專利名稱：用于色輪的平衡方法
技術領域：
本發明涉及一種用于投影機系統中的可旋轉色輪，用于實現對圖像面板的色序照明。
背景技術：
大多數用于在屏幕上形成彩色圖像的圖像投影裝置僅包括一個圖像面板為形成彩色圖像，需要使用不同顏色的光束對面板進行順序照明。如果顯示順序的速度足夠快，人眼就不能夠及時分辨所得到的彩色圖像，從而導致彩色圖像的壓縮。一種實現所需的順序照明的方法是將固定在可旋轉圓盤形托架上的二向色濾光片分段置于照明路徑中。這會形成一種色盤，該色盤通常與電動機相連。色盤和電動機形成的組合件稱為色輪。由于色盤的旋轉速度需相當快，所以色盤的平衡成為一個問題。
在第一種近似法中，可將色盤描述為剛性圓盤形轉子。用于平衡圓盤形轉子的現有技術是增加或移除與軸線分離的平衡重。實現此種平衡的直接方式是鉆孔，且由此移除材料。
為進行材料移除，將色輪附接到平衡機器上，該平衡機器帶有對其進行固定的夾緊裝置。色輪自旋，且使機器能夠檢測到色盤的殘余不平衡。然后，其輸出質量值和角度位置，以校正不平衡。然后，操作人員根據經驗鉆除適當的材料量。重復該工藝，直到色輪平衡到特定水平。
在進行材料增加時，也執行類似的工藝，但為了校正不平衡，可向色盤增加材料，例如，鉛或粘結劑。材料增加位置通常距離材料移除不平衡位置180°。
在US 6747803中，在該圓盤形托架的外表面上設置一個或多個環形凹槽。這使人們能夠在該環形凹槽中增加平衡物質以平衡該色輪。
其中一個困難是找到如何精確地平衡該色輪的方法。在JP2004325721中，將色輪夾緊并固定在支撐臺和壓緊板之間，并使用電動機對其進行驅動。該壓緊板提供有平衡調節肋和凹下部分。該平衡調節肋布置為在周向上分散，并在徑向上延伸。該凹下部分設置在對應于該平衡調節肋的位置且接近于該壓緊板的外周緣，以便在相應的平衡調節肋與壓緊板之間形成空間。通過將多用途切割工具(如鉗子)插入該凹下部分，將該平衡調節肋從外周緣切割到所需的深度。
需要解決的問題 通常，將色盤描述為圓盤形轉子。如果該圓盤形轉子不平衡，則質量中心與旋轉軸線不對齊。因此，為平衡該圓盤形轉子，需增加或移除平衡質量，由此將質量中心移向該旋轉軸線。
通常，色盤以7000rpm至15000rpm之間的工作速度旋轉。遺憾的是，在這些速度下，現有技術的平衡方法通常不充分，且色輪的軸承在旋轉期間會遭受損害。這會導致更大的振動影響。在某些情況下，其甚至會導致色輪壽命相對縮短。
因此，本發明的目標是提供一種經改良的色輪和經改良的平衡方法，以減小振動問題并延長色輪的壽命。
發明概要 如前面所述，通常將色盤描述為旋轉圓盤。然而，由于每一實際轉子都具有有限的厚度，即使極薄的圓盤也可表示為一系列兩個或更多個圓盤形轉子。將上述圓盤中的每一者的質量中心相連可得到質量中心線。在典型的色盤情況下，與該色輪的徑向尺寸相比，該質量中心線相當小，且單一平面平衡似乎是足夠的平衡方法。盡管如此，令發明人意想不到地發現，通常僅用于粗轉動裝置的雙平面平衡對于旋轉色盤表現出改良的結果。因此，根據本發明的發明色輪包括在與旋轉軸線垂直的第一平面處的用于平衡的裝置，以及另外在與該第一平面間隔開且也與旋轉軸線垂直的第二平面處的用于平衡的裝置。因此，根據本發明的色輪包括雙平面及/或多平面平衡特征。這些特征可例如為增加或移除材料。
當發明人嘗試應用該雙平衡平面方法時，他們發現應用第二平衡平面相當困難。他們最終認識到困難的根源在于以下事實由于色輪的幾何限制，與色輪的徑向尺寸相比，該兩個平面相對緊靠在一起。平衡對于與至少兩個平衡平面中的其中一個相連的平衡質量的小位移非常敏感。
然而，發明人發現，如果改進色盤，則可有利于進行平衡，且平衡因此得以改良。在該改進中，人為地增大色盤沿旋轉軸線的尺寸。所屬領域的技術人員不會增大該尺寸，因為在這些成像投影裝置中該尺寸始終是問題所在。然而，人為增大沿旋轉軸線的尺寸可提供用于選擇與第一平衡平面足夠分離的第二平衡平面的基準。
