Die Erfindung betrifft ein Farbrad nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Bilderzeugungsvorrichtung nach Patentanspruch 11.
Vorrichtungen eingangs erwähnter Art werden dort eingesetzt, wo in rascher Folge periodische Farbänderungen in einem optischen System erzeugt werden müssen wie beispielsweise in neuartigen Bilderzeugungsvorrichtungen oder Displayanordnungen. Um solche periodische Farbänderungen zu erzeugen, werden in rascher Folge Farbfilter in den optischen Lichtweg eingeschwenkt. Dazu wird ein so genanntes Farbrad verwendet, welches scheibenförmig aufgebaut ist und an der Peripherie kreisförmig angeordnete Farbfiltersegmente aufweist, die einen Ring bilden und um die Zentralachse des Rades rotiert werden. Durch die Rotation des Farbrades werden die Farbfiltersegmente abwechselnd in den optischen Weg eingeschwenkt, womit die gewünschte periodische Farbänderung erzeugt wird (The Eduard Rhein Foundation / Texas Instruments Inc., Digital Micromirror Device DMD).
Durch die hohen geforderten Bildqualitäten der Bilderzeugungsvorrichtung müssen die änderungen der Farben sehr rasch vor sich gehen. Dies bedeutet, dass die Farbfiltersegmente mit hoher Geschwindigkeit durch den Lichtstrahl bewegt werden müssen. Es treten hierbei für das Farbrad und insbesondere für die empfindlichen Farbfiltersegmente grosse Krafteinwirkungen von über einigen 100 g auf und bei besonders guten Bildqualitäten bis über 1000 g. Ausserdem muss die Vorrichtung sehr hohen Rundlaufanforderungen genügen, um entsprechend hohe Standzeiten der Vorrichtung erreichen zu können. An solche Bilderzeugungsvorrichtungen werden auch sehr hohe Helligkeitsanforderungen gestellt, welche leistungsstarke Lichtquellen voraussetzen. Durch diese leistungsstarken Lichtquellen wird die Vorrichtung entsprechend hohen Tempera turbelastungen bis zu 100 DEG C ausgesetzt.
An die Haltekraft und an die Farbstabilität der Farbfiltersegmente werden aus vorerwähnten Gründen sehr hohe Anforderungen gestellt. Ein breiter Einsatz in so genannten Low-Cost-Display-Anwendungen ist ausserdem nur möglich, wenn es gelingt, das Farbrad bei den hohen Qualitätsanforderungen äusserst wirtschaftlich herstellen zu können.
Ein Farbrad mit kreisförmig angeordneten Farbfiltersegmenten für den Einsatz in Bilderzeugungsvorrichtungen ist in der EP 0 615 146 A2 beschrieben. In dieser Vorrichtung sind die Filtersegmente auf einem Glasring befestigt. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass der Glasring teuer ist. Ferner sind hohe Rundlaufanforderungen nur sehr aufwändig zu realisieren. Schliesslich entstehen durch den Glasring zusätzliche Lichtverluste, was die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanordnung erniedrigt. Weiter sind Farbradanordnungen bekannt geworden, welche zwischen den Segmenten Befestigungselemente wie Speichen aufweisen, welche die Gesamttransmissionswerte des Farbfilterringes ebenfalls erniedrigen und die Wirtschaftlichkeit begrenzen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Farbrad zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Insbesondere soll das Farbrad die hohen optischen und mechanischen Anforderungen über lange Betriebszeiten reproduzierbar erfüllen können und wirtschaftlich herstellbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Farbrad nach Anspruch 1 gelöst.
Die planen Farbfiltersegmente werden dazu an der Peripherie eines scheibenförmigen Trägers durch Kleben so befestigt, dass zwischen den Filtersegmenten in Rotationsrich tung der ringförmige transparente Bereich nicht durch optisch nicht transparente Materialien unterbrochen ist. Die Farbfiltersegmente sind an einer streifenförmigen gegen die Rotationsachse gerichteten Zone mit dem Träger flächig verklebt, wobei die flächige Verklebung nur in einem schmalen ringzonenartigen Bereich gegen das Rotationszentrum gerichtet erfolgt, so dass ein wesentlicher Teil der Farbfiltersegmentfläche, radial von der Rotationsachse gesehen nach aussen, als transparente ringförmige Nutzzone frei bleibt. Zusätzliche Halteelemente, welche Durchbrüche wie beispielsweise Löcher in den Filtersegmenten erfordern würden, können vollständig vermieden werden.
