用于减少散斑的屏幕振动的制作方法

相关专利申请的交叉引用

本申请涉及2012年7月9日提交的美国专利no.8,724,218“specklereductionusingscreenvibrationtechniquesandapparatus”(使用屏幕振动技术和装置减少散斑)(代理人参考号95194936.295001)；2012年7月9日提交的美国专利申请no.13/544,959“despecklingdevicesandmethods”(散斑消除设备和方法)(代理人参考号95194936.299001)；2014年6月6日提交的美国专利申请no.14/986,633“systemandmethodforvibratingscreenstoreducespeckle”(用于振动屏幕以减少散斑的系统和方法)(代理人参考号363001)，所有这些专利文献全文以引用方式并入本文。另外，本申请涉及并要求2014年9月8日提交的美国临时专利申请no.62/047,465“screenvibrationforreducingspeckle”(用于减少散斑的屏幕振动)(代理人参考号376000)的优先权，该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。

本公开整体涉及用于使用振动减少投影屏幕和基板上的散斑的系统和方法。

背景技术：

相干或部分相干源的使用在显示或照明方面可具有优于标准非相干源(灯)的优点，因为它们可实现更高亮度、更佳可靠性和更大色域。然而，这种部分相干带来了散斑的问题。散斑是由于屏幕或目标上的光发生干涉所引起，所述干涉会造成观察者或仪器可看到的强度变化。这些典型的高频率强度变化对显示或成像应用非常不利。

技术实现要素：

根据本公开的第一方面，一种用于减少投影屏幕上的散斑的方法可以包括：将换能器定位在投影屏幕附近，并且将第一反应器附接到该投影屏幕而且靠近换能器，使得第一反应器可操作以振动投影屏幕，从而减少投影屏幕的观察区域中的散斑。第二反应器可以附接到第一反应器。换能器可以位于投影屏幕附近并且可以附接到刚性结构。换能器可以附接到刚性结构，该刚性结构可以是投影屏幕框架、地板、墙壁等。换能器可以用交流电驱动。换能器可以向反应器传递运动，并使投影屏幕振动，使得大致在换能器处的屏幕平面之外的屏幕运动范围在3至10毫米的近似范围内。另外，当驱动第一反应器时，换能器在任何方向上应表现出小于约1/8英寸的运动。接近投影屏幕的至少一个边缘可以附接安装衬板，其中第一反应器可以位于该安装衬板中的反应器位置定位器中。

根据本公开的另一方面，一种用于投影屏幕的振动系统可以包括：可操作以在第一反应器中引起移动的电磁体组件，其中第一反应器与屏幕支撑衬板相邻，另外其中屏幕支撑衬板邻近投影屏幕，并且屏幕支撑衬板可以具有用于定位第一反应器的反应器位置定位器。反应器位置定位器可以是孔或适于定位反应器的任何其他形状。此外，反应器位置定位器可以不完全穿过屏幕支撑衬板，而可以仅是凹口。电磁体和第一反应器可以至少位于投影屏幕的底部边缘处，并且电磁体和第一反应器可以位于彼此相距大约0.01至5英寸的范围内。第二反应器可以位于第一反应器附近，并且第一反应器和第二反应器可以通过屏幕支撑衬板中的反应器位置定位器彼此附接。第一反应器可以是磁体，或者第二反应器可以是磁体，或者第一反应器和第二反应器都可以是磁体。磁体可以是额定等级大致在n40至n52范围内的钕磁体，或者更具体地可以是额定等级大致为n45的钕磁体。

另外，第一反应器可以是含铁材料，或者第二反应器可以是含铁材料，或者第一反应器和第二反应器都可以是含铁材料。第一反应器可以位于距投影屏幕的边缘大约0.01英寸至2英寸的范围内，并且电磁体组件可以位于距投影屏幕的边缘大约0.01英寸至2英寸的范围内。电磁体组件可以是刚性护罩，此刚性护罩可以至少部分地包封电磁体。

继续讨论此方面，屏幕支撑衬板的至少一个边缘可以与投影屏幕的至少一个边缘大致对准，并且屏幕支撑衬板可以包括位于屏幕的该边缘之外的至少一个连接孔。

根据本公开的又一方面，一种用于减少投影屏幕上的散斑的方法可以包括：在投影屏幕附近采用换能器，用交流电信号驱动该换能器，以及用由该换能器驱动的含铁材料使投影屏幕基板振动，以减少投影屏幕的观察区域中的散斑。

根据本公开的又一方面，一种用于减少投影屏幕上的散斑的方法可以包括：将换能器定位在投影屏幕附近并且将第一反应器附接到该投影屏幕而且靠近换能器，使得第一反应器可操作以振动投影屏幕，从而减少投影屏幕的观察区域中的散斑。

本领域的普通技术人员在阅读本发明内容全文后，本发明的这些和其他优点以及特征将变得显而易见。

附图说明

实施例通过举例的方式在附图中示出，其中类似的附图标号表示类似的组件，并且其中：

图1是示出根据本公开的用于将反应器和/或换能器安装到屏幕的可能位置的示意图；

图2是示出根据本公开的电磁体换能器组件的前视图的示意图；

图3是示出根据本公开的电磁体换能器的后视图的示意图；

图4是示出根据本公开的换能器的横截面视图的示意图；

图5是示出根据本公开的具有安装到屏幕的电磁体的另一构造的示意图；

图6是示出根据本公开的具有电磁体的另一构造的示意图；

图7是示出根据本公开的可选屏幕支撑衬板的示例的示意图；

图8是示出根据本公开的用于包裹的屏幕的安装构造的示意图；

图9是示出根据本公开的由于交变电磁场引起的感应运动的图示的示意图；

图10是示出根据本公开的具有冗余性的散斑消除解决方案的另一构造的示意图；

图11是示出根据本公开的使用机械换能器的屏幕振动的频谱的曲线图；

图12是示出根据本公开的具有500hz高频截止的激励信号的曲线图；

图13是示出根据本公开的保护性换能器外壳的示意图；以及

图14是示出根据本公开的保护性换能器外壳的横截面视图的示意图。

具体实施方式

存在用于解决高频强度变化的各种已知技术。如何测量和表征散斑也是众所周知的。通过测量光强度的对比来测量散斑。这被定义为相对于强度平均值的标准偏差。关于如何测量散斑，参见jacquesgollier，specklemeasurementprocedure，conferenceprojectorsummit2010，lasvegasnv，may7,2010(jacquesgollier，散斑测量程序，2010投影仪峰会，内华达州拉斯维加斯，2010年5月7日)，该文献以引用方式并入本文。

