JP2006047373A

JP2006047373A - カラーホイール

Info

Publication number: JP2006047373A
Application number: JP2004224178A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Niwa; 真一丹羽; Toshiaki Asakawa; 寿昭浅川; Shigeyuki Adachi; 重之足立; Kuniyuki Takao; 邦之高尾
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: US6963457B1; JP4556167B2

Abstract

【課題】高精度のカラーホイールを低コストで提供する。
【解決手段】カラーホイール１０を構成する複数の扇形カラーフィルタセグメントのうちの１つのセグメント１２に、他の扇形カラーフィルタセグメント１４〜１８の被当接部である凹辺部１４ａ〜１８ａと直接的に当接する、凸辺部１２ａが形成されている。よって、扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８のみでカラーホイール１０の完成形状を、高精度に構成することが可能となる。また、カラーホイール１０の高速回転時の振動や騒音の発生を防ぐための、最終的なずれのアライメント工程を簡略化または不用とすることができ、カラーホイールの製造工数の増大を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、時分割型の分光装置のフィルタ素子として好適なカラーホイールに関するものである。

従来、投射型の画像表示装置における色合成の方式は、画素毎の光量を調節して画像を生成するライトバルブ素子を１つ使用し、画素ごとにＲ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光に分光する単板式、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用にライトバルブ素子を３つ使用して並列に生成したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を合成する３板式などの方式が一般的であった。近年、たとえば強誘電性液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイスなどの高速スイッチング可能なライトバルブ素子が実用化されるにつれて、１つのライトバルブ素子にＲ光、Ｇ光、Ｂ光を順次入射させ、そのライトバルブ素子を入射光の切り替えに同期させて駆動してＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を時系列的に生成し、それらを順次スクリーン等に投射する時分割型の単板方式が広く使用されるようになってきている。この場合、画像の色合成はいわゆる残像効果により観察者の視覚系において実行されるものである。この方式によれば、比較的単純な光学系を用いて装置の小型化、軽量化を達成できるため、投射型の画像表示装置を低コストで実現する上で好適な方式である。カラーホイールは、このような画像表示装置において、白色光源から出射する光を、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの波長帯域の光に順次分光する時分割型分光装置用のフィルタ素子として、好適に使用されるものである。

このようなカラーホイールを備えた時分割型の分光装置の例を図５に示す。図５において、分光装置２００はカラーホイール１５０と、ハブ１０５と、モータ１０６とを備えている。カラーホイール１５０は、たとえば光学ガラスなどの光透過性材料からなる円盤状の基板１０１上に、たとえばＲ光のみを透過させるフィルタ領域１０２、Ｇ光のみを透過させるフィルタ領域１０３、Ｂ光のみを透過させるフィルタ領域１０４が形成され、ハブ１０５を介してモータ１０６に固定されている。この分光装置２００は、モータ１０６の回転につれてカラーホイール１５０が高速回転し、カラーホイール１５０に入射する白色光Ｓの入射面に対するフィルタ領域がＲ透過フィルタ領域１０２、Ｇ透過フィルタ領域１０３、Ｂ透過フィルタ領域１０４と順次切り替ることによって、入射白色光ＳをそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次分光するものである。

ところで、カラーホイールの構造には、当初から一体のディスク上に、各色フィルタが形成された「モノリシックタイプ」と、別々に作成された複数の扇形カラーフィルタセグメントを同心円状に配列して、互いに固定することにより構成された「セグメントタイプ」とが存在している。

後者のセグメントタイプは、図６に例示するように、複数（図６では４つ）の独立した扇形カラーフィルタセグメント１１２、１１４、１１６、１１８を、支持体１２０およびカバー１２２を用いて固定することによって、カラーホイール１６０を構成したものである。
図６のカラーホイール１６０は、図７に分解断面図でも示すように、支持体１２０の小径円筒部１２０ａに対し、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８の内周辺１１２ａ〜１１８ａを当接させることによって、各扇形カラーフィルタセグメントの、（カラーホイールの）半径方向の位置決めを行い、かつ、支持体１２０の環状座部１２０ｂに対し、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８の内周辺寄りの側面を当接させることにより、各扇形カラーフィルタセグメントの厚み方向の位置合わせを行うものである。