Löcher in den Filtersegmenten würden nämlich Spannungszonen in Kantenbereichen erzeugen, welche bei den hohen geforderten mechanischen Kräften zu Bruchproblemen führen können und somit nicht tolerierbar sind.
Der scheibenförmige Träger weist im Zentrum Mittel auf, beispielsweise eine Bohrung, zur Befestigung einer Antriebsachse, welche motorgetrieben ist und das Farbrad mit hohen Drehzahlen von bis zu einigen 1000 Umdrehungen pro Minute rotieren lässt. Bei Bilderzeugungsvorrichtungen sind für gute Bildqualitäten so hohe Rotationsgeschwindigkeiten notwendig, dass Zentrifugalbeschleunigungen von über 300 g auftreten, bei sehr guten Bildqualitäten aber Beschleunigungen, die im Bereich von 800 g bis 2000 g liegen. Dies erfordert eine besondere Sorgfalt bei der Dimensionierung des Farbrades mit den entsprechenden Klebezonen. Um einen guten Gleichlauf bei geringer Lärmentwicklung und hoher Lebensdauer erzielen zu können, muss das Farbrad genauestens ausgewuchtet werden können. Bei den bevorzugten Anwendungen werden vorzugsweise Betriebszeiten von > 40 000 Std. MTBF angestrebt.
Die Auswuchtqualität, die dazu erforderlich ist, muss der Norm G 6.3 der ISO 1940 bis 1973 genügen. Die Werte müssen in zusammengebautem Zustand des Farbrades erzielt werden. Dies bedeutet, dass die Konstruktion des Rades so ausgeführt sein muss, dass ein einfaches Auswuchten im Montageendzustand möglich ist. Die vorliegende Ausführung ermöglicht dies, in dem am fertigen Rad für den Auswuchtvorgang am scheibenförmigen Träger Material entfernt wird, vorzugsweise in Form einer Ausnehmung von Material, wobei diese Ausnehmung bevorzugterweise als Bohrung ausgebildet ist. Diese Ausnehmung beziehungsweise die Bohrung soll an der Trägerscheibe als Sackloch ausgebildet sein und den Träger nicht durchbrechen. Als Materialien für die Trägerscheibe kommen Kunststoffe wie auch Metalle in Frage.
Besonders geeignet ist aber ein Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Als Antrieb für das Farbrad werden Elektromotore verwendet, insbesondere aber Antriebsmotore, wie sie für Harddisks verwendet werden.
Als Farbfilter werden Interferenzschichtfilter verwendet. Diese sind in bekannter Art aus Wechselschichten aufgebaut, wie aus TiO 2 /SiO 2 , welche entsprechend der geforderten Filtercharakteristik dimensioniert sind. Wegen der geforderten hohen optischen Stabilität gegenüber Temperaturänderungen und der Luftfeuchtigkeit sind dichte Schichten anzustreben. Solche können wie bevorzugterweise mit so genannten Zerstäubungsbeschichtungsverfahren erzielt werden.
Für ein Farbrad werden in der Regel mindestens zwei verschiedene Segmente benötigt. Oft werden aber auch dreifarbige Systeme verwendet, bei welchen der Farbfilterring aus drei hintereinander angeordneten Filtersegmenten besteht, beispielsweise aus den Farben: Rot, Grün und Blau. Ein für das Farbempfinden der Bilderzeugungsvorrichtung besonders günstiges Farbrad besteht aus einer Anordnung mit vier Farbsegmenten, wobei zwei gegenüberliegende Segmente dieselbe Farbe aufweisen, beispielsweise Rot, und die beiden anderen Segmente unterschiedliche Farben aufweisen, beispielsweise Blau und Grün. Die Filtercharakteristik der Filtersegmente muss hierbei äusserst temperatur- und feuchtigkeitsstabil sein.
