一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统和方法。振动台、反射台和背投台沿竖直下上依次布置，振动台固定，反射台经第一弹力件和振动台弹性连接，第二反光镜固定在反射台上，背投台经第二弹力件和反射台弹性连接，成像屏固连于背投台，成像面水平；投影仪发出投影光线依次经第一、第二反光镜的反射，透过背投台从背面方向照射到成像屏，在成像屏的正面成像；以成像屏振动范围作为成像区进行背投体积显示。本发明专利技术不论背投台的振幅大小和运动成像屏的实时位置高低，均能清晰等大地成像，从而获得大小均匀的清晰体素，在反射台质量显著小于背投台质量的情况下可显著减小作用于机架的力幅，从而显著减小整机的配重质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种真三维图像显示系统和方法，尤其是涉及一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统和方法。

技术介绍

[0002]已经公开的悬挂式背投体积显示系统，其原理如图3所示。在一个可产生沿竖直方向振动的振动台1上(振幅e与频率f0皆为可调)，通过第二弹力件4(刚度系数为k，可以不是常数)，悬挂着一个背投台5(质量为m)，成像屏9固连于背投台5，成像面水平；当振动台1静止时(e＝0)，它们共同构成一个沿竖直方向振动的一阶悬挂系统。
[0003]这个一阶悬挂系统的质量(m)与刚度系数(k)的搭配，需使其自由振动时的固有频率f1可用作背投体积显示的扫描频率。当振动台1按固有频率小幅振动时(e>0且f0＝f1)，悬挂系统产生共振，振动台1产生大幅振动，稳定后的实际振幅A通过微调振动台的振幅e进行控制。与此同时，从固定投影仪6射出的光线，经固定安装的第一反光镜7反射后，投射到运动的成像屏9，在成像区10内形成高度不同的二维图像序列；借助视觉暂留效应，这些二维图像序列对观察者累叠成三维图像。这种系统的优点，是通过悬挂的方式，较好地解决了成像屏在高速往复运动时产生的噪音问题。但因为从投影仪6到成像屏9的光程是快速变化的，这就产生了两个明显的局限：
[0004]第一，成像区10的形状为梯形，下小上大，因而体素大小不均；
[0005]第二，成像区10的高度A的大小非常受限，因为只有当成像屏9处在焦平面附近时，投影仪才能清晰成像。
专利
技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中存在的问题，为了克服上述两个局限，本专利技术的目的在于提供一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统和方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一、一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统：
[0009]系统包括振动台、第一弹力件、反射台、第二弹力件、背投台、投影仪、第一反光镜、第二反光镜和成像屏；振动台、反射台和背投台沿竖直方向从下向上依次布置，振动台固定安装，反射台通过第一弹力件和振动台弹性连接，第二反光镜固定在反射台上且朝向背投台，背投台通过第二弹力件和反射台弹性连接，成像屏固连于背投台，成像面水平；从固定安装的投影仪发出的投影光线，依次经过第一反光镜和第二反光镜的反射，透过背投台从背面方向照射到成像屏，并在成像屏的正面成像；以成像屏振动范围作为成像区，进行背投体积显示。
[0010]所述第一弹力件的刚度系数、第二弹力件的刚度系数、反射台的质量和背投台的质量等四个参数的搭配，使得所述系统存在一个沿竖直方向振动的固有模态，固有模态的固有频率不小于10Hz、背投台与反射台的振动相位相同且背投台的振幅为反射台的振幅的
两倍，从而使得所述背投体积显示的光程保持恒定。
[0011]这样第二反光镜随反射台相当于振动台沿固定方向移动，背投台相当于和反射台振动台沿固定方向移动。第一弹力件与第二弹力件的刚度系数通常并不相同，反射台与背投台的质量也不相同，这样振动台可对第一弹力件产生振动力进而传递到反射台，再经第二弹力件传递到背投台，形成共振，也即固有模态被激发。
[0012]振动台沿竖直方向小幅振动，通过调整振动的频率和振幅，使系统产生共振，所述固有模态的振动得到激发，在第一弹力件和第二弹力件的带动下，背投台和反射台沿竖直方向产生稳定的同相位大幅振动，从而使得所述背投体积显示的光程保持恒定。
[0013]通过带动背投台和反射台在第一弹力件、第二弹力件作用下相对高频快速振动，使得背投台表面在投影光程不变的情况下高频快速振动，在成像区中进行背投立体显示。
[0014]所述第二反光镜水平固连于反射台面向背投台的一侧表面，第一反光镜朝向第二反光镜并固定安装。
[0015]所述的第一反光镜与第二反光镜之间呈直角夹角、朝向背投台地布置并均固连于反射台。
[0016]所述的第一弹力件和第二弹力件为拉伸弹簧或皮筋，或者是压缩弹簧或橡胶，还可以是其它形状的弹性材料。
