CN201233706Y - 三维运动显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维运动显示装置，为包括LED网格屏、滑座、往复机构、电动机、电源滑杆、底座、信号传送装置的三维运动显示装置，或为包括LED网格屏、平板、升降机构、电动机、电源滑杆、信号传送装置的三维运动显示装置。所述LED网格屏通过电动机驱动往复机构或升降机构进行往复运动，从而实现LED网格屏做直线往复运动，计算机的电子数据输入信号传送装置、再经滑座或平板的CPU将电子数据转换成驱动电流输入到屏板中的双面LED灯，控制双面LED的开与关，让整屏的双面LED灯按照计算机的控制有序发光。本实用新型成本低、实用性高、能实现同时点亮和熄灭、全彩显示，使人们在360度范围内看到三维图像。

Description

三维运动显示装置

技术领域

本实用新型涉及三维显示技术，具体涉及一种三维运动显示装置。

背景技术

三维显示装置可以分为两种不同的类型，一种是物体包含在实际的空间中，另一种是物体在虚拟空间中。前者是手工制造的，即是可触摸的。而后者就如同电影，是不可触摸的。因此，设计人员寻求改进三维显示装置使之易于实现和调整。

一种三维显示装置是：利用投影透镜通过一系列二维画面将图像显示在空间材料上。美国1999年的一个专利(专利号是US 005956172)指出：为了实现三维效果，每个发光点必须从不同的角度用激光交汇投影。这些画面是从存储着二维图像的计算机得来的。这种三维显示装置需要使用复杂的光学偏振、过滤及投射仪器，由于光粒子极为细微，实现两个光粒子在空中碰撞、两束激光束在空间交汇而形成亮点的技术实现难度极高，因而，这种三维显示装置非常昂贵，实用性不足。此外，激光束也是发光的，观察者观察亮点组成的图形时不可避免地受到激光束的光线干扰。

另一种三维显示装置是：利用点光源传递三维图像的信息。它可使观察者在一定的范围内看到立体图像。日本国1996年的一个专利(专利号是特开平8-286624)：平面排列的点光源组成一块平面屏，多块平面屏组成一组三维屏，所显示的图形是点光源数和平面屏数所组成三维坐标点发光的结果。但它的缺点是：由于平面屏板材料透光率和点光源本身遮挡，平面屏数受很大限制，很难超过二位数，即使形成了三维显示，也只能用于简单的几何图形。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种成本较低、实用性强、并使人们在360度范围内看到较复杂的三维图像的三维运动显示装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种三维运动显示装置，包括LED网格屏、滑座、往复机构、电动机、电源滑杆、底座、信号传送装置；所述LED网格屏由双面LED、导线和透空PCB组成，各双面LED处于空间点阵(X，Y，Zt)的结点位置，各双面LED都与一条X轴方向导线、一条Y轴方向的透空PCB连接，同一行各双面LED分别与同一条导线连接，同一列各双面LED分别与同一条透空PCB连接；LED网格屏固定在设置有PCB数据处理板的边框内，边框固定在滑座上，滑座与由电动机驱动的往复机构相连接；所述滑座内设置有相连接的数据处理CPU、PCB数据处理板；滑座下部两端装有两个碳刷滑环，两个碳刷滑环分别与固定在底座两端的电源滑杆套接，电源滑杆外接直流电源，且电源滑杆通过碳刷滑环与滑座内的数据处理CPU、PCB数据处理板及边框的PCB数据处理板分别电力连接，滑座内的数据处理CPU、PCB数据处理板及边框的PCB数据处理板与导线和透空PCB分别连接；所述信号传送装置与数据处理系统信号连接后依次经滑座的数据处理CPU及PCB数据处理板、边框的PCB数据处理板与透空PCB相连接。

