CN105867096B - 基于高速旋转光学介质的三维全息激光投影系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种基于高速旋转光学介质的三维全息激光投影系统，它采用控制电路、X轴、Y轴振镜驱动器和带编码器电机来控制透明屏幕旋转角度与激光振镜旋转角度之间应当具备的规律数据，避免了在三维全息激光投影过程中透明屏幕与激光振镜旋转角度的不规律性问题，保证所要呈现的图像能够快速、高效、准确的呈现在透明屏幕上，很大程度的提高了系统的扫描精度、稳定性和实用性。

Description

基于高速旋转光学介质的三维全息激光投影系统
技术领域
本发明涉及一种真三维全息激光投影技术，特别是涉及一种基于高速旋转光学介质的三维全息激光投影技术。
背景技术
激光振镜由X-Y光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片组成，通过电子驱动放大电路驱动光学扫描头，实现激光束在X-Y平面内的二维偏转，它是一种高精度、高速度的伺服控制系统。已广泛用于激光切割、激光打孔等领域。中国发明专利申请公开说明书(公开号CN102636435A)公开了一种基于三维动态聚焦激光振镜扫描的可视化光声成像系统，它采用了三维动态聚焦激光振镜来实现光束的三维快速扫描，从而实现快速的三维可视化光声成像。
三维显示技术是近年来的一个比较前沿的研究领域，通过在物理空间中进行体素填充来实现真实自然的三维立体显示，观察者可以多角度直接观察到具有一定物理景深的三维图像，图像形象逼真。Endo等人提出了一种称为SeeLinder的圆柱形3D显示系统，它允许观察者多方位观察三维图像，在这个3D系统中，一个带有垂直缝隙的外部轮子顺时针旋转，一个带有垂直LED阵列的内部轮子逆时针旋转，前者的速度相对于后者的速度相对快一些(Endo T.SeeLINDER.Proc.CREST Symp,2004:897-902)；Maeda等人提出了一种视频显示的全视景模型。这一系统适合于显示计算机图像、动态图片，然而，由于显示面板中的图像在每一个角度范围内都必须与显示器的频率保持一致，因此在一些特定的位置上，屏幕上图像的更新速率受到限制(Maeda H,Hirose K,Yamashita J,et al.All-Around Displayfor Video Avatar in Real World.Proc.ISMAR’03the Second IEEE and ACM Int’lSymp,Mixed and Augmented Reality,2003:288-289)。由于在旋转体扫描显示技术中，要根据屏幕旋转运动所处的不同角度，把图像映射到屏幕上，屏幕旋转角度与激光振镜系统旋转角度之间的关系比较复杂，很难准确的建立两者之间的关系，容易产生误差，影响图像的质量。而且在屏幕旋转过程中，光束与旋转屏幕之间的距离不断发生变化，也会在成像过程中由于光束的位置不同而导致生成的图像亮度不均匀，进而影响图像质量。
本发明要解决的技术问题是提供一种基于高速旋转光学介质的三维全息激光投影系统，它采用控制电路、X轴、Y轴振镜驱动器和带编码器电机来控制透明屏幕旋转角度与激光振镜旋转角度之间应当具备的规律，保证所要呈现的图像能够快速、高效、准确的呈现在透明屏幕上，可实现快速高效多维的可视化投影成像。
发明内容
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于高速旋转光学介质的三维全息激光投影系统该投影系统包括激光器(1)、X轴反射振镜(2)、Y轴反射振镜(3)、驱动电路(8)、透明屏幕(4)、带编码器电机(5)、图像生成系统(6)以及控制电路(7)；所述带编码器电机(5)与所述透明屏幕(4)机械连接，所述激光器(1)发射激光光束，所述激光光束依次射向所述X轴反射振镜(2)、Y轴反射振镜(3)，所述激光光束通过两个反射振镜后，激光束在X、Y轴平面内发生二维偏转，偏转的激光光束射向固定在工作台上的所述透明屏幕(4)，所述透明屏幕(4)固定在所述带编码器电机(5)上，以固定速度旋转，所述带编码器电机(5)的编码器信号被所述控制电路(7)采集，用于实时测量所述透明屏幕(4)的旋转角度；所述图像生成系统(6)根据要产生的图像计算出所述X轴、Y轴反射振镜的转角相对于电机编码器转角所具备的规律数据，并将该规律数据传送给所述控制电路(7)；所述控制电路(7)根据电机编码器反馈回的角度信息以及所述规律数据，实时向所述X轴、Y轴反射振镜的驱动器发送转角指令，驱动器按照转角指令驱动相应振镜进行高速旋转，将激光光束进行X轴和Y轴的二维偏转，从而在旋转的屏幕上形成光斑，结合旋转的屏幕运动，光斑将在三维空间中移动，当移动的速度足够快，光斑的移动轨迹会让人看到连续的图案，从而形成具有立体感的真三维图案。
其中，所述激光器(1)是固体激光器、气体激光器、半导体激光器。
其中，所述X轴反射振镜(2)、Y轴反射振镜(3)包括相应的电机。
其中，所述透明屏幕(4)固定在所述带编码器电机(5)上，以固定速度旋转，每秒钟旋转的圈数与人眼的视觉暂留参数相对应，使动画的刷新速度能够高于人眼识别的速度，保证画面流畅。