In einem Temperaturbereich von 10 DEG C bis 100 DEG C und in einem Feuchtigkeitsbereich von 0% bis 90% relativer Luftfeuchtigkeit muss die Gesamtstabilität der Filtercharakteristik vorzugsweise in einem Bereich liegen von weniger als 5 nm Verschiebung. Besonders bevorzugt für die Anwendung in Bilderzeugungsvorrichtungen sind aber Filter mit Verschiebungen von weniger als 1 nm in diesen angegebenen Bereichen. Solch gute Filterqualitäten können wirtschaftlich vor allem mit dem vorerwähnten Kathodenzerstäubungsverfahren wie Magnetronzerstäuben erreicht werden.
Besonders wirtschaftliche Zerstäubungsverfahren sind aber Verfahren, wie sie unter dem Begriff "Intramode" bekannt geworden sind, entsprechend der US 5 292 417, welche integrierender Bestandteil dieser Anmeldung darstellt, sowie mit dem reaktiven Chopperzerstäubungsverfahren mit Magnetron, wie es beispielsweise aus der EP 0 564 789 bekannt geworden ist. Beim Chopperzerstäubungsverfahren wird die Magnetronzerstäubungsquelle getaktet betrieben oder es wird eine zusätzliche getaktete Spannung der Magnetronentladung überlagert im Frequenzbereich von einigen 100 Hz bis einige 100 kHz, wobei ein metallisches Target unter Zugabe von einem Reaktivgas zerstäubt wird, so dass die entsprechende dielektrische Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird.
Anstelle des Taktens beziehungsweise Chopperns ist auch die Einkopplung beziehungsweise überlagerung einer Mittelfrequenz möglich, womit wie beim getakteten Verfahren ein wirtschaftliches Abscheiden von dielektrischen Schichten mit dem Magnetronzerstäuben möglich ist.
Um eine besonders gute Verklebung der Filtersegmente mit der Trägerscheibe zu bewirken, kann an der Trägerscheibe in der Klebezone eine Ausnehmung vorgesehen werden, welche der zu verklebenden Fläche entsprechen soll und in der Lage ist, entsprechend den Klebstoff in einer konzentri schen Kreiszone aufzunehmen. Die Vertiefung sollte vorzugsweise der optimalen Klebefilmdicke entsprechen, welche insbesondere für geeignete Kleber im Bereich von 50 bis 200 mu m liegt. Als für die hohen Anforderungen geeigneter Kleber wird ein Epoxykleber verwendet, vorzugsweise vom Typ DP460 von der Firma 3M. Die Ausnehmung ist so zu gestalten, dass am inneren und am äusseren Durchmesser der Ausnehmungen Vertiefungen oder Erhebungen beziehungsweise Abstandhalter vorgesehen sind, welche präzise Auflageflächen in der Rotationsebene für die Filtersegmente darstellen.
Diese Auflägeflächen mit der ringförmigen Ausnehmung sind bevorzugterweise gegenüber der scheibenförmigen Trägeroberfläche so abgesetzt, dass die Filtersegmente im Querschnitt in etwa zentrisch zum Scheibenquerschnitt angeordnet sind. Die Absenkung kann mit ihrer radialen Schulter so ausgeführt werden, dass diese ebenfalls als radiale Anschlagschulter für die Positionierung der Filtersegmente dient. Mit dieser Ausführung wird das Montieren der Filtersegmente vor dem Kleben stark vereinfacht, das heisst es müssen die Filtersegmente nur bündig aneinander stossend auf Anschlag axial und radial an die Trägerscheibe positioniert werden und anschliessend durch Härten des Klebers fixiert werden.
Eine zusätzliche Erleichterung dieses Montageschrittes kann erreicht werden, wenn ein Haltering, der beispielsweise aus Kunststoff wie einem Polymer besteht, auf die Filtersegmente im Bereich der Trägerabsenkung aufgedrückt wird, womit die Segmente gegenüber der Klebezone fixiert sind. Die ganze Anordnung ist somit mit wenigen Teilen äussert einfach und präzise zu montieren und kann dank der vorliegenden auswuchtbaren Konstruktion anschliessend wie beschrieben präzise ausgewuchtet werden. Dies erlaubt die Herstellung der einzelnen Teile mit grösseren zulässigen Masstoleranzen, was die wirtschaftliche Herstellung unterstützt.
