JPH1048542A - カラーホイールおよび該カラーホイールを備えた画像発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーホイールが長い運転時間にわたって、
高い光学特性および機械特性を再生可能に有するように
し、しかも経済的に製造可能にする。 【解決手段】 円環状の光透過性の領域が、保持ウェブ
のような支持体エレメントによっては中断されないよう
に形成されており、フィルタセグメント１２が、回転軸
線とは反対側に向けられたストリップ状の接着ゾーン１
３内で支持体１１に面状に接着されており、フィルタセ
グメント１２が貫通部を有していない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスク状の支持
体を備えたカラーホイールであって、支持体が、中心軸
線を中心にして回転可能であり、支持体の外周部分には
偏平なフィルタセグメントが取り付けられており、該フ
ィルタセグメントが回転軸線に対して半径方向に向けら
れていて、半径方向において支持体の外周部分に円環状
の領域を形成しており、該円環状の領域が、中心軸線に
対して同心的に配置されており、光透過性を有している
形式のものに関する。

【０００２】さらに本発明は、光源と、上記形式の、モ
ータにより駆動されるカラーホイールとを有する画像発
生装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】冒頭で述べた形式の装置は、例えば新規
の画像発生装置またはディスプレイ装置のような光学系
において、次々に周期的なカラー変化を発生させなけれ
ばならないような場所に使用される。このような周期的
なカラー変化を生ぜしめるために、次々にカラーフィル
タが光学的な光路内に旋回させられる。このためにいわ
ゆるカラーホイール(Farbrad)が使用される。このカラ
ーホイールはディスク状に形成されており、その外周部
分に円形に配置されたフィルタセグメントを有してい
る。これらのフィルタセグメントは１つのリングを形成
していて、ホイールの中心軸線を中心にして回転させら
れる。カラーホイールの回転によって、フィルタセグメ
ントは交互に光路内に旋回させられる。これにより所望
の周期的なカラー変化が生ぜしめられる（ジ エードゥ
アルト ライン ファウンデイション／テキサス イン
ストゥルメンツ社、 デジタル マイクロ ミラー デ
ィバイス（The Eduard Rhein Foundation/Texas Instru
ments Inc., Digital Micromirror Device DMD)）。画
像発生装置の画質に対して高い要求が課せられることに
より、カラーの変化は極めて迅速に行われなければなら
ない。すなわち、フィルタセグメントは高速で光ビーム
を通って運動させられなければならない。この場合、カ
ラーホイール、特に高感度のフィルタセグメントのため
に、求心加速度に基づく大きな力作用が発生する。この
求心加速度は、重力の加速度ｇよりも数百倍大きいこと
があり、特に良好な画質においては１０００ｇを超える
までの値であることもある。さらに、装置の相応に高い
実働時間を得るために、この装置は同心回転の極めて高
い要求を満たさなければならない。さらにこのような画
像発生装置には、高出力な光源を前提とする、明るさの
極めて高い要求も課せられる。このような高出力の光源
により、装置は相応に、１００℃までの高い温度負荷に
晒される。フィルタセグメントの保持力およびカラー安
定性には、前述の理由から極めて高い要求が課せられ
る。さらにいわゆるローコストのディスプレイにおける
カラーホイールの使用は、高い品質要求時にカラーホイ
ールを極めて経済的に製造できる場合にしか、幅広く使
用することはできない。

【０００４】画像発生装置における使用のための、円形
に配置されたフィルタセグメントを備えたカラーホイー
ルは欧州特許出願公開第６１５１５６号明細書に記載さ
れている。このような装置においては、フィルタセグメ
ントはガラスリングに固定されている。このような装置
の欠点はガラスリングが高価であることである。さら
に、同心回転が高く要求される場合にこの要求を実現す
るのに極めて手間がかかる。さらに、ガラスリングによ
り付加的な光損失が生じる。このことは、装置全体の経
済性を低下させてしまう。さらに、各セグメントの間に
スポークのような固定エレメントを有するカラーホイー
ル装置が公知である。これらのスポークはカラーフィル
タリングの光透過値全体をやはり低下させ、経済性を限
定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
技術の欠点を取り除いた装置を提供することである。特
に、カラーホイールは長い運転時間にわたって、高い光
学特性および機械特性を再生可能に有することができ、
しかも経済的に製造可能であることが望ましい。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、円環状の光透過性の領域が、保持
ウェブのような支持体エレメントによっては中断されな
いように形成されており、フィルタセグメントが、回転
軸線とは反対側に向けられたストリップ状の接着ゾーン
内で支持体に面状に接着されており、フィルタセグメン
トが貫通部を有していないようにした。

