Система и способ сообщения экранам вибрации для понижения уровня спеклов - RU2670577C2
Код документа: RU2670577C2
Чертежи
Описание
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Приоритет настоящей заявки испрашивается на основании предварительной патентной заявки US 61/832047 под названием "Screen vibration for reducing speckle" (Экранная вибрация для снижения спеклов), поданной 6 июня 2013 г. (заявитель: RealD, номер дела: 363000), которая во всей полноте в порядке ссылки включена в настоящую заявку.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к системам и способам понижения уровня спеклов (speckle) на сконструированных экранах с использованием вибрации экранов.
Предпосылки создания изобретения
Применение источников когерентного или частично когерентного излучения в целях отображения или освещения может быть более выгодным, чем стандартных источников некогерентного излучения (ламп), за счет их способности обеспечивать лучшую яркость, более высокую надежность и более широкую цветовую гамму. Тем не менее, более высокая когерентность создает проблему интерференции в виде спеклов. Спеклы образуются в результате интерференции отражающегося от экрана или объекта света, вызывающей колебания интенсивности, различимые наблюдателем или прибором. Сильные колебания пространственных частот и интенсивности являются типичными и весьма нежелательными при отображении и формировании изображений.
Краткое изложение сущности изобретения
Согласно одной из особенностей настоящего изобретения предложен способ понижения уровня спеклов на проекционном экране, включающий сообщение вибрации проекционному экрану в заданном спектре частот с широким распределением мощности. В результате, уровень спеклов на проекционном экране может понижаться до приемлемого уровня. Проекционному экрану может сообщаться вибрация с помощью по меньшей мере одного основного преобразователя, которым может являться, например звуковая катушка. Мощность может быть распределена в заданном спектре частот приблизительно 30-500 Гц. Приемлемый уровень спеклов может составлять менее приблизительно 15% контрастности на расстоянии приблизительно 15 футов от проекционного экрана. Проекционный экран может содержать подложку с высоким модулем упругости более приблизительно 0,4 ГПа. Вибрационный элемент может быть прикреплен непосредственно к проекционному экрану или, в качестве альтернативы, вибрационный элемент может быть установлен на монтажном участке, который может быть прикреплен к проекционному экрану. Способ также может включать генерирование звукочастотного шума на приемлемом уровне, который может составлять менее приблизительно 40 дБм.
Кроме того, способ может включать обнаружение отказа основного преобразователя путем измерения вибрации проекционного экрана. Вибрация экрана может измеряться с помощью по меньшей мере одного датчика вибраций. Помимо основных преобразователей на проекционном экране также могут быть установлены резервные преобразователи. Резервные преобразователи могут приводиться в действие только при обнаружении отказа по меньшей мере одного основного преобразователя. Основные и резервные преобразователи могут находиться сзади маскировки с целью ослабления передачи звука от преобразователей.
Согласно другой особенности настоящего изобретения предложена система проекционного экрана, содержащая проекционный экран и по меньшей мере один основной вибрационный элемент, прикрепленный к проекционному экрану и сообщающий экрану вибрацию в заданном спектре частот. Заданный спектр частот может иметь широкое распределение мощности. Кроме того, вибрирующий проекционный экран может ослаблять спеклы до приемлемого уровня. Проекционный экран может содержать подложку с высоким модулем упругости более приблизительно 0,4 ГПа. По меньшей мере один основной вибрационный элемент может представлять собой по меньшей мере один преобразователь, которым может являться звуковая катушка. Мощность может быть распределена в заданном спектре частот приблизительно 50-200 Гц. Приемлемый уровень спеклов может составлять менее приблизительно 15% контрастности на расстоянии приблизительно 15 футов от проекционного экрана. По меньшей мере один основной вибрационный элемент может быть установлен в непосредственной близости от проекционного экрана.
Кроме того, система проекционного экрана может содержать резервные вибрационные элементы помимо по меньшей мере одного основного вибрационного элемента. Резервные преобразователи могут приводиться в действие только при обнаружении отказа по меньшей мере одного из основных преобразователей. Может быть предусмотрена маскировка для ослабления передачи слышимого звука по меньшей мере от одного основного вибрационного элемента. Маскировка может находиться спереди и сзади проекционного экрана и может представлять собой звукопоглощающий материал.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления в качестве примера проиллюстрированы на сопровождающих чертежах, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями и на которых:
на фиг. 1 схематически проиллюстрирована система экрана для понижения уровня спеклов согласно настоящему изобретению,
на фиг. 2 схематически проиллюстрирована другая система экрана для понижения уровня спеклов согласно настоящему изобретению,
на фиг. 3 проиллюстрирован механический преобразователь, установленный на монтажной планке, согласно настоящему изобретению,
на фиг. 4 схематически проиллюстрирован спектр сообщения экранам вибрации с использованием механического преобразователя согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 5 схематически проиллюстрирован спектр мощности источника шума со специально ослабленными низкими и высокими частотами согласно настоящему изобретению,
на фиг. 6 проиллюстрирован преобразователь типа звуковой катушки согласно настоящему изобретению, и
на фиг. 7А и 7Б проиллюстрирована звуковая катушка и зажимное устройство согласно настоящему изобретению.
