２のものよりも長い。上記特性（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）、（ｖｉｉｉ）、（ｉｘ）、および（ｘ）は、本発明の投射レンズの第１および第３のコンポーネントのこれらの所望の特徴を示す。
【００６８】
Ｄ．例
図１Ａ、２−７、および８Ａは、本発明に従って構築された様々な投射レンズを示す。対応する指示は、表１、１Ｂ、１Ｒ、２−８、８Ｂ、および８Ｒに表される。レンズ・システムに採用したガラスに対してＨＯＹＡまたはＳＣＨＯＴＴの指定を用いる。本発明の実用においてその他の製造業者によって作られる同等なガラスを用いることができる。産業合格材料をプラスチック材料に用いる。
【００６９】
表に示した非球面係数は、以下の数式に用いられる。
【００７０】
【数１】
2004514928.tif 000003
ここで、ｚは、システムの光軸から距離ｙにおける表面サッグであり、ｃは、光軸におけるレンズの曲率であり、かつｋは、表１、１Ｂ、１Ｒ、２−８、８Ｂ、および８Ｒの指示の全てに対してゼロである、円錐定数である。
【００７１】
表における様々な表面に関連付けられた指定“ａ”は、非球面、即ち、上記の数式のＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、またはＩの少なくとも一つがゼロではない、表面　を表す。表は、光が図面の左から右に移動するという仮定で構築される。同様に、この明細書および特許請求の範囲で用いる符号の慣例は、光が図面の左から右に移動することを仮定する。実際には、ビューイング・画面は、左側にありかつＣＲＴは、右側にあり、かつ光りは、右から左に移動する。
【００７２】
ＣＲＴ面板は、表１、１Ｂ、１Ｒ、および２−５の表面１１−１２、および表６、７、８、８Ｂ、および８Ｒの表面１２−１３を構成する。結合流体は、表１、１Ｂ、１Ｒ、および２−５の表面１０−１１、および２−５、および表６、７、８、８Ｂ、および８Ｒの表面１１−１２の間に配置される。ＣＲＴ面板および結合流体に対する材料指定は、表に６つのデジタル番号で示され、ここで材料に対するＮｅ値は、指定の最初の３つの数字に１，０００を加えかつ結果を１，０００で割ることによって得られ、かつＶｅ値は、最後の数値の前に小数点を置くことによって最後の３つの数値から得られる。表１、１Ｂ、１Ｒ、および２−５の表面３および６、および２−５、および表６、７、８、８Ｂ、および８Ｒの表面３および７は、口径食表面である。指示表に与えられた全ての寸法は、ミリメートルである。
【００７３】
図１Ｂ−１Ｆおよび図８Ｂ−８Ｆのプロットは、左側にスルーフォーカスＭＴＦおよび右側に最良軸上焦点における光伝達関数（ＯＴＦ）を示す。データは、５つの点、即ち、軸、０．８５Ｈ、０．７０Ｈ、０．８５Ｈおよび１．０Ｈに対して示され、ここで、Ｈは、画面の最大フィールド高さである。実際のフィールド高さは、右手側のプロットに対して示される。これらのフィールド高さは、右手側および左手側プロットの両方に適用しかつミリメートルである。
【００７４】
スルーフォーカス・データは、ミリメートル毎のサイクルにおける指示空間周波数、即ち、３サイクル／ｍｍにおいて、である。スルーフォーカスおよびベスト・フォーカス・データの両方は、接線（実線曲線）およびサジタル（鎖線曲線）ＭＴＦを示す。モジュラス・スケールは、各ブロックの左側にありかつゼロから１まである。ＯＴＦの位相は、最良焦点プロットに点線曲線として示される。位相に対するスケールは、各最良焦点ブロックの右側に示されかつラジアン単位である。最良焦点プロットの上に示された軸上の焦点変移は、スルーフォーカス・プロットのゼロ位置に対して、である。最良焦点面は、軸上のスルーフォーカス・プロットのピークにおいて、である。
【００７５】
図１Ｂは、緑色光、即ち、それが用いられるように設計された光で用いられるときの表１の指示のＭＴＦ／ＯＴＦ性能を示す。図１Ｃは、同じ指示がＣＲＴｓで用いられる投射レンズに対して通常的に行われるようにその光用にリフォーカスされた後に青色光に用いられるときのＭＴＦ／ＯＴＦ性能を示す。性能における劣化が明らかである。
【００７６】
図１Ｄは、表１Ｂの指示が青色光に用いられるときのＭＴＦ／ＯＴＦ性能を示す。この指示は、レンズが青色光に対してリフォーカスされそれから第１のレンズ・ユニット（Ｕ１）が変更されないという拘束の対象であるその光に対して再最適化されたという点で表１のそれとは異なる。図１Ｃと比較した性能における改良は、明らかである。
【００７７】
図１Ｅおよび１Ｆは、赤色光に対する対応するプロットを示す、即ち、図１Ｅは、赤色光に対してリフォーカスしたときの表１の指示の行動を示しかつ図１Ｆは、赤色光に対してリフォーカスしそれから第１のレンズ・ユニット（Ｕ１）が変更されないという拘束の対象であるその光に対して再最適化することによって得られた表１Ｒの指示の行動を示す。さらにまた、カラーに基づき第２のレンズ・ユニットをカスタマイズすることによって得られた改良された性能は、明らかである。
【００７８】
図８Ｂ−８Ｆは、表８、８Ｂ、および８Ｒの指示に対する対応するＭＴＦ／ＯＴＦプロットを示す。図１Ｂ−１Ｆによるように、これらの図は、第２のレンズ・ユニットのカスタマイゼーションが、ＣＲＴ投射レンズのカラー性能を改良するための経済的かつ有効な技法を供給することを明示する。
【００７９】
表２−７の指示の青色および赤色のバージョンは、表１および８に対するのと同じ方法で、即ち、青色（赤色）光に対して緑色の指示をリフォーカスしそれから第１のレンズ・ユニット（Ｕ１）が変更されないという拘束の対象であるその光に対して再最適化することによって得られる。
【００８０】
表９−１１は、表１、１Ｂ、１Ｒ、２−８、８Ｂ、および８Ｒのレンズの特性、並びに、上記で参照した米国特許第４，７７６，６８１号の表ＩＩＩおよびＶのレンズの特性を要約する。これらの表から理解することができるように、例のレンズは、上述した特性（ｉ）から（ｘｉｖ）を満足する。
【００８１】
