KR101283786B1 - 컬러 휠 - Google Patents

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아담 아우엘
윌 모스
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오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐
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Abstract

본 발명은 프로젝터 조명 시스템용 컬러 휠에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 컬러 휠은 로터 및 로터를 회전시키는 모터를 포함하고, 로터는 컬러 필터 세그먼트에 의해 구성된 링형 반투명 영역을 포함하고, 반투명 영역은 로터가 회전할 때 연속적으로 광 경로 안으로 확장되고, 회전축에 수직인 제1 평면의 로터는 제1 균형 시험 수단을 포함하고, 회전 축에 수직인 제2 평면의 로터는 제2 균형 시험 수단을 더 포함하고, 제1 및 제2 평면은 이격되어 있다. 이중 평면 균형 시험용 수단에 의해 컬러 휠의 균형이 더욱 잘 유지된다.
컬러 필터 세그먼트, 컬러 휠, 로터,

Description

컬러 휠{COLOR WHEEL}
본 발명은 이미지 패널의 연속적인 컬러 조명을 할 수 있도록 프로젝터 시스템에서 사용하기 위한 회전가능한 컬러 휠에 대해 개시한다.
스크린상에 컬러 이미지를 생성하기 위한 대부분의 이미지 프로젝션 장치는 하나의 이미지 패널을 포함한다. 컬러 이미지를 생성하기 위해 패널은 상이한 컬러의 광 빔으로 연속적으로 조명되어야 한다. 시퀀스가 충분히 빠르게 디스플레이될 경우, 사람의 눈은 초래되는 컬러 이미지 시퀀스를 적시에 분석할 수 없으며 컬러 이미지의 인상으로 남는다. 필요한 연속적인 조명을 실현하는 한 방법은 회전 가능한 디스크 형 캐리어상에 고정된 조명 경로 다이크로익 필터(dichroic filter) 세그먼트 안에 배치하는 것이다. 이것은 일반적으로 모터에 연결된 컬러 디스크를 구성한다. 컬러 디스크와 모터의 이러한 조립체는 컬러 휠이라고 불린다. 이러한 컬러 디스크의 회전이 아주 빠르게 진행되어야 하기 때문에, 컬러 디스크 균형 유지가 중요한 문제가 되고 있다.
첫 번째 접근에서 컬러 디스크는 단단한 디스크형 로터(rotor)로 설명될 수 있다. 디스크형 로터의 균형을 유지하기 위한 기술적인 해결법은 축으로부터 떨어진 균형 유지 무게를 더하거나 제거하는 것이다. 이러한 균형 유지를 수행하는 직 접적인 방법은 구멍을 뚫어 물질을 제거하는 것이다.
물질을 제거하기 위해, 잡기 위한 고정물을 갖는 균형 유지 기계에 컬러 휠이 부착된다. 컬러 휠은 회전하여 기계가 컬러 디스크의 설명하기 어려운 불균형을 검출하도록 한다. 그 다음 불균형을 정정하기 위해 질량값 및 각 위치가 출력된다. 그 다음 조작자는 경험에 따라 구멍을 뚫어 적당량의 물질을 제거한다. 이 공정은 특정 레벨로 컬러 휠의 균형이 잡힐 때까지 계속된다.
물질을 추가하기 위해, 유사한 공정이 수행되는데, 불균형 정정을 위해 납 또는 접착제와 같은 물질이 컬러디스크에 추가될 수 있다. 물질의 추가는 일반적으로 물질이 제거된 불균형 위치로부터 180°떨어져 있다.
미국특허 6,747,803에는 하나 이상의 고리모양 홈이 디스크형 캐리어 외부 표면상에 배치되어 있다. 컬러 휠의 균형을 잡기 위해 캐리어의 고리모양 홈 안으로 균형 물질을 추가하도록 한다.
