JP2007519039A - カラーホイールセグメントを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

板状基板から、たとえばカラーホイール用の円環セグメントを製造する方法が開示される。前記方法は以下のステップ、とりわけ、目標破断端縁を爾後に切り離されるべき円環セグメントが列柱を形成するように配置して、１列柱内の円環セグメントは互いに１円環セグメントの内側円弧端縁が他の円環セグメントの外側円弧端縁と少なくともいくつかの箇所で接触して共通の目標破断端縁の一部を形成するように配置されると共に隣接する列柱の円環セグメントの湾曲方向は交互に反対向きに配向されるステップを含んでいる。別のステップで、円環セグメントは該目標破断端縁に沿って切り離される。

Description

本発明は投影装置用のカラーホイールならびに該カラーホイールの製造方法に関する。

本発明は投影機における連続的なカラー画像生成に使用される類のカラーホイールに関する。この種のカラーホイールは円板形ガラス基板上にコーティングおよびパターン形成を行うことによって製造することができる。ただし、特にパターン形成プロセスは高価である。したがって実際にはほとんどの場合に円環セグメントからカラーホイールが合成される。その製造には、典型的には、二色板から成る円環セグメントが個品化され、回転用のディスク上に、円環セグメントの外側領域がディスク端縁を越えて突き出して、円環セグメントの外側周縁が円環を形成するようにして固定される。使用にあたり、このようにして得られたカラーホイールは照明光線の光路に置かれ、該光線はその時々に光路に位置する円環セグメントの光学的特性に応じ、たとえば波長に応じて、透過および／または反射させられる。該ホイールが回転させられると、こうして連続的な色配列が実現される。

本発明はさらに、カラーホイールに必要とされる円環セグメントの製造方法に関する。本発明の説明をいっそうよく理解し得るようにするため、先ず、円環セグメントに関するいくつかの幾何的形状寸法が定義され、命名される。これについては図１を参照されたい。標準的な円環セグメント３（ＫＲＴ）は、外側円弧端縁５、内側円弧端縁７ならびに、中心角φを形成しかつ外側および内側の円弧端縁５，７に対して垂直に延びる２本の半径方向端縁９，９’によって囲まれている。本発明の目的からして、外側円弧端縁５は１中央部分円弧１１と２側方部分円弧１３，１３’とに区分され、しかも、中央部分円弧１１の弦長が内側円弧端縁７の弦長と同長であり、さらに、双方の側方部分円弧１３，１３’が同長であるようにして区分される。

二次元の面を同種の円環セグメントで完全に隙間なく覆うことは一般に不可能である。これは板状材料から成る円環セグメントを個品化する際に必然的に材料が利用され得ず、つまり損失面積が生じ、したがって材料利用率は１００％を下回ることを意味している。板状材料は通例、高価な方法で前処理されている。たとえば、カラーホイール用のこの種の板は先ず真空蒸着法によってコーティングされる。したがって、材料利用率はできるだけ高く維持される必要がある。円環セグメントの個品化に際し材料利用率をいっそう低下させる１要因は、板状材料を円環セグメントに個品化する方法に応じ、端縁を正確かつ再現性あるものとするために、個々の円環セグメントは多少とも離間されていなければならないという事実である。ガラス板から成る基板を個品化するための広く普及した方法は、Ｍｅｔｈｏｄｅ ｄｅｓ Ｒｉｔｚｅｎｓ ｕｎｄ Ｂｒｅｃｈｅｎｓ［掻刻破断法］（Ｒ＆Ｂ−Ｍｅｔｈｏｄｅ［Ｒ＆Ｂ法］）である。この場合、先ず、板状材料の表面に目標破断端縁に沿って掻刻が行われ、続いて、ガラスが破断される。破断に必要な力を加工物に加えて、破断が実際に目標破断端縁に沿って行われるようにするには、掻刻線に沿って両側に十分な材料が存在していなければならない。この意味での十分な材料とは、破断さるべきガラスの厚さの少なくとも３倍を意味している。したがって、これは、ガラスの厚さが１ｍｍであれば、これらの円環セグメントは―それらが共通の破断端縁を共有していないかぎり―それぞれ隣接する円環セグメントとの間に全周にわたって少なくとも３ｍｍの間隔を保持していなければならないことを意味することになろう。

