(57)【要約】  本発明は、つり合い装置を備えるカラーホイールに関する。つり合い装置は、円形の案内部と、これに配置された、案内部に沿って可動の少なくとも２つのつり合い質量体とを含んでいる。つり合い質量体の運動性は、その自重のもとで動くことがないように制限されている。本発明は、カラーホイールをつり合わせる方法も同じく対象としており、この方法によれば、まずつり合い質量体を案内部に配置して、これらのつり合い質量体により形成されるつり合い質量体システムの重心がカラーホイールの回転軸に位置するようにする。次いで不つり合いを測定して位置を判定し、つり合い質量体を案内部に沿って変位させることによって、この特定の位置へとつり合い質量体システムの重心を変位させる。
2010521710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
つり合い装置を備えるカラーホイールにおいて、前記つり合い装置は実質的に円形の案内部を含んでおり、該案内部はその円の中心点を前記カラーホイールによって定義される回転軸の上に有しており、前記案内部には、つり合い質量体システムを共同で形成する、前記案内部に沿って互いに独立して可動の少なくとも２つのつり合い質量体が設けられており、それにより、そのつど前記つり合い質量体を前記案内部に沿って動かすために、それぞれの前記つり合い質量体の重量よりも大きい力が必要であるようになっているカラーホイール。
【請求項２】
前記案内部は前記カラーホイールのロータの構成要素の突出成形部によって構成され、前記つり合い質量体システムの前記つり合い質量体は前記突出成形部を断面で見て挟み込むことを特徴とする、請求項１に記載のカラーホイール。
【請求項３】
前記案内部は前記カラーホイールのロータの構成要素の突入成形部によって構成され、前記突入成形部は前記つり合い質量体システムの前記つり合い質量体を断面で見て取り囲むことを特徴とする、請求項１に記載のカラーホイール。
【請求項４】
前記つり合い質量体システムのそれぞれ２つの前記つり合い質量体は実質的に等しい質量を有している、先行請求項のうちいずれか１項に記載のカラーホイール。
【請求項５】
前記つり合い質量体システムは２つのつり合い質量体だけを含んでいる、先行請求項のうちいずれか１項に記載のカラーホイール。
【請求項６】
請求項１に記載のカラーホイールをつり合わせる方法において、
第１のステップで、前記つり合い質量体システムの重心が実質的に前記カラーホイールの回転軸に位置するように、前記つり合い質量体を前記案内部の上に配置し、
これに続く第２のステップで、前記カラーホイールのつり合わせを実現するために、前記つり合いシステムの総質量に相当するつり合い質量体が取り付けられるべき位置を判定し、
これに続く第３のステップで、前記つり合い質量体のうちの少なくとも１つを変位させて、前記つり合い質量体システムの総質量に相当する前記つり合い質量体が取り付けられるべき事前に判定された位置に、前記つり合い質量体システムの重心が位置するようにする方法。
【請求項７】
最後のステップとして、前記つり合い質量体を前記案内部に沿って動かないように固定することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
請求項４に記載のカラーホイールのための請求項５に記載の方法において、前記案内部には第１のつり合い質量体と第２のつり合い質量体だけが設けられており、
第１のステップで前記つり合い質量体を直径上で向き合うように配置し、
前記第２のステップに記載の位置を判定するために前記カラーホイールをモータによって回転させて不つり合いを測定し、
第３のステップの枠内で１本の直線と前記案内部との交点へ前記つり合い質量体を変位させ、前記直線は前記第２のステップで判定された位置を通っているとともに、円の中心点と当該位置とを結んだ線に対して垂直に向いている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーシーケンシャルな照明を可能にするために、たとえばプロジェクタで使用されるカラーホイールに関する。本発明は、このようなカラーホイールを利用したプロジェクタも対象とする。
【背景技術】
【０００２】
上に述べたような種類のコンポーネントは、周期的な色変化を急速な連続として生起しなければならない用途で用いられる。このようなコンポーネントを使用する光学システムは、たとえば画像プロジェクタやディスプレイ構造である。典型的な用途は、テレビシステムのためのバックプロジェクタまたはフロントプロジェクタである。