어려움 중의 하나는 어떻게 휠의 균형을 정확하게 잡을지 방법을 알아내는 것이다. 일본특허 제2004325721에서는 컬러 휠을 지지 테이블 사이에 끼워서 고정하고 판을 누르고 모터로 구동시킨다. 누름판(pressing plate)에는 균형 조정 리브(rib) 및 오목한 부분이 제공된다. 균형 조정 리브는 원주 방향으로 분산되고 반지름 방향으로 연장되도록 배치된다. 오목한 부분은 균형 조정 리브에 대응하는 위치에 제공되고 누름판의 외측 주변 단부에 근접하여 각각의 균형 조정 리브 및 누름판 사이에 공간이 형성된다. 균형 조정 리브는 니퍼와 같은 다용도 절단 공구를 오목한 부분에 삽입하여 외측 주변 측면으로부터 필요한 길이만큼 절단된다.
해결하고자 하는 문제
일반적으로 컬러 디스크는 디스크 형 로터로 설명된다. 이러한 디스크형 로터가 균형이 잡히지 않을 경우 질량 중심이 회전 축과 일직선에 있지 않다. 따라서 디스크형 로터의 균형을 잡기 위해 균형 질량이 추가되거나 제거되어 질량 중심이 회전축으로 이동하게 된다.
컬러 디스크는 일반적으로 7000rpm 내지 15000rpm 사이의 동작 속도로 회전한다. 불행하게도 이러한 속도에서는 균형 조정 방법의 기술적 단계가 충분하지 못하고 회전하는 동안 휠의 베어링도 손상을 입는다. 이것은 추가적인 진동 분담을 초래한다. 어떤 경우에는 컬러 휠의 상대적으로 짧은 수명을 초래하기도 한다.
따라서 본 발명의 목적은 휠의 수명을 증가시킬 뿐만 아니라 진동 문제를 줄이기 위해 개선된 컬러 휠과 개선된 균형 유지 방법을 제공하는 것이다.
전술된 바와 같이 일반적으로 컬러 디스크는 회전 디스크로 설명된다. 그러나, 비록 매우 얇은 디스크가 둘 이상의 디스크형 로터 시리즈로 표현될 수 있더라도 모든 실제 회전자는 유한한 두께를 가진다. 이러한 디스크 각각의 질량 중심에 연결하는 것은 질량 라인의 중심에 이르도록 한다. 일반적인 컬러 디스크의 경우 휠의 반지름 치수와 비교된 이 질량 라인의 중심은 매우 작고, 단일 평면의 균형 시험을 적절한 균형 시험 방법으로 간주한다. 일반적으로 두꺼운 회전자용으로만 사용됨에도 불구하고 이중 평면 균형 시험은 회전 컬러 디스크에 대해 개선된 결과를 나타낸다. 따라서 본 발명에 따르는 독창적인 휠은 회전축에 수직인 제1 평면에 균형 시험 수단을 포함하고, 제1 평면으로부터 떨어져서 회전축에 수직인 제2 평면에 균형시험 수단을 더 포함한다. 따라서 본 발명에 따르는 컬러 휠은 이중 또는 다중의 평면 균형 시험 피처를 포함한다. 이러한 피처는 물질을 추가 또는 제거하는 예일 수 있다.
발명자가 이중 평면 균형 시험 방법을 적용하려고 할 때 제2 평면을 적용하는 것이 매우 어렵다는 것을 알게 되었다. 어려움의 원인은 컬러 휠의 기하학적 제약 때문이고 두 평면이 휠의 반지름 치수와 비교하여 상대적으로 서로 가깝기 때문이다. 균형 시험은 두 개 이상의 균형 시험 평면 중 하나에 연결된 균형 시험 질량의 작은 변위에도 매우 민감하다.
그러나, 컬러 디스크를 변형할 경우 균형 시험이 용이하게 되고 개선된다는 것을 발견했다. 이러한 변형에서, 회전 축울 따르는 컬러 디스크의 사이즈는 부자연스럽게 증가한다. 이미지 프로젝터에서 간격이 항상 문제가 되기 때문에 당업자는 컬러 디스크의 사이즈를 증가시키지 않을 것이다. 그러나 회전축을 따라 부자연스럽게 증가한 사이즈는 제1 균형 시험 평면으로부터 충분히 떨어진 제2 균형 시험 평면을 선택하기 위한 근거를 제공한다.
