CN107209394A - 立体3d显示器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于扫描表面立体三维(3D)显示器中的投影屏幕的驱动***，其中，该驱动***使投影屏幕相对于投影***以屏幕往复频率往复经过行程距离。该驱动***包括执行器布置和用于投影屏幕的支撑结构，所述执行器布置用于大体上以屏幕往复频率产生经过输入行程距离的输入往复力。所述支撑结构进一步包括用于投影屏幕的共振安装布置，其中，该共振安装布置可操作地连接到执行器布置，并且被构造为使得投影屏幕可以往复经过行程距离。另外，共振安装布置被构造为在执行器布置启动时具有与屏幕往复频率基本上相等的共振频率。还公开了一种并入基于该驱动***的扫描表面立体3D显示器的游戏机。

Description

立体3D显示器
优先权文件
本申请要求2014年12月8日提交的标题为“Volumetric 3D Display”的美国临时专利申请No.62/089064的优先权，该申请的内容全文通过引用并入。
通过引用并入
以下出版物在本申请中被提到，并且它们的内容特此全文通过引用并入：
国际专利申请No.PCT/US2014/033233(WO 2014/165863)，标题为“A SYSTEM FORCAPTURING TRANSMITTING,AND DISPLAYING VOLUMETRIC DATA”，于2014年4月7日提交，并且要求美国临时申请No.61/808,867的优先权；
Sahyoun的美国专利No.6,853,734，标题为“Audio Speaker Damper withElectrically Conductive Paths Thereon to Carry Voice Coil Signals and aMethod Therefore”，并且于2003年5月19日提交；
Sahyoun的美国专利No.7,449,803，标题为“Electromagnetic Motor to Createa Desired Low Frequency Vibration or to Cancel an Undesired Low FrequencyVibration”，并且于2005年3月21日提交；以及
Stauder的美国专利No.3,024,374，标题为“Linear Rate Generator”，并且于1957年10月7日提交。
技术领域
本公开涉及一种用于显示立体数据的立体三维(3D)显示器。具体地说，本公开涉及用于立体3D显示器的投影屏幕的驱动***。
背景技术
在我们早先的标题为“A SYSTEM FOR CAPTURING TRANSMITTING,AND DISPLAYINGVOLUMETRIC DATA”的PCT申请No PCT/US2014/033233中，描述了一种立体3D显示器，该申请全文通过引用合并于此。该显示器是基于：包括往复屏幕和背投***的往复扫描体布置。如该PCT申请中所指出的，这样的***所需的往复频率为大约20Hz或优选地更高，以便使明显的闪烁减小到适合于一般的显示器和互动游戏娱乐的水平。
对于大体积显示器，这暗示着，屏幕必须每秒行进经过大约10cm的距离或行程大约20次。这些要求可能对屏幕的驱动***施加很大的物理压力。此外，需要确保使屏幕位置与投影仪同步以确保正确的二维(2D)图像或切片是针对该特定屏幕位置投影的。
因此，需要提供一种用于立体3D显示器的能够以提高的行程频率驱动屏幕以减小3D显示器中的明显闪烁的驱动***。
发明内容
在第一方面，本公开提供了一种用于扫描表面立体三维(3D)显示器中的投影屏幕的驱动***，该驱动***可操作为使投影屏幕相对于投影***以屏幕往复频率往复经过行程距离，该驱动***包括：
执行器布置，用于大体上以屏幕往复频率产生经过输入行程距离的输入往复力；以及
用于投影屏幕的支撑结构，该支撑结构包括用于投影屏幕的共振安装布置，该共振安装布置可操作地连接到执行器布置，并且被构造为使得投影屏幕可以往复经过行程距离，其中，共振安装布置被构造为在执行器布置启动时具有与屏幕往复频率基本上相等的共振频率。
在另一种形式中，用于投影屏幕的支撑结构包括用于支撑投影屏幕的第一支撑组件以及安装共振安装布置以用于附连到第一支撑组件的第二支撑组件。
在另一种形式中，第二支撑组件直接连接到执行器布置以继而驱动共振安装布置以驱动第一支撑组件和投影屏幕来以屏幕往复频率往复。
在另一种形式中，执行器布置包括单个执行器，并且其中，第二支撑组件连接到所述单个执行器。
在另一种形式中，执行器布置包括多个执行器，并且其中，第二支撑组件连接到所述多个执行器。
在另一种形式中，第二支撑组件包括基本上围绕第一支撑组件的框架构件，并且其中，共振支撑布置包括一个或多个弹性构件，所述一个或多个弹性构件被安装到框架构件并且从框架构件延伸，并且被附连到第一支撑组件。
在另一种形式中，第一支撑组件和第二支撑组件成堆叠构造，并且其中，共振支撑布置包括一个或多个弹性构件，所述一个或多个弹性构件被安装到第二支撑组件并且从第二支撑组件延伸，并且被附连到第一支撑组件。
在另一种形式中，第二支撑组件相对于执行器布置静止，并且执行器布置直接驱动共振安装布置以驱动第一支撑组件和投影屏幕以屏幕往复频率往复。