【０００７】

【発明の効果】偏平なフィルタセグメントは、ディスク
形の支持体の外周部分に接着によって固定されて、回転
方向で各フィルタセグメントの間には、環状の光透過性
の領域が光学的に非透過性の材料によっては中断されて
いない。フィルタセグメントは、回転軸線とは反対側に
向いたストリップ状のゾーンにおいて支持体に面状に接
着されている。この面状の接着は、回転中心とは反対側
に向いた細長い環状のゾーンから成る領域においてのみ
行われるので、フィルタセグメント面の大部分が、回転
軸線から半径方向に見て外側に向かって光透過性の環状
の有効ゾーンとして残される。例えば孔のような貫通部
をフィルタセグメントにおいて必要とするような付加的
な保持エレメントは完全に回避することができる。つま
りフィルタセグメントに孔を設けると、エッジ領域に応
力ゾーンが生ぜしめられる。このような応力ゾーンは機
械的な力が高く要求される場合に破断の問題を招くおそ
れがあり、ひいては許容することができない。

【０００８】ディスク状の支持体は真ん中に、駆動軸を
固定するための手段、例えば孔を有している。この駆動
軸はモータにより駆動され、数１０００回転／分までの
高い回転数でカラーホイールを回転させる。画像発生装
置において、良好な画質を得るためには、３００ｇを超
える遠心加速度が発生するような高い回転速度が必要で
ある。しかしながら極めて高い画質においては８００ｇ
〜２０００ｇの範囲内の遠心加速度が必要となる。この
ことにより、相応の接着ゾーンを備えたカラーホイール
の寸法設定は特に念入りに行われなければならない。騒
音が僅かにしか発生せず、しかも高い耐用寿命が得られ
るとともに良好な同心回転(Gleichlauf)を達成するため
には、カラーホイールは極めて正確にバランシング可能
でなければならない。好適な使用時には、４００００時
間を超える運転時間ＭＴＢＦが得られるようににするの
が有利である。このために必要なバランシング品質は、
ＩＳＯ（１９４０〜１９７３）の規格Ｇ６．３を満たし
ていなければならない。これらの値は、カラーホイール
が組み立てられた状態で達成されなければならない。す
なわち、カラーホイールの構造は、簡単なバランシング
が組付終了状態において可能なように構成されていなけ
ればならない。本発明の構成により、完成されたカラー
ホイールにおいてバランシング過程の際に、ディスク状
の支持体から材料を、有利には材料の少なくとも１つの
切欠きの形で除去することが可能になる。この場合、こ
のような切欠きは孔として形成されると有利である。こ
のような切欠きもしくは孔は、支持体ディスクにおいて
盲孔として形成されて、支持体を貫通しないようになっ
ている。しかしながら、これらの切欠きはバランシング
過程の前に既に設けられてもよい。バランシングのため
には、これらの切欠きに次いで相応に充填材料が施され
る。この場合接着剤が特に適している。支持体ディスク
のための材料としては、金属と同様にプラスチックが考
えられる。しかしながら特に軽金属、例えばアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金が特に適している。カラーホ
イールのための駆動装置としては電動モータ、特に、ハ
ードディスクのために使用されるような駆動モータが使
用される。

【０００９】カラーフィルタとしては、干渉層フィルタ
が使用される。このような干渉層フィルタは公知の形式
で、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２から成るような交互の層から構
成されている。これらの層は、要求されるフィルタ特性
に応じて寸法設定されている。温度変化および空気湿度
に対する光学的な高い安定性が要求されるので、厚い層
が得られなければならない。このような層は、有利には
いわゆるスパッタリング成膜法により達成することがで
きる。

