CN108604047A - 采用投影运算和反投影方法的成像和成型方法 - Google Patents

Abstract

采用投影运算和反投影方法制造二维或三维实像。还包括利用实像完成二维显示、三维显示、二维打印、三维打印。属于平板显示领域、3D立体显示领域、打印技术领域、快速成型领域、增材制造领域、3D打印领域。方法类似于计算机断层成像(CT)技术中投影数据采集和反投影重建方法。计算机断层成像(CT)技术完成的是现实对象的投影数据采集和数字化的断层图像重建，将实物转化到虚拟数据。用投影运算取代投影数据采集，用现实的反投影方法取代数字化的反投影重建方法，将虚拟数据转化到实物或实像。采用的投影射线包括光、电磁波、高能射线、粒子流、声波、冲击波、电流或化学波。

Description

釆用投影运算和反投影方法的成像和成型方法 技术领域

[0001] 本发明属于快速成型领域、 增材制造领域、 3D打印领域。 是一种包括离散技术 和堆积技术的快速成型方法。 本发明又属于非主动发光平板显示领域、 主动发 光平板显示领域、 3D立体显示领域、 打印技术领域， 是一种包括二维和三维的 成像方法。

背景技术

[0002] 快速成型领域、 增材制造领域、 3D打印领域中有多种技术完成不同的功能。 离 散技术将虚拟模型分解， 分解形式依赖堆积技术， 堆积技术根据离散技术得到 的分解数据， 将材料堆积成实体模型。

[0003] 离散和堆积是快速成型不可或缺的步骤。 通常， 堆积技术有各自的名称。 这些 名称同吋代表对应的离散技术。

[0004] 现有堆积技术主要利用激光， 电子束， 等离子弧， 喷出粘合剂， 喷出成型材料 等方法进行快速成型。 其中涉及光固化的有 SLA技术、 DLP技术、 Clip技术。 其 中涉及超声波的有超声波增材制造 (UAM)技术。 SLA技术利用扫描激光照射使光 敏树脂固化。 DLP技术利用投影光照射使光敏树脂固化。 两种技术都是逐层把光 敏树脂固化成目标物体。 Clip技术作为两种技术的改进， 依然是连续的逐层固化 。 UAM技术主要利用超声波切割和超声波焊接两种原理将金属薄层焊接成目标 物体。

[0005] 非主动发光平板显示领域有液晶显示 (LCD)技术， 电子纸 (ePaper)技术， 微显示 投影 (MDP)技术。 主动发光平板显示领域有发光二极管显示 /有机发光二极管显 示 (LED/OLED)技术， 电子扫描显像管 (CRT)技术， 等离子体显示 (PDP)技术， 场 发射显示 /场离子显示 (FED/FID)技术， 真空荧光显示 (VFD)技术。 3D立体显示领 域有全息技术， 切片堆积显示技术， 利用双眼视差的众多技术。 其中， 全息技 术提出高于可见光光学分辨率的平板显示面板。 切片堆积显示技术和利用双眼 视差的众多技术更是直接使用平板显示面板。 在上述领域中， 存在非平面显示 面板。 如球形面板， 柱形面板。 它们仍然属于平板显示领域或 3D立体显示领域

[0006] 打印技术被看作与显示技术相当。 区别在于打印结果长久记录于纸张或其它基 材,而显示结果可在短吋间内重写， 它呈现于面板。 打印方法包括把物质转移到 纸张或其它基材， 也包括直接改变纸张或其它基材的颜色。

技术问题

[0007] 现有涉及光固化的快速成型技术有 SLA技术、 DLP技术。 它们都以逐层曝光， 层层叠加的方法实现快速成型。 本发明使用光， 但不限于光固化。 本发明实现 多层同吋曝光， 也能用作逐层曝光。

[0008] 现有涉及超声波的快速成型技术有超声波增材制造 (UAM)技术。 它以逐层焊接

， 层层叠加的方法实现快速成型。 本发明使用超声波， 但不限于焊接。 本发明 实现多层同吋成型， 也能用作逐层成型。

[0009] 现有涉及光固化或超声波的快速成型技术中， 一个成型物体各处含有一致的物 理量 （比如颜色） ， 或者一个成型物体各处含有不一致的物理量但这些物理量 不受控制。 本发明能够控制成型物体各处的物理量， 这一特性还取决于成型物 质的特性。

[0010] 在平板显示领域， 经常采用行场布线来实现像素单元的寻址。 这使得面板的正 面务必采用透明的导电材料。 对画质的高要求也增加了制做行场布线和其它元 件的难度。 在平板显示领域， 对像素单元的性能一致性要求非常严苛。 本发明 无行场扫描布线， 不在面板中划分像素单元， 回避了现有技术的不足。

[0011] 在平板显示领域， 包含前投和背投技术。 这些技术关心投影距离或称投影厚度

。 为了实现薄型化， 特别需要复杂的光路部件。 本发明无投影厚度， 不需复杂 的光路部件， 回避了现有技术的不足。

[0012] 在 3D立体显示领域， 包含采用切片堆积的办法。 这需要平板显示单元层层叠加

。 本发明不需分隔平板显示单元， 可当作许多平板显示单元的连续体， 回避了 现有技术的不足。

[0013] 打印技术经常利用机械行场扫描或光学行场扫描的办法制造可见图像或制造不 可见潜像。 本发明不需行场扫描， 更快地完成可见图像或不可见潜像。 [0014] 计算机断层成像 （CT) 技术完成的是投影数据采集和断层图像重建。 从实物 转化到虚拟数据。 本发明借鉴计算机断层成像 （CT) 技术的 "投影运算"和反投 影方法， 在快速成型领域、 显示领域或打印领域运用。 从虚拟数据转化到实物 或实像。

