JP2009515208A - カラーホイールのための釣合せ方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、プロジェクタの照明システムに用いられるカラーホイールに関する。この発明によるカラーホイールは、ロータおよびロータを回転させるためのモータを含み、ロータはカラーフィルタセグメントによって形成されたリング状の半透明の領域を含み、半透明の領域はロータが回転すると連続的に光路に延在するよう適合され、回転軸に直交する第１の面のロータはさらに第１の釣合せ手段を含み、回転軸に直交する第２の面のロータはさらに第２の釣合せ手段を含み、第１および第２の面は間隔を置かれる。２面釣合せ手段により、カラーホイールは一層よく釣合せされる。

Description

分野
この開示は、画像パネルの連続カラー照明を可能にするためにプロジェクタシステムで用いられる回転可能なカラーホイールに関する。

背景
スクリーンにカラー画像を生成するためのほとんどの画像投影装置は、１つの画像パネルしか含まない。カラー画像を形成するためには、さまざまな色の光ビームでパネルを連続して照らす必要がある。人間の目は、シーケンスが十分に速く表示される場合、結果的なカラー画像シーケンスを即時に解像することができず、結果としてカラー画像の印象が生じる。必要な連続照明を実現する１つの方法は、回転可能な円盤状キャリアに固定されたダイクロイックフィルタセグメントを照明経路に配置することである。これは、典型的にはモータに接続されたカラーディスクを形成する。このようなカラーディスクおよびモータのアセンブリはカラーホイールと呼ばれる。このようなカラーディスクの回転は相当高速である必要があるので、このようなカラーディスクの釣合わせが問題となる。

第１の接近方法として、カラーディスクは固定した円盤状のロータとして記載することができる。円盤状のロータを釣合せる最先端技術の解決策は、軸から分離して釣合せおもりを加えたり取除いたりすることである。このような釣合わせを実行する単純な方法は、穴を開けてそれによって材料を取除くことである。

材料の除去を実行するために、カラーホイールは、保持用の取付具を有する釣合い試験機に取付けられる。カラーホイールが回され、機械によりカラーディスクの残った不均衡の検出が可能になる。次いで機械は不均衡を修正するための質量値および角度位置を出力する。次にオペレータが経験に基いて適切な量の材料を穴を開けて取出す。このプロセスが、カラーホイールが特定のレベルで釣合うまで繰返される。

材料の追加を実行するためにも同様のプロセスが実行されるが、不均衡の修正については、鉛または接着剤などの材料をカラーディスクに加えることができる。材料の追加は、典型的には材料除去の不均衡位置から１８０°で行なわれる。

ＵＳ６７４７８０３においては、円盤状キャリアの外表面に１つ以上の環状溝が配置されている。これにより、カラーホイールを釣合せるために釣合わせ物質を環状溝に加えることが可能となる。

困難なことの１つは、正確にホイールを釣合せる方法を見つけることである。ＪＰ２００４３２５７２１では、カラーホイールは、支持テーブルと押圧板との間に挟まれて保持され、モータで駆動されている。押圧板は釣合せ調整リブおよび凹部部分を備える。釣合せ調整リブは、外周方向に分散し、径方向に延在するよう配置されている。釣合せ調整リブに対応する位置に凹部部分が与えられ、押圧板の外部周縁部に近づいているので、それぞれの釣合せ調整リブと押圧板との間に間隔が形成される。釣合せ調整リブは、凹部部分にニッパなどの多目的切削工具を挿入することにより、外部周辺側から必要な長さに切取られる。

解決すべき課題
典型的には、カラーディスクは円盤状ロータとして記載される。このような円盤状ロータが釣合いを保てない場合、質量中心は回転軸と位置合わせされていない。したがって、円盤状ロータを釣合せるためには、釣合わせ質量が加えられ、または取除かれて、質量中心を回転軸へと動かす。

カラーディスクは、典型的には７０００ｒｐｍから１５０００ｒｐｍの動作速度で回転する。不都合なことに、この速度では、この最先端技術の釣合せ方法は多くの場合十分ではなく、ホイールの軸受が回転中に損傷を受ける。その結果として付加的な振動が与えられる。それが結果としてカラーホイールの寿命を比較的短いものにする場合さえある。

