三维显示用磁悬浮旋转装置和三维显示系统

1.本实用新型属于裸眼三维显示设备技术领域，尤其涉及实现屏幕旋转的三维显示用磁悬浮旋转装置和三维显示系统。


背景技术：

2.目前，三维显示技术包括有体三维显示、全息三维显示、光场三维显示等多种方法，一种基于直接光扫描的三维显示方法也被提出，其利用高速旋转的方式来投放不同角度的视差图片来达到三维显示的效果。
3.传统的直接光扫描的三维显示系统采用的旋转装置为机械滑轮旋转装置，其由电机驱动的主动轮依靠摩擦力带动整个装置的旋转，整个三维显示系统在运行过程中需要高转速和无振动，但由于装置存在的重力影响，机械旋转装置多存在摩擦阻力大、装置面积过小、旋转速度上限较低、及产生噪音较大等诸多局限性缺陷。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述机械旋转装置摩擦阻力大、装置面积过小、旋转速度上限较低、及产生噪音较大等诸多局限性缺陷，本实用新型提供了三维显示用磁悬浮旋转装置和三维显示系统。
5.本实用新型是这样实现的，本实用新型一方面提供三维显示的磁悬浮旋转装置，用磁力克服重力，从而减少摩擦阻力。所述三维显示用磁悬浮旋转装置包括旋转盘(1)和底座(2)；旋转盘(1)和底座(2)上分别安装有磁块(3)；旋转盘(1)的侧壁处设置有用于保持旋转盘(1)的中心轴线静止的限位机构(4)，所述磁悬浮旋转装置还包括用于驱动旋转盘(1)旋转的动力机构(5)，所述限位机构(4)包括至少两个横向的支撑滑轮(400)。
6.在以上方案中优选的是，所述限位机构(4)包括至少三个横向的支撑滑轮(400)，支撑滑轮(400)在同一水平面内沿圆周分布。
7.还可以优选的，旋转盘(1)包括延长管(101)和环形的盘体，延长管(101)的外径小于所述盘体的外径，延长管(101)同轴地连接在所述盘体的下面，底座(2)为环形座，底座(2)位于所述盘体的下方、且同轴地套设在延长管(101)外；支撑滑轮(400)位于延长管(101)外壁与底座(2)内壁之间。
8.还可以优选的，支撑滑轮(400)的中心处设置有竖向的旋转轴(401)，支撑滑轮(400)通过旋转轴(401)安装在底座(2)上或安装在延长管(101)上；所述盘体的底面上、和底座(2)的顶面上分别设置有圆环形磁铁或环形的嵌入槽(302)，嵌入槽(302)内分别安装有磁块(3)；所述盘体的底面上的圆环形磁铁或安装磁块(3)的嵌入槽(302)的数量为一个或至少两个；底座(2)的顶面上的圆环形磁铁或安装磁块(3)的嵌入槽(302)的数量为一个或至少两个。
9.还可以优选的，底座(2)内壁上设置有凹陷的安装槽(201)，旋转轴(401)的上端和下端分别设置在安装槽(201)上侧壁和下侧壁的轴孔内；或者旋转轴(401)的上端和下端分
别设置在横向的安装板(402)的轴孔内，安装板(402)均连接在延长管(101)的外壁上；磁块(3)处的所述盘体和底座(2)上均安装有覆盖在磁块(3)边缘处的盖环(301)。
10.还可以优选的，所述限位机构(4)的数量为至少两层，至少两层所述限位机构(4)上、下分布。
11.还可以优选的，至少两层的所述限位机构(4)的支撑滑轮(400)均匀间隔分布。
12.还可以优选的，所述动力机构(5)为横向的摩擦轮(500)，摩擦轮(500)的外壁与延长管(101)的外壁接触，摩擦轮(500)的中心处设置有竖向的驱动轴，转动电机(6)的转动输出轴与所述驱动轴驱动连接。
13.还可以优选的，一个或至少两个支撑滑轮(400)的外壁与延长管(101)的外壁接触，外壁与延长管(101)外壁接触的支撑滑轮(400)构成摩擦轮(500)。
14.本实用新型另一方面提供一种三维显示系统，包括由下至上依次放置的投影仪(7)、准直透镜(8)和全息扫描屏(9)；全息扫描屏(9)安装在如本实用新型一个方面所述的三维显示的磁悬浮旋转装置的旋转盘(1)上。