【００１０】カラーホイールのためには、通常の場合、
少なくとも２つの異なるセグメントが必要とされる。し
かしながら往々にして３色系が使用される。この３色系
においては、カラーフィルタリングは、互いに前後に配
置された、例えば赤色、緑色および青色のカラーから形
成されたフィルタセグメントから成っている。画像発生
装置の色感度のために特に好適なカラーホイールは、４
つのフィルタセグメントを有する配置から成っている。
この場合、互いに対向するセグメントは同一のカラー、
例えば赤色を有しており、別の２つのセグメントは、異
なるカラー、例えば青色および緑色を有している。フィ
ルタセグメントのフィルタ特性は極めて温度および湿度
に対して安定性を有していなければならない。１０℃〜
１００℃の温度範囲内、および、相対空気湿度の０％〜
９０％の湿度範囲内においては、フィルタ特性の安定性
全体が有利には５ｎｍ未満のずれの範囲内になければな
らない。しかしながら画像発生装置における使用のため
には、フィルタがこのように規定された範囲において１
ｎｍ未満のずれしか有していないと特に有利である。こ
のように良好なフィルタ品質は、特にマグネトロンスパ
ッタリングのような前記カソードスパッタリング法によ
り経済的に得ることができる。しかしながら特に経済的
なスパッタリング法は、米国特許第５２９５４１７号明
細書に開示されているようにイントラモード(Intramod
e)の概念に基づき公知であるような方法である。この明
細書には、主要な構成部分が、例えば欧州特許第５６４
７８９号明細書に基づき公知のマグネトロンによる反応
性のチョッパスパッタリング法(Chopperzerstaeubungsv
erfahren)とともに開示されている。チョッパスパッタ
リング法においては、マグネトロンスパッタリング源が
タイミング制御式に運動させられるか、または、マグネ
トロン放電の付加的なタイミング制御された電圧が、数
１００Ｈｚ〜／数１００ｋＨｚの周波数範囲において重
畳される。この場合、金属性のターゲットが反応ガスを
添加されながらスパッタされるので、相応の誘電層が基
板に析出される。タイミング制御もしくはチョッパリン
グの変わりに、中周波数のカップリングもしくは重畳も
可能である。これにより、タイミング制御式の方法にお
けるように、マグネトロンスパッタリングによる誘電層
の経済的な析出が可能である。

【００１１】フィルタセグメントと支持体ディスクとを
特に良好に接着するために、支持体ディスクの接着ゾー
ンに切欠きが設けられてよい。この切欠きは、接着面に
対応するようになっており、相応に接着剤を同軸的な円
ゾーンに収容することができる。このような切欠きの深
さは最適な接着膜厚に相当することが望ましい。このよ
うな最適な接着膜厚は特に、適宜な接着剤にとって５０
〜２００μｍ内にある。適宜の接着剤に対する高い要求
のためにはエポキシ系接着剤、有利にはスリーエム社
（３Ｍ）のタイプＤＰ４６０のエポキシ系接着剤が使用
される。切欠きは、切欠きの内径および外径において隆
起部もしくはスペーサが設けられるように形成すること
ができる。これらのスペーサは、フィルタセグメントの
ための回転平面において正確な支持面を形成する。環状
の切欠きを備えた支持面は、ディスク状の支持体表面に
対して段付けされて、フィルタセグメントが横断面にお
いてディスク横断面に対してほぼ同心的に配置されるよ
うになっている。凹部の半径方向のショルダは、このシ
ョルダがフィルタセグメントの位置決めのための半径方
向のストッパショルダとしても役立つように構成するこ
とができる。このような構成により、接着の前のフィル
タセグメントの組み付けが著しく簡単になる。すなわ
ち、各フィルタセグメントをただ同一高さに互いに突き
合わせて軸方向および半径方向に支持体ディスクに当接
させて位置決めし、次いで接着剤の硬化により固定する
だけでよい。例えばポリマーのようなプラスチックから
成る保持リングが、支持体凹部の領域でフィルタセグメ
ントに圧着されると、このような組み付け工程がさらに
容易になる。これによりフィルタセグメントは接着ゾー
ンに位置固定される。これにより、この装置全体は少な
い部品点数で極めて簡単かつ正確に組み付けることがで
き、バランシング可能な本発明による構造により、前述
のように、続いて正確にバランシングすることができ
る。このことにより、許容寸法誤差が一層大きな部品の
製造が可能になる。このことは経済的な製造を助成す
る。