在另一种形式中，第二支撑组件包括基本上围绕第一支撑组件的框架构件，并且其中，共振安装布置包括一个或多个安装构件，所述一个或多个安装构件被安装到框架构件并且从框架构件延伸，并且被附连到第一支撑组件。
在另一种形式中，所述一个或多个安装构件包括弹性部分。
在另一种形式中，所述一个或多个安装构件进一步包括不可延伸部分，并且其中，执行器布置相对于第二支撑组件直接驱动不可延伸部分以继而驱动弹性部分。
在另一种形式中，执行器布置包括多个执行器，每个执行器驱动相应的安装构件。
在另一种形式中，由投影屏幕的行程距离与执行器布置的输入行程距离之比限定的放大因子大于或等于10。
在另一种形式中，放大因子大于或等于15。
在另一种形式中，放大因子大于或等于20。
在另一种形式中，投影屏幕的往复频率为大约20Hz。
在另一种形式中，共振安装布置是可调谐的以改变共振频率。
在另一种形式中，执行器布置是基于一个或多个线性执行器的。
在另一种形式中，所述一个或多个线性执行器是一个或多个电磁线圈。
在另一种形式中，所述一个或多个电磁线圈是重低音扬声器。
在另一种形式中，所述一个或多个电磁线圈是低音振动器。
在第二方面，本公开提供了一种并入根据本公开的第一方面的驱动***的扫描表面立体3D显示器。
在第三方面，本公开提供了一种合并本公开的第二方面的扫描表面立体3D显示器的游戏机。
附图说明
将参照附图来讨论本公开的实施例，其中：
图1是根据说明性实施例的立体3D显示器的***框图；
图2是用于图1所示的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***子***的***框图；
图3是用于根据说明性实施例的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***的透视图；
图4是图3所示的驱动***的侧视图；
图5是图3所示的驱动***的顶视图；
图6是用于根据另一个说明性实施例的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***的透视图；
图7是图6所示的驱动***的侧视图；
图8是图6所示的驱动***的顶视图；
图9是用于根据进一步的说明性实施例的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***的透视图；
图10是图9所示的驱动***的侧视图；
图11是图9所示的驱动***的顶视图；
图12是用于根据另一个说明性实施例的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***的透视图；
图13是图12所示的驱动***的侧视图；
图14是图12所示的驱动***的顶视图；
图15是用于根据又一个说明性实施例的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***的透视图；
图16是图15所示的驱动***的侧视图；
图17是图15所示的驱动***的顶视图；
图18是用于根据进一步的说明性实施例的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***的透视图；
图19是图18所示的驱动***的侧视图；
图20是图18所示的驱动***的顶视图；
图21是用于根据又一个说明性实施例的立体3D显示器的投影屏幕的驱动***的透视图；
图22是图21所示的驱动***的侧视图；
图23是基于根据说明性实施例的立体3D显示器的游戏机的透视图；以及
图24是图23所示的游戏机的侧视图。
在以下描述中，相似的引用字符在所有图中始终指定相似的或对应的部分。
具体实施方式
现在参照图1，示出了描绘根据说明性实施例的立体3D显示器100的各种子***的***框图。该例子中的立体3D显示器包括数据处理器150、投影仪120、驱动***130和投影屏幕110以及可选的同步***140。现在将在下面详细地描述这些子***的交互。
驱动***130使得投影屏幕110相对于投影仪120以屏幕往复频率往复经过行程距离。因为投影屏幕的位置是已知的，所以与该位置相对应的相关的2D图像或“切片”在此时可以被投影到投影屏幕上。当投影屏幕越过由投影屏幕的最大行程距离限定的扫描体时，将每个2D切片“加”在一起的视觉暂留形成3D合成图像。
数据处理器150(在一个实施例中，为标准个人计算机(PC)的形式，或者可替代地，可以实现为定制电子板)用于以正确的时序为投影仪120提供相关的2D图像。数据处理器150维护跨越特定时刻的物理扫描体的长度(X)、宽度(Y)和高度(Z)的图像数据的3D坐标阵列。指定3D坐标阵列的元素在给定时间内的像素值的数据被作为输入从在数据处理器150上运行的程序(例如，游戏程序)或者从外部源接收到数据处理器150中。该输入3D数据然后被实时地处理并更新到3D坐标阵列，该3D坐标阵列形成发送到投影仪120的显示信息的基础。立体3D显示器的这些投影方面的进一步的描述可以在我们早先的标题为“A SYSTEMFOR CAPTURING TRANSMITTING,AND DISPLAYING VOLUMETRIC DATA”的PCT申请中找到，该申请全文通过引用合并于此。
