CN107908066A - 用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置。包括：固定投影仪，两个反光镜，遮光板和两套结构相似的无轴传动扫描装置；其中一套用于反射投影，另一套用于投影成像；两套无轴传动扫描装置具有相同的扫描屏数量；用于反射投影的无轴传动扫描装置的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置的圆周平动半径的一半；根据两套无轴传动扫描装置各自行星架转角编码器的反馈，控制两套无轴传动扫描装置的行星架相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪与用于投影成像的无轴传动扫描装置的扫描屏之间的光程保持不变。与采用连杆、齿轮或带传动的机械扫描装置相比，本发明具有结构简单、精度高、振动噪声低和维护方便的特点。

Description

用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置

技术领域

本发明涉及三维图像显示装置，尤其是涉及一种用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置。

背景技术

位图式体积显示，是通过在物理空间的不同纵深处显示一个动态刷新的二维图像序列，并借助视觉暂留来形成三维图象的。

已经公开的位图式体积显示，根据其截面图像所具有的扫描运动形式，可分别归属到固定式、定轴转动式、往复移动式与多屏圆周平动式四种。其中的多屏圆周平动式因为扫描屏始终保持相互平行，因而允许大小一致且分布均匀的体素，从而适合三维对象的精确显示。已经公开的实现多屏圆周平动扫描的方法都采用了机械传动的形式，以保证扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏的圆周平动扫描。这些机械传动包括齿轮传动、连杆传动和带传动等形式。机械传动的好处是上述的转角关系的保持由机械装置来保证，无需专门控制；但其伴生的振动噪声却难以消除，且维护复杂，严重阻碍了产业化进程。

另一方面，无轴传动技术由于采用电磁信号同步各轴转速，省去了各轴之间的机械传动装置，从而显著降低了装置运行的振动噪声与维护成本，已在报纸印刷业中得到广泛应用。无轴传动技术能够首先在报纸印刷业中得到应用，有一个根本的技术原因，就是印刷装置在运行时需要克服的阻力较小且比较平稳，而在用于体积显示的扫描装置中，需要克服的阻力也比较小且比较平稳。

发明内容

为了解决背景技术领域中机械扫描装置中存在的振动噪声和维护复杂的问题，本发明的目的在于提供没有机械传动的一种用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

技术方案1：

包括：固定投影仪，第一个固定反光镜，第二个固定反光镜，固定遮光板和两套结构相似的、均由多个扫描屏、与扫描屏数量相等的双出轴电机、两个单出轴电机和两个行星架构成的无轴传动扫描装置；其中一套用于反射投影，另一套用于投影成像；两套无轴传动扫描装置具有相同的扫描屏数量；用于反射投影的无轴传动扫描装置的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置的圆周平动半径的一半；

两套无轴传动扫描装置中的双出轴电机采用有线电源供电，双出轴电机的绕组安装在定子上，每个扫描屏与各自的双出轴电机的定子固连，各自的双出轴电机的转子两端按圆形均布的方式固连在两个行星架之间；在每个双出轴电机的定子中的一端与一个行星架之间，安装有扫描屏转角编码器，用于反馈扫描屏相对于行星架的转角；在每个双出轴电机的定子中的另一端与另一个行星架之间，安装有扫描屏导电滑环，用于将驱动电流与控制信号从星行架传送到与之相对转动的双出轴电机的定子上；两个行星架的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子，两个单出轴电机的定子均与机架固连；在一个单出轴电机的定子与一个行星架之间安装有行星架转角编码器，用于反馈行星架相对于机架的转角；在另一个单出轴电机的定子与另一个行星架之间安装有行星架导电滑环，用于将驱动电流与控制信号从机架传送到与之相对转动的行星架上；根据扫描屏转角编码器与行星架转角编码器的反馈，控制各扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏的圆周平动扫描；

用于反射投影的无轴传动扫描装置安装在从固定投影仪到用于投影成像的无轴传动扫描装置之间的投影光路上；在投影光路上还装有第一个固定反光镜和第二个固定反光镜用以折叠和调整投影光路，位于投影光路对侧装有固定遮光板；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪与用于投影成像的无轴传动扫描装置的扫描屏之间的光程保持不变。

