CN101285934A

CN101285934A - 旋转镜像式显示屏

Info

Publication number: CN101285934A
Application number: CNA2007100393405A
Authority: CN
Inventors: 王遵义
Original assignee: GUANGYUAN ELECTRONICS CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: GUANGYUAN ELECTRONICS CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-10-15

Abstract

本发明涉及一种利用可通过连续旋转的反射镜面，设定每一单位角度读取该转动角度值θ_K，控制于旋转的反射镜面周围外侧静止不动的至少N列(N≥1)、且具有M个发光二极管的模块所产生的影像信号，利用镜面的镜像原理产生在旋转周围外对映的K列影像，因而形成一N×M×K分辨率的三维或二维影像的旋转镜像式显示屏。

Description

旋转镜像式显示屏

技术领域

本发明关于一种显示屏，特别是关于一种应用镜像原理，使镜面旋转体旋转以及发光单元产生对映影像的旋转镜像式显示屏。

背景技术

利用LED做为显示屏幕的优点甚多，但其最大缺点为LED所用数量庞大，价格高，耗电大。因此有利用旋转数列LED模块，以产生圆柱面状或球面状的LED显示屏，因而解决一般LED显示屏的缺点。

许多利用快速周期性移动式的LED光源矩阵，周期性的移动、摆动或转动都有，例如中国专利公告第CN2248368号、第CN2674483号。美国专利第6969174号也需要复杂的驱动机构、多个发光体以及电子运算达到显示功能的目的。

利用旋转LED模块的架构，其电力及信号必须传送到旋转体上，且各项电子零件也旋转，因为旋转离心力及振动力等因素，造成机构的复杂性，不稳定性，因而整个系统在制作过程具有以下难题；(一)所需精确度太高，控制单元复杂；(二)所需精确度太高，有些需要复杂的机械结构提供LED精准的移动或转动；(三)通常会使用多组LED模块，以增加亮度与减少闪烁，因此所使用的LED都需要特别的筛选与校正；(五)以上四点导致制造难度大增，机械、电子类组件均成本太高。

另外，美国专利第5678910号则揭示一种利用投影机搭配旋转的装置，以投射方式显示影像。

本发明人为克服上述所有技术问题，故提出本发明旋转式镜像屏幕，具有大幅度的进步性。

发明内容

本发明的目的在于利用一面或数面可产生镜像反射的旋转体，利用其转动的角度(其角度分辨率若为2K个)，控制一列或N列置于其外围的具有M个发光二极管的发光模块(LEDM)，利用其在反射镜面中的不同角度的相对镜像产生K列的影像，因而形成一个N*M*K的分辨率的三维或二维(当N＝1)显示屏幕。

本发明的另一目的在于利用本发明，可以产生二维的圆柱面、球面或不规则曲面，以及三维的层层圆柱面或球面立体影像映像，使观赏者具有新的体验。

本发明的另一目的在于利用以上的结构设计，可大幅降低制作时程、费用，结构上可仅以一列发光模块搭配旋转体达成显示影像，对于发光二极管的筛选、校正、定位工作则可降至最低。

本发明通过控制而持续旋转的一面或数面反射镜面，设定每一单位角度读取该转动角度值Θ_K，控制于旋转的反射镜面周围外侧静止不动的至少N列(N≥1)、且具有M个发光二极管的发光模块所产生的影像信号，利用镜面的镜像原理产生在旋转周围外对映的K列影像，因而形成一N×M×K分辨率的三维或二维影像的旋转镜像式显示屏。

该所述的镜面可为一矩形镜面，且发光模块外形为直线，其所形成的显示影像为一个圆柱面影像的显示屏。

该所述镜面可为一圆形镜面，且发光模块外形以一个弧状置于外围，因而可形成一个球面影像显示屏。

此外，发光模块可设计为多组，且以不同的半径位置置于旋转镜面的外围，利用此多组不同半径的影像，以形成多个三维影像显示的装置。

对比现有技术，本发明有如下的有益效果：本发明针对以往技术缺点而提出一个更可靠的方式，既可保留仅利用一列或数列发光模块即可产生二维平面影像的优点，并且可消除了发光模块及其它电子零件必须转动的缺点。因此降低了结构的复杂性，且增进了系统的可靠度，简化了维修的机制。

