(57)【要約】【課題】  空気抵抗が小さく、高速の回転が可能であり、作製の容易なカラーホイールを提供する。【解決手段】  カラーホイール１２は、ホイール本体２０とホイール本体２０を回転するモータ２１とを備えている。ホイール本体２０は、リム３４及びハブ３５を有するフレームと、環状に配列してフレームに保持されたフィルターセグメント３０Ｒ，３０Ｂと、ガラス板３２とから構成されている。リム３４とハブ３５には、フィルターセグメントを支持する支持面３８が設けられている。ガラス板３２は、空気層４２となるフレームの開口部を塞ぎ、ホイール本体２０が回転したときに生じる空気抵抗を小さくし、空気との摩擦で生じる騒音の発生を軽減する。【選択図】        図３
2006285088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色の異なる複数のフィルターセグメントが円環状に配列されたホイール本体と、ホイール本体を回転させるモータとを備え、前記ホイール本体を回転させることによって光の透過するフィルターセグメントを切り替えるカラーホイールにおいて、
前記ホイール本体は、
円環状に配列された複数のフィルターセグメントの外周を囲むリムと、各フィルターセグメントの片方の表面をその辺縁に沿って支持する支持部とを有するフレームと、
前記支持部により支持されたフィルターセグメントの前記表面と向かい合う側から前記フレームに密着する透明板とを備えていることを特徴とするカラーホイール。
【請求項２】
色の異なる複数のフィルターセグメントが円環状に配列されたホイール本体と、ホイール本体を回転させるモータとを備え、前記ホイール本体を回転させることによって光の透過するフィルターセグメントを切り替えるカラーホイールにおいて、
前記ホイール本体は、
円環状に配列された複数のフィルターセグメントの外周を囲むリムを少なくとも有するフレームと、
前記フレームの表裏両面に密着する２枚の透明板とを備えたことを特徴とするカラーホイール。
【請求項３】
前記透明板は、外部から挟持されることにより前記フレームに密着していることを特徴とする請求項１又は２記載のカラーホイール。
【請求項４】
前記透明板は、反射防止コートが施されたガラス板からなることを特徴とする請求項１ないし３にいずれか１つ記載のカラーホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色光を時分割で色分離する際に使用するカラーホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
１枚のデジタルミラーデバイスを備えたデジタル・ライト・プロセッシング方式の単板式プロジェクタでは、白色の照明光を時分割で色分離し、異なる色の照明光を順次に取り出すためにカラーホイールが使用される。デジタルミラーデバイスは、カラーホイールにより色分離されたＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の照明光を画素単位で変調することにより各色の画像光を生成する。各色の画像光は、投映レンズ等により拡大され、スクリーン上で結像し、大画面の画像を形成する。
【０００３】
カラーホイールは、Ｒ，Ｇ，Ｂ等の透過光の色が異なる複数のフィルターセグメントが、その回転方向に１組又は２組配列して構成される。カラーホイールは、モータの回転軸に固定され、高速に回転するため、各フィルターセグメントには大きな遠心力が働く。フィルターセグメントは遠心力に耐え得るようにフレームに保持されるが、フィルターセグメントを保持したフレームが有する凹凸は、カラーホイールに大きな空気抵抗を与え、さらに空気抵抗により生じる音がプロジェクタの静音化を妨げる要因となる。そこで、空気抵抗を生じさせるフレームを使用せずにフィルターセグメントを互いに接着し、１枚の円盤状にしたモノリシック型のカラーホイールが知られている（例えば特許文献１参照）。モノリシック型のカラーホイールは、空気抵抗が小さく、その回転数を高くすることにより画像が虹色に見えるカラーブレーキングノイズの発生を抑えるのに効果的である
【特許文献１】特開平６−３４７６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、映像品質の向上を目的としてカラーホイールの回転数をさらに高める必要が生じている。セグメント型のカラーホイールでは、回転数を高めるためにフィルターセグメントの接着強度を高めなければならず、製造に手間がかかり、コストが高くなるという欠点を有している。
【０００５】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、低コストで容易に製造でき、高い回転数で駆動させることのできるカラーホイールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、色の異なる複数のフィルターセグメントが円環状に配列されたホイール本体と、ホイール本体を回転させるモータとを備え、前記ホイール本体を回転させることによって光の透過するフィルターセグメントを切り替えるカラーホイールにおいて、前記ホイール本体は、円環状に配列された複数のフィルターセグメントの外周を囲むリムと、各フィルターセグメントの片方の表面をその辺縁に沿って支持する支持部とを有するフレームと、前記支持部により支持されたフィルターセグメントの前記表面と向かい合う側から前記フレームに密着する透明板とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