【００１２】適宜なカラーフィルタを備えたカラーホイ
ールの位置を連続的に監視可能にするために、カラーホ
イールには、有利にはポリアミドのようなプラスチック
から成るマーキングもしくは時係数マーク(Zeitindexma
rke)が取り付けられなければならない。このようなマー
キングもしくはタイムインデックスマークは、支持体デ
ィスクに、前述の保持リングに簡単に取り付けることが
できる。この保持リングは取付け補助手段としても役立
つ。本発明によるカラーホイールは、回転するモータ駆
動されたカラーホイールのフィルタセグメントを通り次
いで画像発生機器に向けられるような光を有する光源を
備えた画像発生装置に使用されると有利である。この画
像発生機器は、制御式または切り換え式の光制御エレメ
ントのマトリックスから成っている。これにより、画像
の形成が投影光学系を介して画像スクリーンにおいて行
われる。良好な画質を得るためには、このような光制御
エレメントのために１０ｍｓｅｃ未満の切換時間が必要
である。特に画像発生機器のためには、制御可能な多数
の小さなミラーから成る装置、つまり反射に基づいた装
置が適している。この場合有利には、「デジタル・ミラ
ー・ディバイス(Digital Mirror Device)」の反射に基
づいた画像発生機器が使用されると有利である。前述の
画像発生機器の高い切換速度を利用した本発明によるカ
ラーホイールにより、画像発生装置を経済的に製造する
ことができる。この画像発生装置は、高い品質とともに
高い光度を備えた大きなディスプレイ寸法を可能にす
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明を図面に示した実施の
形態について説明する。

【００１４】図１には、所定の装置を備えた新規の形式
のディスプレイの概略的な全体図が示されている。モー
タ２と支持体２４に設けられた位置報告器３とに結合さ
れたカラーホイール１が設けられている。このカラーホ
イール１は、フィルタセグメント１２が固定された支持
体１１を有している。符号５により光源が示されてい
る。この光源からは、光軸６０を有する光ビーム６が射
出する。光ビーム６はフィルタセグメント１２を貫通
し、画像発生機器７に衝突する。この画像発生機器によ
り生ぜしめられた画像は、投影光学系８によって画像ス
クリーン９に投射される。モータ２はカラーホイール１
を回転軸線１０を中心にして回転させる。これによりフ
ィルタセグメント１２は交互に光ビーム６内に変位され
る。フィルタセグメント１２の各位置は、位置報告器３
を介して検出可能である。光ビーム６内に位置するフィ
ルタセグメント１２ａ〜１２ｃのカラーに応じて、画像
発生機器７においてこのカラーに対応する画像が生ぜし
められる。従ってカラーホイールの回転数は、画像繰り
返し頻度に相当し、毎分数１０００回転である。このよ
うな回転により求心力がフィルタセグメントに働く。こ
の求心力は地球引力の１０００倍より大きいことがあ
る。

【００１５】高い非退色性(Farbechtheit)を所望するこ
とにより、フィルタセグメント１２のフィルタ特性に対
する要求は極めて複雑である。画像スクリーン９の大き
さは極めて大きい。周囲が明るい場合に十分に大きなコ
ントラストを達成するために、光源５には、相応に高い
放熱が行われる高出力のランプが使用される。これによ
り最大１００℃の温度がこの装置の領域に生じるおそれ
がある。フィルタセグメント１２への温度負荷は、光源
５の放射熱によりなおも高くなる。このような負荷や、
極めて高い色安定性への要求に製品の全耐用寿命にわた
って応じるために、フィルタセグメントはフィルタ層１
７を有している。これらのフィルタ層は柱状の構造を有
しない安定的な誘電層として構成されていると有利であ
る。このような層は、長寿命かつ耐熱性を有しているだ
けではなく、極めて高い温度安定性をも有している。１
０℃〜１００℃の範囲内におけるスペクトル曲線の望ま
しくないずれは１ｎｍ未満にすぎない。さらにこのよう
な層は、基底部(Untergrund)において際立った付着力を
有している。このような付着力は、層に接着剤を使用す
る場合に極めて重要である。

