CN1324476A - 具有运动光发射器阵列的可视图像显示装置及其同步装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将一二维图像显示给观看者的装置,包括一光图形发生器(1)和一连接到该光图形发生器上用于使该发生器产生一系列对应于所述图像的相应不同部分的光图形的控制单元(3)。由于发生器的运动和观看者的视觉暂留,观看者看到的是所呈现的所述二维图像。发生器可装在如袖口(6)或鞋(16)之类衣物中。所显示的图像可包括广告标语或设计者标志。在另一个实施例中,由图形发生器所产生的光图形入射到一旋转板上并经一透明圆柱体反射给观看者。在还一个实施例中,显示系统可包括一设置在自行车轮子、y0－y0、陀螺等上的LED阵列(图7的110)、(图10的302)或(图12的401),该阵列由响应重力开关(118)或辐射检测开关(RxTx,403)的控制装置控制。

Description

具有运动光发射器阵列的 可视图像显示装置及其同步装置

本发明涉及可视图像显示装置。

这里提出一种用来显示一个二维图像到一观看者的显示装置，包括一个光图形发生器和一个用来使该图形发生器产生一系列对应于所述图像的相应不同部分的光图形的控制单元，使得该观看者可以因观看者和发生器的相对运动以及观看者的视觉暂留而看到所呈现的完整的二维图像。

这一推荐的装置可被实现作为用来显示广告材料或地铁列车上的旅客信息的系统，光图形被投射到列车通道壁上或由其显示，但是因为视觉暂留而使得观看者从列车内一个接一个地看到它们，这里看到的是整个图像。这一推荐的装置还可被实现作为一种显示系统安装在被固定用来旋转的构件上，例如自行车轮，使得在该构件旋转时，例如设计者标志的图像被显示。在构件是轮转盘的地方，图像被显示到观察所经过的骑车者的人上。

根据本发明的一个方面，提供一种用来将一二维图像显示给观看者的装置，该装置包括一装在由穿着者穿着的衣物中并由穿着者相对于观看者运动的光图形发生器，和一连接到光图形发生器上的用来使该发生器产生一系列对应于所述图像的相应不同部分的控制单元，使得该观看者可以因发生器的运动和观看者的视觉暂留而看到所呈现的所述二维图像。

根据本发明的第二个方面，提供一种用来将一二维图像显示给观看者的装置，该装置包括一装在相对于所述观看者垂直向上和向下运动的支承装置中的光图形发生器；确定该支承装置的往复速率的装置；和一连接到该光图形发生器和往复速率确定装置上的用于使该发生器产生一系列对应于所述图像的相应不同部分的控制单元，使得该观看者因发生器的运动和观看者的视觉暂留可以看到所呈现的包括一个接一个的上述部分的所述二维图像。

根据本发明的第三个方面，提供一种用来显示多维图像给观看者的装置，该装置包括一个光图形发生器，一个被安装用于相对所述观看者旋转运动的反射元件，和一连接到光图形发生器上用于使该发生器将一系列对应于所述图像的相应不同部分投射到所述反射元件上的控制单元，光图形可操作地被反射给上述观看者，使得该观看者因发生器的运动和观看者的视觉暂留可以看到所呈现的上述图像。该图像可以使用二维图像甚至是一个提供有包括合适排列的多光源的图像发生器的三维图像。

根据每一方面，所显示的图像可以包括字母数字的信息、广告标语或设计者的标记、电视节目中穿插的短片或其它可视信息。

本发明还涉及先前提过的显示系统的改进，即用来在一旋转件上产生一字母数字文字和/或其他材料的图像，例如自行车或者其他车辆的轮子之类旋转元件。

因此，根据本发明的另一方面，提供一种装到进行旋转运动的构件上的显示系统，该显示系统包括光图形发生装置；带有存储装置并且连接到该光图形发生装置上的用于根据所述存储装置中存储的信号产生一系列光图形的控制装置；以及连接到该控制装置上的用于检测该构件在所述旋转运动中位置的位置检测装置，该位置检测装置包括一个能响应于重力运动的元件和一用于提供该元件的运动的电信号指示的信号提供装置。