色の異なる複数のフィルターセグメントが円環状に配列されたホイール本体と、ホイール本体を回転させるモータとを備え、前記ホイール本体を回転させることによって光の透過するフィルターセグメントを切り替えるカラーホイールにおいて、前記ホイール本体は、円環状に配列された複数のフィルターセグメントの外周を囲むリムを少なくとも有するフレームと、前記フレームの表裏両面に密着する２枚の透明板とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
前記透明板は、外部から挟持されることにより前記フレームに密着していることを特徴とする。
【０００９】
前記透明板は、反射防止コートが施されたガラス板からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載のカラーホイールによれば、フィルターセグメントがフレームにより保持されるから、カラーホイールを従来よりも高速に回転させることができる構造となる。また、フィルターセグメントを支持する支持部が形成されたフレームは、フィルターセグメントが支持される面のある側に、空気抵抗を受ける要因となる凹凸が形成されるが、これを透明板によって覆い、回転するカラーホイールが受ける空気抵抗の影響を小さくしているから、空気抵抗によってカラーホイールの回転が妨げられることや、風切り音を発生させることがほとんどなく、カラーホイールの回転の高速化と静音化を実現できる。
【００１１】
請求項２記載のカラーホイールによれば、フレームによりフィルターセグメントを保持した構造としているから、カラーホイールを高速に回転させることができる。また、フィルターセグメントが組み込まれたフレームに、空気抵抗を受ける要因となる凹凸が生じても、これを２枚の透明板によってフレームの両面を覆うから、例えば、フィルターセグメントの表面とフレームの表面とに小さな段差が生じていても、回転するカラーホイールが受ける空気抵抗の影響をさらに小さくすることができる。これにより、フレームとフィルターセグメントは比較的容易に作製できるようになり、また、カラーホイールのさらなる高速化と静音化を実現できる。
【００１２】
請求項３記載のカラーホイールによれば、フレームと透明板とを外部から挟持しているから、フレームと透明板とを接合するだけの場合よりも、ホイール本体５０の回転のブレを小さくでき、回転速度の低下を防ぎ、空気抵抗の影響をさらに小さくできる。
【００１３】
請求項４記載のカラーホイールによれば、透明板として反射防止コートが施されたガラス板を使用することにより、長時間の使用に耐え、透明板の表面反射によって照明光の効率を低下させることのない照明装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１において、プロジェクタ１０には、光源装置１１、カラーホイール１２、照明光学系１３、全反射プリズム１４、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１５、投映光学系１６が設けられている。光源装置１１は、高輝度の白色光を放射する光源１８とリフレクタ１９とからなる。カラーホイール１２は、赤色光、緑色光、青色光のみをそれぞれ透過するカラーフィルターからなるフィルターセグメントを備え、このフィルターセグメントが円環状となるように所定の間隔でそれぞれ配置されている。カラーホイール１２は、フィルターセグメントが保持されたホイール本体２０とホイール本体２０を回転させるモータ２１とを備えている。カラーホイール１２は、モータ２１の駆動により回転し、光源１８からの白色光を時間ごとに色分離し、色分離した照明光を照明光学系１３に出射する。
【００１５】
照明光学系１３は、ロッドインテグレータ２３とリレーレンズ２４とを備えている。ロッドインテレグレータ２３は、例えば四角柱状に形成されたガラスからなり、カラーホイール１２を透過した光が入射する。ロッドインテグレータ２３に入射した光は、その内部で複数回の全反射が行われ、均一な明るさの照明光になり、ロッドインテグレータ２３を出射する。ロッドインテグレータ２３を出射した照明光は、リレーレンズ２４を介して全反射プリズム１４に入射する。
【００１６】
全反射プリズム１４は、入射側プリズム２６と出射側プリズム２７とからなる。入射側プリズム２６と出射側プリズム２７との間には平行なエアギャップが設けられている。リレーレンズ２４から入射した照明光は、入射側プリズム２６を透過し、エアギャップに接した斜面で全反射され、ＤＭＤ１５に入射する。ＤＭＤ１５は、周知のように、照明光を反射する多数のマイクロミラーが設けられ、照明光を画素ごとに変調して画像情報を有する画像光を生成する。画像光は、入射側プリズム２６と出射側プリズム２７を透過して投映光学系１６に入射する。投映光学系１６は、画像光をスクリーン上に結像させ、画像を拡大投映する。
【００１７】
図２において、ホイール本体２０は、それぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光を透過させるフィルターセグメント３０Ｒ，フィルターセグメント３０Ｇ，フィルターセグメント３０Ｂと、各フィルターセグメントが嵌め込まれるフレーム３１と、無色透明な円形のガラス板３２とから構成されている。フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂは、中心角度が１２０°の扇形状であり、フレーム３１によって円環状に配列される。光源装置１１から出射した白色の照明光は、ホイール本体２０が１回転する間にＲ光、Ｇ光、Ｂ光に変換され、ロッドインテグレータ２３に入射する。
【００１８】