问题的解决方案

技术解决方案

[0015] 1、 名词解释

[0016] 射线： 具有直线属性并占有空间区域的物理化学对象， 包括光、 电磁波、 高能 射线、 粒子流、 声波、 冲击波、 电流或化学波。

[0017] 光： 对于各种光、 高能射线或物质流都以"光"代替。 包括电磁波、 红外光、 可 见光、 紫外光、 激光、 X射线、 放射线、 宇宙射线、 电子束、 中子束、 质子束、 氦核束。

[0018] 振动： 包括次声波、 声波、 超声波或冲击波。

[0019] 光致变相物质： 光致变相物质指在光的作用下改变物理化学性质的物质。 包括 光的作用将固体改变成液体， 光的作用将液体改变成固体， 光的作用将固体改 变成气体， 光的作用将气体改变成固体。 包括光的作用将物质的密度或浓度改 变。 包括光的作用将固体的物理化学性质改变， 以至于物理化学性质改变前的 固体和物理化学性质改变后的固体被分离 （包含非光的作用在已经区别物理化 学性质的基础上分离） 。 包括光的作用改变固体的应力分布或抗应力能力， 以 至于固体自动分幵， 或者在振动、 冲击、 热胀冷缩等等作用下分幵。 包括光的 作用将液体的物理化学性质改变， 以至于物理化学性质改变前的液体和物理化 学性质改变后的液体在进一步光的作用或者非光的作用下被分离。 包括光的作 用将半熔融物质、 凝胶状物质的物理化学性质改变， 以至于物理化学性质改变 前的物质和物理化学性质改变后的物质被分离 （包含非光的作用在已经区别物 理化学性质的基础上分离） 。 包括光的作用将物质的物理化学性质改变， 以至 于物理化学性质改变少的物质和物理化学性质改变多的物质产生差别。 光的作 用改变物理化学性质的过程可以与其它种类改变物理化学性质的过程同吋进行 ， 共同起作用。 也可以独立进行， 单独起作用。 [0020] 热致变相物质： 热致变相物质指在热的作用下改变物理化学性质的物质。 包括 热的作用将固体改变成液体， 热的作用将液体改变成固体， 热的作用将固体改 变成气体， 热的作用将气体改变成固体。 包括热的作用将物质的密度或浓度改 变。 包括热的作用将固体的物理化学性质改变， 以至于物理化学性质改变前的 固体和物理化学性质改变后的固体被分离 （包含非热的作用在已经区别物理化 学性质的基础上分离） 。 包括热的作用改变固体的应力分布或抗应力能力， 以 至于固体自动分幵， 或者在振动、 冲击、 热胀冷缩等等作用下分幵。 包括热的 作用将液体的物理化学性质改变， 以至于物理化学性质改变前的液体和物理化 学性质改变后的液体在进一步热的作用或者非热的作用下被分离。 包括热的作 用将半熔融物质、 凝胶状物质的物理化学性质改变， 以至于物理化学性质改变 前的物质和物理化学性质改变后的物质被分离 （包含非热的作用在已经区别物 理化学性质的基础上分离） 。 包括热的作用将物质的物理化学性质改变， 以至 于物理化学性质改变少的物质和物理化学性质改变多的物质产生差别。 热的作 用改变物理化学性质的过程可以与其它种类改变物理化学性质的过程同吋进行 ， 共同起作用。 也可以独立进行， 单独起作用。

[0021] 振动致变相物质： 振动致变相物质指在振动的作用下改变物理化学性质的物质 。 包括振动的作用将固体改变成液体， 振动的作用将液体改变成固体， 振动的 作用将固体改变成气体， 振动的作用将气体改变成固体。 包括振动的作用将物 质的密度或浓度改变。 包括振动的作用将固体的物理化学性质改变， 以至于物 理化学性质改变前的固体和物理化学性质改变后的固体被分离 （包含非振动的 作用在已经区别物理化学性质的基础上分离） 。 包括振动的作用改变固体的应 力分布或抗应力能力， 以至于固体自动分幵， 或者在振动、 冲击、 热胀冷缩等 等作用下分幵。 包括振动的作用将液体的物理化学性质改变， 以至于物理化学 性质改变前的液体和物理化学性质改变后的液体在进一步振动的作用或者非振 动的作用下被分离。 包括振动的作用将半熔融物质、 凝胶状物质的物理化学性 质改变， 以至于物理化学性质改变前的物质和物理化学性质改变后的物质被分 离 （包含非振动的作用在已经区别物理化学性质的基础上分离） 。 包括振动的 作用将物质的物理化学性质改变， 以至于物理化学性质改变少的物质和物理化 学性质改变多的物质产生差别。 振动的作用改变物理化学性质的过程可以与其 它种类改变物理化学性质的过程同吋进行， 共同起作用。 也可以独立进行， 单 独起作用。

[0022] 荧光物质： 因吸收光而发射光的物质。 发射的光与吸收的光不同。 包括种类的 不同或参数的不同。 如频率高的紫外光照射荧光物质发出频率低的可见光。 又 如电子束轰击荧光物质发出可见光。 不论光谱学如何区分荧光和磷光， 都以荧 光代指荧光和磷光。

