способ создания оптических эффектов и устройство "лазерный калейдоскоп" для его осуществления

Формула изобретения

1. 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что 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.

3. Устройство создания оптических эффектов "Лазерный калейдоскоп", содержащее 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.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что зеркала установлены в оправах наклонно.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оправы установлены под углом к плоскости, перпендикулярной оси выходных валов двигателей их вращения.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что по крайней мере одна из оправ зеркал выполнена П-образной, причем одно из плеч П-образной оправы соединено с выходным валом двигателя ее вращения, а другое с зеркалом, возле которого расположен кольцевой электромагнит, связанный с блоком управления через регулятор и модулятор величины напряжения на кольцевом электромагните.

7. Устройство по п.3 или 6, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком и стабилизатором скорости вращения оправ, причем первый соединен с программным запоминающим устройством, а второй также с ним и с преобразователем скорости вращения оправ.

8. Устройство по п.3 или 6, отличающееся тем, что преобразователь частоты модуляции светового луча, преобразователи скорости и направления вращения оправ, а также регулятор и модулятор величины напряжения на кольцевом электромагните снабжены органами автономного управления, а программное запоминающее устройство выключателем.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оправы зеркал выполнены из скрепленных между собой винтами корпуса и крышки, в которой расположено зеркало, причем на одном из винтов между корпусом и крышкой каждой оправы установлена шайба.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что кольцевой электромагнит расположен между зеркалами и им охвачено пространство сканирования светового луча.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что кольцевой электромагнит расположен между оправой и двигателем ее вращения с охватом выходного вала этого двигателя.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в его корпусе установлены датчики тональности, громкости и ритма, а также объема музыкального сопротивления, соответственно связанные с преобразователем частоты модуляции светового луча, регулятором и модулятором величины напряжения на кольцевом электромагните, а также преобразователями скорости и направления вращения оправ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам для создания зрелищных эффектов, например для оформления витрин, стендов, экспозиций и интерьеров или для повышения эффекта световых декораций в театрах, на эстраде, при проведении дискотек.

Известен способ, который может применяться для создания оптических эффектов, заключающийся в сканировании через оптико-механические дефлекторы светового луча путем его развертки с помощью расположенных напротив друг друга и вращающихся в противоположные стороны оптических клиньев /1/.

Однако известный способ не обеспечивает достаточной зрелищности создаваемых им оптических эффектов из-за небольшого их количества, ограниченного заранее заданными исходными геометрическими параметрами упомянутых клиньев.

Известен также наиболее близкий по своей сущности к изобретению способ создания оптических эффектов, заключающийся в сканировании через оптико-механические дефлекторы светового луча путем его развертки с помощью расположенных напротив друг друга зеркал и вспомогательного наложения на сканирующийся световой луч элементов мозаичного изображения, закрепленных в транспоранте-оправе /2/.

Недостатком такого способа является малое количество световых эффектов из-за неподвижности зеркал. В результате данный способ не обеспечивает динамического эффекта плавного трансформирования изображений одно в другое. Им обеспечивается только статический дискретный эффект при смене положений транспоранта. Это, а также применение вспомогательных наложений на сканирующийся световой луч элементов мозаичного изображения не в достаточной степени повышает зрелищное восприятие создаваемых оптических эффектов из-за небольшого количества этих элементов во вращающемся транспоранте.

Для осуществления способа создания оптических эффектов применяется ряд устройств, описанных ниже.

Известно устройство, которое может быть использовано для создания оптических эффектов, содержащее оптико-механические дефлекторы сканирования оптического луча. Причем дефлекторы выполнены в виде двух оптических клиньев, вращающихся в разные стороны, или в виде вращающихся и качающихся оптических призм /1/.

Недостатком такого устройства является его сложность выполнения из-за повышенной трудоемкости изготовления оптических клиньев или призм, а также из-за необходимости применения усложненной конструкции привода дефлекторов, который не должен находиться в зоне сканирования луча. В результате устройство а целом может состоять из нескольких отдельных крупногабаритных блоков.

Кроме того, такое устройство имеет небольшое количество изменяющихся оптических эффектов, ограниченное заранее заданными исходными геометрическими параметрами конструкции упомянутых клиньев или призм.