在该说明性实施例中，包括它自己的微处理器的同步***140确定整个体何时已经被投影仪处理。对于正被投影的每一批24个切片，信号被投影仪发送到微处理器。微处理器接收该信号，并且在从期望的往复频率计算的预定批数之后，将整个扫描体已经被投影仪120显示的信号发送到数据处理器150，该信号暗示投影屏幕110即将开始一个周期。
该实施例中的同步***140还用于产生用于控制驱动***130的波形。该方法的一个优点是，控制驱动***130和投影***120的信号可以独立于任何其他的数据处理进行操作。另一个优点是，从数据处理器150(比如PC音频扬声器)输出的任何音频可以被用于游戏或应用相关的音频(见下)，而不是将音频驱动信号提供给驱动***130。
从该同步信号，数据处理器150重置内部计数器以指示将被发送到投影仪的2D截面图像或切片应该对应于与图像数据的3D坐标阵列的最底部平面相关联的2D图像。增大的Z位置或高度的相应图像然后被以预定速率发送到投影仪120，以使得当投影屏幕已经到达其往复周期的顶部时，与扫描体的最大高度相对应的最终2D截面图像被发送到投影仪120进行显示。如将意识到的，在另一个实施例中，相应的2D图像也可以被交错在往复的投影屏幕110的“上行”和“下行”冲程上。
在另一个实施例中，不利用单独的同步***140，并且数据处理器150包括音频输出，输出波形从数据处理器产生以供该音频输出进行输出以用来直接驱动驱动***130。在其他实施例中，投影仪120和数据处理器150可以被组合为单个单元。
确定3D图像的质量的最重要的因素之一是投影屏幕的往复频率。对于恒定的行程距离，增大的往复频率使得扫描体被更迅速地越过，因此更多信息可以在每一单位时间被投影。大约20Hz的往复频率已经被发现适合于大多数应用。在一个实施例中，数据处理器150以每秒2880个帧的帧率将2D图像发送到投影仪120。对于20Hz往复频率，这于是对应于一个周期144个帧或单次越过扫描体的72个帧。
驱动***130用于使投影屏幕110以往复频率往复。现在参照图2，示出了根据说明性实施例的驱动***130子***的***框图。在该例子中，驱动***130包括执行器布置131、用于投影屏幕110的支撑结构132以及共振安装布置133，支撑结构132使得投影屏幕可以往复经过行程距离。执行器布置131以输入频率产生输入往复力，该输入往复力的能量被共振安装布置传送到投影屏幕110以使投影屏幕110往复。如果执行器布置131的输入频率与共振安装布置133的共振频率(其已经被调谐为期望的往复频率)匹配，则这导致来自执行器布置131的输入往复运动大幅放大。
在另一个实施例中，投影仪120将顶帧计数信号发送到传感器***140，该顶帧计数信号指示与扫描体的预期顶部相对应的顶帧已经被显示。如将意识到的，顶帧计数信号预期被以往复频率产生，因此，可以用作反馈给驱动***130的反馈信号以确保驱动***130正被以正确的频率驱动。
在一个实施例中，执行器布置131从同步***140接收顶帧计数信号。在另一个实施例中，执行器布置131直接从投影仪120接收该信号。在执行器布置131基于电磁线圈类型的执行器的情况下，源于投影仪120的顶帧计数信号可以用于产生形成放大器的输入的模拟输出波形，该模拟输出波形继而以正确的往复频率驱动电磁线圈。
现在参照图3至图5，示出了根据说明性实施例的用于投影屏幕110的驱动***300的透视图、侧视图和顶视图。驱动***300包括支撑结构132、共振安装布置133以及执行器布置131。在该实施例中，支撑结构132包括第一支撑组件320，其用于支撑由3MTMVikuitiTM背投显示膜形成的投影屏幕110。该材料是厚度为0.3mm(没有衬垫)的高对比度柔性膜，该膜使得可以显示高分辨率、高亮度图像。根据需要，该膜还包括使得投影屏幕可以被粘附到第一支撑组件320的粘合层。
在该例子中，利用长度为20cm的方片VikuitiTM膜。第一支撑组件320由具有方形盖类型的构造的透明聚碳酸酯材料形成，并且为投影屏幕110以及共振安装布置113可以附连到的结构提供刚性支撑。
如将显而易见的，投影屏幕110可以由具有合适的显示特性(比如高对比度、半透明和基本上不散射)的其他材料形成，这些材料包括比如可从Screen InnovationsTM购得的Black DiamondTM Rear-ProTM膜的其他专有背投材料。在其他例子中，可以利用薄层苯乙烯。在又一个例子中，也可以利用比如氨纶的织物。在还有的其他实施例中，织物可以是透气的和/或有孔的以减小由于投影屏幕110移动而引起的空气阻力。
支撑结构132还包括第二支撑组件330，其包括外部方形框架构件331和四个支柱332，每个支柱332向下延伸并且向内逐渐缩小以被敞开的圆柱形结构333支撑，圆柱形结构333包括由四个垂直延伸支腿339结合的三个垂直间隔的环336、337、338，并且其中心圆形开口提供2D图像被投影仪120经过其投影的孔径，并且其底端被置于执行器布置131上。