下文中將基于實例并借助圖式來更詳細地描述本發明。應理解，這些實例并非旨在將本發明的范圍限制為這些實例。
附圖簡述
圖1是顯示平衡方法的現有技術圓盤形色輪； 圖2顯示一個根據本發明改進后的色輪的實施例； 圖3顯示根據本發明的另一較佳實施例； 圖4顯示根據本發明的另一較佳實施例；及 圖5顯示根據本發明的另一較佳實施例。
優選實施例詳述 下文中借助于圖式更詳細地描述本發明。其中論述多個較佳實施例。然而，在下一段中將首先描述典型的現有技術解決方案，以具體地指出本發明相對于現有技術的優點。第一圖式示意性顯示根據現有技術的色盤1。其中顯示有圓盤形托架3和三個濾色片分段5、7和9。在圓盤形托架3中具有將其中的材料移除以僅在第一平面上平衡該色輪的材料移除段11。
為平衡該色輪，將其夾緊到平衡機器的夾緊裝置中，并自旋達到9000rpm。該平衡機器檢測通過旋轉不平衡色輪所產生的力，且根據該力并借助于算法來計算為平衡該色輪而需要增加或移除的材料的質量和角度。因此，該平衡機器能夠確定哪些所需的平衡讀數是針對平行旋轉情形的。然后，操作人員移出色輪并將其放置到鉆孔操作臺夾緊裝置中。操作人員手動鉆除色盤的所需材料量，以獲得平衡的色輪。因此，現有技術平衡僅限于單個平面。
如上文中所述，根據本發明，即使對于帶有圓盤形轉子的色輪，也進行雙平面平衡。這可在例如該色盤的前側和該色盤的后側完成。
在帶有圓盤形轉子的該色輪上進行雙平面平衡很困難。因此，根據本發明的改良解決方案是以產生材料移除的第二平面的基準的方式來改進色盤。這可通過例如向該色盤增加旋轉對稱的另一物體來實現。該對稱軸線應與轉子的該旋轉軸線良好對齊。在圖2中，在圓盤形托架3的頂部額外顯示圓柱形物體13。圓柱形塊狀物體13的對稱軸線與色輪的旋轉軸線平行且對齊。請注意，圓盤形托架3和圓柱形塊狀物體13可形成為單個部件。還請注意，物體13可具有塊狀圓柱體、空心圓柱體環或任何至少近似地為旋轉對稱體的形狀。在該圖式中，除第一材料移除段11外，還顯示有與該第一平面充分隔離的第二平面內的第二材料移除段15。兩個平面都垂直于該旋轉軸線。該第一平面和該第二平面之間的距離應盡可能保持很小，以使色輪組合件保持很小。該距離應保持必要地足夠大，以便能夠實現可靠的雙平面平衡。
發明人發現，為易于進行可靠的雙平面平衡所需的平面之間的最小距離可能與慣性半徑R1相關，慣性半徑R1是色盤的特征尺寸且在下文中定義。
慣性矩I定義為其中M是旋轉部件的總重量，ρ是密度分布，且V是旋轉部件的總體積。利用轉子可實現該相同慣性矩，其中所有質量都集中在圓上。這意味著對于圓柱坐標中的密度分布
其中，δ(x)是δ函數，針對其保持有關系∫f(x)δ(x0-x)dx＝f(x0)，且其中R1是圓的半徑。在本說明書中我們將該半徑稱為慣性半徑。
對于慣性矩，則保持以下關系
發明人發現，兩個平面之間的距離應至少是慣性半徑的0.25倍。因此，如果RI是待平衡的色輪的慣性半徑，且D是兩個平衡平面之間的距離，則對于根據本發明較佳實施例的發明色輪，保持以下關系 D＝k·RI 其中k至少為0.25，然而，較佳地k大體上等于0.5。
對于當今使用的典型色盤，慣性半徑大約為20mm。因此，兩個平衡平面應至少間距5mm的距離(k＝0.25)，較佳地，兩個平面間距10mm(k＝0.5)。
由于幾何原因，k＞10不再有意義，因為投影系統內的光學元件需要盡可能地小。
圖3顯示第二較佳實施例。其非常類似于圖2的實施例；然而，使用材料增加段來代替該第二材料移除段。為此，預見有凹槽，其中可定位材料(如粘結劑)以平衡色輪。
圖4顯示第三較佳實施例。其中，不使用圓柱形物體，但使用第二圓盤，該第二圓盤與圓盤形托架的第一圓盤充分間隔開。
圖5顯示根據本發明的另一實施例。該圖式中顯示一半球體，該半球體固定到色盤的中心。該實施例的優點在于，由于半球體的對稱性，不需考慮相對于色輪的旋轉軸線對該物體的旋轉軸線進行適當地定向。如果例如使用圓柱體，則圓柱體軸線必須與色輪的旋轉軸線充分對齊，以便不會造成更多的不平衡。