Более компактным и простым по конструкции является устройство, которое также можно использовать при создании оптических эффектов, предназначенных в основном для освещения объекта когерентными лучами. Такое устройство содержит лазер, создающий когерентный пучок света, и оптические дефлекторы в виде неподвижных оптических конденсатора и отражателей для сканирования этого пучка /3/.

Однако существенным недостатком известного устройства является малое количество оптических эффектов из-за неподвижности дефлекторов, а также из-за отсутствия упомянутого выше динамического эффекта плавности смены видов фигур.

Для повышения количества изменяющихся во времени оптических эффектов служит устройство, где в качестве оптико-механических дефлекторов сканирования оптического луча применен приводимый во вращение от электродвигателя светоотражающий полусферический блок с множеством зеркальных элементов /4/.

Для еще большего увеличения количества световых эффектов известна модернизация данного устройства, содержащего кроме перечисленных элементов блок управления в виде генератора случайных сигналов /5/.

Недостатком таких устройств /4 и 5/ являются их сложность и громоздкость, а также некоторое неудобство при смене одной формы световых фигур на другую.

Причем хаотический характер изображений и отсутствие правильных геометрических форм изображений снижают зрительное восприятие от создания такими устройствами оптических эффектов.

Более удобным в этом отношении является декоративное осветительное устройство, содержащее оптико-механические дефлекторы сканирования оптического луча в виде зеркальных элементов, шарнирно установленных возле воздействующей на них элементов бесконечной ленты, приводимой во вращение электродвигателем /6/.

Но недостатками такого устройства также являются сложность и громоздкость и, кроме того, некоторая ограниченность по количеству оптических эффектов из-за зависимости этого количества от количества зеркал.

Более компактным и наиболее близким к предлагаемому устройству считается устройство создания оптических эффектов, выполненное в виде декоративного с экраном светильника, содержащего в корпусе оптико-механические дефлекторы сканирования оптического луча в виде многоходовой зеркальной системы, в которую входят два неподвижных зеркала в оправах, закрепленных неподвижно напротив друг друга и под определенным углом к источнику света /2/.

Для увеличения разнообразия оптических эффектов в виде динамического калейдоскопического изображения в таком устройстве используется вращающийся от электродвигателя транспорант с элементами мозаичного изображения в оправе, закрепленной на валу электродвигателя.

Однако оно имеет малое количество световых эффектов из-за небольших размеров транспоранта. Причем отсутствует динамический эффект плавности перехода превращения одних изображений в другие, что снижает зрительность их восприятия. Кроме того, зрители могут наблюдать эти эффекты только на небольшом экране декоративного светильника.

Для наблюдения оптических эффектов не только на малом экране, но и на поверхности большей площади служит компактное устройство, содержащее в своем корпусе источник света и оптико-механические дефлекторы в виде установленных неподвижных линз, между которыми расположен вращающийся от двигателя транспорант с элементами мозаичного изображения в оправе /7/.

Недостатком данного устройства является недостаточное количество создаваемых оптических эффектов из-за ограниченности применения количества элементов мозаичного изображения.

Для увеличения количества указанных явлений служит также компактное устройство создания оптических эффектов, содержащее не только те же элементы, что и устройство /8/, но также дополнительный, вращающийся от своего двигателя транспорант. Оправы обоих транспорантов таким образом расположены, что один из элементов мозаичного изображения одного транспоранта постоянно наложен на один из элементов мозаичного изображения другого транспоранта /8/.

Однако такое устройство также имеет недостаточное количество оптических эффектов из-за ограниченности количества геометрических фигур мозаичных элементов. Кроме того, как в этом, так и во всех описанных выше устройствах /1 7/ полученные световые геометрические фигуры могут находиться на проецируемой поверхности в виде или неподвижных изображений или изображений, перемещаемых относительно друг друга, но не относительно своей оси вращения. Причем отсутствует динамический эффект плавленого трансформирования вращающихся изображений. Это снижает зрительное восприятие и эффект действия таких устройств. Причем на это влияет и то, что упомянутые устройства или совсем непрограммируемы, или имеют элемент /4/ в виде простого генератора случайных сигналов, независящих, например, от настройки заданной программы или от каких-то сопутствующих сигналов, например музыкальных.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение зрительного восприятия от осуществления способа и действия устройства создания оптических эффектов, а также расширение универсальности использования этих способа и устройства путем воспроизведения сложных (непрерывных и прерывных) траекторий сканирования лазерного луча в виде геометрических фигур, вращающихся вокруг своей оси со сменой скорости, направления этого вращения и размера изображений по заранее заданной программе, или же путем изменения этих явлений в зависимости от тональности, объема и ритма звукового сопровождения, а также путем их изменения вручную.

