CN111338097A

CN111338097A - 一种球形三维显示器

Info

Publication number: CN111338097A
Application number: CN202010308550.5A
Authority: CN
Inventors: 彭昊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-18
Filing date: 2020-04-18
Publication date: 2020-06-26
Also published as: CN112698515A; CN112698515B

Abstract

本发明涉及一种球形三维显示器，有中空球形设置的安装架，安装架上安装有图像处理模块及显示屏阵列，显示屏外设置透镜。透镜对显示屏的光线进行折射，同时球形架双向旋转，从而模拟真实物体的发光场，使得该球形三维显示器可以显示三维立体图像。

Description

一种球形三维显示器

技术领域

本发明涉及裸眼三维显示的技术领域，尤其是涉及一种球形三维显示器。

背景技术

现有的能够对球面P进行展示的显示器主要为球形显示器。球形显示器主要包括图像处理模块和若干受图像处理模块控制的显示模块组成，图像处理模块将需要显示的球形物体模型拆成呈若干个显示单元以由对应的显示模块进行显示。

但现有的显示模块主要由二维平面的显示屏制成以实现二维图像成像，因此球形显示器是由多个能够二维成像的显示屏依次拼接形成球形状。而该显示屏展现的是扁平的二维图像以致于图像的立体感差，从而导致了该球形物体的立体感较差，以致于无法达到裸眼三维显示的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种球形三维显示器,具有显示图像立体感好的优点，以使该球形三维显示器具有裸眼三维显示的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种球形三维显示器，包括呈中空球形设置的安装架，所述安装架内安装有图像处理模块，所述安装架的外球面上包覆设置有若干受所述图像处理模块控制的显示模块，各显示模块依次拼接成球形状，各显示模块均包括显示屏和设置于所述显示屏的透镜，所述显示屏远离所述安装架的一面为显示面，所述透镜位于所述显示面上。

通过采用上述技术方案，图像处理模块如采集处理3D物体通过球面上点的光线并在显示屏的显示面上显示，显示面显示的光线在透镜的作用下进行汇聚于点，所有点模拟形成模拟发光场球面，从而使得该球形三维显示器能够模拟出3D物体发光场，由此，使得球形三维显示器具有显示图像立体感好的优点，以使该球形三维显示器具有裸眼三维显示的效果。

本发明进一步设置为：该球形三维显示器双向旋转，使得透镜焦点的空间运行轨迹遍历一个球面。

通过采用上述技术方案，图像处理模块如采集处理3D物体通过球面上点的光线并在显示屏的显示面上显示，显示面显示的光线在透镜的作用下进行汇聚于点，所有点模拟形成模拟发光场球面，从而使得该球形三维显示器能够模拟出3D物体发光场，由此，使得球形三维显示器具有显示图像立体感好的优点，以使该球形三维显示器具有裸眼三维显示的效果，且球形三维显示器双向旋转以通过人眼的视觉残留优化该球形三维显示器的图像显示的立体效果。

本发明进一步设置为：所述透镜为凸透镜、凹透镜或透镜组。

通过采用上述技术方案，凸透镜、凹透镜或透镜组均能达到光线折射的目的以使该球形三维显示器的光线能够折射，从而达到图像显示的立体效果。

本发明进一步设置为：该球形三维显示器还包括驱使所述安装架转动的驱转装置。

通过采用上述技术方案，球面上各个点即为该球面的“像素点”，而受显示屏小尺寸的限制，相邻的点之间存在间隔，使得球面的“分辨率”相对较低，驱转装置驱使安装架旋转以带动显示屏旋转，从而使得各个点发生旋转，由此能够利用人眼三维视觉残留以使多点的发广场被人眼“同时”看见，从而提高模拟发光场内球面上的“分辨率”，由此，使得球形三维显示器具有显示图像立体感好的优点，以使该球形三维显示器具有裸眼三维显示的效果。

本发明进一步设置为：所述驱转装置包括底座，所述底座上安装有提供扭矩的驱转件，所述安装架上固定设置有受所述驱转件驱使的驱转架。

通过采用上述技术方案，驱转件驱使驱转架转动以使安装架转动，从而使得该球形三维显示器能够转动，以便用户在自身不移动的情况下观察到该球形三维显示器的任意角度位置。

本发明进一步设置为：所述驱转架包括安装于所述驱转件的驱转轴、固定设置于所述驱转轴的连接杆以及至少两个平行设置的随转杆，所述随转杆的轴线与所述驱转轴的轴线平行，所述连接杆的轴线与所述驱转轴垂直，所有随转杆沿着所述连接杆的轴线方向间隔分布。