一些目前已知的减少散斑的技术包括用以减少散斑的第一系列技术，其涉及使用移动漫射体(一个或多个)局部地实现对相位的改变，以在观察者/检测器的积分周期上在时间上平均掉一些散斑。参见例如名称为“speckle-freedisplaysystemusingcoherentlight”(使用相干光的无散斑显示系统)的美国专利5,313,479；美国专利4,035,068，“speckleminimizationinprojectiondisplaysbyreducedspatialcoherenceoftheimagelight”(通过减少成像光的空间相干性来最小化投影显示器中的散斑)；和美国专利7,585,078，“illuminationsystemcapableofeliminatinglaserspeckleandprojectionsystememployingthesame”(能够消除激光散斑的照明系统和采用该照明系统的投影系统)，所有这些专利以引用方式并入本文。漫射体还可以足够大的振幅振动以覆盖若干衍射元件，从而同样实现一定的平均化。参见名称为“projector，screen，projectorsystem，andscintillationremovalapparatusforremovingscintillationonaimage”(用于消除图像闪烁的投影仪、屏幕、投影仪系统和闪烁消除装置)的美国专利7,922,333，此专利以引用方式并入本文。

用以减少散斑的第二系列技术涉及使用移动反射镜或相位调制器来实现时间平均化。参见例如，名称为“opticalsystemandmethod”(光学系统和方法)的美国已公布的专利申请no.2011/0102748；名称为“systemsandmethodsfordespecklingalaserlightsource”(用于消除激光源散斑的系统和方法)的美国已公布的专利申请no.2010/0053476；名称为“speckleeliminationbyrandomspatialphasemodulation”(通过随机空间相位调制消除散斑)的美国专利4,155,630；以及名称为“specklereductionlaserandlaserdisplayapparatushavingthesame”(散斑减少的激光器和采用该激光器的激光显示装置)的美国专利7,489,714，这些专利文献均全文以引用方式并入本文。通常，该系列技术的缺点包括使用昂贵的移动部件或相位调制器。

用以减少散斑的第三系列技术涉及使用大纤芯、长而且数值孔径(na)非常高的多模光纤来使激光束“去相干”。参见例如名称为“decoheredlaserlightproductionsystem”(去相干的激光产生系统)(以引用方式并入本文)的美国已公布的专利申请no.2009/0168025，其讨论了使用na为0.65的12mm直径的芯光纤。这种大光纤可提供散斑的某种减少，但会有害地破坏系统的亮度，因为光学扩展量是非常的大。类似地，使用非常长的多模光纤可以具有一些益处。例如，参见美国已公布的专利申请no.2010/0079848，“specklereductionindisplaysystemsthatemployingcoherentlightsources”(采用相干光源的显示系统中的散斑减少)，但会因吸收而降低功率。然而，多模光纤散斑问题和解决方案似乎是本领域熟知的。参见，例如，josephgoodman，specklephenomenainoptics，ch.7(robertsandcompany2006)(josephgoodman，光学中的散斑现象，第七章，robertsandcompany公司2006年)。本段中引用的所有参考文献均以引用方式并入本文。

已提出了第四系列的技术，其涉及将光束分成多部分，然后迫使每个部分具有不同光程长或偏振变化，再使光束重新组合。使用光纤束或分束器/组合器或小透镜阵列的示例包括：美国已公布的专利申请no.2005/0008290“staticmethodforlaserspecklereductionandapparatusforreducingspeckle”(用于减少激光散斑的静态方法和用于减少散斑的装置)；美国专利4,360,372，“fiberopticelementforreducingspecklenoise”(用于减少散斑噪声的光纤元件)；名称为“apparatusforbeamhomogenizationandspecklereduction”(用于光束匀化和散斑减少的装置)的美国专利6,895,149；名称为“methodandapparatusforreducinglaserspeckle”(用于减少激光散斑的方法和装置)的美国专利7,379,651；名称为“illuminationsystemtoeliminationlaserspeckleandprojectionsystememployingthesame”(用以消除激光散斑的照明系统和采用该照明系统的投影系统)的美国专利7,527,384；名称为“methodandapparatusforreducinglaserspeckle”(用于减少激光散斑的方法和装置)的美国专利7,719,738。名称为“laserprojectiondisplaysystem”(激光投影显示系统)的美国专利6,594,090使用小透镜积分器结合移动漫射体来减少散斑，说明积分器使漫射体更有效。一些已公布的申请公开了使用移动小透镜阵列代替漫射器来减少散斑。参见例如名称为“out-of-planemotionofspecklereductionelement”(散斑减少元件的面外运动)的美国已公布的专利申请no.2010/0296065、以及名称为“projectionwithlensletarrangementonspeckreductionelement”(在散斑减少元件上具有小透镜布置的投影)的美国已公布的专利申请no.2010/0296064。这些教导内容使用昂贵的光纤束或透镜阵列或许多光纤耦合器/分束器来实现散斑的某种减少。本段中引用的所有参考文献均以引用方式并入本文。

