УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ Российский патент 1996 года по МПК A63J17/00 

Изобретение относится к созданию специальных световых эффектов, в частности к проекционным устройствам, предназначенным для отображения красочных орнаментальных изображений на больших экранах коллективного пользования.

Известно устройство, предназначенное для получения изображений в виде теневого и зеркального отражений. Известное устройство содержит корпус, на лицевой стенке которого нанесен информационный знак, источники света, закрепленные на задней стенке корпуса, в котором установлена рама с вертикальными пленками, на которых расположены стойки, закрепленные на осях, которые установлены параллельными рядами на планках и связаны с приводом, при этом каждая стойка выполнена в виде набора призм со смещенными относительно друг друга светоотражающими гранями. Призмы с одинаково смещенными светоотражающими гранями каждой стойки образуют вертикальные группы, причем призмы одной из групп жестко закреплены на осях, а призмы смежных групп связаны с приводом, и источники света установлены против зазора между осями.

В световых эффектах, создаваемых известным устройством, преобладают в основном световые образы, контуры которых четко обозначены и имеют геометрический рисунок.

Наиболее близким к предлагаемому является содержащее выходной оптический блок, выполненный в виде источников света, при этом в оптический блок введены две идентичные растровые пластины и рельефный отражатель, расположенные соответственно последовательно-параллельно друг другу, причем элементы растра в каждой растровой пластине расположены с одной стороны и обращены в противоположную сторону от другой растровой пластины, первая пластина неподвижна и является экраном, а вторая выполнена в виде диска и кинематически связана с электроприводом, причем в вершинах элементов рельефа рельефного отражателя размещены источники света. Данное устройство обеспечивает возможность получения большого числа цветных композиций в динамике их переходов из одной формы в другую.

Недостаток известных устройств заключается в использовании источников белого света, требующих для обеспечения зрелищности и эстетичности восприятия мощных световых потоков порядка нескольких кВт при диаметре свтовых пучков ≈ 200-400 мм и длине светового прожектора 3-4 м.

Использование мощных световых потоков приводит к значительному нагреву установки, поэтому для нормальных условий работы требуются водозащитные шторки, мощные воздушные агрегаты для охлаждения, все это в значительной степени усложняет установку и увеличивает ее габариты.

Зрелищность цветных композиций в настоящее время требует увеличения сложности и насыщенности световых эффектов, которые не могут быть обеспечены при использовании известного устройства.

Кроме того, при использовании источников белого света невозможно обеспечить передачу изображения на большие расстояния в сотни метров, что требуется в современных залах.

Технический результат изобретения заключается в существенном снижении габаритов установки, а также в расширении функциональных возможностей за счет увеличения сложности и насыщенности световых эффектов, то есть в расширении художественно-изобразительных возможностей устройства.

Это достигается тем, что в устройстве для создания световых эффектов, содержащем источник светового излучения и расположенные вдоль оптической оси оптическую проекционную систему, блок динамической трансформации изображений, выполненный в виде растровой пластины с возможностью ее перемещения относительно оптической оси, и экран, блок динамической трансформации изображений дополнительно содержит фокусирующий оптический элемент, расположенный с возможностью перемещения вдоль оптической оси, источник светового излучения выполнен в виде лазера с n длинами волн, при этом оптические элементы растровой пластины расположены на подложке на расстоянии друг от друга, удовлетворяющем условию 0,1D≅l≅0,3D, а разность высот расположения вышеупомянутых элементов на подложке не превышает 1/2d, где D диаметр пучка излучения лазера; d поперечный размер оптического элемента растровой пластины.

В предложенном устройстве в блоке динамической трансформации может быть введена по крайней мере одна дополнительная растровая пластина, при этом растровые пластины выполнены с возможностью вращения и перемещения относительно друг друга.

В данном устройстве оптические элементы растровой пластины могут быть выполнены в виде цилиндрических линз.

В устройстве цилиндрические линзы могут быть выполнены зигзагообразными таким образом, что отклонение от прямолинейной формы не превышает собственного поперечного размера.