通过采用上述技术方案，驱转件驱使驱转轴转动，随转杆在连接杆的作用下跟随驱转轴转动以带动安装架转动。

本发明进一步设置为：所述安装架的内部固定设置有安装杆，所述安装杆的端部与所述安装架的内壁固定连接，所述随转杆伸入到所述安装架内以与所述安装杆固定连接。

通过采用上述技术方案，随转杆与安装杆固定连接以通过安装杆带动安装架转动，减少随转杆连接安装架外壁时占用的外壁空间，以使安装架的外壁上有更多的空间用于安装显示屏。

本发明进一步设置为：所述驱转轴的轴线穿过所述安装架的球心。

通过采用上述技术方案，驱转架以驱转轴的轴线为中心进行旋转，而驱转轴的轴线穿过安装架的圆心，以使安装架在转动过程中减少因中心偏移而导致的晃动，由此，使得用户能够清晰稳定的观察立体图像。

本发明进一步设置为：所述驱转架包括安装于所述驱转件的导转架、转动设置于所述导转架的驱转轮以及固定设置于所述安装机外壁的环形轨道，所述驱转件驱使所述驱转轮转动，所述驱转轮与所述环形轨道转动连接。

通过采用上述技术方案，安装架与底座之间通过滑轨和驱转轮连接，驱动件驱使驱转轮转动以带动安装架转动，从而提高该球形三维显示器的转动稳定性。

本发明进一步设置为：所述驱转件为驱动电机或旋转气缸。

通过采用上述技术方案，驱动电机和旋转气缸均能提供足够稳定的扭矩，以使安装架能够稳定地旋转。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.图像处理模块如采集处理3D物体位于球面P上a点的光线并在显示屏的显示面上显示，显示面显示的光线在透镜的作用下进行汇聚a’点，所有a’点模拟形成模拟发光场球面P’，从而使得该球形三维显示器能够模拟出3D物体发光场，由此，使得球形三维显示器具有显示图像立体感好的优点，以使该球形三维显示器具有裸眼三维显示的效果；

2.球面P’上各个a’点即为该球面P’的“像素点”，而受显示屏小尺寸的限制，相邻的a’点之间存在间隔，使得球面P’的“分辨率”相对较低，驱转装置驱使安装架旋转以带动显示屏旋转，从而使得各个a’点发生旋转，由此能够利用人眼三维视觉残留以使多点的发广场被人眼“同时”看见，从而提高模拟发光场内球面P’上的“分辨率”，由此，使得球形三维显示器具有显示图像立体感好的优点，以使该球形三维显示器具有裸眼三维显示的效果。

附图说明

图1是3D物体发光场的示意图；

图2是球面P处发光场的示意图；

图3是3D物体发光场的光线分析图；

图4是显示模块模拟发光场的光线分析图；

图5是本发明模拟发光场的光线分析图；

图6是本发明模拟发光场的光线旋转分析图；

图7是本发明旋转方式示意图；

图8是本发明实施例一的整体结构示意图；

图9是本发明实施例一的剖视结构示意图；

图10是本发明实施例二的剖视结构示意图；

图11是本发明实施例二的剖视结构示意图。

图中，1、安装架；11、安装杆；111、连接段；112、固定段；12、穿孔；2、显示屏；21、透镜；22、显示面；3、驱转装置；31、底座；32、驱转件；33、驱转架；331、驱转轴；332、连接杆；333、随转杆；334、导转架；335、环形轨道；336、驱转轮。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。

参照图1，3D物体上每一点都会向周围发出光线，这些光线的总和称为发光场，在发光场内人眼可看见3D物体。

参照图2，如果在球面P上，模拟出3D物体向外的发光场，人眼同样会感觉看到3D物体，从而达到裸眼3D显示的效果。

参照图3，为了在球面P上模拟出3D物体的发光场，先分析球面P上任意一点a的情况，通过a点的发光场如图3所示。

参照图4，点a的3D物体发光场可通过显示屏2和透镜21模拟。透镜21焦点为a，显示屏2发出的光线经透镜21折射后通过点a。显示屏2显示特定图像，通过a点的光线即可模拟出a点的3D物体发光场。

参照图5，而多块显示屏2组成阵列，即可模拟球面P上多点的发光场。受显示屏2最小尺寸的限制，点和点之间的距离比较大，模拟出的发光场“分辨率”不高。

参照图6，此时显示屏2阵列双向旋转，显示屏2多次发光，模拟球面P上多点的发光场。由于人眼的视觉残留，多点的发光场会被人眼视为“同时”看到，这样就可提高模拟发光场的“分辨率”。当“分辨率”足够高时，人眼即可更清晰看到3D物体。

参照图7，具体型式为一种球形立体显示器，包括呈中空球形设置的安装架1，所述安装架1内安装有图像处理模块，所述安装架1的外球面上包覆设置有若干受所述图像处理模块控制的显示模块，各显示模块依次拼接成球形状，各显示模块均具有显示面22，显示面22上均设置有透镜21。