Так как основным элементом такого устройства является лазер с его универсальными возможностями по управлению направлением и модуляцией когерентного луча, а также с практически неограниченным количеством изображений и возможностью эффективного их использования, то поставленная задача решает также проблему так называемого "Лазерного калейдоскопа".

Это достигается тем, что в способе создания оптических эффектов, заключающемся в сканировании через оптико-механические дефлекторы светового луча путем его развертки с помощью расположенных напротив друг друга зеркал, имеются существенные отличия: зеркала вращаются, причем наклонно к плоскости, перпендикулярной оси их вращения, кроме того, световой луч модулируют, при этом периодически изменяют частоту этой модуляции, направление и скорость вращения зеркал, а также угол их наклона к упомянутой плоскости. Кроме того, 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.

Решение поставленной задачи осуществляется также тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем в 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, имеются также существенные отличия, а именно 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.

В таком устройстве в зависимости от вида установки зеркал и оправ, а также от конкретного выполнения оправ имеются существенные дополнительные отличия:

зеркала установлены в оправах наклонно;

оправы установлены под углом к плоскости, перпендикулярной оси выходных валов двигателей их вращения;

по крайней мере одна из оправ зеркал выполнена П-образной, причем одно из плеч П-образной оправы соединено с выходным валом двигателя ее вращения, а другое с зеркалом, возле которого расположен кольцевой электромагнит, связанный с блоком управления через регулятор и модулятор величины напряжения на кольцевом электромагните.

Устройство может быть также снабжено датчиком и стабилизатором скорости вращения оправ, причем первый соединен с программным запоминающим устройством, а второй также с ним и с преобразователем скорости вращения оправ.

Кроме того, преобразователь частоты модуляции светового луча, преобразователи скорости и направления вращения оправ, а также регулятор и модулятор величины напряжения на кольцевом электромагните снабжены органами автономного управления, а программное запоминающее устройство выключателем.

В случае установки зеркал в оправах наклонно последние могут выполняться из скрепленных между собой винтами корпуса и крышки, в котором расположено зеркало, причем на одном из винтов, между корпусом и крышкой каждой оправы, установлена шайба.

При выполнении по крайней мере одной из оправ зеркал П-образной имеются следующие существенные отличия:

кольцевой электромагнит расположен между зеркалами и им охвачено пространство сканирования светового луча;

кольцевой электромагнит расположен между оправой и двигателем ее вращения с охватом выходного вала этого двигателя.

Также имеются существенные отличия в случае снабжения органами автономного управления преобразователя частоты модуляции светового луча, преобразователем скорости и направления вращения оправ, и регулятора величины напряжения на кольцевом электромагните, а именно в корпусе устройства установлены датчики тональности, громкости и ритма, а также объема музыкального сопровождения, соответственно связанные с преобразователем частоты модуляции светового луча, регулятором величины напряжения на кольцевом электромагните, а также преобразователями скорости и направления вращения оправ.

Приведенные существенные отличия способа дают следующие положительные эффекты.

Вращение зеркал вызывает создание эффекта движения проецируемого изображения.

Вращение зеркал, причем наклонно к плоскости, перпендикулярной оси их вращения, направлено на сканирование светового луча по сложным траекториям и, в конечном итоге, на создание множества проецируемых линий геометрической фигуры правильной формы, например "фигуры Лиссажу" или фигур из набора замкнутых циклоид и др.

Модулирование светового луча позволяет получить прерывистости линий, составляющих проецируемую фигуру, что создает эффект движения линий проецируемых фигур или их "мерцания", а также может вызвать существенное изменение видимого изображения фигур.

Периодическое изменение частоты модуляции светового луча вызывает смену характера упомянутых движений линий проецируемых фигур.

Периодическое изменение направления и скорости вращения зеркал вызывает изменение направления и скорости вращения проецируемых фигур в целом, а также изменение узоров этих фигур.