したがってこの発明の目的は、ホイールの寿命を延ばすと同時に振動問題を減じるために、向上したカラーホイールおよび向上した釣合せ方法を与えることである。

発明の概要
上述のように、典型的にはカラーディスクは回転ディスクとして記載される。しかしながら、すべての現実の回転子は有限の厚さを有するので、非常に薄いディスクでさえ、２つ以上の一連の円盤状ロータとして表現することができる。これらのディスクの各々の質量中心線を接続することで質量中心線につながる。典型的なカラーディスクの場合には、この質量中心線がホイールの径方向寸法と比較して相当小さく、一面釣り合わせが適切な釣合せ方法であるように思われる。しかしながら、驚くべきことに発明者らは、典型的には厚い回転子にのみ用いられる二面釣合わせが、カラーディスクを回転させるためにより良い結果を示すことを発見した。したがって、この発明による発明的なホイールは、回転軸に直交する第１の面に釣合せ手段を含み、さらに、第１の面とは間隔を置いた、かつ同様に回転軸に直交する第２の面に釣合せ手段を含む。したがって、この発明によるカラーホイールは２面または複数面釣合せ機構を含む。このような機構は、たとえば材料の追加または除去であり得る。

発明者らがこの２面釣合せ手法を用いようとした際、第２の釣合せ面を適用するのが相当に困難であることがわかった。最終的に、カラーホイールの幾何学的制限により、カラーホイールの径方向寸法と比較して、２つの面が相対的に互いに接近していたことが困難性の源であったことが認識された。釣合わせは、２つの釣合せ面の少なくとも１つに接続された釣合わせ質量の僅かな変位にも極めて敏感であった。

しかしながら、発明者らは、カラーディスクを修正すれば釣合わせが容易になり、したがって向上することを発見した。そのような修正において、回転軸に沿ったカラーディスクの大きさが人為的に増大される。当業者は、これらの画像プロジェクタにおいては常にスペースが問題になるので、この大きさを増大させないであろう。しかしながら、回転軸に沿った大きさを人為的に増大すると、第１の釣合せ面から十分に分離した第２の釣合せ面を選ぶための基礎をもたらす。

下記において、この発明が、例に基づき図面の助けによってさらに詳細に記載される。これらの例はこの発明の範囲をこれらの例に限定するよう意図しないことが理解される。

好ましい実施例の詳細な説明
下記において、この発明が図面の助けによってさらに詳細に記載される。いくつかの好ましい実施例が説明される。しかしながら、次の項では、先行技術に対するこの発明の利点を具体的に指摘するために、典型的な先行技術の解決策がまず記載される。第１の図は
先行技術によるカラーディスク１を概略的に示す。円盤状キャリア３と３つのカラーフィルタセグメント５、７および９とが示される。円盤状キャリア３では、第１の面上にのみホイールを釣合せるために材料が取除かれる材料除去部分１１がある。

カラーホイールを釣合せるために、カラーホイールは釣合い試験機の取付具にクランプ締めされ、９０００ｒｐｍにまで回転される。釣合い試験機は、回転する不均衡なカラーホイールにより生成される力を検出し、これに基いて、アルゴリズムの助けにより、カラーホイールを釣合せるために加えられ、または取除かれる材料の必要な質量および角度を計算する。したがって、釣合い試験機は、平行回転レジームに必要な釣合い読取り値がいくらかを決定することができる。次いで、オペレータがカラーホイールを取除き、これをドリルステーション取付具に載置する。釣合ったカラーホイールを達成するために、オペレータが必要なカラーディスクの材料の量を手動で穴を開けて取出す。したがって、先行技術の釣合わせは単一面に限定される。

上述のように、この発明によれば、円盤状ロータを備えたカラーホイールについてさえも２面釣合わせが実行される。これは、たとえばカラーディスクの表面側およびカラーディスクの裏面側に行われ得る。

