ЛАЗЕРНОЕ ПРОЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК G03B21/00 

Изобретение относится к лазерно-проекционной технике.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков в конструкции, является способ создания оптических эффектов и устройство для его осуществления "Лазерный калейдоскопа".

Способ создания оптических эффектов, заключающийся в сканировании через оптико-механические дефлекторы светового луча путем его развертки с помощью расположенных напротив друг друга зеркал, отличающийся тем, что зеркала вращают, причем наклонно к плоскости, перпендикулярной оси их вращения, световой луч модулируют, при этом периодически изменяют частоту этой модуляции, направление и скорость вращения зеркал, а также угол их наклона к упомянутой плоскости. Упомянутые периодические изменения производят с помощью музыкального сопровождения, тональностью которого изменяют частоту модуляции светового луча, громкостью звучания - наклонность зеркал к плоскости, перпендикулярной оси их вращения, ритмом - частоту наклона зеркал, а объемом направление и скорость вращения зеркал.

Устройство, осуществляющее указанный способ, содержит в своем корпусе блок управления, лазер и расположенные на оптической оси лазера оптико-механические дефлекторы, выполненные в виде двух установленных напротив друг друга зеркал с оправами, закрепленными на выходных валах двигателей их вращения, отличающееся тем, что зеркала установлены под углом к плоскости, перпендикулярной оси выходных валов двигателей вращения оправ, причем двигатели вращения оправ и лазер соединены с блоком управления, состоящим из программного запоминающего устройства, преобразователя частоты модуляции светового луча и преобразователей скорости и направления вращения оправ, при этом зеркала установлены в оправах наклонно (Патент № 2095682).

Данное устройство взято за прототип. К недостаткам известного устройства относится ограниченная функциональность, малый объем информации выводимый на экран, невозможность вывода на экран цифровой и текстовой информации.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение функциональности устройства, возможность вывода на экран (проекционную поверхность) цифровой и текстовой информации, которая содержится в ПЗУ или поступает в реальном времени, возможность вывода на проекционную поверхность рисунков и чертежей, возможность оперативного изменения проецируемой информации с помощью клавиатуры.

На основе заявленного ЛПУ возможно изготовление лазерно-проекционных часов, будильников, комнатных термометров, наружных термометров, в том числе с использованием беспроводного датчика, измерителей влажности воздуха и других устройств. Возможно также изготовление лазерно-проекционных часов с дополнительными сервисными функциями и совмещенными устройствами, как:

будильник, комнатный термометр, наружный термометр, измеритель влажности воздуха, голосовая кукушка, голосовой еженедельник - система напоминания, автоматическая установка и коррекция времени по специальному радиосигналу.

Сущностью изобретения является то, что лазерно-проекционные часы (ЛПУ), содержащие, как и прототип, корпус, лазер, изготовленный на основе лазерного диода, два зеркала, расположенные отражающими поверхностями друг к другу, источник питания, блок управления в виде микроконтроллера, содержат также, упругий гибкий элемент, на котором закреплено первое зеркало и металлический элемент, первый электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию, с помощью металлического элемента, естественной резонансной частоты колебаний упругого гибкого элемента с первым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в горизонтальной плоскости относительно плоскости колебаний второго зеркала, другой упругий гибкий элемент, на котором закреплено второе зеркало и другой металлический элемент, второй электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию, с помощью другого металлического элемента, естественной резонансной частоты колебаний другого упругого гибкого элемента со вторым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в вертикальной плоскости относительно колебаний первого зеркала, причем частота колебаний первого зеркала в n раз больше частоты колебаний второго зеркала, где n - количество световых проекционных точек по вертикали, блок управления соединен с первым и вторым электромагнитами и лазером, который включается и выключается во время колебаний первого и второго зеркал для образования световых проекционных точек. Упругие гибкие элементы выполнены в виде металлических пластин и имеют толщину менее 0,1 мм. Первое зеркало имеет частоту колебаний 168 Гц±1,4 Гц, а второе зеркало имеет частоту колебаний 24 Гц±0,2 Гц. Блок управления представляет из себя микроконтроллер, содержит ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и клавиатуру, которая позволяет управлять работой ЛПУ.