본 발명은 예와 도면에 의해 하기에 상세하게 설명된다. 이들 예는 본 발명의 영역을 제한하기 위한 것이 아님을 이해할 것이다.
도1은 균형 시험 방법을 나타내는 종래 기술의 디스크형 컬러 휠의 개략도이다.
도2는 본 발명에 따르는 변형된 컬러 휠의 일 실시예이다.
도3은 본 발명에 따르는 다른 바람직한 실시예이다.
도4는 본 발명에 따르는 다른 바람직한 실시예이다.
도5는 본 발명에 따르는 다른 바람직한 실시예이다.
본 발명은 도면에 의해 더욱 상세하게 설명된다. 여러 바람직한 실시예가 논의된다. 그러나 다음 단락에서 일반적인 종래 기술의 해결법이 종래 기술에 대한 본 발명의 장점을 지적하기 위해 먼저 설명된다. 도1은 종래 기술에 따르는 컬러 디스크를 개략적으로 나타낸다. 디스크형 캐리어(3) 및 3개의 컬러 필터 세그먼트(5, 7, 9)를 나타낸다. 디스크형 캐리어(3)에는 제1 평면에서만 휠의 균형을 잡기 위해 물질이 제거된 물질 제거 부분(11)이 존재한다.
컬러 휠의 균형을 잡기 위해, 균형 시험 기계의 고정장치에 조여지고 9000rpm으로 회전한다. 균형 시험 기계는 회전하는 불균형 컬러 휠에 의해 생성된 힘을 검출하고 이것을 근거로 하여 알고리즘에 힘입어 컬러 휠의 균형을 잡기 위해 추가 또는 제거된 물질의 각도 또는 필요한 질량을 계산한다. 따라서 균형 시험 기계는 병렬 회전 체계를 위해 필요한 균형 시험 판독이 무엇인지 판단할 수 있게 된다. 작업자는 컬러 휠을 제거하고 드릴 스테이션 고정장치에 놓는다. 작업자는 수동으로 필요한 량의 컬러 디스크 물질을 뚫어내어 균형 잡힌 컬러 휠을 만들어 낸다. 따라서 종래의 균형 시험 기술은 단일 평면에 국한된다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 디스크형 로터를 구비한 컬러 휠에도 이중 평면 균형 시험이 수행된다. 이것은 예를 들어 컬러 디스크의 전면 및 컬러 디스크의 배면에서 실행된다.
디스크형 로터를 구비한 컬러 휠 디스크에 이중 평면 균형 시험을 실시하는 것은 어렵다. 따라서 본 발명에 따르는 개선된 해결책은 컬러 디스크를 이러한 방식으로 변형하기 위한 것이고 물질 제거의 제2 평면에 대한 근거가 만들어진다. 이것은 예를 들어 컬러 디스크에 회전축에 대해 대칭인 부가적인 물체를 추가함으로써 달성될 수 있다. 대칭축은 로터의 이 회전축에 잘 정렬되어야 한다. 도2는 디스크형 캐리어(3)의 상부에 원통형 물체(13)가 부가된 것을 나타낸다. 원통형 질량 물체(13)의 대칭축은 컬러 휠의 회전축에 정렬되고 병렬이다. 디스크형 캐리어(3)와 원통형 질량 물체(13)는 단일 부로 구성될 수 있다. 물체(13)가 커다란 원통 형태뿐만 아니라 중공의 원통형 링 또는 적어도 대개 회전축에 대칭인 물체에 있는 임의의 것을 가질 수도 있다. 도면에 나타난 바와 같이 제1 물질 제거부(11)로부터 떨어진 제2 평면내의 제2 물질 제거부(15)는 제1 평면과 꽤 떨어져 있다. 두 평면은 회전 축에 수직이다. 제1 및 제2 평면의 거리는 컬러 휠 조립체을 작게 유지하기 위해 가능한 한 작게 유지해야 한다. 거리는 믿을 수 있는 이중 평면 균형 시험을 허용하기 위해 필요할 경우 크게 유지해야 한다.