円盤状ロータを備えたカラーホイールに２面釣合わせを実行するのは困難である。したがって、この発明による向上した解決策は、材料除去の第２の面の基礎が形成されるようなやり方でカラーディスクを修正することである。これはたとえばカラーディスクに回転対称な付加的な胴体部を加えることにより達成することができる。対称軸はロータのこの回転軸とうまく位置合わせされなければならない。図２でさらに示されるのは、円盤状キャリア３上の円筒状胴体部１３である。円筒状の大きな胴体部１３の対称軸は、カラーホイールの回転軸と平行かつ位置合わせされている。円盤状キャリア３および円筒状の大きな胴体部１３が単一の部品に形成され得ることに注意されたい。胴体部１３が、大きな円筒、中空円筒リング、またはいかなる少なくともおよそ回転対称な胴体部の形状を有してもよいことにも注意されたい。第１の材料除去部分１１とは別にさらに示されるのは、第１の面から十分に分離された、第２の面内の第２の材料除去部分１５である。両方の面は回転軸に直交する。第１の面と第２の面との距離は、カラーホイールアセンブリを小さく保つために可能な限り短く保たれるべきである。この距離は、信頼性の高い２面釣合わせを可能にするために必要なだけ長く保たれるべきである。

発明者らは、信頼性の高い２面釣合わせを容易に実行するために必要な面間の最小距離が、カラーディスク特有の寸法であって下記に規定される慣性半径Ｒ_Iに関連し得ることを発見した。慣性モーメントＩは下記に規定される。

ここでＭは回転部分の総重量であり、ρは密度分布であり、Ｖは回転部分の全体積である。質量がすべて円に集中されるロータで同じ慣性モーメントが達成され得る。これは、円筒座標における下記の密度分布を意味する。

ここでδ（ｘ）はデルタ関数であり、その関係は、

を保持し、ここでＲ_Iは円の半径である。この明細書全体にわたってこの半径が慣性半径と名付けられている。

次に、慣性モーメントについては下記の関係が保持される。

発明者らは、２つの面の距離が慣性半径の少なくとも０．２５倍でなければならないことを発見した。したがって、Ｒ_Iが釣合されるカラーホイールの慣性半径であってＤが２つの釣合せ面間の距離である場合、この好ましい実施例による発明のホイールについては、Ｄ＝ｋ・Ｒ_Iの関係が保持され、ここでｋは少なくとも０．２５であるが、ｋが実質的に０．５に等しいことが好ましい。

今日用いられる典型的なカラーディスクについては、慣性半径はおよそ約２０ｍｍである。したがって、２つの釣合せ面は、少なくとも５ｍｍ（ｋ＝０．２５）の距離で間隔を置かれるべきであり、２つの面は１０ｍｍ（ｋ＝０．５）の間隔を置かれるのが好ましい。

幾何学的な理由で、ｋ＞１０はもはや意味をなさない。投影システム内の光学素子は可能な限り小さい必要があるからである。

図３は第２の好ましい実施例を示す。これは図２の実施例に極めてよく似ている。しかしながら、第２の材料除去部分が材料追加部分と置き換えられている。これについては、ホイールを釣合せるために接着剤などの材料が配置され得るところに溝が見られる。

図４は第３の好ましい実施例を示す。ここでは円筒状の胴体部は用いられないが、円盤状キャリアの第１のディスクから十分に間隔を置いて第２のディスクが用いられる。

図５はこの発明による別の実施例を示す。ここでは、カラーディスクの中央に固定された半球が示される。このような実施例の利点は、半球の対称性によって、ホイールの回転軸に胴体部の回転軸を正確に配向するために注意しなくてもよいことである。たとえば円筒が用いられる場合、円筒軸は、付加的な不釣合いを導入しないよう、カラーホイールの回転軸と十分に位置合わせしなければならない。

この発明はさまざまなタイプの軸受に用い得る。たとえば空気軸受とスリーブ軸受とは非常に異なる。一般に、釣合い試験機は、空気軸受またはスリーブ軸受について不均衡読取値を得るために同じ仕組みを用いる。