【０００３】
必要とされる急速な色変化を実現するために、光線の光学的な光路にカラーフィルタが急速な連続として差し入れられる。この目的のために、円形に配置されたカラーフィルタセグメントを周辺部に備える支持体が利用される。このような構造がカラーロータを形成しており、セグメントの一部は支持体から半径方向に突き出しており、そこでカラーリングを形成する。このカラーリングは、光学的な光路へ差し入れるために設けられている。カラーロータはその中心軸を中心として回転する。カラーロータの回転により、各フィルタセグメントが交互に光学的な光路に出入りする。それによって希望される色交代の急速な連続が成立する。カラーロータはモータに配置されており、これがカラーロータを回転させる。カラーロータとモータが、カラーホイールを形成する。
【０００４】
画像生成システムは、画像を高い品質で生成することができなくてはならないので、色交代はきわめて迅速な連続として行われなくてはならない。このことは、フィルタセグメントが、光線の光路を非常に高い速度で通過しなくてはならないことを意味している。そのためには、カラーロータの高速回転が前提となる。その結果として、遠心加速度によって引き起こされ、重力加速度ｇより数百倍も大きい強い力がカラーロータに作用し、特に、影響を受けやすい各セグメントに作用する。特別に優れた画像品質のためには、加速度が１０００ｇを超えることも十分にありえる。このような画像生成システムは、高出力の光源によってしか実現することができない、非常に高い明度要求も満たさなくてはならない。このような高出力の光源に基づき、コンポーネントは相応に高い最高１００℃の温度にさらされる。
【０００５】
これに加えて、各コンポーネントの長い耐用寿命を実現するために、わずかな回転公差しか許容されない。したがって、カラーホイールのつり合わせの際には、多大の注意を払わなくてはならない。その一方で、このようなコンポーネントの幅広い用途（たとえばいわゆる低価格商品のディスプレイ用途）が得られるのは、カラーホイールを非常に低い価格で、かつ、それにもかかわらず高い品質要求を満たすように生産することが可能である場合に限られる。したがってこの関連では、複雑で高価なつり合わせ方法を採用することはできない。
【０００６】
種々のつり合わせ方法が知られており、静的および動的なつり合わせ、１つの平面または２つの平面におけるつり合わせなどが知られている。
【０００７】
従来式の静的な方法の枠内では、カラーロータを回転させて不つり合いが測定される。ロータの重心が回転軸と一致していない場合には、必ず不つり合いが存在する。これは２通りの仕方で修正することができる。軸から間隔をおいた特定の点でロータから質量を取り除くか（負のつり合わせ）、または、軸から間隔をおいた別の特定の点でロータに質量
を追加する（正のつり合わせ）かのいずれかである。
【０００８】
負のつり合わせの枠内では、典型的な場合、支持体に穴があけられる。カラーロータが穴あけ中にモータと接続されたままである場合、場合により穴あけ工程中に及ぼされる力のもとで軸受が損傷するという事態が十分に起こりえる。穴をあける前に、カラーロータをモータから取り外しておくことも考えられるであろう。残念ながらこれには非常に高い時間コストがかかり、そのために、つり合わせを高価なものにしてしまう。このことが特に当てはまるのは、つり合わせが反復的な方法で実施される場合である（回転−１回目の修正−回転−２回目の修正−・・・）。
【０００９】
正のつり合わせの枠内では、追加のつり合い重りがロータに取り付けられる。そのためにカラーホイールでは、典型的な場合、ひと塊の接着剤が支持体に取り付けられる。接着剤の質量が十分でないときは、密度の高い別の材料、たとえば一片の鋼材などを支持体に接着するために接着剤が利用される。このような方法でつり合わせを行えるようにするためには、高い精度と経験が必要とされる。たとえば接着剤が溶けて、意図しないロータの部分に流れてしまう可能性があるからである。そこで支持体は、接着剤を収容するための円形の溝を有していることが多い。しかしこのことは、つり合い重りを位置決めする自由度を制限してしまう。これに加えて、ロータを再び回転させることができるようになるまでに、接着剤の硬化に時間がかかる。したがって、このようなつり合わせの方式は、特に、すでに負のつり合わせについて説明したような反復式の方法で実施される場合に高価となる。