Периодическое изменение угла наклона зеркал к плоскости, перпендикулярной оси их вращения, позволяет изменять габариты проецируемых фигур, причем как наружные, так и внутренние (например, в виде создания внутреннего кольца).

Проведение упомянутых периодических изменений с помощью музыкального сопровождения расширяет область использования предлагаемого способа.

Изменение тональностью (смещением музыкального звучания по диапазону) этого сопровождения частоты модуляции светового луча регулируется прерывность и "мерцание" линий, составляющих проецируемую фигуру.

Изменение громкостью звучания музыкального сопровождения наклонности зеркал к плотности, перпендикулярной оси их вращения, регулируются габариты проецируемой фигуры как наружные, так и внутренние.

Изменение ритмом (количеством музыкальных тактов в единицу времени) частоты наклона зеркал регулируется частота изменения габаритных размеров проецируемых фигур.

Изменение объемом (количеством звучащих инструментов и голосов) направления и скорости вращения зеркал регулируется сменность различных видов фигур на проецируемой поверхности, а также их скорость и направление вращения вокруг своей оси.

Существенные отличия устройства дают следующие положительные эффекты.

Установка зеркал под углом к плоскости, перпендикулярной оси выходных валов двигателей вращения оправ, позволяет получить эффект сканирования (изменения направления распространяемого лазером луча) по сложным траекториям, получаемым в результате вращения "наклонных" зеркал на валах этих двигателей. Поэтому на проецируемой поверхности будут наблюдаться различные геометрические фигуры со сложными линиями правильной формы.

Соединение двигателей вращения оправ и лазера с блоком управления направлено на изменение формы и характера движения проецируемых фигур по заранее заданным алгоритмам.

Составление блока управления из программного запоминающего устройства, преобразователя частоты модуляции светового луча, преобразователей скорости и направленности вращения оправ предназначено для того, чтобы упомянутые алгоритмы изменения формы и характера движения проецируемых фигур выполнить программируемыми и многофункциональными, с набором множества различных вариантов видов этих фигур. Причем проецируемые фигуры при незадействовании преобразователя частоты модуляции генерируемого лазерного луча представляют собой замкнутые циклоиды. При задействовании такого преобразователя появляются разорванные линии циклоид, длина которых зависит от частоты модуляции светового луча.

Преобразователи скорости и направления вращения оправ создают эффект движения проецируемых фигур вокруг своей оси.

Все упомянутые преобразователи постоянно происходят во времени по алгоритмам запоминающего устройства, циклически сменяются друг за другом, плавно вращаясь и изменяя свою геометрию. Это привлекает внимание зрителей в ожидании появления новых форм, что напоминает погружение их в гипнотическое состояние и усиливает восприятие. Т.е. этим решается основная задача изобретения повышение зрительного восприятия от действия устройства создания оптических эффектов.

Установка зеркал в оправах наклонно или же установка оправ под углом к плоскости, перпендикулярной оси выходных валов двигателей их вращения, это варианты конструктивного выполнения установки зеркал под углом к этой плоскости для осуществления световых эффектов.

Выполнение по крайней мере одной их оправ зеркал П-образной направлено на обеспечение возможности управления наклоном одного из плеч такой оправы.

Соединение одного из плеч П-образной оправы с выходным валом двигателя ее вращения, а другого с зеркалом способствует этой возможности.

Расположение кольцевого электромагнита, связанного с блоком управления, через регулятор и модулятор величины напряжения на кольцевом электромагните, позволяет обеспечить программное регулирование величины наклона зеркал и частоты изменения этого наклона. Это в конечном итоге будет вызывать соответствующие изменения габаритов проецируемых фигур светового изображения.

Снабжение устройства датчиком и стабилизатором скорости вращения оправ направлено на обеспечение возможности выборочной установки любого из видов проецируемых фигур на длительное время.

Соединение датчика с программным запоминающим устройством обеспечивает измерение скорости вращения оправ и анализ их значения логикой запоминающего устройства.

Соединение стабилизатора скорости вращения оправ с программным запоминающим устройством и с преобразователем скорости вращения оправ обеспечивает обратную связь этих элементов с вращающимися оправами.