最好是，可运动的元件包括导电材料，而且信号提供装置包括一对位置检测装置内的接点，用于在其运动的一个位置跨接可运动元件。

显示系统可包括离心切换装置以响应所述构件的旋转，以便初始化系统的操作。

所述位置检测装置最好安装到所述运动可运动元件的构件上，用于垂直于(transverse to)因所述构件的旋转而引起的作用在该元件上的离心力的运动。

根据本发明的再一方面，提供一种安装到进行旋转运动的构件上的显示系统，该显示系统包括光图形发生装置；带有存储装置并且连接到光图形发生装置上的用于根据所述存储装置中存储的信号产生一系列光图形的控制装置；以及连接到该控制装置上的用于检测该构件在所述旋转运动中位置的位置检测装置，该位置检测装置包括一安装到所述构件上并且与不随所述构件旋转的衣物一起联合操作的红外发射器/接收器组合，从而产生一来自红外接收器的信号。

根据本发明的又一方面，提供一种安装到进行旋转运动的构件上的显示系统，该显示系统包括光图形发生装置；带有存储装置并且连接到光图形发生装置上的用于根据所述存储装置中存储的信号产生一系列光图形的控制装置；以及连接到该控制装置上的用于检测该构件在所述旋转运动中位置的位置检测装置，该位置检测装置包括用于检测来自分开的辐射发射装置的辐射的辐射检测装置。

该显示系统可包括在玩具陀螺、悠悠(yo-yo)、飞机模型之类中。

根据本发明的更多方面，提供一种切换系统，用于提供一表示绕具有沿水平面延伸的分量的轴线旋转的旋转件的速度和角度位置的电输出信号，该系统包括一带有该旋转件的用于导引一物体沿与所述轴线径向隔开的路径运动的导向刚性件(guide rigid)，以便当该构件旋转时作用在该物体上的重力牵引力超出作用在该物体上的任何离心力，并使得该物体随构件的旋转而从路径的一端转换到另一端，以及一每次在所述物体沿所述路径到达一预定位置时进行操作的切换装置。

为了更好地理解本发明和说明其产生的效果，将通过示例结合附图进行说明，其中：

图1是第一个显示装置的简单电路图；

图2和3是说明图1的装置如何显示图像的相关图；

图4是一包括第二显示装置的鞋的后视图和在鞋垂直运动时同一鞋在不同位置的两个轮廓后视图；

图5是第二个显示装置的简单电路图；

图5a是压力开关的正视图；

图6是第三个显示装置的透视图；

图7是带有图像显示器的自行车的部分视图；

图8是与再编程系统结合的显示系统的方框图；

图9是位置传感器的简图；

图10和11分别是一yo-yo的透视图和侧视图；

图12是一陀螺的示意性侧视图；

图13是一直升飞机的示意性侧视图；

图14是一重力开关的正视图；

图14a是从图14的开关输出的波形图；及

图15和16是两个进一步改进的显示装置的正视图。

第一显示装置包括一采用安装在一板上的发光二极管2的曲线阵列形式的光图形发生器1，该板连接在例如慢跑者、足球运动员或其他运动员的手腕或脚踝周围的袖口6(见图2)上。该显示装置还包括一基于连接到二极管2上的控制单元3的微处理器、连接到控制单元3上的两个运动传感器4和5(用于检测在两个垂直方向上袖口的运动)、和电源或干电池7。控制单元3和传感器4和5在图2和3中未示出，但被与电源或干电池7一起连接到袖口6上。

控制单元3包括一半导体存储器(未单独示出)，其中存储了控制单元用的控制程序和表示要显示的二维图像的数据。响应此表示图像的数据和来自传感器4和5与袖口的运动的信号，控制单元调制该光图形发生器的各发光二极管2所产生的照度，以便形成对应于图像的相邻线性部分的光的连续线性图形。

戴着袖口6以便能让位于穿着者(未示出)一侧的观看者(未示出)看到发生器1。光图形发生器1和由其产生的光图形从而相对于观看者随穿着者的手腕一起运动。由传感器4和5产生的信号代表该运动的水平和垂直分量。

实际上，该特定显示装置专用于相对运动主要由光图形发生器1的绝对运动和或多或少的观看者构成的情况。例如，穿着者和观看者可以是各运动项目的表演者和观众。因此，传感器4和5可用于检测图像发生器相对于地面的水平和垂直运动。

虽然光的线性图形一个接一个地呈现给观看者，但应足够快以使观看者看到由相邻图像部分构成的整个二维图像。这归因于相对于观看者的图形的运动和在观看者视力范围内该图形的存在。