【００１０】
公知の動的なつり合わせ方式では、支持体またはロータのその他の部品は環状の容積部をもつ容器を含んでおり、その中に接着剤をつり合い質量体として収容することができる。ロータを回転させる前に、接着剤および必要な場合にはたとえばいくつかの金属小球を容器に入れる。容器に入れる量は、容器を完全に充填しない程度に少なく選択される。そのうえで、このような構造を回転させると、接着剤およびこれとともに場合により小球が自動的に正しい軸方向位置へと流れ、それによって不つり合いを最低限に抑える。その後に接着剤が硬化する。その際には、接着剤が回転後および／または硬化中にその場にとどまらないように留意しなくてはならない。この場合にも、つり合わせのための自由度はあまり活用することができない。半径方向の位置が容器によって事前に規定されているからである。
【００１１】
以上に説明したつり合わせ方法は、例外なく、ただ１つの平面におけるつり合わせに関わるものである。それで十分である場合が多く、特に、ロータを近似的に薄いプレートによって表すことができ、中程度の回転数しか生じない場合には十分である。しかしながらカラーホイールのカラーロータはしばしば７０００Ｕｍｉｎから１５０００Ｕｍｉｎ（１分あたりの回転数）の回転数で回転する。このようなケースでは、ただ１つの平面でのつり合わせではもはや十分でないことが多く、互いに明らかに間隔をおいた、回転軸に対して垂直な少なくとも２つの平面について、つり合わせを実施しなくてはならない。
【００１２】
その場合にも、たとえば負のつり合わせや正のつり合わせ、あるいは動的なつり合わせといった種々の方法を適用することができ、そのような手法の利点と欠点をことごとく有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、つり合わせのための簡単な方法を実施することができるカラーホイールを提供することにある。この方法により、すでに知られている方法の欠点を少なくとも部分的に克服することが意図される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、２つまたはそれ以上のつり合い質量体が環状の案内部に設けられているカラーホイールによって達成される。この案内部は、カラーホイールの回転軸と実質的に同軸に配置されている。つり合い質量体は、つり合わせプロセスの前および途中に、案内部に沿って可動なように案内部に配置されている。可動性の程度は、つり合い質量体がその自重に基づいて動くことはないが、所要の力コストをかければ案内部に沿って手で動かすことができるように選択されている。上に説明した仕方で可動である個々のつり合い質量体すべての質量を合計したものを、全体つり合い質量として定義する。この全体つり合い質量は、合理的に考えて予想される最大の不つり合いを補償するのに十分である程度に高く選択される。現代のカラーホイールにおいて、これは最大６０ｍｇである。
【００１５】
本発明の枠内で意図されるつり合わせ方法の１つの実施形態では、つり合い質量体は当初、つり合い質量体システムの重心が実質的にカラーホイールの回転軸に位置するように配置される。そしてカラーロータをモータによって回転させ、カラーホイールの不つり合いが測定される。この測定に基づいて、カラーホイールの不つり合いを最低限に抑えるために、つり合い質量体システムの重心をどこに配置すればよいかを算出することができる。
【００１６】
そして、つり合い質量体システムの重心を所望の位置へと移すために、１つまたは複数のつり合い質量体を案内部に沿って動かす。不つり合いを最低限に抑えるために、残存している不つり合いを測定し、つり合い質量体を動かすという一連の反復ステップを適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に基づくカラーホイールを示す平面図である。
【図２】図１のカラーホイールをＡＡ’線に沿って示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、一例としての図面およびこれに対応する実施形態を参照しながら、具体的に本発明について詳しく説明する。
【００１９】