Подробное описание
Согласно одной из особенностей настоящего изобретения способ понижения уровня спеклов на проекционном экране включает сообщение проекционному экрану вибрации в заданном спектре частот с широким распределением мощности. В результате, спеклы на проекционном экране могут быть ослаблены до приемлемого уровня. Проекционному экрану может сообщаться вибрация с помощью по меньшей мере одного основного преобразователя, которым может являться звуковая катушка. Мощность может быть распределена в заданном спектре частот приблизительно 30-500 Герц. Приемлемый уровень спеклов может составлять менее приблизительно 15% контрастности на расстоянии приблизительно 15 футов от проекционного экрана. Проекционный экран может содержать подложку с высоким модулем упругости более приблизительно 0,4 ГПа. Вибрационный элемент может быть прикреплен непосредственно к проекционному экрану или, в качестве альтернативы, вибрационный элемент может быть установлен на монтажном участке, который может быть прикреплен к проекционному экрану. Способ также может включать генерирование звукочастотного шума на приемлемом уровне, который может составлять менее, чем приблизительно 40 дБм.
Кроме того, способ может включать обнаружение отказа основного преобразователя путем измерения вибрации проекционного экрана. Вибрация экрана может измеряться с помощью по меньшей мере одного датчика вибраций. Помимо основных преобразователей на проекционном экране также могут быть установлены резервные преобразователи. Резервные преобразователи могут приводиться в действие только при обнаружении отказа по меньшей мере одного основного преобразователя. Основные и резервные преобразователи могут находиться сзади маскировки с целью ослабления передачи звука от преобразователей.
Согласно другой особенности настоящего изобретения система проекционного экрана содержит проекционный экран и по меньшей мере один основной вибрационный элемент, прикрепленный к проекционному экрану и сообщающий экрану вибрацию в заданном спектре частот. Заданный спектр частот может иметь широкое распределение мощности. Кроме того, вибрирующий проекционный экран может ослаблять спеклы до приемлемого уровня. Проекционный экран может содержать подложку с высоким модулем упругости более приблизительно 0,4 ГПа. По меньшей мере один основной вибрационный элемент может представлять собой по меньшей мере один преобразователь, которым может являться звуковая катушка. Мощность может быть распределена в заданном спектре частот приблизительно 50-200 Гц. Приемлемый уровень спеклов может составлять менее приблизительно 15% контрастности на расстоянии приблизительно 15 футов от проекционного экрана. По меньшей мере один основной вибрационный элемент может быть установлен в непосредственной близости от проекционного экрана.
Кроме того, система проекционного экрана может содержать резервные вибрационные элементы помимо по меньшей мере одного основного вибрационного элемента. Резервные преобразователи могут приводиться в действие только при обнаружении отказа по меньшей мере одного из основных преобразователей. Может быть предусмотрена маскировка для ослабления передачи слышимого звука по меньшей мере от одного основного вибрационного элемента. Маскировка может находиться спереди и сзади проекционного экрана и может представлять собой звукопоглощающий материал.
Несмотря на известность проблемы интерференции спеклов или спеклов, существует всего несколько ее частичных решений. Также известны способы измерения и описания характеристик спеклов. Спеклы измеряются путем измерения контрастности интенсивности света и могут определяться как стандартное отклонение от среднего значения интенсивности. Измерение спеклов пояснено в докладе Jacques Gollier (компания Corning, Inc.) под названием "Speckle Measurement Procedure" на конференции "Projector Summit 2010", Лас-Вегас, шт. Невада, 7 мая 2010 г.
Далее описаны различные способы в попытке уменьшить видимость спеклов.
Одной из семейств решений предусматривает перемещение одного или нескольких диффузоров с целью изменения локальной фазы света, чтобы временно усреднить некоторые из спеклов за время интегрирования наблюдателя/детектора. Это в целом описано в патенте US 5313479 под названием "Speckle-free display system using coherent light" и патенте US 7585078 под названием "Illumination system capable of eliminating laser speckle and projection system employing the same". Диффузоры также способны вибрировать с достаточно большой амплитудой, чтобы также обеспечить определенное усреднение нескольких дифракционных элементов. Это в целом описано в патенте US 7922333 под названием "Projector, screen, projector system, and scintillation removing apparatus for removing scintillation on an image".
Другое семейство решений предусматривает перемещение зеркал или фазовых модуляторов с целью достижения временного усреднения. Это в целом описано в публикации патента US 2011/0102748 под названием "Optical system and method", публикации патента US 2010/0053476 под названием "Systems and methods for despeckling a laser light source", в патенте US 4155630 под названием "Speckle elimination by random spatial phase modulation" и патенте US 7489714 под названием "Speckle reduction laser and laser display apparatus having the same". Для этого используются дорогостоящие подвижные детали или фазовые модуляторы.
В другом решении используется длинное многомодовое оптоволокно с толстым сердечником и очень большой числовой апертурой (NA), чтобы "декогерировать" лазерный луч. Это в целом описано в публикации патента US 2009/0168025 под названием "Decohered laser light production system". В нем описано применение волокна с сердечником диаметром 12 мм и NA 0,65. Это толстое волокно может обеспечивать некоторое понижение уровня спеклов, но сводит к нулю яркость системы из-за такого большого геометрического фактора излучения. Несмотря на некоторые выгоды применения очень длинного многомодового оптоволокна, как в целом описано в публикации патента US 2010/0079848 под названием "Speckle reduction in display systems that employ coherent light sources", в этом случае вместе с поглощением уменьшается мощность. Проблемы спеклов и их решения с использованием многомодового оптоволокна дополнительно описаны в книге Joseph Goodman под названием "SPECKLE PHENOMENA IN OPTICS" (издательство "Roberts and Company", 2006 г., глава 7).