在该实施例中，执行器布置131是电磁线圈器件，在该例子中，该电磁线圈器件是具有30mm的最大行程的12英寸的重低音扬声器340。重低音扬声器340是具有附连到电磁线圈驱动器342的外部框架或篮形物341的常规设计，电磁线圈驱动器342包括永磁体和极组件(未示出)以及置于篮形物341内的内部纸盆343或隔膜343。纸盆343使置于电磁线圈驱动器内的电磁线圈(未示出)附连到其基部，该电磁线圈将根据施加于该电磁线圈的电流而被使得在篮形物341内垂直地往复经过输入行程距离d2(在图4中被最好地示出)。
如图3中最好地看到的，支撑结构132的底环338置于重低音扬声器340的纸盆343的顶部。因此，当重低音扬声器340被启动以使纸盆343垂直往复时，这将使整个支撑结构132以纸盆343往复或振动的相同频率往复。
支撑结构132进一步包括用于投影屏幕110的共振安装布置133。在该实施例中，共振安装布置133包括四个弹性构件371，每个弹性构件371在一端附连到第一支撑组件320的拐角，第一支撑组件320支撑投影屏幕110，并且向外延伸以被安装到第二支撑组件330的方形框架构件331的拐角。以这种方式，投影屏幕110能够由于弹性构件371的可延伸性而在框架构件331上下垂直地往复通过所需的行程距离d1(在图4中被最好地看到)。在该说明性实施例中，弹性构件371由当被完全压缩时量距为1.5mm、直径为15mm、长度为65mm的弹簧钢形成，但是同样地，其他布置可以被使用，比如由橡胶或适当的合成材料形成的弹性带的使用。如还将意识到的，可以改变单个的弹性构件的数量以及它们的定位来获得期望的共振频率。
在另一个实施例中，弹性构件371可以为从框架构件331延伸到第一支撑组件320的径向挠曲构件的形式。Sahyoun的标题为“Audio Speaker Damper with ElectricallyConductive Paths Thereon to Carry Voice Coil Signals and a Method Therefore”的美国专利No.6,853,734中公开了可以以这种方式适应的径向挠曲，该专利的整个内容通过引用合并于此。
如将意识到的，弹性构件371可以是如下的任何布置，该布置根据该布置与平衡位置的位移提供恢复力。一些例子包括，但不限于，基于相同极磁体或者空气或液压布置的排斥力的磁性布置。
投影仪120是独立于支撑结构132安装的，以使得它在重低音扬声器340的纸盆343和支撑结构132往复时保持静止。在该实施例中，投影仪120是基于微镜阵列技术的TexasInstrumentsTM DLPTM LightCrafterTM 4500投影仪。LightCrafterTM 4500投影仪相对紧凑，外部尺寸为122mm x 115mm x 48mm，并且能够根据型号产生150L或600L的光输出。投影仪光输出被象征性地示为光输出锥体125。在该例子中，投影仪110附连到置于重低音扬声器340的篮形物或框架341的静止外沿344上的安装板。
如将意识到的，虽然在该实施例中投影仪120被安装在驱动***(在其中，图像被中继镜121向上中继转播到投影屏幕)内的中心，但是情况无需一定如此，因为来自投影仪的图像可以被任何合适的光学布置从遥远的位置中继转播。在这种情况下，投影仪120的中心安装有利地缩小占用空间，并且适合于紧凑***。根据构造要求(包括基于多个DLPTM芯片的投影仪)，可以利用其他类型的投影仪。在其他实施例中，可以采用多个投影仪，其中，每个投影仪被构造为在扫描体内投影相应的2D切片。在另一个实施例中，可以使用高强度放电(HID)灯泡，每个HID灯泡提供单色源，该单色源然后可以用于产生单色图像或被组合以提供彩色图像。
现在将更详细地描述驱动***的原理，特别是共振安装布置133的操作。共振安装布置133依赖于振荡***将放大相关共振频率的任何周期性输入的原理。在这种情况下，执行器布置131提供纸盆343形式的周期性输入，纸盆343以共振安装布置133的共振频率往复经过输入行程距离d2。能量被第二支撑组件330传送到包括弹性构件371的共振安装布置133，弹性构件在一端被安装到第二支撑组件330，然后继而被安装到第一支撑组件320，投影屏幕110在第一支撑组件320上被支撑。在该例子中，纸盆343在启动时的输入行程距离d2为大约5mm，而当投影屏幕110正以共振频率往复时，投影屏幕110的行程距离为大约100mm(即，就大约20的行程距离来说的放大因子)。
在另一个实施例中，由投影屏幕的行程距离d1与输入行程距离d2之比限定的放大因子为大约20。在其他实施例中，放大因子可以是选自但不限于5-10、10-15、15-20、20-25或25-30的范围。
可以帮助实现共振***的一些因素包括使投影屏幕110和相关联的第一支撑组件320由相对较轻的且刚硬的材料形成。任何振动体中的质量增大将导致动量和力增大，这将需要更强的支撑结构来减小任何二次振动，二次振动可能起到降低实现共振条件的能力的作用。按照该原理，创建强大的驱动力、但是具有最小自重的执行器有可能有帮助。在上述实施例中，利用重低音扬声器340的形式的电磁线圈，其中，重低音扬声器340的移动或被启动元件仅包括纸盆343以及其组合重量小的附连线圈。
