专利名称：用于色轮的平衡方法
技术领域：
本发明涉及一种用于投影机系统中的可旋转色轮，用于实现对图像面板的色序照明。
背景技术：
大多数用于在屏幕上形成彩色图像的图像投影装置仅包括一个图像面板为形成彩色图像，需要使用不同颜色的光束对面板进行顺序照明。如果显示顺序的速度足够快，人眼就不能够及时分辨所得到的彩色图像，从而导致彩色图像的压缩。一种实现所需的顺序照明的方法是将固定在可旋转圆盘形托架上的二向色滤光片分段置于照明路径中。这会形成一种色盘，该色盘通常与电动机相连。色盘和电动机形成的组合件称为色轮。由于色盘的旋转速度需相当快，所以色盘的平衡成为一个问题。
在第一种近似法中，可将色盘描述为刚性圆盘形转子。用于平衡圆盘形转子的现有技术是增加或移除与轴线分离的平衡重。实现此种平衡的直接方式是钻孔，且由此移除材料。
为进行材料移除，将色轮附接到平衡机器上，该平衡机器带有对其进行固定的夹紧装置。色轮自旋，且使机器能够检测到色盘的残余不平衡。然后，其输出质量值和角度位置，以校正不平衡。然后，操作人员根据经验钻除适当的材料量。重复该工艺，直到色轮平衡到特定水平。
在进行材料增加时，也执行类似的工艺，但为了校正不平衡，可向色盘增加材料，例如，铅或粘结剂。材料增加位置通常距离材料移除不平衡位置180°。
在US 6747803中，在该圆盘形托架的外表面上设置一个或多个环形凹槽。这使人们能够在该环形凹槽中增加平衡物质以平衡该色轮。
其中一个困难是找到如何精确地平衡该色轮的方法。在JP2004325721中，将色轮夹紧并固定在支撑台和压紧板之间，并使用电动机对其进行驱动。该压紧板提供有平衡调节肋和凹下部分。该平衡调节肋布置为在周向上分散，并在径向上延伸。该凹下部分设置在对应于该平衡调节肋的位置且接近于该压紧板的外周缘，以便在相应的平衡调节肋与压紧板之间形成空间。通过将多用途切割工具(如钳子)插入该凹下部分，将该平衡调节肋从外周缘切割到所需的深度。
需要解决的问题 通常，将色盘描述为圆盘形转子。如果该圆盘形转子不平衡，则质量中心与旋转轴线不对齐。因此，为平衡该圆盘形转子，需增加或移除平衡质量，由此将质量中心移向该旋转轴线。
通常，色盘以7000rpm至15000rpm之间的工作速度旋转。遗憾的是，在这些速度下，现有技术的平衡方法通常不充分，且色轮的轴承在旋转期间会遭受损害。这会导致更大的振动影响。在某些情况下，其甚至会导致色轮寿命相对缩短。
因此，本发明的目标是提供一种经改良的色轮和经改良的平衡方法，以减小振动问题并延长色轮的寿命。
发明概要 如前面所述，通常将色盘描述为旋转圆盘。然而，由于每一实际转子都具有有限的厚度，即使极薄的圆盘也可表示为一系列两个或更多个圆盘形转子。将上述圆盘中的每一者的质量中心相连可得到质量中心线。在典型的色盘情况下，与该色轮的径向尺寸相比，该质量中心线相当小，且单一平面平衡似乎是足够的平衡方法。尽管如此，令发明人意想不到地发现，通常仅用于粗转动装置的双平面平衡对于旋转色盘表现出改良的结果。因此，根据本发明的发明色轮包括在与旋转轴线垂直的第一平面处的用于平衡的装置，以及另外在与该第一平面间隔开且也与旋转轴线垂直的第二平面处的用于平衡的装置。因此，根据本发明的色轮包括双平面及/或多平面平衡特征。这些特征可例如为增加或移除材料。
当发明人尝试应用该双平衡平面方法时，他们发现应用第二平衡平面相当困难。他们最终认识到困难的根源在于以下事实由于色轮的几何限制，与色轮的径向尺寸相比，该两个平面相对紧靠在一起。平衡对于与至少两个平衡平面中的其中一个相连的平衡质量的小位移非常敏感。
然而，发明人发现，如果改进色盘，则可有利于进行平衡，且平衡因此得以改良。在该改进中，人为地增大色盘沿旋转轴线的尺寸。所属领域的技术人员不会增大该尺寸，因为在这些成像投影装置中该尺寸始终是问题所在。然而，人为增大沿旋转轴线的尺寸可提供用于选择与第一平衡平面足够分离的第二平衡平面的基准。