本发明采用控制电路、X轴、Y轴振镜驱动器和带编码器电机来控制透明屏幕旋转角度与激光振镜系统旋转角度之间应当具备的规律(此规律体现为一组数据)，避免了在三维全息激光投影过程中透明屏幕与激光振镜旋转角度的不规律性问题，保证所要呈现的图像能够快速、高效、准确的呈现在透明屏幕上，很大程度的提高了系统的扫描精度、稳定性和实用性。
附图说明
图1是本申请激光投影系统的结构框图。
1-激光器；2-X轴反射振镜(含电机)；3-Y轴反射振镜(含电机)；4-透明屏幕；5-带编码电机；6-图像生成系统(可运行在某PC机上)；7-控制电路；8-驱动电路。
具体实施方式
实施例
本实施例包括激光器、X轴反射振镜(含电机)、Y轴反射振镜(含电机)、驱动电路、透明屏、带编码器电机、图像生成系统(可运行在某计算机装置上)、控制电路组成；带编码器电机与透明屏幕机械连接，激光器发射激光光束，本发明中选用的激光器可以是固体激光器、气体激光器、半导体激光器，光束射向X轴反射振镜、Y轴反射振镜，激光束通过激光振镜系统后，激光束在X、Y轴平面内发生二维偏转，偏转的激光束射向固定在工作台上的透明屏幕，旋转的透明屏幕固定在带编码器的电机上，以固定速度旋转，每秒钟旋转的圈数与人眼的视觉暂留参数相对应，使动画的刷新速度能够高于人眼识别的速度，保证画面流畅。电机的编码器信号被控制电路采集，用于实时测量当前的透明屏幕的角度。图像生成软件运行在某种计算机装置上，根据要产生的图像计算出X轴、Y轴振镜的转角相对于电机编码器转角应当具备的规律(此规律体现为一组数据)，并将此数据传送给控制电路。控制电路根据电机编码器反馈回的角度信息，以及计算装置产生的转角规律，实时向X轴、Y轴振镜驱动器发送转角指令，X轴、Y轴振镜驱动器按照转角指令驱动振镜(含电机)进行高速旋转，将激光束进行X轴和Y轴的二维偏转，从而在旋转的屏幕上形成光斑，结合旋转的屏幕运动，光斑将在三维空间中移动，当移动的速度足够快，光斑的移动轨迹会让人看到连续的图案，此图案是三维空间的，是具有立体感的真三维图案。
本实施例的具体操作步骤为：
1)激光器发射出激光，经X轴反射振镜、Y轴反射振镜，照射到高速旋转的透明屏上。
2)旋转的透明屏固定在带编码器的电机上，以固定速度旋转，电机的编码器信号被控制电路采集，用于实时测量当前的透明屏幕的角度，图像生成软件运行在某种计算机装置上，根据要产生的图像计算出X轴、Y轴振镜的转角相对于电机编码器转角应当具备的规律(此规律体现为一组数据)，并将此数据传送给控制电路。控制电路根据电机编码器反馈回的角度信息，以及计算装置产生的转角规律，实时向X轴、Y轴振镜驱动器发送转角指令，X轴、Y轴振镜驱动器按照转角指令驱动振镜(含电机)进行高速旋转，不断地将激光束进行X轴和Y轴的二维偏转，从而在旋转的屏幕上形成光斑，结合旋转的屏幕运动，光斑将在三维空间中移动，当移动的速度足够快，光斑的移动轨迹会让人看到连续的图案，此图案是三维空间的，是具有立体感的真三维图案。
以上所述仅是本发明优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于高速旋转光学介质的三维全息激光投影系统，其特征在于：
该投影系统包括激光器(1)、X轴反射振镜(2)、Y轴反射振镜(3)、驱动电路(8)、透明屏幕(4)、带编码器电机(5)、图像生成系统(6)以及控制电路(7)；
所述带编码器电机(5)与所述透明屏幕(4)机械连接，所述激光器(1)发射激光光束，所述激光光束依次射向所述X轴反射振镜(2)、Y轴反射振镜(3)，所述激光光束通过两个反射振镜后，激光束在X、Y轴平面内发生二维偏转，偏转的激光光束射向固定在工作台上的所述透明屏幕(4)，所述透明屏幕(4)固定在所述带编码器电机(5)上，以固定速度旋转，所述带编码器电机(5)的编码器信号被所述控制电路(7)采集，用于实时测量所述透明屏幕(4)的旋转角度；
所述图像生成系统(6)根据要产生的图像计算出所述X轴、Y轴反射振镜的转角相对于电机编码器转角所具备的规律数据，并将该规律数据传送给所述控制电路(7)；
所述控制电路(7)根据电机编码器反馈回的角度信息以及所述规律数据，实时向所述X轴、Y轴反射振镜的驱动器发送转角指令，驱动器按照转角指令驱动相应振镜进行高速旋转，将激光光束进行X轴和Y轴的二维偏转，从而在旋转的屏幕上形成光斑，结合旋转屏幕运动，光斑将在三维空间中移动，当移动的速度足够快，光斑的移动轨迹会让人看到连续的图案，从而形成具有立体感的真三维图案。
2.根据权利要求1所述的激光投影系统，其特征在于：所述激光器(1)是固体激光器、气体激光器、半导体激光器。
3.根据权利要求1-2任一项所述的激光投影系统，其特征在于：所述X轴反射振镜(2)、Y轴反射振镜(3)包括相应的电机。
4.根据权利要求1-2任一项所述的激光投影系统，其特征在于：所述透明屏幕(4)固定在所述带编码器电机(5)上，以固定速度旋转，每秒钟旋转的圈数与人眼的视觉暂留参数相对应，使动画的刷新速度能够高于人眼识别的速度，保证画面流畅。
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