另一个考虑是弹性构件371的张力。作为一般的规则，为了增大共振安装布置133的共振频率，弹性构件371的张力也被增大。根据该构造，可能还重要的是，共振安装布置被安装到的第二支撑组件330有合适的刚度或硬度以确保弹性构件371被以正确的张力夹持。
在一些情况下，可能有必要将共振频率修改或调谐到投影屏幕的期望往复频率。在一个例子中，这可以通过改变弹性构件371的张力来实现。在弹性构件371是弹簧的情况下，弹簧可以在一端附连到第一支撑组件320，并且半途延伸到框架构件331。束线带或其他可变张力调整工具然后可以在一端被附连到每个弹簧的自由端，然后在另一端被附连到框架构件331的相应拐角。弹簧的张力然后可以通过渐进地缩短每个拐角上的束线带、直到实现期望的共振频率来增大。在另一种方法中，增大张力的弹性构件371可以被简单地替换到共振安装布置133中，直到实现期望的共振频率。
为了确定驱动***300的共振频率，可以利用可变音调发生器来创建给定频率的可手动控制音调作为重低音扬声器340的输入。在一个示例过程中，音调最初是以1Hz产生的，并且缓慢地增大，直到共振发生。这可直接观察为第一支撑组件320，并且投影屏幕110将到达它们的最大行程距离，但是支撑结构132的移动最小。为了提高共振安装布置的共振频率，可以如上所述那样提高弹性构件371的张力。如将意识到的，共振安装布置的设计可以通过使用合并振动和机械设计能力的计算机辅助设计(CAD)软件来辅助。
现在参照图6至图8，示出了根据另一个说明性实施例的用于投影屏幕110的驱动***400的各种视图。在该例子中，用于投影屏幕110的第一支撑组件420是由透明聚碳酸酯形成的高架盒构造。在另一个实施例中，高架的第一支撑组件420可以由合适刚性材料(比如铝棒等)的线框形成。该实施例中的共振安装布置133被安装到形成外部框架的第二支撑组件430，该外部框架不同于图3至图5所描绘的驱动***，通过被固定于外部433而相对于投影屏幕110保持静止。在该例子中，第二支撑组件430被示为方形框架布置431，方形框架布置431继而可以被附连到立体3D显示器的壳体，如果它具有合适刚度的话(例如，参见图23)。在另一个例子中，壳体本身可以形成第二支撑组件。
虽然已经关于方形投影屏幕描述了以上实施例，但是将意识到，矩形、圆形、多边形或者甚至不规则形状的投影屏幕和支撑结构以及对应的支撑结构可以根据要求被采用。还将意识到，虽然投影***被描绘为在垂直方向上往复，但是驱动***可以被定向到任何所需方向，因为重力效应与共振安装布置的张力相比是最小的。作为非限制性例子，本驱动***可以被实现为驱动投影屏幕在基本水平的方向上往复。
该实施例中的共振安装布置133包括四个安装构件470，每个安装构件470具有弹性部分471，弹性部分471在一端附连到第一支撑组件420，并且在另一端附连到不可延伸或非弹性部分472，不可延伸或非弹性部分472继而被枢转地安装473到外部的第二支撑组件430。以这种方式，不可延伸部分472用于借助于第二支撑组件430的刚性来使安装构件470的弹性部分471保持张紧。
该例子中的执行器布置131再一次是重低音扬声器340，但是在该实施例中，执行器布置131不是最初通过第二支撑组件430、然后通过共振安装布置133来驱动投影屏幕，而是直接驱动由四个安装构件470组成的共振安装布置133。因此，该实施例中的执行器布置131合并了敞开的圆柱形基部构件480，该构件具有图像被投影仪120通过其投影到投影屏幕110上的中心孔径以及四个刚性支柱481。每个支柱481向上延伸，并且在连接点482处被枢转地附连到共振安装布置133的相应安装构件470的不可延伸部分472的端部。
以与参照图3至图5描述的驱动***中的重低音扬声器340对第二支撑组件330的驱动类似的方式，这里，基部构件480根据重低音扬声器的纸盆的往复运动而以往复运动移动经过输入行程距离d2，并且该往复运动然后在附连点482处被传送到四个安装构件470。这于是使不可延伸部分472行进经过行程距离d3，从而驱动安装构件470的弹性部分471，该周期性振荡然后被共振安装布置放大以使投影屏幕110以共振频率往复如前所述的放大的行程距离d1。
由于高架的第一支撑组件，扫描体显示器的基平面将基本上在与四个安装构件470的静止位置相同的平面处。就这一点而论，在3D显示器的扫描体延伸到高于驱动***400的情况下，可以采用该实施例。
如将意识到的，与参照图3和图4描述的实施例相比，正被执行器驱动的部分的重量在该实施例中减轻，因为第二支撑组件430不形成所述布置的正被往复的部分。虽然该实施例的启动布置与早先的实施例的第二支撑组件具有一些相似性，但是可以看出，在该实施例中，不需要安装构件被安装到的并且导致附加重量的足够刚性的框架构件331。相反，该张力调整功能是由在该实施例中不形成组装物的正被往复的部分的第二支撑组件430提供的。
在该例子中，不可延伸部分472被形成为刚性构件，并且如将意识到的，支柱481在其处连接到不可延伸部分472的连接点482的位置可以是变化的。如果连接点482向外远离弹性部分471移动，则不可延伸部分472的附连到弹性部分471的端部将被使得行进经过对于支柱481的对应的输入行程距离来说更大的垂直距离d3。然而，将需要来自重低音扬声器340的更大的输入力来驱动这个更大的行程。
