沿导轨具有独特的平衡质量的色轮 【技术领域】
本发明涉及色轮，所述色轮比如用在投影仪中用于能够实现色序的照明。本发明也涉及使用这样的色轮的投影仪。
背景技术
上面所提到的类型的构件在一些应用方案中使用，在这些应些方案中必须以快速的次序产生周期性的颜色变化。使用这些构件的光学系统比如是图像投影仪或者显示装置，典型的应用方案是用于电视系统的背面或正面投影仪。
为了达到所需要的快速的换色效果，以快速的次序将滤色片导入光束的光径中。为此目的使用一个支座，该支座在其外围配备着圆形布置的滤色扇形块。这种装置形成一个色转子，其中扇形块的部件在径向上伸出超过所述支座并且在此形成色环。该色环设置用于装入光程中。所述色转子围绕着自身的中心轴线旋转。通过该色转子的旋转，将所述滤色扇形块交替导入所述光程中并将其从中导出。由此实现所期望的快速的换色次序。所述色转子布置在马达上，该马达使所述色转子旋转。所述色转子和马达构成一个色轮。
因为图像产生系统必须能够产生具有很高质量的图像，所以必须以很快的次序进行换色。这意味着，所述滤色扇形块必须以非常高的速度穿过所述光束的光程。这以色转子的快速旋转为前提。结果是，来自离心加速度的并且比重力加速度g大数百倍的巨大的力作用于所述色转子并且尤其作用于敏感的滤色扇形块。为获得特佳的图像质量，所述加速度完全可以超过1000g。这样的图像产生系统也必须满足很高的亮度要求，所述亮度要求只能通过功率强大的光源来达到。由于这些功率强大的光源，所述构件经受相应高的可达100℃的温度。
此外，仅仅允许微小的径向摆动公差，以便实现构件的很长的使用寿命。因此在使所述色轮平衡时需要十分的细心。另一方面这样的构件的广泛的应用方案-比如用在所谓的低价位的显示应用方案中-只有在能够以很低的价格并且仍然满足很高的质量要求的情况下生产色轮时才可行。因此，在这方面无法运用复杂而昂贵的平衡方法。
不同的平衡方法为人熟知：不仅有静态的平衡方法而且有动态的平衡方法；在一个平面或者两个平面中进行平衡。
在传统的静态的方法的范围内，使色转子旋转并且测量不平衡度。在色转子的重心不与旋转轴线重合时，总是存在着不平衡度(Umwucht)。这可以用两种方式来校正。要么在一个特定的与旋转轴线隔开的点上将平衡质量从转子上移走(负平衡)要么在一个特定的与旋转轴线隔开的另外的点上将平衡质量加到转子上(正平衡)。
在负平衡的范围内，典型地在支座中钻孔。如果在钻孔过程中色转子与马达保持连接，那么很可能出现这样的情况，即轴承受到可能在钻孔过程中施加到其上面的力的损害。也可以设想在钻孔之前将色转子从马达上移走。不幸的是，这样做十分耗时并且因此使平衡作业变得昂贵。这尤其在以叠代地方式实施平衡(旋转-首次校正-旋转-二次校正-...)时尤为合适。
在正平衡的范围内，将一个附加的平衡重固定在转子上。在色轮上为此典型地将一团胶粘剂固定在支座上。如果胶粘剂的质量不够，那就用胶粘剂将具有更高密度的其它材料比如一块钢粘到支座上。在此需要很高的精度和足够的经验，以便能够按照这种方法进行平衡，因为比如胶粘剂会偏移并且会流向转子的未规定的部件。因此，所述支座有时具有圆形槽用于接纳胶粘剂。不过这限制了使所述平衡重定位的自由度。此外，在可以再次将转子置于旋转之中之前胶粘剂的硬化需要时间。这种平衡的方法因此特别在其以如早已为负平衡所说明的一样的叠代的方式实施时相当昂贵。
按照一种公开的动态的平衡方法，所述支座或者所述转子的一个另外的部件包括一个具有环形空间的容器，胶粘剂作为平衡质量可以被接纳在该容器中。在使转子旋转之前，将所述胶粘剂并且如果有必要比如将几个金属小球放入容器中。放入容器的量选择得如此之少，使得其没有完全填满所述容器。如果现在将这样的装置置于旋转之中，那么所述胶粘剂以及必要时小球与所述胶粘剂一起就自动地流到正确的轴向位置中，用于将不平衡度降低到最低限度。而后胶粘剂硬化。在此必须注意，所述胶粘剂在旋转之后和/或在硬化过程中当地停留不动。这里也更少地为所述平衡提供自由度，因为径向位置预先通过所述容器来确定。