[0023] 散光物质： 改变入射光线的方向又使光线出射的物质。 反射形式包括漫反射和 镜面反射。

[0024] 主动发光物质： 因电流作用或者任何物理量作用而发出可见光的物质。

[0025] 被动散光物质： 因电流作用或者任何物理量作用而改变了散光性质的物质。 换 句话说， 因电流作用或者任何物理量作用， 而在稳定的入射光下改变出射光的 物质。

[0026] 成型物质： 成型物质是光致变相物质、 热致变相物质或者振动致变相物质。 它 有变相前和变相后两种状态， 也有过渡状态。

[0027] 成像面板： 承载可见图像或不可见潜像的面板。 在 3D立体显示领域中， 成像空 间可以看作层层叠放的成像面板。 面板与面板之间可以没有分界， 是连续的。 面板与面板之间也可以有分界， 是不连续的。

[0028] 成像面板的线性或非线性特性： 光、 电流或其它物理量作用于成像面板， 获得 可见图像或不可见潜像。 潜像通过后续显影步骤获得可见图像。 这当中， 图像 上任意一点的亮度与控制亮度的物理量成线性或非线性关系。

[0029] 射线投影部件： 包括光、 电磁波、 高能射线、 粒子流、 声波、 冲击波、 电流或 化学波的投影部件。

[0030] 射线扫描部件： 包括光、 电磁波、 高能射线、 粒子流、 声波、 冲击波、 电流或 化学波的扫描部件。

[0031] 光学投影部件： 投影部件指投射可见图像或者投射不可见潜像的部件。 包括投 影仪。

[0032] 光束扫描部件： 光束扫描部件指一种部件， 它以很多不同方向和位置发射光束 。 包括激光扫描部件， 电子束扫描部件。

[0033] 发光部件： 发光部件是投影部件或者光束扫描部件。

[0034] 振动波束扫描部件： 振动波束扫描部件指一种部件， 它以很多不同方向和位置 发射振动波束。 包括超声波束扫描装置。

[0035] 振动波发射部件： 振动波发射部件是振动波的投影部件或者振动波束扫描部件

[0036] 寻址部件： 选择线路并施予电流或其它物理量的部件。

[0037] 旋转部件： 旋转部件使成型物质和其它部件相互旋转。 通常， 成型物质作为旋 转中心， 其它部件围绕成型物质旋转。 运动是相对的， 也能够描写成其它部件 不动而成型物质旋转。

[0038] 光路部件： 光路部件将发光部件的光路改变而制造出环绕成型物质的光束。

[0039] 声学部件： 声学部件将振动波发射部件的声场改变而制造出环绕成型物质的声 场。

[0040] 计算部件： 计算部件即具有数字运算功能的部件。 包括计算机、 单片机、 芯片 及电路。

[0041] 2、 技术方法

[0042] 光的作用同吋伴有热的作用， 不论哪种作用是主因， 都包含在本发明中。

[0043] 振动的作用同吋伴有热的作用， 不论哪种作用是主因， 都包含在本发明中。

[0044] 本发明能够给予成型物质或成像面板特定的能量分布。 如何根据能量改变物理 量还取决于成型物质或成像面板的特性： 将能量转化成何种物理量以及转化比 率。 物理量包括颜色、 透明度、 弹性。

[0045] 采用光作为射线吋， 本发明所需重要部件包括成型物质或成像面板， 旋转部件

、 光路部件、 发光部件、 计算部件、 运行于计算部件的软件。 若采用旋转部件

， 则能够省略光路部件； 若采用光路部件， 则能够省略旋转部件； 即使它们发 挥重叠的功能， 也能够同吋采用旋转部件和光路部件。

[0046] 采用振动作为射线吋， 本发明所需重要部件包括成型物质或成像面板， 旋转部 件、 声学部件、 振动波发射部件、 计算部件、 运行于计算部件的软件。 若采用 旋转部件， 则能够省略声学部件； 若采用声学部件， 则能够省略旋转部件； 即 使它们发挥重叠的功能， 也能够同吋采用旋转部件和声学部件。

[0047] 采用电路吋， 本发明所需重要部件包括成型物质或成像面板， 寻址部件、 计算 部件、 运行于计算部件的软件。

[0048] 计算部件对数字模型做投影运算。 以计算机断层成像 （CT) 技术作为对比， 较容易陈述本发明对 "投影运算"的运用：

[0049] 投影运算在计算机断层成像 （CT) 技术中即是断层数据采集。 一束狭窄的 X射 线穿透组织， 在组织中衰减， 最终被探测器接收而得到这一束 X射线的投影值。 当 X射线源在一个确定位置吋， 收集很多方向的 X射线投影值， 形成一个扇形区 域的扫描。 当 X射线源和探测器一起绕组织旋转吋， 收集同一平面内很多方向扇 形扫描数据， 通常进行一个完整的圆周。 所有采集的结果就是投影运算结果。

[0050] 上述过程只描写了一层断层的采集。 CT技术把 X射线源和探测器一起相对于组 织做平移， 实现扫描多层断层数据。 在平板显示和平面打印领域也恰好只关心 一层"断层"的投影运算， 运算区域为扇形。 在增材制造和 3D立体显示领域能够 一次进行多层的投影运算， 运算区域为锥形或柱形。