そこで利用率を高めるために、個品化によって切り離されることとなるセグメントを、該セグメントがそれから切り取られることとなる板状材料上に、できるだけ多くの共通破断端縁が生ずるようにして配置することが試みられる。これは無論、得られるべき個品化
セグメントの所期の幾何的形状寸法に非常に大きく左右されることはいうまでもない。同一の円環セグメントについては、先ず、第１の円環セグメントの１半径方向端縁をさらに別の円環セグメントの１半径方向端縁に接して配置する方法があるだけである。円環セグメントの湾曲方向が互いに反対向きに配向される場合には、円環セグメントがほぼ完全に閉じたものではなくかつまた板の大きさがそれを可能とするかぎり、それぞれ空いている半径方向端縁に隣接してさらに別の円環セグメントを配置することができる。こうして、円環セグメントは蛇行線の形の帯を形成することになる。したがって以下において、この方法はＳｃｈｌａｎｇｅｎ−Ｍｅｔｈｏｄｅ［蛇行法］と称される。

共通の切断端縁を得ると共に利用率の向上を達成するための別の１方法は、改良された円環セグメントの使用が可能とされる場合に実現可能である。これはたとえば、典型的には、円環セグメントの内側領域が単に機械的固定のために使用されるだけの上述したカラーホイールの場合がそうであり、この場合、内側円弧端縁の形状は大幅に変更することができる。

好適に改良された円環セグメントは、外側円弧端縁の曲率に適合された曲率を有する内側端縁を有している。この場合には、円環セグメントは１円環セグメントの内側円弧端縁７が外側円弧端縁５の中央部分円弧１１と共に１本の共通の破断端縁を形成するようにして配置することが可能である。こうすることにより、円環セグメントはそれらが互いに上下に重畳して配置された列柱を形成することになる。したがって以下において、この方法はＫｏｌｏｎｎｅｎ−Ｍｅｔｈｏｄｅ［列柱法］と称される。

列柱法、つまり、内側円弧端縁の適合化によっては、全周のうちの小さな一部が材料損失を回避するための１本の共通の目標破断端縁の一部を成すにすぎない。全周の残りの部分については、引き続き、合理的な破断を可能とするために、破断端縁に対して少なくとも３倍の間隔が付加されなければならない。個品化に使用される板状材料はほとんどの場合、個品化の前に高価なコーティング法で前処理されていることから、こうした材料損失は依然として製造コストに大きな影響を及ぼすことになる。

本発明の目的は、従来の技術の短所を克服する解決方法を提供することである。
純然たる蛇行線法と列柱法との組合わせはうまくいかない。蛇行法から出発して蛇行帯を互いに密接させようと試みる当業者は、湾曲方向が正反対の円環セグメントの外側端縁同士の一部区間が互いに当接してしまい、したがってこれらは―円環セグメントの内側端縁の形状形成が比較的自由な場合でも―共通の破断端縁を形成することができない点で失敗することになろう。

列柱法から出発し、蛇行法に従って１列柱の半径方向破断端縁を別の列柱の半径方向破断端縁に密接させようと試みる当業者は、円環セグメント同士が重なり合ってしまう点で失敗することになろう。

前記課題は本発明により、蛇行法と列柱法とをそれらの組合わせが可能なように改良することによって解決される。列柱法に基づく配置から出発して、先ず、隣接する列柱同士の円環セグメントの湾曲方向が交互に逆転される。これによってすでに、列柱同士を、個品化に必要な間隔の考慮下で、もともとの列柱法の場合より互いにもっと近づけることができる。この場合、列柱同士は軽度に噛み合っている。さらに次のステップで、列柱同士はより深く噛み合うようにそれぞれずらされる。これは隣接する列柱同士の半径方向破断端縁の一部が共通の破断端縁を形成するかぎりでのみ行なわれなければならない。この場
合、列柱同士は互いに密接して噛み合っていることになる。その際、他の円環セグメントとの間で共通の破断端縁を形成しない半径方向破断端縁部分と外側円弧破断端縁部分とはそれぞれ他の３円環セグメントと連携して、結果する利用不能な損失面積を取り囲んでいる。できるだけ高い材料利用率を達成するため、この面積は最小化されなければならないが、ただし、その際、方法上の要件が遵守されなければならず、かつまたそれを遵守することが可能である。たとえば、Ｒ＆Ｂ法については、板の厚さの少なくとも３倍の間隔が遵守されなければならない。

本発明の特に有利な実施例は、使用上からして円環セグメントの外側円弧端縁を改良することが許容される場合に実現可能である。この場合には、列柱同士を非常に密に噛み合わせて、もっぱら共通の破断端縁のみが生ずるように改良された円環セグメントを板状材料上に配置し、こうして、取り除かれるべき損失面積がまったく生じないようにすることが可能である。

以下、図面を参照しかつ異なった実施形態に基づいて、本発明を例示的に説明する。
したがって、半径方向破断端縁の部分的な隣接配置のみを実施する本発明による対策がとられる場合にだけ、蛇行法と列柱法とを組合わせることが可能である。これには基本的に２つの可能性がある。ｉ）個品化方法（たとえばＲ＆Ｂ法）を適用するのにちょうど十分な大きさの損失面積が意図的に生ずるようにしてのみ半径方向破断端縁の隣接配置を実施すること。ｉｉ）改良された外側円弧端縁を有する円環セグメントを使用すること。