另一个系列的解决方案利用具有较大光谱带宽的源。这可通过使用不同波长的若干激光或其他手段对驱动电流进行线性调频来实现。

使屏幕移动也是对不期望的散斑问题的一种可能的解决方案。在上述书“specklephenomenainoptics”(光学中的散斑现象)的第六章中，计算了屏幕在x或y轴上的线性移位速率或屏幕旋转(这些运动是在屏幕的大致垂直于投影的平面)，以在观察者/检测器的时间积分周期内平均掉一些散斑。通过移动屏幕，光入射到屏幕的不同部分上，进而改变散斑图案。如果相对于检测器的积分周期(例如，眼睛为大约20hz)快速这样做，则检测器可看到若干散斑图案的平均值，从而获得较低的散斑对比度。在名称为“reduced-speckledisplaysystem”(散斑减少的显示系统)的美国专利5,272,473中，提出了使用直接附接到屏幕的换能器来通过机械方式产生表面声波，从而使散斑最小化。名称为“non-speckleliquidcrystalprojectiondisplay”(无散斑液晶投影显示器)的美国专利6,122,023提出了使用高度散射液晶作为屏幕，然后以电学方式改变液晶状态以减轻散斑。其他教导内容使用了散射液体或漫射体单元作为屏幕以改善散斑。参见例如名称为“projectiontelevisionset，screens，andmethod”(投影电视机、屏幕和方法)的美国专利6,844,970；美国专利7,199,933“imageprojectionscreenwithreducedspecklenoise”(具有减少的散斑噪声的图像投影屏幕)；美国专利7,244,028“laserilluminatedprojectiondisplays”(激光照明的投影显示器)；美国专利7,342,719“projectionscreenwithreducedspeckle”(具有减少的散斑的投影屏幕)；和美国已公布的专利申请no.2010/0118397“reducedlaserspeckleprojectionscreen”(激光散斑减少的投影屏幕)。本段中引用的所有参考文献均以引用方式并入本文。

在实践中，通常将几种技术一起使用以便使散斑减少显着水平。所有这些涉及使用许多其他附加部件和/或运动以实现散斑的某种减少。这些另外的部件增加了成本，降低了亮度并降低了可靠性。

本公开提供了对用以减少显示器应用中的散斑的屏幕振动的讨论。典型的电影屏幕可以包括聚合物基板(通常是聚氯乙烯(pvc)卷材)，其被穿孔以便于声传输，然后缝制在一起以制成所需尺寸的屏幕。这些屏幕的厚度通常在0.1至0.8mm的大致范围内，高度增塑，并且压印有无光泽纹理。然后可以用偏振保持涂层喷涂这种屏幕以产生偏振保持屏幕。常规的涂层包括被包封在聚合物基料中的某种金属片或碎片，例如球磨铝粉。这些屏幕相对较重，并且具有低杨氏模量(通常在40至60mpa的大致范围内)。

可以通过利用金属化压印表面来实现显著的光学性能改善，如美国专利no.8,072681中大致所述，该美国专利全文以引用方式并入本文。为了实现合适的保真度，可以使用更具刚性的基板，诸如pet、聚酯或聚碳酸酯(pc)。一种混合方法是使用压印表面来形成纹理化金属薄片，如在共同拥有的美国专利no.8,169,699中所大体讨论的，该美国专利全文以引用方式并入本文，或者物理地斩剁金属化基板，如在共同拥有的美国专利no.8,194,315中所述，该美国专利全文以引用方式并入本文，然后可以使用这两种方法中的任一种来替代常规屏幕系统中使用的含金属碎片的聚合物基料。这些更具刚性的基底以及因此该屏幕比常规pvc轻得多并且具有更高的弹性模量，并且这些屏幕在本文中可以称为工程化屏幕。背投保偏屏幕通常可包括漫射式散射透明聚合物基板、被压印的透明基板，或两者的组合。

本文所讨论的实施例可以与具有从10mpa至10gpa的大致模量范围的各种各样的屏幕材料一起使用，但是使用高于大约500mpa的更高模量的材料可以获得更好的结果，因为更高弹性模量的材料可以使振动更有效地穿过材料传播。用于将光学涂层施加到屏幕基板的方法和材料可以影响整个屏幕的有效模量，但是有效屏幕模量的主要影响因素是基板。屏幕穿孔也会影响模量，孔会降低屏幕的模量。孔的面积越大，对模量有影响就越大。优选使用具有微小穿孔、微穿孔或无穿孔的较高模量基板。该实施例已被设计成当光学表面被喷涂、涂刷、印刷、刻印或浇铸到基板上时有效地工作，并且包括常规金属薄片和大多数其他光学涂层。

此外，屏幕通常被穿孔以允许声音通过屏幕，因为一些扬声器通常放置在屏幕后面。电影院通常使用机械穿孔的屏幕，其中孔在1至5mm的范围内，总孔面积为3-7％。高模量屏幕可以是微穿孔的，其中孔在大约60至400um的范围内，总孔面积在大约0.2至2％的范围内，如提交于2013年3月5日(代理人参考号95194936.321001)的美国专利申请no.13/76,092“lightefficientacousticallytransparentfrontprojectionscreens”(光效声透射前投屏幕)中大体所述，该专利全文以引用方式并入本文。一些供应商使用微小穿孔，其孔尺寸和面积(0.5至2mm和1至3％面积)介于机械穿孔和微穿孔之间。一些屏幕可以不被穿孔。该实施例可以与机械穿孔、穿孔、微穿孔或无穿孔的屏幕一起使用。优选使用具有微小穿孔、微穿孔或无穿孔的较高模量基板。下面描述的换能器使屏幕振动。这种振动可以部分地作为表面声波、表面上的行波存在。穿孔对屏幕振动具有比由模量的简单变化引起的更大的负面影响，因为它们可能在波穿过屏幕基板传播时使振动减幅。这可能部分地由表面波的阻抗的局部变化引起，这种局部变化导致屏幕中每单位长度上的更大衰减。从振动观点来看，消除或减小穿孔尺寸可以比增大屏幕材料的模量更有利。

除了使用激光投影之外，已经实验性地示出了屏幕的振动以减少标准投影灯的散斑，因此该实施例也可以用于基于灯的投影。传统屏幕通常可以具有附接到屏幕背面或在图像区域或观察区域内与屏幕背面接触的振动设备或换能器。事实上，大型电影屏幕可以采用在屏幕的整个面积上间隔开的换能器阵列来成功地振动屏幕。在屏幕的x和y两个方向上，此换能器阵列的间隔可以是在换能器之间2至15英尺。缺点可能是换能器对观察者的可见性，并且换能器的数量可能引入明显更多的潜在系统故障点。然而，紧密间距可以归因于传统屏幕的机械性能。典型的振动频率可以在10至80hz的大致范围内。更高频率通常在这些基板中会不太好地传播。这些较低频率和任何低拍频率更可能被观察者注意到，因为低于约20至30hz的频率能被眼睛检测到。