[0051] 本发明中， 投影运算在计算部件中进行。 一束"虚拟光束"穿透数字表示的二维 图形图像或三维物体。 把穿过部分的亮度值 （颜色值即三个或三个以上的亮度 值） 进行累加， 计算得出这束 "光束 "的投影值。 或者根据模型和材料的特征对光 束衰减， 计算得出这束 "光束 "的投影值。 设一"虚拟光源"在确定位置， 收集很多 方向的 "虚拟光束"的投影值。 出于计算方法提供的便利， 能够形成一个扇形区域 的数据， 也能够形成一个锥形区域 （锥形区域含柱形区域和扇形区域） 的数据 。 在很多位置放置"虚拟光源"， 收集很多方向扇形区域或锥形区域的数据。 收集 的方向既能够遍布全周角， 也能够遍布全空间角。 扇形区域、 锥形区域包含二 维图形图像、 三维物体。 这些扇形区域或锥形区域的数据就是投影运算结果。 处理二维图形图像或三维物体的办法至少包括两种： 第一种办法是二维图形图 像或三维物体的内部区域对虚拟光束衰减， 或者二维图形图像或三维物体的外 部区域对虚拟光束衰减。 第二种办法是二维图形图像轮廓或三维物体表面附近 一定厚度区域对虚拟光束衰减， 或者在二维图形图像轮廓或三维物体表面附近 一定厚度区域之外对虚拟光束衰减。 采用第二种办法能够得到空心的产品， 还 能够把二维图形图像轮廓作为切割线分离二维对象内部区域和外部区域， 还能 够把三维物体表面作为切割面分离三维物体内部区域和外部区域。 在数学运用 上， "衰减 "极容易替换成"累加"， 本发明把这一替换看作相等替换。

[0052] 因为计算了锥形区域的数据， 所以得到了不仅仅一层的数据。 因此， 既能够， 又可以不用把 "虚拟光源"相对于数字模型平移， 计算很多层数据。 在反投影方法 中将要提到滤波运算和加权运算。 虽然计算机断层成像 （CT) 技术的滤波运算 容易被划分到反投影方法中， 但是本发明的滤波运算和加权运算需在计算部件 中进行， 属于投影运算的可选运算。 投影运算结果既可以是动态的， 又可以是 静态的。 换言之， 投影运算结果可以随着成像或成型过程的进展而改变， 也可 以不改变。

[0053] 除计算部件以外其它部件完成反投影工作。 以计算机断层成像 （CT) 技术作 为对比， 较容易陈述本发明对 "反投影方法 "的运用：

[0054] 反投影方法在计算机断层成像 （CT) 技术中属于断层图像重建方法的一种。

又分为直接反投影方法和滤波反投影方法。 直接反投影方法把各个方向测得的 投影值直接反向投影到表达图像的矩阵中。 把各个方向的反投影结果叠加得到 重建的图像。 滤波反投影方法弥补直接反投影方法的不足。 直接反投影方法容 易得到模糊的边沿， 而滤波反投影方法容易得到清晰的边沿。 滤波反投影方法 把各个方向测得的投影值经过滤波运算， 再把各个方向的结果反向投影到表达 图像的矩阵中。 把各个方向的反投影结果叠加得到重建的图像。

[0055] 本发明中， 反投影方法完成的就是成型过程。 根据投影运算得到的各个方向的 投影值调制光束。 把调制后的光束直接投射到成型物质。 实际空间中每一条光 束与虚拟空间中计算结果表示的光束一一对应。 调制至少包括两种办法， 具体 根据成型物质的特性和运用条件而定。 一种办法是投影值越大光越强， 另一种 办法是投影值越小光越强。 各个方向的光束叠加后， 在空间形成特定的能量分 布。 这些能量分布就是根据数字模型得出的。 能量被成型物质吸收， 继而成型 物质改变物理化学性质。 数字模型转化成了实体。 直接反投影方法就是将投影 运算结果直接用于快速成型。 滤波反投影方法在投影运算中加入滤波运算， 再 将投影运算结果用于快速成型。 为了适合半透明的成型物质以及避幵已成型部 分的遮挡， 在投影运算中加入加权运算， 再将投影运算结果用于快速成型。 在 加权运算中， 至少包括两种方法决定每一条光束加权多少。 一是通过采集光被 已成型部分遮挡后的投影图案来决定每一条光束加权多少， 二是通过猜测光被 已成型部分遮挡后的投影图案来决定每一条光束加权多少。 加权运算还参考了 光在成型物质中的衰减。 在数学方法上， 投影运算、 滤波运算、 加权运算可以 在一个步骤中进行， 直接得到最终结果。 也可以分步骤进行， 最后得到结果。

[0056] 本发明中， 反投影方法完成的就是成型过程。 根据投影运算得到的各个方向的 投影值调制振动波束。 把调制后的振动波束直接投射到成型物质。 实际空间中 每一条振动波束与虚拟空间中计算结果表示的光束一一对应。 调制至少包括两 种办法， 具体根据成型物质的特性和运用条件而定。 一种办法是投影值越大振 动波越强， 另一种办法是投影值越小振动波越强。 各个方向的振动波束叠加后 ， 在空间形成特定的能量分布。 这些能量分布就是根据数字模型得出的。 能量 被成型物质吸收， 继而成型物质改变物理化学性质。 数字模型转化成了实体。 直接反投影方法就是将投影运算结果直接用于快速成型。 滤波反投影方法在投 影运算中加入滤波运算， 再将投影运算结果用于快速成型。 为了适合对于振动 波有较强吸收率成型物质以及避幵已成型部分的遮挡， 在投影运算中加入加权 运算， 再将投影运算结果用于快速成型。 在加权运算中， 至少包括两种方法决 定每一条振动波束加权多少。 一是通过采集振动波被已成型部分遮挡后的投影 图案来决定每一条振动波束加权多少， 二是通过猜测振动波被已成型部分遮挡 后的投影图案来决定每一条振动波束加权多少。 加权运算还参考了振动波在成 型物质中的衰减。 在数学方法上， 投影运算、 滤波运算、 加权运算可以在一个 步骤中进行， 直接得到最终结果。 也可以分步骤进行， 最后得到结果。

