一種帶可移動快門的投影屏的製作方法
2023-11-07 14:42:27
專利名稱：一種帶可移動快門的投影屏的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於顯示移動和靜止圖象的投影屏，具體涉及一種帶可移動快門的投影屏。
背景技術：
雖然通常投影屏主要用在電影院、教育和工業圖象投影，以及家庭娛樂系統中，但是還發現投影屏具有與計算機控制模擬器和遊戲有關的許多新用途。這些新用途包括物理環境的可視模擬，比如跑道、足球場、戰場和飛機場，為了將可視的提示信息提供給配有各種控制設備和儀器的人，來控制被模擬環境中一個或多個物體的運動或活動，比如汽車、足球隊員、士兵和裝甲設備，以及飛機。
在上面的某些應用中，通過一個改進的投影屏向一個人投影物體可以為投影圖象的其他2維屬性提供更多的真實感和重要新維數，該人與該計算機控制的模擬環境相互作用。例如，在模擬武術/技擊比賽時，由一個被模擬對手投出的物體可以通過該改進投影屏從該改進投影屏表面上的某一位置被真正投出，該位置與被模擬對手進行投擲的手在釋放該物體時刻的位置點的投影圖象重合。另一個示例是，棒球手使用的用於擊球練習的模擬器可以通過一個顯示投球手投擲棒球的圖象的投影屏來投射棒球。現在流行的從投影屏投射物體的模擬器，在投影屏上包含一個或幾個固定位置或通道，物體可以從這些位置被投出，這種模擬器大大限制了動作的類型，比如投擲可以被模擬的技擊武器或棒球。另外，必須不合乎自然規律地調整和定位被模擬的投擲者圖象，以便投影圖象中的被投擲物的釋放點與投影屏上的固定點真正重合。
另外，在某些應用中，要求使用可以接收物體的投影屏。投影屏可以用作一個分類器，例如，在投影屏的後面放置收集物體的料箱，物體經過投影屏落進不同料箱。娛樂場所也需要可接收物體的投影屏。例如在足球的系統中，用戶可以向投影屏投射足球。投球者將足球投射到顯示在投影屏上的虛的接收器上時，他可以將球準確地投射經過投影屏上的開口，或者將球錯誤地投射到投影屏上並從投影屏彈回。現有的固定的投影屏開口的固定位置限制了所有這些應用。
模擬和遊戲系統的賣方因此認識到需要一種投影屏，物體可以通過一個可移動的開口在屏幕上的任何位置經過該投影屏。另外，模擬和遊戲系統的賣方也已經認識到，該可移動開口必須能夠與顯示在投影屏上的圖象的時間和位置同步地打開。
發明概述本發明的一個實施例是一種帶可移動快門的投影屏，該快門可以位於投影屏表面的一內矩形區域內的任意位置。當可移動快門關閉時，該投影屏從一定距離看是連續均勻的反射不透明面。該可移動快門可以打開預定時間，以允許物體、光信號或其他不能經過反射屏的實體經過該打開的可移動快門。
該帶可移動快門的投影屏包括一個帶有將5個分開反射帶固定在其上的前框架的主框架，一個安裝在該主框架內的可水平移動框架，和一個安裝在該可水平移動框架內的可垂直移動快門組件。該可水平移動框架在電動機的控制下可以橫穿前框架的內側移動，以便在投影屏上使該可垂直移動快門組件相對一個水平軸確定定位的位置。該可垂直移動快門組件在電動機控制下在該可水平移動框架內上下移動，以便在投影屏上使該可垂直移動快門組件相對一個垂直軸確定定位的位置。因此，該垂直快門組件可以位於投影屏的一個大矩形區域內的任何位置，通過將可水平移動框架水平移動到x坐標，將可垂直移動快門組件垂直移動到z坐標，從而由兩個卡笛爾坐標x，z確定該位置。