下文中将基于实例并借助图式来更详细地描述本发明。应理解，这些实例并非旨在将本发明的范围限制为这些实例。
附图简述
图1是显示平衡方法的现有技术圆盘形色轮； 图2显示一个根据本发明改进后的色轮的实施例； 图3显示根据本发明的另一较佳实施例； 图4显示根据本发明的另一较佳实施例；及 图5显示根据本发明的另一较佳实施例。
优选实施例详述 下文中借助于图式更详细地描述本发明。其中论述多个较佳实施例。然而，在下一段中将首先描述典型的现有技术解决方案，以具体地指出本发明相对于现有技术的优点。第一图式示意性显示根据现有技术的色盘1。其中显示有圆盘形托架3和三个滤色片分段5、7和9。在圆盘形托架3中具有将其中的材料移除以仅在第一平面上平衡该色轮的材料移除段11。
为平衡该色轮，将其夹紧到平衡机器的夹紧装置中，并自旋达到9000rpm。该平衡机器检测通过旋转不平衡色轮所产生的力，且根据该力并借助于算法来计算为平衡该色轮而需要增加或移除的材料的质量和角度。因此，该平衡机器能够确定哪些所需的平衡读数是针对平行旋转情形的。然后，操作人员移出色轮并将其放置到钻孔操作台夹紧装置中。操作人员手动钻除色盘的所需材料量，以获得平衡的色轮。因此，现有技术平衡仅限于单个平面。
如上文中所述，根据本发明，即使对于带有圆盘形转子的色轮，也进行双平面平衡。这可在例如该色盘的前侧和该色盘的后侧完成。
在带有圆盘形转子的该色轮上进行双平面平衡很困难。因此，根据本发明的改良解决方案是以产生材料移除的第二平面的基准的方式来改进色盘。这可通过例如向该色盘增加旋转对称的另一物体来实现。该对称轴线应与转子的该旋转轴线良好对齐。在图2中，在圆盘形托架3的顶部额外显示圆柱形物体13。圆柱形块状物体13的对称轴线与色轮的旋转轴线平行且对齐。请注意，圆盘形托架3和圆柱形块状物体13可形成为单个部件。还请注意，物体13可具有块状圆柱体、空心圆柱体环或任何至少近似地为旋转对称体的形状。在该图式中，除第一材料移除段11外，还显示有与该第一平面充分隔离的第二平面内的第二材料移除段15。两个平面都垂直于该旋转轴线。该第一平面和该第二平面之间的距离应尽可能保持很小，以使色轮组合件保持很小。该距离应保持必要地足够大，以便能够实现可靠的双平面平衡。
发明人发现，为易于进行可靠的双平面平衡所需的平面之间的最小距离可能与惯性半径R1相关，惯性半径R1是色盘的特征尺寸且在下文中定义。
惯性矩I定义为其中M是旋转部件的总重量，ρ是密度分布，且V是旋转部件的总体积。利用转子可实现该相同惯性矩，其中所有质量都集中在圆上。这意味着对于圆柱坐标中的密度分布
其中，δ(x)是δ函数，针对其保持有关系∫f(x)δ(x0-x)dx＝f(x0)，且其中R1是圆的半径。在本说明书中我们将该半径称为惯性半径。
对于惯性矩，则保持以下关系
发明人发现，两个平面之间的距离应至少是惯性半径的0.25倍。因此，如果RI是待平衡的色轮的惯性半径，且D是两个平衡平面之间的距离，则对于根据本发明较佳实施例的发明色轮，保持以下关系 D＝k·RI 其中k至少为0.25，然而，较佳地k大体上等于0.5。
对于当今使用的典型色盘，惯性半径大约为20mm。因此，两个平衡平面应至少间距5mm的距离(k＝0.25)，较佳地，两个平面间距10mm(k＝0.5)。
由于几何原因，k＞10不再有意义，因为投影系统内的光学元件需要尽可能地小。
图3显示第二较佳实施例。其非常类似于图2的实施例；然而，使用材料增加段来代替该第二材料移除段。为此，预见有凹槽，其中可定位材料(如粘结剂)以平衡色轮。
图4显示第三较佳实施例。其中，不使用圆柱形物体，但使用第二圆盘，该第二圆盘与圆盘形托架的第一圆盘充分间隔开。
图5显示根据本发明的另一实施例。该图式中显示一半球体，该半球体固定到色盘的中心。该实施例的优点在于，由于半球体的对称性，不需考虑相对于色轮的旋转轴线对该物体的旋转轴线进行适当地定向。如果例如使用圆柱体，则圆柱体轴线必须与色轮的旋转轴线充分对齐，以便不会造成更多的不平衡。
