专利名称：一种带可移动快门的投影屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于显示移动和静止图象的投影屏，具体涉及一种带可移动快门的投影屏。
背景技术：
虽然通常投影屏主要用在电影院、教育和工业图象投影，以及家庭娱乐系统中，但是还发现投影屏具有与计算机控制模拟器和游戏有关的许多新用途。这些新用途包括物理环境的可视模拟，比如跑道、足球场、战场和飞机场，为了将可视的提示信息提供给配有各种控制设备和仪器的人，来控制被模拟环境中一个或多个物体的运动或活动，比如汽车、足球队员、士兵和装甲设备，以及飞机。
在上面的某些应用中，通过一个改进的投影屏向一个人投影物体可以为投影图象的其他2维属性提供更多的真实感和重要新维数，该人与该计算机控制的模拟环境相互作用。例如，在模拟武术/技击比赛时，由一个被模拟对手投出的物体可以通过该改进投影屏从该改进投影屏表面上的某一位置被真正投出，该位置与被模拟对手进行投掷的手在释放该物体时刻的位置点的投影图象重合。另一个示例是，棒球手使用的用于击球练习的模拟器可以通过一个显示投球手投掷棒球的图象的投影屏来投射棒球。现在流行的从投影屏投射物体的模拟器，在投影屏上包含一个或几个固定位置或通道，物体可以从这些位置被投出，这种模拟器大大限制了动作的类型，比如投掷可以被模拟的技击武器或棒球。另外，必须不合乎自然规律地调整和定位被模拟的投掷者图象，以便投影图象中的被投掷物的释放点与投影屏上的固定点真正重合。
另外，在某些应用中，要求使用可以接收物体的投影屏。投影屏可以用作一个分类器，例如，在投影屏的后面放置收集物体的料箱，物体经过投影屏落进不同料箱。娱乐场所也需要可接收物体的投影屏。例如在足球的系统中，用户可以向投影屏投射足球。投球者将足球投射到显示在投影屏上的虚的接收器上时，他可以将球准确地投射经过投影屏上的开口，或者将球错误地投射到投影屏上并从投影屏弹回。现有的固定的投影屏开口的固定位置限制了所有这些应用。
模拟和游戏系统的卖方因此认识到需要一种投影屏，物体可以通过一个可移动的开口在屏幕上的任何位置经过该投影屏。另外，模拟和游戏系统的卖方也已经认识到，该可移动开口必须能够与显示在投影屏上的图象的时间和位置同步地打开。
发明概述本发明的一个实施例是一种带可移动快门的投影屏，该快门可以位于投影屏表面的一内矩形区域内的任意位置。当可移动快门关闭时，该投影屏从一定距离看是连续均匀的反射不透明面。该可移动快门可以打开预定时间，以允许物体、光信号或其他不能经过反射屏的实体经过该打开的可移动快门。
该带可移动快门的投影屏包括一个带有将5个分开反射带固定在其上的前框架的主框架，一个安装在该主框架内的可水平移动框架，和一个安装在该可水平移动框架内的可垂直移动快门组件。该可水平移动框架在电动机的控制下可以横穿前框架的内侧移动，以便在投影屏上使该可垂直移动快门组件相对一个水平轴确定定位的位置。该可垂直移动快门组件在电动机控制下在该可水平移动框架内上下移动，以便在投影屏上使该可垂直移动快门组件相对一个垂直轴确定定位的位置。因此，该垂直快门组件可以位于投影屏的一个大矩形区域内的任何位置，通过将可水平移动框架水平移动到x坐标，将可垂直移动快门组件垂直移动到z坐标，从而由两个卡笛尔坐标x，z确定该位置。