さらに、支持体１２０の中心穴１２０ｃに対し、カバー１２２の小径部１２２ａを嵌合させ、カバー１２２の環状座部１２２ｂと支持体１２０の環状座部１２０ｂとで、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８の内周辺寄りの側面を挟持し、さらに、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８と支持体１２０とカバー１１２とを接着固定することにより、各扇形カラーフィルタセグメント１１２〜１１８は一体化される。そして、カバー１２２の中心穴１２２ｃを、図５に示すハブ１０５に挿通することにより、モータ１０６に固定される（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００４−１０１８２７号公報（〔００１０〕、図６）特開平１０−４８５４２号公報（〔請求項１〕、図２）

ところで、モノリシックタイプのカラーホイールは、当初から一体のディスクであることから、形状精度の確保が容易であり、回転時の振動、騒音の発生を抑えることができる点で優れるが、１枚のディスク上に各色フィルタを形成する工程が複雑で、製造コストの低減が困難であるといった欠点を有する。
一方、セグメントタイプは、コスト的にモノリシックタイプよりも有利であるが、各扇形カラーフィルタセグメントに高い位置合わせ精度が要求され、カラーホイールの高速回転時の振動や騒音の発生を防ぐために、最終的にずれのアライメント工程が必要となり、カラーホイールの製造工数を増大させる要因となっていた。また、各扇形カラーフィルタセグメントの高精度の位置決めには、支持体が必要不可欠であり、部品点数を増加させるとともに、各扇形カラーフィルタセグメントと支持体とが、全く異なる製造工程および加工装置を用いて製造されるものであることから、互いに組み合わされる時点での部品精度を確保するために、各々の加工装置に極めて高い加工精度が要求されるものであった。これらの要因が、セグメントタイプのカラーホイールの更なるコスト低減を阻害することとなっていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高精度のカラーホイールを低コストで提供することにある。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係るカラーホイールは、複数の扇形カラーフィルタセグメントを同心円状に配列して構成されたカラーホイールであって、前記複数の扇形カラーフィルタセグメントの少なくとも１つに、他の扇形カラーフィルタセグメントと直接的に当接する、凸辺部が形成されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、カラーホイールを構成する複数の扇形カラーフィルタセグメントの少なくとも１つに、他の扇形カラーフィルタセグメントと直接的に当接する、凸辺部が形成されることによって、各扇形カラーフィルタセグメントの位置決めを行うための位置決め基準を有する支持体を、必ずしも利用せずとも、カラーホイールの完成形状を構成することが可能となる。また、カラーホイールの形状を構成するための位置決め基準となる部品が、扇形カラーフィルタセグメントのみとなる結果、カラーホイールに必要な部品を供給するための加工機も、扇形カラーフィルタセグメントの加工機のみとなるので、他の加工機によって供給された部品と扇形カラーフィルタセグメントとを組み合わせる場合と比べ、扇形カラーフィルタセグメント用加工機の精度管理が容易となる。

また、本発明においては、扇形カラーフィルタセグメントに前記凸辺部を形成したことにより、各扇形カラーフィルタセグメント間に要求されるカラーホイールの半径方向および円周方向の位置精度を保証することができる。
すなわち、本発明によれば、扇形カラーフィルタセグメントの凸辺部を他の扇形カラーフィルタセグメントに対し直接的に当接させてカラーホイールを構成することから、各扇形カラーフィルタセグメントの形状自体によって、カラーホイールの形状精度が保証されることとなる。

また、本発明では、前記凸辺部はカラーホイールの中心部を占めると共に、カラーホイールの中心軸が通る位置に貫通穴が形成されていることとしてもよい。このように、貫通穴を形成することにより、カラーホイールと支持体との位置合わせや一体化が容易となる。

また、本発明においては、前記少なくとも１つの扇形カラーフィルタセグメントの凸辺部および該凸辺部が当接する他の扇形カラーフィルタセグメントの被当接部には、相補的な形状を有する凹凸部が形成されていることとしても良い。
本発明は、各扇形カラーフィルタセグメントの凸辺部および該凸辺部と当接する被当接部の形状の多様化を図りつつ、上記作用効果を得るものである。

