JP4835901B2 - カラーホイールおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、時分割型の分光装置のフィルタ素子として良好なカラーホイールに関するものである。
従来、投射型の画像表示装置における色合成の方式は、画素毎の光量を調節して画像を生成するライトバルブ素子を1つ使用し、画素ごとにR(赤色)光、G(緑色)光、B(青色)光に分光する単板式、R光用、G光用、B光用にライトバルブ素子を3つ使用して並列に生成したR画像、G画像、B画像を合成する3板式などの方式が一般的であった。近年、たとえば強誘電性液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイスなどの高速スイッチング可能なライトバルブ素子が実用化されるにつれて、1つのライトバルブ素子にR光、G光、B光を順次入射させ、そのライトバルブ素子を入射光の切り替えに同期させて駆動してR画像、G画像、B画像を時系列的に生成し、それらを順次スクリーン等に投射する時分割型の単板方式が広く使用されるようになってきている。この場合、画像の色合成はいわゆる残像効果により観察者の視覚系において実行されるものである。この方式によれば、比較的単純な光学系を用いて装置の小型化、軽量化を達成できるため、投射型の画像表示装置を低コストで実現する上で好適な方式である。カラーホイールは、このような画像表示装置において、白色光源から出射する光を、R、G、Bそれぞれの波長帯域の光に順次分光する時分割型分光装置用のフィルタ素子として、好適に使用されるものである。
このようなカラーホイールを備えた時分割型の分光装置の例を図6に示す。図6におい
て、分光装置200はカラーホイール100と、モータ106とを備えている。カラーホイール100は、たとえば光学ガラスなどの光透過性材料からなる円盤状の基板101上に、たとえばR光のみを透過させるフィルタ領域102、G光のみを透過させるフィルタ領域103、B光のみを透過させるフィルタ領域104が形成され、モータ106の構成部材であるハブ105に対し、カラーホイール100が固定されている。この分光装置200は、モータ106の回転につれてカラーホイール100が高速回転し、カラーホイール100に入射する白色光Sの入射面に対するフィルタ領域がR透過フィルタ領域102、G透過フィルタ領域103、B透過フィルタ領域104と順次切り替ることによって、入射白色光SをそれぞれR光、G光、B光に順次分光するものである。
さて、図7、図8には、別々に作成された複数のカラーフィルタセグメントを同心円状に配列して、互いに固定することにより構成された「セグメントタイプ」のカラーホイール160の構造例を示している。このカラーホイールは、複数(図7では4つ)の独立したカラーフィルタセグメント112、114、116、118を、支持体120および保持リング122を用いて固定することによって、カラーホイール160を構成したものである。
図7のカラーホイール160は、図8に分解断面図でも示すように、支持体120の小径円筒部120aに対し、各カラーフィルタセグメント112〜118の内周辺112a〜118aを当接させることによって、各カラーフィルタセグメントの、(カラーホイールの)半径方向の位置決めを行い、かつ、支持体120の環状座部120bに対し、各カラーフィルタセグメント112〜118の内周辺寄りの側面を当接させることにより、各カラーフィルタセグメントの厚み方向の位置合わせを行うものである。
さらに、支持体120の中心穴120cに対し、保持リング122の小径部122aを嵌合させ、保持リング122の環状座部122bと支持体120の環状座部120bとで、各カラーフィルタセグメント112〜118の内周辺寄りの側面を挟持し、さらに、各カラーフィルタセグメント112〜118と支持体120とカバー112とを接着固定することにより、各カラーフィルタセグメント112〜118は一体化される。そして、保持リング122の中心穴122cを、図6に示すハブ105に挿通して固定することにより、モータ106に対して固定される(例えば、特許文献1、2参照。)。
特開2004−101827号公報(〔0010〕、図4) 特開平10−48542号公報(〔請求項1〕、図2)
ところで、セグメントタイプのカラーホイールを構成する際には、図9に示すように、カラーホイール124の各カラーフィルタセグメント126、128、130、132の光学特性上の制約を受けることのない内周辺126a、128a、130a、132aを、直線(もしくは極率の小さな円弧状)に形成することにより、加工性を向上させ、製造コストの低減を図ることが可能となる。かかる手法による製造コストの低減要求は、近時のカラーホイールの小型化に伴い、より顕著となってきている。