本三维运动显示装置包括LED网格屏、平板、升降机构、电动机、电源滑杆、支撑杆、信号传送装置；所述LED网格屏由双面LED、导线和透空PCB组成，各双面LED处于空间点阵(X，Y，Zt)的结点位置，各双面LED都与一条X轴方向导线、一条Y轴方向的透空PCB连接，同一行各双面LED分别与同一条导线连接，同一列各双面LED分别与同一条透空PCB连接；LED网格屏固定在设置有PCB数据处理板的边框内，所述由电动机驱动的升降机构处在一箱体中，所述平板安装在所述升降机构的连杆上端，所述平板中相邻的两个角分别伸出一电源滑杆，另外两个角分别伸出一设置有驱动信号导线的支撑杆，电源滑杆、支撑杆均垂直于平板，且上端处于同一平面并与所述边框四角垂直相连，电源滑杆与固定在箱体的碳刷滑环套接，电源滑杆外接直流电源，且电源滑杆与边框的PCB数据处理板电力连接，边框的PCB数据处理板分别与导线和透空PCB相连接；所述平板内设置有相连接的数据处理CPU、PCB数据处理板，且电源滑杆与平板内的数据处理CPU、PCB数据处理板分别电力连接；所述信号传送装置与数据处理系统信号连接后依次经平板的数据处理CPU及PCB数据处理板、支撑杆内的驱动信号导线、边框的PCB数据处理板与透空PCB相连接。

所述数据处理系统是计算机。

所述信号传送装置包括信号接收器、信号发射器，信号接收器内嵌或固定于滑座或平板，信号发射器与计算机相连接并向信号接收器发送信号。

所述导线为地线，所述透空PCB包括电源线及3条数据信号线，地线与电源线接入直流电源，所述3条数据信号线接入数据处理系统传来的信号数据。

所述信号传送装置为红外线信号传送装置或蓝牙信号传送装置。

所述电动机为匀速电动机或步进电动机。

本实用新型的工作过程包括以下步骤：

(1)数据处理系统通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；

(2)数据处理系统通过计算，得出所述三维数据在三维运动显示装置的空间点阵(X，Y，Zt)中相应的结点的三维坐标值，其中Zt表示(X，Y)在t时间内在Z方向的位置；

(3)数据处理系统根据所述三维坐标值，输出信号至所述三维运动显示装置的信号传递装置，然后进入做直线往复运动的滑座或平板内的数据处理CPU，数据处理CPU将信号转化为驱动电流送到屏板中的LED，使三维运动显示装置的空间点阵(X，Y，Zt)相应的结点发光，从而实现三维运动显示。

为更好地实现本实用新型，所述三维物体扫描仪器包括激光三维物体扫描器、雷达、医疗设备X-CT、RMI、B超声波仪、工程测量仪器，所述人工设计是指使用图形处理软件包括AutoCAD、3DS MAX、MAYA进行立体图像制作。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

(1)本实用新型使用LED来实现三维显示，成本较低、实用性高；

(2)本实用新型LED网格屏采用双面LED灯结构，能够实现同时点亮和熄灭，实现全彩显示，并使人们在360度范围内看到较复杂的三维结果；

(3)本实用新型采用无线的信号传递装置将计算机传来的电子信号传送到LED网格屏，信号传递速度快、可靠性高；

(4)本实用新型通过采用电动机驱动直线传动装置使LED网格屏做直线往复运动，使人眼可以舒服地看到连续画面，舒服地看到一个立体的连续画面。

(5)本实用新型可通过电动机自由调整LED网格屏做直线往复运动的速度，能满足不同的显示质量需要；

(6)本实用新型能够将计算机传递来的三维坐标的图形信号分成很多的平面层，使其成为二维坐标信号，并通过驱动芯片的数据处理转换成指定LED的驱动电流，从而使指定点的LED发光，可以用于原子模型或太阳系模型教学。

附图说明

图1是本实用新型三维运动显示装置的LED网格屏结构示意图；

图2是本实用新型三维运动显示装置的结构示意图；

图3是本实用新型三维运动显示装置的在转盘成90度时的状态示意图；

图4是本实用新型三维运动显示装置的在转盘成180度时的状态示意图；

图5是本实用新型三维运动显示装置的在转盘成180-360度时的状态示意图；

图6是本实用新型做结构变形后的LED三维运动显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，本实用新型中的LED网格屏，由双面LED(1)、导线(2)和透空PCB(3)组成，各双面LED(1)处于空间点阵(X，Y，Zt)的结点位置，各双面LED(1)都与一条X轴方向导线(2)、一条Y轴方向的透空PCB(3)连接，同一行LED(1)与一条导线(2)连接，同一列LED(1)与透空PCB(3)连接；所述导线(2)为地线，所述透空PCB(3)包括电源线及3根数据信号线，本三维运动显示装置由于采用双面LED结构，使屏能在各方向都能显示，能够实现同时点亮和熄灭，并实现全彩显示。