フレーム３１は、フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂの外周縁側を保持する環状のリム３４と、内周縁側を保持するハブ３５と、リム３４とハブ３５の間でフィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂを支持するスポーク３６とが一体成形されている。ハブ３５は、モータ２１が貫通する貫通穴３５ａを有している。リム３４とハブ３５は、フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂの表面をその外周縁側と内周縁側の円弧状をした辺縁に沿って支持するための支持面３８を有している。支持面３８は、リム３４とハブ３５の断面形状が階段状となるように径方向に突出し、スポーク３６の表面と同一面となっている。フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂは、スポーク３６の上に各セグメントの境界が位置するように組み込まれ、スポーク３６は、フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂの表面をその径方向の辺縁に沿って支持する。
【００１９】
フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂが接するフレーム３１の表面には接着剤が塗布される。フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂは、リム３４とハブ３５の支持面３８によって照明光が遮られる領域でフレーム３１に接着して固定される。ガラス板３２は、リム３４と同じ外径であり、フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂが組み込まれる側とは反対側のフレーム３１の表面に設けられる。ガラス板３２が接するフレーム３１の表面には接着剤が塗布され、フレーム３１に固定される。ガラス板３２の表裏両面には反射防止コートが施され、照明光がガラス板３２に入射する時の表面反射、照明光がガラス板３２から出射する時の内面反射が防止されている。ガラス板３２は、ハブ３５と同様に、モータ２１が貫通する貫通穴３２ａを有している。
【００２０】
図３において、ホイール本体２０は、モータ２１の回転子であるフランジ状の支持板４０と、押さえ板４１とによって挟持される。モータ２１は、ガラス板３２の貫通穴３２ａと、ハブ３５の貫通穴３５ａとを貫通している。押さえ板４１は、ホイール本体２０を支持板４０に向かって圧接し、ホイール本体２０をモータ２１に固定する。これにより、モータ２１が駆動すると、ホイール本体２０と支持板４０及び押さえ板４１が一体となって回転する。モータ２１には、エアーベアリングモータが用いられている。
【００２１】
支持板４０及び押さえ板４１はハブ３５の直径よりも大きく、支持板４０はハブ３５をフィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂごと支持し、押さえ板４１はガラス板３２を支持している。フレーム３１に組み込まれたフィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂの表面と、リム３４及びハブ３５の表面は同一面になる。フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂとガラス板３２の間には、空気層４２が形成されている。空気層４２は、スポーク３６及び支持面３８に支持されたフィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂの表面と向かい合う側から、ガラス板３２がフレーム３１に密着しているために生じる空間である。
【００２２】
空気層４２の空間がガラス板３２によって塞がれていない場合、フレーム３１の表面には凹凸ができる。この凹凸は、フレーム３１がスポーク３６を有しているため、回転対称とはならない段差であるので、フレーム３１が回転すると、その表面の凹凸が空気を受け、空を切るような風切り音が発生する。また、空気抵抗がモータ２１に負荷をかけ、モータ２１の回転速度の低下を引き起こす。よって、フレーム３１を高速で回転させるときは、フレーム３１と空気との摩擦が大きくなり、これに伴う大きな騒音が発生し、単位時間あたりに必要となるモータ２１の回転数が得られなくなる。
【００２３】
しかしながら、ホイール本体２０には、フレーム３１の片側の面にガラス板３２を設けているから、空気層４２の空間が塞がれ、ホイール本体２０が高速に回転するときでも、フレーム３１と空気との摩擦が小さくなり、騒音やモータ２１にかかる負荷が軽減される。また、フィルターセグメント３０Ｒ〜３０Ｂは、フレーム３１のリム３４により外周が囲まれ、支持板４０と押さえ板４１とによって挟持されているから、ホイール本体２０が高速回転しても確実に保持され、その遠心力によって外れるような故障は起きない。
【００２４】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図４において、ホイール本体５０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの光をそれぞれ透過する３つのフィルターセグメント５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂが組み込まれるフレーム５２と、フレーム５２を挟む２枚の無色透明な円形のガラス板５３，５４とを備えている。フレーム５２は、フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂの外周縁側を保持するリム５５と、平板状のハブ５６，リム５５とハブ５６の間のスポーク５７を有している。３つのフィルターセグメント５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは、フレーム５２に隙間のないように敷き詰められ、円形に配列される。
