JP2010511895A - カラーホイール - Google Patents

Abstract

この発明は、バランシングを行なうのを容易にすることが可能なカラーホイールに関する。当該カラーホイールは、モータとキャリアを有するカラーロータとを備える。フィルタセグメントがキャリアに搭載される。さらに、カラーロータはロータの回転軸に対して垂直な表面を有する本体を備える。この表面は、バランシング質量で充填され得る穴の二次元マトリックスを備える。カラーロータをバランシングするよう、それは回転される。回転の間、アンバランスさが検出される。さらに、バランシング質量を配置する位置が検出される。この場所において、たとえば接着剤のようなバランシング質量がそれぞれの穴の中に充填される。

Description

発明の背景
発明の分野
この発明は、カラーシーケンシャルイルミネーションを生成するようプロジェクタのために用いられるカラーホイールに関する。この発明は、このようなカラーホイールを用いるプロジェクタにも関する。

関連技術の説明
上述したタイプの装置は、周期的な色変化が立て続けに作り出される必要がある用途において用いられる。このような装置を用いる光学システムの例には、画像生成装置または表示構成がある。テレビジョンシステムのための背面または正面投射システムが典型的な適用例である。

必要とされる高速の色変化を作り出すために、立て続けに光のビームの光学光路の中にカラーフィルタが挿入される。この目的のために、周辺に円形に配されたフィルタセグメントを備えるキャリアが用いられる。この構成は、当該キャリアの上を半径方向に延在するセグメントの部分を有するカラーロータを形成し、これにより光学路の中に挿入されるカラーリングを形成する。このカラーロータはその中心軸の周りを回転する。カラーロータの回転を通じて、フィルタセグメントは当該光学路の中に交互に挿入され、そこから取除かれる。これにより、所望の高速の色変化が作り出される。この回転を実現するために、カラーロータはモータに固定される。カラーロータとモータとがカラーホイールを形成する。

画像生成装置は高画質を作り出すことができなければならないので、色変化は非常に高速に実行されなければならない。これは、フィルタセグメントを非常に速いスピードで光ビームの光学路を通って移動させなければならないということを意味する。したがって、カラーロータの高速回転は必須である。その結果、重力による加速度ｇよりも数百倍大きい加速度による大きな力がカラーロータ、特に損傷を受けやすいフィルタセグメントに作用する。特に高画質の場合、加速度は１０００ｇを上回り得る。このような画像生成装置はさらに、強力な光源によってのみ達成し得る非常に高輝度の要件を満足しなければならない。これらの強力な光源により、当該装置はそれに応じて１００℃までの高温度に晒されることになる。

さらに、装置の半径方向の同心度は、装置の寿命が長くなるよう非常に正確でなければならない。したがって、このようなカラーホイールをバランシングする際には、特別な注意がなされなければならない。

しかしながら、高品質要件にも拘らず非常に低コストでカラーホイールを作り出すことができて初めて、いわゆる低コストの表示適用例における幅広いスケールでの使用が実行可能になる。したがって、複雑かつ高価なバランシング方法は適用され得ない。

当該技術において公知であるバランシング方法には異なるスキームが存在する。すなわち、静的および動的バランシング、単一および２つの面でのバランシングである。

古典的な静的な方策では、カラーホイールのロータを回転させ、アンバランスさが計測される。アンバランスさは、ロータの質量中心が回転軸と一致しない場合に常に存在する
。これは、回転軸から離れた何らかの点にてロータから質量を取り除くか（負のバランシング）、または何らかの点にてロータに質量を加える（正のバランシング）のいずれかにより補正され得る。

負のバランシングを行なうには、典型的には、キャリアに対して穴をドリルで開ける。モータにカラーロータが接続されたままでこれがなされると、ベアリングが、質量の除去の間に経験する力によって悪化する可能性が高い。穴をドリルで開ける前に、モータからロータを取外すことも考えられ得る。残念ながら、これは非常に時間を浪費することであり、したがってこのバランシング方法を高価なものにしてしまう。これは特に、バランシングが反復的に行なわれる必要がある場合（回転−第１の補正−回転−第２の補正…）に当てはまる。

正のバランシングを行なうよう、付加的なバランシング重量がロータに装着される。カラーホイールの場合、これは典型的には、キャリアに多くの接着剤を貼り付けることによりなされる。接着剤の重量が十分でない場合、この接着剤は鋼の片のようなより密度の高い他の材料をキャリアに貼り付けるよう用いられる。このようなステップによりバランシング手順を行なうことは、高程度の正確さおよび経験が必要とされる。なぜならば、接着剤は流れ出て、行くべきではないロータの部分へと流れ込む傾向があるからである。したがって、キャリアは場合によっては、接着剤を受入れるよう円形の溝を備える。しかしながら、これはバランシング質量を位置決めするための自由度を制限する。さらに、ロータが再び回転に戻り得る前に接着剤の硬化が起こる。これにより、当該方法は、たとえばバランシングが、負のバランシングについて説明したように反復して行なわれる必要がある場合には非常に高価になる。