如图2所示为本实用新型三维运动显示装置的结构示意图，包括LED网格屏(2)、滑座(3)、转盘连杆机构、电动机(7)、电源滑杆(5)、底座(4)、红外线信号传送装置。所述转盘连杆机构由连杆(6)、转盘(8)连接组成，电动机(7)为做匀速圆周运动的电动机。所述LED网格屏(2)即为图1所示的LED网格屏，LED网格屏(2)固定在设有PCB数据处理板的边框(1)内，边框(1)固定在滑座(3)上，滑座(3)下部两端装有两个碳刷滑环(12)，两个碳刷滑环(12)分别与固定在底座(4)两端的电源滑杆(5)套接，滑座(3)与连杆(6)相连接；所述电动机(7)驱动转盘(8)做匀速圆周运动，通过连杆(6)从而带动滑座(3)、LED网格屏(2)一起做匀速直线往复运动。

所述滑座(3)内设置有相连接的PCB数据处理板、数据处理CPU，所述电源滑杆(5)外接5V的直流电源，且电源滑杆(5)通过碳刷滑环(12)与滑座(3)内的数据处理CPU、PCB数据处理板及边框(1)的PCB数据处理板分别电力连接，滑座(3)内的数据处理CPU、PCB数据处理板及边框(1)的PCB数据处理板与LED网格屏(2)内的导线和透空PCB分别连接。

所述滑座(3)上边端装置有红外线信号传送装置的红外线接收器(11)，红外线发射器(9)与计算机信号连接并向红外线接收器(11)发送红外线信号(10)。

所述红外线发射器(9)与计算机信号相连，将计算机传来的电子信号用极快的速度转换成红外线信号(10)并发送出去，而红外线接收器(11)将从红外线发射器(9)接受到的红外线信号(10)用极快的速度转换回电子信号并传输到滑座(3)的数据处理CPU，滑座(3)的数据处理CPU将这些电子信号转化成驱动电流(包括控制LED灯开与关的电流)，并通过滑座(3)的PCB、边框(1)的PCB输入到LED网格屏(2)的透空PCB的3条数据线，进而把驱动电流送到LED灯上，让整屏的LED灯按照计算机的控制有序发光。该红外线信号传送装置解决了信号通过运动中的导线会出现信号失真甚至中断的问题。

假定当转盘连杆机构的连杆(6)处于水平且LED网格屏(2)与转盘(8)距离最远时为初始状态，即为图2所示。首先，做匀速圆周运动的电动机(7)带动转盘(8)开始沿箭头方向(顺时针方向)转动，连杆(6)连接在转盘(8)的也一端作顺时钟方向的匀速圆周运动，在转盘(8)旋转的0-180度范围内，连杆(6)带动滑座(3)和LED网格屏(2)从左至右做水平直线运动。

图3和图4分别显示了本装置在转盘(8)成90度和180度时的状态，与图2的初始状态不同，图3和图4多了视觉残留屏(13)。由于人眼和较低频率的攝影机对光线的反应有一定的时滞性，当真实的屏高速运动时，人眼会对真屏过去后的空间亮点仍然存在视觉残留，这里称之为视觉残留屏，人们对视觉残留屏的层次感决定于真屏的速度或往复直线运动的频率。

如图5所示，转盘(8)在180-360度时本装置的状态，可见转盘(8)仍然是顺时钟方向旋转，但滑座(3)和LED网格屏(2)已是反方向的直线水平运动了。当转盘(8)完成了一周的旋转时，滑座(3)和LED网格屏(2)同时完成了一次往复直线运动。