また、前記凸辺部とこれに当接する被当接部の辺長が十分に得られる場合には、支持体を用いなくても、前記凸辺部とこれに当接する被当接部の辺分での接着固定により、各扇形カラーフィルタセグメントの一体化が可能となり、カラーホイールとして完成した状態で、モノリシックタイプのカラーホイールと同様の構造となることから、セグメントタイプのカラーホイールであるにもかかわらず、モノリシックタイプのカラーホイールと同様の取扱いが可能となる。
さらには、前記相補的な形状を有する凹凸部は、カラーホイールの半径方向に対するアンダーカット部が形成されていることとすれば、カラーホイールが高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメントに作用する遠心力に抗して、各各扇形カラーフィルタセグメントの抜け止めを確実にすることができる。

本発明はこのように構成したので、高精度のカラーホイールを低コストで提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、同一符号で示し、詳しい説明を省略する。

本発明の実施の形態に係るカラーホイール１０は、図１（ａ）に平面図を、図１（ｂ）に断面図を示すように、複数の扇形カラーフィルタセグメント１２、１４、１６、１８（以下、単に「セグメント」ともいう。）を同心円状に配列して互いに固定することにより構成された、セグメントタイプのカラーホイールである。そして、１つの扇形カラーフィルタセグメント１２には、セグメント１４〜１８に形成された凹辺部１４ａ、１６ａ、１８ａと直接的に当接する、凸辺部１２ａが形成されている。
さらに具体的には、セグメント１２の凸辺部１２ａは、セグメント１２と一体に形成されており、なおかつ、各扇形カラーフィルタセグメント１４〜１８と共にカラーホイール１０を構成した状態で、カラーホイール１０の中心部を占めると共に、カラーホイール１０の中心軸が通る位置に貫通穴２０が形成されている。

そして、セグメント１２の凸辺部１２ａと、セグメント１４の凹辺部１４ａとが当接することで、セグメント１２、１４間における、カラーホイール１０の半径方向の位置決めがなされる。また、セグメント１２の直線状側辺部１２ｂと、セグメント１４の直線状側辺部１４ｃとが当接することで、セグメント１２、１４間における、カラーホイール１０の円周方向の位置決めがなされる。
同様にして、セグメント１２の凸辺部１２ａと、セグメント１８の凹辺部１８ａとが当接することで、セグメント１２、１８間における、カラーホイール１０の半径方向の位置決めがなされる。また、セグメント１２の直線状側辺部１２ｃと、セグメント１８の直線状側辺部１８ｂとが当接することで、セグメント１２、１８間における、カラーホイール１０の円周方向の位置決めがなされる。

さらには、セグメント１２の凸辺部１２ａと、セグメント１６の凹辺部１６ａとが当接することで、セグメント１２、１６間における、カラーホイール１０の半径方向の位置決めがなされる。また、セグメント１６の直線状側辺部１６ｃとセグメント１４の直線状側辺部１４ｂ、および、セグメント１６の直線状側辺部１６ｂとセグメント１８の直線状側辺部１８ｃとが当接することで、セグメント１４、１６、１８間における、カラーホイール１０の円周方向の位置決めがなされる。このように、凸辺部１２ａが形成された扇形カラーフィルタセグメント１２は、各扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８間に要求されるカラーホイール１０の半径方向および円周方向の位置精度を保証する形状を有するものである。

なお、カラーホイール１０の製造手順は、カラーホイールを構成する扇状カラーフィルタセグメントの各々１２〜１８を、スクライバー等の曲線加工機を用いて、ガラス基板から切出し、各ガラス基板に蒸着等の真空製膜技術を用いてダイクロイックフィルタを成形した後、扇形カラーフィルタセグメント１２の凸辺部１２ａと、その他の扇形カラーフィルタセグメント１４〜１８の凹辺部１４ａ〜１４ｃとを直接的に当接させ、かつ、支持体２２を用いる場合には、支持体２２の平滑面に各扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８を接着するものである。このとき、セグメント１２の凸辺部１２ａに形成された貫通穴２０は、支持体２２の突起２４に嵌合させるが、支持体２２は、あくまでも各扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８を結合する機能を有するのみであり、支持体２２がカラーホイール１０を構成する各扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８同士の位置決めに寄与するものではない。
なお、各扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８を作製する工程は前述の工程に限定されるものではなく、例えば、加工を施していない平板状のガラス基板全面にダイクロイックフィルタを成形した後に、スクライバー等の曲面加工機を用いて所定形状に切り出す工程とした場合であっても、カラーホイール１０の形状精度が保証されることとなる。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。まず、本発明の実施の形態によれば、カラーホイール１０を構成する複数の扇形カラーフィルタセグメントのうちの１つのセグメント１２に、他の扇形カラーフィルタセグメント１４〜１８の被当接部である凹辺部１４ａ〜１８ａと直接的に当接する、凸辺部１２ａが形成されることによって、扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８のみでカラーホイール１０の完成形状を、高精度に構成することが可能となる。したがって、カラーホイール１０の高速回転時の振動や騒音の発生を防ぐための、最終的なずれのアライメント工程を簡略化または不用とすることができ、カラーホイールの製造工数の増大を防ぐことができる。
また、カラーホイール１０の形状を構成するための位置決め基準となる部品が、扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８のみとなる結果、カラーホイール１０に必要な部品を供給するための加工機も、扇形カラーフィルタセグメントの加工機のみとなり、他の加工機によって供給された部品（例えば、図６、図７の支持体１２０）と、扇形カラーフィルタセグメントとを組み合わせる場合と比べ、扇形カラーフィルタセグメント用加工機の精度管理が容易となるという効果も得られる。