以往所说明的平衡方法无一例外地涉及仅仅在一个平面中进行的平衡。这种做法经常已经足够并且更确切地说尤其在转子可以近似地通过薄板来说明并且仅仅出现适度的转速时已经足够。不过，色轮中的色转子经常以7000Umin(转每分钟)到15000Umin的转速旋转。在这些情况中，仅仅在一个平面中进行平衡有时不再足够并且必须为至少两个明显地彼此隔开的并且垂直于旋转轴线的平面实施平衡。
这里，也可以使用不同的方法如负平衡和正平衡或者动态平衡，这些方法具有相应方法的所有优点并且也具有其所有缺点。
【发明内容】
本发明的任务是，说明一种色轮，利用该色轮可以实施一种简化的用于平衡的方法。利用这种方法应该至少部分地克服早已为人熟知的方法的缺点。
该任务可以用一种色轮来解决，在该色轮上在一条环形的导轨上设置了两个或者多个的平衡质量。所述导轨基本上相对于色轮的旋转轴线同轴布置。所述平衡质量以能够在平衡过程之前和平衡过程中沿所述导轨运动的方式布置在所述导轨上。如此选择所述平衡质量的可运动的程度，使得所述平衡质量不会由于其自重而运动，不过可以花费必要的力气手动地使其沿所述导轨运动。在此将所有单个的能够以上面所说明的方式运动的平衡质量的质量总和定义为总平衡质量。这个总平衡质量选择得如此之高，使得其足以用于对合理地最大可预料的不平衡度进行平衡。在今天的色轮上，这个总平衡质量高达60mg。
根据在本发明的范围内介绍的平衡方法的一种实施方式，在一开始如此布置所述平衡质量，使得所述平衡质量系统的重心基本上处于色轮的旋转轴线上。然后借助于马达将所述色转子置于旋转之中并且对色轮的不平衡度进行测量。而后根据这种测量结果可以计算，应该将所述平衡质量系统的重心布置在何处，以便将色轮的不平衡度降低到最低限度。
然后让一个或者多个平衡质量沿所述导轨运动，用于将平衡质量系统的重心移动所期望的位置。可以运用一系列由剩余不平衡度的测量和平衡质量的运动构成的叠代步骤，用于将不平衡度降低到最低限度。
【附图说明】
下面详尽地并且借助于附图和相应的实施方式作为实例对本发明进行详细解释。其中：
图1是相应于本发明的一种实施方式的色轮的俯视图，
图2是图1的色轮的沿线条AA’的横截面。
【具体实施方式】
图1示出了一个按本发明的色轮1的俯视图，该色轮1具有滤色扇形块3、3’和3”以及一块具有圆形轨道5的盖板，该轨道5形成导轨。所述盖板如此布置在所述扇形块3、3’和3”上，使得所述圆形的轨道5的圆心至少基本上处于所述色轮的旋转轴线上。在所述轨道5上以能够活动的方式布置了两个具有相同质量的夹子7、7’并且这两个夹子7、7’形成一个平衡质量系统。所述夹子在实例中分别具有20mg的质量并且由板材制成。也可以使用其它材料比如塑料或者弹簧钢。所述平衡质量系统在这里因此具有40mg的总质量。所述夹子7、7’的夹臂朝轨道5的侧壁挤压。因此为了能够移动所述夹子，必须克服比其自身重力大的摩擦力。通过这种方式来保证所述夹子不会在平衡过程中或者在平衡之后由于操作色轮而意外地移动，在所述夹子上还可以设置器件比如销钉，所述销钉允许简单地暂时通过挤压将夹臂彼此分开，以便降低摩擦力并且实现更为容易的移动。
图2示出了图1的色轮1的沿线条AA’的横截面。该附图额外地示出了一个此前被覆盖的盘状的支座9，所述扇形块3、3’、3”和马达(这里未示出)布置在所述支座9上。
在平衡过程的一开始，将所述夹子7、7’如此布置在轨道5上，使得其径向对置，也就是说连接线穿过中心11，该中心11标记出旋转轴线的位置。因为所述夹子具有相同的质量，所以由此其共同的重心处于中心11中并且由此首先不会助长不平衡度。
随后测量不平衡度。比如为此将色轮置于旋转之中并且在旋转过程中测量作用于马达的侧面的力。以熟知的并且这里未进一步说明的方式从这些测量结果中以此前所选择的间距来求得有待安置的平衡质量的方向和数值。应该以何种离开轴线的间距来安置平衡质量这样的说明典型地属于相应的测量仪的优先的输入参数。所述仪器而后求得所需要的平衡质量的数值及其角度位置。在此十分清楚，一个特定的平衡质量以每种此前所选择的间距导致平衡；不过来自间距和质量的乘积是恒定的。出于这个原因可以轻易地检测到，如果设置了一个相当于两个夹子的总质量的平衡质量，那么应该选择哪个位置((离开中心的间距和方向)。在实例中，为了对所述测量仪进行校准选择一个2cm的间距，这相应于轨道5的半径R。