В устройство может быть введен блок смещения цветов, выполненный в виде системы светофильтров.

Кроме того, в устройство может быть введена по крайней мере одна дифракционная решетка, расположенная на выходе устройства перед экраном.

Кроме того, в устройство может быть введена по крайней мере одна диспеpгирующая система, выполненная, например, в виде призмы, ориентированной вершиной в сторону экрана, при этом угол α между гранями призмы удовлетворяют следующему соотношению: А L ·sin α где А требуемый размер изображения; L расстояние до экрана; K коэффициент коррекции, К 1,1 1,4.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1 и расположенные последовательно вдоль оптической оси блок 2 динамической трансформации изображения, выполненный в виде фокусирующего оптического элемента (линзы) 3 и по крайней мере одной растровой пластины 4, а также оптическую проекционную систему 5 и экран 6. Лазер может быть использован как одновременно излучающий n длин волн, так и перестраиваемый с одной длины волны на другую. Оптические элементы растровой пластины 4 могут быть выполнены как в виде положительных или отрицательных линз, так и в виде призм. При этом в любом исполнении они должны удовлетворять следующим условиям: расстояние l между оптическими элементами связано с диаметром D пучка излучения лазера соотношением
0,1D≅l ≅0,3D, а разность высот расположения вышеупомянутых элементов на подложке не превышает 1/2d, где d поперечный размер оптического элемента растровой пластины. Количество растровых пластин может быть больше одной. Это определяется необходимым многообразием конфигураций получаемых изображений и их яркостью.

Фокусирующий оптический элемент 3, растровые пластины 4 и оптическая проекционная система 5 выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Растровые пластины 4, кроме того, снабжены дополнительно блоками поворота вокруг оптической оси и относительно друг друга. При этом они могут иметь разные скорости вращения и направления вращения.

Оптические элементы растровой пластины 4 могут быть выполнены в виде цилиндрических линз. При этом цилиндрические линзы могут быть выполнены зигзагообразными, но при условии, что отклонения от прямолинейной формы не превышают собственного поперечного размера элемента.

В устройство может быть введен блок смещения цветов выполненный в виде светофильтров 7. При этом светофильтры в зависимости от желаемого цветового и светового эффекта, простоты изготовления и габаритов устройства могут быть объединены как в самостоятельные блоки, так и составлять часть оптических элементов растровой пластины.

Устройство может содержать дифракционную решетку 8, расположенную за оптической проекционной системой 5 перед экраном 6.

В устройство может быть введена также по крайней мере одна диспергирующая система (не показана), выполненная, например, в виде призмы, ориентированной вершиной в сторону экрана. При этом угол α между гранями призмы подчиняется соотношению А L·sinα где А требуемый размер изображения; L расстояние до экрана; К коэффициент коррекции. При этом К определяется экспериментальным путем и находится в диапазоне 1,1 1,4.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1, пройдя фокусирующий оптический элемент 3, попадает на растровую пластину 4, которая работает как диспергирующий элемент. Проекционная система 5 строит изображение световой картины на экране 6. Благодаря тому что оптические элементы растровой пластины 4 расположены друг от друга на расстоянии, удовлетворяющем условию 0,1D≅l≅ 0,3D, где D диаметр пучка излучения лазера, они образуют нерегулярную структуру и при прохождении через пластину лазерного излучения вносят в него фазовые искажения. Перемещение фокусирующего оптического элемента 3 и растровых пластин 4 относительно оптической оси и относительно друг друга приводит к получению на экране 6 динамики перемещения цветного изображения. Световые образы постоянно изменяются и создается иллюзия струения, перетекания. Этот эффект еще более усиливается при расположении оптических элементов растровой пластины на разной высоте от подложки. Однако разность высот из расположения не должна превышать 1/2d, где d поперечный размеp оптического элемента.

Указанные соотношения были получены экспериментальным путем. При отклонении от указанных соотношений художественно-изобразительное качество изображения снижается.