Предложено семейство решений, согласно которым лазерные лучи делятся на части, а затем каждая часть принудительно направляется по траекториям различной длины, или принудительно изменяется ее поляризация до объединения лучей. Применение волоконно-оптических жгутов или расщепителей/объединителей или массивов микролинз в целом описано в публикации патента US 2005/0008290 под названием "Static method for laser speckle reduction and apparatus for reducing speckle", в патенте US 4360372 под названием "Fiber optic element for reducing speckle noise", патенте US 6895149 под названием "Apparatus for beam homogenization and speckle reduction", патенте US 7379651 под названием "Method and apparatus for reducing laser speckle", патенте US 7527384 под названием "Illumination system to eliminate laser speckle and projection system employing the same" и патенте US 7719738 под названием "Method and apparatus for reducing laser speckle". С целью достижения некоторого понижения уровня спеклов в них применяются дорогостоящие волоконно-оптические жгуты или массивы линз или множество волоконно-оптических соединителей/расщепителей.
В семействе других решений используются источники с более широкими полосами оптического спектра. Это может достигаться путем внутриимпульсной линейной частотной модуляции тока возбуждения, использования нескольких лазеров с различными длинами волн или других средств. Это может требовать дополнительных затрат или приводить к потере света в проекционной системе.
Другим подходом к понижению уровня спеклов является механическое перемещение или поворот экранов. В книге Joseph Goodman под названием "SPECKLE PHENOMENA IN OPTICS" (издательство "Roberts and Company", 2006 г., глава 6), приведен расчет требуемой скорости линейного смещения экрана по оси х или у или поворота экрана. Эти перемещения происходят в плоскости экрана, которая приблизительно перпендикулярна направлению проекции, что необходимо для усреднения некоторых из спеклов за время интегрирования наблюдателя/детектора. При перемещении экрана свет последовательно достигает различных частей с последующим изменением спекл-структуры. Если это происходит быстро относительно периода интегрирования детектора (например, приблизительно 20 Гц для глаз), детектор будет видеть усредненную картину нескольких спекл-структур, в результате чего снижается контрастность спеклов. В патенте US 5272473 под названием "Reduced-speckle display system" описано применение преобразователя, прикрепленного непосредственно к экрану, с целью механического генерирования поверхностных акустических волн для сведения к минимуму спеклов. В патенте US 6122023 под названием "Non-speckle liquid crystal projection display" в качестве экрана используется жидкий кристалл с высоким коэффициентом рассеяния, и затем электрически изменяются его состояния, чтобы ослабить спеклы. Чтобы понизить уровень спеклов, в других решениях в качестве экранов используются рассеивающие жидкости или диффузионные элементы, как в целом описано в патенте US 6844970 под названием "Projection television set, screens, and method", патенте US 7199933 под названием "Image projection screen with reduced speckle noise", патенте US 7244028 под названием "Laser illuminated projection displays", патенте US 7342719 под названием "Projection screen with reduced speckle" и публикации патента US 2010/0118397 под названием "Reduced laser speckle projection screen".
На практике для ослабления образования спекл-структур может применяться сочетание нескольких из описанных выше методов. Тем не менее, во всех упомянутых подходах предусмотрено применение дополнительных элементов и/или физическое перемещение с целью понижения уровня спеклов. Эти дополнительные элементы повышают стоимость, уменьшают яркость и снижают надежность.
В настоящем изобретении применяется вибрация экранов с целью понижения уровня спеклов при отображении и проекции изображений. Обычно проекционные экраны изготавливают из полимерной подложки, как правило, из упругого раскатанного поливинилхлорида (ПВХ), который перфорируют с целью передачи звука, а затем сшивают из него экран желаемого размера. Эти традиционные экраны обычно имеют толщину 0,2-0,6 мм, являются упругими и имеют низкий модуль Юнга (модуль упругости), с трудом поддаются пластической деформации и имеют поверхность с матированным рельефом. Чтобы получить сохраняющий поляризацию экран, затем распыляют сохраняющее поляризацию покрытие на упругий экран из ПВХ. В традиционном покрытии обычно применяются металлические чешуйки определенного типа, например, размолотый в шаровой мельнице алюминиевый порошок, заключенный в полимерное связующее. Эти традиционные экраны являются относительно тяжелыми, упругими и имеют низкий модуль Юнга, обычно 40-60 МПа.