根据图形发生器1的运动速度和方向来控制光图形的产生。但是，来自传感器4和5的信号可直接或间接地表示速度一例如，传感器可包括加速度计(如以下参照图14所公开的那样)。如果信号间接地表示速度，则该装置可包括有附加信号处理电路(未示出)。另外，控制单元3的微处理器(未单独示出)可用于计算速度分量的的值，或可以不必计算那些值地简单地提取来自传感器4和5的信号。发光二极管2的阵列弯曲以使观看者看到阵列都具有垂直和水平尺寸，且在阵列相对于观看者的运动方向无论为水平还是垂直时都可形成图像。因此，在图2中的袖口6沿水平方向运动的情况下，可看到二维图像7，它是由并列部分形成的。反之，在图3中，袖口6沿垂直方向运动，所显示的图像8由一个接一个的部分形成。因此，对于重合图像7和8，例如，如果两个图像都包括相同的水平的文字阅读，则光图形的顺序是不同的。

发光二极管2的弯曲阵列可由直线阵列(未示出)来代替。

对于光图形的产生不必根据图像发生器的运动速度来控制，由于至少在穿着者的某些行为中，速度适当地保持恒定。同样，可以设定某一特定方向的运动。因此，可以去掉传感器4和5。

袖口6可以作成装有Velcro(TM)快速释放扣件(未示出)的材料条带，以便戴在前臂或身体的任何部位或连接到衣物上。如果需要该条带可永久地连接到衣物上，或显示装置可直接地装到衣物上，或可连接到或插入其它携带或佩戴的装置或衣服上。

图4和5中所示的显示装置包括一沿安装到或插入鞋16的跟部的发光二极管12的线性阵列水平延伸形式的光图形发生器11，以便让在穿鞋的人后面的观看者(未示出)能看到。同时安装到或插入鞋16的有基于微处理器的控制单元13、压力传感器14和电源或干电池(未示出)。

当穿鞋的人行走、跑步、跳跃或做其它相对于地板15的运动时，鞋和光图形发生器11反复地上下运动(图4包括在它与地板15接触时所看到的其运动的中部和顶部的鞋的轮廓图形)。压力传感器14在鞋触及地板的任何时候都产生一个信号脉冲，而且这些连续的脉冲被送到控制单元13。图5a是压力开关4的示例并包括有支撑导电图42的电绝缘基板40。电绝缘材料的圆环形的可变形垫44支撑导电板46。图形42和板46连接到一对端子48和50的相应端。板46上的压力将压缩垫44直到板接触图形42以使端子48和50形成短路。压力开关14可用压电元件代替。

控制单元包括一含有控制程序和表示要显示的二维图像的数据的半导体存储器(未单独示出)。响应于该图像数据，控制单元调制单个发光二极管12所产生的亮度，以便让观看者看到一系列对应于图像的各相邻部分的线性光图形。由于鞋相对于观看者运动，观看者看到由不同图像部分一个接一个形成的所希望的二维图像17。

在鞋的每次向上的运动过程中都重复了该系列光图形，在鞋向下运动时也可选择产生相反的一系列光图形。这样图像便反复地显示，至少在鞋每次向上运动时并最好是在鞋每次向下运动时。对每一序列的重复应使来自压力传感器的信号脉冲的函数与鞋的运动同步。同样，从连续的脉冲之间的时间周期的长度，控制单元可使用一合适的算法来估测任何时刻的鞋的运动速度并因此准确地控制进行连续光图形的最佳显示的往复速率，即，在鞋每次向上或向下运动时显示同一图像。由于鞋的速度有时为正弦形，控制二极管的激发的控制系统被编程使得每份的工作时间随着鞋的位置函数而改变；当鞋以最快的速度运动时产生最短的工作时间便不会使静止的观看者所看到的图像变形。该算法考虑到这点。

发光二极管阵列可被插入鞋跟内或鞋底前部或甚至阵列可绕鞋跟伸展并接着沿鞋的一侧或两侧延伸，以替代从鞋跟面向后。该装置可包括力、速度或加速度传感器以替代压力传感器(未示出)。在这些情况下，除了现在该控制单元可以检测鞋的上下极限运动之外，把来自传感器的信号再次提供给控制单元3。

在鞋每次向上运动并接着又向下运动时该系列光图形可被重复多次，即，使得观看者看见了两个或多个图像。

如参照图4和5所述的装置，能用于除鞋之外的通常相对于观看者上下运动的其它物品或装置中。

在根据本发明的另一种显示装置中，将图像投影到一旋转的玻璃薄片上、或其它透明件、半透明或半反射表面上，使得在薄片旋转时，该图像可清楚地看到与经图像可见的装置的天然背景一起悬挂在空中。该装置将图像投影成一系列的点或线，这些点或线投射到该薄片上并反射给观看者。一系列的发光的线或点形成由薄片扫描并展示给观看者的图像。该装置和旋转的薄片为电连接以便形成相干图像。