Вариантом заявленного устройства является лазерно-проекционные часы (ЛПУ) содержащие корпус, лазер (изготовлен на основе лазерного диода), два зеркала, расположенные отражающими поверхностями друг к другу, источник питания, блок управления в виде микроконтроллера, которые также содержат упругий гибкий элемент, на котором закреплено первое зеркало и металлический элемент, первый электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию, с помощью металлического элемента, естественной резонансной частоты колебаний упругого гибкого элемента с первым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в вертикальной плоскости относительно плоскости колебаний второго зеркала, другой упругий гибкий элемент, на котором закреплено второе зеркало и другой металлический элемент, второй электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию, с помощью другого металлического элемента, естественной резонансной частоты колебаний другого упругого гибкого элемента со вторым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в горизонтальной плоскости относительно плоскости колебаний первого зеркала, причем частота колебаний второго зеркала в n раз больше частоты колебаний первого зеркала, где n - количество световых проекционных точек по вертикали, блок управления соединен с первым и вторым электромагнитами и с лазером, который включается и выключается во время колебаний первого и второго зеркал для образования световых проекционных точек. Упругие гибкие элементы выполнены в виде металлических пластин и имеют толщину менее 0,1 мм. Первое зеркало имеет частоту колебаний 24 Гц±0,2 Гц, а второе зеркало имеет частоту колебаний 168 Гц±1,4 Гц. Блок управления представляет из себя микроконтроллер, содержит ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и клавиатуру, которая позволяет управлять работой ЛПУ.

На чертеже изображена блок-схема лазерно-проекционных часов (ЛПУ).

Лазерно-проекционные часы (ЛПУ) содержат: источник питания 1, выключатель 2, клавиатуру 3, микроконтроллер 4, лазер (лазерный диод) 5, первый электромагнит 6, второй электромагнит 7, первое зеркало 8, второе зеркало 9, корпус 10. Лазерный луч направлен на проекционную поверхность 11.

От источника питания 1 через выключатель 2, электрическое питание поступает на микроконтроллер 4, в котором содержится специально разработанная программа, управляющая работой проекционной системы, которая состоит из первого электромагнита 6, второго электромагнита 7, лазера (лазерного диода) 5, первого зеркала 8 и второго зеркала 9. Клавиатура 3 позволяет управлять работой часов (ЛПУ).

Излучаемый лазером 5 луч, через фокусирующую линзу, попадает на проекционную поверхность 11 (стена, потолок, стол и т.д.) посредством отражения от двух зеркал 8 и 9, которые колеблются (перемещаются в одну сторону и обратно) с определенной частотой, причем первое зеркало 8 отклоняет луч по горизонтали, а второе зеркало 9 отклоняет луч по вертикали. Частота колебаний первого зеркала 8 в n раз больше частоты колебаний второго зеркала 9, где n - количество световых проекционных точек по вертикали. Во время колебаний зеркал 8 и 9 осуществляется включение и выключение лазера 5, что приводит к возникновению n x m световых точек на проекционной поверхности 11, где m - количество световых проекционных точек по горизонтали.

Электрические импульсы поступают от микроконтроллера 4 к первому электромагниту 6 и второму электромагниту 7, электромагнитные поля которых воздействуют на упругие гибкие металлические пластины и приводят к колебаниям первого зеркала 8 по горизонтали с частотой 168 Гц±1,4 Гц, а второго зеркала 9 по вертикали с частотой 24 Гц±0,2 Гц. Во время колебаний зеркал 8 и 9 микроконтроллер 4 включает и выключает лазер 5 в зависимости от требуемого изображения.

Пульсирующий лазерный луч отражается от второго зеркала 9 на первое зеркало 8, а от него, уже развернутый по горизонтали и вертикали, луч попадает на проекционную поверхность 11. Таким образом, становится возможным вывести до 560 точек (80 точек по горизонтали в 7 рядов) с частотой обновления 24 Гц.

Выключатель 2, микроконтроллер 4, лазерный диод 5, первый электромагнит 6, второй электромагнит 7 и клавиатура 3 расположены на печатной плате (стеклотекстолит), куда также крепится специальная металлическая скобка, к которой прикрепляются две тонкие (менее 0,1 мм) упругие гибкие металлические пластины с находящимися на них первым зеркалом 8 и вторым зеркалом 9.

Вариантом этого ЛПУ являются аналогичные лазерно-проекционные часы, у которых, излучаемый лазером 5 луч - на Фиг.1, через фокусирующую линзу попадает на проекционную поверхность 11 посредством отображения от двух зеркал 8 и 9, которые колеблются с определенной частотой, причем первое зеркало 8 отклоняет луч по вертикали, а второе зеркало 9 отклоняет луч по горизонтали. Частота колебаний второго зеркала 9 в n раз больше частоты колебаний первого зеркала 8, где n - количество световых проекционных точек по вертикали. Во время колебаний зеркал 8 и 9 осуществляется включение и выключение лазера 5, что приводит к возникновению n x m световых точек на проекционной поверхности 11, где m - количество точек по горизонтали.

Электрические импульсы поступают от микроконтроллера 4 к первому электромагниту 6 и второму электромагниту 7 электромагнитные поля которых воздействуют на упругие гибкие металлические пластины и приводят к колебаниям первого зеркала 8 по вертикали с частотой 24 Гц±0,2 Гц, а второго зеркала 9 по горизонтали с частотой 168 Гц±1,4 Гц. Во время колебаний зеркал 8 и 9 микроконтроллер 4 включает и выключает лазер 5 в зависимости от требуемого изображения.