技术方案2：

包括：固定投影仪，第一个固定反光镜，第二个固定反光镜，固定遮光板和两套结构相似的、均由多个扫描屏、与扫描屏数量相等的双出轴电机、两个单出轴电机和两个行星架构成的无轴传动扫描装置；其中一套用于反射投影，另一套用于投影成像；两套无轴传动扫描装置具有相同的扫描屏数量；用于反射投影的无轴传动扫描装置的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置的圆周平动半径的一半；

两套无轴传动扫描装置中的双出轴电机采用有线电源供电，双出轴电机的绕组安装在转子上，每个扫描屏与各自的双出轴电机的定子固连，各自的双出轴电机的转子两端按圆形均布的方式固连在两个行星架之间；在每个双出轴电机的定子中的一端与一个行星架之间，安装有扫描屏转角编码器，用于反馈扫描屏相对于行星架的转角；两个行星架的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子，两个单出轴电机的定子均与机架固连；在一个单出轴电机的定子与行星架之间安装有行星架转角编码器，用于反馈行星架相对于机架的转角；在另一个单出轴电机的定子与行星架之间安装有行星架导电滑环，用于将驱动电流与控制信号从机架传送到与之相对转动的行星架上，并最终传送到与行星架固连的双出轴电机的转子上；根据扫描屏转角编码器与行星架转角编码器的反馈，控制各扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏的圆周平动扫描；

用于反射投影的无轴传动扫描装置安装在从固定投影仪到用于投影成像的无轴传动扫描装置之间的投影光路上；在投影光路上还装有第一个固定反光镜和第二个固定反光镜用以折叠和调整投影光路，位于投影光路对侧装有固定遮光板；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪与用于投影成像的无轴传动扫描装置的扫描屏之间的光程保持不变。

技术方案3：

包括：固定投影仪，第一个固定反光镜，第二个固定反光镜，固定遮光板和两套结构相似的、均由多个扫描屏、与扫描屏数量相等的双出轴电机、两个单出轴电机和两个行星架构成的无轴传动扫描装置；其中一套用于反射投影，另一套用于投影成像；两套无轴传动扫描装置具有相同的扫描屏数量；用于反射投影的无轴传动扫描装置的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置的圆周平动半径的一半；

双出轴电机采用无线电源供电，双出轴电机的绕组安装在定子上，每个扫描屏与各自的双出轴电机的定子固连，各自的双出轴电机的转子两端按圆形均布的方式固连在两个行星架之间；在每个双出轴电机的定子中的一端与一个行星架之间，安装有扫描屏转角编码器，用于反馈扫描屏相对于行星架的转角；两个行星架的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子，两个单出轴电机的定子均与机架固连；在一个单出轴电机的定子与行星架之间安装有行星架转角编码器，用于反馈行星架相对于机架的转角；根据扫描屏转角编码器与行星架转角编码器的反馈，控制各扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏的圆周平动扫描；

用于反射投影的无轴传动扫描装置安装在从固定投影仪到用于投影成像的无轴传动扫描装置之间的投影光路上；在投影光路上还装有第一个固定反光镜和第二个固定反光镜用以折叠和调整投影光路，位于投影光路对侧装有固定遮光板；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪与用于投影成像的无轴传动扫描装置的扫描屏之间的光程保持不变。

本发明具有的有益效果是：

本发明与采用连杆传动、齿轮传动或带传动的机械扫描装置相比，省去了各轴之间的机械传动装置，因而解决了由这些机械传动装置产生的振动噪声和维护复杂的问题；同时，扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相等、方向相反的要求，是经由转角编码器的反馈来保证的，可以实现更高的精度。此外，在两套无轴传动扫描装置之间的同步要求，也是经由各转角编码器的反馈来保证的，从而省去了相应的机械传动装置。因此，本发明具有结构简单、精度高、振动噪声低和维护方便等优点。