Значительные улучшения оптических характеристик могут достигаться за счет применения специально сконструированного экрана с металлизированной рельефной поверхностью, как описано в патенте US 8072681, который во всей полноте в порядке ссылки включен в настоящую заявку. Для обеспечения надлежащей точности воспроизведения в специально сконструированном экране может применяться более жесткая подложка, такая как из сложного полиэфира, РСТ или поликарбоната (PC). Применимые подложки могут иметь модуль упругости (модуль Юнга) приблизительно 0,4-6 ГПа, предпочтительно более 1 ГПа. Кроме того, в специально сконструированном экрана может применяться гибридная технология с использованием рельефной поверхности с целью формирования металлической чешуйчатой текстуры, как описано в находящемся в совместном владении патенте US 8169699 под названием "Polarization preserving front projection screen with engineered pigment and method for making same", или с целью физического дробления металлизированной подложки, как описано в находящемся в совместном владении патенте US 8194315 под названием "Polarization preserving projection screen with engineered particle and method for making same", которые в обоих случаях во всей полноте в порядке ссылки включены в настоящую заявку и каждый из которых может применяться для замены металлических чешуек традиционной системы экрана. Системы и способы, описанные в настоящем изобретении, могут дополнительно выгодно применяться в других находящихся в совместном владении патентах на проекционный экран, включая без ограничения патент US 7898734 под названием "Polarization preserving front projection screen", патент US 8072681 под названием "Polarization preserving front projection screen material", патент US 8004758 под названием "Polarization preserving front projection screen microstructures" и патент US 8711477 под названием "Polarization preserving front projection screen microstructures", которые во всех случаях во всей полноте в порядке ссылки включены в настоящую заявку.
Подложки этих сконструированных экранов и, соответственно, сконструированные экраны являются намного более легкими и имеют более высокий модуль Юнга, чем традиционные экраны из упругого ПВХ. Подложками специально сконструированных экранов могут состоять из любых применимых материалов с высоким модулем упругости, таких как PC, PET, жесткий ПВХ, циклоолефины и т.п. В сохраняющих поляризацию рирпроекционных экранах обычно применяется диффузно рассеивающая прозрачная полимерная подложка, рельефная прозрачная подложка или их комбинация.
Соответственно, в упомянутых новых сконструированных экранах с подложкой с высоким модулем упругости вибрации, генерируемые в более высоком диапазоне частот, могут распространяться дальше, чем в традиционных экранах с подложкой с низким модулем упругости. За счет более высокого модуля упругости могут генерироваться и распространяться значительно дальше через экран, чем поверхностные волны с большим компонентом вне плоскости экрана. Эти волны вне плоскости экрана значительно более эффективно понижают уровень спеклов, чем перемещение экрана в плоскости. Кроме того, через традиционные экраны эффективно не распространяются волны в широком спектре частот и волны высокочастотного спектра. В результате, для эффективного распространения через подложку экрана в традиционных экранах должны применяться более низкие частоты, что приводит к звукочастотному шуму. К тому же, для понижения уровня спеклов в традиционных системах экранов со стандартной подложкой из винилу или упругого ПВХ применяются частоты в диапазоне приблизительно 20-30 Гц, поскольку в такой подложке или любой подложке с низким модулем упругости эффективно не распространяются более высокие частоты. Это в особенности касается используемых в кинотеатрах экранов, размеры которых в ширину обычно превышают 10 футов.
Кроме того, более высокие частоты могут использоваться для сообщения вибрации экрану, поскольку они более эффективно распространяются через эти сконструированные экраны. Как описано в изобретении, могут использоваться частоты в диапазоне 30-500 Гц, предпочтительно в диапазоне 50-200 Гц. В некоторых вариантах осуществления диапазон частот может составлять 40-300 Гц. На этих частотах на экране создается движение, которое сложнее заметить, чем на частотах более низких диапазонов, и лучше усредняются спекл-структуры, чем на частотах более низких диапазонов, что обеспечивает более эффективное ослабление видимости спеклов. Приемлемые спеклы могут иметь контрастность приблизительно 15% или менее на расстоянии приблизительно 15 футов от экрана, предпочтительно приблизительно 5% или менее. Кроме того, в описанных системах и способах не требуется, чтобы преобразователь был прикреплен к экрану или соприкасался с частью экрана, на которой отображается изображение, как дополнительно описано со ссылкой на фиг. 1. Иначе говоря, преобразователи могут крепиться к краевым участкам экранов или к области экрана, которая замаскирована и не видна. Преобразователи могут не крепиться к передней или задней области экрана, находящейся в пределах полезной площади экрана или не замаскированной области. Это выгодно, поскольку при размещении преобразователей в пределах полезной площади экрана с передней или задней или с обеих сторон экрана может повышаться вероятность их видимости. Кроме того, если преобразователи размещены в пределах полезной площади экрана с передней или задней или с обеих сторон экрана, вибрации могут быть заметны зрителям, что нежелательно, поскольку отвлекает внимание и приуменьшает качество изображения и удовольствие от просмотра.
Кроме того, при механическом возбуждении экрана с хорошими характеристиками распространения могут генерироваться стоячие волны с сопутствующими им "узлами", которые почти не перемещаются или не перемещаются. Эти области малого перемещения образуют видимые спеклы, которых могут проявляться в виде картины, зависящей от подробностей распространения волн через экран. Вероятно, небольшие различия в структуре стыков или механике крепления вызывают формирование сложной картины стоячих волн.
Помимо этого, вибрация экранов может вызывать звукочастотный шум. Вибрации, близкие к одночастотным генерациям или гармоникам почти одночастотных генераций, вызывают шум, который является очень отчетливым и легко слышимым. Приемлемый звукочастотный шум может составлять приблизительно 40 дБм или менее, предпочтительно приблизительно 35 дБм или менее на расстоянии приблизительно 15 футов от экрана.