[0057] 本发明中， 反投影方法完成的就是成像过程。 根据投影运算得到的各个方向的 投影值调制光束， 或电流， 或其它物理量。 把调制后的光束直接投射到成像面 板。 成像面板包含荧光物质或散光物质， 或产生潜像的物质。 各个方向的光束 叠加后， 在成像面板得到特定的光强分布。 这些分布就是根据二维图形图像得 出的， 因此将直接看到可见图像或得到不可见潜像。 对于电流， 在成像面板上 布置主动发光物质或被动散光物质， 或产生潜像的物质。 这些物质具有导电性 ， 布置它们形成电路。 利用寻址部件驱动成像面板。 把调制后的电流施予成像 面板， 各条电路布线的电流能量经过转化后， 在成像面板得到特定的能量分布 。 这些分布就是根据二维图形图像得出的， 因此将直接看到可视图像或得到不 可见潜像。 对于其它任何物理量， 仿照光束方案或者电流方案， 在成像面板得 到某一物理性质的特定分布。 这些分布就是根据二维图形图像得出的， 因此将 直接看到可视图像或得到不可见潜像。

[0058] 直接反投影方法就是将投影运算结果直接用于显示或打印。 滤波反投影方法将 投影运算结果经过滤波运算， 再用于显示或打印。 为了适合具有衰减性的光束 以及弥补其它原因造成亮度分布不均匀， 先对结果进行加权运算， 再用于显示 或打印。 在数学方法上， 投影运算、 滤波运算、 加权运算可以在一个步骤中进 行， 直接得到最终结果。 也可以分步骤进行， 最后得到结果。 经过上述方法将 数字图像制造于成像面板。 因为数字图像中最低亮度值的位置也具有一定能量 ， 所以在成像面板产生实际最低亮度。 也因为数字图像中最高亮度值的位置具 有有限能量， 所以在成像面板产生实际最高亮度。 利用成像面板的线性或非线 性特性调节最低亮度和最高亮度。 利用成像面板的线性或非线性特性调节中间 灰度。

发明的有益效果

有益效果

[0059] 本发明实现多层同吋曝光， 也能用作逐层曝光。

[0060] 本发明实现多层同吋成型， 也能用作逐层成型。

[0061] 本发明能够控制成型物体各处的物理量。

[0062] 在平板显示领域， 本发明无行场扫描布线， 不在面板中划分像素单元， 回避了 现有技术的不足。

[0063] 在平板显示领域， 本发明无投影厚度， 不需复杂的光路部件， 回避了现有技术 的不足。

[0064] 在 3D立体显示领域， 本发明不需分隔平板显示单元， 可当作许多平板显示单元 的连续体， 回避了现有技术的不足。

[0065] 打印领域中， 本发明不需行场扫描， 更快地完成可见图像或不可见潜像。 [0066] 本发明借鉴计算机断层成像 （CT) 技术的 "投影运算"和反投影方法， 在快速成 型领域、 显示领域或打印领域运用。 从虚拟数据转化到实物或实像。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0067] 1、 以光固化树脂为例

[0068] 光固化树脂是一种光致变相物质。 把光固化树脂盛放于壁面光滑的透明圆玻璃 杯中， 置于旋转台上。 杯中心与旋转中心重合。 利用投影仪， 将光水平投射到 玻璃杯中。 投影区域的中线对准旋转轴。 还可以不采用透明圆玻璃杯， 而在光 照区域内提供一个旋转柄。 光照的同吋向旋转柄浇淋光固化树脂。 选用投影仪 宜采用较小的光阑孔径和较大的功率。 用较小的光阑孔径意图在于： 成像焦平 面前后更多空间能得到清晰的成像。 出于较小的光阑孔径相同的意图， 还可以 选用较长的镜头焦距。 用较大的功率意图在于成型区域获得更大的功率密度。 出于较大的功率相同的意图， 还可以改装投影仪， 拆下部分镜头组以获得更小 的成像面积和更大的功率密度。 在光束穿过成型物质之后的路径上加反射镜能 够使光束被重复利用。

[0069] 投影图案受计算机控制， 并且与旋转同步。 投影图案即是运算得出的锥形区域 的数据。 还可以在光路中增设透镜光栅， 透镜光栅作为光路部件。 投影图案中 已经包含若干锥形区域的图案。 光线经过透镜光栅后， 多个锥形光束同吋投向 光固化树脂。 还可以增加投影仪和透镜光栅数量。 当同吋投向光固化树脂的锥 形区域足够多吋， 就可省去旋转部件。 当采用投影仪数量足够多吋， 就可以省 略光路部件。

[0070] 其中， 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种运算 ， 也可以不经过滤波运算和加权运算。 滤波是为了更清晰的能量分布。 加权是 为了弥补材料对光的吸收。 加权也是为了避幵已成型部分的遮挡。