이중 평면 균형 시험을 신뢰성 있도록 쉽게 수행하기 위해 필요한 평면의 최소거리는 컬러 디스크의 치수 특징인 관성 반경(RI)과 관련이 있으며 다음과 같이 규정된다.
관성(I) 모멘트는
Figure 112008026311386-pct00001
이고, M은 회전부의 전체 중량이고, ρ는 밀도분포이며, V는 회전부의 전체 부피이다. 동일한 관성 모멘트는 로터에 의해 이뤄지며 모든 질량은 원에 집중된다. 이것은 원통형 좌표의 밀도 분포를 평균한다.
Figure 112008026311386-pct00002
Figure 112008026311386-pct00003
는
Figure 112008026311386-pct00004
를 만족하는 델타 함수이고, RI는 원의 반경이다. 명세서 전반에 걸쳐서 이 반경을 관성 반경이라고 칭한다.
관성 모멘트는 다음의 관계식을 만족한다.
Figure 112008026311386-pct00005
두 평면의 거리는 관성 반경의 0.25배 이상이다. 따라서, RI가 균형 시험되어야 하는 컬러 휠의 관성 반경일 경우, D는 균형이 잡힌 두 평면 사이의 거리이며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 휠은 다음 식을 만족한다.
Figure 112008026311386-pct00006
k는 0.25 이상이지만 바람직하게는 대체로 0.5와 같다.
근래에 사용되는 일반적인 컬러 디스크에 대해, 관성 반경은 대체로 약 20mm이다. 따라서 두 균형 시험 평면은 5mm(k=0.25) 이상 떨어져 있으며, 바람직하게는 두 평면은 10mm(k=0.5) 떨어져 있다.
기하학적인 이유 때문에 k>10은 더 이상 의미가 없는데, 프로젝션 시스템 내 의 광학 요소는 가능한 한 작아야 하기 때문이다.
도3은 바람직한 제2 실시예를 나타낸다. 이것은 도2의 실시예와 매우 유사하지만, 제2 물질 제거부가 물질 추가부로 교체된다. 이를 위한 홈이 예견되며, 접착제와 같은 물질이 휠의 균형을 잡기 위해 배치될 수 있다.
도4는 바람직한 제3 실시예를 나타낸다. 원통형 본체는 사용되지 않지만, 제2 디스크가 사용되고, 디스크형 캐리어의 제1 디스크로부터 꽤 떨어져 있다.
도5는 본 발명에 따르는 다른 실시예를 나타낸다. 컬러 디스크 중심에 고정된 반구 형태가 나타난다. 반구의 대칭성으로 인한 이러한 실시예의 장점은 휠의 회전축에 본체의 회전축을 정확히 향하게 하기 위해 주의를 기울일 필요가 없다는 것이다. 예를 들어 원통형이 사용될 경우, 원통의 축은 추가적인 불균형을 도입하지 않기 위해 컬러 휠의 회전축에 잘 정렬되어야 한다.
본 발명은 상이한 베어링 형태에 적용될 수 있다. 예를 들어 매우 다른 것은 에어 베어링 및 슬리브 베어링이다. 일반적으로 균형 시험 기계는 동일한 메커니즘을 사용하여 에어 베어링 또는 슬리브 베어링에 대한 불균형 판독을 얻는다.
전술된 바와 같이 공정에서 물질을 추가 또는 제거하는 것이 가능하다. 또한 제거 물질과 추가 물질을 결합하는 것도 가능하다. 물질 제거 공정에 대해 컬러 휠로부터 얼마나 많은 물질을 제거하고 또는 물질 추가 동정에 대해 얼마나 많은 물질을 추가하는지를 결정하는 것이 차이점이다.
이중 평면 균형 시험 방법은 에어 베어링을 구비한 컬러 휠에 사용할 수 있다. 그러나 슬리브 베어링 모터를 구비한 컬러 휠에 대해 이중 평면 균형 시험 방 법을 사용하는 것은 추가로 모터의 수명이 증가하는 놀랍고도 유익한 효과를 갖는다. 따라서 단일 평면 균형 시험과 진동이 애플리케이션을 위해 충분히 낮은 레벨에 이미 존재하더라도, 수명을 증가시키기 위한 이중 평면 균형 시험에 의존하는 것이 유리하다.