В настоящем изобретении предложены системы и способы для решения этих задач путем сообщения экрану более сложного комплекса вибраций. По существу, в определенном диапазоне частот обеспечивается сбор перекрывающихся картин большого и малого смещения, в результате чего во всех областях экрана обеспечивается достаточное движение для уменьшения видимых спеклов. Как описано ранее, приемлемые спеклы могут иметь контрастность приблизительно 15% или менее, предпочтительно приблизительно 5% или менее.
Кроме того, в изобретение предложены системы и способы определения диапазона частот, который может быть эффективен для удаления видимых спеклов, не создавая чрезмерного слышимого звука. В одном из вариантов осуществления исходным спектром может являться широкий спектр "белого" или "розового" шума или другие сложные широкополосные формы колебаний. Затем широкий спектр может корректироваться программными и/или аппаратными средствами с использованием фильтров высоких и/или низких частот в процессе контроля характеристик экрана. В одном из примеров осуществления источником шума может являться аналоговое электронное оборудование или поток псевдослучайного шума компьютерной программы.
В одном из альтернативных вариантов осуществления у экрана могут быть предусмотрены края для поглощения экраном части энергии вибраций. В этом варианте осуществления вибрация по краям экрана может затухать для ослабления отражения бегущих волн от края экрана, а также сведения к минимуму стоячих волн или областей интерференции вибраций. В качестве элементов крепления могут использоваться эластомерные ленты или амортизирующие пружины вместо простых пружин. В качестве альтернативы, в элементы крепления могут быть включены энергопоглощающие структуры, такие как элементы из пенорезины.
На фиг. 1 схематически проиллюстрирована система экрана для понижения уровня спеклов. Экран 100 может иметь одну или несколько монтажных планок 102. Монтажные планки 102 придают жесткость и толщину экрану 100 и могут распределять нагрузку на монтажные отверстия 106 на краю экрана 100. В одном из вариантов осуществления могут быть предусмотрены монтажные планки 102 сверху экрана 100 и снизу экрана 100. В альтернативных вариантах осуществления может быть предусмотрена монтажная планка 102 только сверху экрана 100 или только снизу экрана 100. В еще одном из вариантов осуществления монтажная планка может быть разрезана на небольшие участки, например, приблизительно четырехдюймовые монтажные участки, которые могут находиться сверху и снизу экрана. Кроме того, монтажные участки могут иметь размер менее приблизительно одного дюйма или достигать в ширину приблизительно 15 дюймов. Эти способы в целом описаны в предварительной патентной заявке 61/938304 под названием "Strain relieved mounting method for screen material", которая подана 11 февраля 2014 г. и во всей полноте в порядке ссылки включена в настоящую заявку.
Монтажное отверстие 106, которое может быть снабжено прокладкой, позволяет крепить монтажные пружины или тросы, а затем монтажную раму к экрану 100 для натяжения и монтажа экран 100 традиционным способом. Также могут использоваться монтажные планки по бокам экрана, как описано в находящейся в совместном владении заявке US 61/697692 под названием "Mechanical design and optical benefits of high elastic modulus cinema screen substrates", которая во всей полноте в порядке ссылки включена в настоящую заявку.
Экран 100 также содержит один или несколько преобразователей 104, установленных на монтажных планках 102. В одном из вариантов осуществления за счет этого может увеличиваться интервал перемещения вибраций через экран 100. В другом варианте осуществления и, как описано со ссылкой на фиг. 2, преобразователи также могут крепиться непосредственно к краям экрана в отличие от крепления преобразователей к монтажной планке или монтажным участкам.
Как показано на фиг. 1, поскольку вибрации могут перемещаться достаточно далеко через экран, преобразователи 104 могут устанавливаться в различных конфигурациях по краям экрана 100. Важно, что преобразователи 104 необязательно должны крепиться к передней или задней стороне экрана 100, на которой отображается изображения, или соприкасаться с ней. Иначе говоря, преобразователи могут устанавливаться по краям экрана или на замаскированном участке экрана. Замаскированное размещение преобразователей также выгодно для ослабления шума. Типичная маскировка может иметь размер приблизительно от 1 дюйма до 2 футов в зависимости от схемы монтажа экрана, геометрии помещения и изображения. Маскировка обычно является черной и может быть дополнена шумопоглощающими или отражающими материалами, такими как пластмассы, пены, ткани, шерсть, металл, дерево или другие соответствующие материалы или любое их сочетание. Маскировка может быть установлена или подвешена спереди края или краев экрана на тросе или шнуре, протянутом перед маскируемым участком экрана и прикрепленном к раме экрана. Для размещения маскировки ближе к экрану без касания экрана может использоваться металлическая пластина или металлический лист, удерживающий звукопоглощающую маскировку ближе к экрану. Маскировка может проходить по всему периметру или краям экрана или находиться только в местах установки преобразователей. По соображениям ослабления звука может использоваться маскировка спереди и сзади экрана.
В случае экраном меньших размеров снизу экрана 100 может быть установлен один или несколько преобразователей 104 вибрации. Преобразователи 104 могут крепиться с помощью винтов и пластины, которые прижимают монтажную планку 102 и удерживают преобразователи 104 на экране 100. В качестве другой альтернативы, преобразователи 104 могут крепиться к металлической раме экрана 100 и соприкасаться с монтажной планкой 102. Обычно, шаг размещения на монтажной планке 102 может составлять от 4 до 40 футов. Поскольку монтажная планка 102 является механически более прочной, могут использоваться тяжелые преобразователи и/или более мощные преобразователи. Монтажная планка 102 также может более равномерно сообщать вибрацию экрану 100 на определенной площади, а не в виде точечного контакта. Также возможно крепление преобразователей путем их приклеивания к монтажной планке (с использованием или без использования дополнительных пластин). Поскольку в идеале масса крепежных элементов может сводиться к минимуму, вибрация не затухает. В зависимости от веса преобразователей также возможно крепление вибрационных элементов или преобразователей к монтажным участкам или непосредственно к экрану этими способами. Термины вибрационные элементы и преобразователи могут использоваться взаимозаменяемо в целях описания, а не ограничения.