投影屏的反射面包括五個柔性帶。第一柔性帶固定到可水平移動框架的左側並被一個垂直安裝的彈簧加載的卷取/供送捲軸拉緊和伸長，該捲軸固定到前框架的左側。同樣，第二柔性反射帶固定到可水平移動框架的右側並被一個垂直安裝的彈簧加載的卷取/供送捲軸拉緊和伸長，該捲軸固定到前框架的右側。帶槽口或孔的第三柔性反射帶保持在下和上電機控制的卷取/供送捲軸之間，捲軸水平固定在可水平移動框架的下方和上方。可垂直移動的快門組件有一個前框架，一個帶孔的面板固定到前框架上。面板的前面與第五柔性反射帶的反射率和顏色一樣。第四和第五柔性反射帶通過彈簧加載的卷取/供送捲軸垂直安裝到第三柔性反射帶的後面，捲軸水平安裝到可垂直移動快門組件的前框架的上方和下方，以便第四和第五柔性反射帶在可垂直移動快門組件上方垂直延伸到主框架的上方和在可垂直移動快門組件的下方延伸到主框架的下方。該第五柔性反射帶使投影屏呈現為連續、平坦、未被打斷的反射顯示面，除了當第三柔性反射帶中的孔被移動經過固定到可垂直移動快門組件上的面板上的孔的時候。當這兩個孔重疊時，直接在該可垂直移動快門組件前面的投影屏的表面中出現一個開口。第三柔性反射帶運動的速度確定可移動快門打開的持續時間。可水平移動框架、可垂直移動快門組件和第三反射柔性屏的運動由電動伺服電機控制，該電動伺服電機又由計算機軟體程序產生的信號控制。
圖面說明
圖1圖示說明了有可移動快門的投影屏的一些部件。
圖2和3圖示說明了帶可移動快門的投影屏的主框架、X軸框架和Z軸支架。
圖4A-C圖示說明了Z軸支架的輥子和輥子軌道機構。
圖5圖示說明了帶可移動快門的投影屏。
圖6是帶可移動快門的投影屏的分解圖。
圖7是安裝到X軸框架上的I軸柔性反射帶的前視圖。
圖8圖示說明了該帶可移動快門的投影屏的電子和計算機控制系統。
發明的詳細描述本發明的一個實施例是一種帶移動快門的投影屏(「PSMS」)，快門可以位於投影屏表面上的一個大矩形區域內的任何位置並打開。當一個可垂直移動柔性帶內的一個孔與水平和垂直移動的Z軸支架面板上的一個孔重合時，該快門便打開。否則，對於遠處的觀察者來說，該投影屏的表面是連續的反射垂直面。從背面投射的物體或光信號可以經過打開的快門。
圖1是觀察者看到的PSMS的一些部件。圖示的PSMS部件包括主框架102，在主框架的前框架106內側水平移動的X軸框架104，在X軸框架內垂直移動的Z軸支架的前面板108，和四個柔性反射帶110、112、114和116，四個柔性帶從四個卷取/供送捲軸118和120伸長或縮回(圖1未示出兩個水平安裝的卷取/供送捲軸)。當Z軸支架的前面板108內的孔122與第五個柔性反射帶內的孔對齊時，這兩個對齊的孔一起在投影屏內形成一個開口，使物體或光信號從中通過，第五個柔性帶垂直安裝在柔性反射帶114和116的前面和Z軸支架的前面板108前面(第五個柔性反射帶未在圖1中示出)。
圖2和3圖示說明了PSMS的主框架、X軸框架、和Z軸支架。在圖2中，X軸框架104布置在投影屏平面的左側(左右是相對PSMS前面的觀測點而言，如圖1所示)，在圖3中，X軸框架104布置在投影屏右側。同樣，在圖1中，Z軸支架204布置在X軸框架104的中部，而在圖3中，Z軸支架204布置在X軸框架104的頂部。因此，圖2和圖3示出X軸框架經過投影屏平面的水平移動，而且還示出Z軸支架沿X軸框架的垂直移動。主框架包括四個垂直杆件206-209，四個長水平杆件210-213，兩個短的上水平杆件214-215和兩個短的下水平杆件216和217。垂直杆件、長水平杆件和上短水平杆件206-215是由4英寸的方形空心鋼管加工出的鋼段，並像圖2和3那樣焊接起來。在一個最佳實施例中，X軸和Z軸的運動分別由帶傳動和絲槓傳動的線性運動系統來控制，該系統裝在主框架和X軸框架的水平杆件211和垂直杆件218的內側。兩種情況下都採用加拿大Pittsburg的Bishop-Wisecarver Corp的Dual Vee Lo ProLinear Motion Systems。