既に述べたように、プロセスでは材料を加えたり取除いたりすることができる。さらに、材料除去および材料追加を組合せることも可能である。その相違は、材料除去プロセスにおいてカラーホイールからどのくらい取除くか、または、材料追加プロセスにおいてどのくらいの材料を加えるべきかを決定することである。

２面釣合せ方法は、空気軸受を備えたカラーホイールに用いることができる。しかしながら、スリーブ軸受モータを備えたカラーホイールに２面釣合せ方法を用いることは、驚くほど有利な効果があり、さらにモータの寿命が延びる。したがって、一面釣り合わせによる振動がその用途について既に十分低いレベルとなっていても、寿命を延ばすために２面釣合わせにすることが有利である。

ここで説明した例とは異なり、２面釣合わせ用の２つの面は、それらがカラーセグメントディスクを間に挟むようなやり方で位置決めされ得ることに注意されるべきである。これはスリーブ軸受についてさらに長い寿命が必要な場合に特に有利である。この場合、面がカラーディスクセグメントを間に挟むと好ましい実施例となる。

しかしながら、カラーセグメントディスクの一方側に釣合せのための両面を与えるほうが安価であり、モータが釣合せ面側の反対側にあれば、釣合せ自体がかなり容易に処理され得るという利点を有する。

記載された実施例はすべて共通して、ロータとロータを回転させるためのモータとを組合わせて含むカラーホイールであって、ロータはカラーフィルタセグメントによって形成されたリング状の半透明の領域を含み、半透明の領域はロータが回転すると連続的に光路に延在するよう適合され、回転軸に直交する第１の面のロータはさらに第１の釣合せ手段を含み、回転軸に直交する第２の面のロータはさらに第の釣合せ手段を含み、第１および第２の面は間隔を置かれる。

そのいくつかは、第１および第２の面がＤ＝ｋ＊Ｒ_Iである距離Ｄだけ間隔を置いたカラーホイールであって、ここでＲ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である。好ましくはｋは最大１０である。ｋが実質的に０．５に等しい場合がさらに好ましい。

いくつかの実施例は、ロータおよびロータを回転させるためのモータを組合わせて含むカラーホイールであって、ロータは、カラーフィルタセグメントによって形成されたリング状の半透明の領域を含み、半透明の領域はロータが回転すると連続的に光路に延在するよう適合され、回転軸に直交する第１の面のロータはさらに第１の釣合せ手段を含み、回転軸に直交する第２の面のロータはさらに第２の釣合せ手段を含み、ロータはさらに、第２の釣合せ手段を含むために採用される、第１および第２の面が間隔を置かれ得るようにする付加的な回転対称胴体部を含む。

付加的な回転対称胴体部を備えたカラーホイールのうちのいくつかは、Ｄ＝ｋ＊Ｒ_Iである距離Ｄだけ第１および第２の面が間隔を置かれるカラーホイールであって、ここでＲ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である。好ましくは、ｋは最大１０である。ｋが実質的に０．５に等しい場合がさらに好ましい。

好ましい実施例では、回転対称胴体部の少なくとも一部は実質的に円筒の形状を有する。別の好ましい実施例では、回転対称胴体部の少なくとも一部は、実質的に半球の形状を有する。

別の好ましい実施例では、回転対称胴体部は、少なくともＤ_al＝Ｄ＝ｋ＊Ｒ_Iである軸長を有し、ここでＲ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である。この場合、第１および第２の釣合せ手段を回転対称胴体部に配置することが便利である。

しかしながら、この発明のいくつかの実施例は、ロータおよびロータを回転させるためのモータを組合わせて含むカラーホイールであって、ロータは、カラーフィルタセグメントによって形成されたリング状の半透明の領域を含み、半透明の領域はロータが回転すると連続的に光路に延在するよう適合され、回転軸に直交する第１の面のロータはさらに第１の釣合せ手段を含み、回転軸に直交する第２の面のロータはさらに第２の釣合せ手段を含み、そこでリング状の半透明の領域は第１および第２の面の間に位置決めされる。