在另一个实施例中，不可延伸部分472由长度不可延伸的柔性材料形成。在这种情况下，虽然连接点482如前所述是可以变化的，但是因为不可延伸部分不是刚性的，所以将不存在有效的力矩臂效果。在另一个实施例中，不可延伸部分472可以是如前所述的其长度可以被缩短以增大弹性部分471中的张力的束线带。与前述实施例一样，弹性部分471可以由任何合适的根据所述布置与平衡位置的位移提供恢复力的布置形成。
现在参照图9至图11，示出了根据另一个说明性实施例的用于投影屏幕110的驱动***500的各种视图。该实施例类似于关于图6至图8描述的实施例，但是代替基于单个重低音扬声器的执行器布置131，本实施例利用单独的等效的重低音扬声器340，这些重低音扬声器340用垂直支柱581驱动每个安装构件470，如前所述，垂直支柱581在附连点482处连接到安装构件470。如将意识到的，所有的重低音扬声器340都需要被基本上同步地驱动，以便实现如前面已经描述的投影屏幕110的共振移动。基于使用四个等效的重低音扬声器340的提高的能力，驱动***500允许有更平坦的尺寸外形和可能更大的投影屏幕110。
现在参照图12至图14，示出了根据另一个说明性实施例的用于投影屏幕110的驱动***600的各种视图。该实施例类似于关于图9至图11描述的实施例，执行器布置131合并了单独的单个的执行器，但是代替使用重低音扬声器，利用低音振动器640的形式的电磁线圈。低音振动器被设计为附连到比如座位的物品以根据输入电信号传送低频振动。该触觉效果通常用于辅助音频***以提供增强现实。
在该说明性实施例中，采用可从Earthquake SoundTM Corporation购得的QuakeTM Q10BTM或MQB-1TM MiniQuakeTM低音振动器。这种类型的低音振动器通常在需要更多功率来移动质量更大的投影屏幕110时被使用。可以利用的其他类型的低音振动器包括Sahyoun的标题为“Electromagnetic Motor to Create a Desired Low FrequencyVibration or to Cancel an Undesired Low Frequency Vibration”的美国专利No.7,449,803中所公开的那些，该专利的全部内容通过引用合并于此。
根据要求可以采用的另一种类型的执行器是包括如Stauder的标题为“LinearRate Generator”的美国专利No.3,024,374中所公开的线性速率发生器的电磁线性执行器，该专利的全部内容通过引用合并于此。
现在参照图15至图17，示出了根据另一个说明性实施例的用于投影屏幕110的驱动***700的各种视图。该实施例组合了参照图3至图5描述的实施例的方面(例如，整个支撑结构132由执行器布置驱动)与参照图9至图11描述的实施例的方面(例如，执行器布置由多个重低音扬声器340组成)。
在该实施例中，支撑结构132再次由第一支撑组件720和第二支撑组件730组成，第二支撑组件730被构造为具有四个支腿732的围绕方形框架731，每个支腿732被安装在相应的重低音扬声器340的纸盆346上。第一支撑组件720具有为投影屏幕110提供高架平台的盒式构造。
共振安装布置133包括四对弹性构件770(在图17中被最好地看到)。每对弹性构件770被安装到围绕方形框架731的拐角部分734并且从拐角部分734延伸，并且分别被附连到第一支撑组件720的被容纳在相应的拐角部分734内的两侧的下边缘721的中间点722。以这种方式，弹性构件770相对于投影屏幕110延伸的角度比前述实施例的45°角浅得多。这使得对于给定大小的第二支撑组件730来说可以增大第一支撑组件720、因此投影屏幕110的大小。虽然在该实施例中，多对弹性构件770附连到高架的第一支撑组件720的底部边缘，但是在其他实施例中，第一支撑组件720可以具有如前面已经描述的基本平面盖类型的构造(例如，参见图12至图14)以及附连到该盖构造的侧面的弹性构件。在又一个实施例中，弹性构件770无需每个都一定要附连到第一支撑组件的侧面的中间点722，而是可以根据要求间隔开。
现在参照图18至图20，示出了根据另一个说明性实施例的用于投影屏幕110的驱动***800的各种视图。在该实施例中，第一支撑组件820是盒式构造，第二支撑组件830是类似大小的敞开的框架方形构造831，其具有安设在每个拐角处的四个支腿832以及图像被投影仪120通过其投影到投影屏幕110上的中心开口。该实施例中的共振安装布置113被安装到第二支撑组件830，并且包括若干个弹性构件870，在该实施例中，这些弹性构件870为由单个的片簧872组成的压缩弹簧的形式，片簧872由弹簧钢或其他高抗张强度的材料形成，这些压缩弹簧成对地从第二支撑组件830的拐角区域向上延伸以附连到第一支撑组件820的相应的拐角区域。如将意识到的，不同于早先的实施例的弹性构件(这些弹性构件对于它们的恢复力将包括水平和垂直两个分量)，该实施例中的弹性构件870仅在垂直方向上作用。
该实施例中的执行器布置131由四个低音振动器640组成，但是根据要求，重低音扬声器可以根据包括但不限于投影屏幕的质量和大小以及任何相关联的支撑布置的因素而被利用。在其他实施例中，可以利用比如前述的合适的基于电磁线圈的执行器。