【００１６】図２は本発明による装置の実施例を示して
いる。この装置の部分断面図を図２（ａ）に、装置の平
面図を図２（ｂ）に示している。支持体１１はモータ２
に設けられたロータ２３において、保持装置２１によっ
て軸状の結合部材２２を介してロータ２３に作用結合さ
れている。フィルタセグメント１２は接着層１３によっ
て支持体１１に、この支持体の表面に対して段付けされ
て固定されている。支持体縁部領域における段付け部
は、フィルタセグメントを半径方向２５および軸方向２
６に、支持体に正確に当接させて位置決めすることがで
きるように形成されている。接着層１３の層厚はスペー
サ１４によって規定されている。このスペーサ１４は例
えば、接着個所の領域において支持体の表面に設けられ
た凹部であってよい。接着個所は保持リング１５によっ
てカバーされている。この保持リング１５は同時に位置
報告器３用の位置マーキング１６のための担体としても
用いられる。カラーホイールの構造の許容誤差に帰因し
て、また、ロータ２３における支持体１１の固定状態に
帰因して、装置においてアンバランスが生じる。このよ
うなアンバランスはバランシング装置１８によって補償
される。このバランシング装置１８は例えば有利には、
支持体に設けられた孔のような凹部である。支持体１１
がアルミニウムまたはアルミニウム合金から成っている
場合、バランシングのために孔１８が支持体１１の外縁
部領域に取り付けられるのが一般的である。このような
孔は、最大３ｍｍの深さにおいて通常５〜１０ｍｍの直
径を有している。画像発生装置において有利な、カラー
ホイールの全体の直径は、７５〜１３０ｍｍの範囲内で
ある。この実施例においてはカラーホイールの全体の直
径は１０８ｍｍであり、支持体の直径は８１ｍｍであ
る。接着リングゾーンの幅は３〜１０ｍｍの範囲内にあ
ると有利である。ロータ２３と支持体１１との結合部は
装置のバランシングに対して極めて大きな影響を与える
ので、支持体１１がロータ２３に組み付けられた装置の
バランシングが行われる。アンバランスを限度内に抑え
るために、支持体はロータ２３の構成部分として構成さ
れている。これにより支持体１１とロータ２３もしくは
結合部材２２が１つの部分から形成されていると、製造
が特に経済的である。フィルタセグメント１２はこの場
合、モータとは離反した側で支持体１１、ひいてはこれ
と一体的な結合部材２２とロータ２３とに組み付けられ
ると有利である。

【００１７】さほどクリティカルな要求が課せられない
使用に際しては、フィルタセグメント１２は、保持リン
グ１５とフィルタセグメント１２との間に締め込まれた
弾性的な材料によって保持することができる。さらに、
付加的な保護装置として、保護リング１９が、フィルタ
セグメント１２の外縁部に配置されていてよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラーホイールを備えた新規のディプレイを示
す全体図である。

【図２】カラーホイールの１実施例を示す部分断面図
（ａ）とカラーホイールの平面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１ カラーホイール、 ２ モータ、 ３ 位置報告
器、 ５ 光源、 ６光ビーム、 ７ 画像発生機器、
８ 投影光学装置、 ９ 画像スクリーン、１０ 回
転軸線、 １１ 支持体、 １２ フィルタセグメン
ト、 １３ 接着層、 １４ スペーサ、 １５ 保持
リング、 １６ 位置マーキング、 １７ フィルタ
層、 １８ バランシング装置として形成された孔、
１９ 保護リング、 ２１ 保持装置、 ２２ 結合部
材、 ２３ ロータ、 ２４ 支持体、 ２５ 半径方
向、 ２６ 軸方向、 ６０ 光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コスマス マーリン リヒテンシュタイン国 マウレン ルッツ フェルト 333 (72)発明者 イルゼ ヴィトマン リヒテンシュタイン国 マウレン ドレシ シュトラーセ ７ (72)発明者 ペーター ヴィーラー オーストリア国 ブルーデンツ ロリュン ス 62