Um die Position des Farbrades mit den entsprechenden Farbfiltern laufend elektronisch überwachen zu können, muss auf dem Farbrad eine Markierung beziehungsweise eine Zeitindexmarke angebracht werden. Diese kann einfach auf der Trägerscheibe befestigt werden, vorzugsweise aber auf dem vorerwähnten Haltering, welcher auch als Montagehilfe dient. Ein erfindungsgemässes Farbrad wird vorzugsweise in einer Bilderzeugungsvorrichtung eingesetzt mit einer Lichtquelle, deren Licht durch die Farbsegmente des rotierenden motorgetriebenen Farbrades gelenkt wird und anschliessend auf ein Bilderzeugungsmittel gerichtet ist, welches aus einer Matrix von gesteuerten oder geschalteten Lichtsteuerelementen besteht, womit der Bildaufbau über eine Projektionsoptik auf einem Bildschirm stattfindet.
Um gute Bildqualitäten zu erreichen, sind für diese Lichtsteuerelemente Schaltzeiten von < 10 msec. notwendig. Besonders geeignet für das Bilderzeugungsmittel sind Anordnungen, welche aus vielen kleinen steuerbaren Spiegeln bestehen, das heisst auf Reflexionsbasis beruhen. Bevorzugt werden hierbei Bilderzeugungsmittel auf Reflexionsbasis wie ein digitales Spiegelmittel, also vom Typ "Digital Mirror Device". Mit dem erfindungsgemässen Farbrad, welches die hohen Schaltgeschwindigkeiten der vorerwähnten Bilderzeugungsmittel ausschöpft, lassen sich Bilderzeugungsvorrichtungen auf wirtschaftliche Art herstellen, welche grosse Displayabmessungen mit hoher Leuchtkraft bei hoher Qualität ermöglichen. Im Folgenden ist die Erfindung in den Fig. 1 bis 2 anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines neuartigen Displays mit einer Vorrichtung.
Fig. 2a zeigt eine Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Farbrades. Fig. 2b eine Aufsicht des Farbrades.
In der Fig. 1 ist eine schematische Gesamtdarstellung eines neuartigen Displays mit einer Vorrichtung dargestellt. Es ist ein Farbrad 1, das mit einem Motor 2 und einem Positionsmelder 3 gekoppelt ist, vorgesehen. Das Farbrad 1 weist einen Träger 11 auf, an dem die Filtersegmente 12 befestigt sind. Mit der Ziffer 5 ist eine Lichtquelle bezeichnet, aus der ein Lichtstrahl 6 mit der optischen Achse 60 austritt. Der Lichtstrahl 6 durchquert die Filtersegmente 12 und trifft auf ein Bilderzeugungsmittel 7. Das von dem Bilderzeugungsmittel generierte Bild wird mittels einer Projektionsoptik 8 auf einen Bildschirm 9 projiziert. Der Motor 2 versetzt das Farbrad 1 in Rotation, wodurch die Filtersegmente 12 abwechselnd in den Lichtstrahl 6 gefahren werden. Die jeweilige Lage der Filtersegmente 12 ist über den Positionsmelder 3 bestimmbar.
Entsprechend der Farbe des sich im Lichtstrahl 6 befindlichen Filtersegmentes 12a-12c gemäss Fig. 2b wird in der Bilderzeugungsvorrichtung 7 ein dieser Farbe zugeordnetes Bild erzeugt. Die Drehzahl des Farbrades entspricht damit der Bildwiederholfrequenz und liegt bei einigen tausend Umdrehungen pro Minute. Durch diese Rotation wirken Zentripedalkräfte auf die Filtersegmente, die mehr als das Tausendfache der Erdanziehungskraft betragen können.
