RU2322705C1 - Вращающийся дисплей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области проектирования и производства вращающихся дисплеев, в частности светодиодных вращающихся дисплеев больших размеров группового пользования для визуального отображения. Технический результат заключается в улучшении качества воспроизводимого изображения, за счет балансировки яркости светодиодов и стабилизации системы вращения конструкции без увеличения скорости вращения дисплея и количества используемых светодиодов. Указанный результат достигается за счет того, что дисплей содержит блок управления, передающий/опорный механизм, блок питания, цилиндрический видеоэкран, состоящий из светодиодных модулей, каждый из которых представляет собой вертикально ориентированный полый параллелепипед, внутри которого установлена светодиодная матрица, контроллер и блок питания светодиодной матрицы. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к области проектирования и производства вращающихся дисплеев, в частности светодиодных вращающихся дисплеев больших размеров группового пользования для визуального отображения текстовой, графической и видеоинформации в рекламных и иных целях.

Известен вращающийся электронный дисплей - патент с США №5818401 В2, кл. G09G 3/00, 1998. Дисплей состоит из нескольких линий светоизлучающих модулей, смонтированных на поворотном устройстве на одинаковом расстоянии друг от друга или на равных угловых расстояниях. Светоизлучающие модули каждой линии состоят из многих светоизлучающих источников. При вращении поворотного устройства разные светоизлучающие источники каждого светоизлучающего модуля включаются в разных пространственных точках. Благодаря задерживающей способности человеческого глаза на вращающейся поверхности поворотного устройства образуется виртуальный дисплей. При этом для создания такого дисплея требуется относительно небольшое количество светоизлучающих модулей. Однако такие дисплеи могут использоваться только как автономные устройства.

Наиболее близким аналогом является вращающийся дисплей - патент США №6639571 В2, кл. G09G 3/00, 2003. Вращающийся дисплей состоит из передающего опорного механизма, приспособленного для установки на колонне здания; цилиндрического дисплея, приспособленного для установки вокруг колонны, приводимого в движение и опирающегося на передающий опорный механизм; контактного блока подачи питания, приспособленного для установки на колонне, обеспечивающего подачу энергии для питания дисплея и блока управления; кругового декодера, установленного между колонной и дисплеем для определения сигнала кругового положения дисплея и передачи сигнала кругового положения на блок управления. При этом изображение и сигналы управления передаются беспроводным способом на блок управления, управляющий светоизлучающими модулями, смонтированными на дисплее для формирования изображения, возникающего благодаря удерживающей способности человеческого глаза.

В известной конструкции система вращения цилиндрического дисплея требует улучшенной настройки. Это связано с тем, что верхнее токопроводящее кольцо дисплея опирается на три ролика, а нижнее токопроводящее кольцо находится вертикально в свободном положении. Фиксация дисплея относительно оси вращения обеспечивается посредством подпружиненных роликов. Поэтому система вращения в горизонтальной плоскости стабилизируется за счет собственного веса дисплея, что должно обуславливать точное горизонтальное положение дисплея. В противном случае возможно возникновение биений. Отклонения упругости пружин верхних и нижних роликов должны быть минимальны. Неравномерность упругости пружин вызывает отклонение положения цилиндрического дисплея от вертикальной оси. Все это требует высокоточного производства, дорогих комплектующих, сложной настройки системы вращения дисплея. Кроме того, скорость вращения такого дисплея ограничена. Увеличение скорости вращения может привести к мерцаниям и неравномерности воспроизводимого изображения, что ведет к увеличению количества диодов и усложнению системы управления дисплея и повышает стоимость конструкции. Также ограничивается диаметр цилиндрического дисплея, что не дает возможность изготавливать конструкции с большой площадью воспроизводимых изображений.

Стабилизация дисплея по штрих коду, нанесенному на колонну и считываемому камерой, не дает равномерного распределения пикселей по вертикали. Из-за возможности возникновения биений дисплея шаг между пикселями будет неравномерным.

Формирование изображения в системе дистанционного управления и его передача посредством микроволнового передатчика ограничено в объеме передаваемых данных, что в свою очередь ограничивает разрешающую способность дисплея и количество цветов в палитре воспроизводимого изображения.

Целью настоящего изобретения является создание вращающегося дисплея, обеспечивающего воспроизведение 360° изображения, который позволит увеличить разрешающую способность дисплея, т.е. улучшить качество воспроизводимого изображения, за счет применения системы балансирования яркости светодиодов и стабилизации системы вращения конструкции без увеличения скорости вращения дисплея и количества используемых светодиодов и, следовательно, без увеличения затрат на электроэнергию и стоимость производства.