图6示出了由轴承21支承的平的矩形板20以便绕轴线22旋转。轴线22平行于其两个长边并位于这两个长边之间的中部的玻璃板20的平面内。该板由与轴线22同轴的透明的或半透明中空圆柱体件24的侧壁23包围。玻璃板的旋转经轴26由电机和齿轮箱组件25来驱动。

发光二极管28线性阵列形式的光图形发生器27(或选择一包括几个这种二极管的相邻的平行线的平面矩阵阵列)由一个临近圆柱体件24的安装装置(未示出)支承，使得阵列平行于轴线22延伸且发生器27所形成的光图形入射到玻璃板20上。但同时，发生器的二极管28由遮光装置(38)如通道形的护板挡住光使得二极管发出的光一般不可直接看到。

二极管被连接到相应的微处理器型控制单元29的驱动信号输出上，该控制单元29轮流从多个连接到壁23顶端并围绕轴线22等距离设置的传感器元件30接收触发信号。触发信号响应经过计数器元件31的各传感器元件30的运动而产生，该计数器元件31连接在玻璃板20的一个顶角上。作为示例，计数器元件可包括一磁铁和响应该磁铁所产生的磁场的每个元件30(如磁石结构电阻)。

控制单元29调制各二极管28所产生的光，以便将重复的连续线形的一系列光图形投射到玻璃板20上，这些光图形对应于要展示给观看者的二维图像的各相邻部分(未表示)。接着由玻璃板20经圆柱体件24的侧壁23朝观看者反射这些光图形。对应于整个图像的每列光图形反复地响应来自其中一个传感器元件30的每个触发信号，使得响应于来自任一个传感器元件30的触发信号的连续的相同的光图形展现给观看者，用对应于观看者眼中的同一位置的特定图像部分的每个光图形展现，而不是用对应于明显挨着的相邻部分的连续光图形展现。由于观看者的视觉暂留，观看者只看到了整个二维图像。它们可改变成活动图像而不是连续的相同的一系列光图形。

但同时，由于具有几个传感器元件，所以整个图像在围绕该装置的几个不同观察点被展示给同一观看者或不同观看者。

用控制单元29中的程序替代通过提供几个传感器元件可用来产生几个图像显示。另外，该程序可用于产生如所显示图像的效果，字母数字信息如可在圆柱体内缓慢地旋转。这可以通过逐渐地增加或减少每列光图形的起始和玻璃板20到达其旋转中的特定位置的相应时间之间的延迟周期来实现，如在传感器元件30中的一个被用于检测板的位置时的特定触发信号的时间。

注意，尽管检测出板的位置并非必须的，但那是由于上述延迟周期的改变相当于简单地提供了光图形系列的重复周期和电机速度之间的差值。

板20可以由一些其它的透明材料制作来替代玻璃。板也可以是半透明或反射式的，且板20和圆柱体件24的侧壁23都可包括带有非反射涂层的部分以防止不希望的伴生图像的投影。

光图形发生器27中的发光二极管28可用合适的交变光源来替代。

一个交变光源可包括一激光器和沿圆柱体的垂直狭缝偏转激光束的装置。通过触发激光器和同步地使激光扫描该狭缝，可产生象二极管阵列所产生的同样的效果。

扫描可以各种方式进行。在图15中激光器60在六面镜64的帮助下扫描引导旋转板20的狭缝62。反射镜64的六个表面中的每一个都使激光束扫描狭缝62。为了避免来自激光器的任何危险的发射到达观看者，不是圆柱体24就是板20为光漫射材料但不遮挡狭缝62的视线。

在图16所示的改进中提供一绕枢轴68摆动的摆动镜66来代替旋转镜64。当线圈72被激励时，连接到反射镜后端的转子70被吸引以绕枢轴68沿逆时针方向运动反射镜66。弹簧74按相反的方向偏压反射镜66，以致于当线圈72的激励中断时，反射镜66将返回到其初始位置。按这种方式，激光束将对狭缝62产生连续的扫描。