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

附图说明

图1为本发明旋转镜像式显示屏的一实施例；

图2为说明本发明的旋转镜面转动的角度与镜像的关系；

图3为说明利用镜面与发光模块产生的影像位置关系；

图4为本发明的另一种应用；

图5为本发明的另一种应用；

图6为本发明的另一种应用的简单示意图；

图7为本发明的另一个应用的简单示意图；

图8及图9均为说明图7的成像原理示意图；

图10为说明图7的观看死角示意图；

图11为解决图10观看死角的解决方式示意图；

图12为本发明的不规则发光模块外形的应用；

图13为图12的成像示意图。

具体实施方式

请参考图1所示，为本发明一实施例的架构。在图1中所示为本发明的其中一个说明例，其中旋转体可为平面镜1，为双面皆为反射面，其半径为R，高度为H，可置于一平台2上，可利用驱动装置3、通常为一马达带动旋转，且本架构内部一预定位置设置有旋转角度编码器4(Encoder)。在本实施例及往后各实施例中将以平面镜作原理说明，但应用时则不限于平面镜，诸如：凸面镜、凹面镜均可应用，以产生不同效果。

在平面镜1转动外围上，距其旋转中心的L距离处，置有静止的一列发光模块5，其上布置有M个发光二极管51(LEDs)，其可为单色或多色发光二极管的组合。该发光模块5可以接受影像控制单元6的影像控制来发光。由于影像控制单元6的输入信号，除了有影像信号输入外，尚有由旋转角度编码器4所送来的信号。假设其有2K个分辨率，影像控制单元6可以利用旋转角度编码器4的信号得知平面镜1的目前角度，因而获得发光模块5在镜内的镜像位置，再利用所输入的影像信号，把该镜像位置的影像信号输出到发光模块5以控制其影像输出。

旋转平面镜1转动的角度与镜像的关系，可参考图2所示。如图2所示，当平面镜1在位置1时，发光模块5所对映的镜像位置为I₁，其镜像角θi(1)＝90°。当平面镜1转动θ角到达位置2时，发光模块5所对映的镜像位置在I₂位置上，利用光学镜像原理可知：ΔAOB＝ΔI₂OB，因此可得知，

X＝L …..…(1-1)

Θi(2)＝90°+2θ…(1-2)

由式(1-1)可知I₁及I₂的镜像为以半径L的同一圆周面上，且镜像转动的角度θi(2)-θi(1)＝2θ，因此利用旋转角度编码器所得知的角度θ乘以2倍即为发光模块的镜像位置。如果一个角度编码器的整个圆分辨率为2K，则其镜像分辨率为K。因而在以0为中心，半径为L，高度为H的圆周面上，可以显示出一个K*M分辨率的二维影像。

由(1-2)式可知，当镜面旋转180°后，其镜像的影像已转了2θ＝360°，因此镜面每转动一圈，即可产生二次的整圈360°影像。如果平面镜每秒转动十五转，即可产生每秒30次的整圈影像，此为人类眼睛视觉暂留(Persistence of View)的范围，在这种转速下，眼睛可呈现出一幅稳定的二维影像。

利用镜面与发光模块产生的影像位置，其详细说明如图3所示。在图3中：平面镜位置在转动时由M₁→M₂→M₃→M₄→M₅→M₆六个位置上，其镜像的对映位置依序为I₁，I₂，I₃，I₄，I₅，I₆。由此可知，当镜面转动角度180°后，影像相对映旋转了360°。如前述式中(1-2)所示，如果镜面转动θ角，则镜像位置转动2θ角。当镜面转动在180°到360°间，由于平面镜为双面均有反射面，因此镜像又重新另一个360°影像的开始。因此，如果镜面所对映的角度编码器在一圈360°中编译有2K个分辨率，则在180°中只对映K个分辨率，但其镜像已对映整个360°的镜像影像，因此产生的影像只有K个分辨率而已。

在图1的影像控制单元6中，会把输入的影像信号转换为K*M的分辨率的影像，其中M的分辨率为对映发光模块5中的M个发光二极管51的位置。影像控制单元6会利用角度编码器4的输入θ_(K)把对映的第K列M个影像信号控制发光模块5产生对映的影像亮度，因而在对应的镜面位置上，产生一列M个分辨率，其高为H的该列影像，因而在整个半径为L，高度为H的圆周面上，产生一个K*M分辨率的二维影像。该影像的刷新率(即每秒的影像更新率)为2f次，其中f为镜面的转动速率。利用角度编码器4，可以得知镜面的旋转角度。

另一种控制方法可取代旋转角度编码器，即利用一个光开关或磁开关(例如Hall-sensor)做为一周旋转″开始点″的感应器，再利用每旋转一周的时间Tc，将其划分为2K个等分，每个等分ΔT为Tc/2K，利用此ΔT时间做为对应镜像的各列影像时间间距。因此在镜像圆周上，将对应出K列的影像，以″开始点″为零度角，各列影像间的角度为360°/K。