当該技術において公知である動的バランシング方法によると、キャリアまたはロータの別の部分は、バランシング質量を受入れる準備のあるリング形状の容量を有する容器を備える。ロータを回転する前に、接着剤と必要ならばたとえばいくつかの金属ビーズとが容器の中に挿入される。接着剤の量は、当該容器を完全にはいっぱいにしないように十分小さいまま保たれる。このようなアセンブリを回転すると、存在するならばビーズとともに接着剤が自動的に正しい軸位置まで流れ、アンバランスさを最小限にする。接着剤は次いで硬化される必要がある。接着剤が、回転の後ならびに接着剤を硬化する前および／または硬化中に同じ位置にあるように注意が払われなければならない。ここで、これはさらに、半径方向の位置が容器によって事前に決定されているので、バランシング質量の位置について自由度が１つ小さくなるということである。

ここまで記載してきたバランシング方法は、単一面でのバランシングのみ言及した。これは特に、ロータが薄いプレートに良好に接近され得る場合および回転スピードが穏やかである場合には、しばしば十分である。しかしながら、カラーホイールに備えられるカラーロータの場合、回転スピードはしばしば７０００ｒｐｍから１５０００ｒｐｍまでの範囲になる。この場合、単一面でのバランシングではもはや十分でなくなる場合があり、回転軸に対して垂直である少なくとも２つの良好に分離された面についてバランシングが行なわれなければならない。

ここで、負のバランシング、正のバランシング、または動的なバランシングといった異なるスキームも適用され得るが、それぞれの方法にはすべて利点および不利点がある。

この発明の目的は、単純化されたバランシング手順を可能にするカラーホイールを提供することである。この方法は、当該分野で既に公知である方法の不利点を少なくとも部分
的に乗り越えるはずである。

発明の概要
この目的は、カラーロータに取付けられるドットマスクを有する本体を備えるカラーホイールを提供することで満足され得る。このようなドットマスクは、本体の表面にある。ドットマスクを形成するために、当該表面は、バランシング質量を受入れる準備ができている複数の分離されたウェルを備えるよう構成される。本体は、これらのウェルを有する表面が回転軸に垂直な面にあるような態様でカラーロータに取付けられる。このようなドットマスクを備えるカラーホイールにより、静的な正のバランシングが非常に効率的な態様で行なわれ得る。すなわち、カラーロータが回転され、アンバランスさが以前のように計測される。ロータのどこにどれだけの質量が加えられなければならないかが明らかになるとすぐに、対応するウェルはしたがって接着剤のような材料で、必要ならば他の材料を加えて、充填され得る。ドットマスクは、異なるサイズを有するウェルを備えてもよい。これにより、大きいサイズのウェルの１つまたはいくつかを充填または部分的に充填することにより大雑把なバランシングを行い、次いで小さいサイズのウェルの１つまたはいくつかを充填または部分的に充填することにより細かいバランシングを行なうことが可能になる。

この発明の第１の実施例に従ったカラーホイールの図である。 ２つの面でのバランシングのための手段を備えるこの発明の第２の実施例に従ったカラーホイールの図である。 ２つのドットマスクに基づく２つの面でのバランシングのための手段を備えるこの発明の第３の実施例に従ったカラーホイールの図である。

発明の詳細な説明
以下では、図面と例としての対応する実施例との助けを借りてこの発明をより詳細に説明する。

図１は、この発明の第１の実施例に従ったカラーホイール１を示す。カラーホイール１は、フィルタセグメント３，３′，３″，３′″，３″″を含む。この例において、フィルタセグメントは、波長に依存した態様で光を特徴的に反射または透過するよう薄膜干渉フィルタでコーティングされた平面的なガラスのセグメントである。これらのフィルタセグメントはキャリアに取付けられる。図において、キャリアはフィルタセグメントの下に存在するので示されていない。フィルタセグメントは、キャリアの上を延在するような態様でキャリアに取付けられる。フィルタセグメント３，３′，３″，３′″，３″″の延在部分は共に、プロジェクタにおける光ビームの光学路の中に挿入され得るリング形状の領域を形成する。この例では、このリング形状の領域は外径が７０ｍｍであり、内径が４０ｍｍである。他のサイズも可能であり、用いられる。