可以理解，代替简单激光器的对应各原色的三个激光器可用于产生全色表现。同样通过激光束的合适的调节可产生三维、全息图像。

板20可根据显示效果的需要沿相反的方向旋转或可来回地摆动。

用于本发明的显示装置的控制单元，如图示说明的显示装置中的控制单元3、13和29，每个可包括一连在只读存储器和发光二极管驱动器之间的微控制器，该驱动器具有经限流电阻连到发光二极管上的相应的驱动信号输出。此处既没有分别示出微控制器、只读存储器和发光二极管驱动器，也没有示出任何限流电阻。只读存储器可包括可擦写的可编程存储器，最好是电可擦写的，这样便可随时进行再编程以产生新图像。

而且，存储在控制单元中的程序和数据可表示几个不同的图像并对这些不同的图像可一个接一个地进行显示。每个二维图像可只包括彼此相对固定的象素，或者可明显地包括运动物体，且图像可包括一种或多种颜色。为了产生多色图像，每个装置中的光图形发生器可包括颜色可控的二极管或可包括单颜色二极管串，所谓红、绿和蓝色，带有控制单元组以改变不同颜色的相关的脉冲宽度。

在所述的每个实施例中，代替包括有二极管的暴露的阵列，使得光图形被直接从其接收，二极管可以位于别处并被重排，不必象线性阵列一样，然而提供有各自的纤维光学元件，每个纤维光学元件以其一端接收来自二极管的光并将它发射到光图形发生器的主动面，即，使得在每种情况下从纤维光学元件的另一端接收光以代替从二极管的投射。接着，纤维光学元件的这些其它端被设置成所需要的曲线或直线阵列。

根据本发明的显示装置，可包括代替单行发光二极管的显示单元，可包括以一些其它图案设置的二极管，例如具有几个相邻行的二极管的大体上为线性的阵列，每行比外部两行间的距离长。在这种大体上为线性的阵列中，每一行中二极管的数量超过了相邻行的至少八或十二或更好为大于等于十六倍的数量。接着，每个图像部分包括几个相邻的同时一同形成的光图形，但是被观察的图像仍然连续不断地包括生成的图像部分，而且图像发生器和观看者的相对运动及观看者的视觉暂留有利于形成整个图像。

视觉暂留指的是人的眼睛无能力在一个非常短的时间即小于0.015秒的跨度内辨别被观察的图像的变化。例如在这一时间内如果两个单独的闪光呈现在观看者面前时，观看者将会只看到一个闪光或者，如果闪光是从观看者的视觉范围内的不同位置出现，观看者将看到从不同位置的但是显然是同时的两个闪光。因此，对于观看者看到一个由一系列的相邻元素组成如在上述显示装置中的复合的图像，每列光图形是从上述的很短的时间周期内产生的，优选为小于0.05秒或最好小于0.04秒或甚至最好小于0.03秒或一直小于0.02秒最好小于0.015时间或更短。

图7表示带有注册商标REEBOK的加有装饰图像的前轮104的自行车的部分，对于静止的观看者，尽管在轮104旋转时呈现为自行车的静止状态。

轮104由叉106支撑。连接到轮104上的轮辐108是一细长的包括十六个从轮104向外辐射延伸的发光二极管的阵列(LEDs)。同样，安装在同一轮辐108上的是控制器116，其包括一电池(未示出)，且连接到阵列110上。由连接引起的轮子的不平衡可以通过连接到轮的径向相对侧的平衡重来校正(未示出)。

如图8所示，控制器包括一个微控制器117和一个LED驱动器119。同样，一存储器储存有控制被激活的阵列中的不同的LED的顺序的程序。通过根据预先存储的程序选择不同的LED的时间和激活，尽管其是旋转的，观看者也可以看到轮上明显为静止的图像。

因为随着每个很短时间的闪光的持续，人眼对闪烁的反应在闪光结束后很长时间还存在，故可以得到这一效果。因此，在一系列发生在短的时间跨度内例如小于0.015秒的很短的闪烁的情况下，呈现在眼前的所有的闪烁同时发生并在闪烁一个隔一个地处在视网膜上时，因为阵列已相对于视网膜运动，所以眼睛觉察到一个马上随时间跨度存在很短时间的组合光图形。因此，可以理解为可以产生并存储产生观看者想要的所有的图像的程序。图像可以是文字数字信息的形式或者可以是广告标语的信息的形式。

为了在轮上的特定的角位置开始和阻止由于轮的速度的改变引起的漂移的观察到的显示，必须检测轮的旋转。位置传感器118安装在轮辐108上。如图9所示，位置传感器118包括容纳球轴承122的壳体120，和在一末端124的两个接点126。球122可以在壳体120中运动而且在轮104旋转的适宜点给控制器116提供一电信号。在控制器116内的控制装置(未示出)响应该信号以在轮辐108的旋转的每一完整的循环期间初始化在轮辐的同一角位置的从存储器的读出。