投影屏的反射面包括五个柔性带。第一柔性带固定到可水平移动框架的左侧并被一个垂直安装的弹簧加载的卷取/供送卷轴拉紧和伸长，该卷轴固定到前框架的左侧。同样，第二柔性反射带固定到可水平移动框架的右侧并被一个垂直安装的弹簧加载的卷取/供送卷轴拉紧和伸长，该卷轴固定到前框架的右侧。带槽口或孔的第三柔性反射带保持在下和上电机控制的卷取/供送卷轴之间，卷轴水平固定在可水平移动框架的下方和上方。可垂直移动的快门组件有一个前框架，一个带孔的面板固定到前框架上。面板的前面与第五柔性反射带的反射率和颜色一样。第四和第五柔性反射带通过弹簧加载的卷取/供送卷轴垂直安装到第三柔性反射带的后面，卷轴水平安装到可垂直移动快门组件的前框架的上方和下方，以便第四和第五柔性反射带在可垂直移动快门组件上方垂直延伸到主框架的上方和在可垂直移动快门组件的下方延伸到主框架的下方。该第五柔性反射带使投影屏呈现为连续、平坦、未被打断的反射显示面，除了当第三柔性反射带中的孔被移动经过固定到可垂直移动快门组件上的面板上的孔的时候。当这两个孔重叠时，直接在该可垂直移动快门组件前面的投影屏的表面中出现一个开口。第三柔性反射带运动的速度确定可移动快门打开的持续时间。可水平移动框架、可垂直移动快门组件和第三反射柔性屏的运动由电动伺服电机控制，该电动伺服电机又由计算机软件程序产生的信号控制。
图面说明
图1图示说明了有可移动快门的投影屏的一些部件。
图2和3图示说明了带可移动快门的投影屏的主框架、X轴框架和Z轴支架。
图4A-C图示说明了Z轴支架的辊子和辊子轨道机构。
图5图示说明了带可移动快门的投影屏。
图6是带可移动快门的投影屏的分解图。
图7是安装到X轴框架上的I轴柔性反射带的前视图。
图8图示说明了该带可移动快门的投影屏的电子和计算机控制系统。
发明的详细描述本发明的一个实施例是一种带移动快门的投影屏(“PSMS”)，快门可以位于投影屏表面上的一个大矩形区域内的任何位置并打开。当一个可垂直移动柔性带内的一个孔与水平和垂直移动的Z轴支架面板上的一个孔重合时，该快门便打开。否则，对于远处的观察者来说，该投影屏的表面是连续的反射垂直面。从背面投射的物体或光信号可以经过打开的快门。
图1是观察者看到的PSMS的一些部件。图示的PSMS部件包括主框架102，在主框架的前框架106内侧水平移动的X轴框架104，在X轴框架内垂直移动的Z轴支架的前面板108，和四个柔性反射带110、112、114和116，四个柔性带从四个卷取/供送卷轴118和120伸长或缩回(图1未示出两个水平安装的卷取/供送卷轴)。当Z轴支架的前面板108内的孔122与第五个柔性反射带内的孔对齐时，这两个对齐的孔一起在投影屏内形成一个开口，使物体或光信号从中通过，第五个柔性带垂直安装在柔性反射带114和116的前面和Z轴支架的前面板108前面(第五个柔性反射带未在图1中示出)。
图2和3图示说明了PSMS的主框架、X轴框架、和Z轴支架。在图2中，X轴框架104布置在投影屏平面的左侧(左右是相对PSMS前面的观测点而言，如图1所示)，在图3中，X轴框架104布置在投影屏右侧。同样，在图1中，Z轴支架204布置在X轴框架104的中部，而在图3中，Z轴支架204布置在X轴框架104的顶部。因此，图2和图3示出X轴框架经过投影屏平面的水平移动，而且还示出Z轴支架沿X轴框架的垂直移动。主框架包括四个垂直杆件206-209，四个长水平杆件210-213，两个短的上水平杆件214-215和两个短的下水平杆件216和217。垂直杆件、长水平杆件和上短水平杆件206-215是由4英寸的方形空心钢管加工出的钢段，并像图2和3那样焊接起来。在一个最佳实施例中，X轴和Z轴的运动分别由带传动和丝杠传动的线性运动系统来控制，该系统装在主框架和X轴框架的水平杆件211和垂直杆件218的内侧。两种情况下都采用加拿大Pittsburg的Bishop-Wisecarver Corp的Dual Vee Lo ProLinear Motion Systems。