本发明的另一种应用，其如图4中所示。其中平面镜1的外形为一个圆形平面，利用驱动装置3(马达)带动平面镜1绕着Z轴旋转，而发光模块5置于其外围，其形状为弧状。利用上述同样的原理，则发光模块5在圆形平面镜1内的镜像为一个以半径为L的球面影像。此应用可以构成一个球面型显示屏幕。

在图5中所示，为本发明的另一个应用。其中，在旋转平面镜1的外围不同θ处，也就是置于距离镜面旋转路径的远近不同的位置的外围，置有N列发光模块5(LEDM₁，LEDM₂，….LEDM_N)。各列发光模块5上，置有M个发光二极管51(可为多色)，各自固定在不同的距离D₁，D₂，…D_N处。如果旋转平面镜1在一个360°中划分为2K个分辨率，则该N列发光模块5在平面镜1中的镜像将形成N个不同半径D₁，D₂，…D_N的圆柱面影像(I₁，I₂，…I_N)，其中各个圆柱面(I₁，I₂，…I_N)皆为M*K的二维影像，因此该N个圆柱面影像(I₁，I₂，…I_N)可以形成一个N*M*K的三维立体影像。该立体影像可以由眼睛直接看到。

在图6中所示，为本发明的另一个应用。在此应用中，旋转平面镜1的外围上，在同一个半径上的等分角度上，置有多列的发光模块(LEDM₁，LEDM₂，….LEDM_N)，利用影像控制单元控制各列发光模块产生相同的对映影像。如此可以达到每秒更多次的影像刷新率及影像亮度。其影像刷新率为2fN次，影像亮度为N倍。例如图6中，有三列发光模块5，各发光模块5以120°等分角置于旋转平面镜1的外围的圆上，若平面镜1的旋转速率为f＝10转/秒，则观察者所看到的影像更新率R＝2*10*3＝60次/秒。其原理说明如下：当转动平面镜在位置θ(t)时，各列发光模块5的镜像位置θ_i1，θ_i2，θ_i3的关系为：

θ_i1(t)＝90°+2θ(t)….(5-1)

θ_i2(t)＝210°+2θ(t)….(5-2)

θ_i3(t)＝330°+2θ(t)….(5-3)

因此对于任一角度位置的镜像影像θi，利用式(5-1)，(5-2)，(5-3)三式可以解出旋转平面镜1的三个对应位置θ_(t1)，θ_(t2)及θ_(t3)，其中：

θ_(t1)＝(θi-90°)/2

θ_(t2)＝(θi-210°)/2

θ_(t3)＝(θi-330°)/2

因为旋转平面镜1每次转180°内，即有三次的对映镜像，所以其镜像刷新率为6f次/秒。

在图7中所示，为本发明的另一个应用。其利用多面平面镜组做为反射面，其可由N个镜面组成的多面平面镜组，如果该平面镜组以其中心轴旋转，其转速为f转/秒，则对映镜像的影像刷新率为R＝Nf次/秒。例如图7中所示为三面平面镜M₁及M₂及M₃所组成的三角柱平面镜组11，其中心点Z为x-y坐标的原点，若有一列发光模块5置于X轴的(-L、0)处。该三角柱平面镜组11绕着其中心点Z旋转。当平面镜组11在虚线的位置时，其发光模块5在镜面M₃的镜像为I₁，当三角柱镜面组转为实线位置，其M₃的角度转为θ时，其镜像为I(θ)，利用镜像几何关系，可求出I(θ)的x-y坐标为：

Xi(θ)＝Lcos2θ-2D cosθ…….(7-1)

Yi(θ)＝-Lsin2θ+2D sinθ…….(7-2)

利用(7-1)及(7-2)式，可以描绘出其镜像的轨迹，其如图7中所示的I(θ)轨迹。图8中绘出当L＝5D时，其发光模块5在M₃的镜像轨迹图(I₁~I₇)。图9中，绘出当发光模块5恰位于平面镜组11的圆周上(即L＝2D)时，其发光模块5的镜像的轨迹图。由此图的镜像轨迹，可看出其镜像的宽度约为1.4D，其大小比平面镜的宽度小(平面镜宽为

由式(7-1)及式(7-2)可看出其镜像的轨迹为非真圆曲线，但当L＞＞D时，其(7-1)及式(7-2)可看出Xi²+Yi²＝L²，所以其镜像较接近真圆曲线。由式(7-1)及式(7-2)可以求出发光模块5的镜像的角度θi＝|tan^-1(yi/xi)|，其值不等于2θ，其为镜面角θ的非线性关系。但利用数值计算可以将其与镜面角θ的非线性关系存入内存中，以用来控制影像控制单元输出所对映的镜像影像信号，以形成一个二维的曲面影像。