Снабжение преобразователя частоты модуля светового луча и преобразователей скорости и направления вращения оправ, а также регулятора и модулятора величины напряжения на кольцевом электромагните органами автономного управления и программного запоминающего устройства выключателем направлено на обеспечение возможности ручного управления световыми эффектами непосредственно через устройство.

Таким образом расширяются функциональные возможности и занимательность устройства, например, при использовании его детьми в качестве игрушки.

Выполнение оправ зеркал из скрепленных между собой винтами корпуса и крышки, в которой расположено зеркало, причем на одном из винтов, между корпусом и крышкой установлена шайба вариант конкретного выполнения установки зеркал наклонно в оправах.

Расположение кольцевого электромагнита между зеркалами и охват им пространства сканирования светового луча, также как и расположение этого магнита между оправой и двигателем ее вращения и охват магнитом входного вала этого двигателя это варианты расположения кольцевого электромагнита возле зеркала, причем таким образом, чтобы не мешать преобразованию светового луча оптико-механическими дефлекторами.

Установка в корпусе устройства датчиков тональности, громкости и ритма, а также объема музыкального сопровождения предназначена для обеспечения возможности управления получением проецируемых фигур с помощью музыкального сопровождения, что расширяет область использования устройства.

Связь датчика тональности с преобразователем частоты модуляции светового луча направлено на изменение прерывистости ("мерцания" линий проецируемых фигур в зависимости от величины смещения музыкального звучания по диапазону октав.

Связь датчика громкости с регулятором величины напряжения на кольцевом электромагните должна обеспечить возможность регулировки угла наклона зеркала (или зеркал) и, как следствие, габаритов проецируемых фигур в зависимости от громкости звучания музыки.

Связь датчика ритма с модулятором величины напряжения на кольцевом электромагните направлена на обеспечение регулирования частоты наклона зеркала (зеркал) для управления частотой изменения габаритов проецируемых фигур в зависимости от количества музыкальных тактов в единицу времени.

Связь датчика объема музыкального сопровождения с преобразователем скорости и направления вращения оправ необходима для регулирования изменением видов фигур, а также их скоростью и направлением вращения вокруг своей оси в зависимости от количества звучащих инструментов и голосов.

На фиг. 1 показана общая принципиальная схема устройства с основными функциональными узлами программного управления; на фиг.2 фигура проецируемого светового изображения на экране при соотношении скоростей вращения выходных валов электродвигателей, равном 1; на фиг.3 то же, но равном 1,07; на фиг.4 то же, но равном 2; на фиг.5 то же, но равном 5; на фиг.6 то же, но равном 10; на фиг.7 то же, но равном 30; на фиг. 8 то же, но равном -1,2; на фиг.9 то же, но равном -2; на фиг.10 то же, но равном -3; на фиг.11 то же, но равном -5; на фиг.12 то же, но равном -10; на фиг. 13 то же, но равном -50.

Устройство "Лазерный калейдоскоп" содержит в корпусе 1 (фиг.1) блок 2 управления, лазер 3 и расположенные на оптической оси 4 лазера оптико-механические дефлекторы 5 и 6.

Дефлекторы 5 и 6 выполнены в виде двух установленных напротив друг друга зеркал 7 с оправами 8. Оправы 8 закреплены на выходных валах 9 двигателей 10 их вращения, например электродвигателей.

Дефлекторы 5 и 6 служат для сканирования светового луча, подаваемого по оптической оси 4 от лазера 3 и разворачиваемого в виде световых пучков 11 и 12, через окно 13 корпуса 1 на проецируемую поверхность 14.

Зеркала 7 дефлекторов 5 и 6 установлены под углом к плоскости, перпендикулярной оси выходных валов 9 электродвигателей 10 (на фиг.1 6 изображены следы этой плоскости). Это угол g₁ для дефлектора 5 и угол ₂ для дефлектора 6.

Электродвигатели 10 и лазер 3 соединены с блоком 2 управления. Блок 2 состоит из программного запоминающего устройства (ПЗУ) 15, преобразователя 16 частоты модуляции светового луча, преобразователя 17 скорости и преобразователя 18 направления вращения оправ 8.

Блок 2 управления с преобразователями 16 18 и ПЗУ 15 выполнен на основе широко известных схем управления и измерения в промышленной электронике.

Установка зеркал 7 под углом _(1,2) может производиться по нескольким вариантам.