Lo Pro零件編號為3SCSBG3DH100S的X軸帶傳動的線性運動系統由一個垂直安裝的電動伺服電機306帶動，Lo Pro零件編號為#SCSLSD的Z軸絲槓傳動的線性運動系統也由一個垂直安裝的電動伺服電機308帶動。也可以用紐約Port Washington的ThomsonSaginaw Corp的線性運動系統驅動X軸和Z軸。X軸框架104包括兩個垂直杆件218-219以及兩個水平杆件220和222，它們如圖1那樣焊接在一起構成一個矩形框架。垂直和水平杆件218-222是由4英寸方形空心鋼管加工出的鋼段。X軸框架還包括一個半矩形的上支撐224和一個半矩形的下支撐226。兩個半矩形的支撐包括三個由2英寸方形鋼管加工出來的部件，它們如圖1所示那樣焊接在一起。半矩形上支撐224焊接到X軸水平杆件222的上表面，半矩形下支撐226焊接到X軸下水平杆件220的底面。面板108固定到Z軸支架204的投影屏側。面板包含一個可從中投射物體的開口/孔122。X軸框架通過兩個輥子(未示)安裝在主框架水平杆件211和213上，該輥子連接在X軸框架220和222的水平杆件的投影屏側，夾緊併線性的輥子軌道232和234滾動，該軌道固定在主框架水平杆件211和213的內表面上。同樣，Z軸支架204通過兩個輥子安裝在X軸框架上，輥子連接在兩個角託件310和312的投影屏側，角託件固定在Z軸支架204兩側的垂直杆件上，輥子與垂直安裝的輥子軌道314和316夾緊並沿其滾動，軌道分別固定到X軸框架垂直杆件218和219的內表面上。下面將更詳細地描述輥子和輥子軌道。
圖4A-C圖示說明了Z軸支架的輥子和輥子軌道機構。圖4A示出從PSMS上方垂直向下看到的主框架102和Z軸支架204的截面圖。圖4B是圖4A圓圈部分的細節圖，圖4C是圖4B圓圈內更詳細的圖。在圖4C中，兩個Z軸輥子406和408分別安裝在軸410和412上，軸410和412固定在Z軸支架的角託件312上。角託件312固定在Z軸支架的垂直杆件416和水平杆件418上。輥子騎在線性軌道314上，軌道314固定在X軸框架的垂直杆件219上。X軸框架的輥子424通過軸426固定到X軸框架104上並沿輥子軌道234的上邊緣運動，軌道234固定在主框架的上水平杆件213的內側邊緣上。
圖5說明了從觀察者看過去的帶可移動快門的投影屏。垂直投影屏502包括五個分開的柔性反射帶，它們是柔性反射帶110、112和508(五個柔性反射帶中的兩個沒有在圖5中示出，但是在上面圖1中表示為114和116，在下面圖6中表示為607和608)。左側柔性反射帶110垂直固定在X軸框架104上(沒有示出垂直固定件)，並且穿過PSMS面延伸到一個垂直安裝的彈簧加載的卷取/供送捲軸118。右側柔性反射帶112垂直固定在X軸框架104上(沒有示出垂直固定件)，並且穿過PSMS面延伸到一個垂直安裝的彈簧加載的卷取/供送捲軸120。上柔性反射帶(未示出)水平固定在X軸框架上，並且在PSMS表面的上部之間垂直延伸到一個水平安裝到Z軸支架頂部的彈簧加載的卷取/供送捲軸。下柔性反射帶(未示出)水平固定在X軸框架上，並且在PSMS表面的下部之間垂直延伸到一個水平安裝到Z軸支架底部的彈簧加載的卷取/供送捲軸。上述四個彈簧加載的卷取/供送捲軸由威斯康星Milwa-ukee的MilwaukeeProtective Covers，Inc.提供，提供的垂直彈簧加載的卷取/供送捲軸零件序號是70-3-PN-11。同樣類型的捲軸可以從其他卷蓋(roll-upcover)生產者那裡得到。捲軸內的多個內部彈簧在帶上產生38.4磅力的拉緊張力，為用戶保持光滑而平坦的外觀。