实施例一：

参照图8和图9，为本发明公开的一种球形三维显示器，包括安装架1和用于驱使安装架1转动的驱转装置33。驱转装置33使得该球形三维显示器双向旋转，使得透镜焦点的空间运行轨迹遍历一个球面。安装架1呈中空球形状。安装架1内安装有图像处理模块，安装架1的外球面上包覆有若干显示模块，各显示模块依次拼接成球形状。各显示模块均包括显示屏2和设置于显示屏2的透镜21，显示屏2远离安装架1的一面为显示面22，透镜21位于显示面22上。显示屏2用于二维成像的显示屏2，比如液晶显示屏2等。透镜21为凸透镜、凹透镜或透镜组，透镜组则是由凸透镜和凹透镜组合而成。

图像处理模块用于将采集处理3D物体通过球面P上a点的光线并在显示模块的显示面22上显示。具体地，图像处理模块如图3所示对3D物体位于球面P上a点的光线进行采集，采集得到3D物体到a’点光线的距离，而后根据透镜21的曲率计算得出投影距离，从而控制显示屏2的显示面22显示相应的光线数据，以使显示面22如图4所示进行光线的模拟显示，显示的光线在透镜21的作用下进行汇聚a’点，所有a’点模拟形成模拟发光场球面P’，从而使得该球形三维显示器能够模拟出3D物体发光场。图像处理模块可以为TracePRo、ZEMAX或Code V等处理软件。

显示屏2朝向安装架1方向的截面面积沿着靠近安装架1的方向逐渐减小，以使显示屏2的截面轮廓呈梯形设置，且显示屏2该截面的法向截面轮廓也呈梯形设置。相邻两个显示屏2之间，其中一个显示屏2显示面22的侧边与另一个显示屏2显示面22的侧边贴合抵触，从而减少相邻两个显示屏之间空隙对光线造成的影响。

参照图5，驱转装置3驱使安装架1旋转以带动显示屏2旋转，从而使得各个a’点发生旋转，由此能够利用人眼三维视觉残留以使多点的发广场被人眼“同时”看见，从而提高模拟发光场内球面P’上的“分辨率”。

参照图9，安装架1的内部固定设置有安装杆11。安装杆11呈“H”型设置以具有连接段111和固定段112。安装杆11的对称轴线方向为固定段112的长度方向，安装杆11的对称轴穿过连接段111的中部。连接段111的对称轴线与连接杆332的轴线平行，且安装杆11的轴线穿过安装架1的圆心。固定段112的两端分别与安装架1的内壁固定连接。驱转装置3可以驱使安装架1以连接段111的轴线为转动轴线进行转动，也可以驱使安装架1以连接段111轴线上过安装架1球心的垂线为转动轴线进行转动。

参照图8和图9，驱转装置3包括底座31，底座31用于将该球形三维显示器安装于天花板、地面或墙体等实际所需位置。底座31上安装有提供扭矩的驱转件32，驱转件32为驱动电机或旋转气缸。安装架1上固定设置有受驱转件32驱使的驱转架33，驱转架33与底座31之间转动连接。具体地，驱转架33包括安装于驱转件32的驱转轴331、固定设置于驱转轴331的连接杆332以及至少两个平行设置的随转杆333。驱转轴331的轴线穿过安装架1的球心。驱转轴331与驱转件32的输出轴可以同轴固定设置，也可以通过齿轮啮合传动，还可以通过同步轮和同步带传动。随转杆333的轴线与驱转轴331的轴线平行，连接杆332的轴线与驱转轴331垂直，所有随转杆333沿着连接杆332的轴线方向间隔分布。优选地，随转杆333的数量为两个，两个随转杆333分别位于连接杆332的两端。随转杆333的一端与连接杆332固定连接，随转杆333的另一端从另个相邻的显示屏2之间穿过以与安装架1的外球面固定连接。

安装架1的外球面上贯穿开设有连通安装架1内部的穿孔12，穿孔12与随转杆333之间可以卡接连接。随转杆333的端部穿过穿孔12以伸入到安装架1内，并与安装杆11固定连接。安装杆11的设置增加了随转杆333传递旋转力给安装架1时安装架1上的受力面积，同时随转杆333与穿孔12之间卡接连接，以提高随转杆333与安装架1之间的连接稳定性，从而延长该球形三维显示器的使用寿命。

本实施例一的实施原理为：图像处理模块对3D物体位于球面P上a点的光线进行采集，采集得到3D物体到a’点光线的距离，而后根据透镜21的曲率计算得出投影距离，从而控制显示屏2的显示面22显示相应的光线数据，以使显示面22进行光线的模拟显示，显示的光线在透镜21的作用下进行汇聚a’点，所有a’点模拟形成模拟发光场球面P’，驱转件32驱使驱转架33转动以带动安装架1转动，从而使得显示屏2发生旋转，由此利用人眼视觉残留以使人眼能够图像显示更加立体。