附图说明

图1是本发明的第一实施例中用于投影成像的无轴传动扫描装置主视图。

图2是图1的侧视图。

图3是本发明第一实施例的总体布置图。

图中：1、扫描屏，2、双出轴电机，2a、定子，2b、转子，3、扫描屏导电滑环，4、行星架，5、行星架导电滑环，6、单出轴电机，6a、转子，6b、定子，7、行星架转角编码器，8、扫描屏转角编码器，9、成像空间，10、固定投影仪，11、用于反射投影的无轴传动扫描装置，12、第一固定反光镜，13、第二固定反光镜，14、用于投影成像的无轴传动扫描装置，15、投影光路，16、固定遮光板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2与图3所示，本发明的第一个实施例，包括：固定投影仪10，第一个固定反光镜12，第二个固定反光镜13，固定遮光板15和两套结构相似的、均由三个扫描屏1、与三个双出轴电机2、两个单出轴电机6和两个行星架5构成的无轴传动扫描装置11和14；其中11用于反射投影，14用于投影成像；用于反射投影的无轴传动扫描装置11的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置12的圆周平动半径的一半；

两套无轴传动扫描装置中的双出轴电机2采用有线电源供电，双出轴电机2的绕组安装在定子2a上，每个扫描屏1与各自的双出轴电机的定子2a固连，各自的双出轴电机的转子2b两端按圆形均布的方式固连在两个行星架4之间；在每个双出轴电机的定子2a中的一端与一个行星架4之间，安装有扫描屏转角编码器8，用于反馈扫描屏1相对于行星架4的转角；在每个双出轴电机的定子2a中的另一端与另一个行星架4之间，安装有扫描屏导电滑环3，用于将驱动电流与控制信号从星行架4传送到与之相对转动的双出轴电机的定子2a上；两个行星架的4中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子6a，两个单出轴电机的定子6b均与机架固连；在一个单出轴电机的定子6b与一个行星架4之间安装有行星架转角编码器7，用于反馈行星架4相对于机架的转角；在另一个单出轴电机的定子6b与另一个行星架4之间安装有行星架导电滑环5，用于将驱动电流与控制信号从机架传送到与之相对转动的行星架4上；根据扫描屏转角编码器8与行星架转角编码器7的反馈，控制各扫描屏1相对于行星架4的转角与行星架4相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏1的圆周平动扫描；

用于反射投影的无轴传动扫描装置11安装在从固定投影仪10到用于投影成像的无轴传动扫描装置14之间的投影光路15上；在投影光路15上还装有第一个固定反光镜12和第二个固定反光镜13用以折叠和调整投影光路15，位于投影光路15对侧装有固定遮光板16；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器7的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架4相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪10与用于投影成像的无轴传动扫描装置14的扫描屏1之间的光程保持不变。

如图1、图2与图3所示，本发明的第二个实施例，包括：固定投影仪10，第一个固定反光镜12，第二个固定反光镜13，固定遮光板15和两套结构相似的、均由三个扫描屏1、与三个双出轴电机2、两个单出轴电机6和两个行星架5构成的无轴传动扫描装置11和14；其中11用于反射投影，14用于投影成像；用于反射投影的无轴传动扫描装置11的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置12的圆周平动半径的一半；

两套无轴传动扫描装置中的双出轴电机2采用有线电源供电，双出轴电机2的绕组安装在转子2b上，每个扫描屏1与各自的双出轴电机的定子2a固连，各自的双出轴电机的转子2b两端按圆形均布的方式固连在两个行星架4之间；在每个双出轴电机的定子2a中的一端与一个行星架4之间，安装有扫描屏转角编码器8，用于反馈扫描屏1相对于行星架4的转角；两个行星架4的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子6a，两个单出轴电机的定子6b均与机架固连；在一个单出轴电机的定子6b与行星架4之间安装有行星架转角编码器7，用于反馈行星架4相对于机架的转角；在另一个单出轴电机的定子6b与行星架4之间安装有行星架导电滑环5，用于将驱动电流与控制信号从机架传送到与之相对转动的行星架4上，并最终传送到与行星架4固连的双出轴电机的转子2b上；根据扫描屏转角编码器8与行星架转角编码器7的反馈，控制各扫描屏1相对于行星架4的转角与行星架4相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏1的圆周平动扫描；与第一个实施相比，双出轴电机2采用有线电源供电，双出轴电机2的绕组安装在转子2b上，因此，在图1中删去扫描屏导电滑环3；

用于反射投影的无轴传动扫描装置11安装在从固定投影仪10到用于投影成像的无轴传动扫描装置14之间的投影光路15上；在投影光路15上还装有第一个固定反光镜12和第二个固定反光镜13用以折叠和调整投影光路15，位于投影光路15对侧装有固定遮光板16；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器7的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架4相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪10与用于投影成像的无轴传动扫描装置14的扫描屏1之间的光程保持不变。