Для построения светодиодного дисплея высокого разрешения необходимо иметь сотни тысяч светодиодов. Большое количество светодиодов ведет к большому потреблению электроэнергии и высокой стоимости конструкции. Для создания относительно недорогой конструкции был использован эффект инерционности человеческого глаза. Например, при вращении световой точки с частотой, равной или выше 50 оборотов в секунду, в мозге человека формируется изображение непрерывного кольца. Если в момент прохождения световой точки управлять ее яркостью, то сформируется изображение кольца с различной яркостью в разных его местах. Вращение нескольких световых точек, размещенных с определенным шагом по вертикали, создает полноцветное изображение.

Указанный результат достигается тем, что вращающийся дисплей, в котором сигналы изображения и управления передаются беспроводным способом на блок управления, содержит передающий/опорный механизм, цилиндрический видеоэкран, приводимый в движение и опирающийся на передающий/опорный механизм, блок питания, обеспечивающий подачу энергии для питания дисплея, светоизлучающие элементы, управляемые блоком управления для формирования изображения, при этом цилиндрический видеоэкран состоит из светодиодных модулей, каждый из которых представляет собой вертикально ориентированный полый параллепипед, внутри которого установлены светодиодная матрица, контроллер светодиодной матрицы и блок питания светодиодной матрицы, причем на внешней стенке модуля имеются вертикально ориентированные линейки отверстий для размещения диодов светодиодной матрицы.

Передающий/опорный механизм состоит из неподвижно установленного несущего вала, вращающегося каркаса, электродвигателя с частотным приводом и токосъемников. Вращающийся каркас состоит из двух дисков, одетых на несущий вал с возможностью вращения вокруг него и соединенных между собой вертикальными штангами, вертикальные стойки, расположенные по окружности цилиндрического дисплея, верхние и нижние радиальные лучи, соединяющие, соответственно, верхний и нижний диски с вертикальными стойками. На концах стоек имеются фиксаторы с направляющими для установки модулей. Концевые части несущего вала выполнены с возможностью его подвешивания, например, под потолком помещения или установки на колонне или фундаменте. В качестве электродвигателя может быть использован трехфазный асинхронный двигатель с частотным приводом, связанный ременной передачей со шкивом, установленным на каркасе, или электродвигатель с внешним ротором. Кольца токосъемников установлены на валу, а щеткодержатели размещены на вращающемся каркасе.

Каждый светодиодный модуль установлен на фиксаторах между двумя рядом расположенными вертикальными стойками, при этом внешние стенки светодиодных модулей, каждый из которых боковыми стенками соприкасается с двумя соседними модулями, образуют практически сплошную цилиндрическую поверхность.

Вращающийся дисплей дополнительно содержит датчик начала цикла, установленный на вращающейся части дисплея, и постоянный магнит, размещенный на неподвижной части дисплея и взаимодействующий с датчиком начала цикла.

Вращающийся дисплей дополнительно содержит контроллер светодиодных модулей, который вместе с внутренним блоком питания и внутренним блоком управления с антенной беспроводной связи размещены в верхней вращающейся части дисплея.

Вращающийся дисплей дополнительно содержит блок калибровки светодиодов, включающий устанавливаемый перед светодиодами фотодатчик, соединенный через фотометр с внешним блоком управления с антенной беспроводной связи, и внешний блок питания.

Входы внутреннего и внешнего блоков питания и блока питания матриц соединены с источником питания 220 В/50 Гц, при этом низковольтный выход каждого блока питания матрицы соединен с входом питания контроллера светодиодной матрицы, низковольтные выходы внутреннего блока питания соединены с входами питания датчика начала цикла, внутреннего блока управления и контроллера модулей, низковольтные выходы внешнего блока питания соединены с входами питания фотометра и внешнего блока управления, информационный выход датчика начала цикла соединен с первым информационным входом контроллера модулей, второй информационный вход которого соединен с внутренним блоком управления, а выходы контроллера модулей соединены со входами контроллеров светодиодных матриц, причем выход внешнего блока управления соединен с управляемым частотным приводом электродвигателя.

Такие усовершенствования вращающегося дисплея позволяют увеличить разрешающую способность светодиодного видеоэкрана без увеличения его площади и количества используемых светодиодов и, соответственно, без увеличения затрат на электроэнергию и стоимости производства.