なお、この場合、各カラーフィルタセグメント126〜132の輪郭は、カラーホイール124の円形端面を構成するための円弧状の外周辺126b、128b、130b、132bと、外周辺126b、128b、130b、132bに比して辺長の短い内周辺126a、128a、130a、132aとを、2つの隣接辺126c、126d、128c、128d、130c、130d、132c、132dでつないだものとなる。また、各隣接辺と外周辺との交点は直交するが、各隣接辺と内周辺との交点は、90°よりも大きな角度で交差するように形成される。
しかしながら、上記のカラーフィルタセグメント126〜132を、いわゆるスクライバー等を用いて、ガラス基板に罫書き線を入れてから切出す場合には、図10に一例としてカラーフィルタセグメント130を示すように、カラーフィルタセグメントの輪郭線の外側へと向けてバリ134(「そげ」ともいう。)が発生することがある。この、バリ134が発生したカラーフィルタセグメント130は、隣接するカラーフィルタセグメントとの間にバリ134の大きさに相当したギャップ(「スポーク」ともいう。)を生じ、最悪の場合には、カラーホイール124としての組付が不可能となる場合もあった。このバリ134の幅Hは、通常は数百ミクロン程度であるが、スポーク幅の増大は一般的にカラーホイールの光利用効率低下、色純度の低下、騒音の増大を引き起こす原因となり、カラーホイールの規格においても、スポークを可能な限り小さくすることが求められている。
なお、バリの発生場所は、カラーフィルタセグメント130の輪郭線を構成する各辺のうち、90°よりも大きな角度で2つの辺が交差する、隣接辺130c、130dと内周辺130aとの交点で生じ易いことが、発明者らによって確認されている。そこで、従来は、カラーフィルタセグメントの加工工程に、バリの検査と、バリの除去工程を設ける等の対策を行っていたが、工数増加による製造コストの増大を避けることができなかった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、セグメントタイプのカラーホイールにおいて、製造コストの増大を引き起こすことなく、隣接するカラーフィルタセグメント間に生ずるスポークを可能な限り小さくすることを可能とし、セグメントタイプのカラーホイールの品質向上を図ることにある。
上記課題を解決するための、本発明に係るカラーホイールは、複数のカラーフィルタセグメントが同心円状に配置されて構成されるカラーホイールであって、前記複数のカラーフィルタセグメントは、各々、円弧状の外周辺と、該外周辺に比して辺長の短い内周辺と、前記外周辺および前記内周辺をつなぐ二つの隣接辺とからなる輪郭を有し、なおかつ、二つ以上のカラーフィルタセグメントの、前記二つの隣接辺の少なくとも一方は、前記内周辺との交差点近傍において、カラーホイールとして組付けられた状態で隣接するカラーフィルタセグメントとの間に、前記交差点近傍に輪郭線の外側へと向けて発生するバリの格納場所として用いる隙間を生じさせるための、他方の隣接辺に対する接近率を増大させる形状を有することを特徴とするものである。
上記構成によると、円弧上の外周辺と、該外周辺に対して辺長の短い内周辺とをつなぐ二つの隣接辺は、内周辺との距離が接近するほど互いの距離も接近する。ここで、一般的にカラーフィルタセグメントの二つの隣接辺は、外周辺を構成する円弧の中心点を通る直線として構成されることから、内周辺との距離が接近することに伴う二つの隣接辺の「接近率」(本説明では、一方の隣接辺上を外周辺から内周辺へと向けて一定距離だけ接近したときの接近距離と、他方の隣接辺との接近距離との比率をいう。)は、通常一定である。
しかしながら、本発明においては、二つ以上のカラーフィルタセグメントの、前記二つの隣接辺の少なくとも一方を、前記内周辺との交差点近傍において、他方の隣接辺に対する接近率を増大させる形状を有することによって、前記交差点近傍において、カラーホイールとして組付けられた状態で、隣接するカラーフィルタセグメントとの間に、意図的に隙間を生じさせることができる。そして、この隙間を、前記交差点近傍に輪郭線の外側へと向けて発生するバリの、格納場所として用いることにより、各カラーフィルタセグメントの隣接辺同士を、確実に密着させることが可能となる。よって、隣接するカラーフィルタセグメント間に生ずるスポークを、可能な限り小さくすることが可能となる。
また、本発明においては、前記内周辺は、直線状をなし、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とが交差するものである。一方、前記内周辺は、前記外周辺の円弧中心よりも遠方に中心を有する円弧により構成され、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とが交差することとしてもよい。何れの場合であっても、カラーフィルタセグメントの内周辺の加工性を向上させることができる。