Lo Pro零件编号为3SCSBG3DH100S的X轴带传动的线性运动系统由一个垂直安装的电动伺服电机306带动，Lo Pro零件编号为#SCSLSD的Z轴丝杠传动的线性运动系统也由一个垂直安装的电动伺服电机308带动。也可以用纽约Port Washington的ThomsonSaginaw Corp的线性运动系统驱动X轴和Z轴。X轴框架104包括两个垂直杆件218-219以及两个水平杆件220和222，它们如图1那样焊接在一起构成一个矩形框架。垂直和水平杆件218-222是由4英寸方形空心钢管加工出的钢段。X轴框架还包括一个半矩形的上支撑224和一个半矩形的下支撑226。两个半矩形的支撑包括三个由2英寸方形钢管加工出来的部件，它们如图1所示那样焊接在一起。半矩形上支撑224焊接到X轴水平杆件222的上表面，半矩形下支撑226焊接到X轴下水平杆件220的底面。面板108固定到Z轴支架204的投影屏侧。面板包含一个可从中投射物体的开口/孔122。X轴框架通过两个辊子(未示)安装在主框架水平杆件211和213上，该辊子连接在X轴框架220和222的水平杆件的投影屏侧，夹紧并线性的辊子轨道232和234滚动，该轨道固定在主框架水平杆件211和213的内表面上。同样，Z轴支架204通过两个辊子安装在X轴框架上，辊子连接在两个角托件310和312的投影屏侧，角托件固定在Z轴支架204两侧的垂直杆件上，辊子与垂直安装的辊子轨道314和316夹紧并沿其滚动，轨道分别固定到X轴框架垂直杆件218和219的内表面上。下面将更详细地描述辊子和辊子轨道。
图4A-C图示说明了Z轴支架的辊子和辊子轨道机构。图4A示出从PSMS上方垂直向下看到的主框架102和Z轴支架204的截面图。图4B是图4A圆圈部分的细节图，图4C是图4B圆圈内更详细的图。在图4C中，两个Z轴辊子406和408分别安装在轴410和412上，轴410和412固定在Z轴支架的角托件312上。角托件312固定在Z轴支架的垂直杆件416和水平杆件418上。辊子骑在线性轨道314上，轨道314固定在X轴框架的垂直杆件219上。X轴框架的辊子424通过轴426固定到X轴框架104上并沿辊子轨道234的上边缘运动，轨道234固定在主框架的上水平杆件213的内侧边缘上。
图5说明了从观察者看过去的带可移动快门的投影屏。垂直投影屏502包括五个分开的柔性反射带，它们是柔性反射带110、112和508(五个柔性反射带中的两个没有在图5中示出，但是在上面图1中表示为114和116，在下面图6中表示为607和608)。左侧柔性反射带110垂直固定在X轴框架104上(没有示出垂直固定件)，并且穿过PSMS面延伸到一个垂直安装的弹簧加载的卷取/供送卷轴118。右侧柔性反射带112垂直固定在X轴框架104上(没有示出垂直固定件)，并且穿过PSMS面延伸到一个垂直安装的弹簧加载的卷取/供送卷轴120。上柔性反射带(未示出)水平固定在X轴框架上，并且在PSMS表面的上部之间垂直延伸到一个水平安装到Z轴支架顶部的弹簧加载的卷取/供送卷轴。下柔性反射带(未示出)水平固定在X轴框架上，并且在PSMS表面的下部之间垂直延伸到一个水平安装到Z轴支架底部的弹簧加载的卷取/供送卷轴。上述四个弹簧加载的卷取/供送卷轴由威斯康星Milwa-ukee的MilwaukeeProtective Covers，Inc.提供，提供的垂直弹簧加载的卷取/供送卷轴零件序号是70-3-PN-11。同样类型的卷轴可以从其他卷盖(roll-upcover)生产者那里得到。卷轴内的多个内部弹簧在带上产生38.4磅力的拉紧张力，为用户保持光滑而平坦的外观。