ｉ）に関して：損失面積の最小化例
例として、厚さ１ｍｍの板状材料から円環セグメントが得られることとする。例中において、板状材料はカラーフィルタがコートされたカラーホイール用ガラス板である。得られるべき円環セグメントは曲率半径４０ｍｍの外側円弧端縁を有する。中心角は９０°である。半径方向端縁はそれぞれ２２ｍｍの長さを有する。カラーホイールに使用することからして、内側円弧端縁の曲率は外側円弧端縁の曲率に適合されていてよい。

本発明により、ガラス板上に列柱法によって円環セグメントが密に配置され、その際、隣接する２本の列柱の円環セグメントの湾曲方向は互いに反対方向に向けられる。隣接する２本の列柱の円環セグメントの半径方向端縁は、２２ｍｍの全長のうち１５．５ｍｍだけが実際に接しているようにして、隣接配置される。半径方向端縁の残りの６．５ｍｍは隣接する他の円環セグメントには接していない。図４はこうした配置の結果を図示したものである。ガラス板から、先ず、改良された蛇行帯が切り取られる。図５はいくつかの段によって、個品化の異なったステップを示している。一番下の段は下側領域に目標破断端縁が破線で示唆されたガラス板を表している。その上方には目標破断端縁に沿ってすでに破断された蛇行帯が表されている。さらにその上方の段では再びさらに別の個品化ステップが実施され、まだ損失面積が付随している１円環セグメントが示されている。これと同一の段のその他の円環セグメントの破断端縁は破線で表されている。さらにその上の段には、完全に個品化された円環セグメントと、それから切り離された損失面積が表されている。この損失面積は中央で絞られており、最も狭い箇所で３ｍｍ以上の幅を有すると共にその他の箇所は板の厚さの４倍以上である。したがって、これはＲ＆Ｂ法で容易かつ確実に円環セグメントから切り離すことが可能であった。

ｉｉ）改良された円環セグメント
カラーホイールの光学的使用にとって外側周縁の幾何的形状寸法は最終的にそれほど重要ではないとの知見は製造に有利に利用することができる。図６ａは改良された外側円弧端縁を有する円環セグメントを示している。破線で表された部分はもともとの円環セグメントに一致している。実線で囲まれた面積はもともとの円環セグメントに比して付加され
た要素部分である。図６ｂはこの種の改良された円環セグメントから合成されたホイールを示したものである。図６ｃには１枚のガラス板につき、個品化の各ステップが異なった段によって表されている。先ず、ガラス板から蛇行帯が破断される。一番下の段には、まだ破断されていない状態が破線によって表されている。その上の段には、破断によって取り出された蛇行帯が表されている。最上段には、半径方向端縁に沿った破断端縁が表されている。同段において、１円環セグメントにつき破断は完全に実施され、他方、その他の円環セグメントについては破線によって目標破断端縁が表されているだけである。この場合、損失面積はいっさい生じない。さらに、破断端縁の幾何的形状には角［かど］がないためにＲ＆Ｂ法にとって非常に有利であり、これは利用率に直接反映される。

図６ａから、この製造方法によれば半径方向端縁は延長部を含むことが明瞭に看取される。これは単に同一の面形状を有する円環セグメントからカラーホイールが合成される場合にはなんら問題ではない。ただし一般には中心角の異なる円環セグメントが組み合わされるのが通例である。たとえば投影用のカラーホイールは典型的には、色の重み付けに応じて中心角の相違する、赤、青、緑および完全に透明の円環セグメントを同時に含んでいる。こうした場合には、本発明による円環セグメントの改良により、長さの異なる半径方向端縁延長部が生ずる。つまり、これらの延長部は隣接する円環セグメントに比較して場合により激しく外側へ突き出しまたは引っ込んでいる。この種の張出しによりカラーホイールは機械荷重に対して敏感になる。

これを回避するため、本発明のさらに別の実施形態において、円環セグメントの半径方向端縁はそのままとされ、外側円弧部分の湾曲だけが改良される。図７ａはこの種の改良された円環セグメントを示したものであり、ここでは一例として、この種の円環セグメントからカラーホイールが合成される場合に内側円弧端縁は図７ｂに示したように実際になお１つの円を形成するように構成した１変法が選択されている。図７ｃは異なった段によって個品化の各ステップを示している。