Так как источником светового излучения в устройстве является лазер, то, перемещая оптические элементы вдоль оси, получаем на экране разные сечения пучка излучения вдоль всего оптического тракта, что невозможно осуществить при источнике белого света. Это расширяет сложность и разнообразие световых эффектов.

При прохождении лазерного излучения через систему светофильтров происходит смещение цветов, расширяется цветовая гамма изображений.

Дифракционная решетка позволяет изменять насыщенность световых эффектов, раскладывая излучение в зависимости от порядков дифракции на разные по яркости и цвету изображения.

При наличии в устройстве нескольких растровых пластин, приводимых во вращение относительно друг друга с изменяющимися скоростями, навстречу друг другу, под углом друг к другу и т.д. на экране создается имитация пространственного эффекта.

Все это в совокупности позволяет создать на экране красочное зрелище, имитацию объема пространства в динамике, постоянный переход его из одной формы в другую.

При прохождении лазерного излучения через зал отдельные лучи отражаются от частиц аэрозоля (эффект Рэлея), находящегося во взвешенном состоянии в воздухе (от дыхания зрителей, пылинки, дымы, организованные специально в процессе выступления), и образуют дополнительные световые эффекты во всем пространстве вала, постоянно изменяющиеся во времени.

Предлагаемое устройство было изготовлено и испытано в лабораторных условиях. В качестве источника светового излучения использовали лазер на парах меди типа ГЛ-204, имеющий две волны излучения λ 0,51 мкм (зеленый) и λ 0,58 мкм (ярко-оранжевый). Средняя выходная мощность лазера Р_вых 2,5 Вт. Габариты лазера 170 х 170 х 700 мм, габариты всей установки 170 х 170 х 1100 мм. Диаметр оптического элемента растровой пластины d 1 мм, расстояние между элементами l 1,5 2 мм.

Предлагаемое устройство может найти широкое применение для различного типа стендов наглядной агитации, рекламы, при создании необычных цветовых эффектов на эстраде, в театре.

Изобретение: относится к устройству для создания световых эффектов. Сущность изобретения заключается в том, что блок динамической трансформации дополнительно содержит фокусирующий оптический элемент, расположенный с возможностью перемещения вдоль оптической оси на выходе источника светового излучения, выполненного в виде лазера с n длинами волн. 6 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для создания световых эффектов, содержащее связанные между собой источник светового излучения и расположенные вдоль оптической оси блок динамической трансформации изображений, выполненный в виде растровой пластины с возможностью перемещения относительно оптической оси, оптическую проекционную систему и экран, отличающееся тем, что блок динамической трансформации дополнительно содержит фокусирующий оптический элемент, расположенный с возможностью перемещения вдоль оптической оси на выходе источника светового излучения, выполненного в виде лазера с n длинами волн, при этом оптические элементы растровой пластины расположены на подложке на расстоянии l один от другого, составляющем 0,1 D ≅ l ≅ 0,3 D, а разность высот их расположения на подложке не превышает 1/2 d, где D диаметр пучка излучения лазера, d поперечный размер оптического элемента растровой пластины. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блок динамической трансформации изображений дополнительно введена по крайней мере одна растровая пластина, при этом растровые пластины выполнены с возможностью вращения одна относительно другой и перемещения. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оптические элементы растровой пластины выполнены в виде цилиндрических линз. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что цилиндрические линзы выполнены зигзагообразными для того, чтобы отклонения от прямолинейной формы не превышали собственного поперечного размера элемента. 5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что оно имеет блок смешения цветов, выполненный в виде системы светофильтров. 6. Устройство по пп.1 и 5, отличающееся тем, что оно имеет по крайней мере одну дифракционную решетку, расположенную перед экраном. 7. Устройство по пп.1 6, отличающееся тем, что оно имеет по крайней мере одну диспергирующую систему, выполненную, например, в виде призмы, расположенной вершиной в сторону экрана, при этом угол α между гранями призмы выбирается из соотношения A = L•sinα, где A требуемый размер изображения, L расстояние до экрана, K 1,1 1,4 коэффициент коррекции.