当X轴框架104横穿PSMS表面向左水平移动时，左侧卷取/供送卷轴118卷取左侧柔性带110，同时，右侧卷取/供送卷轴120供应右侧柔性带112。相反，当X轴框架104横穿PSMS表面向右水平移动时，左侧卷取/供送卷轴118供应柔性带110，而右侧卷取/供送卷轴120卷取柔性带112。当Z轴支架沿X轴框架向上垂直移动时，上卷取/供送卷轴卷取上柔性带，同时下卷取/供送卷轴供给下柔性带。相反，当Z轴支架沿X轴框架向下垂直移动时，上卷取/供送卷轴供给柔性带，而下卷取/供送卷轴卷取柔性带。将一个垂直柔性反射带508安装在两个水平安装的电动伺服电机控制的卷取/供送卷轴516和518之间，卷轴516和518使垂直柔性带508垂直移动。在PSMS的一个实施例中，使用Parker-HannifinCorp.SM-NO923KR-NMSB的电动伺服电机。电动伺服电机的另一些来源是纽约Rochester的Ormec Systems Corp.纽约Tarrytown的HitachiAmerica，Ltd.阿根廷Smith的Baldor Electric Corp。垂直柔性反射带位于上下柔性带之上，在图5中遮盖了上下柔性带。所有五个柔性反射带由下列一种或多种材料制成，这些材料可以方便地从全世界的合成橡胶和纺织品生产厂家得到，厚度为千分之16英寸到千分之32英寸氯丁橡胶，衬有布EPDM(三元乙丙橡胶)
海帕论SBR(丁苯橡胶)白腈FDA带(食品级Neoprene加上Nitrile橡胶涂覆的聚酰胺)Viton(氟橡胶)氟硅氧烷布，用橡胶或聚四氟乙烯涂覆或浸渍。
两个水平安装的电动伺服电机控制的卷取/供送卷轴516和518和垂直柔性带508一起组成I轴。垂直柔性带508包含一个圆槽口状孔520，该孔可以迅速经过使物体或光信号快速通过的释放点孔122。因此，孔520横穿Z轴支架面板上的孔122的动作提供一个快门，该动作由电动伺服电机控制的卷取/供送卷轴516和518控制，该快门在两个孔重合的时间间隔内打开，物体或光信号经过该重合孔。另外，孔520可以在Z轴支架面板上的孔122的上方或下方、固定到Z轴支架面板上，或者在顶部或底部柔性带之一上，这样，从远处看过去，整个垂直投影屏502呈现均匀颜色和均匀反射性。在一最佳实施例中，两个I轴电动伺服电机按主动/从属关系电耦合。
图6是PSMS的垂直投影屏的分解图。垂直投影屏包括Z轴支架面板108、右侧柔性反射屏112、左侧柔性反射屏110、I轴垂直柔性带508、上柔性反射带114和下柔性反射带116。面板108直接安装在Z轴支架的前面。右侧柔性反射带112从垂直的卷取/供送卷轴120伸出和缩回，并固定到一个垂直的钢杆612上。同样，左侧柔性反射带110从垂直的卷取/供送卷轴118伸出，并固定到一个垂直钢杆616上。将右垂直钢杆612的上端焊接在X轴框架的半矩形上支撑件224的投影屏侧，将垂直钢杆612的下端焊接在X轴框架的半矩形下支撑件226的投影屏侧。同样，将左垂直钢杆616的上端和下端分别焊接在半矩形上支撑224和半矩形下支撑件226的投影屏侧。上柔性反射带114从水平卷取/供送卷轴621伸出和缩回，并固定到一个水平钢杆622上。同样，下柔性反射带116从水平卷取/供送卷轴623伸出，并固定到一个水平钢杆624上。将水平钢杆622焊接在X轴框架的半矩形上支撑件224的投影屏侧，将水平钢杆624焊接在X轴框架的半矩形下支撑件226的投影屏侧。将水平卷取/供送卷轴621和623分别安装到Z轴支架的顶部和底部。I轴垂直柔性带508在两个电动伺服电机驱动的卷取/供送卷轴516和518之间延伸。将电动伺服电机驱动的上卷取/供送卷轴516安装在X轴框架半矩形上支撑件224上，将电动伺服电机驱动的下卷取/供送卷轴518安装在X轴框架半矩形下支撑件226上。