如将意识到的，对于给定大小的投影屏幕110，驱动***800借助于其“堆叠”或垂直形成(在该例子中)具有就其横向广度而言缩小的尺寸外形，因为屏幕大小基本上可以是与任何外壳相同的大小。该构造的进一步的优点是，可以使轴承和类似的移动零部件的数量减少，帮助改进可靠性。因为没有零部件紧靠其他零部件移动，所以不存在摩擦，导致磨损和相关联的操作噪声大大地减小。
如将进一步意识到的，执行器布置无需以与屏幕往复频率准确匹配的输入往复频率提供往复力，而且屏幕往复频率也无需与共振安装布置的共振频率准确地匹配，因为以上实施例中所描述的机械***能够容许这些频率之间的差异。在一个例子中，该容限为屏幕往复频率的大约1％。在另一个例子中，该容限为大约2％。
现在参照图21至图22，示出了根据另一个说明性实施例的用于投影屏幕110的驱动***1100的各种视图。在该实施例中，支撑结构132包括第一支撑组件1120，其具有用于支撑屏幕110的方形轮廓，该轮廓进一步包括从投影屏幕110的每个拐角向下延伸形成桌式构造的四个支腿或支柱1122。支撑结构132进一步包括由倒金字塔框架布置1131组成的第二支撑组件1130，倒金字塔框架布置1131通过各个垂直延伸的传动杆641连接到执行器布置131，执行器布置131在该实施例中包括四个低音振动器640，传动杆641在下端连接到低音振动器640，然后附连到倒金字塔框架布置1131的尖端1133。
与每个振动器640相对应的每个倒金字塔框架布置1131的基部区域提供安装共振安装布置133的平面平台1132，共振安装布置133在该实施例中由四个平面螺旋弹簧布置1170组成，第一支撑组件1120的支腿1122附连到平面螺旋弹簧布置1170。尽管在该实施例中利用低音振动器640，但是将意识到，根据要求，可以使用比如重低音扬声器等的其他线性执行器。
平面螺旋弹簧布置1170可以由从合适的弹性材料(比如乙酰或钢)切割的一个或多个螺线组成。在该特定实施例中，每个弹簧由两个螺线1171、1172组成，螺线1171、1172在平台1132的水平面上彼此180度旋转异相地连接到弹簧壳体180。在其静止状态下，每个螺旋弹簧布置1170与平台1132基本上是同平面的，但是当每个框架布置1131被低音振动器640以与驱动***100的共振频率匹配的速率振动时，弹簧的中心区域1173向上和向下挠曲。因为弹簧布置1170的中心区域1173从相对侧被支撑，所以支腿的连接点基本上保持水平，所以给予的运动限于相对于平台1132的水平面处的平衡点的往复垂直移动。
弹簧布置1170的共振频率可以通过增加或减少所述一个或多个螺线的匝数和/或通过改变弹簧材料的厚度和组成来容易地修改。
现在参照图23和图24，示出了根据说明性实施例的游戏机900的透视图和侧视图，游戏机900是基于并入如前所述的用于投影屏幕的驱动***的立体3D显示器。游戏机900包括大体盒形外壳或壳体920，其包括相互交叉布置的四个单个的游戏站位910，每个站位910合并操纵杆911和按钮912的形式的对应游戏输入。游戏机900形成外壳，并且在该实施例中，扫描体930在控制台900的顶表面的下面，并且游戏玩家1000从上面看向3D显示器。
在其他实施例中，在第一支撑组件包括用于从控制台900的顶表面向上延伸的投影屏幕110的高架的或抬高的平台的情况下，扫描体以及因此3D显示器将在控制台900上方投影。如前面已经讨论的，外壳借助于其刚性可以形成用于第二支撑组件相对于启动布置静止的那些实施例(比如参照图6至8、图9至图11以及图12至图14描述的那些实施例)的第二支撑组件。
在第二支撑组件由执行器布置驱动(比如参照图3至图5、图15至图17以及图18至图20描述的那些实施例)的情况下，来自第二支撑组件的导向或稳定弹簧可以出于稳定的目的在对共振安装布置的共振行为没有贡献的情况下被附连到外壳。
在其他示例使用中，并入如前所述的用于投影屏幕的驱动***的立体3D显示器可以在视频会议***、医学成像***或查看3D表示的能力有帮助的任何应用中实现。
根据上述实施例的驱动***提供若干个实质改进。共振安装布置的使用使得可以实现如下的执行器布置，该执行器布置具有将被放大的最小行程距离，从而大幅降低对如现有技术的直接驱动***中那样在整个行程距离上直接驱动投影屏幕的要求。这使移动零部件的数量大幅减少，并且使驱动***的可靠性提高。另外，通过以共振安装布置的工作频率驱动投影屏幕，一旦共振已经被实现，这就确保稳定得多的往复频率。这改进了3D图像的质量，并且降低对必须实时确定投影屏幕的位置的复杂控制和监视***的要求。
由此断定，并入基于以上实施例的驱动***的立体3D显示器能够提供更大型的投影屏幕，与目前的基于依赖于投影屏幕的直接启动的“直接”驱动或类似方法的***相比，该投影屏幕以更高的频率和更大的行程距离进行操作。
虽然已经在用于立体3D显示器的驱动***的上下文中描述了上述实施例，但是将意识到，以上驱动***可以具有其他应用，包括但不限于工业振动器和混合器或发射平台。虽然上述实施例的典型往复频率在其他实施例中为20Hz或大约20Hz，但是往复频率可以在包括但不限于如下范围的范围内：小于8Hz、8-10Hz、10-12Hz、12-14Hz、14-16Hz、16-18Hz、18-20Hz、20-22Hz、22-24Hz、24-26Hz、26-28Hz、28-30Hz或大于30Hz。