如图1、图2与图3所示，本发明的第三个实施例，包括：固定投影仪10，第一个固定反光镜12，第二个固定反光镜13，固定遮光板15和两套结构相似的、均由三个扫描屏1、与三个双出轴电机2、两个单出轴电机6和两个行星架5构成的无轴传动扫描装置11和14；其中11用于反射投影，14用于投影成像；用于反射投影的无轴传动扫描装置11的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置12的圆周平动半径的一半；

两套无轴传动扫描装置中的双出轴电机2采用无线电源供电，双出轴电机2的绕组安装在定子2a上，每个扫描屏1与各自的双出轴电机的定子2a固连，各自的双出轴电机的转子2b两端按圆形均布的方式固连在两个行星架4之间；在每个双出轴电机的定子2a中的一端与一个行星架4之间，安装有扫描屏转角编码器8，用于反馈扫描屏1相对于行星架4的转角；两个行星架4的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子6a，两个单出轴电机的定子6b均与机架固连；在一个单出轴电机的定子6b与行星架4之间安装有行星架转角编码器7，用于反馈行星架4相对于机架的转角；根据扫描屏转角编码器8与行星架转角编码器7的反馈，控制各扫描屏1相对于行星架4的转角与行星架相4对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏1的圆周平动扫描；与第一个实施相比，双出轴电机2采用无线电源供电，双出轴电机2的绕组安装在定子2a上，因此，在图1中删去扫描屏导电滑环3和删去行星架导电滑环5；

用于反射投影的无轴传动扫描装置11安装在从固定投影仪10到用于投影成像的无轴传动扫描装置14之间的投影光路15上；在投影光路15上还装有第一个固定反光镜12和第二个固定反光镜13用以折叠和调整投影光路15，位于投影光路15对侧装有固定遮光板16；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器7的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架4相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪10与用于投影成像的无轴传动扫描装置14的扫描屏1之间的光程保持不变。

在三个实施例中的双出轴电机和单出轴电机为伺服电机或步进电机。

本发明的工作原理：

如图1、图2与图3所示，根据行星架转角编码器7与扫描屏转角编码器8的反馈，在装置运转之前，先将各扫描屏1调整成彼此平行；在装置运转过程中，控制各扫描屏1相对于行星架4的转角与行星架4相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏1的圆周平动扫描。与此同时，根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器7的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架4相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪10与用于投影成像的无轴传动扫描装置14的扫描屏1之间的光程保持不变，从而在投影空间9中，在用于投影成像的无轴传动扫描装置14的扫描屏1上投影生成清晰且等大的二维截面图像序列。借助视觉暂留效应，这个由二维图像序列被感知为一个真三维图像。

Claims (3)

1.一种用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置，包括：固定投影仪，第一个固定反光镜，第二个固定反光镜，固定遮光板和两套结构相似的、均由多个扫描屏、与扫描屏数量相等的双出轴电机、两个单出轴电机和两个行星架构成的无轴传动扫描装置；其中一套用于反射投影，另一套用于投影成像；两套无轴传动扫描装置具有相同的扫描屏数量；用于反射投影的无轴传动扫描装置的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置的圆周平动半径的一半；

两套无轴传动扫描装置中的双出轴电机采用有线电源供电，双出轴电机的绕组安装在定子上，每个扫描屏与各自的双出轴电机的定子固连，各自的双出轴电机的转子两端按圆形均布的方式固连在两个行星架之间；在每个双出轴电机的定子中的一端与一个行星架之间，安装有扫描屏转角编码器，用于反馈扫描屏相对于行星架的转角；在每个双出轴电机的定子中的另一端与另一个行星架之间，安装有扫描屏导电滑环，用于将驱动电流与控制信号从星行架传送到与之相对转动的双出轴电机的定子上；两个行星架的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子，两个单出轴电机的定子均与机架固连；在一个单出轴电机的定子与一个行星架之间安装有行星架转角编码器，用于反馈行星架相对于机架的转角；在另一个单出轴电机的定子与另一个行星架之间安装有行星架导电滑环，用于将驱动电流与控制信号从机架传送到与之相对转动的行星架上；根据扫描屏转角编码器与行星架转角编码器的反馈，控制各扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏的圆周平动扫描；