Bedingt durch den Wunsch nach einer hohen Farbechtheit, sind die Anforderungen an die Filter-charakteristik der Filtersegmente 12 äusserst komplex. Die Grösse des Bildschirms 9 ist weiters beträchtlich. Um bei heller Umgebung ausreichend grossen Kontrast erzielen zu können, wird in der Lichtquelle 5 eine leistungsstarke Lampe mit entsprechend hoher Wärmeabstrahlung verwendet. Es können dadurch Temperaturen von bis zu 100 DEG C im Bereich der Vorrichtung entstehen. Die Temperaturbelastung der Filtersegmente 12 ist bedingt durch die Strahlungswärme der Lichtquelle 5 noch höher.
Um diese Beanspruchungen einerseits und der Forderung nach höchster Farbstabilität über die gesamte Produktlebenszeit gerecht zu werden, weisen die Filtersegmente Filterschichten 17, gemäss Fig. 2a auf, welche vorzugsweise als stabile dielektrische Schichten ohne säulenartige Strukturen ausgeführt sind. Solche Schichten sind nicht nur langlebig und temperaturbeständig, sondern auch äusserst temperaturstabil. Unerwünschte Verschiebungen der Spektralkurve von weniger als 1 nm in einem Bereich von 10-100 DEG C sind erzielbar. Schliesslich weisen solche Schichten ein ausgezeichnetes Haftvermögen auf dem Untergrund auf. Letzteres ist besonders bei der Verwendung von Klebern auf der Schicht von grosser Bedeutung.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in einem Teilschnitt in Fig. 2a und als Aufsicht in Fig. 2b. Der Träger 11 ist an einem Rotor 23 des Motors 2 mittels einer Haltevorrichtung 21 befestigt. Die Filtersegmente 12 sind mittels einer Klebeschicht 13 an dem Träger 11 gegenüber dessen Oberfläche abgesetzt befestigt. Die Absetzung in der Trägerperipherie ist so ausgebildet, dass die Filtersegmente radial 25 und axial 26 am Träger auf Anschlag präzise positioniert werden können. Die Schichtstärke der Kleberschicht 13 ist durch einen Abstandhalter 14 bestimmt. Der Abstandhalter 14 kann beispielsweise eine Vertiefung in der Oberfläche im Bereich der Klebestelle sein. Die Klebestelle ist mittels eines Halterings 15 abgedeckt. Der Ring 15 dient gleichzeitig als Träger für eine Positionsmarkierung 16 für den Positionsmelder 3.
Bedingt durch die Toleranzen im Aufbau des Farbrades und durch die Befestigung des Trägers 11 an dem Rotor 23, treten Unwuchten in der Vorrichtung auf. Diese Unwuchten werden durch eine Wuchtvorrichtung 18 kompensiert. Die Wuchtvorrichtung 18 ist beispielsweise und vorzugsweise eine Vertiefung wie eine Bohrung im Träger 11. Wenn der Träger aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht, wird ty pischerweise für die Auswuchtung ein Bohrloch 18 im äusseren Randbereich des Trägers 11 angebracht mit einem Durchmesser von typisch 5-10 mm bei Tiefen bis zu 3 mm. Die in Bilderzeugungsvorrichtungen bevorzugten Gesamtdurchmesser des Farbrades liegen im Bereich von 75-130 mm. Das vorliegende Beispiel weist einen Gesamtdurchmesser von 108 mm auf, wobei der Trägerdurchmesser 81 mm ist. Die Breite der Kleberingzone liegt vorteilhafterweise im Bereich von 3 bis 10 mm.
Da die Verbindung zwischen Rotor 23 und Träger 11 einen erheblichen Einfluss auf die Wuchtung der Vorrichtung hat, wird die Vorrichtung mit montiertem Träger 11 auf dem Rotor 23 durchgeführt. Um Unwuchten in Grenzen zu halten, ist der Träger als Bestandteil des Rotor 23 aufgebaut.
Für Anwendungen mit weniger kritischen Anforderungen können die Filtersegmente 12 mittels eines elastischen Materials, das zwischen Ring 15 und dem Filtersegment 12 geklemmt ist, gehalten werden. Als zusätzliche Schutzvorrichtung kann ferner ein Schutzring 19 am äusseren Rand der Filtersegmente 12 angeordnet sein.
The invention relates to a color wheel according to the preamble of claim 1 and an image forming apparatus according to claim 11.