Конструкция вращающегося дисплея показана на чертежах.

Фиг.1 - вращающийся дисплей без одного модуля.

Фиг.2 - вид А увеличенного фрагмента вращающегося дисплея.

Фиг.3 - общий вид светодиодного модуля.

Фиг.4 - вид спереди светодиодного модуля.

Фиг.5 - вид сбоку светодиодного модуля в разрезе.

Фиг.6 - вид С увеличенного фрагмента светодиодного модуля.

Фиг.7 - общий вид светодиодной матрицы.

Фиг.8 - вид сверху вращающегося дисплея.

Фиг.9 - функциональная электрическая схема вращающегося дисплея.

Фиг.10 - общий вид вращающегося дисплея с защитным экраном.

Наиболее предпочтительная конструкция вращающегося дисплея (фиг.1), согласно изобретению, включает передающий/опорный механизм 1, цилиндрический видеоэкран 2, источник питания 3, внутренний блок 4 управления, светодиодные модули 5, в каждом из которых установлены светодиодная матрица 6 со светоизлучающими элементами 7, контроллер 8 светодиодной матрицы 6 и блок 9 питания светодиодной матрицы 6.

Передающий/опорный механизм 1 включает неподвижно установленный, например, на колонне 10 несущий вал 11, каркас 12, установленный вокруг вала 11 с возможностью вращения вокруг него, электродвигатель 13 с частотным приводом и токосъемники 14. Вращающийся каркас 12 состоит из двух дисков 15, надетых через шариковые подшипники 16 (фиг.2) на несущий вал 11 с возможностью вращения вокруг него и соединенных между собой вертикальными штангами 17, вертикальных стоек 18, расположенных по окружности цилиндрического видеоэкрана 2, верхних и нижних радиальных лучей 19, соединяющих, соответственно, верхний и нижний диски 15 с вертикальными стойками 18. На концах вертикальных стоек 18 имеются фиксаторы 20 с направляющими 21 для установки модулей 5. В верхней части несущего вала 11 установлены в диэлектрике медные кольца 22 токосъемников 14, через которые посредством щеток, закрепленных в щеткодержателях 23, размещенных на вращающемся каркасе 12, подается питающее напряжение 220 В/50 Гц. Вращение каркаса 12 осуществляется от размещенного на колонне 10 асинхронного электродвигателя 13 с частотным приводом через ременную передачу от малого шкива 24 на большой шкив 25, установленный на каркасе 12, с коэффициентом передачи 1/4. Частотный привод питается от однофазной сети переменного тока и является одновременно стабилизатором напряжения и формирователем трехфазного напряжения, обеспечивая стабильное вращение конструкции для получения качественного изображения.

Видеоэкран 2 сформирован из светодиодных модулей 5, каждый из которых установлен на фиксаторах 20 при помощи направляющих 21, которые, проникая в специально сделанные отверстия в верхней и нижней стенках 26 модуля 5, фиксируют положение каждого модуля 5 между двумя рядом расположенными вертикальными стойками 18, при этом внешние стенки 27 светодиодных модулей 5, каждый из которых боковыми стенками соприкасается с двумя соседними модулями 5, образуют практически сплошную цилиндрическую поверхность. Такая конструкция крепления модулей 5 на фиксаторах 20 позволяет с высокой точностью производить установку модулей 5 и обеспечивает оперативную замену неисправных узлов при эксплуатации.

Каждый светодиодный модуль 5 представляет собой вертикально ориентированный полый параллепипед (фиг.3), на внешней стенке 27 (фиг.4) которого имеются вертикально ориентированные линейки отверстий 28 для размещения диодов светодиодной матрицы 6, Отверстия 28 выполнены «елочкой» для достижения меньшего шага между пикселями с диодами большого диаметра. В каждом модуле 5 установлены (фиг.5, 6) светодиодная матрица 6 (фиг.7) с вертикально ориентированными линейками светоизлучающих элементов 7 - светодиодов синего 29, зеленого 30 и красного 31 цвета, контроллер 8 матрицы 6 и блок 9 питания матрицы 6. На внутренней стенке 32 (фиг.1) модуля 5 имеются вентиляционные отверстия 33 для вывода тепла из модуля 5, а также установлены разъемы для соединения с кабелями питания и передачи информации.