キャリアから離れる方向を向くフィルタセグメント３，３′，３″，３′″，３″″の表面では、カラーホイール１は表面１１を有する本体５を備える。この本体は、外径が４０ｍｍであるディスクである。この実施例では、当該ディスクは直径が２６ｍｍである中心穴を有する。本体５の厚さは４ｍｍである。本体５において、２つの異なるサイズのウェル７，９が実現され、これにより表面１１を構成する。大きいサイズのウェル７は直径が３ｍｍであり、小さいサイズのウェル９は直径が１ｍｍである。この実施例では、すべてのウェルが３ｍｍの深さを有する。図１において分かり得るように、複数のウェルの３つの異なるリングが実現される。最も外側のリングは、１つの大きいサイズのウェル７と
２つの小さいサイズのウェル９とが交互に配されたものからなる。最も内側のリングは、１つの大きいサイズのウェル７と１つの小さいサイズのウェル９とが交互に配されたものからなる。ウェルの中間サイズのリングは、大きいサイズのウェル７のみからなる。

本体５は、たとえばポリカーボネートのようなプラスチック材料から形成される。本体５は、射出成形の助けを借りてコスト効率の良い態様で製造され得る。表面１１および本体５の外側シリンダバレル１３は、本体５の上に光が偶然当たることから当該プラスチック材料を保護するよう黒く塗られる。

代替例として、本体において、本体の一方から他方へと貫通するような穴によりウェルが形成されてもよい。ウェルの底部は、たとえば、フィルタセグメント３，３′，３″，３′″，３″″自身により実現される。この代替的な実施例の場合、ウェルに円錐形状を与えることが可能であり、当該底部でのウェルの直径は、表面でのウェルの直径と比較して増加する。この円錐形状により、バランシングのために用いられる接着剤は、遠心力によってウェルの中に大部分が残ることになる。

代替例として、本体５はフィルタセグメント３，３′，３″，３′″のためのキャリアを形成してもよい。この方策によると、フィルタセグメント３，３′，３″，３′″が回転の間の遠心力により分離することを防止するのは主に本体５である。ここで、キャリアでもある本体５は、単一片としてアルミニウムから形成されてもよい。本体５およびモータに接続されるロータ軸は、単一片から形成されてもよい。

図１に示されるのは円筒形状のウェルである。ウェルの密度は可能な限り高いわけではないが、可能な限り高くなるよう選択され得る。ウェルの他の断面も可能である。たとえば、正方形または長方形状のウェルを選択することができる。同様に、ハニカム構造も選択され得る。

この発明の原理は、２つの面でのバランシングスキームにも適用されてもよい。図２は、ドットマスクの選択されたウェルを材料で充填することによりドットマスク１０５の助けを借りて１つの面が静的にバランシングされ得るカラーホイール１０１を示す。他方の面は、動的なバランシングスキームによりバランシングされ得る。この目的のために、リング形状の内部容積の容器１１５が設けられる。好ましくは、ドットマスクの助けを借りてバランシングが完了した後、何らかの流体が容器１１５の容積内に導入され、カラーホイール１０１を回転させる。当該流体は、回転の間でも硬化され得る。

図３は、両方のバランシング面にドットマスクの原理が適用された２つのバランシングに好適な例を示す。

Claims (8)

1. カラーロータとカラーロータを回転させるためのモータとを備えるカラーホイールであって、カラーロータはキャリアと前記キャリアに取付けられるフィルタセグメントとを備え、フィルタセグメントの部分は共に、ライトエンジンの光学光路の中に挿入されるのに好適であるリング形状領域を与え、
   カラーロータはバランシングのための第１の手段を備え、バランシングのための第１の手段は、バランシング材料を受入れるのに好適であるウェルの二次元マトリックスを与える表面を有する本体を備える、カラーホイール。
2. 複数のウェルを与える表面を有する本体はキャリアの少なくともある部分である、請求項１に記載のカラーホイール。
3. ウェルの断面は実質的に円形である、請求項１または２に記載のカラーホイール。
4. ウェルの断面は実質的に円形であり、かつ２つの異なる断面が実現される、請求項１または２に記載のカラーホイール。
5. 表面は平面であり、該表面上の法線は回転軸と平行である、請求項１または２に記載のカラーホイール。
6. バランシングのための第２の手段を有する、請求項１または２に記載のカラーホイール。
7. 表面は平面であり、該表面上の法線は回転軸と平行であり、前記カラーホイールは、バランシングのための第１の手段から離れた面において、バランシングのための第２の手段を備える、請求項１または２に記載のカラーホイール。
8. 表面は平面であり、該表面上の法線は回転軸と平行であり、前記カラーホイールは、バランシングのための第１の手段から離れた面において、バランシングのための第２の手段を備え、バランシングのための前記第２の手段は、バランシング材料を受入れるのに好適なウェルの別の二次元マトリックスを与える別の表面を有する別の本体を備える、請求項１または２に記載のカラーホイール。

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