當X軸框架104橫穿PSMS表面向左水平移動時，左側卷取/供送捲軸118卷取左側柔性帶110，同時，右側卷取/供送捲軸120供應右側柔性帶112。相反，當X軸框架104橫穿PSMS表面向右水平移動時，左側卷取/供送捲軸118供應柔性帶110，而右側卷取/供送捲軸120卷取柔性帶112。當Z軸支架沿X軸框架向上垂直移動時，上卷取/供送捲軸卷取上柔性帶，同時下卷取/供送捲軸供給下柔性帶。相反，當Z軸支架沿X軸框架向下垂直移動時，上卷取/供送捲軸供給柔性帶，而下卷取/供送捲軸卷取柔性帶。將一個垂直柔性反射帶508安裝在兩個水平安裝的電動伺服電機控制的卷取/供送捲軸516和518之間，捲軸516和518使垂直柔性帶508垂直移動。在PSMS的一個實施例中，使用Parker-HannifinCorp.SM-NO923KR-NMSB的電動伺服電機。電動伺服電機的另一些來源是紐約Rochester的Ormec Systems Corp.紐約Tarrytown的HitachiAmerica，Ltd.阿根廷Smith的Baldor Electric Corp。垂直柔性反射帶位於上下柔性帶之上，在圖5中遮蓋了上下柔性帶。所有五個柔性反射帶由下列一種或多種材料製成，這些材料可以方便地從全世界的合成橡膠和紡織品生產廠家得到，厚度為千分之16英寸到千分之32英寸氯丁橡膠，襯有布EPDM(三元乙丙橡膠)
海帕論SBR(丁苯橡膠)白腈FDA帶(食品級Neoprene加上Nitrile橡膠塗覆的聚醯胺)Viton(氟橡膠)氟矽氧烷布，用橡膠或聚四氟乙烯塗覆或浸漬。
兩個水平安裝的電動伺服電機控制的卷取/供送捲軸516和518和垂直柔性帶508一起組成I軸。垂直柔性帶508包含一個圓槽口狀孔520，該孔可以迅速經過使物體或光信號快速通過的釋放點孔122。因此，孔520橫穿Z軸支架面板上的孔122的動作提供一個快門，該動作由電動伺服電機控制的卷取/供送捲軸516和518控制，該快門在兩個孔重合的時間間隔內打開，物體或光信號經過該重合孔。另外，孔520可以在Z軸支架面板上的孔122的上方或下方、固定到Z軸支架面板上，或者在頂部或底部柔性帶之一上，這樣，從遠處看過去，整個垂直投影屏502呈現均勻顏色和均勻反射性。在一最佳實施例中，兩個I軸電動伺服電機按主動/從屬關係電耦合。
圖6是PSMS的垂直投影屏的分解圖。垂直投影屏包括Z軸支架面板108、右側柔性反射屏112、左側柔性反射屏110、I軸垂直柔性帶508、上柔性反射帶114和下柔性反射帶116。面板108直接安裝在Z軸支架的前面。右側柔性反射帶112從垂直的卷取/供送捲軸120伸出和縮回，並固定到一個垂直的鋼杆612上。同樣，左側柔性反射帶110從垂直的卷取/供送捲軸118伸出，並固定到一個垂直鋼杆616上。將右垂直鋼杆612的上端焊接在X軸框架的半矩形上支撐件224的投影屏側，將垂直鋼杆612的下端焊接在X軸框架的半矩形下支撐件226的投影屏側。同樣，將左垂直鋼杆616的上端和下端分別焊接在半矩形上支撐224和半矩形下支撐件226的投影屏側。上柔性反射帶114從水平卷取/供送捲軸621伸出和縮回，並固定到一個水平鋼杆622上。同樣，下柔性反射帶116從水平卷取/供送捲軸623伸出，並固定到一個水平鋼杆624上。將水平鋼杆622焊接在X軸框架的半矩形上支撐件224的投影屏側，將水平鋼杆624焊接在X軸框架的半矩形下支撐件226的投影屏側。將水平卷取/供送捲軸621和623分別安裝到Z軸支架的頂部和底部。I軸垂直柔性帶508在兩個電動伺服電機驅動的卷取/供送捲軸516和518之間延伸。將電動伺服電機驅動的上卷取/供送捲軸516安裝在X軸框架半矩形上支撐件224上，將電動伺服電機驅動的下卷取/供送捲軸518安裝在X軸框架半矩形下支撐件226上。