[0017]所述的振动台由2～8个相位相同、振幅相同的振动并联而成；
[0018]所述的第一弹力件由2～8只拉伸弹簧或皮筋并联而成并对称布置，拉伸弹簧或皮筋的一端挂在振动台上，沿大致水平方向斜拉后，另一端挂在反射台上；
[0019]所述的第二弹力件由与第一弹力件不同的、另外2～8只拉伸弹簧或皮筋并联而成并对称布置，拉伸弹簧或皮筋的一端挂在反射台上，沿大致水平方向斜拉后，另一端挂在背投台上。
[0020]所述的第一弹力件和第二弹力件结构相同均包括导向杆、导向筒和限位环，导向筒固定于反射台，导向杆活动套装在导向筒中，套装在导向筒中的导向杆杆部外套装有两个弹簧，两个弹簧之间的导向杆外周面设有外凸缘作为位置可调的限位环，两个弹簧的一端可连接到限位环，另一端可连接到导向筒内部的两端；且导向杆一端伸出导向筒后和背投台或者振动台固定连接。
[0021]导向杆最多可以有一端与限位面连接，但不能两端都连。
[0022]二、基于悬挂式背投体积显示系统的背投体积显示方法：
[0023]振动台沿竖直方向产生小幅振动，经第一弹力件传递到反射台，再经第二弹力件传递到背投台，产生共振，背投台和反射台沿竖直方向产生在第一弹力件、第二弹力件作用下大幅相对振动，使得从固定安装的投影仪到固连于背投台的成像屏之间的光程，在经过固定安装的第一反光镜和固连于反射台的第二反光镜反射之后保持恒定，以成像屏振动范围作为成像区，进行背投体积显示。
[0024]所述的第一反光镜只为改变投影仪位置之用，可以没有，也可以有多个，固连于反射台的第二反光镜的个数不限，但至少1个。
[0025]本专利技术方案具体有一个固连有成像屏的背投台，背投台通过一组弹力件安装在一个固连有反光镜的反射台的上面，反射台通过另一组弹力件安装在一个或一组可产生垂直振动的振动台的上面。
[0026]当振动台静止时，背投台、反射台、振动台和两组弹力件共同构成一个沿铅垂方向自由振动的二阶悬挂系统。
[0027]这个二阶悬挂系统的质量与刚度系数的配置，使其自由振动时的两个固有模态中有一个模态，称为工作模态，满足以下条件：
[0028]第一，振动的固有频率不小于10Hz，可用作背投体积显示的扫描频率；
[0029]第二，背投台与反射台的振动相位相同，并且背投台振幅为反射台振幅的两倍。
[0030]当振动台按工作模态的固有频率振动时，二阶悬挂系统产生共振，其工作模态被激发出来，该工作模态稳定后的实际振幅通过改变振动台的振幅进行调整。
[0031]与此同时，从固定投影仪射出的光线，经运动反光镜的反射后到达运动成像屏时，在工作模态下满足第二个条件，可保持光程恒定，从而在成像区内形成高度不同但清晰等大的二维图像序列，借助视觉暂留效应，这些二维图像序列对观察者累叠成清晰的三维图像。
[0032]本专利技术的有益效果是：
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统，其特征在于：包括振动台(1)、第一弹力件(2)、反射台(3)、第二弹力件(4)、背投台(5)、投影仪(6)、第一反光镜(7)、第二反光镜(8)和成像屏(9)；振动台(1)、反射台(3)和背投台(5)沿竖直方向从下向上依次布置，振动台(1)固定安装，反射台(3)通过第一弹力件(2)和振动台(1)弹性连接，第二反光镜(8)固定在反射台(3)上且朝向背投台(5)，背投台(5)通过第二弹力件(4)和反射台(3)弹性连接，成像屏(9)固连于背投台(5)，成像面水平；从固定安装的投影仪(6)发出的投影光线，依次经过第一反光镜(7)和第二反光镜(8)的反射，透过背投台(5)从背面方向照射到成像屏(9)，并在成像屏(9)的正面成像；以成像屏(9)振动范围作为成像区(10)，进行背投体积显示。2.根据权利要求1所述的一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统，其特征在于：所述第一弹力件(2)的刚度系数、第二弹力件(4)的刚度系数、反射台(3)的质量和背投台(5)的质量等四个参数的搭配，使得所述系统存在一个沿竖直方向振动的固有模态，固有模态的固有频率不小于10Hz、背投台(5)与反射台(3)的振动相位相同且背投台(5)的振幅为反射台(3)的振幅的两倍，从而使得所述背投体积显示的光程保持恒定。3.根据权利要求1所述的一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统，其特征在于：所述第二反光镜(8)水平固连于反射台(3)面向背投台(5)的一侧表面，第一反光镜(7)朝向第二反光镜(8)并固定安装。4.根据权利要求1所述的一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统，其特征在于：所述的第一反光镜(7)与第二反光镜(8)之间呈直角夹角、朝向背投台(5)地布置并均固连于反射台(3)。5.根据权利要求1所述的一种光程恒定的悬挂式背投体积显示系统，其特征在于：所述的第一弹力件(2)和第二弹力件(4)为拉伸弹簧或皮筋...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：