如果现在所述测量仪比如检测到，以离开中心11的2cm的间距朝特定的方向需要一个12mg的平衡质量用于消除不平衡度，那么以D＝(12mg×2cm)/40mg＝0.6cm的间距需要一个40mg的平衡质量。但这相当于所述平衡质量系统的总质量。由此并且用通过所述测量仪示出的方向确定相应的位置13，在该位置13上应该安置一个相当于所述平衡系统的总质量的平衡质量，用于由此达到所述色轮的平衡状态。而后所述色轮在成功地将所述平衡质量系统的重心朝这个位置移动时就得到平衡。一条直线22穿过这个位置13并且垂直于通过所述测量仪示出的从中心11开始的方向-所述方向通过图1中的箭头示出-该直线22与所述轨道5之间产生两个交点。如果相应地将一个平衡质量移到一个交点上，那么所述平衡质量系统的共同的重心就处于所期望的位置上。在实例中以下计算结果相应于所述重心，即应该以从通过所述测量仪示出的方向测量的角度
θ＝±acos(D/R)＝±acos(0.6cm/2cm)＝±72.54°
来安置所述平衡质量。一般来讲：如果Mmes是由所述测量仪检测到的应该安置在导轨上的平衡质量并且所述两个可供使用的平衡质量分别具有质量Ma，那就应该将这两个平衡质量移到所述导轨上的一个位置中，所述位置与由测量仪示出的方向相差θ=±αcos(Mmess2Ma).]]>
由此结束平衡过程。不过可能出现这样的情况，即由于所述夹子的定位精度受到限制而留下剩余不平衡度，在此当然又可以对其进行测量。如果这种剩余不平衡度超过对应用情况来说所期望的数值，那么如在调整时常见的一样可以通过递增地移动所述夹子并且接下来测量所述移动的效应的方式来尝试进一步将这种剩余不平衡度降低到最低限度。
至此仅仅对借助于两个平衡质量进行平衡的情况进行说明。但是，可从本发明中得出的理论绝不局限于仅仅两个平衡质量。比如可以设想，使用三个夹子或者更多夹子。而后在一开始又如此将这些夹子布置在轨道上，使得共同的重心处于旋转轴线上。
因此，本发明的主题是具有平衡装置的色轮，其中所述平衡装置包括一条基本上为圆形的导轨，该导轨的圆心处于由所述色轮定义的旋转轴线上并且在所述导轨上如此设置了至少两个能够沿所述导轨个别地运动的、一起形成一个平衡质量系统的平衡质量，从而为了相应地使所述平衡质量沿导轨运动需要一个比相应的平衡质量的重力大的力。
按照一种实施方式，这样的色轮的特征在于，所述导轨由所述色轮的转子的组成部分的向外型体所构成并且所述平衡质量系统的平衡质量在横截面中环抱着这个向外型体。
作为替代方案，这样的色轮的特征在于，所述导轨由所述色轮的转子的组成部分的向内型体构成，并且所述向内型体在横截面中包围着所述平衡质量系统的平衡质量。
按照一种实施方式，所述色轮相应地具有成对的、平衡质量系统的平衡质量，所述平衡质量则具有基本上相同的质量。也可以如此设计所述平衡质量系统，使得其仅仅包括两个尤其可以具有相同的质量的平衡质量。
可以根据以下方法对按本发明的色轮进行平衡，
-在第一步骤中将所述平衡质量如此布置在导轨上，使得所述平衡质量系统的重心基本上处于色轮的旋转轴线上
-并且在紧随其后的第二步骤中确定一个位置，一个相应于所述平衡系统的总质量的平衡质量应该安置在该位置上，用于由此达到色轮的平衡状态
-并且在紧随其后的第三步骤中如此移动所述平衡质量中的至少一个平衡质量，使得所述平衡质量系统的重心处于此前所确定的位置上，一个相应于所述平衡质量系统的总质量的平衡质量应该安置在该位置上。
作为补充方案和可选方案，可以在平衡之后在一个终结的步骤中将所述平衡质量不可活动地在所述导轨上并且沿所述导轨加以固定。
如果所述色轮的平衡系统仅仅包括一个第一平衡质量和一个第二平衡质量，那就可以按照一种方法使所述色轮平衡，
-在第一步骤中径向对置地布置所述平衡质量
-为了检测位置按照第二步骤通过马达将所述色轮置于旋转之中并且测量不平衡度
-并且在第三步骤的范围内将所述平衡质量朝一条直线与所述导轨的交点移动，其中该直线穿过在第二步骤中检测到的位置并且垂直于圆心和该位置的连接线。
上面所说明的方法相应地导致按本发明的色轮，该色轮沿一条基本上为圆形的导轨具有单个的独立的平衡质量，所述导轨的圆心处于色轮的旋转轴线上，其中由所述平衡质量构成的平衡质量系统的重心基本上处于一个特定的点上，在该点上应该安置一个具有所述平衡质量系统的总重的平衡质量，用于使所述色轮平衡。