図７に示した実施形態によるカラーホイールについては、もともとのカラーホイールの幾何的形状寸法とは大幅に相違しているとの印象が生ずる。ただし、これは単に一例として理解されるべきであり、図６と図７に示した実施形態を組合わせて、すべての円環セグメントの半径方向端縁の長さを同一にし、もともとのホイールジオメトリから大幅に異なることがないようにすることができる旨指摘しておくこととする。こうした例は図８に表されている。図８ａは適正に改良された円環セグメントを示しており、同図において、もともとの円環セグメントに比較して付加さるべき面は実線で囲んで表されている。図８ｂにはこの種の円環セグメントから合成されたカラーホイールが表されており、図８ｃには個品化の各ステップが異なった段によって示されている。

以上に述べた破断端縁はすべて多かれ少なかれ湾曲した幾何的形状を含んでいる。ただし、少なからぬ個品化方法において、この種の湾曲した端縁を実現するのはかなり困難である。特に個品化方法を自動化しようとする場合には、とりわけ円弧形状から偏倚した破断端縁を実現することは大きな技術的難点となることがある。本発明による円環セグメントの改良により、使用上からしてそれが許されれば、もっぱら線分区間から成る破断端縁を実現することが可能である。図９はこの種の実施形態を示したものである。図９ａは改良された１円環セグメントを示し、図９ｂはこの種の円環セグメントから合成されたホイールを示し、図９ｃは異なった段によって個品化の各ステップを示している。

それにもかかわらず少なからぬ使用ケースにおいて、ホイールの外側形状は、たとえ光学的な役割ではないにしても、一定の役割を果たす。たとえばカラーホイールは使用に当たって８０Ｈｚ以上、典型的には約１２０Ｈｚで回転する。円形から偏倚していれば空気振動を生じ、これが場合により騒音を生ずると予測される。これに対処するため、ホイー
ルを円形の外側フレームに嵌め込むことが可能であり、該フレームは、加えてさらに、円環セグメントを遠心力に抗して安定化させる補助的役割の実現に適している。

円環セグメントを示す図である。 １板状材料上への蛇行法による円環セグメントの配置を示す図である。 １板状材料上への列柱法による円環セグメントの配置を示す図である。 １板状材料上への本発明の第１の実施形態による円環セグメントの配置を示す図である。 １枚の板につき破断端縁が延びる様態を例示した図である。 損失面積がまったく生じないように外側破断端縁が改良された１実施例による円環セグメントの配置を示す図である。 半径方向端縁の長さがもともとの円環セグメントの半径方向端縁の長さと一致している、本発明によるさらに別の実施例を示す図である。 さらに別の実施例を示す図である。 破断端縁がもっぱら線分区間から成る実施例を示す図である。

Claims (9)

1. 板状基板から円環セグメント（３）を製造するにあたり、以下のステップつまり
   ―予定された目標破断端縁を爾後に個品化さるべき円環セグメントが列柱を形成するようにして配置するステップ（ここで、円環セグメントは１列柱内で、１円環セグメントの内側円弧端縁（７）が他の円環セグメントの外側円弧端縁（５）とそれぞれ少なくとも点状に接触して共通の目標破断端縁の一部を形成するように配置され、かつ、隣接する列柱の円環セグメントの湾曲方向は交互に反対向きに配向される）と
   ―該目標破断端縁に沿って円環セグメントを個品化するステップと
   から成る方法。
2. 請求項１において、
   隣接する列柱の半径方向破断端縁の一部は共通の破断端縁を形成することを特徴とする方法。
3. 請求項１において、
   １円環セグメントの内側円弧端縁（７）の目標破断端縁の全体は隣接する１円環セグメントの外側円弧端縁（５）の目標破断端縁の一部を成していることを特徴とする方法。
4. 請求項１において、
   １円環セグメントの内側円弧端縁（７）は隣接する１列柱の１円環セグメントの外側円弧端縁（５）と単純に繋がった１連続線を形成することを特徴とする方法。
5. 請求項４において、
   １円環セグメントの半径方向端縁（９，９’）は中心角φを形成し、外側円弧端縁の曲率は該中心角が変化しても該半径方向端縁の長さが基本的に不変であるように改良されることを特徴とする方法。
6. 請求項１において、
   外側円弧端縁の形状と、場合により、内側円弧端縁の形状も、個品化さるべき改良された円環セグメントの複数の列柱が共同して１平面を隙間なく覆うことができるように改良されることを特徴とする方法。
7. 請求項１において、
   円環セグメントの内側円弧端縁（７）と外側円弧端縁（５）とは直線状の部分区間を有することを特徴とする方法。
8. 円環セグメントが半径方向端縁に沿ってつなぎ合わされて１フラットカラーホイールが合成される、請求項１に記載の方法によって製造された円環セグメントからカラーホイールを製造するための方法。
9. 請求項８において、
   円環セグメントが１フレームに嵌め込まれることを特徴とする方法。

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