15.上述三维显示的磁悬浮旋转装置和三维显示系统在使用时，包括以下步骤，
16.开启转动电机(6)，使得转动电机(6)带动摩擦轮(500)旋转，以通过摩擦轮(500)带动旋转盘(1)和全息扫描屏(9)旋转；
17.开启投影仪(7)使其放映连续二维图像，使得全息扫描屏(9)将投影仪(7)发出的二维图像按照观察者的方位偏转投影光线，同时通过旋转盘(1)带动全息扫描屏(9)的360
°
的旋转，达到所述投影光线对全息扫描屏(9)的360
°
的扫描，使得人眼在360
°
方向上均观察到各方向投影的二维图像，实现三维图像的立体显示。
18.本实用新型优势如下：
19.本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置和三维显示系统，其通过三维显示的磁悬浮旋转装置解决现有技术存在的上述机械旋转装置摩擦阻力大、装置面积过小、旋转速度上限较低、及产生噪音较大等诸多局限性缺陷；用磁力克服旋转盘的重力，使得旋转盘可以相对于底座悬浮一段高度，实现大大减少摩擦阻力影响的效果，从而解决传统机械旋转方式存在的振动影响成像效果、噪音大及成像显示面积较小等问题；此外，其在具有磁场可提供无接触的支撑力和降低机械结构带来的噪音的优势之外，还能够通过支撑滑轮克服磁场浮力非稳定平衡力的缺陷，能够在平衡点附近提供必要的辅助支撑。本实用新型的三维显示系统，能够解决传统的采用机械旋转结构的三维显示系统所存在的视场小、视觉效果不佳、旋转屏面积太小、转速较低、噪声大和图像抖动的问题，其通过采用上述磁悬浮旋转装置，能够获得较大面积高转速的三维显示，能够提高成像效果，减小工作噪声，增大成像面积。
附图说明
20.图1为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的结构示意图。
21.图2为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的旋转盘的结构示意图。
22.图3为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的底座的结构示意图。
23.图4为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的旋转盘和底座组合的结构示意图。
24.图5为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的旋转盘和支撑滑轮的剖面图。
25.图6为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的延长管和支撑滑轮的俯视图。
26.图7为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的支撑滑轮安装在底座上的剖面图。
27.图8为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的支撑滑轮安装在延长管上的剖面图。
28.图9为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的旋转盘上的盖环的局部剖面图。
29.图10为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的旋转盘上的盖环的下视图。
30.图11为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的底座上的盖环的局部剖面图。
31.图12为本实用新型的三维显示用磁悬浮旋转装置的底座上的盖环的俯视图。
32.图13为本实用新型的三维显示系统的结构示意图。