在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”和“包含”及其变型将被理解为暗示包括所述的一个整数或一组整数，但并不排除任何其他的整数或一组整数。
本说明书中对任何现有技术的论述不是，并且不应被看作是，承认这样的现有技术形成公知常识的一部分的任何形式的建议。
本领域技术人员将意识到，本公开在其用途上不限于所描述的特定应用。本公开在其优选实施例中也不受到关于其中所描述的或所描绘的特定元件和/或特征的限制。将意识到，本公开不限于所公开的一个实施例或多个实施例，而是在不脱离权利要求书所阐述和限定的本发明的范围的情况下，能够有许多重排、修改和替换。

Claims (23)

1.一种用于扫描表面立体三维(3D)显示器中的投影屏幕的驱动***，所述驱动***可操作为使投影屏幕相对于投影***以屏幕往复频率往复经过行程距离，所述驱动***包括：
执行器布置，所述执行器布置用于大体上以所述屏幕往复频率产生经过输入行程距离的输入往复力；以及
用于投影屏幕的支撑结构，所述支撑结构包括用于投影屏幕的共振安装布置，所述共振安装布置可操作地连接到执行器布置并且被构造为使得投影屏幕可以往复经过所述行程距离，其中，所述共振安装布置被构造为在执行器布置启动时具有与所述屏幕往复频率基本上相等的共振频率。
2.根据权利要求1所述的驱动***，其中，所述用于投影屏幕的支撑结构包括用于支撑投影屏幕的第一支撑组件以及安装共振安装布置以用于附连到第一支撑组件的第二支撑组件。
3.根据权利要求2所述的驱动***，其中，所述第二支撑组件直接连接到执行器布置以继而驱动共振安装布置以驱动第一支撑组件和投影屏幕来以所述屏幕往复频率往复。
4.根据权利要求3所述的驱动***，其中，所述执行器布置包括单个执行器，并且其中，所述第二支撑组件连接到所述单个执行器。
5.根据权利要求3所述的驱动***，其中，所述执行器布置包括多个执行器，并且其中，所述第二支撑组件连接到所述多个执行器。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的驱动***，其中，所述第二支撑组件包括基本上围绕第一支撑组件的框架构件，并且其中，所述共振支撑布置包括一个或多个弹性构件，所述一个或多个弹性构件被安装到框架构件并且从框架构件延伸，并且被附连到第一支撑组件。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的驱动***，其中，所述第一支撑组件和第二支撑组件成堆叠构造，并且其中，所述共振支撑布置包括一个或多个弹性构件，所述一个或多个弹性构件被安装到第二支撑组件并且从第二支撑组件延伸，并且被附连到第一支撑组件。
8.根据权利要求2所述的驱动***，其中，所述第二支撑组件相对于执行器布置静止，并且所述执行器布置直接驱动共振安装布置以驱动第一支撑组件和投影屏幕来以所述屏幕往复频率往复。
9.根据权利要求8所述的驱动***，其中，所述第二支撑组件包括基本上围绕第一支撑组件的框架构件，并且其中，所述共振安装布置包括一个或多个安装构件，所述一个或多个安装构件被安装到框架构件并且从框架构件延伸，并且被附连到第一支撑组件。
10.根据权利要求9所述的驱动***，其中，所述一个或多个安装构件包括弹性部分。
11.根据权利要求10所述的驱动***，其中，所述一个或多个安装构件进一步包括不可延伸部分，并且其中，所述执行器布置相对于第二支撑组件直接驱动不可延伸部分以继而驱动弹性部分。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的驱动***，其中，所述执行器布置包括多个执行器，每个执行器驱动相应的安装构件。
13.根据前述任一项权利要求所述的驱动***，其中，由投影屏幕的行程距离与执行器布置的输入行程距离之比限定的放大因子大于或等于10。
14.根据权利要求12所述的驱动***，其中，所述放大因子大于或等于15。
15.根据权利要求13所述的驱动***，其中，所述放大因子大于或等于20。
16.根据前述任一项权利要求所述的驱动***，其中，所述投影屏幕的往复频率为大约20Hz。
17.根据前述任一项权利要求所述的驱动***，其中，所述共振安装布置是可调谐的以改变共振频率。
18.根据前述任一项权利要求所述的驱动***，其中，所述执行器布置是基于一个或多个线性执行器的。
19.根据前述任一项权利要求所述的驱动***，其中，所述一个或多个线性执行器是一个或多个电磁线圈。
20.根据权利要求19所述的驱动***，其中，所述一个或多个电磁线圈是重低音扬声器。
21.根据权利要求19所述的驱动***，其中，所述一个或多个电磁线圈是低音振动器。
22.一种并入根据权利要求1至21中任一项所述的驱动***的扫描表面立体3D显示器。
23.一种并入根据权利要求21所述的扫描表面立体3D显示器的游戏机。
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