Например, одно из зеркал установлено в оправе 8 наклонно, а сама оправа

параллельно плоскости

Наклонность зеркал 7 в оправах 8 обеспечивается различными способами, например установкой зеркала 7 в пазу 19 оправы 8.

С целью обеспечения предварительной регулировки упомянутой наклонности зеркал оправы 8 выполнены из скрепленных между собой винтами 20 корпуса 21 и крышки 22. В крышке 22 расположено зеркало 7. Причем на одном из винтов 20, между корпусом 21 и крышкой 22 установлена шейка 23 для обеспечения наклонности крыши 22 с зеркалом 7 к корпусу 21 оправы 8. Зеркало 7, как и в случае на фиг.2,4 крепится в крышке 22 с помощью клея-герметика 24.

Наклонность зеркал 7 можно обеспечить и установкой самих оправ 8 под углом g_(1,2) к плоскости

Для осуществления возможности регулировки угла наклона зеркал в процессе работы самого устройства одна или обе (фиг. 5) оправы 8 выполнены П-образными. Причем плечо 25 оправы соединено с валом 9 электродвигателя 10, а другое плечо 26 с зеркалом 7. Тонкая перекладина 27 П-образной оправы 8 служит возвратной пружиной ее плеча 26.

Устройство в данном случае выполнено таким образом, что возле зеркала расположен кольцевой магнит 28. Причем этот магнит 28 может располагаться между зеркалами 7 дефлекторов 5 и 6, как показано, ближе к зеркалу 7 дефлектора 5 или же между оправой 8 дефлектора 6 и ее двигателем 10 вращения.

В первом случае кольцевой электромагнит 28 охватывает пространство сканирования светового луча в виде развертки пучка 11, не мешая развертке пучка 12. Во втором случае кольцевой магнит 28 охватывает вал 9.

Оба случая установки электромагнитов 28 могут применяться вместе и по отдельности как для обоих дефлекторов 5 и 6, так и для одного из них.

Кольцевой электромагнит 28 (или электромагниты) связан с блоком 2 управления через регулятор 29 и модулятор 30 величины направления на электромагните 28. Регулятор(ы) 29 служит для регулирования величиной напряжения, подаваемого на электромагнит(ы) 28, модулятор 30 для задания определенной величины частоты появления различных по величине напряжений на электромагните(ах) 28.

Элементы 16 18 блока 2 управления, регулятор 29 и модулятор 30 служат для программного управления с помощью ПЗУ 15 в случае задания цикличности появления на экране 14 проецируемых фигур светового изображения различных видов.

При необходимости ручного управления перечисленными элементами 16 18, 29, 30 устройство снабжается дополнительными единицами. Так, преобразователи 16 18, регуляторы 29 и модуляторы 30 органами 31 автономного управления, а ПЗУ 15 выключателем 32.

При управлении устройством от музыкального сопровождения в его корпусе 1 устанавливаются датчики 33 36 соответственно тональности, громкости, ритма и объема музыкального сопровождения. Причем датчик 33 тональности связан с преобразователем 16 частоты модуляции светового луча, датчик 34 громкости с регулятором 29 величины напряжения на кольцевом электромагните 28, датчик 35 ритма с модулятором 30 этой величины, датчик 36 объема музыкального сопровождения с преобразователями 17 и 18 скорости и направления вращения оправ 8. Датчик 33 тональности измеряет величину смещения музыкального звучания по октавному диапазону, датчик 34 громкости силу звука музыкального сопровождения, датчик 35 ритма количество музыкальных тактов в единицу времени, датчик 36 объема регулирует на изменение количества звучащих инструментов или голосов.

Датчики 33 36, как и регулятор 29 с модулятором 30, выполнены на тех же известных элементах промышленной электроники, что и преобразователи 16 18 и ПЗУ блока 2 управления.

В случае необходимости создания выборочной фиксации проецируемого изображения, т. е. эффекта "стоп-кадр", когда выбранная фигура проецируемого изображения продолжительное время должна находиться на экране 14, устройство снабжается датчиками 37 и стабилизатором 38 скорости вращения оправ 8. Причем в качестве датчиков 37 могут использоваться широко известные фотодатчики, соединенные с П У 15. В качестве стабилизатора 38 может использоваться обычный стабилизатор напряжения, связанный как с ПЗУ 15, так и с преобразователем 17 скорости вращения оправ. Это необходимо для осуществления обратной связи "оправы 8 преобразователь 17".