Пульсирующий лазерный луч отражается от второго зеркала 9 на первое зеркало 8, а от него, уже развернутый по горизонтали и вертикали, луч попадает на проекционную поверхность 11. Таким образом становится возможным вывести до 560 точек (80 точек по горизонтали в 7 рядов) с частотой обновления 24 Гц.

Все остальное аналогично первому варианту ЛПУ. В разработанном и изготовленном промышленном образце, корпус 10 лазерно-проекционных часов имеет длину 60 мм, ширину 60 мм, высоту 24 мм, вес 250 г. Напряжение питания ЛПУ - 3 вольта, потребляемый ток - 26 мА, количество точек по горизонтали - 25, количество точек по вертикали - 7, цвет точек красный, частота обновления изображения - 24 Гц, высота цифр от 15 мм, ширина цифр от 10 мм. Высота и ширина цифр зависит от расстояния до плоскости отображения, т.е. чем дальше, тем больше высота и ширина цифр, однако и больше расстояние между точками. Лазерный диод (10 мВт) совместно с фокусирующей линзой образует лазерный модуль.

Очень важным моментом в заявленном лазерно-проекционном устройстве является наличие для каждой упругой гибкой металлической пластины металлического элемента в виде металлической шайбы. Металлическая шайба необходима для увеличения электромагнитного воздействия электромагнита, возникновения колебаний и поддержания естественной резонансной частоты колебаний упругой гибкой металлической пластины, что приводит к: равномерным колебаниям зеркал, высокой частоте обновления изображения, использованию малогабаритных электромагнитов и соответственно малых напряжений и малых токов управления, необходимых электромагнитам. При совпадении частоты колебаний упругой гибкой пластины с ее естественной резонансной частотой, ток потребляемый электромагнитом резко уменьшается.

В ЛПУ возможно применение других частот колебаний зеркал, другого количества световых проекционных точек по вертикали и горизонтали.

Преимуществом заявленного ЛПУ также является то, что проецируемую световую цифровую или текстовую информацию можно видеть как ночью, так и днем.

Лазерно-проекционное устройство можно изготовить из 1 × А лазерно-проекционных устройств, где А равняется одному или более ЛПУ, т.е. изготовить устройство состоящее из двух, трех или более аналогичных лазерно-проекционных устройств с общим микроконтроллером или несколькими, для возможности увеличения количества световых проекционных точек, для возможности увеличения объема проецируемой информации.

Лазерно-проекционные часы предлагаются первым продуктом для производства и реализации, поскольку уже имеется промышленный прототип и разработана программа для микропроцессора. Впоследствии данную технологию можно будет использовать, например, для создания рекламных проекторов или/и Laser Message Handler - игрушка для детей, предназначенная для передачи/показа сообщений на расстоянии.

Проекционные часы являются новинкой на рынке России и становятся все более популярными. Существуют несколько компаний, производящих подобные продукты, но их принципиальное отличие состоит в том, что проецируемое время видно только ночью. Использование новой технологии с применением мини-лазера и уникальной проекционной системы, позволяет видеть проецируемое время как ночью, так и днем, что значительно повышает потребительские свойства продукта.

Часы вешают на стену или устанавливают на плоскость (полка, стол и т.п.) и осуществляют проекцию (отображение) времени на противоположенную стену (поверхность), что также определяет оригинальность. А имея малые размеры и используя соответствующий корпус, они становятся малозаметными, чем и создается загадочность источника отображаемой информации.

Возможно применение ЛПУ с зеркалом (например, которое еще до часов удачно сочеталось с интерьером) для изменения направления лазерного луча, что создает некоторую таинственность. Все детали расположены на печатной плате, корпус служит для создания эстетического вида. Имеются три кнопки, при помощи которых пользователь управляет работой часов в зависимости от желаний и набора сервисных функций.

Яркость изображения зависит от уровня освещения места, куда осуществляется проекция, и мощности используемого лазерного диода.

С технической точки зрения проекционные лазерные часы представляют собой устройство, работающее под управлением микропроцессора (PIC 16 L F 876-04/SO), где записана специальная программа, которая управляет двумя электромагнитами, оказывающими воздействия на два зеркала, и лазерным диодом, что делает возможным вывести заданную информацию на любую неотражающую поверхность (стена, потолок, картина и т.п.) в пределах расчетного разрешения.