可将本发明应用于各种轴承类型。非常不同的实例是空气轴承和套筒轴承。通常，平衡机器使用同一机构来获得空气轴承或套筒轴承的不平衡读数。
如前面所述，可使用工艺来增加或移除材料。另外，可组合实施材料移除和材料增加。区别在于针对材料移除工艺确定从色轮移除多少材料，或确定在材料增加工艺中增加多少材料。
可将双平面平衡方法用于带有空气轴承的色轮。然而，针对带有套筒轴承电动机的色轮使用双平面平衡方法除延长电动机的寿命之外还具有惊人、有利的效果。因此，即使单一平面平衡的振动对于应用来说已处于足够低的水平，转到双平面平衡也是有利的，以延长寿命。
应注意，与本文中所述的实例不同，用于双平面平衡的两个平面可定位成使其夹入色盘分段。如果要求套筒轴承的寿命更长，这便尤其有利。在这种情况下，如果该平面夹入色盘的分段，则其是较佳的实施例。
然而，在色盘分段的一侧提供两个平面进行平衡将较廉价，其优点在于，如果电动机处于平衡平面侧的对置侧，则可相当容易地处理平衡本身。
上述各实施例的共同之处在于它们都是色轮，该色轮包括转子和使该转子旋转的电动机的组合，该转子包括由滤色片分段所形成的环形半透明区域，该半透明区域适合当转子旋转时连续地延伸入光路中，位于垂直于旋转轴线的第一平面内的转子进一步包括第一用于平衡的装置，位于垂直于旋转轴线的第二平面内的转子进一步包括第二用于平衡的装置，其中该第一平面和第二平面间隔开。
其中某些实施例是其中该第一平面和第二平面间隔开距离D，D＝k*RI的色轮；其中RI是转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。较佳地，k最大为10。更佳的是k大体上等于0.5的情况。
某些实施例是如下色轮其包括转子和使该转子旋转的电动机的组合，该转子包括由滤色片分段形成的环形半透明区域，该半透明区域适合当转子旋转时连续地延伸入光路中，位于垂直于旋转轴线的第一平面内的转子进一步包括第一用于平衡的装置，该转子进一步包括额外的旋转对称体，位于垂直于旋转轴线的第二平面内的转子进一步包括第二用于平衡的装置，该转子进一步包括额外的旋转对称体，采用该旋转对称体以包括第二用于平衡的装置，并使该第一平面和第二平面能够间隔开。
某些带有额外的旋转对称体的色轮是其中该第一平面和第二平面间隔开距离D的色轮，D＝k*RI；其中RI是转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。较佳地，k最大为10。更佳的是k大体上等于0.5的情况。
在较佳实施例中，该旋转对称体的至少一部分大体上具有圆柱体的形状。在另一较佳实施例中，该旋转对称体的至少一部分大体上具有半球体的形状。
在另一较佳实施例中，旋转对称体具有至少为Dal＝D＝k*RI的轴向长度，其中RI是转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。在这种情况下，可方便地将第一和第二用于平衡的装置设置在旋转对称体上。
然而，本发明的某些实施例包括一种如下色轮其包括转子和用于使该转子旋转的电动机的组合，该转子包括由滤色片分段所形成的环形半透明区域，该半透明区域适合当转子旋转时连续地延伸入光路中，位于垂直于旋转轴线的第一平面内的转子进一步包括第一用于平衡的装置，位于垂直于旋转轴线的第二平面内的转子进一步包括第二用于平衡的装置，其中该环形半透明区域定位于该第一平面和第二平面之间。
某些其中该环形半透明区域定位于该第一平面和第二平面之间的色轮是其中该第一平面和第二平面间隔开距离D的色轮，D＝k*RI；其中RI是转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。较佳地，k最大为10。更佳的是k大体上等于0.5的情况。
权利要求
1.一种色轮，其包括如下的组合
转子及
用于使所述转子旋转的电动机，
所述转子包括由滤色片分段所形成的环形半透明区域，
所述半透明区域适合当所述转子旋转时连续地延伸入光路中，