屏幕张力是本实施例的有效性的重要变量。使用弹簧、刚性连接或其他方式施加到屏幕边缘的张力在屏幕类型之间变化很大，即使从一个悬挂屏幕到相同的悬挂屏幕也如此。张力水平可以在从0至50磅/英尺的大致范围内。该度量表示对于屏幕边缘的每个线性英尺，施加到屏幕边缘的张力的量(单位为磅)。继续讨论该实施例，如果屏幕张力过低，则整个屏幕可以使其框架内的大的可见波纹可见地平移，或者可以看见大的可见波纹穿过屏幕表面传播。过高的屏幕张力可能阻止振动传播，并且导致散斑消除效应被局限在换能器附近的区域或根本不可见。

一个关键方面并且实质性的改进是根本不必将电换能器安装到屏幕，这消除了与振动换能器相关联的许多机械故障模式，而且实现了安静得多的运行。通过设计，反应器可以实际上接触屏幕，并且可以占据小于一平方英寸的屏幕表面，其可以在有效观察区域之外并且在屏幕边界的12英寸内，可以距离屏幕边缘小于约2英寸，并且优选地距离屏幕边缘0.1英寸，如在磁体底部和屏幕边缘之间测量的。在该实施例中，反应器是磁体，但是任何含铁材料都可以在某些操作条件下工作。术语磁体和反应器在本文中可以能互换使用。此外，术语电换能器、换能器和电磁体在本文中也可以能互换使用。每个反应器可占据7平方英寸或小于0.5平方英寸的屏幕空间。图1是示出用于将反应器和/或换能器安装到屏幕的可能位置的示意图。换能器可以安装在掩蔽件之后，例如，使得从观察者的角度看不到振动系统。

图1是屏幕系统的一个可能的实施例。在图1的该屏幕系统示例中，屏幕100包括典型观察区域100的表示以及可能的磁体安装位置120。

运动感应换能器是电磁体，其可以优选地刚性地附接到屏幕框架并且可以不与屏幕直接接触。电磁体引起附接到屏幕的磁体组件或反应器中的运动，从而在屏幕中产生非接触的振动运动，如图2至图4所示。非接触的振动运动可用于描述其中电磁体和反应器可以不彼此直接接触的实施例。

作为另外一种选择，可以在电磁体安装到屏幕并与刚性地附接到屏幕框架的反应器相互作用的情况下使用这种相同的概念，而且这种概念可再次提供非接触的振动运动。图5展示了使用一个电磁体和一个反应器的这种构造，但是可以采用两个或更多个电磁体以及反应器来增大对屏幕的振动输入。在使用安装到屏幕的电磁体的构造的一种变型中，现有屏幕框架的含铁部件可以用作反应器，从而减少部件数量并简化设计。可以采用可选的屏幕支撑件，如图2所示，以提供本文所讨论的各种改进。

图2是示出电磁体换能器组件的前视图的示意图。另外，图2示出了屏幕200、屏幕支撑件210、反应器220、电磁体230和张紧连接件240。屏幕支撑件210在本文中也可以称为安装衬板。屏幕支撑件210可以附接到屏幕200并且还可以包括张紧连接件240。张紧连接件240可用于通过将弹簧、绳索等从张紧连接件240连接到屏幕框架(未示出)而使屏幕200承受张力。

图2示出了具有附接的反应器220的屏幕支撑件210。屏幕支撑件210可以包括反应器220装配到其中的孔。屏幕支撑件210可以任何适当的方式胶粘或安装到屏幕。然后可以通过将保持器(例如弹簧或绳索)的一端附接到张紧连接件240，并将保持器的另一端附接到屏幕框架、墙壁、天花板或地板，来调节屏幕。电磁体230可以通过屏幕边缘靠近反应器220定位，并且电连接到驱动电子器件。电磁体和反应器可以在0.01英寸至5英寸的大致范围内彼此间隔开。

图3是示出图2的电磁体换能器的后视图的示意图。图3示出了屏幕的背面或所观察的屏幕表面的相对侧。在该示例中，屏幕的两侧具有附接到屏幕的屏幕支撑件，支撑件用以帮助保持反应器位置并帮助产生正确的屏幕张力，从而消除过多的屏幕运动并改善系统的频率响应。

在一个实施例中，投影屏幕可以是大约10英尺高和大约20英尺宽。可以存在大致位于屏幕底部边缘的一个振动组件，其在屏幕上的宽度方向大约处在中心。投影屏幕和屏幕支撑衬板可以是pc或pet，或任何其他合适的材料。

在另一个实施例中，投影屏幕可以是大约18英尺高和大约44英尺宽。可以存在位于屏幕底部边缘大约三分之一和三分之二处的两个振动组件、以及位于屏幕顶部的宽度方向中心的附加振动组件。所有振动组件可以大致位于投影屏幕的边缘上。投影屏幕和屏幕支撑衬板可以是pc或pet，或任何其他合适的材料。

类似于图2，图3示出了屏幕200的背面、屏幕支撑件215、反应器220、电磁体230和张紧连接件245。屏幕支撑件215可以放置在与位于屏幕200正面上的屏幕支撑件210大致相同的位置。

图4是示出换能器和屏幕系统的横截面视图的示意图。另外，图4包括屏幕400、屏幕支撑件410、反应器420和电磁体430。屏幕支撑件410可以是与屏幕400相同的材料，或者可以是与屏幕400不同的材料。屏幕支撑件可以在2015年2月11日提交的共同拥有的美国专利申请no.14/619,719“strainrelievedmountingmethodandapparatusforscreenmaterial”(用于屏幕材料的应变消除安装方法和装置)(代理人参考号369001)和2013年9月6日提交的美国专利申请no.14/020,654“highelasticmodulusprojectionscreensubstrates”(高弹性模量投影屏幕基板)(代理人参考号95194936.338001)中有大致讨论，这两个美国专利申请全文以引用方式并入本文。图4中还示出了两个反应器420。一个反应器420可以位于屏幕正面或者屏幕的观看侧，另一反应器420可以位于屏幕背面或者屏幕的观看侧的相对侧。尽管磁体和反应器已经被描述为圆形，但是磁体和反应器可以是任何适当的形状，包括正方形、矩形、椭圆形、三角形、梯形等。