Преобразователи 104 могут содержать механические элементы или устройства, такие как механические вибрационные устройства, эксцентриковые или несбалансированные электродвигатели, вибраторы с колебаниями изгиба или обычные электродвигатели (линейные или роторные), пьезоэлектрические устройства, звуковые катушки или вибрационные устройства других типов. Тем не менее, при использовании роторных электродвигателей в генерируемом возбуждении преобладает одна частота или преобладает гармоника. Вибрации, близкие к одночастотным генерациям или гармоникам почти одночастотных генераций, вызывают шум, который является очень отчетливым и легко слышимым, как описано ранее.
На фиг. 2 схематически проиллюстрирована другая система экрана для понижения уровня спеклов. Система экрана, показанная на фиг. 2, сходна с системой экрана, показанной на фиг. 1, но на фиг. 2 отсутствует монтажная планка. Экран 200 может содержать один или несколько монтажных участков 202. Монтажные участки 202 могут быть снабжены проушинами для крепления экрана к раме. Экран 200 может крепиться амортизационными шнурами, пружинами или любым другим применимым элементом. На фиг. 2 также показаны преобразователи 210. Преобразователи 210 могут крепиться к монтажному участку 202, монтажной планке (не показанной) или непосредственно к экрану 200, как показано на фиг. 2. Преобразователи 210 могут быть размещены через определенный интервал 220. Интервал между преобразователями может определяться размером и модулем упругости подложки экрана. Интервал между преобразователями может дополнительно определяться энергией/мощностью сигнала, поступающего в преобразователь и подводимого к экрану для приемлемого понижения уровня спеклов. Энергия/мощность, которая может использоваться на практике, может быть ограничена характеристиками преобразователей, такими как надежность, допустимая мощность и т.п., а также звукочастотным шумом, который может генерироваться. Обычно может использоваться большее число менее мощных преобразователей, которые могут действовать тише, чем один преобразователь большой мощности, и могут лучше подавлять спеклы.
На фиг. 3 проиллюстрирован механический преобразователь 104, прикрепленный к монтажной планке 102. На фиг. 3 также показаны ленты 108 для натяжения экрана 100. В одном из вариантов осуществления вибрация по краям экрана может затухать с целью ослабления отражения бегущих волн от края экрана 100, а также сведения к минимуму образования стоячих волн даже при вибрациях в более ограниченной полосе. Так, в качестве элементов крепления могут использоваться эластомерные ленты 108 или амортизирующие пружины вместо простых пружин, как показано на фиг. 3. В качестве альтернативы, в элементы крепления могут быть включены энергопоглощающие структуры, такие как элементы из пенорезины. Кроме того, элементы крепления могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы вибрация не генерировала дополнительный звукочастотный шум. Так, шнуры или амортизирующие пружины могут действовать лучше, чем стандартные металлические пружины с точки зрения акустики.
На фиг. 4 схематически проиллюстрирован спектр 400 вибрация экранов с использование механического преобразователя. На фиг. 4 проиллюстрированы частоты, генерируемые на специально сконструированном экране с высоким модулем упругости. Механический преобразователь, используемый для генерации спектра 400, создает слышимые гармоники, уровень которых превышает приемлемый уровень шума. Иначе говоря, мощность или энергия механического преобразователя сосредоточена на гармонических частотах и создает нежелательный звукочастотный шум. Более точно, мозг человека очень хорошо распознает и/или слышит сигналы или сосредоточенные частоты гармоник, но не способен легко распознавать или слышать сигналы приблизительно такой же мощности, широко рассеянные на множестве частот.
На фиг. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая спектр 500 мощности источника шума с ослабленными низкими и высокими частотами. По оси x на фиг. 5 отложена частота в герцах, а по оси y - нормированная мощность/частота в герцах. Спектром 500 является заданный спектр частот или спектр мощности электрического сигнала, который приводит в действие преобразователи. Иначе говоря, спектром 500 является преобразование Фурье электрического сигнала, подаваемого в преобразователь. Обычно более высокие частоты легче слышать, и, соответственно, они нежелательны, а более низкие частоты трудно генерировать без крупных тяжелых преобразователей, таких как сабвуферы, в отличие от нормальных динамиков, и они могут вызывать эффект биения на определенных мгновенных частотах проектора. Этот спектр мощности может генерироваться путем использования высокочастотного и низкочастотного полосовых фильтров с целью фильтрации белого шума или других широкополосных сигналов и получения спектр, проиллюстрированного на фиг. 5.