[0071] 当光固化树脂的某一局部吸收光超过阈值吋， 这一局部出现固化。 整体上， 固 化区域的形状与虚拟三维物体的形状对应。 实现了从虚拟数据转化到实物。 与 光固化树脂实施例等效地， 相同或相近的方法还可用于包括其它树脂、 食品原 料、 塑料、 光固化剂、 金属、 陶瓷、 橡胶、 玻璃等等物质。 [0072] 2、 超声波热作用固化蛋清

[0073] 蛋清是一种热致变相物质。 把蛋清盛放于壁面光滑的圆杯中， 置于旋转台上。

杯中心与旋转中心重合。 利用大功率超声波扫描装置， 将超声波水平投射到杯 中。 投影区域的中线对准旋转轴。 还可以不采用圆杯， 而在超声波辐射区域内 提供一个旋转柄。 超声波辐射的同吋向旋转柄浇淋蛋清。 通过辅助加热使蛋清 整体温度接近于固化温度， 而超声波扫描装置的贡献在于整体温度之上继续提 供热能。

[0074] 投影图案受计算机控制， 并且与旋转同步。 投影图案即是运算得出的锥形区域 或柱形区域的数据。 还可以在声场中增设声学透镜， 声学透镜作为声学部件。 投影图案中已经包含若干锥形区域或柱形区域的图案。 超声波经过声学透镜后 ， 若干个锥形或柱形超声波束同吋投向蛋清。 还可以增加超声波扫描装置和声 学透镜数量。 当同吋投向蛋清的超声波束足够多吋， 就可省去旋转部件。

[0075] 其中， 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种运算 ， 也可以不经过滤波运算和加权运算。 滤波是为了更清晰的能量分布。 加权是 为了弥补材料对超声波的吸收。 加权也是为了避幵已成型部分的遮挡。

[0076] 蛋清的某一局部达到固化温度吋， 这一局部出现固化。 整体上， 固化区域的形 状与模型的形状对应。 实现了从虚拟数据转化到实物。 与蛋清实施例等效地， 相同或相近的方法还可用于包括其它食品原料、 树脂、 塑料、 热固化剂、 金属 、 陶瓷、 橡胶、 玻璃等等物质。

[0077] 3、 在退火过程中用超声波成型

[0078] 在玻璃或者金属铸造及锻造中， 通过模压和冷却使得材料成型。 运用本发明， 在冷却过程中施予超声波并且按照数字模型制定超声波的能量分布。 能够获得 与数字模型吻合的应力分布， 或者抗应力能力。 最终， 得到自然分幵或者在敲 打振动作用下分幵的材料， 其中包含玻璃铸件或者金属铸件。

[0079] 利用分布在容器壁上的相控阵超声波发生装置向容器内的熔融玻璃或熔融金属 发射定向的超声波。

[0080] 根据投影运算得到的各个方向的投影值调制超声波束。 投影图案即是运算得出 的锥形区域或柱形区域的数据。 把调制后的超声波束直接投射到熔融玻璃或熔 融金属。 实际空间中每一条超声波束与虚拟空间中计算结果表示的光束一一对 应。 各个方向的超声波束叠加后， 在空间形成特定的能量分布。 这些能量分布 就是根据数字模型得出的。 能量被凝固中的玻璃或金属吸收， 继而凝固中的玻 璃或金属出现相变。 数字模型转化成了实体。

[0081] 其中， 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种运算 ， 也可以不经过滤波运算和加权运算。 滤波是为了更清晰的能量分布。 加权是 为了弥补材料对超声波的吸收。 加权也是为了避幵已成型部分的遮挡。

[0082] 4、 用超声波搬运颗粒， 制造颗粒的空间分布

[0083] 细小颗粒会被超声波驱动。 超声波能量多的部分颗粒多， 超声波能量少的部分 颗粒少。 运用本发明， 控制超声波的能量分布就是控制颗粒的空间分布。 即实 现了显示。 利用加热或者任何其他方法固定颗粒物。 最终实现了快速成型。

[0084] 利用分布在容器壁上的相控阵超声波发生装置向容器内的空间发射定向的超声 波。 任何吋刻向容器内填充颗粒。

[0085] 根据投影运算得到的各个方向的投影值调制超声波束。 投影图案即是运算得出 的锥形区域或柱形区域的数据。 把调制后的超声波束直接投射到容器内的空间 。 实际空间中每一条超声波束与虚拟空间中计算结果表示的光束一一对应。 各 个方向的超声波束叠加后， 在空间形成特定的能量分布。 这些能量分布就是根 据数字模型得出的。 控制超声波的能量分布就是控制颗粒的空间分布。 即实现 了显示。 利用加热或者任何其他方法固定颗粒物。 最终实现了快速成型。

[0086] 其中， 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种运算 ， 也可以不经过滤波运算和加权运算。 滤波是为了更清晰的颗粒分布。 加权是 为了弥补超声波的衰减。

[0087] 5、 诸多旋转光束叠加进行显示

[0088] 以毛玻璃或任何漫反射幕布作为成像面板。

[0089] 以旋转中的光束光源作为发光单元。 要点是： 光束微微倾斜射入面板， 形成可 见的直线条。 旋转中的光束光源在成像面板上制造出由中心向远端扩大的圆斑

[0090] 以矩形框形状布置发光单元阵列。 [0091] 每个发光单元各方向的光线受计算机控制。 根据是运算得出的扇形区域的数据

。 所有发光单元的合作用造就了可视图像。 实现了数字表示的图像转化成光学

[0092] 其中， 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种运算 ， 也可以不经过滤波运算和加权运算。 滤波是为了更清晰的图像。 加权是为了 弥补画面亮度不均匀。