在图4中，横截面侧视图是处于优选取向的换能器430的图示，并且示出了各部件的横截面。在该示例中示出了两个反应器430，屏幕每一侧上各有一个，如图所示，电磁体430可以位于反应器和屏幕的下方。优选地，屏幕居中或大致居中于电磁体上，或反之亦然。电磁体和反应器也可以彼此居中。屏幕、电磁体和反应器可以都彼此居中，或它们的任何组合居中。此外，如果屏幕的张力最初不足以允许振动从反应器或换能器穿过屏幕适当地传播，则可以使用弹簧或其他支撑件或限制屏幕的位移并相应地限制反应器的位移。

图5是示出具有安装到屏幕的电磁体的另一构造的示意图。此外，图5示出了一种构造，其中一个或多个电磁体附接到屏幕，并且磁体放置在屏幕下方并附接到框架或墙壁、天花板或地板。图5可以包括屏幕500、反应器520和电磁体530。电磁体通常比反应器重。另外，电磁体可以具有附接的线，因此如果电磁体是固定的并且位于反应器下方，这可以改善性能，同时反应器附接到屏幕，这可以允许屏幕振动。

另一种构造包括可以与含铁或不含铁反应器近似轴向对准的电磁体，如图6所示。图6是示出具有电磁体的另一侧视图构造的示意图。图6可以包括屏幕600、反应器620、电磁体630和电磁体635。反应器620可以附接到屏幕600的正面和背面。电磁体可以用可以附接到屏幕框架或任何其他刚性结构的支架(未示出)保持在适当位置。

在该构造中，电磁体630和635彼此大致轴向对准并且与反应器620近似轴向对准。电磁体可以采用大致对称的构造，与反应器间隔相同的距离。电磁体也可以采用不对称构造，相对于屏幕的边缘与反应器间隔不同的距离。此外，电磁体可以在竖直方向上和在相反的方向上与反应器错位。虽然电磁体可以距离反应器不同的距离，但是在对称构造中，性能可以增强。换句话说，随着电磁体的错位加剧，系统的性能将降低。

此外，图6描绘了一种构造，其中两个电磁体630、635的正面可以彼此大致相对。在该示例中，电磁体630、635应由反向的或至少不同的信号驱动，使得它们不会彼此相对和消除屏幕运动。该组件的所有部件可以适当地对准，使得它们全部在一条公共轴线上居中。正确的对准有利于实现最大效率，尽管元件之间的一些错位可能是可接受的。上述构造可以简化为使用一个电磁体和一个反应器，但是建议使用某种形式的固定，包括弹簧、泡沫、弹性体或其他设备，以便限制屏幕振动幅度。在该示例中，弹簧或其他设备可以附接在原本振动幅度可能过大的反应器和电磁体之间。与其他构造一样，另一实施例可以是将电磁体直接安装到屏幕并将含铁反应器刚性地安装在附近位置或利用屏幕框架的含铁构件。含铁构件可以是可对电磁体的力作出反应的任何材料。

在上述构造中，磁体用作反应器以增大电磁体的力。其他含铁材料也可以用作磁体的替代物。含铁反应器或含铁构件可以包括钢、低碳钢、铸铁等材料。使用磁体作为反应器可以提供额外的好处，因为它可以使得无需使用粘合剂就能将设备安装到屏幕，如果使用含铁但非磁化的反应器，这可能是合适的。在该实施例中，如果不包括磁化反应器，则元件之间的间距可以变得更加关键，因为电磁体和非磁化反应器之间的磁相互作用可以明显更弱。

考虑到本文档的简明性，电磁体、高强度磁体、塑料屏幕支撑衬板和固定硬件的组件可以被称为振动组件。例如，高强度钕磁体可以在n40至n52的大致范围内。如图2至图4和以下图7所示的屏幕支撑衬板可以由许多材料制成。考虑到重量轻和刚性良好，给定设计规格的优选材料是聚碳酸酯。屏幕支撑件或衬板的材料和规格在2015年2月11日提交的共同拥有的美国专利申请no.14/619,719“strainrelievedmountingmethodandapparatusforscreenmaterial”(用于屏幕材料的应变消除安装方法和装置)(代理人参考号369001)和2013年9月6日提交的美国专利申请no.14/020,654“highelasticmodulusprojectionscreensubstrates”(高弹性模量投影屏幕基板)(代理人参考号95194936.338001)中有大致讨论，这两个美国专利申请全文以引用方式并入本文。可以在不使用屏幕支撑件或安装衬板的情况下安装磁体。磁体也可以直接胶粘到屏幕，或放置在壳体中然后壳体可以被夹紧或胶粘到屏幕。例如，蛤壳状壳体可夹紧屏幕并将磁体保持在适当位置。如果磁体足够强，则它们可能不需要利用除了两个磁体之间的磁引力之外的任何其他东西就能保持在适当位置。

图7是示出可选的屏幕支撑衬板的示例的示意图。图7示出了屏幕支撑件710、两个张紧连接件740和反应器位置定位器750的一个实施例。尽管反应器位置定位器750被示出为圆形，但是其形状可以是任何合适的形状，包括但不限于圆形、椭圆形、正方形、三角形、梯形、矩形、卵形等。类似地，张紧连接件740可以是任何合适的形状，包括但不限于圆形、椭圆形、正方形、三角形、梯形、矩形、卵形等。

一个实施例可以包括沿着屏幕的顶部和/或底部边缘定位的振动组件，因为每个屏幕和框架可能具有特定的限制，阻止换能器在所有屏幕上以一种构造布置。振动组件可以位于屏幕的顶部、底部和/或侧面，或其任何组合。在一些情况下，在屏幕的一个或多个侧面上可能没有足够的空间围绕屏幕。这还可以决定振动组件可以位于哪些侧面。此外，屏幕安装的类型可以决定振动组件的位置。