可將本發明應用于各種軸承類型。非常不同的實例是空氣軸承和套筒軸承。通常，平衡機器使用同一機構來獲得空氣軸承或套筒軸承的不平衡讀數。
如前面所述，可使用工藝來增加或移除材料。另外，可組合實施材料移除和材料增加。區別在于針對材料移除工藝確定從色輪移除多少材料，或確定在材料增加工藝中增加多少材料。
可將雙平面平衡方法用于帶有空氣軸承的色輪。然而，針對帶有套筒軸承電動機的色輪使用雙平面平衡方法除延長電動機的壽命之外還具有驚人、有利的效果。因此，即使單一平面平衡的振動對于應用來說已處于足夠低的水平，轉到雙平面平衡也是有利的，以延長壽命。
應注意，與本文中所述的實例不同，用于雙平面平衡的兩個平面可定位成使其夾入色盤分段。如果要求套筒軸承的壽命更長，這便尤其有利。在這種情況下，如果該平面夾入色盤的分段，則其是較佳的實施例。
然而，在色盤分段的一側提供兩個平面進行平衡將較廉價，其優點在于，如果電動機處于平衡平面側的對置側，則可相當容易地處理平衡本身。
上述各實施例的共同之處在于它們都是色輪，該色輪包括轉子和使該轉子旋轉的電動機的組合，該轉子包括由濾色片分段所形成的環形半透明區域，該半透明區域適合當轉子旋轉時連續地延伸入光路中，位于垂直于旋轉軸線的第一平面內的轉子進一步包括第一用于平衡的裝置，位于垂直于旋轉軸線的第二平面內的轉子進一步包括第二用于平衡的裝置，其中該第一平面和第二平面間隔開。
其中某些實施例是其中該第一平面和第二平面間隔開距離D，D＝k*RI的色輪；其中RI是轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。較佳地，k最大為10。更佳的是k大體上等于0.5的情況。
某些實施例是如下色輪其包括轉子和使該轉子旋轉的電動機的組合，該轉子包括由濾色片分段形成的環形半透明區域，該半透明區域適合當轉子旋轉時連續地延伸入光路中，位于垂直于旋轉軸線的第一平面內的轉子進一步包括第一用于平衡的裝置，該轉子進一步包括額外的旋轉對稱體，位于垂直于旋轉軸線的第二平面內的轉子進一步包括第二用于平衡的裝置，該轉子進一步包括額外的旋轉對稱體，采用該旋轉對稱體以包括第二用于平衡的裝置，并使該第一平面和第二平面能夠間隔開。
某些帶有額外的旋轉對稱體的色輪是其中該第一平面和第二平面間隔開距離D的色輪，D＝k*RI；其中RI是轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。較佳地，k最大為10。更佳的是k大體上等于0.5的情況。
在較佳實施例中，該旋轉對稱體的至少一部分大體上具有圓柱體的形狀。在另一較佳實施例中，該旋轉對稱體的至少一部分大體上具有半球體的形狀。
在另一較佳實施例中，旋轉對稱體具有至少為Dal＝D＝k*RI的軸向長度，其中RI是轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。在這種情況下，可方便地將第一和第二用于平衡的裝置設置在旋轉對稱體上。
然而，本發明的某些實施例包括一種如下色輪其包括轉子和用于使該轉子旋轉的電動機的組合，該轉子包括由濾色片分段所形成的環形半透明區域，該半透明區域適合當轉子旋轉時連續地延伸入光路中，位于垂直于旋轉軸線的第一平面內的轉子進一步包括第一用于平衡的裝置，位于垂直于旋轉軸線的第二平面內的轉子進一步包括第二用于平衡的裝置，其中該環形半透明區域定位于該第一平面和第二平面之間。
某些其中該環形半透明區域定位于該第一平面和第二平面之間的色輪是其中該第一平面和第二平面間隔開距離D的色輪，D＝k*RI；其中RI是轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。較佳地，k最大為10。更佳的是k大體上等于0.5的情況。
權利要求
1.一種色輪，其包括如下的組合
轉子及
用于使所述轉子旋轉的電動機，
所述轉子包括由濾色片分段所形成的環形半透明區域，
所述半透明區域適合當所述轉子旋轉時連續地延伸入光路中，