圖7是安裝到X軸框架上的I軸柔性反射帶的前視圖。為了在投影屏上提供一個開口，I軸垂直柔性反射帶508的圓槽口520閃過Z軸支架面板108上的孔122。通過八個輥子中的七個715-719、424和721，使X軸框架固定到主框架的水平輥子軌道上，如圖7所示。
圖8圖示說明了PSMS的電子和計算機控制系統。在一個優選實施例中，PSMS由個人計算機(「PC」)802上的軟體程序控制。PC802包括運動控制卡804，該卡包括將軟體確定的參數轉化為電動伺服電機的轉動的邏輯線路。運動控制卡產生控制信號，該信號被伺服放大器806-809放大，以便控制各個電動伺服電機810-813，包括控制X軸框架穿過投影軸的運動、Z軸支架在X軸框架內的運動和I軸柔性反射帶的運動的電動伺服電機。伺服放大器806-809送出的電壓信號控制電動伺服電機810-813，使其加速和以特定轉速轉動一段特定時間。PC802上運行的軟體程序轉化高級程序語言的技術條件，比如投影屏上可移動快門需要打開的位置點，以及可移動快門需要打開的時間長度。
雖然根據一個具體實施例已經描述了本發明，但是本發明並不限於該實施例。本領域的技術人員顯然可以在發明的範圍內進行修改。例如，可以採用與附圖所示和上文描述的各個部件不同的許多種部件構造以及固定和安裝部件的方法，比如可以用螺紋連接代替焊接。可以使用許多不同的軟體來控制PSMS的電動伺服電機。可以為不同目的使用不同尺寸和高寬比的PSMS，而且為了通過打開的快門投射和接收物體和光信號，可以給Z軸支架增加其他部件。可以根據與上述最佳實施例概括出的一樣的原理，構造出彎曲的和其他非平面的PSMS。可以使用各種類型的運動控制部件來控制X軸和Z軸移動，並驅動I軸柔性反射帶。
為了描述起見，上述說明利用具體術語以便完全理解發明。但是，顯然對於本領域的普通技術人員，為了實施發明並不要求具體細節。對於本發明的具體實施例的描述只是為了圖示和說明目的。它們沒有窮舉或限制本發明的實際形式。顯然可以在上述教導下進行許多修改和變化。圖示和說明的實施例是為了最好的解釋本發明的原理和實際應用，因此本領域的其他技術人員可以最好地利用本發明和各種有修改的適於完整具體使用的實施例。本發明的範圍由下面的權利要求及其等同物來限定。
權利要求
1.一種用來顯示被投影圖象的投影屏，它帶有一個可移動的、打開時物體或光信號可以通過的快門，該投影屏包括一個主框架，它具有一個帶有外側和內側的前框架；一個安裝到前框架內側的快門組件，所述快門組件可以相對第一軸和不與第一軸平行的第二軸移動，以便使快門組件定位到前框架的一個大區域內的任何位置，該快門組件有一個帶孔的前面板；一組固定到快門組件上的柔性反射帶，當快門組件移動時，該組柔性反射帶由卷取/供送捲軸送出或卷取，從而當快門組件從一個位置移動到另一個位置時，該組柔性反射帶與快門組件的前面板一起成為投影屏的一個連續反射表面；一組為快門組件的移動提供力的電動機；和一個帶孔的上覆柔性反射帶，它被安裝到前框架上方的上電機驅動卷取/供送捲軸和前框架下方的下電機驅動卷取/供送捲軸之間，該電機驅動卷取/供送捲軸與快門組件一起相對該第一軸移動，從而該上覆柔性反射帶覆蓋快門組件的前面板，這樣，當該上覆柔性反射帶在上下電機驅動卷取/供送捲軸的控制下使其中的孔與快門組件的前面板上的孔對齊時，這兩個對齊的孔形成一個在投影屏的表面內打開的快門，物體和光信號可以通過該快門。