Изобретение относится к лазерно-проекционной технике. Устройство содержит лазер, два зеркала, источник питания, блок управления, упругий гибкий элемент. Первое зеркало закреплено на упругом гибком элементе. Электромагнитное поле первого электромагнита приводит к возникновению колебаний и поддержанию, с помощью металлического элемента, резонансной частоты колебаний упругого гибкого элемента с первым зеркалом. Первое зеркало совершает колебания в горизонтальной плоскости. Второе зеркало закреплено на другом упругом гибком элементе. Электромагнитное поле второго электромагнита приводит к возникновению колебаний и поддержанию, с помощью другого металлического элемента, резонансной частоты колебаний другого упругого гибкого элемента со вторым зеркалом. Второе зеркало совершает колебания в вертикальной плоскости. Частота колебаний первого зеркала в n раз больше частоты колебаний второго зеркала, n - количество световых проекционных точек по вертикали. Блок управления соединен с первым и вторым электромагнитами и лазером. Лазер включается и выключается во время колебаний первого и второго зеркал для образования световых проекционных точек. Вариантом изобретения является аналогичное устройство, в котором первое зеркало совершает колебания в вертикальной плоскости, второе в горизонтальной. Технический результат - повышение функциональности устройства, возможность вывода на экран цифровой и текстовой информации, возможность вывода на проекционную поверхность рисунков и чертежей, возможность оперативного изменения проецируемой информации с помощью клавиатуры. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Лазерно-проекционное устройство, содержащее лазер, два зеркала, источник питания, блок управления, отличающееся тем, что содержит упругий гибкий элемент, на котором закреплено первое зеркало и металлический элемент, первый электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию с помощью металлического элемента резонансной частоты колебаний упругого гибкого элемента с первым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в горизонтальной плоскости, другой упругий гибкий элемент, на котором закреплено второе зеркало и другой металлический элемент, второй электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию с помощью другого металлического элемента резонансной частоты колебаний другого упругого гибкого элемента со вторым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в вертикальной плоскости, причем частота колебаний первого зеркала в n раз больше частоты колебаний второго зеркала, где n - количество световых проекционных точек по вертикали, блок управления соединен с первым и вторым электромагнитами и лазером, который включается и выключается во время колебаний первого и второго зеркал для образования световых проекционных точек.2. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что металлический элемент увеличивает электромагнитное воздействие первого электромагнита на упругий гибкий элемент с первым зеркалом.3. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что другой металлический элемент увеличивает электромагнитное воздействие второго электромагнита на другой упругий гибкий элемент со вторым зеркалом.4. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что упругие гибкие элементы выполнены в виде металлических пластин.5. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что упругие гибкие элементы имеют толщину менее 0,1 мм.6. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления представляет из себя микроконтроллер.7. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления содержит ПЗУ.8. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления содержит клавиатуру.9. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что первое зеркало имеет частоту колебаний 168 Гц±1,4 Гц.10. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что второе зеркало имеет частоту колебаний 24 Гц±0,2 Гц.11. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит фокусирующую линзу.12. Лазерно-проекционное устройство по п.1, отличающееся тем, что лазер изготовлен на основе лазерного диода.13. Лазерно-проекционное устройство, содержащее лазер, два зеркала, источник питания, блок управления, отличающееся тем, что содержит упругий гибкий элемент, на котором закреплено первое зеркало и металлический элемент, первый электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию с помощью металлического элемента резонансной частоты колебаний упругого гибкого элемента с первым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в вертикальной плоскости, другой упругий гибкий элемент, на котором закреплено второе зеркало и другой металлический элемент, второй электромагнит, электромагнитное поле которого приводит к возникновению колебаний и поддержанию с помощью другого металлического элемента резонансной частоты колебаний другого упругого гибкого элемента со вторым зеркалом, которое имеет возможность совершать колебания в горизонтальной плоскости, причем частота колебаний второго зеркала в n раз больше частоты колебаний первого зеркала, где n - количество световых проекционных точек по вертикали, блок управления соединен с первым и вторым электромагнитами и с лазером, который включается и выключается во время колебаний первого и второго зеркал для образования световых проекционных точек.14. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что металлический элемент увеличивает электромагнитное воздействие первого электромагнита на упругий гибкий элемент с первым зеркалом.15. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что другой металлический элемент увеличивает электромагнитное воздействие второго электромагнита на другой упругий гибкий элемент со вторым зеркалом.16. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что упругие гибкие элементы выполнены в виде металлических пластин.17. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что упругие гибкие элементы имеют толщину менее 0,1 мм.18. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что блок управления представляет из себя микроконтроллер.19. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что блок управления содержит ПЗУ.20. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что блок управления содержит клавиатуру.21. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что первое зеркало имеет частоту колебаний 24 Гц±0,2 Гц.22. Лазерно-проекционное устройство по п.13, отличающееся тем, что второе зеркало имеет частоту колебаний 168 Гц±1,4 Гц.