【００２５】
ガラス板５３，５４には、その中央に貫通穴５３ａ，５４ａがそれぞれ形成されている。また、フレーム５２には、ハブ５６に貫通穴５６ａが形成されている。リム５５の内周側と、ハブ５６及びスポーク５７の上面は、フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂの表面をその輪郭に沿って支持する支持面５８となっている。
【００２６】
フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂが接するフレーム５２の表面には接着剤が塗布される。フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂは、リム５５とハブ５６に接着して固定される。ガラス板５３は、フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂが組み込まれたフレーム５２の上面に接着され、ガラス板５４は、ガラス板５３とは反対側のフレーム５２の下面に接着され、それぞれフレーム５２に固定される。
【００２７】
図５において、ホイール本体５０は、ベアリングモータからなるモータ５９の回転子に接着して固定される。モータ５９には、その回転子としてホイール本体５０を支持するフランジ部６０ａを有する円柱状の支持部材６０が設けられている。支持部材６０は、ガラス板５４，フレーム５２，ガラス板５３を貫通する。ホイール本体５０は、支持部材６０の円柱の側面とフランジ部６０ａに接着して固定される。また、支持部材６０は押さえ板６１を貫通する。押さえ板６１は、支持部材６０の円柱の側面とガラス板５３とに接する部分が接着して固定される。押さえ板６１は、ガラス板５３の表面を押さえる。ホイール本体５０は、支持部材６０のフランジ部６０ａと押さえ板６１とによって挟持され、回転時のブレの発生が抑制される。フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂは支持面５８で支持されるため、フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂとガラス板５４との間に位置するフレーム５２の開口部には空気層６２が形成される。
【００２８】
ガラス板５３は、フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂの表面とフレーム５２の表面とに密着し、ホイール本体５０の回転時に、フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂの互いの継ぎ目に生じる小さな凹凸等によって空気抵抗が発生することを防ぐ。また、ガラス板５４は、フレーム５２の空気層６２が形成される空間を覆うことにより、ホイール本体５０の回転時にスポーク５７が空気抵抗を受けることを防止する。
【００２９】
ホイール本体５０は、フレーム５２の両面にガラス板５３，５４を設けているから、ホイール本体５０が回転する時に受ける空気抵抗は小さくなり、空気との摩擦による騒音やモータ２１にかかる負荷が軽減される。また、フィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂは、フレーム５２により確実に保持され、その遠心力でフレーム５２から外れることはない。
【００３０】
なお、本発明は、以上の実施形態に限られず、適宜の変更が可能である。例えば、ホイール本体５０のように、フレーム５２を２枚のガラス板５３，５４で挟み込むものでは、リム５５とハブ５６を分離し、スポーク５７を設けずにリム５５とハブ５６を２枚のガラス板５３，５４に接着し、支持面５８の代わりにガラス板５３とガラス板５４の表面でフィルターセグメント５１Ｒ〜５１Ｂを支持するようにしてもよい。
【００３１】
フィルターセグメントは、中心角が１２０度の扇形状のものに限られず、９０度，６０度のように中心角の異なる扇形状のものを適宜使用することができる。また、リム，ハブ，スポークを一体成形してフレームを作製することに限られず、これらを個別に成形し、フレームとして組み立てられるようにしてもよい。この場合、スポークの位置を自由に選択できるようにすれば、中心角の異なるフィルターセグメントを備えたカラーホイールを製造する際、様々な種類のフレームを作製する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】プロジェクタの概略構成図である。
【図２】ホイール本体の分解斜視図である。
【図３】カラーホイールの断面図である。
【図４】異なる実施形態のホイール本体の分解斜視図である。
【図５】異なる実施形態のカラーホイールの断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  プロジェクタ
１２  カラーホイール
２０，５０  ホイール本体
２１，５９  モータ
３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ，５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ  フィルターセグメント
３１，５２  フレーム
３２，５３，５４  ガラス板
３４，５５  リム
３５，５６  ハブ
３６，５７  スポーク
３８，５８  支持面
４０  支持板
４１，６１  押さえ板
４２，６２  空気層
６０  支持部材
【図１】
2006285088.tif 000003
【図２】
2006285088.tif 000004
【図３】
2006285088.tif 000005
【図４】
2006285088.tif 000006
【図５】
2006285088.tif 000007