여기에서 논의된 바와 달리, 이중 평면 균형 시험을 위해 두 평면이 컬러 세그먼트 디스크를 사이에 끼우는 방식으로 배치될 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히 슬리브 베어링에 대해 보다 긴 수명이 필요할 경우에도 이롭다. 이 경우 평면이 컬러 디스크의 세그먼트를 사이에 끼운다면 이것은 바람직한 실시예이다.
그러나 모터가 균형 시험 평면의 반대 측면상에 존재할 경우 균형 시험 자체가 아주 쉽게 진행되는 장점을 갖는 컬러 세그먼트 디스크의 일 면에 균형을 잡기 위해 양면을 제공하는 것이 더욱 저렴할 것이다.
기재된 실시예는 모두 공통적으로 컬러 휠이 로터 및 로터를 회전시키기 위한 모터의 결합체를 포함하고, 로터는 컬러 필터 세그먼트로 구성된 링형 반투명 영역을 포함하며, 반투명 영역은 로터가 회전할 때 광 깊이 안으로 계속해서 확장되게 되며, 회전축에 수직인 제1 평면의 로터는 균형 유지를 위한 제1 수단을 포함하고, 회전축에 수직인 제2 평면의 로터는 균형 유지를 위한 제 수단을 포함하고, 제1 및 제2 평면은 서로 떨어져 있다.
그중 일부는 컬러 휠이며, 제1 및 제2 평면은 거리 D 만큼 떨어져 있으며, D =k * RI 이고, RI는 로터의 관성 반지름이며 k는 0.25 이상의 계수이다. 바람직하게 는 k는 최대 10이다, 더욱 바람직한 경우는 k는 대체로 0,5와 같다.
일부 실시예는 로터 및 로터를 회전시키기 위한 모터를 결합하여 포함하는 컬러 휠이고, 로터는 컬러 필터 세그먼트로 구성된 링형 반투명 영역을 포함하고, 반투명 영역은 로터가 회전할 때 광 경로 안으로 계속해서 확장하도록 하고, 회전축에 수직인 제1 평면의 로터는 제1 균형 시험 수단을 더 포함하고, 회전축에 수직인 제2 평면의 로터는 제2 균형 시험 수단을 더 포함하고, 로터는 제1 평면 및 제2 평면이 이격되게 하고 제2 균형 시험 수단을 포함하도록 하는 추가 회전 대칭 본체를 더 포함한다.
추가 회전 대칭 본체를 구비한 일부 컬러 휠은 제1 및 제2 평면이 거리 D 만큼 이격된 컬러 휠이며, D =k * RI 이고, RI는 로터의 관성 반지름이며 k는 0.25 이상의 계수이다. 바람직하게는 k는 최대 10이다, 더욱 바람직한 경우는 k는 대체로 0,5와 같다.
바람직한 실시예에서 회전 대칭 본체의 적어도 일부분은 대체로 원통 형태를 갖는다. 다른 바람직한 실시예에서 회전 대칭 본체의 적어도 일부분은 반구 형태를 갖는다.
다른 바람직한 실시예에서 회전 대칭 본체는 적어도 DaI = D * RI 의 축 길이를 가지며, RI는 로터의 관성 반지름이고 k는 0.25 이상의 계수이다. 이 경우 제1 및 제2 균형 시험 수단을 회전 대칭 본체에 배치하는 것이 편리하다.
그러나 본 발명의 일부 실시예는 로터 및 로터를 회전시키기 위한 모터를 결 합하여 포함하는 컬러 휠을 포함하고, 로터는 컬러 필터 세그먼트로 구성된 링형 반투명 영역을 포함하고, 반투명 영역은 로터가 회전할 때 광 경로 안으로 연속적으로 연장하도록 하고, 회전축에 수직인 제1 평면의 로터는 제1 균형 시험 수단을 더 포함하고, 회전축에 수직인 제2 평면의 로터는 제2 균형 시험 수단을 더 포함하고, 링형 반투명 영역은 제1 및 제2 평면 사이에 배치된다.