用于反射投影的无轴传动扫描装置安装在从固定投影仪到用于投影成像的无轴传动扫描装置之间的投影光路上；在投影光路上还装有第一个固定反光镜和第二个固定反光镜用以折叠和调整投影光路，位于投影光路对侧装有固定遮光板；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪与用于投影成像的无轴传动扫描装置的扫描屏之间的光程保持不变。

2.一种用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置，包括：固定投影仪，第一个固定反光镜，第二个固定反光镜，固定遮光板和两套结构相似的、均由多个扫描屏、与扫描屏数量相等的双出轴电机、两个单出轴电机和两个行星架构成的无轴传动扫描装置；其中一套用于反射投影，另一套用于投影成像；两套无轴传动扫描装置具有相同的扫描屏数量；用于反射投影的无轴传动扫描装置的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置的圆周平动半径的一半；

两套无轴传动扫描装置中的双出轴电机采用有线电源供电，双出轴电机的绕组安装在转子上，每个扫描屏与各自的双出轴电机的定子固连，各自的双出轴电机的转子两端按圆形均布的方式固连在两个行星架之间；在每个双出轴电机的定子中的一端与一个行星架之间，安装有扫描屏转角编码器，用于反馈扫描屏相对于行星架的转角；两个行星架的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子，两个单出轴电机的定子均与机架固连；在一个单出轴电机的定子与行星架之间安装有行星架转角编码器，用于反馈行星架相对于机架的转角；在另一个单出轴电机的定子与行星架之间安装有行星架导电滑环，用于将驱动电流与控制信号从机架传送到与之相对转动的行星架上，并最终传送到与行星架固连的双出轴电机的转子上；根据扫描屏转角编码器与行星架转角编码器的反馈，控制各扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏的圆周平动扫描；

用于反射投影的无轴传动扫描装置安装在从固定投影仪到用于投影成像的无轴传动扫描装置之间的投影光路上；在投影光路上还装有第一个固定反光镜和第二个固定反光镜用以折叠和调整投影光路，位于投影光路对侧装有固定遮光板；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪与用于投影成像的无轴传动扫描装置的扫描屏之间的光程保持不变。

3.一种用于反射投影成像体积显示的无轴传动扫描装置，包括：固定投影仪，第一个固定反光镜，第二个固定反光镜，固定遮光板和两套结构相似的、均由多个扫描屏、与扫描屏数量相等的双出轴电机、两个单出轴电机和两个行星架构成的无轴传动扫描装置；其中一套用于反射投影，另一套用于投影成像；两套无轴传动扫描装置具有相同的扫描屏数量；用于反射投影的无轴传动扫描装置的圆周平动半径，是用于投影成像的无轴传动扫描装置的圆周平动半径的一半；

双出轴电机采用无线电源供电，双出轴电机的绕组安装在定子上，每个扫描屏与各自的双出轴电机的定子固连，各自的双出轴电机的转子两端按圆形均布的方式固连在两个行星架之间；在每个双出轴电机的定子中的一端与一个行星架之间，安装有扫描屏转角编码器，用于反馈扫描屏相对于行星架的转角；两个行星架的中心外侧分别固连一个单出轴电机的转子，两个单出轴电机的定子均与机架固连；在一个单出轴电机的定子与行星架之间安装有行星架转角编码器，用于反馈行星架相对于机架的转角；根据扫描屏转角编码器与行星架转角编码器的反馈，控制各扫描屏相对于行星架的转角与行星架相对于机架的转角保持大小相同、方向相反，从而实现各扫描屏的圆周平动扫描；

用于反射投影的无轴传动扫描装置安装在从固定投影仪到用于投影成像的无轴传动扫描装置之间的投影光路上；在投影光路上还装有第一个固定反光镜和第二个固定反光镜用以折叠和调整投影光路，位于投影光路对侧装有固定遮光板；根据两套无轴传动扫描装置各自的行星架转角编码器的反馈，控制两套无轴传动扫描装置各自的行星架相对于机架的转角保持大小相同，使固定投影仪与用于投影成像的无轴传动扫描装置的扫描屏之间的光程保持不变。