因此图像的起始点可以永远在同一位置。控制装置还测量传感器18操作的往复速率而且禁止从存储器的读出直到轮的速度达到35rpm。当这一点达到以后，控制装置正好以与由控制装置决定的瞬时往复速率成比例的速度控制从存储器到阵列的读出速度。

球122响应重力G而运动。但是，如图9所示，传感器壳体120安排在轮104上以使球122的旋转垂直于轮辐108，即垂直于由于轮104的旋转引起的球122的离心力F的方向。图9示出了对应于图示这一的轮的位置的传感器118。

作为对该控制装置决定轮速度是禁止还是允许系统操作的选择，该系统可以包括一个用于开始例如给显示系统供电的离心开关(未示出)。

附图还表示出控制器116的存储器能如何编程。如图所示，在IBMPC兼容计算机200的帮助下产生想要的图像和构成为200*16像素的阵列。该阵列被下载到将驱动数据流转换成处理器可兼容的处理流的编程器201。该处理器依次通过插头和插孔接口202将阵列的程序载入控制器的存储器中。

可以理解，从使用引导系统的自行车的旋转部件能产生给控制器的电能以替代干电池。

作为一项选择，可将来自安装到自行车架子上的电源的电能经一滑环结构送到轮子上。

在显示系统已被述及与自行车轮子连接时，可以理解它可用于任何其它旋转件如汽车车轮(或用于其轮毂罩)或游乐场的轮子。

自行车可以包括一从控制器得出其输入的电测速计(未示出)，即传感器118的脉冲往复速率。

控制器116可以是两部分，安装到轮辐的第一部分和插入第一部分并包括电源(干电池)和存储器的第二部分。出于安全的目的和/或为了对存储器重新编程可以将插入部分拆掉。

如图10和11所示，除自行车轮子之外的旋转件包括了众所周知的“yo-yo”类的装置，即带有绳子301的平衡卷轮300且它使其自身卷绕或放开绳子。

LED阵列302连到yo-yo的一端以与图7的自行车轮子上的阵列完全一样的方式起作用。再者，有一个包括一耦接该阵列的LED驱动器和一连接到该驱动器的微控制器。此处位置传感器包括彼此面对地连接到yo-yo的两侧壁的红外发射器和红外接收器，以便每当绳子301中断接收器和发射器之间的联系时，位置数据信号被产生且被送到微控制器。数据信号之间的时间用于计算旋转速度以便保持图像静止。另外，控制器可计算yo-yo的加速度(其速度随着其运动的顶部和底部的方向的改变而不时地改变)使得它能允许这种改变和/或甚至预测脉冲间的下一时间间隔。

图12表示一带有LED阵列401的陀螺400。还提供一控制器402和一位置传感器403。此处传感器403采用辐射式传感器，它响应于一手持发射器404。该辐射可以是红外线、无线电或超声波。

发射器405为也可对控制器402重新编程的遥控单元的形式，当需要时产生不同的图像或从陀螺发出声音。

该陀螺可以是电池驱动的。除了陀螺之外，同样的原理可用于电动陀螺仪或其它惯性模型。

陀螺可与使用红外线、超声波、可视光等的其它设备及发射器404连接。

如图13所示，显示装置可以是安装到从房间天花板502悬挂的玩具直升飞机501或其它飞机模型上的LED显示器500。LED显示器可以在玩具侧面或下面。该显示器用于连续运转或有一改变图像和/或与图12中的图象同步的遥控单元(未示出)。

重力开关形式的加速度计在图14中被更清楚地示出。

如图所示一导电材料的中空管500罩住了一个能沿管从一端移到另一端的导电体502(例如球轴承)。管500的相反两端用电绝缘端盖504和506封闭。至少一个端盖506在其内表面上有一中心半球形接点508。一对电线510和512分别连到管500和接点508上。

管安装在绕具有至少一个水平面的分量的轴线516旋转的支承装置514上。

从轴线516径向隔开的管500有一个垂直于径向方向延伸的分量的纵向轴。

在操作过程中，当构件514绕轴线516旋转时，管500内的导电体502受到离心力。如果管的轴线垂直于径向方向延伸，则因离心力而引起的沿管的导电体502位移将为零或为最小量。如果管旋转的平面有一个垂直分量，则重力将作用在导电体502上以使它在半圈的每个转换期间朝一端运动，而在每个插入的半圈时朝另一端运动。