Для пояснения принципа развертки светового луча, испускаемого лазером 3, введены следующие обозначения:

a₁ и ₂ углы получаемых разверток светового луча через дефлекторы 5 и 6;

₁ и ₂ углы наклона оси валов 9 к оптической оси 4 и к оси пучка 11 соответственно;

₁ и ₂ углы наклона зеркал 7 к плоскости перпендикулярной оси валов 9 двигателей 10 дефлекторов 5 и 6;

n₁, n₂ соответственно число оборотов в 1 мин валов 9 двигателей 10 дефлекторов 5 и 6;

L расстояние от плоскости зеркала 7 дефлектора 6 до плоскости проецируемой поверхности 14 по оптической оси 4;

l межосевое расстояние зеркал 7 относительно следов q плоскости, перпендикулярной осям валов 9 по оптической оси 4.

Причем l значительно меньше L(l<L).

При использовании устройства с программируемым способом создания оптических эффектов (фиг.1) сканируется испускаемый световой луч лазера 3 по его оптической оси 4 через оптико-механические дефлекторы 5 и 6 путем развертки его через окно 13 на экран 14 с помощью расположенных друг против друга и вращающихся от валов 9 двигателей 10 зеркал 7 в оправах 8.

Причем зеркала 7 вращаются наклонно к плоскости, перпендикулярной оси валов 9 двигателей 10, т.е. под углами g₁ и ₂ к следам этой плоскости (фиг. 6). В этом случае оптическая ось 4 через дефлектор 5 отклоняется плоскостью зеркала 7 на угол 2₁, так как оба зеркала вращаются, и разворачивается на угол ₁. Далее, отражаясь от поверхности зеркала 7 дефлектора 6, оптическая ось с пучком лучей 12 отклоняется на угол 2₂ и разворачивается на угол ₂, проходя через окно 13 корпуса 1, и проецируется на поверхности 14.

Каждый из вращающихся дефлекторов 5, 6 производит круговое сканирование светового луча в виде вращающихся пучков 11, 12 лучей. Совокупное их действие производит развертку луча на угол ₂ с разнообразным множеством световых линий проецируемой фигуры.

Причем величина углов ₁ и ₂ определяется по зависимостям, заложенным в алгоритм элементов 15 18 блока 2 управления



где ₁, ₂ угловая скорость вращения валов 9 дефлекторов 5 и 6;

t var текущее время сканирования;

n₁, n₂ число оборотов валов 9 двигателей 10 для дефлекторов 5 и 6 в 1 мин.

В результате на экране проецируется световое изображение совокупности линий (замкнутых циклоид) правильных геометрических фигур, вращающихся вокруг своей оси (фиг.2 13).

Координаты X и Y точки проецируемой фигуры в декардовой системе координат в конкретный момент времени сканирования определяются системой уравнений по гармоническому закону, также вводимому в алгоритм блока управления 2:



Изображения, полученные на фиг.2 13, созданы при сканировании лазерного луча согласно следующим данным:

L 4 м; l 50 мм; ₁ 2^o; ₂ 1^o 30", n₁ 3000 об/мин и соотношении n₁/n₂ соответственно равным 1; 1,07; 2; 5; 10; 30 для фиг. 2 7 и соответственно равным минусовым значениям 1,2; 2; 3; 5; 10; 50 для фиг. 8 13.

При задействовании в алгоритме ПЗУ 15 изменений от преобразователя 16 частоты модуляции светового луча линии, образующие фиг.2 13, будут с разрывами (эффект "мерцания"), длина которых зависит от этой частоты.

Таким образом с помощью элементов 15 18 блока 2 управления происходит изменение и циклическое повторение появления множества различных видов фигур на экране 14. Т.е. периодически изменяется частота модуляции светового луча через преобразователь 16, направление вращения оправ 8 через преобразователь 17 и скорость этого вращения через преобразователь 18, что вызывает периодическую сменяемость проецируемых изображений с фигурами согласно алгоритма ПЗУ 15 с задействованием вышеприведенных систем уравнений.