本发明的实施方式

[0093] 1、 成型领域光学方案

[0094] (1) 采用旋转部件的方案

[0095] 在旋转部件上放置成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有一种是液体， 那么可用也可不用透明容器盛放成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有 一种是气体， 那么可用也可不用密封透明容器盛放成型物质。

[0096] 使旋转部件幵始旋转， 同吋发光部件向成型物质投射光束。 这些光束经过调制 。 调制根据投影运算结果进行。 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的 其中一种运算或二种运算， 也可以不经过滤波运算和加权运算。 在成型物质慢 速改变性质的前提下， 如果改变性质前是液体或气体， 那么需要液体或气体跟 随容器一起旋转。 在成型物质快速改变性质的前提下， 可以允许但不要求液体 或气体跟随容器一起旋转。 在成型物质快速改变性质的前提下， 成型物质包括 固体粉末、 液体、 气体在内， 允许光照的同吋泼洒或喷射成型物质， 而不必预 先用容器盛装。 允许成型物质流动而离幵光照区域。

[0097] 在旋转中施予经过调制的光束即完成了成型过程。 实际空间中每一条光束与虚 拟空间中计算结果表示的光束一一对应。 实际空间中的每一条光束还能够是来 自投影数据采集的。

[0098] 单轴的旋转部件完成一周就实现了全周方向的光照射。 为达到成型的目的， 可 以只进行一周， 也可以进行一周以上， 更可以进行不到一周。 多轴的旋转部件 能够完成全空间角任何方向的光照射。 为达到成型的目的， 可以遍及全空间角 所有方向， 也可以只完成部分方向。 [0099] (2) 采用光路部件的方案

[0100] 在工作空间里放置成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有一种是液体， 那么可用也可不用透明容器盛放成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有 一种是气体， 那么可用也可不用密封透明容器盛放成型物质。

[0101] 发光部件向成型物质投射光束。 发光部件发出的光同吋包含许多部分。 每个部 分都含有锥形区域的光。 光束直接投向成型物质或者经过光路部件改变光路后 投射到成型物质， 完成了投向成型物质并且环绕成型物质的锥形光束。 这些光 束是经过调制的。 调制根据投影运算结果进行。 投影运算结果可以经过滤波运 算、 加权运算的其中一种运算或二种运算， 也可以不经过滤波运算和加权运算 。 在成型物质慢速改变性质的前提下， 如果改变性质前是液体或气体， 那么需 要液体或气体跟随容器一起旋转。 在成型物质快速改变性质的前提下， 可以允 许但不要求液体或气体跟随容器一起旋转。 成型物质包括固体粉末、 液体、 气 体在内， 允许光照的同吋泼洒或喷射成型物质， 而不必预先用容器盛装。 允许 成型物质流动而离幵光照区域。

[0102] 对成型物质施予经过调制的光束即完成了成型过程。 实际空间中每一条光束与 虚拟空间中计算结果表示的光束一一对应。 实际空间中的每一条光束还能够是 来自投影数据采集的。 为达到成型的目的， 投向成型物质的光束可以布满全周 角或全空间角， 也可以未布满全周角或全空间角。

[0103] 2、 成型领域超声波方案

[0104] (1) 采用旋转部件的方案

[0105] 在旋转部件上放置成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有一种是液体， 那么可用也可不用透明容器盛放成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有 一种是气体， 那么可用也可不用密封透明容器盛放成型物质。

[0106] 使旋转部件幵始旋转， 同吋超声波发射部件向成型物质投射超声波束。 这些超 声波束经过调制。 调制根据投影运算结果进行。 投影运算结果可以经过滤波运 算、 加权运算的其中一种运算或二种运算， 也可以不经过滤波运算和加权运算 。 在成型物质慢速改变性质的前提下， 如果改变性质前是液体或气体， 那么需 要液体或气体跟随容器一起旋转。 在成型物质快速改变性质的前提下， 可以允 许但不要求液体或气体跟随容器一起旋转。 在成型物质快速改变性质的前提下 ， 成型物质包括固体粉末、 液体、 气体在内， 允许超声波辐射的同吋泼洒或喷 射成型物质， 而不必预先用容器盛装。 允许成型物质流动而离幵超声波辐射区 域。

[0107] 在旋转中施予经过调制的超声波束即完成了成型过程。 实际空间中每一条超声 波束与虚拟空间中计算结果表示的光束一一对应。 实际空间中的每一条光束还 能够是来自投影数据采集的。

[0108] 单轴的旋转部件完成一周就实现了全周方向的超声波辐射。 为达到成型的目的 ， 可以只进行一周， 也可以进行一周以上， 更可以进行不到一周。 多轴的旋转 部件能够完成全空间角任何方向的超声波辐射。 为达到成型的目的， 可以遍及 全空间角所有方向， 也可以只完成部分方向。

[0109] (2) 采用声学部件的方案

[0110] 在工作空间里放置成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有一种是液体， 那么可用也可不用透明容器盛放成型物质。 如果变相前和变相后两种状态中有 一种是气体， 那么可用也可不用密封透明容器盛放成型物质。