位于垂直于旋转轴线的第一平面内的所述转子进一步包括第一用于平衡的装置，
位于垂直于所述旋转轴线的第二平面内的所述转子进一步包括第二用于平衡的装置，
其中所述第一平面和所述第二平面间隔开。
2.如权利要求1所述的色轮，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面间隔开距离D
D＝k*RI
其中RI是所述转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。
3.如权利要求2所述的色轮，其特征在于，k最大为10。
4.如权利要求2所述的色轮，其特征在于，k大体上等于0.5。
5.一种色轮，其包括如下的组合
转子及
用于使所述转子旋转的电动机，
所述转子包括由滤色片分段所形成的环形半透明区域，
所述半透明区域适合当所述转子旋转时连续地延伸入光路中，
位于垂直于旋转轴线的第一平面内的所述转子进一步包括第一用于平衡的装置，
所述转子进一步包括额外的旋转对称体，
位于垂直于所述旋转轴线的第二平面内的所述转子进一步包括第二用于平衡的装置，
所述转子进一步包括额外的旋转对称体，采用该旋转对称体以包括所述第二用于平衡的装置，并使所述第一平面和所述第二平面能够间隔开。
6.如权利要求5所述的色轮，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面间隔开距离D
D＝k*RI
其中RI是所述转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。
7.如权利要求6所述的色轮，其特征在于，k最大为10。
8.如权利要求6所述的色轮，其特征在于，k大体上等于0.5。
9.如权利要求5-8中的任一项所述的色轮，其特征在于，所述旋转对称体的至少一部分大体上具有圆柱体形状。
10.如权利要求5-8中的任一项所述的色轮，其特征在于，所述旋转对称体的至少一部分大体上具有半球体形状。
11.如权利要求5-10中的任一项所述的色轮，其特征在于，所述旋转对称体具有至少为Dal＝D＝k*RI的轴向长度，
其中RI是所述转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。
12.一种色轮，其包括如下的组合
转子及
用于使所述转子旋转的电动机，
所述转子包括由滤色片分段所形成的环形半透明区域，
所述半透明区域适合当所述转子旋转时连续地延伸入光路中，
位于垂直于旋转轴线的第一平面内的所述转子进一步包括第一用于平衡的装置，
位于垂直于所述旋转轴线的第二平面内的所述转子进一步包括第二用于平衡的装置，
其中所述环形半透明区域定位于所述第一平面和所述第二平面之间。
13.如权利要求12所述的色轮，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面间隔开距离D
D＝k*RI
其中RI是所述转子的惯性半径，且k是至少为0.25的系数。
14.如权利要求13所述的色轮，其特征在于，k最大为10。
15.如权利要求13所述的色轮，其特征在于，k大体上等于0.5。
全文摘要
本发明涉及一种在投影仪的照明系统中使用的色轮。根据本发明的色轮包括转子和用于使转子旋转的电动机，转子包括由滤色片分段所形成的环形半透明区域，该半透明区域适合当转子旋转时连续地延伸入光路中，位于垂直于旋转轴线的第一平面内的该转子进一步包括第一用于平衡的装置，位于垂直于旋转轴线的第二平面内的该转子进一步包括第二用于平衡的装置，其中第一平面和第二平面间隔开。该双平面平衡装置使色轮能更好地得到平衡。
文档编号H02K7/04GK101300514SQ200680040991
公开日2008年11月5日 申请日期2006年11月1日 优先权日2005年11月4日
发明者A·奥厄尔, W·莫斯, N·坎宁安 申请人:Oc欧瑞康巴尔斯公司