图7是安装到X轴框架上的I轴柔性反射带的前视图。为了在投影屏上提供一个开口，I轴垂直柔性反射带508的圆槽口520闪过Z轴支架面板108上的孔122。通过八个辊子中的七个715-719、424和721，使X轴框架固定到主框架的水平辊子轨道上，如图7所示。
图8图示说明了PSMS的电子和计算机控制系统。在一个优选实施例中，PSMS由个人计算机(“PC”)802上的软件程序控制。PC802包括运动控制卡804，该卡包括将软件确定的参数转化为电动伺服电机的转动的逻辑线路。运动控制卡产生控制信号，该信号被伺服放大器806-809放大，以便控制各个电动伺服电机810-813，包括控制X轴框架穿过投影轴的运动、Z轴支架在X轴框架内的运动和I轴柔性反射带的运动的电动伺服电机。伺服放大器806-809送出的电压信号控制电动伺服电机810-813，使其加速和以特定转速转动一段特定时间。PC802上运行的软件程序转化高级程序语言的技术条件，比如投影屏上可移动快门需要打开的位置点，以及可移动快门需要打开的时间长度。
虽然根据一个具体实施例已经描述了本发明，但是本发明并不限于该实施例。本领域的技术人员显然可以在发明的范围内进行修改。例如，可以采用与附图所示和上文描述的各个部件不同的许多种部件构造以及固定和安装部件的方法，比如可以用螺纹连接代替焊接。可以使用许多不同的软件来控制PSMS的电动伺服电机。可以为不同目的使用不同尺寸和高宽比的PSMS，而且为了通过打开的快门投射和接收物体和光信号，可以给Z轴支架增加其他部件。可以根据与上述最佳实施例概括出的一样的原理，构造出弯曲的和其他非平面的PSMS。可以使用各种类型的运动控制部件来控制X轴和Z轴移动，并驱动I轴柔性反射带。
为了描述起见，上述说明利用具体术语以便完全理解发明。但是，显然对于本领域的普通技术人员，为了实施发明并不要求具体细节。对于本发明的具体实施例的描述只是为了图示和说明目的。它们没有穷举或限制本发明的实际形式。显然可以在上述教导下进行许多修改和变化。图示和说明的实施例是为了最好的解释本发明的原理和实际应用，因此本领域的其他技术人员可以最好地利用本发明和各种有修改的适于完整具体使用的实施例。本发明的范围由下面的权利要求及其等同物来限定。
权利要求
1.一种用来显示被投影图象的投影屏，它带有一个可移动的、打开时物体或光信号可以通过的快门，该投影屏包括一个主框架，它具有一个带有外侧和内侧的前框架；一个安装到前框架内侧的快门组件，所述快门组件可以相对第一轴和不与第一轴平行的第二轴移动，以便使快门组件定位到前框架的一个大区域内的任何位置，该快门组件有一个带孔的前面板；一组固定到快门组件上的柔性反射带，当快门组件移动时，该组柔性反射带由卷取/供送卷轴送出或卷取，从而当快门组件从一个位置移动到另一个位置时，该组柔性反射带与快门组件的前面板一起成为投影屏的一个连续反射表面；一组为快门组件的移动提供力的电动机；和一个带孔的上覆柔性反射带，它被安装到前框架上方的上电机驱动卷取/供送卷轴和前框架下方的下电机驱动卷取/供送卷轴之间，该电机驱动卷取/供送卷轴与快门组件一起相对该第一轴移动，从而该上覆柔性反射带覆盖快门组件的前面板，这样，当该上覆柔性反射带在上下电机驱动卷取/供送卷轴的控制下使其中的孔与快门组件的前面板上的孔对齐时，这两个对齐的孔形成一个在投影屏的表面内打开的快门，物体和光信号可以通过该快门。