假定转盘(8)每秒钟旋转12圈(电动机(7)转速应在每分钟1800转以上，可以通过同轴减速装置使转盘(8)转速降低，同时增加转盘(8)的扭力)，则LED网格屏(2)在一秒钟内做了24次的往和复的直线运动。电影胶片每秒钟显示24格画面时人眼可以舒服地看到连续画面。同理，本装置也可让人眼舒服地看到一个立体的连续画面。

本实用新型三维运动显示装置能够使网格屏在高速往复运动中顺利立体成像的技术。这个技术要解决的主要问题是：均速旋转的电动机带动发光网格屏运动时，有可能使人眼对屏中的光点产生一个拖动现象。

针对这个问题有以下解决方案：使用步进电动机代替上述匀速圆周运动的电动机，步进电动机的工作原理是转一个角度就停顿一小段时间，然后再转一个角度再停顿一小段时间，循环往复。因此可以控制屏在运动时完全熄灭，在停顿时再点亮，这就可以避免光点拖动现象的出现。一般的步进电机每秒步进2000次，每次步进角度1.8度，每次步进时间0.5毫秒，其中旋转运动时间0.07毫秒，停顿时间0.43毫秒，这个停顿时间足够依次点亮具有64x64个像素点的全屏。

实施例二

作为本三维运动显示装置的另外一种结构形式，该LED三维运动显示装置包括LED网格屏(2)、平板(3)、升降机构、做匀速圆周运动的电动机、电源滑杆(4)、支撑杆(8)、红外线信号传送装置；所述LED网格屏(2)为图1所示的LED网格屏，所述LED网格屏(2)固定在设置有PCB数据处理板的边框(1)内，所述由电动机驱动的升降机处在一箱体(10)中，所述平板(3)安装在所述升降机构的连杆(9)上端，所述平板(3)中相邻的两个角分别伸出一电源滑杆(4)，另外两个角分别伸出一设置有驱动信号导线的支撑杆(8)，电源滑杆(4)、支撑杆(8)均垂直于平板(3)，且上端处于同一平面并与所述边框(1)四角垂直相连，电源滑杆(4)与固定在箱体(10)的碳刷滑环(7)套接，电源滑杆(4)外接5V的直流电源后经边框的PCB数据处理板分别与导线和透空PCB电力连接；所述平板(3)内设置有相连接的PCB数据处理板、数据处CPU，所述信号传送装置的信号发射器(6)与计算机信号连接后，将计算机电子信号转换为红外线信号(5)发送到固定于平板(3)的信号接收器，信号接收器以极快的速度将红外线信号(5)转换回电子信号输入到平板(3)的数据处理CPU，数据处理CPU将信号接收器传来的电子信号转化成驱动电流(包括控制LED灯开与关的电流)并依次通过平板(3)的PCB数据处理板、支撑杆(8)内的驱动信号导线、边框(1)的PCB数据处理板分别输入透空PCB的3条数据信号线。

所述电动机驱动升降机构的连杆(9)做升降运动从而带动平板(3)、LED网格屏(2)一起做匀速直线升降运动。

该三维运动显示装置网格屏是透空的，它在运动中遇到的空气阻力可忽略不计，但它在往复运动时的还会有一点惯性，这个惯性有可能使屏在终点换向运动时产生晃动现象，通过由平板(3)伸出电源滑杆(4)、支撑杆(8)固定LED网格屏(2)，并使LED网格屏(2)处于一个平面内，升降机构带动平板(3)、电源滑杆(4)、支撑杆(8)以及LED网格屏(2)一起做升降运动，即防止了LED网格屏(2)在终点换向运动时产生晃动的可能性。

本实施例一、二所述的三维运动显示装置，能够将计算机传递来的三维坐标的图形信号分成很多的平面层，使其成为二维坐标信号，并通过驱动芯片的数据处理转换成指定LED的驱动电流，从而使指定点的LED发光。假定将屏单向运动分解成64个平面层，则在T1＝1/(64 x 24)秒内，该层指定的LED灯必须全部点亮，若网格屏的象素点为64 x 64，则指定的每个LED灯点亮的时间是1/(T1 x 4069)＝1.59 x 10^-7秒，LED的启动时间是10^-11秒，因此不存在LED灯点不亮的问题。64 x 64 x 64个像素点的三维显示装置已能显示化学元素周期表中所有的原子模型(最多可显示12层和超过64种颜色)，因此用于原子模型或太阳系模型教学是足够的。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

