旋转盘的振动消除装置与方法 (1)技术领域
本发明提供一种应用于影像显示系统中的滤光转轮组件的旋转盘的振动消除装置与方法，特别是一种利用多个球体搭配具有可固化性的流体的特性来消除因旋转盘旋转所产生的振动的旋转盘振动消除装置与方法。
(2)背景技术
旋转盘于旋转的过程中，理论上是依照其旋转轴为中心稳定平衡地旋转，然而，实际上却会因为制造上先天的缺陷或是后天组装配合上的问题，使得旋转盘的质量分布不均，造成旋转盘转动的时候会产生振动，虽然有些情况下振动地幅度并不大，但是对于日趋精密的光学系统来说，可以说是精密度提高最主要的关键所在。
以滤光转轮组件(Color wheel module)为例，其是被大量应用于影像显示系统中，如同美国专利公告号US5868482号所述及，滤光转轮是利用多片彩色滤光片贴合而成，利用其旋转来调变入射光的颜色，而能提供影像显示装置成像所需要的快速周期性颜色变化的光束。然而，滤光转轮是藉由旋转来切换入射光的颜色，故会面临到旋转时不平衡所产生的成像问题。
现有的平衡补偿方式，大多是以实际驱动旋转盘旋转来找出不平衡的位置，最常见的方式，请参阅图1A及1B。图1A是现有测量旋转盘11不平衡状态的结构示意图。图1B是显示旋转盘11处于不平衡状态时的示意图。如图1A及1B所示，现有的方法首先是利用旋转马达12驱动旋转盘11旋转，由于旋转盘11的不平衡质量M于旋转时会产生离心力，此离心力会造成振动，此时，利用加速规等感应器即可测量出振动量的大小及其相位角，由此振动量的大小及其相位角可计，算出不平衡质量M的大小及其相位角θ。此外，为了避免旋转盘11驱动时，受到桌面等放置平面的干扰，故将旋转盘11以及旋转马达12固定于一利用弹簧14所构成的悬浮平板13上。
接着，测量计算出不平衡的示意图，如图1B所示，当测量计算出旋转盘11上一个不平衡的质量M及其所在位置的角度后，最常见的解决方法有两种，就是填补或是去除对应的质量，制造者可以采取在不平衡的质量M所在位置相对应的180度地方填补对应的质量来消除振动，也可以采取在不平衡的质量M所在位置去除对应的质量来消除振动。然而，实际运作时，质量M的位置以及大小并不是能够那么精确的计算出来，只能求出一个概略值，再利用反复试验的方式来进行校正。举例来说，如利用钻孔的方式来消除质量，当计算出盘片11的不平衡质量M时，就在不平衡的质量M所在位置上先钻一小孔，去除一定量的质量，然后再度试转，如果发现仍不够的话，则继续于再钻一小孔，如果发现钻太多，则于对角一侧另钻一小孔；如此反复进行，直到旋转盘11被驱动旋转时达到完全平衡为止。这样的平衡修正方式，效率很低，而且最后完成的平衡修正也不是完全的修正，仅能说是在测量、计算误差范围内的平衡罢了。
(3)发明内容
本发明是为解决上述问题而提供一种旋转盘的振动消除装置与方法，可有效消除譬如为滤光转轮等旋转盘因为不平衡而于旋转中所产生的振动。
根据本发明的用于影像显示系统中的旋转盘的振动消除装置与方法，首先，是于旋转盘上形成一个容置槽，容置槽内充填有具有可固化性的流体以及多个球体，利用球体本身可在流体内自由滚动的特性，于旋转盘转动时，流体与球体会自动移动至平衡的位置分布，然后再利用流体可固化的特性将流体固化，球体在容置槽的位置即随之固定，如此，即完成旋转盘的平衡修正，不仅易于施行，同时更能达到精确的平衡修正。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)附图说明
图1A为现有测量旋转盘不平衡状态的结构示意图；
图1B为现有旋转盘不平衡的示意图；
图2A、2B、2C为本发明自动平衡原理的示意图；
图3A～3D为本发明旋转盘的平衡修正前、后的示意图；
图4A～4C为本发明旋转盘的容置槽的示意图；
图5为本发明测量旋转盘不平衡状态的结构示意图；及
图6A、6B为本发明应用于彩色滤光转轮组件时的示意图。
(5)具体实施方式
根据本发明的可消除不平衡的旋转盘的振动消除装置与方法主要是应用于影像显示系统中的滤光转轮组件，其原理如下，如图2A至2C所示，一承载盘21上有一不平衡的质量M，另有多个钢珠22置放于承载盘21内，当承载盘21以一角速度ω旋转时，不平衡的质量M因离心力作用一而产生振动位移E，该振动位移E将对钢珠22产生一作用力Fe(Fe＝me ω2，m为钢珠质量)，此时，Fe切线方向的分力Ft(Ft＝Fe*cos(α)，其中α为与径向方向的夹角)将促使多个钢珠22沿承载盘21的圆周方向往不平衡的质量M的相反方向移动，直到平衡为止。因为该多个钢珠22与承载盘21存在着磨擦力的关系，钢珠22将很难达到完全平衡的状态。单纯在承载盘21上加入流体的质量有限，可能无法达到完全补偿旋转盘的不平衡量M，因此，本发明的实施例是以可固化性的流体搭配具特定质量的多个球体来取代钢珠22，由于流体不存在磨擦力的问题，故可达到完全平衡的状态。