また、前述のごとく、凸辺部１２ａが形成されたセグメント１２は、各扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８間に要求される、カラーホイール１０の半径方向および円周方向の位置精度を保証し得る形状を有することから、セグメント１２の凸辺部１２ａとセグメント１４〜１８の凹辺部１４ａ〜１８ａとを直接的に当接させてカラーホイール１０を構成する際に、各扇形カラーフィルタセグメント１２〜１８の形状自体によって、カラーホイール１０の形状精度が保証されることとなる。

しかも、セグメント１２の凸辺部１２ａは、カラーホイール１０の中心部を占めると共に、カラーホイール１０の中心軸が通る位置に貫通穴２０が形成されていることから、中心部に円柱状の凸部が形成された支持体との位置合わせや一体化が容易となる。

さて、図２〜図４には、本発明の実施の形態に係るカラーホイールの応用例を示している。まず、図２に示すカラーホイール３０は、３つの扇形カラーフィルタセグメント３２、３４、３６で構成されるものであり、セグメント３２に形成された凸辺部３２を、セグメント３４、３６の凹辺部３４ａ、３６ａに直接的に当接させて、カラーホイール３０を構成したものである。
この例からも明らかなように、本発明の実施の形態は、カラーホイールを構成する扇形カラーフィルタセグメントの数に制限を受けるものではない。また、各扇形カラーフィルタセグメントの面積が異なるような場合であっても、適用可能であり、各セグメントの波長帯域に関しても、白色帯（全透過）を含めて任意に選択することができる。その他、図１の例と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。

次に、図３に示すカラーホイール４０は、図１に例示したカラーホイール１０と同様に、４つの扇形カラーフィルタセグメント４２、４４、４６、４８によって構成され、１つのセグメント４２には、セグメント４４〜４８に形成された凹辺部４４ａ、４６ａ、４８ａと直接的に当接する、凸辺部４２ａが形成されている。さらに、図１に例示したカラーホイール１０との相違点として、凸辺部４２ａおよび凹辺部４４ａ〜４８ａには、さらに、相補的な形状を有する凹凸部４２ｄ、４４ｄ、４６ｄ、４８ｄが形成されている。
この例からも明らかなように、凸辺部４２ａおよび凹辺部４４ａ〜４８ａは、単純な曲線形状のみならず、直線形状や、直線形状および曲線形状を複雑に組み合わせた形状とすることも可能である。また、扇形カラーフィルタセグメントの凸辺部と当接する他の扇形カラーフィルタセグメントの被当接部が、必ずしも凹辺部である必要もなく、各扇形カラーフィルタセグメントの凸辺部および凹辺部の形状の多様化を図りつつ、上記作用効果を得るものである。しかも、図３の例では、相補的な形状を有する凹凸部４２ｄ、４４ｄ、４６ｄ、４８ｄは、カラーホイール４０の半径方向に対するアンダーカット部が形成される形状を有していることから、カラーホイール４０が高速回転する際に、各扇形カラーフィルタセグメント４２〜４８に作用する遠心力に抗して、各セグメントの抜け止めを確実にすることができるといった効果を奏するものである。