そして、カラーフィルタセグメントの輪郭線を構成する各辺のうち、90°よりも大きな角度で2つの辺が交差する、隣接辺と内周辺との交点で生じ易いバリを、カラーホイールとして組付けられた状態で隣接するカラーフィルタセグメントとの間に生じさせる隙間に格納することで、各カラーフィルタセグメントの隣接辺同士を、確実に密着させることが可能となる。よって、隣接するカラーフィルタセグメント間に生ずるスポークを、可能な限り小さくすることが可能となる。
また、本発明においては、前記複数のカラーフィルタセグメントの保持体との接合領域には、前記隣接辺の接近率を増大させた形状部分が含まれることが望ましい。
この構成によれば、隣接辺の接近率を増大させた形状部分、すなわち、隣接するカラーフィルタセグメントとの間に隙間を生じさせる部分と、当該隙間に格納されるバリとが、何れも保持体によってカラーホイールを透過する光から隠され、カラーホイールの光利用効率や、色純度に全く影響を及ぼすことがなくなる。
また、上記課題を解決するための、本発明に係るカラーホイールの製造方法は、複数のカラーフィルタセグメントが同心円状に配置されて構成されるカラーホイールの製造方法であって、前記複数のカラーフィルタセグメントの輪郭を、各々、円弧状の外周辺と、該外周辺に比して辺長の短い内周辺と、前記外周辺および前記内周辺をつなぐ二つの隣接辺とを有するように加工し、なおかつ、二つ以上のカラーフィルタセグメントの、前記二つの隣接辺の少なくとも一方を、前記内周辺との交差点近傍において、カラーホイールとして組付けた状態で隣接するカラーフィルタセグメントとの間に、前記交差点近傍に輪郭線の外側へと向けて発生するバリの格納場所として用いる、隙間を生じさせるために、他方の隣接辺に対する接近率を増大させる形状に加工することを特徴とするものである。
この製造方法によれば、円弧上の外周辺と、該外周辺に対して辺長の短い内周辺とをつなぐ二つの隣接辺は、内周辺との距離が接近するほど互いの距離も接近することとなる。ここで、一般的に、カラーフィルタセグメントの二つの隣接辺は、外周辺を構成する円弧の中心点を通る直線として構成されることから、内周辺との距離が接近することに伴う二つの隣接辺の接近率は、通常は一定である。
しかしながら、本発明においては、二つ以上のカラーフィルタセグメントの、前記二つの隣接辺の少なくとも一方を、前記内周辺との交差点近傍において、他方の隣接辺に対する接近率を増大させる形状に加工することによって、前記交差点近傍において、隣接するカラーフィルタセグメントとの間に、意図的に隙間を生じさせることができる。そして、この隙間を、前記交差点近傍に輪郭線の外側へと向けて発生するバリの、格納場所として用いることにより、各カラーフィルタセグメントの隣接辺同士を、確実に密着させることが可能となる。よって、隣接するカラーフィルタセグメント間に生ずるスポークを、可能な限り小さくすることが可能となる。
また、本発明においては、前記内周辺を、直線状に加工し、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とを交差させることとしても良く、前記内周辺を、前記外周辺の円弧中心よりも遠方に中心を有する円弧に加工し、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とを交差させることとしてもよい。
さらに、前記隣接辺の接近率を増大させた形状部分を、前記複数のカラーフィルタセグメントの保持体との接合領域に含まれる範囲に形成することにより、隣接辺の接近率を増大させた形状部分、すなわち、隣接するカラーフィルタセグメントとの間に隙間を生じさせる部分と、当該隙間に格納されるバリとが、何れも保持体によってカラーホイールを透過する光から隠され、カラーホイールの光利用効率や、色純度に全く影響を及ぼすことがなくなる。
本発明はこのように構成したので、セグメントタイプのカラーホイールにおいて、製造コストの増大を引き起こすことなく、隣接するカラーフィルタセグメント間に生ずるスポークを可能な限り小さくし、セグメントタイプのカラーホイールの品質向上を図ることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1には、本発明の実施の形態に係るセグメントタイプのカラーホイール10を示している。このカラーホイール10を構成する各カラーフィルタセグメント12、14、16、18は、各々、円弧状の外周辺12b、14b、16b、18bと、外周辺に比して辺長の短い内周辺12a、14a、16a、18aと、外周辺および内周辺をつなぐ二つの隣接辺12c、12d、14c、14d、16c、16d、18c、18dとからなる輪郭を有している。
また、図示の例では、各カラーフィルタセグメントの内周辺12a、14a、16a、18aは直線状をなし、なおかつ、各カラーフィルタセグメントの二つの隣接辺は、何れも外周辺12b、14b、16b、18bを構成する円弧の中心点を通る直線として構成されている。加えて、各カラーフィルタセグメント12、14、16、18の二つの隣接辺12c、12d、14c、14d、16c、16d、18c、18dの、夫々の内周辺12a、14a、16a、18aとの交差点近傍には、他方の隣接辺に対する接近率を増大させるように、屈曲部12e、12f、14e、14f、16e、16f、18e、18fが形成されている。