因此，本发明利用上述原理，即利用具可固性流体33搭配具有特定质量的多个球体来实现旋转盘的平衡。请参阅图3A至3D，图3A至3D为本发明旋转盘平衡修正时的示意图。如图3A至3D所示，本发明是先于一旋转盘31上利用一盆体32而形成一与旋转盘31具有同一旋转中心的容置槽；接着，再利用一振动测量装置(未显示)驱动旋转盘31旋转并测量出旋转盘31的不平衡量，譬如说旋转盘31一侧具有一不平衡的质量M；之后，于静态下于容置槽内充填有具可固性的流体33以及一定数量的球体34以补偿上述的不平衡质量M。特别需要说明的是，本发明的实施例中，球体34是表面光滑的金属球体(例如：钢珠)，当然，球体34也可以相当质量的非金属球体(例如：陶瓷球体)来取代金属球体。
接着，再将旋转盘31放置在如振动测量装置等旋转驱动机构上，当旋转旋转盘31时，因为质量M在其一侧，根据前述原理，流体33及多个球体34会受到振动力的作用，而沿圆周方向流动至另一侧，并受到盆体32的侧壁限制于容置槽内，如图3B所示；以图3A为例，不平衡的质量M是位于右侧，所以流体33会带动多个球体34最后会集中于盆体32的左侧，理想地说，流体33及多个球体34会完全集中于左侧如图3C所示。由于流体33会受到黏滞力以及表面作用力、离心力的影响，实际上的分布应为类似图3D的分布。之后，流体33及多个球体34集中于左侧的质量会跟右侧的不平衡的质量M相抵消，此时，旋转盘31即处于平衡的状态，而不会因为不平衡的关是而产生振动。待旋转盘31平衡后，再将流体33固化，同时多个球体34也会固定于此时的分布状态，使得旋转盘31能永久维持平衡状态。
因为是藉由球体34自动地移动至平衡的相对位置分布，平衡后的流体33及球体34的质量分布恰可抵消旋转盘31的不平衡质量M，相较于现有的方式，不仅省去反复试验重复平衡的冗长时间，而且平衡的状态更加精确。此外，本发明关于具可固化性的流体33是采用光敏感性固化流体(譬如为UV胶)、热敏感性固化流体或是双剂型固化胶，所以对应的固化方式就是提供光能、提供热能或是提供催化剂使流体33能够固化，当然具有可固化性的流体33不并限定为此三类，只要是能够固化的流体即可。
此外，关于容置槽的型态，可以如图3A所示，为利用一盆体32装设(譬如可为胶合、锁固、卡合以及扣合或是其它类似的固定方式)于旋转盘31上，而为了防止流体33于旋转过程中溢出，故盘体32侧壁顶缘具有向内延伸的凸缘35。当然，也可以利用环体36的方式(如图4A所示)装设于旋转盘31上，如此也可形成容置槽供流体33及球体34充填。另一方面，如果考虑充填的流体33量不多或是盆体32及环体36侧壁较高，也可利用没有凸缘的设计如图4B、4C所示。
实际平衡上来说，也可同样利用将旋转盘31装置于旋转马达41的旋转轴42上，使旋转盘31可受到其带动旋转，同样地，为了避免受到干扰而测不准，可藉由弹簧44连接一悬浮平板43来固定整组结构，如图5所示。
而应用于彩色滤光转轮组件时，请参阅图6A、6B，滤光转轮组件50包含有一旋转马达54、一旋转轴541、一容置槽52以及一滤光转轮51。旋转马达54可带动该旋转轴541旋转，容置槽52则形成于滤光转轮51的内周缘上并与滤光转轮51具有同一旋转中心。此外，容置槽52与滤光转轮51的结合体则可紧密地配置于旋转轴541上受旋转马达54带动而旋转。
滤光转轮51的内周缘的上表面是连接于容置槽52，连接的方式可以使用直接黏合或是其它类似的方法，且容置槽52可为前述的任一个实施态样(盆体、环体等)，其内部充填有可固化性流体33及多个球体34，当然，球体34的数量及材质也如同上述实施例所述可为金属球体，也可为非金属球体。此外，滤光转轮51是由多个可透光的彩色滤光薄膜511所组成，使通过彩色滤光薄膜511的光束调变而改变颜色，彩色滤光薄膜511以红、绿、蓝以及白色居多，且设计为扇形来形成一个圆形的滤光转轮51。
容置槽52与滤光转轮51接合后，可单独先行施以平衡修正(balance)，平衡修正的方式如前述，可利用如图5的装置来施行。平衡修正完后，再藉由容置槽52装设于旋转轴541上，而可受到旋转马达54的带动以转动的方式来轮流调变光束的颜色。另一方面，也可以将容置槽52以及滤光转轮51整体固定于旋转轴541上后再进行平衡修正、固化的动作，因为是利用流体固化的方式，所以也不需担心平衡修正后会破坏原有的精密度。
相较于现有技术，本发明的滤光转轮组件及其旋转盘的振动消除装置与方法，是利用流体本身可于容置槽中自由流动的特性并搭配具特定质量及数量的球体，于旋转盘高速转动时，流体及球体会移动至平衡的位置分布，然后再利用流体可固化的特性，将流体固化，即可完成旋转盘的平衡修正，不仅易于施行，同时更能达到精确的平衡修正。