位于垂直于旋轉軸線的第一平面內的所述轉子進一步包括第一用于平衡的裝置，
位于垂直于所述旋轉軸線的第二平面內的所述轉子進一步包括第二用于平衡的裝置，
其中所述第一平面和所述第二平面間隔開。
2.如權利要求1所述的色輪，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面間隔開距離D
D＝k*RI
其中RI是所述轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。
3.如權利要求2所述的色輪，其特征在于，k最大為10。
4.如權利要求2所述的色輪，其特征在于，k大體上等于0.5。
5.一種色輪，其包括如下的組合
轉子及
用于使所述轉子旋轉的電動機，
所述轉子包括由濾色片分段所形成的環形半透明區域，
所述半透明區域適合當所述轉子旋轉時連續地延伸入光路中，
位于垂直于旋轉軸線的第一平面內的所述轉子進一步包括第一用于平衡的裝置，
所述轉子進一步包括額外的旋轉對稱體，
位于垂直于所述旋轉軸線的第二平面內的所述轉子進一步包括第二用于平衡的裝置，
所述轉子進一步包括額外的旋轉對稱體，采用該旋轉對稱體以包括所述第二用于平衡的裝置，并使所述第一平面和所述第二平面能夠間隔開。
6.如權利要求5所述的色輪，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面間隔開距離D
D＝k*RI
其中RI是所述轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。
7.如權利要求6所述的色輪，其特征在于，k最大為10。
8.如權利要求6所述的色輪，其特征在于，k大體上等于0.5。
9.如權利要求5-8中的任一項所述的色輪，其特征在于，所述旋轉對稱體的至少一部分大體上具有圓柱體形狀。
10.如權利要求5-8中的任一項所述的色輪，其特征在于，所述旋轉對稱體的至少一部分大體上具有半球體形狀。
11.如權利要求5-10中的任一項所述的色輪，其特征在于，所述旋轉對稱體具有至少為Dal＝D＝k*RI的軸向長度，
其中RI是所述轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。
12.一種色輪，其包括如下的組合
轉子及
用于使所述轉子旋轉的電動機，
所述轉子包括由濾色片分段所形成的環形半透明區域，
所述半透明區域適合當所述轉子旋轉時連續地延伸入光路中，
位于垂直于旋轉軸線的第一平面內的所述轉子進一步包括第一用于平衡的裝置，
位于垂直于所述旋轉軸線的第二平面內的所述轉子進一步包括第二用于平衡的裝置，
其中所述環形半透明區域定位于所述第一平面和所述第二平面之間。
13.如權利要求12所述的色輪，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面間隔開距離D
D＝k*RI
其中RI是所述轉子的慣性半徑，且k是至少為0.25的系數。
14.如權利要求13所述的色輪，其特征在于，k最大為10。
15.如權利要求13所述的色輪，其特征在于，k大體上等于0.5。
全文摘要
本發明涉及一種在投影儀的照明系統中使用的色輪。根據本發明的色輪包括轉子和用于使轉子旋轉的電動機，轉子包括由濾色片分段所形成的環形半透明區域，該半透明區域適合當轉子旋轉時連續地延伸入光路中，位于垂直于旋轉軸線的第一平面內的該轉子進一步包括第一用于平衡的裝置，位于垂直于旋轉軸線的第二平面內的該轉子進一步包括第二用于平衡的裝置，其中第一平面和第二平面間隔開。該雙平面平衡裝置使色輪能更好地得到平衡。
文檔編號H02K7/04GK101300514SQ200680040991
公開日2008年11月5日 申請日期2006年11月1日 優先權日2005年11月4日
發明者A·奧厄爾, W·莫斯, N·坎寧安 申請人:Oc歐瑞康巴爾斯公司