なお、図1において符号20で示す部分は、各カラーフィルタセグメント12、14、16、18の保持体を示している。したがって、各カラーフィルタセグメント12、14、16、18の保持体20との接合領域(図1に斜線で示す領域)には、隣接辺の接近率を増大させた形状部分(屈曲部12e〜18f)が含まれる。
上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。ます、各カラーフィルタセグメント12〜18の、二つの隣接辺12c、12d、14c、14d、16c、16d、18c、18dは、各々、内周辺12a〜18aとの距離が接近することに伴う接近率が、屈曲部12e、12f、14e、14f、16e、16f、18e、18fにおいて増大するように形成されている。その結果として、二つの隣接辺と内周辺との交差点近傍において、隣接するカラーフィルタセグメントとの間に、意図的に隙間を生じさせることができる。具体的には以下の通りである。
図2には、図1において符号Cで示す範囲を拡大して示している。図2から明らかなように、カラーフィルタセグメント16、18の屈曲部16f、18eによって、隣接辺16cと内周辺16aとの交差点近傍、および、隣接辺18dと内周辺18aとの交差点近傍には、隙間Sが生じることとなる。ここで、屈曲部16f、18eは、各カラーフィルタセグメントの隣接辺と内周辺との交差点の角度を90°に補正するものではないことから、屈曲部16f、18eにおいても、輪郭線の外側へと向けてバリ24、26が生じ得る。しかしながら、隙間Sは、バリ24、26の格納場所として機能し、隣接するカラーフィルタセグメント16、18の隣接辺16d、18d同士を、確実に密着させることが可能となる。かかる作用効果は、他の屈曲部12e、12f、14e、14f、16e、18fにおいても同様に得られるものである。よって、隣接辺の接近率を増大させた形状部分である屈曲部12e〜18fによって、隣接するカラーフィルタセグメント12〜18間に生ずるスポークを、可能な限り小さくすることが可能となる。
また、各カラーフィルタセグメント12〜18の保持体20との接合領域には、隣接辺の接近率を増大させた形状部分、すなわち、屈曲部12e〜18fが含まれることから、隙間S(図2)と、隙間Sに格納されるバリ24、26とは、何れも保持体20によって隠され、カラーホイール10の有効領域(白色光が透過する領域)に露出することはない。よって、カラーホイール10を透過する光から隠され、カラーホイール10の光利用効率や、色純度に全く影響を及ぼすことがなくなる。
以上の理由から、本発明の実施の形態に係るセグメントタイプのカラーホイール10は、バリを除去するための検査工程および除去工程を省略することが可能となり、製造コストの増大を引き起こすことなく、隣接するカラーフィルタセグメント間に生ずるスポークを可能な限り小さくすることが可能となる。よって、セグメントタイプのカラーホイールの品質向上を図ることが可能となる。
なお、本発明の実施の形態において、各カラーフィルタセグメント12〜18の隣接辺の接近率を増大させた形状部分、すなわち、屈曲部12e〜18fは、前記交差点近傍に輪郭線の外側へと向けて発生するバリの格納場所として機能する点に鑑み、次のような応用例においても、図1と同様の作用効果を得ることが可能である。
例えば、図3に示すカラーホイール28のように、各カラーフィルタセグメント12〜18の二つの隣接辺の一方12c、14c、16c、18cにのみ、屈曲部12f、14f、16f、18fを設けることとしても、バリの格納場所となる隙間Sを構成することが可能となる。また、図4に示すカラーホイール30のように、各カラーフィルタセグメント12〜18の全てに対し屈曲部を設けるのではなく、二つのカラーフィルタセグメント14、18の二つの隣接辺14c、14d、18c、18dに屈曲部14e、14f、18e、18fも設けることとしても、バリの格納場所となる隙間Sを構成することが可能となる。カラーホイールの最小分割数は三つであるが、この場合にも、二つ以上のカラーフィルタセグメントの二つの隣接辺に、屈曲部を設けることとすればよい。なお、何れの場合であっても、屈曲部によって構成される隙間Sが、バリの格納場所として機能し得る大きさとなり、なおかつ保持体20との接合領域に含まれるように、各屈曲部の形状を決定することとする。
また、図5に示すカラーホイール32は、図1に示すカラーホイール10における、各カラーフィルタセグメント12〜18の、直線状の内周辺12a〜18aに換えて、外周辺の円弧中心よりも遠方に中心を有する円弧により構成した内周辺12a’〜18a’としたものである。かかる場合も、図1の例と同様に隙間Sを構成することにより、図1の例と同様の作用効果を得ることが可能である。内周辺の形状以外は、図1のカラーホイール10と同様であることから、一部符号を省略して示している。