링형 반투명 영역이 제1 및 제2 평면 사이에 배치된 컬러 휠의 일부는 제1 및 제2 평면이 거리 D 만큼 이격된 컬러 휠이고, D =k * RI 이며, RI는 로터의 관성 반지름이며 k는 0.25 이상의 계수이다. 바람직하게는 k는 최대 10이다, 더욱 바람직한 경우는 k는 대체로 0,5와 같다.

Claims (15)

  1. 로터; 및
    상기 로터를 회전시키는 모터;를 결합하여 포함하고,
    상기 로터는 컬러 필터 세그먼트로 구성되는 링형 반투명 영역을 포함하고, 상기 반투명 영역은 상기 로터가 회전할 때 광 경로 안으로 연속적으로 확장하게 되고, 회전축에 수직인 제1 평면의 상기 로터는 제1 균형 시험 수단을 더 포함하고, 회전축에 수직인 제2 평면의 로터는 제2 균형 시험 수단을 더 포함하며, 제1 및 제2 평면은 이격되어 있는 컬러 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 평면은 거리 D 만큼 이격되고, D = k * RI 이며, RI는 로터의 관성 반지름이고 k는 적어도 0.25의 계수인 컬러 휠.
  3. 제2항에 있어서,
    k는 최대 10인 컬러 휠.
  4. 제2항에 있어서,
    k는 0.5인 컬러 휠.
  5. 로터; 및
    상기 로터를 회전시키는 모터;를 결합하여 포함하고,
    상기 로터는 컬러 필터 세그먼트로 구성되는 링형 반투명 영역을 포함하고, 상기 반투명 영역은 상기 로터가 회전할 때 광 경로 안으로 연속적으로 확장하게 되고, 회전축에 수직인 제1 평면의 상기 로터는 제1 균형 시험 수단을 더 포함하고, 상기 로터는 추가 회전 대칭 본체를 더 포함하고, 회전축에 수직인 제2 평면의 로터는 제2 균형 시험 수단을 더 포함하며, 상기 로터는 상기 제1 및 제2 평면이 이격되는 것을 허용하고 제2 균형 시험 수단을 포함하도록 되는 추가 회전 대칭 본체를 더 포함하는 컬러 휠.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 평면은 거리 D 만큼 이격되고, D = k * RI 이며, RI는 로터의 관성 반지름이고 k는 적어도 0.25의 계수인 컬러 휠.
  7. 제6항에 있어서,
    k는 최대 10인 컬러 휠.
  8. 제6항에 있어서,
    k는 0.5인 컬러 휠.
  9. 제5항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 대칭 본체의 적어도 일부는 원통 형태인 컬러 휠.
  10. 제5항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 대칭 본체의 적어도 일부는 반구 형태인 컬러 휠.
  11. 제5항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 대칭 본체는 적어도 거리 DaI 의 축 길이를 갖고, DaI = k * RI 이며, RI는 로터의 관성 반지름이고 k는 적어도 0.25의 계수인 컬러 휠.
  12. 로터; 및
    상기 로터를 회전시키는 모터;를 결합하여 포함하고,
    상기 로터는 컬러 필터 세그먼트로 구성되는 링형 반투명 영역을 포함하고, 상기 반투명 영역은 상기 로터가 회전할 때 광 경로 안으로 연속적으로 확장하게 되고, 회전축에 수직인 제1 평면의 상기 로터는 제1 균형 시험 수단을 더 포함하고, 회전축에 수직인 제2 평면의 로터는 제2 균형 시험 수단을 더 포함하며, 상기 링형 반투명 영역은 상기 제1 및 제2 평면 사이에 배치되는 컬러 휠.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 평면은 거리 D 만큼 이격되고, D = k * RI 이며, RI는 로터의 관성 반지름이고 k는 적어도 0.25의 계수인 컬러 휠.
  14. 제13항에 있어서,
    k는 최대 10인 컬러 휠.
  15. 제13항에 있어서,
    k는 0.5인 컬러 휠.
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