实施例二：

本实施例二与实施例一的区别在于:

参照图10和图11，驱转架33包括安装于驱转件32的导转架334、转动设置于导转架334的驱转轮336以及固定设置于安装机外壁的环形轨道335。导转架334与基座固定连接，驱转件32的驱转轴331安装于导转架334内部，导转架334内转动设置有与驱转轮336同轴固定设置的导转轴（图中未示出），驱转轴331与导转轴之间可以通过斜齿轮啮合传动，也可以通过皮带和皮带轮传动，驱转件32驱使导转轴转动以驱转轮336转动。驱转轮336的外圆面与环形轨道335的外缘面通过摩擦以转动连接。驱转轮336与环形轨道335的连接方式有两种：一种是驱转轮336的外圆面开设有供环形轨道335嵌入的传动槽，环形轨道335嵌入传动槽以摩擦传动；另一种是环形轨道335的外援面上开设有供驱转轮336嵌入的导转槽，驱转轮336嵌入导转槽以摩擦传动。优选地，环形轨道335的数量为两个，两个环形轨道335平行设置且内径相同，两个环形轨道335的圆心连线穿过安装架1的球心。

在本实施例二中，驱转架33的数量为一个，驱转架33上有两组用于与环形轨道335对应配合传动的转轮组，每组转轮的数量为至少两个。

本实施例二的实施原理为：图像处理模块对3D物体位于球面P上a点的光线进行采集，采集得到3D物体到a’点光线的距离，而后根据透镜21的曲率计算得出投影距离，从而控制显示屏2的显示面22显示相应的光线数据，以使显示面22进行光线的模拟显示，显示的光线在透镜21的作用下进行汇聚a’点，所有a’点模拟形成模拟发光场球面P’，驱转件32驱使驱转架33转动以带动安装架1转动，从而使得显示屏2发生旋转，由此利用人眼视觉残留以使人眼能够图像显示更加立体。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、 “上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种球形三维显示器，其特征在于：包括呈中空球形设置的安装架(1)，所述安装架(1)内安装有图像处理模块，所述安装架(1)的外球面上包覆设置有若干受所述图像处理模块控制的显示模块，各显示模块依次拼接成球形状，各显示模块均包括显示屏(2)和设置于所述显示屏(2)的透镜(21)，所述显示屏(2)远离所述安装架(1)的一面为显示面(22)，所述透镜(21)位于所述显示面(22)上。

2.根据权利要求1所述的一种球形三维显示器，其特征在于：该球形三维显示器双向旋转，使得透镜焦点的空间运行轨迹遍历一个球面。

3.根据权利要求1所述的一种球形三维显示器，其特征在于：所述透镜(21)为凸透镜、凹透镜或透镜组。

4.根据权利要求1所述的一种球形三维显示器，其特征在于：该球形三维显示器还包括驱使所述安装架(1)转动的驱转装置(3)。

5.根据权利要求4所述的一种球形三维显示器，其特征在于：所述驱转装置(3)包括底座(31)，所述底座(31)上安装有提供扭矩的驱转件(32)，所述安装架(1)上固定设置有受所述驱转件(32)驱使的驱转架(33)。

6.根据权利要求5所述的一种球形三维显示器，其特征在于：所述驱转架(33)包括安装于所述驱转件(32)的驱转轴(331)、固定设置于所述驱转轴(331)的连接杆(332)以及至少两个平行设置的随转杆(333)，所述随转杆(333)的轴线与所述驱转轴(331)的轴线平行，所述连接杆(332)的轴线与所述驱转轴(331)垂直，所有随转杆(333)沿着所述连接杆(332)的轴线方向间隔分布。

7.根据权利要求6所述的一种球形三维显示器，其特征在于：所述安装架(1)的内部固定设置有安装杆(11)，所述安装杆(11)的端部与所述安装架(1)的内壁固定连接，所述随转杆(333)伸入到所述安装架(1)内以与所述安装杆(11)固定连接。

8.根据权利要求6或7所述的一种球形三维显示器，其特征在于：所述驱转轴(331)的轴线穿过所述安装架(1)的球心。

9.根据权利要求4所述的一种球形三维显示器，其特征在于：所述驱转架(33)包括安装于所述驱转件(32)的导转架(334)、转动设置于所述导转架(334)的驱转轮(336)以及固定设置于所述安装机外壁的环形轨道(335)，所述驱转件(32)驱使所述驱转轮(336)转动，所述驱转轮(336)与所述环形轨道(335)转动连接。

10.根据权利要求5、6或9任意一项所述的一种球形三维显示器，其特征在于：所述驱转件(32)为驱动电机或旋转气缸。