Кроме того, на фиг. 5 мощность или энергия, которая широко рассеяна в заданном спектре частот, в отличие от фиг. 4, на которой проиллюстрирована мощность или энергия, сосредоточенная на гармонических частотах, и мощность или энергия, которая широко не рассеяна в спектре частот. Как показано на фиг. 5, при этой форме колебаний некоторые частоты имеют больше энергии, но обычно форма колебаний или сигнал широко рассеян среди множества частот. Количество энергии на конкретной частоте обычно не имеет первостепенной важности. Сигнал может быть приспособлен к передаточной функции преобразователя с целью наиболее эффективного понижения уровня спеклов, сведения к минимуму шума и достижения набольшей отдачи мощности. Заданный спектр частот может находиться в интервале приблизительно 30-500 Гц, предпочтительно 50-200 Гц. В некоторых вариантах осуществления заданный спектр частот может находиться в диапазоне 40-300 Гц.
Источник шума может быть приспособлен к заданному спектру частот или спектру мощности и может иметь ослабленные высокие и низкие частоты с целью уменьшения видимости спеклов по всей площади экрана без создания нежелательного звукочастотного шума. Типичный спектр 500, такой как показан на фиг. 5, может использоваться для приведения в действие преобразователя или преобразователей 104, прикрепленных к экрану 100, что уменьшает видимость спеклов по всей площади экрана без создания нежелательного звукочастотного шума. Для эффективного крепления преобразователя 104 типа звуковой катушки к непосредственно к экрану, как показано на фиг. 2, или к монтажной планке экрана, как показано на фиг. 1, могут использоваться легкие пластины, который сжимают экран 100 с обеих сторон. В одном из альтернативных вариантов осуществления сложные формами колебаний могут приводить в действие пьезоэлектрические приборы. По существу, в определенном диапазоне частот обеспечивается сбор перекрывающихся картин большого и малого смещения, в результате чего во всех областях экрана 100 достаточно движения для уменьшения видимых спеклов.
Движение, вызываемое преобразователями, может происходить в направлении z - или вне плоскости экрана. При этом могут лучше ослабляться спеклы, чем при движении в плоскости экрана, за счет временного усреднения множества спекл-структур за время интегрирования глаза. Время интегрирования глаза обычно составляет приблизительно от 50 до 150 миллисекунд. Множество преобразователей может быть соединено друг с другом и может приводиться в действие одним и тем же электронным оборудованием. Множество преобразователей может быть размещено с различных сторон экрана или с одной стороны экрана. Преобразователи могут совпадать или не совпадать по фазе или иметь случайные фазы. Помимо основных вибрационных элементов или основных преобразователей на экране могут быть размещены дополнительные или резервные преобразователи. Резервные преобразователи или резервные вибрационные элементы могут применяться или приводиться в действие только при обнаружении отказа основного преобразователя с целью повышения надежности системы. Основными преобразователями могут являться преобразователи, которые приводятся в действие в нормальном состоянии системы проекционного экрана, а резервные преобразователи могут приводиться в действие только при отказе основного преобразователя. Отказы могут обнаруживаться путем измерения вибрации экранов с помощью датчиков вибраций или при открытом или короткозамкнутом конкретном основном преобразователем. Кроме того, если вибрацию экрану сообщает один или несколько резервных преобразователей, также могут обнаруживаться отказы эти резервных преобразователей. В случае отказа одного из резервных преобразователей для сообщения вибрации экрану может использоваться другой резервный преобразователь.
Кроме того, в изобретении предложен способ определения приблизительного диапазона частот, в котором могут эффективно удаляться видимые спеклы без создания избыточного слышимого звука. С этой целью начинают с широкого спектра "белого" или "розового" шума, а затем настраивают фильтры высоких и низких частот программными или аппаратными средствами в процессе контроля характеристик экрана. Источником шума может являться аналоговое электронное оборудование или поток псевдослучайного шума компьютерной программы. Согласно одному из примеров способа в компьютерной программе может создаваться поток шума, а затем могут изменяться параметры акустического фильтра, пока не будут достигнут удовлетворительный результат, такой как генерация шума менее приблизительно 40 дБм. Одним из примеров спектра шумов является белый шум, подвергнутый фильтрации через фильтр верхних частот со спадом 24 дБ на октаву и граничной частотой 30 Гц по уровню -3 дБ и фильтр низких частот со спадом 24 дБ на октаву и граничной частотой 70 Гц по уровню -3 dB. Шум или спектр частот может варьировать в зависимости от типа преобразователя, подложки экрана, монтажной планки и от того, прикреплен ли преобразователь непосредственно к экрану или к монтажному участку, который прикреплен к экрану.
На фиг. 6 проиллюстрирован преобразователь 604 типа звуковой катушки, прикрепленный к экрану 100, показанному на фиг. 1. Как показано на фиг. 6, Для эффективного крепления преобразователя 604 типа к монтажной планке 102 экрана или непосредственно к экрану, как показано на фиг. 1, могут использоваться легкие пластины, который сжимают экран 100 с обеих сторон. Как описано выше, легкая пластина, которая прижимает преобразователь к экрану, может распространять меньше звукочастотного шума, чем более тяжелы зажимные приспособления, которые могут применяться. Легкие пластины могут весить менее приблизительно 150 грамм, предпочтительно менее приблизительно 50 грамм.