33.图中，1为旋转盘，101为延长管，2为底座，201为安装槽，3为磁块，301为盖环，302为嵌入槽，303为螺钉，4为限位机构，400为支撑滑轮，401为旋转轴，402为安装板，5为动力机构，500为摩擦轮，6为转动电机，7为投影仪，8为准直透镜，9为全息扫描屏，10为扩散板。
具体实施方式
34.下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：
35.实施例1：
36.三维显示的磁悬浮旋转装置，参见图1，所述三维显示用磁悬浮旋转装置包括旋转盘1和底座2；旋转盘1和底座2上分别安装有磁块3；旋转盘1的侧壁处设置有用于保持旋转盘1的中心轴线静止的限位机构4，所述磁悬浮旋转装置还包括用于驱动旋转盘1旋转的动力机构5，所述限位机构4包括至少两个横向的支撑滑轮400。
37.本实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置，磁块3用于使旋转盘1和底座2产生磁斥力，使旋转盘1能够悬浮起来。同时动力机构5带动旋转盘1旋转，限位机构4保持旋转盘1的中心轴线静止，即例如，旋转盘1的中心轴线为竖直，则通过限位机构4保持旋转盘1的中心轴线在其旋转运动过程中保持竖直。本实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置，采用磁悬浮结构作为旋转装置，由磁力承担旋转盘的重力，其与机械旋转装置比较，具有摩擦阻力小、旋转速度上限高及无噪音等优势，能够做到扩大整个三维显示系统的显示面积及系统运转的平稳性；其能够解决传统的机械旋转结构其旋转结构重量太重的问题，其能够通过磁悬浮的结构解决显示面积过小的问题，提高高速旋转的磁悬浮旋转结构的稳定平衡效果。
38.实施例2：
39.三维显示用磁悬浮旋转装置，与实施例1相似，所不同的是，参见图5，所述限位机构4包括两个横向的支撑滑轮400时，支撑滑轮400在同一水平面内沿圆周均匀分布，即两个支撑滑轮400中心点之间的连线为水平直线。此时，优选为所述限位机构4的数量为至少两层，至少两层所述限位机构4上、下分布。即此时，优选为，所述限位机构4包括至少两层支撑滑轮400，每层支撑滑轮400的数量为至少两个，且至少两层的所述限位机构4的支撑滑轮400均匀间隔分布。即上层的支撑滑轮400位于相邻的两个下层支撑滑轮400之间空隙的中间位置的上方。例如，所述限位机构4的数量为上下分布的两层支撑滑轮400，每层支撑滑轮
400的数量为两个，该两层的所述限位机构4的四个支撑滑轮400在沿圆周均匀间隔分布。
40.参见图5和图6，还可以进一步的，所述限位机构4包括至少三个横向的支撑滑轮400，支撑滑轮400在同一水平面内沿圆周均匀分布。例如，所述限位机构4包括三个横向的支撑滑轮400，即位于同一个圆周平面上的支撑滑轮6的数量可以为三个，三个支撑滑轮6均匀分布，即三个支撑滑轮6的中心点与其所在圆周平面的中心点之间的连线之间的夹角为120
°
。此时，所述限位机构4的数量还可以为至少两层，至少两层所述限位机构4上、下分布，且至少两层的所述限位机构4的支撑滑轮400仍优选为均匀间隔分布。
41.本实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置，在磁悬浮力的平衡点处，磁悬浮力可以支撑旋转盘1的重量，但稍微偏离这个支撑点后，支撑力就会失去。而通过延长管101的外壁与底座2的内壁之间设置有至少两个均匀分布的横向的支撑滑轮400，且通过限位机构4能够对延长管的中心位置起到限位作用，以保证旋转盘1始终处在平衡点位置，即将旋转盘1约束在平衡点处；其优势是无需承载重力，只需维持住旋转盘1的中心位置，所需支撑力较小，能够实现理想的稳定平衡效果；即其在具有磁场可提供无接触的支撑力和降低机械结构带来的噪音的优势之外，还能够克服现有技术的磁悬浮结构的磁场浮力属非稳定平衡力的缺陷，能够在平衡点附近必须要有辅助支撑，即通过支撑滑轮400保证旋转盘1始终处在平衡点位置的效果。