每个换能器可以与一个或多个磁体耦合，在屏幕的每一侧上有一个磁体并且其定向成使得两个或更多个磁体彼此吸引并且将屏幕夹持在它们之间。可以使用一个或多个磁体或大致等效于两个或多个磁体的一个较大磁体来增加质量，这将驱动屏幕振动，但是在每一侧上应该有相等数量的磁体以保持可预测水平的振动，并且使屏幕保持在电磁体上方居中。

安装衬板或屏幕支撑件可以粘附到屏幕的边缘，如至少图1至图3所示，无论换能器位于何处并且出于多个目的。一个目的可以是将磁体定位在空间中，使得从磁体到电磁体的距离保持恒定。屏幕支撑件或安装衬板可以设计成在中心具有切口，其用于捕获磁体并将其位置限制在距离屏幕边缘大约2英寸内。磁体可以位于距离屏幕的边缘0.01到2英寸的大致范围内。屏幕支撑件中用于磁体的孔也可以是缺口或局部切口。屏幕支撑件还通过用作将振动从局部磁体传递到屏幕材料的更广区域的刚性介质来帮助增加振动源的有效面积。两个张紧器连接孔，衬板的两侧各有一个，它们允许衬板以方便的方式张紧。足够的张力对于防止磁体传播大到使得其不再消除屏幕的散斑或可用眼睛看到的表面波是重要的。可以存在从一个到十五个张紧器连接孔中的任何一种情况，或者优选地在一个实施例中为七个张紧器连接孔。根据衬板的尺寸，屏幕支撑件或衬板中的张紧器连接孔的数量可以增加或减少。

电磁体和反应器之间的距离至关重要。随着这些部件移动得更靠近彼此，散斑消除解决方案的有效性可以改善，直到电磁体与屏幕或反应器接触，这时该解决方案的有效性可能急剧降低。另外，将反应器从电磁体进一步移动可降低该解决方案的有效性。为此，可能希望采用用于定位电磁体(或换能器的任何被刚性固定的部分)的某种形式的调节。该调节可以允许用户改变电磁体和反应器之间的距离，然后锁定位置，使其在使用期间不会改变。这可以使用许多方法来实现。一种方法可以是将刚性固定部分安装在其另一部分刚性固定的滑块上。诸如固定螺钉的锁定机构可以用于将该组件锁定在期望的位置。另一种解决方案可以是在电磁体或反应器和刚性护罩之间设置正确厚度的垫片。一旦垫片提供电磁体和反应器之间的正确距离，则可以移除垫片。

作为另外一种选择，可以根据需要沿着屏幕的侧面以及顶部和底部放置换能器。如果电磁体可以被放置和驱动为使得磁体在屏幕平面之外的偏移或运动不太大，则换能器可被制造成在屏幕上仅有一个磁体。对于标准的20英尺×40英尺屏幕，换能器处屏幕平面外的总屏幕运动可以在3至10mm的大致范围内，最佳地在z方向上或者屏幕平面外4mm。

一些屏幕可以被构造成使得屏幕边缘可以围绕杆、管或其他细长构件包裹以实现安装和悬挂。这可以帮助最大化屏幕面积，因为屏幕后面和内部存在框架。这种框架样式可以采用不同的方法来安装换能器，因为可能没有屏幕上的清晰边缘可供安装反应器。

图8是示出用于包裹的屏幕的安装构造的示意图，并且示出用于将换能器安装在具有包裹的边缘的屏幕上的构造。可以移除屏幕的一小部分以允许放置电磁体，使得电磁体直接与屏幕材料对准。电磁体可以由附接到屏幕框架的支架支撑。图8示出了围绕框架管870包裹并且使用屏幕安装孔880固定的屏幕800的前部。

在图8中，电磁体830可安装到刚性护罩860，后者随后可连接到屏幕框架或框架管870或目的是以刚性方式支撑电磁体830的其他刚性位置。如图2所示的优选安装方法，反应器820可以相对于换能器位置和取向使用相同的方法和安装取向位于屏幕上。

磁体可以来自unitednuclearscientific，并且可以是等级为n45的圆形钕磁体，其直径为0.5英寸，厚度为0.125英寸。也可以使用与所述的磁体类似的同等磁体。所述磁体中的若干个可以通过将它们彼此堆叠而同时使用，从而增加驱动屏幕振动的质量。另外，也可以采用其他形状和尺寸的高强度磁体来获得类似的效果。还可以使用中强度或低强度磁体以及由含铁材料制成的任何反应器，尽管设计规格可能相当紧密才能实现成功。高强度磁体可以是任何等级为n40的钕磁体或更高等级，或者可以等效于等级n40的钕磁体或更高等级的多个磁体。中强度或低强度磁体或任何其他含铁材料可以是具有小于等级n39钕磁体的任何场强的任何磁体或含铁材料。

合适的电磁体可以寻求强度与成本之间的平衡。一个电磁体可以在施加制造商规定电压的直流电流(dc)时具有约1kg至100kg之间的保持力。用于电影屏幕的一些电磁体可具有大约10至80kg的dc保持力范围。根据屏幕尺寸和组成，可以使用在0.1至1000kg力的大致范围之间的磁体。

实际上，合适电压的复信号可用于驱动电磁体，从而使屏幕振动。电源范围可以是大约12伏特至48伏特。电磁体可以安装在刚性护罩的刚性地连接到屏幕框架的端部上，使得通过框架损失尽可能小的振动能量，并且使到达屏幕的振动能量最大化。护罩可以由钢、铝或塑料或任何其他合适的材料制成，当组件在使用时，护罩可以在任何方向上保持小于约1/8英寸的运动。作为另外一种选择，电磁体可以直接固定到墙壁、地板和/或天花板以保持静止，同时仍保持与反应器的适当距离。优选的电磁体可以具有用于固定到护罩的一些装置。合适的电磁体可以是uxcell电磁体。此外，电磁体可以是dc12v40kg/400nliftholdingelectricsolenoidelectromagnet(提升保持螺线管电磁体)49mm×21mm电磁体，但是可以使用具有相同功率和形式的任何其他电磁体。其他合适的电磁体还可以包括但不限于具有层压钢芯的快速开关ac电磁体，以尽量减小涡流损耗。一个这样的示例可以是由magnetech公司生产的电磁体re05-2。也可以使用dc电流电磁体，但它们将以固有的低效率工作，这使得它们对于该应用来说不太理想。