Claims (9)

1、一种三维运动显示装置，其特征在于：包括LED网格屏、滑座、往复机构、电动机、电源滑杆、底座、信号传送装置；所述LED网格屏由双面LED、导线和透空PCB组成，各双面LED处于空间点阵(X，Y，Zt)的结点位置，各双面LED都与一条X轴方向导线、一条Y轴方向的透空PCB连接，同一行各双面LED分别与同一条导线连接，同一列各双面LED分别与同一条透空PCB连接；LED网格屏固定在设置有PCB数据处理板的边框内，边框固定在滑座上，滑座与由电动机驱动的往复机构相连接；所述滑座内设置有相连接的数据处理CPU、PCB数据处理板；滑座下部两端装有两个碳刷滑环，两个碳刷滑环分别与固定在底座两端的电源滑杆套接，电源滑杆外接直流电源，且电源滑杆通过碳刷滑环与滑座内的数据处理CPU、PCB数据处理板及边框的PCB数据处理板分别电力连接，滑座内的数据处理CPU、PCB数据处理板及边框的PCB数据处理板与导线和透空PCB分别连接；所述信号传送装置与数据处理系统信号连接后依次经滑座的数据处理CPU及PCB数据处理板、边框的PCB数据处理板与透空PCB相连接。

2、一种三维运动显示装置，其特征在于：包括LED网格屏、平板、升降机构、电动机、电源滑杆、支撑杆、信号传送装置；所述LED网格屏由双面LED、导线和透空PCB组成，各双面LED处于空间点阵(X，Y，Zt)的结点位置，各双面LED都与一条X轴方向导线、一条Y轴方向的透空PCB连接，同一行各双面LED分别与同一条导线连接，同一列各双面LED分别与同一条透空PCB连接；LED网格屏固定在设置有PCB数据处理板的边框内，所述由电动机驱动的升降机构处在一箱体中，所述平板安装在所述升降机构的连杆上端，所述平板中相邻的两个角分别伸出一电源滑杆，另外两个角分别伸出一设置有驱动信号导线的支撑杆，电源滑杆、支撑杆均垂直于平板，且上端处于同一平面并与所述边框四角垂直相连，电源滑杆与固定在箱体的碳刷滑环套接，电源滑杆外接直流电源，且电源滑杆与边框的PCB数据处理板电力连接，边框的PCB数据处理板分别与导线和透空PCB相连接；所述平板内设置有相连接的数据处理CPU、PCB数据处理板，且电源滑杆与平板内的数据处理CPU、PCB数据处理板分别电力连接；所述信号传送装置与数据处理系统信号连接后依次经平板的数据处理CPU及PCB数据处理板、支撑杆内的驱动信号导线、边框的PCB数据处理板与透空PCB相连接。

3、按权利要求1或2所述的三维运动显示装置，其特征在于：所述数据处理系统是计算机。

4、按权利要求1或2所述的三维运动显示装置，其特征在于：所述信号传送装置包括信号接收器、信号发射器，信号接收器内嵌或固定于滑座或平板，信号发射器与计算机相连接并向信号接收器发送信号。

5、按权利要求1或2所述的三维运动显示装置，其特征在于：所述导线为地线，所述透空PCB包括电源线及3条数据信号线，地线与电源线接入直流电源，所述3条数据信号线接入数据处理系统传来的数据信号。

6、按权利要求1或2所述的三维运动显示装置，其特征在于：所述信号传送装置为红外线信号传送装置。

7、按权利要求1或2所述的三维运动显示装置，其特征在于：所述信号传送装置为蓝牙信号传送装置。

8、按权利要求1或2所述的三维运动显示装置，其特征在于：所述电动机为匀速电动机。

9、按权利要求1或2所述的三维运动显示装置，其特征在于：所述电动机为步进电动机。

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