因此，导电体502、管50、接点508和电线510和512用作一个将关闭每个操作循环的开关。

在管500最好为直线状的同时，它可稍微地呈凸状或凹状地弯曲。这会使一些离心力施加给导电体502，但是假若旋转速度和曲率使得离心力不等于或超过物体上的重力，则在每个循环内还进行一次开关的关闭。

管可具有除圆形之外的横截面形状，在这种情况下导电体504应具有一个仍允许它沿管滑动和滚动的形状。

在重力推动下的导电体502的加速度很可能引起在与其接触的接点508处的导电体502的跳动。来自开关(如果用一个DC信号激励)的最终输出将是一具有第一脉冲往复速率的第一方波和一具有发生在每个具有第一脉冲往复速率的脉冲上升沿的更高脉冲往复速率的第二方波(见图15)。

简单的已知电路可用于滤出除具有最低往复速率的方波之外的其它全部波形。因此最终的信号不仅提供了构件514的旋转速度的指示，而且提供了每个循环周期内的构件514的位置的瞬时指示。

被检测的构件514的瞬时位置上的角度将作为速度的函数而改变，但如果这一关系是已知的，则构件514的确切位置将在每个循环中的至少一个中是已知的。

这一加速度计可用于与图1至3、7、8或10、11的任一实施例连接。

Claims (39)

1、一种切换系统，用于提供一表示绕具有沿水平面延伸的分量的轴线旋转的旋转件的速度和角度位置的电输出信号，该系统包括一带有该旋转件的用于引导一物体沿与所述轴线径向隔开的路径运动的导向刚性件，以便当该构件旋转时作用在该物体上的重力牵引力超过作用在该物体上的任何离心力，并使得该物体随构件的旋转而从路径的一端转换到另一端，以及一每次在所述物体沿所述路径到达一预定位置时进行操作的切换装置。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述导向装置包括一细长管。

3、如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述细长管是直线的。

4、如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述管是稍弯曲的。

5、一种如前述任一权利要求所述的系统，其中所述管是圆形截面且所述物体包括一球轴承。

6、如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述管和物体为导电材料的，而且该管由一支承一向内的接触件的电绝缘端盖在一端封闭，该接触件设置成由所述物体连接。

7、一种用于向观看者显示二维图像的装置，该装置包括：一装在由穿着者穿着的衣物中并由穿着者相对于观看者循环运动的光图形发生器；用于确定该循环频率的装置；和一连接到该光图形发生器和频率确定装置上的用来使该发生器产生一系列对应于所述图像的相应不同部分的控制单元，使得该观看者可以因发生器的运动和观看者的视觉暂留而看到所呈现的所述二维图像。

8、如权利要求7所述的装置，包括一用于检测沿两个彼此垂直的方向的速度分量和/或衣物的加速度并将输出信号馈送到所述控制单元的运动检测装置。

9、如权利要求7或8所述的装置，其中所述衣物适于作为袖口穿戴。

10、如权利要求7或9中任意一个所述的装置，其特征在于：所述衣物包括一可对要穿戴在穿着者身上可选择位置的衣物进行操纵的可松开的连接装置。

11、如权利要求7到10中任意一个所述的装置，包括连接到该控制装置上的用于提供表示所述光图形发生器的速度和/或运动方向的信号的传感器装置。

12、如权利要求7到11中之一所述的装置，其特征在于：所述控制装置是可操作的，用于使所述发生器产生的光图形根据所述光图形发生器的速度和/或运动方向而改变。

13、如权利要求7到12中任意一个所述的装置，其特征在于：所述光图形发生器装置包括总体上为直线的光源阵列。

14、如权利要求12所述的装置，其特征在于：所述光源为发光二极管。

15、如权利要求12或13所述的装置，其特征在于：所述光源阵列为弯曲的。

16、如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述衣物为鞋。

17、如权利要求7到16中任意一个所述的装置，其特征在于：所述频率确定装置包括一根据权利要求1到6中任意一个的系统。

18、一种用于向观看者显示二维图像的装置，该装置包括：一装在相对于所述观看者垂直向上和向下运动的支承装置中的光图形发生器；确定该支承装置的往复速率的装置；和一连接到该光图形发生器和往复速率确定装置上的用于使该发生器产生一系列对应于所述图像的相应不同部分的控制单元，使得该观看者因发生器的运动和观看者的视觉暂留可以看到所呈现的包括一个接一个的上述部分的所述二维图像。