使用ac信号来驱动电磁体会在屏幕上可能设置有高强度磁体的区域中产生不断反转的电磁场。图9描绘了该电磁场对连接到屏幕的磁体的影响。图9是示出由于交变电磁场引起的感应运动的侧视图描述的示意图。图9包括屏幕900、电磁体930和反应器或磁体920。磁体响应于电磁体极性改变的移动可以在屏幕中产生振动。

电磁体、屏幕边缘和磁体之间的间距至关重要。当电磁体尽可能靠近屏幕边缘的同时仍然完全固定在适当位置时，存在优选的条件。此外，磁体应尽可能靠近屏幕边缘放置，因此尽可能靠近电磁体。实际的限制可能偏离最优情况，并且为了充分的运行，电磁体应优选地在距离屏幕边缘大约2英寸内，并且合理地在屏幕边缘大约12英寸内。可将屏幕支撑衬板应用于屏幕，使得衬板的底部边缘与屏幕的底部边缘共面。屏幕支撑件的底部边缘可以处在位于屏幕支撑件中的张紧连接件底部上方。磁体位置可以通过屏幕支撑衬板的设计来控制，可以将磁体放置在距屏幕边缘大约2英寸内。可以将磁体整体定位在屏幕之外。例如，通过使用刚性塑料衬板，衬板可以延伸离开屏幕边缘和位于衬板上的磁体，使得屏幕支撑件可以不与屏幕直接接触。

换能器通常可以彼此间隔大约1英尺至60英尺，以提供可接受的散斑消除水平。冗余换能器可以间隔更近，例如小于约一英尺。

振动设备组成的系统包括驱动电子器件和换能器。驱动电子器件可以各自驱动一个换能器或多个换能器。驱动电子器件和/或换能器可以由剧院自动化系统控制，并且可以在夜间或者在演出之间关闭。电子器件还可以通过振动感测或通过感测短路和/开路条件来检测换能器的故障。具体地讲，驱动电子器件可以驱动至少两个换能器，其中使用一个换能器，而另一个换能器可以在第一换能器失效时使用。第二传感器是冗余的，因此该系统可以大大提高整个系统的可靠性。下面的图10示出了具有冗余性的系统的示例。图10是示出具有冗余性的散斑消除解决方案的另一构造的示意图。图10包括屏幕1000、驱动器1090、换能器1030a和冗余换能器1030b。同样，换能器和冗余换能器的组合可以根据需要沿着屏幕的顶部和底部以及侧面重复，以实现可靠性和散斑消除设计规格。

使用旋转电机或音圈作为具有单音驱动器信号的激励器导致单频率主导或谐波主导的激励，例如正弦波形式。图11是示出使用机械换能器的屏幕振动的频谱的曲线图。此外，图11示出当使用负重离轴旋转电机时在屏幕中产生的频率的图片。

具有良好传播特性的屏幕的机械激励可产生驻波，其关联的“波节”几乎没有位移或没有位移。低位移的这些区域显示出可见散斑，并且散斑的这些区域以一定图案显现，所述图案取决于横穿屏幕的波传播的细节。接缝结构或附接机械结构的小差异似乎会引起复杂驻波图案。此外，屏幕振动可导致可听噪声。靠近单个频率或接近单个频率的谐波(例如正弦波形)的振动可以消除屏幕的散斑。

较高的频率更容易听到，因此不太理想。较低的频率难以感应足够快以消除散斑的波，并且可能导致某些投影仪源的差拍效应。本文所述的实施例能够使用在大约20至2000hz范围内的频率提供减少的散斑，并且可与大约30至700hz的优选频率范围一起使用。这些频率引起更难看到的屏幕中的运动，并且更好地使散斑图案平均化，从而使散斑可见度更有效地减轻。

有两种方法可以减轻这些问题。第一种方法是用更复杂的振动谱来激励屏幕。频率的范围实际上提供高位移和低位移的重叠图案的集合，以使得所述屏幕的所有区域具有足够的运动以消除可见散斑。

图12是示出具有大约500hz高频截止的激励信号的曲线图。此外，图12示出了源的驱动信号，该源被调整成具有期望的高频和低频范围，同时仍结合高频和低频截止两者以在高和低极值处消除不期望的频率。该频谱是实验中使用的许多频谱中的一个，并且对于该特定的屏幕构造，该频谱在降低整个屏幕区域上散斑的可见性而不引起令人不快的可听噪声方面有效，如在2014年6月6日提交的共同拥有的美国专利申请no14/298,633“systemandmethodforvibratingscreenstoreducespeckle”(用于振动屏幕以减少散斑的系统和方法)(代理人参考号363001)中大致讨论的，该美国专利申请全文以引用方式并入本文。

本文解决的关键问题是确定可以有效地消除可见散斑而不会导致过多的可听声音或可见表面波的频率范围。实现这一点的一种方法是从宽频谱“白”或“粉红”噪声着手，然后调节软件或硬件中的高通滤波器和低通滤波器，同时监测屏幕的响应。在提交于2014年6月6日的美国专利申请no14/298,633“systemandmethodforvibratingscreenstoreducespeckle”(用于振动屏幕以减少散斑的系统和方法)(代理人参考号363001)中描述了利用带通限制信号驱动换能器的这一概念，该美国专利申请全文以引用方式并入本文。噪声源可来自模拟电子器件或可为来自计算机程序的伪随机噪声流。为了实验目的，在matlab中创建了噪声流，然后将sonyvegas中的声学滤波器值实验地变化，直到获得令人满意的结果。同样，可以使用从正弦波到白或“粉红”噪声的任何波形。

用于减少驻波和可见波反射的部分解决方案包括使屏幕终端减幅以衰减行波从屏幕边缘的反射。因此，弹性带或阻尼弹簧可以是优选的安装硬件。作为另外一种选择，吸能结构诸如泡沫或橡胶件可结合到安装硬件中。