42.实施例3：
43.三维显示用磁悬浮旋转装置，与上述任一实施例相似，所不同的是，参见图2至图4，旋转盘1包括延长管101和环形的盘体，延长管101的外径小于所述盘体的外径，延长管101同轴地连接在所述盘体的下面，底座2为环形座，底座2位于所述盘体的下方、且同轴地套设在延长管101外；支撑滑轮400位于延长管101外壁与底座2内壁之间。
44.还可以进一步的，支撑滑轮400的中心处设置有竖向的旋转轴401，支撑滑轮400通过旋转轴401安装在底座2上或安装在延长管101上；所述盘体的底面上、和底座2的顶面上分别设置有圆环形磁铁或环形的嵌入槽302，嵌入槽302内分别安装有磁块3；所述盘体的底面上的圆环形磁铁或安装磁块3的嵌入槽302的数量为一个或至少两个；底座2的顶面上的圆环形磁铁或安装磁块3的嵌入槽302的数量为一个或至少两个。
45.即所述盘体的底面上的圆环形磁铁或安装磁块3的嵌入槽302的数量可以为一个或多个，同样地，底座2的顶面上的圆环形磁铁或安装磁块3的嵌入槽302的数量也可以为一个或多个；能够保证实现磁悬浮的磁性浮力即可。
46.此时，圆环形磁铁或安装磁块3的嵌入槽302的数量为至少两个时，多个圆环形磁铁或嵌入槽302优选为同圆心结构，且多个圆环形磁铁或嵌入槽302优选为均匀分布。
47.还可以进一步的，参见图7，底座2内壁上设置有凹陷的安装槽201，旋转轴401的上端和下端分别设置在安装槽201上侧壁和下侧壁的轴孔内；或者，参见图8，旋转轴401的上端和下端分别设置在横向的安装板402的轴孔内，安装板402均连接在延长管101的外壁上；参见图9至图12，磁块3处的所述盘体和底座2上均安装有覆盖在磁块3边缘处的盖环301。旋转盘1与磁块3通过组装后用盖环301压紧固定，底座2也通过盖环301压紧固定的方式与磁块3组装。
48.此时，支撑滑轮6的边缘位于安装槽201内。
49.还可以更为具体的，磁块3可以通过胶层或螺栓连接在旋转盘1的底面和底座2的
顶面上，或圆环形磁铁可以通过胶层或螺栓连接在嵌入槽302内。
50.还可以更为具体的，所述盘体的内径和所述延长管101的内径相等，且所述延长管101的中心轴线与所述盘体的中心轴线重合。
51.实施例4：
52.三维显示用磁悬浮旋转装置，与上述任一实施例相似，所不同的是，所述动力机构5为横向的摩擦轮500，摩擦轮500的外壁与延长管101的外壁接触，摩擦轮500的中心处设置有竖向的驱动轴，转动电机6的转动输出轴与所述驱动轴驱动连接。
53.还可以进一步的，一个或至少两个支撑滑轮400的外壁与延长管101的外壁接触，外壁与延长管101外壁接触的支撑滑轮400构成摩擦轮500。仅仅起到限位支撑作用的支撑滑轮400的外壁也可以与延长管101的外壁接触。
54.本实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置，旋转盘1下部的延长管101伸入到底座2内部；磁块3用于使旋转盘1和底座2产生磁斥力，使旋转盘1能够悬浮起来。旋转盘1放置于底座2正上方，因为上面的、位于旋转盘1底面上的磁块3和下面的、位于底座2顶面上的磁块3相对磁极方向相同，产生磁斥力使旋转盘1在一定高度悬浮，同时通过转动电机4带动摩擦轮500、并通过摩擦轮500带动延长管101和旋转盘1进行旋转；其采用磁悬浮结构作为旋转装置，由磁力承担旋转盘的重力，其与机械旋转装置比较，具有摩擦阻力小、旋转速度上限高及无噪音等优势，能够做到扩大整个三维显示系统的显示面积及系统运转的平稳性。