図１は、フィルタセグメント３，３’および３’’と、案内部を形成する円形のレール５を有するカバーとを備える、本発明に基づくカラーホイール１の平面図を示している。カバーは、円形のレール５の中心点が少なくとも実質的にカラーホイールの回転軸に位置するように、セグメント３，３’および３’’に配置されている。レール５には質量の等しい２つのクリップ７，７’が可動に配置されており、つり合い質量システムを形成している。クリップは、たとえばそれぞれ２０ｍｇの質量を有しており、薄板でできている。これ以外の材料、たとえばプラスチックやばね鋼なども考えられる。したがって、つり合い質量システムは本例では４０ｍｇの総質量を有している。クリップ７，７’のアーム部は、レール５の側壁に押しつけられている。したがってクリップを変位させることができるようにするには、その自らの重量よりも大きい摩擦力を克服しなければならない。このようにして、つり合わせの途中および後のカラーホイールの取扱いによってクリップが不注意から変位してしまうことが保証される。クリップには、摩擦力を低めて簡単な変位を可能にするためにアーム部を押し広げることを可能にする、たとえばピンのような手段が設けられていてもよい。
【００２０】
図２は、線ＡＡ’に沿った図１のカラーホイール１の断面図を示している。この図面は、上図では隠れていた円板状の支持体９をさらに示しており、この支持体にセグメント３，３’および３’’とモータ（ここには図示せず）が配置されている。
【００２１】
つり合わせプロセスの当初において、クリップ７，７’は直径上で互いに向き合うように、すなわち、結んだ線が回転軸の位置を示す中心１１を通るように、レール５に配置される。これらのクリップは等しい質量を有しているので、それによって共通の重心が中心１１に位置しており、したがって、さしあたり不つり合いに寄与するものは一切ない。
【００２２】
次いで不つり合いが測定される。たとえばそのためにカラーホイールを回転させ、モータにはたらく横方向の力を回転中に測定する。この測定から、ここには詳しくは説明しない公知の仕方で、事前に選択された間隔で引加されるべきバランス質量の方向と値が算定される。典型的な場合、このような測定器具への事前の入力パラメータには、つり合い質量体が軸からどれだけの間隔で取り付けられるべきかの指定が含まれる。その場合、測定器具は必要な質量の値とその角度位置を判定する。このとき、事前にどのような間隔が選択されていても、特定の質量がつり合わせにつながることは明白であるが、ただし、間隔と質量との積は一定である。この理由により、両方のクリップの総質量に相当するつり合い質量体が意図されているとき、どの位置（中心からの間隔と方向）を選択すべきかを簡単に判定することができる。本例では、測定器具をキャリブレーションするために２ｃｍの間隔が選択され、このことはレール５の半径Ｒに相当している。そして測定器具が、不つり合いを解消するために、たとえば中心１１から２ｃｍの間隔で１２ｍｇのつり合い質量体が特定の方向に必要であることを判定したときは、４０ｍｇのつり合い質量体が、Ｄ＝（１２ｍｇ×２ｃｍ）／４０ｍｇ＝０．６ｃｍの間隔で必要となる。ところで、これはつり合い質量体システムの総質量に相当している。それによって、および測定器具に表示された方向によって、カラーホイールのつり合わせを実現するために、つり合いシステムの総質量のうちの一方に相当するつり合い質量体が取り付けられるべき位置１３が規定される。カラーホイールがつり合うのは、つり合い質量体システムの重心をこの点に変位させるのに成功したときである。この点１３を通り、測定器具により表示された中心１１を起点とする方向（この方向は図１に矢印で図示されている）に対して垂直に向く直線２２は、２つの交点でレール５と交わる。それぞれ１つのつり合い質量体をそれぞれ１つの交点に変位させれば、このつり合い質量体システムの共通の重心が所望の位置にくる。これに相当するのは、本例では、測定器具により表示される方向から測定した次の角度で、つり合い質量体がそれぞれ取り付けられるべきであるとの計算である。
【００２３】
【数１】
2010521710.tif 000003
【００２４】
一般的に言うと、案内部に取り付けられるべき、測定器具により算定されたつり合い質量をＭｍｅｓとし、利用できる両方のつり合い質量体がそれぞれ質量Ｍａを有しているとすると、これらのつり合い質量体を、測定器具で表示される方向から
【００２５】
【数２】
2010521710.tif 000004
【００２６】
だけ外れた位置へ案内部の上で変位させることになる。