19、如权利要求18所述的装置，其特征在于：所述支承装置为鞋。

20、如权利要求19所述的装置，其特征在于：所述光图形生成装置包括绕鞋跟和/或鞋的侧边在基本上水平面内延伸的发光二极管阵列。

21、如权利要求18或19所述的装置，包括装入所述支承装置中的传感器装置，用以形成表示支承装置在其运动范围内的至少一个位置的信号。

22、如权利要求21所述的装置，其特征在于：所述传感器装置包括响应每次鞋被压抵地面的压力传感器装置。

23、一种用于向观看者显示二维图像的装置，该装置包括：一光图形发生器，一被安装用来相对于所述观看者旋转运动的反射部件，和一连接到光图形发生器上以使该发生器将一系列对应于所述图像的相应不同部分的光图形投射到所述反射部件上的控制单元，光图形被可操作地反射给所述观看者，使得该观看者因发生器的运动和观看者的视觉暂留可以看到所呈现的所述二维图像。

24、如权利要求23所述的装置，其特征在于：该反射部件包括一被安装来在具有绕板延伸的弯曲壁的部件内旋转的反射板，且光图形经所述壁再反射给观看者。

25、如权利要求23所述的装置，其特征在于：所述反射部件包括一半反射镜。

26、如权利要求23到25所述的显示装置，其特征在于：所述光图形发生器包括安装在环绕所述反射部件的圆柱体上并被指向所述反射部件的发光二极管阵列。

27、如权利要求22到25中任一个所述的显示器，其特征在于：所述光图形发生器包括经一环绕所述反射部件的圆柱体内的狭缝定向扫描该反射部件的激光束，且其中至少所述圆柱体或反射部件中的一个具有光漫射性。

28、如权利要求27所述的显示系统，包括使激光束扫描该狭缝的多面旋转反射镜。

29、如权利要求27所述的显示系统，包括使激光束扫描该狭缝的摆动件。

30、如权利要求29所述的显示系统，包括一可激励的螺线管，以在某种意义上围绕一枢轴点位移该反射镜；以及一回动弹簧，当该螺线管被去激励时，用于使该反射镜以在相反意义上绕该枢轴点移位。

31、一种用于安装到一进行旋转运动的构件上的显示系统，该显示系统包括光图形生成装置、含有存储器装置并连接到光图形生成装置上以使其根据存储在所述存储器中的信号产生一系列光图象的控制装置、和连接到该控制装置上以检测该构件在所述旋转运动中的位置的位置检测装置，该位置检测装置包括一能响应重力运动的元件和用于提供表示该元件运动的电信号的信号提供装置。

32、如权利要求31所述的显示系统，其特征在于：可运动的元件包括导电材料，而且信号提供装置包括一对在位置检测装置内的接点，用于在其运动的一个位置跨接该可运动元件。

33、如权利要求31或32所述的显示系统，包括离心切换装置，用于响应所述构件的旋转以初始化该系统的操作。

34、如权利要求31、32或33所述的显示系统，所述位置检测装置被安装在所述构件上，用于垂直于作用在该元件上的因所述构件的旋转引起的离心力的可运动元件的运动。

35、一种用于安装到一进行旋转运动的构件上的显示系统，该显示系统包括光图形生成装置、含有存储器装置并连接到光图形生成装置上以使其根据存储在所述存储器中的信号产生一系列光图象的控制装置、和连接到该控制装置上以检测该构件在所述旋转运动中的位置的位置检测装置，该位置检测装置包括一安装到所述构件上并与不随所述构件旋转的衣物一起操作的红外发射器/接收器组合，从而使从该红外接收器产生一信号。

36、一种用于安装到一进行旋转运动的构件上的显示系统，该显示系统包括光图形生成装置、含有存储器装置并连接到光图形生成装置上以使其根据存储在所述存储器中的信号产生一系列光图形的控制装置、和连接到该控制装置上以检测该构件在所述旋转运动中的位置的位置检测装置，该位置检测装置包括辐射检测装置，用于检测来自分开的辐射发射装置的辐射。

37、一种玩具陀螺，包括一如权利要求35或36的显示系统。

38、一种yo-yo，包括一如权利要求35和权利要求36的显示系统。

39、一种被安排来绕一固定枢轴点飞行的模型飞机，包括一如权利要求35或权利要求36的显示系统。

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