2.根據權利要求1所述的投影屏，其特徵在於，主框架包括一組方形的空心鋼管主框架杆件，杆件與一個矩形實心的邊重合，該方形的空心鋼管杆件包括左前垂直主框架杆件、右前垂直主框架杆件、上前水平主框架杆件、下前水平主框架杆件、兩個上側主框架杆件和兩個下側主框架杆件、兩個水平後主框架杆件和兩個垂直後主框架杆件，該左前垂直主框架杆件、右前垂直主框架杆件、上前水平主框架杆件和下前水平主框架杆件一起構成主框架的前框架。
3.根據權利要求2所述的投影屏，其特徵在於，將一個可水平移動的內框架可移動地安裝到主框架的前面的內側，該可水平移動的內框架有一個內側和一個外側並且有上和下水平杆件。
4.根據權利要求3所述的投影屏，其中該可水平移動的內框架具有兩對沿一個被動直線軌道移動的輥子和兩對沿一個主動直線運動系統軌道移動的輥子，該被動直線軌道固定到第一前水平主框架杆件的內側，該主動直線運動系統軌道固定到第二前水平主框架杆件的內側。
5.根據權利要求3所述的投影屏，其特徵在於，將一個垂直移動的快門支架可移動地安裝到該可水平移動的內框架的內側。
6.根據權利要求5所述的投影屏，其特徵在於，該可垂直移動的快門支架具有兩對沿一個被動直線軌道移動的輥子和兩對沿一個主動直線運動系統軌道移動的輥子，該被動直線軌道固定到該可水平移動的內框架的第一內側，該主動直線運動系統軌道固定到該可水平移動的內框架的第二內側。
7.根據權利要求6所述的投影屏，其特徵在於，該兩個主動直線運動系統由計算機控制的電動伺服電機驅動。
8.根據權利要求6所述的投影屏，其特徵在於，該快門組件包括該可垂直移動的快門支架，快門組件面板固定在其上，該快門支架與該可水平移動的內框架共面。
9.根據權利要求6所述的投影屏，其特徵在於，該組柔性反射帶包括一個左柔性反射帶，它從一個安裝到該左前垂直主框架杆件的垂直彈簧加載的卷取/供送捲軸伸出和卷取，並且通過一根杆固定到該可水平移動內框架的上水平杆件和下水平杆件上，以便該左柔性反射帶與主框架的前框架平行；一個右柔性反射帶，它從一個安裝到該右前垂直主框架杆件的垂直彈簧加載的卷取/供送捲軸伸出和卷取，並且通過一根杆固定到該可水平移動內框架的上水平杆件和下水平杆件上，以便該右柔性反射帶與主框架的前框架平行；一個上柔性反射帶，它從一個安裝到該可垂直移動快門支架的垂直彈簧加載的卷取/供送捲軸伸出和卷取，並且通過一根杆固定到該可水平移動內框架的上水平杆件上，以便該上柔性反射帶與主框架的前框架平行；一個下柔性反射帶，它從一個安裝到該可垂直移動快門支架的垂直彈簧加載的卷取/供送捲軸伸出和卷取，並且通過一根杆固定到該可水平移動內框架的下水平杆件上，以便該下柔性反射帶與主框架的前框架平行。
10.根據權利要求1所述的投影屏，其特徵在於，使可移動快門打開的位置和時間與物體通過該打開的快門的投射保持一致，並且與所顯示的圖象的特徵一致，從而模擬從該圖象投射物體。
11.根據權利要求1所述的投影屏，其特徵在於，使可移動快門打開的位置和時間與通過該打開的快門接收物體保持一致，並且與所顯示的圖象的特徵一致，從而模擬由該圖象接收物體。
12.根據權利要求1所述的投影屏，其特徵在於，使可移動快門打開的位置和時間與一個光信號經過該打開的快門保持一致，並且與所顯示的圖象中的特徵一致，從而向觀看該顯示圖象的觀眾投射該光信號。
全文摘要
一種用於顯示被投射圖象的帶可移動快門的投影屏(502),該快門可以定位在投影屏(502)表面的一個大區域內的任何位置並被打開。物體和光信號可以經過該打開的快門(520)。當快門關閉時,投影屏(502)呈現給觀看者的是連續未被打斷的垂直反射面。
文檔編號A63B69/00GK1343321SQ00804917
公開日2002年4月3日 申請日期2000年2月4日 優先權日1999年2月4日
發明者理察·J·裡欽斯, 杜格·A·克魯斯 申請人:奇恩音樂有限責任公司