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスク状の支持体（１１）を備えたカ
   ラーホイール（１）であって、支持体が、中心軸線（１
   ０）を中心にして回転可能であり、支持体の外周部分に
   は偏平なフィルタセグメント（１２）が取り付けられて
   おり、該フィルタセグメントが回転軸線（１０）に対し
   て半径方向に向けられていて、半径方向において支持体
   の外周部分に円環状の領域を形成しており、該円環状の
   領域が、中心軸線に対して同心的に配置されており、光
   透過性を有している形式のものにおいて、 円環状の光透過性の領域が、保持ウェブのような支持体
   エレメントによっては中断されないように形成されてお
   り、フィルタセグメント（１２）が、回転軸線とは反対
   側に向けられたストリップ状の接着ゾーン（１３）内で
   支持体（１１）に面状に接着されており、フィルタセグ
   メント（１２）が貫通部を有していないことを特徴とす
   る、カラーホイール。
2. 【請求項２】 接着ゾーン（１３）が支持体（１１）の
   外周部分に、回転軸線（１０）に対して同軸的に、円環
   状に偏平に配置されている、請求項１記載のカラーホイ
   ール。
3. 【請求項３】 接着剤がエポキシ系接着剤である、請求
   項１または２記載のカラーホイール。
4. 【請求項４】 接着ゾーンが支持体（１１）に沈め込ま
   れており、フィルタセグメント（１２）を位置決めする
   ための半径方向および軸線方向のストッパとして形成さ
   れている、請求項１から３までのいずれか１項記載のカ
   ラーホイール。
5. 【請求項５】 フィルタセグメントの、接着層とは離反
   した側に、保持リング（１５）が組付補助手段として配
   置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載
   のカラーホイール。
6. 【請求項６】 少なくとも２つのフィルタセグメント
   （１２）が設けられておる、請求項１から５までのいず
   れか１項記載のカラーホイール。
7. 【請求項７】 カラーホイール（１）が回転対称的にバ
   ランシングされている、請求項１から６までのいずれか
   １項記載のカラーホイール。
8. 【請求項８】 支持体（１１）に偏心的に、バランシン
   グのための支持体材料除去部（１８）が形成されてお
   り、該支持体材料除去部がディスク状の支持体（１１）
   をいかなる場所においても貫通していない、請求項７記
   載のカラーホイール。
9. 【請求項９】 フィルタセグメント（１２）がガラスプ
   レートから成っており、該ガラスプレートが干渉フィル
   タで被覆されており、該干渉フィルタのフィルタ特性が
   １０℃〜１００℃の範囲内で温度安定性を有していて、
   相対空気湿度の０％〜９０％の範囲内で湿度安定性を有
   している、請求項１から８までのいずれか１項記載のカ
   ラーホイール。
10. 【請求項１０】 カラーホイール（１）の寸法およびフ
    ィルタセグメント（１２）の接着装置の寸法が、３００
    ｇよりも大きな遠心加速度を可能にするようになってい
    る、請求項１から９までのいずれか１項記載のカラーホ
    イール。
11. 【請求項１１】 支持体（１１）が真ん中に駆動軸（２
    ２）に固定するための手段（２１）を有しているか、ま
    たは駆動軸（２２）と一体的に製造されている、請求項
    １から１０までのいずれか１項記載のカラーホイール。
12. 【請求項１２】 光源（５）と、請求項１から１１まで
    のいずれか１項記載の、モータにより駆動されるカラー
    ホイール（１）とを有する画像発生装置において、 画像発生機器（７）と投影光学系（８）とが設けられて
    おり、画像発生機器（７）が、１０ｍｓｅｃよりも小さ
    な切換時間を備えた切り換え式の光制御エレメントのマ
    トリックスから成っていることを特徴とする、画像発生
    装置。
13. 【請求項１３】 画像発生機器（７）が反射に基づいて
    形成されている、請求項１２記載の画像発生装置。