Размещенные в модуле 5 светодиоды 29-31 являются световыми точками, которые вращаются вокруг несущего вала 11. Для получения изображения достаточно иметь один вертикальный ряд светодиодов и вращать его вокруг несущего валу 11 со скоростью 3000 оборотов в минуту. Однако при такой скорости вращения возникают высокие нагрузки, что делает конструкцию видеоэкрана очень тяжелой. Для уменьшения нагрузок при вращении, в данном варианте конструкции применено десять модулей 5. Это позволяет сократить скорость вращения до 300 оборотов в минуту. Нагрузки при такой скорости позволили создать достаточно легкую и недорогую в изготовлении вращающуюся конструкцию. Для получения хорошего полноцветного изображения на видеоэкране должен быть черный фон, который создают сами модули 5 при вращении.

В верхней части вращающегося каркаса 12 (фиг.8) на площадке в защитном коробе 34 размещены контроллер 35 светодиодных модулей 5, внутренний блок 36 питания и внутренний блок 4 управления с антенной беспроводной связи.

На вращающейся части дисплея, например, на одном из фиксаторов 20 установлен датчик 37 начала цикла, а на неподвижной части дисплея, например, непосредственно на несущем валу 11, устанавливается постоянный магнит 38. Для обеспечения более высокой точности отсчета начала каждого цикла (оборота) вращения дисплея магнит 38 желательно располагать дальше от центра вращения видеоэкрана 2.

Для калибровки светодиодов 7 используется (фиг.9) устанавливаемый перед светодиодами 7 фотодатчик 39, соединенный через фотометр 40 с внешним блоком 41 управления с антенной беспроводной связи, при этом их питание осуществляется через внешний блок 42 питания.

В верхних радиальных лучах 19 имеются каналы, в которых уложены кабели для передачи информации от внутреннего управляющего блока 4 к светодиодным модулям 5, а также кабели питания светодиодных модулей 5.

Вращающийся дисплей работает следующим образом. С внешнего блока 41 управления поступает команда на начало работы электродвигателя 13. Переменное напряжение 220 В/50 Гц поступает на внешний блок 42 питания и через контактный блок 3 питания на внутренний блок 36 питания и блоки 9 питания светодиодных матриц 6. Блоки 9, 36 и 42 питания преобразуют поступающее переменное напряжение в низковольтное постоянное напряжение и запитывают, соответственно, котроллеры 8 матриц 6 и светодиодные матрицы 6, датчик 37 начала цикла, внутренний блок 4 управления и контроллер 35 модулей 5, внешний блок 41 управления и фотометр 40. Каркас 12 с цилиндрическим видеоэкраном 2 начинает вращаться. Одновременно с внешнего блока 41 управления через антенны беспроводной связи на внутренний блок 4 управления передается информация или изображения для воспроизведения на видеоэкране 2. Внутренний блок 4 управления данные о видеоинформации кодирует в специальный формат и передает через контроллер 35 модулей на контроллеры 8 светодиодных матриц 6. Видеоинформация обновляется после каждого цикла (круга) вращения видеоэкрана 2. Начало вывода видеоинформации на видеоэкран 2 определяется моментом прохождения расположенного на вращающемся каркасе 12 датчика 37 начала цикла над неподвижно установленным постоянным магнитом 38. При каждом прохождении через поле постоянного магнита 38 возникает ЭДС и датчик 37 вырабатывает импульс, который, являясь сигналом начала смены воспроизводимой на видеоэкране 2 информации, поступает на контроллер 35 модулей 5. Контроллеры 8 матриц 6, вычисляя свое положение по циклическому импульсу датчика 37 начала цикла, выдают сигналы на светодиоды 29-31. Математическое вычисление положения видеоэкрана 2 по данным, получаемым от одного датчика 37 в начале цикла, упрощает механическую конструкцию синхронизации и увеличивает точность воспроизведения видеоинформации.

Как известно, светодиоды имеют отклонение по яркости от номинальных значений, также в процессе эксплуатации происходит деградация кристаллов в светодиодах, что дает неравномерное изображение, особенно заметное на белом фоне. Для устранения этого негативного эффекта в предложенной конструкции используется система балансирования яркости светодиодов. Так контроллер 35 модулей 5 имеет устройство памяти, в которое записываются параметры каждого светодиода 29-31. При настройке видеоэкрана 2 запускается программа калибровки. Фотодатчиком 39 фотометра 40 считывается яркость каждого светодиода 29-31 и записывается в память контроллера 35 модулей 5. При работе вращающегося дисплея одинаковые сигналы, поступающие от внутреннего блока 4 управления к светодиодам 29-31, изменяются процессором контроллера 35 модулей 5 в зависимости от их яркостных характеристик, что дает возможность создавать качественное изображение. Такая система диагностики дает возможность при частичной потере яркости светодиодов 29-31 не менять светодиодные модули 5, а провести балансировку видеоэкрана 2, что увеличивает срок службы дисплея в целом.