本文所述的实施例的一个关键重要方面可以是有潜力大幅减小散斑消除解决方案所产生的噪声。位于屏幕上的任何传感器可能会产生一定水平的噪声，而电影院可以非常安静。在没有观众时在节目之间，在商业剧院中测得大约25dbm的噪声。在满剧院中可以实现约30至35dbm的噪声。包括音圈、电机和机械换能器的实际换能器类型当在距离屏幕10英尺处测量时，可以容易地产生大于35dbm的噪声，所述距离是大多数剧院中从屏幕到前排座椅的近似等效距离。

已经实验地表明，在不采用消声措施的情况下，提供可接受的散斑消除的音圈解决方案在距离换能器大约10英尺处发射在40至55dba大致范围内的噪声。在使用该实施例的类似测试中，实现了可接受的散斑消除，同时在不采用消声措施的情况下，发射在25至40dba的大致范围内的噪声。这表示与音圈相比，由散斑消除解决方案产生的噪声大幅减小。使用以下公式，在数学地去除环境中的背景噪声之后计算了这些声压级(spl)：

spl解决方案是散斑消除解决方案的声压级，单位为dba，i观察是解决方案和测试环境的声强级，i背景是测试环境的声强级，spl观察是解决方案和测试环境的声压级，spl背景是测试环境的声压级。

使用声压级的a计权(a-weighting)标度收集了实验数据，因为这是与人类听觉范围最密切相关的计权，并且因此最适用于设计约束。

这些散斑消除解决方案实际上可以配备有保护盖以减小或消除被意外或有意篡改的可能性。最有可能篡改散斑消除设备的时间可以是在例行的剧院清洁和维护期间，这时屏幕、框架、换能器或所有这三种部件可能被撞击并因此错位。外壳可以包封该系统以实现保护。一种这样的设计在图13和图14中示出。

图13是示出保护性换能器外壳的示意图，并且图14是示出保护性换能器外壳的横截面视图的示意图。最重要的是，外壳保护电磁体和反应器免受碰撞或撞击，以便大致保持对准和功能性。另一个好处是，外壳可以帮助减小散斑消除解决方案的噪声输出。如果外壳包含用于消声的装置，例如声学泡沫或橡胶，则该好处会得到明显改善。

图13包括屏幕1300、屏幕支撑件1310、张紧连接件1340、电磁体1330和外壳1380。如图13所示，反应器和电磁体可以由外壳1380包封。

图14包括外壳1400、屏幕插槽1410、电磁体腔1420、电磁体线出口1430、吸声表面1440和安装孔1450。

本文所述的实施例的一个重要优点是没有移动机械部件，移动机械部件在长时间使用的情况下倾向于是其他基于屏幕的散斑消除解决方案的主要故障点。在本文档中描述的反应器实际上与振动屏幕一起移动，但它们的性能和寿命没有明显受到运动影响。与整个换能器安装在屏幕表面上的其他散斑消除解决方案不同，本文所述的实施例没有使屏幕暴露于直接加热或电流。这可以有助于满足关于电影院屏幕的安全条例。完全安装在屏幕上的其他解决方案，例如音圈或电机使屏幕暴露于热负载和电负载两者，并且因此可由于潜在更高的火灾风险而增加了监管审查。

根本上，振动是引发和传播裂纹或撕裂的优异机制。它常常用于测试材料对抗引发和传播裂纹或撕裂的弹性。遗憾的是，这种机制不利于振动以减少散斑的屏幕的寿命。在屏幕包裹在框架周围的构造中，这个问题可能更加明显，其中屏幕材料的一部分已经被切除以允许电磁体安装在屏幕所在的平面中，如图8所示。在所有这些情况下，用于减小引发和传播裂纹或撕裂的可能性的一种非常有效的方法是在屏幕的所有边缘上设置某种形式的边缘保护。边缘保护以某种粘附材料的形式存在，该材料支撑屏幕边缘，并且还衰减在屏幕边缘附近的局部区域中的振动能量。简单如包装带或复杂如聚碳酸酯条带的实施例都已被证明在减小在屏幕上引发或传播开裂或撕裂的可能性方面有效。

如本文可使用，术语“基本上”和“大约”为其相应术语和/或术语之间的相对性提供业内可接受的公差。此类业内可接受的公差在0％至10％的范围内，并对应于但不限于分量值、角度等。在各项之间的这样的相对性在大约0％至10％的范围内。

本发明的实施例可用于多种光学系统中。实施例可包括或利用各种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、独立成套的投影仪系统、视觉和/或视听系统以及电和/或光学装置。实际上，本发明的方面可以跟与光学和电气装置、光学系统、演示系统有关的任何设备，或者可包括任何类型的光学系统的任何设备一起使用。因此，本发明的实施例可用于光学系统、视觉和/或光学演示中使用的装置、视觉外围设备等，并且可用于多种计算环境。

应当理解，本公开在应用或创造方面不限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够取得其他实施例。此外，可以不同的组合和布置来阐述本发明的各个方面，以限定实施例在其本身权利内的独特性。另外，本文使用的术语是为了说明的目的，而非限制。

虽然上文描述根据本文所公开的原理的各种实施例，但应理解，这些实施例仅以举例的方式示出，而并非意在构成限制。因此，本公开的广度和范围不应受到上述任何示例性实施例的限制，而应该仅根据本公开发布的任何权利要求及其等同物来限定。另外，所描述的实施例中提供了上述优点和特征，但不应将此类公开的权利要求的应用限于实现任何或全部上述优点的过程和结构。

另外，本文章节标题是为符合37cfr1.77的建议而提供，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可产生于本公开的任何权利要求中所列出的实施例。具体来说并且以举例的方式，虽然标题是指“技术领域”，但权利要求书不应受到在该标题下选择用于描述所谓的领域的语言的限制。另外，“背景技术”中对技术的描述不应被理解为承认某些技术对本公开中的任何实施例而言是现有技术。“发明内容”也并非要被视为是对发布的权利要求书中所述的实施例的表征。此外，本发明中对单数形式的“发明”的任何引用不应用于辩称在本发明中仅有单一新颖点。可以根据产生于本公开的多项权利要求来阐述多个实施例，并且此类权利要求因此限定由其保护的实施例和它们的等同物。在所有情况下，应根据本公开基于权利要求书本身来考虑其范围，而不应受本文给出的标题的约束。