На фиг. 7А и 7Б проиллюстрированы звуковая катушка 710 и зажимное устройство 720. Преобразователи, такие как звуковая катушка, проиллюстрированная на фиг. 7А и 7Б, могут крепиться к экрану несколькими способами. Преобразователи или вибрационные элементы могут крепиться к монтажной планке, монтажному участку или непосредственно к экрану. Монтажной планкой может являться планка, приклеенная с одной или обеих сторон по краям экрана, чтобы увеличить толщину области крепления экрана к раме, как описано ранее. Монтажным участком может являться пластмассовый участок, который может быть прикреплен к экрану клеем или механическим путем и содержит средство подвешивания экрана к пружине, амортизационному шнуру, тросу или другому приспособлению для соединения экрана с рамой. Монтажный участок, используемый для крепления преобразователя, может не содержать средства соединения с амортизационным шнуром или другим приспособлением. Преобразователь может крепиться механическим путем, таким как на клее или с путем ввинчивания болтов и винтов в экран, хотя при этом обычно повреждается экран.
На фиг. 7А и 7Б показаны альтернативные монтажные решения. Преобразователь может удерживаться механическим зажимным устройством, обе половины которого сжимают или сдавливают экран с обеих сторон. На фиг. 7А показан преобразователь, которым является звуковая катушка 710, и зажимное устройство 720. Как показано на фиг. 7А и 7Б, он выполнен из пластмассы, но могут использоваться другие материалы; тем не менее, обычно предпочтительны более легкие материалы. На фиг. 7Б дополнительно показана звуковая катушка, вставленная в зажимное устройство, которое зажато с помощью двух винтов, болтов, гаек или любого другого применимого крепежного элемента. Поскольку болты или винты могут проходить через экран, монтажное устройство может быть размещено в любой части периметра или краев экрана. При этом монтажное устройство также может быть размещено на краю экрана, но с болтами вне экрана, в результате чего в экране не требуются отверстия. В этом примере зажимное устройство может прижимать преобразователь к экрану, но без повреждения экрана. За счет этого преобразователи могут размещаться в любом месте по краям экрана. Вокруг экрана может быть размещено множество преобразователей в зависимости от размера экрана и в целях резервирования на случай отказа.
Используемыми в описании терминами "преимущественно" и "приблизительно" обозначается допустимый в технике допуск на соответствующий параметр или зависимость между параметрами. Такой допустимый в технике допуск на значения параметров, углы и т.д. составляет без ограничения от 0 до 10%. Такой допуск на зависимость между параметрами составляет приблизительно от 0 до 10%.
Хотя выше описаны различные варианты осуществления в соответствии с раскрытыми принципами изобретения, подразумевается, что они представлены в лишь в качестве примера, а не с целью ограничения. Так, объем настоящего изобретения ограничен не каким-либо из описанных выше примеров осуществления, а только формулой изобретения и ее эквивалентами, вытекающими из настоящего описания. Кроме того, преимущества и признаки описанных вариантов осуществления не ограничивают применимость формулы изобретения к процессам и структурам, в которых реализованы любые или все из упомянутых преимуществ.
Кроме того, заголовки разделов приведены в описании в соответствии с рекомендациями статьи 1.77 раздела 37 Свода федеральных правил или для облегчения поиска информации. Эти заголовки не ограничивают и не описывают изобретение(-я), заявленное в каком-либо из притязаний, которое может вытекать из настоящего изобретения. В частности и в качестве примера, несмотря на заголовок "Область техники, к которой относится изобретение", притязания не следует ограничивать формулировками этого раздела, использованными для описания так называемой области техники. Кроме того, описание технологии в разделе "Предпосылки создании изобретения" не должно считаться признанием того, что она является известным уровнем техники применительно к какому-либо варианту(-ам) осуществления настоящего изобретения. Раздел "Краткое изложение сущности изобретения" также не следует рассматривать как характеристику варианта(-ов) осуществления, заявленных в притязаниях. Помимо этого, любое упоминание в настоящем описании "изобретения" в единственном числе не должно использоваться для доказательства того, что в настоящем описании раскрыт лишь один обладающий новизной объект. В объем множества притязаний, вытекающих из настоящего описания, может входить множество вариантов осуществления, и соответственно в таких притязаниях охарактеризовано охраняемый ими вариант(-ы) осуществления и их эквиваленты. Во всех случаях объем таких притязаний рассматривается согласно их существу в свете настоящего описания, и не должен быть ограничен приведенными в описании заголовками разделов.
Реферат
Изобретение относится к проекционным экранам, снабженным средствами подавления спеклов. Способ понижения уровня спеклов на проекционном экране предполагает сообщение вибрации проекционному экрану в заданном спектре частот c широким распределением мощности, ослабление спеклов на проекционном экране до приемлемого уровня. Для уменьшения передачи звука от вибрационных элементов вибрационные элементы размещают сзади маскировки. Преобразователь выполнен в виде катушки и функционирует в частотном диапазоне 30-500 Гц. Приемлемый уровень спеклов составляет менее приблизительно 15% контрастности на расстоянии приблизительно 15 футов от проекционного экрана. Проекционный экран дополнительно содержит подложку с модулем упругости 0,4 ГПа. Устройство снабжено функцией обнаружения отказа основного преобразователя путем измерения вибрации проекционного экрана и приведения в действие резервных преобразователей только при обнаружении отказа по меньшей мере одного основного преобразователя. Маскировка экрана содержит шумопоглощающий материал. Технический результат – подавление спеклов изображения, повышение надежности функционирования, уменьшение дискомфорта, вызываемого нежелательным шумом устройства. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 8 ил.