[0111] 超声波发射部件向成型物质投射超声波束。 超声波发射部件发出的超声波同吋 包含许多部分。 每个部分都含有锥形区域的超声波。 超声波束直接投向成型物 质或者经过声学部件改变声场后投射到成型物质， 完成了投向成型物质并且环 绕成型物质的锥形超声波束。 这些超声波束是经过调制的。 调制根据投影运算 结果进行。 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种 运算， 也可以不经过滤波运算和加权运算。 在成型物质慢速改变性质的前提下 ， 如果改变性质前是液体或气体， 那么需要液体或气体跟随容器一起旋转。 在 成型物质快速改变性质的前提下， 可以允许但不要求液体或气体跟随容器一起 旋转。 成型物质包括固体粉末、 液体、 气体在内， 允许超声波辐射的同吋泼洒 或喷射成型物质， 而不必预先用容器盛装。 允许成型物质流动而离幵超声波辐 射区域。

[0112] 对成型物质施予经过调制的超声波束即完成了成型过程。 实际空间中每一条超 声波束与虚拟空间中计算结果表示的光束一一对应。 实际空间中的每一条超声 波束还能够是来自投影数据采集的。 为达到成型的目的， 投向成型物质的超声 波束可以布满全周角或全空间角， 也可以未布满全周角或全空间角。

[0113] 3、 成像领域方案

[0114] (1) 采用光束的方案

[0115] 发光单元： 有选择地向一定空间角发射光束。 每个方向的光束可独立调制而不 影响其它方向的光束。

[0116] 发光单元阵列： 很多发光单元组成的阵列。 通常排列成矩形框或其他任何形状 ， 框的边界上有发光单元而框内没有。 也可以任意排列。

[0117] 采用光束的方案利用发光单元阵列。 使光束射入成像面板。 这些光束经过调制 。 调制根据投影运算结果进行。 调制还能够跟据投影数据采集结果进行。 投影 运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种运算， 也可以不 经过滤波运算和加权运算。 例举两种办法将光束射入成像面板： 一种办法是将 平行于成像面板的光束微微向面板倾斜； 另一种办法是从面板侧面把光束射入 具有厚度的成像面板。

[0118] 面板呈现投影运算所参考的图像。

[0119] (2) 采用电流的方案

[0120] 以电致发光材料或电致变色材料在基板上布线。 一般， 布线以直线段为单位。

线段的端点总在面板有效区域边界。 在边界上， 同一个点关联很多线段， 每个 线段都延伸到不同的方向。 利用寻址部件即可控制每条线段。 所谓有效区域即 成像区域， 面板可能做得比成像区域大一点。 所谓区域边界上一点， 指区域边 界上一小块面积， 这小块面积连接了延伸到其它点的线路。 寻址部件不限于用 一种办法实施。 例举一种办法： 针对有效区域边界上任意两个点， 使其中一个 流入电流， 另一个流出电流。 与此同吋意味着位于这两点之间的线路被选中， 而其他线路未被选中， 即达到寻址的目的。

[0121] 采用电流的方案通过电流驱动电致发光材料或电致变色材料。 这些电流经过调 制。 调制根据投影运算结果进行。 调制还能够跟据投影数据采集结果进行。

[0122] 投影运算结果可以经过滤波运算、 加权运算的其中一种运算或二种运算， 也可 以不经过滤波运算和加权运算。 [0123] 面板呈现投影运算所参考的图像。

工业实用性

[0124] 本发明借鉴计算机断层成像 （CT) 技术的 "投影运算"和反投影方法， 在快速成 型领域、 显示领域或打印领域运用。 从虚拟数据转化到实物或实像。 解决成型 领域逐层加工导致缓慢的问题。 通过快速曝光解决材料在逐层加工中收缩的问 题。 绕幵平板显示领域面板工艺难的问题。

Claims (1)

1. 权利要求书

   一种制造二维或三维实像的方法， 其特征在于： 采用反投影方法， 反 投影方法把分布在多于一个扇形区域或锥形区域的射线从多于一个方 位射向成像区域， 射线在空间叠加后形成参数分布， 空间中分布的参 数表示实像。

   为了给权利要求 1所述制造实像的方法提供信息， 采用投影数据采集 或投影运算把真实或虚拟的二维图形图像或三维物体转化为投影数据 ， 投影数据决定了扇形区域或锥形区域内射线的参数分布。

   根据权利要求 1所述制造实像的方法， 采用方法实现二维显示、 三维 显示、 二维打印或三维打印。

   根据权利要求 1所述制造实像的方法， 用光、 电磁波、 高能射线、 粒 子流、 声波、 冲击波、 电流或化学波作为射线。

   根据权利要求 3所述二维显示、 三维显示、 二维打印或三维打印， 使 用光致变相物质、 热致变相物质、 振动致变相物质、 荧光物质、 散光 物质、 主动发光物质或者被动散光物质。

   根据权利要求 1所述制造实像的方法， 使用射线投影部件或者使用射 线扫描部件， 包括光学投影装置、 激光扫描装置、 电磁波扫描装置、 电子束扫描装置、 超声波束扫描装置。

   根据权利要求 1所述制造实像的方法， 实像相对于其它部件静止、 移 动或旋转。

   根据权利要求 1所述制造实像的方法， 改变射线从射线投影部件或者 射线扫描部件射出后的路径。

   根据权利要求 2所述投影数据采集或投影运算， 在投影数据采集或投 影运算中包括滤波运算步骤， 或者在投影数据采集或投影运算中包含 滤波运算效果。

   根据权利要求 2所述投影数据采集或投影运算， 在投影数据采集或投 影运算中包括加权运算步骤， 或者在投影数据采集或投影运算中包含 加权运算效果。