2.根据权利要求1所述的投影屏，其特征在于，主框架包括一组方形的空心钢管主框架杆件，杆件与一个矩形实心的边重合，该方形的空心钢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、两个上侧主框架杆件和两个下侧主框架杆件、两个水平后主框架杆件和两个垂直后主框架杆件，该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构成主框架的前框架。
3.根据权利要求2所述的投影屏，其特征在于，将一个可水平移动的内框架可移动地安装到主框架的前面的内侧，该可水平移动的内框架有一个内侧和一个外侧并且有上和下水平杆件。
4.根据权利要求3所述的投影屏，其中该可水平移动的内框架具有两对沿一个被动直线轨道移动的辊子和两对沿一个主动直线运动系统轨道移动的辊子，该被动直线轨道固定到第一前水平主框架杆件的内侧，该主动直线运动系统轨道固定到第二前水平主框架杆件的内侧。
5.根据权利要求3所述的投影屏，其特征在于，将一个垂直移动的快门支架可移动地安装到该可水平移动的内框架的内侧。
6.根据权利要求5所述的投影屏，其特征在于，该可垂直移动的快门支架具有两对沿一个被动直线轨道移动的辊子和两对沿一个主动直线运动系统轨道移动的辊子，该被动直线轨道固定到该可水平移动的内框架的第一内侧，该主动直线运动系统轨道固定到该可水平移动的内框架的第二内侧。
7.根据权利要求6所述的投影屏，其特征在于，该两个主动直线运动系统由计算机控制的电动伺服电机驱动。
8.根据权利要求6所述的投影屏，其特征在于，该快门组件包括该可垂直移动的快门支架，快门组件面板固定在其上，该快门支架与该可水平移动的内框架共面。
9.根据权利要求6所述的投影屏，其特征在于，该组柔性反射带包括一个左柔性反射带，它从一个安装到该左前垂直主框架杆件的垂直弹簧加载的卷取/供送卷轴伸出和卷取，并且通过一根杆固定到该可水平移动内框架的上水平杆件和下水平杆件上，以便该左柔性反射带与主框架的前框架平行；一个右柔性反射带，它从一个安装到该右前垂直主框架杆件的垂直弹簧加载的卷取/供送卷轴伸出和卷取，并且通过一根杆固定到该可水平移动内框架的上水平杆件和下水平杆件上，以便该右柔性反射带与主框架的前框架平行；一个上柔性反射带，它从一个安装到该可垂直移动快门支架的垂直弹簧加载的卷取/供送卷轴伸出和卷取，并且通过一根杆固定到该可水平移动内框架的上水平杆件上，以便该上柔性反射带与主框架的前框架平行；一个下柔性反射带，它从一个安装到该可垂直移动快门支架的垂直弹簧加载的卷取/供送卷轴伸出和卷取，并且通过一根杆固定到该可水平移动内框架的下水平杆件上，以便该下柔性反射带与主框架的前框架平行。
10.根据权利要求1所述的投影屏，其特征在于，使可移动快门打开的位置和时间与物体通过该打开的快门的投射保持一致，并且与所显示的图象的特征一致，从而模拟从该图象投射物体。
11.根据权利要求1所述的投影屏，其特征在于，使可移动快门打开的位置和时间与通过该打开的快门接收物体保持一致，并且与所显示的图象的特征一致，从而模拟由该图象接收物体。
12.根据权利要求1所述的投影屏，其特征在于，使可移动快门打开的位置和时间与一个光信号经过该打开的快门保持一致，并且与所显示的图象中的特征一致，从而向观看该显示图象的观众投射该光信号。
全文摘要
一种用于显示被投射图象的带可移动快门的投影屏(502),该快门可以定位在投影屏(502)表面的一个大区域内的任何位置并被打开。物体和光信号可以经过该打开的快门(520)。当快门关闭时,投影屏(502)呈现给观看者的是连续未被打断的垂直反射面。
文档编号A63B69/00GK1343321SQ00804917
公开日2002年4月3日 申请日期2000年2月4日 优先权日1999年2月4日
发明者理查德·J·里钦斯, 杜格·A·克鲁斯 申请人:奇恩音乐有限责任公司