Devices of the type mentioned above are used where in rapid succession periodic color changes must be generated in an optical system such as in novel imaging devices or display arrangements. In order to produce such periodic color changes, color filters are swiveled into the optical light path in rapid succession. For this purpose, a so-called color wheel is used, which is disc-shaped and has at the periphery of circularly arranged color filter segments which form a ring and are rotated about the central axis of the wheel. By rotating the color wheel, the color filter segments are alternately swung into the optical path, thus producing the desired periodic color change (The Eduard Rhein Foundation, Texas Instruments Inc., Digital Micromirror Device DMD).
Due to the high image qualities required of the image forming apparatus, the changes in the colors must be carried out very quickly. This means that the color filter segments must be moved at high speed through the light beam. It occur here for the color wheel and in particular for the sensitive color filter segments large force effects of over several 100 g and with very good image quality up to over 1000 g. In addition, the device must meet very high concentricity requirements in order to achieve a correspondingly long service life of the device can. Very high brightness requirements, which require powerful light sources, are also demanded of such image generation devices. These high-performance light sources expose the device to temperatures of up to 100 ° C. in accordance with high tempera ture loads.
On the holding force and the color stability of the color filter segments very high demands are made for the aforementioned reasons. A broad application in so-called low-cost display applications is also only possible if it is possible to produce the color wheel with the high quality requirements extremely economically.
A color wheel with circularly arranged color filter segments for use in image forming devices is described in EP 0 615 146 A2. In this device, the filter segments are mounted on a glass ring. A disadvantage of this arrangement is that the glass ring is expensive. Furthermore, high concentricity requirements can only be realized with great difficulty. Finally, caused by the glass ring additional light losses, which reduces the efficiency of the overall arrangement. Furthermore, color wheel arrangements have become known which have fastening elements, such as spokes, between the segments, which likewise reduce the overall transmission values of the color filter ring and limit the economic efficiency.
It is an object of the present invention to provide a color wheel which overcomes the disadvantages of the prior art. In particular, the color wheel should be able to reproducibly meet the high optical and mechanical requirements over long periods of operation and be economical to produce.
The object is achieved according to the invention by the color wheel according to claim 1.
The plane color filter segments are attached to the periphery of a disk-shaped carrier by gluing so that between the filter segments in the direction of rotation Rich the annular transparent area is not interrupted by optically non-transparent materials. The color filter segments are adhesively bonded to the carrier on a strip-shaped zone directed against the axis of rotation, wherein the adhesive bonding is directed only in a narrow ring-zone-like area against the center of rotation, so that a substantial part of the color filter segment surface, viewed radially from the axis of rotation to the outside transparent annular zone of use remains free. Additional holding elements, which would require openings such as holes in the filter segments, can be completely avoided.
Namely, holes in the filter segments would create stress zones in edge regions, which can lead to breakage problems at the high mechanical forces required and are therefore not tolerable.
The disc-shaped carrier has means in the center, for example a bore, for fixing a drive axle, which is motor-driven and allows the color wheel to rotate at high speeds of up to a few 1000 revolutions per minute. Image-forming devices require such high rotational speeds for good image qualities that centrifugal accelerations of over 300 g occur, but with very good image qualities accelerations in the range of 800 g to 2000 g occur. This requires special care in the dimensioning of the color wheel with the corresponding adhesive zones. In order to achieve a good synchronization with low noise and high durability, the color wheel must be accurately balanced. In the preferred applications, preferably operating times of> 40,000 hours MTBF are desired.
The balancing quality required for this must comply with standard G 6.3 of ISO 1940-1973. The values must be achieved in the assembled state of the color wheel. This means that the construction of the wheel must be designed so that a simple balancing in the final assembly state is possible. The present embodiment makes this possible, in which material is removed from the finished wheel for the balancing process on the disc-shaped support, preferably in the form of a recess of material, this recess preferably being designed as a bore. This recess or the hole should be formed on the carrier disk as a blind hole and not break the carrier. Suitable materials for the carrier disc are plastics as well as metals in question.
But especially suitable is a light metal, such as aluminum or aluminum alloys. As drive for the color wheel electric motors are used, but in particular drive motors, as used for hard disks.