Для защиты вращающегося дисплея он может быть установлен внутри прозрачного цилиндра 43 (фиг.10), выполненного, например, из полимерного стекла толщиной 5 мм. Цилиндр 43 крепится радиальными спицами 44 к несущему валу 11 и колонне 10. Изнутри цилиндр 43 тонируется 10% темной пленкой, которая устраняет блики, возникающие при вращении на гранях модулей 5, а также смягчает изображение, сформированное светодиодами 29-31, позволяя рассматривать видеоинформацию с близкого расстояния.

Изобретение может быть использовано в области проектирования и производства вращающихся дисплеев, в частности светодиодных вращающихся дисплеев больших размеров группового пользования для визуального отображения текстовой, графической и видеоинформации в рекламных и иных целях.

Claims (10)

1. Вращающийся дисплей, в котором сигналы изображения и управления передаются беспроводным способом на блок управления и включающий передающий/опорный механизм, цилиндрический видеоэкран, приводимый в движение и опирающийся на передающий/опорный механизм, блок питания, обеспечивающий подачу энергии для питания дисплея, светоизлучающие элементы, управляемые блоком управления для формирования изображения, отличающийся тем, что цилиндрический видеоэкран состоит из светодиодных модулей, каждый из которых представляет собой вертикально ориентированный полый параллелепипед, внутри которого установлены светодиодная матрица, контроллер светодиодной матрицы и блок питания светодиодной матрицы, при этом на внешней стенке модуля имеются вертикально ориентированные линейки отверстий для размещения диодов светодиодной матрицы.

2. Вращающийся дисплей по п.1, отличающийся тем, что передающий/опорный механизм включает неподвижно установленный несущий вал, вращающийся каркас, электродвигатель с частотным приводом и токосъемники.

3. Вращающийся дисплей по п.2, отличающийся тем, что вращающийся каркас состоит из двух дисков, одетых на несущий вал с возможностью вращения вокруг него и соединенных между собой вертикальными штангами, вертикальные стойки, расположенные по окружности цилиндрического дисплея, верхние и нижние радиальные лучи, соединяющие, соответственно, верхний и нижний диски с вертикальными стойками.

4. Вращающийся дисплей по п.3, отличающийся тем, что на концах стоек имеются фиксаторы с направляющими для установки модулей.

5. Вращающийся дисплей по п.2, отличающийся тем, что кольца токосъемников установлены на валу, а щеткодержатели размещены на вращающемся каркасе.

6. Вращающийся дисплей по п.1, отличающийся тем, что каждый светодиодный модуль установлен на фиксаторах между двумя рядом расположенными вертикальными стойками, при этом внешние стенки светодиодных модулей, каждый из которых боковыми стенками соприкасается с двумя соседними модулями, образуют практически сплошную цилиндрическую поверхность.

7. Вращающийся дисплей по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит контроллер светодиодных модулей, который вместе с внутренним блоком питания и внутренним блоком управления с антенной беспроводной связи размещены в верхней части вращающегося каркаса.

8. Вращающийся дисплей по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит датчик начала цикла, установленный на вращающейся части дисплея, и постоянный магнит, размещенный на неподвижной части дисплея и взаимодействующий с датчиком начала цикла.

9. Вращающийся дисплей по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок калибровки светодиодов, включающий устанавливаемый перед светодиодами фотодатчик, соединенный через фотометр с внешним блоком управления с антенной беспроводной связи, и внешний блок питания.

10. Вращающийся дисплей по любому из пп.8 и 9, отличающийся тем, что входы внутреннего и внешнего блоков питания и блока питания матриц соединены с источником питания, при этом низковольтный выход каждого блока питания матрицы соединен с входом питания контроллера светодиодной матрицы, низковольтные выходы внутреннего блока питания соединены с входами питания датчика начала цикла, внутреннего блока управления и контроллера модулей, низковольтные выходы внешнего блока питания соединены с входами питания фотометра и внешнего блока управления, информационный выход датчика начала цикла соединен с первым информационным входом контроллера модулей, второй информационный вход которого соединен с внутренним блоком управления, а выходы контроллера модулей соединены со входами контроллеров светодиодных матриц, причем выход внешнего блока управления соединен с управляемым частотным приводом электродвигателя.

Images