なお、本発明の適用は、カラーフィルタセグメントをスクライバーにより製造した場合に限定するものではなく、カラーフィルタセグメントの製造過程において、輪郭線の外側へと向けてバリが発生し得る場合に適用することが可能であることは、理解されるであろう。
本発明の実施の形態に係るセグメントタイプのカラーホイールの構造を示す概略図である。 図1において符号Cで示す範囲を拡大して示した図である。 図1の応用例に係るカラーホイールの概略図である。 図1の応用例に係るカラーホイールの、別の概略図である。 図1の応用例に係るカラーホイールの、更に別の概略図である。 カラーホイールを使用した従来の分光装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。 従来のセグメントタイプのカラーホイールを示す平面図である。 図7に示すカラーホイールの分解断面図である。 従来の、セグメントタイプのカラーホイールの別の構造例を示す概略図である。 (a)は図9において符号Aで示す範囲を拡大して示した図であり、(b)は、(a)のB−B線における断面図である。
符号の説明
10、28、30、32:セグメントタイプのカラーホイール、 12、14、16、18:カラーフィルタセグメント、 12a、14a、16a、18a:内周辺、 12b、14b、16b、18b:外周辺、 12c、12d、14c、14d、16c、16d、18c、18d:二つの隣接辺、 12e、12f、14e、14f、16e、16f、18e、18f:屈曲部 、20:保持体、S:隙間

Claims (8)

  1. 複数のカラーフィルタセグメントが同心円状に配置されて構成されるカラーホイールであって、
    前記複数のカラーフィルタセグメントは、各々、円弧状の外周辺と、該外周辺に比して辺長の短い内周辺と、前記外周辺および前記内周辺をつなぐ二つの隣接辺とからなる輪郭を有し、
    なおかつ、二つ以上のカラーフィルタセグメントの、前記二つの隣接辺の少なくとも一方は、前記内周辺との交差点近傍において、カラーホイールとして組付けられた状態で隣接するカラーフィルタセグメントとの間に、前記交差点近傍に輪郭線の外側へと向けて発生するバリの格納場所として用いる隙間を生じさせるための、他方の隣接辺に対する接近率を増大させる形状を有することを特徴とするカラーホイール。
  2. 前記内周辺は、直線状をなし、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とが交差することを特徴とする請求項1記載のカラーホイール。
  3. 前記内周辺は、前記外周辺の円弧中心よりも遠方に中心を有する円弧により構成され、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とが交差することを特徴とする請求項1記載のカラーホイール。
  4. 前記複数のカラーフィルタセグメントの保持体との接合領域には、前記隣接辺の接近率を増大させた形状部分が含まれることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載のカラーホイール。
  5. 複数のカラーフィルタセグメントが同心円状に配置されて構成されるカラーホイールの製造方法であって、
    前記複数のカラーフィルタセグメントの輪郭を、各々、円弧状の外周辺と、該外周辺に比して辺長の短い内周辺と、前記外周辺および前記内周辺をつなぐ二つの隣接辺とを有するように加工し、
    なおかつ、二つ以上のカラーフィルタセグメントの、前記二つの隣接辺の少なくとも一方を、前記内周辺との交差点近傍において、カラーホイールとして組付けた状態で隣接するカラーフィルタセグメントとの間に、前記交差点近傍に輪郭線の外側へと向けて発生するバリの格納場所として用いる、隙間を生じさせるために、他方の隣接辺に対する接近率を増大させる形状に加工することを特徴とするカラーホイールの製造方法。
  6. 前記内周辺を、直線状に加工し、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とを交差させることを特徴とする請求項5記載のカラーホイールの製造方法。
  7. 前記内周辺を、前記外周辺の円弧中心よりも遠方に中心を有する円弧に加工し、90°よりも大きな角度で前記隣接辺と前記内周辺とを交差させることを特徴とする請求項5記載のカラーホイールの製造方法。
  8. 前記隣接辺の接近率を増大させた形状部分を、前記複数のカラーフィルタセグメントの保持体との接合領域に含まれる範囲内に形成することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項記載のカラーホイールの製造方法。
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