As a color filter, interference layer filters are used. These are constructed in known manner from alternating layers, such as TiO 2 / SiO 2, which are dimensioned according to the required filter characteristic. Due to the required high optical stability against temperature changes and the humidity, dense layers should be strived for. Such may preferably be achieved by so-called sputter coating methods.
For a color wheel usually at least two different segments are needed. Often, however, tricolor systems are used in which the color filter ring consists of three successively arranged filter segments, for example from the colors: red, green and blue. A color wheel particularly favorable for the color perception of the image forming device consists of an arrangement with four color segments, two opposite segments having the same color, for example red, and the other two segments having different colors, for example blue and green. The filter characteristic of the filter segments must be extremely stable in temperature and moisture.
In a temperature range of 10 ° C. to 100 ° C. and in a humidity range of 0% to 90% relative humidity, the overall stability of the filter characteristic must preferably be within a range of less than 5 nm displacement. However, particularly preferred for use in imaging devices are filters with displacements of less than 1 nm in these specified ranges. Such good filter qualities can be achieved economically above all with the aforementioned sputtering method, such as magnetron sputtering.
However, particularly economical sputtering processes are processes as have become known under the term "intramode", corresponding to US Pat. No. 5,292,417, which forms an integral part of this application, as well as with the reactive chopper sputtering process with magnetron, as described, for example, in EP 0 564 789 has become known. In the chopper sputtering process, the magnetron sputtering source is pulsed or superimposed with an additional pulsed magnetron discharge voltage in the frequency range of several hundred Hz to several hundred kHz, with a metallic target being sputtered with the addition of a reactive gas so that the corresponding dielectric layer is deposited on the substrate becomes.
Instead of clocking or chopping the coupling or superposition of a center frequency is possible, which as in the clocked process, an economical deposition of dielectric layers with the magnetron sputtering is possible.
In order to effect a particularly good bonding of the filter segments with the carrier disk, a recess can be provided on the carrier disk in the adhesive zone, which is to correspond to the surface to be bonded and is able to absorb the adhesive in a concentric circle zone accordingly. The depression should preferably correspond to the optimum adhesive film thickness which, in particular for suitable adhesives, is in the range from 50 to 200 μm. As adhesive suitable for the high requirements, an epoxy adhesive is used, preferably of the DP460 type from 3M. The recess is to be designed so that recesses or elevations or spacers are provided on the inner and on the outer diameter of the recesses, which represent precise contact surfaces in the plane of rotation for the filter segments.
This Auflägeflächen with the annular recess are preferably offset from the disc-shaped support surface so that the filter segments are arranged in cross-section approximately centrally to the disc cross-section. The lowering can be carried out with its radial shoulder so that it also serves as a radial stop shoulder for the positioning of the filter segments. With this embodiment, the mounting of the filter segments before gluing is greatly simplified, that is, the filter segments must only flush with each other abutting stop to be positioned axially and radially to the support disk and then fixed by curing the adhesive.
An additional facilitation of this assembly step can be achieved if a retaining ring, which consists for example of plastic such as a polymer, is pressed onto the filter segments in the region of the support lowering, whereby the segments are fixed relative to the adhesive zone. The whole assembly is therefore extremely simple and precise to assemble with only a few parts and can then be precisely balanced as described, thanks to the present balancing design. This allows the production of the individual parts with larger allowable dimensional tolerances, which supports the economic production.
In order to monitor the position of the color wheel with the corresponding color filters continuously electronically, a mark or a time index mark must be placed on the color wheel. This can be easily mounted on the carrier disk, but preferably on the aforementioned retaining ring, which also serves as an assembly aid. A color wheel according to the invention is preferably used in an image forming device with a light source whose light is directed through the color segments of the rotating motor-driven color wheel and is subsequently directed to an image forming means which consists of a matrix of controlled or switched light control elements, whereby the image structure on a projection optics a screen takes place.
In order to achieve good image qualities, switching times of <10 msec are required for these light control elements. necessary. Particularly suitable for the image forming means are arrangements which consist of many small controllable mirrors, that is based on reflection base. Preference is given here to reflection-based image generation means such as a digital mirror means, ie of the "digital mirror device" type. With the color wheel according to the invention, which exploits the high switching speeds of the aforementioned imaging means, imaging devices can be produced in an economical manner, which allow large display dimensions with high luminosity and high quality. In the following, the invention is explained in FIGS. 1 to 2 based on embodiments. Fig. 1 shows an overall view of a novel display with a device.