図９は、本発明に従って構築されたＣＲＴプロジェクション・テレビジョン１０の略図である。この図に示すように、プロジェクション・テレビジョン１０は、その前面に沿って投映画面１４およびその背面に沿って傾斜ミラー１８を有するキャビネット１２を含む。モジュール１３は、本発明に従って構築された投射レンズを図式的に示しかつモジュール１６は、その関連ＣＲＴ管を示す。実際には、画面１４に赤色、緑色、および青色のイメージを投映するために３つの投射レンズ１３および３つのＣＲＴ管１６が用いられる。
【００８２】
本発明の特定の実施形態を記述しかつ説明したが、本発明の適用範囲および精神から逸脱しない種々の変更が上述した開示から当業者にとって自明であるということが理解されるべきである。
【００８３】
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【表９】
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【表１０】
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【表１１】
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【表１２】
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【表１３】
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【表１４】
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【表１５】
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【表１６】
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【表１７】
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【表１８】
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【表１９】
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【表２０】
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【表２１】
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【表２２】
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【表２３】
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【表２４】
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【表２５】
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【表２６】
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【表２７】
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【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
本発明に従って構築されたレンズ・システムの略側面図
【図１Ｂ】
緑色光（λ＝５４６ｎｍ）で用いられたときの表１の指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図１Ｃ】
青色光（λ＝４８０ｎｍ）で用いられたときの表１の指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図１Ｄ】
青色光（λ＝４８０ｎｍ）で用いられたときの表１Ｂの指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図１Ｅ】
赤色光（λ＝６４４ｎｍ）で用いられたときの表１の指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図１Ｆ】
赤色光（λ＝６４４ｎｍ）で用いられたときの表１Ｒの指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図２】
本発明に従って構築されたレンズ・システムの略側面図
【図４】
本発明に従って構築されたレンズ・システムの略側面図
【図５】
本発明に従って構築されたレンズ・システムの略側面図
【図６】
本発明に従って構築されたレンズ・システムの略側面図
【図７】
本発明に従って構築されたレンズ・システムの略側面図
【図８Ａ】
本発明に従って構築されたレンズ・システムの略側面図
【図８Ｂ】
緑色光（λ＝５４６ｎｍ）で用いられたときの表８の指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図８Ｃ】
青色光（λ＝４８０ｎｍ）で用いられたときの表８の指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図８Ｄ】
青色光（λ＝４８０ｎｍ）で用いられたときの表８Ｂの指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図８Ｅ】
赤色光（λ＝６４４ｎｍ）で用いられたときの表８の指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図８Ｆ】
赤色光（λ＝６４４ｎｍ）で用いられたときの表８Ｒの指示に対するＭＴＦ／ＯＴＦプロット
【図９】
本発明に従って構築された投射レンズ・システムを用いている投映ＴＶの略図
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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