以上をもってつり合わせ工程は終了である。ただし、クリップの位置精度に制約があるために残留の不つり合いが残っているという可能性があり、これも当然ながら再度測定することができる。この残留不つり合いが、用途について希望される値を超えている場合には、調節時に通常行われるように、クリップの増分式の変位およびこれに続く変位の効果の測定によって、残留不つり合いをいっそう最低限に抑えることを試みことができる。
【００２７】
以上においては、２つのつり合い質量体を用いたつり合わせについてのみ説明した。しかしながら、本発明から導き出されるべき思想は決して２つのつり合い質量体に限定されるものではない。たとえば、３つのクリップまたはそれ以上のクリップを使用することが考えられる。その場合、これらのクリップは、やはり最初は共通の重心が回転軸の上に位置するようにレールに配置される。
【００２８】
したがって、本発明の対象物はつり合い装置を備えるカラーホイールであり、このつり合い装置は実質的に円形の案内部を含んでおり、この案内部はその円の中心点をカラーホイールによって定義される回転軸の上に有しており、案内部には、つり合い質量体システムを共同で形成する、案内部に沿って互いに個別的に可動の少なくとも２つのつり合い質量体が設けられており、それにより、そのつどつり合い質量体を案内部に沿って動かすために、それぞれのつり合い質量体の重量よりも大きい力が必要であるようになっている。
【００２９】
１つの実施形態においてこのようなカラーホイールは、カラーホイールのロータの構成要素の突出成形部によって案内部が構成され、つり合い質量体システムのつり合い質量体はこの突出成形部を断面で見て挟み込むことを特徴としている。
【００３０】
別案としてこのようなカラーホイールは、カラーホイールのロータの構成要素の突入成形部によって案内部が構成され、この突入成形部はつり合い質量体システムのつり合い質量体を断面で見て取り囲むことを特徴としている。
【００３１】
１つの実施形態では、カラーホイールは、実質的に質量が等しいつり合い質量体システムの複数組のつり合い質量体をそれぞれ有している。つり合い質量体システムは、特に等しい質量を有することができる、２つのつり合い質量体だけを含むように設計されていてもよい。
【００３２】
本発明によるカラーホイールは、次の方法によってつり合わせることができる。
−第１のステップで、つり合い質量体システムの重心が実質的にカラーホイールの回転軸に位置するように、つり合い質量体を案内部の上に配置し、
−これに続く第２のステップで、カラーホイールのつり合わせを実現するために、つり合いシステムの総質量に相当するつり合い質量体が取り付けられるべき位置を判定し、
−これに続く第３のステップで、つり合い質量体のうちの少なくとも１つを変位させて、つり合い質量体システムの総質量に相当するつり合い質量体が取り付けられるべき事前に判定された位置に、つり合い質量体システムの重心が位置するようにする。
【００３３】
これに加えて任意選択で、つり合わせの後に最後のステップとして、つり合い質量体を案内部に沿って動かないように固定することができる。
【００３４】
カラーホイールのつり合いシステムが第１のつり合い質量体と第２のつり合い質量体だけを含んでいる場合、次の方法によってこれをつり合わせることができる。
−第１のステップでつり合い質量体を直径上で向き合うように配置し、
−前記第２のステップに記載の位置を判定するためにカラーホイールをモータによって回転させて不つり合いを測定し、
−第３のステップの枠内で１本の直線と案内部との交点へつり合い質量体を変位させ、この直線は第２のステップで判定された位置を通っているとともに、円の中心点と当該位置とを結んだ線に対して垂直に向いている。
【００３５】
上に説明した方法は、カラーホイールの回転軸の上に円の中心点を有する実質的に円形の案内部に沿って、個々の独立したつり合い質量体を備える発明的なカラーホイールをそ
れぞれもたらすものであり、つり合い質量体によって形成されるつり合い質量体システムの重心は、実質的に、カラーホイールをつり合わせるためにつり合い質量体システムの総重量を有するつり合い質量体が取り付けられるべき点に位置することになる。
【図１】
2010521710.tif 000005
【図２】
2010521710.tif 000006
【国際調査報告】
2010521710.tif 000007
2010521710.tif 000008
2010521710.tif 000009
2010521710.tif 000010
2010521710.tif 000011
2010521710.tif 000012