Fig. 2a shows a partial sectional view of an embodiment of a color wheel. Fig. 2b is a plan view of the color wheel.
FIG. 1 shows a schematic overall representation of a novel display with a device. It is a color wheel 1, which is coupled to a motor 2 and a position detector 3 is provided. The color wheel 1 has a carrier 11 to which the filter segments 12 are attached. The numeral 5 denotes a light source from which a light beam 6 emerges with the optical axis 60. The light beam 6 passes through the filter segments 12 and encounters an imaging means 7. The image generated by the imaging means is projected on a screen 9 by means of projection optics 8. The motor 2 sets the color wheel 1 in rotation, whereby the filter segments 12 are alternately moved in the light beam 6. The respective position of the filter segments 12 can be determined via the position detector 3.
In accordance with the color of the filter segment 12a-12c in the light beam 6 according to FIG. 2b, an image associated with this color is generated in the image-forming device 7. The speed of the color wheel thus corresponds to the refresh rate and is at a few thousand revolutions per minute. Due to this rotation, centripetal forces act on the filter segments, which can amount to more than one thousand times the gravitational force.
Due to the desire for a high color fastness, the requirements for the filter characteristic of the filter segments 12 are extremely complex. The size of the screen 9 is also considerable. In order to be able to achieve sufficiently great contrast in bright surroundings, a high-performance lamp with correspondingly high heat radiation is used in the light source 5. This can result in temperatures of up to 100 ° C. in the area of the device. The temperature load of the filter segments 12 is due to the radiant heat of the light source 5 even higher.
In order to meet these demands on the one hand and the requirement for maximum color stability over the entire product lifetime, the filter segments have filter layers 17, according to FIG. 2 a, which are preferably designed as stable dielectric layers without column-like structures. Such layers are not only durable and temperature resistant, but also extremely temperature-stable. Undesirable shifts of the spectral curve of less than 1 nm in a range of 10-100 ° C. can be achieved. Finally, such layers have excellent adhesion to the substrate. The latter is particularly important when using adhesives on the layer of great importance.
2 shows an embodiment of the device in a partial section in Fig. 2a and as a plan view in Fig. 2b. The carrier 11 is fixed to a rotor 23 of the motor 2 by means of a holding device 21. The filter segments 12 are secured by means of an adhesive layer 13 on the carrier 11 opposite to the surface thereof. The deposition in the carrier periphery is designed so that the filter segments can be positioned radially 25 and axially 26 on the carrier to stop precisely. The layer thickness of the adhesive layer 13 is determined by a spacer 14. The spacer 14 may for example be a depression in the surface in the region of the splice. The splice is covered by a retaining ring 15. The ring 15 also serves as a carrier for a position marker 16 for the position detector. 3
Due to the tolerances in the structure of the color wheel and by the attachment of the carrier 11 to the rotor 23, imbalances occur in the device. These imbalances are compensated by a balancing device 18. The balancing device 18 is, for example, and preferably a recess such as a bore in the carrier 11. If the carrier is made of aluminum or aluminum alloys, typically for balancing a hole 18 in the outer edge region of the carrier 11 is attached with a diameter of typically 5-10 mm at depths up to 3 mm. The overall diameter of the color wheel preferred in imaging devices is in the range of 75-130 mm. The present example has a total diameter of 108 mm, with the diameter of the carrier being 81 mm. The width of the adhesive ring zone is advantageously in the range of 3 to 10 mm.
Since the connection between rotor 23 and carrier 11 has a considerable influence on the balance of the device, the device with mounted carrier 11 is performed on the rotor 23. In order to keep unbalances within limits, the carrier is constructed as part of the rotor 23.
For applications with less critical requirements, the filter segments 12 can be held by means of a resilient material clamped between the ring 15 and the filter segment 12. As an additional protection device, a protective ring 19 can furthermore be arranged on the outer edge of the filter segments 12.