由图8及图9中了解，其所形成的镜像将只能由观察者P1位于发光模块5所在的区域观看，如图10中所示。但位于发光模块5的正方的观察者P2将无法观察到该影像。为了弥补此问题，可以利用多列发光模块5置于其周围，以利四面八方的观察者。其如图11中所示，有三列等分角的发光模块5置于三个位置。发光模块5(LEDM₁)所对映的镜像为I₁轨迹，发光模块5(LEDM₂)所对映的镜像为I₂轨迹，发光模块5(LEDM₃)所对映的镜像为I₃轨迹，I₁镜像轨迹可由观察者P1观察到；I₂镜像轨迹可由观察者P2看到；I₃镜像轨迹可由观察者P3看到。如此可形成一个360度皆可观看的全范围影像。

图12中所示，为本发明的另一个应用。其中发光模块5为一个不规则形状，但其在转动平面镜1内的影像则可以形成某一个特别立体形状的影像，如图13中所示，其影像形状如一个花瓶，因此利用该列特别形状的发光模块，可以形成某种特别形状的立体影像，以符合某种特征立体感影像的需要。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，举凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1. 一种旋转镜像式显示屏，包括：

一驱动装置；

一影像控制单元，可产生影像信号；

一受该驱动装置驱动可持续旋转，可产生镜像反射的旋转体；

一设于旋转体旋转路径外，具有多个发光二极管的发光模块；

藉以利用旋转体转动，同时以影像控制单元控制发光模块产生对映镜像的影像，以形成一幅影像的显示屏幕。

2. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该旋转体为一矩形面镜，且发光模块外形为直线，其所形成的显示影像为一个圆柱面影像的显示屏幕。

3. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该旋转体为一圆形面镜，且发光模块以一弧状置于外围，因而可形成一个球面影像显示屏幕。

4. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该发光模块为多组，距离旋转中心的不同的半径位置置于旋转体的外围，利用此多组不同半径的影像，以形成一个三维影像显示的装置。

5. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该旋转体为三个以上面镜组成一个多面旋转体，而其影像更新率可以增加。

6. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该发光模块为多列，且等角度均匀分布于旋转体旋转路径外，控制各列发光模块在同一位置的镜像点有相同的影像，因而形成的综合影像的更新率可以增加，且影像光亮度也可以加强的特征。

7. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该发光模块的外形为不规则状，因而通过旋转体所形成的镜像为某种立体感的三维影像。

8. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，进一步包括可取得旋转体转动角度的角度编码器，可控制发光模块的镜像位置。

9. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，进一步包括一开关组件，该开关组件作为旋转体一周旋转起始点的感应器，利用每旋转一周的时间Tc，将其划分为2K个等分，每个等分ΔT为Tc/2K，利用此ΔT时间做为对应镜像的各列影像时间间距。

10. 如权利要求1所述的旋转镜像式显示屏，该发光模块接受影像控制单元的控制信号来发光。

11. 一种旋转镜像式显示屏，包括一受驱动装置控制旋转的平面镜，及置于其周围的至少一列发光模块，利用镜面转动来控制发光模块在镜中所对映镜像的影像信号，藉以形成一个二维或三维影像显示屏幕。

12. 如权利要求11所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该影像信号为具有一影像控制单元的输入信号，及由一旋转角度编码器所送来的信号。

13. 如权利要求11所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该平面镜为反射镜面，且为双面皆有反射面。

14. 一种旋转镜像式显示屏，包括：

一马达；

一影像控制单元，可产生影像信号；

一受该马达驱动可持续旋转的面镜；

一设于面镜旋转路径外侧，具有多个发光二极管的发光模块；

15. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该面镜为一矩形面镜，且发光模块外形为直线，其所形成的显示影像为一个圆柱面影像的显示屏幕。

16. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该面镜为一圆形面镜，且发光模块以一弧状置于外围，因而可形成一个球面影像显示屏幕。

17. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该发光模块为多组，置于距离面镜旋转路径的远近不同的位置的外围，利用此多组发光模块以形成数三维影像显示的装置。

18. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该面镜为三个以上面镜组成一个多面镜，而其影像更新率可以增加。

19. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，该发光模块为多列，且等角度均匀分布于面镜旋转路径外，控制各列发光模块在同一位置的镜像点有相同的影像，因而形成的综合影像的更新率可以增加，且影像光亮度也可以加强的特征。

20. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，发光模块的外形为不规则状。

21. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，进一步包括可取得面镜转动角度的角度编码器，可控制发光模块的镜像位置。

22. 如权利要求14所述的旋转镜像式显示屏，其特征在于，进一步包括一开关组件，该开关组件作为面镜一周旋转起始点的感应器，利用每旋转一周的时间Tc，将其划分为2K个等分，每个等分ΔT为Tc/2K，利用此ΔT时间做为对应镜像的各列影像时间间距。