В случае необходимости изменения габаритов этих изображений применяют аналогичное устройство, но уже с выполнением оправ 8 П-образными (фиг.5). Для этого регуляторами 29 изменяется величина напряжения на кольцевых электромагнитах 28. В результате отклоняется с помощью образующегося электромагнитного поля плечо 26 оправ 8 на определенные углы ₁ и ₂.

Причем действие по обеспечению этого отклонения является следящим, так как следящим элементом в такой конструкции является пружинный элемент тонкая перегородка 27 П-образных оправ 8. Перегородка 27 выполняет также функцию возвратной пружины.

Если в ПЗУ 15 заложен принцип выбора "стоп-кадров" определенных фигур, когда любая из них будет продолжительное время находиться на проецируемом экране, то ПЗУ 15 в определенный момент вырабатывает сигналы-задатчики, которые сравниваются с сигналами от датчиков 37 скорости вращения оправ. Далее элементом сравнения ПЗУ 15 на стабилизатор 38 посылается сигнал рассогласования этих величин. Стабилизатор 38 в этом случае управляет преобразователем 17, устанавливая величину скорости вращения оправ 8 постоянной и равной выбранному ПЗУ 15 определенному значению. Преобразователь 17 при этом управляет электродвигателями 10, поддерживая необходимое значение скорости вращения оправ 8 постоянным некоторое время. Поэтому на экране 14 будет находиться продолжительно "фиксированное" изображение фигуры, выбранной по программе ПЗУ 15.

При необходимости ручного управления устройством, например при использовании его в качестве игрушки, с помощью выключателя 32 отключают ПЗУ 15 от блока 2 управления, а все перечисленные манипуляции по созданию эффектов производят с помощью органов 31 автономного управления, воздействуя на преобразователи 16 18, регулятор 29 и модулятор 30.

Также отключают ПЗУ 15 и в случае необходимости управления устройством с помощью музыкального сопровождения. Но в этом действии органы 31 автономного управления не употребляются. Преобразователями 16 18, регулятором 29 и модулятором 30 будут управлять датчики 33 36, реагирующие соответственно на тональность, громкость звучания, ритм и объем звучания музыкального сопровождения.

Так, при изменении величины смещения музыкального звучания по октавному диапазону будет реагировать датчик 33 тональности, который изменит частоту модулирования светового луча лазера 2 через преобразователь 16. Поэтому на экране 14 изменится величина прерывистой линии фигуры проекции.

При изменении силы звука этого сопровождения среагирует датчик 34 громкости, который уменьшит или увеличит углы наклона ₁ и ₂ зеркал 7 дефлекторов 5 и 6 через регуляторы 29 величины напряжения на кольцевых электромагнитах 28. Поэтому уменьшится или увеличится габарит изображения.

При изменении количества звучащих инструментов или голосов музыкального сопровождения будет реагировать датчик 36 объема, который изменит через преобразователи 17 и 18 скорость и направление вращения валов 9 электродвигателей 10. Тем самым на экране 14 поменяется вид изображений с изменением скорости и направления вращения проецируемых фигур вокруг своей оси.

Вся электронная начинка и датчики предлагаемого устройства компактно помещены в корпусе 1, который с помощью кронштейна может устанавливаться на любую плоскую поверхность.

В качестве примера приведены технические характеристики "Лазерного калейдоскопа":

Длина волны излучения 635 нм

Расстояние от источника излучения до плоскости проекций 1.20 м

Диаметр зоны проекции 0,25.2 м

Габаритные размеры 240х140х95 мм

Масса 3 кг

Электропитание 220 В, 50 Гц

Потребляемая мощность 15 Вт

В конструкции такого устройства используется диодный лазер 1-го класса, не вызывающий повреждений при прямом попадании излучения на поверхность глаза.

При использовании предлагаемых способа и устройства повышается привлекательность оформления витрин, стендов, экспозиций и интерьеров, а также зрелищность в театрах, на эстраде, при проведении дискотек.

Это происходит потому, что геометрические фигуры, нарисованные лазерным лучом, постепенно сменяясь одна за другой или по программе, или вручную, или с помощью музыкального сопровождения, будут плавно вращаться и, изменяя свою геометрию, привлекать внимание зрителей в ожидании новой формы, что усилит зрительное восприятие.