また、本発明に係るカラーホイールの場合には、接着剤を用いた各セグメントの一体化を、支持体２２（図１）と接合する方法により行うとともに、前記凸辺部とこれに当接する被当接部の辺分においてセグメント同士を接合することによって、互いの接着をより強固に補強するものである。この場合には、前記凸辺部とこれに当接する各セグメントの被当接部の辺長を長くするほど接着面積が広くなり、接着の信頼性が向上することになることから、本実施態様の場合にはその点でも有利である。しかも、本実施態様のごとく、凸辺部４２ａと、これに当接する被当接部である凹辺部４４ａ〜４８ａとにおけるセグメント４２〜４８同士の接合のみで、十分な接着強度が得られる場合には、従来のセグメントタイプのカラーホイールにおいて、セグメント同士の位置決めに必要不可欠であった支持体を不用とし、カラーホイール１０として完成した状態で、モノリシックタイプのカラーホイールと同様の構造（支持体を持たない構造）とすることも可能となり、モノリシックタイプのカラーホイールと同様の手段により、カラーホイールモータと結合することができる。
すなわち、カラーホイール１０は、セグメントタイプのカラーホイールであるにもかかわらず、モノリシックタイプのカラーホイールと同様の取扱いが可能となり、部品の共通化が図られる結果、カラーホイール１０を用いた分光装置全体としてのコストダウンにも貢献することが可能となる。
その他、図１の例と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。

さらに、図４に示すカラーホイール５０は、図１に例示したカラーホイール１０と同様に、４つの扇形カラーフィルタセグメント５２、５４、５６、５８によって構成されている。しかしながら、１つのセグメント５２には、セグメント５４、５８に形成された凹辺部５４ａ、５８ａと直接的に当接する、凸辺部５２ａが形成されているのみならず、凸辺部５２ａにさらに凹辺部５２ｅを形成し、セグメント５６には、セグメント５２の凹辺部５２ｅと直接的に当接する、凸辺部５６ａを形成したものである。すなわち、図４に示すカラーホイール５０は、２つのセグメント５２、５６に凸辺部５２ａ、５６ａを形成したものである。なお、図４の例では、貫通穴２０は、セグメント５６の凸辺部５６ａに形成されている。その他、図１の例と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。

さらに、図示は省略するが、カラーホイールを構成する各扇形カラーフィルタセグメントの接着強度が十分に保証されるものであれば、各セグメントの凸辺部および凹辺部の全部を密着させる必要もない。
以上のごとく、本発明の実施の形態では、カラーホイールを構成する各扇形カラーフィルタセグメントの凸辺部および凹辺部の形状を自由に設定して、高精度のカラーホイールを低コストで提供することを可能としたものである。

本発明の実施の形態に係るカラーホイールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１に示すカラーホイールの応用例を示す平面図である。図１に示すカラーホイールの別の応用例を示す平面図である。図１に示すカラーホイールのさらに別の応用例を示す平面図である。カラーホイールを使用した従来の分光装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。従来のセグメントタイプのカラーホイールを示す平面図である。図６に示すカラーホイールの分解断面図である。

符号の説明

１０：カラーホイール、１２、１４、１６、１８：扇形カラーフィルタセグメント、１２ａ：凸辺部、１４ａ、１６ａ、１８ａ：凹辺部、１４ｂ、１４ｃ、１６ｂ、１６ｃ、１８ｂ、１８ｃ：直線状側辺部、２０：貫通穴、２２：支持体

Claims

複数の扇形カラーフィルタセグメントを同心円状に配列して構成されたカラーホイールであって、
前記複数の扇形カラーフィルタセグメントの少なくとも１つに、他の扇形カラーフィルタセグメントと直接的に当接する、凸辺部が形成されていることを特徴とするカラーホイール。
前記凸辺部が形成された扇形カラーフィルタセグメントは、各扇形カラーフィルタセグメント間に要求されるカラーホイールの半径方向および円周方向の位置精度を保証し得る形状を有することを特徴とする請求項１記載のカラーホイール。
前記凸辺部はカラーホイールの中心部を占めると共に、カラーホイールの中心軸が通る位置に貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のカラーホイール。
前記少なくとも１つの扇形カラーフィルタセグメントの凸辺部および該凸辺部が当接する他の扇形カラーフィルタセグメントの被当接部には、相補的な形状を有する凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のカラーホイール。
前記相補的な形状を有する凹凸部は、カラーホイールの半径方向に対するアンダーカット部が形成されていることを特徴とする請求項４記載のカラーホイール。