55.上述实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置，还可以更为具体的，旋转盘1、底座2及盖环7可以由铝合金等不易被磁化的材料制成。旋转盘1可以为圆环形盘，延长管101可以为竖向的圆管。底座2可以为竖向的圆管状。安装槽201的槽底面可以为弧形面，支撑滑轮400为横向圆盘轮，支撑滑轮400的外壁也可以为向外侧凸起的弧形面，以避免安装槽201的槽底面与支撑滑轮400的外壁产生碰损。转动电机4可以安装在电机座上。磁块3可以为矩形块。摩擦轮500可以为横向的圆盘轮。摩擦轮500的外壁可以为与延长管101的外壁接触的、向外侧凸起的弧形面。旋转轴401的两端可以连接有端板，以避免旋转轴401滑动窜出。安装板402可以为矩形板，安装板402可以通过焊接或螺栓连接在延长管101上，安装板402与延长管101连接的侧面可以为与延长管101外壁匹配的凹陷弧形面。
56.所述盘体的底面上、和底座2的顶面上分别设置有环形的嵌入槽302，嵌入槽302内分别安装有磁块3；所述盘体的底面上的嵌入槽302的数量为一个或至少两个；底座2的顶面上的嵌入槽302的数量为一个或至少两个时，如图10和图12所示，嵌入槽302可以为与旋转盘1的底面和底座2的顶面同圆心的圆环形凹槽，磁块3为矩形块，磁块3的数量为至少两个，密集式地嵌入到嵌入槽302内，磁块3可以排满整个嵌入槽302内。盖环301可以为与嵌入槽302同圆心的圆环，盖环301覆盖在磁块3和嵌入槽302的边缘处，挡住磁块3，避免磁块3从嵌入槽302内脱落，盖环301可以通过胶层、或焊接、或螺钉303与旋转盘1的底面和底座2的顶面连接。每个盖环301可以通过至少三个沿圆周均匀分布的螺钉303与旋转盘1的底面和底座2的顶面连接。另外，为了提高磁悬浮结构的稳定效果，底座2上的磁块3的数量可以大于旋转盘1上的磁块3的数量，也可以具体的，底座2上的磁块3的数量可以为旋转盘1上的磁块3数量的整数倍，例如，底座2上的磁块3的数量可以为旋转盘1上的磁块3数量的三倍。也可以是，底座2的顶面上设置三个同圆心的嵌入槽302，旋转盘1的底面上设置一个嵌入槽302，且每个嵌入槽302内的磁块3数量相同且均匀分布，或每个嵌入槽302内的磁块3密集式地排
满在嵌入槽302内。
57.同样地，所述盘体的底面上、和底座2的顶面上分别设置有圆环形磁铁，所述盘体的底面上的圆环形磁铁的数量为一个或至少两个；底座2的顶面上的圆环形磁铁的数量为一个或至少两个时，底座2上的圆环形磁铁的数量可以与旋转盘1上的圆环形磁铁的数量不相同。也可以具体的，底座2上的圆环形磁铁的数量可以为旋转盘1上的圆环形磁铁数量的整数倍，或旋转盘1上的圆环形磁铁数量可以为底座2上的圆环形磁铁的数量的整数倍。例如，底座2上的圆环形磁铁的数量可以为旋转盘1上的圆环形磁铁数量的三倍；或旋转盘1上的圆环形磁铁的数量可以为底座2上的圆环形磁铁数量的三倍。
58.实施例5：
59.三维显示系统，参见图13，包括由下至上依次放置的投影仪7、准直透镜8和全息扫描屏9；全息扫描屏9安装在上述任一实施例所述的三维显示的磁悬浮旋转装置的旋转盘1上。
60.图13中，箭头所示为上述实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置带动全息扫描屏9进行360
°
旋转的状态；图12中，网格剖面线处为投影光线区域。
61.参考人眼是看到三维物体的原理：人眼在某一时刻某个角度或位置看到的三维物体实际上只是一个二维图像，这个二维图像会随观察角度或位置的变化发生改变，大脑根据不同角度或位置观察到的二维图像的先后顺序，再依据自身的生活经验，描绘出被观察物体的三维形状，反映到人的主观意识中。按照这一原理，如果能将某一物体不同角度或位置拍摄到的一系列二维图像，沿各自角度或位置再显示出来，人眼在观察这些不同角度或位置的图像时，也能在大脑中反映出同样的三维图像。即如果能够沿着360