リング状の半透明の領域が第１および第２の面の間に位置決めされるカラーホイールのうちのいくつかは、第１および第２の面がＤ＝ｋ＊Ｒ_Iである距離Ｄだけ間隔を置かれるカラーホイールであって、ここでＲ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である。好ましくは、ｋは最大１０である。ｋが実質的に０．５に等しい場合がさらに好ましい。

釣合せ方法を示す先行技術の円盤状カラーホイールである。 この発明によって修正されたカラーホイールの一実施例である。 この発明による別の好ましい実施例である。 この発明による別の好ましい実施例である。 この発明による別の好ましい実施例である。

Claims (15)

1. カラーホイールであって、
   ロータと、
   ロータを回転させるためのモータとを組合わせて含み、
   ロータはカラーフィルタセグメントによって形成されたリング状の半透明の領域を含み、
   半透明の領域は、ロータが回転すると連続的に光路に延在するよう適合され、
   回転軸に直交する第１の面のロータはさらに第１の釣合せ手段を含み、
   回転軸に直交する第２の面のロータはさらに第２の釣合せ手段を含み、
   第１および第２の面は間隔を置かれる、カラーホイール。
2. 第１および第２の面は距離Ｄだけ間隔を置かれ、Ｄは
   Ｄ＝ｋ＊Ｒ_I
   であって、Ｒ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である、請求項１に記載のカラーホイール。
3. ｋは最大１０である、請求項２に記載のカラーホイール。
4. ｋは実質的に０．５に等しい、請求項２に記載のカラーホイール。
5. カラーホイールであって、
   ロータと、
   ロータを回転させるためのモータとを組合わせて含み、
   ロータはカラーフィルタセグメントによって形成されたリング状の半透明の領域を含み、
   半透明の領域は、ロータが回転すると連続的に光路に延在するよう適合され、
   回転軸に直交する第１の面のロータはさらに第１の釣合せ手段を含み、
   ロータはさらに付加的な回転対称胴体部を含み、
   回転軸に直交する第２の面のロータはさらに第２の釣合せ手段を含み、
   ロータはさらに、第２の釣合せ手段を含むために採用される、第１および第２の面が間隔を置かれ得るようにする付加的な回転対称胴体部を含む、カラーホイール。
6. 第１および第２の面は距離Ｄだけ間隔を置かれ、Ｄは
   Ｄ＝ｋ＊Ｒ_I
   であって、Ｒ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である、請求項５に記載のカラーホイール。
7. ｋは最大１０である、請求項６に記載のカラーホイール。
8. ｋは実質的に０．５に等しい、請求項６に記載のカラーホイール。
9. 回転対称胴体部の少なくとも一部は実質的に円筒の形状を有する、請求項５から８のいずれかに記載のカラーホイール。
10. 回転対称胴体部の少なくとも一部は実質的に半球の形状を有する、請求項５から８のいずれかに記載のカラーホイール。
11. 回転対称胴体部は、少なくともＤ_al＝Ｄ＝ｋ＊Ｒ_Iである軸長を有し、ここでＲ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である、請求項５から１０のいずれ
    かに記載のカラーホイール。
12. カラーホイールであって、
    ロータと、
    ロータを回転させるためのモータとを組合わせて含み、
    ロータはカラーフィルタセグメントによって形成されたリング状の半透明の領域を含み、
    半透明の領域は、ロータが回転すると連続的に光路に延在するよう適合され、
    回転軸に直交する第１の面のロータはさらに第１の釣合せ手段を含み、
    回転軸に直交する第２の面のロータはさらに第２の釣合せ手段を含み、
    リング状の半透明の領域は第１および第２の面の間に位置決めされる、カラーホイール。
13. 第１および第２の面は距離Ｄだけ間隔を置かれ、Ｄは
    Ｄ＝ｋ＊Ｒ_I
    であって、Ｒ_Iはロータの慣性半径であり、ｋは少なくとも０．２５の因数である、請求項１２に記載のカラーホイール。
14. ｋは最大１０である、請求項１３に記載のカラーホイール。
15. ｋは実質的に０．５に等しい、請求項１３に記載のカラーホイール。

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