°
方向显示各自方向上的二维图像，就可以实现全方位的立体图像显示效果。若要实现这种全方位的三维立体显示效果，需要空间光调制器件和扫描器件，在这两个器件的同步配合下，按照不同角度显示不同的二维图像。依照人眼对观察视频和颜色的要求(60帧/秒)，用于图像投影显示的空间光调制器必须是高速度的。光线扫描器件用于实现360
°
方向角上的二维图像显示。
62.本实施例的三维显示系统，其投影仪7作为扫描器件，其准直透镜8作为空间光调制器件；本实施例的三维显示系统在使用时，先开启转动电机6，使得转动电机6带动摩擦轮500旋转，以通过摩擦轮500带动旋转盘1和全息扫描屏9旋转；再开启投影仪7使其放映连续二维图像，使得全息扫描屏9将投影仪7发出的二维图像按照观察者的方位偏转投影光线，同时通过旋转盘1带动全息扫描屏9的360
°
的旋转，达到所述投影光线对全息扫描屏9的360
°
的扫描，使得人眼在360
°
方向上均观察到各方向投影的二维图像，实现三维图像的立体显示。
63.本实施例的三维显示系统，其通过所采用的上述实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置，能够解决传统的三维显示系统中机械旋转结构其旋转结构重量太重的问题，其能够通过磁悬浮的结构解决显示面积过小的问题，而更为重要的是，其通过上述实施例中的三维显示用磁悬浮旋转装置的具体结构，同时提高高速旋转的磁悬浮旋转结构的稳定平衡效果。其通过上述实施例的三维显示用磁悬浮旋转装置，使得旋转盘1相对于底座2悬浮一段高度，达到一个大大减少摩擦阻力影响的效果，从而解决传统的机械旋转结构存在的振动影响成像效果，噪音大及成像显示面积较小等问题，使得本实施例的三维显示系统能够达到一个大面积高转速的三维显示效果。
64.本实施例的三维显示系统，其整个系统的控制，可以通过同步全息扫描屏9上装有的斩波器实现的，斩波器提供周期信号(该周期为旋转盘1旋转一个圆周)和分度信号(该分度为旋转盘1旋转一个大于0
°
且小于90
°
的角度值)，投影仪7按照预先排列好的各个角度图像的顺序，在接收到周期信号后考试显示第一个图像，在接收到分度信号后自动切换显示的图像，直至接收到下一个周期信号为止。
65.还可以进一步的，所述三维显示的磁悬浮旋转装置安装在支架上。
66.还可以更为具体的，所述三维显示的磁悬浮旋转装置的底座2安装在支架上。还可以是，准直透镜8安装在支架上。投影仪7可以安装放置在放置台上。支架可以包括支腿柱和支板，其支腿柱的数量为至少为三个，且均匀分布，支腿柱可以设置在放置台的外侧，支板连接在支腿柱的上端。支板可以为环形板，底座2可以安装在支板的环形内径处，准直透镜8可以安装在底座2和支板的环形内径处。
67.需要说明的是，全息扫描屏9安装在所述三维显示的磁悬浮旋转装置的旋转盘1上，由旋转盘1带动其旋转运动。
68.实施例6：
69.三维显示系统，与实施例5相似，所不同的是，参见图13，全息扫描屏9上安装有防止光线横向色散用的防扩散板10。
70.此时，全息扫描屏9将投影仪7发出的图像按照观察者的方位偏转投影光线，同时全息扫描屏9和防扩散板10一起旋转，实现360
°
的扫描，使得人眼在360
°
方向上均可观察到各自方向投影的二维图像。
71.需要说明的是，防扩散板10具有透射功能，其作用是防止光线横向扩散。防扩散板10可以为圆形板。防扩散板10可以放置到全息扫描屏9的上面。防扩散板10的底面和全息扫描屏9的顶面可以通过光学胶连接。
72.上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
73.不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。